JPH07287188A - Optical system for hmd - Google Patents

Optical system for hmd

Info

Publication number
JPH07287188A
JPH07287188A JP8003994A JP8003994A JPH07287188A JP H07287188 A JPH07287188 A JP H07287188A JP 8003994 A JP8003994 A JP 8003994A JP 8003994 A JP8003994 A JP 8003994A JP H07287188 A JPH07287188 A JP H07287188A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
relay
image
relay system
original image
optical path
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
JP8003994A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3355779B2 (en
Inventor
Yasumasa Sugihara
康正 杉原
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.)
Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta 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 Minolta Co Ltd filed Critical Minolta Co Ltd
Priority to JP08003994A priority Critical patent/JP3355779B2/en
Publication of JPH07287188A publication Critical patent/JPH07287188A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3355779B2 publication Critical patent/JP3355779B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To provide an optical system for HMD which is usable for an HMD of a type equipped with one display device and generates no defocusing even when eye width is adjusted. CONSTITUTION:A 1st relay system RL1 has its front focus F1 positioned at the position of an original image IO, so luminous flux from the image IO is made by the RL1 into parallel luminous flux, which is split into two by a half- mirror 4 to impinge on a 2nd relay system RL2 (5L and 5R). Secondary images IL and IR are observed through oculars 8L and 8R, but the 2nd relay system RL2 has its rear focuses F2L and F2R positioned at the positions of the secondary images IL and IR, so the secondary images IL and IR do not shift in position as to the pupils ER and EL even when the interval between the half-mirror 4 and relay lens 5R for the right eye is varied for the eye width adjustment.

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、HMD用光学系に関す
るものであり、更に詳しくは、両眼タイプのHMD用光
学系に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an HMD optical system, and more particularly to a binocular type HMD optical system.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、ヘルメット又はゴーグル感覚で顔
に装着でき、内蔵されたLCD(liquid crystal displa
y),CRT(cathode-ray tube)等の表示装置からの画像
情報を、接眼レンズを通して観察できる、いわゆるヘッ
ド・マウンテッド・ディスプレイ(HMD)が多く発表さ
れている。従来のディスプレイ装置よりも携帯性に優
れ、また、両手がフリーであるといった利点から、今後
ますます発展が予想される。
2. Description of the Related Art Recently, a built-in LCD (liquid crystal displa) can be worn on the face like a helmet or goggles.
y), a so-called head mounted display (HMD) that can observe image information from a display device such as a CRT (cathode-ray tube) through an eyepiece has been widely announced. It is expected to grow more and more in the future because it is more portable than conventional display devices, and both hands are free.

【0003】従来より発表されてきたHMDは、画像情
報を片眼のみに見せるタイプ(片眼タイプ;例えば、バ
ーチャル・ビジョン社製バーチャル・ビジョン・スポー
ツ)と,画像情報を両眼に見せるタイプ(両眼タイプ)と
の2種に大別される。片眼タイプのHMDはコンパクト
さ,コスト等の面で有利であるが、見易さ,疲労しにく
さ等の面では、両眼タイプのHMD方が有利である。
HMDs that have been conventionally announced have a type in which image information is shown only to one eye (a one-eye type; for example, Virtual Vision Sports manufactured by Virtual Vision Co.) and a type in which image information is shown to both eyes ( Binocular type). The one-eye type HMD is advantageous in terms of compactness, cost, etc., but the binocular type HMD is more advantageous in terms of ease of viewing and fatigue resistance.

【0004】この両眼タイプのHMDは、さらに、表示
装置(LCD,CRT等)を2組(左眼用と右眼用)備えた
タイプ(特開平6−46355号,米国特許第2,95
5,156号,ソニー社製バイザートロン,オリンパス
社製フェイス・マウンテッド・ディスプレー等)と,表
示装置を1組備え、光路を分割することにより表示装置
により形成される1つのオリジナル像からの光を左右の
眼に導くタイプ(米国特許第4,902,116号等)と
に分けられる。
This binocular type HMD is further equipped with two sets of display devices (LCD, CRT, etc.) (for left eye and right eye) (Japanese Patent Laid-Open No. 6-46355, US Pat. No. 2,953).
No. 5,156, Sony Visortron, Olympus Face Mounted Display, etc.) and a set of display devices, and the light from one original image formed by the display device by dividing the optical path It is classified into a type that leads to the left and right eyes (US Pat. No. 4,902,116 etc.).

【0005】ところで、両眼で画像情報を観察する場合
に問題となるのが、使用者の左右の眼の間隔の個人差で
ある。様々な使用者の左右の眼の間隔に対応可能とする
ための一つの方法として、左右の接眼レンズの間隔を変
化させる調整機構を設ける方法がある。例えば、双眼鏡
や双眼顕微鏡では、通常、接眼レンズ光軸に対して平行
にずれて位置する軸を中心に、左右の接眼レンズを回転
させることによって、左右の接眼レンズの間隔を変える
こと(以下「眼幅調整」という。)ができる構成となって
いる。
By the way, what becomes a problem when observing image information with both eyes is the individual difference in the distance between the left and right eyes of the user. As one method for dealing with the distance between the left and right eyes of various users, there is a method of providing an adjusting mechanism for changing the distance between the left and right eyepieces. For example, in binoculars and binocular microscopes, the distance between the left and right eyepieces is usually changed by rotating the left and right eyepieces around an axis that is positioned parallel to the optical axis of the eyepiece lens. It is called "eye distance adjustment").

【0006】表示装置を2組備えたタイプ(例えば、L
CDを2板使用するタイプ)では、基本的に表示装置及
び接眼レンズのみで左右各々の観察光学系を構成するこ
とができるので、観察光学系の構成を簡単にすることが
できるというメリットがある。例えば、観察光学系を左
眼用ユニットと右眼用ユニットとに容易にまとめること
ができる。このように観察光学系をユニット化すれば、
眼幅調整はユニット同士の間隔を変えるだけで済む。し
かし、一般に、LCD,CRT等の表示装置は高価であ
るため、表示装置を1組備えたタイプの方がコスト面で
は有利である。
A type having two sets of display devices (for example, L
In the type using two CDs), basically, the left and right observation optical systems can be configured only by the display device and the eyepieces, so that there is an advantage that the configuration of the observation optical system can be simplified. . For example, the observation optical system can be easily combined into a left eye unit and a right eye unit. If the observation optical system is unitized in this way,
Interpupillary adjustment can be done simply by changing the distance between the units. However, since display devices such as LCDs and CRTs are generally expensive, the type having one set of display devices is more advantageous in terms of cost.

【0007】ここで、表示装置を1組備えたタイプの従
来のHMDを、図6を用いて説明する。表示装置1(こ
の場合、LCD)に表示されたオリジナル像(不図示)
は、反射ミラー2−1,2−2によって反射され、リレ
ーレンズ3に入射する。ここで、反射ミラー2−1,2
−2は、光学系全体を小型化するために配置されてお
り、必ずしも必要なものではない。
Here, a conventional HMD of the type including one set of display devices will be described with reference to FIG. Original image (not shown) displayed on the display device 1 (LCD in this case)
Is reflected by the reflection mirrors 2-1 and 2-2 and enters the relay lens 3. Here, the reflection mirrors 2-1 and 2-1
-2 is arranged to reduce the size of the entire optical system, and is not always necessary.

【0008】リレーレンズ3を経た光の一部は、ハーフ
ミラー4によって反射され、更に反射ミラー6Rによっ
て右眼の瞳ERに向かって反射される。そして、前記オ
リジナル像の2次像(不図示)が、右眼用の2次像面SR
位置で結像される。形成された2次像は、右眼用の接眼
レンズ8Rによって使用者に観察される。一方、リレー
レンズ3を経た光の一部は、ハーフミラー4を透過し、
反射ミラー6L,7Lによって左眼の瞳ELに向かって
反射される。そして、前記オリジナル像の2次像(不図
示)が、左眼用の2次像面SL位置で結像される。形成
された2次像は、左眼用の接眼レンズ8Lによって使用
者に観察される。接眼レンズ8L,8Rは、近視眼や遠
視眼にも対応できるように、前後方向に移動できるよう
になっている。
A part of the light passing through the relay lens 3 is reflected by the half mirror 4 and further reflected by the reflecting mirror 6R toward the pupil ER of the right eye. Then, the secondary image (not shown) of the original image is the secondary image plane SR for the right eye.
Imaged in position. The formed secondary image is observed by the user through the eyepiece lens 8R for the right eye. On the other hand, part of the light passing through the relay lens 3 passes through the half mirror 4,
It is reflected toward the pupil EL of the left eye by the reflecting mirrors 6L and 7L. Then, the secondary image (not shown) of the original image is formed at the secondary image plane SL position for the left eye. The formed secondary image is observed by the user through the eyepiece lens 8L for the left eye. The eyepieces 8L and 8R are movable in the front-rear direction so as to be compatible with myopia and hyperopia.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】図6から、従来例にお
いて左右の眼の間隔(つまり、瞳ELから瞳ERにかけ
ての横方向の距離)を決定しているのは、反射ミラー6
Rと反射ミラー7Lとの間隔であることが分かる。従っ
て、眼幅調整を行うためには、以下の〜に示すよう
な方法を採る必要がある。
From FIG. 6, it is the reflection mirror 6 that determines the distance between the left and right eyes (that is, the lateral distance from the pupil EL to the eye ER) in the conventional example.
It can be seen that the distance is between R and the reflection mirror 7L. Therefore, in order to perform the interpupillary distance adjustment, it is necessary to adopt the following methods (1) to (3).

