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JP4387554B2 - 画像表示装置および画像表示システム - Google Patents

画像表示装置および画像表示システム Download PDF

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JP4387554B2
JP4387554B2 JP2000131485A JP2000131485A JP4387554B2 JP 4387554 B2 JP4387554 B2 JP 4387554B2 JP 2000131485 A JP2000131485 A JP 2000131485A JP 2000131485 A JP2000131485 A JP 2000131485A JP 4387554 B2 JP4387554 B2 JP 4387554B2
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純子 倉持
貴士 須藤
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆるヘッドマウントディスプレイなどと称される画像表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ヘッドマウントディスプレイなどの画像表示装置においては、装置全体を小型化するための光学系がいろいろ提案されている。例えば、特開平7−333551号公報においては、すべて回転非対称の第1、第2、第3の面で構成され、1つの対称面に対して対称な形状を有するプリズム形状の光学素子を用い、画像表示素子の表示面の画像を拡大像として表示する装置が提案されている。
【0003】
このようなプリズム形状の光学素子を用いることにより、非常にコンパクトでかつ簡単な構成で、像の歪み(ディストーション)、像面湾曲、非点収差を良好に補正し、表示面に対してテレセントリック条件を満たすことができる。
【0004】
この公報提案の装置では、画像表示素子として透過型の液晶ディスプレイを用いているが、透過型液晶ディスプレイは画素開口が小さいので画像が粗く、画質が若干良くないという欠点を有している。近年、ビデオやTVなどの動画の他に、パソコンやDVDといった高精細の画像の出力装置が増えており、透過型液晶ディスプレイの画質よりも精細な画像表示が望まれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このような現状に対して、画素開口が大きくできる反射型液晶ディスプレイを用いることにより、高精細な画像を得ることができる。現在提案されている反射型液晶ディスプレイ(LCD)を用いた表示装置としては、例えば特開平11‐125791号公報にて提案のものがある。この表示装置では、本願図15に示すように、光源101からの照明光102を光学素子を介することなしに直接反射型液晶ディスプレイ103に照射し、該液晶ディスプレイの画像をプリズム形状の表示光学素子104によって虚像として拡大表示して、観察者の眼105に導く。
【0006】
しかしながら、この表示装置においては、光源101からの照明光102を直接液晶ディスプレイ103に照射しているために、照明光102と液晶ディスプレイ103の法線とのなす角度θが大きくなる。このため、表示装置全体が大型化してしまい、さらに、液晶ディスプレイ103が表示光学素子104に対して大きく傾くので、液晶ディスプレイ103から表示光学素子104までの距離が場所によって異なり、光学性能が低下するという問題がある。
【0007】
また、他の表示装置としては、図16に示すように、プリズム形状の表示光学素子104に対して反射型液晶ディスプレイ103の反対の側に光源101を設け、光源101からの照明光102が表示光学素子104内を通じて液晶ディスプレイ103を照明し、液晶ディスプレイ103を照明した光はこの液晶ディスプレイ103で反射され、再び表示光学素子104内を通じて観察者の眼105に入るように構成されたものがある。
【0008】
