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Timestamp: 2019-05-20 22:51:18
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JP2011145488A - Head mount display - Google Patents
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JP2011145488A
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JP2010006097A
Ichiro Kumada
一郎 隈田
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<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve a head mount display that provides both 2D display and 3D display without a hitch and at low cost, is compact and lightweight, and has a wide view angle. <P>SOLUTION: This head mount display includes an image display section including a display element 2, an optical component 3A for image division, and two lenses 4R and 4L, namely right and left lenses. In the image display section, the shift amount of the lateral direction of an image when a right-eye image and a left-eye image are displayed is set in a predetermined range. The predetermined range means a range allowing correction of the image shift caused by the interval between both eyes when a single image displayed by the display element is viewed through the two lenses or a lens group. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT
本発明は、単一の表示素子を有し、表示素子が眼前にくるように頭や耳に装着してヘッドマウントするヘッドマウントディスプレイに関する。 The present invention has a single display device, a head mounted display to the head mount is mounted on the head and ears so that the display device comes in front.
＜背景技術１＞ <Background Art 1>
３次元（３Ｄ）メガネを用いる表示装置に関して、スクリーンまたはディスプレイの比較的遠くの大きな画面に左眼用と右眼用の画像を重ねて表示し、画面から離れた鑑賞者が３Ｄメガネを装着して鑑賞するシステムが知られている。 Respect display device using a three-dimensional (3D) glasses, displays superimposed images for the left eye and the right eye on the screen or relatively far larger screen of the display, viewer away from the screen wears the 3D glasses system to appreciate is known Te.
この場合の３Ｄメガネは、光学フィルタや液晶シャッタが付いているが表示素子（表示パネル）自体を持たないため、比較的小型、軽量である。 3D glasses in this case, because although with an optical filter or a liquid crystal shutter does not have a display device (display panel) itself is a relatively small size, light weight. このような３Ｄ映画用システムとしてはＲｅａｌ Ｄ、Ｄｏｌｂｙ ３Ｄ（商標名）、ＩＭＡＸ ３Ｄ（商標名）などが実用化されている。 Real D as such 3D movie system, Dolby 3D (TM), etc. IMAX 3D (TM) has been put into practical use. パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等のゲーム用途ではＮＶＩＤＩＡ社の３Ｄ Ｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ（商標名）などが実用化されている。 In game applications, such as a personal computer (PC), such as NVIDIA's 3D Vision System (TM) has been put into practical use.
人が装着する３Ｄメガネ等の外部に表示素子を有する３Ｄ表示装置を、以下、外部表示型の３Ｄ表示装置と呼ぶ。 The 3D display device having an external display device such as a 3D glasses human wears, hereinafter referred to as an external display type 3D display apparatus. これに関連して特許文献２のような提案がある。 There are proposals such as in Patent Document 2 in this connection.
また、動きのある２次元（２Ｄ）画像から擬似３Ｄ画像を生成する外部表示型の３Ｄ表示装置関連では特許文献１のような提案がある。 Also, the 3D display device related external display type for generating a pseudo 3D image from a two-dimensional (2D) images with motion is proposed as in Patent Document 1.
＜背景技術２＞ <Background Art 2>
小型軽量の２Ｄまたは３Ｄの表示システムとして表示素子を内部に備えるヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤと呼ぶ）がある。 Head-mounted display (hereinafter, referred to as HMD) having a display element within a 2D or 3D display system small and light it is.
ＨＭＤは、単眼用のものと両眼視用のものが市販されている。 HMD, it is commercially available ones and one for binocular vision for the monocular. ２Ｄと３Ｄの両方を扱えるＨＭＤは左眼用と右眼用に独立の２つの小型表示素子を用いている。 HMD can handle both 2D and 3D are used two small display element independently for the left and right eyes. ２つの小型表示素子を目の間隔に合わせてならべて配置することで、左右の画像を目の間隔分左右にずらして表示している。 The two small display device by arranging side by side in accordance with the eye separation, are displayed by shifting the left and right images to the spacing component left and right eyes.
＜背景技術３＞ <Background Art 3>
医療用の特定の用途では、３ＤメガネやＨＭＤのような装置を着脱することが煩わしく、手術などでは手が塞がって着脱ができない場面が多い。 In certain applications for medical, cumbersome to attach and detach the device, such as 3D glasses or HMD, surgical scene is often unable detachable busy hands in such.
このような要請に応じて、３Ｄ画像を顔面の近くに表示させる立体映像表示装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。 In response to such demands, the 3D image is a stereoscopic image display device for displaying the vicinity of the face has been proposed (e.g., see Patent Document 3).
特開平０９−４４１４１号公報 JP-09-44141 discloses 特許第３０１６２４９号明細書 Pat. No. 3016249 特開２００２−３６５５８９号公報 JP 2002-365589 JP
背景技術１で述べた３Ｄシステムは、画像表示を行うスクリーンやディスプレイ等の表示素子を含めるとシステム全体が大きく持ち運びが難しい。 3D systems described in the background art 1, a large is difficult to carry the full view including the elements system screen or display, for displaying an image.
また、２Ｄ画像や遠方の画像は左右の視差がない１枚の画像として表示する。 Moreover, 2D images or distant image is displayed as one image there is no right and left parallax. そのためシステムをそのまま縮小してＨＭＤとしても、目とディスプレイの位置が近く、接眼レンズの効果もあるため、２重にぶれた画像として認識され正常な画像を見ることはできない。 Also therefore systems as the HMD as it is reduced, the position of the eyes and the display is close, because of the effect of the ocular lens, it is not possible to see the recognized normal image as a blurred image in duplicate.
特許文献１の提案には動きのある２Ｄ画像から擬似３Ｄ画像を作る処理の一部として左右画像をディスプレイ上で目の間隔に相当する分をずらすことが記述されている。 The proposal of Patent Document 1 is described that the shifted amount corresponding left and right images to the spacing of the eyes on the display as part of a 2D image with motion processing making pseudo 3D image. したがって、もしこのシステムをそのままＨＭＤにした場合はずらした部分については画像が２重にぶれる不具合が解決する。 Therefore, if the image is the portion which is shifted If you HMD as the system looks blurred problem is resolved in duplicate.
ただし、特許文献１で画像をずらす目的は擬似３Ｄ化したときの箱庭効果対策であり、ＨＭＤに応用することを意図したものではない。 However, the purpose of shifting the image in Patent Document 1 is a miniature garden effect measures when made into pseudo 3D, not intended to be applied to the HMD. したがって、特許文献１の提案では、きちんと３Ｄ化されている画像や動きのない２Ｄ画像は擬似３Ｄ化の処理がされないので、そこに含まれる画像をずらす処理もなくなってしまう。 Therefore, the proposal of Patent Document 1, neat 3D of the image being or motionless 2D images because it is not the processing of the pseudo 3D conversion, disappears also processing to shift the images contained therein.
さらに、いずれの外部表示型の３Ｄ表示装置も適切な視聴距離を取る必要があることと、表示素子のサイズ制限のために視野角を大きくすることが難しい。 Furthermore, the fact that any external display type 3D display device also needs to take appropriate viewing distance, it is difficult to increase the viewing angle because of the size limitations of the display device.
背景技術２の２つの小型表示素子を用いた両眼視用ＨＭＤでは、小さな表示素子からの比較的小さい画像をレンズなどの光学系で広視野角にする場合は、光学系が重く高価になる。 In HMD binocular vision using two small display device of the background art 2, when a relatively small image of the small display device in a wide viewing angle with an optical system such as a lens becomes an optical system is heavy expensive . また、高精細化した表示素子を２個使うと表示素子の総画素数が多くなりコストが高くなる。 The total number of pixels is large and becomes cost increases of the display device using two high definition and display device.
