JPH07134264A - Display device - Google Patents

Display device

Info

Publication number
JPH07134264A
JPH07134264A JP30230893A JP30230893A JPH07134264A JP H07134264 A JPH07134264 A JP H07134264A JP 30230893 A JP30230893 A JP 30230893A JP 30230893 A JP30230893 A JP 30230893A JP H07134264 A JPH07134264 A JP H07134264A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
display means
lens system
display device
relay lens
image information
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Granted
Application number
JP30230893A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3311122B2 (en
Inventor
Norihiro Nanba
則広 難波
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.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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 Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP30230893A priority Critical patent/JP3311122B2/en
Publication of JPH07134264A publication Critical patent/JPH07134264A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3311122B2 publication Critical patent/JP3311122B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Lenses (AREA)

Abstract

PURPOSE:To miniaturize and simplify the entire part of a display device by constituting the device in such a manner that a relay lens system is made approximately telecentric to the display means side. CONSTITUTION:The luminous flux La based on the image information displayed on a display means 11 is condensed by a relay lens system 12 and the aerial image of the image information is formed in an intermediate imaging position 13. The luminous flux La is thereafter made incident on a condenser mirror 15 via a beam splitter 14 arranged in front of an observer. The luminous flux La is then reflected by the condenser mirror 15, is transmitted through the beam splitter 14 and is guided to an eye point 15, there by, the aerial image formed in the intermediate imaging position 13 is observed. The relay lens system 12 is made telecentric to the display means side. As a result, the good observation of the image is possible even if a spatial optical modulation element having the directivity of an exit characteristic strong in a perpendicular direction is used as the display means 11. The relay lens system is effectively made telecentric to the display means 11 side by arranging a field lens on the display means 11 side.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は表示装置に関し、特に観
察者の眼近傍に配置した表示手段の画像情報をビームス
プリッタを介し拡大した虚像として観察する例えばヘル
メット・マウント・ディスプレイ、ヘッド・マウンテッ
ド・ディスプレイ等に好適な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 a display device, and more particularly to observing image information of a display means arranged in the vicinity of an observer's eye as a magnified virtual image through a beam splitter, such as a helmet mount display or head mounted display. The present invention relates to a display device suitable for a display or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より観察者の眼部近傍に配置する表
示装置としては、ヘルメットと一体的に構成された所謂
ヘルメット・マウント・ディスプレイ(以下HMDと称
す)があり、高性能な航空機のパイロット用やシミュレ
ーション用等の表示装置として用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a so-called helmet mount display (hereinafter referred to as HMD) integrally formed with a helmet has been used as a display device arranged near an eye of an observer, and is a high-performance aircraft pilot. It is used as a display device for displays and simulations.

【0003】例えば特開平3−39924号公報ではパ
イロットに種々の飛行データを外景と重ね合わせて表示
するHMDが提案されている。
For example, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 3-39924 proposes an HMD for displaying various flight data on a pilot in an overlapping manner with an outside scene.

【0004】同公報では表示手段に表示された画像情報
からの光束をリレーレンズ系で集光し、該画像情報の空
中像を形成し、該空中像をビームスプリッタ及び結合子
を有するカタディオプトリックなアイピース手段で観察
者の眼へ導光すると共に外景からの光束を該結合子およ
びビームスプリッタを透過させて観察者の眼に導光して
いる。これにより表示手段で表示された画像情報と外景
の画像情報とを同一視野で観察している。
In the publication, a light flux from image information displayed on a display means is condensed by a relay lens system to form an aerial image of the image information, and the aerial image is a catadioptric having a beam splitter and a coupler. The eyepiece means guides the light beam to the observer's eye, and transmits the light flux from the outside scene to the observer's eye through the coupler and the beam splitter. Thereby, the image information displayed on the display means and the image information of the outside scene are observed in the same visual field.

【0005】また、Optical Approaches to the Helmet
Mounted Display(SPIE vol1116 1989) においても同様
な構成の表示装置が開示されている。
Also, Optical Approaches to the Helmet
Mounted Display (SPIE vol1116 1989) also discloses a display device having a similar configuration.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】前記特開平3−399
24号公報で提案されている表示装置では画像情報の表
示の為にCRTを用いており、この為装置全体の小型化
が難しいという問題点があった。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention
In the display device proposed in Japanese Patent No. 24, a CRT is used for displaying image information, which makes it difficult to downsize the entire device.

【0007】また、小型化の為に液晶表示素子(以下L
CDと称す)等を用いる場合、一般にLCDはCRTと
比べて出射角特性の指向性が垂直方向に強く、射出角が
大きい光束はLCD面でケラレが生じる為、一部の画像
情報に基づく光束は観察者の眼に導光できなくなってく
る。
A liquid crystal display device (hereinafter referred to as L
In general, an LCD has a stronger directivity of emission angle characteristics in the vertical direction than a CRT, and a light beam with a large emission angle causes vignetting on the LCD surface. Therefore, a light beam based on some image information is used. Can no longer guide light to the observer's eyes.

【0008】また、LCD面の垂直方向からずれた射出
角に基づく光束ほどコントラストは低下する為、画像情
報を良好に観察するにはリレー光学系の軸外光束におい
てLCDからの光束中心の射出角度および光束のNAを
考慮した光学系を配置しければ成らない。
Further, since the contrast decreases as the light beam based on the emission angle deviated from the vertical direction of the LCD surface, in order to observe the image information satisfactorily, the emission angle of the light beam center from the LCD in the off-axis light beam of the relay optical system. It is necessary to dispose an optical system in consideration of the NA of the light flux.

