JP2018017942A - Image display device - Google Patents

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JP2018017942A
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exit pupil
image
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image light
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森島 英樹
Hideki Morishima
英樹 森島
和隆 猪口
Kazutaka Inoguchi
和隆 猪口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid the interference of optical systems for left and right eyes and expand a field angle while maintaining an eye relief.SOLUTION: An image formation device comprises: image display units 1-4 for displaying an original picture; a first optical system 10 for guiding a first left-eye image light from a first original picture for the left eye to a left exit pupil; a second optical system 9 for guiding a first right-eye image light from a first original picture for the right eye to a right exit pupil S1; and a third optical system 11 for causing a second left-eye image light from a second original picture for the left eye to pass through an area closer to the right exit pupil side than is an area where the first left-eye image light passes through when guided to the left exit pupil, and causing a second right-eye image light from a second original picture for the right eye to pass through an area closer to the left exit pupil side than is an area where the first right-eye image light passes through when guided to the right exit pupil.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、原画からの光を観察者の眼に導くことで観察者に観察画像を提示するヘッドマウントディスプレイ(HMD)等の画像表示装置に関する。   The present invention relates to an image display device such as a head-mounted display (HMD) that presents an observation image to an observer by guiding light from an original image to the eye of the observer.

観察者の頭部に装着され、その観察者の左右の眼に観察画像を提示するHMDの多くは、右眼用原画と左眼用原画を左右のLCD等の表示素子に表示し、右眼用原画と左眼用原画からの光(虚像)をそれぞれ右眼用光学系と左眼用光学系を介して左右の眼に導く。また、広画角な観察画像の提示が可能なHMDは、左右の眼のそれぞれに対して表示素子を複数ずつ設け、これら表示素子にそれぞれ異なる画角(視野)に対応する原画を表示してこれら原画からの光を同じ眼に導く。これにより、異なる画角の像が合成された合成画像としての観察画像を提示する。このような広画角画像を提示可能な画像表示装置は、特許文献1〜3に開示されている。   Many HMDs that are mounted on the observer's head and present an observation image to the left and right eyes of the observer display the original image for the right eye and the original image for the left eye on display elements such as the left and right LCDs. The light (virtual image) from the original image for the left eye and the original image for the left eye is guided to the left and right eyes via the optical system for the right eye and the optical system for the left eye, respectively. An HMD capable of presenting an observation image with a wide angle of view is provided with a plurality of display elements for each of the left and right eyes, and displays original images corresponding to different angles of view (fields of view) on these display elements. The light from these original pictures is guided to the same eye. As a result, an observation image is presented as a combined image in which images with different angles of view are combined. An image display device capable of presenting such a wide-angle image is disclosed in Patent Documents 1 to 3.

特開2009−145617号公報JP 2009-145617 A 特開2014−41280号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2014-41280 特開平7−333551号公報JP-A-7-333551

しかしながら、右眼用光学系と左眼用光学系とを別々に設けるHMDでは、これら光学系が互いに干渉しないようにするために、左右の眼に対する内側(鼻側)の画角が制限を受ける。左右の眼の間隔(眼間距離)をWとし、各眼から対応する光学系のうち眼に最も近い光学面までの距離をDとし、各眼に対する内側の画角の最大値をθとすると、右眼用光学系と左眼用光学系とが互いに干渉しない条件は、
D・tanθ<W/2
となる。つまり、内側の画角θはθ=atan(W/2/D)を超えることができない。
However, in the HMD in which the optical system for the right eye and the optical system for the left eye are separately provided, the angle of view on the inner side (nose side) with respect to the left and right eyes is limited so that these optical systems do not interfere with each other. . If the distance between the left and right eyes (interocular distance) is W, the distance from each eye to the optical surface closest to the eye in the corresponding optical system is D, and the maximum value of the angle of view inside each eye is θ. The conditions that the optical system for the right eye and the optical system for the left eye do not interfere with each other are as follows:
D · tanθ <W / 2
It becomes. That is, the inner angle of view θ cannot exceed θ = atan (W / 2 / D).

眼間距離Wは固定であるため、内側の画角を大きくするために距離(アイリリーフ)Dを小さくすることも考えられる。しかし、距離Dを小さくすると、眼鏡を使用する観察者が眼鏡を付けたままHMDを装着することが難しい。   Since the interocular distance W is fixed, it is conceivable to reduce the distance (eye relief) D in order to increase the inner angle of view. However, if the distance D is reduced, it is difficult for an observer who uses glasses to wear the HMD while wearing the glasses.

本発明は、左眼用および右眼用の光学系の干渉を回避しつつ必要なアイリリーフを確保しながら、左右の眼に対する内側の画角を広くする、つまりは各眼に広画角の画像を提示することができるようにした画像表示装置を提供する。   The present invention widens the angle of view inside the left and right eyes while avoiding interference between the left-eye and right-eye optical systems while ensuring necessary eye relief, that is, a wide angle of view for each eye. An image display device capable of presenting an image is provided.

本発明の一側面としての画像表示装置は、第1の左眼用原画、第1の右眼用原画、第2の左眼用原画および第2の右眼用原画をそれぞれ異なる表示領域に表示する画像表示ユニットと、第1の左眼用原画からの第1の左眼画像光を左射出瞳に導く第1の光学系と、第1の右眼用原画からの第1の右眼画像光を右射出瞳に導く第2の光学系と、第2の左眼用原画からの第2の左眼画像光を、第1の光学系により第1の左眼画像光が左射出瞳に導かれる際に通過する領域よりも右射出瞳側の領域を通過させて左射出瞳に導くとともに、第2の右眼用原画からの第2の右眼画像光を、第2の光学系により第1の右眼画像光が右射出瞳に導かれる際に通過する領域よりも左射出瞳側の領域を通過させて右射出瞳に導く第3の光学系とを有することを特徴とする。   An image display device according to an aspect of the present invention displays a first left-eye original image, a first right-eye original image, a second left-eye original image, and a second right-eye original image in different display areas. An image display unit, a first optical system for guiding the first left-eye image light from the first left-eye original image to the left exit pupil, and a first right-eye image from the first right-eye original image The second optical system for guiding light to the right exit pupil, the second left eye image light from the second left eye original image, and the first left eye image light to the left exit pupil by the first optical system. The second right eye image light from the second original image for the right eye is guided by the second optical system while passing through the region on the right exit pupil side than the region passing through when guided and guided to the left exit pupil. And a third optical system for guiding the first right-eye image light to the right exit pupil through a region closer to the left exit pupil than a region through which the first right-eye image light is guided to the right exit pupil. To.

本発明によれば、第3の光学系を設けることで、左眼用および右眼用の光学系の干渉を回避しつつアイリリーフを確保することができ、かつ左右の射出瞳に位置する観察者の左右の眼に広画角の画像を提示することが可能な画像表示装置を実現することができる。   According to the present invention, by providing the third optical system, it is possible to ensure eye relief while avoiding interference between the left-eye and right-eye optical systems, and to observe the observations positioned at the left and right exit pupils. An image display device capable of presenting a wide-angle image to the left and right eyes of the person can be realized.

本発明の実施例1であるHMDの構成を模式的に示す上面図。1 is a top view schematically showing the configuration of an HMD that is Embodiment 1 of the present invention. FIG. 実施例1における画像分割方法を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating an image dividing method according to the first embodiment. 実施例1のHMDの具体例を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a specific example of the HMD according to the first embodiment. 本発明の実施例2であるHMDの構成を模式的に示す上面図。The top view which shows typically the structure of HMD which is Example 2 of this invention. 実施例2のHMDの具体例を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating a specific example of the HMD according to the second embodiment. 本発明の実施例3のHMDの構成を示す模式的に示す上面図。The top view which shows typically the structure of HMD of Example 3 of this invention. 実施例3の構成を示す側面図。FIG. 6 is a side view showing the configuration of Example 3. 本発明の実施例4のHMDの構成を示す模式図。The schematic diagram which shows the structure of HMD of Example 4 of this invention.

