JP2003302597A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 照明光学系の構成を簡単にすると共に、小型
化され、高いコントラストの画像が観察可能な画像表示
装置。 【解決手段】 反射型表示素子５と接眼光学系２とを備
えた画像表示装置であり、反射型表示素子５から接眼光
学系２の射出瞳１に至る光路中に、周辺部に配置された
光源７から導入された照明光を内部で導光すると共にそ
の照明光を反射型表示素子５に向けて射出し、かつ、反
射型表示素子５からの表示光を透過させる導光板４が配
置されており、表示光透過時の導光板４の媒質のリタデ
ーション量をＲ₁ ＝ｄ（ｎ_e −ｎ_o ）（ここで、ｎ_e は
媒質の異常光線屈折率、ｎ_o は常光線屈折率、ｄは媒質
の厚さである。）とし、その媒質のｄ＝１０ｍｍ当たり
のリタデーション量Ｒ₁ が６０ｎｍ以下である画像表示
装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示装置に関
し、特に、反射型液晶表示素子等の反射型表示素子を用
いた画像表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、特開２０００−２４１７５１
で提案されている反射型液晶表示素子を用いた表示装置
を概念的に示す図であるが、反射型液晶表示素子の照明
は、光源からの照明光を導光板内に導入し、導光板の前
面から出た照明光を反射型液晶表示素子と接眼光学系の
間に配置された偏光ビームスプリッターで反射させ、そ
の反射光を反射型液晶表示素子の前面側から略垂直に入
射させることによって行う。反射型液晶表示素子からの
表示光は、偏光ビームスプリッターを透過して、射出瞳
に向かうように接眼光学系により射出され、反射型液晶
表示素子の表示像が遠方に結像される。

【０００３】このように、特開２０００−２４１７５１
のものは、偏光ビームスプリッターで照明光を反射型液
晶表示素子に導入するため、偏光ビームスプリッターを
斜めに配置するスペースが必要になり、光学系が大型に
ならざるを得ない。

【０００４】また、特開２０００−１４７４２２で提案
されているものは、光源をハーフミラーを挟んで反射型
液晶表示素子に対向して配置し、表示素子の表示面近傍
と観察者眼球近傍とに接眼光学系を構成するレンズを配
置するものである。

【０００５】この場合も、ハーフミラーを斜めに配置す
るスペースが必要になり、また、構造が複雑になる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術のこ
のような問題点に鑑みなされたものであり、その目的
は、導光板を用いて照明光を反射型表示素子に導入する
ことにより、照明光学系の構成を簡単にすると共に、小
型化され、高いコントラストの画像が観察可能な画像表
示装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の第１の画像表示装置は、反射型表示素子と、正の屈
折力を持ち、前記反射型表示素子上に表示された映像を
虚像として拡大表示する接眼光学系とを備えた画像表示
装置において、前記反射型表示素子から前記接眼光学系
の射出瞳に至る光路中に、周辺部に配置された光源から
導入された照明光を内部で導光すると共にその照明光を
前記反射型表示素子に向けて射出し、かつ、前記反射型
表示素子からの表示光を透過させる導光板が配置されて
おり、表示光透過時の前記導光板の媒質のリタデーショ
ン量をＲ₁ ＝ｄ（ｎ_e −ｎ_o ）（ここで、ｎ_e は媒質の
異常光線屈折率、ｎ_o は常光線屈折率、ｄは媒質の厚さ
である。）とし、その媒質のｄ＝１０ｍｍ当たりのリタ
デーション量Ｒ₁ が６０ｎｍ以下であることであること
を特徴とするものである。

【０００８】本発明の第２の画像表示装置は、反射型表
示素子と、正の屈折力を持ち、前記反射型表示素子上に
表示された映像を虚像として拡大表示する接眼光学系と
を備えた画像表示装置において、前記反射型表示素子か
ら前記接眼光学系の射出瞳に至る光路中に、周辺部に配
置された光源から導入された照明光を内部で導光すると
共にその照明光を前記反射型表示素子に向けて射出し、
かつ、前記反射型表示素子からの表示光を透過させる導
光板が配置されており、表示光透過時の前記接眼光学系
を構成する光学素子の媒質のリタデーション量をＲ₁ ＝
ｄ（ｎ_e −ｎ_o ）（ここで、ｎ_e は媒質の異常光線屈折
率、ｎ_o は常光線屈折率、ｄは媒質の厚さである。）と
し、その媒質のｄ＝１０ｍｍ当たりのリタデーション量
Ｒ₁ が３０ｎｍ以下であることであることを特徴とする
ものである。

