JPH0772420A - Picture display device - Google Patents
Picture display deviceInfo
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- JPH0772420A JPH0772420A JP24218493A JP24218493A JPH0772420A JP H0772420 A JPH0772420 A JP H0772420A JP 24218493 A JP24218493 A JP 24218493A JP 24218493 A JP24218493 A JP 24218493A JP H0772420 A JPH0772420 A JP H0772420A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明はヘッドマウントディス
プレイなどの画像表示装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image display device such as a head mounted display.
【０００２】[0002]
【従来の技術】画像表示装置においては、視野の広いも
のが要求され、これに応えて大型のスクリーンに画像を
拡大投影するものが製品化されている。しかし、このよ
うな投影型の画像表示装置では、装置全体が大型化し、
高価なものである。そこで、従来では、頭部に装着して
画像を観察することのできるコンパクトなヘッドマウン
トディスプレイが提案されている。図２および図３はこ
のヘッドマウントディスプレイの１例を示したものであ
る。このヘッドマウントディスプレイは、使用者の頭部
に装着するリング状のヘッドバンド１と、このヘッドバ
ンド１に取り付けられた機器ケース２とからなってい
る。ヘッドバンド１は周方向に伸縮性を有するものであ
り、その両側部にはバンド内を通って音声信号が送られ
るイヤホーン３が設けられている。機器ケース２は、前
面側が使用者の顔面に密接する曲面形状に形成された箱
状のものであり、その前面には左右のファインダ４が設
けられており、各ファインダ４内には拡大用の接眼レン
ズ５が設けられている。また、機器ケース２の内部に
は、テレビ映像などの画像を表示する液晶表示パネル
（画像表示体）６、この液晶表示パネル６からの画像光
をファインダ４に向けて反射する反射ミラー７、および
液晶表示パネル６を駆動する回路基板８などが設けられ
ている。なお、機器ケース２の上部には、液晶表示パネ
ル６の背面（図３では上面）を照明するバックライトユ
ニット９が設けられている。このようなヘッドマウント
ディスプレイでは、機器ケース２の前面側を顔面に当て
るとともにヘッドバンド１を頭部に装着してイヤホーン
３を左右の耳に挿入し、この状態で左右のファインダ４
を覗き見ると、液晶表示パネル６に表示された画像が接
眼レンズ５によって拡大され、その虚像を観察すること
ができるとともに、イヤホーン３により画像に応じた音
声を聞くことができる。2. Description of the Related Art In image display devices, a device having a wide field of view is required, and in response, a device for enlarging and projecting an image on a large screen has been commercialized. However, in such a projection type image display device, the entire device becomes large,
It is expensive. Therefore, conventionally, a compact head mounted display that can be worn on the head and observes an image has been proposed. 2 and 3 show an example of this head mounted display. The head mounted display includes a ring-shaped head band 1 to be worn on the head of a user and a device case 2 attached to the head band 1. The headband 1 is stretchable in the circumferential direction, and earphones 3 are provided on both sides of the headband 1 for transmitting audio signals through the band. The device case 2 is a box-shaped case whose front side is formed into a curved surface shape that is in close contact with the user's face, and left and right viewfinders 4 are provided on the front side, and each viewfinder 4 is used for enlarging. An eyepiece lens 5 is provided. Further, inside the device case 2, a liquid crystal display panel (image display body) 6 that displays an image such as a television image, a reflection mirror 7 that reflects the image light from the liquid crystal display panel 6 toward the finder 4, and A circuit board 8 for driving the liquid crystal display panel 6 and the like are provided. A backlight unit 9 that illuminates the rear surface (the upper surface in FIG. 3) of the liquid crystal display panel 6 is provided on the upper part of the device case 2. In such a head mounted display, the front side of the device case 2 is applied to the face, the headband 1 is attached to the head, the earphones 3 are inserted into the left and right ears, and in this state, the left and right viewfinders 4 are inserted.
When looking into the image, the image displayed on the liquid crystal display panel 6 is magnified by the eyepiece lens 5 and a virtual image thereof can be observed, and at the same time, the earphone 3 can hear a sound corresponding to the image.
