JPH0764014A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 所望する大きさの拡大虚像を得ることができ
るとともに、画像表示体と接眼レンズとの間の光路長を
短くでき、装置全体のより一層の小型化を図ることので
きる画像表示装置を提供する。 【構成】 液晶表示パネル１４に表示された画像を接眼
レンズ１６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、液晶表示パネル１４と接眼レンズ１６
の間に第１屈折率分布型レンズ１７を介在させた。した
がって、第１屈折率分布型レンズ１７で液晶表示パネル
１４の画像を拡大し、この拡大虚像をさらに接眼レンズ
１６で所望の大きさに拡大するので、液晶表示パネル１
４と接眼レンズ１６との間の光路長を短くすることがで
き、これにより装置全体のより一層の小型化を図ること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【０００３】図６はこのヘッドマウントディスプレイの
１例を示した概略構成図である。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（図示せず）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３が突出して設けられ、各
ファインダ３内には拡大用の接眼レンズ４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）５、こ
の液晶表示パネル５からの画像光をファインダ３に向け
て反射する反射ミラー６などが設けられている。なお、
反射ミラー６の裏面側には液晶表示パネル５を駆動する
回路基板７が設けられており、液晶表示パネル５の背面
側（図６では上面側）には液晶表示パネル５を照明する
バックライトユニット８が設けられている。

【０００４】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を左右の耳に挿
入し、この状態で左右のファインダ３を覗き見ると、液
晶表示パネル５に表示された画像が接眼レンズ４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、イヤホーンにより画像に応じた音声を聞くことがで
きる。

【０００５】

【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、接眼レンズ４の
みで液晶表示パネル５に表示された画像の拡大虚像を作
っているので、接眼レンズ４と液晶表示パネル５との間
の光路長を長く設定しなければ、所望する大きさの拡大
虚像を得ることができず、さらなる小型化を図ることが
できないという問題がある。

【０００６】このことを図７に示す原理図に基づいて説
明する。接眼レンズ４は焦点距離ｆが２７ｍｍで、液晶
表示パネル５は０．７インチ型であるとして、液晶表示
パネル５の後方（図７では左方）約１１４６．６ｍｍの
所に３１．１インチの拡大虚像を得るためには、接眼レ
ンズ４と眼９との距離を例えば約１３．６ｍｍに設定す
ると、接眼レンズ４と液晶表示パネル５との距離は約２
６．４ｍｍとなり、眼９から液晶表示パネル５までの光
路長が約４０ｍｍとなる。このような光学系を図６に示
した機器ケース２に組み込んだ場合には、接眼レンズ４
と液晶表示パネル５との間に反射ミラー６を介在させた
としても、液晶表示パネル５の大きさなどを考慮する
と、ファインダ３を含む機器ケース２の大きさは、長さ
が約４０ｍｍで高さが約２１ｍｍとなり、ヘッドマウン
トディスプレイとしては大きなものになってしまう。

【０００７】この発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、所望する大きさの拡大虚像を得ることができるとと
もに、画像表示体と接眼レンズとの間の光路長を短くで
き、装置全体のより一層の小型化を図ることのできる画
像表示装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【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、画像表示体と接眼レンズの間に画像表示体の
画像を拡大するための屈折率分布型レンズを介在させた
ものである。この場合、屈折率分布型レンズは画像表示
体の各画素に対応する微小なレンズを有し、これら微小
なレンズで各画素を拡大するものであることが望まし
い。

【０００９】

【作用】この発明によれば、屈折率分布型レンズで画像
表示体の画像を拡大し、この拡大虚像をさらに接眼レン
ズで所望の大きさに拡大するので、画像表示体と接眼レ
ンズとの間の光路長を短くすることができ、これにより
装置全体のより一層の小型化を図ることができる。この
場合、請求項２に記載の如く、屈折率分布型レンズが画
像表示体の各画素に対応する微小なレンズを有し、これ
ら微小なレンズで各画素を拡大するものであれば、屈折
率分布型レンズの各微小なレンズによって拡大された各
画素の虚像が隣接する画素の虚像と周縁部で重なり合う
ので、例えば各画素が赤、緑、青のいずれかのカラー画
素であれば色混じりが良くなり、良好なカラー画像を得
ることができる。