しかしながら、このような表示装置の照明系では、照明光102が光学素子104の各面で反射し、液晶ディスプレイ103を照明しない光も眼105に入ってしまうため、不要なフレアが発生するという問題がある。
【0009】
そこで、本発明は、極めてシンプルかつコンパクトな構成でありながら、諸収差が良好に補正され、広画角であって、かつ不要なフレアが発生しない画像表示装置であり、しかも、パソコン出力などの高精細な画像に対応した反射型画像表示素子を用いた画像表示装置を提供することを目的とする。
【0013】
本発明ある画像表示装置は、照明光を発する光源と、入射した照明光の内部反射により画像射出する反射型画像表示素子と、この反射型画像表示素子から射出した画像を観察者の眼に投写する投写光学素子と、入射した照明光を反射型画像表示素子入射させるよう導くとともに反射型画像表示素子から射出した画像光を投写光学素子に入射させる第1の導光素子と、光源から照明光を、この主光路を折り曲げるよう反射する反射面を有し、この反射面で反射した照明光を第1の導光素子に入射させる第2の導光素子とを有する
【0014】
すなわち、照明光の主光路を第2の導光素子の反射面により折り曲げて第1の導光素子に導くことにより、光源からの照明光の主光路を折り曲げず、光源と第1の導光素子との間に照明光を平行光化ないし集光するためのレンズ系を配置するような場合に比べて照明光学系さらには装置全体の小型化を図ったり、光源の配置自由度を高めたりしている。
【0015】
なお、第2の導光素子における反射面や射出面を拡散面等として2次光源を生成するようにしてもよい。
【0016】
また、発明において、第1の導光素子として、入射した照明光を反射型画像表示素子に向けて反射させるとともに反射型画像表示素子からの画像光を前記投写光学素子に向けて透過させる反射透過面を有するものを用いれば、第1の導光素子において照明光が通る領域と画像光が通る領域との少なくとも一部が重なり、照明光学系の小型化を図ることが可能となる。
【0017】
また、投写光学素子における光学作用面(反射面を含む)のうち少なくとも1つを回転非対称面とすれば、画像の歪みを良好に補正することが可能となる。
【0018】
さらに、第2の導光素子から射出した照明光を所定の偏光光として第1の導光素子に入射させるための第1の偏光板を設けるとともに、第1の導光素子の反射透過面と投写光学素子との間に反射型画像表示素子からの画像光の検光を行う第2偏光板を設ければ、反射型画像表示素子に対する照明光と反射型画像表示素子からの画像光の偏光状態を別々に制御し、より良質な画像を表示できるようにしてもよい。
【0019】
この場合において、照明光が、第1の偏光板を透過し、第1の導光素子の入射面に入射して反射透過面で反射した後に反射型画像表示素子の近傍の透過面から射出し、反射型画像表示素子で変調されて反射して上記透過面から第1の導光素子に入射し、第2の偏光板を透過して投写光学素子に入射するようになっているときには、第1の偏光板を透過した光の偏光方向が上記反射透過面に対して所定の偏光方向(P偏光又はS偏光)であり、第2の偏光板を透過した光の偏光方向が上記所定の偏光方向に対してほぼ直交する方向であるように構成することにより、上記反射透過面において偏光光の偏光状態が崩れることを防ぎ、コントラストの低下を防止することが可能となる。なお、上記反射透過面に入射する照明光をS偏光とすると、反射透過面での照明光の反射率が増大するので、明るい画像表示を行うことが可能である。
【0020】
ところで、虚像を観察する画像表示装置は、観察者の眼側から外光(例えば、太陽光)が入射すると、投写光学素子の光学作用により画像表示素子の近傍に光が集光する。この場合において、画像表示素子として液晶を用い、この画像表示素子に対して偏光板が使われているとき、偏光板を画像表示素子の近傍に配置すると、偏光板の近傍に集光点ができる。そして、眼側から入射する外光は無偏光の光であるので、偏光板による光の吸収があり、これにより偏光板が劣化するおそれがある。このため、偏光板を画像表示素子から離した位置(例えば、画像表示素子上の外光の強度に対して偏光板上の外光の強度が1/10以下になる位置)に配置するとよい。
【0021】
