JPH08152579A - Visual display device - Google Patents
Visual display deviceInfo
- Publication number
- JPH08152579A JPH08152579A JP6292799A JP29279994A JPH08152579A JP H08152579 A JPH08152579 A JP H08152579A JP 6292799 A JP6292799 A JP 6292799A JP 29279994 A JP29279994 A JP 29279994A JP H08152579 A JPH08152579 A JP H08152579A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- image
- display device
- light
- display
- polarizing plate
- 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.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、視覚表示装置に関し、
特に、小型の光学系を使用しながら、広画角、高解像
で、明るくコントラストの高い映像を観察することがで
きる頭部装着式視覚表示装置等の視覚表示装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a visual display device,
In particular, the present invention relates to a visual display device such as a head-mounted visual display device capable of observing a bright, high-contrast image with a wide angle of view, high resolution, while using a small optical system.
【０００２】[0002]
【従来の技術】バーチュアルリアリティ用、あるいは、
一人で大画面の映像を楽しむことができるようにするこ
と等を目的として、ヘルメット型、ゴーグル型の頭部装
着式視覚表示装置の開発が種々進められている。2. Description of the Related Art For virtual reality, or
Various developments of helmet-type and goggles-type head-mounted visual display devices have been made for the purpose of enabling a person to enjoy a large-screen image alone.
【０００３】このような視覚表示装置の１つとして、小
型で、広画角、高解像で映像を観察することができる光
学系を用いたものを、本出願人は、特願平５−１７３０
４９号において提案した。この視覚表示装置は、図５
（ａ）に示すように、表示面が互いに対向する２枚の表
示素子４、５と、それらの表示素子４、５と対をなし、
図中で「Ｖ」の字形に組み合わされた２枚のハーフミラ
ー６、７と、その「Ｖ」の字形に組み合わされた２枚の
ハーフミラー６、７の中心軸と同じ軸を持つ凹面鏡８と
を配置して構成されている。ハーフミラー６、７は、図
５（ａ）の場合、それぞれ表示素子４、５に近い方に配
置されているが、図６（ａ）のように、それぞれ表示素
子５、４に近い方に配置してもよい。As one of such visual display devices, the applicant of the present invention has proposed a device using an optical system which is small in size and has a wide angle of view and a high resolution. 1730
Proposed in No. 49. This visual display device is shown in FIG.
As shown in (a), two display elements 4, 5 whose display surfaces are opposed to each other, and a pair of the display elements 4, 5 are formed,
In the drawing, two half mirrors 6 and 7 combined in the shape of "V" and a concave mirror 8 having the same axis as the central axis of the two half mirrors 6 and 7 combined in the shape of "V". And are arranged. In the case of FIG. 5A, the half mirrors 6 and 7 are arranged closer to the display elements 4 and 5, respectively. However, as shown in FIG. 6A, the half mirrors 6 and 7 are located closer to the display elements 5 and 4, respectively. You may arrange.
【０００４】このような構成において、２枚の表示素子
４、５に、それぞれ図５（ｄ）、図６（ｄ）に示したよ
うな最終的に表示装置が映し出す映像「Ｒ」のオーバー
ラップ領域９を含む半分より広い領域の像１１、１０
（図５（ｂ）、（ｃ））又は１１′、１０′（図６
（ｃ）、（ｂ））を表示させる。これらの表示像は、表
示素子４の像はハーフミラー６で、同じく５の像は７で
反射されるように、「Ｖ」字形に組み合わせた２枚のハ
ーフミラー６、７でそれぞれ反射され、１つの繋がった
映像に合成される。そして、この映像がさらに凹面鏡８
で反射され、拡大された空中像となる。そして、使用者
はこの拡大像を観察することができる。In such a structure, the overlap of the image "R" finally displayed by the display device as shown in FIGS. 5 (d) and 6 (d) is overlapped on the two display elements 4 and 5, respectively. Images 11 and 10 of an area wider than half including the area 9
(FIG. 5 (b), (c)) or 11 ', 10' (FIG. 6)
(C) and (b) are displayed. These display images are respectively reflected by the two half mirrors 6 and 7 combined in the “V” shape so that the image of the display element 4 is reflected by the half mirror 6 and the image of 5 is reflected by 7. Combined into one connected video. And this image is more concave mirror 8
Is reflected by and becomes an enlarged aerial image. Then, the user can observe this enlarged image.
【０００５】このような光学系は、大きな画角になる
程、従来技術の光学系に比べ、光学系全体の厚みが著し
く薄くなる。図５の光学系について、例えば、作動距離
ＷＤが２０ｍｍ、画角θが４０°の場合、光学系の厚み
ｔは、１１．５ｍｍとなり、同一条件で計算した従来光
学系の厚みに比べて約５分の１の薄さになっている。In such an optical system, as the angle of view becomes larger, the thickness of the entire optical system becomes significantly smaller than that of the conventional optical system. Regarding the optical system of FIG. 5, for example, when the working distance WD is 20 mm and the angle of view θ is 40 °, the thickness t of the optical system is 11.5 mm, which is about the thickness of the conventional optical system calculated under the same conditions. It is 1/5 thinner.
