JPH06347708A

JPH06347708A - 表示装置

Info

Publication number: JPH06347708A
Application number: JP5140790A
Authority: JP
Inventors: Kokichi Kenno; 研野孝吉; Yutaka Kodama; 裕児玉
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-06-11
Filing date: 1993-06-11
Publication date: 1994-12-22
Anticipated expiration: 2016-09-25
Also published as: JP3212762B2

Abstract

(57)【要約】【目的】広画角で、倍率の色収差がなく、しかも周辺
までフラットで鮮明な画像を表示することができる表示
装置。【構成】映像を表示する２次元表示素子３と、この映
像を観察者眼球内部に導くことによって空中拡大像を観
察可能にした全体として正パワーの接眼光学系２とを有
する視覚表示装置において、２次元表示素子３は複数の
異なった波長領域の映像を表示するように構成され、か
つ、接眼光学系２で発生する倍率の色収差を打ち消して
補正するように、複数の異なった波長領域の映像それぞ
れの表示比率を異ならせる回路が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表示装置に関し、特
に、観察者の頭部又は顔面に保持することが可能な頭部
又は顔面装着式視覚表示装置、投影装置等の表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、テレビジョンやコンピュータのデ
ィスプレー等の視覚表示装置として、大画面、高精細の
ものが使用されるようになっている。このため、ＣＲＴ
に代表される表示装置はますます大型化している。これ
は、液晶表示装置においても同様である。

【０００３】そこで、小型の装置でありながら高精細で
大画面の観察像が得られる頭部装着式視覚表示装置が注
目されている。

【０００４】その頭部装着式視覚表示装置の従来技術と
して、非球面の単レンズのみで２次元画像表示素子を拡
大投影する方式があり（特公平４−４２６５０号）、図
１３にその光学系を示す。同図において、符号５は２次
元画像表示素子、２は２次元画像表示素子５の表示像を
空中に拡大投影する接眼光学系、１０は観察者眼球であ
り、非球面単レンズ２により２次元画像表示素子５の表
示像を拡大観察できるようにしている。

【０００５】頭部装着式視覚表示装置にとって、装置全
体の大きさを小さくすることと、装置の重量を軽量化す
ることが、装着性を損なわないようにするために重要な
点となる。これを決定する要因には、接眼光学系をいか
に小型で軽量な構成とするかにかかっている。

【０００６】一方、大きな画角を確保することが画像観
察時の臨場感を上げるために必要であり、画像の臨場感
は提示画角（観察画角）によって決まってしまうといっ
ても過言ではない（テレビジョン学会誌，Ｖｏｌ．４
５，Ｎｏ．１２，ｐｐ．１５８９〜１５９６（１９９
１））。立体感・迫力感等の臨場感を観察者に与えるた
めには、水平方向で３０°（±１５°）以上の提示画角
を確保することが必要であると同時に、１２０°（±６
０°）付近でその効果は飽和してしまうことが知られて
いる。つまり、３０°以上の観察画角にすることが望ま
しい。

【０００７】ところが、観察画角が広くなると接眼光学
系の収差の補正が難しくなり、周辺画像の解像力が低下
したり、像歪みの発生が大きくなって観察像が歪んだり
する問題が発生する。実用上、７０°位が観察画角の限
界となっており、この７０°の画角を確保しようとした
場合には、レンズ系の構成枚数が多くなり、４群以上の
構成が必要になる。そのため、光学系の大きさが大き
く、装置全体の重さも重いものとなってしまう。

【０００８】特開平４−３３６５１５号に示されている
ように、非球面を少なくとも１面用いた拡大接眼レンズ
は、顕微鏡用接眼レンズを始め多くの出願があるが、収
差補正された広画角の像を得るためにレンズ系が大型化
し、そのため、先に示したように接眼レンズの小型化と
重量の軽量化に反してしまう。

