JP4752309B2

JP4752309B2 - 画像表示装置および方法

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Publication number: JP4752309B2
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Inventors: 正則岩崎
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Description

本発明は、画像表示装置および方法に関し、特に、より薄型化することができるようにした画像表示装置および方法に関する。

最近のテレビジョン受像機は、その画面が大型化する傾向にある。画面が大きくなれば画面サイズ以上の場所を必要とする。例えば、画面サイズが３２インチを超えるようになってくると、その水平の有効表示エリアだけでも７０cmを超えてしまう。画面サイズが大きくなるに伴って重量も重くなる。液晶、プラズマ、あるいはリアプロジェクション方式であれば、ブラウン管方式に較べれば軽量化されているが、それでもその重さは数十kg程度となってしまう。

そこで、例えばヘッドマウントディスプレイのような画像表示装置が提案されている（例えば、特許文献１）。ヘッドマウントディスプレイの場合、画像が虚像光学系により表示される。その結果、実際の表示部は小型化することができ、その小型化された表示部に表示される小さい画像を拡大表示することで、大画面化を実現することができる。
特開２０００−１９６９７５号公報

しかしながら、ヘッドマウントディスプレイの場合、画像を表示する表示部とその画像の虚像を生成するためのレンズとの距離をある程度離さなければならず、厚みが厚くなる問題点があった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、より薄型化した画像表示装置を実現することができるようにするものである。

本発明の側面は、曲面上に、画像を表示する表示領域が複数個配置された表示部と、表示領域のそれぞれに対応して配置されたレンズを有し、レンズにより対応する表示領域の画像の光を出射する、表示部と一体化されたレンズアレイ部と、表示部のレンズアレイ部と反対側に形成され、接するまぶたの円滑な移動を許容する円滑部と、レンズアレイ部の表示部と反対側に形成され、接する眼球を保護する透光性の材料よりなる保護部と
を備え、全体として眼球に装着可能な形状とされている画像表示装置である。

また、本発明の他の側面は、一体的に形成された、曲面上に配置された複数の表示領域を有する表示部と、表示領域のそれぞれに対応して配置されたレンズを有し、表示部と一体化されたレンズアレイ部を備える画像表示装置を眼球に装着し、表示領域に画像を表示させ、レンズにより、対応する表示領域の画像の光を眼球に向けて出射する画像表示方法である。

本発明の側面においては、表示領域に表示された画像の光が、対応するレンズにより眼球に向けて出射される。

本発明によれば、画像を表示することが出来る。特に、より薄型化した画像表示装置を実現することができる。

図１乃至図３は本発明の画像表示装置の構成例を表している。この画像表示装置１は、表示部３１とレンズアレイ部３２（図３）により構成されている。表示部３１とレンズアレイ部３２は一体化され、全体として、いわゆるコンタクトレンズのように、眼１１に装着し、また離脱できる形状に構成されている（図１）。

図２に示されるように、画像表示装置１は、眼球正面から見て、円１Ｃにより、その内側の領域１Ａと、その外側の領域１Ｂとに区分されている。円１Ｃの直径Ｄ２は、人間の眼１１の虹彩１３の内側の円１３Ａの最大時の直径Ｄ１とほぼ等しいか、それより大きい値とされている。少なくとも領域１Ａには図３乃至図５に示されるように、画像を表示する表示部３１と、表示部３１からの光を眼球１１Ａに出射するレンズアレイ部３２が設けられている。

表示部３１には、例えば図３と図４に示されるように、複数の表示素子４２（表示素子４２−１，４２−２,４２−３等を個々に区別する必要がない場合、以下、単に表示素子４２と称する。他の部材についても同様とする）が配置されている。各表示素子４２は、例えば、液晶表示装置や有機ＥＬ（Electroluminescence）表示装置、FED（Field Emission Display）表示装置などにより構成される。図４の例においては、７×７個の合計４９個の表示素子４２が、人間の眼（画像表示装置１が装着されるのが他の動物である場合にはその動物の眼）の表面に対応する１つの曲面（例えば略球状の曲面）３０（図３）上に、マトリックス状に配置されている。この曲面３０は、個々の具体的なユーザ毎に固有の曲面としてもよいし、人間の眼球の平均的な曲面としてもよい。

