JPH10239628A - 複合表示装置 - Google Patents
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- JPH10239628A JPH10239628A JP9061982A JP6198297A JPH10239628A JP H10239628 A JPH10239628 A JP H10239628A JP 9061982 A JP9061982 A JP 9061982A JP 6198297 A JP6198297 A JP 6198297A JP H10239628 A JPH10239628 A JP H10239628A
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- G02B17/0856—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors
- G02B17/086—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors wherein the system is made of a single block of optical material, e.g. solid catadioptric systems
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- G02B17/08—Catadioptric systems
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- G02B17/0832—Catadioptric systems using three curved mirrors off-axis or unobscured systems in which not all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry, e.g. at least one of the mirrors is warped, tilted or decentered with respect to the other elements
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- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
- G02B17/0836—Catadioptric systems using more than three curved mirrors
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- G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
- G02B27/144—Beam splitting or combining systems operating by reflection only using partially transparent surfaces without spectral selectivity
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- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
- G02B2027/011—Head-up displays characterised by optical features comprising device for correcting geometrical aberrations, distortion
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 表示光学系と撮像光学系又はシースルー光学
系を同時に成り立たせ、パララックスのない小型の複合
表示装置を得ること。 【解決手段】 画像情報を表示した表示手段からの光束
を観察者の眼球に導光する複数の反射面を有する表示光
学系と、外界からの光束を撮像素子に結像させる複数の
反射面を有する撮像光学系とを有し、該撮像光学系を通
過する光束は光路中に設けた光路分離手段によって該表
示光学系の光路と逆方向に分離し、該両光学系は該複数
の反射面により光線を眼球光軸の正負方向側に交互に折
り畳むこと。
系を同時に成り立たせ、パララックスのない小型の複合
表示装置を得ること。 【解決手段】 画像情報を表示した表示手段からの光束
を観察者の眼球に導光する複数の反射面を有する表示光
学系と、外界からの光束を撮像素子に結像させる複数の
反射面を有する撮像光学系とを有し、該撮像光学系を通
過する光束は光路中に設けた光路分離手段によって該表
示光学系の光路と逆方向に分離し、該両光学系は該複数
の反射面により光線を眼球光軸の正負方向側に交互に折
り畳むこと。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は外界の画像情報から
の光を取り込み撮像素子に形成する撮像光学系と液晶等
の表示手段に表示した画像情報を観察する表示光学系と
を合わせ持つ装置全体の小型化を図った複合表示装置に
関するものであり、特にヘッドマンテッドディスプレイ
やメガネ型ディスプレイと称せられる装置に好適なもの
である。
の光を取り込み撮像素子に形成する撮像光学系と液晶等
の表示手段に表示した画像情報を観察する表示光学系と
を合わせ持つ装置全体の小型化を図った複合表示装置に
関するものであり、特にヘッドマンテッドディスプレイ
やメガネ型ディスプレイと称せられる装置に好適なもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来より、ヘッドマンテッドディスプレ
イ（ＨＭＤ）に小型のＣＣＤカメラを取り付け、小型の
ＣＣＤカメラから得られた画像情報をＨＭＤにそのまま
表示する装置や、又は小型のＣＣＤカメラから得られた
画像情報を処理して何らかの画像情報に変換し、それを
ＨＭＤに表示する装置が提案されている。又、ＨＭＤに
おいてシースルー型のＨＭＤ（外界の光をダイレクトで
角倍率１で観察できる構成のＨＭＤ）も種々と提案され
ている。
イ（ＨＭＤ）に小型のＣＣＤカメラを取り付け、小型の
ＣＣＤカメラから得られた画像情報をＨＭＤにそのまま
表示する装置や、又は小型のＣＣＤカメラから得られた
画像情報を処理して何らかの画像情報に変換し、それを
ＨＭＤに表示する装置が提案されている。又、ＨＭＤに
おいてシースルー型のＨＭＤ（外界の光をダイレクトで
角倍率１で観察できる構成のＨＭＤ）も種々と提案され
ている。
【０００３】このような形態のＨＭＤは、ＨＭＤの表示
手段で表示した画像情報を観察する為の表示光学系の眼
球光軸と外界の画像情報をＣＣＤ面上に結像させるＣＣ
Ｄカメラの光軸が異なっているとパララックスが生じて
くる。パララックスがなく、撮像光学系と表示光学系と
を合わせ持つ装置が、特開平４−２２３５８号公報や特
開平５−３０３０５３号公報で提案されている。
手段で表示した画像情報を観察する為の表示光学系の眼
球光軸と外界の画像情報をＣＣＤ面上に結像させるＣＣ
Ｄカメラの光軸が異なっているとパララックスが生じて
くる。パララックスがなく、撮像光学系と表示光学系と
を合わせ持つ装置が、特開平４−２２３５８号公報や特
開平５−３０３０５３号公報で提案されている。
【０００４】特開平４−２２３５８号公報で提案されて
いる表示光学系は、小型液晶から発せられた光が平面ハ
ーフミラーを介した後、接眼レンズにより眼球に導かれ
ている。一方、撮像光学系は外界の光が平面ハーフミラ
ーを介した後、小型カメラに結像されている。この平面
ハーフミラーは４５度で配置されているため装置が大き
くなる傾向があった。又眼球の前に接眼レンズがあるた
め、シースルー光学系が成り立たない。
いる表示光学系は、小型液晶から発せられた光が平面ハ
ーフミラーを介した後、接眼レンズにより眼球に導かれ
ている。一方、撮像光学系は外界の光が平面ハーフミラ
ーを介した後、小型カメラに結像されている。この平面
ハーフミラーは４５度で配置されているため装置が大き
くなる傾向があった。又眼球の前に接眼レンズがあるた
