JPH0784208A - 画像表示装置 - Google Patents
画像表示装置Info
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- JPH0784208A JPH0784208A JP5187480A JP18748093A JPH0784208A JP H0784208 A JPH0784208 A JP H0784208A JP 5187480 A JP5187480 A JP 5187480A JP 18748093 A JP18748093 A JP 18748093A JP H0784208 A JPH0784208 A JP H0784208A
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- Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)
Abstract
学系を介して観察者の目に投光し、該画像を虚像として
観察者に表示する画像表示装置において、より立体的で
臨場感や現実感にあふれた画像を表示すること。 【構成】 LCDなどを用いた画像発生器から発生され
た画像を表示する画像表示装置において、該画像の情報
を持った光束を観察者の目に投光するとともに虚像とし
て該観察者に表示する投光光学系を有し、該光学系によ
って形成される虚像面を観察者を取り囲む曲面とするこ
と。
Description
ので、特に画像発生器により発生された画像の情報を持
った光束を、光学系を介して観察者の目に投光し、前記
画像を虚像として観察者に表示する画像表示装置に関す
る。
型CRTディスプレイ装置、プロジェクションTVなど
を使用して表示が行われている。
ースを必要とするとか、周囲を暗くしなければ映像が見
にくいなどの問題があり、使用状況が制限を受けてい
た。このため最近では画像表示素子に表示された画像か
らの光束を顔面の極く近くに配置された光学系により直
接目に投光し、等価的に大きな画像を虚像として観察者
に視認させる装置が提案されている。
いる画像表示装置の主要部を説明したものである。画像
は信号ライン116によって送られてくるデータによっ
て液晶表示器101上に表示される。101はバックラ
イト光源104によって透過照明されており、101を
透過した光は表示された画像の情報を持った光束とな
る。
ラー150で反射し、光束109となって、観察者の瞳
107に到達する。観察者は光束109を観察すること
によって表示画像を視認する。拡大レンズ151のパワ
ーは液晶表示素子101上の画像を、所定の距離、例え
ば5m前方の位置に虚像として表示させるように設定さ
れる。
例では虚像の表示される面が平面であったため、表示画
像が観察者にとって平板に感じられ、臨場感あふれる画
像を表示することができなかった。また前記従来例の画
像表示装置を仮想現実システムの画像表示に応用した場
合には、やはり画像が平板なスクリーン上に投影されて
いる感じを与え、十分な現実感を得ることができなかっ
た。
器により発生された表示画像を、光学系を介して観察者
の目に投光し、該画像を虚像として観察者に表示する画
像表示装置において、形成される虚像面を観察者を取り
囲む曲面とすることにより、観察者に対してより立体的
で臨場感や現実感にあふれた画像を表示することを可能
としたものである。
図である。実際の装置は左右両眼に画像が投光され、装
置構成が観察者の顔の対称面に対して左右対称となる。
で、左眼に対応する箇所を図示した。右眼に対応する部
分は図1と左右対称となるが、図が煩雑となるため省略
した。
ぶ)で、不図示の信号ラインにより送られる画像信号に
従って画像を表示する。LCD1はやはり不図示の照明
器により左側より照明される。
例と同じであるとして差し支えない。LCD1を透過し
た光束は表示された画像の情報を持った光束に変換さ
れ、レンズ系2に入射する。レンズ系2を通過した光束
は2の結像作用を受け、出射光束6となって、ハーフミ
ラー3で反射を受け、光束8として観察者の左眼4に到
達する。反射光束8を実際の光の進行方向と逆向きに延
長した仮想光束7が、虚像面5上に結像するようにする
のがレンズ系2の作用である。
面5上の各点より発せられた光であるかのように認識す
ることになる。LCD1上の画像はこのようにして拡大
され、虚像面5上に形成された画像として視認される。
ることによって、臨場感を増大させるという人間工学的
な事実を利用することを特徴としている。本実施例で虚
像面5は左眼4を中心とし、予め設定された距離、例え
ば1mを半径とする球面となっている。
はLCD1上の画像を、拡大された形で、あたかも左眼
4を中心とする半径1mの球面スクリーンに投影されて
いるかのようにして観察することができる。この結果、
観察者は半径1mの虚像面5で視認される画像により、
虚像面が平面であるときに比べてはるかに臨場感の大き
な画像を楽しむことができる。
顔の対称面に関して図1の左眼に対応する右眼の部分が
存在する。形成される虚像面は、各々左眼、右眼を中心
とし、両眼の間隔、例えば60mmずれた2つの球面で
ある。2つの虚像面は形状、位置ともに本来は一致する
