JP2011118402A - Display device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To miniaturize a head mount type display device arranged in front of an eye of an observer. <P>SOLUTION: The display device includes: a first concave mirror 53 formed as a part of a first elliptical body 51 having first and second focal points, through which light emitted from a display element 55 and passing through an image forming element 56 passes; and a second concave mirror 54 formed as a part of a second elliptical body 52 having a third focal point, arranged at a position common to the second focal point, and a fourth focal point; wherein the light emitted from the display element is focused on or near the first focal point, the light passing through the first focal point is reflected by the first concave mirror and proceeds toward the common second and third focal points, the light passing through the second and third focal points is reflected by the second concave mirror to be focused on or near the fourth focal point, and thereby the eye of the observer can be arranged on or near the fourth focal point. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は液晶表示素子等の表示素子の画像を観察者の目の直ぐ前で見るヘッドマウントディスプレイ又は眼鏡型ディスプレイと呼ばれる表示装置に関する。   The present invention relates to a display device called a head-mounted display or an eyeglass-type display in which an image of a display element such as a liquid crystal display element is viewed immediately in front of an observer.

このタイプの表示装置は、例えば、特開平5−134208号公報(特許文献1)、同5−210069号公報、同5−328261号公報、同7−46513号公報、同9−189880号公報、同11−64781号公報、及び特許第2910111号等に開示されている。さらに、導光体を含む表示装置は、特開平2−297516号公報、同5−304645号公報、及び同9−73043号公報に開示されている。   This type of display device includes, for example, JP-A-5-134208 (Patent Document 1), JP-A-5-210069, JP-A-5-328261, JP-A-7-46513, JP-A-9-189880, No. 11-64781, and Japanese Patent No. 2910111. Further, display devices including a light guide are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2-297516, 5-304645, and 9-73043.

このタイプの表示装置は、液晶パネル等の表示素子と、表示素子で形成された画像を拡大するための凸レンズや凹面鏡等の結像素子とからなる。添付図面の図14は従来の眼鏡型ディスプレイの光学系を示す図である。図14において、1は表示素子、2は結像素子、3は結像素子2で拡大された表示素子1の虚像、4は観察者の瞳である。拡散光が表示素子1に照射され、表示素子1を通った光は結像素子2を通って観察者の瞳4に入射する。従って、観察者は結像素子2で拡大された表示素子1の虚像3を見ることができる。表示素子の入射光源側には散乱光生成のための拡散面1aが配置される。   This type of display device includes a display element such as a liquid crystal panel and an imaging element such as a convex lens or a concave mirror for enlarging an image formed by the display element. FIG. 14 of the accompanying drawings is a diagram showing an optical system of a conventional glasses-type display. In FIG. 14, 1 is a display element, 2 is an imaging element, 3 is a virtual image of the display element 1 magnified by the imaging element 2, and 4 is a pupil of an observer. Diffused light is irradiated onto the display element 1, and the light passing through the display element 1 enters the observer's pupil 4 through the imaging element 2. Therefore, the observer can see the virtual image 3 of the display element 1 magnified by the imaging element 2. A diffusion surface 1a for generating scattered light is disposed on the incident light source side of the display element.

この場合、光源として蛍光管が用いられる。しかし、蛍光管は大きくかつ重いので、観察者の目の直ぐ前方に配置される眼鏡型ディスプレイに蛍光管を用いることは難しい。
図15は実質的な点光源である発光素子6を用いた例を示す。発光素子6は発散性の光を出射し、表示素子1を通った発散性の光は、結像素子2を通って収束性の光となって観察者の瞳4に入射する。この場合、発散性の光が表示素子1に照射されるので、結像素子2は表示素子1に近い位置に配置される必要がある。しかし、結像素子2は表示素子1に近い位置に配置されるため、収差が大きくなって画像の品質が低下する。このために、図16に示されるように、表示の品質を向上するために複数の結像素子2、2aを設けることが必要になる。そのため、表示装置全体が大型化し、重くなるという問題点がある。
In this case, a fluorescent tube is used as the light source. However, since the fluorescent tube is large and heavy, it is difficult to use the fluorescent tube for an eyeglass-type display disposed immediately in front of the observer's eyes.
FIG. 15 shows an example using the light emitting element 6 which is a substantial point light source. The light emitting element 6 emits divergent light, and the divergent light passing through the display element 1 enters the observer's pupil 4 through the imaging element 2 as convergent light. In this case, since the divergent light is irradiated to the display element 1, the imaging element 2 needs to be disposed at a position close to the display element 1. However, since the imaging element 2 is arranged at a position close to the display element 1, the aberration increases and the quality of the image decreases. For this reason, as shown in FIG. 16, it is necessary to provide a plurality of imaging elements 2 and 2a in order to improve display quality. Therefore, there is a problem that the entire display device becomes large and heavy.

また、上記特開平5−134208号公報では、表示装置の小型化を実現するために、2焦点を有する楕円体を利用することを提案している。すなわち、図17に示されるように、楕円体7の一部を利用して凹面鏡8を形成し、表示素子1と偏心レンズ群2xを通った光が楕円体7の第1の焦点P1を通り、凹面鏡8で反射した光が第2の焦点P2を通り、第2の焦点P2に観察者の瞳4を配置させるようになっている。こうすれば、第1の焦点を通った光は凹面鏡8で反射して確実に第2の焦点を通り、瞳4に入射する。   Japanese Laid-Open Patent Publication No. 5-134208 proposes to use an ellipsoid having two focal points in order to reduce the size of the display device. That is, as shown in FIG. 17, a concave mirror 8 is formed using a part of the ellipsoid 7, and the light passing through the display element 1 and the eccentric lens group 2x passes through the first focal point P1 of the ellipsoid 7. The light reflected by the concave mirror 8 passes through the second focal point P2, and the observer's pupil 4 is arranged at the second focal point P2. In this way, the light passing through the first focal point is reflected by the concave mirror 8 and surely passes through the second focal point and enters the pupil 4.

しかし、図17に示す表示装置では、観察者が表示装置を装着したときに、表示素子1及び偏心レンズ群2xが観察者の瞳4の横に位置し、観察者の側頭部(耳の近くの部分)と干渉する可能性がある。このために、表示装置は表示素子1及び偏心レンズ群2xが観察者の側頭部と干渉しないように構成される必要があり、表示装置を十分に小さくすることができない。   However, in the display device shown in FIG. 17, when the observer wears the display device, the display element 1 and the eccentric lens group 2x are positioned beside the observer's pupil 4 and There is a possibility of interference with a nearby part. For this reason, the display device needs to be configured so that the display element 1 and the eccentric lens group 2x do not interfere with the temporal region of the observer, and the display device cannot be made sufficiently small.

また、楕円体7の2焦点を利用する構成は、表示画面が歪みやすい。つまり、第1の焦点P1から発散する光の角度が、第2の焦点P2で集光される光の角度とは同じにならない。従って、瞳4に入射する光の角度が表示素子1を通った光の角度となるようにするために、表示素子1の近傍に偏心レンズ群2xとして複雑な複数の偏心レンズを配置しなければならない。このため、表示装置を十分に小型化できないという問題点がある。   Further, the configuration using the two focal points of the ellipsoid 7 tends to distort the display screen. That is, the angle of the light diverging from the first focal point P1 is not the same as the angle of the light condensed at the second focal point P2. Therefore, in order to make the angle of light incident on the pupil 4 equal to the angle of light passing through the display element 1, a plurality of complicated eccentric lenses must be arranged as the eccentric lens group 2x in the vicinity of the display element 1. Don't be. For this reason, there exists a problem that a display apparatus cannot fully be reduced in size.

特開平5−134208号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-134208 特開平5−210069号公報JP-A-5-210069 特開平5−328261号公報JP-A-5-328261 特開平7−46513号公報JP 7-46513 A 特開平9−189880号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-189880 特開平11−64781号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-64781 特許第2910111号Japanese Patent No. 2910111 特開平2−297516号公報JP-A-2-297516 特開平5−304645号公報JP-A-5-304645 特開平9−73043号公報JP-A-9-73043

本発明の目的は、上記した問題点を解決するためになされたもので、小型化可能な、画像を観察者の目の直ぐ前方で見る表示装置を提供することである。
本発明のさらなる目的は、画像を観察者の目の直ぐ前で見ることができ、かつ、観察者の側頭部と干渉しないように構成されることのできる表示装置を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a display device that can be miniaturized and that allows an image to be viewed in front of an observer's eyes.
It is a further object of the present invention to provide a display device that can be viewed in front of the viewer's eyes and can be configured not to interfere with the temporal region of the viewer.

本発明による表示装置は、表示素子と、結像素子と、該表示装置から発射されて該結像素子を通った光が通る第1の焦点及び第2の焦点を有する第1の楕円体の一部として形成された第1の凹面鏡と、該第2の焦点と共通の位置に配置される第3の焦点及び第4の焦点を有する第2の楕円体の一部として形成された第2の凹面鏡とを備え、該表示素子から発射された光が該第1の焦点の近傍に集光され、該第1の焦点を通った光が該第1の凹面鏡によって反射されて共通の第2及び第3の焦点に向かって進み、該第2及び第3の焦点を通った光又はそれと同等の光が該第2の凹面鏡によって反射されて該第4の焦点の近傍に集光され、観察者の目が第4の焦点の近傍に配置されるようにして、観察者の目の前方に形成された表示を見ることができるようにしたことを特徴とする。   A display device according to the present invention includes a display element, an imaging element, and a first ellipsoid having a first focal point and a second focal point through which light emitted from the display device and passed through the imaging element passes. A first concave mirror formed as a part and a second ellipsoid formed as a part of a second ellipsoid having a third focus and a fourth focus disposed at the same position as the second focus. A concave mirror, and the light emitted from the display element is collected in the vicinity of the first focal point, and the light passing through the first focal point is reflected by the first concave mirror to be a common second And the light passing through the second and third focal points or the equivalent light is reflected by the second concave mirror and collected near the fourth focal point for observation. Viewing the display formed in front of the viewer's eyes so that the viewer's eyes are positioned near the fourth focus And said that it has cut way.

この構成によれば、第2の焦点と第3の焦点とが共通の位置に配置された第1の楕円体及び第2の楕円体を用いて第1の凹面鏡及び第2の凹面鏡を形成することにより、より好ましくは第1の楕円体及び第2の楕円体を等価の回転楕円体とすることにより、光学系の対称性を向上させることができる。よって、従来のように複雑な複数の偏心レンズを用いる必要がなくなり、装置全体を小型、軽量なものとすることができる。   According to this configuration, the first concave mirror and the second concave mirror are formed using the first ellipsoid and the second ellipsoid in which the second focal point and the third focal point are arranged at a common position. Thus, more preferably, the symmetry of the optical system can be improved by using the first ellipsoid and the second ellipsoid as equivalent spheroids. Therefore, it is not necessary to use a plurality of complicated eccentric lenses as in the conventional case, and the entire apparatus can be made small and light.

さらに、本発明は上記2つの特徴を組み合せてなる表示装置を提供する。
さらに、本発明による表示装置は、観察者の目の前方に配置する表示装置であって、表示素子と、該表示素子から発射された光を集光させる結像素子と、該結像素子を通った光が入射する入射面を有する導光体と、該導光体を通った光を受けるように該導光体に設けられる凹面鏡とからなり、該凹面鏡は第1の焦点及び第2の焦点を有する楕円体の一部として形成され、該結像素子を通った光が該導光体の内部で複数回反射して光があたかも第2の焦点P2から該凹面鏡に入射するように該凹面鏡に入射し、該凹面鏡によって反射された光は第1の焦点に又はその近傍に集光され、観察者の目に入射するようにしたことを特徴とするものである。
Furthermore, the present invention provides a display device that combines the above two features.
Furthermore, a display device according to the present invention is a display device disposed in front of the eyes of an observer, and includes a display element, an imaging element that collects light emitted from the display element, and the imaging element. A light guide having an incident surface on which light passing therethrough and a concave mirror provided on the light guide so as to receive the light passing through the light guide, the concave mirror having a first focus and a second The light is formed as a part of an ellipsoid having a focal point, and the light passing through the imaging element is reflected a plurality of times inside the light guide so that the light is incident on the concave mirror from the second focal point P2. The light incident on the concave mirror and reflected by the concave mirror is condensed at or near the first focal point and is incident on the eyes of the observer.

この構成によれば、小型で、簡単な構成の表示装置を得ることができる。この場合、導光体は一対の対向する平坦な表面と、該平坦な表面に対して傾斜した傾斜面とを有し、該結像素子を通った光は該傾斜面上で集光され、該一対の対向する平坦な表面によって反射される、ようにするのが好ましい。また、該入射面は該傾斜面であり、あるいは該入射面は該平坦な表面の一部であって該入射面から入射した光が該傾斜面で反射される、ようにするのが好ましい。   According to this configuration, a small and simple display device can be obtained. In this case, the light guide has a pair of opposed flat surfaces and an inclined surface inclined with respect to the flat surface, and the light passing through the imaging element is condensed on the inclined surface, Preferably, the light is reflected by the pair of opposed flat surfaces. Preferably, the incident surface is the inclined surface, or the incident surface is a part of the flat surface so that light incident from the incident surface is reflected by the inclined surface.

