JPH11298924A - 頭部装着型ディスプレイ - Google Patents

頭部装着型ディスプレイ

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JPH11298924A
JPH11298924A JP10286598A JP10286598A JPH11298924A JP H11298924 A JPH11298924 A JP H11298924A JP 10286598 A JP10286598 A JP 10286598A JP 10286598 A JP10286598 A JP 10286598A JP H11298924 A JPH11298924 A JP H11298924A
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JP
Japan
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color shift
data
memory
line
optical system
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Application number
JP10286598A
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English (en)
Inventor
Naofumi Nakazawa
直文 中澤
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Sharp Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 頭部装着型ディスプレイおいて、虚像形成光
学系の色収差を電気的に補正するための回路に関する。 【解決手段】 A/Dコンバータ21、FIFO(Firs
t In First Out)ラインメモリ22、縦方向収差補正演
算部23、D/Aコンバータ24、メモリコントローラ
ー25、色ずれメモリ26から構成される。FIFOラ
インメモリ22からの出力は縦方向収差補正演算部23
に入力され、縦方向の色収差の大きさによって補正演算
を行う。縦方向収差補正演算部23で計算されたデータ
は、液晶パネル27に入力するデータに変換するため、
D/Aコンバータ24に入力され、液晶パネル27に信
号を渡す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示素子に表
示した映像を、複数の反射屈折手投で構成された虚像形
成光学系を用いて拡大し、観察者に虚像を提示する頭部
装着型ディスプレイに関し、特に虚像形成光学系の収差
を電気的に補正するため回路を有する頭部装着型ディス
プレイに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、バーチャルリアリティー用、ある
いは、映像鑑賞用として、ヘルメット型、ゴーグル型の
頭部装着型ディスプレイが開発されている。頭部装着型
ディスプレイは、液晶等の画像表示素子に表示した映像
を、レンズやハーフミラー等から構成される虚像形成光
学系により拡大し、観察者に虚像を提示する。
【0003】このような従来の頭部装着ディスプレイの
虚像形成光学系には、収差が存在する。例えば、図11
に示すように、頭部装着ディスプレイが、画像表示素子
である液晶パネル52を凸レンズ51で拡大して見る構
成とする。図12は、収差に関する原理図であり、凸レ
ンズ51による色収差を示している。同図(A)は、通
常レンズ51の中心軸(光軸)Lを中心に液晶パネル5
2の四角画面のイメージを拡大した場合を示している。
同図(B)に示すように、色収差を補正しない場合は、
光学系を通過したR、G、B3色のそれぞれの色倍率が
異なるため、色のずれが発生する。この場合、画面の縦
に対する中心線X及び横に対する中心線Yに対して対称
にR、G、B3色がずれる。
【0004】このような収差を補正する機能を有する頭
部装着ディスプレイは、例えば、特開平9−61750
号公報に開示されているように、画像のデジタル信号を
記録するためのフレームメモリと、複数の係数を指定で
きる2次元フィルタと、色収差を補正するためのアドレ
ス変換の変換係数と2次元フィルタの係数をROMある
いはRAMに記憶したルックアップテーブルとから構成
されたものがある。
【0005】次に、この頭部装着ディスプレイの補正動
作についての概略を説明する。画像信号における水平同
期信号と垂直同期信号とにより、フレームメモリのデー
タの書き込み、読み出しを行うアドレスカウンタのタイ
ミングを発生する。アドレスカウンタによるライトアド
レスに従って、画像データをフレームメモリに書き込
