JPH11295642A - 光学視覚装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 観察者の眼の虚像がゴースト像として、表示
画像の虚像に重畳されることのない光学視覚装置を提供
する。 【解決手段】 液晶ディスプレイ１の表示画像が、光源
８からの光により背面から照射され、表示画像の光が、
ハーフミラー２のハーフコーティング面で反射されて、
凹面鏡３に入射する光と、ハーフミラー２内に侵入する
侵入光とに分岐され、ハーフミラー２での反射光が凹面
鏡３に入射し、凹面鏡３により表示画像が虚像として拡
大観察されるが、観察者の観察眼５とハーフミラー２間
に凹レンズ７が配設されていて、観察眼５の光像は、凹
レンズ７により発散されて凹面鏡３に入射し、凹面鏡３
で形成される観察眼５の光像の虚像位置は無限遠に発散
され、表示画像の虚像に対するゴースト像となることは
なく、観察者は、観察眼５の光像がゴースト像として写
り込まない液晶ディスプレイ１の表示画像の高品質の虚
像を拡大観察することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次元表示素子に
よる表示画像を虚像として拡大観察する光学視覚装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、医療上の情報を得るために、或い
はバーチャルリアリティの目的で、ＣＲＴディスプレイ
やＬＣＤ（液晶ディスプレイ）の表示画像を虚像として
拡大観察する光学視覚装置として、眼前に表示画像を虚
像として拡大観察するディスプレイ部が位置するよう
に、観察者の頭部に装着されるヘッドマウントディスプ
レイが使用されるようになってきた。

【０００３】この種の従来の光学視覚装置は、図２に示
すような構成となっていて、観察画像が表示される液晶
ディスプレイ１の背後に、液晶ディスプレイ１に照明光
を照射する光源８が配置され、液晶ディスプレイ１に対
向して凸レンズ６が配設され、凸レンズ６の後段に、凸
レンズ６に対向してハーフミラー２が配設され、ハーフ
ミラー２からの反射光が入射される凹面鏡３が、ハーフ
ミラー２に対向して配設されている。そして、光源８、
液晶ディスプレイ１、凸レンズ６、ハーフミラー２及び
凹面鏡３が、ディスプレイ部として、共通の筐体内に収
納され、図示せぬ頭部装着具によって、ディスプレイ部
が観察眼の前に位置するように、観察者の頭部に装着さ
れるように構成されている。

【０００４】この従来の光学視覚装置では、図２に示す
ように、液晶ディスプレイ１が、光源８からの照明光に
よって背面から照射され、液晶ディスプレイ１の表示画
像の光Ｌ１が、凸レンズ６を介してハーフミラー２に入
射し、ハーフミラー２のハーフコーティングが施された
上面で反射した光Ｌ２が凹面鏡３に入射し、凹面鏡３で
液晶ディスプレイ１の表示画像の拡大虚像が形成され、
この拡大虚像の光が、正規光Ｌａとして凹面鏡３からハ
ーフミラー２を透過して観察者の観察眼５に入射するこ
とにより、観察者によって、液晶ディスプレイ１の表示
画像の虚像が拡大観察される。

【０００５】前述の従来の光学視覚装置では、液晶ディ
スプレイ１の表示画像の光Ｌ１の一部が、ハーフミラー
２内に侵入し、侵入光の一部が、ハーフミラー２の底面
で反射し、ハーフミラー２の上面から屈折して放出さ
れ、凹面鏡３の表面で反射して、ハーフミラー２を透過
し、ゴースト光として観察眼５に入射し、観察者が観察
する表示画像の拡大虚像に、ゴースト光に基づくゴース
ト像が重畳されて表示さすることが知られている。

【０００６】このようにして発生するゴースト光を除去
するために、本願の出願人は、特開平９−３０４７２８
号公報において、ハーフミラーを楔型形状の厚さの異な
る構造とし、ハーフコーティングが施された面に対向す
る傾斜面の傾斜角度及びアッベ数を設定することによ
り、観察眼の位置における正規光とゴースト光を重ね合
わせて、高光度の正規光のみが見えるようにするか、ゴ
ースト光を視野外に反射させることを提案しており、前
述のゴースト光の発生の問題はすでに解決されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の光
学視覚装置では、以上に説明したゴースト光の他に、観
察者の観察眼５の虚像が、液晶ディスプレイ１の表示画
像の虚像にゴースト像として重畳して観察されるという
問題がある。

【０００８】この種のゴースト像の発生の状態を図３を
参照して説明する。観察者の観察眼５の光Ｌ１０、Ｌ１
１が、ハーフミラー２を透過して凹面鏡３に入射する
と、凹面鏡３によって、観察眼５の虚像が形成され、ゴ
スト光Ｌｃ、Ｌｄとして観察眼５で観察されることがあ
り、特に通常の観察状態では、観察眼５の観察位置が、
凹面鏡３の焦点位置の近傍に置かれることが多く、この
ような場合には、無限遠の近傍位置に観察眼５の虚像が
ゴースト像として、液晶ディスプレイ１の表示画像の虚
像に重畳して表示され、液晶ディスプレイ１の表示画像
の虚像の拡大観察を見にくいものとする。

