JPH06175075A - 画像表示装置 - Google Patents

画像表示装置

Info

Publication number
JPH06175075A
JPH06175075A JP4352013A JP35201392A JPH06175075A JP H06175075 A JPH06175075 A JP H06175075A JP 4352013 A JP4352013 A JP 4352013A JP 35201392 A JP35201392 A JP 35201392A JP H06175075 A JPH06175075 A JP H06175075A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
display
information
light
coupling element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4352013A
Other languages
English (en)
Inventor
Susumu Matsumura
進 松村
Takasato Taniguchi
尚郷 谷口
Hideki Morishima
英樹 森島
Toshiyuki Sudo
敏行 須藤
Tadashi Kaneko
正 金子
Yoko Yoshinaga
曜子 吉永
Tatsu Kobayashi
辰 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP4352013A priority Critical patent/JPH06175075A/ja
Priority to US08/162,756 priority patent/US5625493A/en
Publication of JPH06175075A publication Critical patent/JPH06175075A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0132—Head-up displays characterised by optical features comprising binocular systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B2027/0178—Eyeglass type

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光束結合素子を利用して表示情報と画像情報
の双方を大画面にして観察することができる画像表示装
置を得ること。 【構成】 表示素子からの表示情報と、該表示情報とは
異なった方向に位置している画像情報の２つの情報を光
透過性の光束結合素子を介して空間的に重畳して同一視
野で観察する際、該表示素子からの光束を該光束結合素
子を介して反射系に導光し、該反射系で反射させた後、
再度該光束結合素子を介して観察者の方向に導光し、該
表示素子の表示情報を観察していること。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は画像表示装置に関し、特
にハーフミラーやホログラム光学素子等を利用して、画
像表示素子で表示された表示情報を自然風景等の画像情
報とを空間的に重畳（スーパーインポーズ）して高画質
の虚像として大画面で同時に観察できるようにした画像
表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、液晶等の画像表示素子に表示
された画像情報を臨場感のある大画面の映像として観察
するようにした画像表示装置として大型ＣＲＴディスプ
レイ装置やプロジェクションＴＶ装置等が用いられてい
る。
【０００３】これらの画像表示装置は大きな空間を必要
とし、狭い部屋に設置しようとすると、適切なる観察距
離が確保できなく、又個々の人が異なる番組を見ること
ができない等の問題点があった。
【０００４】この為、例えば特開平３−２０３４７８号
公報では図１１に示すように画像表示素子からの光束を
観察者の顔面近くに配置した光学系を用いて直接、眼
（観察者の瞳）に導光して大画面の画像情報を観察する
ようにした画像表示装置を提案している。
【０００５】同図の要部について説明すると２２１Ｒ，
２２１Ｌは右眼用と左眼用の液晶カラーテレビである。
液晶カラーテレビ２２１Ｒ，２２１Ｌに表示された画像
情報は各々両眼の前方に配置した台形のビームスプリッ
ター（ハーフミラー）２２２Ｒ（２２２Ｌ不図示）によ
って一部分の光束が反射されて、前方の凹面鏡２２３に
入射する。凹面鏡２２３で反射した光束はビームスプリ
ッター２２２Ｒ（２２２Ｌ）を透過して観察者（不図
示）の眼に入射する。
【０００６】これにより観察者は液晶カラーテレビ２２
１Ｒ，２２１Ｌに表示した画像情報を凹面鏡２２３前方
の所定位置に虚像として観察している。
【０００７】又、このような画像表示装置において、観
察者の右眼用と左眼用とに視差のある表示情報を表示し
て立体画像を観察するようにした装置が種々と提案され
ている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図１１に示す従来の画
像表示装置では表示素子からの表示情報をハーフミラー
と半透明の反射凹面鏡とを介して観察者の眼球に導光
し、これより表示情報との外界の風景等の画像情報とを
光束結合素子を用いて重畳（スーパーインポーズ）して
同時に観察している。
【０００９】このとき表示素子からの表示情報に基づく
光束はハーフミラーと反射凹面鏡とを介する為に、仮に
これらの反射率（透過率）が５０％であるとすると全体
の光束利用効率は（０．５）3 ＝０．１２５となる。即
ち、光束の利用効率が悪く、表示情報が暗くなってくる
という問題点があった。
【００１０】これに対してハーフミラーの代わりに全反
射ミラーを用いる方法があるが、この方法では全反射ミ
ラーを観察者の死角に配置しなければならず、大きな全
反射ミラーを用いることができず表示情報の大きさが制
限されてくるという問題点がある。
【００１１】この他、従来の画像表示装置において大き
な表示情報を実現しようとすると、半透明の反射凹面鏡
の曲率を小さく、光学的な屈折力を強くしなければなら
ない。この結果、曲面が透過光束を屈折させてしまう為
にスーパーインポーズ性能が低下してくるという問題点
があった。
【００１２】又、液晶テレビより成る表示素子を反射凹
面鏡の近傍に設けなければならず、この結果、反射光束
にケラレが生じ全画面を良好に観察することが難しくな
ってくるという問題点があった。
【００１３】更に、観察者の右眼用と左眼用の２系統用
意して表示素子から視差のある表示情報を表示して立体
