JPH10170860A

JPH10170860A - 眼球投影型映像表示装置

Info

Publication number: JPH10170860A
Application number: JP8328573A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Hanano; 花野和成; Yoichi Iba; 井場陽一
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1996-12-09
Filing date: 1996-12-09
Publication date: 1998-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】不要な光束の発生の少ないコンパクトな構成
で映像のケラレが少ない薄型の頭部装着型の映像表示装
置。【解決手段】映像を表示する２次元的に配列した画素
を有するＬＣＤ３と、ＬＣＤ３の各画素を照明する２次
元的に配列された複数の微小発光点９を有する板状照明
手段５と、さらに、ＬＣＤ３の各画素に対応して２次元
的に配列され、各画素からの射出光束を眼球に導くマイ
クロレンズアレイ２を含む接眼光学系とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、眼球投影型映像表
示装置に関し、特に、映像表示素子の１画素１画素を観
察者眼球の網膜上に結像させる短焦点光学素子を用いる
映像表示装置において、同じく短焦点光学素子と面状の
照明装置を用いることによって装置の薄型化を図った映
像表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常、映像や画像を提示する装置とし
て、ＣＲＴや液晶のディスプレイ、スクリーン上に映し
出すことによってその実像が眼球を介して網膜上に投影
され知覚できるように観察者に映像を与えるものがあ
る。

【０００３】一方、最近ヴァーチャルリアリティという
分野において、観察者の眼前部に配された光学系によっ
て同じく観察者の眼前部にある小型のディスプレイの虚
像を眼球の網膜上に投影することによって映像を知覚さ
せる頭部装着型ディスプレイ装置（ＨＭＤ：Ｈｅａｄ
ＭｏｕｎｔｅｄＤｉｓｐｌａｙ）が提案されている。
この種の装置は、使用者、利用者がこのディスプレイ装
置を頭部に装着し、例えばＶＴＲ等の大画面映像や画
像、音声を一人で楽しめたりする等、種々の用途への利
用が期待されている。

【０００４】従来技術は、上記何れかの方式で映像を表
示する技術であるが、何れの技術もＨＭＤでの使用状況
を考えた場合、照明光学系が大きすぎる。あるいは、照
明光学系への配慮に乏しい。頭部又は顔部に装着して映
像を観察する眼鏡型のような眼球投影型映像表示装置で
は、装置の大きさにある程度の制約があるため、照明光
学系は装置全体の小型軽量化に配慮した構成で、後に言
及する条件を満たす照明光を供給しなければならない。

【０００５】短焦点光学素子を用いた映像表示装置にお
ける照明光学系の小型薄型化こそが従来技術の大きな課
題である。以下、個別に従来技術について述べる。上記
液晶のスクリーン等に映し出す方法の一つが特開平３−
１４０９２０号に開示されている。これは、点光源とコ
ンデンサレンズから得られた略平行照明によりＬＣＤ等
の透過型の映像表示デバイスを照明し、マトリクス状に
形成されている画素毎に集光、通過させ、投影レンズに
よりスクリーン上に拡大投影するようにするものであ
る。

【０００６】この従来例は、液晶プロジェクタ等、スク
リーンに投影して観察するための装置に関するものであ
り、頭部に装着して映像を観察する眼鏡型の表示装置に
関する記載は全くないため、観察者の眼球の瞳孔に直接
光を導くような構成になっていない。

【０００７】すなわち、映像表示素子の各画素を照明す
る照明光学系は、各画素に対応してレンズアレイの各レ
ンズを配置するため、対応するレンズ以外のレンズに光
が入り込むことによって発生する不要光が原因となるボ
ケ、映像の劣化を避けるため、照明光を平行光で入射さ
せるか、効率を考え各画素に十分集光した形で入射させ
る必要がある。何れにせよ照明光学系の条件として、頭
部装着型の映像表示装置等に用いられる映像表示デバイ
スは、画素が小さいため精度高く集光した状態で画素を
透過させるようなものが望ましいが、上記従来技術はそ
の配慮が不明確である。

【０００８】また、虚像を網膜上に投影する方式では、
特開平５−３２８２６１号、特開平６−４３３９１号、
特開平３−２１４８７２号、特開平７−６４０１４号と
いったものが開示されている。特開平３−２１４８７２
号は、点光源により照射されている透過型の映像表示デ
バイスの像を接眼レンズによって眼球に集光し、網膜上
に結像させた像を直接視覚することができる表示装置で
ある。図２３に示すように、この従来技術は、点光源
と、この点光源によって照射される映像表示デバイス
と、この映像表示デバイスと略一体的に配置された短焦
点の接眼レンズとからなり、光束は眼球の水晶体の位置
にある瞳孔の上に焦点を結び、この点をピンホールとし
て網膜上に像が結像されるようになっている。このよう
な構成により、眼鏡の枠体をコンパクトにできるという
効果を生じている。

【０００９】この従来例においては、映像表示デバイス
としてカラーフィルタを備えた透過型のＬＣＤ（液晶表
示素子）が用いられるが、これが網膜と共役関係にない
ので、高精細な映像を得るためには、幾何光学的に考え
ると、瞳孔の上に作られるピンホールの直径を小さくし
なければならない。しかし、これを小さくしすぎると、
光の回折作用によるボケが大きくなり、結果として上記
従来例では高精細な映像を得ることができない。

【００１０】また、この点光源による照明は、照明のＮ
Ａ（開口数）が極めて小さいため、網膜上に再現される
虚像を形成する光束は、焦点深度が極めて深い。人間の
瞳孔は無数の繊維体で構成されているが、完全なもので
はなく、繊維体の中には欠陥を持つものがある。このた
め、光束の焦点深度が深いと、この瞳孔の欠陥をも網膜
上に投影してしまうことになり、映像の解像度を落とす
ことになってしまう。

【００１１】特開平５−３２８２６１号、特開平６−４
３３９１号は、図２４に示すように、映像表示デバイス
の各画素から射出した光束が各画素に対応したマイクロ
レンズによって集光され、更に眼球側に配されたフィー
ルドレンズによって平行光束に変換され、眼球に導か
れ、網膜上に映像表示素子の画素が投影されて映像が知
覚できる映像表示装置である。この構成により、コンパ
クトかつ解像良く映像を表示できる。

【００１２】この従来技術中の映像表示デバイスとして
自発光型のデバイスを用いた場合、射出光束の射出角の
制御は難しい。また、自発光型以外のデバイス、例えば
透過型の映像表示素子等を用いる際、照明手段が必要に
なるが、各画素を通過する照明光のために、照明手段か
ら発せられる光束の射出角を制御することは重要であ
る。なぜならば、照明手段からの光束の射出角によって
映像表示素子での射出光束の射出角が決定し、その射出
角が制御されていなければ以下の問題が発生する。映像
表示素子から射出する光束のＮＡが制御されず大きい場
合、ある画素から射出した光束はその画素に対応した微
小なレンズのみならず隣のレンズやその隣のレンズにま
で及ぶという、いわゆるクロストークという現象が起き
てしまう。これは不要な光束であり、解像度を落とす原
因になる。

【００１３】さらに、この制御された光束を発生させる
照明手段は、ＨＭＤでの適用を考えた場合、頭部装着と
いう装置の性格のため、コンパクト性という要求仕様が
ある。この点については、映像を表示するデバイス自体
も小型であり、各画素間隔は上記の液晶プロジェクタ等
の投影型の映像表示装置に用いられているデバイスと比
較するとかなり小さく、そのため上記の問題を避けるた
めの条件がより厳しくなり、さらに、コンパクトな構成
で要求を満たす照明を作りださなければならない。

