JPH06315125A - 映像表示装置 - Google Patents

映像表示装置

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JPH06315125A
JPH06315125A JP5102815A JP10281593A JPH06315125A JP H06315125 A JPH06315125 A JP H06315125A JP 5102815 A JP5102815 A JP 5102815A JP 10281593 A JP10281593 A JP 10281593A JP H06315125 A JPH06315125 A JP H06315125A
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JP
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image
image display
lcd
eye
observer
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Withdrawn
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JP5102815A
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English (en)
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Keiichi Hisayoshi
圭一 久芳
Kokichi Kenno
孝吉 研野
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Priority to US08/231,669 priority patent/US5467205A/en
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 左右眼球の前方のほぼ等距離の位置に設置し
た1つの映像表示素子を左右から交互に照射して観察者
の左右眼球に交互に映像を導くようにした、コンパクト
かつ安価な映像表示装置を提供する。 【構成】 LCD1からの映像を観察者の右眼球5Rに
導く右眼用接眼光学系はハーフミラー3Rおよび凸レン
ズ4Rより成り、前記映像を左眼球5Lに導く左眼用接
眼光学系はハーフミラー3Lおよび凸レンズ4Lより成
り、LCD1は両者からほぼ等距離に位置する。LCD
1を照明するため、右眼用照明系2Rを左眼用接眼光学
系側に設け、左眼用照明系2Lを右眼用接眼光学系側に
設け、左眼用照明系2L、右眼用照明系2Rからの光束
によってLCD1を交互に照射することにより、前記映
像を時分割的に観察者の左右眼球5L,5Rに導く。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、映像を観察者の左右眼
球に表示するようにした映像表示装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】映像を観察者の左右眼球に表示する映像
表示装置の従来例としては、例えば、特開平4-26289 号
公報に記載されたものがある。図10は上記公報記載の
映像表示装置の概略構成を示す図である。この従来例
は、映像表示素子として1つのLCD51を用いてお
り、LCD51からの像(光束)は、レンズ51、ミラ
ー52、53およびレンズ54を経てハーフミラー55
に入射した後、右眼系においては、ハーフミラー55で
反射されてミラー56、57、レンズ58およびミラー
59を経て右眼球に到達し、左眼球においては、ハーフ
ミラー55を透過してミラー61、62、レンズ63、
ミラー64、レンズ65およびミラー66を経て右眼球
に到達するようになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来例において
は、映像表示素子として眼球前方から外れた位置に設置
した1つのLCDを使用し、そのLCDからの像をハー
フミラーで左右眼球用に分割して観察者の左右眼球に導
いているので、LCDからの左右共通光路およびハーフ
ミラー以降の分割光路を設けるとともに像が倒立しない
ように各光路にレンズ、ミラー等を多数設ける必要があ
り、光路の一部が重複して光学系が極めて複雑になり、
装置全体の大型化、重量増が避けられない。したがっ
て、この従来例は頭部装着型の映像表示装置として構成
するには適していない。
【0004】本発明は、左右眼球の前方のほぼ等距離の
位置に設置した1つの映像表示素子を左右から交互に照
射して観察者の左右眼球に交互に像を導くことにより、
コンパクトかつ安価な映像表示装置を提供することを目
的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】この目的のため、本発明
