JP2000221899A - Display device - Google Patents
Display deviceInfo
- Publication number
- JP2000221899A JP2000221899A JP11021863A JP2186399A JP2000221899A JP 2000221899 A JP2000221899 A JP 2000221899A JP 11021863 A JP11021863 A JP 11021863A JP 2186399 A JP2186399 A JP 2186399A JP 2000221899 A JP2000221899 A JP 2000221899A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- image
- display device
- optical
- small
- prism
- 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
Links
Landscapes
- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は動画、または静止画
をモニタリングする虚像による拡大画像表示機能を有す
るディスプレイ装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a display device having a function of displaying an enlarged image by a virtual image for monitoring a moving image or a still image.
【0002】[0002]
【従来の技術】さまざまな情報機器、特に液晶、または
光電的な画像表示手段などによりビジュアルな情報を取
り扱うことができる機器が目覚しい進展を見せている。
また使用する場所や時間を選ばない、いわゆるモバイル
機器といわれるパーソナルユースの情報処理マシンの進
展も著しい。このモバイル機器に求められている性能は
携帯性能のよいコンパクトな外装や情報処理スピードの
速さ、処理機能の多さなどのほか、小型の機器の限られ
たスペースでより多くの情報を正確にわかり易く表示す
る手段が求められている。機器の表面いっぱいの液晶表
示手段などが現在主流になっているが、機器の小型化に
追従する可能性は持ち合わせていない。2. Description of the Related Art Various information devices, especially devices capable of handling visual information by means of liquid crystal or photoelectric image display means, have made remarkable progress.
In addition, information processing machines for personal use, which are so-called mobile devices that can be used anywhere and at any time, have been remarkably developed. The performance required of this mobile device is a compact package with good portable performance, high information processing speed, a large number of processing functions, etc., and more accurate information in a limited space of a small device. There is a need for a means for displaying the information in an easily understandable manner. At present, liquid crystal display means and the like that fill the entire surface of the device are mainstream, but there is no possibility of following the miniaturization of the device.
【0003】その一つの有効な表示方法としてヘッドマ
ウントディスプレイやファインダー(チェック)ディス
プレイなどが近年注目されてきており、多くの研究や機
器の開発が進んでいる。As one of the effective display methods, a head-mounted display, a finder (check) display, and the like have attracted attention in recent years, and much research and development of devices have been advanced.
【0004】それは略小型の液晶、またはプラズマなど
の光電的手段による表示装置上の動画、または静止画な
どの画像を虚像として拡大し、実際の表示画面より見か
け上大画面として視覚に投影する方法、装置である。小
型の表示装置を虚像として拡大することで機器の小型
化、装置の消費電力、及び価格を抑制できるメリットが
あり、また表示素子の小型化に関わらず見かけの表示画
面を大きく虚像として提示することができる。今日では
小型表示装置の分解能、コントラスト、輝度、拡大光学
系の性能向上、画像処理技術などの進展などがあいまっ
て、性能のよい拡大ディスプレイ装置がさまざまな装置
やシーンで利用されるようになってきた。[0004] It is a method of enlarging an image such as a moving image or a still image on a display device by a photoelectric device such as a substantially small liquid crystal or plasma as a virtual image, and visually projecting it as an apparently larger screen than an actual display screen. , Device. Enlarging a small display device as a virtual image has the advantages of reducing the size of equipment, reducing the power consumption of the device, and reducing the price, and presenting an apparent display screen as a large virtual image regardless of the size of the display element. Can be. Today, with the improvement of resolution, contrast, brightness, performance of magnifying optics, and image processing technology of small display devices, high-performance magnified display devices are being used in various devices and scenes. Was.
【0005】図6から図11において従来のヘッドマウ
ントに使われている光学系を示した。FIGS. 6 to 11 show an optical system used in a conventional head mount.
【0006】まず図6は従来の屈折レンズタイプの接眼
光学系の説明図である。多くのビデオカムコーダのモニ
タリングファインダ光学系と同様なタイプで、一枚、ま
たは複数のレンズを組み合わせて、正の屈折力により虚
像を視覚に投影する。構造がシンプルであり、また比較
的画角の小さな光学系として軽量であるため一般に多く
使われているが、やや光学系の光軸方向に構造が大きく
なる。同図において画像小型の液晶などからなる表示モ
ジュール1に描き出された表示画像(不図示)を諸収差
を補正する複数枚からなる正の屈折力をもつレンズ群2
全体で拡大された虚像をレンズ群の光軸3方向にある眼
部4の視覚に投影するものである。FIG. 6 is an explanatory view of a conventional refracting lens type eyepiece optical system. Similar to the monitoring finder optical system of many video camcorders, one or a plurality of lenses are combined to project a virtual image visually with positive refracting power. Although the structure is simple, and it is lightweight as an optical system having a relatively small angle of view, it is widely used in general. However, the structure is slightly larger in the optical axis direction of the optical system. In the figure, a lens group 2 having a positive refractive power and comprising a plurality of lenses for correcting various aberrations on a display image (not shown) drawn on a display module 1 made of a small liquid crystal or the like.
The virtual image enlarged as a whole is projected on the visual sense of the eye 4 in the direction of the optical axis 3 of the lens group.
【0007】次に、図7は従来の反射型の接眼光学系の
説明図である。図7において、凹面鏡による拡大虚像を
投影する反射型のディスプレイ装置を示した。表示モジ
ュール1に描き出された表示画像(不図示)は、まずハ
ーフミラー部5によって反射され光学軸6上に配置され
てなる凹面鏡7によって収斂されつつ、再び今度はハー
フミラー部5を透過し、拡大された表示画像の虚像(不
図示)を眼部4の視覚に投影する。凹面鏡7を用いるこ
とによって光学系の構成を折りたたむことができ、全体
の構成をコンパクトに実現することができるとともに、
光学系の原理上コマ収差と倍率の色収差を押さえること
ができるメリットもある。そのため一般に観察画角を4
0度程度と大きくとることができ、比較的ワイドな画面
を観察することができる。FIG. 7 is an explanatory view of a conventional reflection type eyepiece optical system. FIG. 7 shows a reflective display device that projects an enlarged virtual image by a concave mirror. A display image (not shown) drawn on the display module 1 is first reflected by the half mirror unit 5 and converged by the concave mirror 7 arranged on the optical axis 6, and again transmits through the half mirror unit 5 again, A virtual image (not shown) of the enlarged display image is projected to the eyes 4. By using the concave mirror 7, the configuration of the optical system can be folded, and the entire configuration can be realized compactly.
There is also an advantage that coma and chromatic aberration of magnification can be suppressed due to the principle of the optical system. Therefore, in general, the observation angle of view is 4
It can be as large as about 0 degrees, and a relatively wide screen can be observed.
【0008】次に、図8は従来の凹面鏡を用いた接眼光
学系の説明図である。同図において先の図6におけるハ
ーフミラーを凹面鏡に向かい合わせた構造をとるもの
で、光路が光軸内を往復しているのが特徴で、光学系を
さらにコンパクトに構成することができる。同図におい
て表示モジュール1に描き出された表示画像(不図示)
は入射面に半透明な偏光膜を施した旋光性をもつ硝材か
らなる凹面鏡8を透過したのち、この凹面鏡8に向かい
合わされた入射偏光の偏光軸に直角の偏光軸をもつ偏光
膜からなるハーフミラー9で反射されて再び凹面鏡8に
より反射され収斂されつつ、拡大された表示画像の虚像
を眼部4の視覚に投影することができる。またこのよう
に偏光素子を配置することによって表示モジュール1か
らの直接的な表示画像(光線)を除去することができ
る。この方法では40度以上の広い画角が得られ、また
収差の発生も比較的小さく押さえることができる。FIG. 8 is an explanatory diagram of an eyepiece optical system using a conventional concave mirror. In the figure, the half mirror shown in FIG. 6 has a structure in which the half mirror faces the concave mirror. The optical path reciprocates in the optical axis, and the optical system can be made more compact. A display image (not shown) drawn on the display module 1 in FIG.
