JP4123980B2

JP4123980B2 - Video display device

Info

Publication number: JP4123980B2
Application number: JP2003059172A
Authority: JP
Inventors: 靖谷尻; 哲也野田; 毅遠藤; 隆史森本
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2023-03-05
Also published as: JP2004271651A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像表示装置、特に、ＴＶ受像機や観察者の眼前に配置されて使用されるヘッドマウンテッドディスプレイ（以下、ＨＮＤと記す）等の映像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平９−６５２４５号公報
【特許文献２】
特開２００２−２９６５３６号公報
【０００３】
特許文献１には、光源の光をルーバーで開口制限することにより、フレア光やゴースト光を遮断して画質の劣化を防止するようにした映像表示装置が開示されている。また、特許文献２には、光学瞳を３ｍｍ以下に制限して鮮明な映像を観察できるようにした映像表示装置が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記文献１に記載の映像表示装置においては、単に開口を制限するのみなので、光源の光はルーバーで遮断されて損失となってしまい、効率が悪いという問題点を有していた。
【０００５】
一方、前記文献２に記載の映像表示装置では、光学瞳を小さくしたので観察者は光学瞳を探すのが難しく、観察者の瞳との僅かなずれで観察できなくなるという問題点を有していた。また、この装置を頭部装着型映像表示装置として利用する場合には、光学瞳を大きく移動できるような調節手段を必要とするので、装置が大型化してしまうという問題点も残されていた。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、光を効率よく利用して明るい映像を表示でき、かつ、観察しやすい映像表示装置を提供することにある。
【０００８】
【発明の構成、作用及び効果】
以上の目的を達成するため、本発明に係る映像表示装置は、映像を表示する表示手段と、該表示手段を照明する光源と、該光源より放射された光を一方向に集光して前記表示手段に入射させる光学手段と、前記表示手段により表示された映像を虚像として観察者の瞳に導く接眼光学系と、を備え、
前記接眼光学系の光学瞳は該光学瞳の面内で互いに直交する方向により異なるサイズを有し、前記光学手段の集光方向に短く、該集光方向に対して直交する方向に長く、
前記光源より放射される光が前記光学手段で一方向に集光されることにより、集光方向の光強度が前記光学瞳の中心から周辺に向かって単調に減少し、かつ、前記光学瞳の中心から所定距離離れた位置において集光方向の光強度が該集光方向に対して直交する方向の光強度よりも弱くなるような光強度分布を有すること、
を特徴とする。
【０００９】
本発明に係る映像表示装置においては、光学瞳はその面内で互いに直交する方向により光強度分布が異なるため、一方向には大きな光学瞳となって観察しやすく、かつ、光を効率よく利用して明るい映像を表示することができる。
【００１１】
本発明に係る映像表示装置においては、光学瞳は集光方向に３ｍｍ以下とすることで明るい映像を表示でき、集光方向に対して直行する方向に３ｍｍを超えることで観察しやすくなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る映像表示装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１７】
（第１実施形態、図１〜図３参照）
図１に、本発明の第１実施形態である映像表示装置の概略構成を示す。図１（Ａ）はｙ方向の平面上での光路を示し、図１（Ｂ）はｘ方向の平面上での光路を示す。
【００１８】
この映像表示装置は、表示手段１と接眼レンズ２とで構成されている。表示手段１は、透過型の液晶表示デバイス（以下、ＬＣＤと記す）１１と、拡散光を放射する面光源であるバックライト１２と、光を一方向に集光する光学素子１３とで構成されている。
【００１９】
バックライト１２から放射された光は光学素子１３でｙ方向に集光され、ＬＣＤ１１を画像データに基づいて駆動することにより変調され、映像を表示する。接眼レンズ２は表示手段１の映像光を虚像として光学瞳９に導く。観察者は光学瞳９の光を自身の瞳に入射させて映像を観察することになる。
【００２０】
光を一方向に集光する光学素子１３は、例えば、３Ｍ社製のＢＥＦを使用することができ、ここでは、バックライト１２から放射された光をｙ方向に集光し、ｘ方向には殆ど影響を及ぼさないように配置されている。即ち、図２に示すように、バックライト１２の１点から放射された光は光学素子１３によってｙ方向に集光されてＬＣＤ１１を照射する。
【００２１】
従って、所定の角度で拡散するバックライト１２からの光は、ｘ方向とｙ方向とで光強度の分布が異なる。即ち、ｙ方向には集光するので明るく、ｘ方向には大きな光学瞳９となるので観察者は映像を観察しやすくなる。
【００２２】
ここで、映像中心光束の光学瞳９中心におけるｘ方向とｙ方向との光強度分布断面を図３に示す。図３において、横軸は光学瞳面内での位置座標、縦軸は光強度を示している。また、ｘ方向での光強度分布Ｗｘとｙ方向での光強度分布Ｗｙとを重ねて示している。ｘ方向での光強度分布ＷｘはＸの範囲で０．８以上の強度であり、ｙ方向での光強度分布ＷｙはＹの範囲で０．８以上の強度である。本第１実施形態において、Ｘは１２ｍｍとし、Ｙは４ｍｍとした。
【００２３】
なお、人の目では、通常、２倍程度の強度差がある場合に明るさの変化が分かるため、０．８〜１．０の強度差は明るさむらとして許容できる範囲内である。
【００２４】
（第２実施形態、図４、図５参照）
図４及び図５に本発明の第２実施形態である映像表示装置の概略構成を示す。図４はｙ方向の平面上での光路を示し、図５はｘ方向の平面上での展開した光路を示す。
【００２５】
この映像表示装置は、表示手段１００と反射型のホログラム素子１０３とで構成されている。表示手段１００は、透過型のＬＣＤ１１１と、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記す）１１２と、光を一方向に集光するシリンダレンズ１１３と、光を一方向に拡散する一方向拡散板１１４とで構成されている。
【００２６】
ＬＥＤ１１２から放射された光は、一方向拡散板１１４を透過した後、シリンダレンズ１１３でｙ方向に集光され、ＬＣＤ１１１を画像データに基づいて駆動することにより変調され、映像を表示する。
【００２７】
ホログラム素子１０３は、体積位相型であって、透明基板１０２上に支持されている。表示手段１００からの映像光はホログラム素子１０３によって回折され、虚像として光学瞳１０９に導かれる。観察者は光学瞳１０９の光を自身の瞳に入射させて映像を観察することになる。
【００２８】
一方向拡散板１１４はＬＥＤ１１２から放射された光をｘ方向に拡散し、ｙ方向には殆ど拡散しない。シリンダレンズ１１３は、ＬＥＤ１１２から放射されて一方向拡散板１１４を透過した光をｙ方向に集光し、ｘ方向には殆ど影響を及ぼさない。従って、所定の角度で拡散するＬＥＤ１１２からの光は、ｘ方向とｙ方向とで光強度の分布が異なる。即ち、ｙ方向には集光するので明るく、ｘ方向には大きな光学瞳１０９となるので観察者は映像を観察しやすくなる。
【００２９】
ところで、ＬＥＤ１１２と光学瞳１０９とはｙ方向でほぼ共役な関係になるように配置されている。従って、ｙ方向において、光学瞳１０９はＬＥＤ１１２の発光面の大きさ０．３ｍｍが光学系の像倍率である８倍に拡大され、さらに、一方向拡散板１１４による０．５°の拡散と、ＬＣＤ１１１による１°の拡散によって少し大きくなる。光学瞳１０９の大きさはＹ＝３ｍｍとして設定している。
【００３０】
また、ＬＥＤ１１２はレンズ付きであり、９０°の小さな放射角に設定しているので、光学瞳１０９に利用されない無駄な光が少なく、効率よく明るい映像が観察できる。
【００３１】
さらに、ＬＥＤ１１２は発光ピーク波長が５５０ｎｍのものを用いており、ホログラム素子１０３は回折効率ピーク及び半値で５５０ｎｍ±１０ｎｍの波長の光を回折するように作製されている。ホログラム素子は特定入射角の特定波長の光のみを回折するので、外界光Ａには殆ど影響せず、外界光Ａを透過させる。そのため、観察者は通常どおりの外界を見ることができる。
【００３２】
次に、一方向拡散板１１４の機能について図５を参照して説明する。一方向拡散板１１４はＬＥＤ１１２の０．３ｍｍの発光面から放射された光をｘ方向に４０°拡散する。シリンダレンズ１１３はｘ方向には殆ど影響を及ぼさない。また、拡散板１１４はＬＥＤ１１２側の面を光学的に平坦な面とし、シリンダレンズ１１３側の面を凹凸による拡散面としている。
【００３３】
つまり、ＬＥＤ１１２からの発散光が平坦面で屈折されて僅かに集光された状態で拡散されるので、集光状態が少し保存される。従って、拡散板１１４は凸レンズの機能を若干有し、光学瞳１０９に必要な方向の光として若干屈折する。本第２実施形態では、光学瞳１０９のｙ方向の大きさＹは３ｍｍとしている。光学瞳１０９のｘ方向の大きさＸは１０ｍｍとしている。
【００３４】
人の瞳の大きさはほぼ３ｍｍであり、本第２実施形態では、光学瞳１０９のｘ方向の大きさを１０ｍｍとすることで映像が観察しやすくなり、かつ、ｙ方向の大きさを人の瞳とほぼ同じ３ｍｍに集光するようにしたので、無駄なく明るい映像を観察可能である。
【００３５】
また、ホログラム素子１０３上において光軸Ｐの入射面に平行な方向（ｙ方向）の光学瞳１０９を小さくし、光軸Ｐの入射面に垂直な方向（ｘ方向）の光学瞳１０９を大きくしている。換言すれば、ホログラム素子１０３の光軸Ｐの入射面において、光軸Ｐの入射面に平行な方向の開口数ＮＡｙ（図４参照）を小さくし、光軸Ｐの入射面に垂直な方向の開口数ＮＡｘ（図５参照）を大きくしたため、色分散の影響を受けにくく、回折により発生する色収差が小さくなり、色むらが少なく解像度の高い高画質の映像を観察できる。
【００３６】
ところで、本明細書において、光軸Ｐとは、映像中心と光学瞳中心とを光学的に結ぶ線であると定義する。
【００３７】
ここで、ホログラム素子における入射角と波長及び色分散との関係について説明する。ホログラム素子の縞に入射角θで入射する光Ｒａと、光Ｒａに対し角度ずれΔθをもつ光Ｒｂとを考える。ただし、θは０ではない。光Ｒｂが光Ｒａの入射面に平行な面内で入射する場合、光Ｒｂの入射角はθ±Δθとなり（符号は、光Ｒｂの角度ずれの方向によって異なる）、角度ずれがそのまま光Ｒａと光Ｒｂとの入射角の差異となる。一方、光Ｒｂが光Ｒａの入射面に垂直な面内で入射する場合、光Ｒａの入射面に平行な面内で入射する場合よりも入射角θとのずれは小さい。
【００３８】
ホログラム素子は、入射角度によって回折波長が変化する、角度選択性を持つ素子であり、色分散も有する。したがって、光Ｒａに対する回折縞を持つホログラム素子では、光Ｒａの入射面に平行な方向に入射角度がずれるよりも、光Ｒａの入射面に垂直な方向にずれる方が角度選択性が低く、かつ、色分散の影響も小さい。
【００３９】
図４に示したホログラム素子１０３において、光軸Ｐの入射面に平行な方向（ｙ方向）は角度選択性が高く、光軸Ｐの入射面に垂直な方向（ｘ方向）には角度選択性が低い。従って、光軸Ｐの入射面に平行な方向に開口数を小さくすることで、ホログラム素子１０３に入射する光の角度の差異を小さくすることができ、ホログラム素子１０３の波長変化及び色分散によって生じる色むらを小さくすることができる。また、光軸Ｐの入射面に垂直な方向に開口数を大きくしても、ホログラム素子１０３へ入射する光に入射角の差異は小さいので、ホログラム素子の色分散の影響が少なく色むらは悪化しない。なお、光軸Ｐの入射面上にない光、例えば、ＬＣＤ１１１の四隅から出力される光に対しては、入射面が光軸Ｐの入射面と異なるが、前述のように光軸Ｐの入射面に垂直な方向の光に対しては波長変化及び色分散の影響は少ないため、色むらの発生はほとんどない。
【００４０】
（第３実施形態、図６〜図８参照）
図６及び図７に本発明の第３実施形態である映像表示装置の概略構成を示す。図６はｙ方向の平面上での光路を示し、図７はｘ方向の平面上での展開した光路を示す。
【００４１】
この映像表示装置は、表示手段２００とプリズム２０２，２０３と反射型のホログラム素子２０４とで構成されている。表示手段２００は、透過型のＬＣＤ２１１と、ＬＥＤ２１２と、集光レンズ２１３と、光を一方向に拡散する一方向拡散板２１４とで構成されている。
【００４２】
ＬＥＤ２１２から放射された光は、一方向拡散板２１４を透過した後、集光レンズ２１３でｘ方向及びｙ方向に集光され、ＬＣＤ２１１を照明する。ＬＣＤ２１１は画像データに基づいて駆動されることにより照明光を変調し、映像を表示する。
【００４３】
ホログラム素子２０４は、体積位相型であって、プリズム２０２，２０３の界面に支持されている。表示手段２００からの映像光はプリズム２０２に入射してその内部で３回全反射した後、ホログラム素子２０４によって回折され、虚像として光学瞳２０９に導かれる。観察者は光学瞳２０９の光を自身の瞳に入射させて映像を観察することになる。また、プリズム２０３は、プリズム２０２のくさび形状での屈折をキャンセルしている。プリズム２０２，２０３、ホログラム素子２０４は外界光Ａを歪みなく透過させ、観察者は外界光ＡとＬＣＤ２１１に表示された映像を同時に観察できる。
