JPH06308408A - Video display device - Google Patents

Video display device

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Publication number
JPH06308408A
JPH06308408A JP5091371A JP9137193A JPH06308408A JP H06308408 A JPH06308408 A JP H06308408A JP 5091371 A JP5091371 A JP 5091371A JP 9137193 A JP9137193 A JP 9137193A JP H06308408 A JPH06308408 A JP H06308408A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
right eyes
light
display device
light beam
light source
Prior art date
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Pending
Application number
JP5091371A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koichi Takahashi
浩一 高橋
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP5091371A priority Critical patent/JPH06308408A/en
Publication of JPH06308408A publication Critical patent/JPH06308408A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide a video display device which is constituted so that a video is displayed on respective both left and right eyes by using only one deflector in the horizontal direction and by which a wide viewing angle, high resolution and high luminance can be obtained through it is comparatively small in size and the constitution thereof is inexpensive. CONSTITUTION:After a modulated light beam from a light source part with an He-Ne laser 1, an AOM 3, an ND filter 5 or the like and which forms the light beams for both left and right eyes is scanned in the vertical direction by a galvanometer scanner 7, split to two for both left and right eyes by a beam splitter 8, respectively made incident on the different deflecting surfaces of a polygon mirror 11 and scanned in a horizontal direction at a same time, it is guided to eyeballs 16a and 16b through optical systems 12a and 12b. At this time, the respective devices are constituted so as to satisfy such pupil conjugate relation that the first deflecting surface and the second deflecting surface respectively become entrance pupils of both left and right eyes and the left and right eyeballs 16a and 16b of a user respectively become exit pupils. Then, the video is directly displayed on the retinae of the eyeballs of the user.

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、光ビームを用いて使用
者の眼球の網膜上に直接、映像を表示する、映像表示装
置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image display device for displaying an image directly on the retina of a user's eyeball using a light beam.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ビームを用いて使用者の眼球の網膜上
に映像を表示する映像表示装置の従来例としては、例え
ば特開平4−100088号公報に開示されたものがあ
る。この従来例は、光源より放射されたレーザ光を映像
情報に応じて変調し、走査光学系によって2次元走査を
行い、使用者の眼球の網膜上に映像を表示するようにし
ている。この従来例は、スクリーンに投射する投射型映
像表示装置に比べて、レーザ光が拡散されて散らつくと
いう、いわゆるスペックルノイズが発生することのない
良好な映像を、少ない光量および消費電力で得られる特
徴を有している。
2. Description of the Related Art As a conventional image display device for displaying an image on the retina of a user's eyeball using a light beam, there is, for example, one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-100088. In this conventional example, laser light emitted from a light source is modulated according to image information, and two-dimensional scanning is performed by a scanning optical system to display an image on the retina of the eyeball of the user. Compared with a projection type image display device that projects on a screen, this conventional example obtains a good image without causing so-called speckle noise, in which laser light is scattered and scattered, with a small amount of light and power consumption. It has the following characteristics.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の映像表示装置は、左右両眼用の装置として構成する
ためには左右両眼に対応して全構成部品を2つずつ必要
とするため、装置が大型化し、コストアップを招く。ま
た、左右両眼の映像を同期させるために偏向器等に検出
器を設け、その検出器からの同期信号によって左右両眼
の水平変調を制御する必要があるため、装置が複雑化し
てしまう。
However, the above-mentioned conventional image display device requires two components for each of the left and right eyes in order to be configured as a device for the left and right eyes. The size of the device becomes large, resulting in cost increase. Further, a detector is provided in the deflector or the like in order to synchronize the images of the left and right eyes, and it is necessary to control the horizontal modulation of the left and right eyes by the synchronization signal from the detector, which complicates the apparatus.

【0004】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、比較的小型で安価な構成でありなが
ら、広画角、高解像度、高輝度が得られる映像表示装置
を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a video display device which can obtain a wide angle of view, high resolution and high brightness while having a relatively small size and an inexpensive structure. The purpose is to

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】この目的のため、本発明
の映像表示装置は、映像を直接、使用者の眼球の網膜上
に表示する映像表示装置において、左右両眼用の光ビー
ムを形成する光源部と、前記光ビームを垂直、水平の2
方向に走査する少なくとも2つの偏向器と、垂直、水平
の2方向に走査された光ビームを使用者の左右両眼の夫
々に導く光学系とを具え、前記偏向器の第1の偏向面お
よび第2の偏向面が夫々入射瞳となり、使用者の左右眼
球が夫々射出瞳となる瞳共役関係を満たすようにしたこ
とを特徴とするものである。
To this end, the image display device of the present invention forms a light beam for the left and right eyes in the image display device for displaying the image directly on the retina of the eyeball of the user. And a light source unit for vertically and horizontally
At least two deflectors that scan in one direction, and an optical system that guides the light beam scanned in two directions, vertical and horizontal, to each of the left and right eyes of the user. The second deflecting surface serves as an entrance pupil, and the left and right eyeballs of the user satisfy the pupil conjugate relationship such that they serve as exit pupils.

