JPH09304736A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】立体感のある画像を大型化することなく表示で
きる装置を提供する。 【解決手段】第１の画像表示手段２からの画像表示光と
第２の画像表示手段３からの画像表示光とをコンバイナ
５により合成し、その合成された各画像表示光の光路を
光学系８により変更することで、第１の画像表示手段２
により表示される実画像の虚像と第２の画像表示手段３
により表示される実画像の虚像とを、観察者６の前方に
結像する。各虚像までの観察者６からの距離は、対応す
る実画像までの観察者６からの光軸に沿った距離よりも
長くされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像の表示装置に関
し、例えば、アミューズメント用やシミュレーション用
に立体感のある画像を表示するのに利用できる。

【０００２】

【従来の技術】従来の表示装置においては、表示画像が
遠方にあるように視認させる場合、表示装置そのものを
観察者から離して配置したり、表示された実画像の虚像
を観察者の前遠方に結像する光学系を設けていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の表示装置では、
距離感の異なる画像を同時に観察者に視認させることは
できなかった。そのため、立体感のある画像を表示する
ことができなかった。例えば、見かけ上は遠方位置にあ
る背景画像と、見かけ上は近接位置にある物体画像とを
同時に視認させることができれば、表示画像は立体感の
あるものになるが、従来の表示装置では、その背景と物
体とは観察者から同一距離にあるようにしか表示できな
かった。

【０００４】本発明は、上記問題を解決することのでき
る表示装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の表示装置は、第
１の画像表示手段と、第２の画像表示手段と、第１の画
像表示手段からの画像表示光と第２の画像表示手段から
の画像表示光とを合成するコンバイナと、その合成され
た各画像表示光の光路を変更することで、第１の画像表
示手段により表示される実画像の虚像と第２の画像表示
手段により表示される実画像の虚像とを、観察者の前方
に結像する光学系とを備え、各虚像までの観察者からの
距離は、対応する実画像までの観察者からの光軸に沿っ
た距離よりも長くされていることを特徴とする。

【０００６】本発明の構成によれば、第１の画像表示手
段からの画像表示光と第２の画像表示手段からの画像表
示光とは、コンバイナにより合成された後に光学系によ
り光路変更される。その光学系は、その各画像表示光の
光路を変更することで、各画像表示手段により表示され
る実画像の虚像を、観察者の前方に結像する。これによ
り、観察者は第１の画像表示手段により表示される実画
像の虚像と、第２の画像表示手段により表示される実画
像の虚像とを視認できる。その観察者から各虚像までの
距離は、各画像表示手段と、コンバイナと、光学系の相
対配置に応じて任意に設定できる。これにより、観察者
は距離感の異なる画像を同時に視認することができる。
しかも、各虚像までの観察者からの距離は、対応する実
画像までの観察者からの光軸に沿った距離よりも長くさ
れているので、観察者から一方の虚像までの距離と他方
の虚像までの距離との差を、装置を大型化することなく
無限に大きくできる。すなわち、立体感のある画像を装
置を大型化することなく表示できる。

【０００７】本発明の表示装置において、観察者から一
方の虚像までの距離と他方の虚像までの距離との差を変
化させることができるように、前記両画像表示手段の少
なくとも一方が前記光学系に対して相対移動可能とされ
ているのが好ましい。これにより、表示画像が近付いた
り遠ざかるように観察者に視認させることができる。

【０００８】さらに、観察者から一方の虚像までの距離
と他方の虚像までの距離との差の変化に応じて、少なく
とも一方の実画像を変化させることのできる手段を備え
るのが好ましい。これにより、表示画像が近付いたり遠
ざかるように観察者に視認させる場合に、その距離感の
変化に対応して一方の虚像と他方の虚像との大きさの比
を変化させることができ、より良く立体感を出すことが
できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。

【００１０】図１に示す表示装置１は、第１の画像表示
手段として背景表示スクリーン２を備え、第２の画像表
示手段として画像表示器３を備える。その背景表示スク
リーン２は、例えば、その表面に背景画像が描画された
ものや、別途設ける画像投影装置により背景画像が投射
されるものや、バックライト付液晶ディスプレイやブラ
ウン管ディスプレイのような画像生成装置により構成で
きる。その画像表示器３としては、例えば、バックライ
ト付液晶ディスプレイやブラウン管ディスプレイのよう
な画像生成装置により構成できる。

