JPH08286140A - Picture display device - Google Patents
Picture display deviceInfo
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- JPH08286140A JPH08286140A JP11004595A JP11004595A JPH08286140A JP H08286140 A JPH08286140 A JP H08286140A JP 11004595 A JP11004595 A JP 11004595A JP 11004595 A JP11004595 A JP 11004595A JP H08286140 A JPH08286140 A JP H08286140A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は画像表示装置に関し、特
に観察者が頭部に装着して画像発生手段からの画像情報
を有する光束を光学系を介して観察者の眼に導光し、画
像発生手段に表示された画像を虚像として拡大表示する
所謂Head Mounted Display (HMD)に好適なものでる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image display device, and in particular, an observer wears it on his head to guide a light beam having image information from an image generating means to an observer's eye through an optical system. It is suitable for a so-called Head Mounted Display (HMD) that enlarges and displays an image displayed on the image generating means as a virtual image.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来HMD に関する提案は数多くなされて
いる。これらの提案では観察者の瞳とHMD 光学系の出射
瞳を合わせるのにHMD 光学系全体を移動して合わせてい
る。2. Description of the Related Art Conventionally, many proposals regarding HMD have been made. In these proposals, the entire HMD optical system is moved to match the observer's pupil and the exit pupil of the HMD optical system.
【０００３】又、予めHMD 光学系の出射瞳を十分大きく
設定しておき、観察者の瞳のばらつきが出射瞳の中に納
まるようにする提案もある。There is also a proposal that the exit pupil of the HMD optical system is set sufficiently large in advance so that the variation of the observer's pupil is contained within the exit pupil.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】HMD において観察者が
蹴られの無い画像を観察するためには、観察者の瞳とHM
D 光学系の出射瞳を合わせることが必要である。（これ
を瞳合わせと呼ぶことにする。） 更に、観察者の両眼に画像を表示する２眼式のHMD にお
いては眼巾の個人差に合わせて左右光学系の出射瞳の間
隔を調整する必要がある。（これを眼巾調整と呼ぶこと
とする。） 従来のHMD においては瞳合わせのために、又２眼式のHM
D においては眼巾調整のために画像発生手段を含めて光
学系全体を移動させているので、移動部の体積、重量が
大きくなり、全体の重量も大きくなり、操作性も悪いと
いう問題があった。DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention In order to observe an image in which the observer is not kicked in the HMD, the observer's pupil and HM
It is necessary to match the exit pupil of the D optical system. (This will be referred to as pupil matching.) Furthermore, in a twin-lens type HMD that displays an image in both eyes of an observer, the interval between the exit pupils of the left and right optical systems is adjusted according to the individual difference in the eye width. There is a need. (This is called the interpupillary adjustment.) In the conventional HMD, it is used for pupil alignment, and it is a twin-lens type HM.
In D, since the entire optical system including the image generating means is moved to adjust the width of the pupil, there is a problem in that the volume and weight of the moving part increase, the total weight increases, and operability is poor. It was
【０００５】又、HMD 光学系の出射瞳を予め大きくする
ことは、光学設計的に難しく、又画像発生手段に液晶表
示器（LCD ）を用いる場合はその表示面から発する光束
の有効発散角により出射瞳が制限されるという問題点が
あった。In addition, it is difficult to make the exit pupil of the HMD optical system large in advance in terms of optical design, and when a liquid crystal display (LCD) is used as the image generating means, it depends on the effective divergence angle of the light beam emitted from the display surface. There is a problem that the exit pupil is limited.
【０００６】本発明の目的は、従来の画像表示装置のよ
うに光学系全体を移動して瞳合わせや眼巾調整を行う構
成をとらず、画像発生手段と一部の光学系又は一部の光
学系のみを移動部として構成し、該移動部を移動して瞳
合わせや眼巾調整を行うことにより、全体の体積及び重
量を小さく出来、操作性の良いHMD 型の画像表示装置を
提供することである。An object of the present invention is not to take a structure for moving the entire optical system to adjust the pupil and adjusting the interpupillary distance as in a conventional image display device, but to use the image generating means and a part of the optical system or a part of the optical system. An HMD-type image display device with good operability can be provided by configuring only the optical system as a moving unit, and moving the moving unit to adjust the pupils and the interpupillary distance to reduce the overall volume and weight and to improve operability. That is.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の画像表示装置
は、（１−１） 画像発生手段に表示する画像より射出
する画像情報を有する光束を光学系により観察者の眼に
導光し、該観察者に該画像の拡大した虚像を視認せしめ
る画像表示装置において、該画像発生手段と該光学系の
一部又は該光学系の一部で構成する移動部を移動するこ
とにより該光学系の出射瞳の位置を観察方向と略直交す
る方向に移動すること等を特徴としている。The image display device of the present invention comprises: (1-1) guiding a light flux having image information emitted from an image displayed on an image generating means to an observer's eye by an optical system; In an image display device that allows the observer to visually recognize a magnified virtual image of the image, by moving the image generating unit and a part of the optical system or a moving unit configured by a part of the optical system, The feature is that the position of the exit pupil is moved in a direction substantially orthogonal to the observation direction.
【０００８】特に、（１−１−１） 前記光学系は前記
出射瞳の中心から該虚像の中心へ向かう光線に対して偏
心している少なくとも１枚の光学的パワーを有する反射
面を有している。（１−１−２） 前記画像発生手段は
液晶表示器であり、前記光学系は該液晶表示器より射出
する光束を最初に反射させる回転放物面の偏心反射面を
有している。こと等を特徴としている。In particular, (1-1-1) the optical system has at least one reflecting surface having an optical power, which is eccentric with respect to a ray traveling from the center of the exit pupil to the center of the virtual image. There is. (1-1-2) The image generating means is a liquid crystal display, and the optical system has a decentered reflecting surface of a paraboloid of revolution that first reflects the light beam emitted from the liquid crystal display. It is characterized by such things.
【０００９】又、本発明の画像表示装置は、（１−２）
画像発生手段に表示する画像より射出する画像情報を
有する光束を光学系により観察者の眼に導光し、該観察
者に該画像の拡大した虚像を視認せしめる画像表示装置
を観察者の右眼用と左眼用に各々設け、該各画像発生手
段と該各光学系の一部又は該各光学系の一部で構成する
各々の移動部を移動することにより該各光学系の出射瞳
の位置を観察方向と略直交する方向に移動させて眼巾を
調整していること等を特徴としている。The image display device of the present invention is (1-2)
An image display device that guides a light flux having image information emitted from an image displayed on the image generating means to an observer's eye by an optical system and makes the observer visually recognize a magnified virtual image of the image is the right eye of the observer. For each of the left and right eyes, and by moving each of the image generating means and a part of each of the optical systems or a moving part of each of the optical systems, the exit pupil of each of the optical systems is changed. It is characterized in that the position is moved in a direction substantially orthogonal to the observation direction to adjust the pupil distance.
【００１０】特に、（１−２−１） 前記各々の移動部
を各々移動することにより前記各々の出射瞳の位置を移
動する際、各々の移動部の移動によって該各出射瞳は各
々の観察方向と略直交する方向に互いに逆方向に移動す
る。（１−２−２） 前記各光学系は前記各出射瞳の中
心から前記各虚像の中心へ向かう光線に対して偏心して
いる少なくとも１枚の光学的パワーを有する反射面を各
々有している。（１−２−３） 前記各画像発生手段は
液晶表示器であり、前記各光学系は該各液晶表示器より
射出する光束を最初に反射する回転放物面の偏心反射面
を有している。こと等を特徴としている。In particular, (1-2-1) when the position of each of the exit pupils is moved by moving each of the moving parts, each of the exit pupils is observed by each of the moving parts. Move in opposite directions in a direction substantially orthogonal to the direction. (1-2-2) Each of the optical systems has at least one reflecting surface having optical power, which is eccentric with respect to a ray traveling from the center of each exit pupil to the center of each virtual image. . (1-2-3) Each of the image generating means is a liquid crystal display, and each of the optical systems has a decentered reflection surface of a paraboloid of revolution that first reflects a light beam emitted from each of the liquid crystal displays. There is. It is characterized by such things.
【００１１】更に本発明の画像表示装置は、（１−３）
画像表示手段に表示した画像に基づく光束を第１の光
学部材と第２の光学部材より成る光学系を介して観察者
に導光し、該光学系の出射瞳より該画像の虚像を観察す
る際、該第１の光学部材の少なくとも一部を変位させて
該出射瞳を観察方向と直交する方向へ移動させているこ
と等を特徴としている。Further, the image display device of the present invention is (1-3)
A light beam based on the image displayed on the image display unit is guided to an observer through an optical system including a first optical member and a second optical member, and a virtual image of the image is observed from an exit pupil of the optical system. At this time, at least a part of the first optical member is displaced to move the exit pupil in a direction orthogonal to the observation direction.
【００１２】特に、（１−３−１） 前記第２の光学部
材は複数の偏心反射光学系より成っている。（１−３−
２） 前記画像表示手段を前記第１の光学部材の少なく
とも一部と共に変位させている。（１−３−３） 前記
第１の光学部材は前記画像表示手段の表示面より垂直に
射出する光線を略一点に集光している。こと等を特徴と
している。In particular, (1-3-1) the second optical member comprises a plurality of decentered reflection optical systems. (1-3-
2) The image display means is displaced together with at least a part of the first optical member. (1-3-3) The first optical member collects a light beam emitted perpendicularly from the display surface of the image display unit at approximately one point. It is characterized by such things.
【００１３】[0013]
【実施例】図１は本発明の実施例１の光学系の要部概略
図（水平断面図）である。図１は光学系全体の出射瞳が
第１の位置にある場合の図であり、図には光線の光路を
図示している。EXAMPLE 1 FIG. 1 is a schematic view (horizontal sectional view) of an essential part of an optical system of Example 1 of the present invention. FIG. 1 is a diagram when the exit pupil of the entire optical system is at the first position, and the diagram shows the optical path of the light beam.
【００１４】本実施例はHMD の光学系であり、本実施例
は観察者の顔の左右対称面MNに対して左右対称に構成し
ているが、図には観察者の右眼に対応する部分のみを表
している。The present embodiment is an optical system of an HMD, and this embodiment is constructed symmetrically with respect to the left-right symmetry plane MN of the face of the observer, but the figure corresponds to the right eye of the observer. Only the part is shown.
【００１５】図中、2-1 、2-2 、2-3 、2-4 、2-5 は夫
々偏心ミラーである。偏心ミラー2-5 は第１の光学部材
であり、偏心ミラー2-1、2-2、2-3、2-4 は第２の光学部材
であり、第１の光学部材と第２の光学部材とで全体の光
学系を構成している。In the figure, 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 and 2-5 are decentering mirrors, respectively. The eccentric mirror 2-5 is the first optical member, and the eccentric mirrors 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 are the second optical members, and the first optical member and the second optical member. The entire optical system is composed of the members.
【００１６】4 は画像発生手段であり、液晶表示器(LC
D) で構成している。1 はLCD4の表示面上の各点より該
表示面に対して垂直に射出する光線が光学系全体を通過
後に略１つの点に交わる位置であり、本実施例ではこの
点を出射瞳の中心点とし、観察者はこの出射瞳から画像
の拡大虚像を観察する。Reference numeral 4 denotes an image generating means, which is a liquid crystal display (LC
D). Reference numeral 1 denotes a position at which a light ray emitted from each point on the display surface of the LCD 4 perpendicularly to the display surface intersects with approximately one point after passing through the entire optical system. In this embodiment, this point is the center of the exit pupil. The observer observes the magnified virtual image of the image through the exit pupil.
【００１７】3 はLCD4の表示面上の各点より該表示面に
対して垂直に射出する光線（主光線）が偏心ミラー2-5
（第１の光学部材）を通過後に略１つの点に交わる位置
であり、この点は途中の瞳位置であり、瞳位置3 は偏心
ミラー2-4 、2-3 、2-2 、2-1 によって出射瞳の中心点
1 に結像する。即ち瞳位置3 は出射瞳1 の共役点であ
る。Reference numeral 3 denotes a eccentric mirror 2-5 in which light rays (principal rays) emitted from respective points on the display surface of the LCD 4 perpendicularly to the display surface.
It is a position intersecting with approximately one point after passing through the (first optical member), this point is a pupil position in the middle, and the pupil position 3 is the decentering mirrors 2-4, 2-3, 2-2, 2- Center point of exit pupil by 1
Focus on 1. That is, the pupil position 3 is the conjugate point of the exit pupil 1.
【００１８】なお、偏心ミラー2-5 は瞳位置3 を略焦点
とする回転放物面の非球面ミラーで構成している。The eccentric mirror 2-5 is composed of an aspherical mirror having a paraboloid of revolution whose focal point is the pupil position 3.
【００１９】又、前に説明したように本実施例には左眼
用の光学要素が対称面MNに関して対称に配置されてい
る。Further, as described above, in this embodiment, the optical elements for the left eye are arranged symmetrically with respect to the plane of symmetry MN.
【００２０】本実施例の光学系は２つの部分に分かれて
いる。第２の光学部材である偏心ミラー2-4 、2-3 、2ー
2 、2ー1 の部分は筐体A に設置しており、第１の光学部
材である偏心ミラー2-5 とLCD4で構成される移動部は筐
体BRに設置しており、筐体BRは所定方向に移動できるよ
うに構成している。The optical system of this embodiment is divided into two parts. Decentering mirrors 2-4, 2-3, 2-that are the second optical members
2, 2-1 parts are installed in the housing A, the moving unit constituted by the first eccentric mirror 2-5 is an optical member LCD4 is installed in the housing B R, housing B R is constructed so as to be movable in a predetermined direction.
【００２１】本実施例の作用を説明する。LCD4の表示面
に表示された画像から画像情報を含んだ光束が出射す
る。この光束は偏心ミラー2-5 で反射して瞳位置3 に瞳
を形成するように進み、偏心ミラー2-4 、2ー3 、2ー2 、
2ー1 で夫々反射されて、夫々の光束の主光線（LCD4の表
示面より垂直に射出する光線）は出射瞳の中心点1 に集
まる。The operation of this embodiment will be described. A light flux containing image information is emitted from the image displayed on the display surface of the LCD 4. This luminous flux is reflected by the eccentric mirror 2-5 and proceeds so as to form a pupil at the pupil position 3, and the eccentric mirrors 2-4, 2-3, 2-2,
The principal rays (rays emitted perpendicularly from the display surface of LCD4) of the respective light fluxes reflected by 2-1 are collected at the center point 1 of the exit pupil.
【００２２】観察者の右眼の瞳が出射瞳の中心点1 にあ
れば、観察者はLCD4に表示された画像の拡大虚像を前方
に視認することになる。なお、偏心ミラー2-1 がハーフ
ミラーであれば、観察者は外界の風景に拡大虚像をオー
バーラップして視認する。If the pupil of the right eye of the observer is located at the center point 1 of the exit pupil, the observer will visually recognize a magnified virtual image of the image displayed on the LCD 4 ahead. If the eccentric mirror 2-1 is a half mirror, the observer visually recognizes the magnified virtual image by overlapping it with the external scenery.
【００２３】このとき、偏心ミラー2-5 は瞳位置3 を略
焦点とする放物面であり、LCD4の表示面を偏心ミラー2-
5 の放物面の軸と略直交するように配置しているので、
該表示面の各点から表示面に対して略垂直に射出する光
線（主光線）は偏心ミラー2-5 を反射した後、焦点であ
る瞳位置3 の方向に進む。つまり、LCD4に対する各画角
の主光線は所謂テレセントリック条件を満たすよう構成
している。これによって画像発生手段がLCD の場合、表
示面に対して略垂直方向へ出射する光線がコントラスト
が高いという画像発生手段固有の特性に適切に対応して
いる。At this time, the eccentric mirror 2-5 is a parabolic surface having the pupil position 3 as a substantially focal point, and the display surface of the LCD 4 is the eccentric mirror 2-.
Since it is arranged so as to be substantially orthogonal to the parabolic axis of 5,
A light ray (main ray) emitted from each point on the display surface substantially perpendicular to the display surface is reflected by the eccentric mirror 2-5, and then travels in the direction of the pupil position 3 which is the focal point. That is, the chief ray of each angle of view with respect to the LCD 4 is configured to satisfy the so-called telecentric condition. Thus, when the image generating means is an LCD, the characteristic peculiar to the image generating means that a light beam emitted in a direction substantially perpendicular to the display surface has a high contrast is appropriately dealt with.
【００２４】実施例１が図１の状態の時に、光学系の出
射瞳の中心点1 が観察者の瞳P と距離a だけずれている
とする。このときには光学系の出射瞳の中心点1 をP の
位置に移動しなければならない。When Example 1 is in the state of FIG. 1, it is assumed that the center point 1 of the exit pupil of the optical system is displaced from the observer's pupil P by a distance a. At this time, the center point 1 of the exit pupil of the optical system must be moved to the position P.
【００２５】出射瞳の中心点1 と拡大虚像の中心点を結
ぶ直線を軸8 とする。図１の状態において、出射瞳の中
心点1 を紙面内で軸8 に略垂直な方向にa だけ移動する
と、瞳位置3 は (a*β) 移動する。ここにβは出射瞳1
と共役点3 の間の結像倍率である。A straight line connecting the center point 1 of the exit pupil and the center point of the magnified virtual image is defined as an axis 8. In the state of FIG. 1, when the center point 1 of the exit pupil is moved by a in the direction substantially perpendicular to the axis 8 on the paper surface, the pupil position 3 is moved by (a * β). Where β is the exit pupil 1
And the imaging magnification between conjugate point 3 and.
【００２６】そこで本実施例においては、この共役点3
の移動線に沿って (a*β) だけ移動部を移動して出射瞳
をa だけ移動させる。即ち筐体BRを距離 (a*β) だけ所
定の方向に移動して瞳位置3'に瞳を形成して瞳合わせを
行う。Therefore, in this embodiment, this conjugate point 3
The moving part is moved by (a * β) along the moving line of, and the exit pupil is moved by a. That is, the casing B R is moved in the predetermined direction by the distance (a * β) to form the pupil at the pupil position 3 ′, and the pupil alignment is performed.
【００２７】図２は実施例１の出射瞳位置の移動（瞳合
わせ）の原理の説明図である。図では瞳合わせの前後の
光学系の状態及び光路を示している。瞳合わせに際して
移動する要素、即ちLCD4、偏心ミラー2-5 、瞳位置3 及
び出射瞳の中心点1 の瞳合わせ後については( ’) を付
している。FIG. 2 is an explanatory view of the principle of movement (pupil alignment) of the exit pupil position of the first embodiment. The figure shows the state of the optical system and the optical path before and after pupil alignment. Elements that move during pupil alignment, that is, the LCD 4, the eccentric mirror 2-5, the pupil position 3, and the center point 1 of the exit pupil are aligned with (').
【００２８】図２中、出射瞳の中心点1 に集まる実線の
直線群は瞳合わせ前においてLCD4の表示面上の５箇所か
ら射出して出射瞳の中心点1 に達する主光線である。In FIG. 2, a group of solid straight lines gathering at the center point 1 of the exit pupil is a chief ray which reaches the center point 1 of the exit pupil from five points on the display surface of the LCD 4 before the pupil alignment.
【００２９】LCD4及び偏心ミラー2-5 を夫々4'、2-5'の
位置へ移動して形成された出射瞳の中心点1'へ集まる破
線群は、瞳合わせ後においてLCD4' の表示面上の５箇所
から射出して出射瞳の中心点1'に達する主光線である。The groups of broken lines gathering at the center point 1'of the exit pupil formed by moving the LCD 4 and the eccentric mirror 2-5 to the positions 4'and 2-5 'are the display surface of the LCD 4'after the pupil alignment. It is a chief ray that emerges from the upper five points and reaches the center point 1'of the exit pupil.
【００３０】図３は本実施例の出射瞳位置の移動後の要
部概略図である。FIG. 3 is a schematic view of a main part of the present embodiment after the position of the exit pupil is moved.
【００３１】本実施例では出射瞳の中心点1 と共役点3
との間の結像倍率は約３倍であるので、出射瞳の中心点
1 を距離a だけ移動するためにはLCD4と偏心ミラー2-5
より構成される移動部の移動量は3a程度である。In this embodiment, the center point 1 and the conjugate point 3 of the exit pupil are
Since the imaging magnification between and is about 3 times, the center point of the exit pupil
LCD 4 and eccentric mirror 2-5 to move 1 by distance a
The amount of movement of the moving unit composed of about 3a.
【００３２】本実施例では不図示の左眼用の光学系も右
眼用の光学系と同様に構成している。従って本実施例で
はLCD4と偏心ミラー2-5 より構成される移動部及び左眼
の対応部材を夫々対称に所定方向に移動することによ
り、右眼用の光学系の出射瞳と左眼用の光学系の出射瞳
は観察方向に対して略直交する方向に互いに逆方向に移
動する。これによって２眼式のHMD の眼巾調整を容易に
行える。In this embodiment, the optical system for the left eye (not shown) has the same structure as the optical system for the right eye. Therefore, in this embodiment, by moving the moving part composed of the LCD 4 and the eccentric mirror 2-5 and the corresponding member of the left eye symmetrically in the predetermined direction, respectively, the exit pupil of the optical system for the right eye and the left eye The exit pupils of the optical system move in opposite directions to each other in a direction substantially orthogonal to the observation direction. This makes it easy to adjust the width of the twin-lens type HMD.
【００３３】また、場合によっては右眼又は左眼の光学
系のどちらか一方のLCD4と偏心ミラー2-5 の移動により
眼巾調整を行うことができる。Depending on the case, the eye width can be adjusted by moving the LCD 4 of either the right eye or the left eye optical system and the eccentric mirror 2-5.
【００３４】又、実施例１の構成とは逆に光学系の一部
である偏心ミラー2-1 、2-2 、2-3、2-4 を移動部と
し、偏心ミラー2-5 及びLCD4を固定する構成をとり、移
動部を所定方向に移動することで光学系の出射瞳を移動
させることも可能である。Contrary to the configuration of the first embodiment, the decentering mirrors 2-1, 2-2, 2-3, 2-4, which are a part of the optical system, are used as moving parts, and the decentering mirror 2-5 and the LCD 4 are used. It is also possible to move the exit pupil of the optical system by moving the moving unit in a predetermined direction while fixing the position.
【００３５】この場合は移動部が実施例１よりも大きく
なるが、光学系全体を移動する従来の装置に比べれば移
動部が小さく軽量になる。In this case, the moving part is larger than that in the first embodiment, but the moving part is smaller and lighter than the conventional device that moves the entire optical system.
【００３６】図４は本発明の実施例２の光学系の要部概
略図（水平断面図）である。図４は光学系全体の出射瞳
が第１の位置にある場合の図であり、図には光線の光路
を図示している。FIG. 4 is a schematic view (horizontal sectional view) of an essential part of an optical system of Example 2 of the present invention. FIG. 4 is a diagram when the exit pupil of the entire optical system is at the first position, and the diagram shows the optical path of the light beam.
【００３７】本実施例はHMD の光学系であり、本実施例
は観察者の顔の左右対称面MNに対して左右対称に構成し
ているが、図には観察者の右眼に対応する部分のみを表
している。This embodiment is an optical system of HMD, and this embodiment is constructed symmetrically with respect to the left-right symmetry plane MN of the face of the observer, but the figure corresponds to the right eye of the observer. Only the part is shown.
【００３８】図中、2-1 、2-2 、2-3 は夫々偏心ミラー
であり、第２の光学部材を構成している。5 はリレーレ
ンズ系であり、レンズ5-1 、5-2 、5-3 、5-4 の４個の
レンズより構成しており、第１の光学部材を構成してい
る。第１の光学系と第２の光学系とで全体の光学系を構
成している。In the figure, 2-1, 2-2 and 2-3 are decentering mirrors, respectively, which constitute the second optical member. Reference numeral 5 is a relay lens system, which is composed of four lenses 5-1, 5-2, 5-3, and 5-4, and constitutes a first optical member. The first optical system and the second optical system make up the entire optical system.
【００３９】4 は画像発生手段であり、液晶表示器(LC
D) で構成している。1 はLCD4の表示面上の各点より該
表示面に対して垂直に射出する光線が光学系全体を通過
後に略１つの点に交わる位置であり、本実施例ではこの
点を出射瞳の中心点とし、観察者はこの出射瞳から画像
の拡大虚像を観察する。Reference numeral 4 denotes an image generating means, which is a liquid crystal display (LC
D). Reference numeral 1 denotes a position at which a light ray emitted from each point on the display surface of the LCD 4 perpendicularly to the display surface intersects with approximately one point after passing through the entire optical system. In this embodiment, this point is the center of the exit pupil. The observer observes the magnified virtual image of the image through the exit pupil.
【００４０】3 はLCD4の表示面上の各点より該表示面に
対して垂直に射出する光線（主光線）がリレーレンズ系
5 （第１の光学部材）を通過後に略１つの点に交わる位
置であり、この点は途中の瞳位置であり、瞳位置3 は偏
心ミラー2-3 、2-2 、2-1 によって出射瞳の中心点1 に
結像する。即ち瞳位置3 は出射瞳1 の共役点である。Reference numeral 3 denotes a relay lens system in which a light beam (main light beam) emitted from each point on the display surface of the LCD 4 perpendicularly to the display surface.
5 It is a position where it crosses approximately one point after passing through 5 (the first optical member), this point is the pupil position in the middle, and the pupil position 3 is emitted by the eccentric mirrors 2-3, 2-2, 2-1. The image is formed at the center point 1 of the pupil. That is, the pupil position 3 is the conjugate point of the exit pupil 1.
【００４１】又、前に説明したように本実施例には左眼
用の光学要素が対称面MNに関して対称に配置されてい
る。Further, as described above, in this embodiment, the optical elements for the left eye are arranged symmetrically with respect to the plane of symmetry MN.
【００４２】本実施例の光学系は２つの部分に分かれて
いる。第２の光学部材である偏心ミラー2-3 、2ー2 、2ー
1 の部分は筐体A に設置しており、第１の光学部材であ
るリレーレンズ系5 とLCD4により構成される移動部は筐
体BRに設置しており、筐体BRは所定方向に移動（平行移
動及び回転）するように構成している。The optical system of this embodiment is divided into two parts. Decentering mirrors 2-3, 2-2, 2-
The part 1 is installed in the case A, and the moving part composed of the relay lens system 5 and the LCD 4 which is the first optical member is installed in the case B R , and the case B R is in a predetermined direction. It is configured to be moved (parallel movement and rotation).
【００４３】本実施例の作用を説明する。LCD4の表示面
に表示された画像から画像情報を含んだ光束が出射す
る。この光束はレンズ5-4 、5-3 、5-2 、5-1 を透過し
て瞳位置3 に瞳を形成するように進み、次いで偏心ミラ
ー2ー3 、2ー2 、2ー1 で夫々反射されて、夫々の光束の主
光線（LCD4の表示面より垂直に射出する光線）は出射瞳
の中心点1 に集まる。The operation of this embodiment will be described. A light flux containing image information is emitted from the image displayed on the display surface of the LCD 4. This light flux passes through lenses 5-4, 5-3, 5-2, and 5-1 to form a pupil at pupil position 3, and then is decentered by mirrors 2-3, 2-2, and 2-1. The principal rays of the respective light fluxes reflected (light rays emitted perpendicularly from the display surface of the LCD 4) are collected at the center point 1 of the exit pupil.
【００４４】観察者の右眼の瞳が出射瞳の中心点1 にあ
れば、観察者はLCD に表示された画像の拡大虚像を前方
に視認することになる。なお、偏心ミラー2-1 がハーフ
ミラーであれば、観察者は外界の風景に拡大虚像をオー
バーラップして視認する。When the pupil of the observer's right eye is at the center point 1 of the exit pupil, the observer visually recognizes a magnified virtual image of the image displayed on the LCD. If the eccentric mirror 2-1 is a half mirror, the observer visually recognizes the magnified virtual image by overlapping it with the external scenery.
【００４５】実施例２が図４の状態の時に、光学系の出
射瞳中心点1 が観察者の瞳P と距離a だけずれていると
する。このときには光学系の出射瞳の中心点1 をP の位
置に移動しなければならない。When the second embodiment is in the state of FIG. 4, it is assumed that the exit pupil center point 1 of the optical system is displaced from the observer's pupil P by the distance a. At this time, the center point 1 of the exit pupil of the optical system must be moved to the position P.
【００４６】出射瞳の中心点1 と拡大虚像の中心点を結
ぶ直線を軸8 とする。図１の状態において、出射瞳の中
心点1 を紙面内で軸8 に略垂直な方向にa だけ移動する
と、瞳位置3 は (a*β) 移動する。ここにβは出射瞳1
と共役点3 の間の結像倍率である。A straight line connecting the center point 1 of the exit pupil and the center point of the enlarged virtual image is defined as an axis 8. In the state of FIG. 1, when the center point 1 of the exit pupil is moved by a in the direction substantially perpendicular to the axis 8 on the paper surface, the pupil position 3 is moved by (a * β). Where β is the exit pupil 1
And the imaging magnification between conjugate point 3 and.
【００４７】そこで本実施例においては、この共役点3
の移動を生ずるように移動部を所定量移動（平行移動及
び回転）して出射瞳をa だけ移動させる。即ち筐体BRを
所定の方向に移動（平行移動及び回転）して瞳位置3'に
瞳を形成して瞳合わせを行う。Therefore, in this embodiment, this conjugate point 3
The moving portion is moved by a predetermined amount (parallel movement and rotation) so as to cause the movement of (1) and the exit pupil is moved by a. That is, the casing B R is moved (translated and rotated) in a predetermined direction to form a pupil at the pupil position 3 ′ and perform pupil alignment.
【００４８】このとき、筐体BRの移動は実施例１と同じ
ようにa*βだけ平行移動を行い、更に各画角の主光線が
リレーレンズ系5に入射する角度が瞳移動前と同じであ
るように筐体BRの回転を行う。At this time, the housing B R is moved in parallel by a * β as in the first embodiment, and the angle at which the chief ray of each field angle is incident on the relay lens system 5 is the same as before the pupil movement. Rotate the enclosure B R in the same way.
【００４９】この移動は非対称形状のカム等の従来の技
術を用い、ワンアクションで行うことが可能である。又
瞳移動に伴なう偏心したリレーレンズ系5による収差発
生を押えるように平行移動，回転量を調整することも可
能である。This movement can be performed in one action by using a conventional technique such as an asymmetrical cam. It is also possible to adjust the amount of translation and rotation so as to suppress the occurrence of aberration due to the eccentric relay lens system 5 that accompanies pupil movement.
【００５０】図５は実施例２の出射瞳位置の移動（瞳合
わせ）の原理の説明図である。図では瞳合わせの前後の
光学系の状態及び光路を示している。瞳合わせに際して
移動する要素、即ちLCD4、リレーレンズ系5 、瞳位置3
及び出射瞳の中心点1 の瞳合わせ後については( ’) を
付している。FIG. 5 is an explanatory view of the principle of movement (pupil alignment) of the exit pupil position of the second embodiment. The figure shows the state of the optical system and the optical path before and after pupil alignment. Elements that move during pupil alignment, namely LCD 4, relay lens system 5, pupil position 3
Also, (') is added after the pupil alignment of the center point 1 of the exit pupil.
【００５１】図５中、出射瞳の中心点1 に集まる実線の
直線群は瞳合わせ前においてLCD4の表示面上の５箇所か
ら表示面に垂直に射出して出射瞳の中心点1 に達する主
光線である。In FIG. 5, solid line groups gathering at the center point 1 of the exit pupil are emitted from five points on the display surface of the LCD 4 perpendicularly to the display surface before reaching the center point 1 of the exit pupil before the pupil alignment. Is a ray.
【００５２】LCD4及びリレーレンズ系5 を夫々4'、5'の
位置へ移動して形成された出射瞳の中心点1'へ集まる破
線群は、瞳合わせ後においてLCD4' の表示面上の５箇所
から射出して出射瞳の中心点1'に達する主光線である。A group of broken lines gathering at the center point 1'of the exit pupil formed by moving the LCD 4 and the relay lens system 5 to the positions 4'and 5 ', respectively, is 5 on the display surface of the LCD 4'after pupil alignment. It is a chief ray that emerges from a point and reaches the center point 1 ′ of the exit pupil.
【００５３】本実施例においては実施例１と異なり放物
面ミラーで構成する偏心ミラーを用いていないため、リ
レーレンズ系5 全体を傾けなければならない。Unlike the first embodiment, this embodiment does not use a decentered mirror composed of a parabolic mirror, so that the entire relay lens system 5 must be tilted.
【００５４】図６は本実施例の出射瞳位置の移動後の要
部概略図である。FIG. 6 is a schematic view of the essential parts after the position of the exit pupil of this embodiment is moved.
【００５５】本実施例では出射瞳の中心点1 と共役点3
との間の結像倍率は約２倍であるので、出射瞳の中心点
1 を距離a だけ移動するためには移動部の移動量は2a程
度である。In this embodiment, the central point 1 and the conjugate point 3 of the exit pupil are
Since the imaging magnification between and is about 2 times, the center point of the exit pupil
In order to move 1 by the distance a, the moving amount of the moving part is about 2a.
【００５６】本実施例では不図示の左眼用の光学系も右
眼用の光学系と同様に構成している。従って本実施例で
はLCD4とリレーレンズ系5 より構成される移動部及び左
眼の対応部材を夫々対称に所定方向に移動することによ
り、右眼用の光学系の出射瞳と左眼用の光学系の出射瞳
は観察方向と直交する方向に互いに逆方向に移動する。
これによって２眼式のHMD の眼巾調整を容易に行える。In this embodiment, the optical system for the left eye (not shown) has the same structure as the optical system for the right eye. Therefore, in this embodiment, by moving the moving unit composed of the LCD 4 and the relay lens system 5 and the corresponding member of the left eye symmetrically in the predetermined direction, the exit pupil of the optical system for the right eye and the optical for the left eye are formed. The exit pupils of the system move in directions opposite to each other in a direction orthogonal to the observation direction.
This makes it easy to adjust the width of the twin-lens type HMD.
【００５７】又、実施例２の構成とは逆に光学系の一部
である偏心ミラー2-1 、2-2 、2-3を移動部とし、リレ
ーレンズ系5 及びLCD4を固定する構成をとり、移動部を
所定方向に移動することで光学系の出射瞳を移動させる
ことも可能である。Contrary to the configuration of the second embodiment, the decentering mirrors 2-1, 2-2 and 2-3, which are part of the optical system, are used as the moving parts, and the relay lens system 5 and the LCD 4 are fixed. It is also possible to move the exit pupil of the optical system by moving the moving unit in a predetermined direction.
【００５８】この場合は移動部が実施例２よりも大きく
なるが、光学系全体を移動する従来の装置に比べれば移
動部が小さく軽量になる。In this case, the moving part is larger than that in the second embodiment, but the moving part is smaller and lighter than the conventional device that moves the entire optical system.
【００５９】[0059]
【発明の効果】本発明は以上の構成により、従来の画像
表示装置のように光学系全体を移動して瞳合わせや眼巾
調整を行う構成をとらず、画像発生手段と一部の光学系
又は一部の光学系のみを移動部として構成し、該移動部
を移動して瞳合わせや眼巾調整を行うことにより、全体
の体積及び重量を小さく出来、操作性の良いHMD 型の画
像表示装置を達成する。According to the present invention, with the above construction, the image generating means and a part of the optical system are not provided, unlike the conventional image display apparatus, which is configured to move the entire optical system to adjust the pupil and the pupil width. Alternatively, by configuring only a part of the optical system as a moving part, and moving the moving part to adjust the pupil and the pupil width, the overall volume and weight can be reduced, and an HMD type image display with good operability is provided. Achieve the device.
【図１】 本発明の実施例１の光学系の要部概略図（水
平断面図）FIG. 1 is a schematic view (horizontal sectional view) of an essential part of an optical system of Example 1 of the present invention.
【図２】 実施例１の出射瞳位置の移動の原理の説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of the principle of movement of the exit pupil position of the first embodiment.
【図３】 実施例１の出射瞳位置の移動後の要部概略図FIG. 3 is a schematic diagram of a main part of the first embodiment after the exit pupil position is moved.
【図４】 本発明の実施例２の光学系の要部概略図（水
平断面図）FIG. 4 is a schematic view (horizontal sectional view) of an essential part of an optical system according to a second embodiment of the present invention.
【図５】 実施例２の出射瞳位置の移動の原理の説明図FIG. 5 is an explanatory diagram of the principle of movement of the exit pupil position according to the second embodiment.
【図６】 実施例２の出射瞳位置の移動後の要部概略図FIG. 6 is a schematic view of a main part of the second embodiment after the exit pupil position is moved.
1 出射瞳の中心点 2 偏心ミラー 3 瞳位置（出射瞳の共役点） 4 画像発生手段(LCD) 5 リレーレンズ系 A 筐体 BR 筐体1 Center point of exit pupil 2 Decentered mirror 3 Pupil position (conjugate point of exit pupil) 4 Image generation means (LCD) 5 Relay lens system A case B R case
Claims (11)
る画像情報を有する光束を光学系により観察者の眼に導
光し、該観察者に該画像の拡大した虚像を視認せしめる
画像表示装置において、 該画像発生手段と該光学系の一部又は該光学系の一部で
構成する移動部を移動することにより該光学系の出射瞳
の位置を観察方向と略直交する方向に移動することを特
徴とする画像表示装置。1. An image display device for guiding a light flux having image information emitted from an image displayed on an image generating means to an observer's eye by an optical system so that the observer can visually recognize an enlarged virtual image of the image. Moving the position of the exit pupil of the optical system in a direction substantially orthogonal to the observation direction by moving the image generating means and a part of the optical system or a moving part formed by a part of the optical system. Characteristic image display device.
像の中心へ向かう光線に対して偏心している少なくとも
１枚の光学的パワーを有する反射面を有していることを
特徴とする請求項１の画像表示装置。2. The optical system has at least one reflecting surface having optical power, which is decentered with respect to a light beam traveling from the center of the exit pupil to the center of the virtual image. The image display device according to item 1.
前記光学系は該液晶表示器より射出する光束を最初に反
射させる回転放物面の偏心反射面を有していることを特
徴とする請求項１又は２の画像表示装置。3. The image generating means is a liquid crystal display,
3. The image display device according to claim 1, wherein the optical system has a decentered reflecting surface of a paraboloid of revolution that first reflects a light beam emitted from the liquid crystal display.
る画像情報を有する光束を光学系により観察者の眼に導
光し、該観察者に該画像の拡大した虚像を視認せしめる
画像表示装置を観察者の右眼用と左眼用に各々設け、 該各画像発生手段と該各光学系の一部又は該各光学系の
一部で構成する各々の移動部を移動することにより該各
光学系の出射瞳の位置を観察方向と略直交する方向に移
動させて眼巾を調整していることを特徴とする画像表示
装置。4. An image display device for guiding a light flux having image information emitted from an image displayed on an image generating means to an observer's eye by an optical system so that the observer can visually recognize an enlarged virtual image of the image. Each of the optics is provided for the right eye and the left eye of the observer, and each of the optics is moved by moving each of the image generating means and a part of each of the optical systems or each of moving parts formed by a part of each of the optical systems. An image display device in which the position of the exit pupil of the system is moved in a direction substantially orthogonal to the observation direction to adjust the pupil distance.
より前記各々の出射瞳の位置を移動する際、 各々の移動部の移動によって該各出射瞳は各々の観察方
向と略直交する方向に互いに逆方向に移動することを特
徴とする請求項４の画像表示装置。5. When the position of each of the exit pupils is moved by moving each of the moving parts, each of the exit pupils is moved in a direction substantially orthogonal to each observation direction by the movement of each of the moving parts. The image display device according to claim 4, wherein the image display devices move in mutually opposite directions.
前記各虚像の中心へ向かう光線に対して偏心している少
なくとも１枚の光学的パワーを有する反射面を各々有し
ていることを特徴とする請求項４又は５の画像表示装
置。6. Each of the optical systems has at least one reflecting surface having an optical power, which is eccentric with respect to a ray traveling from the center of each of the exit pupils to the center of each of the virtual images. The image display device according to claim 4, which is characterized in that.
り、前記各光学系は該各液晶表示器より射出する光束を
最初に反射する回転放物面の偏心反射面を有しているこ
とを特徴とする請求項４、５又は６の画像表示装置。7. Each of the image generating means is a liquid crystal display, and each of the optical systems has a decentered reflecting surface of a paraboloid of revolution that first reflects a light beam emitted from each of the liquid crystal displays. The image display device according to claim 4, 5, or 6.
束を第１の光学部材と第２の光学部材より成る光学系を
介して観察者に導光し、該光学系の出射瞳より該画像の
虚像を観察する際、 該第１の光学部材の少なくとも一部を変位させて該出射
瞳を観察方向と直交する方向へ移動させていることを特
徴とする画像表示装置。8. A light beam based on the image displayed on the image display means is guided to an observer through an optical system including a first optical member and a second optical member, and the image is output from an exit pupil of the optical system. When observing the virtual image, the image display device is characterized in that at least a part of the first optical member is displaced to move the exit pupil in a direction orthogonal to the observation direction.
学系より成っていることを特徴とする請求項８の画像表
示装置。9. The image display device according to claim 8, wherein the second optical member comprises a plurality of decentered reflection optical systems.
材の少なくとも一部と共に変位させていることを特徴と
する請求項８又は９の画像表示装置。10. The image display device according to claim 8, wherein the image display means is displaced together with at least a part of the first optical member.
段の表示面より垂直に射出する光線を略一点に集光して
いることを特徴とする請求項８、９又は１０の画像表示
装置。11. The image display device according to claim 8, wherein the first optical member collects a light beam emitted perpendicularly from the display surface of the image display means at substantially one point. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11004595A JPH08286140A (en) | 1995-04-11 | 1995-04-11 | Picture display device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11004595A JPH08286140A (en) | 1995-04-11 | 1995-04-11 | Picture display device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08286140A true JPH08286140A (en) | 1996-11-01 |
Family
ID=14525719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11004595A Pending JPH08286140A (en) | 1995-04-11 | 1995-04-11 | Picture display device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08286140A (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1995
- 1995-04-11 JP JP11004595A patent/JPH08286140A/en active Pending
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