各表示素子４２は、それぞれが表示領域４２Ａを有しており、それぞれが独立した画像を表示できるように構成されている。すなわち、各表示素子４２は、それぞれ複数の画素で構成されており、それ自体で人が認識可能な画像を表示することができる。図４には、それぞれの表示素子４２が文字Ｓの画像を表示している状態が示されている。

表示部３１には、それと平行に、一体化してレンズアレイ部３２が設けられている。レンズアレイ部３２は、例えば図５に示されるように、複数のレンズ４４により構成されている。各レンズ４４（図５）は、表示部３１の各表示素子４２（図４）に対応して設けられている。従って、図５には、図４の表示素子４２に対応して、レンズ４４が７×７個の合計４９個設けられている状態が示されている。図３には、より具体的に、表示部４２−１乃至４２−３に対応してレンズ４４−１乃至４４−３が設けられている状態が示されている。すなわちレンズ４４も、１つの曲面３０上にマトリックス状に配置されている。

図４と図５に示されるように、表示領域４２Ａとレンズ４４は、円１Ｃ内の領域１Ａの全体にわたって配置されている。これにより、円１Ｃの直径Ｄ２は瞳１２の最大の直径（虹彩１３の内側の円１３Ａの最大時の直径）Ｄ１と等しいか、それより大きい値に設定されているので、虹彩１３の内側の円１３Ａの直径の値に拘わらず、常に瞳１２の全体にわたって表示領域４２Ａが存在することになり、より多くの表示領域４２Ａの画像の光が確実に眼球１１Ａの網膜１５上の点１４−１乃至１４−３に結像する。なお、この実施形態の場合、円１Ｃの直径Ｄ２は、虹彩１３の外側の円１３Ｂの直径Ｄ３より小さい値とされているが、大きくてもよい。

表示素子４２やレンズ４４は、人により全体として１つの画像が認識できる程度のピッチで（画像が局部的に欠落しない程度に）密に配置されている。

図３の表示部３１とレンズアレイ部３２の模式的な断面構成に示されているように、表示素子４２−１乃至４２−３の図中上側（レンズ４４−１乃至４４−３と反対側）には、透明な合成樹脂などで構成される円滑部４１が形成されている。これにより、この画像表示装置１をユーザが眼に装着したとき、ユーザのまぶたが円滑に移動可能となる。また、表示部３１は、画像を表示していない状態のとき、外部の光を透過するので、ユーザは外部の画像を視認することができる。表示素子４２−１乃至４２−３の図中下側（レンズ４４−１乃至４４−３と接する側）には、透明な合成樹脂などで構成される保護膜４３が形成されている。これにより、表示素子４２−１乃至４２−３がレンズ４４−１乃至４４−３の当接により損傷を受けることが防止される。

レンズ４４−１乃至４４−３は相互に密着されており、その図中下側（眼球１１Ａ（瞳１２）と接する側）には、透明な合成樹脂などで構成される保護部３３が設けられている。これにより、画像表示装置１をユーザが眼１１に装着したとき、眼球１１Ａが傷つけられることが防止される。円滑部４１から保護部３３までの間隔（厚さ）Ｔは、厚すぎると装着時にユーザが違和感を感じるので、約０．２ｍｍ以下とするのが好ましい。

なお、円滑部４１、保護膜４３、および保護部３３は、同一または異なる機能を有する複数の層で構成してもよい。

レンズ直径が０．２ｍｍ程度の場合、各表示素子４２の画素のピッチは、XGA(eXtended Graphics Array)相当の画像を表示する場合、約０．１μｍ程度とされ、VGA(Video Graphics Array)相当の画像を表示する場合、約０．２μｍ程度とされる。

円１Ｃの外側の領域１Ｂには、図１０と図１２を参照して後述する回路部２１が設けられている。回路部２１は、出力部２１１と駆動部２１２（図１０参照）、あるいは出力部２１１、駆動部２１２、および変換部２５１（図１２参照）により構成される。回路部２１は、表示領域４２Ａに画像信号を供給するので、表示領域４２Ａによる画像の表示の邪魔にならないように、表示部３１の外周としての領域１Ｂに設けられている。

