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JPH08129146A - 映像表示装置 - Google Patents

映像表示装置

Info

Publication number
JPH08129146A
JPH08129146A JP7157885A JP15788595A JPH08129146A JP H08129146 A JPH08129146 A JP H08129146A JP 7157885 A JP7157885 A JP 7157885A JP 15788595 A JP15788595 A JP 15788595A JP H08129146 A JPH08129146 A JP H08129146A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
prism
prism array
display device
pupil
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP7157885A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazunari Hanano
花野和成
Seiichiro Tabata
田端誠一郎
Yoichi Iba
井場陽一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP7157885A priority Critical patent/JPH08129146A/ja
Priority to US08/523,505 priority patent/US5661603A/en
Publication of JPH08129146A publication Critical patent/JPH08129146A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
    • G02B30/34—Stereoscopes providing a stereoscopic pair of separated images corresponding to parallactically displaced views of the same object, e.g. 3D slide viewers
    • G02B30/35—Stereoscopes providing a stereoscopic pair of separated images corresponding to parallactically displaced views of the same object, e.g. 3D slide viewers using reflective optical elements in the optical path between the images and the observer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0081—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for altering, e.g. enlarging, the entrance or exit pupil
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    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/011—Head-up displays characterised by optical features comprising device for correcting geometrical aberrations, distortion
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    • G02B27/017—Head mounted
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンパクトな光学系を使用しながら収差の発
生が少なく、大きな射出瞳径を持つ頭部装着式映像表示