画像を観察するようにした装置では観察者の眼の被写体
深度と立体表示情報の奥行き表示範囲を一致させる必要
がある。
【００１４】このとき立体感の十分な画像表示装置を実
現する為にはできるだけ明るい表示情報を表示し、観察
者の眼の光彩絞りを小さくして眼の被写界深度を大きく
し、立体表示画像の奥行き表示範囲を大きくする必要が
ある。
【００１５】このとき、例えば携帯型の立体画像表示装
置に適用する場合には小さな消費電力で明るい表示情報
を表示させる為に光束の利用効率をより一層高める必要
がある。
【００１６】しかしながら前述の如く光束の利用効率を
高めて明るい表示情報を得るのが大変難しいという問題
点があった。又大画面の表示を行なう場合、表示画像の
ディストーションが目立って観察者が不自然に感じる場
合がある等の問題点があった。
【００１７】本発明は各要素を適切に設定することによ
り、表示素子からの表示情報に基づく光束の利用効率を
高め、明るく、かつディストーションが少ない大画面の
表示情報が容易に得られ、外界の風景等の画像情報と共
に双方を同一視野で良好に観察することができ、かつ装
置全体の小型化を図った画像表示装置との提供を目的と
する。
【００１８】この他、眼球の疲労感が少なく立体感のあ
る表示情報を観察することができる立体画像観察装置に
好適な画像表示装置の提供を目的とする。
【００１９】又、表示情報を観察系の歪曲収差の諸収差
を補正して、高い光学性能で観察することができるよう
にした画像表示装置の提供を目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明の画像表示装置
は、 （１−１）表示素子からの表示情報と、該表示情報とは
異なった方向に位置している画像情報の２つの情報を光
透過性の光束結合素子を介して空間的に重畳して同一視
野で観察する際、該表示素子からの光束を該光束結合素
子を介して反射系に導光し、該反射系で反射させた後、
再度該光束結合素子を介して観察者の方向に導光し、該
表示素子の表示情報を観察していることを特徴としてい
る。
【００２１】特に、前記光束結合素子を該表示素子から
の光束の少なくとも一部が透過して反射系に導光された
後、該反射系で反射されて再度該光束結合に導光され、
該光束結合素子で少なくとも一部が反射されて眼に導か
れることや、前記表示素子は視差のある２つの表示情報
を表示しており、前記光束結合素子と反射系は該２つの
表示情報を観察者の右眼と左眼に各々導光するようにし
ていることや、前記光束結合素子を反射型ホログラムよ
り構成したことや、前記反射系は前記表示素子からの表
示情報を前記光束結合素子近傍に結像していること、そ
して前記画像情報と光束結合素子との間の光路中に光量
調整部材を設け、該画像情報からの光束の観察者の眼に
入射する光量を調整したこと等を特徴としている。
【００２２】（１−２）表示素子からの表示情報と、該
表示情報とは異なった方向に位置している画像情報の２
つの情報を光透過性の光束結合素子を介して空間的に重
畳して同一視野で観察する際、該表示素子と該光束結合
素子との間の光路中に偏心した又は／かつ傾けた光学素
子を有するリレー系を設けたことを特徴としている。
【００２３】（１−３）表示素子からの表示情報と、該
表示情報とは異なった方向に位置している画像情報の２
つの情報を光透過性の光束結合素子を介して空間的に重
畳して同一視野で観察する際、該表示素子からの光束を
偏心させた又は／かつ傾けた光学素子を有するリレー系
を通過させた後、該光束結合素子を介して反射系に導光
し、該反射系で反射させた後、再度該光束結合素子を介
して観察者の方向に導光し、該表示素子の表示情報を観
察していることを特徴としている。
【００２４】特に、前記表示素子の表示情報を観察する
為の光路中にシリンドリカル望遠光学系を設けたこと
や、前記光路結合素子を反射型ホログラムより構成した
こと等を特徴としている。
【００２５】
【実施例】図１は本発明の画像表示装置の実施例１の要
部概略図である。
【００２６】図中１は照明部であり、光源２として蛍光
灯を有している。３は表示素子であり、液晶表示素子よ
り成り、表示情報３ａを形成している。４は光束結合素
子（コンバイナ光学素子）であり、ハーフミラーから成
っている。５は反射凹面鏡、６は観察用の瞳位置であ
り、観察者の眼球位置に相当している。９は表示情報３
ａの反射凹面鏡５による虚像面である。１０は光量調整
部材であり、液晶を利用して通過光量を調整している。
Ｙは自然風景等の画像情報である。
【００２７】本実施例では照明部１で照明された液晶表
示素子３からの表示情報３ａに基づく光束７は、まずハ
ーフミラー４を透過し（ここでの反射光は眼６と反対方
向に向かい像表示に関係ないので省略する）、反射凹面
鏡５により反射され、再びハーフミラー４に達する。そ
してハーフミラー４で反射された光束８が観察者の眼６
に達する。観察者は反射凹面鏡５による液晶表示素子３
の表示情報３ａを虚像面９で、又虚像面９近傍の画像情
報Ｙを空間的に重畳させて同一視野で同時に観察してい
る。
【００２８】本実施例においては外界の画像情報Ｙから
の光束はハーフミラー４を透過し、観察者の眼６に達す
る。このとき画像情報Ｙと液晶表示素子３の虚像面９と
をスーパーインポーズ（重畳）させて、双方の情報を大
画面として認識することを可能としている。又光量調節
部材１０により外界の画像情報Ｙからの透過光束の光量
を調整し、液晶表示素子３の明るさと外界光量とをバラ
ンスさせている。
【００２９】本実施例の光量調整部材１０は、例えば透
明電極付き平行平面板で液晶層を保持した構造より成
り、この液晶層へ印加する電圧を変えることにより透過
率を変えることができる構成より成っている。
【００３０】この調整方法としては、例えばダイヤル
（不図示）等により光量調整部材１０の液晶層への印加
電圧を観察者が調整することにより行なわれる。この時
外界からの透過光量をゼロとなるように設定すれば、ス
ーパーインポーズ表示でなく、単に液晶表示素子からの
表示情報３ａのみを観察することができる。
【００３１】本実施例においてはハーフミラー４の反射
率と透過率を各々５０％、反射凹面鏡５に光損失がない
（反射率１００％）とすると、眼６に達する光、即ち光
量利用効率（０．５）2 ＝０．２５となる。これは従来
の装置の光量利用効率（０．１２５）に比べて２倍とな
っている。
【００３２】本実施例においては観察される虚像面９の
サイズは反射凹面鏡５の光学的パワーと反射凹面鏡５と
液晶表示素子３との距離により決まる。
【００３３】尚、これらの光学結像に関するパラメータ
を多少変更してもスーパーインポーズ性能は影響されな
い。
【００３４】又、本実施例において液晶表示素子３への
ビデオ信号の有無を検出して、光量調整部材１０への印