図示は省略するが、図３において、レンズ４４−１の図中左側、並びに紙面と垂直な方向の手前側と奥行き側にも、それぞれレンズが配置されている。同様に、レンズ４４−２の紙面と垂直な方向の手前側と奥行き側、さらにレンズ４４−３の図中右側、並びに紙面と垂直な方向の手前側と奥行き側にも、それぞれレンズが配置されている。表示部３１は、その表示面が、レンズ４４−１，４４−２，４４−３に平行光線が入射した際に結ぶ焦点（焦点距離の位置）の近傍（焦点より若干近い位置）に配置されている。換言すると、レンズ４４−１は、表示素子４２−１より入射された画像の光を略平行光として出射する。同様に、表示素子４２−２，４４−３より出射された画像の光は、レンズ４４−２，４４−３から略平行光として出射される。

図６は、表示素子４２から出射される光とレンズ４４との関係を表している。表示素子４２−１１上のほぼ中央より若干右側の点Ｐ_L1より出射された光は、レンズ４４−１１により略平行光とされ、例えば網膜１５上の点１４−３（図１）に結像し、点Ｐ_L1より図中左側（表示素子４２−１１のほぼ中央）の点Ｐ_C1より出射された光は、レンズ４４−１１により略平行光とされ、網膜１５上の点１４−１（図１）に結像するものとする。

同様に、表示素子４２−１１より図中右側に位置する表示素子４２−１２のほぼ中央より若干右側の点Ｐ_L2（表示素子４２−１１の点Ｐ_L1に対応する）より出射された画像の光は、レンズ４４−１２より略平行光とされ、網膜１５上の点１４−３に結像し、点Ｐ_L2より図中左側（表示素子４２−１１のほぼ中央）に位置する点Ｐ_C2（表示素子４２−１１の点Ｐ_C1に対応する）より出射された光は、レンズ４４−１２により略平行光とされ、網膜１５上の点１４−１に結像する。

このように対応する画素としての点Ｐ_L1と点Ｐ_L2より出射された光がいずれも、網膜１５上の同一の点に結像し、同様に、対応する画素としての点Ｐ_C1と点Ｐ_C2より出射された光は、いずれも網膜１５上の同一の点に結像する。

図３では、表示素子４２−１乃至４２−３のほぼ中央の画素からの光は点１４−１に結像し、図中左側の画素からの光は点１４−２に結像し、右側の画素からの光は、点１４−３に結像することが示されている。

以上のことを図７を参照してさらに説明すると次のようになる。すなわち、図７に示されるように、表示領域４２−２１Ａが図中最も左側に位置し、表示領域４２−２２Ａがそれより右側に（略中央に）位置し、表示領域４２−２３Ａが表示領域４２−２２Ａよりさらに右側に位置するとする。表示領域４２−２１Ａには実像９１−２１が、表示領域４２−２２Ａには実像９１−２２が、そして表示領域４２−２３Ａには実像９１−２３がそれぞれ表示されている。これらの実像９１−２１乃至９１−２３は、それぞれ視差はなく、実質的に同一の画像である。これにより、２次元的画像が視認されることになる。立体画像を視認させる場合には、視差のある画像とされる。

なお、図７、並びに後述する図８と図９においては、光路は実際にはレンズの各面で屈折されるが、それを簡略して示してある。

表示領域４２−２１Ａの実像９１−２１のうち、図中左側に位置する画素から出射した光線８１−２１は、レンズ４４−２１により略平行光とされ、網膜１５上の点１４−１２に結像する。しかしながら、実像９１−２１のうち、光線８１−２１に対応する画素より図中右側に離れて位置する画素より出射した光線８２−２１は、光線８１−２１に較べ、レンズ４４−２１を介して網膜１５上の視野範囲内に結像し難くなる。光線８２−２１に対応する画素よりさらに右側に離れて位置する画素より出射した光線８３−２１は、光線８２−２１に較べ、さらにレンズ４４−２１を介して網膜１５上の視野範囲内に結像し難くなる。すなわち、実像９１−２１のうち網膜１５上の視野範囲内の点１４−１２に結像する光は、より左側に位置する画素からの光が支配的なものとなる。

図中ほぼ中央に位置する表示領域４２−２２Ａの実像９１−２２においては、図中最も左側に離れて位置する画素より出射した光線８１−２２と、図中最も右側に離れて位置する画素より出射した光線８３−２２に較べて、ほぼ中央に位置する画素より出射した光線８２−２２が網膜１５上の視野範囲内の点１４−１１に結像する光の支配的なものとなる。

