JPH07231413A - 映像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 観察者が行う煩雑な瞳合わせの操作を容易に
行えるようにした頭部装着型映像表示装置等の映像表示
装置。 【構成】 映像表示素子４と、映像表示素子４と対向配
置された第１の半透過反射面３と、映像表示素子４並び
に第１の半透過反射面３の何れにも対向する向きに配置
された第２の半透過反射面２とを有し、第１の半透過反
射面３と第２の半透過反射面２とが、接眼光学系として
映像を形成する光束から射出瞳１を形成する。瞳合わせ
は、少なくとも１つの半透過反射面の焦点位置近傍に観
察者の眼球を配置して、観察者自身の虹彩の像を観察者
が観察することにより行う。接眼光学系の光軸と観察者
の虹彩位置がずれていると、観察者は自分の虹彩を正面
に見ることができない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、映像表示装置に関
し、特に、観察者の頭部又は顔面に取り外し可能に装着
して用いる頭部装着型映像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、個人で大画面の映像を楽しむた
め、また屋外に携帯して映像を見ることができるように
するため等を目的として、観察者の頭部に保持する頭部
装着型映像表示装置が考え出されている。

【０００３】例えば、図２１は、従来の頭部装着型映像
表示装置の一例を示すもので、観察者が使用している状
態を示す部分断面図である。この頭部装着型映像表示装
置１０１では、観察者の頭部に装着されて両眼前方に配
置される映像表示素子１０２と、音声を再生する音声再
生素子１０３を有している。これらの映像表示素子１０
２と音声再生素子１０３は、映像信号供給用コード１０
４及び音声信号供給用コード１０５を介して図示しない
映像・音声信号供給部と接続されている。

【０００４】そして、映像表示素子１０２の顔面寄りの
位置の装置開口部１０６内には、投影光学系１０７が取
り付けられている。この投影光学系１０７は、映像表示
素子１０２に表示された映像を拡大して、観察者の眼球
１０８内に投影させるように、映像表示素子１０２と所
定の間隔において配置されている。

【０００５】このような頭部装着型映像表示装置によ
り、小型の映像表示素子で大画面映像の迫力が得られる
と共に、周囲に映像情報を漏らすことなく、観察者が楽
な姿勢で映像を楽しむことができるが、観察者の眼幅に
は個人差があるため、投影光学系１０７による投影像を
眼球１０８内に良好に導くことができなくなることがあ
る。

【０００６】そのため、実開平２−８２１７５号、特開
平４−２６２８８号、特願平４−２６７５０４号におい
て、両眼の間隔の個人差に合わせて、投影光学系の右眼
用と左眼用の射出瞳の間隔が調整可能な頭部装着型映像
表示装置が考え出されいる。

【０００７】一方、頭部装着型映像表示装置は、観察者
の頭部に装着することから、疲労軽減及び危険防止のた
め、映像表示素子を小型軽量化させる必要があり、主と
して液晶表示素子を用いている。

【０００８】

【発明の解決しようとする課題】しかしながら、この液
晶を用いた映像表示素子には視覚依存性がある。つま
り、一般的に液晶表示素子の法線方向から約５°以内の
範囲の方向へ発せられる光では高いコントラストを持つ
ので、良好な映像が得られるが、それ以外の方向では良
好な映像が得難くなってしまう。

【０００９】すなわち、図２２に示す映像表示素子１０
２から発せられる光束の開口数が小さいために、投影光
学系１０７による射出瞳１０９の射出瞳径が小さく限ら
れてしまう。また、眼球に導かれる光量を増やすため
に、レンズ系等を用いて映像表示素子からの光の集光性
を高めようとすると、射出瞳も小さく限られてしまう。

【００１０】そのため、観察者１１０が良好な映像を得
るためには、良好な映像が得られる光を観察者の左右の
瞳１１１及び１１２の全面で受ける必要があるので、射
出瞳１０９又はその前後の良好な光の交わっている領域
内に観察者の瞳を置かねばならない。

【００１１】図２２は、観察者１１０の左眼の瞳１１１
が射出瞳１０９と重なっているので、左眼では良好な映
像を観察しているが、右眼の瞳１１２が射出瞳１０９と
ずれており、右眼では良好な映像を観察できておらず、
両眼視ができていない状態を示すものである。

【００１２】一般に、観察者は両眼で観察しているかど
うかが分からず、それを確かめるために、片眼を瞑って
両眼視できているかどうかを確認しなければならない。
また瞳がずれていた時にどちらの方向に装置を調節した
らよいのかが分かり難い。そのため、観察者は、頭部装
着型映像表示装置を使用する際には、煩雑な瞳合わせを
行わなくてはならない。

【００１３】さらに、特開平５−６６３４０号に示され
ているように、観察者の瞳位置を光電的に検出して自動
的に眼幅を調節する機構を設けることは、装置が複雑に
なることになり、頭部装着型映像表示装置にとって最も
問題となる重量が重くなってしまい、装着感が悪くなっ
たり、長時間の観察で疲労を起こす等の問題が発生しや
すくなる。