【0006】[0006]

【作用】本発明においては、光源部から放射された左右
両眼用の光ビームは、第1の偏向器によって使用者の左
右の瞳に対して垂直方向に偏向された後に、第2の偏向
器によって使用者の瞳に対して水平方向に偏向される。
このとき、前記第1、第2の偏向器の偏向面が夫々入射
瞳となり、使用者の左右眼球の瞳の位置が夫々射出瞳と
なるように配置されているので、左右両眼の網膜上に映
像が表示される。
In the present invention, the light beams for the left and right eyes emitted from the light source section are deflected by the first deflector in the direction perpendicular to the left and right pupils of the user, and then the second deflected light beam. It is deflected horizontally by the instrument with respect to the user's pupil.
At this time, since the deflecting surfaces of the first and second deflectors serve as entrance pupils and the pupils of the left and right eyes of the user respectively serve as exit pupils, the retinas of the left and right eyes are located. The image is displayed on.

【0007】その際、本発明の映像表示装置によって使
用者が認識する映像は、光ビームによって左右眼球の網
膜上に直接形成されるため、光ビームの利用効率が高く
なり、非常に少ない光量で高輝度な映像が得られる。ま
た、左右両眼に対して夫々、高解像度の光学系が用いら
れているため、広画角、高解像度の映像表示を行うこと
ができる。また、左右両眼に対して、高価かつ消費電力
の大きい部品である偏向器を共通化したため、構成部品
数が減少する。また、左右両眼の水平方向の走査を1つ
の偏向器で行っているため、水平方向における左右両眼
の映像の同期を取る制御を行うことなく左右両眼の夫々
に容易に映像を形成することができる。さらに、全ての
偏向面と使用者の左右眼球の瞳位置を瞳共役関係にした
ため、偏向器の反射面では反射面積が非常に小さくなっ
て偏向器自体が小型化、軽量化されることになる。した
がって、小型化、低価格化、省力化された映像表示装置
を提供することができる。
At this time, since the image recognized by the user by the image display device of the present invention is formed directly on the retinas of the left and right eyeballs by the light beam, the utilization efficiency of the light beam is increased and the light amount is very small. A high-luminance image can be obtained. Further, since high-resolution optical systems are used for the left and right eyes, respectively, wide-angle and high-resolution image display can be performed. In addition, since the deflector, which is an expensive and power-consuming component, is shared by the left and right eyes, the number of components is reduced. Moreover, since the horizontal scanning of the left and right eyes is performed by one deflector, the images can be easily formed on the left and right eyes without performing control for synchronizing the images of the left and right eyes in the horizontal direction. be able to. Further, since all the deflecting surfaces and the pupil positions of the left and right eyes of the user have a pupil conjugate relationship, the reflecting area of the deflecting surface of the deflector becomes very small, and the deflector itself becomes smaller and lighter. . Therefore, it is possible to provide a video display device that is compact, inexpensive, and labor-saving.

【0008】[0008]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。図1は本発明の映像表示装置の第1実施例の
構成を示す図であり、図2(a),(b)は第1実施例
の光学系の展開図である。なお、図2(a)は紙面に水
平な方向を表わし、図2(b)は紙面に垂直な方向を表
わしている。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of an image display device of the present invention, and FIGS. 2A and 2B are development views of an optical system of the first embodiment. It should be noted that FIG. 2A shows a direction horizontal to the paper surface, and FIG. 2B shows a direction vertical to the paper surface.

【0009】図1および図2(a)、(b)において、
光源としてのHe−Neレーザ1から放射された光ビー
ムは、凸レンズ2によって集光されて光変調素子である
AOM(音響光学素子)3に導入され、そこで図示しな
い映像情報信号(以下、映像信号)に応じて変調(光変
調)される。この光変調により電気信号が光波の強度、
周波数、位相、偏向面等の変化に変換される。変調され
た光ビームは、凸レンズ4によって再び平行光束にな
り、分光選択吸収を示さない中性濃度(無彩色)のフィ
ルタであるNDフィルタ5によって光強度を減衰された
後に、集光レンズ6によって垂直方向の偏向器であるガ
ルバノメータスキャナ7の反射面に集光される。ガルバ
ノメータスキャナ7では、上記映像信号およびポリゴン
ミラー11の回転数のカウント値に同期して、偏向がな
される。
In FIGS. 1 and 2A and 2B,
A light beam emitted from a He-Ne laser 1 as a light source is condensed by a convex lens 2 and introduced into an AOM (acousto-optic element) 3 which is a light modulation element, where a video information signal (not shown) ) Is modulated (light modulation). By this light modulation, the electric signal is the intensity of the light wave,
Converted to changes in frequency, phase, plane of deflection, etc. The modulated light beam is made into a parallel light flux again by the convex lens 4, the light intensity is attenuated by the ND filter 5 which is a neutral density (achromatic color) filter that does not show spectral selective absorption, and then the light beam is condensed by the condenser lens 6. The light is focused on the reflecting surface of the galvanometer scanner 7, which is a vertical deflector. In the galvanometer scanner 7, the deflection is performed in synchronization with the video signal and the count value of the rotation number of the polygon mirror 11.

【0010】ガルバノメータスキャナ7によって偏向さ
れた光ビームは、ビームスプリッタ8に導入される。ビ
ームスプリッタ8では光ビームの一部は透過し、一部は
透過光と直交する方向に反射された後に、平面ミラー9
によって上記透過光と平行にされる。なお、図2
(a)、(b)には、ビームスプリッタ8以降の構成を
右眼系に基づいて表わしており、左眼系は一部省略して
いる。
The light beam deflected by the galvanometer scanner 7 is introduced into the beam splitter 8. In the beam splitter 8, a part of the light beam is transmitted and a part of the light beam is reflected in a direction orthogonal to the transmitted light, and then the plane mirror 9
Is made parallel to the transmitted light. Note that FIG.
In (a) and (b), the configuration after the beam splitter 8 is shown based on the right eye system, and the left eye system is partially omitted.