【００１４】以上の２点について、上記従来例は、外部
光源による照明若しくは面発光光源、ピンホール、集光
レンズ、マイクロレンズよる照明部という構成しか言及
しておらず、具体的な構成が不明確である。後記する本
願発明は、基本的にこの従来技術の照明光学系につい
て、構成を明確にしたものである。

【００１５】また、特開平７−６４０１４号は、ＨＭＤ
での使用を前提としており、図２５に示すように、映像
表示デバイスの各画素に対応した屈折率分布型マイクロ
レンズ２個を接眼レンズ系の一部として構成に組み入れ
ることによって接眼レンズ系を短焦点化し、装置のコン
パクト化を図っている。このＨＭＤでの使用を意識した
従来例においても、やはり上記した照明光の平行度や集
光度には触れられていない。各画素毎の結像に関して
は、要求される平行照明や集光した照明をどう実現する
かは避けては通れない問題であり、ＨＭＤへの適用を考
えた場合、さらに、コンパクトにそれを実現する必要が
ある。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の従来技
術が有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、映像を解像良く網膜上に投影して高精細な映像を
再現できる映像表示装置を提供することであり、特に、
ＨＭＤでの使用を前提とした場合、不要な光束の発生の
少ないコンパクトな構成で映像のケラレが少ない薄型の
頭部装着型の映像表示装置を提供することを目的とす
る。なお、本発明における映像表示デバイスは特に限定
はなく、公知のもので適用可能な全てのものを意味す
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の眼球投影型映像表示装置は、映像を表示する２次元
的に配列された画素を有する映像表示手段と、前記映像
表示手段の各画素を照明する２次元的に配列された複数
の微小発光点を有する板状照明手段と、さらに、前記映
像表示手段の各画素に対応して２次元的に配列され、各
画素からの射出光束を眼球に導く微小光学素子を含む接
眼光学系とを有することを特徴とするものである。

【００１８】この眼球投影型映像表示装置においては、
映像表示手段の画素を照明する微小発光点を複数にした
ことにより、微小発光点を有する照明系から画素を有す
る映像表示手段に到るまでの光路長が短くなり、さら
に、各画素からの射出光束を各画素毎に観察者の眼球に
集光するため、像観察が可能になると共に、接眼光学系
の短焦点化が可能になり、眼球投影型映像表示装置全体
の薄型コンパクト化が図られ、また、各画素と観察者の
網膜が共役関係にあることにより、高精細な映像が作り
出せる。

【００１９】上記において、板状照明手段は、微小発光
点からの光を映像表示手段の各画素に収斂する微小集光
手段を有することが望ましい。

【００２０】本発明においては、１画素１画素の濃淡色
彩情報の集合結果として１枚の絵として映像を認識する
ことができるが、その構成要素である１画素１画素は開
口を持つため、濃淡情報を表示している領域は、画素の
ピッチ分全域ではなくそれより狭い領域である。そのた
め、微小発光点から射出した光束を発散光や平行光でな
く、微小集光手段によって絞り、光束が集光する位置に
映像表示手段の各画素が位置するようにすることによっ
て、微小発光点から射出した光束を画素に集光させるこ
とができ、濃淡色彩情報を表示していない領域を光束が
通過し無意味な光束が眼に導かれるようなことはなく、
漏れなく濃淡色彩情報を拾い出すことができ、照明効率
良くより高精細な映像を投影することが可能になる。

【００２１】望ましくは、微小集光手段による各微小発
光点の結像位置近傍に各画素が配置されるような位置関
係、すなわち、微小発光点と画素とが微小集光手段にお
いて共役な関係にすることによって、複数の点光源であ
る微小発光点を所定位置に結像させることができ、光量
効率が良くなり、表示映像の劣化の原因となる不要光の
発生を防ぐことができる。

【００２２】また、微小集光手段による微小発光点の略
結像位置に各画素が配置され、微小発光点から微小集光
手段の主点位置までの距離をＤ₁として、微小集光手段
の主点位置から微小集光手段による微小発光点の結像位
置までの距離をＤ₂とした場合、０．２Ｄ₁＜Ｄ₂＜５Ｄ₁ ・・・（２）を満たすことが望ましい。

【００２３】微小発光点から画素までの距離Ｄ₁＋Ｄ₂
は、Ｄ₁＝Ｄ₂のときに最小となり、コンパクトさの面
で最適であるが、光が隣の画素にまで入り込むいわゆる
クロストーク現象防止のためには、像側のＮＡが小さい
方がよいため、Ｄ₂はＤ₁に比して大きな方がよいが、
本発明の球投影型映像表示装置の射出瞳径を大きくする
ためには、逆に、逆にＤ₁はＤ₂に比して大きな方がよ
い。以上の作用及び効果を得るのに、妥当な値が０．２
Ｄ₁＜Ｄ₂＜５Ｄ₁である。

【００２４】さらに、微小発光点から画素までの距離を
小さくする意味で望ましくは、０．５Ｄ₁＜Ｄ₂＜２Ｄ₁ ・・・（２）’ を満たすことが好適である。

【００２５】また、板状照明手段は、面状の光源を有す
ることが望ましい。すなわち、各画素を照明する微小発
光点の光源となる光供給手段として、平面バックライト
のようなタイプの面状の光源を用いることにより、照明
系の薄型化が図れる。

【００２６】また、板状照明手段は、線上の光源と光透
過性及び拡散性を有する導光板を有することが望まし
い。光を供給する手段として、導光体の一側面近傍に配
設されたタイプの平面型の照明ユニットを採用すること
によって、装置の薄型化が図れる。微小発光点の形成手
段として、導光体自体を工夫することも可能になる。

【００２７】また、微小集光手段は、微小発光点からの
光を各々の微小発光点に対応した各画素に集光すること
が望ましい。各微小発光点から射出した光束を微小集光
手段によって各画素に集光させることにより、各画素が
それぞれに対応した微小発光点という点光源で照明され
ていることになり、１画素レベルでの照明、結像光学系
が達成できる。このことにより、不要な光を生み出すこ
となく効率よく照明できる。また、光学系の短焦点化が
可能になり、装置の照明部位のより薄型化が図れる。

【００２８】また、板状照明手段は、微小発光点からの
光を映像表示手段の各画素に収斂する微小集光手段を有
し、その微小集光手段は、微小発光点からの光を各々の
微小発光点に対応した各画素に集光することが望まし
い。映像表示手段の構成要素である１画素１画素は開口
を持つため、微小発光点から射出した光束を発散光や平
行光でなく絞ることによって画素に集光させることがで
き、濃淡色彩情報を表示していない領域を光束が通過し
無意味な光束が眼に導かれるようなことはなく、漏れな
く濃淡色彩情報を拾い出すことができ、照明効率良く、
より高精細な映像を投影することが可能になる。このと
き、各画素毎に各微小発光点が存在することによって、
１画素レベルでの照明光学系が達成でき、不要な光を生
み出すことなく効率良く照明できる。また、光学系の短
焦点化が可能となり、さらに、照明手段として面状の照
明ユニットを用いることにより装置の照明部位の薄型化
が図れる。

【００２９】また、微小集光手段は、微小発光点からの
光を少なくとも２つ以上の画素に収斂するようにするこ
ともできる。画素を照明する光学系として、微小集光手
段を複数の光学面にし、一旦平行光束としてそれから画
素毎に集光させる。この方法では、例えば照明光学系を
各微小発光点から発せられた光束を平行光束にする光学
面と、平行光束を各画素毎に集光する光学面とに分けら
れ、それぞれを別ユニットとして扱うことができ、装置
中での配設の自由度が生まれる。このとき、微小発光点
と平行光束にする光学面とを対応させ、画素と集光させ
る光学系とを対応させるが、微小発光点とそれに対応し
た平行光束にする光学面と、画素とそれに対応した集光
させる光学面との間には１：１の対応関係がないため、
微小発光点のピッチと画素のピッチとを一致させる必要
がない。そのため、製作上さらにアライメントの点から
も自由度が大きい。