装置等の映像表示装置。 【構成】 液晶表示素子２に表示された映像は凸レンズ
３で拡大像として使用者の眼球に投影される。凸レンズ
３とその射出瞳６の間に同じ頂角を持つプリズムアレイ
１３、１４が平行にアレイ方向が一致するように配置さ
れる。凸レンズ３を透過した平行光は照明系１の開口数
で決まる瞳径ａを持っているが、その平行光はまずプリ
ズムアレイ１３に入射し、そのプリズムにより屈折して
４つの方向の光に分かれ、次に同じ頂角を持つプリズム
アレイ１４に入射する。これらの光は再び屈折して相互
に平行な光となる。その結果、プリズムアレイ１３入射
前の光束径ａは射出後光束径ｂと拡がる。そのため、実
効的な瞳径が大きくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、映像表示装置に関し、
特に、コンパクトな光学系を使用しながら大きな射出瞳
径を持つ頭部装着式映像表示装置等の映像表示装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】バーチュアルリアリティ用、あるいは、
一人で大画面の映像を楽しむことができるようにするこ
と等を目的として、ヘルメット型、ゴーグル型の頭部装
着式映像表示装置の開発が進められている。
【０００３】このような頭部装着式映像表示装置は、液
晶表示素子等の２次元表示素子上に表示された映像を接
眼光学系を用いて使用者の網膜上に拡大投影するものが
一般的である（例えば、特開平４−１７０５１２号）。
しかし、接眼光学系の開口数が大きいと収差が発生しや
すく、これを防止するためには構成が複雑で大型レンズ
になるという問題がある。そこで、この開口数を照明系
側で制限する頭部装着式映像表示装置も提案されている
（特開平３−２１４８７２号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、接眼レンズの
開口数が小さいと、使用者の眼の瞳孔で光線がケラレや
すくなる問題が生じる。この問題を図５４を用い説明す
る。図５４（ａ）は従来の頭部装着式映像表示装置の要
部を示している。照明系１により液晶表示素子２を背後
から照明し、この液晶表示素子２が表示する映像の拡大
像を接眼光学系である凸レンズ３で使用者の眼球４の網
膜５上に投影する。照明系１は凸レンズ３の収差を小さ
く抑えるために、小さな開口数で液晶表示素子２を照明
している。そのため、この頭部装着式映像表示装置の射
出瞳６の径は図示の通り小さい。この射出瞳６と使用者
の瞳孔位置７が厳密に一致するように頭部装着式映像表
示装置を装着すれば、少なくとも使用者が映像の中心を
注視している場合には、図示の通り、液晶表示素子２の
中心映像Ｐ1 、周辺映像Ｐ2 を射出する光線が瞳孔７を
通過するので、使用者には液晶表示素子２が映し出す映
像を中心から周辺まで観察することができる。なお、図
中、網膜５上のＰ1 ′、Ｐ2 ′はそれぞれ映像Ｐ1 、Ｐ
2 の像である。
【０００５】しかし、射出瞳６と使用者の瞳孔位置７が
厳密に一致していないと、光線が瞳孔７で蹴られ、映像
に陰りが生じる。さらに、図５４（ｂ）に示すように、
使用者が周辺映像Ｐ2 に視線を向けた場合には、眼球４
は眼球中央部付近にある回旋点を中心に回転するため、
瞳孔７位置が変移し、中心映像Ｐ1 、周辺映像Ｐ2 を射
出する光線が瞳孔７を益々通過し難くなる。そして、極
端な場合、映像が観察不能になってしまう。
【０００６】上記のような問題点を解決する方法とし
て、図５５に示すように、回折格子１１、１２を２枚平
行に配置して瞳径を拡大する方法がある（特願平６−４
１１６６号）。この頭部装着式映像表示装置は、液晶表
示素子２に表示された映像を接眼光学系の凸レンズ３で
拡大像として使用者の眼球に投影するもので、液晶表示
素子２はその背後に配置された照明系１により照明さ
れ、その表示映像が映し出されるようになっている。そ
して、接眼光学系の凸レンズ３とその射出瞳６の間に同
じ格子間隔を持つ回折格子１１、１２を２枚平行に格子
方向が一致するように配置される。このように、２枚の
回折格子１１、１２を配置すると、凸レンズ３を透過し
た平行光は、まず回折格子１１に入射し、０次光、１次
光、−１次光と分かれる。これらの光は、次に同じ格子
間隔を持つ回折格子１２に入射する。これらの光は再び
