JP2000010041A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的簡単な装置構成であっても反射型の画
像表示素子の明るい画像を観察者に呈示し、観察者が明
瞭で綺麗な画像を観察することが可能な画像表示装置。 【解決手段】 照明光を放射する光源１と、その照明光
の反射によって画像を表示する画像表示素子１０と、観
察者眼球４にその画像を導く観察光学系３とからなる画
像表示装置において、光源１は、観察光学系３のパワー
を有する反射面１２の外側に近接して配備され、反射面
１２は、特定偏光方向の光は透過させ、それと略直交す
る偏光方向の光は反射する偏光ハーフミラー面からな
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、画像表示装置に関
し、特に、観察者の頭部に装着可能な小型軽量な画像表
示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、個人が大画面の画像を楽しむこと
を目的として、頭部又は顔面装着式画像表示装置が開発
されている。

【０００３】このような中、特開平７−３３３５５１号
において、液晶表示素子（以下、ＬＣＤと称する。）か
らなる画像表示素子の表示画像を観察者眼球に導く接眼
光学系として、３つの光学面で囲まれた屈折率が１より
大きい媒質からなる偏心光学系で構成し、液晶表示素子
からの光束を第３面からその偏心光学系内に入射させ、
次に、その内部で第１面で全反射させ、次いで、凹面鏡
の第２面で内部反射させ、今度は第１面を経て偏心光学
系外に射出させ、画像表示素子の表示像を中間像を形成
することなく観察者眼球に導くようにしたものが提案さ
れている。

【０００４】この場合は、偏心光学系を構成する光学面
は３面であり、偏心光学系内部の反射回数は２回ある。
この他に、２面あるいは４面以上からなり、光学系内部
で１回以上反射する種々の形態の偏心光学系が本出願人
等によって提案されている。

【０００５】ところで、特開平７−３３３５５１号にお
いては、画像表示装置を構成するＬＣＤは透過型のもの
を予定しているが、顔面装着式画像表示装置の画像表示
素子として反射型ＬＣＤを用いるものも特開平７−７２
４４６号において提案されている。図１６はその画像表
示装置の光学系を示す図であり、ランプ光源１５５から
の照明光はコリメート光学系１５６によって平行光にさ
れ、一部の光（Ｓ偏光）が偏光ビームスプリッタ１５７
によって反射されて反射型ＬＣＤ１５８を正面から照明
する。反射型ＬＣＤ１５８で反射変調された表示像は投
射光学系１５９によりスクリーン１５２上に投影され、
その投影像が接眼光学系１５３を通して観察者により拡
大観察される。

【０００６】なお、反射型画像表示素子として、反射型
ＬＣＤの外に、ＤＭＤ（デジタル・マイクロ・デバイ
ス）と呼ばれる画像表示素子も提案されている。これは
図１７に示すような構成のものである。すなわち、図
（ａ）に平面を、図（ｂ）に各要素の構成を示すよう
に、各画素に対応する微小ミラー１６０が２次元的に配
置され、指定したアドレスのミラー１６０’を対角線を
軸にして傾けることにより、ミラー１６０’に一定方向
から入射する光を傾いていないミラーとは異なる方向へ
反射させるようにして、２次元画像を表示するようにし
たものであり、ミラー１６０各々は、一対つの対角方向
の角で基板１６１に立てられた支持ポスト１６２により
ヒンジ１６３を介して支持されており、ミラー１６０の
後側の基板１６１に設けられた一対の電極１６４の一方
に電圧を印加することにより、静電力によりヒンジ１６
３間の対角線を軸にしてミラー１６０が回転可能になっ
ている（ＩＥＥＥ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｖｏｌ．３０，
Ｎｏ．１１，ｐｐ．２７〜３１）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】頭部又は顔面装着式画
像表示装置の光学系として偏心光学系を用いると、高い
光学性能（画角、解像力等）を維持したまま装置全体を
小型・軽量に構成でき、明るい画像表示装置が可能なる
利点がある。しかしながら、偏心光学系と共に用いる画
像表示装置としては、従来透過型ＬＣＤしか予定してい
なかった。

【０００８】ところで、画像表示装置としての透過型Ｌ
ＣＤは、反射型ＬＣＤに比較して画素の開口率が低く、
画素間のブラックマトリック部が目立ったしまうため、
ローパスフィルタ等を用いてそれが目立たないようにす
る必要がある。これに対して、反射型ＬＣＤは画素の開
口率が大きくすることが可能であり、上記のような問題
は小さいが、特開平７−７２４４６号のものにおいて
は、ビームスプリッタ以外の光学系は屈折型の投影光学
系であり、また、スクリーンに表示した像を観察するよ
うにしているため、観察される画像は暗いものになり、
光学系全体が非常に大きいものとなっている。

【０００９】本発明は従来技術のこのような状況に鑑み
てなされたものであり、その目的は、比較的簡単な装置
構成であっても反射型の画像表示素子の明るい画像を観
察者に呈示し、観察者が明瞭で綺麗な画像を観察するこ
とが可能な画像表示装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の画像表示装置は、照明光を放射する光源と、前記照
明光の反射によって画像を表示する画像表示素子と、観
察者眼球に前記画像を導く観察光学系とからなる画像表
示装置において、前記光源は、前記観察光学系のパワー
を有する反射面の外側に近接して配備され、前記反射面
は、特定偏光方向の光は透過させ、それと略直交する偏
光方向の光は反射する偏光ハーフミラー面からなること
を特徴とするものである。

【００１１】本発明のもう１つの画像表示装置は、照明
光を放射する光源と、前記照明光の反射によって画像を
表示する画像表示素子と、観察者眼球に前記画像を導く
観察光学系とからなる画像表示装置において、前記観察
光学系は、前記画像表示素子に対して略４５°傾いた偏
光ハーフミラー面を有し、前記偏光ハーフミラー面を挟
んで前記画像表示素子に対向して配備された凹面鏡によ
って前記画像表示素子の画像を拡大された虚像として観
察者眼球に拡大投影する構成であり、前記光源は、前記
観察光学系を挟んで前記観察者眼球に対向した位置に配
備され、前記光源と前記観察光学系の間には偏光状態を
特定方向にのみ偏光した光にする偏光板が配備され、前
記凹面鏡と前記偏光ハーフミラー面の間に１／４波長板
が配備されていることを特徴とするものである。

【００１２】以下に、本発明において上記のような構成
をとる理由と作用について説明する。本発明による画像
表示装置の代表的なものを図１に例示する。図１におい
て、１は光源、２は光軸、３は観察光学系、４は観察者
眼球、５は照明光学系、１０は画像表示素子、１１は観
察光学系の第１面、１２は観察光学系３の第２面であ
る。光源１は観察光学系３の下方に配備されており、反
射鏡で構成された照明光学系５によって一方向に光が射
出するようになっている。画像表示素子１０は観察者眼
球４の斜め上前方に配備されている。観察光学系３は、
透過面である第１面１１と、回転非対称な非球面で構成
され、偏光ハーフミラーコーティングが施されている凹
面鏡面１２とによって構成されている。この凹面鏡面１
２が観察者眼球４に対向した位置に光軸２に対して傾い
て配備されることで、画像表示素子１０と観察者が干渉
することなく配置することが可能となっている。また、
画像表示素子１０は、反射型のツイストネマチック液晶
（ＴＮ液晶）表示素子であり、この場合のツイスト角は
４５°に設定されている。以下に説明する全ての実施例
においても、画像表示素子は同様のものである。光源１
から観察者眼球４に至る実際の光線の偏光状態を含めた
光線経路を以下に説明する。

【００１３】照明光の偏光状態がランダムな場合、照明
光は偏光ハーフミラー面である第２面１２によってある
偏光方向を有する直線偏光光となり、観察光学系３を介
して液晶表示素子１０を照明する。例えば、偏光ハーフ
ミラー面である第２面１２がｓ波を反射し、ｐ波を透過
するように設定されている場合には、第２面１２を通過
する照明光はｐ波となる。

【００１４】照明光は観察光学系３を介して画像表示素
子である液晶表示素子１０を照明する。液晶表示素子１
０においては電圧を印加した画素を透過し、液晶層を通
って下部で反射することで、偏光方向が９０°回転され
て射出する。したがって、液晶表示素子１０で変調され
た光はｓ波として射出する。ｓ波となって再び観察光学
系３の第１面１１に入射し、偏光ハーフミラー面の第２
面１２では略全ての光が反射し、再び第１面１１を透過
して観察者眼球４に到達する。そのため、光源１から発
した光の光量ロスが少なく有効に利用できる小型、軽量
な光学系が構成され、凹面鏡面１２の作用によって観察
者は画像表示素子１０の画像を拡大した虚像として知覚
することになる。

【００１５】この場合、光源１を射出した光束が偏光ハ
ーフミラー面の第２面１２を透過して画像表示素子１０
に入射する照明光路と、画像表示素子１０で反射した光
束が偏光ハーフミラー面の第２面１２を介して観察者眼
球４に導かれる観察光路とが、第２面１２と画像表示素
子１０との間で往復光路を形成するように観察光学系３
を構成することが望ましい。

【００１６】このような構成により、観察光学系内部の
照明光路と観察光路とを往路と復路とで兼用することが
できるので、光学系内部に異なる光路を設ける場合に比
べて、無駄な光学要素（透過面や反射面）やスペースを
省けるため、画像表示装置のコンパクト化が実現でき
る。また、フレアー光の発生防止にも役立つ。

【００１７】また、観察光学系は、少なくとも２面で構
成された空間を屈折率が１より大きい媒質によって満た
されたプリズム体であることが、光学系を構成する上で
有効である。図２にその場合の構成を示す。