Is transmitted through a concave mirror 8 made of an optically rotating glass material having a translucent polarizing film provided on an incident surface, and then is a half made of a polarizing film having a polarization axis perpendicular to the polarization axis of the incident polarized light facing the concave mirror 8. While being reflected by the mirror 9 and again reflected and converged by the concave mirror 8, a virtual image of the enlarged display image can be projected to the eye 4. Further, by disposing the polarizing element in this manner, a direct display image (light ray) from the display module 1 can be removed. According to this method, a wide angle of view of 40 degrees or more can be obtained, and the generation of aberration can be suppressed to a relatively small value.
【0009】次に、図9は従来の偏心凹面鏡を用いた接
眼光学系の説明図である。同図において、眼前に配置す
る視線と偏心した光軸をもつ凹面鏡10により、表示モ
ジュール1の表示画像(不図示)の虚像を眼部4の視覚
に投影することができる。また広い画角の光線を眼球に
送り出せ、先の従来例と異なりハーフミラーを使用せず
に光路を取り出せるために表示モジュール1からの光量
をほぼ100%利用することが可能となる。構成的に単
純で表示モジュール1を視線の軸の側部に配置できるた
めに全体としてコンパクトなディスプレイ装置を実現す
ることができる。FIG. 9 is an explanatory view of an eyepiece optical system using a conventional decentered concave mirror. In FIG. 1, a virtual image of a display image (not shown) of the display module 1 can be projected to the eye 4 by a concave mirror 10 having an optical axis decentered from the line of sight disposed in front of the eyes. Further, since a light beam with a wide angle of view can be sent to the eyeball and the optical path can be taken out without using a half mirror unlike the prior art, almost 100% of the light quantity from the display module 1 can be used. Since the display module 1 is simple in configuration and can be arranged on the side of the axis of the line of sight, a compact display device as a whole can be realized.
【0010】またこの思想に基づいた光学系で偏心凹面
鏡をもつプリズムによるものが発表されている。図10
は従来のプリズムを用いた接眼光学系の説明図である。
これは図10に示すように表示モジュール1が眼部の斜
め上部に配置されてなり、光路としてはこの表示モジュ
ール1の表示画像(不図示)の光はプリズム11内に入
射し、さらに全反射条件を満たす第1の内反射面12で
反射し、ここからの反射を第2の内反射面13で収斂さ
せつつ前記第1の内反射面12と同一の曲面でなる射出
面12より透過し眼部4の視覚に表示画像の拡大虚像を
投影する。先に述べたように光路の途中にハーフミラー
や遮蔽するものが無いため高い効率、すなわち明るい像
で表示画像を観察することができる。また反射による虚
像を作り出しているために色収差は原理的に発生しない
が、反射面、特に内反射面2は大きく偏心しており、こ
のために偏心収差が発生する。これを改善するために非
回転対象な3次元非球面(以下、自由曲面)が採用され
ている。[0010] An optical system based on this concept and having a prism having an eccentric concave mirror has been disclosed. FIG.
FIG. 2 is an explanatory diagram of an eyepiece optical system using a conventional prism.
As shown in FIG. 10, the display module 1 is disposed diagonally above the eye, and as a light path, light of a display image (not shown) of the display module 1 enters the prism 11 and is further totally reflected. The light is reflected by the first internal reflection surface 12 that satisfies the conditions, and is reflected from the emission surface 12 having the same curved surface as the first internal reflection surface 12 while converging the reflection from the first internal reflection surface 13. An enlarged virtual image of the display image is projected to the eye 4. As described above, since there is no half mirror or blocking member in the middle of the optical path, the display image can be observed with high efficiency, that is, a bright image. Although a chromatic aberration does not occur in principle because a virtual image is created by reflection, the reflecting surface, especially the inner reflecting surface 2, is largely decentered, and thus an eccentric aberration occurs. In order to improve this, a three-dimensional aspherical surface (hereinafter, a free-form surface) which is a non-rotation object is adopted.
【0011】ここでもう少し自由曲面について説明を加
えると、同図紙面を母線断面、紙面と直角な面を子線断
面とすると、回転対称な球面・非球面は母線断面と子線
断面で曲率半径が等しく、両断面の焦点距離は同一にな
る。しかしながら非回転対称な自由曲面では、母線断面
と子線断面の曲率半径が異なり、当然両断面の焦点距離
も異なってくる。このような性質を有する自由曲面を複
数のプリズム面に採用することにより、偏心収差を良好
に補正することが可能となる。また表示モジュール1と
その虚像のアスペクト比を合わせるために各プリズム面
の母線断面焦点距離と子線断面焦点距離を適切に設定
し、自由曲面プリズムの全系母線断面焦点距離と全系子
線断面焦点距離が同一になるように設定されている。Here, the free-form surface will be described a little more. Assuming that the drawing sheet is a generatrix section and a plane perpendicular to the drawing sheet is a sagittal section, the rotationally symmetric spherical and aspherical surfaces have a radius of curvature in the generatrix section and the sagittal section. Are equal, and the focal lengths of both sections are the same. However, in a non-rotationally symmetric free-form surface, the radii of curvature of the generatrix section and the sagittal section are different, and naturally the focal lengths of both sections are also different. By employing a free-form surface having such a property for a plurality of prism surfaces, eccentric aberration can be favorably corrected. In order to match the aspect ratio between the display module 1 and its virtual image, the focal lengths of the meridional section and the sagittal section of each prism surface are appropriately set, and the focal lengths of the whole system and the sagittal section of the free-form surface prism are set. The focal lengths are set to be the same.
【0012】次に、図11は従来のルーフプリズムを用
いた接眼光学系の説明図である。ルーフプリズムによる
光路折り曲げ光学系による拡大ディスプレイ装置の構造
と作用について説明する。同図に置いて本ディスプレイ
装置はLCDなどからなる小型画像表示部13、光路折
り曲げのためのルーフプリズム14、及び拡大光学系1
5からなる。で表示された画像情報を持つ光は、小型画
像表示部13からルーフプリズム14の入射面16から
プリズム内部に伝播し、内部の反射面17、18、及び
19で反射された後、図に示すように前記入射面と同一
面からなる面16から拡大光学系15(接眼レンズ)へ
と入射し、小型画像表示部13上の画像を虚像として視
覚へ拡大投影する。また反射面1、及び反射面3には反
射率を高めるために銀などの反射膜を施してなり、また
反射面2はその反射面に対する入射角度が臨界角を越え
るため全反射を起こすため特に反射率を高めるための反
射膜を施してはいない。FIG. 11 is an explanatory view of an eyepiece optical system using a conventional roof prism. The structure and operation of an enlarged display device using an optical path bending optical system using a roof prism will be described. Referring to FIG. 1, the display device includes a small image display unit 13 such as an LCD, a roof prism 14 for bending an optical path, and a magnifying optical system 1.
