JPH08327946A

JPH08327946A - 視覚表示装置

Info

Publication number: JPH08327946A
Application number: JP7133565A
Authority: JP
Inventors: Kokichi Kenno; 研野孝吉; Masato Yasutsune; 安垣誠人
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-05-31
Filing date: 1995-05-31
Publication date: 1996-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】２つ以上の２次元表示素子を使用して、小
型、軽量で、広画角、高解像で観察画面周辺まで明瞭に
映像が観察可能な頭部装着式等の視覚表示装置。【構成】２次元表示素子１１には画面の略左半分の画
像が、２次元表示素子１２には画面の略右半分の画像が
表示され、反射面２１、２２で視軸１０に沿って反射さ
れたそれぞれの画像は、接眼光学系の正レンズ４１を経
て合成像として観察者眼球内に拡大投影される。反射面
２１の右下の頂角部は右側へ突出して鋭角をなしてお
り、反射面２２の左上の頂角部は左側へ突出して鋭角を
なしており、それぞれ隣接する反射面の観察者から見て
背後に廻り込んでいる。したがって、観察者の瞳位置Ｅ
₀が視軸１０上からずれても画像がケラレることなく観
察像を観察し続けることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、視覚表示装置に関し、
特に、広画角、高解像で映像を観察することができる頭
部装着式表示装置等の視覚表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】バーチュアルリアリティ用、あるいは、
一人で大画面の映像を楽しむことができるようにするこ
と等を目的として、ヘルメット型、ゴーグル型の頭部装
着式表示装置の開発が進められている。

【０００３】ところで、従来、観察者の頭部装着式表示
装置としては、図４０に示すように、液晶表示装置等の
２次元表示素子１の表示像を使用者の眼球の前面に４５
度に傾斜配置したハーフミラー２で反射させ、ハーフミ
ラー２の更に前方に配置した凹面鏡３でこれを拡大し、
この拡大された表示像を再びハーフミラー２を通して観
察できるようにしたものが知られている（特開平３−１
８８７７７号）。なお、２次元表示素子１は凹面鏡３の
前側焦点位置近くに配置されている。

【０００４】ここで、上記のような光学系と使用者の眼
球との距離（作動距離）をＷＤ、凹面鏡３の直径をＤ、
光学系の厚みをｔとおき、主光線の通過領域を考慮する
と、図４０から下式が成り立つ。なお、Ｄとｔとは、そ
れぞれ４５°に傾いたハーフミラー２の図中での縦と横
の幅にほぼ等しいものになるので、その結果、Ｄとｔは
概略同じ値となる。

【０００５】Ｄ＝２（ｔ＋ＷＤ）ｔａｎ（θ／２）ｔ＝Ｄｔ｛１−２ｔａｎ（θ／２）｝＝２ＷＤｔａｎ（θ／
２） ∴ｔ＝２ＷＤｔａｎ（θ／２）／｛１−２ｔａｎ（θ／
２）｝。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような頭部装着式
表示装置の使い勝手を考慮すると、ＷＤは１０ｍｍ以上
２５ｍｍ以内を確保する必要があり、仮に、ＷＤを２０
ｍｍ、画角θ＝４０°の場合は、上記の式より、光学系
の厚みｔは、ｔ＝５３ｍｍと大変大きくなることが分か
る。しかも、実際には、主光線に加え、従属光線の通過
領域も確保する必要があり、更に大きな光学系が必要と
なる。

【０００７】また、小型の２次元表示素子は画素数が十
分ではないため、これを拡大して観察される映像は十分
な解像力が得られないという問題もある。そこで、複数
のこのような表示素子を並設して、広い画面を得ること
を発明者は考察した。しかし、頭部装着式表示装置のよ
うに頭部に装着するタイプの表示装置用には、軽量な液
晶表示装置を用いるのが一般的であるが、液晶表示装置
は、図４１に正面図を示すように、画面Ｇの周りが基板
部Ｋで囲まれた表示画面となっているので、これらを並
設しても、この基板部Ｂが相互に邪魔になって不都合で
あった。

【０００８】また、２個以上の２次元表示手段を組み合
わせて観察画角を広くとることは以前から試みられてい
るが、米国特許第５，１５７，５０３号と独国特許第
４，１２７，９２４号のものは、観察者の頭部に装着で
きるような小型・軽量なものではなかった。また、特開
平６−３０８４２５号のものは、接眼光学系が凸レンズ
で構成されているために収差の発生が多く、さらに、観
察者の眼球位置がずれた場合の収差変化が大きく、眼幅
の異なる多くの観察者が安定して像を観察することがで
きなかった。

【０００９】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、２つ以上の２次
元表示素子を使用して、小型、軽量で、しかも、広画
角、高解像で観察画面周辺まで明瞭に映像が観察可能な
頭部装着式表示装置等に好適な視覚表示装置を提供する
ことである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の視覚表示装置は、少なくとも２つの２次元表示手段
と、前記２次元表示手段によって形成された画像を観察
者にとって前方に当たる視軸方向に屈曲させる少なくと
も２つの反射面と、前記２次元表示手段の表示像を観察
者前方に虚像として拡大投影し、観察者眼球に導く接眼
光学系とからなる視覚表示装置において、前記の少なく
とも２つの２次元表示手段は、互いに異なる方向を向い
て配置され、観察者眼球に導かれる画像の少なくとも一
部を含む第１の画像を表示する第１画像表示手段と、前
記の観察者眼球に導かれる画像の前記第１の画像と異な
る他の部分の画像を含む第２の画像を表示する第２画像
表示手段とからなり、前記接眼光学系は、前記第１の画
像と前記第２の画像との合成像を拡大投影して観察者眼
球内に導く正のパワーを有する光学系を含み、かつ、前
記反射面が、前記第１画像表示手段により形成された第
１の画像を反射する第１の反射面と、前記第１の反射面
に並設され、前記第２画像表示手段により形成された第
２の画像を反射する第２の反射面とからなり、前記第１
の反射面に対して前記第２の反射面が角度をなして配置
され、前記少なくとも２つの反射面を形成する平面の頂
角の中何れか１つの頂角が鋭角になっていることを特徴
とするものである。

【００１１】本発明のもう１つの視覚表示装置は、少な
くとも２つの２次元表示手段と、前記２次元表示手段に
よって形成された画像を観察者にとって前方に当たる視
軸方向に屈曲させる少なくとも２つの反射面と、前記２
次元表示手段の表示像を観察者前方に虚像として拡大投
影し、観察者眼球に導く接眼光学系とからなる視覚表示
装置において、前記の少なくとも２つの２次元表示手段
は、観察者眼球に導かれる画像の少なくとも一部を含む
第１の画像を表示する第１画像表示手段と、前記の観察
者眼球に導かれる画像の前記第１の画像と異なる他の部
分の画像を含む第２の画像を表示する第２画像表示手段
とからなり、前記接眼光学系は、前記第１の画像と前記
第２の画像との合成像を拡大投影して観察者眼球内に導
く正のパワーを有する光学系を含み、かつ、前記反射面
が、前記第１画像表示手段により形成された第１の画像
を反射する第１の反射面と、前記第１の反射面に並設さ
れ、前記第２画像表示手段により形成された第２の画像
を反射する第２の反射面とからなり、前記第１の反射面
に対して前記第２の反射面が角度をなして配置され、前
記少なくとも２つの反射面と観察者視軸を含み観察像の
水平方向となる平面とが各々直線で交差し、この少なく
とも２つの直線が観察者眼球側と反対方向に開いて相互
に角度を持っていることを特徴とするものである。

【００１２】本発明のさらにもう１つの視覚表示装置
は、少なくとも２つの２次元表示手段と、前記２次元表
示手段によって形成された画像を観察者にとって前方に
当たる視軸方向に屈曲させる反射面と、前記２次元表示
手段の表示像を観察者前方に虚像として拡大投影し、観
察者眼球に導く接眼光学系とからなる視覚表示装置にお
いて、前記の少なくとも２つの２次元表示手段は、観察
者眼球に導かれる画像の少なくとも一部を含む第１の画
像を表示する第１画像表示手段と、前記の観察者眼球に
導かれる画像の前記第１の画像と異なる他の部分の画像
を含む第２の画像を表示する第２画像表示手段とからな
り、前記接眼光学系は、前記第１の画像と前記第２の画
像との合成像を拡大投影して観察者眼球内に導く正のパ
ワーを有する光学系と、光学面とを持ち、前記光学面
は、観察者視軸を含み観察像の水平方向となる平面と少
なくとも２つの直線で交差し、この少なくとも２つの直
線が観察者眼球側に開いて相互に角度を持ち、前記反射
面は、前記第１画像表示手段により形成された前記第１
の画像と前記第２画像表示手段により形成された前記第
２の画像を反射する反射面であることを特徴とするもの
である。

