JP3151771B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像表示装置に関し、特
に液晶素子等の小型の画像情報（表示情報）を有した光
学系を観察者の頭部や顔面前方等に装置して拡大した広
画角の虚像として観察するようにした画像表示装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、液晶等の画像表示素子に表示
された画像情報を臨場感のある大画面の映像として観察
するようにした画像表示装置として大型ＣＲＴディスプ
レイ装置やプロジェクションＴＶ装置等が用いられてい
る。

【０００３】これらの画像表示装置は大きな空間を必要
とし、狭い部屋に設置しようとすると、適切なる観察距
離が確保できなく、又個々の人が異なる番組を見ること
ができない等の問題点があった。

【０００４】この為、例えば特開平３−２０３４７８号
公報では図１０に示すように画像表示素子からの光束を
観察者の顔面近くに配置した光学系を用いて直接、眼
（観察者の瞳）に導光して大画面の画像情報を観察する
ようにした画像表示装置を提案している。

【０００５】同図の要部について説明すると２２１Ｒ，
２２１Ｌは右眼用と左眼用の液晶カラーテレビである。
液晶カラーテレビ２２１Ｒ，２２１Ｌに表示された画像
情報は各々両眼の前方に配置した台形のビームスプリッ
タ（ハーフミラー）２２２Ｒ（２２２Ｌ不図示）によっ
て一部分の光束が反射されて、前方の凹面鏡２２３に入
射する。凹面鏡２２３で反射した光束はビームスプリッ
タ２２２Ｒ（２２２Ｌ）を透過して観察者（不図示）の
眼に入射する。

【０００６】これにより観察者は液晶カラーテレビ２２
１Ｒ，２２１Ｌに表示した画像情報を凹面鏡２２３前方
の所定位置に虚像として観察している。

【０００７】又、このような画像表示装置において、観
察者の右眼用と左眼用とに視差のある表示情報を表示し
て立体画像を観察することも可能である。

【０００８】更に、特開平４−２２１９２０号公報では
偏光光制御型ディスプレイに表示された映像を凸レンズ
で拡大し、観察者の瞳前方に配置した偏光分光手段によ
って前記偏光された映像を観察者の瞳へ入射させること
で、前記拡大された虚像を外景に重畳して表示すること
ができる画像表示装置を提案している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の画像表示装置で
は表示素子として用いるカラーテレビや偏光光制御型デ
ィスプレイは全てバックライト照明された透過型の液晶
素子を用いていた。

【００１０】液晶素子としての、例えばＴＦＴ液晶カラ
ーテレビでは現行製品レベルの液晶パネルで、開口率が
約４０％と低く十分な透過率が得られていない。このた
め、十分な表示輝度を達成するためにバックライトの光
量を大きくしたり、開口部にシート状のマルチレンズア
レイを設けたりする等の必要があり、装置全体の小型軽
量化を妨げていた。又大きなバックライトを必要とする
ために消費電力の低減も困難であった。

【００１１】この液晶素子の開口率を低下させる要因は
様々なものが挙げられるが、ＴＦＴ、配線、補助容量、
及びそれらの隙間を覆ったカラーフィルタ上のブラック
マトリックスの部分等が主なものである。このためＴＦ
Ｔや配線のディメンションを小さくしたり、補助容量の
面積を下げる等で開口率の向上が計られている。

【００１２】しかし、これらの方法ではＴＦＴプロセス
等の半導体プロセス技術の制約により限界があり、問題
であった。

【００１３】更に従来の画像表示装置では、液晶パネル
をレンズ又は凹面鏡によって拡大して観察するために画
素が非常に粗く観察され、表示画質が不十分であった。

【００１４】これを解決するためには液晶パネルの画素
を高密度化する方法があるが。この方法は高密度化すれ
ばするほどＴＦＴや配線等の素子が増加し、開口率を下
げてしまうという問題があった。

【００１５】加えて、透過型の液晶テレビにおいては直
交ニコルの状態に設けた２枚の偏光板が必要であり、こ
れも表示輝度を低下させる原因となっていた。

【００１６】本発明は表示素子として適切なる構成の反
射型の液晶素子を用いると共に、各要素を適切に設定す
ることにより装置全体の小型化を図りつつ、高精細，高
輝度でかつ広画角の観察を可能とした画像表示装置の提
供を目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の画像表
示装置は光源からの光束で光分割素子を介して反射型の
表示素子を照明し、該表示素子からの表示情報に基づく
光束を該光分割素子を介して観察者の瞳に導光し、該表
示情報と、該表示情報とは異なった方向に位置している
画像情報の２つの情報を該光分割素子を介して同一視野
で観察することを特徴としている。