【０００９】本発明の第３の画像表示装置は、反射型表
示素子と、正の屈折力を持ち、前記反射型表示素子上に
表示された映像を虚像として拡大表示する接眼光学系と
を備えた画像表示装置において、前記反射型表示素子か
ら前記接眼光学系の射出瞳に至る光路中に、周辺部に配
置された光源から導入された照明光を内部で導光すると
共にその照明光を前記反射型表示素子に向けて射出し、
かつ、前記反射型表示素子からの表示光を透過させる導
光板が配置されており、前記反射型表示素子の表示面か
ら前記導光板までの距離（空気換算長）をＬとし、前記
接眼光学系の拡大率をｍとした場合に、 Ｌ≧０．２／ｍ² 〔ｍ〕 ・・・（１） の関係を満たすことを特徴とするものである。

【００１０】以下、本発明において、上記構成をとる理
由と作用を説明する。

【００１１】図１に、本発明の画像表示装置の基本的な
構成の光路図を示す。

【００１２】反射型液晶表示素子５と、その表示像を観
察するための正に屈折力を持つ接眼光学系（観察光学
系）２とからなり、接眼光学系２の射出瞳１に観察者の
眼球の瞳を配置することにより、反射型液晶表示素子５
に表示された映像を接眼光学系２により虚像として拡大
表示するものである。

【００１３】そして、本発明に基づき、反射型液晶表示
素子５の表示面前方には、例えば、特開平９−３１１３
３３号、特開平１０−１４２６０１号、特開平１１−１
０９３３８号等において公知の導光板（フロントライト
導光板）４が配置されており、導光板４の端部に光源７
が配置され、光源７と導光板４間にポーラライザー６が
配置され、光源７からの光はポーラライザー６によって
直線偏光光となって導光板４に入射され、導光板４の反
射型液晶表示素子５側の面４１に設けられた多数の突起
あるいはある角度を持つ斜面から射出され、反射型液晶
表示素子５を照明する。反射型液晶表示素子５に入射し
た光は、反射型液晶表示素子５では１／４波長板を介し
たのと同様の作用を受けて、反射する際に光の偏光面が
明表示位置では９０°回転されて射出し、その表示光は
導光板４を透過し、その観察側に配置されたアナライザ
ー３に入射する。アナライザー３はポーラライザー６の
偏光方向に直交した偏光方向成分を通すように直交ニコ
ルの状態に設置されており、アナライザー３を通った表
示光は、反射型液晶表示素子５の表示像の虚像を射出瞳
１を経て観察者眼球に向けるるように、接眼光学系２に
よって屈折又は反射される。

【００１４】このような構成であるので、反射型液晶表
示素子５の表示像を最も高いコントラスト状態で再現す
ることになる。そして、この画像表示装置は、導光板４
を光路中に配置するスペースだけ必要で、従来のよう
に、偏光ビームスプリッターあるいはハーフミラーを４
５°で配置するための大きなスペースが必要でなくな
り、画像表示装置を小型化することができる。

【００１５】この直交ニコルの状態の２つの偏光板（ポ
ーラライザー６とアナライザー３）の間に複屈折成分を
有する媒質によって構成された光学素子がある場合に
は、その複屈折成分によって表示光の偏光状態が変化
し、接眼光学系２に到達する光量が減少する。この表示
光が減少する量ができるだけ少ない方が望ましい。

【００１６】反射型液晶表示素子５のような反射型表示
素子を用いて画像表示装置を構成する場合、光学系を構
成する媒質はできれだけ軽量であることが装置全体の重
量を軽くすることになるため、比重が低い光学プラスチ
ック等の高分子材料等を用いることが重要なファクター
となる。しかしながら、光学プラスチックの特性とし
て、光学ガラスに比べ、複屈折性が高い特性を持つ場合
が多い。

【００１７】直交ニコル間に位相差δを持つ複屈折材料
を、その光学軸がポーラライザーの振動方向に対し角度
θで置かれたとき、射出光の強度Ｉは次式で表される。

【００１８】 Ｉ（θ）＝Ｉ₀ ｓｉｎ² ２θ・ｓｉｎ² （δ／２） ＝Ｉ₀ ｓｉｎ² ２θ・ｓｉｎ² （πＲ／λ） ・・・（１） ここで、Ｉ₀ は直交ニコル状態の透過光強度、Ｒはリタ
デーションであり、Ｒ＝ｄ（ｎ_e −ｎ_o ）で表される。
この定義中、ｎ_e は媒質の異常光線屈折率、ｎ_oは常光
線屈折率、ｄは媒質の厚さである。

