JPH07318853A - 表示装置及びそれを用いた複眼式表示装置 - Google Patents

表示装置及びそれを用いた複眼式表示装置

Info

Publication number
JPH07318853A
JPH07318853A JP6137949A JP13794994A JPH07318853A JP H07318853 A JPH07318853 A JP H07318853A JP 6137949 A JP6137949 A JP 6137949A JP 13794994 A JP13794994 A JP 13794994A JP H07318853 A JPH07318853 A JP H07318853A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
optical system
display device
eye
display
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6137949A
Other languages
English (en)
Inventor
Tsunefumi Tanaka
常文 田中
Kenji Akiyama
健志 秋山
Norihiro Nanba
則広 難波
Hideki Morishima
英樹 森島
Sadahiko Tsuji
定彦 辻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP6137949A priority Critical patent/JPH07318853A/ja
Priority to US08/450,787 priority patent/US6188521B1/en
Publication of JPH07318853A publication Critical patent/JPH07318853A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0176—Head mounted characterised by mechanical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0132—Head-up displays characterised by optical features comprising binocular systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B2027/0178—Eyeglass type

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外界の風景と画像表示素子上に表示した画像
情報の拡大虚像（表示虚像）を重ね合わせて観察する表
示装置にあって、表示虚像の大きさを可変とし、表示虚
像を重点的に観察したい場合には、これを大画面にして
視認し、外界視野の風景を重点的に観察したい場合には
表示虚像を小さくして外界視野の視認を容易ならしめ
る、高解像の表示装置を提供する。 【構成】 画像表示素子、その上に表示した画像情報を
１次結像する第一の光学系、前記第一の光学系が形成す
る１次結像を拡大虚像に再結像する第二の光学系、より
構成される表示装置であって、前記第一の光学系の結像
倍率が可変であり、倍率変化の際に画像表示素子から１
次結像面までの距離が変化しないことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は観察者の頭部に装着して
画像表示素子に表示された画像情報を観察する表示装置
に関し、特に装置内に設けた液晶画像表示素子等の画像
表示素子に表示された画像情報に基づく光束を観察者の
眼球に導光することにより、該画像情報を拡大した虚像
として観察するようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のテレビジョン表示装置において臨
場感の得られる大きい画面の画像を形成するには大面積
のモニター装置が必要となるが、そのような大画面モニ
ターは高価であり、装置自体も大きく、鑑賞するにも広
いスペースを要する等の問題点が有った。
【０００３】これに対し、例えば特開昭62-127826 号公
報や特開平1-133479号公報等によってこれらの表示装置
の小型化を図る方式が提案されている。これらの提案に
おいては小さな面積の画像表示素子の映像を大画面画像
と等価な虚像に拡大して表示し、これを観察する装置が
提案されている。また、特表平4-501637号公報では左右
の眼に対応した各々の画像表示素子にステレオ記録され
た二つの画像を表示し、光学系で拡大したそれらの虚像
を、観察者の瞳前の小鏡によって観察者の前方に重ねあ
わせ、表示虚像の周囲に外界が視認できるステレオビデ
オイメージディスプレイ装置が提案されている。
【０００４】この他特開平６−３８１４４号公報、特開
平６−４３３９２号公報においても、小型化を図った表
示装置を提案している。
【０００５】この種の装置は小型でありながら大画面で
観察できる利点の他に、移動しながら、あるいは他の作
業をしながら映像を観察できる利点がある。
【０００６】外界の風景と、画像表示素子上に表示した
画像情報を拡大した虚像（以後、表示虚像と呼称する）
の両者を重ねて観察する表示装置では、映像の観察法と
して２つの場合がある。１つは外界の風景か、表示虚像
かのいずれか一方のみを選択的に選んで観察視認する場
合である。この場合は表示虚像を観察者が視認する視野
に大きく表示し、ON/OFF 切り替えスイッチと外界視野
の遮断手段とで以て外界視野と表示虚像とを切り替えて
視認すれば良い。
【０００７】第２の場合は風景の上に表示虚像をスーパ
ーインポーズ式に重ねて観察する場合である。例えば航
