JP2001264685A - 画像表示装置および画像表示システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射型画像表示素子の照明光を光源から直接
素子に照射すると、照明光と素子の光軸とのなす角が大
きくなり、装置全体が大型化する。 【解決手段】 照明光を発する光源１と、入射した照明
光の内部反射により画像を表示する反射型画像表示素子
５と、この反射型画像表示素子に表示された画像を観察
者の眼に投写する投写光学素子７と、光源から発せられ
た照明光を反射型画像表示素子の画像光射出側に入射さ
せるとともに、この反射型画像表示素子から射出した画
像光を投写光学素子に導く導光素子４とを有する画像表
示装置において、上記導光素子に、入射した照明光を反
射型画像表示素子に向けて反射させるとともに反射型画
像表示素子からの画像光を投写光学素子に向けて透過さ
せる反射透過面４２を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆるヘッドマ
ウントディスプレイなどと称される画像表示装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】ヘッドマウントディスプレイなどの画像
表示装置においては、装置全体を小型化するための光学
系がいろいろ提案されている。例えば、特開平７−３３
３５５１号公報においては、すべて回転非対称の第１、
第２、第３の面で構成され、１つの対称面に対して対称
な形状を有するプリズム形状の光学素子を用い、画像表
示素子の表示面の画像を拡大像として表示する装置が提
案されている。

【０００３】このようなプリズム形状の光学素子を用い
ることにより、非常にコンパクトでかつ簡単な構成で、
像の歪み（ディストーション）、像面湾曲、非点収差を
良好に補正し、表示面に対してテレセントリック条件を
満たすことができる。

【０００４】この公報提案の装置では、画像表示素子と
して透過型の液晶ディスプレイを用いているが、透過型
液晶ディスプレイは画素開口が小さいので画像が粗く、
画質が若干良くないという欠点を有している。近年、ビ
デオやＴＶなどの動画の他に、パソコンやＤＶＤといっ
た高精細の画像の出力装置が増えており、透過型液晶デ
ィスプレイの画質よりも精細な画像表示が望まれてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような現状に対し
て、画素開口が大きくできる反射型液晶ディスプレイを
用いることにより、高精細な画像を得ることができる。
現在提案されている反射型液晶ディスプレイを用いた表
示装置としては、例えば特開平１１‐１２５７９１号公
報にて提案のものがある。この表示装置では、本願図２
４に示すように、光源からの光線を光学素子を介するこ
となしに直接反射型液晶ディスプレイに照射し、該液晶
ディスプレイの画像をプリズム形状の光学素子によって
虚像として拡大表示して、観察者の眼に導く。

【０００６】しかしながら、この表示装置においては、
反射型液晶ディスプレイを照明する光源からの光線を直
接液晶ディスプレイに照射しているために、照明光と液
晶ディスプレイの光軸とのなす角αが大きくなる。この
ため、表示装置全体が大型化してしまい、さらに、液晶
ディスプレイが表示光学系に対して大きく傾くので、表
示光学系から液晶ディスプレイまでの距離が場所によっ
て異なり、光学性能が低下するという問題がある。

【０００７】また、他の表示装置としては、図２５に示
すように、プリズム形状の光学素子に対して反射型液晶
ディスプレイの反対の側に光源を設け、光源からの照明
光が光学素子内を通じて液晶ディスプレイを照明し、液
晶ディスプレイを照明した光はこの液晶ディスプレイで
反射され、再び光学素子内を通じて観察者の眼に入るよ
うに構成されたものがある。

【０００８】しかしながら、このような表示装置の照明
系では、照明光が光学素子の各面で反射し、液晶ディス
プレイを照明しない光も眼に入ってしまうため、不要な
フレアが発生するという問題がある。

【０００９】そこで、本発明は、極めてシンプルかつコ
ンパクトな構成でありながら、諸収差が良好に補正さ
れ、広画角であって、かつ不要なフレアが発生しない画
像表示装置であり、しかも、パソコン出力などの高精細
な画像に対応した反射型画像表示素子を用いた画像表示
装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、照明光を発する光源と、入射した照
明光の内部反射により画像を表示する反射型画像表示素
子と、この反射型画像表示素子に表示された画像を観察
者の眼に投写する投写光学素子と、光源から発せられた
照明光を反射型画像表示素子の画像光射出側に入射させ
るとともに、この反射型画像表示素子から射出した画像
光を投写光学素子に導く導光素子とを有する画像表示装
置において、上記導光素子に、入射した照明光を反射型
画像表示素子に向けて反射させるとともに反射型画像表
示素子からの画像光を投写光学素子に向けて透過させる
反射透過面を設けている。

【００１１】これにより、上記反射透過面と反射型画像
表示素子との間において、照明光が通過する領域と画像
光が通過する領域とが少なくとも一部で重複することと
なり、照明系のコンパクト化、ひいては装置全体のコン
パクト化を図れる。

【００１２】また、投写光学素子として、少なくとも１
つの反射面を含む複数の光学作用面を有し、これら光学
作用面のうち少なくとも１つが回転非対称面であるもの
を用いることにより、諸収差（歪み等）が補正された良
質な画像を表示することが可能となる。

【００１３】導光素子としては、内部が屈折率が１より
大きな媒質で満たされたプリズム形状の一体の光学素子
を用いてもよいし、入射した光のうち所定方向の偏光成
分を反射し、上記所定方向に直交する偏光成分を透過す
る偏光分離面を反射透過面として有する素子を用いても
よい。

【００１４】また、導光素子の反射透過面において、照
明光が全反射するようにしてもよいし、反射透過面の一
部に反射膜を形成して照明光のうち一部が反射透過面の
うち反射膜が形成されていない領域により全反射し、他
の一部が反射膜で反射するようにしてもよい。反射膜を
形成する場合には、この反射膜を全反射条件に基づいて
形成するのがよい。

【００１５】また、反射型画像表示素子が液晶表示素子
である場合には、導光素子（プリズム形状の導光素子）
の入射面の近傍に照明光を偏光光とするための第１の偏
光板を設けるとともに、導光素子の反射透過面と投写光
学素子との間に画像光の検光を行う第２の偏光板を設
け、照明光と画像光の偏光状態を別々に制御し、より良
質な画像を表示できるようにしてもよい。

【００１６】この場合において、照明光が、第１の偏光
板を透過し、導光素子の入射面に入射して反射透過面で
反射した後に反射型画像表示素子の近傍の透過面から射
出し、反射型画像表示素子で変調されて反射して上記透
過面から導光素子に入射し、第２の偏光板を透過して投
写光学素子に入射するようになっているときには、第１
の偏光板を透過した光の偏光方向が上記反射透過面に対
して所定の偏光方向（Ｐ偏光又はＳ偏光）であり、第２
の偏光板を透過した光の偏光方向が上記所定の偏光方向
に対してほぼ直交する方向であるように構成することに
より、上記反射透過面において偏光光の偏光状態が崩れ
ることを防ぎ、コントラストの低下を防止することが可
能となる。なお、上記反射透過面に入射する照明光をＳ
偏光とすると、反射透過面での照明光の反射率が増大す
るので、明るい画像表示を行うことが可能である。

