JPH0192784A - 凸レンズ式虚像画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は凸レンズ式虚像画像表示装置に関し、詳しくは
、凸レンズを用い観察者に十分な臨場感を与えることを
可能とした凸レンズ式虚像画像表示装置に関する。

［発明の概要］ 本発明の骨子は、発光画像の表示装置からレンズを介し
て得られる虚像画像に対し、奥行き感および臨場感が得
られるようにするために、暗箱内に表示手段を設置し、
その表示手段の前に所定の距離以上の間隔を置いて画枠
マスクを設け、更に表示手段に表示される発光画像の中
心からほぼその画面法線上に実効直径８０ｍｍ以上の凸
レンズおよび観察窓を設け、これによって観察者は観察
窓を通して暗箱内に設置された発光画像表示手段からの
画像を画枠マスクを介してその表示手段の周縁部を消去
して両眼視することができ、更に凸レンズによりこの画
枠マスクから奥に大きい距離感を保って発光画像の虚像
を観察することができるものである。

［従来の技術］ 最近のテレビ受像機では、臨場感や迫力の効果を求める
べく、画面サイズの大型化が好まれる傾向にある。大画
面の画像が、小画面の画像よりも臨場感にすぐれている
ことは、映画館での映像画面のサイズ、あるいは写真の
引伸しサイズにおいて誰しも経験しているところであっ
て、いま、内容および画質の等しい、大小２つの画像を
、等しい画角で眺めたとき、両者の画質は等しいにもか
かわらず、観察者から画像までの視距離の大きい大画面
の画像の方が、゛すぐれた臨場感と迫力を与える。

その理由は主として視覚心理に起因するもので、簡単で
はないが、視距離が大きくなると、両。

眼視差、運動視差１幅奥作用および調節作用による奥行
き感度がそれぞれ低下するといわれている（「３次元情
報の基礎」日下秀夫、テレビジョン学会誌ｖｏ１４１．
Ｎｏ、７（１９８７，ｐｐ６０４−６０９参照）。

そこで、視距離が大きくなると、奥行き感度が低下する
ので、呈示画像に対する位置感が鈍化し、代わって画像
の内容が表現している線遠近法および運動視差や陰影な
どによる奥行き感が、視覚上の位置的束縛から解放され
て、自然な形で観察者に受入れられ、観察者の記憶内に
存在する類似の３次元物体を素直に連想して、心理的に
奥行き感を生み出し、この奥行き感が臨場感となるもの
と考えられる。この奥行き感を生み出す能力は、一種の
パターン認識機能によるものといえよう。

いずれにせよ、上述の大画面による臨場感は、経験的事
実でありて、このような効果を最高に発揮させるために
は超大画面の画像を無限遠とみなせる視距離に置いて眺
めればよい力愁多大な経費および占有空間を要するので
、現実的方法とはいえない。しかし、凹面鏡や凸レンズ
のような拡大光学系を利用するならば、小画面の画像を
、その虚像によってあたかも超大画面の画像が無限遠の
遠くに表示されているかのように観察することが可能で
ある。

そこで、本発明者は、このような発想の下に、現行の２
次元テレビ画像に対して、もっとも臨場感のすぐれた実
用的な画像表示装置の実現を目差し、研究を進めてきた
。

さて、従来、凹面鏡とハーフミラ−とを組み合わせて、
陰極線管（ＣＲＴ）の虚像を、無限遠とみなせる遠方に
表示させる凹面鏡式虚像画像表示装置が、航空機のパイ
ロット訓練用フライトシミュレータなどに用いられてい
る。これは、インフィニティブディスプレイ、または空
中像デイスプレィとも称させている。この表示装置は、
非常にすぐれた臨場感、奥行き感を与えることができる
という点で大きい特長を有している（「３次元デイスプ
レィ」畑田豊彦、　Ｏｐｌｕｓ　Ｅ、Ｎｏ、７３（１９
８５，１２）９１１９８−１０９参照）。

