JPH10333086A - デイスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、長時間の観視において観視者の疲労
を低減し得るデイスプレイ装置を実現しようとするもの
である。 【解決手段】第１及び第２の表示部に表示された各画像
を、第１及び第２の曲面反射手段を介して当該第１及び
第２の曲面反射手段の後方空間上に結像させることによ
り画像を虚像として表示させるデイスプレイ装置におい
て、第１及び第２の表示部と第１及び第２の曲面反射手
段との間の光路上にそれぞれ設けられ、第１及び第２の
曲面反射手段と共に虚像を構成する第１及び第２の光学
系を設けるようにしたことにより、第１及び第２の光学
系によつて第１及び第２の曲面反射手段の各焦点距離を
伸長することができ、その結果第１及び第２の表示部の
画像光に生じる光学収差を格段と低減させることがで
き、かくして長時間の観視において観視者の疲労を低減
し得るデイスプレイ装置を実現し得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【目次】以下の順序で本発明を説明する。

【０００２】発明の属する技術分野 従来の技術（図１０） 発明が解決しようとする課題（図１１〜図１４（Ｂ）） 課題を解決するための手段 発明の実施の形態 （１）虚像視型デイスプレイ装置の全体構成（図１） （２）第１の実施の形態（図２（Ａ）〜図５（Ｂ）） （３）第２の実施の形態（図６（Ａ）〜（Ｃ）） （４）他の実施の形態（図７〜図９） 発明の効果

【０００３】

【発明の属する技術分野】本発明はデイスプレイ装置に
関し、例えば仮想現実いわゆるヴアーチヤルリアリテイ
等に適用して好適なものである。

【０００４】

【従来の技術】従来、コンピユータグラフイツクス等で
作成した画像を虚像視型デイスプレイ装置等で観視し、
観視者にあたかも画像中の仮想空間に存在するかのよう
な現実感（いわゆる仮想現実（ヴアーチヤルリアリテ
イ））を体験させるようになされたものがある。

【０００５】このヴアーチヤルリアリテイにおいて用い
られる虚像視型デイスプレイ装置は、図１０に示すよう
にそれぞれ画像が表示される左右の表示部（ＬＣＤ等）
１Ｌ及び１Ｒを有し、当該表示部１Ｌ及び１Ｒと対向し
た位置にそれぞれ設けられたレンズ系２Ｌ及び２Ｒを介
して表示部１Ｌ及び１Ｒの画像を拡大して後方空間上に
虚像Ｇ_L 及びＧ_R を形成することにより、観視者は眼鏡
を使用しない裸眼状態の左右の目Ｅ_L 及びＥ_R で虚像Ｇ
_L 及びＧ_R を観視するようになされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところでかかる構成の
虚像視型デイスプレイ装置においては、普段眼鏡を使用
している観視者が裸眼状態で左右のレンズ系２Ｌ及び２
Ｒを介して観視を行つた場合、視力が低下しているため
に観視者の左右の目Ｅ_L 及びＥ_R とこれに対応するレン
ズ系２Ｌ及び２Ｒとの視度が適合しないという問題が生
じる。このため虚像視型デイスプレイ装置では、このよ
うな視度の不適合を解消すべく、左右のレンズ系２Ｌ及
び２Ｒに対して左右の表示部１Ｌ及び１Ｒをそれぞれ接
近させ又は離間させて左右の視度の調整を行うが、観視
者自ら視度調節を行う為に必ずしも適正な視度に調節が
行われるとは限らなかつた。

【０００７】また、虚像視型デイスプレイ装置は左右の
表示部１Ｌ及び１Ｒがそれぞれ単一の移動部材（図示せ
ず）に取り付けられていることにより、左右の表示部１
Ｌ及び１Ｒが別々に移動するようになされている。この
ため、普段眼鏡を使用していない観視者が視度調節を行
つた場合、表示部１Ｌ及び１Ｒの画像によつて形成され
た虚像Ｇ_L 及びＧ_R の位置が互いに一致することなく別
々にずれた位置（例えば図１０に示す虚像Ｇ_L ′及びＧ
_R ′の位置）に移動してしまうことがある。

【０００８】このように、虚像Ｇ_L 及びＧ_R の位置が互
いに一致していない場合でも、観視者は無意識にあるい
は意識的に自身の水晶体を調節して補正を行うことによ
り虚像Ｇ_L 及びＧ_R を観視することができる。しかしな
がら観視者はこのような補正の伴う観視を長時間続けて
いると、著しい緊張やそれに伴う眼精疲労等の疲労が生
じ、この結果視力の減退や頭痛等の大きな負担がかかる
という問題があつた。

【０００９】また、図１１に示すように、観視者が眼鏡
を掛けた状態で観視する虚像視型デイスプレイ装置の光
学系としては、左右に眼鏡レンズ３Ｌ及び３Ｒが装着さ
れた左右の目Ｅ_L 及びＥ_R の視線方向である光軸ＬＥ上
にハーフミラー４、凹面鏡５Ｌ及び５Ｒが順次配置され
ると共に、光軸ＬＥと直交するハーフミラー４の上方空
間上の所定位置に表示部１Ｌ及び１Ｒが配置されたもの
がある。