加電圧をＯＮ，ＯＦＦする自動電圧印加回路を付加すれ
ば、前述した手動による表示情報３ａの明るさと外界光
量とをバランスさせるのでなく、表示情報３ａが表示さ
れると自動的にバランスをとることができるように構成
することができる。
【００３５】以上のように本実施例の画像表示装置では
液晶表示素子３の表示情報３ａの虚像９と光束結合素子
４の後方の景色等の画像情報Ｙとを光束結合素子４を介
して空間的に重畳して、双方の情報を大きな画像として
同一視野で観察している。
【００３６】図２は本発明の画像表示装置の実施例２の
要部概略図である。
【００３７】本実施例では図１の実施例１に比べて光束
結合素子としてハーフミラーの代わりに反射型ホログラ
ムレンズ１１を用いている点と、反射凹面鏡５の屈折力
と異なる反射凹面鏡１２を用いている点とが異なり、そ
の他の構成は略同じである。図２において図１で示す要
素と同一要素には同符番を付している。
【００３８】本実施例では液晶表示素子３からの光束７
は反射型ホログラムレンズ１１を透過し、反射凹面鏡１
２に達する。反射凹面鏡１２はこの光束を反射結像さ
せ、２次結像面１３に液晶表示素子３の表示情報３を実
像として再結像する。この２次結像面１３に再結像され
た液晶表示素子３の表示情報３ａに基づく光束を反射型
ホムグラムレンズ１１により観察者の瞳６の方向に回折
光として反射させ、このとき虚像面９に表示情報３ａを
結像させている。これにより観察者は表示情報３ａを虚
像面９上で拡大像として観察している。
【００３９】反射型ホログラムレンズ１１は２次結像面
１３より少し離れた位置を焦点とする屈折力を有してい
る。従って反射型ホログラムレンズ１１の焦点距離近傍
の２次結像面１３上に再結像された液晶表示素子の表示
情報３ａは虚像として大きな拡大率で拡大されている。
【００４０】図３は実施例２で用いた反射型ホログラム
レンズの作製光学系を示す概略図である。
【００４１】同図ではＡｒレーザからの波長５１４．５
ｎｍの単色光束を取り出し、ビームスプリッターで２光
束に分離し（不図示）、一方はビーム１５として対物レ
ンズ１７に導き、図２の観察者の瞳６の位置近傍に対応
する位置１８に集光させた後、発散光束１９としてガラ
ス基板２０上に塗布されたホログラム感光材料２１へ入
射させている。
【００４２】他方のビームは同様にして対物レンズ・コ
リメータレンズでビーム系の大きなビームに変換し（不
図示）、平行光束ビーム１６としてコリメータレンズ１
４に導き、ホログラム感光材料２１に入射させている。
このコリメータレンズ１４の焦点位置２２は、先の図２
での２次結像面１３近傍に対応する位置である。従って
コリメータレンズ１４から射出した光束は点２２へ集光
する光束となる。
【００４３】このような２光束１５，１６によりホログ
ラム感光材料２１に形成される干渉縞を記録した後、こ
のホログラム感光材料２１を現像処理することにより、
反射型で位相型のホログラムレンズ１１を得ている。こ
のときホログラム感光材料２１への露光時間を適当に制
御して、現像後のホログラムの回折効率が十分得られる
ようにする。
【００４４】又、このホログラム感光材料２１の厚みは
反射型ホログラムが十分な回折効率を有するようにある
程度の厚み、例えば１０μｍ程度を有することが望まし
い。これに適した位相型ホログラム感光材料としては、
重クロム酸ゼラチン・フォトポリマー等がある。
【００４５】こうすることにより、この反射型ホログラ
ム１１が角度選択特性を有し、ある特定の波長、特定の
入射角範囲内の光束に対して大きな回折効率を有するよ
うにしている。
【００４６】従って図２において、液晶表示素子３から
の発散光束はこの反射型ホログラムレンズ１１で僅かに
反射回折されるが、十分に光量の透過光束が反射凹面鏡
１２へ向かうようにしている。そして２次結像面１３か
らの発散光束がこの反射型ホログラムレンズ１１の角度
選択特性とマッチングしてほとんどが回折され、観察者
の瞳６に達するようにしている。
【００４７】本実施例においては液晶表示素子３の照明
部１からの出射光束の中から波長５１４．５ｎｍの光の
みを選択し、透過する干渉フィルターを液晶表示素子３
の直後又はこの近傍に設けることが望ましい。
【００４８】本実施例において外界の画像情報Ｙからの
光束はホログラムレンズ１１によりほとんど回折されず
観察者の眼６に達し、観察者は表示情報３と共に外界の
画像情報Ｙとを同時に観察している。
【００４９】尚、本実施例においてはホログラムレンズ
１１の代わりに図４に示すような半透過型で凹面型のフ
レネルレンズ２６を用いても良い。
【００５０】このフレネルレンズ２６は平面基板２３ａ
上にレリーフ型凹面フレネルレンズ２４を設け、この上
に反射率５０％の反射膜を設け、このレリーフ部材と同
屈折率を有する接着剤２５でレリーフ構造を埋め込み、
平面基板２３ｂを接着した構成より成り、量産性に優れ
ているという特徴を有している。
【００５１】更にこのフレネルレンズ２６は反射光束に
対してはこの反射膜が設けられたフレネルレンズ構造に
よりレンズ作用を及ぼすが、透過光に対しては同屈折率
の接着剤によりレリーフ構造が埋め込まれているため、
レンズ作用は及ぼさず、単なる透過率５０％のハーフミ
ラーと同様に作用する。
【００５２】従って、液晶表示素子３からの光束は透過
率５０％で反射凹面鏡１２に達し、外界の画像情報Ｙか
らの透過光束は透過率５０％で観察者の眼６に達し、観
察者は液晶表示素子３の表示情報３ａと同時に外界の画
像情報Ｙを認識することができる。
【００５３】このフレネルレンズ２６の焦点距離を２次
結像面１３上の実像画像が虚像面９上に結像するような
値として、図２と同様な観察系を実現することができ
る。
【００５４】又、このフレネルレンズ２６の構造では先
のホログラムレンズ１１と異なり、角度選択特性は弱
く、液晶表示素子３からのこの発散光束も５０％反射し
てしまうがこの反射光は観察者の眼６の方向ではなく、
外界へ向かうので光量損失が生じるだけであり、観察画
像に悪影響を及ぼすことはない。
【００５５】このような観察系により、液晶表示素子３
の大きな拡大画像を観察することができるが、その拡大
表示情報にはディストーションが発生する場合がある。
この場合には反射凹面鏡１２で２次結像面１３上の画像
に逆符号のディストーションを発生させ、これによりホ
ログラムレンズ１１で発生するディストーションを補正
させるのが良い。
【００５６】図５は本発明の画像表示装置の実施例３の
要部概略図である。
【００５７】本実施例ではディストーションを小さくし
つつ、大きな虚像拡大画面を良好に観察することができ
るようにしている。図５において図２で示した要素と同
一要素には同符番を付している。
【００５８】本実施例においてはホログラムレンズ２７
に対して液晶表示素子３と反射凹面鏡１２とがなす光軸