ことが好ましい。
像面は各々対応する目から1000mm離れた半径10
00mmの球面である。従って60mmのずれは両眼に
よる画像認識に対して大きな障害とはならない。
とする半径1000mmの球面とするための手段につい
て説明する。結像作用を分担するのがレンズ系2であ
る。2は2−1から2−3までの3枚のレンズより構成
されている。
考える。レンズ系2の第3レンズ2−3の右側の面から
ハーフミラー3までの距離を60mm、ハーフミラー3
から左眼4までの距離を50mmとすると、左眼の位置
は2−3の右側の面、即ち目に近い方の面より、両者の
和110mm離れていることになる。レンズ系2は最も
目に近いレンズ2−3の右側の面より890mm、即ち
1000mmから110mmを引いただけ左側の位置に
中心点Aを虚像として結像させる作用を持つ。
/1000mm-1となるように設計される。以上のよう
にレンズ系2を設定することにで、虚像面5は左眼4を
中心とする半径1000mmの球面とすることができ
る。
対称に右眼に対応する部分が存在する。これについても
左眼の場合と全く同じような方法で系を構成すれば、右
眼に対し、右眼の位置を中心とする半径1000mmの
球面の虚像面を作ることができる。
たときには左右の系のクロストークを避ける必要があ
る。左眼用の画像1からの光6が3を透過して右眼用の
LCD1を照明してしまうと、その光はフレア光となっ
て右眼で観察される像のコントラストを低下させるから
である。同様のことは右眼用の画像の光についても言え
る。
眼に行かず、また右側の画像を表示した光が左側の眼に
入らないように、遮光部材を左右両眼の光学系の間に設
けることが必要である。但し3としてミラーを用いる場
合にはクロストークが生じないため、遮光部材は必要な
い。また光学系の構成を従来例の図6のようにクロスト
ークが起きないような配置としてもよい。
像を表示する必要はなく、左右のLCDに視差のある画
像を表示させることで、立体画像を観察者に視認させる
ことも可能である。この場合も虚像面が観察者を取り囲
む有限距離の球面であることより、より臨場感の大きな
立体画像を表示することができる。
目を中心とする半径1000mmの球面の例を示した。
しかしながら表示画像が横長の画像、例えばHDサイズ
やパノラマサイズの画像である場合には、虚像面は球面
であるよりも観察者を取り囲む円筒面であることが望ま
しい。更に取り込み効果を強調するためには、虚像面が
観察者から余り離れていない方が好ましい。
眼に対する各虚像面がずれておらず、お互いに形状、位
置ともに一致していることが望ましい。
上の事項を勘案し虚像面を円筒面で構成したものであ
る。図中、実施例1と同一の構成要素については図1と
同一の番号が付されている。以下、実施例1と共通の作
用を持つものについては説明を省略し、本実施例独自の
項目について説明する。
対応する光学系が示されている。図は図1と同様に観察
者を頭上から見下ろした形でかかれており、9が観察者
の顔の対称面である。9はまた本装置の右側を示す対称
面でもある。Bは右眼と左眼の中点である。
面に垂直な方向には曲率を持たず、紙面内の方向につい
ては中点Bを中心とする半径BCの円で、全体として円
筒面を形成している。
る。不図示の右眼に対する部分は対称面9に対して対称
である。Bが9上にある点なので、右眼に対する虚像面
は左眼に対する虚像面5と同じく、図2の紙面に垂直な
方向には曲率を持たず、紙面内でBを中心とする半径B
Cの円である円筒面となる。
のレンズ系が2である。レンズ系2は本実施例では2−
11〜14の4枚のレンズで構成されている。第1のレ
ンズ2−11は両面とも球面のレンズ、第2レンズ2−
12は左側の面が紙面に垂直な方向に曲率を持たず、紙
面内の方向に曲率を持つシリンドリカル面で、右側の面
は球面であるレンズである。
で、右側の面が紙面に垂直な方向に曲率を持たず、紙面
内の方向に曲率を持つシリンドリカル面であるレンズ、
第4レンズ2−14は両面球面のレンズである。レンズ
系2は全体として非点収差がなく、LCD1上の点を紙
面に垂直な断面と、紙面内にある断面の2つの方向に関
し同一の状態で結像するように設定が行われる。
面に垂直な断面の結像に関してはペッツバール和がほぼ
0、紙面内断面の結像に関してはペッツバール和がほぼ
1/300mm-1となるように、レンズ系2の硝材及び
曲率が設定される。また第2レンズ2−12、第3レン
ズ2−13及び第4レンズ2−14は図2の紙面内の上
下方向に異なる量偏心されて配置され、結果として虚像
面5は紙面内の断面で点Bを中心とする円となる。
全く同じやり方で虚像面を図2の紙面内の方向に曲率を
持たず、紙面内では点Bを中心とする半径BCである円
筒面とすることができる。従って右眼に対する虚像面と
左眼に対する虚像面5は完全に一致する。以上のように
虚像面を設定すれば、取り囲み効果により臨場感の大き
な画像を観察者に表示することができる。
左眼の中点Bが中心となる円とする円筒面とした。しか
しながら円の中心は観察者の顔の対称面9上のB以外の
点、例えば観察者の頭の中心や、首の回転中心とするこ
とも可能である。その場合にはシリンドリカル面を含む
レンズ系2の結像点位置、及び紙面内断面の結像系のペ