【０００３】ところで、このようなヘッドマウントディ
スプレイの原理的な構造は、図４に示すように、眼１０
の前方に小型の液晶表示パネル６を配置し、この液晶表
示パネル６と眼１０との間にファインダ４の接眼レンズ
５を配置したものに相当し、接眼レンズ５によって液晶
表示パネル６に表示された画像の拡大虚像１１を作るよ
うになっている。このような構造のものでは、因みに、
接眼レンズ５が単一のレンズで構成され、その焦点距離
ｆが２４ｍｍのもので、液晶表示パネル６が０．７イン
チ型（対角長が約１７．８ｍｍで、短辺と長辺の比が
３：４）のものであるとして、接眼レンズ５から液晶表
示パネル６までの距離を例えば２３．５ｍｍに設定する
と、眼１０より約１２００ｍｍの空間に対角長が約８８
９ｍｍの３５インチ型という広い視野の拡大虚像１１を
得ることができ、しかも眼１０から液晶表示パネル６ま
での距離を約４７．５ｍｍと短くすることができ、極め
てコンパクトなものを得ることができる。By the way, the principle structure of such a head mounted display is as shown in FIG.
This is equivalent to a small liquid crystal display panel 6 arranged in front of, and the eyepiece 5 of the finder 4 arranged between the liquid crystal display panel 6 and the eye 10, and is displayed on the liquid crystal display panel 6 by the eyepiece 5. A magnified virtual image 11 of the captured image is created. With such a structure, by the way,
The eyepiece lens 5 is composed of a single lens and has a focal length f of 24 mm, and the liquid crystal display panel 6 is a 0.7 inch type (diagonal length is about 17.8 mm, the ratio of short side to long side). If the distance from the eyepiece 5 to the liquid crystal display panel 6 is set to, for example, 23.5 mm, the diagonal length is about 88 mm in a space of about 1200 mm from the eye 10.
It is possible to obtain a magnified virtual image 11 having a wide field of view of 35 mm type of 9 mm, and further, the distance from the eye 10 to the liquid crystal display panel 6 can be shortened to about 47.5 mm, and an extremely compact object can be obtained. .
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなヘッドマウントディスプレイでは、液晶表示パネル
６が平面であるため、接眼レンズ５で拡大虚像１１を作
ると、像面が平面にならず、接眼レンズ５によって像面
湾曲が生じ、視野の周辺に行くに従ってボケた像になる
という問題がある。このことを図５を参照して、さらに
詳しく説明する。液晶表示パネル６においてピントの合
った所から距離Ｚだけピントの外れた位置での波面収差
Ｗは、次式（１）で示される。 Ｗ＝（１／２）Ｚ（ＮＡ）2……（１） ただし、ＮＡは眼径で決まる接眼レンズ５の開口数であ
る。そして、媒界の屈折率を１．０とし、瞳径ＥＰを３
ｍｍとすると、開口数ＮＡは次式（２）で示される。 ＮＡ＝ｓｉｎｕ≒ｕ≒（ＥＰ）／２ｆ……（２） ただし、ｕは光軸上の物点において入射瞳の半径が張る
角であり、ｆは接眼レンズ５の焦点距離（２４ｍｍ）で
ある。ここで、１つの目安として、波面収差Ｗが１波長
（ｄ線で０．０００５５ｍｍ）以下であれば、像がボケ
て感じられないということから、式（１）よりピント外
れの距離Ｚを逆算すると、 Ｚ＝（２Ｗ）／（ＮＡ）2≒（２Ｗ）｛２ｆ／（Ｅ
Ｐ）｝2＝０．２８ｍｍ となる。そして、ピント外れの距離Ｚが０．２８ｍｍと
なる液晶表示パネル６の像高Ｈは、幾何学的な関係よ
り、 Ｈ＝√（２ｎｆＺ）＝４．５ｍｍ となる。ただし、ｎは接眼レンズ５の屈折率（１．５）
である。したがって、０．７インチ型の液晶表示パネル
６の最大像高（８．９ｍｍ）に対してピント外れの距離
Ｚが０．２８ｍｍとなる液晶表示パネル６の像高Ｈが
４．５ｍｍであるから、およそ視野の中心側の半分はボ
ケを感じないが、これよりも外周側に行くに従って次第
にボケが生じ、画像が鮮明に見えなくなる。なお、眼１
０にはピント面を調節する能力があるので、よほどピン
ト外れの距離Ｚが大きくなければ実用上は良いのである
が、眼１０の調節力を働かせるため、眼１０の疲労感を
高め、長時間の使用には耐え難いという問題がある。ま
た、広い視野を得るために、接眼レンズ５の焦点距離ｆ
を短くしたり、あるいは液晶表示パネル６を大きくした
りすると、ピント外れの距離Ｚが大きくなり、像のボケ
が激しくなる。However, in such a head mounted display, since the liquid crystal display panel 6 is a flat surface, when the magnified virtual image 11 is formed by the eyepiece lens 5, the image surface does not become a flat surface, and the eyepiece lens is not formed. However, there is a problem in that a curvature of field occurs due to No. 5, and the image becomes blurred toward the periphery of the visual field. This will be described in more detail with reference to FIG. The wavefront aberration W at a position out of focus on the liquid crystal display panel 6 by the distance Z is expressed by the following equation (1). W = (1/2) Z (NA) 2 (1) where NA is the numerical aperture of the eyepiece lens 5 determined by the eye diameter. Then, the refractive index of the medium field is set to 1.0, and the pupil diameter EP is set to 3