【００１３】

【作用】以下、本発明において上記のような構成をとる
理由と作用について説明する。まず、広い観察画角を確
保するためには、大型の２次元表示手段を利用すること
が考えられる。しかし、本発明のように、人間の頭部に
装着して観察する視覚表示装置の場合には、その装置の
重量が観察者への負担を大きく左右することとなる。つ
まり、大きくて重い視覚表示装置は観察者への負担が大
きくなり、疲れることなしに長時間の観察を行える表示
装置ではなくなってしまう。

【００１４】次に、接眼光学系の焦点距離を短くするこ
とによって、広角の接眼光学系を採用することが考えら
れる。しかし、この方法も限界がある。接眼光学系の焦
点距離を短くすることは、それに伴って接眼光学系の射
出瞳径を確保する光学設計が難しくなるからである。こ
の射出瞳径を大きくすることは、視覚表示装置にとって
重要な意味を持っている。不特定多数の観察者に対し
て、見やすく安定した観察像を提供するためには、個人
差のある眼幅に対応する必要がある。また、眼球の回旋
運動により、注視方向を変えても光線がケラレることな
く観察できることが必要となる。

【００１５】このためには、射出瞳径を大きく設計する
ことが装置の使いやすさを大きく左右すると言える。射
出瞳径を大きくすることは、写真レンズで言うＦナンバ
ーを小さくすることに相当し、一般に、Ｆナンバーを小
さくすることは、収差補正のためにレンズ枚数の増加を
意味する。その結果、表示装置が大きくて重たい物とな
ってしまう。

【００１６】そこで、本出願人の先願（特願平５−２７
４５３１号）のように、小さい２次元表示素子を２つ以
上並べて、観察画角を大きくする方法が考え出された。
しかし、この先願においても、接眼光学系と２次元表示
素子の実際の構成では、いくつかの問題点があり、本発
明はこれをも解決するものである。

【００１７】図１（ａ）、（ｂ）は不図示の２つの２次
元表示素子の映像を２つの反射面２１、２２で観察眼球
方向へ反射して表示する表示装置を模式的に示す図であ
り、説明の便のため、観察眼球位置から２次元表示素子
へ向かう逆追跡の光線を示してある。図１（ａ）は、例
えば特開平６−３０８４２５号のような従来の表示装置
における相互に角度をなして配置された２つの反射面２
１、２２の形状を示しており、図１（ｂ）は本発明によ
るそれらの形状を示しており、本発明においては、２つ
の反射面２１、２２の反射平面を形成する四角形の中の
少なくとも１つの頂角を鋭角にするものである（図の場
合は、両方の反射面２１、２２のそれぞれ１つの頂角を
鋭角としている。）。

【００１８】このようにすると、観察者眼球位置が視軸
１０上の位置Ｅ₀から左右位置Ｅ₁、Ｅ₂にずれた場合
に、光線（逆追跡）が少なくとも２つの反射面２１、２
２の何れでも反射しないで通過してしまう（図１
（ａ））現象の発生を防ぐことが可能となる。つまり、
図１（ａ）のように、観察者の瞳位置が視軸上から少し
でもずれると、反射面２１、２２で反射されずに通り抜
ける光線により、画像がケラレてしまう。しかし、本発
明の構成をとることによって、図１（ｂ）のように、観
察者の瞳位置が視軸上からずれても画像がケラレること
なく観察像を観察し続けることができる。

【００１９】この場合に、接眼光学系を凹面鏡で構成す
ることによって、接眼光学系内で光路が折り畳めるため
に、装置全体の大きさの小型化が可能となる。凹面鏡で
接眼光学系を構成する場合には、反射面は、ハーフミラ
ー等の半透過面や、偏光板等の光束を透過及び反射させ
るビームスプリッターで構成する必要がある。

【００２０】さらに、反射面をプリズムで構成すること
によって、部品点数が少なくなり、構造の簡素化と製造
のしやすさにより、低価格化が可能となると同時に、空
気換算長が短くなることによって、より装置の小型化が
可能となる。

【００２１】さらに、接眼光学系を構成する凹面鏡を裏
面鏡とすることによって、凹面反射面で発生する像面湾
曲を補正することが可能となり、フラットで周囲まで鮮
明に観察できる観察像を提供することが可能となる。

【００２２】本発明による第２の発明の視覚表示装置
は、第１のものに対して異なる部分のみを説明すると、
少なくとも２つの反射面２１、２２と観察者視軸１０を
含み観察像の水平方向となる平面とが交差する直線２
３、２４が、観察者眼球側と反対方向に開いているよう
な配置のものである。これを図２を参照にして説明す
る。説明の都合上、観察者の眼球位置から不図示の２次
元表示素子に向かう逆追跡の光線に沿って説明する。反
射面２１、２２と、観察者視軸１０を含み観察像の水平
方向となる平面とが交差する直線２３、２４が相互に観
察者眼球側と反体方向に開いていると、反射面２１、２
２で反射した光線（逆追跡）は、視軸１０から離れる方
向にそれぞれ反射される。すなわち、反射面２１、２２
の上方に配置される２つの２次元表示素子同士の間隔が
拡がる方向になるので、２次元表示素子の配置の自由度
が増えることになる。これにより、同じ方向（図の場合
は、上方）に２次元表示素子を配置することが可能とな
り、２つの表示素子それぞれのフレーム部を衝突せずに
並設させることが可能となり、表示装置の構造を簡略化
することが可能となる。また、２次元表示素子の配置を
異なる方向（例えば、上方と下方）にした場合には、よ
り大きな２次元表示素子を使用することが可能となる。

【００２３】この場合も、接眼光学系を凹面鏡で構成す
ることによって、接眼光学系内で光路が折り畳めるため
に、装置全体の大きさの小型化が可能となる。凹面鏡で
接眼光学系を構成する場合には、反射面は、ハーフミラ
ー等の半透過面や、偏光板等の光束を透過及び反射させ
るビームスプリッターで構成する必要がある。

【００２４】さらに、反射面をプリズムで構成すること
によって、部品点数が少なくなり、構造の簡素化と製造
のしやすさにより、低価格化が可能となると同時に、空
気換算長が短くなることによって、より装置の小型化が
可能となる。

【００２５】さらに、接眼光学系を構成する凹面鏡を裏
面鏡とすることによって、凹面反射面で発生する像面湾
曲を補正することが可能となり、フラットで周囲まで鮮
明に観察できる観察像を提供することが可能となる。

【００２６】また、本発明における第３の本発明は、図
３（ａ）に模式的な斜視図、図３（ｂ）に平面図を示す
ように、接眼光学系として、正のパワーを有する光学系
４に加えて、光学面として光路偏向面５を配置し、光路
偏向面５は、観察者視軸１０を含み観察像の水平方向と
なる平面と２つの直線５１、５２で交差し、２つの直線
５１、５２が観察者眼球側に開いて相互に角度を持つよ
うにしてあり、この光路偏向面５により光軸を分離し
て、２次元表示素子を離して配置するようにしたもので
ある。さらに、この配置の場合には、光路偏向面５によ
って光線が屈曲し、離れた方向に進むために、図３
（ｂ）に示すように、観察者の瞳位置がＥ₀からＥ₁へ
ずれた場合にも、反射面２で画像が途切れることなく観
察することが可能となる。

【００２７】この場合に、正のパワーを有する光学系を
凹面鏡で構成することによって、接眼光学系内で光路が
折り畳めるために、装置全体の大きさの小型化が可能と
なる。凹面鏡で接眼光学系を構成する場合には、反射面
は、ハーフミラー等の半透過面や、偏光板等の光束を透
過及び反射させるビームスプリッターで構成する必要が
ある。

【００２８】さらに、反射面をプリズムで構成すること
によって、部品点数が少なくなり、構造の簡素化と製造
のしやすさにより、低価格化が可能となると同時に、空
気換算長が短くなることによって、より装置の小型化が
可能となる。

【００２９】さらに、接眼光学系を構成する凹面鏡を裏
面鏡とすることによって、凹面反射面で発生する像面湾
曲を補正することが可能となり、フラットで周囲まで鮮
明に観察できる観察像を提供することが可能となる。

