JPH10268228A - Head-mounted display device - Google Patents

Head-mounted display device

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Publication number
JPH10268228A
JPH10268228A JP7027497A JP7027497A JPH10268228A JP H10268228 A JPH10268228 A JP H10268228A JP 7027497 A JP7027497 A JP 7027497A JP 7027497 A JP7027497 A JP 7027497A JP H10268228 A JPH10268228 A JP H10268228A
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JP
Japan
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image
head
light
display device
user
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP7027497A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Jiyouji Karasawa
穣児 唐澤
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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Publication of JPH10268228A publication Critical patent/JPH10268228A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a head-mounted display device capable of very effectively utilizing light from an illuminating means. SOLUTION: Illuminating means 3, a reflection type LCD 2b, a reflection type LCD 2a and a lens 6 are arranged being opposite to each other, respectively. Image light beams 10P, 10S transmitted from two LCD's 2a, 2b as reflecting beams by the illuminating means 3 are synthesized by a polarizing beam splitter 4, exerted by the refracting action of the lens 6 and observed by a user as the expanded virtual image.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、使用者の頭部に装
着され、画像表示手段によって形成された画像を拡大さ
れた虚像として使用者に視認させる頭部装着型の表示装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a head-mounted display device which is mounted on a user's head and allows a user to visually recognize an image formed by image display means as an enlarged virtual image.

【0002】[0002]

【従来の技術】頭部装着型表示装置は、映像及びデータ
ディスプレイの携帯性を高める要請に応えるために提案
されているもので、ディスプレイの高解像度化が進む一
方で、その携帯性を高める目的から小型化や低パワー化
が図られている。この高解像度化、小型化、低パワー化
を共に実現する一つの手段として、反射型液晶表示装置
(反射型LCD)をディスプレイソースに用いる試みが
ある。特開平8−320451公報に記載の頭部装着型
ディスプレイ装置はその一例であり、図7に示すような
装置が提案されている。これは、照明手段24、ハーフ
ミラー25、反射型LCD26、拡大凹面鏡27から大
略構成され、反射型LCD26に表示された画像を照明
光により照射し、そこで画像情報として反射された画像
光を拡大凹面鏡27によって屈折して使用者の眼28に
入射させるものである。
2. Description of the Related Art A head-mounted display device has been proposed in order to meet the demand for improving the portability of video and data displays. Therefore, miniaturization and low power have been achieved. As one means for realizing both higher resolution, smaller size, and lower power, there is an attempt to use a reflection type liquid crystal display device (reflection type LCD) as a display source. The head mounted display device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-320451 is an example of such a device, and a device as shown in FIG. 7 has been proposed. This is roughly composed of an illuminating means 24, a half mirror 25, a reflective LCD 26, and a magnifying concave mirror 27. The image displayed on the reflective LCD 26 is illuminated by illumination light, and the image light reflected as image information there is magnified concave mirror. The light is refracted by 27 and enters the user's eye 28.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のこの技
術には以下の課題がある。照明手段24から出射した照
明光は、使用者の眼28に到達するまでに、照明手段2
4から反射型LCD26間、反射型LCD26から拡大
凹面鏡27間、拡大凹面鏡27から使用者の眼28間で
合計3回ハーフミラー25を経由しなければならない。
すなわち簡単のためハーフミラー25の反射率及び透過
率を50%と仮定すると、照明手段24から出射した照
明光のうちハーフミラー25によって87.5%の光が
損失してしまう。反射型LCD26は、電極部を画素と
して利用することによる開口率とコントラストの向上が
透過型LCDに対する一つの利点であるが、これではそ
の利点を活かしきれていない。また、このようにハーフ
ミラー25を用いる構成では、画像光を検光するための
偏光手段を光路中のどこかにさらに設ける必要があり、
そこでの光損失も無駄である。
However, this conventional technique has the following problems. The illuminating light emitted from the illuminating unit 24 reaches the illuminating unit 2 before reaching the user's eye 28.
4 and between the reflective LCD 26, between the reflective LCD 26 and the magnifying concave mirror 27, and between the magnifying concave mirror 27 and the user's eye 28, three times through the half mirror 25 in total.
That is, assuming that the reflectance and transmittance of the half mirror 25 are 50% for simplicity, 87.5% of the illumination light emitted from the illumination means 24 is lost by the half mirror 25. The reflection type LCD 26 has one advantage over the transmission type LCD in that the aperture ratio and contrast are improved by using the electrode portion as a pixel, but this advantage cannot be fully utilized. Further, in such a configuration using the half mirror 25, it is necessary to further provide a polarizing means for detecting the image light somewhere in the optical path.
Light loss there is also useless.