これに対して、図中最も右側に位置する表示領域４２−２３Ａの実像９１−２３より出射し、レンズ４４−２３により略平行光とされ、網膜１５上の視野範囲内の点１４−１３に結像する光線としては、図中最も右側に離れて位置する画素より出射した光線８３−２３が支配的なものとなり、それより左側に離れて位置する画素より出射した光線８２−２１がそれに続き、最も左側に位置する画素より出射した光線８１−２２は、網膜１５上の視野範囲内の点１４−１３に最も結像し難くなる。

このようにして、表示領域４２−２１Ａにより表示された実像９１−２１の画素のうち、より左側に位置する画素から出射した光線を支配的成分とする光線、中央に位置する表示領域４２−２２Ａの実像９１−２２の画素のうち、ほぼ中央の画素から出射した光線を支配的成分とする光線、並びに最も右側に位置する表示領域４２−２３Ａの実像９１−２３の画素のうち、より右側の画素より出射した光線を支配的成分とする光線が、それぞれ網膜１５上の視野範囲内の点１４−１２，１４−１１，１４−１３に結像する。

点１４−１２の像は、光線８１−２１をレンズ４４−２１から逆方向にトレースして仮想的に得られる光線８１−２１Ａによる虚像９２−２１として認識される。点１４−１１の像は、光線８１−２２をレンズ４４−２２から逆方向にトレースして仮想的に得られる光線８１−２２Ａによる虚像９２−２２として認識される。点１４−１３の像は、光線８１−２３をレンズ４４−２３から逆方向にトレースして仮想的に得られる光線８１−２３Ａによる虚像９２−２３として認識される。実際には同様の事象が他のすべての画素について発生するため、ユーザは眼１１を介して、実像９１−２１乃至９１−２３を含む各表示領域４２に表示された複数の実像の全体を、合成された１つの虚像として視認する。すなわち、光線再生法の原理に基づいて、表示部３１より出射した光が網膜１５上に結像するように虚像光学系が構成されている。これにより、より薄型化した画像表示装置を実現することが可能となる。

図８は以上のことを模式的に表している。すなわち、同図に示されるように、表示領域４２−３１Ａ乃至４２−３３Ａに、それぞれ同一の画像１１１−３１乃至１１１−３３（文字Ｓの画像）が表示されているとする。図中最も左側に位置する表示領域４２−３１Ａのうち、最も左側に位置する部分４２−３１Ａ１の画像（文字Ｓの左側の部分）を主成分とする光が、レンズ４４−３１により略平行光とされ、網膜１５上の視野範囲内の点１４−２２に結像する。これに対して、表示領域４２−３１Ａのうち、ほぼ中央に位置する部分４２−３１Ａ２とそれより右側の部分４２−３１Ａ３の画像（文字Ｓの中央の部分と右側の部分の画像）の光は、レンズ４４−３１を介して網膜１５上の視野範囲内には結像しないか、したとしてもそのエネルギー量は少ない。

図中ほぼ中央に位置する表示領域４２−３２Ａの画素のうち、レンズ４４−３２を介して網膜１５上の視野範囲内の点１４−２１に結像する光のエネルギー量は、最も左側に位置する部分４２−３２Ａ１と、最も右側に位置する部分４２−３２Ａ３の画像（文字Ｓの左側の部分と右側の部分）の成分が少なく、ほぼ中央に位置する部分４２−３２Ａ２の画像（文字Ｓの中央の部分）の成分が多い。

図中最も右側に位置する表示領域４２−３３Ａの画素のうち、レンズ４４−３３を介して網膜１５上の視野範囲内の点１４−２３に結像する光のエネルギー量は、その最も右側に位置する部分４２−３３Ａ３の画像（文字Ｓの右側の部分）の成分が支配的となり、部分４２−３３Ａ３より左側に位置する部分４２−３３Ａ２と、それよりさらに左側に位置する部分４２−３３Ａ１の画像（文字Ｓの中央の部分と左側の部分）の成分は小さくなる。

以上のようにして、眼１１では表示領域４２−３１Ａ乃至４２−３３Ａに表示された同一の画像１１１−３１乃至１１１−３３が合成され、１つの画像１１２としてユーザにより視認される。すなわち、画像１１１−３１（文字Ｓ）の左側の部分を主成分とする画像、画像１１１−３２（文字Ｓ）の中央の部分を主成分とする画像、並びに画像１１１−３３（文字Ｓ）の右側の部分を主成分とする画像（虚像）が、１つの画像１１２（文字Ｓ）として合成される。