【0010】:光学系のうち右眼用の光路に関わる部
分(即ち、反射ミラー6R,2次像面SR,接眼レンズ
8R)を、図6に向かって左右方向(例えば、眼幅を広げ
る場合には右方向)に平行移動させる。 :光学系のうち左眼用の光路に関わる部分(即ち、反
射ミラー7L,2次像面SL,接眼レンズ8L)を、図
6に向かって左右方向(例えば、眼幅を広げる場合には
左方向)に平行移動させる。 :を同時に行う。
A portion of the optical system relating to the optical path for the right eye (that is, the reflection mirror 6R, the secondary image surface SR, and the eyepiece 8R) is moved in the left-right direction (for example, when the eye width is widened) toward FIG. To the right). : A part of the optical system related to the optical path for the left eye (that is, the reflection mirror 7L, the secondary image surface SL, and the eyepiece 8L) is moved in the left-right direction toward the direction of FIG. Direction). : Do at the same time.

【0011】仮にの方法で眼幅調整を行った場合につ
いて考えてみる。光路分割後の光軸XRに沿ってリレー
レンズ3から2次像面SRまで測った長さは、光路分割
前の光軸Xに沿って表示装置1からリレーレンズ3まで
測った長さと,リレーレンズ3の焦点距離とによって決
まってしまう。光路分割前の光軸Xに沿って表示装置1
からリレーレンズ3まで測った長さと,リレーレンズ3
の焦点距離とは、共に一定であるため、光路分割後の光
軸XRに沿ってリレーレンズ3から2次像面SRまで測
った長さも一定である。
Consider a case where the interpupillary distance is adjusted by the method. The length measured from the relay lens 3 to the secondary image plane SR along the optical axis XR after the optical path division is the length measured from the display device 1 to the relay lens 3 along the optical axis X before the optical path division and the relay. It depends on the focal length of the lens 3. Display device 1 along optical axis X before optical path division
From relay lens 3 to relay lens 3
Since both focal lengths are constant, the length measured from the relay lens 3 to the secondary image plane SR along the optical axis XR after the optical path division is also constant.

【0012】従って、右眼用の光学系(即ち、反射ミラ
ー6R,接眼レンズ8R)を右方向へ移動させると、ハ
ーフミラー4と反射ミラー6Rとの間隔は広くなるが、
反射ミラー6Rと2次像面SRとの間隔は狭くなってし
まう。逆に、右眼用の光学系を左方向へ移動させると、
ハーフミラー4と反射ミラー6Rとの間隔は狭くなる
が、反射ミラー6Rと2次像面SRとの間隔は広くなっ
てしまう。
Therefore, when the optical system for the right eye (that is, the reflecting mirror 6R and the eyepiece 8R) is moved rightward, the distance between the half mirror 4 and the reflecting mirror 6R becomes wide, but
The distance between the reflection mirror 6R and the secondary image surface SR becomes narrow. Conversely, if you move the optical system for the right eye to the left,
Although the distance between the half mirror 4 and the reflection mirror 6R becomes narrower, the distance between the reflection mirror 6R and the secondary image surface SR becomes wider.

【0013】眼幅調整のために反射ミラー6Rと反射ミ
ラー7Lとの間隔を変化させると、反射ミラー6Rと2
次像面SRとの間隔が変化する結果、ピントのズレが発
生してしまう。ピントのズレを解消するためには、接眼
レンズ8Rを前後方向に移動させることによって、再度
視度合わせを行わなくてはならなくなる。例えば、図7
に示すように、右眼用の光学系を右方向へ移動させた場
合には、接眼レンズ8Rを前方に移動させることにより
視度合わせを再度行う必要がある。
When the distance between the reflecting mirror 6R and the reflecting mirror 7L is changed to adjust the pupil distance, the reflecting mirrors 6R and 2L
As a result of the change in the distance from the next image surface SR, defocus occurs. In order to eliminate the focus shift, the diopter must be adjusted again by moving the eyepiece lens 8R in the front-back direction. For example, in FIG.
As shown in, when the optical system for the right eye is moved to the right, it is necessary to perform the diopter adjustment again by moving the eyepiece lens 8R forward.

【0014】このように、の方法によって眼幅調整を
行う構成には、観察光学系が左右に独立していないため
に、操作が煩わしくなるという問題がある。また、左右
の接眼レンズ8L,8Rが前後方向に大きくずれること
になるので、覗きにくくなったり、視野のケラレが発生
したりするといった問題もある。の方法で眼幅調整を
行った場合でも、これと同様の問題が生じる。
As described above, the configuration in which the interpupillary distance adjustment is performed by the above method has a problem that the operation becomes troublesome because the observation optical system is not independent on the left and right. Further, since the left and right eyepieces 8L and 8R are largely displaced in the front-rear direction, there is a problem that it becomes difficult to look through and vignetting occurs in the visual field. Even when the interpupillary distance adjustment is performed by the above method, the same problem as this occurs.

【0015】また、の方法を採った場合、左眼用の光
学系(即ち、反射ミラー7L,接眼レンズ8L)と右眼用
の光学系(即ち、反射ミラー6R,接眼レンズ8R)と
を、同じ量だけ移動させれば、接眼レンズ8L,8Rの
前後ズレはなくなる。しかし、視度合わせを再度行わな
くてはならないのは、の方法を採った場合と同じであ
る。さらに、構成が複雑化し可動部が増えることによっ
て、それだけ左右の光軸ずれが発生する可能性が高くな
るといった問題も生じる。
When the method (1) is adopted, the optical system for the left eye (that is, the reflection mirror 7L, the eyepiece 8L) and the optical system for the right eye (that is, the reflection mirror 6R, the eyepiece 8R) are If the eyepieces 8L and 8R are moved by the same amount, there will be no displacement between the front and rear. However, it is the same as when the method of (2) is adopted that the diopter adjustment has to be performed again. In addition, there is a problem that the structure becomes complicated and the number of movable parts increases, so that there is a higher possibility that the left and right optical axis shifts occur.

【0016】ところで、様々な使用者の左右の眼の間隔
に対応可能とするための他の方法として、接眼レンズか
らの射出瞳径を大きくする方法が挙げられる。左右の眼
の間隔のバラツキよりも接眼レンズ8L,8Rからの射
出瞳径を充分大きくすれば、眼幅調整機構なしでも様々
な眼幅に対応することは可能である。しかし、大部分の
人の眼幅が入る範囲(即ち、60〜70mmぐらいの眼
幅の範囲)をカバーするためには、射出瞳径を最低でも
φ5mm以上確保しなければならない。そのためには、
レンズ径を大きくし、しかも大きい瞳に対応した収差補
正を行う必要がある。例えば、接眼レンズの焦点距離を
20mmとすれば、接眼レンズはFNo.=4より明るい
レンズとなるため、球面収差,像面湾曲,歪曲収差とい
った各収差を補正するのが困難になってしまう。必要に
応じた収差補正を行おうとすれば、レンズ枚数を多くし
なければならないという問題が生じる。
By the way, as another method for dealing with the distance between the left and right eyes of various users, there is a method of increasing the exit pupil diameter from the eyepiece lens. If the exit pupil diameter from the eyepieces 8L and 8R is made sufficiently larger than the variation in the distance between the left and right eyes, it is possible to cope with various pupil distances without the pupil distance adjusting mechanism. However, in order to cover the range in which the eye width of most people falls (that is, the eye width range of 60 to 70 mm), the exit pupil diameter must be at least φ5 mm or more. for that purpose,
It is necessary to increase the lens diameter and perform aberration correction corresponding to a large pupil. For example, if the focal length of the eyepiece lens is 20 mm, the eyepiece lens is a brighter lens than F No. = 4, and it becomes difficult to correct each aberration such as spherical aberration, field curvature, and distortion aberration. . In order to correct aberrations as needed, there arises a problem that the number of lenses must be increased.

