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JPH11237584A - Picture display device, head-mount type display using the picture display device, and video communication equipment - Google Patents

Picture display device, head-mount type display using the picture display device, and video communication equipment

Info

Publication number
JPH11237584A
JPH11237584A JP10117522A JP11752298A JPH11237584A JP H11237584 A JPH11237584 A JP H11237584A JP 10117522 A JP10117522 A JP 10117522A JP 11752298 A JP11752298 A JP 11752298A JP H11237584 A JPH11237584 A JP H11237584A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image display
display device
wave plate
film
thin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10117522A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Yamanaka
篤 山中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP10117522A priority Critical patent/JPH11237584A/en
Publication of JPH11237584A publication Critical patent/JPH11237584A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a picture display device capable of reducing the thickness and weight of an optical device for enlarging and displaying an image and displaying pictures of high luminance and high quality, a head-mount type display(HMD) using the picture display device and a video communication equipment. SOLUTION: Exist light constituting a linearly polarized light from a liquid crystal display 22 is converted into circularly polarized light by wide band wavelength plates 23, 24 and sent to wide band wavelength plates 27, 26 arranged near a thin film reflection type polarizing film 25. When the circularly polarizesd light is converted into linearly polarized light by the plates 27, 26 and the linearly polarized light is allowed to coincide with the polarized light reflection axis of the film 25, reflected light is converted into circularly polarized light again by the plates 26, 27 and sent to a reflection/refraction means 28, which execute conversion and reflection to form an enlarged virtual image. The direction of the circularly polarized light is inverted by reflection and light allowed to exit from the plates 26, 27 is converted into linearly polarized light having a polarization direction rectangular to that of incidence, passes through the film 25 and finally reaches the eyes. Consequently, a loss due to the optical system is not generated, the spectral transmissivity is uniformed with the respective wide band wavelength plates, unnecessary reflection is reduced, and the contrast of a picture is improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、偏光光学系を用い
た映像表示装置に関し、より詳細には、画像表示素子に
表示した映像を、反射屈折手段によって拡大し、観察者
に虚像を提示する画像表示装置で、小型軽量の拡大光学
装置を反射屈折手段と偏光光学系により構成し、また、
この映像表示装置を用いた頭部搭載型ディスプレイ(Hea
d MountedDisplay:以下、「HMD」という)、及び該
映像表示装置を用いた映像通信装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image display apparatus using a polarizing optical system, and more particularly, to enlarge an image displayed on an image display element by catadioptric means to present a virtual image to an observer. In the image display device, a small and lightweight magnifying optical device is configured by a catadioptric means and a polarizing optical system,
A head-mounted display using this video display device (Hea
d MountedDisplay: hereinafter referred to as “HMD”), and a video communication device using the video display device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、携帯用のディスプレイとして、図
30に示すような構成のHMDが注目されている。構成
は、全体がメガネ型のケース301に納められて頭に装
着して使用されるが、そのメガネのレンズに当たる部分
に外側からバックライト302,液晶パネル303,レ
ンズ304の順に構成要素が配置されており、その装置
を装着した鑑賞者305は、液晶パネル303の拡大さ
れた大画面の映像を鑑賞することが可能となる。これま
では、仮想現実感の研究など産業用としての利用が多か
ったが、今後は家庭用,携帯用のAV機器(TV,VT
R,DVDなど)やゲーム機器のディスプレイとして、
一般に広く普及する可能性がある。すると、HMDの高
画質化,小型軽量化,がより一層重要になってくる。
2. Description of the Related Art In recent years, an HMD having a configuration as shown in FIG. 30 has attracted attention as a portable display. The entire structure is housed in an eyeglass-shaped case 301 and mounted on the head for use. The constituent elements are arranged in the order of a backlight 302, a liquid crystal panel 303, and a lens 304 from the outside in a portion corresponding to a lens of the eyeglasses. Thus, the viewer 305 wearing the device can view the enlarged large-screen image of the liquid crystal panel 303. Until now, there have been many uses for industrial purposes such as research on virtual reality, but in the future, home and portable AV devices (TV,
R, DVD, etc.)
May be widely spread in general. Then, higher image quality, smaller size and lighter weight of the HMD become even more important.

【0003】HMDの開発要素の中の小型化の観点につ
いては、快適な装着感を実現するため、観察者の顔面か
ら前方への突出量を極力削減する必要があり、光学系の
薄型軽量化が望まれていた。
In terms of miniaturization among the development elements of the HMD, it is necessary to minimize the amount of projection from the face of the observer forward in order to realize a comfortable wearing feeling. Was desired.

【0004】従来のHMDにおける小型軽量の光学系と
して、例えば、図32に示すようなものが使用されてい
る。これは、バックライト321、液晶パネル322を
上面に設置し、液晶パネル322から出射した光線の向
きを半透鏡323で外向きに変えて、凹面鏡324で拡
大,反射した後、再び半透鏡323を通過させて、観察
者の目325に導くものである。
[0004] As a small and light optical system in a conventional HMD, for example, an optical system as shown in FIG. 32 is used. This is done by installing the backlight 321 and the liquid crystal panel 322 on the upper surface, changing the direction of the light beam emitted from the liquid crystal panel 322 to the outward direction with the semi-transparent mirror 323, enlarging and reflecting the light with the concave mirror 324, and then changing the semi-transparent mirror 323 again. Pass through to the eye 325 of the observer.

【0005】これによると、半透鏡323及び凹面鏡3
24で光路を折り畳んでいるので、直線状に光学素子を
配置した場合に比べて、光学系の小型化を実現すること
が可能である。
According to this, the semi-transparent mirror 323 and the concave mirror 3
Since the optical path is folded at 24, the size of the optical system can be reduced as compared with the case where the optical elements are arranged linearly.

【0006】また、HMDの開発要素の中で、液晶パネ
ルは、高画質化,小型化が進んでいるが、光学系に関し
ては、必要な性能が達成されていない。こうした光学系
の一つの従来例として、特開平6−59217号公報に
記載された方法があり、開示された中の一つが図31に
示される。図31に示される光学系の構成と作用を説明
すると、液晶表示素子(ディスプレイ)312が上面に
設置されており、液晶表示素子312から出た光線は偏
光ビームスプリッタ313と凹面鏡315で反射,拡大
された後、再び偏光ビームスプリッタ313を通過して
目316に達する。このとき、液晶表示素子312から
出る光線は偏光ビームスプリッタ313で反射する向き
の偏光に設定されているので、光線は凹面鏡315に導
かれる。そして、偏光ビームスプリッタ313と凹面鏡
315の間に設けた1/4波長板314は、遅相軸の方
向が直線偏光の方向に対して45度傾いており、凹面鏡
315で反射され、1/4波長板314から出てくる光
の偏光方向を、入射時に対して90度回転させるように
設定されている。従って、凹面鏡315で拡大された光
線は偏光ビームスプリッタ313を通過して観察者の目
316に達する。
[0006] Among the development elements of the HMD, liquid crystal panels have been improved in image quality and reduced in size, but required performance has not been achieved in optical systems. As one conventional example of such an optical system, there is a method described in JP-A-6-59217, one of which is shown in FIG. Explaining the configuration and operation of the optical system shown in FIG. 31, a liquid crystal display element (display) 312 is installed on the upper surface, and a light beam emitted from the liquid crystal display element 312 is reflected and expanded by a polarizing beam splitter 313 and a concave mirror 315. After that, the light again passes through the polarizing beam splitter 313 and reaches the eye 316. At this time, since the light beam emitted from the liquid crystal display element 312 is set to the polarized light reflected in the polarization beam splitter 313, the light beam is guided to the concave mirror 315. The quarter-wave plate 314 provided between the polarizing beam splitter 313 and the concave mirror 315 has a slow axis inclined 45 degrees with respect to the direction of linearly polarized light, is reflected by the concave mirror 315, and The direction of polarization of light coming out of the wave plate 314 is set to be rotated by 90 degrees with respect to the time of incidence. Accordingly, the light beam enlarged by the concave mirror 315 passes through the polarizing beam splitter 313 and reaches the observer's eye 316.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た図32に示す従来のHMDの光学系の場合、液晶パネ
ル322を発した光線は、観察者の目325に到達する
までの間に半透鏡323を2回通過するので、輝度が1
回当り1/2になるので、全体として1/4に減衰して
しまう。さらに、半透鏡323に使用される多層膜コー
ティングは可視光の範囲において反射及び透過スペクト
ル特性を均一に製造することが困難であるため、色再現
性の劣化が生じるという問題があった。
However, in the case of the above-described conventional HMD optical system shown in FIG. 32, the light beam emitted from the liquid crystal panel 322 is transmitted through the semi-transparent mirror 323 before reaching the eye 325 of the observer. Passes twice, so that the luminance is 1
Since the frequency is reduced to 1/2, the frequency is attenuated to 1/4 as a whole. Furthermore, the multilayer coating used for the semi-transparent mirror 323 has a problem that it is difficult to uniformly produce the reflection and transmission spectrum characteristics in the visible light range, so that the color reproducibility deteriorates.

【0008】また、上述の図31で例示される従来技術
の場合、次の様な問題点が生じる。 1.凹面鏡の収差(像面湾曲,非点収差)特性 凹面鏡で拡大した虚像をつくる場合は、像面湾曲、また
は非点収差が大きくなる傾向があり、画面周辺部の解像
度が損なわれる。また、必要な倍率を確保するためには
曲率半径を小さくする必要があり、凹面鏡の厚さが増加
する。 2.偏光ビームスプリッタは、多層膜コーティングによ
って製作されていたので、以下の4つの問題点がある。 (1)偏光ビームスプリッタの波長特性及び角度特性を
均一に製作するのが困難で、画像が色づき、色再現性を
損なう原因になる。 (2)偏光ビームスプリッタは、S波を反射し、P波を
透過する特性を持っているので、偏光を設計する自由度
が制約される。 (3)偏向ビームスプリッタは、プリズム内に製作され
ることが多く、重量が重いので、軽量のHMDには適さ
ない。 (4)一般に、多層膜コーティングは高価で、民生用H
MDには適さない。 3.波長板レタデーションのスペクトル特性 一般に使用されている波長波のレタデーション−スペク
トル特性は、均一でない。したがって、上記従来例のよ
うに1/4波長板を単独で用いた場合、設計波長以外で
光学系の透過率が低下する課題が生じる。 4.フィルターを入れる場合の不要反射増加,コスト増
加 偏光ビームスプリッタと凹面鏡の間に1/4波長板を入
れる場合、1/4波長板表面及びガラスなどの指示基板
表面での不要反射が増加し、コントラスト低下などの問
題を生じる。また、1/4波長板は、偏光ビームスプリ
ッタや凹面鏡から独立に支持しなければならず、機構が
複雑化しコストが増加する。 5.視野角の制限 上記、従来例の方式では、視野角を拡大すると焦点距離
を確保できなくなるので、実現できる視野角に限度があ
る。広視野角の映像もHMDの特長であることを考える
と、広視野角でも薄型である光学系が必要である。
Further, in the case of the prior art illustrated in FIG. 31, the following problem occurs. 1. Aberration (field curvature, astigmatism) characteristics of concave mirror When creating a virtual image enlarged by a concave mirror, the field curvature or astigmatism tends to increase, and the resolution of the peripheral portion of the screen is impaired. In addition, it is necessary to reduce the radius of curvature in order to secure a necessary magnification, and the thickness of the concave mirror increases. 2. Since the polarizing beam splitter has been manufactured by a multilayer coating, there are the following four problems. (1) It is difficult to uniformly produce the wavelength characteristics and the angle characteristics of the polarizing beam splitter, and the image is colored, which causes a deterioration in color reproducibility. (2) Since the polarization beam splitter has a characteristic of reflecting an S wave and transmitting a P wave, the degree of freedom in designing polarization is limited. (3) Since the deflection beam splitter is often manufactured in a prism and is heavy, it is not suitable for a lightweight HMD. (4) In general, multilayer coatings are expensive and
Not suitable for MD. 3. Spectral Characteristics of Wave Plate Retardation The retardation-spectral characteristics of commonly used wavelength waves are not uniform. Therefore, when the 従 来 wavelength plate is used alone as in the above-described conventional example, there is a problem that the transmittance of the optical system is reduced at wavelengths other than the design wavelength. 4. Unnecessary reflection increase and cost increase when filter is inserted When a quarter-wave plate is inserted between the polarizing beam splitter and the concave mirror, unnecessary reflection on the surface of the quarter-wave plate and the surface of the indicator substrate such as glass increases, and contrast increases. This causes problems such as deterioration. In addition, the quarter-wave plate must be supported independently of the polarizing beam splitter and the concave mirror, which complicates the mechanism and increases the cost. 5. Restriction of Viewing Angle In the above-described conventional method, if the viewing angle is increased, the focal length cannot be secured, so that there is a limit to the realizable viewing angle. Considering that an image with a wide viewing angle is also a feature of the HMD, an optical system that is thin even with a wide viewing angle is required.

【0009】本発明は、上述したような従来技術におけ
る問題点に鑑みてなされたものであり、映像を拡大して
観察者に提示する光学装置の薄型軽量化を実現するとと
もに、高輝度,高画質の映像を提示することができる画
像表示装置、該画像表示装置を用いたHMD及び映像通
信装置を提供することをその解決すべき課題とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the prior art, and realizes a thin and lightweight optical device for enlarging an image and presenting it to an observer, and has high brightness and high brightness. An object of the present invention is to provide an image display device capable of presenting an image of high quality, an HMD and a video communication device using the image display device.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、画像
表示部に表示した映像を、反射要素を有する光学拡大手
段を用いて拡大し、虚像として提示する画像表示装置で
あって、直線偏光を偏光方向によって選択的に反射又は
透過する薄膜反射型偏光フィルムと、該薄膜反射型偏光
フィルムと前記反射要素を有する光学拡大手段の間の往
復光路中に設けた波長板とを備える画像表示装置におい
て、前記反射要素を有する光学拡大手段が全反射コーテ
ィングした反射屈折手段をなし、前記波長板が1/4波
長板と1/2波長板を特定の角度で貼り合わせ広帯域波
長板をなすことを特徴としたものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an image display apparatus for enlarging an image displayed on an image display section using an optical enlarging means having a reflective element and presenting the image as a virtual image. An image display comprising: a thin-film reflective polarizing film that selectively reflects or transmits polarized light according to the polarization direction; and a wave plate provided in a reciprocating optical path between the thin-film reflective polarizing film and the optical magnification unit having the reflective element. In the apparatus, the optical magnifying means having the reflection element constitutes a catadioptric means having a total reflection coating, and the wave plate is formed by bonding a quarter wave plate and a half wave plate at a specific angle to form a wide band wave plate. It is characterized by.

【0011】請求項2の発明は、請求項1記載の画像表
示装置において、前記画像表示部の表示面と前記反射屈
折手段とが90度の角度をもって配置され、かつ前記薄
膜反射型偏光フィルムが前記画像表示部の表示素子と前
記反射屈折手段に対して45度の傾きを持って配置され
ていることを特徴としたものである。
According to a second aspect of the present invention, in the image display device according to the first aspect, the display surface of the image display unit and the catadioptric means are arranged at an angle of 90 degrees, and the thin-film reflective polarizing film is provided. It is characterized in that the display device and the reflection / refraction means of the image display section are arranged at an inclination of 45 degrees.

【0012】請求項3の発明は、請求項1記載の画像表
示装置において、前記画像表示部の表示素子と前記反射
屈折手段とが100度以上の角度をもって配置され、か
つ前記薄膜反射型偏光フィルムが前記画像表示素子と前
記反射屈折手段に対して40度以下の傾きを持って配置
されていることを特徴としたものである。
According to a third aspect of the present invention, in the image display device according to the first aspect, the display element of the image display section and the catadioptric means are arranged at an angle of 100 degrees or more, and the thin-film reflective polarizing film is provided. Are arranged with an inclination of 40 degrees or less with respect to the image display element and the catadioptric means.

【0013】請求項4の発明は、請求項1乃至3のいず
れか1記載の画像表示装置において、前記広帯域波長板
の等価遅相軸が前記薄膜反射型偏光フィルムの偏光透過
軸と−55〜−35度または35〜55度の角度をなし
て配置されていることを特徴としたものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the first to third aspects, the equivalent slow axis of the broadband wave plate is -55 to the polarization transmission axis of the thin-film reflective polarizing film. It is characterized by being arranged at an angle of -35 degrees or 35 to 55 degrees.

【0014】請求項5の発明は、請求項1乃至4のいず
れか1記載の画像表示装置において、前記広帯域波長板
の等価遅相軸が液晶ディスプレイ射出側の偏光透過軸と
−55〜−35度または35〜55度の角度をなして配
置されていることを特徴としたものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the first to fourth aspects, the equivalent slow axis of the broadband wavelength plate is -55 to -35 with respect to the polarization transmission axis on the liquid crystal display emission side. Or at an angle of 35 to 55 degrees.

【0015】請求項6の発明は、請求項1又は3ないし
5のいずれか1記載の画像表示装置において、前記反射
屈折手段が、前記画像表示部の画面中心と前記観察者の
瞳中心とを結ぶ光路に対して傾斜する配置をとるように
したことを特徴としたものである。これによって、反射
屈折手段の中心軸を、画像表示素子の画面中心と観察者
の瞳中心と結ぶ光路に対して傾斜させているので、装置
の薄型化を実現することができるとともに、特定方向の
直線偏光を透過し、これを直交方向の直線方向を反射す
る薄膜反射型偏光フィルムと、広帯域波長板を設けてい
るので、輝度の低下を生じることなく、画像を向上させ
ることが可能となる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the first to third aspects, the catadioptric means is arranged to adjust a center of a screen of the image display unit and a center of a pupil of the observer. It is characterized in that it is arranged to be inclined with respect to the optical path to be connected. Thereby, the central axis of the catadioptric means is inclined with respect to the optical path connecting the center of the screen of the image display element and the center of the pupil of the observer, so that the device can be made thinner and the specific direction can be reduced. Since the thin-film reflective polarizing film that transmits linearly polarized light and reflects the linearly polarized light in the orthogonal direction and the broadband wavelength plate are provided, it is possible to improve the image without lowering the luminance.

【0016】請求項7の発明は、画像表示部に表示した
映像を、反射要素を有する光学拡大手段を用いて拡大
し、虚像として提示する画像表示装置であって、直線偏
光を偏光方向によって選択的に反射又は透過する薄膜反
射型偏光フィルムと該薄膜反射型偏光フィルムと反射要
素を有する光学拡大手段の間の往復光路中に設けた波長
板とを備える画像表示装置において、前記反射要素を有
する光学拡大手段が半透鏡コーティングした反射屈折手
段をなし、前記画像表示部の表面と前記薄膜反射型偏光
フィルムと前記反射屈折手段が平行に配置されているこ
とを特徴としたものである。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an image display apparatus for enlarging an image displayed on an image display section by using an optical enlarging means having a reflecting element and presenting the image as a virtual image, wherein linearly polarized light is selected according to a polarization direction. An image display apparatus comprising: a thin-film reflective polarizing film that reflects or transmits light; and a wave plate provided in a reciprocating optical path between the thin-film reflective polarizing film and an optical magnification unit having a reflective element. The optical magnifying means constitutes a catadioptric means coated with a semi-transparent mirror, and the surface of the image display section, the thin-film reflective polarizing film and the catadioptric means are arranged in parallel.

【0017】請求項8の発明は、請求項7記載の画像表
示装置において、前記波長板が1/4波長板か、又は1
/4波長板と1/2波長板を特定の角度で貼り合わせ広
帯域波長板をなすことを特徴としたものである。
According to an eighth aspect of the present invention, in the image display device of the seventh aspect, the wave plate is a quarter wave plate or one wave plate.
The present invention is characterized in that a 波長 wavelength plate and a 波長 wavelength plate are bonded at a specific angle to form a broadband wavelength plate.

【0018】請求項9の発明は、請求項6又は7記載の
画像表示装置において、前記1/4波長板の遅相軸又は
前記広帯域波長板の等価遅相軸が前記薄膜反射型偏光フ
ィルムの偏光透過軸と−55〜−35度または35〜5
5度の角度をなして配置されていることを特徴としたも
のである。
According to a ninth aspect of the present invention, in the image display device according to the sixth or seventh aspect, the slow axis of the 1 / wavelength plate or the equivalent slow axis of the broadband wavelength plate corresponds to the thin film reflective polarizing film. Polarization transmission axis and -55 to -35 degrees or 35 to 5
It is characterized by being arranged at an angle of 5 degrees.

【0019】請求項10の発明は、請求項7ないし9の
いずれか1記載の画像表示装置において、前記反射屈折
手段により拡大された画像の出力端に偏光板を備えてい
ることを特徴としたものである。
According to a tenth aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the seventh to ninth aspects, a polarizing plate is provided at an output end of the image enlarged by the catadioptric means. Things.

【0020】請求項11の発明は、請求項1ないし10
のいずれか1記載の画像表示装置において、前記画像表
示部が液晶ディスプレイであることを特徴としたもので
ある。
The invention according to claim 11 is the invention according to claims 1 to 10
The image display device according to any one of the above, wherein the image display unit is a liquid crystal display.

【0021】請求項12の発明は、請求項1ないし11
のいずれか1の発明における画像表示装置を内蔵したメ
ガネ型ケースと、観察者の目に映像を提示できるように
該メガネ型ケースを頭部へ装着する手段を備えているこ
とを特徴とするHMDを提供するものである。
The twelfth aspect of the present invention provides the first to eleventh aspects.
An HMD comprising: a glasses-type case incorporating the image display device according to any one of the inventions; Is provided.

【0022】請求項13の発明は、請求項1ないし12
のいずれか1の発明における画像表示装置を内蔵した電
話機を備え、音声による通信に加えて映像通信を可能に
したことを特徴とする映像通信装置を提供するものであ
る。
The invention of claim 13 is the invention of claims 1 to 12
A video communication device comprising a telephone having a built-in image display device according to any one of the above inventions, wherein video communication is enabled in addition to voice communication.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】(実施形態1)本発明に係わる画
像表示装置の本実施形態は、画像表示素子と、直線偏光
を偏光方向によって選択的に反射又は透過する薄膜反射
型偏光フィルムと、広帯域波長板と、屈折手段の片面を
全反射コーティングした反射屈折手段を用いている。薄
膜反射型偏光フィルムについては、従来の偏光ビームス
プリッタに比べてこの薄膜反射型偏光フィルムをこの装
置に用いるメリットは次の点にある。 (1)波長特性及び角度特性が均一なので、光学系の分
光透過率が改善でき、ディスプレイの色再現性が向上す
る。 (2)偏光ビームスプリッタは、スプリッタを傾ける方
向に依存して、S波を反射し、P波を透過する特性を持
っているので偏光方向の設計が制限を受けるが、薄膜反
射型偏光フィルムは、フィルム自身に異方性を持ってい
るのでフィルムを傾ける方向に係わらず、フィルムを配
置する向きに応じて、設計した方向の偏光を反射し、こ
れと直交する偏光を透過するようにできる。従って、偏
光設計の自由度が大きい。 (3)薄膜反射型偏光フィルムは、フィルム状であるの
で十分軽量であり、軽量のHMDに適している。 (4)薄膜反射型偏光フィルムは、量産ができ安価であ
るので、民生用HMDには適している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (Embodiment 1) This embodiment of the image display apparatus according to the present invention comprises an image display element, a thin-film reflective polarizing film for selectively reflecting or transmitting linearly polarized light depending on the polarization direction, and A broadband wave plate and a catadioptric means in which one surface of the refracting means is totally reflected coated are used. With respect to the thin-film reflective polarizing film, the merits of using the thin-film reflective polarizing film in this apparatus as compared with the conventional polarizing beam splitter are as follows. (1) Since the wavelength characteristics and the angle characteristics are uniform, the spectral transmittance of the optical system can be improved, and the color reproducibility of the display can be improved. (2) The polarization beam splitter has characteristics of reflecting the S wave and transmitting the P wave depending on the direction in which the splitter is tilted, so that the design of the polarization direction is restricted. Since the film itself has anisotropy, it is possible to reflect polarized light in a designed direction and transmit polarized light orthogonal to the designed direction according to the direction in which the film is arranged, regardless of the direction in which the film is tilted. Therefore, the degree of freedom in polarization design is large. (3) Since the thin-film reflective polarizing film is in the form of a film, it is sufficiently lightweight, and is suitable for a lightweight HMD. (4) Since the thin-film reflective polarizing film can be mass-produced and is inexpensive, it is suitable for a consumer HMD.

