JPH0779393A - Visual sense display device - Google Patents

Visual sense display device

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JPH0779393A
JPH0779393A JP27453193A JP27453193A JPH0779393A JP H0779393 A JPH0779393 A JP H0779393A JP 27453193 A JP27453193 A JP 27453193A JP 27453193 A JP27453193 A JP 27453193A JP H0779393 A JPH0779393 A JP H0779393A
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image
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optical system
display device
mirror
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Kokichi Kenno
研野孝吉
Yoichi Iba
井場陽一
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Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To enable a user to view a video image with wide field angle and high resolution by a visual sense display device such as a head mount display device. CONSTITUTION:Two 2-dimension display elements 4, 5 whose display screens are opposite to each other, two half mirrors 6, 7 in pairs with the display elements 4, 5 and combined in a V-shape, and a concaved mirror 8 having the same axis as the center axis of the two half mirrors 6, 7 combined to be a V-shape are arranged and images 11, 10 having a wider area than a half including an overlap area 9 are displayed on the two 2-dimension display elements 4, 5 and the two half mirrors 6,7 combined to V-shape synthesize the images into one consecutive video image.

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、視覚表示装置に関し、
特に、広画角、高解像で映像を観察することができる頭
部装着式表示装置等の視覚表示装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a visual display device,
In particular, it relates to a visual display device such as a head-mounted display device capable of observing an image with a wide angle of view and high resolution.

【0002】[0002]

【従来の技術】バーチュアルリアリティ用、あるいは、
一人で大画面の映像を楽しむことができるようにするこ
と等を目的として、ヘルメット型、ゴーグル型の頭部装
着式表示装置の開発が進められている。
2. Description of the Related Art For virtual reality, or
Development of a helmet-type or goggle-type head-mounted display device is in progress for the purpose of enabling one person to enjoy a large-screen image.

【0003】ところで、従来、観察者の頭部装着式表示
装置としては、図24に示すように、液晶表示装置等の
2次元表示素子1の表示像を使用者の眼球の前面に45
度に傾斜配置したハーフミラー2で反射させ、ハーフミ
ラー2の更に前方に配置した凹面鏡3でこれを拡大し、
この拡大された表示像を再びハーフミラー2を通して観
察できるようにしたものが知られている(特開平3−1
88777号)。なお、2次元表示素子1は凹面鏡3の
前側焦点位置近くに配置されている。
By the way, conventionally, as an observer's head-mounted display device, as shown in FIG. 24, a display image of a two-dimensional display element 1 such as a liquid crystal display device is displayed on the front surface of a user's eyeball.
It is reflected by the half mirror 2 that is inclined at an angle, and is enlarged by the concave mirror 3 that is arranged further in front of the half mirror 2.
It is known that the enlarged display image can be observed again through the half mirror 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 3-1.
88777). The two-dimensional display element 1 is arranged near the front focus position of the concave mirror 3.

【0004】ここで、上記のような光学系と使用者の眼
球との距離(作動距離)をWD、凹面鏡3の直径をD、
光学系の厚みをtとおき、主光線の通過領域を考慮する
と、図24から下式が成り立つ。なお、Dとtとは、そ
れぞれ45°に傾いたハーフミラー2の図中での縦と横
の幅にほぼ等しいものになるので、その結果、Dとtは
概略同じ値となる。
Here, the distance (working distance) between the above optical system and the eyeball of the user is WD, the diameter of the concave mirror 3 is D,
When the thickness of the optical system is set to t and the passage area of the chief ray is considered, the following formula is established from FIG. Since D and t are substantially equal to the vertical and horizontal widths of the half mirror 2 tilted at 45 °, respectively, as a result, D and t have substantially the same value.

【0005】 D=2(t+WD)tan(θ/2) t=D t{1−2tan(θ/2)}=2WDtan(θ/2) ∴t=2WDtan(θ/2)/{1−2tan(θ/2)} 。D = 2 (t + WD) tan (θ / 2) t = D t {1-2tan (θ / 2)} = 2WDtan (θ / 2) ∴t = 2WDtan (θ / 2) / {1-2tan (Θ / 2)}.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このような頭部装着式
表示装置の使い勝手を考慮すると、WDは10mm以上
25mm以内を確保する必要があり、仮に、WDを20
mm、画角θ=40°の場合は、上記の式より、光学系
の厚みtは、t=53mmと大変大きくなることが分か
る。しかも、実際には、主光線に加え、従属光線の通過
領域も確保する必要があり、更に大きな光学系が必要と
なる。
Considering the usability of such a head-mounted display device, it is necessary to secure WD of 10 mm or more and 25 mm or less.
In the case of mm and the angle of view θ = 40 °, it can be seen from the above equation that the thickness t of the optical system becomes very large at t = 53 mm. Moreover, in actuality, in addition to the chief ray, it is necessary to secure a passage area for the dependent rays, and a larger optical system is required.

【0007】また、小型の2次元表示素子は画素数が十
分ではないため、これを拡大して観察される映像は十分
な解像力が得られないという問題もある。そこで、複数
のこのような表示素子を並設して、広い画面を得ること
を発明者は考察した。しかし、頭部装着式表示装置のよ
うに頭部に装着するタイプの表示装置用には、軽量な液
晶表示装置を用いるのが一般的であるが、液晶表示装置
は、図25に正面図を示すように、画面Gの周りが基板
部Kで囲まれた表示画面となっているので、これらを並
設しても、この基板部Bが相互に邪魔になって不都合で
あった。
Further, since a small two-dimensional display element does not have a sufficient number of pixels, there is a problem that an image observed by enlarging the two-dimensional display element does not have sufficient resolution. Therefore, the inventor considered that a plurality of such display elements are arranged in parallel to obtain a wide screen. However, a light-weight liquid crystal display device is generally used for a head-mounted display device such as a head-mounted display device. As shown in the figure, since the display screen is surrounded by the substrate portion K around the screen G, even if these are arranged side by side, the substrate portions B interfere with each other, which is inconvenient.

【0008】本発明は上記のような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、その目的は、頭部装着式表
示装置等の視覚表示装置において、広画角、高解像で映
像を観察することができるようにすることである。
The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a visual display device such as a head-mounted display device with a wide angle of view and high resolution. Is to be able to observe.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の視覚表示装置は、2次元表示手段と、前記2次元表
示手段によって形成された映像を投影し、観察者眼球に
導く接眼光学系とからなる視覚表示装置において、前記
2次元表示手段が、少なくとも、観察者眼球に導かれる
映像の少なくとも一部を表示する第1映像表示手段と、
前記の映像表示部分と異なる他の部分を含む前記の映像
表示部分を表示する第2映像表示手段とを含み、かつ、
前記接眼光学系が、前記第1映像表示手段により形成さ
れた第1の映像を反射する第1の反射面と、前記第2映
像表示手段により形成された第2の映像を反射する第2
の反射面と、前記第1の映像と前記第2の映像との合成
像を拡大投影して観察者眼球内に導く正のパワーを有す
る光学系とを含み、前記第1の反射面に対して前記第2
の反射面が角度をなして配置されていることを特徴とす
るものである。
A visual display device of the present invention which achieves the above object, comprises a two-dimensional display means and an eyepiece optical system for projecting an image formed by the two-dimensional display means and guiding it to an observer's eyeball. And a first image display unit for displaying at least a part of an image guided to an observer's eye, in the visual display device.
Second video display means for displaying the video display portion including another portion different from the video display portion, and
The eyepiece optical system includes a first reflecting surface that reflects the first image formed by the first image display unit, and a second reflecting surface that reflects the second image formed by the second image display unit.
Of the first image and the second image, and an optical system having a positive power for projecting the combined image of the first image and the second image into the observer's eyeball by magnifying and projecting the combined image with respect to the first reflecting surface. The second
The reflective surface of is arranged at an angle.

【0010】この場合、第1の反射面と第2の反射面と
を共に、第1映像表示手段と第2映像表示手段との間に
配置することが望ましい。また、正のパワーを有する光
学系を凹面鏡から構成することができる。なお、正のパ
ワーを有する光学系が曲面形状の波長板を含むことが望
ましい。
In this case, it is desirable to dispose both the first reflecting surface and the second reflecting surface between the first image display means and the second image display means. Further, the optical system having positive power can be composed of a concave mirror. It is desirable that the optical system having positive power includes a wave plate having a curved shape.

【0011】さらに、第1の反射面又は第2の反射面の
少なくとも一方又はそれらの間を通過する外界光路を有
し、正のパワーを有する光学系が第1映像表示手段及び
第2映像表示手段に対応して2個設けられ、外界光路を
挟んで、第1映像表示手段と第2映像表示手段、及び、
正のパワーを有する2個の光学系を配置することもでき
る。その場合、外界光路上に設けられた光学系の合成の
パワーが略ゼロであることが望ましい。
Further, an optical system having at least one of the first reflecting surface and the second reflecting surface or an external optical path passing therethrough and having a positive power is provided by the first image display means and the second image display. Two units are provided corresponding to the means, and a first image display unit and a second image display unit are provided across the external optical path, and
It is also possible to arrange two optical systems having a positive power. In that case, it is desirable that the combined power of the optical system provided on the external optical path is substantially zero.

【0012】[0012]

【作用】以下、図1〜図3を参照にして本発明の視覚表
示装置の基本的な構成と作用について説明する。本発明
による視覚表示装置は、図1(a)に示すように、表示
面が互いに対向する2枚の2次元表示素子4、5と、そ
れらの表示素子4、5と対をなし、図中で「V」の字形
に組み合わされた2枚のハーフミラー6、7と、その
「V」の字形に組み合わされた2枚のハーフミラー6、
7の中心軸と同じ軸を持つ凹面鏡8とを配置して構成さ
れている。ハーフミラー6、7は、図1(a)の場合、
それぞれ表示素子4、5に近い方に配置されているが、
図2(a)のように、それぞれ表示素子5、4に近い方
に配置してもよい。また、凹面鏡8の代わりに、図3
(a)に示すように、凸レンズ8′を用いてもよい。
The basic structure and operation of the visual display device of the present invention will be described below with reference to FIGS. As shown in FIG. 1A, a visual display device according to the present invention comprises two two-dimensional display elements 4 and 5 whose display surfaces face each other, and a pair of these display elements 4 and 5, and , Two half mirrors 6 and 7 combined in a "V" shape, and two half mirrors 6 combined in a "V" shape,
A concave mirror 8 having the same axis as the central axis of 7 is arranged. In the case of FIG. 1A, the half mirrors 6 and 7 are
Although they are arranged nearer to the display elements 4 and 5, respectively,
As shown in FIG. 2A, they may be arranged nearer to the display elements 5 and 4, respectively. Also, instead of the concave mirror 8, FIG.
As shown in (a), a convex lens 8'may be used.

