JP3483274B2 - Image display device - Google Patents

Image display device

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JP3483274B2
JP3483274B2 JP18748093A JP18748093A JP3483274B2 JP 3483274 B2 JP3483274 B2 JP 3483274B2 JP 18748093 A JP18748093 A JP 18748093A JP 18748093 A JP18748093 A JP 18748093A JP 3483274 B2 JP3483274 B2 JP 3483274B2
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virtual
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尚郷 谷口
正 金子
敏行 須藤
曜子 ▲吉▼永
辰 小林
進 松村
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は画像表示装置に関するも
ので、特に画像発生器により発生された画像の情報を持
った光束を、光学系を介して観察者の目に投光し、前記
画像を虚像として観察者に表示する画像表示装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image display device, and in particular, a light beam having information of an image generated by an image generator is projected through an optical system to an observer's eye to produce the image. The present invention relates to an image display device that displays an image as a virtual image to the viewer.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、臨場感のある大画面の映像は、大
型CRTディスプレイ装置、プロジェクションTVなど
を使用して表示が行われている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an image of a large screen with a sense of presence has been displayed using a large CRT display device, a projection TV, or the like.

【0003】しかしながらこれらの装置には大きなスペ
ースを必要とするとか、周囲を暗くしなければ映像が見
にくいなどの問題があり、使用状況が制限を受けてい
た。このため最近では画像表示素子に表示された画像か
らの光束を顔面の極く近くに配置された光学系により直
接目に投光し、等価的に大きな画像を虚像として観察者
に視認させる装置が提案されている。
However, these devices have problems that they require a large space and that it is difficult to see the image unless the surroundings are darkened, and the usage conditions are limited. For this reason, recently, there has been a device in which a light beam from an image displayed on an image display element is directly projected onto an eye by an optical system arranged very close to the face, and an observer visually recognizes an equivalently large image as a virtual image. Proposed.

【0004】図6は特開平4−34512で提案されて
いる画像表示装置の主要部を説明したものである。画像
は信号ライン116によって送られてくるデータによっ
て液晶表示器101上に表示される。101はバックラ
イト光源104によって透過照明されており、液晶表示
器101を透過した光は表示された画像の情報を持った
光束となる。
FIG. 6 illustrates a main part of an image display device proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-34512. The image is displayed on the liquid crystal display 101 by the data sent by the signal line 116. 101 is transilluminated by a backlight light source 104, and the light transmitted through the liquid crystal display 101 becomes a luminous flux having information of a displayed image.

【0005】この光束は拡大レンズ151を通過後、ミ
ラー150で反射し、光束109となって、観察者の瞳
107に到達する。観察者は光束109を観察すること
によって表示画像を視認する。拡大レンズ151のパワ
ーは液晶表示素子101上の画像を、所定の距離、例え
ば5m前方の位置に虚像として表示させるように設定さ
れる。
After passing through the magnifying lens 151, this light flux is reflected by the mirror 150, becomes a light flux 109, and reaches the pupil 107 of the observer. The observer visually recognizes the display image by observing the light flux 109. The power of the magnifying lens 151 is set so that the image on the liquid crystal display element 101 is displayed as a virtual image at a position a predetermined distance, for example, 5 m ahead.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例では虚像の表示される面が平面であったため、表示画
像が観察者にとって平板に感じられ、臨場感あふれる画
像を表示することができなかった。また前記従来例の画
像表示装置を仮想現実システムの画像表示に応用した場
合には、やはり画像が平板なスクリーン上に投影されて
いる感じを与え、十分な現実感を得ることができなかっ
た。
However, in the above-mentioned conventional example, since the surface on which the virtual image is displayed is a flat surface, the displayed image is perceived as a flat plate by the observer, and it is not possible to display a realistic image. Further, when the image display device of the conventional example is applied to the image display of the virtual reality system, the image is still projected on a flat screen, and sufficient reality cannot be obtained.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明の画像表
示装置は、画像発生器と、該画像発生器からの画像情報
を持った光束を観察者に投光し、該画像の虚像を観察す
る投光光学系とを観察者の左右眼に各々設けた画像表示
装置であって、該投光光学系は、左眼と右眼の画像の虚
が形成される虚像面が、球面あるいは円筒面等をなす
同一の曲面上となるようにしたことを特徴としている。
請求項2の発明の画像表示装置は、画像発生器と、該画
像発生器からの画像情報を持った光束を観察者に投光
し、該画像の虚像を観察する投光光学系とを観察者の左
右眼に各々設けた画像表示装置であって、該投光光学系
は、該観察者の左右眼で観察される虚像面が、球面ある
いは円筒面等をなす同一曲面上となるようにしており、
該画像発生器は、そこで表示する画像情報が該観察者の
左眼と右眼で観察される虚像が互いに視差画像となるよ
うに設定していることを特徴としている。請求項3の発
明は請求項1又は2の発明において、前記曲面は観察者
の顔の対称面に対して対称であることを特徴としてい
る。
According to another aspect of the present invention, an image display device projects an image generator and a light flux having image information from the image generator onto an observer to form a virtual image of the image . An image display device is provided with a projection optical system for observing each of the left and right eyes of an observer, wherein the projection optical system is a virtual image of the left and right eyes.
The virtual image surface on which the image is formed is formed on the same curved surface such as a spherical surface or a cylindrical surface.
The image display device according to the invention of claim 2 observes an image generator and a light projecting optical system for projecting a light flux having image information from the image generator to an observer to observe a virtual image of the image. a respective image display device provided on the left and right eyes of the user,-projecting optical system
Is such that the virtual image planes observed by the left and right eyes of the observer are on the same curved surface such as a spherical surface or a cylindrical surface ,
The image information displayed by the image generator is of the observer.
The virtual images observed by the left and right eyes become parallax images of each other .
The feature is that it is set as follows . The invention of claim 3 is characterized in that, in the invention of claim 1 or 2, the curved surface is symmetrical with respect to a plane of symmetry of an observer's face.