以上のことは、左右方向についてだけでなく、上下方向についても同様に行われる。このことを図９を参照して説明する。

すなわち、表示領域４２−４１Ａ、表示領域４２−４２Ａ、表示領域４２−４３Ａが、それぞれ図中、上、中央、下に位置するものとする。そして、それぞれの表示領域４２−４１Ａ乃至４２−４３Ａに対応して、レンズ４４−４１乃至４４−４３が配置されている。

表示領域４２−４１Ａに表示される画像１２１−４１（文字Ｓ）のうち、最も上側に位置する部分４２−４１Ａ１の画像（文字Ｓの上側の部分）の光の多くは、レンズ４４−４１を介して網膜１５上の視野範囲内の点１４−３２に結像する。これに対して、部分４２−４１Ａ１より下側に位置する部分４２−４１Ａ２と、それよりさらに下側に位置する部分４２−４１Ａ３の画像（文字Ｓの中央の部分と下側の部分）の光は、網膜１５上の視野範囲内の点１４−３２に結像し難いか、または結像しない。

同様に、ほぼ中央に位置する表示領域４２−４２Ａに表示される画像１２１−４２（文字Ｓ）のうち、ほぼ中央に位置する部分４２−４２Ａの画像（文字Ｓの中央の部分）の光の多くが、レンズ４４−４２を介して網膜１５上の視野範囲内の点１４−３１に結像するが、それより上側に位置する部分４２−４２Ａ１と下側に位置する部分４２−４２Ａ３の画像（文字Ｓの上側の部分と下側の部分）の光は、点１４−３１に結像し難いか、または結像しない。

最も下側に位置する表示領域４２−４３Ａにおいても、その図中最も下側に位置する部分４２−４３Ａ３の画像（文字Ｓの下側の部分）の光の多くが、レンズ４４−４３を介して網膜１５上の視野範囲内の点１４−３３に結像するが、それより上側に位置する部分４２−４３Ａ２の画像（文字Ｓの中央の部分）の光と、それよりさらに上側に位置する部分４２−４３Ａ１の画像（文字Ｓの上側の部分）の光は、点１４−３３には結像し難いか、または結像しない。

以上のようにして、ユーザの眼１１では実質的に同一の画像（文字Ｓ）のそれぞれ異なる部分（文字Ｓの上側の部分、中央の部分、または下側の部分）を主成分とする光が合成され、１つの虚像の画像１３１（文字Ｓ）として認識される。これにより、１つの表示素子４２の所定の画素に欠陥があり、その画素が表示できない場合でも、近傍の他の表示素子４２の画素の表示がこれを補うので、画素の欠陥を目立たなくさせることができる。

図１０は、表示部３１に画像信号を提供する回路部の構成例を表している。この回路部２１は、出力部２１１と駆動部２１２により構成されている。出力部２１１は、アンテナとチューナを内蔵しており、画像表示装置１の使用空間内に配置された送信部２０１より無線で、あるいは人体を介して送信されてきた画像信号を受信、復調し、復調した画像信号を駆動部２１２に出力する。駆動部２１２は、出力部２１１より入力された画像信号を、表示部３１を構成する表示素子４２−１乃至４２−ｎに出力する。表示素子４２−１乃至４２−ｎは、それぞれ表示領域４２−１Ａ乃至表示領域４２−ｎＡを有している。この実施形態の場合、駆動部２１２は、各表示素子４２−１乃至４２−ｎに対して同一の画像信号を供給する。したがって、表示領域４２−１Ａ乃至４２−ｎＡは、それぞれ同一の画像を表示する。

次に、図１１のフローチャートを参照して、画像表示処理について説明する。

ステップＳ１１において、出力部２１１は送信部２０１より無線で、あるいは人体を介して送信されてきた画像信号を受信、復調し、画像信号を出力する。ステップＳ１２において、駆動部２１２は各表示素子を駆動する。具体的には、駆動部２１２は、出力部２１１より入力された画像信号を表示素子４２−１乃至４２−ｎに供給する。ステップＳ１３において、表示部３１は画像を表示する。すなわち、表示素子４２−１乃至４２−ｎは、それぞれ対応する表示領域４２−１Ａ乃至４２−ｎＡにおいて、駆動部２１２より供給された画像信号に対応する画像を表示する。