【0011】上記透過および反射の光ビームは夫々、集
光レンズ10(10a,10b)によって、回転多面鏡
であるポリゴンミラー11の対応する反射面に結像され
る。その際、ガルバノメータスキャナ7およびポリゴン
ミラー11の反射面が瞳共役になる。ポリゴンミラー1
1は等速度で(反時計方向に)回転するので、入射した
光ビームを使用者の左右両眼に対し水平方向に走査する
ことができる。なお、ポリゴンミラー11および上述し
たガルバノメータスキャナ7は、図示しない駆動機構に
より駆動される。ポリゴンミラー11で偏向された光ビ
ームは、水平方向に走査された後に、ポリゴンミラー1
1の反射面の後に配置された光学系12(12a,12
b)によって、左右眼球の夫々の網膜上に結像され、映
像となる。
Each of the transmitted and reflected light beams is imaged by the condenser lens 10 (10a, 10b) on the corresponding reflecting surface of the polygon mirror 11 which is a rotary polygon mirror. At that time, the reflection surfaces of the galvanometer scanner 7 and the polygon mirror 11 are pupil conjugate. Polygon mirror 1
Since 1 rotates at a constant speed (counterclockwise), the incident light beam can be scanned horizontally with respect to the left and right eyes of the user. The polygon mirror 11 and the galvanometer scanner 7 described above are driven by a drive mechanism (not shown). The light beam deflected by the polygon mirror 11 is scanned in the horizontal direction, and then the polygon mirror 1 is scanned.
The optical system 12 (12a, 12a disposed after the reflecting surface 1)
By b), an image is formed on the retinas of the left and right eyeballs to form an image.

【0012】次に、光学系12について図1により詳細
に説明する。この光学系を構成する各光学素子は、使用
者の左右眼球の瞳位置において、補正光学系を含む光学
系12の射出瞳となるようなパワーに配置される。ポリ
ゴンミラー11で走査された光ビームは、凹レンズ13
(13a,13b)を介して凹面鏡14(14a,14
b)に入射される。凹面鏡14a,14bは、水平方
向、垂直方向に走査されている光ビームの反射面積を網
羅し得る大きさを有しており、入射された光ビームは凹
面鏡14a,14bの後に配置された補正光学系15
(15a,15b)で収差を除去されて使用者の左右眼
球16(16a,16b)の網膜上に結像される。
Next, the optical system 12 will be described in detail with reference to FIG. Each optical element forming this optical system is arranged at such a power that it becomes an exit pupil of the optical system 12 including the correction optical system at the pupil positions of the left and right eyes of the user. The light beam scanned by the polygon mirror 11 has a concave lens 13
Concave mirror 14 (14a, 14b) through (13a, 13b)
It is incident on b). The concave mirrors 14a and 14b have a size capable of covering the reflection area of the light beam scanned in the horizontal direction and the vertical direction, and the incident light beam is corrected by the correction optics arranged after the concave mirrors 14a and 14b. System 15
The aberration is removed at (15a, 15b), and an image is formed on the retina of the left and right eyeballs 16 (16a, 16b) of the user.

【0013】なお、この第1実施例においては、集光レ
ンズ10(10a,10b)は、瞳共役関係が成立する
位置であれば、ガルバノメータスキャナ7からポリゴン
ミラー11までの間のどのような位置に配置してもよ
い。また、光学系12の光学部品の1つである凹レンズ
13は図示の位置に限定されることはなく、光学系12
内であればどのような位置に配置してもよい。
In the first embodiment, the condenser lens 10 (10a, 10b) is located at any position between the galvanometer scanner 7 and the polygon mirror 11 as long as the pupil conjugate relationship is established. It may be placed at. Further, the concave lens 13, which is one of the optical components of the optical system 12, is not limited to the position shown in the figure, and the optical system 12
It may be arranged at any position as long as it is inside.

【0014】図3は本発明の映像表示装置の第2実施例
の構成を示す図であり、図4(a),(b)は第2実施
例の光学系の展開図である。なお、図4(a)は紙面に
水平方向を表わし、図4(b)は紙面に垂直方向を表わ
している。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the second embodiment of the image display apparatus of the present invention, and FIGS. 4A and 4B are development views of the optical system of the second embodiment. Note that FIG. 4A shows the horizontal direction on the paper surface, and FIG. 4B shows the vertical direction on the paper surface.