【0004】本発明の頭部装着型表示装置は以上の課題
を解決するためのものであり、その主たる目的は、照明
手段からの光を極めて有効に利用できる頭部装着型表示
装置を実現することにある。
A head-mounted display device according to the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a main object of the present invention is to realize a head-mounted display device capable of extremely effectively using light from illumination means. It is in.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1は、使
用者の頭部に装着される頭部装着型表示装置であって、
反射光により画像を表示する2枚の反射型表示素子と、
反射型表示素子を照明するための照明手段と、照明手段
からの照明光を互いに振動方向が直交する2つの偏光光
に分離するための偏光分離手段とから構成される画像表
示手段と、画像表示手段からの画像の拡大された虚像が
使用者の眼によって観察されるように画像光を屈折させ
る拡大光学手段とを備え、照明手段からの照明光から偏
光分離手段によって分離された一方の偏光光を一方の反
射型表示素子に入射させ、他方の偏光光を他方の反射型
表示素子に入射させると共に、それぞれの反射型表示素
子から反射された2つの画像光を偏光分離手段によって
再び合成して拡大光学手段に入射させるように、照明手
段、偏光分離手段、反射型表示素子、拡大光学手段が配
置されたことを特徴とする。
A first aspect of the present invention is a head mounted display device mounted on a user's head,
Two reflective display elements for displaying an image by reflected light,
Image display means comprising: illumination means for illuminating a reflective display element; and polarization separation means for separating illumination light from the illumination means into two polarized lights whose vibration directions are orthogonal to each other; Magnifying optical means for refracting the image light so that an enlarged virtual image of the image from the means is observed by the user's eyes, and one polarized light separated from the illumination light from the illumination means by the polarization separation means. Is incident on one reflective display element, the other polarized light is incident on the other reflective display element, and the two image lights reflected from each reflective display element are again synthesized by the polarization separating means. An illumination unit, a polarization separation unit, a reflective display element, and an enlargement optical unit are arranged so as to be incident on the enlargement optical unit.

【0006】請求項1の構成によれば、照明手段から出
射した照明光を2つの偏光光に分離し、それぞれの偏光
光と対応する反射型表示素子によって形成されたそれぞ
れの画像光を、再度合成して使用者の眼に入射させるた
め、照明光を極めて効率的に画像光として使用者に視認
させることができる。また、偏光分離手段が照明光を直
線偏光に変換する役割と、戻ってきた画像光を検光する
役割とを兼ねるため、従来の偏光手段が不要となり、そ
こでの光損失も防止できる。さらに、逆の見方をすれ
ば、従来よりも低パワーの照明手段により従来と同等の
明るさの画像を得られるため、頭部装着型表示装置も低
パワー化が可能である。
According to the first aspect of the invention, the illuminating light emitted from the illuminating means is separated into two polarized lights, and the respective polarized lights and the respective image lights formed by the corresponding reflective display elements are re-used. Since the synthesized light is made to enter the user's eyes, the illumination light can be visually recognized by the user as image light extremely efficiently. In addition, since the polarization splitting unit has a function of converting the illumination light into linearly polarized light and a function of detecting the returned image light, the conventional polarizing unit is unnecessary, and light loss there can be prevented. Further, from the opposite point of view, an image having the same brightness as that of the related art can be obtained by the illumination unit having a lower power than the related art, so that the power of the head mounted display device can be reduced.

【0007】請求項2では、請求項1の構成において、
2枚の反射型表示素子は、それぞれの長辺同士が、その
装置を使用者の頭部に装着した時の、使用者に対する左
右の方向で平行となるように配置されたことを特徴とす
る。
According to a second aspect, in the configuration of the first aspect,
The two reflective display elements are arranged such that their long sides are parallel to each other in the left-right direction with respect to the user when the device is mounted on the head of the user. .

【0008】偏光分離手段を配置するために必要となる
空間は、反射型表示素子の長辺の長さと短辺の長さから
成る直方体により概ね決定される。請求項2の構成によ
れば、その長辺の長さが直方体の高さを決定し、その短
辺の長さが直方体の面積を決定するため、偏光分離手段
を配置するために必要となる空間すなわち頭部装着型表
示装置を小型化することができる。
[0008] The space required for arranging the polarization separation means is substantially determined by a rectangular parallelepiped formed by the lengths of the long side and the short side of the reflective display element. According to the configuration of claim 2, the length of the long side determines the height of the rectangular parallelepiped, and the length of the short side determines the area of the rectangular parallelepiped. The space, that is, the head-mounted display device can be reduced in size.

【0009】請求項3では、請求項1の構成において、
2枚の反射型表示素子は、反射型表示素子の表示面を含
む平面内において、相互にずらされて配置されたことを
特徴とする。
According to a third aspect, in the configuration of the first aspect,
The two reflective display elements are arranged so as to be shifted from each other in a plane including the display surface of the reflective display element.

【0010】請求項3の構成によれば、たとえば双方の
表示素子を形成する画素を縦横に二分の一画素ピッチず
つずらすことによって最終的に表示される画像の解像度
を高めることができる。
According to the third aspect of the present invention, for example, the resolution of the finally displayed image can be increased by shifting the pixels forming both display elements vertically and horizontally by a half pixel pitch.

【0011】請求項4では、請求項1の構成において、
2枚の反射型表示素子は、反射型表示素子の表示面を含
む平面内において、その装置を使用者の頭部に装着した
時の、使用者に対する左右の方向に相互にずらされて配
置されたことを特徴とする。
According to a fourth aspect, in the configuration of the first aspect,
The two reflective display elements are arranged in a plane including the display surface of the reflective display element so as to be shifted from each other in the left and right directions with respect to the user when the apparatus is mounted on the head of the user. It is characterized by having.