表示素子４２−１乃至４２−ｎに表示された同一の画像のうちの異なる部分を主成分とする光がレンズアレイ部３２の対応するレンズ４４（表示素子４２−１乃至４２−ｎに対応してｎ個設けられている）を介してユーザの眼１１の網膜１５上に結像するので、ユーザはこれを１つの画像（虚像）として認識する。

以上においては、表示素子４２をｎ個設けるようにしたが、表示素子４２の数は１個とし、その表示領域を個々に区分するようにしてもよい。すなわち、図１２に示されるように、１個の表示素子４２に、表示領域４２−１Ａ乃至４２−ｎＡのｎ個の表示領域を設けることができる。そしてこの場合、各表示領域４２−１Ａ乃至４２−ｎＡは、同一の画像が表示されるようになっている。このため、図１２の例においては、出力部２１１と駆動部２１２の間に変換部２５１が挿入されている。変換部２５１は、出力部２１１より入力された、１画面に１個の画像を表示する画像信号を、１画面にｎ個の画像を表示する画像信号に変換する。

その他の構成は図１０における場合と同様である。

次に、図１３のフローチャートを参照して、図１２の構成にした場合における画像表示処理について説明する。

ステップＳ３１において、出力部２１１は送信部２０１より無線で、あるいは人体を介して送信されてきた画像信号を受信、復調し、画像信号を出力する。ステップＳ３２において、変換部２５１は画像信号を変換する。すなわち、変換部２５１は、出力部２１１より入力された１画面についての画像信号を、１画面中に同一の画像がｎ個表示された画像の画像信号に変換する。例えば、１画面に１つの文字Ｓが表示されている画像の画像信号を、図４に示されるように、１画面中に７×７個のＳの文字が表示されている画像の画像信号に変換する。ステップＳ３３において、駆動部２１２は表示素子を駆動する。すなわち、駆動部２１２は、変換部２５１より供給された画像信号に基づいて、表示部３１の表示素子４２を駆動する。ステップＳ３４において、表示部３１は画像を表示する。すなわち、１つの表示素子４２を構成するｎ個の表示領域４２−１Ａ乃至４２−ｎＡには、それぞれに、文字Ｓの画像が表示される。この表示状態は、図４に示されるように、複数の表示素子４２のそれぞれに文字Ｓを独立に表示させた場合と実質的に同様となる。

したがって、ユーザの眼１１には、図１０の構成における場合と同様に、１つの文字Ｓの画像（虚像）が合成表示される。

なお、送信部２０１から既に変換された画像信号を送信するようにすることもできる。この場合には、変換部２５１は省略することができ、回路部２１の構成は、図１０に示される場合と同様となる。

図１４と図１５は、レンズアレイ部３２の詳細な構成を表している。図１４と図１５の例においては、レンズ４４が相互に密着するように曲面３０２上に配置され、結合部３０１により結合されている。この曲面３０２は、図３の曲面３０と同様に、画像表示装置１が装着される人間の眼球の表面（曲面）の一部に対応する面である。この実施形態では結合部３０１の厚さは、レンズ４４の径より小さい値とされている。

この場合、結合部３０１を構成する合成樹脂に黒い塗料等を混ぜたり、結合部３０１の上面と下面を黒く着色することにより光を透過しないようにし、レンズ４４の有効径Ｄを、レンズ４４のピッチより小さい値に設定することができる。このようにすることで、例えば、図１４に示されるように、対応する表示素子４２が対向する方向（曲面３０２と垂直な方向）の矢印３１１に対して、所定の値以上の角度となる外部からの光線３１２がレンズ４４を透過しないようにすることができる。これにより、隣接する表示素子４２からの画像が洩れて妨害光となることが抑制される。

表示部３１に画像が表示されていない状態において、画像表示装置１を装着したままの状態でユーザが、結合部３０２を遮光性材料で形成した場合に比較して、より明るい外部の画像を視認することができるようにするために、結合部３０１を透明な材料で形成することもできる。

