JP2001290102A - 表示装置 - Google Patents
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- 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
- G02B27/017—Head mounted
- G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
-
- G—PHYSICS
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Landscapes
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- Liquid Crystal (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 観察者の目の前方に配置する表示装置に関
し、小型化可能にすることを目的とする。 【解決手段】 発光素子１６と、該発光素子で照明され
る表示素子１８と、該表示素子を通った光を通過させる
結像素子２０とからなり、該表示素子１８は該結像素子
２０と該結像素子２０の第１の焦点２０ａとの間で該第
１の焦点２０ａに近い位置に配置され、よって該結像素
子２０によって該表示素子１８の虚像が形成され、さら
に、該発光素子１６から照射された光が該結像素子２０
の第２の焦点２０ｂで集光されるようにした構成とす
る。
し、小型化可能にすることを目的とする。 【解決手段】 発光素子１６と、該発光素子で照明され
る表示素子１８と、該表示素子を通った光を通過させる
結像素子２０とからなり、該表示素子１８は該結像素子
２０と該結像素子２０の第１の焦点２０ａとの間で該第
１の焦点２０ａに近い位置に配置され、よって該結像素
子２０によって該表示素子１８の虚像が形成され、さら
に、該発光素子１６から照射された光が該結像素子２０
の第２の焦点２０ｂで集光されるようにした構成とす
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示素子等の表
示素子の画像を観察者の目の直ぐ前で見るヘッドマウン
トディスプレイ又は眼鏡型ディスプレイと呼ばれる表示
装置に関する。
示素子の画像を観察者の目の直ぐ前で見るヘッドマウン
トディスプレイ又は眼鏡型ディスプレイと呼ばれる表示
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】このタイプの表示装置は、例えば、特開
平５−１３４２０８号公報、同５−２１００６９号公
報、同５−３２８２６１号公報、同７−４６５１３号公
報、同９−１８９８８０号公報、同１１−６４７８１号
公報、及び特許第２９１０１１１号等に開示されてい
る。さらに、導光体を含む表示装置は、特開平２−２９
７５１６号公報、同５−３０４６４５号公報、及び同９
−７３０４３号公報に開示されている。
平５−１３４２０８号公報、同５−２１００６９号公
報、同５−３２８２６１号公報、同７−４６５１３号公
報、同９−１８９８８０号公報、同１１−６４７８１号
公報、及び特許第２９１０１１１号等に開示されてい
る。さらに、導光体を含む表示装置は、特開平２−２９
７５１６号公報、同５−３０４６４５号公報、及び同９
−７３０４３号公報に開示されている。
【０００３】このタイプの表示装置は、液晶パネル等の
表示素子と、表示素子で形成された画像を拡大するため
の凸レンズや凹面鏡等の結像素子とからなる。添付図面
の図１４は従来の眼鏡型ディスプレイの光学系を示す図
である。図１４において、１は表示素子、２は結像素
子、３は結像素子２で拡大された表示素子１の虚像、４
は観察者の瞳である。拡散光が表示素子１に照射され、
表示素子１を通った光は結像素子２を通って観察者の瞳
４に入射する。従って、観察者は結像素子２で拡大され
た表示素子１の虚像３を見ることができる。表示素子の
入射光源側には散乱光生成のための拡散面１ａが配置さ
れる。
表示素子と、表示素子で形成された画像を拡大するため
の凸レンズや凹面鏡等の結像素子とからなる。添付図面
の図１４は従来の眼鏡型ディスプレイの光学系を示す図
である。図１４において、１は表示素子、２は結像素
子、３は結像素子２で拡大された表示素子１の虚像、４
は観察者の瞳である。拡散光が表示素子１に照射され、
表示素子１を通った光は結像素子２を通って観察者の瞳
４に入射する。従って、観察者は結像素子２で拡大され
た表示素子１の虚像３を見ることができる。表示素子の
入射光源側には散乱光生成のための拡散面１ａが配置さ
れる。
【０００４】この場合、光源として蛍光管が用いられ
る。しかし、蛍光管は大きくかつ重いので、観察者の目
の直ぐ前方に配置される眼鏡型ディスプレイに蛍光管を
用いることは難しい。図１５は実質的な点光源である発
光素子６を用いた例を示す。発光素子６は発散性の光を
出射し、表示素子１を通った発散性の光は、結像素子２
を通って収束性の光となって観察者の瞳４に入射する。
この場合、発散性の光が表示素子１に照射されるので、
結像素子２は表示素子１に近い位置に配置される必要が
ある。しかし、結像素子２は表示素子１に近い位置に配
置されるため、収差が大きくなって画像の品質が低下す
る。このために、図１６に示されるように、表示の品質
を向上するために複数の結像素子２、２ａを設けること
が必要になる。そのため、表示装置全体が大型化し、重
くなるという問題点がある。
る。しかし、蛍光管は大きくかつ重いので、観察者の目
の直ぐ前方に配置される眼鏡型ディスプレイに蛍光管を
用いることは難しい。図１５は実質的な点光源である発
光素子６を用いた例を示す。発光素子６は発散性の光を
出射し、表示素子１を通った発散性の光は、結像素子２
を通って収束性の光となって観察者の瞳４に入射する。
この場合、発散性の光が表示素子１に照射されるので、
結像素子２は表示素子１に近い位置に配置される必要が
ある。しかし、結像素子２は表示素子１に近い位置に配
置されるため、収差が大きくなって画像の品質が低下す
る。このために、図１６に示されるように、表示の品質
を向上するために複数の結像素子２、２ａを設けること
が必要になる。そのため、表示装置全体が大型化し、重
くなるという問題点がある。
【０００５】また、上記特開平５−１３４２０８号公報
では、表示装置の小型化を実現するために、２焦点を有
する楕円体を利用することを提案している。すなわち、
図１７に示されるように、楕円体７の一部を利用して凹
面鏡８を形成し、表示素子１と偏心レンズ群２ｘを通っ
た光が楕円体７の第１の焦点Ｐ１を通り、凹面鏡８で反
射した光が第２の焦点Ｐ２を通り、第２の焦点Ｐ２に観
察者の瞳４を配置させるようになっている。こうすれ
ば、第１の焦点を通った光は凹面鏡８で反射して確実に
第２の焦点を通り、瞳４に入射する。
では、表示装置の小型化を実現するために、２焦点を有
する楕円体を利用することを提案している。すなわち、
図１７に示されるように、楕円体７の一部を利用して凹
面鏡８を形成し、表示素子１と偏心レンズ群２ｘを通っ
た光が楕円体７の第１の焦点Ｐ１を通り、凹面鏡８で反
射した光が第２の焦点Ｐ２を通り、第２の焦点Ｐ２に観
察者の瞳４を配置させるようになっている。こうすれ
ば、第１の焦点を通った光は凹面鏡８で反射して確実に
第２の焦点を通り、瞳４に入射する。
【０００６】しかし、図１７に示す表示装置では、観察
者が表示装置を装着したときに、表示素子１及び偏心偏
心レンズ群２ｘが観察者の瞳４の横に位置し、観察者の
側頭部（耳の近くの部分）と干渉する可能性がある。こ
のために、表示装置は表示素子１及び偏心偏心レンズ群
２ｘが観察者の側頭部と干渉しないように構成される必
要があり、表示装置を十分に小さくすることができな
い。
者が表示装置を装着したときに、表示素子１及び偏心偏
心レンズ群２ｘが観察者の瞳４の横に位置し、観察者の
側頭部（耳の近くの部分）と干渉する可能性がある。こ
のために、表示装置は表示素子１及び偏心偏心レンズ群
２ｘが観察者の側頭部と干渉しないように構成される必
要があり、表示装置を十分に小さくすることができな
い。
【０００７】また、楕円体７の２焦点を利用する構成
は、表示画面が歪みやすい。つまり、第１の焦点Ｐ１か
ら発散する光の角度が、第２の焦点Ｐ２で集光される光
の角度とは同じにならない。従って、瞳４に入射する光
の角度が表示素子１を通った光の角度となるようにする
ために、表示素子１の近傍に偏心レンズ群２ｘとして複
雑な複数の偏心レンズを配置しなければならない。この
ため、表示装置を十分に小型化できないという問題点が
ある。
は、表示画面が歪みやすい。つまり、第１の焦点Ｐ１か
ら発散する光の角度が、第２の焦点Ｐ２で集光される光
の角度とは同じにならない。従って、瞳４に入射する光
の角度が表示素子１を通った光の角度となるようにする
ために、表示素子１の近傍に偏心レンズ群２ｘとして複
雑な複数の偏心レンズを配置しなければならない。この
ため、表示装置を十分に小型化できないという問題点が
ある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した問題点を解決するためになされたもので、小型化可
能な、画像を観察者の目の直ぐ前方で見る表示装置を提
供することである。本発明のさらなる目的は、画像を観
察者の目の直ぐ前で見ることができ、かつ、観察者の側
頭部と干渉しないように構成されることのできる表示装
置を提供することである。
した問題点を解決するためになされたもので、小型化可
能な、画像を観察者の目の直ぐ前方で見る表示装置を提
供することである。本発明のさらなる目的は、画像を観
察者の目の直ぐ前で見ることができ、かつ、観察者の側
頭部と干渉しないように構成されることのできる表示装
置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による表示装置
は、観察者の目の前方に配置する表示装置であって、発
光素子と、該発光素子で照明される表示素子と、該表示
素子を通った光を通過させる結像素子とからなり、該表
示素子は該結像素子と該結像素子の第１の焦点との間で
該第１の焦点に近い位置に配置され、よって該結像素子
によって該表示素子の虚像が形成され、さらに、該発光
素子から照射された光が該結像素子の第２の焦点で集光
されるようにしたことを特徴とするものである。
は、観察者の目の前方に配置する表示装置であって、発
光素子と、該発光素子で照明される表示素子と、該表示
素子を通った光を通過させる結像素子とからなり、該表
示素子は該結像素子と該結像素子の第１の焦点との間で
該第１の焦点に近い位置に配置され、よって該結像素子
によって該表示素子の虚像が形成され、さらに、該発光
素子から照射された光が該結像素子の第２の焦点で集光
されるようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】この構成によれば、画像が観察者の瞳上で
集光され、あたかもピンホールカメラのように近くの虚
像でもよく見えるようになり、小型で、低価格の表示装
置を得ることができる。さらに、本発明による表示装置
は、表示素子と、結像素子と、該表示装置から発射され
て該結像素子を通った光が通る第１の焦点及び第２の焦
点を有する第１の楕円体の一部として形成された第１の
凹面鏡と、該第２の焦点と共通の位置に配置される第３
の焦点及び第４の焦点を有する第２の楕円体の一部とし
て形成された第２の凹面鏡とを備え、該表示素子から発
射された光が該第１の焦点の近傍に集光され、該第１の
焦点を通った光が該第１の凹面鏡によって反射されて共
通の第２及び第３の焦点に向かって進み、該第２及び第
３の焦点を通った光又はそれと同等の光が該第２の凹面
鏡によって反射されて該第４の焦点の近傍に集光され、
観察者の目が第４の焦点の近傍に配置されるようにし
て、観察者の目の前方に形成された表示を見ることがで
きるようにしたことを特徴とする。
集光され、あたかもピンホールカメラのように近くの虚
像でもよく見えるようになり、小型で、低価格の表示装
置を得ることができる。さらに、本発明による表示装置
は、表示素子と、結像素子と、該表示装置から発射され
て該結像素子を通った光が通る第１の焦点及び第２の焦
点を有する第１の楕円体の一部として形成された第１の
凹面鏡と、該第２の焦点と共通の位置に配置される第３
の焦点及び第４の焦点を有する第２の楕円体の一部とし
て形成された第２の凹面鏡とを備え、該表示素子から発
射された光が該第１の焦点の近傍に集光され、該第１の
焦点を通った光が該第１の凹面鏡によって反射されて共
通の第２及び第３の焦点に向かって進み、該第２及び第
３の焦点を通った光又はそれと同等の光が該第２の凹面
鏡によって反射されて該第４の焦点の近傍に集光され、
観察者の目が第４の焦点の近傍に配置されるようにし
て、観察者の目の前方に形成された表示を見ることがで
きるようにしたことを特徴とする。
【００１１】この構成によれば、第２の焦点と第３の焦
点とが共通の位置に配置された第１の楕円体及び第２の
楕円体を用いて第１の凹面鏡及び第２の凹面鏡を形成す
ることにより、より好ましくは第１の楕円体及び第２の
楕円体を等価の回転楕円体とすることにより、光学系の
対称性を向上させることができる。よって、従来のよう
に複雑な複数の偏心レンズを用いる必要がなくなり、装
置全体を小型、軽量なものとすることができる。