Consists of five. The light having the image information indicated by, propagates from the entrance surface 16 of the roof prism 14 to the inside of the prism from the small image display unit 13 and is reflected by the internal reflection surfaces 17, 18, and 19, and is shown in FIG. As described above, the light enters the magnifying optical system 15 (eyepiece) from the surface 16 that is the same as the incident surface, and the image on the small image display unit 13 is visually enlarged and projected as a virtual image. The reflecting surfaces 1 and 3 are coated with a reflecting film of silver or the like in order to increase the reflectance, and the reflecting surface 2 is totally reflected since the incident angle with respect to the reflecting surface exceeds a critical angle, so that total reflection is caused. There is no reflective film to increase the reflectance.
【0013】このような光学プリズムを用いることによ
り光学系を視線方向に比較的薄くすることができ、また
小型画像表示部13,及び拡大光学系15を入射出面1
6に近接させて並列に配置しているためにヘッド部全体
として突出部分が減り比較的薄型に構成することができ
るものである。By using such an optical prism, the optical system can be made relatively thin in the line of sight, and the small image display unit 13 and the magnifying optical system 15 can be connected to the entrance / exit surface 1.
6, the head portion as a whole has less protruding portions and can be made relatively thin.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上説
明した虚像投影型のディスプレイ装置において解決すべ
き課題について説明する。However, problems to be solved in the above-described virtual image projection type display device will be described.
【0015】まず直軸の屈折レンズタイプでは、光軸方
向への距離はそのままディスプレイ装置の大きさを規定
してしまうためコンパクトに構成することが難しくなっ
てしまう。それに逆らい小さく構成しようとすれば視野
角、瞳の大きさなど性能の低下を伴ってしまう。また屈
折系のみで虚像を投影しているために比較的視野角が小
さく、瞳の大きさにも小さくなってしまう。それはコマ
収差や倍率の色収差が発生してしまうためで、略20度
以上の画角を取るのはこれらの収差の発生のため周辺の
画像品質を低下させてしまうからである。First, in the case of a straight-axis refracting lens type, the distance in the optical axis direction directly determines the size of the display device, so that it is difficult to make the display device compact. Contrary to this, if the size is to be reduced, performance such as the viewing angle and the size of the pupil will be reduced. Further, since the virtual image is projected only by the refraction system, the viewing angle is relatively small and the size of the pupil is also small. This is because coma aberration and chromatic aberration of magnification occur, and the reason why the angle of view is about 20 degrees or more is that the occurrence of these aberrations degrades the peripheral image quality.
【0016】次に側部に表示モジュールを配置してなる
凹面鏡タイプにおいて、同タイプは先の屈折レンズタイ
プに比べ光路が折り畳まれている分全体の構成を小さく
することができ、ヘッドマウントディスプレイ装置の小
型軽量化、良好な装着バランスを実現できるが、光路が
往復するために光線を往復光路から取り出すハーフミラ
ーが必要になり、このハーフミラーを2回光線が通過す
るために光量が1/4以下となってしまう。またさらな
る広画角化には凹面反射鏡で発生する像面湾曲の補正が
問題となり、観察画角を略40度以上とることは難し
い。さらに、傾斜して配置されたハーフミラーがあるた
めに画角を広げると急激に全体構成が大型化してしまう
欠点を有する。Next, in a concave mirror type in which a display module is arranged on a side portion, the same type can reduce the entire configuration as compared with the above-mentioned refractive lens type because the optical path is folded. Although it is possible to realize a small size and light weight and a good mounting balance, it is necessary to provide a half mirror for extracting a light beam from the reciprocating optical path since the optical path reciprocates. It will be as follows. In order to further widen the angle of view, there is a problem in correcting the curvature of field generated by the concave reflecting mirror, and it is difficult to obtain an observation angle of view of about 40 degrees or more. Further, there is a disadvantage that the entire configuration is suddenly increased in size when the angle of view is widened due to the presence of a half mirror arranged in an inclined manner.
【0017】また同じ凹面鏡を有する、ハーフミラーと
向かい合わせのタイプにおいては、画角を広くできるポ
テンシャルを有するものの、画像表示モジュールからの
目に直接入る光線をカットするために偏光素子によるア
イソレータ系を組む必要があり光学系が複雑になり、調
整工数やコストに影響を及ぼす。さらに使用波長全域に
わたって偏光特性と効率がよい偏光子を得ることは困難
であり、画像品質の低下と輝度不足となる問題がある。In the type having the same concave mirror and facing the half mirror, although it has a potential to widen the angle of view, an isolator system using a polarizing element is provided in order to cut off a light beam from the image display module directly entering the eyes. The optical system must be assembled, and the optical system becomes complicated, which affects adjustment man-hours and costs. Further, it is difficult to obtain a polarizer having good polarization characteristics and efficiency over the entire use wavelength range, and there is a problem that image quality is reduced and luminance is insufficient.
【0018】次ぎに凹面鏡タイプについてはプリズムに
よるタイプも含め、コンパクトでほぼ100%の光量を
得られる効率のよい光学系を実現することができるが、
偏心した光学系を組むため、軸上の非点収差、コマ収
差、像面の傾きを補正する必要がある。またこれらの補
正のため非球面光学系を利用するとなると設計、及び鏡
面加工の困難さが伴う問題点を有する。Next, for the concave mirror type, including the type using a prism, a compact and efficient optical system capable of obtaining a light amount of almost 100% can be realized.
In order to form a decentered optical system, it is necessary to correct axial astigmatism, coma aberration, and image plane inclination. Further, if an aspherical optical system is used for these corrections, there is a problem in that design and mirror finishing are difficult.
【0019】本発明は上記の課題を解決するもので、デ
ィスプレイ装置の全体の構成をより小型軽量、特に薄型
に実現させ装着安定性とデザインポテンシャルを高める
とともに、高品質で安定した視野特性を持つディスプレ
イ装置を提供することを目的とするものである。The present invention solves the above-mentioned problems, and realizes a smaller, lighter, and especially thinner display device as a whole to enhance mounting stability and design potential, and has a high quality and stable visual field characteristic. It is an object to provide a display device.
【0020】最後にルーフプリズムによる折り曲げ光学
系タイプについては、全体として薄型の光学系を実現す
ることができるが、拡大光学系(接眼レンズ系)を薄く
構成するがあり、拡大光学系を薄く構成することは、各
種光学収差の補正をむずかしくすることを示しており、
本従来の技術のように2群に分けることにより球面収
差、コマ収差等は比較的緩和されるが、像面湾曲収差を
補正することは極めて困難といわざるをえない。視野角
が大きくなるにつれて影響が級数的に増大してしまう。Finally, with regard to the folding optical system type using a roof prism, a thin optical system can be realized as a whole, but the magnifying optical system (eyepiece lens system) can be made thin. Doing so indicates that it is difficult to correct various optical aberrations,
By dividing into two groups as in the conventional technique, spherical aberration, coma aberration and the like are relatively alleviated, but it cannot be said that it is extremely difficult to correct field curvature aberration. The effect increases exponentially as the viewing angle increases.