より詳細には、単純な光学系を用いて大きな表示素子を２つ並べて使うことを考えた場合、２つの表示画像の中心を左右それぞれの目の位置に合わせる必要があるため、並べた表示素子がぶつからないように表示素子の大きさが制限される。 More particularly, when considering be used in two side by side a large display device using a simple optical system, it is necessary to center the two display images to the left and right positions of each eye, side-by-side display device the size of the display device is limited so as not to collide. この場合、特許文献２のような光学系を用いれば大きな表示素子が使えるが、光学系が複雑で重く、高価になる。 In this case, a large display device can use the use of the optical system disclosed in Patent Document 2, the optical system is heavy and complicated, and expensive.
以上により、背景技術２の手法では、ＨＭＤへの適用に際し、広視野角化や高精細化、さらには小型化および低コスト化が難しい。 Thus, in the background art 2 method, upon application to the HMD, wide viewing angle and high definition, more difficult size and cost.
特許文献３には、手術用顕微鏡の立体表示装置が開示されている。 Patent Document 3, the operation microscope of the stereoscopic display device is disclosed. これはＨＭＤではなく据え置き型の装置であり、背景技術２のＨＭＤタイプよりアイレリーフ（最も眼に近いレンズ面の頂点から射出瞳までの距離）を大きく取る目的で提案されている。 This is a device rather than stationary HMD, it has been proposed for the purpose to increase the HMD type and eye relief of the background art 2 (distance from the vertex closest to the eye lens surface to the exit pupil).
アイレリーフを大きく取り、かつ顕微鏡視野を十分確保するために、立体視するための左右画像の一部を接眼レンズ上で重ね表示し、これに合わせる形で表示素子上でも左右画像をわずかに重ね表示する実施例が特許文献３に示されている。 Take a large eye relief, and in order to sufficiently secure a microscopic field to display overlapping portions of the left and right images for stereoscopic viewing on the eyepiece, slightly overlapping the left and right images even on a display device in a manner to match to examples of display is shown in Patent Document 3.
この方式は、接眼レンズが大型かつ複雑で重く、ＨＭＤに適用することは難しい。 This method, eyepiece large and complex heavy, it is difficult to apply to the HMD.
本発明は、前述の背景技術の課題を解消し、２Ｄ表示と３Ｄ表示の双方に支障がなく、低コストで小型軽量であり、かつ広視野角で高精細なヘッドマウントディスプレイを実現するものである。 The present invention, which eliminates the aforementioned problems of the related art, there is no trouble in both 2D display and 3D display is small and light at a low cost, and to realize a high-definition head-mounted display with a wide viewing angle is there.
本発明に関わるヘッドマウントディスプレイは、表示素子を含む画像表示部と、画像振り分けのための光学部品と、左右の２つのレンズまたはレンズ群とを有する。 Head-mounted display according to the present invention includes an image display unit including a display element, an optical component for image distribution, and left and right two lens or lens group.
前記画像表示部は、右眼用と左眼用のそれぞれの画像を単一の表示素子上で横方向にずらし、一部を重ねて表示する。 The image display unit is laterally offset each image for right eye and left eye on a single display element to display the superimposed part.
前記光学部品は、前記画像表示部で表示した右眼用画像と左眼用画像を左右の眼に振り分ける機能をもつ。 The optical component has a function of distributing the right eye image and a left eye image displayed by the image display unit on the right and left eyes.
前記２つのレンズまたはレンズ群は、前記光学部品と左右の眼の視認位置との間に挿入されている。 It said two lenses or lens groups are inserted between the viewing position of the right and left eyes and the optical component.
前記画像表示部は、前記右眼用画像と前記左眼用画像とを表示するときの画像の横方向のずらし量が、所定範囲に設定されている。 The image display unit, the shift amount in the lateral direction of the image when displaying said right eye image and the left-eye image is set to a predetermined range. ここで所定範囲とは、前記画像表示部で単一画像を表示するときの当該単一画像を前記２つのレンズまたはレンズ群を通してみたときに両眼間隔に起因して生じる画像ズレを補正可能な範囲である。 Here, the predetermined range, which can correct an image shift caused by the binocular spacing when the single image seen through the two lenses or lens groups when displaying a single image by the image display unit it is in the range.
本発明では好適に、前記右眼用画像と前記左眼用画像の横方向の重ね中心から、一方の画像の他方の画像中心側の端辺までの一方の片側ずらし量と、他方の画像の一方の画像中心側の端辺までの他方の片側ずらし量が、共に、１.５[ｃｍ]以上４[ｃｍ]以下の範囲に収まっている。 Suitably in the present invention, the image for the right eye and the left-eye image from the side of the lap center, and one of the side shift amount to the other image center side edge of one image, the other image the other side shift amount to the end sides of one of the image center side, both are within the range of 1.5 [cm] or 4 [cm] or less.
さらに好適に、前記片側ずらし量をｘ、左右眼球の間隔をｅ、眼球の中心と前記表示素子との距離をｓ、左右眼球それぞれの中心と、対応する前記レンズを通して表示素子を見ることで得られる虚像との距離をｖとしたときに、「ｘ＝ｅ／２＊(ｖ−ｓ)／ｖ」の式が成り立つ。 Further preferably, obtain the one side shift amount x, the distance between the right and left eyeballs e, the distance between the center and the display device of the eyeball s, by looking each and the center right eye, a display element through said corresponding lens the distance between the virtual image when the v that is, the formula of "x = e / 2 * (v-s) / v" is true. この式において、小型ヘッドマウントディスプレイの奥行きサイズの許容範囲からｓ≦１５[ｃｍ]とする。 In this formula, and s ≦ 15 [cm] from the allowable range of the depth size of the small head-mounted display. また、左右眼球のバラツキ範囲から４[ｃｍ]≦ｅ≦８[ｃｍ]とする。 Also, to the variation range of the left and right eyeballs and 4 [cm] ≦ e ≦ 8 [cm]. さらに、虚像位置は裸眼でピントが合い疲れない範囲であるｖ≧３０[ｃｍ]とする。 Furthermore, the virtual image position and v ≧ 30 [cm] is a range that does not fatigue focuses the naked eye. これらの数値範囲を全て満たすｘの範囲が１.５[ｃｍ]≦ｘ≦４[ｃｍ]となる。 Range of x satisfying all these numerical range is 1.5 [cm] ≦ x ≦ 4 [cm]. そして、右眼画像と左眼画像について前記１.５[ｃｍ]以上４[ｃｍ]以下の横方向のずらし量範囲を用いる。 Then, right about eye image and the left eye image the 1.5 [cm] or more 4 using [cm] shift amount range below the transverse direction.
以上の構成によれば、３Ｄ表示のときは、表示素子に表示された左右の右眼用画像と左眼用画像が、それぞれ光学部品で左右に振り分けられ、接眼レンズを通して左右の眼の瞳網膜上で結像する。 According to the above configuration, when the 3D display is the right-eye image and the left eye image of the left and right displayed on the display device, distributed to the right and left in the optical component, respectively, the pupil retina of the eye of the right and left through the eyepiece imaged above. このとき、左右の２つのレンズは光学的に独立であり、それぞれのレンズを経由した画像を構成する光は混じることなく左右それぞれの眼に到達する。 At this time, the left and right two lenses are optically independent, light constituting the image passed through the respective lenses to reach each eye left without being mixed. このとき表示素子上で右眼用画像と左眼用画像が一部重なっているため広画角の画像光がそれぞれの眼に到達する。 In this case the image light of a wide angle of view for the right eye and left-eye images are overlapped portion on the display device reaches each eye.
このようにして、サイズの割に比較的ワイドな広角の３Ｄ画像を鑑賞できる。 In this way, you can appreciate the relatively wide angle of the 3D image to the percentage of size. また、３Ｄ表示のときの左右の画像のずらし量とは独立に、２Ｄ表示や遠景画像のときに画像がずれて見えない範囲、例えば１.５[ｃｍ]以上４[ｃｍ]以下に設定されている。 Further, independently of the shift amount of the left and right image when the 3D display is set a range image is not visible shifted when the 2D display and the distant view image, for example, 1.5 [cm] or 4 [cm] or less ing.
そのため、２Ｄ表示画像と３Ｄ表示画像を１つの小型で広画角なヘッドマウントディスプレイで鑑賞できる。 Therefore, people can watch a wide angle head mounted display a 2D display image and the 3D display image in a single, compact.
