JP3396074B2 - 映像表示装置 - Google Patents
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Description
球に導くことにより立体映像を観察し得るようにした映
像表示装置に関するものである。
来例としては、例えば特開平5−260527号公報に
開示されたものがある。この従来例は、観察者の左右眼
球用に共通に用いる映像表示手段としての液晶パネル
(LCD)に、左眼用映像および右眼用映像を含む映像
を表示し、この映像を、液晶パネルの前面に設けたレン
チキュラーレンズにより左右に振り分け、振り分けられ
た左眼用映像および右眼用映像を夫々、接眼光学系を介
して観察者の左右眼球に拡大投影することにより、立体
映像を拡大して観察し得るようにしている。
とパネル中心とが対応するように配置した液晶パネルに
表示された映像を、左右一対の接眼光学系で直接観察す
るようにした場合、液晶パネルに表示された映像の虚像
が傾斜したり、輻輳角が大きくなり過ぎて左右映像の融
像が極めて困難になったりする不具合が生じるので、立
体映像を観察し得る映像表示装置として構成する上で好
ましくない。そこで、液晶パネルおよび接眼光学系の間
に、左右一対のくさび形のプリズムを設けて、上記像面
傾斜および輻輳角の不具合に対処しようとしている。
は、上記2つの不具合を解消するため液晶パネルおよび
接眼光学系の間にプリズムを介在させているが、プリズ
ムにより輻輳角を立体観察に適する値に調整すると上記
像面傾斜を完全に補正することはできず、逆に、プリズ
ムにより上記像面傾斜を完全に補正するとプリズムによ
り輻輳角を立体観察に適する値に調整することができ
ず、トレードオフの関係になる。その上、プリズムを使
用しているためプリズムによる色収差の発生が避けられ
ない。
れたものであり、立体観察に適した輻輳角に設定され、
かつ上記像面傾斜を軽減するようにした映像表示装置を
提供することを目的とする。
の請求項1の構成は、映像を表示する映像表示手段と、
前記映像表示手段からの映像光束を観察者の左右眼球へ
振り分ける映像振分手段と、左右に振り分けられた映像
光束を左右眼球に拡大投影する接眼光学系とを具える映
像表示装置において、前記接眼光学系は、前記映像表示
手段の中心を通りかつ前記映像表示手段と直交する直線
を光軸とし、左右眼球に対応する左右一対の開口部を有
する光学系であって、前記接眼光学系は、左眼に映像光
束を導く左眼用光路と、右眼に映像光束を導く右眼用光
路とで共通に用いる少なくとも1つの光学面を有し、前
記左右夫々の開口をこの光学面に形成することを特徴と
するものである。
眼光学系がフレネルレンズまたは回折光学素子を有する
ように構成されたことを特徴とするものである。
眼光学系が拡大反射鏡を有するように構成されたことを
特徴とするものである。
像振分手段をレンチキュラーレンズとするように構成さ
れたことを特徴とするものである。
像表示手段を液晶表示素子とするとともに、前記映像振
分手段を前記液晶表示素子を照明する照明光の方向を変
化させる手段とするように構成されたことを特徴とする
ものである。
段からの映像光束は映像振分手段により観察者の左右眼
球へ振り分けられ、左右に振り分けられた映像光束は夫
々、接眼光学系により左眼用映像光束および右眼用映像
光束として左右眼球に拡大投影される。その際、前記接
眼光学系は、前記映像表示手段の中心を通りかつ前記映
像表示手段と直交する直線を光軸とし、左右眼球に対応
する左右一対の開口部を有する光学系であって、前記接
眼光学系は、左眼に映像光束を導く左眼用光路と、右眼
に映像光束を導く右眼用光路とで共通に用いる少なくと
も1つの光学面を有し、前記左右夫々の開口をこの光学
面に形成するので、前記映像表示手段および接眼光学系
が同軸上に配置されることになり、映像表示手段上の映
像の虚像も同軸上に傾斜しない状態で形成される。した
がって、観察者は左右眼球で異なる像面傾斜のない映像
を観察することになり、立体観察が可能になる。また、
映像表示手段の中心から射出された映像光束は観察者の
左右眼球の中心へ入射する際に接眼光学系により屈折さ
れるので、輻輳角を立体観察に適した値に設定すること
ができる。さらに、上記接眼光学系はプリズムを使用し
ていないので、色収差が発生することはない。
説明する。映像表示手段に表示された映像を接眼光学系
により観察者の眼球へ拡大投影するようにした映像表示