【0015】図3および図4(a)、(b)において、
光源としてのHe−Neレーザ21から放射された光ビ
ームは、凸レンズ22によって集光されて光変調素子で
あるAOM(音響光学素子)23に導入され、そこで図
示しない映像信号に応じて変調される。変調された光ビ
ームは、凸レンズ24によって再び平行光束になり、N
Dフィルタ25によって光強度を減衰された後に平面ミ
ラー26によって反射され、反射された光ビームは、ビ
ームスプリッタ27に導入される。ビームスプリッタ2
7では、光ビームの一部は透過し、一部は透過光と直交
する方向に反射された後に、平面ミラー28によって上
記透過光と平行にされる。なお、図4(a)、(b)に
は、ビームスプリッタ27以降の構成を右眼系に基づい
て表わしており、左眼系は一部省略している。
In FIGS. 3 and 4 (a) and (b),
A light beam emitted from a He-Ne laser 21 as a light source is condensed by a convex lens 22 and introduced into an AOM (acousto-optic element) 23 which is a light modulation element, where it is modulated according to a video signal (not shown). . The modulated light beam becomes a parallel light beam again by the convex lens 24, and N
The light intensity is attenuated by the D filter 25 and then reflected by the plane mirror 26, and the reflected light beam is introduced into the beam splitter 27. Beam splitter 2
In FIG. 7, a part of the light beam is transmitted, a part is reflected in a direction orthogonal to the transmitted light, and then is made parallel to the transmitted light by the plane mirror 28. 4A and 4B, the configuration after the beam splitter 27 is shown based on the right eye system, and the left eye system is partially omitted.

【0016】上記透過および反射の光ビームは夫々、集
光レンズ29(29a,29b)によって、回転多面鏡
であるポリゴンミラー30の対応する反射面に結像され
る。このポリゴンミラー30は等速度で(反時計方向
に)回転するので、入射した光ビームを使用者の左右両
眼に対し水平方向に走査することができる。
The transmitted and reflected light beams are respectively imaged by the condenser lenses 29 (29a, 29b) on the corresponding reflecting surfaces of the polygon mirror 30 which is a rotary polygon mirror. Since the polygon mirror 30 rotates at a constant speed (counterclockwise), the incident light beam can be scanned horizontally with respect to the left and right eyes of the user.

【0017】ポリゴンミラー30で水平方向に走査され
た光ビームは、ポリゴンミラー30の反射面の後に配置
された補正光学系を含む光学系34(34a,34b)
の、集光レンズ31(31a,31b)によってポリゴ
ンミラー30の反射面およびガルバノメータスキャナ3
2(32a,32b)の反射面が瞳共役関係となって、
ガルバノメータスキャナ32に入射される。ガルバノメ
ータスキャナ32a,32bでは、上記映像信号および
水平方向の偏向器であるポリゴンミラー30の回転数の
カウント値に同期して、偏向がなされる。ガルバノメー
タスキャナ32a,32b上で走査された光ビームは、
左右眼球の夫々の網膜上に結像され、映像となる。
The light beam scanned in the horizontal direction by the polygon mirror 30 includes an optical system 34 (34a, 34b) including a correction optical system arranged after the reflecting surface of the polygon mirror 30.
Of the polygon mirror 30 and the galvanometer scanner 3 by the condenser lens 31 (31a, 31b).
2 (32a, 32b) reflecting surfaces have a pupil conjugate relationship,
It is incident on the galvanometer scanner 32. In the galvanometer scanners 32a and 32b, the deflection is performed in synchronization with the video signal and the count value of the number of rotations of the polygon mirror 30 which is the deflector in the horizontal direction. The light beams scanned on the galvanometer scanners 32a and 32b are
An image is formed on the retinas of the left and right eyeballs and becomes an image.

【0018】次に、補正光学系を含む光学系34につい
て図3により詳細に説明する。この光学系を構成する各
光学素子は、使用者の左右眼球の瞳位置において、補正
光学系35(35a,35b)を含む光学系34の射出
瞳となるようなパワーに配置される。ポリゴンミラー3
0で走査された光ビームは、集光レンズ31(31a,
31b)によってガルバノメータスキャナ32(32
a,32b)に集光され、ガルバノメータスキャナ32
によって垂直偏向され、凹面鏡33(33a,33b)
に入射される。凹面鏡33a,33bは、水平方向、垂
直方向に走査されている光ビームの反射面積を網羅し得
る大きさを有しており、入射された光ビームは凹面鏡3
3a,33bの後に配置された補正光学系35(35
a,35b)で収差を除去されて使用者の左右眼球36
(36a,36b)の網膜上に結像される。
Next, the optical system 34 including the correction optical system will be described in detail with reference to FIG. Each optical element that constitutes this optical system is arranged at such a power that it becomes the exit pupil of the optical system 34 including the correction optical system 35 (35a, 35b) at the pupil positions of the left and right eyes of the user. Polygon mirror 3
The light beam scanned at 0 has a condenser lens 31 (31a, 31a,
31b) by the galvanometer scanner 32 (32
a, 32b) and the galvanometer scanner 32
Is vertically deflected by the concave mirror 33 (33a, 33b)
Is incident on. The concave mirrors 33a and 33b have a size capable of covering the reflection area of the light beam scanned in the horizontal and vertical directions, and the incident light beam has a concave mirror 3a.
The correction optical system 35 (35
a, 35b) the aberration is removed and the left and right eyeballs 36 of the user are removed.
An image is formed on the retina of (36a, 36b).

【0019】なお、この第2実施例においては、集光レ
ンズ29(29a,29b)は、瞳共役関係が成立する
位置であれば、平面ミラー26からポリゴンミラー30
までの間のどのような位置に配置してもよい。また、補
正光学系を含む光学系34の光学部品の1つであるガル
バノメータスキャナ32は、ビームスプリッタ27から
ポリゴンミラー30までの間において夫々の偏向面に瞳
共役関係が成立する位置であれば、どのような位置に配
置してもよい。
In the second embodiment, the condenser lens 29 (29a, 29b) is located at a position where a pupil conjugate relationship is established, from the plane mirror 26 to the polygon mirror 30.
It may be arranged at any position up to. Further, the galvanometer scanner 32, which is one of the optical components of the optical system 34 including the correction optical system, is located at a position where a pupil conjugate relationship is established between the deflection surfaces between the beam splitter 27 and the polygon mirror 30. It may be arranged at any position.