本発明によれば、２次元表示と３次元表示の双方に支障がなく低コストかつ小型軽量で広視野角のヘッドマウントディスプレイを実現することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to realize a head-mounted display with a wide viewing angle in the two-dimensional display and three-dimensional display both no obstacle to the low cost and small and lightweight.
第１の実施形態に関わるＨＭＤの概略構成図（上面視）である。 It is a schematic diagram of the HMD according to the first embodiment (top view). 第１の実施形態に関わるＨＭＤの概略構成図（側面視）である。 It is a schematic diagram of the HMD according to the first embodiment (side view). 表示位置の近接で視認に支障が生じる画像例を示す図である。 It is a diagram illustrating an example of an image trouble occurs in the visible to near the display position. 視認時の支障を示す図（人の眼での認識画像図）である。 It is a diagram illustrating a trouble at the time of viewing (recognition image view of the human eye). 画像のずらし量を求めるときのパラメータ説明図である。 It is a parameter explanatory view of obtaining the shift amount of the image. 非３Ｄ表示画像で、画像ずれがなく視認できる右眼用画像と左眼用画像の表示図である。 In the non-3D display image is a display view of the right-eye image and a left eye image on which the image shift can be visually recognized without. 図６の画像表示を、本実施形態に関わるＨＭＤを用いて近接距離で見たときの認識画像図（効果を示す図）である。 The image display of FIG. 6, a recognition image view when viewed in the near distance using the HMD according to the present embodiment (a view showing an effect). 比較例のＨＭＤの構成図である。 It is a block diagram of the HMD of the comparative example. 第２の実施形態に関わるＨＭＤの概略構成図（上面視）である。 It is a schematic diagram of the HMD according to the second embodiment (top view). 第３の実施形態に関わるＨＭＤの概略構成図（上面視）である。 It is a schematic diagram of the HMD according to the third embodiment (top view). 第１変形例のＨＭＤ構成図である。 A HMD configuration diagram of a first modification. 第１変形例の他のＨＭＤ構成図である。 It is another HMD configuration diagram of a first modification. 第１変形例の他のＨＭＤ構成図である。 It is another HMD configuration diagram of a first modification. 第２変形例のＨＭＤ構成図である。 A HMD configuration diagram of a second modification. 第２変形例の他のＨＭＤ構成図である。 It is another HMD configuration diagram of a second modification.
本発明の実施形態を、図面を参照して以下の順に説明する。 The embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings in the following order.
１． 1. 第１の実施の形態：表示素子と光学部品（シャッタ機構）が平行配置された実施形態。 First Embodiment: Display device and the optical element (shutter mechanism) arranged in parallel embodiments.
２． 2. 第２の実施の形態：表示素子が曲面を有する場合の実施形態。 Second Embodiment: Embodiment of a case where the display device has a curved surface.
３． 3. 第３の実施の形態：表示素子と光学部品が共に曲面形状を有する場合の実施形態。 Third Embodiment: Embodiment of a case where the display device and the optical component both have a curved shape.
４． 4. 第１変形例：光学部品に関する変形例。 First Modification: variations on the optical component example.
５． 5. 第２変形例：表示素子形状に関する変形例。 Second Modification: modification relating to the display element shape.
６． 6. その他の変形例。 Other Modifications.
図１は、第１の実施形態に関わるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）を、人のヘッドに眼前に表示素子がくるように装着したときの、上方から見た概略構成図である。 1, a head-mounted display (HMD) according to the first embodiment, when mounted to come before the eyes to the display element in the human head, which is a schematic view from above. また、図２には、横（顔の左手）から見たＨＭＤの装着例を示す。 Further, FIG. 2 shows a mounting example of the HMD seen from the side (left-hand face). なお、図１は、画像データ変換回路をＨＭＤ１に設けた場合の例を示すものである。 Incidentally, FIG. 1 shows an example of a case in which the image data conversion circuit HMD 1. この例では、画像データ変換回路５は装置全体の大きさからすると実際は小型の回路であるが、図１および図２では誇張して描いている。 In this example, the image data conversion circuit 5 is actually when the size of the entire device is a circuit of small size is exaggerated in FIGS.
図１に図解するＨＭＤ１は、不図示のゴーグルやメガネ状の装着枠部材に、図示した各部を装備させて構成される。 Is illustrated in Figure 1 HMD 1 is in goggles or glasses-shaped mounting frame member (not shown), composed by equipped with respective units shown. 不図示の装着枠部材は顔形状、耳や鼻などにフィットすることで各部の位置だしができるようになっている。 Mounting frame member (not shown) is adapted to be the position out of each portion by fitting like face shape, ears and nose. 脱落防止のためには、ヘッドに固定する部分、あるいは、こめかみを内側に押さえ、または、耳等に掛かる装着枠部材構造となっている。 For captive, the portion fixed to the head or, pressing the temples inward, or, has a mounting frame member structure across the ear or the like.
不図示の装着枠部材の先端面付近には、符号“２”により示す表示素子が固定されている。 In the vicinity of the distal end surface of the mounting frame member (not shown), display device shown by numeral "2" is fixed.
表示素子２は、液晶表示素子または有機ＥＬ表示素子等であり、その画像化のために光に階調差を設ける方式はＬＥＤ発光やライトバルブのようなものでもよいし、その他の方式であってもよい。 Display device 2 is a liquid crystal display device or an organic EL display device or the like, to its method of providing a gradation difference in light for imaging can be as LED light emission and the light valve, there in other ways it may be. なお、軽量化と低コストの観点からは、液晶表示素子または有機ＥＬ表示素子が望ましい。 From the viewpoint of light weight and low cost, a liquid crystal display device or an organic EL display device is preferable.
表示素子２のサイズに限定はないが、後述するように左右の３Ｄ画像を一部重ねて表示する構成から、広角画像の視認が可能である。 Although not limited to the size of the display device 2, a structure for displaying partially overlapped left and right 3D images as described below, it is possible to visually recognize the wide-angle image. なお、図１では、破線は、左右の眼に入る画像が一部重なっていることを示している。 In FIG. 1, dashed line, image entering the right and left eyes have shown that partially overlap with each other. その左右外側の光線角度が表示素子面に対して浅い分だけ、より大きなサイズの表示素子を採用できる。 The ray angle in a lateral outward only shallow min for the display device surface, can be adopted a display element of a larger size. 但し、コストや重さから限界があり、それらの商品価値の観点と、広角画像の観点から表示素子のサイズが決められる。 However, there is a limit of cost and weight, and in view of their commercial value, the size of the display device in terms of wide-angle image is determined.
表示素子２と、左右の眼（眼がくると想定される位置）との間には、表示素子２側から光学部品としてのシャッタ機構３Ａと、２つの接眼レンズ４Ｒ,４Ｌとが配設されている。 A display element 2, between the right and left eyes (the position that is assumed to eyes come), a shutter mechanism 3A as an optical component from the display device 2 side, two eyepieces 4R, and the 4L disposed ing.
シャッタ機構３Ａは、右眼画像の経路と左眼画像の経路の不使用側で、物理的に光を遮る絞り板やフィルタ等であってもよい。 Shutter mechanism 3A is a non-use side of the path of the path and the left-eye image of the right eye image may be a diaphragm plate or a filter or the like physically block the light. あるいは、液晶等の光変調（但し、この場合、光透過、光遮断の機能のみ）を利用してシャッタリングを行うものでもよい。 Alternatively, the optical modulation of the liquid crystal or the like (however, in this case, the light transmission, the function of the light blocking only) may be configured to perform the shuttering utilized. 物理的な手段の場合、それを光路に出し入れする、または、開閉のための機構が必要であり、そのことが小型化、低コスト化に不利であれば、光学的にシャッタリングを行う液晶シャッタ等が望ましい。 For physical means, and out of it in the optical path, or a mechanism for opening and closing is required, miniaturization thereof can, if disadvantageous to cost reduction, the liquid crystal shutter for performing optically shuttering etc. is desirable.