【００１０】この場合、左右の表示部１Ｌ及び１Ｒの画
像は、ハーフミラー４で反射された後、凹面鏡５Ｌ及び
５Ｒに入射される。続いて凹面鏡５Ｌ及び５Ｒに入射さ
れた画像は当該凹面鏡５Ｌ及び５Ｒによつて拡大され、
虚像Ｇ_L 及びＧ_R として後方空間上に形成されることに
より、観視者は左右の目Ｅ_L 及びＥ_R で虚像Ｇ_L 及びＧ
_R を観視し得るようになされている。

【００１１】ところが、左右の表示部１Ｌ及び１Ｒから
虚像Ｇ_L 及びＧ_R までの距離は観視者が入れ代わつた場
合でも固定されている為に、この距離が必ずしも各個人
に適合するわけではなく、当該距離が適合しない観視者
にとつては長時間の観視に伴つて眼精疲労等が生じると
いう問題があつた。

【００１２】さらに、観視者の視野角内において外部の
状況と虚像とを重ねて表示する機能（以下、これをシー
スルー機能と呼ぶ）を有する虚像視型デイスプレイ装置
の光学系としては、図１２（Ａ）に示すように左右の目
Ｅ_L 及びＥ_R に対向した位置に設けられたハーフミラー
８の上方空間上の所定位置にレンズ群６Ｌ及び６Ｒ並び
に７Ｌ及び７Ｒを介して表示部１Ｌ及び１Ｒが設置され
たものが提案されている。

【００１３】このような光学系において虚像Ｇ_L 及びＧ
_R の画角を広げる場合、レンズ群６Ｌ及び６Ｒ並びに７
Ｌ及び７Ｒの直径をそれぞれ大きくする必要があるが、
レンズ径の拡大に比例して観視者の左右の目Ｅ_L 及びＥ
_R からレンズ６Ｌ及び６Ｒ並びに７Ｌ及び７Ｒまでの距
離が長くなることから、光学系全体が大型化するという
問題があつた。

【００１４】また図１２（Ｂ）に示すようなシースルー
機能を有する虚像視型デイスプレイ装置の光学系（図１
１と同じ）においては、虚像Ｇ_L 及びＧ_R の画角を広げ
る場合、凹面鏡５Ｌ及び５Ｒの直径をそれぞれ大きくす
る必要があるが、その際に左右の目Ｅ_L 及びＥ_R と凹面
鏡５Ｌ及び５Ｒとの距離はほとんど変化しない。しか
し、左右の表示部１Ｌ及び１Ｒの画像光をそれぞれの凹
面鏡５Ｌ及び５Ｒの１枚だけで拡大させているため、当
該画像光に生じる光学収差を完全に取り除くことは非常
に困難であつた。

【００１５】さらに図１３に示すように、観視者の頭部
に固定して装着するような眼鏡型ではなく、机等に固定
された状態で観視者が覗き込むように観視する虚像視型
デイスプレイ装置１０も提案されている。この虚像視型
デイスプレイ装置１０は、机１１の縁部に固定保持され
た保持金具１２から回動アーム１３が引き出され、当該
回動アーム１３を介して虚像表示デイスプレイ部１４が
３次元的に移動自在に取り付けられて構成されている。

【００１６】ところが、観視者がデイスプレイ部１４の
レンズ部１５Ａ及び１５Ｂを左右の目Ｅ_L 及びＥ_R で覗
き込んだとき、図１４（Ａ）のように一方の目Ｅ_L 又は
Ｅ_Rが当該レンズ部１５Ａ及び１５Ｂ間の境界に位置す
る場合があり、この場合、虚像Ｇ_L 及びＧ_R のうちレン
ズ部１５Ａ及び１５Ｂ間の境界に相当する部分ＢＬ（図
１４（Ｂ））の映像を観視者が目視し得なくなる恐れが
あつた。

【００１７】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、長時間の観視において観視者の疲労を低減し得るデ
イスプレイ装置を提案しようとするものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、第１及び第２の表示部に表示され
た各画像を、第１及び第２の曲面反射手段を介して当該
第１及び第２の曲面反射手段の後方空間上に結像させる
ことにより画像を虚像として表示させるデイスプレイ装
置において、第１及び第２の表示部と第１及び第２の曲
面反射手段との間の光路上にそれぞれ設けられ、第１及
び第２の曲面反射手段と共に虚像を構成する第１及び第
２の光学系を備えるようにする。

【００１９】第１及び第２の表示部の各画像を第１及び
第２の光学系並びに第１及び第２の曲面反射手段を介し
て拡大した虚像として後方空間上に形成することによ
り、第１及び第２の光学系によつて第１及び第２の曲面
反射手段の各焦点距離を伸長することができ、その結果
第１及び第２の表示部の画像光に生じる光学収差を格段
と低減させることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下図面について、本発明の一実
施の形態を詳述する。