め、シースルー光学系が成り立たない。
【０００５】特開平５−３０３０５３号公報では、シー
スルー光学系が成り立つ構成を開示しているが、光学系
が複雑で装置が非常に大きくなる傾向があった。
スルー光学系が成り立つ構成を開示しているが、光学系
が複雑で装置が非常に大きくなる傾向があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ＨＭＤ等の画像観察装
置では、装置を観察者の頭部に装着する為に装置全体の
小型化、及び軽量化を図ることが重要な課題となってい
る。又、パララックスがなく、かつシースルー光学系が
成り立つ小型の装置が要望されている。
置では、装置を観察者の頭部に装着する為に装置全体の
小型化、及び軽量化を図ることが重要な課題となってい
る。又、パララックスがなく、かつシースルー光学系が
成り立つ小型の装置が要望されている。
【０００７】本発明は液晶ディスプレイ等の表示手段に
表示した画像情報を観察する際、表示手段からの光束を
観察者の眼球に導光する為の複数の偏心反射面を有する
プリズム体を含む表示光学系の構成及び外界の画像情報
をＣＣＤ等の撮像素子面上に結像させる撮像光学系の構
成を適切に設定することによって、装置全体の小型化を
図りつつ、該双方の画像情報を良好なる状態で観察する
ことができる複合表示装置の提供を目的とする。
表示した画像情報を観察する際、表示手段からの光束を
観察者の眼球に導光する為の複数の偏心反射面を有する
プリズム体を含む表示光学系の構成及び外界の画像情報
をＣＣＤ等の撮像素子面上に結像させる撮像光学系の構
成を適切に設定することによって、装置全体の小型化を
図りつつ、該双方の画像情報を良好なる状態で観察する
ことができる複合表示装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の複合表示装置
は、（１−１）画像情報を表示した表示手段からの光束
を観察者の眼球に導光する複数の反射面を有する表示光
学系と、外界からの光束を撮像素子に結像させる複数の
反射面を有する撮像光学系とを有し、該撮像光学系を通
過する光束は光路中に設けた光路分離手段によって該表
示光学系の光路と逆方向に分離し、該両光学系は該複数
の反射面により光線を眼球光軸の正負方向側に交互に折
り畳むことを特徴としている。
は、（１−１）画像情報を表示した表示手段からの光束
を観察者の眼球に導光する複数の反射面を有する表示光
学系と、外界からの光束を撮像素子に結像させる複数の
反射面を有する撮像光学系とを有し、該撮像光学系を通
過する光束は光路中に設けた光路分離手段によって該表
示光学系の光路と逆方向に分離し、該両光学系は該複数
の反射面により光線を眼球光軸の正負方向側に交互に折
り畳むことを特徴としている。
【０００９】特に、(1-1-1) 前記表示光学系の前記観察
者の眼球に入射する光束の眼球光軸又は該眼球光軸を延
長した仮想眼球光軸と、前記撮像光学系の外界から入射
してくる光束の外界光軸は略一致していること、(1-1-
2) 前記光路分離手段を透過作用と反射作用を有する面
から構成し、外界からの光束が前記撮像光学系の一部を
通過し、該光路分離手段を通過し、前記表示光学系の一
部を通過して観察者の眼球に導光して、外界の画像情報
を観察するシースルー光学系を構成していること、(1-1
-3) 前記表示光学系と前記撮像光学系は各々偏心した曲
率を有した偏心反射面を複数個有していること、(1-1-
4) 前記偏心反射面は面頂点回りのアジムス角度によっ
て屈折力が異なっていること、(1-1-5) 前記表示手段か
らの光束は前記表示光学系内の複数の反射面で２回又は
３回反射して結像することなく前記観察者の眼球に導光
されていること、(1-1-6) 前記表示光学系と前記撮像光
学系は臨界角条件を満たす全反射面を含んだ３以上の反
射面を含むプリズム体を有していること、等を特徴とし
ている。
者の眼球に入射する光束の眼球光軸又は該眼球光軸を延
長した仮想眼球光軸と、前記撮像光学系の外界から入射
してくる光束の外界光軸は略一致していること、(1-1-
2) 前記光路分離手段を透過作用と反射作用を有する面
から構成し、外界からの光束が前記撮像光学系の一部を
通過し、該光路分離手段を通過し、前記表示光学系の一
部を通過して観察者の眼球に導光して、外界の画像情報
を観察するシースルー光学系を構成していること、(1-1
-3) 前記表示光学系と前記撮像光学系は各々偏心した曲
率を有した偏心反射面を複数個有していること、(1-1-
4) 前記偏心反射面は面頂点回りのアジムス角度によっ
て屈折力が異なっていること、(1-1-5) 前記表示手段か
らの光束は前記表示光学系内の複数の反射面で２回又は
３回反射して結像することなく前記観察者の眼球に導光
されていること、(1-1-6) 前記表示光学系と前記撮像光
学系は臨界角条件を満たす全反射面を含んだ３以上の反
射面を含むプリズム体を有していること、等を特徴とし
ている。
【００１０】（１−２）画像情報を表示した表示手段か
らの光束を観察者の眼球に導光する複数の反射面を有す
る表示光学系と、外界からの光束を撮像素子に結像させ
る複数の反射面を有する撮像光学系とを有し、該撮像光
学系を通過する光束は光路中に設けた偏心した曲率を有
した反射面より成る光路分離手段によって該表示光学系
の光路と逆方向に分離しており、該表示光学系は該光路
分離手段の反射面の一方側の反射面を含み、該撮像光学
系は該光路分離手段の反射面の他方側の反射面を含んで
いることを特徴としている。
らの光束を観察者の眼球に導光する複数の反射面を有す
る表示光学系と、外界からの光束を撮像素子に結像させ
る複数の反射面を有する撮像光学系とを有し、該撮像光
学系を通過する光束は光路中に設けた偏心した曲率を有
した反射面より成る光路分離手段によって該表示光学系
の光路と逆方向に分離しており、該表示光学系は該光路
分離手段の反射面の一方側の反射面を含み、該撮像光学
系は該光路分離手段の反射面の他方側の反射面を含んで
いることを特徴としている。
【００１１】特に、(1-2-1) 前記光路分離手段の偏心反
射面は面頂点回りのアジムス角度によって屈折力が異な
ること、(1-2-2) 前記表示光学系の前記観察者の眼球に
入射する光束の眼球光軸又は該眼球光軸を延長した仮想
眼球光軸と、前記撮像光学系の外界から入射してくる光
束の外界光軸は略一致していること、(1-2-3) 前記光路
分離手段の反射面をハーフミラー面から構成し、外界か
らの光束が前記撮像光学系の一部を通過し、該光路分離
手段を通過し、前記表示光学系の一部を通過して観察者
の眼球に導光して、外界の画像情報を観察するシースル
ー光学系を構成していること、(1-2-4) 前記表示光学系
と前記撮像光学系は各々偏心した曲率を有した偏心反射
面を複数個有していること、(1-2-5) 前記偏心反射面は
面頂点回りのアジムス角度によって屈折力が異なってい
ること、等を特徴としている。
射面は面頂点回りのアジムス角度によって屈折力が異な
ること、(1-2-2) 前記表示光学系の前記観察者の眼球に
入射する光束の眼球光軸又は該眼球光軸を延長した仮想
眼球光軸と、前記撮像光学系の外界から入射してくる光
束の外界光軸は略一致していること、(1-2-3) 前記光路
分離手段の反射面をハーフミラー面から構成し、外界か
らの光束が前記撮像光学系の一部を通過し、該光路分離
手段を通過し、前記表示光学系の一部を通過して観察者
の眼球に導光して、外界の画像情報を観察するシースル
ー光学系を構成していること、(1-2-4) 前記表示光学系
と前記撮像光学系は各々偏心した曲率を有した偏心反射
面を複数個有していること、(1-2-5) 前記偏心反射面は
面頂点回りのアジムス角度によって屈折力が異なってい
ること、等を特徴としている。
【００１２】本発明の撮像光学系は、（２−１）外界か
らの光束を偏心した曲率を有した偏心反射面を複数個有
する撮像光学系と屈折素子を有する光学系によって撮像
素子面上に結像させる撮像光学系であって、該撮像光学
系は該複数の偏心反射面によって外界からの光束を外界
方向とその逆方向に交互に折り畳んでいることを特徴と
している。
らの光束を偏心した曲率を有した偏心反射面を複数個有
する撮像光学系と屈折素子を有する光学系によって撮像
素子面上に結像させる撮像光学系であって、該撮像光学
系は該複数の偏心反射面によって外界からの光束を外界
