JP2017044919A - Image display apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像表示技術に関するものである。 The present invention relates to an image display technique.
画像表示素子に表示された画像を、表示光学系を介して拡大表示させるＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）が良く知られている。ＨＭＤ等の画像表示装置は、多種多様の人種が装着可能で、かつ視認できることが望まれ、さらに装置全体の小型化、軽量化が要望されている。広画角画像を観察者に与えようとすると、光学系全体が大型化し、重量が重くなるという問題が発生する。そこで、大型化を緩和しようとすると光学系の射出瞳径を小さくする必要が出てくる。そのため、さまざまな瞳孔間距離（以後眼幅と記述）に対応することが難しくなり特定の観察者にしか適応できないことになる。特許文献１には、左右の接眼光学系と二次元画像表示素子を使用した画像表示装置において、左右の接眼光学系の鼻に干渉する部位を除去する技術が開示されている。
An HMD (Head Mount Display) that displays an image displayed on an image display element in an enlarged manner via a display optical system is well known. An image display device such as an HMD is desired to be wearable and visible by a wide variety of races, and further downsizing and weight reduction of the entire device are desired. If an attempt is made to give a wide-angle image to an observer, there arises a problem that the entire optical system becomes large and heavy. In order to alleviate the increase in size, it is necessary to reduce the exit pupil diameter of the optical system. For this reason, it is difficult to cope with various interpupillary distances (hereinafter referred to as eye width), and it can be applied only to a specific observer.
特許文献１では、左右の光学素子が鼻に干渉することなく、広画角な画像が得られる画像表示装置を提供している。光学素子の鼻側部分を削り落とすという技術を用いると、広画角で適度なアイレリーフと射出瞳径を確保する光学素子を実現すると同時に装着者の鼻と表示光学系との干渉を避けた形態を実現できる。しかしながら、本来除去部位を通る光線は失われ、光量が落ちることは否めない。また、左眼の光学素子は右下部を、右眼の光学素子は左下部を除去するという、左右それぞれの光学素子は鼻逃げ形状に沿った形で除去加工している。このため、左右の光学素子は同一のものでなく、別々の部品で構成されることになり、それぞれを別部品として製造するコストが増加していた。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、表示光学系の一部を除去することで生じる光量落ちに対し、光量落ちを緩和した画像表示技術を提供する。 The present invention has been made in view of such a problem, and provides an image display technique in which a light amount drop is reduced with respect to a light amount drop caused by removing a part of a display optical system.
本発明の一様態は、画像表示素子からの光束を光学素子を介して観察者の瞳に導く画像表示装置であって、前記光学素子は、前記画像表示素子からの光束の一部若しくは全部が前記観察者の瞳に導かれないように該光学素子の何れかの箇所に切り欠き部を有しており、前記画像表示素子は、前記切り欠き部により近い光束を発する該画像表示素子上の表示領域の輝度をより高くした表示画面を表示することを特徴とする。 One aspect of the present invention is an image display device that guides a light beam from an image display element to an observer's pupil via an optical element, wherein the optical element has a part or all of the light beam from the image display element. The optical display element has a notch at any location of the optical element so as not to be guided to the pupil of the observer, and the image display element emits a light beam closer to the notch. A display screen with a higher brightness in the display area is displayed.
本発明の構成によれば、表示光学系の一部を除去することで生じる光量落ちに対し、光量落ちを緩和した画像表示技術を提供することができる。 According to the configuration of the present invention, it is possible to provide an image display technique in which a light quantity drop is reduced with respect to a light quantity drop caused by removing a part of the display optical system.
以下、添付図面を参照し、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下説明する実施形態は、本発明を具体的に実施した場合の一例を示すもので、特許請求の範囲に記載した構成の具体的な実施例の１つである。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The embodiment described below shows an example when the present invention is specifically implemented, and is one of the specific examples of the configurations described in the claims.
［第１の実施形態］
本実施形態では、画像表示素子からの光束を光学素子を介して観察者の瞳に導く画像表示装置の一例について説明する。この画像表示装置において、光学素子は、画像表示素子からの光束の一部若しくは全部が観察者の瞳に導かれないように該光学素子の何れかの箇所に切り欠き部を有している。また、画像表示素子は、切り欠き部により近い光束を発する該画像表示素子上の表示領域の輝度をより高くした表示画面を表示する。
[First Embodiment]
In the present embodiment, an example of an image display apparatus that guides a light beam from an image display element to an observer's pupil via an optical element will be described. In this image display apparatus, the optical element has a cutout portion at any position of the optical element so that a part or all of the light beam from the image display element is not guided to the observer's pupil. Further, the image display element displays a display screen in which the luminance of the display area on the image display element that emits a light beam closer to the notch is higher.
先ず、本実施形態に係る画像表示装置において、観察者の右眼及び左眼に対して設けられた、画面を表示する画像表示素子及び該画像表示素子からの光束を観察者に導く光学素子について、図１を用いて説明する。なお、図１において、末尾にＬが付されている参照番号の構成要素は、観察者の左眼用の構成要素であり、末尾にＲが付されている参照番号の構成要素は、観察者の右眼用の構成要素である。これは他の図面についても同様である。 First, in the image display apparatus according to the present embodiment, an image display element that displays a screen and an optical element that guides a light beam from the image display element to the viewer, which are provided for the right and left eyes of the viewer. This will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the reference number component with L at the end is the component for the left eye of the observer, and the reference number component with R at the end is the observer. This is a component for the right eye. The same applies to the other drawings.