【0017】本発明はこれらの点に鑑みてなされたもの
であって、表示装置を1組備えたタイプのHMDに使用
することができ、眼幅調整を行ってもピントのズレが発
生しないHMD用光学系を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of these points, and it can be used for an HMD of the type having one set of display devices, and an HMD that does not cause a focus shift even if the interpupillary adjustment is performed. The purpose is to provide an optical system for use.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第1の発明に係るHMD用光学系は、光路を分割す
ることにより、1つのオリジナル像からの光束を2つの
光束に分割する光路分割手段と,前記オリジナル像の2
次像を結像させるリレーレンズ系と,前記光路分割手段
及びリレーレンズ系で形成された2つの2次像をそれぞ
れ観察させる2組の接眼レンズ系とから成る両眼タイプ
のHMD用光学系において、前記リレーレンズ系は、前
記オリジナル像の位置に前側焦点が位置する第1リレー
系と,前記2次像の位置に後側焦点が位置する第2リレ
ー系とから成り、前記光路分割手段は、前記第1リレー
系と第2リレー系との間で光路の分割を行うことを特徴
とする。
In order to achieve the above object, an optical system for an HMD according to a first aspect of the present invention divides an optical path to divide an optical path from one original image into two optical paths. Splitting means and 2 of the original image
A binocular HMD optical system comprising a relay lens system for forming a secondary image, and two sets of eyepiece systems for respectively observing the two secondary images formed by the optical path splitting means and the relay lens system. The relay lens system includes a first relay system having a front focal point at the position of the original image and a second relay system having a rear focal point at the position of the secondary image. The optical path is divided between the first relay system and the second relay system.

【0019】また、第2の発明に係るHMD用光学系
は、光路を分割することにより、1つのオリジナル像か
らの光束を2つの光束に分割する光路分割手段と,前記
オリジナル像の2次像を結像させるリレーレンズ系と,
像を観察させる接眼レンズ系とから成る両眼タイプのH
MD用光学系において、前記光路分割手段は、前記オリ
ジナル像の近傍に配置され、前記リレーレンズ系は、前
記オリジナル像の位置に前側焦点が位置する第1リレー
系と,前記2次像の位置に後側焦点が位置する第2リレ
ー系とから成り、かつ、前記光路分割手段で分割された
一方の光束を使って前記2次像を結像させ、前記接眼レ
ンズ系は、前記光路分割手段で分割された他方の光束を
使って前記オリジナル像を直接観察させる第1接眼系
と,前記リレーレンズ系によって結像された2次像を観
察させる第2接眼系とから成ることを特徴とする。
The HMD optical system according to the second aspect of the present invention is an optical path splitting means for splitting a light beam from one original image into two light beams by splitting an optical path, and a secondary image of the original image. A relay lens system for focusing
Binocular type H consisting of an eyepiece system for observing images
In the MD optical system, the optical path splitting means is arranged in the vicinity of the original image, and the relay lens system includes a first relay system in which a front focal point is located at the position of the original image and a position of the secondary image. And a second relay system in which a rear focal point is located, and one of the light beams split by the optical path splitting means is used to form the secondary image, and the eyepiece lens system is configured to include the optical path splitting means. And a second eyepiece system for observing the secondary image formed by the relay lens system. .

【0020】[0020]

【作用】第1の発明に係るHMD用光学系によると、リ
レーレンズ系の一部を成す第1リレー系は、オリジナル
像の位置に前側焦点が位置しているため、オリジナル像
上の1点から出た光束は、第1リレー系によって平行光
束となる。この平行光束は、光路分割手段によって2つ
の光束に分割され、リレーレンズ系の一部を成す第2リ
レー系に入射する。リレーレンズ系によって結像された
2次像は、接眼レンズ系により観察されるが、2次像の
位置に第2リレー系の後側焦点が位置しているので、眼
幅調整を行うために第1リレー系と第2リレー系との間
隔を変化させても、瞳に対する2次像の位置は変化しな
い。その結果、眼幅調整を行っても、接眼レンズを前後
に移動させる必要はなくなる。
According to the HMD optical system of the first aspect of the present invention, the first relay system, which forms part of the relay lens system, has the front focal point located at the position of the original image. The light flux emitted from the first relay system becomes a parallel light flux. This parallel light flux is split into two light fluxes by the optical path splitting means, and is incident on the second relay system which is a part of the relay lens system. The secondary image formed by the relay lens system is observed by the eyepiece lens system, but since the rear focal point of the second relay system is located at the position of the secondary image, it is necessary to adjust the interpupillary distance. The position of the secondary image with respect to the pupil does not change even if the distance between the first relay system and the second relay system is changed. As a result, even if the interpupillary adjustment is performed, it is not necessary to move the eyepiece lens back and forth.

【0021】また、第2の発明に係るHMD用光学系に
よると、オリジナル像からの光束は、オリジナル像の近
傍に配置された光路分割手段によって2つの光束に分割
される。第1接眼系は、光路分割手段で分割された一方
の光束を使ってオリジナル像を直接観察させる。分割さ
れた他方の光束は、リレーレンズ系の一部を成す第1リ
レー系に入射する。第1リレー系は、オリジナル像の位
置に前側焦点が位置しているため、第1リレー系によっ
て平行光束となり、第2リレー系に入射した後、第2リ
レー系の後側焦点位置で結像する。第2接眼系は、この
ようにしてリレーレンズ系によって結像された2次像を
観察させるが、2次像の位置に第2リレー系の後側焦点
が位置しているので、眼幅調整を行うために第1リレー
系と第2リレー系との間隔を変化させても、瞳に対する
2次像の位置は変化しない。その結果、眼幅調整を行っ
ても、接眼レンズを前後に移動させる必要はなくなる。
According to the HMD optical system of the second invention, the light beam from the original image is split into two light beams by the optical path splitting means arranged in the vicinity of the original image. The first eyepiece system directly observes the original image using one of the light beams split by the optical path splitting means. The other split light flux enters a first relay system forming a part of the relay lens system. Since the front focal point of the first relay system is located at the position of the original image, the first relay system forms a parallel light beam, which is incident on the second relay system and then imaged at the rear focal position of the second relay system. To do. The second eyepiece system observes the secondary image thus formed by the relay lens system, but since the rear focal point of the second relay system is located at the position of the secondary image, the interpupillary adjustment is performed. Even if the distance between the first relay system and the second relay system is changed in order to perform, the position of the secondary image with respect to the pupil does not change. As a result, even if the interpupillary adjustment is performed, it is not necessary to move the eyepiece lens back and forth.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明の実施例に係るHMD用光学系
を図面を参照しつつ説明する。なお、従来例(図6,図
7)と同一部分,相当部分には同一の符号を付して詳し
い説明を省略する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An optical system for HMD according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The same or corresponding parts as those of the conventional example (FIGS. 6 and 7) are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0023】図1は、本発明に係る実施例1の上面図で
あり、図2は、表示装置1の光軸X上の1点から出た光
束についての光路図である。実施例1は、両眼タイプの
HMD用光学系であって、主として、ハーフミラー4か
ら成る光路分割手段と,第1リレー系RL1及び第2リ
レー系RL2(5L,5R)から成るリレーレンズ系と,
2組の接眼レンズ8L,8Rから成る接眼レンズ系とか
ら構成されている。
FIG. 1 is a top view of the first embodiment according to the present invention, and FIG. 2 is an optical path diagram for a light beam emitted from one point on the optical axis X of the display device 1. The first embodiment is a binocular type optical system for HMD, and mainly includes an optical path splitting unit including a half mirror 4 and a relay lens system including a first relay system RL1 and a second relay system RL2 (5L, 5R). When,
The eyepiece lens system includes two pairs of eyepiece lenses 8L and 8R.

【0024】HMDに使用する1組のオリジナル像形成
手段として、本実施例(実施例2〜実施例4も同様)では
LCDから成る表示装置1を用いているが、LCD,C
RT,対物レンズ等を用いてもよい。オリジナル像はL
CD,CRTではその画面上に形成され、対物レンズで
はそれにより結像される物体像がオリジナル像となる。
As a pair of original image forming means used for the HMD, in this embodiment (the same applies to the second to fourth embodiments), the display device 1 composed of an LCD is used.
RT, an objective lens or the like may be used. The original image is L
In the case of a CD or CRT, the object image formed on the screen and formed by the objective lens becomes the original image.

【0025】ハーフミラー4は、光路を分割することに
より、表示装置1によって形成される1つのオリジナル
像IOからの光束を2つの光束に分割する。光路の分割
は、第1リレー系RL1と第2リレー系RL2との間で
行われるため、第1リレー系RL1による結像の過程中
に光束が分割されることになる。
The half mirror 4 splits the optical path to split the light flux from one original image IO formed by the display device 1 into two light fluxes. Since the division of the optical path is performed between the first relay system RL1 and the second relay system RL2, the luminous flux is split during the process of image formation by the first relay system RL1.