【0012】請求項4の構成によれば、2枚の反射型表
示素子は互い違いの方向で配置されているため、異なる
アスペクト比の特別な反射型LCDを用いることなく、
最終的に表示される画像のアスペクト比を左右方向に拡
大するための光学系が実現できる。また、1枚の反射型
表示素子による画像の最大2倍まで水平画角を広げるこ
とも可能である。それらの際、偏光分離手段を配置する
ために必要となる空間は最低限の増大に抑えることがで
きる。
According to the fourth aspect of the present invention, the two reflective display elements are arranged in alternate directions, so that a special reflective LCD having a different aspect ratio is not used.
An optical system for enlarging the aspect ratio of the finally displayed image in the left-right direction can be realized. Further, it is also possible to widen the horizontal angle of view up to twice the image of one reflective display element. At that time, the space required for arranging the polarization separation means can be suppressed to a minimum increase.

【0013】請求項5では、請求項1の構成において、
画像表示手段と使用者の眼との間に、画像光を反射し使
用者の前方から入射する外景からの光を透過して両者を
使用者の眼に入射させるための画像合成手段を更に有す
ることを特徴とする。
According to a fifth aspect, in the configuration of the first aspect,
The image display device further includes an image synthesizing unit between the image display unit and the user's eye for reflecting image light, transmitting light from an external scene incident from the front of the user, and causing both to enter the user's eye. It is characterized by the following.

【0014】請求項5の構成によれば、画像表示素子に
より形成された画像と使用者の前方の外景画像とを同時
に見られるいわゆるシースルー光学系を実現できる。そ
の際、画像表示手段からの画像光が明るいため、外景画
像がある程度明るくなっても安定した画像視認が可能と
なる。
According to the fifth aspect of the invention, a so-called see-through optical system can be realized in which an image formed by the image display device and an external scene image in front of the user can be simultaneously viewed. At this time, since the image light from the image display means is bright, even if the outside scene image becomes bright to some extent, stable image recognition becomes possible.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の具体的な形態を
図面を参照して詳述する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0016】(第一の形態)図1、図2は、本発明の第
一の形態を表す光学系の説明図であり、図1は側面図、
図2は斜視図である。
(First Embodiment) FIGS. 1 and 2 are explanatory views of an optical system showing a first embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 2 is a perspective view.

【0017】図1に示す虚像形成光学系1は、反射型表
示素子である2枚の反射型LCD2a、2b、照明手段
である平面蛍光管3、及び偏光分離手段である偏光ビー
ムスプリッター4からなる画像表示手段5と、拡大光学
手段であるレンズ6とから大略構成され、使用者の眼7
の前方に不図示の機構により保持される。
The virtual image forming optical system 1 shown in FIG. 1 comprises two reflective LCDs 2a and 2b as reflective display elements, a flat fluorescent tube 3 as illumination means, and a polarization beam splitter 4 as polarization separation means. An image display means 5 and a lens 6 serving as a magnifying optical means are roughly constituted, and a user's eye 7
Is held by a mechanism (not shown) in front of the camera.

【0018】反射型LCD2a、2bは、不図示の外部
の駆動回路から供給される画像信号に応じて画像を表示
し、平面蛍光管3からの照明光を反射することによって
画像情報を表す画像光を出射させる機能を有し、透過型
LCDでは遮光部であった電極部を画素として利用でき
るため、開口率とコントラストの向上を図ることができ
る。また、偏光ビームスプリッター4は、平面蛍光管3
からの照明光を振動方向が互いに直交する2つの直線偏
光に分離する機能と、逆に振動方向が互いに直交する2
つの直線偏光を合成し1つの光束として出射させる機能
とを有する。レンズ6は、反射型LCD2a、2bに表
示された画像の拡大された虚像が使用者の眼7によって
観察されるように画像光を屈折させる機能を有する。
The reflection type LCDs 2a and 2b display an image according to an image signal supplied from an external driving circuit (not shown), and reflect image light by reflecting illumination light from the flat fluorescent tube 3 to represent image information. In the transmissive LCD, the electrode portion, which was a light shielding portion, can be used as a pixel, so that the aperture ratio and the contrast can be improved. The polarizing beam splitter 4 is a flat fluorescent tube 3.
Function to separate the illumination light from the camera into two linearly polarized lights whose vibration directions are orthogonal to each other,
And a function of combining two linearly polarized lights and emitting them as one light flux. The lens 6 has a function of refracting image light so that an enlarged virtual image of an image displayed on the reflective LCDs 2a and 2b is observed by the user's eyes 7.

【0019】偏光ビームスプリッター4は、使用者の眼
7の視軸8に対して反射面4aが45°傾斜して配置さ
れ、その偏光ビームスプリッター4を挟んで、使用者に
対する上下の方向に平面蛍光管3と反射型LCD2bと
が対面し、使用者に対する前後の方向に反射型LCD2
aとレンズ6とが対面するように配置される。また、レ
ンズ6から反射型LCD2a、反射型LCD2bの各液
晶面(表示面)までの距離は互いに等しい。
The polarizing beam splitter 4 has a reflecting surface 4a inclined at 45 ° with respect to the visual axis 8 of the user's eye 7, and the polarizing beam splitter 4 is sandwiched between the reflecting surface 4a and the vertical plane with respect to the user. The fluorescent tube 3 and the reflection type LCD 2b face each other, and the reflection type LCD 2
a and the lens 6 are arranged so as to face each other. The distances from the lens 6 to the liquid crystal surfaces (display surfaces) of the reflective LCD 2a and the reflective LCD 2b are equal to each other.