【００１９】したがって、観察光学系の媒質に複屈折成
分がある場合には、式（１）に従って不要光強度が決ま
り、その透過光の強度の分、観察する像の光強度が減少
する。導光板４の厚さを最大１０ｍｍとすると、導光板
４を構成する媒質のリタデーション量はＲ₁ ＝ｄ（ｎ_e
−ｎ_o ）であり、その媒質のｄ＝１０ｍｍ当たりのリタ
デーション量Ｒ₁ が６０ｎｍ以下の媒質であることが、
上記光強度の減少量を抑え、明るい表示画面を維持する
ことが可能となる。

【００２０】図２に、Ｒ₁ ＝６０ｎｍの場合の射出光強
度を示す。光学軸の傾きが変化するに従って透過光強度
が周期的に変化し、最大値は約１５％となる。この透過
光はフレアーのような現象を示し、観察画像を劣化させ
る。したがって、Ｒが６０ｎｍ以上大きくなると、フレ
アーが大きく十分なコントラストを得ることが困難とな
る。

【００２１】図３に、本発明の画像表示装置の別の例の
構成の光路図を示す。図１の場合と異なるのは、接眼光
学系（観察光学系）２０が、偏心配置の光学面２１〜２
３からなり、その中の光学面２１が透過面と全反射面を
兼用する面からなり、光学面２２が反射面で、光学面２
３が透過面からなり、照明光は光学面２１（透過面）→
光学面２２（反射面）→光学面２１（全反射面）→光学
面２３（透過面）を経て反射型液晶表示素子５に到り、
反射型液晶表示素子５からの表示光は光学面２３（透過
面）→光学面２１（全反射面）→光学面２２（反射面）
→光学面２１（透過面）を経て射出瞳１に到る偏心プリ
ズム２０からなり、光学面２１〜２３の中、少なくとも
１面は対称面を１面有するか又は持たない自由曲面等の
非回転対称面からなるものである。そして、光源７とポ
ーラライザー６と導光板４とからなる照明光学系と、ア
ナライザー３が、観察光学系である偏心プリズム２０と
射出瞳１の間に配置されている点が異なる。

【００２２】この場合も、反射型液晶表示素子５を挟ん
だ２枚の偏光板（ポーラライザー６とアナライザー３）
は直交ニコルの状態となっており、その間に導光板３と
観察光学系の偏心プリズム２０が含まれる構成になる。

【００２３】この構成において、偏心プリズム２０を光
学プラスチックで構成する場合に、偏心プリズム２０は
偏心した非回転対称面２１〜２３で囲まれた異形のプリ
ズムであるため、複屈折量は場所によって異なり、位相
差及び光学軸がランダムに変化する。その場合には、観
察画面上の場所によって複屈折による影響が異なり、部
分的にコントラストの異なる画像となる。

【００２４】また、射出成形によってこのような光学素
子２０を製作する場合には、部分的に内部応力が発生
し、それに伴って複屈折量すなわちリタデーション量が
場所によって変化する。この場合も、位相差及び光学軸
が変化し、場所によってコントラストが異なるムラのあ
る観察画像となる。

【００２５】図３の光学系においては、プリズム２０内
の光路長が観察光学系の焦点距離と略同等の距離であ
る。ルーペ倍率が７倍〜２０倍と考えると、焦点距離ｆ
は１２．５〜３５．７ｍｍとなる。観察光学系２０内の
光路長が最大で３５．７ｍｍとする。観察光学系の複屈
折による透過光強度が３０％を許容値とし、式（１）に
おいて比視感度の中心波長５５５ｎｍをλとすると、最
大透過光強度が３０％以上となるのは、Ｒが約１０２．
４以上の場合であり、ｄ＝１０ｍｍでのリタデーション
量に換算するとＲ≒２９（２８．７）ｎｍであり、Ｒ₁
は３０以下であることが重要である。

【００２６】リタデーション量は、光学系を構成する材
質の平均の量として評価されるものであり、上述のよう
に、射出成形等で作られるプラスチックの場合、成形に
おける内部応力が発生し、それに伴って複屈折量すなわ
ちリタデーション量は場所によって変化し、材質の本来
持っている物性値とは異なる。しかし、内部応力によっ
て変化する部分を規定することは難しく、板状にした材
質のリタデーション量Ｒ₁ が３０ｎｍ以下を満たしてい
ることで、上述した観察像の品質の維持ができるのであ
る。

【００２７】さらに、高いコントラストの観察画像を呈
示したい場合には、観察光学系を構成する媒質のｄ＝１
０ｍｍでのリタデーション量が２０ｎｍ以下にすること
が望ましい。