画像表示素子１０Ｌは、観察者Ｐの左眼ＥＬに提示するための画面（画像や文字）を表示するものであって、画像表示装置を用いて画像を観察している観察者Ｐの左眼ＥＬの前方に位置する。
The
プリズム体１１Ｌは、画像表示素子１０Ｌからの光束を、画像表示装置を用いて画像を観察している観察者Ｐの左眼ＥＬに導くためのものである。プリズム体１１Ｌは、画像表示装置を用いて画像を観察している観察者Ｐの左眼ＥＬの眼前（画像表示素子１０Ｌと左眼ＥＬとの間）に位置する。
The
このような画像表示素子１０Ｌとプリズム体１１Ｌとで、左眼用の表示光学系を構成する。
Such an
画像表示素子１０Ｒは、観察者Ｐの右眼ＥＲに提示するための画面（画像や文字）を表示するものであって、画像表示装置を用いて画像を観察している観察者Ｐの右眼ＥＲの前方に位置する。
The
プリズム体１１Ｒは、画像表示素子１０Ｒからの光束を、画像表示装置を用いて画像を観察している観察者Ｐの右眼ＥＲに導くためのものである。プリズム体１１Ｒは、画像表示装置を用いて画像を観察している観察者Ｐの右眼ＥＲの眼前（画像表示素子１０Ｒと右眼ＥＲとの間）に位置する。
The
このような画像表示素子１０Ｒとプリズム体１１Ｒとで、右眼用の表示光学系を構成する。
Such an
ここで、プリズム体１１Ｌにおいて、画像表示装置を用いて画像を観察している観察者Ｐの鼻Ｎ側に最も近い隅部１３Ｌ（図１では右下隅部であり、ハッチングをかけている領域）が切り欠かれている。また、プリズム体１１Ｒにおいて、画像表示装置を用いて画像を観察している観察者Ｐの鼻Ｎ側に最も近い隅部１２Ｒ（図１では左下隅部であり、ハッチングをかけている領域）が切り欠かれている。これにより、画像表示装置を用いて画像を観察している観察者Ｐの鼻Ｎとプリズム体１１Ｌ及び１１Ｒとの干渉を回避することができる。また、プリズム体１１Ｌにおいて左下隅部１２Ｌ（隅部１２Ｒと同じ側の隅部で、ハッチングをかけている領域）も切り欠かれており、プリズム体１１Ｒにおいて右下隅部１３Ｒ（隅部１３Ｌと同じ側の隅部で、ハッチングをかけている領域）も切り欠かれている。すなわち、一方のプリズム体において切り欠かれている部分に対応する他方のプリズム体の部分が切り欠かれている。これにより、プリズム体１１Ｌ及びプリズム体１１Ｒは同じ形状を有するプリズム体として形成することができ、従来のように、左眼用のプリズム体、右眼用のプリズム体、として別個に作成する必要はなく、生成コストを抑えることができる。
Here, in the
なお、画像表示素子１０Ｌ及び１０Ｒにおける表示制御は、ＣＰＵ等のプロセッサである制御部１００が、ＲＯＭやフラッシュＲＡＭ等のメモリ１２０に格納されているコンピュータプログラムやデータを用いて処理を行うことで達成される。もちろん、制御部１００及びメモリ１２０を別個のハードウェアとするのではなく、制御部１００及びメモリ１２０を一体化させた画像処理部としても構わない。また、この画像処理部を画像表示素子１０Ｌ及び１０Ｒのそれぞれに備えさせても構わない。
The display control in the
次に、表示光学系について図２を用いて説明する。なお、図２では、左眼用の表示光学系について説明するが、表示光学系は、左眼用のものであっても、右眼用のものであっても、その構成は同様であるから、図２を用いた表示光学系の説明は、右眼用の表示光学系にも同様に適用することができる。図２は、プリズム体１１Ｌを側面から見た場合の図（側面図）である。
Next, the display optical system will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the display optical system for the left eye will be described. However, the display optical system has the same configuration regardless of whether it is for the left eye or the right eye. The description of the display optical system using FIG. 2 can be similarly applied to the display optical system for the right eye. FIG. 2 is a diagram (side view) when the
プリズム体１１Ｌは主に、３つの大きな面であるＡ面１４、Ｂ面１５、Ｃ面１６の三面で構成されている。画像表示素子１０Ｌからの光束はＣ面１６を介してプリズム体１１Ｌの内部を透過し、Ａ面１４及びＢ面１５で反射することで該光束が表す画面を拡大している。Ｂ面１５で反射した光束（拡大された画面）は、Ａ面１４を介して左眼ＥＬに導かれる。
The
主光線１８ａは、画像表示素子１０Ｌの表示面の右下隅部を光源とする光線（画像表示素子１０Ｌの表示面の右下隅部における画素位置から発せられた光線）であり、主光線１８ａは、Ｃ面１６を介してプリズム体１１Ｌの内部を透過してＡ面１４で反射する。主光線１８ａはＡ面１４に対して浅い角度で入射するため、主光線１８ａはＡ面１４で全反射する。主光線１８ａのＡ面１４における反射光である主光線１８ｂはＢ面１５で反射する。Ｂ面１５は、その表面にアルミ蒸着膜を成膜しているため、主光線１８ｂはＢ面１５で反射する。主光線１８ｂのＢ面１５における反射光である主光線１８ｃは、Ａ面１４から射出され、光線１８として観察者の眼ＥＬへと導かれる。
The
図３は表示光学系を斜め上方向から観察した外観図である。図３では、左眼用の表示光学系について説明するが、表示光学系は、左眼用のものであっても、右眼用のものであっても、その構成は同様であるから、図３を用いた表示光学系の説明は、右眼用の表示光学系にも同様に適用することができる。 FIG. 3 is an external view of the display optical system observed obliquely from above. In FIG. 3, the display optical system for the left eye will be described. The display optical system has the same configuration regardless of whether it is for the left eye or the right eye. The description of the display optical system using 3 can be similarly applied to the display optical system for the right eye.
プリズム体１１Ｌの隅部１３Ｌを切り欠くことで形成されるプリズム体１１Ｌの面２０を鼻側除去面と呼称する。また、プリズム体１１Ｌの隅部１２Ｌを切り欠くことで形成されるプリズム体１１Ｌの面２１も鼻側除去面と呼称する。
The
主光線１９ａは、画像表示素子１０Ｌの表示面の左下隅部を光源とする光線（画像表示素子１０Ｌの表示面の左下隅部における画素位置から発せられた光線）であり、主光線１９ａは、Ｃ面１６を介してプリズム体１１Ｌの内部を透過してＡ面１４で反射する。主光線１９ａはＡ面１４に対して浅い角度で入射するため、主光線１９ａはＡ面１４で全反射する。主光線１９ａのＡ面１４における反射光である主光線１９ｂはＢ面１５で反射する。Ｂ面１５は、その表面にアルミ蒸着膜を成膜しているため、主光線１９ｂはＢ面１５で反射する。主光線１９ｂのＢ面１５における反射光である主光線１９ｃは、Ａ面１４から射出され、光線１９として観察者の眼ＥＬへと導かれる。
The
左眼ＥＬの位置から見て、プリズム体１１Ｌは左右対称形状を有していることから、主光線１９は、主光線１８と左右で対称の光路で左眼ＥＬへ導かれている。図４（ａ）は、点線Ｄで示した部分の拡大図である。
Since the
有効光束１８ｄは、主光線１８ｃを軸とする光束であり、主光線１８ｃに対応する画素（画像表示素子１０Ｌの表示面の右下隅部における画素位置の画素）の輝度を観察者Ｐの左眼ＥＬに与えるものである。
The
有効光束１８ｄ（主光線１８ｃ）に垂直な断面Ｂ−Ｂにおける該有効光束１８ｄの断面を図４（ｂ）に示しており、有効光束１８ｄ（主光線１８ｃ）に垂直な断面Ａ−Ａにおける該有効光束１８ｄの断面を図４（ｃ）に示している。
FIG. 4B shows a cross section of the
図４（ｃ）に示した有効光束１８ｄの断面において、鼻側除去面２０よりも右側の領域（ハッチングをかけている領域）で、鼻側除去面２０により有効光束１８ｄの一部が蹴られている。すなわち、このハッチングをかけている領域は、プリズム体１１Ｌの途中までは通過するものの、プリズム体１１Ｌの一部を除去したことによって、光線は途切れてしまい、観察者Ｐの左眼ＥＬには届かない光束である。本実施形態では、主光線１８ｃと鼻側除去面２０とが同一平面としているため、ハッチングをかけている領域の面積は、有効光束１８ｄの断面の面積の半分になっている。
In the cross section of the
図４（ｂ）に示した有効光束１８ｄの断面において、鼻側除去面２０よりも右側の領域（ハッチングをかけている領域）で、鼻側除去面２０により有効光束１８ｄの一部が蹴られている。すなわち、このハッチングをかけている領域は、プリズム体１１Ｌの途中までは通過するものの、プリズム体１１Ｌの一部を除去したことによって、光線は途切れてしまい、観察者Ｐの左眼ＥＬには届かない光束である。本実施形態では、主光線１８ｃと鼻側除去面２０とが同一平面としているため、ハッチングをかけている領域の面積は、有効光束１８ｄの断面の面積の半分になっている。
In the cross section of the
つまり、有効光束１８ｄの蹴られは、どの断面を取っても半分であり、主光線と鼻側除去面が平行であれば蹴られ量はどの断面でも同じである。したがって主光線と鼻側除去面とが平行な場合、上記のケースは、鼻側除去面として最も効率的である。
In other words, the kick of the
また、上記の通り、プリズム体１１Ｌは左右対称形状であるから、鼻側除去面２１側でも同様に、主光線１９ｃを軸とする有効光束の蹴られは、どの断面を取っても半分であり、主光線と鼻側除去面が平行であれば蹴られ量はどの断面でも同じである。
Since the
すなわち、プリズム体１１Ｌ及び１１Ｒの何れであっても、左下隅部及び右下隅部の何れでも有効光束の一部は観察者Ｐの眼には届かずに蹴られてしまい、その結果、該有効光束は、他の光束よりも低い輝度でもって観察者Ｐに知覚されてしまう。
That is, in any of the
ここで、画像表示素子に均一な白色画像を表示した場合に観察者がプリズム体を通して観察する画像の様子を図５に示す。これは、観察者Ｐの右眼、左眼の何れの眼に対しても同様の説明である。 Here, FIG. 5 shows a state of an image observed by the observer through the prism body when a uniform white image is displayed on the image display element. This is the same description for both the right eye and the left eye of the observer P.