【0008】[0008]

【実施例】図1は本発明の実施例1を示す光学系の配置
図である。実際の装置は左右両眼に画像が投光され、装
置構成が観察者の顔の対称面に対して左右対称となる。
EXAMPLE 1 FIG. 1 is a layout view of an optical system showing Example 1 of the present invention. In an actual device, images are projected on both the left and right eyes, and the device configuration is bilaterally symmetrical with respect to the plane of symmetry of the observer's face.

【0009】図1は装置を頭の上から見下ろしたもの
で、左眼に対応する箇所を図示した。右眼に対応する部
分は図1と左右対称となるが、図が煩雑となるため省略
した。
FIG. 1 is a view of the apparatus as seen from above the head, showing a portion corresponding to the left eye. The portion corresponding to the right eye is symmetrical with FIG. 1, but is omitted because the figure becomes complicated.

【0010】図1で1は液晶表示素子(以降LCDと呼
ぶ)で、不図示の信号ラインにより送られる画像信号に
従って画像を表示する。LCD1はやはり不図示の照明
器により左側より照明される。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a liquid crystal display element (hereinafter referred to as LCD), which displays an image in accordance with an image signal sent by a signal line (not shown). The LCD 1 is also illuminated from the left side by an illuminator (not shown).

【0011】不図示の信号ライン、照明器は図6の従来
例と同じであるとして差し支えない。LCD1を透過し
た光束は表示された画像の情報を持った光束に変換さ
れ、レンズ系2に入射する。レンズ系2を通過した光束
はレンズ系2の結像作用を受け、出射光束6となって、
ハーフミラー3で反射を受け、光束8として観察者の左
眼4に到達する。反射光束8を実際の光の進行方向と逆
向きに延長した仮想光束7が、虚像面5上に結像するよ
うにするのがレンズ系2の作用である。
Signal lines and illuminators (not shown) may be the same as those in the conventional example shown in FIG. The light flux that has passed through the LCD 1 is converted into a light flux having information on the displayed image and enters the lens system 2. The light flux that has passed through the lens system 2 is subjected to the image forming action of the lens system 2 to become an outgoing light flux 6,
The light is reflected by the half mirror 3 and reaches the left eye 4 of the observer as a light beam 8. The function of the lens system 2 is to cause the virtual light flux 7 obtained by extending the reflected light flux 8 in the direction opposite to the actual traveling direction of the light to form an image on the virtual image plane 5.

【0012】従って観察者は反射光束8があたかも虚像
面5上の各点より発せられた光であるかのように認識す
ることになる。LCD1上の画像はこのようにして拡大
され、虚像面5上に形成された画像として視認される。
Therefore, the observer recognizes the reflected light beam 8 as if it were the light emitted from each point on the virtual image plane 5. The image on the LCD 1 is magnified in this way and is visually recognized as an image formed on the virtual image plane 5.

【0013】本発明では観察される虚像面5を曲面とす
ることによって、臨場感を増大させるという人間工学的
な事実を利用することを特徴としている。本実施例で虚
像面5は左眼4を中心とし、予め設定された距離、例え
ば1mを半径とする球面となっている。
The present invention is characterized by utilizing the ergonomic fact that the sense of realism is increased by making the observed virtual image plane 5 a curved surface. In this embodiment, the virtual image plane 5 is a spherical surface having the left eye 4 as the center and a radius set to a preset distance, for example, 1 m.

【0014】このように虚像面5を設定すると、観察者
はLCD1上の画像を、拡大された形で、あたかも左眼
4を中心とする半径1mの球面スクリーンに投影されて
いるかのようにして観察することができる。この結果、
観察者は半径1mの虚像面5で視認される画像により、
虚像面が平面であるときに比べてはるかに臨場感の大き
な画像を楽しむことができる。
When the virtual image plane 5 is set in this manner, the observer can project the image on the LCD 1 in an enlarged form as if it were projected on a spherical screen centered on the left eye 4 and having a radius of 1 m. Can be observed. As a result,
The observer uses the image visually recognized on the virtual image plane 5 having a radius of 1 m.
You can enjoy a much more realistic image than when the virtual image plane is flat.