回折して一部は平行光となる。結果として、回折格子１
１入射前の光束径ａは、射出後光束径ｂと拡がる。その
ため、実効的な瞳径が大きくなる。
【０００７】この方法によれば、接眼光学系と眼の間で
瞳径を拡大できるので、接眼光学系は小型にできるとい
うメリットを持つ。しかしながら、回折格子１１、１２
の回折角は波長依存性が大きく、射出瞳６の位置での色
収差が大きい。このため、眼を動かすと像の色が変化し
て見えるという欠点を持つ。
【０００８】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、コンパクトな光
学系を使用しながら収差の発生が少なく、大きな射出瞳
径を持つ頭部装着式映像表示装置等の映像表示装置を提
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本発
明の映像表示装置は、映像を表示する映像表示素子と、
前記映像表示素子から射出された光束を用いて射出瞳を
形成する接眼光学系とを備えた映像表示装置において、
前記映像表示素子と前記射出瞳との間に設けられ前記映
像表示素子から射出する光束を分離する第１プリズムア
レイと、前記第１プリズムアレイにより分離された光束
の少なくとも一部を同一方向に向ける第２プリズムアレ
イとを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】もう１つの本発明の映像表示装置は、映像
を表示する映像表示素子と、前記映像表示素子から射出
された光束を用いて射出瞳を形成する接眼光学系と、前
記映像表示素子及び前記接眼光学系を観察者頭部に保持
するための支持手段とを備えた映像表示装置において、
前記映像表示素子と前記射出瞳との間に設けられ前記映
像表示素子から射出する光束を分離する第１プリズムア
レイと、前記第１プリズムアレイにより分離された光束
の少なくとも一部を同一方向に向ける第２プリズムアレ
イとを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】これらの場合、第１及び第２プリズムアレ
イは、透明基板表面に四角錐が２次元状に規則的に配置
された形状のものから構成することもできる。また、第
１及び第２プリズムアレイそれぞれは、周期方向が相互
に異なる２以上の１次元プリズムアレイ面を重畳してな
るものから構成することもできる。
【００１２】
【作用】本発明においては、映像表示素子と射出瞳との
間に設けられ映像表示素子から射出する光束を分離する
第１プリズムアレイと、第１プリズムアレイにより分離
された光束の少なくとも一部を同一方向に向ける第２プ
リズムアレイとを備えているので、第１プリズムアレイ
により分離された光束は第２プリズムアレイにより同一
方向に射出することになり、結果として光束が拡がって
射出瞳径が拡大し、コンパクトな光学系を使用しながら
収差の発生が少ない映像表示装置が得られる。
【００１３】なお、第１及び第２プリズムアレイを、透
明基板表面に四角錐が２次元状に規則的に配置された形
状のものから構成する場合、射出瞳径拡大のために４つ
の光束を作り出すことができ、広画角の光学系に必要な
瞳径を効率良く生成することができる。
【００１４】また、第１及び第２プリズムアレイそれぞ
れを、周期方向が相互に異なる２以上の１次元プリズム
アレイ面を重畳してなるものから構成する場合、射出瞳
径拡大のための４つの光束を作り出すプリズムアレイの
製作が容易になる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の映像表示装置をいくつかの実
施例に基づいて説明する。 第１実施例 図１は、実施例１の頭部装着式映像表示装置の要部を示
す図であり、この映像表示装置は、液晶表示素子２に表
示された映像を接眼光学系の凸レンズ３で拡大像として
使用者の眼球に投影するもので、液晶表示素子２はその
背後に配置された開口数を制限した照明系１により照明
され、その表示映像が映し出されるようになっている。
そして、本発明に基づいて、接眼光学系の凸レンズ３と
その射出瞳６の間に同じ頂角を持つプリズムアレイ１
３、１４を２枚平行にアレイ方向が一致するように配置
する。
【００１６】このように、２枚のプリズムアレイ１３、
１４を配置すると、凸レンズ３を透過した平行光は照明
