JP2000249971A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 焦点深度が深く画像がぼけて見えることがほ
とんどなく、表示画像の秘匿性が高く、さらに輝度むら
が生じにくい表示装置を得る。 【解決手段】 白色光を発する点光源である白ＬＥＤ１
２と、コンデンサレンズ１４と、散乱板１７と、液晶デ
ィスプレイ１６と、結像レンズ１８とを有している。散
乱板１７を用いることにより、瞳近傍位置での光束の幅
Ｌ1 が比較的大きくなるので、眼球２２が矢印Ｃの方向
に多少ずれても、この光束を確実に瞳孔内に導くことが
できる。

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
などの空間光変調手段を備えた表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】表示装置として、液晶ディスプレイ（Ｌ
ＣＤ）を備えたものが広く知られている。例えば、図２
８に示すように、かかる表示装置３００は、光源として
の蛍光灯３０２と、蛍光灯３０２からの光を変調して選
択的に透過させる液晶ディスプレイ３０４と、液晶ディ
スプレイ３０４からの光を使用者の眼球３０８内の網膜
３１０に結像させる結像レンズ３０６とを有している。
このように構成された表示装置３００により、使用者は
液晶ディスプレイ３０４により変調された光による画像
を観察することができるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２８
で説明したような表示装置には、以下のような問題があ
る。まず、光源として拡散光源である蛍光灯３０２を用
いているので、合焦範囲が狭く画像がぼけて見えやすい
という問題がある。すなわち、液晶ディスプレイ３０４
上の１点には説明のための仮想的絞り３１４を介して蛍
光灯３０２の全領域から出射された光が絞り込み角度θ
1 で入射されることになり、液晶ディスプレイ３０４上
の１点からの出射光の射出角度θ2 は絞り込み角度θ1
と同程度の大きさとなる。そして、射出角度θ2 のうち
の角度θ3 の部分だけが結像レンズ３０６に入射し、さ
らに結像レンズ３０６を通過した光のうちで虹彩３１６
で囲まれた瞳孔に入射する部分ｄ1 だけが水晶体３１８
を経て網膜３１０に達する。このように、液晶ディスプ
レイ３０４上の１点から出射された光は、水晶体３１８
のほぼ全域に対応する大きさの比較的大きな絞り込み角
度θ4 で網膜３１０に結像される。従って、網膜３１０
に結像される光の合焦範囲が狭く、焦点３２０が網膜３
１０上からその前後にわずかにずれた場合であっても、
画像がぼけて見えることになる。

【０００４】また、上述の技術によると、液晶ディスプ
レイ３０４の１点からの出射光の射角度θ2 が大きいた
めに、液晶ディスプレイ３０４が外部に露出している場
合に液晶ディスプレイ３０４に表示された画像が使用者
以外にも見られることになり、表示画像の秘匿性が著し
く低い。

【０００５】さらに、上述の技術によると、光源として
蛍光灯３０２を用いて液晶ディスプレイ３０４を照明し
ているので、消費電力が大きく、特に表示装置３００を
携帯可能な機器に組み込んで用いる場合にバッテリの消
耗が激しくなるという問題がある。

【０００６】そこで、本発明の主たる目的は、網膜に結
像される光の合焦範囲が広く、画像がぼけて見えること
がほとんどない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、空間光変
調手段の画像が使用者以外にも見られることがなく表示
画像の秘匿性が高い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、消費
電力が小さく、携帯可能な機器に組み込まれた場合でも
バッテリの消耗を抑制することが可能な表示装置を提供
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、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、前記集光
光学系によって集光された光を変調する空間光変調手段
と、前記空間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、前記点光源と前記空間光変調手段との
間に配置された散乱板とを備えている。

【００１０】請求項１によると、点光源から集光光学系
で集光された光が空間光変調手段に与えられるので、空
間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。