【００１７】ところで、虚像を観察する画像表示装置
は、観察者の眼側から外光（例えば、太陽光）が入射す
ると、投写光学素子の光学作用により画像表示素子の近
傍に光が集光する。この場合において、画像表示素子と
して液晶を用い、この画像表示素子に対して偏光板が使
われているとき、偏光板を画像表示素子の近傍に配置す
ると、偏光板の近傍に集光点ができる。そして、眼側か
ら入射する外光は無偏光の光であるので、偏光板による
光の吸収があり、これにより偏光板が劣化するおそれが
ある。このため、偏光板を画像表示素子から離した位置
（例えば、画像表示素子上の外光の強度に対して偏光板
上の外光の強度が１／１０以下になる位置）に配置する
とよい。

【００１８】また、光源から発せられた照明光を集光し
て導光手段に入射させる集光素子を設けることにより、
照明系の効率を高めることが可能となる。

【００１９】さらに、カラー画像を表示する場合には、
光源に白色光源を用いて反射型画像表示素子の画素に対
してカラーフィルターを設けてもよいが、反射型画像表
示素子に複数色の色画像の時間順次表示切替えを行わせ
るとともに、この色画像の切替タイミングに同期させて
反射型画像表示素子に入射させる照明光を表示色画像に
応じた色に切り替えてカラー画像を表示させてもよい。
このようなフィールドシーケンシャル制御によるカラー
画像表示を行わせるようにすれば、色による画素ずれの
ない高精細な画像表示を行うことが可能となる。

【００２０】また、光源に関し、点光源からの光をレン
ズで集光するようにしてもよいが、光源から反射型画像
表示素子までの照明光の光路中に、光源からの光により
２次光源を生成する２次光源素子（拡散板や微小レンズ
シート等）を設け、観察者の眼に到達する光の範囲を広
くして表示をより見易くするようにしてもよい。また、
面光源を用いてもよい。

【００２１】さらに、反射型画像表示素子が投写光学素
子に対して傾斜配置されている場合に、反射型画像表示
素子上の投写光学素子に対して遠い側から近い側にかけ
て、この反射型画像表示素子から射出する画像光の光束
中心と反射型画像表示素子の面法線とのなす角度が大き
くなるようにすれば、導光素子への照明光の入射光路を
小さくして照明系や光学系全体をよりコンパクト化する
ことが可能となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１は、本発明
の第１実施形態であるヘッドマウントディスプレイ（画
像表示装置）の構成を示している。

【００２３】１はＲＧＢの光を発する光源、２は光源か
らの光を集光するためのレンズ（集光素子）、３は第１
の偏光板、４は照明プリズム（導光素子）である。この
照明プリズム４は、光学ガラスなど内部が屈折率が１よ
り大きな媒質で満たされたプリズム形状の光学素子であ
る。また、５は反射型液晶ディスプレイパネル（反射型
画像表示素子）、６は第２の偏光板、７はプリズムレン
ズ（投写光学素子）、８は観察者の眼である。

【００２４】次に、図１および図２を用いて光学的作用
を説明する。光源１から発せられた発散光はレンズ２に
よりぼ平行な光となり、第１の偏光板３を透過し、第１
の偏光方向の偏光光に変換され、照明プリズム４の第１
の面（入射面）４１を透過して、第２の面（反射透過
面）４２で反射し、さらに第３の面（透過面）４３を透
過してディスプレイパネル５の画像光射出側からパネル
５内に入射し、このパネル５を照明する。

【００２５】ここで、照明プリズム４の第２の面４２の
一部に全反射条件を満たすよう反射膜を形成してもよ
い。具体的には、第２の面４２のうち、反射膜が形成さ
れていない領域の反射率をＲとするとき、反射率がＲ＜
１となる領域に上記反射膜を形成する。これにより、照
明光のうち一部が第２の面４２のうち反射膜が形成され
ていない領域により全反射し、他の一部が反射膜で反射
してディスプレイパネル５を照明することとなる。

【００２６】ディスプレイパネル５においては、映像信
号に応じて光の偏光方向が変調される。そして、パネル
５で反射された光は、照明プリズム４の第３の面４３を
再び透過し、さらに第２の面４２を透過して第２の偏光
板６に入射する。この第２の偏光板６においては、第１
の偏光方向に直交する第２の偏光方向と平行な偏光成分
は透過し、第２の偏光方向と垂直な偏光成分は吸収され
る。これにより、不要な光がカットされた状態で画像光
がプリズムレンズ７内に入射する。

【００２７】なお、図２には、照明光および画像光の偏
光状態の例を示している。図２中の矢印記号は第２の面
４２に対してＰ偏光の状態を、丸囲みの×印はＳ偏光の
状態を表す。但し、ディスプレイパネル５で変調された
光は特にＰ，Ｓ偏光である必要はなく、任意の方向の偏
光光でよい。図２にはディスプレイパネル５で偏光方向
が９０°の変調を受けた状態を表している。

【００２８】第２の偏光板６を透過した光は、プリズム
レンズ７の第１の面７１を透過し、第２および第３の面
７２，７３で反射し、第２の面７２を透過した後、観察
者の眼８に至る。

【００２９】プリズムレンズ７は正の屈折力を有し、デ
ィスプレイパネル５に表示される画像を拡大した虚像に
変化させる作用を有する。

【００３０】照明プリズム４は、プリズムレンズ７とデ
ィスプレイパネル５との間に配置され、プリズムレンズ
側の面４２とパネル側の面４３とが所定の角度となるよ
うに構成されている。

【００３１】以上が本実施形態の画像表示装置における
主たる構成および光学的作用であるが、本実施形態で
は、照明プリズム４およびプリズムレンズ７の各側面に
反射防止膜を形成し、各側面での光の反射を防止してフ
レアやゴーストの発生を防止している。

【００３２】また、本実施形態では、光源１として白色
光源が用いられており、ディスプレイパネル５の各画素
にはそれぞれ不図示の赤、緑、青（Ｒ、Ｇ、Ｂ）のカラ
ーフィルターが設けられている。これにより、フルカラ
ーの画像を表示することができる。

【００３３】なお、本実施形態のヘッドマウントディス
プレイのように、虚像を観察する画像表示装置は、観察
者の眼８側から外光（例えば、太陽光）が入射すると、
プリズムレンズ７の光学作用によりディスプレイパネル
５の近傍に光が集光する。そして、第２の偏光板６をデ
ィスプレイパネル５の近傍に配置すると、第２の偏光板
６の近傍に集光点ができる。眼８側から入射する外光は
無偏光の光であるので、第２の偏光板６による光の吸収
があり、これにより第２の偏光板６が劣化するおそれが
ある。

