JPH07159719A - 映像表示装置 - Google Patents

映像表示装置

Info

Publication number
JPH07159719A
JPH07159719A JP5306506A JP30650693A JPH07159719A JP H07159719 A JPH07159719 A JP H07159719A JP 5306506 A JP5306506 A JP 5306506A JP 30650693 A JP30650693 A JP 30650693A JP H07159719 A JPH07159719 A JP H07159719A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mirror
image display
optical axis
light flux
reflecting mirror
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.)
Withdrawn
Application number
JP5306506A
Other languages
English (en)
Inventor
Masato Yasugaki
安垣誠人
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 JP5306506A priority Critical patent/JPH07159719A/ja
Priority to US08/354,078 priority patent/US5530586A/en
Publication of JPH07159719A publication Critical patent/JPH07159719A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08Catadioptric systems
    • G02B17/0856Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors
    • G02B17/086Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors wherein the system is made of a single block of optical material, e.g. solid catadioptric systems
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08Catadioptric systems
    • G02B17/0804Catadioptric systems using two curved mirrors
    • G02B17/0808Catadioptric systems using two curved mirrors on-axis systems with at least one of the mirrors having a central aperture
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08Catadioptric systems
    • G02B17/0856Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1066Beam splitting or combining systems for enhancing image performance, like resolution, pixel numbers, dual magnifications or dynamic range, by tiling, slicing or overlapping fields of view
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10Beam splitting or combining systems
    • G02B27/14Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/144Beam splitting or combining systems operating by reflection only using partially transparent surfaces without spectral selectivity

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光学系を用いて映像を表示する映像表示装置
において、広画角で、小型の映像表示装置。 【構成】 LCD11の光軸A1上に配置されたレンズ
群L1と、光軸A1と直交する光軸A2上に配置された
拡大反射鏡12と、光軸A1と光軸A2との交点にLC
D11からの光束を反射させて反射鏡12に導き、反射
鏡12で反射した光束を透過させるハーフミラー面13
と、反射鏡12と対向して配置された拡大反射鏡14
と、光軸A2と観察者の視軸AEとの交点に、反射鏡1
2で反射した光束を透過させて反射鏡14に導き、反射
鏡14で反射した光束を反射させて、観察者の眼球へ投
影するハーフミラー面15と、ハーフミラー面15と眼
球との間に正のパワーを持つレンズ群L2を備えてな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、映像表示装置に関し、
特に、使用者の頭部若しくは顔面に保持して眼球に映像
を投影する小型の頭部又は顔面装着式の映像表示装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、バーチャルリアリティー用、ある
いは、個人的に大画面の映像を楽しむことを目的とし
て、ヘルメット型、ゴーグル型の頭部又は顔面に保持す
る映像表示装置が開発されている。
【0003】このような映像表示装置は、液晶表示装置
(LCD)等の映像表示素子と、映像表示素子により形
成された映像を観察者の眼球に投影する光学系とからな