さらに、本発明による表示装置は、観察者の目の前方に配置する表示装置であって、表示素子と、該表示素子に照射する光あるいは該表示素子を通った光を略平行光にする光学素子と、該光学素子を通った光が入射する凹面鏡とからなり、該凹面鏡は回転放物面の一部として形成され、該凹面鏡によって反射された光は該回転放物面の焦点に又はその近傍に集光され、観察者の目に入射するようにしたことを特徴とするものである。   Furthermore, the display device according to the present invention is a display device arranged in front of the eyes of an observer, and is an optical device that makes the display element and the light applied to the display element or the light passing through the display element substantially parallel light. And a concave mirror on which light passing through the optical element is incident. The concave mirror is formed as a part of a rotating paraboloid, and the light reflected by the concave mirror is at or at the focal point of the rotating paraboloid. The light is condensed in the vicinity and is incident on the eyes of the observer.

この構成によれば、小型で、簡単な構成の表示装置を得ることができる。この場合、光学素子は回転放物面の一部として形成されたさらなる凹面鏡からなる、ようにするのが好ましい。また、該凹面鏡及び該さらなる凹面鏡は導光体に設けられている、ようにするのが好ましい。   According to this configuration, a small and simple display device can be obtained. In this case, the optical element preferably consists of a further concave mirror formed as part of the paraboloid of revolution. The concave mirror and the further concave mirror are preferably provided in a light guide.

以上説明したように、本発明によれば、小型で、低価格で製造することができる表示装置を得ることができる。また、本発明によれば、頭部に装着可能な、超小型の表示装置を実現することができる。   As described above, according to the present invention, a display device that is small and can be manufactured at low cost can be obtained. Further, according to the present invention, it is possible to realize an ultra-small display device that can be mounted on the head.

図3の表示装置の光学系の第1実施例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a first example of an optical system of the display device of FIG. 3. 図1の光学系の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the optical system of FIG. 本発明に係わる観察者の目の直ぐ前で見る表示装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the display apparatus seen in front of the observer's eyes concerning this invention. 図1及び図2の光学系の作用を説明する図である。It is a figure explaining the effect | action of the optical system of FIG.1 and FIG.2. 図1の光学系の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the optical system of FIG. 図5の光学系の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the optical system of FIG. 図6の光学系の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the optical system of FIG. 図7の光学系の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the optical system of FIG. 図5の光学系の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the optical system of FIG. シースルーの機能をもった表示装置に適用される光学系を示す図である。It is a figure which shows the optical system applied to the display apparatus with a see-through function. 図10の光学系の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the optical system of FIG. 発光素子の発光点の位置を調節する機能を備えた光学系の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the optical system provided with the function to adjust the position of the light emission point of a light emitting element. 他の状態にある図12の光学系を示す図である。It is a figure which shows the optical system of FIG. 12 in another state. 従来の眼鏡型ディスプレイの光学系を示す図である。It is a figure which shows the optical system of the conventional spectacles type display. 他の従来例を示す図である。It is a figure which shows another prior art example. 他の従来例を示す図である。It is a figure which shows another prior art example. 楕円体に基づいて形成された光学系を有する他の従来例を示す図である。It is a figure which shows the other prior art example which has the optical system formed based on the ellipsoid. 図3の表示装置の光学系の第2実施例を示す図である。It is a figure which shows 2nd Example of the optical system of the display apparatus of FIG. 図18の光学系の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the optical system of FIG. 図19の導光体を示す図である。It is a figure which shows the light guide of FIG. 図19の導光体の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the light guide of FIG. 図19の導光体の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the light guide of FIG. 図18から図23までを参照して説明した表示装置の第1の楕円体及び第2の楕円体を示す図である。It is a figure which shows the 1st ellipsoid and 2nd ellipsoid of the display apparatus demonstrated with reference to FIGS. 3次元的に配置された第1の楕円体及び第2の楕円体を示す図である。It is a figure which shows the 1st ellipsoid and 2nd ellipsoid arrange | positioned three-dimensionally. 図24の光学系を含む表示装置を示す図である。It is a figure which shows the display apparatus containing the optical system of FIG. シールスルー機能を付加した光学系の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the optical system which added the seal through function. 図26の光学系の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the optical system of FIG. 図26の光学系の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the optical system of FIG. 本発明の光学系のさらなる変形例を示す図である。It is a figure which shows the further modification of the optical system of this invention. 本発明の光学系のさらなる変形例を示す図である。It is a figure which shows the further modification of the optical system of this invention. 本発明の光学系のさらなる変形例を示す図である。It is a figure which shows the further modification of the optical system of this invention. 図3の表示装置の光学系のさらなる実施例を示す図である。It is a figure which shows the further Example of the optical system of the display apparatus of FIG. 図32の光学系の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the optical system of FIG. 図33の導光体の一部を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows a part of light guide of FIG. 図3の表示装置の光学系のさらなる実施例を示す図である。It is a figure which shows the further Example of the optical system of the display apparatus of FIG. 図35の第1及び第2の反射鏡の配置の例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the 1st and 2nd reflective mirror of FIG. 図35の第1及び第2の反射鏡の配置の例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the 1st and 2nd reflective mirror of FIG. 図35の表示装置の光学系の変形例を示す図である。FIG. 36 is a diagram showing a modification of the optical system of the display device in FIG. 35. 図38の表示装置の光学系の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the optical system of the display apparatus of FIG. 図38の表示装置の光学系の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the optical system of the display apparatus of FIG. 図39の表示装置の光学系の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the optical system of the display apparatus of FIG. 図41の表示装置の光学系の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the optical system of the display apparatus of FIG. 図40の表示装置の光学系の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the optical system of the display apparatus of FIG. 図41の表示装置の光学系の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the optical system of the display apparatus of FIG. 図43の表示装置の光学系の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the optical system of the display apparatus of FIG. 図44の表示装置の光学系の変形例を示す図である。FIG. 45 is a diagram showing a modification of the optical system of the display device of FIG. 44.

以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図3は本発明に係わる観察者の目の直ぐ前方で見るヘッドマウントディスプレイ又は眼鏡型ディスプレイと呼ばれる表示装置10を示している。この表示装置10は観察者12の顔に装着される眼鏡タイプの表示装置である。表示装置10は、表示装置10を観察者12の顔に装着するための眼鏡状の本体構造と、本体構造に組み込まれた光学系とを有する。例においては、表示装置の本体構造は、眼鏡又はゴーグルとして示されている。しかし、本発明は眼鏡又はゴーグル状の本体構造をもった表示装置に限定されるものではない。表示装置の本体構造は、例えば、頭を取り巻くベルトや、ヘルメット、カチャーシャのような構造や、耳掛けタイプのもの,眼鏡へクリップで装着するもの等種々のものを採用することができる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 3 shows a display device 10 called a head-mounted display or eyeglass-type display that is seen in front of the observer's eyes according to the present invention. The display device 10 is a glasses-type display device worn on the face of the observer 12. The display device 10 has a glasses-like main body structure for mounting the display device 10 on the face of the observer 12 and an optical system incorporated in the main body structure. In the example, the main body structure of the display device is shown as glasses or goggles. However, the present invention is not limited to a display device having a main body structure of glasses or goggles. As the main body structure of the display device, for example, various structures such as a belt surrounding the head, a structure such as a helmet and a kachchasha, an ear hook type, and a clip attached to glasses can be adopted.

図1は、図3の表示装置10の光学系14の第1実施例を示す図である。光学系14は、発光素子16と、発光素子16で照明される透過型表示素子18と、表示素子18を通った光を通過させる結像素子20とからなる。さらに、光学素子22が発光素子16と表示素子18との間に配置される。24は観察者12の瞳である。   FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the optical system 14 of the display device 10 of FIG. The optical system 14 includes a light emitting element 16, a transmissive display element 18 that is illuminated by the light emitting element 16, and an imaging element 20 that passes light that has passed through the display element 18. Further, the optical element 22 is disposed between the light emitting element 16 and the display element 18. 24 is the pupil of the observer 12.

発光素子16は実質的な点光源であり、マスク26の微小な開口部に配置される。表示素子18は電気信号に応じて画像を形成するあらゆるタイプの表示器を使用することができる。結像素子20及び光学素子22はともに凸レンズで構成される。発光素子16は光学素子22の焦点の位置に配置され、よって発光素子16から出射される発散光は平行光として表示素子18に入射する。   The light emitting element 16 is a substantial point light source and is disposed in a minute opening of the mask 26. The display element 18 can be any type of display that forms an image in response to an electrical signal. The imaging element 20 and the optical element 22 are both configured by convex lenses. The light emitting element 16 is disposed at the focal point of the optical element 22, so that divergent light emitted from the light emitting element 16 enters the display element 18 as parallel light.

結像素子20は、結像素子20の一方の側に第1の焦点20aを有し、結像素子20の他方の側に第2の焦点20bを有する。Fは結像素子20の焦点距離である。表示素子18は結像素子20と結像素子20の第1の焦点20aとの間で第1の焦点20aに近い位置に配置される。よって、結像素子20によって表示素子18の虚像が形成される。さらに、発光素子16から照射された光が結像素子20の第2の焦点20bで集光されるようになっている。つまり、発光素子16の像が結像素子20の第2の焦点20bに形成される。   The imaging element 20 has a first focal point 20 a on one side of the imaging element 20 and a second focal point 20 b on the other side of the imaging element 20. F is the focal length of the imaging element 20. The display element 18 is disposed between the imaging element 20 and the first focal point 20a of the imaging element 20 at a position close to the first focal point 20a. Therefore, a virtual image of the display element 18 is formed by the imaging element 20. Further, the light emitted from the light emitting element 16 is condensed at the second focal point 20b of the imaging element 20. That is, an image of the light emitting element 16 is formed at the second focal point 20 b of the imaging element 20.

表示装置10は、表示装置10を観察者12の顔に装着したときに、結像素子20の第2の焦点20bが瞳24に位置するようになっている。このため、集光性の光が観察者12の瞳24において最も絞られる。
図2は図1の光学系14の変形例を示す図である。図2の光学系14は図1の光学系14と同様の部材を含み、図2の光学系14の作用は図1の光学系14の作用とほぼ同様である。図2では、発光素子16は点光源である発光ダイオードからなり、表示素子18は偏光子18a、18bで挟まれた液晶パネルからなる。光学素子22は結像素子20の第1の焦点20aよりも表示素子18の近くに配置されている。従って、図2の光学系14は図1の光学系14よりも短くすることができる。
In the display device 10, the second focus 20 b of the imaging element 20 is positioned at the pupil 24 when the display device 10 is attached to the face of the observer 12. For this reason, the condensing light is most focused on the pupil 24 of the observer 12.
FIG. 2 is a diagram showing a modification of the optical system 14 of FIG. The optical system 14 in FIG. 2 includes the same members as the optical system 14 in FIG. 1, and the operation of the optical system 14 in FIG. 2 is substantially the same as the operation of the optical system 14 in FIG. In FIG. 2, the light emitting element 16 is composed of a light emitting diode which is a point light source, and the display element 18 is composed of a liquid crystal panel sandwiched between polarizers 18a and 18b. The optical element 22 is disposed closer to the display element 18 than the first focal point 20a of the imaging element 20. Therefore, the optical system 14 of FIG. 2 can be shorter than the optical system 14 of FIG.

図4は図1及び図2の光学系14の作用を説明する図である。上記したように、平行光が表示素子18に入射し、そして、表示素子18は結像素子20と結像素子20の第1の焦点20aとの間で第1の焦点20aに近い位置に配置される。表示素子18は結像素子20と結像素子20の第1の焦点20aとの間に配置されるので、結像素子20によって表示素子18の虚像28が形成される。そして、表示素子18は虚像28ができる条件内で結像素子20の第1の焦点20aに近い位置に配置される。つまり、表示素子18は結像素子20から離して配置され、解像度の低下によって画像の品質が低下しないようになっている。好ましくは、表示素子18は結像素子20から結像素子20の焦点距離の半分以上離れた位置に配置される。実施例においては、結像素子20の焦点距離は22mmであり、表示素子18は結像素子20から12mmの位置に配置される。   FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the optical system 14 shown in FIGS. As described above, parallel light is incident on the display element 18, and the display element 18 is disposed between the imaging element 20 and the first focal point 20a of the imaging element 20 at a position close to the first focal point 20a. Is done. Since the display element 18 is disposed between the imaging element 20 and the first focal point 20 a of the imaging element 20, a virtual image 28 of the display element 18 is formed by the imaging element 20. The display element 18 is disposed at a position close to the first focal point 20a of the imaging element 20 under the condition that a virtual image 28 can be formed. In other words, the display element 18 is arranged away from the imaging element 20 so that the image quality is not deteriorated due to a decrease in resolution. Preferably, the display element 18 is arranged at a position away from the imaging element 20 by half or more of the focal length of the imaging element 20. In the embodiment, the focal length of the imaging element 20 is 22 mm, and the display element 18 is disposed at a position 12 mm from the imaging element 20.

