JP2000235165A - 映像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １つの表示素子に表示した映像を左右の眼に
与える小型かつ軽量の映像表示装置を提供する。 【解決手段】 ＬＣＤ(10)に対して４５゜傾けてハーフ
ミラー(11)を、ハーフミラー(11)の透過光の光路上にＬ
ＣＤ(10)と平行にミラー(12)を、ハーフミラー(11)の反
射光の光路上にその光路に対して４５゜傾けてハーフミ
ラー(13)を、ハーフミラー(13)の透過光の光路上にその
光路に対して垂直にミラー(14)を、ハーフミラー(11)に
よって反射されたミラー(12)の反射光の光路上にハーフ
ミラー(13)と平行にハーフミラー(15)を配置し、ハーフ
ミラー(13)、(15)から接眼レンズ(16)、(17)に光を導
く。ハーフミラー(11)からハーフミラー(13)、(15)まで
の距離を等しくし、ハーフミラー(11)からミラー(12)ま
での距離とハーフミラー(13)からミラー(14)までの距離
を等しくして、左右の光路長を同じにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、観察者の眼前に配
置されて使用される映像表示装置に関し、より詳しく
は、１つの表示素子に表示した映像を観察者の両眼に提
供する映像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】頭部に装着され、あるいは手で保持され
て、観察者の眼前にて使用される映像表示装置がある。
このような映像表示装置は、表示した映像を左右の接眼
光学系で拡大して観察者の両眼に導くように構成されて
おり、視野の広い映像を提供することができる。映像を
表示するための表示素子を２つ備えて、左右の眼に提供
する映像を個別に表示する構成と、表示素子を１つだけ
備えて、その映像光を分割して左右の眼に導く構成が一
般的である。

【０００３】表示素子を２つ備える装置では、表示素子
の光を観察者の眼に導くための光学系の構成を左右同一
にすることができて、設計が容易である。ただし、高価
な表示素子を２つ備えるため、装置自体も高価になる。
また、表示素子は比較的重く、表示素子を照明するため
の光源も２つ備える必要があるから、装置の軽量化は難
しい。

【０００４】一方、表示素子を１つだけ備えてその映像
光を２分割する装置では、価格を低く抑えることが可能
である。その反面、左右の眼に提供する映像を同じ向
き、同じ大きさ、かつ同じ明るさにする必要があり、分
割後の光を左右の眼に導くための光学系の構成が複雑に
なる。

【０００５】特開平７−６４０１５号には、表示素子の
映像光をハーフミラーによって２分割する装置が提案さ
れている。表示素子は左右の接眼レンズの中央前方に、
接眼レンズの光軸に対して垂直に配置され、ハーフミラ
ーは表示素子に対して４５゜傾けて配置されている。ハ
ーフミラーの反射光は１つの全反射ミラーによって一方
の接眼レンズに導かれ、透過光は２つの全反射ミラーに
よって他方の接眼レンズに導かれる。映像の大きさおよ
び明るさを左右等しくするために、分割後の光の光路長
は等しく設定されているが、これにより接眼レンズの光
軸方向の光路長が長くなって、装置が厚くなっている。

【０００６】米国特許５２４５４７２号には、直交する
２つの半透過性反射膜を有するクロスプリズムによっ
て、表示素子の映像光を２分割する装置が開示されてい
る。表示素子は左右の接眼レンズの中央前方に、接眼レ
ンズの光軸に対して垂直に配置され、クロスプリズムは
２つの反射膜を表示素子に対して４５゜傾けて配置され
ている。クロスプリズムによる２つの反射光はそれぞれ
全反射ミラーで接眼レンズに導かれる。この構成では、
上記の装置に比べて光路長が短くなり、装置が小型化す
るが、プリズムを用いることにより重量が大きく増大し
てしまう。また、クロスプリズムは高価であるため、表
示素子を１つにすることの意味が半減する。

【０００７】特開平７−１１０４５５号には、表示素子
を装置の片側に、接眼レンズの光軸に対して平行に配置
するとともに、表示素子に近い方の接眼レンズの前方に
ハーフミラーを、遠い方の接眼レンズの前方に全反射ミ
ラーを配置した構成が示されている。表示素子の映像光
は、ハーフミラーによって反射光と透過光に２分割さ
れ、反射光は直接一方の接眼レンズに導かれ、透過光は
全反射ミラーにより他方の接眼レンズに導かれる。ハー
フミラーと全反射ミラーの間には、光路長の差を補正す
るためのレンズが配置されている。この構成では、一方
の光路のみに補正用のレンズが存在するため、結像性能
を揃えるために特殊な設計が必要となる。また、補正用
のレンズ分だけ装置が重くなり、表示素子が片側にある
ため重量バランスもよくない。

【０００８】表示素子の光を分割する構成ではないが、
特開平６−３１５１２５号には、透過型の表示素子の表
裏両面から映像光を取り出す装置が開示されている。表
示素子は左右の接眼レンズの中央前方に、接眼レンズの
光軸に対して平行に配置され、左右の接眼レンズの前方
にはそれぞれ表示素子からの光を導くハーフミラーが配
置されている。また、装置の両側にはハーフミラーを介
して表示素子を照明するための光源が備えられている。
表示素子は逆向きの映像を交互に表示し、その表示に同
期して照明が切り換えられる。この構成では、左右の光
学系を同一にすることができるが、表示素子を照明する
ための光源を２つ備えるため、装置が重くなる。また、
表示と照明を同期して切り換える必要があり、制御が複
雑になる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】使用時に頭部に装着さ
れ、または手で保持される映像表示装置は、小型かつ軽
量であることが強く要求される。また、個人使用の装置
であるから、できるだけ低価格であることが望ましい。
ところが、上述のように、表示素子をただ１つ備える映
像表示装置は、安価であるという特長を有するものの、
光学系が複雑になって、小型化、軽量化の双方を十分に
達成することができていない状況にある。