空機のパイロット視界の中に種々のメーターや操縦に関
係する記号を重ね合わせるとか、地上の風景の中に建造
物とか彫刻を重ねて風景中に入れるものの効果を評価す
る場合とか、或は外界視野の風景を重点的に観察しなが
ら風景観察に支障をきたさぬ大きさでビデオ画像を鑑賞
する場合である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】外界の風景の中に表示
虚像をスーパーインポーズ式に重ね合わせて観察する表
示装置にあって、表示虚像の大きさを変化させたい、或
はさらに表示虚像の位置も変えたい場合には、画像表示
素子の表示面上で表示に利用している範囲を必要に応じ
て縮小して、表示虚像の大きさを小さくすることも考え
られるが、この場合は画像情報表示にあずかる画像表示
素子の画素数が著しく低減してしまい、画質が不満足に
なる。
【０００９】また、先の特開平６−３８１４４号公報、
特開平６−４３３９２号公報で提案されているものにつ
いては、拡大率変化を大きくしようとすれば、移動部分
の移動量が極めて大きくなり、頭部に装着する表示装置
としては好ましくない。
【００１０】本発明の目的は外界の風景の中に画像表示
素子上に表示した画像情報を拡大した虚像（表示虚像）
を重ね合わせて観察する表示装置にあって、表示虚像を
重点的に観察したい場合には、これを大画面にして重点
的に視認可能であり、外界視野の風景を重点的に観察し
たい場合には表示虚像を小さくして、さらに場合によっ
てはその表示領域をも移動させて外界視野重点の視認を
容易ならしめる、高解像の表示装置もしくは複眼式表示
装置の提供である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の表示装置は、 （１−１） 画像表示素子に表示した画像情報を第一の
光学系で １次結像面に結像し、該１次結像面に結像し
た該画像情報の像を第二の光学系で観察者に拡大虚像と
して表示して観察する際、該第一の光学系は該画像情報
の像の結像倍率を変化させる変倍部を有していることを
特徴としている。
【００１２】特に、 （１−１−１） 前記第一の光学系の変倍部は光軸上を
相対的に移動する少なくとも２つの変倍部分系を有して
いる。
【００１３】（１−１−２） 前記第一の光学系は前記
画像表示素子の前方にフィールドレンズを設けている。
【００１４】（１−１−３） 前記第一の光学系の射出
瞳と前記第二の光学系の入射瞳が略一致している。
【００１５】（１−１−４） 前記第二の光学系はビー
ムコンバイナーを有し、前記観察者は該ビームコンバイ
ナーを介して前記拡大虚像を外界の画像情報と重畳して
観察している。こと等を特徴としている。
【００１６】本発明の複眼式表示装置は、 （１−２） 画像表示素子に表示した画像情報を結像倍
率を変化させる変倍部を有した第一の光学系で １次結
像面に結像し、該１次結像面に結像した該画像情報の像
を第二の光学系で観察者に拡大虚像として表示して観察
する、表示装置を 観察者の左眼用と右眼用の２つ設け
たことを特徴としている。
【００１７】特に、 （１−２−１） 前記左眼用及び右眼用の表示装置は第
一の光学系の中で光軸上を相対的に移動する少なくとも
二つの変倍部分系と夫々の変倍部分系を移動させる移動
手段とを有し、該移動手段により前記左眼用及び右眼用
の表示装置の変倍部分系が同時に且つ同量移動する。
【００１８】（１−２−２） 前記左眼用と右眼用の表
示装置で表示した２つの画像情報は互いに視差がある。
【００１９】（１−２−３） 前記第二の光学系はビー
ムコンバイナーを有し、前記観察者は該ビームコンバイ
ナーを介して前記拡大虚像を外界の画像情報と重畳して
観察している。こと等を特徴としている。
【００２０】更に本発明の表示装置は、 （１−３） 画像表示素子に表示した画像情報を第一の
光学系で １次結像面に結像し、該１次結像面に結像し
た該画像情報の像を第二の光学系で観察者に拡大虚像と
して表示して観察する際、該第一の光学系は該画像情報
の像の結像倍率を変化させる変倍部を有し、その光軸が
該画像表示素子の表示面中心からずれるように配置して
いることを特徴としている。
【００２１】特に、 （１−３−１） 前記第一の光学系の変倍部は光軸上を
相対的に移動する少なくとも２つの変倍部分系を有して
いる。
【００２２】（１−３−２） 前記第一の光学系は前記
画像表示素子の前方にフィールドレンズを設けている。
【００２３】（１−３−３） 前記第一の光学系の射出
瞳と前記第二の光学系の入射瞳が略一致している。
【００２４】（１−３−４） 前記第二の光学系はビー
ムコンバイナーを有し、前記観察者は該ビームコンバイ
ナーを介して前記拡大虚像を外界の画像情報と重畳して
観察している。こと等を特徴としている。
【００２５】更に本発明の複眼式表示装置は、 （１−４） 画像表示素子に表示した画像情報を第一の
光学系で １次結像面に結像し、該１次結像面に結像し
た該画像情報の像を第二の光学系で観察者に拡大虚像と
して表示して観察する際、該第一の光学系は該画像情報
の像の結像倍率を変化させる変倍部を有し、その光軸が
該画像表示素子の表示面中心からずれるように配置して
いる表示装置を観察者の左眼用と右眼用の２つ設けたこ
とを特徴としている。
【００２６】特に、 （１−４−１） 前記第二の光学系はビームコンバイナ
ーを有し、前記観察者は該ビームコンバイナーを介して
前記拡大虚像を外界の画像情報と重畳して観察してい
る。
【００２７】（１−４−２） 前記左眼用表示装置及び
右眼用表示装置の両中心ずれが、共に水平方向で、互い
に逆方向であり、且つ大きさが等しい。こと等を特徴と
している。
【００２８】
【実施例】図1 は本発明の実施例1 の光学系の概略図で
ある。1 は画像表示素子で、本実施例の場合、透過型の