発光素子16の像が結像素子20の第2の焦点20bに形成され、表示装置10を観察者12の顔に装着したときに、結像素子20の第2の焦点20bが瞳24に位置するようになっている。このため、集光性の光が観察者12の瞳24において最も絞られ、あたかも観察者12は壁30に設けられたピンホールを通して表示を見るようになる。   The image of the light emitting element 16 is formed at the second focal point 20 b of the imaging element 20, and the second focal point 20 b of the imaging element 20 is positioned at the pupil 24 when the display device 10 is mounted on the face of the observer 12. It is supposed to be. For this reason, the condensed light is focused most on the pupil 24 of the observer 12, and the observer 12 sees the display through the pinhole provided in the wall 30.

人間の目をカメラとしてとらえると、瞳24上にピンホールがあれば、ピンホールカメラと同様の原理で近くの像もよく見ることができる。本発明では、物理的にピンホールを形成する代わりに、光学的にバーチャルピンホールを形成している。結像素子20の第1の焦点20aの近傍に表示素子18を配置することで、観察者12は表示素子18の虚像28をピンホールカメラと同じようによく見ることができる。通常は観察者の目の近くにある虚像は見えにくいが、ピンホールカメラの原理を応用することにより、長焦点深度となり、目から虚像までの距離がそれほど離れていなくても虚像を見ることができる。一方、図14を参照して説明したように、光が絞られないである幅をもって瞳に入射した場合には、目から虚像までの距離がそれほど離れていないと虚像をよく見ることができないので、通常は、瞳からより離れた位置により大きな虚像が形成されるように光学系を構成する。本発明は上記したように構成することにより、光学系をより小型化し、低価格で製造することができる。   When a human eye is seen as a camera, if there is a pinhole on the pupil 24, a close image can be seen well on the same principle as a pinhole camera. In the present invention, a virtual pinhole is optically formed instead of physically forming a pinhole. By arranging the display element 18 in the vicinity of the first focal point 20a of the imaging element 20, the observer 12 can see the virtual image 28 of the display element 18 as well as a pinhole camera. Normally, it is difficult to see a virtual image near the observer's eyes, but by applying the principle of the pinhole camera, it becomes a long focal depth, and it is possible to see a virtual image even if the distance from the eye to the virtual image is not so far. it can. On the other hand, as described with reference to FIG. 14, when the light is incident on the pupil with a width that is not narrowed down, the virtual image cannot be seen well unless the distance from the eye to the virtual image is so far away. Usually, the optical system is configured so that a larger virtual image is formed at a position farther from the pupil. By configuring the present invention as described above, the optical system can be further miniaturized and manufactured at low cost.

図5は図1の光学系14の変形例を示す図である。図5の光学系14は図1の光学系14と同様の部材を含み、図5の光学系14の作用は図1の光学系14の作用とほぼ同様である。図5では、表示素子18は反射型の表示素子からなり、一部の光を透過させ且つ残りの一部の光を反射させる光分離手段としてのハーフミラー32が発光素子16と表示素子18との間に配置される。発光素子16から発射された発散性の光の一部はハーフミラー32で反射されて結像素子20を通り、表示素子18を照射する。表示素子18で反射された光は結像素子20及びハーフミラー32を透過して観察者12の瞳24に向かう。   FIG. 5 is a view showing a modification of the optical system 14 of FIG. The optical system 14 in FIG. 5 includes the same members as the optical system 14 in FIG. 1, and the operation of the optical system 14 in FIG. 5 is substantially the same as the operation of the optical system 14 in FIG. In FIG. 5, the display element 18 is formed of a reflective display element, and a half mirror 32 as a light separating unit that transmits a part of light and reflects the remaining part of the light includes a light emitting element 16, a display element 18, and It is arranged between. A part of the divergent light emitted from the light emitting element 16 is reflected by the half mirror 32, passes through the imaging element 20, and irradiates the display element 18. The light reflected by the display element 18 passes through the imaging element 20 and the half mirror 32 and travels toward the pupil 24 of the observer 12.

光が発光素子16からハーフミラー32を通って表示素子18へ向かうときには、発散光が結像素子20によって平行光に変換されるので、この結像素子20は図1の光学素子22の機能を含む。つまり、光学素子22と結像素子20とは共通の素子からなる。そして、光がハーフミラー32から瞳24へ向かうときには、発光素子16の像が結像素子20の第2の焦点20bに形成される。   When the light travels from the light emitting element 16 to the display element 18 through the half mirror 32, the diverging light is converted into parallel light by the imaging element 20, so that the imaging element 20 functions as the optical element 22 in FIG. Including. In other words, the optical element 22 and the imaging element 20 are made of a common element. When the light travels from the half mirror 32 to the pupil 24, an image of the light emitting element 16 is formed at the second focal point 20b of the imaging element 20.

図6は図5の光学系14の変形例を示す図である。図6の光学系14は図5の光学系14と同様の部材を含み、図6の光学系14の作用は図5の光学系14の作用とほぼ同様である。図6では、表示素子18は液晶パネルとして形成され、表示素子18の入射側及び出射側に偏光子18a、18bが配置される。偏光子18aは発光素子16とハーフミラー32との間に配置され、偏光子18bはハーフミラー32と瞳24との間に配置される。   FIG. 6 is a view showing a modification of the optical system 14 of FIG. The optical system 14 in FIG. 6 includes the same members as the optical system 14 in FIG. 5, and the operation of the optical system 14 in FIG. 6 is substantially the same as the operation of the optical system 14 in FIG. In FIG. 6, the display element 18 is formed as a liquid crystal panel, and polarizers 18 a and 18 b are disposed on the incident side and the emission side of the display element 18. The polarizer 18 a is disposed between the light emitting element 16 and the half mirror 32, and the polarizer 18 b is disposed between the half mirror 32 and the pupil 24.

図7は図6の光学系14の変形例を示す図である。図7の光学系14は図6の光学系14と同様の部材を含み、図7の光学系14の作用は図6の光学系14の作用とほぼ同様である。図7では、偏光子18aは発光素子16とハーフミラー32との間に配置され、偏光子18bはハーフミラー32に接着されている。
図8は図6の光学系14の変形例を示す図である。図8の光学系14は図6の光学系14と同様の部材を含み、図8の光学系14の作用は図6の光学系14の作用とほぼ同様である。図8では、偏光子18aが表示素子18の光入射面側に配置されている。この例は、強誘電液晶のように反射型液晶パネルと1枚の偏光子で表示可能な表示素子18の場合に適用できる。
FIG. 7 is a view showing a modification of the optical system 14 of FIG. The optical system 14 in FIG. 7 includes the same members as the optical system 14 in FIG. 6, and the operation of the optical system 14 in FIG. 7 is substantially the same as the operation of the optical system 14 in FIG. In FIG. 7, the polarizer 18 a is disposed between the light emitting element 16 and the half mirror 32, and the polarizer 18 b is bonded to the half mirror 32.
FIG. 8 is a view showing a modification of the optical system 14 of FIG. The optical system 14 in FIG. 8 includes the same members as the optical system 14 in FIG. 6, and the operation of the optical system 14 in FIG. 8 is substantially the same as the operation of the optical system 14 in FIG. In FIG. 8, the polarizer 18 a is disposed on the light incident surface side of the display element 18. This example can be applied to the case of a display element 18 that can display with a reflective liquid crystal panel and one polarizer, such as a ferroelectric liquid crystal.

図9は図5の光学系14の変形例を示す図である。図9の光学系14は図5の光学系14と同様の部材を含み、図9の光学系14の作用は図5の光学系14の作用とほぼ同様である。図9では、図5のハーフミラー32の代わりに偏光ビームスプリッタ34が配置されている。偏光ビームスプリッタ34は一方の偏光を透過させ且つもう一方の偏光を反射させる光分離手段として作用する。偏光ビームスプリッタ34を使用すれば、図6から図8の偏光子18a、18bを省略することができ、光量のロスを低減することができる。なお、偏光ビームスプリッタ34の代わりに、特定偏光を反射するフィルム(例えば、3M社製のDBEF、HMF)を用いることもできる。   FIG. 9 is a view showing a modification of the optical system 14 of FIG. The optical system 14 in FIG. 9 includes the same members as the optical system 14 in FIG. 5, and the operation of the optical system 14 in FIG. 9 is substantially the same as the operation of the optical system 14 in FIG. In FIG. 9, a polarization beam splitter 34 is arranged instead of the half mirror 32 of FIG. The polarizing beam splitter 34 functions as a light separating means that transmits one polarized light and reflects the other polarized light. If the polarizing beam splitter 34 is used, the polarizers 18a and 18b in FIGS. 6 to 8 can be omitted, and the loss of light quantity can be reduced. In place of the polarizing beam splitter 34, a film that reflects specific polarized light (for example, DBEF or HMF manufactured by 3M) may be used.

図10はシースルーの機能をもった表示装置に適用される光学系14を示す図である。発光素子16からの光を直接に結像素子20と表示素子18に入射させ、表示素子18で反射した光をハーフミラー36で反射させて観察者12の瞳24に入射させている。外部光38がハーフミラー36を透過して観察者12の瞳24に入射する。従って、観察者12は表示画像とともに、ハーフミラー36を介して外部(例えばコンピュータのキーボード)を見ることができる。1つの偏光子18aが表示素子18の前に配置されているが、必要に応じて、偏光子を発光素子の近傍及びハーフミラー36の近傍に配置することができる。なお、外部環境の光が眩しいときには、調光用のパネル(液晶パネル等)をハーフミラー36の外側に配置することもできる。このようにして、外部からの光と表示素子18からの光を合わせるコンバイナを構成することができる。   FIG. 10 is a diagram showing an optical system 14 applied to a display device having a see-through function. The light from the light emitting element 16 is directly incident on the imaging element 20 and the display element 18, and the light reflected by the display element 18 is reflected by the half mirror 36 and is incident on the pupil 24 of the observer 12. External light 38 passes through the half mirror 36 and enters the pupil 24 of the observer 12. Therefore, the observer 12 can see the outside (for example, a computer keyboard) through the half mirror 36 together with the display image. Although one polarizer 18a is arranged in front of the display element 18, the polarizer can be arranged in the vicinity of the light emitting element and the half mirror 36 as necessary. When the light in the external environment is dazzling, a light control panel (liquid crystal panel or the like) can be disposed outside the half mirror 36. In this way, a combiner that combines light from the outside and light from the display element 18 can be configured.

図11は図10の光学系の変形例を示す図である。この例では、光学系は透明なプラスチックからなる導光板40を含み、導光板40の途中に偏光ビームスプリッタ34を形成している。発光素子16は導光板40の一端部に配置され、導光板40の他端部は直角に曲げられてプリズム40aを形成している。発光素子16から発射された光は導光板40及び偏光ビームスプリッタ34を通り、プリズム40aで反射し、結像素子20を通り、表示素子18で反射して、逆の経路を通り、偏光ビームスプリッタ34で反射して観察者12の瞳24に入射する。外部光38が偏光ビームスプリッタ34を透過して観察者12の瞳24に入射する。従って、観察者12は表示画像とともに、偏光ビームスプリッタ34を介して外部を見ることができる。導光板40は薄いので、目の前に容易に配置でき、あるいは眼鏡への後付けが容易な構成である。   FIG. 11 is a view showing a modification of the optical system of FIG. In this example, the optical system includes a light guide plate 40 made of transparent plastic, and a polarizing beam splitter 34 is formed in the middle of the light guide plate 40. The light emitting element 16 is disposed at one end of the light guide plate 40, and the other end of the light guide plate 40 is bent at a right angle to form a prism 40a. The light emitted from the light emitting element 16 passes through the light guide plate 40 and the polarizing beam splitter 34, is reflected by the prism 40a, passes through the imaging element 20, is reflected by the display element 18, and passes through the reverse path to pass through the polarizing beam splitter. The light is reflected by 34 and enters the pupil 24 of the observer 12. External light 38 passes through the polarization beam splitter 34 and enters the pupil 24 of the observer 12. Therefore, the observer 12 can see the outside through the polarization beam splitter 34 together with the display image. Since the light guide plate 40 is thin, the light guide plate 40 can be easily placed in front of the eyes or can be easily retrofitted to the glasses.

本発明の表示装置では、光が一点に結像されるために見る位置が制限される(視域が狭い)。そこで、本発明の表示装置を眼鏡等に取りつけた場合、発光素子16の発光点の位置を調節し、発光素子16の像を適切な位置(観察者の瞳の位置)に結像させるようにするのが好ましい。
図12及び図13は発光素子16の発光点の位置を調節する機能を備えた光学系の例を示す図である。図12はある状態にある光学系を示し、図13は他の状態にある図12の光学系を示す。光学系は透明なプラスチックからなる導光板42を含み、導光板42の途中に偏光ビームスプリッタ34を形成している。発光素子16は導光板42の一端部に配置され、結像素子20及び表示素子18は導光板42の他端部に配置される。
In the display device of the present invention, since the light is focused on one point, the viewing position is limited (the viewing zone is narrow). Therefore, when the display device of the present invention is attached to glasses or the like, the position of the light emitting point of the light emitting element 16 is adjusted so that the image of the light emitting element 16 is formed at an appropriate position (the position of the observer's pupil). It is preferable to do this.
12 and 13 are diagrams showing an example of an optical system having a function of adjusting the position of the light emitting point of the light emitting element 16. 12 shows the optical system in one state, and FIG. 13 shows the optical system in FIG. 12 in another state. The optical system includes a light guide plate 42 made of transparent plastic, and a polarizing beam splitter 34 is formed in the middle of the light guide plate 42. The light emitting element 16 is disposed at one end of the light guide plate 42, and the imaging element 20 and the display element 18 are disposed at the other end of the light guide plate 42.