【００１０】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、１つの表示素子に表示した映像を左右の眼
に与える小型かつ軽量の映像表示装置を提供することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、映像を表示する表示素子を有し、観察
者の眼前に配置されて表示素子の映像の光を観察者の両
眼に導く映像表示装置において、第１ないし第５の反射
素子ならびに第１および第２の接眼光学系を、次の位置
関係で備える。

【００１２】第１の反射素子は半透過性とし、表示素子
からの光の光路上に、表示素子の表示面に対して４５゜
傾けて配置する。第２の反射素子は第１の反射素子を透
過した表示素子からの光の光路上に、表示素子の表示面
に対して平行に配置する。第３の反射素子は半透過性と
し、第１の反射素子によって反射された表示素子からの
光の光路上に、この光路に対して４５゜傾けて配置す
る。第４の反射素子は、第３の反射素子を透過した第１
の反射素子からの光の光路上に、この光路に対して垂直
に配置する。第５の反射素子は、第１の反射素子によっ
て反射された第２の反射素子からの光の光路上に、第３
の反射素子に対して平行に配置する。

【００１３】第１の接眼光学系は、第３の反射素子によ
って反射された第４の反射素子からの光の光路上に配置
する。第２の接眼光学系は、第５の反射素子によって反
射された第１の反射素子からの光の光路上に配置する。

【００１４】また、第１の反射素子から第３の反射素子
までの距離と第１の反射素子から第５の反射素子までの
距離を等しくし、さらに、第１の反射素子から第２の反
射素子までの距離と第３の反射素子から第４の反射素子
までの距離を等しくする。

【００１５】この映像表示装置は、第４の反射素子を除
く構成要素の配設位置が対称である。使用時には、第１
の接眼光学系と第３の反射素子が一方の眼の前に、第２
の接眼光学系と第５の反射素子が他方の眼の前に位置
し、表示素子、第１の反射素子および第２の反射素子
は、観察者の顔前の左右中央に位置する。５つの反射素
子のうち、少なくとも第１および第３の反射素子は半透
過性である。

【００１６】表示素子が表示した映像の光は、まず第１
の反射素子に入射して、反射される光と透過する光に２
分割される。第１の反射素子で反射された光は、半透過
性の第３の反射素子に入射し、これを透過して第４の反
射素子によって反射される。この光は第３の反射素子に
再度入射し、反射されて第１の接眼光学系に入射する。
一方、第１の反射素子を透過した光は、第２の反射素子
によって反射され、第１の反射素子に再度入射して反射
される。この光は第５の反射素子に入射し、反射されて
第２の接眼光学系に入射する。

【００１７】ここで、第１の反射素子によって反射され
た光が第１の接眼光学系に入射するまでの光路長と、第
１の反射素子を透過した光が第２の接眼光学系に入射す
るまでの光路長は、上記の設定によって等しくなってい
る。このため、光路長を補正するために他の光学素子を
配置する必要はない。また、５つの反射素子は同一位置
には存在しないから、いずれも平板に反射膜を形成した
構成とすることが可能である。したがって、この映像表
示装置は軽量になる。しかも、構成要素の配設位置が対
称に近く、ただ１つ非対称な第４の反射素子が軽量であ
るから、装置の重量バランスもよい。

【００１８】第１の反射素子は表示素子からの光と第２
の反射素子からの光を第１および第２の接眼光学系の光
軸に対して直交する方向に反射するが、これは接眼光学
系の光軸に対する表示素子、第１の反射素子および第２
の反射素子の角度にかかわりなく満たされる。例えば、
表示素子と第２の反射素子を接眼光学系の光軸に対して
垂直に配置して、第１の反射素子を接眼光学系の光軸に
対して４５゜の傾きとしてもよいし、表示素子と第２の
反射素子を接眼光学系の光軸に対して平行に配置して、
第１の反射素子を接眼光学系の光軸に対して平行として
もよい。表示素子、第１の反射素子および第２の反射素
子は、前者の設定では前後方向に並び、後者の設定では
上下方向に並ぶことになる。

【００１９】表示素子は第１の反射素子に近接して配置
することが可能であり、第２および第４の反射素子は第
１および第３の反射素子にそれぞれ近接して配置するこ
とが可能である。したがって、映像表示装置を、前後、
上下、左右の全方向について小さく構成することができ
る。

【００２０】半透過性の第１の反射素子および第３の反
射素子の反射率は、第１および第２の接眼光学系に入射
する光の量が等しくなるように設定する。また、第５の
反射素子も、第１および第２の接眼光学系に入射する光
の量が等しくなるように、必要に応じて半透過性として
反射率を設定する。第２の反射素子および第４の反射素
子は全反射性であっても半透過性であってもよいが、光
の損失を無くすために、これらは全反射性とするのが好
ましい。

【００２１】上記構成の映像表示装置において、第１の
反射素子および第３の反射素子をそれぞれ、偏光面が互
いに垂直な２つの偏光成分の一方を透過させ他方を反射
する偏光分離膜で構成し、第１の反射素子と第２の反射
素子の間および第３の反射素子と第４の反射素子の間に
それぞれ、１／４波長板を備えるようにしてもよい。

【００２２】第１の反射素子は、表示素子から入射する
偏光面が無秩序な光を、２つの偏光成分に分割する。第
３の反射素子は、第１の反射素子によって反射された光
を透過させる設定とすることができる。このとき、第１
の反射素子によって反射された光は、第３の反射素子を
透過し、前述のように、第４の反射素子によって反射さ
れて第３の反射素子に再度入射する。この間に光は１／
４波長板を２回透過することになり、その偏光面は９０
゜回転する。したがって、第３の反射素子に再度入射し
た光は反射されて、第１の接眼光学系に入射する。