【００２１】（１）虚像視型デイスプレイ装置の全体構
成 図１は全体として虚像視型デイスプレイ装置２０を示
し、机（図示せず）等の縁部にアーム部（図示せず）を
介して虚像表示デイスプレイ部２１が固定保持されると
共に、当該虚像表示デイスプレイ部２１の近傍位置に左
右のスピーカ２２Ｌ及び２２Ｒが設置され、観視者が虚
像表示デイスプレイ部２１を介して虚像Ｇ_L 及びＧ_R を
観視し得ると共にスピーカ２２Ｌ及び２２Ｒを介して音
声を聴き得るようになされている。

【００２２】また虚像視型デイスプレイ装置２０は、Ｖ
ＴＲ（Video Tape Recorder ）２４、ＴＶ（Televisio
n）チユーナ２５及びコンピユータ２６が内蔵された映
像音声生成部２３を有し、ＶＴＲ２４、ＴＶチユーナ２
５及びコンピユータ２６の各映像／音声信号ＳＶ、ＳＴ
及びＳＣがそれぞれセレクタ２７の３入力端に入力され
るようになされている。

【００２３】観視者はワイヤレスリモートコマンダ２８
を操作することにより、当該操作に応じた指令信号Ｗ１
をコマンド制御部２９に送信する。コマンド制御部２９
は、受信した指令信号Ｗ１に基づいてセレクタ２７に選
択切換信号Ｓ１を送出することにより、ＶＴＲ２４、Ｔ
Ｖチユーナ２５及びコンピユータ２６のうち選択された
機器のみが１出力端と接続するようにセレクタ２７を切
り換える。

【００２４】この結果、セレクタ２７の１出力端から
は、選択された機器の映像／音声信号ＳＶ、ＳＴ又はＳ
Ｃのうち映像信号が虚像表示デイスプレイ部２１に送出
されると共に、音声信号がアンプ３１を介して左右のス
ピーカ２２Ｌ及び２２Ｒに送出される。因みにコマンド
制御部２９は、セレクタ２７の切り換え以外にも、ワイ
ヤレスリモートコマンダ２８の操作に応じてＶＴＲ２
４、ＴＶチユーナ２５及びコンピユータ２６のうち操作
対象となる機器を操作し得るようになされている。

【００２５】（２）第１の実施の形態 図２（Ａ）及び（Ｂ）には虚像表示デイスプレイ部２１
の内部に設けられた光学系を示す。この実施の形態の場
合、左右の目Ｅ_L 及びＥ_R の視線方向である光軸ＬＥ上
で当該左右の目Ｅ_L 及びＥ_R と対向した位置にハーフミ
ラー３０が設けられ、当該ハーフミラー３０の上方空間
上の所定位置に光学ブロツク３１Ｌ及び３１Ｒが配置さ
れると共に、ハーフミラー３０に続いて凹面鏡３２Ｌ及
び３２Ｒ、液晶シヤツタ３３が順次配置されている（図
２（Ａ））。

【００２６】光学ブロツク３１Ｌ及び３１Ｒは、左右の
表示部３４Ｌ及び３４Ｒ並びにレンズ３５Ｌ及び３５Ｒ
が所定間隔離れた位置に配置され、表示部３４Ｌ及び３
４Ｒの各画像をレンズ３５Ｌ及び３５Ｒを介して第１の
虚像Ｇ_L1及びＧ_R1として拡大するようになされている。
続いて、この第１の虚像Ｇ_L1及びＧ_R1はハーフミラー３
０によつて反射された後、それぞれ凹面鏡３２Ｌ及び３
２Ｒに入射される。

【００２７】凹面鏡３２Ｌ及び３２Ｒに入射された第１
の虚像Ｇ_L1及びＧ_R1は、当該凹面鏡３２Ｌ及び３２Ｒに
よつて拡大され、後方空間上に第２の虚像Ｇ_L2及びＧ_R2
として形成される。これにより、観視者はハーフミラー
３０を介して左右の目Ｅ_L 及びＥ_R で表示部３４Ｌ及び
３４Ｒの画像を拡大された第２の虚像Ｇ_L2及びＧ_R2とし
て観視し得るようになされている。

【００２８】なお、観視者はワイヤレスリモートコマン
ダ２８を操作することにより、当該操作結果に応じて液
晶シヤツタ３３に入射される光の透過率を調整し得るよ
うになされている。従つて、観視者が直射日光や照明光
を背景にして第２の虚像Ｇ_L2及びＧ_R2を観視する場合、
左右の表示部３４Ｌ及び３４Ｒの画像を明るくするだけ
では人間の眼が明るさに飽和して見にくくなるため、液
晶シヤツタ３３の透過率を下げることにより外部の光を
減光させる。これとは逆に周囲が暗い場合には、観視者
は液晶シヤツタ３３の透過率を上げれば良い。