目位置センサ43、44が導光板42に配置されており、観察者12の瞳24を位置を検出できるようになっている。発光素子16はLEDアレイとして形成され、複数のLED16a、16b、16cを含む。LED16a、16b、16cの配置のピッチは瞳24の大きさ以下になっている。目位置センサ43、44が検出した瞳24を位置に応じて、使用するLED16a、16b、16cを選択するようになっている。   Eye position sensors 43 and 44 are arranged on the light guide plate 42 so that the position of the pupil 24 of the observer 12 can be detected. The light emitting element 16 is formed as an LED array, and includes a plurality of LEDs 16a, 16b, and 16c. The pitch of the arrangement of the LEDs 16a, 16b, and 16c is equal to or smaller than the size of the pupil 24. The LEDs 16a, 16b and 16c to be used are selected according to the position of the pupil 24 detected by the eye position sensors 43 and 44.

図12では、中央のLED16bが選択され、このLED16bから発射された光は導光板42及び偏光ビームスプリッタ34を通り、結像素子20を通り、表示素子18で反射して、逆の経路を通り、偏光ビームスプリッタ34で反射して観察者12の瞳24に入射する。
図13では、点線で示された瞳24が実線で示された瞳24の位置に移動している。そこで、左のLED16aが選択され、このLED16aから発射された光は導光板42及び偏光ビームスプリッタ34を通り、結像素子20を通り、表示素子18で反射して、逆の経路を通り、偏光ビームスプリッタ34で反射して観察者12の瞳24に入射する。このようにして、光が一点に結像されるタイプの表示装置でも、視域を広くすることができる。なお、発光素子16は1次元のLEDアレイとして形成されているが、2次元のLEDアレイとして形成されることもできる。
In FIG. 12, the center LED 16b is selected, and the light emitted from the LED 16b passes through the light guide plate 42 and the polarizing beam splitter 34, passes through the imaging element 20, reflects off the display element 18, and passes through the reverse path. Then, the light is reflected by the polarization beam splitter 34 and enters the pupil 24 of the observer 12.
In FIG. 13, the pupil 24 indicated by the dotted line has moved to the position of the pupil 24 indicated by the solid line. Therefore, the left LED 16a is selected, and the light emitted from the LED 16a passes through the light guide plate 42 and the polarization beam splitter 34, passes through the imaging element 20, is reflected by the display element 18, passes through the reverse path, and is polarized. The light is reflected by the beam splitter 34 and enters the pupil 24 of the observer 12. In this way, even in a display device in which light is focused on a single point, the viewing zone can be widened. The light emitting element 16 is formed as a one-dimensional LED array, but may be formed as a two-dimensional LED array.

なお、表示素子18のRGB画素中の1つの色画像を表示し、表示画像に応じた色を発光素子16で発光し、順番に色を変える時分割カラーを実現することもできる。
図18は図3の表示装置の光学系の第2実施例を示す図である。この例の光学系14は2つの等価な楕円体51、52に基づいて形成されている。第1の楕円体51は第1の焦点P1及び第2の焦点P2を有し、第2の楕円体52は第3の焦点P3及び第4の焦点P4を有する。第2の焦点P2と第3の焦点P3とは共通の位置に配置されている。第1の凹面鏡53が第1の楕円体51の一部に配置され、第2の凹面鏡54が第2の楕円体52の一部に配置されている。
It is also possible to display one color image in the RGB pixels of the display element 18, emit light corresponding to the display image with the light emitting element 16, and realize a time division color in which the colors are changed in order.
FIG. 18 is a diagram showing a second embodiment of the optical system of the display device of FIG. The optical system 14 in this example is formed based on two equivalent ellipsoids 51 and 52. The first ellipsoid 51 has a first focus P1 and a second focus P2, and the second ellipsoid 52 has a third focus P3 and a fourth focus P4. The second focus P2 and the third focus P3 are arranged at a common position. The first concave mirror 53 is disposed on a part of the first ellipsoid 51, and the second concave mirror 54 is disposed on a part of the second ellipsoid 52.

より詳細には、この表示装置の光学系14は、表示素子55と、結像素子56と、表示素子55から発射されて結像素子56を通った光が通る第1の焦点P1及び第2の焦点P2を有する第1の楕円体51の一部として形成された第1の凹面鏡53と、第2の焦点P2と共通の位置に配置される第3の焦点P3及び第4の焦点P4を有する第2の楕円体52の一部として形成された第2の凹面鏡54とを備える。   More specifically, the optical system 14 of the display device includes a display element 55, an imaging element 56, and first and second focal points P1 and P2 through which light emitted from the display element 55 and passed through the imaging element 56 passes. A first concave mirror 53 formed as a part of the first ellipsoid 51 having the second focal point P2, and a third focal point P3 and a fourth focal point P4 arranged at the same position as the second focal point P2. And a second concave mirror 54 formed as a part of the second ellipsoid 52 having the second ellipsoid 52.

表示素子55から発射された光が第1の焦点P1に又はその近傍に集光され、第1の焦点P1を通った発散光が第1の凹面鏡53によって反射されて共通の第2及び第3の焦点P2、P3に向かって進みその焦点に又はその近傍に集光され、第2及び第3の焦点P2、P3を通った発散光が第2の凹面鏡54によって反射されて第4の焦点P4の近傍に集光され、観察者の目(瞳24)が第4の焦点P4の近傍に配置されるようになっている。従って、観察者の目の前方に形成された表示を見ることができる。   The light emitted from the display element 55 is collected at or near the first focal point P1, and the divergent light that has passed through the first focal point P1 is reflected by the first concave mirror 53 to be shared by the second and third common lenses. The light beam is focused toward or near the focal point P2, P3, and the diverging light passing through the second and third focal points P2, P3 is reflected by the second concave mirror 54 to be the fourth focal point P4. The observer's eyes (pupil 24) are arranged in the vicinity of the fourth focal point P4. Therefore, the display formed in front of the observer's eyes can be seen.

表示素子55は、光源を備えた透過型又は反射型の液晶表示パネル、微小な光線をスキャニングによって画像を形成することができる小型ミラーの表示素子、または自発光型のEL表示素子とすることができる。表示素子55とは別に光源を設けることもできる。
このように、第2の焦点P2と第3の焦点P3とが共通の位置に配置された第1の楕円体51及び第2の楕円体52を用いて第1の凹面鏡53及び第2の凹面鏡54を形成することにより、より好ましくは第1の楕円体51及び第2の楕円体52を等価の回転楕円体とすることにより、光学系の対称性を向上させることができる。よって、従来のように複雑な複数の偏心レンズを用いる必要がなくなり、装置全体を小型、軽量なものとすることができる。
The display element 55 may be a transmissive or reflective liquid crystal display panel provided with a light source, a small mirror display element capable of forming an image by scanning minute light, or a self-luminous EL display element. it can. A light source may be provided separately from the display element 55.
As described above, the first concave mirror 53 and the second concave mirror using the first ellipsoid 51 and the second ellipsoid 52 in which the second focal point P2 and the third focal point P3 are arranged at a common position. By forming 54, more preferably, the first ellipsoid 51 and the second ellipsoid 52 are equivalent spheroids, whereby the symmetry of the optical system can be improved. Therefore, it is not necessary to use a plurality of complicated eccentric lenses as in the conventional case, and the entire apparatus can be made small and light.

結像素子56は単純な凸レンズでよいので、ベースとなる第1の楕円体51及び第2の楕円体52を小さなものとすることができる。従って、表示装置は小型化される。特に、表示装置を観察者の顔又は頭に装着する場合、顔面上にはできるだけ物がない方がよく、また、表示素子55と観察者の目との間の距離がある程度離れていることが必要であるので、表示素子55は顔面から離れた所(例えば側頭部)に配置されるのが望ましい。そこで、表示装置は観察者の顔面と平行な方向に長くなるように構成されるのが好ましい。第1の楕円体51及び第2の楕円体52を用いた本発明では、この要求を満足すべく、表示装置は観察者の顔面と平行に長くなるように適切に構成されるが、観察者の顔面と垂直な方向の厚さは大きくならない。   Since the imaging element 56 may be a simple convex lens, the first ellipsoid 51 and the second ellipsoid 52 serving as a base can be made small. Therefore, the display device is reduced in size. In particular, when the display device is mounted on the face or head of the observer, it is preferable that there is as little as possible on the face, and that the distance between the display element 55 and the eyes of the observer is some distance away. Since it is necessary, it is desirable that the display element 55 be disposed at a location away from the face (for example, the temporal region). Therefore, the display device is preferably configured to be long in a direction parallel to the face of the observer. In the present invention using the first ellipsoid 51 and the second ellipsoid 52, the display device is appropriately configured to be long in parallel with the face of the observer in order to satisfy this requirement. The thickness in the direction perpendicular to the face does not increase.

図18においては、第1の焦点P1、第2の焦点P2、第3の焦点P3、及び第4の焦点P4は、一直線上に配置されており、第1の凹面鏡53は光学系14の上記焦点を通る線に対して第2の凹面鏡54の反対側に配置されている。
図19及び図20は図18の光学系14の変形例を示す図である。図19においては、第1の焦点P1、第2の焦点P2、第3の焦点P3、及び第4の焦点P4(又は導光体内の反射を展開した第1から第4の焦点P1〜P4に対応する焦点)は、一直線上に配置されており、第1の凹面鏡53は光学系14の上記焦点を通る線に対して第2の凹面鏡54の同じ側に配置されている。そして、導光体58が第1の凹面鏡53と第2の凹面鏡54との間に設けられている。
In FIG. 18, the first focal point P1, the second focal point P2, the third focal point P3, and the fourth focal point P4 are arranged in a straight line, and the first concave mirror 53 is the above-mentioned optical system 14. It is arranged on the opposite side of the second concave mirror 54 with respect to a line passing through the focal point.
19 and 20 are diagrams showing modifications of the optical system 14 of FIG. In FIG. 19, the first focal point P1, the second focal point P2, the third focal point P3, and the fourth focal point P4 (or the first to fourth focal points P1 to P4 in which the reflection in the light guide is developed). (Corresponding focal points) are arranged in a straight line, and the first concave mirror 53 is arranged on the same side of the second concave mirror 54 with respect to a line passing through the focal point of the optical system 14. A light guide 58 is provided between the first concave mirror 53 and the second concave mirror 54.

導光体58は第1から第4の焦点P1、P2、P3、焦点P4を通る線と平行に延びる細長い透明なガラス又はプラスチックの部材であり、互いに平行な平面58a、58bを有する。第1の凹面鏡53は導光体58の一端に配置され、第2の凹面鏡54は導光体58の他端に配置される。この場合には、光は第2及び第3の焦点P2、P3を通らないで、導光体58の内部を進むが、その光の進行は第2及び第3の焦点P2、P3を通った場合と同様である。   The light guide 58 is an elongated transparent glass or plastic member extending in parallel with the lines passing through the first to fourth focal points P1, P2, P3 and the focal point P4, and has planes 58a and 58b parallel to each other. The first concave mirror 53 is disposed at one end of the light guide 58, and the second concave mirror 54 is disposed at the other end of the light guide 58. In this case, the light does not pass through the second and third focal points P2 and P3, but travels inside the light guide 58, but the light travels through the second and third focal points P2 and P3. Same as the case.

すなわち、表示素子55から出射された光が第1の焦点P1に又はその近傍に集光され、第1の焦点P1から発散した光が第1の凹面鏡53によって反射されて共通の第2及び第3の焦点P2、P3に向かって進む。光は導光体58の表面(平面58a、58b)において数回反射を繰り返す。従って、第1の凹面鏡53から共通の第2及び第3の焦点P2、P3に向かって進んだ光は実際には共通の第2及び第3の焦点P2、P3を通らないが、導光体58の内部において共通の第2及び第3の焦点P2、P3と同等の仮想の焦点において集光され、仮想の焦点を通った発散光が第2及び第3の焦点P2、P3を通った光と同等の光として第2の凹面鏡54によって反射されて第4の焦点P4の近傍に集光され、観察者の目(瞳24)が第4の焦点P4の近傍に配置されるようになっている。従って、観察者の目の前方に形成された表示を見ることができる。   That is, the light emitted from the display element 55 is collected at or near the first focal point P1, and the light diverging from the first focal point P1 is reflected by the first concave mirror 53 to be shared by the second and second common mirrors. Proceed toward the third focal point P2, P3. The light is repeatedly reflected several times on the surface of the light guide 58 (planes 58a and 58b). Accordingly, light traveling from the first concave mirror 53 toward the common second and third focal points P2 and P3 does not actually pass through the common second and third focal points P2 and P3. The light diverged through the virtual focal point and collected through the virtual focal point equivalent to the common second and third focal points P2 and P3 inside 58 is transmitted through the second and third focal points P2 and P3. Is reflected by the second concave mirror 54 and condensed in the vicinity of the fourth focal point P4, and the observer's eyes (pupil 24) are arranged in the vicinity of the fourth focal point P4. Yes. Therefore, the display formed in front of the observer's eyes can be seen.

