JP2001013448A - 映像観察装置 - Google Patents

映像観察装置

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JP2001013448A
JP2001013448A JP11181431A JP18143199A JP2001013448A JP 2001013448 A JP2001013448 A JP 2001013448A JP 11181431 A JP11181431 A JP 11181431A JP 18143199 A JP18143199 A JP 18143199A JP 2001013448 A JP2001013448 A JP 2001013448A
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JP
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screen
image
observation
observer
pupil
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JP11181431A
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English (en)
Inventor
Satoshi Osawa
聡 大澤
Yasushi Tanijiri
靖 谷尻
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、装置全体の大きさ、重量バランス
を用途にあうように構成できる、スクリーンを用いた映
像観察装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 投影レンズ1から出射された投影光は、
ハーフミラー4で反射され、スクリーン3上に実像を形
成する。スクリーン3で反射された光は、ハーフミラー
4で透過された光は、プリズム2L,2R、接眼レンズ
5L,5Rを介して観察者の瞳EL,ERに与えられ、
観察者はスクリーン3上の実像の虚像を観察することに
なる。プリズム2L,2Rの屈曲作用により、左右の瞳
EL,ERに観察されるスクリーン3上の観察範囲が一
致するので、スクリーン3の大きさを小さくできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、広視野角な映像を
観察者に提供するのに好適な映像観察装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来より、表示映像の虚像を観察者の瞳
に投影する映像観察装置において、高い臨場感を得る方
法として、表示映像を中間像を形成することなく観察者
の瞳に虚像として投影する方法や、表示映像をスクリー
ンに一旦投影してそれを接眼光学系で適当な視度補正を
して投影する方法がある。これらの方法によると、比較
的簡単に広視野角と大きな瞳径が得られ、高い臨場感が
得られる利点がある。
【0003】しかし、中間像を形成することなく観察者
眼に虚像を投影する方法においては、広視野角と大きな
瞳径を達成しようとすると大きな径のレンズが多数必要
となり光学系のコストが高くなる上に重くなる。一方、
スクリーンに映像を一旦投影し、それを接眼光学系で適
当な視度補正をして投影する方法は、スクリーンの拡散
で大きな瞳径が達成可能であり、投影光学系もコンパク
トにできる利点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ス
クリーンを用いた従来の映像観察装置において、広視野
角な映像観察を達成するためには、スクリーンを大きく
する必要があった。そのため、装置全体が大きくなって
しまった。また、従来の映像観察装置においては、スク
リーンが観察者の前方に固定されていた。よって、重量
バランスが悪かったり、装置全体が大きくなったりする
ことがあった。すなわち、目的の観察映像の視野角等が
決まると、スクリーンの大きさ、配置位置等が必然的に
決まっていた。装置全体が大型化したり、重量バランス
が悪くなったりすると、特にヘッドマウントディスプレ
イ(HMD)等の装着型の映像観察装置には不向きであ
った。
【0005】本発明は、スクリーンを用いた映像観察装
置において、装置全体の大きさ、重量バランスを用途に
あった構成にできるようにすることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、接眼光学系を介して所定面の観察範囲に
形成される実像を虚像として観察するものであり、前記
観察範囲を含むように前記所定面に配された反射型のス
クリーンと、前記スクリーン上に実像を投影する投影光
学系と、前記スクリーンの前方に配され、前記投影光学
系からの投影光を前記スクリーンに導くとともに、前記
スクリーンで反射された光を観察者の瞳に導く部分反射
透過素子とを備えた映像観察装置において、前記部分反
