JP3483274B2 - 画像表示装置 - Google Patents
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- JP3483274B2 JP3483274B2 JP18748093A JP18748093A JP3483274B2 JP 3483274 B2 JP3483274 B2 JP 3483274B2 JP 18748093 A JP18748093 A JP 18748093A JP 18748093 A JP18748093 A JP 18748093A JP 3483274 B2 JP3483274 B2 JP 3483274B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は画像表示装置に関するも
ので、特に画像発生器により発生された画像の情報を持
った光束を、光学系を介して観察者の目に投光し、前記
画像を虚像として観察者に表示する画像表示装置に関す
る。
ので、特に画像発生器により発生された画像の情報を持
った光束を、光学系を介して観察者の目に投光し、前記
画像を虚像として観察者に表示する画像表示装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、臨場感のある大画面の映像は、大
型ＣＲＴディスプレイ装置、プロジェクションＴＶなど
を使用して表示が行われている。
型ＣＲＴディスプレイ装置、プロジェクションＴＶなど
を使用して表示が行われている。
【０００３】しかしながらこれらの装置には大きなスペ
ースを必要とするとか、周囲を暗くしなければ映像が見
にくいなどの問題があり、使用状況が制限を受けてい
た。このため最近では画像表示素子に表示された画像か
らの光束を顔面の極く近くに配置された光学系により直
接目に投光し、等価的に大きな画像を虚像として観察者
に視認させる装置が提案されている。
ースを必要とするとか、周囲を暗くしなければ映像が見
にくいなどの問題があり、使用状況が制限を受けてい
た。このため最近では画像表示素子に表示された画像か
らの光束を顔面の極く近くに配置された光学系により直
接目に投光し、等価的に大きな画像を虚像として観察者
に視認させる装置が提案されている。
【０００４】図６は特開平４−３４５１２で提案されて
いる画像表示装置の主要部を説明したものである。画像
は信号ライン１１６によって送られてくるデータによっ
て液晶表示器１０１上に表示される。１０１はバックラ
イト光源１０４によって透過照明されており、液晶表示
器１０１を透過した光は表示された画像の情報を持った
光束となる。
いる画像表示装置の主要部を説明したものである。画像
は信号ライン１１６によって送られてくるデータによっ
て液晶表示器１０１上に表示される。１０１はバックラ
イト光源１０４によって透過照明されており、液晶表示
器１０１を透過した光は表示された画像の情報を持った
光束となる。
【０００５】この光束は拡大レンズ１５１を通過後、ミ
ラー１５０で反射し、光束１０９となって、観察者の瞳
１０７に到達する。観察者は光束１０９を観察すること
によって表示画像を視認する。拡大レンズ１５１のパワ
ーは液晶表示素子１０１上の画像を、所定の距離、例え
ば５ｍ前方の位置に虚像として表示させるように設定さ
れる。
ラー１５０で反射し、光束１０９となって、観察者の瞳
１０７に到達する。観察者は光束１０９を観察すること
によって表示画像を視認する。拡大レンズ１５１のパワ
ーは液晶表示素子１０１上の画像を、所定の距離、例え
ば５ｍ前方の位置に虚像として表示させるように設定さ
れる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例では虚像の表示される面が平面であったため、表示画
像が観察者にとって平板に感じられ、臨場感あふれる画
像を表示することができなかった。また前記従来例の画
像表示装置を仮想現実システムの画像表示に応用した場
合には、やはり画像が平板なスクリーン上に投影されて
いる感じを与え、十分な現実感を得ることができなかっ
た。
例では虚像の表示される面が平面であったため、表示画
像が観察者にとって平板に感じられ、臨場感あふれる画
像を表示することができなかった。また前記従来例の画
像表示装置を仮想現実システムの画像表示に応用した場
合には、やはり画像が平板なスクリーン上に投影されて
いる感じを与え、十分な現実感を得ることができなかっ
た。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の画像表
示装置は、画像発生器と、該画像発生器からの画像情報
を持った光束を観察者に投光し、該画像の虚像を観察す
る投光光学系とを観察者の左右眼に各々設けた画像表示
装置であって、該投光光学系は、左眼と右眼の画像の虚
像が形成される虚像面が、球面あるいは円筒面等をなす
同一の曲面上となるようにしたことを特徴としている。
