JPH0729513U - 頭部装着式ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 映像表示素子単体が有する解像度より高い解
像度で映像を表示できる頭部装着式ディスプレイ装置。 【構成】 映像表示素子１と観察者の眼球との間に配置
された凹面鏡３等の光学素子を加振装置４により周期的
に振動、回転あるいは変形させて光軸を周期的に変位さ
せ、この周期的な動きと連動して、映像表示素子１に表
示する映像を光軸の変位を補償するように切り換えて表
示する。残像作用により表示画像は１つの映像に見え、
かつ、画素間が時間的に埋められて解像力が向上した映
像となり、頭部装着式ディスプレイ装置の高解像化が実
現できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、頭部装着式ディスプレイ装置に関し、特に、電子像表示素子の解像 力より高い解像力で映像を表示することができる頭部装着式ディスプレイ装置に 関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

バーチュアルリアリティ用、あるいは、一人で大画面の映像を楽しむことがで きるようにすること等を目的として、ヘルメット型、ゴーグル型の頭部装着式デ ィスプレイ装置の開発が進められている。

【０００３】 従来、このような頭部装着式ディスプレイ装置の映像表示素子には液晶表示素 子等が用いられており、装置全体をコンパクトなものとするために、例えば、眼 球の前面に凹面鏡を配置して、液晶表示素子に表示された映像をこの凹面鏡で反 射させて眼球に導くものが知られている。

【０００４】 一方、拡大投影装置においては、液晶表示素子からスクリーンに到る光路を周 期的に振らせて、スクリーン上で走査される複数の画素の像から解像度の高い画 像を得る方式が知られている（特開昭６２−１９１８１７号）。これを簡単に説 明すると、図１３において、複数の画素３２を有する液晶表示パネル２５が偏心 して回転する投影レンズ２８′によってスクリーン２３上に拡大投影されように 配置されており、また、投影レンズ２８′と同期して同様に偏心回転する撮影レ ンズ２８″が撮像カメラ３０の前に配置され、撮像カメラ３０の撮像素子の各画 素３２′からの信号が電子画像作成装置２４を経て液晶表示パネル２５の各画素 ３２へ入力するように接続されている。したがって、被写体３１の像３１′がス クリーン２３上に画素３２の組み合わせ像として投影されるが、スクリーン２３ 上で各画素３２の像は、レンズ２８′、２８″に同期して回転することになり、 それらの位置に対応した被写体３１の明暗情報を連続的に表示するので、結果的 に画素３２の数より多い画素によって表示される像と同じ解像力となり、解像度 がより高い画像を得ることができる。しかし、これは一般の拡大投影装置のため の技術であり、頭部装着式ディスプレイ装置の高解像力化のためのものではなか った。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、頭部装着式ディスプレイ装置には小型の液晶表示素子等が使用され るが、その画素数に限界があり、表示像を眼球に拡大投影すると、画素が大きく なり、画面が粗く見えてしまう。

【０００６】 本考案はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、液晶表 示素子等の映像表示素子に表示された映像を観察者の眼球に拡大投影する頭部装 着式ディスプレイ装置において、映像表示素子単体が有する解像度より高い解像 度で映像を表示できるようにすることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成する本考案の頭部装着式ディスプレイ装置は、映像表示装置を 有し、前記映像表示装置に表示された映像を観察者の眼球に拡大投影する頭部装 着式ディスプレイ装置において、前記映像表示装置と観察者の眼球との間に配置 された光学素子と、前記光学素子を周期的に振動、回転あるいは変形させて光軸 を周期的に変位させる光軸変位手段と、前記光軸変位手段の周期的な動きと連動 して、前記映像表示装置に表示する映像を光軸の変位を補償するように切り換え て表示する映像切り換え手段と、から構成されていることを特徴とするものであ る。

【０００８】

【作用】

本考案においては、映像表示装置と観察者の眼球との間に配置された光学素子 を周期的に振動、回転あるいは変形させて光軸を周期的に変位させ、この周期的 な動きと連動して、映像表示装置に表示する映像を光軸の変位を補償するように 切り換えて表示するので、残像作用により表示画像は１つの映像に見え、かつ、 画素間が時間的に埋められて解像力が向上した映像となり、そのため、頭部装着 式ディスプレイ装置の高解像化が実現できる。