【００２３】第１の反射素子を透過した光も、第２の反
射素子によって反射されて第１の反射素子に再度入射す
るまでに、１／４波長板を２回透過することになり、偏
光面が９０゜回転する。したがって、第１の反射素子に
再度入射した光は反射され、第５の反射素子によってさ
らに反射されて、第２の接眼光学系に入射する。

【００２４】この構成では、表示素子からの光の半分を
一方の眼に、残りを他方の眼に導くことができて、光の
利用効率が高くなる。

【００２５】第１の反射素子と第３の反射素子の間およ
び第１の反射素子と第５の反射素子の間にそれぞれ、視
野角を拡大するためのレンズを備えるようにしてもよ
い。接眼光学系の倍率をあまり大きくしなくても視野角
の大きい映像を提供することが可能になり、第３、第４
および第５の反射素子を小さくすることができる。しか
も、第１の反射素子から第３の反射素子や第５の反射素
子までの距離は左右の眼の距離で規定され、これらの光
路上にレンズを配置しても第３の反射素子や第５の反射
素子の位置に影響を及ぼさない。したがって、映像表示
装置を一層小型化することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の映像表示装置の実
施形態について図面を参照しながら説明する。図１に第
１の実施形態の映像表示装置１の構成を示す。映像表示
装置１は、表示素子として液晶表示器（ＬＣＤ）１０、
５つの反射素子として３つのハーフミラー１１、１３、
１５と２つの全反射ミラー１２、１４、２つの接眼光学
系として接眼レンズ１６、１７を備えている。

【００２７】ＬＣＤ１０は透過型であり、図外に配置さ
れた光源の光で表示面を垂直に照明される。ハーフミラ
ー１１、１３、１５および全反射ミラー１２、１４は、
いずれも薄い平板の表面に反射膜を設けることにより形
成されている。ハーフミラー１３、１５は同じ大きさで
ある。

【００２８】ハーフミラー１１はＬＣＤ１０と全反射ミ
ラー１２の間に位置する。ハーフミラー１１と全反射ミ
ラー１２は、ＬＣＤ１０の表示面の中心を通り表示面に
垂直な直線Ｌ1が、それぞれの中心を通るように配置さ
れている。ハーフミラー１１はＬＣＤ１０の表示面に対
して４５゜傾けて配置されており、全反射ミラー１２は
ＬＣＤ１０の表示面に対して平行に配置されている。

【００２９】ハーフミラー１３とハーフミラー１５は、
ハーフミラー１１を間にして、ハーフミラー１１上で直
線Ｌ1と直交する直線Ｌ2が、それぞれの中心を通るよう
に配置されている。ハーフミラー１３とハーフミラー１
５は直線Ｌ2に対して４５゜傾けて、かつ互いに平行に
配置されている。ハーフミラー１３はハーフミラー１１
と全反射ミラー１４の間に位置する。全反射ミラー１４
は、直線Ｌ2が中心を通るように配置されている。全反
射ミラー１４は直線Ｌ2に対して垂直に配置されてお
り、ＬＣＤ１０と全反射ミラー１２に対しても垂直にな
っている。

【００３０】接眼レンズ１６は、その光軸がハーフミラ
ー１３上で直線Ｌ2と直交するように、光軸をハーフミ
ラー１３に対して４５゜傾けて配置されている。接眼レ
ンズ１７も、その光軸がハーフミラー１５上で直線Ｌ2
と直交するように、光軸をハーフミラー１５に対して４
５゜傾けて配置されている。接眼レンズ１６、１７は、
光軸が互いに平行であり、直線Ｌ2に関して同じ側に位
置する。

【００３１】ハーフミラー１１の中心からハーフミラー
１３の中心までの距離と、ハーフミラー１１の中心から
ハーフミラー１５の中心までの距離は等しく、観察者の
両眼Ｅ1、Ｅ2の距離の１／２に設定されている。したが
って、使用時には、ハーフミラー１３、１５が観察者の
両眼の前方に位置し、ＬＣＤ１０、ハーフミラー１１お
よび全反射ミラー１２は顔面前方の左右中央に位置する
ことになる。

【００３２】また、ハーフミラー１１の中心から全反射
ミラー１２の中心までの距離と、ハーフミラー１３の中
心から全反射ミラー１４の中心までの距離は等しく設定
されている。ハーフミラー１３の中心から接眼レンズ１
６までの距離と、ハーフミラー１５の中心から接眼レン
ズ１７までの距離も等しく設定されている。

【００３３】映像表示装置１をできるだけ小型化するた
めに、表示素子１０はハーフミラー１１に近接して配置
されており、全反射ミラー１２および全反射ミラー１４
は、それぞれハーフミラー１１およびハーフミラー１３
に近接して配置されている。

【００３４】ＬＣＤ１０からの映像光は、まずハーフミ
ラー１１に入射し、反射される光と透過する光に２分割
される。ハーフミラー１１によって反射された光は、ハ
ーフミラー１３に入射して、反射される光と透過する光
に分割され、反射された光は捨てられる。ハーフミラー
１３を透過した光は、全反射ミラー１４に入射して反射
され、ハーフミラー１３に再度入射する。この光は、反
射される光と透過する光に分割され、透過した光はハー
フミラー１１に向かって進む。ハーフミラー１３によっ
て反射された光は接眼レンズ１６に入射して、観察者の
一方の眼Ｅ1に導かれる。

【００３５】一方、ハーフミラー１１を透過したＬＣＤ
１０からの光は、全反射ミラー１２に入射して反射さ
れ、ハーフミラー１１に再度入射する。この光は、反射
される光と透過する光に分割され、透過した光は捨てら
れる。ハーフミラー１１によって反射された光は、ハー
フミラー１１を透過するハーフミラー１３からの光と共
に、ハーフミラー１５に入射する。この光は反射される
光と透過する光に分割され、透過した光は捨てられる。
ハーフミラー１５によって反射された光は接眼レンズ１
７に入射して、観察者の他方の眼Ｅ2に導かれる。