【００１１】その背景表示スクリーン２と観察者６との
間に、コンバイナ５としてハーフミラーが配置されてい
る。そのコンバイナ５は、その背景表示スクリーン２か
らの画像表示光を透過し、画像表示器３からの画像表示
光を反射することで、両画像表示光を合成する。

【００１２】そのコンバイナ５と観察者６との間に光学
系８が配置されている。この光学系８は凸レンズを構成
し、その合成された各画像表示光の光路を変更すること
で、背景表示スクリーン２により表示される実画像の虚
像と画像表示器３により表示される実画像の虚像とを、
観察者６の前方に結像する。

【００１３】その光学系８から背景表示スクリーン２ま
での光軸に沿った距離は、その光学系８の焦点までの距
離以下とされ、また、その光学系８から画像表示器３ま
での光軸に沿った距離は、その光学系８の焦点までの距
離以下とされている。なお、その光軸は、観察者６と背
景表示スクリーン２との間では一直線上にあり、観察者
６と画像表示器３との間ではコンバイナ５において直角
に屈曲するものとされている。これにより、背景表示ス
クリーン２により表示される実画像の虚像までの観察者
６からの距離は、その背景表示スクリーン２により表示
される実画像までの観察者６からの光軸に沿った距離よ
りも長くされ、また、画像表示器３により表示される実
画像の虚像までの観察者６からの距離は、その画像表示
器３により表示される実画像までの観察者６からの光軸
に沿った距離よりも長くされている。

【００１４】本実施形態では、その背景表示スクリーン
２により表示される実画像の虚像までの観察者６からの
距離は、画像表示器３により表示される実画像の虚像ま
での観察者６からの距離よりも長くされる。例えば、そ
の背景表示スクリーン２を光学系８の焦点位置に配置す
ることで、その背景表示スクリーン２により表示される
実画像の虚像までの観察者６からの距離は無限遠とされ
る。もちろん、その距離を有限の距離としてもよい。

【００１５】その観察者６から一方の虚像までの距離
と、その観察者６から他方の虚像までの距離との差を変
化させることができるように、その画像表示器３は光軸
方向（図１において上下方向）に移動可能とされてい
る。さらに、その画像表示器３は光軸方向に直交する面
内における直交２軸方向に移動可能とされている。本実
施形態では、その画像表示器３を支持する第１移動部材
１１に取り付けられたボールナット１２が、第２移動部
材１３に取り付けられたボールスクリュー１４にねじ合
わされ、そのボールスクリュー１４をモータ１５により
回転駆動することで画像表示器３は光軸方向に移動す
る。また、その第２移動部材１３に取り付けられたボー
ルナット１６が、第３移動部材１７に取り付けられたボ
ールスクリュー１８にねじ合わされ、そのボールスクリ
ュー１８をモータ１９により回転駆動することで画像表
示器３は光軸方向に直交する一方向に移動する。さら
に、その第３移動部材１７に取り付けられたボールナッ
ト２０が、ベース２１に取り付けられたボールスクリュ
ー２２にねじ合わされ、そのボールスクリュー２２をモ
ータ２３により回転駆動することで画像表示器３は光軸
方向に直交する別の一方向に移動する。

【００１６】その画像表示器３と各モータ１５、１９、
２３は制御装置２５に接続されている。その制御装置２
５は、その画像表示器３に画像を表示させるために画像
信号を送ると共に、その画像表示器３を移動させるため
に各モータ１５、１９、２３に駆動信号を送る。これに
より、その観察者６から一方の虚像までの距離と他方の
虚像までの距離との差が変化するように、その画像表示
器３を光軸方向（図１において上下方向）に移動させて
いる。また、その画像表示器３を光軸方向に直交する方
向に移動させている。また、観察者６から一方の虚像ま
での距離と他方の虚像までの距離との差の変化に応じ
て、画像表示器３による実画像を変化させている。本実
施形態では、画像表示器３をコンバイナ５に近接させる
場合は画像表示器３による実画像を拡大し、コンバイナ
５から離反させる場合は画像表示器３による実画像を縮
小している。なお、画像表示器３をコンバイナ５に近接
させる場合の実画像の拡大割合は、その際の光学系８に
よる虚像の拡大倍率の減少割合よりも大きくなるものと
され、画像表示器３をコンバイナ５から離反させる場合
の実画像の縮小割合は、その際の光学系８による虚像の
拡大倍率の増加割合よりも大きくなるものとされる。

