JP2000075240A - 複合表示装置 - Google Patents
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- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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- G02B27/017—Head mounted
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
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- G02B5/30—Polarising elements
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 液晶表示素子に表示された画像情報を適切に
設定した自由曲面を有する光学素子を介して拡大して観
察するようにしたヘッドマウントディスプレイに好適な
複合表示装置を得ること。 【解決手段】 撮像光学系２０の光路と表示光学系１０
の光路と分離する光路分離手段を有し、該表示光学系と
該撮像光学系はいずれも複数の偏心し曲率を有した反射
面１４を有しており、該表示光学系の複数の反射面によ
り、該表示手段からの光は眼球光軸方向に交互に折り畳
まれ眼球Ｅに導かれ、外界からの光は前記光路分離手段
及び前記複数の反射面により観察方向と異った方向に交
互に折り畳まれており、さらに該撮像光学系は絞り２３
とその後方に配置したリア光学系２４を有しており、該
撮像光学系は前記絞りよりも前方の光路中に、負のパワ
ーを有する面と正のパワーを有する面を有し、前記リア
光学系は正のパワーを有する屈折光学系あるいは反射光
学系であること。
設定した自由曲面を有する光学素子を介して拡大して観
察するようにしたヘッドマウントディスプレイに好適な
複合表示装置を得ること。 【解決手段】 撮像光学系２０の光路と表示光学系１０
の光路と分離する光路分離手段を有し、該表示光学系と
該撮像光学系はいずれも複数の偏心し曲率を有した反射
面１４を有しており、該表示光学系の複数の反射面によ
り、該表示手段からの光は眼球光軸方向に交互に折り畳
まれ眼球Ｅに導かれ、外界からの光は前記光路分離手段
及び前記複数の反射面により観察方向と異った方向に交
互に折り畳まれており、さらに該撮像光学系は絞り２３
とその後方に配置したリア光学系２４を有しており、該
撮像光学系は前記絞りよりも前方の光路中に、負のパワ
ーを有する面と正のパワーを有する面を有し、前記リア
光学系は正のパワーを有する屈折光学系あるいは反射光
学系であること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は外界の画像情報から
の光を取り込み撮像素子に形成する撮像光学系と液晶等
の表示手段に表示した画像情報を観察する表示光学系と
を合わせ持つ装置全体の小型化を図った複合表示装置に
関するものであり、特にヘッドマンテッドディスプレイ
やメガネ型ディスプレイと称せられる装置に好適なもの
である。
の光を取り込み撮像素子に形成する撮像光学系と液晶等
の表示手段に表示した画像情報を観察する表示光学系と
を合わせ持つ装置全体の小型化を図った複合表示装置に
関するものであり、特にヘッドマンテッドディスプレイ
やメガネ型ディスプレイと称せられる装置に好適なもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来より、ヘッドマンテッドディスプレ
イ（ＨＭＤ）に小型のＣＣＤカメラを取り付け、小型の
ＣＣＤカメラから得られた画像情報をＨＭＤにそのまま
表示する装置や、又は小型のＣＣＤカメラから得られた
画像情報を処理して何らかの画像情報に変換し、それを
ＨＭＤに表示する装置が提案されている。又、ＨＭＤに
おいてシースルー型のＨＭＤ（外界の光をダイレクトで
角倍率１で観察できる構成のＨＭＤ）も種々と提案され
ている。
イ（ＨＭＤ）に小型のＣＣＤカメラを取り付け、小型の
ＣＣＤカメラから得られた画像情報をＨＭＤにそのまま
表示する装置や、又は小型のＣＣＤカメラから得られた
画像情報を処理して何らかの画像情報に変換し、それを
ＨＭＤに表示する装置が提案されている。又、ＨＭＤに
おいてシースルー型のＨＭＤ（外界の光をダイレクトで
角倍率１で観察できる構成のＨＭＤ）も種々と提案され
ている。
【０００３】このような形態のＨＭＤは、ＨＭＤの表示
手段で表示した画像情報を観察する為の表示光学系の眼
球光軸と外界の画像情報をＣＣＤ面上に結像させるＣＣ
Ｄカメラの光軸が異なっているとパララックスが生じて
くる。パララックスがなく、撮像光学系と表示光学系と
を合わせ持つ装置が、特開平４−２２３５８号公報や特
開平５−３０３０５３号公報で提案されている。
手段で表示した画像情報を観察する為の表示光学系の眼
球光軸と外界の画像情報をＣＣＤ面上に結像させるＣＣ
Ｄカメラの光軸が異なっているとパララックスが生じて
くる。パララックスがなく、撮像光学系と表示光学系と
を合わせ持つ装置が、特開平４−２２３５８号公報や特
開平５−３０３０５３号公報で提案されている。
【０００４】特開平４−２２３５８号公報で提案されて
いる表示光学系は、小型液晶から発せられた光が平面ハ
ーフミラーを介した後、接眼レンズにより眼球に導かれ
ている。一方、撮像光学系は外界の光が平面ハーフミラ
ーを介した後、小型カメラに結像されている。この平面
ハーフミラーは４５度で配置されているため装置が大き
くなる傾向があった。又眼球の前に接眼レンズがあるた
め、シースルー光学系が成り立たない。
いる表示光学系は、小型液晶から発せられた光が平面ハ
ーフミラーを介した後、接眼レンズにより眼球に導かれ
ている。一方、撮像光学系は外界の光が平面ハーフミラ
ーを介した後、小型カメラに結像されている。この平面
ハーフミラーは４５度で配置されているため装置が大き
くなる傾向があった。又眼球の前に接眼レンズがあるた
め、シースルー光学系が成り立たない。
【０００５】特開平５−３０３０５３号公報では、シー
スルー光学系が成り立つ構成を開示しているが、光学系
が複雑で装置が非常に大きくなる傾向があった。
スルー光学系が成り立つ構成を開示しているが、光学系
が複雑で装置が非常に大きくなる傾向があった。
【０００６】更に表示素子として反射型の液晶パネルを
用いる場合は、照明光学系を別個に設ける必要があり、
装置全体が大型化する傾向があった。
用いる場合は、照明光学系を別個に設ける必要があり、
装置全体が大型化する傾向があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ＨＭＤ等の画像観察装
置では、装置を観察者の頭部に装着する為に装置全体の
小型化、及び軽量化を図ることが重要な課題となってい
る。又、パララックスがなく、かつシースルー光学系が
成り立つ小型の装置が要望されている。
置では、装置を観察者の頭部に装着する為に装置全体の
小型化、及び軽量化を図ることが重要な課題となってい
る。又、パララックスがなく、かつシースルー光学系が
成り立つ小型の装置が要望されている。
【０００８】本発明は液晶ディスプレイ等の表示手段に
表示した画像情報を観察する際、表示手段からの光束を
観察者の眼球に導光する為の複数の偏心反射面を有する
プリズム体を含む表示光学系の構成及び外界の画像情報
をＣＣＤ等の撮像素子面上に結像させる撮像光学系の構
成を適切に設定することによって、装置全体の小型化を
図りつつ、該双方の画像情報を良好なる状態で観察する
ことができる複合表示装置の提供を目的とする。
表示した画像情報を観察する際、表示手段からの光束を
観察者の眼球に導光する為の複数の偏心反射面を有する
プリズム体を含む表示光学系の構成及び外界の画像情報
をＣＣＤ等の撮像素子面上に結像させる撮像光学系の構
成を適切に設定することによって、装置全体の小型化を
図りつつ、該双方の画像情報を良好なる状態で観察する
ことができる複合表示装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の複合表示装置
は、 (1-1) 画像情報を表示する表示手段、該表示手段からの
光を観察者の眼球へ導く表示光学系、外界からの光を撮
像素子に結像させる撮像光学系、表示光学系は、そこか
ら眼球に至る眼球光軸を延長した軸上に該撮像光学系の
撮影光軸が略一致しており、該撮像光学系の光路と該表
示光学系の光路と分離する光路分離手段を有し、該表示
光学系と該撮像光学系はいずれも複数の偏心し曲率を有
した反射面を有しており、該表示光学系の複数の反射面