【0024】また、屈折手段の片面を全反射コーティン
グした反射屈折手段は、単なる凹面鏡に比べて、薄型で
同じ光学パワーを実現できるので、光学系の薄型化に貢
献すると共に、像面湾曲を減少させるので低収差の拡大
像を実現できる。さらに、全反射コーティングしていな
い側の屈折面を用いて収差補正を行えば、一層の収差低
減が可能である。従って、以上2件の手段を用いれば、
高画質のHMDを実現できる。さらに、広帯域波長板を
用いることにより分光透過率の均一化が図られる。従っ
て、これらの手段により高画質のHMDが実現できる。
The catadioptric means, in which one surface of the deflecting means is totally reflected, can realize the same optical power with a reduced thickness as compared with a simple concave mirror, thus contributing to a reduction in the thickness of the optical system and reducing the field curvature. Therefore, an enlarged image with low aberration can be realized. Further, if the aberration correction is performed using the refraction surface on the side not having the total reflection coating, the aberration can be further reduced. Therefore, if the above two measures are used,
A high-quality HMD can be realized. Further, the use of a broadband wave plate can achieve a uniform spectral transmittance. Therefore, a high-quality HMD can be realized by these means.

【0025】(実施形態2)さらに、本発明に係わる画
像表示装置の本実施形態は、画像表示素子と、直線偏光
を偏光方向によって選択的に反射又は透過する薄膜反射
型偏向フィルムと、波長板と、屈折手段の片面を全反射
コーティングした反射屈折手段を用いている。そして、
画像表示素子と反射屈折手段とが略90度の角度をもっ
て配置されており、なおかつ薄膜反射型偏光フィルムが
前記画像表示素子と前記反射屈折手段に対して略45度
の傾きを持って配置されている。この配置は、反射屈折
手段を光軸に沿った方向から使用する、いわゆる共軸系
であるので、製造が容易な軸対象レンズを用いて収差の
少ない光学系を実現できる。
(Embodiment 2) Further, the present embodiment of the image display apparatus according to the present invention comprises an image display element, a thin-film reflective deflection film for selectively reflecting or transmitting linearly polarized light depending on the polarization direction, and a wave plate. And a catadioptric means in which one side of the refracting means is totally reflected coated. And
The image display element and the catadioptric means are arranged at an angle of about 90 degrees, and the thin-film reflective polarizing film is arranged with an inclination of about 45 degrees with respect to the image display element and the catadioptric means. I have. Since this arrangement is a so-called coaxial system in which the catadioptric means is used from the direction along the optical axis, an optical system with less aberration can be realized using an axially symmetric lens which is easy to manufacture.

【0026】(実施形態3)さらに、本発明に係わる画
像表示装置の本実施形態は画像表示素子と、直線偏光を
偏光方向によって選択的に反射又は透過する薄膜反射型
偏光フィルムと、波長板と、屈折手段の片面を全反射コ
ーティングした反射屈折手段を用いている。そして、画
像表示素子と反射屈折手段とが100度以上の角度をも
って配置されており、なおかつ薄膜反射型偏光フィルム
が画像表示素子と反射屈折手段に対して40度以下の傾
きを持って配置されている。この配置により画像表示装
置と反射屈折手段とが略90度角度に配置されている場
合に比べて、光学系の厚みを低減でき、薄型のHMDを
実現できる。但し、画像表示素子と反射屈折手段とが略
90度の角度に配置されている場合に比べて、収差が増
加する傾向にあるので、設計者は、設計方針上の収差と
厚みの優先度によって角度を選択することができる。
(Embodiment 3) Further, the present embodiment of the image display apparatus according to the present invention comprises an image display element, a thin film reflective polarizing film for selectively reflecting or transmitting linearly polarized light depending on the polarization direction, and a wave plate. And a catadioptric means in which one surface of the refracting means is totally reflected coated. The image display element and the catadioptric means are arranged at an angle of 100 degrees or more, and the thin-film reflective polarizing film is arranged with an inclination of 40 degrees or less with respect to the image display element and the catadioptric means. I have. With this arrangement, the thickness of the optical system can be reduced and a thin HMD can be realized as compared with the case where the image display device and the catadioptric means are arranged at an angle of about 90 degrees. However, the aberration tends to increase as compared with the case where the image display element and the catadioptric means are arranged at an angle of about 90 degrees. The angle can be selected.

【0027】(実施形態4)さらに、本発明に係わる画
像表示装置の本実施形態は、図1にその例を示すよう
に、液晶ディスプレイ12と、直線偏光を偏光方向によ
って選択的に反射又は透過する薄膜反射型偏光フィルム
13と、波長板14,15と、屈折手段の片面を全反射
コーティング17した反射屈折手段16を用いている。
なお、液晶ディスプレイ12はバックライト11により
照明される。そして、前記波長板は、1/4波長板15
と1/2波長板14を特定の角度で貼り合わせた広帯域
波長板であり、かつ、前記波長板14,15が薄膜反射
型偏光フィルム13と反射屈折手段16の間に配置され
ており、かつ広帯域波長板14,15の等価遅相軸が薄
膜反射型偏光フィルム13の偏光透過軸と−55〜−3
5度または35〜55度の角度をなして配置されてい
る。
(Embodiment 4) Further, in this embodiment of the image display apparatus according to the present invention, as shown in FIG. 1, the liquid crystal display 12 selectively reflects or transmits linearly polarized light according to the polarization direction. And a reflection / refraction means 16 having a total reflection coating 17 on one surface of the refraction means.
Note that the liquid crystal display 12 is illuminated by the backlight 11. The wave plate is a quarter wave plate 15.
A half-wave plate 14 and a half-wave plate 14 attached at a specific angle, and the wave plates 14 and 15 are disposed between the thin-film reflective polarizing film 13 and the catadioptric means 16; The equivalent slow axis of the broadband wave plates 14 and 15 is -55 to -3 with the polarization transmission axis of the thin-film reflective polarizing film 13.
They are arranged at an angle of 5 degrees or 35-55 degrees.

【0028】この光学系は、以下のように作用する。液
晶ディスプレイ12からの射出光は、液晶ディスプレイ
12に備えられている偏光板によって、特定の方向の直
線偏光になっている。この光線は薄膜反射型偏光フィル
ム13によって反射され、広帯域波長板14,15へと
導かれる。波長板14,15は、直線偏光を円偏光に変
換するのが目的であり、この目的を達するように広帯域
波長板14,15が配置されている。広帯域波長板1
4,15の等価遅相軸は、設計波長において、直線偏光
の偏光方向と45度に設定した時に、円偏光に変換され
るような波長板内の特定の軸として定義している。従っ
て、設計波長において、広帯域波長板14,15は、偏
光方向に対して遅相軸または等価遅相軸を+または−4
5度に設置すれば良い。ただし、ある波長帯域において
望ましい特性を得ようとする場合には、偏光方向に対す
る遅相軸または等価遅相軸の角度を±45度から略±1
0度の範囲において角度を調整する必要がある。
This optical system operates as follows. The light emitted from the liquid crystal display 12 is converted into linearly polarized light in a specific direction by a polarizing plate provided in the liquid crystal display 12. This light beam is reflected by the thin-film reflective polarizing film 13 and guided to the broadband wave plates 14 and 15. The purpose of the wave plates 14 and 15 is to convert linearly polarized light into circularly polarized light, and the broadband wave plates 14 and 15 are arranged to achieve this purpose. Broadband wave plate 1
The equivalent slow axes 4 and 15 are defined as specific axes in the wavelength plate that are converted to circularly polarized light when set at 45 degrees with the polarization direction of linearly polarized light at the design wavelength. Therefore, at the design wavelength, the broadband wave plates 14 and 15 change the slow axis or the equivalent slow axis to + or -4 with respect to the polarization direction.
It may be set at 5 degrees. However, when desired characteristics are to be obtained in a certain wavelength band, the angle of the slow axis or the equivalent slow axis with respect to the polarization direction is changed from ± 45 degrees to about ± 1.
It is necessary to adjust the angle in the range of 0 degrees.

【0029】ここで、広帯域波長板14,15を通過し
た光線は、反射屈折手段16で拡大した虚像を作るよう
に変換されると共に、反射され、再び波長板に戻ってく
る。すると、円偏光は再び直線偏光に変換されるが、光
学分野でよく知られている通り、反射により円偏光の向
きが反転するので、広帯域波長板14,15から射出す
る光線は、入射時と直交した偏光方向を持つ直線偏光と
なる。一方、薄膜反射型偏向フィルム13は、特定の方
向の直線偏光を反射し、それと直行する方向の直線偏光
を通過する特性をもっている。従って、広帯域波長板1
4,15からの射出光は、薄膜反射型偏光フィルム13
を通過して、最終的に使用者の目18に達する。
Here, the light beams that have passed through the broadband wave plates 14 and 15 are converted by the catadioptric means 16 so as to form an enlarged virtual image, reflected, and returned to the wave plate again. Then, the circularly polarized light is again converted into the linearly polarized light. However, as is well known in the optical field, the direction of the circularly polarized light is inverted by reflection. It becomes linearly polarized light having a polarization direction that is orthogonal. On the other hand, the thin-film reflective deflecting film 13 has a characteristic of reflecting linearly polarized light in a specific direction and passing linearly polarized light in a direction perpendicular to the specific direction. Therefore, the broadband wave plate 1
The light emitted from each of the thin film reflective polarizing films 13 and
And finally reaches the user's eyes 18.

【0030】このように、本表示装置は実施形態2又は
実施形態3に示される表示装置から、波長板の種類と位
置を限定することによって、原理的に光学系の損失を無
くし、ハーフミラー等を使用する場合に比べて効率を向
上させている。さらに、広帯域波長板を用いることによ
り分光透過率を均一化する手段を提供している。従っ
て、これらの手段を用いれば高画質のHMDを実現でき
る。
As described above, the present display device is different from the display device according to the second or third embodiment in that the type and the position of the wave plate are limited so that the loss of the optical system can be eliminated in principle and the half mirror or the like can be used. The efficiency is improved as compared with the case of using. Further, a means for making the spectral transmittance uniform by using a broadband wave plate is provided. Therefore, a high quality HMD can be realized by using these means.

【0031】(実施形態5)さらに、本発明に係わる画
像表示装置の本実施形態を図2に示す。図2に示すよう
に、液晶ディスプレイ22と、直線偏光を偏光方向によ
って選択的に反射又は透過する薄膜反射型偏光フィルム
25と、波長板23,24,26,27と、屈折手段の
片面を全反射コーティング29した反射屈折手段28を
用いている。なお、液晶ディスプレイ22はバックライ
ト21により照明される。そして、波長板は、1/4波
長板24,27と1/2波長板23,26を特定の角度
で貼り合わせた広帯域波長板であり、かつ1対の前記波
長板が液晶ディスプレイ22と薄膜反射型偏光フィルム
25の間の、それぞれの表面近くに配置されており、か
つ広帯域波長板23,24及び広帯域波長板26,27
の等価遅相軸が液晶ディスプレイ22射出側の偏光透過
軸、または薄膜反射型偏光フィルム25の偏光透過軸
と、−55〜−35度または35〜55度の角度をなし
て配置されている。
(Embodiment 5) FIG. 2 shows another embodiment of the image display apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 2, the liquid crystal display 22, a thin-film reflective polarizing film 25 for selectively reflecting or transmitting linearly polarized light depending on the polarization direction, wave plates 23, 24, 26, and 27, and one side of the refraction means are entirely covered. A catadioptric means 28 having a reflective coating 29 is used. The liquid crystal display 22 is illuminated by the backlight 21. The wave plate is a wide band wave plate in which quarter wave plates 24 and 27 and half wave plates 23 and 26 are bonded at a specific angle, and a pair of the wave plates is composed of the liquid crystal display 22 and the thin film. Broadband wave plates 23 and 24 and wide band wave plates 26 and 27 which are arranged near the respective surfaces between the reflective polarizing films 25.
Is arranged at an angle of -55 to -35 degrees or 35 to 55 degrees with respect to the polarization transmission axis on the liquid crystal display 22 emission side or the polarization transmission axis of the thin film reflective polarizing film 25.

【0032】この光学系は、以下のように作用する。液
晶ディスプレイ22からの射出光は、液晶ディスプレイ
22に備えられている偏光板によって、特定の方向の直
線偏光になっている。波長板は、前述の発明に係わる表
示装置の場合と同様、直線偏光を円偏光に変換するのが
目的であり、この目的を達するように広帯域波長板2
3,24が配置されている。そこで、液晶ディスプレイ
22近くに配置された広帯域波長板23,24により、
光線は円偏光となって、薄膜反射型偏光フィルム25近
くの波長板27,26へ送られる。この広帯域波長板2
7,26で、光線は、円偏光から直線偏光に変換され、
薄膜反射型偏光フィルム25に達する。薄膜反射型偏光
フィルム25の偏光反射軸と、薄膜反射型偏光フィルム
25に到達した光線の偏光軸が一致するように設計され
ているとすると、光線は反射され再び、波長板26,2
7で円偏光に変換されて、反射屈折手段28へ送られ
る。
This optical system operates as follows. Light emitted from the liquid crystal display 22 is converted into linearly polarized light in a specific direction by a polarizing plate provided in the liquid crystal display 22. The purpose of the wave plate is to convert linearly polarized light into circularly polarized light, as in the case of the display device according to the above-described invention.
3, 24 are arranged. Therefore, the broadband wave plates 23 and 24 arranged near the liquid crystal display 22
The light becomes circularly polarized light and is sent to wave plates 27 and 26 near the thin-film reflective polarizing film 25. This broadband wave plate 2
At 7,26, the light beam is converted from circular to linear polarization,
The thin film reflection type polarizing film 25 is reached. If it is designed that the polarization reflection axis of the thin film reflection type polarizing film 25 and the polarization axis of the light beam reaching the thin film reflection type polarization film 25 coincide with each other, the light beam is reflected and again the wave plates 26 and 2.
The light is converted into circularly polarized light at 7 and sent to the catadioptric means 28.

【0033】反射屈折手段28で、光線は拡大した虚像
を作るように変換されると共に、反射され、再び薄膜反
射型偏光フィルム25近くの広帯域波長板26,27に
戻ってくる。すると、円偏光は再び直線偏光に変換され
るが、光学分野でよく知られている通り、反射により円
偏光の向きが反転するので、波長板から射出する光線
は、入射時と直交した偏光方向を持つ直線偏光となる。
一方、薄膜反射型偏光フィルム25は、特定の方向の直
線偏光を反射し、それと直交する方向の直線偏光を通過
する特性を持っている。従って、今度は、波長板26,
27からの射出光が、薄膜反射型偏光フィルム25を通
過して、最終的に使用者の目210に達する。このよう
に、本表示装置は、実施形態4にて示される表示装置の
場合と同様、波長板の種類と位置を限定することによっ
て、原理的に光学系の損失を無くし、ハーフミラー等を
使用する場合に比べて効率を向上させ、また、広帯域波
長板を用いることにより分光透過率を均一化する手段を
提供している。その上、本表示装置は、以下の機構によ
り液晶ディスプレイ22での不要反射を低減し映像のコ
ントラストを向上させる効果を有している。
The light is converted by the catadioptric means 28 so as to form an enlarged virtual image, is reflected, and returns to the broadband wave plates 26 and 27 near the thin-film reflective polarizing film 25 again. Then, the circularly polarized light is again converted to linearly polarized light, but as is well known in the optical field, the direction of the circularly polarized light is inverted by reflection, so that the light beam emitted from the wave plate is polarized in a direction orthogonal to the incident light. Becomes linearly polarized light having
On the other hand, the thin-film reflective polarizing film 25 has a characteristic of reflecting linearly polarized light in a specific direction and passing linearly polarized light in a direction orthogonal to the specific direction. Therefore, this time, the wave plate 26,
The light emitted from 27 passes through the thin reflective polarizing film 25 and finally reaches the user's eyes 210. As described above, in the present display device, as in the case of the display device described in Embodiment 4, by limiting the type and position of the wave plate, the loss of the optical system is eliminated in principle, and a half mirror or the like is used. The present invention provides a means for improving the efficiency as compared with the case in which the spectral transmittance is increased, and for making the spectral transmittance uniform by using a broadband wave plate. In addition, the present display device has an effect of reducing unnecessary reflection on the liquid crystal display 22 and improving image contrast by the following mechanism.

【0034】例として、図2に示すように、液晶ディス
プレイ22を出発して液晶ディスプレイ22近くの波長
板23,24を通過し、薄膜反射型偏光フィルム25近
くの波長板表面や、ケース内面で反射して、再び液晶デ
ィスプレイに戻ってくる光線211を考える。液晶ディ
スプレイ22近くの波長板23,24がない場合は、液
晶ディスプレイに戻ってきた光線211が、液晶ディス
プレイ22内部のブラックマトリックスで反射され、映
像を担う光線と同様に光学系によって使用者の目210
に送られてしまう。その結果、映像のコントラストを低
下させる不具合を生じる。一方、本発明のように、液晶
ディスプレイ22近くの波長板23,24を設けた場合
には、液晶ディスプレイ22射出側の偏光板とこの波長
板23,24が円偏光板を形成するので、液晶ディスプ
レイ22から出発して、外部で反射して戻ってくる光線
211は、液晶ディスプレイ22射出側の偏光板によっ
て吸収される。したがって、ブラックマトリックスでの
反射を生じず、コントラスト低下を防止できる。従っ
て、これらの手段を用いれば高画質のHMDを実現でき
る。
As an example, as shown in FIG. 2, the liquid crystal display 22 starts from the liquid crystal display 22, passes through the wave plates 23 and 24 near the liquid crystal display 22, and is placed on the surface of the wave plate near the thin-film reflective polarizing film 25 or the inner surface of the case. Consider a light ray 211 that is reflected back to the liquid crystal display again. When there are no wave plates 23 and 24 near the liquid crystal display 22, the light rays 211 returning to the liquid crystal display are reflected by the black matrix inside the liquid crystal display 22, and are exposed to the user's eyes by the optical system in the same manner as the light rays carrying images. 210
Will be sent to. As a result, there is a problem that the contrast of an image is reduced. On the other hand, when the wave plates 23 and 24 near the liquid crystal display 22 are provided as in the present invention, the polarizer on the emission side of the liquid crystal display 22 and the wave plates 23 and 24 form a circular polarizer. Starting from the display 22, the light rays 211 reflected and returned outside are absorbed by the polarizing plate on the liquid crystal display 22 emission side. Therefore, reflection does not occur on the black matrix, and a decrease in contrast can be prevented. Therefore, a high quality HMD can be realized by using these means.

【0035】(実施形態6)さらに、本発明に係わる画
像表示装置の本実施形態は、画像表示素子と、直線偏光
を偏光方向によって選択的に反射又は透過する薄膜反射
型偏光フィルムと、波長板と、屈折手段の片面を半透鏡
コーティングした反射屈折手段を用いている。そして、
すべての素子及び構成要素が平行に配置されている。こ
の配置によって、光路が折り畳まれるので、実施形態1
乃至5の表示素子に比べて、広視野角の表示装置を設計
する場合でも、光学系の厚みを薄くできる。但し、この
配置の場合、偏光素子が理想的な特性を持たないことに
よる不要光を発生する可能性があるので、設計者は、光
学系の厚さと画質の優先度に応じて、構成を選択するこ
とができる。
(Embodiment 6) Further, the present embodiment of the image display apparatus according to the present invention comprises an image display element, a thin-film reflective polarizing film for selectively reflecting or transmitting linearly polarized light depending on the polarization direction, and a wave plate. And a catadioptric means in which one surface of the refracting means is semi-transparent mirror coated. And
All elements and components are arranged in parallel. With this arrangement, the optical path is folded.
The thickness of the optical system can be reduced even when designing a display device having a wide viewing angle as compared with the display devices of Nos. 5 to 5. However, in this arrangement, there is a possibility that unnecessary light may be generated due to the polarization element not having ideal characteristics, so the designer selects a configuration according to the thickness of the optical system and the priority of the image quality. can do.

【0036】(実施形態7)さらに、本発明に係わる画
像表示装置の本実施形態を図3に示す。図3に示すよう
に、液晶ディスプレイ32と、直線偏光を偏光方向によ
って選択的に反射又は透過する薄膜反射型偏光フィルム
39と、波長板33,34,37,38と、屈折手段の
片面を半透鏡コーティングした反射屈折手段36を用い
ている。なお、液晶ディスプレイ32はバックライト3
1により照明される。そして、波長板が1/4波長板
か、または1/4波長板34,37と1/2波長板3
3,38を特定角度で貼り合わせた広帯域波長板33,
34及び広帯域波長板37,38であり、かつ波長板3
3,34及び波長板37,38が液晶ディスプレイ32
と反射屈折手段36の間と、反射屈折手段36と薄膜反
射型偏光フィルム39の間に配置され、かつ、前記1/
4波長板の遅相軸または広帯域波長板33,34は広帯
域波長板37,38の等価遅相軸が液晶ディスプレイ3
2射出側の偏光透過軸、または薄膜反射型偏光フィルム
39の偏光透過軸と−55〜−35度または35〜55
度の角度をなして配置されている。
(Embodiment 7) Further, this embodiment of the image display apparatus according to the present invention is shown in FIG. As shown in FIG. 3, a liquid crystal display 32, a thin-film reflective polarizing film 39 for selectively reflecting or transmitting linearly polarized light depending on the polarization direction, wave plates 33, 34, 37, and 38, and one side of the refracting means are half-finished. A catadioptric means 36 coated with a mirror is used. The liquid crystal display 32 has a backlight 3
Illuminated by 1. The wave plate is a quarter wave plate, or the quarter wave plates 34 and 37 and the half wave plate 3
Broadband wave plate 33, in which 3, 38 are bonded at a specific angle.
34 and the broadband wave plates 37 and 38, and the wave plate 3
3, 34 and the wave plates 37, 38 are the liquid crystal display 32.
And between the catadioptric means 36 and the catadioptric means 36 and the thin-film reflective polarizing film 39, and
The slow axis of the four-wavelength plate or the broadband waveplates 33, 34 is the same as the slow axis of the wideband waveplates 37, 38.
(2) The polarization transmission axis of the exit side or the polarization transmission axis of the thin-film reflective polarizing film 39 is -55 to -35 degrees or 35 to 55.
They are arranged at an angle of degrees.