【０００９】そこで、特開平４−３３６５１５号に上記
問題点を解決するために、非球面プラスティックレンズ
を導入した例が開示されている。上記問題を解決するた
めには、一般に、レンズ構成枚数を少なくすることと、
レンズ自体の重量を軽くするためにプラスティック等の
比重の軽いものを用いるのが効果的であるが、第１の方
法である構成枚数を少なくする方法は、各レンズで発生
する収差が大きくなり、また、発生した収差を補正する
レンズ系がなくなることを意味し、収差補正が困難にな
ってしまい、その結果、観察画角を大きくとることがで
きなくなってしまう。そのため、第２の方法を用いてレ
ンズの重量を軽くするために、比重の軽いプラスティッ
クを用いた光学系が示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、何れの方法を
とろうとも、倍率の色収差を良好に補正することができ
ないので、広い観察画角で解像力のよい鮮明な観察画像
を提供できる視覚表示装置はなかった。

【００１１】以上のように、接眼レンズ系を少数のレン
ズで構成し、小型・軽量化をしようとしても、３０°を
越える観察画角では、観察像の周辺での倍率の色収差の
発生が無視できなくなり、観察画角の周辺の解像力が低
下してしまう。図１３の従来技術でも、光学系が簡単で
済む利点はあるが、観察画角を広くとろうとすると、正
レンズ系で発生する倍率の色収差が大きくなり、周辺画
像が色ズレを起こした不鮮明な像しか観察することがで
きなかった。

【００１２】一般的に、接眼光学系を非球面レンズで構
成することが考えられているが、非球面レンズを用いて
も、コマ収差と歪曲収差の発生は抑えられるが、３０°
を越える画角では、倍率の色収差の補正はやはり原理的
に不可能であり、倍率の色収差を補正することが必要と
なってくる。

【００１３】また、光学系を比重の軽いプラスティック
材料で構成しようとしても、現在アッベ数が大きく異な
るプラスティック材料がないために、硝子、特に、フリ
ント系の硝子とプラスティックの接合レンズを用いなけ
れば、倍率の色収差の補正ができないのである。その結
果、プラスティック材料のみで構成され、倍率の色収差
の補正された小型で軽量な視覚表示装置を得ることはで
きなかった。

【００１４】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたものであり、その目的は、光学系を用いて画
像を表示する表示装置において、広画角で、倍率の色収
差がなく、しかも周辺までフラットで鮮明な画像を表示
することができる表示装置を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の表示装置は、映像を表示する２次元表示手段と、前
記映像を所定位置へ伝達する全体として正パワーの光学
系とを有する表示装置において、前記２次元表示手段は
複数の異なった波長領域の映像を表示するように構成さ
れ、かつ、前記光学系で発生する色収差を補正するよう
に、前記複数の異なった波長領域の映像それぞれの表示
比率を異ならせる手段が設けられていることを特徴とす
るものである。

【００１６】この場合、２次元表示手段が複数の映像表
示素子を有し、この複数の映像表示素子のそれぞれが相
互に異なった波長領域の映像を表示すると共に、表示比
率を異ならせる手段を一体的に備えているように構成す
ることができる。

【００１７】また、上記の表示比率を異ならせる手段
が、２次元表示手段に表示される映像を制御するために
２次元表示手段に電気的に接続された画像処理手段から
構成することもできる。

【００１８】

【作用】以下、本発明の作用について説明する。一般
に、正レンズ系では、波長の長い光線ほど屈折力が弱く
（焦点距離が長く）なり、波長が短い光線は屈折力が強
く（焦点距離が短く）なる。このため、画像表示素子に
普通に画像を表示させて、このようなレンズ系を接眼光
学系として観察すると、波長の長い赤色の像は小さくな
り、波長の短い青色の像は大きく観察される。このた
め、画像周辺では色が滲んで観察され、解像力が低下し
て鮮明な観察画像を観察することができなくなってしま
う。正レンズ系を投影光学系として用いるときも、倍率
の色収差が発生してしまう。

【００１９】そこで、本発明においては、光学系で発生
する倍率の色収差を予め打ち消し合うように、画像表示
素子上に表示する画像の大きさを波長毎に変えておくこ
とによって、観察像としては、倍率の色収差があたかも
ないように観察することができるようにするものであ
る。すなわち、色ごとに大きさの違う画像を、倍率の色
収差がある光学系を通すことによって、各色の光束を、
接眼光学系の場合は眼球に入射する位置で、投影光学系
の場合はスクリーン等に入射する位置で略一致させるこ
とができるので、観察像としては倍率の色収差があたか
もないように観察することができる。