系１の開口数で決まる瞳径ａを持っているが、その平行
光はまずプリズムアレイ１３に入射し、そのプリズムに
より屈折して４つの方向の光に分かれる。これらの光
は、次に同じ頂角を持つプリズムアレイ１４に入射す
る。これらの光は再び屈折して相互に平行な光となる。
結果として、プリズムアレイ１３入射前の光束径ａは、
射出後光束径ｂと拡がる。そのため、実効的な瞳径が大
きくなる。
【００１７】このように瞳径が拡大されると、図２に示
すように、使用者が周辺映像Ｐ2 に視線を向けて瞳孔７
位置が変移しても、中心映像Ｐ1 、周辺映像Ｐ2 を射出
する光線は眼球４の瞳孔７を通過するので、中心映像Ｐ
1 、周辺映像Ｐ2 からの光は眼球４内に取り込まれ、網
膜５上にＰ1 ′、Ｐ2 ′と結像される。
【００１８】このような２枚のプリズムアレイ１３、１
４によって瞳が拡大される原理を説明する。プリズムア
レイ１３、１４としては、図３（ａ）に斜視図を示すよ
うに、四角錐１５が透明板１６表面に規則正しく並んだ
ものを用いる。この断面形状は、図３（ｂ）に示すよう
に、頂角θのＶ字形の繰り返しになっている。このプリ
ズムアレイ１３、１４の第１のプリズムアレイ１３に光
が入射すると、図４に示すように、四角錐１５のＶ字の
斜面で屈折し、入射光が図３の断面内で２つの方向（全
体では４つの方向）へ分離する。これら分離した光は、
第２のプリズムアレイ１４によって再び屈折し、相互に
平行な方向で入射光の方向へ戻る。この一旦分離し、次
いで並列する光束が射出瞳を作るので、全体の光束は拡
がり、瞳径は大きくなるのである。
【００１９】ところで、２枚のプリズムアレイ１３、１
４の配置は、図４のように、プリズムアレイ面１７が２
枚共眼４の方に向いているタイプの他にも、図５に示す
ように、プリズムアレイ面１７が相互に向かい合うタイ
プ（ａ）、プリズムアレイ面１７が共に眼４と反対の方
向に向いているタイプ（ｂ）、プリズムアレイ面１７が
互いに反対に向いているタイプ（ｃ）でもよい。
【００２０】また、個々のプリズムアレイ１３、１４を
透明板１６表面に四角錐１５（図３）を規則的に配置し
て構成する代わりに、図６（ａ）に示すように、透明板
１６の表と裏に異なる方向（図の場合は９０°）に周期
を持つ屋根型プリズムアレイ面１８、１８’を設けたも
のを用いてもよい。このプリズムアレイ１３、１４に入
射した光線は、表面１８で２つの光線に分離し、それぞ
れの光線は裏のプリズム面１８’で２つに分離するの
で、四角錐１５と同じ作用をする。また、図６（ｂ）に
示すように、２枚の基板１６’、１６”に分けて、それ
ぞれの一方の面に異なる方向（図の場合は９０°）に周
期を持つ屋根型プリズムアレイ面１８、１８’を設けて
もよい。このような１次元プリズムアレイ面１８、１
８’を用いてプリズムアレイ１３、１４を構成する方が
製作が容易であるメリットがある。
【００２１】さて、以上のように、四角錐１５又は異な
る方向に周期を持つ屋根型プリズムアレイ面１８、１
８’を設けたプリズムアレイ１３、１４を接眼光学系の
凸レンズ３とその射出瞳６の間に配置すると、光は縦・
横に２つずつ分離するので、射出瞳は、図７に示すよう
に、４つの光束が重なって全体の大きな瞳を作ることに
なる。すなわち、図８に示すように、プリズムアレイ１
３入射前の瞳径ａを４つ重ね合わせることで、より大き
な瞳径ｂにすることができる。例えば、プリズムアレイ
１３前の瞳径ａ＝４ｍｍを拡大してｂ＝７ｍｍにするこ
とができる。瞳径が７ｍｍあれば、画角４５°の拡大映
像の周辺を見るよう眼球４を傾けても、ケラレなくその
拡大映像の周辺までも見ることができる。
【００２２】第２実施例 第１実施例のプリズムアレイ１３、１４の代わりに、図
９に示すように、１次元方向に周期的に屋根型プリズム
アレイ面（Ｖ字状の溝）１９を設けてなるプリズムアレ
イ１３’、１４’を用いてもよい。この場合は、図１０
に示すように、入射光束は２つに分離されて瞳が拡大さ
れる。例えば図１１のように、プリズムアレイ１３’前
の瞳径ａ＝４ｍｍを、横方向に拡大してｂ＝８ｍｍ、縦
方向には元のままのａ＝４ｍｍの射出瞳を作ることがで
きる。この瞳では、画角３０°の拡大映像の周辺を見る
よう眼球４を傾けても、ケラレなくその拡大映像の周辺
までも見ることができる。
【００２３】第３実施例 本実施例は、プリズムアレイ１３、１４（１３’、１