第１θ図は、このような凹面鏡式虚像画像表示装置の基
本的構成を示すもので、１はテレビジョン画像表示用の
ＣＲＴデイスプレィ、２はＣＲＴデイスプレィ１からの
光路上に４５′の角度を保って設置された半透明鏡であ
る。また、３は凹面鏡であり、デイスプレィ１の表示面
上に表示された実像画像は半透明鏡２によって入射光束
の１７２が反射され、凹面鏡３に入射してここで再度反
射された後、半透明鏡２に戻る。そしてその半透明鏡に
戻った光束の１／２がデイスプレィ１の表示面に、また
残りの１／２が半透明鏡２を通過して観察者の両眼４に
向かう。

しかしてここで、　ＣＲＴデイスプレィ１の管面中央か
ら凹面鏡３の中央までの光路長は、凹面鏡３の焦点距離
に等しいがやや短かく設定されているので、観察者にと
っては、無限遠とみなされる遠方に生じた虚像を観察す
ることになる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、このような従来の凹面鏡式虚像画像表示
装置においては、 （１）大型の高精度凹面鏡が高価につき、更に凹面鏡の
表面反射面を経時的に安定した状態に保つことが難しい
。

（２）一般に凹面鏡式は、観察者が凹面鏡に正対して虚
像を観察する構成になっているために、明室では観察者
の顔が凹面鏡に写り込み、はなはだ見苦しい。そこで、
この反射像の除去のために、周知の円偏光板を挿入する
と、表示装置における全光学系の総合透過率が１０％以
下（半透明鏡を２回通過することにより、２５％となり
、さらに円偏よ 先板の透過率が３０％程度であることにぎる）となり、
画面の見掛は上の輝度の低下が著しい。そこで、フライ
トシュミレータの場合は、観察者を明室ではなく、十分
に暗いコックピットに座らせることによって円偏光板を
用いずに、この問題点の消極的解決を図っている。

（３）更にまた、凹面鏡式の場合、ＣＲＴデイスプレィ
からの発光光束が表示面にがなり再帰するために、暗部
の輝度が上昇し、コントラスト比が低下する。しかして
、このような問題は特に全体としてのトーンが明るいハ
イキーな画面の場合、黒つぶれ現象を発生し、画質を損
う。

そこで、本発明の目的は、上述したような従来の問題点
に着目し、その解決を図るべく、虚像拡大光学系として
凸レンズを使用し、かつ凸レンズ式の場合に生じる基本
的な問題点を解消して、２次元画像の全面にわたって自
然な奥行き感を発生させ、所要スペースを小さくでき、
しかも廉価で効率が良く、かつ経時安定性にすぐれた凸
レンズ式虚像画像表示装置を提供することにある。

【問題点を解決するための手段Ｊ かかる目的を達成するために、本発明は、暗箱と、暗箱
の内部に設けた発光画像の表示面と、発光画像の表示面
の周辺部にその表示面から間隔Δｄを保って暗箱内に配
置した画枠マスクと、発光画像の表示面中心からほぼそ
の法線上に設けた暗箱の開口部と、開口部近傍に設けた
実効直径が８０ｆｆｉＩ１１以上で焦点距離がｆの凸レ
ンズとを有し、間隔Δｄを０．０１ｆ　＜Δｄに設定し
、暗箱の開口部から凸レンズを介して発光画像の虚像の
両眼視を可能にしたことを特徴とする。

更に本発明の別の形態は、暗箱と、暗箱の内部に設けた
発光画像の表示面と、発光画像の表示面から間隔Δｄを
保りて暗箱内に配置した画枠マスクと、発光画像の表示
面中心からほぼその法線上に設けた暗箱の開口部と、開
口部の近傍に設けた実効直径が８０ｍｍ以上で焦点距離
がｆの凸レンズと、凸レンズと画枠マスクとの間に配置
され、発光画像の前記法線に沿った光束の光路を変更す
る少なくとも１枚の平板透明体の裏面を鏡面とする平面
鏡とを有し、間隔Δｄを０．Ｏｌｆ　＜Δｄに設定し、
前記光束の平面鏡への入射角が４０’から７０゜の範囲
となるように平面鏡を取付け、平面鏡の表面反射による
発光画像のゴースト像を除去するための直線偏光板を凸
レンズと開口部との間に配置し、暗箱の開口部から凸レ
ンズおよび少な（とも１枚の平面鏡を介して発光画像の
虚像の両眼視を可能にしたことを特徴とする。