液晶表示素子である。1bは照明手段( バックライト) で
あり、画像表示素子1 を照明している。1dは入力端子、
1cは液晶駆動手段であり、入力端子1dから取り込んだ映
像信号を液晶駆動手段1cが画像表示素子1 上に画像情報
として表示している。2 は第一の光学系であって、変倍
作用を有する変倍光学系（変倍部）2aと画像表示素子1
の前方に配置した第１のフィールドレンズ21、そして１
次結像面30近傍に配置した第２のフィールドレンズ24と
を有している。第一の光学系2 は画像表示素子1 上に表
示された画像情報を 1次結像面30に種々な倍率で１次結
像している。2eは第一の光学系2 の光軸である。3 は第
二の光学系であり、１次結像面30に形成された画像情報
の像を拡大して虚像として観察者の前方に形成すると共
に、１次結像からの光を観察者の瞳 4に導光している。
3eは第二の光学系3 の光軸である。
【００２９】第二の光学系3 は１次結像面30近傍に設け
たフィールドレンズ31、１次結像面30に形成した画像情
報の像を所定倍率で再結像させるリレーレンズ32、リレ
ーレンズ32による像を観察者の前方に表示虚像を形成す
る半透過性の曲面ミラー33そして半透過性の平面ミラー
（ハーフミラー）34とを有している。本実施例において
フィールドレンズ31とリレーレンズ32とでリレー光学系
を構成している。曲面ミラー33と平面ミラー34とで接眼
光学系を構成している。１次結像面30からの光束はフィ
ールドレンズ31、リレ−レンズ32を出た後、平面ミラー
34で曲面ミラー33の方向に反射され、曲面ミラー33で一
部の光束が反射されると共にコリメ−トされて平面ミラ
ー34を透過して観察者の瞳4 に入射している。又、外界
視野からの光は曲面ミラー33と平面ミラー34を透過して
観察者の瞳4 に達している。曲面ミラー33は画像情報の
拡大虚像と外界視野の風景を重ね合わせるビームコンバ
イナーである。以上により観察者は外界視野の風景と共
に、画像表示素子1 に表示された画像情報の拡大した虚
像（表示虚像）を観察している。
【００３０】図2 は図1 の実施例1 中の第一の光学系2
の光学系断面図である。第一の光学系2 は結像倍率が等
倍から0.5 倍の範囲で変倍可能な変倍光学系（変倍部）
2aを有している。図2(A)は第一の光学系2 の結像倍率が
等倍の場合の、図2(B)は第一の光学系の結像倍率が0.5
倍の場合を示しており、夫々画像表示素子1 上の画像情
報を等倍又は0.5 倍の倍率で１次結像面30に１次結像し
ている。同図中、第１のフィールドレンズ21は画像表示
素子1 から射出する光束のうち、主光線が画像表示面に
対しほぼ垂直である光束を変倍光学系2aに取り込む作用
があり、これにより全画面で均一なコントラストと変調
作用を得る。22及び23は変倍部分系であり、これらは光
軸上を関連を以て移動し、物像間距離すなわち画像表示
素子1 から１次結像面30までの結像距離を一定に保ちな
がら結像倍率を変化している。第２のフィールドレンズ
24は、本実施例ではテレセントリックな結像、即ち 1次
結像面30に入射する主光線がどの像高でもほぼ光軸と平
行になるように設定している。第二の光学系3 中のフィ
ールドレンズ31は第一の光学系2 中のフィールドレンズ
21と共同して第二の光学系の入射瞳を第一の光学系の射
出瞳に合致させている。これによって表示素子1 からの
光束を有効に利用している。
【００３１】画像表示素子1 が透過型の液晶表示素子で
ある場合は、画像表示面に垂直な光束を光学系に取り入
れることで画面の輝度ムラがない画像が得られるので、
画像表示素子1 に近接して第一のフィールドレンズ21を
配置するのが好ましい。また、第二の光学系3 へ導かれ
る光束の利用効率を良好にする為には第２のフィールド
レンズ24を配置するのが好ましい。
【００３２】次に本実施例の第一の光学系の数値実施例
を示す。数値実施例においてＲｉは画像表示素子1 側よ
り順に第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉは画像表示
素子1 側より順に第ｉ番目のレンズ厚及び空気間隔、Ｎ
ｉとνｉは各々画像表示素子1 側より順に第ｉ番目のレ
ンズを構成するガラスの屈折率とアッベ数である。
【００３３】本実施例の第一の光学系 R 1= ∞ D 1= 1.92 N 1=1.60311 ν 1
= 60.7 R 2= -28.949 D 2= 可変 R 3= -5.368 D 3= 2.40 N 2=1.64769 ν 2
= 33.8 R 4= -6.268 D 4= 0.10 R 5= 7.847 D 5= 1.96 N 3=1.77250 ν 3
= 49.6 R 6= -21.342 D 6= 0.16 R 7= -15.623 D 7= 0.67 N 4=1.64769 ν 4
= 33.8 R 8= 5.669 D 8= 0.44 R 9= 8.438 D 9= 0.95 N 5=1.77250 ν 5
= 49.6 R10= 14.849 D10= 可変 R11= -14.849 D11= 0.95 N 6=1.77250 ν 6
= 49.6 R12= -8.438 D12= 0.44 R13= -5.669 D13= 0.67 N 7=1.64769 ν 7
= 33.8 R14= 15.623 D14= 0.16 R15= 21.342 D15= 1.96 N 8=1.77250 ν 8
= 49.6 R16= -7.847 D16= 0.10 R17= 6.268 D17= 2.40 N 9=1.64769 ν 9
= 33.8 R18= 5.368 D18= 可変 R19= 28.949 D19= 1.92 N10=1.60311 ν10
= 60.7 R20= ∞
【００３４】
【表１】 図3 及び図4 は本実施例の第一の光学系2 の収差図であ