装置では、映像を十分遠方に虚像として投影するため
に、接眼光学系の前方側焦点位置近傍に映像表示素子を
配置する必要がある。また、映像表示手段として液晶
(LCD)を用いる場合には、映像表示画面の全域で見
込む角度が同一もしくはほぼ一定値であることが望まし
い。そのためには、接眼光学系の後方側焦点位置近傍に
アイポイントを配置することが望ましい。
系の一例を図1に示す。図1は本発明の映像表示装置の
第1実施例の構成を示す図である。図1の映像表示装置
は、映像表示手段としてのLCD1と、LCD1の中心
を通りかつLCD1と直交する直線L1 を光軸とし、左
右眼球2L、2Rに対応する左右一対の開口部3L、3
Rを有する左右一体型の接眼光学系4と、上記LCD1
の前方に配置される映像振分手段としてのレンチキュラ
ーレンズ5とを具えて成る。
LCD1までの距離Lは、接眼光学系4の焦点距離fに
応じた値に設定され、本実施例では、距離Lを焦点距離
fとほぼ等しく設定している。レンチキュラーレンズ5
は、図2に示すように、LCD1より射出される映像光
束を左右眼球へ向かう方向に振り分ける作用を有してい
る。すなわち、LCD1上の映像表示面1aには多数の
画素1bが形成されており、これら画素1bに左眼用映
像(L)、右眼用映像(R)を交互に配置した映像を表
示することにより、全映像光束の内、図1にLで示した
画素からの光束が左眼用映像光束として振り分けられ、
Rで示した画素からの光束が右眼用映像光束として振り
分けられ、左右眼球2L、2Rに導かれる。
うに、左右光学系で共通に用いる原レンズ6に左右眼球
2L、2Rに対応する左右一対の開口部3L、3Rを形
成し、開口部3L、3R内に接眼レンズ7L、7Rを設
けたものを用いている。なお、接眼レンズの代わりに回
折光学素子等を用いてもよい。このように構成すると、
接眼光学系において実際に有効な光束が通過する範囲は
一部であることから、その一部の範囲を通過する光束を
利用するように接眼レンズ7L、7Rを配置することに
より接眼光学系の小型化が可能になる。また原レンズ6
内に接眼レンズ7L、7Rを一体的に配置しているの
で、別体化した場合のように左右接眼レンズの位置調整
が必要になることはなく、接眼光学系の製作が容易にな
る。
図1において、接眼光学系4によりLCD1からの映像
光束を観察者の左右眼球2L、2Rに導くと、上記のよ
うにLCD1および接眼光学系4が同軸上に配置されて
いるので、LCD1上の映像の虚像も同軸上に傾斜しな
い状態で形成される。このとき、観察者は左右眼球2
L、2RでLCD1上に表示された同一映像の虚像を観
察することになるが、LCD1の前方にはレンチキュラ
ーレンズ5が配置されているので、LCD1より射出さ
れる映像光束はレンチキュラーレンズ5によって左右に
振り分けられて、上述したように左眼用映像光束および
右眼用映像光束となる。したがって、観察者は左右眼球
2L、2Rで異なる像面傾斜のない映像を観察すること
になり、立体観察が可能になる。その際、上記接眼光学
系4はプリズムを使用していないので、色収差が発生す
ることはない。
光束は観察者の眼球3L、3Rの中心へ入射する際に接
眼光学系により屈折されるため、輻輳角を立体観察に適
した値に設定することができる。例えば、接眼光学系4
のLCD1側の主点からLCD1までの距離Lを接眼光
学系4の焦点距離fと一致させると、輻輳角が立体観察
に適した値である0度になり、LCD1の映像の虚像は
無限遠に投影されることになる。
らLCD1までの距離Lを接眼光学系4の焦点距離fよ
りも若干短く設定するため、距離Lを次式
り規定した場合には、輻輳が内向きになり、輻輳角が立
体観察に適した0〜5度になる。この場合、虚像の位置
が観察者側に近付くことになるが、本実施例では映像振
分手段として正のパワーを有するレンチキュラーレンズ
を用いているので、上記虚像を十分遠方に投影すること
ができる。
の構成を示す図であり、上記第1実施例と同一の部分に
は同一符号を付けて説明を省略する。この第2実施例
は、接眼光学系4の構成を第1実施例とは一部変更して
いる。すなわち、本実施例の左右一体型の接眼光学系4
は、図5に示すように、左右光学系で共通に用いる原レ
ンズ6に左右眼球2L、2Rに対応する開口部8を形成
し、開口部8内に左右一体型接眼レンズ9を設けたもの
を用いている。なお、接眼レンズの代わりに回折光学素
子等を用いてもよい。
の効果が得られる上に、接眼レンズを左右一体化したこ
