JPH10206786A

JPH10206786A - 頭部装着型の画像表示装置

Info

Publication number: JPH10206786A
Application number: JP9006579A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Kanayama; 秀行金山
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 1998-08-07

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化でき、また、画像のぼやけを軽減でき
る頭部装着型の画像表示装置を提供する。【解決手段】一枚の映像表示パネル１と、この映像表
示パネル１上の映像を左眼用映像と右眼用映像に分離す
るための分離手段と、前記分離手段にて分離された右眼
用映像を観察者の右眼に拡大して認識させる凹曲面ミラ
ー３と、前記分離手段にて分離された左眼用映像を観察
者の左眼に拡大して認識させる凹曲面ミラー５とを備え
るとともに、前記凹曲面ミラー３，５の像面湾曲を補正
するように前記１枚の映像表示パネル１が湾曲形成され
ていている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、頭部装着型の画像
表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来の頭部装着型の画像表示装
置の筐体部分を除いて主要部分の配置構成を示した説明
図である。観察者Ａの右眼Ｒの前方位置には、ハーフミ
ラー１０２および凹曲面ミラー１０３が設けられてお
り、観察者Ａの左眼Ｌの前方位置には、ハーフミラー１
０４および観察者Ａに対して凹状に形成された凹曲面ミ
ラー１０５が設けられている。ハーフミラー１０２，１
０４、及び凹曲面ミラー１０３，１０５は、それぞれ観
察者Ａの眼間距離に対応した距離だけ離れて配置されて
いる。前記ハーフミラー１０２，１０４の上方位置に
は、液晶パネル１１０ａとバックライト１１０ｂとから
なる映像表示パネル１１０、及び液晶パネル１１１ａと
バックライト１１１ｂとからなる映像表示パネル１１１
がそれぞれその映像表示面を下方に向けて配置されてい
る。

【０００３】映像表示パネル１１０に表示されている右
眼用映像は、ハーフミラー１０２により反射されて凹曲
面ミラー１０３に至り、映像表示パネル１１１に表示さ
れている左眼用映像はハーフミラー１０４により反射さ
れて凹曲面ミラー１０５に至る。前記凹曲面ミラー１０
３，１０５は、各映像光を右眼Ｒと左眼Ｌにそれぞれ導
くものであるが、その凹曲面形状によって各映像を拡大
する機能を発揮する。各凹曲面ミラー１０３，１０５に
て反射された映像光は、ハーフミラー１０２，１０４を
透過して観察者Ａの右眼Ｒと左眼Ｌにそれぞれ導かれる
（特開平５−３０３０５３号公報：ＩＰＣＧ０２Ｂ２
７／０２参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の頭部装着型の画像表示装置では、二枚の映像表示パ
ネル１１０，１１１を備えているため、装置が大型化す
るという欠点がある。また、凹曲面ミラー１０３，１０
５の曲面形状により、映像の中心と周辺でのピントにず
れが生じがちとなり、映像周辺で画像にぼやけが生じ易
くなる。特に、凹曲面ミラー１０３，１０５の曲率を大
きくして広視野角化を図ろうとすると、前記画像のぼや
けは更にその程度を大きくしてしまう。

【０００５】この発明は、上記の事情に鑑み、小型化で
き、また、画像のぼやけを軽減できる頭部装着型の画像
表示装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の頭部装着型の画
像表示装置は、上記の課題を解決するために、一枚の映
像表示パネルと、この映像表示パネル上の映像を左眼用
映像と右眼用映像に分離するための分離手段と、前記分
離手段にて分離された右眼用映像を観察者の右眼に拡大
して認識させる光学手段と、前記分離手段にて分離され
た左眼用映像を観察者の左眼に拡大して認識させる光学
手段とを備えたことを特徴とする。

【０００７】上記の構成であれば、右眼用および左眼用
にそれぞれ映像表示パネルを備える構成に比べ、装置の
小型化が図られ、頭部装着時の観察者に与える負担を軽
減することができる。

【０００８】前記一枚の映像表示パネルは、自発光素子
から成っていてもよい。また、前記一枚の映像表示パネ
ルは、バックライトと液晶パネルとから成っていてもよ
い。

【０００９】前記一枚の映像表示パネルは、前記光学手
段の像面湾曲を補正するように湾曲形成されていてもよ
い。かかる構成であれば、映像の中心と周辺でのピント
のずれによる映像周辺での画像ぼやけを解消でき、観察
者の目に与える負担が軽減される。更に、上記ぼやけを
解消しつつ広視野角化が図れることになる。また、前記
右眼用映像と左眼用映像とが観察者に立体映像を認識さ
せるための視差を有していてもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
に基づいて説明する。