【００１４】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、観察者が行う煩
雑な瞳合わせの操作を容易に行えるようにした頭部装着
型映像表示装置等の映像表示装置を提供することであ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成る
するために、本発明の映像表示装置は、映像を形成する
画面を有する映像表示素子と、前記映像表示素子側から
前記画面より射出される光束の進行方向に向かって、前
記映像表示素子と対向配置された第１の半透過反射面
と、前記映像表示素子並びに前記第１の半透過反射面の
何れにも対向する向きに配置された第２の半透過反射面
と、を有し、前記第１の半透過反射面と前記第２の半透
過反射面とが、接眼光学系として前記映像を形成する光
束から射出瞳を形成することを特徴とするものである。

【００１６】また、もう１つの本発明の映像表示装置
は、映像を形成する画面を有する映像表示素子と、前記
画面から射出された光束によって射出瞳を形成する接眼
光学系とを有する顔面装着部と、前記顔面装着部を観察
者頭部に保持する支持部材とを備えた映像表示装置にお
いて、前記接眼光学系が、前記映像表示素子側から前記
画面より射出される光束の進行方向に向かって、前記映
像表示素子と対向配置された第１の半透過反射面と、前
記映像表示素子並びに前記第１の半透過反射面の何れに
も対向する向きに配置された第２の半透過反射面と、を
有することを特徴とするものである。

【００１７】さらに、別のもう１つの本発明の映像表示
装置は、映像を形成する画面を有する映像表示素子と、
前記画面から射出された光束によって射出瞳を形成する
接眼光学系とからなり、前記接眼光学系が前記画面によ
って形成される光軸の直線上に同軸配置された第１の半
透過反射面と第２の半透過反射面とを有することを特徴
とするものである。

【００１８】

【作用】本発明においては、映像をを表示するための映
像表示素子と、少なくとも２つの半透過曲面を持ち、こ
の少なくとも２つの半透過曲面は、瞳面側に凹面を向け
て配置され、この少なくとも２つの半透過曲面は各々、
少なくとも１回の光線の透過と少なくとも１回の光線の
反射をするように配置されている接眼光学系からなる映
像表示装置において、この少なくとも２つの半透過鏡の
うち少なくとも１つの焦点位置近傍に観察者の瞳位置を
一致させるように構成したことを特徴とするものであ
る。

【００１９】上記構成の映像表示素子は、通常観察時の
観察者への提示画像を生成するものである。接眼光学系
は、通常観察時には、映像表示素子に表示された映像
を、観察者に対し前方の空間に虚像として投影する働き
をするものである。接眼光学系の少なくとも２面の凹面
反射鏡の働きを以下に説明する。映像表示素子位置から
少なくとも２面の半透過凹面鏡を第１の凹面鏡、第２の
凹面鏡とする。映像表示素子から出た光線は、まず第１
の半透過曲面鏡を透過し、第２の半透過曲面鏡で反射さ
れ、第１の半透過曲面鏡で反射され、第２の半透過曲面
鏡を透過して観察者の目に入射する。この時の光線は、
２つの半透過曲面鏡で反射する間に概略平行光束とな
り、観察者に遠方の虚像として観察される。さらに好ま
しくは、映像表示素子から少なくとも２つの半透過凹面
鏡を１回も反射しないで観察者眼球に届く光線を遮断す
るために、偏光光学素子を配置することが望ましい。

【００２０】次に、観察者の眼幅や、装置の接眼光学系
の射出瞳と観察者の目の虹彩位置とを合わせる「瞳調
整」の説明に移る。

【００２１】上記の少なくとも２つの半透過曲面鏡の中
の少なくとも１つの半透過曲面鏡の焦点位置近傍に観察
者の眼球を配置すると、観察者自身の虹彩の像を観察者
が観察することができる。この時、接眼光学系の光軸と
観察者の虹彩位置がずれていると、観察者は自分の虹彩
を正面に見ることができない。つまり、接眼光学系の射
出瞳と観察者の虹彩が観察者自身で観察でき、さらに、
光学系の調整中にも観察可能なリアルタイムな調整とな
り、誰でも容易に瞳調整を行うことができる。また、光
軸方向の位置調整は、虹彩の虚像が遠方に見えるように
調整すればよく、これも誰にでも容易に行うことが可能
である。

【００２２】さらに好ましくは、通常観察時には、映像
表示素子からの光線が直接観察者眼球に入射すると邪魔
になるので、映像表示素子からの光線を遮断する遮断手
段を設けることがよい。

【００２３】また、観察者の眼球を照明しないと、観察
者は観察者自身の虹彩を観察することができない。この
ため、観察者の虹彩を照明する照明手段を配置すること
が必要である。ただし、この照明手段は、映像表示素子
からの光線を使っても、外界からの光線を利用してもよ
い。また、電球等の照明手段を内蔵することも可能であ
る。

【００２４】

【実施例】以下、本発明による映像表示装置及び位相差
板の実施例について、図面を参照にして説明する。 実施例１ 図１、図２を参照にして実施例１の映像表示装置を説明
する。図１は、通常観察時の光線図であり、観察者虹彩
位置（瞳位置）を１、第２の凹面半透過鏡を２、第１の
凹面半透過鏡を３、映像表示素子を４とする。また、映
像から何れの凹面反射鏡でも１回も反射しないで観察者
の目に入射するフレアー光を遮断するための偏光光学素
子として、瞳位置１側から、第２の偏光板を５、第２の
λ／４板を６、第１のλ／４板を７、第１の偏光板を８
し、図示のように配置する。

