JP3899000B2 - 画像表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像板の透過光束を観察者の網膜に直接投影する眼球投射型画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
眼球投射型の画像表示装置として、図１３に示す光学系を含むものが、例えば特開平２−１３６８１８号公報で提案されている。この画像表示装置の光学系３０は、図示しないフレームによって観察者の眼前に保持されており、観察者の眼球３１に向かって配置された複数の構成部分、すなわち点光源３２、映像板である透過型液晶パネル３３、接眼レンズ３４を備えている。このような構成を備えた画像表示装置において、点光源３２から出射された光は、液晶パネル３３を透過する。液晶パネル３３を透過した光によって形成される画像又は映像は、接眼レンズ３４によって瞳孔３５で結像され、水晶体３６と硝子体３７を介して網膜３８に投影される。このように、この画像表示装置では点光源３２が瞳孔３５上で結像するように構成されているため、光束の指向性がよい。また、観察者３１が近視であるか遠視であるかに拘わらず、液晶パネル３３の画像を鮮明に観察できる。反面、観察者３１が光学系３０から僅かに眼を逸らしただけでも光束が虹彩によってけられ、映像を観察できなくなる。例えば、通常の大人の場合、暗い場所での瞳孔直径は約７ｍｍであるから、瞳孔３５が約±３．５ｍｍ以上動くと、画像を観察できない。また、明るい場所では瞳孔直径は約４ｍｍとなるので、瞳孔３５が約±２ｍｍ動くと、画像を観察できない。
【０００３】
一方、面光源を液晶パネルに密着して配置する構成が提案されている。この構成では、観察者がその眼前に着脱する画像表示装置の場合、装置の小型化の要請から、面光源と液晶パネルとの距離を十分にとることができない。その結果、液晶パネルを透過した光が全方位に放射され、指向性の無い光束が瞳孔に導かれる。そのため、瞳孔に光束を投射する光学系の収差を補正しなければならず、光学系の構成が著しく複雑になる。また、観察者は自分自身の水晶体で映像を網膜に収束する必要がある。しかし、液晶パネルと瞳孔との距離は限られているので、特に視力の悪い人は眼鏡を装着する必要がある。さらに、観察者が外界を観察するために液晶パネルから視線をそらせても、液晶パネルを透過した光が観察者の瞳孔に入り、そのために外界の様子を良好に観察できない。
【０００４】
そこで、これら問題を解消する方法として、多数の点光源を二次元（平面的に）配置した面光源を備えた画像表示装置が、特開平８−２１１３２５号公報で開示されている。しかし、この装置は、構成が複雑で、小型化できないという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本願発明は、観察者が自分自身で見え方および見易さを調整できる画像表示装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の目的を達成するためになされたもので、観察者の眼球の網膜に映像板を透過した光を収束させて送り、当該網膜に映像を投影する画像表示装置であって、
光源と、
光源から出た光を散乱する散乱体と、
散乱体で散乱された光を透過する映像板と、
映像板を透過した光を収束させて眼球に送るレンズとを含む光学系を備えており、
映像板から見た散乱体の大きさを調整可能に制限するための機構を備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の形態の画像表示装置は、観察者の眼球の網膜に映像板を透過した光を収束させて送り、当該網膜に映像を投影する画像表示装置であって、
光源と、
光源から出た光を散乱する散乱体と、
散乱体で散乱された光を透過する映像板と、
映像板を透過した光を収束させて眼球に送るレンズとを含む光学系を備えており、
光軸と直交する軸を中心として散乱体を回転させる機構を備えていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の形態の画像表示装置は、映像板からみた大きさの変化に対応して光源の明るさが変化することを特徴とする。
【００１３】
本発明の他の形態の画像表示装置は、光源から放射された光が観察者の瞳孔近傍で結像するように設計されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の他の形態の画像表示装置は、散乱体が観察者の瞳孔と共役関係を保つように設計されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の他の形態の画像表示装置は、散乱体で散乱した光が観察者の瞳孔近傍で結像するように設計されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の他の形態の画像表示装置は、光源が紫外光或は青色光を発するダイオードであり、散乱体が光源からの光を白色に変換する蛍光物質を含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明の他の形態の画像表示装置は、光源が赤色、緑色、青色の光を発する光源の組み合わせであることを特徴とする。
【００１８】
本発明の他の形態の画像表示装置は、光源と散乱体が一つのエレクトロルミネッセンスで形成されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の他の形態の画像表示装置は、散乱体が水平方向の長さが垂直方向の長さに比べて大きい形を有することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の複数の実施の形態を説明する。なお、以下に説明する複数の実施の形態を表示した複数の図面において同一又は対応する部材又は部分に同一の符号が付してある。また、発明の理解を容易にするために、以下の説明では適宜方向を表す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及びそれらを含む用語）を用いるが、特許請求の範囲に記載の発明はそれらの用語の持つ意味によって限定的に解釈されるものでない。
【００２１】
実施の形態１：
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明に係る眼球投射型画像表示装置１は、人（画像観察者２）がその頭部に着脱自在に装着して画像（動画又は静止画）を観察するもので、観察者２の眼球に画像を投射する光学部３と、この光学部３を眼前に安定的に支持するために観察者２の頭部に保持されるフレーム４と、光学部３に映像信号を送信する映像信号送信部５から構成されており、映像信号送信部５はフレーム４に内蔵されている。しかし、フレーム４の構成、映像信号送信部５の配置などは単なる一例であって、本発明が図示する構成に限定されるものでない。
【００２２】
本発明の最も特徴とする光学部３の構成が図２に示されている。図示するように、光学部３の筐体６（図１参照）には、観察者２の右側又は左側の眼球７に向かって、光源８、散乱体９、透過型映像板１０、接眼レンズ１１が組み込まれている。
【００２３】
光源８には種々の発光装置を用いることができるが、本実施の形態では発光ダイオード（ＬＥＤ）が利用されている。発光ダイオードとしては、白色発光ダイオード、紫外光或は青色光を発するダイオードが使用できる。なお、光源８は、ある限られた領域から発光するものであればよい。
散乱体９は、この散乱体９に入射した光を散乱させる材料で構成されており、観察者２が画像表示装置１を装着した状態で体軸と平行な方向（垂直方向）の辺長さ、体軸と直交する方向（水平方向）の辺の長さが異なる長方形を有する。例えば、散乱体９は、透光性材料（例えば、透過ガラス又は透過プラスチック）に光を散乱させる微粒子（例えば金属粉）を混入させるか、透明材料からなる板の表面に凹凸を付けて作ることができる。表面の凹凸は、板を成形する金型の対応する面に凹凸を付けておくことにより、または成形又は加工された板の表面をブラスト処理して付けることができる。その他、散乱体９として、紙、すりガラス板を利用することもできる。また、光源８として紫外光或は青色光を発するダイオードを使用する場合、光源からの光を白色に変換する蛍光物質を散乱体９に含めるのが好ましい。
透過型映像板１０は、透過型の液晶パネルが利用される。この液晶パネルは、フルカラー液晶パネル又はモノクロ液晶パネルによって構成されており、映像信号送信部５（図１参照）と電気的に接続され、該映像信号送信部５から出力される映像信号に基づいて画像を表示するようにしてある。
接眼レンズ１１には、通常、球面又は非球面の凸レンズが用いられる。この接眼レンズ１１は一つのレンズで構成することもできるが、複数のレンズを組み合わせて構成した組レンズであってもよい。