点とが共通の位置に配置された第１の楕円体及び第２の
楕円体を用いて第１の凹面鏡及び第２の凹面鏡を形成す
ることにより、より好ましくは第１の楕円体及び第２の
楕円体を等価の回転楕円体とすることにより、光学系の
対称性を向上させることができる。よって、従来のよう
に複雑な複数の偏心レンズを用いる必要がなくなり、装
置全体を小型、軽量なものとすることができる。
【００１２】さらに、本発明は上記２つの特徴を組み合
せてなる表示装置を提供する。さらに、本発明による表
示装置は、観察者の目の前方に配置する表示装置であっ
て、表示素子と、該表示素子から発射された光を集光さ
せる結像素子と、該結像素子を通った光が入射する入射
面を有する導光体と、該導光体を通った光を受けるよう
に該導光体に設けられる凹面鏡とからなり、該凹面鏡は
第１の焦点及び第２の焦点を有する楕円体の一部として
形成され、該結像素子を通った光が該導光体の内部で複
数回反射して光があたかも第２の焦点Ｐ２から該凹面鏡
に入射するように該凹面鏡に入射し、該凹面鏡によって
反射された光は第１の焦点に又はその近傍に集光され、
観察者の目に入射するようにしたことを特徴とするもの
である。
せてなる表示装置を提供する。さらに、本発明による表
示装置は、観察者の目の前方に配置する表示装置であっ
て、表示素子と、該表示素子から発射された光を集光さ
せる結像素子と、該結像素子を通った光が入射する入射
面を有する導光体と、該導光体を通った光を受けるよう
に該導光体に設けられる凹面鏡とからなり、該凹面鏡は
第１の焦点及び第２の焦点を有する楕円体の一部として
形成され、該結像素子を通った光が該導光体の内部で複
数回反射して光があたかも第２の焦点Ｐ２から該凹面鏡
に入射するように該凹面鏡に入射し、該凹面鏡によって
反射された光は第１の焦点に又はその近傍に集光され、
観察者の目に入射するようにしたことを特徴とするもの
である。
【００１３】この構成によれば、小型で、簡単な構成の
表示装置を得ることができる。この場合、導光体は一対
の対向する平坦な表面と、該平坦な表面に対して傾斜し
た傾斜面とを有し、該結像素子を通った光は該傾斜面上
で集光され、該一対の対向する平坦な表面によって反射
される、ようにするのが好ましい。また、該入射面は該
傾斜面であり、あるいは該入射面は該平坦な表面の一部
であって該入射面から入射した光が該傾斜面で反射され
る、ようにするのが好ましい。
表示装置を得ることができる。この場合、導光体は一対
の対向する平坦な表面と、該平坦な表面に対して傾斜し
た傾斜面とを有し、該結像素子を通った光は該傾斜面上
で集光され、該一対の対向する平坦な表面によって反射
される、ようにするのが好ましい。また、該入射面は該
傾斜面であり、あるいは該入射面は該平坦な表面の一部
であって該入射面から入射した光が該傾斜面で反射され
る、ようにするのが好ましい。
【００１４】さらに、本発明による表示装置は、観察者
の目の前方に配置する表示装置であって、表示素子と、
該表示素子に照射する光あるいは該表示素子を通った光
を略平行光にする光学素子と、該光学素子を通った光が
入射する凹面鏡とからなり、該凹面鏡は回転放物面の一
部として形成され、該凹面鏡によって反射された光は該
回転放物面の焦点に又はその近傍に集光され、観察者の
目に入射するようにしたことを特徴とするものである。
の目の前方に配置する表示装置であって、表示素子と、
該表示素子に照射する光あるいは該表示素子を通った光
を略平行光にする光学素子と、該光学素子を通った光が
入射する凹面鏡とからなり、該凹面鏡は回転放物面の一
部として形成され、該凹面鏡によって反射された光は該
回転放物面の焦点に又はその近傍に集光され、観察者の
目に入射するようにしたことを特徴とするものである。
【００１５】この構成によれば、小型で、簡単な構成の
表示装置を得ることができる。この場合、光学素子は回
転放物面の一部として形成されたさらなる凹面鏡からな
る、ようにするのが好ましい。また、該凹面鏡及び該さ
らなる凹面鏡は導光体に設けられている、ようにするの
が好ましい。
表示装置を得ることができる。この場合、光学素子は回
転放物面の一部として形成されたさらなる凹面鏡からな
る、ようにするのが好ましい。また、該凹面鏡及び該さ
らなる凹面鏡は導光体に設けられている、ようにするの
が好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施例について図面
を参照して説明する。図３は本発明に係わる観察者の目
の直ぐ前方で見るヘッドマウントディスプレイ又は眼鏡
型ディスプレイと呼ばれる表示装置１０を示している。
この表示装置１０は観察者１２の顔に装着される眼鏡タ
イプの表示装置である。表示装置１０は、表示装置１０
を観察者１２の顔に装着するための眼鏡状の本体構造
と、本体構造に組み込まれた光学系とを有する。例にお
いては、表示装置の本体構造は、眼鏡又はゴーグルとし
て示されている。しかし、本発明は眼鏡又はゴーグル状
の本体構造をもった表示装置に限定されるものではな
い。表示装置の本体構造は、例えば、頭を取り巻くベル
トや、ヘルメット、カチャーシャのような構造や、耳掛
けタイプのもの，眼鏡へクリップで装着するもの等種々
のものを採用することができる。
を参照して説明する。図３は本発明に係わる観察者の目
の直ぐ前方で見るヘッドマウントディスプレイ又は眼鏡
型ディスプレイと呼ばれる表示装置１０を示している。
この表示装置１０は観察者１２の顔に装着される眼鏡タ
イプの表示装置である。表示装置１０は、表示装置１０
を観察者１２の顔に装着するための眼鏡状の本体構造
と、本体構造に組み込まれた光学系とを有する。例にお
いては、表示装置の本体構造は、眼鏡又はゴーグルとし
て示されている。しかし、本発明は眼鏡又はゴーグル状
の本体構造をもった表示装置に限定されるものではな
い。表示装置の本体構造は、例えば、頭を取り巻くベル
トや、ヘルメット、カチャーシャのような構造や、耳掛
けタイプのもの，眼鏡へクリップで装着するもの等種々
のものを採用することができる。
【００１７】図１は、図３の表示装置１０の光学系１４
の第１実施例を示す図である。光学系１４は、発光素子
１６と、発光素子１６で照明される透過型表示素子１８
と、表示素子１８を通った光を通過させる結像素子２０
とからなる。さらに、光学素子２２が発光素子１６と表
示素子１８との間に配置される。２４は観察者１２の瞳
である。
の第１実施例を示す図である。光学系１４は、発光素子
１６と、発光素子１６で照明される透過型表示素子１８
と、表示素子１８を通った光を通過させる結像素子２０
とからなる。さらに、光学素子２２が発光素子１６と表
示素子１８との間に配置される。２４は観察者１２の瞳
である。
【００１８】発光素子１６は実質的な点光源であり、マ
スク２６の微小な開口部に配置される。表示素子１８は
電気信号に応じて画像を形成するあらゆるタイプの表示
器を使用することができる。結像素子２０及び光学素子
２２はともに凸レンズで構成される。発光素子１６は光
学素子２２の焦点の位置に配置され、よって発光素子１
６から出射される発散光は平行光として表示素子１８に
入射する。
スク２６の微小な開口部に配置される。表示素子１８は
電気信号に応じて画像を形成するあらゆるタイプの表示
器を使用することができる。結像素子２０及び光学素子
２２はともに凸レンズで構成される。発光素子１６は光
学素子２２の焦点の位置に配置され、よって発光素子１
６から出射される発散光は平行光として表示素子１８に
入射する。
【００１９】結像素子２０は、結像素子２０の一方の側
に第１の焦点２０ａを有し、結像素子２０の他方の側に
第２の焦点２０ｂを有する。Ｆは結像素子２０の焦点距
離である。表示素子１８は結像素子２０と結像素子２０
の第１の焦点２０ａとの間で第１の焦点２０ａに近い位
置に配置される。よって、結像素子２０によって表示素
子１８の虚像が形成される。さらに、発光素子１６から
照射された光が結像素子２０の第２の焦点２０ｂで集光
されるようになっている。つまり、発光素子１６の像が
結像素子２０の第２の焦点２０ｂに形成される。
に第１の焦点２０ａを有し、結像素子２０の他方の側に
第２の焦点２０ｂを有する。Ｆは結像素子２０の焦点距
離である。表示素子１８は結像素子２０と結像素子２０
の第１の焦点２０ａとの間で第１の焦点２０ａに近い位
置に配置される。よって、結像素子２０によって表示素
子１８の虚像が形成される。さらに、発光素子１６から
照射された光が結像素子２０の第２の焦点２０ｂで集光
されるようになっている。つまり、発光素子１６の像が
結像素子２０の第２の焦点２０ｂに形成される。
【００２０】表示装置１０は、表示装置１０を観察者１
２の顔に装着したときに、結像素子２０の第２の焦点２
０ｂが瞳２４に位置するようになっている。このため、
集光性の光が観察者１２の瞳２４において最も絞られ
る。図２は図１の光学系１４の変形例を示す図である。
図２の光学系１４は図１の光学系１４と同様の部材を含
み、図２の光学系１４の作用は図１の光学系１４の作用
とほぼ同様である。図２では、発光素子１６は点光源で
ある発光ダイオードからなり、表示素子１８は偏光子１
８ａ、１８ｂで挟まれた液晶パネルからなる。光学素子
２２は結像素子２０の第１の焦点２０ａよりも表示素子
１８の近くに配置されている。従って、図２の光学系１
４は図１の光学系１４よりも短くすることができる。
２の顔に装着したときに、結像素子２０の第２の焦点２
０ｂが瞳２４に位置するようになっている。このため、
集光性の光が観察者１２の瞳２４において最も絞られ
る。図２は図１の光学系１４の変形例を示す図である。
図２の光学系１４は図１の光学系１４と同様の部材を含
み、図２の光学系１４の作用は図１の光学系１４の作用
とほぼ同様である。図２では、発光素子１６は点光源で
ある発光ダイオードからなり、表示素子１８は偏光子１
８ａ、１８ｂで挟まれた液晶パネルからなる。光学素子
２２は結像素子２０の第１の焦点２０ａよりも表示素子
１８の近くに配置されている。従って、図２の光学系１
４は図１の光学系１４よりも短くすることができる。
【００２１】図４は図１及び図２の光学系１４の作用を
説明する図である。上記したように、平行光が表示素子
１８に入射し、そして、表示素子１８は結像素子２０と
結像素子２０の第１の焦点２０ａとの間で第１の焦点２
０ａに近い位置に配置される。表示素子１８は結像素子
２０と結像素子２０の第１の焦点２０ａとの間に配置さ
れるので、結像素子２０によって表示素子１８の虚像２
８が形成される。そして、表示素子１８は虚像２８がで
きる条件内で結像素子２０の第１の焦点２０ａに近い位
置に配置される。つまり、表示素子１８は結像素子２０
から離して配置され、解像度の低下によって画像の品質
が低下しないようになっている。好ましくは、表示素子
１８は結像素子２０から結像素子２０の焦点距離の半分
以上離れた位置に配置される。実施例においては、結像
素子２０の焦点距離は２２ｍｍであり、表示素子１８は
結像素子２０から１２ｍｍの位置に配置される。
説明する図である。上記したように、平行光が表示素子
１８に入射し、そして、表示素子１８は結像素子２０と
結像素子２０の第１の焦点２０ａとの間で第１の焦点２
０ａに近い位置に配置される。表示素子１８は結像素子
２０と結像素子２０の第１の焦点２０ａとの間に配置さ
れるので、結像素子２０によって表示素子１８の虚像２
８が形成される。そして、表示素子１８は虚像２８がで
きる条件内で結像素子２０の第１の焦点２０ａに近い位
置に配置される。つまり、表示素子１８は結像素子２０
から離して配置され、解像度の低下によって画像の品質
が低下しないようになっている。好ましくは、表示素子
１８は結像素子２０から結像素子２０の焦点距離の半分
以上離れた位置に配置される。実施例においては、結像
素子２０の焦点距離は２２ｍｍであり、表示素子１８は
結像素子２０から１２ｍｍの位置に配置される。
【００２２】発光素子１６の像が結像素子２０の第２の
焦点２０ｂに形成され、表示装置１０を観察者１２の顔
に装着したときに、結像素子２０の第２の焦点２０ｂが
瞳２４に位置するようになっている。このため、集光性
の光が観察者１２の瞳２４において最も絞られ、あたか
も観察者１２は壁３０に設けられたピンホールを通して
表示を見るようになる。
焦点２０ｂに形成され、表示装置１０を観察者１２の顔
に装着したときに、結像素子２０の第２の焦点２０ｂが
瞳２４に位置するようになっている。このため、集光性
の光が観察者１２の瞳２４において最も絞られ、あたか
も観察者１２は壁３０に設けられたピンホールを通して
表示を見るようになる。
【００２３】人間の目をカメラとしてとらえると、瞳２
４上にピンホールがあれば、ピンホールカメラと同様の
原理で近くの像もよく見ることができる。本発明では、
物理的にピンホールを形成する代わりに、光学的にバー
チャルピンホールを形成している。結像素子２０の第１
の焦点２０ａの近傍に表示素子１８を配置することで、
観察者１２は表示素子１８の虚像２８をピンホールカメ
ラと同じようによく見ることができる。通常は観察者の
目の近くにある虚像は見えにくいが、ピンホールカメラ
の原理を応用することにより、長焦点深度となり、目か
ら虚像までの距離がそれほど離れていなくても虚像を見
ることができる。一方、図１４を参照して説明したよう
に、光が絞られないである幅をもって瞳に入射した場合
には、目から虚像までの距離がそれほど離れていないと