請求項２の発明の画像表示装置は、画像発生器と、該画
像発生器からの画像情報を持った光束を観察者に投光
し、該画像の虚像を観察する投光光学系とを観察者の左
右眼に各々設けた画像表示装置であって、該投光光学系
は、該観察者の左右眼で観察される虚像面が、球面ある
いは円筒面等をなす同一曲面上となるようにしており、
該画像発生器は、そこで表示する画像情報が該観察者の
左眼と右眼で観察される虚像が互いに視差画像となるよ
うに設定していることを特徴としている。請求項３の発
明は請求項１又は２の発明において、前記曲面は観察者
の顔の対称面に対して対称であることを特徴としてい
る。
示装置は、画像発生器と、該画像発生器からの画像情報
を持った光束を観察者に投光し、該画像の虚像を観察す
る投光光学系とを観察者の左右眼に各々設けた画像表示
装置であって、該投光光学系は、左眼と右眼の画像の虚
像が形成される虚像面が、球面あるいは円筒面等をなす
同一の曲面上となるようにしたことを特徴としている。
請求項２の発明の画像表示装置は、画像発生器と、該画
像発生器からの画像情報を持った光束を観察者に投光
し、該画像の虚像を観察する投光光学系とを観察者の左
右眼に各々設けた画像表示装置であって、該投光光学系
は、該観察者の左右眼で観察される虚像面が、球面ある
いは円筒面等をなす同一曲面上となるようにしており、
該画像発生器は、そこで表示する画像情報が該観察者の
左眼と右眼で観察される虚像が互いに視差画像となるよ
うに設定していることを特徴としている。請求項３の発
明は請求項１又は２の発明において、前記曲面は観察者
の顔の対称面に対して対称であることを特徴としてい
る。
【０００８】
【実施例】図１は本発明の実施例１を示す光学系の配置
図である。実際の装置は左右両眼に画像が投光され、装
置構成が観察者の顔の対称面に対して左右対称となる。
図である。実際の装置は左右両眼に画像が投光され、装
置構成が観察者の顔の対称面に対して左右対称となる。
【０００９】図１は装置を頭の上から見下ろしたもの
で、左眼に対応する箇所を図示した。右眼に対応する部
分は図１と左右対称となるが、図が煩雑となるため省略
した。
で、左眼に対応する箇所を図示した。右眼に対応する部
分は図１と左右対称となるが、図が煩雑となるため省略
した。
【００１０】図１で１は液晶表示素子（以降ＬＣＤと呼
ぶ）で、不図示の信号ラインにより送られる画像信号に
従って画像を表示する。ＬＣＤ１はやはり不図示の照明
器により左側より照明される。
ぶ）で、不図示の信号ラインにより送られる画像信号に
従って画像を表示する。ＬＣＤ１はやはり不図示の照明
器により左側より照明される。
【００１１】不図示の信号ライン、照明器は図６の従来
例と同じであるとして差し支えない。ＬＣＤ１を透過し
た光束は表示された画像の情報を持った光束に変換さ
れ、レンズ系２に入射する。レンズ系２を通過した光束
はレンズ系２の結像作用を受け、出射光束６となって、
ハーフミラー３で反射を受け、光束８として観察者の左
眼４に到達する。反射光束８を実際の光の進行方向と逆
向きに延長した仮想光束７が、虚像面５上に結像するよ
うにするのがレンズ系２の作用である。
例と同じであるとして差し支えない。ＬＣＤ１を透過し
た光束は表示された画像の情報を持った光束に変換さ
れ、レンズ系２に入射する。レンズ系２を通過した光束
はレンズ系２の結像作用を受け、出射光束６となって、
ハーフミラー３で反射を受け、光束８として観察者の左
眼４に到達する。反射光束８を実際の光の進行方向と逆
向きに延長した仮想光束７が、虚像面５上に結像するよ
うにするのがレンズ系２の作用である。
【００１２】従って観察者は反射光束８があたかも虚像
面５上の各点より発せられた光であるかのように認識す
ることになる。ＬＣＤ１上の画像はこのようにして拡大
され、虚像面５上に形成された画像として視認される。
面５上の各点より発せられた光であるかのように認識す
ることになる。ＬＣＤ１上の画像はこのようにして拡大
され、虚像面５上に形成された画像として視認される。
【００１３】本発明では観察される虚像面５を曲面とす
ることによって、臨場感を増大させるという人間工学的
な事実を利用することを特徴としている。本実施例で虚
像面５は左眼４を中心とし、予め設定された距離、例え
ば１ｍを半径とする球面となっている。
ることによって、臨場感を増大させるという人間工学的
な事実を利用することを特徴としている。本実施例で虚
像面５は左眼４を中心とし、予め設定された距離、例え
ば１ｍを半径とする球面となっている。
【００１４】このように虚像面５を設定すると、観察者
はＬＣＤ１上の画像を、拡大された形で、あたかも左眼
４を中心とする半径１ｍの球面スクリーンに投影されて
いるかのようにして観察することができる。この結果、
観察者は半径１ｍの虚像面５で視認される画像により、
虚像面が平面であるときに比べてはるかに臨場感の大き
な画像を楽しむことができる。
はＬＣＤ１上の画像を、拡大された形で、あたかも左眼