【0037】この光学系は、実施形態5にて示される上
記した表示装置の場合と類似した機構によって、以下の
ように作用する。液晶ディスプレイ32からの射出光
は、液晶ディスプレイ32に備えられている偏光板によ
って、特定の方向の直線偏光になっている。波長板は、
上記した各表示装置の場合と同様、直線偏光を円偏光に
変換するのが目的であり、この目的を達するように1/
4波長板、または広帯域波長板が配置されている。そこ
で、液晶ディスプレイ32と反射屈折手段36の間に配
置された広帯域波長板33,34により、光線は円偏光
となって、反射屈折手段を通過し、薄膜反射型偏光フィ
ルム39と反射屈折手段36の間に設けられた広帯域波
長板37,38へ送られる。この広帯域波長板37,3
8で、光線は、円偏光から直線偏光に変換され、薄膜反
射型偏光フィルム39に達する。
This optical system operates as follows by a mechanism similar to that of the above-described display device shown in the fifth embodiment. Light emitted from the liquid crystal display 32 is converted into linearly polarized light in a specific direction by a polarizing plate provided in the liquid crystal display 32. The wave plate is
The purpose is to convert linearly polarized light to circularly polarized light as in the case of each of the above-described display devices.
A four-wave plate or a broad-band wave plate is provided. Therefore, the light beams are circularly polarized by the broadband wave plates 33 and 34 disposed between the liquid crystal display 32 and the catadioptric means 36 and pass through the catadioptric means. Are sent to the broadband wave plates 37 and 38 provided between the two. This broadband wave plate 37, 3
At 8, the light beam is converted from circularly polarized light to linearly polarized light and reaches the thin film reflective polarizing film 39.

【0038】薄膜反射型偏光フィルム39の偏光反射軸
と、薄膜反射型偏光フィルム39に到達した光線の偏光
軸が一致するように設計されているとすると、光線は反
射され再び、広帯域波長板37,38で円偏光に変換さ
れて、反射屈折手段36へ送られる。反射屈折手段36
で、光線は拡大した虚像を作るように変換されると共
に、反射され、再び薄膜反射型偏光フィルム39と反射
屈折手段36の間に設けられた広帯域波長板37,38
に戻ってくる。すると、円偏光は再び直線偏光に変換さ
れるが、光学分野でよく知られている通り、反射により
円偏光の向きが反転するので、波長板から射出する光線
は、入射時と直交した偏光方向を持つ直線偏光となる。
一方、薄膜反射型偏光フィルム39は、特定の方向の直
線偏光を反射し、それと直交する方向の直線偏光を通過
する特性を持っている。従って、今度、波長板38から
の射出光が、薄膜反射型偏光フィルム39を通過して、
最終的に使用者の目310に達する。上記のように、本
実施形態の表示装置は、実施形態6にて示された表示装
置から、波長板の種類と位置を限定することによって、
波長板を使用しない場合に比べて効率を向上させ、ま
た、広帯域波長板を用いることにより分光透過率を均一
化する手段を提供している。
Assuming that the polarization axis of the thin-film reflective polarizing film 39 is designed to coincide with the polarization axis of the light beam that has reached the thin-film reflective polarizing film 39, the light beam is reflected and is again reflected by the broadband wave plate 37. , 38, and is sent to the catadioptric means 36. Catadioptric means 36
The light rays are converted so as to form an enlarged virtual image, are reflected, and are again reflected by the broadband wave plates 37 and 38 provided between the thin reflective polarizing film 39 and the catadioptric means 36.
Come back to. Then, the circularly polarized light is again converted to linearly polarized light, but as is well known in the optical field, the direction of the circularly polarized light is inverted by reflection, so that the light beam emitted from the wave plate is polarized in a direction orthogonal to the incident light. Becomes linearly polarized light having
On the other hand, the thin-film reflective polarizing film 39 has a property of reflecting linearly polarized light in a specific direction and passing linearly polarized light in a direction orthogonal to the specific direction. Therefore, this time, the light emitted from the wave plate 38 passes through the thin-film reflective polarizing film 39,
Eventually the user's eyes 310 are reached. As described above, the display device of the present embodiment is different from the display device of the sixth embodiment in that the types and positions of the wave plates are limited.
This provides a means for improving the efficiency as compared with the case where no wave plate is used, and for making the spectral transmittance uniform by using a broadband wave plate.

【0039】その上、本表示装置は以下の機構により液
晶ディスプレイ32での不要反射を低減し、映像のコン
トラストを向上させる効果を有している。例として、図
3に示すように液晶ディスプレイ32を出発して液晶デ
ィスプレイ32と反射屈折手段36の間に設けられた波
長板33,34を通過し、反射屈折手段のハーフミラー
コーティング35や反射屈折手段36の屈折面等で反射
して、再び液晶ディスプレイ32に戻ってくる光線31
1を考える。液晶ディスプレイ32近くの波長板33,
34がない場合は、液晶ディスプレイ32に戻ってきた
光線311が、液晶ディスプレイ32内部のブラックマ
トリックスで反射され、映像を担う光線と同様に光学系
によって使用者の目310に送られてしまう。その結
果、映像のコントラストを低下させる不具合を生じる。
In addition, the present display device has the effect of reducing unnecessary reflection on the liquid crystal display 32 and improving the contrast of an image by the following mechanism. As an example, as shown in FIG. 3, the liquid crystal display 32 starts from the liquid crystal display 32, passes through the wave plates 33 and 34 provided between the liquid crystal display 32 and the catadioptric means 36, and receives the half mirror coating 35 of the catadioptric means and the catadioptric function. The light beam 31 reflected by the refraction surface of the means 36 and returned to the liquid crystal display 32 again
Think one. Wave plate 33 near liquid crystal display 32,
If there is no light 34, the light beam 311 returning to the liquid crystal display 32 is reflected by the black matrix inside the liquid crystal display 32, and is sent to the user's eyes 310 by the optical system in the same manner as the light beam carrying the image. As a result, there is a problem that the contrast of an image is reduced.

【0040】一方、本発明のように、液晶ディスプレイ
32近くの波長板33,34を設けた場合には、液晶デ
ィスプレイ射出側の偏光板とこの波長板が円偏光板を形
成するので、液晶ディスプレイ32から出発して、外部
で反射して戻ってくる光線311は、液晶ディスプレイ
32射出側の偏向板によって吸収される。したがって、
ブラックマトリックスでの反射を生じず、コントラスト
低下を防止できる。従って、これらの手段を用いれば、
高画質のHMDを実現できる。
On the other hand, when the wave plates 33 and 34 near the liquid crystal display 32 are provided as in the present invention, the polarizing plate on the liquid crystal display emission side and this wave plate form a circular polarizing plate. Starting from 32, the light beam 311 that is reflected and returned outside is absorbed by the deflection plate on the liquid crystal display 32 emission side. Therefore,
Reflection on the black matrix does not occur, and a decrease in contrast can be prevented. Therefore, if these means are used,
A high-quality HMD can be realized.

【0041】(実施形態8)さらに、本発明に係わる画
像表示装置の本実施形態を図4に示す。図4に示すよう
に、液晶ディスプレイ42と、直線偏光を偏光方向によ
って選択的に反射又は透過する薄膜反射型偏光フィルム
43と、波長板44,45,48,49と、屈折手段の
片面を半透鏡コーティング47した反射屈折手段46を
用いている。なお、液晶ディスプレイ42はバックライ
ト41により照明される。そして波長板が1/4波長板
か、または1/4波長板45,48と1/2波長板4
4,49を特定の角度で貼り合わせた広帯域波長板4
4,45及び広帯域波長板48,49であり、かつ波長
板が薄膜反射型偏光フィルム43と反射屈折手段46の
間に配置され、前記1/4波長板の遅相軸または広帯域
波長板44,45の等価遅相軸が薄膜反射型偏光フィル
ム43の偏光透過軸と−55〜−35度または35〜5
5度の角度をなして配置されると共に、反射屈折手段と
使用者の間に広帯域波長板48,49と偏光板410か
らなる円偏光板を備えている。
(Eighth Embodiment) FIG. 4 shows an eighth embodiment of the image display device according to the present invention. As shown in FIG. 4, a liquid crystal display 42, a thin-film reflective polarizing film 43 for selectively reflecting or transmitting linearly polarized light depending on the polarization direction, wave plates 44, 45, 48, and 49, and one side of the refracting means are half-finished. A catadioptric means 46 with a transparent mirror coating 47 is used. The liquid crystal display 42 is illuminated by the backlight 41. The wave plate is a quarter wave plate, or the quarter wave plates 45 and 48 and the half wave plate 4
Broadband wave plate 4 with 4,49 bonded at a specific angle
4, 45 and broadband wave plates 48 and 49, and the wave plates are disposed between the thin-film reflective polarizing film 43 and the catadioptric means 46, and the slow axis of the quarter wave plate or the wide band wave plates 44, The equivalent slow axis of 45 is -55 to -35 degrees or 35 to 5 with respect to the polarization transmission axis of the thin reflective polarizing film 43.
It is arranged at an angle of 5 degrees and has a circular polarizer comprising broadband wave plates 48 and 49 and a polarizer 410 between the catadioptric means and the user.

【0042】この光学系は以下のように作用する。液晶
ディスプレイ42からの射出光は、液晶ディスプレイ4
2に備えられている偏光板によって、特定の方向の直線
偏光になっている。液晶ディスプレイ42と反射屈折手
段46の間に設けられた薄膜反射型偏光フィルム43
は、偏光透過軸を液晶ディスプレイ42射出側の偏光板
透過軸と一致させているものとする。ここで光線は、薄
膜反射型偏光フィルム43を通過し、続いて、波長板4
4,45を通過する。波長板は、実施形態4の表示装置
の場合と同様、直線偏光を円偏光に変換するのが目的で
あり、この目的を達するように1/4波長板、または広
帯域波長板44,45が配置されている。光線はこの広
帯域波長板44,45により円偏光となって、反射屈折
手段46に達する。反射屈折手段46で、拡大した虚像
を作るように変換されると共に、反射され、再び薄膜反
射型偏光フィルム43と反射屈折手段46の間に設けら
れ広帯域波長板44,45に戻ってくる。
This optical system operates as follows. The light emitted from the liquid crystal display 42 is
The light is converted into linearly polarized light in a specific direction by the polarizing plate provided in 2. Thin-film reflective polarizing film 43 provided between liquid crystal display 42 and catadioptric means 46
It is assumed that the polarization transmission axis coincides with the polarization plate transmission axis on the exit side of the liquid crystal display 42. Here, the light beam passes through the thin-film reflective polarizing film 43, and subsequently, the wave plate 4
Pass through 4,45. The purpose of the wave plate is to convert linearly polarized light into circularly polarized light as in the case of the display device of the fourth embodiment, and quarter wave plates or broadband wave plates 44 and 45 are arranged so as to achieve this purpose. Have been. The light beam is circularly polarized by the broadband wave plates 44 and 45 and reaches the catadioptric means 46. The light is converted by the catadioptric means 46 so as to form an enlarged virtual image, is reflected, and returns to the broadband wave plates 44 and 45 provided between the thin-film reflective polarizing film 43 and the catadioptric means 46 again.

【0043】すると、円偏光は再び直線偏光に変換され
るが、光学分野でよく知られている通り、反射により円
偏光の向きが反転するので、波長板から射出する光線
は、入射時と直交した偏光方向を持つ直線偏光となる。
一方、薄膜反射型偏光フィルム43は、特定の方向の直
線偏光を透過し、それと直交する方向の直線偏光を反射
する特性をもっている。従って、今度は、波長板44か
らの射出光が、薄膜反射型偏光フィルム43に反射され
て、波長板の三度目の通過を行い、最終的に反射屈折手
段46と円偏光板を構成する波長板48,49と偏光板
410を通過して、使用者の目411に達する。
Then, the circularly polarized light is again converted to linearly polarized light. However, as is well known in the optical field, the direction of the circularly polarized light is inverted by reflection, so that the light beam emitted from the wave plate is orthogonal to that at the time of incidence. It becomes the linearly polarized light having the polarized direction.
On the other hand, the thin-film reflective polarizing film 43 has a property of transmitting linearly polarized light in a specific direction and reflecting linearly polarized light in a direction orthogonal to the specific direction. Therefore, this time, the light emitted from the wave plate 44 is reflected by the thin-film reflective polarizing film 43 and passes through the wave plate for the third time, and finally the wavelength forming the catadioptric means 46 and the circularly polarizing plate. The light passes through the plates 48 and 49 and the polarizing plate 410 and reaches the user's eye 411.

【0044】上記のように、本表示装置は、実施形態6
の表示装置から、波長板の種類と位置を限定すことによ
って、波長板を使用しない場合に比べて効率を向上さ
せ、また、広帯域波長板を用いることにより分光透過率
を均一化する手段を提供することを可能とする。その
上、本表示装置は、以下の機構により外光反射を低減し
映像のコントラストを向上させる効果を有している。図
4に示すように、外光412が進入し、反射屈折手段4
6のハーフミラーコーティングによって反射した場合、
反射屈折手段46と使用者の間の円偏光板がなければ、
外光が映像に重なって見えコントラストを低下させる不
具合が生じる。しかし、本発明の場合、円偏光板を構成
する波長板48,49と偏光板410が備えてあるの
で、反射光を吸収しコントラストを向上させる効果を生
じる。従って、これらの手段を用いれば高画質のHMD
を実現できる。
As described above, the present display device is used in the sixth embodiment.
Provides a means to improve the efficiency compared to the case where no wave plate is used by limiting the type and position of the wave plate, and to provide a means for making the spectral transmittance uniform by using a wide band wave plate. It is possible to do. In addition, the present display device has an effect of reducing the reflection of external light and improving the contrast of an image by the following mechanism. As shown in FIG. 4, external light 412 enters and the catadioptric means 4
When reflected by the half mirror coating of No. 6,
If there is no circular polarizer between the catadioptric means 46 and the user,
A problem occurs in which external light is superimposed on the image and the contrast is reduced. However, in the case of the present invention, since the wave plates 48 and 49 and the polarizing plate 410 constituting the circularly polarizing plate are provided, an effect of absorbing the reflected light and improving the contrast is obtained. Therefore, if these means are used, a high-quality HMD
Can be realized.

【0045】(実施形態9)さらに、本発明による頭部
搭載型ディスプレイの実施形態を示すことができ、それ
は、メガネ型のケースと、前記実施形態1ないし8の各
表示装置からなり、頭部に装着した場合、使用者の目、
好適には左右それぞれの目に映像を提示できるようにな
っている。従って、上記の光学系を用いた表示装置の作
用に関する説明から明らかなように、高画質かつ小型軽
量の頭部搭載型ディスプレイを実現できる。 (実施形態10)さらに、本発明による映像通信装置の
実施形態を示すことができ、それは、電話機と、前記実
施形態1ないし8の各発明による表示装置からなり、音
声による通信を行いながら、映像を見ることができるよ
うになっている。従って、上記の光学系を用いた表示装
置作用に関する説明から明らかなように、高画質かつ小
型軽量の映像通信装置を実現できる。
(Embodiment 9) Further, an embodiment of a head mounted display according to the present invention can be shown, which comprises a glasses-type case and each of the display devices of Embodiments 1 to 8 above. When attached to the eyes of the user,
Preferably, images can be presented to the left and right eyes. Therefore, as is clear from the above description of the operation of the display device using the optical system, it is possible to realize a small, lightweight, head-mounted display with high image quality. (Embodiment 10) Further, an embodiment of a video communication apparatus according to the present invention can be shown, which comprises a telephone and a display device according to each of the first to eighth embodiments, and performs video communication while performing voice communication. Can be seen. Therefore, as is clear from the above description of the operation of the display device using the optical system, it is possible to realize a small, lightweight video communication device with high image quality.

【0046】ここで、図5によって以下の実施形態の説
明に用いる座標系を定義する。図5(A)のように、使
用者の目と反射屈折手段の中心を結ぶ、光軸方向をZ
軸、これに垂直で、水平方向をX軸、鉛直方向をY軸と
する。また、傾いた平面Sを表すために、図5(B)の
ように、XY平面をX軸を中心に45度傾けた座標系を
定義する。平面S内で、X軸と共通の軸をP軸、平面S
内でP軸と直交する軸をQ軸、P,Q軸に直交する軸、
つまり平面Sの法線をR軸とする。また、回転方向は、
XZ平面内の場合は、図5(C)のように、Y軸に沿っ
て見てZ軸を基準に反時計周りの角度で表わし、XY平
面内の場合は図5(D)のように、Z軸に沿って見てY
軸を基準に反時計周りの角度で表わし、PQ平面内の場
合は図7(E)のように、R軸に沿って見てQ軸を基準
に反時計周りの角度で表わすものとする。
Here, a coordinate system used in the description of the following embodiment is defined with reference to FIG. As shown in FIG. 5A, the optical axis direction connecting the user's eye and the center of the catadioptric means is Z.
The axis is perpendicular to the axis, the horizontal direction is the X axis, and the vertical direction is the Y axis. In addition, in order to represent the inclined plane S, a coordinate system in which the XY plane is inclined by 45 degrees about the X axis is defined as shown in FIG. Within the plane S, the axis common to the X axis is the P axis, and the plane S
Within, the axis orthogonal to the P axis is the Q axis, the axis orthogonal to the P and Q axes,
That is, the normal to the plane S is defined as the R axis. Also, the rotation direction is
In the case of the XZ plane, as shown in FIG. 5 (C), it is represented by a counterclockwise angle with respect to the Z axis as viewed along the Y axis, and in the case of the XY plane, as shown in FIG. 5 (D). , Viewed along the Z axis, Y
It is expressed by an angle counterclockwise with respect to the axis, and in the PQ plane, as shown in FIG. 7E, by an angle counterclockwise with respect to the Q axis as viewed along the R axis.

【0047】(実施形態11)本発明の実施形態11を
図6に示す。実施形態11の表示装置は、バックライト
61と液晶ライトバルブ62と、薄膜反射型偏光フィル
ム65と、ガラス板64と、偏光板63と、反射防止フ
ィルム66と、1/2波長板67と、1/4波長板68
と、平凸レンズの凸面を全反射コーティング610した
ミラーコーティングレンズ69を用いている。そして、
各光学素子は図6に示すように配置されている、つま
り、バックライト61と、液晶ライトバルブ62は、X
Z平面に沿って上部に備えられ、薄膜反射型偏光フィル
ム65と、ガラス板64と、偏光板63は、PQ平面に
沿って使用者611の眼前に備えられ、反射防止フィル
ム66と、1/2波長板67と、1/4波長板68と、
平凸レンズの凸面を全反射コーティング610したミラ
ーコーティングレンズ69は、XY平面に平行に使用者
から遠い側に備えられている。
(Eleventh Embodiment) FIG. 6 shows an eleventh embodiment of the present invention. The display device of Embodiment 11 includes a backlight 61, a liquid crystal light valve 62, a thin-film reflective polarizing film 65, a glass plate 64, a polarizing plate 63, an anti-reflection film 66, a half-wave plate 67, 1/4 wavelength plate 68
And a mirror-coated lens 69 in which the convex surface of the plano-convex lens has a total reflection coating 610. And
Each optical element is arranged as shown in FIG. 6, that is, the backlight 61 and the liquid crystal light valve 62
The thin-film reflective polarizing film 65, the glass plate 64, and the polarizing plate 63 are provided in the upper part along the Z plane, and are provided in front of the user 611 along the PQ plane. A two-wave plate 67, a quarter-wave plate 68,
The mirror-coated lens 69 having the convex surface of the plano-convex lens and the total reflection coating 610 is provided on the side far from the user in parallel to the XY plane.

【0048】さらに、偏光特性に関しては、以下のよう
に仮定する。液晶ライトバルブ62の射出側に内蔵され
ている偏光板の偏光透過方向はZ軸方向、薄膜反射型偏
光フィルム65の偏光反射方向はQ軸方向、偏光板63
の偏光透過方向はP軸方向、1/2波長板の遅相軸は+
15度方向、1/4波長板の遅相軸は+70度方向、バ
ックライト61とガラス64と反射防止フィルム66と
反射屈折手段69とは偏光特性に関して異方性がないも
のとする。但し、この配置は、一例に過ぎず、以下に説
明する機能を実現する偏光特性の組み合わせ方法は他に
も多く存在する。従って、製作の都合によって他の組み
合わせを使用することができる。なお、図6では、説明
の便宜上、光学素子を分離して描いているが、実際には
光学素子同士を貼り合わせることによって、不要反射を
減らし、小型化することができる。
Further, regarding the polarization characteristics, the following assumption is made. The polarization transmission direction of the polarizing plate built in the emission side of the liquid crystal light valve 62 is the Z-axis direction, the polarization reflection direction of the thin-film reflective polarizing film 65 is the Q-axis direction, and the polarizing plate 63
Is the P axis direction, and the slow axis of the half-wave plate is +
The direction of 15 degrees, the slow axis of the quarter-wave plate is in the direction of +70 degrees, and the backlight 61, glass 64, antireflection film 66, and catadioptric means 69 have no anisotropy in polarization characteristics. However, this arrangement is merely an example, and there are many other combinations of polarization characteristics for realizing the functions described below. Therefore, other combinations can be used depending on the manufacturing convenience. In FIG. 6, the optical elements are illustrated separately for convenience of description. However, in reality, unnecessary reflection can be reduced and the size can be reduced by bonding the optical elements together.

【0049】つぎに、液晶ライトバルブ62の映像がど
のように変換されて、使用者の目611に到達するかを
説明する。バックライト61を発した光線は、液晶ライ
トバルブ62で変調され映像情報を担った射出光とな
る。この光線は、上記の仮定により、液晶ライトバルブ
62に備えられている偏光板によって、Z方向の直線偏
光になっている。従って、この光線は上記の仮定によ
り、薄膜反射型偏光フィルム65に達するとZ軸方向に
反射される。次に光線は、反射防止フィルム66を通過
し、1/2波長板67を通過する。1/2波長板67は
偏光方向に対して遅相軸を15度傾けてあるので、直線
偏光の方向は略30度に変換される。続いて光線は1/
4波長板68によって、直線偏光から略円偏光へと変換
される。なお、正確な光線の状態が定まらない理由は後
で詳しく説明するように、波長板67,68のレタデー
ションが波長によって変化するためである。ここで、仮
定した波長板の設定角度は、ポリカーボネイト製の波長
板を用いた場合、可視光(400nmから700nm)
の範囲において、光学系の透過率が均一になるように設
計されたものである。つまり、このように1/2波長板
と1/4波長板を組み合わせて用いることにより、広い
帯域において直線偏光と円偏光の間の変換を正確に行う
ことができる。
Next, how the image of the liquid crystal light valve 62 is converted and reaches the user's eye 611 will be described. The light beam emitted from the backlight 61 becomes an emission light modulated by the liquid crystal light valve 62 and carrying image information. This light beam is converted into linearly polarized light in the Z direction by the polarizing plate provided in the liquid crystal light valve 62 based on the above assumption. Therefore, based on the above assumption, this light ray is reflected in the Z-axis direction when it reaches the thin-film reflective polarizing film 65. Next, the light passes through the antireflection film 66 and passes through the half-wave plate 67. Since the half-wave plate 67 has its slow axis inclined at 15 degrees with respect to the polarization direction, the direction of linearly polarized light is converted to approximately 30 degrees. Then the ray is 1 /
The four-wavelength plate 68 converts the linearly polarized light into substantially circularly polarized light. The reason why the state of an accurate light ray is not determined is that the retardation of the wave plates 67 and 68 varies depending on the wavelength, as will be described later in detail. Here, the assumed setting angle of the wave plate is such that when a polycarbonate wave plate is used, visible light (400 nm to 700 nm) is used.
Is designed such that the transmittance of the optical system becomes uniform in the range of. That is, by using a combination of a half-wave plate and a quarter-wave plate in this manner, conversion between linearly polarized light and circularly polarized light can be accurately performed in a wide band.