【0015】前述したように、実際の装置では観察者の
顔の対称面に関して図1の左眼に対応する右眼の部分が
存在する。形成される虚像面は、各々左眼、右眼を中心
とし、両眼の間隔、例えば60mmずれた2つの球面で
ある。2つの虚像面は形状、位置ともに本来は一致する
ことが好ましい。
As described above, in the actual device, there is a right eye portion corresponding to the left eye in FIG. 1 with respect to the plane of symmetry of the observer's face. The virtual image planes formed are two spherical surfaces centered on the left eye and the right eye, respectively, with a gap between the eyes, for example, 60 mm. It is preferable that the two virtual image planes originally have the same shape and position.

【0016】本実施例の数値例では、右眼、左眼用の虚
像面は各々対応する目から1000mm離れた半径10
00mmの球面である。従って60mmのずれは両眼に
よる画像認識に対して大きな障害とはならない。
In the numerical example of this embodiment, the virtual image planes for the right eye and the left eye each have a radius of 10 mm which is 1000 mm away from the corresponding eye.
It is a spherical surface of 00 mm. Therefore, the deviation of 60 mm does not become a major obstacle to image recognition by both eyes.

【0017】次に図1の系で、虚像面5を左眼4を中心
とする半径1000mmの球面とするための手段につい
て説明する。結像作用を分担するのがレンズ系2であ
る。レンズ系2は2−1から2−3までの3枚のレンズ
より構成されている。
Next, in the system shown in FIG. 1, means for making the virtual image plane 5 a spherical surface centered on the left eye 4 and having a radius of 1000 mm will be described. It is the lens system 2 that shares the imaging action. The lens system 2 is composed of three lenses 2-1 to 2-3.

【0018】ここでLCD1の中心点Aの結像について
考える。レンズ系2の第3レンズ2−3の右側の面から
ハーフミラー3までの距離を60mm、ハーフミラー3
から左眼4までの距離を50mmとすると、左眼の位置
は2−3の右側の面、即ち目に近い方の面より、両者の
和110mm離れていることになる。レンズ系2は最も
目に近いレンズ2−3の右側の面より890mm、即ち
1000mmから110mmを引いただけ左側の位置に
中心点Aを虚像として結像させる作用を持つ。
Here, the image formation of the center point A of the LCD 1 will be considered. The distance from the right side surface of the third lens 2-3 of the lens system 2 to the half mirror 3 is 60 mm,
If the distance from to the left eye 4 is 50 mm, the position of the left eye is 110 mm apart from the surface on the right side of 2-3, that is, the surface closer to the eye. The lens system 2 has a function of drawing 890 mm, that is, 1000 mm to 110 mm from the right surface of the lens 2-3 closest to the eye and forming the center point A as a virtual image at the left position.

【0019】更にレンズ系2のペッツバール和はほぼ1
/1000mm-1となるように設計される。以上のよう
にレンズ系2を設定することにで、虚像面5は左眼4を
中心とする半径1000mmの球面とすることができ
る。
Further, the Petzval sum of the lens system 2 is almost 1
It is designed to be / 1000 mm -1 . By setting the lens system 2 as described above, the virtual image plane 5 can be a spherical surface centered on the left eye 4 and having a radius of 1000 mm.

【0020】前述のように本実施例では図1の系と全く
対称に右眼に対応する部分が存在する。これについても
左眼の場合と全く同じような方法で系を構成すれば、右
眼に対し、右眼の位置を中心とする半径1000mmの
球面の虚像面を作ることができる。
As described above, in this embodiment, there is a portion corresponding to the right eye, which is completely symmetrical to the system of FIG. Also in this case, if the system is constructed in the same manner as in the case of the left eye, a spherical virtual image plane having a radius of 1000 mm centering on the position of the right eye can be formed for the right eye.

【0021】なお、図1のようにハーフミラー3を用い
たときには左右の系のクロストークを避ける必要があ
る。左眼用の画像1からの光6が3を透過して右眼用の
LCD1を照明してしまうと、その光はフレア光となっ
て右眼で観察される像のコントラストを低下させるから
である。同様のことは右眼用の画像の光についても言え
る。
When the half mirror 3 is used as shown in FIG. 1, it is necessary to avoid crosstalk between the left and right systems. If the light 6 from the image 1 for the left eye passes through 3 and illuminates the LCD 1 for the right eye, the light becomes flare light and reduces the contrast of the image observed by the right eye. is there. The same applies to the light of the image for the right eye.

【0022】このため、左側で表示される画像の光が右
眼に行かず、また右側の画像を表示した光が左側の眼に
入らないように、遮光部材を左右両眼の光学系の間に設
けることが必要である。但し3としてミラーを用いる場
合にはクロストークが生じないため、遮光部材は必要な
い。また光学系の構成を従来例の図6のようにクロスト
ークが起きないような配置としてもよい。
Therefore, in order to prevent the light of the image displayed on the left side from going to the right eye and the light showing the image on the right side from entering the left eye, a light blocking member is provided between the optical systems of the left and right eyes. It is necessary to provide it. However, when a mirror is used as 3, crosstalk does not occur, so a light shielding member is not necessary. Further, the configuration of the optical system may be arranged such that crosstalk does not occur as shown in FIG. 6 of the conventional example.