接眼レンズ４Ｒ,４Ｌは、左右の眼からの位置だしが可能な位置に配置されており、左右独立に入射像光を集光し、左右の眼の瞳網膜上に結像させる。 Eyepiece 4R, 4L is positioned out from the left and right eyes are arranged on the possible locations, the incident image light is condensed on the left and right independently, is imaged onto the pupil retina of the right and left eyes. ここで独立に光を集光するには光学的に独立である必要があり、より詳細には、それぞれのレンズを経由した画像を構成する光は混じることなく左右それぞれの眼に到達するように各レンズの設計がなされている。 Here it is necessary to collect light independently are optically independent, and more particularly, to light constituting the image passed through the respective lenses to reach each eye left without being mixed design is made for each lens. レンズ単体では光が混じるようであれば、混じらないための機構が別に必要となる。 If such light is mixed in the lens only, mechanism for immiscible is separately required.
なお、レンズ材料に限定はないが軽量化のためにはプラスチック等が望ましい。 Incidentally, not limited to the lens material, but such as plastic for weight reduction is desirable. また、両眼距離に合わせてレンズの相対位置調整機構を備えてもよい。 It may also include a relative position adjustment mechanism of the lens in accordance with the both eyes distance.
シャッタ機構３Ａが電気的に制御される光学シャッタ、例えば液晶シャッタの場合、その電気的制御が必要である。 Optical shutter shutter mechanism 3A is electrically controlled, for example, in the case of a liquid crystal shutter, it is necessary that the electrical control.
本例では、このシャッタ制御と表示素子２の表示データ生成のための回路として画像データ変換回路５をＨＭＤ１に備える。 In this example, it comprises an image data conversion circuit 5 as a circuit for the display data generation display device 2 and the shutter control to HMD 1.
画像データ変換回路５は、メガネタイプならフレーム等に埋め込まれた小型の回路であってもよいし、少し大型なら鑑賞者の頭等に取り付けるボックス内に実装された回路であってもよい。 Image data conversion circuit 5 may be a circuit of small embedded eyeglass type if the frame or the like, or may be a circuit mounted in a box attached to the slightly large if the viewer's head or the like. 通常、表示素子（および電気的制御ならシャッタ機構３Ａ）を駆動する電源が必要である。 Usually, it is necessary power to drive the display device (and electrical control if shutter mechanism 3A). 画像データ変換回路５は電源の近くにまとめて配備されるようにしてもよいし、電源（例えば電池）とともにＨＭＤ１の外枠部分に埋め込むようにしてもよい。 It image data conversion circuit 5 may be deployed together close to the power, may be embedded in the outer frame portion of the HMD1 with power (e.g., battery).
なお、画像データ変換回路５は、ＨＭＤ１ではなく、外部の機器に設けることも可能である。 The image data conversion circuit 5, rather than HMD 1, it is also possible to provide the external device. 別の画像供給側の装置、例えばパーソナルコンピュータ(ＰＣ)、ＡＶ据え置き機器あるいはモバイル機器に画像データ変換回路５を設けてもよい。 Another image supply side of the apparatus, for example, a personal computer (PC), may be provided image data conversion circuit 5 into AV stationary device or mobile device. この場合、変換されたデータをＨＭＤ１が、この外部の機器から有線、無線、または、メモリカード等のメディアを介して受け取る構成とするとよい。 In this case, the HMD1 the converted data, wired from the external device, wireless, or may be configured to receive through the media such as a memory card.
画像データ変換回路５は、有線の入力端子、ワイヤレスアンテナ、または、メモリカードインターフェイス等の画像データの入力部を備える。 Image data conversion circuit 5, a wired input terminal, a wireless antenna, or an input unit of the image data such as a memory card interface.
画像データ変換回路５は、この入力部から入力された画像データに対し適切な左右横方向のずらし処理を行い、表示素子２に出力する。 Image data conversion circuit 5 performs a shifting process suitable lateral transverse direction to the image data input from the input unit, and outputs to the display device 2. 適切なずらし量は、ヘッドマウントディスプレイの表示素子２と眼の距離、両眼の間隔、虚像位置から計算できる。 Suitable shift amount, a head-mounted display display element 2 and the distance of the eye, the distance between both eyes can be calculated from the virtual image position.
入力された画像データが２Ｄ用の場合、１系統の２Ｄ画像データをそれぞれ左右にずらして右眼用と左眼用の別データとする。 If the input image data is for a 2D, a separate data for the right eye and the left eye by shifting the 2D image data of one line to the left and right respectively. 表示素子２と光学系に対応した適切なずらし量とすることで、２Ｄ画像をあらかじめ決めた適切な虚像位置に表示する。 By an appropriate shift amount corresponding to the display element 2 and the optical system, and displays the predetermined appropriate virtual image position the 2D image. 好適には２Ｄ表示画面の虚像位置をたとえば２[ｍ]前後に設定すればヘッドマウントディスプレイの利用者からは２[ｍ]先に２Ｄ画面が浮かんでいるように見える。 Preferably seems to afloat 2D screen 2 [m] away from the head-mounted display of the user by setting the virtual image position of the 2D display screen example in the front-rear 2 [m].
入力された画像データが左右のカメラで撮影された２系統の３Ｄデータの場合、２Ｄ画像データと同様に本案のヘッドマウントディスプレイの表示素子と光学系に対応した適切なずらし量を画像データ変換回路５で付加して表示素子へ供給する。 If the input image data is 3D data of the photographed two systems in the right and left cameras, the image data conversion circuit suitable shift amount corresponding to the display element and the optical system of the merits of the head mounted display similar to the 2D image data 5 added by supplying to the display device.
左右のカメラでとった画像中でほぼ無限遠とみなせる遠景の画像は左右の撮影画枠のなかでほぼ同じ位置にある。 Almost infinity can be regarded as distant view of the image in the image taken by the left and right of the camera is in almost the same position among the left and right of the photographing frame. 本案のヘッドマウントディスプレイの表示素子２上に表示する画像の左右画像ずらし量としては、撮影した画枠が両眼の間隔だけ左右にずれていればよい。 The left and right images shift amount of the image displayed on the display device 2 of the merits of the head-mounted display, captured image frame has only to shift to the left and right by the distance between both eyes. そこで左右の３Ｄ入力画像を、画像データ変換回路５でそれぞれ目の間隔だけ、好適には表示素子２上で６[ｃｍ]程度(ｘ＝６／２[ｃｍ]＝３[ｃｍ])ずらして表示素子２に供給する。 So the left and right 3D input image, only each second interval in the image data conversion circuit 5, preferably about 6 [cm] on the display element 2 (x = 6/2 [cm] = 3 [cm]) staggered It is supplied to the display element 2.
２Ｄ、３Ｄにかかわらず前述のような左右ずらし処理のほかに鑑賞者の操作指示による虚像位置や色、コントラスト、輝度、表示画角(表示画素数)等の調整や、光学系で生じる各種歪補正、色ずれ補正を同時に行ってもよい。 2D, lateral shifting virtual image position and color by the viewer of the operating instructions to other processing as described above regardless of 3D, contrast, brightness, adjustment of such display angle (number of display pixels), various distortion caused by the optical system correction, color shift correction may be carried out at the same time.
なお、３Ｄ表示と２Ｄ表示の区別は、入力データそのもので自動判別されるが、外部操作によって表示モードを切り換えてもよい。 Incidentally, 3D display and 2D display of the distinction, but is automatically determined by the input data itself may change the display mode by external operation.
表示素子２は、その駆動制御回路を内部に装備する場合と、外部の例えば画像データ変換回路５と同じ回路システム内に駆動制御回路を有する場合がある。 Display device 2 includes a case equipped with a drive control circuit inside may have a drive control circuit in the same circuit system with external e.g. image data conversion circuit 5.
駆動制御回路が外部にある場合、画像データ変換回路５からの画像データは、この駆動制御回路を経由して表示素子２に入力される。 If the drive control circuit is external, the image data from the image data conversion circuit 5 is input to the display device 2 via the drive control circuit.