【００２５】まず、通常観察時の光線の経路について説
明する。映像表示素子４を出た光は、第１の偏光板８で
直線偏光となり、第１の半透過凹面鏡３と第１のλ／４
板７を透過して、第２の半透過凹面鏡２で反射する。次
に、この第１のλ／４板７を透過して映像表示素子４に
向かって戻り、第１の半透過凹面鏡３で反射する。そし
て、上記の第１のλ／４板７をまた透過してから、第２
の凹面反射鏡２を透過して、観察者虹彩位置１直前の第
２のλ／４板６を透過してから第２の偏光板５を透過し
て、観察者眼球に入射する。

【００２６】ここで、映像表示素子４を出てから第２の
半透過凹面鏡２と第１の半透過凹面鏡３をそれぞれ１回
反射してから透過する光線は、λ／４板６、７を計４回
通過することになり、１λの位相差が付く。ここで、偏
光板５、８をパラニコル（Ｗ．Ｎｉｃｏｌが考案した配
置で、偏光板５、８の通過軸が平行な配置。）の位置に
セットして置くと、この光線は偏光板５、８でカットさ
れることなく透過する。

【００２７】しかし、第２の半透過鏡２も第１の半透過
鏡３も反射しないで透過してくる光線は、λ／４板６、
７を計２回しか透過しないので、位相差はλ／２とな
り、偏光面は９０°回転して、偏光板５を透過できな
い。

【００２８】偏光光学素子の配置は、上述の他に、第２
のλ／４板６を第２の半透過凹面鏡２と第１の半透過鏡
３の間に配置し、第１のλ／４板７を第１の半透過鏡３
と第１の偏光板８の間に配置することも可能である。

【００２９】また、ＬＣＤ等の映像表示素子が元々直線
偏光の光しか出さない映像表示素子では、第１の偏光板
８を配置する必要はない。

【００３０】次に、瞳ずれ調整法について説明する。図
２は瞳ずれ調整時の光線図であり、観察者虹彩位置（瞳
位置）を１、第２の凹面半透過鏡を２、とする。本実施
例の偏光素子の配置の場合には、瞳ずれ調整時には、観
察者眼球側の第２のλ／４板６と第２の偏光板５は、第
２の半透過凹面鏡２で反射する光線をカットしてしまう
ので、何れかを取り除くか、第２のλ／４板６を回転さ
せる必要がある。

【００３１】以下に、眼幅・瞳ずれ調整を行う場合につ
いて説明する。この配置では、映像表示素子４からの光
は直接観察者の眼に入射するので、瞳ずれ調整時には邪
魔になる。そこで、瞳調整時には、画面が暗くなるよう
に、電気的映像遮断手段で映像信号を止める必要があ
る。この映像遮断手段は、上記の電気的に映像信号を停
止する方法の他に、液晶映像表示装置の場合は、液晶自
身が発光する表示素子ではないので、バックライトが必
ず必要になる。このバックライトを消す等の方法で実施
することも可能である。また、機械的なシャッター等を
使用することももちろん可能である。さらに、瞳ずれ調
整時に使う視野中心のみ暗くなればよいので、中心付近
が暗黒の映像を表示する手段でも、映像遮断手段として
利用できる。

【００３２】次に、上記接眼光学系は、瞳ずれ調整時に
は、凹面反射鏡２の焦点位置近傍に置かれた観察者の瞳
１を略平行光束として観察者の眼球に導き、遠方の虚像
として観察させるために、凹面反射鏡２の焦点距離をｆ
とする時、凹面反射鏡２と観察者眼球の虹彩１間の距離
をｄとすると、ｆとｄを概略等しくすることが重要であ
る。この条件から著しく外れると、凹面鏡２で反射した
虹彩１の虚像が遠方にできないので、観察者が自分の虹
彩を明瞭に観察することができない。また、調整中に不
用意に装置全体が動くことは、調整し難くなるので、調
整中でも装置が観察者頭部に固定される支持機構が必要
である。

【００３３】次に、上記観察者の瞳１を観察するために
は、瞳１を照明する照明手段が必要である。本映像表示
装置装着時に映像表示素子４からの像を遮断すると、装
置内部は暗くなってしまい、観察者の瞳１を観察するこ
とはできなくなってしまう。そこで、観察者の瞳１を照
明する照明手段が必要となる。本実施例の場合は、ＬＥ
Ｄ、豆電球等の光源１０を瞳１周辺に配置しており、瞳
ずれ調整時のみ点灯させるようになっている。なお、光
源１０の代わりに、機械的シャッター、液晶シャッター
等を用いて、外界からの光を入射させたり遮蔽してする
調節操作手段を設けて、外界光により観察者の瞳１を照
明するようにしてもよい。

【００３４】本実施例の場合、瞳ずれ調整時には、観察
者は自分の目を観察することになり、自分の目が画面の
中心に来るように映像表示装置の位置を調整すれば、接
眼光学系の射出瞳位置と眼球の虹彩位置を一致させるこ
とを非常に容易に行うことが可能となる。

【００３５】さらに好ましくは、映像遮断手段で映像を
遮断し、さらに、図３に示すような瞳合わせ指標を映像
表示素子４に表示し、この合わせ指標Ｍと重ね合わせて
観察者の瞳像を観察者に観察させる方法をとると、さら
に眼幅・瞳合わせが容易に行える。