図５に示す如く、観察者の眼に届く画像において、中央部から右下隅部ＶＲに近づくにつれ徐々に光量（輝度）が落ちていく。同様に、観察者の眼に届く画像において、中央部から左下隅部ＶＬに近づくにつれ徐々に光量（輝度）が落ちていく。図５では−１０％光量の境界Ａ、−２０％光量の境界Ｂ、−３０％光量の境界Ｃ、−４０％光量の境界Ｄ、−５０％光量の境界Ｅに区切って示している。ここで「−Ｘ％光量」とは、光源における光量に対する、観察者の眼に届く該光源における光量の落ち量を示したもので、光束の断面の面積に対し、上記の蹴られ量がどの程度であるのかの割合を示したものある。例えば、境界Ａ〜境界Ｂでは１０％光量落ちから２０％の光量落ちが観察され、画像中央部付近では光量落ちほとんどない状態である。この光量が落ちている理由は、上記の如く、有効光束の一部が鼻側除去面によって除去されたためである。 As shown in FIG. 5, in the image reaching the observer's eyes, the light amount (luminance) gradually decreases from the center to the lower right corner VR. Similarly, in the image that reaches the observer's eyes, the light amount (luminance) gradually decreases as it approaches the lower left corner VL from the center. FIG. 5 shows a boundary A of −10% light intensity, a boundary B of −20% light intensity, a boundary C of −30% light intensity, a boundary D of −40% light intensity, and a boundary E of −50% light intensity. Here, the “−X% light amount” indicates the amount of light fall in the light source that reaches the observer's eyes with respect to the light amount in the light source. It shows the ratio of the degree. For example, a light amount drop of 20% to 10% is observed at the boundary A to the boundary B, and there is almost no light amount drop near the center of the image. The reason for this decrease in the amount of light is that, as described above, part of the effective luminous flux has been removed by the nose side removal surface.
このような問題に対処すべく、本実施形態では図６に示す如く、画像表示素子の全領域１９９を境界Ａ〜Ｅで区切って分割領域２３〜２８に分割し、分割領域２３〜２８のそれぞれにおける表示輝度を、図５を用いて説明した光量落ちを軽減すべく制御する。
In order to cope with such a problem, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the
分割領域２３は、全領域１９９を境界Ａで区切った３つの領域のうちの最大の面積を有する領域（画像中央部を含む領域）である。分割領域２４は、境界Ａ及び境界Ｂで挟まれた領域である。分割領域２５は、境界Ｂ及び境界Ｃで挟まれた領域である。分割領域２６は、境界Ｃ及び境界Ｄで挟まれた領域である。分割領域２７は、境界Ｄ及び境界Ｅで挟まれた領域である。分割領域２８は、境界Ｅ及び全領域１９９の下辺及び左辺（下辺及び右辺）で囲まれた領域である。
The divided
そして、分割領域２３の表示輝度＜分割領域２４の表示輝度＜分割領域２５の表示輝度＜分割領域２６の表示輝度＜分割領域２７の表示輝度＜分割領域２８の表示輝度、となるようにそれぞれの分割領域の表示輝度を制御する。例えば、分割領域２３における表示輝度を規定の輝度レベルＬＶの１００％、分割領域２４における表示輝度を輝度レベルＬＶの１１１％、分割領域２５における表示輝度を輝度レベルＬＶの１２５％、としている。また、分割領域２６における表示輝度を輝度レベルＬＶの１４２％、分割領域２７における表示輝度を輝度レベルＬＶの１６６％、分割領域２８における表示輝度を輝度レベルＬＶの２００％、と設定する。もちろん、それぞれの分割領域における輝度レベルの数値はこれらの数値に限るものではない。
Then, the display luminance of the divided
然るに、上記の制御部１００は、外部から供給された画像を画像表示素子１０Ｌ（１０Ｒ）に表示する場合には、分割領域２３〜２８のそれぞれに属する画素の輝度値を該画素が属する分割領域に応じて変更してから表示する。上記の例では、分割領域２８に属する画素は、その輝度値を輝度レベルＬＶの２００％に変更してから表示し、分割領域２７に属する画素は、その輝度値を輝度レベルＬＶの１６６％に変更してから表示する。また、分割領域２６に属する画素は、その輝度値を輝度レベルＬＶの１４２％に変更してから表示し、分割領域２５に属する画素は、その輝度値を輝度レベルＬＶの１２５％に変更してから表示する。また、分割領域２４に属する画素は、その輝度値を輝度レベルＬＶの１１１％に変更してから表示し、分割領域２３に属する画素は、その輝度値を輝度レベルＬＶの１００％に変更してから表示する。
However, when the image supplied from the outside is displayed on the
画素の輝度レベルを変更して表示するためには、画素のデータを変更してから表示する方法や、画像表示素子の各画素に対するゲインを調整して表示する方法等、様々な方法があるが、如何なる方法を採用しても構わない。 There are various methods for displaying by changing the luminance level of the pixel, such as a method of displaying after changing the pixel data, and a method of adjusting and displaying the gain for each pixel of the image display element. Any method may be adopted.
このようにして、各分割領域に表示する画素の輝度値を該分割領域に応じて変更してから画像表示素子に表示した場合、プリズム体によって観察者Ｐの眼に導かれた画像において分割領域２３では、輝度がそのまま光量落ちがないまま観察される。また、分割領域２４については、その輝度が分割領域２３の輝度の1.11倍で表示されるものの、プリズム体を通過する途中で光量が１０％減衰するため、分割領域２４の輝度は分割領域２３の輝度とほぼ同じ輝度として観察される。他の分割領域２５、２６、２７、２８でも同様にそれぞれの領域の輝度はほぼ同じ輝度として観察される。このため、画面全体は同じ輝度として観察されることになり、画面を観察する観察者は輝度むらがない画像を観察することになるため、違和感を感じることがない。
Thus, when the luminance value of the pixel displayed in each divided area is changed according to the divided area and then displayed on the image display element, the divided area in the image guided to the eyes of the observer P by the prism body In 23, the luminance is observed as it is without any light loss. In addition, although the luminance of the divided
ここで、画像表示素子の各分割領域における輝度の補正量を決定する方法には様々な方法が考えられるが、その一例は以下の通りである。先ず、画像表示素子に一定光量（輝度ＬＣ）の白色画像を表示し、そして画像表示素子を複数の分割領域に分割した場合に、それぞれの分割領域について、プリズム体を通して得た輝度を測定する。そして、それぞれの分割領域について、（該分割領域の測定輝度／輝度ＬＣ）を、該分割領域における輝度の減衰率として求め、該減衰率の逆数を、該分割領域における増幅率として求める。そして、それぞれの分割領域について求めた増幅率を、該分割領域に対する輝度の補正値としてメモリ１２０に登録する。このような作業は予め行っておく。
Here, various methods can be considered as a method of determining the luminance correction amount in each divided region of the image display element, and an example is as follows. First, when a white image with a constant light quantity (luminance LC) is displayed on the image display element, and the image display element is divided into a plurality of divided areas, the luminance obtained through the prism body is measured for each divided area. Then, for each divided region, (measured luminance / luminance LC of the divided region) is obtained as the luminance attenuation rate in the divided region, and the reciprocal of the attenuation rate is obtained as the amplification factor in the divided region. Then, the amplification factor obtained for each divided region is registered in the
そして、制御部１００は、外部から供給された画像を画像表示素子に表示する場合には、分割領域毎に、該分割領域に属する画素の輝度値に「該分割領域についてメモリ１２０に登録している増幅率」を乗じて該輝度値を変更してから表示する。
Then, when displaying an image supplied from the outside on the image display element, the
すなわち、メモリ１２０には、左下隅部ＶＬ（右下隅部ＶＲ）への近さを複数の段階に分けた場合に、画像表示素子において該段階に属する領域の輝度を補正するための補正値を保持させておく。そして、画像表示素子に表示対象画面を表示する場合には、該表示対象画面において上記段階に属する画素の輝度を該段階についてメモリ１２０が保持している補正値を用いて補正してから表示する。なお、増幅率は分割領域毎に求めるのではなく、画素毎に求めても構わない。
That is, when the proximity to the lower left corner VL (lower right corner VR) is divided into a plurality of stages, the
また、プリズム体により減衰する領域の輝度をあげることで補正するのではなく、光量が最も減衰する領域を輝度の基準とし、他の領域の輝度を減らす（該領域からより遠い領域を、より低い輝度に変換する）ことで観察する画像の輝度を均一にしてもよい。 In addition, correction is not performed by increasing the luminance of the region attenuated by the prism body, but the region where the amount of light is attenuated most is used as a reference of luminance, and the luminance of other regions is reduced (the region farther from the region is lower The brightness of the image to be observed may be made uniform by converting to brightness.