さらに、カラー画像を表示する場合には、光源に白色光源を用いて反射型画像表示素子の画素に対してカラーフィルターを設けてもよいが、光源としてそれぞれ異なる色の照明光を発する複数の発光部を設け、これら複数の発光部からの発光を異なるタイミングで順次切り替えとともに、反射型画像表示素子に、上記複数の発光部の発光切替タイミングに同期して、照明光の色に応じた画像の表示順次行わせるようにしてカラー画像を表示させてもよい。このようなフィールドシーケンシャル制御によるカラー画像表示を行わせるようにすれば、色による画素ずれのない高精細な画像表示を行うことが可能となる。
【0022】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1には、本発明の第1実施形態である画像表示装置を示している。この図において、1はLED等から構成される光源であり、RGBの各色光を発する発光部R1,G1,B1を有する。2は中空状の反射ケース(第2の導光素子)である。
【0023】
3は第1の偏光板であり、4は照明プリズム(第1の導光素子)である。5は反射型液晶ディスプレイパネル(反射型画像表示素子:以下、単にディスプレイパネルという)であり、6は第2の偏光板である。7はプリズムレンズ(投写光学素子)であり、8は観察者の眼である。
【0024】
ここで、反射ケース2は、図2に示すように、入射開口Iと、この入射開口Iからケース奥側に向かって上下左右に広がるように斜めに配置された4つの反射面J1と、ケース奥側の上部において入射開口Iに斜めに面するように傾斜配置された拡散面(2次光源生成面)Kと、ケース奥側の左右および最奥部を囲むように配置された3つの反射面J2と、ケース奥側下部における拡散面Kと対向する部分に形成された射出開口Aとを有して構成されている。光源1は、入射開口Iに近接して配置されており、光源1から放射される光は反射ケース2によって覆い囲まれる。
【0025】
また、照明プリズム4は、プリズムレンズ7とディスプレイパネル5との間に配置され、照明プリズム4におけるプリズムレンズ側の面(反射透過面)42とディスプレイパネル側の面(透過面)43が所定の角度に構成されている。
【0026】
さらに、第1の偏光板3は、照明プリズム4の面41に、ディスプレイパネル5は照明プリズム4の面43に接着剤により接合されている。また、第2の偏光板6は保持部材(図示せず)を介して照明プリズム4の面42に固定されている。しかも、光源1と反射ケース2と照明プリズム4とが不図示の保持部材を介して一体で固着されている。これにより、プリズムレンズ7に対する照明光学系(光源1、反射ケース2及び照明プリズム4を含む)およびディスプレイパネル5の位置調整を一体で行うことができる。
【0027】
このように構成される画像表示装置では、光源1から発せられた発散光(照明光)は、入射開口Iを通って反射ケース2内に入射する。反射ケース2内に入射した発散光は、直接、拡散面Kに入射するか若しくは反射面J1で反射されて拡散面Kに入射する。拡散面Kに入射した照明光は、この拡散面Kで乱反射して拡散し、ここに実質的な2次光源を生成する。つまり、光源1から発せられた照明光のうち直接拡散面Kに入射する成分と反射面J1で反射されて拡散面Kに入射する成分の双方が有効に利用されて2次光源が生成される。
【0028】
そして、この2次光源からの照明光は、その一部が反射面J2で反射されながら射出開口Aを通って反射ケース2から射出する。
【0029】
反射ケース2から射出した照明光は、図3に示すように、第1の偏光板3を透過してS偏光光に変換され、照明プリズム4の入射面41を透過して照明プリズム4内に入射する。なお、図3において光軸線上に付された丸囲み×印はこの部分の光がS偏光光であることを示し、矢印はこの部分の光がP偏光光であることを示す。第1の偏光板3に入射する前の照明光はS偏光光とP偏光光の両方が含まれ、第1の偏光板3を透過することによりS偏光光のみとなる。
【0030】
照明プリズム4内に入射したS偏光光は、照明プリズム4の反射透過面42で反射し、ディスプレイパネル5の近傍又はこれが一体化されている透過面43を透過して、ディスプレイパネル5を照明する。
【0031】
ディスプレイパネル5内においては、不図示のパソコンやDVDプレーヤー等の画像情報出力装置から供給される映像信号に応じて光の偏光方向が90°変調を受け、P偏光光として射出する。そして、ディスプレイパネル5で反射され、射出したP偏光光(画像光)は、再び透過面43を透過して照明プリズム4内に入射し、反射透過面42を透過して第2の偏光板6に入射する。
