JP2000019450A - ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型軽量、薄型で、かつ装着安定性とデザイ
ンポテンシャルを高めるとともに、高品質で安定した視
野特性を持つディスプレイ装置を提供することを目的と
する 【解決手段】 複合プリズム２４ａ、ｂを用いて表示モ
ジュール２２ａ、ｂからの画像情報を含んだ光線を効果
的に折り曲げる光学系をもち、表示モジュール２２ａ、
ｂと拡大光学系を並列して配置してなる。余分な突出部
分をなくすることができ、光学系全体を薄型化できる。
さらに２つの表示モジュール２２ａ、ｂと２つ複合プリ
ズム２４ａ、ｂを用いて視野を分割させる構造をとるこ
とにより更なる薄型化、軽量化が実現されてなるもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は動画、または静止画
をモニタリングする虚像による拡大画像表示機能を有す
るディスプレイ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】さまざまな情報機器、特に液晶、または
光電的な画像表示手段などによりビジュアルな情報を取
り扱うことができる機器が目覚しい進展を見せている。
また使用する場所や時間を選ばない、いわゆるモバイル
機器といわれるパーソナルユースの情報処理マシンの進
展も著しい。このモバイル機器に求められている性能は
携帯性能のよいコンパクトな外装や情報処理スピードの
速さ、処理機能の多さなどのほか、小型の機器の限られ
たスペースでより多くの情報を正確にわかり易く表示す
る手段が求められている。機器の表面いっぱいの液晶表
示手段などが現在主流になっているが、機器の小型化に
追従する可能性は持ち合わせていない。

【０００３】その一つの有効な表示方法としてヘッドマ
ウントディスプレイやファインダーディスプレイなどが
近年注目されてきており、多くの研究や機器の開発が進
んでいる。

【０００４】それは略小型の液晶、またはプラズマなど
の光電的手段による表示装置上の動画、または静止画な
どの画像を虚像として拡大し、実際の表示画面より見か
け上大画面として視覚に投影する方法、装置である。小
型の表示装置を虚像として拡大することで機器の小型
化、装置の消費電力、及び価格を抑制できるメリットが
あり、また機器の小型化に関わらず見かけの表示画面を
大きく提示できる。今日では小型表示装置の分解能、コ
ントラスト、輝度、拡大光学系の性能向上、画像処理技
術などの進展などがあいまって、性能のよい拡大ディス
プレイ装置がさまざまな装置やシーンで利用されるよう
になってきた。

【０００５】図６から図１０において従来のヘッドマウ
ントに使われている光学系を示した。

【０００６】まず、図６は従来のディスプレイ装置の光
学系の構成図である。図６において従来の屈折レンズタ
イプによる接眼光学系のディスプレイ装置を示した。多
くのビデオカムコーダのモニタリングファインダ光学系
と同様なタイプで、一枚、または複数のレンズを組み合
わせて、正の屈折力により虚像を視覚に投影する。構造
がシンプルであり、また比較的画角の小さな光学系とし
て軽量であるため一般に多く使われているが、やや光学
系の光軸方向に構造が大きくなる。同図において画像小
型の液晶などからなる表示モジュール１に描き出された
表示画像（不図示）を諸収差を補正する複数枚からなる
正の屈折力をもつレンズ群２全体で拡大された虚像をレ
ンズ群の光軸３方向にある眼部４の視覚に投影するもの
である。

【０００７】次に、図７は従来の凹面鏡反射型ディスプ
レイ装置の構成図である。図７において表示モジュール
１に描き出された表示画像（不図示）は、まずハーフミ
ラー部５によって反射され光学軸６上に配置されてなる
凹面鏡７によって収斂されつつ、再び今度はハーフミラ
ー部５を透過し、拡大された表示画像の虚像（不図示）
を眼部４の視覚に投影する。凹面鏡７を用いることによ
って光学系の構成を折りたたむことができ、全体の構成
をコンパクトに実現することができるとともに、光学系
の原理上コマ収差と倍率の色収差を押さえることができ
るメリットもある。そのため一般に観察画角を４０度程
度と大きくとることができ、比較的ワイドな画面を観察
することができる。