【０００６】また、２枚の表示素子４、５を用いて１つ
の映像を作り出すため、実効的画素数が１枚の画素数の
約２倍となり、高解像化もなされる。特に、上記のオー
バーラップ領域９は、表示素子４、５の画素を、映像が
ハーフミラー６、７で合成された時に、画素が互いに半
ピッチずれるよう配置すると、一層高解像効果が得られ
る。Further, since one image is produced by using the two display elements 4 and 5, the number of effective pixels is about twice the number of pixels of one sheet, and high resolution is also achieved. In particular, when the pixels of the display elements 4 and 5 are arranged such that the pixels are displaced from each other by a half pitch when the images are combined by the half mirrors 6 and 7, the overlapping area 9 can obtain a higher resolution effect. .
【０００７】ところで、表示素子４、５の発する光がハ
ーフミラー６、７を通過し、さらにハーフミラー７、６
で再び反射すると、これらの光は使用者の眼に向かうこ
とになり、フレアー光を作る原因となる。そこで、この
光をどこかで遮断する必要がある。そのためには、ハー
フミラー６、７として、ルーバー型フィルター基板の表
面にハーフミラーコートを施したものを用いる例と、基
板が互いに直交する直線偏光板からなり、表面にハーフ
ミラーコートが施され、裏面に反射防止コートが施され
ているものを用い、また、凹面鏡８と「Ｖ」の字形のハ
ーフミラー６、７の間に厚みの厚い波長板を配置する例
と、図７に示すように、それぞれ表示素子４、５とハー
フミラー６、７の間に偏光板１２を配置し、凹面鏡８と
ハーフミラー６、７の間にλ／４波長板（４分の１波長
板）１３を配置し、さらに、ハーフミラー６、７と眼球
の間に検光板１４を配置する例が示されている。By the way, the light emitted from the display elements 4 and 5 passes through the half mirrors 6 and 7, and further, the half mirrors 7 and 6
When reflected again at, these lights are directed toward the user's eyes, causing flare light to be created. Therefore, it is necessary to block this light somewhere. To this end, as the half mirrors 6 and 7, an example of using a louver-type filter substrate whose surface is subjected to a half mirror coating, and a case where the substrates are linear polarizing plates which are orthogonal to each other, and the surface is subjected to a half mirror coating, An example in which a thick wave plate is arranged between the concave mirror 8 and the “V” -shaped half mirrors 6 and 7 is used, as shown in FIG. , A polarizing plate 12 is arranged between the display elements 4 and 5 and the half mirrors 6 and 7, respectively, and a λ / 4 wavelength plate (quarter wavelength plate) 13 is arranged between the concave mirror 8 and the half mirrors 6 and 7. In addition, an example is shown in which the analyzer plate 14 is arranged between the half mirrors 6 and 7 and the eyeball.
【０００８】図７の場合をより詳しく説明すると、表示
素子４から射出した光線は、偏光板１２を通り直線偏光
の光となり、ハーフミラー６で反射する。しかし、一部
の光はハーフミラー６を通り抜け、ハーフミラー７で反
射し、使用者の眼に向かうが、眼球の前の偏光方向が直
交する検光板１４により遮光され、眼球に到達すること
はない。一方、ハーフミラー６で反射した光は、λ／４
波長板１３を通過し、凹面鏡８で反射し、再びλ／４波
長板１３を通過する。この２度のλ／４波長板１３の通
過により、偏光方向が９０°回転するため、検光板１４
と平行な偏光となり、検光板１４を通過し眼球に達す
る。表示素子５から射出する光も同様である。これによ
り、使用者はフレアー光のないクリアーな映像を観察す
ることができる。The case of FIG. 7 will be described in more detail. The light beam emitted from the display element 4 passes through the polarizing plate 12 to become linearly polarized light, which is reflected by the half mirror 6. However, a part of the light passes through the half mirror 6, is reflected by the half mirror 7, and is directed to the user's eye. However, the light is shielded by the analyzer plate 14 in which the polarization directions in front of the eyeball are orthogonal to each other, and does not reach the eyeball. Absent. On the other hand, the light reflected by the half mirror 6 is λ / 4.
It passes through the wave plate 13, is reflected by the concave mirror 8, and again passes through the λ / 4 wave plate 13. By passing through the λ / 4 wavelength plate 13 twice, the polarization direction is rotated by 90 °.
The polarized light is parallel to and passes through the analyzer plate 14 to reach the eyeball. The same applies to light emitted from the display element 5. This allows the user to observe a clear image without flare light.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、先に提
案した上記のような構成の視覚表示装置においても、眼
球側から入射してくる外界光がハーフミラー６と７で反
射し、再び眼球方向に戻ってくることにより発生するフ
レアー光は防止できない。However, even in the above-proposed visual display device, the external light incident from the eyeball side is reflected by the half mirrors 6 and 7 and is reflected in the eyeball direction again. The flare light generated by returning cannot be prevented.
