JPH06258594A - 頭部装着式視覚表示装置 - Google Patents

頭部装着式視覚表示装置

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JPH06258594A
JPH06258594A JP4142193A JP4142193A JPH06258594A JP H06258594 A JPH06258594 A JP H06258594A JP 4142193 A JP4142193 A JP 4142193A JP 4142193 A JP4142193 A JP 4142193A JP H06258594 A JPH06258594 A JP H06258594A
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JP
Japan
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head
observer
dimensional image
display element
image display
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Pending
Application number
JP4142193A
Other languages
English (en)
Inventor
Kokichi Kenno
研野孝吉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
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Priority to US08/202,465 priority patent/US5539578A/en
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Priority to US08/633,499 priority patent/US5708529A/en
Priority to US09/481,716 priority patent/USRE37667E1/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 表示素子の基板が観察者の頭部に突き当たる
ことなく、かつ、装置を大型化することなしに、観察画
角を広くできる頭部装置式視覚表示装置。 【構成】 2次元画像表示素子6と光路分割手段4と凹
面接眼鏡5とで構成され、2次元画像表示素子6を記凹
面接眼鏡5の物点とし、この物点を光路中で結像するこ
となく、空中に拡大投影して観察者1に表示する頭部装
着式視覚表示装置において、観察者1が正面を観察する
視軸3に直交する基準軸8に対して、2次元画像表示素
子6の観察中心7を観察者1頭部から離れる方向にずら
して配置できるように、光路分割手段4又は凹面接眼鏡
5の一方又は双方を偏芯させて配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、頭部装着式視覚表示装
置に関し、特に、使用者の頭部もしくは顔面に保持する
ことが可能なポータブル型の頭部装着式視覚表示装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】バーチャルリアリティー用あるいは個人
的に大画面の画像を楽しむことを目的として、ヘルメッ
ト型、ゴーグル型の頭部もしくは顔面に保持する頭部装
着式視覚表示装置が開発されている。
【0003】この中、観察者の頭に装着して、空中に虚
像を投影する視覚表示装置において、例えば特開平3−
191389号に示されているように、ハーフミラー又
はビームスプリッター等の光路分岐手段と凹面接眼鏡と
を組み合わせて液晶表示素子等の2次元画像表示素子の
虚像を形成するタイプのものがある。これを図5の断面
図を参照にして説明すると、観察者1の眼球位置2の前
方に視軸3を斜めに横切るようにビームスプリッター面
4を配置し、その下方に視軸3とほぼ平行に凹面接眼鏡
5を配置し、ビームスプリッター面4を挟んで凹面接眼
鏡5に対向して2次元画像表示素子6を配置して構成し
たものであり、視軸3に直交する基準軸8は2次元画像
表示素子6の表示中心7と凹面接眼鏡5の中心を通るよ
うに配置されている。このような構成において、2次元
画像表示素子6からの光はビームスプリッター面4を通
過し、凹面接眼鏡5で反射され、今度はビームスプリッ
ター面4で反射され、眼球位置2に達し、凹面接眼鏡5