により、該表示手段からの光は眼球光軸方向に交互に折
り畳まれ眼球に導かれ、外界からの光は前記光路分離手
段及び前記複数の反射面により観察方向と異った方向に
交互に折り畳まれており、さらに該撮像光学系は絞りと
その後方に配置したリア光学系を有しており、該撮像光
学系は前記絞りよりも前方の光路中に、絞りに向かって
順に負のパワーを有する面と正のパワーを有する面を有
し、前記リア光学系は正のパワーを有する屈折光学系あ
るいは反射光学系であることを特徴としている。
は、 (1-1) 画像情報を表示する表示手段、該表示手段からの
光を観察者の眼球へ導く表示光学系、外界からの光を撮
像素子に結像させる撮像光学系、表示光学系は、そこか
ら眼球に至る眼球光軸を延長した軸上に該撮像光学系の
撮影光軸が略一致しており、該撮像光学系の光路と該表
示光学系の光路と分離する光路分離手段を有し、該表示
光学系と該撮像光学系はいずれも複数の偏心し曲率を有
した反射面を有しており、該表示光学系の複数の反射面
により、該表示手段からの光は眼球光軸方向に交互に折
り畳まれ眼球に導かれ、外界からの光は前記光路分離手
段及び前記複数の反射面により観察方向と異った方向に
交互に折り畳まれており、さらに該撮像光学系は絞りと
その後方に配置したリア光学系を有しており、該撮像光
学系は前記絞りよりも前方の光路中に、絞りに向かって
順に負のパワーを有する面と正のパワーを有する面を有
し、前記リア光学系は正のパワーを有する屈折光学系あ
るいは反射光学系であることを特徴としている。
【００１０】特に、 (1-1-1) 前記撮像光学系は負のパワーの屈折面と正のパ
ワーの反射面を有していること。
ワーの反射面を有していること。
【００１１】(1-1-2) 前記撮像光学系は負の屈折力の反
射面と正の屈折力の反射面を有していること。
射面と正の屈折力の反射面を有していること。
【００１２】(1-1-3) 前記複数の偏心し曲率を有した反
射面は、面頂点回りのアジムス角度によりパワーが異な
る面であること。
射面は、面頂点回りのアジムス角度によりパワーが異な
る面であること。
【００１３】(1-1-4) 前記表示光学系及び前記撮像光学
系は、パワーを有した３面以上の異なる光学面を持つプ
リズムを有すること。
系は、パワーを有した３面以上の異なる光学面を持つプ
リズムを有すること。
【００１４】(1-1-5) 前記撮像光学系の１つの面は前記
光路分離手段を形成する面であること。
光路分離手段を形成する面であること。
【００１５】(1-1-6) 前記撮像光学系は、前記リア光学
系を用いてピント調節をすること。
系を用いてピント調節をすること。
【００１６】(1-1-7) 前記撮像光学系の反射面と前記表
示光学系の反射面、そして前記光路分離手段は同一の面
より成っていること。
示光学系の反射面、そして前記光路分離手段は同一の面
より成っていること。
【００１７】(1-1-8) 外界からの光が前記光路分離手段
を透過して眼球へ導かれ、外界を観察できるシースルー
光学系を有すること。
を透過して眼球へ導かれ、外界を観察できるシースルー
光学系を有すること。
【００１８】(1-1-9) 前記撮像光学系からの画像情報を
前記表示手段に伝達する伝達手段を有すること。
前記表示手段に伝達する伝達手段を有すること。
【００１９】(1-1-10)前記伝達手段を介して表示された
外界の画像の画角は、外界の光が直接目に入る画角と同
等もしくはそれ以下であること。
外界の画像の画角は、外界の光が直接目に入る画角と同
等もしくはそれ以下であること。
【００２０】(1-1-11)前記表示手段は反射型の表示素子
を有し、該表示素子へ照明光を入射させる照明光学系を
有し、該照明光学系は前記撮像光学系及び前記表示光学
系と一部光学系を共有し、前記第１の光路分離手段によ
り前記表示光学系の光路から分離され、第２の光路分離
手段により前記撮像光学系と分離される構成であるこ
と。
を有し、該表示素子へ照明光を入射させる照明光学系を
有し、該照明光学系は前記撮像光学系及び前記表示光学
系と一部光学系を共有し、前記第１の光路分離手段によ
り前記表示光学系の光路から分離され、第２の光路分離
手段により前記撮像光学系と分離される構成であるこ
と。
【００２１】(1-1-12)前記第１及び第２の光路分離手段
の内、少なくとも一方は偏光ビームスプリッターである
こと。
の内、少なくとも一方は偏光ビームスプリッターである
こと。
【００２２】(1-1-13)前記表示光学系は偏光板を有する
こと。
こと。
【００２３】(1-1-14)前記表示光学系の偏光板は回転可
能であること。
能であること。
【００２４】(1-1-15)前記照明光学系は偏光板を有する
こと。
こと。
【００２５】(1-1-16)前記撮像光学系は偏光板を有する
こと。
こと。
【００２６】(1-1-17)該撮像光学系の偏光板は回転可能
であること等を特徴としている。 (1-2) 画像情報を表示した表示手段からの光束を観察者
の眼球に導光する複数の反射面を有する表示光学系と、
外界からの光束を撮像素子に結像させる複数の反射面を
有する撮像光学系とを有し、該撮像光学系を通過する光
束は光路中に設けた偏心した曲率を有した反射面より成
る光路分離手段によって該表示光学系の光路と逆方向に
分離しており、該表示光学系は該光路分離手段の反射面
の一方側の反射面を含み、該撮像光学系は該光路分離手
段の反射面の他方側の反射面を含み該撮像光学系は正の
屈折力と負の反射面と絞り、そして正の屈折力のリヤ光
学系とを有し、該リヤ光学系を用いてフォーカスを行っ
ていることを特徴としている。
であること等を特徴としている。 (1-2) 画像情報を表示した表示手段からの光束を観察者
の眼球に導光する複数の反射面を有する表示光学系と、
外界からの光束を撮像素子に結像させる複数の反射面を
有する撮像光学系とを有し、該撮像光学系を通過する光
束は光路中に設けた偏心した曲率を有した反射面より成
る光路分離手段によって該表示光学系の光路と逆方向に
分離しており、該表示光学系は該光路分離手段の反射面
の一方側の反射面を含み、該撮像光学系は該光路分離手
段の反射面の他方側の反射面を含み該撮像光学系は正の
屈折力と負の反射面と絞り、そして正の屈折力のリヤ光
学系とを有し、該リヤ光学系を用いてフォーカスを行っ
ていることを特徴としている。
【００２７】特に、 (1-2-1) 前記表示手段を光源からの光束で前記撮影光学
系と表示光学系を利用して照明していること。
系と表示光学系を利用して照明していること。
【００２８】(1-2-2) 前記光源からの光束を光分割部材
を介して前記撮像光学系へ導光していること等を特徴と
している。
を介して前記撮像光学系へ導光していること等を特徴と
している。
【００２９】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の要部
概略図である。図１の複合表示装置は表示素子（表示手
段）１１、プリズム体Ｌ１から構成される表示光学系１
０、そしてプリズム体Ｌ２、絞り２３、レンズ群２４、
撮像素子２５から構成される撮像光学系２０を有してい
る。
概略図である。図１の複合表示装置は表示素子（表示手
段）１１、プリズム体Ｌ１から構成される表示光学系１
０、そしてプリズム体Ｌ２、絞り２３、レンズ群２４、
撮像素子２５から構成される撮像光学系２０を有してい
る。
【００３０】バックライト付き透過型の液晶パネルなど
の表示素子１１から出射された光束は、プリズム体Ｌ１
の面１２で屈折してプリズム体Ｌ１に入射し、臨界角以
上の角度で面１３に入射して全反射され、正のパワーを
有したミラー面１４で反射され、臨界角以下の角度で再
び面１３に入射し、屈折してプリズム体Ｌ１から射出さ
れ、観察眼Ｅに導かれる。これによって表示光学系を構
成している。プリズム体Ｌ１の３つの面１２，面１３，
面１４はそれぞれ光学的パワーを有しており表示素子１
１の拡大された虚像を観察者の前方に形成する。面１
２，面１３，面１４はそれぞれ面頂点回りのアジムス角
度によりパワーが異なる回転非対称非球面で構成するこ
とにより光学系を偏心させることにより生じる諸収差を
少ない光学要素で補正することが可能としている。尚、
面１３をハーフミラー面とすれば後述するプリズム体Ｌ
２を介して外界の画像情報（外界像）と表示素子１１の
表示情報とを空間的に重畳して観察することができる。
の表示素子１１から出射された光束は、プリズム体Ｌ１
の面１２で屈折してプリズム体Ｌ１に入射し、臨界角以
上の角度で面１３に入射して全反射され、正のパワーを
有したミラー面１４で反射され、臨界角以下の角度で再
び面１３に入射し、屈折してプリズム体Ｌ１から射出さ
れ、観察眼Ｅに導かれる。これによって表示光学系を構
成している。プリズム体Ｌ１の３つの面１２，面１３，