とにより接眼光学系の製作性が第1実施例よりも向上す
る効果が得られる。
の構成を示す図であり、上記第1実施例と同一の部分に
は同一符号を付けて説明を省略する。この第3実施例
は、接眼光学系4の構成を第1実施例とは一部変更し、
さらに、LCD1からレンチキュラーレンズ5を経て接
眼光学系4に至る光路中に反射鏡10を設けるように変
更している。
学系4は、上述したように接眼光学系4において原レン
ズ6の中央部は利用されていないことに着目して、原レ
ンズ6の中央部6aを図7に示すようにくり抜いて、L
CD1およびレンチキュラーレンズ5を収容する空間を
形成し、その空間内に、図6に示すように裏面が観察者
眼球側に向くように配置したLCD1と、LCD1の表
面(映像表示画面)の近傍に配置したレンチキュラーレ
ンズ5とを収容している。さらに、接眼光学系4の光軸
L1 上に反射鏡10を配置することにより、LCD1の
映像光束をレンチキュラーレンズ5で左右に振り分けた
左眼用映像光束および右眼用映像光束を夫々、反射鏡1
0で折り返して、第1実施例と同一経路で接眼光学系4
の接眼レンズ7L、7Rに入射するようにしている。
の効果が得られる上に、接眼光学系4の原レンズ6の必
要部分のみを残して、不要部分をくり抜いて形成した空
間内にLCD1およびレンチキュラーレンズ5を収容
し、光路を反射鏡で折り返したことにより、第1実施例
よりも装置全体が小型化される効果が得られる。
示す図であり、上記第3実施例と同一の部分には同一符
号を付けて説明を省略する。この第1参考例は、接眼光
学系4の構成を第3実施例とは一部変更している。すな
わち、本実施例の接眼光学系4は、第3実施例と同様に
配置したLCD1、レンチキュラーレンズ5および反射
鏡10により折り返された左眼用映像光束および右眼用
映像光束を捕捉する位置(つまり、第3実施例の接眼光
学系4と同一位置)に配置した左右一対のフレネルレン
ズ11L、11Rにより構成されている。
の効果が得られる上に、接眼光学系4の原レンズ等を左
右分離型のフレネルレンズ11L、11Rに置き換えた
ことにより、装置全体を第3実施例よりも軽量化する効
果が得られる。
示す図であり、上記第1参考例と同一の部分には同一符
号を付けて説明を省略する。この第2参考例は、接眼光
学系4、LCD1、レンチキュラーレンズ5および左右
一対のフレネルレンズ11L、11Rは第1参考例と同
一のものを用いているが、レンチキュラーレンズ5およ
び左右一対のフレネルレンズ11L、11R間の光学系
の構成を第1参考例とは一部変更している。すなわち、
本参考例においては、LCD1の前方に位置するレンチ
キュラーレンズ5の前方にプリズム12を設け、プリズ
ム12と左右一対のフレネルレンズ11L、11Rとの
間に左右一対の傾斜ミラー13L、13Rを設けてい
る。
束および右眼用映像光束を入射される矩形形状の第1の
面12aと、前記左眼用映像光束を反射させるとともに
前記右眼用映像光束を射出させる第2の面12bと、前
記右眼用映像光束を反射させるとともに前記左眼用映像
光束を射出させる第3の面12cとの3つの面を有する
矩形プリズムを用いる。この矩形プリズム12は、例え
ば図9に示すように、その断面形状を第2の面12bお
よび第3の面12cを等辺とする二等辺三角形とし、二
等辺の頂角をほぼ45度とすることにより、図示の振分
角度特性を有するレンチキュラーレンズ5により振り分
けられた左眼用映像光束および右眼用映像光束がプリズ
ム12を射出する際には、第2の面12bおよび第3の
面12cとほぼ直交するようになる。なお、振分角度特
性の異なるレンチキュラーレンズを用いる場合には、そ
の振分角度特性に応じてプリズム12の頂角を調整する
ことは言うまでもない。
の効果が得られる上に、プリズム12および傾斜ミラー
13L、13Rの作用により像面傾斜が補正されるとと
もに、接眼光学系4においてプリズム12を射出する主
光線が第2の面12および第3の面12cとほぼ直交す
るため色収差がほとんど発生しない効果が得られ、さら
に、従来例に比べてLCDの配光特性の影響を軽減する
ことができる効果も得られる。
を示す図であり、上記第2参考例と同一の部分には同一
符号を付けて説明を省略する。この第3参考例は、上記
第2参考例の傾斜ミラー13L、13Rおよびフレネル
レンズ11L、11Rを1枚の拡大反射鏡14に置き換
えたものであり、その他の部分は第2参考例と同様に構
成する。