【0050】次に、1/4波長板68を通過した光線
は、平凸レンズの凸面を全反射コーティング610した
ミラーコーティングレンズ69に達する。光線は凸面の
内面反射により拡大した虚像を形成するように変換さ
れ、反射される。そして、再び1/4波長板68と1/
2波長板67と反射防止フィルム66を通過して直線偏
光に変換される。但し、光学法則として良く知られてい
るように、反射によって円偏光の回転方向は反転される
ので、反射防止フィルムからの射出光は、入射時と直交
したX軸方向となる。従って、光線は薄膜反射型偏光フ
ィルム65とガラス64と偏光板63を通過して、使用
者の目に到達し、使用者611は、液晶ライトバルブ6
2上の映像を拡大された虚像として、眼前に鑑賞するこ
とができるようになる。
Next, the light beam that has passed through the quarter-wave plate 68 reaches a mirror coating lens 69 in which the convex surface of the plano-convex lens has a total reflection coating 610. The light rays are converted and reflected so as to form an enlarged virtual image by the internal reflection of the convex surface. Then, the 1/4 wavelength plate 68 and 1 /
The light passes through the two-wavelength plate 67 and the antireflection film 66 and is converted into linearly polarized light. However, as is well known as an optical law, the direction of rotation of circularly polarized light is reversed by reflection, so that light emitted from the antireflection film is in the X-axis direction orthogonal to the time of incidence. Therefore, the light beam passes through the thin-film reflective polarizing film 65, the glass 64, and the polarizing plate 63 and reaches the user's eyes.
2 can be viewed as an enlarged virtual image in front of the eyes.

【0051】以下に、構成要素の各部分ごとに実施方法
及びその機能を詳しく説明する。 1.薄膜反射型偏光フィルム−DBEF(分光透過率の
比較) 本実施形態では、特定方向の直線偏光を反射し、それに
直交する方向の直線偏光を透過させるために、薄膜反射
型偏光フィルム(商品名DBEF,スリーエム社製)を
用いている。この目的のために従来用いた直角プリズム
の斜面に多層膜コーティングを施し、2個のプリズムを
貼り合わせた、偏光ビームスプリッタより下記に示すよ
うにその特性において薄膜反射型偏光フィルムの方が優
れている。
Hereinafter, an implementation method and its function will be described in detail for each component. 1. Thin Film Reflective Polarizing Film-DBEF (Comparison of Spectral Transmittance) In this embodiment, a thin film reflective polarizing film (trade name: DBEF) is used to reflect linearly polarized light in a specific direction and transmit linearly polarized light in a direction orthogonal thereto. , 3M). For this purpose, a thin-film reflective polarizing film is superior to a polarizing beam splitter in its characteristics as shown below, in that a multi-layer coating is applied to the slope of a conventional right-angle prism and two prisms are bonded together. I have.

【0052】(1)波長特性及び角度特性が均一なの
で、光学系の分光透過率が改善でき、ディスプレイの色
再現性が向上する。 (2)偏光ビームスプリッタは、スプリッタを傾ける方
向に依存して、S波を反射し、P波を透過する特性を持
っているので偏光方向の設計が制限を受けるが、薄膜反
射型偏光フィルムは、フィルム自身に異方性を持ってい
るのでフィルムを傾ける方向に係わらず、フィルムを配
置する向きに応じて、設計した方向の偏光を反射し、こ
れと直交する偏光を透過するようにできる。従って、偏
光設計の自由度が大きい。 (3)偏光ビームスプリッタは、2個の直角プリズムの
内面に多層膜コーティングし、貼り合わせて作られるこ
とが多く、重くなる欠点があった。一方、薄膜反射型偏
光フィルムは、フィルム状であるので十分、軽量であ
り、軽量のHMDに適している。 (4)薄膜反射型偏光フィルムは、量産ができ安価であ
るので、民生用HMDには適している。
(1) Since the wavelength characteristics and the angle characteristics are uniform, the spectral transmittance of the optical system can be improved, and the color reproducibility of the display can be improved. (2) The polarization beam splitter has characteristics of reflecting the S wave and transmitting the P wave depending on the direction in which the splitter is tilted, so that the design of the polarization direction is restricted. Since the film itself has anisotropy, it is possible to reflect polarized light in a designed direction and transmit polarized light orthogonal to the designed direction according to the direction in which the film is arranged, regardless of the direction in which the film is tilted. Therefore, the degree of freedom in polarization design is large. (3) The polarizing beam splitter is often made by coating the inner surfaces of two right-angle prisms with a multi-layer coating and bonding them together, and has the drawback of becoming heavy. On the other hand, the thin-film reflective polarizing film is sufficiently lightweight because it is in the form of a film, and is suitable for a lightweight HMD. (4) Since the thin-film reflective polarizing film can be mass-produced and is inexpensive, it is suitable for a consumer HMD.

【0053】特に、波長特性の違いについて以下に説明
する。図7に偏光ビームスプリッタと薄膜反射型偏光フ
ィルムのスペクトル特性を示す。図7(A)のグラフ
は、光線に対して偏光ビームスプリッタの反射面を45
度に傾けた場合のS偏光とP偏光での透過率特性を表わ
しており、図7(B)は、光線に対して45度傾けた場
合の透過軸方向の偏光と、これに直交する反射軸方向の
偏光の透過率特性を表わしている。図7(A),図7
(B)から明らかなように偏光ビームスプリッタでは、
500〜610nmの範囲でしか機能しないが、薄膜反
射型偏光フィルムのでは、400〜700nmの可視光
全域で均一な特性を実現できる。従って、光学系の分光
透過率が改善でき、ディスプレイの色再現性が向上す
る。
In particular, the difference between the wavelength characteristics will be described below. FIG. 7 shows the spectral characteristics of the polarizing beam splitter and the thin-film reflective polarizing film. The graph of FIG. 7A shows that the reflecting surface of the polarizing beam splitter is 45
FIG. 7B shows the transmittance characteristics of the S-polarized light and the P-polarized light when tilted at an angle, and FIG. It shows the transmittance characteristics of the polarized light in the axial direction. FIG. 7 (A), FIG.
As is clear from (B), in the polarization beam splitter,
Although it functions only in the range of 500 to 610 nm, a thin film reflective polarizing film can realize uniform characteristics over the entire visible light range of 400 to 700 nm. Therefore, the spectral transmittance of the optical system can be improved, and the color reproducibility of the display can be improved.

【0054】2.広帯域波長板のスペクトル特性 上記、ミラーと同様に波長板に関しても、可視光全域に
渡って、一定の特性を実現する必要がある。波長波とし
て、従来からポリカーボネイトを一方向に延伸したシー
トが良く使用されている。この1/4波長板の波長に対
するレタデーション特性を測定すると図8のグラフ81
のようになり、波長に対して均一にならない。従って、
このような単独の1/4波長板を本実施形態の光学系に
用いた場合の光学系全体での透過スペクトル特性を計算
すると図9のようになり、設計波長(550nm)から
離れた青色及び赤色の領域で、透過率が減少し、色バラ
ンスが劣化してしまう。本発明の光学系においては、1
/4波長板は直線偏光と円偏光の相互変換のために使用
しているので、可視光の範囲においてこの変換性能が一
定であるような広帯域波長板が必要となる。このよう
な、光学素子には特願平9−2718号に記載された、
本発明者と同一発明者による技術がある。以下にこの素
子の説明を行う。
2. Spectral Characteristics of Broadband Wavelength Plate Similar to the above-mentioned mirror, it is necessary to realize a wavelength plate with constant characteristics over the entire visible light range. Conventionally, a sheet obtained by stretching polycarbonate in one direction is often used as a wavelength wave. When the retardation characteristic of this quarter-wave plate with respect to the wavelength is measured, a graph 81 in FIG.
And it is not uniform with respect to wavelength. Therefore,
FIG. 9 shows the transmission spectrum characteristics of the entire optical system when such a single quarter-wave plate is used in the optical system of the present embodiment. In the red region, the transmittance decreases and the color balance deteriorates. In the optical system of the present invention, 1
Since the 波長 wavelength plate is used for mutual conversion between linearly polarized light and circularly polarized light, a broadband wavelength plate that has a constant conversion performance in the visible light range is required. Such an optical element is described in Japanese Patent Application No. 9-2718,
There is a technique by the same inventor as the inventor. Hereinafter, this element will be described.

【0055】この広帯域波長板は+15度方向の遅相軸
を持った1/2波長板と、+70度方向の遅相軸を持っ
た1/4波長板を貼り合わせて構成されている。この広
帯域波長板を本実施形態の光学系に用いた場合の光学系
全体での透過スペクトル特性を計算すると図10のグラ
フ101のようになり、上記、単独の1/4波長板の場
合(図9の91)に比べて、可視光の範囲において均一
な特性が得られる。この広帯域波長板のメカニズムを以
下にポアンカレ球を用いて説明するポアンカレ球とは、
球上の点によって光線の偏光状態を表わす方式である。
図11にポアンカレ球の概観図を示す。この球を地球に
見立てると北極112と南極113の点は、各々左周り
円偏光と右回り円偏光を示し、赤道上の点は直線偏光を
示していて、赤道上の経度は直線偏光の角度の2倍に対
応している。
This broadband wave plate is constituted by bonding a half-wave plate having a slow axis in the +15 degree direction and a quarter wave plate having a slow axis in the +70 degree direction. When the transmission spectrum characteristic of the entire optical system when this broadband wave plate is used for the optical system of the present embodiment is calculated, it is as shown in a graph 101 of FIG. As compared to 9) 91), uniform characteristics can be obtained in the visible light range. The Poincare sphere, whose mechanism is described below using a Poincare sphere,
This is a method in which the polarization state of a light beam is represented by a point on a sphere.
FIG. 11 shows an overview of the Poincare sphere. When this sphere is considered to be the earth, the points of the north pole 112 and the south pole 113 indicate left-handed circularly polarized light and right-handed circularly polarized light, respectively, points on the equator indicate linearly polarized light, and longitude on the equator indicates the angle of linearly polarized light. It corresponds to twice of.

【0056】従って、−Z軸方向を経度0度と定義すれ
ば、この方向の赤道上の点111は、垂直方向の直線偏
光を表わし、X軸方向の点114は45度の直線偏光を
表わしている。以下、同様に、Z軸方向の点116は水
平方向の、−X軸方向の点115は−45度方向の直線
方向の直線偏光を表わしている。また、赤道と極の間1
17は、楕円偏光を示している。このようにして如何な
る偏光状態もポアンカレ球上の1点として表現される。
また、波長板の機能は角度で計ったレタデーションの大
きさだけポアンカレ球を回転させる作用として表現され
る。このとき、回転軸はポアンカレ球中心と波長板光軸
方向の2倍の経度に対応した赤道上の対応点を結ぶ直線
として定義される。
Therefore, if the -Z-axis direction is defined as 0 degree longitude, a point 111 on the equator in this direction represents vertical linearly polarized light, and a point 114 in the X-axis direction represents 45 degree linearly polarized light. ing. Hereinafter, similarly, a point 116 in the Z-axis direction represents horizontal polarization, and a point 115 in the -X axis direction represents linear polarization in a linear direction of -45 degrees. Also, between the equator and the pole 1
Reference numeral 17 denotes elliptically polarized light. In this way, any polarization state is represented as one point on the Poincare sphere.
The function of the wave plate is expressed as an action of rotating the Poincare sphere by the amount of retardation measured by an angle. At this time, the rotation axis is defined as a straight line connecting the center of the Poincare sphere and the corresponding point on the equator corresponding to twice the longitude in the direction of the optical axis of the wave plate.

【0057】以上のポアンカレ球を用いると広帯域波長
板は、図12を用いて、以下のように説明される。広帯
域波長板は、遅相軸が15度の1/2波長板と遅相軸が
70度の1/4波長板からなっているので、ポアンカレ
球上では、1/2波長板の遅相軸は直線Fで、1/4波
長板の遅相軸は直線Gで表わされる。そして、各々の作
用は1/2波長板は180度の回転、1/4波長板は9
0度の回転である。鉛直方向の直線偏光を入射すると入
射点は点Aに対応している。まず、基準波長の場合は1
/2波長板によって点Hに移され、さらに1/4波長板
によって点C(北極)に移されるので、単独の1/4波
長板と同様に完全な左向き円偏光に変換できることが分
かる。
Using the above Poincare sphere, the broadband wave plate will be described as follows with reference to FIG. The broadband wave plate is composed of a half-wave plate with a slow axis of 15 degrees and a quarter-wave plate with a slow axis of 70 degrees. Therefore, on the Poincare sphere, the slow axis of the half-wave plate is used. Is a straight line F, and the slow axis of the quarter-wave plate is a straight line G. Each operation is performed by rotating the half-wave plate by 180 degrees and the quarter-wave plate by 9 degrees.
This is a rotation of 0 degrees. When vertical linearly polarized light enters, the incident point corresponds to point A. First, 1 for the reference wavelength
Since it is moved to the point H by the wavelength plate and further moved to the point C (North Pole) by the 波長 wavelength plate, it can be seen that it can be converted into complete left-handed circularly polarized light in the same manner as a single 波長 wavelength plate.

【0058】次に基準波長より短波長の場合は、1/2
波長板のレタデーションが過剰になるので、点Jに移さ
れるが、この点Hとのずれが次の1/4波長板のレタデ
ーションの過剰分と打ち消し合い、最終的に点Cの近く
に移される。同様に基準波長より長波長の場合は、1/
2波長板のレタデーションが不足するので点Kに移され
るが、この点Hとのずれが次の1/4波長板のレタデー
ションの不足分を補って最終的にはやはり点Cの近くに
移される。このようにして、どの波長においてもほぼ完
全な左向き円偏光が得られる。従って、本光学系に広帯
域波長板を使った場合には、上記実施例の説明に従った
メガニズムで機能するので、光学系の透過スペクトルは
図10におけるグラフ101のように可視光の範囲にお
いてほぼ、均一になる。なお、広帯域波長板を構成する
1/2波長板と1/4波長板の遅相軸角度配置は、本実
施形態の値に限定されるものではなく、必要な透過スペ
クトル特性に応じてある程度変更することができる。
Next, in the case of a wavelength shorter than the reference wavelength, 1/2
Since the retardation of the wave plate becomes excessive, the wave is moved to the point J. The deviation from the point H cancels the excess of the retardation of the next quarter-wave plate, and is finally moved near the point C. . Similarly, when the wavelength is longer than the reference wavelength, 1 /
Since the retardation of the two-wavelength plate is insufficient, the point is shifted to the point K. The deviation from the point H compensates for the insufficient retardation of the next quarter-wave plate, and is finally shifted to the point C again. . In this way, almost perfect left-handed circularly polarized light is obtained at any wavelength. Therefore, when a broadband wavelength plate is used in the present optical system, the optical system functions in meganism according to the description of the above embodiment, and the transmission spectrum of the optical system is almost equal to the visible light range as shown by a graph 101 in FIG. Become uniform. The arrangement of the slow axis angles of the half-wave plate and the quarter-wave plate constituting the broadband wave plate is not limited to the value of the present embodiment, but may be changed to some extent according to the required transmission spectrum characteristics. can do.

【0059】3.Z値波長板の角度特性 以上、波長に対する光学特性について述べたが、本発明
の光学系においては、図13に光路図を示すように、波
長板131に対して光線が通過する角度に関しても広が
りがある。主な傾向は中心部で略垂直に通過し、周辺部
では、比較的浅い角度で通過する。従って、通過角度に
対してもレタデーション特性が均一である必要がある。
そうでなければ、上記スペクトル特性の場合と同様の議
論によって、波長板に対して略垂直に入射する画像中心
付近と、光線が斜めに入射する周辺部で輝度差が生じて
しまう。
3. Angle Characteristics of Z-Value Wave Plate The optical characteristics with respect to wavelength have been described above. In the optical system of the present invention, as shown in the optical path diagram in FIG. There is. The main tendency is to pass almost vertically at the center and pass at a relatively shallow angle at the periphery. Therefore, the retardation characteristics need to be uniform with respect to the passing angle.
Otherwise, due to the same discussion as in the case of the above-mentioned spectral characteristics, a luminance difference occurs near the center of the image that is incident substantially perpendicularly to the wave plate and in the peripheral portion where the light is obliquely incident.

【0060】この対策のため、本実施形態では、厚み方
向に複屈折特性を持つ波長板(商品名:NRZ,日東電
工社製)を用いている。この波長板を光学系に用いる技
術に関しても本願と同一発明者による特願平9−271
8号に記載されているが、ここで、その内容を説明して
おく。従来の単純な波長板は、図14のように波長板平
面内で、遅相軸とこれに直行する軸をX,Yとし、平面
の法線軸をZとする時、nx>ny=nzの式をみたす
屈折率特性を持っていた。しかし、このような波長板に
X−Z平面内において波長板に対して斜めに入射する光
線141に関するレタデーションを計算すると、垂線か
ら計った入射角142に対するレタデーションは、図1
5のグラフ151のように特性になり、60度でレタデ
ーションが半減してしまっている。このような波長板を
本発明の光学系に用いると、光線が光学系を斜めに通過
する視野の端において、光学系の透過率が低下して、輝
度むら及び色むらの原因になる。
To cope with this, in this embodiment, a wave plate (trade name: NRZ, manufactured by Nitto Denko Corporation) having a birefringence characteristic in the thickness direction is used. Japanese Patent Application No. 9-271 by the same inventor as the present application also relates to a technique of using this wave plate in an optical system.
No. 8, the contents of which are described here. In a conventional simple wave plate, as shown in FIG. 14, when a slow axis and an axis perpendicular to the slow axis are X and Y and a normal axis of the plane is Z in a wave plate plane, nx> ny = nz It had a refractive index characteristic that satisfied the formula. However, when the retardation of such a wave plate is calculated with respect to the light ray 141 obliquely incident on the wave plate in the XZ plane, the retardation with respect to the incident angle 142 measured from the perpendicular is shown in FIG.
The characteristic becomes as shown in the graph 151 of FIG. 5, and the retardation is reduced by half at 60 degrees. When such a wave plate is used in the optical system of the present invention, the transmittance of the optical system is reduced at the end of the field of view where the light beam obliquely passes through the optical system, which causes uneven brightness and color.

【0061】この解決策として、本実施形態では1/4
波長板の厚さ方向の屈折率nzを波長板内の屈折率nx
とnyとの間の値にしている。この一例として、 nx>nz>nyを満たすように nx=1.5922 ny=1.5900 nz=1.5908 として、再度レタデーションを計算すると、図15のグ
ラフ152が得られる。従来の波長板と比較して、レタ
デーション変化が大幅に抑えられている。従って、この
波長板を採用した方が、輝度むら,色むらを抑えること
ができ、高画質の表示装置を実現できる。
As a solution to this, in the present embodiment, 1/4
The refractive index nz in the thickness direction of the wave plate is changed to the refractive index nx in the wave plate.
And ny. As an example of this, when retardation is calculated again with nx = 1.5922 ny = 1.5900 nz = 1.5908 so as to satisfy nx>nz> ny, a graph 152 in FIG. 15 is obtained. Compared with the conventional wave plate, the change in retardation is greatly suppressed. Therefore, when this wavelength plate is employed, uneven brightness and uneven color can be suppressed, and a high-quality display device can be realized.

【0062】4.反射屈折手段−収差の比較 本実施形態では、反射屈折手段として平凸レンズの凸面
にアルミコーティング行った素子を用いている。レンズ
材料としては、複屈折特性からは、ガラスが最適である
が、さらに軽量化が必要な場合には、低複屈折プラスチ
ックレンズ材料(商品名オプトレッツ、日立化成社製)
を用いることができる。本実施形態のように平凸レンズ
を裏面鏡として使った場合の、凹面鏡と比較してのメリ
ットは以下の点である。
4. Reflection and Refraction Means-Comparison of Aberration In this embodiment, an element in which the convex surface of the plano-convex lens is coated with aluminum is used as the reflection and refraction means. Glass is the best lens material because of its birefringence characteristics, but if further weight reduction is required, a low birefringence plastic lens material (trade name: Optrez, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.)
Can be used. The advantages of using a plano-convex lens as the back mirror as compared with the concave mirror as in the present embodiment are as follows.

【0063】第1は、裏面鏡とした平凸レンズの方が、
同じ光学パワーを実現する場合、曲率半径が大きくて済
み、つまり光学系を薄くできる。さらに、像面湾曲も小
さくなるので、光学系の収差低減が可能である。以下
に、設計例を示す。図16(A)は、凹面鏡であり、図
16(B)は、平凸レンズの凸面に反射ミラーコートを
行ったミラーコーティングレンズであり、焦点距離はど
ちらも24mmになるように設計されている。この時、
像面湾曲,非点収差の判断基準となるペッツバール半径
を計算すると、凹面鏡の場合24mm、コーティングレ
ンズの場合55mmとなる。ペッツバール半径は、周知
のように半径が小さいほど像面湾曲が大きく、また他の
方法で像面湾曲を低減したとしても非点収差が大きくな
る。実際の画像としては、画像の中心に焦点を合わせた
場合、周辺がボケる不具合が生じる。従って、上記の計
算結果は、単なる凹面鏡を使用するより、コーティング
レンズの方が収差が少ないことを示している。
First, the plano-convex lens used as the back mirror is
To realize the same optical power, the radius of curvature may be large, that is, the optical system can be made thin. Further, since the field curvature is reduced, the aberration of the optical system can be reduced. The design example is shown below. FIG. 16 (A) shows a concave mirror, and FIG. 16 (B) shows a mirror-coated lens in which a convex mirror of a plano-convex lens is coated with a reflective mirror, and both are designed to have a focal length of 24 mm. At this time,
Calculating the Petzval radius as a criterion for determining the curvature of field and astigmatism gives 24 mm for a concave mirror and 55 mm for a coated lens. As is well known, the smaller the Petzval radius, the larger the curvature of field, and the larger the astigmatism even if the curvature of field is reduced by other methods. As an actual image, when focusing on the center of the image, there is a problem that the periphery is blurred. Therefore, the above calculation results show that the coated lens has less aberrations than using a simple concave mirror.

【0064】第2のメリットは、本実施形態では使用し
ていないが、レンズの屈折面を用いて収差補正のレンズ
設計が可能な点である。その設計例を図17に示す。こ
れは、図16(B)の平凸レンズに替えて、両凸レンズ
を用いた例である。焦点距離は図16の場合と同じで、
24mmであるが、ペッツバール半径は、平凸レンズの
場合よりさらに改善し、66mmになっている。さら
に、屈折面を非球面にすれば、収差補正の効果を高める
ことも可能である。
A second merit is that, although not used in the present embodiment, a lens can be designed for aberration correction using a refracting surface of the lens. FIG. 17 shows an example of the design. This is an example in which a biconvex lens is used instead of the plano-convex lens in FIG. The focal length is the same as in FIG.
Although it is 24 mm, the Petzval radius is further improved from that of the plano-convex lens to 66 mm. Further, if the refracting surface is made aspherical, the effect of aberration correction can be enhanced.