虚像をよく見ることができないので、通常は、瞳からよ
り離れた位置により大きな虚像が形成されるように光学
系を構成する。本発明は上記したように構成することに
より、光学系をより小型化し、低価格で製造することが
できる。
４上にピンホールがあれば、ピンホールカメラと同様の
原理で近くの像もよく見ることができる。本発明では、
物理的にピンホールを形成する代わりに、光学的にバー
チャルピンホールを形成している。結像素子２０の第１
の焦点２０ａの近傍に表示素子１８を配置することで、
観察者１２は表示素子１８の虚像２８をピンホールカメ
ラと同じようによく見ることができる。通常は観察者の
目の近くにある虚像は見えにくいが、ピンホールカメラ
の原理を応用することにより、長焦点深度となり、目か
ら虚像までの距離がそれほど離れていなくても虚像を見
ることができる。一方、図１４を参照して説明したよう
に、光が絞られないである幅をもって瞳に入射した場合
には、目から虚像までの距離がそれほど離れていないと
虚像をよく見ることができないので、通常は、瞳からよ
り離れた位置により大きな虚像が形成されるように光学
系を構成する。本発明は上記したように構成することに
より、光学系をより小型化し、低価格で製造することが
できる。
【００２４】図５は図１の光学系１４の変形例を示す図
である。図５の光学系１４は図１の光学系１４と同様の
部材を含み、図５の光学系１４の作用は図１の光学系１
４の作用とほぼ同様である。図５では、表示素子１８は
反射型の表示素子からなり、一部の光を透過させ且つ残
りの一部の光を反射させる光分離手段としてのハーフミ
ラー３２が発光素子１６と表示素子１８との間に配置さ
れる。発光素子１６から発射された発散性の光の一部は
ハーフミラー３２で反射されて結像素子２０を通り、表
示素子１８を照射する。表示素子１８で反射された光は
結像素子２０及びハーフミラー３２を透過して観察者１
２の瞳２４に向かう。
である。図５の光学系１４は図１の光学系１４と同様の
部材を含み、図５の光学系１４の作用は図１の光学系１
４の作用とほぼ同様である。図５では、表示素子１８は
反射型の表示素子からなり、一部の光を透過させ且つ残
りの一部の光を反射させる光分離手段としてのハーフミ
ラー３２が発光素子１６と表示素子１８との間に配置さ
れる。発光素子１６から発射された発散性の光の一部は
ハーフミラー３２で反射されて結像素子２０を通り、表
示素子１８を照射する。表示素子１８で反射された光は
結像素子２０及びハーフミラー３２を透過して観察者１
２の瞳２４に向かう。
【００２５】光が発光素子１６からハーフミラー３２を
通って表示素子１８へ向かうときには、発散光が結像素
子２０によって平行光に変換されるので、この結像素子
２０は図１の光学素子２２の機能を含む。つまり、光学
素子２２と結像素子２０とは共通の素子からなる。そし
て、光がハーフミラー３２から瞳２４へ向かうときに
は、発光素子１６の像が結像素子２０の第２の焦点２０
ｂに形成される。
通って表示素子１８へ向かうときには、発散光が結像素
子２０によって平行光に変換されるので、この結像素子
２０は図１の光学素子２２の機能を含む。つまり、光学
素子２２と結像素子２０とは共通の素子からなる。そし
て、光がハーフミラー３２から瞳２４へ向かうときに
は、発光素子１６の像が結像素子２０の第２の焦点２０
ｂに形成される。
【００２６】図６は図５の光学系１４の変形例を示す図
である。図６の光学系１４は図５の光学系１４と同様の
部材を含み、図６の光学系１４の作用は図５の光学系１
４の作用とほぼ同様である。図６では、表示素子１８は
液晶パネルとして形成され、表示素子１８の入射側及び
出射側に偏光子１８ａ、１８ｂが配置される。偏光子１
８ａは発光素子１６とハーフミラー３２との間に配置さ
れ、偏光子１８ｂはハーフミラー３２と瞳２４との間に
配置される。
である。図６の光学系１４は図５の光学系１４と同様の
部材を含み、図６の光学系１４の作用は図５の光学系１
４の作用とほぼ同様である。図６では、表示素子１８は
液晶パネルとして形成され、表示素子１８の入射側及び
出射側に偏光子１８ａ、１８ｂが配置される。偏光子１
８ａは発光素子１６とハーフミラー３２との間に配置さ
れ、偏光子１８ｂはハーフミラー３２と瞳２４との間に
配置される。
【００２７】図７は図６の光学系１４の変形例を示す図
である。図７の光学系１４は図６の光学系１４と同様の
部材を含み、図７の光学系１４の作用は図６の光学系１
４の作用とほぼ同様である。図７では、偏光子１８ａは
発光素子１６とハーフミラー３２との間に配置され、偏
光子１８ｂはハーフミラー３２に接着されている。図８
は図６の光学系１４の変形例を示す図である。図８の光
学系１４は図６の光学系１４と同様の部材を含み、図８
の光学系１４の作用は図６の光学系１４の作用とほぼ同
様である。図８では、偏光子１８ａが表示素子１８の光
入射面側に配置されている。この例は、強誘電液晶のよ
うに反射型液晶パネルと１枚の偏光子で表示可能な表示
素子１８の場合に適用できる。
である。図７の光学系１４は図６の光学系１４と同様の
部材を含み、図７の光学系１４の作用は図６の光学系１
４の作用とほぼ同様である。図７では、偏光子１８ａは
発光素子１６とハーフミラー３２との間に配置され、偏
光子１８ｂはハーフミラー３２に接着されている。図８
は図６の光学系１４の変形例を示す図である。図８の光
学系１４は図６の光学系１４と同様の部材を含み、図８
の光学系１４の作用は図６の光学系１４の作用とほぼ同
様である。図８では、偏光子１８ａが表示素子１８の光
入射面側に配置されている。この例は、強誘電液晶のよ
うに反射型液晶パネルと１枚の偏光子で表示可能な表示
素子１８の場合に適用できる。
【００２８】図９は図５の光学系１４の変形例を示す図
である。図９の光学系１４は図５の光学系１４と同様の
部材を含み、図９の光学系１４の作用は図５の光学系１
４の作用とほぼ同様である。図９では、図５のハーフミ
ラー３２の代わりに偏光ビームスプリッタ３４が配置さ
れている。偏光ビームスプリッタ３４は一方の偏光を透
過させ且つもう一方の偏光を反射させる光分離手段とし
て作用する。偏光ビームスプリッタ３４を使用すれば、
図６から図８の偏光子１８ａ、１８ｂを省略することが
でき、光量のロスを低減することができる。なお、偏光
ビームスプリッタ３４の代わりに、特定偏光を反射する
フィルム（例えば、３Ｍ社製のＤＢＥＦ、ＨＭＦ）を用
いることもできる。
である。図９の光学系１４は図５の光学系１４と同様の
部材を含み、図９の光学系１４の作用は図５の光学系１
４の作用とほぼ同様である。図９では、図５のハーフミ
ラー３２の代わりに偏光ビームスプリッタ３４が配置さ
れている。偏光ビームスプリッタ３４は一方の偏光を透
過させ且つもう一方の偏光を反射させる光分離手段とし
て作用する。偏光ビームスプリッタ３４を使用すれば、
図６から図８の偏光子１８ａ、１８ｂを省略することが
でき、光量のロスを低減することができる。なお、偏光
ビームスプリッタ３４の代わりに、特定偏光を反射する
フィルム（例えば、３Ｍ社製のＤＢＥＦ、ＨＭＦ）を用
いることもできる。
【００２９】図１０はシースルーの機能をもった表示装
置に適用される光学系１４を示す図である。発光素子１
６からの光を直接に結像素子２０と表示素子１８に入射
させ、表示素子１８で反射した光をハーフミラー３６で
反射させて観察者１２の瞳２４に入射させている。外部
光３８がハーフミラー３６を透過して観察者１２の瞳２
４に入射する。従って、観察者１２は表示画像ととも
に、ハーフミラー３６を介して外部（例えばコンピュー
タのキーボード）を見ることができる。１つの偏光子１
８ａが表示素子１８の前に配置されているが、必要に応
じて、偏光子を発光素子の近傍及びハーフミラー３６の
近傍に配置することができる。なお、外部環境の光が眩
しいときには、調光用のパネル（液晶パネル等）をハー
フミラー３６の外側に配置することもできる。このよう
にして、外部からの光と表示素子１８からの光を合わせ
るコンバイナを構成することができる。
置に適用される光学系１４を示す図である。発光素子１
６からの光を直接に結像素子２０と表示素子１８に入射
させ、表示素子１８で反射した光をハーフミラー３６で
反射させて観察者１２の瞳２４に入射させている。外部
光３８がハーフミラー３６を透過して観察者１２の瞳２
４に入射する。従って、観察者１２は表示画像ととも
に、ハーフミラー３６を介して外部（例えばコンピュー
タのキーボード）を見ることができる。１つの偏光子１
８ａが表示素子１８の前に配置されているが、必要に応
じて、偏光子を発光素子の近傍及びハーフミラー３６の
近傍に配置することができる。なお、外部環境の光が眩
しいときには、調光用のパネル（液晶パネル等）をハー
フミラー３６の外側に配置することもできる。このよう
にして、外部からの光と表示素子１８からの光を合わせ
るコンバイナを構成することができる。
【００３０】図１１は図１０の光学系の変形例を示す図
である。この例では、光学系は透明なプラスチックから
なる導光板４０を含み、導光板４０の途中に偏光ビーム
スプリッタ３４を形成している。発光素子１６は導光板
４０の一端部に配置され、導光板４０の他端部は直角に
曲げられてプリズム４０ａを形成している。発光素子１
６から発射された光は導光板４０及び偏光ビームスプリ
ッタ３４を通り、プリズム４０ａで反射し、結像素子２
０を通り、表示素子１８で反射して、逆の経路を通り、
偏光ビームスプリッタ３４で反射して観察者１２の瞳２
４に入射する。外部光３８が偏光ビームスプリッタ３４
を透過して観察者１２の瞳２４に入射する。従って、観
察者１２は表示画像とともに、偏光ビームスプリッタ３
４を介して外部を見ることができる。導光板４０は薄い
ので、目の前に容易に配置でき、あるいは眼鏡への後付
けが容易な構成である。
である。この例では、光学系は透明なプラスチックから
なる導光板４０を含み、導光板４０の途中に偏光ビーム
スプリッタ３４を形成している。発光素子１６は導光板
４０の一端部に配置され、導光板４０の他端部は直角に
曲げられてプリズム４０ａを形成している。発光素子１
６から発射された光は導光板４０及び偏光ビームスプリ
ッタ３４を通り、プリズム４０ａで反射し、結像素子２
０を通り、表示素子１８で反射して、逆の経路を通り、
偏光ビームスプリッタ３４で反射して観察者１２の瞳２
４に入射する。外部光３８が偏光ビームスプリッタ３４
を透過して観察者１２の瞳２４に入射する。従って、観
察者１２は表示画像とともに、偏光ビームスプリッタ３
４を介して外部を見ることができる。導光板４０は薄い
ので、目の前に容易に配置でき、あるいは眼鏡への後付
けが容易な構成である。
【００３１】本発明の表示装置では、光が一点に結像さ
れるために見る位置が制限される（視域が狭い）。そこ
で、本発明の表示装置を眼鏡等に取りつけた場合、発光
素子１６の発光点の位置を調節し、発光素子１６の像を
適切な位置（観察者の瞳の位置）に結像させるようにす
るのが好ましい。図１２及び図１３は発光素子１６の発
光点の位置を調節する機能を備えた光学系の例を示す図
である。図１２はある状態にある光学系を示し、図１３
は他の状態にある図１２の光学系を示す。光学系は透明
なプラスチックからなる導光板４２を含み、導光板４２
の途中に偏光ビームスプリッタ３４を形成している。発
光素子１６は導光板４２の一端部に配置され、結像素子
２０及び表示素子１８は導光板４２の他端部に配置され
る。
れるために見る位置が制限される（視域が狭い）。そこ
で、本発明の表示装置を眼鏡等に取りつけた場合、発光
素子１６の発光点の位置を調節し、発光素子１６の像を
適切な位置（観察者の瞳の位置）に結像させるようにす
るのが好ましい。図１２及び図１３は発光素子１６の発
光点の位置を調節する機能を備えた光学系の例を示す図
である。図１２はある状態にある光学系を示し、図１３
は他の状態にある図１２の光学系を示す。光学系は透明
なプラスチックからなる導光板４２を含み、導光板４２
の途中に偏光ビームスプリッタ３４を形成している。発
光素子１６は導光板４２の一端部に配置され、結像素子
２０及び表示素子１８は導光板４２の他端部に配置され
る。
【００３２】目位置センサ４３、４４が導光板４２に配
置されており、観察者１２の瞳２４を位置を検出できる
ようになっている。発光素子１６はＬＥＤアレイとして
形成され、複数のＬＥＤ１６ａ、１６ｂ、１６ｃを含
む。ＬＥＤ１６ａ、１６ｂ、１６ｃの配置のピッチは瞳
２４の大きさ以下になっている。目位置センサ４３、４
４が検出した瞳２４を位置に応じて、使用するＬＥＤ１
６ａ、１６ｂ、１６ｃを選択するようになっている。
置されており、観察者１２の瞳２４を位置を検出できる
ようになっている。発光素子１６はＬＥＤアレイとして
形成され、複数のＬＥＤ１６ａ、１６ｂ、１６ｃを含
む。ＬＥＤ１６ａ、１６ｂ、１６ｃの配置のピッチは瞳
２４の大きさ以下になっている。目位置センサ４３、４
４が検出した瞳２４を位置に応じて、使用するＬＥＤ１
６ａ、１６ｂ、１６ｃを選択するようになっている。
【００３３】図１２では、中央のＬＥＤ１６ｂが選択さ
れ、このＬＥＤ１６ｂから発射された光は導光板４２及
び偏光ビームスプリッタ３４を通り、結像素子２０を通
り、表示素子１８で反射して、逆の経路を通り、偏光ビ
ームスプリッタ３４で反射して観察者１２の瞳２４に入
射する。図１３では、点線で示された瞳２４が実線で示