【００３０】また、本発明における第４の本発明は、図
４（ａ）に模式的な斜視図、図４（ｂ）に平面図を示す
ように、上記の第３の発明の構成に加えて、光路偏向面
５だけでなく、反射面２１、２２も、観察者視軸１０を
含み観察像の水平方向となる平面と２つの直線２５、２
６で交差し、２つの直線２５、２６が観察者眼球側に開
いて相互に角度を持つようにしてあり、光路偏向面５と
反射面２１、２２の両方を同じ向きに配置することによ
って、反射面２１、２２と光路偏向面５の角度を平行に
配置することができる。このため、反射面２１、２２と
光路偏向面５を一体のプリズム体として製作し、２つの
プリズム体を接合又は近接して配置することにより構成
することが可能となる。これにより、反射面２と光路偏
向面５の保持機構を別々に備えることが不用になると同
時に、プリズムの製作も一般キューブプリズムと同様に
製作することが可能となり、光路偏向面を含めた接眼光
学系の構造を簡素化することが可能となる。

【００３１】この場合も、正のパワーを有する光学系を
凹面鏡で構成することによって、接眼光学系内で光路が
折り畳めるために、装置全体の大きさの小型化が可能と
なる。凹面鏡で接眼光学系を構成する場合には、反射面
は、ハーフミラー等の半透過面や、偏光板等の光束を透
過及び反射させるビームスプリッターで構成する必要が
ある。

【００３２】さらに、反射面をプリズムで構成すること
によって、部品点数が少なくなり、構造の簡素化と製造
のしやすさにより、低価格化が可能となると同時に、空
気換算長が短くなることによって、より装置の小型化が
可能となる。

【００３３】さらに、接眼光学系を構成する凹面鏡を裏
面鏡とすることによって、凹面反射面で発生する像面湾
曲を補正することが可能となり、フラットで周囲まで鮮
明に観察できる観察像を提供することが可能となる。

【００３４】次に、本発明の第５の発明について説明す
る。前記の第３の発明において、接眼光学系の正のパワ
ーを有する光学系として凹面鏡３を用い、この凹面鏡３
を反射鏡２を挟んで観察者眼球位置Ｅ₀の反対側に配置
するようにしたものである。これを図５（ａ）、（ｂ）
を用いで説明する。図５（ａ）はこの発明に基づく配置
を示す平面図、図５（ｂ）は凹面鏡３を視軸１０に対し
て上側あるいは下側に配置した場合の平面図である。図
（ａ）に示すように、凹面鏡３を反射鏡２を挟んで眼球
位置Ｅ₀の反対側に配置すると、眼球からの逆追跡の光
線は反射鏡２を透過してから拡がりながら凹面鏡３に入
射して反射する。この反射後の光線は、凹面鏡３の効果
により、収束光に変化し、反射鏡２により反射して２次
元表示素子に到達する。この配置によると、反射鏡２の
有効領域が少なくてすみ、図（ａ）中の点線位置で２つ
の光学系を隣り合わせで配置することが可能になり、光
学系をより小型にすることが可能である。これに対し
て、図（ｂ）に示すように、凹面鏡３を視軸１０に対し
て上側あるいは下側に配置すると、反射鏡２の有効領域
は図（ａ）の場合に比べて多くなり、図（ｂ）中の点線
位置で２つの光学系を隣り合わせで配置することが困難
になる。

【００３５】この場合も、反射面をプリズムで構成する
ことによって、部品点数が少なくなり、構造の簡素化と
製造のしやすさにより、低価格化が可能となると同時
に、空気換算長が短くなることによって、より装置の小
型化が可能となる。

【００３６】さらに、接眼光学系を構成する凹面鏡を裏
面鏡とすることによって、凹面反射面で発生する像面湾
曲を補正することが可能となり、フラットで周囲まで鮮
明に観察できる観察像を提供することが可能となる。

【００３７】なお、本発明の２つの反射面は、観察者眼
球側に凹面を向けた凹面とすることによって、観察者眼
球側から広がって行く光線を収束させ、２次元表示素子
の機械的干渉を避けることができる。この場合、凹面は
シリンドリカル面でもトーリック面でもアナモルフィッ
ク面でも同じ効果を持たせることが可能となる。

【００３８】この場合も、接眼光学系を凹面鏡で構成す
ることによって、接眼光学系内で光路が折り畳めるため
に、装置全体の大きさの小型化が可能となる。凹面鏡で
接眼光学系を構成する場合には、反射面は、ハーフミラ
ー等の半透過面や、偏光板等の光束を透過及び反射させ
るビームスプリッターで構成する必要がある。

【００３９】さらに、反射面をプリズムで構成すること
によって、部品点数が少なくなり、構造の簡素化と製造
のしやすさにより、低価格化が可能となると同時に、空
気換算長が短くなることによって、より装置の小型化が
可能となる。

【００４０】さらに、接眼光学系を構成する凹面鏡を裏
面鏡とすることによって、凹面反射面で発生する像面湾
曲を補正することが可能となり、フラットで周囲まで鮮
明に観察できる観察像を提供することが可能となる。

【００４１】本発明による第６の発明は、観察画面周辺
まで明瞭な観察像を提供するために、少なくとも２つ以
上の２次元表示素子を使用して、小型、軽量で、しか
も、観察画角を広くする方法の点は、今までの発明で説
明したきた通りのものである。しかし、観察画面の周辺
まで鮮明に観察するためには、接眼光学系で発生する像
面湾曲を補正することが重要になる。

【００４２】像面湾曲を補正するためには、少なくとも
２つの２次元表示素子の合成された画像の中心を出て観
察者の眼球の達する光軸に垂直な平面に対して、２次元
表示素子を傾けて配置することによって、その像面湾曲
を補正することが可能になる。この様子を図６を用いて
説明する。図（ａ）は像面湾曲を考慮しない２次元表示
素子１１、１２の配置を示し、図（ｂ）は像面湾曲を考
慮した２次元表示素子１１、１２の配置を示す光路図で
あり、光軸に垂直な平面に対して２次元表示素子１１、
１２を傾けないと、画面周辺の画像はピント外れにな
り、鮮明な像を観察することができない。しかし、図６
（ｂ）のように、２次元表示素子１１、１２を光軸に対
して傾けることによって、視野周辺までピントのあった
映像を鮮明に観察することが可能となる。

【００４３】

【実施例】以下、本発明による視覚表示装置の種々の実
施例を図面に基づいて説明する。第１実施例本実施例は、後記の本発明の構成〔１〕に相当するもで
ある。図７にこの実施例の斜視図（ａ）と正面図（ｂ）
を示す。構成は、観察者眼球Ｅ₀の視軸１０の左右に２
つの反射面２１、２２が配置され、一方の反射面２１は
その下方に配置された２次元表示素子１１からの画像を
視軸１０に沿って観察者眼球Ｅ₀方向へ反射させ、他方
の反射面２２はその上方に配置された２次元表示素子１
２からの画像を視軸１０に沿って観察者眼球Ｅ₀方向へ
反射させるように、相互に角度をなして（反射面２１の
法線は視軸１０に対して略４５°をなして下方を向くよ
うに、反射面２２の法線は視軸１０に対して略４５°を
なして上方を向くように）、かつ、相互にその一辺で接
して配置されている。そして、２次元表示素子１１には
画面の略左半分の画像が、また、２次元表示素子１２に
は画面の略右半分の画像が表示され、反射面２１、２２
で視軸１０に沿って反射されたそれぞれ２次元表示素子
１１、１２の画像は、接眼光学系の正のパワーを有する
光学系として構成された正レンズ４１を経て合成像とし
て観察者眼球内に拡大投影される。

【００４４】そして、反射面２１の右下の頂角部は右側
へ突出して鋭角をなしており、反射面２２の左上の頂角
部は左側へ突出して鋭角をなしており、それぞれ隣接す
る反射面の観察者から見て背後に廻り込んでいる。した
がって、図１を用いて説明したように、観察者の瞳位置
Ｅ₀が視軸１０上からずれても画像がケラレることなく
観察像を観察し続けることができる。

【００４５】接眼光学系の正のパワーを有する光学系の
正レンズ４１としては、１枚のレンズでもよいし、数枚
のレンズ群でもよい。また、この光学系は、屈折光学系
でも反射光学系でもよい。さらに、ホログラフィック光
学系でも回折光学系でも、さらに、これらを組み合わせ
た光学系でも利用することができる。

【００４６】第２実施例図８にこの実施例の斜視図（ａ）と正面図（ｂ）を示
す。構成は第１実施例と略同じであるが、本実施例は、
反射面２１、２２外形を円形にした場合である。外形を
円形にしても、反射面２１、２２の形状の中の隣接する
反射鏡側の頂角の１つを鋭角にすることによって、瞳を
動かしても反射面２１、２２に当たらずに通過してしま
う光線を防ぐことができる。