【0032】
第2の偏光板6は、P偏光成分は透過し、P偏光方向と垂直なS偏光成分は吸収する特性を有し、これによりP偏光光である画像光の検光が行われる。
【0033】
第2の偏光板6を透過した画像光は、プリズムレンズ7の第1の面71を透過し、第2および第3の面72,73で反射した後、第2の面72を透過して観察者の眼8に至る。このとき、プリズムレンズ7は正の屈折力を有し、ディスプレイパネル5に表示される画像を拡大虚像化する。
【0034】
なお、本実施形態においては、光源1の発光部R1,G1,B1の発光を順次切り換え、この発光切り換えに同期して発光色に対応する色画像を表示するようにディスプレイパネル5を制御(いわゆるフィールドシーケンシャル制御)する制御回路を設けている。これにより、画素ずれのない高品位のフルカラーの画像を観察することができる。
【0035】
このように本実施形態では、光源1からの照明光を反射ケース2により有効利用して2次光源を生成し、ディスプレイパネル5を照明するようにしているので、光源1の発光量を大きくすることなく、明るい表示画像を得ることができる。
【0036】
また、反射ケース2の拡散面(兼反射面)Kにより光源1からの照明光の主光路を折り曲げているため、照明光学系さらには装置全体の小型化を図ることができるとともに、光源1の配置自由度を高めることもできる。
【0037】
なお、本実施形態において、照明プリズム4やプリズムレンズ7における反射面以外の面に反射防止膜をつけて、光の無用な反射を防止してフレアやゴーストの発生を防止してもよい。
【0038】
ところで、本実施形態では偏光板3,6が用いられているが、観察者の眼8側から外光(例えば、太陽光)が入射して、プリズムレンズ7の光学作用により偏光板3,6の近傍に集光点ができのを防止するため、偏光板3,6をディスプレイパネル5から離した位置(例えば、ディスプレイパネル5上の外光の強度に対して偏光板3,6上の外光の強度が1/10以下になる位置)に配置するとよい。
【0039】
また、本実施形態において、2次光源からの照明光以外の光が照明プリズム4の中に入り、観察者の眼8に到達してしまうことを防止するため、照明プリズム4の側面などの光学作用面以外の面を拡散面として光吸収性の黒色塗料の塗装を行なうことにより、不要な光が眼に入ってしまうことを防ぐようにしてもよい。
【0040】
さらに、上記反射ケース2に代えて、図4に示すように複数の拡散面K1,K2で構成された導光素子(第2の導光素子)を設けてもよい。この場合、各拡散面に曲率を付けて、光源1からの光を効率良く利用できるようにしてもよい。
【0042】
なお、本実施形態では、第1の偏光板3を透過した照明光がS偏光光であり、ディスプレイパネル5で変調された画像光がP偏光光である場合について説明したが、第1の偏光板3を透過する照明光P偏光光であってもよく、またパネル5で変調された画像光は特にP,S偏光光である必要はなく、任意の方向の偏光光でよい。
【0043】
(第2実施形態)
図5には、本発明の第2実施形態である画像表示装置を示している。なお、第1実施形態と共通する構成要素については第1実施形態と同符号を付している。
【0044】
本実施形態では、第1実施形態の反射ケース2に代えて、拡散プリズム(第2の導光素子)12を用いている。
【0045】
拡散プリズム12は、内部を屈折率が1より大きい媒質で満たしたプリズム状に形成されており、全体形状は第1実施形態の反射ケース2と同様である。すなわち、光源1が近傍に配置される入射面Iと、この入射面Iからプリズム奥側に向かって上下左右に広がるように斜めに配置された4つの反射面J1と、プリズム奥側の上部において入射面Iに斜めに面するように傾斜配置された拡散面(2次光源生成面)Kと、プリズム奥側の左右および最奥部を囲むように配置された3つの反射面J2と、プリズム奥側下部における拡散面Kと対向する部分に形成された射出面Aとを有して構成されている。
【0046】
なお、図5には、光源1の3つの発光部R1,G1,B1は紙面に垂直な方向に並んでいる。
【0047】
