JP2000081591A - 画像表示装置及び画像表示ユニット - Google Patents

画像表示装置及び画像表示ユニット

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JP2000081591A
JP2000081591A JP10267410A JP26741098A JP2000081591A JP 2000081591 A JP2000081591 A JP 2000081591A JP 10267410 A JP10267410 A JP 10267410A JP 26741098 A JP26741098 A JP 26741098A JP 2000081591 A JP2000081591 A JP 2000081591A
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JP
Japan
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positive lens
light
light beam
image display
lens group
Prior art date
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JP10267410A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Kodama
浩幸 児玉
Saburo Sugawara
三郎 菅原
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 明るく、ゴーストが少なく、コントラストの
良好な反射型の画像表示装置及び画像表示ユニットを提
供すること。 【解決手段】 光源1からの光束を光分割手段2に入射
させて該光束を透過光束と反射光束に分割し、該反射光
束を第2正レンズ群3に入射させ、該第2正レンズ3か
らの光束で反射型の画像変調素子4の表示部を照明し、
該表示部で反射した光束を再び該第2正レンズ群3に入
射させて該第2正レンズ3からの光束を該光分割手段2
に入射させ、該光分割手段2を透過した光束を第1正レ
ンズ群5に入射させ、該第1正レンズ群5からの光束を
観察者の眼6の位置に導光すること。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶などに表示し
た画像を拡大して観察させる画像表示装置及び画像表示
ユニットに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、反射型液晶に表示した画像を拡大
して観察させる画像表示装置としては、図13に示す装
置が特開平8−320451号公報で提案されている。
【0003】該装置において、光源10から発せられた
照明光は、反射鏡11で反射され拡散板12で均一化さ
れ、ハーフミラー15を透過して画像変調装置の表示部
14を照明する。そして該表示部14の表示画像に基づ
いて変調された光束は、ハーフミラー15で反射され、
凹面鏡16で拡大され再度ハーフミラー15を透過し
て、観察者の目20に入射する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この従来例では、光源
像10がハーフミラー15によって反射され観察者の目
20に入射してしまうためゴーストが発生し、画像変調
装置の表示部14を観察するときのコントラストが非常
に低下する問題があった。また、光源10から観察者の
目20までの光路においてハーフミラーを2回透過、1
回反射するため光量の低下が大きいという問題があっ
た。
【0005】そこで本発明の目的は、明るく、ゴースト
が少なく、コントラストの良好な反射型の画像表示装置
及び画像表示ユニットを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】〔1〕:光源からの光束
を光分割手段に入射させて該光束を透過光束と反射光束
に分割し、該反射光束を第2正レンズ群に入射させ、該
第2正レンズからの光束で反射型の画像変調素子の表示
部を照明し、該表示部で反射した光束を再び該第2正レ
ンズ群に入射させて該第2正レンズからの光束を該光分
割手段に入射させ、該光分割手段を透過した光束を第1
正レンズ群に入射させ、該第1正レンズ群からの光束を
観察者の眼の位置に導光することを特徴とする画像表示
装置。