本実施形態では、右眼用画像と左眼用画像の重ね具合に特徴があり、その重ね具合は、駆動制御回路の制御によって実現される。 In the present embodiment, is characterized by the overlapping degree of the right eye image and a left eye image, the overlapped condition is realized by the control of the drive control circuit.
より詳細には、表示素子２で右眼用画像と左眼用画像とを表示するときの画像の横方向（図１の左右方向）のずらし量が、所定範囲に設定されている。 More specifically, the shift amount in the lateral direction (horizontal direction in FIG. 1) of the image when displaying the right eye image and a left eye image on the display device 2 is set to a predetermined range. ここで所定範囲とは、表示素子２で単一画像（例えば２Ｄ画像、３Ｄ画像ソース中でも視差情報を持たない遠景等の画像）を表示するときの当該単一画像を２つの接眼レンズ４Ｒ，４Ｌを通してみたときに両眼間隔に起因して生じる画像ズレを補正可能な範囲である。 Here, the predetermined range is a single image display device 2 the single image two eyepieces the 4R when displaying (e.g. 2D image, the image of the distant view such that no 3D image source parallax information even during), 4L a correctable range image shift caused by the binocular spacing when the tried through. ここで“両眼間隔”とは、図１で符号“ｅ”で示す左右眼球の中心の間隔をいう。 Here, the "binocular interval" refers to the distance between the centers of the right and left eyeballs indicated at "e" in FIG.
［３Ｄ用の２画像間ずれ量］ [Between 2 image shift amount for 3D]
以下、このずれ量を規定する理由と、その具体的な設定範囲を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, the reason for defining the amount of deviation, the specific set range, will be described with reference to the accompanying drawings.
一般に、３Ｄ映画やＰＣ（パーソナルコンピュータ）のゲームシステム等も立体的な視野を得るために左右画像をずらして表示し、それを左右の眼に振り分ける機構を持っている場合がある。 In general, the game system such as 3D movies and PC (personal computer) is also displayed by shifting the left and right image in order to obtain a three-dimensional field of view, there is if you have a mechanism to distribute it to the right and left eyes.
しかしながら、このようなシステムの物理的サイズを単に縮小してもヘッドマウントディスプレイとしては使えない。 However, it can not be used as a head-mounted display also simply by reducing the physical size of such a system.
例えば、一例として図３のような２Ｄ画像、または、左右でほとんど差がない遠景画像を図１および図２に示すような外形のヘッドマウントディスプレイに表示した場合、眼と表示素子の距離が短い。 Eg, 2D image as shown in FIG. 3 as an example, or if the distant view image there is little difference in the left and right displayed on the head mounted display of outline, as shown in FIGS. 1 and 2, a short distance of the eye and a display device . このために、２Ｄ画像や遠景画像は、図４のような２重画像として認識されてしまう。 Therefore, 2D image and the distant view image, would be recognized as a double image as shown in FIG.
そこで、本実施形態では、３Ｄ表示における右眼用画像と左眼用画像のずれ量を、所定範囲の一例として、例えば、１.５[ｃｍ]以上４[ｃｍ]以下の範囲内に設定する。 Therefore, in this embodiment, the shift amount of the right-eye and left-eye images in the 3D display, as an example of the predetermined range, for example, set within a range of 1.5 [cm] or 4 [cm] or less . この設定は、前述した表示素子２の表示制御部が実行する。 This setting display control unit of the display device 2 described above is executed. あるいは、この設定は、時系列の画像データ自身で規格化されている。 Alternatively, this setting has been standardized by the image data itself of the time series.
次に、この所定範囲の具体的数値の根拠を、図５を用いて説明する。 Next, the grounds for specific values ​​of the predetermined range will be described with reference to FIG.
図５は、距離のパラメータの説明図である。 Figure 5 is an explanatory diagram of parameters of a distance.
図５において、表示素子２の表示面に、片側ずらし量がｘである右眼用画像ＰＲと左眼用画像ＰＬとが一部重ねて表示されている。 5, the display surface of the display element 2, on one side shift amount and a right-eye image PR is x and the left-eye image PL are displayed partially overlapped.
図５に符号“ｃ”で示す破線は、２つの画像の横方向の重ね中心を通る表示面の垂線である。 Dashed line indicated by reference numeral "c" in FIG. 5 is a vertical line of the display surface through the lateral overlapping centers of the two images. ここでの前提としては、この垂線は両眼間隔ｅの丁度中央を通るような位置合わせが正確になされている。 The premise here is, this perpendicular line is exactly aligned such as to pass through the center of the distance between both eyes e have been made correctly.
上記片側ずらし量ｘは、この重ね中心線ｃから、左眼用画像ＰＬ側に延びた右眼用画像ＰＲの端辺までの距離である。 The side shift amount x from the overlapping center line c, a distance to the edge of the right-eye image PR extending in image PL side for the left eye. あるいは、上記片側ずらし量ｘは、重ね中心線ｃから、右眼用画像ＰＲ側に延びた左眼用画像ＰＬの端辺までの距離である。 Alternatively, the one-side shift amount x from overlapping the center line c, a distance to the edge of the left-eye image PL extending in the image PR side for the right eye.
また、眼球の中心から表示素子２までの距離を“ｓ”とする。 Further, the distance from the center of the eyeball to the display element 2 and "s". さらに、接眼レンズ４Ｒ,４Ｌを通して表示素子２に表示される２Ｄ画像または遠景画像（図５では不図示）の、上記片側ずらし量ｘを規定する画像部分を見たときに、その画像部分の虚像位置（符号Ｐｖ）の眼中心までの距離を“ｖ”とする。 Furthermore, when looking at the image portion defining eyepiece 4R, 2D image or the distant view image is displayed on the display element 2 through 4L of (not shown in FIG. 5), the side shift amount x, virtual image of the image portion position (reference numeral Pv) the distance to the eye center of the "v".
これらの距離の規定の下、以下の式（１）が成り立つ。 Under these distances provisions, the following equation (1) holds.
ｘ＝ｅ／２＊(ｖ−ｓ)／ｖ…（１） x = e / 2 * (v-s) / v ... (1)
この式において、小型ヘッドマウントディスプレイの奥行きサイズの許容範囲（実用的な商品としてサイズ、重さ、デザインの制限から得た最大値）から、ｓ≦１５[ｃｍ]とする。 In this formula, the allowable range of the depth size of the small head-mounted display from (size as a practical product, weight, maximum value obtained from the restriction of the design), and s ≦ 15 [cm].
また、左右眼球のバラツキ範囲から４[ｃｍ]≦ｅ≦８[ｃｍ]とする。 Also, to the variation range of the left and right eyeballs and 4 [cm] ≦ e ≦ 8 [cm].
左右眼球距離のバラツキについては、以下に根拠を示す。 For a variation of left and right eye distance, the rationale below.
一般に、大人の眼の間隔が６ｃｍ前後とされている。 Generally, spacing of adult eye are front and rear 6 cm.
また、「生まれた時の赤ちゃんの眼球は直径１６.５〜１７[ｍｍ]しかありませんが、３歳で２２.５[ｍｍ]、その後１４歳までに毎年０〜１[ｍｍ]ずつ成長して、大人で２３〜２４[ｍｍ]になるといわれています」（オリンパスビジュアルコミュニケーションズ株式会社http://www.ep-s.jp/library/basic04.htmlより抜粋）。 In addition, the baby of the eyeball when "was born, but there is only diameter 16.5~17 [mm], 22.5 [mm] in the 3-year-old, to grow to up to then 14-year-old each year 0~1 [mm] , it has been said to be 23~24 [mm] in the adult "(excerpt from Olympus Visual Communications Co., Ltd. http://www.ep-s.jp/library/basic04.html).
そのため、６±２[ｃｍ]（平均±３３[％]）程度の範囲に、乳幼児を除くほとんどの人の左右眼球距離が含まれるものと推定できる。 Therefore, the range of about 6 ± 2 [cm] (mean ± 33 [%]), it can be assumed to include the left and right eyeballs distance most people except infants.