【０００９】

【実施例】

以下、本考案の頭部装着式ディスプレイ装置をいくつかの実施例に基づいて説 明するが、本考案における高解像力化の原理は、頭部装着式ディスプレイ装置に 使用される光学素子を周期的に振動、回転あるいは変形させて光軸を周期的に変 位させて、液晶表示素子等の映像表示素子上の映像を画素ピッチの半分だけ振ら し、さらに、その振動、回転あるいは変形に同期して映像表示素子上の映像を画 素ピッチの半分だけずれたものに切り換えて光軸の変位を補償して表示すること により、表示を高解像にするものである。

【００１０】 以下、いくつかの実施例を説明する。図１は第１実施例の頭部装着式ディスプ レイ装置の構成を示す図であり、本実施例の基本構成は、左右の眼各々につき、 液晶表示素子１と、液晶表示素子１を裏面から照明するバックライト２と、液晶 表示素子１に表示された映像を眼球Ｅに拡大して導く凹面鏡３と、これらを支持 する図示しない本体ケースとからなる。そして、凹面鏡３はピエゾ素子あるいは 電磁コイルからなる加振装置４に取り付けられており、左右の凹面鏡３は、図２ （ａ）に示すように、加振装置４により、水平方向にシフトする方向へ振動され る。この代わりに、図２（ｂ）に示すように、凹面鏡３をチルトする方向へ振動 させるようにしてもよい。凹面鏡３がこのように変位すると、液晶表示素子１上 の光軸位置が振動の両端で画素ピッチＬの半分Ｌ／２だけずれるように設定して おく。さらに、加振装置４による振動のサイクルと液晶表示素子１上に表示され る映像の切り換えをコントローラ５により同期して制御する。そして、液晶表示 素子１に表示する映像信号は一旦メモリに保持し、相互に画素の半ピッチＬ／２ 分ずれた映像を交互に液晶表示素子１へ送り出すようにする。このようにすると 、眼球Ｅを通じて見える映像の画素の配置状態は、図３に模式的に示すように、 振動の一端では画素が実線の位置に、振動のもう一方の端ではその画素が点線の 位置になるように、相互に画素半ピッチＬ／２分だけずれた映像が交互に映し出 され、残像作用により両画素が重なって見え、１つの映像を形成することになり 、解像力は２倍に向上することになる。

【００１１】 さらに、図４に示すように、液晶表示素子１と凹面鏡３の間にレンズ６を介在 させた構成の頭部装着式ディスプレイ装置においては、凹面鏡３の代わりにレン ズ６を加振装置４に連結して振動させるようにすることで、上記と同様の解像力 の向上が実現できる。

【００１２】 次に、第２実施例を図５、図６を参照にして説明する。図５では、液晶表示素 子１と凹面鏡３の間にくさびプリズム７を回転可能な状態で保持し、モータ８に よりローラ９を介して回転させる。図６では、その代わりに、光軸を傾けて取り 付けたレンズ（チルトレンズ）１０を用いている。何れの場合も、液晶表示素子 １上の光軸位置は円状に変位し、液晶表示素子１に表示する映像は、くさびプリ ズム７又はチルトレンズ１０の回転周期と同期して切り換える。例えば、１／２ 周期で同期して切り換える時は、映像を画素の半ピッチＬ／２ずらして交互に送 り、１／４周期で同期して切り換える時は、図７に示すように、上下左右方向に Ｌ／２ずらした映像を交互に送ればよい。このようにすれば、頭部装着式ディス プレイ装置において高解像化が実現できる。

【００１３】 また、第２実施例の変形として、図８、図９の構成をとってもい。図８は、図 ５におけるくさびブリズム７の代わりに回転軸を光軸からシフトさせたレンズ（ シフトレンズ）１１を用いている。図９では、図６におけるチルトレンズ１０の 代わりに平板ガラス１２をチルトさせた状態でホロダーに保持したものを用いて いる。これらの構成でも同様な高解像化の効果が得られる。

