JPH0772420A - 画像表示装置 - Google Patents
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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
(57)【要約】
【目的】 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。 【構成】 液晶表示パネル２０に表示された画像を接眼
レンズ５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５が有する像面湾曲に応じて
液晶表示パネル２０を湾曲させた。したがって、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り鮮明な像を得ることができ
る。
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。 【構成】 液晶表示パネル２０に表示された画像を接眼
レンズ５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５が有する像面湾曲に応じて
液晶表示パネル２０を湾曲させた。したがって、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り鮮明な像を得ることができ
る。
Description
【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。
プレイなどの画像表示装置に関する。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【図１】この発明の一実施例を示す原理図。
【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。
イの外観斜視図。
【図３】図２の断面図。
【図４】従来例の原理を示す図。
【図５】図４の要部を拡大した説明図。
５ 接眼レンズ ２０ 液晶表示パネル
Claims (3)
- 【請求項１】 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、 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。 - 【請求項２】 請求項１において、前記接眼レンズが単
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。 - 【請求項３】 請求項１において、前記接眼レンズが複
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24218493A JPH0772420A (ja) | 1993-09-03 | 1993-09-03 | 画像表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24218493A JPH0772420A (ja) | 1993-09-03 | 1993-09-03 | 画像表示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0772420A true JPH0772420A (ja) | 1995-03-17 |
Family
ID=17085561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24218493A Pending JPH0772420A (ja) | 1993-09-03 | 1993-09-03 | 画像表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0772420A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100636090B1 (ko) * | 1999-06-11 | 2006-10-19 | 삼성전자주식회사 | 액정 프로젝션 시스템 |
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| WO2017076232A1 (zh) * | 2015-11-05 | 2017-05-11 | 丰唐物联技术（深圳）有限公司 | 虚拟现实设备中显示屏的配置方法及装置 |
| WO2017076236A1 (zh) * | 2015-11-05 | 2017-05-11 | 丰唐物联技术（深圳）有限公司 | 显示控制方法及装置 |
| JP2018159943A (ja) * | 2018-06-13 | 2018-10-11 | 株式会社ポラテクノ | 光学フィルタを使用した撮像装置及びヘッドアップディスプレイ並びに光学フィルタの製造方法 |
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-
1993
- 1993-09-03 JP JP24218493A patent/JPH0772420A/ja active Pending
Cited By (16)
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