【0007】〔2〕:光源からの光束を光分割手段に入
射させて該光束を透過光束と反射光束に分割し、該透過
光束を第2正レンズ群に入射させ、該第2正レンズから
の光束で反射型の画像変調素子の表示部を照明し、該表
示部で反射した光束を再び該第2正レンズ群に入射させ
て該第2正レンズからの光束を該光分割手段に入射さ
せ、該光分割手段で反射した光束を第1正レンズ群に入
射させ、該第1正レンズ群からの光束を観察者の眼の位
置に導光することを特徴とする画像表示装置。
【0008】〔3〕:前記光源と前記観察者の眼の位置
とが共役関係にあることを特徴とする〔1〕又は〔2〕
の画像表示装置。
【0009】〔4〕:前記反射型画像変調素子の表示部
は高分子分散型液晶であることを特徴とする〔1〕,
〔2〕又は〔3〕の画像表示装置。
【0010】〔5〕:前記第2正レンズ群は観察者側に
凸面を向けた1枚の平凸レンズより構成されることを特
徴とする〔1〕,〔2〕,〔3〕又は〔4〕記載の画像
表示装置。
【0011】〔6〕:前記平凸レンズの観察者側の凸面
は双曲面であることを特徴とする〔5〕記載の画像表示
装置。
【0012】〔7〕:前記平凸レンズの双曲面の円錐定
数をK、該平凸レンズのd線における屈折率をn2とし
たとき、0.7<A<1.4ここで、A=−K/n22
の条件式を満足することを特徴とする〔6〕記載の画像
表示装置。
【0013】〔8〕:前記第1正レンズ群は1枚の両凸
レンズより構成されることを特徴とする〔1〕〜〔7〕
の何れか1 項に記載の画像表示装置。
【0014】
〔9〕:前記第1正レンズ群は負レンズと
正レンズが接合された1枚の両凸接合レンズより構成さ
れることを特徴とする〔1〕〜〔8〕の何れか1 項に記
載の画像表示装置。
【0015】〔10〕:〔1〕〜
〔9〕の何れか1 項に
記載の画像表示装置を一対備え、該一対の画像表示装置
からの光束を観察者の右眼の位置と左眼の位置とに導光
することを特徴とする画像表示ユニット。
【0016】
【発明の実施の形態】図1は本発明の第1実施形態の概
略断面図を示す。同図において、1は光源、2は入射光
を透過光と反射光に分割する光分割手段としてのハーフ
ミラー、3は第二の正レンズ群としての1 枚の正レン
ズ、4は反射型画像変調素子としての反射型液晶、5は
第1の正レンズ群としての1枚の正レンズである。
【0017】光源1から発せられた光は、ハーフミラー
2で反射され、正レンズ3で集光され平行光となって、
反射型液晶4を照明する。反射型液晶4の表示画像に基
づいて変調された光は、正レンズ3で集光され、ハーフ
ミラー2を透過し、正レンズ5でさらに集光され、観察
者の眼球6の瞳6aに光源像を形成する。これにより観
察者は反射型液晶4に表示された画像を拡大して観察す
ることができる。特に本例は、瞳6aに光源像を形成す
る構成、即ち観察者の眼の位置と光源1とを共役関係と
する構成のため光源1からの光束がムダ無く瞳6aに導
光され、明るい表示画像が得られる。
【0018】尚、反射型液晶4はツイストネマチック液
晶でもよいが、明るさの効率を高めるためには偏光板を
用いる必要のない高分子分散型液晶であるのが良い。こ
のとき液晶の拡散の度合いにより観察者の眼球6の瞳6
aに入射する光量が変化し、観察者は変調された画像を
見ることができる。また、反射型液晶4の各画素に対応
した微細なカラーフィルターを配置すれば、カラー画像
を観察することも可能である。
【0019】本形態において、正レンズ3は観察者側に
凸面を向けた平凸レンズとしている。これは、正レンズ
3の観察者側のレンズ面での反射光を発散させて光源像
のゴーストを目立たなくさせるためである。
【0020】また、反射型液晶4を照明する照明系の球
面収差が大きいと観察者の視野内で明るさのムラ(照明
ムラ)が発生してしまい好ましくないので、正レンズ3
の観察者側のレンズ面を双曲面とし、球面収差を小さく
している。
【0021】以上のように本形態では、光源1から観察
者の眼6までの光路においてハーフミラー2を1回反
射、1回透過で構成できるので光量損失が少なく、ゴー
ストの発生が小さく、コントラストの良好な画像表示装
置が実現できる。さらに画像表示素子に反射型の高分子
分散型液晶を用いれば、偏光板を使用する必要がないの
でさらに明るくなり、結果としてLEDなどの消費電力
の少ない光源を用いることができるので、装置全体とし
て消費電力の少ない、小型な画像観察装置が実現でき
る。
【0022】図2は本発明の第2実施形態の概略断面図