【0009】更に、従来のHMDは観察者がメガネを掛
けたまま観察することについては何ら考慮されてなかっ
た。従来、視度調節が必要な観察者が表示手段の画像情
報を観察する場合は光学系に視度調節手段を設ける必要
があった。
Further, in the conventional HMD, no consideration has been given to the observation with the observer wearing glasses. Conventionally, when an observer requiring diopter adjustment observes image information on the display means, it is necessary to provide the optical system with the diopter adjuster.

【0010】また外景に画像情報を重ね合わせて観察す
る場合、外景からの光束に対しても視度調節手段を設け
なければならず、光学系の部品点数が増え装置全体の小
型化及び簡素化を妨げるという問題点があった。
Further, when image information is superimposed on an outside scene for observation, it is necessary to provide a diopter adjusting means even for a light flux from the outside scene, which increases the number of optical system parts and reduces the size and simplification of the entire apparatus. There was a problem of hindering.

【0011】そこで眼鏡を必要とする観察者が眼鏡をか
けたままの状態で観察できる事が望ましい。しかしなが
ら一般に該光学系と観察者の瞳との距離(アイポイント
長)は短く、メガネを掛けたまま観察するだけのアイポ
イント長を確保するのは大変難しいという問題点があっ
た。
Therefore, it is desirable that an observer who needs spectacles can observe with the spectacles worn. However, in general, the distance (eye point length) between the optical system and the observer's pupil is short, and it is very difficult to secure an eye point length for observing while wearing glasses.

【0012】本発明は表示手段やリレーレンズそしてハ
ーフミラー等の各要素を適切に構成することにより、装
置全体の小型化を容易にし、表示手段で表示された画像
情報を良好に観察することができる表示装置の提供を目
的としている。
The present invention facilitates miniaturization of the entire apparatus by appropriately configuring each element such as the display means, the relay lens, and the half mirror, and enables good observation of the image information displayed on the display means. The purpose is to provide a display device that can be used.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の表示装置は表示
手段に表示した画像情報に基づく光束をリレーレンズ系
により集光して該画像情報の空中像を形成し、該光束を
観察者の前方に配置したビームスプリッターを介して集
光ミラーに入射させ、該集光ミラーにより反射し該ビー
ムスプリッターを介して観察者の眼に導光して該空中像
を観察する表示装置において、該リレーレンズ系は該表
示手段側に略テレセントリックとなっていることを特徴
としている。
According to the display device of the present invention, a light flux based on image information displayed on the display means is condensed by a relay lens system to form an aerial image of the image information, and the light flux is observed by an observer. In the display device, which is incident on a condenser mirror through a beam splitter disposed in front, is reflected by the condenser mirror, is guided to the observer's eye through the beam splitter, and observes the aerial image, the relay The lens system is characterized in that it is substantially telecentric on the display means side.

【0014】また、表示手段に表示した画像情報に基づ
く光束をリレーレンズ系により集光して該画像情報の空
中像を形成し、該光束の少なくとも一部を観察者の前方
に配置したビームスプリッターで反射し、該ビームスプ
リッターの前方に配置した集光ミラーに入射させて、該
集光ミラーにより該集光ミラーに入射した光束の少なく
とも一部を反射し該ビームスプリッターを透過させて観
察者の眼に導光して該空中像を観察する表示装置におい
て、該リレーレンズ系は該表示手段側に略テレセントリ
ックとなっていることを特徴としている。
Further, a light beam based on the image information displayed on the display means is condensed by a relay lens system to form an aerial image of the image information, and at least a part of the light beam is arranged in front of an observer. Reflected by, and made incident on a condenser mirror arranged in front of the beam splitter, and reflected by the condenser mirror at least a part of the luminous flux and transmitted through the beam splitter. In a display device that guides light to the eye to observe the aerial image, the relay lens system is substantially telecentric to the display means side.

【0015】特に、前記表示手段の対角画面寸法をh、
前記リレー光学系の横倍率をβ、前記集光ミラーの焦点
距離をfmとするとき、 20.0<h・β<40.0 ‥‥‥‥‥(1) 35.0<fm<50.0 ‥‥‥‥‥(2) を満足することを特徴としている。
In particular, the diagonal screen dimension of the display means is h,
When the lateral magnification of the relay optical system is β and the focal length of the condenser mirror is fm, 20.0 <h · β <40.0 (1) 35.0 <fm <50. It is characterized by satisfying 0 (2).

【0016】また、前記表示手段は光透過型の液晶表示
素子や光反射型の液晶表示素子、微小ミラーを格子状に
配置して微小ミラー単位に角度制御可能な素子等である
ことを特徴としている。
Further, the display means is a light transmission type liquid crystal display element, a light reflection type liquid crystal display element, an element whose fine mirrors are arranged in a lattice and whose angle can be controlled for each fine mirror, and the like. There is.