方向とその逆方向に交互に折り畳んでいることを特徴と
している。
【００１３】特に、(2-1-1) 前記偏心反射面は面頂点回
りのアジムス角度によって屈折力が異なっていること、
(2-1-2) 前記撮像光学系は偏心反射面を含んだ３以上の
異なる光学面を持つプリズム体と、該プリズム体の射出
面近傍に開口絞りを有していること、(2-1-3) 前記光学
系によってピント調節をしていること、等を特徴として
いる。
りのアジムス角度によって屈折力が異なっていること、
(2-1-2) 前記撮像光学系は偏心反射面を含んだ３以上の
異なる光学面を持つプリズム体と、該プリズム体の射出
面近傍に開口絞りを有していること、(2-1-3) 前記光学
系によってピント調節をしていること、等を特徴として
いる。
【００１４】本発明の複合表示装置は、（３−１）構成
（２−１）の撮像光学系と、画像情報を表示した表示手
段からの光束を観察者の眼球に導光する複数の反射面を
有する表示光学系とを有し、該撮像光学系を通過する光
束は光路中に設けた光路分離手段によって該表示光学系
の光路と逆方向に分離していることを特徴としている。
（２−１）の撮像光学系と、画像情報を表示した表示手
段からの光束を観察者の眼球に導光する複数の反射面を
有する表示光学系とを有し、該撮像光学系を通過する光
束は光路中に設けた光路分離手段によって該表示光学系
の光路と逆方向に分離していることを特徴としている。
【００１５】特に、(3-1-1) 前記撮像素子で得られた画
像情報を前記表示手段に表示していること、(3-1-2) 前
記撮像光学系によって撮像素子面上に形成される外界の
画像情報と前記シースルー光学系によって観察される外
界の画像情報の画角は略等しいこと、等を特徴としてい
る。
像情報を前記表示手段に表示していること、(3-1-2) 前
記撮像光学系によって撮像素子面上に形成される外界の
画像情報と前記シースルー光学系によって観察される外
界の画像情報の画角は略等しいこと、等を特徴としてい
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の要部
概略図である。
概略図である。
【００１７】同図において、１０１は表示光学系であ
り、複数の偏心した曲率を有する偏心反射面を複数個有
しており、液晶ＬＣＤ２で表示した画像情報を観察者の
眼球１に導光している。１０２は撮像光学系であり、複
数の偏心した曲率を有する偏心反射面を複数個有してお
り外界の画像情報を撮像素子ＣＣＤ３に結像している。
り、複数の偏心した曲率を有する偏心反射面を複数個有
しており、液晶ＬＣＤ２で表示した画像情報を観察者の
眼球１に導光している。１０２は撮像光学系であり、複
数の偏心した曲率を有する偏心反射面を複数個有してお
り外界の画像情報を撮像素子ＣＣＤ３に結像している。
【００１８】本実施形態では、表示光学系１０１と撮像
光学系１０２の両方に、複数の内面反射を利用したプリ
ズム体９ａ，９ｃを使用している。４は光路分離手段で
あり、偏心した曲率を有した反射面より成り、表示光学
系１０１からの光路と撮像光学系１０２の光路とを分離
する面となっている。光路分離手段４は偏心反射面より
成り、表示光学系１０１で一方側の反射面を使用し、撮
像光学系１０２は他方側の反射面を使用している。
光学系１０２の両方に、複数の内面反射を利用したプリ
ズム体９ａ，９ｃを使用している。４は光路分離手段で
あり、偏心した曲率を有した反射面より成り、表示光学
系１０１からの光路と撮像光学系１０２の光路とを分離
する面となっている。光路分離手段４は偏心反射面より
成り、表示光学系１０１で一方側の反射面を使用し、撮
像光学系１０２は他方側の反射面を使用している。
【００１９】尚、外界の画像情報を眼球１に導光して観
察するシースルー光学系も成り立たせるときは光路分離
手段４の反射面をハーフミラーとし（本実施形態ではハ
ーフミラーは透過率５０％、反射率５０％だけでなく、
比率は任意である）、両光学系１０１，１０２のプリズ
ム体９ａ，９ｃの材質の屈折率を同じにしている。本実
施形態では、このように各要素を設定して小型の光学系
を得ている。
察するシースルー光学系も成り立たせるときは光路分離
手段４の反射面をハーフミラーとし（本実施形態ではハ
ーフミラーは透過率５０％、反射率５０％だけでなく、
比率は任意である）、両光学系１０１，１０２のプリズ
ム体９ａ，９ｃの材質の屈折率を同じにしている。本実
施形態では、このように各要素を設定して小型の光学系
を得ている。
【００２０】尚、本実施形態における偏心反射面は面頂
点回りのアジムス角によって屈折力が異なるようにして
良好なる光学性能を維持している。
点回りのアジムス角によって屈折力が異なるようにして
良好なる光学性能を維持している。
【００２１】次に、図１の各要素について説明する。表
示光学系１０１は液晶ＬＣＤ２からの光がプリズム体９
ａの入射面Ｅ１に入射し、反射面８ａで反射し、全反射
面７ａを臨界角度以上の入射角で入射して全反射し、光
路分離手段４で反射し、全反射面７ａを臨界角度以下の
入射角で入射して透過面Ｅ２より透過して眼球１に導か
れる。このように表示光学系は表示手段２からの光束を
２回又は３回の反射をして結像することなく眼球１に導
光している。これによって液晶ＬＣＤ２に表示した画像
情報を観察している。撮像光学系１０２は外界からの光
がプリズム体９ｃの入射面Ｅ３より入射し（全反射面７
ｃの一部）、光路分離手段４で反射し、全反射面７ｃを
臨界角度以上の入射角で入射して全反射し、プリズム体
９ｃの射出面Ｅ４より射出後、絞り５、光学系６を経て
撮像素子ＣＣＤ３に結像する。これによって外界の画像
情報を記録している。
示光学系１０１は液晶ＬＣＤ２からの光がプリズム体９
ａの入射面Ｅ１に入射し、反射面８ａで反射し、全反射
面７ａを臨界角度以上の入射角で入射して全反射し、光
路分離手段４で反射し、全反射面７ａを臨界角度以下の
入射角で入射して透過面Ｅ２より透過して眼球１に導か
れる。このように表示光学系は表示手段２からの光束を
２回又は３回の反射をして結像することなく眼球１に導
光している。これによって液晶ＬＣＤ２に表示した画像
情報を観察している。撮像光学系１０２は外界からの光
がプリズム体９ｃの入射面Ｅ３より入射し（全反射面７
ｃの一部）、光路分離手段４で反射し、全反射面７ｃを
臨界角度以上の入射角で入射して全反射し、プリズム体
９ｃの射出面Ｅ４より射出後、絞り５、光学系６を経て
撮像素子ＣＣＤ３に結像する。これによって外界の画像
情報を記録している。
【００２２】本実施形態のシースルー光学系は外界から
の光が撮像光学系１０２のプリズム体９ｃの入射面Ｅ３
に入射し、光路分離手段４（ハーフミラー）を透過し、
表示光学系１０１のプリズム体９ａの射出面Ｅ２を臨界
角度以下の入射角で入射し、射出面Ｅ２を透過して眼球
１に導かれている。これによって外界の画像情報を観察
している。
の光が撮像光学系１０２のプリズム体９ｃの入射面Ｅ３
に入射し、光路分離手段４（ハーフミラー）を透過し、
表示光学系１０１のプリズム体９ａの射出面Ｅ２を臨界
角度以下の入射角で入射し、射出面Ｅ２を透過して眼球
１に導かれている。これによって外界の画像情報を観察
している。
【００２３】本実施形態において、プリズム体９ａの全
反射面７ａと射出面Ｅ２は同じ曲面より成っており、光
束の入射条件によって使い分けている。又、プリズム体
９ｃの入射面Ｅ３と全反射面７ｃは同じ曲面より成って
おり、プリズム体９ａと同様に光束の入射条件によって
使い分けている。以下の各実施形態においても同様であ
る。
反射面７ａと射出面Ｅ２は同じ曲面より成っており、光
束の入射条件によって使い分けている。又、プリズム体
９ｃの入射面Ｅ３と全反射面７ｃは同じ曲面より成って
おり、プリズム体９ａと同様に光束の入射条件によって
使い分けている。以下の各実施形態においても同様であ
る。
【００２４】本実施形態では表示光学系１０１と撮像光
学系１０２とを光束分離手段４で対向配置することによ
って、眼球１に入射する光束の眼球光軸１ａ又は眼球光
軸１ａを延長した仮想眼球光軸１ｂと、外界から撮像光
学系１０２に入射してくる光束の外界光軸１ｃが略一致
するようにして、液晶ＬＣＤ２に表示された画像情報の
観察と、外界の画像情報の撮像素子ＣＣＤ３面上におけ
る結像、そして外界の画像情報の観察（シースルー光学
系）をパララックスのない状態で同時に成立させるよう
