JPH11326818A - Head-mounted display device and magnified picture producing method - Google Patents
Head-mounted display device and magnified picture producing methodInfo
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- JPH11326818A JPH11326818A JP13234298A JP13234298A JPH11326818A JP H11326818 A JPH11326818 A JP H11326818A JP 13234298 A JP13234298 A JP 13234298A JP 13234298 A JP13234298 A JP 13234298A JP H11326818 A JPH11326818 A JP H11326818A
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Abstract
Description
【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
して使用される頭部装着型表示装置及びそのような頭部
装着型表示装置で表示すべき拡大画像を生成するための
拡大画像生成方法に関し、特に内部の光学系にハーフミ
ラーを使用した頭部装着型表示装置及びハーフミラーを
使用して拡大画像を生成するための拡大画像生成方法に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a head-mounted display device used by being mounted on a user's head, and an enlargement for generating an enlarged image to be displayed on such a head-mounted display device. More particularly, the present invention relates to a head-mounted display device using a half mirror for an internal optical system and an enlarged image generating method for generating an enlarged image using a half mirror.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、バーチャルリアリティなどの臨場
感を高めるために、頭部装着型表示装置が用いられてい
る。頭部装着型表示装置は、リングとディスプレイ部と
で基本的に構成され、リングを頭部に掛けることで、ち
ょうど眼鏡を掛けている感覚で装着するようになってい
る。そして、コンピュータグラフィックスやビデオ装置
から入力された映像を、眼鏡のレンズに当たる部分に写
し出す。映し出された映像は、２メートル先の虚像とし
て利用者の視界に入る。これにより、利用者は、あたか
も２ｍ先に５０インチの大迫力画面を見ているように体
感することができる。2. Description of the Related Art In recent years, head-mounted display devices have been used to enhance the sense of reality such as virtual reality. The head-mounted display device is basically composed of a ring and a display unit, and is worn just like wearing glasses by putting the ring on the head. Then, an image input from computer graphics or a video device is displayed on a portion corresponding to the lens of the glasses. The projected image enters the user's view as a virtual image two meters away. This allows the user to feel as if he / she is looking at a 50-inch powerful screen 2 m ahead.
【０００３】図６は、従来の頭部装着型表示装置の光学
系を示す図である。頭部装着型表示装置では、ビデオ装
置等からの画像情報を表示するのには、液晶表示パネル
（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）１１を用いてい
る。このＬＣＤ１１の画像表示面の正面に、ハーフミラ
ー１２が配置されている。ハーフミラー１２は、ＬＣＤ
１１から出射される光の軸に対し、傾けて配置されてい
る。ハーフミラー１２で反射される光の光路上には、凹
面ミラー１３が配置されている。この凹面ミラー１３
は、ハーフミラー１２に正対している。また、凹面ミラ
ー１３の焦点距離は、ＬＣＤ１１から凹面ミラー１３ま
での光路長よりも長い。FIG. 6 is a diagram showing an optical system of a conventional head-mounted display device. In the head mounted display device, a liquid crystal display panel (LCD: Liquid Crystal Display) 11 is used to display image information from a video device or the like. A half mirror 12 is arranged in front of the image display surface of the LCD 11. The half mirror 12 is an LCD
It is arranged to be inclined with respect to the axis of the light emitted from 11. On the optical path of the light reflected by the half mirror 12, a concave mirror 13 is arranged. This concave mirror 13
Faces the half mirror 12. The focal length of the concave mirror 13 is longer than the optical path length from the LCD 11 to the concave mirror 13.
【０００４】このような構成の頭部装着型表示装置にお
いて、ＬＣＤ１１に画像が表示されると、その画像の光
２１が、ハーフミラー１２に投射される。ハーフミラー
１２に投射された光２１は、ハーフミラー１２の表面で
反射され、凹面ミラー１３の方向へ進む光２２となる。
凹面ミラー１３に達した光２２は、凹面ミラー１３で反
射され、ハーフミラー１２の方向へ進む光２３となる。
この際、凹面ミラー１３の焦点距離がＬＣＤ１１から凹
面ミラー１３までの光路長よりも長いことから、拡大さ
れた虚像が生成される。凹面ミラー１３で反射された光
２３は、ハーフミラー１２を透過し、頭部装着型表示装
置の外部への出射光２４となる。そして、利用者は、出
射光２４を見ることで拡大された虚像を視認することが
できる。In the head-mounted display device having such a configuration, when an image is displayed on the LCD 11, light 21 of the image is projected on the half mirror 12. The light 21 projected on the half mirror 12 is reflected on the surface of the half mirror 12 and becomes light 22 traveling in the direction of the concave mirror 13.
The light 22 that has reached the concave mirror 13 is reflected by the concave mirror 13 and becomes light 23 traveling in the direction of the half mirror 12.