［作　用］ 本発明によれば、観察者は凸レンズを介して暗箱内の発
光画像表示装置の画像の虚像を観察し、しかもこのとき
の凸レンズ前側主点から画像中心までの距離が焦点距離
または焦点距離よりやや短か目に保たれていることによ
って、奥行のある臨場感を観察者に経験させることがで
き、かつ発光画像表示装置の直前に設けた画枠マスクに
より、表示装置の外周部を消去することができると共に
、この画枠から奥に更に奥行感を強調して感じさせるこ
とができる。

［実施例Ｊ 以下に、図面に基づいて本発明を詳細説明する。

まず、凸レンズ式とする場合に本発明者が解消しようと
した問題点について述べる。

凸レンズ式虚像画像表示装雪における凸レンズに要求さ
れる条件は、凸レンズを通して近距離の画像を眺めると
き、両眼の状態が無限遠の物体を眺めている状態と同一
にみなせるようになることである。具体的にいえば、両
眼視における輻快角（注視点を頂点とする両眼の視線の
成す角）がほぼ零で、眼球水晶体の伸縮による焦点調節
が無限遠物体を注視している状態になることであり、こ
のためには、眼鏡のように２個のレンズを用いるのでは
なく、両眼が十分カバーで蛙る大きさを有する１個の大
型凸レンズが必要となる。

また、両眼が漸くカバーできる大きさであると、凸レン
ズに両眼をほとんど密着して観察しなければならないの
で、のぞき型の画像表示装置となり、観察者の姿勢が極
度に制約され、窮屈な感じを受けると共に眼前に装置が
設置されていることによって圧迫感を受ける。

このような理由から、凸レンズの口径は可及的に大きい
ことが好ましい。そこで、本発明者は口径２５０ｍｍ　
、焦点距１１１２５０ｍｍの平凸レンズを試作して、こ
れとテレビジョンの画像モニターとを組み合わせて実験
を行なった結果、以下のような問題点のあることがわか
った。

（１）凹面鏡式では、凹面鏡と観察者との間にハーフミ
ラ−が存在し、観察者は凹面鏡から相当距離を離して位
置しているので、視野が凹面鏡の口径によって必然的に
狭くなり、画像の周辺部分がほとんど見えないが、凸レ
ンズ式では、ハーフミラ−がなく、凸レンズと観察者と
の間の距離が短いために、視野のうちに、画像の周辺部
分が入り込む。このため、いかにも、テレビジョンモニ
ターの画像を凸レンズで拡大して眺めているというイメ
ージが強く、凹面鏡式に比べて、奥行き感が阻害される
。

また、暗箱に組み込んだ場合においても、凹面鏡式では
、ハーフミラ−によって外光が減衰し、かつ光路が折り
曲げられるので画像の周辺部が暗くなり、目立たないが
、凸レンズ式では、このような減衰がないので、画像の
周辺部がより目立つ。

以上の実験の結果、自然な奥行き感を生じさせるために
は、画像の周辺部を構成している表示装置のエスカッシ
ョンマスクなど、画枠の存在を示す視覚釣手がかりとな
るものをすべて視野から消去することが重要であること
がわかった。

（２）大型の単玉凸レンズを用いて、各種の収差を許容
限界以下に収めるためには、レンズのＦ値を必然的に大
きくする必要があり、長焦点レンズとなる。このため、
平面鏡で光路を途中で屈折させなければ、所要床スペー
スがあまりにも大きくなりすぎる。更にまた、この平面
鏡として、通常使用されている裏面鏡を用いると、入射
角が小さい場合にはさほど支障はないものの、入射角が
大きくなると、ゴースト像を生じて見苦しくなる。

また、表面鏡を用いるようにすれば、ゴースト像は生じ
ないけれども、一般の裏面鏡に比べて約１桁高価になる
のみならず、その表面の経時安定性に問題があり、特に
、はこりによる汚れの清掃が困難であって、実用上は大
きな支障がある。