【００３０】また、平行光束を作り出す光学面の焦点位
置に各微小発光点が位置することにより、微小発光点か
ら発せられた光束を発散及び集束させることなく精度良
く平行光を作り出せ、微小発光点毎に対応して平行光を
作り出すため、光学面の短焦点化が可能になり、光源に
面光源を用いれば、精度の良い薄型の平行光照明系が達
成できる。

【００３１】また、板状照明手段は、微小発光点からの
光を映像表示手段の各画素に収斂する微小集光手段を有
し、その微小集光手段は、微小発光点からの光を少なく
とも２つ以上の画素に収斂するようにすることもでき
る。画素を照明する光学系として、微小集光手段を複数
の光学面にすることによって、装置中での配設の自由度
が生まれる。このとき、微小発光点と平行光束にする光
学面とを対応させ、画素と集光させる光学面とを対応さ
せるが、微小発光点とそれに対応した平行光束にする光
学面と、画素とそれに対応した集光させる光学面との間
には１：１の対応関係がないため、微小発光点のピッチ
と画素のピッチとを一致させる必要がない。そのため、
製作上さらにアライメントの点からも自由度が大きい。
さらに、照明手段として面状の照明ユニットを用いるこ
とにより、装置の照明部位の薄型化が図れる。

【００３２】また、微小発光点と画素は微小集光手段の
光軸上に配されてもよい。各微小発光点と各画素とが
１：１対応で、さらに、微小集光手段の光軸上に微小集
光手段を挟んで両者が位置することにより、光束の収束
の制御がしやすく、無駄な不要光束の発生が防げ、効率
良く、精度良く、微小発光点から射出した光束群を各画
素に集光できる。また、光の射出口である微小発光点１
個につき一つの微小集光手段と一つの各画素が対応して
いることにより、１画素レベルでの照明光学系が達成で
きる。したがって、画素が小さいことを考えれば、光学
系の短焦点化が可能になり、装置全体の薄型化が達成で
きる。

【００３３】また、微小集光手段は、微小発光点から発
せられた光束を各画素に集光する１枚のみの光学系で構
成することもできる。微小発光点から射出した光束を１
枚の光学系で各画素に集光させるため、照明部位の薄型
化が可能になり、アライメントもしやすい。

【００３４】また、微小集光手段は、微小発光点から発
せられた光束を各画素に集光する複数枚からなる光学系
で構成することもできる。各画素を照明するにあたり、
複数枚の光学系にて画素に集光するため、収差の点から
収斂性は良くなる。このとき、例えば微小発光点から射
出した光束から平行光を作り出す手段とそれを集光する
手段に分割することによって、それぞれユニットとして
装置内での配設の自由度等も生まれる。

【００３５】この場合、微小集光手段は、微小発光点か
ら発せられた光束を各画素に集光する２枚からなる光学
系であってもよい。各画素を照明するにあたり、２枚の
光学系にて画素に集光するため、収差の点から収斂性は
良く、それにも係わらずシンプルな光学系であるので、
アライメントも難しくない。このとき、例えば微小発光
点から射出した光束から平行光を作り出す手段とそれを
集光する手段に分割することによって、それぞれユニッ
トとして装置内での配設の自由度等も生まれる。

【００３６】また、微小発光点は、導光板の映像表示手
段に面した面側近傍、あるいは、その反対側面、あるい
は、その内部に形成されていることが望ましい。微小発
光点の形成方法として、導光板の映像表示手段に面した
面側に、あるいは、その反対の背面側に、光が導光板外
部に拡散しながら導出する部位を設けることで、微小発
光点を作り出す。又は、導光板中に導光板の屈折率と異
なる部位を設けることにより形成する等、微小発光点の
形成方法に自由度があり、使用状況に適した方法で微小
発光点を形成できる。

【００３７】また、板状照明手段は、板状照明手段の面
状光源の発光面近傍あるいは導光体表面近傍に微小発光
点を形成し得る、２次元状に配列された複数の微小な開
口を有した遮光手段を有することができる。面状の光源
表面に２次元状に配列された微小な開口を有した遮光手
段を設けることにより、あるいは、サイド蛍光管型平面
バックライトならば導光体表面に遮光手段を設けること
により、薄型板状のどのようなタイプのバックライト光
源からも複数の点光源を作り出すことができる。また、
微小発光点となる遮光手段の各開口を微小集光手段と対
応させることにより、１画素レベルでの照明結像光学系
が達成でき、光源も含めた光学系の短焦点化による装置
の薄型化が達成できる。

【００３８】その場合、遮光手段は、面状光源の発光面
側の、あるいは、導光体の映像表示手段側の面の内側が
反射作用を有することが望ましい。面状光源の発光面近
傍、あるいは、上記導光体の映像表示手段側の面近傍に
設ける遮光手段の内側が反射作用を有していることによ
り、微小発光点となる開口以外から漏れ出す光は反射す
るので、照明効率が高くなる。

【００３９】また、遮光手段は、面状光源の発光面側の
面、あるいは、導光体の映像表示手段側の面の内側がミ
ラーコートされていることにより、反射作用を有するこ
とができる。反射作用をミラーコートを施すことにより
達成できるので、遮光手段の材質によらず、照明効率を
高めることができる。

【００４０】また、遮光手段は、面状光源の発光面側の
面あるいは導光体の映像表示手段側の面が全反射作用を
持つことにより、反射作用を有することができる。面状
光源タイプの平面バックライトの場合、遮光手段の材質
として面状光源の構成要素の透明体の屈折率より低く、
所定の角度以下の光は全反射するような材質のもの、線
状光源＋板状導光体のタイプの平面バックライトの場
合、遮光手段の材質として屈折率が導光体よりも低く、
所定角度以下の光は全反射するようなものを、映像表示
手段側に設けることによって、面状光源や蛍光管等の線
状の光源から発せられた光の中、開口部以外に到達した
光は導光体内部における全反射を繰り返すので、光を無
駄なく取り出すことができ、光量効率が良く明るい映像
を観察することができる。

【００４１】また、板状照明手段は、微小発光点を形成
する屈折率が導光板と異なる光拡散部位を有するものと
することができる。薄型面状の照明ユニットから複数の
点光源を作り出す手段として、サイド蛍光管型平面バッ
クライトの導光体自体、あるいは、導光体の上面又は下
面側に光を拡散する部位を複数設けることによって、微
小発光点を作り出すことができる。

【００４２】また、板状照明手段は、導光板の上面近傍
あるいは下面近傍に微小発光点を形成すべく、微小な凹
部又は凸部を有するものとすることができる。薄型面状
の照明ユニットから複数の点光源を作り出す手段とし
て、サイド蛍光管型平面バックライトの導光体上面又は
下面側に微小な凹凸部位を複数設けることによって、微
小発光点を作り出すことができる。

【００４３】また、以上において、微小集光手段を屈折
率分布型レンズアレイとすることができる。収差補正能
力が大きい屈折率分布型レンズにより、１画素レベルの
解像度がより高解像を要求させる際の照明に望ましいも
のとなる。特に、非点収差と色収差を除く場合に好適で
ある。

【００４４】さて、以上の映像表示装置は頭部又は顔部
搭載型とすることができる。映像表示手段の各画素毎に
集光し、また、画素を照明する照明系自体も複数の発光
点にする光学系を用いることにより、発光点から発した
光が画素情報を拾い、集光されるに到るまでの光路長が
短く薄型であることは、頭部あるいは顔部に装着するタ
イプの映像表示装置においては、突出量が小さくなり、
非常に好適である。

