JPH07212680A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、解像度の高いカラーの虚像を呈示し
得る小型な、かつ消費電力の少ない画像表示装置の実現
を目的とするものである。 【構成】複数の鏡面素子が面状に順次配列されて形成さ
れた鏡面偏向型空間変調素子の反射面に光ビームを順次
照射しながら当該各鏡面素子の当該光ビームに対する反
射方向を供給される映像信号に応じて順次切り替えると
共に、映像信号に基づく有効な画素に対応する鏡面素子
によつて反射された光ビームをユーザの眼の網膜上で結
像させるようにしたことにより、スクリーン等を必要と
せずに供給される映像信号に基づく解像度の高いカラー
画像をユーザに認識させることができ、かくして解像度
の高いカラーの虚像を呈示し得る小型な、かつ消費電力
の少ない画像表示装置を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【目次】以下の順序で本発明を説明する。 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段（図１〜図１３） 作用（図１〜図１３） 実施例 （１）第１実施例（図１〜図４） （２）第２実施例（図１、図５及び図６） （３）第３実施例（図１、図７及び図８） （４）第４実施例（図１、図７〜図１１） （５）第５実施例（図１、図１２及び図１３） （６）他の実施例（図１〜図１３） 発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は画像表示装置に関し、例
えば虚像型の画像表示装置に適用して好適なものであ
る。

【０００３】

【従来の技術】従来、ビユーフアインダやヘツドアツプ
型デイスプレイ、ヘツドマウント型デイスプレイなどの
ように、画像を光学系によりユーザの網膜上で結像させ
ることにより当該ユーザに虚像を認識させる型の画像表
示装置（以下、これを虚像型の画像表示装置と呼ぶ）に
おいては、画像を表示する素子（画像表示素子と呼ぶ）
として陰極線管や液晶デイスプレイが用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが一般的に陰極
線管は、カラー表示でかつ小型の表示は技術的に難し
く、このため現在市販されているビユーフアインダのよ
うに陰極線管を画像表示素子として用いた虚像型の画像
表示装置では白黒表示のものが主流となつている。また
液晶デイスプレイは、小型でカラー表示ができるもの
の、その画素数は現在の放送方式の映像信号の解像度を
満たすものではない。従つて従来のような画像表示素子
として陰極線管又は液晶デイスプレイを用いた虚像型の
画像表示装置ではカラーで、かつ解像度の高い画像を表
示し難い問題があつた。

【０００５】ところで近年、新しい画像表示素子の１つ
として、微小な鏡面素子を面状に配列し、当該各鏡面素
子の入射光に対する反射方向を必要に応じて順次変化さ
せることにより、供給される映像データに基づく画像を
所定方向に投影し得るようになされたもの（以下、これ
を鏡面偏向型空間変調素子と呼ぶ）が提案されている
（特開昭60-179181 号公報、特開平3-40693 号公報、特
開昭3-174112号公報）。この場合この種の鏡面偏向型空
間変調素子は、主として例えばプロジエクタ装置のよう
な投影型の画像表示装置に用いることが考えられてい
る。

【０００６】ところが、このような鏡面偏向型空間変調
素子を用いた投影型の画像表示装置では、画像をスクリ
ーンに投影した上でユーザが当該スクリーンからの散乱
光を目視するような構成のために視野角の大きい画面
（すなわち大画面）を得ようとするとスクリーンを含め
た装置の構成が大型化する欠点がある。また鏡面偏向型
空間変調素子を用いた投影型の画像表示装置では、光が
スクリーン上で散乱され、その一部のみがユーザの眼に
入射するために光源が出射している光量に対して当該眼
に入射する光量はごく僅かであり、光源のために多量の
電力を必要とする欠点がある。これに対してこの種の鏡
面偏向型空間変調素子を用いて虚像型の画像表示装置を
形成するようにすれば、供給される映像データに基づく
虚像をスクリーン等を必要とせずにユーザの眼に直接呈
示することにより小型な、かつ消費電力の少ない画像表
示装置を実現できるものと考えられる。

【０００７】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、解像度の高いカラーの虚像を呈示し得る小型な、か
つ消費電力の少ない画像表示装置を提案しようとするも
のである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、供給される映像信号Ｓ１に基づく
虚像をユーザの眼７、７Ｘ、７Ｙの網膜上で結像させる
ことによりユーザに映像信号Ｓ１に基づく画像を認識さ
せる画像表示装置において、ほぼ平行光でなる光ビーム
Ｌ１、Ｌ２０、Ｌ４０、Ｌ４０Ｘ、Ｌ４０Ｙを発射する
光源３、２２、４５、４５Ｘ、４５Ｙと、入射光に対す
る反射方向が制御可能な複数の鏡面素子が、映像信号Ｓ
１に基づく映像データの画素配列に応じて面状に配列さ
れることにより形成された反射面を有する鏡面偏向型空
間変調素子５、５Ｘ、５Ｙと、鏡面偏向型空間変調素子
５、５Ｘ、５Ｙの反射面に入射する光ビームＬ１、Ｌ２
０、Ｌ４０、Ｌ４０Ｘ、Ｌ４０Ｙのうち映像信号Ｓ１に
基づく有効な画素に対応する鏡面素子によつて所定方向
に反射された光ビームＬ２、Ｌ２１、Ｌ４１、Ｌ４１
Ｘ、Ｌ４１Ｙをユーザの眼７、７Ｘ、７Ｙの網膜上に結
像させる投射光学系６、２４、４７、６１Ｘ、６１Ｙ、
８１とを設けた。

【０００９】また本発明においては、投射光学系２４、
４７、６１Ｘ、６１Ｙは、鏡面偏向型空間変調素子５、
５Ｘ、５Ｙの鏡面素子のうち有効な画素に対応する鏡面
素子によつて反射された光ビームＬ２１、Ｌ４１、Ｌ４
１Ｘ、Ｌ４１Ｙと共に外界から入射する光Ｌ２２、Ｌ４
２をユーザの眼７、７Ｘ、７Ｙに入射させることによ
り、映像信号Ｓ１に基づく虚像を外界の光景に重ね合わ
せて呈示するようにした。