【００２４】
以上の構成を供えた表示装置によれば、光源８から出射した光は散乱体９に投射される。散乱体９は点光源８から受けた光を散乱し、映像板１０に投射する。一方、映像信号送信部５には、例えば図１に示すように、映像信号発信機２２から映像信号受信機２３を介して映像信号が送信される。そして、映像信号送信部５で受信した映像信号は映像板１０に送信され、これにより映像板１０の液晶パネル映像が表示される。この映像は、散乱体９から送られた光によって接眼レンズ１１に投射され、観察者２の瞳孔１２を通過し、水晶体１３によって網膜１４に投射される。
【００２５】
このとき、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、映像板１０の１点から見た散乱板９の見込み角θ１は、散乱体９と映像板１０の間の距離に応じて変化する。また、この見込み角θ１は、光軸１５と直交する方向に関する散乱体９の幅ａと、光軸１５と平行な方向に関する散乱体９と映像板１０の距離ｄによって決めることができる。
【００２６】
いま、図３（ａ）に示すように、光軸１５と直交する方向に関する散乱体９の幅ａが小さく、散乱体９と映像板１０の距離ｄが大きいとき、映像板１０の１点から見た散乱板９の見込み角θ１は小さい。また、映像板１０の１点から見た散乱板９の見込み角θ１は、映像板１０の１点を透過する光束の広がり角θ２に関係しており、見込み角θ１が小さい場合には、接眼レンズ１１、瞳孔１２、水晶体１３を経て、網膜１４に投影される映像板１０の１点の像を構成する光束の広がり角θ２も小さい。したがって、この状態では、目のレンズすなわち水晶体１３の屈折の影響を受け難い。結果、近視又は遠視などの観察者２であっても、自分自身で水晶体１３を調整することなく、その映像を鮮明に観察できる。当然、普段眼鏡をかけている人は、眼鏡を装着しているか否かに拘わらず、映像を鮮明に観察できる。また、画像表示装置１を装着していない一方の眼で景色を見ながら、画像表示装置１を装着した他方の眼で映像を見たとき、これら景色と映像を無理無く重ねることができる。
【００２７】
反面、このような構成では、映像板１０の１点を透過する光束の広がり角θ１が小さいため、集光位置近傍に瞳孔１２がないと映像の一部または全部が瞳孔１２でさえぎられ、観察者２は全体の映像を見ることができない。そのため、接眼レンズ１１と瞳孔１２の位置を正確に調整する必要があり、観察者にとって見にくい画像表示装置になる。
【００２８】
一方、図３（ｂ）に示すように、散乱体９の幅ａが大きく、散乱体９と映像板１０の距離ｄが小さいとき、映像板１０の１点から見た散乱板９の見込み角θ1が大きくなり、接眼レンズ１１、瞳孔１２、水晶体１３を経て、網膜１４に投影される映像板１０の１点の像を構成する光束の広がり角θ２が大きくなる。そのため、接眼レンズ１１で光束が収束されないことから、接眼レンズ１１と瞳孔１２の位置を正確に調整する必要がなく、観察者にとって見安い画像表示装置になる。
【００２９】
反面、このような構成では、映像板１０と接眼レンズ１１の間隔、水晶体１３と網膜１４の間隔を正確に調整する必要がある。そのため、普段眼鏡をかけている人は、映像を鮮明に観察するために、眼鏡を装着するか、映像板１０と接眼レンズ１１の間隔を調整する必要がある。また、画像表示装置１を装着していない方の眼で景色を見ながら、画像表示装置１を装着した方の眼で映像を見たとき、これら景色と映像を重ねることができない。
【００３０】
このような理由から、図２に示す実施の形態１に係る画像表示装置１の光学部３は、光源８と映像板１０の間で散乱体９を移動する機構１０１を備えている。移動機構１０１の具体的な構成は種々考えられる。例えば、散乱体９をフレーム１０１０によって固定支持するとともに、このフレーム１０１０を光軸１５と平行な方向に向けて移動できるように筐体６に支持する。このとき、筐体６がフレーム１０１０をガイドするガイド部材として機能するように構成してもよいし、筐体６にはガイド溝等のガイド部を形成するとともにフレーム１０１０にはガイド部によってガイドされる被ガイド部を形成し、これらガイド部と被ガイド部との協働によってフレーム１０１０が移動できるように構成してもよい。また、フレーム１０１０には光軸１５の方向に伸びるラック（歯部）を形成するとともに筐体６には該ラックと係合する小歯車（ピニオン）を回転自在に設け、この歯車を観察者２が回転することによってフレーム１０１０と散乱体９を光軸方向に往復移動できるようにしてもよい。
【００３１】
この移動機構１０１により、図３（ａ）と図３（ｂ）の状態を任意に選択できるだけでなく、両者の中間状態を作り出すことができ、観察者は映像の見え方および見易さを自在に調節して映像を観察できる。
【００３２】
なお、移動機構１０を採用した画像表示装置１にあっても、光源８と映像板１０の間隔は、瞳孔１２と網膜１４の間隔程度（例えば約１５ｍｍ）以上が望ましい。また、本実施の形態では、透過型の散乱体９を採用しているが、この散乱体は反射型に代えることができる。映像板１０についても同様で、本実施の形態では透過型の映像板を採用しているが、反射型の映像板に代えることができる。
【００３３】
実施の形態２：
実施の形態１では、散乱体９が光源８と映像板１０の間を連続的に移動する構成を採用したが、図４に示すように、光源８と映像板１０との間の複数の位置に任意に散乱体９を位置決め可能な散乱体保持機構１０２を設けてもよい。この散乱体保持機構１０２は、例えば、２つの壁１０２０を光軸１５について対称に配置するとともに、これら壁１０２０の対向面に光軸１５を挟んで対称に複数の散乱体保持溝１０２１又は保持部を形成し、一方の壁１０２０に形成された保持溝１０２１とこれと対称位置にある他方の壁１０２０に形成された保持溝１０２１に対して光軸１５と直交する方向から散乱板９を差し込んでその両端縁を両保持溝１０２１に保持させるよう、構成することができる。
【００３４】
このように構成された実施の形態２の画像表示装置によれば、実施の形態１と同様に観察者が映像の見え方および見易さを自在に調節して映像を観察できる。また、実施の形態１よりも更に構造を簡単にできる。
【００３５】
実施の形態３：
図５は、実施の形態３に係る画像表示装置１の光学部３の一部を示す。この光学部３において、散乱体９の映像板１０側又は光源１側には、散乱板９の開口率を調整する機構１０３が配置されている。開口率調整機構１０３は、散乱体９の横方向開口率を調整する横方向調整部１０３１と、散乱体９の縦方向開口率を調整する縦方向調整部１０３２を備えている。横方向調整部１０３１は、光軸１５を挟んでその左右に配置された一対の横方向可動板１０３３を有する。これら横方向可動板１０３３は、図示しないが、光学部３の筐体６又は筐体内に設けたガイド部によって左右に移動できるように支持されており、観察者２によってそれぞれの位置が自由に調整できるようにしてある。これに代えて、２つの横方向可動板１０３３を図示しない歯車機構又はラック・アンド・ピニオン機構によって連結し、一方の横方向可動板１０３３を横方向（左方向又は右方向）に移動すると、その動きに基づいて他方の横方向可動板１０３３が逆の横方向（右方向又は左方向）に移動するように、すなわち光軸１５を挟んで左右対称に２つの横方向可動板１０３３が移動するように、構成してもよい。同様に、縦方向調整部１０３２は、光軸１５を挟んでその上下に配置された一対の縦方向可動板１０３４を有する。これら縦方向可動板１０３４は、図示しないが、光学部３の筐体６又は筐体内に設けたガイド部によって上下に移動できるように支持されており、観察者２によってそれぞれの位置が自由に調整できるようにしてある。横方向可動板１０３３と同様に、２つの縦方向可動板１０３４を図示しない歯車機構又はラック・アンド・ピニオン機構によって連結し、一方の縦方向可動板１０３４を縦方向（上方向又は下下方向）に移動すると、その動きに基づいて他方の縦方向可動板１０３４が逆の縦方向（下方向又は上方向）に移動するように、すなわち光軸１５を挟んで上下対称に２つの縦方向可動板１０３４が移動するように、構成してもよい。このように、横方向可動板１０３３と縦方向可動板１０３４はそれぞれ独自の機構によって移動することができるが、横方向可動板１０３３と縦方向可動板１０３４を歯車機構によって連結し、横方向可動板１０３３を接近（又は離間）する方向に移動すると、その動きに連動して縦方向可動板１０３４が接近（又は離間）する方向に移動するようにしてもよい。
【００３６】
このような構成を採用した画像表示装置によれば、映像板１０からみた散乱体９の開口（開口率）を調整できる。そして、散乱体９の開口を小さくすることにより、散乱体９と映像板１０の距離を大きくした場合と同様の効果が得られ、また散乱体９の開口が大きくすることにより、散乱体９と映像板１０の距離を小さくした場合と同様の効果が得られる。そのため、観察者は、横方向可動板１０３３、縦方向可動板１０３４の間隔を調整して、映像の見え方および見易さを自在に調整できる。