【００４５】この場合、頭部又は顔部搭載型映像表示装
置は左右のステレオ表示を行うものであることが望まし
い。頭部又は顔部に装着する映像表示装置において、ス
テレオ表示する場合、各目独立に照明光学系、接眼光学
系を要するが、それぞれの目に対する光学系に本発明の
薄型コンパクトな照明光学系、接眼光学系を用いること
により、装置全体が軽量コンパクト化する。

【００４６】また、以上の映像表示装置は瞳位置調整機
能を有することが望ましい。光学系の射出瞳位置の調整
機構を設けることにより、射出瞳径が小さくても射出瞳
を観察者瞳孔の位置に随時調整位置合わせすることによ
って、映像をケラレることなく観察できる。

【００４７】また、以上の映像表示装置は射出瞳拡大手
段を有することが望ましい。特開平７−７２４２２号、
特開平８−１６６５５６号に開示されているような回折
格子を用いて瞳を拡大する方法や、特開平８−１２９１
４６号に開示されているようなリニアフレネルプリズム
を用いた方法を用いることによって、光学系の射出瞳を
拡大し、元々の射出瞳径が小さくても映像をケラレるこ
となく観察できる。

【００４８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照にして本発明の
眼球投影型映像表示装置のいくつかの実施例について説
明する。〔実施例１〕図１、図２を参照しながら本発明の実施例
１を説明する。図１は実施例１の映像表示装置の光路図
であり、図２は図１に示した構成の映像表示装置を内蔵
することによって可能になる小型のメガネ型ＨＭＤの斜
視図である。図１において、観察者側から順に、瞳孔、
水晶体、網膜等から構成される観察者の眼球Ｅ、接眼レ
ンズ１、その後方にマイクロレンズアレイ２（以下、本
実施例において接眼側ＭＬＡ）、その後方に映像を表示
する映像表示手段として透過型のＬＣＤ３、その後方に
マイクロレンズアレイ４（以下、本実施例において照明
側ＭＬＡ）、さらに、ＬＣＤを照明するサイド蛍光管型
平面バックライト５を配置した構成を示す。眼球Ｅは、
瞳孔又は回旋中心が接眼レンズ１の略焦点距離離れたと
ころに位置するように配される。

【００４９】サイド蛍光管型平面バックライト５とは、
図３に示すように、透光性の導光板６の一端辺に蛍光管
７のような線状光源を併設するエッジライト方式のもの
である。蛍光管７から放出される光を効率する反射させ
るために、これを覆うように反射部材１８が設けられ
る。また、導光板６の射出面の表面には拡散光が射出す
る複数の孔９を有する導光板６よりも屈折率の低い部材
でできた拡散孔シート８が配されている。導光板６の反
対側の面は射出効率のため反射層１０となっている。そ
の代わりに、反射シート等を設けるてもよい。蛍光管７
から発せられた光束は導光板６の裏面の反射層１０と表
面での全反射によって導光板６内部で反射を繰り返す。
これらの光の中、導光板６の表面に対して全反射条件の
臨界角未満で入射する光が導光板６表面に透過し、表面
に設けられた拡散孔シート８の拡散孔９から光が拡散し
ながら射出する。これにより、拡散孔９が極微小である
ならば、微小発光点が拡散孔９の数だけ存在するとみな
せる。すなわち、面状の照明ユニットから複数の点光源
を作り出したことになる。

【００５０】さらに、本実施例の構成には、２つのマイ
クロレンズアレイ２、４が含まれているが、その内の一
つの照明側ＭＬＡ４はこの拡散孔シート８の拡散孔９に
対応して配列されており、照明側ＭＬＡ４のエレメント
である微小レンズの焦点距離分隔てて配置すれば、各拡
散孔９から射出した光は略平行光となって射出するし、
その焦点距離よりも離して配置すれば、その共役位置に
集光する。

【００５１】次に、図４にこの実施例の主要部の斜視図
に示すように、照明側ＭＬＡ４の構成要素である各微小
レンズは、ＬＣＤ３の各画素に対応した配列やピッチに
なっている。図中では、ＲＧＢのストライプ配列が示さ
れているが、デルタ配列、モザイク配列、スクエア配列
等の場合にも、照明側ＭＬＡ４を構成する各微小レンズ
はそれぞれの画素に対応したピッチ、配列で構成され
る。なお、図４中では、ＬＣＤ３は便宜的に画素のみを
示してあり、ガラス基板、偏光板、透明電極等は図示し
ていない。

【００５２】ところで、ＬＣＤ３の画素と照明側ＭＬＡ
４との位置関係であるが、照明側ＭＬＡ４の焦点距離を
ｆとし、微小発光点を含む拡散孔シート８から照明側Ｍ
ＬＡ４の主点位置まで距離Ｄ₁、照明側ＭＬＡ４の主点
位置から各画素まで距離Ｄ₂とするとき、（Ｄ₁−ｆ）×（Ｄ₂−ｆ）＝ｆ² ・・・（１）を満たすように配すれば、画素に照明光が効率よく集光
する。

【００５３】このとき、サイズの点からすると、Ｄ₁＝
Ｄ₂が望ましいが、光が隣の画素にまで入り込むいわゆ
るクロストーク現象防止のためには、像側のＮＡが小さ
い方がよいため、Ｄ₂はＤ₁に比して大きな方がよい
が、本眼球投影型映像表示装置の射出瞳径を大きくする
ためには、逆にＤ₁はＤ₂に比して大きな方がよい。妥
当な値としては、０．２Ｄ₁＜Ｄ₂＜５Ｄ₁ ・・・（２）程度に収まっていることが望ましい。

【００５４】このように、平行光や発散光でなく、発光
点からの光を画素に収斂させることによって発光点と画
素を略共役関係にする場合、使用状況や目的に合わせた
位置関係にするのがよい。例えば、照明側ＭＬＡ４の焦
点距離を１ｍｍとした場合、最小にするにはＤ₁＝Ｄ₂
＝２ｍｍであり、クロストーク防止のためにはＤ₁＝
１．２ｍｍ、Ｄ₂＝６ｍｍ程度がよく、また、射出瞳を
大きくするにはＤ₁＝６ｍｍ、Ｄ₂＝１．２ｍｍ程度が
よい。

【００５５】さらに、画素が上式（１）を満たす位置に
あるのが望ましいが、上式（１）から導かれる発光点で
ある拡散孔９の照明ＭＬＡ４による結像位置が光軸方向
において丁度画素位置でなくても、ＬＣＤ３の少なくと
も上下ガラス基板以内にあれば、ＮＡが小さく焦点深度
が深いので、観察可能である。

【００５６】次に、図５のこの実施例の主要部の断面図
に実際の値を示したように、１次元水平方向で、例え
ば、透過型ＬＣＤ３の表示サイズを１．３インチ（アス
ペクト比４：３、水平サイズ２６．４ｍｍ）、画素数３
８万画素レベルで水平ドット８００ドット（カラーＲＧ
Ｂストライプ）とした場合、拡散孔シート８の拡散孔９
及び照明側ＭＬＡ４の微小レンズのピッチは２６．４ｍ
ｍ／８００ドット＝３３μｍである。図５に示すよう
に、図示しないバックライトからの光は、拡散孔シート
８の拡散孔９から射出し、照明側ＭＬＡ４によって各画
素に集光する。照明側ＭＬＡ４の焦点距離を１ｍｍとす
ると、拡散孔シート８と照明側ＭＬＡ４を２ｍｍ隔てて
配置すれば、上述の式（１）から拡散孔シート８から２
ｍｍの位置が拡散孔９と共役な位置になるので、この２
ｍｍ離れた位置に画素が位置するようにＬＣＤ３を配置
すれば、効率良く各画素を照明することができる。