【0017】[0017]

【実施例】図1は本発明の実施例1の要部概略図、図1
2は本実施例の表示装置を2つ観察者の左右の眼近傍に
夫々配置したときの要部斜視図である。図2〜図5は各
々後述する数値実施例1〜4の光学系の断面図、図6〜
図9は各々後述する数値実施例1〜4の諸収差図であ
る。また、図6〜図9において球面収差の縦軸の長さは
アイポイント上の瞳高さであり、非点収差と歪曲収差の
縦軸の長さは各々表示手段11上の対角線長の半分の長
さを示している。また、諸収差は物点を表示手段11と
したときの光学系全系(カバーガラスからハーフミラー
までのレンズ系)の収差図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic view of the essential parts of a first embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of a main part when two display devices of this embodiment are arranged near the left and right eyes of an observer, respectively. 2 to 5 are cross-sectional views of optical systems of Numerical Examples 1 to 4 described later, and FIGS.
FIG. 9 is a diagram of various aberrations of Numerical Examples 1 to 4 described later. 6 to 9, the vertical axis length of spherical aberration is the pupil height above the eye point, and the vertical axis lengths of astigmatism and distortion are each half the diagonal length on the display means 11. Shows the length of. In addition, various aberrations are aberration diagrams of the entire optical system (lens system from the cover glass to the half mirror) when the object point is the display unit 11.

【0018】図1において、11はLCD等の空間変調
素子を有する表示手段、12は該表示手段11上の画像
情報を中間結像面13に結像させる為のリレーレンズ系
であり、表示手段12側にテレセントリックとしてい
る。
In FIG. 1, 11 is a display means having a spatial modulation element such as LCD, 12 is a relay lens system for forming image information on the display means 11 on an intermediate image forming surface 13, and the display means It is telecentric on the 12th side.

【0019】14はハーフミラー等の反射及び透過作用
を有するビームスプリッタである。15は集光ミラーで
あり球面ミラーや非球面ミラー等から成り、中間結像面
13上の空中像からの光束をアイポイント16に導光し
ている。
Reference numeral 14 is a beam splitter such as a half mirror having a reflecting and transmitting action. A condenser mirror 15 is composed of a spherical mirror, an aspherical mirror or the like, and guides the light flux from the aerial image on the intermediate image forming surface 13 to the eyepoint 16.

【0020】本実施例では表示手段11に表示した画像
情報に基づく光束Laをリレーレンズ系12により集光
して中間結像位置13に該画像情報の空中像を形成す
る。その後光束Laを観察者の前方に配置したビームス
プリッター14を介して集光ミラー15に入射させ、該
集光ミラー15により該光束Laを反射して該ビームス
プリッター14を透過させてアイポイント16に導光
し、これにより中間結像位置13に形成した該空中像を
観察するようにしている。
In this embodiment, the light beam La based on the image information displayed on the display means 11 is condensed by the relay lens system 12 to form an aerial image of the image information at the intermediate image forming position 13. After that, the light beam La is made incident on the condensing mirror 15 via the beam splitter 14 arranged in front of the observer, and the light beam La is reflected by the condensing mirror 15 and transmitted through the beam splitter 14 to the eye point 16. The light is guided so that the aerial image formed at the intermediate image forming position 13 is observed.

【0021】ここで観察者は図1,図12に示すように
アイポイント16から該空中像をプラスy方向に観察し
ている。
Here, the observer observes the aerial image from the eyepoint 16 in the plus y direction as shown in FIGS.

【0022】尚、図1では集光ミラー15を透光性のな
い全反射型の集光ミラーとし、表示手段11の画像情報
のみを観察する場合を示したが、透光性を有する集光ミ
ラーを用いて外景の画像情報と重ね合わせて双方の画像
情報を同一視野で同時に観察するようにしても良い。
Although FIG. 1 shows the case where the condensing mirror 15 is a total reflection type condensing mirror having no translucency and only the image information of the display means 11 is observed, the condensing mirror 15 has translucency. It is also possible to superimpose the image information of the outside scene using a mirror and observe both image information simultaneously in the same field of view.

【0023】本実施例において、リレーレンズ系12は
表示手段11側にテレセントリックとしている。これに
より表示手段11として射出特性の指向性が垂直方向に
強い空間光変調素子、例えば光透過型の液晶素子、光反
射型の液晶素子そして微小ミラーを格子状に配置して微
小ミラー単位に角度制御可能な素子、等を用いても良好
に画像情報の観察が行え、装置全体の小型化を容易にし
ている。
In this embodiment, the relay lens system 12 is telecentric on the display means 11 side. As a result, as the display means 11, a spatial light modulator having a strong directivity of emission characteristics in the vertical direction, for example, a light transmission type liquid crystal element, a light reflection type liquid crystal element, and micromirrors are arranged in a grid pattern and an angle is set for each micromirror. Even if a controllable element or the like is used, the image information can be satisfactorily observed, and the miniaturization of the entire apparatus is facilitated.

【0024】次にテレセントリックなリレーレンズ系1
2についての技術的な説明をする。リレーレンズ系12
において表示手段11側にテレセントリックとするには
表示手段11側にフィールドレンズを配置するのが有効
である。
Next, a telecentric relay lens system 1
A technical explanation of No. 2 will be given. Relay lens system 12
In order to make the display means 11 side telecentric, it is effective to dispose a field lens on the display means 11 side.