【００３６】次に、本実施例の数値データーを示すが、
面番号は、瞳位置１から映像表示素子４へ向かう逆追跡
の面番号で示してある。また、各凹面鏡の媒質のｄ線で
の屈折率ｎ_d とアッベ数ν_d を併記する（以下の実施例
２も同様）。本実施例の画角は７０°で、焦点距離はＦ
＝１０ｍｍ、Ｆナンバーは３である。

【００３７】 面番号 曲率半径 面間隔 ｎ_d ν_d １ 瞳位置１ 4.467 ２ ∞ （偏光板５） 0.507 ３ ∞ （λ／４板６） 0.507 ４ ∞ 1.000 ５ -13.9918 0.508 1.5163 64.1 ６ -13.9918 1.000 ７ ∞ （λ／４板７） 0.687 ８ ∞ 2.000 ９ -12.5915（反射面３） -2.000 １０ ∞ （λ／４板７） -0.687 １１ ∞ -1.000 １２ -13.9918（反射面２） 1.000 １３ ∞ （λ／４板７） 0.687 １４ ∞ 2.000 １５ -12.5915 0.508 1.5163 64.1 １６ -12.5915 0.100 １７ 映像表示素子画面４ 。

【００３８】実施例２ 次に、実施例２について説明する。本実施例は、実施例
１と基本的に同じである。通常観察時の光路を図４に示
す。観察者虹彩位置（瞳位置）を１、第２の凹面半透過
鏡を２、第１の凹面半透過鏡を３、映像表示素子を４と
する。また、映像から何れの凹面反射鏡でも１回も反射
しないで観察者の目に入射するフレアー光を遮断するた
めの偏光光学素子として、瞳位置１側から、第２の偏光
板を５、第２のλ／４板を６、第１のλ／４板を７、第
１の偏光板を８とする。この実施例においては、第１の
凹面半透過鏡３は平凸レンズの凸面に設けられ、第２の
凹面半透過鏡２は凹平レンズの凹面に設けられている。
なお、瞳調整時の光路を図５に示す。本実施例の画角は
７０°で、焦点距離はＦ＝１０ｍｍ、Ｆナンバーは３で
ある。

【００３９】 面番号 曲率半径 面間隔 ｎ_d ν_d １ 瞳位置１ 5.307 ２ ∞ （偏光板５） 0.400 ３ ∞ （λ／４板６） 0.400 ４ ∞ 1.500 ５ -13.2145 1.000 1.5163 64.1 ６ ∞ （λ／４板７） 0.690 ７ ∞ 4.000 1.5163 64.1 ８ -14.9061（反射面３） -4.000 1.5163 64.1 ９ ∞ （λ／４板７） -0.690 １０ ∞ -1.000 1.5163 64.1 １１ -13.2145（反射面２） 1.000 1.5163 64.1 １２ ∞ （λ／４板７） 0.690 １３ ∞ 4.000 1.5163 64.1 １４ -14.9061 0.491 １５ 映像表示素子画面４ 。

【００４０】実施例３ 次に、図６を参照にして実施例３について説明する。図
６は、通常観察時の光線図であり、観察者虹彩位置を
１、少なくとも２つの半透過反射鏡を２、３とし、観察
者瞳１側に凹面を向けて配置された少なくとも１つの半
透過凹面鏡を３、、半透過平面鏡を４、映像表示素子を
４とする。

【００４１】図７を参照にして、実施例３の瞳合わせ時
の光路について説明する。この実施例においては、瞳合
わせは第１の半透過凹面鏡３からの反射によって行って
いる。図７において、瞳照明手段としての豆電球を１
０、映像表示素子４の映像遮断手段を１１で示す。１１
の映像遮断手段は、機械的シャッターを使用している
が、他に液晶シャッターでも使用できることは明白であ
る。なお、本実施例では偏光光学素子を省略している。

【００４２】なお、以上の実施例１〜３において、瞳合
わせを行うには、図８に概念図を示したようにして行
う。すなわち、以上の実施例１〜３の何れかの瞳ずれ調
整手段を有する２つの同じ表示装置を装着者の左右の眼
それぞれに対応させて一体に設けることにより、頭部装
着型映像表示装置を構成し、更に両者の表示装置の間の
眼幅を調節可能にしている。図８（ａ）はこの頭部装着
型映像表示装置を装着者が装着した状態を示す平面図、
図８（ｂ）はその時の斜視図であるが、図８において、
符号１２、１３はそれぞれ左眼、右眼用の表示装置であ
り、図２〜図３、図５、図７のような瞳ずれ調整手段を
有している。頭部到着型映像表示装置では、観察者の装
置装着状態により、装置側の射出瞳と観察者側の瞳が両
眼とも一致していないと、鮮明な観察像が観察できな
い。この瞳合わせのために、映像を観察している状態で
装着者が頭部装着型映像表示装置を操作することになる
ので、瞳合わせが非常に難しくなる。しかし、上記した
ような瞳ずれ調整手段をとり入れ、両表示装置１２、１
３の間に周知の眼幅調節機構を設けることにより、さら
に好ましくは、表示装置１２、１３の表示画面に映像表
示画面と瞳調整方法の説明画面とを交互に表示できるよ
うにすることによって、容易に瞳合わせが行えるように
なる。