【００５７】さらに、やはり画素ピッチと同じ３３μｍ
ピッチで、配列も同じで、焦点距離が１ｍｍの接眼側Ｍ
ＬＡ２を、ＬＣＤ３から接眼側ＭＬＡ２自身の焦点距離
１ｍｍを隔てた位置に配置すれば、各画素情報を含んだ
光束が各画素毎に略平行光束となり、図１に示した接眼
レンズ１によって眼球Ｅに導くことができる。

【００５８】さらに、瞳孔に集光する働きを有する接眼
レンズ１の焦点距離は、観察画角、ＬＣＤ３のサイズに
よって決定する。観察画角を水平８０°とすれば、上記
ＬＣＤサイズの構成では、接眼レンズ１の焦点距離＝２
６．４ｍｍ／２ｔａｎ（８０°／２）＝約１５ｍｍとな
る。厳密には、接眼レンズ１の焦点距離は、接眼側ＭＬ
Ａ２と接眼レンズ１により略平行光束にするという考え
に基づけば、接眼側ＭＬＡ２と接眼レンズ１の合成焦点
距離、観察画角、ＬＣＤ３のサイズから一義的に決まる
が、ここではマイクロレンズ２の焦点距離が接眼レンズ
１に比べて極小さいということから、接眼側ＭＬＡ２と
接眼レンズ１の合成焦点距離≒接眼側ＭＬＡ２の焦点距
離という近似の考えに基づいている。

【００５９】この構成によれば、照明光の射出口である
拡散孔９から光学系最終面である接眼レンズ１までの長
さは、照明側ＭＬＡ４及び接眼側ＭＬＡ２、ＬＣＤ３の
厚みをそれぞれ２ｍｍ、接眼レンズ１の厚みを５ｍｍと
しても、約１７ｍｍ程度であり、薄型の装置が達成でき
る。

【００６０】また、本実施例は、後で述べる実施例２の
構成の平行光化ＭＬＡと集光ＭＬＡの２枚の働きを、照
明側ＭＬＡ１枚で達成しているので、安価である。

【００６１】図２に示したメガネ型ＨＭＤ３０には、上
記構成以外に、スピーカー、そのスピーカーや上記のＬ
ＣＤ３に表示する映像、ＬＣＤ３を照明するバックライ
ト５等、諸々の信号等を制御する電器回路部、さらに、
それらや上記の構成要素を支持する支持部が含まれる。
このメガネ型ＨＭＤ３０では、右目と左目とで別々の映
像をステレオ表示できることにより、立体映像を楽しむ
ことができる。

【００６２】ここで、上記のマイクロレンズを用いた光
学系の射出瞳径は、基本的に接眼側ＭＬＡ２の一つ一つ
のレンズピッチ程度の非常に小さい径であるので、実際
の使用状況では、何らかの形で瞳径を大きくする工夫が
必要である。ここで、瞳を大きくする方法として、特開
平７−７２４２２号、特開平８−１６６５５６号に開示
されているように、回折格子を用いて瞳を拡大する方法
や、特開平８−１２９１４６号に開示されているよう
に、リニアフレネルプリズムを用いた例等がある。図６
（ａ）に示すのは２次元回折格子１１、１２であり、回
折現象により光束をシフトし、瞳を拡大する手段であ
る。０次光や±１次光等を用いれば、瞳を１方向で３つ
に分離できる。図６（ｂ）に示すのは１次元プリズムア
レイ１３、１４であり、屈折により光束をシフトし、瞳
を拡大する手段である。これは、図７に示すように、１
方向につき光束を３方向に分岐させ、瞳を３つに分離す
る１次元プリズム１５のアレイであるので、縦方向横方
向の２方向に瞳をシフトさせるには、この１次元プリズ
ムアレイ１３、１４のペアを９０°回転した別の１次元
プリズムアレイのペア、すなわち、紙面の縦方向にプリ
ズムが配列しているペアも用い、合計４枚にて瞳を縦方
向横方向２方向に分割する。これらの素子を用いること
によって、図８に示すように、元々一つだった瞳１６を
複数の瞳１６₁〜１６₅に分割することによって、瞳孔
が動いても光束がケラレ難くなる。

【００６３】図９に、この実施例において接眼レンズ１
の観察者側に上記の瞳拡大素子１１、１２又は１３、１
４を設けた場合の光路図を示してある。

【００６４】あるいは、図１０に示すように、観察者の
瞳孔位置等を図示しない検出装置にて検出して、その瞳
孔位置に射出瞳か位置するように、接眼側ＭＬＡ２や接
眼レンズ１を位置調整できるように、両レンズ１、２に
アクチュエータ等の位置調整装置１７を設けることによ
り、視線を追随する方法でもよい。図１０では主光線の
み示してある。この方法では、各レンズ１、２のストロ
ーク範囲としては極小さくても瞳位置を移動できるの
で、アクチュエータには圧電素子等のレスポンスが良い
ものを用いればよい。また、映像表示手段を動かす等し
てもよい。

【００６５】以上、１次元において説明を行ってきた
が、同様な考えで図の紙面に垂直な方向も加えた２次元
に置き換えることができる。

【００６６】〔実施例２〕図１１の光路図を参照しなが
ら本発明の実施例２を説明する。図１１において、観察
者側から順に、瞳孔、水晶体、網膜等から構成される観
察者の眼球Ｅ、接眼レンズ１、その後方にマイクロレン
ズアレイ２（以下、本実施例において接眼側ＭＬＡ）、
その後方に映像を表示する映像表示手段として透過型の
ＬＣＤ３、その後方に２個のマイクロレンズアレイ４
１、４２（以下、本実施例においてＬＣＤ側マイクロレ
ンズアレイ４１を集光ＭＬＡ、もう一方４２を平行光化
ＭＬＡ）、さらに、ＬＣＤ３を照明する面発光型平面バ
ックライト５を配置した構成を示す。眼球Ｅは、瞳孔又
は回旋中心が接眼レンズ１の略焦点距離離れたところに
位置するように配される。また、バックライト５は面状
の光源であれば何れのタイプでもよい。

【００６７】面発光型バックライト５の表面には、図１
２（ａ）や（ｂ）に示すような複数の小孔２１を有する
遮光シート２０あるいは反射シート２２を配置する。あ
るいは、バックライト５表面に複数の小孔を有する状態
で直接反射コートを施してもよい。バックライト５から
射出する光の中、小孔２１に到達したものはそこから漏
れ出す。小孔２１が極微小であるならば、微小発光点が
小孔２１の数だけ存在するとみなせる。すなわち、面状
光源から複数の点光源を作り出したことになる。

【００６８】さらに、本実施例の構成には３つのマイク
ロレンズアレイ２、４１、４２が含まれているが、その
中の一つ平行光化ＭＬＡ４２はこの反射シート２２（拡
散シート２０）の小孔２１に対応して配列されており、
平行光化ＭＬＡ４２のエレメントである微小レンズの略
焦点距離離して配置すれば、各小孔２１から射出した光
はそれぞれ略平行光に変換される。以上のそれぞれの配
置間隔を無視して斜視図で示したものが図１３である。

【００６９】こうして非常に薄型の平行照明を供給する
手段が達成できる。以上の構成の平面バックライト５と
反射シート２２はできるだけ近づけて、さらに、反射シ
ート２２と平行光化ＭＬＡ４２は各微小レンズの焦点距
離隔てるという位置関係がアライメントされた状態で保
持できるように一体化することによって、薄型の平行照
明供給ユニットとして使用することができる。