図１６は、結合部の他の構成例を表している。この例においては、結合部３４１がレンズ４４の周囲に壁をつくるように、レンズ４４の径と略同じ厚さに形成されている。このようにしても、結合部３４１を遮光性材料で形成すれば、図１４の場合と同様に、隣接する表示素子４２からの光による干渉を抑制することが可能となり、また、矢印３１１に対して所定の角度以内の光線３１２だけを透過し、矢印３１１との角度が大きくなる光線を遮光するように機能させることができる。もちろん、この場合においても、結合部３４１を透明な材料で構成し、より明るい外部の画像を視認することができるようにしてもよい。

以上においては、レンズ４４を1個の球面状のレンズで構成したが、例えば、図１７に示されるように、レンズ３６１の後方に保護層３６２を配置し、表示部３１より出射された光がほぼ平行光になるように構成してもよい。図１７の実施形態においては、レンズ３６１は、その光軸を中心とする所定の範囲の両端面（図中、左右方向の端面）部分が略球面形状に形成されているが、両端面の間は、略円柱状に形成されている。

図１８は、レンズ４４のさらに他の構成例を表している。この構成例においては、レンズ３７１の後方に保護層３７２が配置されている。レンズ３７１は、一方の面と他方の面がそれぞれほぼ球面の一部とされているが、全体としては凸レンズ状とされている。

レンズを図１７または図１８に示されるように構成することで、レンズの周囲の部分の収差を補正することが可能となる。

レンズと表示部３１（表示領域４２）の距離を調整し、所定の値に設定することができる。このことを図１９乃至図２１を参照して説明する。これらの構成例においては、球形状のレンズ３８１の後方に、保護層３８２が設けられている。

図１９は、表示部３１とレンズ３８１との距離が表示部３１より出射された光がレンズ３８１から平行光として出射するように調整された画像表示装置４０１の構成を表している。レンズ３８１の焦点距離上に表示部３１の表示面（表示領域４２）が配置されている。したがって、表示部３１に表示された画像の光は、レンズ３８１から平行光として出射する。

これに対して、図２０に示される画像表示装置４０２は、図１９の画像表示装置４０１における場合より、表示部３１の表示面の位置が、レンズ３８１の焦点距離の位置よりレンズ３８１に、より若干近くなるように設定されている。したがって、表示部３１に表示された画像の光は、若干発散するが、略平行光としてレンズ３８１から出射する。図２１の画像表示装置４０３は、表示部３１の表示面が、図２０の画像表示装置４０２よりさらにレンズ３８１に近くなるように設定されている。したがって、図２１の画像表示装置４０３では、発散の具合が図２０における場合よりさらに広くなる。

図１９に示されるように、レンズ３８１からの出射光を平行光とすることでユーザには光が無限遠より到来したものとして視認させることができる。図２０と図２１に示されるように、レンズ３８１と表示部３１との距離をより接近させた場合には、虚像光学距離がより短くなり、近い位置に画像が存在するように（虚像換算距離でより大きな画像を）ユーザに認識させることができる。ユーザが観察する光は、平行光に近い方が無限遠からの光に近くなるので、ユーザの疲労感は少なくなる。レンズ３８１と表示部３１の距離を、各ユーザの視力に合うように設定することで、各ユーザに対して、常に適切な画像を表示させることが可能となる。

立体画像を表示する（ユーザに視認させる）場合、略中心に位置する表示領域４２Ａに基準位置（中心位置）で撮影された画像が表示され、その周囲の表示領域４２Ａには、中心からの距離と方向に応じて視差の量と方向が変化する画像が表示される。

例えば、図４において、中心の１つ右側の表示領域４２Ａには、基準位置から一定の単位距離（例えば１ｃｍ）だけ被写体から見て右側（被写体の方に向かって左側）に離れた位置のカメラで撮影された画像が表示される。中心の４つ右側の表示領域４２Ａには、基準位置から単位距離の４倍（いまの場合４ｃｍ）だけ被写体から見て右側（被写体の方に向かって左側）に離れた位置のカメラで撮影された画像が表示される。

同様に、図４において、中心の１つ左側の表示領域４２Ａには、基準位置から単位距離（１ｃｍ）だけ被写体から見て左側（被写体の方に向かって右側）に離れた位置のカメラで撮影された画像が表示される。中心の４つ左側の表示領域４２Ａには、基準位置から単位距離の４倍（４ｃｍ）だけ被写体から見て左側（被写体の方に向かって右側）に離れた位置のカメラで撮影された画像が表示される。