（３）凸レンズ式で奥行き感を十分に生じさせるために
は、凸レンズを通して表示装置の画像面に入射する外光
を極力しゃ断あるいは減衰させる必要があり、それによ
って、暗部のデテールが保護され、コントラストレンジ
が広く、暗部の色再現のすぐれた、高画質の画像を表示
することができ、さらに、そのリアル感が奥行き感の増
大に寄与する。また、このような外光減衰光学系を設置
することによって凸レンズ自身の表面反射による視覚妨
害を減衰させることにもなる。

ところで、このような光学系としては、周知の円偏光板
が効果的であるが、大型の円偏光板は高価であり、かつ
、円偏光板自身の表面反射は反射防止コートを施しても
、なお不満足であり、円偏光板を視線に対して下方に４
５°程度傾けて、照明光の正反射を避ける必要があるが
、このようにすると、円偏光板を構成しているλ／４位
相板の見掛けの厚さが増大することにより、円偏光板の
機能が低下してしまう。

以上、述べたように、本発明者は、すぐれた性能の凸レ
ンズ式虚像画像表示装置を実現するためには、（１）画
枠消去の問題、（２）光路折り１げ用の平面鏡の問題、
（３）外光減衰光学系の問題、の３つの基本的な問題点
を解決しなければならないことを確かめ、その認識の下
に本発明を完成した。

以下、本発明の実施例について述べる。

第２図は本発明を実施するための基本的構成を示し、実
像表示装置としてテレビモニタを用いた例を示す。ここ
で、５はＣＲＴによるテレビモニタにおける画像が表示
される表示面としての管面、６は大型凸レンズ（ここで
は平凸レンズとする）である。しかして、管面５と凸レ
ンズ６との間は、大型凸レンズ６のほぼ焦点距離に等し
いか、ややそれより短い距離に設置されており、このよ
うに構成することによって、凸レンズ６を介し、無限遠
とみなせる遠方にテレビ画像の虚像を観察することがで
きる。

しかし、前述したように、第２図の状態では、テレビモ
ニタのエスカッションマスクやその外側のケースが同時
に視界に入り込むので、必然的に、テレビモニタを拡大
して眺めているという判断が働き、十分な奥行か感を感
じることができない。

そこで、本発明の実施例では、第１図に示すように、第
２図に示したテレビモニタから凸レンズ６までの構成要
素をそのまま暗箱８の中に収容し、レンズ６を通して暗
箱８内のテレビモニタの画像を眺める構造とし、かつ画
枠を消去するための画枠マスク７を、管面５の周辺より
も所定の距離Δｄだけ前方に離隔した状態で図示のよう
に配設する。この画枠マスク７の開口部の大きさは、当
然画像サイズよりも幾分小さく定める。このようにする
ことによって、凸レンズ６を通してテレビモニタの画像
を眺めたときに管面周囲の画枠が見えなくなり、代わっ
て、画枠マスクの開口部によって限界された画像を見る
ことになるが、このときの距離Δｄが画面全体にわたる
自然な奥行き感および臨場感を得るために極めて重要な
意味をもつ。

以下にこの理由について述べることとする。

第４図は凸レンズ６の焦点近傍に置かれた物体の位置と
、その虚像の距離との関係を示すもので、凸レンズ６の
焦点距離ｆを１ｍと仮定した場合、凸レンズ６の前側焦
点と物体との間の距離Δａに対し、凸レンズからその虚
像までの距離をｂとすると、Δａ＝０のときは当然ｂ＝
ωであるが、Δａが２ｃｍではｂ＃４９ｍ　、　４ｃｍ
ではｂ吋２４ｍとなる。

