JPH0829689A - 虚像観察装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像歪を有効に減少させることのできる虚像
観察装置を提供する。 【構成】 平面型画像表示装置と、表示装置の表示面に
対向して配置された凹面鏡とを備え、凹面鏡を用いて画
像表示装置の画像を拡大し投影させる虚像観察装置にお
いて、表示装置の表示面と凹面鏡との間に凸レンズを設
け、画像歪を有効に減少させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、虚像観察装置に係り、
より具体的には、平面型画像表示装置の表示面に近接し
たレンズを備え、画像表示装置の画像を拡大表示させる
虚像観察装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ビデオゲーム装置等に用いら
れるＣＲＴ等の画像表示装置及び凹面鏡を用いて画像を
拡大観察する虚像観察装置が知られている。

【０００３】図５に、凹面鏡を用いた従来の虚像観察装
置（ゲーム装置）の構成図を示す。図５において、従来
のゲーム装置は、凹面鏡１１２及びディスプレイ装置１
１４が取付固定されたゲーム機本体１００と、プレーヤ
１３０の座席１２４及び射撃装置１２６が設けられた基
台１２０とを備えている。前記基台１２０は、その四隅
をスプリング１２２を介してゲーム機本体１００に揺動
自在に取付固定されている。

【０００４】前記凹面鏡１１２は、その反射面がディス
プレイ装置１１４及びプレーヤ１３０と対向するように
配置されている。前記ディスプレイ装置１１４は、凹面
鏡１１２の中心軸１０１を対称線としてプレーヤ１３０
の視点１３２と凹面鏡１１２の中心Ｃとを結ぶ線１０３
と線対称となる線１０２上に、そのディスプレイ面１１
４ａの中心が位置するように配置されている。すなわ
ち、線１０３と中心軸１０１との交差する角度が、線１
０２と中心軸１０１との交差する角度と等しい角度αと
なるように配置されている。

【０００５】図５に示す従来の虚像観察装置における、
画像表示装置と、凹面鏡と、観察者との位置関係を簡略
化して図６に示す。これにより、ディスプレイ装置１１
４のディスプレイ面１１４ａにゲーム画像を表示させ、
このゲーム画像を凹面鏡１１２に向け投影すると、プレ
ーヤ１３０は凹面鏡１１２の後方に前記ゲーム画像が拡
大された虚像として見ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、凹面鏡
を用いた虚像観察装置で、画像表示装置の表示面が平面
若しくは平面に近い曲率半径を有している場合、又は凹
面鏡の曲率半径が大きい場合、観察される画像にボー歪
が生じ得る。より自然な画像を得るためにはかかるボー
歪を減少させることが必要となる。

【０００７】図７に、ボー歪の歪率の計算を説明するた
めの説明図を示す。図７に示すように、虚像観察装置に
よって拡大された画像表示面の横軸長をＡ、前記画像表
示面の縦枠の中心点の中心水平線からのずれをｘとした
場合、ボー歪率は、ｘ／Ａで定義される。

【０００８】図８に、虚像観察装置における、画像表示
装置の表示面１と、凹面鏡２と、観察者３との位置関係
を簡略化して示す。図８に示すように、画像表示装置の
画像表示面の中心を通り画像表示面に対して垂直な直線
の、面１の中心を通る水平線とのなす角度を、傾きＸ₁
と定義する。また、凹面鏡２についても同様で、凹面鏡
の中心を通り凹面鏡に対して垂直な直線の、面１の中心
を通る水平線とのなす角度を、傾きＸ₂ と定義する。ま
た、表示面１の中心を通る水平線からの、凹面鏡２の中
心点、観察者３の目の位置までの距離を、それぞれ偏心
Ｙ₂ 及びＹ₃ と定義する。更に、表示面１及び凹面鏡２
の曲率半径をそれぞれＲ₁ ，Ｒ₂ とし、表示面１、表示
面１と凹面鏡２との間の面間距離をＤ₂ 、凹面鏡２と観
察者３との間の面間距離をＤ₃ と定義する。