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

各実施例では、観察者の左右の眼のそれぞれに対して観察画像を提示する画角を少なくとも2つに分割する。すなわち、右眼に対して提示する観察画像の画角を右外側画角と右内側画角に分割し、左眼に対して提示する観察画像の画角を左外側画角と左内側画角とに分割する。内側とは左右の眼(左右の射出瞳)から見て鼻側であり、外側とはその反対側である。なお、各実施例の構成を応用して、各眼に対して提示する観察画像の画角を3つ以上に分割してもよい。   In each embodiment, the angle of view for presenting the observation image to each of the left and right eyes of the observer is divided into at least two. That is, the angle of view of the observation image presented to the right eye is divided into a right outer angle of view and a right inner angle of view, and the angle of view of the observation image presented to the left eye is changed to the left outer angle of view and left inner angle of view. And split into The inner side is the nose side when viewed from the left and right eyes (left and right exit pupils), and the outer side is the opposite side. Note that the angle of view of the observation image presented to each eye may be divided into three or more by applying the configuration of each embodiment.

図1には、本発明の実施例1である画像表示装置としてのヘッドマウントディスプレイ(HMD)の構成を示している。図1は、観察者の左右の眼(後述する左射出瞳と右射出瞳)が並ぶ方向である左右方向を図の横方向とし、観察者の前後方向を図の縦方向として、HMDを上方から見たときの水平断面での構成を模式的に示している。   FIG. 1 shows a configuration of a head mounted display (HMD) as an image display apparatus that is Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 shows the horizontal direction in which the left and right eyes of the observer (left exit pupil and right exit pupil, which will be described later) are arranged, as the horizontal direction in the figure, and the front and back direction of the observer as the vertical direction in the figure. The structure in the horizontal cross section when it sees from is shown typically.

図1において、1は右外側画角用の原画(以下、第1の右眼用原画という)を表示する第1の右眼用表示素子であり、2は左外側画角用の原画(以下、第1の左眼用原画という)を表示する第1の左眼用表示素子である。3は右内側画角用の原画(以下、第2の右眼用原画という)を表示する第2の右眼用表示素子であり、4は左内側画角用の原画(以下、第2の左眼用原画という)を表示する第2の左眼用表示素子である。   In FIG. 1, 1 is a first right-eye display element that displays an original image for the right outer angle of view (hereinafter referred to as a first right-eye original image), and 2 is an original image for the left outer angle of view (hereinafter referred to as a first image for the left outer angle of view). , A first left eye display element). 3 is a second right-eye display element that displays an original image for the right inner angle of view (hereinafter referred to as a second right-eye original image), and 4 is an original image for the left inner angle of view (hereinafter referred to as a second image). This is a second left-eye display element that displays a left-eye original image).

本実施例では、左右方向において、第1の右眼用表示素子1と第1の左眼用表示素子2との間(内側)に第2の右眼用表示素子3と第2の左眼用表示素子4が配置されている。このことは、後述する他の実施例でも同じである。ただし、本実施例では、第1の左眼用表示素子2と第2の右眼用表示素子3とが、観察者の左眼13が配置される左射出瞳S2と観察者の右眼12が配置される右射出瞳S1との間の中心を通る平面(以下、中心面という)14よりも左射出瞳側に配置されている。左射出瞳側を、以下の説明では単に左側ともいう。また、第1の右眼用表示素子1と第2の左眼用表示素子4とが、中心面14よりも右射出瞳側(以下、単に右側ともいう)に配置されている。中心面14は、言い換えれば、左射出瞳S2の中心と右射出瞳S1の中心とを結ぶ線分の中点を通り、該線分に直交する平面である。   In the present embodiment, in the left-right direction, the second right-eye display element 3 and the second left-eye are located between the first right-eye display element 1 and the first left-eye display element 2 (inner side). A display element 4 is disposed. This is the same in other embodiments described later. However, in this embodiment, the first display element 2 for the left eye 2 and the second display element 3 for the right eye include the left exit pupil S2 in which the left eye 13 of the observer is disposed and the right eye 12 of the observer. Is arranged on the left exit pupil side of a plane (hereinafter referred to as a center plane) 14 passing through the center between the right exit pupil S1 and the right exit pupil S1. The left exit pupil side is also simply referred to as the left side in the following description. Further, the first right-eye display element 1 and the second left-eye display element 4 are arranged on the right exit pupil side (hereinafter also simply referred to as the right side) with respect to the center plane 14. In other words, the center plane 14 is a plane that passes through the midpoint of the line connecting the center of the left exit pupil S2 and the center of the right exit pupil S1 and is orthogonal to the line segment.

上記表示素子1〜4はそれぞれ、液晶表示素子や有機EL表示素子等により構成される。また、4つの表示素子1〜4によって画像表示ユニットが構成される。   Each of the display elements 1 to 4 includes a liquid crystal display element, an organic EL display element, or the like. The four display elements 1 to 4 constitute an image display unit.

なお、本実施例では、表示素子1〜4をそれぞれ別々の表示素子として説明するが、それぞれ異なる表示領域に別々に上記4つの原画が表示されるのであれば、4つの表示素子を用いなくてもよい。例えば、表示素子1〜4に相当する4つの表示領域を有する単一の表示素子を用いてもよい。また、表示素子1,4に相当する2つの表示領域を有する単一の表示素子と、表示素子2,3に相当する2つの表示領域を有する単一の表示素子とを用いてもよい。さらに、表示素子1,2をそれぞれ別々の表示素子で構成するとともに、表示素子3,4に相当する表示領域を有する単一の表示素子を用いてもよい。   In this embodiment, the display elements 1 to 4 are described as separate display elements. However, if the above four original images are displayed separately in different display areas, the four display elements need not be used. Also good. For example, a single display element having four display areas corresponding to the display elements 1 to 4 may be used. Also, a single display element having two display areas corresponding to the display elements 1 and 4 and a single display element having two display areas corresponding to the display elements 2 and 3 may be used. Further, the display elements 1 and 2 may be configured by separate display elements, and a single display element having a display area corresponding to the display elements 3 and 4 may be used.

10は第1の左眼用表示素子2に表示された第1の左眼用原画からの光束(以下、第1の左眼画像光という)6を左射出瞳S2に導く左眼用光学系(第1の光学系)である。9は第1の右眼用表示素子1に表示された第1の右眼用原画からの光束(以下、第1の右眼画像光という)5を右射出瞳S1に導く右眼用光学系(第2の光学系)である。   Reference numeral 10 denotes a left-eye optical system that guides a light beam (hereinafter referred to as first left-eye image light) 6 from the first left-eye original image displayed on the first left-eye display element 2 to the left exit pupil S2. (First optical system). Reference numeral 9 denotes a right-eye optical system that guides a light beam (hereinafter referred to as first right-eye image light) 5 from the first right-eye original image displayed on the first right-eye display element 1 to the right exit pupil S1. (Second optical system).

左眼用光学系10および右眼用光学系9は互いに独立した光学系として構成され、それぞれ第1の左眼画像光6と第1の右眼画像光5とをそれらの光路を互いに交差させずに左射出瞳S2と右射出瞳S1に導く。これにより、左射出瞳S2と右射出瞳S1にはそれぞれ、第1の左眼用原画と第1の右眼用原画に対応する光学像(虚像)が形成される。   The left-eye optical system 10 and the right-eye optical system 9 are configured as optical systems independent from each other, and respectively cross the optical paths of the first left-eye image light 6 and the first right-eye image light 5 with each other. Without being guided to the left exit pupil S2 and the right exit pupil S1. Thus, optical images (virtual images) corresponding to the first left-eye original image and the first right-eye original image are formed on the left exit pupil S2 and the right exit pupil S1, respectively.

なお、図1には、各表示素子からの光としてその表示素子(表示領域)の左右の端の画素から発する光のみを示すが、実際には各表示素子上のすべての画素から光が発せられている。   FIG. 1 shows only light emitted from the pixels at the left and right ends of the display element (display region) as light from each display element, but actually light is emitted from all pixels on each display element. It has been.

