JPH06317759A

JPH06317759A - 頭部装着型ディスプレイ

Info

Publication number: JPH06317759A
Application number: JP10656293A
Authority: JP
Inventors: Hisami Kikuchi; 久美菊池
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-05-07
Filing date: 1993-05-07
Publication date: 1994-11-15

Abstract

(57)【要約】【目的】映像表示素子からの光の受光効率および外界
光の受光効率の向上を図った頭部装着型ディスプレイを
提供すること。【構成】表示デバイス（１）と、表示デバイス（１）
からの映像光を入射させる第１の面（３）及び外界光を
入射させる第２の面（５）を有する第１のプリズム
（２）と、映像光を入射又は外界光を入射させる入射面
（７）を有する第２のプリズム（６）と、両プリズムの
間に設けられるとともに第２のプリズム（６）の屈折率
より低屈折率の光学層と、映像光を反射させる凹面鏡
（８）とを設け、第１のプリズム（２）と第２のプリズ
ム（６）と光学層を一体的に回動可能に構成し、ディス
プレイ装置を装着したまま映像光及び外界光を光量損失
なく受光できるようにしたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、屋内外を問わず、一人
で大画面の映像を楽しむために頭部に装着して使用する
頭部装着型ディスプレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のようなディスプレイ装置として
は、ヘルメット型のもの、ゴーグル型のもの、眼鏡型の
もの等種々のものが提案されている。これらは観察者が
装置内部に組み込まれた光学手段を介して、外光に影響
されない状態で映像を観察するとともに音響を楽しむよ
うに構成されている。これらディスプレイ装置は、映像
を立体的に表示でき、また音響も立体的に受信できるよ
うにされているので、若年層を中心とした新たな映像機
器として注目を集めている。

【０００３】ところで、上記ディスプレイ装置は装着状
態において、周囲の状況を把握する必要がある場合の要
求に応じるために、外界を見ることができるように切り
換え手段を有する光学系としたものが提案されている。
例えば、U.S.P.4,969,724 には図４に示したような光学
系が開示されている。これは、ＣＲＴなどの映像表示素
子からの光を第１のプリズム３０内に臨界角より大きい
角度で入射させ、内部全反射させた後、球面ハーフミラ
ー３１で部分反射させて第１のプリズム３０内面および
第２のプリズム３２を透過させ、観察者の眼に到達させ
るようにしている（実線は光の進行方向を示してい
る）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例は第１のプリズム３０に入射した光が、球面ハーフ
ミラー３１で部分反射されて観察者の眼に到達するが、
破線で表示したように外界光も球面ハーフミラー３１で
部分透過し観察者の眼に到達する。このように、映像表
示素子からの光と外界光とが同時に観察者の眼に届いて
しまうため映像表示素子からの光の光量損失を招き、さ
らに映像表示素子からの光および外界光が球面ハーフミ
ラー３１を介するため、映像表示素子からの光の光量あ
るいは外界光の光量が半減し、それぞれの受光効率が悪
いという不具合がある。

【０００５】本発明は、上記不具合を解決すべく提案さ
れるもので、ディスプレイ装置は装着状態のまま周囲の
状況を把握できるように構成された頭部装着型ディスプ
レイ装置において、映像表示素子からの光の受光効率お
よび外界光の受光効率の向上を図った頭部装着型ディス
プレイを提供することを目的としたものである。

【０００６】

【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、映像発生手段と、この映像発生手段からの
映像光を入射させる第１の面及び外界光を入射させる第
２の面を有する第１のプリズムと、映像発生手段からの
映像光を入射又は外界光を入射させる面を有する第２の
プリズムと、第１のプリズムと第２のプリズムとの間に
設けられるとともに第２のプリズムの屈折率より低屈折
率の光学層と、映像発生手段からの映像光を反射させる
凹面鏡とを設け、前記第１のプリズムと第２のプリズム
と両者の間に設けられる光学層とを有するプリズム体を
回動可能に構成した。