【００４３】実施例４ 次に、本発明において用いるλ／４板のような位相差板
（位相板とも言う。）について、１つの実施例について
説明する。位相差板は、特定の振動面を持つ光に対する
屈折率と、これに直交する振動面を持つ光に対する屈折
率が互いに異なる物質からなるもので、この板を光が透
過したとき互いに直交する２つの振動成分の間に位相差
が生ずるようにした光学素子である。

【００４４】位相差板として、入射光線の波長λに対し
てλ／４の位相差を生ずる機能を有する、いわゆるλ／
４板（４分の１波長板）がよく用いられている。これ
は、直線偏光と円偏光との相互変換素子として、レーザ
光線のビームスプリッターに用いたり、直線偏光板と組
み合わせて光アイソレーターとして使われる。

【００４５】また、位相差板を構成する物質としては、
ポリビニールアルコール系の一軸延伸フィルム又はシー
ト等が使われていたり、方解石や水晶、雲母等が使用さ
れる。

【００４６】位相差板には、一般的に水晶や雲母といっ
た結晶を利用したものが一般的であるが、結晶により構
成された波長板は視野角特性が悪く、波長板に入射する
光線の角度が設定値からずれると、波長による位相差量
が変化する問題があった。また、ポリビニルアルコール
系等の高分子フィルムを使用した波長板は、透過率と視
野角特性に優れている。しかし、上記何れの波長板も、
波長特性が悪く、可視光全域に対して所望の位相差量を
持つものはなかった。

【００４７】そこで、この実施例においては、４５０ｎ
ｍ〜６５０ｎｍ程度の可視光全域に対して、均質なリタ
ーデーション量（位相差）が得られる位相差板（波長
板）を提供することにする。

【００４８】すなわち、本実施例は、波長により屈折率
の異なる物質を、そのファースト軸とスロー軸がお互い
に打ち消し合うように配置することによって、波長依存
性の少ない位相差板を構成することに成功したものであ
る。

【００４９】一般的に、光路長について、ある波長の透
明物質中の光線の光路長は、その物質の厚さと屈折率で
決定されるものである。この光路長は、物質に入射する
光線の偏光方向によって差を付けるようにすると位相差
板となる。

【００５０】つまり、位相差量（リターデーション量）
は、その物質の持つ複屈折の屈折率の低い軸（ファース
ト軸。進相軸とも言う。）と屈折率の高い軸（スロー
軸。遅相軸とも言う。）との光路長の差となる。これを
式で表すと、物質の厚さをｄ、ファースト軸の屈折率を
ｎ_f 、スロー軸の屈折率をｎ_s とすると、位相差Ｄは、 Ｄ＝（ｄ×ｎ_f ) −（ｄ×ｎ_s ) ・・・（１） で表すことができる。

【００５１】しかし、屈折率については、一般な透明物
質は、波長に対して波長が短くなると屈折率が上がるよ
うな分散を持っている。また、波長に対して１／４又は
１／２等の位相差を持たせるためには、波長と同率で
（波長が２倍になったら屈折率も２倍になる、のよう
に、同じ割合で変化すると言うこと）屈折率も変化する
ことが必要となるが、屈折率の変化量は一般に波長の変
化量よりはるかに小さい。

【００５２】このため、ある設定波長に対しては、所望
の位相差量（リターデーション量）を得ることはできる
が、設定波長から波長がずれると、所望の位相差（リタ
ーデーション量）からずれた位相差板になってしまう。
この現象を表−１と図９を用いて説明する。

【００５３】表−１はｄ線に対する屈折率１．５１６３
３、アッベ数６４の物質を厚さ１４μｍのフィルム状に
加工し、複屈折を持たせるために一定方向に引き延ばし
て、ファースト軸の屈折率１．５１６３３、スロー軸の
屈折率１．５２６３３とした時の位相差を波長で割った
値を示している。また、図９はこれをグラフにしたもの
である。

【００５４】表−１、図９を見ると分かるように、波長
が長くなるのに従って光路長差は長くなって欲しいの
が、波長が長くなるのに従って物質の屈折率の波長依存
性によって光路長差は逆に短くなってしまっている。

【００５５】そこで、本発明では、光路長差が波長と同
率で変化するように、少なくとも２つの物質により構成
された位相差板を少なくとも２つ組み合わせて、波長依
存性の少ない位相差板を構成することに成功したもので
あり、屈折率の分散の少ない（アッベ数の大きい）位相
差板のファースト軸と分散の多い（アッベ数の小さい）
位相差板のスロー軸を一致させ、配置することが重要と
なる。ただし、２つの位相差板はシート状のものでもフ
ィルム状のものでも実現することは容易であり、また、
少なくとも２つの位相差板を接着して構成しても、ある
程度離して構成しても、同様の効果を得ることができ
る。

【００５６】さらに好ましくは、分散の少ない方（アッ
ベ数の大きい方）の位相差板を比較的厚くし、分散の大
きい方（アッベ数の小さい方）の位相差板を比較的薄く
することが重要である。