【0020】また、上記第1、第2実施例においては、
光源であるレーザ1,21および変調器であるAOM
3,23は、左右眼系共通化により1個ずつ使用するも
のとしているが、2個ずつ使用して左眼系、右眼系を独
立させ、夫々の光源からの光ビームを個々の変調器で変
調して使用者の左右両眼に異なる映像を表示するように
してもよい。その場合、高解像度化または立体視が可能
になる。さらに、上述した光学系では、像の高さをy、
水平方向の走査角をθX 、焦点距離をfx 、垂直方向の
走査角をθy 、焦点距離をfy とすると、水平方向にお
いてy=fx ×θX の関係が成立すれば光ビームは像面
において等速度走査を実施することになり、垂直方向に
おいてy=fy ×arc sin θy の関係が成立すれば光ビ
ームは同様の等速度走査を実施することになるので、上
記光学系においてこれらの関係に準じた構成となるよう
にすることが望ましい。
Further, in the first and second embodiments described above,
Lasers 1 and 21 that are light sources and AOM that is a modulator
3 and 23 are used one by one because the left and right eye systems are shared, but by using two each, the left eye system and the right eye system are made independent, and the light beams from the respective light sources are individually modulated. Alternatively, different images may be displayed on the left and right eyes of the user. In that case, higher resolution or stereoscopic viewing is possible. Furthermore, in the above-mentioned optical system, the height of the image is y,
If the horizontal scanning angle is θ X , the focal length is f x , the vertical scanning angle is θ y , and the focal length is f y , then a light beam is obtained if the relationship of y = f x × θ X is established in the horizontal direction. Is to perform uniform velocity scanning on the image plane, and if the relation of y = fy × arc sin θ y is established in the vertical direction, the light beam will perform similar uniform velocity scanning. It is desirable for the system to have a configuration conforming to these relationships.

【0021】図5は本発明の映像表示装置の第3実施例
の構成を示す図である。図5において、光源としてのH
e−Neレーザ41から放射された光ビームは、凸レン
ズ42によって集光されて光変調素子であるAOM(音
響光学素子)43に導入され、そこで図示しない映像信
号に応じて変調される。変調された光ビームは、凸レン
ズ44によって再び平行光束になり、NDフィルタ45
によって光強度を減衰された後にガルバノメータスキャ
ナ46によって垂直方向に偏向される。垂直方向のみ偏
向された光ビームは、集光レンズ47によってガルバノ
メータスキャナ48の偏向面に集光され、ガルバノメー
タスキャナ48によって垂直方向に偏向される。
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of a third embodiment of the image display device of the present invention. In FIG. 5, H as a light source
The light beam emitted from the e-Ne laser 41 is condensed by the convex lens 42, is introduced into an AOM (acousto-optic element) 43 which is a light modulation element, and is modulated there according to a video signal (not shown). The modulated light beam becomes a parallel light beam again by the convex lens 44, and the ND filter 45
The light intensity is attenuated by the galvanometer scanner 46 and then vertically deflected by the galvanometer scanner 46. The light beam deflected only in the vertical direction is condensed by the condenser lens 47 on the deflection surface of the galvanometer scanner 48, and is deflected in the vertical direction by the galvanometer scanner 48.

【0022】このようにして二次元に走査された光ビー
ムは、ガルバノメータスキャナ48の偏向面の後に配置
された光学系51のレンズ54によって、主光線は光軸
とほぼ平行にされて、ビームスプリッタ49に入射され
る。ビームスプリッタ49では、入射した光ビームの一
部が反射し、一部が透過する。反射した光ビームは補正
光学系53aによって使用者の右眼球52aの網膜上に
結像し、透過した光ビームは平面ミラー50によって上
記反射光と平行にされた後に補正光学系53bによって
使用者の左眼球52bの網膜上に結像する。
The light beam scanned two-dimensionally in this manner has its principal ray made substantially parallel to the optical axis by the lens 54 of the optical system 51 arranged after the deflection surface of the galvanometer scanner 48, and the beam splitter It is incident on 49. In the beam splitter 49, a part of the incident light beam is reflected and a part is transmitted. The reflected light beam is imaged on the retina of the user's right eye 52a by the correction optical system 53a, and the transmitted light beam is collimated by the plane mirror 50 to the reflected light and then corrected by the correction optical system 53b. An image is formed on the retina of the left eyeball 52b.