【0025】図13はフィールドレンズを用いた場合の
光学系を展開して示した説明図である。図中、131は
表示手段上の画像情報、132はフィールドレンズであ
る。12は該フィールドレンズ132,レンズ133を
有するリレーレンズ系であり、画像情報131を中間結
像面13に結像させている。
FIG. 13 is an explanatory view showing an expanded optical system when a field lens is used. In the figure, 131 is image information on the display means, and 132 is a field lens. Reference numeral 12 is a relay lens system having the field lens 132 and the lens 133, and forms image information 131 on the intermediate image forming surface 13.

【0026】134は該リレーレンズ系133の絞り位
置、136は表示手段からの軸外光束の主光線である。
Reference numeral 134 is the stop position of the relay lens system 133, and 136 is the principal ray of the off-axis light beam from the display means.

【0027】画像情報131に基づく軸外の光束のうち
例えば主光線136は光軸に平行と成るようにフィール
ドレンズ132に入射し、絞り位置134で光軸と交わ
り中間結像面13に結像する。これが軸外の全域で成り
立つよう設定することでテレセントリックとしている。
Of the off-axis light flux based on the image information 131, for example, the chief ray 136 enters the field lens 132 so as to be parallel to the optical axis, intersects the optical axis at the diaphragm position 134, and forms an image on the intermediate image forming surface 13. To do. Telecentric is set by setting this to hold in the entire off-axis range.

【0028】次に図1においてリレーレンズ系12をテ
レセントリックとする為の設定方法について述べる。
Next, a setting method for making the relay lens system 12 telecentric in FIG. 1 will be described.

【0029】先ず観察者が観察する際の画角、視度及び
集光ミラーの近軸焦点距離を決めると、アイピース系の
近軸結像関係に基づきリレーレンズ系12による中間結
像面13上の像寸法及び空中像からアイピースであると
ころの集光ミラー15への軸外光線の出射角が決定され
る。即ち中間結像面13に対するリレーレンズ系12の
射出瞳位置及び出射角が決まる。
First, when the angle of view, diopter and paraxial focal length of the converging mirror are determined by the observer, on the intermediate image plane 13 by the relay lens system 12 based on the paraxial image formation relationship of the eyepiece system. Image size and the exit angle of the off-axis ray from the aerial image to the condenser mirror 15, which is the eyepiece. That is, the exit pupil position and the exit angle of the relay lens system 12 with respect to the intermediate image plane 13 are determined.

【0030】更にこの出射角に対して諸収差を補正でき
る範囲でレンズ133の入射角を決定すればレンズ13
3の入射瞳位置が決定する。よって、フィールドレンズ
132の焦点距離をフィールドレンズ132の後側主点
位置からレンズ133の入射瞳位置までの距離となるよ
うに設定すれば諸収差が良好に補正されかつ表示手段側
にテレセントリックとすることができる。
Further, if the incident angle of the lens 133 is determined within a range in which various aberrations can be corrected with respect to this outgoing angle, the lens 13
The entrance pupil position of 3 is determined. Therefore, if the focal length of the field lens 132 is set to be the distance from the rear principal point position of the field lens 132 to the entrance pupil position of the lens 133, various aberrations are corrected well and the display means is telecentric. be able to.

【0031】次に各条件式の技術的な意味を説明する。
条件式(1)は表示手段11の対角画面寸法とリレーレ
ンズ系12の横倍率の積に関するものであり、リレーレ
ンズ系12で結像される空中像の対角寸法を示してい
る。条件式(1)の上限値を越えると広画角を保ちなが
らアイポイント長を長く取ることが困難となる。以下、
図面を用いて説明する。
Next, the technical meaning of each conditional expression will be described.
Conditional expression (1) relates to the product of the diagonal screen size of the display means 11 and the lateral magnification of the relay lens system 12, and represents the diagonal size of the aerial image formed by the relay lens system 12. If the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, it will be difficult to obtain a long eyepoint length while maintaining a wide angle of view. Less than,
This will be described with reference to the drawings.

【0032】図10は条件式(1)の上限値を越えた場
合の各要素の配置を示す要部概略図である。図中、10
1は不図示のリレーレンズ系による空中像、102は集
光ミラー、103はビームスプリッタ、104はアイポ
イントである。
FIG. 10 is a schematic view of the essential parts showing the arrangement of each element when the upper limit of conditional expression (1) is exceeded. 10 in the figure
1 is an aerial image by a relay lens system (not shown), 102 is a condenser mirror, 103 is a beam splitter, and 104 is an eye point.

【0033】同図においては、各要素を左右両眼用に対
称的に配置した場合を示している。ここで基線長dは観
察者に応じて決まり、画角2ωを決定すると左右対称に
配置した各要素の物理的干渉を避ける為アイポイント1
04から球面ミラー102までの最大距離Lmax が決定
される。ここで空中像101の水平方向の長さa、図1
0中の集光ミラー102の光軸に対する空中像101の
結像する面の傾きθ、そしてアイポイント長eに関して
次式が成り立つ。
In the figure, the case where the respective elements are symmetrically arranged for the left and right eyes is shown. Here, the base line length d is determined according to the observer, and when the angle of view 2ω is determined, the eyepoint 1 is set in order to avoid physical interference between the symmetrically arranged elements.
The maximum distance Lmax from 04 to the spherical mirror 102 is determined. Here, the horizontal length a of the aerial image 101, FIG.
The following expression holds for the inclination θ of the surface on which the aerial image 101 is formed with respect to the optical axis of the condenser mirror 102 at 0 and the eyepoint length e.