【0026】図2に示すように、第1リレー系RL1
と,第2リレー系RL2を構成する左眼用のリレーレン
ズ5Lとで、オリジナル像IOの2次像ILが結像され
る。この2次像ILは、ハーフミラー4での光路の分割
及び反射ミラー2,6L,7Lでの光路の折り曲げによ
り、左眼用の2次像面SL位置に形成される。
As shown in FIG. 2, the first relay system RL1
And the relay lens 5L for the left eye which constitutes the second relay system RL2 form the secondary image IL of the original image IO. This secondary image IL is formed at the secondary image plane SL position for the left eye by dividing the optical path at the half mirror 4 and bending the optical path at the reflecting mirrors 2, 6L, 7L.

【0027】一方、第1リレー系RL1と,第2リレー
系RL2を構成する右眼用のリレーレンズ5Rとで、オ
リジナル像IOの2次像IRが結像される。この2次像
IRは、ハーフミラー4での光路の分割及び反射ミラー
2,6Rでの光路の折り曲げにより、右眼用の2次像面
SR位置に形成される。
On the other hand, the secondary image IR of the original image IO is formed by the first relay system RL1 and the relay lens 5R for the right eye which constitutes the second relay system RL2. The secondary image IR is formed at the secondary image surface SR position for the right eye by dividing the optical path at the half mirror 4 and bending the optical path at the reflecting mirrors 2 and 6R.

【0028】左眼用の接眼レンズ8Lは、ハーフミラー
4,第1リレー系RL1,左眼用のリレーレンズ5L等
によって形成された2次像ILを使用者に観察させる。
一方、右眼用の接眼レンズ8Rは、ハーフミラー4,第
1リレー系RL1,右眼用のリレーレンズ5R等によっ
て形成された2次像IRを使用者に観察させる。
The eyepiece lens 8L for the left eye allows the user to observe the secondary image IL formed by the half mirror 4, the first relay system RL1, the relay lens 5L for the left eye, and the like.
On the other hand, the eyepiece 8R for the right eye allows the user to observe the secondary image IR formed by the half mirror 4, the first relay system RL1, the relay lens 5R for the right eye, and the like.

【0029】第1リレー系RL1は、オリジナル像IO
の位置に前側焦点F1が位置している。言い換えると、
表示装置1は、第1リレー系RL1の前側焦点F1の位
置に配置されている。従って、オリジナル像IO上の1
点から出た光束は、第1リレー系RL1を通過すること
によって平行光束となる。例えば、表示装置1の光軸X
上の1点から出た光束は、図2に示すように、第1リレ
ー系RL1と第2リレー系RL2との間では光軸Xに平
行な平行光束となる。
The first relay system RL1 is an original image IO.
The front focal point F 1 is located at the position. In other words,
The display device 1 is arranged at the position of the front focus F 1 of the first relay system RL1. Therefore, 1 on the original image IO
The light flux emitted from the point becomes a parallel light flux by passing through the first relay system RL1. For example, the optical axis X of the display device 1
As shown in FIG. 2, the light flux emitted from the upper one point is a parallel light flux parallel to the optical axis X between the first relay system RL1 and the second relay system RL2.

【0030】また、第1リレー系RL1の焦点距離をf
1とすると、光軸Xからy1’離れた点から出た光は、光
軸Xに対して、次式(1)から算出される角度θを成す平
行光束となる。 y1’=f1・tanθ ……(1)
The focal length of the first relay system RL1 is f
If it is set to 1 , the light emitted from a point distant from the optical axis X by y 1 'is a parallel light flux forming an angle θ with the optical axis X calculated from the following equation (1). y 1 '= f 1 · tan θ …… (1)

【0031】その後、光路はハーフミラー4により左眼
用と右眼用とに分割される。本実施例(図1,図2)で
は、2つに分割された平行光束のうち、透過光を左眼用
に使用し反射光を右眼用に使用する構成となっている
が、透過光を右眼用に使用し反射光を左眼用に使用する
ことも勿論可能である。
After that, the optical path is divided by the half mirror 4 into the left eye and the right eye. In the present embodiment (FIGS. 1 and 2), of the two parallel light beams divided into two, the transmitted light is used for the left eye and the reflected light is used for the right eye. It is of course possible to use for the right eye and use the reflected light for the left eye.

【0032】左眼用のリレーレンズ5Lは、2次像IL
が形成される2次像面SL位置に後側焦点(像側焦点)F
2Lが位置するように、配置されている。従って、ハーフ
ミラー4を透過した後の左眼用の平行光束が、左眼用の
リレーレンズ5Lに入射すると、左眼用の2次像ILが
左眼用のリレーレンズ5Lの後側焦点F2Lの位置に形成
されることになる。つまり、オリジナル像IO上の1点
から出た光束が、リレーレンズ系によって2次像面SL
位置で1点に集まることになる。
The relay lens 5L for the left eye has a secondary image IL
The rear focal point (image side focal point) F at the secondary image plane SL position where
It is arranged so that 2L is located. Therefore, when the parallel light flux for the left eye after passing through the half mirror 4 is incident on the relay lens 5L for the left eye, the secondary image IL for the left eye becomes the rear focus F of the relay lens 5L for the left eye. It will be formed at the 2L position. That is, the light flux emitted from one point on the original image IO is transmitted by the relay lens system to the secondary image plane SL.
They will come together in one position.

【0033】右眼用のリレーレンズ5Rは、2次像IR
が形成される2次像面SR位置に後側焦点(像側焦点)F
2Rが位置するように、配置されている。従って、ハーフ
ミラー4で反射された後の右眼用の平行光束が、右眼用
のリレーレンズ5Rに入射すると、右眼用の2次像IR
が右眼用のリレーレンズ5Rの後側焦点F2Rの位置に形
成されることになる。つまり、オリジナル像IO上の1
点から出た光束は、2次像面SR位置で1点に集まるこ
とになる。
The relay lens 5R for the right eye has a secondary image IR
The rear focus (image side focus) F at the secondary image surface SR position where
It is arranged so that 2R is located. Therefore, when the parallel light flux for the right eye after being reflected by the half mirror 4 enters the relay lens 5R for the right eye, the secondary image IR for the right eye is obtained.
Will be formed at the position of the rear focal point F 2R of the relay lens 5R for the right eye. That is, 1 on the original image IO
The light flux emitted from the point will be converged on one point at the position of the secondary image plane SR.

【0034】眼幅調整は、ハーフミラー4と右眼用のリ
レーレンズ5Rとの間隔を変えることによって行う。つ
まり、右眼用のリレーレンズ5R,反射ミラー6R,右
眼用の2次像IR,右眼用の接眼レンズ8Rを一体的
に、その他の部分1,2,RL1,4,5L〜8Lに対
して、図1の左右方向に平行移動させることによって眼
幅調整を行う。
The interpupillary adjustment is performed by changing the distance between the half mirror 4 and the relay lens 5R for the right eye. That is, the relay lens 5R for the right eye, the reflection mirror 6R, the secondary image IR for the right eye, and the eyepiece lens 8R for the right eye are integrated into the other parts 1, 2, RL1, 4, 5L to 8L. On the other hand, the interpupillary distance adjustment is performed by translating in the left-right direction in FIG.

【0035】接眼レンズ8L,8Rにより観察される2
次像IL,IRの位置に、第2リレー系RL2の後側焦
点F2L,F2Rが位置しているので、眼幅調整を行うため
に第1リレー系RL1と第2リレー系RL2との間隔
(即ち、空間の長さ;ここでは、第1リレー系RL1と
ハーフミラー4との相対的位置は変化しないので、ハー
フミラー4と右眼用のリレーレンズ5Rの間隔)を変化
させても、瞳EL,ERに対する2次像IL,IRの位
置は変化しない。また、前述したように右眼用のリレー
レンズ5R以降は一体的に移動するので、2次像IRが
前後方向(図1の上下方向)に移動することはない。
2 observed by the eyepieces 8L and 8R
Since the rear focal points F 2L and F 2R of the second relay system RL2 are located at the positions of the subsequent images IL and IR, the first relay system RL1 and the second relay system RL2 are adjusted to perform the interpupillary adjustment. interval
(That is, the length of the space; here, since the relative position between the first relay system RL1 and the half mirror 4 does not change, even if the distance between the half mirror 4 and the relay lens 5R for the right eye is changed) The positions of the secondary images IL and IR with respect to the pupils EL and ER do not change. Further, as described above, since the relay lens 5R for the right eye and thereafter are moved integrally, the secondary image IR does not move in the front-back direction (vertical direction in FIG. 1).