【０００８】次に、図８はハーフミラーを用いた図７の
ディスプレイ装置の構成図である。図８において先の図
６におけるハーフミラーを凹面鏡に向かい合わせた構造
をとるもので、光路が光軸内を往復しているのが特徴
で、光学系をさらにコンパクトに構成することができ
る。同図において表示モジュール１に描き出された表示
画像（不図示）は入射面に半透明な偏光膜を施した旋光
性をもつ硝材からなる凹面鏡８を透過したのち、この凹
面鏡８に向かい合わされた入射偏光の偏光軸に直角の偏
光軸をもつ偏光膜からなるハーフミラー９で反射されて
再び凹面鏡８により反射され収斂されつつ、拡大された
表示画像の虚像を眼部４の視覚に投影することができ
る。またこのように偏光素子を配置することによって表
示モジュール１からの直接的な表示画像（光線）を除去
することができる。この方法では４０度以上の広い画角
が得られ、また収差の発生も比較的小さく押さえること
ができる。

【０００９】さらに図９は偏心凹面鏡形ディスプレイ装
置の構成図である。図９において、眼前に配置する視線
と偏心した光軸をもつ凹面鏡１０により、表示モジュー
ル１の表示画像（不図示）の虚像を眼部４の視覚に投影
することができる。また広い画角の光線を眼球に送り出
せ、先の従来例と異なりハーフミラーを使用せずに光路
を取り出せるために表示モジュール１からの光量をほぼ
１００％利用することが可能となる。構成的に単純で表
示モジュール１を視線の軸の側部に配置できるために全
体としてコンパクトなディスプレイ装置を実現すること
ができる。

【００１０】またこの思想に基づいた光学系で偏心凹面
鏡をもつプリズムによるものが発表されている。図１０
はプリズムを用いた図９のディスプレイ装置の構成図で
ある。これは図１０に示すように表示モジュール１が眼
部の斜め上部に配置されてなり、光路としてはこの表示
モジュール１の表示画像（不図示）の光はプリズム１１
内に入射し、さらに全反射条件を満たす第１の内反射面
１２で反射し、ここからの反射を第２の内反射面１３で
収斂させつつ前記第１の内反射面１２と同一の曲面でな
る射出面１２より透過し眼部４の視覚に表示画像の拡大
虚像を投影する。先に述べたように光路の途中にハーフ
ミラーや遮蔽するものが無いため高い効率、すなわち明
るい像で表示画像を観察することができる。また反射に
よる虚像を作り出しているために色収差は原理的に発生
しないが、反射面、特に内反射面２は大きく偏心してお
り、このために偏心収差が発生する。これを改善するた
めに非回転対象な３次元非球面（以下、自由曲面）が採
用されている。

【００１１】ここでもう少し自由曲面について説明を加
えると、同図紙面を母線断面、紙面と直角な面を子線断
面とすると、回転対称な球面・非球面は母線断面と子線
断面で曲率半径が等しく、両断面の焦点距離は同一にな
る。しかしながら非回転対称な自由曲面では、母線断面
と子線断面の曲率半径が異なり、当然両断面の焦点距離
も異なってくる。このような性質を有する自由曲面を複
数のプリズム面に採用することにより、偏心収差を良好
に補正することが可能となる。また表示モジュール１と
その虚像のアスペクト比を合わせるために各プリズム面
の母線断面焦点距離と子線断面焦点距離を適切に設定
し、自由曲面プリズムの全系母線断面焦点距離と全系子
線断面焦点距離が同一になるように設定されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上説
明した虚像投影型のディスプレイ装置において解決すべ
き課題について説明する。

【００１３】まず直軸の屈折レンズタイプでは、光軸方
向への距離はそのままディスプレイ装置の大きさを規定
してしまうためコンパクトに構成することが難しくなっ
てしまう。それに逆らい小さく構成しようとすれば視野
角、瞳の大きさなど性能の低下を伴ってしまう。また屈
折系のみで虚像を投影しているために比較的視野角が小
さく、瞳の大きさにも小さくなってしまう。それはコマ
収差や倍率の色収差が発生してしまうためで、略２０度
以上の画角を取るのはこれらの収差の発生のため周辺の
画像品質を低下させてしまうからである。