【００１０】本発明は以上のような先行技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、その目的は、頭部装着式視
覚表示装置等の視覚表示装置において、表示素子の発す
る光及び外界光によって生じるフレアー光を防止して、
小型の光学系を使用しながら、広画角、高解像で、明る
くコントラストの高い映像を観察することができるよう
にすることである。The present invention has been made in view of the problems of the prior art as described above, and an object thereof is to provide light emitted from a display element and external light in a visual display device such as a head-mounted visual display device. Prevents flare light caused by
It is possible to observe a bright, high-contrast image with a wide angle of view, high resolution, while using a small optical system.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の視覚表示装置は、２次元表示手段と、前記２次元表
示手段によって形成された映像を投影し、観察者眼球に
導く接眼光学系とからなる視覚表示装置において、前記
２次元表示手段が、少なくとも、観察者眼球に導かれる
映像の少なくとも一部を表示する偏光した光を射出する
第１映像表示手段と、前記の映像表示部分と異なる他の
部分を含む前記の映像表示部分を表示する偏光した光を
射出する第２映像表示手段とを含み、かつ、前記接眼光
学系が、前記第１映像表示手段により形成された第１の
映像を反射する第１の反射面と、前記第２映像表示手段
により形成された第２の映像を反射する第２の反射面
と、前記第１の映像と前記第２の映像との合成像を拡大
投影して観察者眼球内に導く正のパワーを有する反射光
学系とを含み、前記第１の反射面に対して前記第２の反
射面が角度をなして配置されており、前記第１映像表示
手段と前記第１の反射面の間、前記第２映像表示手段と
前記第２の反射面の間それぞれに４分の１波長板が配置
され、また、前記第１及び第２の２つの反射面と前記反
射光学系の間に４分の１波長板が配置され、さらに、前
記の２つの反射面と観察者眼球の間に、前記の２つの反
射面に近い側から、４分の１波長板と偏光板が配置され
ていることを特徴とするものである。A visual display device of the present invention which achieves the above object, comprises a two-dimensional display means and an eyepiece optical system for projecting an image formed by the two-dimensional display means and guiding it to an observer's eyeball. And a first image display unit for emitting polarized light for displaying at least a part of an image guided to an observer's eye, and the image display unit. A second image display means for emitting polarized light for displaying the image display portion including another different portion, and the eyepiece optical system includes a first image display means formed by the first image display means. A first reflecting surface that reflects an image, a second reflecting surface that reflects the second image formed by the second image display means, and a composite image of the first image and the second image. Magnify and project the eyeball of the observer A reflection optical system having a positive power leading to the first reflection surface, the second reflection surface is arranged at an angle with respect to the first reflection surface, and the first image display means and the first image display means. Quarter-wave plates are arranged between the reflecting surfaces and between the second image display means and the second reflecting surface, respectively, and the first and second reflecting surfaces and the reflecting optical system. A quarter-wave plate is arranged between the two reflection surfaces and the observer's eyeball, and a quarter-wave plate and a polarizing plate are arranged between the two reflection surfaces and the observer's eyeball from the side close to the two reflection surfaces. It is characterized by being arranged.
【００１２】この場合、２つの反射面を内部に持つ直方
体のプリズムと、反射光学系として平凸レンズの凸面に
形成された裏面鏡と、４つの４分の１波長板と、偏光板
とがそれぞれ貼り合わされて一体になっているように構
成することもできる。In this case, a prism having a rectangular parallelepiped having two reflecting surfaces inside, a back mirror formed on the convex surface of a plano-convex lens as a reflection optical system, four quarter-wave plates and a polarizing plate are respectively provided. It can also be configured so that they are laminated and integrated.
【００１３】また、２次元表示手段として、液晶表示素
子、偏光光で照明された表示素子、表示面に偏光板を有
する表示素子の何れを用いてもよい。As the two-dimensional display means, any of a liquid crystal display element, a display element illuminated with polarized light, and a display element having a polarizing plate on the display surface may be used.
【００１４】[0014]
【作用】本発明においては、接眼光学系の光学配置か
ら、小型で、広画角、高解像で映像を観察することがで
きることに加え、４枚の４分の１波長板と１枚の偏光板
を組み合わせ、２次元表示手段からの投射光の偏光の向
きと偏光板の向きを一致させておくことにより、正規の
光路を通った光のみを眼球に導いて映像表示を行い、正
規光路外の反射面によって反射された光によって生じる
フレアー光、及び、眼球方向からの外界光によって生じ
るフレアー光をカットすることができ、明るくコントラ
ストの高い映像を観察することができる。According to the present invention, the optical arrangement of the eyepiece optical system makes it possible to observe an image with a small size, a wide angle of view, and a high resolution, and in addition, four quarter-wave plates and one By combining a polarizing plate and matching the polarization direction of the projection light from the two-dimensional display means with the polarizing plate direction, only the light that has passed the regular optical path is guided to the eyeball to display an image, and the regular optical path is displayed. The flare light generated by the light reflected by the outer reflection surface and the flare light generated by the external light from the eyeball direction can be cut, and a bright and high-contrast image can be observed.
【００１５】[0015]
【実施例】以下、本発明の視覚表示装置のいくつかの実
施例について説明する。第１の実施例の断面図を図１に
示す。この実施例の光学配置は基本的に図５の先行例と
同じであり、表示面が互いに対向する２枚の表示素子
４、５と、それらの表示素子４、５と対をなし、図中で
「Ｖ」の字形に組み合わされた２枚のハーフミラー６、
７と、その「Ｖ」の字形に組み合わされた２枚のハーフ
ミラー６、７の中心軸と同じ軸を持つ凹面鏡８とを配置
して構成されている。ハーフミラー６、７は、それぞれ
表示素子４、５に近い方に配置されている。EXAMPLES Some examples of the visual display device of the present invention will be described below. A sectional view of the first embodiment is shown in FIG. The optical arrangement of this embodiment is basically the same as that of the preceding example of FIG. 5, and two display elements 4 and 5 whose display surfaces face each other and the display elements 4 and 5 are paired. , Two half mirrors 6 combined in a "V" shape,
7 and a concave mirror 8 having the same axis as the central axis of the two half mirrors 6, 7 combined in the V shape. The half mirrors 6 and 7 are arranged closer to the display elements 4 and 5, respectively.