【００３６】観察者は接眼レンズ１６、１７を介してＬ
ＣＤ１０の表示面の拡大された虚像を視ることになり、
視野角の大きい映像を観察することができる。両眼Ｅ
1、Ｅ2で観察される映像の向きは同じである。また、前
述の距離の設定により、ハーフミラー１１から一方の眼
Ｅ1に至る光路長と、ハーフミラー１１から他方の眼Ｅ2
に至る光路長は等しくなっており、映像の大きさも同じ
である。

【００３７】両眼Ｅ1、Ｅ2に導かれる映像光の量は、ハ
ーフミラー１１、１３、１５の反射率によって決まる。
ＬＣＤ１０の映像光の量をＡ0、眼Ｅ1、Ｅ2に導かれる
光の量をそれぞれＡ1、Ａ2、ハーフミラー１１、１３、
１５の反射率をそれぞれＲ1、Ｒ3、Ｒ5で表す。眼Ｅ1に
導かれる光は、ハーフミラー１１の反射、ハーフミラー
１３の透過と反射を順に経たものであるから、光量Ａ1
は下記の式１で求められる。また、眼Ｅ2に導かれる光
は、ハーフミラー１１の透過と反射、ハーフミラー１５
の反射を順に経たものと、ハーフミラー１１の反射、ハ
ーフミラー１３の２回の透過、ハーフミラー１１の透
過、ハーフミラー１５の反射を順に経たものとの和であ
るから、光量Ａ2は式２で求められる。

【００３８】 Ａ1＝Ａ0×Ｒ1×（１−Ｒ3）×Ｒ3 ・・・式１ Ａ2＝Ａ0×（１−Ｒ1）×Ｒ1×Ｒ5 ＋Ａ0×Ｒ1×（１−Ｒ3）×（１−Ｒ3）×（１−Ｒ1）×Ｒ5 ＝Ａ0×Ｒ1×（１−Ｒ1）×｛１＋（１−Ｒ3）²｝×Ｒ5 ・・・式２

【００３９】映像表示装置１では、両眼Ｅ1、Ｅ2で観察
する映像を同じ明るさにするために、Ａ1＝Ａ2として、
次の式３の関係を満たすように反射率Ｒ1、Ｒ3、Ｒ5を
設定している。 Ｒ3×（１−Ｒ3）＝（１−Ｒ1）×｛１＋（１−Ｒ3）²｝×Ｒ5 ・・・式３

【００４０】例えば、第１の設定ではＲ1＝０．５、Ｒ3
＝０．５、Ｒ5＝０．４、第２の設定ではＲ1＝０．６、
Ｒ3＝０．５、Ｒ5＝０．５、第３の設定ではＲ1＝０．
８、Ｒ3＝０．５、Ｒ5＝１、第４の設定ではＲ1＝０．
８２５、Ｒ3＝０．７５５、Ｒ5＝１である。眼Ｅ1、Ｅ2
の各々に導かれる光は、第１の設定では映像光の１２．
５％、第２の設定では１５％、第３の設定では２０％、
第４の設定では１５．３％となる。第３、第４の設定
は、ハーフミラー１５に代えて全反射ミラーを使用する
ことも可能であることを示している。

【００４１】前述の位置関係は、ＬＣＤ１０の表示面の
中心を通り表示面に垂直な直線Ｌ1と、ハーフミラー１
３の中心とハーフミラー１５の中心を結ぶ直線Ｌ2が、
ハーフミラー１１上で直交することを規定しているのみ
で、直線Ｌ2および接眼レンズ１６、１７の光軸を含む
平面に対する直線Ｌ1の傾きは任意に設定してよい。す
なわち、直線Ｌ1を接眼レンズ１６、１７の光軸に対し
て、平行にすることも、垂直にすることも、さらに他の
角度関係にすることも可能である。

【００４２】直線Ｌ1を接眼レンズ１６、１７の光軸に
対して平行にする構成では、ＬＣＤ１０と全反射ミラー
１２は前後方向に配置され、ハーフミラー１１は接眼レ
ンズ１６、１７の光軸に対して４５゜傾くことになる。
直線Ｌ1を接眼レンズ１６、１７の光軸に対して垂直に
する構成では、ＬＣＤ１０と全反射ミラー１２は上下方
向に配置され、ハーフミラー１１は接眼レンズ１６、１
７の光軸に対して平行になる。ＬＣＤ１０と全反射ミラ
ー１２は平板状であり、ハーフミラー１１に近接して配
置されているから、いずれの構成としても、映像表示装
置１の前後方向の大きさと上下方向の大きさに、差はほ
とんど生じない。

【００４３】両眼Ｅ1、Ｅ2の距離に個人差があることに
対応し得るようにするために、ハーフミラー１３、全反
射ミラー１４および接眼レンズ１６の組と、ハーフミラ
ー１５および接眼レンズ１７の組との間隔を変化させる
機構を備えるようにしてもよい。その機構は、ハーフミ
ラー１１からハーフミラー１３までの距離と、ハーフミ
ラー１１からハーフミラー１５までの距離が、常に等し
くなるように設定する。

【００４４】なお、ここでは、外部から与えられる光を
変調して映像光を特定の偏光成分とするＬＣＤを表示素
子として用いているが、本実施形態のハーフミラーのよ
うに特性が入射光の偏光成分に依存しない半透過性の反
射素子を使用する場合、どのような種類の表示素子を使
用することもできる。例えば、自ら光を発し、映像光に
無秩序な偏光成分が含まれることになるフィールドエミ
ッション表示器（ＦＥＤ）やエレクトロルミネッセンス
表示器（ＥＬＤ）も利用可能である。ただし、従来の陰
極線管（ＣＲＴ）のように寸法や重量が大きな表示素子
は、映像表示装置１の小型化と軽量化の妨げとなるか
ら、好ましくない。