【００１４】次に側部に表示モジュールを配置してなる
凹面鏡タイプにおいて、同タイプは先の屈折レンズタイ
プに比べ光路が折り畳まれている分全体の構成を小さく
することができ、ヘッドマウントディスプレイ装置の小
型軽量化、良好な装着バランスを実現できるが、光路が
往復するために光線を往復光路から取り出すハーフミラ
ーが必要になり、このハーフミラーを２回光線が通過す
るために光量が１／４以下となってしまう。またさらな
る広画角化には凹面反射鏡で発生する像面湾曲の補正が
問題となり、観察画角を略４０度以上とることは難し
い。さらに、傾斜して配置されたハーフミラーがあるた
めに画角を広げると急激に全体構成が大型化してしまう
欠点を有する。

【００１５】また同じ凹面鏡を有する、ハーフミラーと
向かい合わせのタイプにおいては、画角を広くできるポ
テンシャルを有するものの、画像表示モジュールからの
目に直接入る光線をカットするために偏光素子によるア
イソレータ系を組む必要があり光学系が複雑になり、調
整工数やコストに影響を及ぼす。さらに使用波長全域に
わたって偏光特性と効率がよい偏光子を得ることは困難
であり、画像品質の低下と輝度不足となる問題がある。

【００１６】最後に偏心凹面鏡タイプについてはプリズ
ムによるタイプも含め、コンパクトでほぼ１００％の光
量を得られる効率のよい光学系を実現することができる
が、偏心した光学系を組むため、軸上の非点収差、コマ
収差、像面の傾きを補正する必要がある。またこれらの
補正のため非球面光学系を利用するとなると設計、及び
鏡面加工の困難さが伴う問題点を有する。

【００１７】本発明は上記の課題を解決するもので、デ
ィスプレイ装置の全体の構成をより小型軽量、特に薄型
に実現させ装着安定性とデザインポテンシャルを高める
とともに、高品質で安定した視野特性を持つディスプレ
イ装置を提供することを目的とするものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を構成
するために、液晶または光電的に画像を表示する画像表
示手段と、前記画像表示手段による画像を光学的に拡大
して試認するための画像拡大手段と、前記画像表示手段
から前記画像拡大手段へと光路を折り曲げる機能を有す
る光学プリズム手段材とからなるディスプレイ装置にお
いて、前記光学プリズム手段は前記画像表示装置の表示
画面と略平面からなる入射面で非接触に対向し、さらに
前記画像表示装置から前記光学プリズム手段内に入射し
た光路を、前記光学プリズム手段内部の平面または曲面
からなる第一の内反射面で折り曲げたのち、略平面から
なる第二の内反射面で折り曲げ、さらに平面または曲面
からなる第三の内反射面で折り曲げたのち、前記入射面
と同一平面内からなる射出面を通過することにより前記
光学プリズム手段から射出されて、さらに前記画像拡大
手段によって拡大されて投影されてなるものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、液晶または光電的に画像を表示する画像表示手段
と、前記画像表示手段による画像を光学的に拡大して試
認するための画像拡大手段と、前記画像表示手段から前
記画像拡大手段へと光路を折り曲げる機能を有する光学
プリズム手段材とからなるディスプレイ装置において、
前記光学プリズム手段は前記画像表示装置の表示画面と
略平面からなる入射面で非接触に対向し、さらに前記画
像表示装置から前記光学プリズム手段内に入射した光路
を、前記光学プリズム手段内部の平面または曲面からな
る第一の内反射面で折り曲げたのち、略平面からなる第
二の内反射面で折り曲げ、さらに平面または曲面からな
る第三の内反射面で折り曲げたのち、前記入射面と同一
平面内からなる射出面を通過することにより前記光学プ
リズム手段から射出されて、さらに前記画像拡大手段に
よって拡大されて投影されてなることを特徴とするディ
スプレイ装置としたものであり、このような構成をとる
ことによって、画像表示モジュールから光線を効果的に
折り曲げることができ、ディスプレイ装置の光学系を小
型軽量に、特に人間の視線方向の高さを小さくすること
ができるものである。