む。フレームメモリは、RGBの3色分のメモリ空間か
ら構成され、各画素毎のRGBデータが書き込まれる。
【0006】ROMあるいはRAMで構成されたルック
アップテーブルに記憶されている収差補正用のアドレス
変換係数に従って、各画素のアドレス変換を行ってリー
ドアドレスを算出し、フレームメモリからデータを読み
出す。読み出した画像データを、人間の視覚特性を考慮
して収差補正をする2次元フィルタに入力してさらに補
正し、液晶パネルに表示する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の頭部装着型ディ
スプレイは、図2(B)に示したように、R、G、Bが
3色画面の中心線X,Yに対して対称にずれているの
で、中心線X,Yからの距離でずれを考えると、R,
G,Bの各ずれ量は、中心線Xの上下、及び中心線Yの
左右では、変わらない。しかし、色収差補正を電気的に
行う場合、各画素に対して水平同期信号、垂直同期信号
に合わせて順に処理を行う。そのため、中心線Xの上
下、及び中心線Yの左右では、RGBのずれる順番が逆
転してしまう。しかも、ずれ量も画素の位置によって1
様ではない。画像フレームを記憶できる容量を持つフレ
ームメモリを用い、1フレームの各画素に対してそれぞ
れ色収差補正係数をもとめ、電気的に行う必要があり、
これをルックアップテーブルに記憶しておく。こうし
て、補正のための画像処理が複雑化して回路規模が大き
くなり、部品搭載の基板自体の重さが増加し、ケースや
機構が重量アップしてしまう傾向があった。頭部装着型
ディスプレイにおいては、重量が数十グラム重たくなる
程度で装着感に顕著な差があらわれるので、できるかぎ
り軽いほうがよい。
【0008】本発明の目的は、複雑な補正処理を避け、
小さな回路規模で虚像形成光学系の収差を電気的に補正
することを可能とした頭部装着型ディスプレイを提供す
ることである。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、映像
を表示する画像表示素子と、色収差によるRGBの色ず
れを画像の縦方向に一定の順番に発生させて、前記画像
表示素子に表示した映像を拡大し、観察者に虚像を提示
する虚像形成光学系と、前記虚像形成光学系の縦方向の
色ずれ量をライン単位で記憶する縦色ずれ記憶手段と、
入力画像信号をデジタルに変換するためのA/D変換手
段と、デジタルに変換された前記入力画像信号を、RG
Bごとに、前記色ずれ量を含むライン数まで記録するラ
インメモリと、前記色ずれ記憶手段から出力された色ず
れ量に基づいて、色ずれを補正するRGBデータを前記
ラインメモリから読み出し、適正な値に補正する補正算
出手段とを備え、補正したRGBデータで前記画像表示
素子を駆動することを特徴とする頭部装着型ディスプレ
イである。
【0010】請求項2の発明は、請求項1記載の頭部装
着型ディスプレイであって、前記補正算出手段は、色ず
れ量が整数値ではない場合、色ずれ補正値に近接する2
つの異なるラインのデータを前記ラインメモリから読み
出し、該データから補間法で補正データを求めることを
特徴とする。
【0011】請求項3の発明は、請求項1記載の頭部装
着型ディスプレイであって、前記虚像形成光学系の横方
向の色ずれ量を水平同期パルス単位で記憶する横色ずれ
記憶手段と、前記ラインメモリから前記横色ずれ記憶手
段に記憶されている色ずれ量だけずらしてRGBデータ
を読み出すメモリ制御手段とをさらに備えたことを特徴
とする。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の具体的な
形態を図面を参照して記述する。
【0013】図1は、本発明の虚像形成光学系の一例を
示す構成図である。この光学系は、凸レンズ12と凹面
鏡13からなる構成である。これら凸レンズ12は、レ
ンズ中心軸(光軸)で切断した半分の一方の部分を用い
ており、液晶パネル11を出た光は凸レンズ12を通っ
て拡大され、凹面鏡13で反射されて平行光線となって
観察者の目14に届く。詳しく述べると、観察者の瞳1
4の中心と画像表示素子である液晶パネル11の画面上
端中央または下端中央を結ぶ光路上に、反射屈折手段で
ある凸レンズ12の中心が配置されている。また、各反
射屈折手段である凸レンズと凹面鏡13の中心軸が、観
察者の瞳14の中心と液晶パネル11での画面中心を結
ぶ光路に村して傾斜しており、画面の縦方向のRGB色
収差の順番が一義的に決まっている。
【0014】図2は、虚像形成光学系の収差に関する原
理図であり、(A)に液晶パネルの画面枠、(B)に上
記光学系を通った光の色収差を示している。レンズ中心
軸(光軸)から半分の部分をなす凸レンズ12により、
色収差は従来のように画面の縦方向に対する中心線Xに