【００４７】第３実施例図９にこの実施例の斜視図（ａ）と正面図（ｂ）を示
す。構成は第１実施例、第２実施例と略同じであるが、
本実施例は、反射面２１、２２の頂角の１つを鋭角にす
る線を曲線で構成するようにしたものである。この場合
も、同様に、瞳を動かしても反射面２１、２２に当たら
ずに通過してしまう光線を防ぐことができる。

【００４８】第４実施例本実施例は、後記の本発明の構成〔２〕に相当するもで
ある。図１０にこの実施例の斜視図（ａ）と正面図
（ｂ）と組立図（ｃ）を示す。構成は、観察者眼球Ｅ₀
の視軸１０の左右に２つの半透過反射面２１’、２２’
が相互に角度をなして（半透過反射面２１’の法線は視
軸１０に対して略４５°をなして下方を向くように、半
透過反射面２２’の法線は視軸１０に対して略４５°を
なして上方を向くように）配置され、一方の半透過反射
面２１’の下方には接眼光学系の正のパワーを有する光
学系として構成された凹面鏡３１が配置され、半透過反
射面２１’を挟んで凹面鏡３１と対向して半透過反射面
２１’の上方に２次元表示素子１１が配置されており、
２次元表示素子１１の画像は、半透過反射面２１’を透
過し、凹面鏡３１で反射され、その後、今度は半透過反
射面２１’で視軸１０に沿って観察者眼球Ｅ₀方向へ反
射される。また、他方の半透過反射面２２’の上方には
接眼光学系の正のパワーを有する光学系として構成され
た凹面鏡３２が配置され、半透過反射面２２’を挟んで
凹面鏡３２と対向して半透過反射面２２’の下方に２次
元表示素子１２が配置されており、２次元表示素子１２
の画像は、半透過反射面２２’を透過し、凹面鏡３２で
反射され、その後、今度は半透過反射面２２’で視軸１
０に沿って観察者眼球Ｅ₀方向へ反射される。そして、
両画像は合成像として観察者眼球内に拡大投影される。

【００４９】本実施例は、正のパワーを有する光学系と
して凹面鏡３１、３２を使用した例であり、凹面鏡３
１、３２を正のパワーを有する光学系として利用する
と、屈折光学系に比べて比較的に大きな瞳径の接眼光学
系を構成することが可能となる。これは、凹面鏡の収差
発生が比較的小さくためである。

【００５０】また、凹面鏡３１、３２の形状も、半透過
反射面２１’、２２’の鋭角になっている部分で反射し
た光線を反射できるように、対応する頂角を鋭角に構成
し、中心線よりはみ出させておくと、さらによい結果に
なる。

【００５１】また、本実施例においては、半透過反射面
２１’、２２’の形状として、隣接する半透過反射面側
の２つの頂点を鋭角にしている。このように２つの頂点
を鋭角にすることも可能である。

【００５２】また、半透過反射面２１’、２２’の組立
方法の１例を示すと、図１０（ｃ）に示したように、二
等辺三角柱Ｐ₁〜Ｐ₄を４本製作し、その二等辺を形成
する斜面の所要部に半透過反射面のコーティングを行
い、これらＰ₁〜Ｐ₄を図示のように斜面で接合してプ
リズム体を作製する方法が、比較的簡単な製作方法であ
る。しかし、本製作方法に限ることなく製作できること
は言うまでもない。

【００５３】第５実施例本実施例は、後記の本発明の構成〔３〕に相当するもで
ある。図１１にこの実施例の斜視図（ａ）と正面図
（ｂ）を示す。構成は第４実施例と略同じであるが、本
実施例は、半透過反射面２１’、２２’をプリズム体Ｐ
₁₁、Ｐ₁₂で構成したものである。半透過反射面２１’、
２２’をプリズム体Ｐ₁₁、Ｐ₁₂で構成することによっ
て、半透過反射面２１’、２２’の保持機構を簡素化す
ることが可能となる。なお、この実施例においては、半
透過反射面２１’、２２’の形状として、隣接する半透
過反射面側の１つの頂点のみを鋭角にしている。

【００５４】第６実施例本実施例は、後記の本発明の構成〔３〕、〔４〕に相当
するもである。図１２にこの実施例の斜視図を示す。構
成は第５実施例と略同じであるが、本実施例は、接眼光
学系をプリズム体Ｐ₁₁、Ｐ₁₂と一体となった凹面裏面鏡
３１’、３２’により構成したものである。これによ
り、保持機構はさらに簡素化することが可能となる。ま
た、接眼光学系を裏面鏡３１’、３２’にすることによ
って、ペッツバール和の減少に効果があり、像面湾曲の
発生が少なく、観察画角の周辺まで解像力のよい画像を
観察することとが可能となる。

【００５５】第７実施例図１３にこの実施例の斜視図を示す。本実施例は、後記
の本発明の構成〔３〕、〔４〕に相当するもである。本
実施例は第６実施例と同様である。異なる部分は、半透
過反射面２１’、２２’を含むプリズム体Ｐ₁₁、Ｐ₁₂の
形状が図示のように異なることである。

【００５６】第８実施例本実施例は、後記の本発明の構成〔５〕に相当するもで
ある。図１４にこの実施例の斜視図を示す。反射面２
１、２２は、図２の場合と同様、反射面２１、２２と観
察者視軸１０を含み観察像の水平方向となる平面とが交
差する直線２３、２４が相互に観察者眼球側と反体方向
に開くように、配置されており、反射面２１、２２の上
方に配置された２次元表示素子１１、１２の画像がそれ
ぞれ反射面２１、２２で視軸１０に沿って観察者眼球Ｅ
₀方向へ反射され、接眼光学系の正のパワーを有する光
学系として構成された正レンズ４１を経て合成像として
観察者眼球内に拡大投影される。接眼光学系の正のパワ
ーを有する光学系としては、第１実施例と同様に、正の
パワーであればどんな光学系で構成してもよい。

【００５７】第９実施例本実施例は、後記の本発明の構成〔６〕に相当するもで
ある。図１５にこの実施例の斜視図を示す。本実施例
は、第４実施例と同様に、正のパワーを有する光学系と
して凹面鏡３１、３２を使用した例である。構成は、観
察者眼球Ｅ₀の視軸１０の左右に２つの半透過反射面２
１’、２２’を第８実施例の反射面２１、２２と同様に
配置し、それぞれの上方に凹面鏡３１、３２を配置し、
半透過反射面２１’、２２’を挟んで凹面鏡３１、３２
と対向して半透過反射面２１’、２２’の下方に２次元
表示素子１１、１２を配置してあり、２次元表示素子１
１、１２の画像は、それぞれ半透過反射面２１’、２
２’を透過し、凹面鏡３１、３２で反射され、その後、
今度は半透過反射面２１’、２２’で視軸１０に沿って
観察者眼球Ｅ₀方向へ反射され、両画像は合成像として
観察者眼球内に拡大投影される。凹面鏡３１、３２を使
用した効果等は、第４実施例と同様なので省く。

【００５８】第１０実施例本実施例は、後記の本発明の構成〔７〕に相当するもで
ある。図１６にこの実施例の斜視図を示す。構成は第９
実施例と略同じであるが、本実施例は、第５実施例と同
様に、半透過反射面２１’、２２’をプリズム体Ｐ₁₁、
Ｐ₁₂で構成したものである。

【００５９】第１１実施例本実施例は、後記の本発明の構成〔７〕、〔８〕に相当
するもである。図１７にこの実施例の斜視図を示す。構
成は第９実施例と略同じであるが、本実施例は、第６実
施例と同様に、接眼光学系をプリズム体Ｐ₁₁、Ｐ₁₂と一
体となった凹面裏面鏡３１’、３２’により構成したも
のである。

【００６０】第１２実施例本実施例は、後記の本発明の構成

〔９〕に相当するもで
ある。図１８にこの実施例の斜視図を示す。本実施例
は、図３の場合と同様、反射面２の観察者側に光路偏向
面５を配置し、この光路偏向面５は、観察者視軸１０を
含み観察像の水平方向となる平面と２つの直線５１、５
２で交差し、２つの直線５１、５２が観察者眼球側に開
いて相互に角度を持つようにしてあり、この光路偏向面
５により光軸を分離して、反射面２の上方に配置した２
つの２次元表示素子を離して配置したものである。そし
て、観察者と反射面２の間に接眼光学系の正のパワーを
有する光学系として正レンズ４１を配置してあり、２次
元表示素子１１、１２の画像は、それぞれ反射面２で視
軸１０に沿って観察者眼球Ｅ₀方向へ反射され、正レン
ズ４１を経て合成像として観察者眼球内に拡大投影され
る。