本実施形態において、光源1から発せられた発散光(照明光)は、入射面Iを通って拡散プリズム12内に入射する。拡散プリズム12内に入射した発散光は、直接、拡散面Kに入射するか若しくは反射面J1で反射されて拡散面Kに入射する。拡散面Kに入射した照明光は、この拡散面Kで乱反射して拡散し、ここに実質的な2次光源を生成する。つまり、光源1から発せられた照明光のうち直接拡散面Kに入射する成分と反射面J1で反射されて拡散面Kに入射する成分の双方が有効に利用されて2次光源が生成される。
【0048】
そして、この2次光源からの照明光は、その一部が反射面J2で反射されながら射出面Aを通って拡散プリズム12から射出し、第1の偏光板3を透過して照明プリズム4に入射する。以後、第1実施形態と同様にしてディスプレイパネル5から射出した画像光が観察者の眼8に達する。
【0049】
このように本実施形態でも、第1実施形態と同様に、光源1からの照明光を拡散プリズム12により有効利用して2次光源を生成し、ディスプレイパネル5を照明するようにしているので、光源1の発光量を大きくすることなく、明るい表示画像を得ることができる。
【0050】
また、拡散プリズム12の拡散面(兼反射面)Kにより光源1からの照明光の主光路を折り曲げているため、照明光学系さらには装置全体の小型化を図ることができるとともに、光源1の配置自由度を高めることもできる。
【0051】
なお、反射面J1は入射角度が全反射角より小さい光透過し、全反射角以上の光反射する特性を有する。これにより、拡散プリズム12を小型化している。
【0052】
また、本実施形態では、照明プリズム4の面41には第1の偏光板3が、面42には第2の偏光板6が、面43にはパネル5が固着されており、また光源1と拡散プリズム12と照明プリズム4は不図示の保持部材を介して一体で固着され、プリズムレンズ7に対する位置調整が一体でできるようになっている。
【0053】
(第3実施形態)
図6には、本発明の第3実施形態である画像表示装置を示している。なお、第1,2実施形態と共通する構成要素については第1実施形態と同符号を付している。
【0054】
本実施形態では、第1,2実施形態の反射ケース2又は拡散プリズム12に代えて、導光プリズム(第2の導光素子)22を設けている。
【0055】
導光プリズム22は、円錐台形状に形成されており、上端には光源1が近傍に配置される入射面Iが形成されているとともに、下端には光源1の照明光を拡散させて射出する拡散射出面Kが形成されている。また、導光プリズム22の内側面は、入射面Iから入射した照明光の一部を拡散射出面Kに向けて反射させる反射面Jとなっている。
【0056】
本実施形態において、光源1から発せられた発散光(照明光)は、入射面Iを通って導光プリズム22内に入射する。導光プリズム22内に入射した発散光は、直接、拡散射出面Kに入射するか若しくは反射面Jで反射されて拡散射出面Kに入射する。拡散射出面Kに入射した照明光は、この拡散射出面Kで乱反射して拡散し、ここに実質的な2次光源を生成する。つまり、光源1から発せられた照明光のうち直接、拡散射出面Kに入射する成分と反射面Jで反射されて拡散射出面Kに入射する成分の双方が有効に利用されて2次光源が生成される。
【0057】
そして、この2次光源からの照明光は導光プリズム22から射出し、第1偏光板3を透過して照明プリズム4に入射する。以後、第1および第2の実施形態と同様にしてディスプレイパネル5から射出した画像光が観察者の眼8に達する。
【0058】
このように本実施形態でも、第1,2実施形態と同様に、光源1からの照明光を導光プリズム22により有効利用して2次光源を生成し、ディスプレイパネル5を照明するようにしているので、光源1の発光量を大きくすることなく、明るい表示画像を得ることができる。
【0059】
なお、本実施形態では、導光プリズム22の射出面を拡散面とした場合について説明したが、図7に示すように、射出面に微小なレンズ群Mを2次元的に配置し、微小な2次光源群を生成するようにしてもよい。
【0060】
(第4実施形態)