にしている。
学系１０２とを光束分離手段４で対向配置することによ
って、眼球１に入射する光束の眼球光軸１ａ又は眼球光
軸１ａを延長した仮想眼球光軸１ｂと、外界から撮像光
学系１０２に入射してくる光束の外界光軸１ｃが略一致
するようにして、液晶ＬＣＤ２に表示された画像情報の
観察と、外界の画像情報の撮像素子ＣＣＤ３面上におけ
る結像、そして外界の画像情報の観察（シースルー光学
系）をパララックスのない状態で同時に成立させるよう
にしている。
【００２５】次に本実施形態の特徴について説明する。
【００２６】表示光学系１０１と撮像光学系１０２は両
者とも複数の反射面を有しており、該複数の反射面によ
り、表示手段からの光及び外界からの光は眼球光軸方向
に沿って、逆方向の方向に交互に折り畳まれ、眼球及び
撮像素子に導かれるようにして、表示光学系、撮像光学
系を併せ持った光学系の厚さを薄くしている。
者とも複数の反射面を有しており、該複数の反射面によ
り、表示手段からの光及び外界からの光は眼球光軸方向
に沿って、逆方向の方向に交互に折り畳まれ、眼球及び
撮像素子に導かれるようにして、表示光学系、撮像光学
系を併せ持った光学系の厚さを薄くしている。
【００２７】又、パララックスをなくすために外界の外
界光軸１ｃと眼球光軸１ａが略一直線上に設定して、撮
像素子からの情報を表示光学系で観察するとき、自分が
今向いている方向の映像がパララックスなしに観察でき
るようにしている。
界光軸１ｃと眼球光軸１ａが略一直線上に設定して、撮
像素子からの情報を表示光学系で観察するとき、自分が
今向いている方向の映像がパララックスなしに観察でき
るようにしている。
【００２８】更に外界からの光が光路分離手段４を透過
して眼球へ導かれ、外界を観察できるシースルー光学系
を有すると、外界の状況に応じた情報を表示光学系に表
示させ、パララックスがないためスーパーインポーズさ
せられた情報はあたかも現実世界のもののように見える
ようにしている。
して眼球へ導かれ、外界を観察できるシースルー光学系
を有すると、外界の状況に応じた情報を表示光学系に表
示させ、パララックスがないためスーパーインポーズさ
せられた情報はあたかも現実世界のもののように見える
ようにしている。
【００２９】又、本光学系（表示光学系、撮像光学系）
の複数の反射面は、偏心し曲率を有した反射面とし、複
数の反射面を偏心させると反射面の配置を自由にできる
ため、本光学系を薄くできる。そして反射面を平面でな
く曲率を持たせることにより、不用な反射面又はレンズ
を取り除くことを可能としている。
の複数の反射面は、偏心し曲率を有した反射面とし、複
数の反射面を偏心させると反射面の配置を自由にできる
ため、本光学系を薄くできる。そして反射面を平面でな
く曲率を持たせることにより、不用な反射面又はレンズ
を取り除くことを可能としている。
【００３０】又、複数の偏心し曲率を有した反射面は、
面頂点回りのアジムス角度により屈折力が異なる面（以
下、自由曲面，面頂点：自由曲面の関数式における頂点
０，０としている。）。偏心し曲率を有した反射面では
非回転対象の偏心収差が発生するが、通常の回転対象の
球面や非球面では、この偏心収差を抑えることができな
い。そこで面頂点回りのアジムス角度により屈折力が異
なる自由曲面（非回転対象）により偏心収差を抑制して
いる。
面頂点回りのアジムス角度により屈折力が異なる面（以
下、自由曲面，面頂点：自由曲面の関数式における頂点
０，０としている。）。偏心し曲率を有した反射面では
非回転対象の偏心収差が発生するが、通常の回転対象の
球面や非球面では、この偏心収差を抑えることができな
い。そこで面頂点回りのアジムス角度により屈折力が異
なる自由曲面（非回転対象）により偏心収差を抑制して
いる。
【００３１】本実施形態では、表示手段２からの光が表
示光学系１０１に入射した後、２回又は３回反射して表
示光学系１０１を射出し、結像することなく眼球に導か
れるようにして光学系の小系化を図っている。
示光学系１０１に入射した後、２回又は３回反射して表
示光学系１０１を射出し、結像することなく眼球に導か
れるようにして光学系の小系化を図っている。
【００３２】他に、表示光学系、撮像光学系共に、臨界
条件を満たす全反射面を含み３面以上の異なる光学面を
持つプリズム体を用いている。この全反射面がプリズム
体の透過射出面を兼ねると、面への入射角度により透過
したり反射（全反射）したりする。通常透過と反射の両
作用を持たせるときは、ハーフミラーを使うが、光量が
減ってしまう。これに対して本実施形態では全反射面に
より光量ロスが全くなく画像が明るくなる。
条件を満たす全反射面を含み３面以上の異なる光学面を
持つプリズム体を用いている。この全反射面がプリズム
体の透過射出面を兼ねると、面への入射角度により透過
したり反射（全反射）したりする。通常透過と反射の両
作用を持たせるときは、ハーフミラーを使うが、光量が
減ってしまう。これに対して本実施形態では全反射面に
より光量ロスが全くなく画像が明るくなる。
【００３３】本実施形態における光路分離手段４は偏心
し曲率を有した１面の反射面より成り、該表示光学系は
該反射面の一方側の反射面を含み、該撮像光学系は該反
射面の他方側反射面を含んでいる。光路分離手段４を偏
心した平面でなく曲率を持たせることにより、両光学系
とも不用な反射面又はレンズを取り除き、かつ１面で光
路分離しているため、トータルで光学装置を小さくして
いる。
し曲率を有した１面の反射面より成り、該表示光学系は
該反射面の一方側の反射面を含み、該撮像光学系は該反
射面の他方側反射面を含んでいる。光路分離手段４を偏
心した平面でなく曲率を持たせることにより、両光学系
とも不用な反射面又はレンズを取り除き、かつ１面で光
路分離しているため、トータルで光学装置を小さくして
いる。
【００３４】又、光路分離手段の反射面は、面頂点回り
のアジムス角度により屈折力が異なる面とし、両光学系
から発生する偏心収差を補正している。
のアジムス角度により屈折力が異なる面とし、両光学系
から発生する偏心収差を補正している。
【００３５】本実施形態では、外界からの光を撮像素子
に結像させる撮像光学系を複数の偏心し曲率を有した反
射面を用いることにより、外界からの光を外界光軸方向
及び逆方向の方向に交互に折り畳んだ後、該撮像光学系
の絞り５を通過し、その後の光学系６を通して撮像素子
３に導いている。これによって複数の偏心し曲率を有し
た反射面により不用な反射面及びレンズを取り除き、光
線を交互に折り畳むことにより撮像光学系を薄型化して
いる。
に結像させる撮像光学系を複数の偏心し曲率を有した反
射面を用いることにより、外界からの光を外界光軸方向
及び逆方向の方向に交互に折り畳んだ後、該撮像光学系
の絞り５を通過し、その後の光学系６を通して撮像素子
３に導いている。これによって複数の偏心し曲率を有し
た反射面により不用な反射面及びレンズを取り除き、光
線を交互に折り畳むことにより撮像光学系を薄型化して
いる。
【００３６】その背後に、絞り５、光学系６を配置し
て、前半の複数の偏心し曲率を有した反射面の光学系と
光学系６の大きさをバランスよくしている。又、前半の
複数の偏心し曲率を有した反射面の光学系に正の屈折力
を持たせることにより、絞り径を小さくしている。
て、前半の複数の偏心し曲率を有した反射面の光学系と
光学系６の大きさをバランスよくしている。又、前半の
複数の偏心し曲率を有した反射面の光学系に正の屈折力
を持たせることにより、絞り径を小さくしている。
【００３７】又、複数の偏心し曲率を有した反射面を含
み３面以上の異なる光学面を持つプリズム体９ｃを用い
て、該絞り５がプリズム体９ｃの射出面近傍に配置して
いる。複数の偏心し曲率を有した反射面をプリズム面と
すると、複数の反射面を一体で作れ、製造しやすくな
る。又、絞りをプリズム体の射出面近傍に置いてプリズ
ム体９ｃを小さくしている。
み３面以上の異なる光学面を持つプリズム体９ｃを用い
て、該絞り５がプリズム体９ｃの射出面近傍に配置して
いる。複数の偏心し曲率を有した反射面をプリズム面と
すると、複数の反射面を一体で作れ、製造しやすくな
る。又、絞りをプリズム体の射出面近傍に置いてプリズ
ム体９ｃを小さくしている。
【００３８】撮像光学系１０２のピント調節は絞り面６
以降の光学系６で行っている。これは絞り面５以降の小
さな光学系６を用いてピント調節をしやすくしている。