【００１４】 さらに、図１０と図１１を参照にして第３実施例について説明する。基本的な 構成、作用は図４の実施例と同じであるが、この場合は、レンズ６の代わりに、 加振装置４に一端を連結した液体封入プリズム１３用いる。液体封入プリズム１ ３は、図１１（ａ）に示すように、無負荷の時、平行平板となり、負荷がかかる と、図１１（ｂ）のように、くさびブリズムに変形する。加振装置４により周期 的に負荷を加えれば、光軸を振らすことができる。加振装置４の振動周期と同期 して液晶表示素子１に表示する映像を切り換えれば、頭部装着式ディスプレイ装 置の高解像化が実現できることになる。

【００１５】 次に、図１２を参照にして第４実施例について説明する。この実施例において は、液晶表示素子１と凹面鏡３の間にアフォーカル系を構成するレンズ１４とレ ンズ１５を設け、このレンズ１４とレンズ１５の間のコリメート部にくさびプリ ズム７を図５と同様に回転可能な状態で取り付けてある。なお、くさびブリズム ７に代えて、チルトレンズ１０、シフトレンズ１１、チルトした平板ガラス１２ 、液体封入プリズム１３等であってもよい。基本的な作用は、第１実施例と同じ であるが、この方式では、平行光の部分で光軸を振らすため、非点隔差が他の実 施例よりも発生し難くなる。

【００１６】 以上、本考案の頭部装着式ディスプレイ装置をいくつかの実施例に基づいて説 明してきたが、本考案はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。

【００１７】

【考案の効果】

以上の説明から明らかなように、本考案の頭部装着式ディスプレイ装置による と、映像表示装置と観察者の眼球との間に配置された光学素子を周期的に振動、 回転あるいは変形させて光軸を周期的に変位させ、この周期的な動きと連動して 、映像表示装置に表示する映像を光軸の変位を補償するように切り換えて表示す るので、残像作用により表示画像は１つの映像に見え、かつ、画素間が時間的に 埋められて解像力が向上した映像となり、そのため、頭部装着式ディスプレイ装 置の高解像化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の頭部装着式ディスプレイ装置の第１実
施例の構成を示す図である。

【図２】凹面鏡の振動方式を説明するための図である。

【図３】眼球を通じて見える映像の画素の配置状態を模
式的に示す図である。

【図４】第１実施例の変形例の要部の構成を示す図であ
る。

【図５】第２実施例の要部の構成を示す図である。

【図６】第２実施例の変形例の要部の構成を示す図であ
る。

【図７】表示映像を１／４周期で切り換える時の眼球を
通じて見える映像の画素の配置状態を模式的に示す図で
ある。

【図８】第２実施例の別の変形例の要部の構成を示す図
である。

【図９】第２実施例のさらに別の変形例の要部の構成を
示す図である。

【図１０】第３実施例の要部の構成を示す図である。

【図１１】液体封入プリズムの作用を説明するための図
である。

【図１２】第４実施例の構成を示す図である。

【図１３】従来の拡大投影装置の高解像力化方式を説明
するための図である。

【符号の説明】

Ｅ…眼球 １…液晶表示素子 ２…バックライト ３…凹面鏡 ４…加振装置 ５…コントローラ ６…レンズ ７…くさびプリズム ８…モータ ９…ローラ １０…チルトレンズ １１…シフトレンズ １２…平板ガラス １３…液体封入プリズム １４、１５…レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 徳橋有紀 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリン パス光学工業株式会社内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 映像表示装置を有し、前記映像表示装置
   に表示された映像を観察者の眼球に拡大投影する頭部装
   着式ディスプレイ装置において、 前記映像表示装置と観察者の眼球との間に配置された光
   学素子と、 前記光学素子を周期的に振動、回転あるいは変形させて
   光軸を周期的に変位させる光軸変位手段と、 前記光軸変位手段の周期的な動きと連動して、前記映像
   表示装置に表示する映像を光軸の変位を補償するように
   切り換えて表示する映像切り換え手段と、 から構成されていることを特徴とする頭部装着式ディス
   プレイ装置。