っているが、その画角を広くするためには、光学系の焦
点距離を短くする方法と、映像表示素子を大きくする方
法とがある。
【0004】映像表示素子を大きくする方法は、映像表
示装置全体が大型化し、頭部に装着する場合に、使用者
への負担が大きくなり、実用上好ましくない。したがっ
て、小型の光学系を用いて画角を広くするためには、光
学系全体のパワーを強くする必要がある。
【0005】図12に従来の投影光学系の一例を示す
(例えば、特開平3−191389号)。この光学系
は、映像を表示するLCD1と、LCD1により形成さ
れた映像光束を観察者の眼球Eに導くために、LCD1
の光軸及び観察者の視軸の交点に傾斜配置されたハーフ
ミラー面2と、正のパワーを有しハーフミラー面2を介
してLCD1と対向配置された凹面鏡3とを備えてお
り、ハーフミラー面2と凹面鏡3を一体化してプリズム
4で構成されている。このような光学系は、小型で良質
の映像を表示できることが知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このような光学系にお
いて、画角を広くするためには、上述のように光学系の
パワーを強くする必要がある。そのための一つの方法
は、凹面鏡3の曲率を小さくすることである。また、図
13に示すように、眼球Eとハーフミラー面2の間に、
正のパワーを持つレンズ5を配置する方法もある(特願
平5−35212号)。
【0007】しかし、凹面鏡3若しくは眼球Eとハーフ
ミラー面2との間のレンズ5のパワーを強くする程、L
CD1を配置すべき物体面が凹面鏡3に接近する方向へ
動き、やがてプリズム4と干渉し、LCD1の配置が不
可能になる。
【0008】このことから、映像表示素子1として、対
角1.3インチ程度で縦横比3:4のLCDを使用した
場合、上記の光学系では、水平画角45度が広画角化の
限界となる。
【0009】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたものであり、その目的は、光学系を用いて映
像を表示する映像表示装置において、広画角で、小型の
映像表示装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の映像表示装置は、映像を形成する映像表示素子と、
前記映像を観察者眼球内に投影する投影光学系とを有す
る映像表示装置において、前記投影光学系が、前記映像
表示素子の光軸上に配置された第1のレンズ群と、前記
第1のレンズ群よりも前記観察者眼球側の光路上に配置
された少なくとも2枚の反射鏡と、前記の少なくとも2
枚の反射鏡の光軸を結ぶ位置に設けられた少なくとも1
枚の半透過鏡とを有し、前記第1のレンズ群と前記の少
なくとも2枚の反射鏡の中最も前記第1のレンズ群側の
光路上に設けられた反射鏡とが、前記映像表示素子によ
って形成された映像を再結像させるリレー光学系を構成
していることを特徴とするものである。なお、上記にお
いて、反射鏡の光軸とは、反射鏡の入射光軸若しくは反
射光軸何れかを意味する。
【0011】
【作用】本発明においては、上記の構成により、映像表
示素子の像が光路中においてリレー光学系により実像と
して結像され、この結像位置と眼球の間に正のパワーを
持つ要素を配置することにより、光路中に形成された映
像表示素子の像を眼球に拡大投影することができる。
【0012】ここで、映像表示素子の結像位置と眼球の
間に配置する正のパワーを持つ要素のパワーを強くする
と、映像表示素子の結像位置が眼球に接近するが、映像
表示素子とその結像位置の間のリレー光学系を変更する
だけですみ、無理なく投影光学系の広画角化が可能とな
る。
【0013】さらに、反射鏡を使用することで、光学系
の全長を延ばすことなく、光路を延ばすことができ、映
像表示素子と半透過鏡の干渉を回避することができ、ま
た、反射鏡を拡大反射鏡にすれば、より効率的に収差補
正が可能となる。
【0014】また、光路中に半透過鏡を介することによ
り、映像表示素子の中心から映像表示素子に対して垂直
に射出した軸上主光線が、第1、第2の反射鏡の中心へ
垂直に入射するよう配置することができる。これによ
り、第1、第2の反射鏡を含め、全ての光学要素を実質
的に共軸光学系として配置することができる。このた
め、従来の反射光学系(例えば、USP4、383、7
40)にあるような反射鏡の偏心配置に伴うコマ収差、
非点収差の発生がなく、画面の隅々まで良好な映像が得
られる。
【0015】なお、本発明において、映像表示素子の光
軸と交差する第2の光軸上で対向して第1の反射鏡及び
第2の反射鏡を配置し、映像表示素子の光軸と上記の第
2の光軸との交点に、映像表示素子の光束を反射させて
第1の反射鏡に導き、第1の反射鏡で反射された光束を
透過させて第2の反射鏡に導き、第2の反射鏡で反射さ
れた光束を反射させて観察者の眼球へ投影するように半
透過鏡を傾斜配置するか、若しくは、映像表示素子に対
向して第1の反射鏡を配置し、映像表示素子の光軸と交
叉する観察者の視軸上に第2の反射鏡を配置し、第1の
反射鏡の光軸と第2の反射鏡の光軸との交点に、映像表
示素子の光束を透過させて第1の反射鏡に導き、第1の
反射鏡で反射された光束を反射させて第2の反射鏡に導
き、第2の反射鏡で反射された光束を透過させて観察者
の眼球へ投影するように半透過鏡を傾斜配置することが
できる。
【0016】半透過鏡を2枚用いた場合には、映像表示
素子より射出された光線が眼球へ入射するまでに半透過
鏡を4回通過するが、このように、半透過鏡を1枚にす
ると、映像表示素子より射出された光線が眼球へ入射す
るまでに半透過鏡を通過する回数を3回に減らすことが
できるので、半透過鏡を2枚から1枚にすることで、観
察者の眼球に入射する映像光束の光量を約2倍にするこ
とができる。また、光学系を小型化する効果も得られ
る。
【0017】
【実施例】以下、本発明の映像表示装置をいくつかの実
施例に基づいて詳しく説明する。 〔第1実施例〕図1に本発明の第1実施例の映像表示装
置の光学系の光路図を示す。この装置は、映像を形成す
るLCD11と、LCD11の光軸A1上に配置された
第1のレンズ群L1と、LCD11の光軸A1と直交す