面１４はそれぞれ光学的パワーを有しており表示素子１
１の拡大された虚像を観察者の前方に形成する。面１
２，面１３，面１４はそれぞれ面頂点回りのアジムス角
度によりパワーが異なる回転非対称非球面で構成するこ
とにより光学系を偏心させることにより生じる諸収差を
少ない光学要素で補正することが可能としている。尚、
面１３をハーフミラー面とすれば後述するプリズム体Ｌ
２を介して外界の画像情報（外界像）と表示素子１１の
表示情報とを空間的に重畳して観察することができる。
【００３１】外界からの光束は、プリズム体Ｌ２の面２
１で屈折されプリズム体Ｌ２に入射し、負のパワーを有
したミラー面１４で反射されて臨界角以上の角度で正の
パワーを有する面２１に再び入射し全反射され、面２２
で屈折されプリズム体Ｌ２から射出され、絞り２３に導
かれる。絞り２３を通過した光束は正のパワーを有した
レンズ群２４により集光されＣＣＤなどの撮像素子２５
上に外界の画像情報（外界像）を形成する。
１で屈折されプリズム体Ｌ２に入射し、負のパワーを有
したミラー面１４で反射されて臨界角以上の角度で正の
パワーを有する面２１に再び入射し全反射され、面２２
で屈折されプリズム体Ｌ２から射出され、絞り２３に導
かれる。絞り２３を通過した光束は正のパワーを有した
レンズ群２４により集光されＣＣＤなどの撮像素子２５
上に外界の画像情報（外界像）を形成する。
【００３２】以上の各要素Ｌ１、２３〜２５で撮像光学
系を構成している。そして撮像光学系で得た外界像を電
気処理系（不図示）を介して表示素子１１に表示して表
示素子１１の表示情報の双方を観察している。面２１，
面２２はそれぞれ面頂点回りのアジムス角度によりパワ
ーが異なる回転非対称非球面で構成している。このよう
な構成とすることにより、全系としての正のパワーを、
絞り２３を挟んで分散させることが可能となり、収差補
正及び光学系の大きさの面からバランスのとれた撮像光
学系を実現している。
系を構成している。そして撮像光学系で得た外界像を電
気処理系（不図示）を介して表示素子１１に表示して表
示素子１１の表示情報の双方を観察している。面２１，
面２２はそれぞれ面頂点回りのアジムス角度によりパワ
ーが異なる回転非対称非球面で構成している。このよう
な構成とすることにより、全系としての正のパワーを、
絞り２３を挟んで分散させることが可能となり、収差補
正及び光学系の大きさの面からバランスのとれた撮像光
学系を実現している。
【００３３】このように、表示光学系及び撮像光学系の
光路をパワーを有するミラー面１４の表裏を用い分離
し、光路を逆方向に折り畳むように構成することにより
光学系の小型化を可能としている。また複数の偏心し曲
率を有した反射面をプリズム面として、複数の反射面を
一体で構成して製造を容易としている。
光路をパワーを有するミラー面１４の表裏を用い分離
し、光路を逆方向に折り畳むように構成することにより
光学系の小型化を可能としている。また複数の偏心し曲
率を有した反射面をプリズム面として、複数の反射面を
一体で構成して製造を容易としている。
【００３４】また、図１のように表示光学系の光軸Ｏ１
と撮像光学系の光軸Ｏ２を略一致させ、さらに撮影表示
画角を、外界の光が直接眼に入る画角と一致あるいはそ
れ以下とすることにより、パララックスのない自然な外
界像を表示観察することを可能としている。
と撮像光学系の光軸Ｏ２を略一致させ、さらに撮影表示
画角を、外界の光が直接眼に入る画角と一致あるいはそ
れ以下とすることにより、パララックスのない自然な外
界像を表示観察することを可能としている。
【００３５】撮像光学系により受像した外界像と、図示
しない情報生成手段により生成された表示情報を、図示
しない合成手段により合成して表示素子１１に表示する
ことにより、パララックスがないためスーパーインポー
ズさせられた情報はあたかも現実世界のもののように見
ることができる。
しない情報生成手段により生成された表示情報を、図示
しない合成手段により合成して表示素子１１に表示する
ことにより、パララックスがないためスーパーインポー
ズさせられた情報はあたかも現実世界のもののように見
ることができる。
【００３６】図２（Ａ）は図１のミラー面１４をハーフ
ミラー面としたときの説明図である。図２（Ａ）に示す
ようにミラー面１４をハーフミラーとし、プリズム体Ｌ
１及びプリズム体Ｌ２の屈折率を略同じにすることによ
り、外界を直接観察できるシースルー機能を設けること
ができる。図２（Ｂ）は図１のプリズム体Ｌ２の外側に
レンズＬＦを設けたときの説明図である。図２（Ｂ）に
示すレンズＬＦは正、又は負どちらのパワーを有しても
良い。
ミラー面としたときの説明図である。図２（Ａ）に示す
ようにミラー面１４をハーフミラーとし、プリズム体Ｌ
１及びプリズム体Ｌ２の屈折率を略同じにすることによ
り、外界を直接観察できるシースルー機能を設けること
ができる。図２（Ｂ）は図１のプリズム体Ｌ２の外側に
レンズＬＦを設けたときの説明図である。図２（Ｂ）に
示すレンズＬＦは正、又は負どちらのパワーを有しても
良い。
【００３７】図３は図１の撮像光学系のレンズ群２４を
正の屈折力の反射面２４'で構成したときの説明図であ
る。
正の屈折力の反射面２４'で構成したときの説明図であ
る。
【００３８】本実施形態において、撮像光学系のピント
調節は絞り面２３以降のレンズ群で行っている。これは
絞り面以降の光学系２４、２４'のほうが光学系が小さ
いためピント調節がしやすいためである。
調節は絞り面２３以降のレンズ群で行っている。これは
絞り面以降の光学系２４、２４'のほうが光学系が小さ
いためピント調節がしやすいためである。
【００３９】図４〜図７は本発明の実施形態１の一部分
を変更した要部概略図である。図４〜図７において図１
に示した実施形態と同じ機能を有する部分については、
同じ符号を付し説明を略す。
を変更した要部概略図である。図４〜図７において図１
に示した実施形態と同じ機能を有する部分については、
同じ符号を付し説明を略す。
【００４０】図４に示す実施形態は、図１に示す実施形
態の撮像光学系２０のプリズム体Ｌ２と絞り２３の間に
光学要素ＬＲを付加した点が異っており、その他の構成
は同じである。このように構成することにより、プリズ
ム体Ｌ２を構成する各面のパワーを小さくすることが可
能となり、より小型の光学系を提供することが可能とな
る。
態の撮像光学系２０のプリズム体Ｌ２と絞り２３の間に
光学要素ＬＲを付加した点が異っており、その他の構成
は同じである。このように構成することにより、プリズ
ム体Ｌ２を構成する各面のパワーを小さくすることが可
能となり、より小型の光学系を提供することが可能とな
る。
【００４１】図５に示す実施形態は、図１に示す実施形
態の光路分離手段として表示光学系１０のプリズム体Ｌ
１と撮像光学系２０のプリズム体Ｌ２'との間にプリズ
ム体ＬＭを設けた点が異っており、その他の構成は同じ
である。このように表示光学系１０の反射面１４と撮像
光学系２０の反射面２６を分離することにより、設計の
自由度を増し、表示光学系１０と撮像光学系２０を独立
に収差補正することが出来るようにして、より高性能の
複合表示装置の提供を可能としている。
態の光路分離手段として表示光学系１０のプリズム体Ｌ
１と撮像光学系２０のプリズム体Ｌ２'との間にプリズ
ム体ＬＭを設けた点が異っており、その他の構成は同じ
である。このように表示光学系１０の反射面１４と撮像
光学系２０の反射面２６を分離することにより、設計の
自由度を増し、表示光学系１０と撮像光学系２０を独立
に収差補正することが出来るようにして、より高性能の
複合表示装置の提供を可能としている。
【００４２】図６に示す実施形態は、図５に示す実施形
態と同様に光路分離手段としてプリズム体ＬＭ'を用い
ている。図５に示す実施形態と異なる点はプリズム体Ｌ
２"の外界側の面２１'が負のパワーを有し、眼側の面２
６'が正のパワーを有していることであり、その他の構
成は同じである。外界からの光束は、負のパワーを有す
る面２１'で屈折されプリズム体Ｌ２"に入射し、正のパ
ワーを有したミラー面２６で反射されて臨界角以上の角
度で面２１'に再び入射し全反射され、面２２で屈折さ
れプリズム体Ｌ２"から射出され、絞り２３に導かれ
る。その後の光路は図１に示した実施形態と同じであ
る。
態と同様に光路分離手段としてプリズム体ＬＭ'を用い
ている。図５に示す実施形態と異なる点はプリズム体Ｌ
２"の外界側の面２１'が負のパワーを有し、眼側の面２
６'が正のパワーを有していることであり、その他の構
成は同じである。外界からの光束は、負のパワーを有す
る面２１'で屈折されプリズム体Ｌ２"に入射し、正のパ
ワーを有したミラー面２６で反射されて臨界角以上の角
度で面２１'に再び入射し全反射され、面２２で屈折さ