【００１７】上記構成によれば、背景表示スクリーン２
からの画像表示光と画像表示器３からの画像表示光と
は、コンバイナ５により合成された後に光学系８により
光路変更される。その光学系８は、その各画像表示光の
光路を変更することで、その背景表示スクリーン２と画
像表示器３により表示される実画像の虚像を、観察者６
の前方に結像する。これにより、観察者は背景表示スク
リーン２により表示される実画像の虚像と、画像表示器
３により表示される実画像の虚像とを視認できる。その
観察者６から各虚像までの距離は、その背景表示スクリ
ーン２、画像表示器３、光学系８、および光学系８の相
対配置に応じて任意に設定できる。これにより、観察者
６は距離感の異なる画像を同時に視認することができ
る。しかも、各虚像までの観察者６からの距離は、対応
する実画像までの観察者６からの光軸に沿った距離より
も長くされているので、観察者６から一方の虚像までの
距離と他方の虚像までの距離との差を、装置１を大型化
することなく無限に大きくできる。すなわち、立体感の
ある画像を装置１を大型化することなく表示でき、無限
の距離感を表現することもできる。また、画像表示器３
を光軸方向に移動させることで、観察者６から一方の虚
像までの距離と他方の虚像までの距離との差を変化させ
ることができる。すなわち、画像表示器３をコンバイナ
５に近接させることで、その差を大きくして表示画像が
近付いているように観察者６に視認させることができ、
また、画像表示器３をコンバイナ５から離反させること
で、その差を小さくして表示画像が遠ざかっているよう
に観察者６に視認させることができ、無限の空間を物体
が高速に移動しているようにも見せることができる。さ
らに、画像表示器３を移動させることで、画像表示器３
がそれ程大きくなく、高精細でなくても、臨場感のある
表現が可能である。さらに、その差の変化に応じて画像
表示器３による実画像を変化させることで、表示画像が
近付いたり遠ざかるように観察者６に視認させる場合
に、その距離感の変化に対応して一方の虚像と他方の虚
像との大きさの比を変化させ、より良く立体感を出すこ
とができる。

【００１８】なお、本発明は上記実施形態に限定されな
い。例えば、画像表示器３ではなく背景表示スクリーン
２を光軸方向に移動可能としてもよく、あるいは、画像
表示器３と背景表示スクリーン２の双方を光軸方向に移
動可能としてもよい。あるいは、光学系８と画像表示器
３とを光軸方向に移動可能としてもよい。その移動手段
は上記実施形態のものに特に限定されない。また、画像
表示器３と背景表示スクリーン２の配置を逆にしてもよ
い。また、光学系は凸レンズにより構成されるものに限
定されず、各画像表示手段により表示される実画像の虚
像を観察者の前方に結像でき、各虚像までの観察者から
の距離を、対応する実画像までの観察者からの光軸に沿
った距離よりも長くできればよく、例えば凹面鏡により
構成してもよい。

【００１９】

【発明の効果】本発明の表示装置によれば、立体感のあ
る画像を装置を大型化することなく表示できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の表示装置の構成説明図

【符号の説明】

２ 背景表示スクリーン ３ 画像表示器 ５ コンバイナ ６ 観察者 ８ 光学系 ２５ 制御装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の画像表示手段と、 第２の画像表示手段と、 第１の画像表示手段からの画像表示光と第２の画像表示
   手段からの画像表示光とを合成するコンバイナと、 その合成された各画像表示光の光路を変更することで、
   第１の画像表示手段により表示される実画像の虚像と第
   ２の画像表示手段により表示される実画像の虚像とを、
   観察者の前方に結像する光学系とを備え、 各虚像までの観察者からの距離は、対応する実画像まで
   の観察者からの光軸に沿った距離よりも長くされている
   ことを特徴とする表示装置。
2. 【請求項２】 観察者から一方の虚像までの距離と他方
   の虚像までの距離との差を変化させることができるよう
   に、前記両画像表示手段の少なくとも一方が前記光学系
   に対して相対移動可能とされている請求項１に記載の表
   示装置。
3. 【請求項３】 観察者から一方の虚像までの距離と他方
   の虚像までの距離との差の変化に応じて、少なくとも一
   方の実画像を変化させることのできる手段を備える請求
   項２に記載の表示装置。