対象に色ずれを起こすのではなく、(B)に示すよう
に、R,G,Bが縦方向には一定の順に色ずれする。し
かし、横方向の中心線Yに対しては、従来のように対象
に色ずれをおこす。この光線をさらに、凹面鏡13で反
射して平行光線とする。
【0015】図3は、この色収差に対する電気的補正回
路のブロック図である。このブロック図は、頭部装着型
ディスプレイの1眼分の駆動回路を表したものであり、
A/Dコンバータ21、FIFO(First In First Ou
t)ラインメモリ22、縦方向収差補正演算部23、D/
Aコンバータ24、メモリコントローラー25、色ずれ
メモリ26から構成される。モノラル映像を表示する場
合は、D/Aコンバータ24からの出力を2分配して2
枚の液晶パネル27に入力する。立体映像を表示する場
合は、この回路が2回路分あり、D/Aコンバータ24
からの出力をそれぞれ2枚の液晶パネル27に入力す
る。この回路に入力される映像信号はあらかじめノンイ
ンターレスRGB信号となっているものを使用するもの
とする。
【0016】まず、虚像形成光学系におけるRGBの各
色収差による色ずれ量(ライン単位)を測定しておき、そ
の色ずれ量(ライン単位)を色ずれメモリ26に記憶す
る。例えば、基準をB信号とすると、B信号に対して
R、G信号がどの程度色ずれするかをライン単位で記録
する。さて、入力されたRGB信号は、FIFOライン
メモリ22に記録するためのデジタル信号に変換するた
めに、A/Dコンバータ21に入力される。そして、信
号がデジタル信号に変換され、FIFOラインメモリ2
2に入力される。FIFOラインメモリ22は、入力と
出力のタイミングが違うことを考慮にいれ、1ライン分
のメモリよりも少し大きな容量を必要とする。
【0017】ここで、FIFOラインメモリ22が4段
構成になっているのは、図1(B)のようにRGBの色
収差を補正するため、Rを2段のFIFOラインメモ
リ、Gを1段のFIFOラインメモリ、Bを1段のFI
FOラインメモリに格納する。これは、最大、縦方向に
Rが2ライン、Gが1ラインずれている場合に、R,G
をBのラインに合わせて補正できるようにするためであ
る。Bが0段でない理由は、B信号の入力信号と出力信
号のタイミングが異なる場合に対応するためである。こ
れよりずれが大きい場合は、それに合わせてFIFOラ
インメモリを増設すればよい。
【0018】そして、このFIFOラインメモリ22の
読み書きのタイミングをコントロールするのがメモリコ
ントローラー25で、これには水平同期信号H,垂直同
期信号Vと色ずれ量メモリ26のデータを使用する。ま
た、このメモリコントローラー25は横方向の色収差を
補正する働きをする。FIFOラインメモリ22からの
出力は縦方向収差補正演算部23に入力され、縦方向の
色収差の大きさによって補正演算を行う。縦方向収差補
正演算部23で計算されたデータは、液晶パネル27に
入力するデータに変換するため、D/Aコンバータ24
に入力され、液晶パネル27に信号を渡す。
【0019】つぎに、縦方向収差補正演算部23の構成
と動作について説明する。まず、図4を用いて、縦方向
収差補正演算部23の構成を説明する。この縦方向収差
補正演算部23は、セレクタ31と、R,G,Bの各補
間演算部32,33,34と、デコーダ35とから構成
される。
【0020】まず、色ずれ量メモリ26から読み出され
たデータ値はデコーダ35を通り、このデコード信号に
基づいてセレクタ31が補正計算に必要な画像入力信号
(RGB)を選択する。色ずれ量メモリ26は、R,
G,B信号のずれを、画面縦方向のライン単位で、記憶
している。デコーダ35は、色ずれ量メモリ26のデー
タをセレクタ31が選択できる信号にデコードし、セレ
クタ31はデコード信号からFIFOラインメモリ22
に記憶されている各ラインのR,G,B信号から補間計
算に必要な信号を選択する。選択された画像データは
R,G,Bそれぞれの補間計算部32,33,34に入
り、色ずれ量メモリ26の値により補間計算が成され
る。ここで、補間計算部32,33,34では、ライン
単位のずれが整数値でなかった場合に、各ラインのR,
G,B信号から、補間値を算出する。
【0021】次に、画面縦方向の色ずれ補正について説
明する。B信号の位置に合わせて収差補正を行う縦方向
収差補正演算部23の動作を中心説明する。
【0022】(1)縦方向に1ラインずつずらす場合 これは、R,G,Bの信号が、色収差により液晶パネル
27の1ラインずつ1様(一定のずれ量)にずれている
とする。この色収差(色ずれ)をBのラインに合わせて
補正する場合は、R−2,G−1,Bの画像データを出
力するようにすればよい。ここで、R−2は2ライン前
のR信号、G−1は1ライン前のG信号、Bは現在のラ
インのB信号を意味する。色ずれ量メモリ26には、