により2次元画像表示素子6の表示像の虚像が空中に結
像されるので、観測者がその表示像を観察できる。ま
た、外界像は、ビームスプリッター面4を透過して直接
観察できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような構成の頭部
装着式視覚表示装置における問題点として、液晶表示素
子等の2次元画像表示素子6の基板がその表示部分より
大きくなってしまい、観察者1の頭部に当たってしまう
ことがあげられる。
【0005】この点をもう少し説明すると、2次元画像
表示素子6は、その表示部分の画素の密度を高めて画素
数を多くしないと、高品位な表示ができない。そのた
め、各画素のスイッチングをする電気配線を表示画面の
外に引き出してきて結線する必要がある。この結線は、
例えば10万画素のときに300本になってしまうの
で、スイッチング回路を画面周辺に作り込んで、結線本
数を10数本に減らすようにしている。以上のような理
由により、画面表示部以外に、画素のスイッチング素子
と結線部分が必要となり、2次元画像表示素子の基板
は、表示画面より大きな基板が必要となる。
【0006】このために、観察者1の眼2とハーフミラ
ー又はビームスプリッター面4を離して配置しないと、
2次元画像表示素子6の基板と観察者1の頭部が当たっ
てしまう。したがって、大きな観察画角をとろうとした
場合には、ハーフミラー又はビームスプリッター面4が
大きくなり、装置全体が大きくなってしまう。図5のよ
うな頭部装置式視覚表示装置においては、装置が大きく
重くなることは、装着感を悪くする大きな要素であり、
重要な問題となる。
【0007】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、2次元画像表示
素子の基板が観察者の頭部に突き当たることなく、か
つ、装置を大型化することなしに、観察画角を広くでき
る頭部装置式視覚表示装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の頭部装置式視覚表示装置は、2次元画像表示素子と
光路分割手段と凹面接眼鏡とで構成され、前記2次元画
像表示素子を前記凹面接眼鏡の物点とし、この物点を光
路中で結像することなく、空中に拡大投影して観察者に
表示する頭部装着式視覚表示装置において、観察者が正
面を観察する視軸に直交する基準軸に対して、前記2次
元画像表示素子の観察中心を観察者頭部から離れる方向
にずらして配置できるように、前記光路分割手段又は前
記凹面接眼鏡の一方又は双方を偏芯させて配置すること
を特徴とするものである。
【0009】
【作用】本発明においては、観察者が正面を観察する視
軸に直交する基準軸に対して、光路分割手段又は凹面接
眼鏡の一方又は双方を偏芯させて配置したので、2次元
画像表示素子の観察中心を観察者頭部から離れる方向に
ずらして配置でき、2次元画像表示素子が観察者頭部に
当たることがなくなる。そのため、装置を大型化するこ
となしに観察画角を広くできる。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照にして本発明の頭部装置式
視覚表示装置のいくつかの実施例について説明する。本
発明の頭部装置式視覚表示装置の基本原理は、光路分割
手段又は凹面鏡眼鏡の一方又は両方を、2次元画像表示
素子中心が観察者頭部から離れるように偏芯して配置す
るもので、この構成により2次元画像表示素子が観察者
頭部に当たることがなくなるものである。
【0011】図1の断面図を参照にして、本発明の第1
実施例について説明する。従来例とほぼ同様に、本発明
の頭部装置式視覚表示装置は、観察者1の眼球位置2の
前方に視軸3を斜めに横切るように光路分割手段である
ビームスプリッター面4を配置し、その下方に凹面接眼
鏡5を配置し、ビームスプリッター面4を挟んで凹面接
眼鏡5に対向して2次元画像表示素子6を配置して構成
したものであり、2次元画像表示素子6からの光はビー
ムスプリッター面4を通過し、凹面接眼鏡5で反射さ
れ、今度はビームスプリッター面4で反射され、眼球位
置2に達し、凹面接眼鏡5により2次元画像表示素子6
の表示像の虚像が空中に結像されるので、観測者がその
表示像を観察できるものである。また、外界像は、ビー
ムスプリッター面4を透過して直接観察できる。
【0012】さて、本実施例においては、2次元画像表
示素子6の表示中心7を通る凹面接眼鏡5の光軸11
を、視軸3と直交しビームスプリッター面4の視軸3と
の交点を通る基準軸8から10°程度ずらして、観察者
1と2次元画像表示素子6の間隔を確保している。この