そこで、いま、ＣＲＴの管面（画像面）５を平面とみな
し、凸レンズ６と管面、（画像面）５との間の光学的距
離が９８ｃｍ、すなわち、Δａ＝２ｃｍに設定されてい
る場合について考えてみる。このとき、画像の虚像は、
４９ｍの距離に生ずる。そこで、画枠マスク７を画像面
５から更にΔｄ　＝　３　ｃｍだけ前側に離間して設定
したとすると、画枠マスク７の虚像は１９ｍの距離に生
ずる。このように、わずか３　Ｃｍ、間させるだけで、
虚像の距離は４９ｍから１９ｎ＋に短縮され、画像面５
と画枠マスク７との双方の虚像間の距離は、実に３０ｍ
となる。

なお、実際のＣＲＴ管面５はわん曲しており、その中央
部は周辺部に比べて盛り土りているので、上記間隔Δｄ
を定めるにあたっては、画枠マスク７の画像面５からの
距離Δｄを、画像面５の周辺からの距離として定める必
要がある。

そこで、このように構成した表示装置により、凸レンズ
６を通して画像面５を眺め−てみると、不思議にも、窓
を通して向こうに別世界を眺めるような感情が惹起され
る。これは画枠マスク７と画像面５との間に大きな距離
感が発生し、それによって画像面５の周囲画枠によるか
かわり合いが心理的に完全に消失したことを意味する。

なお、ここでΔｄを零にしてみると、画像の周辺部が、
画枠マスク７に固定された感じとなり、画像周辺の奥行
き感が疎外される。このことは暗箱８内に画枠マスク７
が設けられてはいるが、暗箱内部壁の表面における反射
率および画枠マスク７の表面反射率が完全に零ではない
ので、凸レンズ６から入射する光束および画像面５から
の光束によって画枠マスク７が認識されるために、画枠
マスク７の内側エッヂと画像面５とが同一平面にあると
、画像面５が画枠マスク７と連続したものとして認識さ
れることによる。なお、この場合に、画枠マスク７の表
面反射率を完全に零にすることができれば、画枠マスク
７の認識は消滅するがそのようなことは難しい。

また、Δｄの値は、大きい方が奥行き感を得る効果が大
きいが、あまり大きくすれば視点を左右、上下に移動し
たときの画像のケラレが大きくなるのでその点から制約
を受ける。従って視点を固定しても支障ない場合、ある
いは画像周辺部に重要な情報がなくケラレが生じても差
しつかえない場合には、Δｄを相当大きな値にすること
ができる。なお、Δｄについては、第１図に示すように
、画枠マスク７の位置を矢印→印の方向、すなわち光軸
の方向に可動となして、Δｄを条件に応じて最適の値に
調整し、固定することがもつとも好ましい。実験によれ
ば、Δｄの値は凸レンズ６の焦点距１１１ｆの１％以上
で効果を生じ、好ましくは３％以上あれば十分であると
判断された。

以上に述べたようにして、凸レンズ式とする場合の第１
の基本的問題点（１）を解決することができた。

なお、上述の例では、画像表示装置としてテレビモニタ
を用いた例について述べたが、テレビモニタに限らず、
例えば第３図に示すように透過形スクリーン９とスライ
ドプロジェクタまたは映写機などの投写機１０とを組み
合わせた投写影画像表示装置にも適用することができる
ことは勿論であり、この場合は透過形スクリーン９が第
１図に示した管面（画像面）５に対応する。

ついで前述した第２の基本的問題点「光路折り曲げ」お
よび第３の基本的問題点「外光減衰光学系」をいかにし
て解決したかについて述べることとする。

本例では、平面鏡として、安価で、経時安定性のすぐれ
た一般用の裏面鏡を採用した。そして、入射角が大きい
場合に生ずる見苦しいゴースト像を除去するために入射
角をある範囲内に限定し５更に直線偏光板を俳風した。

その詳細について、まず、裏面鏡におけるゴースト除去
の原理から述べる。第５図は裏面鏡における入射角αに
対する表面反射率の変化を示す曲線であり、ガラスの屈
折率ｎ＝１．５の場合についての計算値である。Ｒは自
然光、Ｒｓは入射光が直線偏光で偏光面の向きが入射面
に対して垂直の場合、Ｒｐは同じく入射面に対して平行
な場合についての表面反射率を示してあり、ＲはＲｓと
Ｐｐとの平均値となっている。第５図に示されているよ
うに、Ｒの場合は入射角が少ないときその反射率が約４
％であり、３０°を越えると加速度的に増大する。しか
し、Ｒｐ酸成分入射角の増加に対して約５６°まで単調
に減少し、５６°近傍で牢となり、その後は急に増大し
て約６４°で１％を越える。