【００１０】

【実施例】以下、図１〜図５を参照して、この発明の一
実施例を説明する。図１はこの発明のヘッドマウントデ
ィスプレイの外観を示したものである。このヘッドマウ
ントディスプレイでは、使用者の頭部に装着するリング
状のヘッドバンド１０に機器ケース１１が取り付けられ
ている。ヘッドバンド１０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１２が設けられている。機器ケース
１１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１３が設けられている。

【００１１】図２は機器ケース１１の内部構造を示した
ものである。機器ケース１１内の上部には、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）１
４が配置されている。この液晶表示パネル１４の背面側
（同図では上面側）には液晶表示パネル１４を照明する
バックライトユニット１５が設けられており、液晶表示
パネル１４の前方（同図では下方）には接眼レンズ１６
が配置されている。この接眼レンズ１６と液晶表示パネ
ル１４との間には後述する第１屈折率分布型レンズ１７
が介在されているとともに、この第１屈折率分布型レン
ズ１７と液晶表示パネル１４との間には後述する第２屈
折率分布型レンズ１８が介在されている。また、接眼レ
ンズ１６の前方（同図では下方）には各屈折率分布型レ
ンズ１７、１８および接眼レンズ１６を通過した画像光
をファインダ１３に向けて反射する反射ミラー１９が配
置されている。なお、反射ミラー１９の背面には液晶表
示パネル１４を駆動する回路基板２０が設けられてい
る。

【００１２】図３は液晶表示パネル１４から接眼レンズ
１６までの要部の拡大断面図である。液晶表示パネル１
４は、対向面に透明電極が形成された一対のガラス基板
２１、２２間に液晶２３を封入したものであり、透明電
極が対向する個所が画素２４となり、この画素２４がマ
トリクス状に配列されているとともに、各画素２４間に
ブラックストライプ２５が設けられた構造となってい
る。この場合、各画素２４は赤、青、緑のいずれかのカ
ラーフィルタを有するカラー画素となっている。第１屈
折率分布型レンズ１７は、基板に微小な凸レンズをマト
リクス状に埋め込んだ平板マイクロレンズであり、各凸
レンズが液晶表示パネル１４の各画素２４に対応し、液
晶表示パネル１４の後方（上方）に各画素２４の拡大虚
像を作るようになっている。また、第２屈折率分布型レ
ンズ１８は、第１屈折率分布型レンズ１７と同様、基板
に微小な凹レンズをマトリクス状に埋め込んだ平板マイ
クロレンズであり、各凹レンズが第１屈折率分布型レン
ズ１７の各凸レンズに対応して各凸レンズの主点を調整
するようになっている。なお、接眼レンズ１６は従来例
と同じ構造のものである。

【００１３】このようなヘッドマウントディスプレイで
は、第１屈折率分布型レンズ１７の各凸レンズが液晶表
示パネル１４の各画素２４に対応し、かつ第２屈折率分
布型レンズ１８によって主点が調整されているので、こ
の第１屈折率分布型レンズ１７により液晶表示パネル１
４の各画素２４を良好に拡大することができ、この拡大
された虚像をさらに接眼レンズ１６で所望の大きさに拡
大するので、液晶表示パネル１４と接眼レンズ１６との
間の光路長を非常に短くすることができ、これにより装
置全体の大幅な小型化を図ることができる。