【００１８】請求項２の発明の画像表示装置は光源から
の光束で光分割素子を介して反射型の表示素子を照明
し、該表示素子からの表示情報に基づく光束を該光分割
素子を介して光学素子に導光し、該光学素子で光学作用
を受けた光束を該光分割素子を介して観察者の瞳に導光
し、該表示情報を観察することを特徴としている。

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【実施例】図１は本発明の画像表示装置の実施例１の要
部概略図である。

【００３３】図中１は蛍光灯等の光源である。２は凹面
反射鏡，楕円反射鏡等の反射板であり、光源１からの光
束うち後方に放射された光束を光分割素子４方向へ反射
している。光分割素子４は偏光ビームスプリッタから成
っている。５は表示素子であり、本実施例では反射型の
液晶素子より成っている。液晶素子５は液晶パネル５ａ
と液晶パネル５ａの裏面に設けた反射ミラー６を有して
いる。

【００３４】本実施例では液晶素子５を４５°ＴＮモー
ドで使用し、画素電極を反射電極とすることにより、こ
の反射ミラー６を兼ねている。

【００３５】８はレンズ系であり、図面の簡単のために
１枚のレンズ素子で表しているが、実際には収差補正等
のために複数枚のレンズ素子から構成されている。９は
観察用の瞳位置であり、観察者の眼球位置に相当してい
る。１０は表示素子５における表示情報のレンズ系８に
よる虚像面である。

【００３６】まず本発明に係る反射型の液晶素子５の動
作原理を図２を用いて説明する。光源１からの光束３は
偏光光３−１，３−２で表される直交する２つの偏光光
を含んでいる。

【００３７】このうち紙面内平行に振動している偏光光
（Ｐ偏光光）３−１は、偏光ビームスプリッタ４を透過
してしまい、像表示には何んら関係しない。

【００３８】他方、偏光ビームスプリッタ４でその殆ど
が（１００％）反射された紙面内垂直に振動している偏
光光（Ｓ偏光光）３−２，３−３は反射型の液晶素子５
の液晶パネル５ａへ入射する。液晶パネル５ａ上で電圧
が印加されていない部分５−１１に入射した光束３−２
は偏光面に変調を受けずに反射電極が形成されている画
素電極（反射ミラー）６で反射され、光束（３−２）′
で示すＳ偏光のまま偏光ビームスプリッタ４へ入射す
る。

【００３９】この偏光ビームスプリッタ４はＳ偏光をを
殆ど（１００％）反射するので光源１側に戻ってしまい
観察者の瞳９方向へは到達しない。

【００４０】次に液晶パネル５ａ上で電圧が印加されて
いる部分５−１２に入射した光束３−３は偏光面に変調
を受けて反射され、光束（３−３）′で示すＰ偏光とな
り、偏光ビームスプリッタ４へ入射する。この偏光ビー
ムスプリッタ４はＰ偏光を殆ど（１００％）透過し、光
束（３−３）″として観察者の瞳９の方向へ導かれる。

【００４１】本実施例はこれにより液晶素子５に表示さ
れた表示情報を観察している。以上が液晶素子５の動作
原理である。

【００４２】次に図１に示す本発明の画像表示装置につ
いて説明する。

【００４３】蛍光灯等の光源１からの光束は適宜の形状
の反射板２によって略平行光束３に変換され、偏光ビー
ムスプリッタ４に入射する。そして前述した原理に従っ
て液晶素子５に入射した偏光光は画像が表示されている
点（画素）５−１，５−２，５−３でのみ変調される。
そして入射偏光光とは直交した偏光面を有する反射偏光
光の表示情報の光束７−１，７−２，７−３として偏光
ビームスプリッタ４を透過する。これらの光束はレンズ
系８によって光束（７−１）′，（７−２）′，（７−
３）′に変換され、観察者の瞳９へ入射する。

【００４４】このときレンズ系８のパワー及びレンズ位
置を適切に設定し、それぞれの光束（７−１）′，（７
−２）′，（７−３）′があたかも所定の位置離れた虚
像面１０上の点（５−１）′，（５−２）′，（５−
３）′からの光束（７−１）″，（７−２）″，（７−
３）″を見ているかの如くし、これにより小型の液晶素
子５に表示された表示情報を大画面の虚像として観察し
ている。