【００１６】このような構成において、２枚の表示素子
４、５に図５（ｄ）に示したような最終的に表示装置が
映し出す映像「Ｒ」のオーバーラップ領域９を含む半分
より広い領域の像１１、１０（図５（ｂ）、（ｃ））を
表示させる。これらの表示像は、表示素子４の像はハー
フミラー６で、同じく５の像は７で反射されるように、
「Ｖ」字形に組み合わせた２枚のハーフミラー６、７で
それぞれ反射され、１つの繋がった映像に合成される。
そして、この映像がさらに凹面鏡８で反射され、拡大さ
れた空中像となる。そして、使用者はこの拡大像を観察
することができる。In such a structure, an area wider than half including the overlapping area 9 of the image "R" finally displayed by the display device as shown in FIG. 5D on the two display elements 4 and 5. Images 11 and 10 (FIGS. 5B and 5C) are displayed. In these display images, the image of the display element 4 is reflected by the half mirror 6, and the image of 5 is reflected by 7.
The two half mirrors 6 and 7 combined in the “V” shape are reflected respectively and combined into one continuous image.
Then, this image is further reflected by the concave mirror 8 and becomes an enlarged aerial image. Then, the user can observe this enlarged image.
【００１７】ところで、この実施例において、表示素子
４、５の発する光及び眼球側から入射してくる外界光に
よってフレアー光が生じないようにするために、各表示
素子４、５とハーフミラー６、７の間に第１のλ／４波
長板２１を、また、ハーフミラー６、７と凹面鏡８の間
に第２のλ／４波長板２２を、さらに、ハーフミラー
６、７と眼球の間に第３のλ／４波長板２３と偏光板２
４をこの順に並べて配置する。表示素子４、５にＬＣＤ
（液晶表示素子）を用いると、それからの投射光は偏光
しているので、ここでは、この偏光の向きをＳ方向にな
るように設定するものをする。そして、偏光板２４の向
きもＳ方向に合わせておく。By the way, in this embodiment, in order to prevent the flare light from being generated by the light emitted from the display elements 4 and 5 and the external light incident from the eyeball side, the display elements 4 and 5 and the half mirror 6 are arranged. , 7 between the first λ / 4 wave plate 21, the half mirrors 6 and 7 and the concave mirror 8 between the second λ / 4 wave plates 22, and the half mirrors 6 and 7 and the eyeball. Between the third λ / 4 wave plate 23 and the polarizing plate 2
4 are arranged in this order. LCD for display elements 4 and 5
When a (liquid crystal display element) is used, the projection light from it is polarized, so here the direction of this polarization is set to be the S direction. The orientation of the polarizing plate 24 is also adjusted to the S direction.
【００１８】このような配置において、表示素子４から
の投射光は、順に、第１のλ／４波長板２１を通過、
ハーフミラー６で反射、第２のλ／４波長板２２を
通過、凹面鏡８で反射、第２のλ／４波長板２２を
通過、ハーフミラー６を通過、第３のλ／４波長板
２３を通過、偏光板２４を通過して、最後的には眼球
に到る。この際の偏光状態は、初期のＳ偏光から、円
偏光、円偏光、Ｐ偏光、Ｐ偏光、円偏光、円
偏光、Ｓ偏光、Ｓ偏光となり、偏光板２４を通過し
て表示素子４の像は眼球に達する。表示素子５から投射
光も同様である。一方、表示素子４からの投射光の中、
ハーフミラー６を透過し、ハーフミラー７で反射した成
分は、眼球直前の第３のλ／４波長板２３でＰ偏光に変
換されるため、Ｓ方向を向いている偏光板２４で遮光さ
れる。同様に、表示素子５からの投射光の中、ハーフミ
ラー７を透過し、ハーフミラー６で反射した成分も、偏
光板２４で遮光される。したがって、表示素子４、５の
発する光によって生じるフレアー光は防止される。In such an arrangement, the projection light from the display element 4 sequentially passes through the first λ / 4 wave plate 21,
Reflected by the half mirror 6, passed through the second λ / 4 wave plate 22, reflected by the concave mirror 8, passed through the second λ / 4 wave plate 22, passed through the half mirror 6, and passed through the third λ / 4 wave plate 23. Through the polarizing plate 24, and finally reaches the eyeball. The polarization state at this time is changed from initial S-polarized light to circularly polarized light, circularly polarized light, P-polarized light, P-polarized light, circularly-polarized light, circularly-polarized light, S-polarized light, and S-polarized light. Reaches the eyeball. The same applies to the light projected from the display element 5. On the other hand, in the projected light from the display element 4,
The component transmitted through the half mirror 6 and reflected by the half mirror 7 is converted into P polarized light by the third λ / 4 wave plate 23 immediately in front of the eyeball, and thus is shielded by the polarizing plate 24 facing the S direction. . Similarly, of the projected light from the display element 5, the component that passes through the half mirror 7 and is reflected by the half mirror 6 is also blocked by the polarizing plate 24. Therefore, flare light generated by the light emitted from the display elements 4 and 5 is prevented.