【０００９】以下に、従来の虚像観察装置の仕様（曲率
半径、面間距離、傾き、偏心）の第１の例を示す。 Ｒ₁ ＝無限大（平板型画像表示装置） Ｒ₂ ＝−１０００．０００［mm］ Ｄ₂ ＝ ２９４．０００［mm］ Ｄ₃ ＝ −８１５．０００［mm］ Ｘ₁ ＝ ２．４００［度］ Ｘ₂ ＝ ０．０００［度］ Ｙ₂ ＝ −３１．１００［mm］ Ｙ₃ ＝ ４７５．４００［mm］ 図９に、上記仕様により構成される従来の虚像観察装置
によって拡大投影された画像を示す。図９から明らかな
ように、上記仕様による虚像観察装置によって拡大され
た画像にはキーストン歪やボー歪が生じ、画像歪率が
０．０４８となり、観察者に自然な画像として認識され
ず、高画質が要求される場合に問題となる。

【００１０】また以下に、従来の虚像観察装置の仕様
（曲率半径、面間距離、傾き、偏心）の第２の例を示
す。 Ｒ₁ ＝−１０００．０００［mm］ Ｒ₂ ＝ ８９３．３００［mm］ Ｄ₂ ＝ ４１３．０５０［mm］ Ｄ₃ ＝ −６１１．７９０［mm］ Ｘ₁ ＝ １４．２００［度］ Ｘ₂ ＝ ０．０００［度］ Ｙ₂ ＝ １６０．８００［mm］ Ｙ₃ ＝ ４１８．７００［mm］ 図１０に、上記仕様により構成される従来の虚像観察装
置によって拡大投影された画像を示す。図１０から明ら
かなように、上記仕様による虚像観察装置によって拡大
観察された画像にも画像歪が生じ歪率０．０７８とな
り、観察者に自然な画像として認識されず、高画質が要
求される場合に問題となる。

【００１１】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、画像歪を有効に減少させることのできる
虚像観察装置を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そこで、上記問題点を解
決するため本発明による虚像観察装置は、平面型画像表
示装置と、当該表示装置の表示面に対向して配置された
凹面鏡とを備え、前記凹面鏡を用いて前記画像表示装置
の画像を拡大し投影させる虚像観察装置において、前記
表示装置の表示面と前記凹面鏡との間に凸レンズを設け
たことを特徴としている。

【００１３】

【作用】上記本発明の構成によれば、画像表示装置の表
示面と凹面鏡との間に凸レンズを設けて画像歪を補正し
ているので、画像歪を有効に減少させることができる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図面中、同一の構成要素には同一の参照番号を付
す。

【００１５】以下の実施例において画像表示装置の表示
面上の提示画像は、すべてアスペクト比が４：３（１．
３３３３３）で、画質についての判断基準は、ボー歪、
ピン歪を基準としている。また、以下の実施例における
傾きＸ₁ 並びにＸ₂ 、偏心Ｙ ₂ 並びにＹ₃ 、及び曲率半
径Ｒ₁ 並びにＲ₂ の定義については、図８に示す定義と
同様である。更に、レンズ４の傾き、前後曲率半径をそ
れぞれＸ₄ ，Ｒ₃ ，Ｒ ₄ と定義し、表示面と凸レンズと
の間の面間距離をＤ₄ 、凸レンズ４の厚みをＤ ₅ 、凸レ
ンズ４と凹面鏡２との間の面間距離をＤ₆ 、凹面鏡２と
観察者３との間の面間距離をＤ₇ と定義する。第１実施例 図１に、本発明の第１実施例による虚像観察装置におけ
る画像表示装置の表示面１と、凸レンズ４と、凹面鏡２
と、観察者３との間の位置関係を示す。

【００１６】以下に、第１実施例による虚像観察装置の
仕様、すなわち曲率半径、面間距離、傾き、偏心を示
す。 Ｒ₁ ＝無限大（平板型画像表示装置） Ｒ₂ ＝−１０００．０００［mm］ Ｒ₃ ＝ 無限大 Ｒ₄ ＝ ３４４．８００［mm］ Ｄ₄ ＝ ６．０００［mm］ Ｄ₅ ＝ ３０．０００［mm］ Ｄ₆ ＝ ２５８．０００［mm］ Ｄ₇ ＝ −８１５．０００［mm］ Ｘ₁ ＝ ２．４００［度］ Ｘ₂ ＝ ０．０００［度］ Ｘ₄ ＝ ２．４００［度］ Ｙ₂ ＝ −３１．１１５［mm］ Ｙ₃ ＝ ４７５．４３９［mm］ 図１に示す第１実施例は、従来の虚像観察装置の第１の
例の表示面と凹面鏡との間に凸レンズ４を設けたもので
ある。すなわち、画枠歪補正用の凸レンズ４を設けるこ
とによってボー歪を減少できるようにしている。なお、
凸レンズは、同一曲率のフレネルレンズでも代用するこ
とができる。