そこで、Ｒｐ酸成分みを利用して、Ｒｓ酸成分除去すれ
ば、入射角４３°〜６４°の範囲内で表面反射率を１％
以下（テレビ画像における時間差の大きいゴースト像の
許容値）に抑えることができ、例えば入射角が４５°の
場合、自然光ならばゴーストの強度が５％であるのに対
して、上述のようにすればこれを０．８５％に低減する
ことができる。

射角αを変数として第６図に示す。本図に示すように、
入射角４３°のとき、ゴーストの７８％、５６゜のとき
はその９９．９％、６４°のときはその９１％がそれぞ
れ低減される。

以上の原理に基づき、本発明では裏面鏡を用いながら、
入射角が大きい場合に生じる見苦しいゴースト像を、直
線偏光を利用して大幅に低減させようとするもので、そ
れと同時に、このための直線偏光板を凸レンズの外側、
すなわち、観察者側の観察窓の内側に設ＧＪ、その透過
軸の向きが観察者から眺めて垂直で、かつ、その直線偏
光板の面が、観察者に対して下向きに約４５゛倒れるよ
うに取り付ける。しかして、観察窓の内部壁面、特に下
面に十分な黒色の無反射処理を施し、上部方向からの外
光による直線偏光板の表面反射光線が観察者の眼に達し
ないようにすることによって、直線偏光板をして、有害
な表面反射を取り除いた外光減衰光学系の役割を兼ね備
えさせる。

以上のようにして、凸レンズ式とした場合の前述の第２
および第３の基本的問題点を一挙に解決することができ
る。

第７図は１枚の反射鏡を用いた本発明の実施例を示す。

ここで、１１は゛内部を黒色無反射処理した暗箱である
。画像の王下方向を反転させたテレビモニタ１２は、支
持台１３および１４によって図示のように傾斜させた状
態で支えられている。ＣＲＴの管面５に表示される画像
は、管面５から浮かせた位置に取付けた画枠マスク７に
よってその画面周辺部がマスクされる。１６は裏面鏡、
１Ｂは凸レンズ６の周りに付設した視野しぼり、１９は
図示のように傾斜させて凸レンズ６の手前側に配置した
直線偏光板であり、２０は観察窓である。

さらに詳しく述べると、裏面鏡１６の鏡面は紙面に対し
て垂直に保たれており、更にＣＲＴの管面５の中央部か
ら法線方向に出射する光線（吹下で光軸光線と称す）の
裏面鏡１６に対する入射角度αが約５５°になるように
裏面鏡１６の取付は角度が設定される。また、凸レンズ
６の位置はＣＲＴの管面５から凸レンズ６までの光軸光
線の光路長が凸レンズの焦点距蹄に等しいか、わずか短
くなるように設定される。一方、視野しぼり１８は凸レ
ンズ６の周辺部分をマスクするための矩形開口であり、
これによって観察者は凸レンズの存在を意識せずに、無
限遠とみなせる遠方の虚像を観察することができる。

更に、直線偏光板１９を凸レンズ６の出射光側に配置し
、かつ、図示のように光軸光線に対し約４５°下向きに
傾斜させて、その表面反射による外光の正反射光が観察
者の両眼４に入らないようにする。すなわち、観察窓２
０によって不要な外光が暗箱内に入射しにくく、かつ、
直線偏光板１９を上述のように下向きに傾斜させたこと
によって、上部からの外光が直線偏光板１９の表面に正
反射し観察者の眼に入射するのを防止することができ、
直線偏光板１９に前述したような外光減衰光学系を兼ね
させることができる。