が先の実施例２と異なり、略垂直になっている。
【００５９】この為、本実施例では液晶表示素子３の反
射凹面鏡１２により２次結像面１３がホログラムレンズ
２７と略平行で、それより距離ａだけ離れている位置に
なる。この２次結像面１３上の画像を反射型ホログラム
レンズ２７により観察者の眼６方向に反射回折し、結像
することにより虚像面９上に表示素子３ａの虚像を観察
している。
【００６０】ホログラムレンズ２７から虚像面９までの
距離ｂはホログラムレンズ２７が傾いているために画角
によって厳密には異なるが、この距離ｂは距離ａに比べ
てずっと大きく、距離ｂを例えば１ｍと設定したとき、
画角によらずａ：ｂは略一定となる。
【００６１】この観察系では先の実施例２に比べると２
次結像面１３がホログラムレンズ２７に略平行になって
いるため、虚像面９上の表示画像のディストーション
を、より小さくすることができる。
【００６２】図６は本発明の画像表示装置の実施例４の
要部概略図である。図６において図２で示した要素と同
一要素には同符番を付している。
【００６３】本実施例においては液晶表示素子３の中心
と反射凹面鏡１２の中心位置と偏心させている。即ち、
液晶表示素子３の中心からの主光線（光束）２９が反射
凹面鏡１２の光軸と角度θをなし、これからの反射光束
３０が反射凹面鏡１２の光軸と角度θをなし、出射し、
２次結像面３１に液晶表示素子３の表示情報３ａを再結
像する。２次結像面３１からの光束３０はホログラムレ
ンズ２８で反射回折し、観察者の眼６に達する。
【００６４】本実施例では先の実施例２と異なり、光束
２９のホログラムレンズ２８への入射角と、反射凹面鏡
１２からの光束３０のホログラムレンズ２８への入射角
とは角度２θだけ異なる。
【００６５】従って、この角度２θをホログラムレンズ
２８の角度選択特性の半値幅よりも大きくしておけば、
液晶表示素子３からの光束２９がホログラムレンズ２８
により反射回折される光量を小さく、透過光量を大きく
することができ、光量利用効率を向上させることができ
る。
【００６６】この配置においては照明部１からの光束を
効率よく利用するため、蛍光灯２からの全反射導光部材
の表面にレリーフ格子構造３２がつけられ、照明部１か
らの光束射出方向を光束２９の方向にそろえている。
【００６７】図７は本発明の画像表示装置の実施例５の
要部概略図である。
【００６８】本実施例では図２の実施例２に比べて凹面
反射鏡１２の代わりに屈折レンズより成る屈折系１２ａ
と平面鏡１２ｂとを用いている点が異なり、その他の構
成は同じである。
【００６９】本実施例ではホログラムレンズ１１より生
じるディストーションを屈折系１２ａを用いることによ
り、良好に補正していることを特徴としている。
【００７０】尚、以上の実施例１〜５において凹面反射
鏡より成る２次結像系を反射型ホログラムレンズにより
実現することもできる。この場合、光学結合素子として
のホログラムレンズの持つ回折構造により生じる波長分
散による色収差を、この２次結像系でのホログラムレン
ズの持つ回折構造によりキャンセル、又は小さくするこ
とができる。
【００７１】更に、この２次結像系でのホログラムレン
ズをリップマンホログラムのような波長選択特性が狭い
ホログラムとし、光束結合素子（ホログラム）の設計波
長近傍の波長光を選択的に反射回折するようなホログラ
ムとしておくことにより、液晶表示素子の近傍に設けて
おいた干渉フィルターを不要にできるという特徴があ
る。
【００７２】図８は本発明の画像表示装置の実施例６の
要部概略図である。
【００７３】図中１は照明部であり、光源２として蛍光
灯を有している。３は表示素子であり、液晶表示素子よ
り成り表示情報３ａを形成している。４１はリレー系で
あり、紙面内で偏心したレンズ４１−１，４１−２を有
しており、表示情報３ａを中間結像面４３に結像してい
る。
【００７４】４６は光束結合素子（コンバイナ光学素
子）であり、ホログラムレンズより成っている。６は観
察用の瞳位置であり、観察者の眼球位置に相当してい
る。４５は虚像面であり、ホログラムレンズ４６により
中間結像面４３上の表示情報３ａの虚像が形成されてい
る。Ｙは外界の自然風景等の画像情報である。１０は図
１と同様の光量調整部材であり、外界の画像情報Ｙから
の入射光量を調整している。
【００７５】本実施例ではレンズ４１−１により液晶表
示素子３の表示情報３ａ上の各点Ａ３，Ｂ３，Ｃ３から
の拡散光４２のうち主光線が略一点に集光するようにし
た後、偏心したレンズ４１−２によって中間結像面４３
に表示情報３ａの実像を形成している。
【００７６】そして中間結像面４３上の表示情報像に基
づく光束をホログラムレンズ４６により観察者の眼６方
向に反射回折している。このとき、中間結像面４３上の
表示情報像が虚像面４５に拡大虚像として形成されるよ
うにしている。
【００７７】これにより本実施例では外界の画像情報Ｙ
と表示情報３ａの拡大虚像とを空間的に重畳（スーパー
インポーズ）して、双方を同一視野で観察している。
【００７８】本実施例では中間結像面４３をホログラム
レンズ４６に近い位置に配置している。これによりホロ
グラムレンズ４６により中間結像面４３上の表示情報を
虚像面４５に大きな拡大率で形成している。
【００７９】本実施例ではホログラムレンズ４６は観察
者の視線方向に対して所定量傾けている。又、ホログラ
ムレンズ４６は強い屈折力を有するようにし、これによ
り中間結像面４３上の表示情報を虚像面４５に大きな拡
大率で形成している。この為、ホログラムレンズ４６か
らは表示画像にディストーションが生じやすくなる。
【００８０】そこで本実施例では偏心レンズを有するリ
レー系４１を用いてホログラムレンズ４６で生じるディ
ストーションを補正している。
【００８１】次に本実施例におけるディストーションの
補正方法について観察者の眼６から逆向きに光路をたど
って説明する。
【００８２】眼６に入射する虚像面４５上の３点Ａ11，
Ｂ11，Ｃ11（Ｌ（Ａ11・Ｂ11）＝Ｌ（Ｂ11・Ｃ11）とす
る。）（但し（Ｌ（Ａ11・Ｂ11）は点Ａ11から点Ｂ11ま
での距離を示す。以下同様である。）に対応する各々の
表示情報の光束は中間結像面４３上で各々点Ａ9 ，Ｂ
9 ，Ｃ9 に略集光されている。
【００８３】ここで、ホログラムレンズ４３の発生する
ディストーションによりＬ（Ａ11・Ｂ11）＝Ｌ（Ｂ11・
Ｃ11）であるにも関わらず、Ｌ（Ａ9 ・Ｂ9 ）＜Ｌ（Ｂ
9 ・Ｃ9 ）となっている。
【００８４】レンズ４１−２は液晶表示素子３上の等間
隔に並んだ３点Ａ3 ，Ｂ3 ，Ｃ3 （Ｌ（Ａ3 ・Ｂ3 ）＝
Ｌ（Ｂ3 ・Ｃ3 ））から光束を中間結像面４３上でホロ
グラムレンズ４３の発生するディストーションに合わせ
てＬ（Ａ9 ・Ｂ9 ）＜Ｌ（Ｂ9 ・Ｃ9 ）となるように中
間結像するために所定の量傾けてある。