【００１０】さらに本発明においては、光源４５、４５
Ｘ、４５Ｙは、発射する光ビームＬ４０、Ｌ４０Ｘ、Ｌ
４０Ｙの光強度を映像信号Ｓ１に基づいて順次変化させ
ることにより映像信号Ｓ１に基づく虚像の階調を表現す
るようにした。

【００１１】さらに本発明においては、外界から投射光
学系４７、６１Ｘ、６１Ｙに入射する光Ｌ４２の光量を
検出し、光量に応じた信号レベルの信号Ｓ４０を出力す
る受光手段４２を設け、受光手段４２の出力に基づい
て、ユーザに呈示する虚像の光強度、及び又はユーザに
呈示する映像の画質、及び又は投射光学系４７、６１
Ｘ、６１Ｙを介してユーザに眼７、７Ｘ、７Ｙに入射す
る外界の光Ｌ４２の光量を制御するようにした。

【００１２】さらに本発明においては、光源４５、４５
Ｘ、４５Ｙは、発光ダイオード５０Ａ〜５０Ｃ、５０Ａ
Ｘ〜５０ＣＸ、５０ＡＹ〜５０ＣＹ又は半導体レーザで
なるようにした。

【００１３】

【作用】鏡面偏向型空間変調素子５、５Ｘ、５Ｙの反射
面に入射する光ビームＬ１、Ｌ２０、Ｌ４０、Ｌ４０
Ｘ、Ｌ４０Ｙのうち映像信号Ｓ１に基づく有効な画素に
対応する鏡面素子によつて所定方向に反射された光ビー
ムＬ２、Ｌ２１、Ｌ４１、Ｌ４１Ｘ、Ｌ４１Ｙをユーザ
の眼７、７Ｘ、７Ｙの網膜上に結像させるようにしたこ
とにより、スクリーン等を必要とせずに供給される映像
信号Ｓ１に基づく解像度の高いカラー画像をユーザに認
識させることができる。

【００１４】

【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。

【００１５】（１）第１実施例 図１において、１は全体として虚像型の画像表示装置を
示し、変調素子駆動回路２は供給される映像信号Ｓ１に
基づく駆動信号Ｓ２を光源部３に送出するようになされ
ている。光源部３は、駆動信号Ｓ２に基づいて順次光ビ
ームＬ１を発射し、これを投影光及び出射光分離光学系
４を介して鏡面偏向型空間変調素子５の反射面（図示せ
ず）に照射する。鏡面偏向型空間変調素子５において
は、例えば17〔μm 〕角程度の微小な鏡面素子が映像信
号Ｓ１に基づく映像データの１画面（フレーム）分の画
素の配列（例えば768 ×576 個程度）と同様に配列され
ることにより、１／２インチCCD （固体撮像素子）程度
の大きさの反射面が形成されている。またこの反射面の
周囲には当該映像データの各画素（及び各鏡面素子）と
それぞれ対応するようにメモリセルが順次配列されてフ
レームメモリが設けられている。

【００１６】この場合フレームメモリの各メモリセルに
は映像データに基づいて得られる各フレームごとの各画
素の明暗に関するデータがデータ信号Ｓ３として変調素
子駆動回路２から順次供給されると共に、各鏡面素子は
当該データ信号Ｓ３によつて順次変化するフレームメモ
リの各メモリセルの状態に応じて、対応するメモリセル
がオン状態（すなわち画素として有効な場合）のときに
は図２（Ａ）において一点鎖線で示す中立状態から所定
方向に＋10°傾き、これに対してメモリセルがオフ状態
（すなわち画素として無効な場合）のときには図２
（Ｂ）に示すように、一点鎖線で示す中立状態から−10
°傾くようになされている。これにより鏡面偏向型空間
変調素子５は、データ信号Ｓ３に基づいて、各フレーム
ごと（例えば30〔Hz〕ごと）に、明るく表示すべき画素
（すなわち有効な画素）に対応する鏡面素子だけがオン
状態となつて光ビームＬ１を部分的に投射光及び出射光
分離光学系４方向に反射するようになされている。

【００１７】この場合投射光及び出射光分離光学系４方
向に反射された光ビームＬ２は、この投射光及び出射光
分離光学系４と投射光学系６とを介してユーザの眼７に
入射し、その網膜上で結像する。これによりこの画像表
示装置１では、ユーザに映像信号Ｓ１に基づく虚像を呈
示することができ、かくして当該ユーザに映像信号Ｓ１
に基づく画像が表示されているように認識させることが
できるようになされている。実際上この画像表示装置１
は、図３に示すようなゴーグルのようにユーザの頭に装
着するいわゆるヘツドマウント型に形成されており、光
源部３を含む各光学系４〜６が図４に示すように配置さ
れている。

【００１８】この場合光源部３では発光手段としてタン
グステン電球１０が用いられており、このタングステン
電球１０から発射された白色光Ｌ１０がレンズ１１によ
り平行光の光ビームＬ１に変換された後投射光及び出射
光分離光学系４を形成するハーフミラー１２を介して鏡
面偏向型空間変調素子５の反射面に入射する。鏡面偏向
型空間変調素子５においては、オン状態の鏡面素子によ
つて反射された光ビームＬ２を光路１３方向に反射する
ようになされ、これによりこの光ビームＬ２をハーフミ
ラー１２と投射光学系６を形成する投影レンズ１４とを
介してユーザの眼７に入射させる。これに対して鏡面偏
向型空間変調素子５のオフ状態の鏡面素子によつて反射
された光ビームＬ１１は光路１５を通つてこの光学系３
〜６の外部に発射されるようになされ、これにより不要
な光をユーザの目に入れないようになされている。

【００１９】この実施例の場合、ユーザに認識させる虚
像の階調表示方式としては単純パルス幅変調方式が用い
られている。すなわち鏡面偏向型空間変調素子５は、変
調素子駆動回路２から供給される駆動信号Ｓ３に基づい
て、各フレームごとに、より明るく表示すべき画素に対
応する鏡面素子ほどより長い時間オン状態を保持するよ
うになされ、これによりユーザに認識させる画像の階調
を表現するようになされている。