４を中心とする半径１ｍの球面スクリーンに投影されて
いるかのようにして観察することができる。この結果、
観察者は半径１ｍの虚像面５で視認される画像により、
虚像面が平面であるときに比べてはるかに臨場感の大き
な画像を楽しむことができる。
【００１５】前述したように、実際の装置では観察者の
顔の対称面に関して図１の左眼に対応する右眼の部分が
存在する。形成される虚像面は、各々左眼、右眼を中心
とし、両眼の間隔、例えば６０ｍｍずれた２つの球面で
ある。２つの虚像面は形状、位置ともに本来は一致する
ことが好ましい。
顔の対称面に関して図１の左眼に対応する右眼の部分が
存在する。形成される虚像面は、各々左眼、右眼を中心
とし、両眼の間隔、例えば６０ｍｍずれた２つの球面で
ある。２つの虚像面は形状、位置ともに本来は一致する
ことが好ましい。
【００１６】本実施例の数値例では、右眼、左眼用の虚
像面は各々対応する目から１０００ｍｍ離れた半径１０
００ｍｍの球面である。従って６０ｍｍのずれは両眼に
よる画像認識に対して大きな障害とはならない。
像面は各々対応する目から１０００ｍｍ離れた半径１０
００ｍｍの球面である。従って６０ｍｍのずれは両眼に
よる画像認識に対して大きな障害とはならない。
【００１７】次に図１の系で、虚像面５を左眼４を中心
とする半径１０００ｍｍの球面とするための手段につい
て説明する。結像作用を分担するのがレンズ系２であ
る。レンズ系２は２−１から２−３までの３枚のレンズ
より構成されている。
とする半径１０００ｍｍの球面とするための手段につい
て説明する。結像作用を分担するのがレンズ系２であ
る。レンズ系２は２−１から２−３までの３枚のレンズ
より構成されている。
【００１８】ここでＬＣＤ１の中心点Ａの結像について
考える。レンズ系２の第３レンズ２−３の右側の面から
ハーフミラー３までの距離を６０ｍｍ、ハーフミラー３
から左眼４までの距離を５０ｍｍとすると、左眼の位置
は２−３の右側の面、即ち目に近い方の面より、両者の
和１１０ｍｍ離れていることになる。レンズ系２は最も
目に近いレンズ２−３の右側の面より８９０ｍｍ、即ち
１０００ｍｍから１１０ｍｍを引いただけ左側の位置に
中心点Ａを虚像として結像させる作用を持つ。
考える。レンズ系２の第３レンズ２−３の右側の面から
ハーフミラー３までの距離を６０ｍｍ、ハーフミラー３
から左眼４までの距離を５０ｍｍとすると、左眼の位置
は２−３の右側の面、即ち目に近い方の面より、両者の
和１１０ｍｍ離れていることになる。レンズ系２は最も
目に近いレンズ２−３の右側の面より８９０ｍｍ、即ち
１０００ｍｍから１１０ｍｍを引いただけ左側の位置に
中心点Ａを虚像として結像させる作用を持つ。
【００１９】更にレンズ系２のペッツバール和はほぼ１
／１０００ｍｍ-1となるように設計される。以上のよう
にレンズ系２を設定することにで、虚像面５は左眼４を
中心とする半径１０００ｍｍの球面とすることができ
る。
／１０００ｍｍ-1となるように設計される。以上のよう
にレンズ系２を設定することにで、虚像面５は左眼４を
中心とする半径１０００ｍｍの球面とすることができ
る。
【００２０】前述のように本実施例では図１の系と全く
対称に右眼に対応する部分が存在する。これについても
左眼の場合と全く同じような方法で系を構成すれば、右
眼に対し、右眼の位置を中心とする半径１０００ｍｍの
球面の虚像面を作ることができる。
対称に右眼に対応する部分が存在する。これについても
左眼の場合と全く同じような方法で系を構成すれば、右
眼に対し、右眼の位置を中心とする半径１０００ｍｍの
球面の虚像面を作ることができる。
【００２１】なお、図１のようにハーフミラー３を用い
たときには左右の系のクロストークを避ける必要があ
る。左眼用の画像１からの光６が３を透過して右眼用の
ＬＣＤ１を照明してしまうと、その光はフレア光となっ
て右眼で観察される像のコントラストを低下させるから
である。同様のことは右眼用の画像の光についても言え
る。
たときには左右の系のクロストークを避ける必要があ
る。左眼用の画像１からの光６が３を透過して右眼用の
ＬＣＤ１を照明してしまうと、その光はフレア光となっ
て右眼で観察される像のコントラストを低下させるから
である。同様のことは右眼用の画像の光についても言え
る。
【００２２】このため、左側で表示される画像の光が右
眼に行かず、また右側の画像を表示した光が左側の眼に
入らないように、遮光部材を左右両眼の光学系の間に設
けることが必要である。但し３としてミラーを用いる場
合にはクロストークが生じないため、遮光部材は必要な
い。また光学系の構成を従来例の図６のようにクロスト
ークが起きないような配置としてもよい。
眼に行かず、また右側の画像を表示した光が左側の眼に
入らないように、遮光部材を左右両眼の光学系の間に設
けることが必要である。但し３としてミラーを用いる場
合にはクロストークが生じないため、遮光部材は必要な
い。また光学系の構成を従来例の図６のようにクロスト
ークが起きないような配置としてもよい。