【００１９】また、眼球方向から外界光が偏光板２４に
入射して、ハーフミラー６、７で２回反射して戻ってく
るときも、眼球直前の第３のλ／４波長板２３を２回通
過するため、Ｐ偏光となって偏光板２４で遮光されるた
め、眼球側から入射してくる外界光によってもフレアー
光は生じない。Also, when external light enters the polarizing plate 24 from the direction of the eyeball, is reflected twice by the half mirrors 6 and 7 and returns, the third λ / 4 wave plate 23 immediately in front of the eyeball is used. Since the light passes through the optical path, it becomes P-polarized light and is shielded by the polarizing plate 24, so that flare light is not generated even by the external light incident from the eyeball side.
【００２０】このようにして、上記２種類の原因で発生
するフレアー光がカットでき、使用者は、フレアー光の
ないクリアーな映像を観察することができる。In this way, flare light generated by the above two causes can be cut, and the user can observe a clear image without flare light.
【００２１】なお、この実施例において、表示素子４、
５にＬＣＤを用いる場合、そのＬＣＤのλ／４波長板２
１側の偏光板を省いて、その機能を偏光板２４に兼ねさ
せることもできる。In this embodiment, the display element 4,
When an LCD is used for 5, the λ / 4 wave plate 2 of the LCD
It is also possible to omit the polarizing plate on the first side and allow the polarizing plate 24 to have the same function.
【００２２】次に、図２の断面図を参照にして第２の実
施例を説明する。この実施例の基本的な構成は第１の実
施例と同じである。ただし、ハーフミラー６、７を３つ
のプリズム３１、３２、３３の接合面で構成し、かつ、
凹面鏡８を平凸レンズ３４の凸面に形成した裏面鏡で構
成する点で異なり、さらに、表示素子４、５を除き、３
つのプリズム３１、３２、３３と平凸レンズ３４と４枚
のλ／４波長板２１、２１、２２、２３と偏光板２４を
それぞれ貼り合わせて一体にしてある。すなわち、平凸
レンズ３４の平面とプリズム３２、３３の射出面の間に
第２のλ／４波長板２２を挟み込んで貼り合わせ、第１
のλ／４波長板２１、２１をそれぞれプリズム３２、３
３の入射面に貼り付け、第３のλ／４波長板２３と偏光
板２４をこの順でプリズム３１の射出面に貼り付けてあ
る。Next, a second embodiment will be described with reference to the sectional view of FIG. The basic structure of this embodiment is the same as that of the first embodiment. However, the half mirrors 6 and 7 are composed of the joint surfaces of the three prisms 31, 32 and 33, and
The difference is that the concave mirror 8 is composed of a rear surface mirror formed on the convex surface of the plano-convex lens 34. Further, except for the display elements 4 and 5, 3
The four prisms 31, 32 and 33, the plano-convex lens 34, the four λ / 4 wavelength plates 21, 21, 22, and 23 and the polarizing plate 24 are bonded to each other and integrated. That is, the second λ / 4 wavelength plate 22 is sandwiched between the flat surface of the plano-convex lens 34 and the exit surfaces of the prisms 32 and 33, and they are bonded together.
Of the λ / 4 wave plates 21 and 21 of the prisms 32 and 3 respectively.
The third λ / 4 wave plate 23 and the polarizing plate 24 are attached to the exit surface of the prism 31 in this order.
【００２３】このような構成において、２枚の表示素子
４、５からの映像が合成されて観察される作用、及び、
表示素子４、５の発する光及び眼球側から入射してくる
外界光によってフレアー光が生じない作用は第１の実施
例と同じであるが、この実施例のように、途中の光路を
プリズム３１、３２、３３と平凸レンズ３４で充填して
一体にすると、光学系全体がコンパクトになると共に、
光路長も長くとれるので、光学系と眼球の間隔を広げる
ことができ、したがって、使用環境が向上する。In such a structure, the action of observing the images from the two display elements 4 and 5 in a combined manner, and
The effect that flare light is not generated by the light emitted from the display elements 4 and 5 and the external light incident from the eyeball side is the same as that in the first embodiment. , 32, 33 and the plano-convex lens 34 are integrated to make the optical system compact,
Since the optical path length can be long, the distance between the optical system and the eyeball can be widened, thus improving the environment of use.
【００２４】図３の断面図を参照にして第３の実施例を
説明する。光学配置は基本的に図６の先行例と同じであ
り、第１の実施例との相違点は、ハーフミラー６、７の
「Ｖ」字形の向きが逆になっており、かつ、それぞれ表
示素子４、５と対をなすハーフミラー６、７が各表示素
子より遠い側に配置され、表示素子４の像はハーフミラ
ー７を透過してハーフミラー６で、同じく表示素子５の
像はハーフミラー６を透過してハーフミラー７で反射さ
れ、表示素子４、５からの投射光はハーフミラーを一回
余分に通過しなければならない点である。A third embodiment will be described with reference to the sectional view of FIG. The optical arrangement is basically the same as that of the preceding example in FIG. 6, and the difference from the first example is that the half mirrors 6 and 7 have opposite "V" -shaped directions, and display is performed respectively. Half mirrors 6 and 7 forming a pair with the elements 4 and 5 are arranged on the side farther from each display element, and the image of the display element 4 is transmitted through the half mirror 7 and is the half mirror 6, and the image of the display element 5 is half. The point is that the projection light from the display elements 4 and 5 that passes through the mirror 6 and is reflected by the half mirror 7 must pass through the half mirror once more.
【００２５】このような配置において、表示素子４から
の投射光は、順に、第１のλ／４波長板２１を通過、
ハーフミラー７を通過、ハーフミラー６で反射、
第２のλ／４波長板２２を通過、凹面鏡８で反射、
第２のλ／４波長板２２を通過、ハーフミラー６を通
過、第３のλ／４波長板２３を通過、偏光板２４を
通過して、最後的には眼球に到る。この際の偏光状態
は、初期のＳ偏光から、円偏光、円偏光、円偏
光、Ｐ偏光、Ｐ偏光、円偏光、円偏光、Ｓ偏
光、Ｓ偏光となり、偏光板２４を通過して表示素子４
の像は眼球に達する。表示素子５から投射光も同様であ
る。一方、表示素子４からの投射光の中、ハーフミラー
７で反射した成分は、眼球直前の第３のλ／４波長板２
３でＰ偏光に変換されるため、Ｓ方向を向いている偏光
板２４で遮光される。同様に、表示素子５からの投射光
の中、ハーフミラー６で反射した成分も、偏光板２４で
遮光される。したがって、表示素子４、５の発する光に
よって生じるフレアー光は防止される。In such an arrangement, the projection light from the display element 4 sequentially passes through the first λ / 4 wave plate 21,
Passing through the half mirror 7, reflected by the half mirror 6,
Passes through the second λ / 4 wave plate 22, is reflected by the concave mirror 8,
The light passes through the second λ / 4 wave plate 22, the half mirror 6, the third λ / 4 wave plate 23, the polarizing plate 24, and finally reaches the eyeball. The polarization state at this time is changed from the initial S-polarized light to circularly polarized light, circularly polarized light, circularly polarized light, P-polarized light, P-polarized light, circularly polarized light, circularly polarized light, S-polarized light, and S-polarized light. Four
Image reaches the eyeball. The same applies to the light projected from the display element 5. On the other hand, in the projected light from the display element 4, the component reflected by the half mirror 7 is the third λ / 4 wavelength plate 2 immediately before the eyeball.
Since the light is converted into P-polarized light by 3, the light is shielded by the polarizing plate 24 facing the S direction. Similarly, of the projected light from the display element 5, the component reflected by the half mirror 6 is also blocked by the polarizing plate 24. Therefore, flare light generated by the light emitted from the display elements 4 and 5 is prevented.
【００２６】また、眼球方向から外界光が偏光板２４に
入射して、ハーフミラー６、７で２回反射して戻ってく
るときも、眼球直前の第３のλ／４波長板２３を２回通
過するため、Ｐ偏光となって偏光板２４で遮光されるた
め、眼球側から入射してくる外界光によってもフレアー
光は生じない。Also, when external light enters the polarizing plate 24 from the direction of the eyeball, is reflected twice by the half mirrors 6 and 7 and returns, the third λ / 4 wave plate 23 immediately in front of the eyeball is used. Since the light passes through the optical path, it becomes P-polarized light and is shielded by the polarizing plate 24, so that flare light is not generated even by the external light incident from the eyeball side.
【００２７】このようにして、上記２種類の原因で発生
するフレアー光がカットでき、使用者は、フレアー光の
ないクリアーな映像を観察することができる。In this way, flare light generated by the above two causes can be cut, and the user can observe a clear image without flare light.
【００２８】なお、この実施例においても、表示素子
４、５にＬＣＤを用いる場合、そのＬＣＤのλ／４波長
板２１側の偏光板を省いて、その機能を偏光板２４に兼
ねさせることもできる。また、第２の実施例と同様、途
中の光路をプリズム及び平凸レンズで充填して一体にす
ることができ、光学系全体がコンパクトにできると共に
光路長も長くとれ、光学系と眼球の間隔を広げることが
でき、したがって、使用環境が向上することになる。Also in this embodiment, when LCDs are used for the display elements 4 and 5, the polarizing plate on the side of the λ / 4 wave plate 21 of the LCDs may be omitted and the polarizing plate 24 may have the same function. it can. Further, as in the second embodiment, the optical path in the middle can be filled with a prism and a plano-convex lens so as to be integrated, the entire optical system can be made compact and the optical path length can be made long, and the distance between the optical system and the eyeball can be reduced. It can be widened, and therefore the usage environment is improved.
【００２９】ところで、上記の何れかの実施例の表示装
置を左右一対用意し、それらを眼輻距離だけ離して支持
することにより、両眼で観察できる据え付け型又は頭部
装着式視覚表示装置のようなポータブル型の視覚表示装
置として構成することができる。このようなポータブル
型の視覚表示装置の１例の全体の構成を図４に示す。表
示装置本体５０には、上記の何れかの実施例の表示装置
が左右一対備えられ、それらに対応して像面に液晶表示
素子からなる表示素子が配置されている。本体５０に左
右に連続して図示のような側頭フレーム５１が設けら
れ、両側の側頭フレーム５１は頭頂フレーム５２でつな
がれており、また、両側の側頭フレーム５１の中間には
板バネ５３を介してリアフレーム５４が設けてあり、リ
アフレーム５４を眼鏡のツルのように観察者の両耳の後
部に当て、また、頭頂フレーム５２を観察者の頭頂に載
せることにより、表示装置本体５０を観察者の眼前に保
持できるようになっている。なお、頭頂フレーム５２の
内側には海綿体のような弾性体からなる頭頂パッド５５
が取り付けてあり、同様にリアフレーム５４の内側にも
同様なパッドが取り付けられており、この表示装置を頭
部に装着したときに違和感を感じないようにしてある。By the way, a pair of left and right display devices according to any one of the above-described embodiments are prepared, and they are supported by being separated by an eye radiation distance so that a stationary or head-mounted visual display device can be observed with both eyes. It can be configured as such a portable visual display device. FIG. 4 shows the overall configuration of an example of such a portable visual display device. The display device main body 50 is provided with a pair of left and right display devices according to any one of the above-described embodiments, and a display element composed of a liquid crystal display element is arranged on the image plane corresponding to these. As shown in the figure, a temporal frame 51 is provided continuously to the left and right of the main body 50, the temporal frames 51 on both sides are connected by a crown frame 52, and a leaf spring 53 is provided between the temporal frames 51 on both sides. A rear frame 54 is provided through the display device main body 50 by placing the rear frame 54 against the rear parts of both ears of an observer like a temple of eyeglasses and placing the crown frame 52 on the crown of the observer. Can be held in front of the observer's eyes. In addition, the crown pad 55 made of an elastic body such as a spongy body is provided inside the crown frame 52.
Is attached, and similarly, a similar pad is attached to the inside of the rear frame 54 so that the user does not feel uncomfortable when the display device is attached to the head.
【００３０】また、リアフレーム５４にはスピーカ５６
が付設されており、映像観察と共に立体音響を聞くこと
ができるようになっている。このようにスピーカ５６を
有する表示装置本体５０には、映像音声伝達コード５７
を介してボータブルビデオカセット等の再生装置５８が
接続されているので、観察者はこの再生装置５８を図示
のようにベルト箇所等の任意の位置に保持して、映像、
音響を楽しむことができるようになっている。図示の５
９は再生装置５８のスイッチ、ボリューム等の調節部で
ある。なお、頭頂フレーム５２の内部に、映像処理・音
声処理回路等の電子部品を内蔵させてある。A speaker 56 is mounted on the rear frame 54.
Is attached, so that you can listen to stereophonic sound while observing images. As described above, the display device main body 50 having the speaker 56 has a video / audio transmission cord 57.
Since a reproducing device 58 such as a voltatable video cassette is connected through the observer, an observer holds the reproducing device 58 at an arbitrary position such as a belt portion as shown in the drawing,
You can enjoy the sound. 5 shown
Reference numeral 9 denotes a switch, volume control, etc. of the playback device 58. It should be noted that electronic components such as a video processing / audio processing circuit are built in the parietal frame 52.
【００３１】なお、コード５７は先端をジャックにし
て、既存のビデオデッキ等に取り付け可能としてもよ
い。さらに、ＴＶ電波受信用チューナーに接続してＴＶ
観賞用としてもよいし、コンピュータに接続してコンピ
ュータグラフィックスの映像や、コンピュータからのメ
ッセージ映像等を受信するようにしてもよい。また、邪
魔なコードを排斥するために、アンテナを接続して外部
からの信号を電波によって受信するようにしてもよい。The cord 57 may be attached to an existing video deck or the like by using a jack at the tip. Furthermore, connect to a tuner for receiving TV radio waves
It may be for ornamental use, or may be connected to a computer to receive computer graphics images, message images from the computer, and the like. Further, in order to eliminate the disturbing cord, an antenna may be connected to receive a signal from the outside by radio waves.
【００３２】以上、本発明の視覚表示装置をいくつかの
実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施
例に限定されず種々の変形が可能である。例えば、表示
素子４、５として、ＬＣＤ（液晶表示素子）の代わり
に、直線偏光した光で照明される表示素子、表示面に偏
光板を有する表示素子等を用いることもできる。Although the visual display device of the present invention has been described based on some embodiments, the present invention is not limited to these embodiments and various modifications can be made. For example, as the display elements 4 and 5, instead of an LCD (liquid crystal display element), a display element illuminated by linearly polarized light, a display element having a polarizing plate on the display surface, or the like can be used.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の視覚表示装置によると、接眼光学系の光学配置から、
小型で、広画角、高解像で映像を観察することができる
ことに加え、４枚の４分の１波長板と１枚の偏光板を組
み合わせ、２次元表示手段からの投射光の偏光の向きと
偏光板の向きを一致させておくことにより、正規の光路
を通った光のみを眼球に導いて映像表示を行い、正規光
路外の反射面によって反射された光によって生じるフレ
アー光、及び、眼球方向からの外界光によって生じるフ
レアー光をカットすることができ、明るくコントラスト
の高い映像を観察することができる。As is apparent from the above description, according to the visual display device of the present invention, from the optical arrangement of the eyepiece optical system,
In addition to being compact and capable of observing an image with a wide angle of view and high resolution, four quarter-wave plates and one polarizing plate are combined to produce a polarized light of the projection light from the two-dimensional display means. By matching the orientation of the polarizing plate with the orientation of the polarizing plate, only the light that has passed the regular optical path is guided to the eyeball to display an image, and flare light generated by the light reflected by the reflection surface outside the regular optical path, and The flare light generated by the external light from the eyeball direction can be cut, and a bright and high-contrast image can be observed.
【図１】本発明の視覚表示装置の第１の実施例の断面図
である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a first embodiment of a visual display device of the present invention.
【図２】本発明の視覚表示装置の第２の実施例の断面図
である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a second embodiment of the visual display device of the present invention.
【図３】本発明の視覚表示装置の第３の実施例の断面図
である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a third embodiment of the visual display device of the present invention.
【図４】本発明によるポータブル型の視覚表示装置の１
例の全体の構成を示す図である。FIG. 4 shows a portable visual display device 1 according to the present invention.
It is a figure which shows the whole structure of an example.
【図５】すでに提案した視覚表示装置の第１の形態の断
面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a first form of the previously proposed visual display device.
【図６】すでに提案した視覚表示装置の第２の形態の断
面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a second form of the previously proposed visual display device.
【図７】すでに提案した視覚表示装置においてフレアー
光を遮断するための１つの配置を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing one arrangement for blocking flare light in the previously proposed visual display device.
４、５…表示素子 ６、７…ハーフミラー ８…凹面鏡 ９…オーバーラップ領域 １０、１１、１０′、１１′…像 ２１…第１のλ／４波長板 ２２…第２のλ／４波長板 ２３…第３のλ／４波長板 ２４…偏光板 ３１、３２、３３…プリズム ３４…平凸レンズ ５０…表示装置本体 ５１…側頭フレーム ５２…頭頂フレーム ５３…板バネ ５４…リアフレーム ５５…頭頂パッド ５６…スピーカ ５７…映像音声伝達コード ５８…再生装置 ５９…スイッチ、ボリューム等の調節部 4, 5 ... Display element 6, 7 ... Half mirror 8 ... Concave mirror 9 ... Overlap area 10, 11, 10 ', 11' ... Image 21 ... First λ / 4 wave plate 22 ... Second λ / 4 wavelength Plate 23 ... Third λ / 4 wave plate 24 ... Polarizing plates 31, 32, 33 ... Prism 34 ... Plano-convex lens 50 ... Display device body 51 ... Temporal frame 52 ... Crown frame 53 ... Leaf spring 54 ... Rear frame 55 ... Top pad 56 ... Speaker 57 ... Video / audio transmission code 58 ... Playback device 59 ... Adjuster for switches, volume, etc.
Claims (3)
によって形成された映像を投影し、観察者眼球に導く接
眼光学系とからなる視覚表示装置において、 前記２次元表示手段が、少なくとも、観察者眼球に導か
れる映像の少なくとも一部を表示する偏光した光を射出
する第１映像表示手段と、前記の映像表示部分と異なる
他の部分を含む前記の映像表示部分を表示する偏光した
光を射出する第２映像表示手段とを含み、かつ、前記接
眼光学系が、前記第１映像表示手段により形成された第
１の映像を反射する第１の反射面と、前記第２映像表示
手段により形成された第２の映像を反射する第２の反射
面と、前記第１の映像と前記第２の映像との合成像を拡
大投影して観察者眼球内に導く正のパワーを有する反射
光学系とを含み、前記第１の反射面に対して前記第２の
反射面が角度をなして配置されており、 前記第１映像表示手段と前記第１の反射面の間、前記第
２映像表示手段と前記第２の反射面の間それぞれに４分
の１波長板が配置され、また、前記第１及び第２の２つ
の反射面と前記反射光学系の間に４分の１波長板が配置
され、さらに、前記の２つの反射面と観察者眼球の間
に、前記の２つの反射面に近い側から、４分の１波長板
と偏光板が配置されていることを特徴とする視覚表示装
置。1. A visual display device comprising a two-dimensional display means and an eyepiece optical system for projecting an image formed by the two-dimensional display means and guiding the image to an observer's eyeball. First image display means for emitting polarized light for displaying at least a part of the image guided to the observer's eye, and polarized light for displaying the image display part including another part different from the image display part. And a second reflecting surface for reflecting the first image formed by the first image displaying means by the eyepiece optical system, and the second image displaying means. And a second reflection surface for reflecting the second image formed by the above, and a reflection having a positive power for magnifying and projecting a composite image of the first image and the second image into the eyeball of the observer. And an optical system, The second reflecting surface is arranged at an angle with respect to the reflecting surface, and the second image displaying means and the second reflecting surface are provided between the first image displaying means and the first reflecting surface. A quarter-wave plate is arranged between the two reflecting surfaces, and a quarter-wave plate is arranged between the first and second reflecting surfaces and the reflection optical system. A visual display device characterized in that a quarter-wave plate and a polarizing plate are arranged between two reflecting surfaces and an observer's eyeball from the side close to the two reflecting surfaces.
のプリズムと、前記反射光学系として平凸レンズの凸面
に形成された裏面鏡と、前記の４つの４分の１波長板
と、前記偏光板とがそれぞれ貼り合わされて一体になっ
ていることを特徴とする請求項１記載の視覚表示装置。2. A prism of a rectangular parallelepiped having the two reflection surfaces inside, a back surface mirror formed on the convex surface of a plano-convex lens as the reflection optical system, the four quarter-wave plates, The visual display device according to claim 1, wherein the polarizing plate and the polarizing plate are attached to each other to be integrated.
子、偏光光で照明された表示素子、又は、表示面に偏光
板を有する表示素子を用いたことを特徴とする請求項１
又は２記載の視覚表示装置。3. The liquid crystal display device, a display device illuminated with polarized light, or a display device having a polarizing plate on the display surface is used as the two-dimensional display means.
Or the visual display device according to 2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6292799A JPH08152579A (en) | 1994-11-28 | 1994-11-28 | Visual display device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6292799A JPH08152579A (en) | 1994-11-28 | 1994-11-28 | Visual display device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08152579A true JPH08152579A (en) | 1996-06-11 |
Family
ID=17786500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6292799A Withdrawn JPH08152579A (en) | 1994-11-28 | 1994-11-28 | Visual display device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08152579A (en) |
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