【００２０】以上の構成において、当該画像表示装置１
では鏡面偏向型空間変調素子５を用い、当該鏡面偏向型
空間変調素子５の反射面に光ビームＬ１を順次照射する
と共に当該鏡面偏向型空間変調素子５の各鏡面素子を供
給される映像信号Ｓ１に基づいて順次オン状態又はオフ
状態に順次切り替え、かくして得られた虚像をユーザの
眼７の網膜上で結像させる。この場合鏡面偏向型空間変
調素子５の鏡面素子の配列状態は映像信号Ｓ１に基づく
映像データの画素配列と同様であり、従つてユーザに対
して解像度の高い虚像を呈示することができる。

【００２１】またこの画像表示装置１では、ユーザに映
像信号Ｓ１に基づく虚像を呈示するにあたつてスクリー
ン等を必要としないことにより、小型に構成することが
できる。さらにこの画像表示装置では、鏡面偏向型空間
変調素子５のオン状態にある各鏡面素子によつて反射さ
れた、虚像を形成する全ての光Ｌ２がユーザの眼７に入
射されるために光の散乱等がなく、従つて少ない消費電
力でユーザに虚像を呈示することができる。

【００２２】以上の構成によれば、光源部３から放射さ
れた光ビームＬ１を鏡面偏向型空間変調素子５を用い
て、供給される映像信号Ｓ１に基づいて空間変調した
後、これをユーザの眼７の網膜上で結像させるようにし
たことにより、スクリーン等を必要とせずに映像信号Ｓ
１に基づく虚像をユーザに呈示することができ、かくし
て解像度の高い虚像を呈示し得る小型な、かつ消費電力
の少ない画像表示装置を実現することができる。

【００２３】（２）第２実施例 図１との対応部分に同一符号を付して示す図５は第２実
施例による画像表示装置２０を示し、変調素子駆動回路
２１は供給される映像信号Ｓ１に基づいて光源部２２に
駆動信号Ｓ２０を送出する。光源部２２は、駆動信号Ｓ
２０に基づいて赤色光、緑色光及び青色光が速い周期
（例えば90〔Hz〕）で循環的にかつ連続的に順次配列し
てなる光ビームＬ２０を順次発射し、これを投射光及び
出射光分離光学系２３を介して鏡面偏向型空間変調素子
５の反射面に照射する。

【００２４】鏡面偏向型空間変調素子５においては、変
調素子駆動回路２１から供給されるデータ信号Ｓ２１に
基づいて、反射面に照射される光ビームＬ２０が赤色光
のときには映像信号Ｓ１に基づく映像データの赤色成分
の画素に対応する鏡面素子だけがオン状態となつて光ビ
ームＬ２０を部分的に投射光及び反射光分離光学系２３
方向に反射し、光ビームＬ２０が緑色光のときには当該
映像データの緑色成分の画素に対応する鏡面素子だけが
オン状態となつて光ビームＬ２０を部分的に投射光及び
反射光分離光学系２３方向に反射し、かつ光ビームＬ２
０が青色光のときには当該映像データの青色成分の画素
に対応する鏡面素子だけがオン状態となつて光ビームＬ
２０を部分的に投射光及び反射光分離光学系２３方向に
反射する。

【００２５】この鏡面偏向型空間変調素子５によつて投
射光及び反射光分離光学系２３方向に反射された光ビー
ムＬ２０の反射光でなる光ビームＬ２１は、この後当該
投射光及び反射光分離光学系２３と投射光学系２４とを
介してユーザの眼７に入射し、その網膜上で結像する。
これにより当該画像表示装置２０では、ユーザの眼７の
網膜上に映像信号Ｓ１に基づく映像データの赤色成分、
緑色成分及び青色成分だけでなる部分的な虚像を速い周
期で循環的にかつ連続的に順次呈示することができ、か
くしてユーザに動的なカラーの画像が表示されているよ
うに認識させ得るようになされている。

【００２６】さらにこのとき当該画像表示装置２０で
は、外界の光（以下、これを外光と呼ぶ）Ｌ２２が投射
光学系２４を介してユーザの眼７に入射し得るようにな
され、かくして当該ユーザに映像信号Ｓ１に基づく虚像
を外界の光景（以下、これを外景と呼ぶ）と重ね合わせ
て呈示し得るようになされている。実際上この画像表示
装置２０では、光源部２２を含む各光学系２２、２３、
５及び２４が図６のように形成されている。

【００２７】この場合光源部２２では、赤色、緑色及び
青色の色フイルタがそれぞれ等角度に配置されてなる円
盤形状のカラーホイル３０がその出力軸に取り付けられ
たモータ３１を、変調素子駆動回路２１（図５）から供
給される駆動信号Ｓ２０（図５）に基づいて所定の角速
度で順次回転駆動させながらタングステン電球３２から
放射された光を当該カラーホイル３０を透過させること
により、赤色光、緑色光及び青色光が速い周期で循環的
にかつ連続的に配列されてなる３色光Ｌ３０を形成する
ようになされている。また３色光Ｌ３０は、レンズ３３
を用いて平行光の光ビームＬ２０に変換された後、投射
光及び出射光分離光学系２３を形成するハーフミラー３
４を介して鏡面偏向型空間変調素子５の反射面に入射さ
れる。

【００２８】鏡面偏向型空間変調素子５においては、上
述のように、変調素子駆動回路２１（図５）から供給さ
れるデータ信号Ｓ２１（図５）に基づいて各鏡面素子を
オン動作又はオフ動作させるようになされ、オン動作状
態の鏡面素子によつて反射された光ビームＬ２１をハー
フミラー３４、投射光学系２４の投影レンズ３５及びハ
ーフミラー３６を介してユーザの眼７の網膜上で結像さ
せる。さらにこのときユーザの眼７には、投射光学系２
４のハーフミラー３６を介して外光Ｌ２２が入射する。
これによりこの画像表示装置２０では、ユーザに映像信
号Ｓ１に基づく虚像を外景に重ね合わせた状態で呈示し
得るようになされている。

【００２９】この実施例の場合、当該画像表示装置２０
においては、第１実施例とほぼ同様のヘツドマウント型
に構成されている。またこの実施例の場合、呈示する虚
像の階調を表現する方式として第１実施例と同様の単純
パルス幅変調方式を用いている。