４’）によって生じる不要光に対して対策をとった例で
ある。図１２に示すように、プリズムアレイ１３（１
３’）に入射した光は２つもしくは４つの光に分かれて
プリズムアレイ１４（１４’）に入射し、ここでもそれ
ぞれの光が２つもしくは４つの光に分かれる。これら光
の中、元の入射角で出射する光（正規光）は、図１３に
示すように、正規像を生成するが、その他の光は図１３
のゴースト像を生成する不要光（ゴースト光）である。
このゴースト像が正規像と重ならないようすべきであ
る。このためには、不要光の射出角φが正規像を生成す
る光束の最大両画角２θよりも大きくなくてはいけな
い。このように、正規像を生成する光束とゴースト像を
生成する不要光束の発生画角が異なれば、図１４に示す
ように、プリズムアレイ１４と眼球４との間にルーバー
フィルター２０を配置してゴースト像だけをカットする
ことができる。ルーバーフィルター２０とは、図１５に
斜視図を示すように、光を吸収する遮光壁２２が透明部
材２１を挟んで等間隔に並べられたものであり、ある角
度以上の入射光は遮光壁２２に当たって吸収されて射出
できない。このルーバーフィルター２０の代わりに、日
本板硝子（株）製の「アングル２１」（商品名）に代表
される視野選択ガラスを用いてもよい。この視野選択ガ
ラスは、ある入射角以上の入射光はガラス内で散乱され
て透過できなくなるものである。このように視野選択性
の部材を用いることで、眼球４を大きく動かしてもゴー
スト像が見えないようにすることができる。
【００２４】第４実施例 ゴースト光の影響を回避する別の実施例について述べ
る。図１６に示すように、表示装置のアイレリーフを長
くして、プリズムアレイ１４から眼球４までの距離を長
くする。この距離としては、例えば２０ｍｍ程度にす
る。このようにアイリリーフが長くなることにより、不
要光の瞳位置６’と正規光の瞳位置６が大きく離れ（例
えば１０ｍｍ）、眼球４の中に不要光が入らなくなる。
【００２５】第５実施例 プリズムアレイ１３、１４、１３’、１４’は屈折体で
あるので、その光の屈折角は光の波長によって異なる。
図１７に模式的に示すように、波長が短くなるに従って
より大きく屈折する。このような屈折角の波長依存性に
より、瞳位置が波長によって変化してしまい、眼球４を
動かすと画像の色が変化してしまう。
【００２６】これを防ぐには、プリズムアレイ１３、１
４、１３’、１４’を構成するガラスとして、低分散ガ
ラスを用いる。例えばアッベ数７０以上のガラスを用い
るのが好ましい。
【００２７】第６実施例 次に、実際の頭部装着式映像表示装置に第１実施例の瞳
径拡大光学系を組み込んだ実施例を示す。図１８はこの
頭部装着式映像表示装置の光学系の１例を示すものであ
り、右眼４Ｒ、左眼４Ｌに対称な光学系が配置されてい
る。豆電球等の点光源２３からの光の開口数をレンズ２
４で制限して液晶表示素子２５を照明する。液晶表示素
子２５上のある１点からの光は、接眼光学系を構成する
凹面鏡２６で反射され平行光となるのと同時に眼４Ｒ、
４Ｌ方向へ曲げられる。この光束は、プリズムアレイ１
３と１４により瞳径が拡大されて眼４Ｒ、４Ｌに入射す
る。このような光学配置により、瞳径が拡大され、眼球
を回転させてもケラレのない広画角の拡大映像を観察す
ることができる。
【００２８】これら光学系と液晶表示素子２５や光源２
３を駆動する回路を一体に組み込んで頭部装着式映像表
示装置本体２７とし、この表示装置本体２７を観察者頭
部にヘッドバンド２８により装着した様子を図１９に示
す。なお、図中、２９はイアホンを示し、液晶表示素子
２５に供給する映像情報、及び、イアホン２９に供給す
音声情報は、コード３０を経てビデオレコーダ等の映像
再生装置から表示装置本体２７へ送られる。
【００２９】第７実施例 ところで、本発明による瞳径拡大光学系はプリズムアレ
イ１３、１４を２枚並べるため、図２０に示すプリズム
アレイ１３の周期ピッチｐ1 とプリズムアレイ１４の周
期ピッチｐ2 が等しい場合、それらの微妙な製作誤差や
取り付け角度誤差により、射出瞳６上にモアレ縞が生じ
る。このモアレ縞は映像と重なり映像を劣化させる。そ
れを防止するには、 ｐ2 ＝（ｎ＋１／２）ｐ1 又は、 ｐ1 ＝（ｎ＋１／２）ｐ2 （ｎは整数） を満たせば、モアレ縞が生じない。例えば、ｐ1 ＝５０
μｍであれば、ｐ2 ＝７５μｍ、１２５μｍ、１７５μ
ｍ、…となる。