【0023】本実施例では左右両眼に必ずしも同一の画
像を表示する必要はなく、左右のLCDに視差のある画
像を表示させることで、立体画像を観察者に視認させる
ことも可能である。この場合も虚像面が観察者を取り囲
む有限距離の球面であることより、より臨場感の大きな
立体画像を表示することができる。
In the present embodiment, it is not always necessary to display the same image on both the left and right eyes, and it is also possible for the observer to visually recognize a stereoscopic image by displaying images with parallax on the left and right LCDs. Also in this case, since the virtual image surface is a spherical surface with a finite distance surrounding the observer, it is possible to display a stereoscopic image having a greater sense of reality.

【0024】図1の実施例1においては虚像面が左右の
目を中心とする半径1000mmの球面の例を示した。
しかしながら表示画像が横長の画像、例えばHDサイズ
やパノラマサイズの画像である場合には、虚像面は球面
であるよりも観察者を取り囲む円筒面であることが望ま
しい。更に取り込み効果を強調するためには、虚像面が
観察者から余り離れていない方が好ましい。
In the first embodiment of FIG. 1, an example in which the virtual image surface is a spherical surface having a radius of 1000 mm centered on the left and right eyes is shown.
However, when the display image is a horizontally long image, for example, an HD size image or a panoramic size image, the virtual image surface is preferably a cylindrical surface surrounding the observer rather than a spherical surface. In order to further emphasize the capturing effect, it is preferable that the virtual image plane is not too far from the observer.

【0025】このように虚像面が近い場合には右眼、左
眼に対する各虚像面がずれておらず、お互いに形状、位
置ともに一致していることが望ましい。
When the virtual image planes are close to each other as described above, it is desirable that the virtual image planes for the right eye and the left eye are not displaced and that they have the same shape and position.

【0026】図2は本発明の実施例2を示すもので、以
上の事項を勘案し虚像面を円筒面で構成したものであ
る。図中、実施例1と同一の構成要素については図1と
同一の番号が付されている。以下、実施例1と共通の作
用を持つものについては説明を省略し、本実施例独自の
項目について説明する。
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention, in which the virtual image plane is a cylindrical surface in consideration of the above matters. In the figure, the same components as those in the first embodiment are designated by the same numbers as in FIG. Hereinafter, description of elements having the same operations as in the first embodiment will be omitted, and items unique to the present embodiment will be described.

【0027】図2は左右対称に構成される装置の左眼に
対応する光学系が示されている。図は図1と同様に観察
者を頭上から見下ろした形でかかれており、9が観察者
の顔の対称面である。9はまた本装置の右側を示す対称
面でもある。Bは右眼と左眼の中点である。
FIG. 2 shows an optical system corresponding to the left eye of the device which is constructed symmetrically. As in the case of FIG. 1, the figure is drawn with the observer looking down from above the head, and 9 is the plane of symmetry of the observer's face. 9 is also the plane of symmetry showing the right side of the device. B is the midpoint between the right and left eyes.

【0028】本実施例では左眼4に対する虚像面5は紙
面に垂直な方向には曲率を持たず、紙面内の方向につい
ては中点Bを中心とする半径BCの円で、全体として円
筒面を形成している。
In this embodiment, the virtual image plane 5 for the left eye 4 has no curvature in the direction perpendicular to the plane of the drawing, and in the direction of the plane of the drawing, it is a circle of radius BC centered on the midpoint B, and is a cylindrical surface as a whole. Is formed.

【0029】本実施例の場合はBC=300mmであ
る。不図示の右眼に対する部分は対称面9に対して対称
である。中心Bが対称面9上にある点なので、右眼に対
する虚像面は左眼に対する虚像面5と同じく、図2の紙
面に垂直な方向には曲率を持たず、紙面内でBを中心と
する半径BCの円である円筒面となる。
In the case of this embodiment, BC = 300 mm. The part for the right eye (not shown) is symmetrical with respect to the plane of symmetry 9. Since the center B is on the plane of symmetry 9, the virtual image plane for the right eye does not have a curvature in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 2 like the virtual image surface 5 for the left eye, and B is the center within the paper surface. It becomes a cylindrical surface which is a circle with a radius BC.

【0030】左眼に対する虚像面5を円筒面にするため
のレンズ系が2である。レンズ系2は本実施例では2−
11〜14の4枚のレンズで構成されている。第1のレ
ンズ2−11は両面とも球面のレンズ、第2レンズ2−
12は左側の面が紙面に垂直な方向に曲率を持たず、紙
面内の方向に曲率を持つシリンドリカル面で、右側の面
は球面であるレンズである。
The lens system 2 is for making the virtual image plane 5 for the left eye a cylindrical surface. In this embodiment, the lens system 2 is 2-
It is composed of four lenses 11 to 14. The first lens 2-11 is a lens having spherical surfaces on both sides, and the second lens 2-11.
Reference numeral 12 is a lens whose left side surface has no curvature in the direction perpendicular to the paper surface, and has a curvature in the direction inside the paper surface, and whose right side surface is a spherical surface.