R、G、Bのずれ比率が2,1,0と記憶されている。
したがって、この時にFIFOラインメモリ22からセ
レクタで選ばれて補間計算部32,33,34に入力さ
れるデータはR−2,G−1,Bである。こうして、セ
レクトされたFIFOラインメモリ22の画像データは
補間計算部32,33,34において、ずれ量が整数で
あるので、特に補間処理を行う必要がないので、そのま
まD/Aコンバータ24に出力される。
【0023】(2)縦方向に1ラインより少なくずらす
場合 例えば、Rが1ライン、Gが0.5ラインだけ1様(一
定のずれ量)にずれているとする。このときは、色ずれ
メモリ26には、R、G、Bの色ずれ量が1,0.5,
0と記憶されている。したがって、セレクタ31がRG
Bの各信号の色収差補正に必要なR−1,G−1,G,
Bを選択し、各補間計算部32,33,34に出力す
る。R−1信号は、補間計算部32で処理されることな
く素通りし、出力される。G信号のずれ量は0.5であ
り、整数ではないので、G−1,Gの値から補間計算部
33で補間する必要がある。少数点の部分、すなわちず
れの割合をAとするならば、 Gout=G×A+(G−1)×(1−A) の式が成り立つ。ここで、A=0.5とすれば、Gou
tの値が算出できる。B信号は、B補間計算部34で処
理されることなく素通りし出力される。
【0024】(3)縦方向に1ラインより多くずらす場
合 例えば、液晶パネルの縦方向にRGB信号が1様に3ラ
インずれているとする。このときは、FIFOラインメ
モリ22を縦に必要なだけつなげることで補正処理を可
能とする。すなわち、RのFIFOラインメモリを6
個、GのFIFOラインメモリを3個、BのFIFOラ
インメモリを1個にして補正処理を実現する。処理自体
は、R−6とG−3とBの信号をセレクタ31で選択
し、各補間計算部32,33,34で計算せず、そのま
ま出力する。また、3ライン分の大きさをもつFIFO
を使用すれば、図2と同じ構成となる。
【0025】(4)縦方向のずれが一様でない場合 縦方向のずれが一様でない場合というのは、例えば、1
ライン目の信号が光学系を通して見るとRが4、Gが
2、Bが1ラインずれているが、10ライン目の信号を
光学系を通してみると、Rが2、Gが1、Bが0ライン
ずれているような場合をさす。このときはラインの位置
によるずれの違いを色ずれ量メモリ26にすべて記録し
ておき、ラインごとに計算方法を変えることで実現す
る。この例では、R信号のメモリを4個、G信号のメモ
リを2個、B信号のメモリを1個で構成し、1ライン目
を表示する時にはR−4,G−2,Bのデータを同時に
出力するようにして、10ライン目の時にはR−2,G
−1,Bのデータを出力するようにする。このように、
2〜9ラインも、色ずれメモリ26の色ずれ量に従っ
て、補正を行う。
【0026】次に、横方向の色ずれ補正について説明す
る。横方向の色収差が図5のように中心線Yから対称に
ずれているとする。図6(A)に示すように、通常、F
IFOラインメモリ22には、各ライン毎のRGBのデ
ータが格納されている。しかし、これをこの順に読み出
したのでは、色ずれのまま読み出すことになるので、図
7に示すように水平同期信号に同期して、色ずれを修正
するようにRGBをずらして読み出す。こうすることに
よって、図6(B)の順に読み出されることになるが、
色ずれは必ずしも水平同期信号に同期している訳ではな
いので、十分な補正ができない。そこで、色ずれメモリ
26には、あらかじめ虚像形成光学系の横方向の色ずれ
量が水平同期パルス単位で記憶されている。色ずれ量
は、整数とは限らない。この横方向の色ずれ量にしたが
って、図8に示すように、メモリコントローラ25が、
RGBを水平同期信号にあわせてデータを出力せずに、
収差の量分データ出力をずらす。こうして、横方向の色
ずれを補正するために、メモリコントローラー25から
各FIFOラインメモリ22に出力する読み出し信号
を、図9のようにずらす。
【0027】このメモリコントローラー25の動作を説
明する。図10は、メモリコントローラー25の動作を
示すフローチャートである。まず、垂直同期信号Vがメ
モリコントローラ25に入り、処理が始まる(ステップ
101)。1ドット分の色ずれメモリ26の内容(RG
Bデータの色ずれ量)を読み込む(ステップ102)。
そして、水平同期信号Hが入力されたら(ステップ10
3)、FIFOラインメモリ22に書込み信号を出力し
(ステップ104)、それから色ずれメモリ26の内容
分をずらしてFIFOラインメモリ22に読み出し信号
を出力する(ステップ105)。そして、ステップ10
2に戻り、次のドットの色ずれ量を読み込む。
【0028】こうして、画像の縦方向の色収差の量と横
方向の色収差を電気的に補正することができる。従っ