【００２０】本発明の請求項２に記載の発明は、前記画
像拡大手段が前記光学プリズム手段の射出面に非接触に
設置された正の屈折力をもつ誘電体部材よりなるもので
あり、正の屈折力を持たせることにより、表示モジュー
ルの拡大した虚像を視覚に投影することができる。また
前記光学プリズム手段と独立に焦点距離等の調整がで
き、さらに非接触であるため前記第２の反射面での全反
射条件に何等の影響をも与えずに安定した視野特性を得
られるものである。

【００２１】本発明の請求項３に記載の発明は、前記画
像拡大手段は、凸レンズ、または非球面光学系、または
フレネルレンズ、またはホログラムレンズよりなるもの
であり、これらの画像拡大手段は正の屈折力を持たせる
ことが可能で、請求項２に記載の発明を具現化させるこ
とができ、安定した視野特性が得られるものである。

【００２２】本発明の請求項４に記載の発明は、前記光
学プリズム手段における、前記第一の内反射面には前記
光学プリズム手段の外部からの光の一部が入射可能な誘
電体多層膜、または金属膜からなる半透膜が構成されて
いるもので、前記光学プリズム手段の外部からの光の一
部をプリズム内部に取り入れることができ、観察する視
野内に周囲環境の視覚的情報を取り入れることができる
ものである。

【００２３】本発明の請求項５記載の発明は、前記第一
の内反射面の前記半透膜を挟んだ外部に前記画像拡大手
段の正の屈折力を相殺するための凹レンズ、またはフレ
ネルレンズによる負の屈折力を備えてなる屈折力補正プ
リズムが設けられているとともに、前記半透膜を透過す
る光を任意に遮蔽するための液晶、またはメカニカルな
光遮蔽手段が設けられているもので、このようにするこ
とにより前記画像拡大手段の正の屈折力で歪んだ周囲環
境の視覚的情報を補正し、また遮蔽手段を設けることに
より周囲環境の視覚情報が不要な場合に、これを遮断す
ることができるものである。

【００２４】本発明の請求項６に記載の発明は、前記光
学プリズム手段における、前記第二の内反射面は、前記
入射面、及び射出面と同一面からなる、略平面としたも
のであり、このようにすることにより折り曲げ光学系を
有効に構成でき、全体をコンパクトに構成することがで
きるものである。

【００２５】本発明の請求項７に記載の発明は、前記画
像拡大手段の光軸、または視線中央をはさみ、前記光学
プリズム手段が並列して２つ射出面が略接触して配置さ
れてなり、１つの画像拡大手段によりそれぞれ２つの視
野が合成されて１つの視野に対応するように構成されて
いるもので、このようにすることにより前記光学プリズ
ム手段を前記画像拡大手段の光軸方向に小さく、且つ薄
く構成することができるもので、装着バランスを整え安
定して疲労が少ない装着感が実現できるものである。

【００２６】本発明の請求項８に記載の発明は、前記並
列して２つ配置されてなる前記光学プリズム手段は、光
学ガラス、または透明な樹脂で一体に形成されているも
のであり、このように構成されていることにより、２つ
の前記光学プリズム手段の調整作業が不要となり、さら
に使用中にも互いにずれることなく安定した視野を確保
できるものである。

【００２７】本発明の請求項９に記載の発明は、前記画
像表示手段は、前記画像拡大手段の光軸の周縁部に近接
させて配置されるとともに、前記光学プリズム手段に対
応するようにそれぞれに１つずつ設けてなるものであ
り、このように前記画像表示手段を周縁部に配置するこ
とにより全体の構成をコンパクトに実現できる。また前
記画像表示手段を前記光学プリズム手段に対応するよう
にそれぞれに１つずつ設けて配置するほどによりワイド
な視野を安定して得られることができるものである。