された瞳２４の位置に移動している。そこで、左のＬＥ
Ｄ１６ａが選択され、このＬＥＤ１６ａから発射された
光は導光板４２及び偏光ビームスプリッタ３４を通り、
結像素子２０を通り、表示素子１８で反射して、逆の経
路を通り、偏光ビームスプリッタ３４で反射して観察者
１２の瞳２４に入射する。このようにして、光が一点に
結像されるタイプの表示装置でも、視域を広くすること
ができる。なお、発光素子１６は１次元のＬＥＤアレイ
として形成されているが、２次元のＬＥＤアレイとして
形成されることもできる。
れ、このＬＥＤ１６ｂから発射された光は導光板４２及
び偏光ビームスプリッタ３４を通り、結像素子２０を通
り、表示素子１８で反射して、逆の経路を通り、偏光ビ
ームスプリッタ３４で反射して観察者１２の瞳２４に入
射する。図１３では、点線で示された瞳２４が実線で示
された瞳２４の位置に移動している。そこで、左のＬＥ
Ｄ１６ａが選択され、このＬＥＤ１６ａから発射された
光は導光板４２及び偏光ビームスプリッタ３４を通り、
結像素子２０を通り、表示素子１８で反射して、逆の経
路を通り、偏光ビームスプリッタ３４で反射して観察者
１２の瞳２４に入射する。このようにして、光が一点に
結像されるタイプの表示装置でも、視域を広くすること
ができる。なお、発光素子１６は１次元のＬＥＤアレイ
として形成されているが、２次元のＬＥＤアレイとして
形成されることもできる。
【００３４】なお、表示素子１８のＲＧＢ画素中の１つ
の色画像を表示し、表示画像に応じた色を発光素子１６
で発光し、順番に色を変える時分割カラーを実現するこ
ともできる。図１８は図３の表示装置の光学系の第２実
施例を示す図である。この例の光学系１４は２つの等価
な楕円体５１、５２に基づいて形成されている。第１の
楕円体５１は第１の焦点Ｐ１及び第２の焦点Ｐ２を有
し、第２の楕円体５２は第３の焦点Ｐ３及び第４の焦点
Ｐ４を有する。第２の焦点Ｐ２と第４の焦点Ｐ４とは共
通の位置に配置されている。第１の凹面鏡５３が第１の
楕円体５１の一部に配置され、第２の凹面鏡５４が第２
の楕円体５２の一部に配置されている。
の色画像を表示し、表示画像に応じた色を発光素子１６
で発光し、順番に色を変える時分割カラーを実現するこ
ともできる。図１８は図３の表示装置の光学系の第２実
施例を示す図である。この例の光学系１４は２つの等価
な楕円体５１、５２に基づいて形成されている。第１の
楕円体５１は第１の焦点Ｐ１及び第２の焦点Ｐ２を有
し、第２の楕円体５２は第３の焦点Ｐ３及び第４の焦点
Ｐ４を有する。第２の焦点Ｐ２と第４の焦点Ｐ４とは共
通の位置に配置されている。第１の凹面鏡５３が第１の
楕円体５１の一部に配置され、第２の凹面鏡５４が第２
の楕円体５２の一部に配置されている。
【００３５】より詳細には、この表示装置の光学系１４
は、表示素子５５と、結像素子５６と、表示素子５５か
ら発射されて結像素子５６を通った光が通る第１の焦点
Ｐ１及び第２の焦点Ｐ２を有する第１の楕円体５１の一
部として形成された第１の凹面鏡５３と、第２の焦点Ｐ
２と共通の位置に配置される第３の焦点Ｐ３及び第４の
焦点Ｐ４を有する第２の楕円体５２の一部として形成さ
れた第２の凹面鏡５４とを備える。
は、表示素子５５と、結像素子５６と、表示素子５５か
ら発射されて結像素子５６を通った光が通る第１の焦点
Ｐ１及び第２の焦点Ｐ２を有する第１の楕円体５１の一
部として形成された第１の凹面鏡５３と、第２の焦点Ｐ
２と共通の位置に配置される第３の焦点Ｐ３及び第４の
焦点Ｐ４を有する第２の楕円体５２の一部として形成さ
れた第２の凹面鏡５４とを備える。
【００３６】表示素子５５から発射された光が第１の焦
点Ｐ１に又はその近傍に集光され、第１の焦点Ｐ１を通
った発散光が第１の凹面鏡５３によって反射されて共通
の第２及び第３の焦点Ｐ２、Ｐ３に向かって進みその焦
点に又はその近傍に集光され、第２及び第３の焦点Ｐ
２、Ｐ３を通った発散光が第２の凹面鏡５４によって反
射されて第４の焦点Ｐ４の近傍に集光され、観察者の目
（瞳２４）が第４の焦点Ｐ４の近傍に配置されるように
なっている。従って、観察者の目の前方に形成された表
示を見ることができる。
点Ｐ１に又はその近傍に集光され、第１の焦点Ｐ１を通
った発散光が第１の凹面鏡５３によって反射されて共通
の第２及び第３の焦点Ｐ２、Ｐ３に向かって進みその焦
点に又はその近傍に集光され、第２及び第３の焦点Ｐ
２、Ｐ３を通った発散光が第２の凹面鏡５４によって反
射されて第４の焦点Ｐ４の近傍に集光され、観察者の目
（瞳２４）が第４の焦点Ｐ４の近傍に配置されるように
なっている。従って、観察者の目の前方に形成された表
示を見ることができる。
【００３７】表示素子５５は、光源を備えた透過型又は
反射型の液晶表示パネル、微小な光線をスキャニングに
よって画像を形成することができる小型ミラーの表示素
子、または自発光型のＥＬ表示素子とすることができ
る。表示素子５５とは別に光源を設けることもできる。
このように、第２の焦点Ｐ２と第３の焦点Ｐ３とが共通
の位置に配置された第１の楕円体５１及び第２の楕円体
５２を用いて第１の凹面鏡５３及び第２の凹面鏡５４を
形成することにより、より好ましくは第１の楕円体５１
及び第２の楕円体５２を等価の回転楕円体とすることに
より、光学系の対称性を向上させることができる。よっ
て、従来のように複雑な複数の偏心レンズを用いる必要
がなくなり、装置全体を小型、軽量なものとすることが
できる。
反射型の液晶表示パネル、微小な光線をスキャニングに
よって画像を形成することができる小型ミラーの表示素
子、または自発光型のＥＬ表示素子とすることができ
る。表示素子５５とは別に光源を設けることもできる。
このように、第２の焦点Ｐ２と第３の焦点Ｐ３とが共通
の位置に配置された第１の楕円体５１及び第２の楕円体
５２を用いて第１の凹面鏡５３及び第２の凹面鏡５４を
形成することにより、より好ましくは第１の楕円体５１
及び第２の楕円体５２を等価の回転楕円体とすることに
より、光学系の対称性を向上させることができる。よっ
て、従来のように複雑な複数の偏心レンズを用いる必要
がなくなり、装置全体を小型、軽量なものとすることが
できる。
【００３８】結像素子５６は単純な凸レンズでよいの
で、ベースとなる第１の楕円体５１及び第２の楕円体５
２を小さなものとすることができる。従って、表示装置
は小型化される。特に、表示装置を観察者の顔又は頭に
装着する場合、顔面上にはできるだけ物がない方がよ
く、また、表示素子５５と観察者の目との間の距離があ
る程度離れていることが必要であるので、表示素子５５
は顔面から離れた所（例えば側頭部）に配置されるのが
望ましい。そこで、表示装置は観察者の顔面と平行な方
向に長くなるように構成されるのが好ましい。第１の楕
円体５１及び第２の楕円体５２を用いた本発明では、こ
の要求を満足すべく、表示装置は観察者の顔面と平行に
長くなるように適切に構成されるが、観察者の顔面と垂
直な方向の厚さは大きくならない。
で、ベースとなる第１の楕円体５１及び第２の楕円体５
２を小さなものとすることができる。従って、表示装置
は小型化される。特に、表示装置を観察者の顔又は頭に
装着する場合、顔面上にはできるだけ物がない方がよ
く、また、表示素子５５と観察者の目との間の距離があ
る程度離れていることが必要であるので、表示素子５５
は顔面から離れた所（例えば側頭部）に配置されるのが
望ましい。そこで、表示装置は観察者の顔面と平行な方
向に長くなるように構成されるのが好ましい。第１の楕
円体５１及び第２の楕円体５２を用いた本発明では、こ
の要求を満足すべく、表示装置は観察者の顔面と平行に
長くなるように適切に構成されるが、観察者の顔面と垂
直な方向の厚さは大きくならない。
【００３９】図１８においては、第１の焦点Ｐ１、第２
の焦点Ｐ２、第３の焦点Ｐ３、及び第４の焦点Ｐ４は、
一直線上に配置されており、第１の凹面鏡５３は光学系
１４の上記焦点を通る線に対して第２の凹面鏡５４の反
対側に配置されている。図１９及び図２０は図１８の光
学系１４の変形例を示す図である。図１９においては、
第１の焦点Ｐ１、第２の焦点Ｐ２、第３の焦点Ｐ３、及
び第４の焦点Ｐ４（又は導光体内の反射を展開した第１
から第４の焦点Ｐ１〜Ｐ４に対応する焦点）は、一直線
上に配置されており、第１の凹面鏡５３は光学系１４の
上記焦点を通る線に対して第２の凹面鏡５４の同じ側に
配置されている。そして、導光体５８が第１の凹面鏡５
３と第２の凹面鏡５４との間に設けられている。
の焦点Ｐ２、第３の焦点Ｐ３、及び第４の焦点Ｐ４は、
一直線上に配置されており、第１の凹面鏡５３は光学系
１４の上記焦点を通る線に対して第２の凹面鏡５４の反
対側に配置されている。図１９及び図２０は図１８の光
学系１４の変形例を示す図である。図１９においては、
第１の焦点Ｐ１、第２の焦点Ｐ２、第３の焦点Ｐ３、及
び第４の焦点Ｐ４（又は導光体内の反射を展開した第１
から第４の焦点Ｐ１〜Ｐ４に対応する焦点）は、一直線
上に配置されており、第１の凹面鏡５３は光学系１４の
上記焦点を通る線に対して第２の凹面鏡５４の同じ側に
配置されている。そして、導光体５８が第１の凹面鏡５
３と第２の凹面鏡５４との間に設けられている。
【００４０】導光体５８は第１から第４の焦点Ｐ１、Ｐ
２、Ｐ３、焦点Ｐ４を通る線と平行に延びる細長い透明
なガラス又はプラスチックの部材であり、互いに平行な
平面５８ａ、５８ｂを有する。第１の凹面鏡５３は導光
体５８の一端に配置され、第２の凹面鏡５４は導光体５
８の他端に配置される。この場合には、光は第２及び第
３の焦点Ｐ２、Ｐ３を通らないで、導光体５８の内部を
進むが、その光の進行は第２及び第３の焦点Ｐ２、Ｐ３
を通った場合と同様である。
２、Ｐ３、焦点Ｐ４を通る線と平行に延びる細長い透明
なガラス又はプラスチックの部材であり、互いに平行な
平面５８ａ、５８ｂを有する。第１の凹面鏡５３は導光
体５８の一端に配置され、第２の凹面鏡５４は導光体５
８の他端に配置される。この場合には、光は第２及び第
３の焦点Ｐ２、Ｐ３を通らないで、導光体５８の内部を
進むが、その光の進行は第２及び第３の焦点Ｐ２、Ｐ３
を通った場合と同様である。
【００４１】すなわち、表示素子５３から出射された光
が第１の焦点Ｐ１に又はその近傍に集光され、第１の焦
点Ｐ１から発散した光が第１の凹面鏡５３によって反射
されて共通の第２及び第３の焦点Ｐ２、Ｐ３に向かって
進む。光は導光体５８の表面（平面５８ａ、５８ｂ）に
おいて数回反射を繰り返す。従って、第１の凹面鏡５３
から共通の第２及び第３の焦点Ｐ２、Ｐ３に向かって進
んだ光は実際には共通の第２及び第３の焦点Ｐ２、Ｐ３
を通らないが、導光体５８の内部において共通の第２及
び第３の焦点Ｐ２、Ｐ３と同等の仮想の焦点において集
光され、仮想の焦点を通った発散光が第２及び第３の焦
点Ｐ２、Ｐ３を通った光と同等の光として第２の凹面鏡
５４によって反射されて第４の焦点Ｐ４の近傍に集光さ
れ、観察者の目（瞳２４）が第４の焦点Ｐ４の近傍に配
置されるようになっている。従って、観察者の目の前方
に形成された表示を見ることができる。
が第１の焦点Ｐ１に又はその近傍に集光され、第１の焦
点Ｐ１から発散した光が第１の凹面鏡５３によって反射
されて共通の第２及び第３の焦点Ｐ２、Ｐ３に向かって
進む。光は導光体５８の表面（平面５８ａ、５８ｂ）に
おいて数回反射を繰り返す。従って、第１の凹面鏡５３
から共通の第２及び第３の焦点Ｐ２、Ｐ３に向かって進
んだ光は実際には共通の第２及び第３の焦点Ｐ２、Ｐ３
を通らないが、導光体５８の内部において共通の第２及
び第３の焦点Ｐ２、Ｐ３と同等の仮想の焦点において集
光され、仮想の焦点を通った発散光が第２及び第３の焦
点Ｐ２、Ｐ３を通った光と同等の光として第２の凹面鏡
５４によって反射されて第４の焦点Ｐ４の近傍に集光さ
れ、観察者の目（瞳２４）が第４の焦点Ｐ４の近傍に配
置されるようになっている。従って、観察者の目の前方
に形成された表示を見ることができる。
【００４２】図２０の導光体５８は互いに平行な平面５
８ａ、５８ｂを有するものに限定されない。例えば、第
１の楕円体５１及び第２の楕円体５２を互いに異なる形
状にしたり、垂直以外の角度で目に入射するように設計
した場合には、この限りではない。また、導光体５８は
全反射の条件を満たす場合には、反射膜を付加する必要
はない。
８ａ、５８ｂを有するものに限定されない。例えば、第
１の楕円体５１及び第２の楕円体５２を互いに異なる形
状にしたり、垂直以外の角度で目に入射するように設計
した場合には、この限りではない。また、導光体５８は
全反射の条件を満たす場合には、反射膜を付加する必要
はない。
【００４３】図２０では、第１の凹面鏡５３及び第２の
凹面鏡５４は導光体５８の同じ側に配置され、光は矢印
ＬI の方向に導光体５８に入射し、導光体５８内で奇数
回反射して、矢印ＬO の方向に導光体５８から出射す
る。図２１は導光体５８の変形例を示す図である。この
導光体５８では、第１の凹面鏡５３及び第２の凹面鏡５
４は導光体５８の反対側に配置され、光は矢印ＬIの方
向に導光体５８に入射し、導光体５８内で偶数回反射し
て、矢印ＬO の方向に導光体５８から出射する。
凹面鏡５４は導光体５８の同じ側に配置され、光は矢印
ＬI の方向に導光体５８に入射し、導光体５８内で奇数
回反射して、矢印ＬO の方向に導光体５８から出射す
る。図２１は導光体５８の変形例を示す図である。この
導光体５８では、第１の凹面鏡５３及び第２の凹面鏡５
４は導光体５８の反対側に配置され、光は矢印ＬIの方