【００４５】本実施例で用いた反射型の液晶素子５は下
側に反射電極を配置し、表示情報に応じて入射偏光光の
偏光面の変調を行っている。これにより従来の透過型液
晶テレビを用いた画像表示装置では必要であった（入射
側と出射側の）２枚の偏光板でのロスが低減できる他、
反射電極をＴＦＴの上部に配置することによりＴＦＴに
よる遮光がなくなり、これにより実質的な開口率が向上
し、全体で光の利用効率を数倍向上させている。

【００４６】又本実施例において反射型の液晶素子とし
て透過型の液晶パネルと反射ミラーそしてそれらの間に
偏光板を配置した液晶素子を用いることも可能である。
この場合も偏光板は１枚を使用するだけで良いので従来
の画像表示装置に比べて光の利用効率が良い。

【００４７】更に本実施例では反射型の液晶素子を照明
するために反射板２を用いたが、照明用のレンズ系を設
けたり、これらを組み合わせて用いたりすることも可能
である。

【００４８】又偏光ビームスプリッタ４と反射型の液晶
素子５とを直接貼り合わせることも可能である。更に表
示情報が単色で良い場合は本実施例に用いたキューブ型
の偏光ビームスプリッタではなく、平行平板型の偏光ビ
ームスプリッタを用いることもできる。又偏光ビームス
プリッタ４を用いる代わりにハーフミラーを用いること
も可能であり、そのときは照明光束３の平行成分を揃え
るために光源側及び液晶素子上に偏光板を設ければ良
い。

【００４９】図３は本発明の画像表示装置の実施例２の
要部概略図である。

【００５０】本実施例では図１の実施例１に比べて照明
用の光源１からの光束のうち偏光ビームスプリッタ４を
透過した光束を反射型の液晶素子５に入射させるように
構成している点が異なっており、その他の構成は同じで
ある。

【００５１】図３において図１で示す要素と同一要素に
は同符番を付している。

【００５２】本実施例における反射型の液晶素子５の動
作原理を図４を用いて説明する。

【００５３】光源１からの光束３は偏光光３−１１，３
−１２で表される直交する２つの偏光光を含んでいる。
このうち紙面内垂直に振動している偏光光（Ｓ偏光光）
３−１１は偏光ビームスプリッタ４で殆どが反射され光
束（３−１１）′となってしまい像表示には何んら関係
しない。

【００５４】他方、偏光ビームスプリッタ４を透過した
紙面内平行に振動している偏光光（Ｐ偏光光）３−１
２，３−１３は反射型の液晶素子５の液晶パネル５ａへ
入射する。

【００５５】液晶パネル５ａ上で電圧が印加されていな
い部分５−１１に入射した光束３−１２は偏光面に変調
を受けずに反射電極が形成されている画素電極より成る
反射ミラー６で反射され、光束（３−１２）′で示すＰ
偏光のまま偏光ビームスプリッタ４へ入射する。

【００５６】この偏光ビームスプリッタ４はＰ偏光を殆
ど（１００％）透過するので光源１側に戻ってしまい観
察者の瞳９の方向へは到達しない。

【００５７】次に液晶パネル５ａ上で電圧が印加されて
いる部分５−１２に入射した光束３−１３は偏光面に変
調を受けて反射され、光束（３−１３）′で示すＳ偏光
となり、偏光ビームスプリッタ４へ入射する。この偏光
ビームスプリッタ４はＳ偏光を殆ど（１００％）反射
し、光束（３−１３）″として観察者の瞳９の方向へ導
かれる。

【００５８】これにより液晶素子５に表示された表示情
報を観察している。以上が液晶素子５の動作原理であ
る。

【００５９】次に図３に示す本実施例の画像表示装置に
ついて説明する。蛍光灯等の光源１からの光束は適宜の
形状の反射板２によって略平行光束３に変換され偏光ビ
ームスプリッタ４に入射する。そして前述した原理に従
って液晶素子５に入射した入射偏光光は画像が表示され
ている点（画素）５−１，５−２，５−３でのみ変調さ
れる。そして入射偏光光とは直交した偏光面を有する反
射偏光光の表示情報の光束７−１，７−２，７−３とし
て偏光ビームスプリッタ４で反射される。