The numerical aperture NA is expressed by the following equation (2), where mm is mm. NA = sinu≈u≈ (EP) / 2f (2) where u is the angle formed by the radius of the entrance pupil at the object point on the optical axis, and f is the focal length (24 mm) of the eyepiece lens 5. . Here, as one guide, if the wavefront aberration W is one wavelength (0.00055 mm at the d-line) or less, the image will not be perceived as blurred, so the out-of-focus distance Z is calculated backward from the equation (1). Then, Z = (2W) / (NA) 2 ≈ (2W) {2f / (E
P)} 2 = 0.28 mm. The image height H of the liquid crystal display panel 6 where the distance Z out of focus is 0.28 mm is H = √ (2nfZ) = 4.5 mm due to the geometrical relationship. However, n is the refractive index of the eyepiece lens 5 (1.5)
Is. Therefore, the image height H of the liquid crystal display panel 6 at which the distance Z out of focus is 0.28 mm with respect to the maximum image height (8.9 mm) of the 0.7-inch type liquid crystal display panel 6 is 4.5 mm. Although the center half of the visual field does not have blur, the blur gradually occurs toward the outer peripheral side, and the image cannot be clearly seen. In addition, eye 1
Since 0 has the ability to adjust the focus surface, it is good for practical use unless the distance Z out of focus is very large. There is a problem that it is intolerable to use. Also, in order to obtain a wide field of view, the focal length f of the eyepiece lens 5
If the length is shortened or the liquid crystal display panel 6 is made larger, the distance Z out of focus becomes larger and the image becomes more blurred.
【０００５】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、接眼レンズで画像を拡大しても、視野の全領域に
わたり鮮明な像を得ることのできる画像表示装置を提供
することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an image display device capable of obtaining a clear image over the entire field of view even when the image is magnified by an eyepiece. To do.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するために、画像表示体に表示された画像を接眼レ
ンズによって拡大し、その虚像を観察する画像表示装置
において、接眼レンズが有する像面湾曲に応じて画像表
示体を湾曲させたものである。In order to achieve the above object, the present invention provides an image display apparatus for enlarging an image displayed on an image display by an eyepiece and observing a virtual image thereof, which the eyepiece has. The image display body is curved according to the curvature of field.
【０００７】[0007]
【作用】この発明によれば、画像表示体が湾曲している
から、画像表示体に予め湾曲した画像が表示されること
になり、この湾曲した画像を接眼レンズで拡大虚像とし
て観察すると、接眼レンズによる像面湾曲が相殺される
ため、視野の全領域にわたり鮮明な像を得ることができ
る。According to the present invention, since the image display body is curved, a curved image is displayed in advance on the image display body. When the curved image is observed by the eyepiece lens as a magnified virtual image, the eyepiece Since the curvature of field caused by the lens is canceled out, a clear image can be obtained over the entire area of the visual field.