【0021】[0021]
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、液晶、または光電的な素子による小型画像
表示部と、この小型画像表示部による画像を視覚におい
て光学的に虚像として拡大する画像拡大部と、前記小型
画像表示部から、前記画像拡大部へと光路を折り曲げる
機能を有する光学プリズム部材とからなり、前記光学プ
リズム部材は前記小型画像表示装置の表示画面と略平面
からなる入射面で非接触に向かい合い、さらに前記小型
画像表示装置から前記光学プリズム内に入射した光路を
プリズム内部の平面、または曲面からなる第一の内反射
面で折り曲げたのち、略平面からなる第二の内反射面で
折り曲げ、さらに平面、または曲面からなる第三の内反
射面で折り曲げたのち、前記入射面と同一平面内からな
る射出面を通過することにより前記光学プリズム部材か
ら射出されて、さらに前記画像拡大部によって視覚に虚
像として拡大して投影するディスプレイ装置であって、
前記小型画像表示装置と前記光学プリズム部材との間に
前記小型画像表示装置上に生じる前記拡大虚像の像面湾
曲収差を補正する非球面を含む補正板が設置されてなる
ものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a small-sized image display section made of a liquid crystal or a photoelectric element, and an optically magnified image of the small-sized image display section as a visual image. And an optical prism member having a function of bending the optical path from the small image display unit to the image enlargement unit, and the optical prism member is substantially flat with the display screen of the small image display device. After facing the non-contact at the incident surface, and further bending the optical path incident from the small image display device into the optical prism on the plane inside the prism, or the first internal reflection surface composed of a curved surface, the second optical path is formed substantially flat. After being bent on the inner reflection surface, and further bent on the third inner reflection surface formed of a flat surface or a curved surface, and then passed through the exit surface formed in the same plane as the incident surface. Said emitted from the optical prism member, a display apparatus for projecting an enlarged as virtual images visually more by the image enlargement portion by,
A correction plate including an aspherical surface for correcting field curvature aberration of the enlarged virtual image generated on the small image display device is provided between the small image display device and the optical prism member.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、液晶、または光電的な素子による小型画像表示部
と、この小型画像表示部による画像を視覚において光学
的に虚像として拡大する画像拡大部と、小型画像表示部
から、画像拡大部へと光路を折り曲げる機能を有する光
学プリズム部材とからなり、光学プリズム部材は小型画
像表示装置の表示画面と略平面からなる入射面で非接触
に向かい合い、さらに小型画像表示装置から光学プリズ
ム内に入射した光路をプリズム内部の平面、または曲面
からなる第一の内反射面で折り曲げたのち、略平面から
なる第二の内反射面で折り曲げ、さらに平面、または曲
面からなる第三の内反射面で折り曲げたのち、入射面と
同一平面内からなる射出面を通過することにより光学プ
リズム部材から射出されて、さらに画像拡大部によって
視覚に虚像として拡大して投影するディスプレイ装置で
あって、小型画像表示装置と光学プリズム部材との間に
小型画像表示装置上に生じる拡大虚像の像面湾曲収差を
補正する非球面を含む補正板が設置されてなることを特
徴とするディスプレイ装置としたものであり、このよう
な構成をとることによって、比較的薄型の拡大光学系で
生じてしまう拡大虚像の像面湾曲収差を容易に補正する
ことができ、ディスプレイ装置の光学系全体を小型軽量
に、特に人間の視線方向を大幅に増大させずに構成でき
るものである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS According to the first aspect of the present invention, a small-sized image display section made of a liquid crystal or a photoelectric element and an image formed by the small-sized image display section are optically magnified visually as a virtual image. An image magnifying portion, and an optical prism member having a function of bending an optical path from the small image display portion to the image magnifying portion, wherein the optical prism member is non-contact with the display screen of the small image display device on an almost flat entrance surface. After bending the optical path from the small image display device into the optical prism from the plane inside the prism, or the first internal reflection surface formed of a curved surface, and then bending the second internal reflection surface formed of a substantially flat surface, After being bent at the third internal reflection surface formed of a flat surface or a curved surface, the light is emitted from the optical prism member by passing through the emission surface formed in the same plane as the incidence surface. And a display device for visually enlarging and projecting as a virtual image by an image magnifying unit, wherein a field curvature aberration of an enlarged virtual image generated on the small image display device between the small image display device and the optical prism member is corrected. The display device is characterized in that a correction plate including an aspherical surface is provided. By adopting such a configuration, an image plane of an enlarged virtual image generated by a comparatively thin magnifying optical system The curvature aberration can be easily corrected, and the entire optical system of the display device can be configured to be small and light, particularly without greatly increasing the human gaze direction.
【0023】本発明の請求項2に記載の発明は、補正板
は、光学プリズムと非接触に設置されてなるものであ
り、このような構成をとることにより光学プリズム内に
設置してなる第2の反射面での全反射に何等の影響を与
えることなく、安定し効率的な内部光伝播を実現できる
ものである。According to a second aspect of the present invention, the correction plate is provided in a non-contact manner with the optical prism. With this configuration, the correction plate is provided in the optical prism. Thus, stable and efficient internal light propagation can be realized without affecting the total reflection at the second reflection surface.
【0024】本発明の請求項3に記載の発明は、補正板
は、非球面透過光学作用を持つフレネルレンズ、または
ホログラムレンズなどの屈折力を持つ略平板光学部材よ
りなるものであり、このような構成をとることにより像
面湾曲補正のための作用部分の厚さを極薄く構成でき、
光学系全体として視線方向の薄型化に大きく貢献できる
ものである。According to a third aspect of the present invention, the correction plate comprises a substantially flat optical member having a refractive power, such as a Fresnel lens having an aspherical transmission optical effect or a hologram lens. By taking such a configuration, it is possible to make the thickness of the action portion for correcting the field curvature extremely thin,
This can greatly contribute to a reduction in the thickness of the optical system as a whole in the viewing direction.
【0025】本発明の請求項4に記載の発明は、光学プ
リズム内部の第三の内反射面が自由曲面に設置されてな
り、且つ拡大虚像の像面湾曲収差を補正する作用を持つ
もので、このような構成をとることにより、液晶、また
は光電的な機構による小型画像表示部を限りなく、光学
プリズムへ近接して設置できるもので、光学系全体とし
て視線方向の薄型化にさらに大きく貢献できるものであ
る。According to a fourth aspect of the present invention, the third internal reflection surface inside the optical prism is provided on a free-form surface, and has an action of correcting a field curvature aberration of an enlarged virtual image. By adopting such a configuration, a small-sized image display unit formed by a liquid crystal or a photoelectric mechanism can be installed as close as possible to an optical prism, which further contributes to a reduction in the thickness of the optical system as a whole in the line of sight. You can do it.
【0026】以下、本発明の実施の形態について図面を
参照しながら説明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0027】(実施の形態1)図1は本発明の実施の形
態1のディスプレイ装置の外観図を示すもので、同図に
おいて、本発明のディスプレイ装置は外観的には眼鏡の
片方の形状をもち、ヘッド部21を左右どちらかの片眼
(本実施の形態では左眼)に近接、または周縁部を接触
させて装着し、出力される虚像による拡大画像表示を読
み取る構造になっている。このヘッド部21には後述す
るところの、表示画像を形成させる機能を持つ液晶、ま
たは光電的な手段からなる表示モジュール22、この表
示モジュール22の画像を光学的に虚像として拡大させ
る画像拡大レンズ23とヘッド部をコンパクトに形成す
るため光路を折り曲げる作用を持つ複合プリズム24
と、表示モジュール22を駆動させるための小型回路部
25などが組み込まれている。(Embodiment 1) FIG. 1 is an external view of a display apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. In addition, the head unit 21 is attached to one of the left and right eyes (the left eye in the present embodiment), or the peripheral unit is brought into contact with the head unit 21 to read the enlarged image display by the output virtual image. The head unit 21 includes a liquid crystal having a function of forming a display image or a display module 22 made of photoelectric means, and an image magnifying lens 23 for optically enlarging the image of the display module 22 as a virtual image. Prism 24 having a function to bend the optical path to form a compact head section
And a small circuit section 25 for driving the display module 22 and the like.