【００２３】本実施例では左右両眼に必ずしも同一の画
像を表示する必要はなく、左右のＬＣＤに視差のある画
像を表示させることで、立体画像を観察者に視認させる
ことも可能である。この場合も虚像面が観察者を取り囲
む有限距離の球面であることより、より臨場感の大きな
立体画像を表示することができる。
像を表示する必要はなく、左右のＬＣＤに視差のある画
像を表示させることで、立体画像を観察者に視認させる
ことも可能である。この場合も虚像面が観察者を取り囲
む有限距離の球面であることより、より臨場感の大きな
立体画像を表示することができる。
【００２４】図１の実施例１においては虚像面が左右の
目を中心とする半径１０００ｍｍの球面の例を示した。
しかしながら表示画像が横長の画像、例えばＨＤサイズ
やパノラマサイズの画像である場合には、虚像面は球面
であるよりも観察者を取り囲む円筒面であることが望ま
しい。更に取り込み効果を強調するためには、虚像面が
観察者から余り離れていない方が好ましい。
目を中心とする半径１０００ｍｍの球面の例を示した。
しかしながら表示画像が横長の画像、例えばＨＤサイズ
やパノラマサイズの画像である場合には、虚像面は球面
であるよりも観察者を取り囲む円筒面であることが望ま
しい。更に取り込み効果を強調するためには、虚像面が
観察者から余り離れていない方が好ましい。
【００２５】このように虚像面が近い場合には右眼、左
眼に対する各虚像面がずれておらず、お互いに形状、位
置ともに一致していることが望ましい。
眼に対する各虚像面がずれておらず、お互いに形状、位
置ともに一致していることが望ましい。
【００２６】図２は本発明の実施例２を示すもので、以
上の事項を勘案し虚像面を円筒面で構成したものであ
る。図中、実施例１と同一の構成要素については図１と
同一の番号が付されている。以下、実施例１と共通の作
用を持つものについては説明を省略し、本実施例独自の
項目について説明する。
上の事項を勘案し虚像面を円筒面で構成したものであ
る。図中、実施例１と同一の構成要素については図１と
同一の番号が付されている。以下、実施例１と共通の作
用を持つものについては説明を省略し、本実施例独自の
項目について説明する。
【００２７】図２は左右対称に構成される装置の左眼に
対応する光学系が示されている。図は図１と同様に観察
者を頭上から見下ろした形でかかれており、９が観察者
の顔の対称面である。９はまた本装置の右側を示す対称
面でもある。Ｂは右眼と左眼の中点である。
対応する光学系が示されている。図は図１と同様に観察
者を頭上から見下ろした形でかかれており、９が観察者
の顔の対称面である。９はまた本装置の右側を示す対称
面でもある。Ｂは右眼と左眼の中点である。
【００２８】本実施例では左眼４に対する虚像面５は紙
面に垂直な方向には曲率を持たず、紙面内の方向につい
ては中点Ｂを中心とする半径ＢＣの円で、全体として円
筒面を形成している。
面に垂直な方向には曲率を持たず、紙面内の方向につい
ては中点Ｂを中心とする半径ＢＣの円で、全体として円
筒面を形成している。
【００２９】本実施例の場合はＢＣ＝３００ｍｍであ
る。不図示の右眼に対する部分は対称面９に対して対称
である。中心Ｂが対称面９上にある点なので、右眼に対
する虚像面は左眼に対する虚像面５と同じく、図２の紙
面に垂直な方向には曲率を持たず、紙面内でＢを中心と
する半径ＢＣの円である円筒面となる。
る。不図示の右眼に対する部分は対称面９に対して対称
である。中心Ｂが対称面９上にある点なので、右眼に対
する虚像面は左眼に対する虚像面５と同じく、図２の紙
面に垂直な方向には曲率を持たず、紙面内でＢを中心と
する半径ＢＣの円である円筒面となる。
【００３０】左眼に対する虚像面５を円筒面にするため
のレンズ系が２である。レンズ系２は本実施例では２−
１１〜１４の４枚のレンズで構成されている。第１のレ
ンズ２−１１は両面とも球面のレンズ、第２レンズ２−
１２は左側の面が紙面に垂直な方向に曲率を持たず、紙
面内の方向に曲率を持つシリンドリカル面で、右側の面
は球面であるレンズである。
のレンズ系が２である。レンズ系２は本実施例では２−
１１〜１４の４枚のレンズで構成されている。第１のレ
ンズ２−１１は両面とも球面のレンズ、第２レンズ２−
１２は左側の面が紙面に垂直な方向に曲率を持たず、紙
面内の方向に曲率を持つシリンドリカル面で、右側の面
は球面であるレンズである。
【００３１】第３レンズ２−１３は逆に左側の面が球面
で、右側の面が紙面に垂直な方向に曲率を持たず、紙面
内の方向に曲率を持つシリンドリカル面であるレンズ、
第４レンズ２−１４は両面球面のレンズである。レンズ
系２は全体として非点収差がなく、ＬＣＤ１上の点を紙
面に垂直な断面と、紙面内にある断面の２つの方向に関
し同一の状態で結像するように設定が行われる。
で、右側の面が紙面に垂直な方向に曲率を持たず、紙面
内の方向に曲率を持つシリンドリカル面であるレンズ、
第４レンズ２−１４は両面球面のレンズである。レンズ