【００２０】ところで、開口制限手段で観察画角を決定
している場合には、観察画角の縁に開口制限手段が「画
面枠」として観察される。すると、光学系が倍率の色収
差を補正していないために、開口制限手段が色毎に画角
が異なって観察されることになる。すると、「画面枠」
に色が付いて観察されてしまい、不自然な枠となってし
まう。この問題を解決するために、開口制限手段の大き
さも、光学系の倍率の色収差の発生量を打ち消し合うよ
うに波長が短くなるに従って、小さくすることが重要で
ある。

【００２１】すなわち、さらに好ましくは、このような
光学系の光路中に、光束を制限する開口制限手段を設
け、この開口制限手段を各色毎に大きさを変えて配置す
る。上記したように、このような開口制限手段は観察画
面の画面枠として観察されるので、この開口制限手段の
大きさが各色につき同一であると、画面の枠に色付きが
生じてしまうが、このように構成することで、色毎に大
きさの違う画面枠を光学系を通すことで、眼球、スクリ
ーン等に入射する光束を略一致させることができるの
で、あたかも画面枠の色付きがないように観察すること
ができる。

【００２２】さらに、好ましくは、光学系が接眼光学系
の場合、この開口制限手段の大きさは、波長が長いほど
大きく、波長が短いほど小さくなるように配置する。こ
のような構成をとると、開口制限手段を波長が長いほど
大きく、波長が短いほど小さくし、赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）、青（Ｂ）の観察画面の画面枠をずらして表示す
ることによって、接眼光学系で発生する倍率の色収差に
より、３原色の画面枠が相互に重なって見え、色付きの
ないきれいな画面枠が観察される。

【００２３】以上のような構成をとることによって、倍
率の色収差に対しては、良好な収差補正が可能となり、
倍率の色収差に対して観察画角５０°近くまで実用上十
分な補正をすることができ、観察画角周辺まで明瞭な像
を観察することができるようになる。

【００２４】また、光学系が接眼光学系の場合、接眼光
学系の焦点距離は、装置全体が大きくならないように短
くする方が有利となるが、接眼レンズと観察者の瞳位置
との距離（アイポイント）が１２ｍｍ以上必要であるこ
とから、接眼光学系の焦点距離ｆは、１２ｍｍ＜ｆ＜２５ｍｍなる条件を満足することが好ましい。

【００２５】この下限を越えて１２ｍｍ以下になると、
接眼レンズの焦点距離が短くなりすぎて、接眼レンズと
観察者の瞳位置との距離（アイポイント）を１２ｍｍ以
上確保することが不可能となり、観察者の睫毛がレンズ
に当たってしまい、観察し難くなる。また、上限の２５
ｍｍを越えると、接眼レンズが大きく重くなりすぎ、装
置全体が大きく重くなり、装置を装着したときに観察者
に違和感や疲労感を与えてしまう。

【００２６】なお、本発明において、画像表示素子上に
波長帯域を分けて別々に表示する各色の画像の帯域につ
いては、狭ければ狭い程重畳したとき色収差がよく補正
されて観察することができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の表示装置の実施例について説
明する。第１実施例この実施例は視覚表示装置に関するもので、図１にこの
実施例の断面図を示す。図中、符号１は観察者眼球の虹
彩位置に当たる接眼光学系の入射瞳位置、２は接眼レン
ズ系、３は像面であり、実際には液晶表示装置等の２次
元画像表示素子が配置される。以下においては、光線追
跡上の利便性から、入射瞳位置１から像面３に至る逆追
跡によっている。

【００２８】この実施例において、接眼レンズ系２は両
凸レンズ１枚からなり、観察画角は水平方向で５０°
（±２５°）、対角方向で６２．５°、焦点距離は２
１．０８ｍｍ、入射瞳径は４ｍｍである。この実施例の
逆追跡のレンズデータを以下に示すが、記号は、ｒ₀は
瞳位置１を、ｄ₀はアイポイントを、ｒ₁〜ｒ₂は接眼
レンズ系２の各レンズ面の曲率半径を、ｄ₁は接眼レン
ズ系２の各レンズ面間の間隔を、ｎ_d1は接眼レンズ系２
のレンズのｄ線の屈折率を、ν_d1は接眼レンズ系２のレ
ンズのアッベ数を表し、ｄ₂は接眼レンズ系２の最終面
（第２面）と像面３の間の間隔を、ｒ₃は像面３を表
す。また、非球面形状は、その非球面上の任意の点から
非球面頂点の接平面までの距離をＺ、この任意の点から
光軸までの距離をｈ、基準曲率半径をｒ、円錐定数を
Ｋ、非球面係数をＡ、Ｂ…とした時に、下記の式によっ
て表せられる。Ｚ＝（ｈ²／ｒ）／｛１＋〔１−（１＋Ｋ）（ｈ／ｒ）
²〕^1/2｝＋Ａｈ⁴＋Ｂｈ⁶＋・・・・ただし、ｈ＝Ｘ² ＋Ｙ² である。