向に導光体５８に入射し、導光体５８内で偶数回反射し
て、矢印ＬO の方向に導光体５８から出射する。
【００４４】図２２は導光体５８の変形例を示す図であ
る。この導光体５８は、屈曲部を有し、観察者の顔及び
頭の半分に適合した形状に形成されている。屈曲部には
反射膜６０が設けられているが、全反射条件を満たす場
合には反射膜６０を付加しなくてもよい。こうすれば、
表示素子５５の配置の自由度が高くなる。図２３は図１
８から図２３までを参照して説明した表示装置の第１の
楕円体５１及び第２の楕円体５２を示す図である。図２
３においては、第１の楕円体５１及び第２の楕円体５２
は例えばＸ−Ｙ平面内に配置されている。
る。この導光体５８は、屈曲部を有し、観察者の顔及び
頭の半分に適合した形状に形成されている。屈曲部には
反射膜６０が設けられているが、全反射条件を満たす場
合には反射膜６０を付加しなくてもよい。こうすれば、
表示素子５５の配置の自由度が高くなる。図２３は図１
８から図２３までを参照して説明した表示装置の第１の
楕円体５１及び第２の楕円体５２を示す図である。図２
３においては、第１の楕円体５１及び第２の楕円体５２
は例えばＸ−Ｙ平面内に配置されている。
【００４５】図２４は図２３の光学系の変形例を示し、
３次元的に配置された第１の楕円体５１及び第２の楕円
体５２を示す図である。図２４においては、第１の楕円
体５１はＸ−Ｙ平面内に配置され、第２の楕円体５２は
Ｘ−Ｙ平面に対して傾斜した平面内に配置されている。
第１の凹面鏡５３及び第２の凹面鏡５４は図２３及び図
２４に示されていない。第１及び第４の焦点Ｐ１、Ｐ４
は矢印で示され、第２及び第３の焦点Ｐ２、Ｐ３は図２
３及び図２４の座標の原点に相当する。第２及び第３の
焦点Ｐ２、Ｐ３は共通であるので、上記した光の進行の
原理はこの場合にも同様に適用される。
３次元的に配置された第１の楕円体５１及び第２の楕円
体５２を示す図である。図２４においては、第１の楕円
体５１はＸ−Ｙ平面内に配置され、第２の楕円体５２は
Ｘ−Ｙ平面に対して傾斜した平面内に配置されている。
第１の凹面鏡５３及び第２の凹面鏡５４は図２３及び図
２４に示されていない。第１及び第４の焦点Ｐ１、Ｐ４
は矢印で示され、第２及び第３の焦点Ｐ２、Ｐ３は図２
３及び図２４の座標の原点に相当する。第２及び第３の
焦点Ｐ２、Ｐ３は共通であるので、上記した光の進行の
原理はこの場合にも同様に適用される。
【００４６】図２５は図２４の光学系を含む表示装置を
示す図である。表示装置の本体構造は略して眼鏡１０ａ
として示されている。光学系は表示素子５５と導光体５
８とを含む。光学系の他の部材は省略されている。図２
５の導光体５８は、図２２の導光体５８を図２４の第１
の楕円体５１及び第２の楕円体５２の構成に従って変形
したものである。図２２においては、導光体５８は屈曲
し、第２の凹面鏡５４は目の前にあり、第１の凹面鏡５
３及び表示素子５５は例えば耳の横にあり、表示素子５
５は第１の凹面鏡５３の外側にある。
示す図である。表示装置の本体構造は略して眼鏡１０ａ
として示されている。光学系は表示素子５５と導光体５
８とを含む。光学系の他の部材は省略されている。図２
５の導光体５８は、図２２の導光体５８を図２４の第１
の楕円体５１及び第２の楕円体５２の構成に従って変形
したものである。図２２においては、導光体５８は屈曲
し、第２の凹面鏡５４は目の前にあり、第１の凹面鏡５
３及び表示素子５５は例えば耳の横にあり、表示素子５
５は第１の凹面鏡５３の外側にある。
【００４７】図２５の導光体５８は図２２の導光体５８
と同様に屈曲し、第２の凹面鏡５４は目の前にあり、第
１の凹面鏡５３及び表示素子５５は例えば耳の横にあ
る。この場合、図２４の第１の楕円体５１及び第２の楕
円体５２の構成に従って、表示素子５５は第１の凹面鏡
５３の下側に位置するようになる。６１Ａは回路部であ
り、６１Ｂはケーブルである。
と同様に屈曲し、第２の凹面鏡５４は目の前にあり、第
１の凹面鏡５３及び表示素子５５は例えば耳の横にあ
る。この場合、図２４の第１の楕円体５１及び第２の楕
円体５２の構成に従って、表示素子５５は第１の凹面鏡
５３の下側に位置するようになる。６１Ａは回路部であ
り、６１Ｂはケーブルである。
【００４８】図２６から図２８はシールスルー機能を付
加した光学系の例を示す図である。図２６において、第
２の凹面鏡５４は半透過性を有する反射鏡である。第２
の凹面鏡５４は、多層誘電体膜や、クロム、アルミニウ
ムや、銀、チタン等の膜で形成することができる。透過
率は膜の材料や厚さ等の設計で任意に選択できる。シー
ルスルー機能を有するためには、背景光６２が第２の凹
面鏡５４を透過でき、しかし屈折が小さくて背景像の歪
みが小さいようにするのがよい。そのためには、背景光
６２の入射面と出射面とが平行であることが必要であ
り、導光体５８に補正板６４を付加するのが好ましい。
加した光学系の例を示す図である。図２６において、第
２の凹面鏡５４は半透過性を有する反射鏡である。第２
の凹面鏡５４は、多層誘電体膜や、クロム、アルミニウ
ムや、銀、チタン等の膜で形成することができる。透過
率は膜の材料や厚さ等の設計で任意に選択できる。シー
ルスルー機能を有するためには、背景光６２が第２の凹
面鏡５４を透過でき、しかし屈折が小さくて背景像の歪
みが小さいようにするのがよい。そのためには、背景光
６２の入射面と出射面とが平行であることが必要であ
り、導光体５８に補正板６４を付加するのが好ましい。
【００４９】図２７においては、第２の凹面鏡５４をホ
ログラムを用いて形成している。この場合、第２の凹面
鏡５４の形状は平坦であるが、第２の凹面鏡５４をホロ
グラムとして形成しているので、上記したように第２の
楕円体５２の一部と同様な反射を実現することができ、
且つ透過率を制御することができる。第２の凹面鏡５４
の形状は平坦であるので、補正板６４の形状も簡単にな
る。
ログラムを用いて形成している。この場合、第２の凹面
鏡５４の形状は平坦であるが、第２の凹面鏡５４をホロ
グラムとして形成しているので、上記したように第２の
楕円体５２の一部と同様な反射を実現することができ、
且つ透過率を制御することができる。第２の凹面鏡５４
の形状は平坦であるので、補正板６４の形状も簡単にな
る。
【００５０】図２８においては、ホログラムを用いて形
成した第２の凹面鏡５４を導光体５８の平坦面に配置し
ている。こうすれば、補正板６４を付加する必要がな
い。図２９から図３１は本発明の光学系のさらなる変形
例を示す図である。図２９においては、図１に示される
第１の光学系と図２２に示される第２の光学系とを組み
合わせた光学系を示す。すなわち、第１の光学系は、発
光素子１６と、光学素子２２と、透過型表示素子１８
と、結像素子２０とからなる。アパーチャ６６が結像素
子２０の第２の焦点の位置に配置される。第２の光学系
は、第１の凹面鏡５３と、第２の凹面鏡５４と、導光体
５８とからなる。図１８において、表示素子５５の発散
光を第１の焦点Ｐ１を通って第１の凹面鏡５３に向かっ
て照射したのと同様に、アパーチャ６６を通った発散光
を第１の焦点Ｐ１を通って第１の凹面鏡５３に向かって
照射する。アパーチャ６６は第２の光学系の第１の焦点
Ｐ１に位置する。これによって、アパーチャ６６におい
て認識された画像と同様の画像を瞳２４において認識す
ることができる。
成した第２の凹面鏡５４を導光体５８の平坦面に配置し
ている。こうすれば、補正板６４を付加する必要がな
い。図２９から図３１は本発明の光学系のさらなる変形
例を示す図である。図２９においては、図１に示される
第１の光学系と図２２に示される第２の光学系とを組み
合わせた光学系を示す。すなわち、第１の光学系は、発
光素子１６と、光学素子２２と、透過型表示素子１８
と、結像素子２０とからなる。アパーチャ６６が結像素
子２０の第２の焦点の位置に配置される。第２の光学系
は、第１の凹面鏡５３と、第２の凹面鏡５４と、導光体
５８とからなる。図１８において、表示素子５５の発散
光を第１の焦点Ｐ１を通って第１の凹面鏡５３に向かっ
て照射したのと同様に、アパーチャ６６を通った発散光
を第１の焦点Ｐ１を通って第１の凹面鏡５３に向かって
照射する。アパーチャ６６は第２の光学系の第１の焦点
Ｐ１に位置する。これによって、アパーチャ６６におい
て認識された画像と同様の画像を瞳２４において認識す
ることができる。
【００５１】図３０においては、反射型表示素子１８が
使用される。他の構成は図２９の構成と同様である。図
３１においては、表示素子は、発光素子１６とマイクロ
ミラー６８とによって構成される。発光素子１６はレー
ザー等とすることができる。発光素子１６はマイクロミ
ラー６８に向かって微小な光線を発射する。マイクロミ
ラー６８はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Syste
m ）のような角度が可変できるデバイスであって、光線
をスキャニングすることができる。このスキャニングに
合わせて発光素子１６の光量を変調すれば、画像とな
る。マイクロミラー６８は液晶パネルと比べて非常に小
さく、小型の表示素子を実現できる。図では１つのマイ
クロミラー６８が示されているが、単純なＭＥＭＳを２
個用いてＸＹ方向にスキャニングさせてもよい。
使用される。他の構成は図２９の構成と同様である。図
３１においては、表示素子は、発光素子１６とマイクロ
ミラー６８とによって構成される。発光素子１６はレー
ザー等とすることができる。発光素子１６はマイクロミ
ラー６８に向かって微小な光線を発射する。マイクロミ
ラー６８はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Syste
m ）のような角度が可変できるデバイスであって、光線
をスキャニングすることができる。このスキャニングに
合わせて発光素子１６の光量を変調すれば、画像とな
る。マイクロミラー６８は液晶パネルと比べて非常に小
さく、小型の表示素子を実現できる。図では１つのマイ
クロミラー６８が示されているが、単純なＭＥＭＳを２
個用いてＸＹ方向にスキャニングさせてもよい。
【００５２】図３２は図３の表示装置の光学系のさらな
る実施例を示す図である。この例の光学系１４は、表示
素子５５と、結像素子５６と、導光体７１と、凹面鏡７
２とからなる。導光体７１はガラスや樹脂などの光透過
物質で作られ、互いに平行で平坦な表面７１ａ、７１
ｂ、及び平坦な光入射面７１ｃを有する。凹面鏡７２は
導光体７１の光入射面７１ｃとは反対側の端部に設けら
れている。凹面鏡７２は第１の焦点Ｐ１及び第２の焦点
Ｐ２を有する回転楕円体７３の一部に基づいて形成され
ている。導光体７１の表面７１ａ、７１ｂは凹面鏡７２
の第１の焦点Ｐ１及び第２の焦点Ｐ２を通る線と平行で
ある。
る実施例を示す図である。この例の光学系１４は、表示
素子５５と、結像素子５６と、導光体７１と、凹面鏡７
２とからなる。導光体７１はガラスや樹脂などの光透過
物質で作られ、互いに平行で平坦な表面７１ａ、７１
ｂ、及び平坦な光入射面７１ｃを有する。凹面鏡７２は
導光体７１の光入射面７１ｃとは反対側の端部に設けら
れている。凹面鏡７２は第１の焦点Ｐ１及び第２の焦点
Ｐ２を有する回転楕円体７３の一部に基づいて形成され
ている。導光体７１の表面７１ａ、７１ｂは凹面鏡７２
の第１の焦点Ｐ１及び第２の焦点Ｐ２を通る線と平行で
ある。
【００５３】表示素子５５から発射され、結像素子５６
を通った光が導光体７１の光入射面７１ｃに入射し、光
入射面７１ｃ上の仮想の焦点Ｐ２′に又はその近傍に集
光されるようになっている。仮想の焦点Ｐ２′を通った
発散光は導光体７１の表面７１ａ、７１ｂにおいて数回
反射（全反射）を繰り返し、光があたかも第２の焦点Ｐ
２から凹面鏡７２に入射するように凹面鏡７２に入射す
る。凹面鏡７２によって反射された光は第１の焦点Ｐ１
に又はその近傍に集光され、観察者の目（瞳２４）に入
射する。従って、観察者の目の前方に形成された表示を
見ることができる。仮想の焦点Ｐ２′を透過しない光は
ノイズ光となることがあるので、仮想の焦点Ｐ２′の位
置にアパーチャを配置するのが望ましい。
を通った光が導光体７１の光入射面７１ｃに入射し、光
入射面７１ｃ上の仮想の焦点Ｐ２′に又はその近傍に集
光されるようになっている。仮想の焦点Ｐ２′を通った
発散光は導光体７１の表面７１ａ、７１ｂにおいて数回
反射（全反射）を繰り返し、光があたかも第２の焦点Ｐ
２から凹面鏡７２に入射するように凹面鏡７２に入射す
る。凹面鏡７２によって反射された光は第１の焦点Ｐ１
に又はその近傍に集光され、観察者の目（瞳２４）に入
射する。従って、観察者の目の前方に形成された表示を
見ることができる。仮想の焦点Ｐ２′を透過しない光は
ノイズ光となることがあるので、仮想の焦点Ｐ２′の位
置にアパーチャを配置するのが望ましい。
【００５４】このように、導光体７１を観察者の顔に対
して横方向に配置することによって、表示素子５５及び
結像素子５６が観察者の側頭部（耳の近くの部分）と干
渉するすることがないように表示装置を構成することが
できる。光入射面７１ｃは、表示素子５５から発射さ
れ、結像素子５６を通った光が光入射面７１ｃに垂直に
入射するように、平坦な表面７１ａ、７１ｂに対する傾
きで形成されるのが望ましい。しかし、楕円形の凹面鏡
７２での光の反射は光軸の両側において反射角度が変わ
るため、瞳２４に入射する画像にひずみが生じることが