系２は全体として非点収差がなく、ＬＣＤ１上の点を紙
面に垂直な断面と、紙面内にある断面の２つの方向に関
し同一の状態で結像するように設定が行われる。
【００３２】円筒面となる虚像面を形成させるため、紙
面に垂直な断面の結像に関してはペッツバール和がほぼ
０、紙面内断面の結像に関してはペッツバール和がほぼ
１／３００ｍｍ-1となるように、レンズ系２の硝材及び
曲率が設定される。また第２レンズ２−１２、第３レン
ズ２−１３及び第４レンズ２−１４は図２の紙面内の上
下方向に異なる量偏心されて配置され、結果として虚像
面５は紙面内の断面で点Ｂを中心とする円となる。
面に垂直な断面の結像に関してはペッツバール和がほぼ
０、紙面内断面の結像に関してはペッツバール和がほぼ
１／３００ｍｍ-1となるように、レンズ系２の硝材及び
曲率が設定される。また第２レンズ２−１２、第３レン
ズ２−１３及び第４レンズ２−１４は図２の紙面内の上
下方向に異なる量偏心されて配置され、結果として虚像
面５は紙面内の断面で点Ｂを中心とする円となる。
【００３３】図２では不図示の右側の部分についても、
全く同じやり方で虚像面を図２の紙面内の方向に曲率を
持たず、紙面内では点Ｂを中心とする半径ＢＣである円
筒面とすることができる。従って右眼に対する虚像面と
左眼に対する虚像面５は完全に一致する。以上のように
虚像面を設定すれば、取り囲み効果により臨場感の大き
な画像を観察者に表示することができる。
全く同じやり方で虚像面を図２の紙面内の方向に曲率を
持たず、紙面内では点Ｂを中心とする半径ＢＣである円
筒面とすることができる。従って右眼に対する虚像面と
左眼に対する虚像面５は完全に一致する。以上のように
虚像面を設定すれば、取り囲み効果により臨場感の大き
な画像を観察者に表示することができる。
【００３４】本実施例では紙面内断面の虚像面を右眼と
左眼の中点Ｂが中心となる円とする円筒面とした。しか
しながら円の中心は観察者の顔の対称面９上のＢ以外の
点、例えば観察者の頭の中心や、首の回転中心とするこ
とも可能である。その場合にはシリンドリカル面を含む
レンズ系２の結像点位置、及び紙面内断面の結像系のペ
ッツバール和や偏心量を条件に合うように設定すればよ
い。
左眼の中点Ｂが中心となる円とする円筒面とした。しか
しながら円の中心は観察者の顔の対称面９上のＢ以外の
点、例えば観察者の頭の中心や、首の回転中心とするこ
とも可能である。その場合にはシリンドリカル面を含む
レンズ系２の結像点位置、及び紙面内断面の結像系のペ
ッツバール和や偏心量を条件に合うように設定すればよ
い。
【００３５】本発明の実施例２においては、円筒面の形
状を持つ虚像面をシリンドリカル面を含む偏心レンズ系
とハーフミラーにより実現した。実施例３は実施例２の
円筒の虚像面をホログラムコンバイナーにより実現した
ものである。
状を持つ虚像面をシリンドリカル面を含む偏心レンズ系
とハーフミラーにより実現した。実施例３は実施例２の
円筒の虚像面をホログラムコンバイナーにより実現した
ものである。
【００３６】図３は実施例３を表わす光学系で、形成さ
れる虚像面や観察者が視認する画像は実施例２と同一で
ある。図中これまでの実施例と同一の部材については、
同じ番号が付されているため、共通の部分については説
明を簡略化もしくは省略する。
れる虚像面や観察者が視認する画像は実施例２と同一で
ある。図中これまでの実施例と同一の部材については、
同じ番号が付されているため、共通の部分については説
明を簡略化もしくは省略する。
【００３７】本実施例においても、実施例１，２と同様
に装置は顔の対称面に対して左右対称である。このた
め、図には左眼に対応する部分のみを示し、右側の部分
は省略した。先ずＬＣＤ１が不図示の照明系により図３
の左下側から照明され、画像情報を持った光束１１が発
生される。該光束１１はホログラムコンバイナー１０に
よって反射され、ホログラムコンバイナー１０のレンズ
作用によって反射光束８となって左眼４に入射する。ホ
ログラムコンバイナー１０のレンズ作用はまた、反射光
束８を虚像面５上の各点から発せられる光束であるかの
ように観察者に認識させる役目も行う。
に装置は顔の対称面に対して左右対称である。このた
め、図には左眼に対応する部分のみを示し、右側の部分
は省略した。先ずＬＣＤ１が不図示の照明系により図３
の左下側から照明され、画像情報を持った光束１１が発
生される。該光束１１はホログラムコンバイナー１０に
よって反射され、ホログラムコンバイナー１０のレンズ
作用によって反射光束８となって左眼４に入射する。ホ
ログラムコンバイナー１０のレンズ作用はまた、反射光
束８を虚像面５上の各点から発せられる光束であるかの
ように観察者に認識させる役目も行う。
【００３８】この結果、ＬＣＤ１上に表示された画像が
拡大されて観察者に視認される。虚像面５は図２の実施
例２と同じく紙面と垂直な方向には曲率を持たず、紙面
内の方向については左眼４と不図示の右眼の中点Ｂを中
心とする半径ＢＣの円である円筒面となっている。図３