ッツバール和や偏心量を条件に合うように設定すればよ
い。
状を持つ虚像面をシリンドリカル面を含む偏心レンズ系
とハーフミラーにより実現した。実施例3は実施例2の
円筒の虚像面をホログラムコンバイナーにより実現した
ものである。
れる虚像面や観察者が視認する画像は実施例2と同一で
ある。図中これまでの実施例と同一の部材については、
同じ番号が付されているため、共通の部分については説
明を簡略化もしくは省略する。
に装置は顔の対称面に対して左右対称である。このた
め、図には左眼に対応する部分のみを示し、右側の部分
は省略した。先ずLCD1が不図示の照明系により図3
の左下側から照明され、画像情報を持った光束11が発
生される。該光束11はホログラムコンバイナー10に
よって反射され、10のレンズ作用によって反射光束8
となって左眼4に入射する。ホログラムコンバイナー1
0のレンズ作用はまた、反射光束8を虚像面5上の各点
から発せられる光束であるかのように観察者に認識させ
る役目も行う。
拡大されて観察者に視認される。虚像面5は図2の実施
例2と同じく紙面と垂直な方向には曲率を持たず、紙面
内の方向については左眼4と不図示の右眼の中点Bを中
心とする半径BCの円である円筒面となっている。図3
における虚像面5は実施例2の虚像面と同一なため、取
り囲み効果により臨場感の大きな画像を観察者に表示す
ることができる。
が虚像面5を円筒面としている。即ちLCD1上の点A
1から出た光束はホログラムコンバイナー10の点A2
に入射し、A2における回折作用で虚像面5上の点A3
に虚像として結像される。
た光束はホログラムコンバイナー10の点B2に入射
し、B2における回折作用で虚像面5上の点B3に虚像
として結像される。従って、ホログラムコンバイナー1
0上にはLCD1上の各点からの光束が10に入射した
位置に、対応する円筒状の虚像面5上の点に虚像を形成
するように回折の格子が分布している必要がある。
ナー10は、必要な回折作用分布に応じて設定された位
相分布を持つ2光束波面を干渉させて焼きつけることに
より作成することができる。
ンバイナー10の作成方法の説明図である。ホログラム
感光材料18はガラスやプラスチックなどの基板17上
に貼り付け、または塗布されており、これに対して物体
光束14及び参照光束15が入射される。
作られ、両者の干渉縞が感光材料18に記録される。感
光材料としてはフォトポリマー、レーザーとしては波長
514.5nmのアルゴンイオンレーザーなどが典型的
である。勿論この他に例えば感光材料では、従来公知の
重クロム酸ゼラチンやポリビニルカルバゾール、銀塩感
光材料などが使用できることは言うまでもない。
光束14は焼きつけレンズ系16により屈折された光束
である。16は2枚のアナモルフィックレンズ12,1
3より構成されている。13は紙面に垂直な方向に曲率
を持たず、紙面内方向にのみ曲率を持つシリンドリカル
レンズであり、12は紙面に対する対称性を持つ曲面で
構成されたアナモルフィックレンズである。焼き付けレ
ンズ系16はホログラムコンバイナー10に必要な回折
作用が実現される位相分布となる物体光束14を発生さ
せるように設定される。
材料18に所定の現像処理を加えることでホログラムコ
ンバイナー10が作成される。図5は図4で形成された
物体光束14から球面波の成分を除いた非球面成分の位
相分布を等高線で示したものである。アナモルフィック
系特有の馬の鞍型の波面分布が形成されているのが分か
る。
ムコンバイナを用いることで、前述の円筒形の虚像面を
形成させることができる。本実施例は虚像面を紙面内断
面で円の中心が点B以外の点である円筒面にすること
や、円筒面以外の曲面、例えば球面や楕円面にする変形
例を容易に実現することができる。この場合にはホログ
ラムコンバイナー10を作成する焼き付け波面の位相分
布をそれらの条件に設定し直せばよい。
ナーは図4に示したように対抗する2光束で焼きつけら
れたリップマンホログラムである。従って感光材料18
の厚さを厚くすれば3次元格子の特徴である強い波長選
択性が得られ、図3に用いたホログラムコンバイナー1
0の持つ高い回折効率を持つ波長幅を非常に狭くするこ
とができる。
無視することのできる値にまで押さえることができる。
更に色収差を問題としなければならない場合には、図3
のLCD1を照明する不図示の照明系とLCD1の間に
干渉フィルタを配置し、照明光の波長幅を狭めて、10
での色収差発生を軽減させることも可能である。
などの画像発生器の画像情報を持った光束を光学系を介
して観察者の目に投光し、虚像として該観察者に表示す
る画像表示装置において、該虚像面を観察者を取り囲む
曲面とすることにより、観察者に対しより立体的で臨場
感、現実感の強い画像を表示することを可能とした。
ンバイナーの作成方法の説明図
相分布を示す図
Claims (6)
- 【請求項1】 画像発生器から発生された画像を表示す
る画像表示装置において、該画像の情報を持った光束を
観察者の目に投光するとともに虚像として該観察者に表
示する投光光学系を有し、該光学系によって形成される
虚像面を曲面とすることを特徴とする画像表示装置。 - 【請求項2】 前記形成される虚像面が観察者を取り囲