【００１１】図１は、この発明の頭部装着型の画像表示
装置の筐体部分を除いて主要部分の配置構成の一例を示
した斜視図である。観察者Ａの右眼Ｒの前方位置には、
ハーフミラー２および凹曲面ミラー３が設けられてお
り、観察者の左眼Ｌの前方位置には、ハーフミラー４お
よび観察者Ａに対して凹状に形成された凹曲面ミラー５
が設けられている。ハーフミラー２，４、及び凹曲面ミ
ラー３，５は、それぞれ観察者Ａの眼間距離に対応した
距離だけ離れて配置されている。前記ハーフミラー２，
４の略中間上方位置には、一枚の映像表示パネル１がそ
の映像表示面を下方に向けて配置されている。

【００１２】前記一枚の映像表示パネル１に表示されて
いる映像は、この図では図示されていない分離手段にて
右眼用映像と左眼用映像に分離され、右眼用映像はハー
フミラー２により反射されて凹曲面ミラー３に至り、左
眼用映像はハーフミラー４により反射されて凹曲面ミラ
ー５に至るようになっている。なお、前記ハーフミラー
２，４は、斜めから入射してくる前記一枚の映像表示パ
ネル１からの左右映像光の間隔が広がらないように反射
すべく、それぞれ図の矢印方向に適当な角度傾けて配置
されている。前記凹曲面ミラー３，５は、各映像光を右
眼Ｒと左眼Ｌにそれぞれ導くものであるが、その凹曲面
形状によって各映像を拡大する機能を発揮する。各凹曲
面ミラー３，５にて反射された映像光は、ハーフミラー
２，４を透過して観察者の右眼Ｒと左眼Ｌにそれぞれ導
かれる。

【００１３】図２は、前記映像表示パネル１およびその
前面に設けられた分離手段としてのレンチキュラーレン
ズ６を示すとともに（ハーフミラーおよび凹曲面ミラー
は示していない）、左右に分離された映像が観察者Ａの
右眼Ｒおよび左眼Ｌにそれぞれ導かれる様子を簡略化し
て示した説明図である。レンチキュラーレンズ６は、映
像縦方向（図では紙面垂直方向）に長い蒲鉾レンズ素子
６ａ…を映像横方向に画素配列に対応したピッチで配置
して成るものである。なお、分離手段としては、上記の
レンチキュラーレンズ６に限らず、パララックスバリア
等を用いてもよいものである。

【００１４】映像表示パネル１は、前記凹曲面ミラー
３，５の像面湾曲を補正するように湾曲形成されてい
る。即ち、拡大光学系として凹曲面ミラー３，５を用い
ると、映像の中心と周辺でピントの合う位置が違ってく
る。また、映像を広視野角化しようとして凹曲面ミラー
３，５の曲率を大きくすればするほど、なおさらピント
の合う位置が違ってくる。そこで、映像の中心と周辺で
のピントの合う位置のずれを、映像表示パネル１の湾曲
形状によるパネル中心と周辺での光出射位置の相違にて
相殺させることで、映像のあらゆる位置でピントが合う
ようにしている。

【００１５】映像表示パネル１としては、バックライト
と液晶パネルとから成るものの他、自発光素子、例え
ば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子或いは有機又
は無機のエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子から成
るものを採用できる。後者の場合には、前者では必要な
バックライトが不要である点で、頭部装着型の画像表示
装置の小型化を図る点で極めて有利であるとともに、特
に、自発光素子については、自由曲面形成も容易である
ため、前述した湾曲形状を有する映像表示パネル１を実
現することに適している。

【００１６】映像表示パネル１をカラー映像表示可能に
構成する場合には、前記図２に示しているように、赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）用の画素を構成していけば
よい。なお、カラー表示可能な映像表示パネル１をＬＥ
Ｄ素子で構成する場合には、赤色発光部は赤色ＬＥＤ素
子で構成し、緑色発光部は緑色ＬＥＤ素子で構成し、青
色発光部は青色ＬＥＤ素子で構成すればよい。また、Ｅ
Ｌ素子とする場合も同様に構成すればよいが、その他の
構成として、例えば、紫外線を放出する紫外線放出層を
設けるとともに、この紫外線放出層上に、紫外線を吸収
して赤色光を放射する波長変換材料（例えば、亜鉛ポル
フィリン等）、紫外線を吸収して緑色光を放射する波長
変換材料（例えば、ベリリウム錯体等）、及び紫外線を
吸収して青色光を放射する波長変換材料（例えば、オキ
サジアゾール誘導体ＯＸＤ等）を配置したモノリシック
なアレイ構造でもよい。