【0036】従って、本実施例では、オリジナル像上の
1点から出た光束は第1リレー系RL1と第2リレー系
RL2との間では平行光束となるため、第1リレー系R
L1と第2リレー系RL2との間隔を変化させることに
より眼幅調整を行っても、ピントのズレが発生しないと
いうことになる。これに伴って、接眼レンズを前後に移
動させて視度合わせを再度行うといった操作が不要にな
るため、簡単な構成で容易に眼幅調整を行うことができ
る操作性に優れたHMDを実現することができる。ま
た、眼幅調整を行っても倍率変化は発生せず、左右の眼
が観察する像の見えもほぼ同じになり、自然な観察が可
能となる。
Therefore, in this embodiment, since the light flux emitted from one point on the original image is a parallel light flux between the first relay system RL1 and the second relay system RL2, the first relay system R
Even if the interpupillary distance adjustment is performed by changing the distance between L1 and the second relay system RL2, it means that no focus shift occurs. Along with this, there is no need to perform an operation of moving the eyepiece back and forth and performing diopter adjustment again, so that it is possible to realize an HMD with excellent operability that allows easy eye width adjustment with a simple configuration. be able to. In addition, even if the interpupillary distance adjustment is performed, the magnification does not change, and the images observed by the left and right eyes are almost the same, which allows natural observation.

【0037】結果として、本実施例には、従来例に存在
していたような問題(例えば、接眼レンズの左右ズレに
より、覗きにくくなったり視野のケラレが発生したりす
るといった問題,構成が複雑化し可動部が増えることに
よって左右の光軸ずれが発生する可能性が増大するとい
った問題,接眼レンズからの射出瞳径の増大に起因する
収差劣化,レンズ枚数の増大といった問題)は生じな
い。
As a result, the present embodiment has a complicated problem such as a problem existing in the conventional example (for example, a problem of difficulty in viewing due to lateral displacement of the eyepiece lens or vignetting of the visual field). The problem that the possibility of left and right optical axis shifts increases due to the increase in the number of movable parts and the deterioration of aberration due to the increase in the exit pupil diameter from the eyepiece lens and the increase in the number of lenses) do not occur.

【0038】また、本実施例は、見易さ,疲労しにくさ
等の面で片眼タイプのものよりも有利な両眼タイプのH
MDに使用するものであり、しかも、前述した表示装置
を1組備えたタイプのHMDに使用することができる構
成となっているため、表示装置を2組備えたタイプより
も低コストなHMDを実現することができる。
Further, the present embodiment is a binocular type H which is more advantageous than the one eye type in terms of ease of viewing and fatigue resistance.
Since it is used for an MD, and has a configuration that can be used for a type of HMD having one set of the above-mentioned display device, a lower cost HMD than a type having two sets of display devices is used. Can be realized.

【0039】ところで、第2リレー系RL2(リレーレ
ンズ5L,5R)の焦点距離をf2とすれば、オリジナル
像IOの光軸Xからy1’離れた1点から出た光束は、
光軸Xに対して、前述の式(1)から算出される角度θを
成す平行光束となって、第2リレー系RL2に入射す
る。
By the way, if the focal length of the second relay system RL2 (relay lenses 5L, 5R) is f 2 , the luminous flux emitted from one point distant from the optical axis X of the original image IO by y 1 'is
A parallel light flux forming an angle θ calculated from the above equation (1) with respect to the optical axis X is incident on the second relay system RL2.

【0040】従って、第2リレー系RL2に入射した平
行光束は、2次像面SL,SR上では、次式(2)で算出
される光軸XL,XRからy2’離れた1点に収束す
る。 y2’=f2・tanθ ……(2)
Therefore, the parallel light flux incident on the second relay system RL2 is on the secondary image planes SL and SR at a point y 2 'away from the optical axes XL and XR calculated by the following equation (2). Converge. y 2 '= f 2 · tan θ …… (2)

【0041】よって、2次像IL,IRの大きさとオリ
ジナル像IOの大きさとの比は、次式(3)で表されるこ
とになる。 y2’/y1’=(f2・tanθ)/(f1・tanθ) =f2/f1 ……(3)
Therefore, the ratio between the sizes of the secondary images IL and IR and the size of the original image IO is expressed by the following equation (3). y 2 '/ y 1 ' = (f 2 · tan θ) / (f 1 · tan θ) = f 2 / f 1 (3)

【0042】例えば、f2>f1とすれば、2次像IL,
IRは、オリジナル像IOより大きくなる。表示装置1
が小さい場合(例:0.7インチLCD等)は、接眼レンズ
8L,8Rを通じて観察される像も小さくなってしまう
が、この方法を使えば大きな迫力のある像を観察するこ
とができる。
For example, if f 2 > f 1 , the secondary image IL,
The IR is larger than the original image IO. Display device 1
Is small (eg, 0.7-inch LCD, etc.), the images observed through the eyepieces 8L and 8R are also small, but using this method, a powerful image can be observed.

【0043】第1リレー系RL1,第2リレー系RL2
を全く同一の構成とし、レンズを対向させて使用すれ
ば、第1リレー系RL1,第2リレー系RL2の各々で
発生する横方向の収差(歪曲収差,倍率色収差)が、互い
に打ち消し合い、0となる。従って、縦方向の収差(球
面収差,非点収差,像面湾曲,軸上色収差)さえ補正す
ればよいので、レンズ枚数を減らすことができ、歪曲,
倍率色収差0の2次像IL,IRを得ることができる。
First relay system RL1, second relay system RL2
If the lenses have the same structure and the lenses are opposed to each other, the lateral aberrations (distortion aberration, chromatic aberration of magnification) generated in each of the first relay system RL1 and the second relay system RL2 cancel each other out, and Becomes Therefore, it suffices to correct longitudinal aberrations (spherical aberration, astigmatism, field curvature, axial chromatic aberration), so that the number of lenses can be reduced and distortion,
It is possible to obtain secondary images IL and IR with no chromatic aberration of magnification.

【0044】次に、図2に基づいて、実施例1における
オリジナル像IOと2次像IL,IRの向きとの関係を
説明する。表示装置1上に形成されている右向き矢印
{観察者が直接表示装置1を見たとすれば右向きに見え
る矢印(→)であって、図2では上向きに表される矢印
(↑)}のオリジナル像IO1は、2次像面SL,SR位置
では右向き矢印{図2では右向きに表される矢印(→)}の
2次像IL1,IR1となって結像される。この2次像I
1,IR1は、HMD観察者の眼には右向き矢印(→)と
して見えることになる。
Next, the relationship between the original image IO and the orientations of the secondary images IL and IR in the first embodiment will be described with reference to FIG. Rightward arrow formed on the display device 1
{The arrow (→) that appears to the right if the observer directly looks at the display device 1, and the arrow that appears upward in FIG. 2)
The original image IO 1 of (↑)} is formed as the secondary images IL 1 and IR 1 of the rightward arrow {arrow (→) shown rightward in FIG. 2} at the positions of the secondary image planes SL and SR. To be done. This secondary image I
L 1 and IR 1 will be visible as a rightward arrow (→) to the eyes of the HMD observer.

【0045】一方、表示装置1上に形成されている上向
き矢印{観察者が直接表示装置1を見たとすれば上向き
に見える矢印(↑)であって、図2では紙面奥から手前に
向かう矢印}のオリジナル像IO2は、2次像面SL,S
R位置では下向き矢印(図2では紙面手前から奥へ向か
う矢印)の2次像IL2,IR2となって結像される。こ
の2次像IL2,IR2は、HMD観察者の眼には下向き
矢印(↓)として見えることになる。
On the other hand, an upward arrow formed on the display device 1 (an arrow (↑) that looks upward if an observer looks directly at the display device 1, and in FIG. 2, an arrow pointing from the back to the front of the paper). The original image IO 2 of } is the secondary image plane SL, S
At the R position, secondary images IL 2 and IR 2 of downward arrows (arrows from the front to the back of the paper in FIG. 2) are formed. The secondary images IL 2 and IR 2 are visible as a downward arrow (↓) to the eyes of the HMD observer.

【0046】このように、オリジナル像と2次像とは裏
返しの関係になっている。上下方向では表示装置1その
ものを上下逆さにして表示させれば問題ないが、そうす
ると左右も逆になるため字等が読めなくなってしまう。
そこで、表示装置1に映す像を左右逆にしておく必要が
ある。そのためには、表示装置1がLCDである場合、
LCDを裏返しに取り付けたり、映像信号を左右反転さ
せて入力したりすればよい。また、表示装置1がCRT
等である場合、オリジナル像IOを撮像するときに、撮
影レンズ前に反射ミラーを1枚光軸に対して45°で入
れることにより像を反転させておくといった簡単な方法
で、上記裏返しの関係を解消することができる。これ
は、後述する実施例2〜実施例4についても同様であ
る。
As described above, the original image and the secondary image are turned over. In the up-down direction, there is no problem if the display device 1 itself is displayed upside down, but if so, the left-right will be reversed and the characters will not be readable.
Therefore, it is necessary to reverse the image displayed on the display device 1 left and right. To that end, when the display device 1 is an LCD,
The LCD may be attached upside down, or the video signal may be horizontally inverted and input. Further, the display device 1 is a CRT.
When the original image IO is imaged, the above-mentioned inside-out relation can be achieved by a simple method such that one reflecting mirror is inserted in front of the taking lens at 45 ° with respect to the optical axis to reverse the image. Can be resolved. The same applies to Examples 2 to 4 described later.