このように、プリズム体に、観察者の鼻との干渉を回避するような切り欠き部を設けることで、様々な眼幅の観察者に対して鼻に干渉しない表示光学系とその表示光学系を適用した画像表示装置を提供することができる。また、このような切り欠き部を設けることで光量落ちする領域を有するような画像に対して、該領域に対応する画像表示素子上の領域の光量を光量落ちの度合いに応じて補正することで、表示画面全体が均一な映像を観察者に提供することができる。 In this way, by providing the prism body with a cutout portion that avoids interference with the observer's nose, a display optical system that does not interfere with the nose for observers with various eye widths and the display optical system Can be provided. In addition, for an image having a region where the amount of light falls by providing such a notch, the amount of light in the region on the image display element corresponding to the region is corrected according to the degree of the amount of light fall. An image with a uniform display screen can be provided to the observer.
［第２の実施形態］
第１の実施形態に係る画像表示装置は、観察者の左眼及び右眼の両方に対して表示光学系を有していたが、本実施形態に係る画像表示装置は、観察者の両眼のうち何れか一方の眼に対して表示光学系を有する。その場合、プリズム体の形状は、第１の実施形態で説明したプリズム体の形状とは異なるが、以下に説明する本実施形態に係るプリズム体に固有の問題によって、第１の実施形態と同様、光束の一部若しくは全部が観察者の眼に届かない。然るに本実施形態においても、第１の実施形態と同様に画像表示素子における領域毎の輝度補正が必要になる。
[Second Embodiment]
The image display apparatus according to the first embodiment has the display optical system for both the left eye and the right eye of the observer, but the image display apparatus according to the present embodiment is the binocular of the observer. A display optical system for any one of the eyes. In that case, the shape of the prism body is different from the shape of the prism body described in the first embodiment, but is similar to that of the first embodiment due to problems inherent in the prism body according to the present embodiment described below. Some or all of the luminous flux does not reach the observer's eyes. However, also in the present embodiment, the luminance correction for each region in the image display element is required as in the first embodiment.
以下では第１の実施形態との差分について重点的に説明し、以下で特に触れない限りは、第１の実施形態と同様であるものとする。これは第３の実施形態以降についても同様である。 In the following, differences from the first embodiment will be described mainly, and unless otherwise noted, the same as the first embodiment. The same applies to the third and subsequent embodiments.
本実施形態に係る画像表示装置の装着例を図７に示す。図７に示す如く、本実施形態では、画像表示装置を頭部装着型表示装置に適用した場合について説明する。頭部装着型表示装置１０１は、観察者Ｐの左眼ＥＬのみに対応する表示光学系を搭載した表示部１５０と、該表示部１５０を観察者Ｐの頭部に装着するための部材である装着部１６０と、を有する。この表示部１５０は装着部１６０に対して自在に取り外し可能になっている。
A mounting example of the image display apparatus according to the present embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 7, in the present embodiment, a case where the image display device is applied to a head-mounted display device will be described. The head-mounted
図８は、表示部１５０の内部に配置した表示光学系の一部であるプリズム体１１Ｌと画像表示素子１０Ｌの斜視図である。面取り部１７については図９を用いて以下に詳細に説明する。
FIG. 8 is a perspective view of the
図９は、プリズム体１１Ｌを中心光軸に沿って切断した中央断面図である。２９ａは画像表示素子１０の表示面から発する主光線で、その主光線を構成する光束の最外を通る光線のうち、最も上側を通過する光線を上光線２９ｂ、最も下側を通過する光線を下光線２９ｃとする。プリズム体１１Ｌは上記の通り、主に３つの大きな面であるＡ面１４、Ｂ面１５、Ｃ面１６の三面で構成されている。この三つの面は光学性能を決定付ける精度が高い面である。
FIG. 9 is a central cross-sectional view of the
面取り部１７は、Ａ面１４とＣ面１６とで構成される角部（上方の面及び前方の面の境界）での面取りである。この角部においては精度の高いＡ面１４とＣ面１６の二つの面が交わる稜線付近まで有効光束が接近している。プリズム体１１Ｌを成形する型はＡ面１４とＣ面１６との二つブロックに分かれる型割構造になっている。一般に型割部には微小な隙間が生じている。その微小な隙間に成形するときに溶けた材料が流れ込み、冷却後に隙間に流れた材料が固まり、バリが発生する。このバリは、薄くて脱落しやすい。製品を組み立てたあとにこのバリがはがれ、そのバリ片が画像表示素子１０Ｌとプリズム体１１Ｌとの間の結像面付近に留まると、有害な表示画像として視認されることがある。このような問題を回避するために、意図的に面取り部１７を設けてバリが発生しにくい型構造にしている。本実施形態の場合、面取り部１７はＡ面１４の有効領域とＣ面１６の有効領域とを跨いで構成しているため、この面取り部が無効光束部となる。すなわち、図９の場合、面取り部１７がなければ、上光線２９ｂはＣ面１６を介してプリズム体１１Ｌ内に入光し、その後、Ａ面１４及びＢ面１５で反射して、Ａ面１４を介して観察者Ｐの左眼ＥＬに導かれる。しかし、面取り部１７が存在するために、上光線２９ｂはプリズム体１１Ｌ内に入光することはなく、従って、観察者Ｐの左眼ＥＬに導かれることもない。
The chamfered
ここで、画像表示素子に均一な白色画像を表示した場合に観察者（左眼ＥＬ）がプリズム体を通して観察する画像の様子を図１０に示す。上記の如く、面取り部１７を設けたことで観察者Ｐの左眼ＥＬに導かれない光束が発生し、且つ面取り部１７はプリズム体の上部に設けられている。然るに、図１０に示す如く、観察者の眼に届く画像において、中央部から右上隅部ＷＲに近づくにつれ徐々に光量が落ちていく。同様に、観察者の眼に届く画像において、中央部から左上隅部ＷＬに近づくにつれ徐々に光量が落ちていく。図１０では−１０％光量の境界Ｆ、−２０％光量の境界Ｇ、−３０％光量の境界Ｈ、−４０％光量の境界Ｉ、−５０％光量の境界Ｊに区切って示している。例えば、境界Ｆ〜境界Ｇでは１０％光量落ちから２０％の光量落ちが観察され、画像中央部付近では光量落ちほとんどない状態である。
Here, FIG. 10 shows a state of an image observed by the observer (left eye EL) through the prism body when a uniform white image is displayed on the image display element. As described above, since the chamfered
このような問題に対処すべく、本実施形態では図１１に示す如く、画像表示素子の全領域１９９を境界Ｆ〜Ｊで区切って分割領域３０〜３５に分割し、分割領域３０〜３５のそれぞれにおける表示輝度を、図１０を用いて説明した光量落ちを軽減すべく制御する。
In order to cope with such a problem, in this embodiment, as shown in FIG. 11, the
分割領域３０は、全領域１９９を境界Ｆで区切った３つの領域のうちの最大の面積を有する領域（画像中央部を含む領域）である。分割領域３１は、境界Ｆ及び境界Ｇで挟まれた領域である。分割領域３２は、境界Ｇ及び境界Ｈで挟まれた領域である。分割領域３３は、境界Ｈ及び境界Ｉで挟まれた領域である。分割領域３４は、境界Ｉ及び境界Ｊで挟まれた領域である。分割領域３５は、境界Ｊ及び全領域１９９の上辺及び左辺（上辺及び右辺）で囲まれた領域である。
The divided
そして、分割領域３０の表示輝度＜分割領域３１の表示輝度＜分割領域３２の表示輝度＜分割領域３３の表示輝度＜分割領域３４の表示輝度＜分割領域３５の表示輝度、となるようにそれぞれの分割領域の表示輝度を制御する。例えば、分割領域３０における表示輝度を規定の輝度レベルＬＶの１００％、分割領域３１における表示輝度を輝度レベルＬＶの１１１％、分割領域３２における表示輝度を輝度レベルＬＶの１２５％、としている。また、分割領域３３における表示輝度を輝度レベルＬＶの１４２％、分割領域３４における表示輝度を輝度レベルＬＶの１６６％、分割領域３５における表示輝度を輝度レベルＬＶの２００％、と設定する。もちろん、それぞれの分割領域における輝度レベルの数値はこれらの数値に限るものではない。
The display luminance of the divided
然るに、上記の制御部１００は、外部から供給された画像を画像表示素子１０Ｌ（１０Ｒ）に表示する場合には、分割領域３０〜３５のそれぞれに属する画素の輝度値を該画素が属する分割領域に応じて変更してから表示する。上記の例では、分割領域３５に属する画素は、その輝度値を輝度レベルＬＶの２００％に変更してから表示し、分割領域３４に属する画素は、その輝度値を輝度レベルＬＶの１６６％に変更してから表示する。また、分割領域３３に属する画素は、その輝度値を輝度レベルＬＶの１４２％に変更してから表示し、分割領域３２に属する画素は、その輝度値を輝度レベルＬＶの１２５％に変更してから表示する。また、分割領域３１に属する画素は、その輝度値を輝度レベルＬＶの１１１％に変更してから表示し、分割領域３０に属する画素は、その輝度値を輝度レベルＬＶの１００％に変更してから表示する。