【0028】またヘッド部分を頭部に安定して固定する
ためのヘッドホルダー部26とこのヘッドホルダー部2
6に沿って設けられている信号ケーブル引き出し部27
を設けている。信号ケーブル引き出し部27は装着時の
信号線が顔面上で煩わしくならないように耳掛けの後方
部分まで誘導して設置されている。The head holder 26 and the head holder 2 for stably fixing the head to the head are provided.
Signal cable lead-out part 27 provided along 6
Is provided. The signal cable lead-out portion 27 is installed so as to be guided to the rear part of the ear hook so that the signal line at the time of mounting does not become troublesome on the face.
【0029】またヘッドホルダー部26はおもに鼻梁、
耳介、及び後頭部により保持されてなりディスプレイ装
置の接眼部を瞳位置に安定的にホールドすることを可能
としている。しかしながら本実施の形態に限定されるも
のではなく、両耳に掛ける眼鏡型、吸着型、ヘッドマウ
ント型などさまざまな形態をとることが可能である。The head holder 26 is mainly composed of a nose bridge,
It is held by the pinna and the occipital region, so that the eyepiece of the display device can be stably held at the pupil position. However, the present invention is not limited to this embodiment, and can take various forms such as a pair of spectacles to be worn on both ears, a suction type, and a head mount type.
【0030】さらにまた個人差による装着時に生じるヘ
ッド部の微細な傾き、接眼部の偏心を調整できるような
調整機構、及び装着強度調整機構(不図示)が設けられ
ているが、詳細はここでは省略する。Further, there are provided an adjustment mechanism (not shown) capable of adjusting a fine inclination of the head portion and an eccentricity of the eyepiece portion which occur at the time of mounting due to individual differences, and a mounting strength adjusting mechanism (not shown). Will be omitted.
【0031】次に図2を用いて主要な光学系周辺部分の
構造と作用について説明を行なう。図2は図1のディス
プレイ装置の主要部分図を示したもので、同図において
外部に設置してなるバックライト電源28から電力の供
給を受けバックライト装置29から虚像の投影に必要な
光が発せられる。また外部の画像処理モジュール30か
らの画像情報信号を画像として再生する作用を持つ画像
表示モジュール31で画像が形成される。前記バックラ
イト29から発せられた光線が前記画像表示モジュール
31を通過することにより画像情報が含まれた光線が形
成される。この光線はコンペンセータ32を透過した
後、略三角錐形状をした複合プリズム33の側面の一部
である入射面34からプリズム内部に入射し、第1の内
反射面35で反射し先の入射面34と同一面からなる第
2の内反射面34に到達する。この第2の内反射面34
で再び反射させられた光線は第3の内反射面36でさら
に反射し、前記入射面34、第2の内反射面34と同一
面からなる射出面34から複合プリズム33の外部へと
射出する。射出した光線はおもに2群の凸レンズからな
る画像拡大レンズ群37により、画像表示モジュール3
1の画面を視覚に拡大された虚像として投影する。また
前述した第1の内反射面35、及び第3の内反射面36
には光線の内反射率を高めるために銀、またはアルミニ
ウムなどの金属を蒸着させたコーティング、または誘電
体多層膜によるコーティング処理を施している。また前
述した入射面34、第2の内反射面34、及び射出面3
4には特に先のような反射率を高めるようなコーティン
グ処理は施されていない。なぜならば、入射、射出時に
反射処理の必要がないのはもとより、第2の内反射面3
4に到達する光線の同面に対する入射角度は略60度と
大きく、スネルの法則で規定されるところの全反射条件
を満足するために入射する光線は複合プリズム33の外
部へと漏れることなくすべてが複合プリズム33内部へ
と反射する。このため反射率を高めるためのコーティン
グ処理は不要となる。第1の内反射面35、及び第3の
内反射面36へ入射する光線の同面への入射角度は30
度と小さいため、全反射条件を満足させることができな
いため反射率を高めるためのコーティング処理が必要に
なっている。Next, the structure and operation of the peripheral portion of the main optical system will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a main part view of the display device of FIG. 1. In FIG. 2, light required for projecting a virtual image is received from a backlight device 29 which receives power from a backlight power supply 28 provided outside. Be emitted. Further, an image is formed by an image display module 31 having an operation of reproducing an image information signal from an external image processing module 30 as an image. The light beam emitted from the backlight 29 passes through the image display module 31 to form a light beam containing image information. After passing through the compensator 32, this light ray enters the prism from an incident surface 34 which is a part of the side surface of the compound prism 33 having a substantially triangular pyramid shape, is reflected by the first internal reflection surface 35, and is reflected by the first internal reflection surface 35. The light reaches the second inner reflection surface 34 formed of the same surface as that of the first inner reflection surface 34. This second internal reflection surface 34
The light ray reflected again at the third inner reflection surface 36 is further reflected and exits from the exit surface 34, which is the same as the incident surface 34 and the second inner reflection surface 34, to the outside of the composite prism 33. . The emitted light is mainly transmitted to the image display module 3 by an image magnifying lens group 37 including two groups of convex lenses.
1 is projected as a visually enlarged virtual image. Further, the above-described first internal reflection surface 35 and third internal reflection surface 36
In order to increase the internal reflectance of light rays, a coating of a metal such as silver or aluminum is deposited, or a coating treatment with a dielectric multilayer film is performed. In addition, the above-described incident surface 34, second internal reflection surface 34, and exit surface 3
No. 4 is not particularly subjected to the above-mentioned coating treatment for increasing the reflectance. This is because not only is there no need for reflection processing at the time of incidence and emission, but also at the second internal reflection surface 3.
The incident angle of the light beam reaching the surface 4 is as large as about 60 degrees, and all the light beams incident to satisfy the total reflection condition defined by Snell's law without leaking to the outside of the composite prism 33. Is reflected inside the composite prism 33. Therefore, a coating process for increasing the reflectance becomes unnecessary. The angle of incidence of light rays incident on the first internal reflection surface 35 and the third internal reflection surface 36 is 30.
Because of its small size, it is not possible to satisfy the condition for total reflection, so that a coating treatment for increasing the reflectance is required.
【0032】本発明のディスプレイ装置の主要部分の構
成と作用についてその概要を述べたが、より薄型の画像
拡大レンズ群を実現させ、この薄型の拡大レンズ群によ
り生じてしまう像面湾曲収差を補正するために設置され
ているコンペンセータ32について、さらに詳しく構成
と作用について説明する。The configuration and operation of the main part of the display device according to the present invention have been outlined, but a thinner image magnifying lens group is realized, and the field curvature aberration caused by the thin magnifying lens group is corrected. The configuration and operation of the compensator 32 installed to perform the operation will be described in more detail.
【0033】同図に示すようにこのコンペンセータ32
は画像表示モジュール31とプリズム33との間に、ま
たプリズム33とは非接触に設置してなり、その対向面
は略平面でなり、画像表示モジュール31側の面に像面
湾曲補正効果を持った非球面が構成されている。この非
球面は軸上の双曲面参照面で構成されており一般的に、As shown in FIG.