【0020】図2は反射型LCD2a、2bの配置方向
を示すもので、偏光ビームスプリッター4と共に表され
ている。偏光ビームスプリッター4は説明の便宜上プリ
ズム形状で示したが、図1に示すような平面タイプでも
構わない。反射型LCD2a、2bの外形は、表示面の
アスペクト比との関係から一般的に直方体形状であり、
横長である場合が多い。図2との関係で言えば、長辺の
寸法11は短辺の寸法12より大きく横長である。とこ
ろで、図1の関係で反射型LCD2a、2b及び偏光ビ
ームスプリッター4を配置すると、偏光ビームスプリッ
ター4を配置するために必要となる空間は、図2におけ
る寸法13と寸法14とから概ね定義され、寸法13は
寸法12に、寸法14は寸法11に依存する。従って、
図2に示すように、反射型LCD2a、2bの長辺(寸
法11で表示)同士が平行方向になるように配置する
と、偏光ビームスプリッター4を配置するために必要と
なる空間が縮小され、虚像形成光学系1を小型化するこ
とができ、本実施の形態はそれに従っている。
FIG. 2 shows the arrangement direction of the reflection type LCDs 2a and 2b, and is shown together with the polarization beam splitter 4. Although the polarizing beam splitter 4 is shown in the form of a prism for convenience of description, it may be a flat type as shown in FIG. The external shape of each of the reflective LCDs 2a and 2b is generally a rectangular parallelepiped from the relationship with the aspect ratio of the display surface.
It is often horizontal. In relation to FIG. 2, the dimension 11 of the long side is larger than the dimension 12 of the short side and is horizontally long. By the way, when the reflection type LCDs 2a and 2b and the polarizing beam splitter 4 are arranged in the relationship of FIG. 1, the space required for arranging the polarizing beam splitter 4 is generally defined by the dimensions 13 and 14 in FIG. Dimension 13 depends on dimension 12, and dimension 14 depends on dimension 11. Therefore,
As shown in FIG. 2, when the long sides (indicated by dimension 11) of the reflective LCDs 2a and 2b are arranged in parallel, the space required for arranging the polarizing beam splitter 4 is reduced, and a virtual image is formed. The forming optical system 1 can be downsized, and the present embodiment conforms thereto.

【0021】図1に示すように、平面蛍光管3を出射し
た照明光は、偏光ビームスプリッター4によって、その
振動方向が偏光ビームスプリッター4の入射面に対して
直交するS偏光としての照明光9Sと、同平行なP偏光
としての照明光9Pとに分離される。分離された照明光
9S及び9Pはそれぞれ対応する反射型LCD2a、2
bを照射し、それぞれの反射型LCD2a、2bによっ
て反射されて画像情報を表す画像光10P、10Sにな
る。この画像光10P及び10Sの振動方向は、それぞ
れ照明光9S及び9Pの振動方向に対して90゜回転さ
せられ、再度偏光ビームスプリッター4に入射したとき
には、画像光10Pは偏光ビームスプリッター4を透過
し、画像光10Sは偏光ビームスプリッター4により反
射されるため、双方の画像光は互いに合成される。合成
された画像光10はレンズ6による屈折作用を受け、使
用者の眼7によって拡大された虚像として観察される。
As shown in FIG. 1, the illumination light emitted from the flat fluorescent tube 3 is illuminated by a polarization beam splitter 4 as illumination light 9S as S-polarized light whose vibration direction is orthogonal to the plane of incidence of the polarization beam splitter 4. And the illumination light 9P as the same parallel P-polarized light. The separated illumination lights 9S and 9P are respectively reflected by the corresponding reflective LCDs 2a,
b, and are reflected by the respective reflective LCDs 2a and 2b to become image lights 10P and 10S representing image information. The vibration directions of the image lights 10P and 10S are rotated by 90 ° with respect to the vibration directions of the illumination lights 9S and 9P, respectively, and when the image light 10P is again incident on the polarization beam splitter 4, the image light 10P passes through the polarization beam splitter 4 Since the image light 10S is reflected by the polarizing beam splitter 4, both image lights are combined with each other. The combined image light 10 undergoes a refraction effect by the lens 6 and is observed as a virtual image enlarged by the user's eye 7.

【0022】以上のように、本実施の形態によれば、画
像を表示する手段として反射型LCDを用いたため、そ
の開口率の向上に応じて画像を明るくすることができ
る。また、平面蛍光管3から出射した照明光を2つの偏
光光に分離し、それぞれの偏光光と対応する反射型LC
D2a、2bによって形成されたそれぞれの画像光を、
再度合成して使用者の眼7に入射させるため、光の損失
が少なく、照明光を極めて効率的に画像光として使用者
に視認させることができる。また、偏光ビームスプリッ
ター4が照明光を直線偏光に変換する役割と、戻ってき
た画像光を検光する役割とを兼ねるため、従来の偏光手
段が不要となり、そこでの光損失も防止できる。さら
に、逆の見方をすれば、従来よりも低パワーの照明手段
により従来と同等の明るさの画像を得られるため、頭部
装着型表示装置も低パワー化が可能である。
As described above, according to the present embodiment, since the reflection type LCD is used as a means for displaying an image, the image can be brightened in accordance with the improvement of the aperture ratio. Further, the illumination light emitted from the flat fluorescent tube 3 is separated into two polarized lights, and each polarized light and the corresponding reflection LC
Each image light formed by D2a, 2b is
Since the light is synthesized again and made to enter the user's eye 7, the loss of light is small, and the illumination light can be visually recognized by the user as image light extremely efficiently. Further, since the polarizing beam splitter 4 has a function of converting the illumination light into linearly polarized light and a function of detecting the returned image light, the conventional polarizing means becomes unnecessary, and light loss there can be prevented. Further, from the opposite point of view, an image having the same brightness as that of the related art can be obtained by the illumination unit having a lower power than the related art, so that the power of the head mounted display device can be reduced.