ある。光入射面７１ｃの角度を調整すること、または、
ひずみ補正レンズを表示素子５５と光入射面７１ｃとの
間に挿入することによって、画像のひずみを緩和するこ
とが可能になる。また、小型で軽量の表示装置を実現す
ることができる。
して横方向に配置することによって、表示素子５５及び
結像素子５６が観察者の側頭部（耳の近くの部分）と干
渉するすることがないように表示装置を構成することが
できる。光入射面７１ｃは、表示素子５５から発射さ
れ、結像素子５６を通った光が光入射面７１ｃに垂直に
入射するように、平坦な表面７１ａ、７１ｂに対する傾
きで形成されるのが望ましい。しかし、楕円形の凹面鏡
７２での光の反射は光軸の両側において反射角度が変わ
るため、瞳２４に入射する画像にひずみが生じることが
ある。光入射面７１ｃの角度を調整すること、または、
ひずみ補正レンズを表示素子５５と光入射面７１ｃとの
間に挿入することによって、画像のひずみを緩和するこ
とが可能になる。また、小型で軽量の表示装置を実現す
ることができる。
【００５５】図３３は図３２の光学系１４の変形例を示
す図である。図３４は図３３の導光体の一部を示す拡大
図である。図３２では表示素子５５及び結像素子５６は
観察者の顔とは遠い側に配置されていた。これに対し
て、図３３及び図３４の例では表示素子５５及び結像素
子５６は観察者の顔に近い側に配置されている。こうす
れば、表示素子５５や結像素子５６は観察者の側頭部
（耳付近）に容易に配置されることができる。
す図である。図３４は図３３の導光体の一部を示す拡大
図である。図３２では表示素子５５及び結像素子５６は
観察者の顔とは遠い側に配置されていた。これに対し
て、図３３及び図３４の例では表示素子５５及び結像素
子５６は観察者の顔に近い側に配置されている。こうす
れば、表示素子５５や結像素子５６は観察者の側頭部
（耳付近）に容易に配置されることができる。
【００５６】このため、導光体７１の光入射面７１ｃは
表面７１ａの一部として形成され、図３２において光入
射面７１ｃであった傾斜面７１ｄには反射膜７４が配置
される。反射膜７４の代わりに全反射面としてもよい。
従って、表示素子５５及び結像素子５６を通った光は光
入射面７１ｃから導光体７１の内部に入り、反射膜７４
の反射面で反射して、反射膜７４上の仮想の焦点Ｐ２′
に又はその近傍に集光されるようになっている。前述し
たのと同様に、仮想の焦点Ｐ２′を通った発散光は導光
体７１の表面７１ａ、７１ｂにおいて数回反射（全反
射）を繰り返し、凹面鏡７２に入射し且つ反射された光
は第１の焦点Ｐ１に又はその近傍に集光され、観察者の
目（瞳２４）に入射する。従って、観察者の目の前方に
形成された表示を見ることができる。
表面７１ａの一部として形成され、図３２において光入
射面７１ｃであった傾斜面７１ｄには反射膜７４が配置
される。反射膜７４の代わりに全反射面としてもよい。
従って、表示素子５５及び結像素子５６を通った光は光
入射面７１ｃから導光体７１の内部に入り、反射膜７４
の反射面で反射して、反射膜７４上の仮想の焦点Ｐ２′
に又はその近傍に集光されるようになっている。前述し
たのと同様に、仮想の焦点Ｐ２′を通った発散光は導光
体７１の表面７１ａ、７１ｂにおいて数回反射（全反
射）を繰り返し、凹面鏡７２に入射し且つ反射された光
は第１の焦点Ｐ１に又はその近傍に集光され、観察者の
目（瞳２４）に入射する。従って、観察者の目の前方に
形成された表示を見ることができる。
【００５７】仮想の焦点Ｐ２′は集光点であるので、反
射膜７４は小さくてよい。反射膜７４は導光体７１の傾
斜面７１ｄの一部にのみアルニウムや銀等の金属又は酸
化物の多層膜等の反射膜材料を蒸着して形成し、傾斜面
７１ｄの他の部分は入射光を透過させるようにする。こ
うすれば、図３２の例で述べたアパーチャの機能が付与
され、仮想の焦点Ｐ２′を透過しない光がノイズ光とな
るのを抑制することができる。また、傾斜面７１ｄの非
反射部分には光吸収層を設けてもよく、例えば反射膜７
４を形成した後に酸化クロムや黒色インク等の黒色の物
質を傾斜面７１ｄ全体に塗布してもよい。
射膜７４は小さくてよい。反射膜７４は導光体７１の傾
斜面７１ｄの一部にのみアルニウムや銀等の金属又は酸
化物の多層膜等の反射膜材料を蒸着して形成し、傾斜面
７１ｄの他の部分は入射光を透過させるようにする。こ
うすれば、図３２の例で述べたアパーチャの機能が付与
され、仮想の焦点Ｐ２′を透過しない光がノイズ光とな
るのを抑制することができる。また、傾斜面７１ｄの非
反射部分には光吸収層を設けてもよく、例えば反射膜７
４を形成した後に酸化クロムや黒色インク等の黒色の物
質を傾斜面７１ｄ全体に塗布してもよい。
【００５８】図３５は図３の表示装置の光学系のさらな
る実施例を示す図である。この例の光学系１４は、表示
素子５５と、結像素子５６と、第１の焦点Ｐ１を有する
第１の回転放物面７６の一部に基づいて形成された第１
の凹面鏡７７と、第２の焦点Ｐ２を有する第２の回転放
物面７８の一部に基づいて形成された第２の凹面鏡７９
とからなる。
る実施例を示す図である。この例の光学系１４は、表示
素子５５と、結像素子５６と、第１の焦点Ｐ１を有する
第１の回転放物面７６の一部に基づいて形成された第１
の凹面鏡７７と、第２の焦点Ｐ２を有する第２の回転放
物面７８の一部に基づいて形成された第２の凹面鏡７９
とからなる。
【００５９】表示素子５５から出射され、結像素子５６
を通った光が第２の回転放物面７８の第２の焦点Ｐ２に
又はその近傍に集光され、第２の焦点Ｐ２を通った発散
光は第２の凹面鏡７９で反射されて平行光となる。平行
光は第１の凹面鏡７７へ入射し、第１の凹面鏡７７によ
って反射された光は第１の焦点Ｐ１に又はその近傍に集
光され、観察者の目（瞳２４）に入射する。従って、観
察者の目の前方に形成された表示を見ることができる。
を通った光が第２の回転放物面７８の第２の焦点Ｐ２に
又はその近傍に集光され、第２の焦点Ｐ２を通った発散
光は第２の凹面鏡７９で反射されて平行光となる。平行
光は第１の凹面鏡７７へ入射し、第１の凹面鏡７７によ
って反射された光は第１の焦点Ｐ１に又はその近傍に集
光され、観察者の目（瞳２４）に入射する。従って、観
察者の目の前方に形成された表示を見ることができる。
【００６０】このように、平行光を第１の凹面鏡７７へ
入射させることによって、小型で軽量の表示装置を実現
することができる。平行光をつくり出す手段として、第
２の凹面鏡７９を利用している。好ましくは、第１の回
転放物面７６と第２の回転放物面７８とは焦点距離が同
じで、中心軸を一致して配置される。このようにすれ
ば、対称性が高く、ひずみのない画像を形成することが
できる。第２の焦点Ｐ２を通過しない光はノイズ光とな
るので、第２の焦点Ｐ２にアパーチャを配置し、ノイズ
光を抑制することができる。
入射させることによって、小型で軽量の表示装置を実現
することができる。平行光をつくり出す手段として、第
２の凹面鏡７９を利用している。好ましくは、第１の回
転放物面７６と第２の回転放物面７８とは焦点距離が同
じで、中心軸を一致して配置される。このようにすれ
ば、対称性が高く、ひずみのない画像を形成することが
できる。第２の焦点Ｐ２を通過しない光はノイズ光とな
るので、第２の焦点Ｐ２にアパーチャを配置し、ノイズ
光を抑制することができる。
【００６１】第１及び第２の反射鏡７７、７９は適切な
ホルダに取付けられ、第１の反射鏡７７と第２の反射鏡
７９との間は空間となっていて、平行光は空間を進む。
図３６及び図３７は第１及び第２の反射鏡７７、７９の
配置の例を示す図である。図３６においては、第１及び
第２の反射鏡７７、７９は柱状のガラス又はアクリル樹
脂等のプラスチックからなる導光体８０の両端に配置さ
れている。光は導光体８０の内部を平行光として伝播す
る。導光体８０は型を使用した成型により作り、第１及
び第２の反射鏡７７、７９は導光体８０の両端にアルミ
ニウムを蒸着する。
ホルダに取付けられ、第１の反射鏡７７と第２の反射鏡
７９との間は空間となっていて、平行光は空間を進む。
図３６及び図３７は第１及び第２の反射鏡７７、７９の
配置の例を示す図である。図３６においては、第１及び
第２の反射鏡７７、７９は柱状のガラス又はアクリル樹
脂等のプラスチックからなる導光体８０の両端に配置さ
れている。光は導光体８０の内部を平行光として伝播す
る。導光体８０は型を使用した成型により作り、第１及
び第２の反射鏡７７、７９は導光体８０の両端にアルミ
ニウムを蒸着する。
【００６２】図３７においては、第１及び第２の反射鏡
７７、７９は中空筒状の導光体８０ａの両端に配置され
ている（第１の反射鏡７７は示されていない）。光は導
光体８０ａの内部の空洞内を平行光として伝播する。導
光体８０ａは型を使用した成型により作り、第１及び第
２の反射鏡７７、７９は別途作成して導光体８０ａの両
端に接着する。導光体８０ａの内部には空気があればよ
いが、鏡面に塵がつかないようにするためには、導光体
８０ａを封止するのがよい。また、結露を防ぐため、導
光体８０ａの内部に窒素ガス等のガスを充填し、あるい
は真空にしてもよい。
７７、７９は中空筒状の導光体８０ａの両端に配置され
ている（第１の反射鏡７７は示されていない）。光は導
光体８０ａの内部の空洞内を平行光として伝播する。導
光体８０ａは型を使用した成型により作り、第１及び第
２の反射鏡７７、７９は別途作成して導光体８０ａの両
端に接着する。導光体８０ａの内部には空気があればよ
いが、鏡面に塵がつかないようにするためには、導光体
８０ａを封止するのがよい。また、結露を防ぐため、導
光体８０ａの内部に窒素ガス等のガスを充填し、あるい
は真空にしてもよい。
【００６３】図３８は図３５の表示装置の変形例を示す
図である。この例の光学系１４は、表示素子５５と、結
像素子５６と、第１の焦点Ｐ１を有する第１の回転放物
面７６の一部に基づいて形成された第１の凹面鏡７７
と、表示素子５５から発射され、結像素子５６を通った
光を平行光にするためのレンズ８１とからなる。結像素
子５６の焦点の位置にはアパーチャ８２が配置される。
レンズ８１で作られた平行光は第１の凹面鏡７７へ入射
し、第１の凹面鏡７７によって反射された光は第１の焦
点Ｐ１に又はその近傍に集光され、観察者の目（瞳２
４）に入射する。従って、観察者の目の前方に形成され
た表示を見ることができる。
図である。この例の光学系１４は、表示素子５５と、結
像素子５６と、第１の焦点Ｐ１を有する第１の回転放物
面７６の一部に基づいて形成された第１の凹面鏡７７
と、表示素子５５から発射され、結像素子５６を通った
光を平行光にするためのレンズ８１とからなる。結像素
子５６の焦点の位置にはアパーチャ８２が配置される。
レンズ８１で作られた平行光は第１の凹面鏡７７へ入射
し、第１の凹面鏡７７によって反射された光は第１の焦
点Ｐ１に又はその近傍に集光され、観察者の目（瞳２
４）に入射する。従って、観察者の目の前方に形成され
た表示を見ることができる。
【００６４】図３９は図３８の表示装置の光学系の変形
例を示す図である。この例の光学系１４は、第１の凹面
鏡７７が導光体８０の一端に設けられている点を除く
と、図３８の例と同様である。放物面形状の凹面鏡は一
般的な球面レンズと比べると形状が複雑で加工が容易で
はない。従って、放物面形状の凹面鏡の数は少ない方が
よい。従って、図３８及び図３９においては、１つの放
物面形状の凹面鏡を使用している。導光体８０の入射面
は図示の例では平面であるが、導光体８０の入射面は結
像素子５６の作用をもつ形状に形成してもよい。また、
表示素子５５に入射する光が収束光である場合には、結
像素子５６を省略してもよい。
例を示す図である。この例の光学系１４は、第１の凹面
鏡７７が導光体８０の一端に設けられている点を除く
と、図３８の例と同様である。放物面形状の凹面鏡は一
般的な球面レンズと比べると形状が複雑で加工が容易で
はない。従って、放物面形状の凹面鏡の数は少ない方が
よい。従って、図３８及び図３９においては、１つの放
物面形状の凹面鏡を使用している。導光体８０の入射面
は図示の例では平面であるが、導光体８０の入射面は結
像素子５６の作用をもつ形状に形成してもよい。また、
表示素子５５に入射する光が収束光である場合には、結
像素子５６を省略してもよい。
【００６５】図４０及び図４１はそれぞれ図３８及び図
３９の表示装置の光学系の変形例を示す図である。図４
０においては、反射膜８３がレンズ８１と第１の凹面鏡
７７との間に挿入され、光路を折り曲げるようになって
いる。図４０においては、反射膜８３がレンズ８１と導
光板８０の端部との間に挿入され、光路を折り曲げるよ
うになっている。このようにすることによって、多くの
光学部品を観察者の顔面から外れた位置、即ち観察者の
側頭部（耳付近）に近い位置に配置することができる。
表示装置の重心が顔面に近い位置にあると、表示装置を
装着したときに重量感を感じ、疲れやすい。自然な装着
感を実現するには、可能な限り部品を顔面の近くに配置
しない方がよい。なお、反射膜８３の代わりに、全反射
面とすることもできる。
３９の表示装置の光学系の変形例を示す図である。図４
０においては、反射膜８３がレンズ８１と第１の凹面鏡
７７との間に挿入され、光路を折り曲げるようになって
いる。図４０においては、反射膜８３がレンズ８１と導
光板８０の端部との間に挿入され、光路を折り曲げるよ
うになっている。このようにすることによって、多くの
光学部品を観察者の顔面から外れた位置、即ち観察者の