【００３０】以上の構成において、この場合画像表示装
置２０では、光源部２２から赤色光、緑色光及び青色光
が速い周期で循環的にかつ連続的に順次配列してなる光
ビームＬ２０を発射し、これを鏡面偏向型空間変調素子
５の反射面に照射すると共に、このとき当該鏡面偏向型
空間変調素子５の各鏡面素子を変調素子駆動回路２１か
ら供給されるデータ信号Ｓ２０に基づいて、反射面に照
射される光ビームＬ２０が赤色光のときには映像信号Ｓ
１に基づく映像データの赤色成分の画素に対応する鏡面
素子だけがオン状態となつて光ビームＬ２０を部分的に
投射光及び反射光分離光学系２３方向に反射し、光ビー
ムＬ２０が緑色光のときには当該映像データの緑色成分
の画素に対応する鏡面素子だけがオン状態となつて光ビ
ームＬ２０を部分的に投射光及び反射光分離光学系２３
方向に反射し、かつ光ビームＬ２０が青色光のときには
当該映像データの青色成分の画素に対応する鏡面素子だ
けがオン状態となつて光ビームＬ２０を部分的に投射光
及び反射光分離光学系２３方向に反射する。

【００３１】従つてこの画像表示装置２０は、ユーザの
眼７の網膜上に映像信号Ｓ１に基づく映像データの赤色
成分、緑色成分及び青色成分だけでなる部分的な虚像を
速い周期で循環的にかつ連続的に呈示することができ、
かくしてユーザに動的なカラーの画像が表示されている
ように認識させることができる。また当該画像表示装置
２０では、鏡面偏向型空間変調素子５によつて投射光及
び出射光分離光学系２３方向に反射された光ビームＬ２
１を投射光学系２４のハーフミラー３６を介してユーザ
の眼７に入射させると共に、このときユーザは当該ハー
フミラー３６を介して外光Ｌ２２を目視することができ
る。従つてこの画像表示装置２０では、ユーザに対して
映像信号Ｓ１に基づく虚像を外景と重ね合わせて呈示す
ることができる。

【００３２】以上の構成によれば、赤色光、緑色光及び
青色光が速い周期で循環的にかつ連続的に順次配列して
なる光ビームＬ２０を鏡面偏向型空間変調素子５を用い
て供給される映像信号Ｓ１に基づいて空間変調した後、
ユーザの眼７の網膜上で結像させるようにしたことによ
り、ユーザに解像度の高いカラーの虚像を呈示し得る小
型な、かつ消費電力の少ない画像表示装置を実現するこ
とができる。

【００３３】（３）第３実施例 図５との対応部分に同一符号を付して示す図７は第３実
施例による画像表示装置４０を示し、外景の明るさに応
じてユーザに呈示する虚像の輝度を調整するようになさ
れている。すなわち当該画像表示装置４０においては、
供給される映像信号Ｓ１を映像信号処理回路４１におい
て入力する。このとき映像信号処理回路４１には受光素
子４２から外界の明るさに応じた信号レベルの受光信号
Ｓ４０が順次供給される。これにより映像信号処理回路
４１は、受光信号Ｓ４０の信号レベルに応じて映像信号
Ｓ１に所定の信号処理を施すと共に、これによつて得ら
れた映像信号Ｓ４１Ａ、Ｓ４１Ｂをそれぞれ光強度変調
手段駆動回路４３及び変調素子駆動回路４４に順次送出
するようになされている。

【００３４】光強度変調手段駆動回路４３においては、
発光素子４２から順次供給される受光信号Ｓ４０の信号
レベルと、映像信号Ｓ４１とから得られる情報に基づい
て、外界が明るいときには光源部４５から放射する光ビ
ームＬ４０の光強度を高くし、かつ外界が暗いときには
当該光ビームＬ４０の光強度を低くするような駆動信号
Ｓ４２を光源部４５に送出する。光源部４５において
は、赤色光、緑色光及び青色光が速い周期で循環的にか
つ連続的に配列されてなる光ビームＬ４０を駆動信号Ｓ
４２に基づいてその光強度を上述のように順次変化させ
ながら発射するようになされ、これを投射光及び出射光
分離回路４６を介して鏡面偏向型空間変調素子５の反射
面に照射する。

【００３５】鏡面偏向型空間変調素子５においては、変
調素子駆動回路４３から供給されるデータ信号Ｓ４３に
応じて、反射面に照射される光ビームＬ４０が赤色光の
ときには映像信号Ｓ１に基づく映像データの赤色成分の
画素に対応する鏡面素子だけがオン状態となつて光ビー
ムＬ４０を部分的に投射光及び反射光分離光学系４６方
向に反射し、反射面に入射する光ビームＬ４０が緑色光
のときには当該映像データの緑色成分の画素に対応する
鏡面素子だけがオン状態となつて光ビームＬ４０を部分
的に投射光及び反射光分離光学系４６方向に反射し、か
つ反射面に入射する光ビームＬ４０が青色光のときには
当該映像データの青色成分の画素に対応する鏡面素子だ
けがオン状態となつて光ビームＬ４０を部分的に投射光
及び反射光分離光学系４６方向に反射する。

【００３６】この鏡面偏向型空間変調素子５によつて投
射光及び反射光分離光学系４６方向に反射された光ビー
ムＬ４０の各反射光でなるＬ４１は、この後当該投射光
及び反射光分離光学系４６と投射光学系４７とを介して
ユーザの眼７に入射し、その網膜上で結像する。これに
より当該画像表示装置４０では、ユーザの眼７の網膜上
に映像信号Ｓ１に基づく映像データの赤色成分、緑色成
分及び青色成分だけでなる部分的な虚像を速い周期で循
環的にかつ連続的に呈示することができ、かくしてユー
ザに動的なカラーの画像が表示されているように認識さ
せ得るようになされている。

【００３７】さらにこのとき当該画像表示装置４０で
は、外界の光Ｌ４２が投射光学系４６を介してユーザの
眼７に入射し得るようになされ、かくして当該ユーザに
映像信号Ｓ１に基づく虚像を外景と重ね合わせて呈示し
得るようになされている。実際上この画像表示装置４０
では、光源部４５を含む各光学系が図８に示すように構
成されており、光源部４５の発光手段として赤色光、緑
色光及び青色光をそれぞれ放射する発光ダイオード５０
Ａ、５０Ｂ、５０Ｃが用いられている。