【００５７】より具体的に説明する。１つの複屈折板の
厚さ、屈折率をｄ₁ ，ｎ_1f，ｎ_1s、もう１つの複屈折板
の厚さ、屈折率をｄ₂ ，ｎ_2f，ｎ_2sとする。波長λに対
する屈折率をｎ_1fλ、波長λ’に対する屈折率を ｎ_1fλ’＝ｎ_1fλ＋Δｎ_1f ・・・（２） 等と表記することにすると、１つの複屈折板により得ら
れる位相差は波長λとλ’に対して、 Ｄ₁ λ＝（ｄ₁ ×ｎ_1fλ）−（ｄ₁ ×ｎ_1sλ） Ｄ₁ λ’＝（ｄ₁ ×ｎ_1fλ’）−（ｄ₁ ×ｎ_1sλ’） ＝｛ｄ₁ ×（ｎ_1fλ＋Δｎ_1f）｝−｛ｄ₁ ×（ｎ_1sλ＋Δｎ_1s）｝ となる。したがって、波長による位相差量の変化は、 ΔＤ₁ ＝Ｄ₁ λ−Ｄ₁ λ’ ＝ｄ₁ ×Δｎ_1f−ｄ₁ ×Δｎ_1s ・・・（３） となる。これが波長がλからλ’に変化したときの位相
差の所望値からのずれとなるので、この値がなるべく小
さくなるようにすればよい訳である。

【００５８】もう一方の複屈折板については、同様にし
て、 ΔＤ₂ ＝Ｄ₂ λ−Ｄ₂ λ’ ＝ｄ₂ ×Δｎ_2f−ｄ₂ ×Δｎ_2s となる。ここで、一方の複屈折板のファースト軸と他方
の複屈折板のスロー軸とが大略一致するように２つの複
屈折板を組み合わせると、一方の複屈折板と他方の複屈
折板とで位相差の変化が逆方向に生ずることとなるた
め、合成した位相差板の波長変化に伴う位相差の変化Δ
Ｄは、 ΔＤ＝ΔＤ₁ −ΔＤ₂ となり、単一の複屈折板で位相差板を構成した場合より
位相差量の変化の波長依存性が小さくなる。

【００５９】ただし、この構成では、一方の複屈折板で
生じた位相差そのものも他方の複屈折板で打ち消される
ことになるため、全く同じ材質の複屈折板を２つ組み合
せて位相差量の波長依存性を完全に抑えると、位相差自
体がゼロになってしまう。

【００６０】このため、２つの複屈折板の中、より大き
な位相差を発生させる複屈折板のアッベ数を、より小さ
い位相差を発生させる複屈折板のアッベ数よりも大きく
することが好適である。

【００６１】こうすれば、アッベ数の小さい複屈折板は
位相差量の波長依存性が大きいため、２つの複屈折板の
組み合せにより所望の位相差量を残しつつ、波長依存性
を打ち消して小さくすることができる。

【００６２】以下に、具体例を示すが、本実施例の場合
には、λ／４の波長板を構成した場合の数値例を示した
ものであり、λ／２の波長板等任意の位相差を得るに
は、２つの位相差板の厚さを適切に選ぶだけの問題とな
り、本実施例の主旨とは異ならないので省略する。

【００６３】具体例１ 表−２に数値例を示し、波長による位相差の変化を波長
λで割ったときの数値としてグラフにより図１１に示
す。

【００６４】図１０に２つの複屈折板の配置状態を示
す。二重矢印は光の進行方向を示し、複屈折板はその進
行方向に縦続的に並んで配置されている。第１複屈折板
２１のファースト軸、スロー軸と、第２複屈折板２２の
スロー軸、ファースト軸とがそれぞれ実質的に一致して
いる。光の進行方向は逆向きでも同じことである。

【００６５】なお、３枚以上の複屈折板の組み合せでも
よいことはもちろんである。多種数の複屈折板を用い
て、アッベ数や厚さを適当に組み合せることにより、波
長による位相差変化量を一層小さくコントロールするこ
とが可能である。

【００６６】具体例２ 表−３に数値例を示す、波長による位相差の変化を波長
λで割ったときの数値としてグラフにより図１２に示
す。

【００６７】具体例３〜７ 表−４〜表−８にそれぞれ具体例３〜７の数値例を示
す、波長による位相差の変化を波長λで割ったときの数
値としてグラフにより図１３〜図１７に示す。

【００６８】以上において、表−１は単一の複屈折板か
らなる位相差板で、波長０．５５μｍにおいて光路長差
／波長≒０．２５となっており、１／４波長板である。
表−２以下の数値例は、これとほぼ同等の位相差を与え
るものである。

【００６９】表−２では、ファースト軸、スロー軸の屈
折率は等しく、アッベ数だけが異なる２つの複屈折板を
組み合せている。一方のファースト軸に沿って振動する
光が他方のスロー軸に沿って振動するように、２つの複
屈折板を組み合わせるため、光路長は、ファースト軸と
あるのは上側の複屈折板２１をファースト軸に沿って透
過した後、下側の複屈折板２２をスロー軸に沿って透過
した光について測った光路長である。スロー軸とあるの
はその逆である。表−３〜〜表−８についても同様であ
る。

【００７０】また、図９、図１１〜図１７は横軸を波長
とし、縦軸に各表の（光路長差÷波長）の逆数の値を示
したものである。カーブの上下動が小さい程、波長依存
性が少なく性能が良いと言える。表−１に示したものの
カーブ（図９）と比べると、他のカーブは明らかに上下
動が少ない。