【００２９】第１実施例レンズデータｒ₀= （瞳位置）ｄ₀= 15.000 ｒ₁= 30.4909（非球面）ｄ₁= 12.000 ｎ_d1 =
1.62000 ν_d1 =60.3 ｒ₂= -19.4285（非球面）ｄ₂= 17.905 ｒ₃= ∞ （像面）非球面係数第１面Ｋ＝-3.029505 Ａ＝-0.114014 ×10^-4 Ｂ＝ 0 第２面Ｋ＝-9.354841 Ａ＝-0.595449 ×10^-4 Ｂ＝ 0.749541 ×10^-7 この実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を
表す収差図を図７に示す。

【００３０】本実施例の場合、図１に模式的に赤色の光
線Ｒと青色の光線Ｂを書き込んだように、像面３に配置
される２次元画像表示素子上に、赤色の画像に対して青
色の画像を２％程度小さく表示することによって、接眼
レンズ系２で発生する倍率の色収差と表示画像の色ズレ
を相互に打ち消させ、画像周辺まで鮮明な観察ができ
る。

【００３１】さらに、この実施例では、各色の表示画像
の周辺を暗黒にして視野角を決定する開口制限手段とし
て、図２（ａ）に示すように、その大きさが各色毎に異
なった開口決定手段４を像面３に配置される２次元画像
表示素子５の外周近傍に設ける。すなわち、開口決定手
段４は、内側の矩形開口寸法が最も大きい絞り４₁と、
次に大きいフィルター４₂と、最小のフィルター４₃が
重ねて構成されたものであり、フィルター４₂の分光透
過率は、同図（ｂ）に示すように、Ｒ、Ｂの波長域を透
過し、Ｇの波長域を遮断するするものであり、フィルタ
ー４₃の分光透過率は、同図（ｃ）に示すように、Ｒ、
Ｇの波長域を透過し、Ｂの波長域を遮断するものであ
る。このように開口決定手段４を構成すると、赤色の画
像には、最大の絞り４₁が開口制限手段として作用し、
緑色の画像には、中間のフィルター４₂が開口制限手段
として作用し、青色の画像には、最小のフィルター４₃
が開口制限手段として作用し、開口決定手段４の色付き
が接眼レンズ系２の倍率の色収差で打ち消され、色付き
のない鮮明な視野枠を実現することができる。

【００３２】第２実施例この実施例も、図１に示した第１実施例と略同様に、接
眼レンズ系２は両凸レンズ１枚からなり、像面３に配置
される２次元画像表示素子上に、赤色の画像に対して青
色の画像を２％程度小さく表示することによって、接眼
レンズ系２で発生する倍率の色収差と表示画像の色ズレ
を相互に打ち消させている。そして、観察画角は水平方
向で５０°（±２５°）、対角方向で６２．５°、焦点
距離は２２．６５５ｍｍ、入射瞳径は４ｍｍである。こ
の実施例の逆追跡のレンズデータを以下に示すが、記号
は、第１実施例と同様である。

【００３３】第２実施例レンズデータｒ₀= （瞳位置）ｄ₀= 15.000 ｒ₁= 28.8088（非球面）ｄ₁= 9.947 ｎ_d1 =
1.52665 ν_d1 =66.5 ｒ₂= -17.9399（非球面）ｄ₂= 19.956 ｒ₃= ∞ （像面）非球面係数第１面Ｋ＝-3.632310 Ａ＝-0.104618 ×10^-4 Ｂ＝ 0 第２面Ｋ＝-8.519422 Ａ＝-0.713176 ×10^-4 Ｂ＝ 0.875235 ×10^-7 この実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を
表す収差図を図８に示す。