【0031】第3レンズ2−13は逆に左側の面が球面
で、右側の面が紙面に垂直な方向に曲率を持たず、紙面
内の方向に曲率を持つシリンドリカル面であるレンズ、
第4レンズ2−14は両面球面のレンズである。レンズ
系2は全体として非点収差がなく、LCD1上の点を紙
面に垂直な断面と、紙面内にある断面の2つの方向に関
し同一の状態で結像するように設定が行われる。
On the contrary, the third lens 2-13 is a lens whose left side surface is a spherical surface, and whose right side surface is a cylindrical surface having no curvature in the direction perpendicular to the paper surface and having a curvature in the paper surface direction.
The fourth lens 2-14 is a double-sided spherical lens. The lens system 2 as a whole has no astigmatism, and is set so that a point on the LCD 1 is imaged in the same state in two directions of a cross section perpendicular to the paper surface and a cross section lying in the paper surface.

【0032】円筒面となる虚像面を形成させるため、紙
面に垂直な断面の結像に関してはペッツバール和がほぼ
0、紙面内断面の結像に関してはペッツバール和がほぼ
1/300mm-1となるように、レンズ系2の硝材及び
曲率が設定される。また第2レンズ2−12、第3レン
ズ2−13及び第4レンズ2−14は図2の紙面内の上
下方向に異なる量偏心されて配置され、結果として虚像
面5は紙面内の断面で点Bを中心とする円となる。
In order to form a virtual image plane which is a cylindrical surface, the Petzval sum is approximately 0 for the image formation of the cross section perpendicular to the paper surface, and the Petzval sum is approximately 1/300 mm -1 for the image formation of the cross section in the paper surface. Then, the glass material and the curvature of the lens system 2 are set. The second lens 2-12, the third lens 2-13, and the fourth lens 2-14 are arranged with different amounts of eccentricity in the vertical direction within the plane of FIG. 2, and as a result, the virtual image plane 5 is a cross section within the plane of the plane of FIG. The circle is centered on the point B.

【0033】図2では不図示の右側の部分についても、
全く同じやり方で虚像面を図2の紙面内の方向に曲率を
持たず、紙面内では点Bを中心とする半径BCである円
筒面とすることができる。従って右眼に対する虚像面と
左眼に対する虚像面5は完全に一致する。以上のように
虚像面を設定すれば、取り囲み効果により臨場感の大き
な画像を観察者に表示することができる。
In FIG. 2, the right part not shown is also
In exactly the same manner, the virtual image plane can be a cylindrical plane that has no curvature in the direction of the plane of FIG. 2 and has a radius BC centered on the point B in the plane of paper. Therefore, the virtual image plane for the right eye and the virtual image plane 5 for the left eye completely match. By setting the virtual image plane as described above, it is possible to display a highly realistic image to the observer due to the surrounding effect.

【0034】本実施例では紙面内断面の虚像面を右眼と
左眼の中点Bが中心となる円とする円筒面とした。しか
しながら円の中心は観察者の顔の対称面9上のB以外の
点、例えば観察者の頭の中心や、首の回転中心とするこ
とも可能である。その場合にはシリンドリカル面を含む
レンズ系2の結像点位置、及び紙面内断面の結像系のペ
ッツバール和や偏心量を条件に合うように設定すればよ
い。
In this embodiment, the virtual image plane of the cross section in the plane of the drawing is a cylindrical surface having a circle centered on the midpoint B of the right and left eyes. However, the center of the circle can be a point other than B on the symmetry plane 9 of the observer's face, for example, the center of the observer's head or the center of rotation of the neck. In that case, the position of the image forming point of the lens system 2 including the cylindrical surface, and the Petzval sum and decentering amount of the image forming system of the in-plane section of the paper may be set so as to meet the conditions.

【0035】本発明の実施例2においては、円筒面の形
状を持つ虚像面をシリンドリカル面を含む偏心レンズ系
とハーフミラーにより実現した。実施例3は実施例2の
円筒の虚像面をホログラムコンバイナーにより実現した
ものである。
In the second embodiment of the present invention, the virtual image surface having the shape of the cylindrical surface is realized by the decentering lens system including the cylindrical surface and the half mirror. In the third embodiment, the cylindrical virtual image surface of the second embodiment is realized by a hologram combiner.

【0036】図3は実施例3を表わす光学系で、形成さ
れる虚像面や観察者が視認する画像は実施例2と同一で
ある。図中これまでの実施例と同一の部材については、
同じ番号が付されているため、共通の部分については説
明を簡略化もしくは省略する。
FIG. 3 shows an optical system representing the third embodiment. The virtual image plane formed and the image visually recognized by the observer are the same as those in the second embodiment. In the figure, the same members as those in the previous embodiments are
Since the same numbers are assigned, the description of common parts will be simplified or omitted.