り、図3 は0.5 倍結像の場合の収差図で、図4 は等倍結
像の場合の収差図である。図中 d線はフラウンホファー
d 線を示し、S.C は正弦条件不満足量、S はサジタルの
像面位置、M はメリジオナルの像面位置を、Y'は１次結
像面30における像高を示す。
【００３５】図5 は本実施例において観察者が視認する
映像の概念図である。即ち観察者がこの表示装置を装着
して前方を観察すると、第一の光学系2 が等倍結像の場
合は図5(A)のように外界の視野10中に表示範囲6aの表示
虚像を視認し、第一の光学系2 が0.5 倍結像の場合は図
5(B)のように、縮小した表示範囲6bを視認している。
【００３６】本表示装置の場合、観察者は表示虚像の大
きさを外界視野10の中で必要に応じて任意に設定してい
る。例えば表示虚像を重点的に見たい場合は表示虚像を
拡大して図5(A)の状態でこれを視認すれば表示虚像を重
点的に視認でき、又外界視野を重点的に見たい場合は表
示虚像を縮小して図5(B)の状態にして視認すれば外界視
野を容易に見ることができる。
【００３７】図6 は本発明の実施例2 の光学系の概略図
である。本実施例は図1 の実施例1に比べて、第一の光
学系2 の第２のフィールドレンズ24と第二の光学系3 の
リレー光学系(31、32) を省略し、第１のフィールドレン
ズ21と変倍光学系（変倍部）2aで１次結像面30に形成し
た画像情報の像を接眼光学系(33、34) で観察者の前方に
拡大した虚像を形成している点が異なっており、その他
の構成は同じである。
【００３８】本実施例においても実施例1 と同様に観察
者は外界視野の風景と共に画像表示素子に表示された画
像情報を拡大した虚像（表示虚像）を観察している。
【００３９】本実施例の場合は第二の光学系3 を２個の
ミラーのみで構成しているので特に軽量小型の表示装置
を達成している。
【００４０】図7 は本発明の実施例3 の光学系概略図で
ある。本実施例は図1 の実施例1 に比べて第二の光学系
3 を構成するリレー光学系(35、36、37)及び接眼光学系38
が異なっており、その他は実質的に同じである。
【００４１】第二の光学系3 の中で、リレーレンズ35は
偏芯光学系より成り、広い視野にわたって収差を良好に
補正している。36及び37は曲面ミラーであり、リレーレ
ンズ35と曲面ミラー36、37 とでリレー光学系を構成して
いる。38は半透過性の曲面ミラーであり、曲面ミラー38
でもって接眼光学系を構成している。１次結像面30から
の光束はリレ−レンンズ35を出た後、２つの曲面ミラー
36及び37で反射されて曲面ミラー38の方向に向かい、曲
面ミラー38で反射されると共にコリメ−トされて観察者
の瞳4 に入射している。又、外界視野からの光は曲面ミ
ラー38を透過して観察者の瞳4 に達している。曲面ミラ
ー38は画像情報の拡大虚像と外界視野の風景を重ね合わ
せるビームコンバイナーである。以上により観察者は外
界視野の風景と共に画像表示素子1 に表示された画像情
報を拡大した虚像（表示虚像）を観察している。
【００４２】本実施例の場合は半透過性のミラーを１個
しか使用していないので表示虚像及び外界視野が明るく
見える特長がある。
【００４３】図8 は本発明の実施例4 の要部概略図であ
る。本実施例は実施例１の表示装置を観察者の左右両眼
に夫々設置し、さらに表示された虚像6L、6R （以下、下
付字L,Rによって左眼要素と右眼要素とを表示する）の
画面中心OL,OR が合致するように設定して構成した複眼
式表示装置である。
【００４４】本実施例によれば２つの画像表示素子1L,1
R 上に表示されるステレオペアーの画像情報（視差のあ
る画像情報）を使ってステレオ映像（３Ｄ映像）を観察
すると同時に、外界視野の風景も同時に観察している。
図9 及び図10は本実施例の３Ｄ映像の説明図であり、図
9 は第一の光学系2 の結像倍率が等倍の場合、図10は結
像倍率が0.5 倍の場合の説明図である。
【００４５】図9(A)は左右の眼の前に表示される映像で
ある。外界視野10L 、10R の表示領域の中に左右の表示
虚像を各々6aL 、6aR として表示している。これらの表
示虚像を両眼で観察すると、図9(B)のごとく外界視野10
の中で表示虚像6aを３Ｄ映像で視認している。図10は第
一の光学系2 の結像倍率が0.5 倍の場合の説明図であ
る。図10(A) に示すように左右の眼の前に表示される映
像は外界視野10L,10R の中に左右の表示虚像が6bL,6bR
として表示され、両眼で観察すると図10(B) の如く外界
視野10の中に表示虚像6bを３Ｄ映像で視認している。こ
の場合、表示虚像の表示範囲は図9(A)の場合に比べて縦
横共に半分になっている。
【００４６】従って本表示装置の場合、観察者は表示虚
像を重点的に見たい場合は、表示虚像を拡大して表示虚
像を大きい３Ｄ映像にして重点的に視認でき、又外界視
野を重点的に見たい場合は表示虚像を縮小した３Ｄ映像
として観察しながら外界視野を容易に視認することがで
きる。
【００４７】図11は本実施例4 の変倍駆動部の要部概略
図である。同図中1L,1R は画像表示素子、53L,53R は鏡
筒にマウントした第一の光学系2 のうちの変倍光学系
（複数の変倍部分系より構成されている）である。52L,
52R は変倍駆動モーターであり、鏡筒にマウントした変
倍光学系53を光軸上で移動して変倍している。54L,54R
は第二の光学系のリレー光学系、55L,55R は第二の光学
系の接眼光学系である。50は変倍制御手段であり、変倍
駆動モーター52L,52R を制御して観察者の左右両眼に対
応する光学系の結像倍率を変化すると同時に左右の光学
系の結像倍率を略一致させる。本実施例の場合、変倍制
御手段50、変倍駆動モーター52L,52R 等は変倍部分系の
移動手段の１要素である。本実施例では変倍制御手段50