側頭部（耳付近）に近い位置に配置することができる。
表示装置の重心が顔面に近い位置にあると、表示装置を
装着したときに重量感を感じ、疲れやすい。自然な装着
感を実現するには、可能な限り部品を顔面の近くに配置
しない方がよい。なお、反射膜８３の代わりに、全反射
面とすることもできる。
【００６６】図４２は図４１の表示装置の光学系の変形
例を示す図である。この例では、導光板８０が直角に曲
がった形状に形成され、反射膜８３がレンズ８１と導光
板８０の端部との間に挿入され、反射膜８４が導光板８
０の屈曲部に挿入され、光路を折り曲げるようになって
いる。なお、反射膜８３、８４の代わりに、全反射面と
することもできる。このようにすることによって、表示
装置の構成を観察者の顔及び頭部によりフィットするよ
うにすることができる。図示の例においては、表示素子
５５からレンズ８１を含む装置の部分が観察者の側頭部
から外側に突き出した方向に配置されているが、反射膜
８３が配置される導光板８０の端部の表面を図４２の紙
面に対して４５度傾斜した角度で形成し、表示素子５５
からレンズ８１を含む装置の部分を導光板８０から下向
きに指向させるようにすることができる。こうすれば、
表示素子５５からレンズ８１を含む装置の部分を眼鏡の
ツルのように耳にかけることができるようになる。
例を示す図である。この例では、導光板８０が直角に曲
がった形状に形成され、反射膜８３がレンズ８１と導光
板８０の端部との間に挿入され、反射膜８４が導光板８
０の屈曲部に挿入され、光路を折り曲げるようになって
いる。なお、反射膜８３、８４の代わりに、全反射面と
することもできる。このようにすることによって、表示
装置の構成を観察者の顔及び頭部によりフィットするよ
うにすることができる。図示の例においては、表示素子
５５からレンズ８１を含む装置の部分が観察者の側頭部
から外側に突き出した方向に配置されているが、反射膜
８３が配置される導光板８０の端部の表面を図４２の紙
面に対して４５度傾斜した角度で形成し、表示素子５５
からレンズ８１を含む装置の部分を導光板８０から下向
きに指向させるようにすることができる。こうすれば、
表示素子５５からレンズ８１を含む装置の部分を眼鏡の
ツルのように耳にかけることができるようになる。
【００６７】図４２の表示装置は例えば図２５に示され
る表示装置と同様ににして使用されることができる。図
４３は図４０の表示装置の光学系の変形例を示す図であ
る。この例は、図４０の光学系に図１に示される第１の
光学系の発光素子１６と、光学素子２２とを加えたもの
である。発光素子１６及び光学素子２２は平行光をつく
り出し、表示素子５５及び結像素子５６を通った光はア
パーチャ８２で集光され、アパーチャ８２を通った発散
光を導光体８０に導き、第１の凹面鏡７７で反射された
光が瞳２４に入射する。よって、アパーチャ８２におい
て認識された画像と同様の画像を瞳２４において認識す
ることができる。
る表示装置と同様ににして使用されることができる。図
４３は図４０の表示装置の光学系の変形例を示す図であ
る。この例は、図４０の光学系に図１に示される第１の
光学系の発光素子１６と、光学素子２２とを加えたもの
である。発光素子１６及び光学素子２２は平行光をつく
り出し、表示素子５５及び結像素子５６を通った光はア
パーチャ８２で集光され、アパーチャ８２を通った発散
光を導光体８０に導き、第１の凹面鏡７７で反射された
光が瞳２４に入射する。よって、アパーチャ８２におい
て認識された画像と同様の画像を瞳２４において認識す
ることができる。
【００６８】図４４は図４１の表示装置の光学系の変形
例を示す図である。この例では、発光素子１６が設けら
れていにとともに、結像素子５６ａが発光素子１６の前
に設けられている。発光素子１６及び結像素子５６ａを
通った光はアパーチャ８２で集光され、アパーチャ８２
を通った発散光を導光体８０に導き、第１の凹面鏡７７
で反射された光が瞳２４に入射する。よって、アパーチ
ャ８２において認識された画像と同様の画像を瞳２４に
おいて認識することができる。
例を示す図である。この例では、発光素子１６が設けら
れていにとともに、結像素子５６ａが発光素子１６の前
に設けられている。発光素子１６及び結像素子５６ａを
通った光はアパーチャ８２で集光され、アパーチャ８２
を通った発散光を導光体８０に導き、第１の凹面鏡７７
で反射された光が瞳２４に入射する。よって、アパーチ
ャ８２において認識された画像と同様の画像を瞳２４に
おいて認識することができる。
【００６９】図４５は図４３の表示装置の光学系の変形
例を示す図である。図４５においては、反射型表示素子
５５が使用される。他の構成は図４３の構成と同様であ
る。図４６は図４３の表示装置の光学系の変形例を示す
図である。図３１の場合と同様に、図４６においては、
表示素子は、発光素子１６とマイクロミラー６８とによ
って構成される。発光素子１６はレーザー等とすること
ができる。発光素子１６はマイクロミラー６８に向かっ
て微小な光線を発射する。マイクロミラー６８はＭＥＭ
Ｓのような角度が可変できるデバイスであって、光線を
スキャニングすることができる。このスキャニングに合
わせて発光素子１６の光量を変調すれば、画像となる。
図では１つのマイクロミラー６８が示されているが、単
純なＭＥＭＳを２個用いてＸＹ方向にスキャニングさせ
てもよい。
例を示す図である。図４５においては、反射型表示素子
５５が使用される。他の構成は図４３の構成と同様であ
る。図４６は図４３の表示装置の光学系の変形例を示す
図である。図３１の場合と同様に、図４６においては、
表示素子は、発光素子１６とマイクロミラー６８とによ
って構成される。発光素子１６はレーザー等とすること
ができる。発光素子１６はマイクロミラー６８に向かっ
て微小な光線を発射する。マイクロミラー６８はＭＥＭ
Ｓのような角度が可変できるデバイスであって、光線を
スキャニングすることができる。このスキャニングに合
わせて発光素子１６の光量を変調すれば、画像となる。
図では１つのマイクロミラー６８が示されているが、単
純なＭＥＭＳを２個用いてＸＹ方向にスキャニングさせ
てもよい。
【００７０】図４３から図４６では、放物面形状の第１
の凹面鏡７７が使用されているが、放物面形状の第１の
凹面鏡７７の代わりに、図３２から図３４に示される楕
円形状の凹面鏡７２を使用することもできる。
の凹面鏡７７が使用されているが、放物面形状の第１の
凹面鏡７７の代わりに、図３２から図３４に示される楕
円形状の凹面鏡７２を使用することもできる。
【００７１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
小型で、低価格で製造することができる表示装置を得る
ことができる。また、本発明によれば、頭部に装着可能
な、超小型の表示装置を実現することができる。 （付記）以上の説明から把握される本発明の技術思想は
以下の通りである。
小型で、低価格で製造することができる表示装置を得る
ことができる。また、本発明によれば、頭部に装着可能
な、超小型の表示装置を実現することができる。 （付記）以上の説明から把握される本発明の技術思想は
以下の通りである。
【００７２】１．観察者の目の前方に配置する表示装置
であって、発光素子と、該発光素子で照明される表示素
子と、該表示素子を通った光を通過させる結像素子とか
らなり、該表示素子は該結像素子と該結像素子の第１の
焦点との間で該第１の焦点に近い位置に配置され、よっ
て該結像素子によって該表示素子の虚像が形成され、さ
らに、該発光素子から照射された光が該結像素子の第２
の焦点で集光されるようにしたことを特徴とする表示装
置。
であって、発光素子と、該発光素子で照明される表示素
子と、該表示素子を通った光を通過させる結像素子とか
らなり、該表示素子は該結像素子と該結像素子の第１の
焦点との間で該第１の焦点に近い位置に配置され、よっ
て該結像素子によって該表示素子の虚像が形成され、さ
らに、該発光素子から照射された光が該結像素子の第２
の焦点で集光されるようにしたことを特徴とする表示装
置。
【００７３】２．該発光素子と該表示素子との間に該表
示素子に入射する光を平行光にする光学素子が配置され
ることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。 ３．該表示素子は透過型の表示素子であり、該光学素子
は該表示素子の一方の側に配置され、該結像素子は該表
示素子の反対の側に配置されることを特徴とする請求項
２に記載の表示装置。
示素子に入射する光を平行光にする光学素子が配置され
ることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。 ３．該表示素子は透過型の表示素子であり、該光学素子
は該表示素子の一方の側に配置され、該結像素子は該表
示素子の反対の側に配置されることを特徴とする請求項
２に記載の表示装置。
【００７４】４．該表示素子は反射型の表示素子であ
り、該光学素子と該結像素子とは共通の素子からなるこ
とを特徴とする請求項２に記載の表示装置。 ５．表示素子と、結像素子と、該表示装置から発射され
て該結像素子を通った光が通る第１の焦点及び第２の焦
点を有する第１の楕円体の一部として形成された第１の
凹面鏡と、該第２の焦点と共通の位置に配置される第３
の焦点及び第４の焦点を有する第２の楕円体の一部とし
て形成された第２の凹面鏡とを備え、該表示素子から発
射された光が該第１の焦点の近傍に集光され、該第１の
焦点を通った光が該第１の凹面鏡によって反射されて共
通の第２及び第３の焦点に向かって進み、該第２及び第
３の焦点を通った光又はそれと同等の光が該第２の凹面
鏡によって反射されて該第４の焦点の近傍に集光され、
観察者の目が該第４の焦点の近傍に配置されるようにし
て、観察者の目の前方に形成された表示を見ることがで
きるようにしたことを特徴とする表示装置。
り、該光学素子と該結像素子とは共通の素子からなるこ
とを特徴とする請求項２に記載の表示装置。 ５．表示素子と、結像素子と、該表示装置から発射され
て該結像素子を通った光が通る第１の焦点及び第２の焦
点を有する第１の楕円体の一部として形成された第１の
凹面鏡と、該第２の焦点と共通の位置に配置される第３
の焦点及び第４の焦点を有する第２の楕円体の一部とし
て形成された第２の凹面鏡とを備え、該表示素子から発
射された光が該第１の焦点の近傍に集光され、該第１の
焦点を通った光が該第１の凹面鏡によって反射されて共
通の第２及び第３の焦点に向かって進み、該第２及び第
３の焦点を通った光又はそれと同等の光が該第２の凹面
鏡によって反射されて該第４の焦点の近傍に集光され、
観察者の目が該第４の焦点の近傍に配置されるようにし
て、観察者の目の前方に形成された表示を見ることがで
きるようにしたことを特徴とする表示装置。
【００７５】６．該第１の凹面鏡及び該第２の凹面鏡
は、導光体に設けられていることを特徴とする請求項５
に記載の表示装置。 ７．該第１の焦点、該第２の焦点、該第３の焦点、及び
該第４２の焦点は一直線上にあることを特徴とする請求
項５に記載の表示装置。 ８．該第１の焦点、該第２の焦点、該第３の焦点、及び
該第４２の焦点は一直線上にないことを特徴とする請求
項５に記載の表示装置。
は、導光体に設けられていることを特徴とする請求項５
に記載の表示装置。 ７．該第１の焦点、該第２の焦点、該第３の焦点、及び
該第４２の焦点は一直線上にあることを特徴とする請求
項５に記載の表示装置。 ８．該第１の焦点、該第２の焦点、該第３の焦点、及び
該第４２の焦点は一直線上にないことを特徴とする請求
項５に記載の表示装置。
【００７６】９．該第２の凹面鏡は光透過性を有するこ
とを特徴とする請求項５に記載の表示装置。 １０．観察者の目の前方に配置する表示装置であって、
発光素子と、該発光素子で照明される表示素子と、該表
示素子を通った光を通過させる結像素子とからなり、該
表示素子は該結像素子と該結像素子の第１の焦点との間
で該第１の焦点に近い位置に配置され、よって該結像素
子によって該表示素子の虚像が形成され、さらに、該発
光素子から照射された光が該結像素子の第２の焦点で集
光されるようにし、該結像素子の第２の焦点と共通な第
３の焦点及び第４の焦点を有する第１の楕円体の一部と
して形成された第１の凹面鏡と、該第４の焦点と共通の
位置に配置される第５の焦点及び第６の焦点を有する第
２の楕円体の一部として形成された第２の凹面鏡とを備
え、該表示素子から発射された光が該第３の焦点の近傍
に集光され、該第３の焦点を通った光が該第１の凹面鏡
によって反射されて共通の第４及び第５の焦点に向かっ
て進み、該第４及び第５の焦点を通った光又はそれと同
等の光が該第２の凹面鏡によって反射されて該第６の焦
点の近傍に集光され、観察者の目が該第６の焦点の近傍
に配置されるようにして、観察者の目の前方に形成され
た表示を見ることができるようにしたことを特徴とする
表示装置。
とを特徴とする請求項５に記載の表示装置。 １０．観察者の目の前方に配置する表示装置であって、
発光素子と、該発光素子で照明される表示素子と、該表
示素子を通った光を通過させる結像素子とからなり、該
表示素子は該結像素子と該結像素子の第１の焦点との間
で該第１の焦点に近い位置に配置され、よって該結像素
子によって該表示素子の虚像が形成され、さらに、該発
光素子から照射された光が該結像素子の第２の焦点で集
光されるようにし、該結像素子の第２の焦点と共通な第