【００６０】これらの光束はレンズ系８によって光束
（７−１）′，（７−２）′，（７−３）′に変換さ
れ、観察者の瞳９へ入射する。このときレンズ系８のパ
ワー及びレンズ位置を適切に設定し、それぞれの光束
（７−１）′，（７−２）′，（７−３）′があたかも
所定の位置離れた虚像面１０上の点（５−１）′，（５
−２）′，（５−３）′からの光束（７−１）″，（７
−２）″，（７−３）″を見ているかの如くし、これに
より小型の表示素子５の画像を大画面の虚像として観察
している。

【００６１】又図中３１は液晶シャッタ又は偏光板であ
り、液晶シャッタへの印加電圧を調整したり偏光板の偏
光軸を回転させて偏光ビームスプリッタ４の偏光軸との
関係を調節して前方の光透過率を変えることにより外界
の輝度が高くてもコントラストの良い表示画像を観察す
るようにしている。

【００６２】本実施例では液晶素子５を偏光ビームスプ
リッタ４の下方に配置することにより観察者は視線方向
の外界をレンズ系８、偏光ビームスプリッタ４越しに見
ることができ、前方の明るさの変化を感じたり、何かが
近づいてくる等といった程度には前方を見ることがで
き、本発明の画像表示装置を装着していても前方の危険
等を察知することができるという効果がある。

【００６３】図５は本発明の画像表示装置の実施例３の
要部概略図である。

【００６４】本実施例では図１の実施例１に比べて偏光
ビームスプリッタ４を用いる代わりにハーフミラー１４
を用いた点、反射型の液晶素子５として透過型の液晶パ
ネル１５と反射ミラー１６、そしてそれらの間に偏光板
１７を配置して構成している点が異なっており、その他
の構成は同じである。

【００６５】図５において図１で示す要素と同一要素に
は同符番を付している。

【００６６】図５において１１は偏光板であり光源１か
らの照明光束３の偏光成分を紙面内垂直に振動している
偏光光（Ｓ偏光）に揃えている。１４はハーフミラーで
ある。１５は透過型の液晶パネル、１６は反射ミラーで
ある。１７は検光子としての偏光板であり液晶パネル１
５と反射ミラー１６との間に配置している。

【００６７】本実施例では蛍光灯等の光源１からの光束
は適宜の形状の反射板２によって略平行光束３に変換さ
れ、偏光板１１により照明光束３の偏光成分を紙面内垂
直（図中１２で図示）に振動している偏光光（Ｓ偏光）
に揃えている。

【００６８】このＳ偏光光１３はハーフミラー１４で２
つに分けられ、反射光束は液晶パネル１５を照明する
（他方ハーフミラー１４からの透過光束１３′は像表示
には何んら関係しない。）。

【００６９】ここで液晶パネル１５に入射したＳ偏光光
のうち液晶パネル１５上で電圧が印加されていない部分
に入射した光束１３−２は、偏光面に変調を受けずにＳ
偏光のまま液晶パネル１５を透過し、Ｓ偏光（１３−
２）′となり偏光板１７でカットされる。

【００７０】一方、液晶パネル１５の電圧が印加されて
いる部分１５−１に入射した光束１３−１は偏光面に変
調を受けて液晶パネル１５を透過し、光束（１３−
１）′で示すＳ偏光とは直交した偏光面を有する偏光
（Ｐ偏光）となり偏光板１７を透過する。

【００７１】偏光板１７を透過した光は反射ミラー１６
で反射し、偏光板１７を通過し、液晶パネル１５で偏光
面を変調されＳ偏光と同じ偏光面の光（１３−１）″と
なってハーフミラー１４を透過してレンズ系８により観
察者の瞳９へ入射する。

【００７２】このように液晶パネル１５に入射した偏光
光は画像が表示されている点（画素）でのみ変調され表
示情報光となり反射し、戻ってくる。これにより観察者
は小型の液晶素子５上の表示情報をレンズ系８を介して
所定の位置離れた場所に大画面の虚像として観察してい
る。

【００７３】図６は本発明の画像表示装置の実施例４の
要部概略図である。

【００７４】本実施例では図５の実施例３に比べて照明
用の光源１からの照明光束３がハーフミラー１４へブリ
ュースター角で入射するようにしている点が異なってお
り、その他の構成は同じである。本実施例ではブリュー
スター角で入射するときの反射率の偏光依存性（Ｐ偏光
は反射率がゼロである）を用いることにより照明光束３
の偏光成分を紙面内垂直に振動している偏光光（Ｓ偏
光）に揃えるための偏光板１１を用いることなく実施例
３以上に高輝度の表示を可能としている。