以降の光学系６で行っている。これは絞り面５以降の小
さな光学系６を用いてピント調節をしやすくしている。
【００３９】又、本発明は、外界から直接眼球の網膜に
映る像倍率と本発明の外界の情報をＣＣＤに取りこみ、
ＬＣＤに表示して網膜に映る像倍率を略等しくしてい
る。これはシースルーがない場合は、外界が見えなくと
もあたかも外界を見ているような感じを再現することを
可能とする。又シースルーの場合は、シースルーの外界
に、ＬＣＤ表示を同じ大きさで重ねることができる為、
例えばＣＣＤに取りこまれた情報を赤外線により得られ
たものとすると、シースルーでは見えなかったものま
で、あたかも見えるように感じることになる。
映る像倍率と本発明の外界の情報をＣＣＤに取りこみ、
ＬＣＤに表示して網膜に映る像倍率を略等しくしてい
る。これはシースルーがない場合は、外界が見えなくと
もあたかも外界を見ているような感じを再現することを
可能とする。又シースルーの場合は、シースルーの外界
に、ＬＣＤ表示を同じ大きさで重ねることができる為、
例えばＣＣＤに取りこまれた情報を赤外線により得られ
たものとすると、シースルーでは見えなかったものま
で、あたかも見えるように感じることになる。
【００４０】次に本発明の各実施形態について説明する
が、各実施形態では主に図１の実施形態１と異なる点に
ついて説明する。
が、各実施形態では主に図１の実施形態１と異なる点に
ついて説明する。
【００４１】図２〜図４は本発明の実施形態２，３，４
の要部概略図である。
の要部概略図である。
【００４２】図２の実施形態２では、表示光学系１０１
の液晶ＬＣＤ２からの光がプリズム体９ａの入射面Ｅ１
より入射後、順に全反射面７ａ１で全反射し、全反射面
７ａ２で全反射し、光束分離手段４で反射し、プリズム
体９ａの射出面Ｅ２より射出して眼球１に入射してい
る。撮像光学系１０２では外界からの光はプリズム体９
ｃの入射面Ｅ３に入射後、光束分離手段４で反射し、全
反射面７ｃ１で全反射し、全反射面７ｃ２で全反射し、
全反射面７ｃ１で再度全反射し、プリズム体９ｃの射出
面Ｅ４より射出し、絞り５を通過し、光学系６によって
ＣＣＤ３面上に結像している。シースルー光学系の光の
順路は図１と同じ構成である。
の液晶ＬＣＤ２からの光がプリズム体９ａの入射面Ｅ１
より入射後、順に全反射面７ａ１で全反射し、全反射面
７ａ２で全反射し、光束分離手段４で反射し、プリズム
体９ａの射出面Ｅ２より射出して眼球１に入射してい
る。撮像光学系１０２では外界からの光はプリズム体９
ｃの入射面Ｅ３に入射後、光束分離手段４で反射し、全
反射面７ｃ１で全反射し、全反射面７ｃ２で全反射し、
全反射面７ｃ１で再度全反射し、プリズム体９ｃの射出
面Ｅ４より射出し、絞り５を通過し、光学系６によって
ＣＣＤ３面上に結像している。シースルー光学系の光の
順路は図１と同じ構成である。
【００４３】プリズム体９ａの全反射面７ａ２と射出面
Ｅ２は同じ曲面より成っている。又プリズム体９ｃの入
射面Ｅ３と全反射面７ｃ１は同じ曲面より成っている。
Ｅ２は同じ曲面より成っている。又プリズム体９ｃの入
射面Ｅ３と全反射面７ｃ１は同じ曲面より成っている。
【００４４】図３の実施形態３では、表示光学系１０１
の液晶ＬＣＤ２からの光がプリズム体９ａの入射面Ｅ１
より入射後、全反射面７ａで全反射し、光束分離手段４
で反射し、プリズム体９ａの射出面Ｅ２より射出して眼
球１に入射している。撮像光学系１０２では外界からの
光はプリズム体９ｃの入射面Ｅ３より入射後、光束分離
手段４で反射し、全反射面７ｃで全反射し、プリズム体
９ｃの射出面Ｅ４より射出し、絞り５を通過し、光学系
６によってＣＣＤ３面上に結像している。シースルー光
学系の光の順路は図１と同じ構成である。
の液晶ＬＣＤ２からの光がプリズム体９ａの入射面Ｅ１
より入射後、全反射面７ａで全反射し、光束分離手段４
で反射し、プリズム体９ａの射出面Ｅ２より射出して眼
球１に入射している。撮像光学系１０２では外界からの
光はプリズム体９ｃの入射面Ｅ３より入射後、光束分離
手段４で反射し、全反射面７ｃで全反射し、プリズム体
９ｃの射出面Ｅ４より射出し、絞り５を通過し、光学系
６によってＣＣＤ３面上に結像している。シースルー光
学系の光の順路は図１と同じ構成である。
【００４５】尚、本実施形態においては、表示光学系１
０１の液晶ＬＣＤ２とプリズム体９ａの間に他の光学系
６ａを設けてもよい。
０１の液晶ＬＣＤ２とプリズム体９ａの間に他の光学系
６ａを設けてもよい。
【００４６】図４の実施形態４では、表示光学系１０１
の液晶ＬＣＤ２から光がプリズム体９ａの全反射面７ａ
側の入射面Ｅ１より入射後、反射面８ａで反射し、全反
射面７ａで全反射し、光束分離手段４で反射してプリズ
ム体９ａの射出面Ｅ２より射出し眼球１に入射してい
る。撮像光学系１０２の光の順路は図３の実施形態３と
同じ構成である。又シースルー光学系の光の順路は図１
と同じ構成である。
の液晶ＬＣＤ２から光がプリズム体９ａの全反射面７ａ
側の入射面Ｅ１より入射後、反射面８ａで反射し、全反
射面７ａで全反射し、光束分離手段４で反射してプリズ
ム体９ａの射出面Ｅ２より射出し眼球１に入射してい
る。撮像光学系１０２の光の順路は図３の実施形態３と
同じ構成である。又シースルー光学系の光の順路は図１
と同じ構成である。
【００４７】プリズム体９ａの入射面Ｅ１、全反射面７
ａ、そして射出面Ｅ２は同じ曲面より成っている。
ａ、そして射出面Ｅ２は同じ曲面より成っている。
【００４８】図５、図６は本発明の実施形態５，６の要
部概略図である。
部概略図である。
【００４９】実施形態５，６では、前述した図１〜図４
の実施形態１〜４に比べて、表示光学系１０１と撮像光
学系１０２の両方がプリズム体を使用しているが、両光
学系が単独の光束分離手段（８ａ，４）を有している点
が異なっており、その他の基本構成は同じである。実施
形態５、６では互いに独立した光学系を用いて、互いに
少ない光学面数で良好な光学性能を得ている。
の実施形態１〜４に比べて、表示光学系１０１と撮像光
学系１０２の両方がプリズム体を使用しているが、両光
学系が単独の光束分離手段（８ａ，４）を有している点
が異なっており、その他の基本構成は同じである。実施
形態５、６では互いに独立した光学系を用いて、互いに
少ない光学面数で良好な光学性能を得ている。
【００５０】図５の実施形態５の表示光学系１０１と撮
像光学系１０２の光の順路は図３の実施形態３と同じで
ある。ただ、両光学系１０１，１０２のプリズム体９
ａ，９ｃの間に接合体１０を設けている点が異なってい
る。接合体１０は接着剤又は接合レンズ等から成ってい
る。このとき両プリズム体９ａ，９ｃと接合体１０の材
質の屈折率を同じくし、撮像光学系１０２の光路分離手
段４と表示光学系１０１の反射面９ａをハーフミラーに
するとシースルー光学系が成り立つ。シースルー光学系
の光路は外界からの光束が撮像光学系１０２のプリズム
体９ｃの入射面Ｅ３に入射し、光路分離手段４（ハーフ
ミラー）を透過し、接合体１０を通り、表示光学系１０
１のプリズム体９ａの反射面８ａを透過し、射出面Ｅ２
に臨界角度以下の入射角で入射して、透過して眼球１に
入射している。
像光学系１０２の光の順路は図３の実施形態３と同じで
ある。ただ、両光学系１０１，１０２のプリズム体９
ａ，９ｃの間に接合体１０を設けている点が異なってい
る。接合体１０は接着剤又は接合レンズ等から成ってい
る。このとき両プリズム体９ａ，９ｃと接合体１０の材
質の屈折率を同じくし、撮像光学系１０２の光路分離手
段４と表示光学系１０１の反射面９ａをハーフミラーに
するとシースルー光学系が成り立つ。シースルー光学系
の光路は外界からの光束が撮像光学系１０２のプリズム
体９ｃの入射面Ｅ３に入射し、光路分離手段４（ハーフ
ミラー）を透過し、接合体１０を通り、表示光学系１０
１のプリズム体９ａの反射面８ａを透過し、射出面Ｅ２
に臨界角度以下の入射角で入射して、透過して眼球１に
入射している。
【００５１】図６の実施形態６の表示光学系１０１と撮
像光学系１０２の光の順路は図３の実施形態３と同じで
ある。ただ、両光学系のプリズム体９ａ，９ｃの間を空
気としている点が異なっている。本実施形態において、
シースルー光学系とするにはプリズム体９ａの面８ａと
プリズム体９ｃの面４をハーフミラー面とすれば良い。
像光学系１０２の光の順路は図３の実施形態３と同じで
ある。ただ、両光学系のプリズム体９ａ，９ｃの間を空