【００１８】図２において、観察光学系３は、光軸２に
対して偏心して配備された３面で構成された空間を屈折
率が約１．５の光学プラスチックで満たされており、ま
た、光源１には、照明する方向の反対側に凹面鏡で構成
された照明光学系５を配備し、一方向に光が射出するよ
うになっている。実際の光線経路は、観察光学系３の主
な正のパワーを有する第２面２２の外側に配備された光
源１から発した光は、偏光ハーフミラーコートされた第
２面２２によってｐ波のみが透過し、第１面２１で全反
射し、第３面２３を透過して画像表示素子１０を照明す
る。画像表示素子１０で変調された光は、観察光学系の
第３面２３から入射し、第１面２１で全反射し、偏光ハ
ーフミラー面である第２面２２で略全ての光が反射し、
第１面２１を透過して観察者眼球４に入射する。この場
合、画像表示素子１０の直後から観察者眼球４に至るま
での光路の中、大部分が屈折率約１．５の光学プラスチ
ックである。光学プラスチック内の空気換算長は約１／
１．５倍であるため、図１の凹面鏡１２に比べて焦点距
離を短く設定することが可能となり、観察画角を広くと
ることが可能となる。さらに、図２のように、複数回反
射させて光学系全体を薄く構成する場合でも光学部材が
１つにすることができるため、ミラー等の光学素子を複
数枚用いる必要がなく、製作、組立が容易となりコスト
の削減も図ることができる。

【００１９】また、観察光学系の少なくとも１面は、光
軸に対して偏心した非球面であることが重要である。図
１、図２のように、凹面鏡１２、２２を光軸に対して傾
いて配置した場合には、軸上においても、コマ収差、非
点収差が発生し、軸外においては、偏心によるディスト
ーション、像面湾曲が発生する。これらの偏心による収
差を補正するためには、観察光学系の少なくとも１面は
光軸に対して偏心した非球面であることが上記諸収差を
補正するのに必要である。

【００２０】さらに、上記諸収差をより補正するために
は、観察光学系の少なくとも１面は、光軸に対して偏心
した回転非対称非球面で構成することが重要である。例
えば、軸上非点収差を補正するためには、軸上主光線が
凹面鏡での反射点において水平方向と垂直方向の面のパ
ワーが異なることが必要である。そのためには、回転非
対称な非球面であることが望ましい。凹面鏡と凸面鏡の
配置が像面湾曲収差に良い効果を発揮することは、本出
願人の特願平５−２６４８２８号に詳しく述べられてお
り、傾いた凹面鏡が発生する収差については特願平６−
１２７４５３号等に述べられている。また、傾いた凹面
鏡により発生する非点収差についても、本出願人の特願
平６−２１１０６７号、また、特願平６−２５６６７６
号に述べられている。また、傾いた凹面鏡により発生す
る台形や弓なりの像歪みに関しては、特開平５−３０３
０５６号に述べられている。

【００２１】さらに、面内及び面外共に回転対称軸を有
せず、しかも、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面
を使用した偏心プリズムによって、これらの収差を同時
にしかも良好に補正するすることに関しては、特願平９
−３１８８１１号に詳しく述べられている。

【００２２】ここで、本発明の自由曲面とは、以下の式
で定義されるものである。 Ｚ＝Ｃ₂ ＋Ｃ₃ Ｙ＋Ｃ₄ Ｘ ＋Ｃ₅ Ｙ² ＋Ｃ₆ ＹＸ＋Ｃ₇ Ｘ² ＋Ｃ₈ Ｙ³ ＋Ｃ₉ Ｙ² Ｘ＋Ｃ₁₀ＹＸ² ＋Ｃ₁₁Ｘ³ ＋Ｃ₁₂Ｙ⁴ ＋Ｃ₁₃Ｙ³ Ｘ＋Ｃ₁₄Ｙ² Ｘ² ＋Ｃ₁₅ＹＸ³ ＋Ｃ₁₆Ｘ⁴ ＋Ｃ₁₇Ｙ⁵ ＋Ｃ₁₈Ｙ⁴ Ｘ＋Ｃ₁₉Ｙ³ Ｘ² ＋Ｃ₂₀Ｙ² Ｘ³ ＋Ｃ₂₁ＹＸ⁴ ＋Ｃ₂₂Ｘ⁵ ＋Ｃ₂₃Ｙ⁶ ＋Ｃ₂₄Ｙ⁵ Ｘ＋Ｃ₂₅Ｙ⁴ Ｘ² ＋Ｃ₂₆Ｙ³ Ｘ³ ＋Ｃ₂₇Ｙ² Ｘ⁴ ＋Ｃ₂₈ＹＸ⁵ ＋Ｃ₂₉Ｘ⁶ ＋Ｃ₃₀Ｙ⁷ ＋Ｃ₃₁Ｙ⁶ Ｘ＋Ｃ₃₂Ｙ⁵ Ｘ² ＋Ｃ₃₃Ｙ⁴ Ｘ³ ＋Ｃ₃₄Ｙ³ Ｘ⁴ ＋Ｃ₃₅Ｙ² Ｘ⁵ ＋Ｃ₃₆ＹＸ⁶ ＋Ｃ₃₇Ｘ⁷ ・・・・・ ・・・（ａ） ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ
量、Ｃ_m （ｍは２以上の整数）は係数である。

【００２３】観察光学系としてこのような回転非対称非
球面を用いた偏心プリズムを用いることで、コンパクト
で軽量でありながら、広い観察画角を持ち、明るい高解
像な画像を観察者に提供することが可能となる。

【００２４】また、観察光学系は、画像表示素子に対し
て略４５°傾いた無偏光ハーフミラー面と、画像表示素
子に対向した凹面鏡からなるものでも有効である。図３
にその場合の構成を示す。

【００２５】図３において、光源１は観察光学系３の下
方に配備されており、凹面鏡で構成された照明光学系５
によって一方向に光が射出するようになっている。観察
光学系３は、無偏光ハーフミラー９、面３２に偏光ハー
フミラーコーティングされた凹面鏡８からなる。画像表
示素子１０に対して略４５°傾いて観察者と干渉しない
ように十分離れた位置に無偏光ハーフミラー９を配置
し、この無偏光ハーフミラー９の下方に凹面鏡８を配置
し、この凹面鏡８に対向し、観察者眼球４の斜め上方に
画像表示素子１０を配備している。また、光源１は凹面
鏡８の外側に配置されている。

【００２６】偏光ハーフミラー面である凹鏡面３２がｐ
波を透過し、ｓ波を反射するようになっているとする
と、光源１から射出した光線経路は、光源１から発した
光がランダムな偏光状態であるとして、凹面鏡面３２に
おいてｐ波のみが透過し第１面３１から射出して、無偏
光ハーフミラー９を通過し、画像表示素子１０を照明す
る。図１の場合と同様に画像表示素子１０のツイスト角
の角度が設定されている。この画像表示素子１０をｐ波
で照明したので、画像表示素子１０で変調された光はｓ
波として射出する。液晶表示素子１０から射出した光は
無偏光ハーフミラー９を透過し、偏光ハーフミラー面で
ある凹面鏡３２では全ての光が反射され、無偏光ハーフ
ミラー９で反射して観察者眼球４に到達する。したがっ
て、観察者は凹面鏡３２の作用によって画像表示素子１
０の画像を拡大した虚像として知覚することになる。ま
た、観察光学系３の光路は折り返していても光学系とし
ては共軸系として扱うことができるため、偏心による収
差の発生がなく、光学系の設計、製作が容易である。そ
れにもかかわらず、装置全体は非常にコンパクトで軽量
であり、安価なコストで高解像な画像表示装置を実現で
きる。

【００２７】また、観察光学系は、無偏光ハーフミラー
面を屈折率が１より大きい媒質で挟んだ略直角なプリズ
ム形状をなし、画像表示素子と対向する位置に凹面鏡面
を有するものでも有効である。図４にその場合の構成を
示す。

【００２８】図４において、観察光学系３は直角プリズ
ム形状であり、その中に無偏光ハーフミラー面が存在す
る。観察者眼球側の透過面の第１面４１、第１面４１と
略４５°傾いて配置された無偏光ハーフミラー面である
第２面４２、第１面４１と直交して第２面４２の下方に
配置された偏光ハーフミラーコーティングされた凹面鏡
面である第３面４３、第３面４３と対向し、画像表示素
子１０に近接した透過面である第４面４４とする。光源
１は第３面４３の下方に配備されており、また、光源１
から発した光がランダムな偏光状態であるとする。偏光
ハーフミラー面である第３面４３がｐ波を透過し、ｓ波
を反射する設定であるとする。

【００２９】以下に、光源１から観察者眼球４までの光
線経路を偏光状態を含めて説明する。光源１から射出し
た光は、ｐ波のみが第３面４３を透過し、無偏光ハーフ
ミラー面である第２面４２を一部が通過し、第４面４４
を透過して、画像表示素子１０を照明する。図１の場合
と同様に、ｐ波で照明しているので、液晶表示素子１０
で変調された光はｓ波として射出する。液晶表示素子１
０から射出した光は第４面４４を通過し、無偏光ハーフ
ミラー面の第２面４２を透過し、偏光ハーフミラー面で
ある第３面４３では略全ての光が反射され、再び無偏光
ハーフミラー面の第２面４２で一部反射して、第１面４
１を透過して観察者眼球４に到達する。したがって、図
３の作用、効果に加えて、画像表示素子１０の直後から
観察者眼球４に至るまでの光路の中、大部分が屈折率が
約１．５の光学プラスチックであるため、光学プラスチ
ック内の空気換算長は約１／１．５倍となり、凹面鏡の
みの場合に比べて焦点距離を短く設定することが可能と
なり、観察画角を広くとることが可能となる。