11は第3の光学系としての内側光学系であり、左右方向において左眼用光学系10と右眼用光学系9との間に配置されている。内側光学系11は、第2の左眼用表示素子4に表示された第2の左眼用原画からの光束である第2の左眼画像光8を左射出瞳S2に導き、第2の右眼用表示素子3に表示された第2の右眼用原画からの光束である第2の右眼画像光7を右射出瞳S1に導く。このとき、内側光学系11は、第2の左眼画像光8と第2の右眼画像光7とをそれらの光路を互いに交差させてそれぞれ、左射出瞳S2および右射出瞳S1に導く。このように、内側光学系11は、第2の左眼画像光8と第2の右眼画像光7により共用される光学系である。左射出瞳S2と右射出瞳S1にはそれぞれ、第2の左眼用原画と第2の右眼用原画に対応する光学像(虚像)が形成される。   An inner optical system 11 as a third optical system is disposed between the left-eye optical system 10 and the right-eye optical system 9 in the left-right direction. The inner optical system 11 guides the second left eye image light 8, which is a light beam from the second original image for the left eye displayed on the second left eye display element 4, to the left exit pupil S <b> 2. The second right eye image light 7 that is a light flux from the second original image for the right eye displayed on the right eye display element 3 is guided to the right exit pupil S1. At this time, the inner optical system 11 guides the second left-eye image light 8 and the second right-eye image light 7 to the left exit pupil S2 and the right exit pupil S1, respectively, with their optical paths intersecting each other. Thus, the inner optical system 11 is an optical system shared by the second left eye image light 8 and the second right eye image light 7. Optical images (virtual images) corresponding to the second left-eye original image and the second right-eye original image are formed on the left exit pupil S2 and the right exit pupil S1, respectively.

さらに内側光学系11は、第2の左眼画像光8を、左眼用光学系10により第1の左眼画像光6が左射出瞳S2に導かれる際に通過する領域よりも内側(右側)の領域を通過させて左射出瞳S2に導く。また、内側光学系11は、第2の右眼画像光7を、右眼用光学系9により第1の右眼画像光5が右射出瞳S1に導かれる際に通過する領域よりも内側(左側)の領域を通過させて右射出瞳S1に導く。これにより、左射出瞳S2には第1および第2の左眼用原画のそれぞれに対応する光学像が繋ぎ合わさった観察画像が形成され、右射出瞳S1には第1および第2の右眼用原画のそれぞれに対応する光学像が繋ぎ合わさった観察画像が形成される。   Furthermore, the inner optical system 11 is located on the inner side (right side) of the second left-eye image light 8 when the first left-eye image light 6 is guided by the left-eye optical system 10 to the left exit pupil S2. ) Is guided to the left exit pupil S2. Further, the inner optical system 11 is located on the inner side of the region through which the second right-eye image light 7 passes when the first right-eye image light 5 is guided to the right exit pupil S1 by the right-eye optical system 9 ( The left region is passed to the right exit pupil S1. As a result, an observation image in which optical images corresponding to the first and second left-eye original images are joined is formed on the left exit pupil S2, and the first and second right eyes are formed on the right exit pupil S1. An observation image in which optical images corresponding to the original images are joined together is formed.

ただし、同一の射出瞳のうち第1の画像光(第1の左眼または右眼画像光)が形成する原画の光学像と第2の画像光(第2の左眼または右眼画像光)が形成する原画の光学像との繋ぎ目では、第1および第2の画像光が導かれる位置が重複してもよい。言い換えれば、内側光学系11は、第2の画像光のうち大部分を射出瞳のうち第1の画像光が導かれる領域よりも内側の領域に導けば、第2の画像光の一部を射出瞳のうち第1の画像光が導かれる領域と同じ領域に導いてもよい。これについては後に詳しく説明する。   However, the optical image of the original image formed by the first image light (first left eye or right eye image light) and the second image light (second left eye or right eye image light) of the same exit pupil. The positions at which the first and second image lights are guided may overlap at the joint with the optical image of the original image formed by. In other words, the inner optical system 11 guides a part of the second image light by guiding most of the second image light to an area inside the exit pupil where the first image light is guided. The exit pupil may be guided to the same region as the region where the first image light is guided. This will be described in detail later.

左射出瞳S2に導かれた第1の左眼画像光6と第2の左眼画像光8それぞれは、観察者の左眼に対して、外側の画角の画像と内側の画角の画像との合成画像である観察画像を提示する。同様に、左射出瞳S2に導かれた第1の右眼画像光5と第2の右眼画像光7はそれぞれ、観察者の右眼に対して、外側の画角の画像と内側の画角の画像との合成画像である観察画像を提示する。   The first left-eye image light 6 and the second left-eye image light 8 guided to the left exit pupil S2 are respectively an image with an outer field angle and an image with an inner field angle with respect to the left eye of the observer. An observation image that is a composite image of Similarly, the first right-eye image light 5 and the second right-eye image light 7 guided to the left exit pupil S2 are respectively an image with an outer angle of view and an inner image with respect to the right eye of the observer. An observation image that is a composite image with a corner image is presented.

図1において、Wは左射出瞳S2と右射出瞳S1の間隔(眼間距離)であり、Dは各射出瞳から対応する光学系の最終面(眼に最も近い光学面)までの距離(アイレリーフ)である。本実施例では、左右の眼に内側の画角の観察画像(以下、内側画角画像という)を提示するための内側光学系11を、それら左右の内側画角画像を形成する第2の左眼画像光8と第2の右眼画像光7とで共用している。これにより、左眼および右眼用にそれぞれ設けられた光学系の干渉を避けつつ、内側への画角θとして、
θ>atan(W/2/D)
となるような、すなわちatan(W/2/D)を超えるような広い画角で観察画像を提示することができる。
In FIG. 1, W is an interval (interocular distance) between the left exit pupil S2 and the right exit pupil S1, and D is a distance from each exit pupil to the final surface (the optical surface closest to the eye) of the corresponding optical system ( Eye relief). In this embodiment, the inner optical system 11 for presenting an observation image with an inner angle of view (hereinafter referred to as an inner angle of view image) to the left and right eyes is used as a second left to form the left and right inner angle of view images. The eye image light 8 and the second right eye image light 7 are shared. As a result, while avoiding the interference of the optical system provided for the left eye and the right eye respectively,
θ> atan (W / 2 / D)
Thus, that is, an observation image can be presented with a wide angle of view that exceeds atan (W / 2 / D).

このように、本実施例は、左眼用と右眼用のそれぞれに設けられた光学系の干渉を避けつつ、かつアイレリーフを十分確保しつつ、該光学系だけでは実現することができない内側まで広い画角で観察画像を左右の眼に提示することができる。   In this way, the present embodiment avoids interference between the optical systems provided for the left eye and the right eye, while ensuring sufficient eye relief, and cannot be realized by the optical system alone. Observation images can be presented to the left and right eyes with a wide angle of view.

なお、第2の左眼用表示素子4からの第2の左眼画像光8の一部8−iは内側光学系11に中心面14よりも右側にて入射し、第2の右眼用表示素子3からの第2の右眼画像光7の一部7−iは内側光学系11に中心面14よりも左側で入射する。これは、各射出瞳(12,13)から内側光学系11までの距離Dと画角θと各表示素子(3,4)の位置との関係から見て、光学的に自然な配置となっている。   A part 8-i of the second left-eye image light 8 from the second left-eye display element 4 is incident on the inner optical system 11 on the right side of the center plane 14 and is used for the second right-eye image. A portion 7-i of the second right eye image light 7 from the display element 3 enters the inner optical system 11 on the left side of the center plane 14. This is an optically natural arrangement in view of the relationship between the distance D from each exit pupil (12, 13) to the inner optical system 11, the angle of view θ, and the position of each display element (3, 4). ing.