【0023】上記において、光ビームを垂直走査するガ
ルバノメータスキャナ46と、垂直走査された光ビーム
を集光レンズ47によって集光されるガルバノメータス
キャナ48とは、夫々の偏向面が瞳共役関係となる。ガ
ルバノメータスキャナ46では、上記映像信号および水
平方向の偏向器であるガルバノメータスキャナ48の回
転数のカウント値に同期して、偏向がなされる。ガルバ
ノメータスキャナ482上で走査された光ビームは、補
正光学系53(53a,53b)を含む光学系51によ
って左右眼球の夫々の網膜上に結像され、映像となる。
In the above description, the galvanometer scanner 46 for vertically scanning the light beam and the galvanometer scanner 48 for concentrating the vertically scanned light beam by the condenser lens 47 have their respective deflection surfaces in a pupil conjugate relationship. In the galvanometer scanner 46, the deflection is performed in synchronization with the video signal and the count value of the number of rotations of the galvanometer scanner 48 which is a deflector in the horizontal direction. The light beam scanned on the galvanometer scanner 482 is imaged on the retinas of the left and right eyeballs by the optical system 51 including the correction optical system 53 (53a, 53b) to form an image.

【0024】次に、補正光学系を含む光学系51につい
て図5により詳細に説明する。この光学系を構成する各
光学素子は、使用者の左右眼球の瞳位置において、補正
光学系53(53a,53b)を含む光学系51の射出
瞳となるようなパワーに配置される。ガルバノメータス
キャナ46で走査された光ビームは、集光レンズ47に
よってガルバノメータスキャナ48に集光され、ガルバ
ノメータスキャナ48によって水平偏向される。ビーム
スプリッタ49は、水平方向、垂直方向に走査されてい
る光ビームの反射面積を網羅し得る大きさを有してお
り、入射された光ビームはビームスプリッタ49の後に
配置された補正光学系53a,53bで収差を除去され
て使用者の左右眼球52(52a,52b)の網膜上に
結像される。
Next, the optical system 51 including the correction optical system will be described in detail with reference to FIG. Each optical element forming this optical system is arranged at such a power that it becomes an exit pupil of the optical system 51 including the correction optical system 53 (53a, 53b) at the pupil positions of the left and right eyes of the user. The light beam scanned by the galvanometer scanner 46 is condensed by the condenser lens 47 on the galvanometer scanner 48, and is horizontally deflected by the galvanometer scanner 48. The beam splitter 49 has a size capable of covering the reflection area of the light beam scanned in the horizontal direction and the vertical direction, and the incident light beam has a correction optical system 53 a arranged after the beam splitter 49. , 53b, the aberration is removed, and images are formed on the retinas of the left and right eyeballs 52 (52a, 52b) of the user.

【0025】なお、この第3実施例においては、第1の
偏向器であるガルバノメータスキャナ46では垂直偏向
を行い、第2の偏向器であるガルバノメータスキャナ4
8では水平偏向を行っているが、この偏向の順番を逆に
してもよい。また、水平方向の偏向器であるガルバノメ
ータスキャナ48は、ポリゴンミラーに置き換えてもよ
い。さらに、上記第1乃至第3実施例において、夫々の
走査光学系内に少なくとも1つのアナモルフィック光学
素子を配備することによってより高解像化を計ることが
可能である。
In the third embodiment, the galvanometer scanner 46, which is the first deflector, performs vertical deflection, and the galvanometer scanner 4 that is the second deflector.
Although horizontal deflection is performed in No. 8, the order of this deflection may be reversed. The galvanometer scanner 48, which is a horizontal deflector, may be replaced with a polygon mirror. Further, in the first to third embodiments, it is possible to achieve higher resolution by disposing at least one anamorphic optical element in each scanning optical system.

【0026】図6は本発明の映像表示装置の第4実施例
の光源部の構成を示す図である。図6においては、光源
としてR(レッド),G(グリーン),B(ブルー)の
光の要素を含む白色レーザ61を用いており、白色レー
ザ61から放射された光ビームは、ダイクロイックプリ
ズム62aによってRの要素のレーザ光のみが反射さ
れ、その他のG,Bの要素のレーザ光は透過される。透
過されたレーザ光は、ダイクロイックプリズム62bに
よってGの要素のレーザ光のみが反射され、Bの要素の
レーザ光は透過する。R,G,Bの要素の透過レーザ光
は夫々、凸レンズ63a,63b,63cによって集光
されて、光変調素子であるAOM(音響光学素子)64
a,64b,64cに導入され、そこで図示しない映像
信号に応じて変調される。
FIG. 6 is a view showing the arrangement of the light source section of the fourth embodiment of the image display device of the present invention. In FIG. 6, a white laser 61 including R (red), G (green), and B (blue) light elements is used as a light source, and a light beam emitted from the white laser 61 is emitted by a dichroic prism 62a. Only the laser light of the R element is reflected, and the laser light of the other G and B elements is transmitted. With respect to the transmitted laser light, only the laser light of the element G is reflected by the dichroic prism 62b, and the laser light of the element B is transmitted. The transmitted laser light of the R, G, and B elements is condensed by the convex lenses 63a, 63b, and 63c, respectively, and the AOM (acousto-optical element) 64 that is a light modulation element is collected.
a, 64b, 64c, where it is modulated in accordance with a video signal (not shown).

【0027】変調されたR,G,Bのレーザ光は夫々、
凸レンズ65a,65b,65cによって平行光束にさ
れる。その内、Rレーザ光は平面ミラー66によって反
射され、ダイクロイックプリズム67aによってGレー
ザ光と合成される。このR,Gを合成したレーザ光は、
平面ミラー66bによって反射され、ダイクロイックプ
リズム67bによってBレーザ光と合成される結果、
R,G,Bの3要素が夫々変調されて合成されたレーザ
光となり、元の光軸上に戻されて反射し、NDフィルタ
68によって光強度を減衰される。
The modulated R, G, B laser beams are respectively
The convex lenses 65a, 65b, 65c form a parallel light beam. Among them, the R laser light is reflected by the plane mirror 66 and is combined with the G laser light by the dichroic prism 67a. The laser light that combines these R and G is
As a result of being reflected by the plane mirror 66b and being combined with the B laser light by the dichroic prism 67b,
The three elements R, G, and B are each modulated to be a combined laser beam, which is returned to the original optical axis and reflected, and the ND filter 68 attenuates the light intensity.