At this time, since the focal length of the concave mirror 13 is longer than the optical path length from the LCD 11 to the concave mirror 13, an enlarged virtual image is generated. The light 23 reflected by the concave mirror 13 is transmitted through the half mirror 12 and becomes emitted light 24 to the outside of the head mounted display. Then, the user can visually recognize the enlarged virtual image by looking at the emitted light 24.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のような
光学系では、ゴーストが生じるという問題がある。ゴー
ストが発生してしまうのは、以下に示す光路を通る光が
存在するためである。なお、以下の説明において、ハー
フミラー１２のＬＣＤ側の面を表側とする。However, the conventional optical system has a problem that a ghost is generated. The ghost is generated because there is light passing through the following optical path. In the following description, the surface of the half mirror 12 on the LCD side is referred to as the front side.
【０００６】図７は、ゴーストを発生させる第１の光路
を示す図である。ＬＣＤ１１が表示した画像の光３１
は、ハーフミラー１２の内部に入射し、裏側の面で反射
する。裏面で反射した光３２は、凹面ハーフミラー１３
に達し、そこで反射する。凹面ハーフミラー１３で反射
された光３３は、ハーフミラー１２を透過し、外部への
出射光３４となる。以後、このような光路の光を、第１
のゴースト光と呼ぶ。FIG. 7 is a diagram showing a first optical path for generating a ghost. Light 31 of the image displayed by LCD 11
Is incident on the inside of the half mirror 12 and is reflected on the back surface. The light 32 reflected on the back surface is reflected by the concave half mirror 13.
And it reflects there. The light 33 reflected by the concave half mirror 13 is transmitted through the half mirror 12 and becomes the outgoing light 34 to the outside. Hereinafter, the light of such an optical path is
Called ghost light.
【０００７】図８は、ゴーストを発生させる第２の光路
を示す図である。ＬＣＤ１１が表示した画像の光４１
は、ハーフミラー１２の表面で反射される。表面で反射
された光４２は、凹面ハーフミラー１３に達し、そこで
反射する。凹面ハーフミラー１３で反射された光４３
は、ハーフミラー１２の内部へ入射する。そして、ハー
フミラーの裏面で反射する。裏面で反射した光４４は、
再度表面で反射され、出射光４５となる。以後、このよ
うな光路の光を、第２のゴースト光と呼ぶ。FIG. 8 is a diagram showing a second optical path for generating a ghost. Light 41 of the image displayed by LCD 11
Is reflected on the surface of the half mirror 12. The light 42 reflected on the surface reaches the concave half mirror 13 and is reflected there. Light 43 reflected by concave half mirror 13
Enters the half mirror 12. Then, the light is reflected on the back surface of the half mirror. The light 44 reflected on the back surface is
The light is reflected again by the surface and becomes the output light 45. Hereinafter, such light on the optical path is referred to as second ghost light.
【０００８】このように、ハーフミラー１２の裏側反射
に起因して、正常な光路以外に２通りの光路が存在す
る。その結果ゴーストが発生し、利用者が視認する画像
の品質が落ちていた。As described above, due to the reflection on the back side of the half mirror 12, there are two types of optical paths other than the normal optical path. As a result, a ghost occurs, and the quality of the image visually recognized by the user is degraded.
【０００９】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、ゴーストの無い高品質の画像を見せることの
できる頭部装着型表示装置を提供することを目的とす
る。また、本発明の他の目的は、ゴーストの無い高品質
の拡大画像を生成するための拡大画像生成方法に関す
る。The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a head-mounted display device capable of showing a high-quality image without a ghost. Another object of the present invention relates to an enlarged image generation method for generating a high-quality enlarged image without ghost.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、使用者の頭部に装着して使用される頭部
装着型表示装置において、画像を表示する画像表示部
と、前記画像表示部の表示する画像の光を表側の面で反
射するように配置されたハーフミラーと、前記ハーフミ
ラーの裏側に配置された偏光フィルタと、前記ハーフミ
ラーから見て前記偏光フィルタの後方に配置された１／
４λ板と、前記画像表示部で表示された画像が前記ハー
フミラーで反射された場合の光の光路上に、前記ハーフ
ミラーに正対して配置された凹面ミラーと、を有するこ
とを特徴とする頭部装着型表示装置が提供される。According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, in a head-mounted display device used by being mounted on a user's head, an image display unit for displaying an image, A half mirror arranged to reflect the light of the image displayed by the image display unit on the front side surface, a polarizing filter arranged on the back side of the half mirror, and behind the polarizing filter as viewed from the half mirror. Arranged 1 /
A 4λ plate, and a concave mirror disposed on an optical path of light when an image displayed on the image display unit is reflected by the half mirror, facing the half mirror. A head mounted display is provided.