【００３７】
実施の形態４：
図６は、実施の形態４に係る画像表示装置１の光学部３を示す。この光学部３において、散乱板９は、回転機構１０５によって、光軸１５と直交する軸を中心として回転できるように支持されている。この回転機構１０５は、例えば光軸１５と直交する方向に伸びる軸１０５１を一体的に備えている。また、軸１０５１は、筐体６に設けた軸受部（図示せず）によって支持されている。さらに、軸１０５１の一端は筐体６から突出し、その突出部に固定した歯車（図示せず）を観察者２が操作できるようにしてある。このような構成を採用した画像表示装置１によれば、軸１０５１を操作することにより散乱板９を回転することで、映像板１０からみた散乱体９の大きさを変化できる。そのため、実施の形態１から３と同様に、観察者が映像の見え方および見易さを自在に調節できるという効果がある。
【００３８】
実施の形態５：
図７は、実施の形態５に係る画像表示装置１の光学部３を示す。この光学部３では、散乱体９として、散乱度を調整可能な可変散乱板１０６が使用されている。また、可変散乱板１０６は、観察者２が操作可能な散乱度調整装置１０７に接続されている。可変散乱板１０６としては、現在市場に提供されている可変散乱板又は将来的に市場に提供されるであろう種々の可変散乱板が利用可能である。例えば、可変散乱板１０６として現在利用可能なものには、２枚の板ガラスの間に液晶シートを介在した調光ガラスがある。また、将来的に利用可能な可変散乱板としては、スマートゲル中に高濃度の顔料や光散乱粒子などの色材を分散させて作製されるスマート調光素子がある。
【００３９】
このような構成を備えた画像表示装置１によれば、散乱度調整装置１０７から供給されるエネルギ又は信号に基づいて可変散乱体１０６の散乱度が調整される。そして、可変散乱体１０６の散乱度を小さくすると、ほぼ光源８の発光領域の大きさと光源８と映像板１０の距離に応じて、網膜１４に投影される映像板１０の１点の像を構成する光束の広がり角θ２が決まる。一般的に発光ダイオード等の発光領域は小さいので、網膜１４に投影される映像板１０の１点の像を構成する光束の広がり角θ２が小さくなり、目のレンズすなわち水晶体１３の屈折の影響を受けにくいため、近視又は遠視などの観察者２であっても、自分自身で水晶体１３を調整することなく、その映像を鮮明に観察できる。当然、普段眼鏡をかけている人は、眼鏡を装着しているか否かに拘わらず、映像を鮮明に観察できる。また、画像表示装置１を装着していない方の眼で景色を見ながら、画像表示装置１を装着した方の眼で映像を見たとき、これら景色と映像を無理無く重ねることができる。
【００４０】
一方、散乱度可変散乱体１０６の散乱度を大きくすると、散乱度可変散乱体１０６と映像板１０との距離で、網膜１４に投影される映像板１０の１点の像を構成する光束の広がり角θ２が決まる。散乱度可変散乱体１０６と映像板１０の距離が小さいとθ２が大きくなり、接眼レンズ１１で光束が収束されず、接眼レンズ１１と瞳孔１２の位置を正確に調整する必要がない。しかし、映像板１０と接眼レンズ１１の間隔、水晶体１３と網膜１４の間隔を正確に調整する必要がある。そのため、普段眼鏡をかけている人は、映像を鮮明に観察するために、眼鏡を装着するか、映像板１０と接眼レンズ１１の間隔を調整する必要がある。また、画像表示装置１を装着していない方の眼で景色を見ながら、画像表示装置１を装着した方の眼で映像を見たとき、これら景色と映像を重ねることができない。
【００４１】
従って、観察者は、散乱度調整装置１０７で、散乱度可変散乱体１０６の散乱度を調整することにより、映像の見え方および見易さを自由に調節できる。
【００４２】
実施の形態６：
図８は、実施の形態６に係る画像表示装置１の光学部３を示す。この光学部３は、移動型散乱体を有する実施の形態２の画像表示装置を改良したもので、移動型散乱体９の位置を検出する位置検出器１０８と、この位置検出器１０８で検出された散乱体９の位置に応じて光源８の輝度を調整する輝度調整部１０９を備えている。このように構成された画像表示装置１によれば、散乱体９を移動すると、その移動位置に応じて輝度調整部１０９が光源８の輝度を調整し、瞳孔１２を通過する光量がほぼ一定になるように制御する。したがって、映像の明るさを変えることなく、観察者が見え方および見易さを調節して映像を観測できる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、移動型散乱体を備えた実施の形態２の画像表示装置に輝度調整部を設けたが、実施の形態３のように開口率調整機構を備えた画像表示装置、実施の形態４のように散乱体の回転機構を備えた画像表示装置、実施の形態５のように散乱度の調整機構を備えた画像表示装置に輝度調整部を設け、開口率・散乱体の角度・散乱度に応じて光源の輝度を調整し、これにより瞳孔を通過する光量がほぼ一定になるように制御することもできる。
【００４４】
実施の形態７：
図９は実施の形態７の画像表示装置１を示す。この画像表示装置１において、光源８と瞳孔１２が共役関係に設定されている。このように構成された画像表示装置によれば、散乱板９の拡散度が小さい場合、映像板１０に表示された映像が瞳孔１２又はその近傍に光源８の発光領域の大きさを反映した領域に収束されてマクスウェル視状態になるので、近視又は遠視などの観察者２であっても、自分自身で水晶体１３を調整することなく、その映像を鮮明に観察できる。当然、普段眼鏡をかけている人は、眼鏡を装着しているか否かに拘わらず、映像を鮮明に観察できる。また、画像表示装置１を装着していない方の眼で景色を見ながら、画像表示装置１を装着した方の眼で映像を見たとき、これら景色と映像を無理無く重ねることができる。
【００４５】
実施の形態８：
図１０は実施の形態８の画像表示装置１を示す。この画像表示装置１では、光源８の発光領域の形状が瞳孔１２付近で結像されるように構成されている。そのため、散乱板９の拡散度が小さい場合、映像板１０に表示された映像が瞳孔１２又はその近傍に光源の像として収束されてマクスウェル視状態になるので、近視又は遠視などの観察者２であっても、自分自身で水晶体１３を調整することなく、その映像を鮮明に観察できる。当然、普段眼鏡をかけている人は、眼鏡を装着しているか否かに拘わらず、映像を鮮明に観察できる。また、画像表示装置１を装着していない方の眼で景色を見ながら、画像表示装置１を装着した方の眼で映像を見たとき、これら景色と映像を無理無く重ねることができる。
【００４６】
実施の形態９：
図１１は実施の形態９の画像表示装置１を示す。この画像表示装置１では、散乱板９と瞳孔１２が概略共役関係に設定されている。したがって、散乱板９の拡散度が大きい場合、光源８の位置、発光領域の大きさに依存せず、散乱板９の位置によって、映像板１０に表示された映像が瞳孔１２又はその近傍で散乱体９の大きさを反映した領域に収束されてマクスウェル視状態になるので、近視又は遠視などの観察者２であっても、自分自身で水晶体１３を調整することなく、その映像を鮮明に観察できる。当然、普段眼鏡をかけている人は、眼鏡を装着しているか否かに拘わらず、映像を鮮明に観察できる。また、画像表示装置１を装着していない方の眼で景色を見ながら、画像表示装置１を装着した方の眼で映像を見たとき、これら景色と映像を無理無く重ねることができる。
【００４７】
実施の形態１０：
図１２は実施の形態１０の画像表示装置１を示す。この画像表示装置１は、散乱板９の像が瞳孔１２付近で結像されるように構成されている。したがって、散乱板９の拡散度が大きい場合、映像板１０に表示された映像が瞳孔１２又はその近傍に散乱体９の像として収束されてマクスウェル視状態になるので、近視又は遠視などの観察者２であっても、自分自身で水晶体１３を調整することなく、その映像を鮮明に観察できる。当然、普段眼鏡をかけている人は、眼鏡を装着しているか否かに拘わらず、映像を鮮明に観察できる。また、画像表示装置１を装着していない方の眼で景色を見ながら、画像表示装置１を装着した方の眼で映像を見たとき、これら景色と映像を無理無く重ねることができる。
【００４８】
実施の形態１１：
上述した実施の形態７から１０に示した構成は、実施の形態１から６に示した画像形成装置に適用できる。
その他、上述した画像表示装置では光源として点光源を用いているが、光源は点光源に限るものでなく、管光源であってもよい。
また、光源が発する色（波長成分）は特に限定的ではないが、白色の光を発する光源（例えば、白色ＬＥＤ）を用いることが好ましい。
さらに、光源は単一の色（波長）を発する単一光源に限らず、赤、緑、青の色を発する複数の光源からなるものであってもよい。この場合、発光色を切り換えるタイミングに同期して液晶表示画像を切り換えることができる、所謂シーケンシャル型液晶パネルを利用することができる。