【００２８】以下、本発明の実施の形態について図面を
参照しながら説明する。 （実施の形態１）図１は本発明の実施の形態１における
ディスプレイ装置の構成図である。図１において、本発
明のディスプレイ装置は外観的には視度の矯正を行なう
ところの眼鏡の形状と類似な形状をもち、２つのヘッド
部分２１ａ，ｂを両眼に近接、または接触させて出力さ
れる拡大画像表示を読み取る構造になっている。このヘ
ッド部２１には後述するところの、表示画像を形成させ
る機能を持つ液晶、または光電的な手段からなる表示モ
ジュール２２ａ，ｂ、この表示モジュールの画像を光学
的に拡大させる画像拡大レンズ２３ａ，ｂと、ヘッド部
をコンパクトに形成するため光路を折り曲げる作用を持
つ複合プリズム２４ａ，ｂと、表示モジュールを駆動さ
せるための小型回路部２５などが組み込まれている。

【００２９】またヘッド部分を頭部に安定して固定する
ための耳掛けとこの耳掛けに沿って設けられている信号
ケーブル引き出し部を設けている。信号ケーブル引き出
し部２６は装着時の信号線が顔面上で煩わしくならない
ように耳掛けの後方部分まで誘導して設置されている。
また２つのヘッドの間隔、すなわち接眼窓の間隔は装着
する人の輻輳に合わせて中央部分で調整できるよう調整
機構２７が設けられている。

【００３０】次に図２から図２を用いて主要な光学系周
辺部分についてその構造と作用について説明を行なう。

【００３１】図２は図１のディスプレイ装置の光学系の
構成図である。図２において外部に設置してなるバック
ライト電源２８から電力の供給を受けバックライト装置
２９から必要な光線が発せられる。また外部の画像処理
モジュール３０からの画像情報信号を画像として再生す
る作用を持つ小型表示モジュール３１で画像が形成され
る。前記バックライト２９から発せられた光線が前記表
示モジュール３１を通過することにより画像情報が含ま
れた光線が形成される。

【００３２】この光線は略三角錐形状をした複合プリズ
ム３２の側面の一部である入射面３３からプリズム内部
に入射し、第１の内反射面３４で反射し先の入射面３３
と同一面からなる第２の内反射面３３に到達する。この
第２の内反射面３３で再び反射させられた光線は第３の
内反射面３５でさらに反射し、前記入射面３３、第２の
内反射面３３と同一面からなる射出面３３から複合プリ
ズム３２の外部へと射出する。射出した光線はおもに凸
レンズからなる画像拡大レンズ３６により、表示モジュ
ール３１の画面を視覚に拡大された虚像として投影す
る。また前述した第１の内反射面３４、及び第３の内反
射面３５には光線の反射率を高めるために銀、またはア
ルミニウムなどの金属を蒸着させたコーティング、また
は誘電体多層膜によるコーティング処理を施している。
また前述した入射面３３、第２の内反射面３３、及び射
出面３３には特に先のような反射率を高めるようなコー
ティング処理は施されていない。

【００３３】なぜならば、入射、射出時に反射処理の必
要がないのはもとより、内反射面に到達する光線の同面
に対する入射角度は略６０度と大きく、スネルの法則で
規定されるところの全反射条件を満足するために入射す
る光線は複合プリズム３２の外部へと漏れることなくす
べてが複合プリズム３２内部へと反射する。このため反
射率を高めるためのコーティング処理は不要となる。第
１の内反射面３４、及び第３の内反射面３５へ入射する
光線の同面への入射角度は３０度と小さいため、全反射
条件を満足させることができないため反射率を高めるた
めのコーティング処理が必要になってくる。またこの第
１の内反射面３４、及び第３の内反射面３５では作用の
異なるコーティング処理がなされている。このことにつ
いて同図を用いてさらに詳しく説明する。

【００３４】図中、第１の内反射面３４はなるべく高い
反射率１００％に近いを得るために、おもに先に述べた
銀、アルミニウムなどによる金属膜コーティング処理が
なされている。しかしながら第３の内反射面３５では反
射率は３０％から７０％程度の範囲で、残りの光線は複
合プリズム３２の外部へと透過するように設定されてい
る。これは表示モジュール３１の画像を明るく見せるた
めには反する作用である。しかしながらディスプレイ装
置としての重要な外部環境を直接視覚できる、シースル
ー機構を設置させるためで、装着者の安全性や作業効率
を向上させるために必要となる。