【００２９】また、光学ブロツク３１Ｌ及び３１Ｒ、ハ
ーフミラー３０並びに凹面鏡３２Ｌ及び３２Ｒは所定位
置にそれぞれ配設されており、これにより第２の虚像Ｇ
_L2及びＧ_R2の位置が後方空間上で互いに一致するように
なされている。このうち光学ブロツク３１Ｌ及び３１Ｒ
は、ワイヤレスリモートコマンダ２８（図１）の操作に
応じたステツピングモータ（図示せず）の駆動に基づい
てハーフミラー３０に対して矢印Ｍに示す方向に近接又
は離間移動される。これにより、第２の虚像Ｇ_L2及びＧ
_R2の後方空間上における左右の目Ｅ_L 及びＥ_R に対する
位置が光学ブロツク３１Ｌ及び３１Ｒの移動に伴つて矢
印Ｎに示す方向に近接又は離間移動するようになされて
いる。

【００３０】ところで、第２の虚像Ｇ_L2及びＧ_R2の後方
空間上における位置を観視者の左右の目Ｅ_L 及びＥ_R の
視度に適合するように調整する場合においても、第２の
虚像Ｇ_L2及びＧ_R2の互いの位置は後方空間上で常に一致
する必要がある。従つて、図２（Ｂ）において図２
（Ａ）の光学系を観視者側から見た正面図を用いて、第
２の虚像Ｇ_L2及びＧ_R2の互いの位置を常に一致させる方
法について説明する。図２（Ｂ）においては、左右の凹
面鏡３２Ｌ及び３２Ｒの焦点をＦ_L 及びＦ_R （図示せ
ず）並びに主点をＯ_L 及びＯ_R とし、凹面鏡３２Ｌ及び
３２Ｒの主平面は一致すると共に当該凹面鏡３２Ｌ及び
３２Ｒの光軸は互いに平行である。

【００３１】まず左右の表示部３４Ｌ及び３４Ｒの各画
像はハーフミラー３０を介して凹面鏡３２Ｌ及び３２Ｒ
に入射されることから、当該凹面鏡３２Ｌ及び３２Ｒの
焦点Ｆ_L 及びＦ_R 並びに主点Ｏ_L 及びＯ_R は光学的に焦
点Ｐ_FL及びＰ_FR並びに主点Ｐ_OL及びＰ_ORと等価となる。
これら焦点Ｐ_FL及びＰ_FR並びに主点Ｐ_OL及びＰ_ORは、ハ
ーフミラー３０と垂直な面上でかつ凹面鏡３２Ｌ及び３
２Ｒの光軸ＬＥと垂直な直線上に形成される。なお、主
点Ｐ_OL及びＰ_OR間の中点をＰ_M と表す。

【００３２】この場合、光学ブロツク３１Ｌ及び３１Ｒ
がハーフミラー３０に対して近接又は離間移動される
際、第１の虚像Ｇ_L1及びＧ_R1の中心点がそれぞれ線分Ｐ
_FRＰ_M（焦点Ｐ_FRと中点Ｐ_M とを結ぶ線分）上及び線分
Ｐ_FLＰ_M （焦点Ｐ_FLと中点Ｐ_Mとを結ぶ線分）上を通過
するように、光学ブロツク３１Ｌ及び３１Ｒの移動方向
（それぞれ矢印ａ及びｂ方向）は予め設定しておくよう
にする。この結果、光学ブロツク３１Ｌ及び３１Ｒがハ
ーフミラー３０に対して矢印ａ及びｂ方向に近接又は離
間移動したときに、左右の表示部３４Ｌ及び３４Ｒの位
置が線分Ｐ_FRＰ_M上及び線分Ｐ_FLＰ_M 上を変化しても、
光学的原理に基づいて第２の虚像Ｇ_L2及びＧ_R2の位置を
後方空間上で互いに一致させられるようになされてい
る。

【００３３】以上の構成において、虚像視型デイスプレ
イ装置２０は左右の表示部３４Ｌ及び３４Ｒの各画像を
レンズ３５Ｌ及び３５Ｒを介して第１の虚像Ｇ_L1及びＧ
_R1として拡大した後、当該第１の虚像Ｇ_L1及びＧ_R1を凹
面鏡３２Ｌ及び３２Ｒを介してさらに拡大して後方空間
上に第２の虚像Ｇ_L2及びＧ_R2として形成することによ
り、レンズ３５Ｌ及び３５Ｒによる拡大率の分だけ凹面
鏡３２Ｌ及び３２Ｒの焦点距離を伸長する、すなわち当
該凹面鏡３２Ｌ及び３２Ｒの拡大率を少なくすることが
でき、かくして表示部３４Ｌ及び３４Ｒの画像光に生じ
る光学収差を格段と低減させることができる。

【００３４】以下、このようにレンズ３５Ｌ及び３５Ｒ
によつて表示部３４Ｌ及び３４Ｒの画像光に生じる光学
収差が低減する理由を、図３に示す一般的な光学的原理
を説明した後に図４及び図５に用いて詳述に説明する。
まず、図３に示すようにレンズＬの光軸Ｘから外れた位
置の物点Ｐより発射された光束がレンズＬを通過したと
き、レンズＬの光軸Ｘ及び物点Ｐを含むメリジオナル面
Ｍ_A 内の光線の集まるメリジオナル像位置Ｍ_P と、当該
メリジオナル面Ｍ_A と垂直なサジタル面Ｓ_A 内の光線の
集まるサジタル像位置Ｓ_P とが離れることにより非点収
差が生じることが知られている。この場合、メリジオナ
ル像位置Ｍ_P 及びサジタル像位置Ｓ_P 間における光束全
体の直径が最小となる最小錯乱円の位置が理想的な虚像
面となる。