式（１）に戻ると、虚像位置は裸眼でピントが合い疲れない範囲であるｖ≧３０[ｃｍ]とする。 Returning to equation (1), the virtual image position and v ≧ 30 [cm] is a range that does not fatigue focuses the naked eye. この虚像位置の範囲は、人が裸眼でピントを合わせることができ、疲れずに本や画面を見ることができる値から類推して選択した。 Scope of this virtual image position, a person can focus with the naked eye, it was selected by analogy with the values ​​that can be seen a book or screen without fatigue.
以上の数値範囲を全て満たすｘの範囲が−１.５[ｃｍ]≦ｘ≦４[ｃｍ]となる。 Range of x satisfying all the above numerical range is -1.5 [cm] ≦ x ≦ 4 [cm].
ただし、右眼画像と左眼画像について前記ｘの範囲を両方とも満足する範囲として、前述した１.５[ｃｍ]以上４[ｃｍ]以下の範囲が規定される。 However, as the range that satisfies both the range of the x on the right-eye image and a left eye image, 1.5 [cm] or 4 [cm] below the aforementioned range is defined.
図６は、液晶シャッタなどの光学部品で左右の眼に振り分けられる左眼用画像と右眼用画像を重ねて表示した図である。 Figure 6 is a diagram displayed superimposed on the left eye image and right-eye images are distributed to the right and left eyes by an optical component such as a liquid crystal shutter.
本実施形態では、左右画像を３Ｄ化のためのずらし量とは別に、２Ｄ画像または遠景の３Ｄ画像も含め、画像全体を一律に、例えば図６のように、右眼用画像ＰＲと左眼用画像ＰＬでずらして表示する。 In the present embodiment, separately from the shift amount for 3D the left and right images, including 3D images of 2D images or distant, the entire image uniformly, for example, as shown in FIG. 6, the right-eye image PR and the left eye to view shifted in use image PL.
これにより、図７のように正常な、つまり画像が２重に見えない正規の画像が観察者において認識できるようになる。 Thus, normal as in FIG. 7, i.e. image is normalized image invisible double can recognize the observer.
なお、小型で実用的なヘッドマウントディスプレイでは、２Ｄ画像または遠景の３Ｄ画像も含めた非３Ｄ画像における、右眼用画像と左眼用画像の片側ずらし量ｘを、上述した所定範囲内とすれば、この正常な画像を認識できる効果が得られる。 In the practical head-mounted display is compact, by the non-3D image including the 3D image of the 2D image or distant, one side shift amount x of the right-eye image and a left eye image, within a predetermined range as described above In effect we can recognize this normal image is obtained.
この非３Ｄ画像用のずらし量と、３Ｄ画像用のずらし量とは、図１の表示素子２を駆動制御する駆動制御部が切り換えて、それぞれのずらし量に応じた画像表示を行うことで実施化される。 And shift amount for the non-3D image, the shift amount for 3D images, by switching the drive control unit for driving and controlling the display device 2 of FIG 1, performed by performing an image display corresponding to the respective shift amount It is of.
ところで、背景技術２で述べたように、左眼用と右眼用に独立の２つの小型表示素子２０Ｒ,２０Ｌを用いると（図８）、２重画像の問題は起こらない。 Incidentally, as described in the background art 2, two small display elements 20R of independently for left and right eyes, the use of 20L (FIG. 8), the double image problem does not occur. しかし、視野角が狭く画面に迫力がない。 However, there is no force in the narrow screen viewing angle. また、表示素子が小型であるため、高精細化が難しく、出来ても価格が高い。 In addition, since the display device is a compact, high definition it is difficult, even made the price is high. 同じ解像度の画を表示するには、２倍の画素密度が必要になるため価格が高い割に画素密度を細かくすることが困難である。 To display the image of the same resolution, it is difficult to price for double pixel density is required to finer pixel density to a high split.
この比較例と異なり、本実施形態では、単一の表示素子２に広画角画像を表示させても、２Ｄ画像表示等で画像が２重にだぶって見えることを有効に防止することができる。 Unlike the comparative example, in the present embodiment, also display a wide field of view image on a single display device 2 may be an image in the 2D image display or the like is effectively prevented from appearing mapped twice double .
なお、背景技術３で述べた特許文献３では表示素子上で目の間隔に対応して左右画像をずらすことが記載されている。 Incidentally, it is described that shift the left and right images corresponding to the eye separation in Patent Document 3, on the display device described in the background art 3. しかし、背景技術３の技術は、大型で複雑な左右接眼レンズを部分的に重ねて使用することが特徴で、装置サイズが大きい据え置き型であることが前提となっているためＨＭＤには適用しがたい。 However, the technical background art 3, by features the use of complex right and left eyepieces are partially overlaid and large, applied to HMD because it has assumes device size is large stationary hard.
本実施形態では、表示面にさらに眼を近づけたときに２Ｄ画像や遠景画像の単一画像を見るときに画像が２重に見えないための仕様として、ずらし量が規定されている。 In the present embodiment, as the specification for image is not visible to the doubly when viewing a single image of the 2D image and the distant view image when the closer further eye on the display surface, the shift amount is defined. 接眼レンズも虚像が上記所定範囲で前提とした距離ｖを満たすように形状、材質、その他光学パラメータが決められている。 Shape as ocular lenses virtual image satisfies the distance v premised in the predetermined range, and the material, other optical parameters are determined.
本案のようにヘッドマウントディスプレイに特化して適切な左右のずらし量を選択した場合、表示素子と眼を近づけることが光学的に容易となる。 If you select shift amount suitable lateral specialized in head-mounted display as merits, it is made close to the display element and the eye becomes optically easily.
このため、ＴＶやＰＣ用ディスプレイを見る場合よりずっと大きな視野角とすることが容易となる。 For this reason, it is easy to be a much larger viewing angle than when viewing the display for TV and PC. これに付随して本案では人間の眼の視野が左右で違うことに対応して不要な表示を行わない。 The field of view of the human eye in the merits in association with this is in response to that different in the left and right does not perform unnecessary display. この点においても従来の３Ｄ映画やＰＣゲームシステムではスクリーンまたはディスプレイに左右画像を表示装置の幅いっぱいに表示する点で異なっている。 Also in the conventional 3D movies and PC game system with the difference to display the full width of the display device right and left images on a screen or display in this respect.
本実施形態によれば、１つの表示素子に左右それぞれの画像をヘッドマウントディスプレイに適した量だけ左右にずらして表示する。 According to this embodiment, display is shifted to the right and left by an amount suitable for right and left images into a single display element in the head-mounted display. また、２つの画像をシャッタ機構等で左右の眼へ振り分けるので、光学系としては他に焦点深度を調整するための接眼レンズがあればよい。 Further, since the two images distributed to the right and left eyes by the shutter mechanism or the like, as the optical system may be any eyepiece for adjusting the other focal depth. そのため適切なサイズの表示素子と組み合わせることで、従来方式にくらべ圧倒的に広い視野のヘッドマウントディスプレイを容易に実現できる。 Therefore by combining a display device of the appropriate size, can be easily realized head mounted display overwhelmingly wide field of view compared to the conventional method.
このとき、接眼レンズの形状等が、画像のずれ量が上記所定範囲となるように適合している。 In this case, the shape of the eyepiece, the deviation amount of the image is adapted so that the predetermined range. その適合可能なレンズ形状は、後述の変形例等でも説明する。 Its adaptable lens shape is also described in the modification or the like described later.
左右画像の一部を重ねて表示するため、表示素子を左右別にもつ場合より総画素数が減りコストが下がる。 For displaying overlapping a portion of the left and right images, it decreases the cost reduces the total number of pixels than having a display device to right and left by. また重ね表示により右眼の左側視野、左眼の右側視野を広げることが容易となる。 The left visual field of the right eye, is to extend the right visual field of the left eye is facilitated by superimposing display.
人間の眼は左右で視野に差があり片眼でしか見えない領域がある。 The human eye there is a region that can not be seen only in one eye there is a difference in the field of view in the left and right. そのような領域の表示を省略することで表示用の画像データが減らせ、しかも両眼を合わせた視野は広いままにできる。 Such was reduced image data for display by omitting the display of the area, yet field of view combined both eyes can remain broad.