さらにまた、上述の複数の実施の形態では光源と散乱体を別々の部品で構成しているが、これらをエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）で構成することにより、一部品で構成することができる。この場合、部品点数が減少し、画像表示装置の組立が容易になる。
そして、水平方向の長さが垂直方向の長さに比べて大きい形を有する散乱体を用いた画像表示装置によれば、観察者は、画像を観察している状態で僅かに視線を上下に動かすだけで、外界の景色だけを観察する状態に切り換えることができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、観察者の眼球の網膜に映像板の映像を投影する画像表示装置であって、観察者が装着するフレームに、光源と光源から出た光を散乱する散乱体と、散乱体で散乱された光を透過する映像板と、映像板を透過した光を収束させて眼球に送るレンズとを含む光学系が支持されており、散乱体が光源と映像板の間を移動できることを特徴とする画像表示装置によれば、観察者が見え方および見易さを観察者の好みに調節して映像を観察できる。
【００５０】
同様に、観察者の眼球の網膜に映像板の映像を投影する画像表示装置であって、観察者が装着するフレームに、光源と光源から出た光を散乱する散乱体と、散乱体で散乱された光を透過する映像板と、映像板を透過した光を収束させて眼球に送るレンズとを含む光学系が支持されており、散乱体が光源と映像板の間の任意の位置に設置できる構造を備えていることを特徴とする画像表示装置によれば、観察者が見え方および見易さを観察者の好みに調節して映像を観察できる。
【００５１】
同様に、観察者の眼球の網膜に映像板の映像を投影する画像表示装置であって、観察者が装着するフレームに、光源と光源から出た光を散乱する散乱体と、散乱体で散乱された光を透過する映像板と、映像板を透過した光を収束させて眼球に送るレンズとを含む光学系が支持されており、映像板から見た散乱体の大きさを制限するための機構を備えていることを特徴とする画像表示装置によれば、観察者が見え方および見易さを観察者の好みに調節して映像を観察できる。
【００５２】
同様に、観察者の眼球の網膜に映像板の映像を投影する画像表示装置であって、観察者が装着するフレームに、光源と光源から出た光を散乱する散乱体と、散乱体で散乱された光を透過する映像板と、映像板を透過した光を収束させて眼球に送るレンズとを含む光学系が支持されており、光軸と直交する軸を中心として散乱体を回転させる機構を備えていることを特徴とする画像表示装置によれば、観察者が見え方および見易さを観察者の好みに調節して映像を観察できる。
【００５３】
同様に、観察者の眼球の網膜に映像板の映像を投影する画像表示装置であって、観察者が装着するフレームに、光源と光源から出た光を散乱する散乱体と、散乱体で散乱された光を透過する映像板と、映像板を透過した光を収束させて眼球に送るレンズとを含む光学系が支持されており、散乱体が電気信号により散乱度が変わる材料であることを特徴とする画像表示装置によれば、観察者が見え方および見易さを観察者の好みに調節して映像を観察できる。
【００５４】
散乱体の位置の変化、または映像板からみた大きさの変化、もしくは散乱度の変化に対応して光源の明るさが変化することを特徴とする画像表示装置によれば、映像の明るさを変えることなく観察者が見え方および見易さを調節して映像を観測できる。
【００５５】
光源が観察者の瞳孔と共役関係を保つように設計されていることを特徴とする画像表示装置によれば、映像板に表示された映像が瞳孔又はその近傍に収束されるマクスウェル視に近い状態になるので、近視又は遠視などの観察者でもその映像を鮮明に観察できる。
【００５６】
光源から放射された光が観察者の瞳孔近傍で結像するように設計されていることを特徴とする画像表示装置によれば、映像板に表示された映像が瞳孔又はその近傍に収束されるマクスウェル視に近い状態になるので、近視又は遠視などの観察者でもその映像を鮮明に観察できる。
【００５７】
散乱体が観察者の瞳孔と共役関係を保つように設計されていることを特徴とする画像表示装置によれば、映像板に表示された映像が瞳孔又はその近傍に収束されるマクスウェル視に近い状態になるので、近視又は遠視などの観察者でもその映像を鮮明に観察できる。
【００５８】
散乱体で散乱した光が観察者の瞳孔近傍で結像するように設計されていることを特徴とする画像表示装置によれば、映像板に表示された映像が瞳孔又はその近傍に収束されるマクスウェル視に近い状態になるので、近視又は遠視などの観察者でもその映像を鮮明に観察できる。
【００５９】
光源が赤色、緑色、青色の光を発する光源の組み合わせである画像表示装置によれば、フィールドシーケンシャル型の液晶パネルを利用できる。
【００６０】
光源と散乱体が一つのエレクトロルミネッセンスで形成されている画像表示装置によれば、光源と散乱体を一部品で構成できるので、部品点数が減少する。
【００６１】
そして、水平方向の長さが垂直方向の長さに比べて大きい形を有する散乱体を用いた画像表示装置によれば、観察者は、画像を観察している状態で僅かに視線を上下に動かすだけで、外界の景色だけを観察する状態に切り換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１に係る画像表示装置〔図１（ｂ）〕及び該画像表示装置の利用形態１〔図１（ａ）〕を示す斜視図。
【図２】 実施の形態１に係る画像表示装置に組み込まれた光学部の構成を示す斜視図。
【図３】 実施の形態１に係る画像表示装置に組み込まれた光学部の構成を示す図。
【図４】 実施の形態２に係る画像表示装置に組み込まれた光学部の構成を示す図。
【図５】 実施の形態３に係る画像表示装置に組み込まれた光学部の散乱体およびスリットの構成を示す図。
【図６】 実施の形態４に係る画像表示装置に組み込まれた光学部の構成を示す斜視図。
【図７】 実施の形態５に係る画像表示装置に組み込まれた光学部の構成を示す斜視図。
【図８】 実施の形態６に係る画像表示装置に組み込まれた光学部の構成を示す斜視図
【図９】 実施の形態７に係る画像表示装置に組み込まれた光学部の構成を示す斜視図
【図１０】 実施の形態８に係る画像表示装置に組み込まれた光学部の構成を示す図。
【図１１】 実施の形態９に係る画像表示装置に組み込まれた光学部の構成を示す図。
【図１２】 実施の形態１０に係る画像表示装置に組み込まれた光学部の構成を示す図。
【図１３】 従来の画像表示装置に組み込まれた光学部の構成を示す図。
【符号の説明】
１：画像表示装置 ２：観察者 ３：光学部 ４：フレーム ５：映像信号送信部 ６：筐体 ７：眼球 ８：点光源 ９：散乱体 １０：映像板 １１：接眼レンズ １２：瞳孔 １４：網膜 １５：光軸 １０１：移動機構 １０２：散乱体保持構造 １０３：開口率調整機構 １０５：回転機構 １０６：可変散乱板 １０７：散乱度調整装置 １０８：位置検出器 １０９：輝度調整部 a：散乱体の幅 d：散乱体と映像板の距離 θ1：映像板の１点から見た散乱体aの見込み角（全角） θ2：映像板の１点から放出され網膜に結像される光束の広がり角（全角) ３０：光学系 ３１：眼球 ３２：点光源 ３３：透過型液晶パネル ３４：接眼レンズ ３５：瞳孔 ３６：水晶体 ３７：硝子体 ３８：網膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像板の透過光束を観察者の網膜に直接投影する眼球投射型画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
眼球投射型の画像表示装置として、図１３に示す光学系を含むものが、例えば特開平２−１３６８１８号公報で提案されている。この画像表示装置の光学系３０は、図示しないフレームによって観察者の眼前に保持されており、観察者の眼球３１に向かって配置された複数の構成部分、すなわち点光源３２、映像板である透過型液晶パネル３３、接眼レンズ３４を備えている。このような構成を備えた画像表示装置において、点光源３２から出射された光は、液晶パネル３３を透過する。液晶パネル３３を透過した光によって形成される画像又は映像は、接眼レンズ３４によって瞳孔３５で結像され、水晶体３６と硝子体３７を介して網膜３８に投影される。このように、この画像表示装置では点光源３２が瞳孔３５上で結像するように構成されているため、光束の指向性がよい。また、観察者３１が近視であるか遠視であるかに拘わらず、液晶パネル３３の画像を鮮明に観察できる。反面、観察者３１が光学系３０から僅かに眼を逸らしただけでも光束が虹彩によってけられ、映像を観察できなくなる。例えば、通常の大人の場合、暗い場所での瞳孔直径は約７ｍｍであるから、瞳孔３５が約±３．５ｍｍ以上動くと、画像を観察できない。また、明るい場所では瞳孔直径は約４ｍｍとなるので、瞳孔３５が約±２ｍｍ動くと、画像を観察できない。