【００６１】接眼光学系の正のパワーを有する光学系と
して用いる正レンズ４１は、１枚のレンズでも他のどん
な光学系であってもよいことは、第１実施例と同様に明
らかである。観察者眼球側に開いた光路偏向面５は、本
実施例の場合は、楔状の三角プリズムを２つ組み合わせ
て使用している。なお、組み合わせた三角プリズムに限
らず、一体の光学素子として構成することができるのは
明らかである。

【００６２】第１３実施例本実施例は、後記の本発明の構成〔１０〕に相当するも
である。図１９にこの実施例の斜視図を示す。本実施例
は、第１２実施例の配置において、第４実施例と同様
に、接眼光学系の正のパワーを有する光学系として正レ
ンズの代わりに１枚の凹面鏡３を使用し、反射面として
半透過反射面２’を用いた実施例である。その作用は、
以上の説明から明らかであるので省く。

【００６３】第１４実施例本実施例は、後記の本発明の構成〔１１〕に相当するも
である。図２０にこの実施例の斜視図を示す。本実施例
は、第１３実施例の配置において、第５実施例と同様
に、半透過反射面２’をプリズム体Ｐ₁₁、Ｐ₁₂で構成し
ている。その他は、以上の説明から明らかであるので省
く。

【００６４】第１５実施例本実施例は、後記の本発明の構成〔１１〕に相当するも
である。図２１にこの実施例の斜視図を示す。本実施例
は、第１２実施例の配置において、第４実施例と同様
に、接眼光学系の正のパワーを有する光学系として正レ
ンズの代わりに２枚の凹面鏡３１、３２を使用し、反射
面として半透過反射面２１’、２２’を用い、２次元表
示素子１１、１２の配置を視軸の上側と下側に変え、凹
面鏡３１、３２を半透過反射面２１’、２２’を挟んで
それぞれ２次元表示素子１１、１２に対向させたもので
ある。２次元表示素子１１、１２を相互に反対側に配置
すると、電気配線や電気基盤の配置の自由度が増え、設
計上余裕を持った設計が可能となり、小型の視覚表示装
置を提供することができる。

【００６５】第１６実施例本実施例は、後記の本発明の構成〔１１〕、〔１２〕に
相当するもである。図２２にこの実施例の斜視図を示
す。本実施例は、構成は第１５実施例と略同じである
が、本実施例は、第６実施例と同様に、接眼光学系をプ
リズム体Ｐ₁₁、Ｐ_１２と一体となった凹面裏面鏡３
１’、３２’により構成したものである。その他は、以
上の説明から明らかであるので省く。

【００６６】第１７実施例本実施例は、後記の本発明の構成〔１３〕に相当するも
である。図２３にこの実施例の斜視図を示す。本実施例
は、図４の場合と同様、光路偏向面５だけでなく、反射
面も２１と２２の相互に角度をなす２枚のもので構成
し、観察者視軸１０を含み観察像の水平方向となる平面
と２つの直線で交差し、この２つの直線が観察者眼球側
に開いて相互に角度を持つようにしてあり、光路偏向面
５と反射面２１、２２の両方を同じ向きに配置すること
によって、反射面２１、２２と光路偏向面５の角度を平
行に配置することができるようにしたものである。ま
た、接眼光学系の正のパワーを有する光学系として正レ
ンズ４１を用いている。このレンズ４１は１枚のレンズ
で他のどんな光学系であってもよいことは、第１実施例
と同様に明らかである。本実施例の場合は、反射面２
１、２２は平行四辺形の反射面２枚で、左右同一形状の
ものですむ。

【００６７】第１８実施例図２４にこの実施例の斜視図を示す。本実施例は、後記
の本発明の構成〔１４〕に相当するもである。本実施例
は、第１７実施例の構成において、第４実施例と同様
に、正のパワーを有する光学系として正レンズの代わり
に２枚の凹面鏡３１、３２を使用し、反射面として半透
過反射面２１’、２２’を用いた実施例である。その作
用は、以上の説明から明らかであるので省く。

【００６８】第１９実施例図２５にこの実施例の斜視図を示す。本実施例は、後記
の本発明の構成〔１５〕、〔１６〕に相当するもであ
る。本実施例は、第１７実施例の配置において、第４実
施例と同様に、接眼光学系の正のパワーを有する光学系
として正レンズの代わりに２枚の凹面鏡３１’、３２’
を使用し、反射面として半透過反射面２１’、２２’を
用い、２次元表示素子１１、１２の配置を視軸の上側と
下側に変え、凹面鏡３１’、３２’を半透過反射面２
１’、２２’を挟んでそれぞれ２次元表示素子１１、１
２に対向させ、さらに、第６実施例と同様に、接眼光学
系をプリズム体Ｐ_１１、Ｐ₁₂と一体となった凹面裏面鏡
３１’、３２’により構成し、プリズム体Ｐ₁₁、Ｐ₁₂の
観察者側の表面で光路偏向面５を構成したものである。
その他は、以上の説明から明らかであるので省く。な
お、凹面鏡３１’、３２’を裏面鏡とせずに表面鏡とし
て、プリズム体Ｐ₁₁、Ｐ₁₂と別体のものとしてもよい。

【００６９】第２０実施例図２６にこの実施例の斜視図を示す。本実施例は、後記
の本発明の構成〔１７〕に相当するもである。本実施例
は、接眼光学系の正のパワーを有する光学系として、観
察者眼球と反対側に配置された凹面鏡３で構成する。そ
して、反射面として半透過反射面２’を用い、視軸１０
の下方に配置された２次元表示素子１１、１２の画像
は、それぞれ半透過反射面２’で視軸１０に沿って観察
者側とは反対方向へ反射され、凹面鏡３で反射されて、
今度は半透過反射面２’を通過して合成像として観察者
眼球内に拡大投影される。この場合も、反射面２の観察
者側に配置した光路偏向面５により光軸を分離して、反
射面２の下方に配置した２つの２次元表示素子を離して
配置できる。

【００７０】なお、この実施例においても、観察者眼球
側に開いた光路偏向面５は、楔状の三角プリズムを２つ
組み合わせて使用している。なお、組み合わせた三角プ
リズムに限らず、一体の光学素子として構成することが
できるのは明らかである。

【００７１】第２１実施例本実施例は、後記の本発明の構成〔１８〕に相当するも
である。図２７にこの実施例の斜視図を示す。本実施例
は、第２０実施例の配置において、半透過反射面２’を
プリズム体Ｐで構成している。その他は、以上の説明か
ら明らかであるので省く。

【００７２】第２２実施例図２８にこの実施例の斜視図を示す。本実施例は、後記
の本発明の構成〔１８〕、〔１９〕に相当するもであ
る。本実施例は、第２０実施例の配置において、凹面鏡
を裏面鏡３’とし、半透過反射面２’、裏面鏡３’、光
路偏向面５がプリズム体Ｐに一体になっているものであ
る。その他は、以上の説明から明らかであるので省く。

【００７３】第２３実施例図２９にこの実施例の斜視図を示す。本実施例は、後記
の本発明の構成〔２０〕に相当するもであり、光路偏向
面５と反射面２１’、２２’の両方が観察者眼球側に開
いているものである。構成は、接眼光学系の正のパワー
を有する光学系として、観察者眼球と反対側に配置され
た２枚の凹面裏面鏡３１’、３２’で構成し、反射面も
２枚の半透過反射面２１’、２２’を用い、視軸１０に
対して相互に反対側に配置された２次元表示素子１１、
１２の画像は、それぞれ半透過反射面２１’、２２’で
視軸１０に沿って観察者側とは反対方向へ反射され、そ
れぞれ凹面裏面鏡３１’３２’で反射されて、今度は半
透過反射面２１’、２２’を通過して合成像として観察
者眼球内に拡大投影される。この場合、凹面裏面鏡３
１’と半透過反射面２１’はプリズム体Ｐ₁₁として、ま
た、凹面裏面鏡３２’と半透過反射面２２’はプリズム
体Ｐ₁₂として、それぞれ一体に構成し、それらの観察者
側の面で光路偏向面５を構成している。

【００７４】以下に、数値例を示す。光線追跡の面番
は、観察者眼球側から２次元表示素子に向かう逆追跡に
よる。観察画角は、２次元表示素子１１、１２の２つ
で、水平６０°であり、１つの２次元表示素子１１、１
２で３０°を表示する。垂直方向の観察画角は２３°で
ある。瞳径は８ｍｍφである。