上記第1〜第3実施形態では、反射ケース2、拡散プリズム12又は導光プリズム22で拡散した照明光を、直接、第1の偏光板3に入射させ、照明プリズム4に導く場合について説明したが、図8〜図10に示すように、反射ケース2、拡散プリズム12又は導光プリズム22と第1の偏光板3との間に、射出面が鋸歯状若しくは凹凸状となっているプリズム板(指向性素子)PSを設けてもよい。
【0061】
これにより、拡散した照明光の指向性を強めて第1の偏光板3、さらには照明プリズム4に入射させることができ、ディスプレイパネル5の照明をより効率良く行うことができる。
【0062】
(第5実施形態)
図11には、本発明の第5実施形態である画像表示装置を示している。なお、上記各実施形態と共通する構成要素についてはこれら実施形態と同符号を付している。
【0063】
本実施形態では、2組の光源(それぞれRGBの3色の発光部を有する)1a,1bを略平板状の拡散プリズム板32の両側方近傍に配置し、屈曲する視軸Axを含む平面(紙面)に対して垂直な方向から拡散プリズム板32に光源1a,1bからの照明光を入射させるように構成している。
【0064】
拡散プリズム板32の上面は拡散面Kとして構成されており、2組の光源1a,1bは拡散プリズム板32の下面寄りの位置に配置されている。このため、2組の光源1a,1bからの発散光(照明光)は、拡散面Kに対して斜め下側(対向する側)から直接、若しくは拡散プリズム板32の下面である反射透過面J′にて反射して入射する。
【0065】
拡散面Kに入射した照明光は、この拡散面Kで乱反射して拡散し、ここに実質的な2次光源を生成する。つまり、光源1a,1bから発せられた照明光のうち直接、拡散面Kに入射する成分と反射透過面J′で反射されて拡散面Kに入射する成分の双方が有効に利用されて2次光源が生成される。
【0066】
そして、この2次光源からの照明光は、拡散プリズム板32の反射透過面J′から射出し、第1の偏光板3を透過して照明プリズム4に入射する。以後、上記各実施形態と同様にしてディスプレイパネル5から射出した画像光が観察者の眼8に達する。
【0067】
このように本実施形態でも、光源1a,1bからの照明光を拡散プリズム板32により有効利用して2次光源を生成し、ディスプレイパネル5を照明するようにしているので、光源1a,1bの発光量を大きくすることなく、明るい表示画像を得ることができる。
【0068】
また、本実施形態では、拡散プリズム板32と第1の偏光板3との間において、射出面が鋸歯状若しくは凹凸状となっているプリズム板(指向性素子)PS1,PS2を90度向きを変えて重ねて配置している。
【0069】
これにより、拡散した照明光の2次元方向の指向性を強めて第1の偏光板3、さらには照明プリズム4に入射させることができ、ディスプレイパネル5の照明をより効率良く行うことができる。
【0070】
なお、本実施形態では、2組の光源を用いた場合について説明したが、3組以上の光源を用いてもよい。
【0071】
また、上記各実施形態では、RGB3色の発光部を有する光源を用いた場合について説明したが、光源に白色光源を用い、ディスプレイパネルの画素に対してRGBのカラーフィルターを設けてもよい。
【0072】
(数値実施例)
次に本発明に使われる観察光学系の数値データーを表す。
【0073】
本実施例の光学系は偏心面で構成しているので、光学系の形状を表すために図12に示すように絶対座標系(X,Y,Z) とローカル座標系(x,y,z) を設定する。
【0074】
ここで絶対座標系の原点は観察者の望ましき眼の位置の中心Oに設定し、Z軸は点Oを通り画像中心を見込む方向である。
【0075】
各面の配置は各面のローカル座標の原点Oi を絶対座標( dXi,dYi ,dZi )で各面Si毎に設定する。各面の形状はローカル座標に基づく関数として表現している。
【0076】
絶対座標系のZ軸とローカル座標のz軸のなす角度Tilt iは、図12に示すようにローカル座標のX軸に対して反時計回りの角度をなすときに正とする。
【0077】
絶対座標系の原点は観察者の望ましき瞳孔位置の中心Oに設定し、Z軸は点Oを通り瞳孔面に垂直な直線であり、光学系の対称面(図の紙面)上にある。Y軸は原点Oを通り上記対称面でZ軸に対して反時計回りに90°の角度をなす直線である。X軸は原点Oを通り、Y,Z軸に対して直交する直線である。
【0078】