また、本実施例の構成では、第1、第2の左眼用表示素子2,4、左眼用光学系10および左射出瞳S2と第1、第2の右眼用表示素子1,3、右眼用光学系9および右射出瞳S1との位置関係は中心面14について対称となっている。また、左眼用光学系10と右眼用光学系9の配置やそれらの表示画角や表示倍率等の光学特性も、中心面14について対称となっている。これにより、第1の左眼用表示素子2と第1の右眼用表示素子1および第2の左眼用表示素子4と第2の右眼用表示素子3をそれぞれ、サイズ等が同じ表示素子を用いることができる。また、左眼用光学系10と右眼用光学系9とが回転対称または図の紙面を対称面として持つ面対称の形状で構成される場合は、左眼用光学系10と右眼用光学系9とを同じ光学素子により構成することができる。左眼用光学系10と右眼用光学系9とが回転対称または図の紙面を対称面として持つ面対称の形状でない場合でも、設計形状を同一とすることができ、同一部品から異なる部位を切り落とすことで作製することが可能となる。   In the configuration of this embodiment, the first and second left-eye display elements 2 and 4, the left-eye optical system 10 and the left exit pupil S2, and the first and second right-eye display elements 1 and 3 are used. The positional relationship between the right-eye optical system 9 and the right exit pupil S1 is symmetric with respect to the center plane 14. The arrangement of the left-eye optical system 10 and the right-eye optical system 9 and their optical characteristics such as the display angle of view and display magnification are also symmetric with respect to the center plane 14. As a result, the first left-eye display element 2, the first right-eye display element 1, the second left-eye display element 4, and the second right-eye display element 3 are displayed with the same size and the like. An element can be used. Further, when the left-eye optical system 10 and the right-eye optical system 9 are configured to be rotationally symmetric or have a plane-symmetric shape having the plane of the drawing as a symmetry plane, the left-eye optical system 10 and the right-eye optical system The system 9 can be composed of the same optical elements. Even when the left-eye optical system 10 and the right-eye optical system 9 are not rotationally symmetric or plane-symmetric with the plane of the drawing as a plane of symmetry, the design shape can be the same, and different parts can be formed from the same component. It becomes possible to produce by cutting off.

一方、内側光学系11は、左および右射出瞳S2,S1との位置関係が左眼および右眼用光学系10,9とは異なるため、内側光学系11の光学特性も、左眼および右眼用光学系10,9とは異なる。なお、「対称」は、完全(厳密)な対称である必要はなく、公差等の誤差程度での完全な対称からのずれは許容される。   On the other hand, the inner optical system 11 has a positional relationship with the left and right exit pupils S2 and S1 that is different from the optical systems 10 and 9 for the left and right eyes. Different from the optical systems for eyes 10 and 9. Note that “symmetry” does not have to be perfect (strict) symmetry, and deviation from perfect symmetry with an error such as tolerance is allowed.

次に、図2を用いて、各射出瞳において、互いに異なる原画からの画像光により形成される光学像の繋ぎ目(境界)で確実に連続した1つの合成画像としての観察画像を提示する方法について説明する。図2には、右射出瞳S1に導かれた第1の右眼画像光5により形成される外側光学像(点線で囲んだ縦線部分)15と右射出瞳S1に導かれた第2の右眼画像光7により形成される内側光学像(二点鎖線で囲んだ横線部分)16とを示す。14は外側光学像15と内側光学像16とが合成された、言い換えれば左右方向にて繋ぎ合わされた合成画像としての観察画像である。   Next, with reference to FIG. 2, a method for presenting an observation image as a single composite image that is reliably continuous at a joint (boundary) between optical images formed by image light from different original images at each exit pupil. Will be described. FIG. 2 shows an outer optical image (vertical line portion surrounded by a dotted line) 15 formed by the first right eye image light 5 guided to the right exit pupil S1 and a second guided to the right exit pupil S1. An inner optical image (horizontal line portion surrounded by a two-dot chain line) 16 formed by the right eye image light 7 is shown. Reference numeral 14 denotes an observation image as a combined image in which the outer optical image 15 and the inner optical image 16 are combined, in other words, connected in the left-right direction.

外側光学像15と内側光学像16は、それらが左右方向にて1画素の幅で重複する部分(以下、画角境界線という)を有する。画角境界線上に位置する点(画像画素)Pは、図1中の第1の右眼用表示素子1上に示した表示画素P1からの光(第1の右眼画像光5の一部)と第2の右眼用表示素子3上に示した表示画素P3からの光(第2の右眼画像光7の一部)とにより形成される。すなわち、表示画素P1,P3はそれぞれ、図2中の点Pを形成する光を発している。   The outer optical image 15 and the inner optical image 16 have a portion (hereinafter referred to as an angle-of-view boundary line) where they overlap each other with a width of one pixel in the left-right direction. A point (image pixel) P located on the view angle boundary line is light from the display pixel P1 shown on the first right-eye display element 1 in FIG. 1 (part of the first right-eye image light 5). ) And light from the display pixel P3 shown on the second right-eye display element 3 (part of the second right-eye image light 7). That is, each of the display pixels P1 and P3 emits light that forms a point P in FIG.

図1に示すように、表示画素P1からの光は右眼用光学系9を通り、所定距離に形成された虚像上の点Pから右射出瞳S1に向かう光5−Pとして右射出瞳S1に到達する。同様に、画素P3からの光は、内側光学系11を通り、所定距離に形成された虚像上の点Pから右射出瞳S1に向かう光7−Pとして右射出瞳S1に入射する。これにより、観察者の右眼は、図2中の画角境界上の点Pを2つの表示素子1,3両方からの光により同一点として視認する。画角境界上にある点P以外の全ての点(画像画素)についても同様に、2つの表示素子1,3両方からの光で同一点として視認する。これにより、外側および内側光学像15,16を互いに異なる表示素子1,3からの光で提示しても、継ぎ目がない連続した観察画像14を提示することができる。左眼用の観察画像についても同様である。   As shown in FIG. 1, the light from the display pixel P1 passes through the optical system 9 for the right eye and passes through the right exit pupil S1 as light 5-P from the point P on the virtual image formed at a predetermined distance toward the right exit pupil S1. To reach. Similarly, the light from the pixel P3 passes through the inner optical system 11 and enters the right exit pupil S1 as light 7-P from the point P on the virtual image formed at a predetermined distance to the right exit pupil S1. Thereby, the observer's right eye visually recognizes the point P on the view angle boundary in FIG. 2 as the same point by the light from both the two display elements 1 and 3. Similarly, all the points (image pixels) other than the point P on the view angle boundary are visually recognized as the same point by the light from both the two display elements 1 and 3. Thereby, even if the outer and inner optical images 15 and 16 are presented with light from the display elements 1 and 3 different from each other, a continuous observation image 14 having no seam can be presented. The same applies to the observation image for the left eye.

また、ここでは左右方向幅が1画素である画角境界線上の画像画素について2つの表示素子からの重複した光で提示する場合について説明したが、2画素以上の左右方向幅を持った画角境界領域の画像画素を2つの表示素子からの重複した光で提示してもよい。   In addition, here, a case has been described in which image pixels on an angle-of-view boundary line having a horizontal width of one pixel are presented by overlapping light from two display elements, but an angle of view having a horizontal width of two or more pixels. The image pixels in the boundary area may be presented with overlapping light from the two display elements.

図3には、図1に示したHMDのより具体的な実施例であって、表示素子1〜4から発せられた光の光線追跡シミュレーションを行った結果を示している。この実施例では、右眼用光学系9、左眼用光学系10および内側光学系11を2つのレンズL1,L2により構成している。すなわち、2つのレンズL1,L2のそれぞれに、右眼用光学系9、左眼用光学系10および内側光学系11のそれぞれの一部を構成する3つの部分を設ける。そして、該2つのレンズL1,L2を間隔をあけて組み合わせることで右眼用光学系9、左眼用光学系10および内側光学系11の全体を構成する。   FIG. 3 shows a more specific example of the HMD shown in FIG. 1 and shows a result of performing a ray tracing simulation of light emitted from the display elements 1 to 4. In this embodiment, the right-eye optical system 9, the left-eye optical system 10, and the inner optical system 11 are constituted by two lenses L1 and L2. That is, each of the two lenses L1 and L2 is provided with three portions that constitute a part of each of the right-eye optical system 9, the left-eye optical system 10, and the inner optical system 11. Then, the right lens optical system 9, the left eye optical system 10, and the inner optical system 11 are configured by combining the two lenses L1 and L2 with an interval therebetween.