【００２８】図４に、Ｒ₁ ＝３０ｎｍの場合の射出光強
度を示す。光学軸の傾きが変化するに従って透過光強度
が周期的に変化し、最大値は約４％となる。

【００２９】ところで、図１に示すように、接眼光学系
２によって拡大した虚像を観察する場合、観察物体であ
る表示素子５は接眼光学系２の前側焦点位置近傍に配備
される。したがって、表示素子５の近くにあるものはそ
のまま拡大観察される。本発明の場合、表示素子５の表
示面の近くに導光板４を配備して表示素子５を照明す
る。その場合、この導光板４の配置される位置が人間の
眼の調整力の範囲内にあると、その導光板４上にごみ等
の異物が付着すると、それが拡大されて見えてしまう。

【００３０】人間の眼の遠点距離をＤ_f （ｍ）、近点距
離をＤ_n （ｍ）とすると、人間の眼の調整力Ｂ（ｍ^-1）
は、次式で与えられる。

【００３１】 Ｂ＝１／Ｄ_n −１／Ｄ_f ・・・（１） 近点距離は、図５に示すように、人間の年齢によって大
きく異なる。２０〜５０歳代の観察者を想定すると、近
点距離は約−１０〜−２Ｄ（ディオプター：ｍ ^-1）、Ｄ
_n ＝１０〜５００ｍｍの距離であり、遠点距離がＤ_f ＝
∞の場合の調節力は１０〜２Ｄ（ディオプター：ｍ^-1）
となる。

【００３２】本発明のような小さい表示素子５を拡大さ
れた虚像として観察する画像表示装置においては、表示
素子５は接眼光学系２の前側焦点位置の近傍に置かれ、
眼の位置が接眼光学系２の後側焦点位置近傍にあるよう
にそれぞれが配置されていると考えられる。この場合に
は、表示素子５の画像は接眼光学系２によって拡大され
た虚像として観察され、この場合、図６に示すように、
表示素子５の虚像を見込む角度ｕ’（図６（ｂ））と表
示素子５を明視の距離（２５０ｍｍ）で見込む角度ｕ
（図６（ａ））の比を拡大率ｍと定義される。式で表す
と、 ｍ＝ｔａｎ（ｕ’）／ｔａｎ（ｕ） ・・・（２） となる。さらに、拡大率ｍは、接眼光学系２の後側焦点
距離をｆ’（ｍｍで表される）として、 ｍ＝２５０／ｆ’ ・・・（３） で与えられる。

【００３３】次に、画像表示装置の接眼光学系２におけ
る表示素子５側の焦点深度を求める。図７に示すよう
に、人間の眼Ｅの遠点距離Ｄ_f 、近点距離Ｄ_n は共に、
眼の入射瞳である前側主点からの距離である。したがっ
て、Ｄ_f 、Ｄ_n に対応する画像表示素子の前側焦点位置
Ｆ’から測った距離をそれぞれｄ_f 、ｄ_n 、接眼光学系
２の前側焦点距離をｆ、後側焦点距離をｆ’とすると、 ｄ_n −ｄ_f ＝−ｆ・ｆ’（１／Ｄ_f −１／Ｄ_n ） ・・・（４） となる。式（３）にならって拡大率を示すと、 ｍ＝Ｄ_f ／ｆ’ ・・・（５） である。接眼光学系２の画像表示面側と像側の屈折率を
ｎ、ｎ’とすると、 ｆ＝−ｎ’／ｎ・ｆ’ ・・・（６） （４）式を（５）式、（６）式で変形して、 ｄ_n −ｄ_f ＝ｎ’／ｎ・ｆ’² ・（１／Ｄ_f −１／Ｄ_n ） ＝ｎ’／ｎ・（Ｄ_f ／ｍ）² ・（１／Ｄ_f −１／Ｄ_n ） ・・・（７） 眼Ｅの調整力による表示素子５側の焦点深度をδ＝ｄ_f
−ｄ_n とすると、遠点距離Ｄ_f を∞として、 δ＝ｎ’／ｎ・（Ｄ_n ／ｍ）² ・Ｂ ＝ｎ’／ｎ・Ｄ_n ／ｍ² ・・・（８） である。表示面側、像側共空気であるため、ｎ＝ｎ’＝
１となる。