【００１７】映像表示パネル１に映像が表示されると、
図２中のｒと記されている部分の画素列からの映像光
は、観察者Ａの右眼Ｒに、ｌと記されている部分の画素
列からの映像光は、観察者Ａの左眼Ｌに、それぞれ導か
れることになり、前記映像が通常の二次元映像であれば
観察者Ａは二次元映像を認識することになるが、上記ｒ
と記されている部分の画素列に表示する映像と、ｌと記
されている部分の画素列に表示する映像とにおいて、適
当な視差を持たせておくことにより、観察者Ａは立体映
像を認識することができる。

【００１８】上記の二次元映像および三次元映像に係わ
らず、上記の方法では、映像表示パネル１の画素を左眼
と右眼で分けるために、水平方向の解像度が低くなって
しまう。水平方向の解像度を向上させるには以下の構成
が考えられる。

【００１９】図３（ａ）の原理図（この図では、ハーフ
ミラーや凹曲面ミラーは省略してある）に示すように、
バックライトとしての自発光素子３１ａ…を２次元配列
して成る自発光素子アレイ３１と、前記自発光素子アレ
イ３１における縦ストライプ状（紙面垂直方向）の発光
位置を左右眼映像の表示切換タイミングに応じて変化さ
せる発光制御手段３２と、前記自発光素子アレイ３１の
光出射面側に配置され、自発光素子の配置ピッチに対応
して配置された複数個の蒲鉾レンズ素子３３ａ…から成
る分離手段としてのレンチキュラーレンズ３３と、前記
レンチキュラーレンズ３３の前方に配置された液晶映像
表示パネル３４と、前記液晶映像表示パネル３４に右眼
用映像と左眼用映像とを時間的に交互に切り替えて表示
させる表示制御手段３５とを備える。

【００２０】図３（ａ）では、液晶映像表示パネル３４
に右眼用映像が表示されているときの自発光素子アレイ
３１の発光状態（発光部分を斜線で示している。）およ
び各眼への光路等を示しており、同図（ｂ）では、液晶
映像表示パネル３４に左眼映像が表示されているときの
自発光素子アレイ３１の発光状態を示している。この図
から分かるように、右眼用映像および左眼用映像として
視差の無い映像を表示する場合には、二次元映像表示と
なり、右眼用映像および左眼用映像として視差を有する
映像を表示する場合には三次元映像表示となり、どちら
の場合も、水平方向の解像度は向上することになる。

【００２１】なお、上述した図３の構成において、液晶
表示パネル３４が図示しない凹曲面ミラーの像面湾曲を
補正するように湾曲形成されるとともに、この湾曲に対
応して前記レンチキュラー３３や自発光素子アレイ３１
も湾曲形成されている構成としてもよいものである。

【００２２】また、他の構成として、図４に示す構成
（この図では、ハーフミラーや凹曲面ミラーは省略して
ある）が考えられる。この図４の頭部装着型の画像表示
装置は、平面状のバックライト１１と、前記バックライ
ト１１の光出射側に配置され、縦ストライプ状の透光部
ｅ１と、遮光部ｅ２とを交互に形成し、これら透光部ｅ
１と遮光部ｅ２とを所定ピッチずつ移動させることがで
きる液晶シャッタ１２と、この液晶シャッタ１２の光出
射側に配置され、前記透光部ｅ１と遮光部ｅ２との各組
に対応した蒲鉾レンズ部１３ａ…を有して成るレンチキ
ュラーレンズ１３と、このレンチキュラーレンズ１３の
光出射側に配置された液晶表示パネル１４とを備える。

【００２３】前記の液晶シャッタ１２は、この実施の形
態では、高速応答性に優れた強誘電性液晶パネルを用い
ている。この液晶シャッタ１２は、例えば、透明ガラス
や透明樹脂から成る透明基板２ａ，２ｂ間に強誘電性液
晶層１２ｅを設けている。透明基板１２ｅ，１２ｂのう
ちの一方の内面側には、前記透光部ｅ１と遮光部ｅ２に
対応したピッチで透明導電膜がストライプパターン状に
形成され、他方の内面側には、透明導電膜がベタパター
ンで形成されている。透明基板１２ａ，１２ｂの各々の
外面側には、偏光板１２ｃ，１２ｄが貼付されている。
そして、表示制御手段３５は、前記液晶表示パネル１４
に左眼用映像と右眼用映像とを時間的に交互に形成さ
せ、透光部制御手段３２は、表示切替タイミングに同期
させて前記液晶シャッタ１２における透光部ｅ１と遮光
部ｅ２との所定ピッチ移動制御、即ち、ストライプパタ
ーン状の各透明導電膜に対する通電制御を行うようにな
っている。