ずらした角度θは、以後傾け角10と呼び、凹面接眼鏡
5の光軸と基準軸8のなす角度と定義する。なお、図1
においては、基準軸8からの2次元画像表示素子6の表
示中心7のずらし量を符号9で示したある。このよう
に、2次元画像表示素子6と凹面接眼鏡5を従来のもの
に比較して傾けて配置したので、本来45°のビームス
プリッター反射面4の視軸3に対する傾け角12は、4
5°+θ/2となる。
【0013】この実施例においては、傾け角θは、0°
<θ<30°の間に選択することが重要である。この下
限を越えると、2次元画像表示素子6は観察者1頭部か
ら離れた位置に配置することができなくなり、また、そ
の上限を越えて30°以上になると、凹面接眼鏡5の方
が観察者1頭部(頬)に近づいて当たってしまう。
【0014】本実施例の特徴は、2次元画像表示素子6
に対して、凹面接眼鏡5が偏芯した配置をとっていない
ために、凹面接眼鏡5の収差が大きく発生せず、高い解
像力が得られることである。
【0015】次に、図2を参照にして本発明の第2実施
例について説明する。本実施例においては、ビームスプ
リッターの代わりにハーフミラー4を使用しており、こ
の実施例の特徴は、図面上、ハーフミラー4を時計方向
に角度θ傾けると共に、凹面接眼鏡5を表示中心7のず
らし量9だけ観察者眼球位置2とは反対側に平行移動
し、かつ、光軸11をこの基準軸8に対して傾け角θだ
け傾けた構成にある。このように構成すると、2次元画
像表示素子6を観察者1頭部から離すことができ、観察
者1頭部に当たらないようにできる。
【0016】本実施例の場合、ハーフミラー反射面4の
傾け角12は、45°−θ/2となる。傾け角θは、0
°<θ<30°の間に選択することが重要である。この
上限を越えて30°以上になると、表示中心7のずらし
量9は0となり、2次元画像表示素子6を観察者1頭部
から離す効果がなくなる。また、その下限を越えると、
凹面接眼鏡5に入射する2次元画像表示素子6からの光
束が凹面接眼鏡5の光軸11に対して角度がきつくなり
すぎてしまい、コマ収差が大きく発生し、広い画角と高
い解像力が得られなくなる。
【0017】さらに好ましくは、凹面接眼鏡5を光軸に
対して傾けることによって発生する、観察者1にとって
観察像の視度ずれとなって観察される空中像の倒れを補
正するために、2次元画像表示素子6を凹面接眼鏡5の
光軸11と直交するように傾け角θだけ図では時計周り
に傾けると、上記の視度ずれをなくすことが可能とな
る。
【0018】次に、図3を参照にして本発明の第3実施
例について説明する。基本的には第1実施例と同じだ
が、本実施例においては、光路分割手段にビームスプリ
ッタープリズムPを使用し、また、凹面接眼鏡に裏面鏡
Mを使用している。本実施例の場合、ビームスプリッタ
ー反射面4の傾け角12は45°から特に傾ける必要は
ない。凹面接眼鏡5の光軸11の基準軸8に対する傾け
角θは、0°<θ<30°の間に選択することが重要で
ある。その上限を越えて30°以上になると、凹面接眼
鏡5に入射する光束が凹面接眼鏡5の光軸11に対して
角度がつき過ぎてしまい、凹面接眼鏡5でコマ収差が大
きく発生し、広い画角と高い解像力が得られなくなる。
また、その下限を越えると、表示中心7のずらし量9は
0となり、2次元画像表示素子6を観察者1頭部から離
す効果がなくなる。
【0019】さらに好ましくは、凹面接眼鏡5を光軸に
対して傾けることによって発生する、観察者1にとって
観察像の視度ずれとなって観察される空中像の倒れを補
正するために、2次元画像表示素子6の法線を傾け角θ
だけ基準軸8方向に傾けると、上記の視度ずれをなくす
ことが可能となる。
【0020】次に、図4を参照にして本発明の第4実施
例について説明する。本実施例は、第2実施例と基本的
に同じである。本実施例の特徴は、凹面接眼鏡5を視軸
3上を通る軸上光線に対して傾けるのではなく、その光
軸を基準軸8と平行にしている点である。この場合、傾
け角θを凹面接眼鏡5の光軸11と凹面接眼鏡5で反射
した軸上光線とがなす角度と定義すると、その条件は第
2実施例と同じである。本実施例の場合のビームスプリ
ッター反射面4の視軸3に対する傾け角1245°−θ
である。
【0021】以上、本発明の頭部装着式視覚表示装置を
いくつかの実施例に基づいて説明してきたが、本発明は
これら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【0022】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の頭部装着式視覚表示装置によると、観察者が正面を観