【００３０】また、光源と偏光ハーフミラーコーティン
グされたパワーを有する反射面の間に偏光板を配置する
ことが望ましい。光源から射出する光は通常ランダムな
偏光状態であり、その光を偏光ハーフミラー面に直接入
射すると、透過しない光はその面で反射、散乱して不要
光となる可能性がある。したがって、偏光板によって透
過光の偏光状態を予め選択しておくことで不要な光を発
生させないようにすることが望ましい。また、偏光板は
観察者眼球と観察光学系の間に配置しても不要光を遮断
する効果を得ることができる。

【００３１】また、観察光学系は、光軸に対して偏心し
た少なくとも２面で構成された空間を屈折率が１より大
きい媒質によって満たされた偏心プリズムからなり、観
察者側に配置した透過面である第１面、その第１面に対
向し偏光ハーフミラー面であり凹面鏡面である第２面と
するとき、光源は第２面の外側に配備されることが画像
表示装置の光学素子の配置上有効である。

【００３２】図５にその場合の構成を示す。図５におい
て、観察光学系３は、光軸２に対して偏心して配備され
た２面で構成された空間を屈折率が約１．５の光学プラ
スチックで満たされており、また、光源１には、照明す
る方向の反対側に凹面鏡で構成された照明光学系５を配
備し、一方向に光が射出するようになっている。実際の
光線経路は、観察光学系３の主な正のパワーを有する第
２面５２の外側に配備された光源１から発した光は、偏
光ハーフミラーコートされた第２面５２によってｐ波の
みが透過し、観察光学系３に入射し、第１面５１を透過
して画像表示素子１０を照明する。画像表示素子１０で
変調された光は、観察光学系の第１面５１から入射し、
偏光ハーフミラー面である第２面５２では光がｓ波であ
るため略全ての光が反射され、第１面５１を透過して観
察者眼球４に入射する。第２面５２が凹面鏡の作用を有
するため、観察者は画像表示素子１０の拡大された画像
を虚像として知覚することが可能となる。

【００３３】このように、観察光学系３が少なくとも２
面で構成された偏心プリズムの場合、主な正のパワーを
有する内部反射面である第２面５２は観察者視軸２に対
して傾いた面であるため、第２面５２の外側には空間が
できる。その第２面５２の外側に光源１を配備すること
で、装置全体の厚みをあまり厚くすることなく画像表示
素子１０を照明し、画像を観察者眼球４に投影すること
ができる。

【００３４】また、観察光学系は、光軸に対して偏心し
た少なくとも３面で構成された空間を屈折率が１より大
きい媒質によって満たされた偏心プリズムからなり、観
察者側に配置した透過及び反射作用を有する第１面、そ
の第１面に対向し、偏光ハーフミラー面であり凹面鏡面
である第２面、画像表示素子に近接して対向した透過面
である第３面とするとき、光源は第２面の外側に配備さ
れることが画像表示装置の光学素子の配置上有効であ
る。図２にその場合の構成が示されている。

【００３５】このような形態の偏心プリズムは、図２に
示すように、第２面２２の外側に空間があるため、そこ
に光源１及び反射板５を配備しても、光学系の厚みはそ
れ程変わらずに装置を構成することができる。

【００３６】また、観察光学系は、光軸に対して偏心し
た少なくとも４面で構成された空間を屈折率が１より大
きい媒質によって満たされた偏心プリズムからなり、観
察者側に配置した透過及び反射作用を有する第１面、そ
の第１面に対向し、偏光ハーフミラー面であり凹面鏡面
である第２面、その第２面に隣接した反射面である第３
面、画像表示素子に近接して対向した透過面である第４
面とするとき、光源は第２面の外側に配備されることが
有効である。図６にその場合の構成を示す。

【００３７】図６において、観察光学系３は、光軸２に
対して偏心して配備された４面で構成された空間を屈折
率が約１．５の光学プラスチックで満たされており、ま
た、光源１には照明する方向の反対側に凹面鏡で構成さ
れた照明光学系５を配備し、一方向に光が射出するよう
になっている。実際の光線経路は、観察光学系３の主な
正のパワーを有する第２面６２の外側に配備された光源
１から発した光は、偏光ハーフミラーコートされた第２
面６２によってｐ波のみが透過し、第１面６１、第３面
６３で内部反射し、第４面６４を透過して画像表示素子
１０を照明する。画像表示素子１０で変調された光は、
観察光学系の第４面６４から入射し、第３面６３、第１
面６１で内部反射し、偏光ハーフミラー面である第２面
６２では光がｓ波であるため略全ての光を反射し、第１
面６１を透過して観察者眼球４に入射する。

【００３８】このように、観察光学系３が少なくとも４
面で構成された偏心プリズムの場合、主な正のパワーを
有する内部反射面である第２面６２は観察者視軸２に対
して傾いた面であるため、第２面６２の外側には空間が
できる。その第２面６２の外側に光源１を配備すること
で、装置全体の厚みをあまり厚くすることなく画像表示
素子を照明し、画像を観察者眼球に投影することができ
る。これは、４面以上で構成された偏心プリズムにおい
ても、観察者眼球４に対向した正パワーを有する反射面
の外側に光源を配備すれば、同様の効果が得られること
は言うまでもない。

【００３９】また、観察光学系は、光軸に対して偏心し
た少なくとも４面で構成された空間を屈折率が１より大
きい媒質によって満たされた偏心プリズムからなり、観
察者側に配置した透過及び反射作用を有する第１面、そ
の第１面に対向し、凹面鏡面である第２面、その第２面
に隣接した反射面及び透過面である第３面、その第３面
に対向し第１面に隣接したパワーを有する偏光ハーフミ
ラー面である第４面とするとき、光源は第４面の外側に
配備されることが有効である。図７にその場合の構成を
示す。

【００４０】図７において、観察光学系３は、光軸２に
対して偏心して配備された４面で構成された空間を屈折
率が約１．５の光学プラスチックで満たされており、ま
た、光源１には照明する方向の反対側に凹面鏡で構成さ
れた照明光学系５を配備し、一方向に光が射出するよう
になっている。実際の光線経路は、画像表示素子１０に
対向して傾いた反射面である第４面７４の外側に配備さ
れた光源１から発した光は、偏光ハーフミラーコートさ
れた第４面７４によってｐ波のみが透過し、第３面７３
を透過して画像表示素子１０を照明する。画像表示素子
１０で変調された光はｓ波となり、観察光学系の第３面
７３から入射し、偏光ハーフミラー面である第４面７４
では光がｓ波であるため略全ての光が反射され、第３面
７３、第１面７１、第２面７２で内部反射し、第１面７
１を透過して観察者眼球４に入射する。

【００４１】図７に示すように、少なくとも４面で構成
された偏心プリズムにおいては、画像表示素子１０に対
向した内部反射面である第４面７４の外側は前述した第
２面７２と同様に空間が存在し、そこに光源１を配備し
ても光学系全体の厚み、全長を大きくすることなく所定
の効果を得ることができる。これは、観察光学系３が５
面以上で構成された偏心プリズムにおいても画像表示素
子１０に対向した反射面の外側に配備すれば、同様の効
果が得られることは言うまでもない。

【００４２】また、これらの画像表示素子からの光が観
察光学系に入射する入射面及び観察者眼球に射出する射
出面の中、少なくとも１面はパワーを有する面で構成さ
れることが収差補正上好ましい。画像表示素子に近接し
た面である入射面においては、画像表示素子から射出し
た光線束があまり広がっていないため、従属光線にあま
り影響を与えず軸外収差であるディストーションの補正
をこの面で行うことが可能である。これは、前述した偏
心プリズム、直角プリズム何れの場合においても同様の
作用、効果を表す。

【００４３】また、観察者眼球に射出する射出面におけ
る作用を説明する。少なくとも２面で形成された空間を
屈折率が１より大きい媒質で満たされた偏心プリズムの
場合について、図２を例にとって説明する。正のパワー
を有する凹面鏡面である第２面２２では偏心収差を含め
た収差が発生する。観察者眼球４に射出する射出面であ
る第１面２１を観察者に対して凹面にすることで、第２
面２２で発生する収差の補正、特に偏心コマ収差の補正
をすることが可能になる。

【００４４】また、直角プリズムの場合には、射出面を
観察者に対して凸面とすることで、収差補正を有効に作
用させることができる。図４を例にとって説明する。観
察者から画像表示素子１０に向かう逆光線追跡において
考えると、観察光学系３に入射する面である第１面４１
に正パワーを持たせることで、第１面４１を通過する際
に強く屈折するため、主な正のパワーを有する反射面で
ある第３面４３での反射点の高さを低くすることができ
るため広画角を達成できる。さらに、従属光も第１面４
１の正パワーによって光束を小さくする効果を得るた
め、第３面４３で発生するコマ収差を低減することが可
能となる。

【００４５】また、光源から射出した照明光を一方向に
射出する照明手段が配備されていることが好ましい。光
源から射出する光は、その光源の種類によって様々であ
るが、本光学系においては、光源から射出する光は一方
向に射出することが望ましいため、光源近傍に照明光学
系を配備してできるだけ一方向に照明光が射出するよう
にしてより効率良く照明光を取り込むことが望ましい。

【００４６】その照明光学系は、光源の背後に配備され
た反射板であってももちろんよい。さらに、光源の直後
に屈折光学系を配置することで、その後の照明光の扱い
をより容易にすることができる。