【００４４】
一方向拡散板２１４はＬＥＤ２１２から放射された光をｘ方向に拡散し、ｙ方向には殆ど拡散しない。集光レンズ２１３は、ＬＥＤ２１２から放射されて一方向拡散板２１４を透過した光をｘ方向及びｙ方向に集光する。従って、所定の角度で拡散するＬＥＤ２１２からの光は、ｘ方向とｙ方向とで光強度の分布が異なる。即ち、ｙ方向には集光するので明るく、ｘ方向には大きな光学瞳２０９となるので観察者は映像を観察しやすくなる。
【００４５】
ところで、ＬＥＤ２１２と光学瞳２０９とはｙ方向でほぼ共役な関係になるように配置されている。従って、ｙ方向において、光学瞳２０９はＬＥＤ２１２の発光面の大きさ０．３ｍｍが光学系の像倍率である３倍に拡大され、さらに、一方向拡散板２１４による０．５°の拡散と、ＬＣＤ２１１による１°の拡散によって少し大きくなる。光学瞳２０９の大きさはＹ＝２ｍｍとして設定している。
【００４６】
また、図７に示すように、ＬＥＤ２１２には、発光ピーク波長を図１３に示す６３５ｎｍ、５２０ｎｍ、４６５ｎｍのＬＥＤ２１２Ｒ，ＬＥＤ２１２Ｇ，ＬＥＤ２１２ＢのＲＧＢ一体型のものを用いている。ホログラム素子２０４は、図１４に示すように回折効率ピーク及び半値で６３５±１０ｎｍ、５２０±１０ｎｍ、４６５ｎｍ±１０ｎｍの波長の光を回折するように作製されている。本実施例ではＬＥＤのピーク波長とホログラム素子のピーク波長を一致させて明るい映像としたが、暗くても良い。あるいはある程度の明るさを確保できる場合は必ずしも一致させる必要はない。
【００４７】
ホログラム素子は特定入射角の特定波長の光のみを回折するので、外界光Ａには殆ど影響せず、外界光Ａをプリズム２０２，２０３及びホログラム素子２０４を透過させる。そのため、観察者は通常どおりの外界を見ることができる。
【００４８】
本第３実施形態では、映像光をプリズム２０２内で反射させて観察者の瞳に導く構成としたので、プリズム２０２，２０３を通常の眼鏡レンズと同程度に薄く（例えば、３ｍｍ程度）することができ、小型軽量となる。
【００４９】
次に、一方向拡散板２１４の機能及びＬＥＤ２１２Ｒ，２１２Ｇ，２１２Ｂの配置について図７を参照して説明する。一方向拡散板２１４はｘ方向に配置されたＬＥＤ２１２Ｒ，２１２Ｇ，２１２Ｂの各発光面から放射された光をｘ方向に２０°拡散する。また、拡散板２１４はＬＥＤ２１２側の面を光学的に平坦な面とし、集光レンズ２１３側の面を凹凸による拡散面としている。
【００５０】
つまり、ＬＥＤ２１２からの発散光が平坦面で屈折されて僅かに集光された状態で拡散されるので、集光状態が少し保存される。従って、拡散板２１４は凸レンズの機能を若干有し、光学瞳２０９に必要な方向の光として若干屈折する。本第３実施形態では、光学瞳２０９のｙ方向の大きさＹは２ｍｍとしている。光学瞳２０９のｘ方向の大きさＸは６ｍｍとしている。
【００５１】
前述の如く、人の瞳の大きさはほぼ３ｍｍであり、本第３実施形態では、光学瞳２０９のｘ方向の大きさを６ｍｍとすることで映像が観察しやすくなり、かつ、ｙ方向の大きさを人の瞳より小さい２ｍｍに集光するようにしたので、無駄なく明るい映像を観察可能である。
【００５２】
また、各ＬＥＤ２１２Ｒ，２１２Ｇ，２１２Ｂの発光面をｘ方向に配置しているため、集光して小さな光学瞳でありながらＲＧＢ各色のｙ方向での光学瞳位置を一致させることができ、さらにｘ方向は拡散が大きいので光学瞳２０９上での各色の強度差が小さくなり、光学瞳の色むらを少なくすることができる。
【００５３】
さらに、ホログラム素子２０４上において光軸Ｐの入射面に平行な方向（ｙ方向）の光学瞳２０９を小さくし、光軸Ｐの入射面に垂直な方向（ｘ方向）の光学瞳２０９を大きくしている。換言すれば、ホログラム素子２０４の光軸Ｐの入射面において、光軸Ｐの入射面に平行な方向の開口数ＮＡｙ（図６参照）を小さくし、光軸Ｐの入射面に垂直な方向の開口数ＮＡｘ（図７参照）を大きくしたため、色分散の影響を受けにくく、回折により発生する色収差が小さくなり、色むらが少なく解像度の高い高画質の映像を観察できる。その理由は、前記第２実施形態で図５を参照して説明したとおりである。
【００５４】
ここで、本第３実施形態における映像中心光束の光学瞳２０９中心におけるｘ方向とｙ方向との光強度分布断面を図８に示す。図８において、横軸は光学瞳面内での位置座標、縦軸は光強度を示している。また、ｘ方向での光強度分布Ｗｘとｙ方向での光強度分布Ｒｙ，Ｇｙ，Ｂｙとを重ねて示している。ｘ方向は色分散の影響が小さいので各色の光強度分布Ｗｘは殆ど一様で、Ｘの範囲で０．８以上の強度である。ｙ方向は色分散の影響が大きいので各色で僅かにずれているが、光学瞳２０９の大きさを人の瞳より小さい２ｍｍとしたので、瞳内に強度の高い光が入射し、色むらを感じにくい。ｘ方向の大きさＸ₂は６ｍｍ、ｙ方向の大きさＹ₂は２ｍｍである。
【００５５】
（第４実施形態、図９、図１０参照）
図９に本発明の第４実施形態である映像表示装置の概略構成を示す。図９はｘ方向の平面上での展開した光路を示し、ｙ方向の平面上での光路は第３実施形態である図６と同様である。
【００５６】
即ち、本第４実施形態は、光源として２個のＬＥＤ２１２−１，２１２−２を設けたものであり、他の構成は前記第３実施形態と同じである。従って、図９において図６と共通する部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００５７】
各ＬＥＤ２１２−１，２１２−２は、発光ピーク波長が６３５ｎｍのＬＥＤ２１２Ｒ１，２１２Ｒ２を光軸Ｐの中心側に配置し、発光ピーク波長５２０ｎｍのＬＥＤ２１２Ｇ１，２１２Ｇ２及び発光ピーク波長４６５ｎｍの２１２Ｂ１，２１２Ｂ２を光軸Ｐの中心から離れる側に配置している。複数のＬＥＤをｘ方向に配置しているため、集光して小さな光学瞳でありながら同一波長およびＲＧＢ各色のｙ方向の光学瞳位置を一致させることができ明るく、ｙ方向の光学瞳の色むらを少なくすることができる。
【００５８】
一方、ホログラム素子２０４は、４６５ｎｍ±１０ｎｍ、５２０ｎｍ±１０ｎｍ、６３５ｎｍ±１０ｎｍの波長の映像光を回折するように作製している。各色でホログラムの半値幅はほぼ同じなので、波長の長い光ほど角度選択性が大きい。従って、ＬＥＤの各色の波長幅が同じ場合には、ホログラム素子２０４により回折されてできる光学瞳２０９の大きさが、波長が長いほど小さい。
【００５９】
ところで、ＬＥＤ２１２−１，２１２−２と光学瞳２０９とはｙ方向でほぼ共役な関係になるように配置されている。ＬＥＤ２１２−１，２１２−２は垂直方向の強度が強く、周囲ほど強度が弱い。従って、ｘ方向では一方向拡散板２１４により拡散されるのでＬＥＤ２１２−１，２１２−２と光学瞳２０９は共役な関係にはないが、光学瞳２０９の最も強度の強い位置はＬＥＤ２１２−１，２１２−２の共役な位置にほぼ同じである。
【００６０】
つまり、光学瞳が小さい波長の瞳中心を光学瞳２０９の中心側に、光学瞳が大きい波長の瞳中心を光学瞳２０９の外側に配置しているので、光学瞳２０９内での各色の強度差を小さくすることができ、色むらの小さい映像を観察できる。この点は図１０を参照して以下に説明する。
【００６１】
また、ＬＥＤ２１２−１，２１２−２はＲＧＢの発光面を拡散が大きいｘ方向に並べているので、光学瞳２０９上での各色の強度差が小さくなり、さらに、色むらを小さくできる。
【００６２】
本第４実施形態における映像中心光束の光学瞳２０９中心におけるｘ方向の光強度分布断面を図１０に示す。図１０において、横軸は光学瞳面内での位置座標、縦軸は光強度を示している。また、光強度分布Ｂ１，Ｂ２はＬＥＤ２１２Ｂ１，２１２Ｂ２に対応し、光強度分布Ｒ１，Ｒ２はＬＥＤ２１２Ｒ１，２１２Ｒ２に対応し、光強度分布Ｇ１，Ｇ２はＬＥＤ２１２Ｇ１，２１２Ｇ２に対応している。
【００６３】
光学瞳２０９は波長が長いほど小さいので光学瞳面での位置により強度差が大きい。一方、波長が短いほど強度差が位置により小さい。また、波長の長い光を放射するＬＥＤほど光軸中心側に配置しているので強度が高い位置が光学瞳２０９の中心に近く、短い波長ほど周囲に強度の高い位置がある。従って、各色の強度差が小さくなっている。
【００６４】
（頭部装着型映像表示装置の第１例、図１１参照）
図１１に頭部装着型のシースルー映像表示装置３を示す。この映像表示装置３は、前記第３実施形態を適用したもので、それゆえ、図１１では図６と同じ部材に同じ符号が付されている。
【００６５】
映像表示装置３は、概略、表示手段２００、プリズム２０２，２０３，２０５、テンプル５Ｒ，５Ｌ、ブリッジ６、鼻当て７Ｒ，７Ｌにて構成されており、眼鏡と同様にして人の頭部に装着可能である。
【００６６】
プリズム２０２，２０３，２０５は、眼前に配置されて外光が透過することにより外界を透視することができると共に、一方のプリズム２０２，２０３には前記表示手段２００によって虚像として表示された映像を外界像と重ねて観察することができる。表示手段２００は映像信号出力部及び電源とケーブル２０６によって接続されている。
【００６７】
（頭部装着型映像表示装置の第２例、図１２参照）
図１２に頭部装着型のシースルー映像表示装置４を示す。この映像表示装置４は、前記映像表示装置３と基本的に同じ構造を備え、異なるのは、プリズム２０２，２０３が矯正眼鏡レンズを兼用している点と、表示手段２００を両眼に備えている点である。図１２において、図１１と同じ部材は同じ符号を付し、かつ、左右の部材にはそれぞれＬ，Ｒを付して区別している。
【００６８】
（他の実施形態）
なお、本発明に係る映像表示装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である映像表示装置であって、（Ａ）はｙ方向の平面上での光路を示し、（Ｂ）はｘ方向の平面上での光路を示している。
【図２】前記第１実施形態の要部を示す平面図である。
【図３】前記第１実施形態での光学瞳における光強度分布断面を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態である映像表示装置であって、ｙ方向の平面上での光路を示している。
【図５】前記第２実施形態である映像表示装置であって、ｘ方向の平面上での光路を示している。
【図６】本発明の第３実施形態である映像表示装置であって、ｙ方向の平面上での光路を示している。
【図７】前記第３実施形態である映像表示装置であって、ｘ方向の平面上での光路を示している。
【図８】前記第３実施形態での光学瞳における光強度分布断面を示すグラフである。
【図９】本発明の第４実施形態である映像表示装置であって、ｘ方向の平面上での光路を示している。
【図１０】前記第４実施形態での光学瞳における光強度分布断面を示すグラフである。
【図１１】前記第３実施形態を適用した頭部装着型のシースルー映像表示装置の第１例を示す斜視図である。
【図１２】前記第３実施形態を適用した頭部装着型のシースルー映像表示装置の第２例を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第４実施形態での、ＬＥＤの分光強度分布を示すグラフである。
【図１４】ホログラム素子の、波長と回折効率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１，１００，２００…表示手段
２…接眼レンズ
１１，１１１，２１１…ＬＣＤ
９、１０９，２０９…光学瞳
１２，１１２，２１２…ＬＥＤ
２０４…ホログラム素子
３，４…シースルー映像表示装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a video display device, and more particularly to a video display device such as a TV receiver or a head-mounted display (hereinafter referred to as HND) that is disposed and used in front of an observer's eyes.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
JP-A-9-65245 [Patent Document 2]
JP 2002-296536 A
Patent Document 1 discloses a video display device in which light from a light source is restricted by a louver so that flare light and ghost light are blocked to prevent image quality deterioration. Patent Document 2 discloses an image display device that allows a clear image to be observed by limiting the optical pupil to 3 mm or less.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the video display device described in the above-mentioned document 1 has a problem that since the aperture is simply limited, the light from the light source is blocked by the louver and lost, resulting in poor efficiency.