は、映像を表示する映像表示素子と、前記映像表示素子
からの映像を観察者の右眼球に導く光路を形成する右眼
用接眼光学系と、前記映像表示素子からの映像を観察者
の左眼球に導く光路を形成する左眼用接眼光学系とを具
え、前記左右眼用接眼光学系により観察者が前記映像の
空中拡大投影像を観察し得るようにした映像表示装置に
おいて、前記映像表示素子を前記両接眼光学系からほぼ
等距離の位置に設け、前記映像表示素子を照明するた
め、右眼用照明手段を前記左眼用接眼光学系側に設ける
とともに左眼用照明手段を前記右眼用接眼光学系側に設
け、前記左右眼用照明手段からの光束によって前記映像
表示素子を交互に照射することにより、前記映像を時分
割的に観察者の左右眼球に導くようにしたことを特徴と
するものである。
【0006】
【作用】本発明によれば、映像を表示する映像表示素子
は、右眼用接眼光学系および左眼用接眼光学系からほぼ
等距離の位置に設けられているので、左右眼用照明手段
からの光束によって前記映像表示素子を交互に照射する
ことにより、前記映像は時分割的に観察者の左右眼球に
導かれることになり、観察者は前記映像の空中拡大投影
像を観察することができる。その際、時分割的に前記映
像表示素子を照射するので、左右眼用接眼光学系の一部
を重畳させても互いに干渉しないように左右眼用接眼光
学系を構成できることから、各接眼光学系は少数のレン
ズ、ミラー等で構成できて極めて簡略化された光学系と
なり、装置全体の小型化、軽量化およびコストダウンが
可能になる上に、頭部装着型として構成するのに極めて
適した映像表示装置となる。
【0007】
【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
構成を示す図である。この第1実施例の映像表示装置
(以下の各実施例も同様である)は、頭部装着式の映像
表示装置として構成する場合を考慮して装置全体の小型
化を図ったものであり、例えば図8に示すようなゴーグ
ル型の映像表示装置として構成される。なお、図1にお
いては、各光束について主光線のみを表わしている。
【0008】この第1実施例は、両眼の光学系が左右対
称になるように構成されている。すなわち、この映像表
示装置は、頭部装着時に観察者の前方の左右眼球からほ
ぼ等距離の位置(例えば鼻の上方)になるように配置さ
れた、左右共通の映像表示素子である液晶パネル(LC
D)1と、右眼用照明系2Rと、右眼用接眼光学系を構
成するハーフミラー3R、凸レンズ4Rと、左眼用照明
系2Lと、左眼用接眼光学系を構成するハーフミラー3
L、凸レンズ4Lとを具えて成る。なお、図1において
は観察者に対向する配置にしてあるので、眼球の左右と
紙面の左右は逆に表わされている。
【0009】この第1実施例においては、以下のように
して観察者の左右眼球5L,5Rに交互に像を形成す
る。すなわち、ある時点にLCD1上に図示実線の像
(映像)Aを表示し、右眼用照明系2Rを駆動してLC
D1にハーフミラー3Lを介して紙面の右方から光束を
照射すると、ハーフミラー3Rおよび凸レンズ4Rを経
て右眼球5Rの網膜上に図示のように像A1が形成され
る。このとき、左眼用照明系2Lを同時に駆動している
と左眼球5Lの網膜上に不必要な反転像A2が形成され
るので、左眼用照明系2Lは必ずOFFにしておく。次
の時点に、LCD1上に図示点線の像Bを表示し、左眼
用照明系2Lを駆動してLCD1にハーフミラー3Rを
介して紙面の左方から光束を照射すると、ハーフミラー
3Lおよび凸レンズ4Lを経て左眼球5Lの網膜上に図
示のように像B1が形成される。このとき、右眼用照明
系2RをOFFにしておくのは言うまでもない。
【0010】このような「像A+右眼用照明系2R」お
よび「像B+左眼用照明系2L」の動作を交互に時分割
的に繰り返すことにより、LCD1が1つの簡略化され
た光学系を用いた小型、軽量かつ安価な映像表示装置で
ありながら、観察者の左右眼球5L,5Rの網膜上に像
A1、B1を形成することができ、両眼視が可能にな
る。
【0011】なお、上記第1実施例の構成において、L
CD1上に表示する左右眼球用の像A,Bを図2に示す
ように左右の視差が生じるものにすれば、観察者は、図
3に示すような対応関係で像Aおよび像Bの1〜4の番
号を付けた部分を夫々認識することになり、奥行きのあ
る物体Oとして認識するので立体視が可能になる。
【0012】図4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、第1実施例と同一の部分は同一
符号を付けて説明を省略する。この第2実施例の映像表
示装置は、上記第1実施例の左右眼用接眼光学系のハー
フミラー3L,3Rおよび凸レンズ4L,4Rを夫々、
凹面ミラー6L,6Rおよびプリズム7L,7Rに置き
換えて色収差の改善を図ったものであり、その他の部分
は第1実施例と同様に構成する。
【0013】この第2実施例においては、以下のように