【００３４】この実施例においては、各色の表示画像の
周辺を暗黒にして視野角を決定する開口制限手段とし
て、図３に示すように、２次元画像表示素子５上に表示
する各色の画像境界線（点線）を開口制限手段として用
いている。

【００３５】第３実施例図４に第３実施例の断面図を示す。図中、符号１は観察
者眼球の虹彩位置に当たる接眼光学系の入射瞳位置、２
は接眼レンズ系、３は像面であり、実際には液晶表示装
置等の２次元画像表示素子が配置される。

【００３６】この実施例において、接眼レンズ系２は、
入射瞳位置１側から、入射瞳位置１へ凸面を向けた負メ
ニスカスレンズと両凸レンズの接合レンズからなり、ア
ッベ数の異なる硝材を用いて色収差の補正を行ってい
る。その収差補正不足の部分を本発明の構成をとること
によって、よりよい収差状態にすることが可能となる。
この実施例では、赤色の画像に対して青色の画像を１％
程度小さく表示することによって、この収差補正不足分
を補っている。この実施例の観察画角は水平方向で３０
°（±１５°）、対角方向で３７．５°、焦点距離は２
０．６４１ｍｍ、入射瞳径は４ｍｍである。この実施例
の逆追跡のレンズデータを以下に示すが、記号は、ｒ₀
は瞳位置１を、ｄ₀はアイポイントを、ｒ₁〜ｒ₃は接
眼レンズ系２の各レンズ面の曲率半径を、ｄ₁〜ｄ₂は
接眼レンズ系２の各レンズ面間の間隔を、ｎ_d1〜ｎ_d2は
接眼レンズ系２の各レンズのｄ線の屈折率を、ν_d1〜ν
_d2は接眼レンズ系２の各レンズのアッベ数を表し、ｄ₃
は接眼レンズ系２の最終面と像面３の間の間隔を、ｒ₄
は像面３を表す。また、非球面形状は、第１実施例の場
合と同様に表される。

【００３７】第３実施例レンズデータｒ₀= （瞳位置）ｄ₀= 15.000 ｒ₁= 21.4574 ｄ₁= 5.293 ｎ_d1 =
1.84660 ν_d1 =23.9 ｒ₂= 13.4530 ｄ₂= 5.675 ｎ_d2 =
1.62041 ν_d2 =60.3 ｒ₃= -20.7862（非球面）ｄ₃= 16.532 ｒ₄= -34.7956（像面）非球面係数第３面Ｋ＝-3.110297 Ａ＝ 0.375480 ×10^-5 Ｂ＝ 0 この実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を
表す収差図を図９に示す。

【００３８】この実施例においては、接眼レンズ系２の
像面湾曲を像面３に配置される２次元画像表示素子を湾
曲させることによって打ち消す構成をとっている。

【００３９】第４実施例図５に第３実施例の断面図を示す。構成は、図４の第３
実施例と略同様に、接眼レンズ系２は、入射瞳位置１へ
凸面を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズの接合レ
ンズからなり、アッベ数の異なる硝材を用いて色収差の
補正を行っている。そして、接眼レンズ系２の像面湾曲
を像面３に配置される２次元画像表示素子を湾曲させる
ことによって打ち消している。また、２次元画像表示素
子上に、赤色の画像に対して青色の画像を１％程度小さ
く表示することによって、接眼レンズ系２で発生する倍
率の色収差と表示画像の色ズレを相互に打ち消させてい
る。そして、観察画角は水平方向で４０°（±２０
°）、対角方向で５０．０°、焦点距離は２０．４８７
ｍｍ、入射瞳径は４ｍｍである。この実施例の逆追跡の
レンズデータを以下に示すが、記号は、第３実施例と同
様である。

【００４０】第４実施例レンズデータｒ₀= （瞳位置）ｄ₀= 15.000 ｒ₁= 18.5577 ｄ₁= 7.280 ｎ_d1 =
1.84660 ν_d1 =23.9 ｒ₂= 11.1646 ｄ₂= 9.255 ｎ_d2 =
1.62041 ν_d2 =60.3 ｒ₃= -20.4984（非球面）ｄ₃= 13.409 ｒ₄= -32.2584（像面）非球面係数第３面Ｋ＝-2.342737 Ａ＝ 0.374656 ×10^-4 Ｂ＝ 0 この実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差、横収差を
表す収差図を図１０に示す。