【００３８】この場合光源部４５では、光強度変調手段
駆動回路４２（図７）から供給される駆動信号Ｓ４２
（図７）に基づいて発光ダイオード５０Ａ〜５０Ｃを速
い周期で循環的にかつ連続して交互に発光させると共
に、各発光ダイオード５０Ａ〜５０Ｃから発射された赤
色光、緑色光及び青色光を２枚のダイクロイツクミラー
５１Ａ、５１Ｂを用いて合成するようになされ、これに
より赤色光、緑色光Ｌ及び青色光が速い周期で循環的に
かつ連続的に順次配列してなる３色光Ｌ５１を形成する
ようになされている。この３色光Ｌ５１は、レンズ５２
によつて平行光の光ビームＬ４０に変換された後、投射
光及び反射光分離光学系４６を形成するハーフミラー５
３を介して鏡面偏向型空間変調素子５の反射面に入射す
る。

【００３９】鏡面偏向型空間変調素子５においては、上
述のように、変調素子駆動回路４３から供給されるデー
タ信号Ｓ４３に基づいて各鏡面素子をオン動作又はオフ
動作させるようになされ、オン動作状態の鏡面素子によ
つて光路５４方向に反射された光ビームＬ４１がハーフ
ミラー５３、投射光学系４７の投影レンズ５５及びハー
フミラー５６を介してユーザの眼７に入射し、その網膜
上で結像する。このときユーザの眼７には、投射光学系
４７のハーフミラー５６を介して外光Ｌ４２が入射す
る。これによりこの画像表示装置４０では、映像信号Ｓ
１（図７）に基づく虚像を外景に重ね合わせた状態で呈
示し得るようになされている。

【００４０】この実施例の場合、当該画像表示装置４０
は第１実施例の画像表示装置と同様のヘツドマウント型
に形成されている。またこの実施例の場合、光強度変調
手段駆動回路４２（図７）は供給される映像信号Ｓ１に
基づいて光源部４５の発光ダイオード５０Ａ〜５０Ｃ
（図８）から発光される光強度を順次変化させるように
なされ、これにより呈示する虚像の階調を表現するよう
になされている。さらにこの実施例の場合、特に図８か
らも明らかなように、受光素子４２は投射光学系４７の
ハーフミラー５６に入射し、反射した外光Ｌ４２を受光
するようになされている。

【００４１】この場合受光素子４２は、その受光面に入
射する外光Ｌ４２の光軸が投射光学系４７の投影レンズ
５５を介してハーフミラー５６に入射する光ビームＬ４
１の光軸よりもずれるように配置されており、これによ
り当該ハーフミラー５６を介して受光面に入射する光ビ
ームＬ４１によつて外界の明るさを誤検出するのを防止
し得るようになされている。

【００４２】以上の構成において、当該画像表示装置４
０では第２実施例の場合と同様にして映像信号Ｓ１に基
づく虚像をユーザの眼７の網膜上で結像させる。従つて
この画像表示装置４０では解像度の高いカラーの虚像を
ユーザに呈示することができる。この場合この画像表示
装置４０では、外界の明るさに応じてユーザに呈示する
虚像の明るさを調整するようにしたことにより、ユーザ
に対して第２実施例の画像表示装置４０よりもコントラ
スト良く、映像信号Ｓ１に基づく虚像を外景と重ね合わ
せた状態で呈示することができる。

【００４３】以上の構成によれば、赤色光、緑色光及び
青色光が速い周期で循環的にかつ連続的に順次配列して
なる光ビームＬ４０を鏡面偏向型空間変調素子５を用い
て供給される映像信号Ｓ１に基づいて空間変調した後、
ユーザの眼７の網膜上で結像させるようにしたことによ
り、ユーザに解像度の高いカラーの虚像を呈示し得る小
型な、かつ消費電力の少ない画像表示装置を実現するこ
とができる。

【００４４】（４）第４実施例 図７との対応部分に同一符号、若しくは同一符号に添字
Ｘ又はＹを付して示す図９は第４実施例による画像表示
装置６０を示し、ユーザの各眼７Ｘ、７Ｙに虚像を呈示
し得るようになされている。

【００４５】すなわち画像表示装置６０においては、第
３実施例と同様に形成された光源部４５Ｘ、４５Ｙ、鏡
面偏向型空間変調素子５Ｘ、５Ｙ、投射光及び出射光分
離回路４６Ｘ、４６Ｙをそれぞれ２つずつ有し、光強度
変調手段駆動回路４２が各光源部４５Ｘ、４５Ｙにそれ
ぞれ駆動信号Ｓ４２Ｘ、Ｓ４２Ｙを送出することにより
当該各光源部４５Ｘ、４５Ｙから赤色光、緑色光及び青
色光が速い周期で循環的に連続的に順次配列されてなる
光ビームＬ４０Ｘ、Ｌ４０Ｙを順次発射させると共に、
各鏡面偏向型空間変調素子５Ｘ、５Ｙが変調素子駆動回
路４３から供給されるデータ信号Ｓ４３Ｘ、Ｓ４３Ｙに
基づいて、投射光及び出射光分離回路４６Ｘ、４６Ｙを
介して各反射面に入射する当該光ビームＬ４０Ｘ、Ｌ４
０Ｙを空間変調し、この結果得られた光ビームＬ４１
Ｘ、Ｌ４１Ｙを投射光及び出射光分離光学系４６Ｘ、４
６Ｙと投射光学系６１とを介してユーザの各眼７Ｘ、７
Ｙにそれぞれ入射させ、その網膜上で結像させるように
なされている。これによりこの画像表示装置６０では、
ユーザの各眼７Ｘ、７Ｙに映像信号Ｓ１に基づく虚像を
それぞれ呈示することができ、かくして上述の第３実施
例のようにしてユーザに映像信号Ｓ１に基づくカラー画
像が表示されているように認識させることができるよう
になされている。

