JP2000249972A

JP2000249972A - 表示装置

Info

Publication number: JP2000249972A
Application number: JP11047880A
Authority: JP
Inventors: Takao Iwasaki; 岳雄岩崎
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2000-09-14
Anticipated expiration: 2019-02-25
Also published as: JP4055283B2

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的小型軽量であり、非使用時や緊急時に
装置を視界外に退避させることができるとともに、簡単
な構成および操作によってアイポイント調節が可能な片
眼視型のヘッドマウントディスプレイを得る。【解決手段】白色光を発する点光源である白ＬＥＤ１
２、コンデンサレンズ１４、散乱板１７および液晶ディ
スプレイ１６が含まれた固定筐体２２２と、結像レンズ
１８が含まれており、固定筐体２２２に対して回動可能
に取り付けられた回転筐体２２４と、固定筐体２２２の
左右に設けられており、固定筐体２２２との間で眼鏡の
つる部１７０、１７１を挟み込む固定クリップ２２６、
２２８とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶ディスプレイ
などの光変調手段を備えた、一般にヘッドマウントディ
スプレイと称される眼鏡取付型の表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイを用いたゴーグル型
（両眼視型）のヘッドマウントディスプレイが、特開平
４−２３５８２号公報に開示されている。また、液晶デ
ィスプレイを用いたヘッドフォン型（両眼視型）のヘッ
ドマウントディスプレイが、特開平５−９１５８２号公
報に開示されている。また、液晶ディスプレイを用いた
眼鏡型（片眼視型）のヘッドマウントディスプレイが、
特開平６−１０２４６７号公報に開示されている。

【０００３】これらのヘッドマウントディスプレイを装
着することにより、使用者は屋外などの任意の場所で所
望の映像観察をすることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載の技術には、以下のような問題がある。まず、
上記公報に記載されたヘッドマウントディスプレイ、特
にヘッドフォン型やゴーグル型はいずれも大型で重くか
さばるため、長時間の使用には不向きで携帯するにも不
便である。また、ヘッドフォン型やゴーグル型のヘッド
マウントディスプレイでは、使用者のアイポイントとヘ
ッドマウントディスプレイの出射光軸とを合わせるため
の機構が複雑であり、また、アイポイント調節のための
動作も煩雑なものである。また、眼鏡型のヘッドマウン
トディスプレイでは、液晶ディスプレイが単に眼鏡のつ
る部に支持されているだけであり、アイポイント調節は
ほとんど不可能である。

【０００５】また、上記公報の片眼視型のヘッドマウン
トディスプレイには、非使用時や緊急時に装置を視界外
に退避させるための機構がなく、これらの場合にいちい
ち眼鏡をはずすことが必要になり、非常に不便である。
また、上記公報の片眼視型のヘッドマウントディスプレ
イでは、左目用と右目用とが別々であり、１つのヘッド
マウントディスプレイで両方を兼用することができず、
この点でも不便である。

【０００６】そこで、本発明の主たる目的は、比較的小
型軽量であるとともに、非使用時や緊急時に装置を視界
外に退避させることができる片眼視型のヘッドマウント
ディスプレイである表示装置を提供することである。

【０００７】また、本発明のさらなる目的は、簡単な構
成および操作によって、アイポイント調節が可能な片眼
視型のヘッドマウントディスプレイである表示装置を提
供することである。

【０００８】また、本発明のさらなる別の目的は、左目
用と右目用とを兼用することができる片眼視型のヘッド
マウントディスプレイである表示装置を提供することで
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の表示装置は、光源および前記光源からの
光を変調する光変調手段を含む第１の筐体と、前記光変
調手段によって変調された光を結像する結像光学系と、
前記第１の筐体を眼鏡に固定するための固定部と、前記
光変調手段によって変調された光が入射されるように前
記第１の筐体に対して回動可能に取り付けられており、
前記光変調手段によって変調された光を使用者の左右い
ずれかの眼球に導くための反射光学系を含む第２の筐体
とを備えている。

【００１０】請求項１によると、片眼観察用であって光
源および光変調手段が含まれていないために比較的小型
軽量である第２の筐体が第１の筐体に対して回動可能に
取り付けられているので、構造が簡単であり、表示画像
を観察しないときや緊急時などにはわずかな力を加える
だけで容易に第２の筐体を視界外に退避させることがで
きる。

【００１１】また、第２の筐体を回動させるという簡単
な動作により、第２の筐体から出射される光の光軸をア
イポイントに合わせることができるようになる。

【００１２】また、第１の筐体を眼鏡に固定するための
固定部を備えているために、表示装置を後付けで簡単に
眼鏡に装着可能である。

【００１３】また、光変調手段によって変調された光を
使用者の左右いずれかの眼球に導くための反射光学系を
第２の筐体が有しているので、第１の筐体を眼鏡の側部
に固定配置することができて、第１の筐体によって使用
者の視界がさえぎられることがなく、しかも全体として
表示装置がかさばることがない。なお、結像光学系は第
１および第２のいずれの筐体中にあってもよい。

【００１４】また、請求項２の表示装置においては、前
記固定部が、前記第１の筐体を上下反転させることなく
眼鏡の左右両側において前記第１の筐体を眼鏡に固定可
能に構成されている。

【００１５】請求項２によると、固定部が第１の筐体を
上下反転させることなく眼鏡の左右両側において第１の
筐体を眼鏡に固定可能に構成されているので、光変調手
段による変調画像の上下反転機構といった他の機構を特
に設けることのない簡易な構成で、表示装置を左右兼用
とすることができる。従って、左眼用と右眼用の２種類
の表示装置を別々に用意する必要がなくなる。

【００１６】また、請求項３の表示装置においては、前
記光源が、白色光を発する点光源と、前記点光源からの
光を集光する集光光学系とからなる。

【００１７】請求項３によると、光源が白色光を発する
点光源と点光源からの光を集光する集光光学系とからな
っているので、集光光学系から出射された光のほとんど
を光変調手段を介して結像光学系に与えることが可能と
なって、光の効率的な利用ができるようになる。

【００１８】また、点光源から集光光学系で集光された
光が光変調手段に与えられるので、光変調手段から出射
された光の出射角度が比較的小さくなる。そのため、こ
の光が眼球内に入射した際の眼球内絞り込み角度が小さ
く、焦点深度が深くなる。従って、焦点が網膜からずれ
た場合に像のぼけがほとんど生じない。

【００１９】また、点光源が白色光を発するので、空間
光変調手段によりフルカラーの画像を表示させることが
可能になる。

【００２０】また、請求項４の表示装置においては、前
記結像光学系は、前記点光源と前記結像光学系よりも任
意の距離だけ後方にある第１の点とが実質的に共役関係
となるように配置され、且つ、前記光変調手段と前記第
１の点よりも略瞳−網膜間の距離だけ後方にある第２の
点とが実質的に共役関係となるように配置されている。

【００２１】請求項４によると、点光源と第１の点
（瞳）とが実質的に共役関係となるために、光変調手段
を通った光のほとんどを瞳孔内に導くことができる。従
って、一定の光パワーを瞳孔内に入射させるのに必要な
点光源の発光パワーが少なくてもよいことになり、点光
源で消費される電力を削減することができるようにな
る。また、光変調手段と第２の点（網膜）とが実質的に
共役関係となるために、光変調手段で変調された光によ
る画像が観察可能となる。

【００２２】また、請求項５の表示装置においては、前
記結像光学系の光軸が前記集光光学系の光軸と一致して
いるとともに、前記第２の筐体が前記集光光学系の光軸
を中心として回動可能である。

【００２３】請求項５によると、結像光学系の光軸が集
光光学系の光軸と一致しているとともに、第２の筐体が
集光光学系の光軸を中心として回動可能であるので、ア
イポイント調整時などに第２の筐体を回動させても個々
の光学系どうしの光軸がずれることがなく、結像性能の
劣化が生じない。

【００２４】また、請求項６の表示装置においては、前
記点光源と前記光変調手段との間に配置された散乱板を
さらに備えている。

【００２５】請求項６によると、点光源と光変調手段と
の間に散乱板が配置されているために、光変調手段から
の光束拡がりが散乱板がない場合に比べて大きくなり、
光変調手段上の任意の点からの光束が例えば瞳近傍にお
いて比較的大きな範囲に拡がる。従って、眼球が所定位
置からある程度ずれた場合であっても光変調手段からの
光束を確実に瞳孔内に導くことができて輝度むらが生じ
ることがほとんどなくなる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について図面を参照しつつ説明する。

【００２７】図１は、本発明の原理を説明するための第
１の参考例にかかる表示装置の概略的な模式図である。
また、図２は、図１に示す表示装置における光学的共役
関係について説明するための模式図である。図１に示す
表示装置１は、白色光を発する点光源である白ＬＥＤ１
２と、白ＬＥＤ１２からの光を集光する正パワーのコン
デンサレンズ１４と、コンデンサレンズ１４によって集
光された光を変調して選択的に透過させるカラー液晶デ
ィスプレイ（空間光変調手段）１６と、液晶ディスプレ
イ１６によって変調された光を使用者の眼球２２内の網
膜２４に結像させる正パワーの結像レンズ１８とを有し
ている。なお、空間光変調手段としては、反射型液晶や
ＤＭＤ（deformable mirror device）などを用いること
も可能である。

【００２８】表示装置１において、液晶ディスプレイ１
６上の１点には、説明のための仮想的絞り２０を介して
白ＬＥＤ１２から出射された光が比較的小さな絞り込み
角度θ11で入射する。そのため、液晶ディスプレイ１６
上の１点からの出射光の射出角度θ12は絞り込み角度θ
11と同程度の比較的小さな角度となる。そして、射出角
度θ12で拡がった光のほとんどが結像レンズ１８に入射
し、さらに結像レンズ１８を通過した光のほとんどが虹
彩２６で囲まれた瞳孔に入射し、水晶体２８を経て網膜
２４に達する。

【００２９】このように、白色光を発する白ＬＥＤ１２
およびコンデンサレンズ１４を用いることにより、液晶
ディスプレイ１６の１点から出射された光の射出角度θ
12が比較的小さくなるだけでなく、網膜２４上の焦点２
９にて結像される光の絞り込み角度θ13も水晶体２８の
一部の領域に対応する比較的小さな角度になる。つま
り、本参考例の表示装置においては、網膜２４上の焦点
２９に結像される光の焦点深度が深く、光軸方向に焦点
ずれが起こったとしても画像がぼけて見えることがほと
んどない。従って、ピント調整をほとんど行わなくて
も、常に鮮明な画像を使用者に観察させることが可能と
なる。

【００３０】また、本参考例によると、液晶ディスプレ
イ１６上の１点からの出射光の射出角度θ12が比較的小
さいために、この出射光が所定場所にいる使用者以外に
到達することがほとんどない。従って、液晶ディスプレ
イ１６が外部に露出している場合に液晶ディスプレイ１
６に表示された画像が光軸方向にいる使用者以外に見ら
れることがほとんどなくなり、表示画像の秘匿性が高
い。

【００３１】次に、図２を参照すると、本参考例の表示
装置１においては、白ＬＥＤ１２から出射された光（光
路１で表されている）が、所定位置にいる使用者の眼球
２２の前方表面の瞳において結像されている。つまり、
白ＬＥＤ１２と瞳とが共役関係を有しており、この共役
関係が成り立つように、結像レンズ１８は、表示装置１
が組み込まれる具体的機器ごとに定められる白ＬＥＤ１
２に対する使用者の瞳の位置に応じた位置に配置されて
いる。従って、白ＬＥＤ１２からコンデンサレンズ１４
を通過する光は、虹彩２６に遮られることなく、そのほ
とんどが水晶体２８を経て網膜２４に到達することにな
る。そのため、図２８に示したように眼球への入射光が
虹彩に遮られる場合と比較すると、一定の光パワーを瞳
孔内に入射させるのに必要な白ＬＥＤ１２の発光パワー
が少なくてもよいことになり、白ＬＥＤ１２で消費され
る電力を削減することが可能である。ここでは、白ＬＥ
Ｄ１２から出射された光が使用者の眼球前方表面の瞳に
おいて結像される例を示したが、この光がほとんど虹彩
２６に遮られることなく瞳孔内に入射するという条件が
満たされれば、焦点は光軸方向に多少前後してもよい。

【００３２】さらに、本参考例の表示装置１において
は、液晶ディスプレイ１６において変調されて出射され
た光（光路２で表されている）が、所定位置にいる使用
者の網膜２４において結像されている。つまり、液晶デ
ィスプレイ１６と網膜２４とが共役関係を有している。
これにより、使用者は液晶ディスプレイ１６で変調され
た光による画像を観察することが可能になっている。こ
こで、光路２の光は使用者の水晶体２８を通過すること
になるが、水晶体２８による調節範囲は比較的狭いた
め、結像レンズ１８の位置を調整することにより上述の
共役関係を達成することが可能となっている。

【００３３】また、本参考例では、点光源である白ＬＥ
Ｄ１２が白色光を発するので、液晶ディスプレイ１６に
よりフルカラーの画像を表示させることが可能になる。
本参考例のような表示装置１の光源として、従来の技術
の項目で説明した白色光を発する蛍光灯を用いることの
ほか、単色光を発するレーザ光源を用いることが考えら
れるが、本参考例では白色光を発する点光源を用いるこ
とにより、上述の利益に加えてフルカラーの画像が観察
できるようになっている。この点で、本参考例の表示装
置１はきわめて実用的である。

【００３４】本参考例では、白色光を発する白ＬＥＤ１
２として、青色発光ダイオードの外側に蛍光物質を塗付
したもの（発光範囲がおよそ３００μｍ四方）を用いて
いる。蛍光物質はダイオードからの青色光を受けて可視
光領域の様々な波長の光を出射し、白ＬＥＤ１２から全
体として白色光が出射されるようにする。このように、
青色発光ダイオードを用いた白ＬＥＤ１２を使用するこ
とにより、光源をコンパクトに形成できるとともに、非
常に小さな発光面積の光源を安価に実現することが可能
となる。また、低電力での駆動が可能な発光ダイオード
を用いているので、消費電力を削減することができる。
なお、青色発光ダイオードの代わりに紫外線発光ダイオ
ードを用いることもできる。

【００３５】また、白色光を発する点光源は、例えばＲ
ＧＢの３つのＬＥＤを用いたものや、ハロゲンランプや
豆電球などの白色光源の前方にピンホールを有する遮光
部材を設けたものであってもよいが、上述したような利
益を有する点で青色発光ダイオードまた紫外線発光ダイ
オードを用いた白ＬＥＤ１２であることが好ましい。

【００３６】また、本参考例において、点光源の発光面
積は１ｍｍ²以下であることが好ましい。これは、点光
源の発光面積を１ｍｍ²以下とすることにより、光束の
広がりを抑制し、上述した本参考例の表示装置１の効果
（深い焦点深度、高い秘匿性）をより増強することがで
きるからである。

【００３７】次に、本発明の第２の参考例について説明
する。図３は、本発明の第２の参考例に係るハンドヘル
ド型携帯ディスプレイの構成を示す概略的な模式図であ
る。また、図４は、図３に示したハンドヘルド型携帯デ
ィスプレイの使用状態を示した図である。図３に示すよ
うに、本参考例のハンドヘルド型携帯ディスプレイ３０
には、図１および図２で説明した表示装置１が組み込ま
れている。ハンドヘルド型携帯ディスプレイ３０の筐体
３２は、バッテリ蓋３７から出し入れ可能に２本の単３
電池３４を内蔵した下部３２ａと、表示装置１を内蔵し
た上部３２ｂとから構成されている。

【００３８】筐体３２の下部３２ａは、図４に示すよう
に使用者の片手により容易に把持できるような大きさお
よび形状を有している。また、使用者４１が下部３２ａ
を把持したときに、下部３２ａ表面で使用者４１の人差
し指に対応する個所には、ハンドヘルド型携帯ディスプ
レイ３０のパワースイッチ３５が設けられている。下部
３２ａの底面にはビデオ信号入力コネクタ３６が設けら
れており、図４に示すように、ビデオ信号入力コネクタ
３６はビデオケーブル４３を介してＤＶＤ再生装置４２
などの画像再生装置と接続される。ビデオ信号入力コネ
クタ３６から入力されたビデオ信号は、液晶ディスプレ
イ１６の駆動回路（図示せず）などを含んだ基板３８、
ＬＣＤコネクタ３１およびＬＣＤハーネス３３を介して
液晶ディスプレイ１６に送られる。

【００３９】筐体３２の上部３２ｂの結像レンズ１８と
対向する位置には、画像観察用の窓部３９が設けられて
いる。上述したように、白ＬＥＤ１２から出射された光
は、コンデンサレンズ１４、液晶ディスプレイ１６、結
像レンズ１８、窓部３９を経て、光軸４４上で使用者の
眼球２２の瞳近傍において結像される。窓部３９は単な
る開口部であってもよく、開口部に透明な板材がはめ込
まれたものであってもよい。この窓部３９から使用者は
表示装置１による表示画像を観察することが可能となっ
ており、使用者は片手でハンドヘルド型携帯ディスプレ
イ３０を把持して、屋外などの任意の場所で所望の画像
を見ることができる。また、上部３２ｂは、窓部３９が
設けられた側において下部３２ａよりも突出している。
これにより、図４からも分かるように、使用者が窓部３
９に顔を近づけた際に顔面が下部３２ａと接触すること
がなく快適に画像を観察することができる。

【００４０】本参考例のハンドヘルド型携帯ディスプレ
イ３０は、表示装置１を１つだけ有する片目観察タイプ
である。そのため、このハンドヘルド型携帯ディスプレ
イ３０を使用する際に、使用者の一方の目には液晶ディ
スプレイ１６の表示画像が、他方の目には外界像が映る
ことになる。ところが、人間の目は左右独立にピント調
節を行うことができず、左右の目で観察する画像が異な
る場合であっても意識が向いたいずれか一方にしかピン
トを合わせることができない。本参考例のハンドヘルド
型携帯ディスプレイ３０は、そこに組み込まれた表示装
置１が上述したように焦点深度が深いという特性を有し
ているので、外界像にピントが合うようにしておけば、
液晶ディスプレイ１６の表示画像もピントがほとんどず
れることなく観察することができるので、両目において
ぼけのない鮮明な画像を見ることが可能となる。

【００４１】また、本参考例では、小型に構成可能な点
光源である白ＬＥＤ１２を用いているので、ハンドヘル
ド型携帯ディスプレイ３０を全体として小型にすること
ができる。さらには、白ＬＥＤ１２は低消費電力である
ので電源として比較的小型軽量である単三電池３４を用
いればよくなり、ハンドヘルド型携帯ディスプレイ３０
を小型、軽量化された携帯性に優れたものとすることが
できる。

【００４２】本参考例では表示装置１を１つだけ有し、
片目で画像を観察するタイプのハンドヘルド型携帯ディ
スプレイについて説明したが、表示装置１を２つ有する
両目観察タイプのハンドヘルド型携帯ディスプレイも、
同様にして構成することが可能である。

【００４３】両目観察タイプのハンドヘルド型携帯ディ
スプレイの場合、そこに組み込まれた表示装置１が上述
したように焦点深度が深いという特性を有しているの
で、外界像を見ていた直後に窓部３９をのぞき込んで液
晶ディスプレイ１６の表示画像を見たとしても表示画像
がほとんどぼけることなく観察できるという利点があ
る。また、本参考例では、画像再生手段としてのＤＶＤ
再生装置がハンドヘルド型携帯ディスプレイ３０の外部
に設けられる場合を示したが、画像再生手段がハンドヘ
ルド型携帯ディスプレイ３０の内部に設けられていても
よい。

【００４４】次に、本発明の第３の参考例について説明
する。図５は、本発明の第３の参考例に係るパーソナル
プロジェクタの構成を示す概略的な模式図である。図５
に示すように、本参考例のパーソナルプロジェクタ５０
には、図１および図２で説明した表示装置１が組み込ま
れている。パーソナルプロジェクタ５０の筐体５２は、
上面が平らな机５７上に安定に設置することができるよ
うに、その底面が平らに設計されている。なお、筐体５
２は、底面が平らなものに限られず、台上に安定して設
置できるように設計されていればよい。

【００４５】パーソナルプロジェクタ５０の筐体５２内
には、白ＬＥＤ１２、コンデンサレンズ１４、液晶ディ
スプレイ１６の制御装置５３、ビデオ信号入力コネクタ
５４が配されている。ビデオ信号入力コネクタ５４に
は、ビデオケーブル５５を介してＤＶＤ再生装置５６が
接続されている。

【００４６】液晶ディスプレイ１６は、その表面が外界
に露出するようにして筐体５２に支持されている。上述
したように、白ＬＥＤ１２から出射された光は、コンデ
ンサレンズ１４、液晶ディスプレイ１６、結像レンズ１
８を経て、光軸５８上で使用者の眼球２２の瞳近傍にお
いて結像される。光軸５８は、使用者が表示画像を観察
しやすい適当な角度だけ上方に傾いている。そのため、
使用者は、例えば椅子に座った楽な姿勢で所望の画像を
見ることが可能である。

【００４７】本参考例によると、小型に構成可能な点光
源である白ＬＥＤ１２を用いるためにパーソナルプロジ
ェクタ５０を小型にできるという利点がある。また、白
ＬＥＤ１２は低消費電力であるので使用電力の削減がで
きるとともに、例えば小さな電池によっても動作させる
ことが可能である。さらに、第１の参考例で説明した表
示装置１が組み込まれていることにより、焦点深度が深
く表示画像のぼけが生じにくく、かつ、表示装置１から
所定方向に所定距離離れた場所からでないと表示画像を
見ることができないという点で表示画像の秘匿性が高い
という第１の参考例と同様の効果を奏する。例えば、図
５において白抜きの矢印Ａ、Ｂで示した方向からは液晶
ディスプレイ１６の表示画像を見られることがない。

【００４８】次に、本発明の第４の参考例について説明
する。図６は、本発明の第４の参考例に係る頭部装着型
のヘッドマウントディスプレイ６０の構成を示す概略的
な模式図である。図６に示すように、本参考例のヘッド
マウントディスプレイ６０には、図１および図２で説明
した表示装置１と類似した表示装置２が組み込まれてい
る。表示装置２は、白ＬＥＤ１２、コンデンサレンズ１
４、液晶ディスプレイ１６のほかに、結像光学系として
の凹面鏡１９を有している、表示装置１と表示装置２の
相違点は、表示装置１が結像レンズ１８を有しているの
に対して、表示装置２が正パワーの凹面鏡１９を有して
いる点である。凹面鏡１９は、表示装置１における結像
レンズ１８と同等の機能を有しており、白ＬＥＤ１２と
使用者の瞳とが実質的に共役関係になるように配置され
ているとともに、ＬＣＤ１６と使用者の網膜とが実質的
に共役関係になるように配置されている。

【００４９】本参考例のヘッドマウントディスプレイ６
０は、凹面鏡１９を着脱可能に取り付けるための取り付
け部６１と、ヘッドマウントディスプレイ６０を使用者
の頭部に固定するための頭部固定枠６２と、取り付け部
６１を支持する支持バー６３とを有している。取り付け
部６１には凹部６１ａが設けられており、凹面鏡１９は
凹部６１ａに差し込まれることにより取り付け部６１に
着脱可能に支持されている。使用者の頭部形状に沿って
湾曲した頭部固定枠６２には、白ＬＥＤ１２、コンデン
サレンズ１４、液晶ディスプレイ１６のほか、液晶ディ
スプレイ１６の駆動回路６４、バッテリ６５、ビデオ信
号入力コネクタ６６が支持されている。ビデオ信号入力
コネクタ６６には、図示しないＤＶＤ再生装置などの画
像再生装置が接続されており、ビデオ信号入力コネクタ
６６に入力されたビデオ信号はケーブル６９を介して駆
動回路６４および液晶ディスプレイ１６に供給される。

【００５０】液晶ディスプレイ１６は、その表面が外界
に露出するようにして頭部固定枠６２に支持されてい
る。白ＬＥＤ１２から出射された光は、図中に示された
光束範囲Ｆ内を進み、コンデンサレンズ１４、液晶ディ
スプレイ１６、凹面鏡１９を経て、光軸６７上で使用者
の左右いずれかの眼球のアイポイント（正面を向いたと
きの瞳の位置）６８近傍において結像される。このよう
に構成されたヘッドマウントディスプレイ６０を用いる
ことにより、使用者は、屋外など任意の場所において所
望の画像を両手ともにフリーにした状態で観察すること
が可能である。

【００５１】本参考例によると、小型に構成可能な点光
源である白ＬＥＤ１２を用いるためにヘッドマウントデ
ィスプレイ６０を小型にできるという利点がある。ま
た、白ＬＥＤ１２は低消費電力であるので使用電力の削
減ができるとともに、小さな容量および電圧のバッテリ
６５によっても動作させることが可能である。従って、
ヘッドマウントディスプレイ６０を小型、軽量で携帯性
に優れたものとすることができる。

【００５２】さらに、第１の参考例で説明したのと同様
の機能を有する表示装置２が組み込まれていることによ
り、焦点深度が深く表示画像のぼけが生じにくく、か
つ、表示装置２から所定方向に所定距離離れた場所から
でないと表示画像を見ることができないという点で表示
画像の秘匿性が高いという第１の参考例と同様の効果を
奏する。例えば、図６において白抜きの矢印Ａ、Ｂで示
した方向からは液晶ディスプレイ１６の表示画像を見ら
れることがない。

【００５３】次に、本発明の第５の参考例について説明
する。図７は、本発明の第５の参考例にかかる表示装置
の概略的な模式図である。図７に示す表示装置３は、白
色光を発する点光源である白ＬＥＤ１２と、白ＬＥＤ１
２からの光を集光する正パワーのコンデンサレンズ１４
と、コンデンサレンズ１４によって集光された光を散乱
させる散乱板１７と、散乱板１７を通過した光を変調し
て選択的に透過させる液晶ディスプレイ（空間光変調手
段）１６と、液晶ディスプレイ１６によって変調された
光を使用者の眼球２２内の網膜２４に結像させる正パワ
ーの結像レンズ１８とを有している。なお、本参考例に
おいて、散乱板１７は白ＬＥＤ１２と液晶ディスプレイ
１６との間の任意の位置に配置することが可能である。

【００５４】本参考例においても、第１の参考例と同様
に、白ＬＥＤ１２と使用者の眼球２２の瞳とが共役関係
を有するように結像レンズ１８が配置されている。その
ため、第１の参考例で説明したように、白ＬＥＤ１２で
消費される電力を削減することが可能となっている。ま
た、液晶ディスプレイ１６において変調されて出射され
た光が、所定位置にいる使用者の網膜２４において結像
されるように結像レンズ１８が配置されている。つま
り、液晶ディスプレイ１６と網膜２４とが共役関係を有
している。これにより、使用者は液晶ディスプレイ１６
で変調された光による画像を観察することが可能になっ
ている。

【００５５】散乱板１７は、可視光の波長より大きなピ
ッチ、ここでは０．５〜１０μｍ程度のピッチで液晶デ
ィスプレイ１６側の表面に凹凸が形成された、ガラス、
ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＣ（ポリカー
ボネート）などの透明な材料からなる板である。散乱板
１７での散乱特性は、表面の凹凸ピッチなどの形状を変
更することによって調整が可能である。ここでは、散乱
板１７による光度分布が、後述する特性式Ｉ（θ）＝ｃ
ｏｓⁿθにおいてｎ＝３となるようなものを用いるもの
とする。

【００５６】液晶ディスプレイ１６上の１点を狙って白
ＬＥＤ１２の１点から出射された光（経路７１で示す）
は、コンデンサレンズ１４により集光されて光軸７２と
平行になり、散乱板１７上の１点に入射する。そして、
この光は、散乱板１７の表面の凹凸によって散乱され、
角度θ21で拡がった光束となる。

【００５７】散乱板１７を通過した光束のうち、液晶デ
ィスプレイ１６の１点において変調された光は、説明の
ための仮想的絞り７３を経て射出角度θ22で液晶ディス
プレイ１６から出射される。この射出角度θ22は、散乱
板１７がない場合すなわち図１で説明したのと同様の場
合の射出角度θ12よりも比較的大きくなっている。

【００５８】従って、散乱板１７を通過して射出角度θ
22で液晶ディスプレイ１６から出射された光は、使用者
の眼球２２の前方表面位置において、使用者の瞳孔幅よ
りも広くほぼ虹彩２８のそれに等しい（１０ｍｍ）程度
の幅Ｌ1 の光束となっている。一方、射出角度θ12で液
晶ディスプレイ１６から出射された光は、使用者の眼球
２２の前面位置において、使用者の瞳孔幅よりも狭い幅
Ｌ2 の光束となっている。

【００５９】そのため、本参考例によると、使用者の眼
球２２が図中白抜きの矢印Ｃで示す方向に若干移動（±
５ｍｍ）したとしても、瞳孔が幅Ｌ1 で示された範囲内
にある限りは液晶ディスプレイ１６の１点で変調された
光が眼球内に入射し、水晶体２８を経て網膜２４で結像
される。つまり、眼球の移動に伴う表示画像の輝度むら
が生じることが比較的少ない。これに対して、散乱板１
７がない場合には、幅Ｌ2 自体が瞳孔幅よりも狭いた
め、使用者の眼球２２が矢印Ｃで示す方向に例えば±
０．５ｍｍ程度移動しただけで、幅Ｌ2 の光束が瞳孔に
入射しなくなる。そのため、表示画像に大きな輝度むら
が生じることになってしまう。このように、本参考例で
は、コンデンサレンズ１４と液晶ディスプレイ１６との
間に散乱板１７を配置することにより、眼球２２の移動
に伴う表示画像の輝度むらを抑制することが可能となっ
ている。

【００６０】ここで、散乱板１７の好ましい散乱特性に
ついて説明する。まず、図８に示すように、散乱板１７
を用いたときの光度分布が、散乱板１７の法線からの偏
角θによってＩ（θ）＝ｃｏｓⁿθと近似的に表される
とする。ここで、Ｉは単位カンデラで表される光度であ
り、ｎは散乱板１７の表面形状に依存した係数である。
つまり、図８に示すように、散乱板１７上の１点に平行
光８１が入射したとき、散乱板１７の法線８２から角度
θだけ離れた方向における光度がｃｏｓⁿθで表される
とする。このとき、係数ｎの変化に伴う、照明効率およ
び瞳相当位置での光束幅Ｌ1 を図９および図１０にそれ
ぞれ示す。ここで、照明効率は、白ＬＥＤ１２から出射
された光のうち瞳孔内に導かれる光の割合を示すもので
ある。また、光束幅Ｌ1 は、上述のように、散乱板１７
を通過して液晶ディスプレイ１６の１点から出射された
光の使用者の眼球の前方表面位置における拡がり幅（ｍ
ｍ）を示すものである。

【００６１】図９に示すように、照明効率は係数ｎの増
加に伴って増加するが、係数ｎの増加とともに増加率が
低下し、係数ｎが３を超えると増加の程度が非常に緩や
かとなる。照明効率の点からは係数ｎは大きいほど好ま
しいが、実用的には３以上であることが好ましいといえ
る。また、図１０に示すように、光束幅は係数ｎの増加
に伴って減少するが、係数ｎの増加とともに減少率が低
下し、係数ｎが１００になると光束幅がほぼ１ｍｍに近
づく。ここで、１ｍｍは人間の瞳のおよその最小径であ
り、光束幅がこれ以上小さくなると散乱板１７を用いた
ことによる上述の効果が実質的に得られなくなる。その
ため、係数ｎは１００以下であることが好ましい。従っ
て、照明効率および光束幅の両面から考察すると、係数
ｎは３以上１００以下であることが好ましい。これによ
り、照明効率をある一定以上に保ちつつ輝度むらの生じ
ない観察エリアの全幅を必要最小限度以上に維持するこ
とができる。

【００６２】また、本参考例によると、第１の参考例と
同様の白ＬＥＤ１２およびコンデンサレンズ１４を用い
ているために、上述した散乱板１７の係数ｎにも依存す
るものの、液晶ディスプレイ１６の１点から出射された
光の射出角度θ22を比較的小さくすることができ、網膜
２４上の焦点にて結像される光の絞り込み角度も水晶体
２８の一部の領域に対応する比較的小さな角度にするこ
とができる。つまり、本参考例の表示装置３において
は、網膜２４上に結像される光の焦点深度が深く、光軸
方向に焦点ずれが起こったとしても画像がぼけて見える
ことがほとんどない。従って、ピント調整をほとんど行
わなくても、常に鮮明な画像を使用者に観察させること
が可能となる。

【００６３】また、本参考例によると、散乱板１７の係
数ｎにも依存するものの、液晶ディスプレイ１６の１点
からの出射光の射出角度θ22が比較的小さいために、こ
の出射光が所定場所にいる使用者以外に到達することが
ほとんどない。従って、液晶ディスプレイ１６が外部に
露出している場合に液晶ディスプレイ１６に表示された
画像が使用者以外に見られることがほとんどなくなり、
表示画像の秘匿性が高い。これらの効果（深い焦点深
度、画像の高秘匿性）は、係数ｎが大きいほど大きくな
る。

【００６４】次に、本発明の第６の参考例について説明
する。図１１は、本発明の第６の参考例にかかる表示装
置の概略的な模式図である。図１１に示す表示装置４
は、表示装置３におけるものと異なる位置に配置された
結像レンズ１８を用いている点以外は表示装置３と同じ
である。従って、本参考例によっても、散乱板１７によ
る輝度むらおよび表示画像のぼけを抑制することができ
るなど第５の参考例と同様の効果を得ることができる。

【００６５】ただし、本参考例において、結像レンズ１
８の位置が第５の参考例とは異なっているために、白Ｌ
ＥＤ１２と使用者の眼球２２の瞳とは共役関係を有して
おらず、白ＬＥＤ１２と眼球２２の網膜２４よりも後方
の点１１２とが共役関係を有するようになっている。そ
のため、本参考例では、液晶ディスプレイ１６を通過し
た光の一部が虹彩２６などによって遮られることにな
り、液晶ディスプレイ１６の一部を観察できなくなるほ
か、上述した第５の参考例よりも白ＬＥＤに必要とされ
る発光パワーは大きくなる。ただし、本参考例において
も、液晶ディスプレイ１６と網膜２４との共役関係は維
持されているため、液晶ディスプレイ１６の少なくとも
一部の画像を観察することが可能となっている。なお、
本参考例では、結像レンズ１８の位置を変えることによ
り、白ＬＥＤ１２と使用者の眼球２２の瞳とが共役関係
を失っているが、同じことは、白ＬＥＤ１２、コンデン
サレンズ１４、液晶ディスプレイ１６を単独で或いは結
像レンズ１８をも含めて複数の要素を移動させることに
よっても、または、使用者が移動することによっても実
現される。

【００６６】次に、本発明の第７の参考例について説明
する。図１２は、本発明の第７の参考例に係るハンドヘ
ルド型携帯ディスプレイの構成を示す概略的な模式図で
ある。図１２に示すように、本参考例のハンドヘルド型
携帯ディスプレイ１２０には、図７で説明した表示装置
３が組み込まれているほかは、図３で説明した第２の参
考例のハンドヘルド型携帯ディスプレイ３０と同様に構
成されている。

【００６７】従って、本参考例のハンドヘルド型携帯デ
ィスプレイ１２０は、第２の参考例のハンドヘルド型携
帯ディスプレイ３０が奏する効果を同様に奏するととも
に、第５の参考例で説明した表示装置３の効果をも奏す
る。特に、本参考例のハンドヘルド型携帯ディスプレイ
１２０は、表示装置３に散乱板１７を備えていることに
より、使用者の眼球２２の位置が移動したとしても液晶
ディスプレイ１６からの光束を瞳孔内に導くことができ
て、輝度むらを抑制することが可能となる。

【００６８】次に、本発明の第８の参考例について説明
する。図１３は、本発明の第８の参考例に係るパーソナ
ルプロジェクタの構成を示す概略的な模式図である。図
１３に示すように、本参考例のパーソナルプロジェクタ
１３０には、図７で説明した表示装置３が組み込まれて
いるほかは、図５で説明した第３の参考例のパーソナル
プロジェクタ５０と同様に構成されている。

【００６９】従って、本参考例のパーソナルプロジェク
タ１３０は、第３の参考例のパーソナルプロジェクタ５
０が奏する効果を同様に奏するとともに、第５の参考例
で説明した表示装置３の効果をも奏する。すなわち、本
参考例のパーソナルプロジェクタ１３０は、表示装置３
に散乱板１７を備えていることにより、使用者の眼球２
２の位置が移動したとしても液晶ディスプレイ１６から
の光束を瞳孔内に導くことができて、輝度むらを抑制す
ることが可能となるという効果を奏する。

【００７０】また、本参考例のようなパーソナルプロジ
ェクタの場合、上述のハンドヘルド型携帯ディスプレイ
やヘッドマウントディスプレイと比較すると観察者が常
に同じ位置から表示画像を観察する場合が少なく、散乱
板１７を用いて輝度むらが生じない範囲を大きくしてお
くことで、観察者は表示画像を輝度むらなく観察可能な
位置を容易に見つけ出すことができる。これと同時に、
上述した係数ｎの値を適宜設定変更することで、必要以
上の広範囲から表示画像が見られないようにすることが
できて、表示画像の秘匿性を高めるようにできるという
利点がある。

【００７１】次に、本発明の第９の参考例について説明
する。図１４は、本発明の第９の参考例に係るヘッドマ
ウントディスプレイの構成を示す概略的な模式図であ
る。図１４に示すように、本参考例のヘッドマウントデ
ィスプレイ１４０には、図７で説明した表示装置３と類
似した表示装置５が組み込まれている。表示装置５は、
白ＬＥＤ１２、散乱板１７、コンデンサレンズ１４、液
晶ディスプレイ１６、凹面鏡１９を有している。表示装
置５と表示装置３の相違点は、表示装置３が結像レンズ
１８を有しているのに対して、表示装置５が正パワーの
凹面鏡１９を有している点である。凹面鏡１９は、表示
装置３における結像レンズ１８と同等の機能を有してお
り、白ＬＥＤ１２と使用者の瞳とが実質的に共役関係に
なるように、かつ、ＬＣＤ１６と使用者の網膜とが実質
的に共役関係になるように配置されている。本参考例の
ヘッドマウントディスプレイ１４０は、これ以外は、図
６で説明した第４の参考例のヘッドマウントディスプレ
イ６０と同様に構成されている。

【００７２】従って、本参考例のヘッドマウントディス
プレイ１４０は、第４の参考例のヘッドマウントディス
プレイ６０が奏する効果を同様に奏するとともに、第５
の参考例で説明した表示装置３の効果をも奏する。すな
わち、本参考例のヘッドマウントディスプレイ１４０
は、表示装置５に散乱板１７を備えていることにより、
使用者の眼球２２の位置が多少移動したとしても液晶デ
ィスプレイ１６からの光束を瞳孔内に確実に導くことが
できて、輝度むらを抑制することが可能となるという効
果を奏する。

【００７３】次に、本発明の第１０の参考例について説
明する。図１５は、本発明の第１０の参考例に係る眼鏡
取り付け型ヘッドマウントディスプレイの構成およびこ
れを左目側に取り付けた様子を上方から描いた概略的な
模式図である。図１６は、本参考例の眼鏡取り付け型ヘ
ッドマウントディスプレイを右目側に取り付けた様子を
使用者の正面から示した図である。つまり、本参考例の
眼鏡取り付け型ヘッドマウントディスプレイは、眼鏡の
左右いずれ側にも取り付け可能である。

【００７４】図１５に示すように、本参考例のヘッドマ
ウントディスプレイ１５０の筐体１５４には、図７で説
明した表示装置３と類似した表示装置６が組み込まれて
いる。表示装置６は、白ＬＥＤ１２、コンデンサレンズ
１４、散乱板１７、液晶ディスプレイ（光変調手段）１
６、ミラー１５２、結像レンズ１８を有している。そし
て、表示装置６においては、第１の参考例で説明したよ
うな共役関係が成り立っている。ミラー１５２は、コン
デンサレンズ１４の光軸１５３を結像レンズ１８によっ
て規定される出射光軸１７６の方向に直角に曲げて、表
示画像を示す光を開口１５１を介して使用者の左右いず
れかの眼球に導いている。

【００７５】筐体１５４内には、表示装置６のほか、Ｌ
ＣＤ駆動回路１５５、画像反転回路１５６およびビデオ
信号入力コネクタ１５８が載せられた基板１５７と、反
転スイッチ１５９および白ＬＥＤ１２が載せられた基板
１６０と、ヘッドマウントディスプレイ１５０を移動さ
せるときに使用者が指を添えるための固定突出部１６１
とが組み込まれている。また、筐体１５４の眼鏡フレー
ム１６２および眼鏡レンズ（図１５では左目用レンズ１
６３）と接触する部分には弾性部材、具体的にはゴム部
材１６５が取り付けられている。

【００７６】また、筐体１５４側と、固定突出部１６１
と対になってヘッドマウントディスプレイ１５０を移動
させるときに使用者が指を添えるための操作部１６６と
の間は、ばね部１６７などの弾性部材で接続されてい
る。また、操作部１６６とは反対側の端部に設けられた
挟持部１６８の先端近傍は弾性部材、具体的にはゴム部
材１６９で被覆されている。ばね部１６７は、常に挟持
部１６８を筐体１５４のゴム部材１６５の方向に付勢し
ている。

【００７７】図１５または図１６に示すように、ヘッド
マウントディスプレイ１５０が眼鏡に取り付けられた状
態では、眼鏡のつる部（図１５では左つる部１７０、図
１６では右つる部１７１）の下方において眼鏡に差し込
まれた挟持部１６８は眼鏡レンズ１６３または１６４を
介して筐体１５４と対向している。そのため、ばね部１
６７の弾性力によって２つのゴム部材１６５、１６９が
レンズ１６３または１６４を挟み込むことになり、ヘッ
ドマウントディスプレイ１５０は眼鏡に対して固定され
ることになる。このように、本参考例では、固定突出部
１６１と操作部１６６と挟持部１６８とばね部材１６７
とゴム部材１６５、１６９とによって、固定部１７２が
構成されている。

【００７８】本参考例のヘッドマウントディスプレイ１
５０において、光軸１５３を使用者の瞳の位置すなわち
アイポイントに合わせるためには、指で固定突出部１６
１と操作部１６６を両側から押さえ込んで、ばね部１６
７の弾性力に抗してゴム部材１６９をレンズ１６３また
は１６４から離した状態でレンズ面に沿って筐体１５４
を移動させる。このような簡単な操作によって、例えば
図１７に示すように、実線位置にあった筐体１５４を破
線位置にまでスムーズに移動させることができ、これに
伴って黒丸（●）位置１７６ａにあった出射光軸を白丸
（○）位置１７６ｂへと移動させることができる。そし
て、出射光軸がアイポイント６８に一致したことを使用
者が確認した段階で固定突出部１６１および操作部１６
６から指を離せば、再び２つのゴム部材１６５、１６９
がレンズ１６３または１６４を挟み込むことになり、出
射光軸１７６をアイポイント６８に固定しておくことが
できる。上述のような簡単な構成および操作により、本
参考例のヘッドマウントディスプレイ１５０では、使用
者はアイポイント調整を２次元的に行うことができるた
め、アイポイント調整の自由度が高く、広い範囲でアイ
ポイント６８と出射光軸１７６とを一致させることが可
能である。

【００７９】また、本参考例のヘッドマウントディスプ
レイ１５０は、結像された光を使用者の左右いずれかの
眼球に導くように構成された片眼観察用であるので、筐
体１５４を比較的小型軽量に構成することができる。ま
た、固定部１７２が眼鏡のレンズ１６３、１６４を両側
から挟持するように構成されているので、フレームのな
い眼鏡であってもヘッドマウントディスプレイ１５０を
固定することが可能である。また、フレーム１６２やつ
る部１７０、１７１には様々な形状のものがあるので、
これらの部分にヘッドマウントディスプレイ１５０を固
定しようとすると、取り付ける眼鏡ごとに固定部１７２
の形状や構造を変更する必要が生じる。本参考例では、
レンズ１６３、１６４を両側から挟持してヘッドマウン
トディスプレイ１５０を固定するという構成を採用する
ことにより、このような不都合が生じないようにしてい
る。さらに、固定部１７２のレンズと接触する部分がゴ
ム部材１６５、１６９からなるので、挟持によりレンズ
１６３、１６４を傷つけることがない。

【００８０】上述のように、本参考例のヘッドマウント
ディスプレイ１５０は、眼鏡の左右いずれ側にも取り付
けられるようになっている。しかし、左右の取り付け位
置を変えると、筐体１５４が上下ひっくり返ることにな
るため、なんら手段を講じないと使用者は上下反転した
画像を見ることになる。そこで、本参考例のヘッドマウ
ントディスプレイ１５０は、上記した画像反転回路１５
６と反転スイッチ１５９を備えることにより、左右の取
り付け位置を変えたとしても使用者が常に通常の画像を
観察できるようにしている。

【００８１】すなわち、図１８に示すように、右目側に
取り付ける場合と左目側に取り付ける場合とでは筐体１
５４が上下逆転するので（図１８に筐体の上下方向の目
印として白抜き矢印が描かれている）、右目側にヘッド
マウントディスプレイ１５０を取り付ける場合には反転
スイッチ１５９を突出状態にしておき、左目側に取り付
ける場合には反転スイッチ１５９を引込状態としてお
く。そして、反転スイッチ１５９の突出または引込のい
ずれかの状態が、画像反転回路１５６の走査線上下逆転
手段１９１および走査線左右逆転手段１９２（ともに図
１９参照）に供給される。

【００８２】画像反転回路１５６の走査線上下逆転手段
１９１および走査線左右逆転手段１９２は、例えば反転
スイッチ１５９が突出状態であることを示す信号を受け
取ると、外部からのビデオ信号をそのままＬＣＤ駆動回
路１５５に供給する。そして、反転スイッチ１５９が引
込状態であることを示す信号を受け取ると、外部からの
ビデオ信号を走査線上下逆転手段１９１で上下逆転さ
せ、さらに走査線左右逆転手段１９２で左右逆転させた
信号がＬＣＤ駆動回路１５５に供給される。

【００８３】このように、本参考例のヘッドマウントデ
ィスプレイ１５０は、筐体１５４を眼鏡の左右どちら側
に固定した場合であっても、画像反転回路１５６の走査
線上下逆転手段１９１および走査線左右逆転手段１９２
により常に上下反転していない正常画像を使用者に観察
させることができる。従って、ヘッドマウントディスプ
レイ１５０を左右兼用とすることができるようになっ
て、左目用と右目用の２種類の表示装置を別々に用意す
る必要がなくなるという利点がある。

【００８４】また、本参考例のヘッドマウントディスプ
レイ１５０は、単に光軸を曲げるために用いられるミラ
ー１５２を有する以外は図７で説明した表示装置３と同
様の表示装置６を有しているので、第５の参考例の表示
装置３と同様の利点を有する。すなわち、焦点深度が深
いために表示画像がぼけることがほとんどなく、また、
点光源である白ＬＥＤ１２とコンデンサレンズ１４とを
用いているとともに白ＬＥＤ１２と瞳とが実質的に共役
関係を有しているので、白ＬＥＤ１２での消費電力を削
減することができる。また、白ＬＥＤ１２を用いている
ためにカラー画像を観察することが可能になっている。

【００８５】さらに、散乱板１７を用いているので、眼
球位置が多少ずれても輝度むらが生じないという効果を
得ることができる。また、このときも第１の実施の形態
で説明したように、散乱板１７を用いたときの光度分布
をＩ（θ）＝ｃｏｓⁿθとして係数ｎが３以上１００以
下（３≦ｎ≦１００）であることが好ましい。

【００８６】図２０は、本参考例において固定部の変形
例を示す図であって、眼鏡の背面側（使用者側）から描
かれた図である。図２０に示すように、本変形例のヘッ
ドマウントディスプレイ２００は、その固定部２０１
が、操作部２０２と、これに連なる２本の挟持部２０６
ａ、２０６ｂと、挟持部２０６ａ、２０６ｂの先端近傍
を被覆するゴム部材２０８と、挟持部２０６ａ、２０６
ｂを筐体１５４の方向に付勢するばね部２０４と、筐体
１５４側のゴム部材１６５（図１５参照）とを有してい
る。操作部２０２と２本の挟持部２０６ａ、２０６ｂ
は、１本の長尺部材を略コの字型に折り曲げることによ
り構成されている。

【００８７】本変形例のヘッドマウントディスプレイ２
００を眼鏡に取り付ける場合には、２本の挟持部２０６
ａ、２０６ｂにより眼鏡のつる部１７０を挟み込むよう
にする。このように、本変形例では、固定部２０１が眼
鏡のつる部１７０を間に挟み込んだ状態で筐体１５４を
眼鏡に固定することが可能であるので、いわば固定部２
０１がつる部１７０に支持されることになり筐体１５４
が安定し、筐体１５４が所定位置からずれたり、眼鏡か
ら脱落するといった事態の発生を極力防止することがで
きる。なお、本変形例では、挟持部を２本としたが、３
本以上の挟持部を設けてそれらうちいずれか２本の間に
つる部を挟み込むようにしてもよい。また、本参考例に
おいて、光変調手段として、液晶ディスプレイ１６の代
わりに、レーザ光を変調しながら走査させて画像を表示
させるものを用いてもよい。

【００８８】また、本参考例のヘッドマウントディスプ
レイに組み込まれた表示装置６はミラーを１つだけ有し
ているが、例えば２個のミラーを有していてもよい。こ
のような例について、図２１に基づいて説明する。図２
１に示したヘッドマウントディスプレイ２１０に内蔵さ
れた表示装置７は、白ＬＥＤ１２、コンデンサレンズ１
４、散乱板１７、液晶ディスプレイ１６、ミラー２１
２、結像レンズ１８、ミラー２１４を有している。そし
て、表示装置７においては、第１の参考例で説明したよ
うな共役関係が成り立っている。表示装置７の光軸２１
６は、ミラー２１２、２１４の２カ所においてそれぞれ
直角に曲げられて、表示画像を示す光を開口１５１を介
して使用者の左右いずれかの眼球に導かれる。ここで、
固定部２１８は、図１５で説明したようなレンズ挟持型
ではなく、筐体２１９を移動させてアイポイント調節可
能となるように、例えばねじ機構などによって、つる部
１７０または１７１のいずれにかに筐体２１９を取り付
けるように構成されたものである。なお、図２１では表
示装置７以外の詳細な図示を省略している。

【００８９】次に、本発明の第１の実施の形態について
説明する。図２２は、本発明の第１の実施の形態に係る
眼鏡取り付け型ヘッドマウントディスプレイの構成およ
びこれを右目側に取り付けた様子を上方から描いた概略
的な模式図である。図２３は、本実施の形態の眼鏡取り
付け型ヘッドマウントディスプレイを右目側に取り付け
た様子を使用者の正面から示した図である。上述の第１
０の参考例と同様、本実施の形態の眼鏡取り付け型ヘッ
ドマウントディスプレイも、眼鏡の左右いずれ側にも取
り付け可能である。

【００９０】図２２に示すように、本実施の形態のヘッ
ドマウントディスプレイ２２０は、固定クリップ２２６
または２２８によって眼鏡のつる部１７１または１７０
に固定される固定筐体２２２、および、固定筐体２２２
に対して回動可能に取り付けられた回転筐体２２４の２
つの筐体を有している。

【００９１】固定筐体２２２内には、白ＬＥＤ１２、コ
ンデンサレンズ１４、散乱板１７、液晶ディスプレイ
（光変調手段）１６のほか、ビデオケーブル４３を介し
て外部の画像再生装置に接続されるビデオ信号入力コネ
クタ２３０、図示しない制御回路が設けられた基板２３
２が含まれている。また、回転筐体２２４内には、白Ｌ
ＥＤ１２からの光を反射させて使用者の左右いずれかの
眼球２２（ここでは右目）に導くためのミラー２３４、
２３５と、液晶ディスプレイ１６によって変調された光
を結像するための結像レンズ１８とが含まれている。

【００９２】本実施の形態のヘッドマウントディスプレ
イ２２０には、第５の参考例で説明した表示装置３と類
似した表示装置８が組み込まれている。表示装置８は、
白ＬＥＤ１２、コンデンサレンズ１４、散乱板１７、液
晶ディスプレイ１６、ミラー２３４、結像レンズ１８、
ミラー２３５を有している。そして、表示装置８におい
ては、第１の参考で説明したような共役関係が成り立っ
ている。

【００９３】ここで、固定筐体２２２と回転筐体２２４
との接続部分２３７の詳細について、図２４をさらに参
照して説明する。図２４は、固定筐体２２２と回転筐体
２２４との接続部分２３７の拡大分解斜視図である。固
定筐体２２２の先端部には、コンデンサレンズ１４の光
軸２３６を中心とした円形の開口部２３８が設けられて
いる。そして、光軸２３６方向に突出した突出部２３９
が開口部２３８に沿って設けられているとともに、その
先端には突出部２３９の外側に凹部２３９ａを画定する
フリンジ２４０が設けられている。

【００９４】一方、回転筐体２２４には、凹部２３９ａ
における突出部２３９の外径を直径とする円形の開口部
２４２が設けられている。そして、凹部２３９ａが開口
部２４２と係合することによって、回転筐体２２４が光
軸２３６を中心として３６０°回動自在に固定筐体２２
２に対して支持されることになるとともに、両者の摩擦
により任意の位置で回転筐体２２４を静止させることが
できるようになる。

【００９５】すなわち、図２３に示すように、本実施の
形態のヘッドマウントディスプレイ２２０においては、
上述した簡単な構成および回転筐体２２４を光軸２３６
の回りに回動させるという簡単な操作により、出射光軸
２４４をアイポイント６８に合わせることができるよう
になっている。この点について、さらに図２５を参照し
て説明する。図２５は、図２３の部分拡大図である。本
実施の形態のヘッドマウントディスプレイ２２０におい
て、出射光軸２４４を使用者の瞳の位置すなわちアイポ
イント６８に合わせるためには、指で回転筐体２２４を
保持して回転筐体２２４を回動させる。このような簡単
な操作によって、実線位置にあった回転筐体２２４を破
線位置にまでスムーズに移動させることができ、これに
伴って黒丸（●）位置２４４ａにあった光軸を破線で示
す経路２４６に沿って白丸（○）位置２４４ｂへと移動
させることができる。従って、使用者のアイポイントの
個人差による微調整などを行なう際、光軸２４４がアイ
ポイント６８に一致したことを使用者が確認した段階で
回転筐体２２４を静止させれば、光軸２４４をアイポイ
ント６８に固定しておくことができる。

【００９６】可撓性を有する材料からなる固定クリップ
２２６は、略Ｌ字型をしており先端が外側に向けて若干
湾曲した形状を有している。そのために、固定筐体２２
２との間で右側のつる部１７１を挟み込むことにより、
固定筐体２２２を眼鏡に固定することができるようにな
っている。しかも固定クリップ２２６が可撓性を有して
いるので、幅が異なる様々なつる部１７１をも安定して
挟み込むことができる。また、固定クリップ２２８も固
定クリップ２２６と同様に構成されており、固定筐体２
２２との間で左側のつる部１７０を挟み込むことによ
り、固定筐体２２２を眼鏡に固定することができるよう
になっている。

【００９７】上述のような固定クリップ２２６、２２８
を備えているために、本実施の形態のヘッドマウントデ
ィスプレイ２２０は、後付けで簡単に眼鏡に装着できる
ようになっている。また、これらの固定クリップ２２
６、２２８を用いると、固定筐体２２２を上下反転させ
ることなく左右いずれかのつる部１７０、１７１に固定
筐体２２２を固定することが可能である。従って、第１
０の参考例のヘッドマウントディスプレイ１５０で必要
であった画像を上下反転させるための機構が本実施の形
態では不要であり、簡略な構造により左右兼用とするこ
とができ、左目用と右目用の２種類のヘッドマウントデ
ィスプレイを別々に用意することもない。

【００９８】すなわち、図２６に示すように、右目側に
取り付ける場合と左目側に取り付ける場合とでは回転筐
体２２４を上下逆転させる必要があるものの、固定筐体
２２２を上下反転させる必要がない（図２６に固定筐体
２２２および回転筐体２２４の上下方向の目印として黒
矢印および白抜き矢印がそれぞれ描かれている）。

【００９９】また、本実施の形態のヘッドマウントディ
スプレイ２２０は、液晶ディスプレイ１によって変調さ
れた光を使用者の左右いずれかの眼球に導くためのミラ
ー２３４、２３５を回転筐体２２４が有しているので、
固定筐体２２２を眼鏡の側部に固定配置することができ
て、固定筐体２２２によって使用者の視界がさえぎられ
ることがなく、しかも全体としてヘッドマウントディス
プレイ２２０がかさばることがないという利点を有して
いる。なお、本実施の形態では結像レンズ１８は回転筐
体２２４内にあるが、固定筐体２２２内に結像レンズを
配置してもよい。

【０１００】また、本実施の形態のヘッドマウントディ
スプレイ２２０では、回転筐体２２４が片眼観察用であ
って白ＬＥＤ１２、コンデンサレンズ１４、液晶ディス
プレイ１６などを含まないために比較的小型軽量であ
る。そして、この回転筐体２２４が固定筐体２２２に対
して回動可能に取り付けられているので、表示画像を観
察しないときや緊急時などにはわずかな力を加えるだけ
で容易に回転筐体２２４を視界外に退避させることがで
きる。

【０１０１】また、本実施の形態のヘッドマウントディ
スプレイ２２０においては、結像レンズ１８の光軸２４
３がコンデンサレンズ１４の光軸２３６と一致するよう
に、結像レンズ１８およびミラー２３４が配置されてい
る。そのために、アイポイント調整時などに回転筐体２
２４を回動させても結像レンズ１８とコンデンサレンズ
１４の光軸どうしがずれることがなく、結像性能の劣化
が生じない。

【０１０２】また、本実施の形態のヘッドマウントディ
スプレイ２２０は、単に光軸を曲げるために用いられる
ミラー２３４、２３５を有する以外は図７で説明した表
示装置３と同様の表示装置８を有しているので、第５の
参考例の表示装置３と同様の利点を有する。すなわち、
焦点深度が深いために表示画像がぼけることがほとんど
なく、また、点光源である白ＬＥＤ１２とコンデンサレ
ンズ１４とを用いているとともに白ＬＥＤ１２と瞳とが
実質的に共役関係を有しているので、白ＬＥＤ１２での
消費電力を削減することができる。また、白ＬＥＤ１２
を用いているためにカラー画像を観察することが可能に
なっている。

【０１０３】また、表示装置８が散乱板１７を備えてい
るので、眼球位置が多少ずれても輝度むらが生じないと
いう効果を得ることができる。また、このときも第５の
参考例で説明したように、散乱板１７を用いたときの光
度分布をＩ（θ）＝ｃｏｓⁿθとして係数ｎが３以上１
００以下（３≦ｎ≦１００）であることが好ましい。

【０１０４】図２７（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の
実施の形態のヘッドマウントディスプレイの要部を示す
図である。図２７（ａ）は眼鏡の側面から固定部を見た
図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線での断面図である。本実施の
形態においては、固定クリップ２２６とほぼ同様に構成
された固定クリップ２７３に開口部２７６が設けられて
いるとともに、固定筐体２７１の開口部２７６と対向す
る部分にねじ受け部２７７が設けられている。そして、
取付ねじ２７５を開口部２７６を介してねじ受け部２７
７と螺合させることにより、眼鏡の右側のつる部１７０
に対して固定筐体２７１が固定できるようになってい
る。本実施の形態では、ねじ機構によって固定筐体２７
１を眼鏡に装着するため、固定筐体２７１をより確実に
眼鏡に固定することができて、ヘッドマウントディスプ
レイが脱落するなどの不測の事態を未然に防止すること
ができる。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１による
と、片眼観察用であって光源および光変調手段が含まれ
ていないために比較的小型軽量である第２の筐体が第１
の筐体に対して回動可能に取り付けられているので、構
造が簡単であり、表示画像を観察しないときや緊急時な
どにはわずかな力を加えるだけで容易に第２の筐体を視
界外に退避させることができる。また、第２の筐体を回
動させるという簡単な動作により、第２の筐体から出射
される光の光軸をアイポイントに合わせることができる
ようになる。また、第１の筐体を眼鏡に固定するための
固定部を備えているために、表示装置を後付けで簡単に
眼鏡に装着可能である。また、光変調手段によって変調
された光を使用者の左右いずれかの眼球に導くための反
射光学系を第２の筐体が有しているので、第１の筐体を
眼鏡の側部に固定配置することができて、第１の筐体に
よって使用者の視界がさえぎられることがなく、しかも
全体として表示装置がかさばることがない。

【０１０６】請求項２によると、固定部が第１の筐体を
上下反転させることなく眼鏡の左右両側において第１の
筐体を眼鏡に固定可能に構成されているので、光変調手
段による変調画像の上下反転機構といった他の機構を特
に設けることのない簡易な構成で、表示装置を左右兼用
とすることができる。従って、左眼用と右眼用の２種類
の表示装置を別々に用意する必要がなくなる。

【０１０７】請求項３によると、光源が白色光を発する
点光源と点光源からの光を集光する集光光学系とからな
っているので、集光光学系から出射された光のほとんど
を光変調手段を介して結像光学系に与えることが可能と
なって、光の効率的な利用ができるようになる。また、
点光源から集光光学系で集光された光が光変調手段に与
えられるので、光変調手段から出射された光の出射角度
が比較的小さくなる。そのため、この光が眼球内に入射
した際の眼球内絞り込み角度が小さく、焦点深度が深く
なる。従って、焦点が網膜からずれた場合に像のぼけが
ほとんど生じない。また、点光源が白色光を発するの
で、空間光変調手段によりフルカラーの画像を表示させ
ることが可能になる。

【０１０８】請求項４によると、点光源と第１の点
（瞳）とが実質的に共役関係となるために、光変調手段
を通った光のほとんどを瞳孔内に導くことができる。従
って、一定の光パワーを瞳孔内に入射させるのに必要な
点光源の発光パワーが少なくてもよいことになり、点光
源で消費される電力を削減することができるようにな
る。また、光変調手段と第２の点（網膜）とが実質的に
共役関係となるために、光変調手段で変調された光によ
る画像が観察可能となる。

【０１０９】請求項５によると、結像光学系の光軸が集
光光学系の光軸と一致しているとともに、第２の筐体が
集光光学系の光軸を中心として回動可能であるので、ア
イポイント調整時などに第２の筐体を回動させても個々
の光学系どうしの光軸がずれることがなく、結像性能の
劣化が生じない。

【０１１０】請求項６によると、点光源と光変調手段と
の間に散乱板が配置されているために、光変調手段から
の光束拡がりが散乱板がない場合に比べて大きくなり、
光変調手段上の任意の点からの光束が例えば瞳近傍にお
いて比較的大きな範囲に拡がる。従って、眼球が所定位
置からある程度ずれた場合であっても光変調手段からの
光束を確実に瞳孔内に導くことができて輝度むらが生じ
ることがほとんどなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の参考例にかかる表示装置の概略
的な模式図である。

【図２】図１に示す表示装置における光学的共役関係に
ついて説明するための模式図である。

【図３】本発明の第２の参考例に係るハンドヘルド型携
帯ディスプレイの構成を示す概略的な模式図である。

【図４】図３に示したハンドヘルド型携帯ディスプレイ
の使用状態を示した図である。

【図５】本発明の第３の参考例に係るパーソナルプロジ
ェクタの構成を示す概略的な模式図である。

【図６】本発明の第４の参考例に係るヘッドマウントデ
ィスプレイの構成を示す概略的な模式図である。

【図７】本発明の第５の参考例にかかる表示装置の概略
的な模式図である。

【図８】図７に示した表示装置に用いられる散乱板の好
ましい散乱特性について説明するための図である。

【図９】光度分布を表す式内の係数ｎと照明効率との関
係を示すグラフである。

【図１０】光度分布を表す式内の係数ｎと瞳相当位置で
の光束幅との関係を示すグラフである。

【図１１】本発明の第６の参考例にかかる表示装置の概
略的な模式図である。

【図１２】本発明の第７の参考例に係るハンドヘルド型
携帯ディスプレイの構成を示す概略的な模式図である。

【図１３】本発明の第８の参考例に係るパーソナルプロ
ジェクタの構成を示す概略的な模式図である。

【図１４】本発明の第９の参考例に係るヘッドマウント
ディスプレイの構成を示す概略的な模式図である。

【図１５】本発明の第１０の参考例に係る眼鏡取り付け
型ヘッドマウントディスプレイの構成およびこれを左目
側に取り付けた様子を上方から描いた概略的な模式図で
ある。

【図１６】本発明の第１０の参考例の眼鏡取り付け型ヘ
ッドマウントディスプレイを右目側に取り付けた様子を
使用者の正面から示した図である。

【図１７】本発明の第１０の参考例において、筐体の移
動に伴う出射光軸の移動について説明するための図であ
る。

【図１８】本発明の第１０の参考例において、右目側に
取り付ける場合と左目側に取り付ける場合とで筐体が上
下逆転する様子を示した図である。

【図１９】本発明の第１０の参考例において、画像上下
反転制御手段を示すブロック図である。

【図２０】本発明の第１０の参考例において、固定部の
変形例を示す図である。

【図２１】本発明の第１０の参考例において、２個のミ
ラーを有する変形例を示す図である。

【図２２】本発明の第１の実施の形態に係る眼鏡取り付
け型ヘッドマウントディスプレイの構成およびこれを右
目側に取り付けた様子を上方から描いた概略的な模式図
である。

【図２３】本発明の第１の実施の形態の眼鏡取り付け型
ヘッドマウントディスプレイを右目側に取り付けた様子
を使用者の正面から示した図である。

【図２４】本発明の第１の実施の形態において、固定筐
体と回転筐体との接続部分の拡大分解斜視図である。

【図２５】本発明の第１の実施の形態において、回転筐
体の回動に伴う出射光軸の移動の様子および固定クリッ
プによる固定の様子を説明するための図である。

【図２６】本発明の第１の実施の形態において、右目側
に取り付ける場合と左目側に取り付ける場合とで回転筐
体だけが上下逆転する様子を示した図である。

【図２７】本発明の第２の実施の形態に係る眼鏡取り付
け型ヘッドマウントディスプレイの要部を示す図であ
る。

【符号の説明】

８表示装置１２白ＬＥＤ１４コンデンサレンズ１６液晶ディスプレイ１７散乱板１８結像レンズ２４網膜２６虹彩２９焦点２２０ヘッドマウントディスプレイ２２２固定筐体２２４回転筐体２２６、２２８固定クリップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源および前記光源からの光を変調する
光変調手段を含む第１の筐体と、前記光変調手段によって変調された光を結像する結像光
学系と、前記第１の筐体を眼鏡に固定するための固定部と、前記光変調手段によって変調された光が入射されるよう
に前記第１の筐体に対して回動可能に取り付けられてお
り、前記光変調手段によって変調された光を使用者の左
右いずれかの眼球に導くための反射光学系を含む第２の
筐体とを備えていることを特徴とする表示装置。
【請求項２】前記固定部が、前記第１の筐体を上下反
転させることなく眼鏡の左右両側において前記第１の筐
体を眼鏡に固定可能に構成されていることを特徴とする
請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】前記光源が、白色光を発する点光源と、
前記点光源からの光を集光する集光光学系とからなるこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項４】前記結像光学系は、前記点光源と前記結
像光学系よりも任意の距離だけ後方にある第１の点とが
実質的に共役関係となるように配置され、且つ、前記光
変調手段と前記第１の点よりも略瞳−網膜間の距離だけ
後方にある第２の点とが実質的に共役関係となるように
配置されていることを特徴とする請求項３に記載の表示
装置。
【請求項５】前記結像光学系の光軸が前記集光光学系
の光軸と一致しているとともに、前記第２の筐体が前記
集光光学系の光軸を中心として回動可能であることを特
徴とする請求項３または４に記載の表示装置。
【請求項６】前記点光源と前記光変調手段との間に配
置された散乱板をさらに備えていることを特徴とする請
求項３〜５のいずれか１項に記載の表示装置。