図19の導光体58は互いに平行な平面58a、58bを有するものに限定されない。例えば、第1の楕円体51及び第2の楕円体52を互いに異なる形状にしたり、垂直以外の角度で目に入射するように設計した場合には、この限りではない。また、導光体58は全反射の条件を満たす場合には、反射膜を付加する必要はない。   The light guide 58 of FIG. 19 is not limited to the one having the planes 58a and 58b parallel to each other. For example, this is not the case when the first ellipsoid 51 and the second ellipsoid 52 have different shapes or are designed to enter the eye at an angle other than vertical. Further, when the light guide 58 satisfies the condition of total reflection, it is not necessary to add a reflective film.

図20では、第1の凹面鏡53及び第2の凹面鏡54は導光体58の同じ側に配置され、光は矢印LI の方向に導光体58に入射し、導光体58内で奇数回反射して、矢印LO の方向に導光体58から出射する。
図21は導光体58の変形例を示す図である。この導光体58では、第1の凹面鏡53及び第2の凹面鏡54は導光体58の反対側に配置され、光は矢印LI の方向に導光体58に入射し、導光体58内で偶数回反射して、矢印LO の方向に導光体58から出射する。
In FIG. 20, the first concave mirror 53 and the second concave mirror 54 are arranged on the same side of the light guide 58, and light enters the light guide 58 in the direction of the arrow L I and is odd in the light guide 58. The light is reflected once and emitted from the light guide 58 in the direction of the arrow L O.
FIG. 21 is a view showing a modification of the light guide 58. In this light guide 58, the first concave mirror 53 and the second concave mirror 54 are arranged on the opposite side of the light guide 58, and light enters the light guide 58 in the direction of the arrow L I , and the light guide 58 And is emitted from the light guide 58 in the direction of the arrow L O.

図22は導光体58の変形例を示す図である。この導光体58は、屈曲部を有し、観察者の顔及び頭の半分に適合した形状に形成されている。屈曲部には反射膜60が設けられているが、全反射条件を満たす場合には反射膜60を付加しなくてもよい。こうすれば、表示素子55の配置の自由度が高くなる。
図23は図18から図23までを参照して説明した表示装置の第1の楕円体51及び第2の楕円体52を示す図である。図23においては、第1の楕円体51及び第2の楕円体52は例えばX−Y平面内に配置されている。
FIG. 22 is a view showing a modification of the light guide 58. The light guide 58 has a bent portion and is formed in a shape that fits the half of the face and head of the observer. Although the reflection film 60 is provided at the bent portion, the reflection film 60 may not be added if the total reflection condition is satisfied. In this way, the degree of freedom of arrangement of the display element 55 is increased.
FIG. 23 is a diagram showing the first ellipsoid 51 and the second ellipsoid 52 of the display device described with reference to FIGS. In FIG. 23, the first ellipsoid 51 and the second ellipsoid 52 are arranged, for example, in the XY plane.

図24は図23の光学系の変形例を示し、3次元的に配置された第1の楕円体51及び第2の楕円体52を示す図である。図24においては、第1の楕円体51はX−Y平面内に配置され、第2の楕円体52はX−Y平面に対して傾斜した平面内に配置されている。第1の凹面鏡53及び第2の凹面鏡54は図23及び図24に示されていない。第1及び第4の焦点P1、P4は矢印で示され、第2及び第3の焦点P2、P3は図23及び図24の座標の原点に相当する。第2及び第3の焦点P2、P3は共通であるので、上記した光の進行の原理はこの場合にも同様に適用される。   FIG. 24 shows a modification of the optical system of FIG. 23, and shows a first ellipsoid 51 and a second ellipsoid 52 arranged three-dimensionally. In FIG. 24, the first ellipsoid 51 is arranged in the XY plane, and the second ellipsoid 52 is arranged in a plane inclined with respect to the XY plane. The first concave mirror 53 and the second concave mirror 54 are not shown in FIGS. The first and fourth focal points P1 and P4 are indicated by arrows, and the second and third focal points P2 and P3 correspond to the origins of the coordinates in FIGS. Since the second and third focal points P2 and P3 are common, the principle of light travel described above is applied in this case as well.

図25は図24の光学系を含む表示装置を示す図である。表示装置の本体構造は略して眼鏡10aとして示されている。光学系は表示素子55と導光体58とを含む。光学系の他の部材は省略されている。図25の導光体58は、図22の導光体58を図24の第1の楕円体51及び第2の楕円体52の構成に従って変形したものである。図22においては、導光体58は屈曲し、第2の凹面鏡54は目の前にあり、第1の凹面鏡53及び表示素子55は例えば耳の横にあり、表示素子55は第1の凹面鏡53の外側にある。   FIG. 25 is a diagram showing a display device including the optical system of FIG. The main body structure of the display device is abbreviated as glasses 10a. The optical system includes a display element 55 and a light guide 58. Other members of the optical system are omitted. A light guide 58 in FIG. 25 is obtained by modifying the light guide 58 in FIG. 22 according to the configuration of the first ellipsoid 51 and the second ellipsoid 52 in FIG. In FIG. 22, the light guide 58 is bent, the second concave mirror 54 is in front of the eyes, the first concave mirror 53 and the display element 55 are next to the ear, for example, and the display element 55 is the first concave mirror. 53 outside.

図25の導光体58は図22の導光体58と同様に屈曲し、第2の凹面鏡54は目の前にあり、第1の凹面鏡53及び表示素子55は例えば耳の横にある。この場合、図24の第1の楕円体51及び第2の楕円体52の構成に従って、表示素子55は第1の凹面鏡53の下側に位置するようになる。61Aは回路部であり、61Bはケーブルである。   The light guide 58 in FIG. 25 is bent in the same manner as the light guide 58 in FIG. 22, the second concave mirror 54 is in front of the eyes, and the first concave mirror 53 and the display element 55 are next to the ear, for example. In this case, the display element 55 comes to be positioned below the first concave mirror 53 according to the configuration of the first ellipsoid 51 and the second ellipsoid 52 in FIG. 61A is a circuit unit, and 61B is a cable.

図26から図28はシールスルー機能を付加した光学系の例を示す図である。図26において、第2の凹面鏡54は半透過性を有する反射鏡である。第2の凹面鏡54は、多層誘電体膜や、クロム、アルミニウムや、銀、チタン等の膜で形成することができる。透過率は膜の材料や厚さ等の設計で任意に選択できる。シールスルー機能を有するためには、背景光62が第2の凹面鏡54を透過でき、しかし屈折が小さくて背景像の歪みが小さいようにするのがよい。そのためには、背景光62の入射面と出射面とが平行であることが必要であり、導光体58に補正板64を付加するのが好ましい。   FIG. 26 to FIG. 28 are diagrams showing examples of optical systems to which a seal-through function is added. In FIG. 26, the second concave mirror 54 is a reflecting mirror having translucency. The second concave mirror 54 can be formed of a multilayer dielectric film or a film of chromium, aluminum, silver, titanium, or the like. The transmittance can be arbitrarily selected by designing the material and thickness of the membrane. In order to have a seal-through function, it is preferable that the background light 62 can pass through the second concave mirror 54, but the refraction is small and the distortion of the background image is small. For this purpose, the incident surface and the exit surface of the background light 62 need to be parallel, and it is preferable to add a correction plate 64 to the light guide 58.

図27においては、第2の凹面鏡54をホログラムを用いて形成している。この場合、第2の凹面鏡54の形状は平坦であるが、第2の凹面鏡54をホログラムとして形成しているので、上記したように第2の楕円体52の一部と同様な反射を実現することができ、且つ透過率を制御することができる。第2の凹面鏡54の形状は平坦であるので、補正板64の形状も簡単になる。   In FIG. 27, the second concave mirror 54 is formed using a hologram. In this case, the shape of the second concave mirror 54 is flat, but since the second concave mirror 54 is formed as a hologram, reflection similar to that of a part of the second ellipsoid 52 is realized as described above. And the transmittance can be controlled. Since the shape of the second concave mirror 54 is flat, the shape of the correction plate 64 is also simplified.

図28においては、ホログラムを用いて形成した第2の凹面鏡54を導光体58の平坦面に配置している。こうすれば、補正板64を付加する必要がない。
図29から図31は本発明の光学系のさらなる変形例を示す図である。
図29においては、図1に示される第1の光学系と図22に示される第2の光学系とを組み合わせた光学系を示す。すなわち、第1の光学系は、発光素子16と、光学素子22と、透過型表示素子18と、結像素子20とからなる。アパーチャ66が結像素子20の第2の焦点の位置に配置される。第2の光学系は、第1の凹面鏡53と、第2の凹面鏡54と、導光体58とからなる。図18において、表示素子55の発散光を第1の焦点P1を通って第1の凹面鏡53に向かって照射したのと同様に、アパーチャ66を通った発散光を第1の凹面鏡53に向かって照射する。アパーチャ66は第2の光学系の第1の焦点P1に位置する。これによって、アパーチャ66において認識された画像と同様の画像を瞳24において認識することができる。
In FIG. 28, the second concave mirror 54 formed using a hologram is arranged on the flat surface of the light guide 58. In this way, it is not necessary to add the correction plate 64.
29 to 31 are views showing further modifications of the optical system of the present invention.
29 shows an optical system in which the first optical system shown in FIG. 1 and the second optical system shown in FIG. 22 are combined. That is, the first optical system includes the light emitting element 16, the optical element 22, the transmissive display element 18, and the imaging element 20. An aperture 66 is disposed at the position of the second focus of the imaging element 20. The second optical system includes a first concave mirror 53, a second concave mirror 54, and a light guide 58. In FIG. 18, the divergent light from the display element 55 is irradiated toward the first concave mirror 53 through the first focal point P 1, and the divergent light that has passed through the aperture 66 is directed toward the first concave mirror 53. Irradiate. The aperture 66 is located at the first focal point P1 of the second optical system. Thereby, an image similar to the image recognized in the aperture 66 can be recognized in the pupil 24.

図30においては、反射型表示素子18が使用される。他の構成は図29の構成と同様である。
図31においては、表示素子は、発光素子16とマイクロミラー68とによって構成される。発光素子16はレーザー等とすることができる。発光素子16はマイクロミラー68に向かって微小な光線を発射する。マイクロミラー68はMEMS(Micro Electro Mechanical System )のような角度が可変できるデバイスであって、光線をスキャニングすることができる。このスキャニングに合わせて発光素子16の光量を変調すれば、画像となる。マイクロミラー68は液晶パネルと比べて非常に小さく、小型の表示素子を実現できる。図では1つのマイクロミラー68が示されているが、単純なMEMSを2個用いてXY方向にスキャニングさせてもよい。
In FIG. 30, a reflective display element 18 is used. Other configurations are the same as those in FIG.
In FIG. 31, the display element is constituted by a light emitting element 16 and a micromirror 68. The light emitting element 16 can be a laser or the like. The light emitting element 16 emits a minute light beam toward the micromirror 68. The micromirror 68 is a device such as a MEMS (Micro Electro Mechanical System) that can change an angle, and can scan a light beam. If the light amount of the light emitting element 16 is modulated in accordance with this scanning, an image is obtained. The micromirror 68 is much smaller than a liquid crystal panel, and a small display element can be realized. Although one micromirror 68 is shown in the figure, two simple MEMSs may be used for scanning in the XY directions.

図32は図3の表示装置の光学系のさらなる実施例を示す図である。この例の光学系14は、表示素子55と、結像素子56と、導光体71と、凹面鏡72とからなる。導光体71はガラスや樹脂などの光透過物質で作られ、互いに平行で平坦な表面71a、71b、及び平坦な光入射面71cを有する。凹面鏡72は導光体71の光入射面71cとは反対側の端部に設けられている。凹面鏡72は第1の焦点P1及び第2の焦点P2を有する回転楕円体73の一部に基づいて形成されている。導光体71の表面71a、71bは凹面鏡72の第1の焦点P1及び第2の焦点P2を通る線と平行である。   FIG. 32 is a diagram showing a further embodiment of the optical system of the display device of FIG. The optical system 14 in this example includes a display element 55, an imaging element 56, a light guide 71, and a concave mirror 72. The light guide 71 is made of a light transmitting material such as glass or resin, and has parallel and flat surfaces 71a and 71b and a flat light incident surface 71c. The concave mirror 72 is provided at the end of the light guide 71 opposite to the light incident surface 71c. The concave mirror 72 is formed based on a part of a spheroid 73 having a first focal point P1 and a second focal point P2. The surfaces 71a and 71b of the light guide 71 are parallel to a line passing through the first focal point P1 and the second focal point P2 of the concave mirror 72.