【００１１】このような頭部装着型表示装置によれば、
画像表示部に表示された画像はハーフミラーに照射され
る。照射された光は、ハーフミラーの表側の面で反射す
る光と透過する光とに分かれる。このとき、ハーフミラ
ーを透過した光は、偏光フィルタで一定の偏光面を有す
る直線偏光に変換される。そして、１／４λ板に入射
し、一部の光が１／４λ板の裏面で反射され、再度偏光
フィルタに入射する。この光は、１／４λ板を往復した
ことにより偏光面が９０度回転している。そのため、偏
光フィルタを透過できず、吸収される。一方、ハーフミ
ラーの表側の面で反射した光は、凹面ミラーの方向へ進
み、凹面ミラーで反射されることにより、拡大虚像を生
成する。凹面ミラーで反射された光は、ハーフミラー入
射する。そして、ハーフミラー、偏光フィルタ、及び１
／４λ板と透過し出射する光と、１／４λ板の裏面で反
射する光とに分かれる。１／４λ板の裏面で反射した光
は、再度１／４λ板を透過し偏光フィルタに入射する。
この光は、凹面ミラーで反射されてから一度偏光フィル
タを通り、その後１／４λ板を往復していることから、
偏光フィルタを通った際の偏光面から９０度回転してい
る。そのため、１／４λ板の裏面で反射した光は、偏光
フィルタを透過することができず、吸収される。According to such a head mounted display device,
The image displayed on the image display unit is irradiated on a half mirror. The irradiated light is divided into light reflected on the front surface of the half mirror and light transmitted therethrough. At this time, the light transmitted through the half mirror is converted into linearly polarized light having a certain polarization plane by the polarizing filter. Then, the light enters the ４λ plate, and a part of the light is reflected on the back surface of the λλ plate and again enters the polarizing filter. This light has its polarization plane rotated by 90 degrees due to reciprocation on the ４λ plate. Therefore, the light cannot pass through the polarizing filter and is absorbed. On the other hand, the light reflected on the front surface of the half mirror travels toward the concave mirror, and is reflected by the concave mirror, thereby generating an enlarged virtual image. The light reflected by the concave mirror enters a half mirror. And a half mirror, a polarizing filter, and 1
The light is divided into light that passes through and emits from the 出 射 λ plate and light that is reflected by the back surface of the λλ plate. The light reflected on the back surface of the ４λ plate again passes through the ４λ plate and enters the polarizing filter.
This light is reflected by the concave mirror, passes through the polarizing filter once, and then reciprocates on the 1 / 4λ plate.
It is rotated 90 degrees from the plane of polarization when passing through the polarizing filter. Therefore, the light reflected on the back surface of the λλ plate cannot be transmitted through the polarizing filter and is absorbed.
【００１２】また、上記課題を解決するために、使用者
の頭部に装着して使用される頭部装着型表示装置で表示
すべき拡大画像を生成するための拡大画像生成方法おい
て、前記画像表示部の表示する光を表側の面で反射する
ように配置されたハーフミラー、前記ハーフミラーの裏
側に配置された偏光フィルタ、及び前記ハーフミラーか
ら見て前記偏光フィルタの後方に配置された１／４λ板
からなるハーフミラー部によって、表示すべき画像を反
射し、前記ハーフミラー部で反射された光を凹面ミラー
によって、前記ハーフミラー部に向かって反射すること
で、前記画像の拡大虚像を生成する、ことを特徴とする
拡大画像生成方法が提供される。According to another aspect of the present invention, there is provided an enlarged image generating method for generating an enlarged image to be displayed on a head mounted display used by being mounted on a user's head. A half mirror arranged to reflect light displayed by the image display unit on the front side surface, a polarizing filter arranged on the back side of the half mirror, and arranged behind the polarizing filter as viewed from the half mirror. An image to be displayed is reflected by a half mirror section composed of a λλ plate, and light reflected by the half mirror section is reflected toward the half mirror section by a concave mirror, thereby forming an enlarged virtual image of the image. Is generated, and an enlarged image generating method is provided.