【００３５】このシースルー機構がないと使用者は視覚
的に完全に外部環境と切り離されてしまい、外部環境の
変化などに対応できず安全性を確保できなくなってしま
う。また作業の切り替え時などの外部環境の認知が必要
になった場合、いちいちディスプレイ装置を取り外さな
ければならず、作業効率の点からも問題である。このた
めに第３の内反射面３５は完全な反射面ではなく一部の
光線が外部へと透過するハーフミラーとなっている。

【００３６】さらにこのシースルー機構について図３を
用いて説明する。図３は図１のディスプレイ装置の要部
拡大図である。図３において表示モジュール（不図示）
からの光線は複合プリズム３２内部を伝播しながら第３
の内反射面３５で反射され画像拡大レンズ３６に到達す
る。また先に説明したように第３の内反射面３５はハー
フミラー面からなり入射光線の一部を反射させ残りを透
過させる作用を持つため外部からの光線の一部を透過さ
せることができる。図に示すように外部からの光線３７
は液晶シャッター部３８、波面補償プリズム３９、及び
ハーフミラーであるところの第３の内反射面３５を透過
し複合プリズム３２内部へと透過し画像拡大レンズ３６
を経て眼部（不図示）へと到達する。

【００３７】ここで液晶シャッタ３８と波面補償プリズ
ム３９について構造と作用を説明する。この液晶シャッ
タ３８は単純に透過光線の光量を制御するためのもの
で、液晶シャッタ３８を閉じることで視覚には１００％
表示モジュール（不図示）からの画面を投影させ、液晶
シャッタ３８を開くにつれて外部から光線を増加させ、
外部の状況をよりわかり易く提示することができる。ま
た第３の内反射面３５に近接させてなる略三角錐形状か
らなる波面補償プリズム３９は、第３の内反射面３５が
視線方向に対してその法線が略３０度傾いているために
直接光線を導入すると見かけ上外部の景色が右側へと寄
ってしまい認知、または作業上都合が悪い。その視線方
向を補償する作用をもつとともに、正の屈折力をもつ画
像拡大レンズ３６を透過する波面を補償するために負の
屈折力をもつ凹面４０を先端部に設置し、画像拡大レン
ズ３６の屈折力を打ち消し自然な状況として光線が視線
に到達するようになるものである。

【００３８】また本発明の実施の形態１においては、眼
鏡の態様をしてなっている。すなわち左右両眼において
拡大虚像を投影するものであったが、必ずしも両眼に対
応させることなくその小型軽量の特質から片眼装着にお
いてもデザインポテンシャルの高い形態が実現できるも
のである。

【００３９】（実施の形態２）さて図４を用いて本発明
の実施の形態２を説明する。図４は本発明の実施の形態
２におけるディスプレイ装置の光学系の構成図である。
図４において、ディスプレイ装置の主要部分であるとこ
ろの複合プリズム４１とその周辺部分の上面図を示した
もので、先に説明した実施の形態１における複合プリズ
ム３２を２つに分割させた態様からなるもので、また分
割された視野に対応するために２つの表示モジュール４
２ａ，ｂが設置してなるものである。それぞれ２つの表
示モジュール４２にはバックライト装置４３ａ，ｂが背
後に設置されており、表示モジュール４２での画像を光
線として伝播する光源となる。またそれぞれ２つの光路
における伝播構造、及び作用については先の実施の形態
１に準じる。ただし表示モジュール４２直下の２つの内
反射面４４ａ，ｂは、反射率を高めるための銀、または
アルミニウムなどの金属膜、または誘電体多層膜を施し
てなり、拡大光学系直下の２つの内反射面４５ａ，ｂは
反射率が３０％から７０％程度の範囲で、残りの光線は
複合プリズム４１の外部へと透過するように設定されて
いるハーフミラー面からなる。

【００４０】ところで本実施の形態２では視野が２つに
分割しているため１つの合成された視野を実現されなけ
ればならない。そこで２つの表示モジュール４２ａ，ｂ
に表示された画像（不図示）は合成されるべき画像の２
分割画像に対応して表示されてなる。これを合わせるこ
とにより見かけ上違和感のない自然な画像を視覚に投影
することができる。