表示素子1〜4から発せられた光はそれぞれ、右眼用光学系9または左眼用光学系10と内側光学系11とを通って右射出瞳S1または左射出瞳S2に入射する。図3から分かるように、図1に模式的に示したHMDの構成が実際に実現可能なものであり、しかも左眼用と右眼用にそれぞれ設けられた光学系の干渉が生じることなく、かつアイレリーフが小さくなることなく、広画角の観察画像を提示することができる。   Light emitted from the display elements 1 to 4 enters the right exit pupil S1 or the left exit pupil S2 through the right eye optical system 9 or the left eye optical system 10 and the inner optical system 11, respectively. As can be seen from FIG. 3, the configuration of the HMD schematically shown in FIG. 1 is actually realizable, and without interference of the optical systems provided for the left eye and the right eye, respectively. In addition, an observation image with a wide angle of view can be presented without reducing eye relief.

なお、図3に示す実施例では、上述した2つのレンズL1,L2のそれぞれの出射面19,20が右眼用光学系9、左眼用光学系10および内側光学系11の3つの光学系に対して共通する(連続した)光学面となっている。特に各射出瞳に最も近い光学面19が3つの光学系9,10,11に共通な光学面として形成されることで、図2で示した画角境界線または画角境界領域でより自然に連続した観察画像を提示することができる。   In the embodiment shown in FIG. 3, the exit surfaces 19 and 20 of the two lenses L <b> 1 and L <b> 2 described above are the three optical systems of the right-eye optical system 9, the left-eye optical system 10, and the inner optical system 11. Are common (continuous) optical surfaces. In particular, the optical surface 19 closest to each exit pupil is formed as an optical surface common to the three optical systems 9, 10, and 11, so that the view angle boundary line or view angle boundary region shown in FIG. Continuous observation images can be presented.

図4には、本発明の実施例2であるHMDの水平断面での構成を示している。図4でも、図1と同様に、左射出瞳S2と右射出瞳S1とを結ぶ直線に平行な左右方向を図の横方向とし、前後方向を図の縦方向として、HMDを上方から見た構成を模式的に示している。また、本実施例において、実施例1と共通する構成要素には、実施例1と同符号を付す。   In FIG. 4, the structure in the horizontal cross section of HMD which is Example 2 of this invention is shown. 4, as in FIG. 1, the horizontal direction parallel to the straight line connecting the left exit pupil S2 and the right exit pupil S1 is the horizontal direction in the figure, and the front-rear direction is the vertical direction in the figure, and the HMD is viewed from above. A configuration is schematically shown. In the present embodiment, the same reference numerals as those in the first embodiment are given to the constituent elements common to the first embodiment.

本実施例では、第1の右眼用表示素子1の左隣に第2の右眼用表示素子3が配置され、第1の左眼用表示素子2の右隣に第2の左眼用表示素子4が配置され、さらに内側光学系11Aが中心面14に沿って延びる反射部18を有する点で実施例1と異なる。言い換えれば、反射部18によって内側光学系11Aが左右に分けられている。   In the present embodiment, the second right-eye display element 3 is arranged on the left side of the first right-eye display element 1, and the second left-eye display element 2 is placed on the right side of the first left-eye display element 2. The display element 4 is arranged, and the inner optical system 11 </ b> A is different from the first embodiment in that the reflective element 18 extends along the center plane 14. In other words, the inner optical system 11 </ b> A is divided into left and right by the reflecting portion 18.

また、本実施例では、第1の左眼用表示素子2と第2の左眼用表示素子4とが中心面14よりも左側に配置され、第1の右眼用表示素子1と第2の右眼用表示素子3とが中心面14よりも右側に配置されている。左眼用光学系10および右眼用光学系9はそれぞれ、実施例1と同様に、第1の左眼用表示素子2からの第1の左眼画像光6と第1の右眼用表示素子1からの第1の右眼画像光5とをそれらの光路を互いに交差させずに左射出瞳S2および右射出瞳S1に導く。   In the present embodiment, the first left-eye display element 2 and the second left-eye display element 4 are arranged on the left side of the center plane 14, and the first right-eye display element 1 and the second left-eye display element 1. The right-eye display element 3 is arranged on the right side of the center plane 14. The left-eye optical system 10 and the right-eye optical system 9 are respectively the same as the first embodiment, the first left-eye image light 6 from the first left-eye display element 2 and the first right-eye display. The first right-eye image light 5 from the element 1 is guided to the left exit pupil S2 and the right exit pupil S1 without crossing their optical paths.

本実施例でも、表示素子1〜4はそれぞれ別々の表示素子であってもよいし、4つの表示素子でなくてもよい。例えば、表示素子1〜4に相当する4つの表示領域を有する単一の表示素子を用いてもよい。また、表示素子1,3に相当する2つの表示領域を有する単一の表示素子と、表示素子2,4に相当する2つの表示領域を有する単一の表示素子とを用いてもよい。   Also in the present embodiment, the display elements 1 to 4 may be separate display elements or may not be four display elements. For example, a single display element having four display areas corresponding to the display elements 1 to 4 may be used. Alternatively, a single display element having two display areas corresponding to the display elements 1 and 3 and a single display element having two display areas corresponding to the display elements 2 and 4 may be used.

一方、内側光学系11Aは、第2の左眼用表示素子4からの第2の左眼画像光8を反射部18の左側反射面で反射させ、第2の右眼用表示素子3からの第2の右眼画像光7を反射部18の右側反射面で反射させてそれぞれ、左射出瞳S2および右射出瞳S1に導く。反射部18に互いに反対側に面するように設けられた左側および右側反射面でそれぞれ反射される第2の左眼画像光8と第2の右眼画像光7の光路は互いに交差しない。   On the other hand, the inner optical system 11A reflects the second left-eye image light 8 from the second left-eye display element 4 on the left reflecting surface of the reflecting unit 18, and the second optical image from the second right-eye display element 3. The second right eye image light 7 is reflected by the right reflecting surface of the reflecting portion 18 and guided to the left exit pupil S2 and the right exit pupil S1, respectively. The optical paths of the second left-eye image light 8 and the second right-eye image light 7 that are respectively reflected by the left and right reflecting surfaces provided to face the opposite sides of the reflecting portion 18 do not intersect each other.

本実施例でも、内側光学系11Aは、第2の左眼画像光8を、左眼用光学系10により第1の左眼画像光6が左射出瞳S2に導かれる際に通過する領域よりも内側(右側)の領域を通過させて左射出瞳S2に導く。また、内側光学系11Aは、第2の右眼画像光7を、右眼用光学系9により第1の右眼画像光5が右射出瞳S1に導かれる際に通過する領域よりも内側(左側)の領域を通過させて右射出瞳S1に導く。   Also in the present embodiment, the inner optical system 11A receives the second left eye image light 8 from the region through which the first left eye image light 6 is guided to the left exit pupil S2 by the left eye optical system 10. Is also guided to the left exit pupil S2 through the inner (right) region. In addition, the inner optical system 11A has the second right-eye image light 7 inside the region that passes when the first right-eye image light 5 is guided to the right exit pupil S1 by the right-eye optical system 9 ( The left region is passed to the right exit pupil S1.

本実施例でも、左眼および右眼用にそれぞれ設けられた光学系の干渉を避けつつ、内側への画角θとして、
θ>atan(W/2/D)
となるような広い画角で観察画像を提示することができる。
Also in this example, while avoiding interference of the optical system provided for each of the left eye and the right eye, as the angle of view θ to the inside,
θ> atan (W / 2 / D)
An observation image can be presented with such a wide angle of view.