【0037】本実施例においても、実施例1,2と同様
に装置は顔の対称面に対して左右対称である。このた
め、図には左眼に対応する部分のみを示し、右側の部分
は省略した。先ずLCD1が不図示の照明系により図3
の左下側から照明され、画像情報を持った光束11が発
生される。該光束11はホログラムコンバイナー10に
よって反射され、ホログラムコンバイナー10のレンズ
作用によって反射光束8となって左眼4に入射する。ホ
ログラムコンバイナー10のレンズ作用はまた、反射光
束8を虚像面5上の各点から発せられる光束であるかの
ように観察者に認識させる役目も行う。
Also in this embodiment, the device is bilaterally symmetrical with respect to the symmetry plane of the face, as in the first and second embodiments. Therefore, only the part corresponding to the left eye is shown in the figure, and the part on the right side is omitted. First, the LCD 1 is driven by an illumination system not shown in FIG.
Illuminated from the lower left side of the light source, a light flux 11 having image information is generated. The light beam 11 is reflected by the hologram combiner 10, and becomes a reflected light beam 8 by the lens action of the hologram combiner 10 and enters the left eye 4. The lens action of the hologram combiner 10 also causes the viewer to recognize the reflected light beam 8 as if it were a light beam emitted from each point on the virtual image plane 5.

【0038】この結果、LCD1上に表示された画像が
拡大されて観察者に視認される。虚像面5は図2の実施
例2と同じく紙面と垂直な方向には曲率を持たず、紙面
内の方向については左眼4と不図示の右眼の中点Bを中
心とする半径BCの円である円筒面となっている。図3
における虚像面5は実施例2の虚像面と同一なため、取
り囲み効果により臨場感の大きな画像を観察者に表示す
ることができる。
As a result, the image displayed on the LCD 1 is enlarged and visually recognized by the observer. The virtual image plane 5 does not have a curvature in the direction perpendicular to the paper surface as in the second embodiment of FIG. 2 and has a radius BC centered on the midpoint B of the left eye 4 and the unillustrated right eye in the direction of the paper surface. It has a cylindrical surface that is a circle. Figure 3
Since the virtual image plane 5 is the same as the virtual image plane of the second embodiment, it is possible to display an image with a large sense of presence to the observer due to the surrounding effect.

【0039】本実施例ではホログラムコンバイナー10
が虚像面5を円筒面としている。即ちLCD1上の点A
1から出た光束はホログラムコンバイナー10の点A2
に入射し、点A2における回折作用で虚像面5上の点A
3に虚像として結像される。
In this embodiment, the hologram combiner 10 is used.
Makes the virtual image plane 5 a cylindrical surface. That is, point A on LCD1
The light flux emitted from 1 is the point A2 of the hologram combiner 10.
Incident on the virtual image plane 5 due to the diffraction effect at the point A2.
3 is formed as a virtual image.

【0040】同様に点A1とは異なる点B1から出た出
た光束はホログラムコンバイナー10の点B2に入射
し、点B2における回折作用で虚像面5上の点B3に虚
像として結像される。従って、ホログラムコンバイナー
10上にはLCD1上の各点からの光束が10に入射し
た位置に、対応する円筒状の虚像面5上の点に虚像を形
成するように回折の格子が分布している必要がある。
Similarly, the light beam emitted from the point B1 different from the point A1 is incident on the point B2 of the hologram combiner 10 and is imaged as a virtual image at the point B3 on the virtual image plane 5 by the diffraction effect at the point B2. Therefore, diffraction holograms are distributed on the hologram combiner 10 at positions where the light beams from the respective points on the LCD 1 are incident on the cylindrical combiner 10 so as to form virtual images at the corresponding points on the cylindrical virtual image plane 5. There is a need.

【0041】このような機能を持つホログラムコンバイ
ナー10は、必要な回折作用分布に応じて設定された位
相分布を持つ2光束波面を干渉させて焼きつけることに
より作成することができる。
The hologram combiner 10 having such a function can be produced by causing two light flux wavefronts having a phase distribution set in accordance with a required diffraction action distribution to interfere and burn.

【0042】図4は本実施例に用いられるホログラムコ
ンバイナー10の作成方法の説明図である。ホログラム
感光材料18はガラスやプラスチックなどの基板17上
に貼り付け、または塗布されており、これに対して物体
光束14及び参照光束15が入射される。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a method for producing the hologram combiner 10 used in this embodiment. The hologram photosensitive material 18 is attached or coated on a substrate 17 such as glass or plastic, to which the object light beam 14 and the reference light beam 15 are incident.