なお、自然光に対する直線偏光板の透過率は通常４０％
程度である。したがって、このような直線偏光板１９を
挿入することによりて虚像の輝度は４０％に低下するが
、その代わりに観察者側からの凸レンズの表面反射光は
、この直線偏光板１９を往復するので１６％に低減され
る。一方、画像のコントラスト比は、外光が４０％に低
下することにより２．５倍向上する。更に直線偏光板１
９を図示のように４５°傾斜させたが、透過軸の向きが
紙面と平行であり、しかも直線偏光板１９の透過率は、
直＃ｉ！偏光板の実効的な厚さが１７倍増加したと等価
にすぎないため、はとんど変化しないし、機能もまった
く低下しない。このとこは、前述した円偏光板では得ら
れない特長である。

更に、本発明者の実験によれば、最近のテレビモニタの
輝度は十分高く、１００ｆＬ程度であるため、直線偏光
板にさらに透過率５０％のＮＤフィルタを併用して、虚
像輝度を２０％に低下させても、なお、十分な画質が得
られることが確かめられた。このことは、テレビモニタ
を明室で外光に暴露させている場合と比べて、暗室内で
は外光が画像面にほとんど入射しないため、暗部の最低
輝度が大幅に低減し、黒がしまり、低輝度の色の彩度が
高くなり、美しい画像が表示されるためと考えられる。

この透過率５０％のＮＤフィルタの追加によって、凸レ
ンズの表面反射を前記の１６％から４％にまで低減させ
、画像のコントラスト比を前記の２．５倍から５倍にま
で向上させることができた。

第８図は２枚の反射鏡を用いて、光路をコの字形に折り
曲げ、一層の省スペース化を図った実施例である。第８
図において第７図と同様の部分については同一符号を付
して説明を省略するが、光軸光線の第１および第２ミラ
ー１６＾および１６Ｂへの入射角はいずれも５５°であ
る。この実施例では、表示装置の管面５の天地および左
右を共に反転させるか、さもなければ、表示装置そのも
のの天井を下側にして逆さに設置する。本例によれば、
第７図の実施例よりも全体的な床面積を減少させること
ができると共に、装置の高さをよりコンパクトにまとめ
ることができる。

第９図は、２枚の反射鏡を用いて光路をジグザグ形に曲
折させた実施例である。本例は、床面積が上述例よりも
小さく、表示画像の天地、左右がそのままでよいという
特長がある。しかし、第２ミラー１６Ｂの入射角が５５
４ではなく、鋭角になっているので、ゴースト像の除去
能力は他の例より劣る。しかしながら、テレビ画像で実
験した結果では、ゴースト像は認められず、この方式が
実用性に優れていることが実証された。

なお、以上の実施例のいずれについても、凸レンズを例
えば左右に２個並べ、これら凸レンズの各光軸が管面の
中心に向かうようにすることによって容易に２人用の虚
像画像表示装置を構成することができる。なお、かかる
構成は凹面鏡式では不可能であった。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明によれば、以下のよう
な効果が得られる。

（１）２台のカメラや、特殊なカメラを用いることなく
、一般のカメラで撮像または撮影した２次元ノ映像を凸
レンズにより眼鏡不要で、自然な奥行き感をもって体験
させることが可能な虚像画像表示装置を提供することが
できる。

（２）明室でコントラスト比が高く、口８部の色の再現
性にすぐれた美しい画像を容易に観察できる。

（３）遠方の虚像を眺めるので、眼の疲れを生じること
がなく、かかる点から現在１社会問題化しているデイス
プレィ装置、たとえは対話形デイスプレィ端末装置での
長時間使用による眼精疲労問題（ｒＶＤＴと視覚特性」
畑田豊彦、　Ｏｐｌｕｓ　Ｅ。