【００３４】そこで、本実施形態では、第１および第２
の偏光板３，６を照明プリズム４の第１の面４１と第２
の面４２に近接又は接して設け、第２の偏光板６をディ
スプレイパネル５から離した位置（例えば、ディスプレ
イパネル５上の外光の強度に対して第２の偏光板６上の
外光の強度が１／１０以下になる位置）に配置してい
る。

【００３５】これにより、プリズムレンズ７の眼８側か
ら入射する光が偏光板３，６上で集光せず、各偏光板
３，６の劣化が防止される。

【００３６】（第２実施形態）図３には、本発明の第２
実施形態であるヘッドマウントディスプレイ（画像表示
装置）を示している。なお、本実施形態のヘッドマウン
トディスプレイの基本構成は第１実施形態のものと同じ
であり、共通する構成要素には第１実施形態と同符号を
付している。

【００３７】本実施形態では、光源１を白色光源とし、
光源１と照明プリズム４との間に、図４に示すようなＲ
ＧＢの各色成分光を選択的に透過させる回転カラーフィ
ルター（色切替手段）９１を設け、このフィルター９１
を軸Ｏを中心に回転させて、照明プリズム４を介してデ
ィスプレイパネル５に入射する照明光の色を時間順次で
切り替えるようにしている。さらに、この照明光の切り
替えに同期して、照明光の色に対応する色画像をディス
プレイパネル５に時間順次で切り替え表示させるように
制御（フィールドシーケンシャル制御）することによ
り、フルカラーの画像を表示することができる構成とし
ている。

【００３８】このように、ディスプレイパネル５に入射
する照明光の色およびパネル５に表示される色画像をフ
ィールドシーケンシャルに切替制御するので、ディスプ
レイパネル５の画素を全て１つの色に使用でき、色によ
る画素ずれのない高精細な画像が得られる。

【００３９】なお、使用する回転カラーフィルター９１
としては、図４に示すようなＲＢＧの原色のみに対応す
るものでなくてもよい。例えば、図５（ａ）に示すよう
にＲＢＧの原色に白色（Ｗ、フィルターなし）を組み入
れたものや、図５（ｂ）に示すようにイエロー、シア
ン、マゼンダ（Ｙ，Ｃ，Ｍ）を組み入れたものや、図５
（ｃ）に示すように黒（Ｂｌ、遮光）を組み入れたもの
を使用してもよい。そして、この場合、ディスプレイパ
ネル５にも各回転フィルター９１の切替可能色に対応す
る色画像をフィールドシーケンシャルに切替表示させ
る。

【００４０】また、本実施形態のように色画像をフィー
ルドシケンシャルに表示切替えする場合には、ディスプ
レイパネル５として、シリコン基盤にＴＮ液晶を封入し
た液晶ディスプレイパネルや、強誘電液晶を用いた液晶
パネルや、微小なミラーアレイを駆動するミラーパネル
といった高速で駆動できるものを用いるのが好ましい。
ミラーパネルを用いる場合は偏光板３，６は不要であ
る。

【００４１】（第３実施形態）図６には、本発明の第３
実施形態であるヘッドマウントディスプレイ（画像表示
装置）を示している。なお、本実施形態のヘッドマウン
トディスプレイの基本構成は第１実施形態のものと同じ
であり、共通する構成要素には第１実施形態と同符号を
付している。

【００４２】本実施形態では、光源１を白色光源とし、
光源１と照明プリズム４との間に、透過する光の透過方
向を色成分毎に選択制御できるカラーフィルター（色切
替手段）９２を設け、図６および図７に示すように、レ
ンズ２および照明プリズム４を介してディスプレイパネ
ル５に入射する照明光の色を時間順次で切り替えるよう
にしている。さらに、この照明光の切り替えに同期し
て、照明光の色に対応する色画像をディスプレイパネル
５に時間順次で切り替え表示させるように制御（フィー
ルドシーケンシャル制御）することにより、フルカラー
の画像を表示することができる構成としている。

【００４３】このように、ディスプレイパネル５に入射
する照明光の色およびパネル５に表示される色画像をフ
ィールドシーケンシャルに切替制御するので、ディスプ
レイパネル５の画素を全て１つの色に使用でき、色によ
る画素ずれのない高精細な画像が得られる。

【００４４】なお、本実施形態にて使用するカラーフィ
ルターは、例えば、回折パターンを液晶等の異方性材料
で挟んで（重ねて）構成される回折光学素子において電
気的に液晶の分子方向（つまりは配光方向）を制御し
て、回折が発生する状態と回折が発生しない状態を切り
替えることにより実現できる。

【００４５】（第４実施形態）図８には、本発明の第４
実施形態であるヘッドマウントディスプレイ（画像表示
装置）を示している。なお、本実施形態のヘッドマウン
トディスプレイの基本構成は第１実施形態のものと同じ
であり、共通する構成要素には第１実施形態と同符号を
付している。

【００４６】本実施形態では、光源１としてＲＧＢの３
つの色光源Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１を設け、これら色光源のう
ち点灯する光源を図９に示すように時間順次で切り替え
ることにより、照明プリズム４を介してディスプレイパ
ネル５に入射する照明光の色を時間順次で切り替えると
ともに、これら色光源の点灯切り替えに同期して照明光
の色に対応する色画像を表示するようにディスプレイパ
ネル５を制御する制御回路を設けることにより、フルカ
ラーの画像を表示することができる構成としている。

【００４７】このように、ディスプレイパネル５に入射
する照明光の色およびパネル５に表示される色画像をフ
ィールドシーケンシャルに切替制御するので、ディスプ
レイパネル５の画素を全て１つの色に使用でき、色によ
る画素ずれのない高精細な画像が得られる。

【００４８】（第５実施形態）図１０には、本発明の第
５実施形態であるヘッドマウントディスプレイ（画像表
示装置）を示している。なお、本実施形態のヘッドマウ
ントディスプレイの基本構成は第４実施形態のものと同
じであり、共通する構成要素には第４実施形態と同符号
を付している。

【００４９】本実施形態は、照明系において、光源１の
近傍（照明光の光路中）に拡散板（２次光源素子）１０
を設け、この拡散板１０の拡散面を２次的な光源とする
照明光をレンズ２で集光し、ディスプレイパネル５を照
明する構成としたものである。

【００５０】これにより、点光源からの照明光を拡散板
１０を通さずにディスプレイパネル５に入射させる場合
に比べて、観察者の眼に到達する画像光の範囲を広くす
ることができ、表示をより見易くすることができる。