【0013】このような構成において、2枚の2次元表
示素子4、5に、それぞれ図1(d)、図2(d)、図
3(d)に示したような最終的に表示装置が映し出す映
像「R」のオーバーラップ領域9を含む半分より広い領
域の像11、10(図1(b)、(c))又は11′、
10′(図2(c)、(b))又は11″、10″(図
3(b)、(c))を表示させる。これらの表示像は、
2次元表示素子4の像はハーフミラー6で、同じく5の
像は7で反射されるように、「V」字形に組み合わせた
2枚のハーフミラー6、7でそれぞれ反射され、1つの
繋がった映像に合成される。そして、この映像が更に凹
面鏡8で反射、あるいは、凸レンズ8′で屈折され、拡
大された空中像となる。そして、使用者はこの拡大像を
観察することができる。
In such a structure, the two two-dimensional display elements 4 and 5 have the final display device as shown in FIGS. 1 (d), 2 (d) and 3 (d), respectively. Images 11 and 10 (Figs. 1 (b) and (c)) or 11 'of a region wider than half including the overlapping region 9 of the projected image "R",
10 '(FIG. 2 (c), (b)) or 11 ″, 10 ″ (FIG. 3 (b), (c)) is displayed. These display images are
Just as the image of the two-dimensional display element 4 is reflected by the half mirror 6 and the image of 5 is reflected by 7, the two half mirrors 6 and 7 combined in the “V” shape are respectively reflected to form one connection. It is combined with the video. Then, this image is further reflected by the concave mirror 8 or refracted by the convex lens 8'and becomes an enlarged aerial image. Then, the user can observe this enlarged image.

【0014】特に、図1、2の凹面鏡8による拡大像の
形成は、収差の発生が少ないので、大きな画角で鮮明な
映像を得ることができ、大きな画角を必要とするときに
向いている。そして、大きな画角になる程、従来技術の
光学系に比べ、光学系全体の厚みが著しく薄くなる。以
下、図1の光学系について、その厚みtを主光線通過領
域から概算を行う。なお、図1、2から明らかなよう
に、図24に示した従来光学系ではD=tであったが、
本光学系ではD=2tである。
In particular, when the magnified image is formed by the concave mirror 8 shown in FIGS. 1 and 2, since there is little aberration, it is possible to obtain a clear image with a large angle of view, which is suitable for a large angle of view. There is. Then, as the angle of view becomes larger, the thickness of the entire optical system becomes significantly smaller than that of the conventional optical system. Hereinafter, the thickness t of the optical system of FIG. 1 will be roughly estimated from the principal ray passing region. As is clear from FIGS. 1 and 2, D = t in the conventional optical system shown in FIG.
In this optical system, D = 2t.

【0015】 D=2(t+WD)tan(θ/2) 2t{1−tan(θ/2)}=2WDtan(θ/2) ∴t=WDtan(θ/2)/{1−tan(θ/2)} したがって、作動距離WDが20mm、画角θが40°
の場合、光学系の厚みtは、上記の式より、11.5m
mとなる。実際には、従属光線の透過領域を確保する必
要等から、厚みはもっと必要ではあるが、それでも、同
一条件で計算した従来光学系の厚みが53mmであり、
これに比べて約5分の1の薄さになっており、厚みにつ
いて大きな改善がなされることは確実である。
D = 2 (t + WD) tan (θ / 2) 2t {1-tan (θ / 2)} = 2WDtan (θ / 2) ∴t = WDtan (θ / 2) / {1-tan (θ / 2)} Therefore, the working distance WD is 20 mm and the angle of view θ is 40 °.
In the case of, the thickness t of the optical system is 11.5 m from the above formula.
m. Actually, it is necessary to have a larger thickness because it is necessary to secure a transmission area for dependent rays, but the thickness of the conventional optical system calculated under the same conditions is 53 mm,
Compared to this, it is about 1/5 thinner, and it is certain that there will be a great improvement in thickness.

【0016】また、2次元表示素子4、5は、凹面鏡8
の前側焦点位置近くに配置され、使用者の眼の瞳は、後
側焦点位置近くに配置することになるので、凹面鏡8を
基準に光路をたどると、2次元表示素子4、5までの距
離と眼までの距離はほぼ一致する。よって、図1、2よ
り、光路s、tと光路s′、t′はそれぞれ同じ長さで
あることが容易に分かり、さらに、WDが同じであれ
ば、sに比べてs′が短くなることが分かる。すなわ
ち、図2に示すように、「V」の字に組み合わされたハ
ーフミラー6、7の稜線が凹面鏡8とは反対側に位置す
るタイプでは、光学系の高さ方向も小型化できる。
The two-dimensional display elements 4 and 5 are the concave mirror 8
Is arranged near the front focus position of the user's eye, and the pupil of the user's eye is arranged near the rear focus position. Therefore, when the optical path is traced with the concave mirror 8 as a reference, the distance to the two-dimensional display elements 4, 5 is increased. And the distance to the eye almost match. Therefore, it is easily understood from FIGS. 1 and 2 that the optical paths s and t and the optical paths s ′ and t ′ have the same length, respectively, and if WD is the same, s ′ becomes shorter than s. I understand. That is, as shown in FIG. 2, in the type in which the ridge lines of the half mirrors 6 and 7 combined in the shape of "V" are located on the side opposite to the concave mirror 8, the height direction of the optical system can be downsized.

【0017】また、2枚の2次元表示素子4、5を用い
て1つの映像を作り出すため、実効的画素数が1枚の画
素数の約2倍となり、高解像化もなされる。特に、上記
のオーバーラップ領域9は、2次元表示素子4、5の画
素を、映像がハーフミラー6、7で合成された時に、画
素が互いに半ピッチずれるよう配置すると、一層高解像
効果が得られる。
Further, since one image is produced by using the two two-dimensional display elements 4 and 5, the number of effective pixels is about twice the number of pixels of one sheet, and high resolution is achieved. In particular, when the pixels of the two-dimensional display elements 4 and 5 are arranged such that the pixels are displaced from each other by a half pitch when the images are combined by the half mirrors 6 and 7, the overlap area 9 has a higher resolution effect. can get.

【0018】さらに、本発明においては、下記の実施例
に示すように、「V」の字に組み合わされたハーフミラ
ーを用いる代わりに、2枚のハーフミラーを側面から見
ると「X」の字になるように並列させて構成することも
できる。
Further, in the present invention, as shown in the following embodiments, instead of using the half mirrors combined in the shape of "V", when the two half mirrors are viewed from the side, the shape of "X" is formed. It can also be configured in parallel so as to be.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明の視覚表示装置のいくつかの実
施例について説明する。 第1実施例 図4(a)〜(c)に本実施例の要部を示す。図中、1
2、13は2次元表示素子、14、15は互いに直角に
組み合わされたハーフミラー、16は凹面鏡である。図
4(d)は、この実施例の表示装置で観察される映像
(観察像)を示している。なお、ハーフミラー14、1
5は、後記するように、ルーバー型フィルターを基板と
して、その表面にハーフミラーコートを施して製作され
ている。
EXAMPLES Some examples of the visual display device of the present invention will be described below. First Embodiment FIGS. 4A to 4C show the main part of this embodiment. 1 in the figure
Reference numerals 2 and 13 are two-dimensional display elements, 14 and 15 are half mirrors assembled at right angles to each other, and 16 is a concave mirror. FIG. 4D shows an image (observed image) observed on the display device of this example. The half mirrors 14 and 1
As will be described later, No. 5 is manufactured by using a louver type filter as a substrate and applying a half mirror coat on the surface thereof.

【0020】この実施例において、図示されていない映
像信号処理装置の働きで、外部から送られてくる映像
は、上下半分(又は、左右半分)とオーバーラップ領域
(図1の領域9と同様な領域)を含む2等分より大きな
領域の映像に分離され、その映像信号が2次元表示素子
12、13に送り出される。2次元表示素子12、13
の表示面の領域A、A′は、それぞれ送られてきた映像
の上半分(又は、右半分)と下半分(又は、左半分)を
表示する領域であり、同じく領域B、B′は、送られて
きた映像の下半分(又は、左半分)の上端近傍(又は、
右端近傍)と、上半分(又は、右半分)の下端近傍(又
は、左端近傍)を表示する領域である。すなわち、2次
元表示素子12、13は、それぞれ領域AとB、領域
A′とB′からなり、観察像の上下半分(又は、左右半
分)より若干大きく一部共通する映像を表示している。
そして、その2次元表示素子12、13の共通の映像を
表示する部分には、ハーフミラー14、15の間の稜線
Lを挟み、互いに180°反対側に対をなす映像が表示
されている。このため、2次元表示素子12の映像がハ
ーフミラー14で、2次元表示素子13の映像がハーフ
ミラー15で反射すると、分割された映像は光学的に1
つの連続した映像に合成される。そして、この映像を凹
面鏡16が反射し、空中に拡大像を形成する。
In this embodiment, a video signal processing device (not shown) serves to send an image sent from the outside to the upper and lower halves (or the left and right halves) and the overlap region (the same as region 9 in FIG. 1). The image signal is separated into an image of an area larger than the two equal parts including the area, and the image signal is sent to the two-dimensional display elements 12 and 13. Two-dimensional display elements 12, 13
Areas A and A'on the display surface are areas for displaying the upper half (or the right half) and the lower half (or the left half) of the image respectively sent, and the areas B and B'are the same. Near the upper end of the lower half (or left half) of the sent image (or
It is an area for displaying the vicinity of the right end) and the vicinity of the lower end of the upper half (or the right half) (or the vicinity of the left end). That is, the two-dimensional display elements 12 and 13 are composed of areas A and B and areas A ′ and B ′, respectively, and display a partially common image slightly larger than the upper and lower half (or the left and right half) of the observed image. .
Then, in a portion of the two-dimensional display elements 12 and 13 that displays a common image, a pair of images are displayed on opposite sides of 180 ° with the ridge line L between the half mirrors 14 and 15 being sandwiched. Therefore, when the image of the two-dimensional display element 12 is reflected by the half mirror 14 and the image of the two-dimensional display element 13 is reflected by the half mirror 15, the divided image is optically 1
Are combined into one continuous image. Then, this image is reflected by the concave mirror 16 to form a magnified image in the air.