からのパルス信号で左右の変倍駆動モーター52L,52R を
制御しているが、一対の左右の変倍光学系53L,53R が機
械的に連動する構成としても良い。図12は本実施例の表
示装置121 を観察者の頭部122 に装着した図である。
【００４８】実施例4 では本発明の実施例1 の表示装置
を１対使用して複眼式表示装置を構成したが、本発明の
実施例2 又は3 を使用して同様な複眼式表示装置を構成
しても良く、その場合の効果は実施例4 と同じである。
【００４９】図13は本発明の実施例5 の光学系概略図で
ある。1 は画像表示素子で、本実施例の場合、透過型の
液晶表示素子である。2 は第一の光学系であり、これは
変倍光学系であって、画像表示素子1 上に表示した画像
情報を 1次結像面30に１次結像している。3 は第二の光
学系であり、これは１次結像面30に形成した画像情報の
像を拡大して虚像として観察者の前方に形成すると共に
１次結像からの光を観察者の瞳 4に導光している。 本
実施例の光学系は基本的に図3 の実施例3 と同じである
が、画像表示素子1 の表示面中心O1が第一の光学系2 の
光軸2eに対してオフセットしていること、第二の光学系
3 の光軸3eが光軸2eに対してオフセットしている点が異
なっている。光軸3eは第一の光学系2 の結像倍率が最大
の場合に、画像表示素子1 の表示面中心O1が１次結像す
る点O30aを通るように設定している。
【００５０】この偏芯光学系の作用について説明する。
図14及び図15は本実施例の作用説明図である。図14は第
一の光学系2 の結像倍率が最大（等倍）の場合の、図15
は第一の光学系2 の結像倍率が最小（0.5 倍）の場合の
説明図である。図の都合上本来虚像であるべき最終の像
6 を実像で示しているが、観察者はこの像6 を虚像で観
察している。図14の場合第一の光学系2 は偏芯している
画像表示素子1 を等倍で１次結像し、表示面中心O1の１
次結像の点O30aは第二の光学系3 の光軸3e上に形成され
る。そこで、第二の光学系3 により形成される虚像6aの
中心Oaは光軸3e上に形成される。第一の光学系2 が結像
倍率0.5 倍に変化すると、図15に示すように表示面中心
O1の１次結像点は１次結像面30上で光軸2eと光軸3eの間
O30bに移動し、従って最終の像6bの中心Obも図の位置に
形成され、等倍結像の場合の中心位置Oaよりも図上で下
側にずれる。
【００５１】そこで本実施例の場合、第一の光学系2 の
結像倍率を変化させれば、形成される表示虚像の大きさ
が変化するとともに、表示虚像の像中心位置、即ち虚像
中心位置が移動している。中心位置の移動する方向は画
像表示素子1 の表示面の中心O1と光軸2eとを結ぶ方向で
ある。そこで、図16に示すように図14の状態での表示虚
像6aが第一の光学系2 の変倍により、表示虚像は6bと大
きさが小さくなると共に表示中心O1と光軸2eとを結ぶ方
向に応じて図16(A),(B) 又は(C) のようにその中心を移
動する。
【００５２】図17は実施例5 中の第一の光学系2 の光学
系断面図である。光学系としては実施例1 の第一の光学
系2 と同じであるが、画像表示素子1 の表示面中心O1が
光軸2eからオフセットしている点が異なっている。
【００５３】図18及び図19は本発明の実施例6 による映
像説明図である。実施例6 は実施例5 の表示装置におい
て変倍による虚像の縮小の際、虚像中心が下方へ移動す
るように構成し、これを観察者の左右両眼に夫々設置
し、さらに最大に表示された（即ち第一の光学系の結像
倍率が等倍の場合）表示虚像6aL、6aR の画面中心が合致
するように構成した複眼式表示装置である。
【００５４】図18は第一の光学系2 の結像倍率が等倍の
場合（即ち表示虚像が最大の大きさのとき）であり、図
19は第一の光学系2 の結像倍率が0.5 倍の場合（即ち表
示虚像が最小の大きさのとき）である。 図18(A) は左
右両眼の前に表示される映像の説明図である。図中10L
及び10R は外界視野で、この中に表示虚像6aL 及び6aR
を観察している。そして両眼で２つの表示虚像を観察す
れば図18(B) に示すように外界視野10の中に大きい表示
虚像6aを３Ｄ映像として視認している。
【００５５】図19(A) は結像倍率が0.5 倍の場合に左右
両眼の前に表示される映像の説明図である。外界視野10
L 及び10R の中に表示虚像6bL 及び6bR が視野の下部に
形成されている。そして両眼で２つの虚像を観察すれば
図19(B) に示すように外界視野10の下方に小さい表示虚
像6bを３Ｄ映像として視認している。
【００５６】本実施例によれば画像表示素子1 の映像を
主に見たい場合はこれを大画面に拡大して３Ｄ映像とし
て視認し、外界の様子を重点的に見たい場合は表示虚像
の３Ｄ映像を小さくして、しかも視野の下方に移動し、
外界視野の視認を容易ならしめる表示装置を達成してい
る。
【００５７】立体視は虚像中心の上下方向の移動の場合
に限って可能となるわけではないが、３Ｄ映像で観察し
ながら変倍操作を行う場合には本構成にすれば特に疲れ
ないので好ましい。
【００５８】図20は本発明の実施例7 の映像説明図であ
る。本実施例は図13に示す実施例5の表示装置において
変倍による虚像の縮小の際、虚像中心が左右外側へ移動
（左眼表示系においては左方向へ、右眼表示系において
は右方向へ移動）するように構成し、これを観察者の左
右両眼に夫々設置し、さらに最大サイズで表示された２
つの虚像6aL 及び6aR の画面中心OaL 及びOaR が合致す
るようにして構成した複眼式表示装置である。
【００５９】本実施例においては表示虚像6 が最大の大
きさを示す場合、即ち第一の光学系2 の結像倍率が等倍
の場合は図18に示すように大きい表示虚像を３Ｄ映像と
して視認している。そして図20は第一の光学系2 の結像