【００４６】実際上光源部４４Ｘ、４４Ｙを含む各光学
系は、図８との対応部分に同一符号に添字Ｘ又はＹを付
した図１０及び図１１のように構成されている。この場
合光源部４５Ｘの発光ダイオード５０ＡＸ、５０ＢＸ、
５０ＣＸから放射された赤色光、緑色光及び青色光は、
ダイクロイツクミーラ５１ＡＸ、５１ＢＸによつて合成
され、レンズ５２Ｘによつて平行光でなる光ビームＬ４
０Ｘに変換された後投射光及び出射光分離回路４６Ｘを
構成するハーフミラー５３Ｘを介して鏡面偏向型空間変
調素子５Ｘの反射面に入射する。同様にして光源部４５
Ｙの発光ダイオード５０ＡＹ、５０ＢＹ、５０ＣＹから
放射された赤色光、緑色光及び青色光は、ダイクロイツ
クミーラ５１ＡＹ、５１ＢＹによつて合成され、レンズ
５２Ｙによつて平行光でなる光ビームＬ４０Ｙに変換さ
れた後投射光及び出射光分離回路４６Ｙを構成するハー
フミラー５３Ｙを介して鏡面偏向型空間変調素子５Ｙの
反射面に入射する。

【００４７】鏡面偏向型空間変調素子５Ｘにおいては、
変調素子駆動回路４３から供給されるデータ信号Ｓ４３
Ｘ（図９）に応じて、反射面に照射される光ビームＬ４
０Ｘが赤色光のときには当該映像データの赤色成分の画
素に対応する鏡面素子だけがオン状態となつて光ビーム
Ｌ４０Ｘを部分的に光路５４Ｘ方向に反射し、反射面に
入射する光ビームＬ４０Ｘが緑色光のときには当該映像
データの緑色成分の画素に対応する鏡面素子だけがオン
状態となつて光ビームＬ４０Ｘを部分的に光路５４Ｘ方
向に反射し、かつ反射面に入射する光ビームＬ４０Ｘが
青色光のときには当該映像データの青色成分の画素に対
応する鏡面素子だけがオン状態となつて光ビームＬ４０
Ｘを部分的に光路５４Ｘ方向に反射する。

【００４８】この光路５４Ｘ方向に反射された光ビーム
Ｌ４１Ｘは、この後ハーフミラー５３Ｘと、投射光学系
６１Ｘの投影レンズ５５Ｘ及びハーフミラー７０とを介
してユーザの眼７Ｘに入射し、その網膜上で結像する。
同様にして鏡面偏向型空間変調素子５Ｙにおいては、変
調素子駆動回路４３から供給されるデータ信号Ｓ４３Ｙ
（図９）に応じて、その反射面に照射される光ビームＬ
４０Ｙが赤色光のときには当該映像データの赤色成分の
画素に対応する鏡面素子だけがオン状態となつて光ビー
ムＬ４０Ｙを部分的に光路５４Ｙ方向に反射し、反射面
に入射する光ビームＬ４０Ｙが緑色光のときには当該映
像データの緑色成分の画素に対応する鏡面素子だけがオ
ン状態となつて光ビームＬ４０Ｙを部分的に光路５４Ｙ
方向に反射し、かつ反射面に入射する光ビームＬ４０Ｙ
が青色光のときには当該映像データの青色成分の画素に
対応する鏡面素子だけがオン状態となつて光ビームＬ４
０Ｙを部分的に光路５４Ｙ方向に反射する。

【００４９】この光路５４Ｙ方向に反射された光ビーム
Ｌ４１Ｙは、この後ハーフミラー５３Ｙと、投射光学系
６１Ｙの投影レンズ５５Ｙ及びハーフミラー７０とを介
してユーザの眼７Ｙに入射し、その網膜上で結像する。
これにより当該画像表示装置６０では、ユーザの各眼７
Ｘ、７Ｙの各網膜上にそれぞれ映像信号Ｓ１に基づく映
像データの赤色成分、緑色成分及び青色成分だけでなる
部分的な虚像を速い周期で循環的にかつ連続的に呈示す
ることができ、かくしてユーザに動的なカラーの画像が
表示されているように認識させ得るようになされてい
る。さらにこのとき当該画像表示装置６０では、外光Ｌ
４２が投射光学系６１Ｘ、６１Ｙを構成するハーフミラ
ー７０を介してユーザの各眼７Ｘ、７Ｙに入射し得るよ
うになされ、かくして当該ユーザに映像信号Ｓ１に基づ
く虚像を外景と重ね合わせて呈示し得るようになされて
いる。

【００５０】この実施例の場合、当該画像表示装置６０
は第１実施例の画像表示装置と同様のヘツドマウント型
に形成されている。またこの実施例の場合、光強度変調
手段駆動回路４２は供給される映像信号Ｓ１に基づいて
光源部４５Ｘ、４５Ｙの発光ダイオード５０ＡＸ〜５０
ＣＸ、５０ＡＹ〜５０ＣＹから発光される光強度を順次
変化させるようになされ、これにより第３実施例と同様
にして呈示する虚像の階調を表現するようになされてい
る。

【００５１】さらにこの実施例の場合、特に図１１から
も明らかなように、受光素子４２はハーフミラー７０の
ユーザの両眼７Ｘ、７Ｙの中央付近に入射し、反射した
外光Ｌ４２を受光するように配置され、これにより各眼
７Ｘ、７Ｙにそれぞれ入射する外光Ｌ４２の明るさを適
切に検出し得るようになされている。

【００５２】以上の構成において、当該画像表示装置６
０では、第３実施例と同様にしてユーザの各眼７Ｘ、７
Ｙの網膜上に映像信号Ｓ１に基づく虚像を結像させる。
従つてこの画像表示装置６０では解像度の高いカラーの
虚像をユーザに呈示することができる。

【００５３】以上の構成によれば、赤色光、緑色光及び
青色光が速い周期で循環的にかつ連続的に順次配列して
なる光ビームＬ４０Ｘ、Ｌ４０Ｙを鏡面偏向型空間変調
素子５Ｘ、５Ｙを用いて映像信号Ｓ１に基づいて空間変
調した後、ユーザの眼７Ｘ、７Ｙの網膜上で結像させる
ようにしたことにより、ユーザに解像度の高いカラーの
虚像を呈示し得る小型な、かつ消費電力の少ない画像表
示装置を実現することができる。

【００５４】（５）第５実施例 図１との対応部分に同一符号を付して示す図１２は第５
実施例の画像表示装置８０を示し、ヘツドアツプ型に形
成されていることと投射光学系８１の構成を除いて第１
実施例の画像表示装置１と同様に構成されている。すな
わち当該画像表示装置８０では、図１３に示すように、
光源部３のタングステン電球１０から放射された白色光
Ｌ１０がレンズ１１によつて平行光の光ビームＬ１に変
換された後、投射光及び出射光分離光学系４を構成する
ハーフミラー１２を介して鏡面偏向型空間変調素子５に
入射する。