【０００３】
一方、面光源を液晶パネルに密着して配置する構成が提案されている。この構成では、観察者がその眼前に着脱する画像表示装置の場合、装置の小型化の要請から、面光源と液晶パネルとの距離を十分にとることができない。その結果、液晶パネルを透過した光が全方位に放射され、指向性の無い光束が瞳孔に導かれる。そのため、瞳孔に光束を投射する光学系の収差を補正しなければならず、光学系の構成が著しく複雑になる。また、観察者は自分自身の水晶体で映像を網膜に収束する必要がある。しかし、液晶パネルと瞳孔との距離は限られているので、特に視力の悪い人は眼鏡を装着する必要がある。さらに、観察者が外界を観察するために液晶パネルから視線をそらせても、液晶パネルを透過した光が観察者の瞳孔に入り、そのために外界の様子を良好に観察できない。
【０００４】
そこで、これら問題を解消する方法として、多数の点光源を二次元（平面的に）配置した面光源を備えた画像表示装置が、特開平８−２１１３２５号公報で開示されている。しかし、この装置は、構成が複雑で、小型化できないという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本願発明は、観察者が自分自身で見え方および見易さを調整できる画像表示装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の目的を達成するためになされたもので、観察者の眼球の網膜に映像板を透過した光を収束させて送り、当該網膜に映像を投影する画像表示装置であって、
光源と、
光源から出た光を散乱する散乱体と、
散乱体で散乱された光を透過する映像板と、
映像板を透過した光を収束させて眼球に送るレンズとを含む光学系を備えており、
映像板から見た散乱体の大きさを調整可能に制限するための機構を備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の形態の画像表示装置は、観察者の眼球の網膜に映像板を透過した光を収束させて送り、当該網膜に映像を投影する画像表示装置であって、
光源と、
光源から出た光を散乱する散乱体と、
散乱体で散乱された光を透過する映像板と、
映像板を透過した光を収束させて眼球に送るレンズとを含む光学系を備えており、
光軸と直交する軸を中心として散乱体を回転させる機構を備えていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の形態の画像表示装置は、映像板からみた大きさの変化に対応して光源の明るさが変化することを特徴とする。
【００１３】
本発明の他の形態の画像表示装置は、光源から放射された光が観察者の瞳孔近傍で結像するように設計されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の他の形態の画像表示装置は、散乱体が観察者の瞳孔と共役関係を保つように設計されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の他の形態の画像表示装置は、散乱体で散乱した光が観察者の瞳孔近傍で結像するように設計されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の他の形態の画像表示装置は、光源が紫外光或は青色光を発するダイオードであり、散乱体が光源からの光を白色に変換する蛍光物質を含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明の他の形態の画像表示装置は、光源が赤色、緑色、青色の光を発する光源の組み合わせであることを特徴とする。
【００１８】
本発明の他の形態の画像表示装置は、光源と散乱体が一つのエレクトロルミネッセンスで形成されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の他の形態の画像表示装置は、散乱体が水平方向の長さが垂直方向の長さに比べて大きい形を有することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の複数の実施の形態を説明する。なお、以下に説明する複数の実施の形態を表示した複数の図面において同一又は対応する部材又は部分に同一の符号が付してある。また、発明の理解を容易にするために、以下の説明では適宜方向を表す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及びそれらを含む用語）を用いるが、特許請求の範囲に記載の発明はそれらの用語の持つ意味によって限定的に解釈されるものでない。
【００２１】
実施の形態１：
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明に係る眼球投射型画像表示装置１は、人（画像観察者２）がその頭部に着脱自在に装着して画像（動画又は静止画）を観察するもので、観察者２の眼球に画像を投射する光学部３と、この光学部３を眼前に安定的に支持するために観察者２の頭部に保持されるフレーム４と、光学部３に映像信号を送信する映像信号送信部５から構成されており、映像信号送信部５はフレーム４に内蔵されている。しかし、フレーム４の構成、映像信号送信部５の配置などは単なる一例であって、本発明が図示する構成に限定されるものでない。
【００２２】
本発明の最も特徴とする光学部３の構成が図２に示されている。図示するように、光学部３の筐体６（図１参照）には、観察者２の右側又は左側の眼球７に向かって、光源８、散乱体９、透過型映像板１０、接眼レンズ１１が組み込まれている。
【００２３】
光源８には種々の発光装置を用いることができるが、本実施の形態では発光ダイオード（ＬＥＤ）が利用されている。発光ダイオードとしては、白色発光ダイオード、紫外光或は青色光を発するダイオードが使用できる。なお、光源８は、ある限られた領域から発光するものであればよい。
散乱体９は、この散乱体９に入射した光を散乱させる材料で構成されており、観察者２が画像表示装置１を装着した状態で体軸と平行な方向（垂直方向）の辺長さ、体軸と直交する方向（水平方向）の辺の長さが異なる長方形を有する。例えば、散乱体９は、透光性材料（例えば、透過ガラス又は透過プラスチック）に光を散乱させる微粒子（例えば金属粉）を混入させるか、透明材料からなる板の表面に凹凸を付けて作ることができる。表面の凹凸は、板を成形する金型の対応する面に凹凸を付けておくことにより、または成形又は加工された板の表面をブラスト処理して付けることができる。その他、散乱体９として、紙、すりガラス板を利用することもできる。また、光源８として紫外光或は青色光を発するダイオードを使用する場合、光源からの光を白色に変換する蛍光物質を散乱体９に含めるのが好ましい。
透過型映像板１０は、透過型の液晶パネルが利用される。この液晶パネルは、フルカラー液晶パネル又はモノクロ液晶パネルによって構成されており、映像信号送信部５（図１参照）と電気的に接続され、該映像信号送信部５から出力される映像信号に基づいて画像を表示するようにしてある。
接眼レンズ１１には、通常、球面又は非球面の凸レンズが用いられる。この接眼レンズ１１は一つのレンズで構成することもできるが、複数のレンズを組み合わせて構成した組レンズであってもよい。
【００２４】
以上の構成を供えた表示装置によれば、光源８から出射した光は散乱体９に投射される。散乱体９は点光源８から受けた光を散乱し、映像板１０に投射する。一方、映像信号送信部５には、例えば図１に示すように、映像信号発信機２２から映像信号受信機２３を介して映像信号が送信される。そして、映像信号送信部５で受信した映像信号は映像板１０に送信され、これにより映像板１０の液晶パネル映像が表示される。この映像は、散乱体９から送られた光によって接眼レンズ１１に投射され、観察者２の瞳孔１２を通過し、水晶体１３によって網膜１４に投射される。
【００２５】
このとき、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、映像板１０の１点から見た散乱板９の見込み角θ１は、散乱体９と映像板１０の間の距離に応じて変化する。また、この見込み角θ１は、光軸１５と直交する方向に関する散乱体９の幅ａと、光軸１５と平行な方向に関する散乱体９と映像板１０の距離ｄによって決めることができる。
【００２６】