る第2の光軸A2上に配置された第1の拡大反射鏡(凹
面鏡)12と、LCD11の光軸A1と第2の光軸A2
との交点に、LCD11からの光束を反射させて第1の
拡大反射鏡12に導き、第1の拡大反射鏡12で反射し
た光束を透過させるべく傾斜配置された第1のハーフミ
ラー面13と、第1の拡大反射鏡12と対向して配置さ
れた第2の拡大反射鏡(凹面鏡)14と、第2の光軸A
2と観察者の視軸AEとの交点に、第1の拡大反射鏡1
2で反射した光束を透過させて第2の拡大反射鏡14に
導き、第2の拡大反射鏡14で反射した光束を反射させ
て、観察者の眼球へ投影するように傾斜配置された第2
のハーフミラー面15と、第2のハーフミラー面15と
眼球との間に、正のパワーを持つ第2のレンズ群L2を
備えてなり、第1、第2のハーフミラー面13、15、
及び、第1、第2の拡大反射鏡12、14を一体のビー
ムスプリッタープリズム16で構成した映像表示装置で
ある。
【0018】この実施例においては、観察者の視軸AE
に対して、LCD11の光軸A1がずれて配置されてい
るため、第1のハーフミラー面13を透過した光束を遮
光する遮光体17を、第2のハーフミラー面15で反射
して観察者の眼球へ投影される光束を遮ることなく、配
置することができる。なお、ビームスプリッタープリズ
ム16のレンズ群L1、L2に面する入射面及び射出面
を図示のように曲面にしてパワーを持たせることができ
る。
【0019】この実施例においては、LCD11は対角
1.3インチのサイズのものを使用し、画角は50°×
38°が得られる。
【0020】また、第1の拡大反射鏡12と第1のハー
フミラー面13、及び、第2の拡大反射鏡14と第2の
ハーフミラー面15の位置関係については、第1の拡大
反射鏡12と第1のハーフミラー面13に関して、LC
D11の光軸A1と、LCD11の光軸A1と交差する
第1の拡大反射鏡12の光軸A2との交点に、LCD1
1の光束を反射させて第1の拡大反射鏡12に導き、第
1の拡大反射鏡12で反射した光束を透過させるべく、
第1のハーフミラー面13を傾斜配置(図1)、若しく
は、LCD11と対向する第1の拡大反射鏡12の光軸
A1と、第1の拡大反射鏡12の光軸A1と交差する第
2の光軸A2との交点に、LCD11の光束を透過させ
て第1の拡大反射鏡12に導き、第1の拡大反射鏡12
で反射した光束を反射させるべく、第1のハーフミラー
面13を傾斜配置、する構成があり、また、第2の拡大
反射鏡14と第2のハーフミラー面15に関して、第1
のハーフミラー面13より射出する光束の光軸A2上に
配置される第2の拡大反射鏡14の光軸と観察者の視軸
AEとの交点に、第1の拡大反射鏡12で反射した光束
を透過させて第2の拡大反射鏡14に導き、第2の拡大
反射鏡14で反射した光束を反射させて、観察者の眼球
へ投影するべく、第2のハーフミラー面15を傾斜配置
(図1)、若しくは、第1のハーフミラー面13より射
出する光束の光軸A2と、観察者の視軸AE上の第2の
拡大反射鏡14の光軸AEとの交点に、第1の拡大反射
鏡12で反射した光束を反射させて第2の拡大反射鏡1
4に導き、第2の拡大反射鏡14で反射した光束を透過
させて、観察者の眼球へ投影するべく、第2のハーフミ
ラー面15を傾斜配置、する構成がある。
【0021】本実施例においては、ハーフミラー面1
3、15と拡大反射鏡12、14をプリズム16で一体
構成にしているが、プリズムを使用しないハーフミラー
と凹面鏡、プリズムを使用しないハーフミラーと裏面
鏡、ビームスプリッタープリズムとプリズムから独立し
た凹面鏡、ビームスプリッタープリズムとプリズムから
独立した裏面鏡、等の構成でもよい。
【0022】また、光の利用効率を上げるためには、第
1、第2のハーフミラー面13、15を偏光ビームスプ
リッター(PBS)で構成し、それぞれのPBSと第
1、第2の拡大反射鏡12、14の間にλ/4板を配置
する。LCD11からの光は一般に直線偏光であり、本
実施例での構成では、LCD11からの光束の偏光軸と
第1のPBS13の偏光軸が直交するよう設定すれば、
LCD11からの光束は第1のPBS13でほとんど反
射し、第1の拡大反射鏡12へ向う。第1のPBS13
と第1の拡大反射鏡12の間のλ/4板により、往復で
偏光方向がπ/2回転し、第1の拡大反射鏡12で反射
した光束は、第1のPBS13をほとんどが透過する。
【0023】そして、第1のPBS13を透過した光束
はP偏光であり、第2のPBS15の偏光軸を第1のP
BS13の偏光軸と平行にすれば、第2のPBS15を
透過する。第2のPBS15と第2の拡大反射鏡14の
間のλ/4板により、往復で偏光方向がπ/2回転し、
第2の拡大反射鏡14で反射した光束は、第2のPBS
15でほとんどが反射する。
【0024】LCD11の偏光軸と第1のPBS13の
偏光軸が直交しない場合は、LCD11の近傍に偏光方
向変換手段を挿入すればよい。
【0025】第1のPBS13の偏光軸と第2のPBS
15の偏光軸が平行とならない構成では、第1のPBS
13と第2のPBS15の間に偏光方向変換手段を挿入
すればよい。
【0026】また、観察者の視軸AE上で、第2のハー
フミラー面15から眼球より離れる方向のプリズム側面
をハーフミラーとして、観察者の視軸AE上で眼球より
離れる方向に、第3のレンズ群とシャッター手段を配置
し、このシャッター手段を開くことにより、外界像を観
察することができるようになる。
【0027】〔第2実施例〕図2に本発明の第2実施例
を示す。同図(a)はこの映像表示装置を左上方から見
た斜視図、同図(b)はこの映像表示装置を右上方から
見た斜視図である。この装置は、映像を形成するLCD
11と、LCD11の光軸上に配置された第1のレンズ
群L1と、LCD11と対向して配置される第1の拡大
反射鏡12と、第1の拡大反射鏡12の光軸と、第1の
拡大反射鏡12の光軸と直交する第2の光軸との交点
に、LCD11の光束を透過させて第1の拡大反射鏡1
2に導き、第1の拡大反射鏡12で反射した光束を反射
させて、第2の光軸上に配置された第2の拡大反射鏡1
4に導くべく、傾斜配置された第1のハーフミラー面1
3と、第2の光軸と観察者の視軸との交点に、第2の拡
大反射鏡14で反射した光束を反射させて、前記観察者
の眼球へ投影するべく、傾斜配置される第2のハーフミ
ラー面15と、第2のハーフミラー面15と眼球との間
に正のパワーを持つ第2のレンズ群L2を備えてなるも
のである。
【0028】この場合、図示のように、LCD11の光
軸と、第2の拡大反射鏡14の光軸と、観察者の視軸と
が1点で直交するように、第1のハーフミラー面13の
中心と第2のハーフミラー面15の中心を同じ位置に配
置し、これらを一体のビームスプリッタープリズム(プ
リズムは図示を省いてある。)で構成し、観察者の視軸
を第1のハーフミラー面13の面内に配置することによ
り、LCD11より射出し、第1のハーフミラー面13
で反射して眼球へ直接入射する光束をほぼなくすことが
できる。
【0029】また、LCD11の光軸を、図示のよう
に、第2のハーフミラー面15の面内に配置することに
より、LCD11より射出し、第2のハーフミラー面1
5で反射して眼球へ直接入射する光束をほぼなくすこと
ができる。この実施例においては、LCD11は対角
1.3インチのサイズのものを使用し、画角は50°×
38°が得られる。
【0030】本実施例においては、上記したように、ハ
ーフミラー13、15と拡大反射鏡12、14をプリズ
ムで一体に構成しているが、プリズムを使用しないハー
フミラーと凹面鏡、プリズムを使用しないハーフミラー
と裏面鏡、ビームスプリッタープリズムとプリズムから
独立した凹面鏡、ビームスプリッタープリズムとプリズ
ムから独立した裏面鏡、等の構成でもよい。
【0031】〔第3実施例〕図3に本発明の第3実施例
の光路図を示す。この装置は、映像を形成するLCD1
1と、LCDの光軸A1上に配置された第1のレンズ群
L1と、LCD11の光軸A1と直交する第2の光軸A
2上で対向して配置される第1、第2の反射鏡12、1
4と、LCD11の光軸A1と第2の光軸A2との交点
に、LCD11の光束を反射させて第1の反射鏡12に
導き、第1の反射鏡12で反射された光束を透過させて
第2の反射鏡14に導き、第2の反射鏡14で反射され
た光束を反射させて観察者の眼球へ投影するべく傾斜配
置されるハーフミラー13と、ハーフミラー13と眼球
の間に配置された正のパワーを持つ第2のレンズ群L2
とからなる映像表示装置であり、第1の反射鏡12は正
のパワーを持つ凹面鏡であり、第2の反射鏡14は平面
鏡である。この実施例においては、LCD11は対角
0.7インチのサイズのものを使用し、画角は50°×
38°が得られる。
【0032】〔第4実施例〕図4に本発明の第4実施例
の光路図を示す。この実施例は、第3実施例における第
2の反射鏡14を正のパワーを持つ凹面鏡としたもので
ある。この実施例においては、LCD11は対角1.3
インチのサイズのものを使用し、画角は50°×38°
が得られる。
【0033】〔第5実施例〕図5に本発明の第5実施例
の光路図を示す。LCD11からの光束がハーフミラー
面13を透過して眼球に入射してフレアーとなり、映像
の観察に好ましからぬ影響を与える場合があるが、この
実施例においては、この対策として、ハーフミラー面1
3をPBS16′で構成し、眼球近傍の位置にS偏光の
みを透過する偏光板cを配置する。PBS16′を透過
して眼球へ入射するフレアー光はP偏光であるため、こ
の配置により、フレアー光をカットできる。
【0034】また、別の手段として、ビームスプリッタ
ープリズムをPBS16′で構成し、PBS16′と第
1、第2の拡大反射鏡12、14の間にλ/4板b1、
b2を配置する。LCD11からの光は一般に直線偏光
であり、LCD11からの光束の偏光軸とPBS16′
の偏光軸が直交するよう設定すれば、LCD11からの
光束はPBS16′でほとんど反射され、第1の拡大反
射鏡12へ向う。PBS16′と第1の拡大反射鏡12
の間のλ/4板b1により、往復で偏光方向がπ/2回
転し、第1の拡大反射鏡12で反射した光束は、PBS
16′をほとんどが透過する。第2の拡大反射鏡14で
も同様に、PBS16′と第2の拡大反射鏡14の間の
λ/4板b2により、往復で偏光方向がπ/2回転し、
第2の拡大反射鏡14で反射した光束は、PBS16′
でほとんどが反射する。
【0035】また、LCD11近傍(図中、aの位置)
及び眼球近傍(図中、cの位置)に偏光板を挿入するこ
とで、更にフレアーを減少させることができる。LCD
11の偏光軸とPBS16′の偏光軸が直交しない場合
は、LCD11近傍(図中、aの位置)に偏光方向変換
手段を挿入すればよい。この実施例においては、LCD
11は対角1.3インチのサイズのものを使用し、画角
は50°×38°が得られる。
【0036】〔第6実施例〕図6に本発明の第6実施例
の光路図を示す。本実施例は、第3実施例における第1
の反射鏡12を、レンズの裏面を利用した正のパワーを
持つ凹面鏡とし、第2の反射鏡14の近傍に正のパワー
を持つレンズ18を配置している。この実施例において
は、LCD11は対角1.3インチのサイズのものを使
用し、画角は50°×38°が得られる。
【0037】〔第7実施例〕図7に本発明の第7実施例
の光路図を示す。本実施例は、第3実施例における第
1、第2の反射鏡12、14を、レンズの裏面を利用し
た正のパワーを持つ凹面鏡としている。この実施例にお
いては、LCD11は対角1.3インチのサイズのもの
を使用し、画角は50°×38°が得られる。
【0038】〔第8実施例〕図8に本発明の第8実施例
の光路図を示す。本実施例は、第7実施例におけるハー
フミラー13をビームスプリッタープリズム16として
いる。この実施例においては、LCD11は対角1.3
インチのサイズのものを使用し、画角は50°×38°
が得られる。
【0039】〔第9実施例〕図9に本発明の第9実施例
の光路図を示す。本実施例は、第8実施例におけるプリ
ズム16と近接する裏面鏡12、14のレンズ、及び、
レンズ群L1、L2のプリズム16と近接するレンズを
プリズム16の各面と一体化することで、部品点数の削
減を行っている。
【0040】この実施例においては、LCD11は対角
1.3インチのサイズのものを使用し、画角は50°×
38°が得られる。
【0041】〔第10実施例〕図10に本発明の第10
実施例の光路図を示す。この実施例は、映像を形成する
LCD11と、LCD11の光軸A1上に配置された第
1のレンズ群L1と、LCD11と対向して配置される
第1の拡大反射鏡12と、LCD11の光軸A1と直交
する観察者の視軸AE上に配置される第2の拡大反射鏡
14と、第1の拡大反射鏡12の光軸A1と第2の拡大
反射鏡14の光軸AEとの交点に、LCD11の光束を
透過させて第1の拡大反射鏡12に導き、第1の拡大反
射鏡12で反射された光束を反射させて第2の拡大反射
鏡14に導き、第2の拡大反射鏡14で反射された光束
を透過させて観察者の眼球へ投影するべく傾斜配置され
るハーフミラー13と、ハーフミラー13と眼球の間に
配置される正のパワーを持つ第2のレンズ群L2とから
なり、ハーフミラー13と第1、第2の拡大反射鏡1
2、14をプリズム16で一体に構成した映像表示装置
である。この実施例においては、LCD11は対角1.
3インチのサイズのものを使用し、画角は50°×38
°が得られる。
【0042】本実施例においては、第2の拡大反射鏡1
4をハーフミラー面とし、観察者の視軸AE上で、第2
の拡大反射鏡14から眼球より離れる方向に、第3のレ
ンズ群とシャッター手段を配置し、このシャッター手段
を開くことにより、外界像を観察することができるよう
になる。
【0043】本実施例においては、ハーフミラー13と
拡大反射鏡12、14を、プリズム16で一体に構成し
ているが、プリズム16を使用しないハーフミラーと凹
面鏡、プリズム16を使用しないハーフミラーと裏面
鏡、ビームスプリッタープリズムとプリズムから独立し
た凹面鏡、ビームスプリッタープリズムとプリズムから
独立した裏面鏡、等の構成でもよい。
【0044】この場合も、LCD11からの光束がハー
フミラー面13で反射して眼球に入射してフレアーとな
り、映像の観察に好ましからぬ影響を与えることがある
が、この対策として、ビームスプリッタープリズム16
をPBSで構成し、眼球の近傍にP偏光のみを透過する
偏光板を配置する。上記のPBSで反射して眼球へ入射
するフレアー光はS偏光であるため、この配置により、
フレアー光をカットすることができる。
【0045】また、別の手段として、ビームスプリッタ
ープリズム16をPBSで構成し、このPBSと第1、
第2の拡大反射鏡12、14との間にλ/4板を配置す
る。LCD11からの光は一般に直線偏光であり、この
LCD11からの光束の偏光軸とPBSの偏光軸が平行
となるよう設定すれば、LCD11からの光束はPBS
をほとんど透過し、第1の拡大反射鏡12へ向う。PB
Sと第1の拡大反射鏡12の間のλ/4板により、往復
で偏光方向がπ/2回転し、第1の拡大反射鏡12で反
射した光束は、今度はPBSでほとんどが反射する。第
2の拡大反射鏡14でも同様に、PBSと第2の拡大反
射鏡14の間のλ/4板により、往復で偏光方向がπ/
2回転し、第2の拡大反射鏡14で反射した光束は、今
度はPBSをほとんどが透過する。
【0046】また、LCD11の近傍及び眼球の近傍に
偏光板を挿入することで、更にフレアーを減少させるこ
とができる。LCD11の偏光軸とPBSの偏光軸が平
行とならない場合は、LCD11の近傍に偏光方向変換
手段を挿入すればよい。
【0047】さて、本発明の映像表示装置を顔面装着用
ゴーグルタイプのものとして構成した場合に、この映像
表示装置20を使用者の顔面に装着したときの斜視図と
断面図を図11(a)、(b)に示す。この図の場合、
図10の第10実施例の光学系を用いた例である。
【0048】以上、本発明の映像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。
【0049】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の映像表示装置によると、映像表示素子と半透過鏡の干
渉を回避することができ、リレー光学系を変更するだけ
で無理なく広画角化が可能となり、また、同軸配置でよ
り効率的に収差補正が可能な、広画角で、小型の映像表
示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の映像表示装置の光学系の
光路図である。
【図2】第2実施例の斜視図である。
【図3】第3実施例の光路図である。
【図4】第4実施例の光路図である。
【図5】第5実施例の光路図である。
【図6】第6実施例の光路図である。
【図7】第7実施例の光路図である。
【図8】第8実施例の光路図である。
【図9】第9実施例の光路図である。
【図10】第10実施例の光路図である。
【図11】第10実施例の光学系を組み込んだ顔面装着
用ゴーグルタイプ映像表示装置を使用者の顔面に装着し
たときの斜視図と断面図である。
【図12】従来の投影光学系の一例を示す光路図であ
る。
【図13】従来の別の投影光学系の一例を示す光路図で
ある。
【符号の説明】
A1…第1の光軸(LCDの光軸) A2…第2の光軸 AE…視軸 L1…第1のレンズ群 L2…第2のレンズ群 11…LCD(液晶表示装置) 12…第1の反射鏡 13…第1のハーフミラー面 14…第2の反射鏡 15…第2のハーフミラー面 16…ビームスプリッタープリズム 16′…偏光ビームスプリッター(PBS) 17…遮光体 18…レンズ 20…顔面装着用ゴーグルタイプ映像表示装置 a…偏光板 b1、b2…λ/4板 c…偏光板

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 映像を形成する映像表示素子と、前記映
    像を観察者眼球内に投影する投影光学系とを有する映像
    表示装置において、 前記投影光学系が、 前記映像表示素子の光軸上に配置された第1のレンズ群
    と、 前記第1のレンズ群よりも前記観察者眼球側の光路上に
    配置された少なくとも2枚の反射鏡と、 前記の少なくとも2枚の反射鏡の光軸を結ぶ位置に設け
    られた少なくとも1枚の半透過鏡とを有し、 前記第1のレンズ群と前記の少なくとも2枚の反射鏡の
    中最も前記第1のレンズ群側の光路上に設けられた反射
    鏡とが、前記映像表示素子によって形成された映像を再
    結像させるリレー光学系を構成していることを特徴とす
    る映像表示装置。
  2. 【請求項2】 前記半透過鏡と眼球の間に正のパワーを
    持つ面を有することを特徴とする請求項1記載の映像表
    示装置。
  3. 【請求項3】 前記映像表示素子の光軸と交差する第2
    の光軸上で対向して配置される第1の反射鏡及び第2の
    反射鏡と、 前記映像表示素子の光軸と前記第2の光軸との交点に、
    前記映像表示素子の光束を反射させて前記第1の反射鏡
    に導き、前記第1の反射鏡で反射された光束を透過させ
    て前記第2の反射鏡に導き、前記第2の反射鏡で反射さ
    れた光束を反射させて観察者の眼球へ投影するように傾
    斜配置された半透過鏡を備えていることを特徴とする請
    求項2記載の映像表示装置。
  4. 【請求項4】 前記映像表示素子に対向して配置される
    第1の反射鏡と、 前記映像表示素子の光軸と交叉する観察者の視軸上に配
    置される第2の反射鏡と、 前記第1の反射鏡の光軸と前記第2の反射鏡の光軸との
    交点に、前記映像表示素子の光束を透過させて前記第1
    の反射鏡に導き、前記第1の反射鏡で反射された光束を
    反射させて前記第2の反射鏡に導き、前記第2の反射鏡
    で反射された光束を透過させて観察者の眼球へ投影する
    ように傾斜配置された半透過鏡を備えていることを特徴
    とする請求項2記載の映像表示装置。
  5. 【請求項5】 前記映像表示素子の光軸と、前記映像表
    示素子の光軸と交叉する第1の反射鏡の光軸との交点
    に、前記映像表示素子の光束を反射させて前記第1の反
    射鏡に導き、前記第1の反射鏡で反射した光束を透過さ
    せるように、第1の半透過鏡を傾斜配置するか、若しく
    は、前記映像表示素子と対向する第1の反射鏡の光軸
    と、前記第1の反射鏡の光軸と交叉する第2の光軸との
    交点に、前記映像表示素子の光束を透過させて前記第1
    の反射鏡に導き、前記第1の反射鏡で反射した光束を反
    射させるように、第1の半透過鏡を傾斜配置してなるリ
    レー光学系と、 前記第1の半透過鏡より射出する光束の光軸上に配置さ
    れる第2の反射鏡の光軸と観察者の視軸との交点に、前
    記第1の反射鏡で反射した光束を透過させて前記第2の
    反射鏡に導き、前記第2の反射鏡で反射した光束を反射
    させて、前記観察者の眼球へ投影するように、第2の半
    透過鏡を傾斜配置するか、若しくは、前記第1の半透過
    鏡より射出する光束の光軸と、観察者の視軸上の第2の
    反射鏡の光軸との交点に、前記第1の反射鏡で反射した
    光束を反射させて前記第2の反射鏡に導き、前記第2の
    反射鏡で反射した光束を透過させて、前記観察者の眼球
    へ投影するように、第2の半透過鏡を傾斜配置してなる
    接眼光学系とを、備えていることを特徴とする請求項2
    記載の映像表示装置。
  6. 【請求項6】 前記半透過鏡として、第1の半透過鏡の
    中心と第2の半透過鏡の中心を同位置若しくは近接して
    配置し、互いの半透過鏡が交差するように、ビームスプ
    リッタープリズムで構成したことを特徴とする請求項2
    記載の映像表示装置。
  7. 【請求項7】 前記の少なくとも2枚の反射鏡が、正の
    パワーを有する拡大反射鏡を含むことを特徴とする請求
    項1記載の映像表示装置。
JP5306506A 1993-12-07 1993-12-07 映像表示装置 Withdrawn JPH07159719A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5306506A JPH07159719A (ja) 1993-12-07 1993-12-07 映像表示装置
US08/354,078 US5530586A (en) 1993-12-07 1994-12-06 Image display apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5306506A JPH07159719A (ja) 1993-12-07 1993-12-07 映像表示装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07159719A true JPH07159719A (ja) 1995-06-23

Family

ID=17957851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5306506A Withdrawn JPH07159719A (ja) 1993-12-07 1993-12-07 映像表示装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US5530586A (ja)
JP (1) JPH07159719A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001004955A (ja) * 1999-06-22 2001-01-12 Olympus Optical Co Ltd 映像表示装置
KR100459272B1 (ko) * 2002-06-27 2004-12-03 (주)지엠캡 다차원 디스플레이 장치
KR100459273B1 (ko) * 2002-06-27 2004-12-03 (주)지엠캡 퍼스널 마운트 디스플레이 장치
CN102292661A (zh) * 2009-01-26 2011-12-21 沃拉克有限公司 透镜和反射镜组合以及应用其的光学设备
US11579434B1 (en) * 2021-08-02 2023-02-14 Shenzhen NED Optics Co., lTD Reflective eyepiece optical system and head-mounted near-to-eye display device

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5610765A (en) * 1994-10-17 1997-03-11 The University Of North Carolina At Chapel Hill Optical path extender for compact imaging display systems
JP3486468B2 (ja) * 1994-10-21 2004-01-13 オリンパス株式会社 プリズム光学系
JPH08171054A (ja) * 1994-12-16 1996-07-02 Nikon Corp 反射屈折光学系
US5684497A (en) * 1994-12-21 1997-11-04 Siliscape, Inc. Twice folded compound magnified virtual image electronic display
US5644323A (en) * 1994-12-21 1997-07-01 Siliscape, Inc. Miniature synthesized virtual image electronic display
JPH08179216A (ja) * 1994-12-27 1996-07-12 Nikon Corp 反射屈折光学系
JP3363647B2 (ja) * 1995-03-01 2003-01-08 キヤノン株式会社 画像表示装置
US5699186A (en) * 1995-04-03 1997-12-16 Motorola, Inc. Multi-fold optical magnifier for use in image manifestation apparatus
JP3720464B2 (ja) * 1995-07-03 2005-11-30 キヤノン株式会社 光学素子及びそれを用いた観察系
US6433935B2 (en) 1996-07-02 2002-08-13 Three-Five Systems, Inc. Display illumination system
US5771124A (en) * 1996-07-02 1998-06-23 Siliscape Compact display system with two stage magnification and immersed beam splitter
US5731904A (en) * 1996-08-28 1998-03-24 Hewlett-Packard Co. Fabricating an optical device having at least an optical filter and a mirror
US6065844A (en) * 1997-09-30 2000-05-23 Lucent Technologies Inc. Display rerouting apparatus for communication equipment
JP3338837B2 (ja) * 1997-12-10 2002-10-28 キヤノン株式会社 複合表示装置
US5991084A (en) * 1998-02-04 1999-11-23 Inviso Compact compound magnified virtual image display with a reflective/transmissive optic
JP2000098293A (ja) 1998-06-19 2000-04-07 Canon Inc 画像観察装置
GB9819143D0 (en) * 1998-09-02 1998-10-28 Sira Electro Optics Ltd Display system
US6078427A (en) * 1998-12-01 2000-06-20 Kaiser Electro-Optics, Inc. Smooth transition device for area of interest head-mounted display
JP2000206446A (ja) * 1999-01-11 2000-07-28 Olympus Optical Co Ltd 画像表示装置
US6747611B1 (en) * 2000-07-27 2004-06-08 International Business Machines Corporation Compact optical system and packaging for head mounted display
US6597504B2 (en) * 2000-12-29 2003-07-22 Honeywell International Inc. Optical devices employing beam folding with polarizing splitters
DE10318805A1 (de) * 2003-04-16 2004-11-04 Carl Zeiss Smt Ag Katadioptrisches Reduktionsobjektiv mit Polarisationsstrahlteiler
US6999231B2 (en) * 2004-03-09 2006-02-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Miniature high-resolution multi-spectral objective lens
WO2007004084A1 (en) * 2005-06-30 2007-01-11 Koninklijke Philips Electronics N.V. Waveguide for a projection engine
US7529029B2 (en) * 2005-07-29 2009-05-05 3M Innovative Properties Company Polarizing beam splitter
US7362507B2 (en) * 2005-07-29 2008-04-22 3M Innovative Properties Company Polarizing beam splitter