【００５５】このとき鏡面偏向型空間変調素子５は、変
調素子駆動回路２（図１２）から供給されるデータ信号
Ｓ３（図１２）に応じて当該光ビームＬ１を順次空間変
調し、この結果得られた光ビームＬ２をハーフミラー１
２と、投射光学系８１の投影レンズ８２及びハーフミラ
ー８３とを介してユーザの眼７の網膜上で結像させるよ
うになされている。これにより当該画像表示装置８０で
はユーザに映像信号Ｓ１に基づく虚像を呈示することが
でき、かくして当該映像信号Ｓ１に基づく画像が表示さ
れているように認識させることができるようになされて
いる。

【００５６】この実施例の場合、当該画像表示装置８０
は車の走行速度等の情報を運転手に呈示する画像表示装
置として用いられており、投射光学系８１のハーフミラ
ー８３を除く全ての光学系３〜５、８２がダツシユボー
ド９０内に収納されると共に、当該ハーフミラー８３が
フロントガラス９１近傍の下端部に配設されて構成され
ている。これにより当該画像表示装置８０では、この車
を運転するユーザに対して、映像信号Ｓ１に基づく画像
がハーフミラー８３又はフロントガラス９１と同じ方向
に表示されているかのように認識させることができるよ
うになされている。

【００５７】以上の構成によれば、第１実施例の画像表
示装置１と同様にして、光源部３から放射された光ビー
ムＬ１を鏡面偏向型空間変調素子５を用いて、映像信号
Ｓ１に基づいて空間変調した後、これをユーザの眼７の
網膜上で結像させるようにしたことによりスクリーン等
の画像表示対象を必要とせずに映像信号Ｓ１に基づく虚
像をユーザに呈示することができ、かくして解像度の高
い虚像を呈示し得る小型な、かつ消費電力の少ない画像
表示装置を実現することができる。

【００５８】（６）他の実施例 なお上述の第１〜第４実施例においては、画像表示装置
１、２０、４０、６０をヘツドマウント型に構成するよ
うにした場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、例えば第５実施例の画像表示装置８０のようにヘツ
ドアツプ型に構成するようにしても良い。

【００５９】また上述の第１、第２及び第５実施例にお
いては、呈示する虚像の階調の表現方式として単純パル
ス幅変調方式を用いるようにした場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、例えば第３及び第４実施例
のように映像信号Ｓ１に基づいて光源部３、２２から出
射される光ビームＬ１、Ｌ２０の光強度を変化させる方
式を用いて呈示する虚像の階調を表示するようにしても
良い。

【００６０】さらに上述の第３及び第４実施例では、光
源部４５、４５Ｘ、４５Ｙから出射される光ビームＬ４
０、Ｌ４０Ｘ、Ｌ４０Ｙの光強度を変化させることによ
り呈示する虚像の階調を表現するようにした場合につい
て述べたが、本発明はこれに限らず、例えば第１、第２
及び第５実施例のように単純パルス幅変調方式により呈
示する虚像の階調を表現するようにしても良い。

【００６１】さらに上述の第２実施例においては、光源
部２２が赤色光、緑色光及び青色光が速い周期で循環的
にかつ連続的に配列してなる光ビームＬ２０を形成する
手段としてカラーホイル３０を用いるようにした場合に
ついて述べたが、本発明はこれに限らず、例えば第３及
び第４実施例のように複数の発光ダイオードを用いるよ
うにしても良く、この他例えば液晶カラーシヤツタを用
いたり、又は鏡面偏向型空間変調素子を用いて白色光源
から出射された白色光を赤色成分、緑色成分及び青色成
分だけを透過させる色フイルタがそれぞれ配設された第
１、第２及び第３の光路方向に循環的に時分割的に反射
させた後各色フイルタを透過した各光を合成することに
より赤色光、緑色光及び青色光が速い周期で循環的にか
つ連続的に配列してなる光ビームＬ２０を形成するよう
にしても良い。

【００６２】さらに光源部２２が赤色光、緑色光及び青
色光が速い周期で循環的にかつ連続的に配列してなる光
ビームＬ２０を形成する手段としては、鏡面偏向型空間
変調素子を３つ用い、各鏡面偏向型空間変調素子の反射
面にそれぞれ赤色光、緑色光及び青色光を順次照射する
と共に、このとき各鏡面偏向型空間変調素子の各鏡面素
子の状態を所定のタイミングで一斉に順次切り替えなが
ら当該各鏡面偏向型空間変調素子によつて反射された赤
色光、緑色光及び青色光を、第３実施例のようにダイク
ロイツクミラー又はダイクロイツクプリズムを用いて合
成することにより赤色光、緑色光及び青色光が速い周期
で循環的にかつ連続的に配列してなる光ビームを形成す
るようにしても良い。

【００６３】さらに上述の第２〜第４実施例において
は、外景と表示画像とを重ね合わせる手段としてハーフ
ミラー３６、５６、７０を用いるようにした場合に付い
て述べたが、本発明はこれに限らず、偏光ビームスプリ
ツタやホログラフイツクコンバイナ等を用いるようにし
ても良い。

【００６４】さらに上述の第３及び第４実施例において
は、各発光ダイオード５０Ａ〜５０Ｃ、５０ＡＸ〜５０
ＣＸ、５０ＡＹ〜５０ＣＹから放射された光をダイクロ
イツクミラー５１Ａ、５１Ｂ、５１ＡＸ、５１ＢＸ、５
１ＡＹ、５１ＢＹを用いて合成するようにした場合に付
いて述べたが、本発明はこれに限らず、ハーフミラーや
ダイクロイツクプリズムを用いるようにしても良い。

【００６５】さらに上述の第１〜第５実施例において
は、発光手段としてタングステン電球１０、３２又は発
光ダイオード５０Ａ〜５０Ｃ、５０ＡＸ〜５０ＣＸ、５
０ＡＹ〜５０ＣＹを用いるようにした場合について述べ
たが、本発明はこれに限らず、この他半導体レーザ等種
々の発光手段を適用して好適なものである。