【0034】e<Lmax −a・cosθ これより、条件式(1)を越えると上式の長さaが過大
な値となり、メガネをかけたまま観察することができる
アイポイント長を得ることが困難となる。
E <Lmax−a · cos θ From this, when the conditional expression (1) is exceeded, the length a in the above expression becomes an excessive value, and an eyepoint length that allows observation while wearing glasses can be obtained. It will be difficult.

【0035】また、下限値を越えるとリレーレンズ系が
集光ミラーからアイポイントへの光束を遮る為良くな
い。以下、図面を用いて説明する。
If the lower limit is exceeded, the relay lens system blocks the light beam from the condenser mirror to the eye point, which is not preferable. Hereinafter, description will be given with reference to the drawings.

【0036】図11は条件式(1)の下限値を越えた場
合の光学系の配置を示す図である。111はリレーレン
ズ系、112はリレーレンズ系111の結像面に位置す
る空中像、113は集光ミラー、114はビームスプリ
ッタ、115はアイポイントである。
FIG. 11 is a diagram showing the arrangement of the optical system when the lower limit of conditional expression (1) is exceeded. 111 is a relay lens system, 112 is an aerial image located on the image plane of the relay lens system 111, 113 is a condenser mirror, 114 is a beam splitter, and 115 is an eye point.

【0037】空中像112を小さくすればリレーレンズ
系111の射出瞳位置は空中像112の位置に近づく。
リレーレンズ系111を後絞りの構成とすればリレーレ
ンズ系111全体の移動は避けられるが、射出瞳の大き
な移動には対応できない。
When the aerial image 112 is made smaller, the exit pupil position of the relay lens system 111 approaches the position of the aerial image 112.
If the relay lens system 111 is configured as a rear diaphragm, the movement of the entire relay lens system 111 can be avoided, but it cannot cope with a large movement of the exit pupil.

【0038】よって射出瞳の移動と共にリレーレンズ系
111が空中像112に近づき条件式(1)の下限を越
えるとハーフミラー114あるいは集光ミラー113に
おける反射光束を遮ってしまい画像の一部にケラレが生
じてしまい良くない。
Therefore, when the relay lens system 111 approaches the aerial image 112 with the movement of the exit pupil and the lower limit of conditional expression (1) is exceeded, the reflected light beam from the half mirror 114 or the condenser mirror 113 is blocked and a part of the image is vignetted. Is not good because it occurs.

【0039】条件式(2)はアイピースであるところの
集光ミラーの焦点距離に関するものである。条件式
(2)の上限値を越えると中間結像面上の空中像から集
光ミラーまでの光路長が長くなり装置全体の小型化が困
難となる。また条件式(2)の下限値を越えると集光ミ
ラーで発生する像面湾曲が過多となりリレーレンズ系で
補正するのが困難となってくる。
Conditional expression (2) relates to the focal length of the condenser mirror which is an eyepiece. If the upper limit of conditional expression (2) is exceeded, the optical path length from the aerial image on the intermediate image plane to the condenser mirror becomes long, making it difficult to downsize the entire apparatus. On the other hand, if the lower limit of conditional expression (2) is exceeded, the curvature of field generated by the condenser mirror becomes excessive and it becomes difficult to correct it by the relay lens system.

【0040】尚、ビームスプリッタ103,114は反
射、透過作用を合わせ持つものであれば良く、偏光ビー
ムスプリッタ等を用いても良い。
The beam splitters 103 and 114 need only have the functions of reflection and transmission, and a polarization beam splitter or the like may be used.

【0041】本実施例によれば以上の如く各要素を適切
に構成することにより、装置全体を小型にしつつ、倍率
37倍程度、画角37°程度で光学系の諸収差を良好に
補正した表示装置を得ることができる。
According to the present embodiment, by appropriately configuring each element as described above, various aberrations of the optical system can be satisfactorily corrected at a magnification of about 37 times and an angle of view of about 37 ° while reducing the size of the entire apparatus. A display device can be obtained.

【0042】更に、アイポイント長を十分長く設定して
おり、観察者がメガネを掛けたまま観察することができ
る為、装置全体を小型化及び簡素化することができる。
Further, since the eyepoint length is set to be sufficiently long so that the observer can observe while wearing the glasses, the entire apparatus can be made compact and simple.

【0043】次に本発明の数値実施例1〜4を示す。該
数値実施例1〜4においてRiは物体側(表示手段側)
より光束の進行順に第i番目の光学要素の曲率半径、D
iは第i番目のレンズ厚又は空気間隔、Niとνiは各
々第i番目の光学要素の屈折率とアッベ数である。ま
た、前述の条件式と数値実施例における諸数値との関係
を表1に示す。
Next, numerical examples 1 to 4 of the present invention will be shown. In Numerical Examples 1 to 4, Ri is the object side (display means side)
The radius of curvature of the i-th optical element, D
i is the i-th lens thickness or air gap, and Ni and νi are the refractive index and Abbe number of the i-th optical element, respectively. Table 1 shows the relationship between the above-mentioned conditional expressions and various numerical values in the numerical examples.