近年、液晶等の表示素子技術が進歩し、高精細かつ薄く軽いものが実現できるようになったが、これを十分活用できるヘッドマウントディスプレイの構成方式はなかった。 Recently, progress display device technologies such as liquid crystal, but what high definition and thin light can now realize, no construction method of a head mounted display which can sufficiently take advantage of this.
本実施形態によれば、小型軽量でコストが安い上、２Ｄ表示等に支障がないヘッドマウントディスプレイを実現することが容易となった。 According to this embodiment, on the cost is low is small and light, it has become easy to realize a head-mounted display is no problem in the 2D display and the like.
図９は、第２の実施形態に関わる図１に対応した図である。 Figure 9 is a view corresponding to FIG. 1 according to the second embodiment.
図９が図１と異なる点は、表示素子２Ａが、その表示面が両眼からの距離が横方向の行程で均一化される向きに曲がった曲面形状を有することである。 Point 9 differs from that of Figure 1, the display device 2A is, the display surface is to have a curved surface curved in a direction in which a distance from the two eyes is uniform in the lateral direction of the stroke. ここで均一化される向きとは、必ず均一化するまで曲げられているとは限らず、少しでも図１より均一化する向きに曲げられていれば足りる。 Here, the homogenized the orientation is not necessarily bent to always uniform, sufficient if bent in a direction to equalize from Figure 1 a little. このような表示素子２Ａは、曲げることが容易なペーパディスプレイの実現に適した方式、たとえば有機ＥＬディスプレイが好適である。 Such a display device 2A, the method is suitable for the realization of easy paper display bendable, for example, it is preferable that the organic EL display.
その他の構成は、図９は図１と共通する。 Other configurations, FIG. 9 is common to FIG. 1.
本実施形態によれば、第１の実施形態と同じ効果に加え、同じ面積の表示素子でより大きい視野角が得られるという効果がある。 According to this embodiment, in addition to the same effect as the first embodiment, a larger viewing angle display device having the same area there is an effect that is obtained.
図１０は、第３の実施形態に関わる図１に対応した図である。 Figure 10 is a view corresponding to FIG. 1 according to the third embodiment.
図１０が図１と異なる点の第１は、第２実施形態で述べたように表示素子２Ａが、その表示面が両眼からの距離が横方向の行程で均一化される向きに曲がった曲面形状を有することである。 The first 10 is different from FIG. 1, the display device 2A as described in the second embodiment, the display surface is curved in a direction in which a distance from the two eyes is uniform in the lateral direction of the stroke it is to have a curved shape.
相違点の第２は、接眼レンズ４Ｒ,４Ｌが、画像の横方向のずらし量ｘに対応して、レンズの中央部と周辺部で焦点距離が異なる多焦点構造または焦点距離を連続的に変化させた非球面構造を有することである。 The second difference is that eyepiece 4R, 4L is in correspondence with the lateral shift amount x of the image, continuously changing the focal length in the central portion and the peripheral portion of the lens is different multifocal structure or focal length it is to have a non-spherical structure with.
相違点の第３は、シャッタ機構３Ｂが、レンズ面に合わせて、眼球からの距離が均一化する向きに曲げられていることである。 The third difference is that the shutter mechanism 3B is in accordance with the lens surface, is that the distance from the eyeball is bent in a direction to equalize. ここで均一化される向きとは、必ず均一化するまで曲げられているとは限らず、少しでも図１より均一化する向きに曲げられていれば足りる。 Here, the homogenized the orientation is not necessarily bent to always uniform, sufficient if bent in a direction to equalize from Figure 1 a little. このようなシャッタ機構３Ｂは、光透過方式の液晶シャッタ等が好適である。 Such shutter mechanism 3B, the liquid crystal shutter or the like of the optical transmission system is suited.
その他の構成は、図１０は図１と共通する。 Other configurations, 10 common to FIG. 1.
本実施形態によれば、第１の実施形態と同じ効果に加え、少ない面積で大きい視野角に対応できるという効果が得られる。 According to this embodiment, in addition to the same effect as the first embodiment, there is an advantage that it corresponds to the viewing angle larger with a small area. また、平面上に配置されたシャッタの端では視線が斜め方向となるため液晶シャッタやフィルタでは光の透過率が中央部と異なってしまう。 Further, the transmittance of light becomes different between the central portion in the liquid crystal shutter and filter for the line of sight is oblique direction at the end of the shutter which is disposed on a plane. 本実施形態では、その光透過率の乖離を軽減できる。 In the present embodiment, it is possible to reduce the divergence of the light transmittance.
＜４． <4. 第１変形例＞ First Modification>
図１１〜図１３は、シャッタ機構に代わる光学部品の変形例を示す、図１に対応する図である。 11 to 13 show a modification of the optical component in place of the shutter mechanism, and is a view corresponding to FIG.
図１１では、シャッタ機構３Ａ（図１）に代えて、光の波長別に選択透過する光学フィルタ３ＣＲ,３ＣＬがレンズ前面に配置されている。 In Figure 11, instead of the shutter mechanism 3A (FIG. 1), an optical filter 3CR for selective transmission by the wavelength of the light, 3CL are disposed on the lens front surface. 光学フィルタ３ＣＲ,３ＣＬは、左右に赤と青のフィルムが貼られた３Ｄメガネと同様な機能を果たし、３Ｄ表示画像は色ずれにより視差をもたせている。 Optical filter 3CR, 3CL plays the same function as 3D glasses film of red and blue is adhered to the left and right, 3D display image which will make the parallaxes color shift.
図１２は、シャッタ機構３Ａ（図１）に代えて、表示素子２側の第１偏光フィルタ３Ｆと、レンズ側の左右で分離された第２偏光フィルタ３ＬＲ,３ＬＬとで、光学部品が構成されている。 12, instead of the shutter mechanism 3A (FIG. 1), a first polarizing filter 3F of the display device 2 side and the second polarizing filter 3LR separated by left and right lens-side, in the 3LL, optics configured ing.
第１偏光フィルタ３Ｆと第２偏光フィルタ３ＬＲ,３ＬＬの一方、第１偏光フィルタ３Ｆと第２偏光フィルタ３ＬＲ,３ＬＬの他方の２組の組み合わせでは、透過光の光の偏光位相が９０度異なっている。 The first polarizing filter 3F and the second polarizing filter 3LR, one of 3LL, the first polarizing filter 3F and the second polarizing filter 3LR, in the other two sets of combinations of 3LL, the polarization phase of light of the transmitted light is different by 90 degrees there. これにより、表示素子２（この場合、液晶表示素子）の出射光の偏光の向きを制御することで、左右のレンズに到達する画像光を左右で切り換えることができる。 Accordingly, the display device 2 (in this case, the liquid crystal display device) by controlling the direction of polarization of the emitted light, it is possible to switch the image light reaching the left and right lenses in the left and right.
図１３は、シャッタ機構３Ａ（図１）に代えて、光学部品をレンチキュラーレンズ３Ｄで構成している。 13, instead of the shutter mechanism 3A (Fig. 1) constitute an optical component in the lenticular lens 3D.
レンチキュラーレンズ３Ｄにより、左右の画像光が、その出射面で異なる方向に振り分けられる。 The lenticular lens 3D, left and right image light is distributed in a different direction at the exit surface.
＜５． <5. 第２変形例＞ Second Modification>
第２変形例は、表示素子形状に関する。 The second modification relates to a display element shape.
図１４に示す表示素子２Ｂのように、複数の平面から擬似曲面を形成するようにしてもよい。 Like the display device 2B shown in FIG. 14, or may be a plurality of planes to form a pseudo-curved surface.
また、図１５に示すように、光学部品（３Ａ,３Ｂ,３Ｃ,３ＬＲ,３ＬＬ,３Ｄ）も複数の擬似曲面を形成するようにしても構わない。 Further, as shown in FIG. 15, the optical component (3A, 3B, 3C, 3LR, 3LL, 3D) also may be formed a plurality of pseudo curved surfaces.