【０００８】[0008]
【実施例】以下、図１を参照して、この発明の一実施例
を原理的に説明する。なお、図２〜図４に示した従来例
と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
接眼レンズ５は単一のレンズで構成されており、その後
方（図１では左側）における接眼レンズ５の焦点距離ｆ
の位置には液晶表示パネル２０が配置されている。この
液晶表示パネル２０は、接眼レンズ５が有する像面湾曲
に応じて球形状に湾曲形成されている。すなわち、液晶
表示パネル２０は、その曲率半径をＲ、接眼レンズ５の
焦点距離をｆ、その屈折率をｎとしたとき、 Ｒ＝ｎｆ……（３） の条件を満足する曲面に形成されている。この場合、液
晶表示パネル２０は、アクリルなどの合成樹脂、もしく
はガラスなどからなる２枚の透明基板を湾曲させ、これ
らの間に液晶を封入した構造のもの、あるいは透明な合
成樹脂製の２枚のシート間に液晶を封入して湾曲させた
構造のいわゆるフィルム液晶パネルなどである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described in principle with reference to FIG. The same parts as those of the conventional example shown in FIGS. 2 to 4 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
The eyepiece 5 is composed of a single lens, and the focal length f of the eyepiece 5 behind it (on the left side in FIG. 1) is f.
The liquid crystal display panel 20 is arranged at the position. The liquid crystal display panel 20 is formed in a spherical shape according to the field curvature of the eyepiece lens 5. That is, the liquid crystal display panel 20 is formed into a curved surface satisfying the condition of R = nf (3), where R is the radius of curvature, f is the focal length of the eyepiece lens 5 and n is its refractive index. There is. In this case, the liquid crystal display panel 20 has a structure in which two transparent substrates made of synthetic resin such as acrylic or glass are curved and liquid crystal is enclosed between them, or two transparent synthetic resin substrates. A so-called film liquid crystal panel having a structure in which liquid crystal is enclosed between the sheets and curved.
【０００９】このような画像表示装置では、液晶表示パ
ネル２０が接眼レンズ５による像面湾曲に応じて球形状
に湾曲しているから、液晶表示パネル２０に予め湾曲し
た画像が表示されることになり、この湾曲した画像を接
眼レンズ５で拡大虚像として観察すると、接眼レンズ５
による像面湾曲が相殺されるため、視野の全領域にわた
って鮮明な像を得ることができる。この場合、液晶表示
パネル２０の曲率半径Ｒは、必ずしも接眼レンズ５の焦
点距離ｆとその屈折率ｎとの積である必要はなく、例え
ば、 ｎｆ−（ｆ2／１０００）＜Ｒ＜ｎｆ＋（ｆ2／１０００）……（４） の条件を満足する範囲であれば、鮮明な拡大虚像を観察
することができる。In such an image display device, since the liquid crystal display panel 20 is curved in a spherical shape according to the curvature of field of the eyepiece lens 5, a pre-curved image is displayed on the liquid crystal display panel 20. When this curved image is observed with the eyepiece lens 5 as a magnified virtual image, the eyepiece lens 5
Since the curvature of field due to is canceled out, a clear image can be obtained over the entire area of the visual field. In this case, the radius of curvature R of the liquid crystal display panel 20 is not necessarily the product of a focal length f of the eyepiece 5 and a refractive index n, for example, nf- (f 2/1000) <R <nf + ( as long as it satisfies f 2/1000) ...... (4) condition, it is possible to observe a clear enlarged virtual image.
【００１０】なお、上記実施例では、接眼レンズ５が単
一のレンズで構成されている場合について説明したが、
これに限らず、複数のレンズで構成しても良い。この場
合には、以下の条件を満足する曲面となるように液晶表
示パネル２０を湾曲させれば良い。すなわち、液晶表示
パネル２０の曲率半径をＲ、接眼レンズ５を構成する各
レンズの屈折率をｎi、その各焦点距離をｆi、全てのレ
ンズの合成焦点距離をｆr、接眼レンズ５を構成する全
てのレンズについての総和をΣとしたとき、 Ｒ＝Σｎiｆi……（５） の条件を満足していることが望ましいが、 Σｎiｆi−（ｆr 2／１０００）＜Ｒ＜Σｎiｆi＋（ｆr 2／１０００） ……（６） の条件を満足する範囲であれば、鮮明な拡大虚像を観察
することができる。In the above embodiment, the case where the eyepiece lens 5 is composed of a single lens has been described.
The invention is not limited to this, and may be composed of a plurality of lenses. In this case, the liquid crystal display panel 20 may be curved so that the curved surface satisfies the following conditions. That is, the radius of curvature of the liquid crystal display panel 20 is R, the refractive index of each lens forming the eyepiece lens 5 is n i , each focal length thereof is f i , the combined focal length of all lenses is f r , and the eyepiece lens 5 is when the sum of all the lenses constituting was sigma, it is desirable to satisfy the condition of R = Σn i f i ...... ( 5), Σn i f i - (f r 2/1000) < as long as it satisfies the conditions of R <Σn i f i + ( f r 2/1000) ...... (6), it is possible to observe a clear enlarged virtual image.