表示素子55から発射され、結像素子56を通った光が導光体71の光入射面71cに入射し、光入射面71c上の仮想の焦点P2′に又はその近傍に集光されるようになっている。仮想の焦点P2′を通った発散光は導光体71の表面71a、71bにおいて数回反射(全反射)を繰り返し、光があたかも第2の焦点P2から凹面鏡72に入射するように凹面鏡72に入射する。凹面鏡72によって反射された光は第1の焦点P1に又はその近傍に集光され、観察者の目(瞳24)に入射する。従って、観察者の目の前方に形成された表示を見ることができる。仮想の焦点P2′を透過しない光はノイズ光となることがあるので、仮想の焦点P2′の位置にアパーチャを配置するのが望ましい。   The light emitted from the display element 55 and passing through the imaging element 56 is incident on the light incident surface 71c of the light guide 71, and is collected at or near the virtual focal point P2 'on the light incident surface 71c. It has become. The divergent light that passes through the virtual focal point P2 ′ is repeatedly reflected (total reflection) several times on the surfaces 71a and 71b of the light guide 71, and enters the concave mirror 72 so that the light enters the concave mirror 72 from the second focal point P2. Incident. The light reflected by the concave mirror 72 is collected at or near the first focal point P1, and enters the observer's eyes (pupil 24). Therefore, the display formed in front of the observer's eyes can be seen. Since light that does not pass through the virtual focal point P2 ′ may become noise light, it is desirable to arrange an aperture at the position of the virtual focal point P2 ′.

このように、導光体71を観察者の顔に対して横方向に配置することによって、表示素子55及び結像素子56が観察者の側頭部(耳の近くの部分)と干渉するすることがないように表示装置を構成することができる。
光入射面71cは、表示素子55から発射され、結像素子56を通った光が光入射面71cに垂直に入射するように、平坦な表面71a、71bに対する傾きで形成されるのが望ましい。しかし、楕円形の凹面鏡72での光の反射は光軸の両側において反射角度が変わるため、瞳24に入射する画像にひずみが生じることがある。光入射面71cの角度を調整すること、または、ひずみ補正レンズを表示素子55と光入射面71cとの間に挿入することによって、画像のひずみを緩和することが可能になる。また、小型で軽量の表示装置を実現することができる。
Thus, by arranging the light guide 71 in the lateral direction with respect to the observer's face, the display element 55 and the imaging element 56 interfere with the temporal region of the observer (a part near the ear). The display device can be configured so as not to occur.
The light incident surface 71c is preferably formed with an inclination with respect to the flat surfaces 71a and 71b so that light emitted from the display element 55 and passed through the imaging element 56 is incident on the light incident surface 71c perpendicularly. However, since the reflection angle of the light reflected by the elliptical concave mirror 72 changes on both sides of the optical axis, the image incident on the pupil 24 may be distorted. By adjusting the angle of the light incident surface 71c or inserting a distortion correction lens between the display element 55 and the light incident surface 71c, it is possible to reduce image distortion. In addition, a small and lightweight display device can be realized.

図33は図32の光学系14の変形例を示す図である。図34は図33の導光体の一部を示す拡大図である。図32では表示素子55及び結像素子56は観察者の顔とは遠い側に配置されていた。これに対して、図33及び図34の例では表示素子55及び結像素子56は観察者の顔に近い側に配置されている。こうすれば、表示素子55や結像素子56は観察者の側頭部(耳付近)に容易に配置されることができる。   FIG. 33 is a view showing a modification of the optical system 14 of FIG. FIG. 34 is an enlarged view showing a part of the light guide in FIG. In FIG. 32, the display element 55 and the imaging element 56 are arranged on the side far from the face of the observer. In contrast, in the example of FIGS. 33 and 34, the display element 55 and the imaging element 56 are arranged on the side close to the face of the observer. In this way, the display element 55 and the imaging element 56 can be easily disposed on the temporal region (near the ear) of the observer.

このため、導光体71の光入射面71cは表面71aの一部として形成され、図32において光入射面71cであった傾斜面71dには反射膜74が配置される。反射膜74の代わりに全反射面としてもよい。従って、表示素子55及び結像素子56を通った光は光入射面71cから導光体71の内部に入り、反射膜74の反射面で反射して、反射膜74上の仮想の焦点P2′に又はその近傍に集光されるようになっている。前述したのと同様に、仮想の焦点P2′を通った発散光は導光体71の表面71a、71bにおいて数回反射(全反射)を繰り返し、凹面鏡72に入射し且つ反射された光は第1の焦点P1に又はその近傍に集光され、観察者の目(瞳24)に入射する。従って、観察者の目の前方に形成された表示を見ることができる。   For this reason, the light incident surface 71c of the light guide 71 is formed as a part of the surface 71a, and the reflective film 74 is disposed on the inclined surface 71d which is the light incident surface 71c in FIG. A total reflection surface may be used instead of the reflection film 74. Therefore, the light that has passed through the display element 55 and the imaging element 56 enters the light guide 71 from the light incident surface 71c, is reflected by the reflecting surface of the reflecting film 74, and is a virtual focal point P2 ′ on the reflecting film 74. The light is focused on or in the vicinity thereof. As described above, the divergent light passing through the virtual focal point P2 ′ is repeatedly reflected (total reflection) several times on the surfaces 71a and 71b of the light guide 71, and the light incident on and reflected by the concave mirror 72 is the first. The light is condensed at or near one focal point P1 and enters the observer's eyes (pupil 24). Therefore, the display formed in front of the observer's eyes can be seen.

仮想の焦点P2′は集光点であるので、反射膜74は小さくてよい。反射膜74は導光体71の傾斜面71dの一部にのみアルニウムや銀等の金属又は酸化物の多層膜等の反射膜材料を蒸着して形成し、傾斜面71dの他の部分は入射光を透過させるようにする。こうすれば、図32の例で述べたアパーチャの機能が付与され、仮想の焦点P2′を透過しない光がノイズ光となるのを抑制することができる。また、傾斜面71dの非反射部分には光吸収層を設けてもよく、例えば反射膜74を形成した後に酸化クロムや黒色インク等の黒色の物質を傾斜面71d全体に塗布してもよい。   Since the virtual focal point P2 ′ is a condensing point, the reflective film 74 may be small. The reflective film 74 is formed by depositing a reflective film material such as a multilayer film of metal or oxide such as aluminum or silver on only a part of the inclined surface 71d of the light guide 71, and the other part of the inclined surface 71d is incident. Try to transmit light. In this way, the aperture function described in the example of FIG. 32 is provided, and it is possible to suppress the light that does not transmit through the virtual focal point P2 ′ from becoming noise light. Further, a light absorbing layer may be provided on the non-reflecting portion of the inclined surface 71d. For example, after the reflective film 74 is formed, a black substance such as chromium oxide or black ink may be applied to the entire inclined surface 71d.

図35は図3の表示装置の光学系のさらなる実施例を示す図である。この例の光学系14は、表示素子55と、結像素子56と、第1の焦点P1を有する第1の回転放物面76の一部に基づいて形成された第1の凹面鏡77と、第2の焦点P2を有する第2の回転放物面78の一部に基づいて形成された第2の凹面鏡79とからなる。   FIG. 35 is a diagram showing a further embodiment of the optical system of the display device of FIG. The optical system 14 of this example includes a display element 55, an imaging element 56, a first concave mirror 77 formed based on a part of a first paraboloid 76 having a first focal point P1, And a second concave mirror 79 formed based on a part of the second rotating paraboloid 78 having the second focal point P2.

表示素子55から出射され、結像素子56を通った光が第2の回転放物面78の第2の焦点P2に又はその近傍に集光され、第2の焦点P2を通った発散光は第2の凹面鏡79で反射されて平行光となる。平行光は第1の凹面鏡77へ入射し、第1の凹面鏡77によって反射された光は第1の焦点P1に又はその近傍に集光され、観察者の目(瞳24)に入射する。従って、観察者の目の前方に形成された表示を見ることができる。   The light emitted from the display element 55 and passing through the imaging element 56 is condensed at or near the second focus P2 of the second paraboloid 78, and the divergent light passing through the second focus P2 is It is reflected by the second concave mirror 79 and becomes parallel light. The parallel light enters the first concave mirror 77, and the light reflected by the first concave mirror 77 is collected at or near the first focal point P1 and enters the observer's eyes (pupil 24). Therefore, the display formed in front of the observer's eyes can be seen.

このように、平行光を第1の凹面鏡77へ入射させることによって、小型で軽量の表示装置を実現することができる。平行光をつくり出す手段として、第2の凹面鏡79を利用している。好ましくは、第1の回転放物面76と第2の回転放物面78とは焦点距離が同じで、中心軸を一致して配置される。このようにすれば、対称性が高く、ひずみのない画像を形成することができる。第2の焦点P2を通過しない光はノイズ光となるので、第2の焦点P2にアパーチャを配置し、ノイズ光を抑制することができる。   In this way, by making parallel light incident on the first concave mirror 77, a small and lightweight display device can be realized. A second concave mirror 79 is used as means for generating parallel light. Preferably, the first paraboloid 76 and the second paraboloid 78 have the same focal length and are arranged so that their central axes coincide. In this way, an image having high symmetry and no distortion can be formed. Since the light that does not pass through the second focal point P2 becomes noise light, it is possible to suppress the noise light by arranging an aperture at the second focal point P2.

第1及び第2の反射鏡77、79は適切なホルダに取付けられ、第1の反射鏡77と第2の反射鏡79との間は空間となっていて、平行光は空間を進む。
図36及び図37は第1及び第2の反射鏡77、79の配置の例を示す図である。図36においては、第1及び第2の反射鏡77、79は柱状のガラス又はアクリル樹脂等のプラスチックからなる導光体80の両端に配置されている。光は導光体80の内部を平行光として伝播する。導光体80は型を使用した成型により作り、第1及び第2の反射鏡77、79は導光体80の両端にアルミニウムを蒸着する。
The first and second reflecting mirrors 77 and 79 are attached to an appropriate holder, and a space is formed between the first reflecting mirror 77 and the second reflecting mirror 79, and parallel light travels through the space.
36 and 37 are diagrams showing examples of the arrangement of the first and second reflecting mirrors 77 and 79. FIG. In FIG. 36, the first and second reflecting mirrors 77 and 79 are arranged at both ends of a light guide 80 made of plastic such as columnar glass or acrylic resin. Light propagates in the light guide 80 as parallel light. The light guide 80 is made by molding using a mold, and the first and second reflecting mirrors 77 and 79 deposit aluminum on both ends of the light guide 80.

図37においては、第1及び第2の反射鏡77、79は中空筒状の導光体80aの両端に配置されている(第1の反射鏡77は示されていない)。光は導光体80aの内部の空洞内を平行光として伝播する。導光体80aは型を使用した成型により作り、第1及び第2の反射鏡77、79は別途作成して導光体80aの両端に接着する。導光体80aの内部には空気があればよいが、鏡面に塵がつかないようにするためには、導光体80aを封止するのがよい。また、結露を防ぐため、導光体80aの内部に窒素ガス等のガスを充填し、あるいは真空にしてもよい。   In FIG. 37, the first and second reflecting mirrors 77 and 79 are disposed at both ends of the hollow cylindrical light guide 80a (the first reflecting mirror 77 is not shown). The light propagates as parallel light in the cavity inside the light guide 80a. The light guide 80a is formed by molding using a mold, and the first and second reflecting mirrors 77 and 79 are separately formed and bonded to both ends of the light guide 80a. The light guide 80a only needs to have air inside, but the light guide 80a is preferably sealed in order to prevent dust from getting on the mirror surface. In order to prevent condensation, the light guide 80a may be filled with a gas such as nitrogen gas or evacuated.

図38は図35の表示装置の変形例を示す図である。この例の光学系14は、表示素子55と、結像素子56と、第1の焦点P1を有する第1の回転放物面76の一部に基づいて形成された第1の凹面鏡77と、表示素子55から発射され、結像素子56を通った光を平行光にするためのレンズ81とからなる。結像素子56の焦点の位置にはアパーチャ82が配置される。レンズ81で作られた平行光は第1の凹面鏡77へ入射し、第1の凹面鏡77によって反射された光は第1の焦点P1に又はその近傍に集光され、観察者の目(瞳24)に入射する。従って、観察者の目の前方に形成された表示を見ることができる。   FIG. 38 is a diagram showing a modification of the display device of FIG. The optical system 14 of this example includes a display element 55, an imaging element 56, a first concave mirror 77 formed based on a part of a first paraboloid 76 having a first focal point P1, It consists of a lens 81 for making the light emitted from the display element 55 and passing through the imaging element 56 into parallel light. An aperture 82 is disposed at the focal position of the imaging element 56. The parallel light produced by the lens 81 is incident on the first concave mirror 77, and the light reflected by the first concave mirror 77 is condensed at or near the first focal point P1, and the observer's eyes (pupil 24). ). Therefore, the display formed in front of the observer's eyes can be seen.