【００３０】なお、 （ｎ＋１／２−１／４）ｐ2 ＜ｐ1 ＜（ｎ＋１／２＋１
／４）ｐ2 又は、 （ｎ＋１／２−１／４）ｐ1 ＜ｐ2 ＜（ｎ＋１／２＋１
／４）ｐ1 （ｎは整数） の範囲内にあれば、モアレ縞が発生し難くいので、好ま
しい。
【００３１】また、モアレ縞が射出瞳６に発生したとし
ても、モアレ縞のピッチが細かければ問題はない。許容
できる最大のモアレ縞ピッチは、図２１に示すように、
観察者の瞳孔径の半分と等しいときである。このとき、
観察者が眼を動かしても瞳孔７内の光の量は変わらな
い。眼の瞳孔径の最大は約６ｍｍであるから、モアレ縞
のピッチは、 ｜ｐ1 ・ｐ2 ／（ｐ1 −ｐ2 ）｜≦３（ｍｍ） を満たせばよい。例えば、ｐ1 ＝０．０５ｍｍであるな
ら、ｐ2 は０．０４９ｍｍ以下もしくは０．０５１ｍｍ
以上であればよい。
【００３２】第８実施例 図２２は、２枚のプリズムアレイ１３、１４に光が入射
し、２つに分離した結果、射出瞳が拡大する様子を示し
ている。このとき、２枚のプリズムアレイ１３、１４の
プリズムの頂角（図中に拡大して示した角Ａ，Ｂ）が等
しく（Ａ＝Ｂ）ないと、第１のプリズムアレイ１３に入
射する角度と、第２のプリズムアレイ１４から射出する
角度が異なることになってしまい、その結果、映像が歪
んでしまう。このプリズムの頂角Ａ（＝Ｂ）と、２枚の
プリズムアレイ１３、１４の間隔Ｌと光線の分離間隔Ｄ
との間には、次の関係がある。
【００３３】Ｄ＝２Ｌ・ｔａｎ〔（Ａ／２）−ｃｏｓ-1
｛ｎ・ｃｏｓ（Ａ／２）｝〕 ここで、ｎはプリズムアレイ１３、１４の材質の屈折率
である。ただし、この式は、図２２のように、プリズム
面が向き合った状態におけるＡ，Ｄ，Ｌの関係式であ
る。例として、材質がアクリル樹脂で、分離間隔Ｄを
３．２ｍｍ、プリズム頂角Ａを１４０°とすると、間隔
Ｌは８．４７ｍｍとなる。
【００３４】所定の分離間隔Ｄを得るには、言い換えれ
ば、どの程度射出瞳を分離拡大できるかは、第１プリズ
ムアレイ１３の射出角に依存する。すなわち、図２２中
において、Ｄが一定の場合、第１プリズムアレイ１３の
射出角θが大きい程、Ｌが短くできる。そして、このθ
はプリズムアレイの頂角Ａに依存しており、頂角Ａが小
さければθは大きくなる。つまり、頂角Ａが小さい程、
Ｌは短くでき、この瞳拡大光学系をコンパクトにするこ
とができる。
【００３５】しかし、屈折率ｎ＝１．５程度のガラスや
アクリル樹脂等の場合、頂角Ａが１２０°以下になる
と、図２３に示すように、映像周辺の光線は第１プリズ
ムアレイ１３で全反射してしまう。ｎ＝１．８５程度の
高屈折率ガラスだと、この全反射は１３５°以下で起き
る。したがって、頭部装着式映像表示装置のように大画
面の映像を眼に誘導するのには、頂角Ａは１２０°以上
が好ましい。また、画角が６０°以上であると、さらに
条件は厳しくなり、頂角Ａは１４０°以上が好ましい。
【００３６】しかし、頂角があまり大きすぎて１６０°
以上になると、次の問題がある。すなわち、図２４
（ａ）、（ｂ）に示すように、プリズムアレイ１３、１
４には２種類の面がある。背面側からの正の角度を持つ
入射光に対し、全反射しない面をＴ面、全反射しやすい
面をＲ面と定義する。２枚のプリズムアレイ１３、１４
を介して光を分離拡大する際に、図２５に示すように、
第１プリズムアレイ１３と第２プリズムアレイ１４で同
じ種類の面（１枚目でＴ面、２枚目でＴ面、又は、１枚
目でＲ面、２枚目でＲ面）を通った光は、第１プリズム
アレイ１３に入射する角度θinと第２プリズムアレイ１
４から射出してくる角度θout がθin＝θout となり、
映像を歪みなく見ることができるが、図２６のように、
種類の異なる面（１枚目でＴ面、２枚目でＲ面、又は、
１枚目でＲ面、２枚目でＴ面）を通った光は、θin＝θ
out とはならず、その結果、この光が眼に入るとゴース
トやフレアつまり不要光となる。観察者の瞳孔７が動く
範囲に不要光が入り難いように、この不要光の射出角Θ
（図２７）を大きくするには、プリズムの頂角Ａが１４
５°以下が望ましい。この様子を図２７に示す。図から
分かるように、同じ頂角でも、第２プリズムアレイ１４
から瞳孔７までの距離、すなわち、アイリリーフが短い
と不要光は眼に入りやすく、アイリリーフは長いと眼に
入り難い。ここに言及している頂角の数値は、アイリリ