【００４１】また実施の形態１で説明したシースルー機
構と同様な構造と作用をもつシースルー機構が設置して
なり、外部の状況を直接視覚的に認知できるようになっ
ている。同図においてディスプレイ装置外部からの光線
は液晶シャッター部４６、波面補償プリズム４７、及び
２つのハーフミラーで面４５ａ，ｂを透過し複合プリズ
ム４１内部へと透過し画像拡大レンズ３６を経て眼部
（不図示）へと到達する。また２つの内反射面４５ａ，
ｂに近接させてなる略三角錐形状からなる波面補償プリ
ズム４７は、２つの内反射面４５ａ，ｂそれぞれに近接
されるような形状からなり、残りの側面に凹面４８を施
し拡大レンズ３６の屈折力を打ち消すような構造を持っ
ている。これにより外部の自然な状況が視線に到達する
ようになるものである。

【００４２】このように本発明の実施の形態２のような
２つに分割された視野を合成するような構造にすること
により、複合プリズムの体積を略半減化でき、光学系全
体をより薄く軽量に、略左右対称なバランスよいものと
して実現できるものである。

【００４３】（実施の形態３）さて図５を用いて本発明
の実施の形態３を説明する。図５は本発明の実施の形態
３におけるディスプレイ装置の光学系の構成図である。
図５において、ディスプレイ装置の主要部分であるとこ
ろの複合プリズム４９とその周辺部分の上面図を示した
もので、先に説明した実施の形態１の態様からなるもの
で、より薄型、軽量な光学系を実現するために複合プリ
ズム４９の対称性をくずしてなるとともに、拡大レンズ
５０に精密なフレネルレンズ、またはホログラムレンズ
などのプレーナオプチクスを用いている。

【００４４】このような構成をとることにより、光学系
がより薄型、軽量にでき、ディスプレイ装置の装着性能
の向上、高いデザインポテンシャルの実現をすることが
できるものである。プリズムの画像光線に対する作用は
先の２つの実施の形態と同様なため詳細な説明は省略す
る。

【００４５】次にプレーナオプチクスからなる画像拡大
レンズ５０についてその構造と作用について説明する。
同図において略平坦なプレートの上にノコギリ状の断面
をもつ波面変換ブレード５１が光軸を中心として同心円
状（不図示）に形成されている。中心から周辺部分へ向
かうほどブレード５１面の法線の基板プレート面のそれ
に対する傾きが大きく形成されている。このため周辺部
分の光線ほど大きく光軸方向へ折り曲げられ、中心付近
のそれは比較的小さくなる。すなわちこのプレート全体
で一つのレンズ作用を持つもので、先の２つの実施形態
で示した正の屈折力をもつ拡大光学系に相当する作用を
行なうことができる。プレートの挿入のみで拡大虚像を
視覚に投影できるため、厚みを大きくせずに光学系を形
成でき、前述のような装着性能や、デザインの自由度の
点で大きな効果が期待できる。

【００４６】

【発明の効果】以上の各実施の形態から明らかなよう
に、本発明によれば複合三角錐プリズムを用いて画像表
示モジュールからの画像情報を含んだ光線を効果的に折
り曲げることにより薄型でコンパクトな光学が実現で
き、ディスプレイ装置のヘッド部分を小型軽量、特に薄
型に構成できる。薄型化により顔面への装着感、バラン
ス感が著しく向上し、装着アシストのため機構部の大幅
な簡略化が実現できるとともに、デザインにおける自由
度を高めることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１におけるディスプレイ装
置の構成図