【0021】以下、2次元表示素子12、13の各点が
発する光束がどのように空中像を形成するか、2次元表
示素子12、13上の数点を代表に詳細な説明を行う。
初めに、観察像の周辺部分の映像がどのように形成され
るか、観察像P1(図4(d))の像形成を例に説明す
る。図4(a)において、2次元表示素子12の表示面
上のp1が発する光束は、主光線が2次元表示素子12
に垂直であり、この光束は、まずハーフミラー14で反
射し、凹面鏡16側へ向かう。凹面鏡16は2次元表示
素子12、13の表示面近傍にその前側焦点位置を有し
ており、したがって、光束はこの凹面鏡16で反射し、
略平行光束となる。そして、再びハーフミラー14を通
過し、凹面鏡16の後側焦点位置に射出瞳を形成する。
この位置に合わせて使用者の瞳を配置し、装置を覗く
と、2次元表示素子12の表示するp1の空中像P1
(図4(d))が観察できる。このように、観察像周辺
は、2次元表示素子12又は13のどちらかが表示する
映像のみから形成される。
Hereinafter, a detailed description will be given of how a light beam emitted from each point of the two-dimensional display elements 12 and 13 forms an aerial image, with a few points on the two-dimensional display elements 12 and 13 as representatives.
First, how the image of the peripheral portion of the observation image is formed will be described by taking the image formation of the observation image P1 (FIG. 4D) as an example. In FIG. 4A, the principal ray of the luminous flux emitted by p1 on the display surface of the two-dimensional display element 12 is the two-dimensional display element 12
This light flux is first reflected by the half mirror 14 and travels toward the concave mirror 16 side. The concave mirror 16 has its front focus position in the vicinity of the display surfaces of the two-dimensional display elements 12 and 13, and therefore the light flux is reflected by this concave mirror 16,
It becomes a substantially parallel light flux. Then, it again passes through the half mirror 14 and forms an exit pupil at the rear focal position of the concave mirror 16.
When the user's pupil is arranged according to this position and the device is looked into, the aerial image P1 of p1 displayed by the two-dimensional display element 12 is displayed.
(FIG. 4 (d)) can be observed. In this way, the periphery of the observation image is formed only from the image displayed by either the two-dimensional display element 12 or 13.

【0022】次に、観察像中央付近の映像P2(図4
(d))がどのように形成されるかを説明する。図4
(b)において、この映像P2は2次元表示素子12の
表示点p2と2次元表示素子13の表示点p2′が合成
され投影された像である。p2、p2′は、上述したよ
うに、ハーフミラー14、15の稜線Lを軸に180°
反対側に位置する2点で、互いに同じ映像を表示してい
る。互いの位置関係から、ハーフミラー14、15での
反射像は同一位置に形成される。そして、p2、p2′
何れの点から発せられた光束も、ハーフミラー14又は
15の大きさが足りないために、全光束が反射されず一
部の光束のみが凹面鏡16へ向かう。しかし、p2、p
2′両点から発せられた光束全体としては、図から分か
るように、p1のハーフミラー14での反射光束と同じ
所定の太さを持つ光束となる。そして、p1の光束同様
に、凹面鏡16で反射し、略平行光束となり、空中に拡
大像を形成し、射出瞳位置で所定の瞳径を満足する射出
瞳を形成する。
Next, an image P2 near the center of the observed image (see FIG.
How (d)) is formed will be described. Figure 4
In (b), this image P2 is an image in which the display point p2 of the two-dimensional display element 12 and the display point p2 'of the two-dimensional display element 13 are combined and projected. As described above, p2 and p2 ′ are 180 ° about the ridge line L of the half mirrors 14 and 15 as an axis.
The same image is displayed at two points located on the opposite side. Due to the mutual positional relationship, the reflection images on the half mirrors 14 and 15 are formed at the same position. And p2, p2 '
With respect to the luminous flux emitted from any of the points, since the half mirrors 14 or 15 are not large enough, not all the luminous flux is reflected and only a part of the luminous flux goes to the concave mirror 16. However, p2, p
As can be seen from the figure, the entire luminous flux emitted from both 2'points is a luminous flux having the same predetermined thickness as the luminous flux reflected by the half mirror 14 of p1. Then, similarly to the light flux of p1, it is reflected by the concave mirror 16 to become a substantially parallel light flux, forms an enlarged image in the air, and forms an exit pupil that satisfies a predetermined pupil diameter at the exit pupil position.

【0023】観察像の中心部の映像P3(図4(d))
の像形成を説明する。図4(a)において、この像P3
を形成する2次元表示素子12、13上の表示点は、p
3、p3′である。特に、この2点は、p2、p2′同
様にハーフミラー14、15の稜線Lに対し180°反
対側に位置するだけでなく、この2点p3、p3′を結
ぶ直線が凹面鏡16の光軸に直交する位置にある。すな
わち、前記領域AとB又はA′とB′の境界上になる。
そして、これら2点を射出する光束は、p2、p2′と
同様、ハーフミラー14、15で合成されて1つの正規
光束径となり、凹面鏡16で反射して映像P3(図4
(d))を形成する。
Image P3 at the center of the observed image (FIG. 4 (d))
Image formation will be described. In FIG. 4A, this image P3
The display points on the two-dimensional display elements 12 and 13 that form
3, p3 '. In particular, these two points are not only located on the opposite side of 180 ° with respect to the ridgeline L of the half mirrors 14 and 15 like p2 and p2 ′, but the straight line connecting these two points p3 and p3 ′ is the optical axis of the concave mirror 16. It is in a position orthogonal to. That is, it is on the boundary between the areas A and B or A ′ and B ′.
Then, the light beams emitted from these two points are combined by the half mirrors 14 and 15 into a single normal light beam diameter as with p2 and p2 ′, and are reflected by the concave mirror 16 to form an image P3 (FIG. 4).
(D)) is formed.

【0024】次に、図4(c)を参照して、2次元表示
素子12、13上の点p4、p4′について説明する。
p4は、ここを射出する光束が点p1と同様ハーフミラ
ー14で全て反射するか、あるいは、点p2同様その一
部が反射できないかの境界位置にある点である。そし
て、少なくともこの点p4と点p3に挟まれた表示点に
対しては、p2に対応点p2′があったのと同様、2次
元表示素子13側に対応点を確保する必要がある。な
お、p4の対応点はp4′である。また、このことは、
2次元表示素子13上の点に対する2次元表示素子12
上の対応点についても全く同様である。
Next, referring to FIG. 4C, the points p4 and p4 'on the two-dimensional display elements 12 and 13 will be described.
The point p4 is a point at the boundary position where the light beam emitted from the half mirror 14 is entirely reflected by the half mirror 14 as in the case of the point p1 or a part thereof cannot be reflected like the point p2. Then, at least with respect to the display point sandwiched between the points p4 and p3, it is necessary to secure the corresponding point on the side of the two-dimensional display element 13 as is the case with the corresponding point p2 'on p2. The corresponding point of p4 is p4 '. Also, this is
Two-dimensional display element 12 for a point on the two-dimensional display element 13
The same applies to the corresponding points above.

【0025】なお、2次元表示素子12、13の発する
光がハーフミラー14、15を通過し、更にハーフミラ
ー15、14で再び反射すると、これらの光は使用者の
眼に向かうことになり、フレアーを作る原因となる。そ
こで、この光をどこかで遮断する必要がある。そこで、
ルーバー型フィルター基板の表面にハーフミラーコート
19を施してハーフミラー14、15を作製してある。
ハーフミラー14、15の部分断面図をそれぞれ図5
(a)、(b)に示す。ルーバー型フィルターは、透光
孔17と遮光壁18とが図のように交互に形成されてお
り、特定方向の光を通過させ、特定方向の光を遮光する
働きを持つフィルターである。このフィルターを基板に
用いたハーフミラー14、15は、2次元表示素子1
2、13からの光がその表面のハーフミラーコート部1
9を通過しても、ルーバー型フィルター部でその光が遮
断されてしまうので、フレアーの原因光が生じない。ま
た、凹面鏡16から反射してくる光は、ハーフミラーコ
ート部19を通過後、ルーバー型フィルター部を通過す
ることできる。なお、遮光壁18のピッチは0.2mm
以上がよい。これより小さいと、光の回折作用により観
察像が乱れてしまう。
When the lights emitted from the two-dimensional display elements 12 and 13 pass through the half mirrors 14 and 15 and are reflected again by the half mirrors 15 and 14, these lights are directed to the eyes of the user. It causes flare. Therefore, it is necessary to block this light somewhere. Therefore,
The half mirror coat 19 is applied to the surface of the louver type filter substrate to form the half mirrors 14 and 15.
FIG. 5 is a partial sectional view of the half mirrors 14 and 15, respectively.
Shown in (a) and (b). The louver filter is a filter in which light-transmitting holes 17 and light-shielding walls 18 are alternately formed as shown in the figure, and has a function of passing light in a specific direction and blocking light in a specific direction. The half mirrors 14 and 15 using this filter as a substrate are the two-dimensional display element 1.
The light from 2 and 13 is the half mirror coat part 1 on the surface.
Even when the light passes through 9, the light is blocked by the louver type filter unit, so that the light causing flare does not occur. Further, the light reflected from the concave mirror 16 can pass through the louver type filter portion after passing through the half mirror coat portion 19. The pitch of the light shielding wall 18 is 0.2 mm
The above is good. If it is smaller than this, the observation image is disturbed by the diffraction effect of light.