【００８５】即ち、点Ｃ3 からレンズ４１−２の光学的
主平面までの該主平面に垂直に図った光学的に距離を点
Ａ3 から同様に図った光学的距離より小さくし、各々点
Ｃ9，点Ａ9 からレンズ４１−２の主平面までの該主平
面に垂直に図った距離ＬC ，ＬA についてＬC ＞ＬA と
なるようにしている。
【００８６】これによって中間結像面４３における結像
倍率を変えることでＬ（Ａ9 ・Ｂ9）＜Ｌ（Ｂ9 ・Ｃ
9 ）となるようにしている。
【００８７】以上、点Ａ，Ｂ，Ｃの３点について説明し
たが、観察者が視認できる全ての点に対して同様な作用
を及ぼすようにレンズ４１−２とホログラムレンズ４３
は設計・製作配置されている。
【００８８】レンズ４１−１はバックライト用の照明部
１より照明されて液晶表示素子３により発生する光束
が、該液晶表示素子３に対し、略垂直方向に強く生じる
ため、該光束をレンズ４１−２に効果的に入射されるた
めに配置されている。
【００８９】尚、本実施例におけるホログラムレンズの
製作方法として図３に示す方法が適用可能である。
【００９０】又、本実施例ではホログラムレンズの代わ
りに同様な屈折力を有した反射型の光学素子、例えば凹
面型のハーフミラー等も適用可能である。この場合もホ
ログラムレンズと同様に傾けて配置したときに発生する
ディストーションを前述したリレー系４１により同様に
補正することができる。
【００９１】図９は本発明の画像表示装置の実施例７の
要部概略図である。図９において図８で示した要素と同
一要素には同符番を付している。
【００９２】図９において液晶表示素子３からの光束は
リレー系４１を通った後、ホログラムレンズ４６を通過
し、平面ミラー５２で反射して中間結像面４３に表示情
報３ａの像を形成する。
【００９３】その後、ホログラムレンズ４６により反射
回折して観察者の眼６に入射する。このときホログラム
レンズ４６は虚像面４５上に表示情報３ａの拡大虚像を
形成し、外界の画像情報Ｙと空間的に重畳している。観
察者はこのときの虚像面４５上に形成した表示情報３ａ
の拡大虚像と外界の画像情報Ｙとを同一視野で重畳して
観察している。
【００９４】本実施例では平面ミラー５２を用いること
により、光路を折り曲げて装置全体の小型化を図ってい
る。
【００９５】ホログラムレンズ４６は図３で示す方法で
作製した振幅位相型のホログラムレンズであり、角度選
択特性を有している。従って、光束がはじめにホログラ
ムレンズ４６を入射通過する際と、その後、再度入射し
て反射回折する際の入射角度をホログラムレンズ４６の
有する波長選択幅を外すように平面ミラー５２とリレー
系４１、そして液晶表示素子３等を配置している。
【００９６】これにより、光束がはじめにホログラムレ
ンズ４６に入射通過する際に、ほとんどの光束が通過す
るようにしている。又再度ホログラムレンズ４６に入射
反射するときは、ほとんどの光束が反射するようにして
いる。
【００９７】本実施例ではホログラムレンズ４６で生じ
るディストーションは実施例６と同様にリレー系４１を
利用して補正しており、これにより良好なる観察系を構
成している。
【００９８】尚、本実施例においてはホログラムレンズ
４６の代わりに図４に示す半透過型で凹面型のフレネル
レンズ２６を前述したのと同様にして用いても良い。
【００９９】図１０は本発明の画像表示装置の実施例８
の要部概略図である。図１０において図９で示した要素
と同一要素には同符番を付している。
【０１００】同図において６１は紙面内方向のみに屈折
力を有するシリンドリカルレンズ、６２は紙面内方向に
のみ屈折力を有するシリンドリカル凹面ミラーである。
シリンドリカルレンズ６１とシリンドリカル凹面ミラー
６２は互いの焦点位置が略一致するように配置してお
り、これにより所謂シリンドリカル望遠系６３を形成し
ている。
【０１０１】本実施例例では図９においてリレー系４１
を紙面内において偏心したレンズ４１−１，４１−２よ
り構成している。このとき紙面に垂直方向の非対称性に
より、観察者に対して縦方向（紙面内方向）と横方向
（紙面と垂直方向）の画像結像倍率に差が生じ、倍率差
によるディストーションが生じる場合がある。
【０１０２】本実施例では、このときのディストーショ
ンをシリンドリカル望遠系６３により補正していること
を特徴としている。
【０１０３】本実施例では液晶表示素子３からの光束は
リレー系４１とシリンドリカルレンズ６１を通った後、
ホログラムレンズ４６を素通りし、シリンドリカル凹面
ミラー６２に入射する。そしてシリンドリカル凹面ミラ
ー６２で反射し、中間結像面４３に表示情報３ａの中間
像を形成する。その後、ホログラムレンズ４６で反射回
折し、観察者の眼６に入射する。ホログラムレンズ４６
は虚像面４５上に表示情報３ａの拡大虚像を形成してい
る。
【０１０４】本実施例において液晶表示素子３から中間
結像面４３への結像及びディストーションの補正は実施
例６，７と同様に、主にリレー系４１によって行なって
いる。シリンドリカル望遠系６３は紙面内方向（観察者
に対し縦方向）の結像倍率を調整し、光学系全体として
縦方向と横方向の倍率が略同一となるように設定してい
る。
【０１０５】尚、本実施例においてリレー系４１・シリ
ンドリカルレンズ６１・シリンドリカル凹面ミラー６
２、そしてホログラムレンズ４６を全体として用いて縦
方向と横方向の倍率を一致させるようにしても良い。
【０１０６】尚、以上の各実施例において観察系を２系
統用意して液晶表示素子に各々視差のある表示情報を与
えて各々観察者の右眼と左眼で観察しても良く、これに
よれば立体感のある表示情報を観察することができる。
【０１０７】
【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を適
切に設定することにより、表示素子からの表示情報に基
づく光束の利用効率を高め、明るく、かつディストーシ
ョンが少ない大画面の表示情報が容易に得られ、外界の
風景等の画像情報と共に双方を同一視野で良好に観察す
ることができ、かつ装置全体の小型化を図った画像表示
装置を達成することができる。
【０１０８】この他、眼球の疲労感が少なく、立体感の
ある表示情報を観察することができる立体画像観察装置
に好適な画像表示装置、又表示情報を観察系の歪曲収差
の諸収差を補正して、高い光学性能で観察することがで
きるようにした画像表示装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１の要部概略図
【図２】 本発明の実施例２の要部概略図
【図３】 図２のホログラムレンズの作製方法の説明
図
【図４】 本発明に係るフレネルレンズの要部断面図
【図５】 本発明の実施例３の要部概略図
【図６】 本発明の実施例４の要部概略図
【図７】 本発明の実施例５の要部概略図
【図８】 本発明の実施例６の要部概略図