いま、図３（ａ）に示すように、光軸１５と直交する方向に関する散乱体９の幅ａが小さく、散乱体９と映像板１０の距離ｄが大きいとき、映像板１０の１点から見た散乱板９の見込み角θ１は小さい。また、映像板１０の１点から見た散乱板９の見込み角θ１は、映像板１０の１点を透過する光束の広がり角θ２に関係しており、見込み角θ１が小さい場合には、接眼レンズ１１、瞳孔１２、水晶体１３を経て、網膜１４に投影される映像板１０の１点の像を構成する光束の広がり角θ２も小さい。したがって、この状態では、目のレンズすなわち水晶体１３の屈折の影響を受け難い。結果、近視又は遠視などの観察者２であっても、自分自身で水晶体１３を調整することなく、その映像を鮮明に観察できる。当然、普段眼鏡をかけている人は、眼鏡を装着しているか否かに拘わらず、映像を鮮明に観察できる。また、画像表示装置１を装着していない一方の眼で景色を見ながら、画像表示装置１を装着した他方の眼で映像を見たとき、これら景色と映像を無理無く重ねることができる。
【００２７】
反面、このような構成では、映像板１０の１点を透過する光束の広がり角θ１が小さいため、集光位置近傍に瞳孔１２がないと映像の一部または全部が瞳孔１２でさえぎられ、観察者２は全体の映像を見ることができない。そのため、接眼レンズ１１と瞳孔１２の位置を正確に調整する必要があり、観察者にとって見にくい画像表示装置になる。
【００２８】
一方、図３（ｂ）に示すように、散乱体９の幅ａが大きく、散乱体９と映像板１０の距離ｄが小さいとき、映像板１０の１点から見た散乱板９の見込み角θ1が大きくなり、接眼レンズ１１、瞳孔１２、水晶体１３を経て、網膜１４に投影される映像板１０の１点の像を構成する光束の広がり角θ２が大きくなる。そのため、接眼レンズ１１で光束が収束されないことから、接眼レンズ１１と瞳孔１２の位置を正確に調整する必要がなく、観察者にとって見安い画像表示装置になる。
【００２９】
反面、このような構成では、映像板１０と接眼レンズ１１の間隔、水晶体１３と網膜１４の間隔を正確に調整する必要がある。そのため、普段眼鏡をかけている人は、映像を鮮明に観察するために、眼鏡を装着するか、映像板１０と接眼レンズ１１の間隔を調整する必要がある。また、画像表示装置１を装着していない方の眼で景色を見ながら、画像表示装置１を装着した方の眼で映像を見たとき、これら景色と映像を重ねることができない。
【００３０】
このような理由から、図２に示す実施の形態１に係る画像表示装置１の光学部３は、光源８と映像板１０の間で散乱体９を移動する機構１０１を備えている。移動機構１０１の具体的な構成は種々考えられる。例えば、散乱体９をフレーム１０１０によって固定支持するとともに、このフレーム１０１０を光軸１５と平行な方向に向けて移動できるように筐体６に支持する。このとき、筐体６がフレーム１０１０をガイドするガイド部材として機能するように構成してもよいし、筐体６にはガイド溝等のガイド部を形成するとともにフレーム１０１０にはガイド部によってガイドされる被ガイド部を形成し、これらガイド部と被ガイド部との協働によってフレーム１０１０が移動できるように構成してもよい。また、フレーム１０１０には光軸１５の方向に伸びるラック（歯部）を形成するとともに筐体６には該ラックと係合する小歯車（ピニオン）を回転自在に設け、この歯車を観察者２が回転することによってフレーム１０１０と散乱体９を光軸方向に往復移動できるようにしてもよい。
【００３１】
この移動機構１０１により、図３（ａ）と図３（ｂ）の状態を任意に選択できるだけでなく、両者の中間状態を作り出すことができ、観察者は映像の見え方および見易さを自在に調節して映像を観察できる。
【００３２】
なお、移動機構１０を採用した画像表示装置１にあっても、光源８と映像板１０の間隔は、瞳孔１２と網膜１４の間隔程度（例えば約１５ｍｍ）以上が望ましい。また、本実施の形態では、透過型の散乱体９を採用しているが、この散乱体は反射型に代えることができる。映像板１０についても同様で、本実施の形態では透過型の映像板を採用しているが、反射型の映像板に代えることができる。
【００３３】
実施の形態２：
実施の形態１では、散乱体９が光源８と映像板１０の間を連続的に移動する構成を採用したが、図４に示すように、光源８と映像板１０との間の複数の位置に任意に散乱体９を位置決め可能な散乱体保持機構１０２を設けてもよい。この散乱体保持機構１０２は、例えば、２つの壁１０２０を光軸１５について対称に配置するとともに、これら壁１０２０の対向面に光軸１５を挟んで対称に複数の散乱体保持溝１０２１又は保持部を形成し、一方の壁１０２０に形成された保持溝１０２１とこれと対称位置にある他方の壁１０２０に形成された保持溝１０２１に対して光軸１５と直交する方向から散乱板９を差し込んでその両端縁を両保持溝１０２１に保持させるよう、構成することができる。
【００３４】
このように構成された実施の形態２の画像表示装置によれば、実施の形態１と同様に観察者が映像の見え方および見易さを自在に調節して映像を観察できる。また、実施の形態１よりも更に構造を簡単にできる。
【００３５】
実施の形態３：
図５は、実施の形態３に係る画像表示装置１の光学部３の一部を示す。この光学部３において、散乱体９の映像板１０側又は光源１側には、散乱板９の開口率を調整する機構１０３が配置されている。開口率調整機構１０３は、散乱体９の横方向開口率を調整する横方向調整部１０３１と、散乱体９の縦方向開口率を調整する縦方向調整部１０３２を備えている。横方向調整部１０３１は、光軸１５を挟んでその左右に配置された一対の横方向可動板１０３３を有する。これら横方向可動板１０３３は、図示しないが、光学部３の筐体６又は筐体内に設けたガイド部によって左右に移動できるように支持されており、観察者２によってそれぞれの位置が自由に調整できるようにしてある。これに代えて、２つの横方向可動板１０３３を図示しない歯車機構又はラック・アンド・ピニオン機構によって連結し、一方の横方向可動板１０３３を横方向（左方向又は右方向）に移動すると、その動きに基づいて他方の横方向可動板１０３３が逆の横方向（右方向又は左方向）に移動するように、すなわち光軸１５を挟んで左右対称に２つの横方向可動板１０３３が移動するように、構成してもよい。同様に、縦方向調整部１０３２は、光軸１５を挟んでその上下に配置された一対の縦方向可動板１０３４を有する。これら縦方向可動板１０３４は、図示しないが、光学部３の筐体６又は筐体内に設けたガイド部によって上下に移動できるように支持されており、観察者２によってそれぞれの位置が自由に調整できるようにしてある。横方向可動板１０３３と同様に、２つの縦方向可動板１０３４を図示しない歯車機構又はラック・アンド・ピニオン機構によって連結し、一方の縦方向可動板１０３４を縦方向（上方向又は下下方向）に移動すると、その動きに基づいて他方の縦方向可動板１０３４が逆の縦方向（下方向又は上方向）に移動するように、すなわち光軸１５を挟んで上下対称に２つの縦方向可動板１０３４が移動するように、構成してもよい。このように、横方向可動板１０３３と縦方向可動板１０３４はそれぞれ独自の機構によって移動することができるが、横方向可動板１０３３と縦方向可動板１０３４を歯車機構によって連結し、横方向可動板１０３３を接近（又は離間）する方向に移動すると、その動きに連動して縦方向可動板１０３４が接近（又は離間）する方向に移動するようにしてもよい。
【００３６】
このような構成を採用した画像表示装置によれば、映像板１０からみた散乱体９の開口（開口率）を調整できる。そして、散乱体９の開口を小さくすることにより、散乱体９と映像板１０の距離を大きくした場合と同様の効果が得られ、また散乱体９の開口が大きくすることにより、散乱体９と映像板１０の距離を小さくした場合と同様の効果が得られる。そのため、観察者は、横方向可動板１０３３、縦方向可動板１０３４の間隔を調整して、映像の見え方および見易さを自在に調整できる。
【００３７】
実施の形態４：
図６は、実施の形態４に係る画像表示装置１の光学部３を示す。この光学部３において、散乱板９は、回転機構１０５によって、光軸１５と直交する軸を中心として回転できるように支持されている。この回転機構１０５は、例えば光軸１５と直交する方向に伸びる軸１０５１を一体的に備えている。また、軸１０５１は、筐体６に設けた軸受部（図示せず）によって支持されている。さらに、軸１０５１の一端は筐体６から突出し、その突出部に固定した歯車（図示せず）を観察者２が操作できるようにしてある。このような構成を採用した画像表示装置１によれば、軸１０５１を操作することにより散乱板９を回転することで、映像板１０からみた散乱体９の大きさを変化できる。そのため、実施の形態１から３と同様に、観察者が映像の見え方および見易さを自在に調節できるという効果がある。
【００３８】
実施の形態５：