【００５１】（第６実施形態）図１１には、本発明の第
６実施形態であるヘッドマウントディスプレイ（画像表
示装置）を示している。なお、本実施形態のヘッドマウ
ントディスプレイの基本構成は第４実施形態のものと同
じであり、共通する構成要素には第４実施形態と同符号
を付している。

【００５２】本実施形態では、照明系において、レンズ
２の光源側近傍（照明光の光路中）に拡散板１１を設
け、この拡散板１１の拡散面を２次的な光源とする照明
光をレンズ２で集光し、ディスプレイパネル５を照明す
る構成としたものである。

【００５３】これにより、点光源からの照明光を拡散板
１１を通さずにディスプレイパネル５に入射させる場合
に比べて、観察者の眼に到達する画像光の範囲を広くす
ることができ、表示をより見易くすることができる。

【００５４】なお、図１２に示すように、レンズ２の照
明プリズム側近傍であってレンズ２と第１の偏光板３と
の間（照明光の光路中）に拡散板１２を設け、この拡散
板１２の拡散面を２次的な光源とする照明光によりディ
スプレイパネル５を照明する構成としてもよい。

【００５５】但し、拡散板１２を照明プリズム４の照明
光入射面の近傍に設けると、観察系により眼に導かれる
光以外の光も照明プリズム４の中に入ってしまうことが
あるので、照明系に使用しない照明プリズム４の側面
（不図示）などの面を拡散面にした上で光吸収性を持つ
黒色塗料等で塗装することにより、不要な光が眼８に入
ってしまうことを防止できる。

【００５６】（第７実施形態）図１３には、本発明の第
７実施形態であるヘッドマウントディスプレイ（画像表
示装置）を示している。なお、本実施形態のヘッドマウ
ントディスプレイの基本構成は第７実施形態のものと同
じであり、共通する構成要素には第４実施形態と同符号
を付している。

【００５７】本実施形態では、照明系において、光源１
（色光源Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１）の近傍（照明光の光路中）
に、微細なレンズが集合して構成されるレンズアレイシ
ート１３を設け、このレンズアレイシート１３の各レン
ズによる集光点を２次的な光源とする照明光をレンズ２
で集光し、ディスプレイパネル５を照明する構成として
いる。

【００５８】これにより、１つの点光源からの照明光を
レンズアレイ１３を通さずにディスプレイパネル５に入
射させる場合に比べて、観察者の眼に到達する画像光の
範囲を広くすることができ、表示をより見易くすること
ができる。

【００５９】（第８実施形態）図１４には、本発明の第
９実施形態であるヘッドマウントディスプレイ（画像表
示装置）を示している。なお、本実施形態のヘッドマウ
ントディスプレイの基本構成は第４実施形態のものと同
じであり、共通する構成要素には第４実施形態と同符号
を付している。

【００６０】本実施形態では、照明系において、レンズ
２の光源（色光源Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１）側近傍（照明光の
光路中）に、微細なレンズが集合して構成されるレンズ
アレイシート１４を設け、このレンズアレイシート１４
の各レンズによる集光点を２次的な光源とする照明光を
レンズ２で集光し、ディスプレイパネル５を照明する構
成としている。

【００６１】これにより、１つの点光源からの照明光を
レンズアレイ１４を通さずにディスプレイパネル５に入
射させる場合に比べて、観察者の眼に到達する画像光の
範囲を広くすることができ、表示をより見易くすること
ができる。

【００６２】なお、レンズアレイシート１４は、図１５
に示すように、レンズ２と第１の偏光板３との間に設け
てもよい。

【００６３】（数値実施例）ここまでに述べた第１から
第９実施形態に適用可能な光学系の具体的な数値データ
を数値実施例として以下に表す。

【００６４】本実施例では、光学系が偏心面で構成され
ているので、光学系の形状を表すために絶対座標系
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とローカル座標系（ｘ，ｙ，ｚ）とを設
定する。図１６は絶対座標系とローカル座標系の説明図
である。これについて説明する。

【００６５】絶対座標系の原点は、観察者の望ましき瞳
孔位置の中心Ｏに設定し、Ｚ軸は点Ｏを通り瞳孔面に垂
直な直線（画像中心を見込む方向）であって、光学系の
対称面（図の紙面）上にある。

【００６６】Ｙ軸は原点Ｏを通り上記対称面上でＺ軸に
対して反時計回りに９０°の角度をなす直線である。Ｘ
軸は原点Ｏを通り、Ｙ，Ｚ軸に対して直交する直線であ
る。

【００６７】各光学作用面の配置は、ローカル座標の原
点Ｏｉを基準として絶対座標（dXi，dYi ，dZi ）で
、各面Ｓｉ毎に設定する。また、各光学作用面の形状
は、ローカル座標に基づく関数として表現する。

【００６８】ローカル座標のＺ軸とローカル座標のｚ軸
とがなす角度Tilt iは、図１６に示すようにローカル座
標のｘ軸に対して反時計回り方向の角度をなすときに正
とする。

【００６９】数値実施例１，４，５における各光学作用
面の形状は、２次曲面を表す形状関数にゼルニケ多項式
による非球面を有する形状をしており、以下に示す関数
により表す。

【００７０】 ここで、c は各面の曲率で、r を各面の基本曲率半径と
すると、曲率c はc=1/r である。また、c ｊは各面にお
けるゼルニケ多項式の非球面係数である。

【００７１】光学作用面はＹＺ平面に対して対称である
ので、Ｘ軸方向で非対称になる項は除いて表記してい
る。

【００７２】また、数値実施例２，３における光学作用
面の形状は、２次曲面を表す形状関数にべき多項式によ
る非球面を有する形状をしており、以下に示す関数によ
り表す。

【００７３】 ここで、c は各面の曲率で、r を各光学作用面の基本曲
率半径とすると、曲率c はc=1/r である。また、c'ｊは
各面におけるべき多項式の非球面係数である。