【０００７】

【作用】映像光はハーフミラーを介することなくさらに
外界光にさまたげられることなく、光学素子内で全反射
されて観察者の眼に届くように構成され、また、ハーフ
ミラーを介することなく所定の光学素子を切り換え使用
して外界光を観察者の眼に届くように構成されているの
で、映像光、外界光とも光量の損失なく受光することが
できる。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の実施例
を説明していく。図１は、本発明の第１実施例に係る光
学系を示したもので、このうち図１Ａは電子像を観察す
る場合の光路図を示したもので、図１Ｂは図１Ａの状態
の光学系を回動させて、外界像を観察している場合の光
路図を示したものである。映像発生手段である表示デバ
イス１からの映像光の出射方向に、第１のプリズム２が
設けられている。この第１のプリズム２は、表示デバイ
ス１からの映像光を入射させる第１の面３と、映像光を
出射させる出射面４と、外界光を透過させる第２の面５
を有する。

【０００９】上記第１のプリズム２から映像光が出射す
る方向には、第２のプリズム６が設けられている。この
第２のプリズム６は、第１のプリズム２から映像光を入
射させるか又は外界光を透過させる入射面７と、入射し
た映像光を反射する偏心した凹面鏡８と、映像光を出射
するか又は外界光を出射する出射面９を有する。なお、
この出射面９と第１のプリズム２の第２の面５は、相互
に平行となるように構成されている。また、第１のプリ
ズム２と第２のプリズム６との間には、第２のプリズム
６より低屈折率である空気層１０が介在している。そし
て表示デバイス１、第１のプリズム２、空気層１０、第
２のプリズム６は相互の配設位置関係を保持した状態で
一体的に回動できるようになっている。

【００１０】次に、以上のごとく構成されている第１実
施例の作用を説明する。表示デバイス１からの映像光を
受光して、観察者が映像を見る場合は、図１Ａに示すよ
うな光学系の向きに設定する。すると、表示デバイス１
からの映像光は、第１のプリズム２の第１の面３に入射
する。そして第１のプリズム２内を透過した映像光は、
出射面４から空気層１０で屈折され第２のプリズム６の
入射面７に入射する。その入射光は凹面鏡８で反射さ
れ、再び前記入射面７に臨界角以上の角度で入射し、全
反射されて出射面９から出射し、観察者の眼に届くよう
になる。このようにして、外界光に妨げられることな
く、映像光の損失を招かない状態で映像光を観察者の眼
に届かせることができる。

【００１１】次に、外界像を観察する場合を説明する。
この場合は、図１Ｂに示すように光学系の向きを設定す
る（破線は元の状態を示し、実線が矢印方向に回動した
状態を示している）。すると、外界像は第１のプリズム
２の第２の面５に入射し、第１のプリズム２内を透過し
外界像は、出射面４から空気層１０で屈折され第２のプ
リズム６の入射面７に入射する。そして、出射面９から
出射し、観察者の眼に届くようになる。このように、第
１のプリズム２、第２のプリズム６の各面に臨界角以下
の角度で入射し、表示デバイス１からの映像光の光路と
は別の光路を辿って、映像光に妨げられることなく、外
界光の損失を招かない状態で観察者の眼に届かせること
ができる。

【００１２】なお、本実施例では出射面９と第１のプリ
ズム２の第２の面５は、相互に平行となるように構成さ
れているが、必ずしも平行に構成する必要はない。ま
た、本実施例では凹面鏡８を第２のプリズム６に一体と
して構成しているが必ずしも一体でなくともよい。第２
のプリズム６に入射した映像光が全反射され再び入射面
７に入射して全反射されるようになっていれば、第２の
プリズム６の近傍に独立して設けられていてもよい。ま
た、本実施例では表示デバイス１、第１のプリズム２、
空気層１０、第２のプリズム６は相互の配設位置関係を
保持した状態で一体的に回動できるようになっている
が、表示デバイス１は一体的に回動しないような構成で
あってもよい。本実施例のように、一体となっている構
成であると、光学系の全体構成がコンパクトになるとい
う利点がある。

【００１３】図２、図３は本発明の第２実施例を示した
ものである。このうち図２は電子像を観察している状態
（Ａ）及び外界像を観察している状態（Ｂ）を示したも
ので、それぞれ観察者１１の頭部に頭部装着型ディスプ
レイを装着した状態である。映像発生装置１２からの信
号を受信するＬＣＤ（液晶表示器）は、観察者の顔両側
面に位置するように配設され、リレーレンズ１４及び三
角プリズム１５を介して本発明に係る光学系１６に、映
像光を入射させるようになっている。また、外界光は本
発明に係る光学系１６を介してのみ観察者１１の眼に入
射するようになっている。