れプリズム体Ｌ２"から射出され、絞り２３に導かれ
る。その後の光路は図１に示した実施形態と同じであ
る。
【００４３】図７に示す実施形態は、表示光学系１０及
び撮像光学系２０を反射ミラー群とレンズ群で構成して
いる。表示素子１１から出射した光束はレンズ群１７で
屈折され、ハーフミラー１５、ミラー１６の眼側の面１
６ａで反射され、ハーフミラー１５を透過して眼Ｅに導
かれる。外界からの光束は、ハーフミラー２７を透過
し、負のパワーを有したミラー１６の外界側の面１６ｂ
で反射されて負のパワーを有するハーフミラー２７で反
射され、絞り２３に導かれる。その後の光路は図１に示
した実施形態と同じである。
び撮像光学系２０を反射ミラー群とレンズ群で構成して
いる。表示素子１１から出射した光束はレンズ群１７で
屈折され、ハーフミラー１５、ミラー１６の眼側の面１
６ａで反射され、ハーフミラー１５を透過して眼Ｅに導
かれる。外界からの光束は、ハーフミラー２７を透過
し、負のパワーを有したミラー１６の外界側の面１６ｂ
で反射されて負のパワーを有するハーフミラー２７で反
射され、絞り２３に導かれる。その後の光路は図１に示
した実施形態と同じである。
【００４４】なお、図５及び図６に示した実施形態にお
いて、プリズム体ＬＭ及びＬＭ'は接着剤で形成しても
良い。
いて、プリズム体ＬＭ及びＬＭ'は接着剤で形成しても
良い。
【００４５】図８は本発明の実施形態２の要部概略図で
ある。図８に示す複合表示装置は反射型の表示素子３１
及びプリズム体Ｌ３から構成される表示光学系３０と、
プリズム体Ｌ４、偏光ビームスプリッター４３、絞り４
４、レンズ群４５、そして撮像素子４６から構成される
撮像光学系４０、そしてプリズム体Ｌ３及びプリズム体
Ｌ４、偏光ビームスプリッター４３、光源５１から構成
される照明光学系５０とを有している。
ある。図８に示す複合表示装置は反射型の表示素子３１
及びプリズム体Ｌ３から構成される表示光学系３０と、
プリズム体Ｌ４、偏光ビームスプリッター４３、絞り４
４、レンズ群４５、そして撮像素子４６から構成される
撮像光学系４０、そしてプリズム体Ｌ３及びプリズム体
Ｌ４、偏光ビームスプリッター４３、光源５１から構成
される照明光学系５０とを有している。
【００４６】プリズム体Ｌ３とプリズム体Ｌ４の境界面
３４には偏光選択性のある光学薄膜が形成されている。
面３４及び偏光ビームスプリッター４３は電気ベクトル
の振動方向が紙面と平行な成分の直線偏光（以下ｐ偏
光）を透過し、電気ベクトルの振動方向が紙面と垂直な
成分の直線偏光（以下ｓ偏光）を反射する特性を有して
いる。またプリズム体Ｌ３及びプリズム体Ｌ４は複屈折
性の少ない或いは有しない光学素材を用いている。
３４には偏光選択性のある光学薄膜が形成されている。
面３４及び偏光ビームスプリッター４３は電気ベクトル
の振動方向が紙面と平行な成分の直線偏光（以下ｐ偏
光）を透過し、電気ベクトルの振動方向が紙面と垂直な
成分の直線偏光（以下ｓ偏光）を反射する特性を有して
いる。またプリズム体Ｌ３及びプリズム体Ｌ４は複屈折
性の少ない或いは有しない光学素材を用いている。
【００４７】ＬＥＤなどの光源５１から出射された光束
は、偏光ビームスプリッター４３を透過しｐ偏光のみと
なり、面４２で屈折してプリズム体Ｌ４に入射する。入
射した光束は臨界角以上の角度で面４１に入射し全反射
され、面３４を透過してプリズム体Ｌ３に入射し、臨界
角以上の角度で面３３に入射し全反射され、面３２で屈
折されつつプリズム体Ｌ３から射出し、表示素子３１を
照明する。
は、偏光ビームスプリッター４３を透過しｐ偏光のみと
なり、面４２で屈折してプリズム体Ｌ４に入射する。入
射した光束は臨界角以上の角度で面４１に入射し全反射
され、面３４を透過してプリズム体Ｌ３に入射し、臨界
角以上の角度で面３３に入射し全反射され、面３２で屈
折されつつプリズム体Ｌ３から射出し、表示素子３１を
照明する。
【００４８】表示素子３１は例えば反射型の液晶パネル
のような反射型の表示素子であり、表示が“白"の場合
は入射光の電気ベクトルの振動方向を９０度回転させ、
表示が“黒"の場合は振動方向を保存し反射するような
特性を有している。
のような反射型の表示素子であり、表示が“白"の場合
は入射光の電気ベクトルの振動方向を９０度回転させ、
表示が“黒"の場合は振動方向を保存し反射するような
特性を有している。
【００４９】照明光学系５０により照明され、表示素子
３１で反射された光束は、プリズム体Ｌ３の面３２で屈
折されつつプリズム体Ｌ３に入射し、臨界角以上の角度
で面３３に入射して全反射され、正のパワーを有した境
界面３４に導かれる。ここで表示素子３１にて“白"状
態の画素からの反射光は偏光面が９０度回転し、ｓ偏光
となっているため境界面３４で反射され、臨界角以下の
角度で再び面３３に入射し屈折してプリズム体Ｌ３から
射出され、観察眼Ｅに導かれる。
３１で反射された光束は、プリズム体Ｌ３の面３２で屈
折されつつプリズム体Ｌ３に入射し、臨界角以上の角度
で面３３に入射して全反射され、正のパワーを有した境
界面３４に導かれる。ここで表示素子３１にて“白"状
態の画素からの反射光は偏光面が９０度回転し、ｓ偏光
となっているため境界面３４で反射され、臨界角以下の
角度で再び面３３に入射し屈折してプリズム体Ｌ３から
射出され、観察眼Ｅに導かれる。
【００５０】一方、表示素子３１にて“黒"状態の画素
からの反射光はｐ偏光のままであるため境界面３４を透
過し、面４１で反射、面４２で屈折しプリズム体Ｌ４か
ら射出し、偏光ビームスプリッター４３を透過する。こ
のように表示素子３１からの反射光は撮像素子４６に入
射しないため、映り込むことは無い。
からの反射光はｐ偏光のままであるため境界面３４を透
過し、面４１で反射、面４２で屈折しプリズム体Ｌ４か
ら射出し、偏光ビームスプリッター４３を透過する。こ
のように表示素子３１からの反射光は撮像素子４６に入
射しないため、映り込むことは無い。
【００５１】外界からの光束のうちｓ偏光成分は、正の
パワーを有した面４１で屈折されプリズム体Ｌ４に入射
し、負のパワーを有した境界面３４で反射されて臨界角
以上の角度で面４１に再び入射し全反射され、面４２で
屈折されプリズム体Ｌ４から射出され、偏光ビームスプ
リッター４３で反射され絞り４４に導かれる。絞り４４
を通過した光束は正のパワーを有したレンズ群４５によ
り集光されＣＣＤなどの撮像素子４６上に外界像を形成
する。
パワーを有した面４１で屈折されプリズム体Ｌ４に入射
し、負のパワーを有した境界面３４で反射されて臨界角
以上の角度で面４１に再び入射し全反射され、面４２で
屈折されプリズム体Ｌ４から射出され、偏光ビームスプ
リッター４３で反射され絞り４４に導かれる。絞り４４
を通過した光束は正のパワーを有したレンズ群４５によ
り集光されＣＣＤなどの撮像素子４６上に外界像を形成
する。
【００５２】一方、ｐ偏光成分は面４１からプリズム体
Ｌ４に入射し、境界面３４を透過してプリズム体Ｌ３に
入射し、面３３から射出され、観察眼Ｅに導かれシース
ルー光学系を形成する。このとき面４１及び面３３の形
状を最適化することにより、シースルー光学系はほぼノ
ンパワーとなるようにしている。
Ｌ４に入射し、境界面３４を透過してプリズム体Ｌ３に
入射し、面３３から射出され、観察眼Ｅに導かれシース
ルー光学系を形成する。このとき面４１及び面３３の形
状を最適化することにより、シースルー光学系はほぼノ
ンパワーとなるようにしている。
【００５３】なお図９（Ａ）、（Ｂ）はｓ偏光のみ透過
するように偏光板ＰＬをプリズム体Ｌ４の外側とプリズ
ム体Ｌ３の内側に配置した例である。これによれば、外
界の光束が眼Ｅに到達しないように遮断することが可能
になる。さらに、その角度を制御することにより、表示
素子からの光量と外界からの光量の割合を調整すること
が可能となる。
するように偏光板ＰＬをプリズム体Ｌ４の外側とプリズ
ム体Ｌ３の内側に配置した例である。これによれば、外
界の光束が眼Ｅに到達しないように遮断することが可能
になる。さらに、その角度を制御することにより、表示
素子からの光量と外界からの光量の割合を調整すること
が可能となる。
【００５４】この構成では撮像光学系の絞り４４の前方
に偏光ビームスプリッター４３を配置したが、図１０
（Ａ）、（Ｂ）に示すように撮像光学系４０のリア光学
系４５以降に偏光ビームスプリッター４３を配置しても
良い。図１０（Ａ）は光源として面光源４７を用いた場
合で、図１０（Ｂ）はＬＥＤのような略点光源４８とコ
ンデンサーレンズ４９を用いた場合の例である。
に偏光ビームスプリッター４３を配置したが、図１０
（Ａ）、（Ｂ）に示すように撮像光学系４０のリア光学
系４５以降に偏光ビームスプリッター４３を配置しても