【００７４】光学作用面はＹＺ平面に対称な形状をして
いるので、ｘ軸方向で非対称になる項は除いて表記して
いる。

【００７５】また、レンズデータは絶対座標原点Ｏを第
１面とし画像表示面を像面とするように設定し、 実際の
光の進行に対して逆追跡した光学系として定義してい
る。

【００７６】 《数値実施例１》 ｘ方向画角= ±9.0 °, ｙ方向画角 =±12.0° プリズム屈折率（第２〜５面）n=1.571 S1 r : ∞ n : 1.0000 S2 dY 7.83 dZ 31.03 Tilt 3.50 r :-100.433 c4 :-3.307e-03 c5 :-1.165e-03 c9 :-6.272e-05 c10:-7.142e-05 c11: 3.936e-07 c12: 1.640e-06 c13:-1.848e-06 c19:-2.900e-08 c20: 1.268e-08 c21:-2.956e-07 c22: 3.968e-09 c23:-2.127e-09 c24: 1.666e-09 c25:-8.306e-10 S3 dY 1.27 dZ 39.72 Tilt -21.50 r : -39.332 c4 :-1.389e-03 c5 : 1.135e-04 c9 :-8.011e-06 c10:-5.002e-06 c11: 2.126e-07 c12: 5.227e-07 c13:-4.186e-07 c19: 2.591e-08 c20:-2.986e-08 c21:-2.274e-08 c22:-8.657e-10 c23:-5.791e-10 c24: 5.953e-10 c25:-5.290e-10 S4 dY 7.83 dZ 31.03 Tilt 3.50 r :-100.433 c4 :-3.307e-03 c5 :-1.165e-03 c9 :-6.272e-05 c10:-7.142e-05 c11: 3.936e-07 c12: 1.640e-06 c13:-1.848e-06 c19:-2.900e-08 c20: 1.268e-08 c21:-2.956e-07 c22: 3.968e-09 c23:-2.127e-09 c24: 1.666e-09 c25:-8.306e-10 S5 dY 14.79 dZ 38.10 Tilt 70.53 r : 37.866 c4 : 7.662e-03 c5 : 8.422e-04 c9 :-4.588e-04 c10: 3.757e-04 c11: 5.015e-05 c12: 4.182e-06 c13: 1.465e-05 c19:-2.861e-07 c20: 2.195e-07 c21:-4.250e-06 c22:-1.699e-07 c23:-6.247e-08 c24:-2.618e-08 c25:-1.152e-10 S6 dY 15.57 dZ 38.44 Tilt 71.34 r : ∞ n : 1.5163 S7 dY 17.46 dZ 41.39 Tilt 38.53 r : ∞ n : 1.0000 S8 dY 20.26 dZ 39.28 Tilt 38.53 r : ∞ d : 1.10 n : 1.5230 S9 r : ∞ d : 0.00 n : 1.0000 《数値実施例２》 ｘ方向画角= ±10.1°, ｙ方向画角 =±13.5° プリズムレンズ屈折率（第２〜５面）n=1.570 S1 r : ∞ n : 1.0000 S2 dY -17.45 dZ 26.29 Tilt 7.50 c'3 : 0.000e+00 c'4 :-6.554e-03 c'6 : 6.146e-04 c'8 : 3.428e-04 c'10: 3.711e-05 c'11:-1.976e-05 c'13:-1.424e-05 c'15: 5.907e-07 c'17: 4.102e-06 c'19:-4.574e-07 c'21: 5.724e-09 c'22:-1.451e-07 c'24:-2.256e-07 c'26: 1.400e-08 c'28:-1.535e-09 S3 dY 0.59 dZ 33.25 Tilt -17.84 c'3 : 0.000e+00 c'4 :-1.266e-02 c'6 :-9.063e-03 c'8 :-1.033e-04 c'10:-1.181e-04 c'11:-7.053e-06 c'13:-2.091e-06 c'15: 7.684e-07 c'17:-2.789e-07 c'19:-6.405e-08 c'21: 9.712e-09 c'22:-1.760e-08 c'24: 1.681e-09 c'26:-1.552e-08 c'28:-4.260e-09 S4 dY -17.45 dZ 26.29 Tilt 7.50 c'3 : 0.000e+00 c'4 :-6.554e-03 c'6 : 6.146e-04 c'8 : 3.428e-04 c'10: 3.711e-05 c'11:-1.976e-05 c'13:-1.424e-05 c'15: 5.907e-07 c'17: 4.102e-06 c'19:-4.574e-07 c'21: 5.724e-09 c'22:-1.451e-07 c'24:-2.256e-07 c'26: 1.400e-08 c'28:-1.535e-09 S5 dY 12.30 dZ 32.52 Tilt 67.32 c'3 : 0.000e+00 c'4 : 9.589e-03 c'6 : 2.574e-02 c'8 :-2.482e-03 c'10:-4.612e-03 c'11:-4.076e-04 c'13: 4.927e-04 c'15: 2.330e-04 c'17:-6.626e-06 c'19:-1.358e-05 c'21:-3.830e-06 c'22: 0.000e+00 c'24: 0.000e+00 c'26: 0.000e+00 c'28: 0.000e+00 S6 dY 14.23 dZ 30.47 Tilt 68.04 r : ∞ n : 1.5163 S7 dY 18.53 dZ 33.20 Tilt 36.97 r : ∞ n : 1.0000 S8 dY 18.00 dZ 33.85 Tilt 36.97 r : ∞ d : 1.10 n : 1.5230 S9 r : ∞ d : 0.00 n : 1.0000 《数値実施例３》 ｘ方向画角= ±9.4 °, ｙ方向画角= ±12.5° プリズムレンズ屈折率（第２〜５面）n=1.700 S1 r : ∞ n : 1.0000 S2 dY -19.38 dZ 33.12 Tilt 7.15 c'3 : 0.000e+00 c'4 :-6.942e-03 c'6 : 1.009e-03 c'8 : 6.503e-06 c'10: 4.793e-05 c'11:-2.002e-05 c'13: 3.170e-06 c'15: 3.755e-07 c'17: 5.540e-07 c'19:-4.015e-07 c'21:-5.835e-09 c'22:-3.270e-09 c'24:-5.314e-08 c'26: 2.726e-09 c'28:-1.313e-09 S3 dY 1.45 dZ 40.09 Tilt -18.35 c'3 : 0.000e+00 c'4 :-1.376e-02 c'6 :-1.035e-02 c'8 :-1.134e-04 c'10:-1.231e-04 c'11:-1.116e-05 c'13:-5.784e-06 c'15: 1.765e-06 c'17:-5.334e-08 c'19:-7.285e-08 c'21:-1.359e-07 c'22: 7.385e-10 c'24:-1.387e-08 c'26:-7.734e-09 