【０００９】本発明は、前述したようなこの種の光学視
覚装置の動作の現状に鑑みてなされたものであり、その
目的は、観察者の眼の虚像がゴースト像として、表示画
像の虚像に重畳されることのない光学視覚装置を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、画像を表示する二次元表示
素子と、該二次元表示素子の表示画像の光路を分岐する
ハーフミラーと、該ハーフミラーでの反射光路に基づい
て、前記表示画像を虚像として拡大観察する凹面鏡とか
らなる光学視覚装置であり、観察者の眼と前記ハーフミ
ラー間に凹レンズが配設されていることを特徴とするも
のである。

【００１１】同様に前記目的を達成するために、請求項
２記載の発明は、画像を表示する二次元表示素子と、該
二次元表示素子の表示画像の光路を分岐するハーフミラ
ーと、該ハーフミラーでの反射光路に基づいて、前記表
示画像を虚像として拡大観察する凹面鏡とからなる光学
視覚装置であり、前記凹面鏡の焦点位置が、観察者の眼
の位置よりも前記凹面鏡の近傍に設定されていることを
特徴とするものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］本発明の第
１の実施の形態を図１を参照して説明する。図１は本実
施の形態の構成を示す説明図である。

【００１３】本実施の形態では、図１に示すように、背
後に照明光を照射する光源８が配置され、観察画像が表
示される液晶ディスプレイ１の表示面に対向して、凸レ
ンズ６が配設され、凸レンズ６の後段に、凸レンズ６に
対向してハーフミラー２が配設され、ハーフミラー２に
対向して、ハーフミラー２からの反射光が入射される凹
面鏡３が配設され、さらに、観察者の観察眼５とハーフ
ミラー２間に凹レンズ７が配設されている。

【００１４】このような構成の本実施の形態の動作を説
明する。本実施の形態では、液晶ディスプレイ１が、光
源８からの照明光によって背面から照射され、液晶ディ
スプレイ１の表示画像の光Ｌ１が、凸レンズ６を介して
ハーフミラー２に入射し、ハーフミラー２のハーフコー
ティングが施された上面で反射した光Ｌ２が凹面鏡３に
入射し、凹面鏡３で液晶ディスプレイ１の表示画像の拡
大虚像が形成され、この拡大虚像の光が、正規光Ｌａ
（図２参照）として、凹面鏡３からハーフミラー２と凹
レンズ７を介して観察眼５に入射し、観察者によって、
液晶ディスプレイ１の表示画像の虚像が拡大観察され
る。

【００１５】本実施の形態では、図１に示すように、観
察者の観察眼５の光像Ｌ１０、Ｌ１１が、凹レンズ７に
入射し、凹レンズ７で発散された状態で、ハーフミラー
２を透過して凹面鏡３に入射し、凹面鏡３によって形成
される観察眼５の虚像のゴースト光Ｌｅ、Ｌｆとなる
が、このゴースト光Ｌｅ、Ｌｆは、凹面鏡３と凹レンズ
７とによって、観察眼５の虚像位置が無限遠に発散され
ていて、液晶ディスプレイ１の表示画像の虚像に対して
はゴースト像となることはなく、観察者によって、眼の
光像が、ゴースト像として写り込まない液晶ディスプレ
イ１の表示画像の高品質の虚像が拡大観察される。

【００１６】このように、本実施の形態によると、観察
眼５の直前に配置した凹レンズ７によって、観察眼５の
光像は発散された状態で、ハーフミラー２を透過して凹
面鏡３に入射するので、凹面鏡３によって形成される観
察眼５の虚像位置が、無限遠に発散され、観察者には視
界外にあって観察されないことになり、観察者は、観察
眼５の光像がゴースト像として写り込まない液晶ディス
プレイ１の表示画像の高品質の虚像を拡大観察すること
が可能になる。

【００１７】［第２の実施の形態］本発明の第２の実施
の形態を説明する。本実施の形態では、すでに図２を参
照して説明した従来の光学視覚装置に対して、凹面鏡３
はその曲率半径Ｒが小さく形成され、凹面鏡３の焦点位
置が、従来の光学視覚装置での観察者の観察眼５の位置
近傍から、凹面鏡３の近傍位置に移動設定されている。
本実施の形態のその他の部分の構成は、すでに図２を参
照して説明した従来の光学視覚装置と同一なので、重複
する説明は行なわない。