【0023】なお、2枚の反射型LCD2a及び2b
は、それぞれの対応する画素を一致させて配置させて
も、あるいは、その表示面を含む平面内において相互に
ずらして配置させてもいい。図3は、後者を説明するた
めの表示画像の部分拡大図である。この例では、双方の
対応する画素、例えば画素Aと画素A’とを水平方向に
二分の一画素ピッチ、垂直方向に二分の一画素ピッチず
つずらすことによって、最終的に使用者に視認される画
像の解像度を向上した。この辺りの技術は例えば実開平
6−68023公報等多くに開示があるが、従来では使
用できなかった照明光を使用して画像の高輝度化を図り
つつ高解像度化も実現できるところが本願の特徴であ
る。
The two reflective LCDs 2a and 2b
May be arranged such that the corresponding pixels are aligned with each other, or may be arranged so as to be shifted from each other in a plane including the display surface. FIG. 3 is a partially enlarged view of a display image for explaining the latter. In this example, both corresponding pixels, for example, pixel A and pixel A ', are shifted by a half pixel pitch in the horizontal direction and by a half pixel pitch in the vertical direction, so that they are finally visually recognized by the user. Improved image resolution. Many techniques are disclosed in, for example, Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 6-68023, but the feature of the present application is that it is possible to achieve high resolution while realizing high brightness of an image using illumination light that could not be used conventionally. It is.

【0024】(第二の形態)図4は本発明の第二の形態
を表す光学系の説明図であり、図4(a)は斜視図、図
4(b)は使用者に視認される画像の説明図である。な
お、第一の形態と同一または同様の構成要素については
同一符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment) FIG. 4 is an explanatory view of an optical system showing a second embodiment of the present invention. FIG. 4 (a) is a perspective view, and FIG. 4 (b) is visually recognized by a user. It is explanatory drawing of an image. Note that components that are the same as or similar to those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

【0025】図4(a)において、2枚の反射型LCD
2a及び2b、偏光ビームスプリッター15、平面型蛍
光管16の相対的な位置関係は、側面視状態で図1と同
一である。図1に示した第一の形態と比較して、偏光ビ
ームスプリッター15、平面型蛍光管16、及び不図示
のレンズは、図4(a)中の矢印17で示す使用者の左
右の方向に拡大されている。2枚の反射型LCD2a及
び2bは、それぞれの表示面を含む平面内において矢印
17で示す使用者の左右の方向に互いにずらされて配置
される。2枚の反射型LCD2a、2bは不図示の駆動
回路によって駆動されるが、このずらし量に応じて反射
型LCD2a、2bへの駆動信号を制御すれば、図4
(b)に示すように、画像幅18aに対応する画像19
aと画像幅18bに対応する画像19bとが連続した横
長の画像として使用者の眼7に視認される。なお、図4
(b)における幅20がこの場合の相対的なずらし量で
ある。
In FIG. 4A, two reflective LCDs are used.
The relative positional relationship between 2a and 2b, the polarization beam splitter 15, and the flat fluorescent tube 16 is the same as that in FIG. Compared with the first embodiment shown in FIG. 1, the polarizing beam splitter 15, the flat fluorescent tube 16, and the lens (not shown) are arranged in the left and right directions of the user indicated by the arrow 17 in FIG. It has been expanded. The two reflective LCDs 2a and 2b are arranged so as to be shifted from each other in the left and right directions of the user indicated by arrow 17 in a plane including the respective display surfaces. Although the two reflective LCDs 2a and 2b are driven by a drive circuit (not shown), if a drive signal to the reflective LCDs 2a and 2b is controlled in accordance with the amount of shift, FIG.
As shown in (b), the image 19 corresponding to the image width 18a
a and the image 19b corresponding to the image width 18b are visually recognized by the user's eyes 7 as a continuous horizontally long image. FIG.
The width 20 in (b) is the relative shift amount in this case.

【0026】このように、本形態の特徴は、異なるアス
ペクト比の特別な反射型LCDを用いずに、1枚の反射
型LCDによる画像の最大2倍までの間で任意のアスペ
クト比の表示画像を実現できることである。本願におい
ては、反射型LCD2a及び2bが互い違いの方向で配
置されているためこのような移動を可能としており、同
様の理由により最大の2倍までの移動を反射型LCD2
a、2bの額縁基板を意識することなく物理的に可能に
している。また、第一の形態において説明したように、
上述した移動方向であれば、偏光分離手段を配置するた
めに必要となる空間は最低限の増大に抑えることができ
る。
As described above, this embodiment is characterized in that a display image having an arbitrary aspect ratio can be up to twice the image of one reflection type LCD without using a special reflection type LCD having a different aspect ratio. Can be realized. In the present application, such movement is possible because the reflection type LCDs 2a and 2b are arranged in alternate directions, and for the same reason, the movement up to twice the maximum is performed by the reflection type LCD 2a.
The frame substrates a and 2b are physically enabled without being aware of them. Also, as described in the first embodiment,
With the movement direction described above, the space required for arranging the polarization separation means can be suppressed to a minimum increase.