【００１３】この拡大画像生成方法によれば、画像表示
部の表示する光のうち、ほとんどの光はハーフミラーの
表側の面で反射されるが、一部の光はハーフミラーを透
過する。ハーフミラーの表側の面で反射されず透過した
光は、偏光フィルタを透過した後、その一部が１／４λ
板の裏側の面で反射され、偏光フィルタに戻される。偏
光フィルタに戻された光は、偏光フィルタを透過したと
きの直線偏光から偏光面が９０度回転した直線偏光とな
っている。従って、偏光フィルタに入射された際に吸収
される。また、凹面ミラーで反射された光は、ハーフミ
ラーに入射する。ハーフミラーに入射した光は、ハーフ
ミラー、偏光フィルタを透過する。そして、多くの光は
１／４λ板を透過して出射光となるが、その一部は１／
４λ板の裏面で反射する。１／４λ板の裏面で反射した
光は、１／４λ板を通り再度偏光フィルタに入射する。
この光は、１／４λ板を往復することで偏光面が９０度
回転した後、再度偏光フィルタに入射するため、偏光フ
ィルタで吸収される。According to this enlarged image generation method, most of the light displayed by the image display unit is reflected by the front surface of the half mirror, but a part of the light is transmitted through the half mirror. A part of the light transmitted through the polarizing filter after being reflected without being reflected by the front surface of the half mirror is partially １ ／ λ.
The light is reflected on the back surface of the plate and returned to the polarizing filter. The light returned to the polarizing filter is a linearly polarized light whose polarization plane is rotated by 90 degrees from the linearly polarized light transmitted through the polarizing filter. Therefore, the light is absorbed when the light enters the polarizing filter. The light reflected by the concave mirror enters the half mirror. Light incident on the half mirror passes through the half mirror and the polarizing filter. Most of the light is transmitted through the １ ／ λ plate and becomes outgoing light.
The light is reflected on the back surface of the 4λ plate. The light reflected on the back surface of the λλ plate passes through the λλ plate and enters the polarizing filter again.
This light is incident on the polarization filter again after the polarization plane is rotated by 90 degrees by reciprocating through the ４λ plate, and is thus absorbed by the polarization filter.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明の頭部装着型表示
装置の光学系を示す図である。本発明の頭部装着型表示
装置において、ＬＣＤ１の画像表示面の正面には、ハー
フミラー部２が、ＬＣＤ１から出射された光を利用者の
視線前方へ反射するような角度で配置されている。この
ハーフミラー部２は、３層構造となっている。各層を形
成しているのは、ＬＣＤ１に近いほうから、ハーフミラ
ー２ａ、偏光フィルタ２ｂ、１／４λ板２ｃである。ハ
ーフミラー部２で反射される光の進路には、凹面ミラー
３が配置されている。この凹面ミラー３は、ハーフミラ
ー部２に正対している。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an optical system of a head-mounted display device according to the present invention. In the head-mounted display device of the present invention, the half mirror unit 2 is disposed at the front of the image display surface of the LCD 1 at an angle such that light emitted from the LCD 1 is reflected forward of the user's line of sight. . The half mirror section 2 has a three-layer structure. Forming each layer is a half mirror 2a, a polarizing filter 2b, and a か ら λ plate 2c from the side closer to the LCD 1. A concave mirror 3 is arranged on the path of light reflected by the half mirror unit 2. This concave mirror 3 faces the half mirror section 2.
【００１５】このような構成の光学系において、利用者
に見せるべき画像は、次のような光路で伝搬する。ＬＣ
Ｄ１で表示された画像の光４ａは、ハーフミラー部２の
前面で反射される。反射された光４ｂは、凹面ミラー３
で反射される。反射された光４ｃは、ＬＣＤ１が表示し
た画像の拡大虚像を表す。凹面ミラー３で反射された光
４ｃはハーフミラー部２に入射し、ハーフミラー２ａ、
偏光フィルタ２ｂ、及び１／４λ板２ｃを透過し、出射
光４ｄとなる。利用者は、この出射光４ｄを見ること
で、ＬＣＤ１に表示された画像の拡大虚像を見ることが
できる。In the optical system having such a configuration, an image to be shown to a user propagates in the following optical path. LC
The light 4a of the image displayed by D1 is reflected on the front surface of the half mirror unit 2. The reflected light 4b is reflected by the concave mirror 3
Is reflected by The reflected light 4c represents an enlarged virtual image of the image displayed by the LCD 1. The light 4c reflected by the concave mirror 3 enters the half mirror unit 2, and is reflected by the half mirror 2a.
The light passes through the polarizing filter 2b and the λλ plate 2c and becomes the outgoing light 4d. The user can see an enlarged virtual image of the image displayed on the LCD 1 by looking at the emitted light 4d.