【００４５】第２の実施形態の映像表示装置２の構成を
図２に示す。映像表示装置２は、表示素子としてＦＥＤ
２０、５つの反射素子として２つの偏光分離（ＰＢＳ）
ミラー２１、２３と３つの全反射ミラー２２、２４、２
５、２つの接眼光学系として接眼レンズ２６、２７を備
えている。また、２つの１／４波長板２２ａ、２４ａを
備えている。

【００４６】ＰＢＳミラー２１、２３は、偏光面が互い
に直交する２つの偏光成分の一方を透過させ他方を反射
するＰＢＳ膜を、薄い平板の表面に設けることにより形
成されている。入射光に対するＰＢＳ膜の作用を図３に
示す。この例では、ＰＢＳ膜ＦはＰ偏光を透過させ、Ｓ
偏光を反射するように設定されている。入射光に含まれ
る偏光成分のうち、偏光面が紙面に平行な成分はＰＢＳ
膜Ｆに対してＰ偏光となってＰＢＳ膜Ｆを透過し、偏光
面が紙面に垂直な成分はＰＢＳ膜Ｆに対してＳ偏光とな
ってＰＢＳ膜Ｆで反射される。

【００４７】ＦＥＤ２０、ＰＢＳミラー２１および全反
射ミラー２２は、第１の実施形態の映像表示装置１のＬ
ＣＤ１０、ハーフミラー１１および全反射ミラー１２に
それぞれ対応するものであり、これらの位置関係は映像
表示装置１と同じに設定されている。また、ＰＢＳミラ
ー２３、全反射ミラー２４、全反射ミラー２５、接眼レ
ンズ２６および接眼レンズ２７は、映像表示装置１のハ
ーフミラー１３、全反射ミラー１４、ハーフミラー１
５、接眼レンズ１６および接眼レンズ１７にそれぞれ対
応するものであり、これらの位置関係も映像表示装置１
と同じに設定されている。

【００４８】ＰＢＳミラー２１の中心からＰＢＳミラー
２３の中心までの距離と、ＰＢＳミラー２１の中心から
全反射ミラー２５の中心までの距離が等しく、ＰＢＳミ
ラー２１の中心から全反射ミラー２２の中心までの距離
と、ＰＢＳミラー２３の中心から全反射ミラー２４の中
心までの距離が等しことも、映像表示装置１と同じであ
る。

【００４９】１／４波長板２２ａは、ＰＢＳミラー２１
と全反射ミラー２２の間に、全反射ミラー２２に対して
平行に配置されている。１／４波長板２４ａは、ＰＢＳ
ミラー２３と全反射ミラー２４の間に、全反射ミラー２
４に対して平行に配置されている。

【００５０】ＦＥＤ２０の表示面の中心を通り表示面に
垂直な直線Ｌ1は、ＰＢＳミラー２３の中心と全反射ミ
ラー２５の中心を結ぶ直線Ｌ2にＰＢＳミラー２１上で
直交し、かつ、接眼レンズ２６、２７の光軸と平行にな
るように設定されている。したがって、ＦＥＤ２０、１
／４波長板２２ａおよび全反射ミラー２２は前後方向に
配置されている。また、ＰＢＳミラー２１はＰ偏光を反
射してＳ偏光を透過させるように、ＰＢＳミラー２３は
Ｓ偏光を反射してＰ偏光を透過させるように設定されて
いる。

【００５１】ＦＥＤ２０から観察者の眼Ｅ1、Ｅ2に至る
までの映像光の光路と、光路上での偏光成分を図４に示
す。ＦＥＤ２０が発する光の偏光面は無秩序であり、映
像光にはＰＢＳミラー２１に対してＰ偏光となる成分と
Ｓ偏光となる成分が含まれる。ＰＢＳミラー２１に入射
する光のうち、Ｐ偏光は反射され、Ｓ偏光は透過する。

【００５２】ＰＢＳミラー２１によって反射された光
は、ＰＢＳミラー２３に入射するが、ＰＢＳミラー２３
に対してもＰ偏光となるため、全て透過する。ＰＢＳミ
ラー２３を透過した光は、全反射ミラー２４に入射して
反射され、ＰＢＳミラー２３に再度入射する。この間に
光は１／４波長板２４ａを２回透過することになり、偏
光面が９０゜回転する。したがって、ＰＢＳミラー２３
に再入射する光は、ＰＢＳミラー２３に対してＳ偏光と
なっており、全て反射される。ＰＢＳミラー２３によっ
て反射された光は、接眼レンズ２６に入射して観察者の
一方の眼Ｅ1に導かれる。

【００５３】一方、ＰＢＳミラー２１を透過した光は、
全反射ミラー２２に入射して反射され、ＰＢＳミラー２
１に再度入射する。この間に光は１／４波長板２２ａを
２回透過することになり、偏光面が９０゜回転する。し
たがって、ＰＢＳミラー２１に再入射する光は、ＰＢＳ
ミラー２１に対してＰ偏光となって、全て反射される。
ＰＢＳミラー２１によって反射された光は、全反射ミラ
ー２５に入射して反射され、接眼レンズ２７に入射して
観察者の他方の眼Ｅ2に導かれる。

【００５４】映像表示装置２では、半透過性の反射素子
であるＰＢＳミラー２１、２３による光の損失はなく、
ＦＥＤ２０の映像光の１／２ずつが両眼Ｅ1、Ｅ2に導か
れる。したがって、明るい映像を提供することができ
る。