これらの第２変形例は、曲げることができない表示素子でも曲面形状化と同等の効果を奏するようにするために有用である。 Second variations of these are useful for that so as achieve the curved shape of the same effect even in the display device can not be bent.
さらに、図１５に示すように、表示素子とレンズ間距離に応じて接眼レンズを非球面とし、あるいは、複数レンズを組み合わせてもよい。 Furthermore, as shown in FIG. 15, and aspherical eyepiece according to the distance between the display element and the lens, or may be a combination of a plurality lenses.
＜６． <6. その他の変形例＞ Other Modifications>
接眼レンズをメガネのように眼に接近配置し、表示素子はレンズからおおよそ焦点距離分離した上で、接眼レンズより大きめのサイズとすることで広い視野を確保できる。 The eyepiece is arranged close to the eye as glasses, display element in terms of the approximate focal length separated from the lens, can ensure a wide field of view by a larger size than the eyepiece.
なお、接眼レンズは交換可能とし、使用者の視力補正のためにメガネの機能を合わせもってもよい。 Incidentally, the ocular lens is interchangeable, may have combined spectacle functions for vision correction of a user.
なお、以上の実施形態と変形例の組み合わせは任意である。 Incidentally, a combination of modification and the above embodiments is arbitrary.
１…ＨＭＤ、２,２Ａ…表示素子、３Ａ〜３Ｄ…シャッタ機構等の光学部品、４Ｒ,４Ｌ…接眼レンズ、５…画像データ変換回路、ＰＲ…右眼用画像、ＰＬ…左眼用画像、ｘ…片側ずらし量 1 ... HMD, 2, 2A ... display device, an optical component such as 3A-3D ... shutter mechanism, 4R, 4L ... eyepiece, 5 ... image data conversion circuit, PR ... right-eye image, PL ... left-eye image, x ... one side shift amount
右眼用と左眼用のそれぞれの画像を単一の表示素子上で横方向にずらし、一部を重ねて表示する画像表示部と、 Laterally offset each image for right eye and left eye on a single display device, an image display unit for displaying overlapping part,
前記画像表示部で表示した右眼用画像と左眼用画像を左右の眼に振り分ける光学部品と、 An optical component for distributing an image for the right eye and the left eye image displayed by the image display unit on the right and left eyes,
前記光学部品と左右の眼の視認位置との間に挿入された左右の２つのレンズまたはレンズ群と、 And two lenses or lens groups of the left and right that are inserted between the viewing position of the right and left eyes and the optical component,
前記画像表示部は、前記右眼用画像と前記左眼用画像とを表示するときの画像の横方向のずらし量が、前記画像表示部の表示素子に表示した単一画像を前記２つのレンズまたはレンズ群を通してみたときに両眼間隔に起因して生じる画像ズレを補正可能な範囲となるように構成されている ヘッドマウントディスプレイ装置。 The image display unit, the right shift amount in the lateral direction of the image when the eye image display and said image for the left eye, the image display unit and the two lenses of a single image displayed on the display device or head-mounted display device in which image shift caused by the binocular spacing is configured such that the correctable range when viewed through the lens group.
前記右眼用画像と前記左眼用画像の横方向の重ね中心から、一方の画像の他方の画像中心側の端辺までの一方の片側ずらし量と、他方の画像の一方の画像中心側の端辺までの他方の片側ずらし量が、共に、１.５[ｃｍ]以上４[ｃｍ]以下の範囲に収まっている 請求項１に記載のヘッドマウントディスプレイ。 Wherein the lateral lap center of the right-eye image and the left-eye image, and one of the side shift amount to the end edges of the other image center of the one image, the one image center side of the other image the other side shift amount until end side are both, 1.5 [cm] or 4 [cm] head mounted display according to claim 1 which is within the following range.
前記片側ずらし量をｘ、左右眼球の間隔をｅ、装着時に想定される眼球の中心と前記表示素子との距離をｓ、左右眼球それぞれの中心と、対応する前記レンズを通して表示素子を見ることで得られる虚像との距離をｖとしたときに、 By looking the side shift amount x, the distance between the right and left eyeballs e, the distance between the center and the display device of the eye to be assumed at the time of mounting s, and left and right eye centers, the display element through the corresponding said lens the distance between the resulting virtual image when the v,
ｘ＝ｅ／２＊(ｖ−ｓ)／ｖ x = e / 2 * (v-s) / v
の式において、小型ヘッドマウントディスプレイの奥行きサイズの許容範囲からｓ≦１５[ｃｍ]とし、左右眼球のバラツキ範囲から４[ｃｍ]≦ｅ≦８[ｃｍ]とし、虚像位置は裸眼でピントが合い疲れない範囲であるｖ≧３０[ｃｍ]としてｘの範囲が１.５[ｃｍ]≦ｘ≦４[ｃｍ]と得られ、右眼画像と左眼画像について前記１.５[ｃｍ]以上４[ｃｍ]以下の横方向のずらし量範囲を用いる 請求項２に記載のヘッドマウントディスプレイ。 In the formula, and s ≦ 15 [cm] from the allowable range of the depth size of the small head-mounted display, and the variation range of the left and right eyeballs and 4 [cm] ≦ e ≦ 8 [cm], the virtual image position focuses the naked eye v ≧ 30 [cm] as the x range is a range that does not fatigue obtain a 1.5 [cm] ≦ x ≦ 4 [cm], for the right-eye image and a left eye image the 1.5 [cm] or more 4 [cm] head mounted display according to claim 2 using the shift amount range of lateral.
前記レンズは、前記表示素子で表示される前記右眼用画像と前記左眼用画像とを虚像位置に重ねて見せるために、前記画像の横方向のずらし量に対応した接眼レンズである 請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ。 The lens according to claim to show the said right-eye image displayed by the display element and the left-eye image superimposed on the virtual image position, which is an ocular lens that corresponds to the shifting amount of the lateral direction of the image head-mounted display according to 3.
前記接眼レンズは、前記画像の横方向のずらし量に対応して、レンズの中央部と周辺部で焦点距離が異なる多焦点構造または焦点距離を連続的に変化させた非球面構造を有する 請求項４に記載のヘッドマウントディスプレイ。 The eyepiece claim having a non-spherical structure in response to the shifting amount of the lateral, continuously changing multifocal structure or focal length focal length in the central portion and the peripheral portion are different from the lens of the image head-mounted display according to 4.
前記表示素子の画像表示面が横方向位置で左右の眼の瞳からの距離を均一化する曲面、または、複数の平面で構成した近似曲面となっている 請求項５に記載のヘッドマウントディスプレイ。 Curved to equalize the distance from the pupil of the right and left eye image display surface of the display element is in lateral position or a head mounted display according to claim 5 which is an approximate curved surface composed of a plurality of planes.
前記光学部品は、光学的なフィルタまたはシャッタまたは表示素子上のレンチキュラーレンズにより、前記右眼用画像と前記左眼用画像を左右の眼へ振り分ける構造を有する 請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ。 The optical component, the optical filter or shutter or a lenticular lens on the display device, a head mounted display according to claim 3 having the structure for distributing the left-eye image and the right-eye image to the left and right eyes.
前記光学的なフィルタまたはシャッタまたは表示素子上のレンチキュラーレンズが、横方向位置で左右の眼の瞳からの距離を均一化する曲面、または、複数の平面で構成した近似曲面となっている全体形状を有する 請求項７に記載のヘッドマウントディスプレイ。 It said optical filter or a shutter or a lenticular lens on the display device is curved to equalize the distance from the pupil of the left and right eyes at the lateral position or the whole has an approximate curved surface composed of a plurality of planar shape head-mounted display according to claim 7 having.
外部から供給される２次元画像データまたは３次元画像データから、上記の適切なずらし量をもつ右眼用画像データと左眼用画像データを作成し、表示素子へ供給する画像データ変換回路を有する 請求項３に記載のヘッドマウントディスプレイ。 From the two-dimensional image data or three-dimensional image data supplied from the outside to create image data and the left-eye image data for the right eye with the appropriate shift amount described above, an image data conversion circuit is supplied to the display device head-mounted display according to claim 3.
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