【0065】5.補正レンズ,視野角改善フィルム さらに、収差および歪曲を補正するために図18に示す
ように液晶ライトバルブの直後に補正レンズ183を備
えることもできる。図18に示した設計例においては、
ペッツバール半径が166mmとなっており、平凸レン
ズ単独の場合に比べて2倍以上の改善効果が見られる。
しかし、このような補正レンズ183を用いると光線の
液晶ライトバルブに対する角度が周辺部で浅くなる状況
が生じる。周知のように、液晶ライトバルブは、浅い角
度から見るとコントラストが低下する特性を持ってい
る。したがって、対策を行わないと映像周辺部のコント
ラストが低下する不具合を生じる。そこで、本実施例で
は、液晶ライトバルブに貼る通常の偏光板の代わりに、
視野角改善フィルム(富士フィルム社製)を貼り、映像
の均一性を確保している。
5. Correction Lens, Viewing Angle Improvement Film Further, as shown in FIG. 18, a correction lens 183 can be provided immediately after the liquid crystal light valve to correct aberration and distortion. In the design example shown in FIG.
The Petzval radius is 166 mm, which is more than twice as much as the plano-convex lens alone.
However, when such a correction lens 183 is used, a situation arises in which the angle of the light beam with respect to the liquid crystal light valve becomes shallow in the peripheral portion. As is well known, the liquid crystal light valve has a characteristic that the contrast is reduced when viewed from a shallow angle. Therefore, if no countermeasure is taken, there occurs a problem that the contrast in the peripheral portion of the image is reduced. Therefore, in this embodiment, instead of the ordinary polarizing plate attached to the liquid crystal light valve,
A viewing angle improving film (manufactured by Fuji Film Co., Ltd.) is applied to ensure uniformity of the image.

【0066】6.バックライトの実施方法 バックライトは、従来から使用されている冷陰極管を用
いることもできる。しかし、近年、電子機器から漏洩す
る電磁場の人体への影響が問題になるつつあり、冷陰極
管は、インバータからの電磁場発生が大きい。本発明が
想定しているHMD,電話への応対においては、いずれ
も人体に接近して使用されることから、漏洩電磁場を極
力抑制することが求められる。この目的のために、本実
施形態では、白色LED(日亜化学社製)を用いてい
る。LEDは、低電圧(3V程度)の直流駆動のため、
漏洩電磁場はほとんど発生しない。
6. Method of Implementing Backlight A cold cathode tube conventionally used can be used as the backlight. However, in recent years, the influence of the electromagnetic field leaking from the electronic device on the human body is becoming a problem, and the cold cathode tube generates a large amount of the electromagnetic field from the inverter. In responding to HMDs and telephones envisioned by the present invention, since both are used in close proximity to the human body, it is required to minimize leakage electromagnetic fields. For this purpose, in this embodiment, a white LED (manufactured by Nichia Corporation) is used. LED is low voltage (about 3V) DC drive,
Almost no leakage electromagnetic field is generated.

【0067】7.不要反射対策,外光反射対策、パネル
反射対策 光学系内部での不要反射は、映像のコントラスト低下の
原因となるので、本実施形態では、以下の反射防止対策
を行っている。 (1)不要反射、または外光が液晶ライトバルブに当た
る場合の形態は、液晶ライトバルブのブラックマトリク
スでの反射によるものであるから、これを防止するた
め、ブラックマトリクスにクロムメッキ処理を行う。 (2)ポリカーボネイト製の波長板にはARコーティン
グができないので、アクリルシートにARコーティング
して製作された反射防止シートを波長板の上に貼り、広
帯域波長板を構成する1/2波長板と1/4波長板と平
凸レンズも貼り合わせる。但し、反射屈折手段の屈折面
を曲面にする場合は、波長板は別の支持基板上に固定
し、反射屈折手段の屈折面をARコーティングすれば良
い。 (3)薄膜反射型偏光フィルムとガラス板と偏光板を貼
り合わせる。この偏光板は、外光の反射防止のために貼
られている。偏光板の吸収軸は、内側にある薄膜反射型
偏光フィルムの反対軸と一致しており、外光が薄膜反射
型偏光フィルムで反射して使用者の方向に反射されるの
を防止している。また、偏光板表面での不要反射を防止
するため表面は反射防止コーティングされている。 以上の構成により、小型軽量かつ高画質の画像表示装置
を実現できる。
7. Unnecessary reflection countermeasures, external light reflection countermeasures, panel reflection countermeasures Unnecessary reflections inside the optical system cause a decrease in image contrast. Therefore, in the present embodiment, the following antireflection countermeasures are taken. (1) The form in which unnecessary reflection or external light impinges on the liquid crystal light valve is due to reflection on the black matrix of the liquid crystal light valve. To prevent this, chrome plating is performed on the black matrix. (2) Since an AR coating cannot be applied to a polycarbonate wave plate, an antireflection sheet made by AR coating an acrylic sheet is attached on the wave plate, and a half wave plate and a half wave plate constituting a broadband wave plate are attached. A / 4 wavelength plate and a plano-convex lens are also attached. However, when the refraction surface of the catadioptric means is curved, the wave plate may be fixed on another supporting substrate, and the refraction surface of the catadioptric means may be coated with an AR coating. (3) Laminate the thin-film reflective polarizing film, the glass plate and the polarizing plate. This polarizing plate is stuck to prevent reflection of external light. The absorption axis of the polarizing plate coincides with the opposite axis of the thin film reflective polarizing film on the inside, preventing external light from being reflected by the thin film reflective polarizing film and reflected toward the user. . The surface is coated with an anti-reflection coating to prevent unnecessary reflection on the polarizing plate surface. With the above configuration, a small, lightweight, and high-quality image display device can be realized.

【0068】(実施形態12)本発明の実施形態12を
図19に示す。本実施形態の表示装置は、バックライト
191と液晶ライトバルブ192と薄膜反射型偏光フィ
ルム198と、ガラス板197と、偏光板196と、反
射防止フィルム195,1911と、1/2波長板19
3,199と、1/4波長板194,1910と、平凸
レンズの凸面を全反射コーティング1913したミラー
コーティングレンズ1912を用いている。そして、各
光学素子は、図19に示すように配置されている。つま
り、バックライト191と、液晶ライトバルブ192
と、1/2波長板193と、1/4波長板194と反射
防止フィルム195とは、XZ平面に沿って上部に備え
られ、反射防止フィルム1911と、1/4波長板19
10と、1/2波長板199と、薄膜反射型偏光フィル
ム198と、ガラス板197と、偏光板196は、PQ
平面に沿って使用者の眼前に備えられ、平凸レンズの凸
面を全反射コーティング1913したミラーコーティン
グレンズ1912は、XY平面に平行に使用者から遠い
側に備えられている。
(Twelfth Embodiment) FIG. 19 shows a twelfth embodiment of the present invention. The display device of the present embodiment includes a backlight 191, a liquid crystal light valve 192, a thin-film reflective polarizing film 198, a glass plate 197, a polarizing plate 196, antireflection films 195, 1911, and a half-wave plate 19.
3, 199, quarter-wave plates 194, 1910, and a mirror-coated lens 1912 in which the convex surface of the plano-convex lens is totally reflected coating 1913 is used. Each optical element is arranged as shown in FIG. That is, the backlight 191 and the liquid crystal light valve 192
, A 波長 wavelength plate 193, a 波長 wavelength plate 194, and an antireflection film 195 are provided at an upper portion along the XZ plane, and the antireflection film 1911, the 4 wavelength plate 19
10, a half-wave plate 199, a thin-film reflective polarizing film 198, a glass plate 197, and a polarizing plate 196
A mirror coating lens 1912 provided in front of the user along the plane and having a plano-convex lens with a convex surface of a total reflection coating 1913 is provided on a side far from the user in parallel with the XY plane.

【0069】さらに、偏光特性に関しては、以下のよう
に仮定する。液晶ライトバルブ192の射出側に内蔵さ
れている偏光板の偏光透過方向はZ軸方向、液晶ライト
バルブ近くに備えられた1/2波長板193の遅相軸は
+15度方向、1/4波長板の遅相軸194は+70度
方向、また、薄膜反射型偏光フィルム198近くに備え
られた1/4波長板1910の遅相軸は−20度方向、
1/2波長板199の遅相軸は、−75度方向、薄膜反
射型偏光フィルム198の偏光反射軸はQ軸方向、偏光
板196の偏光透過軸はP軸方向、バックライト191
とガラス197と反射防止フィルム195,1911と
反射屈折手段1912とは偏光特性に関して異方性がな
いものとする。但し、この配置は一例に過ぎず、以下説
明する機能を実現する偏光特性の組み合わせ方法は他に
も多く存在する。従って、製作の都合によって他の組み
合わせを使用することができる。なお、図19では、説
明の便宜上、光学素子を分離して描いているが、実際に
は光学素子同士を貼り合わせることによって、不要反射
を減らし、小型化することができる。
Further, it is assumed that the polarization characteristics are as follows. The polarization transmission direction of the polarizing plate built in the emission side of the liquid crystal light valve 192 is the Z-axis direction, the slow axis of the half-wave plate 193 provided near the liquid crystal light valve is the +15 degree direction, and the quarter wavelength. The slow axis of the plate 194 is in the direction of +70 degrees, and the slow axis of the quarter-wave plate 1910 provided near the thin-film reflective polarizing film 198 is in the direction of -20 degrees.
The slow axis of the half-wave plate 199 is in the −75 degree direction, the polarization reflection axis of the thin-film reflective polarizing film 198 is the Q-axis direction, the polarization transmission axis of the polarizing plate 196 is the P-axis direction, and the backlight 191.
The glass 197, the antireflection films 195 and 1911, and the catadioptric means 1912 do not have anisotropy with respect to polarization characteristics. However, this arrangement is merely an example, and there are many other methods of combining polarization characteristics to realize the functions described below. Therefore, other combinations can be used depending on the manufacturing convenience. Note that, in FIG. 19, the optical elements are illustrated separately for convenience of description, but in practice, by bonding the optical elements together, unnecessary reflection can be reduced and the size can be reduced.

【0070】次に、液晶ライトバルブの映像がどのよう
に変換されて、使用者の目に到達するかを説明する。バ
ックライト191を発した光線は、液晶ライトバルブ1
92で変調され映像情報を担った射出光となる。この光
線は、上記の仮定により、液晶ライトバルブ192に備
えられている偏光板によって、Z軸方向の直線偏光にな
っている。次に、通過する1/2波長板193と1/4
波長板194は上記実施形態11で述べたように広帯域
に渡って直線偏光と円偏光を変換する広帯域波長板とな
っている。従って、光線は円偏光となって薄膜反射型偏
光フィルム198の方向へ進行する。薄膜反射型偏向フ
ィルム198は近くにも、1/4波長板1910と1/
2波長板199が備えられているが、これは、液晶ライ
トバルブ192近くに備えられていた波長板と同じよう
に広帯域に渡って、円偏光と直線偏光を変換する機能を
有している。但し、貼りあわせた角度が上記の場合と直
行しているので、光線が通過すると、液晶ライトバルブ
から出射された時点の偏光状態、つまり、Z軸方向の直
線偏光に戻される。
Next, how the image of the liquid crystal light valve is converted and reaches the eyes of the user will be described. The light emitted from the backlight 191 is the liquid crystal light valve 1
The output light is modulated by 92 and carries image information. This light beam is converted into linearly polarized light in the Z-axis direction by the polarizing plate provided in the liquid crystal light valve 192 based on the above assumption. Next, the passing half-wave plates 193 and 4
The wave plate 194 is a wide band wave plate that converts linearly polarized light and circularly polarized light over a wide band as described in the eleventh embodiment. Accordingly, the light beam becomes circularly polarized light and travels in the direction of the thin-film reflective polarizing film 198. The thin-film reflective deflection film 198 is also close to the quarter-wave plate 1910 and 1 /
A two-wave plate 199 is provided, which has a function of converting circularly polarized light and linearly polarized light over a wide band, similarly to the wave plate provided near the liquid crystal light valve 192. However, since the bonding angle is perpendicular to the above case, when the light beam passes, it is returned to the polarization state at the time when the light beam is emitted from the liquid crystal light valve, that is, the linearly polarized light in the Z-axis direction.

【0071】従って、この光線は上記の仮定により、薄
膜反射型偏向フィルム198に達するとZ軸方向に反射
される。次に光線は、再び1/2波長板199、1/4
波長板1910を通過して円偏光に変換され、平凸レン
ズの凸面を全反射コーティング1913したミラーコー
ティングレンズ1912に達する。光線は凸面の内面反
射により拡大した虚像を形成するように変換され、反射
される。光学法則として良く知られているように、反射
によって円偏光の回転方向は反転されるので、3度目に
反射防止フィルム1911、1/4波長板1910、1
/2波長板199を通過すると今度は、前回薄膜反射型
偏光フィルム198で反射された時点とは直交するX軸
方向の直線偏光に変換される。従って、光線は薄膜反射
型偏光フィルム198と偏光板196を通過して、使用
者の目1914に到達し、使用者は、液晶ライトバルブ
192の映像を拡大された虚像として、眼前に鑑賞する
ことができるようになる。
Therefore, based on the above assumption, this light ray is reflected in the Z-axis direction when it reaches the thin film reflection type deflection film 198. Next, the light beam is again applied to the half-wave plate 199, 1/4.
The light passes through the wave plate 1910 and is converted into circularly polarized light, and reaches the mirror coating lens 1912 in which the convex surface of the plano-convex lens is totally reflected and coated 1913. The light rays are converted and reflected so as to form an enlarged virtual image by the internal reflection of the convex surface. As is well known as the law of optics, the direction of rotation of circularly polarized light is reversed by reflection, so that the third time the antireflection film 1911, the quarter-wave plate 1910,
After passing through the half-wave plate 199, the light is converted into linearly polarized light in the X-axis direction orthogonal to the time when the light was reflected by the thin-film reflective polarizing film 198 last time. Accordingly, the light beam passes through the thin-film reflective polarizing film 198 and the polarizing plate 196 and reaches the user's eye 1914, and the user can view the image of the liquid crystal light valve 192 as an enlarged virtual image in front of his / her eyes. Will be able to

【0072】以下に、構成要素の各部分ごとに実施方法
及び機能を詳しく説明する。 1.液晶ライトバルブでの反射防止効果 液晶ライトバルブ192のブラックマトリクスに特別の
処理をしなくても不要反射で戻ってくる光線を吸収し、
コントラスト低下を防止する効果がある。 2.レンズ屈折面の収差低減対策 上記実施形態11と同様に、反射屈折手段の屈折面を曲
面にしてレンズ設計に利用することができる。このと
き、実施形態11の場合は平凸レンズの平面に波長板を
貼り合わせていたが、レンズの屈折面を曲面にした場合
は、曲面に波長板を貼ることができないので、波長板を
支持する新たな基板を用意する必要があった。しかし、
本実施形態では、レンズに貼る波長板がないため、新た
な部品の追加は必要ない。従って、本実施形態は、屈折
面も曲面にする方式に適している。 3.不要反射防止対策 上記実施形態11と同様に、各光学素子同士の貼り合わ
せと、反射屈折手段の屈折面のARコーティングによっ
て、表面の不要反射を低減している。また、薄膜反射型
偏光フィルムの使用者側の外光反射を防止するために偏
光板を備えている。
Hereinafter, the implementation method and functions of each component will be described in detail. 1. Anti-reflection effect by liquid crystal light valve Absorbs light rays that return due to unnecessary reflection without special treatment on the black matrix of liquid crystal light valve 192,
This has the effect of preventing a decrease in contrast. 2. Measures for Reducing Aberration of Lens Refraction Surface As in the case of the eleventh embodiment, the refraction surface of the catadioptric means can be curved and used for lens design. At this time, in the case of the eleventh embodiment, the wave plate is bonded to the plane of the plano-convex lens. However, when the refraction surface of the lens is curved, the wave plate cannot be bonded to the curved surface. It was necessary to prepare a new substrate. But,
In this embodiment, since there is no wave plate to be attached to the lens, it is not necessary to add a new component. Therefore, the present embodiment is suitable for a method in which the refractive surface is also a curved surface. 3. Unnecessary Reflection Prevention Measures As in the eleventh embodiment, unnecessary reflection on the surface is reduced by bonding each optical element and AR coating the refraction surface of the catadioptric means. Further, a polarizing plate is provided to prevent external light reflection on the user side of the thin-film reflective polarizing film.

【0073】(実施形態13)本発明の実施形態13を
図20に示す。実施形態13の表示装置は、バックライ
ト201と、ガラス板2012と、偏光板2013と、
反射防止フィルム205,208と、1/2波長板20
3,2010と、1/4波長板204,209と平凸レ
ンズの凸面をハーフミラーコーティング207したハー
フミラーコーティングレンズ206を用いている。
(Thirteenth Embodiment) FIG. 20 shows a thirteenth embodiment of the present invention. The display device of Embodiment 13 includes a backlight 201, a glass plate 2012, a polarizing plate 2013,
Anti-reflection films 205 and 208 and half-wave plate 20
3, 2010, quarter-wave plates 204, 209 and a half mirror coating lens 206 in which the convex surface of a plano-convex lens is half mirror coated 207 are used.

【0074】そして、すべての光学素子は、図20に示
すようにZ軸上に平行に配置されている。その順序は、
使用者に遠い側から、バックライト201、液晶ライト
バルブ202、1/2波長板203、1/4波長板20
4、反射防止フィルム205、ハーフミラーコーティン
グレンズ206、反射防止フィルム208、1/4波長
板209、1/2波長板2010、薄膜反射型偏光フィ
ルム2011、ガラス板2012、偏光板2013であ
る。なお、図20では、各光学素子を、説明の便宜上、
分離して示しているが、実際には、反射屈折手段の表面
を除いて、すべて貼り合わせることにより、薄型に製作
することができる。
All the optical elements are arranged in parallel on the Z axis as shown in FIG. The order is
From the side far from the user, a backlight 201, a liquid crystal light valve 202, a half-wave plate 203, a quarter-wave plate 20
4, an anti-reflection film 205, a half mirror coating lens 206, an anti-reflection film 208, a 波長 wavelength plate 209, a 波長 wavelength plate 2010, a thin film reflection type polarizing film 2011, a glass plate 2012, and a polarizing plate 2013. In FIG. 20, each optical element is referred to for convenience of description.
Although shown separately, in reality, except for the surface of the catadioptric means, it can be manufactured to be thin by bonding all.

【0075】また、本実施形態では、偏光特性に関し
て、以下のように仮定する。液晶ライトバルブ202の
射出側に内蔵されている偏光板の偏光透過方向はY軸方
向、液晶ライトバルブ202近くに備えられた1/2波
長板203の遅相軸は+15度方向、1/4波長板20
4の遅相軸は+70度方向、また、薄膜反射型偏光フィ
ルム2011近くに備えられた1/4波長板209の遅
相軸は−20度方向、1/2波長板2010の遅相軸
は、−75度方向、薄膜反射型偏光フィルム2011の
偏光反射軸はY軸方向、偏光板2013の偏光透過軸は
X軸方向、バックライト201とガラス2012のと反
射防止フィルム205,208とハーフミラーコーティ
ングレンズ206とは偏光特性に関して異方性がないも
のとする。但し、この配置は、一例に過ぎず、以下、説
明する機能を実現する偏光特性の組み合わせ方法は他に
も多く存在する。従って、製作の都合によって他の組み
合わせを使用することができる。
In the present embodiment, the polarization characteristics are assumed as follows. The polarization transmission direction of the polarizing plate built in the emission side of the liquid crystal light valve 202 is the Y-axis direction, the slow axis of the half-wave plate 203 provided near the liquid crystal light valve 202 is the +15 degree direction, and 1/4. Wave plate 20
4, the slow axis of the quarter-wave plate 209 provided near the thin-film reflective polarizing film 2011 is -20 degrees, and the slow axis of the half-wave plate 2010 is , -75 ° direction, the polarization reflection axis of the thin-film reflection type polarizing film 2011 is the Y-axis direction, the polarization transmission axis of the polarizing plate 2013 is the X-axis direction, It is assumed that the coating lens 206 has no anisotropy with respect to polarization characteristics. However, this arrangement is merely an example, and there are many other combinations of polarization characteristics for realizing the functions described below. Therefore, other combinations can be used depending on the manufacturing convenience.

【0076】次に、液晶ライトバルブ202の映像がど
のように変換されて、使用者の目2014に到達するか
を説明する。バックライト201を発した光線は、液晶
ライトバルブ202で変調され映像情報を担った射出光
となる。この光線は、上記の仮定により、液晶ライトバ
ルブ202に備えられている偏光板によって、Y方向の
直線偏光になっている。次に、通過する1/2波長板2
03と1/4波長板204は上記実施形態11で述べた
ように広帯域に渡って直線偏光と円偏光を変換する広帯
域波長板となっている。従って、光線は円偏光となって
ハーフミラーコーティングレンズ206を通過し薄膜反
射型偏光フィルム2011の方向へ進行する。薄膜反射
型偏光フィルム2011近くにも、1/4波長板209
と1/2波長板2010が備えられているが、これは、
液晶ライトバルブ202近くに備えられていた波長板と
同じように広帯域に渡って、円偏光と直線偏光を変換す
る機能を有している。但し、貼り合わせ角度が上記の場
合と直交しているので、光線が通過すると、液晶ライト
バルブ202から射出された時点の偏光状態、つまり、
Y軸方向の直線偏光に戻される。
Next, how the image of the liquid crystal light valve 202 is converted and reaches the user's eye 2014 will be described. The light beam emitted from the backlight 201 becomes an emission light modulated by the liquid crystal light valve 202 and carrying image information. This light beam is converted into linearly polarized light in the Y direction by the polarizing plate provided in the liquid crystal light valve 202 based on the above assumption. Next, the passing half-wave plate 2
As described in the eleventh embodiment, the 03 and quarter wave plates 204 are wide band wave plates that convert linearly polarized light and circularly polarized light over a wide band. Accordingly, the light beam becomes circularly polarized light, passes through the half mirror coating lens 206, and travels in the direction of the thin-film reflective polarizing film 2011. A quarter-wave plate 209 is also provided near the thin-film reflective polarizing film 2011.
And a half-wave plate 2010 are provided.
It has a function of converting circularly polarized light and linearly polarized light over a wide band, similarly to the wavelength plate provided near the liquid crystal light valve 202. However, since the bonding angle is orthogonal to the above case, when the light beam passes, the polarization state at the time of emission from the liquid crystal light valve 202, that is,
The light is returned to linearly polarized light in the Y-axis direction.

【0077】従って、この光線は上記の仮定により、薄
膜反射型偏光フィルム2011に達するとZ軸方向に反
射される。次に、光線は再び1/2波長板209,1/
4波長板2010を通過して円偏光に変換され、ハーフ
ミラーコーティングレンズ206に達する。光線は凸面
の内面反射により拡大した虚像を形成するように変換さ
れ、反射される。光学法則として良く知られているよう
に、反射によって円偏光の回転方向は反転されるので、
3度目に反射防止フィルム208、1/4波長板201
0、1/2波長板209を通過すると今度は、前回薄膜
反射型偏光フィルム2011で反射された時点とは直交
するX軸方向の直線偏光に変換される。従って、光線は
偏光板2013を通過して、使用者の目2014に到達
し、使用者は、液晶ライトバルブ202上の映像を拡大
された虚像として、眼前に鑑賞することができるように
なる。
Therefore, based on the above assumption, this light ray is reflected in the Z-axis direction when it reaches the thin-film reflective polarizing film 2011. Next, the light beam is again applied to the half-wave plate 209,1 /
The light passes through the four-wavelength plate 2010 and is converted into circularly polarized light, and reaches the half mirror coating lens 206. The light rays are converted and reflected so as to form an enlarged virtual image by the internal reflection of the convex surface. As is well known as the law of optics, the direction of rotation of circularly polarized light is reversed by reflection,
Third time, antireflection film 208, quarter wave plate 201
After passing through the 0,1 / 2 wavelength plate 209, the light is converted into linearly polarized light in the X-axis direction orthogonal to the time when the light was reflected by the thin-film reflective polarizing film 2011 last time. Accordingly, the light beam passes through the polarizing plate 2013 and reaches the user's eye 2014, so that the user can view the image on the liquid crystal light valve 202 as an enlarged virtual image in front of the user.