【図９】 本発明の実施例７の要部概略図図
【図１０】 本発明の実施例８の要部概略図
【図１１】 従来の画像表示装置の要部概略図
【符号の説明】
１ 照明部 ２ 光源 ３ 表示素子 ３ａ 表示情報 ４ 光束結合素子 ５，１２ 反射凹面鏡 ９ 虚像面 １０ 光量調整部材 １１，４６ ホログラムレンズ Ｙ 画像情報 ４１ リレー系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須藤 敏行 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 金子 正 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 吉永 曜子 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 小林 辰 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 表示素子からの表示情報と、該表示情報
    とは異なった方向に位置している画像情報の２つの情報
    を光透過性の光束結合素子を介して空間的に重畳して同
    一視野で観察する際、該表示素子からの光束を該光束結
    合素子を介して反射系に導光し、該反射系で反射させた
    後、再度該光束結合素子を介して観察者の方向に導光
    し、該表示素子の表示情報を観察していることを特徴と
    する画像表示装置。
  2. 【請求項２】 前記光束結合素子を該表示素子からの光
    束の少なくとも一部が透過して反射系に導光された後、
    該反射系で反射され、再度該光束結合に導光され、該光
    束結合素子で少なくとも一部が反射されて眼に導かれる
    ことを特徴とする請求項１の画像表示装置。
  3. 【請求項３】 前記表示素子は視差のある２つの表示情
    報を表示しており、前記光束結合素子と反射系は該２つ
    の表示情報を観察者の右眼と左眼に各々導光するように
    していることを特徴とする請求項１又は２の画像表示装
    置。
  4. 【請求項４】 前記光束結合素子を反射型ホログラムよ
    り構成したことを特徴とする請求項１又は２，３の画像
    表示装置。
  5. 【請求項５】 前記反射系は前記表示素子からの表示情
    報を前記光束結合素子近傍に結像していることを特徴と
    する請求項１又は２，３の画像表示装置。
  6. 【請求項６】 前記画像情報と光束結合素子との間の光
    路中に光量調整部材を設け、該画像情報からの光束の観
    察者の眼に入射する光量を調整したことを特徴とする請
    求項１又は２，３の画像表示装置。
  7. 【請求項７】 表示素子からの表示情報と、該表示情報
    とは異なった方向に位置している画像情報の２つの情報
    を光透過性の光束結合素子を介して空間的に重畳して同
    一視野で観察する際、該表示素子と該光束結合素子との
    間の光路中に偏心した又は／かつ傾けた光学素子を有す
    るリレー系を設けたことを特徴とする画像表示装置。
  8. 【請求項８】 表示素子からの表示情報と、該表示情報
    とは異なった方向に位置している画像情報の２つの情報
    を光透過性の光束結合素子を介して空間的に重畳して同
    一視野で観察する際、該表示素子からの光束を偏心させ
    た又は／かつ傾けた光学素子を有するリレー系を通過さ
    せた後、該光束結合素子を介して反射系に導光し、該反
    射系で反射させた後、再度該光束結合素子を介して観察
    者の方向に導光し、該表示素子の表示情報を観察してい
    ることを特徴とする画像表示装置。
  9. 【請求項９】 前記表示素子の表示情報を観察する為の
    光路中にシリンドリカル望遠光学系を設けたことを特徴
    とする請求項７又は８の画像表示装置。
  10. 【請求項１０】 前記光路結合素子を反射型ホログラム
    より構成したことを特徴とする請求項７又は８の画像表
    示装置。
JP4352013A 1992-12-08 1992-12-08 画像表示装置 Pending JPH06175075A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4352013A JPH06175075A (ja) 1992-12-08 1992-12-08 画像表示装置
US08/162,756 US5625493A (en) 1992-12-08 1993-12-07 Image display apparatus having a beam combiner for superimposing first and second lights

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4352013A JPH06175075A (ja) 1992-12-08 1992-12-08 画像表示装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06175075A true JPH06175075A (ja) 1994-06-24

Family

ID=18421185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4352013A Pending JPH06175075A (ja) 1992-12-08 1992-12-08 画像表示装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US5625493A (ja)
JP (1) JPH06175075A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015129828A1 (ja) * 2014-02-26 2015-09-03 矢崎総業株式会社 表示光投影用光学デバイス
EP3133437A4 (en) * 2014-04-14 2017-03-22 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Heads-up display and moving body equipped with heads-up display
US10234683B2 (en) 2014-04-14 2019-03-19 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Head-up display, and vehicle equipped with head-up display