【００１７】また、図２に、第１実施例による虚像観察
装置によって拡大観察された画像を示す。図２から明ら
かなように、図９と比較して、第１実施例による虚像観
察装置によって拡大観察された画像のピン歪は著しく減
少する。図７を用いて説明したように、ボー歪率を求め
ると、０．０１４となる。図９では０．０４８であるか
ら、レンズ４を設けることによって歪率が更に０．０３
４減少し、画質が更に向上する。第２実施例 図３に、本発明の第２実施例による虚像観察装置におけ
る画像表示装置の表示面１と、第１及び第２凹面鏡２及
び３と、観察者４との間の位置関係を示す。

【００１８】以下に、第２実施例による虚像観察装置の
仕様、すなわち曲率半径、面間距離、傾き、偏心を示
す。 Ｒ₁ ＝−１０００．０００［mm］ Ｒ₂ ＝ ８９３．３００［mm］ Ｒ₃ ＝ １０００．０００［mm］ Ｒ₄ ＝ ４００．０００［mm］ Ｄ₂ ＝ ４１３．０５０［mm］ Ｄ₄ ＝ １０．０００［mm］ Ｄ₅ ＝ ３０．０００［mm］ Ｄ₆ ＝ ３７３．０５０［mm］ Ｄ₇ ＝ −６１１．７９０［mm］ Ｘ₁ ＝ １４．２００［度］ Ｘ₂ ＝ ０．０００［度］ Ｘ₄ ＝ １４．２００［度］ Ｙ₂ ＝ １６０．８００［mm］ Ｙ₃ ＝ ４１８．７００［mm］ 図３に示す第２実施例は、従来の虚像観察装置の第２の
例の表示面と凹面鏡との間に凸レンズ４（メニスカスレ
ンズ）を設けたものである。すなわち、画枠歪補正用の
凸レンズ４を設けることによって画像歪を減少できるよ
うにしている。

【００１９】また、図４に、第２実施例による虚像観察
装置によって拡大投影された画像を示す。図４から明ら
かなように、図１０と比較して、第２実施例による虚像
観察装置によって拡大投影された画像のキーストン歪や
ボー歪は著しく減少する。図７を用いて説明したよう
に、画像歪率を求めると、０．０３９となる。図１０で
は０．０７８であるから、レンズ４を設けることによっ
て歪率が更に０．０３９減少し、画質が更に向上する。

【００２０】更に、本実施例では凸レンズ４の代りに、
平面に近い形状で成形できる同一のＲ₃ ，Ｒ₄ を有する
性能のフレネルレンズを用いてもよいし、この際、サー
キュラーフレネルレンズでもよい。第３実施例 以下に、第３実施例による虚像観察装置の仕様、すなわ
ち曲率半径、面間距離、傾き、偏心を示す。これは、曲
率半径Ｒ₄ を−２０００［mm］とした場合の例である。

【００２１】 Ｒ₁ ＝ 無限大（平板型画像表示装置） Ｒ₂ ＝−１３００．０００［mm］ Ｒ₃ ＝ 無限大 Ｒ₄ ＝−２０００．０００［mm］ Ｄ₄ ＝ ６．０００［mm］ Ｄ₅ ＝ ８．０００［mm］ Ｄ₆ ＝ ２２２．９００［mm］ Ｄ₇ ＝ ６６１．５００［mm］ Ｘ₁ ＝ ０．０００［度］ Ｘ₂ ＝ −６．７２９［度］ Ｘ₄ ＝ ０．０００［度］ Ｙ₂ ＝ ０．０００［mm］ Ｙ₃ ＝ ６００．１００［mm］ 当該第３実施例による虚像観察装置によって拡大観察さ
れた画像のボー歪を図７を用いて説明したように求める
と、０．０３０となる。この値は、十分に許容範囲内で
ある。しかしながら、これ以上曲率半径Ｒ₄ の絶対値を
大きな値とすると、何等凸レンズによる補正の効果が得
られなくなる。したがって、曲率半径Ｒ ₄ の絶対値を２
０００［mm］とすることが本発明による虚像観察装置で
の画像歪の補正に有効である。第４実施例 以下に、第４実施例による虚像観察装置の仕様、すなわ
ち曲率半径、面間距離、傾き、偏心を示す。これは、曲
率半径Ｒ₄ を−２４０［mm］とした場合の例である。