なお、本実施例においては、第2の左眼用表示素子4からの第2の左眼画像光8の一部8−iは、内側光学系11Aに中心面14よりも左側にて入射して反射部18で反射する。また、第2の右眼用表示素子3からの第2の右眼画像光7の一部7−iは、内側光学系11Aに中心面14よりも右側で入射して反射部18で反射する。これは、各射出瞳(S1,S2)から内側光学系11Aまでの距離Dと画角θと各表示素子(3,4)の位置との関係から見て、光学的に自然な配置となっている。   In the present embodiment, a part 8-i of the second left-eye image light 8 from the second left-eye display element 4 is incident on the inner optical system 11A on the left side of the center plane 14. And reflected by the reflecting portion 18. Further, a part 7-i of the second right-eye image light 7 from the second right-eye display element 3 enters the inner optical system 11A on the right side of the center plane 14 and is reflected by the reflecting unit 18. . This is an optically natural arrangement in view of the relationship between the distance D from each exit pupil (S1, S2) to the inner optical system 11A, the angle of view θ, and the position of each display element (3, 4). ing.

また、本実施例のHMDは、中心面14に沿って配置された反射部18を境として左眼用の構成要素(2,4,10,11A)と右眼用の構成要素(1,3,9,11A)とが鏡像のように配置されている。このため、左眼用の構成要素を含む左眼用ユニットと右眼用の構成要素を含む右眼用ユニットとを別々に製造して組み合わせることも可能である。
また、左眼用ユニットと右眼用ユニットのうち一方のみを用いて片眼用のHMDとして利用することも可能である。
Further, the HMD of the present embodiment includes the left-eye component (2, 4, 10, 11A) and the right-eye component (1, 3) with the reflector 18 arranged along the center plane 14 as a boundary. , 9, 11A) are arranged like a mirror image. For this reason, it is also possible to manufacture and combine the left-eye unit including the left-eye component and the right-eye unit including the right-eye component separately.
Moreover, it is also possible to use as one-eye HMD using only one of the left-eye unit and the right-eye unit.

図5には、図3に示したHMDのより具体的な実施例であって、表示素子1〜4から発せられた光の光線追跡シミュレーションを行った結果を示している。この実施例では、右眼用光学系9と内側光学系11Aのうち反射部(反射部材)18よりも右側の部分を2つのレンズL11,L12により構成している。また、左眼用光学系10と内側光学系11Aのうち反射部材18よりも左側の部分を2つのレンズL21,L22により構成している。そして、これらレンズL11,L12とレンズL21,L22とを反射部材18を中心として接合することでHMDの光学系が構成されている。   FIG. 5 shows a more specific example of the HMD shown in FIG. 3, and shows a result of performing a ray tracing simulation of light emitted from the display elements 1 to 4. In this embodiment, the right side of the reflecting portion (reflecting member) 18 of the right-eye optical system 9 and the inner optical system 11A is constituted by two lenses L11 and L12. Further, the left-side portion of the left-eye optical system 10 and the inner optical system 11A with respect to the reflecting member 18 is constituted by two lenses L21 and L22. The lenses L11 and L12 and the lenses L21 and L22 are joined with the reflecting member 18 as a center to constitute an HMD optical system.

表示素子1〜4から発せられた光はそれぞれ、右眼用光学系9または左眼用光学系10と反射部材18を含む内側光学系11Aとを通って右射出瞳S1または左射出瞳S2に入射する。図5から分かるように、図4に模式的に示したHMDの構成が実際に実現可能なものであり、しかも左眼用と右眼用にそれぞれ設けられた光学系の干渉が生じることなく、かつアイレリーフが小さくなることなく、広画角の観察画像を提示することができる。   Light emitted from the display elements 1 to 4 passes through the right-eye optical system 9 or the left-eye optical system 10 and the inner optical system 11A including the reflecting member 18 to the right exit pupil S1 or the left exit pupil S2. Incident. As can be seen from FIG. 5, the configuration of the HMD schematically shown in FIG. 4 is actually realizable, and without interference of the optical systems provided for the left eye and the right eye, respectively. In addition, an observation image with a wide angle of view can be presented without reducing eye relief.

図6には、本発明の実施例3であるHMDの水平断面での構成を示す。本実施例3のHMDは、実施例1の変形例である。図6でも、図1と同様に、左射出瞳S2と右射出瞳S1とを結ぶ直線に平行な左右方向を図の横方向とし、前後方向を図の縦方向として、HMDを上方から見た構成を模式的に示している。また、本実施例において、実施例1と共通する構成要素には、実施例1と同符号を付す。   In FIG. 6, the structure in the horizontal cross section of HMD which is Example 3 of this invention is shown. The HMD of the third embodiment is a modification of the first embodiment. In FIG. 6, as in FIG. 1, the horizontal direction parallel to the straight line connecting the left exit pupil S2 and the right exit pupil S1 is the horizontal direction in the figure, and the front-rear direction is the vertical direction in the figure, and the HMD is viewed from above. A configuration is schematically shown. In the present embodiment, the same reference numerals as those in the first embodiment are given to the constituent elements common to the first embodiment.

本実施例でも、実施例1と同様に、左眼用光学系10、右眼用光学系9および内側光学系11を構成する光学面のうち各射出瞳に最も近い出射面19は、これら3つの光学系に共通する(連続する)光学面として構成されている。   Also in the present embodiment, as in the first embodiment, among the optical surfaces constituting the left-eye optical system 10, the right-eye optical system 9, and the inner optical system 11, the exit surface 19 closest to each exit pupil is defined by these three. It is configured as a common (continuous) optical surface for two optical systems.

図7には、図6に示したHMDを図6の水平方向(右側)から見た構成を示している。図7においては奥行き方向において重なって見えない構成要素についても符号を付している。なお、図6および図7には、光線追跡シミュレーションの結果得られた光線を示している。   FIG. 7 shows a configuration of the HMD shown in FIG. 6 viewed from the horizontal direction (right side) of FIG. In FIG. 7, constituent elements that do not appear to overlap in the depth direction are also given reference numerals. 6 and 7 show light rays obtained as a result of the light ray tracing simulation.

右眼用光学系9、左眼用光学系10および内側光学系11は、樹脂またはガラス等の光学材料により形成された1つの一体の光学素子(プリズム)OEにより構成されている。   The right-eye optical system 9, the left-eye optical system 10, and the inner optical system 11 are configured by one integrated optical element (prism) OE formed of an optical material such as resin or glass.

図6に示すように、右眼用光学系9、左眼用光学系10および内側光学系11は、中心面14について対称な形状および光学特性を有する。また、第1および第2の右眼用表示素子1,2と第1および第2の左眼用表示素子3,4も、中心面14について対称に配置されている。   As shown in FIG. 6, the right-eye optical system 9, the left-eye optical system 10, and the inner optical system 11 have symmetrical shapes and optical characteristics with respect to the center plane 14. The first and second right eye display elements 1 and 2 and the first and second left eye display elements 3 and 4 are also arranged symmetrically with respect to the center plane 14.

図7に示すように、各表示素子(1〜4)から発せられた光(5〜8)は、光学素子OEの第1面(屈折面)Cを通って該光学素子OE(9〜11)内に入射し、第2面Aに到達する。第1面Cからの光は、光学素子OEにおける空気との界面である第2面Aに対して臨界角より大きな入射角で入射する。このため、第1面Cからの光は第2面Aで全反射して第3面Bに向かう。第3面Bは、金属コーティング等が施された反射面であり、ここに入射した光は反射して再度、第2面Aに到達する。この際、第3面Bからの光は第2面Aに臨界角より小さい入射角で入射し、第2面Aを透過して射出瞳(S1,S2)に到達する。   As shown in FIG. 7, the light (5-8) emitted from each display element (1-4) passes through the first surface (refractive surface) C of the optical element OE and the optical element OE (9-11). ) And reaches the second surface A. Light from the first surface C enters the second surface A, which is an interface with air in the optical element OE, at an incident angle larger than the critical angle. For this reason, the light from the first surface C is totally reflected by the second surface A and travels toward the third surface B. The third surface B is a reflective surface on which a metal coating or the like is applied, and the light incident thereon is reflected and reaches the second surface A again. At this time, light from the third surface B is incident on the second surface A with an incident angle smaller than the critical angle, passes through the second surface A, and reaches the exit pupil (S1, S2).