【００４７】次に、本発明の第２の画像表示装置につい
て説明する。前記したように、この画像表示装置は、照
明光を放射する光源と、前記照明光の反射によって画像
を表示する画像表示素子と、観察者眼球に前記画像を導
く観察光学系とからなる画像表示装置において、前記観
察光学系は、前記画像表示素子に対して略４５°傾いた
偏光ハーフミラー面を有し、前記偏光ハーフミラー面を
挟んで前記画像表示素子に対向して配備された凹面鏡に
よって前記画像表示素子の画像を拡大された虚像として
観察者眼球に拡大投影する構成であり、前記光源は、前
記観察光学系を挟んで前記観察者眼球に対向した位置に
配備され、前記光源と前記観察光学系の間には偏光状態
を特定方向にのみ偏光した光にする偏光板が配備され、
前記凹面鏡と前記偏光ハーフミラー面の間に１／４波長
板が配備されているもので、光源からの光を有効に利用
して画像表示素子を照明し、その反射型画像表示素子の
映像を観察者眼球に導き、拡大された画像を観察するこ
とを可能にする画像表示装置を達成することができる。

【００４８】本発明の第２の画像表示装置の概念図を図
８に示す。図８において、画像表示装置は、光源部であ
る光源１、反射板５、偏光板７と、観察光学系３及び画
像表示素子１０からなる。観察光学系３は、偏光ハーフ
ミラー１６、面８２にミラーコーティングされた凹面鏡
１７、及び、１／４波長板６からなる。

【００４９】光源１は偏光ハーフミラー１６を挟んで観
察者眼球４に対向して配置され、その背後にある反射板
５で一方向に照明光が射出するようになっている。観察
光学系３の構成は、画像表示素子１０に対して略４５°
傾き、観察者と干渉しないように十分離れた位置に配置
された偏光ハーフミラー１６、この偏光ハーフミラー１
６の下方に位置し、画像表示素子１０に対向して配備さ
れた１／４波長板６、１／４波長板６の下方に配備され
た凹面鏡１７からなる。画像表示素子１０はこの凹面鏡
１７に対向し、観察者眼球４の斜め上方に配備されてい
る。光源１から発した光がランダムな偏光状態であり、
また、偏光ハーフミラー１６はｐ波を透過し、ｓ波を反
射するような設定とする。

【００５０】以下に、光源１から観察者眼球４までの光
線経路を偏光状態を含めて説明する。光源１から射出し
た光は偏光板７においてｓ波のみが透過し、偏光ハーフ
ミラー１６においては略全ての光が上方に反射され、画
像表示素子１０を照明する。画像表示素子１０は前述の
反射型ＴＮ液晶表示素子であり、照明された光は偏光状
態が９０°回転され、射出する変調光はｐ波となる。液
晶表示素子１０から射出した光は偏光ハーフミラー９に
おいて略全てが透過し、１／４波長板６に入射する。こ
のとき、直線偏光のｐ波が円偏光に変換された後、凹面
鏡１７の第１面８１に入射し、反射面８２で反射され、
再び透過面８１から射出して、再び１／４波長板６を通
過する。このときには円偏光が入射時のｐ波とは偏光方
向が９０°回転した直線偏光であるｓ波に変換されて偏
光ハーフミラー１６に入射する。ここでは略全ての光が
反射され、観察者眼球４に到達する。したがって、光源
１から射出し偏光板７を通過した光は光量ロスが少な
く、効率良く観察者眼球まで導かれるため、観察者に明
瞭な画像を提供することが可能となる。また、上述した
ように、観察光学系３においては光路は折り返していて
も光学系としては共軸系として扱うことができるため、
偏心による収差の発生がなく、光学系の設計、製作が容
易である。それにもかかわらず、装置全体は非常にコン
パクトで軽量であり、安価なコストで高解像な画像表示
装置を実現できる。

【００５１】また、偏光ハーフミラー面は屈折率が１よ
り大きい媒質でできた三角プリズムでその偏光ハーフミ
ラー面を挟んだ直角プリズム形状をなす光学素子に含ま
れるていることがより好ましい。図９にその場合の構成
を示す。

【００５２】図９において、直角プリズム形状の偏光光
学素子９０は４面で構成され、その中に偏光ハーフミラ
ー面が存在する。観察者眼球４側の透過面の第１面９
１、第１面と略４５°傾いて配置されたハーフミラー面
である第２面９２、第１面９１と直交して第２面９２の
下方に配置された透過面である第３面９３、画像表示素
子１０に近接した透過面である第４面９４、第２面９２
を挟んで第１面９１に対向した透過面である第５面９５
とする。１／４波長板６は第３面９３の下方に近接して
略平行に配備される。裏面凹面鏡１７は、透過面である
第１面９６、反射面である第２面９７によって構成さ
れ、１／４波長板６の下方に近接して配備される。光源
１は、第５面９５に近接して対向して配備された偏光板
７の外側に配備されている。この偏光板７はｓ波のみ透
過するように設定される。偏光ハーフミラー面である第
２面９２はｐ波を透過し、ｓ波を反射するようになって
いるとし、光源１から発した光はランダムな偏光状態で
あるとする。

【００５３】このような光学系における光線経路は、光
源１からの照明光の中、ｓ波のみが偏光板７を透過し、
第５面９５から偏光光学素子９０に入射する。偏光ハー
フミラー面である第２面９２において略全ての光が反射
され、第４面９４を通過して画像表示素子１０を照明す
る。液晶表示素子１０で変調された光はｐ波として射出
する。液晶表示素子１０から射出した光は第４面９４を
通過し、偏光ハーフミラー面の第２面９２を略全ての光
が透過し、第３面９３から射出される。１／４波長板６
を通過するとき、直線偏光のｐ波が円偏光に変換され、
裏面鏡１７の透過面９６から入射し、反射面９７で反射
され、透過面９６から射出して、再び１／４波長板６を
通過する。このときには円偏光が入射時のｐ波とは偏光
方向が９０°回転した直線偏光であるｓ波に変換され
て、再び偏光光学素子９０に入射する。偏光ハーフミラ
ー面９２では略全ての光が反射角４５°で反射されて偏
光光学素子９０の第１面９１から射出し、観察者眼球４
に到達する。したがって、図８の作用、効果に加えて、
画像表示素子１０の直後から観察者眼球に至るまでの光
路の中、大部分が屈折率が約１．５の光学プラスチック
で満たされているため、光学プラスチック内の空気換算
長は約１／１．５倍となり、プリズムを使用しない凹面
鏡のみの場合に比べて焦点距離を短く設定することが可
能となり、観察画角を広くとることが可能となる。

【００５４】なお、偏光板７は観察者眼球と観察光学系
の間に配置しても不要光を遮断する効果を得ることがで
きる。

【００５５】また、光源から射出した照明光を略一方向
に射出する照明光にする照明光学系が配備されているこ
とが好ましい。光源から射出する光はその光源の種類に
よって様々であるが、本光学系においては、光源から射
出する光は一方向に射出することが望ましいため、光源
近傍に照明光学系を配備してできるだけ一方向に照明光
が射出するようにして、より効率良く照明光を取り込む
ことが望ましい。

【００５６】その照明光学系は、光源の背後に配備され
た反射板であってももちろんよい。さらに、光源の直後
に屈折光学系を配置して略平行光束とすることで、その
後の照明光の扱いをより容易にすることができる。

【００５７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の画像表示装置の
実施例１〜５について説明する。後述する実施例１〜４
の構成パラメータにおける座標の取り方は、図１０に示
すように、観察光学系３の射出瞳１９を光学系の原点と
して、光軸２を画像表示素子１０の表示中心と射出瞳１
９の中心（原点）とを通る光線で定義し、射出瞳１９か
ら光軸２に進む方向をＺ軸方向、このＺ軸に直交し射出
瞳１９中心を通り、光線が観察光学系３によって折り曲
げられる面内の方向をＹ軸方向、Ｚ軸、Ｙ軸に直交し射
出瞳１９中心を通る方向をＸ軸方向とし、射出瞳１９か
ら観察光学系３に向かう方向をＺ軸の正方向、光軸２か
ら画像表示素子１０方向をＹ軸の正方向、そして、これ
らＺ軸、Ｙ軸と右手座標系を構成する方向をＸ軸の正方
向とする。なお、光線追跡は観察光学系３の射出瞳１９
の側を物体側として、画像表示素子１０側を像面側とし
た逆光線追跡により行っている。

【００５８】そして、偏心が与えられている面について
は、その面の面頂位置の観察光学系３の原点である射出
瞳１９の中心からのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の偏
心量と、その面の中心軸（自由曲面、アナモルフィック
面、回転対称非球面については、それぞれ以下の（ａ）
式、（ｂ）式、（ｃ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸そ
れぞれを中心とする傾き角（それぞれα、β、γ
（°））とが与えられている。なお、その場合、αとβ
の正はそれぞれの軸の正方向に対しての反時計回りを、
γの正はＺ軸の正方向に対しての時計回りを意味する。
その他、球面の曲率半径、面間隔、媒質の屈折率、アッ
ベ数が慣用法に従って与えられている。

【００５９】また、実施例５の構成パラメータは、同様
の逆光線追跡で、球面の曲率半径、面間隔、媒質の屈折
率、アッベ数が慣用法に従って与えられており、偏心が
与えられている面については、その面の直前の面からの
射出光軸をＺ軸正方向とし、そのＺ軸に直交し紙面手前
から奥側に向かう方向をＸ軸正方向とし、これらＺ軸、
Ｘ軸と右手座標系を構成する方向をＹ軸の正方向とし、
その直前の面からの面間隔で与えられるＺ軸上の点をそ
れぞれの原点とし、その原点からのＸ軸方向、Ｙ軸方
向、Ｚ軸方向（Ｙ軸方向のみ）の偏心量と、その面の中
心軸のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角
（それぞれα、β、γ）とが与えられている（αの
み）。角度の符号の定義は上記の通りである。