３の焦点及び第４の焦点を有する第１の楕円体の一部と
して形成された第１の凹面鏡と、該第４の焦点と共通の
位置に配置される第５の焦点及び第６の焦点を有する第
２の楕円体の一部として形成された第２の凹面鏡とを備
え、該表示素子から発射された光が該第３の焦点の近傍
に集光され、該第３の焦点を通った光が該第１の凹面鏡
によって反射されて共通の第４及び第５の焦点に向かっ
て進み、該第４及び第５の焦点を通った光又はそれと同
等の光が該第２の凹面鏡によって反射されて該第６の焦
点の近傍に集光され、観察者の目が該第６の焦点の近傍
に配置されるようにして、観察者の目の前方に形成され
た表示を見ることができるようにしたことを特徴とする
表示装置。
【００７７】１１．観察者の目の前方に配置する表示装
置であって、表示素子と、該表示素子から発射された光
を集光させる結像素子と、該結像素子を通った光が入射
する入射面を有する導光体と、該導光体を通った光を受
けるように該導光体に設けられる凹面鏡とからなり、該
凹面鏡は第１の焦点及び第２の焦点を有する楕円体の一
部として形成され、該結像素子を通った光が該導光体の
内部で複数回反射して光があたかも第２の焦点Ｐ２から
該凹面鏡に入射するように該凹面鏡に入射し、該凹面鏡
によって反射された光は第１の焦点に又はその近傍に集
光され、観察者の目に入射するようにしたことを特徴と
する表示装置。
置であって、表示素子と、該表示素子から発射された光
を集光させる結像素子と、該結像素子を通った光が入射
する入射面を有する導光体と、該導光体を通った光を受
けるように該導光体に設けられる凹面鏡とからなり、該
凹面鏡は第１の焦点及び第２の焦点を有する楕円体の一
部として形成され、該結像素子を通った光が該導光体の
内部で複数回反射して光があたかも第２の焦点Ｐ２から
該凹面鏡に入射するように該凹面鏡に入射し、該凹面鏡
によって反射された光は第１の焦点に又はその近傍に集
光され、観察者の目に入射するようにしたことを特徴と
する表示装置。
【００７８】１２．該導光体は一対の対向する平坦な表
面と、該平坦な表面に対して傾斜した傾斜面とを有し、
該結像素子を通った光は該傾斜面上で集光され、該一対
の対向する平坦な表面によって反射されることを特徴と
する請求項１１に記載の表示装置。 １３．観察者の目の前方に配置する表示装置であって、
表示素子と、該表示素子に照射する光あるいは該表示素
子を通った光を略平行光にする光学素子と、該光学素子
を通った光が入射する凹面鏡とからなり、該凹面鏡は回
転放物面の一部として形成され、該凹面鏡によって反射
された光は該回転放物面の焦点に又はその近傍に集光さ
れ、観察者の目に入射するようにしたことを特徴とする
表示装置。
面と、該平坦な表面に対して傾斜した傾斜面とを有し、
該結像素子を通った光は該傾斜面上で集光され、該一対
の対向する平坦な表面によって反射されることを特徴と
する請求項１１に記載の表示装置。 １３．観察者の目の前方に配置する表示装置であって、
表示素子と、該表示素子に照射する光あるいは該表示素
子を通った光を略平行光にする光学素子と、該光学素子
を通った光が入射する凹面鏡とからなり、該凹面鏡は回
転放物面の一部として形成され、該凹面鏡によって反射
された光は該回転放物面の焦点に又はその近傍に集光さ
れ、観察者の目に入射するようにしたことを特徴とする
表示装置。
【００７９】１４．該光学素子は回転放物面の一部とし
て形成されたさらなる凹面鏡からなることを特徴とする
請求項１３に記載の表示装置。 １５．該凹面鏡及び該さらなる凹面鏡は導光体に設けら
れていることを特徴とする請求項１４に記載の表示装
置。
て形成されたさらなる凹面鏡からなることを特徴とする
請求項１３に記載の表示装置。 １５．該凹面鏡及び該さらなる凹面鏡は導光体に設けら
れていることを特徴とする請求項１４に記載の表示装
置。
【図１】図３の表示装置の光学系の第１実施例を示す図
である。
である。
【図２】図１の光学系の変形例を示す図である。
【図３】本発明に係わる観察者の目の直ぐ前で見る表示
装置を示す斜視図である。
装置を示す斜視図である。
【図４】図１及び図２の光学系の作用を説明する図であ
る。
る。
【図５】図１の光学系の変形例を示す図である。
【図６】図５の光学系の変形例を示す図である。
【図７】図６の光学系の変形例を示す図である。
【図８】図７の光学系の変形例を示す図である。
【図９】図５の光学系の変形例を示す図である。
【図１０】シースルーの機能をもった表示装置に適用さ
れる光学系を示す図である。
れる光学系を示す図である。
【図１１】図１０の光学系の変形例を示す図である。
【図１２】発光素子の発光点の位置を調節する機能を備
えた光学系の例を示す図である。
えた光学系の例を示す図である。
【図１３】他の状態にある図１２の光学系を示す図であ
る。
る。
【図１４】従来の眼鏡型ディスプレイの光学系を示す図
である。
である。
【図１５】他の従来例を示す図である。
【図１６】他の従来例を示す図である。
【図１７】楕円体に基づいて形成された光学系を有する
他の従来例を示す図である。
他の従来例を示す図である。
【図１８】図３の表示装置の光学系の第２実施例を示す
図である。
図である。
【図１９】図１８の光学系の変形例を示す図である。
【図２０】図１９の導光体を示す図である。
【図２１】図１９の導光体の変形例を示す図である。
【図２２】図１９の導光体の変形例を示す図である。
【図２３】図１８から図２３までを参照して説明した表
示装置の第１の楕円体及び第２の楕円体を示す図であ
る。
示装置の第１の楕円体及び第２の楕円体を示す図であ
る。
【図２４】３次元的に配置された第１の楕円体及び第２
の楕円体を示す図である。
の楕円体を示す図である。
【図２５】図２４の光学系を含む表示装置を示す図であ
る。
る。
【図２６】シールスルー機能を付加した光学系の例を示
す図である。
す図である。
【図２７】図２６の光学系の変形例を示す図である。
【図２８】図２６の光学系の変形例を示す図である。
【図２９】本発明の光学系のさらなる変形例を示す図で
ある。
ある。
【図３０】本発明の光学系のさらなる変形例を示す図で
ある。
ある。
【図３１】本発明の光学系のさらなる変形例を示す図で
ある。
ある。
【図３２】図３の表示装置の光学系のさらなる実施例を
示す図である。
示す図である。
【図３３】図３２の光学系の変形例を示す図である。
【図３４】図３３の導光体の一部を示す拡大図である。
【図３５】図３の表示装置の光学系のさらなる実施例を
示す図である。
示す図である。
【図３６】図３５の第１及び第２の反射鏡の配置の例を
示す図である。
示す図である。
【図３７】図３５の第１及び第２の反射鏡の配置の例を
示す図である。
示す図である。
【図３８】図３５の表示装置の光学系の変形例を示す図
である。
である。
【図３９】図３８の表示装置の光学系の変形例を示す図
である。
である。
【図４０】図３８の表示装置の光学系の変形例を示す図
である。
である。
【図４１】図３９の表示装置の光学系の変形例を示す図
である。
である。
【図４２】図４１の表示装置の光学系の変形例を示す図
である。
である。
【図４３】図４０の表示装置の光学系の変形例を示す図
である。
である。
【図４４】図４１の表示装置の光学系の変形例を示す図
である。
である。
【図４５】図４３の表示装置の光学系の変形例を示す図
である。
である。
【図４６】図４４の表示装置の光学系の変形例を示す図
である。
である。
１６…発光素子 １８…表示素子 ２０…結像素子 ２２…光学素子 ２４…瞳 ２８…虚像 ３２…ハーフミラー ３４…偏光ビームスプリッタ ４０…導光板 ４３、４４…目位置センサ ５１、５２…楕円体 ５３、５４…凹面鏡 ５５…表示素子 ５６…結像素子 ５８…導光体 ７１…導光体 ７２…凹面鏡 ７３…回転楕円体 ７４…反射膜 ７６、７８…回転放物面 ７７、７９…凹面鏡 ８０…導光体 ８１…レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｆ 1/13357 Ｈ０４Ｎ 5/64 ５１１Ａ Ｈ０４Ｎ 5/64 ５１１ Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０ (72)発明者 斎藤 精一 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 2H087 KA23 RA06 TA01 TA02 TA04 TA05 TA06 UA01 2H088 EA10 HA10 HA20 HA24 HA28 HA30 MA01 2H091 FA10X FA15X FA17X FA19X FA23Z FA26X FA42Z FA45Z FA46Z LA11 LA16 MA02
Claims (10)
- 【請求項１】 観察者の目の前方に配置する表示装置で
あって、発光素子と、該発光素子で照明される表示素子
と、該表示素子を通った光を通過させる結像素子とから
なり、該表示素子は該結像素子と該結像素子の第１の焦
点との間で該第１の焦点に近い位置に配置され、よって
該結像素子によって該表示素子の虚像が形成され、さら
に、該発光素子から照射された光が該結像素子の第２の
焦点で集光されるようにしたことを特徴とする表示装
置。 - 【請求項２】 該発光素子と該表示素子との間に該表示
素子に入射する光を平行光にする光学素子が配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。 - 【請求項３】 表示素子と、結像素子と、該表示装置か
ら発射されて該結像素子を通った光が通る第１の焦点及
び第２の焦点を有する第１の楕円体の一部として形成さ
れた第１の凹面鏡と、該第２の焦点と共通の位置に配置
される第３の焦点及び第４の焦点を有する第２の楕円体
の一部として形成された第２の凹面鏡とを備え、該表示
素子から発射された光が該第１の焦点の近傍に集光さ
れ、該第１の焦点を通った光が該第１の凹面鏡によって
反射されて共通の第２及び第３の焦点に向かって進み、
該第２及び第３の焦点を通った光又はそれと同等の光が
該第２の凹面鏡によって反射されて該第４の焦点の近傍
に集光され、観察者の目が該第４の焦点の近傍に配置さ
れるようにして、観察者の目の前方に形成された表示を
見ることができるようにしたことを特徴とする表示装
置。 - 【請求項４】 該第１の凹面鏡及び該第２の凹面鏡は、
導光体に設けられていることを特徴とする請求項５に記
載の表示装置。 - 【請求項５】 該第２の凹面鏡は光透過性を有すること
を特徴とする請求項３に記載の表示装置。 - 【請求項６】 観察者の目の前方に配置する表示装置で
あって、発光素子と、該発光素子で照明される表示素子
と、該表示素子を通った光を通過させる結像素子とから
なり、該表示素子は該結像素子と該結像素子の第１の焦
点との間で該第１の焦点に近い位置に配置され、よって
該結像素子によって該表示素子の虚像が形成され、さら
に、該発光素子から照射された光が該結像素子の第２の
焦点で集光されるようにし、 該結像素子の第２の焦点と共通な第３の焦点及び第４の
焦点を有する第１の楕円体の一部として形成された第１
の凹面鏡と、該第４の焦点と共通の位置に配置される第
５の焦点及び第６の焦点を有する第２の楕円体の一部と
して形成された第２の凹面鏡とを備え、該表示素子から
発射された光が該第３の焦点の近傍に集光され、該第３
の焦点を通った光が該第１の凹面鏡によって反射されて
共通の第４及び第５の焦点に向かって進み、該第４及び
第５の焦点を通った光又はそれと同等の光が該第２の凹
面鏡によって反射されて該第６の焦点の近傍に集光さ
れ、観察者の目が該第６の焦点の近傍に配置されるよう
にして、観察者の目の前方に形成された表示を見ること
ができるようにしたことを特徴とする表示装置。 - 【請求項７】 観察者の目の前方に配置する表示装置で
あって、表示素子と、該表示素子から発射された光を集
光させる結像素子と、該結像素子を通った光が入射する
入射面を有する導光体と、該導光体を通った光を受ける
ように該導光体に設けられる凹面鏡とからなり、該凹面
鏡は第１の焦点及び第２の焦点を有する楕円体の一部と
して形成され、該結像素子を通った光が該導光体の内部
で複数回反射して光があたかも第２の焦点Ｐ２から該凹
面鏡に入射するように該凹面鏡に入射し、該凹面鏡によ
って反射された光は第１の焦点に又はその近傍に集光さ
れ、観察者の目に入射するようにしたことを特徴とする
表示装置。 - 【請求項８】 該導光体は一対の対向する平坦な表面
と、該平坦な表面に対して傾斜した傾斜面とを有し、該
結像素子を通った光は該傾斜面上で集光され、該一対の
対向する平坦な表面によって反射されることを特徴とす
る請求項７に記載の表示装置。 - 【請求項９】 観察者の目の前方に配置する表示装置で
あって、表示素子と、該表示素子に照射する光あるいは
該表示素子を通った光を略平行光にする光学素子と、該
光学素子を通った光が入射する凹面鏡とからなり、該凹
面鏡は回転放物面の一部として形成され、該凹面鏡によ
って反射された光は該回転放物面の焦点に又はその近傍
に集光され、観察者の目に入射するようにしたことを特
徴とする表示装置。 - 【請求項１０】 該光学素子は回転放物面の一部として
形成されたさらなる凹面鏡からなることを特徴とする請
求項９に記載の表示装置。
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