【0026】第2実施例 図6を参照して第2実施例について説明する。本実施例
は、第1実施例と一部を除いて同じである。そこで、異
なる部分のみを説明する。図中、20はポラライザー、
21はλ/4板、22はアナライザーである。また、ハ
ーフミラー14、15は、ルーバー型フィルターを基板
としたものではなく、普通のガラス板にハーフミラーコ
ートを付けたものである。2次元表示素子12から射出
した光線は、ポラライザー20を通り直線偏光の光とな
り、ハーフミラー14で反射する。しかし、一部の光は
ハーフミラーを通り抜け、ハーフミラー15で反射し、
使用者の眼に向かう。もし、この光が眼球に達する場
合、フレアーを作り問題となる。しかし、眼球の前に
は、この光とは偏光方向が直交するアナライザー22が
配置されているため、ここで遮光され、眼球に到達する
ことはない。
Second Embodiment A second embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is the same as the first embodiment except for a part. Therefore, only different parts will be described. In the figure, 20 is a polarizer,
Reference numeral 21 is a λ / 4 plate, and 22 is an analyzer. Further, the half mirrors 14 and 15 do not use a louver type filter as a substrate, but are ordinary glass plates to which a half mirror coat is applied. The light beam emitted from the two-dimensional display element 12 passes through the polarizer 20 to become linearly polarized light, which is reflected by the half mirror 14. However, some light passes through the half mirror and is reflected by the half mirror 15,
Head to the user's eyes. If this light reaches the eye, it creates flare and becomes a problem. However, since the analyzer 22 whose polarization direction is orthogonal to this light is arranged in front of the eyeball, it is shielded here and does not reach the eyeball.

【0027】一方、ハーフミラー14で反射した光は、
λ/4板21を通過し、凹面鏡16で反射し、再びλ/
4板21を通過する。この2度のλ/4板21の通過に
より、偏光方向が90°回転するため、アナライザー2
2と平行な偏光となり、アナライザー22を通過し眼球
に達する。2次元表示素子13から射出する光も同様で
ある。これにより、使用者はフレアーのないクリアーな
映像を観察することができる。
On the other hand, the light reflected by the half mirror 14 is
After passing through the λ / 4 plate 21, it is reflected by the concave mirror 16 and again λ /
4 Pass through the plate 21. By passing through the λ / 4 plate 21 twice, the polarization direction is rotated by 90 °.
It becomes polarized light parallel to 2 and passes through the analyzer 22 to reach the eyeball. The same applies to light emitted from the two-dimensional display element 13. This allows the user to observe a clear image without flare.

【0028】第3実施例 図7を参照して第3実施例について説明する。本実施例
は、第1実施例と一部を除いて同じである。そこで、異
なる部分のみを説明する。図中、23は厚み1mm以上
の水晶の波長板である。また、ハーフミラー14、15
の基板は、ルーバー型フィルターではなく、互いに直交
する直線偏光板であり、表面はハーフミラーコートが施
され、裏面は反射防止コートが施されている。
Third Embodiment A third embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is the same as the first embodiment except for a part. Therefore, only different parts will be described. In the figure, 23 is a crystal wave plate having a thickness of 1 mm or more. Also, half mirrors 14 and 15
The above substrate is not a louver type filter but a linear polarizing plate orthogonal to each other, the front surface of which is provided with a half mirror coat and the back surface thereof is provided with an antireflection coat.

【0029】2次元表示素子12から射出した光線は、
ハーフミラー14を反射する。しかし、一部の光はハー
フミラー14を通り抜けるが、このとき、ハーフミラー
基板が直線偏光板であるために、この透過光は直線偏光
となる。そして、ハーフミラー15に入射するが、この
裏面は反射防止コートが施されているため、光はここで
反射して使用者の眼に向かうことはなく、基板内に進入
する。しかし、この基板は、入射光とは偏光方向が直交
する直線偏光板となっているから、入射光は全て吸収さ
れてしまう。よって、フレアー原因光は発生しない。ま
た、凹面鏡16に向かった光は往復で2度波長板23を
通過する。このとき、波長の僅かな違いにより偏光状態
に大きな変化が生じ、実質的には偏光が解消した光とな
る。これにより、この反射光はハーフミラー14、15
の何れの基板をも透過するので、使用者はクリアーな映
像を観察することができる。
The light rays emitted from the two-dimensional display element 12 are
Reflects the half mirror 14. However, a part of the light passes through the half mirror 14, but at this time, since the half mirror substrate is a linear polarization plate, this transmitted light becomes a linear polarization. Then, the light enters the half mirror 15, but since the back surface of the half mirror 15 is coated with an antireflection coating, the light does not reflect there and go to the eyes of the user, but enters the substrate. However, since this substrate is a linear polarization plate whose polarization direction is orthogonal to that of the incident light, all the incident light is absorbed. Therefore, flare-causing light is not generated. Further, the light directed to the concave mirror 16 passes through the wave plate 23 twice in a reciprocating manner. At this time, a slight change in the wavelength causes a large change in the polarization state, and the light is substantially depolarized. As a result, the reflected light is reflected by the half mirrors 14 and 15
Since it can pass through any of the substrates, the user can observe a clear image.

【0030】第4実施例 図8を参照して第4実施例について説明する。本実施例
は、第1実施例と一部を除いて同じである。そこで、異
なる部分のみを説明する。図中、24は凸レンズであ
る。図示のように、凹面鏡16で反射した主光線の傾角
が凸レンズ24により屈折して更に大きくなる。すなわ
ち、第1実施例の光学系でも、従来の光学系に比べて、
厚さを増やさずに大きな画角を得ることができるが、本
実施例では、ハーフミラー14、15と眼球の間に凸レ
ンズ24を配置することにより、画角が更に大きくな
る。また、この凸レンズ24の働きで、光学系全体の前
側焦点位置がより凹面鏡16に近付くので、2次元表示
素子12、13の位置をハーフミラー14、15側に近
付けることができ、光学系の高さ寸法を小さくする作用
もある。さらに、凹面鏡16のペッツバール和と凸レン
ズ24のペッツワール和は符号が逆であり、互いに打ち
消す作用がある。よって、光学系全系の像面湾曲を良好
にする作用もある。
Fourth Embodiment A fourth embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is the same as the first embodiment except for a part. Therefore, only different parts will be described. In the figure, 24 is a convex lens. As shown in the figure, the inclination angle of the principal ray reflected by the concave mirror 16 is refracted by the convex lens 24 and becomes larger. That is, even in the optical system of the first embodiment, compared with the conventional optical system,
A large angle of view can be obtained without increasing the thickness, but in the present embodiment, the angle of view is further increased by disposing the convex lens 24 between the half mirrors 14 and 15 and the eyeball. Further, the function of the convex lens 24 brings the front focus position of the entire optical system closer to the concave mirror 16, so that the positions of the two-dimensional display elements 12 and 13 can be brought closer to the half mirrors 14 and 15 side, and the height of the optical system is increased. It also has the effect of reducing the size. Further, the Petzval sum of the concave mirror 16 and the Petzval sum of the convex lens 24 have opposite signs, and have the effect of canceling each other. Therefore, it also has an effect of improving the field curvature of the entire optical system.

【0031】第5実施例 図9を参照して第5実施例について説明する。本実施例
は、第4実施例と一部を除いて同じである。そこで、異
なる部分のみを説明する。図中、25は図示のように、
大きく偏心した非球面凹レンズである。第4実施例で
は、凸レンズ24により作動距離が短くなってしまって
いるが、本実施例では、第4実施例で示した光学系の前
側焦点付近である2次元表示素子12、13の近くに凹
レンズ25を配置することで、全系の焦点距離をあまり
変えずに、後側焦点位置を光学系から後方に遠ざけてい
る。これにより、画角の減少をあまり伴わずに、作動距
離を大きくできる。なお、凹レンズ25の光軸(回転
軸)はp3、p3’(図4(a))の主光線と一致して
いる。なお、非球面凹レンズ25は、その非球面作用に
より、凹面鏡16で生じる糸巻型の像歪を補正する作用
を有しており、非球面は、光軸から遠ざかるに従って曲
率が次第に大きくなる形状をしている。
Fifth Embodiment A fifth embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is the same as the fourth embodiment except for a part. Therefore, only different parts will be described. In the figure, 25 is as shown
It is an aspherical concave lens with large decentering. In the fourth example, the working distance is shortened by the convex lens 24, but in the present example, the working distance is near the two-dimensional display elements 12 and 13 near the front focus of the optical system shown in the fourth example. By arranging the concave lens 25, the rear focal position is moved rearward from the optical system without changing the focal length of the entire system. As a result, the working distance can be increased without significantly reducing the angle of view. The optical axis (rotational axis) of the concave lens 25 coincides with the principal rays of p3 and p3 ′ (FIG. 4A). The aspherical concave lens 25 has a function of correcting the pincushion-type image distortion caused by the concave mirror 16 by its aspherical surface action, and the aspherical surface has a shape in which the curvature gradually increases as the distance from the optical axis increases. ing.

【0032】第6実施例 図10を参照して第6実施例について説明する。本実施
例は、第2実施例と一部を除いて同じである。そこで、
異なる部分のみを説明する。図中、26は三角プリズ
ム、27はV字プリズム、28は凸レンズの裏面をミラ
ーコートした凹面鏡である。三角プリズム26とV字プ
リズム27は接合されていて、全体として1つのプリズ
ムを形成している。そして、その接合面は、ハーフミラ
ーコートが施され、第2実施例で示したハーフミラー1
4、15と同じ働きを持つ。また、凹面鏡28も、第2
実施例の凹面鏡16と同様、2次元表示素子12、13
の像を空中に拡大投影する働きを持つが、このように凸
レンズの裏面をミラコートした凹面鏡は、第2実施例に
示した凹面鏡16に比べて像面湾曲の発生が少なく、良
好な像が得られる。
Sixth Embodiment A sixth embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is the same as the second embodiment except for a part. Therefore,
Only different parts will be described. In the figure, 26 is a triangular prism, 27 is a V-shaped prism, and 28 is a concave mirror in which the back surface of a convex lens is mirror-coated. The triangular prism 26 and the V-shaped prism 27 are joined together to form one prism as a whole. A half mirror coat is applied to the joint surface, and the half mirror 1 shown in the second embodiment is used.
It has the same function as 4 and 15. In addition, the concave mirror 28 also has a second
Similar to the concave mirror 16 of the embodiment, the two-dimensional display elements 12, 13 are
However, the concave mirror in which the back surface of the convex lens is mirror-coated in this manner causes less field curvature than the concave mirror 16 shown in the second embodiment, and a good image can be obtained. To be

【0033】図示の通り、凹面鏡28と使用者の眼の間
の大部分の光路はプリズムで埋められるているが、これ
は、凹面鏡28の前側と後側の両焦点位置を遠ざける働
きを持つ。その分、凹面鏡28の焦点距離を短くするこ
とができる。よって、2次元表示素子12、13の拡大
率が大きく取れるので、大きな画角を得ることができ
る。
As shown in the figure, most of the optical path between the concave mirror 28 and the user's eye is filled with prisms, but this has the function of moving away both the front focus position and the rear focus position of the concave mirror 28. The focal length of the concave mirror 28 can be shortened accordingly. Therefore, a large enlargement ratio of the two-dimensional display elements 12 and 13 can be obtained, and a large angle of view can be obtained.