【００１６】次に、従来発生していたゴースト光の本発
明での光路を説明する。図２は、第１のゴースト光の光
路を示す図である。第１のゴースト光は、ＬＣＤ１から
出た光５ａが、ハーフミラー部２の表面で反射せずに内
部に入射する。そして、ハーフミラー２ａと偏光フィル
タ２ｂとを透過する。ここで、偏光フィルタ２ｂを透過
するのは、一方向の振動方向を持った光束のみであり、
直線偏光となって出射する。偏光フィルタ２ｂを通った
光５ｂは、１／４λ板２ｃに入射し、１／４λ板２ｃの
裏面で反射する。１／４λ板２ｃを通ることにより、直
線偏光中の互いに垂直な成分の位相が１／４λ（λは、
光の波長）だけずれる。そのため、１／４λ板２ｃの裏
面に達したときには、光５ｂは円偏光となっている。Next, the optical path of the ghost light which has been conventionally generated in the present invention will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating an optical path of the first ghost light. As the first ghost light, the light 5a emitted from the LCD 1 enters the inside without reflecting on the surface of the half mirror unit 2. Then, the light passes through the half mirror 2a and the polarization filter 2b. Here, only the light beam having a vibration direction in one direction passes through the polarizing filter 2b,
The light is emitted as linearly polarized light. The light 5b that has passed through the polarizing filter 2b enters the λλ plate 2c and is reflected on the back surface of the ４λ plate 2c. By passing through the 1 / 4λ plate 2c, the phases of the components perpendicular to each other in the linearly polarized light become 1 / 4λ (λ is
(Wavelength of light). Therefore, when the light 5b reaches the back surface of the ４λ plate 2c, the light 5b is circularly polarized.
【００１７】１／４λ板２ｃの裏面で反射した光５ｃは
再度１／４λ板２ｃの中を通り、偏光フィルタ２ｂに入
射する。偏光フィルタ２ｂに入射した光５ｂは、１／４
λ板２ｃを往復しているため、互いに垂直な成分の位相
差は１／２λとなる。位相が１／２λだけずれると、元
の直線偏光に対して偏光面が９０度ずれた直線偏光とな
る。すなわち、１／４λ板２ｃから偏光フィルタ２ｂに
入射する際には、偏光フィルタ２ｂを通過可能な光の振
動面と直交する振動面の直線偏光となっている。そのた
め、光５ｃは、偏光フィルタ２ｂで吸収され消失する。The light 5c reflected on the back surface of the 1 / 4.lambda. Plate 2c passes through the 1 / 4.lambda. Plate 2c again and enters the polarizing filter 2b. The light 5b incident on the polarizing filter 2b is １ ／
Since the component reciprocates in the λ plate 2c, the phase difference between components perpendicular to each other is な る λ. If the phase is shifted by λλ, it becomes a linearly polarized light whose polarization plane is shifted by 90 ° from the original linearly polarized light. That is, when the light enters the polarization filter 2b from the λλ plate 2c, the light is linearly polarized light having a vibration plane orthogonal to the vibration plane of light that can pass through the polarization filter 2b. Therefore, the light 5c is absorbed by the polarizing filter 2b and disappears.
【００１８】図３は、第２のゴースト光の光路を示す図
である。第２のゴースト光は、ＬＣＤ１から出た光６ａ
が、ハーフミラー部２の表面で反射する。反射した光６
ｂは凹面ミラー３で反射し、ハーフミラー部２へ戻され
る。ハーフミラー部２へ戻された光６ｃは、ハーフミラ
ー部２へ入射する。そして、ハーフミラー２ａ、偏光フ
ィルタ２ｂの順で透過する。偏光フィルタ２ｂから出力
される光６ｄは、一定の方向の偏光面を有する直線偏光
である。光６ｄは、１／４λ板２ｃの裏側の面で反射す
る。光６ｄは、１／４λ板２ｃの裏側に達した時点で互
いに直行する２つの成分の位相が１／４λだけずれて、
円偏光になっている。反射された光６ｅは、１／４λ板
２ｃを透過して、偏光フィルタ２ｂに入射する。光６ｅ
は１／４λ板２ｃを透過したことで、さらに位相が１／
４λだけずれ直線偏光となる。この直線偏光は、偏光フ
ィルタ２ｂを透過できる光の偏光面に対して直交する偏
光面を有している。そのため、光６ｅは、偏光フィルタ
２ｂで吸収され消失する。FIG. 3 is a diagram showing an optical path of the second ghost light. The second ghost light is the light 6a emitted from the LCD 1.
Is reflected on the surface of the half mirror section 2. Reflected light 6
b is reflected by the concave mirror 3 and returned to the half mirror unit 2. The light 6c returned to the half mirror unit 2 enters the half mirror unit 2. Then, the light passes through the half mirror 2a and the polarization filter 2b in this order. The light 6d output from the polarizing filter 2b is linearly polarized light having a plane of polarization in a certain direction. The light 6d is reflected on the back surface of the ４λ plate 2c. When the light 6d reaches the back side of the λλ plate 2c, the phases of two components orthogonal to each other are shifted by ４λ,
It is circularly polarized. The reflected light 6e transmits through the １ ／ λ plate 2c and enters the polarizing filter 2b. Light 6e
Is transmitted through the 1 / 4λ plate 2c, and the phase is further reduced by 1 /
It becomes linearly polarized light shifted by 4λ. This linearly polarized light has a polarization plane orthogonal to the polarization plane of light that can pass through the polarization filter 2b. Therefore, the light 6e is absorbed by the polarizing filter 2b and disappears.