However, when the image supplied from the outside is displayed on the
このようにして、各分割領域に表示する画素の輝度値を該分割領域に応じて変更してから画像表示素子に表示した場合、プリズム体によって観察者Ｐの眼に導かれた画像において分割領域３０では、そのまま光量落ちがないまま観察される。また、分割領域３１については、その輝度が分割領域３０の輝度の1.11倍で表示されるものの、プリズム体を通過する途中で光量が１０％減衰するため、分割領域３１の輝度は分割領域３０の輝度とほぼ同じ輝度として観察される。他の分割領域３２、３３、３４、３５でも同様にそれぞれの領域の輝度はほぼ同じ輝度として観察される。このため、画面全体は同じ輝度として観察されることになり、画面を観察する観察者は輝度むらがない画像を観察することになるため、違和感を感じることがない。
Thus, when the luminance value of the pixel displayed in each divided area is changed according to the divided area and then displayed on the image display element, the divided area in the image guided to the eyes of the observer P by the prism body At 30, the observation is made without any light loss. Further, although the luminance of the divided
このように、プリズム体に設けた面取り部で、型割上バリが発生しない構成にすることができる。そしてこの面取り部による光束は、画像の光量落ちとなって視認されることになる。これに対し、このような面取り部を設けることで光量落ちする領域を有するような画像に対して、該領域に対応する画像表示素子上の領域の光量を光量落ちの度合いに応じて補正することで、表示画面全体が均一な映像を観察者に提供することができる。 In this way, the chamfered portion provided in the prism body can be configured such that no mold split burrs are generated. The light flux from the chamfered portion is visually recognized as a drop in the amount of light in the image. On the other hand, for such an image having a region where the amount of light falls by providing such a chamfered portion, the amount of light in the region on the image display element corresponding to the region is corrected according to the degree of the amount of light fall. Thus, an image with a uniform display screen can be provided to the observer.
［第３の実施形態］
本実施形態では、第１の実施形態で説明した構成を搭載した頭部装着型表示装置について説明する。すなわち、頭部装着型表示装置を装着した観察者の左眼及び右眼のそれぞれに対して、画像表示素子からの光束をプリズム体で拡大した画面を提供する。
[Third Embodiment]
In the present embodiment, a head-mounted display device equipped with the configuration described in the first embodiment will be described. That is, a screen in which the light beam from the image display element is enlarged by the prism body is provided for each of the left eye and the right eye of the observer wearing the head-mounted display device.
本実施形態に係る頭部装着型表示装置１の外観例を図１２に示す。頭部装着型表示装置１は、図１に示した構成を搭載した画像表示部５０と、画像表示部５０を観察者の頭部に装着するための部材である装着部６０と、を有する。
An appearance example of the head-mounted
画像表示部５０の構成例を図１３に示す。５１で示す部分、すなわち、右眼用の表示光学系の構成例を図１４に示す。なお、左眼用の表示光学系についても同様の構成を有している。
A configuration example of the
プリズム体１１ＲのＢ面１５において鎖線で示している領域３８にはアルミ蒸着膜が形成されており、Ｂ面１５に入光した光束のうち、領域３８に入光した光束のみが反射（全反射）され、領域３８以外の領域に入光した光束は反射されない。
An aluminum vapor deposition film is formed in a
また、頭部装着型表示装置を装着した観察者の右眼の瞳を検出する瞳測定部３７がＢ面１５の下方の領域３８の域外に備えられており、瞳測定部３７が観察者の右眼の瞳を検出する光線３６が透過する。瞳測定部３７の内部には観察者の右眼の瞳を撮影する撮影レンズ群が配置されており、瞳測定部３７によって撮影された画像は制御部１００に送出される。なお、瞳測定部３７の位置や向きなどは、該瞳測定部３７による撮影画像の中心位置が、該瞳測定部３７が属する表示光学系の光軸中心（プリズム体の射出瞳の中心座標）と一致するように予め調整されているものとする。制御部１００は、瞳測定部３７から受けた画像から瞳の輪郭を抽出し、該抽出した輪郭を用いて該瞳の中心位置、該画像の中心位置と該瞳の中心位置との差（ずれ量）、瞳径を算出する。
In addition, a
なお、制御部１００には、左眼用の表示光学系からも、観察者の左眼の瞳を含む画像が送出される。然るに制御部１００は、同様にして、該画像から瞳の輪郭を抽出し、該抽出した輪郭を用いて該瞳の中心位置、該画像の中心位置と該瞳の中心位置との差（ずれ量）、瞳径を算出する。
Note that an image including the pupil of the left eye of the observer is also sent to the
ここで、左眼用の表示光学系の瞳測定部３７から受けた画像の中心位置と、該画像中の瞳の中心位置と、がずれているような画像（瞳測定部３７による撮影画像）の一例を図１５に示す。制御部１００が図１５に示す画像を瞳測定部３７から受けると、瞳４５の輪郭４６を抽出し、該抽出した輪郭４６上の任意の位置に３点を設定し、該設定した３点の座標位置から、輪郭４６の中心位置（Ｐｘ，Ｐｙ）を求める。図１５では、この中心位置（Ｐｘ，Ｐｙ）は、画像の中心座標（Ｇｘ，Ｇｙ）からずれており、水平方向（ｘ軸方向）のずれ量をｄｘＬ、垂直方向（ｙ軸方向）のずれ量をｄｙＬと表している。本実施形態では、観察者の瞳の中心位置のずれ量として、水平方向のずれ量を求めるものとする。
Here, an image in which the center position of the image received from the
左眼用の表示光学系の瞳測定部３７から受けた画像の中心位置と、該画像中の瞳の中心位置と、が一致しているような画像（瞳測定部３７による撮影画像）の一例を図１６に示す。図１６では、ｄｘＬ＝ｄｙＬ＝０となっている。
An example of an image in which the center position of the image received from the
次に、画像表示部５０内に収容されている左眼及び右眼のそれに対する表示光学系とその周囲を構成している機構について、図１７を用いて説明する。
Next, the display optical system for the left eye and the right eye accommodated in the
プリズム体１１ＲのＢ面１５側の右端部と左端部にはガイドバー４０を軸支する軸受部４２が設けられている。また同様にプリズム体１１Ｒの下端部において、ガイドバー４１が嵌るU字状の突起４３が設けられてる。またプリズム体１１Ｒの下端中央部には眼幅調整操作部４４が設けられている。眼幅調整操作部４４は画像表示部５０の底面に突出していて、観察者はこの眼幅調整操作部４４を操作することで左右両眼の表示光学系５１の位置をガイドバーが伸延している方向に駆動可能となる。
３９は眼幅調整値を計測する眼幅計測部である。眼幅計測部３９は、ガイドバー４１近傍に設置され、プリズム体１１Ｌと一体的に動く。ガイドバー４１には細かいスリットが刻まれており、眼幅計測部３９からガイドバー４１に向けて赤外線を照射し、ガイドバー４１からの反射光を眼幅計測部３９の不図示の受光部にて検出している。該受光部は、スリットの有無を反射した赤外線で検出し、眼幅計測部３９は、そのパルス数をカウントすることでプリズム体１１Ｌの位置を計測している。なお、眼幅計測部３９は光反射型の測定器に限るものではなく、磁気式による計測や、電気抵抗の変化を読み取るものでもよい。また、左右の眼幅計測部３９同士の相対的な距離を測定してもよい。
以上説明した構成により、画像表示部５０は、以下の情報を取得することができる。
With the configuration described above, the
・ 観察者の左右の眼の瞳径φｄｎ
・ 観察者の左眼の瞳の位置と左眼用の表示光学系の光軸との相対的なズレ量ｄｘＬ
・ 観察者の右眼の瞳の位置と右眼用の表示光学系の光軸との相対的なズレ量ｄｘＲ
なお、表示光学系の射出瞳径φＤｐは設計値から既知である。
・ Pupil diameter φdn of the left and right eyes of the observer
A relative shift amount dxL between the position of the pupil of the left eye of the observer and the optical axis of the display optical system for the left eye
A relative shift amount dxR between the position of the pupil of the right eye of the observer and the optical axis of the display optical system for the right eye
The exit pupil diameter φDp of the display optical system is known from the design value.