【００１１】さらに、空間光変調手段から出射された光
の出射角度が比較的小さいために、空間光変調手段で変
調された光による画像が結像光学系後方の所定位置にい
る観察者以外にほとんど観察されないようにすることが
できる。

【００１２】これに加えて、点光源と空間光変調手段と
の間に散乱板が配置されているために、空間光変調手段
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、空間光変調手段上の１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空間光変調手
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
らが生じることほとんどなくなる。

【００１３】つまり、散乱板がない場合には、空間光変
調手段を通過した光束の拡がりが小さく、眼球が所定位
置から例えば±０．５ｍｍ程度ずれただけで瞳孔内に光
束が入射されず、使用者が観察する表示画像に輝度むら
が生じることがある。請求項１では、散乱板を用いるこ
とにより、深い焦点深度によるぼけ防止および表示画像
の高い秘匿性という効果とともに、輝度むらを効率的に
防止できるという効果をも奏するようにしている。

【００１４】また、請求項２の表示装置においては、前
記散乱板を用いたときの光度分布をその法線からの偏角
θによってＩ（θ）＝ｃｏｓⁿ θと表したとき、係数ｎ
が３以上１００以下である。

【００１５】請求項２によると、散乱板を用いたときの
光度分布をその法線からの偏角θによってＩ（θ）＝ｃ
ｏｓⁿ θと表したとき、係数ｎが３以上１００以下（３
≦ｎ≦１００）であるので、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大きく
することができる。

【００１６】また、請求項３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、前記空間光変調手段と前
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。

【００１７】請求項３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、散乱板はあ
るものの集光光学系を通った光のかなりの量を瞳孔内に
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、空間光変調手段と第２の
点（網膜）とが実質的に共役関係となるために、空間光
変調手段で変調された光による画像が観察可能となる。

【００１８】また、請求項４の表示装置においては、前
記点光源が、青色発光ダイオードまたは紫外線発光ダイ
オードの外側に蛍光物質が付与されたものである。

【００１９】請求項４によると、点光源が青色発光ダイ
オードの外側に蛍光物質が付与されたものであるため
に、非常に小さな発光面積の点光源をしかも安価に実現
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、消費電力をさらに小
さくすることが可能となる。

【００２０】また、請求項５の表示装置は、前記点光源
の発光面積が、１ｍｍ² 以下である。

【００２１】請求項５によると、点光源の発光面積が１
ｍｍ² 以下であるので、請求項１による効果をより増強
することができる。この１ｍｍ² 以下の発光面積を有す
る点光源は、例えばハロゲンランプなどの光源の前方に
ピンホールを有する遮光部材を設けた構成のほか請求項
４のようなものでも実現可能である。

【００２２】また、請求項６は、請求項１〜５のいずれ
か１項に記載の表示装置と、前記表示装置を収容してお
り台上に載置可能な筐体とを備えていることを特徴とす
るパーソナルプロジェクタである。

【００２３】請求項６によると、上述したような表示装
置の利点を有するとともに、所望の画像を見ることが可
能なパーソナルプロジェクタを得ることができる。パー
ソナルプロジェクタの場合、観察者が常に同じ位置から
観察するとは限らず、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ｎ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、秘匿性を高めるようにできる。

【００２４】また、請求項７は、請求項１〜５のいずれ
か１項に記載の表示装置と、前記表示装置を収容してお
り片手または両手で支持可能な筐体と、前記筐体に設け
られた画像観察用の窓部とを備えていることを特徴とす
るハンドヘルド型携帯ディスプレイである。

【００２５】請求項７によると、上述したような表示装
置の利点を有するとともに、屋外などどのような場所に
おいても筐体に設けられた画像観察用の窓部から所望の
画像を見ることが可能なハンドヘルド型携帯ディスプレ
イを得ることができる。