Is disposed between the image display module 31 and the prism 33 and in a non-contact manner with the prism 33, and the opposing surface is substantially flat, and the surface on the image display module 31 side has a field curvature correction effect. Aspherical surface. This aspheric surface is composed of an on-axis hyperboloid reference surface, and generally,
【0034】[0034]
【数1】 (Equation 1)
【0035】に置いて、各パラメータは以下のように規
定されるものよりなり、 K=−227.387389 A= 3.68954E−3 B=−2.05524E−4 C= 2.92782E−6 のようになる。In the following, each parameter is defined as follows: K = −227.387389 A = 3.66894E-3 B = −2.05524E-4 C = 2.92782E−6 Become like
【0036】このコンペンセータ32が設置されてなる
と、画像拡大レンズ群37からみて画像表示モジュール
31上での像面湾曲収差を効果的に補正でき、画角の大
きい(像高さの高い)部分での画像の分解能やコントラ
ストの低下を抑えることができる。When the compensator 32 is provided, the field curvature aberration on the image display module 31 can be effectively corrected when viewed from the image magnifying lens group 37, so that a portion having a large angle of view (high image height) can be obtained. In this case, it is possible to suppress a decrease in the resolution and contrast of the image.
【0037】さらにまた前記第1の内反射面35、及び
第3の内反射面36では作用の異なるコーティング処理
がなされていることについて同図を用いてさらに詳しく
説明する。Further, the fact that the first inner reflection surface 35 and the third inner reflection surface 36 are coated with different functions will be described in more detail with reference to FIG.
【0038】図中、第1の内反射面35は100%に近
いなるべく高い反射率を得るためにおもに先に述べた
銀、アルミニウムなどによる金属膜コーティング処理が
なされている。しかしながら第3の内反射面36では反
射率は30%から70%程度の範囲で、残りの光線は複
合プリズム33の外部へと透過するように設定されてい
る。これは画像表示モジュール31へ到達する光量をロ
スさせるため、観察画像を明るく見せるためには反する
作用である。しかしながらディスプレイ装置としての重
要な外部環境を直接観察できるシースルー機構を設置さ
せるためのもので、装着者の安全性や作業効率を向上さ
せるために必要となる。このシースルー機構がないと使
用者は視覚的に立体視や距離感覚が失われてしまい、外
部環境の変化などに対応できず安全性を確保できなくな
ってしまう恐れがある。また作業の切り替え時などの外
部環境の認知が必要になった場合、いちいちディスプレ
イ装置を取り外さなければならず、作業効率の点からも
問題である。このために第3の内反射面36は完全な反
射面ではなく一部の光線が外部へと透過するハーフミラ
ーとなっている。In the drawing, the first inner reflection surface 35 is mainly subjected to the above-described metal film coating treatment with silver, aluminum, or the like in order to obtain a reflectance as high as possible close to 100%. However, the third inner reflection surface 36 is set so that the reflectance is in the range of about 30% to 70%, and the remaining light rays are transmitted to the outside of the compound prism 33. This is a counterproductive action to reduce the amount of light reaching the image display module 31 and to make the observed image look bright. However, this is for installing a see-through mechanism capable of directly observing an important external environment as a display device, and is necessary for improving safety and work efficiency of a wearer. Without the see-through mechanism, the user would visually lose stereoscopic vision and sense of distance, and would not be able to cope with changes in the external environment or the like, making it impossible to ensure safety. Further, when it is necessary to recognize the external environment at the time of switching work, the display device must be removed each time, which is a problem in terms of work efficiency. For this reason, the third inner reflection surface 36 is not a perfect reflection surface but a half mirror that transmits some light rays to the outside.
【0039】さらにこのシースルー機構について図3を
用いて説明する。図3は図2のシースルー構成の拡大図
である。同図において表示モジュール(不図示)からの
光線は複合プリズム33内部を伝播しながら第3の内反
射面36で反射され画像拡大レンズ群37に到達する。
また先に説明したように第3の内反射面36はハーフミ
ラー面からなり入射光線の一部を反射させ残りを透過さ
せる作用を持つため外部からの光線の一部を透過させる
ことができる。図に示すように外部からの光線38は液
晶シャッター部39、波面補償プリズム40、及びハー
フミラーであるところの第3の内反射面36を透過し複
合プリズム33内部へと透過し画像拡大レンズ群37を
経て眼部(不図示)へと到達する。ここで液晶シャッタ
39と波面補償プリズム40について構造と作用を説明
する。この液晶シャッタ39は単純に透過光線の光量を
制御するためのもので、液晶シャッタ39を閉じること
で視覚には100%表示モジュール(不図示)からの画
面を投影させ、液晶シャッタ39を開くにつれて外部か
ら光線を増加させ、外部の状況をよりわかり易く提示す
ることができる。また第3の内反射面36に近接させて
なる略三角錐形状からなる波面補償プリズム40は、第
3の内反射面36が視線方向に対してその法線が略30
度傾いているために直接光線を導入すると見かけ上外部
の景色が右側へと寄ってしまい認知、または作業上都合
が悪い。その視線方向を補償する作用をもつとともに、
正の屈折力をもつ画像拡大レンズ群37を透過する波面
を補償するために負の屈折力をもつ凹面41を先端部に
設置し、画像拡大レンズ群37の屈折力を打ち消し自然
な状況として光線が視線に到達するようになるものであ
る。Further, the see-through mechanism will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an enlarged view of the see-through configuration of FIG. In the figure, a light beam from a display module (not shown) propagates through the inside of the compound prism 33 and is reflected by the third internal reflection surface 36 to reach the image magnifying lens group 37.
Further, as described above, the third internal reflection surface 36 is formed of a half mirror surface and has a function of reflecting a part of an incident light beam and transmitting the remaining light beam, so that a part of an external light beam can be transmitted. As shown in the figure, a light ray 38 from the outside passes through a liquid crystal shutter portion 39, a wavefront compensation prism 40, and a third internal reflection surface 36 which is a half mirror, passes through the inside of the composite prism 33, and passes through the image magnifying lens group. It reaches the eye (not shown) via 37. Here, the structure and operation of the liquid crystal shutter 39 and the wavefront compensation prism 40 will be described. This liquid crystal shutter 39 simply controls the amount of transmitted light. By closing the liquid crystal shutter 39, a screen from a 100% display module (not shown) is projected visually, and as the liquid crystal shutter 39 is opened. By increasing the number of light rays from the outside, it is possible to present the external situation more clearly. In addition, the wavefront compensation prism 40 having a substantially triangular pyramid shape close to the third internal reflection surface 36 is such that the third internal reflection surface 36 has a normal of approximately 30 with respect to the line of sight.
If the light rays are directly introduced due to the inclination, the external scene apparently shifts to the right side, which is inconvenient for recognition or work. It has the effect of compensating the line of sight,
A concave surface 41 having a negative refractive power is provided at the front end to compensate for a wavefront transmitted through the image magnifying lens group 37 having a positive refractive power, and the refractive power of the image magnifying lens group 37 is canceled to generate a natural light beam. Comes to the line of sight.
【0040】また本発明の実施の形態1においては、眼
鏡の態様をしてなっている。すなわち左右両眼において
拡大虚像を投影するものであったが、必ずしも両眼に対
応させることなくその小型軽量の特質から片眼装着にお
いてもデザインポテンシャルの高い形態が実現できるも
のである。In the first embodiment of the present invention, an eyeglass is used. That is, an enlarged virtual image is projected by both the left and right eyes, but a form having a high design potential can be realized even when worn with one eye due to its small size and light weight without necessarily corresponding to both eyes.