図39は図38の表示装置の光学系の変形例を示す図である。この例の光学系14は、第1の凹面鏡77が導光体80の一端に設けられている点を除くと、図38の例と同様である。放物面形状の凹面鏡は一般的な球面レンズと比べると形状が複雑で加工が容易ではない。従って、放物面形状の凹面鏡の数は少ない方がよい。従って、図38及び図39においては、1つの放物面形状の凹面鏡を使用している。導光体80の入射面は図示の例では平面であるが、導光体80の入射面は結像素子56の作用をもつ形状に形成してもよい。また、表示素子55に入射する光が収束光である場合には、結像素子56を省略してもよい。   FIG. 39 is a diagram showing a modification of the optical system of the display device of FIG. The optical system 14 of this example is the same as the example of FIG. 38 except that the first concave mirror 77 is provided at one end of the light guide 80. A parabolic concave mirror has a complicated shape and is not easy to process compared to a general spherical lens. Accordingly, the number of parabolic concave mirrors should be small. Therefore, in FIG. 38 and FIG. 39, one parabolic concave mirror is used. Although the incident surface of the light guide 80 is a flat surface in the illustrated example, the incident surface of the light guide 80 may be formed in a shape having the function of the imaging element 56. Further, when the light incident on the display element 55 is convergent light, the imaging element 56 may be omitted.

図40及び図41はそれぞれ図38及び図39の表示装置の光学系の変形例を示す図である。図40においては、反射膜83がレンズ81と第1の凹面鏡77との間に挿入され、光路を折り曲げるようになっている。図40においては、反射膜83がレンズ81と導光板80の端部との間に挿入され、光路を折り曲げるようになっている。このようにすることによって、多くの光学部品を観察者の顔面から外れた位置、即ち観察者の側頭部(耳付近)に近い位置に配置することができる。表示装置の重心が顔面に近い位置にあると、表示装置を装着したときに重量感を感じ、疲れやすい。自然な装着感を実現するには、可能な限り部品を顔面の近くに配置しない方がよい。なお、反射膜83の代わりに、全反射面とすることもできる。   40 and 41 are diagrams showing modifications of the optical system of the display device of FIGS. 38 and 39, respectively. In FIG. 40, a reflection film 83 is inserted between the lens 81 and the first concave mirror 77 so as to bend the optical path. In FIG. 40, a reflective film 83 is inserted between the lens 81 and the end portion of the light guide plate 80 so as to bend the optical path. By doing in this way, many optical components can be arrange | positioned in the position which remove | deviated from the observer's face, ie, the position close | similar to an observer's temporal region (ear vicinity). When the center of gravity of the display device is close to the face, the user feels heavy when wearing the display device and is likely to get tired. In order to achieve a natural feeling of wearing, it is better not to place the parts as close to the face as possible. Instead of the reflective film 83, a total reflection surface can be used.

図42は図41の表示装置の光学系の変形例を示す図である。この例では、導光板80が直角に曲がった形状に形成され、反射膜83がレンズ81と導光板80の端部との間に挿入され、反射膜84が導光板80の屈曲部に挿入され、光路を折り曲げるようになっている。なお、反射膜83、84の代わりに、全反射面とすることもできる。このようにすることによって、表示装置の構成を観察者の顔及び頭部によりフィットするようにすることができる。図示の例においては、表示素子55からレンズ81を含む装置の部分が観察者の側頭部から外側に突き出した方向に配置されているが、反射膜83が配置される導光板80の端部の表面を図42の紙面に対して45度傾斜した角度で形成し、表示素子55からレンズ81を含む装置の部分を導光板80から下向きに指向させるようにすることができる。こうすれば、表示素子55からレンズ81を含む装置の部分を眼鏡のツルのように耳にかけることができるようになる。   FIG. 42 is a diagram showing a modification of the optical system of the display device of FIG. In this example, the light guide plate 80 is formed in a shape bent at a right angle, the reflective film 83 is inserted between the lens 81 and the end of the light guide plate 80, and the reflective film 84 is inserted into the bent portion of the light guide plate 80. The optical path is bent. Instead of the reflection films 83 and 84, a total reflection surface can be used. By doing in this way, the structure of a display apparatus can be fitted with an observer's face and head. In the illustrated example, the part of the apparatus including the lens 81 from the display element 55 is disposed in a direction protruding outward from the temporal region of the observer, but the end of the light guide plate 80 where the reflective film 83 is disposed. 42 is formed at an angle inclined by 45 degrees with respect to the paper surface of FIG. 42, and the portion of the device including the lens 81 from the display element 55 can be directed downward from the light guide plate 80. In this way, the part of the device including the lens 81 from the display element 55 can be put on the ear like a temple of glasses.

図42の表示装置は例えば図25に示される表示装置と同様ににして使用されることができる。
図43は図40の表示装置の光学系の変形例を示す図である。この例は、図40の光学系に図1に示される第1の光学系の発光素子16と、光学素子22とを加えたものである。発光素子16及び光学素子22は平行光をつくり出し、表示素子55及び結像素子56を通った光はアパーチャ82で集光され、アパーチャ82を通った発散光を導光体80に導き、第1の凹面鏡77で反射された光が瞳24に入射する。よって、アパーチャ82において認識された画像と同様の画像を瞳24において認識することができる。
The display device of FIG. 42 can be used, for example, in the same manner as the display device shown in FIG.
FIG. 43 is a diagram showing a modification of the optical system of the display device of FIG. In this example, the light emitting element 16 of the first optical system shown in FIG. 1 and the optical element 22 are added to the optical system of FIG. The light emitting element 16 and the optical element 22 produce parallel light, the light passing through the display element 55 and the imaging element 56 is collected by the aperture 82, and the divergent light passing through the aperture 82 is guided to the light guide 80, and the first light is emitted. The light reflected by the concave mirror 77 enters the pupil 24. Therefore, an image similar to the image recognized by the aperture 82 can be recognized by the pupil 24.

図44は図41の表示装置の光学系の変形例を示す図である。この例では、発光素子16が設けられていにとともに、結像素子56aが発光素子16の前に設けられている。発光素子16及び結像素子56aを通った光はアパーチャ82で集光され、アパーチャ82を通った発散光を導光体80に導き、第1の凹面鏡77で反射された光が瞳24に入射する。よって、アパーチャ82において認識された画像と同様の画像を瞳24において認識することができる。   FIG. 44 is a diagram showing a modification of the optical system of the display device of FIG. In this example, the light emitting element 16 is provided, and the imaging element 56 a is provided in front of the light emitting element 16. The light passing through the light emitting element 16 and the imaging element 56a is collected by the aperture 82, the diverging light passing through the aperture 82 is guided to the light guide 80, and the light reflected by the first concave mirror 77 is incident on the pupil 24. To do. Therefore, an image similar to the image recognized by the aperture 82 can be recognized by the pupil 24.

図45は図43の表示装置の光学系の変形例を示す図である。図45においては、反射型表示素子55が使用される。他の構成は図43の構成と同様である。
図46は図43の表示装置の光学系の変形例を示す図である。図31の場合と同様に、図46においては、表示素子は、発光素子16とマイクロミラー68とによって構成される。発光素子16はレーザー等とすることができる。発光素子16はマイクロミラー68に向かって微小な光線を発射する。マイクロミラー68はMEMSのような角度が可変できるデバイスであって、光線をスキャニングすることができる。このスキャニングに合わせて発光素子16の光量を変調すれば、画像となる。図では1つのマイクロミラー68が示されているが、単純なMEMSを2個用いてXY方向にスキャニングさせてもよい。
FIG. 45 is a diagram showing a modification of the optical system of the display device of FIG. In FIG. 45, a reflective display element 55 is used. Other configurations are the same as those in FIG.
46 is a diagram showing a modification of the optical system of the display device of FIG. As in the case of FIG. 31, in FIG. 46, the display element is composed of the light emitting element 16 and the micromirror 68. The light emitting element 16 can be a laser or the like. The light emitting element 16 emits a minute light beam toward the micromirror 68. The micromirror 68 is a device that can change the angle, such as MEMS, and can scan a light beam. If the light amount of the light emitting element 16 is modulated in accordance with this scanning, an image is obtained. Although one micromirror 68 is shown in the figure, two simple MEMSs may be used for scanning in the XY directions.

図43から図46では、放物面形状の第1の凹面鏡77が使用されているが、放物面形状の第1の凹面鏡77の代わりに、図32から図34に示される楕円形状の凹面鏡72を使用することもできる。
(付記)
以上の説明から把握される本発明の技術思想は以下の通りである。
43 to 46, the first concave mirror 77 having a parabolic shape is used. Instead of the first concave mirror 77 having a parabolic shape, the elliptical concave mirror shown in FIGS. 32 to 34 is used. 72 can also be used.
(Appendix)
The technical idea of the present invention grasped from the above explanation is as follows.

1.観察者の目の前方に配置する表示装置であって、発光素子と、該発光素子で照明される表示素子と、該表示素子を通った光を通過させる結像素子とからなり、該表示素子は該結像素子と該結像素子の第1の焦点との間で該第1の焦点に近い位置に配置され、よって該結像素子によって該表示素子の虚像が形成され、さらに、該発光素子から照射された光が該結像素子の第2の焦点で集光されるようにしたことを特徴とする表示装置。   1. A display device disposed in front of an eye of an observer, comprising: a light emitting element; a display element illuminated by the light emitting element; and an imaging element that allows light passing through the display element to pass therethrough. Is disposed between the imaging element and the first focal point of the imaging element at a position close to the first focal point, so that a virtual image of the display element is formed by the imaging element, and the light emission A display device characterized in that light emitted from an element is condensed at a second focal point of the imaging element.

2.該発光素子と該表示素子との間に該表示素子に入射する光を平行光にする光学素子が配置されることを特徴とする付記1に記載の表示装置。
3.該表示素子は透過型の表示素子であり、該光学素子は該表示素子の一方の側に配置され、該結像素子は該表示素子の反対の側に配置されることを特徴とする付記2に記載の表示装置。
2. The display device according to appendix 1, wherein an optical element that collimates light incident on the display element is disposed between the light emitting element and the display element.
3. The display element is a transmissive display element, the optical element is disposed on one side of the display element, and the imaging element is disposed on the opposite side of the display element. The display device described in 1.

4.該表示素子は反射型の表示素子であり、該光学素子と該結像素子とは共通の素子からなることを特徴とする付記2に記載の表示装置。
5.表示素子と、結像素子と、該表示素子から発射されて該結像素子を通った光が通る第1の焦点及び第2の焦点を有する第1の楕円体の一部として形成された第1の凹面鏡と、該第2の焦点と共通の位置に配置される第3の焦点及び第4の焦点を有する第2の楕円体の一部として形成された第2の凹面鏡とを備え、該表示素子から発射された光が該第1の焦点の近傍に集光され、該第1の焦点を通った光が該第1の凹面鏡によって反射されて共通の第2及び第3の焦点に向かって進み、該第2及び第3の焦点を通った光又はそれと同等の光が該第2の凹面鏡によって反射されて該第4の焦点の近傍に集光され、観察者の目が該第4の焦点の近傍に配置されるようにして、観察者の目の前方に形成された表示を見ることができるようにしたことを特徴とする表示装置。
4). The display device according to appendix 2, wherein the display element is a reflective display element, and the optical element and the imaging element are a common element.
5. A display element; an imaging element; and a first ellipsoid formed as part of a first ellipsoid having a first focal point and a second focal point through which light emitted from the display element and passed through the imaging element passes. One concave mirror and a second concave mirror formed as part of a second ellipsoid having a third focal point and a fourth focal point disposed at a common position with the second focal point, Light emitted from the display element is collected in the vicinity of the first focal point, and the light passing through the first focal point is reflected by the first concave mirror toward the common second and third focal points. The light passing through the second and third focal points or the equivalent light is reflected by the second concave mirror and collected near the fourth focal point, and the observer's eyes It is arranged near the focal point of the viewer so that the display formed in front of the observer's eyes can be seen. The display device according to symptoms.

6.該第1の凹面鏡及び該第2の凹面鏡は、導光体に設けられていることを特徴とする付記5に記載の表示装置。
7.該第1の焦点、該第2の焦点、該第3の焦点、及び該第4の焦点は一直線上にあることを特徴とする付記5に記載の表示装置。
8.該第1の焦点、該第2の焦点、該第3の焦点、及び該第4の焦点は一直線上にないことを特徴とする付記5に記載の表示装置。
6). The display device according to appendix 5, wherein the first concave mirror and the second concave mirror are provided in a light guide.
7). The display device according to appendix 5, wherein the first focus, the second focus, the third focus, and the fourth focus are in a straight line.
8). The display device according to appendix 5, wherein the first focus, the second focus, the third focus, and the fourth focus are not in a straight line.