倍率を0.5 倍に変倍した場合の映像である。この場合、
図20(A) に示すように左眼の表示虚像6bL は小さくなる
と同時に視野の左方へずれ、右眼の表示虚像6bR は小さ
くなると同時に右方へずれる。尚この場合、画像表示素
子1L,1R にはパノラマ風景に対応する左右画像情報を表
示している。そこでこの表示虚像を両眼で見れば図20
(B) に示すように外界視野10の中に横長の所謂パノラマ
画像6bを視認している。この場合、二つの表示虚像の重
なる虚像領域の範囲6cは３Ｄ映像として、またそれ以外
の領域6d及び6eの範囲は２Ｄ映像として視認している。
【００６０】以上の各実施例において、変倍光学系は2
つの変倍成分が光軸上を移動する2成分ズームであった
が、変倍光学系は3 つ以上の変倍成分で構成されていて
も良い。また、変倍光学系は縮小機能を主に有する系で
あってもよいし、拡大機能を主に有している系であって
もよい。
【００６１】又これまでの実施例は外界視野と画像表示
素子上に表示した画像情報を拡大した虚像（表示虚像）
とを同時に観察できるものであったが、画像表示素子上
の画像情報のみを観察する場合でも、同様な構成によっ
て表示虚像の変倍、表示虚像位置の移動あるいは表示虚
像のアスペクト比の異なる画像の観察が行える。例えば
動きの激しいスポーツ等の画像情報を観察する際は、表
示虚像を或る程度小さくすれば全体の観察が容易に行え
るという効果が得られる。
【００６２】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、外界の風
景の中に画像表示素子上に表示した画像情報を拡大した
虚像（表示虚像）を重ね合わせて観察する表示装置にあ
って、表示虚像を重点的に観察したい場合には、これを
大画面にして重点的に視認可能であり、外界視野の風景
を重点的に観察したい場合には表示虚像を小さくして、
さらに場合によってはその表示領域をも移動させて外界
視野重点の視認を容易ならしめる、高解像の表示装置も
しくは複眼式表示装置を達成することができる。
【００６３】また、左右虚像の表示中心位置を移動する
機能を利用すれば、アスペクト比の異なる映像を視認す
る表示装置も達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１の光学系概略図
【図２】 実施例1 中の第一の光学系2 の光学系断面図 (A) 等倍結像 (B) 0.5 倍結像
【図３】 第一の光学系の収差図（等倍結像の場合）
【図４】 第一の光学系の収差図（0.5 倍結像の場合）
【図５】 実施例1 において観察者が視認する映像の概
念図 (A) 等倍結像の場合 (B) 0.5 倍結像の場合
【図６】 本発明の実施例2 の光学系概略図
【図７】 本発明の実施例3 の光学系概略図
【図８】 本発明の実施例4 の要部概略図
【図９】 実施例4 の３Ｄ映像の説明図（等倍結像の場
合） (A) 左右の各眼に表示される映像 (B) 両眼映像
【図１０】 実施例4 の３Ｄ映像の説明図（0.5 倍結像
の場合） (A) 左右の各眼に表示される映像 (B) 両眼映像
【図１１】 実施例4 の変倍駆動部の要部概略図
【図１２】 実施例4 を頭部へ装着した説明図
【図１３】 本発明の実施例5 の光学系概略図
【図１４】 実施例5 の作用説明図（等倍結像の場合）
【図１５】 実施例5 の作用説明図（0.5 倍結像の場
合）
【図１６】 実施例5 の表示虚像の説明図
【図１７】 実施例5 中の第一の光学系断面図 (A) 等倍結像 (B) 0.5 倍結像
【図１８】 本発明の実施例6 の映像説明図 (A) 左右の各眼に表示される映像 (B) 両眼映像
【図１９】 本発明の実施例6 の映像説明図 (A) 左右の各眼に表示される映像 (B) 両眼映像
【図２０】 本発明の実施例7 の映像説明図（0.5 倍結
像の場合） (A) 左右の各眼に表示される映像 (B) 両眼映像
【符号の説明】
1 映像表示素子 10 外界視野 1b 照明手段 21 第１のフィール
ドレンズ 1c 液晶駆動手段 22,23 変倍部分
系 1d 入力端子 24 第２のフィー
ルドレンズ 2 第一の光学系 31 フィールドレン
ズ 2a 変倍光学系 32、35 リレーレン
ズ 2e 第一の光学系の光軸 33、36、37、38 曲面
ミラー 3 第二の光学系 34 平面ミラー 3e 第二の光学系の光軸 O1 画像表示素子の
表示面の中心 4 観察者の瞳 O30 O1の１次結像
点 6 表示虚像 O 虚像中心点 6a 表示虚像（等倍結像） Oa 虚像中心点（等
倍結像） 6b 表示虚像（0.5 倍結像） Ob 虚像中心点（0.
5 倍結像） 50 変倍制御手段 52(52L,52R) 変倍駆動モーター 53(53L,53R) 鏡筒にマウントした変倍光学系 54(54L,54R) リレー光学系 55(55L,55R) 接眼光学系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森島 英樹 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 辻 定彦 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像表示素子に表示した画像情報を第一
    の光学系で１次結像面に結像し、該１次結像面に結像し
    た該画像情報の像を第二の光学系で観察者に拡大虚像と
    して表示して観察する際、該第一の光学系は該画像情報
    の像の結像倍率を変化させる変倍部を有していることを
    特徴とする表示装置。
  2. 【請求項２】 前記第一の光学系の変倍部は光軸上を相
    対的に移動する少なくとも２つの変倍部分系を有してい
    ることを特徴とする請求項１の表示装置。