【００３４】一般に、近点近傍で画像を観察すると、物
の細部まではっきり視認できるが、眼Ｅは緊張し、長く
見続けると疲れる恐れがある。余り疲れずに良く見える
距離は、近点より遠くになる。２０歳代では、観察距離
が約２００ｍｍ以上あると、余り疲れないため、上式に
おける近点距離をＤ_n ＝０．２とすると、δは、 δ＝０．２／ｍ² ・・・（９） で示される。したがって、表示素子５の表示面から導光
板４までの空気換算長距離をＬ（空気換算長）とする
と、 Ｌ≧０．２／ｍ² 〔ｍ〕 ・・・（１０） の範囲に導光板４を配置すると、ごみ等の付着物が観察
者の調節力よりも視度がマイナス側になるため、付着物
にピントが合うことがなく、観察画像に与える影響を抑
えることができる。

【００３５】例えば、接眼光学系２の拡大率ｍが５倍と
２５倍とすると、（１０）式に代入して、 ５倍 ：Ｌ≧８（ｍｍ） ２５倍：Ｌ≧０．３２（ｍｍ） となる。この範囲に導光板４を配置すると、ごみ等の付
着物が観察者の眼の調節力よりも視度がマイナス側にな
るため、付着物にピントが合い難く、観察画像に影響が
少ない。

【００３６】さて、導光板４の反射型液晶表示素子５側
の面４１あるいは射出瞳１側の面４２の少なくとも何れ
かにフレネルレンズを設けることができる。

【００３７】導光板４の１面がフレネルレンズで構成さ
れていることで、そのフレネルレンズ面が屈折力を有す
ることになり、接眼光学系２、２０において光学面が１
面増加することになる。そのため、観察画角を増大させ
ることや、収差補正能力を高めることが可能となる。

【００３８】導光板４が接眼光学系２０と射出瞳１の間
に配備されている場合（図３）には、導光板４の観察側
４２の面にフレネル面を形成し、正のパワーを持たせる
ことで、観察画角を大きくする効果を得ることが可能と
なる。

【００３９】また、導光板４の反射型液晶表示素子５側
の面４１あるいは射出瞳１側の面４２の少なくとも何れ
かにマイクロレンズアレイを設けることができる。

【００４０】導光板４の１面にマイクロレンズアレイを
設けることで、接眼光学系２、２０の射出瞳１の径を大
きくすることができる。また、そのマイクロレンズアレ
イを光学的ローパスフィルターとして作用させることが
でき、観察画像のＭＴＦを適切な値にすることも可能と
なる。

【００４１】また、導光板４の反射型液晶表示素子５側
の面４１あるいは射出瞳１側の面４２の少なくとも何れ
かにプリズムアレイを設けることができる。

【００４２】導光板４の１面にプリズムアレイを設ける
ことで、接眼光学系２、２０の射出瞳１の径を大きくす
ることができる。また、そのプリズムアレイを光学的ロ
ーパスフィルターとして作用させることができ、観察画
像のＭＴＦを適切な値にすることも可能となる。

【００４３】また、導光板４の反射型液晶表示素子５側
の面４１あるいは射出瞳１側の面４２の少なくとも何れ
かに回折光学面を設けることができる。

【００４４】導光板４の１面に回折光学面を設けること
で、接眼光学系２、２０の射出瞳１の径を大きくするこ
とができる。また、その回折光学面を光学的ローパスフ
ィルターとして作用させることができ、観察画像のＭＴ
Ｆを適切な値にすることも可能となる。

【００４５】また、回折光学面は負の分散特性を有する
ために、接眼光学系２、２０で発生する色収差の補正を
行わせることが可能となる。

【００４６】また、導光板４の反射型液晶表示素子５側
の面４１あるいは射出瞳１側の面４２の少なくとも何れ
かに正のパワー（屈折力）を設けることができる。

【００４７】導光板４の１面に正のパワー（屈折力）を
設けることで、観察画角を増大させることや、収差補正
を行うことが可能となる。

【００４８】導光板４が接眼光学系２０と射出瞳１の間
に配備されている場合（図３）には、導光板４の観察側
４２の面にフレネル面を形成し、正のパワーを持たせる
ことで、観察画角を大きくする効果を得ることが可能と
なる。

【００４９】また、導光板４はプラスチックで構成する
ことができる。

【００５０】導光板４をプラスチックで構成すること
で、軽量化、コストダウンを図ることができる。

【００５１】また、導光板４の光学面の２面４１、４２
のなす角度をΘとするとき、 ０°≦Θ＜２５° ・・・（１１） を満たすように構成することが望ましい。

【００５２】この２面４１、４２をなす角度が０度であ
れば平行平板となり、それ以上となると、偏向プリズム
の作用が増す。導光板４から照明光を出す面がある角度
を持つ多数の斜面から構成する場合、反射型液晶表示素
子５から出る光軸をこの面で偏向するため、それを補償
するために角度Θを０°より大きくする必要があるが、
Θが２５°以上になると、色収差が多く発生し、接眼光
学系２、２０で補正することが困難になる。