して観察者の左右眼球5L,5Rに交互に像を形成す
る。すなわち、ある時点にLCD1上に図示実線の像A
を表示し、右眼用照明系2Rのみを駆動してLCD1に
紙面の右方から光束を照射すると、その光束の一部がプ
リズム7Rのハーフミラー面8Rで反射されて凹面ミラ
ー6Rに入射し、そこで拡大、反射された後にプリズム
7Rに入射する。入射された光束の一部はプリズム7R
のハーフミラー面8Rを透過し、右眼球5Rの網膜上に
図示のように像A1を形成する。次の時点に、LCD1
上に図示点線の像Bを表示し、左眼用照明系2Lのみを
駆動してLCD1に紙面の左方から光束を照射すると、
その光束の一部がプリズム7Lのハーフミラー面8Lで
反射されて凹面ミラー6Lに入射し、そこで拡大、反射
された後にプリズム7Lに入射する。入射された光束の
一部はプリズム7Lのハーフミラー面8Lを透過し、左
眼球5Lの網膜上に図示のように像B1を形成する。
【0014】このような「像A+右眼用照明系2R」お
よび「像B+左眼用照明系2L」の動作を交互に時分割
的に繰り返すことにより、LCD1が1つの簡略化され
た光学系を用いた、小型、軽量かつ安価な映像表示装置
でありながら、観察者の左右眼球5L,5Rの網膜上に
色収差のない像A1、B1を形成することができ、両眼
視が可能になる。
【0015】また、この第2実施例では、LCD1およ
び凹面ミラー6L,6Rの間の光路上に夫々プリズム7
L,7Rを配置したので、LCD1から観察者の左右眼
球5L,5Rに至るまでの光路の大部分が、屈折率n
(n=約1.4〜1.9)の光学ガラスまたは光学プラ
スチックの媒質中を通過することになる。このように屈
折率nの媒質中を光束が通過する場合の光路長は、空気
中の場合に比べて(1/n)倍となるため、プリズム7
L,7R内を透過する光路長は(1/n)倍に短縮され
る。したがって、画角を大きくするために焦点距離を短
くした場合であっても、観察者の左右眼球5L,5Rか
らプリズム7L,7Rまでの距離(図4にDで示す)を
十分に確保することができ、広画角の映像表示装置を実
現することが可能になる。
【0016】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り、第2実施例と同一の部分は同一
符号を付けて説明を省略する。この第3実施例の映像表
示装置は、LCD1として前後の面に偏光板を有する通
常のタイプのLCDの代わりに、前後の面(図示左右の
面)に偏光板を有していないTN液晶型LCDを用い、
右眼用照明系2Rおよびプリズム7L間、左眼用照明系
2Lおよびプリズム7R間、プリズム7Lおよび左眼球
5L間、プリズム7Rおよび右眼球5R間に夫々、図示
のようにP偏光特性、S偏光特性を付与した偏光板9
R,9L,10L,10Rを挿入したものであり、その
他の部分は第2実施例と同様に構成する。
【0017】この第3実施例においては、以下のように
して観察者の左右眼球5L,5Rに交互に像を形成す
る。すなわち、ある時点にLCD1上に図示実線の像A
を表示し、右眼用照明系2Rのみを駆動してLCD1に
紙面の右方から光束を照射すると、その光束が偏光板9
Rを透過することによりP偏光成分に変換されてプリズ
ム7Lに入射する。このP偏光成分のハーフミラー面8
Lでの反射光は、左眼球5L方向に進むが、S偏光成分
のみを透過させる偏光板10Lが設けられているため遮
光され、左眼球5Lには到達しない。一方、上記P偏光
成分のハーフミラー面8Lでの透過光は、TN液晶型の
LCD1を通過する際にS偏光成分に変換されて、プリ
ズム7Rに入射する。このS偏光成分のハーフミラー面
8Rでの透過光は偏光板9Lによって遮光され、このS
偏光成分のハーフミラー面8Rでの反射光は凹面ミラー
6Rに入射し、そこで拡大、反射された後にプリズム7
Rに入射する。入射されたS偏光成分の一部はプリズム
7Rのハーフミラー面8Rおよび偏光板10Rを透過
し、右眼球5Rの網膜上に図示のように像A1を形成す
る。
【0018】次の時点に、LCD1上に図示点線の像B
を表示し、左眼用照明系2Lのみを駆動してLCD1に
紙面の左方から光束を照射すると、偏光板9Lを経たP
偏光成分のハーフミラー面8Rでの反射光は、上記と同
様に右眼球5Rに到達する前にS偏光成分のみを透過さ
せる偏光板10Rによって遮光され、P偏光成分のハー
フミラー面8Rでの透過光は、TN液晶型のLCD1を
通過する際にS偏光成分に変換されて、プリズム7Lに
入射する。入射されたS偏光成分の一部はプリズム7L
のハーフミラー面8Lで反射され、凹面ミラー6Lで拡
大、反射されてハーフミラー面8Lおよび偏光板10L
を透過し、左眼球5Lの網膜上に図示のように像B1を
形成する。
【0019】このような「像A+右眼用照明系2R」お
よび「像B+左眼用照明系2L」の動作を交互に時分割
的に繰り返すことにより、第2実施例と同様の作用効果
が得られる上に、上述したように左右眼用照明系2L、