気としている点が異なっている。本実施形態において、
シースルー光学系とするにはプリズム体９ａの面８ａと
プリズム体９ｃの面４をハーフミラー面とすれば良い。
【００５２】図７〜図１０は本発明の実施形態７〜１０
の要部概略図である。
の要部概略図である。
【００５３】図７の実施形態７では、表示光学系１０１
と撮像光学系１０２の両光学系を２面の光学面を持つレ
ンズで構成したものである。表示光学系１０１の液晶Ｌ
ＣＤ２からの光はレンズ６ａを通過し、レンズ１１−１
の反射面８ａ１で反射し、レンズ１１−２の反射面８ａ
２で反射し、レンズ１１−１を透過して眼球１に入射し
ている。撮像光学系１０２の外界からの光はレンズ１１
−３を透過、レンズ１１−２の光路分離手段４で反射
し、レンズ１１−３の反射面８ｃで反射し、絞り５を通
過し、光学系６によってＣＣＤ３に結像している。
と撮像光学系１０２の両光学系を２面の光学面を持つレ
ンズで構成したものである。表示光学系１０１の液晶Ｌ
ＣＤ２からの光はレンズ６ａを通過し、レンズ１１−１
の反射面８ａ１で反射し、レンズ１１−２の反射面８ａ
２で反射し、レンズ１１−１を透過して眼球１に入射し
ている。撮像光学系１０２の外界からの光はレンズ１１
−３を透過、レンズ１１−２の光路分離手段４で反射
し、レンズ１１−３の反射面８ｃで反射し、絞り５を通
過し、光学系６によってＣＣＤ３に結像している。
【００５４】図８〜図１０の実施形態８，９，１０で
は、各光学要素を曲率を持った薄い反射板１２−１〜１
２−３から構成している。こうした場合は、シースルー
光学系の光学性能劣化がほとんどない為、良好な光学性
能が得られる。
は、各光学要素を曲率を持った薄い反射板１２−１〜１
２−３から構成している。こうした場合は、シースルー
光学系の光学性能劣化がほとんどない為、良好な光学性
能が得られる。
【００５５】図８の実施形態８では、光路分離手段４の
１面が反射面であり、表示光学系１０１は一方側の反射
面４を使用し、撮像光学系１０２は他方側の反射面４で
反射される。尚、シースルー光学系も成り立たせるとき
は、光路分離手段４の反射面をハーフミラーとする。
１面が反射面であり、表示光学系１０１は一方側の反射
面４を使用し、撮像光学系１０２は他方側の反射面４で
反射される。尚、シースルー光学系も成り立たせるとき
は、光路分離手段４の反射面をハーフミラーとする。
【００５６】表示光学系１０１の液晶ＬＣＤ２からの光
はレンズ６ａを通過し、反射板１２−１の反射面８ａで
反射し、反射板１２−２の光路分離手段４で反射し、反
射板１２−１を透過して眼球１に入射している。撮像光
学系１０２の外界からの光は反射板１２−３を透過、反
射板１２−２の光路分離手段４で反射し、反射板１２−
３の反射面８ｃで反射、絞り５を通過し光学系６によっ
てＣＣＤ３に結像している。シースルー光学系の光束は
撮像光学系１０２の反射板１２−３を透過し、光路分離
手段４（ハーフミラー）を透過、表示光学系１０１の反
射板１２−１を透過して眼球１に導かれている。
はレンズ６ａを通過し、反射板１２−１の反射面８ａで
反射し、反射板１２−２の光路分離手段４で反射し、反
射板１２−１を透過して眼球１に入射している。撮像光
学系１０２の外界からの光は反射板１２−３を透過、反
射板１２−２の光路分離手段４で反射し、反射板１２−
３の反射面８ｃで反射、絞り５を通過し光学系６によっ
てＣＣＤ３に結像している。シースルー光学系の光束は
撮像光学系１０２の反射板１２−３を透過し、光路分離
手段４（ハーフミラー）を透過、表示光学系１０１の反
射板１２−１を透過して眼球１に導かれている。
【００５７】図９の実施形態９では、表示光学系１０１
と撮像光学系１０２の両方に共有光学面（共有反射面）
を持たないことを特徴としている。こうすると互いに独
立した光学系になる為、互いに少ない光学面数で良好な
光学性能が得られる。
と撮像光学系１０２の両方に共有光学面（共有反射面）
を持たないことを特徴としている。こうすると互いに独
立した光学系になる為、互いに少ない光学面数で良好な
光学性能が得られる。
【００５８】表示光学系１０１の液晶ＬＣＤ２からの光
はレンズ６ａを通過し、反射板１２−１の反射面８ａ１
で反射し、反射板１２−２の反射面８ａ２で反射し、反
射板１２−１を透過して眼球１に入射している。撮像光
学系１０２の外界からの光路は反射板１２−４を透過
し、反射板１２−３の光路分離手段４で反射し、反射板
１２−４の反射面８ｃで反射し、絞り５を通過し、光学
系６によってＣＣＤ３に結像している。
はレンズ６ａを通過し、反射板１２−１の反射面８ａ１
で反射し、反射板１２−２の反射面８ａ２で反射し、反
射板１２−１を透過して眼球１に入射している。撮像光
学系１０２の外界からの光路は反射板１２−４を透過
し、反射板１２−３の光路分離手段４で反射し、反射板
１２−４の反射面８ｃで反射し、絞り５を通過し、光学
系６によってＣＣＤ３に結像している。
【００５９】又、撮像光学系１０２の光路分離手段４と
表示光学系１０１の外界側の反射面８ａ２をハーフミラ
ーにするとシースルー光学系が成り立つ。シースルー光
学系の光束は撮像光学系１０２の反射板１２−４を透過
し、光路分離手段４（ハーフミラー）を透過し、表示光
学系１０１の外界側の反射面８ａ２（ハーフミラー）を
透過し、反射板１２−１を透過して眼球１に入射してい
る。
表示光学系１０１の外界側の反射面８ａ２をハーフミラ
ーにするとシースルー光学系が成り立つ。シースルー光
学系の光束は撮像光学系１０２の反射板１２−４を透過
し、光路分離手段４（ハーフミラー）を透過し、表示光
学系１０１の外界側の反射面８ａ２（ハーフミラー）を
透過し、反射板１２−１を透過して眼球１に入射してい
る。
【００６０】図１０の実施形態１０では、表示光学系１
０１と撮像光学系１０２の光路中にオーバーラップ部分
を設け、共有の光学面は持つが、共有反射面を持たない
ことを特徴としている。こうすると光学装置全体を非常
に薄くできる。また互いの共有反射面を持たない為、互
いに少ない光学面数で良好な光学性能が得られる。
０１と撮像光学系１０２の光路中にオーバーラップ部分
を設け、共有の光学面は持つが、共有反射面を持たない
ことを特徴としている。こうすると光学装置全体を非常
に薄くできる。また互いの共有反射面を持たない為、互
いに少ない光学面数で良好な光学性能が得られる。
【００６１】４枚の反射板（１２−１〜１２−４）のう
ち、中側の２枚の反射板１２−３の反射面８ａ２と反射
板１２−２の光路分離手段４をハーフミラーとして、表
示光学系、撮像光学系、シースルー光学系を成り立たせ
ている。
ち、中側の２枚の反射板１２−３の反射面８ａ２と反射
板１２−２の光路分離手段４をハーフミラーとして、表
示光学系、撮像光学系、シースルー光学系を成り立たせ
ている。
【００６２】表示光学系１０１の液晶ＬＣＤ２からの光
はレンズ６ａを通過し、反射板１２−１の反射面８ａ１
で反射し、撮像光学系１０２の光路分離手段４（ハーフ
ミラー）を透過し、反射板１２−３の反射面８ａ２（ハ
ーフミラー）で反射し、撮像光学系１０２の光路分離手
段４（ハーフミラー）を透過し、反射板１２−１を透過
して眼球１に入射している。
はレンズ６ａを通過し、反射板１２−１の反射面８ａ１
で反射し、撮像光学系１０２の光路分離手段４（ハーフ
ミラー）を透過し、反射板１２−３の反射面８ａ２（ハ
ーフミラー）で反射し、撮像光学系１０２の光路分離手
段４（ハーフミラー）を透過し、反射板１２−１を透過
して眼球１に入射している。
【００６３】撮像光学系１０２の外界からの光は反射板
１２−４を透過し、表示光学系１０１の反射板１２−３
の反射面８ａ２（ハーフミラー）を透過し、反射板１２
−２の光路分離手段４（ハーフミラー）で反射し、表示
光学系１０１の反射板１２−３の反射面８ａ２（ハーフ
ミラー）を透過し、反射板１２−４の反射面８ｃで反射
し、絞り５を通過し、光学系６によってＣＣＤ３面上に
結像している。
１２−４を透過し、表示光学系１０１の反射板１２−３
の反射面８ａ２（ハーフミラー）を透過し、反射板１２
−２の光路分離手段４（ハーフミラー）で反射し、表示
光学系１０１の反射板１２−３の反射面８ａ２（ハーフ
ミラー）を透過し、反射板１２−４の反射面８ｃで反射
し、絞り５を通過し、光学系６によってＣＣＤ３面上に
結像している。
【００６４】シースルー光学系の光束は撮像光学系１０
２の反射板１２−４を透過、表示光学系１０１の反射板