  3. 【請求項３】 前記第一の光学系は前記画像表示素子の
    前方にフィールドレンズを設けていることを特徴とする
    請求項１の表示装置。
  4. 【請求項４】 前記第一の光学系の射出瞳と前記第二の
    光学系の入射瞳が略一致していることを特徴とする請求
    項１記載の表示装置。
  5. 【請求項５】 前記第二の光学系はビームコンバイナー
    を有し、前記観察者は該ビームコンバイナーを介して前
    記拡大虚像を外界の画像情報と重畳して観察しているこ
    とを特徴とする請求項１の表示装置。
  6. 【請求項６】 画像表示素子に表示した画像情報を結像
    倍率を変化させる変倍部を有した第一の光学系で１次結
    像面に結像し、該１次結像面に結像した該画像情報の像
    を第二の光学系で観察者に拡大虚像として表示して観察
    する、表示装置を観察者の左眼用と右眼用の２つ設けた
    ことを特徴とする複眼式表示装置。
  7. 【請求項７】 前記左眼用及び右眼用の表示装置は第一
    の光学系の中で光軸上を相対的に移動する少なくとも二
    つの変倍部分系と夫々の変倍部分系を移動させる移動手
    段とを有し、該移動手段により前記左眼用及び右眼用の
    表示装置の変倍部分系が同時に且つ同量移動することを
    特徴とする請求項６記載の複眼式表示装置。
  8. 【請求項８】 前記左眼用と右眼用の表示装置で表示し
    た２つの画像情報は互いに視差があることを特徴とする
    請求項６の複眼式表示装置。
  9. 【請求項９】 前記第二の光学系はビームコンバイナー
    を有し、前記観察者は該ビームコンバイナーを介して前
    記拡大虚像を外界の画像情報と重畳して観察しているこ
    とを特徴とする請求項６の複眼式表示装置。
  10. 【請求項１０】 画像表示素子に表示した画像情報を第
    一の光学系で１次結像面に結像し、該１次結像面に結像
    した該画像情報の像を第二の光学系で観察者に拡大虚像
    として表示して観察する際、該第一の光学系は該画像情
    報の像の結像倍率を変化させる変倍部を有し、その光軸
    が該画像表示素子の表示面中心からずれるように配置し
    ていることを特徴とする表示装置。
  11. 【請求項１１】 前記第一の光学系の変倍部は光軸上を
    相対的に移動する少なくとも２つの変倍部分系を有して
    いることを特徴とする請求項１０の表示装置。
  12. 【請求項１２】 前記第一の光学系は前記画像表示素子
    の前方にフィールドレンズを設けていることを特徴とす
    る請求項１０の表示装置。
  13. 【請求項１３】 前記第一の光学系の射出瞳と前記第二
    の光学系の入射瞳が略一致していることを特徴とする請
    求項１０記載の表示装置。
  14. 【請求項１４】 前記第二の光学系はビームコンバイナ
    ーを有し、前記観察者は該ビームコンバイナーを介して
    前記拡大虚像を外界の画像情報と重畳して観察している
    ことを特徴とする請求項１０の表示装置。
  15. 【請求項１５】 画像表示素子に表示した画像情報を第
    一の光学系で１次結像面に結像し、該１次結像面に結像
    した該画像情報の像を第二の光学系で観察者に拡大虚像
    として表示して観察する際、該第一の光学系は該画像情
    報の像の結像倍率を変化させる変倍部を有し、その光軸
    が該画像表示素子の表示面中心からずれるように配置し
    ている表示装置を観察者の左眼用と右眼用の２つ設けた
    ことを特徴とする複眼式表示装置。
  16. 【請求項１６】 前記第二の光学系はビームコンバイナ
    ーを有し、前記観察者は該ビームコンバイナーを介して
    前記拡大虚像を外界の画像情報と重畳して観察している
    ことを特徴とする請求項１５の複眼式表示装置。
  17. 【請求項１７】 前記左眼用表示装置及び右眼用表示装
    置の両中心ずれが、共に水平方向で、互いに逆方向であ
    り、且つ大きさが等しいことを特徴とする請求項１５の
    複眼式表示装置。
JP6137949A 1994-05-27 1994-05-27 表示装置及びそれを用いた複眼式表示装置 Pending JPH07318853A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6137949A JPH07318853A (ja) 1994-05-27 1994-05-27 表示装置及びそれを用いた複眼式表示装置
US08/450,787 US6188521B1 (en) 1994-05-27 1995-05-25 Image displaying apparatus having magnification-changing system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6137949A JPH07318853A (ja) 1994-05-27 1994-05-27 表示装置及びそれを用いた複眼式表示装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07318853A true JPH07318853A (ja) 1995-12-08

Family

ID=15210482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6137949A Pending JPH07318853A (ja) 1994-05-27 1994-05-27 表示装置及びそれを用いた複眼式表示装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US6188521B1 (ja)