【００６０】また、自由曲面の面の形状は以下の式によ
り定義する。その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。 Ｚ＝Ｃ₂ ＋Ｃ₃ Ｙ＋Ｃ₄ Ｘ ＋Ｃ₅ Ｙ² ＋Ｃ₆ ＹＸ＋Ｃ₇ Ｘ² ＋Ｃ₈ Ｙ³ ＋Ｃ₉ Ｙ² Ｘ＋Ｃ₁₀ＹＸ² ＋Ｃ₁₁Ｘ³ ＋Ｃ₁₂Ｙ⁴ ＋Ｃ₁₃Ｙ³ Ｘ＋Ｃ₁₄Ｙ² Ｘ² ＋Ｃ₁₅ＹＸ³ ＋Ｃ₁₆Ｘ⁴ ＋Ｃ₁₇Ｙ⁵ ＋Ｃ₁₈Ｙ⁴ Ｘ＋Ｃ₁₉Ｙ³ Ｘ² ＋Ｃ₂₀Ｙ² Ｘ³ ＋Ｃ₂₁ＹＸ⁴ ＋Ｃ₂₂Ｘ⁵ ＋Ｃ₂₃Ｙ⁶ ＋Ｃ₂₄Ｙ⁵ Ｘ＋Ｃ₂₅Ｙ⁴ Ｘ² ＋Ｃ₂₆Ｙ³ Ｘ³ ＋Ｃ₂₇Ｙ² Ｘ⁴ ＋Ｃ₂₈ＹＸ⁵ ＋Ｃ₂₉Ｘ⁶ ＋Ｃ₃₀Ｙ⁷ ＋Ｃ₃₁Ｙ⁶ Ｘ＋Ｃ₃₂Ｙ⁵ Ｘ² ＋Ｃ₃₃Ｙ⁴ Ｘ³ ＋Ｃ₃₄Ｙ³ Ｘ⁴ ＋Ｃ₃₅Ｙ² Ｘ⁵ ＋Ｃ₃₆ＹＸ⁶ ＋Ｃ₃₇Ｘ⁷ ・・・・・ ・・・（ａ） 無論、自由曲面を表す式は、これに限らず面内面外に対
称面を有しない面として、又は、面内面外共に対称面を
１面のみ有する面として構成できる面であれば何れの定
義による式であってもよい。

【００６１】また、アナモルフィック面の形状は以下の
式により定義する。面形状の原点を通り、光学面に垂直
な直線がアナモルフィック面の軸となる。 Ｚ＝（Ｃｘ・Ｘ² ＋Ｃｙ・Ｙ² ）／［１＋｛１−（１＋Ｋｘ）Ｃｘ² ・Ｘ² −（１＋Ｋｙ）Ｃｙ² ・Ｙ² ｝^1/2 ］ ＋ΣＲｎ｛（１−Ｐｎ）Ｘ² ＋（１＋Ｐｎ）Ｙ² ｝⁽ⁿ⁺¹⁾ ここで、例としてｎ＝４（４次項）を考えると、展開し
たとき、以下の式（ｂ）で表すことができる。

【００６２】 Ｚ＝（Ｃｘ・Ｘ² ＋Ｃｙ・Ｙ² ）／［１＋｛１−（１＋Ｋｘ）Ｃｘ² ・Ｘ² −（１＋Ｋｙ）Ｃｙ² ・Ｙ² ｝^1/2 ］ ＋Ｒ１｛（１−Ｐ１）Ｘ² ＋（１＋Ｐ１）Ｙ² ｝² ＋Ｒ２｛（１−Ｐ２）Ｘ² ＋（１＋Ｐ２）Ｙ² ｝³ ＋Ｒ３｛（１−Ｐ３）Ｘ² ＋（１＋Ｐ３）Ｙ² ｝⁴ ＋Ｒ４｛（１−Ｐ４）Ｘ² ＋（１＋Ｐ４）Ｙ² ｝⁵ ・・・（ｂ） ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ
量、ＣｘはＸ軸方向曲率、ＣｙはＹ軸方向曲率、Ｋｘは
Ｘ軸方向円錐係数、ＫｙはＹ軸方向円錐係数、Ｒｎは非
球面項回転対称成分、Ｐｎは非球面項回転非対称成分で
ある。なお、後記する実施例の構成パラメータでは、Ｘ
軸方向曲率半径Ｒｘ、Ｙ軸方向曲率半径Ｒｙを用いてお
り、曲率Ｃｘ、Ｃｙとの間には、 Ｒｘ＝１／Ｃｘ，Ｒｙ＝１／Ｃｙ の関係にある。

【００６３】また、回転対称非球面の形状は以下の式に
より定義する。その定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸
となる。 Ｚ＝（Ｙ² ／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（Ｙ² ／Ｒ² ）｝^1/2 ］ ＋Ａ₄ Ｙ⁴ ＋Ａ₆ Ｙ⁶ ＋Ａ₈ Ｙ⁸ ＋Ａ₁₀Ｙ¹⁰・・・ ・・・（ｃ） ただし、ＹはＺに垂直な方向であり、Ｒは近軸曲率半
径、Ｋは円錐係数、Ａ₄、Ａ₆ 、Ａ₈ 、Ａ₁₀は非球面係
数である。

【００６４】なお、データの記載されていない非球面に
関する項は０である。屈折率については、ｄ線（波長５
８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの
単位はｍｍである。

【００６５】図１０〜図１４に本発明の実施例１〜５の
画像表示装置の光学系の光軸２を含むＹ−Ｚ断面図を示
す。これらの実施例は、観察者の瞳を観察光学系３の射
出瞳１９とし、この射出瞳１９と略共役な位置に配備さ
れた光源１から発した光線は照明光学系５によって観察
光学系３内に導びかれ、画像表示素子面１０を照明す
る。画像表示素子１０で反射した光は再び観察光学系３
に入射し、観察光学系３によって射出瞳１９位置の観察
者眼球に入射され、観察者は拡大した観察像を虚像とし
て知覚することになる。

【００６６】なお、反射型の画像表示素子１０は、実施
例１、２では０．４インチ、実施例３では０．７イン
チ、実施例４、５では１インチの画面のものを使用する
ようになっており、観察する画角は、実施例１、２、
３、４は水平画角３０°、垂直画角２２．７°、実施例
５は水平画角３５°、垂直画角２６．６°である。瞳径
は、実施例１、２は２．３ｍｍ、実施例３、４、５は４
ｍｍである。

【００６７】図１０の実施例１は図２の構成に対応して
おり、観察光学系３は、光軸２に対して偏心して配備さ
れた３面で構成された空間を屈折率が約１．５の光学プ
ラスチックで満たされており、また、光源１には、照明
する方向の反対側に凹面鏡で構成された照明光学系５が
配備されている。観察光学系３の第２面２２の外側に配
備された光源１から発した光は、照明光学系５で一方向
に向けられ、偏光ハーフミラーコートされた第２面２２
によって例えばｐ波のみが透過し、第１面２１で全反射
し、第３面２３を透過して画像表示素子１０を照明す
る。画像表示素子１０で変調された光は、観察光学系の
第３面２３から入射し、第１面２１で全反射し、偏光ハ
ーフミラー面である第２面２２で略全ての光が反射し、
第１面２１を透過して観察者眼球に入射し、観察者に反
射型画像表示素子１０の拡大した画像を呈示する。

【００６８】図１１の実施例２は実施例１の変形例であ
り、観察光学系３は同じものを用いており、照明光学系
５のみが若干異なる。すなわち、照明光学系５は偏心し
た非球面の凹面鏡５₁ と偏心した両凸正レンズ５₂ とか
らなり、この照明光学系５で観察光学系３の第２面２２
の外側に配備された光源１から発した光が一方向に向け
られ、偏光ハーフミラーコートされた第２面２２を同様
に透過し、以後実施例１と同様にして、観察者に反射型
画像表示素子１０の拡大した画像を呈示する。

【００６９】図１２の実施例３は図５の構成に対応して
おり、観察光学系３は、光軸２に対して偏心して配備さ
れた透過面である第１面５１と、回転非対称な非球面で
構成され偏光ハーフミラーコーティングが施されている
凹面鏡面５２によって構成されており、また、光源１に
は、照明する方向の反対側に凹面鏡で構成された照明光
学系５が配備されている。観察光学系３の第２面５２の
外側に配備された光源１から発した光は、照明光学系５
で一方向に向けられ、偏光ハーフミラーコートされた第
２面５２によって例えばｐ波のみが透過し、第１面５１
を透過して画像表示素子１０を照明する。画像表示素子
１０で変調された光は、観察光学系３の第１面５１から
入射し、偏光ハーフミラー面である第２面５２で略全て
の光が反射し、第１面５１を透過して観察者眼球に入射
し、観察者に反射型画像表示素子１０の拡大した画像を
呈示する。