【図２】図１のディスプレイ装置の光学系の構成図

【図３】図１のディスプレイ装置の要部拡大図

【図４】本発明の実施の形態２におけるディスプレイ装
置の光学系の構成図

【図５】本発明の実施の形態３におけるディスプレイ装
置の光学系の構成図

【図６】従来のディスプレイ装置の光学系の構成図

【図７】従来の凹面鏡反射型ディスプレイ装置の構成図

【図８】ハーフミラーを用いた図７のディスプレイ装置
の構成図

【図９】偏心凹面鏡形ディスプレイ装置の構成図

【図１０】プリズムを用いた図９のディスプレイ装置の
構成図

【符号の説明】

２１ａ、ｂ ヘッド部分 ２２ａ、ｂ 表示モジュール ２３ａ、ｂ 画像拡大レンズ ２４ａ、ｂ 複合プリズム ２５ａ、ｂ 小型回路部 ２６ 信号ケーブル引き出し部 ２７ 調整機構 ２８ バックライト電源 ２９ バックライト装置 ３０ 画像処理モジュール ３１ 表示モジュール ３２ 複合プリズム ３３ 入射面（第２の内反射面、射出面） ３４ 第１の内反射面 ３５ 第３の内反射面 ３６ 画像拡大レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H088 EA22 HA22 HA23 HA24 HA27 MA07 2H091 FA14X FA15X FB08 LA11 LA19 5C040 GH10 5G435 AA18 BB12 BB15 DD01 DD02 DD03 EE26 FF13 GG01 GG02 GG03 GG05 HH16

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液晶または光電的に画像を表示する画像表
   示手段と、前記画像表示手段による画像を光学的に拡大
   して試認するための画像拡大手段と、前記画像表示手段
   から前記画像拡大手段へと光路を折り曲げる機能を有す
   る光学プリズム手段材とからなるディスプレイ装置にお
   いて、 前記光学プリズム手段は前記画像表示装置の表示画面と
   略平面からなる入射面で非接触に対向し、さらに前記画
   像表示装置から前記光学プリズム手段内に入射した光路
   を、前記光学プリズム手段内部の平面または曲面からな
   る第一の内反射面で折り曲げたのち、略平面からなる第
   二の内反射面で折り曲げ、さらに平面または曲面からな
   る第三の内反射面で折り曲げたのち、前記入射面と同一
   平面内からなる射出面を通過することにより前記光学プ
   リズム手段から射出されて、さらに前記画像拡大手段に
   よって拡大されて投影されてなることを特徴とするディ
   スプレイ装置。
2. 【請求項２】前記画像拡大手段は、前記光学プリズム手
   段の射出面に非接触に近接設置された正の屈折力をもつ
   誘電体部材よりなることを特徴とする請求項１記載のデ
   ィスプレイ装置。
3. 【請求項３】前記正の屈折力を持つ誘電体部材は、凸レ
   ンズ、または非球面光学レンズ、またはフレネルレン
   ズ、またはホログラムレンズよりなることを特徴とする
   請求項２記載のディスプレイ装置。
4. 【請求項４】前記光学プリズム手段における、前記第一
   の内反射面には前記光学プリズム手段の外部からの光の
   一部が入射可能な誘電体多層膜、または金属膜からなる
   半透膜が構成されていることを特徴とする請求項１記載
   のディスプレイ装置。
5. 【請求項５】前記第一の内反射面の前記半透膜を挟んだ
   外部に前記画像拡大手段の正の屈折力を相殺するための
   凹レンズ、またはフレネルレンズによる負の屈折力を備
   えてなる屈折力補正プリズムが設けられているととも
   に、前記半透膜を透過する光を任意に遮蔽するための液
   晶、またはメカニカルな光遮蔽手段が設けられているこ
   とを特徴とする請求項４記載のディスプレイ装置。
6. 【請求項６】前記光学プリズム手段における、前記第二
   の内反射面は、前記入射面、及び射出面と同一面からな
   ることを特徴とする請求項１記載のディスプレイ装置。
7. 【請求項７】前記画像拡大手段の光軸、または視線中央
   をはさみ、前記光学プリズム手段が並列して２つ射出面
   が略接触して配置されてなり、１つの画像拡大手段によ
   りそれぞれ２つの視野が合成されて１つの視野に対応す
   るように構成されていることを特徴とする請求項１記載
   のディスプレイ装置。
8. 【請求項８】前記並列して２つ配置されてなる前記光学
   プリズム手段は、光学ガラス、または透明な樹脂で一体
   に形成されていることを特徴とする請求項７記載のディ
   スプレイ装置。
9. 【請求項９】前記画像表示手段は、前記画像拡大手段の
   光軸の周縁部に近接させて配置されるとともに、前記光
   学プリズム手段に対応するようにそれぞれに１つずつ設
   けてなることを特徴とする請求項１または請求項７記載
   のディスプレイ装置。