良い。図１０（Ａ）は光源として面光源４７を用いた場
合で、図１０（Ｂ）はＬＥＤのような略点光源４８とコ
ンデンサーレンズ４９を用いた場合の例である。
【００５５】図１１は本発明の実施形態３の要部概略図
である。図１１において図８の実施形態２と同じ役割を
持つものに関しては同じ番号が付してある。実施形態２
と異なる点は、表示光学系３０に偏光板３５を設け、プ
リズム体Ｌ３とＬ４の境界面をハーフミラー３６とし、
照明光学系５０と撮像光学系４０の光路分離手段をハー
フミラー４７で構成していることである。
である。図１１において図８の実施形態２と同じ役割を
持つものに関しては同じ番号が付してある。実施形態２
と異なる点は、表示光学系３０に偏光板３５を設け、プ
リズム体Ｌ３とＬ４の境界面をハーフミラー３６とし、
照明光学系５０と撮像光学系４０の光路分離手段をハー
フミラー４７で構成していることである。
【００５６】ＬＥＤなどの光源５１から出射された光束
は、ハーフミラー４７を透過し、プリズム体Ｌ４の面４
２で屈折してプリズム体Ｌ４に入射する。入射した光束
は臨界角以上の角度で面４１に入射し全反射され、面３
６を透過してプリズム体Ｌ３に入射し、臨界角以上の角
度で面３３に入射し全反射され、面３２で屈折されつつ
プリズム体Ｌ３から射出し、偏光板３５を通過し例えば
ｐ偏光成分のみとなり、表示素子３１を照明する。
は、ハーフミラー４７を透過し、プリズム体Ｌ４の面４
２で屈折してプリズム体Ｌ４に入射する。入射した光束
は臨界角以上の角度で面４１に入射し全反射され、面３
６を透過してプリズム体Ｌ３に入射し、臨界角以上の角
度で面３３に入射し全反射され、面３２で屈折されつつ
プリズム体Ｌ３から射出し、偏光板３５を通過し例えば
ｐ偏光成分のみとなり、表示素子３１を照明する。
【００５７】表示素子３１は例えば反射型の液晶パネル
のような反射型の表示素子であり、表示が“黒"の場合
は入射光の電気ベクトルの振動方向を９０度回転させ、
表示が“白"の場合は振動方向を保存し反射するような
特性を有している。
のような反射型の表示素子であり、表示が“黒"の場合
は入射光の電気ベクトルの振動方向を９０度回転させ、
表示が“白"の場合は振動方向を保存し反射するような
特性を有している。
【００５８】照明光学系５０により照明され、表示素子
３１で反射された光束は、偏光方向が保存される表示が
“白"の画素からの光束のみが偏光板３５を通過し、面
３２で屈折されつつプリズム体Ｌ３に入射し、臨界角以
上の角度で面３３に入射して全反射され、正のパワーを
有したハーフミラー３６に導かれ反射され、臨界角以下
の角度で再び面３３に入射し屈折してプリズム体Ｌ３か
ら射出され、観察眼Ｅに導かれる。
３１で反射された光束は、偏光方向が保存される表示が
“白"の画素からの光束のみが偏光板３５を通過し、面
３２で屈折されつつプリズム体Ｌ３に入射し、臨界角以
上の角度で面３３に入射して全反射され、正のパワーを
有したハーフミラー３６に導かれ反射され、臨界角以下
の角度で再び面３３に入射し屈折してプリズム体Ｌ３か
ら射出され、観察眼Ｅに導かれる。
【００５９】外界からの光束は、正のパワーを有した面
４１で屈折されプリズム体Ｌ４に入射し、負のパワーを
有したハーフミラー３６で反射されて臨界角以上の角度
で面４１に再び入射し全反射され、面４２で屈折されプ
リズム体Ｌ４から射出され、ハーフミラー４７で反射さ
れ絞り４４に導かれる。絞り４４を通過した光束は正の
パワーを有したレンズ群４５により集光されＣＣＤなど
の撮像素子４６上に外界像を形成する。
４１で屈折されプリズム体Ｌ４に入射し、負のパワーを
有したハーフミラー３６で反射されて臨界角以上の角度
で面４１に再び入射し全反射され、面４２で屈折されプ
リズム体Ｌ４から射出され、ハーフミラー４７で反射さ
れ絞り４４に導かれる。絞り４４を通過した光束は正の
パワーを有したレンズ群４５により集光されＣＣＤなど
の撮像素子４６上に外界像を形成する。
【００６０】一方、ハーフミラー３６を透過した一部の
光束はプリズム体Ｌ３に入射し、面３３から射出され、
観察眼Ｅに導かれシースルー光学系を形成する。このと
き面４１及び面３３の形状を最適化することにより、シ
ースルー光学系はほぼノンパワーとなるようにしてい
る。
光束はプリズム体Ｌ３に入射し、面３３から射出され、
観察眼Ｅに導かれシースルー光学系を形成する。このと
き面４１及び面３３の形状を最適化することにより、シ
ースルー光学系はほぼノンパワーとなるようにしてい
る。
【００６１】表示素子３１からの光束の内、ハーフミラ
ー３６を透過した一部の光束は撮像素子４６に到達する
が、表示及び画像取り込みを時分割で駆動したり、撮像
光学系に偏光板３５と直交ニコルとなるように偏光板を
挿入するようにすれば表示画像が映り込むことは無い。
ー３６を透過した一部の光束は撮像素子４６に到達する
が、表示及び画像取り込みを時分割で駆動したり、撮像
光学系に偏光板３５と直交ニコルとなるように偏光板を
挿入するようにすれば表示画像が映り込むことは無い。
【００６２】実施形態３において、実施形態２において
示したように撮像光学系４０のリア光学系４５以降に光
路分離手段を配置しても良い（図１０（Ａ）、
（Ｂ））。さらに実施形態２及び３において、実施形態
１において示した面３３及び面４１をハーフミラーとす
る構成や、撮像光学系のリア光学系を反射面で構成した
り（図３）、プリズム体の前にレンズを配置する構成
（図２（Ｂ））、また図４から図７に示した構成も可能
である。
示したように撮像光学系４０のリア光学系４５以降に光
路分離手段を配置しても良い（図１０（Ａ）、
（Ｂ））。さらに実施形態２及び３において、実施形態
１において示した面３３及び面４１をハーフミラーとす
る構成や、撮像光学系のリア光学系を反射面で構成した
り（図３）、プリズム体の前にレンズを配置する構成
（図２（Ｂ））、また図４から図７に示した構成も可能
である。
【００６３】
【発明の効果】本発明によれば、以上の構成とすること
により、パララックスがないタイプでシースルー光学系
も成り立ち、また表示素子として反射型液晶パネルを用
いた場合においても、小型の複合表示装置を提供するこ
とが可能となる。
により、パララックスがないタイプでシースルー光学系
も成り立ち、また表示素子として反射型液晶パネルを用
いた場合においても、小型の複合表示装置を提供するこ
とが可能となる。
【００６４】この他、液晶ディスプレイ等の表示手段に
表示した画像情報を観察する際、表示手段からの光束を
観察者の眼球に導光する為の複数の偏心反射面を有する
プリズム体を含む表示光学系の構成及び外界の画像情報
をＣＣＤ等の撮像素子面上に結像させる撮像光学系の構
成を適切に設定することによって、装置全体の小型化を
図りつつ、該双方の画像情報を良好なる状態で観察する
ことができる複合表示装置を達成することができる。
表示した画像情報を観察する際、表示手段からの光束を
観察者の眼球に導光する為の複数の偏心反射面を有する
プリズム体を含む表示光学系の構成及び外界の画像情報
をＣＣＤ等の撮像素子面上に結像させる撮像光学系の構
成を適切に設定することによって、装置全体の小型化を
図りつつ、該双方の画像情報を良好なる状態で観察する
ことができる複合表示装置を達成することができる。
【図１】 本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】 図１の一部分を変更したときの説明図
【図３】 図１の一部分を変更したときの説明図
【図４】 図１の一部分を変更したときの説明図
【図５】 図１の一部分を変更したときの説明図
【図６】 図１の一部分を変更したときの説明図
【図７】 図１の一部分を変更したときの説明図
【図８】 本発明の実施形態２の要部概略図
【図９】 図８の一部分を変更したときの説明図
【図１０】 図８の一部分を変更したときの説明図
【図１１】 本発明の実施形態３の要部概略図
１０ 表示光学系 １１ 表示手段 １２ 屈折面 １３ 反射面（屈折面） １４ 反射面 Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４プリズム体 １５ 反射鏡（ハーフミラー） １６ ミラー ２０ 撮像光学系 ２１，２２ 屈折面 ２３ 絞り ２４ リヤ光学系 ２５ 撮像面 ２７ ハーフミラー ＬＦ レンズ系 Ｅ 眼 ５１ 光源
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年２月１９日（１９９９．２．１
９）
９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１９
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の複合表示装置