射透過素子から観察者の瞳に至る光路中に、前記観察範
囲を移動させる光学素子が配されている構成とする。こ
のような構成においては、スクリーンの配置の自由度が
増すことになる。
【0007】前記光学素子として、ミラーを用いてもよ
い。この場合、簡素な部材で大きくスクリーンの配置位
置を変えることが可能となる。
【0008】また、前記光学素子として、プリズムを用
いてもよい。この場合、前記光学素子の大きさを小さく
することができるので、装置の軽量化が可能となる。
【0009】前記光学素子として、左の瞳に観察される
左眼用の観察範囲と、右の瞳に観察される右眼用の観察
範囲との前記所定面での重なりが大きくなるようにする
作用を有するものを用いてもよい。この場合、左右の瞳
で映像が観察される構成において、スクリーンの大きさ
を小さくすることが可能となる。
【0010】また、前記光学素子として、左の瞳に観察
される左眼用の観察範囲と、右の瞳に観察される右眼用
の観察範囲との前記所定面での重なりが小さくなるよう
にする作用を有するものを用いてもよい。この場合、左
右の映像の分離が容易となり、3D映像の観察が容易に
達成される。
【0011】また、前記光学素子として、左右の瞳に観
察される観察範囲を一致させる作用を有するものを用
い、さらに左右の瞳に観察される実像が共通の投影光学
系により投影される構成としてもよい。
【0012】この構成においては、スクリーンを小さく
できるとともに、投影光学系を一つにできるので、装置
全体の小型化、簡素化及びコストの低減が図られる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
【0014】〈第1の実施形態〉図1は、本実施形態の
映像観察装置の光学系の構成を示す上面図である。図2
は、右眼用の光学系の横断面図である。
【0015】本実施形態の映像観察装置は、観察者の瞳
EL,ERの前方に手前から順に配された左右の接眼レ
ンズ5L,5R、左右のプリズム2L,2R、ハーフミ
ラー4、スクリーン3と、ハーフミラー4に対してスク
リーン3からの光の反射方向に配された左右の投影レン
ズ1L,1Rとからなる。
【0016】観察者は、所定面に配された反射型のスク
リーン3上に形成される実像を接眼レンズ5L,5Rを
介して虚像として観察する。この実像は投影レンズ1
L,1Rから出射される投影光により形成される。ここ
で、本装置における光の進行の様子について説明する。
表示映像に基づく投影光は、投影レンズ1L,1Rから
出射され、ハーフミラー4に入射される。ここで反射さ
れた光は、スクリーン3に達する。スクリーン3に入射
された光は、ここで反射され、ハーフミラー4に再入射
する。ここで透過された光は、プリズム2L,2R、接
眼レンズ5L,5Rを介して観察者の瞳EL,ERに入
射する。
【0017】プリズム2L,2Rは、光を屈曲させるこ
とにより、観察者により観察される観察範囲を所定面上
で移動させる作用を有する。本装置において、プリズム
2L,2Rは、左の瞳ELに観察される左眼用の観察範
囲と、右の瞳ERに観察される右眼用の観察範囲とが重
ならないように光を屈曲させる。このような構成によ
り、左右の映像が容易に確実に分離され、3D映像の観
察も容易に行うことができる。尚、プリズム2L,2R
は、小さい光学素子であるので、装置全体の重量に与え
る影響は小さい。
【0018】さらに、スクリーン3は、拡散性を有する
構成とすることが望ましい。拡散性により、投影レンズ
1L,1Rの射出瞳より大きい瞳径を観察者の瞳EL,
ER位置で達成することができる。
【0019】〈第2の実施形態〉図3は、本実施形態の
映像観察装置の光学系の構成を示す上面図である。本装
置の左右のプリズム2L,2Rは、左眼用の観察範囲
と、右眼用の観察範囲を一致させるように光を屈曲させ
る。また、スクリーン3の前記観察範囲に投影される投
影光は、単一の投影レンズ1から投影される。その他の
構成は、第1の実施形態と同様である。
【0020】プリズム2L,2Rは、輻輳と接眼レンズ
5L,5Rの視度が一致するように光を屈曲させるもの
である。よって、プリズム2L,2Rを介することによ
る観察映像の不自然さはほとんど生じない。
【0021】本装置においては、両眼用の観察範囲が一
致するのでスクリーン3を小さくでき、装置全体の小型
化が達成される。また、投影レンズ1も一つでよいの
で、コストが低減される。
【0022】〈第3の実施形態〉図4は、本実施形態の
映像観察装置の構成を示す上面図である。本装置におい
ては、第1の実施形態のプリズム2L,2Rと接眼レン
ズ5L,5Rに代えて、両方の機能を有する偏心屈曲素
子6L,6Rが配されている。偏心屈曲素子6L,6R
は、偏心した自由曲面を有する素子であり、プリズム2
L,2Rと同様の屈曲効果を有するとともに、視度を適
度な位置に設定するパワーを有する。尚、本実施形態に
おける偏心屈曲素子6L,6Rの屈曲効果は、左眼用の
観察範囲を右眼用の観察範囲を一致させるものである。
その他の構成は、第1の実施形態と同様である。
【0023】本装置においては、両眼用の観察範囲が一