[0005]
On the other hand, the video display device described in Document 2 has a problem that since the optical pupil is made small, it is difficult for the observer to search for the optical pupil, and the observation cannot be performed with a slight deviation from the observer's pupil. It was. Further, when this device is used as a head-mounted image display device, an adjustment means that can move the optical pupil greatly is required, so that the size of the device remains large.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an image display device that can display bright images efficiently using light and is easy to observe.
[0008]
Configuration, operation and effect of the invention
In order to achieve the above object, an image display apparatus according to the present invention includes a display unit that displays an image, a light source that illuminates the display unit, and light emitted from the light source is condensed in one direction. An optical means for entering the display means, and an eyepiece optical system for guiding the image displayed by the display means as a virtual image to the observer's pupil,
The optical pupil of the eyepiece optical system has different sizes depending on the directions orthogonal to each other in the plane of the optical pupil, is short in the light collecting direction of the optical means, and is long in the direction perpendicular to the light collecting direction,
The light emitted from the light source is collected in one direction by the optical means, so that the light intensity in the collecting direction monotonously decreases from the center to the periphery of the optical pupil, and the optical pupil Having a light intensity distribution such that the light intensity in the condensing direction is weaker than the light intensity in the direction orthogonal to the condensing direction at a position away from the center by a predetermined distance;
It is characterized by.
[0009]
In the video display device according to the present invention, the optical pupil has different light intensity distributions depending on the directions orthogonal to each other in the plane, so that the optical pupil is easily observed as a large optical pupil in one direction, and light is used efficiently. Bright images can be displayed.
[0011]
A video display apparatus according to the present invention, the optical pupil is able to display a bright image by the following 3mm the condensing direction, easily observed by more than 3mm in the direction orthogonal to the light collecting direction.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a video display device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0017]
(Refer 1st Embodiment and FIGS. 1-3)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a video display apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A shows an optical path on a plane in the y direction, and FIG. 1B shows an optical path on a plane in the x direction.
[0018]
This video display device includes a display unit 1 and an eyepiece 2. The display means 1 includes a transmissive liquid crystal display device (hereinafter referred to as LCD) 11, a backlight 12 that is a surface light source that emits diffused light, and an optical element 13 that collects light in one direction. ing.
[0019]
The light emitted from the backlight 12 is condensed in the y direction by the optical element 13 and is modulated by driving the LCD 11 based on the image data to display an image. The eyepiece 2 guides the image light of the display means 1 to the optical pupil 9 as a virtual image. The observer observes the image by making the light of the optical pupil 9 incident on his / her own pupil.
[0020]
The optical element 13 that condenses the light in one direction can use, for example, a 3M BEF. Here, the light emitted from the backlight 12 is condensed in the y direction, and in the x direction, It is arranged so as to have little influence. That is, as shown in FIG. 2, the light emitted from one point of the backlight 12 is condensed in the y direction by the optical element 13 to irradiate the LCD 11.
[0021]
Therefore, the light from the backlight 12 diffusing at a predetermined angle has different light intensity distributions in the x direction and the y direction. That is, since the light is condensed in the y direction, it becomes bright and the large optical pupil 9 is formed in the x direction, so that the observer can easily observe the image.
[0022]
Here, a cross section of the light intensity distribution in the x direction and the y direction at the center of the optical pupil 9 of the image center light beam is shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis represents position coordinates in the optical pupil plane, and the vertical axis represents light intensity. Further, the light intensity distribution Wx in the x direction and the light intensity distribution Wy in the y direction are shown superimposed. The light intensity distribution Wx in the x direction has an intensity of 0.8 or more in the X range, and the light intensity distribution Wy in the y direction has an intensity of 0.8 or more in the Y range. In the first embodiment, X is 12 mm and Y is 4 mm.
[0023]
It should be noted that the change in brightness is usually seen by the human eye when there is an intensity difference of about twice, so an intensity difference of 0.8 to 1.0 is within an acceptable range for uneven brightness.
[0024]
(Refer to the second embodiment, FIGS. 4 and 5)
4 and 5 show a schematic configuration of a video display apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4 shows the optical path on the plane in the y direction, and FIG. 5 shows the developed optical path on the plane in the x direction.
[0025]