【0028】上記構成の光源部(白色レーザ61〜ND
フィルタ68)は、上述した第1〜第3実施例に適用す
ることができる。すなわち、図1、2の第1実施例の場
合はこの光源部を集光レンズ6から光学系12a,12
bまでの部分に適用し、図3、4の第2実施例の場合は
平面ミラー26から光学系34a,34bまでの部分に
適用し、図5の第3実施例の場合はガルバノメータスキ
ャナ46から光学系51までの部分に適用することによ
り、光源として1つの白色レーザのみを用いる構成であ
りながら、使用者の左右眼球の網膜上にカラー映像を形
成することができる。
The light source section (white lasers 61 to ND having the above structure
The filter 68) can be applied to the first to third embodiments described above. That is, in the case of the first embodiment shown in FIGS.
b to the part from the plane mirror 26 to the optical systems 34a and 34b in the case of the second embodiment of FIGS. 3 and 4, and to the galvanometer scanner 46 in the case of the third embodiment of FIG. By applying it to the part up to the optical system 51, it is possible to form a color image on the retinas of the left and right eyeballs of the user even though the configuration uses only one white laser as a light source.

【0029】なお、この第4実施例において光源として
用いている白色レーザは気体レーザであり、変調器であ
るAOMも複数個使用していることから、装置が大型化
することも考えられる。その場合、光源61からNDフ
ィルタ68までの部分と、その後続の部分とを分離可能
な構成の装置とし、図6に示す光源部は本装置を装着す
べき人体の一部(例えば頭部)から離れた位置に設置
し、NDフィルタ68の後続の部分(図1の集光レンズ
6〜光学系12a,12b、図3の平面ミラー26〜光
学系34a,34b、図5のガルバノメータスキャナ4
6〜光学系51)のみを頭部等に装着するように構成す
ることもできる。
Since the white laser used as the light source in the fourth embodiment is a gas laser and a plurality of AOMs which are modulators are also used, it is possible that the device becomes large. In that case, the part from the light source 61 to the ND filter 68 and the part subsequent thereto is made a device that can be separated, and the light source part shown in FIG. Installed in a position away from the ND filter 68 (the condenser lens 6 to the optical systems 12a and 12b in FIG. 1, the plane mirror 26 to the optical systems 34a and 34b in FIG. 3 and the galvanometer scanner 4 in FIG. 5).
It is also possible to mount only 6 to the optical system 51) on the head or the like.

【0030】なお、上記各実施例においては光源として
気体レーザを用いているが、代わりに半導体レーザまた
はLEDを用いてもよい。その場合、直接、光源におい
て変調することができるので、装置の簡略化、小型化を
図ることができる。また、走査光学系において、光学部
品の1つとして凹面鏡を用いているが、レンズのパワー
配置を適宜変更することにより平面ミラーを用いること
もできる。また、上記各実施例において垂直偏向用の偏
向器としてAOD(音響光学偏向器)を用いることもで
きる。さらに、上記各実施例において、全てのビームス
プリッタはハーフミラーに置き換えることができ、全て
のダイクロイックプリズムはダイクロイックミラーに置
き換えることができる。
Although a gas laser is used as a light source in each of the above embodiments, a semiconductor laser or LED may be used instead. In this case, since the light source can be directly modulated, the device can be simplified and downsized. Further, although a concave mirror is used as one of the optical components in the scanning optical system, a plane mirror can be used by appropriately changing the power arrangement of the lens. In addition, an AOD (acousto-optic deflector) can be used as a deflector for vertical deflection in each of the above embodiments. Further, in each of the above embodiments, all the beam splitters can be replaced with half mirrors, and all the dichroic prisms can be replaced with dichroic mirrors.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の映像表示
装置によって使用者が認識する映像は、光ビームによっ
て左右眼球の網膜上に直接形成されるため、光ビームの
利用効率が高くなり、非常に少ない光量で高輝度な映像
が得られる。また、左右両眼に対して夫々、高解像度の
光学系が用いられているため、広画角、高解像度の映像
表示を行うことができる。また、左右両眼に対して、高
価かつ消費電力の大きい部品である偏向器を共通化した
ため、構成部品数が減少する。また、左右両眼の水平方
向の走査を1つの偏向器で行っているため、水平方向に
おける左右両眼の映像の同期を取る制御を行うことなく
左右両眼の夫々に容易に映像を形成することができる。
さらに、全ての偏向面と使用者の左右眼球の瞳位置を瞳
共役関係にしたため、偏向器の反射面では反射面積が非
常に小さくなって偏向器自体が小型化、軽量化されるこ
とになる。したがって、小型化、低価格化、省力化され
た映像表示装置を提供することができる。
As described above, since the image recognized by the user by the image display device of the present invention is directly formed on the retinas of the left and right eyeballs by the light beam, the utilization efficiency of the light beam is increased, High brightness images can be obtained with a very small amount of light. Further, since high-resolution optical systems are used for the left and right eyes, respectively, wide-angle and high-resolution image display can be performed. In addition, since the deflector, which is an expensive and power-consuming component, is shared by the left and right eyes, the number of components is reduced. Moreover, since the horizontal scanning of the left and right eyes is performed by one deflector, the images can be easily formed on the left and right eyes without performing control for synchronizing the images of the left and right eyes in the horizontal direction. be able to.
Further, since all the deflecting surfaces and the pupil positions of the left and right eyes of the user have a pupil conjugate relationship, the reflecting area of the deflecting surface of the deflector becomes very small, and the deflector itself becomes smaller and lighter. . Therefore, it is possible to provide a video display device that is compact, inexpensive, and labor-saving.