成した頭部装着型映像表示装置の全体図である。この頭
部装着型映像表示装置は、LCD1により形成された映
像を観察者の眼球へ導くための射出瞳を形成する接眼光
学系4と、接眼光学系4により前記映像を前記射出瞳に
射出するための観察窓15L、15Rとを有する顔面装
着部16と、顔面装着部16を観察者の頭部に支持する
支持手段としてのヘッドバンド17を具えて成る。ここ
で、LCD1は、前記観察窓側に背面が位置するように
顔面装着部16に配置されているため、映像表示画面は
LCD1の表面側に位置するようになっている。
り分ける映像振分手段であるレンチキュラーレンズ5が
設けられており、それにより左右に振り分けられた映像
光束を観察者の眼球に導くため、レンチキュラーレンズ
5および拡大反射鏡14間には矩形プリズム12が設け
られている。なお、拡大反射鏡のカーブを変えることに
より、矩形プリズム12を用いずに接眼光学系4を構成
してもよい。
の効果が得られる上に、上記の光学素子の置き換えによ
り、第2参考例よりも構成が簡略化される効果が得られ
る。さらに、拡大反射鏡に代えてハーフミラーを用いる
こともでき、その場合、シースルーを実現することがで
きる。
を示す図であり、上記第3参考例と同一の部分には同一
符号を付けて説明を省略する。この第4参考例は、上記
第3参考例の拡大反射鏡14を回折光学素子18L、1
8Rに置き換えたものであり、その他の部分は第3参考
例と同様に構成する。
の効果が得られる上に、上述した光学素子の置き換えに
より、第3参考例よりも装置全体が軽量化される効果が
得られる。
例の構成を示す図であり、上記第2実施例と同一の部分
には同一符号を付けて説明を省略する。この第4実施例
は、上記第2実施例における映像振分手段であるレンチ
キュラーレンズ5を、LCD1を照明する照明光の入射
方向を変化させる手段であるコリメータレンズ19に置
き換えたものであり、その他の部分は第2実施例と同様
に構成する。
左右の眼球中心およびLCD1の中心を含む平面上に、
LCD1の中心を通りLCD1と直交する直線L1 に対
し左右対称の位置に配置し、光源20L、20Rおよび
LCD1間にコリメータレンズ19を設け、コリメータ
レンズ19の光源側の焦点面内近傍に光源20L、20
Rが位置するようにする。
例と同様の効果が得られる上に、LCD1に1フレーム
毎に左右映像を入れ換えて表示し、その映像表示と同期
させて左眼用映像を表示している間は光源20Lを点灯
させ、右眼用映像を表示している間は光源20Rを点灯
させることにより、左右眼球2L、2Rの夫々に対応し
た映像が振り分けられて投影されるので、立体映像の観
察を行うことができる。
るものではなく、種々の変形または変更を加えることが
できる。例えば、上記請求項1の構成において、前記接
眼光学系の主点と前記映像表示手段との間の距離を、前
記接眼光学系の焦点距離とほぼ等しくすることができ、
その場合、前記映像表示素子の前記接眼光学系による虚
像が十分遠方に投影されることとなり、眼球への負担が
少なくなるとともに、迫力のある映像を観察することが
できる。
接眼光学系がフレネルレンズまたは回折光学素子を有す
るようにすることができ、その場合、接眼光学系が薄く
なるとともに、大きな拡大倍率を得ることができる。
接眼光学系が拡大反射鏡を有するようにすることがで
き、その場合、装置の構成を簡略化して装置全体を小型
化することができる。
映像表示手段と前記接眼光学系との間に設けることがで
き、その場合、光路を折り曲げて装置全体を小型化する
ことができる。
映像振分手段をレンチキュラーレンズとすることがで
き、その場合、映像表示手段より左右に射出する光束を
振り分け、振り分けられた光束に左右眼球用の異なる映
像を対応させることにより、立体映像の観察が可能にな
る。
映像表示手段を液晶表示素子とするとともに、前記映像
振分手段を前記液晶表示素子を照明する照明光の方向を
変化させる手段とすることができる。
1フレーム毎に左眼用映像と右眼用映像とに切り換え、
その切り換えに同期させるように液晶表示素子を照明す
る照明光の方向を変化させることにより、液晶表示素子
に左眼用映像が表示されている間は、液晶表示素子から
射出される映像光束が全て左眼用接眼光学系を経て左眼
に投影される方向から照明光が液晶表示素子を照射し、
同様に、次のフレームでは液晶表示素子に右眼用映像が
表示されている間は、液晶表示素子から射出される映像
光束が全て右眼用接眼光学系を経て右眼に投影される方