【００７５】面番曲率半径面間隔屈折率偏心量１瞳面 ∞ 22 -15° ２プリズム前面 ∞ 12 1.51633 -6° ３半透過反射面 ∞ 14.5 1.51633 ４裏面鏡 -84.769 -14.5 1.51633 ５半透過反射面 ∞ 12 1.51633 ６プリズム上面 ∞ 10.47 ７２次元表示面。

【００７６】第２４実施例図３０にこの実施例の斜視図を示す。本実施例は、後記
の本発明の構成〔２１〕に相当するもであり、視軸１０
の上方に配置された２つの２次元表示素子１１、１２の
画像を視軸１０に沿って観察者眼球Ｅ₀方向へ反射する
２枚の反射鏡を、観察者眼球Ｅ₀側に凹面を向けた凹面
鏡２７、２８で構成するもので、凹面鏡２７、２８で反
射されたそれぞれ２次元表示素子１１、１２の画像は、
接眼光学系の正のパワーを有する光学系として構成され
た正レンズ４１を経て合成像として観察者眼球内に拡大
投影される。接眼光学系の正のパワーを有する光学系と
しては、第１実施例と同様に、正のパワーであれば１枚
のレンズでもどんな光学系であってもよい。

【００７７】第２５実施例本実施例は、後記の本発明の構成〔２２〕に相当するも
である。図３１にこの実施例の斜視図を示す。本実施例
は、第２４実施例の配置において、第４実施例と同様
に、接眼光学系の正のパワーを有する光学系として正レ
ンズの代わりに１枚の凹面鏡３を使用し、観察者眼球Ｅ
₀側に凹面を向けた凹面鏡として半透過凹面鏡２７’、
２８’を用いた実施例である。その作用は、以上の説明
から明らかであるので省く。

【００７８】第２６実施例本実施例は、後記の本発明の構成〔２３〕に相当するも
である。図３２にこの実施例の斜視図を示す。本実施例
は、第２５実施例の配置において、半透過凹面鏡２
７’、２８’をプリズム体Ｐ₁₁、Ｐ₁₂で構成している。
その他は、以上の説明から明らかであるので省く。

【００７９】第２７実施例本実施例は、後記の本発明の構成〔２３〕、〔２４〕に
相当するもである。図３３にこの実施例の斜視図を示
す。本実施例は、第２５実施例の配置において、凹面鏡
を裏面鏡３’で構成し、裏面鏡３’と半透過凹面鏡２
７’、２８’を一体のプリズム体Ｐで構成している。そ
の他は、以上の説明から明らかであるので省く。

【００８０】第２８実施例本実施例は、後記の本発明の構成〔２３〕、〔２４〕に
相当するもである。図３４にこの実施例の斜視図を示
す。本実施例は、第２７実施例の２次元表示素子１１、
１２の配置を変更して視軸１０を挟んで対向して配置し
たものである。また、裏面鏡もそれぞれ２次元表示素子
１１、１２用に２つ３１’、３２’用いている。その他
は、以上の説明から明らかであるので省く。

【００８１】第２９実施例〜第３１実施例図３５は第２９実施例、図３６は第３０実施例、図３７
は第３１実施例の斜視図を示す。第２９実施例は図７の
第１実施例に、第３０実施例は図２８の第２２実施例
に、第３１実施例は図２９の第２３実施例にそれぞれ対
応し、これら何れの実施例も、後記の本発明の構成〔２
５〕に相当するもであり、２つの２次元表示素子１１、
１２は、合成像の中心を出て観察者眼球Ｅ₀に達する光
軸に垂直な平面に対して、像面湾曲を考慮して傾けて配
置してある。

【００８２】さて、以上の第１〜第３１実施例の何れか
の本発明による視覚表示装置を頭部装着式表示装置とし
て構成した場合に、観察者が身体にその頭部装着式表示
装置を装着した状態の１例を示す斜視図を図３８に、そ
の頭部部分の拡大図を図３９に示す。図３８、図３９は
第２７実施例の光学系を用いた場合で、半透過凹面鏡２
７’、２８’の前方に液晶シャッター６を配置して、液
晶シャッター６を開閉することにより、液晶表示装置１
１、１２からの画像と外界像を選択的にあるいは両者を
重畳して観察できるようにした例である。図中、６１は
ディスプレイ本体部を示し、観察者の顔面に保持される
よう支持部材が頭部を介して固定している。その支持部
材としては、一端をディスプレイ本体部６１に接合し、
観察者のこめかみから耳の上部にかけて延在する左右の
前フレーム６２と、前フレーム６２の他端に接合され、
観察者の側頭部を渡るように延在する左右の後フレーム
６３と、左右の後フレーム６３の他端に挟まれるように
自らの両端を一方ずつ接合し、観察者の頭頂部を支持す
る頭頂フレーム６４とから構成されている。

【００８３】また、前フレーム６２における後フレーム
６３との接合部近傍には、弾性体からなり例えば金属板
バネ等で構成されたリヤプレート６５が接合されてい
る。このリヤプレート６５は、上記支持部材の一翼を担
うリヤカバー６６が観察者の後頭部から首の付け根にか
かる部分で耳の後方に位置して支持可能となるように接
合されている。

【００８４】映像・音声信号等を外部から送信するため
のケーブル７２が、図３９に示すように、一端を電装部
品７３に接続し、頭頂フレーム６４、後フレーム６３、
前フレーム６２、リヤプレート６５の内部を介してリヤ
カバー６６の後頭部より外部に突出している。そして、
このケーブル７２は、図３８に示すように、ビデオ再生
装置７０に接続されている。また、７１はビデオ再生装
置７０のスイッチやボリュウム調整部である。

【００８５】なお、ケーブル７２は先端をジャックにし
て、既存のビデオデッキ等に取り付け可能としてもよ
い。さらに、ＴＶ電波受信用チューナーに接続してＴＶ
鑑賞用としてもよいし、コンピュータに接続してコンピ
ュータグラフィックスの映像や、コンピュータからのメ
ッセージ映像等を受信するようにしてもよい。また、邪
魔なコードを排斥するために、アンテナを接続して外部
からの信号を電波によって受信するようにしてもよい。

【００８６】以上の本発明の視覚表示装置は、例えば次
のように構成することができる。

【００８７】〔１〕少なくとも２つの２次元表示手段
と、前記２次元表示手段によって形成された画像を観察
者にとって前方に当たる視軸方向に屈曲させる少なくと
も２つの反射面と、前記２次元表示手段の表示像を観察
者前方に虚像として拡大投影し、観察者眼球に導く接眼
光学系とからなる視覚表示装置において、前記の少なく
とも２つの２次元表示手段は、互いに異なる方向を向い
て配置され、観察者眼球に導かれる画像の少なくとも一
部を含む第１の画像を表示する第１画像表示手段と、前
記の観察者眼球に導かれる画像の前記第１の画像と異な
る他の部分の画像を含む第２の画像を表示する第２画像
表示手段とからなり、前記接眼光学系は、前記第１の画
像と前記第２の画像との合成像を拡大投影して観察者眼
球内に導く正のパワーを有する光学系を含み、かつ、前
記反射面が、前記第１画像表示手段により形成された第
１の画像を反射する第１の反射面と、前記第１の反射面
に並設され、前記第２画像表示手段により形成された第
２の画像を反射する第２の反射面とからなり、前記第１
の反射面に対して前記第２の反射面が角度をなして配置
され、前記少なくとも２つの反射面を形成する平面の頂
角の中何れか１つの頂角が鋭角になっていることを特徴
とする視覚表示装置。

【００８８】〔２〕前記接眼光学系が凹面鏡からな
り、かつ、前記第１の反射面及び前記第２の反射面がビ
ームスプリッターからなることを特徴とする上記〔１〕
記載の視覚表示装置。