【００２６】特に、焦点が網膜からずれた場合にも像の
ぼけがほとんど生じないという表示装置の上述した特性
のために、表示装置を１つだけ有する場合には（片目観
察）、ディスプレイの表示画像と外界像とをともにぼけ
ることなく観察できる。また、表示装置を２つ有する場
合には（両目観察）、外界像を見ていた直後に目を窓部
につけてディスプレイの表示画像を見たとしてもディス
プレイの表示画像がぼけることなく観察できる。

【００２７】また、小型に構成可能な点光源を用いるた
めに装置を小型にでき、さらには、点光源を低消費電力
とすることができるので小規模な電力供給手段、例えば
小さな電池を用いればよくなり、装置を小型、軽量化し
て携帯性に優れたものとすることができる。

【００２８】また、請求項８は、請求項１〜５のいずれ
か１項に記載の表示装置と、前記表示装置を収容してお
り頭部に取り付け可能な筐体とを備えていることを特徴
とするヘッドマウントディスプレイである。

【００２９】請求項８によると、上述したような表示装
置の利点を有するとともに、屋外などどのような場所に
おいても所望の画像を見ることが可能なヘッドマウント
ディスプレイを得ることができる。

【００３０】また、小型に構成可能な点光源を用いるた
めに装置を小型にでき、さらには、点光源を低消費電力
とすることができるので小規模な電力供給手段、例えば
小さな電池を用いればよくなり、装置を小型、軽量化し
て携帯性に優れたものとすることができる。

【００３１】

【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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】次に、本発明の第１の実施の形態について
説明する。図７は、本発明の第１の実施の形態にかかる
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
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
実施の形態において、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。

【００５９】本実施の形態においても、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ＬＥＤ１
２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。

【００６０】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
ｏｓⁿ θにおいてｎ＝３となるようなものを用いるもの
とする。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】そのため、本実施の形態によると、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１７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、本実施の形
態では、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。

【００６５】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）＝ｃｏｓⁿ θ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ｃｏｓⁿ θ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。

【００６６】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。

【００６７】また、本実施の形態によると、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、本実施の形態の表示装置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。

【００６８】また、本実施の形態によると、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。

【００６９】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。図１１は、本発明の第２の実施の形態にかか
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、本実施の形態によっても、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１の実施の形態と同様の効果を得る
ことができる。

【００７０】ただし、本実施の形態において、結像レン
ズ１８の位置が第１の実施の形態とは異なっているため
に、白ＬＥＤ１２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、本実施の形態では、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１の実施の形態よりも白ＬＥ
Ｄに必要とされる発光パワーは大きくなる。ただし、本
実施の形態においても、液晶ディスプレイ１６と網膜２
４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、本実施の形態では、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。

【００７１】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る
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、本実施の形態のハ
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３
０と同様に構成されている。

【００７２】従って、本実施の形態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１の実施の形態で説明した表示装置３の効果
をも奏する。特に、本実施の形態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。

【００７３】次に、本発明の第４の実施の形態について
説明する。図１３は、本発明の第４の実施の形態に係る
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、本実施の形態のパーソナル
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。

【００７４】従って、本実施の形態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５０が奏する効果を同様に奏するとともに、第１の実
施の形態で説明した表示装置３の効果をも奏する。すな
わち、本実施の形態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という効果を奏す
る。

【００７５】また、本実施の形態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。

【００７６】次に、本発明の第５の実施の形態について
説明する。図１４は、本発明の第５の実施の形態に係る
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、本実施の形態のヘッド
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１
９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。
本実施の形態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。

【００７７】従って、本実施の形態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１の実施の形態で説明した表示装置３の効果をも奏す
る。すなわち、本実施の形態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。

【００７８】次に、本発明の第６の実施の形態について
説明する。図１５は、本発明の第６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。つまり、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
イは、眼鏡の左右いずれ側にも取り付け可能である。

【００７９】図１５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）１６、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１
８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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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、本実施の形態では、固定突
出部１６１と操作部１６６と挟持部１６８とばね部材１
６７とゴム部材１６５、１６９とによって、固定部１７
２が構成されている。