【００６６】さらに上述の第２〜第４実施例において
は、各光源部２２、４５、４５Ｘ、４５Ｙから３色の光
で形成された光ビームＬ２０、Ｌ４０、Ｌ４０Ｘ、Ｌ４
０Ｙを発射するようにした場合に付いて述べたが、本発
明はこれに限らず、各光源部２２、４５、４５Ｘ、４５
Ｙから４色以上の光で形成された光ビームが放射される
ようにしても良く、このようにすることで色再現領域を
広げることができる。

【００６７】さらに上述の第３及び第４実施例において
は、外界の明るさに応じて光源部４４、４４Ｘ、４４Ｙ
から放射される光ビームＬ４０、Ｌ４０Ｘ、Ｌ４０Ｙの
明るさを調整するようにした場合について述べたが、本
発明はこれに限らず、ユーザの眼７、７Ｘ、７Ｙに入射
する外界の明るさを液晶シヤツタ等を用いて調整するよ
うにしても良い。

【００６８】さらに上述の第１〜第５実施例において
は、鏡面偏向型空間変調素子５として、例えば17〔μm
〕角程度の微小な鏡面素子が映像信号に基づく映像デ
ータの１画面（フレーム）分の画素の配列（例えば768
×576 個程度）と同様に配列されることにより、１／２
インチCCD （固体撮像素子）程度の大きさの反射面が形
成され、かつ各鏡面素子がオン状態時に＋10°傾く一
方、オフ状態時には−10°傾くようなものを用いるよう
にした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、
この他種々の構成の鏡面偏向型空間変調素子を用ても良
い。

【００６９】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、複数の鏡
面素子が面状に順次配列されて形成された鏡面偏向型空
間変調素子の反射面に光ビームを順次照射しながら当該
各鏡面素子の当該光ビームに対する反射方向を供給され
る映像信号に応じて順次切り替えると共に、映像信号に
基づく有効な画素に対応する鏡面素子によつて反射され
た光ビームをユーザの眼の網膜上で結像させるようにし
たことにより、スクリーン等を必要とせずに供給される
映像信号に基づく解像度の高いカラー画像をユーザに認
識させることができ、かくして解像度の高いカラーの虚
像を呈示し得る小型な、かつ消費電力の少ない画像表示
装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例による画像表示装置の全体構成を示
すブロツク図である。

【図２】鏡面偏向型空間変調素子の説明に供する略線的
な側面図である。

【図３】第１実施例の画像表示装置の構成の説明に供す
る略線図である。

【図４】第１実施例の画像表示装置の光学系を示す略線
的な平面図である。

【図５】第２実施例による画像表示装置の全体構成を示
すブロツク図である。

【図６】第２実施例の画像表示装置の光学系を示す略線
的な平面図である。

【図７】第３実施例による画像表示装置の全体構成を示
すブロツク図である。

【図８】第３実施例の画像表示装置の光学系を示す略線
的な平面図である。

【図９】第４実施例による画像表示装置の全体構成を示
すブロツク図である。

【図１０】第４実施例の画像表示装置の光学系を示す略
線的な平面図である。

【図１１】第４実施例の画像表示装置の光学系を示す略
線的な平面図である。

【図１２】第５実施例による画像表示装置の全体構成を
示すブロツク図である。

【図１３】第５実施例の画像表示装置の光学系を示す略
線的な平面図である。

【符号の説明】

１、２０、４０、６０、８０……画像表示装置、３、２
２、４５、４５Ｘ、４５Ｙ、……光源部、５、５Ｘ、５
Ｙ……鏡面偏向型空間変調素子、６、２４、４７、６１
Ｘ、６１Ｙ、８１……投射光学系、７、７Ｘ、７Ｙ……
眼、４２……受光素子、５０Ａ〜５０Ｃ、５０ＡＸ〜５
０ＣＸ、５０ＡＹ〜５０ＣＹ……発光ダイオード、Ｌ
１、Ｌ２、Ｌ２０、Ｌ２１、Ｌ４０、Ｌ４１、Ｌ４０
Ｘ、Ｌ４０Ｙ、Ｌ４１Ｘ、Ｌ４１Ｙ……光ビーム、Ｌ４
２……光、Ｓ１……映像信号、Ｓ４０……受光信号。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】供給される映像信号に基づく虚像をユーザ
   の眼の網膜上で結像させることにより上記ユーザに上記
   映像信号に基づく画像を認識させる画像表示装置におい
   て、 ほぼ平行光でなる光ビームを発射する光源と、 入射光に対する反射方向が制御可能な複数の鏡面素子
   が、上記映像信号に基づく映像データの画素配列に応じ
   て面状に配列されることにより形成された反射面を有す
   る鏡面偏向型空間変調素子と、 上記鏡面偏向型空間変調素子の上記反射面に入射する上
   記光ビームのうち上記映像信号に基づく有効な画素に対
   応する上記鏡面素子によつて所定方向に反射された上記
   光ビームを上記ユーザの上記眼の上記網膜上に結像させ
   る投射光学系とを具えることを特徴とする画像表示装
   置。
2. 【請求項２】上記投射光学系は、上記鏡面偏向型空間変
   調素子の上記鏡面素子のうち上記有効な画素に対応する
   上記鏡面素子によつて反射された上記光ビームと共に外
   界から入射する光を上記ユーザの眼に入射させることに
   より、上記映像信号に基づく上記虚像を上記外界の光景
   に重ね合わせて呈示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】上記光源は、発射する上記光ビームの光強
   度を上記映像信号に基づいて順次変化させることにより
   上記映像信号に基づく上記虚像の階調を表現することを
   特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 【請求項４】上記外界から上記投射光学系に入射する上
   記光の光量を検出し、上記光量に応じた信号レベルの信
   号を出力する受光手段を具え、上記受光手段の出力に基
   づいて、上記ユーザに呈示する上記虚像の光強度、及び
   又は上記ユーザに呈示する上記映像の画質、及び又は上
   記投射光学系を介して上記ユーザに眼に入射する上記外
   界の上記光の上記光量を制御することを特徴とする請求
   項２に記載の画像表示装置。
5. 【請求項５】上記光源は、発光ダイオード又は半導体レ
   ーザでなることを特徴とする請求項１に記載の画像表示
   装置。