【００５３】なお、導光板４の照明光を出す面の形状と
しては、特開平１０−１４２６０１号に開示されている
ように、導光板４の一面に突起あるいは断面突起状の突
起線を設ける場合、その突起の断面形状としては、特開
平１０−１４２６０１号に記載されているような矩形の
ものに限定されず、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す
ように、台形、円筒面、三角形の何でも可能であり、そ
の形状は突起だけでなく、その相補形状の凹んだ溝でも
よい。さらに、後記の階段鋸歯状の形状でもよい。

【００５４】また、接眼光学系としては、図３に示すよ
うに偏心した面２１〜２３を有する光学系からなってい
ても、さらには、その少なくとも１面の光学面が自由曲
面からなる光学系であっても、あるいは、図３に例示す
るような反射屈折プリズム光学系２０からなっていても
よい。偏心した面を有し、少なくとも１面の光学面が自
由曲面からなる反射屈折プリズム光学系としては、すで
に種々のタイプのものが提案されているが、その何れを
用いてもよい。もちろん、図１の例のように、通常の回
転対称面からなる同軸光学系からなる接眼光学系を用い
てもよい。

【００５５】さらには、接眼光学系中に回折光学素子い
わゆるＤＯＥを含んで構成してもよく、また、接眼光学
系中に回折光学面を含んで構成してもよい。

【００５６】また、接眼光学系をプラスチックで構成す
ることで、軽量化、コストダウンを図ることができる。

【００５７】

【発明の実施の形態】本発明の画像表示装置の１実施例
について説明する。

【００５８】この実施例の構成は、図３に光路図を示す
ように、反射型液晶表示素子５と、その表示像を観察す
るための正に屈折力を持つ接眼光学系２０とからなり、
接眼光学系２０の射出瞳１に観察者の眼球の瞳を配置す
ることにより、反射型液晶表示素子５に表示された映像
を接眼光学系２０により虚像として拡大表示するもので
ある。

【００５９】ここで、接眼光学系２０として、偏心配置
の光学面２１〜２３からなり、その中の光学面２１が透
過面と全反射面を兼用する面からなり、光学面２２が反
射面で、光学面２３が透過面からなる偏心プリズムが用
いられており、その接眼光学系２０の射出瞳１に導光板
４が配置されており、導光板４の端部に光源７が配置さ
れ、光源７と導光板４間にポーラライザー６が配置さ
れ、光源７からの光はポーラライザー６によって直線偏
光光となって導光板４に入射され、導光板４の反射型液
晶表示素子５側の面４１に設けられた角度を持つ多数の
斜面から射出され、その照明光は接眼光学系２０の光学
面２１（透過面）→光学面２２（反射面）→光学面２１
（全反射面）→光学面２３（透過面）を順に経て反射型
液晶表示素子５を照明する。反射型液晶表示素子５から
の表示光は、接眼光学系２０の光学面２３（透過面）→
光学面２１（全反射面）→光学面２２（反射面）→光学
面２１（透過面）を経て、導光板４を透過し、その観察
側に配置されたアナライザー３に入射する。アナライザ
ー３はポーラライザー６の偏光方向に直交した偏光方向
成分を通すように直交ニコルの状態に設置されており、
アナライザー３を通った表示光は、射出瞳１に入り、そ
の位置の観察者の眼球に反射型液晶表示素子５に表示さ
れた映像を虚像として拡大表示する。

【００６０】この構成において、導光板４及び接眼光学
系である偏心プリズム２０はリタデーション量Ｒ＝２０
ｎｍである非晶質ポリエステル共重合樹脂（ｎ_d ＝１．
６２）を用いて射出成形によって作製される。導光板４
は厚さ５ｍｍの平行平板で、反射型液晶表示素子５側の
面４１は角度を持つ多数の斜面からなる面であり、観察
者側の面４２は平面である。偏心プリズム２０内での軸
上主光線の実光路長が２０ｍｍとなっているとする。し
たがって、反射型液晶表示素子５から射出瞳１までの光
路長において、異方性媒質内の光路長は、２０＋５＝２
５となる。このような構成の光学系における直交ニコル
における透過光強度、すなわち、漏れ光強度を図９に示
す。本実施例の光学系における透過光強度の最大値は８
％以下であり、フレアーを抑えたコントラストの高い観
察画像が得られる。