This video display apparatus includes a display unit 100 and a reflective hologram element 103. The display means 100 includes a transmissive LCD 111, a light emitting diode (hereinafter referred to as LED) 112, a cylinder lens 113 that collects light in one direction, and a unidirectional diffuser plate 114 that diffuses light in one direction. It is configured.
[0026]
The light emitted from the LED 112 passes through the unidirectional diffuser plate 114, and then is collected in the y direction by the cylinder lens 113, and is modulated by driving the LCD 111 based on the image data, thereby displaying an image.
[0027]
The hologram element 103 is a volume phase type and is supported on the transparent substrate 102. Image light from the display means 100 is diffracted by the hologram element 103 and guided to the optical pupil 109 as a virtual image. The observer observes the image by making the light of the optical pupil 109 incident on his / her own pupil.
[0028]
The unidirectional diffusion plate 114 diffuses light emitted from the LED 112 in the x direction and hardly diffuses in the y direction. The cylinder lens 113 collects the light emitted from the LED 112 and transmitted through the one-way diffuser plate 114 in the y direction, and hardly affects the x direction. Therefore, the light from the LED 112 diffusing at a predetermined angle has different light intensity distributions in the x direction and the y direction. That is, since the light is condensed in the y direction, it becomes bright and the large optical pupil 109 is formed in the x direction, so that the observer can easily observe the image.
[0029]
By the way, the LED 112 and the optical pupil 109 are arranged so as to have a substantially conjugate relationship in the y direction. Accordingly, in the y direction, the optical pupil 109 is enlarged to 8 times, which is the image magnification of the optical system, where the size of the light emitting surface of the LED 112 is 0.3 mm. It becomes a little larger by 1 ° diffusion by the LCD 111. The size of the optical pupil 109 is set as Y = 3 mm.
[0030]
Further, since the LED 112 has a lens and is set to a small radiation angle of 90 °, there is little wasted light that is not used for the optical pupil 109, and a bright image can be observed efficiently.
[0031]
Further, the LED 112 having a light emission peak wavelength of 550 nm is used, and the hologram element 103 is fabricated so as to diffract light having a diffraction efficiency peak and a half value of 550 nm ± 10 nm. Since the hologram element diffracts only light of a specific wavelength at a specific incident angle, it hardly affects the external light A and transmits the external light A. Therefore, the observer can see the outside world as usual.
[0032]
Next, the function of the unidirectional diffusion plate 114 will be described with reference to FIG. The unidirectional diffusion plate 114 diffuses the light emitted from the light emitting surface of 0.3 mm of the LED 112 by 40 ° in the x direction. The cylinder lens 113 hardly affects the x direction. The diffusion plate 114 has an LED 112 side surface as an optically flat surface and a cylinder lens 113 side surface as an uneven diffusion surface.
[0033]
That is, since the diverging light from the LED 112 is refracted on the flat surface and diffused in a slightly condensed state, the condensed state is slightly preserved. Accordingly, the diffusion plate 114 has a function of a convex lens, and is slightly refracted as light in a direction necessary for the optical pupil 109. In the second embodiment, the size Y in the y direction of the optical pupil 109 is 3 mm. The size X of the optical pupil 109 in the x direction is 10 mm.
[0034]
The size of the human pupil is approximately 3 mm. In the second embodiment, the size of the optical pupil 109 in the x direction is set to 10 mm so that an image can be easily observed, and the size in the y direction is set to a human size. Since the light is focused on 3 mm which is almost the same as the pupil of, a bright image can be observed without waste.
[0035]
On the hologram element 103, the optical pupil 109 in the direction parallel to the incident surface of the optical axis P (y direction) is reduced, and the optical pupil 109 in the direction perpendicular to the incident surface of the optical axis P (x direction) is increased. ing. In other words, on the entrance surface of the optical axis P of the hologram element 103, the numerical aperture NAy (see FIG. 4) in the direction parallel to the entrance surface of the optical axis P is reduced, and the direction perpendicular to the entrance surface of the optical axis P is reduced. Since the numerical aperture NAx (see FIG. 5) is increased, it is less affected by chromatic dispersion, chromatic aberration caused by diffraction is reduced, and high-quality images with high color resolution with little color unevenness can be observed.
[0036]
By the way, in this specification, the optical axis P is defined as a line that optically connects the image center and the optical pupil center.
[0037]
Here, the relationship between the incident angle, wavelength, and chromatic dispersion in the hologram element will be described. Consider light Ra incident on the hologram element stripe at an incident angle θ, and light Rb having an angle deviation Δθ with respect to the light Ra. However, θ is not 0. When the light Rb is incident in a plane parallel to the incident surface of the light Ra, the incident angle of the light Rb is θ ± Δθ (the sign varies depending on the direction of the angular deviation of the light Rb), and the angular deviation is the same as the light Ra. This is a difference in incident angle with the light Rb. On the other hand, when the light Rb is incident within a plane perpendicular to the incident surface of the light Ra, the deviation from the incident angle θ is smaller than when the light Rb is incident within a plane parallel to the incident surface of the light Ra.
[0038]