【００３５】図４（Ａ）に、左右の表示部３４Ｌ及び３
４Ｒの画像光がレンズ３５Ｌ及び３５Ｒ、ハーフミラー
３０、凹面鏡３２Ｌ及び３２Ｒを経て左右の目Ｅ_L 及び
Ｅ_Rに入射するまでの光路ＬＴを示す。また、左右の目
Ｅ_L 及びＥ_R に入射される光線のうち観視者が観視し得
る光束ＬＴ₁ を図４（Ｂ）に示す。その際、左右の目Ｅ
_L 及びＥ_R の視点が凹面鏡３２Ｌ及び３２Ｒの光軸Ｘか
ら20〔mm〕上方にずれた位置にあるとき、光束ＬＴ₁ に
おける左右の目Ｅ_L 及びＥ_R から 500〔mm〕の位置に設
定された理想的な虚像面（最小錯乱円の位置）Ｇ₀ に対
してメリジオナル像位置はＭ₁ として表される。

【００３６】一方、図４（Ａ）に示す光学系からレンズ
３５Ｌ及び３５Ｒを取り除いた場合、左右の目Ｅ_L 及び
Ｅ_R に入射される光線のうち観視者が観視し得る光束Ｌ
Ｔ₂は図４（Ｃ）のように表される。この場合も左右の
目Ｅ_L 及びＥ_R の視点は、凹面鏡３２Ｌ及び３２Ｒの光
軸Ｘから20〔mm〕上方にずれた位置にあるものとする。
このとき光束ＬＴ₂ の理想的な虚像面Ｇ₀ に対してメリ
ジオナル像位置はＭ₂として表される。図４（Ｂ）及び
（Ｃ）において、光軸Ｘから垂直方向に沿つて155〔m
m〕下方に位置するメリジオナル像位置Ｍ₁ 及びＭ₂ 上
の点をＡ及びＣとすると、当該点Ａ及びＣから虚像面Ｇ
₀ に下ろした垂線の交点は点Ｂ及びＤとして表される。

【００３７】次に図５（Ａ）及び（Ｂ）に、図４（Ｂ）
及び（Ｃ）に示す光束ＬＴ₁ 及びＬＴ₂ の理想的な虚像
面Ｇ₀ を、原点を通る縦軸にとり、かつ凹面鏡３２Ｌ及
び３２Ｒの光軸Ｘを横軸にとつたグラフをそれぞれ示
す。図４（Ｂ）及び（Ｃ）に示す線分ＡＢ及びＣＤは、
図５（Ａ）及び（Ｂ）ではそれぞれ線分Ａ′Ｂ′及び
Ｃ′Ｄ′として表される。これら図５（Ａ）及び（Ｂ）
に示すグラフの比較結果によれば、線分Ａ′Ｂ′は線分
Ｃ′Ｄ′の２分の１以下となることから、虚像視型デイ
スプレイ装置２０の光学ブロツク３１Ｌ及び３１Ｒ内に
レンズ３５Ｌ及び３５Ｒを挿入した方が、レンズ３５Ｌ
及び３５Ｒを挿入しないものに比べてより光学収差が低
減されることがわかる。

【００３８】なお、この場合虚像視型デイスプレイ装置
２０においてはレンズ３５Ｌ及び３５Ｒと凹面鏡３２Ｌ
及び３２Ｒとの間に生じる光学収差を互いに打ち消すよ
うに、レンズ３５Ｌ及び３５Ｒの形状及び材質等を設定
すれば、全体の光学収差をより一層少なくすることがで
きる。

【００３９】さらに、虚像視型デイスプレイ装置２０に
おいては左右の表示部３４Ｌ及び３４Ｒの位置と第２の
虚像Ｇ_L2及びＧ_R2の位置とを空間上で互いに一致させな
がら観視者の左右の目Ｅ_L 及びＥ_R に対して近接又は離
間移動するようにしたことにより、観視者は第２の虚像
Ｇ_L2及びＧ_R2の後方空間上における位置を自分の目の調
節力に適合した位置に自由に設定することができる。

【００４０】さらに、虚像視型デイスプレイ装置２０は
観視者の操作に応じて液晶シヤツタ３３に入射される光
の透過率を調整するようにしたことにより、シースルー
機能を十分発揮することができ、かくして観視者は外部
の状況を見ながら明るさのバランスがとれた虚像をリラ
ツクスした状態で観視することができる。

【００４１】以上の構成によれば、虚像視型デイスプレ
イ装置２０は左右の表示部３４Ｌ及び３４Ｒと一体にレ
ンズ３５Ｌ及び３５Ｒを設け、当該表示部３４Ｌ及び３
４Ｒの画像をレンズ３５Ｌ及び３５Ｒ並びに凹面鏡３２
Ｌ及び３２Ｒを介して拡大した第２の虚像Ｇ_L2及びＧ_R2
として後方空間上に形成するようにしたことにより、表
示部３４Ｌ及び３４Ｒの画像光に生じる光学収差を格段
と低減させることができ、かくして観視者は両眼の輻輳
と調節の一致した疲労感の少ない虚像を観視することが
できる。