【００７０】図１３の実施例４は図６の構成に対応して
おり、観察光学系３は、光軸２に対して偏心して配備さ
れた４面で構成された空間を屈折率が約１．５の光学プ
ラスチックで満たされており、また、光源１には、照明
する方向の反対側に凹面鏡で構成された照明光学系５が
配備されている。観察光学系３の第２面６２の外側に配
備された光源１から発した光は、照明光学系５で一方向
に向けられ、偏光ハーフミラーコートされた第２面６２
によって例えばｐ波のみが透過し、第１面６１、第３面
６３で内部反射し、第４面６４を透過して画像表示素子
１０を照明する。画像表示素子１０で変調された光は、
観察光学系の第４面６４から入射し、第３面６３、第１
面６１で内部反射し、偏光ハーフミラー面である第２面
６２で略全ての光が反射し、第１面６１を透過して観察
者眼球に入射し、観察者に反射型画像表示素子１０の拡
大した画像を呈示する。

【００７１】図１４の実施例５は図９の構成に対応して
おり、直角プリズム形状の偏光光学素子９０は、射出瞳
１９側の透過面の第１面９１、第１面と４５°傾いて配
置されたハーフミラー面である第２面９２、第１面９１
と直交して第２面９２の下方に配置された透過面である
第３面９３、画像表示素子１０に近接した透過面である
第４面９４、第２面９２を挟んで第１面９１に対向し正
のパワーを有する透過面である第５面９５からなり、１
／４波長板６が第３面９３の下方に近接して略平行に配
備される。裏面凹面鏡１７は、透過面である第１面９
６、正のパワーを有する反射面である第２面９７によっ
て構成され、１／４波長板６の下方に近接して配備され
る。光源１は、第５面９５に近接して対向して配備され
た図示を省いた偏光板の外側に配備されており、光源１
には、照明する方向の反対側に偏心した自由曲面からな
る凹面鏡で構成された照明光学系５が配備されている。
光源１から発した光は、照明光学系５で一方向に向けら
れ、例えばｓ波のみが偏光板を透過し、第５面９５から
偏光光学素子９０に入射する。偏光ハーフミラー面であ
る第２面９２において略全ての光が反射され、第４面９
４を通過して画像表示素子１０を照明する。液晶表示素
子１０で変調された光はｐ波として射出する。液晶表示
素子１０から射出した光は第４面９４を通過し、偏光ハ
ーフミラー面の第２面９２を略全ての光が透過し、第３
面９３から射出される。１／４波長板６を通過すると
き、直線偏光のｐ波が円偏光に変換され、裏面鏡１７の
透過面９６から入射し、反射面９７で反射され、透過面
９６から射出して、再び１／４波長板６を通過する。こ
のときには円偏光が入射時のｐ波とは偏光方向が９０°
回転した直線偏光であるｓ波に変換されて、再び偏光光
学素子９０に入射する。偏光ハーフミラー面９２では略
全ての光が反射角４５°で反射されて偏光光学素子９０
の第１面９１から射出し、観察者眼球に到達し、観察者
に反射型画像表示素子１０の拡大した画像を呈示する。

【００７２】以下に、上記実施例１〜５の構成パラメー
タを示す。

【００７３】 実施例１ 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（射出瞳） 2 自由曲面 偏心(1) 1.4922 57.5 3 自由曲面 偏心(2) 1.4922 57.5 4 自由曲面 偏心(1) 1.4922 57.5 5 自由曲面 偏心(3) 像 面 ∞ 偏心(4) 7 自由曲面 偏心(3) 1.4922 57.5 8 自由曲面 偏心(1) 1.4922 57.5 9 自由曲面 偏心(2) 10 -6.75（非球面） 偏心(5) 光 源 ∞ 偏心(6) 非球面係数 面番号：１０ Ｋ =-1.3472 ×10¹ Ａ₄ =-4.4738 ×10^-3 Ａ₆ = 4.7966 ×10^-4 Ａ₈ =-3.5188 ×10^-5 Ａ₁₀ = 1.1353 ×10^-6 自由曲面 Ｃ₅ -3.4641×10^-3 Ｃ₇ -4.6167×10^-3 Ｃ₈ -1.0380×10^-4 Ｃ₁₀ 6.4921×10^-5 Ｃ₁₂ -1.0386×10^-6 Ｃ₁₄ 6.2825×10^-6 Ｃ₁₆ -2.6279×10^-6 自由曲面 Ｃ₅ -1.1917×10^-2 Ｃ₇ -1.3399×10^-2 Ｃ₈ 5.5902×10^-5 Ｃ₁₀ 9.9924×10^-5 Ｃ₁₂ 4.5147×10^-6 Ｃ₁₄ -1.0236×10^-6 Ｃ₁₆ -3.5173×10^-6 自由曲面 Ｃ₅ -1.8257×10^-2 Ｃ₇ -1.2487×10^-2 Ｃ₈ -1.1011×10^-3 Ｃ₁₀ 1.0622×10^-3 Ｃ₁₂ 4.7881×10^-5 Ｃ₁₄ -2.5937×10^-5 Ｃ₁₆ 3.8442×10^-5 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 5.38 Ｚ 17.49 α 16.71 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.49 Ｚ 24.61 α -14.73 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 12.80 Ｚ 20.50 α 83.99 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 16.24 Ｚ 22.52 α 58.67 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ -3.37 Ｚ 28.91 α -40.42 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ -0.99 Ｚ 25.73 α -29.00 β 0.00 γ 0.00 。

【００７４】 実施例２ 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（射出瞳） 2 自由曲面 偏心(1) 1.4922 57.5 3 自由曲面 偏心(2) 1.4922 57.5 4 自由曲面 偏心(1) 1.4922 57.5 5 自由曲面 偏心(3) 像 面 ∞ 偏心(4) 7 自由曲面 偏心(3) 1.4922 57.5 8 自由曲面 偏心(1) 1.4922 57.5 9 自由曲面 偏心(2) 10 5.96 2.50 偏心(5) 1.5163 64.1 11 -64.05 12 -9.80（非球面） 偏心(6) 光 源 ∞ 偏心(7) 非球面係数 面番号：１２ Ｋ =-5.0694 ×10^-1 Ａ₄ =-4.8424 ×10^-5 Ａ₆ = 3.5920 ×10^-6 自由曲面 Ｃ₅ -3.4641×10^-3 Ｃ₇ -4.6167×10^-3 Ｃ₈ -1.0380×10^-4 Ｃ₁₀ 6.4921×10^-5 Ｃ₁₂ -1.0386×10^-6 Ｃ₁₄ 6.2825×10^-6 Ｃ₁₆ -2.6279×10^-6 自由曲面 Ｃ₅ -1.1917×10^-2 Ｃ₇ -1.3399×10^-2 Ｃ₈ 5.5902×10^-5 Ｃ₁₀ 9.9924×10^-5 Ｃ₁₂ 4.5147×10^-6 Ｃ₁₄ -1.0236×10^-6 Ｃ₁₆ -3.5173×10^-6 自由曲面 Ｃ₅ -1.8257×10^-2 Ｃ₇ -1.2487×10^-2 Ｃ₈ -1.1011×10^-3 Ｃ₁₀ 1.0622×10^-3 Ｃ₁₂ 4.7881×10^-5 Ｃ₁₄ -2.5937×10^-5 Ｃ₁₆ 3.8442×10^-5 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 5.38 Ｚ 17.49 α 16.71 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.49 Ｚ 24.61 α -14.73 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 12.80 Ｚ 20.50 α 83.99 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 16.24 Ｚ 22.52 α 58.67 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 1.85 Ｚ 26.61 α -52.17 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ -6.64 Ｚ 28.56 α -25.44 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ -4.61 Ｚ 25.74 α 26.64 β 0.00 γ 0.00 。

【００７５】 実施例３ 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（射出瞳） 2 自由曲面 偏心(1) 1.5254 56.2 3 自由曲面 偏心(2) 1.5254 56.2 4 自由曲面 偏心(1) 像 面 ∞ 偏心(3) 6 自由曲面 偏心(1) 1.5254 56.2 7 自由曲面 偏心(2) 8 アナモルフィック面 偏心(4) 光 源 ∞ 偏心(5) アナモルフィック面 Ｒｘ = -7.75 Ｒｙ =-10.28 Ｋｘ = 0.0000 Ｋｙ = 0.0000 Ｒ１ =-2.9628 ×10^-4 Ｒ２ =-1.7254 ×10^-8 Ｐ１ = 2.5451 ×10^-1 Ｐ２ =-9.5015 ×10^-1 自由曲面 Ｃ₅ 3.4330×10^-2 Ｃ₇ 2.9001×10^-2 Ｃ₈ -1.9945×10^-4 Ｃ₁₀ -3.0127×10^-4 Ｃ₁₂ -2.3176×10^-5 Ｃ₁₄ 2.8944×10^-5 Ｃ₁₆ 4.4995×10^-6 Ｃ₁₇ 1.3547×10^-6 Ｃ₁₉ -3.1884×10^-7 Ｃ₂₁ 1.0836×10^-6 自由曲面 Ｃ₅ -9.2001×10^-2 Ｃ₇ 1.4217×10^-2 Ｃ₈ -2.3556×10^-3 Ｃ₁₀ 1.6596×10^-3 Ｃ₁₂ -2.1214×10^-5 Ｃ₁₄ -1.3810×10^-6 Ｃ₁₆ 1.8014×10^-5 Ｃ₁₇ -1.3047×10^-7 Ｃ₁₉ -2.2559×10^-6 Ｃ₂₁ -8.9263×10^-8 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ -2.17 Ｚ 25.70 α -3.60 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 22.43 Ｚ 48.54 α 29.81 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 14.96 Ｚ 27.76 α -46.70 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ -1.29 Ｚ 49.06 α -13.76 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ -2.50 Ｚ 44.21 α -35.00 β 0.00 γ 0.00 。