2Rからの光束が直接、左右眼球5L,5Rに入って観
察者に「ちらつき感」を与えるのを防止することができ
る。
【0020】図6は本発明の映像表示装置の第4実施例
の構成を示す図であり、第3実施例と同一の部分は同一
符号を付けて説明を省略する。この第4実施例の映像表
示装置は、左右眼用照明系2L,2Rから直接眼球に向
かう光束の遮光を、上記第3実施例とは異なる構成で実
現するものである。すなわち、本実施例では、第3実施
例で用いているプリズム7L,7R、偏光板9L,9R
および偏光板10L,10Rに代えて、P偏光透過型の
偏光ビームスプリッタ11L,11R、1/4λ板12
L,12R、偏光板13L,13Rを用いて光学系を構
成する。
【0021】この第4実施例においては、以下のように
して観察者の左右眼球5L,5Rに交互に像を形成す
る。すなわち、ある時点にLCD1上に図示実線の像A
を表示し、右眼用照明系2Rのみを駆動してLCD1に
紙面の右方から光束を照射すると、その光束のP偏光成
分はP偏光透過型の偏光ビームスプリッタ11Lを透過
するが、S偏光成分は反射されて左眼球5Lの手前の偏
光板13Lに向かう。このとき、偏光板13LはP偏光
透過型(S偏光反射型)に構成されているので、反射さ
れたS偏光成分が直接、左眼球5Lに入ることはない。
【0022】一方、偏光ビームスプリッタ11Lを透過
したP偏光成分は、TN液晶型のLCD1を通過する際
にS偏光成分に変換されるので、偏光ビームスプリッタ
11Rに入射すると全てが反射され、1/4λ板12R
を介して凹面ミラー6Rに入射する。このS偏光成分は
凹面ミラー6Rで拡大、反射された後に再び1/4λ板
12Rを通過する際にP偏光成分となり、偏光ビームス
プリッタ11およびP偏光透過型の偏光板13Rを透過
して右眼球5Rの網膜上に図示のように像A1を形成す
る。
【0023】次の時点に、LCD1上に図示点線の像B
を表示し、左眼用照明系2Lのみを駆動してLCD1に
紙面の左方から光束を照射すると、偏光ビームスプリッ
タ11Lで反射されたS偏光成分は、上記と同様に右眼
球5Rに到達する前にP偏光成分のみを透過させる偏光
板13Rによって遮光され、偏光ビームスプリッタ11
Lを透過したP偏光成分は、TN液晶型のLCD1を通
過する際にS偏光成分に変換された後、上記と同様にし
て左眼球5Lの網膜上に図示のように像B1を形成す
る。
【0024】このような「像A+右眼用照明系2R」お
よび「像B+左眼用照明系2L」の動作を交互に時分割
的に繰り返すことにより、第3実施例と同様の作用効果
が得られる上に、以下に述べるように光量増加の効果が
得られる。すなわち、上記第3実施例の場合は、右眼用
照明系2Rからの光束は、偏光板9Rの透過、ハーフミ
ラー面8Lの透過、ハーフミラー面8Rの反射およびハ
ーフミラー面8Lの透過の際に、夫々1/2にされるの
で、眼球5Rに到達する光量は右眼用照明系2Rの出力
の(1/2)4 =6.25%である。これに対し、本実
施例では、右眼用照明系2Rからの光束は偏光ビームス
プリッタ11Lを透過する際に1/2にされるだけなの
で、眼球5Rに到達する光量は右眼用照明系2Rの出力
の50%になり、飛躍的に増加する。
【0025】なお、上記各実施例には、以下に説明する
図7〜9の装置を組み合わせることができ、その場合、
本発明の映像表示装置を航空機内映像システムや頭部装
着式映像表示装置専用劇場に使用する際に、衛生面にお
ける性能向上および清掃等のメンテナンス性の向上を図
ることができる。図7(a)〜(d)は、光学系に凸レ
ンズを用いる場合に適用し得る、凸レンズ支持機構を示
す図である。この凸レンズ支持機構は、図7(a)、
(b)の正面図および側面図に示すように、左右一対の
凸レンズ支持具21L,21Rより成り、凸レンズ支持
具21L,21Rは凸レンズ22を支持するコの字型断
面を有しており、図示しない映像表示装置ハウジングに
結合されている。この凸レンズ支持機構においては、図
7(c)、(d)に示すように、点線で表わした凸レン
ズ装着状態から上方に実線で示すようにスライドするこ
とにより、極めて簡単に凸レンズを取り外すことができ
る。
【0026】図8(a)は頭部装着式のゴーグル型の映
像表示装置として構成した場合の全体構成を示す斜視図
である。この映像表示装置23は、光学系24と、光学
系の視野の明瞭性を確保するために設けた保護カバー2
5,26と、ヘッドホン27L,27Rと、頭部への装
着および固定のためのベルト28と、外部装置から映像
信号および音声信号を入力するための電線29L,29
Rとを具えて成る。ここで、保護カバー25,26は、
着脱可能に構成されており、使い捨てタイプとしても、
清掃、消毒後に再使用するタイプとしてもよい。なお、
保護カバー25は、図8(b)に示すように複数枚のカ
バーを積層して使用する度に剥すタイプとしてもよく、
また保護カバー26は、図8(c)に示すように、接触
部26aの交換を容易にするためその裏面にシール材2