Ｎｏ、７７、（１９８８，４）ｐ、１０４参照）を解消
する有力な手段を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明凸レンズ式虚像画像表示装置の基本的構
成図、 第２図は凸レンズ式虚像画像表示装置の一般的な構成図
、 第３図は本発明の他の実施例を示す断面図、第４図は物
体の位置に対する凸レンズの虚像の距離の関係を示す特
性曲線図、 第５図は裏面鏡における表面反射率の特性曲線図、 第６図は裏面鏡における入射角に対する表面反射の低減
率を示す曲線図、 第７図は本発明の１枚ミラ一方式による実施例を示す断
面図、 第８図は本発明の２枚ミラ一方式による実施例を示す断
面図、 第９図は本発明の２枚ミラ一方式のよる他の実施例を示
す断面図。 第１０図は従来の凹面鏡式虚像画像表示装置の基木的構
成図である。 １・・・ＣＲＴディスプレイ、 ２・・・半透明鏡、 ３・・・凹面鏡、 ４・・・観察者の両眼、 ５・・・管面（画像面）、 ６・・・凸レンズ、 ７・・・画枠マスク、 ８．１１・・・暗箱、 ９・・・透過型スクリーン、 ｌＯ・・・投写機、 ｌ２・・・テレビモニター、 １６，１６Ａ，１６Ｂ・・・裏面鏡、 ｌ８・・・視野しぼり、 ｌ９・・・直線偏光板、 ２０・・・観察窓。 （ｍ） ０　　　／　　２　　３　　４　　Ｓ　　６　　７　　
　Ｂ　　９　　ＩＯ第４図 人射７４　ｃＫ　　（ｄｅｑｒｅｅ） Ｘ面鏡に８１↑る表面反村年の野性曲線図（ｎ゛ラス瓦
前率η＝７．５） 第５図 ０１０２θ　３０　４０　５０　６０　７０　８０　　
ｑＯ裏面瀧にお１丁６入射角に対する 表面反射の４ｉ減率を示す曲線図 第６図 末完［ｌ１１１７）１牧ミラ一方式による実たイ列の断
面図本−Ｖ、朗の２牧ミラ一方式による賓距伊１の断面
図第８図 、本、発５目の２ネ文ミラ一方式；１こよる他の貢想ｆ
ｉｌの断面図第９図 ／ｒＬ東の凹面鏡式虚像画像表示装置の基本的構成図第
ｉｏ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）暗箱と、 該暗箱の内部に設けた発光画像の表示面と、該発光画像
   の表示面の周辺部にその表示面から間隔Δｄを保って前
   記暗箱内に配置した画枠マスクと、 前記発光画像の表示面中心からほぼその法線上に設けた
   前記暗箱の開口部と、 該開口部近傍に設けた実効直径が８０ｍｍ以上で焦点距
   離がｆの凸レンズと を有し、前記間隔Δｄを０．０１ｆ＜Δｄに設定し、前
   記暗箱の開口部から前記凸レンズを介して前記発光画像
   の虚像の両眼視を可能にしたことを特徴とする凸レンズ
   式虚像画像表示装置。 ２）特許請求の範囲第１項記載の凸レンズ式虚像画像表
   示装置において、 前記第１の間隔Δｄを、前記０．０１ｆから０．１ｆま
   での範囲内において調整自在となしたことを特徴とする
   凸レンズ式虚像画像表示装置。 ３）暗箱と、 該暗箱の内部に設けた発光画像の表示面と、該発光画像
   の表示面から間隔Δｄを保って前記暗箱内に配置した画
   枠マスクと、 前記発光画像の表示面中心からほぼその法線上に設けた
   前記暗箱の開口部と、 該開口部の近傍に設けた実効直径が８０ｍｍ以上で焦点
   距離がｆの凸レンズと、 該凸レンズと前記画枠マスクとの間に配置され、前記発
   光画像の前記法線に沿った光束の光路を変更する少なく
   とも１枚の平板透明体の裏面を鏡面とする平面鏡と を有し、前記間隔Δｄを０．０１ｆ＜Δｄに設定し、前
   記光束の前記平面鏡への入射角が４０゜から７０゜の範
   囲となるように前記平面鏡を取付け、該平面鏡の表面反
   射による前記発光画像のゴースト像を除去するための直
   線偏光板を前記凸レンズと前記開口部との間に配置し、
   前記暗箱の開口部から前記凸レンズおよび前記少なくと
   も１枚の平面鏡を介して前記発光画像の虚像の両眼視を
   可能にしたことを特徴とする凸レンズ式虚像画像表示装
   置。