【0027】なお、本形態においては、本願の主目的で
ある明るさの向上に対しては、画像19aと画像19b
との重なり部分のみが有効である。また、特定のアスペ
クト比に固定されたディスプレイとしても、アスペクト
比可変型ディスプレイとしてもよく、後者においては、
移動する反射型LCDはどちらか一方でも双方でもよ
い。しかし、一方は使用者の眼前に固定とし、他方を使
用者の顔に対して外側方向に移動できるようにすると、
アスペクト比可変型ディスプレイとしては望ましい。
In this embodiment, the image 19a and the image 19b
Only the overlapping part with is valid. Also, the display may be fixed to a specific aspect ratio or may be a variable aspect ratio display.
One or both of the moving reflective LCDs may be used. However, if one is fixed in front of the user's eyes and the other can be moved outward with respect to the user's face,
It is desirable as a display with a variable aspect ratio.

【0028】(第三の形態)図5及び図6は本発明の第
三の形態を表す光学系の側面図であり、共に本発明の画
像表示手段5を用いたシースルー型の頭部装着型表示装
置の実施例である。
(Third Embodiment) FIGS. 5 and 6 are side views of an optical system showing a third embodiment of the present invention, and are both see-through type head mounted type using the image display means 5 of the present invention. 9 is an example of a display device.

【0029】シースルー型とは、図5におけるハーフミ
ラー21や図6におけるハーフミラー22を使用者の眼
7の直前に配置して虚像形成光学系1の光路を折り曲げ
ることによって、画像表示手段5からの画像光と使用者
の前方向の外景の光とを同時に使用者に視認させる頭部
装着型表示装置である。すなわち、ハーフミラー21あ
るいはハーフミラー22は、虚像形成光学系1からの画
像光を反射すると共に使用者の前方向の外景からの光を
透過することによって、両者を使用者の眼7に入射させ
るための画像合成手段として機能する。
In the see-through type, the half mirror 21 shown in FIG. 5 or the half mirror 22 shown in FIG. This is a head-mounted display device that allows the user to simultaneously visually recognize the image light and the light of the outside scenery in the forward direction of the user. That is, the half mirror 21 or the half mirror 22 reflects the image light from the virtual image forming optical system 1 and transmits the light from the outside scene in the front direction of the user, thereby causing both to enter the eye 7 of the user. Functioning as an image synthesizing means.

【0030】図5は、図1と同様に拡大光学手段として
レンズ6を用いたもので、レンズ6と使用者の眼7との
間にハーフミラー21を配置している。ハーフミラー2
1は例えば反射率、透過率共に50%の特性を有し、従
って画像表示手段5から出射した画像光のうち50%の
光がハーフミラー21によって反射されて使用者の眼7
に入射される。また、使用者の前方向の外景からの光の
うち50%の光がハーフミラー21によって透過されて
使用者の眼7に入射される。
FIG. 5 uses a lens 6 as the magnifying optical means as in FIG. 1, and a half mirror 21 is arranged between the lens 6 and the eye 7 of the user. Half mirror 2
Reference numeral 1 denotes, for example, a characteristic in which both the reflectance and the transmittance are 50%, so that 50% of the image light emitted from the image display means 5 is reflected by the half mirror 21 and the eye 7 of the user.
Is incident on. Further, 50% of the light from the outside scene in the front direction of the user is transmitted by the half mirror 21 and enters the user's eye 7.

【0031】使用者はこの両画像を同時に視認すること
になるが、画像光と外景光との相対的な明るさやコント
ラスト、解像度などは両画像の主体性と視認性に影響す
る。本発明では、第一の形態において説明したように、
光の損失が少なく照明光を極めて効率的に画像光として
使用者に視認させることを主目的に、画像光のコントラ
ストや解像度の向上も可能とするものである。従って、
画像光の視認性の点で外景光に対して優位になるため、
外景画像がある程度明るくなっても安定した画像視認が
可能となる。
The user visually recognizes both images at the same time, but the relative brightness, contrast, resolution, and the like between the image light and the outside scenery light affect the subjectivity and visibility of both images. In the present invention, as described in the first embodiment,
The object of the present invention is to improve the contrast and resolution of image light mainly for the purpose of causing a user to visually recognize illumination light as image light very efficiently with little loss of light. Therefore,
Because it has an advantage over outside scenery light in terms of visibility of image light,
Even if the outside scene image becomes brighter to some extent, stable image recognition becomes possible.

【0032】図6は、拡大光学手段として凹面鏡23を
用いたもので、図5におけるハーフミラー21とは側面
視において90°回転した状態でハーフミラー22が配
置される。また、凹面鏡23は、ハーフミラー22を挟
み画像表示手段5と対面するように配置される。凹面鏡
23は、反射光学系を形成し、光学的な収差を軽減する
目的で用いられる。
FIG. 6 shows a configuration in which a concave mirror 23 is used as the magnifying optical means. The half mirror 22 is arranged in a state rotated by 90 ° from the half mirror 21 in FIG. The concave mirror 23 is arranged so as to face the image display means 5 with the half mirror 22 interposed therebetween. The concave mirror 23 is used for forming a reflection optical system and reducing optical aberrations.