6bを追加してもよい。
【0027】図9(a)は顔面接触部品を追加した映像
表示装置の頭部装着時の状態を上方から見おろした図で
ある。この映像表示装置は、光学系のハウジング30に
鼻当て31L,31Rを着脱可能に装着し、ヘッドホン
32L,32Rにスポンジ33L,33Rを着脱可能に
装着して構成し、スポンジ33L,33Rは図9(b)
に示すように、ヘッドホン32L,32Rのスピーカ3
4L,34R側に嵌合して使用する。なお、鼻当て31
L,31Rおよびスポンジ33L,33Rは、使い捨て
タイプとしても、清掃、消毒後に再使用するタイプとし
てもよく、さらに、マジックテープ(商品名)、両面粘
着テープ等によって着脱可能に支持するようにしてもよ
い。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、左
右眼球の前方のほぼ等距離の位置に設置した1つの映像
表示素子を時分割的に左右から交互に照射して観察者の
左右眼球に交互に像を導くようにしたから、左右眼用接
眼光学系の一部を重畳させても互いに干渉しないように
左右眼用接眼光学系を構成できる。したがって、各接眼
光学系は少数のレンズ、ミラー等で構成できて極めて簡
略化された光学系となり、装置全体の小型化、軽量化お
よびコストダウンが可能になる上に、頭部装着型として
構成するのに極めて適した映像表示装置となる。
【図面の簡単な説明】
【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。
【図2】第1実施例の映像表示装置を立体視に用いる場
合を説明するための図である。
【図3】第1実施例の映像表示装置を立体視に用いる場
合を説明するための図である。
【図4】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。
【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。
【図6】本発明の映像表示装置の第4実施例の構成を示
す図である。
【図7】(a)〜(d)は、光学系に凸レンズを用いる
映像表示装置に適用し得る、凸レンズ支持機構を示す図
である。
【図8】(a)〜(c)は、頭部装着式のゴーグル型の
映像表示装置として構成した場合の全体構成を示す斜視
図および保護カバーの詳細図である。
【図9】(a),(b)は、顔面接触部品を追加した映
像表示装置の頭部装着時の状態を上方から見おろした図
およびヘッドホン部の詳細図である。
【図10】従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
1 映像表示素子(液晶パネル;LCD) 2L 左眼用照明系 2R 右眼用照明系 3L,3R ハーフミラー 4L,4R 凸レンズ 5L,5R 左右眼球 6L,6R 凹面ミラー 7L,7R プリズム 8L,8R ハーフミラー面 9L,9R,10L,10R 偏光板 11L,11R 偏光ビームスプリッタ 12L,12R 1/4λ板 13L,13R 偏光板
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年6月16日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図1
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図2
【補正方法】変更
【補正内容】
【図2】
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図6
【補正方法】変更
【補正内容】
【図6】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 映像を表示する映像表示素子と、前記映
    像表示素子からの映像を観察者の右眼球に導く光路を形
    成する右眼用接眼光学系と、前記映像表示素子からの映
    像を観察者の左眼球に導く光路を形成する左眼用接眼光
    学系とを具え、前記両接眼光学系により観察者が前記映
    像の空中拡大投影像を観察し得るようにした映像表示装
    置において、 前記映像表示素子を前記左右眼用接眼光学系からほぼ等
    距離の位置に設け、 前記映像表示素子を照明するため、右眼用照明手段を前
    記左眼用接眼光学系側に設けるとともに左眼用照明手段
    を前記右眼用接眼光学系側に設け、 前記左右眼用照明手段からの光束によって前記映像表示
    素子を交互に照射することにより、前記映像を時分割的
    に観察者の左右眼球に導くようにしたことを特徴とす
    る、映像標示装置。
JP5102815A 1993-04-28 1993-04-28 映像表示装置 Withdrawn JPH06315125A (ja)

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