【0034】第7実施例 図11を参照して第7実施例について説明する。本実施
例は、第6実施例と一部を除いて同じである。そこで、
異なる部分のみを説明する。図中、29は三角プリズ
ム、30はV字プリズムである。三角プリズム29とV
字プリズム30は互いに接合されており、その接合面に
は偏光ハーフミラーコートが施されている。このため、
P偏光はここを効率良く透過し、S偏光は効率良く反射
する。2次元表示素子12、13はTFT型LCD(液
晶表示装置)で、図示されていないバックライトで背面
より照明され、S偏光の光を発する。この光は、上記の
偏光ハーフミラーコート部で効率良く反射され、凹面鏡
28で反射され再び偏光ハーフミラーコートに入射す
る。この間、λ/4板21を2度通過するため、光はP
偏光に変化しており、この偏光ハーフミラーを効率良く
通過する。このため、より明るい像が観察できる。な
お、V字型プリズム30の入射面は偏心凹面となってお
り、第5実施例に示した偏心凹レンズ25の働きを持た
せてあり、また、三角プリズム29の射出面は凸面にな
っており、第5実施例に示した凸レンズ24の働きを持
たせてある。
Seventh Embodiment A seventh embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is the same as the sixth embodiment except for a part. Therefore,
Only different parts will be described. In the figure, 29 is a triangular prism and 30 is a V-shaped prism. Triangular prism 29 and V
The C-shaped prisms 30 are bonded to each other, and a polarization half mirror coat is applied to the bonding surface. For this reason,
P-polarized light is efficiently transmitted therethrough, and S-polarized light is efficiently reflected. The two-dimensional display elements 12 and 13 are TFT type LCDs (liquid crystal display devices), and are illuminated from the back side by a backlight (not shown) to emit S-polarized light. This light is efficiently reflected by the above-mentioned polarized half mirror coat portion, reflected by the concave mirror 28, and enters the polarized half mirror coat again. During this time, the light passes through the λ / 4 plate 21 twice, so that the light P
It has changed to polarized light and efficiently passes through this polarized half mirror. Therefore, a brighter image can be observed. The incident surface of the V-shaped prism 30 is a eccentric concave surface, which functions as the eccentric concave lens 25 shown in the fifth embodiment, and the exit surface of the triangular prism 29 is a convex surface. The function of the convex lens 24 shown in the fifth embodiment is provided.

【0035】第8実施例 図12を参照して第8実施例について説明する。本実施
例は、第7実施例と一部を除いて同じである。そこで、
異なる部分のみを説明する。図中、31は凹レンズと凸
レンズを接合し、その凸面にミラーコートした凹面鏡で
ある。プリズム29、30は、プラスチックやガラスで
製作されており、これら材料は色分散を持つ。このた
め、波長が長い光に比べて短い光に対する光路長が短く
なる。そして、これが原因で色収差が発生する。また、
この他、三角プリズム29の射出面の凸面でも色収差が
発生する。これを補正するために、本実施例では、第7
実施例の凸レンズ28に代えて、互いに分散特性の異な
る凹レンズと凸レンズの接合型凹面鏡31を使用して、
色収差を補正している。
Eighth Embodiment An eighth embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is the same as the seventh embodiment except for a part. Therefore,
Only different parts will be described. In the figure, reference numeral 31 is a concave mirror in which a concave lens and a convex lens are cemented and the convex surface is mirror-coated. The prisms 29 and 30 are made of plastic or glass, and these materials have chromatic dispersion. Therefore, the optical path length for short light becomes shorter than that for light having a long wavelength. Then, this causes chromatic aberration. Also,
In addition, chromatic aberration occurs on the convex surface of the exit surface of the triangular prism 29. In order to correct this, the seventh embodiment
Instead of the convex lens 28 of the embodiment, a cemented concave mirror 31 of a concave lens and a convex lens having mutually different dispersion characteristics is used,
Corrects chromatic aberration.

【0036】第9実施例 図13を参照して第9実施例について説明する。本実施
例は、第1実施例と一部を除いて同じである。そこで、
異なる部分のみを説明する。図中、32、33は基板に
一般光学ガラスを用いたハーフミラーである。ハーフミ
ラー32、33は、互いに110°(α)の角度で
「V」の字形に組み合わされている。第1実施例では、
2次元表示素子12と13の互いの対応点(例、p2と
p2’、p3とp3’、p4とp4’)は、ハーフミラ
ー12、13の稜線Lを挟んで互いに180°反対側に
位置していたが、本実施例では、対応点は、稜線Lを挟
んで140°(β=360°−2α)の位置にある。こ
れにより、2枚の2次元表示素子12、13に分割表示
さた映像がハーフミラー32、33で反射し、1つの映
像に合成される。
Ninth Embodiment A ninth embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is the same as the first embodiment except for a part. Therefore,
Only different parts will be described. In the figure, 32 and 33 are half mirrors using general optical glass for the substrate. The half mirrors 32 and 33 are combined in a “V” shape at an angle of 110 ° (α) with each other. In the first embodiment,
Corresponding points (eg, p2 and p2 ′, p3 and p3 ′, p4 and p4 ′) of the two-dimensional display elements 12 and 13 are located on opposite sides of 180 ° with respect to the ridge line L of the half mirrors 12 and 13. However, in the present embodiment, the corresponding points are located at 140 ° (β = 360 ° -2α) across the ridge line L. As a result, the images divided and displayed on the two two-dimensional display elements 12 and 13 are reflected by the half mirrors 32 and 33 to be combined into one image.

【0037】第1実施例では、フレアーの原因となる光
を除去するために、ハーフミラー14、15の基板とし
てルーバー型フィルターを使用した。しかし、本実施例
では、一般光学ガラスを用いているために、2次元表示
素子12、13を出た光の一部はハーフミラー32、3
3をそのまま通過してしまう。しかし、上述のように、
ハーフミラー32、33を直角ではなく鈍角(α=11
0°)に組み合わせているため、ハーフミラー32又は
33を通過し、次のハーフミラー33又は32で反射す
る光も、図の点線で示した光路の通り、使用者の瞳から
外れるため、フレアーを作る原因とはならない。
In the first embodiment, a louver type filter is used as the substrate of the half mirrors 14 and 15 in order to remove the light that causes flare. However, in this embodiment, since the general optical glass is used, part of the light emitted from the two-dimensional display elements 12 and 13 is partially reflected by the half mirrors 32 and 3.
Pass 3 as it is. However, as mentioned above,
The half mirrors 32 and 33 are not right angles but obtuse angles (α = 11
(0 °), the light that passes through the half mirror 32 or 33 and is reflected by the next half mirror 33 or 32 is also out of the user's pupil along the optical path indicated by the dotted line in the figure. Does not cause

【0038】第10実施例 図1と同様な図14を参照して第10実施例について説
明する。本実施例は、第2実施例と一部を除いて同じで
ある。そこで、異なる部分のみを説明する。第2実施例
では、ハーフミラー14と15の稜線Lは凹面鏡16側
を向いていたが、本実施例では、同図(a)に示すよう
に、その逆側を向いている。そして、2次元表示素子1
2、13と対をなすハーフミラーはそれぞれ15、14
である。すなわち、2次元表示素子12(13)を出た
光はハーフミラー14(15)を通過し、ハーフミラー
15(14)で反射して、1つの合成像となる。2次元
表示素子12、13に表示される映像も、それぞれ第2
実施例では2次元表示素子13、12に表示していた映
像を表示させる。例えば同図(d)の合成像を作るに
は、2次元表示素子12、13には、それぞれ10′
(同図(b))、11′(同図(c))の映像を表示さ
せる。本実施例では、第2実施例に比べて作動距離を長
めにとっても、2次元表示素子12、13の位置がハー
フミラー14、15の近くに寄るので、光学系全体の高
さをコンパクトにできる。
Tenth Embodiment A tenth embodiment will be described with reference to FIG. 14 which is similar to FIG. This embodiment is the same as the second embodiment except for a part. Therefore, only different parts will be described. In the second embodiment, the ridge lines L of the half mirrors 14 and 15 face the concave mirror 16 side, but in the present embodiment, they face the opposite side, as shown in FIG. And the two-dimensional display element 1
Half mirrors paired with 2, 13 are 15, 14 respectively.
Is. That is, the light emitted from the two-dimensional display element 12 (13) passes through the half mirror 14 (15) and is reflected by the half mirror 15 (14) to form one combined image. The images displayed on the two-dimensional display elements 12 and 13 are also displayed in the second
In the embodiment, the image displayed on the two-dimensional display elements 13 and 12 is displayed. For example, in order to form the composite image of FIG.
((B) in the figure) and 11 '((c) in the figure) are displayed. In this embodiment, since the positions of the two-dimensional display elements 12 and 13 are close to the half mirrors 14 and 15 even if the working distance is made longer than in the second embodiment, the height of the entire optical system can be made compact. .