【0044】[0044]

【表1】 (数値実施例1) Ri Di Ni νi ∞ 0.00 1 表示面 1 ∞ 1.00 1.51633 64.15 カハ゛ー カ゛ラス 2 ∞ 9.40 1 3 ∞ 3.00 1.51633 64.15 フィールト゛ レンス゛ 4 -37.841 14.40 1 5 34.152 5.00 1.69680 55.53 6 -36.491 0.25 1 7 13.188 4.20 1.83481 42.72 8 56.663 1.00 1 9 -96.058 1.40 1.84666 23.78 10 9.570 9.60 1 11 911.007 1.10 1.69895 30.12 12 22.434 4.40 1.79952 42.24 13 -20.511 47.20 1 14 ∞ 30.00 1 ハーフ ミラー(反射) 15 81.498 30.00 1 球面ミラー 16 ∞ 4.00 1.51633 64.15 ハーフ ミラー(透過) 17 40.00 1 18 アイホ゜イント 物高(対角) 17.8mm 画角(2ω) 37° リレー系横倍率 1.6 視度 −1dpt (数値実施例2) Ri Di Ni νi ∞ 0.00 1 表示面 1 ∞ 1.00 1.51633 64.15 カハ゛ー カ゛ラス 2 ∞ 4.00 1 3 ∞ 3.00 1.51633 64.15 フィールト゛ レンス゛ 4 -40.000 31.11 1 5 35.187 4.20 1.69680 55.53 6 -56.425 0.25 1 7 19.025 4.30 1.83481 42.72 8 -81.546 1.00 1 9 -36.376 1.40 1.80518 25.43 10 13.455 8.11 1 11 -64.926 4.40 1.80400 46.58 12 -22.318 72.49 1 13 ∞ 30.00 1 ハーフ ミラー(反射) 14 92.360 30.00 1 球面ミラー 15 ∞ 4.00 1.51633 64.15 ハーフ ミラー(透過) 16 40.00 1 17 アイホ゜イント 物高(対角) 17.8mm 画角(2ω) 37° リレー系横倍率 1.8 視度 −1dpt (数値実施例3) Ri Di Ni νi ∞ 0.00 1 表示面 1 ∞ 1.00 1.51633 64.15 カハ゛ー カ゛ラス 2 ∞ 4.00 1 3 ∞ 5.00 1.60311 60.70 フィールト゛ レンス゛ 4 -55.000 61.20 1 5 49.107 3.20 1.69680 55.53 6 -70.402 0.25 1 7 19.025 3.30 1.83481 42.72 8 -204.384 1.00 1 9 -53.742 1.40 1.80518 25.43 10 14.009 11.70 1 11 -40.148 3.40 1.80400 46.58 12 -19.349 63.84 1 13 ∞ 30.00 1 ハーフ ミラー(反射) 14 92.360 30.00 1 球面ミラー 15 ∞ 4.00 1.51633 64.15 ハーフ ミラー(透過) 16 40.00 1 17 アイホ゜イント 物高(対角) 35.6mm 画角(2ω) 37° リレー系横倍率 0.9 視度 −1dpt (数値実施例4) Ri Di Ni νi ∞ 0.00 1 表示面 1 ∞ 1.00 1.51633 64.15 カハ゛ー カ゛ラス 2 ∞ 4.00 1 3 ∞ 5.00 1.60311 60.70 フィールト゛ レンス゛ 4 -60.000 64.94 1 5 111.874 3.20 1.69680 55.53 6 -51.084 0.25 1 7 19.025 4.30 1.83481 42.72 8 -228.002 1.00 1 9 -40.803 1.40 1.80518 25.43 10 16.128 7.03 1 11 -35.187 3.40 1.80400 46.58 12 -17.329 55.98 1 13 ∞ 30.00 1 ハーフ ミラー(反射) 14 81.680 30.00 1 球面ミラー 15 ∞ 4.00 1.51633 64.15 ハーフ ミラー(透過) 16 40.00 1 17 アイホ゜イント 物高(対角) 35.6mm 画角(2ω) 37° リレー系横倍率 0.8 視度 −1dpt[Table 1] Numerical Example 1 Ri Di Ni νi ∞ 0.00 1 Display Surface 1 ∞ 1.00 1.51633 64.15 Cover Glass 2 ∞ 9.40 1 3 ∞ 3.00 1.51633 64.15 Field Length 4 -37.841 14.40 1 5 34.152 5.00 1.69680 55.53 6 1 -36.491 188 4.20 1.83481 42.72 8 56.663 1.00 1 9 -96.058 1.40 1.84666 23.78 10 9.570 9.60 1 11 911.007 1.10 1.69895 30.12 12 22.434 4.40 1.79952 42.24 13 -20.511 47.20 1 14 ∞ 30.00 1 Half mirror (reflection) 15 81.40 160.00 10.00 1.51633 64.15 Half mirror (transmissive) 17 40.00 1 18 Eye point Object height (diagonal) 17.8 mm Angle of view (2ω) 37 ° Relay system lateral magnification 1.6 Diopter -1 dpt (Numerical example 2) Ri Di Ni νi ∞ 0.00 1 Display surface 1 ∞ 1.00 1.51633 64.15 Cover glass 2 ∞ 4.00 1 3 ∞ 3.00 1.51633 64.15 Field length 4 -40.000 31.11 1 5 35.187 4.20 1.6 9680 55.53 6 -56.425 0.25 1 7 19.025 4.30 1.83481 42.72 8 -81.546 1.00 1 9 -36.376 1.40 1.80518 25.43 10 13.455 8.11 1 11 -64.926 4.40 1.80400 46.58 12 -22.318 72.49 1 13 13 ∞ 30.00 1 half mirror (reflection) 14 92 1 Spherical mirror 15 ∞ 4.00 1.51633 64.15 Half mirror (transmission) 16 40.00 1 17 Eye point Object height (diagonal) 17.8 mm Field angle (2ω) 37 ° Relay system lateral magnification 1.8 Diopter -1 dpt (Numerical example) 3) Ri Di Ni νi ∞ 0.00 1 Display surface 1 ∞ 1.00 1.51633 64.15 Cover glass 2 ∞ 4.00 1 3 ∞ 5.00 1.60311 60.70 Field length 4 -55.000 61.20 1 5 49.107 3.20 1.69680 55.53 6 -70.402 0.25 1 -204.384 1.00 1 9 -53.742 1.40 1.80518 25.43 10 14.009 11.70 1 11 -40.148 3.40 1.80400 46.58 12 -19.349 63.84 1 13 ∞ 30.00 1 Half mirror (reflection) 14 92.360 30.00 1 Spherical mirror Ra 15 ∞ 4.00 1.51633 64.15 Half mirror (transmission) 16 40.00 1 17 Eye point Height (diagonal) 35.6 mm Angle of view (2ω) 37 ° Lateral magnification of relay system 0.9 Diopter -1 dpt (Numerical example 4) Ri Di Ni νi ∞ 0.00 1 Display Surface 1 ∞ 1.00 1.51633 64.15 Cover Glass 2 ∞ 4.00 1 3 ∞ 5.00 1.60311 60.70 Field Length 4 -60.000 64.94 1 5 111.874 3.20 1.69680 55.53 6 -51.084 42.208. 1.00 1 9 -40.803 1.40 1.80518 25.43 10 16.128 7.03 1 11 -35.187 3.40 1.80400 46.58 12 -17.329 55.98 1 13 ∞ 30.00 1 half mirror (reflection) 14 81.680 30.00 1 spherical mirror 15 ∞ 4.00 1.51633 64.15 half mirror (transmission) 16 40.00 1 17 Eye point Height (diagonal) 35.6mm Angle of view (2ω) 37 ° Lateral magnification of relay system 0.8 Diopter -1dpt