【００４２】（３）第２の実施の形態 図２（Ａ）及び（Ｂ）との対応部分に同一符号を付して
示す図６（Ａ）〜（Ｃ）においては、虚像表示デイスプ
レイ部２１の内部に設けられた光学系を示し、第１の実
施の形態による光学系（図２（Ａ））とは凹面鏡３２Ｌ
及び３２Ｒに代わつて屈折機能付き凹面鏡４０Ｌ及び４
０Ｒが設けられると共に、光学ブロツク３１Ｌ及び３１
Ｒからレンズ３５Ｌ及び３５Ｒが取り除かれて構成され
ている。

【００４３】表示部３４Ｌ及び３４Ｒの各画像はハーフ
ミラー３０で反射された後、それぞれ屈折機能付き凹面
鏡４０Ｌ及び４０Ｒに入射される。続いて屈折機能付き
凹面鏡４０Ｌ及び４０Ｒに入射された画像は、拡大され
て後方空間上に虚像Ｇ_L3及びＧ_R3として形成されるよう
になされている。これにより、観視者はハーフミラー３
０を介して左右の目Ｅ_L 及びＥ_R で表示部３４Ｌ及び３
４Ｒの画像を拡大された虚像Ｇ_L3及びＧ_R3として観視し
得るようになされている。

【００４４】屈折機能付き凹面鏡４０Ｌ及び４０Ｒは、
図６（Ｂ）に示すように、平面及び凸状の曲面でなるレ
ンズ（以下、これを平凸レンズと呼ぶ）４０ＬＡ及び４
０ＲＡと平面及び凹状の曲面でなるレンズ（以下、これ
を平凹レンズと呼ぶ）４０ＬＢ及び４０ＲＢとから構成
されている。この平凸レンズ４０ＬＡ及び４０ＲＡ並び
に平凹レンズ４０ＬＢ及び４０ＲＢは、共に同一の屈折
率を有する硝子部材によつて形成されると共に、平凹レ
ンズ４０ＬＢ及び４０ＲＢの曲面上にはハーフミラーコ
ーテイング層ＨＣがそれぞれ形成されている。

【００４５】また、図６（Ｃ）に示すように、第１の実
施の形態（図２（Ｂ））と同様に、表示部３４Ｌ及び３
４Ｒの画像の中心点がそれぞれ線分Ｐ_FRＰ_M 上及び線分
Ｐ_FLＰ_M 上を通過するように表示部３４Ｌ及び３４Ｒの
移動方向（それぞれ矢印ａ及びｂ方向）が予め設定され
ていることにより、表示部３４Ｌ及び３４Ｒがハーフミ
ラー３０に対して近接又は離間移動するようになされて
いる。これにより、左右の表示部３４Ｌ及び３４Ｒの位
置が線分Ｐ_FRＰ_M 上及び線分Ｐ_FLＰ_M 上を変化しても、
光学的原理に基づいて虚像Ｇ_L3及びＧ_R3の位置を空間上
で互いに一致させられるようになされている。

【００４６】以上の構成において、表示部３４Ｌ及び３
４Ｒから入射される光は、ハーフミラーコーテイング層
ＨＣによつて反射された後、平凸レンズ４０ＬＡ及び４
０ＲＡに入射して屈折される。これにより、平凸レンズ
４０ＬＡ及び４０ＲＡの屈折率の分だけハーフミラーコ
ーテイング層ＨＣの焦点距離を伸長することができ、こ
の結果表示部３４Ｌ及び３４Ｒの画像光に生じる光学収
差を格段と低減させることができる。

【００４７】また、表示部３４Ｌ及び３４Ｒの各画像は
ハーフミラーコーテイング層ＨＣによつて拡大されて後
方空間上に虚像Ｇ_L3及びＧ_R3として形成されると共に、
外部から入射される光は平凸レンズ４０ＬＡ及び４０Ｒ
Ａ、平凹レンズ４０ＬＢ及び４０ＲＢが互いに屈折力を
打ち消し合うことにより屈折することなくそのまま透過
される。

【００４８】以上の構成によれば、虚像表示デイスプレ
イ部２１は平凹レンズ４０ＬＢ及び４０ＲＢの曲面にハ
ーフミラーコーテイング層ＨＣが形成されると共に、当
該ハーフミラーコーテイング層ＨＣを介して平凸レンズ
４０ＬＡ及び４０ＲＡが形成された屈折機能付き凹面鏡
４０Ｌ及び４０Ｒを設けたことにより、表示部３４Ｌ及
び３４Ｒの画像光に生じる光学収差を格段と低減させる
ことができ、かくして観視者は両眼の輻輳と調節の一致
した疲労感の少ない虚像を観視することができる。