【0043】14,15は不図示のレーザー光によって
作られ、両者の干渉縞が感光材料18に記録される。感
光材料としてはフォトポリマー、レーザーとしては波長
514.5nmのアルゴンイオンレーザーなどが典型的
である。勿論この他に例えば感光材料では、従来公知の
重クロム酸ゼラチンやポリビニルカルバゾール、銀塩感
光材料などが使用できることは言うまでもない。
Reference numerals 14 and 15 are formed by a laser beam (not shown), and interference fringes of both are recorded on the photosensitive material 18. A photopolymer is typically used as the photosensitive material, and an argon ion laser having a wavelength of 514.5 nm is typically used as the laser. Needless to say, other known materials such as dichromated gelatin, polyvinylcarbazole, and silver salt photosensitive materials can be used in addition to the above.

【0044】図4の系で参照光束15は平行光で、物体
光束14は焼きつけレンズ系16により屈折された光束
である。レンズ系16は2枚のアナモルフィックレンズ
12,13より構成されている。アナモフィックレンズ
13は紙面に垂直な方向に曲率を持たず、紙面内方向に
のみ曲率を持つシリンドリカルレンズであり、アナモフ
ィックレンズ12は紙面に対する対称性を持つ曲面で構
成されたアナモルフィックレンズである。焼き付けレン
ズ系16はホログラムコンバイナー10に必要な回折作
用が実現される位相分布となる物体光束14を発生させ
るように設定される。
In the system of FIG. 4, the reference light beam 15 is a parallel light beam, and the object light beam 14 is a light beam refracted by the printing lens system 16. The lens system 16 is composed of two anamorphic lenses 12 and 13. The anamorphic lens 13 is a cylindrical lens having no curvature in the direction perpendicular to the paper surface and having a curvature only in the in-plane direction, and the anamorphic lens 12 is an anamorphic lens having a curved surface having symmetry with respect to the paper surface. The printing lens system 16 is set so as to generate the object light beam 14 having a phase distribution that realizes the diffractive action required for the hologram combiner 10.

【0045】図4で構成された光学系で露光された感光
材料18に所定の現像処理を加えることでホログラムコ
ンバイナー10が作成される。図5は図4で形成された
物体光束14から球面波の成分を除いた非球面成分の位
相分布を等高線で示したものである。アナモルフィック
系特有の馬の鞍型の波面分布が形成されているのが分か
る。
The hologram combiner 10 is produced by applying a predetermined developing process to the photosensitive material 18 exposed by the optical system constructed as shown in FIG. FIG. 5 shows the phase distribution of the aspherical component excluding the spherical wave component from the object light beam 14 formed in FIG. 4 by contour lines. It can be seen that a saddle-shaped wavefront distribution of horses, which is unique to the anamorphic system, is formed.

【0046】以上説明した様な方法で製作したホログラ
ムコンバイナを用いることで、前述の円筒形の虚像面を
形成させることができる。本実施例は虚像面を紙面内断
面で円の中心が点B以外の点である円筒面にすること
や、円筒面以外の曲面、例えば球面や楕円面にする変形
例を容易に実現することができる。この場合にはホログ
ラムコンバイナー10を作成する焼き付け波面の位相分
布をそれらの条件に設定し直せばよい。
By using the hologram combiner manufactured by the method described above, the above-mentioned cylindrical virtual image plane can be formed. In this embodiment, it is possible to easily realize a modification in which the virtual image surface is a cylindrical surface in which the center of the circle is a point other than the point B in the in-plane section of the paper, or a curved surface other than the cylindrical surface, for example, a spherical surface or an elliptic surface. You can In this case, it suffices to reset the phase distribution of the printing wavefront that creates the hologram combiner 10 to those conditions.

【0047】本実施例で作成されたホログラムコンバイ
ナーは図4に示したように対抗する2光束で焼きつけら
れたリップマンホログラムである。従って感光材料18
の厚さを厚くすれば3次元格子の特徴である強い波長選
択性が得られ、図3に用いたホログラムコンバイナー1
0の持つ高い回折効率を持つ波長幅を非常に狭くするこ
とができる。
The hologram combiner produced in this embodiment is a Lippmann hologram printed with two opposing light beams as shown in FIG. Therefore, the photosensitive material 18
By increasing the thickness of the hologram combiner, a strong wavelength selectivity characteristic of a three-dimensional grating can be obtained.
The wavelength width having high diffraction efficiency of 0 can be extremely narrowed.

【0048】この結果ホログラムコンバイナー10で発
生する色収差を実質的に無視することのできる値にまで
押さえることができる。更に色収差を問題としなければ
ならない場合には、図3のLCD1を照明する不図示の
照明系とLCD1の間に干渉フィルタを配置し、照明光
の波長幅を狭めて、ホログラムコンバイナー10での色
収差発生を軽減させることも可能である。
As a result, the chromatic aberration generated in the hologram combiner 10 can be suppressed to a value that can be substantially ignored. If chromatic aberration must be taken into consideration, an interference filter is arranged between the LCD 1 and the illumination system (not shown) that illuminates the LCD 1 in FIG. 3 to narrow the wavelength width of the illumination light, and the chromatic aberration in the hologram combiner 10 is reduced. It is also possible to reduce the occurrence.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したように、本発明ではLCD
などの画像発生器の画像情報を持った光束を光学系を介
して観察者の目に投光し、虚像として該観察者に表示す
る画像表示装置において、該虚像面を観察者を取り囲む
曲面とすることにより、観察者に対しより立体的で臨場
感、現実感の強い画像を表示することを可能とした。
As described above, according to the present invention, the LCD is
In an image display device for projecting a light beam having image information of an image generator, etc., to an observer's eye through an optical system and displaying it to the observer as a virtual image, the virtual image plane is a curved surface surrounding the observer. By doing so, it is possible to display a more three-dimensional, realistic and realistic image for the observer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施例1を示す図FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施例2を示す図FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の実施例3を示す図FIG. 3 is a diagram showing Embodiment 3 of the present invention.