図6において、第1の左眼用表示素子2および第1の右眼用表示素子1から発せられた第1の左眼画像光6および第1の右眼画像光5はそれぞれ、左眼用光学系10および右眼用光学系9を介して左射出瞳S2および右射出瞳S1に到達する。また、中心面14に対して右側に配置された第2の左眼用表示素子4から発せられた第2の左眼画像光8は、内側光学系11に中心面14よりも右側の部分に入射した後、中心面14を越えて内側光学系11の左側の部分から出射して左射出瞳S2に到達する。内側光学系11から出射した第2の左眼画像光8は、実施例1と同様に、左眼用光学系10により第1の左眼画像光6が左射出瞳S2に導かれる際に通過する領域よりも内側(右側)の領域を通過して左射出瞳S2に導かれる。   In FIG. 6, the first left-eye image light 6 and the first right-eye image light 5 emitted from the first left-eye display element 2 and the first right-eye display element 1 are respectively for the left eye. The left exit pupil S2 and the right exit pupil S1 are reached via the optical system 10 and the right-eye optical system 9. The second left-eye image light 8 emitted from the second left-eye display element 4 disposed on the right side with respect to the center plane 14 is incident on the inner optical system 11 at a portion on the right side of the center plane 14. After entering, the light exits from the left part of the inner optical system 11 beyond the central plane 14 and reaches the left exit pupil S2. Similar to the first embodiment, the second left-eye image light 8 emitted from the inner optical system 11 passes when the first left-eye image light 6 is guided to the left exit pupil S2 by the left-eye optical system 10. It is guided to the left exit pupil S2 through an area on the inner side (right side) of the area to be performed.

一方、中心面14に対して左側に配置された第2の右眼用表示素子3から発せられた第2の右眼画像光7は、内側光学系11に中心面14よりも左側の部分に入射した後、中心面14を越えて内側光学系11の右側の部分から出射して右射出瞳S1に到達する。内側光学系11から出射した第2の右眼画像光7は、右眼用光学系9により第1の右眼画像光5が右射出瞳S1に導かれる際に通過する領域よりも内側(左側)の領域を通過して右射出瞳S1に導かれる。   On the other hand, the second right-eye image light 7 emitted from the second right-eye display element 3 disposed on the left side with respect to the central plane 14 is incident on the inner optical system 11 at a portion on the left side of the central plane 14. After entering, the light exits from the right side portion of the inner optical system 11 beyond the center plane 14 and reaches the right exit pupil S1. The second right-eye image light 7 emitted from the inner optical system 11 is located on the inner side (left side) of the region through which the first right-eye image light 5 passes when the right-eye optical system 9 guides the first right-eye image light 5 to the right exit pupil S1. ) And is guided to the right exit pupil S1.

なお、本実施例でも、光学素子OEにおいて各射出瞳に最も近い光学面19、すなわち第2面Aは、右眼用光学系9、左眼用光学系10および内側光学系11の3つの光学系に共通する(連続する)面である。   Also in the present embodiment, the optical surface 19 closest to each exit pupil in the optical element OE, that is, the second surface A, has three optical elements, a right-eye optical system 9, a left-eye optical system 10, and an inner optical system 11. It is a common (continuous) surface in the system.

本実施例でも、左眼用と右眼用にそれぞれ設けられた光学系の干渉が生じることなく、かつアイレリーフが小さくなることなく、広画角の観察画像を提示することができる。   Also in this embodiment, it is possible to present an observation image with a wide angle of view without causing interference between optical systems provided for the left eye and for the right eye and without reducing the eye relief.

実施例1〜3では、内側光学系11,11Aを第2の左眼画像光8および第2の右眼画像光7に対して共通の部材により構成する場合について説明した。しかし、第2の左眼用表示素子4および第2の右眼用表示素子3をそれぞれ発した第2の左眼画像光8の一部および第2の右眼画像光7の一部が中心面14を越えるまでは共通ではない部材によって内側光学系の一部が構成されてもよい。   In the first to third embodiments, the case where the inner optical systems 11 and 11 </ b> A are configured by members common to the second left eye image light 8 and the second right eye image light 7 has been described. However, a part of the second left eye image light 8 and a part of the second right eye image light 7 respectively emitted from the second left eye display element 4 and the second right eye display element 3 are the center. A part of the inner optical system may be constituted by a member that is not common until the surface 14 is exceeded.

図8には、本発明の実施例4であるHMDのうち内側光学系11Bの水平断面での構成を示している。第2の左眼用表示素子4と第2の右眼用表示素子3をそれぞれ発した第2の左眼画像光8および第2の右眼画像光7はそれぞれ、これらの光に対して共通しない(別々の)光学素子である偏心レンズ部材11−R,11−Lを透過する。この後、第2の左眼画像光8および第2の右眼画像光7に共通する光学部材であるレンズL31,L32に入射する。そして、第2の左眼画像光8および第2の右眼画像光7はそれぞれ、これらレンズL31,L32を透過して左射出瞳S2および右射出瞳S1に到達する。   In FIG. 8, the structure in the horizontal cross section of the inner side optical system 11B is shown among HMD which is Example 4 of this invention. The second left eye image light 8 and the second right eye image light 7 respectively emitted from the second left eye display element 4 and the second right eye display element 3 are common to these lights. It transmits through the decentered lens members 11-R and 11-L which are optical elements which are not (separate). Thereafter, the light enters the lenses L31 and L32, which are optical members common to the second left-eye image light 8 and the second right-eye image light 7. Then, the second left eye image light 8 and the second right eye image light 7 pass through these lenses L31 and L32, respectively, and reach the left exit pupil S2 and the right exit pupil S1.

本実施例でも、左眼用と右眼用にそれぞれ設けられた光学系の干渉が生じることなく、かつアイレリーフが小さくなることなく、広画角の観察画像を提示することができる。   Also in this embodiment, it is possible to present an observation image with a wide angle of view without causing interference between optical systems provided for the left eye and for the right eye and without reducing the eye relief.

上記各実施例では、片方の眼に対して観察画像を提示する画角を外側と内側の2つの領域に分割した場合について説明したが、外側の領域または内側の領域をさらに複数に分割してもよい。   In each of the above-described embodiments, the case where the angle of view for presenting an observation image to one eye is divided into two regions, the outer region and the inner region, but the outer region or the inner region is further divided into a plurality of regions. Also good.

また、上記各実施例では、左右方向において第1の右眼用表示素子と第1の左眼用表示素子との間に第2の右眼用表示素子と第2の左眼用表示素子が配置され、第3の光学系(内側光学系)が右眼および左眼用光学系の間に配置されている場合について説明した。しかし、これは例に過ぎず、他の構成を採用してもよい。例えば、第1の右眼および左眼用表示素子を右眼および左眼用光学系の上側に配置し、右眼および左眼用光学系の下側に第3の光学系を配置し、第1の右眼および左眼用表示素子に上下方向にて重なる位置に第2の右眼および左眼用表示素子を配置してもよい。   In the above embodiments, the second right-eye display element and the second left-eye display element are provided between the first right-eye display element and the first left-eye display element in the left-right direction. The case where the third optical system (inner optical system) is arranged between the right eye and the left eye optical system has been described. However, this is only an example, and other configurations may be employed. For example, the first right-eye and left-eye display elements are arranged above the right-eye and left-eye optical system, the third optical system is arranged below the right-eye and left-eye optical system, The second right-eye and left-eye display elements may be arranged at positions that overlap the right and left-eye display elements in the vertical direction.

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。   Each embodiment described above is only a representative example, and various modifications and changes can be made to each embodiment in carrying out the present invention.