は、 (1-1) 画像情報を表示する表示手段、該表示手段からの
光を観察者の眼球へ導く表示光学系、外界からの光を撮
像素子に結像させる撮像光学系、表示光学系は、そこか
ら眼球に至る眼球光軸を延長した軸上に該撮像光学系の
撮影光軸が略一致しており、該撮像光学系の光路と該表
示光学系の光路と分離する光路分離手段を有し、該表示
光学系と該撮像光学系はいずれも複数の偏心し曲率を有
した反射面を有しており、該表示光学系の光路分離手段
を含む複数の反射面により、該表示手段からの光は眼球
光軸方向に交互に折り畳まれ眼球に導かれ、外界からの
光は前記光路分離手段を含む複数の反射面により観察方
向と異った方向に交互に折り畳まれており、さらに該撮
像光学系は絞りとその後方に配置したリア光学系を有し
ており、該撮像光学系は前記絞りよりも前方の光路中
に、絞りに向かって順に負のパワーを有する面と正のパ
ワーを有する面を有し、前記リア光学系は正のパワーを
有する屈折光学系あるいは反射光学系であることを特徴
としている。
は、 (1-1) 画像情報を表示する表示手段、該表示手段からの
光を観察者の眼球へ導く表示光学系、外界からの光を撮
像素子に結像させる撮像光学系、表示光学系は、そこか
ら眼球に至る眼球光軸を延長した軸上に該撮像光学系の
撮影光軸が略一致しており、該撮像光学系の光路と該表
示光学系の光路と分離する光路分離手段を有し、該表示
光学系と該撮像光学系はいずれも複数の偏心し曲率を有
した反射面を有しており、該表示光学系の光路分離手段
を含む複数の反射面により、該表示手段からの光は眼球
光軸方向に交互に折り畳まれ眼球に導かれ、外界からの
光は前記光路分離手段を含む複数の反射面により観察方
向と異った方向に交互に折り畳まれており、さらに該撮
像光学系は絞りとその後方に配置したリア光学系を有し
ており、該撮像光学系は前記絞りよりも前方の光路中
に、絞りに向かって順に負のパワーを有する面と正のパ
ワーを有する面を有し、前記リア光学系は正のパワーを
有する屈折光学系あるいは反射光学系であることを特徴
としている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２６】(1-1-17)該撮像光学系の偏光板は回転可能
であること等を特徴としている。 (1-2) 画像情報を表示した表示手段からの光束を観察者
の眼球に導光する複数の反射面を有する表示光学系と、
外界からの光束を撮像素子に結像させる複数の反射面を
有する撮像光学系とを有し、該撮像光学系を通過する光
束は光路中に設けた偏心した曲率を有した反射面より成
る光路分離手段によって該表示光学系の光路と逆方向に
分離しており、該表示光学系は該光路分離手段の反射面
の一方側の反射面を含み、該撮像光学系は該光路分離手
段の反射面の他方側の反射面を含み該撮像光学系は正の
屈折力の反射面と負の屈折力の反射面と絞り、そして正
の屈折力のリヤ光学系とを有し、該リヤ光学系を用いて
フォーカスを行っていることを特徴としている。
であること等を特徴としている。 (1-2) 画像情報を表示した表示手段からの光束を観察者
の眼球に導光する複数の反射面を有する表示光学系と、
外界からの光束を撮像素子に結像させる複数の反射面を
有する撮像光学系とを有し、該撮像光学系を通過する光
束は光路中に設けた偏心した曲率を有した反射面より成
る光路分離手段によって該表示光学系の光路と逆方向に
分離しており、該表示光学系は該光路分離手段の反射面
の一方側の反射面を含み、該撮像光学系は該光路分離手
段の反射面の他方側の反射面を含み該撮像光学系は正の
屈折力の反射面と負の屈折力の反射面と絞り、そして正
の屈折力のリヤ光学系とを有し、該リヤ光学系を用いて
フォーカスを行っていることを特徴としている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３０】バックライト付き透過型の液晶パネルなど
の表示素子１１から出射された光束は、プリズム体Ｌ１
の面１２で屈折してプリズム体Ｌ１に入射し、臨界角以
上の角度で面１３に入射して全反射され、正のパワーを
有したミラー面１４で反射され、臨界角以下の角度で再
び面１３に入射し、屈折してプリズム体Ｌ１から射出さ
れ、観察眼Ｅに導かれる。これによって表示光学系を構
成している。プリズム体Ｌ１の３つの面１２，面１３，
面１４はそれぞれ光学的パワーを有しており表示素子１
１の拡大された虚像を観察者の前方に形成する。面１
２，面１３，面１４はそれぞれ面頂点回りのアジムス角
度によりパワーが異なる回転非対称非球面で構成するこ
とにより光学系を偏心させることにより生じる諸収差を
少ない光学要素で補正することが可能としている。尚、
面１４をハーフミラー面とすれば後述するプリズム体Ｌ
２を介して外界の画像情報（外界像）と表示素子１１の
表示情報とを空間的に重畳して観察することができる。
の表示素子１１から出射された光束は、プリズム体Ｌ１
の面１２で屈折してプリズム体Ｌ１に入射し、臨界角以
上の角度で面１３に入射して全反射され、正のパワーを
有したミラー面１４で反射され、臨界角以下の角度で再
び面１３に入射し、屈折してプリズム体Ｌ１から射出さ
れ、観察眼Ｅに導かれる。これによって表示光学系を構
成している。プリズム体Ｌ１の３つの面１２，面１３，
面１４はそれぞれ光学的パワーを有しており表示素子１
１の拡大された虚像を観察者の前方に形成する。面１
２，面１３，面１４はそれぞれ面頂点回りのアジムス角
度によりパワーが異なる回転非対称非球面で構成するこ
とにより光学系を偏心させることにより生じる諸収差を
少ない光学要素で補正することが可能としている。尚、
面１４をハーフミラー面とすれば後述するプリズム体Ｌ
２を介して外界の画像情報（外界像）と表示素子１１の
表示情報とを空間的に重畳して観察することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３３】このように、表示光学系及び撮像光学系の
光路をパワーを有するミラー面１４の表裏を用い分離し
（ここで面１４は光路を分離する光路分離手段を構成し
ている）、光路を逆方向に折り畳むように構成すること
により光学系の小型化を可能としている。また複数の偏
心し曲率を有した反射面をプリズム面として、複数の反
射面を一体で構成して製造を容易としている。
光路をパワーを有するミラー面１４の表裏を用い分離し
（ここで面１４は光路を分離する光路分離手段を構成し
ている）、光路を逆方向に折り畳むように構成すること
により光学系の小型化を可能としている。また複数の偏
心し曲率を有した反射面をプリズム面として、複数の反
射面を一体で構成して製造を容易としている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４１】図５に示す実施形態は、図１に示す実施形
態の光路分離手段として表示光学系１０のプリズム体Ｌ
１と撮像光学系２０のプリズム体Ｌ２'との間にプリズ
ム体ＬＭを設けた点が異っており、その他の構成は同じ
である。このように表示光学系１０の反射面１４と撮像
光学系２０の反射面２６を分離することにより、設計の
自由度を増し、表示光学系１０と撮像光学系２０を独立
に収差補正することが出来るようにして、より高性能の
複合表示装置の提供を可能としている。尚、ここでプリ
ズム体ＬＭの面１４は表示光学系１０の光路分離手段を
構成しており、プリズム体ＬＭの面２６は撮像光学系２
０の光路分離手段を構成している。
態の光路分離手段として表示光学系１０のプリズム体Ｌ
１と撮像光学系２０のプリズム体Ｌ２'との間にプリズ
ム体ＬＭを設けた点が異っており、その他の構成は同じ
である。このように表示光学系１０の反射面１４と撮像
光学系２０の反射面２６を分離することにより、設計の
自由度を増し、表示光学系１０と撮像光学系２０を独立
に収差補正することが出来るようにして、より高性能の
複合表示装置の提供を可能としている。尚、ここでプリ
ズム体ＬＭの面１４は表示光学系１０の光路分離手段を
構成しており、プリズム体ＬＭの面２６は撮像光学系２
０の光路分離手段を構成している。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４２】図６に示す実施形態は、図５に示す実施形
態と同様に光路分離手段としてプリズム体ＬＭ'を用い
ている。図５に示す実施形態と異なる点はプリズム体Ｌ
２"の外界側の面２１'が負のパワーを有し、眼側の面２
６'が正のパワーを有していることであり、その他の構
成は同じである。外界からの光束は、負のパワーを有す
る面２１'で屈折されプリズム体Ｌ２"に入射し、正のパ
ワーを有したミラー面２６で反射されて臨界角以上の角
度で面２１'に再び入射し全反射され、面２２で屈折さ