【００４９】（４）他の実施の形態 なお上述の第１及び第２の実施の形態においては、第１
及び第２の曲面反射手段としての凹面鏡３２Ｌ及び３２
Ｒ並びに平凹レンズ４０ＲＢ及び４０ＬＢの曲面に形成
された各ハーフミラーコーテイング層ＨＣにおいて、互
いに隣接する境界領域の幅は特に設定されていないが、
図７に示すように当該境界領域ＢＬの幅を左右の目Ｅ_L
及びＥ_R の瞳幅以下の直線形状に設定するようにしても
良い。これにより、観視者が凹面鏡３２Ｌ及び３２Ｒ並
びに各ハーフミラーコーテイング層ＨＣを介して左右の
目Ｅ_L 及びＥ_R で観視したときに、双方が隣接する境界
領域ＢＬの存在が目立たなくなり、当該境界領域ＢＬに
よつて映像が欠けることを回避することができる。

【００５０】従つて、左右の目Ｅ_L 及びＥ_R の位置が凹
面鏡３２Ｌ及び３２Ｒ並びに各ハーフミラーコーテイン
グ層ＨＣの隣接する境界領域ＢＬに位置する場合であつ
ても、観視者は虚像全体を隈なく見渡すことができる。
かくして観視者は頭部位置が拘束されないリラツクスし
た状態で虚像を観視することができる。

【００５１】また上述の第１及び第２の実施の形態にお
いては、虚像視型デイスプレイ装置２０として机等に固
定保持された虚像表示デイスプレイ部２１を観視者が覗
き込むようになされた構成のものについて述べたが、本
発明はこれに限らず、虚像視型デイスプレイ装置（図示
せず）を机以外の椅子、天井又は壁等に固定保持するよ
うにしても良く、また観視者の頭部に設置するようにし
ても良い。具体的には図８に示すような眼鏡型の虚像視
型デイスプレイ装置５０を用いて、観視者の頭部に頭部
バンド５１を装着した保持することにより、観視者が両
眼で虚像表示デイスプレイ部５０を覗き込むことができ
る。

【００５２】さらに第２の実施の形態においては、屈折
機能付き凹面鏡４０Ｌ及び４０Ｒとして、平凹レンズ４
０ＬＢ及び４０ＲＢの曲面に各ハーフミラーコーテイン
グ層ＨＣが形成されると共に、当該ハーフミラーコーテ
イング層ＨＣを介して平凸レンズ４０ＬＡ及び４０ＲＡ
が形成されたものを適用した場合について述べたが、本
発明はこれに限らず、例えば図９に示すような屈折機能
付き凹面鏡５５Ｌ及び５５Ｒを用いるようにしても良
い。

【００５３】この場合、屈折機能付き凹面鏡５５Ｌ及び
５５Ｒは、凹凸レンズ５５ＬＢ及び５５ＲＢの凹曲面上
にハーフミラーコーテイング層ＨＣがそれぞれ形成され
ると共に、当該ハーフミラーコーテイング層ＨＣを介し
て凹凸レンズ５５ＬＡ及び５５ＲＡが形成されている。
この凹凸レンズ５５ＬＢ及び５５ＲＢ並びに凹凸レンズ
５５ＬＡ及び５５ＲＡは外部から入射する光の屈折を打
ち消すことができるように曲率が設定されている。かく
して第２の実施の形態の場合と同様に表示部３４Ｌ及び
３４Ｒの画像光に生じる光学収差を格段と低減させるこ
とができる。

【００５４】さらに上述の第１及び第２の実施の形態に
おいては、第１及び第２の表示部としての左右の表示部
３４Ｌ及び３４Ｒの画像を、第１及び第２の光学系とし
てのレンズ３５Ｌ及び３５Ｒ、並びに平凸レンズ４０Ｌ
Ａ及び４０ＲＡと第１及び第２の曲面反射手段としての
凹面鏡３２Ｌ及び３２Ｒ、並びに各ハーフミラーコーテ
イング層ＨＣとによつて拡大して虚像を構成するように
した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、第
１及び第２の曲面反射手段の焦点距離を伸長し得れば他
の種々の構成の第１及び第２の光学系を用いるようにし
ても良い。

【００５５】さらに上述の第２の実施の形態において
は、第３の光学系としての平凹レンズ４０ＬＢ及び４０
ＲＢと平凸レンズ４０ＬＡ及び４０ＬＢとを用いて屈折
力を打ち消すようにした場合について述べたが、本発明
はこれに限らず、外部から入射される光の屈折を打ち消
すことができれば、平凹レンズ４０ＬＢ及び４０ＲＢだ
けを用いたり、あるいは他の種々の構成でなる第３の光
学系を用いるようにしても良い。

【００５６】さらに上述の実施の形態においては、本発
明をＶＴＲ、ＴＶチユーナ及びコンピユータの映像を観
賞するための虚像視型デイスプレイ装置に適用したが、
本発明はこれに限らず、例えばヴアーチヤルリアリテイ
等のデイスプレイ装置に広く適用して好適なものであ
る。