【0039】なお、第1実施例等の凹面鏡16をハーフ
ミラーコートの凹面鏡とすれば、2次元表示素子12、
13に外界像を重ねて観察することも可能であり、さら
に、第4実施例のように、使用者の眼の直前に凸レンズ
が配置されている場合にも、凹面鏡16をハーフミラー
のコートとし、更にその外界側に適当な屈折力の凹レン
ズを配置すれば外界像を重ねて観察することが可能とな
る。
If the concave mirror 16 in the first embodiment is a half mirror-coated concave mirror, the two-dimensional display element 12,
It is also possible to superimpose an external image on 13 and observe, and even when a convex lens is arranged immediately in front of the user's eye as in the fourth embodiment, the concave mirror 16 is used as a half mirror coat. Further, by disposing a concave lens having an appropriate refractive power on the outside world side, it becomes possible to observe the outside world image in superposition.

【0040】第11実施例 図15を参照して第11実施例について説明する。図
中、38、39はハーフミラーでなく全反射鏡であり、
40は凸レンズである。本実施例も、これまでの実施例
と同様、2次元表示素子12、13の映像を「V」の字
形に組み合わせたミラー38、39で1つの映像に合成
し、これを凸レンズ40で空中に拡大投影している。し
たがって、凸レンズ40の前側焦点位置近くに2次元表
示素子12、13の表示面を配置してある。この光学系
は、「V」の字形の光学系がハーフミラーではなく全反
射ミラーとなっているため、光の利用効率が良く、より
明るい映像が観察できる。
Eleventh Embodiment An eleventh embodiment will be described with reference to FIG. In the figure, 38 and 39 are total reflection mirrors instead of half mirrors,
40 is a convex lens. In this embodiment as well, as in the previous embodiments, the images of the two-dimensional display elements 12 and 13 are combined into one image by the mirrors 38 and 39 that are combined in the shape of the letter "V", and the combined image is placed in the air by the convex lens 40. It is magnified and projected. Therefore, the display surfaces of the two-dimensional display elements 12 and 13 are arranged near the front focus position of the convex lens 40. In this optical system, the "V" -shaped optical system is not a half mirror but a total reflection mirror, so that light utilization efficiency is good and a brighter image can be observed.

【0041】第12実施例 次に、「V」の字に組み合わされたハーフミラーの代わ
りに、2枚のハーフミラーを側面から見ると「X」の字
になるように並列に配置する実施例について、図16の
斜視図を参照にして説明する。図中、12、13は2次
元表示素子であり、それらの表示面は、相互に表示画面
分ずれて向き合いかつ使用者の視軸にほぼ平行になるよ
うに配置されており、41、42は相互に視軸に交差す
る左右方向に並列されたビームスプリッタープリズムで
あり、44、45はそれぞれのハーフミラーであり、そ
れらの反射面は相互にほぼ90°の角度をなしかつ視軸
に対してほぼ45°の角度をなしており、ハーフミラー
44、45の面に沿った横方向から見ると、「X」の字
になるように配置されている。そして、視軸を挟んで各
2次元表示素子12、13に対向するように凹面鏡4
6、47が配置されている。凹面鏡46、47は、それ
ぞれハーフミラー44、45でほぼ90°曲げられた視
軸を中心軸とする偏心面からなる。
Twelfth Embodiment Next, an embodiment in which two half mirrors are arranged in parallel so as to form an “X” shape when viewed from the side, instead of the half mirrors combined in the “V” shape. Will be described with reference to the perspective view of FIG. In the figure, reference numerals 12 and 13 denote two-dimensional display elements, and their display surfaces are arranged so as to face each other with a display screen offset and substantially parallel to the visual axis of the user. Left and right beam splitter prisms intersecting the visual axis are arranged side by side, and 44 and 45 are respective half mirrors, and their reflecting surfaces form an angle of approximately 90 ° with each other and with respect to the visual axis. They form an angle of about 45 ° and are arranged so as to form an “X” shape when viewed from the lateral direction along the surfaces of the half mirrors 44 and 45. Then, the concave mirror 4 is arranged so as to face the two-dimensional display elements 12 and 13 with the visual axis interposed therebetween.
6, 47 are arranged. The concave mirrors 46 and 47 are composed of eccentric surfaces whose center axes are the visual axes bent by 90 ° by the half mirrors 44 and 45, respectively.

【0042】このような配置においても、2次元表示素
子12の映像は、ハーフミラー44を透過し、凹面鏡4
6で反射されてハーフミラー44で今度は反射され、ま
た、2次元表示素子13の映像は、ハーフミラー45を
透過し、凹面鏡47で反射されてハーフミラー45で反
射されて、分割表示された映像は光学的に1つの連続し
た映像に合成されて観察され、つなぎ目をなくすことが
できる。2つの2次元表示素子12、13からの射出瞳
が一致するように、凹面鏡46、47は上記のように偏
心している。なお、2次元表示素子12、13に表示す
る映像はお互いに上下を反転させる。
Even in such an arrangement, the image of the two-dimensional display element 12 is transmitted through the half mirror 44 and the concave mirror 4
The image of the two-dimensional display element 13 is reflected by 6 and is then reflected by the half mirror 44, and the image of the two-dimensional display element 13 is transmitted through the half mirror 45, reflected by the concave mirror 47, reflected by the half mirror 45, and dividedly displayed. The images are optically combined into one continuous image for observation, and the joint can be eliminated. The concave mirrors 46 and 47 are decentered as described above so that the exit pupils from the two two-dimensional display elements 12 and 13 coincide with each other. The images displayed on the two-dimensional display elements 12 and 13 are vertically inverted.

【0043】この配置において、ビームスプリッタープ
リズムとして偏光ビームスプリッタープリズムを使用
し、第6実施例のように、ビームスプリッタープリズム
41、42と凹面鏡46、47の間にλ/4板21を配
置してもよいし、凹面鏡46、47はプリズム41、4
2と一体に構成してもよいし別体にしてもよい。また、
プリズム41、42は左右方向ではなく、上下方向に並
列配置してもよく、この場合は、上下方向に広い画角が
とれる。なお、この実施例では、プリズム41、42の
前面を透過面とすることにより、簡単に2次元表示素子
12、13に外界像を重ねて観察することができる。
In this arrangement, a polarization beam splitter prism is used as the beam splitter prism, and the λ / 4 plate 21 is arranged between the beam splitter prisms 41 and 42 and the concave mirrors 46 and 47 as in the sixth embodiment. The concave mirrors 46 and 47 are prisms 41 and 4,
It may be configured integrally with 2, or may be a separate body. Also,
The prisms 41 and 42 may be arranged in parallel in the vertical direction instead of in the horizontal direction. In this case, a wide angle of view can be obtained in the vertical direction. In this embodiment, the front surfaces of the prisms 41 and 42 are made to be transmissive surfaces, so that the two-dimensional display elements 12 and 13 can be easily superposed and observed with the external image.

【0044】第13実施例 図17の斜視図を参照して第13実施例について説明す
る。本実施例は、第12実施例と基本的に同じである
が、ビームスプリッタープリズム44、45の代わりに
ハーフミラー14、15を用いている。この実施例の場
合、プリズムを用いていないので軽い。また、視軸上を
外界から入って来る光に対してパワーを持つ面がないの
で、外界像が等倍の自然な外界として見える。また、半
透過面が1つしか外界光に対して挿入されていないの
で、シースルー像の明るさを明るくできる。
Thirteenth Embodiment The thirteenth embodiment will be described with reference to the perspective view of FIG. This embodiment is basically the same as the twelfth embodiment, but half mirrors 14 and 15 are used instead of the beam splitter prisms 44 and 45. In the case of this embodiment, since no prism is used, it is light. In addition, since there is no surface on the visual axis that has power for the light coming from the outside world, the outside world image looks like a natural outside world. Further, since only one semi-transmissive surface is inserted for the external light, the brightness of the see-through image can be increased.

【0045】第14実施例 図18の斜視図を参照して第14実施例について説明す
る。本実施例は、第12実施例の変形である。この実施
例においては、偏心した凹面鏡を2枚用いる代わりに、
視軸を中心軸とする1枚の凹面鏡48を用いている。す
なわち、図18において、2次元表示素子12、13
を、それらの表示面が相互に表示画面分ずれて向き合い
かつ使用者の視軸にほぼ平行になるように配置し、視軸
に交差する左右方向に並列してビームスプリッタープリ
ズム41、42を配置し、それらのハーフミラー44、
45が相互にほぼ90°の角度をなしかつ視軸に対して
ほぼ45°の角度をなすようにし、かつ、プリズム4
1、42の視軸前方に凹面鏡48を配置してある。
Fourteenth Embodiment A fourteenth embodiment will be described with reference to the perspective view of FIG. This embodiment is a modification of the twelfth embodiment. In this embodiment, instead of using two eccentric concave mirrors,
A single concave mirror 48 having the visual axis as the central axis is used. That is, in FIG. 18, the two-dimensional display elements 12, 13
Are arranged such that their display surfaces are offset from each other by a display screen and are substantially parallel to the visual axis of the user, and the beam splitter prisms 41 and 42 are arranged in parallel in the left-right direction intersecting the visual axis. And those half mirrors 44,
45 form an angle of approximately 90 ° with each other and an angle of approximately 45 ° with respect to the visual axis, and the prism 4
A concave mirror 48 is arranged in front of the visual axes of the lenses 1 and 42.

【0046】この配置において、2次元表示素子12の
映像は、ハーフミラー44で前方へ反射され、凹面鏡4
8で反射されて今度はハーフミラー44を透過し、ま
た、2次元表示素子13の映像は、ハーフミラー45で
前方へ反射され、凹面鏡48で反射されてハーフミラー
44を透過し、分割表示された映像は光学的に1つの連
続した映像に合成されて観察され、つなぎ目をなくすこ
とができる。この場合も、2次元表示素子12、13に
表示する映像はお互いに上下を反転させる。
In this arrangement, the image of the two-dimensional display element 12 is reflected forward by the half mirror 44 and the concave mirror 4
Then, the image of the two-dimensional display element 13 is reflected forward by the half mirror 45, reflected by the concave mirror 48 and transmitted through the half mirror 44, and is divided and displayed. The images are optically combined into one continuous image for observation, and the joint can be eliminated. Also in this case, the images displayed on the two-dimensional display elements 12 and 13 are vertically inverted.