【００８３】本実施の形態のヘッドマウントディスプレ
イ１５０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
１６１と操作部１６６を両側から押さえ込んで、ばね部
１６７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１
５４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
１６６から指を離せば、再び２つのゴム部材１６５、１
６９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、本実施の形態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。

【００８４】また、本実施の形態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１
５０を固定することが可能である。また、フレーム１６
２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１５
０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。本実施の
形態では、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。

【００８５】上述のように、本実施の形態のヘッドマウ
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、本実施の形態のヘ
ッドマウントディスプレイ１５０は、上記した画像反転
回路１５６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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】このように、本実施の形態のヘッドマウン
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１
９２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。

【００８９】また、本実施の形態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１の実施の形
態の表示装置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。

【００９０】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）＝ｃｏｓⁿ θ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。

【００９１】図２０は、本実施の形態において固定部の
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２０
１が、操作部２０２と、これに連なる２本の挟持部２０
６ａ、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、２０
６ｂ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。

【００９２】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、本実施の形
態において、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。

【００９３】また、本実施の形態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２１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１４、散乱板１７、液晶ディスプレイ１６、ミラ
ー２１２、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２１６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１
５１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２１
９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。

【００９４】次に、本発明の第７の実施の形態について
説明する。図２２は、本発明の第７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６
の実施の形態と同様、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。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】本実施の形態のヘッドマウントディスプレ
イ２２０には、第１の実施の形態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１
７、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。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】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６
の実施の形態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。

【０１０３】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）。

【０１０４】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。

【０１０５】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。

【０１０６】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。

【０１０７】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１の
実施の形態の表示装置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ＬＥＤ
１２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。

【０１０８】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）＝ｃｏｓⁿ θ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。

【０１０９】図２７（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態に
おいて固定部の変形例を示す図であって、図２７（ａ）
は眼鏡の側面から見た図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線での断
面図である。この変形例においては、固定クリップ２２
６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２７７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。本変形例では、ねじ機構によって
固定筐体２７１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。

【０１１０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１による
と、点光源から集光光学系で集光された光が空間光変調
手段に与えられるので、空間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。さらに、空間光変調手
段から出射された光の出射角度が比較的小さいために、
空間光変調手段で変調された光による画像が結像光学系
後方の所定位置にいる観察者以外にほとんど観察されな
いようにすることができる。これに加えて、点光源と空
間光変調手段との間に散乱板が配置されているために、
空間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、空間光変調手段上の１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
も空間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ほとんどなくなる。

【０１１１】請求項２によると、散乱板を用いたときの
光度分布をその法線からの偏角θによってＩ（θ）＝ｃ
ｏｓⁿ θと表したとき、係数ｎが３以上１００以下（３
≦ｎ≦１００）であるので、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大きく
することができる。

【０１１２】請求項３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、散乱板はあ
るものの集光光学系を通った光のかなりの量を瞳孔内に
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、空間光変調手段と第２の
点（網膜）とが実質的に共役関係となるために、空間光
変調手段で変調された光による画像が観察可能となる。

【０１１３】請求項４によると、点光源が青色発光ダイ
オードの外側に蛍光物質が付与されたものであるため
に、非常に小さな発光面積の点光源をしかも安価に実現
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、消費電力をさらに小
さくすることが可能となる。

【０１１４】請求項５によると、点光源の発光面積が１
ｍｍ² 以下であるので、請求項１による効果をより増強
することができる。

【０１１５】請求項６によると、上述したような表示装
置の利点を有するとともに、所望の画像を見ることが可
能なパーソナルプロジェクタを得ることができる。パー
ソナルプロジェクタの場合、観察者が常に同じ位置から
観察するとは限らず、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ｎ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、秘匿性を高めるようにできる。