数値実施例における光学作用面の形状は、2次曲面を表す形状関数にゼルニケ多項式による非球面を有する形状をしており、以下に示す関数により表す。
【0079】
ここで、c は各面の曲率で、r を各面の基本曲率半径とすると、曲率c はc=1/r である。また、c jは各面におけるゼルニケ多項式の非球面係数である。
【0080】
光学作用面はYZ平面に対して対称であるので、X軸方向で非対称になる項は除いて表記している。
【0081】
また、レンズデータは絶対座標原点Oを第1面とし画像表示面を像面とするように設定し、 実際の光の進行に対して逆追跡した光学系として定義している。
【0082】
図13および図14はそれぞれ、数値実施例1、2による、眼側から逆追跡したときの光路図である。図中の符号は数値実施例に記載した面の符号を表している。
【0083】
ここで、画角の広い方向が観察するときの水平方向であるので、数値実施例1は観察者に対して横方向に反射面が構成され、数値実施例2は観察者に対して縦方向に反射面が構成されている。
【0086】
本発明によれば、照明光の主光路を第2の導光素子の反射面により折り曲げて第1の導光素子に導くようにしているので、光源からの照明光の主光路を折り曲げず、光源と第1の導光素子との間に照明光を平行光化ないし集光するためのレンズ系を配置するような場合に比べて照明光学系さらには装置全体の小型化を図ったり、光源の配置自由度を高めたりすることができる。
【0087】
また、発明において、第1の導光素子として、入射した照明光を反射型画像表示素子に向けて反射させるとともに反射型画像表示素子からの画像光を前記投写光学素子に向けて透過させる反射透過面を有するものを用いれば、第1の導光素子において照明光が通る領域と画像光が通る領域との少なくとも一部が重なり、照明光学系の小型化を図ることができる。
【0088】
また、投写光学素子における光学作用面(反射面を含む)のうち少なくとも1つを回転非対称面とすれば、画像の歪みを良好に補正することができる。
【0089】
さらに、第2の導光素子から射出した照明光を所定の偏光光として第1の導光素子に入射させるための第1の偏光板を設けるとともに、第1の導光素子の反射透過面と投写光学素子との間に反射型画像表示素子からの画像光の検光を行う第2偏光板を設ければ、反射型画像表示素子に対する照明光と反射型画像表示素子からの画像光の偏光状態を別々に制御し、より良質な画像を表示できる。
【0090】
さらに、カラー画像を表示する場合に、光源としてそれぞれ異なる色の照明光を発する複数の発光部を設け、これら複数の発光部からの発光を異なるタイミングで順次切り替えとともに、反射型画像表示素子に、上記複数の発光部の発光切替タイミングに同期して、照明光の色に応じた画像の表示順次行わせるようにすれば、色による画素ずれのない高精細な画像表示を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態である画像表示装置の構成図。
【図2】上記第1実施形態の画像表示装置に用いられる反射ケースの斜視図。
【図3】上記第1実施形態の画像表示装置における偏光状態の説明図。
【図4】上記第1実施形態の画像表示装置の変形例を示す説明図。
【図5】本発明の第2実施形態である画像表示装置の構成図。
【図6】本発明の第3実施形態である画像表示装置の構成図。
【図7】本発明の第3実施形態である画像表示装置の変形例を示す構成図。
【図8】本発明の第4実施形態である画像表示装置(第1実施形態の変形例)の構成図。
【図9】本発明の第4実施形態である画像表示装置(第2実施形態の変形例)の構成図。
【図10】本発明の第4実施形態である画像表示装置(第3実施形態の変形例)の構成図。
【図11】本発明の第5実施形態である画像表示装置の構成図。
【図12】本発明の数値実施例における座標系の説明図。
【図13】数値実施例1における光学系の断面図。
【図14】数値実施例2における光学系の断面図。
【図15】従来の画像表示装置の構成図。
【図16】従来の画像表示装置の構成図。
【符号の説明】
1,1a,1b 光源
2 反射ケース
3 第1の偏光板
4 照明プリズム
5 反射型液晶ディスプレイパネル
6 第2の偏光板
7 プリズムレンズ
8 観察者の眼
12 拡散プリズム
22 導光プリズム
32 拡散プリズム板