【００５５】ＦＥＤ２０の表示面の中心を通り表示面に
垂直な直線Ｌ1を、接眼レンズ２６、２７の光軸に対し
て垂直方向にして、ＦＥＤ２０、１／４波長板２２ａお
よび全反射ミラー２２を上下方向に配置してもよい。そ
の場合、ＰＢＳミラー２１によって反射された光は、Ｐ
ＢＳミラー２３に対してＳ偏光となるから、ＰＢＳミラ
ー２３を、Ｓ偏光を透過させＰ偏光を反射する設定とす
る。

【００５６】なお、ここでは映像表示素子としてＦＥＤ
を使用しているが、ＥＬＤを用いてもよい。また、映像
光の偏光面を無秩序にする散乱板を設けたＬＣＤを使用
することも可能である。

【００５７】第３の実施形態の映像表示装置３の構成を
図５に示す。この映像表示装置３は、第２の実施形態の
映像表示装置２に偏光板２６ｂ、２７ｂを追加したもの
である。偏光板２６ｂは、ＰＢＳミラー２３と接眼レン
ズ２６の間に、接眼レンズ２６の光軸に対して垂直に配
置されている。偏光板２７ｂは、全反射ミラー２５と接
眼レンズ２７の間に、接眼レンズ２７の光軸に対して垂
直に配置されている。

【００５８】ＰＢＳミラー２１や２３に設定誤差が生じ
て、偏光面が垂直な２つの偏光成分の分離が不完全にな
った場合でも、不要な偏光成分を偏光板２６ｂ、２７ｂ
で遮断することができ、ゴーストがなく同じ明るさの映
像を両眼Ｅ1、Ｅ2に提供することができる。なお、偏光
板２６ｂ、２７ｂは、接眼レンズ２６、２７と眼Ｅ1、
Ｅ2の間に配置してもよい。

【００５９】第４の実施形態の映像表示装置４の構成を
図６に示す。映像表示装置４は、表示素子としてＦＥＤ
４０、５つの反射素子として３つのＰＢＳミラー４１、
４３、４５と２つの全反射ミラー４２、４４、２つの接
眼光学系として全反射凹面ミラー４６、４７を備えてい
る。また、４つの１／４波長板４２ａ、４４ａ、４６
ａ、４７ａを備えている。

【００６０】ＦＥＤ４０、ＰＢＳミラー４１、全反射ミ
ラー４２および１／４波長板４２ａは、第２の実施形態
の映像表示装置２のＦＥＤ２０、ＰＢＳミラー２１、全
反射ミラー２２および１／４波長板２２ａにそれぞれ対
応するものであり、映像表示装置２と同じ位置関係に設
定されている。ＰＢＳミラー４３、全反射ミラー４４お
よび１／４波長板４４ａは、映像表示装置２のＰＢＳミ
ラー２３、全反射ミラー２４および１／４波長板２４ａ
にそれぞれ対応するものであり、ＰＢＳミラー４３が９
０゜回転して配置されていることを除いて、映像表示装
置２と同じ位置関係に設定されている。ＰＢＳミラー４
５は、映像表示装置２の全反射ミラー２５に対応するも
のであるが、９０゜回転して配置されている。

【００６１】ＰＢＳミラー４１の中心からＰＢＳミラー
４３の中心までの距離と、ＰＢＳミラー４１の中心から
ＰＢＳミラー４５の中心までの距離は等しく、ＰＢＳミ
ラー４１の中心から全反射ミラー４２の中心までの距離
と、ＰＢＳミラー４３の中心から全反射ミラー４４の中
心までの距離は等しい。

【００６２】凹面ミラー４６は、光軸がＰＢＳミラー４
３の中心とＰＢＳミラー４５の中心を結ぶ直線Ｌ2にＰ
ＢＳミラー４３上で直交するように配置されている。凹
面ミラー４７は、光軸が直線Ｌ2にＰＢＳミラー４５上
で直交するように配置されている。凹面ミラー４６、４
７の光軸は平行であり、ＰＢＳミラー４３の中心から凹
面ミラー４６の中心までの距離と、ＰＢＳミラー４５の
中心から凹面ミラー４７の中心までの距離は等しい。

【００６３】１／４波長板４６ａはＰＢＳミラー４３と
凹面ミラー４６の間に、凹面ミラー４６の光軸に対して
垂直に配置されている。１／４波長板４７ａはＰＢＳミ
ラー４５と凹面ミラー４７の間に、凹面ミラー４７の光
軸に対して垂直に配置されている。

【００６４】ＦＥＤ４０の表示面の中心を通り表示面に
垂直な直線Ｌ1は、凹面ミラー４６、４７の光軸に平行
に設定されている。すなわち、ＦＥＤ４０、全反射ミラ
ー４２および１／４波長板４２ａは前後方向に配置され
ている。映像表示装置２と同様に、ＰＢＳミラー４１は
Ｐ偏光を反射してＳ偏光を透過させるように、ＰＢＳミ
ラー４３はＳ偏光を反射してＰ偏光を透過させるように
設定されている。また、ＰＢＳミラー４５はＰ偏光を反
射してＳ偏光を透過させるように設定されている。

【００６５】ＦＥＤ４０から観察者の眼Ｅ1、Ｅ2に至る
までの映像光の光路と、光路上での偏光成分を図７に示
す。ＦＥＤ４０からの映像光のうち、ＰＢＳミラー４１
に対してＰ偏光となる成分は反射され、Ｓ偏光となる成
分は透過する。

【００６６】ＰＢＳミラー４１によって反射された光
は、ＰＢＳミラー４３に対してＰ偏光として入射し、全
て透過する。ＰＢＳミラー４３を透過した光は、全反射
ミラー４４に入射して反射され、この間に１／４波長板
４４ａを２回透過することにより、偏光面が９０゜回転
する。この光はＰＢＳミラー４３に対してＳ偏光となっ
て再度入射し、全て反射される。ＰＢＳミラー４３によ
って反射された光は、凹面ミラー４６に入射して反射さ
れ、収束しながら、ＰＢＳミラー４３にもう１度入射す
る。この間に光は１／４波長板４６ａを２回透過するこ
とになり、偏光面が９０゜回転する。したがって、光は
ＰＢＳミラー４３に対してＰ偏光となっており、全て透
過して観察者の眼Ｅ1に入射する。