における虚像面５は実施例２の虚像面と同一なため、取
り囲み効果により臨場感の大きな画像を観察者に表示す
ることができる。
拡大されて観察者に視認される。虚像面５は図２の実施
例２と同じく紙面と垂直な方向には曲率を持たず、紙面
内の方向については左眼４と不図示の右眼の中点Ｂを中
心とする半径ＢＣの円である円筒面となっている。図３
における虚像面５は実施例２の虚像面と同一なため、取
り囲み効果により臨場感の大きな画像を観察者に表示す
ることができる。
【００３９】本実施例ではホログラムコンバイナー１０
が虚像面５を円筒面としている。即ちＬＣＤ１上の点Ａ
１から出た光束はホログラムコンバイナー１０の点Ａ２
に入射し、点Ａ２における回折作用で虚像面５上の点Ａ
３に虚像として結像される。
が虚像面５を円筒面としている。即ちＬＣＤ１上の点Ａ
１から出た光束はホログラムコンバイナー１０の点Ａ２
に入射し、点Ａ２における回折作用で虚像面５上の点Ａ
３に虚像として結像される。
【００４０】同様に点Ａ１とは異なる点Ｂ１から出た出
た光束はホログラムコンバイナー１０の点Ｂ２に入射
し、点Ｂ２における回折作用で虚像面５上の点Ｂ３に虚
像として結像される。従って、ホログラムコンバイナー
１０上にはＬＣＤ１上の各点からの光束が１０に入射し
た位置に、対応する円筒状の虚像面５上の点に虚像を形
成するように回折の格子が分布している必要がある。
た光束はホログラムコンバイナー１０の点Ｂ２に入射
し、点Ｂ２における回折作用で虚像面５上の点Ｂ３に虚
像として結像される。従って、ホログラムコンバイナー
１０上にはＬＣＤ１上の各点からの光束が１０に入射し
た位置に、対応する円筒状の虚像面５上の点に虚像を形
成するように回折の格子が分布している必要がある。
【００４１】このような機能を持つホログラムコンバイ
ナー１０は、必要な回折作用分布に応じて設定された位
相分布を持つ２光束波面を干渉させて焼きつけることに
より作成することができる。
ナー１０は、必要な回折作用分布に応じて設定された位
相分布を持つ２光束波面を干渉させて焼きつけることに
より作成することができる。
【００４２】図４は本実施例に用いられるホログラムコ
ンバイナー１０の作成方法の説明図である。ホログラム
感光材料１８はガラスやプラスチックなどの基板１７上
に貼り付け、または塗布されており、これに対して物体
光束１４及び参照光束１５が入射される。
ンバイナー１０の作成方法の説明図である。ホログラム
感光材料１８はガラスやプラスチックなどの基板１７上
に貼り付け、または塗布されており、これに対して物体
光束１４及び参照光束１５が入射される。
【００４３】１４，１５は不図示のレーザー光によって
作られ、両者の干渉縞が感光材料１８に記録される。感
光材料としてはフォトポリマー、レーザーとしては波長
５１４．５ｎｍのアルゴンイオンレーザーなどが典型的
である。勿論この他に例えば感光材料では、従来公知の
重クロム酸ゼラチンやポリビニルカルバゾール、銀塩感
光材料などが使用できることは言うまでもない。
作られ、両者の干渉縞が感光材料１８に記録される。感
光材料としてはフォトポリマー、レーザーとしては波長
５１４．５ｎｍのアルゴンイオンレーザーなどが典型的
である。勿論この他に例えば感光材料では、従来公知の
重クロム酸ゼラチンやポリビニルカルバゾール、銀塩感
光材料などが使用できることは言うまでもない。
【００４４】図４の系で参照光束１５は平行光で、物体
光束１４は焼きつけレンズ系１６により屈折された光束
である。レンズ系１６は２枚のアナモルフィックレンズ
１２，１３より構成されている。アナモフィックレンズ
１３は紙面に垂直な方向に曲率を持たず、紙面内方向に
のみ曲率を持つシリンドリカルレンズであり、アナモフ
ィックレンズ１２は紙面に対する対称性を持つ曲面で構
成されたアナモルフィックレンズである。焼き付けレン
ズ系１６はホログラムコンバイナー１０に必要な回折作
用が実現される位相分布となる物体光束１４を発生させ
るように設定される。
光束１４は焼きつけレンズ系１６により屈折された光束
である。レンズ系１６は２枚のアナモルフィックレンズ
１２，１３より構成されている。アナモフィックレンズ
１３は紙面に垂直な方向に曲率を持たず、紙面内方向に
のみ曲率を持つシリンドリカルレンズであり、アナモフ
ィックレンズ１２は紙面に対する対称性を持つ曲面で構
成されたアナモルフィックレンズである。焼き付けレン
ズ系１６はホログラムコンバイナー１０に必要な回折作
用が実現される位相分布となる物体光束１４を発生させ
るように設定される。
【００４５】図４で構成された光学系で露光された感光
材料１８に所定の現像処理を加えることでホログラムコ
ンバイナー１０が作成される。図５は図４で形成された
物体光束１４から球面波の成分を除いた非球面成分の位
相分布を等高線で示したものである。アナモルフィック
系特有の馬の鞍型の波面分布が形成されているのが分か
る。
材料１８に所定の現像処理を加えることでホログラムコ