JP (1) JPH07318853A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10153749A (ja) * 1996-11-25 1998-06-09 Sony Corp 表示装置および表示方法
JPH11326759A (ja) * 1998-05-18 1999-11-26 Ricoh Co Ltd 画像表示装置
US10288688B2 (en) 2014-07-24 2019-05-14 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Systems and methods for monitoring and protecting an electric power generator

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2818393B1 (fr) * 2000-12-19 2003-10-10 Thomson Csf Procede de fabrication d'un ensemble de viseurs tete haute adaptes a des equipements de type donne
WO2005070129A2 (en) 2004-01-08 2005-08-04 Biolase Technology, Inc. Illumination device and related methods
WO2008068257A1 (fr) * 2006-12-05 2008-06-12 Thomson Licensing Dispositif d'affichage d'images par projection a deux etages de modulation
JP7447628B2 (ja) 2020-03-31 2024-03-12 セイコーエプソン株式会社 虚像表示装置及び光学ユニット
JP7435169B2 (ja) * 2020-03-31 2024-02-21 セイコーエプソン株式会社 虚像表示装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4969714A (en) * 1989-02-21 1990-11-13 United Technologies Corporation Helmet mounted display having dual interchangeable optical eyepieces
JPH06324285A (ja) * 1993-05-13 1994-11-25 Olympus Optical Co Ltd 視覚表示装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10153749A (ja) * 1996-11-25 1998-06-09 Sony Corp 表示装置および表示方法
JPH11326759A (ja) * 1998-05-18 1999-11-26 Ricoh Co Ltd 画像表示装置
US10288688B2 (en) 2014-07-24 2019-05-14 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Systems and methods for monitoring and protecting an electric power generator

Also Published As

Publication number Publication date
US6188521B1 (en) 2001-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6088154A (en) Operating microscope
US6803884B1 (en) Projection image display device
DE69534221T2 (de) Anzeigevorrichtung
US7751694B2 (en) Three-dimensional endoscope imaging and display system
JPH06194598A (ja) 頭部装着型ディスプレイ装置
US5912650A (en) Dichoptic display utilizing a single display device
JP3984907B2 (ja) 画像観察システム
JP4639721B2 (ja) 三次元映像表示装置
JP2005070255A (ja) 虚像表示装置
JPH08292394A (ja) 頭部搭載型画像表示装置
US6980363B1 (en) Image observation apparatus and system
JP4508569B2 (ja) 双眼立体観察装置、電子画像実体顕微鏡、電子画像立体観察装置、電子画像観察装置
JPH07318853A (ja) 表示装置及びそれを用いた複眼式表示装置
JP6656213B2 (ja) 画像表示装置
EP1008005B1 (en) Optical in situ information system
JP2000310747A (ja) 画像観察装置
JP2001066513A5 (ja)
JP4426662B2 (ja) 実体顕微鏡
JPH0713123A (ja) 頭部搭載型ディスプレー
JP5857782B2 (ja) 撮像装置
US20020118273A1 (en) Optical in situ information system
JPH08286140A (ja) 画像表示装置
JP3577107B2 (ja) 実体顕微鏡
JP2958096B2 (ja) 実体顕微鏡
JP3325011B2 (ja) 変倍光学系