【図4】 本発明の実施例3に用いられたホログラムコ
ンバイナーの作成方法の説明図
FIG. 4 is an explanatory diagram of a method for producing a hologram combiner used in Example 3 of the present invention.

【図5】 該ホログラムコンバイナの焼き付け波面の位
相分布を示す図
FIG. 5 is a diagram showing a phase distribution of a printing wavefront of the hologram combiner.

【図6】 従来例である特開平4−34512の説明図FIG. 6 is an explanatory view of JP-A-4-34512, which is a conventional example.

【符号の説明】 1 液晶表示素子(LCD) 2 レンズ系 3 ハーフミラー 4 左眼 5 虚像面 6 出射光束 7 仮想光束 8 反射光束 9 顔の対称面 10 ホログラムコンバイナー 12 アナモルフィックレンズ 13 シリンドリカルレンズ 14 物体光束 15 参照光束 17 基板 18 感光材料 101 液晶表示器 104 バックライト光源 107 観察者の瞳 116 信号ライン 121 虚像面 150 ミラー 151 拡大レンズ[Explanation of symbols] 1 Liquid crystal display (LCD) 2 lens system 3 half mirror 4 left eye 5 Virtual image plane 6 Output luminous flux 7 Virtual luminous flux 8 Reflected light flux 9 Face symmetry plane 10 Hologram combiner 12 Anamorphic lens 13 Cylindrical lens 14 object luminous flux 15 Reference luminous flux 17 board 18 Photosensitive material 101 liquid crystal display 104 Backlight light source 107 observer's eyes 116 signal line 121 Virtual image plane 150 mirror 151 magnifying lens

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 正 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 須藤 敏行 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 ▲吉▼永 曜子 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 小林 辰 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 松村 進 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−318809(JP,A) 特表 平4−503440(JP,A) 米国特許5130794(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 27/00,27/02 G03B 37/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tadashi Kaneko 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Toshiyuki Sudo 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Incorporated (72) Inventor ▲ Yoshi ▼ Yoko Yoko 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Tatsu Kobayashi 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. In-company (72) Inventor Susumu Matsumura 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (56) Reference JP-A-4-318809 (JP, A) JP-A-4-503440 (JP, A) US Patent 5130794 (US, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G02B 27/00, 27/02 G03B 37/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 画像発生器と、該画像発生器からの画像
情報を持った光束を観察者に投光し、該画像の虚像を観
察する投光光学系とを観察者の左右眼に各々設けた画像
表示装置であって、該投光光学系は、左眼と右眼の画像
の虚像が形成される虚像面が、球面あるいは円筒面等を
なす同一の曲面上となるようにしたことを特徴とする画
像表示装置。
1. An image generator and a projection optical system for projecting a light flux having image information from the image generator to an observer and observing a virtual image of the image for each of the left and right eyes of the observer. An image display device provided, wherein the projection optical system includes left and right eye images.
The image display device, wherein the virtual image surface on which the virtual image is formed is on the same curved surface such as a spherical surface or a cylindrical surface.
【請求項2】 画像発生器と、該画像発生器からの画像
情報を持った光束を観察者に投光し、該画像の虚像を観
察する投光光学系とを観察者の左右眼に各々設けた画像
表示装置であって、該投光光学系は、 該観察者の左右眼で観察される虚像面が、球面あるいは
円筒面等をなす同一曲面上となるようにしており、該画
像発生器は、そこで表示する画像情報が該観察者の左眼
と右眼で観察される虚像が互いに視差画像となるように
設定していることを特徴とする画像表示装置。
2. An image generator and a projection optical system for projecting a light flux having image information from the image generator to an observer and observing a virtual image of the image for the left and right eyes of the observer, respectively. an image display device provided,-projecting optical system, the virtual image plane observed in the right and left eyes of the observer, are set to be on the same curved surface forming a spherical or cylindrical surface or the like,該画
The image information displayed on the image generator is the left eye of the observer.
And the virtual images observed by the right eye become parallax images with each other.
An image display device characterized by being set .
【請求項3】 前記曲面は観察者の顔の対称面に対して
対称であることを特徴とする請求項1または2の画像表
示装置。
3. The image display device according to claim 1, wherein the curved surface is symmetrical with respect to a plane of symmetry of an observer's face.
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