【００６１】以上の本発明の画像表示装置は、例えば次
のように構成することができる。

【００６２】〔１〕 反射型表示素子と、正の屈折力を
持ち、前記反射型表示素子上に表示された映像を虚像と
して拡大表示する接眼光学系とを備えた画像表示装置に
おいて、前記反射型表示素子から前記接眼光学系の射出
瞳に至る光路中に、周辺部に配置された光源から導入さ
れた照明光を内部で導光すると共にその照明光を前記反
射型表示素子に向けて射出し、かつ、前記反射型表示素
子からの表示光を透過させる導光板が配置されており、
表示光透過時の前記導光板の媒質のリタデーション量を
Ｒ₁ ＝ｄ（ｎ_e −ｎ_o ）（ここで、ｎ_e は媒質の異常光
線屈折率、ｎ_o は常光線屈折率、ｄは媒質の厚さであ
る。）とし、その媒質のｄ＝１０ｍｍ当たりのリタデー
ション量Ｒ₁ が６０ｎｍ以下であることであることを特
徴とする画像表示装置。

【００６３】〔２〕 反射型表示素子と、正の屈折力を
持ち、前記反射型表示素子上に表示された映像を虚像と
して拡大表示する接眼光学系とを備えた画像表示装置に
おいて、前記反射型表示素子から前記接眼光学系の射出
瞳に至る光路中に、周辺部に配置された光源から導入さ
れた照明光を内部で導光すると共にその照明光を前記反
射型表示素子に向けて射出し、かつ、前記反射型表示素
子からの表示光を透過させる導光板が配置されており、
表示光透過時の前記接眼光学系を構成する光学素子の媒
質のリタデーション量をＲ₁ ＝ｄ（ｎ_e −ｎ_o ）（ここ
で、ｎ_e は媒質の異常光線屈折率、ｎ_o は常光線屈折
率、ｄは媒質の厚さである。）とし、その媒質のｄ＝１
０ｍｍ当たりのリタデーション量Ｒ₁ が３０ｎｍ以下で
あることであることを特徴とする画像表示装置。

【００６４】〔３〕 反射型表示素子と、正の屈折力を
持ち、前記反射型表示素子上に表示された映像を虚像と
して拡大表示する接眼光学系とを備えた画像表示装置に
おいて、前記反射型表示素子から前記接眼光学系の射出
瞳に至る光路中に、周辺部に配置された光源から導入さ
れた照明光を内部で導光すると共にその照明光を前記反
射型表示素子に向けて射出し、かつ、前記反射型表示素
子からの表示光を透過させる導光板が配置されており、
前記反射型表示素子の表示面から前記導光板までの距離
（空気換算長）をＬとし、前記接眼光学系の拡大率をｍ
とした場合に、 Ｌ≧０．２／ｍ² 〔ｍ〕 ・・・（１０） の関係を満たすことを特徴とする画像表示装置。

【００６５】〔４〕 前記導光板の少なくとも１面がフ
レネルレンズで構成されていることを特徴とする上記１
から３の何れか１項記載の画像表示装置。

【００６６】〔５〕 前記導光板の少なくとも１面がマ
イクロレンズアレイで構成されていることを特徴とする
上記１から３の何れか１項記載の画像表示装置。

【００６７】〔６〕 前記導光板の少なくとも１面がプ
リズムアレイで構成されていることを特徴とする上記１
から３の何れか１項記載の画像表示装置。

【００６８】〔７〕 前記導光板の少なくとも１面が回
折光学面で構成されていることを特徴とする上記１から
３の何れか１項記載の画像表示装置。

【００６９】〔８〕 前記導光板の少なくとも１面が正
のパワーを有することを特徴とする上記１から７の何れ
か１項記載の画像表示装置。

【００７０】

〔９〕 前記導光板はプラスチックで構成
されていることを特徴とする上記１から８の何れか１項
記載の画像表示装置。

【００７１】〔１０〕 前記導光板の光学面の２面のな
す角度をΘとするとき、 ０°≦Θ＜２５° ・・・（１１） を満たすように構成されていることを特徴とする上記１
から９の何れか１項記載の画像表示装置。