１２−３の反射面８ａ２（ハーフミラー）を透過し、撮
像光学系１０２の光路分離手段４（ハーフミラー）を透
過し、反射板１２−１を透過して眼球１に入射してい
る。
２の反射板１２−４を透過、表示光学系１０１の反射板
１２−３の反射面８ａ２（ハーフミラー）を透過し、撮
像光学系１０２の光路分離手段４（ハーフミラー）を透
過し、反射板１２−１を透過して眼球１に入射してい
る。
【００６５】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、液晶ディ
スプレイ等の表示手段に表示した画像情報を観察する
際、表示手段からの光束を観察者の眼球に導光する為の
複数の偏心反射面を有するプリズム体を含む表示光学系
の構成及び外界の画像情報をＣＣＤ等の撮像素子面上に
結像させる撮像光学系の構成を適切に設定することによ
って、装置全体の小型化を図りつつ、該双方の画像情報
を良好なる状態で観察することができる複合表示装置を
達成することができる。
スプレイ等の表示手段に表示した画像情報を観察する
際、表示手段からの光束を観察者の眼球に導光する為の
複数の偏心反射面を有するプリズム体を含む表示光学系
の構成及び外界の画像情報をＣＣＤ等の撮像素子面上に
結像させる撮像光学系の構成を適切に設定することによ
って、装置全体の小型化を図りつつ、該双方の画像情報
を良好なる状態で観察することができる複合表示装置を
達成することができる。
【図１】 本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】 本発明の実施形態２の要部概略図
【図３】 本発明の実施形態３の要部概略図
【図４】 本発明の実施形態４の要部概略図
【図５】 本発明の実施形態５の要部概略図
【図６】 本発明の実施形態６の要部概略図
【図７】 本発明の実施形態７の要部概略図
【図８】 本発明の実施形態８の要部概略図
【図９】 本発明の実施形態９の要部概略図
【図１０】 本発明の実施形態１０の要部概略図
１ 眼球 ２ 小型液晶ＬＣＤ（表示手段） ３ 撮像素子ＣＣＤ ４ 光路分離手段（ミラー又はハーフミラーの偏心した
自由曲面） ５ 絞り ６ 光学系 ７ 全反射面（偏心した自由曲面） ８ 反射面（ミラー又はハーフミラーの偏心した自由曲
面） ９ａ，９ｃ プリズム体 １０ 接合体（接着剤又は接合レンズ） １１ レンズ １２ 曲率を持った薄い反射板 １０１ 表示光学系 １０２ 撮像光学系
自由曲面） ５ 絞り ６ 光学系 ７ 全反射面（偏心した自由曲面） ８ 反射面（ミラー又はハーフミラーの偏心した自由曲
面） ９ａ，９ｃ プリズム体 １０ 接合体（接着剤又は接合レンズ） １１ レンズ １２ 曲率を持った薄い反射板 １０１ 表示光学系 １０２ 撮像光学系
Claims (20)
- 【請求項１】 画像情報を表示した表示手段からの光束
を観察者の眼球に導光する複数の反射面を有する表示光
学系と、外界からの光束を撮像素子に結像させる複数の
反射面を有する撮像光学系とを有し、該撮像光学系を通
過する光束は光路中に設けた光路分離手段によって該表
示光学系の光路と逆方向に分離し、該両光学系は該複数
の反射面により光線を眼球光軸の正負方向側に交互に折
り畳むことを特徴とする複合表示装置。 - 【請求項２】 前記表示光学系の前記観察者の眼球に入
射する光束の眼球光軸又は該眼球光軸を延長した仮想眼
球光軸と、前記撮像光学系の外界から入射してくる光束
の外界光軸は略一致していることを特徴とする請求項１
の複合表示装置。 - 【請求項３】 前記光路分離手段を透過作用と反射作用
を有する面から構成し、外界からの光束が前記撮像光学
系の一部を通過し、該光路分離手段を通過し、前記表示
光学系の一部を通過して観察者の眼球に導光して、外界
の画像情報を観察するシースルー光学系を構成している
ことを特徴とする請求項１又は２の複合表示装置。 - 【請求項４】 前記表示光学系と前記撮像光学系は各々
偏心した曲率を有した偏心反射面を複数個有しているこ
とを特徴とする請求項１，２又は３の複合表示装置。 - 【請求項５】 前記偏心反射面は面頂点回りのアジムス
角度によって屈折力が異なっていることを特徴とする請
求項４の複合表示装置。 - 【請求項６】 前記表示手段からの光束は前記表示光学
系内の複数の反射面で２回又は３回反射して結像するこ
となく前記観察者の眼球に導光されていることを特徴と
する請求項４の複合表示装置。 - 【請求項７】 前記表示光学系と前記撮像光学系は臨界
角条件を満たす全反射面を含んだ３以上の反射面を含む
プリズム体を有していることを特徴とする請求項４の複
合表示装置。 - 【請求項８】 画像情報を表示した表示手段からの光束
を観察者の眼球に導光する複数の反射面を有する表示光
学系と、外界からの光束を撮像素子に結像させる複数の
反射面を有する撮像光学系とを有し、該撮像光学系を通
過する光束は光路中に設けた偏心した曲率を有した反射
面より成る光路分離手段によって該表示光学系の光路と
逆方向に分離しており、該表示光学系は該光路分離手段
の反射面の一方側の反射面を含み、該撮像光学系は該光
路分離手段の反射面の他方側の反射面を含んでいること
を特徴とする複合表示装置。 - 【請求項９】 前記光路分離手段の偏心反射面は面頂点
回りのアジムス角度によって屈折力が異なることを特徴
とする請求項８の複合表示装置。 - 【請求項１０】 前記表示光学系の前記観察者の眼球に
入射する光束の眼球光軸又は該眼球光軸を延長した仮想
眼球光軸と、前記撮像光学系の外界から入射してくる光
束の外界光軸は略一致していることを特徴とする請求項
８の複合表示装置。 - 【請求項１１】 前記光路分離手段の反射面を透過作用
と反射作用を有する面から構成し、外界からの光束が前
記撮像光学系の一部を通過し、該光路分離手段を通過
し、前記表示光学系の一部を通過して観察者の眼球に導
光して、外界の画像情報を観察するシースルー光学系を
構成していることを特徴とする請求項８，９又は１０の
複合表示装置。 - 【請求項１２】 前記表示光学系と前記撮像光学系は各
々偏心した曲率を有した偏心反射面を複数個有している
ことを特徴とする請求項８，９，１０又は１１の複合表
示装置。 - 【請求項１３】 前記偏心反射面は面頂点回りのアジム
ス角度によって屈折力が異なっていることを特徴とする
請求項１２の複合表示装置。 - 【請求項１４】 外界からの光束を偏心した曲率を有し
た偏心反射面を複数個有し、更に屈折素子を有する光学
系によって撮像素子面上に結像させる撮像光学系であっ
て、該撮像光学系は該複数の偏心反射面によって外界か
らの光束を外界方向とその逆方向に交互に折り畳んだ
後、該撮像光学系の絞りを通過し、光学系を通して撮像
素子に導かれることを特徴とする撮像光学系。 - 【請求項１５】 前記偏心反射面は面頂点回りのアジム
ス角度によって屈折力が異なっていることを特徴とする
請求項１４の撮像光学系。 - 【請求項１６】 前記撮像光学系は偏心反射面を含んだ
３以上の異なる光学面を持つプリズム体と、該プリズム
体の射出面近傍に開口絞りを有していることを特徴とす
る請求項１４の撮像光学系。 - 【請求項１７】 前記絞り面以降でピント調節をしてい
ることを特徴とする請求項１４の撮像光学系。 - 【請求項１８】 請求項１４，１５，１６又は１７の撮
像光学系と、画像情報を表示した表示手段からの光束を
観察者の眼球に導光する複数の反射面を有する表示光学
系とを有し、該撮像光学系を通過する光束は光路中に設
けた光路分離手段によって該表示光学系の光路と逆方向
に分離していることを特徴とする複合表示装置。 - 【請求項１９】 前記撮像素子で得られた画像情報を前
記表示手段に表示していることを特徴とする請求項１，
８又は１８の複合表示装置。 - 【請求項２０】 外界から直接眼球の網膜に映る像倍率
と前記外界の画像情報を表示し、網膜に映る像倍率が略
等しいことを特徴とする請求項３又は１１の複合表示装
置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9061982A JPH10239628A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 複合表示装置 |