致するので、スクリーン3を小さくでき、装置全体の小
型化が達成される。また、部品点数が削減されるので、
軽量で小型の光学系を構成することが可能となる。
【0024】〈第4の実施形態〉図5は、本実施形態の
頭部装着型の映像観察装置の構成を示す上面図である。
本装置は、それぞれの構成要素が左右の光学系用に別個
に設けられており、左右の光学系は中心軸Xを含む紙面
に垂直な面に対して対称になっている。
【0025】本装置において、スクリーン3L,3Rは
それぞれ観察者の顔の左横、右横方向に配されている。
その他の構成要素として、観察者の瞳EL,ERからス
クリーン3L,3Rに向かって順に、接眼レンズ5L,
5L、第2のハーフミラー7L,7R、第1のハーフミ
ラー4L,4Rが配されている。また、第1のハーフミ
ラー4L,4Lに対してスクリーン3L,3Lからの光
の反射方向に投影レンズ1L,1Rが配されている。投
影レンズ1L,1Rは、観察者の耳の横近傍に位置す
る。
【0026】観察者は、所定面に配された反射型のスク
リーン3L,3R上に形成される実像を接眼レンズ5
L,5Rを介して虚像として観察する。この実像は投影
レンズ1L,1Rから出射される投影光により形成され
る。ここで、本装置における光の進行の様子について説
明する。表示映像に基づく投影光は、投影レンズ1L,
1Rから出射され、第1のハーフミラー4L,4Rに達
する。ここで反射された光は、スクリーン3L,3Rに
達する。スクリーン3L,3Rに入射された光は、ここ
で反射される。そして、第1のハーフミラー4を透過さ
れ、第2のハーフミラー7L,7Rを反射された光は、
接眼レンズ5L,5Rを介して観察者の瞳ER,ELに
入射する。
【0027】第2のハーフミラー7L,7Rは、観察者
の視野前方からの外界光LBを透過させるので、この外
界光LBは観察者の瞳EL,ERに導かれることにな
り、観察者は外界像をスクリーン3L,3Rの実像に重
ねて観察することができる。
【0028】第2のハーフミラー7L,7Rは、光を屈
曲させることにより、観察者により観察される観察範囲
を所定面上で移動させる作用を有する。ハーフミラー7
L,7Rは、光を大きく屈曲させることができるので、
スクリーン3L,3Rの位置をさまざまに設定できる。
本装置においては、観察者の顔の横に配置されるように
構成しており、本装置を頭部に装着した際の重量バラン
スが非常によくなっている。
【0029】尚、第2のハーフミラー7L,7Rに代え
て、偏光分離面を用いてもよい。この場合、スクリーン
3L,3Rから反射される観察光が特定の偏光成分のみ
からなるようし、偏光分離面はこの偏光成分の光を反射
させる特性を有するものを用いる。このような構成とす
ることで、観察者の瞳EL,ERに到達する観察光の光
量損失を大幅に低減させることができる。よって、明る
い映像を観察できる。この場合も、偏光分離面を透過さ
れる外界光により、スクリーン3L,3Rの実像に重ね
て外界像を観察することができる。
【0030】また、スクリーン3L,3Rは、拡散性を
有する構成とすることが望ましい。拡散性により、投影
レンズ1L,1Rの射出瞳より大きい瞳径を観察者の瞳
EL,ER位置で達成することができる。
【0031】〈第5の実施形態〉図6は、本実施形態の
頭部装着型の映像観察装置の構成を示す上面図である。
本装置においては、観察者の前方の中心軸X近傍に、観
察者に近い方から順に全反射ミラー8L,8R、投影レ
ンズ1L,1Rが配されている。接眼レンズ5L,5
R、第2のハーフミラー7L,7R、スクリーン3L,
3Rは第4の実施形態と同様の位置に配されている。
【0032】本装置における光の進行の様子について説
明する。投影レンズ1L,1Rから出射された表示映像
に基づく投影光は、全反射ミラー8L,8Rで反射さ
れ、第2のハーフミラー7L,7Rに入射する。ここで
透過された光は、スクリーン3L,3Rに達する。スク
リーン3L,3Rで反射された光は、第2のハーフミラ
ー7L,7Rに再入射する。ここで反射された光は、接
眼レンズ5L,5Rを介して観察者の瞳EL,ERに入
射する。この光により、観察者はスクリーン3L,3R
上に投影される実像の虚像を観察することになる。
【0033】第2のハーフミラー7L,7Rは、観察者
の視野前方からの外界光LBを透過させるので、この外
界光LBは観察者の瞳EL,ERに導かれることにな
り、観察者は外界像をスクリーン3L,3Rの実像に重
ねて観察することができる。
【0034】本装置においては、スクリーン3L,3R
が観察者の顔の横に配置されるように構成されているの
で、本装置を頭部に装着した際の重量バランスが非常に
よい。
【0035】
【発明の効果】本発明においては、観察範囲を移動させ
る光学素子により、スクリーンの配置位置の自由度が増
す。よって、装置全体の重量バランスの改善を図ること
が可能となる。前記光学素子として、ミラーを用いる
と、光路を大きく屈曲させることが可能となり、観察範
囲すなわちスクリーンを例えば観察者の顔の横に移動さ
せることができる。この構成の装置を、頭部装着型の映