向から照明光が液晶表示素子を照射することになる。
1枚の映像を構成するために利用することができ、きめ
細かな映像を観察することができる。
構成によれば、映像表示手段からの映像光束は映像振分
手段により観察者の左右眼球へ振り分けられ、左右に振
り分けられた映像光束は夫々、接眼光学系により左眼用
映像光束および右眼用映像光束として左右眼球に拡大投
影される。その際、前記接眼光学系は、前記映像表示手
段の中心を通りかつ前記映像表示手段と直交する直線を
光軸とし、左右眼球に対応する左右一対の開口部を有す
る光学系であって、前記接眼光学系は、左眼に映像光束
を導く左眼用光路と、右眼に映像光束を導く右眼用光路
とで共通に用いる少なくとも1つの光学面を有し、前記
左右夫々の開口をこの光学面に形成するので、前記映像
表示手段および接眼光学系が同軸上に配置されることに
なり、映像表示手段上の映像の虚像も同軸上に傾斜しな
い状態で形成される。したがって、観察者は左右眼球で
異なる像面傾斜のない映像を観察することになり、立体
観察が可能になる。また、映像表示手段の中心から射出
された映像光束は観察者の左右眼球の中心へ入射する際
に接眼光学系により屈折されるので、輻輳角を立体観察
に適した値に設定することができる。さらに、上記接眼
光学系はプリズムを使用していないので、色収差が発生
することはない。
示す図である。
説明するための図である。
示す図である。
示す図である。
ある。
ある。
である。
部装着型映像表示装置の全体図である。
ある。
示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 映像を表示する映像表示手段と、前記映
像表示手段からの映像光束を観察者の左右眼球へ振り分
ける映像振分手段と、左右に振り分けられた映像光束を
左右眼球に拡大投影する接眼光学系とを具える映像表示
装置において、 前記接眼光学系は、前記映像表示手段の中心を通りかつ
前記映像表示手段と直交する直線を光軸とし、左右眼球
に対応する左右一対の開口部を有する光学系であって、 前記接眼光学系は、左眼に映像光束を導く左眼用光路
と、右眼に映像光束を導く右眼用光路とで共通に用いる
少なくとも1つの光学面を有し、 前記左右夫々の開口をこの光学面に形成することを特徴
とする映像表示装置。 - 【請求項2】 前記接眼光学系がフレネルレンズまたは
回折光学素子を有するように構成されたことを特徴とす
る請求項1記載の映像表示装置。 - 【請求項3】 前記接眼光学系が拡大反射鏡を有するよ
うに構成されたことを特徴とする請求項1記載の映像表
示装置。 - 【請求項4】 前記映像振分手段をレンチキュラーレン
ズとするように構成されたことを特徴とする請求項1記
載の映像表示装置。 - 【請求項5】 前記映像表示手段を液晶表示素子とする
とともに、前記映像振分手段を前記液晶表示素子を照明
する照明光の方向を変化させる手段とするように構成さ
れたことを特徴とする請求項1記載の映像表示装置。
Priority Applications (1)
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JP06507294A JP3396074B2 (ja) | 1994-04-01 | 1994-04-01 | 映像表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP06507294A JP3396074B2 (ja) | 1994-04-01 | 1994-04-01 | 映像表示装置 |
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JP06507294A Expired - Fee Related JP3396074B2 (ja) | 1994-04-01 | 1994-04-01 | 映像表示装置 |
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-
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- 1994-04-01 JP JP06507294A patent/JP3396074B2/ja not_active Expired - Fee Related
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