れプリズム体Ｌ２"から射出され、絞り２３に導かれ
る。その後の光路は図１に示した実施形態と同じであ
る。尚、ここでプリズム体ＬＭ’の面１４は表示光学系
１０の光路分離手段を構成しており、プリズム体ＬＭ’
の面２６’は撮像光学系２０の光路分離手段を構成して
いる。
態と同様に光路分離手段としてプリズム体ＬＭ'を用い
ている。図５に示す実施形態と異なる点はプリズム体Ｌ
２"の外界側の面２１'が負のパワーを有し、眼側の面２
６'が正のパワーを有していることであり、その他の構
成は同じである。外界からの光束は、負のパワーを有す
る面２１'で屈折されプリズム体Ｌ２"に入射し、正のパ
ワーを有したミラー面２６で反射されて臨界角以上の角
度で面２１'に再び入射し全反射され、面２２で屈折さ
れプリズム体Ｌ２"から射出され、絞り２３に導かれ
る。その後の光路は図１に示した実施形態と同じであ
る。尚、ここでプリズム体ＬＭ’の面１４は表示光学系
１０の光路分離手段を構成しており、プリズム体ＬＭ’
の面２６’は撮像光学系２０の光路分離手段を構成して
いる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４３】図７に示す実施形態は、表示光学系１０及
び撮像光学系２０を反射ミラー群とレンズ群で構成して
いる。表示素子１１から出射した光束はレンズ群１７で
屈折され、ハーフミラー１５、ミラー１６の眼側の面１
６ａで反射され、ハーフミラー１５を透過して眼Ｅに導
かれる。外界からの光束は、ハーフミラー２７を透過
し、負のパワーを有したミラー１６の外界側の面１６ｂ
で反射されて負のパワーを有するハーフミラー２７で反
射され、絞り２３に導かれる。その後の光路は図１に示
した実施形態と同じである。ここでミラー１６の面１６
ａは表示光学系１０の光路分離手段を構成し、ミラー１
６の面１６ｂは撮像光学系２０の光路分離手段を構成し
ている。
び撮像光学系２０を反射ミラー群とレンズ群で構成して
いる。表示素子１１から出射した光束はレンズ群１７で
屈折され、ハーフミラー１５、ミラー１６の眼側の面１
６ａで反射され、ハーフミラー１５を透過して眼Ｅに導
かれる。外界からの光束は、ハーフミラー２７を透過
し、負のパワーを有したミラー１６の外界側の面１６ｂ
で反射されて負のパワーを有するハーフミラー２７で反
射され、絞り２３に導かれる。その後の光路は図１に示
した実施形態と同じである。ここでミラー１６の面１６
ａは表示光学系１０の光路分離手段を構成し、ミラー１
６の面１６ｂは撮像光学系２０の光路分離手段を構成し
ている。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４６】プリズム体Ｌ３とプリズム体Ｌ４の境界面
３４には第１の光路分離手段としての偏光選択性のある
光学薄膜が形成されている。面３４及び第２の光路分離
手段としての偏光ビームスプリッター４３は電気ベクト
ルの振動方向が紙面と平行な成分の直線偏光（以下ｐ偏
光）を透過し、電気ベクトルの振動方向が紙面と垂直な
成分の直線偏光（以下ｓ偏光）を反射する特性を有して
いる。またプリズム体Ｌ３及びプリズム体Ｌ４は複屈折
性の少ない或いは有しない光学素材を用いている。
３４には第１の光路分離手段としての偏光選択性のある
光学薄膜が形成されている。面３４及び第２の光路分離
手段としての偏光ビームスプリッター４３は電気ベクト
ルの振動方向が紙面と平行な成分の直線偏光（以下ｐ偏
光）を透過し、電気ベクトルの振動方向が紙面と垂直な
成分の直線偏光（以下ｓ偏光）を反射する特性を有して
いる。またプリズム体Ｌ３及びプリズム体Ｌ４は複屈折
性の少ない或いは有しない光学素材を用いている。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５５】図１１は本発明の実施形態３の要部概略図
である。図１１において図８の実施形態２と同じ役割を
持つものに関しては同じ番号が付してある。実施形態２
と異なる点は、表示光学系３０に偏光板３５を設け、プ
リズム体Ｌ３とＬ４の境界面をハーフミラー（第１の光
路分離手段）３６とし、照明光学系５０と撮像光学系４
０の光路を分離する第２の光路分離手段、ハーフミラー
４７で構成していることである。
である。図１１において図８の実施形態２と同じ役割を
持つものに関しては同じ番号が付してある。実施形態２
と異なる点は、表示光学系３０に偏光板３５を設け、プ
リズム体Ｌ３とＬ４の境界面をハーフミラー（第１の光
路分離手段）３６とし、照明光学系５０と撮像光学系４
０の光路を分離する第２の光路分離手段、ハーフミラー
４７で構成していることである。
Claims (21)
- 【請求項１】画像情報を表示する表示手段、該表示手段
からの光を観察者の眼球へ導く表示光学系、外界からの
光を撮像素子に結像させる撮像光学系、表示光学系は、
そこから眼球に至る眼球光軸を延長した軸上に該撮像光
学系の撮影光軸が略一致しており、該撮像光学系の光路
と該表示光学系の光路と分離する光路分離手段を有し、
該表示光学系と該撮像光学系はいずれも複数の偏心し曲
率を有した反射面を有しており、該表示光学系の複数の
反射面により、該表示手段からの光は眼球光軸方向に交
互に折り畳まれ眼球に導かれ、外界からの光は前記光路
分離手段及び前記複数の反射面により観察方向と異った
方向に交互に折り畳まれており、さらに該撮像光学系は
絞りとその後方に配置したリア光学系を有しており、該
撮像光学系は前記絞りよりも前方の光路中に、絞りに向
かって順に負のパワーを有する面と正のパワーを有する
面を有し、前記リア光学系は正のパワーを有する屈折光
学系あるいは反射光学系であることを特徴とする複合表
示装置。 - 【請求項２】 前記撮像光学系は負のパワーの屈折面と
正のパワーの反射面を有していることを特徴とする請求
項１に記載の複合表示装置。 - 【請求項３】 前記撮像光学系は負の屈折力の反射面と
正の屈折力の反射面を有していることを特徴とする請求
項１に記載の複合表示装置。 - 【請求項４】 前記複数の偏心し曲率を有した反射面
は、面頂点回りのアジムス角度によりパワーが異なる面
であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の複
合表示装置。 - 【請求項５】 前記表示光学系及び前記撮像光学系は、
パワーを有した３面以上の異なる光学面を持つプリズム
を有することを特徴とする請求項１、２、３又は４に記
載の複合表示装置。 - 【請求項６】 前記撮像光学系の１つの面は前記光路分
離手段を形成する面であることを特徴とする請求項１〜
５のいずれか１項に記載の複合表示装置。 - 【請求項７】 前記撮像光学系は、前記リア光学系を用
いてピント調節をすること特徴とする請求項１〜６のい
ずれか１項に記載の複合表示装置。 - 【請求項８】 前記撮像光学系の反射面と前記表示光学
系の反射面、そして前記光路分離手段は同一の面より成
っていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項
に記載の複合表示装置。 - 【請求項９】 外界からの光が前記光路分離手段を透過
して眼球へ導かれ、外界を観察できるシースルー光学系
を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項
に記載の複合表示装置。 - 【請求項１０】 前記撮像光学系からの画像情報を前記
表示手段に伝達する伝達手段を有することを特徴とする
請求項１〜９のいずれか１項に記載の複合表示装置。 - 【請求項１１】 前記伝達手段を介して表示された外界
の画像の画角は、外界の光が直接目に入る画角と同等も
しくはそれ以下であることを特徴とする請求項１０に記
載の複合表示装置。 - 【請求項１２】 前記表示手段は反射型の表示素子を有
し、該表示素子へ照明光を入射させる照明光学系を有
し、該照明光学系は前記撮像光学系及び前記表示光学系
と一部光学系を共有し、前記第１の光路分離手段により
前記表示光学系の光路から分離され、第２の光路分離手
段により前記撮像光学系と分離される構成であることを
特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の複合
表示装置。 - 【請求項１３】 前記第１及び第２の光路分離手段の
内、少なくとも一方は偏光ビームスプリッターであるこ
とを特徴とする請求項１２に記載の複合表示装置。 - 【請求項１４】 前記表示光学系は偏光板を有すること
を特徴とする請求項１２又は１３に記載の複合表示装
置。 - 【請求項１５】 前記表示光学系の偏光板は回転可能で
あることを特徴とする請求項１４に記載の複合表示装
置。 - 【請求項１６】 前記照明光学系は偏光板を有すること