を示す。本形態の基本構成は、前述の第1実施形態と略
同じであるので、重複する説明を省略し、該第1実施形
態と異なる構成のみを説明した。なお同一の要素には同
符番を付している。(以下の実施形態についても同様で
ある) 本形態では光源1とハーフミラー2の間にコンデンサー
レンズ7を配置して、光源1から発せられる照明光の利
用効率を高めるとともに、装置全体の小型化を実現して
いる。
【0023】図3は本発明の第3実施形態の概略断面図
を示す。
【0024】本形態では、光源1とハーフミラー2の間
に光拡散板8を配置して、光源1の見掛けの大きさを大
きくすることにより観察者の眼球6の移動による画像の
消失を緩和させている。このような構成をとることで、
観察者は眼球6の瞳6aを光源像に正確に合わせ込まな
くても変調された画像を見ることができる。
【0025】図4は本発明の第4実施形態の概略断面図
を示す。
【0026】本形態は、3色の光源1B,1G,1Rを
配置し、該光源1B,1G,1Rを順次点灯させてカラ
ー画像を得るものである。反射型液晶4は、該光源の点
灯と同期させて表示画像を切り換え、該光源の色に対応
した変調を行うことでカラー画像を表示する。この構成
の場合、カラーフィルターを用いた単板のカラー液晶と
比べて3倍の解像度を得ることができる。
【0027】図5、6、7は本発明の観察光学系の数値
実施例1、2、3のレンズ断面図、図8、9、10は該
数値実施例1、2、3の収差図を示す。
【0028】なお、図6、7の数値実施例2,3では第
1レンズ群をアッベ数の大きい正レンズとアッベ数の小
さい負レンズを接合した接合レンズとして色収差を良好
に補正している。
【0029】また、観察系の非点収差を小さくするた
め、第1レンズ群を1枚の両凸レンズ若しくは両凸接合
レンズとしている。
【0030】以下、第1レンズ群5及び第2レンズ群3
よりなる観察光学系の数値実施例を示す。
【0031】ここで、 riは観察者側からi番目のレンズ面の曲率半径 diは観察者側からi番目のレンズ面間隔 niは観察者側からi番目のレンズのd線における屈折
率 νiは観察者側からi番目のレンズのアッベ数 Kは非球面の円錐定数 非球面の形状は以下の式で表される X=(y2 /r)/(1+(1−(1+K)*(y/
r)20.5 ) A=−K/n22 0.7<A<1.4 ………(1) 数値実施例1 A=1.000(観察者側から3番目の
レンズ面が非球面) 数値実施例2 A=1.000(観察者側から4番目の
レンズ面が非球面) 数値実施例3 A=1.000(観察者側から4番目の
レンズ面が非球面) 尚、条件式(1)の範囲外では、観察者の瞳における照
明光の球面収差が増加し、反射型の画像変調装置の表示
部において照明ムラが発生してくるので良くない。
【0032】
【数1】
【0033】
【数2】
【0034】
【数3】 〈その他〉 1.上記の実施形態では、光源1からハーフミラー2に
入射し反射した光束を用いた例を示したが、図11に示
すようにハーフミラー2を透過した光束を第2正レンズ
群3に入射させる構成であっても良い。
【0035】2.図12は本発明にかかる画像表示ユニ
ットの概略図である。該画像表示ユニットUは、上記画
像表示装置H を一対備え、該画像表示装置H からの光束
を観察者の右眼と左眼とに導光するものである。該画像
表示ユニットUは 例えば観察者の頭部に装着される
所謂ヘッドマウントディスプレイとして 利用され
る。このとき反射型液晶4に互いに視差を有する画像を
表示する ことで観察者に立体的な画像を観察させる
ことができる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、明
るく、ゴーストが少なく、コントラストの良好な反射型
の画像表示装置及び画像表示ユニットを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態の断面図
【図2】 本発明の第2実施形態の断面図
【図3】 本発明の第3実施形態の断面図
【図4】 本発明の第4実施形態の断面図
【図5】 本発明に係る観察光学系の数値実施例1のレ
ンズ断面図
【図6】 本発明に係る観察光学系の数値実施例2のレ
ンズ断面図
【図7】 本発明に係る観察光学系の数値実施例3のレ
ンズ断面図
【図8】 本発明に係る観察光学系の数値実施例1の収
差図
【図9】 本発明に係る観察光学系の数値実施例2の収
差図
【図10】 本発明に係る観察光学系の数値実施例3の
収差図