【００４１】上記各実施例において、画像の表示倍率を
変化させる回路のブロックダイヤグラムの一例を図６に
示す。映像信号は、同期分離回路で同期信号と映像信号
に分離される。分離された映像信号は、Ｙ／Ｃ分離、復
調、マトリクス回路を通り、Ｒ、Ｇ、Ｂの各信号に分離
される。Ｒ、Ｇ、Ｂの信号は、それぞれＡ／Ｄ変換さ
れ、メモリに格納される。このとき、書き込まれるメモ
リのアドレスは、同期信号から書き込みアドレス発生回
路で作られる。メモリから読み出すときは、各色の倍率
の色収差に合わせて画像が拡縮するように、Ｒ、Ｇ、Ｂ
それぞれの読み込みアドレス発生回路でアドレスを同期
信号から作る。読み出されたデータは、Ｄ／Ａ変換さ
れ、ＬＣＤ（液晶表示装置）に入力され、表示される。
このようにして、Ｒの画像、Ｇの画像、Ｂの画像それぞ
れを倍率を自由に変えて表示できるので、倍率の色収差
を補正することができる。なお、本発明の要点は、接眼
光学系の倍率の色収差を打ち消すように、２次元画像表
示素子に表示する画像の大きさを色毎に変えることであ
り、図６のブロックダイヤグラムはほんの一例に過ぎな
い。

【００４２】以上は、１つの２次元画像表示素子に各色
毎に異なる大きさの画像を表示する実施例を示したが、
以下に複数枚の２次元画像表示素子を用いた例を示す。

【００４３】第５実施例図１１は本発明の第５実施例の要部を示す要部概略図で
ある。本実施例では、それぞれ赤色用、緑色用、青色用
の発光ダイオードを透明基板上にマトリクス状に配した
３枚のＬＥＤ表示素子３ｒ、３ｇ、３ｂを用いている。
赤色用ＬＥＤ表示素子３ｒ、緑色用ＬＥＤ表示素子３
ｇ、青色用ＬＥＤ表示素子３ｂの３枚のＬＥＤ表示素子
は、密着ないし略密着して配置されている。観察者の眼
球１０内には、接眼レンズ２を介して３枚のＬＥＤ表示
素子３ｒ、３ｇ、３ｂの像が結像されるようになってい
る。そのため、３枚の各ＬＥＤ表示素子の透明基板は薄
板ガラスを用いている。３枚のＬＥＤ表示素子３ｒ、３
ｇ、３ｂは、接眼レンズ２で発生する倍率の色収差を補
正するように、それぞれの表示面の大きさが異なってい
る。ここでは、赤色用ＬＥＤ表示素子３ｒの大きさに対
し、緑色用ＬＥＤ表示素子３ｇは縦横１％程度、青色用
ＬＥＤ表示素子３ｂは２％程度小さい表示面を有してい
る。

【００４４】以下に、この実施例の作用を説明する。各
々のＬＥＤ表示素子３ｒ、３ｇ、３ｂを透過した光束
は、接眼レンズ２により観察者の眼球１０内に導かれ、
ＬＥＤ表示素子３ｒ、３ｇ、３ｂに表示された表示像
は、観察者の網膜上に結像される。その際、大きさの異
なる表示面に表示される表示像は当然大きさが異なって
いるのであるが、接眼レンズ２の倍率の色収差と丁度打
ち消し合い、あたかも倍率の色収差のない画像を観察す
ることができる。

【００４５】本実施例では、表示したい画像の色毎に大
きさの違う表示面を持った複数の２次元画像表示素子を
設けている。そのため、画像処理を簡略にすることがで
きる。また、本実施例では、表示素子毎に予め表示面の
大きさを設定してあるので、画面枠の色消しのために必
要とした開口制限手段も必要としなくなり、製造の困難
性を緩和することができる。

【００４６】また、本実施例では、倍率の色収差の他
に、軸上の色収差も補正できる。以下にその理由を説明
する。一般に、正レンズ系では、波長の長い光線ほど屈
折力が弱くなり焦点距離が長くなる。このため、１つの
像に複数の波長が含まれていると、その波長毎に焦点距
離が異なるので、そのため結像される位置も光軸方向へ
ずれてしまう。