図７は、実施の形態５に係る画像表示装置１の光学部３を示す。この光学部３では、散乱体９として、散乱度を調整可能な可変散乱板１０６が使用されている。また、可変散乱板１０６は、観察者２が操作可能な散乱度調整装置１０７に接続されている。可変散乱板１０６としては、現在市場に提供されている可変散乱板又は将来的に市場に提供されるであろう種々の可変散乱板が利用可能である。例えば、可変散乱板１０６として現在利用可能なものには、２枚の板ガラスの間に液晶シートを介在した調光ガラスがある。また、将来的に利用可能な可変散乱板としては、スマートゲル中に高濃度の顔料や光散乱粒子などの色材を分散させて作製されるスマート調光素子がある。
【００３９】
このような構成を備えた画像表示装置１によれば、散乱度調整装置１０７から供給されるエネルギ又は信号に基づいて可変散乱体１０６の散乱度が調整される。そして、可変散乱体１０６の散乱度を小さくすると、ほぼ光源８の発光領域の大きさと光源８と映像板１０の距離に応じて、網膜１４に投影される映像板１０の１点の像を構成する光束の広がり角θ２が決まる。一般的に発光ダイオード等の発光領域は小さいので、網膜１４に投影される映像板１０の１点の像を構成する光束の広がり角θ２が小さくなり、目のレンズすなわち水晶体１３の屈折の影響を受けにくいため、近視又は遠視などの観察者２であっても、自分自身で水晶体１３を調整することなく、その映像を鮮明に観察できる。当然、普段眼鏡をかけている人は、眼鏡を装着しているか否かに拘わらず、映像を鮮明に観察できる。また、画像表示装置１を装着していない方の眼で景色を見ながら、画像表示装置１を装着した方の眼で映像を見たとき、これら景色と映像を無理無く重ねることができる。
【００４０】
一方、散乱度可変散乱体１０６の散乱度を大きくすると、散乱度可変散乱体１０６と映像板１０との距離で、網膜１４に投影される映像板１０の１点の像を構成する光束の広がり角θ２が決まる。散乱度可変散乱体１０６と映像板１０の距離が小さいとθ２が大きくなり、接眼レンズ１１で光束が収束されず、接眼レンズ１１と瞳孔１２の位置を正確に調整する必要がない。しかし、映像板１０と接眼レンズ１１の間隔、水晶体１３と網膜１４の間隔を正確に調整する必要がある。そのため、普段眼鏡をかけている人は、映像を鮮明に観察するために、眼鏡を装着するか、映像板１０と接眼レンズ１１の間隔を調整する必要がある。また、画像表示装置１を装着していない方の眼で景色を見ながら、画像表示装置１を装着した方の眼で映像を見たとき、これら景色と映像を重ねることができない。
【００４１】
従って、観察者は、散乱度調整装置１０７で、散乱度可変散乱体１０６の散乱度を調整することにより、映像の見え方および見易さを自由に調節できる。
【００４２】
実施の形態６：
図８は、実施の形態６に係る画像表示装置１の光学部３を示す。この光学部３は、移動型散乱体を有する実施の形態２の画像表示装置を改良したもので、移動型散乱体９の位置を検出する位置検出器１０８と、この位置検出器１０８で検出された散乱体９の位置に応じて光源８の輝度を調整する輝度調整部１０９を備えている。このように構成された画像表示装置１によれば、散乱体９を移動すると、その移動位置に応じて輝度調整部１０９が光源８の輝度を調整し、瞳孔１２を通過する光量がほぼ一定になるように制御する。したがって、映像の明るさを変えることなく、観察者が見え方および見易さを調節して映像を観測できる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、移動型散乱体を備えた実施の形態２の画像表示装置に輝度調整部を設けたが、実施の形態３のように開口率調整機構を備えた画像表示装置、実施の形態４のように散乱体の回転機構を備えた画像表示装置、実施の形態５のように散乱度の調整機構を備えた画像表示装置に輝度調整部を設け、開口率・散乱体の角度・散乱度に応じて光源の輝度を調整し、これにより瞳孔を通過する光量がほぼ一定になるように制御することもできる。
【００４４】
実施の形態７：
図９は実施の形態７の画像表示装置１を示す。この画像表示装置１において、光源８と瞳孔１２が共役関係に設定されている。このように構成された画像表示装置によれば、散乱板９の拡散度が小さい場合、映像板１０に表示された映像が瞳孔１２又はその近傍に光源８の発光領域の大きさを反映した領域に収束されてマクスウェル視状態になるので、近視又は遠視などの観察者２であっても、自分自身で水晶体１３を調整することなく、その映像を鮮明に観察できる。当然、普段眼鏡をかけている人は、眼鏡を装着しているか否かに拘わらず、映像を鮮明に観察できる。また、画像表示装置１を装着していない方の眼で景色を見ながら、画像表示装置１を装着した方の眼で映像を見たとき、これら景色と映像を無理無く重ねることができる。
【００４５】
実施の形態８：
図１０は実施の形態８の画像表示装置１を示す。この画像表示装置１では、光源８の発光領域の形状が瞳孔１２付近で結像されるように構成されている。そのため、散乱板９の拡散度が小さい場合、映像板１０に表示された映像が瞳孔１２又はその近傍に光源の像として収束されてマクスウェル視状態になるので、近視又は遠視などの観察者２であっても、自分自身で水晶体１３を調整することなく、その映像を鮮明に観察できる。当然、普段眼鏡をかけている人は、眼鏡を装着しているか否かに拘わらず、映像を鮮明に観察できる。また、画像表示装置１を装着していない方の眼で景色を見ながら、画像表示装置１を装着した方の眼で映像を見たとき、これら景色と映像を無理無く重ねることができる。
【００４６】
実施の形態９：
図１１は実施の形態９の画像表示装置１を示す。この画像表示装置１では、散乱板９と瞳孔１２が概略共役関係に設定されている。したがって、散乱板９の拡散度が大きい場合、光源８の位置、発光領域の大きさに依存せず、散乱板９の位置によって、映像板１０に表示された映像が瞳孔１２又はその近傍で散乱体９の大きさを反映した領域に収束されてマクスウェル視状態になるので、近視又は遠視などの観察者２であっても、自分自身で水晶体１３を調整することなく、その映像を鮮明に観察できる。当然、普段眼鏡をかけている人は、眼鏡を装着しているか否かに拘わらず、映像を鮮明に観察できる。また、画像表示装置１を装着していない方の眼で景色を見ながら、画像表示装置１を装着した方の眼で映像を見たとき、これら景色と映像を無理無く重ねることができる。
【００４７】
実施の形態１０：
図１２は実施の形態１０の画像表示装置１を示す。この画像表示装置１は、散乱板９の像が瞳孔１２付近で結像されるように構成されている。したがって、散乱板９の拡散度が大きい場合、映像板１０に表示された映像が瞳孔１２又はその近傍に散乱体９の像として収束されてマクスウェル視状態になるので、近視又は遠視などの観察者２であっても、自分自身で水晶体１３を調整することなく、その映像を鮮明に観察できる。当然、普段眼鏡をかけている人は、眼鏡を装着しているか否かに拘わらず、映像を鮮明に観察できる。また、画像表示装置１を装着していない方の眼で景色を見ながら、画像表示装置１を装着した方の眼で映像を見たとき、これら景色と映像を無理無く重ねることができる。
【００４８】
実施の形態１１：
上述した実施の形態７から１０に示した構成は、実施の形態１から６に示した画像形成装置に適用できる。
その他、上述した画像表示装置では光源として点光源を用いているが、光源は点光源に限るものでなく、管光源であってもよい。
また、光源が発する色（波長成分）は特に限定的ではないが、白色の光を発する光源（例えば、白色ＬＥＤ）を用いることが好ましい。
さらに、光源は単一の色（波長）を発する単一光源に限らず、赤、緑、青の色を発する複数の光源からなるものであってもよい。この場合、発光色を切り換えるタイミングに同期して液晶表示画像を切り換えることができる、所謂シーケンシャル型液晶パネルを利用することができる。
さらにまた、上述の複数の実施の形態では光源と散乱体を別々の部品で構成しているが、これらをエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）で構成することにより、一部品で構成することができる。この場合、部品点数が減少し、画像表示装置の組立が容易になる。
そして、水平方向の長さが垂直方向の長さに比べて大きい形を有する散乱体を用いた画像表示装置によれば、観察者は、画像を観察している状態で僅かに視線を上下に動かすだけで、外界の景色だけを観察する状態に切り換えることができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、観察者の眼球の網膜に映像板の映像を投影する画像表示装置であって、観察者が装着するフレームに、光源と光源から出た光を散乱する散乱体と、散乱体で散乱された光を透過する映像板と、映像板を透過した光を収束させて眼球に送るレンズとを含む光学系が支持されており、散乱体が光源と映像板の間を移動できることを特徴とする画像表示装置によれば、観察者が見え方および見易さを観察者の好みに調節して映像を観察できる。
【００５０】