【0047】この実施例においては、凹面鏡48を半透
過鏡にしない限り2次元表示素子12、13に外界像を
重ねて観察することができない。なお、この場合は、第
12実施例に比較して部品点数が少ないので、製作しや
すい。
In this embodiment, unless the concave mirror 48 is a semi-transmissive mirror, the two-dimensional display elements 12 and 13 cannot be observed by superimposing the external image. In this case, since the number of parts is smaller than that in the twelfth embodiment, it is easy to manufacture.

【0048】第15実施例 ところで、以上の各実施例においては、フレアー光を防
止するために、平面状の波長板21、23を凹面鏡1
6、28、31とハーフミラー14、15又はプリズム
27、30、41、42の間に配置している。この波長
板21、23を凹面鏡16に沿った曲面形状の波長板2
1′、23′とすることにより、装置全体を小型化する
ことができる。
Fifteenth Embodiment By the way, in each of the above embodiments, in order to prevent flare light, the planar wave plates 21 and 23 are provided in the concave mirror 1.
6, 28, 31 and the half mirrors 14, 15 or the prisms 27, 30, 41, 42. The wave plates 21 and 23 are curved wave plates 2 along the concave mirror 16.
By using 1'and 23 ', the entire apparatus can be downsized.

【0049】図19(a)は、第2、第10実施例に対
応する例を示す図であり、ポラライザー20等は図示を
省いてある。この図のように、λ/4板21′を凹面鏡
16に沿った曲面形状として密着させることにより、凹
面鏡16の球欠の分だけ装置全体の厚さを薄くすること
ができ、装置をより小型化できる。
FIG. 19A is a diagram showing an example corresponding to the second and tenth embodiments, and the polarizer 20 and the like are not shown. As shown in this figure, by making the λ / 4 plate 21 'closely adhere to the concave mirror 16 as a curved surface, the thickness of the entire device can be reduced by the amount of the concave portion of the concave mirror 16, and the device can be made smaller. Can be converted.

【0050】図19(b)は、第3実施例に対応する例
を示す図であり、この場合は、水晶の波長板23′を同
様に曲面形状として凹面鏡16に密着させることによ
り、凹面鏡16の球欠の分だけ装置全体の厚さを薄くす
ることができる。
FIG. 19 (b) is a diagram showing an example corresponding to the third embodiment. In this case, the wave plate 23 'made of quartz is similarly curved to be in close contact with the concave mirror 16 so that the concave mirror 16 is formed. The thickness of the entire device can be reduced by the amount corresponding to the lack of ball.

【0051】図19(c)は、第6〜8実施例に対応す
る例を示す図である。これらの実施例では、光路を短く
するために、光路をプリズム及びレンズで埋めていた
が、凹面鏡16とλ/4板21′を一体にしたので、凹
面鏡16を裏面鏡とするレンズが必要なくなり、プリズ
ム27、30、41、42の凹面鏡16側の面を変形す
るだけで、構成がより簡単になり、部品点数も減る。
FIG. 19C is a diagram showing an example corresponding to the sixth to eighth embodiments. In these embodiments, the optical path is filled with a prism and a lens in order to shorten the optical path. However, since the concave mirror 16 and the λ / 4 plate 21 'are integrated, a lens having the concave mirror 16 as a rear surface mirror is unnecessary. The structure is simplified and the number of parts is reduced only by deforming the surfaces of the prisms 27, 30, 41, 42 on the concave mirror 16 side.

【0052】第16実施例 図20を参照にして第16実施例について説明する。本
実施例は、第5実施例及び第9実施例と一部を除いて同
じである。そこで、異なる部分のみ説明する。図中、5
0は66°プリズム、51はV字プリズム、16はミラ
ーコートが施されてなる凹面鏡である。第6実施例と同
様に、66°プリズム50とV字プリズムは51は接合
されていて、全体として1つのプリズムを形成し、その
接合面54、55にはハーフミラーコートが施されてい
る。ハーフミラーコートが施された接合面54、55
は、互いに66°(α)の角度でV字形に形成されてい
る。また、対応点は、稜線Lを挟んで228°(β)の
位置にある。ハーフミラーコートが施された接合面5
4、55を直角ではなく鋭角(α=66°)に組み合わ
せることによって、ハーフミラー54又は55を通過
し、次のハーフミラー55又は54で反射する光は、点
線で示した光路の通り、使用者の瞳から外れるため、フ
レアーを作る原因とはならない。
Sixteenth Embodiment A sixteenth embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is the same as the fifth and ninth embodiments except for a part. Therefore, only different parts will be described. 5 in the figure
Reference numeral 0 is a 66 ° prism, 51 is a V-shaped prism, and 16 is a concave mirror provided with a mirror coat. Similar to the sixth embodiment, the 66 ° prism 50 and the V-shaped prism 51 are cemented together to form one prism as a whole, and the cemented surfaces 54, 55 are provided with a half mirror coat. Joining surfaces 54, 55 with half mirror coating
Are V-shaped at an angle of 66 ° (α) with respect to each other. The corresponding points are located at 228 ° (β) across the ridge line L. Joining surface 5 with half mirror coat
By combining 4, 55 with an acute angle (α = 66 °) instead of a right angle, the light passing through the half mirror 54 or 55 and reflected by the next half mirror 55 or 54 is used according to the optical path indicated by the dotted line. Since it is out of the eyes of the person, it does not cause flare.

【0053】また、凹面鏡16で生じる糸巻型の像歪
を、本実施例では、光軸から遠ざかるに従って曲率が次
第に小さくなるような凸の非球面56をV字プリズム5
1に側面に施すことによって補正している。
In the present embodiment, the pincushion-shaped image distortion caused by the concave mirror 16 has a convex aspherical surface 56 whose curvature gradually decreases as the distance from the optical axis increases.
It is corrected by applying it to the side surface.

【0054】ところで、以上の各実施例で説明してきた
光学系を左右両眼用に一対用意する場合には、2次元表
示素子12、13を、図21(a)に示すように、光学
系を挟み縦に配列する方法と、図22(a)に示すよう
に、横に配列する方法がある。なお、図21(a)、図
22(a)において、34は光学系全体を、35、36
はバックライトを示しており、図21(b)、(c)、
図22(b)、(c)は、それぞれ2次元表示素子1
2、13に表示する映像の例を示し、図21(d)、図
22(d)は、それらによる合成像を示す。
By the way, when a pair of the optical system described in each of the above embodiments is prepared for the left and right eyes, the two-dimensional display elements 12 and 13 are arranged as shown in FIG. There is a method of vertically arranging the two, and a method of horizontally arranging as shown in FIG. 21 (a) and 22 (a), reference numeral 34 designates the entire optical system.
Indicates a backlight, and FIGS. 21 (b), (c),
22B and 22C respectively show the two-dimensional display element 1.
21 (d) and 22 (d) show composite images obtained by them.

【0055】図21(a)のように縦に配列する方法で
は、画像が上下に合成されるので、2次元表示素子1
2、13としては、図21(b)、(c)に示すよう
に、上下の短い(図(a)では奥行きの短い)表示素子
を用いることができ、装置全体の厚みを減じる効果が大
きい。また、図22(a)のように光学系34を挟み2
次元表示素子12、13を横に配列する方法では、2次
元表示素子12、13を背面から照明しなければならな
い場合に、1つの光源で2個の2次元表示素子12、1
3を同時に照明することが可能である(図22(a)の
バックライト36はその左右の2次元表示素子12、1
3を同時に照明している。)。なお、図22(a)の配
置は、左右方向に画角が広くとれ、より自然なものであ
る。
In the method of vertically arranging as shown in FIG. 21A, since the images are combined vertically, the two-dimensional display element 1
As shown in FIGS. 21 (b) and 21 (c), a display element having a short top and bottom (shorter depth in FIG. 21 (a)) can be used as the reference numerals 2 and 13, and the effect of reducing the thickness of the entire device is great. . Moreover, as shown in FIG.
In the method of arranging the two-dimensional display elements 12 and 13 side by side, when the two-dimensional display elements 12 and 13 must be illuminated from the back side, two two-dimensional display elements 12 and 1 are formed by one light source.
3 can be illuminated at the same time (the backlight 36 in FIG. 22 (a) has two left and right two-dimensional display elements 12, 1).
Lighting 3 at the same time. ). Note that the arrangement of FIG. 22A has a wider angle of view in the left-right direction and is more natural.

【0056】ところで、左右の光学系34、34を図2
2(a)のように横に配列する場合、図23(a)に平
面図を示したように、左右の光学系34L 、34R を一
直線上に並べて配置するのではなく、それぞれの光学系
34L 、34R の射出光軸が左右の外側から左右の眼の
瞳に入るように「Λ」の字形に傾けて配置してもよい。
図23(a)では、左眼用の光学系34L の左側の映像
を表示する2次元表示素子を12L 、右側の映像を表示
する2次元表示素子を13L とし、右眼用の光学系34
R の左側の映像を表示する2次元表示素子を12R 、右
側の映像を表示する2次元表示素子を13R としてお
り、この実施例では、各2次元表示素子12L 、1
L 、12R 、13R は30°ずつの画面を表示するよ
うに配置されている。そして、2次元表示素子13L
12R に同じ映像を表示すると、装置全体の表示画面
は、図23(b)に示すように、2次元表示素子1
L 、12R の表示映像が中心で重なり、その左側に2
次元表示素子を12L の表示映像が、また、その右側に
2次元表示素子を13R の表示映像が広がり、左右に±
45°の広い画角となる。なお、このように、2次元表
示素子13L 、12R に同じ映像を表示するようにする
と、電子回路が簡単になる。なお、2次元表示素子13
L、12R に視差のある映像を表示して水平画角90°
の立体表示を行うこともできる。
By the way, the left and right optical systems 34, 34 are shown in FIG.
In the case of arranging horizontally as shown in FIG. 2 (a), as shown in the plan view of FIG. 23 (a), the left and right optical systems 34 L and 34 R are not arranged side by side in a straight line but each optical system. The exit optical axes of the systems 34 L and 34 R may be arranged so as to be tilted in the shape of “Λ” so as to enter the pupils of the left and right eyes from the outside of the left and right.
In FIG. 23A, the left eye optical system 34 L has a two-dimensional display element 12 L for displaying an image on the left side and a two-dimensional display element 13 L for displaying an image on the right side. System 34
The two-dimensional display element for displaying the image on the left side of R is 12 R , and the two-dimensional display element for displaying the image on the right side is 13 R. In this embodiment, each two-dimensional display element 12 L ,
3 L , 12 R and 13 R are arranged so as to display a screen of 30 ° each. And the two-dimensional display element 13 L ,
When the same image is displayed on 12 R , the display screen of the entire device is displayed on the two-dimensional display element 1 as shown in FIG.
The display images of 3 L and 12 R overlap each other at the center, and 2 on the left side.
The display image of 12 L on the dimensional display element and the display image of 13 R on the two-dimensional display element spread to the right side of the display image.
It has a wide angle of view of 45 °. If the same image is displayed on the two-dimensional display elements 13 L and 12 R in this way, the electronic circuit becomes simple. The two-dimensional display element 13
Display an image with parallax on L and 12 R , and horizontal angle of view 90 °
It is also possible to perform a three-dimensional display.