【００１９】以上のようにして、２種類のゴースト光を
除去することができる。次に、図１に示したような光学
系を採用した頭部装着型表示装置の全体構造を説明す
る。As described above, two types of ghost light can be removed. Next, the overall structure of the head mounted display device employing the optical system as shown in FIG. 1 will be described.
【００２０】図４は、頭部装着型表示装置の構造を示す
図である。頭部装着型表示装置１００には、バックライ
ト１１０が設けられ、左右にそれぞれ設けられた液晶表
示パネル（ＬＣＤ）１２１，１２２を上方から照明して
いる。ＬＣＤ１２１，１２２は、図示しないビデオ装置
等からの画像を表示する。ＬＣＤ１２１，１２２のう
ち、利用者に対して左側（図中、右側）に設けられたＬ
ＣＤ１２１には左目用の映像が表示され、利用者に対し
て右側（図中、左側）に設けられたＬＣＤ１２２には右
目用の映像が表示される。また、ＬＣＤの画像表示面
（図中、下側の面）には、偏光フィルタが取り付けられ
ている。FIG. 4 is a diagram showing the structure of the head mounted display. The head-mounted display device 100 is provided with a backlight 110, and illuminates liquid crystal display panels (LCDs) 121 and 122 provided on the left and right from above. The LCDs 121 and 122 display images from a video device (not shown) or the like. L of the LCDs 121 and 122 provided on the left side (right side in the figure) for the user.
A left-eye image is displayed on the CD 121, and a right-eye image is displayed on the LCD 122 provided on the right side (left side in the figure) for the user. A polarizing filter is attached to an image display surface (lower surface in the figure) of the LCD.
【００２１】ＬＣＤ１２１、１２２の下側には、ハーフ
ミラー部１３１，１３２が設けられている。ハーフミラ
ー部１３１，１３２は、ＬＣＤ１２１，１２２からの光
を、利用者の前方に向かって反射するように配置されて
いる。ハーフミラー部１３１，１３２は３層構造をして
おり、ＬＣＤ１２１，１２２に近い方からハーフミラ
ー、偏光フィルタ及び１／４λ板の順に配置されてい
る。なお、ハーフミラー部１３１，１３２内の偏光フィ
ルタは、ＬＣＤ１２１，１２２に取り付けられた偏光フ
ィルタと同じ振動方向の光を通すような向きで配置され
ている。Half mirrors 131 and 132 are provided below the LCDs 121 and 122, respectively. The half mirror units 131 and 132 are arranged to reflect light from the LCDs 121 and 122 toward the front of the user. The half mirror units 131 and 132 have a three-layer structure, and are arranged in the order of a half mirror, a polarizing filter, and a λλ plate from the side closer to the LCDs 121 and 122. Note that the polarizing filters in the half mirror portions 131 and 132 are arranged in such a direction as to pass light in the same vibration direction as the polarizing filters attached to the LCDs 121 and 122.
【００２２】ハーフミラー部１３１，１３２から反射さ
れた光の光路上には、ハーフミラー部１３１，１３２に
正対するようにして凹面ハーフミラー１４１，１４２が
設けられている。また、利用者から見て凹面ハーフミラ
ー１４１，１４２の先には、液晶シャッター１５０が設
けられている。この液晶シャッター１５０は、外界から
入射する光の透過量を自由に変更することができる。On the optical path of the light reflected from the half mirror portions 131 and 132, concave half mirrors 141 and 142 are provided so as to face the half mirror portions 131 and 132, respectively. Further, a liquid crystal shutter 150 is provided in front of the concave half mirrors 141 and 142 as viewed from the user. The liquid crystal shutter 150 can freely change the transmission amount of light incident from the outside.
【００２３】図５は、図４に示した頭部装着型表示装置
の光学系を示す図である。これは、図４の頭部装着型表
示装置１００の左目用の光学系の断面図である。この図
を用いて、頭部装着型表示装置１００の作用を説明す
る。なお、右目用の光学系と左目用の光学系とにおける
光の作用は同じであるため、以下の説明では、左目用の
光学系における作用のみを説明する。FIG. 5 is a diagram showing an optical system of the head mounted display shown in FIG. This is a cross-sectional view of the optical system for the left eye of the head-mounted display device 100 in FIG. The operation of the head-mounted display device 100 will be described with reference to FIG. The action of light in the right-eye optical system and the action of light in the left-eye optical system are the same. Therefore, in the following description, only the action in the left-eye optical system will be described.