c'28:-6.297e-09 S4 dY -19.38 dZ 33.12 Tilt 7.15 c'3 : 0.000e+00 c'4 :-6.942e-03 c'6 : 1.009e-03 c'8 : 6.503e-06 c'10: 4.793e-05 c'11:-2.002e-05 c'13: 3.170e-06 c'15: 3.755e-07 c'17: 5.540e-07 c'19:-4.015e-07 c'21:-5.835e-09 c'22:-3.270e-09 c'24:-5.314e-08 c'26: 2.726e-09 c'28:-1.313e-09 S5 dY 11.92 dZ 43.69 Tilt -85.09 c'3 : 0.000e+00 c'4 : 3.272e-02 c'6 : 5.334e-02 c'8 :-6.533e-03 c'10: 3.290e-03 c'11:-1.087e-04 c'13: 7.729e-04 c'15:-6.812e-04 c'17: 3.580e-05 c'19:-2.551e-05 c'21: 2.306e-05 c'22: 0.000e+00 c'24: 0.000e+00 c'26: 0.000e+00 c'28: 0.000e+00 S6 dY 14.27 dZ 38.69 Tilt 70.52 r : ∞ n : 1.5163 S7 dY 17.94 dZ 41.06 Tilt 38.87 r : ∞ n : 1.0000 S8 dY 18.53 dZ 40.84 Tilt 38.87 r : ∞ d : 1.10 n : 1.5230 S9 r : ∞ d : 0.00 n : 1.0000 《数値実施例４》 ｘ方向画角= ±15.0°, ｙ方向画角= ±11.2° プリズムレンズ屈折率（第２〜５面）n=1.570 S1 r : ∞ n : 1.0000 S2 dY -23.69 dZ 36.95 Tilt 10.49 r : 255.629 c4 : 6.085e-04 c5 :-4.977e-04 c9 : 8.657e-06 c10:-3.669e-05 c11: 3.013e-07 c12:-1.910e-07 c13:-5.180e-08 c19:-5.840e-10 c20:-9.577e-10 c21:-1.450e-09 c22:-9.686e-11 c23:-2.075e-11 c24: 1.196e-11 c25:-1.758e-11 S3 dY -0.31 dZ 41.09 Tilt -22.91 r : -71.945 c4 :-2.459e-03 c5 :-1.110e-03 c9 :-5.627e-05 c10: 9.527e-07 c11:-7.886e-08 c12:-5.893e-07 c13: 1.109e-07 c19: 8.032e-09 c20:-1.540e-08 c21: 1.105e-08 c22:-6.381e-11 c23: 1.914e-10 c24: 5.234e-11 c25: 9.073e-11 S4 dY -23.69 dZ 36.95 Tilt 10.49 r : 255.629 c4 : 6.085e-04 c5 :-4.977e-04 c9 : 8.657e-06 c10:-3.669e-05 c11: 3.013e-07 c12:-1.910e-07 c13:-5.180e-08 c19:-5.840e-10 c20:-9.577e-10 c21:-1.450e-09 c22:-9.686e-11 c23:-2.075e-11 c24: 1.196e-11 c25:-1.758e-11 S5 dY 15.97 dZ 37.39 Tilt 52.17 r :-367.524 c4 : 1.211e-03 c5 :-3.804e-03 c9 :-8.203e-04 c10: 7.935e-04 c11:-3.264e-05 c12: 1.544e-05 c13:-1.167e-05 c19: 0.000e+00 c20: 0.000e+00 c21: 0.000e+00 c22: 0.000e+00 c23: 0.000e+00 c24: 0.000e+00 c25: 0.000e+00 S6 dY 19.02 dZ 36.97 Tilt 44.16 r : ∞ n : 1.5163 S7 dY 21.58 dZ 41.87 Tilt 20.66 r : ∞ n : 1.0000 S8 dY 18.16 dZ 43.37 Tilt 20.66 r : ∞ d : 1.10 n : 1.5230 S9 r : ∞ d : 0.00 n : 1.0000 《数値実施例５》 ｘ方向画角= ±15.0°, ｙ方向画角= ±11.2° プリズム屈折率（第２〜５面）n=1.571 S1 r : ∞ n : 1.0000 S2 dY -66.17 dZ 24.36 Tilt -6.96 r :-457.224 c4 :-9.305e-04 c5 :-3.229e-04 c9 : 3.505e-07 c10:-7.323e-06 c11: 9.125e-08 c12:-3.783e-09 c13:-1.514e-09 c19:-4.593e-11 c20:-6.705e-12 c21: 8.148e-10 c22:-3.195e-12 c23:-1.139e-12 c24: 7.100e-13 c25:-6.199e-13 S3 dY -1.87 dZ 36.84 Tilt -29.99 r : -51.716 c4 :-1.851e-03 c5 :-2.129e-03 c9 :-9.909e-06 c10:-4.449e-06 c11: 3.818e-08 c12:-3.436e-07 c13:-3.451e-07 c19:-1.065e-08 c20:-1.655e-09 c21:-1.859e-09 c22:-2.324e-10 c23: 4.922e-11 c24:-2.111e-10 c25:-4.289e-11 S4 dY -66.17 dZ 24.36 Tilt -6.96 r :-457.224 c4 :-9.305e-04 c5 :-3.229e-04 c9 : 3.505e-07 c10:-7.323e-06 c11: 9.125e-08 c12:-3.783e-09 c13:-1.514e-09 c19:-4.593e-11 c20:-6.705e-12 c21: 8.148e-10 c22:-3.195e-12 c23:-1.139e-12 c24: 7.100e-13 c25:-6.199e-13 S5 dY 10.09 dZ 42.84 Tilt 40.06 r :-120.292 c4 : 2.142e-02 c5 :-5.012e-03 c9 :-5.723e-04 c10:-1.025e-03 c11:-3.201e-05 c12:-1.789e-06 c13: 3.509e-05 c19:-4.617e-07 c20: 2.780e-07 c21: 2.896e-07 c22: 0.000e+00 c23: 0.000e+00 c24: 0.000e+00 c25: 0.000e+00 S6 dY 15.39 dZ 36.66 Tilt 58.96 r : n : 1.5163 S7 dY 18.04 dZ 38.70 Tilt 34.91 r : ∞ n : 1.0000 S8 r : ∞ d : 1.10 n : 1.5230 S9 r : ∞ d : 0.00 n : 1.0000 図１７〜２１にはそれぞれ、上記数値実施例１〜５によ
る光学系の光路図を示している。これらの図は、光の経
路を眼側から逆追跡したときの光路図で、図中の番号は
数値実施例に記載した光学作用面の番号を表している。