察する視軸に直交する基準軸に対して、光路分割手段又
は凹面接眼鏡の一方又は双方を偏芯させて配置したの
で、2次元画像表示素子の観察中心を観察者頭部から離
れる方向にずらして配置でき、2次元画像表示素子が観
察者頭部に当たることがなくなる。そのため、装置を大
型化することなしに観察画角を広くできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の頭部装置式視覚表示装置
の断面図である。
【図2】第2実施例の頭部装置式視覚表示装置の断面図
である。
【図3】第3実施例の頭部装置式視覚表示装置の断面図
である。
【図4】第4実施例の頭部装置式視覚表示装置の断面図
である。
【図5】従来の1例の頭部装置式視覚表示装置の断面図
である。
【符号の説明】
1…観察者 2…眼球位置 3…視軸 4…ビームスプリッター面(ハールミラー) 5…凹面接眼鏡 6…2次元画像表示素子 7…2次元画像表示素子の表示中心 8…基準軸 9…表示中心のずらし量 10…傾け角 11…凹面接眼鏡の光軸 12…反射面の傾け角 P…ビームスプリッタープリズム M…裏面鏡
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年4月23日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0020
【補正方法】変更
【補正内容】
【0020】次に、図4を参照にして本発明の第4実施
例について説明する。本実施例は、第2実施例と基本的
に同じである。本実施例の特徴は、凹面接眼鏡5を視軸
3上を通る軸上光線に対して傾けるのではなく、その光
軸を基準軸8と平行にしている点である。この場合、傾
け角θを凹面接眼鏡5の光軸11と凹面接眼鏡5で反射
した軸上光線とがなす角度と定義すると、その条件は第
2実施例と同じである。本実施例の場合のビームスプリ
ッター反射面4の視軸3に対する傾け角12は45°−
θである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2次元画像表示素子と光路分割手段と凹
    面接眼鏡とで構成され、前記2次元画像表示素子を前記
    凹面接眼鏡の物点とし、この物点を光路中で結像するこ
    となく、空中に拡大投影して観察者に表示する頭部装着
    式視覚表示装置において、観察者が正面を観察する視軸
    に直交する基準軸に対して、前記2次元画像表示素子の
    観察中心を観察者頭部から離れる方向にずらして配置で
    きるように、前記光路分割手段又は前記凹面接眼鏡の一
    方又は双方を偏芯させて配置したことを特徴とする頭部
    装置式視覚表示装置。
JP4142193A 1993-03-02 1993-03-02 頭部装着式視覚表示装置 Pending JPH06258594A (ja)

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JP4142193A JPH06258594A (ja) 1993-03-02 1993-03-02 頭部装着式視覚表示装置
US08/202,465 US5539578A (en) 1993-03-02 1994-02-28 Image display apparatus
US08/633,499 US5708529A (en) 1993-03-02 1996-04-17 Head-mounted image display apparatus
US09/481,716 USRE37667E1 (en) 1993-03-02 2000-01-12 Head-mounted image display apparatus

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0752606A4 (en) * 1994-12-09 1996-10-29 Sega Enterprises Kk HEAD-MOUNTED DISPLAY DEVICE AND OPTICAL SYSTEM USING THIS
WO2006001254A1 (ja) * 2004-06-29 2006-01-05 Nikon Corporation イメージコンバイナ及び画像表示装置
JP2006350138A (ja) * 2005-06-17 2006-12-28 Toshiba Corp 画像表示装置

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Effective date: 20020410