そして制御部１００は、これらの情報を用いて、プリズム体の射出瞳内に観察者の瞳が入っている割合を求め、該求めた割合に応じて、画像表示素子に表示する画面の輝度補正を行う処理を、観察者の左右の眼について行う。
Then, the
プリズム体の射出瞳内に観察者の瞳の全体が入っている場合には、瞳に入る光線は蹴られることがないので、制御部１００は、第１の実施形態と同様に動作して、画像表示素子に表示する画面の輝度補正を行う。
When the entire pupil of the observer is within the exit pupil of the prism body, the light entering the pupil is not kicked, so the
プリズム体の射出瞳内に観察者の瞳が全く入っていない場合には、観察者の瞳を通過する光線はないので、画像を視認することはない。この場合は、制御部１００は、画像表示素子における画面表示を停止させる（例えば画像表示素子をスタンバイモードにして表示を停止させる）。
When the observer's pupil does not enter the exit pupil of the prism body, there is no light beam that passes through the observer's pupil, so the image is not visually recognized. In this case, the
プリズム体の射出瞳内に観察者の瞳が部分的に入っている場合には、その割合Ｗ＝Ｓ０／Ｓを求め、該求めた割合Ｗに応じて、画像表示素子に表示する画面の輝度補正を行う。Ｓ０，Ｓは上記の情報を用いて以下の式に従って求めることができる。 When the observer's pupil is partially included in the exit pupil of the prism body, the ratio W = S 0 / S is obtained, and the screen displayed on the image display element is determined according to the obtained ratio W. Perform brightness correction. S 0 and S can be obtained according to the following equations using the above information.
図１８に左眼側の表示光学系の射出瞳と観察者の左眼の瞳とが重なっている様子を示している。４５は観察者の左眼の瞳で、４８が左眼用の表示光学系の射出瞳を示している。Ｓ０は射出瞳と観察者の瞳とが重なっている部分の面積、Ｓは観察者の瞳の面積である。 FIG. 18 shows a state in which the exit pupil of the display optical system on the left eye side overlaps the pupil of the left eye of the observer. 45 is the pupil of the left eye of the observer, and 48 is the exit pupil of the display optical system for the left eye. S 0 is the area of the portion where the exit pupil and the observer's pupil overlap, and S is the area of the observer's pupil.
本実施形態では、画像表示素子上の各分割領域に対する補正値を、上記の割合Ｗごとにメモリ１２０に保持しており、割合Ｗが確定すると、制御部１００は、該確定した割合Ｗに応じた各分割領域の補正値を用いて第１の実施形態と同様にして輝度補正を行う。
In the present embodiment, the correction value for each divided region on the image display element is held in the
ここでは一例として、割合Ｗ＝７５％（全体の２５％の光量が観察者に届かない）場合における輝度補正について説明する。 Here, as an example, luminance correction when the ratio W = 75% (25% of the total amount of light does not reach the observer) will be described.
図５を用いて第１の実施形態で説明したように、観察者の眼に届く画像において、中央部から右下隅部ＶＲに近づくにつれ徐々に光量が落ちていく。同様に、観察者の眼に届く画像において、中央部から左下隅部ＶＬに近づくにつれ徐々に光量が落ちていく。この光量の落ち方やその数値は、上記の割合Ｗに応じても異なる。Ｗ＝７５％の場合、境界Ａ〜Ｅは、−３２．５％光量の境界Ａ、−４０％光量の境界Ｂ、−４７．５％光量の境界Ｃ、−５５％光量の境界Ｄ、−６２．５％光量の境界Ｅとなる。例えば、境界Ａ〜境界Ｅでは３２．５％光量落ちから６２．５％の光量落ちが観察され、画面中央付近での光量落ちは２５％である。この光量が落ちている理由は、有効光束の一部が鼻側除去面によって除去されたことによるものと、観察者の瞳とプリズム体の射出瞳との重なりが不完全であることによるものである。 As described in the first embodiment with reference to FIG. 5, in the image reaching the observer's eyes, the amount of light gradually decreases from the center to the lower right corner VR. Similarly, in the image reaching the observer's eyes, the amount of light gradually decreases from the center to the lower left corner VL. The way in which the amount of light falls and the numerical value thereof vary depending on the ratio W described above. When W = 75%, the boundaries A to E are a boundary A of −32.5% light intensity, a boundary B of −40% light intensity, a boundary C of −47.5% light intensity, a boundary D of −55% light intensity, and − The boundary E is 62.5% light quantity. For example, from boundary A to boundary E, a light intensity drop of 62.5% is observed from a light drop of 32.5%, and the light intensity drop near the center of the screen is 25%. The reason for this drop in light is that part of the effective luminous flux has been removed by the nose side removal surface and that the overlap between the observer's pupil and the exit pupil of the prism body is incomplete. is there.
このような問題に対処すべく、本実施形態では図６に示す如く、画像表示素子の全領域１９９を境界Ａ〜Ｅで区切って分割領域２３〜２８に分割し、分割領域２３〜２８のそれぞれにおける表示輝度を、図５を用いて説明した光量落ちを軽減すべく制御する。
In order to cope with such a problem, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the
具体的には、分割領域２３の表示輝度＜分割領域２４の表示輝度＜分割領域２５の表示輝度＜分割領域２６の表示輝度＜分割領域２７の表示輝度＜分割領域２８の表示輝度、となるようにそれぞれの分割領域の表示輝度を制御する。例えば、分割領域２３における表示輝度を規定の輝度レベルＬＶの１３３％、分割領域２４における表示輝度を輝度レベルＬＶの１４８％、分割領域２５における表示輝度を輝度レベルＬＶの１６６％、としている。また、分割領域２６における表示輝度を輝度レベルＬＶの１９０％、分割領域２７における表示輝度を輝度レベルＬＶの２２２％、分割領域２８における表示輝度を輝度レベルＬＶの２６７％、と設定する。これらの数値は、割合Ｗに応じて異なるため、割合Ｗごとに分割領域２３〜２８に対する補正値を予め取得してメモリ１２０に登録しておく。もちろん、それぞれの分割領域における輝度レベルの数値はこれらの数値に限るものではない。
Specifically, the display luminance of the divided
また、幾つかの割合Ｗについてのみ、分割領域２３〜２８に対する補正値を予め取得してメモリ１２０に登録しておくようにしても構わない。この場合、任意の割合Ｗ’に対する分割領域２３〜２８の補正値は、割合Ｗ’の近傍の割合についてメモリ１２０に登録されている補正値から補間により求めても構わない。
In addition, correction values for the divided
以降、外部から供給された画像を画像表示素子１０Ｌ（１０Ｒ）に表示する場合に制御部１００が行う輝度補正については、第１の実施形態と同様である。
Thereafter, the luminance correction performed by the
このようにして、各分割領域に表示する画素の輝度値を該分割領域に応じて変更してから画像表示素子に表示した場合、プリズム体によって観察者Ｐの眼に導かれた画像の各分割領域は、輝度がそのまま光量落ちがないまま観察される。このため、画面全体は同じ輝度として観察されることになり、画面を観察する観察者は輝度むらがない画像を観察することになるため、違和感を感じることがない。 Thus, when the luminance value of the pixel displayed in each divided region is changed according to the divided region and then displayed on the image display element, each division of the image guided to the eyes of the observer P by the prism body The area is observed with the luminance as it is without any light loss. For this reason, the entire screen is observed with the same luminance, and an observer who observes the screen observes an image having no luminance unevenness, and thus does not feel uncomfortable.