【００７５】図６において図５で示す要素と同一要素に
は同符番を付している。

【００７６】次に図６の実施例においては図５の実施例
３と異なる点を中心に説明する。

【００７７】光源１からの光束は適宜の形状の反射板２
によって略平行光３に変換されハーフミラー１４へブリ
ュースター角θ_B で入射する。このハーフミラー１４は
屈折率１．５の単なる平行平板より成り、各面には反射
防止膜はコーティングされていない。このときブリュー
スター角θ_B は約５６°であり、Ｓ偏光の反射率は約２
５．８％でＰ偏光は殆ど反射されない。

【００７８】従ってハーフミラー１４で反射された照明
光束３はＳ偏光（図中１２で図示）の偏光光束１３のみ
となり液晶素子５へ入射する。

【００７９】前述したように液晶パネル１５へ入射した
Ｓ偏光光、例えば光束１３−１は画像が表示されている
点（画素）１５−１でのみ変調され、表示情報としての
Ｐ偏光となり、順に偏光板１７、反射ミラー１６、偏光
板１７を介して点１５−１でＳ偏光（１３−１）″に変
調され、再度ハーフミラー１４へ入射する。

【００８０】この表示情報光の入射角も略ブリュースタ
ー角θ_B である。ハーフミラー１４のＳ偏光透過率は約
７４．２％（Ｔｓ＝１−０．２５８＝０．７４２）であ
る。このためＳ偏光（１３−１）″はこの透過率でハー
フミラー１４を透過し、レンズ系８により観察者の瞳９
へ入射する。

【００８１】このようにして観察者は小型の液晶素子５
上の表示情報をレンズ系８を介して所定の位置離れた場
所に大画面の虚像として観察している。

【００８２】このように本実施例ではハーフミラー１４
を光束がブリュースター角で入射するように角度設定し
て使用することにより、従来必要であった液晶素子の
（入射側と出射側の）２枚の偏光板の機能を兼ねて装置
全体の簡素化を図っている。

【００８３】次に本実施例と図５の実施例３との光利用
効率について説明する。

【００８４】図５の実施例３では照明光束３は透過率が
約４０％の偏光板１１を透過し、反射率５０％のハーフ
ミラー１４で反射される。

【００８５】今、液晶パネル１５、偏光板１７、反射ミ
ラー１６から成る反射型の液晶素子５全体の反射率をＲ
LCD とする。この光束は再度ハーフミラー１４を透過し
て観察者の瞳９へ到達する。このとき照明光束３の光強
度をＩとすると、 Ｉ×０．４×０．５×ＲLCD ×０．５＝０．１０×ＲLC
D ×Ｉ である。

【００８６】一方実施例４では照明光束３はハーフミラ
ー１４で必要なＳ偏光光のみがフィルタリングされてそ
の反射率は２５．８％である。そしてＲLCD なる反射率
の反射型の液晶素子で反射された後、Ｓ偏光透過率７
４．２％のハーフミラー１４を透過し、観察者の瞳９へ
到達する。従って実施例４での光の利用効率は Ｉ×０．２５８×ＲLCD ×０．７４２＝０．１９×ＲLC
D ×Ｉ となる。

【００８７】実施例４では実施例３に比べて約２倍の光
利用効率を達成している。実施例４で用いるハーフミラ
ーは反射防止膜がコーティングされていない屈折率１．
５の単なる平行平板で良いこと、更に偏光板が不要であ
ること等、装置全体のコストを下げることができるとい
う効果がある。

【００８８】図７は本発明の画像表示装置の実施例５の
要部概略図である。

【００８９】本実施例は図６の実施例４に比べて照明光
源１からの平行光束１３をハーフミラー１４を一度透過
せさた後に反射型の液晶素子５に入射させるように構成
している点、及び反射型の液晶素子５として画素電極を
反射電極（反射ミラー）６とした構成のものを用いた点
が異なっており、その他の構成は同じである。

【００９０】次に実施例４と異なる点を中心に説明す
る。光源１からの光束は適宜の形状の反射板２によって
略平行光３に変換され偏光板１１に入射する。偏光板１
１により偏光成分を紙面内平行（図中１２で図示）に振
動している偏光光（Ｐ偏光）１３に揃えられ、ハーフミ
ラー１４へブリュースター角θ_B で入射する。このハー
フミラー１４は屈折率１．５の単なる平行平板より成
り、各面には反射防止膜はコーティングされていない。