【００８９】〔３〕前記反射面がプリズム体で構成さ
れていることを特徴とする上記〔２〕記載の視覚表示装
置。

【００９０】〔４〕前記凹面鏡が裏面鏡であることを
特徴とする上記〔３〕記載の視覚表示装置。

【００９１】〔５〕少なくとも２つの２次元表示手段
と、前記２次元表示手段によって形成された画像を観察
者にとって前方に当たる視軸方向に屈曲させる少なくと
も２つの反射面と、前記２次元表示手段の表示像を観察
者前方に虚像として拡大投影し、観察者眼球に導く接眼
光学系とからなる視覚表示装置において、前記の少なく
とも２つの２次元表示手段は、観察者眼球に導かれる画
像の少なくとも一部を含む第１の画像を表示する第１画
像表示手段と、前記の観察者眼球に導かれる画像の前記
第１の画像と異なる他の部分の画像を含む第２の画像を
表示する第２画像表示手段とからなり、前記接眼光学系
は、前記第１の画像と前記第２の画像との合成像を拡大
投影して観察者眼球内に導く正のパワーを有する光学系
を含み、かつ、前記反射面が、前記第１画像表示手段に
より形成された第１の画像を反射する第１の反射面と、
前記第１の反射面に並設され、前記第２画像表示手段に
より形成された第２の画像を反射する第２の反射面とか
らなり、前記第１の反射面に対して前記第２の反射面が
角度をなして配置され、前記少なくとも２つの反射面と
観察者視軸を含み観察像の水平方向となる平面とが各々
直線で交差し、この少なくとも２つの直線が観察者眼球
側と反対方向に開いて相互に角度を持っていることを特
徴とする視覚表示装置。

【００９２】〔６〕前記接眼光学系が凹面鏡からな
り、かつ、前記第１の反射面及び前記第２の反射面がビ
ームスプリッターからなることを特徴とする上記〔５〕
記載の視覚表示装置。

【００９３】〔７〕前記反射面がプリズム体で構成さ
れていることを特徴とする上記〔６〕記載の視覚表示装
置。

【００９４】〔８〕前記凹面鏡が裏面鏡であることを
特徴とする上記〔７〕記載の視覚表示装置。

【００９５】

〔９〕少なくとも２つの２次元表示手段
と、前記２次元表示手段によって形成された画像を観察
者にとって前方に当たる視軸方向に屈曲させる反射面
と、前記２次元表示手段の表示像を観察者前方に虚像と
して拡大投影し、観察者眼球に導く接眼光学系とからな
る視覚表示装置において、前記の少なくとも２つの２次
元表示手段は、観察者眼球に導かれる画像の少なくとも
一部を含む第１の画像を表示する第１画像表示手段と、
前記の観察者眼球に導かれる画像の前記第１の画像と異
なる他の部分の画像を含む第２の画像を表示する第２画
像表示手段とからなり、前記接眼光学系は、前記第１の
画像と前記第２の画像との合成像を拡大投影して観察者
眼球内に導く正のパワーを有する光学系と、光学面とを
持ち、前記光学面は、観察者視軸を含み観察像の水平方
向となる平面と少なくとも２つの直線で交差し、この少
なくとも２つの直線が観察者眼球側に開いて相互に角度
を持ち、前記反射面は、前記第１画像表示手段により形
成された前記第１の画像と前記第２画像表示手段により
形成された前記第２の画像を反射する反射面であること
を特徴とする視覚表示装置。

【００９６】〔１０〕前記正のパワーを有する光学系
が凹面鏡からなり、かつ、前記反射面がビームスプリッ
ターからなることを特徴とする上記

〔９〕記載の視覚表
示装置。

【００９７】〔１１〕前記反射面がプリズム体で構成
されていることを特徴とする上記〔１０〕記載の視覚表
示装置。

【００９８】〔１２〕前記凹面鏡が裏面鏡であること
を特徴とする上記〔１１〕記載の視覚表示装置。

【００９９】〔１３〕少なくとも２つの２次元表示手
段と、前記２次元表示手段によって形成された画像を観
察者にとって前方に当たる視軸方向に屈曲させる反射面
と、前記２次元表示手段の表示像を観察者前方に虚像と
して拡大投影し、観察者眼球に導く接眼光学系とからな
る視覚表示装置において、前記の少なくとも２つの２次
元表示手段は、観察者眼球に導かれる画像の少なくとも
一部を含む第１の画像を表示する第１画像表示手段と、
前記の観察者眼球に導かれる画像の前記第１の画像と異
なる他の部分の画像を含む第２の画像を表示する第２画
像表示手段とからなり、前記接眼光学系は、前記第１の
画像と前記第２の画像との合成像を拡大投影して観察者
眼球内に導く正のパワーを有する光学系と、光学面とを
持ち、前記光学面と前記反射面は、共に、観察者視軸を
含み観察像の水平方向となる平面と少なくとも２つの直
線で交差し、この少なくとも２つの直線が観察者眼球側
に開いて相互に角度を持ち、前記反射面は、前記第１画
像表示手段により形成された前記第１の画像と前記第２
画像表示手段により形成された前記第２の画像を反射す
る反射面であることを特徴とする視覚表示装置。

【０１００】〔１４〕前記正のパワーを有する光学系
が凹面鏡からなり、かつ、前記反射面がビームスプリッ
ターからなることを特徴とする上記〔１３〕記載の視覚
表示装置。

【０１０１】〔１５〕前記反射面がプリズム体で構成
されていることを特徴とする上記〔１４〕記載の視覚表
示装置。

【０１０２】〔１６〕前記凹面鏡が裏面鏡であること
を特徴とする上記〔１５〕記載の視覚表示装置。

【０１０３】〔１７〕少なくとも２つの２次元表示手
段と、前記２次元表示手段によって形成された画像を観
察者にとって前方に当たる視軸方向に屈曲させる反射面
と、前記２次元表示手段の表示像を観察者前方に虚像と
して拡大投影し、観察者眼球に導く接眼光学系とからな
る視覚表示装置において、前記の少なくとも２つの２次
元表示手段は、観察者眼球に導かれる画像の少なくとも
一部を含む第１の画像を表示する第１画像表示手段と、
前記の観察者眼球に導かれる画像の前記第１の画像と異
なる他の部分の画像を含む第２の画像を表示する第２画
像表示手段とからなり、前記接眼光学系は、前記第１の
画像と前記第２の画像との合成像を拡大投影して観察者
眼球内に導く観察者眼球と反対側に配置されている凹面
鏡と、光学面を持ち、前記光学面は、観察者視軸を含み
観察像の水平方向となる平面と少なくとも２つの直線で
交差し、この少なくとも２つの直線が観察者眼球側に開
いて相互に角度を持ち、前記反射面は、前記第１画像表
示手段により形成された前記第１の画像と前記第２画像
表示手段により形成された前記第２の画像を反射する反
射面であることを特徴とする視覚表示装置。

【０１０４】〔１８〕前記反射面がプリズム体で構成
されていることを特徴とする上記〔１７〕記載の視覚表
示装置。

【０１０５】〔１９〕前記凹面鏡が裏面鏡であること
を特徴とする上記〔１８〕記載の視覚表示装置。

【０１０６】〔２０〕前記反射面も、観察者視軸を含
み観察像の水平方向となる平面と少なくとも２つの直線
で交差し、この少なくとも２つの直線が観察者眼球側に
開いて相互に角度を持っていることを特徴とする上記
〔１９〕項記載の視覚表示装置。

【０１０７】〔２１〕少なくとも２つの２次元表示手
段と、前記２次元表示手段によって形成された画像を観
察者にとって前方に当たる視軸方向に屈曲させる少なく
とも２つの反射面と、前記２次元表示手段の表示像を観
察者前方に虚像として拡大投影し、観察者眼球に導く接
眼光学系とからなる視覚表示装置において、前記の少な
くとも２つの２次元表示手段は、互いに異なる方向を向
いて配置され、観察者眼球に導かれる画像の少なくとも
一部を含む第１の画像を表示する第１画像表示手段と、
前記の観察者眼球に導かれる画像の前記第１の画像と異
なる他の部分の画像を含む第２の画像を表示する第２画
像表示手段とからなり、前記接眼光学系は、前記第１の
画像と前記第２の画像との合成像を拡大投影して観察者
眼球内に導く正のパワーを有する光学系を含み、かつ、
前記反射面が、前記第１画像表示手段により形成された
第１の画像を反射する第１の反射面と、前記第１の反射
面に並設され、前記第２画像表示手段により形成された
第２の画像を反射する第２の反射面とからなり、前記少
なくとも２つの反射面は、観察者眼球側に凹面を向けた
曲面で構成されていることを特徴とする視覚表示装置。

【０１０８】〔２２〕前記正のパワーを有する光学系
が凹面鏡からなり、かつ、前記第１の反射面及び前記第
２の反射面がビームスプリッターからなることを特徴と
する上記〔２１〕記載の視覚表示装置。