| US09/028,884 US5933279A (en) | 1997-02-28 | 1998-02-24 | Optical apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9061982A JPH10239628A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 複合表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10239628A true JPH10239628A (ja) | 1998-09-11 |
| JPH10239628A5 JPH10239628A5 (ja) | 2004-11-25 |
Family
ID=13186910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9061982A Withdrawn JPH10239628A (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 複合表示装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5933279A (ja) |
| JP (1) | JPH10239628A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001305476A (ja) * | 2000-04-27 | 2001-10-31 | Minolta Co Ltd | 映像表示装置 |
| JP2001311907A (ja) * | 2000-04-28 | 2001-11-09 | Canon Inc | 画像表示装置および画像表示システム |
| US6980363B1 (en) | 1999-11-08 | 2005-12-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Image observation apparatus and system |
| JP2009037256A (ja) * | 2008-10-15 | 2009-02-19 | Konica Minolta Holdings Inc | 映像表示装置 |
| JP2011247975A (ja) * | 2010-05-25 | 2011-12-08 | Seiko Epson Corp | ヘッドマウントディスプレイ |
| US8411365B2 (en) | 2009-10-15 | 2013-04-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Image-pickup display device having optical element provided with diffraction element portion |
| JP2023011663A (ja) * | 2017-09-21 | 2023-01-24 | マジック リープ， インコーポレイテッド | 眼および／または環境の画像を捕捉するように構成される導波管を伴う拡張現実ディスプレイ |
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| US6937221B2 (en) | 1998-08-05 | 2005-08-30 | Microvision, Inc. | Scanned beam display |
| JP2000075240A (ja) * | 1998-08-26 | 2000-03-14 | Mr System Kenkyusho:Kk | 複合表示装置 |
| US6324012B1 (en) | 1998-09-28 | 2001-11-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical system and image pickup apparatus having the same |
| JP2001027738A (ja) * | 1999-07-14 | 2001-01-30 | Minolta Co Ltd | 映像表示装置 |
| JP3921915B2 (ja) * | 2000-03-22 | 2007-05-30 | 松下電器産業株式会社 | ディスプレイ装置 |
| US6417820B1 (en) * | 2000-05-12 | 2002-07-09 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Head mounted display and optical system for use in HMD |
| JP4727025B2 (ja) * | 2000-08-01 | 2011-07-20 | オリンパス株式会社 | 画像表示装置 |
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| JP2002258208A (ja) * | 2001-03-01 | 2002-09-11 | Mixed Reality Systems Laboratory Inc | 光学素子及びそれを用いた複合表示装置 |
| KR100403079B1 (ko) * | 2001-03-10 | 2003-10-30 | 엘지전자 주식회사 | 씨-쓰루 형 머리 장착용 표시 장치 |
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| KR100477684B1 (ko) * | 2002-12-05 | 2005-03-21 | 삼성전자주식회사 | 머리장착형 표시장치 |
| US20060081793A1 (en) * | 2004-01-26 | 2006-04-20 | Microvision, Inc. | Head-worn video display with viewing screen |
| US10451882B2 (en) * | 2018-03-16 | 2019-10-22 | Sharp Kabushiki Kaisha | Hinged lens configuration for a compact portable head-mounted display system |
| US11899214B1 (en) | 2018-09-18 | 2024-02-13 | Apple Inc. | Head-mounted device with virtually shifted component locations using a double-folded light path |
| JP7615610B2 (ja) * | 2020-10-29 | 2025-01-17 | セイコーエプソン株式会社 | 表示装置及び光学ユニット |
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|---|---|---|---|---|
| EP0382791A4 (en) * | 1987-10-27 | 1992-05-06 | Night Vision General Partnership | Compact see-through night vision goggles |
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| JP3310325B2 (ja) * | 1992-04-28 | 2002-08-05 | オリンパス光学工業株式会社 | ヘッドマウントディスプレイ装置及びそれを用いたシステム |
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-
1997
- 1997-02-28 JP JP9061982A patent/JPH10239628A/ja not_active Withdrawn
-
1998
- 1998-02-24 US US09/028,884 patent/US5933279A/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5933279A (en) | 1999-08-03 |
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