ンバイナー１０が作成される。図５は図４で形成された
物体光束１４から球面波の成分を除いた非球面成分の位
相分布を等高線で示したものである。アナモルフィック
系特有の馬の鞍型の波面分布が形成されているのが分か
る。
【００４６】以上説明した様な方法で製作したホログラ
ムコンバイナを用いることで、前述の円筒形の虚像面を
形成させることができる。本実施例は虚像面を紙面内断
面で円の中心が点Ｂ以外の点である円筒面にすること
や、円筒面以外の曲面、例えば球面や楕円面にする変形
例を容易に実現することができる。この場合にはホログ
ラムコンバイナー１０を作成する焼き付け波面の位相分
布をそれらの条件に設定し直せばよい。
ムコンバイナを用いることで、前述の円筒形の虚像面を
形成させることができる。本実施例は虚像面を紙面内断
面で円の中心が点Ｂ以外の点である円筒面にすること
や、円筒面以外の曲面、例えば球面や楕円面にする変形
例を容易に実現することができる。この場合にはホログ
ラムコンバイナー１０を作成する焼き付け波面の位相分
布をそれらの条件に設定し直せばよい。
【００４７】本実施例で作成されたホログラムコンバイ
ナーは図４に示したように対抗する２光束で焼きつけら
れたリップマンホログラムである。従って感光材料１８
の厚さを厚くすれば３次元格子の特徴である強い波長選
択性が得られ、図３に用いたホログラムコンバイナー１
０の持つ高い回折効率を持つ波長幅を非常に狭くするこ
とができる。
ナーは図４に示したように対抗する２光束で焼きつけら
れたリップマンホログラムである。従って感光材料１８
の厚さを厚くすれば３次元格子の特徴である強い波長選
択性が得られ、図３に用いたホログラムコンバイナー１
０の持つ高い回折効率を持つ波長幅を非常に狭くするこ
とができる。
【００４８】この結果ホログラムコンバイナー１０で発
生する色収差を実質的に無視することのできる値にまで
押さえることができる。更に色収差を問題としなければ
ならない場合には、図３のＬＣＤ１を照明する不図示の
照明系とＬＣＤ１の間に干渉フィルタを配置し、照明光
の波長幅を狭めて、ホログラムコンバイナー１０での色
収差発生を軽減させることも可能である。
生する色収差を実質的に無視することのできる値にまで
押さえることができる。更に色収差を問題としなければ
ならない場合には、図３のＬＣＤ１を照明する不図示の
照明系とＬＣＤ１の間に干渉フィルタを配置し、照明光
の波長幅を狭めて、ホログラムコンバイナー１０での色
収差発生を軽減させることも可能である。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明ではＬＣＤ
などの画像発生器の画像情報を持った光束を光学系を介
して観察者の目に投光し、虚像として該観察者に表示す
る画像表示装置において、該虚像面を観察者を取り囲む
曲面とすることにより、観察者に対しより立体的で臨場
感、現実感の強い画像を表示することを可能とした。
などの画像発生器の画像情報を持った光束を光学系を介
して観察者の目に投光し、虚像として該観察者に表示す
る画像表示装置において、該虚像面を観察者を取り囲む
曲面とすることにより、観察者に対しより立体的で臨場
感、現実感の強い画像を表示することを可能とした。
【図１】 本発明の実施例１を示す図
【図２】 本発明の実施例２を示す図
【図３】 本発明の実施例３を示す図
【図４】 本発明の実施例３に用いられたホログラムコ
ンバイナーの作成方法の説明図
ンバイナーの作成方法の説明図
【図５】 該ホログラムコンバイナの焼き付け波面の位
相分布を示す図
相分布を示す図
【図６】 従来例である特開平４−３４５１２の説明図
【符号の説明】
１ 液晶表示素子（ＬＣＤ）
２ レンズ系
３ ハーフミラー
４ 左眼
５ 虚像面
６ 出射光束
７ 仮想光束
８ 反射光束
９ 顔の対称面
１０ ホログラムコンバイナー
１２ アナモルフィックレンズ
１３ シリンドリカルレンズ
１４ 物体光束
１５ 参照光束
１７ 基板
１８ 感光材料
１０１ 液晶表示器
１０４ バックライト光源
１０７ 観察者の瞳
１１６ 信号ライン
１２１ 虚像面
１５０ ミラー
１５１ 拡大レンズ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 金子 正
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ
ヤノン株式会社内
(72)発明者 須藤 敏行
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ
ヤノン株式会社内
(72)発明者 ▲吉▼永 曜子
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ
ヤノン株式会社内
(72)発明者 小林 辰
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ
ヤノン株式会社内
(72)発明者 松村 進
