JPWO2013076994A1 - 頭部装着型ディスプレイ装置 - Google Patents
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Abstract
画像表示素子10は、マトリックス型の2次元表示装置であって、中央部11が平板状であり、左右側部12a,12bは、水平方向の断面が、中央部11の延長線よりも接眼レンズ20に近づくよう湾曲された板状である。画像表示素子10では、中央部11と比べて面側部12a,12bで画素サイズが大きい。
Description
(第1の態様)
上記目的を達成するために、頭部装着型ディスプレイ装置は、2次元の画像を表示する画像表示素子と、画像表示素子が表示する画像を拡大する接眼レンズと、画像表示素子及び接眼レンズを、観察者の頭部に保持する保持機構とを備え、画像表示素子の表示面は、中央部が平面状であり、左右両側部は、中央部に沿った平面に対して接眼レンズに近づく方向に曲げられている。
頭部装着型ディスプレイ装置においては、以下のような課題も存在する。
2次元の画像を表示する画像表示素子と、画像表示素子が表示する画像を拡大投影する接眼レンズと、画像表示素子及び接眼レンズを、観察者の頭部に保持する保持機構とを備える頭部装着型ディスプレイ装置において、観察者が感じる像面湾曲収差を抑えるために、観察者からの平面視において、画像表示素子の周囲を直線部分及び曲線部分からなる構成とすることも有効である。
図1は、実施の形態1にかかる頭部装着式ディスプレイ装置1(以下、単に「ディスプ
レイ装置1」と記載する。)の構造を示す図であって、主に光学系の構造を示している。
理想的なレンズは結像面が平面状だが、一般に凸レンズには「像面湾曲収差」が発生して、結像面がお碗の内側のような湾曲した形状となる。
図2は、人間の視野内の情報受容特性を示した図である(高臨場感ディスプレイ、共立出版、谷 千束編集、p.61)。
画像表示素子10の形態には、図4(a),(b)、図5(a),(b),(c)に示すように、複数の種類が存在する。
図6は、実施の形態2にかかる頭部装着式ディスプレイ装置2の構成を示す図である。
図7は、実施の形態3にかかる頭部装着式ディスプレイ装置3の構成を示す図である。
実施の形態4にかかるディスプレイ装置1は、上記実施の形態1と同様に図1に示す構造であって、2次元画像を表示する画像表示素子10、画像表示素子10の画面前方にあって画像表示素子10の虚像を空中に拡大投影する接眼レンズ20とからなる光学系、この光学系などを観察者の頭部100の前方に保持する保持機構30とを備え、観察者の眼球101は、接眼レンズ20を通して、画像表示素子10に表示される画像の拡大虚像1010を観察できるようになっている。
0°近くになるように設定することが好ましい。
各画素に階調を書き込むために、画素ごとに1つの選択トランジスタを含む画素回路が形成され、各選択トランジスタは、走査線SC及びデータ線Dに接続されている。
図11は、画像表示素子10における電極配置の一例を示す図である。
上記実施の形態1において図2を参照しながら説明したように、人間の視野は大きく4つに分類される。また、図3を参照しながら説明したように、人間の視野の中心(0°)は、空間周波数が高くて、コントラストが低い縞模様でも視認できるが、中心から1.5°離れただけで最大空間周波数が半減する。また、中心から30°離れると、視認できる解像度も約20分の1にまで減少する。そして、鼻側垂直位置毎の解像度特性も同様な傾向となる。
図12(a),(b)は、実施の形態5にかかる画像表示素子10の電極配列を示す図である。
本実施の形態のディスプレイ装置も、実施の形態4のディスプレイ装置1と同様の構成であり、画像表示素子10において画面中央部10aと比べて画面周辺部10bの方が走査線SCおよびデータ線Dの電極間隔が広く、画素サイズが大きい点も同様であるが、電極配置及び画素配置の形態が異なっている。
本実施の形態は、上記実施の形態6と同様であるが、画像表示素子10において、サブピクセルのサイズが2倍の行におけるRGBの配列順序だけが異なっている。
本実施の形態にかかるディスプレイ装置は、実施の形態1〜7で説明したディスプレイ装置と同様であるが、図16(a)に示すように接眼レンズ20のレンズ有効径に対して画像表示素子10のサイズは小さく設定されており、且つ図16(C)に示すように画像表示素子10の有効画面の四隅が丸く加工されて、画像表示素子10の周囲は直線部分及び曲線部分から構成されている。
本実施の形態にかかるディスプレイ装置は、実施の形態1〜7で説明したディスプレイ装置と同様であるが、図17(a)に示すように、観察者からの平面視において、接眼レンズ20のレンズ有効径に対して画像表示素子10のサイズを大きく設定している。
上記実施の形態のディスプレイ装置では、接眼レンズ20として、非球面レンズあるいは回折レンズといった透過レンズ光学系を用いたが、その代わりに、凹面ミラーを用いた凹面鏡光学系、自由曲面プリズムを用いた偏心自由曲面光学系、ホログラフィック光学素子(HOE:Holographic Optical Element)等を用いたシースルー表示光学系を用いてもよい。その場合も、光学系には必ず収差が発生するため、上記実施の形態で説明した画像表示素子10を組み合わせることによって、同様の効果が期待できる。
10 画像表示素子
10a 画面中央部
10b 画面周辺部
11 中央部
11a 上側部
11b 下側部
12 周辺部
12a 左側部
12b 右側部
13 データ線
14 走査線
20 接眼レンズ
20a レンズ体
20b レンズ体