【0078】実施形態13が実施形態12と異なってい
る点は、反射屈折手段に用いているレンズがハーフミラ
ーコーティングになっている点と、各光学素子が平行に
配置されている点である。その特徴を以下に述べる。実
施形態11,12のように反射屈折手段に対してミラー
を傾斜して配置する方式をミラー方式、本実施形態のよ
うに反射屈折手段に平行に配置する方式を平行ミラー方
式と呼ぶことになる。平行ミラー方式の特長は、広視野
角の映像を薄い光学系で実現できる点である。傾斜ミラ
ー方式の場合は、視野角を大きくしようとして反射屈折
手段を大きくしていくと、中間の傾斜ミラーも大きいも
のが必要になり、結局、厚みが反射屈折手段の大きさと
ほぼ比例して増大してしまう。そして、設計可能な視野
角は最大90度である。一方、平行ミラー方式の場合
は、視野角を拡大するため反射屈折手段を大きくして
も、厚みはほとんど変わらない。そして、以下に設計例
を示すように、120度の視野角も設計可能である。
The thirteenth embodiment differs from the twelfth embodiment in that the lens used for the catadioptric means is a half mirror coating and that the optical elements are arranged in parallel. The features are described below. A system in which the mirror is arranged obliquely with respect to the catadioptric means as in the eleventh and twelfth embodiments is called a mirror system, and a system in which the mirror is arranged parallel to the catadioptric means as in the present embodiment is called a parallel mirror system. . The feature of the parallel mirror method is that images with a wide viewing angle can be realized with a thin optical system. In the case of the tilting mirror system, if the catadioptric means is increased in order to increase the viewing angle, an intermediate tilting mirror also needs to be large, and eventually the thickness increases almost in proportion to the size of the catadioptric means. Resulting in. The maximum designable viewing angle is 90 degrees. On the other hand, in the case of the parallel mirror system, even if the catadioptric means is enlarged to increase the viewing angle, the thickness hardly changes. As shown in the design example below, a viewing angle of 120 degrees can be designed.

【0079】図21に、平行ミラー方式の設計例を示
す。使用しているレンズの仕様は以下の通りである。 素材 :ガラスまたは低複屈折性プラスチック 形状 :平凸形状 直径 :60mm 焦点距離 :120mm 凸面曲率半径:60mm 中心厚 :10mm そして、このレンズの凸面をハーフミラーコーティング
して製作した、平行ミラー方式光学系の仕様は以下の通
りである。 合成焦点距離:23mm 視野角 :120度 光学系厚さ :17mm 以上の設計例のように、広視野角のHMDを薄型に実現
できるので、この平行ミラー方式は、バーチャルリアリ
ティー用ディスプレイや、後述の映像通信機器のように
特に薄型の表示装置が必要とされている用途に適してい
る。
FIG. 21 shows a design example of the parallel mirror system. The specifications of the lens used are as follows. Material: glass or low birefringent plastic Shape: plano-convex shape Diameter: 60 mm Focal length: 120 mm Convex radius of curvature: 60 mm Center thickness: 10 mm And a parallel mirror type optical system manufactured by coating the convex surface of this lens with a half mirror. Is as follows. Synthetic focal length: 23 mm Viewing angle: 120 degrees Optical system thickness: 17 mm As in the design example above, a thin HMD with a wide viewing angle can be realized. It is particularly suitable for applications requiring a thin display device, such as video communication equipment.

【0080】(実施形態14)本実施形態は、上記実施
形態13(図20,参照)の順序を一部、入れ替えるこ
とにより図22に示すような構成としたものである。変
更した点は薄膜反射型フィルム223の位置を液晶ライ
トバルブ222の次に移動した点とハーフミラーコーテ
ィングレンズ227の向きを反転した点である。この光
学系の仕組みは基本的に実施形態13と同じであるが、
実施形態13で実現できない短い焦点の場合にも適用で
きる利点がある。以下に本実施形態の仕様を記す。 使用しているレンズ 素材 :ガラスまたは低複屈折性プラスチック 形状 :平凸形状 直径 :30mm 焦点距離 :50mm 凸面曲率半径:25mm 中心厚 :5mm
(Embodiment 14) This embodiment has a configuration as shown in FIG. 22 by partially changing the order of Embodiment 13 (see FIG. 20). The changed points are that the position of the thin-film reflective film 223 is moved next to the liquid crystal light valve 222 and that the direction of the half mirror coating lens 227 is reversed. The mechanism of this optical system is basically the same as in Embodiment 13, but
There is an advantage that the present invention can be applied to the case of a short focus which cannot be realized in the thirteenth embodiment. The specifications of this embodiment are described below. Lens used: Material: glass or low birefringent plastic Shape: Plano-convex shape Diameter: 30 mm Focal length: 50 mm Convex radius of curvature: 25 mm Center thickness: 5 mm

【0081】そして、このレンズの凸面をハーフミラー
コーティングして製作した、平行ミラー方式の光学系の
仕様は以下の通りである。 合成焦点距離:8mm 視野角 :30度 光学系厚さ :6mm 本実施形態の配置によれば、以上の数値例のように、短
焦点で、かつ薄型の光学系が実現できるので、後述する
ような携帯型の映像通信機器において、超小型パネルの
映像を拡大して提示する用途に適している。
The specifications of an optical system of a parallel mirror system manufactured by coating the convex surface of this lens with a half mirror are as follows. Synthetic focal length: 8 mm Viewing angle: 30 degrees Thickness of optical system: 6 mm According to the arrangement of the present embodiment, a short-focus and thin optical system can be realized as in the above numerical examples. It is suitable for use in a portable video communication device for presenting an image of an ultra-small panel in an enlarged manner.

【0082】(実施形態15)上記実施形態11,12
及び13の表示装置の主要な応用の一つはHMD(頭部
搭載型ディスプレイ)である。その実施形態を図23に
示す。この例では、バックライト232と液晶ライトバ
ルブ233と、薄膜反射型偏光フィルムとガラス板と偏
光板83からなる要素234と、反射防止フィルムと1
/2波長板と1/4波長板からなる要素235と、平凸
レンズの凸面を全反射コーティングしたミラーコーティ
ングレンズ236を用いている。実施形態11の表示装
置が縦置きに左右2組備えられており、それらが、メガ
ネ型のケース231に納められている。使用者はこの装
置をメガネのように装着することによって、光学系で拡
大された映像を鑑賞することができる。そして、上記各
実施形態で説明したように、これらの表示装置は小型軽
量でかつ高画質であるから、HMD自身も小型軽量、高
画質であり、快適な装着性と高画質の映像を提供するこ
とができる。
(Embodiment 15) Embodiments 11 and 12
And 13 is one of the main applications of the display device is an HMD (Head Mounted Display). The embodiment is shown in FIG. In this example, a backlight 232, a liquid crystal light valve 233, a thin-film reflective polarizing film, an element 234 composed of a glass plate and a polarizing plate 83, an antireflection film 1
An element 235 composed of a 波長 wavelength plate and a 波長 wavelength plate, and a mirror coating lens 236 in which the convex surface of a plano-convex lens is subjected to total reflection coating are used. The display device according to the eleventh embodiment is provided vertically in two sets, left and right, and they are housed in a glasses-type case 231. The user can watch the image enlarged by the optical system by wearing this device like glasses. As described in the above embodiments, since these display devices are small and lightweight and have high image quality, the HMD itself is also small and lightweight and has high image quality, and provides comfortable wearing and high-quality images. be able to.

【0083】また、表示装置の配置方式は横置きも可能
である。図24に示すように液晶ライトバルブといった
表示素子242を両外側に配置し、光線を薄膜反射型偏
光フィルム243及び反射屈折手段244により内側の
目へと導入する。表示装置自体の機能は、上記実施形態
で説明したものと変わらないが、横向きに配置すること
により、HMDの顔側を顔に沿って凹形状に製作でき
る。すると、よりHMDを顔に接近させて装着すること
が可能になり、装着性を高めることができる。
The display device can be arranged horizontally. As shown in FIG. 24, display elements 242 such as liquid crystal light valves are disposed on both outer sides, and light rays are introduced into the inner eyes by a thin reflective polarizing film 243 and catadioptric means 244. The function of the display device itself is the same as that described in the above embodiment, but by arranging it sideways, the face side of the HMD can be made concave along the face. Then, it becomes possible to mount the HMD closer to the face, and it is possible to enhance the mountability.

【0084】次に、上記実施形態13の表示装置をHM
Dに用いた実施形態を図25に示す。この例では、バッ
クライト252と液晶ライトバルブ253と、薄膜反射
型偏光フィルムとガラス板と偏光板と反射防止フィルム
と1/2波長板と1/4波長板からなる要素256と、
反射防止フィルムと1/2波長板と1/4波長板からな
る要素254と、平凸レンズの凸面をハーフミラーコー
ティングしたハーフミラーコーティングレンズ255を
用いている。実施形態13の表示装置が左右2組備えら
れており、それらが、メガネ型のケースに納められてい
る。使用者はこの装置をメガネのように装着することに
よって、光学系で拡大された、超広角の映像を見ること
ができ、あたかも、映像の世界に入り込んだような体験
をすることができる。そして、上記各実施形態で説明し
たように、これらの表示装置は薄型であるから、HMD
自身も顔面からの突出量を少なくでき、快適な装着性と
高い臨場感を提供することができる。従って、このタイ
プのHMDは、仮想体験を提供するようなVR(Virtua
l Reality)システムのディスプレイに好適である。
Next, the display device of the thirteenth embodiment is set to the HM
The embodiment used for D is shown in FIG. In this example, a backlight 252, a liquid crystal light valve 253, a thin-film reflective polarizing film, a glass plate, a polarizing plate, an anti-reflection film, a half-wave plate and a quarter-wave plate element 256,
An element 254 composed of an antireflection film, a half-wave plate and a quarter-wave plate, and a half mirror coated lens 255 in which the convex surface of a plano-convex lens is half-mirror coated. The display device according to the thirteenth embodiment is provided with two sets of left and right, which are housed in a glasses-type case. By wearing this device like glasses, the user can see an ultra-wide-angle image magnified by the optical system, and can have an experience as if he / she entered the image world. As described in the above embodiments, since these display devices are thin, the HMD
The user can also reduce the amount of protrusion from the face, and can provide comfortable wearability and a high sense of presence. Therefore, this type of HMD provides a VR (Virtua) that provides a virtual experience.
l Reality) It is suitable for the display of the system.

【0085】(実施形態16)上記実施形態14の表示
装置は、倍率の高い光学系を薄型に実現する方法を提供
するので、0.5インチ程度の超小型ディスプレイを用
いれば、薄型でかつ低消費電力の表示装置が実現可能に
なる。従って、携帯型のTV電話の用途に好適である。
図26に本実施形態である携帯型映像通信装置を示す。
これは、スピーカー261、マイク262、ダイヤル装
置263、無線装置264などの携帯電話の構成要素に
加えて、この例では、上記実施形態14の表示装置26
5を備えている。従って、テレビ電話の相手の顔を見た
り、ファックスで送られてきた文書を確認しながら、電
話をすることができる。
(Embodiment 16) The display device of Embodiment 14 provides a method of realizing a thin optical system having a high magnification. Therefore, if an ultra-small display of about 0.5 inch is used, the display device can be made thin and low. A display device with low power consumption can be realized. Therefore, it is suitable for use in portable TV phones.
FIG. 26 shows a portable video communication device according to the present embodiment.
This is because, in addition to the components of the mobile phone such as the speaker 261, the microphone 262, the dial device 263, and the wireless device 264, in this example, the display device 26 of the fourteenth embodiment is used.
5 is provided. Therefore, it is possible to make a telephone call while looking at the other party's face of the videophone or checking the document sent by fax.

【0086】(実施形態17)また、上記実施形態14
の表示装置は、倍率が固定であるが、以下のような変更
を加えることにより、高倍率と低倍率の2段階可変とす
ることもでき、そうした実施形態を説明する。実施形態
14では、図22に示したように、使用者側に波長板2
210、2211と偏光板2213が備えられていた。
この偏光板を90度回転できるように、図27に示すよ
うな回転機構275を設ける。すると、実施形態14で
仮定している配置に偏光板を置く場合は、これまでと同
じハーフミラーレンズ273で折り返した光線278が
選択され高倍率の光学系となり、偏光板276を90度
回すとハーフミラーレンズ273で1回屈折しただけの
光線279が選択され低倍率の光学系となる。実際、実
施形態14の光学系で計算すると、高倍率の場合、焦点
距離8mm、倍率31倍に対して低倍率の場合、焦点距
離48mm、倍率5.2倍となる。
(Embodiment 17) The embodiment 14
Although the display device has a fixed magnification, it can be made variable in two stages of high magnification and low magnification by making the following changes, and such an embodiment will be described. In the fourteenth embodiment, as shown in FIG.
210, 2211 and a polarizing plate 2213 were provided.
A rotation mechanism 275 as shown in FIG. 27 is provided so that the polarizing plate can be rotated by 90 degrees. Then, when the polarizing plate is placed in the arrangement assumed in the fourteenth embodiment, the light beam 278 turned back by the same half mirror lens 273 as described above is selected and becomes a high-magnification optical system. The light beam 279 which has been refracted only once by the half mirror lens 273 is selected, and the optical system has a low magnification. Actually, when the calculation is performed by the optical system according to the fourteenth embodiment, the focal length is 8 mm in the case of the high magnification, and the focal length is 48 mm and the magnification is 5.2 in the case of the low magnification in contrast to 31 times.

【0087】このような表示装置を携帯映像通信機器に
備えると、表示装置に目を近付けて詳細な映像を見たい
場合は高倍率で使用し、目を離して全体の概略を見たい
場合は低い倍率で使用し、目を離して全体の概略を見た
い場合は低倍率で使用することができ、表示装置の機能
を拡大することができる。また、本発明の表示装置は、
いわゆる携帯電話への応用だけではなく、いわゆるポケ
ベル、携帯情報ツールなどのあらゆる携帯機器へ組み込
むことが可能で、その際、表示装置が小型または薄型,
軽量,高画質であることから、携帯機器の携帯性を損な
うことなく、高画質の画像表示機能を提供することがで
きる。
When such a display device is provided in a portable video communication device, when the user wants to look at the display device closely to see a detailed image, use it at a high magnification. When used at a low magnification and it is desired to look away from the eyes to see the whole outline, it can be used at a low magnification and the function of the display device can be expanded. Further, the display device of the present invention,
It can be incorporated not only into so-called mobile phones but also into any portable devices such as so-called pagers and portable information tools.
Since it is lightweight and has high image quality, it is possible to provide a high-quality image display function without impairing portability of a portable device.

【0088】(実施形態18)以下、本発明による画像
表示装置及びそれを用いたHMDの一実施形態につい
て、図28及び図29とともに説明する。ここで、図2
8は、本実施形態の画像表示装置における光学系を示
し、図29は、本実施形態の画像表示装置を用いたHM
Dを示す説明図である。
Embodiment 18 Hereinafter, an embodiment of an image display device according to the present invention and an HMD using the same will be described with reference to FIGS. 28 and 29. Here, FIG.
8 shows an optical system in the image display device of the present embodiment, and FIG. 29 shows an HM using the image display device of the present embodiment.
It is explanatory drawing which shows D.

【0089】本実施形態の光学系は、図28に示すよう
に、液晶パネル282から発した光線に対して、偏心光
学系であるために発生する収差,歪曲を補正するための
副レンズ283と、特定方向の直線偏光を透過し、これ
に直交する方向の直線偏光を反射する偏光選択鏡284
と、1/4波長板285と、一方の面がミラーコーティ
ングされたコーティングレンズからなる主レンズ(反射
屈折手段)286とを備えている。
As shown in FIG. 28, the optical system of this embodiment is provided with a sub-lens 283 for correcting aberrations and distortions caused by the decentered optical system with respect to the light emitted from the liquid crystal panel 282. , A polarization selection mirror 284 that transmits linearly polarized light in a specific direction and reflects linearly polarized light in a direction orthogonal to the specific direction.
, A quarter-wave plate 285, and a main lens (reflection / refraction means) 286 composed of a coated lens having one surface mirror-coated.

【0090】上記構成において、偏光選択鏡284、1
/4波長板285、主レンズ286は液晶パネル282
の画面中心と観察者の目287の中心とを結ぶ光路(以
下、主光線と称す)に対し、傾斜して配置されている。
ここで、偏光選択鏡284は薄膜反射型偏光フィルム
で、樹脂フィルム上に異方性薄膜の多膜層を形成したも
のが用いられ、例えばスリーエム社製の商品名「DBE
F」を用いることによって実現することができる。
In the above configuration, the polarization selection mirrors 284, 1
The 波長 wavelength plate 285 and the main lens 286
Is inclined with respect to an optical path (hereinafter, referred to as a principal ray) connecting the center of the screen with the center of the eye 287 of the observer.
Here, the polarization selection mirror 284 is a thin film reflection type polarization film having a multi-layer of an anisotropic thin film formed on a resin film. For example, a product name “DBE” manufactured by 3M
F ".

【0091】また、上記構成の光学系をHMDに採用し
た場合、図29に示すように、メガネ型ケース291の
眼鏡のレンズに相当する部分にそれぞれバックライト2
92と液晶パネル293と偏光選択鏡294と1/4波
長板295と主レンズ296からなる画像表示装置を配
置し、左右の目に拡大映像を提示するように構成すれば
良い。
When the optical system having the above-described configuration is employed in an HMD, as shown in FIG.
An image display device including a liquid crystal panel 92, a liquid crystal panel 293, a polarization selection mirror 294, a quarter-wave plate 295, and a main lens 296 may be arranged so as to present enlarged images to the right and left eyes.

【0092】次に、本実施形態の作用について詳しく説
明する。ここでは、偏光の方向について、紙面に含ま
れ、つまり紙面に平行な方向に偏光している光線をP
波、これと直交し、つまり紙面に垂直な方向に偏光して
いる光線をS波と定義する。また、液晶パネル282は
S波を出力し、偏光選択鏡284はS波を反射し、P波
を透過するものであり、1/4波長板295はその延伸
軸がS波に対して45度回転して配置されているものと
する。
Next, the operation of the present embodiment will be described in detail. Here, regarding the direction of polarization, a ray included in the paper plane, that is, a ray polarized in a direction parallel to the paper plane is denoted by P.
A wave, a light beam orthogonal to the wave, that is, a light beam polarized in a direction perpendicular to the paper surface, is defined as an S wave. The liquid crystal panel 282 outputs an S-wave, the polarization selection mirror 284 reflects the S-wave, and transmits the P-wave. It is assumed that they are arranged in rotation.

【0093】液晶パネル282を出射した光線は、副レ
ンズ283を通過して収差,歪曲の補正を受けた後、偏
光選択鏡284に達する。副レンズ283を通過すると
きには偏光の変換を受けないので、光線はS波のままで
あり、偏光選択鏡284で反射される。反射された光線
は1/4波長板285に達する。1/4波長板285の
延伸軸は45度傾いているため、直線偏光から円偏光に
変換されて、主レンズ286で反射拡大され、再び1/
4波長板285に達する。
The light beam emitted from the liquid crystal panel 282 passes through the sub-lens 283 and is corrected for aberration and distortion, and then reaches the polarization selection mirror 284. When passing through the sub-lens 283, the beam is not subjected to polarization conversion, so that the light beam remains as an S-wave and is reflected by the polarization selection mirror 284. The reflected light reaches the quarter wave plate 285. Since the stretching axis of the 波長 wavelength plate 285 is tilted by 45 degrees, it is converted from linearly polarized light to circularly polarized light, reflected and expanded by the main lens 286, and then re-exposed.
It reaches the four-wavelength plate 285.

【0094】ここで、周知のとおり、円偏光は反射によ
って回転方向が反転するので、再び1/4波長板285
を通過して出力される光線は、入射時の偏光方向と直交
したP波に変換されている。その結果、偏光選択鏡28
4を透過して観察者の目287に到達する。これによっ
て、観察者は液晶パネル282の映像を拡大した像を鑑
賞することが可能となっている。
Here, as is well known, since the rotation direction of the circularly polarized light is inverted by reflection, the quarter wave plate 285
Is converted into a P-wave orthogonal to the polarization direction at the time of incidence. As a result, the polarization selection mirror 28
4 and reaches the observer's eye 287. This allows the observer to view an enlarged image of the liquid crystal panel 282.

【0095】以上のように、本実施形態の画像表示装置
においては、原理的に輝度の低下は生じないので、上述
した従来例のものに比べて、輝度を4倍に向上させるこ
とが可能である。しかも、可視光の範囲において特性が
均一な偏光選択鏡284を用いているので、色再現性を
損なうことなく、画質を向上させることができる。
As described above, in the image display apparatus of the present embodiment, since the luminance does not decrease in principle, it is possible to improve the luminance four times as compared with the above-described conventional example. is there. Moreover, since the polarization selecting mirror 284 having uniform characteristics in the visible light range is used, the image quality can be improved without impairing the color reproducibility.

【0096】また、反射屈折手段(主レンズ)光学素子
を主光線に対して傾斜させているため、光学装置の厚み
を低減することができ、特にHMDに用いた場合は、前
方への突出量を小さくすることが可能となるので、HM
Dの装着感を向上させることができる。例えば、水平視
野角を30度とした場合、図32とともに上述した従来
例のものに比べて、本実施形態の光学装置は、その厚さ
を半減することが可能である。
Also, since the catadioptric means (main lens) optical element is inclined with respect to the main ray, the thickness of the optical device can be reduced. Can be reduced, so that HM
The wearing feeling of D can be improved. For example, when the horizontal viewing angle is 30 degrees, the thickness of the optical device of the present embodiment can be reduced by half as compared with the conventional device described above with reference to FIG.

【0097】なお、上記一実施形態においては、説明の
便宜上、液晶パネル282の出射をS波とした場合につ
いて説明したが、これに限らず、液晶パネル282から
P波、或いは他の中間的な方向の偏光が出力される場合
でも、その偏光方向に応じて偏光選択鏡284及び1/
4波長板285の回転量を調整すれば良く、本発明がこ
の実施形態に限定されるものではない。
In the above embodiment, for convenience of explanation, the case where the emission of the liquid crystal panel 282 is an S-wave is described. However, the present invention is not limited to this. Even if the polarized light of the direction is output, the polarization selecting mirrors 284 and 1 /
The amount of rotation of the four-wavelength plate 285 may be adjusted, and the present invention is not limited to this embodiment.