【００１４】このことを図４に示す原理図に基づいて説
明する。第１屈折率分布型レンズ１７の各凸レンズの焦
点距離ｆを３．７７ｍｍとし、第２屈折率分布型レンズ
１８の焦点距離ｆを−０．４６ｍｍとし、液晶表示パネ
ル１４の大きさを従来と同じ０．７インチ型として、各
屈折率分布型レンズ１７、１８によって液晶表示パネル
１６の後方（図４では左方）約２１．７ｍｍの所に画素
対応にして約３倍の大きさの拡大虚像を作るためには、
液晶表示パネル１４と第２屈折率分布型レンズ１８との
ピッチ（中心間距離）は約０．７ｍｍで、第２屈折率分
布型レンズ１８と第１屈折率分布型レンズ１７とのピッ
チは約３ｍｍとなる。そして、この拡大虚像を従来と同
じ焦点距離ｆ（２７ｍｍ）の接眼レンズ１６でさらにそ
の後方約１１４６．６ｍｍの所に３１．１インチの拡大
虚像を得るためには、接眼レンズ１６と眼２６との距離
を従来と同じ約１３．６ｍｍに設定すると、第１屈折率
分布型レンズ１７と接眼レンズ１６とのピッチは約１ｍ
ｍとなる。このため、接眼レンズ１６と液晶表示パネル
１４との中心間距離は約４．７ｍｍとなり、眼２６から
液晶表示パネル１４までの光路長が約１８．３ｍｍと非
常に短くなる。このような光学系を図２に示した機器ケ
ース１１に組み込む場合には、接眼レンズ１６と眼２６
との間に反射ミラー１９を介在させることにより、液晶
表示パネル５の大きさなどを考慮しても、ファインダ１
３を含む機器ケース１１の大きさは長さが約２１ｍｍで
高さが約２０ｍｍとなり、従来のものに比べて非常に小
さなものを得ることができる。

【００１５】また、このヘッドマウントディスプレイで
は、図５に示すように、第１屈折率分布型レンズ１７お
よび第２屈折率分布型レンズ１８によって液晶表示パネ
ル１４の各画素２４を３倍程度に拡大しているので、拡
大された各画素２４の虚像は隣接する各画素２４の虚像
と周辺部が相互に重なり合うことになり、このため赤、
緑、青の各色が良好に混じり合い、良好なカラー画像を
得ることができる。

【００１６】なお、上記実施例では、液晶表示パネル１
４と第１屈折率分布型レンズ１７との間に第２屈折率分
布型レンズ１８を介在させたが、第１屈折率分布型レン
ズ１７の主点調整を行なう必要がないように第１屈折率
分布型レンズ１７を製作することができれば、必ずしも
第２屈折率分布型レンズ１８を介在させる必要はない。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、画像表示体と接眼レンズの間に画像表示体の画像を
拡大する屈折率分布型レンズを介在させたから、この屈
折率分布型レンズで画像表示体の画像を拡大し、この拡
大虚像をさらに接眼レンズで所望の大きさに拡大するこ
とができ、このため画像表示体と接眼レンズとの間の光
路長を短くすることができ、装置全体のより一層の小型
化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のヘッドマウントディスプレイの外観
斜視図。

【図２】図１の内部構造を示す図。

【図３】図２の要部拡大断面図。

【図４】図３に示された光学系の原理図。

【図５】液晶表示パネルの各画素が第１屈折率分布型レ
ンズによって拡大された画素対応の虚像の重なり合いを
説明するための図。

【図６】従来のヘッドマウントディスプレイの概略構成
図。

【図７】図６の原理図。

【符号の説明】

１４ 液晶表示パネル １６ 接眼レンズ １７ 第１屈折率分布型レンズ ２４ 画素

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 前記画像表示体と前記接眼レンズの間に前記画像表示体
   の画像を拡大するための屈折率分布型レンズを介在させ
   たことを特徴とする画像表示装置。
2. 【請求項２】 前記屈折率分布型レンズは、前記画像表
   示体の各画素に対応する微小なレンズを有し、これら微
   小なレンズで各画素を拡大することを特徴とする請求項
   １記載の画像表示装置。