【００７０】次に、図１４の斜視図に示すように、集光
ＭＬＡ４１の構成要素である各微小レンズはＬＣＤ３の
各画素に対応した配列とピッチになっている。図中で
は、ＲＧＢのデルタ配列が示されているが、ストライプ
配列、モザイク配列、スクエア配列等の場合にも、集光
ＭＬＡ４１を構成する各微小レンズはそれら対応したピ
ッチ、配列で構成される。図中では、ＬＣＤ３は便宜的
に画素のみ示してあり、ガラス基板、偏光板、透明電極
等は図示していない。

【００７１】図１４に示すように、ＬＣＤ３は各画素が
この集光ＭＬＡ４１のエレメントである微小レンズの略
焦点距離近傍に位置するように配置する。また、接眼側
ＭＬＡ２も同様に配列とピッチをＬＣＤ３に合わせ、さ
らに、やはりそのエレメントである微小レンズの焦点距
離近傍にＬＣＤ３の各画素が位置するように配置する。
図中では、集光ＭＬＡ４１の焦点距離をｆ_t、接眼側Ｍ
ＬＡ２の焦点距離をｆ_o、ＬＣＤ３から照明側へ隔てた
位置に集光ＭＬＡ４１を、観察者側に隔てた位置に接眼
側ＭＬＡ２を配置する。また、ＬＣＤ３の各画素と集光
ＭＬＡ４１、接眼側ＭＬＡ２のピッチはｘ方向Ｐ_x、ｙ
方向Ｐ_yにて一致している。

【００７２】図１１において、光線を追跡していくと、
バックライト５から発せられた光は平行光束の状態で集
光ＭＬＡ４１に入射し、集光ＭＬＡ４１で収斂光に変換
された光束がＬＣＤ３の画素上に集光するように集光Ｍ
ＬＡ４１がアライメントされていれば、光束が画素に集
光した状態で各画素の濃淡色彩情報を拾って再び接眼側
ＭＬＡ２にて略平行光束となり、接眼側ＭＬＡ２の虚像
位置が接眼レンズ１の焦点距離になるように接眼レンズ
１を配置することによって、略平行光に変換され、接眼
レンズ１により観察者の瞳孔に導かれる。観察画角は接
眼レンズ１の焦点距離とＬＣＤ３のサイズとによって決
定する。例えば、接眼レンズ１の焦点距離が３０ｍｍ
で、ＬＣＤ３の水平方向のサイズが２０ｍｍであれば、
観察水平画角は２ｔａｎ（１０／３０）＝約３７°とな
る。

【００７３】図１１、図１４中、集光ＭＬＡ４１と接眼
側ＭＬＡ２の各微小レンズの配列、ピッチは略一致して
いるが、平行光化ＭＬＡ４２と集光ＭＬＡ４２及び接眼
側ＭＬＡ２とのピッチは一致していなくてもよい。すわ
なち、図１５に示すように、平面バックライト５の各微
小発光点から発せられた光束は一旦平行にするので、平
行光化ＭＬＡ４２の一つの微小レンズにつき集光ＭＬＡ
４１の複数の微小レンズが対応している状態でも、微小
発光点からの光束は画素に収斂する。あるいは、複数の
微小発光点、平行光化ＭＬＡ４２の複数の微小レンズに
集光ＭＬＡ４１の一つの微小レンズが対応していてもよ
い。平行光化ＭＬＡ４２を経て平行光の間、つまり、平
行光化ＭＬＡ４２と集光ＭＬＡ４１との間隔は光束の平
行度が高く、周辺において大きく光がケラレない間隔で
ある限り、装置中での配置における自由度を持たせるこ
とができる。

【００７４】以上、１次元（水平方向）に限って説明し
てきたが、紙面に垂直な方向、すなわち垂直方向にも同
様な考えが適用でき、２次元の映像を観察することがで
きる。

【００７５】以上のように構成すると、光学系の中で映
像情報を拾った光束を観察者にとって網膜上に結像する
ための程よい平行光に変換する手段としてマイクロレン
ズアレイを用いることによって、各画素毎にマイクロレ
ンズアレイの各微小レンズによる照明、集光、平行光化
が可能になり、無理なく短焦点化でき、ＨＭＤには好適
な光学系の薄型化が達成できる。

【００７６】〔実施例３〕次に、接眼レンズを用いない
実施例を図１６に示す。実施例２は、集光ＭＬＡ４１と
接眼側ＭＬＡ２はＬＣＤ３の画素の配列やピッチに一致
しており、平行光化ＭＬＡ４２と拡散孔２１の配列とピ
ッチが一致しており、ＬＣＤ３のピッチ、配列と拡散孔
２１のピッチ、配列は一致していなくもよい例であっ
た。本実施例では、拡散孔シート８の拡散孔９から平行
光化ＭＬＡ４２、集光ＭＬＡ４１、ＬＣＤ３の画素、接
眼側ＭＬＡ２のピッチは一致してないが、それぞれは相
互に関連する。

【００７７】簡単のため、１次元（水平方向）で説明す
る。観察画角を水平４０°とし、映像表示素子、ここで
は透過型ＬＣＤ３の表示サイズを１インチ（アスペクト
比４：３、水平サイズ２０．３ｍｍ）、画素数２６６
（水平）×２２５（垂直）＝５９，８５０画素（モノク
ロ）とする。ＬＣＤ３から眼球Ｅまでの距離は、２０．
３／２÷ｔａｎ２０°＝２７．９ｍｍである。画素ピッ
チは、水平で２０．３ｍｍ／２６６ドット＝７６．３μ
ｍである。

【００７８】接眼側ＭＬＡ２の焦点距離を２ｍｍとする
と、接眼側ＭＬＡ２の各微小レンズのピッチは７０．８
μｍである。これは、各画素と各微小レンズを対応させ
ることによって、図１６中の三角形ＯＰＱと三角形ＯＲ
Ｓが図から明らかなように相似であるという関係から、
接眼側ＭＬＡ２のサイズが決まり、微小レンズの数とＬ
ＣＤ３の画素数は一致していることから、１微小レンズ
分の長さ、すなわちピッチが導かれる。同様に、集光Ｍ
ＬＡ４１の焦点距離を２ｍｍとすると、集光ＭＬＡ４１
のピッチは８１．８μｍになる。

【００７９】次に、拡散孔９のピッチ及び平行光化ＭＬ
Ａ４２のピッチであるが、図中、距離Ｄをどのくらい取
るかによるが、装置全体のコンパクト性を考えると、余
り大きく取らない方が好適である。また、平行光化ＭＬ
Ａ４２を射出してくる光束は完全平行光ではないので、
余り距離Ｄを取りすぎると不要な光が発生しやすくなり
好ましくない。図１６から明らかなように、上記の相似
の考え方に基づいて拡散孔９及び平行光化ＭＬＡ４２の
ピッチが決定する。ここでは、Ｄを３ｍｍとし、平行光
化ＭＬＡ４２の焦点距離を３ｍｍとすると、平行光化Ｍ
ＬＡ４２の微小レンズのピッチは９０．０μｍとなり、
拡散孔９のピッチは９８．２μｍとなる。

【００８０】以上の構成により、接眼レンズなしに水平
画角３０°の映像を見ることができる。本実施例では、
微小発光点である拡散孔９から発せられた光束を画素に
収斂するため２枚のマイクロレンズ４１、４２を用い、
各微小発光点からの光束を一旦平行光束にする例を説明
してきたが、１枚のマイクロレンズにて拡散孔９を画素
に結像させるようにしてもよい。また、複数枚のマイク
ロレンズを用いて結像させてもよいが、アライメントの
複雑さやコストを考えれば１枚又は２枚で収斂させるの
が好適である。

【００８１】以上、１次元において説明を行ってきた
が、同様な考えで図中紙面に垂直な方向も加えた２次元
に置き換えることができる。本実施例においては、照明
や映像の信号等を処理する回路等を含めた制御手段を抜
きにすれば、バックライト５の厚み、拡散光シート８の
厚みをそれぞれ３ｍｍ、１ｍｍと考えた場合、照明光源
であるバックライト５から光学系最終面である接眼側Ｍ
ＬＡ２までの照明及び接眼の光学系の長さは約１４ｍｍ
であり、非常に薄型の映像表示装置が達成できる。