【００４７】したがって、その軸上の色収差を補正する
ように、屈折力の弱い波長を表示する画像表示素子ほど
レンズ系から遠ざけて配置すると、光軸方向にずれてい
た画像の各点からの光束は、接眼レンズを通ることで一
致し、色ずれのないあたかも軸上の色収差が補正された
良好な像を得ることができる。本実施例では、接眼光学
系２で発生する軸上の色収差を補正するように、それぞ
れの表示面の位置を変えており、観察者眼球１０から接
眼レンズ２へ向かう方向の順序で、青色用表示パネル３
ｂ、緑色用表示パネル３ｇ、赤色用表示パネル３ｒの順
に配置することで、軸上の色収差も補正している。

【００４８】第６実施例以下に、本発明の表示装置をポータブルなＬＣＤプロジ
ェクションＴＶに用いた例を示す。図１２は、この第６
実施例の要部を示す要部概略図である。符号２０は、こ
のＬＣＤプロジェクションＴＶの全体を示しており、１
４は光源であり、略平行光を発するように構成されてい
る。１５ａ及び１５ｂは青色光を反射する青色用ダイク
ロイックミラーであり、１６ａ及び１６ｂは緑色光を反
射する緑色用ダイクロイックミラーである。１７ａ、１
７ｂ、１７ｃ、１７ｄは反射ミラーである。１１ｒ、１
１ｇ、１１ｂは、それぞれ赤色、緑色、青色の映像信号
が送られている透過型の液晶表示パネルであり、投影レ
ンズ１８により生じる倍率及び軸上の色収差を補正する
ように、予めそれぞれの表示面の大きさの比率が変えら
れており、かつ、投影レンズ１８の赤色光、緑色光、青
色光に対応する前側焦平面上にそれぞれの色に対応する
表示パネル１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの表示面が配されて
いる。

【００４９】以下に、この実施例の作用を説明する。３
原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を含む光源１４からの光は、青色光
のみを反射する青色用ダイクロイックミラー１５ａに供
給され、青色光が分離される。この青色用ダイクロイッ
クミラー１５ａを透過した光は、緑色光のみを反射する
緑色用ダイクロイックミラー１６ａに供給され、緑色光
及び赤色光に分離される。青色光は、反射ミラー１７ａ
及び１７ｂで反射された後、青色用表示パネル１１ｂに
供給される。また、緑色光は、反射ミラー１７ｃで反射
された後、緑色用表示パネル１１ｇに供給される。さら
に、赤色光も赤色用表示パネル１１ｒに供給される。そ
して、赤色用及び青色用表示パネル１１ｒ、１１ｂで映
像信号により輝度変調された赤色光及び青色光は、第２
の青色用ダイクロイックミラー１５ｂで合成される。ま
た、緑色用表示パネル１１ｇで輝度変調された緑色光
は、反射ミラー１７ｂで反射された後、第２の緑色用ダ
イクロイックミラー１６ｂで赤色及び青色光と合成され
る。さらに、この合成された光は、投影レンズ１８を介
してスクリーン１９上に投影される。先に述べた通り、
各表示パネル１１ｒ、１１ｇ、１１ｂは、投影レンズ１
８により生じる倍率及び軸上の色収差を補正するよう
に、予めそれぞれの表示面の大きさの比率が変えられて
おり、かつ、投影レンズ１８の赤色光、緑色光、青色光
に対応する前側焦平面上にそれぞれの色に対応する表示
パネル１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの表示面が配されている
ため、投影レンズ１８に入射する前には、光軸方向の位
置や倍率が各色でずれていた映像が、投影レンズ１８を
通すことで、投影レンズ１８自身の持つ色収差特性と打
ち消し合う。そのため、スクリーン１９上にあたかも色
付きのない像を形成することができる。