【００７７】ここで、数値実施例１〜３においてはディ
スプレイパネル５に入射する角度がほぼテレセントリッ
クになるようになっている。

【００７８】一方、数値実施例４，５では、図２２に示
すように、ディスプレイパネル５上におけるプリズムレ
ンズ７からの距離が遠い側から近い側にかけて、パネル
５から射出する画像光の光束中心とパネル５の面法線と
のなす角度θが増大するような構成となっている。

【００７９】これにより、照明プリズム４への照明光の
入射光路を小さくして照明系や光学系全体をコンパクト
化することが可能となるさらに、図２２に示すように、
照明プリズム４の第２の面４２において、全反射条件を
満足しない範囲Ｐの部分は、反射ミラー（反射膜）など
により反射面としている。これにより、照明プリズム４
の第２の面４２で反射する照明光の入射角の範囲を広げ
ることができる。

【００８０】（第９実施形態）第１から第８実施形態で
は、照明プリズム４を導光手段として用いた場合につい
て説明したが、本発明においては、導光手段として、図
２３に示すように、第１の偏光方向の光を反射し、第１
の偏光方向と直交する第２の偏光方向を有する光を透過
するような偏光分離面ｐｍを有する反射透過板４０を用
いてもよい。

【００８１】この場合に、反射透過板４０とディスプレ
イパネル５との間に開口部ａｐを形成し、この開口部ａ
ｐを通じて照明光を反射透過板４０に入射させる。

【００８２】また、上記各実施形態におけるレンズ２
を、フレネルレンズや回折レンズ素子等で置き換えても
よい。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
導光素子に、入射した照明光を反射型画像表示素子に向
けて反射させるとともに反射型画像表示素子からの画像
光を投写光学素子に向けて透過させる反射透過面を設け
ているので、上記反射透過面と反射型画像表示素子との
間において、照明光が通過する領域と画像光が通過する
領域とが少なくとも一部で重複することとなり、照明系
のコンパクト化、ひいては装置全体のコンパクト化を図
ることができる。

【００８４】また、投写光学素子として、少なくとも１
つの反射面を含む複数の光学作用面を有し、これら光学
作用面のうち少なくとも１つが回転非対称面であるもの
を用いれば、諸収差（歪み等）が補正された良質な画像
を表示することができる。

【００８５】さらに、反射型画像表示素子に複数色の色
画像の時間順次表示切替えを行わせるとともに、この色
画像の切替タイミングに同期させて反射型画像表示素子
に入射させる照明光を表示色画像に応じた色に切り替え
てカラー画像を表示させるようにすれば、色による画素
ずれのない高精細な画像表示を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態であるヘッドマウントデ
ィスプレイの要部構成図。

【図２】上記第１実施形態のヘッドマウントディスプレ
イの照明系の拡大図。

【図３】本発明の第２実施形態であるヘッドマウントデ
ィスプレイの要部構成図。

【図４】上記第２実施形態のヘッドマウントディスプレ
イに用いる回転カラーフィルターの説明図。

【図５】上記第２実施形態のヘッドマウントディスプレ
イに用いる回転カラーフィルターの変形例の説明図。

【図６】本発明の第３実施形態であるヘッドマウントデ
ィスプレイの要部構成図。

【図７】上記第３実施形態であるヘッドマウントディス
プレイにおけるカラーフィルタの説明図。

【図８】本発明の第４実施形態であるヘッドマウントデ
ィスプレイの要部構成図。

【図９】上記第４実施形態であるヘッドマウントディス
プレイにおける照明光切替えの説明図。

【図１０】本発明の第５実施形態であるヘッドマウント
ディスプレイの要部構成図。

【図１１】本発明の第６実施形態であるヘッドマウント
ディスプレイの要部構成図。

【図１２】上記第６実施形態であるヘッドマウントディ
スプレイの変形例の構成図。

【図１３】本発明の第７実施形態であるヘッドマウント
ディスプレイの要部構成図。

【図１４】本発明の第８実施形態であるヘッドマウント
ディスプレイのレイアウト図。

【図１５】上記第８実施形態であるヘッドマウントディ
スプレイの変形例の構成図。

【図１６】絶対座標系とローカル座標系の説明図。

【図１７】本発明の数値実施例１における光学系の概略
構成図。

【図１８】本発明の数値実施例２における光学系の概略
構成図。

【図１９】本発明の数値実施例３における光学系の概略
構成図。

【図２０】本発明の数値実施例４における光学系の概略
構成図。

【図２１】本発明の数値実施例５における光学系の概略
構成図。

【図２２】上記各実施形態におけるディスプレイパネル
から射出する画像光の角度を説明する図。

【図２３】本発明の第９実施形態であるヘッドマウント
ディスプレイの要部構成図。

【図２４】従来のヘッドマウントディスプレイの要部構
成図。

【図２５】従来のヘッドマウントディスプレイの要部構
成図。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 集光レンズ ３ 第１の偏光板 ４ 照明プリズム ５ 反射型液晶ディスプレイパネル ６ 第２の偏光板 ７ プリズムレンズ ８ 観察者の眼

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須藤 貴士 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H087 KA00 LA12 LA24 NA18 RA26 RA41 RA42 RA43 TA01 TA04 TA06 UA09 9A001 BB04 DD11 KK16