1〜3 表示素子
5〜8 画像光
9 右眼用光学系
10 左眼用光学系
11,11A,11B 内側光学系
S1 右射出瞳
S2 左射出瞳
1-3 Display elements 5-8 Image light 9 Right-eye optical system 10 Left-eye optical system 11, 11A, 11B Inner optical system S1 Right exit pupil S2 Left exit pupil

Claims (12)

第1の左眼用原画、第1の右眼用原画、第2の左眼用原画および第2の右眼用原画をそれぞれ異なる表示領域に表示する画像表示ユニットと、
前記第1の左眼用原画からの第1の左眼画像光を左射出瞳に導く第1の光学系と、
前記第1の右眼用原画からの第1の右眼画像光を右射出瞳に導く第2の光学系と、
前記第2の左眼用原画からの第2の左眼画像光を、前記第1の光学系により前記第1の左眼画像光が前記左射出瞳に導かれる際に通過する領域よりも前記右射出瞳側の領域を通過させて前記左射出瞳に導くとともに、前記第2の右眼用原画からの第2の右眼画像光を、前記第2の光学系により前記第1の右眼画像光が前記右射出瞳に導かれる際に通過する領域よりも前記左射出瞳側の領域を通過させて前記右射出瞳に導く第3の光学系とを有することを特徴とする画像表示装置。
An image display unit for displaying the first left-eye original image, the first right-eye original image, the second left-eye original image, and the second right-eye original image in different display areas;
A first optical system for guiding first left-eye image light from the first left-eye original image to a left exit pupil;
A second optical system for guiding the first right eye image light from the first right eye original image to the right exit pupil;
The second left-eye image light from the second left-eye original image is more than the region through which the first left-eye image light passes when being guided to the left exit pupil by the first optical system. The second right-eye image light from the second original image for the right eye is guided to the left exit pupil through the region on the right exit pupil side, and the first right eye is transmitted by the second optical system. And a third optical system for guiding the image light to the right exit pupil through a region closer to the left exit pupil than a region through which image light is guided when guided to the right exit pupil. .
前記第3の光学系は、前記左射出瞳と前記右射出瞳とが並ぶ左右方向における前記第1の光学系と前記第2の光学系との間に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。   The third optical system is disposed between the first optical system and the second optical system in a left-right direction in which the left exit pupil and the right exit pupil are arranged. Item 4. The image display device according to Item 1. 前記画像表示ユニットのうち前記第2の左眼用原画と前記第2の右眼用原画がそれぞれ表示される前記表示領域が、前記左射出瞳と前記右射出瞳とが並ぶ左右方向において、前記第1の左眼用原画と前記第1の右眼用原画がそれぞれ表示される前記表示領域の間に位置することを特徴とする請求項1または2に記載の画像表示装置。   The display area in which the second left-eye original image and the second right-eye original image are displayed in the image display unit, in the left-right direction in which the left exit pupil and the right exit pupil are aligned, 3. The image display device according to claim 1, wherein the first left-eye original image and the first right-eye original image are positioned between the display areas where the first left-eye original image and the first right-eye original image are respectively displayed. 前記画像表示ユニットは、前記左射出瞳と前記右射出瞳との間の中心よりも前記左射出瞳側にある前記表示領域に前記第1の左眼用原画を表示し、前記中心よりも前記右射出瞳側にある前記表示領域に前記第1の右眼用原画を表示し、
前記第1の光学系および前記第2の光学系はそれぞれ、前記第1の左眼画像光の光路と前記第1の右眼画像光の光路とを互いに交差させずに該第1の左眼画像光と該第1の右眼画像光を前記左射出瞳および前記右射出瞳に導くことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の画像表示装置。
The image display unit displays the first left-eye original image in the display area on the left exit pupil side than the center between the left exit pupil and the right exit pupil, and Displaying the first original image for the right eye in the display area on the right exit pupil side;
Each of the first optical system and the second optical system includes the first left eye without crossing the optical path of the first left eye image light and the optical path of the first right eye image light. 4. The image display device according to claim 1, wherein the image light and the first right-eye image light are guided to the left exit pupil and the right exit pupil. 5.
前記画像表示ユニットは、前記左射出瞳と前記右射出瞳との間の中心よりも前記左射出瞳側にある前記表示領域に前記第2の右眼用原画を表示し、前記中心よりも前記右射出瞳側にある前記表示領域に前記第2の左眼用原画を表示し、
前記第3の光学系は、前記第2の左眼画像光の光路と前記第2の右眼画像光の光路とを互いに交差させて該第2の左眼画像光と該第2の右眼画像光をそれぞれ前記左射出瞳および前記右射出瞳に導くことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の画像表示装置。
The image display unit displays the second original image for the right eye in the display area on the left exit pupil side with respect to the center between the left exit pupil and the right exit pupil, and Displaying the second left-eye original image in the display area on the right exit pupil side;
The third optical system crosses an optical path of the second left eye image light and an optical path of the second right eye image light so as to cross the second left eye image light and the second right eye. 5. The image display device according to claim 1, wherein image light is guided to the left exit pupil and the right exit pupil, respectively. 6.
前記画像表示ユニットは、前記左射出瞳と前記右射出瞳との間の中心よりも前記左射出瞳側にある前記表示領域に前記第2の左眼用原画を表示し、前記中心よりも前記右射出瞳側にある前記表示領域に前記第2の右眼用原画を表示し、
前記第3の光学系は、前記第2の左眼画像光と前記第2の右眼画像光を反射部で反射させることにより、前記第2の左眼画像光の光路と前記第2の右眼画像光の光路とを互いに交差させずに該第2の左眼画像光と該第2の右眼画像光をそれぞれ前記左射出瞳および前記右射出瞳に導くことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の画像表示装置。
The image display unit displays the second left-eye original image in the display area on the left exit pupil side with respect to the center between the left exit pupil and the right exit pupil, and Displaying the second original image for the right eye in the display area on the right exit pupil side;
The third optical system reflects the second left-eye image light and the second right-eye image light with a reflection unit, thereby causing the optical path of the second left-eye image light and the second right-eye image light. 2. The second left-eye image light and the second right-eye image light are respectively guided to the left exit pupil and the right exit pupil without causing the optical paths of the eye image light to intersect each other. 5. The image display device according to any one of items 4 to 4.
前記第3の光学系は、前記中心を通る平面に沿って前記反射部を有し、
前記反射部は、前記左射出瞳側の反射面と前記右射出瞳側の反射面とでそれぞれ前記第2の左眼画像光と前記第2の右眼画像光を反射して前記左射出瞳および前記右射出瞳に導くことを特徴とする請求項6に記載の画像表示装置。
The third optical system has the reflecting portion along a plane passing through the center,
The reflecting unit reflects the second left eye image light and the second right eye image light by the reflecting surface on the left exit pupil side and the reflecting surface on the right exit pupil side, respectively. The image display device according to claim 6, wherein the image display device is guided to the right exit pupil.
前記第1、第2および第3の光学系の全てに共通する光学面を有することを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の画像表示装置。   The image display apparatus according to claim 1, wherein the image display apparatus has an optical surface common to all of the first, second, and third optical systems. 前記光学面は、前記第1、第2および第3の光学系を構成する光学面のうち前記左および右射出瞳に最も近い光学面であることを特徴とする請求項8に記載の画像表示装置。   9. The image display according to claim 8, wherein the optical surface is an optical surface closest to the left and right exit pupils among optical surfaces constituting the first, second, and third optical systems. apparatus. 前記第1および第2の光学系の光学特性は、前記第3の光学系の光学特性とは異なることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の画像表示装置。   9. The image display device according to claim 1, wherein optical characteristics of the first and second optical systems are different from optical characteristics of the third optical system. 10. 前記第1、第2および第3の光学系はそれぞれ、屈折面と反射面とを有する光学素子により構成されていることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の画像表示装置。   11. The image display according to claim 1, wherein each of the first, second, and third optical systems includes an optical element having a refractive surface and a reflective surface. apparatus. 前記第1、第2および第3の光学系はそれぞれ、一体の光学素子を少なくとも1つ用いて構成されていることを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載の画像表示装置。   12. The image display device according to claim 1, wherein each of the first, second, and third optical systems is configured using at least one integral optical element. .
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