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996018126A1 (fr) * 1994-12-09 1996-06-13 Enplas Corporation Casque virtuel et systeme optique utilise pour celui-ci
US6379009B1 (en) 1996-04-24 2002-04-30 James L. Fergason Conjugate optics projection display with image enhancement
JP3703225B2 (ja) * 1996-09-02 2005-10-05 キヤノン株式会社 立体画像表示方法及びそれを用いた立体画像表示装置
JPH10170859A (ja) 1996-12-09 1998-06-26 Canon Inc 画像表示装置
JP3441911B2 (ja) * 1997-02-20 2003-09-02 キヤノン株式会社 情報処理装置及び方法
US5913591A (en) * 1998-01-20 1999-06-22 University Of Washington Augmented imaging using a silhouette to improve contrast
US6236511B1 (en) * 2000-03-20 2001-05-22 Rockwell Collins, Inc. Beam combining optical element
US6490095B2 (en) 2000-03-23 2002-12-03 Canon Kabushiki Kaisha Image display apparatus
JP4387554B2 (ja) 2000-04-28 2009-12-16 キヤノン株式会社 画像表示装置および画像表示システム
JP4194218B2 (ja) 2000-04-28 2008-12-10 キヤノン株式会社 画像表示装置および画像表示システム
JP2001311904A (ja) 2000-04-28 2001-11-09 Canon Inc 画像表示装置および画像表示システム
JP2002118799A (ja) 2000-05-10 2002-04-19 Canon Inc 画像表示装置、画像表示システムおよび画像表示素子
JP4182631B2 (ja) * 2000-09-11 2008-11-19 沖電気工業株式会社 光学装置
JP2004305367A (ja) * 2003-04-04 2004-11-04 Olympus Corp 立体観察装置
US7656585B1 (en) * 2008-08-19 2010-02-02 Microvision, Inc. Embedded relay lens for head-up displays or the like
US7777960B2 (en) * 2007-09-10 2010-08-17 Microvision, Inc. Wide field of view head-up display system
US8294993B2 (en) 2010-07-26 2012-10-23 Microvision, Inc. Variable reflectivity notch filter and optical devices using same
US20120038663A1 (en) * 2010-08-12 2012-02-16 Harald Gustafsson Composition of a Digital Image for Display on a Transparent Screen
US8665286B2 (en) 2010-08-12 2014-03-04 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Composition of digital images for perceptibility thereof
US9216068B2 (en) 2012-06-27 2015-12-22 Camplex, Inc. Optics for video cameras on a surgical visualization system
US9642606B2 (en) 2012-06-27 2017-05-09 Camplex, Inc. Surgical visualization system
EP2999414B1 (en) 2013-05-21 2018-08-08 Camplex, Inc. Surgical visualization systems
US9135893B2 (en) * 2013-05-28 2015-09-15 Infineon Technologies Ag Display device
WO2015042483A2 (en) 2013-09-20 2015-03-26 Camplex, Inc. Surgical visualization systems
WO2015042460A1 (en) 2013-09-20 2015-03-26 Camplex, Inc. Surgical visualization systems and displays
US10702353B2 (en) 2014-12-05 2020-07-07 Camplex, Inc. Surgical visualizations systems and displays
WO2016154589A1 (en) 2015-03-25 2016-09-29 Camplex, Inc. Surgical visualization systems and displays
WO2017022176A1 (ja) * 2015-08-06 2017-02-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 ヘッドアップディスプレイおよびヘッドアップディスプレイを搭載した移動体
US10966798B2 (en) 2015-11-25 2021-04-06 Camplex, Inc. Surgical visualization systems and displays
JP6830222B2 (ja) * 2016-06-30 2021-02-17 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 ヘッドアップディスプレイ
WO2018208691A1 (en) 2017-05-08 2018-11-15 Camplex, Inc. Variable light source