Claims (33)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明光を発する光源と、入射した照明光
   の内部反射により画像を表示する反射型画像表示素子
   と、この反射型画像表示素子に表示された画像を観察者
   の眼に投写する投写光学素子と、前記光源から発せられ
   た照明光を前記反射型画像表示素子の画像光射出側に入
   射させるとともに、この反射型画像表示素子から射出し
   た画像光を前記投写光学素子に導く導光素子とを有する
   画像表示装置において、 前記導光素子は、入射した照明光を前記反射型画像表示
   素子に向けて反射させるとともに前記反射型画像表示素
   子からの画像光を前記投写光学素子に向けて透過させる
   反射透過面を有することを特徴とする画像表示装置。
2. 【請求項２】 前記反射透過面と前記反射型画像表示素
   子との間において、照明光が通過する領域と画像光が通
   過する領域とが少なくとも一部で重複することを特徴と
   する請求項１に記載の画像表示装置。
3. 【請求項３】 前記投写光学素子は、少なくとも１つの
   反射面を含む複数の光学作用面を有して構成されてお
   り、 これら光学作用面のうち少なくとも１つが回転非対称面
   であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表
   示装置。
4. 【請求項４】 前記導光素子は、内部が屈折率が１より
   大きな媒質で満たされたプリズム形状の光学素子である
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画
   像表示装置。
5. 【請求項５】 前記導光素子は、入射した光のうち所定
   方向の偏光成分を反射し、前記所定方向に直交する偏光
   成分を透過する偏光分離面を反射透過面として有する板
   状素子であることを特徴とする請求項１から３のいずれ
   かに記載の画像表示装置。
6. 【請求項６】 前記導光素子の反射透過面において、照
   明光が全反射することを特徴とする請求項１から４のい
   ずれかに記載の画像表示装置。
7. 【請求項７】 前記導光素子の反射透過面の一部に反射
   膜を形成し、 照明光のうち一部が前記反射透過面のうち前記反射膜が
   形成されていない領域により全反射し、他の一部が前記
   反射膜で反射することを特徴とする請求項１から５のい
   ずれかに記載の画像表示装置。
8. 【請求項８】 前記反射膜が全反射条件に基づいて形成
   されていることを特徴とする請求項７に記載の画像表示
   装置。
9. 【請求項９】 前記反射透過面のうち前記反射膜が形成
   されていない領域の反射率をＲとするとき、 前記反射膜が、前記反射透過面のうちＲ＜１となる領域
   に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の画
   像表示装置。
10. 【請求項１０】 前記反射型画像表示素子が液晶表示素
    子であり、 前記導光素子の入射面の近傍に照明光を偏光光とするた
    めの第１の偏光板を設けるとともに、 前記導光素子の反射透過面と前記投写光学素子との間に
    画像光の検光を行う第２偏光板を設けることを特徴とす
    る請求項１から４のいずれかに記載の画像表示装置。
11. 【請求項１１】 照明光が、前記第１の偏光板を透過
    し、前記導光素子の入射面に入射して反射透過面で反射
    した後に前記反射型画像表示素子の近傍の透過面から射
    出し、前記反射型画像表示素子で変調されて反射して前
    記透過面から前記導光素子に入射し、前記第２の偏光板
    を透過して前記投写光学素子に入射するようになってお
    り、 前記第１の偏光板を透過した光の偏光方向が前記反射透
    過面に対してＰ偏光となる方向であり、前記第２の偏光
    板を透過した光の偏光方向が前記Ｐ偏光となる方向に対
    してほぼ直交する方向であることを特徴とする請求項１
    ０に記載の画像表示装置。
12. 【請求項１２】 照明光が、前記第１の偏光板を透過
    し、前記導光素子の入射面に入射して反射透過面で反射
    した後に前記反射型画像表示素子の近傍の透過面から射
    出し、前記反射型画像表示素子で変調されて反射して前
    記透過面から前記導光素子に入射し、前記第２の偏光板
    を透過して前記投写光学素子に入射するようになってお
    り、 前記第１の偏光板を透過した光の偏光方向が前記反射透
    過面に対してＳ偏光となる方向であり、前記第２の偏光
    板を透過した光の偏光方向が前記Ｓ偏光となる方向に対
    してほぼ直交する方向であることを特徴とする請求項１
    ０に記載の画像表示装置。
13. 【請求項１３】 観察者の眼側から前記投写光学素子に
    入射した外光の前記反射型画像表示素子上に集光すると
    きの強度をＩ０としたときに、 この強度をＩ０と、前記外光の前記第１の偏光板上での
    強度Ｉ１とが、 Ｉ１／Ｉ０＜０．１ の関係を満足することを特徴とする請求項１０から１２
    のいずれかに記載の画像表示装置。
14. 【請求項１４】 観察者の眼側から前記投写光学素子に
    入射した外光の前記反射型画像表示素子上に集光すると
    きの強度をＩ０としたときに、 この強度をＩ０と、前記外光の前記第２の偏光板上での
    強度Ｉ２とが、 Ｉ２／Ｉ０＜０．１ の関係を満足することを特徴とする請求項１０から１２
    のいずれかに記載の画像表示装置。
15. 【請求項１５】 前記光源から発せられた照明光を集光
    して前記導光手段に入射させる集光素子を有することを
    特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の画像表
    示装置。
16. 【請求項１６】 前記集光素子がレンズであることを特
    徴とする請求項１５に記載の画像表示装置。
17. 【請求項１７】 前記集光素子がフレネルレンズシート
    であることを特徴とする請求項１５に記載の画像表示装
    置。
18. 【請求項１８】 前記集光素子が回折レンズ素子である
    ことを特徴とする請求項１５に記載の画像表示装置。
19. 【請求項１９】 前記光源は白色光源であり、前記反射
    型画像表示素子は画素に対してカラーフィルターを備え
    ていることを特徴とする請求項１から１８のいずれかに
    記載の画像表示装置。
20. 【請求項２０】 前記反射型画像表示素子に複数色の色
    画像の時間順次表示切替えを行わせるとともに、この色
    画像の切替タイミングに同期させて前記反射型画像表示
    素子に入射させる照明光を表示色画像に応じた色に切り
    替えてカラー画像を表示させることを特徴とする請求項
    １から１８のいずれかに記載の画像表示装置。
21. 【請求項２１】 前記反射型画像表示素子に入射する照
    明光の色成分の時間順次切り替えを行う色切替手段を有
    し、 前記反射型画像表示素子に、前記色切替手段による切替
    タイミングに同期して、切替られた色成分に応じた色画
    像の時間順次表示を行わせることを特徴とする請求項２
    ０に記載の画像表示装置。
22. 【請求項２２】 前記色切替手段は、前記光源に対して
    回転可能であり、回転位置に応じて複数の色成分光を選
    択的に透過させるものであることを特徴とする請求項２
    １に記載の画像表示装置。
23. 【請求項２３】 前記色切替手段は、複数の色成分光の
    透過方向を選択的に前記導光素子の方向とするものであ
    ることを特徴とする請求項２１に記載の画像表示装置。
24. 【請求項２４】 前記色切替手段は、回折パターンと、
    分子配向を電気的に変更可能な異方性材料とを重ねて構
    成されていることを特徴とする請求項２１に記載の画像
    表示装置。
25. 【請求項２５】 前記光源としてそれぞれ異なる色の照
    明光を発する複数の光源を有しており、これら複数の光
    源からの発光の時間順次切り替えを行うとともに、前記
    反射型画像表示素子に、前記複数の光源の発光切替タイ
    ミングに同期して、照明光の色に応じた画像の時間順次
    表示を行わせることを特徴とする請求項２０に記載の画
    像表示装置。
26. 【請求項２６】 前記光源から前記反射型画像表示素子
    までの照明光の光路中に、前記光源からの光により２次
    光源を生成する２次光源素子を設けたことを特徴とする
    請求項１から２５のいずれかに記載の画像表示装置。
27. 【請求項２７】 前記２次光源素子が、拡散面を有する
    ものであることを特徴とする請求項２６に記載の画像表
    示装置。
28. 【請求項２８】 前記２次光源素子が、微小レンズシー
    トであることを特徴とする請求項２６に記載の画像表示
    装置。
29. 【請求項２９】 前記光源から発せられた照明光を集光
    して前記導光手段の入射面に入射させる集光素子を有し
    ており、 前記２次光源素子を、前記光源と前記集光素子との間に
    配置したことを特徴とする請求項２６から２８のいずれ
    かに記載の画像表示装置。
30. 【請求項３０】 前記光源から発せられた照明光を集光
    して前記導光手段の入射面に入射させる集光素子を有し
    ており、 前記２次光源素子を、前記集光素子と前記導光素子との
    間に配置したことを特徴とする請求項２６から２９のい
    ずれかに記載の画像表示装置。
31. 【請求項３１】 前記光源が、面光源であることを特徴
    とする請求項１から２５のいずれかに記載の画像表示装
    置。
32. 【請求項３２】 前記反射型画像表示素子が前記投写光
    学素子に対して傾斜配置されており、 前記反射型画像表示素子上の前記投写光学素子に対して
    遠い側から近い側にかけて、この反射型画像表示素子か
    ら射出する画像光の光束中心と前記反射型画像表示素子
    の面法線とのなす角度が大きくなっていることを特徴と
    する請求項１から３１のいずれかに記載の画像表示装
    置。
33. 【請求項３３】 請求項１から３２のいずれかに記載の
    画像表示装置と、この画像表示装置に画像情報を供給す
    る画像情報出力装置とを有して構成されることを特徴と
    する画像表示システム。