A hologram element is an element having angle selectivity in which a diffraction wavelength changes depending on an incident angle, and also has chromatic dispersion. Therefore, in a hologram element having diffraction fringes for the light Ra, the angle selectivity is lower when the incident angle is shifted in a direction perpendicular to the incident surface of the light Ra than when the incident angle is shifted in a direction parallel to the incident surface of the light Ra, and Also, the influence of chromatic dispersion is small.
[0039]
In the hologram element 103 shown in FIG. 4, the angle selectivity is high in the direction parallel to the incident surface of the optical axis P (y direction), and the angle selectivity in the direction perpendicular to the incident surface of the optical axis P (x direction). Is low. Therefore, by reducing the numerical aperture in the direction parallel to the incident surface of the optical axis P, the difference in the angle of light incident on the hologram element 103 can be reduced, which is caused by the wavelength change and chromatic dispersion of the hologram element 103. Color unevenness can be reduced. Further, even if the numerical aperture is increased in the direction perpendicular to the incident surface of the optical axis P, the difference in the incident angle is small for the light incident on the hologram element 103, so that the influence of color dispersion of the hologram element is small and the color unevenness is aggravated. do not do. For light that is not on the incident surface of the optical axis P, for example, light that is output from the four corners of the LCD 111, the incident surface is different from the incident surface of the optical axis P. For light in a direction perpendicular to the surface, there is little influence of wavelength change and chromatic dispersion, so that color unevenness hardly occurs.
[0040]
(Refer 3rd Embodiment and FIGS. 6-8)
6 and 7 show a schematic configuration of a video display apparatus according to the third embodiment of the present invention. FIG. 6 shows the optical path on the plane in the y direction, and FIG. 7 shows the developed optical path on the plane in the x direction.
[0041]
This video display device is composed of a display means 200, prisms 202 and 203, and a reflective hologram element 204. The display unit 200 includes a transmissive LCD 211, an LED 212, a condenser lens 213, and a unidirectional diffuser 214 that diffuses light in one direction.
[0042]
The light emitted from the LED 212 passes through the unidirectional diffusion plate 214 and is then collected by the condenser lens 213 in the x and y directions to illuminate the LCD 211. The LCD 211 is driven based on the image data to modulate the illumination light and display an image.
[0043]
The hologram element 204 is a volume phase type, and is supported on the interface between the prisms 202 and 203. The image light from the display means 200 enters the prism 202 and is totally reflected three times therein, and then is diffracted by the hologram element 204 and guided to the optical pupil 209 as a virtual image. The observer observes the image by making the light of the optical pupil 209 incident on his / her pupil. Further, the prism 203 cancels the refraction of the prism 202 in the wedge shape. The prisms 202 and 203 and the hologram element 204 transmit the external light A without distortion, and the observer can observe the external light A and the image displayed on the LCD 211 at the same time.
[0044]
The unidirectional diffuser 214 diffuses light emitted from the LED 212 in the x direction and hardly diffuses in the y direction. The condensing lens 213 condenses the light emitted from the LED 212 and transmitted through the unidirectional diffusion plate 214 in the x direction and the y direction. Therefore, the light from the LED 212 diffusing at a predetermined angle has different light intensity distributions in the x direction and the y direction. In other words, since the light is condensed in the y direction, the light is bright and the large optical pupil 209 is formed in the x direction, so that the observer can easily observe the image.
[0045]
By the way, the LED 212 and the optical pupil 209 are arranged so as to have a substantially conjugate relationship in the y direction. Accordingly, in the y direction, the optical pupil 209 is enlarged to 3 times the size of the light emitting surface of the LED 212 of 0.3 mm which is the image magnification of the optical system, and further, the 0.5 degree diffusion by the unidirectional diffusion plate 214, A little larger by 1 ° diffusion by the LCD 211. The size of the optical pupil 209 is set as Y = 2 mm.
[0046]
Further, as shown in FIG. 7, the LED 212 is an RGB integrated type of LEDs 212R, LED212G, and LED212B whose emission peak wavelengths are 635 nm, 520 nm, and 465 nm shown in FIG. The hologram element 204 is fabricated so as to diffract light having a diffraction efficiency peak and a half value of 635 ± 10 nm, 520 ± 10 nm, and 465 nm ± 10 nm as shown in FIG. In this embodiment, the peak wavelength of the LED and the peak wavelength of the hologram element are matched to obtain a bright image, but it may be dark. Alternatively, when a certain level of brightness can be secured, it is not always necessary to match.
[0047]
Since the hologram element diffracts only light of a specific wavelength at a specific incident angle, the external light A is hardly affected, and the external light A is transmitted through the prisms 202 and 203 and the hologram element 204. Therefore, the observer can see the outside world as usual.
[0048]
In the third embodiment, since the image light is reflected in the prism 202 and guided to the observer's pupil, the prisms 202 and 203 are made as thin as a normal spectacle lens (for example, about 3 mm). It becomes small and lightweight.
[0049]