ーフを頭部装着式映像表示装置において適当と思われる
２０ｍｍとしている。また、高屈折率ガラスや６０°以
上の広画角のときには、１６０°までは許容できる。
【００３７】したがって、整理すると、頂角Ａは、画角
が３０°〜４５°で屈折率１．５程度のときは、１２０
°〜１４０°で、画角が６０°以上、又は、高屈折率の
ときは、１４０°〜１６０°程度にするのが望ましい。
また、この角度内にあるとき、映像の明るさむらが少な
い。
【００３８】第９実施例 本実施例は、図２８に示すように、第１プリズムアレイ
１３と第２プリズムアレイ１４とをプリズム面と反対側
の背面で相互に向き合わせたタイプのものである。この
タイプの特徴は、入射角の異なる光線が２枚のプリズム
アレイ１３、１４を経た後の瞳面でのずれ量Ｄ1 、Ｄ2
が小さいことである。このずれ量があまりに大きいと、
観察者の瞳孔の位置によって見える光と見えない光が出
てしまう。図２９にずれ量に依存して観察者瞳孔７へ入
射する光線の様子を示すが、例えば同図（ａ）ではずれ
量が大きく、実線の光線は見えて点線の光線は見えな
い。しかし、ずれ量が小さければ、同図（ｂ）示すよう
に、入射角が大きい光線でも全て瞳孔７に入るので、映
像周辺までケラレることなく見ることができる。
【００３９】第１０実施例 第９実施例で示した第１プリズムアレイ１３と第２プリ
ズムアレイ１４とをプリズム面と反対側の背面で相互に
向き合わせたタイプにおいて、射出瞳を形成する光が入
射してくる方向とは反対側に分離する光の一部を遮光す
るための部材を設ける実施例である。この様子を図３０
に示す。同図において、右側から入射してくる光線は第
１プリズムアレイ１３でＴ面、第２プリズムアレイ１４
でもＴ面を通った光は左側に分離し、両アレイ１３、１
４で共にＲ面を通った光は右側に分離するが、何ら遮光
するものがないときは、両アレイ１３、１４でＴ面を通
って左側に分離する光の方が、第１プリズムアレイ１３
において入射する面積が大きいため、相対的に明るくな
る。そこで、第１プリズムアレイ１３の入射側に遮光部
材３１を配し、その第１プリズムアレイ１３のプリズム
の頂点近傍に対応した位置に透明部分（図中、白い部
分）、谷近傍に対応した位置に遮光壁（図中、黒い部
分）を図のように配置すると、両アレイ１３、１４でＲ
面を通る右側に分離される光を遮光することなく、両ア
レイ１３、１４でＴ面を通る左側に分離する光を部分的
に遮光するため（図中、斜線部分）、結果的に、右側の
射出瞳の明るさが相対的に上がる。同様に、対称性か
ら、左方向からの光は左に分離する射出瞳の明るさが相
対的に上がることになる。このことは、入射してくる方
向、すなわち眼を向ける方向に分離する射出瞳の明るさ
が相対的に上がるため、映像としては自然に感じられる
ことを意味する。遮光部材３１は、図３０に示すよう
に、２枚のプリズムアレイ１３、１４の入射側に配置し
てもよいし、図３１に示すように、その射出側に配置し
てもよい。
【００４０】第１１実施例 図３２（ａ）、（ｂ）は、第１プリズムアレイのプリズ
ムアレイ面１８と第２プリズムアレイのプリズムアレイ
面１８’とを、１つの光学部材３２の一方の面とその面
に対向した面に施した例の断面図と斜視図を示してい
る。このタイプの特徴は、入射光が第１プリズムアレイ
面１８を経た後、屈折率の異なる媒質を通らないため、
上記のずれ量Ｄ1 、Ｄ2 が小さく映像の明るさむらが少
ない。図３２は１次元方向のアレイ面を設けたものであ
るが、２次元方向のアレイ面を設けるには、第１実施例
と同様に、図３３に示すように、光学部材３２の両面に
四角錐１５、１５’のアレイを設ける。
【００４１】第１２実施例 図３４は、第６実施例のような配置において、プリズム
アレイ１３、１４と眼４の間に視度補正レンズ３３を挿
入することによって見やすい位置に虚像を作る様子を示
している。点光源２３からの光の開口数をレンズ２４で
制限して液晶表示素子２５を照明する。液晶表示素子２
５は凹面鏡２６の焦点位置に配置されており、液晶表示
素子２５からの光は凹面鏡２６で平行光となってプリズ
ムアレイ１３、１４に入射する。
【００４２】この場合、視度補正レンズ３３は−１〜−
５ディオプターを有し、凹面鏡２６で無限遠に結像され
た光は視度補正レンズ３３を通して眼４に入射する。こ
のとき、虚像位置は２００ｍｍ〜１０００ｍｍになり、