【０１１６】請求項７によると、上述したような表示装
置の利点を有するとともに、屋外などどのような場所に
おいても筐体に設けられた画像観察用の窓部から所望の
画像を見ることが可能なハンドヘルド型携帯ディスプレ
イを得ることができる。特に、表示装置を１つだけ有す
る場合には（片目観察）、ディスプレイの表示画像と外
界像とをともにぼけることなく観察できる。また、表示
装置を２つ有する場合には（両目観察）、外界像を見て
いた直後に目を窓部につけてディスプレイの表示画像を
見たとしてもディスプレイの表示画像がぼけることなく
観察できる。また、小型に構成可能な点光源を用いるた
めに装置を小型にでき、さらには、点光源を低消費電力
とすることができるので小規模な電力供給手段、例えば
小さな電池を用いればよくなり、装置を小型、軽量化し
て携帯性に優れたものとすることができる。

【０１１７】請求項８によると、上述したような表示装
置の利点を有するとともに、屋外などどのような場所に
おいても所望の画像を見ることが可能なヘッドマウント
ディスプレイを得ることができる。また、小型に構成可
能な点光源を用いるために装置を小型にでき、さらに
は、点光源を低消費電力とすることができるので小規模
な電力供給手段、例えば小さな電池を用いればよくな
り、装置を小型、軽量化して携帯性に優れたものとする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の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１の実施の形態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２の実施の形態にかかる表示装置
の概略的な模式図である。

【図１２】本発明の第３の実施の形態に係るハンドヘル
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４の実施の形態に係るパーソナル
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５の実施の形態に係るヘッドマウ
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６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６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１７】本発明の第６の実施の形態において、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６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６の実施の形態において、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６の実施の形態において、固定部
の変形例を示す図である。

【図２１】本発明の第６の実施の形態において、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７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７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７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７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７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７の実施の形態において、固定部
の変形例を示す図である。

【図２８】従来の表示装置の概略的な模式図である。

【符号の説明】

３ 表示装置 １２ 白ＬＥＤ １４ 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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/64 ５１１ Ｈ０４Ｎ 5/64 ５１１Ａ Ｆターム(参考） 2H042 BA04 BA14 BA20 2H088 EA10 EA13 EA15 HA06 HA21 HA24 HA28 MA20 5G435 AA00 AA01 AA18 BB12 BB16 DD04 DD09 EE02 EE07 EE13 EE14 EE26 FF03 FF06 FF07 FF11 GG02 GG08 GG23 HH04 HH06 KK03 LL00

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、 前記集光光学系によって集光された光を変調する空間光
   変調手段と、 前記空間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、 前記点光源と前記空間光変調手段との間に配置された散
   乱板とを備えていることを特徴とする表示装置。
2. 【請求項２】 前記散乱板を用いたときの光度分布をそ
   の法線からの偏角θによってＩ（θ）＝ｃｏｓⁿ θと表
   したとき、係数ｎが３以上１００以下であることを特徴
   とする請求項１に記載の表示装置。
3. 【請求項３】 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、前記空
   間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１または２
   に記載の表示装置。
4. 【請求項４】 前記点光源が、青色発光ダイオードまた
   は紫外線発光ダイオードの外側に蛍光物質が付与された
   ものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
   項に記載の表示装置。
5. 【請求項５】 前記点光源の発光面積が、１ｍｍ² 以下
   であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に
   記載の表示装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載の表
   示装置と、前記表示装置を収容しており台上に載置可能
   な筐体とを備えていることを特徴とするパーソナルプロ
   ジェクタ。
7. 【請求項７】 請求項１〜５のいずれか１項に記載の表
   示装置と、前記表示装置を収容しており片手または両手
   で支持可能な筐体と、前記筐体に設けられた画像観察用
   の窓部とを備えていることを特徴とするハンドヘルド型
   携帯ディスプレイ。
8. 【請求項８】 請求項１〜５のいずれか１項に記載の表
   示装置と、前記表示装置を収容しており頭部に取り付け
   可能な筐体とを備えていることを特徴とするヘッドマウ
   ントディスプレイ。