【0041】(実施の形態2)さて図4を用いて本発明
の実施の形態2を説明する。図4は本発明の実施の形態
2を説明したディスプレイ装置の主要部分図である。同
図はディスプレイ装置の主要部分であるところの光学プ
リズム42とその周辺部分の上面図を示したもので、光
学システムをより薄く軽量に構成するために、先に説明
した実施の形態1における非球面コンペンセータ、及び
画像拡大レンズ群の一部を同図に示した平板光学系に置
き換えて同様の作用を持たせようとしたものである。(Embodiment 2) Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a main partial view of a display device according to a second embodiment of the present invention. This figure shows a top view of the optical prism 42, which is a main part of the display device, and its peripheral portion. In order to make the optical system thinner and lighter, the optical system according to the first embodiment described above is used. The spherical compensator and a part of the image magnifying lens group are replaced with the flat plate optical system shown in FIG.
【0042】非球面光学系ではどうしてもある程度の肉
厚の光学部材を持たなければならず、視線方向に光学系
が厚くなってしまいディスプレイヘッドの厚みに影響を
及してしまう。よりデザインポテンシャル、及び装着性
能の高いヘッドを実現するためのものである。平板光学
系には屈折力の持たせかたから大きく2つの方式があ
る。The aspherical optical system must have an optical member having a certain thickness, and the optical system becomes thicker in the line of sight, which affects the thickness of the display head. This is for realizing a head having higher design potential and mounting performance. There are two main types of flat optical systems, depending on how they are given refractive power.
【0043】一つはフレネルレンズと呼ばれるレンズの
屈折面の勾配を段階的に平面に移設してなるもので、同
心円状の屈折勾配パターンとして形成される。One is that a gradient of a refraction surface of a lens called a Fresnel lens is gradually transferred to a plane, and is formed as a concentric refraction gradient pattern.
【0044】もう一つはグレーティングレンズ、または
幌倉もレンズなどと呼ばれるもので光の回折を利用して
必要な波面を形成するものでフレネルレンズと同様に光
軸周りに同心円状のパターンを形成する。しかしながら
その同心円パターンの配列ピッチはフレネルレンズと比
べ回折効率を高めるため非常に小さく形成されている。
いずれの方法でも光学収差を補正するための効果を見か
け上ほぼ平面状に形成することができる。The other is a grating lens or Horoka, also called a lens, which forms a necessary wavefront by using light diffraction and forms a concentric pattern around the optical axis like a Fresnel lens. I do. However, the arrangement pitch of the concentric patterns is extremely small in order to increase the diffraction efficiency as compared with the Fresnel lens.
In any case, the effect for correcting the optical aberration can be apparently formed almost in a planar shape.
【0045】本実施の形態における平板光学系は同図に
示すようにフレネルレンズ43によるもので、観察者側
から見た画像表示モジュール上の像面湾曲収差を補正し
てなるもので、各光線位置において実施の形態1での非
球面形状での面勾配と略同一勾配をなし同様な収差補正
効果を得ることができるものである。The flat plate optical system in the present embodiment is based on a Fresnel lens 43 as shown in FIG. 1 and corrects the curvature of field on the image display module viewed from the observer side. At the position, the surface gradient is substantially the same as the surface gradient in the aspherical shape in the first embodiment, and a similar aberration correction effect can be obtained.
【0046】(実施の形態3)さて図5を用いて本発明
の実施の形態3を説明する。図5は本発明の実施の形態
3を説明したディスプレイ装置の主要部分図である。同
図はディスプレイ装置の主要部分であるところの複合プ
リズム44とその周辺部分の上面図を示したもので、先
に説明した実施の形態1、及び2で説明した補正プレー
トによる観察者側から見た表示モジュール上の像面湾曲
収差の補正の作用を複合プリズムの内面反射面に持たせ
た態様からなるものであり、このような構成をとること
により、さらに光学系が薄型、軽量にでき、ディスプレ
イ装置の装着性能の向上、高いデザインポテンシャルの
実現をすることができるものである。Third Embodiment A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a main partial view of a display device according to a third embodiment of the present invention. This figure shows a top view of the compound prism 44, which is a main part of the display device, and its surroundings, as viewed from the observer side by the correction plate described in the first and second embodiments. In this case, the function of correcting the field curvature on the display module is given to the inner reflecting surface of the compound prism, and by adopting such a configuration, the optical system can be made thinner and lighter, The present invention can improve the mounting performance of the display device and realize a high design potential.
【0047】同図において複合プリズムの第1の内反射
面45を略平面から、軸外の反射非球面へとすることで
収差を補正する。この反射非球面は図上ではわかりにく
いが双曲面を参照面とするわずかな膨らみを持った曲面
からなり、先の非球面係数のうち、Kの値が10より大
きくなることによりなる。In the figure, the aberration is corrected by changing the first inner reflection surface 45 of the compound prism from a substantially flat surface to an off-axis reflection aspheric surface. This reflecting aspherical surface is formed by a curved surface having a slight bulge with the hyperboloid as a reference surface, which is difficult to understand in the figure, and the value of K among the aspherical surface coefficients is larger than 10.
【0048】また同非球面を利用することにより、光学
部品点数を増大させることなく比較的薄い拡大光学系で
生じてしまう像面湾曲収差を効果的に補正することがで
き、かつ全体の厚みを大きくせずに光学系を形成でき、
前述のような装着性能や、デザインの自由度の点で大き
な効果が期待できる。Further, by using the aspherical surface, it is possible to effectively correct the curvature of field caused by a relatively thin magnifying optical system without increasing the number of optical components, and to reduce the overall thickness. Optical system can be formed without enlargement,
Significant effects can be expected in terms of mounting performance and freedom of design as described above.
【0049】[0049]
【発明の効果】以上の各実施の形態から明らかなよう
に、本発明によれば比較的光軸方向に薄型に形成されて
いる拡大光学系で生じ易い観察者から見て画像表示モジ
ュール上に生じる像面湾曲収差を効果的に抑制すること
で、薄型でコンパクトな光学が実現でき、ディスプレイ
装置のヘッド部分を小型軽量、特に薄型に構成できる。
薄型化により顔面への装着感、バランス感が著しく向上
し、装着アシストのため機構部の大幅な簡略化が実現で
きるとともに、デザインにおける自由度を高めることが
できるものである。As is apparent from the above embodiments, according to the present invention, the image display module is mounted on the image display module when viewed from an observer who is likely to be generated by the magnifying optical system formed relatively thin in the optical axis direction. By effectively suppressing the generated curvature of field, thin and compact optics can be realized, and the head portion of the display device can be configured to be small and light, particularly thin.
The feeling of wearing and balance on the face is remarkably improved due to the reduction in thickness, and the simplification of the mechanism can be realized for the assist of wearing, and the degree of freedom in design can be increased.
【図1】本発明の実施の形態1を説明したディスプレイ
装置の外観図FIG. 1 is an external view of a display device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1のディスプレイ装置の主要部分図FIG. 2 is a main partial view of the display device of FIG. 1;
【図3】図2のシースルー構成の拡大図FIG. 3 is an enlarged view of the see-through configuration of FIG. 2;
【図4】本発明の実施の形態2を説明したディスプレイ
装置の主要部分図FIG. 4 is a main partial view of a display device according to a second embodiment of the present invention;
【図5】本発明の実施の形態3を説明したディスプレイ
装置の主要部分図FIG. 5 is a main partial view of a display device according to a third embodiment of the present invention;
【図6】従来の屈折レンズタイプの接眼光学系の説明図FIG. 6 is an explanatory view of a conventional refraction lens type eyepiece optical system.