【００７１】

【表１】

【００７２】

【表２】

【００７３】

【表３】

【００７４】

【表４】

【００７５】以上、本発明の映像表示装置をいくつかの
実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施
例に限定されず種々の変形が可能である。そして、本発
明の映像表示装置を頭部装着型映像表示装置として構成
するには、例えば、図１８（ａ）に垂直断面図、同図
（ｂ）に斜視図を示すように、顔面装着部２８を例えば
ヘッドバンドを支持部材３０として観察者の頭部に装着
して使用する。なお、図１８（ａ）の場合は、実施例１
の光学系を用いている。

【００７６】さて、以上のような構成の映像表示装置を
頭部装着型映像表示装置に構成する場合の具体的構成の
例を説明する。この映像表示装置の液晶ディスプレイ等
の２次元映像表示素子４に映像を表示するには、図１９
に示すように、例えば、ＴＶ信号受信装置２３のスイッ
チ２４をＯＮに操作すると、予めＴＶチャンネル調節つ
まみ２５によって設定されたチャンネルのＴＶ信号がア
ンテナ２６によって受信され、この映像は、コード２７
によってゴーグルタイプの顔面装着部２８内に設けられ
た液晶ディスプレイや小型のＣＲＴディスプレイ等の映
像表示素子４の画面上に再生されるようにする。この像
は、上記の各実施例のような光学的な配置により表示が
行われる。また、装置２３にはイヤホン２９が設けられ
ており、ＴＶの音声を聞くことも可能である。

【００７７】なお、本発明によるる頭部装着型映像表示
装置は、上記のようなＴＶ信号受信装置に限らない。他
の例を図２０に示す。図２０は、既存のビデオ再生装置
３１に映像処理手段３３を接続し、顔面装着部２８の映
像表示素子４に伝達している。この場合、イヤホンを別
体に設けず、顔面装着部２８の支持部材３０として設け
たゴムバンドにヘッドホン３２を付属させてある。な
お、図１９のＴＶ信号受信装置２３と顔面装着部２８と
を一体に設けてもよい。

【００７８】以上、本発明の映像表示装置をいくつかの
実施例に基づいて説明したが、本発明はこれら実施例に
限定されず種々の変形が可能である。なお、前記の特許
請求の範囲の発明を、さらに以下のように構成すること
もできる。

【００７９】（４）前記第１の半透過反射面が凹面形状
を有する請求項１、２又は３の映像表示装置。

【００８０】（５）前記第２の半透過反射面が凹面形状
を有する請求項１、２又は３、もしくは、上記（４）の
映像表示装置。

【００８１】（６）前記第１の半透過反射面の前記映像
表示素子側に屈折率（ｎ）が１よりも大きい（１＞ｎ）
光学部材を接合してなる請求項１、２又は３、もしく
は、上記（４）又は（５）の映像表示装置。

【００８２】（７）前記第２の半透過反射面の前記射出
瞳側に屈折率（ｎ）が１よりも大きい（１＞ｎ）光学部
材を接合してなる請求項１、２又は３、もしくは、上記
（４）、（５）又は（６）の映像表示装置。

【００８３】（８）前記第１の半透過反射面と前記第２
の半透過反射面との間に設けられた位相差板を有する請
求項１、２又は３、もしくは、上記（４）〜（７）の何
れかの映像表示装置。

【００８４】（９）前記第２の半透過反射面と前記射出
瞳との間に設けられた位相差板を有する請求項１、２又
は３、もしくは、上記（４）〜（８）の何れかの映像表
示装置。

【００８５】（１０）前記位相差板が１／４波長板から
なる上記（８）又は（９）の映像表示装置。

【００８６】（１１）前記第２の半透過反射面と前記射
出瞳との間に設けられた第２の偏光板を有する請求項
１、２又は３、もしくは、上記（４）〜（１０）の何れ
かの映像表示装置。

【００８７】（１２）前記映像表示素子が第１の偏光板
を有する請求項１、２又は３、もしくは、上記（４）〜
（１１）の何れかの映像表示装置。

【００８８】（１３）前記映像表示素子が液晶表示素子
からなる請求項１、２又は３、もしくは、上記（４）〜
（１２）の何れかの映像表示装置。

【００８９】（１４）前記映像表示素子と前記射出瞳と
の間に形成される光路中の少なくとも一部に光束を導く
照明導入手段を有する請求項１、２又は３、もしくは、
上記（４）〜（１３）の何れかの映像表示装置。

【００９０】（１５）前記照明導入手段が外界光の透過
又は遮蔽を切り換え操作する操作部材によってなる上記
（１４）の映像表示装置。

【００９１】（１６）前記照明導入手段が光源装置から
なる上記（１４）の映像表示装置。

【００９２】（１７）前記照明導入手段が前記射出瞳上
に光束を導く構成を有する上記（１４）、（１５）又は
（１６）の映像表示装置。

【００９３】（１８）前記映像表示素子と前記第２の半
透過反射面との間に、前記画面から射出される光束の通
過量を変化させ、前記映像の明暗を調節する遮蔽手段を
設けた請求項１、２又は３、もしくは、上記（４）〜
（１７）の何れかの映像表示装置。