【0098】[0098]

【発明の効果】請求項1の発明に係わる画像表示装置
は、画像表示装置と、直線偏光を偏光方向によって選択
的に反射又は透過する薄膜反射型偏光フィルムと、広帯
域波長板と、屈折手段の片面を全反射コーティングした
反射屈折手段を用いた点を特徴としている。薄膜反射型
偏光フィルムは、従来の偏光ビームスプリッタに比べて
以下の点で優れている。 (1)波長特性及び角度特性が均一なので、光学系の分
光透過率が改善でき、ディスプレイの色再現性が向上す
る。 (2)偏光ビームスプリッタは、スプリッタを傾ける方
向に依存して、S波を反射し、P波を透過する特性を持
っているので偏光方向の設計が制限を受けるが、薄膜反
射型偏光フィルムは、フィルム自身に異方性を持ってい
るのでフィルムを傾ける方向に係わらず、フィルムを配
置する向きに応じて、設計した方向の偏光を反射し、こ
れと直交する偏光を透過するようにできる。従って、偏
光設計の自由度が大きい。 (3)偏光ビームスプリッタは、2個の直角プリズムの
内面に多層膜コーティングし、貼り合わせて作られるこ
とが多く、重くなる欠点があった。一方、薄膜反射型偏
光フィルムは、フィルム状であるので十分、軽量であ
り、軽量のHMDに適している。 (4)薄膜反射型偏光フィルムは、量産ができ安価であ
るので、民生用HMDには適している。
According to the first aspect of the present invention, there is provided an image display apparatus comprising: an image display apparatus; a thin-film reflective polarizing film which selectively reflects or transmits linearly polarized light according to a polarization direction; It is characterized by the use of catadioptric means having one surface totally reflected. The thin-film reflective polarizing film is superior to the conventional polarizing beam splitter in the following points. (1) Since the wavelength characteristics and the angle characteristics are uniform, the spectral transmittance of the optical system can be improved, and the color reproducibility of the display can be improved. (2) The polarization beam splitter has characteristics of reflecting the S wave and transmitting the P wave depending on the direction in which the splitter is tilted, so that the design of the polarization direction is restricted. Since the film itself has anisotropy, it is possible to reflect polarized light in a designed direction and transmit polarized light orthogonal to the designed direction according to the direction in which the film is arranged, regardless of the direction in which the film is tilted. Therefore, the degree of freedom in polarization design is large. (3) The polarizing beam splitter is often made by coating the inner surfaces of two right-angle prisms with a multi-layer coating and bonding them together, and has the drawback of becoming heavy. On the other hand, the thin-film reflective polarizing film is sufficiently lightweight because it is in the form of a film, and is suitable for a lightweight HMD. (4) Since the thin-film reflective polarizing film can be mass-produced and is inexpensive, it is suitable for a consumer HMD.

【0099】そして、屈折手段の片面を全反射コーティ
ングした反射屈折手段は、単なる凹面鏡に比べて、像面
湾曲が少なく、全反射コーティングしていない側の屈折
面を用いて収差補正を実行できるので、光学系の収差低
減が可能である。さらに、広帯域波長板を用いることに
より分光透過率を均一化する手段を提供している。従っ
て、以上の手段を用いることにより、高画質の画像表示
装置を実現できる。
The catadioptric means, in which one surface of the deflecting means is totally reflected, has less field curvature than a simple concave mirror, and can perform aberration correction using the refracting surface on the side not coated with total reflection. Thus, the aberration of the optical system can be reduced. Further, a means for making the spectral transmittance uniform by using a broadband wave plate is provided. Therefore, a high quality image display device can be realized by using the above means.

【0100】請求項2の発明に係わる画像表示装置は、
画像表示装置と、直線偏光を偏光方向によって選択的に
反射又は透過する薄膜反射型偏光フィルムと、広帯域波
長板と、屈折手段の片面を全反射コーティングした反射
屈折手段を用いている。そして、画像表示素子と反射屈
折手段とが略90度の角度をもって配置されており、な
おかつ薄膜反射型偏光フィルムが前記画像表示素子と前
記反射屈折手段に対して略45度の傾きを持って配置さ
れている。この配置は反射屈折手段を光軸に沿った方向
から使用する、いわゆる共軸系であるので、製造が容易
な軸対象レンズを用いて収差の少ない光学系を実現でき
る。
The image display device according to the second aspect of the present invention
An image display device, a thin-film reflective polarizing film that selectively reflects or transmits linearly polarized light according to the polarization direction, a broadband wave plate, and a catadioptric means having one surface of the refracting means totally-reflected coated are used. The image display element and the catadioptric means are arranged at an angle of about 90 degrees, and the thin-film reflective polarizing film is arranged with an inclination of about 45 degrees with respect to the image display element and the catadioptric means. Have been. Since this arrangement is a so-called coaxial system in which the catadioptric means is used from the direction along the optical axis, an optical system with less aberration can be realized by using an axially symmetric lens which is easy to manufacture.

【0101】請求項3の発明に係わる画像表示装置は、
画像表示素子と、直線偏光を偏光方向によって選択的に
反射又は透過する薄膜反射型フィルムと、広帯域波長板
と、屈折手段の片面を全反射コーティングした反射屈折
手段を用いている。そして、画像表示素子と反射屈折手
段とが100度以上の角度をもって配置されており、な
おかつ薄膜反射型偏光フィルムが画像表示素子と反射屈
折手段に対して40度以下の傾きを持って配置されてい
る。この配置により、画像表示素子と反射屈折手段とが
略90度の角度に配置されている場合に比べて、光学系
の厚みを低減でき、薄型の画像表示装置を実現できる。
但し、画像表示素子と反射屈折手段とが略90度の角度
に配置されている場合に比べて、収差が増加する傾向に
あるので、設計者は、設計方針上の収差と厚みの優先度
によって角度を選択することができる。
The image display device according to the third aspect of the present invention
An image display device, a thin-film reflective film that selectively reflects or transmits linearly polarized light depending on the polarization direction, a broadband wave plate, and a catadioptric means having one surface of the refracting means totally-reflected coated are used. The image display element and the catadioptric means are arranged at an angle of 100 degrees or more, and the thin-film reflective polarizing film is arranged with an inclination of 40 degrees or less with respect to the image display element and the catadioptric means. I have. With this arrangement, the thickness of the optical system can be reduced as compared with the case where the image display element and the catadioptric means are arranged at an angle of about 90 degrees, and a thin image display device can be realized.
However, the aberration tends to increase as compared with the case where the image display element and the catadioptric means are arranged at an angle of about 90 degrees. The angle can be selected.

【0102】請求項4の発明に係わる画像表示装置は画
像表示素子と、直線偏光を偏光方向によって選択的に反
射又は透過する薄膜反射型偏光フィルムと、広帯域波長
板と、屈折手段の片面を全反射コーティングした反射屈
折手段を用いている。そして、前記広帯域波長板が薄膜
反射型偏光フィルムと反射屈折手段の間に配置されてお
り、かつ広帯域波長板の等価遅相軸が薄膜反射型偏光フ
ィルムの偏光透過軸と−55〜−35度または35〜5
5度の角度をなして配置されている。請求項4に係わる
画像表示装置は請求項2ないし請求項4の発明に係わる
表示装置において、波長板の種類と位置を限定すること
によって、原理的に光学系の損失を無くし、ハーフミラ
ー等を使用する場合に比べて効率を向上させている。従
って、これらの手段を用いれば高画質の画像表示装置を
実現できる。
An image display device according to a fourth aspect of the present invention comprises an image display element, a thin-film reflective polarizing film for selectively reflecting or transmitting linearly polarized light depending on the polarization direction, a broadband wave plate, and one side of a refracting means. A catadioptric means with a reflective coating is used. The broadband wave plate is disposed between the thin-film reflective polarizing film and the catadioptric means, and the equivalent slow axis of the broad-band wave plate is -55 to -35 degrees with respect to the polarized light transmission axis of the thin-film reflective polarizing film. Or 35-5
They are arranged at an angle of 5 degrees. An image display device according to a fourth aspect is the display device according to the second to fourth aspects of the present invention, in which the type and the position of the wave plate are limited so that the loss of the optical system is eliminated in principle, and a half mirror or the like is used. Efficiency is improved compared to the case of using. Therefore, a high quality image display device can be realized by using these means.

【0103】請求項5の発明に係わる画像表示装置は、
画像表示素子と、直線偏光を偏光方向によって選択的に
反射又は透過する薄膜反射型偏光フィルムと、広帯域波
長板と、屈折手段の片面を全反射コーティングした反射
屈折手段を用いている。そして、波長板が、1/4波長
板と1/2波長板を特定の角度で貼り合わせた広帯域波
長板であり、かつ1対の前記波長板がディスプレイと薄
膜反射型偏光フィルムの間の、それぞれの表面近くに配
置されており、かつ前記1/4波長板の遅相軸が液晶デ
ィスプレイ射出側の偏光透過軸−55〜−35度または
35〜55度の角度をなして配置されている。請求項5
に係わる画像表示装置は、請求項2ないし請求項4の発
明に係わる表示装置において、波長板の種類と位置を限
定することによって、原理的に光学系の損失を無くし、
ハーフミラー等を使用する場合に比べて効率を向上さ
せ、また、広帯域波長板を用いることにより分光透過率
を均一化し、その上、画像表示素子近くの波長板を設け
ているので、液晶ディスプレイ射出側の偏光板とこの波
長板が円偏光板を形成するので、液晶ディスプレイから
出発して、外部で反射して戻ってくる光線は、液晶ディ
スプレイ射出側の偏光板によって吸収され、ブラックマ
トリックスでの反射を生じず、コントラスト低下を防止
できる。従って、これらの手段を用いれば高画質の画像
表示装置を実現できる。
An image display device according to a fifth aspect of the present invention comprises:
An image display device, a thin-film reflective polarizing film that selectively reflects or transmits linearly polarized light depending on the polarization direction, a broadband wave plate, and a catadioptric means having one surface of the refracting means totally coated with reflection are used. The wave plate is a broadband wave plate obtained by bonding a quarter wave plate and a half wave plate at a specific angle, and a pair of the wave plates is disposed between a display and a thin-film reflective polarizing film. The 1 / wavelength plate is disposed near each surface, and the slow axis of the 波長 wavelength plate is disposed at an angle of −55 to −35 degrees or 35 to 55 degrees in the polarization transmission axis on the liquid crystal display emission side. . Claim 5
The image display device according to the first aspect of the invention is the display device according to the second to fourth aspects of the present invention, in which the types and positions of the wave plates are limited to eliminate the loss of the optical system in principle.
Efficiency is improved compared to the case of using a half mirror, etc., the spectral transmittance is made uniform by using a broadband wave plate, and a wave plate near the image display element is provided. Since the polarizer on the side and this wave plate form a circular polarizer, the rays that start from the liquid crystal display and are reflected and returned outside are absorbed by the polarizer on the exit side of the liquid crystal display and are reflected by the black matrix. Reflection does not occur, and a decrease in contrast can be prevented. Therefore, a high quality image display device can be realized by using these means.

【0104】請求項6に係るHMDは、上述した反射屈
折手段の中心軸を、画像表示素子の画面中心と観察者の
瞳中心と結ぶ光路に対して傾斜させているので、装置の
薄型化を実現することができるとともに、画像表示装置
としても特定方向の直線偏光を透過し、これに直交する
方向では反射する偏光選択鏡と、波長板を設けているの
で、輝度,画質を向上させることが可能となる。
In the HMD according to the sixth aspect, the central axis of the catadioptric means is inclined with respect to the optical path connecting the center of the screen of the image display element and the center of the pupil of the observer. In addition to being able to be realized, the image display device is provided with a polarization selection mirror that transmits linearly polarized light in a specific direction and reflects in a direction perpendicular to the direction, and a wavelength plate, so that it is possible to improve luminance and image quality. It becomes possible.

【0105】請求項7の発明に係わる画像表示装置は、
画像表示素子と、直線偏光を偏光方向によって選択的に
反射又は透過する薄膜反射型偏光フィルムと、波長板
と、屈折手段の片面を反透鏡コーティングした反射屈折
手段を用いている。そして、すべての素子が略平行に配
置されている。この配置によって、光路が折りたたまれ
るので、請求項1乃至6に比べて、広視野角の表示装置
を設計する場合でも、光学系の厚みを薄くできる。但
し、この配置の場合、偏光素子が理想的な特性を持たな
いことによる不要光を発生する可能性があるので、設計
者は、光学系の厚さと画質の優先度に応じて、構成を選
択することができる。
An image display device according to a seventh aspect of the present invention comprises:
An image display element, a thin-film reflective polarizing film for selectively reflecting or transmitting linearly polarized light depending on the polarization direction, a wave plate, and a catadioptric means having one surface of the refracting means antireflection coated are used. All the elements are arranged substantially in parallel. Since the optical path is folded by this arrangement, the thickness of the optical system can be reduced even when designing a display device having a wide viewing angle as compared with the first to sixth aspects. However, in this arrangement, there is a possibility that unnecessary light may be generated due to the polarization element not having ideal characteristics, so the designer selects a configuration according to the thickness of the optical system and the priority of the image quality. can do.

【0106】請求項8,9の発明に係わる画像表示装置
は、画像表示素子と、直線偏光を偏光方向によって選択
的に反射又は透過する薄膜反射型偏光フィルムと、波長
板と、屈折手段の片面を半透鏡コーティングした反射屈
折手段を用いている。そして、波長板が1/4波長板
か、または1/4波長板と1/2波長板を特定の角度で
貼り合わせた広帯域波長板であり、かつ波長板が画像表
示素子と反射屈折手段の間と、反射屈折手段と薄膜反射
型偏光フィルムの間に配置され、かつ前記1/4波長板
の遅相軸、または広帯域波長板の等価遅相軸が液晶ディ
スプレイ射出側の偏向透過軸、または薄膜反射型偏光フ
ィルムの偏光透過軸と−55〜−35度または35〜5
5度の角度をなして配置されている。また、請求項8,
9に係わる画像表示装置は、請求項7の発明に係わる表
示装置から、波長板の種類と位置を限定することによっ
て、波長板を使用しない場合に比べて効率を向上させ、
また、広帯域波長板を用いることにより分光透過率を均
一化する手段を提供している。その上、請求項8,9に
係わる画像表示装置は、画像表示素子近くの波長板を設
けているので、液晶ディスプレイ射出側の偏光板とこの
波長板が円偏光板を形成する。従って、液晶ディスプレ
イから出発して、外部で反射して戻ってくる光線は、液
晶ディスプレイ射出側の偏光板によって吸収され、ブラ
ックマトリックスでの反射を生じず、コントラスト低下
を防止できる。従って、これらの手段を用いれば高画質
の画像表示装置を実現できる。
The image display device according to the eighth and ninth aspects of the present invention provides an image display element, a thin-film reflective polarizing film for selectively reflecting or transmitting linearly polarized light depending on the polarization direction, a wave plate, and one surface of a refracting means. Is used. The wave plate is a quarter wave plate or a wide band wave plate in which a quarter wave plate and a half wave plate are bonded at a specific angle, and the wave plate is an image display element and a catadioptric means. And the slow axis of the 手段 wavelength plate, or the equivalent slow axis of the broadband wavelength plate, is the deflection transmission axis on the liquid crystal display emission side, The polarization transmission axis of the thin-film reflective polarizing film and -55 to -35 degrees or 35 to 5
They are arranged at an angle of 5 degrees. Claim 8,
According to the image display device of the ninth aspect, from the display device of the seventh aspect, by limiting the type and position of the wave plate, the efficiency is improved as compared with the case where the wave plate is not used.
Further, a means for making the spectral transmittance uniform by using a broadband wave plate is provided. In addition, since the image display device according to the eighth and ninth aspects includes the wavelength plate near the image display element, the polarization plate on the liquid crystal display emission side and the wavelength plate form a circular polarization plate. Therefore, the light rays that start from the liquid crystal display and are reflected and returned outside are absorbed by the polarizing plate on the liquid crystal display emission side, do not cause reflection on the black matrix, and can prevent a decrease in contrast. Therefore, a high quality image display device can be realized by using these means.

【0107】請求項10の発明に係わる画像表示装置
は、画像表示素子と、直線偏光を偏光方向によって選択
的に反射又は透過する薄膜反射型偏光フィルムと、波長
板と、屈折手段の片面を半透鏡コーティングした反射屈
折手段を用いている。そして、波長板が1/4波長板
か、または1/4波長板と1/2波長板を特定の角度で
貼り合わせた広帯域波長であり、かつ波長板が薄膜反射
型偏光フィルムと反射屈折手段の間に配置され、かつ前
記1/4波長の遅相軸または広帯域波長板の等価遅相軸
が薄膜反射型偏光フィルムの偏光透過軸と−55〜−3
5度または35〜55度をなして配置されると共に、反
射屈折手段と使用者の間に円偏光板を備えている。請求
項10に係わる画像表示装置は、請求項7ないし9の発
明に係わる画像表示装置において、波長板の種類と位置
を限定することによって、波長板を使用しない場合に比
べて効率を向上させ、また、広帯域波長板を用いること
により分光透過率を均一化する手段を提供している。そ
の上、請求項10に係わる画像表示装置は、外光反射を
低減し映像のコントラストを向上させる効果を有してい
る。従って、これらの手段を用いれば高画質の画像表示
装置を実現できる。
An image display device according to a tenth aspect of the present invention is an image display device, a thin-film reflective polarizing film for selectively reflecting or transmitting linearly polarized light depending on the polarization direction, a wave plate, and a half of one side of the refraction means. A catadioptric means coated with a mirror is used. The wavelength plate is a quarter-wave plate or a wide-band wavelength obtained by bonding a quarter-wave plate and a half-wave plate at a specific angle, and the wave plate is a thin-film reflective polarizing film and a catadioptric means. And the slow axis of the 4 wavelength or the equivalent slow axis of the broadband wave plate is −55 to −3 with the polarization transmission axis of the thin-film reflective polarizing film.
It is arranged at an angle of 5 degrees or 35 to 55 degrees, and has a circularly polarizing plate between the catadioptric means and the user. The image display device according to claim 10 is the image display device according to any one of claims 7 to 9, wherein the type and the position of the wave plate are limited to improve the efficiency as compared with the case where the wave plate is not used. Further, a means for making the spectral transmittance uniform by using a broadband wave plate is provided. In addition, the image display device according to the tenth aspect has an effect of reducing external light reflection and improving contrast of an image. Therefore, a high quality image display device can be realized by using these means.

【0108】請求項11に係わる画像表示装置は、画像
表示部(素子)として液晶ディスプレイを用いることに
より携帯用の画像表示装置としても用いられる従来のこ
の種の装置に比してより高画質でコンパクトかつ軽量な
画像表示装置を提供することができる。
The image display device according to the eleventh aspect uses a liquid crystal display as an image display section (element), so that it has higher image quality than a conventional device of this type which is also used as a portable image display device. A compact and lightweight image display device can be provided.

【0109】請求項12の頭部搭載型ディスプレイ(H
MD)は、メガネ型のケースと、請求項1ないし10に
記載の表示装置からなり、頭部に装着した場合、左右そ
れぞれの目に映像を提示できるようになっている。従っ
て、高画質かつ小型軽量の頭部搭載型ディスプレイを実
現できる。請求項13の映像通信装置は、電話機と、請
求項1ないし12に記載の表示装置からなり、音声によ
る通信を行いながら、映像を見ることができるようにな
っている。従って、高画質かつ小型軽量の映像通信装置
を実現できる。
The head mounted display according to claim 12 (H
The MD) comprises a glasses-type case and the display device according to any one of claims 1 to 10, and is capable of presenting an image to each of the right and left eyes when worn on the head. Therefore, a small and light head-mounted display with high image quality can be realized. A video communication device according to a thirteenth aspect includes a telephone and the display device according to the first to twelfth aspects, and is capable of watching an image while performing voice communication. Therefore, it is possible to realize a small and lightweight video communication device with high image quality.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による画像表示装置の一実施形態を示
し、その動作を説明する図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of an image display device according to the present invention and explaining the operation thereof.

【図2】本発明による画像表示装置の一実施形態を示
し、その動作を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an embodiment of an image display device according to the present invention and explaining the operation thereof.

【図3】本発明による画像表示装置の一実施形態を示
し、その動作を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an embodiment of an image display device according to the present invention, and explaining the operation thereof.

【図4】本発明による画像表示装置の一実施形態を示
し、その動作を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating an embodiment of the image display device according to the present invention, and explaining the operation thereof.

【図5】本発明による画像表示装置の光学系の構成要素
に用いる座標軸の定義を説明する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating the definition of coordinate axes used for components of the optical system of the image display device according to the present invention.

【図6】本発明による画像表示装置の一実施形態を示
し、その動作を説明する図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an embodiment of an image display device according to the present invention and explaining the operation thereof.

【図7】本発明による画像表示装置の光学要素である薄
膜反射型偏光フィルムの特性を従来例と対比して示す図
である。
FIG. 7 is a diagram showing characteristics of a thin-film reflective polarizing film, which is an optical element of the image display device according to the present invention, in comparison with a conventional example.

【図8】1/4波長板のレタデーション特性を示す図で
ある。
FIG. 8 is a diagram illustrating retardation characteristics of a 波長 wavelength plate.

【図9】構成要素として1/4波長板を使用した場合の
本発明で用い得る光学系の分光透過率を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing the spectral transmittance of an optical system that can be used in the present invention when a quarter-wave plate is used as a component.

【図10】構成要素として広帯域波長板を使用した場合
の本発明で用い得る光学系の分光透過率を示す図であ
る。
FIG. 10 is a diagram showing the spectral transmittance of an optical system that can be used in the present invention when a broadband wave plate is used as a component.

【図11】ポアンカレ球の定義を説明する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating the definition of a Poincare sphere.

【図12】広帯域波長板の特性による動作をポアンカレ
球上で説明する図である。
FIG. 12 is a diagram for explaining the operation based on the characteristics of the broadband wave plate on a Poincare sphere.

【図13】当該画像表示装置の動作光路を示す図であ
る。
FIG. 13 is a diagram showing an operation optical path of the image display device.

【図14】波長板への斜め入射の説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram of oblique incidence on a wave plate.

【図15】図14に示される波長板における入射角に対
するレタデーション特性を示す図である。
15 is a diagram illustrating retardation characteristics with respect to an incident angle in the wavelength plate illustrated in FIG.

【図16】平凸レンズのペッツバール半径を凹面鏡と対
比して説明する図である。
FIG. 16 is a diagram illustrating a Petzval radius of a plano-convex lens in comparison with a concave mirror.

【図17】両凸レンズのペッツバール半径の実施例を説
明する図である。
FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a Petzval radius of a biconvex lens.

【図18】補正レンズ使用時の平凸レンズのペッツバー
ル半径の実施例を説明する図である。
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a Petzval radius of a plano-convex lens when a correction lens is used.

【図19】本発明による画像表示装置の一実施形態の構
成を示し、その動作を説明する図である。
FIG. 19 is a diagram illustrating the configuration of an embodiment of an image display device according to the present invention, and explaining the operation thereof.

【図20】本発明による画像表示装置の一実施形態の構
成を示し、その動作を説明する図である。
FIG. 20 is a diagram showing a configuration of an embodiment of an image display device according to the present invention, and explaining its operation.

【図21】図20に示す実施形態を具体化した例を示す
構成図である。
21 is a configuration diagram showing an example in which the embodiment shown in FIG. 20 is embodied.

【図22】本発明による画像表示装置の一実施形態の構
成を示し、その動作を説明する図である。
FIG. 22 is a diagram illustrating a configuration of an embodiment of an image display device according to the present invention, and explaining the operation thereof.

【図23】本発明によるHMDの一実施形態の構成を示
し、その動作を説明する図である。
FIG. 23 is a diagram showing a configuration of an embodiment of an HMD according to the present invention and explaining its operation.

【図24】本発明によるHMDの一実施形態の構成を示
し、その動作を説明する図である。
FIG. 24 is a diagram illustrating a configuration of an embodiment of an HMD according to the present invention and explaining the operation thereof.

【図25】本発明によるHMDの一実施形態の構成を示
す図である。
FIG. 25 is a diagram showing a configuration of an embodiment of an HMD according to the present invention.

【図26】本発明による映像通信機器の一実施形態を説
明する図である。
FIG. 26 is a diagram illustrating a video communication device according to an embodiment of the present invention.

【図27】図24の画像表示装置における光学系を変更
した他の実施形態を示す図である。
FIG. 27 is a diagram showing another embodiment in which the optical system in the image display device of FIG. 24 is changed.

【図28】本発明による画像表示装置の一実施形態にお
ける光学系の構成を示し、説明する図である。
FIG. 28 is a diagram showing and explaining the configuration of an optical system in an embodiment of the image display device according to the present invention.