【００２４】頭部装着型表示装置１００のＬＣＤ１２１
に、情報処理部から送られた画像が表示されると、その
画像はバックライト１１０で図中下側に向かって照らし
出される。その際、ＬＣＤ１２１の下面に取り付けられ
た偏光フィルタ１２１ａによって、一定の振動方向を有
する光だけが出射される。LCD 121 of head-mounted display device 100
Then, when the image sent from the information processing unit is displayed, the image is illuminated by the backlight 110 toward the lower side in the figure. At this time, only light having a certain vibration direction is emitted by the polarizing filter 121a attached to the lower surface of the LCD 121.
【００２５】出射された光は、ハーフミラー部１３１の
表面で反射し、利用者の前方に向かって進む。ハーフミ
ラー部１３１で反射された光は、凹面ハーフミラー１４
１で反射されて、再びハーフミラー１３１に戻される。
凹面ハーフミラー１４１から戻された画像は、ハーフミ
ラー１３１を透過し、利用者の目２０１の網膜に結像す
る。The emitted light is reflected on the surface of the half mirror section 131 and proceeds toward the front of the user. The light reflected by the half mirror section 131 is reflected by the concave half mirror 14.
The light is reflected at 1 and returned to the half mirror 131 again.
The image returned from the concave half mirror 141 passes through the half mirror 131 and forms an image on the retina of the user's eye 201.
【００２６】この時、利用者が見るのは、利用者の前方
に表示される仮想的な画面２０２に表示される虚像であ
る。目２０１で見る画面２０２の大きさは、凹面ハーフ
ミラー１４１で反射した画像が目２０１に入射するとき
の視野角と、目２０１で見ている全視野角の比で感じる
ものである。本実施の形態では、視野角を３０度に設定
しているので、２ｍの虚像距離に換算すると、５２型の
大画面を見ていることになる。At this time, what the user sees is a virtual image displayed on a virtual screen 202 displayed in front of the user. The size of the screen 202 viewed by the eye 201 is felt by the ratio of the viewing angle when the image reflected by the concave half mirror 141 is incident on the eye 201 to the total viewing angle viewed by the eye 201. In the present embodiment, since the viewing angle is set to 30 degrees, when converted to a virtual image distance of 2 m, a 52-inch large screen is viewed.
【００２７】しかも、ハーフミラー部１３１が、ハーフ
ミラー、偏光フィルタ及び１／４λ板の３層構造である
ため、前述のようにゴースト光は偏光フィルタで吸収さ
れる。その結果、利用者は、鮮明な画像を見ることがで
きる。なお、ハーフミラー部１３１中の偏光フィルタ
は、ＬＣＤ１２１に取り付けられた偏光フィルタ１２１
ａと同じ偏光面の光を通すため、ハーフミラー部１３１
に偏光フィルタを取り付けたことによる光量の損失はほ
とんどない。Further, since the half mirror section 131 has a three-layer structure of a half mirror, a polarizing filter and a λλ plate, the ghost light is absorbed by the polarizing filter as described above. As a result, the user can see a clear image. The polarizing filter in the half mirror unit 131 is a polarizing filter 121 attached to the LCD 121.
In order to transmit light of the same polarization plane as that of the half mirror part 131a,
There is almost no loss of light quantity due to the attachment of the polarizing filter.
【００２８】[0028]
【発明の効果】以上説明したように本発明の頭部装着型
表示装置では、ハーフミラーの裏側に偏光フィルタと１
／４λ板とを配置したため、画像表示部で表示された画
像の光がハーフミラーを透過して１／４λ板の裏面で反
射したり、あるいは凹面ミラーから反射した光が１／４
λ板の裏面で反射した場合でも、それらの光は偏光フィ
ルタで吸収される。その結果、ゴーストの発生を防ぐこ
とができる。As described above, in the head-mounted display device of the present invention, the polarizing filter and the one
Since the λλ plate is disposed, the light of the image displayed on the image display unit is transmitted through the half mirror and reflected on the back surface of the ４λ plate, or the light reflected from the concave mirror is reduced by ４.
Even when the light is reflected on the back surface of the λ plate, the light is absorbed by the polarizing filter. As a result, generation of ghost can be prevented.
【００２９】また、本発明の拡大画像生成方法では、ハ
ーフミラー、偏光フィルタ及び１／４λ板からなるハー
フミラー部によって、表示すべき画像を反射するように
したため、ゴーストの発生原因となる光を偏光フィルタ
で吸収することができ、ゴーストのない拡大画像を生成
することができる。In the enlarged image generating method according to the present invention, an image to be displayed is reflected by a half mirror section comprising a half mirror, a polarizing filter and a １ ／ λ plate. A ghost-free enlarged image can be generated that can be absorbed by the polarizing filter.
【図１】本発明の頭部装着型表示装置の光学系を示す図
である。FIG. 1 is a diagram showing an optical system of a head mounted display device of the present invention.