Next, the function of the unidirectional diffusion plate 214 and the arrangement of the LEDs 212R, 212G, and 212B will be described with reference to FIG. The unidirectional diffusion plate 214 diffuses light emitted from the light emitting surfaces of the LEDs 212R, 212G, and 212B arranged in the x direction by 20 ° in the x direction. Further, the diffusion plate 214 has a surface on the LED 212 side as an optically flat surface, and a surface on the condenser lens 213 side as a diffusing surface due to unevenness.
[0050]
That is, since the diverging light from the LED 212 is refracted on the flat surface and diffused in a slightly condensed state, the condensed state is slightly preserved. Accordingly, the diffusion plate 214 has a function of a convex lens, and is slightly refracted as light in a direction necessary for the optical pupil 209. In the third embodiment, the size Y in the y direction of the optical pupil 209 is 2 mm. The size X of the optical pupil 209 in the x direction is 6 mm.
[0051]
As described above, the size of the human pupil is approximately 3 mm. In the third embodiment, the size of the optical pupil 209 in the x direction is set to 6 mm, so that the image can be easily observed, and the y direction can be observed. Since the light is condensed to 2 mm smaller than the human pupil, a bright image can be observed without waste.
[0052]
Further, since the light emitting surfaces of the respective LEDs 212R, 212G, and 212B are arranged in the x direction, the optical pupil positions in the y direction of the respective RGB colors can be made to coincide with each other even though the light is condensed and a small optical pupil. Since the direction is highly diffused, the intensity difference between the colors on the optical pupil 209 is reduced, and the color unevenness of the optical pupil can be reduced.
[0053]
Further, on the hologram element 204, the optical pupil 209 in the direction parallel to the incident surface of the optical axis P (y direction) is reduced, and the optical pupil 209 in the direction perpendicular to the incident surface of the optical axis P (x direction) is increased. ing. In other words, the numerical aperture NAy (see FIG. 6) in the direction parallel to the incident surface of the optical axis P is reduced on the incident surface of the optical element P of the hologram element 204, and the direction perpendicular to the incident surface of the optical axis P is decreased. Since the numerical aperture NAx (see FIG. 7) is increased, it is less affected by chromatic dispersion, chromatic aberration caused by diffraction is reduced, and high-quality images with high color resolution with little color unevenness can be observed. The reason is as described with reference to FIG. 5 in the second embodiment.
[0054]
Here, FIG. 8 shows a cross section of the light intensity distribution in the x direction and the y direction at the center of the optical pupil 209 of the image center light beam in the third embodiment. In FIG. 8, the horizontal axis represents position coordinates in the optical pupil plane, and the vertical axis represents light intensity. Further, the light intensity distribution Wx in the x direction and the light intensity distributions Ry, Gy, By in the y direction are shown in an overlapping manner. Since the influence of chromatic dispersion is small in the x direction, the light intensity distribution Wx of each color is almost uniform, and the intensity is 0.8 or more in the X range. In the y direction, the influence of chromatic dispersion is large, so each color is slightly shifted. However, since the size of the optical pupil 209 is set to 2 mm, which is smaller than the human pupil, high intensity light is incident on the pupil and color unevenness is caused. Hard to feel. The size X ₂ in the x direction is 6 mm, and the size Y ₂ in the y direction is 2 mm.
[0055]
(Refer to the fourth embodiment, FIG. 9 and FIG. 10)
FIG. 9 shows a schematic configuration of a video display apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 9 shows the developed optical path on the plane in the x direction, and the optical path on the plane in the y direction is the same as that in FIG. 6 of the third embodiment.
[0056]
That is, in the fourth embodiment, two LEDs 212-1 and 212-2 are provided as light sources, and other configurations are the same as those in the third embodiment. Therefore, in FIG. 9, parts that are the same as those in FIG. 6 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
[0057]
Each of the LEDs 212-1 and 212-2 has an LED 212R1 and 212R2 having an emission peak wavelength of 635 nm arranged on the center side of the optical axis P, and an LED 212G1 and 212G2 having an emission peak wavelength of 520 nm and 212B1 and 212B2 having an emission peak wavelength of 465 nm are optical axes. It is arranged on the side away from the center of P. Since a plurality of LEDs are arranged in the x direction, the optical pupil position in the y direction of the same wavelength and each color of RGB can be made to coincide with each other even though it is a small optical pupil. Unevenness can be reduced.
[0058]
On the other hand, the hologram element 204 is fabricated so as to diffract image light having wavelengths of 465 nm ± 10 nm, 520 nm ± 10 nm, and 635 nm ± 10 nm. Since the half width of the hologram is almost the same for each color, the longer the wavelength, the greater the angle selectivity. Therefore, when the wavelength width of each color of the LED is the same, the size of the optical pupil 209 diffracted by the hologram element 204 is smaller as the wavelength is longer.
[0059]
By the way, the LEDs 212-1 and 212-2 and the optical pupil 209 are arranged so as to have a substantially conjugate relationship in the y direction. The LEDs 212-1 and 212-2 have a high strength in the vertical direction, and the strength is weaker toward the periphery. Accordingly, the LEDs 212-1 and 212-2 and the optical pupil 209 are not in a conjugate relationship because they are diffused by the unidirectional diffusion plate 214 in the x direction, but the position where the optical pupil 209 is the strongest is the LEDs 212-1 and 212. -2 is almost the same as the conjugate position.