PS,PS1,PS2 プリズム板

Claims (17)

  1. 照明光を発する光源と、
    入射した照明光の内部反射により画像射出する反射型画像表示素子と、
    この反射型画像表示素子から射出した画像光を観察者の眼に投写する投写光学素子と、
    入射した照明光を前記反射型画像表示素子入射させるよう導くとともに、前記反射型画像表示素子から射出した画像光を前記投写光学素子に入射させる第1の導光素子と、
    前記光源から照明光を、この主光路を折り曲げるよう反射する反射面を有し、この反射面で反射した照明光を前記第1の導光素子に入射させる第2の導光素子とを有することを特徴とする画像表示装置。
  2. 前記光源が前記第2の導光素子における照明光の入射面に近接して配置されていることを特徴とする請求項に記載の画像表示装置。
  3. 前記反射面、前記光源から照明光を用いて2次光源を生成することを特徴とする請求項又はに記載の画像表示装置。
  4. 前記反射面は、前記光源からの照明光を拡散させる作用を有することを特徴とする請求項に記載の画像表示装置。
  5. 前記第2の導光素子の射出面、前記光源から照明光を用いて2次光源を生成することを特徴とする請求項又はに記載の画像表示装置。
  6. 前記第2の導光素子の射出面は、前記光源からの照明光を拡散させる作用を有することを特徴とする請求項に記載の画像表示装置。
  7. 前記第2の導光素子の射出面には、前記2次光源を複数生成するためのレンズ群が設けられていることを特徴とする請求項に記載の画像表示装置。
  8. 前記第2の導光素子、前記光源から照明光のうち前記2次光源生成する面に直接入射する成分以外の成分前記2次光源生成する面に導く反射面を有することを特徴とする請求項からのいずれか1つに記載の画像表示装置。
  9. 前記第2の導光素子から射出て前記第1の導光素子に入射する照明光に対して指向性を与えるための指向性素子を有することを特徴とする請求項からのいずれか1つに記載の画像表示装置。
  10. 前記第2の導光素子が、中空状の光学素子であることを特徴とする請求項3又は4に記載の画像表示装置。
  11. 前記第2の導光素子が、内部屈折率が1より大きな媒質で満たされたプリズム状の光学素子であることを特徴とする請求項3又は4に記載の画像表示装置。
  12. 前記第1の導光素子は、入射した照明光を前記反射型画像表示素子に向けて反射させるとともに前記反射型画像表示素子からの画像光を前記投写光学素子に向けて透過させる反射透過面を有することを特徴とする画像表示装置から11のいずれか1つに記載の画像表示装置。
  13. 前記第1の導光素子は、照明光が入射する入射面と、照明光を前記反射型画像表示素子に向けて射出させるとともに前記反射型画像表示素子からの画像光を入射させる透過面と、前記入射面から入射した照明光を前記透過面に向けて反射させるとともに前記透過面から入射した画像光を前記投写光学素子に向けて透過させる反射透過面とを有することを特徴とする請求項12に記載の画像表示装置。
  14. 前記第2の導光素子から射出した照明光を所定の偏光光として前記第1の導光素子に入射させるための第1の偏光板
    前記第1の導光素子の前記反射透過面と前記投写光学素子との間に設けられ、前記反射型画像表示素子からの画像光の検光を行う第2偏光板有することを特徴とする請求項12又は13に記載の画像表示装置。
  15. 観察者の眼側から前記投写光学素子に入射した外光の前記反射型画像表示素子上での強度に対して、前記外光の前記第1又は第2の偏光板上での強度が1/10以下の関係を満足することを特徴とする請求項14に記載の画像表示装置。
  16. 前記投写光学素子は、少なくとも1つの反射面を含む複数の光学作用面を有しており、これら光学作用面のうち少なくとも1つが回転非対称面であることを特徴とする請求項から15のいずれか1つに記載の画像表示装置。
  17. 請求項から16のいずれか1つに記載の画像表示装置と、この画像表示装置に対して前記反射型画像表示素子に表示させる画像情報を供給する画像情報出力装置とを有することを特徴とする画像表示システム。
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