【００７６】 実施例４ 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -500.00 1 ∞（射出瞳） 2 自由曲面 偏心(1) 1.5254 56.2 3 自由曲面 偏心(2) 1.5254 56.2 4 自由曲面 偏心(1) 1.5254 56.2 5 自由曲面 偏心(3) 1.5254 56.2 6 自由曲面 偏心(4) 像 面 ∞ 偏心(5) 8 自由曲面 偏心(4) 1.5254 56.2 9 自由曲面 偏心(3) 1.5254 56.2 10 自由曲面 偏心(1) 1.5254 56.2 11 自由曲面 偏心(2) 12 自由曲面 偏心(6) 光 源 ∞ 偏心(7) 自由曲面 Ｃ₅ -5.8240×10^-4 Ｃ₇ -9.1541×10^-3 Ｃ₈ -6.5889×10^-5 Ｃ₁₀ -1.6698×10^-4 Ｃ₁₂ -4.2380×10^-7 Ｃ₁₄ -3.7726×10^-6 Ｃ₁₆ 2.7951×10^-6 Ｃ₁₇ 2.9801×10^-10 Ｃ₁₉ -7.7228×10^-8 Ｃ₂₁ 1.2588×10^-7 自由曲面 Ｃ₅ -4.3831×10^-3 Ｃ₇ -8.7087×10^-3 Ｃ₈ -5.4360×10^-5 Ｃ₁₀ -2.5394×10^-5 Ｃ₁₂ 1.1420×10^-6 Ｃ₁₄ -1.1045×10^-6 Ｃ₁₆ 7.5556×10^-8 Ｃ₁₇ -3.0899×10^-8 Ｃ₁₉ -2.6370×10^-8 Ｃ₂₁ -1.2114×10^-8 自由曲面 Ｃ₅ -5.9115×10^-4 Ｃ₇ -3.8122×10^-3 Ｃ₈ -8.9978×10^-5 Ｃ₁₀ -9.9086×10^-5 Ｃ₁₂ -7.3098×10^-7 Ｃ₁₄ -1.4829×10^-6 Ｃ₁₆ 1.1213×10^-6 Ｃ₁₇ 3.6498×10^-8 Ｃ₁₉ -3.8757×10^-8 Ｃ₂₁ 3.2832×10^-7 自由曲面 Ｃ₅ 6.9509×10^-3 Ｃ₇ 1.4423×10^-2 Ｃ₈ -2.8052×10^-4 Ｃ₁₀ -4.4112×10^-4 Ｃ₁₂ 3.4813×10^-5 Ｃ₁₄ -8.1159×10^-5 Ｃ₁₆ -2.4314×10^-5 Ｃ₁₇ -9.6514×10^-7 Ｃ₁₉ -4.7714×10^-6 Ｃ₂₁ 5.7643×10^-6 自由曲面 Ｃ₅ -4.7686×10^-2 Ｃ₇ -5.0227×10^-2 Ｃ₈ -1.1648×10^-3 Ｃ₁₀ -1.5945×10^-3 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 9.99 Ｚ 38.60 α -0.32 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 47.87 α -26.60 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 30.02 Ｚ 51.90 α 5.63 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 38.22 Ｚ 42.79 α -43.70 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 39.81 Ｚ 40.85 α -38.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ -7.48 Ｚ 50.13 α -75.59 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ -1.80 Ｚ 49.23 α -62.06 β 0.00 γ 0.00 。

【００７７】 実施例５ 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（射出瞳） 20.00 2 ∞ 11.50 1.4922 57.5 3 ∞ -12.00 偏心(1) 1.4922 57.5 4 ∞ -1.00 5 ∞ -2.00 1.4922 57.5 6 ∞ -1.00 7 ∞ -4.00 1.4922 57.5 8 100.00 4.00 1.4922 57.5 9 ∞ 1.00 10 ∞ 2.00 1.4922 57.5 11 ∞ 1.00 12 ∞ 24.00 1.4922 57.5 13 ∞ 10.27 像 面 ∞ -10.27 15 ∞ -12.00 1.4922 57.5 16 ∞ 15.00 偏心(2) 1.4922 57.5 17 -36.23 9.00 18 -46.69 -12.50 偏心(3) （非球面） 光 源 ∞ 非球面係数 面番号：１８ Ｋ = 0.0000 Ａ₄ =-3.3586 ×10^-6 Ａ₆ =-6.0354 ×10^-10 Ａ₈ = 2.1163 ×10^-10 Ａ₁₀ = 3.7515 ×10^-12 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 45.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α -45.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 0.52 Ｚ 0.00 α 25.63 β 0.00 γ 0.00 。

【００７８】以上の実施例では、前記定義式（ａ）の自
由曲面で構成したが、あらゆる定義の曲面が使えること
は言うまでもない。しかし、どのような定義式を用いよ
うとも、収差の良く補正された観察光学系を得られるこ
とは言うまでもない。

【００７９】上記のような本発明の画像表示装置の観察
光学系と画像表示素子からなる組を左右一対用意し、そ
れらを眼輻距離だけ離して支持することにより、両眼で
観察できる据え付け型又は頭部装着式画像表示装置のよ
うなポータブル型の画像表示装置として構成することが
できる。このようなポータブル型の画像表示装置の１例
の全体の構成を図１５に示す。表示装置本体１００に
は、上記のような接眼光学系が左右１対備えられ、それ
らに対応して像面に液晶表示素子からなる画像表示素子
が配置されている。本体１００に左右に連続して図示の
ような側頭フレーム１０１が設けられ、両側の側頭フレ
ーム１０１は頭頂フレーム１０２でつながれており、ま
た、両側の側頭フレーム１０１の中間には板バネ１０３
を介してリアフレーム１０４が設けてあり、リアフレー
ム１０４を眼鏡のツルのように観察者の両耳の後部に当
て、また、頭頂フレーム１０２を観察者の頭頂に載せる
ことにより、表示装置本体１００を観察者の眼前に保持
できるようになっている。なお、頭頂フレーム１０２の
内側には海綿体のような弾性体からなる頭頂パッド１０
５が取り付けてあり、同様にリアフレーム１０４の内側
にも同様なパッドが取り付けられており、この表示装置
を頭部に装着したときに違和感を感じないようにしてあ
る。

【００８０】また、リアフレーム１０４にはスピーカ１
０６が付設されており、画像観察と共に立体音響を聞く
ことができるようになっている。このようにスピーカ１
０６を有する表示装置本体１００には、映像音声伝達コ
ード１０７を介してボータブルビデオカセット等の再生
装置１０８が接続されているので、観察者はこの再生装
置１０８を図示のようにベルト箇所等の任意の位置に保
持して、映像、音響を楽しむことができるようになって
いる。図示の１０９は再生装置１０８のスイッチ、ボリ
ューム等の調節部である。なお、頭頂フレーム１０２の
内部に、映像処理・音声処理回路等の電子部品を内蔵さ
せてある。

【００８１】なお、コード１０７は先端をジャックにし
て、既存のビデオデッキ等に取り付け可能としてもよ
い。さらに、ＴＶ電波受信用チューナーに接続してＴＶ
観賞用としてもよいし、コンピュータに接続してコンピ
ュータグラフィックスの映像や、コンピュータからのメ
ッセージ映像等を受信するようにしてもよい。また、邪
魔なコードを排斥するために、アンテナを接続して外部
からの信号を電波によって受信するようにしてもよい。

【００８２】以上、本発明の画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。

【００８３】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。

【００８４】〔１〕 照明光を放射する光源と、前記照
明光の反射によって画像を表示する画像表示素子と、観
察者眼球に前記画像を導く観察光学系とからなる画像表
示装置において、前記光源は、前記観察光学系のパワー
を有する反射面の外側に近接して配備され、前記反射面
は、特定偏光方向の光は透過させ、それと略直交する偏
光方向の光は反射する偏光ハーフミラー面からなること
を特徴とする画像表示装置。

【００８５】〔２〕 前記光源を射出した光束が前記反
射面を透過して前記画像表示素子に入射する照明光路
と、前記画像表示素子で反射した光束が前記反射面を介
して観察者眼球に導かれる観察光路とが、前記反射面と
前記画像表示素子との間で往復光路を形成するように前
記観察光学系が形成されていることを特徴とする上記１
記載の画像表示装置。

【００８６】〔３〕 前記観察光学系は、少なくとも２
面で構成された空間を屈折率が１より大きい媒質によっ
て満たされたプリズム体で構成されていることを特徴と
する上記１又は２記載の画像表示装置。

【００８７】〔４〕 前記観察光学系の少なくとも１面
は、光軸に対して偏心した非球面であることを特徴とす
る上記３記載の画像表示装置。

【００８８】〔５〕 前記観察光学系の少なくとも１面
は、光軸に対して偏心した回転非対称非球面であること
を特徴とする上記２記載の画像表示装置。

【００８９】〔６〕 前記観察光学系は、前記画像表示
素子に対して略４５°傾いた無偏光ハーフミラー面と、
前記画像表示素子に対向した凹面鏡からなることを特徴
とする上記１又は２記載の画像表示装置。

【００９０】〔７〕 前記観察光学系は、前記無偏光ハ
ーフミラー面を屈折率が１より大きい媒質で挟んだ略直
角なプリズム形状をなし、前記画像表示素子と対向する
位置に凹面鏡面を有することを特徴とする上記１、２又
は６記載の画像表示装置。

【００９１】〔８〕 前記光源と前記反射面の間に偏光
板を配置した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。

【００９２】

〔９〕 前記観察者眼球と前記観察光学系
の間に偏光板を配置した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。