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明によれば以上の如く各要素を適切
に構成することにより、装置全体の小型化を容易にし、
画像情報を良好に観察することができる表示装置を達成
することができる。
According to the present invention, by appropriately configuring each element as described above, it becomes easy to downsize the entire apparatus,
A display device capable of observing image information well can be achieved.

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

【図1】 本発明の実施例1の要部該略図FIG. 1 is a schematic view of an essential part of Embodiment 1 of the present invention.

【図2】 本発明の数値実施例1の光学系の断面図FIG. 2 is a sectional view of an optical system according to Numerical Example 1 of the present invention.

【図3】 本発明の数値実施例2の光学系の断面図FIG. 3 is a sectional view of an optical system according to Numerical Example 2 of the present invention.

【図4】 本発明の数値実施例3の光学系の断面図FIG. 4 is a sectional view of an optical system according to Numerical Example 3 of the present invention.

【図5】 本発明の数値実施例4の光学系の断面図FIG. 5 is a sectional view of an optical system according to Numerical Example 4 of the present invention.

【図6】 本発明の数値実施例1の諸収差図FIG. 6 is a diagram showing various types of aberration in Numerical Example 1 of the present invention.

【図7】 本発明の数値実施例2の諸収差図FIG. 7 is a diagram of various types of aberration in Numerical example 2 of the present invention.

【図8】 本発明の数値実施例3の諸収差図FIG. 8 is a diagram showing various types of aberration in Numerical Example 3 of the present invention.

【図9】 本発明の数値実施例4の諸収差図FIG. 9 is a diagram showing various types of aberration in Numerical Example 4 of the present invention.

【図10】 本発明の表示装置の一部分の説明図FIG. 10 is an explanatory diagram of a part of the display device of the present invention.

【図11】 本発明の表示装置の一部分の説明図FIG. 11 is an explanatory diagram of a part of the display device of the present invention.

【図12】 本発明の表示装置を観察者の眼近傍に配置
した際の要部斜視図
FIG. 12 is a perspective view of a main part when the display device of the present invention is arranged near an observer's eye.