[0060]
That is, since the pupil center of the optical pupil having a small wavelength is arranged on the center side of the optical pupil 209 and the pupil center of the wavelength having a large optical pupil is arranged outside the optical pupil 209, the intensity difference of each color in the optical pupil 209 Can be reduced, and images with small color unevenness can be observed. This point will be described below with reference to FIG.
[0061]
In addition, since the LEDs 212-1 and 212-2 have RGB light emitting surfaces arranged in the x direction where diffusion is large, the intensity difference between the colors on the optical pupil 209 is reduced, and color unevenness can be reduced.
[0062]
FIG. 10 shows a cross section of the light intensity distribution in the x direction at the center of the optical pupil 209 of the image center light beam in the fourth embodiment. In FIG. 10, the horizontal axis represents position coordinates in the optical pupil plane, and the vertical axis represents light intensity. The light intensity distributions B1 and B2 correspond to the LEDs 212B1 and 212B2, the light intensity distributions R1 and R2 correspond to the LEDs 212R1 and 212R2, and the light intensity distributions G1 and G2 correspond to the LEDs 212G1 and 212G2.
[0063]
Since the optical pupil 209 is smaller as the wavelength is longer, the intensity difference is larger depending on the position on the optical pupil plane. On the other hand, the shorter the wavelength, the smaller the difference in intensity. Further, since the LED that emits light having a longer wavelength is arranged closer to the center of the optical axis, the position where the intensity is higher is closer to the center of the optical pupil 209, and the shorter the wavelength, the higher the intensity is in the surrounding area. Therefore, the intensity difference between the colors is small.
[0064]
(Refer to the first example of a head-mounted image display device, FIG. 11)
FIG. 11 shows a head-mounted see-through video display device 3. The video display device 3 is the one to which the third embodiment is applied. Therefore, in FIG. 11, the same members as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals.
[0065]
The video display device 3 is roughly composed of display means 200, prisms 202, 203, 205, temples 5R, 5L, bridge 6, nose pads 7R, 7L, and is mounted on a human head in the same manner as glasses. Is possible.
[0066]
The prisms 202, 203, and 205 are arranged in front of the eyes so that the outside world can be seen through when the outside light passes through. The prisms 202 and 203 can display images displayed as virtual images by the display unit 200 on the outside world. It can be observed superimposed on the image. The display means 200 is connected to the video signal output unit and the power source by a cable 206.
[0067]
(Refer to the second example of the head-mounted image display device, FIG. 12)
FIG. 12 shows a head-mounted see-through video display device 4. This video display device 4 has basically the same structure as the video display device 3 except that the prisms 202 and 203 also serve as corrective eyeglass lenses and the display means 200 is provided in both eyes. It is a point. In FIG. 12, the same members as those in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals, and the left and right members are distinguished from each other by L and R, respectively.
[0068]
(Other embodiments)
The video display device according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified within the scope of the gist thereof.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show an image display device according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A shows an optical path on a plane in the y direction and FIG. 1B shows an optical path on a plane in the x direction. Yes.
FIG. 2 is a plan view showing a main part of the first embodiment.
FIG. 3 is a graph showing a light intensity distribution cross section in the optical pupil in the first embodiment.
FIG. 4 is an image display device according to a second embodiment of the present invention, and shows an optical path on a plane in the y direction.
FIG. 5 is an image display device according to the second embodiment, showing an optical path on a plane in the x direction.
FIG. 6 is an image display device according to a third embodiment of the present invention, and shows an optical path on a plane in the y direction.
FIG. 7 is an image display device according to the third embodiment, showing an optical path on a plane in the x direction.
FIG. 8 is a graph showing a light intensity distribution cross section in the optical pupil in the third embodiment.
FIG. 9 is an image display device according to a fourth embodiment of the present invention, and shows an optical path on a plane in the x direction.
FIG. 10 is a graph showing a light intensity distribution cross section in the optical pupil in the fourth embodiment.
FIG. 11 is a perspective view showing a first example of a head-mounted see-through video display device to which the third embodiment is applied.
FIG. 12 is a perspective view showing a second example of a head-mounted see-through video display device to which the third embodiment is applied.
FIG. 13 is a graph showing the spectral intensity distribution of LEDs in the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a graph showing the relationship between wavelength and diffraction efficiency of a hologram element.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100,200 ... Display means 2 ... Eyepiece 11, 111, 211 ... LCD
9, 109, 209 ... Optical pupil 12, 112, 212 ... LED
204 ... Hologram elements 3, 4 ... See-through video display device