【００９１】このときブリュースター角θ_B は約５６°
である。Ｐ偏光１３は殆ど（１００％）透過し、光束１
３−１，１３−２となる。

【００９２】本実施例における反射型の液晶素子５の動
作原理は図４と全く同じである。例えば液晶パネル５ａ
上で電圧が印加されている部分５−１２に入射した光束
１３−１のみが偏光面に変調を受けて反射され、光束
（１３−１）′で示すＳ偏光と成りハーフミラー１４へ
再度ブリュースター角で入射する。

【００９３】このときハーフミラー１４はＳ偏光を約２
５．８％反射する。このためＳ偏光（１３−１）′はハ
ーフミラー１４で反射して光束（１３−１）″として観
察者の瞳９へ入射する。

【００９４】このように本実施例ではハーフミラー１４
を光束がブリュースター角で入射するように角度設定し
て使用することにより、従来必要であった液晶素子の
（出射側の）偏光板（検光子）の機能を兼ねている。

【００９５】本実施例での光利用効率を前記実施例と同
様に求めると、偏光板１１の透過率が約４０％、ハーフ
ミラー１４でのＰ偏光透過率が１００％、液晶パネル５
ａと反射電極６から成る全体の反射率をＲ′LCD とし、
照明光束３の光強度をＩとするとハーフミラー１４での
画像光であるＳ偏光光の反射率は２５．８％であるから Ｉ×０．４×１×Ｒ′LCD ×０．２５８＝０．１０×
Ｒ′LCD ×Ｉ となる。

【００９６】本実施例に用いた反射型の液晶素子５は図
６の実施例４に比べて偏光板が不要であることからその
光反射率はＲ′LCD ＞ＲLCD であり、透過率が約４０％
の偏光板を往復で２回透過する図６の実施例４に比較し
てＲ′LCD ＝６．２５ＲLCDが達成される。このため本
実施例の光利用効率は略０．６２５×ＲLCD ×Ｉと成っ
て図６の実施例４よりも更に高い光利用効率を実現して
いる。

【００９７】本実施例で用いた反射型の液晶素子５は下
側に反射電極を配置し表示情報に応じて入射偏光光の偏
光面の変調を行うだけであり、従来の透過型液晶テレビ
を用いた表示装置では必要であった（入射側と出射側
の）２枚の偏光板でのロスが低減できるほか、反射電極
をＴＦＴの上部に配置することによりＴＦＴによる遮光
がなくなり、実質的な開口率が向上し全体で光の利用効
率を数倍向上させている。

【００９８】本実施例において図中３１の位置に液晶シ
ャッタ又は偏光板を設け外界の光の透過率を調整し、表
示情報のコントラストを調節することも可能である。

【００９９】本実施例では液晶素子５をハーフミラー１
４の下方に配置することにより、観察者は視線方向の外
界をレンズ系８、ハーフミラー１４越しに見ることがで
き、前方の明るさの変化を感じたり、何かが近づいてく
る等といった程度には前方を見ることができ、本発明の
画像表示装置を装着していても前方の危険等を察知する
ことができるという効果がある。

【０１００】図８は本発明の画像表示装置の実施例６の
要部概略図である。本実施例は前述した実施例１〜５に
比べて表示素子５からの表示情報と該表示情報とは異な
った方向に位置している例えば外界の風景等の画像情報
Ｙの２つの情報を光透過性の光束結合素子１９を介して
空間的に重畳して同一視野で観察している点が異なって
おり、その他の構成は略同じである。

【０１０１】図８において図１で示した要素と同一要素
には同符番を付している。図８において１は蛍光灯等の
光源である。２は凹面反射鏡等の反射板である。１１は
偏光板であり、光源１からの光束３の偏光成分を紙面内
平行（図中１２で図示）に振動している偏光光（Ｐ偏
光）１３に揃えている。５は反射型の液晶素子であり液
晶パネル５ａと反射ミラー６とを有している。

【０１０２】本実施例では液晶素子５を４５°ＴＮモー
ドで使用し、画素電極を反射電極とすることによりこの
反射ミラー６を兼ねている。４は光分割素子であり、偏
光ビームスプリッタから成っている。１８は４分の１波
長板であり、入射した直線偏光光を円偏光に変換させて
いる。１９は光透過性の光束結合素子であり反射率が約
５０％、透過率が約５０％の凹面ハーフミラーになって
いる。