像観察装置として用いた場合には、重量バランスが非常
によく、長時間装着しても観察者に与える負担は少な
い。
【0036】前記光学素子として、プリズムを用いた構
成によると、この光学素子による重量の増加が小さく優
れている。
【0037】また、前記光学素子により、左眼用の観察
範囲と、右眼用の観察範囲の重なりを大きくするような
構成とすることができ、この構成によると、スクリーン
の大きさを小さくできるので、装置全体の小型化、軽量
化が図られる。さらに、二つの観察範囲が完全に重なる
ように構成し、共通の投影光学系で投影光を投影する構
成とすることにより、コスト削減が図られる。
【0038】また、前記光学素子により、容易に左眼用
の観察範囲と、右眼用の観察範囲の重なりを小さくなる
ような構成とすることができ、例えば完全に分離する構
成とすることで、3D表示が簡単に達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態の映像観察装置の光学系の構成
を示す上面図。
【図2】第1の実施形態の映像観察装置の光学系の構成
を示す横断面図。
【図3】第2の実施形態の映像観察装置の光学系の構成
を示す上面図。
【図4】第3の実施形態の映像観察装置の光学系の構成
を示す上面図。
【図5】第4の実施形態の映像観察装置の光学系の構成
を示す上面図。
【図6】第5の実施形態の映像観察装置の光学系の構成
を示す上面図。
【符号の説明】
1,1L,1R 投影レンズ 2L,2R プリズム 3,3L,3R スクリーン 4 ハーフミラー 4L,4R 第1のハーフミラー 5L,5R 接眼レンズ 6L,6R 偏心屈曲素子 7L,7R 第2のハーフミラー EL,ER 瞳

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 接眼光学系を介して所定面の観察範囲に
    形成される実像を虚像として観察するものであり、 前記観察範囲を含むように前記所定面に配された反射型
    のスクリーンと、 前記スクリーン上に実像を投影する投影光学系と、 前記スクリーンの前方に配され、前記投影光学系からの
    投影光を前記スクリーンに導くとともに、前記スクリー
    ンで反射された光を観察者の瞳に導く部分反射透過素子
    とを備えた映像観察装置において、 前記部分反射透過素子から観察者の瞳に至る光路中に、
    前記観察範囲を移動させる光学素子が配されていること
    を特徴とする映像観察装置。
  2. 【請求項2】 前記光学素子は、ミラーであることを特
    徴とする請求項1に記載の映像観察装置。
  3. 【請求項3】 前記光学素子は、プリズムであることを
    特徴とする請求項1に記載の映像観察装置。
  4. 【請求項4】 前記光学素子は、左の瞳に観察される左
    眼用の観察範囲と、右の瞳に観察される右眼用の観察範
    囲との前記所定面での重なりが大きくなるようにするも
    のであることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記
    載の映像観察装置。
  5. 【請求項5】 前記光学素子は、左の瞳に観察される左
    眼用の観察範囲と、右の瞳に観察される右眼用の観察範
    囲との前記所定面での重なりが小さくなるようにするも
    のであることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記
    載の映像観察装置。
  6. 【請求項6】 前記光学素子は、左右の瞳に観察される
    観察範囲が一致するようにするものであり、左右の瞳で
    観察される実像が共通の投影光学系により投影されるこ
    とを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の映像観
    察装置。
JP11181431A 1999-06-28 1999-06-28 映像観察装置 Pending JP2001013448A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7901678B2 (en) 2001-07-30 2011-03-08 Keio University Medicinal compositions containing Fc receptor γ chain activator
KR101651995B1 (ko) * 2016-01-27 2016-08-30 주식회사 썸텍 안폭 조절이 필요 없는 무안경식 3d 디스플레이 장치
WO2023213938A1 (en) * 2022-05-05 2023-11-09 Haag-Streit Gmbh Stereoscopic, indirect viewing device for a microscope

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Effective date: 20050613