【００８２】〔実施例４〕本実施例では、板状の照明ユ
ニットから複数の微小発光点を形成する方法を説明す
る。面発光タイプの照明ユニットの場合、図１２に示す
ような小さな孔２１を２次元状に複数配列することによ
って微小発光点とする遮光シート２０を、図１７に示す
断面図のように封入ガラス体（導光体）６の発光面に設
けることによって、微小発光点を形成する方法がある。
ここで、光量効率のために、図１７（ａ）のように、遮
光シート２０の発光面側の面に反射作用を持たせるとよ
いが、反射作用の持たせ方として、小孔２１以外の部分
にアルミニウム等の反射コート２３を施してもよいし、
図１７（ｂ）のように、遮光シート２０の材質として面
光源を構成している封入ガラス体６より屈折率の低いも
のを用いることによって、所定角度以上の入射角の光線
は全反射するようにさせてもよい。

【００８３】また、サイド蛍光管タイプのような板状照
明ユニットの場合、上記のように遮光シート２０を導光
体６に設けてもよいが、図１８（ａ）、（ｂ）に示すよ
うに、導光体６自体の上面又は下面に図示のような微小
凹凸粗面部や微小切欠き２４等を２次元状に複数形成
し、蛍光管から上下面で全反射を繰り返しながら導光さ
れた光が、その微小切欠き２４等で全反射条件が崩れる
ことによって、その部分から拡散しながら漏れ出すよう
にし、これを微小発光点としてもよい。あるいは、図１
８（ｃ）に示すように、導光体６中にそれ自身の屈折率
と異なる泡等の微小異屈折率体２５を２次元状に配列さ
せるようにし、これを微小発光点とする方法でもよい。
なお、図１８中においては、微小切欠き２４、微小異屈
折率体２５からの拡散光を所要程度集光させるために、
各微小発光点の前方にマイクロレンズ等の微小集光手段
２６が配置されている。この集光手段２６は、照明側Ｍ
ＬＡ４又は平行化ＭＬＡ４２であっても、それらとは別
の集光手段であってもよい。

【００８４】〔実施例５〕実施例５として、図１９に示
す平板２７中、半径に応じて同心円状に屈折率が変化し
ている微小な屈折率分布型レンズ２８のアレイ（屈折率
分布型マイクロレンズアレイ）２９を照明用光学系とし
て使用した例を示す。図２０に示すように、屈折率分布
型マイクロレンズアレイ２９を構成する各屈折率分布型
レンズ２８の屈折率分布は、中心が高く円周に向かうに
従って低くなっている。

【００８５】このような屈折率分布型マイクロレンズア
レイ２９を照明側ＭＬＡとして用いた装置の光路図を図
２１に示す。図示のように、バックライト５から射出し
た光は微小発光点である拡散孔９を通過し、ＬＣＤ３の
各画素に各微小レンズが対応して配列されている屈折率
分布型マイクロレンズアレイ２９により、拡散孔９のマ
イクロレンズアレイ２９における共役位置近傍に配置さ
れているＬＣＤ３の各画素に集光する。ここで、画素情
報を乗せた光束は接眼側ＭＬＡ２により略平行光束とな
り、さらに、接眼光学系１により眼球Ｅに導かれるが、
装置のサイズの制約が比較的緩い場合、広画角に対応し
たより鮮明で、かつ、収差の少ない観察映像にするた
め、接眼光学系１は収差補正等を考慮した複数枚の屈折
系レンズ群を用いるとよい。なお、接眼側ＭＬＡ２も屈
折率分布型マイクロレンズアレイにて構成してもよい。

【００８６】以上の実施例の何れかの構成の眼球投影型
映像表示装置を内蔵した、図２のようなメガネ型ＨＭＤ
３０ではなく、据え置き型映像観察装置３１の１例の外
観を図２２の斜視図に示す。この場合、数インチ程度の
ＬＣＤを用い、視度補正レンズを設けることにより、よ
り高精細で収差の少ない映像を観察することができる。

【００８７】以上、本発明の眼球投影型映像表示装置を
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。

【００８８】以上の本発明の眼球投影型映像表示装置は
例えば次のように構成することができる。〔１〕映像を表示する２次元的に配列された画素を有
する映像表示手段と、前記映像表示手段の各画素を照明
する２次元的に配列された複数の微小発光点を有する板
状照明手段と、さらに、前記映像表示手段の各画素に対
応して２次元的に配列され、各画素からの射出光束を眼
球に導く微小光学素子を含む接眼光学系とを有すること
を特徴とする眼球投影型映像表示装置。

【００８９】〔２〕上記〔１〕において、前記板状照
明手段は、前記微小発光点からの光を前記映像表示手段
の各画素に収斂する微小集光手段を有することを特徴と
する眼球投影型映像表示装置。

【００９０】〔３〕上記〔２〕において、前記微小集
光手段による前記微小発光点の略結像位置に前記各画素
が配置され、前記微小発光点から前記微小集光手段の主
点位置までの距離をＤ₁として、前記微小集光手段の主
点位置から前記微小集光手段による前記微小発光点の結
像位置までの距離をＤ₂とした場合、０．２Ｄ₁＜Ｄ₂＜５Ｄ₁ ・・・（２）を満たすことを特徴とする眼球投影型映像表示装置。

【００９１】〔４〕上記〔３〕において、０．５Ｄ₁＜Ｄ₂＜２Ｄ₁ ・・・（２）’ を満たすことを特徴とする眼球投影型映像表示装置。

【００９２】〔５〕上記〔１〕から〔４〕の何れか１
項において、前記板状照明手段は、面状の光源を有する
ことを特徴とする眼球投影型映像表示装置。

【００９３】〔６〕上記〔１〕から〔４〕の何れか１
項において、前記板状照明手段は、線上の光源と光透過
性及び拡散性を有する導光板を有することを特徴とする
眼球投影型映像表示装置。

【００９４】〔７〕上記〔２〕において、前記微小集
光手段は、前記微小発光点からの光を各々の微小発光点
に対応した前記各画素に集光することを特徴とする眼球
投影型映像表示装置。

【００９５】〔８〕上記〔５〕又は〔６〕において、
前記板状照明手段は、前記微小発光点からの光を前記映
像表示手段の各画素に収斂する微小集光手段を有し、前
記微小集光手段は、前記微小発光点からの光を各々の微
小発光点に対応した前記各画素に集光することを特徴と
する眼球投影型映像表示装置。

【００９６】

〔９〕上記〔２〕において、前記微小集
光手段は、前記微小発光点からの光を少なくとも２つ以
上の前記画素に収斂することを特徴とする眼球投影型映
像表示装置。

【００９７】〔１０〕上記〔５〕又は〔６〕におい
て、前記板状照明手段は、前記微小発光点からの光を前
記映像表示手段の各画素に収斂する微小集光手段を有
し、前記微小集光手段は、前記微小発光点からの光を少
なくとも２つ以上の前記画素に収斂することを特徴とす
る眼球投影型映像表示装置。

【００９８】〔１１〕上記〔７〕又は〔８〕におい
て、前記微小発光点と前記画素は前記微小集光手段の光
軸上に配されることを特徴とする眼球投影型映像表示装
置。

【００９９】〔１２〕上記〔７〕から〔１１〕の何れ
か１項において、前記微小集光手段は、前記微小発光点
から発せられた光束を前記各画素に集光する１枚のみの
光学系であることを特徴とする眼球投影型映像表示装
置。