【００２２】 Ｒ₁ ＝ 無限大（平板型画像表示装置） Ｒ₂ ＝−６００．０００［mm］ Ｒ₃ ＝ 無限大 Ｒ₄ ＝−２４０．０００［mm］ Ｄ₄ ＝ ６．０００［mm］ Ｄ₅ ＝ ２０．０００［mm］ Ｄ₆ ＝ ８４．５００［mm］ Ｄ₇ ＝ ７１０．５００［mm］ Ｘ₁ ＝ ０．０００［度］ Ｘ₂ ＝ −１．２３６［度］ Ｘ₄ ＝ ０．０００［度］ Ｙ₂ ＝ ０．０００［mm］ Ｙ₃ ＝ ３９８．４００［mm］ 当該第３実施例による虚像観察装置によって拡大観察さ
れた画像のボー歪を図７を用いて説明したように求める
と、０．０３２となる。この値は、十分に許容範囲内で
ある。しかしながら、これ以上曲率半径Ｒ₄ の絶対値を
小さな値とすると、いわゆるねじれの現象が生じる。す
なわち、このねじれの現象により、曲率半径Ｒ₄ の絶対
値を２４０［mm］未満とすると、左右の目でそれぞれ画
像を見た場合、水平面上での移動差は気にならず良好だ
が、上下的な差異が生じ不自然に感じて疲れ易くなる。

【００２３】したがって、上記第３及び第４実施例よ
り、曲率半径Ｒ₄ の絶対値を、２４０［mm］以上、２０
００［mm］以下とすることが好適である。

【００２４】

【発明の効果】本発明の構成によれば、画像表示装置の
表示面と凹面鏡との間に凸レンズを設けて画像歪を補正
しているので、画像歪を効果的に減少させることがで
き、更に高画質の虚像を観察することができる。

【００２５】なお、本発明は、平面型画像表示装置に限
らず、表示面が球面の画像表示装置であっても適用する
ことができ、球面の表示面に凸レンズを設けることによ
って同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による虚像観察装置におけ
る、画像表示装置の表示面１と、レンズ４と、凹面鏡２
と、観察者３との位置関係を示す図である。

【図２】本発明の第１実施例による虚像観察装置によっ
て拡大された画像を示す図である。

【図３】本発明の第２実施例による虚像観察装置におけ
る、画像表示装置の表示面１と、レンズ４と、凹面鏡２
と、観察者３との位置関係を示す図である。

【図４】本発明の第２実施例による虚像観察装置によっ
て拡大された画像を示す図である。

【図５】従来の虚像観察装置の構成図である。

【図６】図５に示す従来の虚像観察装置における画像表
示装置と、凹面鏡と、観察者との一般的位置関係を示す
図である。

【図７】ボー歪の歪率の計算を説明するための説明図で
ある。

【図８】虚像観察装置における、画像表示装置の表示面
１と、凹面鏡２と、観察者３との位置関係を示す図であ
る。

【図９】従来の虚像観察装置によって拡大投影された画
像を示す図である。

【図１０】従来の虚像観察装置によって拡大投影された
画像を示す図である。

【符号の説明】

１…表示面 ２…第１凹面鏡 ３…観察者 ４…凸レンズ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平面型画像表示装置と、当該表示装置の
   表示面に対向して配置された凹面鏡とを備え、前記凹面
   鏡を用いて前記画像表示装置の画像を拡大させる虚像観
   察装置において、 前記表示装置の表示面と前記凹面鏡との間に凸レンズを
   設けたことを特徴とする虚像観察装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の虚像観察装置におい
   て、 前記凸レンズとしてフレネルレンズを用いることを特徴
   とする虚像拡大装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の虚像観察装置におい
   て、 前記凸レンズの出射側の曲率半径Ｒが２４０≦Ｐ≦２０
   ００［mm］の範囲であることを特徴とする虚像拡大装
   置。