【図29】図28の画像表示装置をHMDに採用した一
実施形態の構成を示し、説明する図である。
FIG. 29 is a diagram illustrating and explaining a configuration of an embodiment in which the image display device of FIG. 28 is adopted in an HMD.

【図30】従来のHMDの構成を示す図である。FIG. 30 is a diagram showing a configuration of a conventional HMD.

【図31】従来の映像表示装置の構成を示し、その動作
を説明する図である。
FIG. 31 is a diagram showing a configuration of a conventional video display device and explaining its operation.

【図32】従来の映像表示装置の構成を示し、その動作
を説明する図である。
FIG. 32 is a diagram showing a configuration of a conventional video display device and explaining its operation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,21,31,41,61,191,201,22
1,232,241,281,292,302,32
1,252…バックライト、12,22,32,42,
62,192,202,222,233,253…液晶
ライトバルブ、13,25,39,43,65,19
8,2011,223,243…薄膜反射型偏光フィル
ム、14,23,26,33,38,44,49,6
7,193,199,203,2010,224,22
11…1/2波長板、15,24,27,34,37,
45,48,68,194,1910,204,20
9,225,2210,285,295,314…1/
4波長板、16,28,36,46,69,163,1
71,181,226,227,236,244…反射
屈折手段、17,29,610,162,172,18
2,1913…全反射コーティング、18,210,3
10,411,611,1914,2014,2214
…使用者の目、35,47,207,228…ハーフミ
ラーコーティング、64,197,2012,2212
…ガラス板、161,315,324…凹面鏡、183
…補正レンズ、66,195,1911,205,20
8,226,229…反射防止フィルム、410,6
3,196,2013,2213,83…偏光板、28
2,293,303,322…液晶パネル、283…副
レンズ、284,294…偏光選択鏡、286,296
…主レンズ、231,291,301…メガネ型のケー
ス、312…液晶ディスプレイ、313…偏光ビームス
プリッタ、287,316,325…観察者の目、32
3…半透鏡。
11, 21, 31, 41, 61, 191, 201, 22
1,232,241,281,292,302,32
1,252 ... backlight, 12, 22, 32, 42,
62, 192, 202, 222, 233, 253 ... liquid crystal light valve, 13, 25, 39, 43, 65, 19
8, 2011, 223, 243 ... Thin reflective polarizing film, 14, 23, 26, 33, 38, 44, 49, 6
7,193,199,203,2010,224,22
11 1/2 wavelength plate, 15, 24, 27, 34, 37,
45, 48, 68, 194, 1910, 204, 20
9,225,2210,285,295,314 ... 1 /
4-wavelength plate, 16, 28, 36, 46, 69, 163, 1
71, 181, 226, 227, 236, 244 ... catadioptric means, 17, 29, 610, 162, 172, 18
2,1913 ... total reflection coating, 18,210,3
10,411,611,1914,2014,2214
... user's eyes, 35, 47, 207, 228 ... half mirror coating, 64, 197, 2012, 2212
... glass plate, 161, 315, 324 ... concave mirror, 183
... Correction lens, 66, 195, 1911, 205, 20
8,226,229 ... Anti-reflection film, 410,6
3, 196, 2013, 2213, 83 ... polarizing plate, 28
2, 293, 303, 322: liquid crystal panel, 283: sub lens, 284, 294: polarization selecting mirror, 286, 296
... Main lenses, 231,291,301 ... Cases of glasses type 312 ... Liquid crystal display, 313 ... Polarizing beam splitters, 287,316,325 ... Eyes of observer, 32
3 ... Semi-transparent mirror.

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 画像表示部に表示した映像を、反射要素
を有する光学拡大手段を用いて拡大し、虚像として提示
する画像表示装置であって、直線偏光を偏光方向によっ
て選択的に反射又は透過する薄膜反射型偏光フィルム
と、該薄膜反射型偏光フィルムと前記反射要素を有する
光学拡大手段の間の往復光路中に設けた波長板とを備え
る画像表示装置において、前記反射要素を有する光学拡
大手段が全反射コーティングした反射屈折手段をなし、
前記波長板が1/4波長板と1/2波長板を特定の角度
で貼り合わせ広帯域波長板をなすことを特徴とする画像
表示装置。
1. An image display device for enlarging an image displayed on an image display unit using an optical enlarging means having a reflective element and presenting it as a virtual image, wherein the linearly polarized light is selectively reflected or transmitted depending on the polarization direction. An image display apparatus comprising: a reflective thin-film polarizing film; and a wave plate provided in a reciprocating optical path between the thin-film reflective polarizing film and the optical magnifying means having the reflective element. Constitutes catadioptric means with total reflection coating,
An image display device, wherein the wave plate forms a broadband wave plate by bonding a quarter wave plate and a half wave plate at a specific angle.
【請求項2】 請求項1に記載の画像表示装置におい
て、前記画像表示部の表示面と前記反射屈折手段とが9
0度の角度をもって配置され、かつ前記薄膜反射型偏光
フィルムが前記画像表示部の表示素子と前記反射屈折手
段に対して45度の傾きを持って配置されていることを
特徴とする画像表示装置。
2. The image display device according to claim 1, wherein a display surface of said image display section and said catadioptric means are arranged in a plane.
An image display device arranged at an angle of 0 degrees, and wherein the thin-film reflective polarizing film is arranged at an angle of 45 degrees with respect to the display element of the image display unit and the catadioptric means. .
【請求項3】 請求項1に記載の画像表示装置におい
て、前記画像表示部の表示素子と前記反射屈折手段とが
100度以上の角度をもって配置され、かつ前記薄膜反
射型偏光フィルムが前記画像表示素子と前記反射屈折手
段に対して40度以下の傾きを持って配置されているこ
とを特徴とする画像表示装置。
3. The image display device according to claim 1, wherein the display element of the image display section and the catadioptric means are arranged at an angle of 100 degrees or more, and the thin-film reflective polarizing film is used to display the image. An image display device, wherein the image display device is disposed with an inclination of 40 degrees or less with respect to an element and the catadioptric means.
【請求項4】 請求項1ないし3のいずれか1記載の画
像表示装置において、前記広帯域波長板の等価遅相軸が
前記薄膜反射型偏光フィルムの偏光透過軸と−55〜−
35度または35〜55度の角度をなして配置されてい
ることを特徴とする画像表示装置。
4. The image display device according to claim 1, wherein an equivalent slow axis of the broadband wave plate is -55 to -a polarization transmission axis of the thin-film reflective polarizing film.
An image display device characterized by being arranged at an angle of 35 degrees or 35 to 55 degrees.
【請求項5】 請求項1ないし4のいずれか1記載の画
像表示装置において、前記広帯域波長板の等価遅相軸が
液晶ディスプレイ射出側の偏光透過軸と−55〜−35
度または35〜55度の角度をなして配置されているこ
とを特徴とする画像表示装置。
5. The image display device according to claim 1, wherein an equivalent slow axis of the broadband wave plate is −55 to −35 with respect to a polarization transmission axis on a liquid crystal display emission side.
An image display device characterized by being arranged at an angle of 35 degrees or 35 to 55 degrees.
【請求項6】 請求項1又は3又は4又は5に記載の画
像表示装置において、前記反射屈折手段が、前記画像表
示部の画面中心と前記観察者の瞳中心とを結ぶ光路に対
して傾斜する配置をとるようにしたことを特徴とする画
像表示装置。
6. The image display device according to claim 1, wherein the catadioptric means is inclined with respect to an optical path connecting a center of a screen of the image display unit and a center of a pupil of the observer. An image display device characterized in that the image display device is arranged to be arranged.
【請求項7】 画像表示部に表示した映像を、反射要素
を有する光学拡大手段を用いて拡大し、虚像として提示
する画像表示装置であって、直線偏光を偏光方向によっ
て選択的に反射又は透過する薄膜反射型偏光フィルムと
該薄膜反射型偏光フィルムと反射要素を有する光学拡大
手段の間の往復光路中に設けた波長板とを備える画像表
示装置において、前記反射要素を有する光学拡大手段が
半透鏡コーティングした反射屈折手段をなし、前記画像
表示部の表面と前記薄膜反射型偏光フィルムと前記反射
屈折手段が平行に配置されていることを特徴とする画像
表示装置。
7. An image display device for enlarging an image displayed on an image display unit using an optical enlarging means having a reflective element and presenting it as a virtual image, wherein the linearly polarized light is selectively reflected or transmitted depending on the polarization direction. An image display apparatus comprising: a thin film reflective polarizing film; and a wave plate provided in a reciprocating optical path between the thin film reflective polarizing film and the optical magnifying means having the reflective element. An image display device, comprising a reflection / reflection means coated with a mirror, wherein the surface of the image display section, the thin-film reflection type polarizing film, and the reflection / refraction means are arranged in parallel.
【請求項8】 請求項7記載の画像表示装置において、
前記波長板が1/4波長板か、又は1/4波長板と1/
2波長板を特定の角度で貼り合わせ広帯域波長板をなす
ことを特徴とする画像表示装置。
8. The image display device according to claim 7, wherein
The wave plate is a quarter wave plate, or a quarter wave plate and
An image display device characterized in that a two-wavelength plate is bonded at a specific angle to form a broadband wavelength plate.
【請求項9】 請求項6又は7記載の画像表示装置にお
いて、前記1/4波長板の遅相軸又は前記広帯域波長板
の等価遅相軸が前記薄膜反射型偏光フィルムの偏光透過
軸と−55〜−35度または35〜55度の角度をなし
て配置されていることを特徴とする画像表示装置。
9. The image display device according to claim 6, wherein a slow axis of the quarter-wave plate or an equivalent slow axis of the broadband wave plate is different from a polarization transmission axis of the thin-film reflective polarizing film. An image display device characterized by being arranged at an angle of 55 to -35 degrees or 35 to 55 degrees.
【請求項10】 請求項7ないし9のいずれか1記載の
画像表示装置において、前記反射屈折手段により拡大さ
れた画像の出力端に偏光板を備えていることを特徴とす
る画像表示装置。
10. The image display device according to claim 7, further comprising a polarizing plate at an output end of the image enlarged by said catadioptric means.
【請求項11】 請求項1ないし10のいずれか1記載
の画像表示装置において、前記画像表示部が液晶ディス
プレイであることを特徴とする画像表示装置。
11. The image display device according to claim 1, wherein said image display section is a liquid crystal display.
【請求項12】 請求項1ないし11のいずれか1記載
の表示装置を内蔵したメガネ型ケースと、観察者の目に
映像を提示できるように該メガネ型ケースを頭部へ装着
する手段を備えていることを特徴とする頭部搭載型ディ
スプレイ。
12. A glasses-type case incorporating the display device according to claim 1, and means for attaching the glasses-type case to a head so that an image can be presented to an observer's eyes. A head mounted display characterized by the following.
【請求項13】 請求項1ないし12のいずれか1記載
の表示装置を内蔵した電話機を備え、音声による通信に
加えて映像通信を可能にしたことを特徴とする映像通信
装置。
13. A video communication device comprising a telephone having the display device according to claim 1 incorporated therein, wherein video communication is enabled in addition to voice communication.
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Cited By (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6871083B2 (en) 2000-01-31 2005-03-22 Nec Corporation Portable radio device
JP2005148655A (en) * 2003-11-19 2005-06-09 Sony Corp Image display device
JP2006064994A (en) * 2004-08-26 2006-03-09 Nikon Corp Eyepiece display device and camera having the same
JP2006178033A (en) * 2004-12-21 2006-07-06 Canon Inc Scan type display optical system
JP2007011279A (en) * 2005-05-30 2007-01-18 Konica Minolta Photo Imaging Inc Image display apparatus and head mount display
KR20110068563A (en) * 2009-12-16 2011-06-22 엘지디스플레이 주식회사 LCD Display
CN102109677A (en) * 2011-03-10 2011-06-29 北京理工大学 Head-mounted stereoscopic visual slide viewer
WO2011136213A1 (en) * 2010-04-27 2011-11-03 パナソニック電工株式会社 Display device
JP2014529094A (en) * 2011-08-02 2014-10-30 マイクロソフト コーポレーション Change between display device viewing modes
US9645401B2 (en) 2014-12-08 2017-05-09 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Image display device comprising beam splitter
CN107589546A (en) * 2017-10-23 2018-01-16 北京小米移动软件有限公司 Optical system and augmented reality glasses
CN108333773A (en) * 2018-04-13 2018-07-27 深圳鸿鑫晶光电有限公司 AR head-mounted display apparatus
CN110161685A (en) * 2018-02-12 2019-08-23 杭州太若科技有限公司 AR display device and wearable AR equipment
CN110927970A (en) * 2019-12-11 2020-03-27 深圳惠牛科技有限公司 AR optical display module and augmented reality display device
US10606095B2 (en) 2018-02-26 2020-03-31 Seiko Epson Corporation Virtual image display device
CN111610630A (en) * 2019-02-22 2020-09-01 舜宇光学(浙江)研究院有限公司 Display optical machine and method thereof and near-to-eye display equipment
JP2021002038A (en) * 2014-04-09 2021-01-07 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Near-eye display system having pellicle as combiner
CN112534308A (en) * 2018-06-07 2021-03-19 脸谱科技有限责任公司 Reverse order crossed pancake lens with orientation compensation
JP2021513686A (en) * 2018-02-12 2021-05-27 マトリックスド、リアリティー、テクノロジー、カンパニー、リミテッドMatrixed Reality Technology Co., Ltd. Augmented reality equipment, as well as optical systems and semireflectors for it
JP2021157008A (en) * 2020-03-26 2021-10-07 キヤノン株式会社 Optical system and image display device
CN113885206A (en) * 2021-10-08 2022-01-04 小派科技(上海)有限责任公司 Optical modules and systems, display devices, head-mounted display devices and systems thereof
CN113885198A (en) * 2020-07-01 2022-01-04 莱钶科技(上海)有限公司 A near-eye display optical device
US11235706B2 (en) 2019-10-30 2022-02-01 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Display system
CN114077051A (en) * 2020-08-13 2022-02-22 京东方科技集团股份有限公司 A near-eye display device
WO2022091777A1 (en) * 2020-10-29 2022-05-05 富士フイルム株式会社 Aerial image display system and input system
US11550155B2 (en) 2020-03-31 2023-01-10 Seiko Epson Corporation Virtual image display apparatus and optical unit
US11662587B2 (en) 2020-03-31 2023-05-30 Seiko Epson Corporation Virtual image display device
WO2023127908A1 (en) * 2021-12-27 2023-07-06 富士フイルム株式会社 Virtual reality display device
WO2023134506A1 (en) * 2022-01-17 2023-07-20 惠州Tcl移动通信有限公司 Vr optical system
CN116699854A (en) * 2023-07-27 2023-09-05 北京极溯光学科技有限公司 Perspective optical system and equipment capable of realizing display shielding
CN117676120A (en) * 2023-12-14 2024-03-08 深圳市眼科医院(深圳市眼病防治研究所) A kind of intelligent vision-aid glasses used to expand the field of vision of patients with visual field defects
US11927754B2 (en) 2020-03-31 2024-03-12 Seiko Epson Corporation Virtual image display device and optical unit
US11940632B2 (en) 2020-03-31 2024-03-26 Seiko Epson Corporation Virtual image display device
CN117950181A (en) * 2022-10-31 2024-04-30 华为技术有限公司 Virtual image display device and transportation vehicle
WO2024160083A1 (en) * 2023-02-01 2024-08-08 华为技术有限公司 Display apparatus and transportation means

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05100114A (en) * 1991-10-07 1993-04-23 Nitto Denko Corp Laminated wavelength plate and circularly polarizing plate
JPH08327940A (en) * 1994-12-19 1996-12-13 Sharp Corp Optical device and head-mounted display formed by using this optical device
JPH09508477A (en) * 1994-02-07 1997-08-26 バーチュアル・アイ/オゥ・インコーポレイテッド Multiplication visual display
JPH09322138A (en) * 1996-05-29 1997-12-12 Sharp Corp Portable video telephone set

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05100114A (en) * 1991-10-07 1993-04-23 Nitto Denko Corp Laminated wavelength plate and circularly polarizing plate
JPH09508477A (en) * 1994-02-07 1997-08-26 バーチュアル・アイ/オゥ・インコーポレイテッド Multiplication visual display
JPH08327940A (en) * 1994-12-19 1996-12-13 Sharp Corp Optical device and head-mounted display formed by using this optical device
JPH09322138A (en) * 1996-05-29 1997-12-12 Sharp Corp Portable video telephone set

Cited By (54)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6871083B2 (en) 2000-01-31 2005-03-22 Nec Corporation Portable radio device
JP2005148655A (en) * 2003-11-19 2005-06-09 Sony Corp Image display device
JP2006064994A (en) * 2004-08-26 2006-03-09 Nikon Corp Eyepiece display device and camera having the same
JP2006178033A (en) * 2004-12-21 2006-07-06 Canon Inc Scan type display optical system
JP2007011279A (en) * 2005-05-30 2007-01-18 Konica Minolta Photo Imaging Inc Image display apparatus and head mount display
KR20110068563A (en) * 2009-12-16 2011-06-22 엘지디스플레이 주식회사 LCD Display
WO2011136213A1 (en) * 2010-04-27 2011-11-03 パナソニック電工株式会社 Display device
CN102109677A (en) * 2011-03-10 2011-06-29 北京理工大学 Head-mounted stereoscopic visual slide viewer
JP2014529094A (en) * 2011-08-02 2014-10-30 マイクロソフト コーポレーション Change between display device viewing modes
JP2021002038A (en) * 2014-04-09 2021-01-07 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Near-eye display system having pellicle as combiner
US9645401B2 (en) 2014-12-08 2017-05-09 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Image display device comprising beam splitter
CN107589546A (en) * 2017-10-23 2018-01-16 北京小米移动软件有限公司 Optical system and augmented reality glasses
CN107589546B (en) * 2017-10-23 2024-05-24 北京小米移动软件有限公司 Optical system and augmented reality glasses
CN110161685A (en) * 2018-02-12 2019-08-23 杭州太若科技有限公司 AR display device and wearable AR equipment
US11988839B2 (en) 2018-02-12 2024-05-21 Matrixed Reality Technology Co., Ltd. Augmented reality apparatus and optical system therefor
US11874466B2 (en) 2018-02-12 2024-01-16 Matrixed Reality Technology Co., Ltd. Augmented reality apparatus, and optical system and semi-reflector therefor
JP2021513686A (en) * 2018-02-12 2021-05-27 マトリックスド、リアリティー、テクノロジー、カンパニー、リミテッドMatrixed Reality Technology Co., Ltd. Augmented reality equipment, as well as optical systems and semireflectors for it
US11693245B2 (en) 2018-02-12 2023-07-04 Matrixed Reality Technology Co., Ltd. Wearable AR system, AR display device and its projection source module
US11693244B2 (en) 2018-02-12 2023-07-04 Matrixed Reality Technology Co., Ltd. Augmented reality apparatus and optical system therefor
US11500205B2 (en) 2018-02-12 2022-11-15 Matrixed Reality Technology Co., Ltd. Wearable AR system, AR display device and its projection source module
EP3754410A4 (en) * 2018-02-12 2021-12-29 Matrixed Reality Technology Co., Ltd. Augmented reality device, optical system and half mirror employed therein
US11460704B2 (en) 2018-02-12 2022-10-04 Matrixed Reality Technology Co., Ltd. Augmented reality apparatus and optical system therefor
US10606095B2 (en) 2018-02-26 2020-03-31 Seiko Epson Corporation Virtual image display device
CN108333773A (en) * 2018-04-13 2018-07-27 深圳鸿鑫晶光电有限公司 AR head-mounted display apparatus
US11226483B2 (en) 2018-06-07 2022-01-18 Facebook Technologies, Llc Reverse-order crossed pancake lens with a shaped polarizer
CN112534308B (en) * 2018-06-07 2023-02-03 元平台技术有限公司 Reverse Sequence Crossed Pancake Lens with Azimuth Compensation
CN112534308A (en) * 2018-06-07 2021-03-19 脸谱科技有限责任公司 Reverse order crossed pancake lens with orientation compensation
EP4357840A3 (en) * 2018-06-07 2024-11-13 Meta Platforms Technologies, LLC Reverse-order crossed pancake lens with azimuthal compensation
EP3803480A4 (en) * 2018-06-07 2021-07-28 Facebook Technologies, LLC CROSSED PANCAKE LENS OF REVERSE ORDER WITH AZIMUTAL COMPENSATION
US11112601B2 (en) 2018-06-07 2021-09-07 Facebook Technologies, Llc Head mounted display including a reverse-order crossed pancake lens
US11226482B2 (en) 2018-06-07 2022-01-18 Facebook Technologies, Llc Reverse-order crossed pancake lens with azimuthal compensation
CN111610630A (en) * 2019-02-22 2020-09-01 舜宇光学(浙江)研究院有限公司 Display optical machine and method thereof and near-to-eye display equipment
DE102020128073B4 (en) 2019-10-30 2024-03-21 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Display system
US11235706B2 (en) 2019-10-30 2022-02-01 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Display system
CN110927970A (en) * 2019-12-11 2020-03-27 深圳惠牛科技有限公司 AR optical display module and augmented reality display device
CN110927970B (en) * 2019-12-11 2024-06-04 深圳惠牛科技有限公司 AR optical display module and augmented reality display device
JP2021157008A (en) * 2020-03-26 2021-10-07 キヤノン株式会社 Optical system and image display device
US11550155B2 (en) 2020-03-31 2023-01-10 Seiko Epson Corporation Virtual image display apparatus and optical unit
US11662587B2 (en) 2020-03-31 2023-05-30 Seiko Epson Corporation Virtual image display device
US11927754B2 (en) 2020-03-31 2024-03-12 Seiko Epson Corporation Virtual image display device and optical unit
US11940632B2 (en) 2020-03-31 2024-03-26 Seiko Epson Corporation Virtual image display device
CN113885198A (en) * 2020-07-01 2022-01-04 莱钶科技(上海)有限公司 A near-eye display optical device
CN114077051A (en) * 2020-08-13 2022-02-22 京东方科技集团股份有限公司 A near-eye display device
US12013553B2 (en) 2020-10-29 2024-06-18 Fujifilm Corporation Aerial image display system and input system
WO2022091777A1 (en) * 2020-10-29 2022-05-05 富士フイルム株式会社 Aerial image display system and input system
CN113885206A (en) * 2021-10-08 2022-01-04 小派科技(上海)有限责任公司 Optical modules and systems, display devices, head-mounted display devices and systems thereof
WO2023127908A1 (en) * 2021-12-27 2023-07-06 富士フイルム株式会社 Virtual reality display device
WO2023134506A1 (en) * 2022-01-17 2023-07-20 惠州Tcl移动通信有限公司 Vr optical system
CN117950181A (en) * 2022-10-31 2024-04-30 华为技术有限公司 Virtual image display device and transportation vehicle
WO2024160083A1 (en) * 2023-02-01 2024-08-08 华为技术有限公司 Display apparatus and transportation means
CN116699854B (en) * 2023-07-27 2023-10-03 北京极溯光学科技有限公司 Perspective optical system and equipment capable of realizing display shielding
CN116699854A (en) * 2023-07-27 2023-09-05 北京极溯光学科技有限公司 Perspective optical system and equipment capable of realizing display shielding
CN117676120A (en) * 2023-12-14 2024-03-08 深圳市眼科医院(深圳市眼病防治研究所) A kind of intelligent vision-aid glasses used to expand the field of vision of patients with visual field defects
CN117676120B (en) * 2023-12-14 2025-03-28 深圳市眼科医院(深圳市眼病防治研究所) Intelligent vision-aiding glasses for expanding the visual field of patients with visual field defects

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