【0047】図3は、本発明に係る実施例2の上面図で
ある。実施例2は、前記実施例1と同様、両眼タイプの
HMD用光学系であって、主として、ハーフミラー4R
から成る光路分割手段と,第1リレー系RL1及び第2
リレー系RL2から成るリレーレンズ系と,接眼レンズ
8L及び接眼レンズ8Rから成る接眼レンズ系とから構
成されている。更に、2次像面SLを上下反転させるた
めのダハミラー9が設けられている。
FIG. 3 is a top view of the second embodiment according to the present invention. Example 2 is a binocular type HMD optical system similar to Example 1, and mainly includes a half mirror 4R.
Optical path splitting means including a first relay system RL1 and a second relay system RL1
It is composed of a relay lens system including a relay system RL2 and an eyepiece lens system including an eyepiece lens 8L and an eyepiece lens 8R. Further, a roof mirror 9 for vertically inverting the secondary image plane SL is provided.

【0048】ハーフミラー4Rは、表示装置1によって
形成されるオリジナル像(不図示)の近傍に配置されてお
り、光路を分割することにより、1つのオリジナル像か
らの光束を2つの光束(即ち、反射光束と透過光束)に分
割する。
The half mirror 4R is arranged in the vicinity of an original image (not shown) formed by the display device 1, and the light beam from one original image is divided into two light beams (that is, It is divided into a reflected light beam and a transmitted light beam.

【0049】ハーフミラー4Rで分割された一方の光束
(即ち、透過光束)は、リレーレンズ系の一部を成す第1
リレー系RL1に入射する。実施例1と同様、第1リレ
ー系RL1は、オリジナル像の位置に前側焦点F1が位
置している。言い換えると、表示装置1は、第1リレー
系RL1の前側焦点F1の位置に配置されている。従っ
て、オリジナル像上の1点から出た光束は、第1リレー
系RL1を通過することによって平行光束となる。
One luminous flux split by the half mirror 4R
(That is, the transmitted light flux) is the first part of the relay lens system.
It is incident on the relay system RL1. Similar to the first embodiment, in the first relay system RL1, the front focal point F 1 is located at the position of the original image. In other words, the display device 1 is arranged at the position of the front focus F 1 of the first relay system RL1. Therefore, the light flux emitted from one point on the original image becomes a parallel light flux by passing through the first relay system RL1.

【0050】前記平行光束は、第2リレー系RL2に入
射した後、ハーフミラー4Lを透過する。実施例1と同
様、第2リレー系RL2は、オリジナル像の2次像(不
図示)が形成される2次像面SL位置に後側焦点F2が位
置するように、配置されている。従って、第2リレー系
RL2の後側焦点F2の位置に、左眼用の2次像が形成
されることになる。
The parallel light flux enters the second relay system RL2 and then passes through the half mirror 4L. Similar to the first embodiment, the second relay system RL2 is arranged such that the rear focal point F 2 is located at the secondary image plane SL position where the secondary image (not shown) of the original image is formed. Therefore, the secondary image for the left eye is formed at the position of the rear focal point F 2 of the second relay system RL2.

【0051】以上のようにして、オリジナル像上の1点
から出た光束は、第1リレー系RL1と第2リレー系R
L2との間では平行光束となり、第2リレー系RL2通
過後、2次像面SL位置で1点に集まることになる。結
像後の光束は、上下反転用ダハミラー9を通った後、ハ
ーフミラー4Lで接眼レンズ8L側に反射される。
As described above, the luminous flux emitted from one point on the original image is reflected by the first relay system RL1 and the second relay system R1.
It becomes a parallel light flux between L2 and L2, and after passing through the second relay system RL2, it is gathered at one point at the secondary image plane SL position. The light flux after the image formation passes through the up-down flip roof mirror 9 and is then reflected by the half mirror 4L toward the eyepiece 8L side.

【0052】第1接眼系を構成する右眼用の接眼レンズ
8Rは、ハーフミラー4Rで分割された他方の光束(即
ち反射光束)を使ってオリジナル像を右眼の瞳ERに直
接観察させる。一方、第2接眼系を構成する左眼用の接
眼レンズ8Lは、リレーレンズ系(RL1,RL2)によ
って形成された2次像を左眼の瞳ELに観察させる。
The eyepiece lens 8R for the right eye which constitutes the first eyepiece system directly observes the original image on the pupil ER of the right eye using the other light beam (that is, the reflected light beam) split by the half mirror 4R. On the other hand, the eyepiece lens 8L for the left eye, which constitutes the second eyepiece system, causes the pupil EL of the left eye to observe the secondary image formed by the relay lens system (RL1, RL2).

【0053】眼幅調整は、第1リレー系RL1と第2リ
レー系RL2との間隔を変えることによって行う。つま
り、右側部分(即ち、表示装置1,ハーフミラー4R,
接眼レンズ8R及び第1リレー系RL1)に対し、左側
部分(即ち、第2リレー系RL2,ハーフミラー4L,
接眼レンズ8L及びダハミラー9)を一体的に光軸Xに
沿って(図3の左右方向に)移動させることによって眼幅
調整を行う。逆に、左側部分に対して、右側部分を一体
的に光軸Xに沿って(図3の左右方向に)移動させること
によって眼幅調整を行ってもよい。
The interpupillary adjustment is performed by changing the distance between the first relay system RL1 and the second relay system RL2. That is, the right side portion (that is, the display device 1, the half mirror 4R,
With respect to the eyepiece lens 8R and the first relay system RL1, the left side portion (that is, the second relay system RL2, the half mirror 4L,
The eye distance is adjusted by moving the eyepiece lens 8L and the roof mirror 9) integrally along the optical axis X (in the left-right direction in FIG. 3). On the contrary, the interpupillary adjustment may be performed by integrally moving the right side portion along the optical axis X (left and right direction in FIG. 3) with respect to the left side portion.

【0054】2次像面SL位置に、第2リレー系RL2
の後側焦点F2が位置しているので、眼幅調整を行うた
めに第1リレー系RL1と第2リレー系RL2との間隔
を変化させても、瞳ELに対する2次像の位置は変化し
ない。また、前述したように左側部分は一体的に移動す
るので、2次像が前後方向(図3の左右方向)に移動する
ことはない。
At the position of the secondary image plane SL, the second relay system RL2
Since the rear focal point F 2 is located, even if the distance between the first relay system RL1 and the second relay system RL2 is changed to perform the interpupillary adjustment, the position of the secondary image with respect to the pupil EL changes. do not do. Further, as described above, the left side portion is integrally moved, so that the secondary image does not move in the front-back direction (left-right direction in FIG. 3).

【0055】従って、本実施例では、実施例1と同様、
第1リレー系RL1と第2リレー系RL2との間隔を変
化させることにより眼幅調整を行っても、ピントのズレ
が発生しないということになる。これに伴って、接眼レ
ンズを前後に移動させて視度合わせを再度行うといった
操作が不要になるため、簡単な構成で容易に眼幅調整を
行うことができる操作性に優れたHMDを実現すること
ができる。その他、実施例1と同じ効果を得ることがで
きる。さらに、従来例や実施例1と比較して、前後方向
にコンパクトにすることができるという効果もある。
Therefore, in this embodiment, as in the first embodiment,
Even if the interpupillary adjustment is performed by changing the distance between the first relay system RL1 and the second relay system RL2, it means that no focus shift occurs. Along with this, there is no need to perform an operation of moving the eyepiece back and forth and performing diopter adjustment again, so that it is possible to realize an HMD with excellent operability that allows easy eye width adjustment with a simple configuration. be able to. In addition, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, there is an effect that it can be made compact in the front-rear direction as compared with the conventional example and the first embodiment.

【0056】ところで、両眼で画像情報を観察する場
合、右眼に見える像と左眼とに見える像とは同一の大き
さでなければならない。従って、第1リレー系RL1の
焦点距離f1と第2リレー系RL2の焦点距離f2とを同
じ(f1=f2)にする必要がある。また、実施例1と同様
に、第1リレー系RL1と第2リレー系RL2とを同一
の構成とし、対向させて用いれば、収差補正に有利とな
る。
When observing image information with both eyes, the image seen by the right eye and the image seen by the left eye must have the same size. Therefore, it is necessary to set the focal length f 1 of the first relay system RL1 and focal length f 2 of the second relay system RL2 same (f 1 = f 2). Further, similarly to the first embodiment, if the first relay system RL1 and the second relay system RL2 have the same configuration and face each other, it is advantageous for aberration correction.