JP2022072205A (ja) * 2020-10-29 2022-05-17 セイコーエプソン株式会社 表示モジュール、表示モジュールの組み立て方法および虚像表示装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3059519A (en) * 1956-09-05 1962-10-23 Austin N Stanton Headgear mounted cathode ray tube and binocular viewing device
US3549803A (en) * 1967-12-06 1970-12-22 Goodyear Aerospace Corp Virtual image system for training simulator
US3680946A (en) * 1969-06-04 1972-08-01 Polaroid Corp Compact rangefinding device
GB1533859A (en) * 1975-04-29 1978-11-29 Elliott Bros Headgear incorporating optical display systems
US4592620A (en) * 1984-02-18 1986-06-03 Smiths Industries Public Limited Company Display units for aircraft
US4821307A (en) * 1987-02-10 1989-04-11 Flint Iii Paul L Image splitter for two-way imaging apparatus
GB8719854D0 (en) * 1987-08-21 1987-09-30 Secr Defence Optical system
JPH01296214A (ja) * 1988-05-25 1989-11-29 Canon Inc 表示装置
JP2585717B2 (ja) * 1988-06-03 1997-02-26 キヤノン株式会社 表示装置
US5162928A (en) * 1988-11-02 1992-11-10 Canon Kabushiki Kaisha Head-up display apparatus
JP2705245B2 (ja) * 1989-09-27 1998-01-28 キヤノン株式会社 ヘッドアップディスプレイ装置
JPH03203478A (ja) * 1989-12-28 1991-09-05 Sony Corp 顔面装着型視覚装置
DE69221987T2 (de) * 1991-11-01 1998-02-05 Sega Enterprises Kk Am Kopf befestigte Abbildungsvorrichtung
JP2543557Y2 (ja) * 1992-02-28 1997-08-06 矢崎総業株式会社 車両用表示装置
US5305124A (en) * 1992-04-07 1994-04-19 Hughes Aircraft Company Virtual image display system

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015129828A1 (ja) * 2014-02-26 2015-09-03 矢崎総業株式会社 表示光投影用光学デバイス
JP2015161732A (ja) * 2014-02-26 2015-09-07 矢崎総業株式会社 表示光投影用光学デバイス
US10095028B2 (en) 2014-02-26 2018-10-09 Yazaki Corporation Display light projection optical device
EP3133437A4 (en) * 2014-04-14 2017-03-22 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Heads-up display and moving body equipped with heads-up display
US10234683B2 (en) 2014-04-14 2019-03-19 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Head-up display, and vehicle equipped with head-up display

Also Published As

Publication number Publication date
US5625493A (en) 1997-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH06175075A (ja) 画像表示装置
JP3376023B2 (ja) 立体画像表示方法及び画像表示装置
JP5003291B2 (ja) 映像表示装置
US6989935B2 (en) Optical arrangements for head mounted displays
JP3151766B2 (ja) 画像表示装置
JP4508655B2 (ja) 光導体光学装置
US6715885B2 (en) Display device with screen having curved surface
JP4874593B2 (ja) 映像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ
JP4492536B2 (ja) イメージコンバイナ及び画像表示装置
EP1542062A1 (en) Image combiner and image display unit
JPH11194295A (ja) 光学系
JP2001042251A (ja) 映像表示装置
JP2017135605A (ja) 画像表示装置
JPH11174368A (ja) 画像表示装置
US6396463B1 (en) Image projection apparatus
WO2011001787A1 (ja) 映像表示装置、ｈｍｄおよびｈｕｄ
CN111999897A (zh) 一种基于体全息衍射光学的透射式平视显示器
JP2021012255A (ja) 虚像表示装置
CN212302103U (zh) 一种基于体全息衍射光学的透射式平视显示器
JP3151771B2 (ja) 画像表示装置
CN113534477B (zh) 光学组件、显示系统及制造方法
JP2004325985A (ja) 画像表示装置
US20230418034A1 (en) Anamorphic directional illumination device
WO2023233823A1 (ja) 画像表示装置及び表示装置
CN113534476B (zh) 光学组件、显示系统及制造方法