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

【図1】本発明の映像表示装置の第1実施例の構成を示
す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of an image display device of the present invention.

【図2】(a),(b)は第1実施例の光学系の展開図
である。
2A and 2B are development views of an optical system according to a first embodiment.

【図3】本発明の映像表示装置の第2実施例の構成を示
す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a second embodiment of an image display device of the present invention.

【図4】(a),(b)は第2実施例の光学系の展開図
である。
4A and 4B are development views of an optical system according to a second embodiment.

【図5】本発明の映像表示装置の第3実施例の構成を示
す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a third embodiment of an image display device of the present invention.

【図6】本発明の映像表示装置の第4実施例の光源部の
構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a light source unit of a fourth embodiment of the image display device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 He−Neレーザ(光源) 3 AOM(音響光学素子) 5 NDフィルタ 7 ガルバノメータスキャナ 8 ビームスプリッタ 11 ポリゴンミラー 12a,12b 光学系 14a,14b 凹面鏡 15a,15b 補正光学系 16a,16b 使用者の眼球 1 He-Ne laser (light source) 3 AOM (acousto-optic element) 5 ND filter 7 Galvanometer scanner 8 Beam splitter 11 Polygon mirror 12a, 12b Optical system 14a, 14b Concave mirror 15a, 15b Correction optical system 16a, 16b User's eyeball

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 映像を直接、使用者の眼球の網膜上に表
示する映像表示装置において、 左右両眼用の光ビームを形成する光源部と、 前記光ビームを垂直、水平の2方向に走査する少なくと
も2つの偏向器と、 垂直、水平の2方向に走査された光ビームを使用者の左
右両眼の夫々に導く光学系とを具え、 前記偏向器の第1の偏向面および第2の偏向面が夫々入
射瞳となり、使用者の左右眼球が夫々射出瞳となる瞳共
役関係を満たすようにしたことを特徴とする、映像表示
装置。
1. A video display device for displaying a video image directly on the retina of a user's eyeball, comprising a light source unit for forming light beams for the left and right eyes, and scanning the light beams in two directions, vertical and horizontal. At least two deflectors, and an optical system that guides a light beam scanned in two directions, vertical and horizontal, to each of the left and right eyes of the user, the first deflecting surface and the second deflecting surface of the deflector. An image display device, characterized in that each of the deflecting surfaces serves as an entrance pupil, and the left and right eyes of a user satisfy a pupil conjugate relationship such that each becomes an exit pupil.
【請求項2】 前記偏向器の1つを回転多面鏡とし、該
回転多面鏡の異なる偏向面によって前記左右両眼用の光
ビームを偏向して左右眼球の網膜上を同時に走査する偏
向手段を構成したことを特徴とする、請求項1記載の映
像表示装置。
2. One of the deflectors is a rotary polygon mirror, and deflection means for deflecting the light beams for the left and right eyes by different deflecting surfaces of the rotary polygon mirror to simultaneously scan the retinas of the left and right eyes. The video display device according to claim 1, wherein the video display device is configured.
【請求項3】 前記光源部は、光ビームを放射するレー
ザ光源と、該光ビームを映像情報に応じて変調する変調
手段とを具えて成ることを特徴とする、請求項1記載の
映像表示装置。
3. The image display according to claim 1, wherein the light source unit includes a laser light source that emits a light beam, and a modulation unit that modulates the light beam according to image information. apparatus.
【請求項4】 前記レーザ光源から放射された光ビーム
を左右両眼用の2本の光ビームに分割するビーム分割手
段を設けたことを特徴とする、請求項1記載の映像表示
装置。
4. The image display device according to claim 1, further comprising beam splitting means for splitting the light beam emitted from the laser light source into two light beams for the left and right eyes.
【請求項5】 前記光源部は、光源としてのR,G,B
の要素を有する白色レーザと、該白色レーザから放射さ
れたレーザ光が前記偏向器に入射する前にR,G,Bレ
ーザ光に分割するダイクロイックプリズムと、該R,
G,Bレーザ光を映像情報に応じて変調する変調手段
と、変調されたR,G,Bレーザ光を再結合する結合手
段とを具えて成ることを特徴とする、請求項1〜4の何
れか1項に記載の映像表示装置。
5. The light source section includes R, G, B as a light source.
And a dichroic prism that splits the laser light emitted from the white laser into R, G, and B laser light before entering the deflector, and R,
5. A modulation means for modulating G, B laser light according to image information, and a coupling means for recombining the modulated R, G, B laser light, according to claim 1. The video display device according to any one of claims.
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