【0033】画像表示手段5を出射した画像光は、ハー
フミラー22を透過し、凹面鏡23によって屈折作用を
受けた後ハーフミラー22によって反射されて使用者の
眼7に入射する。従って、ハーフミラー22を2回経由
するために図5の光学系に比べて画像光の明るさは低下
するものの、従来の同形式の光学系に比べると明るさの
点でなお有利である。
The image light emitted from the image display means 5 is transmitted through the half mirror 22, is refracted by the concave mirror 23, is reflected by the half mirror 22, and enters the user's eye 7. Accordingly, although the brightness of the image light is reduced as compared with the optical system of FIG. 5 because the light passes through the half mirror 22 twice, it is still more advantageous in terms of brightness than the conventional optical system of the same type.

【0034】ところで、図6では凹面鏡23をハーフミ
ラー22を介して画像表示手段5と対面する場合につい
て述べたが、ハーフミラー22を介して使用者の眼7と
対面するように配置することも可能である。
FIG. 6 shows the case where the concave mirror 23 faces the image display means 5 via the half mirror 22. However, the concave mirror 23 may be arranged so as to face the user's eye 7 via the half mirror 22. It is possible.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の頭部装着
型表示装置は、画像を形成するための表示素子として2
枚の反射型表示素子を用い、2つの偏光光に分離された
照明光によって対応する反射型表示素子を照明し、それ
ぞれから得られた画像光を再度合成して使用者の眼に入
射させる構成であるため、照明光を極めて効率的に画像
光として使用者に視認させることができる。また、偏光
分離手段が照明光を直線偏光に変換する役割と、戻って
きた画像光を検光する役割とを兼ねるため、従来の偏光
手段が不要となり、そこでの光損失も防止できる。さら
に、逆の見方をすれば、従来よりも低パワーの照明手段
により従来と同等の明るさの画像を得られるため、頭部
装着型表示装置も低パワー化が可能である。
As described above, the head-mounted display device of the present invention has two elements as a display element for forming an image.
A configuration in which two reflective light-emitting elements are used to illuminate a corresponding reflective light-emitting element with illumination light separated into two polarized lights, and image light obtained from each of the light is combined again to be incident on a user's eye. Therefore, the user can visually recognize the illumination light as image light extremely efficiently. In addition, since the polarization splitting unit has a function of converting the illumination light into linearly polarized light and a function of detecting the returned image light, the conventional polarizing unit is unnecessary, and light loss there can be prevented. Further, from the opposite point of view, an image having the same brightness as that of the related art can be obtained by the illumination unit having a lower power than the related art, so that the power of the head mounted display device can be reduced.

【0036】その際、2枚の反射型表示素子のそれぞれ
の外形の長辺同士が平行となるように配置したため、偏
光分離手段を配置するために必要となる空間が小型化さ
れ、すなわち頭部装着型表示装置を小型化することがで
きる。
At this time, since the two reflective display elements are arranged such that the long sides thereof are parallel to each other, the space required for arranging the polarization separating means is reduced, that is, The size of the wearable display device can be reduced.

【0037】また、2枚の反射型表示素子を、その表示
面を含む平面内において相互にずらして配置することに
よって、最終的に表示される画像の解像度を高めること
もできる。
By arranging the two reflective display elements so as to be shifted from each other in a plane including the display surface, the resolution of the finally displayed image can be increased.

【0038】また、同様にして2枚の反射型表示素子を
使用者に対する左右の方向に相互にずらすことにより、
異なるアスペクト比の特別な反射型LCDを用いずに、
1枚の反射型LCDによる画像の最大2倍までの間で任
意のアスペクト比の表示画像を実現することもできる。
Similarly, by shifting the two reflective display elements mutually in the left and right directions with respect to the user,
Without using special reflective LCD of different aspect ratio,
It is also possible to realize a display image having an arbitrary aspect ratio up to twice the image of one reflection type LCD.

【0039】さらに、画像表示手段と使用者の眼との間
に画像合成手段を配置することによって、画像光の視認
性に優れるシースルー光学系を簡単に実現することもで
きる。その際、画像表示手段からの画像光が明るいた
め、外景画像がある程度明るくなっても安定した画像視
認が可能である。
Further, by disposing the image synthesizing means between the image display means and the eyes of the user, it is possible to easily realize a see-through optical system having excellent visibility of image light. At this time, since the image light from the image display means is bright, stable image recognition is possible even if the outside scene image becomes bright to some extent.

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

【図1】 本発明の第一の形態を表す光学系の側面図。FIG. 1 is a side view of an optical system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第一の形態を表す光学系の斜視図。FIG. 2 is a perspective view of an optical system according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の第一の形態における表示画像の部分
拡大図。
FIG. 3 is a partially enlarged view of a display image according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第二の形態を表す光学系の説明図で
あり、(a)が斜視図、(b)が使用者に視認される画
像の説明図。
4A and 4B are explanatory diagrams of an optical system according to a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 4A is a perspective view and FIG. 4B is an explanatory diagram of an image visually recognized by a user.

【図5】 本発明の第三の形態を表す光学系の側面図。FIG. 5 is a side view of an optical system according to a third embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の第三の形態を表す光学系の側面図。FIG. 6 is a side view of an optical system according to a third embodiment of the present invention.