［第４の実施形態］
本実施形態では、第３の実施形態に係る頭部装着型表示装置に下記の構成を加えた頭部装着型表示装置について説明する。図１９は画像表示部５０を正面、側面、そして切断面Ｊ−Ｊでの断面を示した図である。
[Fourth Embodiment]
In the present embodiment, a head-mounted display device in which the following configuration is added to the head-mounted display device according to the third embodiment will be described. FIG. 19 is a diagram showing a cross section of the
４４は眼幅調整操作部で、プリズム体の下端に突出している。さらにその先端を左右にスライドするスライドスイッチ４７が備わっている。このスライドスイッチ４７は突起部である眼幅調整操作部４４を操作して眼幅調整を行い、眼幅調整の調整端まで動かし、観察者がさらに端の外側に調整しようとするときの状態を電気的に検知するためにある。
図２０はスライドスイッチ４７の構成を模式的に示した図である。４７ａは中央接点、４７ｂは右接点、４７ｃは左接点で、４７ｄはスライドスイッチ操作部である。
FIG. 20 is a diagram schematically showing the configuration of the
図２０（Ａ）はスライドスイッチ操作部４７ｄが初期状態にある場合を示している。この状態においてはスライドスイッチ操作部４７ｄは中央に位置していていずれの接点とも接していない。中央部から左右にスライドすることでそれぞれの位置で接点が入り、スライドしたことを検出する仕組みになっている。
FIG. 20A shows a case where the slide
図２０（Ｂ）はスライドスイッチ操作部４７ｄを右側に操作した場合を示している。図２０（Ｂ）に示す如く、中央接点４７ａが弾性変形して右接点４７ｂとつながり、電気的に接続された状態になっている。なお、中央接点４７ａはバネ性をもった材料で構成されており、スライドスイッチ操作部４７ｄの操作を中止すると中央位置に復帰する。またこの復帰バネのバネ圧は眼幅調整を行う操作力以上のバネ圧が設定されていて、通常の眼幅調整操作では動作しない。
FIG. 20B shows a case where the slide
図２０（Ｃ）はスライドスイッチ操作部４７ｄを左側に操作した場合を示している。図２０（Ｂ）と同様、中央接点４７ａが弾性変形して左接点４７ｃとつながり、電気的に接続された状態になっている。
FIG. 20C shows a case where the slide
以上の構成で観察者が眼幅調整を行う時の動作について説明する。いま、観察者の眼幅が眼幅調整範囲の範囲外であるとする。たとえば、観察者の眼幅が８０ｍｍ、観察者の瞳の直径が５ｍｍで、画像表示部５０の眼幅調整できる範囲が５５ｍｍ以上７０ｍｍ以下であり、プリズム体の射出瞳４８の直径が１０ｍｍである場合を想定する。図１８に示すように、観察者の瞳４５とプリズム体の射出瞳４８は重なっている部分がある。したがって、観察者の瞳４５に観察画像の光線が入り、観察画像を視認することができる。しかし、その重なり部分は観察者の瞳の半分以下の面積であることから、瞳に導かれる光束は半分以下である。観察者はより明瞭な画像を得ようと眼幅調整操作部４４を操作して眼幅調整を観察者の眼幅に合致させようと操作を続ける。しかしながら、眼幅調整機構として可動範囲は最大７０ｍｍであるため、それ以上眼幅調整操作部４４を操作しても眼幅調整できない。ここで過大な操作力が眼幅調整操作部４４に働くと、その操作力は眼幅調整操作部４４の先端に設けられているスライドスイッチ４７に伝えられ、スライドスイッチ４７がスライドする。左眼側のスライドスイッチ４７は中央接点４７ａと左接点４７ｃとが接続され、右眼側のスライドスイッチ４７は中央接点４７ａと右接点４７ｂが接続される。制御部１００は、左右のスライドスイッチ４７の接続状態を常時監視している。そして制御部１００は、左眼側のスライドスイッチ４７の状態が中央接点４７ａと左接点４７ｃとが接続し、または右眼側のスライドスイッチ４７の状態が中央接点４７ａと右接点４７ｂとが接続したときに割り込みの例外処理を行う。システムは操作者の眼幅が７０ｍｍを超えていると判断し、第１の実施形態と同様にして画像表示素子における輝度補正を行う。実際の光量落ちは観察者の瞳と射出瞳との重なりの割合で決定するパラメータになるが、本実施形態においては簡略化のため予め定められた規定値に決めていて、図２１で示している割合とほぼ等しい５０％としている。しかしながら、この光量落ちの割合は５０％である必要はなく、任意に決定してよい。
An operation when the observer performs eye width adjustment with the above configuration will be described. Now, it is assumed that the eye width of the observer is outside the range of the eye width adjustment range. For example, the eye width of the observer is 80 mm, the diameter of the pupil of the observer is 5 mm, the range in which the eye width of the
プリズム体を通して減衰する光量は第１の実施形態で説明したとおり、図６の分割領域２３で０％減衰、分割領域２４で１０％減衰、分割領域２５で２０％減衰、分割領域２６で３０％減衰、分割領域２７で４０％減衰、分割領域２８で５０％減衰となっている。そして、観察者の瞳とプリズム体の射出瞳のズレから５０％の光量が減衰していることになる。その結果、観察者が視覚する光量としては、分割領域２３で５０％、分割領域２４で５５％減衰、分割領域２５で６０％減衰、分割領域２６で６５％減衰、分割領域２７で７０％減衰、分割領域２８で７５％減衰した光量となる。
As described in the first embodiment, the amount of light attenuated through the prism body is 0% attenuation in the divided
そして、分割領域２３の表示輝度＜分割領域２４の表示輝度＜分割領域２５の表示輝度＜分割領域２６の表示輝度＜分割領域２７の表示輝度＜分割領域２８の表示輝度、となるようにそれぞれの分割領域の表示輝度を制御する。例えば、分割領域２３における表示輝度を規定の輝度レベルＬＶの２００％、分割領域２４における表示輝度を輝度レベルＬＶの２２２％、分割領域２５における表示輝度を輝度レベルＬＶの２５０％、としている。また、分割領域２６における表示輝度を輝度レベルＬＶの２８６％、分割領域２７における表示輝度を輝度レベルＬＶの３３３％、分割領域２８における表示輝度を輝度レベルＬＶの４００％、と設定する。もちろん、それぞれの分割領域における輝度レベルの数値はこれらの数値に限るものではない。
Then, the display luminance of the divided
以降、外部から供給された画像を画像表示素子１０Ｌ（１０Ｒ）に表示する場合に制御部１００が行う輝度補正については、第１の実施形態と同様である。このようにして、各分割領域に表示する画素の輝度値を該分割領域に応じて変更してから画像表示素子に表示した場合、プリズム体によって観察者Ｐの眼に導かれた画像の各分割領域は、輝度がそのまま光量落ちがないまま観察される。このため、画面全体は同じ輝度として観察されることになり、画面を観察する観察者は輝度むらがない画像を観察することになるため、違和感を感じることがない。
Thereafter, the luminance correction performed by the
なお、第２の実施形態以降では、画像表示装置を頭部装着型表示装置に適用した場合について説明したが、他の種類の画像表示装置、例えば、ハンドヘルド型の表示装置に適用しても構わず、その場合であっても第２の実施形態以降の説明は同様に適用されうる。 In the second and subsequent embodiments, the case where the image display device is applied to a head-mounted display device has been described. However, the image display device may be applied to other types of image display devices, for example, handheld display devices. However, even in that case, the description after the second embodiment can be applied in the same manner.