【0057】前述のようにオリジナル像IOと観察され
る像は、左右方向が裏返しの関係になっている。これを
直すためには、前述の方法を用いればよい。本実施例で
は前後方向の大きさを小さくするために、図3において
表示装置1をハーフミラー4Rの右側に配置している
が、前後方向の大きさに余裕があれば右眼用接眼レンズ
8Rの正面、すなわち図3においてハーフミラー4Rの
上側に配置しても構わない。この配置を図8に示す。こ
の配置にすれば、右眼においてはハーフミラー4Rを透
過するオリジナル像を直接観察することになり、像の裏
返しの問題はなくなる。左眼はハーフミラー4Rで反射
されるオリジナル像からの光束で形成される2次像を観
察することになるが、リレーレンズRL1,RL2;ダ
ハミラー9;ハーフミラー4L等の働きで右眼と左眼は
同方向の正常な像を観察できるようになっているので全
く問題はない。この点については、以下の第3,第4実
施例についても同様である。
As described above, the observed image and the original image IO are in a laterally inverted relationship. In order to correct this, the above method may be used. In this embodiment, in order to reduce the size in the front-rear direction, the display device 1 is arranged on the right side of the half mirror 4R in FIG. 3, but if the size in the front-rear direction has a margin, the eyepiece 8R for the right eye is provided. It may be arranged on the front side, that is, on the upper side of the half mirror 4R in FIG. This arrangement is shown in FIG. With this arrangement, the right eye directly observes the original image transmitted through the half mirror 4R, and there is no problem of turning over the image. The left eye observes the secondary image formed by the light flux from the original image reflected by the half mirror 4R. The relay lenses RL1 and RL2; the roof mirror 9; There is no problem because the eye is able to observe a normal image in the same direction. Regarding this point, the same applies to the following third and fourth embodiments.

【0058】図4は本発明に係る第3実施例の概略構成
を示しており、同図(a)は上面図、同図(b)は正面図で
ある。実施例3は、実施例2においてダハミラー9の代
わりに反射ミラー10〜14を用いて像の上下反転を行
うほかは、実施例2と同様に構成されている。本実施例
によれば、実施例1,2と同様の効果を得ることができ
る。
FIG. 4 shows a schematic structure of a third embodiment according to the present invention. FIG. 4 (a) is a top view and FIG. 4 (b) is a front view. The third embodiment has the same configuration as that of the second embodiment except that the reflecting mirrors 10 to 14 are used in place of the roof mirror 9 in the second embodiment to vertically invert the image. According to this embodiment, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained.

【0059】図5は、本発明に係る第4実施例の概略構
成を示しており、同図(a)は正面図、同図(b)は右側面
図である。実施例4は、実施例3において表示装置1を
下方に配置し、反射ミラー10,13の代わりにハーフ
ミラー4Rと反射ミラー14を用いて像の上下方向の反
転を行うほかは、実施例3と同様に構成されている。本
実施例によれば、実施例1〜3と同様の効果を得ること
ができる。また、このようにハーフミラー4Rと反射ミ
ラー14を反転光学系として共用すれば、構成要素が少
なくて済むというメリットがある。
FIG. 5 shows a schematic construction of the fourth embodiment according to the present invention. FIG. 5 (a) is a front view and FIG. 5 (b) is a right side view. The fourth embodiment is different from the third embodiment in that the display device 1 is arranged below and the half mirror 4R and the reflection mirror 14 are used instead of the reflection mirrors 10 and 13 to invert the image in the vertical direction. Is configured similarly to. According to this embodiment, the same effects as those of the first to third embodiments can be obtained. Further, if the half mirror 4R and the reflection mirror 14 are shared as an inverting optical system in this way, there is an advantage that the number of constituent elements can be reduced.

【0060】実施例2〜実施例4では、f1=f2とする
ことで両眼観察としているが、片眼での観察を可とすれ
ば、f1≠f2とすることにより2種類の違った大きさの
像を観察することができる。例えば、f2=n・f1とし
ておけば、左眼では右眼のn倍の大きさの像を見ること
になる。この場合、左眼用のハーフミラー4L(又は反
射ミラー14)と接眼レンズ8Lとの間、同じく右眼用
のハーフミラー4Rと接眼レンズ8Rとの間に、シャッ
ターを設ければ、左右の切換えが可能となる。第1リレ
ー系RL1,第2リレー系RL2のいずれか又は両方を
ズームレンズにしておけば、連続的変倍も可能である。
また、実施例1では、右眼用のリレーレンズ5Rと左眼
用のリレーレンズ5Lの焦点距離を変化させることによ
って、上記のような効果を得ることができる。
In Examples 2 to 4, the binocular observation is performed by setting f 1 = f 2 , but if the observation by one eye is allowed, two types are obtained by setting f 1 ≠ f 2. You can observe images of different sizes. For example, if f 2 = n · f 1 is set, the left eye will see an image that is n times as large as the right eye. In this case, if a shutter is provided between the left-eye half mirror 4L (or the reflection mirror 14) and the eyepiece lens 8L, and also between the right-eye half mirror 4R and the eyepiece lens 8R, switching between right and left can be performed. Is possible. If one or both of the first relay system RL1 and the second relay system RL2 is a zoom lens, continuous zooming is possible.
In addition, in Example 1, the effects as described above can be obtained by changing the focal lengths of the relay lens 5R for the right eye and the relay lens 5L for the left eye.

【0061】[0061]

【発明の効果】以上説明したように、第1,第2の発明
に係るHMD用光学系によれば、いずれもリレーレンズ
系は、オリジナル像の位置に前側焦点が位置する第1リ
レー系と,2次像の位置に後側焦点が位置する第2リレ
ー系とから成っているので、オリジナル像上の1点から
出た光束は第1リレー系と第2リレー系との間では平行
光束となる。そのため、眼幅調整を行うために第1リレ
ー系と第2リレー系との間隔を変化させても、瞳に対す
る2次像の位置は変化しない。従って、その間隔を変化
させることにより眼幅調整を行っても、ピントのズレが
発生しないという効果がある。これに伴って、接眼レン
ズを前後に移動させて視度合わせを再度行うといった操
作が不要になるため、簡単な構成で容易に眼幅調整を行
うことができる操作性に優れたHMDを実現することが
できる。また、眼幅調整を行っても倍率変化は発生せ
ず、左右の眼が観察する像の見えもほぼ同じになり、自
然な観察が可能となる。
As described above, according to the HMD optical systems according to the first and second aspects of the invention, the relay lens system is the same as the first relay system in which the front focal point is located at the position of the original image. , And the second relay system in which the rear focal point is located at the position of the secondary image, the light flux emitted from one point on the original image is a parallel light flux between the first relay system and the second relay system. Becomes Therefore, even if the distance between the first relay system and the second relay system is changed to adjust the pupil distance, the position of the secondary image with respect to the pupil does not change. Therefore, even if the interpupillary distance adjustment is performed by changing the interval, there is an effect that the focus shift does not occur. Along with this, there is no need to perform an operation of moving the eyepiece back and forth and performing diopter adjustment again, so that it is possible to realize an HMD with excellent operability that allows easy eye width adjustment with a simple configuration. be able to. In addition, even if the interpupillary distance adjustment is performed, the magnification does not change, and the images observed by the left and right eyes are almost the same, which allows natural observation.

【0062】上記効果により、本発明には従来技術に存
在していたような問題(例えば、接眼レンズの左右ズレ
により、覗きにくくなったり視野のケラレが発生したり
するといった問題,構成が複雑化し可動部が増えること
によって左右の光軸ずれが発生する可能性が増大すると
いった問題,接眼レンズからの射出瞳径の増大に起因す
る収差劣化,レンズ枚数の増大といった問題)は生じな
い。
Due to the above-mentioned effects, the problems that exist in the prior art in the present invention (for example, the problem of difficulty in viewing due to lateral displacement of the eyepiece or the occurrence of vignetting in the visual field, and the structure are complicated. There is no problem that the possibility of left and right optical axis shifts increases due to the increase in the number of movable parts, aberration deterioration due to the increase of the exit pupil diameter from the eyepiece lens, and the increase in the number of lenses).

【0063】また、本発明は、見易さ,疲労しにくさ等
の面で片眼タイプのものよりも有利な両眼タイプのHM
Dに使用するものであり、しかも、前述した表示装置を
1組備えたタイプのHMDに使用することができる構成
となっているため、表示装置を2組備えたタイプよりも
低コストなHMDを実現することができる。
Further, the present invention is a binocular type HM which is more advantageous than a single eye type in terms of ease of viewing and fatigue resistance.
Since it is used for the D, and can be used for the HMD of the type having one set of the above-mentioned display device, the HMD having a lower cost than the type having the two sets of the display device is provided. Can be realized.