US20070023941A1 (en) * 2005-07-29 2007-02-01 Duncan John E Method for making polarizing beam splitters
WO2007129266A2 (en) * 2006-05-08 2007-11-15 Koninklijke Philips Electronics N.V. Bi-directional use of waveguides
CZ2006328A3 (cs) * 2006-05-22 2008-02-20 Short Images S. R. O. Svetlovod pro rozvod svetla z bodového nebo ohraniceného svetelného zdroje ke kruhovému prusvitnémudifuzoru
KR101411428B1 (ko) * 2012-07-12 2014-06-24 한국과학기술원 집광식 휴대용 형광 검출 시스템

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1330836A (en) * 1969-11-24 1973-09-19 Vickers Ltd Optical field-flattening devices
US4082432A (en) * 1975-01-09 1978-04-04 Sundstrand Data Control, Inc. Head-up visual display system using on-axis optics with image window at the focal plane of the collimating mirror
US4383740A (en) * 1980-10-31 1983-05-17 Rediffusion Simulation Incorporated Infinity image visual display system
US4799763A (en) * 1987-03-27 1989-01-24 Canaby Technologies Corporation Paraxial stereoscopic projection system
JPH03191389A (ja) * 1989-12-20 1991-08-21 Sharp Corp 表示装置
US5305124A (en) * 1992-04-07 1994-04-19 Hughes Aircraft Company Virtual image display system

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001004955A (ja) * 1999-06-22 2001-01-12 Olympus Optical Co Ltd 映像表示装置
KR100459272B1 (ko) * 2002-06-27 2004-12-03 (주)지엠캡 다차원 디스플레이 장치
KR100459273B1 (ko) * 2002-06-27 2004-12-03 (주)지엠캡 퍼스널 마운트 디스플레이 장치
CN102292661A (zh) * 2009-01-26 2011-12-21 沃拉克有限公司 透镜和反射镜组合以及应用其的光学设备
US11579434B1 (en) * 2021-08-02 2023-02-14 Shenzhen NED Optics Co., lTD Reflective eyepiece optical system and head-mounted near-to-eye display device

Also Published As

Publication number Publication date
US5530586A (en) 1996-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH07159719A (ja) 映像表示装置
US5982343A (en) Visual display apparatus
US6201646B1 (en) Image-forming optical system and viewing optical system
US7081999B2 (en) Image display apparatus and head mounted display using it
US6005720A (en) Reflective micro-display system
US7391575B2 (en) Image display apparatus
JPH11125791A (ja) 画像表示装置
US20010028332A1 (en) Head-mounted display
US6462881B2 (en) Image display apparatus
JP2002323672A (ja) 光路分割素子及びそれを用いた画像表示装置
WO2009136393A1 (en) Wide angle helmet mounted display system
JP2001311905A (ja) 画像表示装置および画像表示システム
JP3461297B2 (ja) 画像観察装置
JP3524569B2 (ja) 視覚表示装置
JP2000131614A (ja) 結像光学系及び観察光学系
JP2002228970A (ja) 光学系及びそれを用いた画像表示装置
JP2002116404A (ja) 3次元偏心光路を備えた画像表示装置
JPH07274097A (ja) 視覚表示装置
JP2001343608A (ja) 画像表示装置および画像表示システム
JP2000010041A (ja) 画像表示装置
JP2000180783A (ja) 画像表示装置
JP2000105349A (ja) 複数の反射画像を合成する視覚表示装置
JP3977002B2 (ja) 画像表示装置及びそれを用いたヘッドマウントディスプレイ
JPH08286140A (ja) 画像表示装置
JP3212784B2 (ja) 視覚表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20010306