【００２４】図４では、液晶シャッタ１２の透光部ｅ１
が観察者Ａの右眼Ｒに対応して形成されている状態を示
している。この状態で前記バックライト１１からの光は
前記透光部ｅ１を通り、前記レンチキュラーレンズ１３
の各蒲鉾レンズ部１３ａ…の集光作用にて右眼Ｒへと導
かれ、このタイミングで前記液晶表示パネル１４に右眼
用の映像を表示しておくことで、この右眼用の映像が右
眼Ｒへと導かれ、左眼Ｌへは前記遮光部ｅ２によって導
かれないことになる。そして、透光部ｅ１と遮光部ｅ２
とを丁度入れ代わるように移動させると、前記バックラ
イトからの光は所定ピッチずれた透光部を通り、前記レ
ンチキュラーレンズ１３の各蒲鉾レンズ部１３ａ…の集
光作用にて映像は左眼へと導かれ、このタイミングで液
晶表示パネル１４に左眼用の映像を表示しておくこと
で、この左眼用の画像が左眼へと導かれ、右眼へは所定
ピッチずれた遮光部にて導かれないことになる。これを
繰り返すことで、観察者Ａの右眼Ｒと左眼Ｌに右眼用の
映像と左眼用の映像が交互に導かれることになる。

【００２５】なお、上述した図４の構成において、液晶
表示パネル１４が図示しない凹曲面ミラーの像面湾曲を
補正するように湾曲形成されるとともに、この湾曲に対
応して前記レンチキュラー１３や液晶シャッタ１２も湾
曲形成されている構成としてもよいものである。

【００２６】図５は、ハーフミラーを不要にした頭部装
着型の画像表示装置における一方の眼用の構成部分を示
している。かかる構成であれば、ハーフミラー２，４を
具備しないので、更に小型化が図れることになる。な
お、この構成では、凹曲面ミラー３（５）に映像表示パ
ネル１からの映像光が斜めに入射することになるが、こ
の斜め入射による画像のぼやけを補正するように映像表
示パネル１に湾曲を持たせておくことにより、かかる斜
め入射による不具合を低減することが可能となる。

【００２７】また、以上説明した形態において、観察者
が映像とともに外界を見ることができるように、凹曲面
ミラー３，５がハーフミラーからなっていてもよいもの
である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、右眼用および左眼用にそれぞれ映像表示パネルを備
える構成に比べ、装置の小型化が図られ、頭部装着時の
観察者に与える負担を軽減することができる。更に、映
像表示パネルが湾曲形成されている構成であれば、映像
の中心と周辺でのピントのずれによる映像周辺での画像
ぼやけを解消でき、観察者の目に与える負担が軽減され
るとともに、映像周辺でのぼやけを解消しつつ広視野角
化が図れるという効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の頭部装着型の画像表示装置における
主要な構成部分を示した斜視図である。

【図２】この発明の映像表示パネルの前面に設けられた
レンチキュラーレンズによる映像分離の様子を示した説
明図である。

【図３】この発明の頭部装着型の画像表示装置におい
て、水平方向の解像度を向上させた構成の一例を示す原
理図である。

【図４】この発明の頭部装着型の画像表示装置におい
て、水平方向の解像度を向上させた構成の他の一例を示
す原理図である。

【図５】この発明の頭部装着型の画像表示装置におい
て、ハーフミラーを不要にした構成を示す原理図であ
る。

【図６】従来の頭部装着型の画像表示装置の原理図であ
る。

【符号の説明】

１映像表示パネル２ハーフミラー３凹曲面ミラー４ハーフミラー５凹曲面ミラー６レンチキュラーレンズ１４，３４液晶表示パネル１３，３３レンチキュラーレンズ１１バックライト３１自発光素子アレイ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一枚の映像表示パネルと、この映像表示
パネル上の映像を左眼用映像と右眼用映像に分離するた
めの分離手段と、前記分離手段にて分離された右眼用映
像を観察者の右眼に拡大して認識させる光学手段と、前
記分離手段にて分離された左眼用映像を観察者の左眼に
拡大して認識させる光学手段とを備えたことを特徴とす
る頭部装着型の画像表示装置。
【請求項２】前記一枚の映像表示パネルは、自発光素
子から成ることを特徴とする請求項１に記載の頭部装着
型の画像表示装置。
【請求項３】前記一枚の映像表示パネルは、バックラ
イトと液晶パネルとから成ることを特徴とする請求項１
に記載の頭部装着型の画像表示装置。
【請求項４】前記一枚の映像表示パネルは、前記光学
手段の像面湾曲を補正するように湾曲形成されているこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
の頭部装着型の画像表示装置。
【請求項５】前記右眼用映像と左眼用映像とが観察者
に立体映像を認識させるための視差を有していることを
特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の頭
部装着型の画像表示装置。