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

【図1】本発明の実施例1の概略構成を示す上面図。FIG. 1 is a top view showing a schematic configuration of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例1の光路図。FIG. 2 is an optical path diagram of Example 1 of the present invention.

【図3】本発明の実施例2の概略構成を示す上面図。FIG. 3 is a top view showing a schematic configuration of a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例3の概略構成を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例4の概略構成を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a fourth embodiment of the present invention.

【図6】従来例の概略構成を示す上面図。FIG. 6 is a top view showing a schematic configuration of a conventional example.

【図7】従来例における眼幅調整後の状態を示す上面
図。
FIG. 7 is a top view showing a state after the interpupillary distance adjustment in the conventional example.

【図8】実施例2の変形例の概略構成を示す上面図。FIG. 8 is a top view showing a schematic configuration of a modified example of the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 …表示装置 2 …反射ミラー 4 …ハーフミラー 4L …左眼用のハーフミラー 4R …右眼用のハーフミラー 5L …左眼用のリレーレンズ 5R …右眼用のリレーレンズ 6L …左眼用の反射ミラー 6R …右眼用の反射ミラー 7L …左眼用の反射ミラー 8L …左眼用の接眼レンズ 8R …右眼用の接眼レンズ 9 …ダハミラー 10〜14 …反射ミラー RL1 …第1リレー系 RL2 …第2リレー系 IO …オリジナル像 IL …左眼用の2次像 IR …右眼用の2次像 SL …左眼用の2次像面 SR …右眼用の2次像面 F1 …第1リレー系の前側焦点 F2 …第2リレー系の後側焦点 F2L …左眼用のリレーレンズの後側焦点 F2R …右眼用のリレーレンズの後側焦点 EL …左眼の瞳 ER …右眼の瞳DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Display device 2 ... Reflection mirror 4 ... Half mirror 4L ... Left eye half mirror 4R ... Right eye half mirror 5L ... Left eye relay lens 5R ... Right eye relay lens 6L ... Left eye Reflection mirror 6R ... Reflection mirror for right eye 7L ... Reflection mirror for left eye 8L ... Eyepiece lens for left eye 8R ... Eyepiece lens for right eye 9 ... Dach mirror 10-14 ... Reflection mirror RL1 ... First relay system RL2 Second relay system IO Original image IL Secondary image IR for left eye IR Secondary image SL for right eye Secondary image plane SR for left eye SR Secondary image plane F 1 for right eye the first relay system front focal point F 2 ... pupil side focal EL ... left eye after the rear focal point F 2R ... relay lens for the right eye after the rear focal point F 2L ... relay lens for the left eye after the second relay system ER ... Right eye pupil

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光路を分割することにより、1つのオリジ
ナル像からの光束を2つの光束に分割する光路分割手段
と,前記オリジナル像の2次像を結像させるリレーレン
ズ系と,前記光路分割手段及びリレーレンズ系で形成さ
れた2つの2次像をそれぞれ観察させる2組の接眼レン
ズ系とから成る両眼タイプのHMD用光学系において、 前記リレーレンズ系は、前記オリジナル像の位置に前側
焦点が位置する第1リレー系と,前記2次像の位置に後
側焦点が位置する第2リレー系とから成り、 前記光路分割手段は、前記第1リレー系と第2リレー系
との間で光路の分割を行うことを特徴とするHMD用光
学系。
1. An optical path splitting means for splitting a light beam from one original image into two light beams by splitting an optical path, a relay lens system for forming a secondary image of the original image, and the optical path splitting. Means and a pair of eyepiece lens systems for observing two secondary images respectively formed by the relay lens system, wherein the relay lens system is located in front of the original image. A first relay system having a focal point and a second relay system having a rear focal point at the position of the secondary image, wherein the optical path splitting means is provided between the first relay system and the second relay system. An optical system for an HMD, characterized in that the optical path is divided by.
【請求項2】光路を分割することにより、1つのオリジ
ナル像からの光束を2つの光束に分割する光路分割手段
と,前記オリジナル像の2次像を結像させるリレーレン
ズ系と,像を観察させる接眼レンズ系とから成る両眼タ
イプのHMD用光学系において、 前記光路分割手段は、前記オリジナル像の近傍に配置さ
れ、 前記リレーレンズ系は、前記オリジナル像の位置に前側
焦点が位置する第1リレー系と,前記2次像の位置に後
側焦点が位置する第2リレー系とから成り、かつ、前記
光路分割手段で分割された一方の光束を使って前記2次
像を結像させ、 前記接眼レンズ系は、前記光路分割手段で分割された他
方の光束を使って前記オリジナル像を直接観察させる第
1接眼系と,前記リレーレンズ系によって結像された2
次像を観察させる第2接眼系とから成ることを特徴とす
るHMD用光学系。
2. An optical path dividing means for dividing a light beam from one original image into two light beams by dividing an optical path, a relay lens system for forming a secondary image of the original image, and observing the image. In the binocular type HMD optical system including an eyepiece system, the optical path splitting unit is arranged in the vicinity of the original image, and the relay lens system has a front focus located at the position of the original image. One relay system and a second relay system in which the rear focal point is located at the position of the secondary image, and the secondary image is formed by using one light beam split by the optical path splitting means. The eyepiece lens system includes a first eyepiece system for directly observing the original image by using the other light flux split by the optical path splitting means, and an image formed by the relay lens system.
An optical system for an HMD, comprising a second eyepiece system for observing a next image.
JP08003994A 1994-04-19 1994-04-19 Optical system for HMD Expired - Fee Related JP3355779B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP08003994A JP3355779B2 (en) 1994-04-19 1994-04-19 Optical system for HMD

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP08003994A JP3355779B2 (en) 1994-04-19 1994-04-19 Optical system for HMD

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH07287188A true JPH07287188A (en) 1995-10-31
JP3355779B2 JP3355779B2 (en) 2002-12-09

Family

ID=13707113

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP08003994A Expired - Fee Related JP3355779B2 (en) 1994-04-19 1994-04-19 Optical system for HMD

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3355779B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100313852B1 (en) * 1998-04-30 2001-12-12 윤종용 Head mounted display apparatus
US6417820B1 (en) 2000-05-12 2002-07-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Head mounted display and optical system for use in HMD
JP2010512551A (en) * 2006-12-12 2010-04-22 シーリアル テクノロジーズ ソシエテ アノニム Head mounted display device that generates reconstruction of 3D objects

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100313852B1 (en) * 1998-04-30 2001-12-12 윤종용 Head mounted display apparatus
US6417820B1 (en) 2000-05-12 2002-07-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Head mounted display and optical system for use in HMD
JP2010512551A (en) * 2006-12-12 2010-04-22 シーリアル テクノロジーズ ソシエテ アノニム Head mounted display device that generates reconstruction of 3D objects
KR101398150B1 (en) * 2006-12-12 2014-05-27 시리얼 테크놀로지즈 에스.에이. Head-mounted display device for generating reconstructions of three-dimensional representations

Also Published As

Publication number Publication date
JP3355779B2 (en) 2002-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4155343B2 (en) An optical system for guiding light from two scenes to the viewer's eye alternatively or simultaneously
JP3984907B2 (en) Image observation system
US5663833A (en) Image display apparatus
US6266182B1 (en) Operating microscope
US6598972B2 (en) Stereomicroscopy system
US5739955A (en) Head mounted display optics
US20040263613A1 (en) Stereo-observation system
EP0687932A2 (en) Display device
JP2005070255A (en) Virtual image display device
JPH10239634A (en) Stereoscopic video display device
JPH07325266A (en) Video display device
US4634241A (en) Stereoscopic microscope
JP2022536860A (en) Wearable display for near-eye viewing with extended beam
US5969859A (en) Binocular night vision goggles, where one ocular could be moved from the beam path
JPH09146038A (en) Video display device
US5543962A (en) Binocular stereoscopic microscope
JP3355779B2 (en) Optical system for HMD
US4783160A (en) Stereoscopic microscope
JP3577107B2 (en) Stereo microscope
JP3396074B2 (en) Video display device
FI128248B (en) Eyepiece for a personal display and personal display comprising such eyepiece
WO2020095445A1 (en) Microscope
JPH06250114A (en) Video display device
JPH07218859A (en) Image display device
JP2019179083A (en) Image display device

Legal Events

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

Year of fee payment: 6

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081004

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

Year of fee payment: 7

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091004

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091004

Year of fee payment: 7

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101004

Year of fee payment: 8

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111004

Year of fee payment: 9

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees