JP2000249969A - 画像表示光学系及びそれを用いた画像表示装置 - Google Patents
画像表示光学系及びそれを用いた画像表示装置Info
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- JP2000249969A JP2000249969A JP11056737A JP5673799A JP2000249969A JP 2000249969 A JP2000249969 A JP 2000249969A JP 11056737 A JP11056737 A JP 11056737A JP 5673799 A JP5673799 A JP 5673799A JP 2000249969 A JP2000249969 A JP 2000249969A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 反射型の液晶表示素子を用い光の利用効率が
良く、装置全体の小型化を図ったヘッドマウントディス
プレイに好適な画像表示光学系及びそれを用いた画像表
示装置を得ること。 【解決手段】 光源手段からの光束を反射型の表示手段
の表示面に表面側より入射させる照明光学系と、該表示
手段からの光束を観察者の瞳孔に導光し、該表示手段に
表示した画像情報を観察させる表示光学系とを有した画
像表示光学系において、該光源手段から該表示手段に至
る照明光路に対して該表示光学系が干渉しないように
し、該表示手段から該表示光学系に至る表示光路に対し
て該照明光学系が干渉しないようにしていること。
良く、装置全体の小型化を図ったヘッドマウントディス
プレイに好適な画像表示光学系及びそれを用いた画像表
示装置を得ること。 【解決手段】 光源手段からの光束を反射型の表示手段
の表示面に表面側より入射させる照明光学系と、該表示
手段からの光束を観察者の瞳孔に導光し、該表示手段に
表示した画像情報を観察させる表示光学系とを有した画
像表示光学系において、該光源手段から該表示手段に至
る照明光路に対して該表示光学系が干渉しないように
し、該表示手段から該表示光学系に至る表示光路に対し
て該照明光学系が干渉しないようにしていること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は画像表示光学系及び
それを用いた画像表示装置に関し、例えば表示素子とし
て反射型の液晶表示素子に表示された画像情報を適切に
設定した自由曲面を有する光学素子を介して拡大して観
察するようにしたヘッドマウントディスプレイやメガネ
型ディスプレイ等に好適なものである。
それを用いた画像表示装置に関し、例えば表示素子とし
て反射型の液晶表示素子に表示された画像情報を適切に
設定した自由曲面を有する光学素子を介して拡大して観
察するようにしたヘッドマウントディスプレイやメガネ
型ディスプレイ等に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、例えば透明体の表面に入射面
と複数の反射面、そして射出面を設けた光学素子を用い
て、液晶等の画像表示素子に表示した画像情報を拡大し
た虚像として観察するようにした頭部装着型の画像観察
装置（画像表示装置）、所謂ヘッドマウントディスプレ
イが種々と提案されている。
と複数の反射面、そして射出面を設けた光学素子を用い
て、液晶等の画像表示素子に表示した画像情報を拡大し
た虚像として観察するようにした頭部装着型の画像観察
装置（画像表示装置）、所謂ヘッドマウントディスプレ
イが種々と提案されている。
【０００３】例えばこのようなヘッドマウントディスプ
レイ型の画像表示装置として特に小型化に優れたもの
が、特開平７−３３３５５１号公報，特開平８−１７９
２３８号公報，特開平８−２３４１３７号公報等で提案
されている。
レイ型の画像表示装置として特に小型化に優れたもの
が、特開平７−３３３５５１号公報，特開平８−１７９
２３８号公報，特開平８−２３４１３７号公報等で提案
されている。
【０００４】これらに開示された光学系の１例を図５に
示す。図５において１１１は、透過面および全反射面と
して作用するＳＡ面、反射面として作用するＳＢ面、透
過面として作用するＳＣ面がそれぞれ偏心して配置され
たプリズムである。光源であるバックライト１１３から
発した光は透過型ＬＣＤ１１２により変調される。これ
ら透過型ＬＣＤ１１２の画像表示面で変調された光束を
ＳＣ面よりプリズム１１１内に入射させ、これらをＳＡ
面で全反射させ、パワーの強いＳＢ面へ導き反射した光
束を、今度はＳＡ面を透過させてプリズムより出射させ
て、途中で結像することなく瞳Ｓに導く構成である。瞳
ＳからＬＣＤ１１２に向かう主光線を考えると、ＳＡ
面、ＳＣ面は弱いパワーの自由曲面で収差補正を主担当
し、これらの面に対してＳＢ面は強いパワーを有する略
放物面ベースの自由曲面であり瞳Ｓ中心を通り発散する
主光線を略平行光束に変換してＳＡ面の全反射条件を満
たすようＳＡ面に導く役割をしている。ＳＡ面で全反射
した光束は、ＳＣ面を通りＬＣＤ１１２の画像表示面に
到達し、瞳径を通った各画角の光束が略一点に結像す
る。
示す。図５において１１１は、透過面および全反射面と
して作用するＳＡ面、反射面として作用するＳＢ面、透
過面として作用するＳＣ面がそれぞれ偏心して配置され
たプリズムである。光源であるバックライト１１３から
発した光は透過型ＬＣＤ１１２により変調される。これ
ら透過型ＬＣＤ１１２の画像表示面で変調された光束を
ＳＣ面よりプリズム１１１内に入射させ、これらをＳＡ
面で全反射させ、パワーの強いＳＢ面へ導き反射した光
束を、今度はＳＡ面を透過させてプリズムより出射させ
て、途中で結像することなく瞳Ｓに導く構成である。瞳
ＳからＬＣＤ１１２に向かう主光線を考えると、ＳＡ
面、ＳＣ面は弱いパワーの自由曲面で収差補正を主担当
し、これらの面に対してＳＢ面は強いパワーを有する略
放物面ベースの自由曲面であり瞳Ｓ中心を通り発散する
主光線を略平行光束に変換してＳＡ面の全反射条件を満
たすようＳＡ面に導く役割をしている。ＳＡ面で全反射
した光束は、ＳＣ面を通りＬＣＤ１１２の画像表示面に
到達し、瞳径を通った各画角の光束が略一点に結像す
る。
【０００５】一方、近年小型の表示デバイスとして反射
型の液晶表示素子が種々と用いられている。反射型の液
晶表示素子をヘッドマウントディスプレイ等の画像観察
装置に用いるには照明装置を設けて液晶表示素子を照明
する必要がある。
型の液晶表示素子が種々と用いられている。反射型の液
晶表示素子をヘッドマウントディスプレイ等の画像観察
装置に用いるには照明装置を設けて液晶表示素子を照明
する必要がある。
【０００６】図６，図７は各々従来の反射型の液晶表示
素子を用いた画像表示装置の一部分の要部概略図であ
る。
素子を用いた画像表示装置の一部分の要部概略図であ
る。
【０００７】図６において１０１は反射型の液晶表示素
子であり、光源（面光源）１０２からの光束によってビ
ームスプリッタ（ハーフミラー）１０３を介して照明し
ている。液晶表示素子１０１で光変調を受けた画像情報
をハーフミラー１０３を介してプロジェクターのときに
は投影レンズ１０４で所定面上に投影して観察してい
る。又ヘッドマウントディスプレイのときにはレンズ系
１０４を介して液晶表示素子１０１で表示された画像情
報を拡大して観察している。
子であり、光源（面光源）１０２からの光束によってビ
ームスプリッタ（ハーフミラー）１０３を介して照明し
ている。液晶表示素子１０１で光変調を受けた画像情報
をハーフミラー１０３を介してプロジェクターのときに
は投影レンズ１０４で所定面上に投影して観察してい
る。又ヘッドマウントディスプレイのときにはレンズ系
１０４を介して液晶表示素子１０１で表示された画像情
報を拡大して観察している。
【０００８】図７においては光源１０２からの光束を偏
光板１０６を介して直線偏光（例えばＰ偏光）とし、ビ
ームスプリッタ（偏光ビームスプリッター）１０５を通
過させて反射型の液晶表示素子１０１を照明している。
液晶表示素子１０１で光変調を受けた光束（Ｓ偏光とな
っている）を偏光ビームスプリッター１０５で反射させ
て投影レンズ又はレンズ系１０４に導光している。
光板１０６を介して直線偏光（例えばＰ偏光）とし、ビ
ームスプリッタ（偏光ビームスプリッター）１０５を通
過させて反射型の液晶表示素子１０１を照明している。
液晶表示素子１０１で光変調を受けた光束（Ｓ偏光とな
っている）を偏光ビームスプリッター１０５で反射させ
て投影レンズ又はレンズ系１０４に導光している。
【０００９】これによってプロジェクターのときには投
影レンズ１０４で所定面上に投影し、観察している。
又、ヘッドアップディスプレイのときにはレンズ系１０
４を介して液晶表示素子１０１で表示された画像情報を
拡大し、観察している。
影レンズ１０４で所定面上に投影し、観察している。
又、ヘッドアップディスプレイのときにはレンズ系１０
４を介して液晶表示素子１０１で表示された画像情報を
拡大し、観察している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来より、ヘッドマウ
ントディスプレイ（ＨＭＤ）や、メガネ型ディスプレイ
等の画像観察装置においては、これらを頭部に装着する
ため装置全体の小型化及び軽量化が要望されている。
ントディスプレイ（ＨＭＤ）や、メガネ型ディスプレイ
等の画像観察装置においては、これらを頭部に装着する
ため装置全体の小型化及び軽量化が要望されている。
【００１１】画像表示装置として反射型の液晶表示素子
を用いた場合で装置全体の小型化を図るためには、それ
を照明するための照明装置を装置内に組み込む必要があ
る。
を用いた場合で装置全体の小型化を図るためには、それ
を照明するための照明装置を装置内に組み込む必要があ
る。
【００１２】前記した図６、図７等の照明装置の一部で
あるビームスプリッタを特開平７−３３３５５１号公
報，特開平８−１７９２３８号公報，特開平８−２３４
１３７号公報等で提案されている構成に用いようとする
と、透過型の液晶表示装置を用いた場合に比べて、アイ
リリーフ，画角等のスペックが低減してくる。
あるビームスプリッタを特開平７−３３３５５１号公
報，特開平８−１７９２３８号公報，特開平８−２３４
１３７号公報等で提案されている構成に用いようとする
と、透過型の液晶表示装置を用いた場合に比べて、アイ
リリーフ，画角等のスペックが低減してくる。
【００１３】また、上記ビームスプリッタがハーフミラ
ーであった場合には光量の損失が生じ、偏光ビームスプ
リッタ（PBS）であった場合には装置全体が複雑になっ
てしまうという問題もあった。
ーであった場合には光量の損失が生じ、偏光ビームスプ
リッタ（PBS）であった場合には装置全体が複雑になっ
てしまうという問題もあった。
【００１４】画像表示装置としてヘッドマウントディス
プレイ用として用いるときには観察者の頭部に装着する
為に装置全体がなるべく小型及び軽量であることが要望
されている。
プレイ用として用いるときには観察者の頭部に装着する
為に装置全体がなるべく小型及び軽量であることが要望
されている。
【００１５】本発明は、液晶ディスプレイ等の表示手段
に表示した画像情報を観察する際、光源手段から表示手
段に至る光学系及び表示手段からの光束を観察者の眼球
に導光するための光学系を適切に設定することによっ
て、装置全体の小型化を図りつつ該画像情報を良好なる
画質で観察することができる画像表示光学系及びそれを
用いた画像表示装置の提供を目的とする。
に表示した画像情報を観察する際、光源手段から表示手
段に至る光学系及び表示手段からの光束を観察者の眼球
に導光するための光学系を適切に設定することによっ
て、装置全体の小型化を図りつつ該画像情報を良好なる
画質で観察することができる画像表示光学系及びそれを
用いた画像表示装置の提供を目的とする。
【００１６】この他本発明は、画像表示手段として例え
ば反射型の液晶表示素子を用い、拡大光学系として例え
ば液晶表示素子からの光束を入射させる入射面と、該入
射面から入射させた光束を反射させる偏心させた曲面反
射面と、該曲面反射面からの光束を射出させる射出面と
を一体形成した光学素子を用いて液晶表示素子で表示さ
れる画像情報を観察するとき、該液晶表示素子を照明す
る為の照明装置を拡大光学系の特徴に合せて適切に設定
することにより、装置全体の小型化を図りつつ、液晶表
示素子で表示された画像情報を良好に観察することがで
きるヘッドマウントディスプレイに好適な画像表示光学
系及びそれを用いた画像表示装置の提供を目的とする。
ば反射型の液晶表示素子を用い、拡大光学系として例え
ば液晶表示素子からの光束を入射させる入射面と、該入
射面から入射させた光束を反射させる偏心させた曲面反
射面と、該曲面反射面からの光束を射出させる射出面と
を一体形成した光学素子を用いて液晶表示素子で表示さ
れる画像情報を観察するとき、該液晶表示素子を照明す
る為の照明装置を拡大光学系の特徴に合せて適切に設定
することにより、装置全体の小型化を図りつつ、液晶表
示素子で表示された画像情報を良好に観察することがで
きるヘッドマウントディスプレイに好適な画像表示光学
系及びそれを用い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
示光学系は、光源手段からの光束を反射型の表示手段の
表示面に表面側より入射させる照明光学系と、該表示手
段からの光束を観察者の瞳孔に導光し、該表示手段に表
示した画像情報を観察させる表示光学系とを有した画像
表示光学系において、該光源手段から該表示手段に至る
照明光路に対して該表示光学系が干渉しないようにし、
該表示手段から該表示光学系に至る表示光路に対して該
照明光学系が干渉しないようにしていることを特徴とし
ている。
示光学系は、光源手段からの光束を反射型の表示手段の
表示面に表面側より入射させる照明光学系と、該表示手
段からの光束を観察者の瞳孔に導光し、該表示手段に表
示した画像情報を観察させる表示光学系とを有した画像
表示光学系において、該光源手段から該表示手段に至る
照明光路に対して該表示光学系が干渉しないようにし、
該表示手段から該表示光学系に至る表示光路に対して該
照明光学系が干渉しないようにしていることを特徴とし
ている。
【００１８】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記表示光学系は複数の反射面を有し、該複数の反
射面が、それぞれ基準光線に対して傾いた面で構成され
たことを特徴としている。
て、前記表示光学系は複数の反射面を有し、該複数の反
射面が、それぞれ基準光線に対して傾いた面で構成され
たことを特徴としている。
【００１９】請求項３の発明は請求項２の発明におい
て、前記表示光学系が全反射面、兼透過面として作用す
る光学面を有することを特徴としている。
て、前記表示光学系が全反射面、兼透過面として作用す
る光学面を有することを特徴としている。
【００２０】請求項４の発明は請求項３の発明におい
て、前記全反射面、兼透過面として機能する面の一部に
反射膜を形成したことを特徴としている。
て、前記全反射面、兼透過面として機能する面の一部に
反射膜を形成したことを特徴としている。
【００２１】請求項５の発明は請求項２，３又は４の発
明において、前記表示光学系を構成する光学面が、アジ
ムス毎に異なる曲率を有した非回転対称な非球面で構成
されたことを特徴としている。
明において、前記表示光学系を構成する光学面が、アジ
ムス毎に異なる曲率を有した非回転対称な非球面で構成
されたことを特徴としている。
【００２２】請求項６の発明は請求項５の発明におい
て、前記光源手段と前記表示手段との間、及び前記表示
手段と前記表示光学系との間に互いに偏光軸がほぼ直交
した偏光板を配置したことを特徴としている。
て、前記光源手段と前記表示手段との間、及び前記表示
手段と前記表示光学系との間に互いに偏光軸がほぼ直交
した偏光板を配置したことを特徴としている。
【００２３】請求項７の発明の画像表示装置は、反射型
の表示素子と、光源手段からの光束を該表示手段の表示
面に入射させる照明光学系と、該表示手段からの光束を
観察者の瞳孔に導光し、該表示手段に表示した画像情報
を観察させる表示光学系とを有した画像表示装置におい
て、該光源手段から該表示手段に至る照明光路に対して
該表示光学系が干渉しないようにし、該表示手段から該
表示光学系に至る表示光路に対して該照明光学系が干渉
しないようにしていることを特徴としている。
の表示素子と、光源手段からの光束を該表示手段の表示
面に入射させる照明光学系と、該表示手段からの光束を
観察者の瞳孔に導光し、該表示手段に表示した画像情報
を観察させる表示光学系とを有した画像表示装置におい
て、該光源手段から該表示手段に至る照明光路に対して
該表示光学系が干渉しないようにし、該表示手段から該
表示光学系に至る表示光路に対して該照明光学系が干渉
しないようにしていることを特徴としている。
【００２４】請求項８の発明は請求項７の発明におい
て、前記表示光学系は複数の反射面を有し、該複数の反
射面が、それぞれ前記基準光線に対して傾いた面で構成
されたことを特徴としている。
て、前記表示光学系は複数の反射面を有し、該複数の反
射面が、それぞれ前記基準光線に対して傾いた面で構成
されたことを特徴としている。
【００２５】請求項９の発明は請求項８の発明におい
て、前記表示光学系が全反射面、兼透過面として作用す
る光学面を有することを特徴としている。
て、前記表示光学系が全反射面、兼透過面として作用す
る光学面を有することを特徴としている。
【００２６】請求項１０の発明は請求項９の発明におい
て、前記全反射面、兼透過面として機能する面の一部に
反射膜を形成したことを特徴としている。
て、前記全反射面、兼透過面として機能する面の一部に
反射膜を形成したことを特徴としている。
【００２７】請求項１１の発明は請求項８，９又は１０
の発明において、前記表示光学系を構成する光学面が、
アジムス毎に異なる曲率を有した非回転対称な非球面で
構成されたことを特徴としている。
の発明において、前記表示光学系を構成する光学面が、
アジムス毎に異なる曲率を有した非回転対称な非球面で
構成されたことを特徴としている。
【００２８】請求項１２の発明は請求項７又は８の発明
において、前記反射型の表示手段が強誘電性液晶である
ことを特徴としている。
において、前記反射型の表示手段が強誘電性液晶である
ことを特徴としている。
【００２９】請求項１３の発明は請求項１２の発明にお
いて、前記光源手段と前記表示手段との間、及び前記表
示手段と前記表示光学系との間に互いに偏光軸がほぼ直
交した偏光板を配置したことを特徴としている。
いて、前記光源手段と前記表示手段との間、及び前記表
示手段と前記表示光学系との間に互いに偏光軸がほぼ直
交した偏光板を配置したことを特徴としている。
【００３０】請求項１４の発明は請求項７の発明におい
て、前記光源手段から前記表示手段に至る基準軸光線
と、該表示手段から前記表示光学系に至る基準軸光線が
該表示手段上で交差するようにしていることを特徴とし
ている。
て、前記光源手段から前記表示手段に至る基準軸光線
と、該表示手段から前記表示光学系に至る基準軸光線が
該表示手段上で交差するようにしていることを特徴とし
ている。
【００３１】
【発明の実施の形態】図１は本発明の画像表示装置の基
本構成を示す要部概略図である。図中Ｂ１は表示光学系
（拡大光学系）を構成する光学素子であり、平面，曲
面，非球面，又は回転非対称面等から成る第１，第２，
第３の光学作用面（以下「面」ともいう）Ｓ１，Ｓ２，
Ｓ３を有している。Ｓは観察者の望ましき瞳孔位置（光
学素子Ｂ１により形成される瞳の位置）である。
本構成を示す要部概略図である。図中Ｂ１は表示光学系
（拡大光学系）を構成する光学素子であり、平面，曲
面，非球面，又は回転非対称面等から成る第１，第２，
第３の光学作用面（以下「面」ともいう）Ｓ１，Ｓ２，
Ｓ３を有している。Ｓは観察者の望ましき瞳孔位置（光
学素子Ｂ１により形成される瞳の位置）である。
【００３２】２は反射型のＬＣＤより成る画像変調手段
（表示素子）であり、２ａはその表示面（液晶面）であ
る。尚、本発明における画像変調手段２には、後述する
ように照明光学系からの光束をＬＣＤ２に斜め方向より
入射させ反射して斜めに出射する光束を拡大光学系（表
示光学系）Ｂ１に導く構成としているため、広い視角特
性を有することが求められる。この要求に応えるため
に、例えば強誘電性液晶（ＦＬＣ）を用いている。ま
た、位相補償板と組み合わせて視角特性を向上させたＴ
Ｎ液晶を用いても良い。
（表示素子）であり、２ａはその表示面（液晶面）であ
る。尚、本発明における画像変調手段２には、後述する
ように照明光学系からの光束をＬＣＤ２に斜め方向より
入射させ反射して斜めに出射する光束を拡大光学系（表
示光学系）Ｂ１に導く構成としているため、広い視角特
性を有することが求められる。この要求に応えるため
に、例えば強誘電性液晶（ＦＬＣ）を用いている。ま
た、位相補償板と組み合わせて視角特性を向上させたＴ
Ｎ液晶を用いても良い。
【００３３】３は光源であり、例えばＬＣＤ２が単色用
であれば単色光又は白色光を放射する光源より成り、又
はＬＣＤ２がカラー用であれば、例えばＲ，Ｇ，Ｂ３色
を発光するＬＥＤが１チップ上に形成され、反射型のＬ
ＣＤ２への画像の表示に同期して発光を制御してカラー
表示を可能ならしめている。ＬＥは照明光学系であり、
光源３からの光束を集光し、偏光板ＫＮ１を介してＬＣ
Ｄ２の表示面２ａに導光している。
であれば単色光又は白色光を放射する光源より成り、又
はＬＣＤ２がカラー用であれば、例えばＲ，Ｇ，Ｂ３色
を発光するＬＥＤが１チップ上に形成され、反射型のＬ
ＣＤ２への画像の表示に同期して発光を制御してカラー
表示を可能ならしめている。ＬＥは照明光学系であり、
光源３からの光束を集光し、偏光板ＫＮ１を介してＬＣ
Ｄ２の表示面２ａに導光している。
【００３４】ＫＮ１、ＫＮ２は偏光板であり、例えばそ
れぞれの偏光の軸が略直交するように配置している。
尚、偏光板ＫＮ１、ＫＮ２は必ずしも直交して配置する
必要はなく、ＬＣＤ２の旋光能、表示モード等の設計条
件に合せて適切な配置にすればよい。また、ＬＣＤ２の
種類によっては、表示面２ａの直前に偏光板を１枚用い
るだけでよい場合等もあり、２枚の偏光板は必須ではな
い。また、偏光板を配置する位置は、偏光板ＫＮ１が光
源３とＬＣＤ２との間、偏光板ＫＮ２がＬＣＤ２と光学
素子Ｂ１との間に適宜配置すればよく、例えば偏光板Ｋ
Ｎ１を光源３と照明光学系ＬＥとの間に配置してもよ
い。
れぞれの偏光の軸が略直交するように配置している。
尚、偏光板ＫＮ１、ＫＮ２は必ずしも直交して配置する
必要はなく、ＬＣＤ２の旋光能、表示モード等の設計条
件に合せて適切な配置にすればよい。また、ＬＣＤ２の
種類によっては、表示面２ａの直前に偏光板を１枚用い
るだけでよい場合等もあり、２枚の偏光板は必須ではな
い。また、偏光板を配置する位置は、偏光板ＫＮ１が光
源３とＬＣＤ２との間、偏光板ＫＮ２がＬＣＤ２と光学
素子Ｂ１との間に適宜配置すればよく、例えば偏光板Ｋ
Ｎ１を光源３と照明光学系ＬＥとの間に配置してもよ
い。
【００３５】Ｌ０は、ＹＺ面（対称面，本実施形態にお
いては紙面がこれに相当）上で光源３、ＬＣＤ２、瞳Ｓ
のそれぞれの中心を通る光線（以下「基準軸光線」と呼
ぶ）である。
いては紙面がこれに相当）上で光源３、ＬＣＤ２、瞳Ｓ
のそれぞれの中心を通る光線（以下「基準軸光線」と呼
ぶ）である。
【００３６】本実施形態では、該光源手段から該表示手
段に至る基準軸光線及びその延長線と、該表示手段から
該表示光学系に至る基準軸光線及びその延長線とが該表
示手段上でのみ交差するようにしている。
段に至る基準軸光線及びその延長線と、該表示手段から
該表示光学系に至る基準軸光線及びその延長線とが該表
示手段上でのみ交差するようにしている。
【００３７】光学素子Ｂ１の３つの光学作用面Ｓ１，Ｓ
２，Ｓ３のうち、少なくとも反射面として作用するＳ
１，Ｓ２はそれぞれ基準軸光線Ｌ０に対し偏心して配置
された曲面とすることで、光学素子Ｂ１の厚みを薄くし
ている。尚、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の全ての面を傾けて構成
しても良い。これら曲面を偏心配置したことにより発生
する偏心収差を良好に補正するため、各光学作用面Ｓ
１，Ｓ２，Ｓ３は非回転対称な非球面より構成してい
る。尚、いずれの面も１つのＹＺ面（対称面，本実施形
態においては紙面がこれに相当）に対して対称な形状を
している。
２，Ｓ３のうち、少なくとも反射面として作用するＳ
１，Ｓ２はそれぞれ基準軸光線Ｌ０に対し偏心して配置
された曲面とすることで、光学素子Ｂ１の厚みを薄くし
ている。尚、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の全ての面を傾けて構成
しても良い。これら曲面を偏心配置したことにより発生
する偏心収差を良好に補正するため、各光学作用面Ｓ
１，Ｓ２，Ｓ３は非回転対称な非球面より構成してい
る。尚、いずれの面も１つのＹＺ面（対称面，本実施形
態においては紙面がこれに相当）に対して対称な形状を
している。
【００３８】光学素子Ｂ１における第３の光学作用面Ｓ
３の形状は対称面であるｙｚ面に対して対称な非球面で
ある。光学作用面Ｓ３はＬＣＤ２の画像表示面２ａに対
して傾いた配置（例えば、基準軸光線Ｌ０と面Ｓ３との
交点Ｓ３ａでの接平面と、液晶面２ａとが平行でない状
態）としている。第１の光学作用面Ｓ１の形状は該対称
面に対して対称な球面又は非球面であって、第３の光学
作用面Ｓ３を屈折し入射してきた光束を全反射する角度
に傾斜して配置している。
３の形状は対称面であるｙｚ面に対して対称な非球面で
ある。光学作用面Ｓ３はＬＣＤ２の画像表示面２ａに対
して傾いた配置（例えば、基準軸光線Ｌ０と面Ｓ３との
交点Ｓ３ａでの接平面と、液晶面２ａとが平行でない状
態）としている。第１の光学作用面Ｓ１の形状は該対称
面に対して対称な球面又は非球面であって、第３の光学
作用面Ｓ３を屈折し入射してきた光束を全反射する角度
に傾斜して配置している。
【００３９】第２の光学作用面Ｓ２は該対称面（ＹＺ
面）に対して全体として強い凹面の非球面より成るミラ
ー面（面上に光学薄膜をつけている）である。面Ｓ２は
第１の光学作用面Ｓ１の一領域で全反射された光束に対
して傾斜して配置している。第２の光学作用面Ｓ２で反
射された光束は臨界角度以下の角度で第１の光学作用面
Ｓ１に入射し、面Ｓ１を透過して瞳孔Ｓに達している。
面）に対して全体として強い凹面の非球面より成るミラ
ー面（面上に光学薄膜をつけている）である。面Ｓ２は
第１の光学作用面Ｓ１の一領域で全反射された光束に対
して傾斜して配置している。第２の光学作用面Ｓ２で反
射された光束は臨界角度以下の角度で第１の光学作用面
Ｓ１に入射し、面Ｓ１を透過して瞳孔Ｓに達している。
【００４０】ここで、拡大光学系（光学素子Ｂ１）単体
での瞳Ｓからの光束のＬＣＤ２への結像を考えると、特
にパワーの強い面Ｓ２のアジムス毎のパワーの違い、及
びアジムス毎の面Ｓ２以降のプリズム内での光路長の違
いにより、ＬＣＤ２の画像表示面は、液晶面２ａを面Ｓ
３に対して傾いた配置（例えば、図中の瞳面ＳＳの中心
を通りｙ軸方向に進む光線の面Ｓ３との交点での接平面
と、ＬＣＤ２の表示面２ａとが平行でない状態）となり
やすい。
での瞳Ｓからの光束のＬＣＤ２への結像を考えると、特
にパワーの強い面Ｓ２のアジムス毎のパワーの違い、及
びアジムス毎の面Ｓ２以降のプリズム内での光路長の違
いにより、ＬＣＤ２の画像表示面は、液晶面２ａを面Ｓ
３に対して傾いた配置（例えば、図中の瞳面ＳＳの中心
を通りｙ軸方向に進む光線の面Ｓ３との交点での接平面
と、ＬＣＤ２の表示面２ａとが平行でない状態）となり
やすい。
【００４１】表示面２ａの点２−１（２−２，２−３）
から射出した主光線が面Ｓ３に入射し、面Ｓ１で全反射
し、面Ｓ２で反射し、面Ｓ１に達するまでのプリズムＢ
１内の光路長をＬｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃとする。表示面
２ａの点２−１（２−２，２−３）から射出した主光線
が面Ｓ３に達するまでの光路長をＬａａ，Ｌａｂ，Ｌａ
ｃとする。このときプリズム内での光路長Ｌｐｃ＞Ｌｐ
ａ＞Ｌｐｂである。また、面Ｓ２での反射点Ｐａ、Ｐ
ｂ、Ｐｃでの曲率が異なり、ｙｚ面における曲率半径は
一般に、Ｐｂ＞Ｐａ＞Ｐｃである。そのため、面Ｓ３か
らＬＣＤ２への光路長は、Ｌａｂ＞Ｌａａ＞Ｌａｃとな
り、液晶面２ａを面Ｓ３に対して傾いた配置となりやす
い。
から射出した主光線が面Ｓ３に入射し、面Ｓ１で全反射
し、面Ｓ２で反射し、面Ｓ１に達するまでのプリズムＢ
１内の光路長をＬｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃとする。表示面
２ａの点２−１（２−２，２−３）から射出した主光線
が面Ｓ３に達するまでの光路長をＬａａ，Ｌａｂ，Ｌａ
ｃとする。このときプリズム内での光路長Ｌｐｃ＞Ｌｐ
ａ＞Ｌｐｂである。また、面Ｓ２での反射点Ｐａ、Ｐ
ｂ、Ｐｃでの曲率が異なり、ｙｚ面における曲率半径は
一般に、Ｐｂ＞Ｐａ＞Ｐｃである。そのため、面Ｓ３か
らＬＣＤ２への光路長は、Ｌａｂ＞Ｌａａ＞Ｌａｃとな
り、液晶面２ａを面Ｓ３に対して傾いた配置となりやす
い。
【００４２】本発明は、この性質を積極的に利用して、
光源３から発して照明光学系ＬＥを通ってＬＣＤ２を照
明する光束（照明光束）が、光学素子Ｂ１と干渉しない
よう表示面２ａを照明し、及び表示面２ａから光学素子
Ｂ１を介して瞳に導かれる光束（表示光束)が照明光学
系ＬＥと干渉しないように光学素子Ｂ１に入射させるよ
う構成している。
光源３から発して照明光学系ＬＥを通ってＬＣＤ２を照
明する光束（照明光束）が、光学素子Ｂ１と干渉しない
よう表示面２ａを照明し、及び表示面２ａから光学素子
Ｂ１を介して瞳に導かれる光束（表示光束)が照明光学
系ＬＥと干渉しないように光学素子Ｂ１に入射させるよ
う構成している。
【００４３】次に本発明の基本構成における光学的作用
について説明する。図１に示すように、光源３からの光
束を照明光学系ＬＥで集光し、偏光板ＫＮ１で偏光方向
を（例えばＳ偏光に）揃えて、拡大光学系Ｂ１を横切る
ことなく、画像表示手段２の表示面２ａの法線に対して
ｙｚ面内で斜めに反射型の画像表示手段２を照明してい
る。
について説明する。図１に示すように、光源３からの光
束を照明光学系ＬＥで集光し、偏光板ＫＮ１で偏光方向
を（例えばＳ偏光に）揃えて、拡大光学系Ｂ１を横切る
ことなく、画像表示手段２の表示面２ａの法線に対して
ｙｚ面内で斜めに反射型の画像表示手段２を照明してい
る。
【００４４】画像表示手段２の表示面２ａで画像情報に
応じて変調（画素毎に旋光）・反射された光束は、偏光
板ＫＮ２で選択され（例えば画像表示手段２で９０°旋
光されＰ偏光になった画素からの光は透過し、画像表示
手段２で旋光されずＳ偏光のままであった画素からの光
は遮光され）画像情報を有する表示光束となり、照明光
学系ＬＥを再度横切ることなく拡大光学系である光学素
子Ｂ１に入射する。表示光束は、まず第３の光学作用面
Ｓ３を透過して第１の光学作用面Ｓ１へ向かい、面Ｓ１
に臨界角以上の角度で入射する。この面Ｓ１で全反射し
て第２の光学作用面Ｓ２へ向かい、この面Ｓ２で反射し
て収束光となり、再び第１の光学作用面Ｓ１へ向かい、
今度はこの面Ｓ１に臨界角以下の角度で入射し面Ｓ１を
透過して虚像を形成すると共に観察者１の瞳孔Ｓに達し
て、観察者に液晶表示手段２で表示した画像情報の虚像
を視認させている。
応じて変調（画素毎に旋光）・反射された光束は、偏光
板ＫＮ２で選択され（例えば画像表示手段２で９０°旋
光されＰ偏光になった画素からの光は透過し、画像表示
手段２で旋光されずＳ偏光のままであった画素からの光
は遮光され）画像情報を有する表示光束となり、照明光
学系ＬＥを再度横切ることなく拡大光学系である光学素
子Ｂ１に入射する。表示光束は、まず第３の光学作用面
Ｓ３を透過して第１の光学作用面Ｓ１へ向かい、面Ｓ１
に臨界角以上の角度で入射する。この面Ｓ１で全反射し
て第２の光学作用面Ｓ２へ向かい、この面Ｓ２で反射し
て収束光となり、再び第１の光学作用面Ｓ１へ向かい、
今度はこの面Ｓ１に臨界角以下の角度で入射し面Ｓ１を
透過して虚像を形成すると共に観察者１の瞳孔Ｓに達し
て、観察者に液晶表示手段２で表示した画像情報の虚像
を視認させている。
【００４５】本発明によれば、以上のように、該光源手
段から該照明光学系を介し、該表示手段に至る基準軸光
線及びその延長線と、該表示手段から該表示光学系入射
する基準軸光線及びその延長線とが該表示手段上でのみ
交差するように構成したことによって、反射型の表示デ
バイス（表示素子）及びそれを照明する光源並びに照明
光学系を組み込みつつも、小型で薄型の画像表示装置を
達成している。
段から該照明光学系を介し、該表示手段に至る基準軸光
線及びその延長線と、該表示手段から該表示光学系入射
する基準軸光線及びその延長線とが該表示手段上でのみ
交差するように構成したことによって、反射型の表示デ
バイス（表示素子）及びそれを照明する光源並びに照明
光学系を組み込みつつも、小型で薄型の画像表示装置を
達成している。
【００４６】また、本発明によれば、以上のように照明
光学系ＬＥと拡大光学系Ｂ１とを適切に配置したことに
より、光源３からの光をハーフミラー等を介することな
く観察者の瞳Ｓに導くことができるため、光利用効率の
高い、明るい画像表示装置を提供することができる。
光学系ＬＥと拡大光学系Ｂ１とを適切に配置したことに
より、光源３からの光をハーフミラー等を介することな
く観察者の瞳Ｓに導くことができるため、光利用効率の
高い、明るい画像表示装置を提供することができる。
【００４７】尚、上述した本発明の基本構成の説明にあ
たり、光源を略点光源状としたが面発光光源でも良く、
又、照明光学系ＬＥを単レンズとして示したが、複数の
レンズより構成しても良い。
たり、光源を略点光源状としたが面発光光源でも良く、
又、照明光学系ＬＥを単レンズとして示したが、複数の
レンズより構成しても良い。
【００４８】又、図１の本発明の基本構成において、図
８に示すように面Ｓ２をハーフミラー面とし、面Ｓ２で
プリズムＢ２を接合し、表示手段２で表示した画像と、
外界の画像からの光束をプリズムＢ２と光学素子Ｂ１を
通して観察者の瞳孔ＳＳに導光し、双方の画像を同一視
野で観察するようにしても良い。尚、図８においては面
ＳＢ１，面Ｓ２，面Ｓ１で構成される光学系によって外
界の画像を観察する観察系を構成している。
８に示すように面Ｓ２をハーフミラー面とし、面Ｓ２で
プリズムＢ２を接合し、表示手段２で表示した画像と、
外界の画像からの光束をプリズムＢ２と光学素子Ｂ１を
通して観察者の瞳孔ＳＳに導光し、双方の画像を同一視
野で観察するようにしても良い。尚、図８においては面
ＳＢ１，面Ｓ２，面Ｓ１で構成される光学系によって外
界の画像を観察する観察系を構成している。
【００４９】以下に、本発明に基づいた実施形態の構成
について説明する。
について説明する。
【００５０】［実施形態１］図２は、本発明の実施形態
１の要部構成図である。図中、ＳＳは光学素子Ｂ１の瞳
（観察者の眼）、Ｂ１は光学素子であり、回転非対称面
等から成る第１，第２，第３の光学作用面（以下「面」
ともいう）Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を有している。尚、いずれ
の面も１つのＹＺ面（対称面，本実施形態においては紙
面がこれに相当）に対して対称な形状をしている。ＫＮ
１、ＫＮ２は偏光の軸が互いに略直交した偏光板であ
り、偏光板ＫＮ２は面Ｓ４、Ｓ５を、偏光板ＫＮ１は面
Ｓ８、Ｓ９を有している。２０は反射型のＬＣＤ（表示
素子）であり、Ｓ７は該反射型のＬＣＤ２０の表示面で
あり、Ｓ６はＬＣＤ２０のカバーガラス表面である。Ｌ
Ｅ１は照明光学系を構成する裏面鏡であり、Ｓ１０は裏
面鏡ＬＥ１を構成する透過面、Ｓ１１はミラー面（面上
に光学薄膜をつけている）である。３０は面光源であ
り、公知の液晶バックライト等のように側面に配置した
発光素子と導光板で形成したものや、拡散板背面に発光
素子を配置して面光源を形成したもの、またＥＬ素子等
の面発光光源が適宜利用可能である。ＳＩは面光源３０
の発光面（もしくは拡散面）である。
１の要部構成図である。図中、ＳＳは光学素子Ｂ１の瞳
（観察者の眼）、Ｂ１は光学素子であり、回転非対称面
等から成る第１，第２，第３の光学作用面（以下「面」
ともいう）Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を有している。尚、いずれ
の面も１つのＹＺ面（対称面，本実施形態においては紙
面がこれに相当）に対して対称な形状をしている。ＫＮ
１、ＫＮ２は偏光の軸が互いに略直交した偏光板であ
り、偏光板ＫＮ２は面Ｓ４、Ｓ５を、偏光板ＫＮ１は面
Ｓ８、Ｓ９を有している。２０は反射型のＬＣＤ（表示
素子）であり、Ｓ７は該反射型のＬＣＤ２０の表示面で
あり、Ｓ６はＬＣＤ２０のカバーガラス表面である。Ｌ
Ｅ１は照明光学系を構成する裏面鏡であり、Ｓ１０は裏
面鏡ＬＥ１を構成する透過面、Ｓ１１はミラー面（面上
に光学薄膜をつけている）である。３０は面光源であ
り、公知の液晶バックライト等のように側面に配置した
発光素子と導光板で形成したものや、拡散板背面に発光
素子を配置して面光源を形成したもの、またＥＬ素子等
の面発光光源が適宜利用可能である。ＳＩは面光源３０
の発光面（もしくは拡散面）である。
【００５１】尚、本実施例において表示素子２０でカラ
ー表示を行うには、例えばＲ，Ｇ，Ｂ３色を発光するＬ
ＥＤを光源３０に用いて側面より導光板に入射せしめ、
反射型のＬＣＤ２０への画像の表示に同期して発光を制
御すればよい。照明光学系ＬＥ１は光源３０からの光束
を集光し、ＬＣＤ２０の表示面Ｓ７に導光している。
ー表示を行うには、例えばＲ，Ｇ，Ｂ３色を発光するＬ
ＥＤを光源３０に用いて側面より導光板に入射せしめ、
反射型のＬＣＤ２０への画像の表示に同期して発光を制
御すればよい。照明光学系ＬＥ１は光源３０からの光束
を集光し、ＬＣＤ２０の表示面Ｓ７に導光している。
【００５２】本実施例における非球面形状は、次の式を
用いて表現している。 z=c1*(x2+y2)/(1+(1-(1+k)*c12*(x2+y2))(1/2))+c2+c4*
y+c5*(x2-y2)+c6*(-1+2*x2+2*y2)+c10*(-2*y+3*x2*y+3*
y3)+c11*(3*x2*y-y3)+c12*(x4-6*x2*y2+y4)+c13*(-3*x2
+4*x4+3*y2-4*y4)+c14*(1-6*x2+6*x4-6*y2+12*x2*y2+6*
y4)+c20*(3*y-12*x2*y+10*x4*y-12*y3+20*x2*y3+10*y5)
+c21*(-12*x2*y+15*x4*y+4*y3+10*x2*y3-5*y5)+c22*(5*
x4*y-10*x2*y3+y5)+c23*(x6-15*x4*y2+15*x2*y4-y6)+c2
4*(-5*x4+6*x6+30*x2*y2-30*x4*y2-5*y4-30*x2*y4+6*
y6)+c25*(6*x2-20*x4+15*x6-6*y2+15*x4*y2+20*y4-15*x
2*y4-15*y6)+c26*(-1+12*x2-30*x4+20*x6+12*y2-60*x2*
y2+60*x4*y2-30*y4+60*x2*y4+20*y6) 但し、c1=1/r（rは基準曲率半径） 以下に、本実施形態１の光学系のデータを示す。データ
は、光学素子の瞳面ＳＳの中心を原点（ｘ，ｙ，ｚ）＝
（０，０，０）とし、図に示したｚ軸方向を光軸とする
座標系を基準座標系とし、その基準座標系に対する各面
を定義する座標系の相対位置のｙ座標，ｚ座標，ｘ軸の
回りの回転（紙面上で時計回りの方向を正の向きとす
る、単位:度）をそれぞれ（ｙ，ｚ，ａ）で表す。
用いて表現している。 z=c1*(x2+y2)/(1+(1-(1+k)*c12*(x2+y2))(1/2))+c2+c4*
y+c5*(x2-y2)+c6*(-1+2*x2+2*y2)+c10*(-2*y+3*x2*y+3*
y3)+c11*(3*x2*y-y3)+c12*(x4-6*x2*y2+y4)+c13*(-3*x2
+4*x4+3*y2-4*y4)+c14*(1-6*x2+6*x4-6*y2+12*x2*y2+6*
y4)+c20*(3*y-12*x2*y+10*x4*y-12*y3+20*x2*y3+10*y5)
+c21*(-12*x2*y+15*x4*y+4*y3+10*x2*y3-5*y5)+c22*(5*
x4*y-10*x2*y3+y5)+c23*(x6-15*x4*y2+15*x2*y4-y6)+c2
4*(-5*x4+6*x6+30*x2*y2-30*x4*y2-5*y4-30*x2*y4+6*
y6)+c25*(6*x2-20*x4+15*x6-6*y2+15*x4*y2+20*y4-15*x
2*y4-15*y6)+c26*(-1+12*x2-30*x4+20*x6+12*y2-60*x2*
y2+60*x4*y2-30*y4+60*x2*y4+20*y6) 但し、c1=1/r（rは基準曲率半径） 以下に、本実施形態１の光学系のデータを示す。データ
は、光学素子の瞳面ＳＳの中心を原点（ｘ，ｙ，ｚ）＝
（０，０，０）とし、図に示したｚ軸方向を光軸とする
座標系を基準座標系とし、その基準座標系に対する各面
を定義する座標系の相対位置のｙ座標，ｚ座標，ｘ軸の
回りの回転（紙面上で時計回りの方向を正の向きとす
る、単位:度）をそれぞれ（ｙ，ｚ，ａ）で表す。
【００５３】また、表中のＲはその面の曲率半径、Ｎｄ
（νｄ）はその面以降の屈折率（アッベ数）を表す。
尚、光束が同一面を複数通る場合は媒質が空気でない方
を記述し、反射面として用いられる場合にはこれを記載
しないこととした。
（νｄ）はその面以降の屈折率（アッベ数）を表す。
尚、光束が同一面を複数通る場合は媒質が空気でない方
を記述し、反射面として用いられる場合にはこれを記載
しないこととした。
【００５４】Ｒｘが記載されているものはトロイダル
面、非球面係数Ｃ１，Ｃ２，・・・を含むものは本実施
例において定義した非球面式に従う非球面、これらの指
示のない面は球面を表し、非球面係数指示のある面にお
いて、不指示の係数は０とする。
面、非球面係数Ｃ１，Ｃ２，・・・を含むものは本実施
例において定義した非球面式に従う非球面、これらの指
示のない面は球面を表し、非球面係数指示のある面にお
いて、不指示の係数は０とする。
【００５５】尚、本実施例は水平画角（図中のｘ方向の
画角）２８°、垂直方向画角（図中のｙ方向の画角）２
１．２°である。 SS (y,z,a)=(0.0, 0.0, 0.0) R: ∞ S1 (y,z,a)=(-19.826, 21.115, -3.14) R: -285.92941 Nd(νd): 1.4917（57.4） C1: 5.2945E+01 C5: 8.9304E-05 C6: -7.1955E-04 C10: 3.8933E-06 C11: -9.8007E-05 C12: -1.1578E-06 C13: -1.0932E-08 C14: -8.1148E-08 C20: -3.3501E-09 C21: -9.2005E-09 C22: -9.8652E-09 C23: 6.0445E-11 C24: -7.7318E-12 C25: -2.0026E-11 C26: 2.4540E-11 S2 (y,z,a)=(-7.923, 25.496, -29.94) R: -68.46944 C1: 4.3281E-01 C5: -3.1347E-03 C6: -5.2330E-04 C10: 9.3495E-06 C11: -6.5425E-06 C12: -2.0747E-06 C13: -4.5992E-07 C14: -2.6694E-07 C20: 9.9749E-09 C21: -6.5862E-09 C22: 3.8402E-08 C23: 3.6332E-10 C24: -9.4254E-11 C25: 4.1760E-10 C26: -1.5723E-10 S3 (y,z,a)=(16.341, 28.487, 54.16) R: ∞ C5: 8.9202E-03 C6: -7.4968E-03 C10: 1.8641E-03 C11: -1.8244E-03 C12: -9.2528E-05 C13: 6.9522E-05 C14: -2.8697E-05 C20: -6.9024E-06 C21: 6.4023E-06 C22: -7.0700E-06 C23: -1.1875E-07 C24: 1.2553E-07 C25: -5.6164E-08 C26: 3.8630E-08 S4 (y,z,a)=(16.600, 28.800, 55.00) R: ∞ Nd(νd): 1.4900(50.0) S5 (y,z,a)=(16.764, 28.915, 55.00) R: ∞ S6 (y,z,a)=(22.479, 32.919, 9.74) R: ∞ S7 (y,z,a)=(22.614, 33.708, 9.74) R: ∞ S8 (y,z,a)=(24.200, 28.200, -58.00) R: ∞ Nd(νd): 1.4900(50.0) S9 (y,z,a)=(24.030, 28.306, -58.00) R: ∞ S10 (y,z,a)=(31.659, 27.286, -0.26) R: -16.0 RX: -80.0 Nd(νd) 1.5163(64.1) S11 (y,z,a)=(15.687, 21.212, 7.74) R: 40.0 SI (y,z,a)=(30.678, 31.557, 15.74) R: ∞ 次に本実施例における光学的作用について説明する。図
２に示すように面光源３０の発光面ＳＩからの光束を裏
面鏡ＬＥ１の透過面Ｓ１０、ミラー面Ｓ１１、透過面Ｓ
１０を介して集光し、偏光板ＫＮ１の面Ｓ９、Ｓ８を透
過させ直線偏光にし、カバーガラス表面Ｓ６を介して画
像表示面Ｓ７に達し、反射型ＬＣＤ２０を照明してい
る。
画角）２８°、垂直方向画角（図中のｙ方向の画角）２
１．２°である。 SS (y,z,a)=(0.0, 0.0, 0.0) R: ∞ S1 (y,z,a)=(-19.826, 21.115, -3.14) R: -285.92941 Nd(νd): 1.4917（57.4） C1: 5.2945E+01 C5: 8.9304E-05 C6: -7.1955E-04 C10: 3.8933E-06 C11: -9.8007E-05 C12: -1.1578E-06 C13: -1.0932E-08 C14: -8.1148E-08 C20: -3.3501E-09 C21: -9.2005E-09 C22: -9.8652E-09 C23: 6.0445E-11 C24: -7.7318E-12 C25: -2.0026E-11 C26: 2.4540E-11 S2 (y,z,a)=(-7.923, 25.496, -29.94) R: -68.46944 C1: 4.3281E-01 C5: -3.1347E-03 C6: -5.2330E-04 C10: 9.3495E-06 C11: -6.5425E-06 C12: -2.0747E-06 C13: -4.5992E-07 C14: -2.6694E-07 C20: 9.9749E-09 C21: -6.5862E-09 C22: 3.8402E-08 C23: 3.6332E-10 C24: -9.4254E-11 C25: 4.1760E-10 C26: -1.5723E-10 S3 (y,z,a)=(16.341, 28.487, 54.16) R: ∞ C5: 8.9202E-03 C6: -7.4968E-03 C10: 1.8641E-03 C11: -1.8244E-03 C12: -9.2528E-05 C13: 6.9522E-05 C14: -2.8697E-05 C20: -6.9024E-06 C21: 6.4023E-06 C22: -7.0700E-06 C23: -1.1875E-07 C24: 1.2553E-07 C25: -5.6164E-08 C26: 3.8630E-08 S4 (y,z,a)=(16.600, 28.800, 55.00) R: ∞ Nd(νd): 1.4900(50.0) S5 (y,z,a)=(16.764, 28.915, 55.00) R: ∞ S6 (y,z,a)=(22.479, 32.919, 9.74) R: ∞ S7 (y,z,a)=(22.614, 33.708, 9.74) R: ∞ S8 (y,z,a)=(24.200, 28.200, -58.00) R: ∞ Nd(νd): 1.4900(50.0) S9 (y,z,a)=(24.030, 28.306, -58.00) R: ∞ S10 (y,z,a)=(31.659, 27.286, -0.26) R: -16.0 RX: -80.0 Nd(νd) 1.5163(64.1) S11 (y,z,a)=(15.687, 21.212, 7.74) R: 40.0 SI (y,z,a)=(30.678, 31.557, 15.74) R: ∞ 次に本実施例における光学的作用について説明する。図
２に示すように面光源３０の発光面ＳＩからの光束を裏
面鏡ＬＥ１の透過面Ｓ１０、ミラー面Ｓ１１、透過面Ｓ
１０を介して集光し、偏光板ＫＮ１の面Ｓ９、Ｓ８を透
過させ直線偏光にし、カバーガラス表面Ｓ６を介して画
像表示面Ｓ７に達し、反射型ＬＣＤ２０を照明してい
る。
【００５６】ＬＣＤ２０の画像表示面Ｓ７で変調・反射
された光束は、カバーガラス表面Ｓ６を通過して、偏光
板ＫＮ２の面Ｓ５、Ｓ４で偏光板ＫＮ１での偏光軸に垂
直な偏光成分の光が透過し、まず第３の光学作用面Ｓ３
を透過して第１の光学作用面Ｓ１へ向かい、この面Ｓ１
で全反射して第２の光学作用面Ｓ２へ向かい、この面Ｓ
２で反射して収束光となり、再び第１の光学作用面Ｓ１
へ向かい、今度はこの面Ｓ１を透過して虚像を形成する
と共に観察者の瞳孔ＳＳに達して観察者に液晶表示手段
２０で表示した画像の虚像を視認させている。
された光束は、カバーガラス表面Ｓ６を通過して、偏光
板ＫＮ２の面Ｓ５、Ｓ４で偏光板ＫＮ１での偏光軸に垂
直な偏光成分の光が透過し、まず第３の光学作用面Ｓ３
を透過して第１の光学作用面Ｓ１へ向かい、この面Ｓ１
で全反射して第２の光学作用面Ｓ２へ向かい、この面Ｓ
２で反射して収束光となり、再び第１の光学作用面Ｓ１
へ向かい、今度はこの面Ｓ１を透過して虚像を形成する
と共に観察者の瞳孔ＳＳに達して観察者に液晶表示手段
２０で表示した画像の虚像を視認させている。
【００５７】［実施形態２］図３は、本発明の実施形態
２の要部構成図である。図中、ＳＳは光学素子Ｂ１の瞳
（観察者の眼）、Ｂ１は光学素子であり、回転非対称面
等から成る第１，第２，第３の面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を有
している。尚、いずれの面も１つのＹＺ面に対して対称
な形状をしている。ＫＮ１、ＫＮ２は偏光の軸が互いに
略直交した偏光板であり、偏光板ＫＮ２は面Ｓ４、Ｓ５
を、偏光板ＫＮ１は面Ｓ９、Ｓ１０を有している。２０
は反射型のＬＣＤであり、Ｓ７は該反射型のＬＣＤ２０
の表示面であり、Ｓ６はＬＣＤ２０のカバーガラス表面
である。ＬＥ２は照明光学系であり、Ｓ８は照明光学系
であるミラーＬＥ２を構成するミラー面（面上に光学薄
膜をつけている）である。３０は面光源であり、ＳＩは
面光源３０の発光面である。
２の要部構成図である。図中、ＳＳは光学素子Ｂ１の瞳
（観察者の眼）、Ｂ１は光学素子であり、回転非対称面
等から成る第１，第２，第３の面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を有
している。尚、いずれの面も１つのＹＺ面に対して対称
な形状をしている。ＫＮ１、ＫＮ２は偏光の軸が互いに
略直交した偏光板であり、偏光板ＫＮ２は面Ｓ４、Ｓ５
を、偏光板ＫＮ１は面Ｓ９、Ｓ１０を有している。２０
は反射型のＬＣＤであり、Ｓ７は該反射型のＬＣＤ２０
の表示面であり、Ｓ６はＬＣＤ２０のカバーガラス表面
である。ＬＥ２は照明光学系であり、Ｓ８は照明光学系
であるミラーＬＥ２を構成するミラー面（面上に光学薄
膜をつけている）である。３０は面光源であり、ＳＩは
面光源３０の発光面である。
【００５８】光学素子Ｂ１における各光学作用面Ｓ１〜
Ｓ３の形状は該対称面に対して対称な非球面である。
Ｓ３の形状は該対称面に対して対称な非球面である。
【００５９】本実施形態における非球面形状は、次の式
を用いて表現している。 z:=1/2*(1/a+1/b)*(y2*cos(w)2+x2)/cos(w)/(1+1/2*(1/
a-1/b)*y*sin(w)+(1+(1/a-1/b)*y*sin(w)-(1/a/b+1/4*t
an(w)2*(1/a+1/b)2)*x2)(1/2))+c20*x2+c11*x*y+c02*y2
+c30*x3+c21*x2*y+c12*x*y2+c03*y3+c40*x4+c31*x3*y+c
22*x2*y2+c13*x*y 3+c04*y4+・・・ 以下に、本実施形態の光学系データを示す。データ記載
の規約については、実施形態１と同様とする。
を用いて表現している。 z:=1/2*(1/a+1/b)*(y2*cos(w)2+x2)/cos(w)/(1+1/2*(1/
a-1/b)*y*sin(w)+(1+(1/a-1/b)*y*sin(w)-(1/a/b+1/4*t
an(w)2*(1/a+1/b)2)*x2)(1/2))+c20*x2+c11*x*y+c02*y2
+c30*x3+c21*x2*y+c12*x*y2+c03*y3+c40*x4+c31*x3*y+c
22*x2*y2+c13*x*y 3+c04*y4+・・・ 以下に、本実施形態の光学系データを示す。データ記載
の規約については、実施形態１と同様とする。
【００６０】尚、本実施形態は水平画角（図中のｘ方向
の画角）３０°、垂直方向画角（図中のｙ方向の画角）
２２．７°である。 SS (y,z,a)=(0.0, 0.0, 0.0) R: ∞ S1 (y,z,a)=(-0.499, 41.297, 4.95) R: ∞ Nd(νd): 1.5709(33.8) a: -2.0582E-03 b: -2.0004E-03 w: -1.3726E+03 C02: -2.9898E-04 C03: 1.3685E-05 C04: -4.4731E-07 C05: -1.2631E-08 C06: -2.3764E-09 C20: -8.8463E-04 C21: -7.4353E-06 C22: -5.4368E-07 C23: 3.7423E-08 C24: -3.7661E-09 C40: 3.2990E-06 C41: 3.0930E-07 C42: 6.9381E-09 C60: 4.6264E-09 S2 (y,z,a)=(-2.395, 49.208, -24.04) R: ∞ a: -3.3217E-02 b: 1.9712E-03 w: -2.3946E+01 C02: 9.9329E-04 C03: -6.3496E-05 C04: -4.3135E-07 C05: -7.8153E-08 C06: 2.3405E-09 C20: -4.5725E-06 C21: -4.3732E-05 C22: 9.7880E-08 C23: -9.7076E-08 C24: -4.7754E-10 C40: 5.0329E-07 C41: 4.0517E-08 C42: 8.6877E-10 C60: 3.1670E-09 S3 (y,z,a)=(19.232, 50.737, 43.86) R: ∞ a: -2.4076E-04 b: -6.0279E-05 w: -4.4913E+02 C02: -2.9546E-02 C03: -7.2317E-04 C04: 1.7167E-05 C05: 1.7930E-07 C06: 2.8993E-08 C20: -2.1413E-03 C21: 2.6788E-04 C22: 3.5128E-05 C23: 7.0236E-08 C24: 1.5737E-07 C40: -9.3749E-06 C41: 4.0887E-07 C42: -1.4887E-07 C60: 1.3647E-07 S4 (y,z,a)=(23.000, 46.000, 74.00) R: ∞ Nd(νd): 1.4900(50.0) S5 (y,z,a)=(23.192, 46.055, 74.00) R: ∞ S6 (y,z,a)=(22.017, 53.636, 29.94) R: ∞ Nd(νd) 1.5230(58.6) S7 (y,z,a)=(22.416, 54.329, 29.94) R: ∞ S8 (y,z,a)=(26.426, 37.248, 33.94) R: 18.0 S9 (y,z,a)=(35.541, 40.694, 53.94) R: ∞ Nd(νd): 1.4900(50.0) S10 (y,z,a)=(35.703, 40.811, 53.94) R: ∞ SI (y,z,a)=(36.511, 41.400, 53.94) R: ∞ 次に本実施形態における光学的作用について説明する。
図３に示すように面光源３０の発光面ＳＩからの光束
は、偏光板ＫＮ１の面Ｓ１０、Ｓ９で所定方向の直線偏
光成分のみ透過し、ミラーＬＥ２のミラー面Ｓ８、カバ
ーガラス表面Ｓ６を介して画像表示面Ｓ７に達し、反射
型ＬＣＤ２０を照明している。
の画角）３０°、垂直方向画角（図中のｙ方向の画角）
２２．７°である。 SS (y,z,a)=(0.0, 0.0, 0.0) R: ∞ S1 (y,z,a)=(-0.499, 41.297, 4.95) R: ∞ Nd(νd): 1.5709(33.8) a: -2.0582E-03 b: -2.0004E-03 w: -1.3726E+03 C02: -2.9898E-04 C03: 1.3685E-05 C04: -4.4731E-07 C05: -1.2631E-08 C06: -2.3764E-09 C20: -8.8463E-04 C21: -7.4353E-06 C22: -5.4368E-07 C23: 3.7423E-08 C24: -3.7661E-09 C40: 3.2990E-06 C41: 3.0930E-07 C42: 6.9381E-09 C60: 4.6264E-09 S2 (y,z,a)=(-2.395, 49.208, -24.04) R: ∞ a: -3.3217E-02 b: 1.9712E-03 w: -2.3946E+01 C02: 9.9329E-04 C03: -6.3496E-05 C04: -4.3135E-07 C05: -7.8153E-08 C06: 2.3405E-09 C20: -4.5725E-06 C21: -4.3732E-05 C22: 9.7880E-08 C23: -9.7076E-08 C24: -4.7754E-10 C40: 5.0329E-07 C41: 4.0517E-08 C42: 8.6877E-10 C60: 3.1670E-09 S3 (y,z,a)=(19.232, 50.737, 43.86) R: ∞ a: -2.4076E-04 b: -6.0279E-05 w: -4.4913E+02 C02: -2.9546E-02 C03: -7.2317E-04 C04: 1.7167E-05 C05: 1.7930E-07 C06: 2.8993E-08 C20: -2.1413E-03 C21: 2.6788E-04 C22: 3.5128E-05 C23: 7.0236E-08 C24: 1.5737E-07 C40: -9.3749E-06 C41: 4.0887E-07 C42: -1.4887E-07 C60: 1.3647E-07 S4 (y,z,a)=(23.000, 46.000, 74.00) R: ∞ Nd(νd): 1.4900(50.0) S5 (y,z,a)=(23.192, 46.055, 74.00) R: ∞ S6 (y,z,a)=(22.017, 53.636, 29.94) R: ∞ Nd(νd) 1.5230(58.6) S7 (y,z,a)=(22.416, 54.329, 29.94) R: ∞ S8 (y,z,a)=(26.426, 37.248, 33.94) R: 18.0 S9 (y,z,a)=(35.541, 40.694, 53.94) R: ∞ Nd(νd): 1.4900(50.0) S10 (y,z,a)=(35.703, 40.811, 53.94) R: ∞ SI (y,z,a)=(36.511, 41.400, 53.94) R: ∞ 次に本実施形態における光学的作用について説明する。
図３に示すように面光源３０の発光面ＳＩからの光束
は、偏光板ＫＮ１の面Ｓ１０、Ｓ９で所定方向の直線偏
光成分のみ透過し、ミラーＬＥ２のミラー面Ｓ８、カバ
ーガラス表面Ｓ６を介して画像表示面Ｓ７に達し、反射
型ＬＣＤ２０を照明している。
【００６１】ＬＣＤ２０の画像表示面Ｓ７で変調・反射
された光束は、カバーガラス表面Ｓ６を通過して、偏光
板ＫＮ２の面Ｓ５、Ｓ４で偏光板ＫＮ１での偏光軸に垂
直な偏光成分の光が透過し、まず第３の光学作用面Ｓ３
を透過して第１の光学作用面Ｓ１へ向かい、この面Ｓ１
で全反射して第２の光学作用面Ｓ２へ向かい、この面Ｓ
２で反射して収束光となり、再び第１の光学作用面Ｓ１
へ向かい、今度はこの面Ｓ１を透過して虚像を形成する
と共に観察者の瞳孔ＳＳに達して観察者に液晶表示手段
２で表示した画像の虚像を視認させている。
された光束は、カバーガラス表面Ｓ６を通過して、偏光
板ＫＮ２の面Ｓ５、Ｓ４で偏光板ＫＮ１での偏光軸に垂
直な偏光成分の光が透過し、まず第３の光学作用面Ｓ３
を透過して第１の光学作用面Ｓ１へ向かい、この面Ｓ１
で全反射して第２の光学作用面Ｓ２へ向かい、この面Ｓ
２で反射して収束光となり、再び第１の光学作用面Ｓ１
へ向かい、今度はこの面Ｓ１を透過して虚像を形成する
と共に観察者の瞳孔ＳＳに達して観察者に液晶表示手段
２で表示した画像の虚像を視認させている。
【００６２】［実施形態３］図４は、本発明の実施形態
３の要部構成図である。図中、ＳＳは光学素子Ｂ１の瞳
（観察者の眼）、Ｂ１は光学素子であり、回転非対称面
等から成る第１，第２，第３の面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を有
している。尚、いずれの面も１つのＹＺ面に対して対称
な形状をしている。ＫＮ１、ＫＮ２は偏光の軸が互いに
略直交した偏光板であり、偏光板ＫＮ２は面Ｓ４、Ｓ５
を、偏光板ＫＮ１は面Ｓ１１、Ｓ１２を有している。２
０は反射型のＬＣＤであり、Ｓ７は該反射型のＬＣＤ２
０の表示面であり、Ｓ６はＬＣＤ２０のカバーガラス表
面である。ＬＥ３はミラーとレンズよりなる照明光学系
であり、Ｓ８は照明光学系ＬＥ３を構成するミラー面
（面上に光学薄膜をつけている）、Ｓ９、Ｓ１０は光学
素子を構成する透過面である。３０は面光源であり、Ｓ
Ｉは面光源３０の発光面を形成する拡散面である。
３の要部構成図である。図中、ＳＳは光学素子Ｂ１の瞳
（観察者の眼）、Ｂ１は光学素子であり、回転非対称面
等から成る第１，第２，第３の面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を有
している。尚、いずれの面も１つのＹＺ面に対して対称
な形状をしている。ＫＮ１、ＫＮ２は偏光の軸が互いに
略直交した偏光板であり、偏光板ＫＮ２は面Ｓ４、Ｓ５
を、偏光板ＫＮ１は面Ｓ１１、Ｓ１２を有している。２
０は反射型のＬＣＤであり、Ｓ７は該反射型のＬＣＤ２
０の表示面であり、Ｓ６はＬＣＤ２０のカバーガラス表
面である。ＬＥ３はミラーとレンズよりなる照明光学系
であり、Ｓ８は照明光学系ＬＥ３を構成するミラー面
（面上に光学薄膜をつけている）、Ｓ９、Ｓ１０は光学
素子を構成する透過面である。３０は面光源であり、Ｓ
Ｉは面光源３０の発光面を形成する拡散面である。
【００６３】光学素子Ｂ１における各光学作用面Ｓ１〜
Ｓ３の形状は該対称面に対して対称な非球面である。
Ｓ３の形状は該対称面に対して対称な非球面である。
【００６４】本実施形態における非球面形状は、実施形
態２と同じ式を用いて表現している。
態２と同じ式を用いて表現している。
【００６５】以下に、本実施形態の光学系データを示
す。データ記載の規約については、実施形態１と同様と
する。
す。データ記載の規約については、実施形態１と同様と
する。
【００６６】尚、本実施例は水平画角（図中のｘ方向の
画角）３０°、垂直方向画角（図中のｙ方向の画角）２
２．７°である。 SS (y,z,a)=(0,0, 0.0, 0.0) S1 (y,z,a)=(-1.416, 37.162, 3.47) R: ∞ Nd(νd): 1.5709(33.8) a: -2.2335E-03 b: -2.0974E-03 w: 3.0991E+02 C02: -3.6366E-04 C03: -3.0451E-06 C04: -4.4226E-07 C05: -1.7359E-08 C06: -1.0864E-09 C20: -6.8066E-04 C21: -5.4521E-07 C22: -7.7267E-07 C23: -3.2796E-08 C24: -3.2432E-09 C40: 1.7449E-06 C41: 2.5571E-07 C42: 5.4885E-09 C60: 7.7525E-09 S2 (y,z,a)=(-2.384, 44.382, -23.77) R: ∞ a: -3.4553E-02 b: 1.0691E-03 w: -2.1645E+01 C02: 3.7037E-04 C03: -3.6898E-05 C04: -1.2803E-07 C05: -8.4002E-08 C06: 2.2754E-10 C20: 2.0165E-04 C21: -3.2986E-05 C22: -7.6708E-07 C23: -9.5247E-08 C24: -1.4098E-09 C40: 1.0890E-07 C41: -1.3853E-09 C42: -7.2249E-10 C60: 3.0269E-09 S3 (y,z,a)=(16.198, 46.080, 48.73) R: ∞ a: -1.7380E-02 b: -1.6879E-02 w: -1.4492E+03 C02: -1.8740E-02 C03: -1.7013E-04 C04: 9.4071E-06 C05: 1.4214E-06 C06: 1.4058E-07 C20: 1.7989E-03 C21: 4.6876E-04 C22: 2.5366E-06 C23: 8.4499E-07 C24: 1.2698E-07 C40: -4.2190E-06 C41: 6.0897E-07 C42: -1.3546E-07 C60: 2.9629E-07 S4 (y,z,a)=(19.20000 42.00000 66.00) R: ∞ Nd(νd): 1.4900(50.0) S5 (y,z,a)=(19.38271 42.08135 66.00) R: ∞ S6 (y,z,a)=(19.144, 48.665, 22.72) R ∞ Nd(νd): 1.5230(58.6) S7 (y,z,a)=(19.453, 49.403, 22.72) R: ∞ S8 (y,z,a)=(28.195, 34.034, 12.72) R: 26.0 S9 (y,z,a)=(32.323, 35.972, 52.72) R: 10.0 Nd(νd): 1.5163(64.1) S10 (y,z,a)=(36.461, 39.122, 57.72) R: ∞ S11 (y,z,a)=(36.461, 39.122, 57.72) R: ∞ Nd(νd): 1.4900(50.0) S12 (y,z,a)=(38.071, 43.688, 57.72) R: ∞ SI (y,z,a)=(39.086, 44.329, 57.72) R: ∞ 次に本実施形態における光学的作用について説明する。
図４に示すように面光源３０の発光面ＳＩからの光束
は、偏光板ＫＮ１の面Ｓ１１、Ｓ１２で所定方向の直線
偏光成分のみが透過し、照明光学系ＬＥ３の透過面Ｓ１
０，Ｓ９，ミラー面Ｓ８を介して集光され、カバーガラ
ス表面Ｓ６を介して画像表示面Ｓ７に達し、反射型ＬＣ
Ｄ２０を照明している。
画角）３０°、垂直方向画角（図中のｙ方向の画角）２
２．７°である。 SS (y,z,a)=(0,0, 0.0, 0.0) S1 (y,z,a)=(-1.416, 37.162, 3.47) R: ∞ Nd(νd): 1.5709(33.8) a: -2.2335E-03 b: -2.0974E-03 w: 3.0991E+02 C02: -3.6366E-04 C03: -3.0451E-06 C04: -4.4226E-07 C05: -1.7359E-08 C06: -1.0864E-09 C20: -6.8066E-04 C21: -5.4521E-07 C22: -7.7267E-07 C23: -3.2796E-08 C24: -3.2432E-09 C40: 1.7449E-06 C41: 2.5571E-07 C42: 5.4885E-09 C60: 7.7525E-09 S2 (y,z,a)=(-2.384, 44.382, -23.77) R: ∞ a: -3.4553E-02 b: 1.0691E-03 w: -2.1645E+01 C02: 3.7037E-04 C03: -3.6898E-05 C04: -1.2803E-07 C05: -8.4002E-08 C06: 2.2754E-10 C20: 2.0165E-04 C21: -3.2986E-05 C22: -7.6708E-07 C23: -9.5247E-08 C24: -1.4098E-09 C40: 1.0890E-07 C41: -1.3853E-09 C42: -7.2249E-10 C60: 3.0269E-09 S3 (y,z,a)=(16.198, 46.080, 48.73) R: ∞ a: -1.7380E-02 b: -1.6879E-02 w: -1.4492E+03 C02: -1.8740E-02 C03: -1.7013E-04 C04: 9.4071E-06 C05: 1.4214E-06 C06: 1.4058E-07 C20: 1.7989E-03 C21: 4.6876E-04 C22: 2.5366E-06 C23: 8.4499E-07 C24: 1.2698E-07 C40: -4.2190E-06 C41: 6.0897E-07 C42: -1.3546E-07 C60: 2.9629E-07 S4 (y,z,a)=(19.20000 42.00000 66.00) R: ∞ Nd(νd): 1.4900(50.0) S5 (y,z,a)=(19.38271 42.08135 66.00) R: ∞ S6 (y,z,a)=(19.144, 48.665, 22.72) R ∞ Nd(νd): 1.5230(58.6) S7 (y,z,a)=(19.453, 49.403, 22.72) R: ∞ S8 (y,z,a)=(28.195, 34.034, 12.72) R: 26.0 S9 (y,z,a)=(32.323, 35.972, 52.72) R: 10.0 Nd(νd): 1.5163(64.1) S10 (y,z,a)=(36.461, 39.122, 57.72) R: ∞ S11 (y,z,a)=(36.461, 39.122, 57.72) R: ∞ Nd(νd): 1.4900(50.0) S12 (y,z,a)=(38.071, 43.688, 57.72) R: ∞ SI (y,z,a)=(39.086, 44.329, 57.72) R: ∞ 次に本実施形態における光学的作用について説明する。
図４に示すように面光源３０の発光面ＳＩからの光束
は、偏光板ＫＮ１の面Ｓ１１、Ｓ１２で所定方向の直線
偏光成分のみが透過し、照明光学系ＬＥ３の透過面Ｓ１
０，Ｓ９，ミラー面Ｓ８を介して集光され、カバーガラ
ス表面Ｓ６を介して画像表示面Ｓ７に達し、反射型ＬＣ
Ｄ２０を照明している。
【００６７】ＬＣＤ２０で変調・反射された光束は、カ
バーガラス表面Ｓ６を通過して、偏光板ＫＮ２の面Ｓ
５、Ｓ４で偏光板ＫＮ１での偏光軸に垂直な偏光成分の
光が透過し、まず第３の光学作用面Ｓ３を透過して第１
の光学作用面Ｓ１へ向かい、この面Ｓ１で反射して第２
の光学作用面Ｓ２へ向かう。尚、本実施例においては、
面Ｓ３から面Ｓ１を介して面Ｓ２に向かう光束中に、面
Ｓ１中の後述する透過面として作用する部分以外の面Ｓ
１の一部で全反射条件を満たさない箇所を設け、面の曲
率を弱めて敏感度を低減し、公差を増大させている。そ
のため、面Ｓ１の一部に反射膜Ｓ１Ｒを形成している
が、面Ｓ１を透過面として作用させるときに通過する光
束が該反射膜にかからないようにして、観察者の瞳孔Ｓ
Ｓに導かれる光量の損失を防いでいる。そして面Ｓ２で
反射して収束光となり再び第１の光学作用面Ｓ１へ向か
い、今度はこの面Ｓ１を透過して虚像を形成すると共に
観察者の瞳孔ＳＳに達して観察者に液晶表示手段２で表
示した画像の虚像を視認させている。
バーガラス表面Ｓ６を通過して、偏光板ＫＮ２の面Ｓ
５、Ｓ４で偏光板ＫＮ１での偏光軸に垂直な偏光成分の
光が透過し、まず第３の光学作用面Ｓ３を透過して第１
の光学作用面Ｓ１へ向かい、この面Ｓ１で反射して第２
の光学作用面Ｓ２へ向かう。尚、本実施例においては、
面Ｓ３から面Ｓ１を介して面Ｓ２に向かう光束中に、面
Ｓ１中の後述する透過面として作用する部分以外の面Ｓ
１の一部で全反射条件を満たさない箇所を設け、面の曲
率を弱めて敏感度を低減し、公差を増大させている。そ
のため、面Ｓ１の一部に反射膜Ｓ１Ｒを形成している
が、面Ｓ１を透過面として作用させるときに通過する光
束が該反射膜にかからないようにして、観察者の瞳孔Ｓ
Ｓに導かれる光量の損失を防いでいる。そして面Ｓ２で
反射して収束光となり再び第１の光学作用面Ｓ１へ向か
い、今度はこの面Ｓ１を透過して虚像を形成すると共に
観察者の瞳孔ＳＳに達して観察者に液晶表示手段２で表
示した画像の虚像を視認させている。
【００６８】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
表示手段として例えば反射型の液晶表示素子を用い液晶
表示素子からの光束を偏心させた複数の曲面により構成
した光学素子を用いて液晶表示素子で表示される画像を
観察するとき、該液晶表示素子を照明する為の照明光学
系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、液晶表示素子で表示された画像情報を良好に観
察することができ、且つ、光の利用効率が高い、ヘッド
マウントディスプレイに好適な画像表示光学系及びそれ
を用いた画像表示装置を達成することが可能となる。
表示手段として例えば反射型の液晶表示素子を用い液晶
表示素子からの光束を偏心させた複数の曲面により構成
した光学素子を用いて液晶表示素子で表示される画像を
観察するとき、該液晶表示素子を照明する為の照明光学
系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、液晶表示素子で表示された画像情報を良好に観
察することができ、且つ、光の利用効率が高い、ヘッド
マウントディスプレイに好適な画像表示光学系及びそれ
を用いた画像表示装置を達成することが可能となる。
【図１】本発明の画像表示装置の光学系の基本構成を示
す要部概略図
す要部概略図
【図２】本発明の実施形態１の要部概略図
【図３】本発明の実施形態２の要部概略図
【図４】本発明の実施形態３の要部概略図
【図５】透過型の表示デバイスを用いた従来例の要部概
略図
略図
【図６】反射型の表示デバイスを用いた従来例の要部概
略図
略図
【図７】反射型の表示デバイスを用いた別の従来例の要
部概略図
部概略図
【図８】本発明の他の実施形態の要部概略図
１ 観察者 ２ 画像表示手段 ２ａ 表示面 ３ 光源 Ｂ１ 光学素子（拡大光学系） ＬＥ 照明光学系 ＫＮ１ 第１偏光板 ＫＮ２ 第２偏光板 Ｓ，ＳＳ 瞳孔位置
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年３月１４日（２０００．３．１
４）
４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求項９】 反射型の表示素子と、光源手段からの光
束を該表示手段の表示面に入射させる照明光学系と、該
表示手段からの光束を観察者の瞳孔に導光し、該表示手
段に表示した画像情報を観察させる表示光学系とを有し
た画像表示装置において、該光源手段から該表示手段に
至る照明光路に対して該表示光学系が干渉しないように
し、該表示手段から該表示光学系に至る表示光路に対し
て該照明光学系が干渉しないようにしていることを特徴
とする画像表示装置。
束を該表示手段の表示面に入射させる照明光学系と、該
表示手段からの光束を観察者の瞳孔に導光し、該表示手
段に表示した画像情報を観察させる表示光学系とを有し
た画像表示装置において、該光源手段から該表示手段に
至る照明光路に対して該表示光学系が干渉しないように
し、該表示手段から該表示光学系に至る表示光路に対し
て該照明光学系が干渉しないようにしていることを特徴
とする画像表示装置。
【請求項１０】 前記表示光学系は複数の反射面を有
し、該複数の反射面が、それぞれ前記基準軸光線に対し
て傾いた面で構成されたことを特徴とする請求項９の画
像表示装置。
し、該複数の反射面が、それぞれ前記基準軸光線に対し
て傾いた面で構成されたことを特徴とする請求項９の画
像表示装置。
【請求項１１】 前記表示光学系が全反射面、兼透過面
として作用する光学面を有することを特徴とする請求項
１０の画像表示装置。
として作用する光学面を有することを特徴とする請求項
１０の画像表示装置。
【請求項１２】 前記全反射面、兼透過面として機能す
る面の一部に反射膜を形成したことを特徴とする請求項
１１の画像表示装置。
る面の一部に反射膜を形成したことを特徴とする請求項
１１の画像表示装置。
【請求項１３】 前記表示光学系を構成する光学面が、
アジムス毎に異なる曲率を有した非回転対称な非球面で
構成されたことを特徴とする請求項１０，１１又は１２
の画像表示装置。
アジムス毎に異なる曲率を有した非回転対称な非球面で
構成されたことを特徴とする請求項１０，１１又は１２
の画像表示装置。
【請求項１４】 前記反射型の表示手段が強誘電性液晶
であることを特徴とする請求項９から１４のいずれか１
項の画像表示装置。
であることを特徴とする請求項９から１４のいずれか１
項の画像表示装置。
【請求項１５】 前記光源手段と前記表示手段との間、
及び前記表示手段と前記表示光学系との間に互いに偏光
軸がほぼ直交した偏光板を配置したことを特徴とする請
求項９から１４のいずれか１項の画像表示装置。
及び前記表示手段と前記表示光学系との間に互いに偏光
軸がほぼ直交した偏光板を配置したことを特徴とする請
求項９から１４のいずれか１項の画像表示装置。
【請求項１６】 前記光源手段から前記表示手段に至る
基準軸光線と、該表示手段から前記表示光学系に至る基
準軸光線が該表示手段上で交差するようにしていること
を特徴とする請求項９の画像表示装置。
基準軸光線と、該表示手段から前記表示光学系に至る基
準軸光線が該表示手段上で交差するようにしていること
を特徴とする請求項９の画像表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記表示光学系は複数の反射面を有し、該複数の反
射面が、それぞれ基準軸光線に対して傾いた面で構成さ
れたことを特徴としている。
て、前記表示光学系は複数の反射面を有し、該複数の反
射面が、それぞれ基準軸光線に対して傾いた面で構成さ
れたことを特徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２２】請求項６の発明は請求項１から５のいずれ
か１項の発明において、前記光源手段と前記表示手段と
の間、及び前記表示手段と前記表示光学系との間に互い
に偏光軸がほぼ直交した偏光板を配置したことを特徴と
している。請求項７の発明は請求項１から６のいずれか
１項の発明において、前記照明光学系は前記光源手段か
らの光束を反射させて前記表示手段に導光する反射鏡を
有していることを特徴としている。請求項８の発明は請
求項７の発明において、前記反射鏡は集光作用を有して
いることを特徴としている。
か１項の発明において、前記光源手段と前記表示手段と
の間、及び前記表示手段と前記表示光学系との間に互い
に偏光軸がほぼ直交した偏光板を配置したことを特徴と
している。請求項７の発明は請求項１から６のいずれか
１項の発明において、前記照明光学系は前記光源手段か
らの光束を反射させて前記表示手段に導光する反射鏡を
有していることを特徴としている。請求項８の発明は請
求項７の発明において、前記反射鏡は集光作用を有して
いることを特徴としている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２３】請求項９の発明の画像表示装置は、反射型
の表示素子と、光源手段からの光束を該表示手段の表示
面に入射させる照明光学系と、該表示手段からの光束を
観察者の瞳孔に導光し、該表示手段に表示した画像情報
を観察させる表示光学系とを有した画像表示装置におい
て、該光源手段から該表示手段に至る照明光路に対して
該表示光学系が干渉しないようにし、該表示手段から該
表示光学系に至る表示光路に対して該照明光学系が干渉
しないようにしていることを特徴としている。
の表示素子と、光源手段からの光束を該表示手段の表示
面に入射させる照明光学系と、該表示手段からの光束を
観察者の瞳孔に導光し、該表示手段に表示した画像情報
を観察させる表示光学系とを有した画像表示装置におい
て、該光源手段から該表示手段に至る照明光路に対して
該表示光学系が干渉しないようにし、該表示手段から該
表示光学系に至る表示光路に対して該照明光学系が干渉
しないようにしていることを特徴としている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２４】請求項１０の発明は請求項９の発明におい
て、前記表示光学系は複数の反射面を有し、該複数の反
射面が、それぞれ前記基準軸光線に対して傾いた面で構
成されたことを特徴としている。
て、前記表示光学系は複数の反射面を有し、該複数の反
射面が、それぞれ前記基準軸光線に対して傾いた面で構
成されたことを特徴としている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】請求項１１の発明は請求項１０の発明にお
いて、前記表示光学系が全反射面、兼透過面として作用
する光学面を有することを特徴としている。
いて、前記表示光学系が全反射面、兼透過面として作用
する光学面を有することを特徴としている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２６】請求項１２の発明は請求項１１の発明にお
いて、前記全反射面、兼透過面として機能する面の一部
に反射膜を形成したことを特徴としている。
いて、前記全反射面、兼透過面として機能する面の一部
に反射膜を形成したことを特徴としている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２７】請求項１３の発明は請求項１０，１１又は
１２の発明において、前記表示光学系を構成する光学面
が、アジムス毎に異なる曲率を有した非回転対称な非球
面で構成されたことを特徴としている。
１２の発明において、前記表示光学系を構成する光学面
が、アジムス毎に異なる曲率を有した非回転対称な非球
面で構成されたことを特徴としている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２８】請求項１４の発明は請求項９から１４のい
ずれか１項の発明において、前記反射型の表示手段が強
誘電性液晶であることを特徴としている。
ずれか１項の発明において、前記反射型の表示手段が強
誘電性液晶であることを特徴としている。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２９】請求項１５の発明は請求項９から１５のい
ずれか１項の発明において、前記光源手段と前記表示手
段との間、及び前記表示手段と前記表示光学系との間に
互いに偏光軸がほぼ直交した偏光板を配置したことを特
徴としている。
ずれか１項の発明において、前記光源手段と前記表示手
段との間、及び前記表示手段と前記表示光学系との間に
互いに偏光軸がほぼ直交した偏光板を配置したことを特
徴としている。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３０】請求項１６の発明は請求項９の発明におい
て、前記光源手段から前記表示手段に至る基準軸光線
と、該表示手段から前記表示光学系に至る基準軸光線が
該表示手段上で交差するようにしていることを特徴とし
ている。請求項１７の発明は請求項９から１６のいずれ
か１項の発明において、前記照明光学系は前記光源手段
からの光束を反射させて前記表示手段に導光する反射鏡
を有していることを特徴としている。請求項１８の発明
は請求項１７の発明において、前記反射鏡は集光作用を
有していることを特徴としている。
て、前記光源手段から前記表示手段に至る基準軸光線
と、該表示手段から前記表示光学系に至る基準軸光線が
該表示手段上で交差するようにしていることを特徴とし
ている。請求項１７の発明は請求項９から１６のいずれ
か１項の発明において、前記照明光学系は前記光源手段
からの光束を反射させて前記表示手段に導光する反射鏡
を有していることを特徴としている。請求項１８の発明
は請求項１７の発明において、前記反射鏡は集光作用を
有していることを特徴としている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高木 章成 神奈川県横浜市西区花咲町６丁目145番地 株式会社エム・アール・システム研究所 内 (72)発明者 森島 英樹 神奈川県横浜市西区花咲町６丁目145番地 株式会社エム・アール・システム研究所 内
Claims (14)
- 【請求項１】 光源手段からの光束を反射型の表示手段
の表示面に表面側より入射させる照明光学系と、該表示
手段からの光束を観察者の瞳孔に導光し、該表示手段に
表示した画像情報を観察させる表示光学系とを有した画
像表示光学系において、該光源手段から該表示手段に至
る照明光路に対して該表示光学系が干渉しないように
し、該表示手段から該表示光学系に至る表示光路に対し
て該照明光学系が干渉しないようにしていることを特徴
とする画像表示光学系。 - 【請求項２】 前記表示光学系は複数の反射面を有し、
該複数の反射面が、それぞれ基準光線に対して傾いた面
で構成されたことを特徴とする請求項１の画像表示光学
系。 - 【請求項３】 前記表示光学系が全反射面、兼透過面と
して作用する光学面を有することを特徴とする請求項２
の画像表示光学系。 - 【請求項４】 前記全反射面、兼透過面として機能する
面の一部に反射膜を形成したことを特徴とする請求項３
の画像表示光学系。 - 【請求項５】 前記表示光学系を構成する光学面が、ア
ジムス毎に異なる曲率を有した非回転対称な非球面で構
成されたことを特徴とする請求項２，３又は４の画像表
示光学系。 - 【請求項６】 前記光源手段と前記表示手段との間、及
び前記表示手段と前記表示光学系との間に互いに偏光軸
がほぼ直交した偏光板を配置したことを特徴とする請求
項５の画像表示光学系。 - 【請求項７】 反射型の表示素子と、光源手段からの光
束を該表示手段の表示面に入射させる照明光学系と、該
表示手段からの光束を観察者の瞳孔に導光し、該表示手
段に表示した画像情報を観察させる表示光学系とを有し
た画像表示装置において、該光源手段から該表示手段に
至る照明光路に対して該表示光学系が干渉しないように
し、該表示手段から該表示光学系に至る表示光路に対し
て該照明光学系が干渉しないようにしていることを特徴
とする画像表示装置。 - 【請求項８】 前記表示光学系は複数の反射面を有し、
該複数の反射面が、それぞれ前記基準光線に対して傾い
た面で構成されたことを特徴とする請求項７の画像表示
装置。 - 【請求項９】 前記表示光学系が全反射面、兼透過面と
して作用する光学面を有することを特徴とする請求項８
の画像表示装置。 - 【請求項１０】 前記全反射面、兼透過面として機能す
る面の一部に反射膜を形成したことを特徴とする請求項
９の画像表示装置。 - 【請求項１１】 前記表示光学系を構成する光学面が、
アジムス毎に異なる曲率を有した非回転対称な非球面で
構成されたことを特徴とする請求項８，９又は５の画像
表示装置。 - 【請求項１２】 前記反射型の表示手段が強誘電性液晶
であることを特徴とする請求項７又は８の画像表示装
置。 - 【請求項１３】 前記光源手段と前記表示手段との間、
及び前記表示手段と前記表示光学系との間に互いに偏光
軸がほぼ直交した偏光板を配置したことを特徴とする請
求項１２の画像表示装置。 - 【請求項１４】 前記光源手段から前記表示手段に至る
基準軸光線と、該表示手段から前記表示光学系に至る基
準軸光線が該表示手段上で交差するようにしていること
を特徴とする請求項７の画像表示装置。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| JP11056737A JP2000249969A (ja) | 1999-03-04 | 1999-03-04 | 画像表示光学系及びそれを用いた画像表示装置 |
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|
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