【0057】以上、本発明の視覚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。
The visual display device of the present invention has been described above based on some embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments and various modifications can be made.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の視覚表示装置によると、光学系を小型にしながら、広
画角、高解像で映像を観察することができる頭部装着式
表示装置等の視覚表示装置を提供することができる。
As is apparent from the above description, according to the visual display device of the present invention, a head-mounted display capable of observing an image with a wide angle of view and high resolution while the optical system is downsized. A visual display device such as a device can be provided.

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

【図1】本発明による視覚表示装置の第1の基本形態と
表示映像、合成像を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a first basic form, a display image, and a composite image of a visual display device according to the present invention.

【図2】第2の基本形態と表示映像、合成像を示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram showing a second basic mode, a display image, and a composite image.

【図3】第3の基本形態と表示映像、合成像を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing a third basic form, a display image, and a composite image.

【図4】第1実施例の要部と観察映像を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a main part and an observed image of the first embodiment.

【図5】ルーバー型フィルター基板を用いたハーフミラ
ーの部分断面図である。
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of a half mirror using a louver type filter substrate.

【図6】第2実施例の要部を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a main part of a second embodiment.

【図7】第3実施例の要部を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a main part of a third embodiment.

【図8】第4実施例の要部を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a main part of a fourth embodiment.

【図9】第5実施例の要部を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an essential part of a fifth embodiment.

【図10】第6実施例の要部を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a main part of a sixth embodiment.

【図11】第7実施例の要部を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an essential part of a seventh embodiment.

【図12】第8実施例の要部を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a main part of an eighth embodiment.

【図13】第9実施例の要部を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a main part of a ninth embodiment.

【図14】第10実施例の要部と表示映像、合成像を示
す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a main part, a display image, and a composite image of the tenth embodiment.

【図15】第11実施例の要部を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing an essential part of the eleventh embodiment.

【図16】第12実施例の要部を示す斜視図である。FIG. 16 is a perspective view showing a main part of a twelfth embodiment.

【図17】第13実施例の要部を示す斜視図である。FIG. 17 is a perspective view showing a main part of the thirteenth embodiment.

【図18】第14実施例の要部を示す斜視図である。FIG. 18 is a perspective view showing the main parts of the fourteenth embodiment.

【図19】第15実施例のいくつかの形態の要部を示す
図である。
FIG. 19 is a view showing the main parts of some forms of the fifteenth embodiment.

【図20】第16実施例の要部を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing an essential part of the sixteenth embodiment.

【図21】縦配列の場合の要部と表示映像、合成像を示
す図である。
FIG. 21 is a diagram showing a main part, a display image, and a combined image in the case of a vertical arrangement.

【図22】横配列の場合の要部と表示映像、合成像を示
す図である。
FIG. 22 is a diagram showing a main part, a display image, and a combined image in the case of a horizontal arrangement.

【図23】横配列の変形の要部と合成表示画面を示す図
である。
FIG. 23 is a diagram showing a main part of a horizontal array modification and a composite display screen.

【図24】従来の1つの頭部装着式表示装置の要部を示
す図である。
FIG. 24 is a diagram showing a main part of one conventional head-mounted display device.

【図25】単一の液晶表示装置の正面図である。FIG. 25 is a front view of a single liquid crystal display device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4、5…2次元表示素子 6、7…ハーフミラー 8…凹面鏡 8′…凸レンズ 9…オーバーラップ領域 10、11、10′、11′、10″、11″…表示映
像 12、12L 、12R 、13、13L 、13R …2次元
表示素子 14、15…ハーフミラー 16…凹面鏡 17…透光孔 18…遮光壁 19…ハーフミラーコート 20…ポラライザー 21、21′…λ/4板 22…アナライザー 23、23′…波長板 24…凸レンズ 25…偏心非球面凹レンズ 26…三角プリズム 27…V字プリズム 28…凹面鏡 29…三角プリズム 30…V字プリズム 31…凹面鏡 32、33…ハーフミラー 34、34L 、34R …表示光学系 35、36…バックライト 38、39…全反射鏡 40…凸レンズ 41、42…ビームスプリッタープリズム 44、45…ハーフミラー 46、47、48…凹面鏡 50…66°プリズム 51…V字プリズム 54、55…ハーフミラーコート接合面 56…非球面 A、A′、B、B′…2次元表示素子表示面の領域 P1〜P4…観察像 p1〜p4、p1′〜p4′…表示点 L…稜線
4, 5 ... Two-dimensional display element 6, 7 ... Half mirror 8 ... Concave mirror 8 '... Convex lens 9 ... Overlap area 10, 11, 10', 11 ', 10 ", 11" ... Display image 12, 12 L , 12 R , 13, 13 L , 13 R ... Two-dimensional display element 14, 15 ... Half mirror 16 ... Concave mirror 17 ... Translucent hole 18 ... Shading wall 19 ... Half mirror coat 20 ... Polarizer 21, 21 '... λ / 4 plate 22 ... analyzer 23, 23 '... wavelength plate 24 ... convex lens 25 ... decentered aspherical concave lens 26 ... triangular prism 27 ... V prism 28 ... concave mirror 29 ... triangular prism 30 ... V prism 31 ... concave mirror 32,33 ... half mirror 34, 34 L, 34 R ... display optics 35, 36 ... backlight, 39 ... total reflecting mirror 40 ... lens 41 ... beam splitter prism 4, 45 ... Half mirror 46, 47, 48 ... Concave mirror 50 ... 66 ° prism 51 ... V-shaped prism 54, 55 ... Half mirror coat bonding surface 56 ... Aspheric surface A, A ', B, B' ... Two-dimensional display element Display surface area P1 to P4 ... Observation image p1 to p4, p1 'to p4' ... Display point L ... Ridge line

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 2次元表示手段と、前記2次元表示手段
によって形成された映像を投影し、観察者眼球に導く接
眼光学系とからなる視覚表示装置において、前記2次元
表示手段が、少なくとも、観察者眼球に導かれる映像の
少なくとも一部を表示する第1映像表示手段と、前記の
映像表示部分と異なる他の部分を含む前記の映像表示部
分を表示する第2映像表示手段とを含み、かつ、前記接
眼光学系が、前記第1映像表示手段により形成された第
1の映像を反射する第1の反射面と、前記第2映像表示
手段により形成された第2の映像を反射する第2の反射
面と、前記第1の映像と前記第2の映像との合成像を拡
大投影して観察者眼球内に導く正のパワーを有する光学
系とを含み、前記第1の反射面に対して前記第2の反射
面が角度をなして配置されていることを特徴とする視覚
表示装置。
1. A visual display device comprising a two-dimensional display means and an eyepiece optical system which projects an image formed by the two-dimensional display means and guides the image to an observer's eyeball. A first image display means for displaying at least a part of the image guided to the observer's eye, and a second image display means for displaying the image display part including another part different from the image display part, Further, the eyepiece optical system has a first reflecting surface for reflecting the first image formed by the first image display means and a second reflecting surface for reflecting the second image formed by the second image display means. And a second reflection surface, and an optical system having a positive power for projecting a combined image of the first image and the second image in an enlarged manner by projecting the combined image into the observer's eyeball. On the other hand, the second reflecting surface is arranged at an angle. A visual display device characterized by being placed.
【請求項2】 前記第1の反射面と前記第2の反射面と
が共に、前記第1映像表示手段と前記第2映像表示手段
との間に配置されていることを特徴とする請求項1記載
の視覚表示装置。
2. The first reflection surface and the second reflection surface are both arranged between the first image display means and the second image display means. 1. The visual display device according to 1.
【請求項3】 前記正のパワーを有する光学系が凹面鏡
からなることを特徴とする請求項1記載の視覚表示装
置。
3. The visual display device according to claim 1, wherein the optical system having the positive power is a concave mirror.
【請求項4】 前記正のパワーを有する光学系が曲面形
状の波長板を含むことを特徴とする請求項1記載の視覚
表示装置。
4. The visual display device according to claim 1, wherein the optical system having the positive power includes a wave plate having a curved surface shape.
【請求項5】 前記第1の反射面又は第2の反射面の少
なくとも一方又はそれらの間を通過する外界光路を有
し、前記正のパワーを有する光学系が前記第1映像表示
手段及び第2映像表示手段に対応して2個設けられ、前
記外界光路を挟んで、前記第1映像表示手段と第2映像
表示手段、及び、前記正のパワーを有する2個の光学系
が配置されていることを特徴とする請求項1記載の視覚
表示装置。
5. An optical system having an external optical path that passes through at least one of the first reflecting surface and the second reflecting surface or between them, and the optical system having the positive power is the first image display means and the first image display means. Two units corresponding to the two image display units are provided, and the first image display unit and the second image display unit, and the two optical systems having the positive power are arranged across the external optical path. The visual display device according to claim 1, wherein:
【請求項6】 前記外界光路上に設けられた光学系の合
成のパワーが略ゼロであることを特徴とする請求項5記
載の視覚表示装置。
6. The visual display device according to claim 5, wherein the combined power of the optical systems provided on the external optical path is substantially zero.
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