【図7】従来の反射型の接眼光学系の説明図FIG. 7 is an explanatory diagram of a conventional reflective eyepiece optical system.
【図8】従来の凹面鏡を用いた接眼光学系の説明図FIG. 8 is an explanatory diagram of an eyepiece optical system using a conventional concave mirror.
【図9】従来の偏心凹面鏡を用いた接眼光学系の説明図FIG. 9 is an explanatory diagram of an eyepiece optical system using a conventional decentered concave mirror.
【図10】従来のプリズムを用いた接眼光学系の説明図FIG. 10 is an explanatory diagram of an eyepiece optical system using a conventional prism.
【図11】従来のルーフプリズムを用いた接眼光学系の
説明図FIG. 11 is an explanatory diagram of an eyepiece optical system using a conventional roof prism.
21 ヘッド部 22 表示モジュール 23 画像拡大レンズ 24 複合プリズム 25 小型回路部 26 ヘッドホルダー部 27 信号ケーブル引き出し部 28 バックライト電源 29 バックライト装置 30 画像処理モジュール 31 画像表示モジュール 32 コンペンセータ 33 複合プリズム 34 入射面(第2の内反射面、射出面) 35 第1の内反射面 36 第3の内反射面 37 画像拡大レンズ群 DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Head part 22 Display module 23 Image magnifying lens 24 Composite prism 25 Small circuit part 26 Head holder part 27 Signal cable lead-out part 28 Backlight power supply 29 Backlight device 30 Image processing module 31 Image display module 32 Compensator 33 Composite prism 34 Incident surface (Second internal reflection surface, exit surface) 35 First internal reflection surface 36 Third internal reflection surface 37 Image magnifying lens group
Claims (4)
表示部と、この小型画像表示部による画像を視覚におい
て光学的に虚像として拡大する画像拡大部と、前記小型
画像表示部から、前記画像拡大部へと光路を折り曲げる
機能を有する光学プリズム部材とからなり、前記光学プ
リズム部材は前記小型画像表示装置の表示画面と略平面
からなる入射面で非接触に向かい合い、さらに前記小型
画像表示装置から前記光学プリズム内に入射した光路を
プリズム内部の平面、または曲面からなる第一の内反射
面で折り曲げたのち、略平面からなる第二の内反射面で
折り曲げ、さらに平面、または曲面からなる第三の内反
射面で折り曲げたのち、前記入射面と同一平面内からな
る射出面を通過することにより前記光学プリズム部材か
ら射出されて、さらに前記画像拡大部によって視覚に虚
像として拡大して投影するディスプレイ装置であって、
前記小型画像表示装置と前記光学プリズム部材との間に
前記小型画像表示装置上に生じる前記拡大虚像の像面湾
曲収差を補正する非球面を含む補正板が設置されてなる
ことを特徴とするディスプレイ装置。1. A small image display section comprising a liquid crystal or a photoelectric element, an image enlargement section for optically enlarging an image on the small image display section as a virtual image visually, and the image from the small image display section. An optical prism member having a function of bending an optical path to an enlarged portion, wherein the optical prism member faces the display screen of the small-sized image display device in a non-contact manner on a substantially flat incident surface, and further from the small-sized image display device. After bending the optical path incident into the optical prism on the first internal reflection surface formed of a flat surface or a curved surface inside the prism, then bending the optical path on the second internal reflection surface formed of a substantially flat surface, further flat or formed of a curved surface After being bent at the third internal reflection surface, the light is emitted from the optical prism member by passing through an exit surface formed in the same plane as the incident surface, and Wherein the image enlargement unit to a display apparatus for projecting an enlarged as virtual images to the visual sense,
A display, wherein a correction plate including an aspheric surface for correcting a field curvature aberration of the enlarged virtual image generated on the small image display device is provided between the small image display device and the optical prism member. apparatus.
に設置されてなることを特徴とする前記請求項1記載の
ディスプレイ装置。2. The display device according to claim 1, wherein the correction plate is provided in non-contact with the optical prism.
フレネルレンズ、またはホログラムレンズなどの屈折力
を持つ略平板光学部材よりなることを特徴とする前記請
求項1記載のディスプレイ装置。3. The display device according to claim 1, wherein the correction plate is made of a substantially flat optical member having a refractive power, such as a Fresnel lens having an aspherical transmission optical function or a hologram lens.
面が自由曲面に設置されてなり、且つ前記拡大虚像の像
面湾曲収差を補正することを特徴とする前記請求項1記
載のディスプレイ装置。4. The display according to claim 1, wherein the third internal reflection surface inside the optical prism is provided on a free-form surface, and corrects a field curvature aberration of the enlarged virtual image. apparatus.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11021863A JP2000221899A (en) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | Display device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11021863A JP2000221899A (en) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | Display device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000221899A true JP2000221899A (en) | 2000-08-11 |
Family
ID=12066970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11021863A Pending JP2000221899A (en) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | Display device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000221899A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2006061927A1 (en) * | 2004-12-06 | 2008-06-05 | 株式会社ニコン | Image display optical system, image display device, illumination optical system, and liquid crystal display device |
| WO2025104568A1 (en) * | 2023-11-17 | 2025-05-22 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Display device and electronic apparatus |
-
1999
- 1999-01-29 JP JP11021863A patent/JP2000221899A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2006061927A1 (en) * | 2004-12-06 | 2008-06-05 | 株式会社ニコン | Image display optical system, image display device, illumination optical system, and liquid crystal display device |
| WO2025104568A1 (en) * | 2023-11-17 | 2025-05-22 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Display device and electronic apparatus |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3599828B2 (en) | Optical device | |
| JP3487859B2 (en) | Head mounted display device and display optical system used in the device | |
| JP3683317B2 (en) | Image display device | |
| JP5290092B2 (en) | Eyeglass-type image display device | |
| US6181475B1 (en) | Optical system and image display apparatus | |
| JP2911750B2 (en) | Observation optical system | |
| US6185045B1 (en) | Image display apparatus with mechanism for modifying the appearance of the periphery of a display device | |
| JP4583569B2 (en) | Observation optical system and imaging optical system | |
| JP2002311379A (en) | Observation optical system | |
| EP0790516A1 (en) | Image display apparatus | |
| WO2016181459A1 (en) | Prism optical system, image display device using prism optical system, and imaging device using prism optical system | |
| JP2001264681A (en) | Display device | |
| JPH11125791A (en) | Image display device | |
| WO2012032684A1 (en) | Optical prism assembly, and image display device and imaging device using optical prism assembly | |
| WO2010032700A1 (en) | Video image display device and head mount display | |
| JP2012027350A (en) | Prism optical system, image display device using the prism optical system, and imaging apparatus using the prism optical system | |
| JP5576746B2 (en) | Decentered optical system, and image display device and imaging device using decentered optical system | |
| JP2002122783A (en) | Observation optical system, imaging optical system, and apparatus using the same | |
| JP2001142025A (en) | Picture display device | |
| CN117389050A (en) | Optical system and optical apparatus | |
| JP2002072131A (en) | Observation optical system and image pick-up optical system | |
| JP3559624B2 (en) | Image display device | |
| JP2002228970A (en) | Optical system and picture display device using the same | |
| JPH0990270A (en) | Head-or face-mounted type picture display device | |
| JP2000019450A (en) | Display device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041228 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050118 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050524 |