【００５７】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、第１及び
第２の表示部に表示された各画像を、第１及び第２の曲
面反射手段を介して当該第１及び第２の曲面反射手段の
後方空間上に結像させることにより画像を虚像として表
示させるデイスプレイ装置において、第１及び第２の表
示部と第１及び第２の曲面反射手段との間の光路上にそ
れぞれ設けられ、第１及び第２の曲面反射手段と共に虚
像を構成する第１及び第２の光学系を設けるようにした
ことにより、第１及び第２の光学系によつて第１及び第
２の曲面反射手段の各焦点距離を伸長することができ、
その結果第１及び第２の表示部の画像光に生じる光学収
差を格段と低減させることができ、かくして長時間の観
視において観視者の疲労を低減し得るデイスプレイ装置
を実現し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による虚像視型デイスプレイ装置の構成
の一実施の形態を示すブロツク図である。

【図２】第１の実施の形態による虚像表示デイスプレイ
部の構成を示す光学系統図である。

【図３】非点収差の原理の説明に供する光学系統図であ
る。

【図４】レンズの有無による結像位置の相違についての
説明に供する略線図である。

【図５】レンズの有無による結像位置の相違についての
説明に供するグラフである。

【図６】第２の実施の形態による虚像表示デイスプレイ
部の構成を示す光学系統図である。

【図７】他の実施の形態による凹面鏡間の境界領域を示
す平面図である。

【図８】他の実施の形態による虚像視型デイスプレイ装
置を示す略線図である。

【図９】他の実施の形態による屈折機能付き凹面鏡の構
成を示す側面図である。

【図１０】従来の虚像視型デイスプレイ装置における視
度調節の説明に供する光学系統図である。

【図１１】従来の虚像視型デイスプレイ装置内の光学系
を示す略線図である。

【図１２】従来の虚像視型デイスプレイ装置内の光学系
を示す略線図である。

【図１３】従来の虚像視型デイスプレイ装置を示す略線
図である。

【図１４】眼球とレンズの位置ずれ状態の説明に供する
略線図及び平面図である。

【符号の説明】

１Ｌ、１Ｒ、３４Ｌ、３４Ｒ……表示部、２０、５０…
…虚像視型デイスプレイ装置、２１……虚像表示デイス
プレイ部、２８……ワイヤレスリモートコマンダ、３０
……ハーフミラー、３１Ｌ、３１Ｒ……光学ブロツク、
３２Ｌ、３２Ｒ……凹面鏡、３３……液晶シヤツタ、３
５Ｌ、３５Ｒ……レンズ、４０Ｌ、４０Ｒ、５５Ｌ、５
５Ｒ……屈折機能付き凹面鏡、４０ＬＡ、４０ＲＡ……
平凸レンズ、４０ＬＢ、４０ＲＢ……平凹レンズ、ＨＣ
……ハーフミラーコーテイング層、５５ＬＡ、５５Ｒ
Ａ、５５ＬＢ、５５ＲＢ……凹凸レンズ、Ｅ_L 、Ｅ_R …
…目、Ｇ_L （Ｇ_L1、Ｇ_L2、Ｇ_L3）、Ｇ_R （Ｇ_R1、Ｇ_R2、
Ｇ_R3）……虚像、Ｆ_L 、Ｆ_R、Ｐ_FL、Ｐ_FR……焦点、Ｏ
_L 、Ｏ、Ｐ_OL、Ｐ_OR……主点、Ｐ_M ……中点、ＢＬ……
境界領域。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１及び第２の表示部に表示された各画像
   を、第１及び第２の曲面反射手段を介して当該第１及び
   第２の曲面反射手段の後方空間上に結像させることによ
   り上記画像を虚像として表示させるデイスプレイ装置に
   おいて、 上記第１及び第２の表示部と上記第１及び第２の曲面反
   射手段との間の光路上にそれぞれ設けられ、上記第１及
   び第２の曲面反射手段と共に上記虚像を構成する第１及
   び第２の光学系を具えることを特徴とするデイスプレイ
   装置。
2. 【請求項２】上記第１及び第２の曲面反射手段及び上記
   第１及び第２の光学系は、上記表示部に表示された上記
   各画像を拡大することにより上記後方空間上に結像され
   る第１及び第２の虚像の互いの位置を一致させることを
   特徴とする請求項１に記載のデイスプレイ装置。
3. 【請求項３】上記第１及び第２の曲面反射手段はハーフ
   ミラーでなると共に、 上記第１及び第２の曲面反射手段の後方空間上に設けら
   れ、当該第１及び第２の曲面反射手段を介して外部から
   入射する光の屈折を打ち消す第３の光学系を具えること
   を特徴とする請求項１に記載のデイスプレイ装置。
4. 【請求項４】上記第１及び第２の曲面反射手段の後方空
   間上に設けられ、外部の入射光の光量を調節する光量調
   節手段を具えることを特徴とする請求項１に記載のデイ
   スプレイ装置。
5. 【請求項５】上記第１及び第２の曲面反射手段が互いに
   隣接する境界領域の幅は当該境界領域によつて上記虚像
   が遮られない所定の長さ以下に設定されることを特徴と
   する請求項１に記載のデイスプレイ装置。