【００９４】（１９）前記遮蔽手段が前記画面から射出
される光束の透過又は遮蔽を切り換える透過遮蔽切換部
材からなる上記（１８）の映像表示装置。

【００９５】（２０）前記第１の半透過反射面と前記第
２の半透過反射面とが共に同一方向に凹面を向け、曲率
中心が略一致した共心光学系からなる請求項１、２又は
３、もしくは、上記（４）〜（１９）の何れかの映像表
示装置。

【００９６】（２１）前記位相差板が、少なくとも２つ
の複屈折板を、一方のファースト軸と他方のスロー軸と
がほぼ一致するように光の進行方向に縦続的に配置して
なる上記（８）、（９）又は（１０）の映像表示装置。

【００９７】（２２）前記の少なくとも２つの複屈折板
が、異なるアッベ数を持ち、アッベ数の大きい複屈折板
のリタデーション量が比較的大きく、アッベ数の小さい
複屈折板のリターデーション量が比較的小さい上記（２
１）の映像表示装置。

【００９８】（２３）前記の少なくとも２つの複屈折板
が、異なるアッベ数を持ち、アッベ数の大きい複屈折板
の厚さが比較的大きく、アッベ数の小さい複屈折板の厚
さが比較的小さい上記（２１）の映像表示装置。

【００９９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の映像表示装置によると、観察者が行う煩雑な瞳合わせ
の操作を容易に行えるようにすることが可能な頭部装着
型映像表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の映像表示装置の実施例１の通常観察時
の光線図である。

【図２】実施例１の瞳合わせ時の光線図である。

【図３】瞳合わせ指標の正面図である。

【図４】実施例２の通常観察時の光線図である。

【図５】実施例２の瞳合わせ時の光線図である。

【図６】実施例３の通常観察時の光線図である。

【図７】実施例３の瞳合わせ時の光線図である。

【図８】瞳合わせ時の概念図である。

【図９】従来技術の位相差板の波長特性を示す図であ
る。

【図１０】実施例４に基づく２つの複屈折板の配置状態
を示す図である。

【図１１】実施例４の具体例１の波長特性を示す図であ
る。

【図１２】実施例４の具体例２の波長特性を示す図であ
る。

【図１３】実施例４の具体例３の波長特性を示す図であ
る。

【図１４】実施例４の具体例４の波長特性を示す図であ
る。

【図１５】実施例４の具体例５の波長特性を示す図であ
る。

【図１６】実施例４の具体例６の波長特性を示す図であ
る。

【図１７】実施例４の具体例７の波長特性を示す図であ
る。

【図１８】本発明の映像表示装置を頭部装着型映像表示
装置として構成する場合の垂直断面図と斜視図である。

【図１９】本発明の映像表示装置を頭部装着型映像表示
装置に構成する場合の具体的構成の１例を示す図であ
る。

【図２０】他の具体的構成の１例を示す図である。

【図２１】従来の頭部装着型映像表示装置の１例を示す
図である。

【図２２】図２１の部装着型映像表示装置の問題点を説
明するための図である。

【符号の説明】

１…観察者虹彩位置（瞳位置） ２…第２の凹面半透過鏡 ３…第１の凹面半透過鏡 ４…映像表示素子 ５…第２の偏光板 ６…第２のλ／４板 ７…第１のλ／４板 ８…第１の偏光板 １０…光源 Ｍ…合わせ指標 １１…映像遮断手段 １２、１３…表示装置 ２１…第１複屈折板 ２２…第２複屈折板 ２３…ＴＶ信号受信装置 ２４…スイッチ ２５…ＴＶチャンネル調節つまみ ２６…アンテナ ２７…コード ２８…顔面装着部 ２９…イヤホン ３０…支持部材 ３１…ビデオ再生装置 ３２…ヘッドホン ３３…映像処理手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 映像を形成する画面を有する映像表示素
   子と、前記映像表示素子側から前記画面より射出される
   光束の進行方向に向かって、 前記映像表示素子と対向配置された第１の半透過反射面
   と、 前記映像表示素子並びに前記第１の半透過反射面の何れ
   にも対向する向きに配置された第２の半透過反射面と、
   を有し、 前記第１の半透過反射面と前記第２の半透過反射面と
   が、接眼光学系として前記映像を形成する光束から射出
   瞳を形成することを特徴とする映像表示装置。
2. 【請求項２】 映像を形成する画面を有する映像表示素
   子と、前記画面から射出された光束によって射出瞳を形
   成する接眼光学系とを有する顔面装着部と、前記顔面装
   着部を観察者頭部に保持する支持部材とを備えた映像表
   示装置において、 前記接眼光学系が、前記映像表示素子側から前記画面よ
   り射出される光束の進行方向に向かって、 前記映像表示素子と対向配置された第１の半透過反射面
   と、 前記映像表示素子並びに前記第１の半透過反射面の何れ
   にも対向する向きに配置された第２の半透過反射面と、
   を有することを特徴とする映像表示装置。
3. 【請求項３】 映像を形成する画面を有する映像表示素
   子と、前記画面から射出された光束によって射出瞳を形
   成する接眼光学系とからなり、前記接眼光学系が前記画
   面によって形成される光軸の直線上に同軸配置された第
   １の半透過反射面と第２の半透過反射面とを有すること
   を特徴とする映像表示素子。