同様に、観察者の眼球の網膜に映像板の映像を投影する画像表示装置であって、観察者が装着するフレームに、光源と光源から出た光を散乱する散乱体と、散乱体で散乱された光を透過する映像板と、映像板を透過した光を収束させて眼球に送るレンズとを含む光学系が支持されており、散乱体が光源と映像板の間の任意の位置に設置できる構造を備えていることを特徴とする画像表示装置によれば、観察者が見え方および見易さを観察者の好みに調節して映像を観察できる。
【００５１】
同様に、観察者の眼球の網膜に映像板の映像を投影する画像表示装置であって、観察者が装着するフレームに、光源と光源から出た光を散乱する散乱体と、散乱体で散乱された光を透過する映像板と、映像板を透過した光を収束させて眼球に送るレンズとを含む光学系が支持されており、映像板から見た散乱体の大きさを制限するための機構を備えていることを特徴とする画像表示装置によれば、観察者が見え方および見易さを観察者の好みに調節して映像を観察できる。
【００５２】
同様に、観察者の眼球の網膜に映像板の映像を投影する画像表示装置であって、観察者が装着するフレームに、光源と光源から出た光を散乱する散乱体と、散乱体で散乱された光を透過する映像板と、映像板を透過した光を収束させて眼球に送るレンズとを含む光学系が支持されており、光軸と直交する軸を中心として散乱体を回転させる機構を備えていることを特徴とする画像表示装置によれば、観察者が見え方および見易さを観察者の好みに調節して映像を観察できる。
【００５３】
同様に、観察者の眼球の網膜に映像板の映像を投影する画像表示装置であって、観察者が装着するフレームに、光源と光源から出た光を散乱する散乱体と、散乱体で散乱された光を透過する映像板と、映像板を透過した光を収束させて眼球に送るレンズとを含む光学系が支持されており、散乱体が電気信号により散乱度が変わる材料であることを特徴とする画像表示装置によれば、観察者が見え方および見易さを観察者の好みに調節して映像を観察できる。
【００５４】
散乱体の位置の変化、または映像板からみた大きさの変化、もしくは散乱度の変化に対応して光源の明るさが変化することを特徴とする画像表示装置によれば、映像の明るさを変えることなく観察者が見え方および見易さを調節して映像を観測できる。
【００５５】
光源が観察者の瞳孔と共役関係を保つように設計されていることを特徴とする画像表示装置によれば、映像板に表示された映像が瞳孔又はその近傍に収束されるマクスウェル視に近い状態になるので、近視又は遠視などの観察者でもその映像を鮮明に観察できる。
【００５６】
光源から放射された光が観察者の瞳孔近傍で結像するように設計されていることを特徴とする画像表示装置によれば、映像板に表示された映像が瞳孔又はその近傍に収束されるマクスウェル視に近い状態になるので、近視又は遠視などの観察者でもその映像を鮮明に観察できる。
【００５７】
散乱体が観察者の瞳孔と共役関係を保つように設計されていることを特徴とする画像表示装置によれば、映像板に表示された映像が瞳孔又はその近傍に収束されるマクスウェル視に近い状態になるので、近視又は遠視などの観察者でもその映像を鮮明に観察できる。
【００５８】
散乱体で散乱した光が観察者の瞳孔近傍で結像するように設計されていることを特徴とする画像表示装置によれば、映像板に表示された映像が瞳孔又はその近傍に収束されるマクスウェル視に近い状態になるので、近視又は遠視などの観察者でもその映像を鮮明に観察できる。
【００５９】
光源が赤色、緑色、青色の光を発する光源の組み合わせである画像表示装置によれば、フィールドシーケンシャル型の液晶パネルを利用できる。
【００６０】
光源と散乱体が一つのエレクトロルミネッセンスで形成されている画像表示装置によれば、光源と散乱体を一部品で構成できるので、部品点数が減少する。
【００６１】
そして、水平方向の長さが垂直方向の長さに比べて大きい形を有する散乱体を用いた画像表示装置によれば、観察者は、画像を観察している状態で僅かに視線を上下に動かすだけで、外界の景色だけを観察する状態に切り換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１に係る画像表示装置〔図１（ｂ）〕及び該画像表示装置の利用形態１〔図１（ａ）〕を示す斜視図。
【図２】 実施の形態１に係る画像表示装置に組み込まれた光学部の構成を示す斜視図。
【図３】 実施の形態１に係る画像表示装置に組み込まれた光学部の構成を示す図。
【図４】 実施の形態２に係る画像表示装置に組み込まれた光学部の構成を示す図。
【図５】 実施の形態３に係る画像表示装置に組み込まれた光学部の散乱体およびスリットの構成を示す図。
【図６】 実施の形態４に係る画像表示装置に組み込まれた光学部の構成を示す斜視図。
【図７】 実施の形態５に係る画像表示装置に組み込まれた光学部の構成を示す斜視図。
【図８】 実施の形態６に係る画像表示装置に組み込まれた光学部の構成を示す斜視図
【図９】 実施の形態７に係る画像表示装置に組み込まれた光学部の構成を示す斜視図
【図１０】 実施の形態８に係る画像表示装置に組み込まれた光学部の構成を示す図。
【図１１】 実施の形態９に係る画像表示装置に組み込まれた光学部の構成を示す図。
【図１２】 実施の形態１０に係る画像表示装置に組み込まれた光学部の構成を示す図。
【図１３】 従来の画像表示装置に組み込まれた光学部の構成を示す図。
【符号の説明】
１：画像表示装置 ２：観察者 ３：光学部 ４：フレーム ５：映像信号送信部 ６：筐体 ７：眼球 ８：点光源 ９：散乱体 １０：映像板 １１：接眼レンズ １２：瞳孔 １４：網膜 １５：光軸 １０１：移動機構 １０２：散乱体保持構造 １０３：開口率調整機構 １０５：回転機構 １０６：可変散乱板 １０７：散乱度調整装置 １０８：位置検出器 １０９：輝度調整部 a：散乱体の幅 d：散乱体と映像板の距離 θ1：映像板の１点から見た散乱体aの見込み角（全角） θ2：映像板の１点から放出され網膜に結像される光束の広がり角（全角) ３０：光学系 ３１：眼球 ３２：点光源 ３３：透過型液晶パネル ３４：接眼レンズ ３５：瞳孔 ３６：水晶体 ３７：硝子体 ３８：網膜
Claims (10)
- 観察者の眼球の網膜に映像板を透過した光を収束させて送り、当該網膜に映像を投影する画像表示装置であって、
光源と、
光源から出た光を散乱する散乱体と、
散乱体で散乱された光を透過する映像板と、
映像板を透過した光を収束させて眼球に送るレンズとを含む光学系を備えており、
映像板から見た散乱体の大きさを調整可能に制限するための機構を備えていることを特徴とする画像表示装置。 - 観察者の眼球の網膜に映像板を透過した光を収束させて送り、当該網膜に映像を投影する画像表示装置であって、
光源と、
光源から出た光を散乱する散乱体と、
散乱体で散乱された光を透過する映像板と、
映像板を透過した光を収束させて眼球に送るレンズとを含む光学系を備えており、
光軸と直交する軸を中心として散乱体を回転させる機構を備えていることを特徴とする画像表示装置。 - 映像板からみた大きさの変化に対応して光源の明るさが変化することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の画像表示装置。
- 光源から放射された光が観察者の瞳孔近傍で結像するように設計されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像表示装置。
- 散乱体が観察者の瞳孔と共役関係を保つように設計されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像表示装置。
- 散乱体で散乱した光が観察者の瞳孔近傍で結像するように設計されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像表示装置。
- 光源が紫外光或は青色光を発するダイオードであり、散乱体が光源からの光を白色に変換する蛍光物質を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の画像表示装置。
- 光源が赤色、緑色、青色の光を発する光源の組み合わせであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の画像表示装置。
- 光源と散乱体が一つのエレクトロルミネッセンスで形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の画像表示装置。
- 散乱体は、水平方向の長さが垂直方向の長さに比べて大きい形を有することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の画像表示装置。
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