を特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の
複合表示装置。 - 【請求項１７】 前記撮像光学系は偏光板を有すること
を特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の
複合表示装置。 - 【請求項１８】 該撮像光学系の偏光板は回転可能であ
ることを特徴とする請求項１７に記載の複合表示装置。 - 【請求項１９】画像情報を表示した表示手段からの光束
を観察者の眼球に導光する複数の反射面を有する表示光
学系と、外界からの光束を撮像素子に結像させる複数の
反射面を有する撮像光学系とを有し、該撮像光学系を通
過する光束は光路中に設けた偏心した曲率を有した反射
面より成る光路分離手段によって該表示光学系の光路と
逆方向に分離しており、該表示光学系は該光路分離手段
の反射面の一方側の反射面を含み、該撮像光学系は該光
路分離手段の反射面の他方側の反射面を含み該撮像光学
系は正の屈折力と負の反射面と絞り、そして正の屈折力
のリヤ光学系とを有し、該リヤ光学系を用いてフォーカ
スを行っていることを特徴とする複合表示装置。 - 【請求項２０】前記表示手段を光源からの光束で前記撮
影光学系と表示光学系を利用して照明していることを特
徴とする請求項１９の複合表示装置。 - 【請求項２１】前記光源からの光束を光分割部材を介し
て前記撮像光学系へ導光していることを特徴とする請求
項２０の複合表示装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10239856A JP2000075240A (ja) | 1998-08-26 | 1998-08-26 | 複合表示装置 |
| US09/266,855 US6239915B1 (en) | 1998-08-26 | 1999-03-12 | Composite display apparatus |
| EP99105466A EP0982614A3 (en) | 1998-08-26 | 1999-03-17 | Composite display apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10239856A JP2000075240A (ja) | 1998-08-26 | 1998-08-26 | 複合表示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000075240A true JP2000075240A (ja) | 2000-03-14 |
Family
ID=17050907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10239856A Pending JP2000075240A (ja) | 1998-08-26 | 1998-08-26 | 複合表示装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6239915B1 (ja) |
| EP (1) | EP0982614A3 (ja) |
| JP (1) | JP2000075240A (ja) |
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| JP2002072131A (ja) * | 2000-08-29 | 2002-03-12 | Olympus Optical Co Ltd | 観察光学系および撮像光学系 |
| JP2016090910A (ja) * | 2014-11-10 | 2016-05-23 | 株式会社日立エルジーデータストレージ | 映像投射装置及びヘッドマウントディスプレイ |
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| JP3730806B2 (ja) * | 1999-05-18 | 2006-01-05 | オリンパス株式会社 | 光学系 |
| US6803887B1 (en) * | 1999-07-22 | 2004-10-12 | Swisscom Mobile Ag | Method and corresponding devices for delivering useful data concerning observed objects |
| JP3854763B2 (ja) * | 1999-11-19 | 2006-12-06 | キヤノン株式会社 | 画像表示装置 |
| JP3658330B2 (ja) * | 2001-02-21 | 2005-06-08 | キヤノン株式会社 | 複合表示装置及びそれを用いたヘッドマウントディスプレイ装置 |
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| US20110075257A1 (en) | 2009-09-14 | 2011-03-31 | The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona | 3-Dimensional electro-optical see-through displays |
| CN102782562B (zh) | 2010-04-30 | 2015-07-22 | 北京理工大学 | 宽视场高分辨率拼接式头盔显示装置 |
| CN104204904B (zh) | 2012-01-24 | 2018-05-18 | 亚利桑那大学评议会 | 紧凑式眼睛跟踪头戴式显示器 |
| JP6019918B2 (ja) * | 2012-08-17 | 2016-11-02 | セイコーエプソン株式会社 | 虚像表示装置 |
| CN110022472B (zh) | 2012-10-18 | 2022-07-26 | 亚利桑那大学评议会 | 具有可寻址焦点提示的立体显示器 |
| BR112016020346A2 (pt) | 2014-03-05 | 2017-10-31 | Univ Arizona | ?visor de realidade aumentada? |
| US10176961B2 (en) | 2015-02-09 | 2019-01-08 | The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona | Small portable night vision system |
| US10739578B2 (en) | 2016-08-12 | 2020-08-11 | The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona | High-resolution freeform eyepiece design with a large exit pupil |
| US11546575B2 (en) | 2018-03-22 | 2023-01-03 | Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona | Methods of rendering light field images for integral-imaging-based light field display |
| CN110554500B (zh) * | 2018-05-31 | 2022-09-16 | 中强光电股份有限公司 | 头戴式显示装置 |
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-
1998
- 1998-08-26 JP JP10239856A patent/JP2000075240A/ja active Pending
-
1999
- 1999-03-12 US US09/266,855 patent/US6239915B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-03-17 EP EP99105466A patent/EP0982614A3/en not_active Withdrawn
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|---|---|
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| EP0982614A2 (en) | 2000-03-01 |
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