【００１１】また、上記実施例では、液晶表示パネル２
０を球形状に湾曲させたが、必ずしも球形状である必要
はなく、例えば、上下方向または左右方向のいずれかの
方向のみに湾曲させた構造であっても良い。In the above embodiment, the liquid crystal display panel 2 is used.
Although 0 is curved in a spherical shape, it is not always necessary to have a spherical shape. For example, a structure in which 0 is curved only in either the vertical direction or the horizontal direction may be used.
【００１２】[0012]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、接眼レンズが有する像面湾曲に応じて画像表示体を
湾曲させたから、画像表示体に予め湾曲した画像が表示
されることになり、この湾曲した画像を接眼レンズで拡
大虚像として観察すると、接眼レンズによる像面湾曲が
相殺されるため、視野の全領域にわたり鮮明な像を得る
ことができる。As described above, according to the present invention, since the image display body is curved in accordance with the curvature of field of the eyepiece, a curved image is displayed on the image display body in advance. When observing this curved image as a magnified virtual image through the eyepiece, the field curvature due to the eyepiece is canceled out, so that a clear image can be obtained over the entire field of view.
【図１】この発明の一実施例を示す原理図。FIG. 1 is a principle view showing an embodiment of the present invention.
【図２】画像表示装置であるヘッドマウントディスプレ
イの外観斜視図。FIG. 2 is an external perspective view of a head mounted display which is an image display device.
【図３】図２の断面図。FIG. 3 is a sectional view of FIG.
【図４】従来例の原理を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the principle of a conventional example.
【図５】図４の要部を拡大した説明図。5 is an explanatory view showing an enlarged main part of FIG.
５ 接眼レンズ ２０ 液晶表示パネル 5 Eyepiece 20 Liquid crystal display panel
Claims (3)
ズによって拡大し、その虚像を観察する画像表示装置に
おいて、 前記接眼レンズが有する像面湾曲に応じて前記画像表示
体を湾曲させたことを特徴とする画像表示装置。1. An image display apparatus for enlarging an image displayed on an image display by an eyepiece and observing a virtual image thereof, wherein the image display is curved in accordance with a field curvature of the eyepiece. An image display device characterized by.
一のレンズで構成されている場合には、前記画像表示体
は、その曲率半径をＲ、前記接眼レンズの屈折率をｎ、
その焦点距離をｆとしたとき、 ｎｆ−（ｆ2／１０００）＜Ｒ＜ｎｆ＋（ｆ2／１００
０） の条件を満足する曲面に形成されていることを特徴とす
る画像表示装置。2. The image display body according to claim 1, wherein the image display body has a radius of curvature of R, a refractive index of the eyepiece lens of n,
When the focal length f, nf- (f 2/1000 ) <R <nf + (f 2/100
An image display device formed on a curved surface satisfying the condition 0).
数のレンズで構成されている場合には、前記画像表示体
は、その曲率半径をＲ、前記接眼レンズを構成する各レ
ンズの屈折率をｎi、その各焦点距離をｆi、全てのレン
ズの合成焦点距離をｆr、前記接眼レンズを構成する全
てのレンズについての総和をΣとしたとき、 Σｎiｆi−（ｆr 2／１０００）＜Ｒ＜Σｎiｆi＋（ｆr 2
／１０００） の条件を満足する曲面に形成されていることを特徴とす
る画像表示装置。3. The image display body according to claim 1, wherein the image display body has a radius of curvature R and a refractive index of each lens forming the eyepiece lens. Let n i be its focal length f i , the composite focal length of all lenses be f r , and the sum total of all the lenses constituting the eyepiece lens be Σn i f i − (f r 2 / 1000) <R <Σn i f i + (f r 2
The image display device is formed on a curved surface that satisfies the condition of / 1000).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24218493A JPH0772420A (en) | 1993-09-03 | 1993-09-03 | Picture display device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24218493A JPH0772420A (en) | 1993-09-03 | 1993-09-03 | Picture display device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0772420A true JPH0772420A (en) | 1995-03-17 |
Family
ID=17085561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24218493A Pending JPH0772420A (en) | 1993-09-03 | 1993-09-03 | Picture display device |
Country Status (1)
| Country | Link |
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