30 保持機構
31 ケース部
32 テンプル
33 フレーム
33a フレーム
51 制御回路
52 走査線駆動回路
53 データ線駆動回路
SC 走査線
D データ線
100 頭部
101 眼球
110 フレキシブルなディスプレイ
110a 透明領域
111 画像表示素子
1010 拡大虚像
Claims (20)
- 2次元の画像を表示する画像表示素子と、
前記画像表示素子が表示する画像を拡大投影する接眼レンズと、
前記画像表示素子及び前記接眼レンズを、観察者の頭部に保持する保持機構とを備え、
前記画像表示素子の表示面は、
中央部が平面状であり、
左右両側部は、前記中央部に沿った平面に対して前記接眼レンズに近づく方向に曲げられている、
頭部装着型ディスプレイ装置。 - 前記中央部と左右両側部との境界は、水平方向の観察画角が10°〜40°(±5〜20°)の範囲内にある、
請求項1記載の頭部装着型ディスプレイ装置。 - 前記中央部と左右両側部との境界は、水平方向の観察画角が20°〜30°(±10〜15°)の範囲内にある、
請求項1記載の頭部装着型ディスプレイ装置。 - 前記画像表示素子の左右両側部は、水平方向の断面が湾曲した板状である、
請求項1〜3のいずれか記載の頭部装着型ディスプレイ装置。 - 前記画像表示素子は、四角形の板状であって、
その角部分が、上下左右に位置し、
前記中央部に沿った平面に対して前記接眼レンズに近づくよう湾曲されている、
請求項4記載の頭部装着型ディスプレイ装置。 - 前記接眼レンズは、複数のレンズ体で構成され、
前記保持機構は、その中の少なくとも1つのレンズ体を交換可能に保持している、
請求項1〜5のいずれか記載の頭部装着型ディスプレイ装置。 - 2次元画像を表示する画像表示素子と、
前記画像表示素子の画面前方に配置され、前記画像表示素子が表示する画像を拡大した虚像を形成する接眼レンズと、
前記画像表示素子及び前記接眼レンズを、観察者の頭部に保持する保持機構とを備え、
前記画像表示素子は、
画面中央部と比べて画面周辺部では画素サイズが大きい、
頭部装着型ディスプレイ装置。 - 前記画像表示素子は
前記画面中央部では、画素サイズが均一であり、
前記画面周辺部では、中央部から離れるにつれて画素サイズが大きくなる、
請求項7記載の頭部装着型ディスプレイ装置。 - 前記画像表示素子は、
複数の走査線および複数のデータ線が、互いに交差してマトリックス状に配され、各交差点に対応する箇所に画素が存在し、
前記画面中央部と比べて、前記画面周辺部では、走査線同士の配置間隔及びデータ線同士の配置間隔が大きい、
請求項7または8記載の頭部装着型ディスプレイ装置。 - 前記画像表示素子において、
前記走査線および前記データ線は、折れ線形状になっている、
請求項9記載の頭部装着型ディスプレイ装置。 - 前記画像表示素子において、
前記走査線およびデータ線が曲線形状になっている、
請求項9記載の頭部装着型ディスプレイ装置。 - 前記画像表示素子は、
複数の走査線および複数のデータ線が、互いに交差してマトリックス状に配され、
各画素は、複数色のサブピクセルが走査線に沿って配列されて構成され、
前記画面中央部では、走査線とデータ線の各交差部で対応するサブピクセルに書き込みを行い、
画面周辺部においては、走査線とデータ線の複数の交差部の中から選択された箇所で、対応するサブピクセルに書き込みを行う、
請求項7または8記載の頭部装着型ディスプレイ装置。 - 前記画像表示素子において、
各画素は、3種類の色のサブピクセルが走査線に沿って配列されて構成され
前記画面周辺部において、画素サイズが画面中央部の2倍になっている領域では、
サブピクセルの色配列の順序が、画面中央部におけるサブピクセルの色配列の順序と異なる、
請求項12記載の頭部装着型ディスプレイ装置。 - 前記画像表示素子は、
その左右両側部の表示面が、前記画面中央部の表示面に沿った平面に対して前記接眼レンズに近づく方向に湾曲した形状である、
請求項7〜13記載の頭部装着型ディスプレイ装置。 - 2次元の画像を表示する画像表示素子と、
前記画像表示素子が表示する画像を拡大投影する接眼レンズと、
前記画像表示素子及び前記接眼レンズを、観察者の頭部に保持する保持機構とを備え、
前記画像表示素子の表示面は、
中央部が平面状であり、
周辺部は、前記中央部に沿った平面に対して前記接眼レンズに近づく方向に曲げられている、
頭部装着型ディスプレイ装置。 - 前記画像表示素子は、
画面中央部と比べて画面周辺部では画素サイズが大きい、
請求項15に記載の頭部装着型ディスプレイ装置。 - 2次元の画像を表示する画像表示素子と、
前記画像表示素子が表示する画像を拡大投影する接眼レンズと、
前記画像表示素子及び前記接眼レンズを、観察者の頭部に保持する保持機構とを備え、
前記観察者からの平面視において、前記画像表示素子の周囲は直線部分及び曲線部分からなる、
頭部装着型ディスプレイ装置。 - 前記観察者からの平面視において、前記接眼レンズの有効径は前記画像表示素子よりも大きい、
請求項17に記載の頭部装着型ディスプレイ装置。 - 2次元の画像を表示する画像表示素子と、
前記画像表示素子が表示する画像を拡大投影する接眼レンズと、
前記画像表示素子及び前記接眼レンズを、観察者の頭部に保持する保持機構とを備え、
前記画像表示素子は前記接眼レンズの有効径よりも大きい、
頭部装着型ディスプレイ装置。 - 前記観察者からの平面視において、前記画像表示素子は五角形以上の多角形である、
請求項19に記載の頭部装着型ディスプレイ装置。
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