【図２】第１のゴースト光の光路を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an optical path of a first ghost light.
【図３】第２のゴースト光の光路を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an optical path of a second ghost light.
【図４】頭部装着型表示装置の構造を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a structure of a head mounted display device.
【図５】図４に示した頭部装着型表示装置の光学系を示
す図である。5 is a diagram showing an optical system of the head mounted display device shown in FIG.
【図６】従来の頭部装着型表示装置の光学系を示す図で
ある。FIG. 6 is a diagram showing an optical system of a conventional head-mounted display device.
【図７】ゴーストを発生させる第１の光路を示す図であ
る。FIG. 7 is a diagram showing a first optical path for generating a ghost.
【図８】ゴーストを発生させる第２の光路を示す図であ
る。FIG. 8 is a diagram illustrating a second optical path that generates a ghost.
１…ＬＣＤ、２…ハーフミラー部、２ａ…ハーフミラ
ー、２ｂ…偏光フィルタ、２ｃ…１／４λ板、３…凹面
ミラー、４ａ，４ｂ，４ｃ…光、４ｄ…出射光DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... LCD, 2 ... Half mirror part, 2a ... Half mirror, 2b ... Polarization filter, 2c ... 1/4 (lambda) plate, 3 ... Concave mirror, 4a, 4b, 4c ... Light, 4d ... Outgoing light
Claims (3)
装着型表示装置において、 画像を表示する画像表示部と、 前記画像表示部の表示する画像の光を表側の面で反射す
るように配置されたハーフミラーと、 前記ハーフミラーの裏側に配置された偏光フィルタと、 前記ハーフミラーから見て前記偏光フィルタの後方に配
置された１／４λ板と、 前記画像表示部で表示された画像が前記ハーフミラーで
反射された場合の光の光路上に、前記ハーフミラーに正
対して配置された凹面ミラーと、 を有することを特徴とする頭部装着型表示装置。1. A head-mounted display device used by being worn on a user's head, comprising: an image display unit for displaying an image; and light of the image displayed on the image display unit reflected on a front surface. A half mirror, a polarizing filter arranged on the back side of the half mirror, a λλ plate arranged behind the polarizing filter when viewed from the half mirror, and a display on the image display unit. A head-mounted display device comprising: a concave mirror disposed on the optical path of light when the divided image is reflected by the half mirror;
表示部用偏光フィルタが取り付けられた液晶表示パネル
であり、 前記偏光フィルタは、前記表示用偏光フィルタを透過す
る光と同じ振動方向の光を透過するように配置されてい
る、 ことを特徴とする請求項１記載の頭部装着型表示装置。2. The image display unit according to claim 1, wherein the image display unit is a liquid crystal display panel having a display unit polarizing filter attached to a surface displaying an image, wherein the polarizing filter has the same vibration direction as light transmitted through the display polarizing filter. The head-mounted display device according to claim 1, wherein the head-mounted display device is disposed so as to transmit the light.
装着型表示装置で表示すべき拡大画像を生成するための
拡大画像生成方法おいて、 前記画像表示部の表示する光を表側の面で反射するよう
に配置されたハーフミラー、前記ハーフミラーの裏側に
配置された偏光フィルタ、及び前記ハーフミラーから見
て前記偏光フィルタの後方に配置された１／４λ板から
なるハーフミラー部によって、表示すべき画像を反射
し、 前記ハーフミラー部で反射された光を凹面ミラーによっ
て、前記ハーフミラー部に向かって反射することで、前
記画像の拡大虚像を生成する、 ことを特徴とする拡大画像生成方法。3. An enlarged image generation method for generating an enlarged image to be displayed on a head-mounted display device used by being worn on the head of a user, comprising: A half mirror comprising a half mirror arranged so as to reflect on the front surface, a polarizing filter arranged behind the half mirror, and a １ ／ λ plate arranged behind the polarizing filter as viewed from the half mirror. The unit reflects an image to be displayed, and reflects the light reflected by the half mirror unit toward the half mirror unit by a concave mirror, thereby generating an enlarged virtual image of the image. To generate an enlarged image.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13234298A JPH11326818A (en) | 1998-05-14 | 1998-05-14 | Head-mounted display device and magnified picture producing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13234298A JPH11326818A (en) | 1998-05-14 | 1998-05-14 | Head-mounted display device and magnified picture producing method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11326818A true JPH11326818A (en) | 1999-11-26 |
Family
ID=15079105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13234298A Pending JPH11326818A (en) | 1998-05-14 | 1998-05-14 | Head-mounted display device and magnified picture producing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11326818A (en) |
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1998
- 1998-05-14 JP JP13234298A patent/JPH11326818A/en active Pending
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