【０１０３】この凹面ハーフミラー１９は光学的に正の
パワーを有しており、その曲率は適宜設定されている。
尚この凹面ハーフミラー１９の面は収差補正のために非
球面を用いることもできるが、ここでは説明を簡単にす
るために凹面（球面）として説明する。

【０１０４】９は観察用の瞳位置であり、観察者の眼球
位置に相当している。１０は液晶素子５に表示された表
示情報の凹面ハーフミラー１９による虚像面であり、Ｙ
は自然風景等の画像情報である。

【０１０５】本実施例において蛍光灯等の光源１からの
光束は適宜の形状の反射板２によって略平行光束３に変
換され、偏光板１１により偏光成分を紙面内平行（図中
１２で図示）に振動している偏光光（Ｐ偏光）１３に揃
えられる。このＰ偏光１３は偏光ビームスプリッタ４を
殆ど（１００％）透過し、反射型の液晶素子５へ入射す
る。

【０１０６】本実施例における反射型の液晶素子５の動
作原理は図４で説明したのと全く同じである。

【０１０７】即ち、液晶パネル５ａ上で電圧が印加され
ている部分５−１２に入射した光束１３−１２のみが偏
光面に変調を受けて反射され、光束１３−１３で示すＳ
偏光となり偏光ビームスプリッタ４へ再度入射する。こ
のＳ偏光からなる表示情報光はこの偏光ビームスプリッ
タ４で殆ど（１００％）反射され、光束１３−１４とな
り観察者の瞳９とは対向した位置におかれた凹面ハーフ
ミラー１９の方向へ導かれる。

【０１０８】この偏光ビームスプリッタ４と凹面ハーフ
ミラー１９との間の光路中には４分の１波長板１８が配
置されており、Ｓ偏光からなる表示情報光１３−１４を
円偏光１３−１５に変換させている。

【０１０９】この表示情報光は凹面ハーフミラー１９に
よって反射され、再び４分の１波長板１８を透過し、Ｐ
偏光の表示情報光１３−１６となる。この表示情報光１
３−１６の殆どは偏光ビームスプリッタ４を透過し、観
察者の瞳９へ入射する。

【０１１０】このとき凹面ハーフミラー１９の曲率及び
その位置を適宜設定することにより観察者が小型の液晶
素子５上の表示画像を所定の位置離れた場所１０に大画
面の虚像として観察することができるようにしている。

【０１１１】又観察者は液晶素子５に表示された表示画
像とは異なった方向に位置している自然風景等の画像情
報Ｙをこの凹面ハーフミラー１９を介して液晶素子５の
表示画像の虚像と空間的に重畳して同一視野で観察して
いる。

【０１１２】本実施例において光束３の偏光成分を紙面
内平行（図中１２で図示）に振動している偏光光（Ｐ偏
光）に揃えるための偏光板１１を光源１と偏光ビームス
プリッタ４との間ではなく観察者の瞳９の直前２１に配
置してもい良い。

【０１１３】そのときは偏光光（画像情報光）１３−１
７が透過するようにその偏光板１１の偏光軸を一致させ
れば良い。こうすることで照明光３のうちで表示画像に
不必要なＳ偏光が偏光ビームスプリッタ４で殆ど反射さ
れて（図中２２で示すように反射されても偏光板２１で
全てカットされ）観察者の瞳９へ入射することもない。
更にこのとき偏光板１１を透過することによる照明光３
の光量ロスも抑えられ、表示輝度を高くすることができ
るといった特長がある。

【０１１４】図９は本発明の画像表示装置の実施例７の
要部概略図である。

【０１１５】本実施例では図８の実施例６に比べて偏光
ビームスプリッタ４を用いる代わりにハーフミラーを用
いた点、及び照明用の光源１からの照明光１３がハーフ
ミラー１４へブリュースター角θ_B で入射している点が
異なっており、その他の構成は同じである。

【０１１６】図９において図８で示す要素と同一要素に
は同符番を付している。

【０１１７】本実施例では蛍光灯等の光源１からの光束
は適宜の形状の反射板２によって略平行光束３に変換さ
れ、偏光板１１により偏光成分を紙面内平行（図中１２
で図示）に振動している偏光光（Ｐ偏光）１３に揃えら
れる。このＰ偏光１３はハーフミラー１４へブリュース
ター角θ_B で入射する。このハーフミラー１４は屈折率
１．５の単なる平行平板より成り各面には反射防止膜は
コーティングされていない。このときブリュースター角
θ_B は約５６°であり、Ｐ偏光１３は殆ど（１００％）
透過される。