【０１００】〔１３〕上記〔７〕から〔１１〕の何れ
か１項において、前記微小集光手段は、前記微小発光点
から発せられた光束を前記各画素に集光する複数枚から
なる光学系であることを特徴とする眼球投影型映像表示
装置。

【０１０１】〔１４〕上記〔１３〕において、前記微
小集光手段は、前記微小発光点から発せられた光束を前
記各画素に集光する２枚からなる光学系であることを特
徴とする眼球投影型映像表示装置。

【０１０２】〔１５〕上記〔６〕において、前記微小
発光点は、前記導光板の前記映像表示手段に面した面側
近傍、あるいは、その反対側面、あるいは、その内部に
形成されていることを特徴とする眼球投影型映像表示装
置。

【０１０３】〔１６〕上記〔１〕から〔１３〕の何れ
か１項において、前記板状照明手段は、前記板状照明手
段の面状光源の発光面近傍あるいは導光体表面近傍に前
記微小発光点を形成し得る、２次元状に配列された複数
の微小な開口を有した遮光手段を有することを特徴とす
る眼球投影型映像表示装置。

【０１０４】〔１７〕上記〔１６〕において、前記遮
光手段は、前記面状光源の発光面側の、あるいは、前記
導光体の前記映像表示手段側の面の内側が反射作用を有
することを特徴とする眼球投影型映像表示装置。

【０１０５】〔１８〕上記〔１７〕において、前記遮
光手段は、前記面状光源の発光面側の面、あるいは、前
記導光体の前記映像表示手段側の面の内側がミラーコー
トされていることにより、反射作用を有することを特徴
とする眼球投影型映像表示装置。

【０１０６】〔１９〕上記〔１７〕において、前記遮
光手段は、前記面状光源の発光面側の面あるいは前記導
光体の前記映像表示手段側の面が全反射作用を持つこと
により、反射作用を有することを特徴とする眼球投影型
映像表示装置。

【０１０７】〔２０〕上記〔１５〕において、前記板
状照明手段は、前記微小発光点を形成する屈折率が前記
導光板と異なる光拡散部位を有することを特徴とする眼
球投影型映像表示装置。

【０１０８】〔２１〕上記〔１５〕において、前記板
状照明手段は、前記導光板の上面近傍あるいは下面近傍
に前記微小発光点を形成すべく、微小な凹部又は凸部を
有することを特徴とする眼球投影型映像表示装置。

【０１０９】〔２２〕上記〔１〕から〔２１〕の何れ
か１項において、前記微小集光手段は屈折率分布型レン
ズアレイであることを特徴とする眼球投影型映像表示装
置。

【０１１０】〔２３〕上記〔１〕から〔２２〕の何れ
か１項において、前記映像表示装置は頭部又は顔部搭載
型であることを特徴とする眼球投影型映像表示装置。

【０１１１】〔２４〕上記〔２３〕において、前記頭
部又は顔部搭載型映像表示装置は左右のステレオ表示を
行うことを特徴とする眼球投影型映像表示装置。

【０１１２】〔２５〕上記〔１〕から〔２４〕の何れ
か１項において、前記映像表示装置は瞳位置調整機能を
有することを特徴とする眼球投影型映像表示装置。

【０１１３】〔２６〕上記〔１〕から〔２４〕の何れ
か１項において、前記映像表示装置は射出瞳拡大手段を
有することを特徴とする眼球投影型映像表示装置。

【０１１４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、映像表示手段の画素を照明する微小発光点を
複数にしたことにより、微小発光点を有する照明系から
画素を有する映像表示手段に到るまでの光路長が短くな
り、さらに、各画素からの射出光束を各画素毎に観察者
の眼球に集光するため、像観察が可能になると共に、接
眼光学系の短焦点化が可能になり、眼球投影型映像表示
装置全体の薄型コンパクト化が図られ、また、各画素と
観察者の網膜が共役関係にあることにより、高精細な映
像が作り出せる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の映像表示装置の光路図であ
る。

【図２】図１に示した構成の映像表示装置を内蔵したメ
ガネ型ＨＭＤの斜視図である。

【図３】サイド蛍光管型平面バックライトの構成を示す
斜視図である。

【図４】実施例１の主要部の斜視図である。

【図５】実施例１の主要部の断面図である。

【図６】瞳拡大素子を例示する斜視図である。

【図７】１次元プリズムの光束分岐作用を示すための図
である。

【図８】瞳拡大素子の作用を示すための図である。

【図９】実施例１に瞳拡大素子を設けた場合の光路図で
ある。

【図１０】実施例１において視線を追随する方法を説明
するための図である。

【図１１】本発明の実施例２の映像表示装置の光路図で
ある。

【図１２】実施例２の面発光型バックライトに配置する
遮光シート、反射シートの斜視図である。

【図１３】実施例２の主要部の斜視図である。

【図１４】各構成要素の配列とピッチを示す図である。

【図１５】実施例２の変形例の映像表示装置の光路図で
ある。

【図１６】本発明の実施例３の映像表示装置の光路図で
ある。

【図１７】本発明の実施例４の映像表示装置の照明ユニ
ットの構成を示す断面図である。

【図１８】実施例４における照明ユニットの別の例の構
成を示す断面図である。

【図１９】本発明の実施例５の映像表示装置に用いる屈
折率分布型マイクロレンズアレイの斜視図である。

【図２０】屈折率分布型レンズの屈折率分布を示す図で
ある。

【図２１】実施例５の映像表示装置の光路図である。

【図２２】本発明による据え置き型映像観察装置の１例
の外観を示す斜視図である。

【図２３】従来の一つの映像表示装置の光路図である。

【図２４】従来のもう一つの映像表示装置の光路図であ
る。

【図２５】従来の更にもう一つの映像表示装置の光路図
である。

【符号の説明】

Ｅ…眼球１…接眼レンズ２…接眼側マイクロレンズアレイ３…透過型ＬＣＤ４…照明側マイクロレンズアレイ５…サイド蛍光管型平面バックライト６…導光板７…蛍光管８…拡散孔シート９…拡散孔１０…反射層１１、１２…２次元回折格子１３、１４…１次元プリズムアレイ１５…１次元プリズム１６、１６₁〜１６₅…瞳１７…位置調整装置１８…反射部材２０…遮光シート２１…小孔２２…反射シート２３…反射コート２４…微小切欠き２５…微小異屈折率体２６…微小集光手段２７…平板２８…屈折率分布型レンズ２９…屈折率分布型マイクロレンズアレイ３０…メガネ型ＨＭＤ３１…据え置き型映像観察装置４１…集光マイクロレンズアレイ４２…平行光化マイクロレンズアレイ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】映像を表示する２次元的に配列された画
素を有する映像表示手段と、前記映像表示手段の各画素
を照明する２次元的に配列された複数の微小発光点を有
する板状照明手段と、さらに、前記映像表示手段の各画
素に対応して２次元的に配列され、各画素からの射出光
束を眼球に導く微小光学素子を含む接眼光学系とを有す
ることを特徴とする眼球投影型映像表示装置。
【請求項２】請求項１において、前記板状照明手段
は、前記微小発光点からの光を前記映像表示手段の各画
素に収斂する微小集光手段を有することを特徴とする眼
球投影型映像表示装置。
【請求項３】請求項２において、前記微小集光手段に
よる前記微小発光点の略結像位置に前記各画素が配置さ
れ、前記微小発光点から前記微小集光手段の主点位置ま
での距離をＤ₁として、前記微小集光手段の主点位置か
ら前記微小集光手段による前記微小発光点の結像位置ま
での距離をＤ₂とした場合、０．２Ｄ₁＜Ｄ₂＜５Ｄ₁ ・・・（２）を満たすことを特徴とする眼球投影型映像表示装置。