9.該第2の凹面鏡は光透過性を有することを特徴とする付記5に記載の表示装置。
10.観察者の目の前方に配置する表示装置であって、発光素子と、該発光素子で照明される表示素子と、該表示素子を通った光を通過させる結像素子とからなり、該表示素子は該結像素子と該結像素子の第1の焦点との間で該第1の焦点に近い位置に配置され、よって該結像素子によって該表示素子の虚像が形成され、さらに、該発光素子から照射された光が該結像素子の第2の焦点で集光されるようにし、
該結像素子の第2の焦点と共通な第3の焦点及び第4の焦点を有する第1の楕円体の一部として形成された第1の凹面鏡と、該第4の焦点と共通の位置に配置される第5の焦点及び第6の焦点を有する第2の楕円体の一部として形成された第2の凹面鏡とを備え、該表示素子から発射された光が該第3の焦点の近傍に集光され、該第3の焦点を通った光が該第1の凹面鏡によって反射されて共通の第4及び第5の焦点に向かって進み、該第4及び第5の焦点を通った光又はそれと同等の光が該第2の凹面鏡によって反射されて該第6の焦点の近傍に集光され、観察者の目が該第6の焦点の近傍に配置されるようにして、観察者の目の前方に形成された表示を見ることができるようにしたことを特徴とする表示装置。
9. The display device according to appendix 5, wherein the second concave mirror is light transmissive.
10. A display device disposed in front of an eye of an observer, comprising: a light emitting element; a display element illuminated by the light emitting element; and an imaging element that allows light passing through the display element to pass therethrough. Is disposed between the imaging element and the first focal point of the imaging element at a position close to the first focal point, so that a virtual image of the display element is formed by the imaging element, and the light emission The light emitted from the element is collected at the second focus of the imaging element;
A first concave mirror formed as part of a first ellipsoid having a third focus and a fourth focus common to the second focus of the imaging element, and a position common to the fourth focus And a second concave mirror formed as part of a second ellipsoid having a fifth focus and a sixth focus, the light emitted from the display element of the third focus Light collected in the vicinity and passing through the third focal point is reflected by the first concave mirror and travels toward the common fourth and fifth focal points, and passes through the fourth and fifth focal points. Light or equivalent light is reflected by the second concave mirror and collected near the sixth focal point, and the observer's eyes are placed near the sixth focal point. A display device characterized in that a display formed in front of the eyes can be seen.

11.観察者の目の前方に配置する表示装置であって、表示素子と、該表示素子から発射された光を集光させる結像素子と、該結像素子を通った光が入射する入射面を有する導光体と、該導光体を通った光を受けるように該導光体に設けられる凹面鏡とからなり、該凹面鏡は第1の焦点及び第2の焦点を有する楕円体の一部として形成され、該結像素子を通った光が該導光体の内部で複数回反射して光があたかも第2の焦点P2から該凹面鏡に入射するように該凹面鏡に入射し、該凹面鏡によって反射された光は第1の焦点に又はその近傍に集光され、観察者の目に入射するようにしたことを特徴とする表示装置。   11. A display device disposed in front of an observer's eyes, comprising: a display element; an imaging element that collects light emitted from the display element; and an incident surface on which light that has passed through the imaging element is incident And a concave mirror provided on the light guide so as to receive light passing through the light guide, the concave mirror being part of an ellipsoid having a first focal point and a second focal point. The formed light passing through the imaging element is reflected a plurality of times inside the light guide, and the light is incident on the concave mirror as if it is incident on the concave mirror from the second focal point P2, and is reflected by the concave mirror. The display device is characterized in that the emitted light is collected at or near the first focal point and is incident on the eyes of an observer.

12.該導光体は一対の対向する平坦な表面と、該平坦な表面に対して傾斜した傾斜面とを有し、該結像素子を通った光は該傾斜面上で集光され、該一対の対向する平坦な表面によって反射されることを特徴とする付記11に記載の表示装置。
13.観察者の目の前方に配置する表示装置であって、表示素子と、該表示素子に照射する光あるいは該表示素子を通った光を略平行光にする光学素子と、該光学素子を通った光が入射する凹面鏡とからなり、該凹面鏡は回転放物面の一部として形成され、該凹面鏡によって反射された光は該回転放物面の焦点に又はその近傍に集光され、観察者の目に入射するようにしたことを特徴とする表示装置。
12 The light guide has a pair of opposed flat surfaces and an inclined surface inclined with respect to the flat surface, and the light passing through the imaging element is collected on the inclined surfaces, The display device according to appendix 11, wherein the display device is reflected by the opposing flat surfaces.
13. A display device disposed in front of an eye of an observer, comprising: a display element; an optical element that irradiates light that passes through the display element or light that passes through the display element; The concave mirror is formed as a part of a rotating paraboloid, and the light reflected by the concave mirror is collected at or near the focal point of the rotating paraboloid, A display device characterized by being incident on an eye.

14.該光学素子は回転放物面の一部として形成されたさらなる凹面鏡からなることを特徴とする付記13に記載の表示装置。
15.該凹面鏡及び該さらなる凹面鏡は導光体に設けられていることを特徴とする付記14に記載の表示装置。
14 The display device according to appendix 13, wherein the optical element comprises a further concave mirror formed as a part of a paraboloid of revolution.
15. The display device according to appendix 14, wherein the concave mirror and the further concave mirror are provided in a light guide.

以上のように、本発明によれば、小型で低価格な表示装置として、ヘッドマウント式又は眼鏡型の表示装置、あるいはこれに類するあらゆる小型又は超小型の、例えば携帯型のような、表示装置(ディスプレイ)として利用することができる。   As described above, according to the present invention, as a small and low-priced display device, a head-mounted or glasses-type display device, or any small or ultra-compact display device similar to this, for example, a portable display device. It can be used as a (display).

16 発光素子
18 表示素子
20 結像素子
22 光学素子
24 瞳
28 虚像
32 ハーフミラー
34 偏光ビームスプリッタ
40 導光板
43、44 目位置センサ
51、52 楕円体
53、54 凹面鏡
55 表示素子
56 結像素子
58 導光体
71 導光体
72 凹面鏡
73 回転楕円体
74 反射膜
76、78 回転放物面
77、79 凹面鏡
80 導光体
81 レンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 16 Light emitting element 18 Display element 20 Imaging element 22 Optical element 24 Pupil 28 Virtual image 32 Half mirror 34 Polarizing beam splitter 40 Light guide plate 43, 44 Eye position sensor 51, 52 Ellipsoidal body 53, 54 Concave mirror 55 Display element 56 Imaging element 58 Light guide 71 Light guide 72 Concave mirror 73 Spheroidal body 74 Reflective film 76, 78 Revolving paraboloid 77, 79 Concave mirror 80 Light guide 81 Lens

Claims (8)

表示素子と、結像素子と、該表示素子から発射されて該結像素子を通った光が通る第1の焦点及び第2の焦点を有する第1の楕円体の一部として形成された第1の凹面鏡と、該第2の焦点と共通の位置に配置される第3の焦点及び第4の焦点を有する第2の楕円体の一部として形成された第2の凹面鏡とを備え、該表示素子から発射された光が該第1の焦点の近傍に集光され、該第1の焦点を通った光が該第1の凹面鏡によって反射されて共通の第2及び第3の焦点に向かって進み、該第2及び第3の焦点を通った光又はそれと同等の光が該第2の凹面鏡によって反射されて該第4の焦点の近傍に集光され、観察者の目が該第4の焦点の近傍に配置されるようにして、観察者の目の前方に形成された表示を見ることができるようにしたことを特徴とする表示装置。   A display element; an imaging element; and a first ellipsoid formed as part of a first ellipsoid having a first focal point and a second focal point through which light emitted from the display element and passed through the imaging element passes. One concave mirror and a second concave mirror formed as part of a second ellipsoid having a third focal point and a fourth focal point disposed at a common position with the second focal point, Light emitted from the display element is collected in the vicinity of the first focal point, and the light passing through the first focal point is reflected by the first concave mirror toward the common second and third focal points. The light passing through the second and third focal points or the equivalent light is reflected by the second concave mirror and collected near the fourth focal point, and the observer's eyes It is arranged near the focal point of the viewer so that the display formed in front of the observer's eyes can be seen. The display device according to symptoms. 該第1の凹面鏡及び該第2の凹面鏡は、導光体に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。   The display device according to claim 1, wherein the first concave mirror and the second concave mirror are provided in a light guide. 該第2の凹面鏡は光透過性を有することを特徴とする請求項1に記載の表示装置。   The display device according to claim 1, wherein the second concave mirror is light transmissive. 観察者の目の前方に配置する表示装置であって、発光素子と、該発光素子で照明される表示素子と、該表示素子を通った光を通過させる結像素子とからなり、該表示素子は該結像素子と該結像素子の第1の焦点との間で該第1の焦点に近い位置に配置され、よって該結像素子によって該表示素子の虚像が形成され、さらに、該発光素子から照射された光が該結像素子の第2の焦点で集光されるようにし、
該結像素子の第2の焦点と共通な第3の焦点及び第4の焦点を有する第1の楕円体の一部として形成された第1の凹面鏡と、該第4の焦点と共通の位置に配置される第5の焦点及び第6の焦点を有する第2の楕円体の一部として形成された第2の凹面鏡とを備え、該表示素子から発射された光が該第3の焦点の近傍に集光され、該第3の焦点を通った光が該第1の凹面鏡によって反射されて共通の第4及び第5の焦点に向かって進み、該第4及び第5の焦点を通った光又はそれと同等の光が該第2の凹面鏡によって反射されて該第6の焦点の近傍に集光され、観察者の目が該第6の焦点の近傍に配置されるようにして、観察者の目の前方に形成された表示を見ることができるようにしたことを特徴とする表示装置。
A display device disposed in front of an eye of an observer, comprising: a light emitting element; a display element illuminated by the light emitting element; and an imaging element that allows light passing through the display element to pass therethrough. Is disposed between the imaging element and the first focal point of the imaging element at a position close to the first focal point, so that a virtual image of the display element is formed by the imaging element, and the light emission The light emitted from the element is collected at the second focus of the imaging element;
A first concave mirror formed as part of a first ellipsoid having a third focus and a fourth focus common to the second focus of the imaging element, and a position common to the fourth focus And a second concave mirror formed as part of a second ellipsoid having a fifth focus and a sixth focus, the light emitted from the display element of the third focus Light collected in the vicinity and passing through the third focal point is reflected by the first concave mirror and travels toward the common fourth and fifth focal points, and passes through the fourth and fifth focal points. Light or equivalent light is reflected by the second concave mirror and collected near the sixth focal point, and the observer's eyes are placed near the sixth focal point. A display device characterized in that a display formed in front of the eyes can be seen.
観察者の目の前方に配置する表示装置であって、表示素子と、該表示素子から発射された光を集光させる結像素子と、該結像素子を通った光が入射する入射面を有する導光体と、該導光体を通った光を受けるように該導光体に設けられる凹面鏡とからなり、該凹面鏡は第1の焦点及び第2の焦点を有する楕円体の一部として形成され、該結像素子を通った光が該導光体の内部で複数回反射して光があたかも第2の焦点P2から該凹面鏡に入射するように該凹面鏡に入射し、該凹面鏡によって反射された光は第1の焦点に又はその近傍に集光され、観察者の目に入射するようにしたことを特徴とする表示装置。   A display device disposed in front of an observer's eyes, comprising: a display element; an imaging element that collects light emitted from the display element; and an incident surface on which light that has passed through the imaging element is incident And a concave mirror provided on the light guide so as to receive light passing through the light guide, the concave mirror being part of an ellipsoid having a first focal point and a second focal point. The formed light passing through the imaging element is reflected a plurality of times inside the light guide, and the light is incident on the concave mirror as if it is incident on the concave mirror from the second focal point P2, and is reflected by the concave mirror. The display device is characterized in that the emitted light is collected at or near the first focal point and is incident on the eyes of an observer. 該導光体は一対の対向する平坦な表面と、該平坦な表面に対して傾斜した傾斜面とを有し、該結像素子を通った光は該傾斜面上で集光され、該一対の対向する平坦な表面によって反射されることを特徴とする請求項5に記載の表示装置。   The light guide has a pair of opposed flat surfaces and an inclined surface inclined with respect to the flat surface, and the light passing through the imaging element is collected on the inclined surfaces, The display device according to claim 5, wherein the display device is reflected by the opposing flat surfaces. 観察者の目の前方に配置する表示装置であって、表示素子と、該表示素子に照射する光あるいは該表示素子を通った光を略平行光にする光学素子と、該光学素子を通った光が入射する凹面鏡とからなり、該凹面鏡は回転放物面の一部として形成され、該凹面鏡によって反射された光は該回転放物面の焦点に又はその近傍に集光され、観察者の目に入射するようにしたことを特徴とする表示装置。   A display device disposed in front of an eye of an observer, comprising: a display element; an optical element that irradiates light that passes through the display element or light that passes through the display element; The concave mirror is formed as a part of a rotating paraboloid, and the light reflected by the concave mirror is collected at or near the focal point of the rotating paraboloid, A display device characterized by being incident on an eye. 該光学素子は回転放物面の一部として形成されたさらなる凹面鏡からなることを特徴とする請求項7に記載の表示装置。   8. A display device according to claim 7, wherein the optical element comprises a further concave mirror formed as part of a paraboloid of revolution.
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