また、以上の各実施形態による効果としては、例えば以下のようなものが挙げられる。表示光学系の一部である無効光束部を削ることにより、画像表示素子からの光束の一部を失うことになるが、失われた光束に相当する光量を補正することで観察者が観察する画像は画像表示素子を削らない場合と同等の輝度の画像を観察することができる。また、左眼用の表示光学系と右眼用の表示光学系とを同一構成とすることで同じ部品を利用することができるため、製造コストの増加を回避することができる。 Moreover, as an effect by the above each embodiment, the following are mentioned, for example. By removing the ineffective light beam portion that is a part of the display optical system, a part of the light beam from the image display element is lost, but the observer observes by correcting the amount of light corresponding to the lost light beam. The image can be observed as an image having the same luminance as when the image display element is not cut. In addition, since the same components can be used by configuring the left-eye display optical system and the right-eye display optical system to have the same configuration, an increase in manufacturing cost can be avoided.
また、眼幅調整機構を備えた画像表示装置において、観察者が自身の眼幅に合致するように眼幅調整機構を利用しなかった場合、観察画像の一部が光量落ちとなって観察される。しかし、左右両眼に対応した表示光学系の中心光軸と観察者の左右両眼の瞳中心位置とのズレ量を測定し、表示光学系の射出瞳と観察者の瞳との重なりを測定することで、消失する光量を計算し、不足光量に相当する表示画像の輝度を画像表示素子側で補正する。これにより、観察者が適正に眼幅調整機構を利用しなかった場合においても視認する光量落ちを補う画像表示装置を提供できる。 In addition, in an image display device provided with an eye width adjustment mechanism, if the observer does not use the eye width adjustment mechanism so as to match his or her own eye width, a part of the observation image is observed as a drop in the amount of light. The However, the amount of deviation between the center optical axis of the display optical system corresponding to both the left and right eyes and the pupil center position of the left and right eyes of the observer is measured, and the overlap between the exit pupil of the display optical system and the observer's pupil is measured. Thus, the amount of light that disappears is calculated, and the luminance of the display image corresponding to the insufficient amount of light is corrected on the image display element side. Accordingly, it is possible to provide an image display device that compensates for a drop in the amount of light that is visually recognized even when the observer does not properly use the eye width adjustment mechanism.
また、眼幅調整機構を備えた画像表示装置において、観察者の眼幅が眼幅調整機構の調整範囲を超えた眼幅である場合、観察画像の一部が光量落ちとなって観察される。しかし、左右両眼に対応した表示光学系の中心光軸と観察者の左右両眼の瞳中心位置とのズレ量を測定し、表示光学系の射出瞳と観察者の瞳との重なりを測定することで、消失する光量を計算し、不足光量に相当する表示画像の輝度を画像表示素子側で補正する。これにより、眼幅調整に適応できない観察者が視認する光量落ちを補う画像表示装置を提供できる。 In addition, in an image display device provided with an eye width adjustment mechanism, when the eye width of the observer is beyond the adjustment range of the eye width adjustment mechanism, a part of the observation image is observed with the light amount dropped. . However, the amount of deviation between the center optical axis of the display optical system corresponding to both the left and right eyes and the pupil center position of the left and right eyes of the observer is measured, and the overlap between the exit pupil of the display optical system and the observer's pupil is measured. Thus, the amount of light that disappears is calculated, and the luminance of the display image corresponding to the insufficient amount of light is corrected on the image display element side. Accordingly, it is possible to provide an image display device that compensates for a light amount drop visually recognized by an observer who cannot adapt to eye width adjustment.
また、眼幅調整機構を備えた画像表示装置において、観察者の眼幅が、眼幅調整機構が適応できる調整範囲に収まらなかった場合、観察画像の一部が光量落ちとなって観察される。このことは観察者が眼幅調整機構操作部を操作することで検知する。眼幅調整範囲を超えて操作する場合は、観察者の瞳孔に到達しない光量を計算し、その不足している光量に相当する表示画像の輝度を補正する。これにより、眼幅調整に適応できない観察者が視認する光量落ちを補う画像表示装置を廉価に提供できる。 Further, in an image display device provided with an eye width adjustment mechanism, if the observer's eye width does not fall within the adjustment range to which the eye width adjustment mechanism can be applied, a part of the observation image is observed with a light amount drop. . This is detected by the observer operating the eye width adjustment mechanism operation unit. When operating beyond the eye width adjustment range, the amount of light that does not reach the observer's pupil is calculated, and the brightness of the display image corresponding to the insufficient amount of light is corrected. As a result, an image display device that compensates for the drop in the amount of light visually recognized by an observer who cannot adapt to eye width adjustment can be provided at low cost.
また、以上の各実施形態に記載の構成の一部若しくは全部を適宜組み合わせて用いても構わない。また、以上説明した各実施形態に記載の構成はあくまでも一例であって、同等以上の機能を実現するのであれば、如何なる構成を採用しても構わない。 Moreover, you may use combining the one part or all part of the structure as described in each said embodiment suitably. Further, the configuration described in each of the embodiments described above is merely an example, and any configuration may be adopted as long as a function equal to or higher than that is realized.
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
(Other examples)
The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or apparatus read and execute the program This process can be realized. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
１０Ｌ：画像表示素子 １０Ｒ：画像表示素子 １１Ｌ：光学素子 １１Ｒ：光学素子
10L:
Claims (11)
前記光学素子は、前記画像表示素子からの光束の一部若しくは全部が前記観察者の瞳に導かれないように該光学素子の何れかの箇所に切り欠き部を有しており、
前記画像表示素子は、前記切り欠き部により近い光束を発する該画像表示素子上の表示領域の輝度をより高くした表示画面を表示することを特徴とする画像表示装置。 An image display device that guides a light beam from an image display element to an observer's pupil through an optical element,
The optical element has a notch in any part of the optical element so that part or all of the light beam from the image display element is not guided to the pupil of the observer,
The image display device displays a display screen in which the luminance of a display area on the image display device that emits a light beam closer to the notch is higher.
前記箇所に対応する前記画像表示素子上の箇所への距離を複数の段階に分けた場合に、前記画像表示素子において該段階に属する領域の輝度を補正するための補正値を保持する保持手段を備え、
前記画像表示素子は、前記段階に属する画素の輝度を該段階について前記保持手段が保持している補正値を用いて補正してから表示することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。 Furthermore,
Holding means for holding a correction value for correcting the luminance of the region belonging to the stage in the image display element when the distance to the place on the image display element corresponding to the place is divided into a plurality of stages; Prepared,
2. The image display device according to claim 1, wherein the image display element displays the luminance of a pixel belonging to the stage after correcting the luminance using a correction value held by the holding unit for the stage. .
前記光学素子の射出瞳と、前記観察者の瞳と、の重なりの割合を求める算出手段を備え、
前記保持手段は、前記補正値を前記段階ごと及び前記割合ごとに保持しており、
前記画像表示素子は、前記段階に属する画素の輝度を該段階及び前記算出手段が求めた割合について前記保持手段が保持している補正値を用いて補正してから表示することを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。 Furthermore,
A calculating means for determining a ratio of overlap between the exit pupil of the optical element and the pupil of the observer;
The holding means holds the correction value for each stage and each ratio,
The image display element displays the luminance of the pixels belonging to the stage after correcting the ratio obtained by the stage and the calculation unit using the correction value held by the holding unit. Item 3. The image display device according to Item 2.
前記左眼用の光学素子と前記右眼用の光学素子との間の幅を調整する調整手段を備え、
観察者が前記調整手段を操作して規定の幅を超える前記調整を行うことを検知した場合には、前記画像表示素子は、前記切り欠き部により近い光束を発する該画像表示素子上の表示領域の輝度をより高くした表示画面を表示する
ことを特徴とする請求項８に記載の画像表示装置。 Furthermore,
Adjusting means for adjusting a width between the optical element for the left eye and the optical element for the right eye;
When it is detected that the observer operates the adjustment means to perform the adjustment exceeding a specified width, the image display element displays a display area on the image display element that emits a light beam closer to the notch The image display device according to claim 8, wherein a display screen with higher brightness is displayed.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018157276A (en) * | 2017-03-15 | 2018-10-04 | キヤノン株式会社 | Image display device, image display method, and program |
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2015
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