【０１１８】本実施例における反射型の液晶素子５の動
作原理は図４で説明したのと全く同じである。即ち液晶
パネル５ａ上で電圧が印加されている部分５−１２に入
射した光束１３−１１のみが偏光面に変調を受けて反射
され、光束１３−１３で示すＳ偏光となり、ハーフミラ
ー１４へ再度ブリュースター角で入射する。

【０１１９】このときハーフミラー１４はＳ偏光を約２
５．８％反射し、光束１３−１４として観察者の瞳９と
は対向した位置に置かれた凹面ハーフミラー１９の方向
へ導光する。

【０１２０】この表示情報光１３−１４は凹面ハーフミ
ラー１９によって反射され、光束１３−１８としてハー
フミラー１４へブリュースター角θ_B で入射する。この
ときのＳ偏光のブリュースター角での透過率は７４．２
％である。このためＳ偏光は１３−１８はこの透過率で
ハーフミラー１４を透過し、観察者の瞳９へ入射する。

【０１２１】本実施例においても図８の実施例６と同様
に凹面ハーフミラー１９の曲率及びその位置を適宜設定
することにより観察者は小型の液晶素子５上の表示画像
を所定の位置離れた場所１０に大画面の虚像として観察
することができるようにしている。

【０１２２】又観察者は液晶素子５に表示された表示画
像とは異なった方向に位置している自然風景等の画像情
報Ｙをこの凹面ハーフミラー１９を介して液晶素子５の
表示画像の虚像と空間的に重畳して同一視野で観察して
いる。

【０１２３】尚、以上の各実施例６，７において観察系
を２系統用意して液晶素子５に各々視差のある表示情報
を与えて各々観察者の右眼と左眼で観察しても良く、こ
れによれば立体感のある表示情報を観察することができ
る。

【０１２４】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、表示素子
として適切なる構成の反射型の液晶素子を用いると共
に、各要素を適切に設定することにより装置全体の小型
化を図りつつ、高精細，高輝度でかつ広画角の観察を可
能とした画像表示装置を達成することができる。

【０１２５】

【０１２６】

【０１２７】特に液晶素子の表示情報と外界の風景等の
画像情報の双方を同一視野で観察する場合には表示輝度
が高く、その結果、高コントラストな表示情報を重畳し
て観察することができる画像表示装置を達成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１の要部概略図

【図２】 図１の液晶素子の動作原理の説明図

【図３】 本発明の実施例２の要部概略図

【図４】 図３の液晶素子の動作原理の説明図

【図５】 本発明の実施例３の要部概略図

【図６】 本発明の実施例４の要部概略図

【図７】 本発明の実施例５の要部概略図

【図８】 本発明の実施例６の要部概略図

【図９】 本発明の実施例７の要部概略図

【図１０】 従来の画像表示装置の要部概略図

【符号の説明】

１ 光源 ２ 反射板 ３ 照明光束 ４，１４ 光分割素子 ５ 液晶素子 ５ａ 液晶パネル ６，１６ 反射ミラー １１，１７ 偏光板 ８ レンズ系 ９ 観察者の瞳 １０ 虚像面 １８ λ／４ １９ 光束結合素子 Ｙ 画像情報

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−150117（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−366925（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−200137（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−221920（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−203478（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−225388（ＪＰ，Ａ) 米国特許5181013（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 27/02 G02F 1/13 505 G02F 1/1335 520 H04N 5/64 511 G03B 21/132

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光束で光分割素子を介して反
   射型の表示素子を照明し、該表示素子からの表示情報に
   基づく光束を該光分割素子を介して観察者の瞳に導光
   し、該表示情報と、該表示情報とは異なった方向に位置
   している画像情報の２つの情報を該光分割素子を介して
   同一視野で観察することを特徴とする画像表示装置。
2. 【請求項２】 光源からの光束で光分割素子を介して反
   射型の表示素子を照明し、該表示素子からの表示情報に
   基づく光束を該光分割素子を介して光学素子に導光し、
   該光学素子で光学作用を受けた光束を該光分割素子を介
   して観察者の瞳に導光し、該表示情報を観察することを
   特徴とする画像表示装置。