【００９３】〔１０〕 前記観察光学系は、光軸に対し
て偏心した少なくとも２面で構成された空間を屈折率が
１より大きい媒質によって満たされた偏心プリズムから
なり、観察者側に配置した透過面である第１面、前記第
１面に対向し偏光ハーフミラー面であり凹面鏡面である
第２面とするとき、前記光源は前記第２面の外側に配備
されることを特徴とする上記１又は２記載の画像表示装
置。

【００９４】〔１１〕 前記観察光学系は、光軸に対し
て偏心した少なくとも３面で構成された空間を屈折率が
１より大きい媒質によって満たされた偏心プリズムから
なり、観察者側に配置した透過及び反射作用を有する第
１面、前記第１面に対向し、偏光ハーフミラー面であり
凹面鏡面である第２面、前記画像表示素子に近接して対
向した透過面である第３面とするとき、前記光源は前記
第２面の外側に配備されることを特徴とする上記１又は
２記載の画像表示装置。

【００９５】〔１２〕 前記観察光学系は、光軸に対し
て偏心した少なくとも４面で構成された空間を屈折率が
１より大きい媒質によって満たされた偏心プリズムから
なり、観察者側に配置した透過及び反射作用を有する第
１面、前記第１面に対向し、偏光ハーフミラー面であり
凹面鏡面である第２面、前記第２面に隣接した反射面で
ある第３面、前記画像表示素子に近接して対向した透過
面である第４面とするとき、前記光源は前記第２面の外
側に配備されることを特徴とする上記１又は２記載の画
像表示装置。

【００９６】〔１３〕 前記観察光学系は、光軸に対し
て偏心した少なくとも４面で構成された空間を屈折率が
１より大きい媒質によって満たされた偏心プリズムから
なり、観察者側に配置した透過及び反射作用を有する第
１面、前記第１面に対向し、凹面鏡面である第２面、前
記第２面に隣接した反射面及び透過面である第３面、前
記第３面に対向し前記第１面に隣接したパワーを有する
偏光ハーフミラー面である第４面とするとき、前記光源
は前記第４面の外側に配備されることを特徴とする上記
１又は２記載の画像表示装置。

【００９７】〔１４〕 前記画像表示素子からの光が前
記観察光学系に入射する入射面及び観察者眼球に射出す
る射出面の中、少なくとも１面はパワーを有する面で構
成されたことを特徴とする上記１０から１３の何れか１
項記載の画像表示装置。

【００９８】〔１５〕 前記光源から射出した照明光を
一方向に射出する照明手段が配備されたことを特徴とす
る上記１から１４の何れか１項記載の画像表示装置。

【００９９】〔１６〕 前記照明手段は、前記光源の背
後に配置された反射板であることを特徴とする上記１５
記載の画像表示装置。

【０１００】〔１７〕 前記照明手段は、前記光源の直
後に配置された屈折光学系であることを特徴とする上記
１５又は１６記載の画像表示装置。

【０１０１】〔１８〕 照明光を放射する光源と、前記
照明光の反射によって画像を表示する画像表示素子と、
観察者眼球に前記画像を導く観察光学系とからなる画像
表示装置において、前記観察光学系は、前記画像表示素
子に対して略４５°傾いた偏光ハーフミラー面を有し、
前記偏光ハーフミラー面を挟んで前記画像表示素子に対
向して配備された凹面鏡によって前記画像表示素子の画
像を拡大された虚像として観察者眼球に拡大投影する構
成であり、前記光源は、前記観察光学系を挟んで前記観
察者眼球に対向した位置に配備され、前記光源と前記観
察光学系の間には偏光状態を特定方向にのみ偏光した光
にする偏光板が配備され、前記凹面鏡と前記偏光ハーフ
ミラー面の間に１／４波長板が配備されていることを特
徴とする画像表示装置。

【０１０２】〔１９〕 前記偏光ハーフミラー面は、屈
折率が１より大きい媒質でできた三角プリズムで前記偏
光ハーフミラー面を挟んだ直角プリズム形状をなす光学
素子に含まれるていることを特徴とする上記１８記載の
画像表示装置。

【０１０３】〔２０〕 前記観察者眼球と前記観察光学
系の間に偏光板を配置したことを特徴とする上記１８又
は１９記載の画像表示装置。

【０１０４】〔２１〕 前記光源には前記光源から射出
した照明光を略一方向に射出する照明手段が配備された
ことを特徴とする上記１９記載の画像表示装置。

【０１０５】〔２２〕 前記照明手段は前記光源の背後
に配置された反射板であることを特徴とする上記２１記
載の画像表示装置。

【０１０６】〔２３〕 前記照明手段は前記光源の直後
に配置された屈折光学系であることを特徴とする上記２
１又は２２記載の画像表示装置。

【０１０７】

【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、比較的簡単な装置構成であっても反射型の画
像表示素子の明るい画像を観察者に呈示し、観察者が明
瞭で綺麗な画像を観察することが可能な画像表示装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の形態の画像表示装置の概念を示
す断面図である。

【図２】本発明の第２の形態の画像表示装置の概念を示
す断面図である。

【図３】本発明の第３の形態の画像表示装置の概念を示
す断面図である。

【図４】本発明の第４の形態の画像表示装置の概念を示
す断面図である。

【図５】本発明の第５の形態の画像表示装置の概念を示
す断面図である。

【図６】本発明の第６の形態の画像表示装置の概念を示
す断面図である。

【図７】本発明の第７の形態の画像表示装置の概念を示
す断面図である。

【図８】本発明の第８の形態の画像表示装置の概念を示
す断面図である。

【図９】本発明の第９の形態の画像表示装置の概念を示
す断面図である。

【図１０】本発明の実施例１の画像表示装置の断面図で
ある。

【図１１】本発明の実施例２の画像表示装置の断面図で
ある。

【図１２】本発明の実施例３の画像表示装置の断面図で
ある。

【図１３】本発明の実施例４の画像表示装置の断面図で
ある。

【図１４】本発明の実施例５の画像表示装置の断面図で
ある。

【図１５】本発明による観察光学系を組み込んだポータ
ブル型の画像表示装置の１例の全体の構成を示す図であ
る。

【図１６】従来の反射型ＬＣＤを用いる画像表示装置の
光学系を示す図である。

【図１７】公知のＤＭＤの構成を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１…光源 ２…光軸（軸上主光線） ３…観察光学系 ４…観察者眼球 ５…照明光学系（反射板） ５₁ …凹面鏡 ５₂ …両凸正レンズ ６…λ／４板 ７…偏光板 ８…偏光ハーフミラーコーティングした裏面鏡 ９…無偏光ハーフミラー １０…画像表示素子 １１…観察光学系の第１面 １２…観察光学系の第２面 １６…偏光ハーフミラー １７…ミラーコーティングした裏面鏡 １９…射出瞳 ２１…観察光学系の第１面 ２２…観察光学系の第２面 ２３…観察光学系の第３面 ３１…観察光学系の第１面 ３２…観察光学系の第２面 ４１…観察光学系の第１面 ４２…観察光学系の第２面 ４３…観察光学系の第３面 ４４…観察光学系の第４面 ５１…観察光学系の第１面 ５２…観察光学系の第２面 ６１…観察光学系の第１面 ６２…観察光学系の第２面 ６３…観察光学系の第３面 ６４…観察光学系の第４面 ７１…観察光学系の第１面 ７２…観察光学系の第２面 ７３…観察光学系の第３面 ７４…観察光学系の第４面 ８１…観察光学系の第１面 ８２…観察光学系の第２面 ９０…偏光光学素子 ９１…観察光学系の第１面 ９２…観察光学系の第２面 ９３…観察光学系の第３面 ９４…観察光学系の第４面 ９５…観察光学系の第５面 ９６…観察光学系の第６面 ９７…観察光学系の第７面 １００…表示装置本体 １０１…側頭フレーム １０２…頭頂フレーム １０３…板バネ １０４…リアフレーム １０５…頭頂パッド １０６…スピーカ １０７…映像音声伝達コード １０８…再生装置 １０９…スイッチ、ボリューム等の調節部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明光を放射する光源と、前記照明光の
   反射によって画像を表示する画像表示素子と、観察者眼
   球に前記画像を導く観察光学系とからなる画像表示装置
   において、 前記光源は、前記観察光学系のパワーを有する反射面の
   外側に近接して配備され、 前記反射面は、特定偏光方向の光は透過させ、それと略
   直交する偏光方向の光は反射する偏光ハーフミラー面か
   らなることを特徴とする画像表示装置。
2. 【請求項２】 前記光源を射出した光束が前記反射面を
   透過して前記画像表示素子に入射する照明光路と、前記
   画像表示素子で反射した光束が前記反射面を介して観察
   者眼球に導かれる観察光路とが、前記反射面と前記画像
   表示素子との間で往復光路を形成するように前記観察光
   学系が形成されていることを特徴とする請求項１記載の
   画像表示装置。
3. 【請求項３】 照明光を放射する光源と、前記照明光の
   反射によって画像を表示する画像表示素子と、観察者眼
   球に前記画像を導く観察光学系とからなる画像表示装置
   において、 前記観察光学系は、前記画像表示素子に対して略４５°
   傾いた偏光ハーフミラー面を有し、前記偏光ハーフミラ
   ー面を挟んで前記画像表示素子に対向して配備された凹
   面鏡によって前記画像表示素子の画像を拡大された虚像
   として観察者眼球に拡大投影する構成であり、 前記光源は、前記観察光学系を挟んで前記観察者眼球に
   対向した位置に配備され、 前記光源と前記観察光学系の間には偏光状態を特定方向
   にのみ偏光した光にする偏光板が配備され、 前記凹面鏡と前記偏光ハーフミラー面の間に１／４波長
   板が配備されていることを特徴とする画像表示装置。