【図7】 従来技術を表す光学系の側面図。FIG. 7 is a side view of an optical system showing a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 虚像形成光学系 2 反射型LCD 3 平面蛍光管 4 偏光ビームスプリッター 5 画像表示手段 6 レンズ 7 使用者の眼 8 視軸 9 照明光 10 画像光 11 寸法 12 寸法 13 寸法 14 寸法 15 偏光ビームスプリッター 16 平面蛍光管 17 矢印 18 画像幅 19 画像 20 幅 21 ハーフミラー 22 ハーフミラー 23 凹面鏡 24 照明手段 25 ハーフミラー 26 反射型LCD 27 拡大凹面鏡 28 使用者の眼 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Virtual image formation optical system 2 Reflection type LCD 3 Planar fluorescent tube 4 Polarization beam splitter 5 Image display means 6 Lens 7 User's eye 8 Visual axis 9 Illumination light 10 Image light 11 Dimension 12 Dimension 13 Dimension 14 Dimension 15 Polarization beam splitter 16 Flat fluorescent tube 17 Arrow 18 Image width 19 Image 20 Width 21 Half mirror 22 Half mirror 23 Concave mirror 24 Illumination means 25 Half mirror 26 Reflective LCD 27 Enlarged concave mirror 28 User's eye

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】使用者の頭部に装着される頭部装着型表示
装置であって、反射光により画像を表示する2枚の反射
型表示素子と、該反射型表示素子を照明するための照明
手段と、該照明手段からの照明光を互いに振動方向が直
交する2つの偏光光に分離するための偏光分離手段とか
ら構成される画像表示手段と、該画像表示手段からの画
像の拡大された虚像が前記使用者の眼によって観察され
るように前記画像光を屈折させる拡大光学手段とを備
え、前記照明手段からの照明光から前記偏光分離手段に
よって分離された前記一方の偏光光を前記一方の反射型
表示素子に入射させ、前記他方の偏光光を前記他方の反
射型表示素子に入射させると共に、それぞれの反射型表
示素子から反射された2つの画像光を前記偏光分離手段
によって再び合成して前記拡大光学手段に入射させるよ
うに、前記照明手段、偏光分離手段、反射型表示素子、
拡大光学手段が配置されたことを特徴とする頭部装着型
表示装置。
1. A head mounted display device mounted on a user's head, comprising: two reflective display elements for displaying an image by reflected light; and a light source for illuminating the reflective display elements. Image display means comprising illumination means, and polarization separation means for separating illumination light from the illumination means into two polarized lights whose vibration directions are orthogonal to each other; and an image from the image display means is enlarged. Magnifying optical means for refracting the image light so that the virtual image is observed by the eyes of the user, and the one polarized light separated by the polarization separating means from the illumination light from the illumination means. The light is made incident on one of the reflective display elements, the other polarized light is made incident on the other reflective display element, and the two image lights reflected from the respective reflective display elements are combined again by the polarization separation means. I The expansion so as to be incident on the optical unit, the illuminating means, the polarization separating means, reflection type display device,
A head-mounted display device, wherein an enlargement optical unit is arranged.
【請求項2】請求項1記載の頭部装着型表示装置であっ
て、前記2枚の反射型表示素子は、それぞれの外形の長
辺同士が、該装置を前記使用者の頭部に装着した時の、
前記使用者に対する左右の方向で平行となるように配置
されたことを特徴とする頭部装着型表示装置。
2. The head-mounted display device according to claim 1, wherein the two reflection-type display elements are mounted on the head of the user such that the long sides of each outer shape are opposite to each other. When
A head-mounted display device, wherein the display device is arranged so as to be parallel in the left and right directions with respect to the user.
【請求項3】請求項1記載の頭部装着型表示装置であっ
て、前記2枚の反射型表示素子は、該反射型表示素子の
表示面を含む平面内において、相互にずらされて配置さ
れたことを特徴とする頭部装着型表示装置。
3. The head-mounted display device according to claim 1, wherein the two reflective display elements are arranged so as to be shifted from each other in a plane including a display surface of the reflective display element. A head-mounted display device characterized by being performed.
【請求項4】請求項1記載の頭部装着型表示装置であっ
て、前記2枚の反射型表示素子は、該反射型表示素子の
表示面を含む平面内において、該装置を前記使用者の頭
部に装着した時の、前記使用者に対する左右の方向に相
互にずらされて配置されたことを特徴とする頭部装着型
表示装置。
4. The head-mounted display device according to claim 1, wherein the two reflective display elements are arranged such that the two reflective display elements are mounted on a plane including a display surface of the reflective display element. A head-mounted display device, wherein the head-mounted display device is arranged so as to be shifted from each other in the left-right direction with respect to the user when worn on the head.
【請求項5】請求項1記載の頭部装着型表示装置であっ
て、前記画像表示手段と前記使用者の眼との間に、前記
画像光を反射し前記使用者の前方から入射する外景から
の光を透過して両者を前記使用者の眼に入射させるため
の画像合成手段を更に有することを特徴とする頭部装着
型表示装置。
5. The head mounted display device according to claim 1, wherein the image light is reflected between the image display means and the user's eyes and is incident from the front of the user. A head-mounted display device, further comprising an image synthesizing means for transmitting light from the camera and causing the light to enter both eyes of the user.
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