【００５０】本実施例では、ダイクロイックミラーとい
った光路を合成する手段を用いているため、第５実施例
では、軸上色収差を補正するために、薄い表示素子で表
示手段を構成する必要があったが、本実施例では、特に
表示素子を薄くする必要もなく、種々の表示素子にて色
付きの抑えられた良好な映像を得ることができる。例え
ば、このプロジェクションＴＶにおいては、２次元表示
手段として、光源１４、青色用ダイクロイックミラー１
５ａ、１５ｂ、緑色用ダイクロイックミラー１６ａ、１
６ｂ、反射ミラー１７ａ〜１７ｄ、透過型液晶表示パネ
ル１１ｒ、１１ｇ、１１ｂを設けている。しかし、これ
らの代わりに、赤色用液晶表示パネル１１ｒの位置に赤
色用ＣＲＴディスプレイを、同様に、１１ｇ、１１ｂの
位置に緑用、青用の各ＣＲＴディスプレイを配置しても
よい。また、ＣＲＴに代わる表示手段であってもよい。

【００５１】また、これらのＣＲＴディスプレイ等、表
示映像の開口数が大きい２次元表示手段を用いる時は、
投影レンズにより発生する倍率の色収差の各色の表示比
率は、この投影レンズに設けられる絞り又は絞り作用を
するレンズの位置によって異なってくる。例えば、表示
画面と絞りとの間に投影レンズ全体が配置される時は、
光軸を中心に赤色よりも青色の方が外周にずれて表示さ
れる。逆に、表示画面と投影レンズの最も表示画面側の
レンズ面との間に絞りが配設される時は、光軸中心に青
色よりも赤色の方が外周にずれて表示される。

【００５２】このように、必ずしも青色光が赤色光より
も大きい倍率で表示されるとは限らない。そのため、倍
率の色収差補正のための表示手段の各色毎の表示比率
は、赤色表示よりも青色表示の方が大きくした方が好ま
しい場合もあり、光学系全体の構成に依存する。

【００５３】以上、本発明の表示装置をいくつかの実施
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。

【００５４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の表示装置によると、倍率の色収差を補正して、広い提
示画角で、周辺の画角まで鮮明に観察できる頭部装着式
視覚表示装置、プロジェクションＴＶ等の表示装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の視覚表示装置の断面図で
ある。

【図２】本発明に基づく開口制限手段の一例を説明する
ための図である。

【図３】別の例の開口制限手段を説明するための図であ
る。

【図４】本発明の第３実施例の視覚表示装置の断面図で
ある。

【図５】本発明の第４実施例の視覚表示装置の断面図で
ある。

【図６】画像の表示倍率を変化させる回路の一例のブロ
ックダイヤグラムである。

【図７】第１実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差、
横収差を表す収差図である。

【図８】第２実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差、
横収差を表す収差図である。

【図９】第３実施例の球面収差、非点収差、歪曲収差、
横収差を表す収差図である。

【図１０】第４実施例の球面収差、非点収差、歪曲収
差、横収差を表す収差図である。

【図１１】第５実施例の表示装置の要部を示す要部概略
図である。

【図１２】第６実施例のＬＣＤプロジェクションＴＶの
要部を示す要部概略図である。

【図１３】従来の視覚表示装置の一例の構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１…接眼光学系の入射瞳位置２…接眼レンズ系３…像面４…開口決定手段５…２次元画像表示素子４₁…絞り４₂、４₃…フィルター３ｒ、３ｇ、３ｂ…ＬＥＤ表示素子１０…眼球１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ…液晶表示パネル１４…光源１５ａ、１５ｂ…青色用ダイクロイックミラー１６ａ、１６ｂ…緑色用ダイクロイックミラー１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ…反射ミラー１８…投影レンズ１９…スクリーン２０…ＬＣＤプロジェクションＴＶ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】映像を表示する２次元表示手段と、前記
映像を所定位置へ伝達する全体として正パワーの光学系
とを有する表示装置において、前記２次元表示手段は複
数の異なった波長領域の映像を表示するように構成さ
れ、かつ、前記光学系で発生する色収差を補正するよう
に、前記複数の異なった波長領域の映像それぞれの表示
比率を異ならせる手段が設けられていることを特徴とす
る表示装置。
【請求項２】前記２次元表示手段が複数の映像表示素
子を有し、前記複数の映像表示素子のそれぞれが相互に
異なった波長領域の映像を表示すると共に、前記表示比
率を異ならせる手段を一体的に備えていることを特徴と
する請求項記載の表示装置。
【請求項３】前記表示比率を異ならせる手段が、前記
２次元表示手段に表示される映像を制御するために前記
２次元表示手段に電気的に接続された画像処理手段から
なることを特徴とする請求項１記載の表示装置。