【０１０９】〔２３〕前記反射面がプリズム体で構成
されていることを特徴とする上記〔２２〕記載の視覚表
示装置。

【０１１０】〔２４〕前記凹面鏡が裏面鏡であること
を特徴とする上記〔２３〕記載の視覚表示装置。

【０１１１】〔２５〕少なくとも２つの２次元表示手
段と、前記２次元表示手段によって形成された画像を観
察者にとって前方に当たる視軸方向に屈曲させる少なく
とも２つの反射面と、前記２次元表示手段の表示像を虚
像として拡大投影し、観察者眼球に導く接眼光学系とか
らなる視覚表示装置において、前記の少なくとも２つの
２次元表示手段は、互いに異なる方向を向いて配置さ
れ、観察者眼球に導かれる画像の少なくとも一部を含む
第１の画像を表示する第１画像表示手段と、前記の観察
者眼球に導かれる画像の前記第１の画像と異なる他の部
分の画像を含む第２の画像を表示する第２画像表示手段
とからなり、前記接眼光学系は、前記第１の画像と前記
第２の画像との合成像を拡大投影して観察者眼球内に導
く正のパワーを有する光学系を含み、前記の少なくとも
２つの２次元表示手段は、前記合成像の中心を出て観察
者眼球に達する光軸に垂直な平面に対して、傾けて配置
されていることを特徴とする視覚表示装置。

【０１１２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の視覚表示装置によると、光学系を小型にしながら、構
造が簡単な、広画角、高解像で画像を観察することがで
きる頭部装着式表示装置等の視覚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】本発明の第１の発明の視覚表示装置を従来のも
のと対比して模式的に示す図である。

【図２】本発明の第２の発明の視覚表示装置を模式的に
示す図である。

【図３】本発明の第３の発明の視覚表示装置を模式的に
示す斜視図と平面図である。

【図４】本発明の第４の発明の視覚表示装置を模式的に
示す斜視図と平面図である。

【図５】本発明の第５の発明の視覚表示装置を他の配置
のものと対比して模式的に示す図である。

【図６】本発明の第６の発明の視覚表示装置を他の配置
のものと対比して模式的に示す光路図である。

【図７】第１実施例の斜視図と正面図である。

【図８】第２実施例の斜視図と正面図である。

【図９】第３実施例の斜視図と正面図である。

【図１０】第４実施例の斜視図と正面図と組立図であ
る。

【図１１】第５実施例の斜視図と正面図である。

【図１２】第６実施例の斜視図である。

【図１３】第７実施例の斜視図である。

【図１４】第８実施例の斜視図である。

【図１５】第９実施例の斜視図である。

【図１６】第１０実施例の斜視図である。

【図１７】第１１実施例の斜視図である。

【図１８】第１２実施例の斜視図である。

【図１９】第１３実施例の斜視図である。

【図２０】第１４実施例の斜視図である。

【図２１】第１５実施例の斜視図である。

【図２２】第１６実施例の斜視図である。

【図２３】第１７実施例の斜視図である。

【図２４】第１８実施例の斜視図である。

【図２５】第１９実施例の斜視図である。

【図２６】第２０実施例の斜視図である。

【図２７】第２１実施例の斜視図である。

【図２８】第２２実施例の斜視図である。

【図２９】第２３実施例の斜視図である。

【図３０】第２４実施例の斜視図である。

【図３１】第２５実施例の斜視図である。

【図３２】第２６実施例の斜視図である。

【図３３】第２７実施例の斜視図である。

【図３４】第２８実施例の斜視図である。

【図３５】第２９実施例の斜視図である。

【図３６】第３０実施例の斜視図である。

【図３７】第３１実施例の斜視図である。

【図３８】本発明による頭部装着式表示装置を観察者の
身体に装着した状態の１例を示す斜視図である。

【図３９】図３８の頭部部分の拡大図である。

【図４０】従来の頭部装着式表示装置の１例の光路図で
ある。

【図４１】液晶表示装置の表示画面を示す正面図であ
る。

【符号の説明】

Ｅ₀、Ｅ₁、Ｅ₂…観察者眼球位置Ｐ₁〜Ｐ₄…二等辺三角柱Ｐ、Ｐ₁₁、Ｐ₁₂…プリズム体２、２１、２２…反射面２’、２１’、２２’…半透過反射面３、３１、３２…凹面鏡３’、３１’、３２’…凹面裏面鏡４…正のパワーを有する光学系５…光路偏向面６…液晶シャッター１０…視軸１１、１２…２次元表示素子２３、２４、２５、２６…反射面と観察者視軸を含み観
察像の水平方向となる平面とが交差する直線２７、２８…凹面鏡２７’、２８’…半透過凹面鏡４１…正レンズ５１、５２…光路偏向面と観察者視軸を含み観察像の水
平方向となる平面とが交差する直線６１…ディスプレイ本体部６２…前フレーム６３…後フレーム６４…頭頂フレーム６５…リヤプレート６６…リヤカバー７０…ビデオ再生装置７１…スイッチ、ボリュウム調整部７２…ケーブル７３…電装部品

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２つの２次元表示手段と、前
記２次元表示手段によって形成された画像を観察者にと
って前方に当たる視軸方向に屈曲させる少なくとも２つ
の反射面と、前記２次元表示手段の表示像を観察者前方
に虚像として拡大投影し、観察者眼球に導く接眼光学系
とからなる視覚表示装置において、前記の少なくとも２つの２次元表示手段は、互いに異な
る方向を向いて配置され、観察者眼球に導かれる画像の
少なくとも一部を含む第１の画像を表示する第１画像表
示手段と、前記の観察者眼球に導かれる画像の前記第１
の画像と異なる他の部分の画像を含む第２の画像を表示
する第２画像表示手段とからなり、前記接眼光学系は、前記第１の画像と前記第２の画像と
の合成像を拡大投影して観察者眼球内に導く正のパワー
を有する光学系を含み、かつ、前記反射面が、前記第１画像表示手段により形成された
第１の画像を反射する第１の反射面と、前記第１の反射
面に並設され、前記第２画像表示手段により形成された
第２の画像を反射する第２の反射面とからなり、前記第１の反射面に対して前記第２の反射面が角度をな
して配置され、前記少なくとも２つの反射面を形成する
平面の頂角の中何れか１つの頂角が鋭角になっているこ
とを特徴とする視覚表示装置。
【請求項２】少なくとも２つの２次元表示手段と、前
記２次元表示手段によって形成された画像を観察者にと
って前方に当たる視軸方向に屈曲させる少なくとも２つ
の反射面と、前記２次元表示手段の表示像を観察者前方
に虚像として拡大投影し、観察者眼球に導く接眼光学系
とからなる視覚表示装置において、前記の少なくとも２つの２次元表示手段は、観察者眼球
に導かれる画像の少なくとも一部を含む第１の画像を表
示する第１画像表示手段と、前記の観察者眼球に導かれ
る画像の前記第１の画像と異なる他の部分の画像を含む
第２の画像を表示する第２画像表示手段とからなり、前記接眼光学系は、前記第１の画像と前記第２の画像と
の合成像を拡大投影して観察者眼球内に導く正のパワー
を有する光学系を含み、かつ、前記反射面が、前記第１画像表示手段により形成された
第１の画像を反射する第１の反射面と、前記第１の反射
面に並設され、前記第２画像表示手段により形成された
第２の画像を反射する第２の反射面とからなり、前記第１の反射面に対して前記第２の反射面が角度をな
して配置され、前記少なくとも２つの反射面と観察者視
軸を含み観察像の水平方向となる平面とが各々直線で交
差し、この少なくとも２つの直線が観察者眼球側と反対
方向に開いて相互に角度を持っていることを特徴とする
視覚表示装置。
【請求項３】少なくとも２つの２次元表示手段と、前
記２次元表示手段によって形成された画像を観察者にと
って前方に当たる視軸方向に屈曲させる反射面と、前記
２次元表示手段の表示像を観察者前方に虚像として拡大
投影し、観察者眼球に導く接眼光学系とからなる視覚表
示装置において、前記の少なくとも２つの２次元表示手段は、観察者眼球
に導かれる画像の少なくとも一部を含む第１の画像を表
示する第１画像表示手段と、前記の観察者眼球に導かれ
る画像の前記第１の画像と異なる他の部分の画像を含む
第２の画像を表示する第２画像表示手段とからなり、前記接眼光学系は、前記第１の画像と前記第２の画像と
の合成像を拡大投影して観察者眼球内に導く正のパワー
を有する光学系と、光学面とを持ち、前記光学面は、観察者視軸を含み観察像の水平方向とな
る平面と少なくとも２つの直線で交差し、この少なくと
も２つの直線が観察者眼球側に開いて相互に角度を持
ち、前記反射面は、前記第１画像表示手段により形成された
前記第１の画像と前記第２画像表示手段により形成され
た前記第２の画像を反射する反射面であることを特徴と
する視覚表示装置。