て、従来に比較し、膨大な補正係数を記憶するルックア
ップテーブルが不要で、1フレーム分の画像データを記
憶するフレームメモリの代わりに容量の少ないラインメ
モリを用いているので、回路規模を小さくできる。しか
も、補正処理も簡易化できるので、さらに従来より回路
規模を縮小できる。そのため、頭部装着型ディスプレイ
の小型軽量化に非常に有効である。
【0029】
【発明の効果】以上の述べたように請求項1の発明によ
れば、縦色ずれ記憶手段に記憶した前記虚像形成光学系
の縦方向の色ずれ量を含むライン数まで前記入力画像信
号をラインメモリに記憶し、色ずれ量に基づいて、色ず
れを補正するRGBデータを前記ラインメモリから読み
出し、適正な値に補正するので、映像の縦方向の色収差
のずれの補正は、複雑なルックアップテーブルやフレー
ムメモリが不要で、小型軽量化に非常に有効である。
【0030】請求項2の発明によれば、色ずれ量が整数
値ではない場合、補正算出手段は、色ずれ補正値に近接
する2つの異なるラインのデータを前記ラインメモリか
ら読み出し、該データから補間法で補正データを求める
ため、正確な補正データを求めることができる。
【0031】請求項3の発明によれば、前記虚像形成光
学系の横方向の色ずれ量を水平同期パルス単位で記憶す
る横色ずれ記憶手段と、前記ラインメモリから前記横色
ずれ記憶手段に記憶されている色ずれ量だけずらしてR
GBデータを読み出すメモリ制御手段と をさらに備え
たので、横方向の補正を行う回路を小型軽量に作成でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の虚像形成光学系の一例を示す構成図で
ある。
【図2】虚像形成光学系の収差に関する原理図である。
【図3】色収差に対する電気的補正回路のブロック図で
ある。
【図4】縦方向収差補正演算部23の構成を示すブロッ
ク図である。について説明する図
【図5】横方向の色収差を示す説明図である。
【図6】FIFOラインメモリの記憶・出力状態を示す
説明図である。
【図7】通常のFIFOラインメモリのデータ読み出し
信号を示すタイムチャートである。
【図8】本発明のFIFOラインメモリのデータ読み出
し信号を示す部分タイムチャートである。
【図9】本発明のFIFOラインメモリのデータ読み出
し信号を示す全体タイムチャートである。
【図10】メモリコントローラーの動作を説明するフロ
ーチャートである。
【図11】従来の虚像形成光学系の構成概略図である。
【図12】従来の虚像形成光学系の収差に関する原理図
である。
【符号の説明】
21 A/Dコンバータ 22 FIFOラインメモリ 23 縦方向収差補正演算部 24 D/A変換部 25 メモリコントローラー 26 色ずれメモリ 27 液晶パネル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G09G 3/36 G09G 3/36

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 映像を表示する画像表示素子と、 色収差によるRGBの色ずれを画像の縦方向に一定の順
    番に発生させて、前記画像表示素子に表示した映像を拡
    大し、観察者に虚像を提示する虚像形成光学系と、 前記虚像形成光学系の縦方向の色ずれ量をライン単位で
    記憶する縦色ずれ記憶手段と、 入力画像信号をデジタルに変換するためのA/D変換手
    段と、 デジタルに変換された前記入力画像信号を、RGBごと
    に、前記色ずれ量を含むライン数まで記録するラインメ
    モリと、 前記色ずれ記憶手段から出力された色ずれ量に基づい
    て、色ずれを補正するRGBデータを前記ラインメモリ
    から読み出し、適正な値に補正する補正算出手段と、 を備え、 補正したRGBデータで前記画像表示素子を駆動するこ
    とを特徴とする頭部装着型ディスプレイ。
  2. 【請求項2】 前記補正算出手段は、色ずれ量が整数値
    ではない場合、色ずれ補正値に近接する2つの異なるラ
    インのデータを前記ラインメモリから読み出し、該デー
    タから補間法で補正データを求めることを特徴とする請
    求項1記載の頭部装着型ディスプレイ。
  3. 【請求項3】 前記虚像形成光学系の横方向の色ずれ量
    を水平同期パルス単位で記憶する横色ずれ記憶手段と、 前記ラインメモリから前記横色ずれ記憶手段に記憶され
    ている色ずれ量だけずらしてRGBデータを読み出すメ
    モリ制御手段と、 をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の頭部装
    着型ディスプレイ。
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