【図13】 本発明の光学系の一部分の説明図FIG. 13 is an explanatory diagram of a part of the optical system of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 表示手段 12 リレーレンズ系 13 中間結像面 14 ビームスプリッタ 15 集光ミラー 16 アイポイント 11 display means 12 relay lens system 13 intermediate image plane 14 beam splitter 15 condenser mirror 16 eyepoint

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 表示手段に表示した画像情報に基づく光
束をリレーレンズ系により集光して該画像情報の空中像
を形成し、該光束を観察者の前方に配置したビームスプ
リッターを介して集光ミラーに入射させ、該集光ミラー
により反射し該ビームスプリッターを介して観察者の眼
に導光して該空中像を観察する表示装置において、該表
示手段は空間光変調素子であり、該リレーレンズ系は該
表示手段側に略テレセントリックとなっていることを特
徴とする表示装置。
1. A light flux based on image information displayed on a display means is condensed by a relay lens system to form an aerial image of the image information, and the light flux is collected through a beam splitter arranged in front of an observer. In a display device which is incident on an optical mirror, is reflected by the converging mirror, is guided to the observer's eye through the beam splitter, and observes the aerial image, the display means is a spatial light modulator. A display device characterized in that the relay lens system is substantially telecentric on the display means side.
【請求項2】 表示手段に表示した画像情報に基づく光
束をリレーレンズ系により集光して該画像情報の空中像
を形成し、該光束の少なくとも一部を観察者の前方に配
置したビームスプリッターで反射し、該ビームスプリッ
ターの前方に配置した集光ミラーに入射させて、該集光
ミラーにより該集光ミラーに入射した光束の少なくとも
一部を反射し該ビームスプリッターを透過させて観察者
の眼に導光して該空中像を観察する表示装置において、
該表示手段は空間光変調素子であり、該リレーレンズ系
は該表示手段側に略テレセントリックとなっていること
を特徴とする表示装置。
2. A beam splitter in which a light flux based on image information displayed on a display means is condensed by a relay lens system to form an aerial image of the image information, and at least a part of the light flux is arranged in front of an observer. Reflected by, and made incident on a condenser mirror arranged in front of the beam splitter, and reflected by the condenser mirror at least a part of the luminous flux and transmitted through the beam splitter. In a display device that guides light to the eye to observe the aerial image,
The display device is characterized in that the display means is a spatial light modulator, and the relay lens system is substantially telecentric on the display means side.
【請求項3】 前記表示手段の対角画面寸法をh、前記
リレー光学系の横倍率をβ、前記集光ミラーの焦点距離
をfmとするとき、 20.0<h・β<40.0 35.0<fm<50.0 を満足することを特徴とする請求項1又は2の表示装
置。
3. When the diagonal screen size of the display means is h, the lateral magnification of the relay optical system is β, and the focal length of the condenser mirror is fm, 20.0 <h · β <40.0. The display device according to claim 1, wherein 35.0 <fm <50.0 is satisfied.
【請求項4】 前記表示手段は光透過型の液晶表示素子
であることを特徴とする請求項1,2又は3の表示装
置。
4. The display device according to claim 1, wherein the display means is a light transmission type liquid crystal display element.
【請求項5】 前記表示手段は光反射型の液晶表示素子
であることを特徴とする請求項1,2又は3の表示装
置。
5. The display device according to claim 1, wherein the display means is a light reflection type liquid crystal display element.
【請求項6】 前記表示手段は微小ミラーを格子状に配
置して微小ミラー単位に角度制御可能な素子であること
を特徴とする請求項1,2又は3の表示装置。
6. The display device according to claim 1, wherein the display means is an element in which micro mirrors are arranged in a lattice and the angle of each micro mirror can be controlled.
JP30230893A 1993-11-08 1993-11-08 Display device Expired - Fee Related JP3311122B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30230893A JP3311122B2 (en) 1993-11-08 1993-11-08 Display device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30230893A JP3311122B2 (en) 1993-11-08 1993-11-08 Display device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH07134264A true JPH07134264A (en) 1995-05-23
JP3311122B2 JP3311122B2 (en) 2002-08-05

Family

ID=17907399

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP30230893A Expired - Fee Related JP3311122B2 (en) 1993-11-08 1993-11-08 Display device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3311122B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9195066B2 (en) 2013-09-03 2015-11-24 Seiko Epson Corporation Virtual image display apparatus
JP2019159038A (en) * 2018-03-12 2019-09-19 株式会社Jvcケンウッド Image display device

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6221731B2 (en) 2013-09-03 2017-11-01 セイコーエプソン株式会社 Virtual image display device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9195066B2 (en) 2013-09-03 2015-11-24 Seiko Epson Corporation Virtual image display apparatus
JP2019159038A (en) * 2018-03-12 2019-09-19 株式会社Jvcケンウッド Image display device

Also Published As

Publication number Publication date
JP3311122B2 (en) 2002-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6243207B1 (en) Display apparatus
US5663833A (en) Image display apparatus
JP3487859B2 (en) Head mounted display device and display optical system used in the device
US7391575B2 (en) Image display apparatus
JPH06324285A (en) Visual display device
JPH09258104A (en) Optical system
JPH11194295A (en) Optical system
JP2000066106A (en) Image forming optical system and observation optical system
JPH09166759A (en) Picture display device
JPH0933855A (en) Image display device
JPH07104209A (en) Display device
JPH05303056A (en) Vision display device
JPH11133316A (en) Ocular and virtual image providing device
JP3212762B2 (en) Display device
JPH10206790A (en) Display device
JP3311122B2 (en) Display device
JPH11133315A (en) Eyepiece and virtual image presenting device
JP3212784B2 (en) Visual display device
JP3346640B2 (en) Video display device
JP3870076B2 (en) Image display device and imaging device
JP3325011B2 (en) Variable power optical system
JPH07151993A (en) Visual display device
JP3870075B2 (en) Image display device and imaging device
JP3870072B2 (en) Image display device and imaging device
JPH09281430A (en) Mounting-on-head type image display device

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090524

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100524

Year of fee payment: 8

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees