JPH08286140A - 画像表示装置 - Google Patents
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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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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 121
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims description 11
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 4
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- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
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- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 1
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 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
を小さく出来るHMD 型の画像表示装置を得ること。 【構成】 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
より該光学系が形成する出射瞳の位置を観察方向と略直
交する方向に移動する。
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
を小さく出来るHMD 型の画像表示装置を得ること。 【構成】 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
より該光学系が形成する出射瞳の位置を観察方向と略直
交する方向に移動する。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
とする回転放物面の非球面ミラーで構成している。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
部概略図である。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
部概略図である。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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）
平断面図）
【図２】 実施例１の出射瞳位置の移動の原理の説明図
【図３】 実施例１の出射瞳位置の移動後の要部概略図
【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）
平断面図）
【図５】 実施例２の出射瞳位置の移動の原理の説明図
【図６】 実施例２の出射瞳位置の移動後の要部概略図
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
Claims (11)
- 【請求項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を特
徴とする画像表示装置。 - 【請求項２】 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ことを
特徴とする請求項１の画像表示装置。 - 【請求項３】 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を特
徴とする請求項１又は２の画像表示装置。 - 【請求項４】 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を特徴とする画像表示
装置。 - 【請求項５】 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ことを特
徴とする請求項４の画像表示装置。 - 【請求項６】 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
ていることを特徴とする請求項４又は５の画像表示装
置。 - 【請求項７】 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
とを特徴とする請求項４、５又は６の画像表示装置。 - 【請求項８】 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を特
徴とする画像表示装置。 - 【請求項９】 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ことを特徴とする請求項８の画像表
示装置。 - 【請求項１０】 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ことを特徴と
する請求項８又は９の画像表示装置。 - 【請求項１１】 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
いることを特徴とする請求項８、９又は１０の画像表示
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11004595A JPH08286140A (ja) | 1995-04-11 | 1995-04-11 | 画像表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11004595A JPH08286140A (ja) | 1995-04-11 | 1995-04-11 | 画像表示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08286140A true JPH08286140A (ja) | 1996-11-01 |
Family
ID=14525719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11004595A Pending JPH08286140A (ja) | 1995-04-11 | 1995-04-11 | 画像表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08286140A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0945748A2 (en) * | 1998-03-26 | 1999-09-29 | Mixed Reality Systems Laboratory Inc. | Image display apparatus |
| US7088516B2 (en) | 2002-09-02 | 2006-08-08 | Osaka University | Wide field of view head mounted display device |
| JP2013511744A (ja) * | 2009-11-21 | 2013-04-04 | マゲーリー，ダグラス，ピーター | 頭部装着ディスプレイ装置 |
| US9151954B2 (en) | 2013-03-15 | 2015-10-06 | Immy Inc. | Head mounted display having alignment maintained via structural frame |
| EP3276396A4 (en) * | 2015-06-26 | 2018-04-04 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Head-up display and moving body equipped with head-up display |
| EP3293562A4 (en) * | 2015-06-26 | 2018-08-22 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Head-up display and moving body equipped with head-up display |
-
1995
- 1995-04-11 JP JP11004595A patent/JPH08286140A/ja active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0945748A3 (en) * | 1998-03-26 | 2001-07-18 | Mixed Reality Systems Laboratory Inc. | Image display apparatus |
| EP0945748A2 (en) * | 1998-03-26 | 1999-09-29 | Mixed Reality Systems Laboratory Inc. | Image display apparatus |
| US7088516B2 (en) | 2002-09-02 | 2006-08-08 | Osaka University | Wide field of view head mounted display device |
| US9250444B2 (en) | 2009-11-21 | 2016-02-02 | Immy Inc. | Head mounted display device |
| JP2013511744A (ja) * | 2009-11-21 | 2013-04-04 | マゲーリー，ダグラス，ピーター | 頭部装着ディスプレイ装置 |
| EP2502223A4 (en) * | 2009-11-21 | 2016-05-18 | Douglas Peter Magyari | HEAD-MOUNTED DISPLAY DEVICE |
| US9151954B2 (en) | 2013-03-15 | 2015-10-06 | Immy Inc. | Head mounted display having alignment maintained via structural frame |
| US9268139B2 (en) | 2013-03-15 | 2016-02-23 | Immy Inc. | Head mounted display with micro-display alignment mechanism |
| KR20160005681A (ko) * | 2013-03-15 | 2016-01-15 | 임미 인크. | 구조 프레임을 통해 유지되는 정렬을 갖는 헤드마운트 디스플레이 |
| US10078223B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-09-18 | Immy Inc. | Head mounted display with non-pupil forming optical path |
| US11187908B2 (en) | 2013-03-15 | 2021-11-30 | Immy Inc. | Head mounted display assembly with structural frame and separate outer frame |
| US12044857B2 (en) | 2013-03-15 | 2024-07-23 | Optique Debt Investment Llc | Hybrid reflective/refractive head mounted display |
| EP3276396A4 (en) * | 2015-06-26 | 2018-04-04 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Head-up display and moving body equipped with head-up display |
| JPWO2016208195A1 (ja) * | 2015-06-26 | 2018-04-19 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | ヘッドアップディスプレイおよびヘッドアップディスプレイを搭載した移動体 |
| EP3293562A4 (en) * | 2015-06-26 | 2018-08-22 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Head-up display and moving body equipped with head-up display |
| US10281722B2 (en) | 2015-06-26 | 2019-05-07 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Head-up display and moving body equipped with head-up display |
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