Claims

Display means for displaying an image, a light source for illuminating the display means, optical means for condensing light emitted from the light source in one direction and entering the display means, and an image displayed by the display means An eyepiece optical system that guides the image to the observer's pupil as a virtual image,
The optical pupil of the eyepiece optical system has different sizes depending on the directions orthogonal to each other in the plane of the optical pupil, is short in the light collecting direction of the optical means, and is long in the direction perpendicular to the light collecting direction,
The light emitted from the light source is collected in one direction by the optical means, so that the light intensity in the collecting direction monotonously decreases from the center to the periphery of the optical pupil, and the optical pupil Having a light intensity distribution such that the light intensity in the condensing direction is weaker than the light intensity in the direction orthogonal to the condensing direction at a position away from the center by a predetermined distance;
A video display device characterized by the above.

2. The video display device according to claim 1, wherein an optical pupil of the eyepiece optical system is 3 mm or less in a condensing direction of the optical means and exceeds 3 mm in a direction orthogonal to the condensing direction.

The video display device according to claim 1, wherein the optical unit is a parallel prism array sheet.

The video display device according to claim 1, wherein the optical unit includes a cylinder lens.

The video display device according to claim 1, wherein the optical unit includes a condenser lens and a unidirectional diffuser.

The optical means includes a unidirectional diffuser;
The light source is composed of a plurality of LEDs having different emission peak wavelengths, and the arrangement direction of the plurality of LEDs substantially coincides with the diffusion direction of the unidirectional diffusion plate;
The video display device according to claim 1, wherein:

The video display device according to any one of claims 1 to 6, wherein the light source is integrally formed of a plurality of LEDs having different emission peak wavelengths.

The said light source is comprised from several LED from which light emission peak wavelength differs, The arrangement | positioning direction of this several LED is a direction orthogonal to the condensing direction of the said optical means, Any one of Claim 1 thru | or 6 characterized by the above-mentioned. A video display device according to claim 1.

The video display device according to claim 1, wherein the light source is disposed so as to have a conjugate relationship with the optical pupil in a light collecting direction of the optical unit.

10. The video display device according to claim 1, further comprising head mounting means.

The video display device according to claim 10, wherein the display means is provided in both eyes.