【００６７】一方、ＰＢＳミラー４１を透過した光は、
全反射ミラー４２に入射して反射され、この間に１／４
波長板４２ａを２回透過することにより、偏光面が９０
゜回転する。この光はＰＢＳミラー４１に対してＰ偏光
となって入射し、全て反射される。ＰＢＳミラー４１に
よって反射された光は、ＰＢＳミラー４５に対してもＰ
偏光として入射し、全て反射される。ＰＢＳミラー４５
によって反射された光は、凹面ミラー４７に入射して反
射され、収束しながら、ＰＢＳミラー４５に再度入射す
る。この間に光は１／４波長板４７ａを２回透過するこ
とになり、偏光面が９０゜回転する。したがって、光は
ＰＢＳミラー４５に対してＳ偏光となっており、全て透
過して観察者の眼Ｅ2に入射する。

【００６８】観察者は、凹面ミラー４６、４７を介して
ＦＥＤ４０の表示面の拡大された虚像を視ることにな
り、視野角の大きい映像を観察することができる。前述
の距離の設定により、ＰＢＳミラー４１から一方の眼Ｅ
1に至る光路長と、ＰＢＳミラー４１から他方の眼Ｅ2に
至る光路長とは等しくなっており、両眼Ｅ1、Ｅ2で観察
される映像の大きさは同じである。

【００６９】映像表示装置４においても、半透過性の反
射素子であるＰＢＳミラー４１、４３、４５による光の
損失はなく、ＦＥＤ４０の映像光の１／２ずつが両眼Ｅ
1、Ｅ2に導かれる。したがって、明るい映像を提供する
ことができる。

【００７０】ＦＥＤ４０の表示面の中心を通り表示面に
垂直な直線Ｌ1を、凹面ミラー４６、４７の光軸に対し
て垂直方向にして、ＦＥＤ４０、１／４波長板４２ａお
よび全反射ミラー４２を上下方向に配置してもよい。そ
の場合、ＰＢＳミラー４１によって反射された光は、Ｐ
ＢＳミラー４３、４５に対してＳ偏光となるから、ＰＢ
Ｓミラー４３を、Ｓ偏光を透過させＰ偏光を反射する設
定とし、ＰＢＳミラー４５を、Ｓ偏光を反射しＰ偏光を
透過させる設定とする。

【００７１】第５の実施形態の映像表示装置５の構成を
図８に示す。映像表示装置５は、第４の実施形態の映像
表示装置４に偏光板４６ｂ、４７ｂを追加したものであ
る。偏光板４６ｂは、ＰＢＳミラー４３に関して凹面ミ
ラー４６の反対側に、凹面ミラー４６の光軸に対して垂
直に配置されている。偏光板４７ｂは、ＰＢＳミラー４
５に関して凹面ミラー４７の反対側に、凹面ミラー４７
の光軸に対して垂直に配置されている。偏光板４６ｂ、
４７ｂは観察者の眼Ｅ1、Ｅ2の直前に位置して、不要な
偏光成分を遮断する。

【００７２】第６の実施形態の映像表示装置６の構成を
図９に示す。この映像表示装置６は、第２の実施形態の
映像表示装置２に、正のパワーを有するレンズ２８、２
９を追加したものである。レンズ２８は、ＰＢＳミラー
２１とＰＢＳミラー２３の間に、ＰＢＳミラー２３の中
心と全反射ミラー２５の中心を結ぶ直線Ｌ2に光軸を一
致させて配置されている。レンズ２９は、ＰＢＳミラー
２１と全反射ミラー２５の間に、直線Ｌ2に光軸を一致
させて配置されている。

【００７３】レンズ２８、２９は同じ大きさ、同じパワ
ーである。ＰＢＳミラー２１の中心からレンズ２８の中
心までの距離は、ＰＢＳミラー２１の中心から全反射ミ
ラー２２の中心までの距離の２倍と、ＰＢＳミラー２１
の中心からレンズ２９の中心までの距離の和に等しく設
定されている。したがって、眼Ｅ1に導かれる光に対す
るレンズ２８の作用と、眼Ｅ2に導かれる光に対するレ
ンズ２９の作用は同じである。

【００７４】レンズ２８、２９は、ＰＢＳミラー２１か
らの光を収束光として、視野角を拡大する。したがっ
て、映像表示装置６では、ＦＥＤ２０に同じ映像を表示
するときは、映像表示装置２よりも大きな映像を提供す
ることができる。逆に、提供する映像を同じ大きさとす
るときは、ＦＥＤ２０に表示する映像を小さくして広い
範囲を表示することが可能になり、より広視野の映像を
提供し得る装置となる。また、映像表示装置２と同じ大
きさ、同じ視野の映像を提供する場合は、接眼レンズ２
６、２７の倍率を下げることができ、ＰＢＳミラー２
３、全反射ミラー２４、１／４波長板２４ａ、および全
反射ミラー２５を小さくすることができて、映像表示装
置６は一層小型になる。

【００７５】ＰＢＳミラー２１からＰＢＳミラー２３や
全反射ミラー２５までの距離は観察者の両眼Ｅ1、Ｅ2の
距離によって規定され、ＰＢＳミラー２１とＰＢＳミラ
ー２３の間およびＰＢＳミラー２１と全反射ミラー２５
の間には空間がある。したがって、ここにレンズ２８、
２９を配置することは、ＰＢＳミラー２３と全反射ミラ
ー２５の位置に全く影響を及ぼさない。したがって、レ
ンズ２８、２９を配置することで、映像表示装置６が大
型化するおそれはない。