【００１８】このような構成の本実施の形態の動作を説
明する。本実施の形態では、液晶ディスプレイが、光源
からの照明光によつて背面から照射され、液晶ディスプ
レイの表示画像の光は、凸レンズを介してハーフミラー
に入射し、ハーフミラーのハーフコーティング面での反
射光が凹面鏡に入射し、凹面鏡で液晶ディスプレイの表
示画像の拡大虚像が形成され、この拡大虚像の光は、ハ
ーフミラーを透過して、正規光Ｌａ（図２参照）として
観察眼に入射し、観察者によつて液晶ディスプレイの虚
像が拡大観察される。

【００１９】本実施の形態では、観察者の観察眼の光像
が、ハーフミラーを透過して凹面鏡に入射し、凹面鏡で
観察眼の虚像が形成されると、この虚像のゴースト光
は、凹面鏡の近傍の焦点位置に結像し、観察者には観察
しにくいものとなり、液晶ディスプレイの表示画像に対
するゴースト像とはならず、観察者によって、眼の光像
が、ゴースト像として写り込まない液晶ディスプレイ１
の表示画像の高品質の虚像が拡大観察される。

【００２０】このように、本実施の形態によると、凹面
鏡はその曲率半径Ｒが小さく形成され、凹面鏡の焦点
が、観察者の観察眼の位置よりも凹面鏡の近傍位置に設
定されているので、観察者の観察眼の光像が、ハーフミ
ラーを透過して凹面鏡に入射し、凹面鏡で観察眼の虚像
が形成されても、観察眼の虚像のゴースト光は凹面鏡の
近傍の焦点位置に結像し、観察者には観察しにくく、液
晶ディスプレイの表示画像に対するゴスト像となること
はなく、観察者は、眼の光像がゴースト像として写り込
まない液晶ディスプレイの表示画像の高品質の虚像を拡
大観察することが可能になる。

【００２１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、二次元表
示素子の表示画像が、光源からの光によって背面から照
射され、表示画像の光が、ハーフミラーのハーフコーテ
ィング面で反射されて、凹面鏡に入射する光と、ハーフ
ミラー内に侵入する侵入光とに分岐され、ハーフミラー
のハーフコーティング面での反射光が凹面鏡に入射し、
凹面鏡によって表示画像が虚像として拡大観察される
が、観察者の眼とハーフミラー間に凹レンズが配設され
ているので、観察者の眼の光像は、凹レンズにより発散
されて凹面鏡に入射し、凹面鏡により形成される眼の光
像の虚像位置は無限遠に発散されるので、表示画像の虚
像に対するゴースト像となることはなく、観察者は、眼
の光像が、ゴースト像として写り込まない二次元表示素
子の表示画像の高品質の虚像を拡大観察することが可能
になる。

【００２２】請求項２記載の発明によると、二次元表示
素子の表示画像が、光源からの光によって背面から照射
され、表示画像の光が、ハーフミラーのハーフコーティ
ング面で反射されて、凹面鏡に入射する光と、ハーフミ
ラー内に侵入する侵入光とに分岐され、ハーフミラーの
ハーフコーティング面での反射光が凹面鏡に入射し、凹
面鏡によって表示画像が虚像として拡大観察されるが、
凹面鏡の焦点位置が、観察者の眼の位置よりも凹面鏡の
近傍側に設定されているので、観察者の眼の光像の虚像
は、凹面鏡の近傍に結像して観察者には見えにくくな
り、表示画像の虚像のゴースト像となることはなく、観
察者は、眼の光像が、ゴースト像として写り込まない液
晶表示パネルの表示画像の高品質の虚像を拡大観察する
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示す説明図
である。

【図２】従来の光学視覚装置による液晶ディスプレイの
画像の拡大観察の説明図である。

【図３】従来の光学視覚装置における観察者の眼の光像
に起因するゴースト像発生の説明図である。

【符号の説明】

１…液晶ディスプレイ、２…ハーフミラー、３…凹面
鏡、５…観察眼、６…凸レンズ、７…凹レンズ、８…光
源。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像を表示する二次元表示素子と、該二
   次元表示素子の表示画像の光路を分岐するハーフミラー
   と、該ハーフミラーでの反射光路に基づいて、前記表示
   画像を虚像として拡大観察する凹面鏡とからなる光学視
   覚装置であり、 観察者の眼と前記ハーフミラー間に凹レンズが配設され
   ていることを特徴とする光学視覚装置。
2. 【請求項２】 画像を表示する二次元表示素子と、該二
   次元表示素子の表示画像の光路を分岐するハーフミラー
   と、該ハーフミラーでの反射光路に基づいて、前記表示
   画像を虚像として拡大観察する凹面鏡とからなる光学視
   覚装置であり、 前記凹面鏡の焦点位置が、観察者の眼の位置よりも前記
   凹面鏡の近傍側に設定されていることを特徴とする光学
   視覚装置。