む曲面であることを特徴とする請求項1の画像表示装
置。 - 【請求項3】 前記形成される虚像面が円筒面であるこ
とを特徴とする請求項2の画像表示装置。 - 【請求項4】 前記形成される虚像面の曲率半径が、該
曲率を持つ断面内における前記投光光学系のペッツバー
ル和の逆数にほぼ等しいことを特徴とする請求項1の画
像表示装置。 - 【請求項5】 前記投光光学系がホログラムコンバイナ
ーであることを特徴とする請求項1の画像表示装置。 - 【請求項6】 前記形成される虚像面が球面であること
を特徴とする請求項2の画像表示装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18748093A JP3483274B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 画像表示装置 |
EP94110094A EP0632303B1 (en) | 1993-06-30 | 1994-06-29 | Image displaying apparatus |
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DE69427136T DE69427136T2 (de) | 1993-06-30 | 1994-06-29 | Bildwiedergabegerät |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18748093A JP3483274B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 画像表示装置 |
Publications (2)
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JPH0784208A true JPH0784208A (ja) | 1995-03-31 |
JP3483274B2 JP3483274B2 (ja) | 2004-01-06 |
Family
ID=16206817
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18748093A Expired - Fee Related JP3483274B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 画像表示装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3483274B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10301055A (ja) * | 1997-04-25 | 1998-11-13 | Sony Corp | 画像表示装置 |
JP2006209144A (ja) * | 2006-03-20 | 2006-08-10 | Sony Corp | 画像表示装置 |
WO2008149961A1 (en) * | 2007-06-01 | 2008-12-11 | Sharp Kabushiki Kaisha | Optical system and display |
WO2010061755A1 (en) * | 2008-11-28 | 2010-06-03 | Sharp Kabushiki Kaisha | Optical system and display |
-
1993
- 1993-06-30 JP JP18748093A patent/JP3483274B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2010526321A (ja) * | 2007-06-01 | 2010-07-29 | シャープ株式会社 | 光学システムおよびディスプレイ |
US8493520B2 (en) | 2007-06-01 | 2013-07-23 | Sharp Kabushiki Kaisha | Optical system and display that converts a flat image to a non-flat image |
WO2010061755A1 (en) * | 2008-11-28 | 2010-06-03 | Sharp Kabushiki Kaisha | Optical system and display |
CN102203660A (zh) * | 2008-11-28 | 2011-09-28 | 夏普株式会社 | 光学系统和显示器 |
US8780039B2 (en) | 2008-11-28 | 2014-07-15 | Sharp Kabushiki Kaisha | Optical system and display |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3483274B2 (ja) | 2004-01-06 |
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