【００７６】

【発明の効果】本発明の映像表示装置では、表示素子か
らの映像光を分割するための素子や、分割後の光を等し
い光路長で第１および第２の接眼光学系に導くための素
子を、全てミラーとすることができる。このため、軽量
な装置となる。しかも、構成要素が対称に近い状態で配
置されるため、重量バランスもよい。また、左右の眼の
距離で位置が規定される第１、第３および第５の反射素
子ならびに第１および第２の接眼光学系以外の構成要素
は、相互に近接して配置することができるから、小型の
装置となる。したがって、頭部に装着しあるいは手で保
持して使用する形態に適した映像表示装置となる。

【００７７】特に、第１および第３の反射素子を偏光分
離膜で構成し、第１の反射素子と第２の反射素子の間お
よび第３の反射素子と第４の反射素子の間に１／４波長
板を備えるようにした映像表示装置では、表示素子の映
像光を全て観察者の眼に導くことが可能であり、明るい
映像を提供することができる。

【００７８】また、第１の反射素子と第３の反射素子の
間および第１の反射素子と第５の反射素子の間に、視野
角を拡大するためのレンズを備えた構成では、接眼光学
系の倍率を大きくしなくても、広視野の映像を提供する
ことができる。接眼光学系を低倍率とすることで、第３
の反射素子や第５の反射素子が小型化し、映像表示装置
全体を一層小型にすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態の映像表示装置の構成を示す
図。

【図２】 第２の実施形態の映像表示装置の構成を示す
図。

【図３】 入射光に対するＰＢＳ膜の作用を示す図。

【図４】 第２の実施形態の映像表示装置の映像光の光
路と、光路上での偏光成分を示す図。

【図５】 第３の実施形態の映像表示装置の構成を示す
図。

【図６】 第４の実施形態の映像表示装置の構成を示す
図。

【図７】 第４の実施形態の映像表示装置の映像光の光
路と、光路上での偏光成分を示す図。

【図８】 第５の実施形態の映像表示装置の構成を示す
図。

【図９】 第６の実施形態の映像表示装置の構成を示す
図。

【符号の説明】

１、２、３、４、５、６ 映像表示装置 １０ ＬＣＤ（表示素子） １１ ハーフミラー（第１の反射素子） １２ 全反射ミラー（第２の反射素子） １３ ハーフミラー（第３の反射素子） １４ 全反射ミラー（第４の反射素子） １５ ハーフミラー（第５の反射素子） １６ 接眼レンズ（第１の接眼光学系） １７ 接眼レンズ（第２の接眼光学系） ２０ ＦＥＤ（表示素子） ２１ ＰＢＳミラー（第１の反射素子） ２２ 全反射ミラー（第２の反射素子） ２３ ＰＢＳミラー（第３の反射素子） ２４ 全反射ミラー（第４の反射素子） ２５ 全反射ミラー（第５の反射素子） ２６ 接眼レンズ（第１の接眼光学系） ２７ 接眼レンズ（第２の接眼光学系） ２２ａ、２４ａ １／４波長板 ２６ｂ、２７ｂ 偏光板 ２８、２９ レンズ ４０ ＦＥＤ（表示素子） ４１ ＰＢＳミラー（第１の反射素子） ４２ 全反射ミラー（第２の反射素子） ４３ ＰＢＳミラー（第３の反射素子） ４４ 全反射ミラー（第４の反射素子） ４５ ＰＢＳミラー（第５の反射素子） ４６ 全反射凹面ミラー（第１の接眼光学系） ４７ 全反射凹面ミラー（第２の接眼光学系） ４２ａ、４４ａ １／４波長板 ４６ａ、４７ａ １／４波長板 ４６ｂ、４７ｂ 偏光板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 映像を表示する表示素子を有し、観察者
   の眼前に配置されて前記表示素子の映像光を観察者の両
   眼に導く映像表示装置において、 前記表示素子からの光の光路上に、前記表示素子の表示
   面に対して４５゜傾けて配置された半透過性の第１の反
   射素子、 前記第１の反射素子を透過した前記表示素子からの光の
   光路上に、前記表示素子の表示面に対して平行に配置さ
   れた第２の反射素子、 前記第１の反射素子によって反射された前記表示素子か
   らの光の光路上に、該光路に対して４５゜傾けて配置さ
   れた半透過性の第３の反射素子、 前記第３の反射素子を透過した前記第１の反射素子から
   の光の光路上に、該光路に対して垂直に配置された第４
   の反射素子、 前記第１の反射素子によって反射された前記第２の反射
   素子からの光の光路上に、前記第３の反射素子に対して
   平行に配置された第５の反射素子、 前記第３の反射素子によって反射された前記第４の反射
   素子からの光の光路上に配置された第１の接眼光学系、
   および前記第５の反射素子によって反射された前記第１
   の反射素子からの光の光路上に配置された第２の接眼光
   学系を備え、 前記第１の反射素子から前記第３の反射素子までの距離
   と前記第１の反射素子から前記第５の反射素子までの距
   離が等しく、前記第１の反射素子から前記第２の反射素
   子までの距離と前記第３の反射素子から前記第４の反射
   素子までの距離が等しいことを特徴とする映像表示装
   置。
2. 【請求項２】 前記第１の反射素子および前記第３の反
   射素子はそれぞれ、偏光面が互いに垂直な２つの偏光成
   分の一方を透過させ他方を反射する偏光分離膜より成
   り、 前記第１の反射素子と前記第２の反射素子の間および前
   記第３の反射素子と前記第４の反射素子の間にそれぞ
   れ、１／４波長板を備えることを特徴とする請求項１に
   記載の映像表示装置。
3. 【請求項３】 前記第１の反射素子と前記第３の反射素
   子の間および前記第１の反射素子と前記第５の反射素子
   の間にそれぞれ、視野角を拡大するためのレンズを備え
   ることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。