【００１４】観察者の眼前に配設される光学系１６は、
第１のプリズム１７、第２のプリズム１８を有してい
る。また第１のプリズム１７は、映像光を入射させる面
ａ、映像光及び外界光を出射させる面ｂ、外界光を入射
させる面ｃを有する。また第２のプリズム１８は、映像
光及び外界光を入射させる面ｄ、映像光及び外界光を出
射させる面ｅ、映像光を反射させる面ｆを有する。な
お、ｃ面とｅ面は互いに平行に形成されている。また、
第１のプリズム１７と第２のプリズム１８との間には、
第１実施例と同様な空気層１９が介在するようになって
いる。そして、空気層１９を挟んだ第１のプリズム１７
と第２のプリズム１８は、紙面方向に回動できるように
構成されており、図２Ａの状態から図２Ｂの状態に回動
することにより電子像の観察から外界像の観察に切り換
えられるようになっている。

【００１５】次に、以上のように構成されている本実施
例の作用を説明する。先ず、電子像を観察するにはＬＣ
Ｄ１３からの光をリレーレンズ１４を介して三角プリズ
ム１５に入射させ、内部反射させることにより光路を変
えて第１プリズム１７に入射させる。入射光は第１プリ
ズム１７を透過し、空気層１９を経ることにより屈折さ
れた後に第２プリズム１８に入射する。入射光は遍心し
た凹面鏡であるｆ面で反射されｄ面に臨界角以上の角度
で入射し全反射され、光量の損失を殆ど受けることなく
ｅ面から出射して観察者の両眼に届く。

【００１６】一方、外界像を観察する場合には、空気層
１９を挟んだ第１のプリズム１７と第２のプリズム１８
とを紙面方向に回動させ、図２Ｂの状態にする。つま
り、ｃ面とｅ面とが両眼に対して平行となるようにす
る。すると、外界像は第１プリズム１７のｃ面に入射し
ｂ面、空気層１９を通り、第２プリズム１８のｄ面に入
射しｅ面から出射して光量の損失なく観察者の両眼に届
く。なお、電子像、外界光ともゴーグル型カバー２０を
形成する透明な部材２０ａを介して観察者の両眼に届く
ようになっていることはいうまでもない（外界光は、部
材２０ｂを介してカバー２０内に入射してくる）。図３
は、本実施例により電子像を観察している状態を示した
装置斜視図である。

【００１７】以上のごとく本発明によれば、映像発生手
段からの光は第１プリズムを透過し、空気層を通って第
２プリズムに入射する。第２プリズムに入射した光は凹
面鏡で反射された後、臨界角より大きい角度で反射面に
入射し、全反射されて観察者の眼に届くようになってい
るので、光量の損失を防止できる。また、外界光も所定
の光学素子を切り換え使用することにより光量の損失な
く観察者の眼に届かせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の頭部装着型ディスプレイ
に係る光学系及びこの光学系の切り換え状態を示したも
のである。

【図２】本発明の第２実施例の頭部装着型ディスプレ
イ、さらに光学系を切り換え状態を示した平面図であ
る。

【図３】本発明の第２実施例の頭部装着型ディスプレイ
を示した斜視図である。

【図４】従来例の光学系を示したものである。

【符号の説明】１表示デバイス２第１のプリズム３第１の面４出射面５第２の面６第２のプリズム７入射面８凹面鏡９出射面１０空気層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】映像発生手段と、この映像発生手段から
の映像光を入射させる第１の面及び外界光を入射させる
第２の面を有する第１のプリズムと、映像発生手段から
の映像光を入射又は外界光を入射させる面を有する第２
のプリズムと、第１のプリズムと第２のプリズムとの間
に設けられるとともに第２のプリズムの屈折率より低屈
折率の光学層と、映像発生手段からの映像光を反射させ
る凹面鏡とを設け、前記第１のプリズムと第２のプリズ
ムと両者の間に設けられる光学層とを有するプリズム体
を回動可能に構成したことを特徴とする頭部装着型ディ
スプレイ。