カメラと表示領域４２Ａの上下方向の関係も同様とされる。すなわち、図４において、中心の１つ上側の表示領域４２Ａには、基準位置から単位距離（１ｃｍ）だけ上側に離れた位置のカメラで撮影された画像が表示される。中心の４つ上側の表示領域４２Ａには、基準位置から単位距離の４倍だけ上側に離れた位置のカメラで撮影された画像が表示される。

同様に、図４において、中心の１つ下側の表示領域４２Ａには、基準位置から単位距離（１ｃｍ）だけ被写体から見て下側に離れた位置のカメラで撮影された画像が表示される。中心の４つ下側の表示領域４２Ａには、基準位置から単位距離の４倍（４ｃｍ）だけ被写体から見て下側に離れた位置のカメラで撮影された画像が表示される。

換言すれば、図２２に示されるように、１ｃｍの単位距離（ピッチ間隔）でマトリックス状に配置されたｍ×ｎ個（図２３の実施形態の場合、３×３個）のカメラＣ１１乃至Ｃ３３で撮影された３×３個の画像のそれぞれが、３×３個の対応する位置（カメラの被写体の方向と表示素子の表示方向とを一致させた場合における対応する位置）の表示領域４２Ａ１１乃至４２Ａ３３に表示される。

本発明の一実施形態の画像表示装置の使用状態を示す図である。表示部の構成を示す平面図である。表示部の構成を示す断面図である。表示素子の構成を示す平面図である。レンズアレイ部の構成を示す平面図である。表示素子とレンズの関係を示す断面図である。虚像光学系を説明する図である。左右方向の画像の合成を説明する図である。上下方向の画像の合成を説明する図である。回路部の実施形態の構成を示すブロック図である。図１０の実施形態の場合における画像表示処理を説明するフローチャートである。回路部の他の実施形態の構成を示すブロック図である。図１２の実施形態の場合の画像表示処理を説明するフローチャートである。レンズの結合状態を示す断面図である。レンズの結合状態を示す平面図である。レンズの結合状態を示す断面図である。レンズの他の実施形態の構成を示す断面図である。レンズのさらに他の実施形態の構成を示す断面図である。レンズと表示部の距離を調整した場合の構成を示す断面図である。レンズと表示部の距離を調整した場合の構成を示す断面図である。レンズと表示部の距離を調整した場合の構成を示す断面図である。立体画像を表示する場合の各表示領域における表示画像を説明する図である。

符号の説明

１画像表示装置，３１表示部，３２レンズアレイ部，３３保護部, ４１円滑部, ４３保護膜, ４４レンズ

Claims

曲面上に、画像を表示する表示領域が複数個配置された表示部と、
前記表示領域のそれぞれに対応して配置されたレンズを有し、前記レンズにより対応する前記表示領域の画像の光を出射する、前記表示部と一体化されたレンズアレイ部と、
前記表示部の前記レンズアレイ部と反対側に形成され、接するまぶたの円滑な移動を許容する円滑部と、
前記レンズアレイ部の前記表示部と反対側に形成され、接する眼球を保護する透光性の材料よりなる保護部と
を備え、全体として眼球に装着可能な形状とされている画像表示装置。
無線または人体を介して受信した画像信号を複数個の前記表示領域に出力する出力部をさらに備える
請求項１に記載の画像表示装置。
前記出力部は、前記表示部の外周に配置されている
請求項２に記載の画像表示装置。
前記出力部は、想定されるユーザの前記眼球の瞳の外径より外周に配置されている
請求項３に記載の画像表示装置。
前記出力部は、複数の前記表示領域のそれぞれに同一または視差のある画像を表示させる画像信号を出力する
請求項２に記載の画像表示装置。
前記表示部は、画像を表示していない状態のとき、外部の光を透過する
請求項１に記載の画像表示装置。
複数の前記レンズは、複数の前記表示領域に合わせて曲面上の一部に配置され、相互に密着するように保持されている略球形のレンズである
請求項１に記載の画像表示装置。
一体的に形成された、曲面上に配置された複数の表示領域を有する表示部と、前記表示領域のそれぞれに対応して配置されたレンズを有し、前記表示部と一体化されたレンズアレイ部を備える画像表示装置を眼球に装着し、
前記表示領域に画像を表示させ、
前記レンズにより、対応する前記表示領域の画像の光を前記眼球に向けて出射する
画像表示方法。