【図11】 本発明に係る画像表示装置の他の形態を示
す概略図
【図12】 本発明に係る画像表示ユニットの概略図
【図13】 従来例の画像表示装置の断面図
【符号の説明】
1.光源 2.ハーフミラー 3.正レンズ(第2正レンズ群) 4.反射型液晶パネル 5.正レンズ(第1正レンズ群) 6.眼球 6a.眼球の瞳 7.コンデンサーレンズ 8.光拡散板 1B.青色光源 1G.緑色光源 1R.赤色光源 S.サジタル像面 M.メリディオナル像面

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源からの光束を光分割手段に入射させ
    て該光束を透過光束と反射光束に分割し、該反射光束を
    第2正レンズ群に入射させ、該第2正レンズからの光束
    で反射型の画像変調素子の表示部を照明し、該表示部で
    反射した光束を再び該第2正レンズ群に入射させて該第
    2正レンズからの光束を該光分割手段に入射させ、該光
    分割手段を透過した光束を第1正レンズ群に入射させ、
    該第1正レンズ群からの光束を観察者の眼の位置に導光
    することを特徴とする画像表示装置。
  2. 【請求項2】 光源からの光束を光分割手段に入射させ
    て該光束を透過光束と反射光束に分割し、該透過光束を
    第2正レンズ群に入射させ、該第2正レンズからの光束
    で反射型の画像変調素子の表示部を照明し、該表示部で
    反射した光束を再び該第2正レンズ群に入射させて該第
    2正レンズからの光束を該光分割手段に入射させ、該光
    分割手段で反射した光束を第1正レンズ群に入射させ、
    該第1正レンズ群からの光束を観察者の眼の位置に導光
    することを特徴とする画像表示装置。
  3. 【請求項3】 前記光源と前記観察者の眼の位置とが共
    役関係にあ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】 前記反射型画像変調素子の表示部は高分
    子分散型液晶であることを特徴とする請求項1,2又は
    3の画像表示装置。
  5. 【請求項5】 前記第2正レンズ群は観察者側に凸面を
    向けた1枚の平凸レンズより構成されることを特徴とす
    る請求項1,2,3又は4記載の画像表示装置。
  6. 【請求項6】 前記平凸レンズの観察者側の凸面は双曲
    面であることを特徴とする請求項5記載の画像表示装
    置。
  7. 【請求項7】 前記平凸レンズの双曲面の円錐定数を
    K、該平凸レンズのd線における屈折率をn2としたと
    き、 0.7<A<1.4 ここで、A=−K/n22の条件式を満足することを特
    徴とする請求項6記載の画像表示装置。
  8. 【請求項8】 前記第1正レンズ群は1枚の両凸レンズ
    より構成されることを特徴とする請求項1〜7の何れか
    1 項に記載の画像表示装置。
  9. 【請求項9】 前記第1正レンズ群は負レンズと正レン
    ズが接合された1枚の両凸接合レンズより構成されるこ
    とを特徴とする請求項1〜8の何れか1 項に記載の画像
    表示装置。
  10. 【請求項10】 請求項1〜9の何れか1 項に記載の画
    像表示装置を一対備え、該一対の画像表示装置からの光
    束を観察者の右眼の位置と左眼の位置とに導光すること
    を特徴とする画像表示ユニット。
JP10267410A 1998-09-04 1998-09-04 画像表示装置及び画像表示ユニット Pending JP2000081591A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003066336A (ja) * 2001-08-23 2003-03-05 Olympus Optical Co Ltd 手術用顕微鏡
US7002751B2 (en) 2000-09-27 2006-02-21 Minolta Co., Ltd. Image display apparatus

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7002751B2 (en) 2000-09-27 2006-02-21 Minolta Co., Ltd. Image display apparatus
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