【００７２】〔１１〕 前記接眼光学系は偏心した面を
有する光学系からなることを特徴とする上記１から１０
の何れか１項記載の画像表示装置。

【００７３】〔１２〕 前記接眼光学系は少なくとも１
面の光学面が自由曲面からなる光学系であることを特徴
とする上記１から１１の何れか１項記載の画像表示装
置。

【００７４】〔１３〕 前記接眼光学系は反射屈折プリ
ズム光学系からなることを特徴とする上記１から１２の
何れか１項記載の画像表示装置。

【００７５】〔１４〕 前記接眼光学系に回折光学素子
が含まれていることを特徴とする上記１から１３の何れ
か１項記載の画像表示装置。

【００７６】〔１５〕 前記接眼光学系に回折光学面が
含まれていることを特徴とする上記１から１４の何れか
１項記載の画像表示装置。

【００７７】〔１６〕 前記接眼光学系はプラスチック
で構成されていることを特徴とする上記１から１５の何
れか１項記載の画像表示装置。

【００７８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の画像表示装置においては、照明光学系の構成が簡単に
なり、小型化され、高いコントラストの画像が観察可能
な画像表示装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像表示装置の基本的な構成の光路図
である。

【図２】リタデーション量Ｒ₁ ＝６０ｎｍの場合の射出
光強度を示す図である。

【図３】本発明の画像表示装置の別の例の構成の光路図
である。

【図４】リタデーション量Ｒ₁ ＝３０ｎｍの場合の射出
光強度を示す図である。

【図５】人間の年齢によって変化する近点距離と遠点距
離を示す図である。

【図６】接眼光学系の拡大率を説明するための図であ
る。

【図７】接眼光学系の画像表示素子側の焦点深度を説明
するための図である。

【図８】導光板の一面設ける突起、凹みの例を示す図で
ある。

【図９】本発明の１実施例の漏れ光強度を示す図であ
る。

【図１０】従来例の表示装置を概念的に示す図である。

【符号の説明】

１…射出瞳 ２…接眼光学系 ３…アナライザー ４…導光板（フロントライト導光板） ５…反射型液晶表示素子 ６…ポーラライザー ７…光源 ２０…接眼光学系（観察光学系、偏心プリズム） ２１、２２、２３…光学面 ４１、４２……導光板の面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反射型表示素子と、正の屈折力を持ち、
   前記反射型表示素子上に表示された映像を虚像として拡
   大表示する接眼光学系とを備えた画像表示装置におい
   て、 前記反射型表示素子から前記接眼光学系の射出瞳に至る
   光路中に、周辺部に配置された光源から導入された照明
   光を内部で導光すると共にその照明光を前記反射型表示
   素子に向けて射出し、かつ、前記反射型表示素子からの
   表示光を透過させる導光板が配置されており、表示光透
   過時の前記導光板の媒質のリタデーション量をＲ₁ ＝ｄ
   （ｎ_e −ｎ_o ）（ここで、ｎ_e は媒質の異常光線屈折
   率、ｎ_o は常光線屈折率、ｄは媒質の厚さである。）と
   し、その媒質のｄ＝１０ｍｍ当たりのリタデーション量
   Ｒ₁ が６０ｎｍ以下であることであることを特徴とする
   画像表示装置。
2. 【請求項２】 反射型表示素子と、正の屈折力を持ち、
   前記反射型表示素子上に表示された映像を虚像として拡
   大表示する接眼光学系とを備えた画像表示装置におい
   て、 前記反射型表示素子から前記接眼光学系の射出瞳に至る
   光路中に、周辺部に配置された光源から導入された照明
   光を内部で導光すると共にその照明光を前記反射型表示
   素子に向けて射出し、かつ、前記反射型表示素子からの
   表示光を透過させる導光板が配置されており、表示光透
   過時の前記接眼光学系を構成する光学素子の媒質のリタ
   デーション量をＲ₁ ＝ｄ（ｎ_e −ｎ_o ）（ここで、ｎ_e
   は媒質の異常光線屈折率、ｎ_o は常光線屈折率、ｄは媒
   質の厚さである。）とし、その媒質のｄ＝１０ｍｍ当た
   りのリタデーション量Ｒ₁ が３０ｎｍ以下であることで
   あることを特徴とする画像表示装置。
3. 【請求項３】 反射型表示素子と、正の屈折力を持ち、
   前記反射型表示素子上に表示された映像を虚像として拡
   大表示する接眼光学系とを備えた画像表示装置におい
   て、 前記反射型表示素子から前記接眼光学系の射出瞳に至る
   光路中に、周辺部に配置された光源から導入された照明
   光を内部で導光すると共にその照明光を前記反射型表示
   素子に向けて射出し、かつ、前記反射型表示素子からの
   表示光を透過させる導光板が配置されており、前記反射
   型表示素子の表示面から前記導光板までの距離（空気換
   算長）をＬとし、前記接眼光学系の拡大率をｍとした場
   合に、 Ｌ≧０．２／ｍ² 〔ｍ〕 ・・・（１０） の関係を満たすことを特徴とする画像表示装置。