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ
ヤノン株式会社内
(56)参考文献 特開 平４−318809（ＪＰ，Ａ)
特表 平４−503440（ＪＰ，Ａ)
米国特許5130794（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 27/00,27/02
G03B 37/00
Claims (3)
- 【請求項１】 画像発生器と、該画像発生器からの画像
情報を持った光束を観察者に投光し、該画像の虚像を観
察する投光光学系とを観察者の左右眼に各々設けた画像
表示装置であって、該投光光学系は、左眼と右眼の画像
の虚像が形成される虚像面が、球面あるいは円筒面等を
なす同一の曲面上となるようにしたことを特徴とする画
像表示装置。 - 【請求項２】 画像発生器と、該画像発生器からの画像
情報を持った光束を観察者に投光し、該画像の虚像を観
察する投光光学系とを観察者の左右眼に各々設けた画像
表示装置であって、該投光光学系は、 該観察者の左右眼で観察される虚像面が、球面あるいは
円筒面等をなす同一曲面上となるようにしており、該画
像発生器は、そこで表示する画像情報が該観察者の左眼
と右眼で観察される虚像が互いに視差画像となるように
設定していることを特徴とする画像表示装置。 - 【請求項３】 前記曲面は観察者の顔の対称面に対して
対称であることを特徴とする請求項１または２の画像表
示装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18748093A JP3483274B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 画像表示装置 |
| EP94110094A EP0632303B1 (en) | 1993-06-30 | 1994-06-29 | Image displaying apparatus |
| US08/267,980 US5515122A (en) | 1993-06-30 | 1994-06-29 | Image displaying apparatus |
| DE69427136T DE69427136T2 (de) | 1993-06-30 | 1994-06-29 | Bildwiedergabegerät |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18748093A JP3483274B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 画像表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0784208A JPH0784208A (ja) | 1995-03-31 |
| JP3483274B2 true JP3483274B2 (ja) | 2004-01-06 |
Family
ID=16206817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18748093A Expired - Fee Related JP3483274B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 画像表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3483274B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10301055A (ja) * | 1997-04-25 | 1998-11-13 | Sony Corp | 画像表示装置 |
| JP4411547B2 (ja) * | 2006-03-20 | 2010-02-10 | ソニー株式会社 | 画像表示装置 |
| GB2449682A (en) * | 2007-06-01 | 2008-12-03 | Sharp Kk | Optical system for converting a flat image to a non-flat image |
| GB2465786A (en) * | 2008-11-28 | 2010-06-02 | Sharp Kk | An optical system for varying the perceived shape of a display surface |
-
1993
- 1993-06-30 JP JP18748093A patent/JP3483274B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0784208A (ja) | 1995-03-31 |
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