観察者にとって見やすい距離となる。したがって、観察
者は眼のピント合わせがしやすく、二重像にはならな
い。
【００４３】第１３実施例 本実施例では、視度補正レンズの視度と左右の光学系で
生じる輻輳角を一致させる例である。図３５には、左右
の光学系を偏心させる例を示してある。例えば−１ディ
オプターの視度補正レンズ３３、３３を使用する場合、
眼幅を６５ｍｍとして、光学系を１．８°傾ける。左右
眼４Ｌ、４Ｒで画面中心を見ようとすると、左右の眼球
４Ｌ、４Ｒは内側に回転する。このときの視軸が交差す
る角度が輻輳角である。この交差する点までの距離と視
度とを一致させることにより、観察者は一層ピント合わ
せがしやすくなり、二重像となることを防ぐことができ
る。
【００４４】図３５では、輻輳角を付ける方法として光
学系全体を傾けたが、この他には、液晶表示素子２５、
２５の配置位置を内側に偏移させて配置したり、その表
示像を内側にずらして表示させる方法でもよい。
【００４５】第１４実施例 本実施例では、立体映像を表示し、立体映像の視度に合
わせて視度を変化させる例である。立体映像の場合、映
像によって視度が変わる。つまり、輻輳角が変わる。そ
こで、この輻輳角と一致させるように視度も変化させ
る。その１例を図３６に示す。立体画像再生装置３４
は、左右の映像信号を液晶表示素子２５、２５に出力し
て立体映像を表示させる。立体画像再生装置３４は、こ
の左右の映像信号と同期した視度信号も出力する。視度
を光学的に変える方法として、図３６の場合は、液晶を
封入して印加電圧によって屈折率が変化し焦点距離が変
わる視度補正液晶レンズ３３’、３３’を用いる。した
がって、出力された視度信号に応じて虚像の視度が変わ
る。本実施例では、立体映像であっても輻輳角と視度が
一致するので二重像は見えない。視度信号を生成する方
法としては、本実施例のように、予め視度信号を生成し
て記録、出力する方法の他に、観察者の視線と眼幅を検
出して輻輳角を求め、視度信号を計算、出力する方法で
もよい。
【００４６】また、このような視度調節は、立体映像の
みならず、片眼の場合でも有効である。メガネレンズを
装着していない近視、遠視の人は、それぞれ見やすい虚
像位置が異なるからである。また、視度調節レンズとし
ては、上記のような液晶レンズ３３’の他に、凹レンズ
と凸レンズを組み合わせ両者のレンズ間隔を変えること
で視度調節を行うものであってもよい。
【００４７】第１５実施例 本実施例では、射出瞳の形を図８のような円でなくそれ
以外の形にした場合である。図３７に示すように、例え
ば四角形の瞳を用いる。水平画角４５°でアスペクト比
４：３の映像をケラレなく見るためには、横７．２ｍ
ｍ、縦５．６ｍｍの射出瞳が必要である。この寸法の射
出瞳を形成するために、横２．８ｍｍ、縦２．２ｍｍの
４つの長方形の瞳を、図のように横１．６ｍｍ、縦１．
２ｍｍの隙間をおいて配置する。横１．６ｍｍ、縦１．
２ｍｍの隙間があるが、これは観察者の眼球の瞳孔径よ
り小さいので問題ない。このように長方形の瞳であれ
ば、必要な射出瞳を効率よく形成することができる。ま
た、水平画角４５°のアスペクト比１６：９の場合を図
３８に示す。横２．６ｍｍ、縦４ｍｍの２つの縦長の長
方形の瞳を隙間２ｍｍあけて左右に配置する。この場
合、形成する瞳は２つでよいので、光量損失が少ないと
いう利点がある。
【００４８】第１６実施例 本実施例は、第１５実施例のような長方形の瞳を作るた
めの照明光学系を示すものである。図３９には、光源２
３のガラス球３５内のフィラメント３６を四角形にした
ものの正面図が示されている。このとき、瞳も四角形に
なる。
【００４９】図４０には、ルーバーを利用した照明系が
示されている。ルーバーは、透過部材の中に光を吸収す
る吸収壁を平行に周期的に並べたもので、光の射出する
角度を制限するものである。図４０の場合は、光源２３
からの出てレンズ２４で略平行にされ液晶表示素子２５
を照明する光束中に、横方向の広がり角を制限するルー
バー３７と縦方向の広がり角を制限するルーバー３８を
順に配置することで、四角形の瞳ができる。
【００５０】第１７実施例 本実施例では、図４１（ａ）〜（ｆ）に断面を示すよう
に、プリズムアレイ１３、１４の隣り合うプリズム相互
の距離が場所によって異なり等しくない。すなわち、周
期ピッチを持っていないプリズムアレイ１３、１４であ
る。図４１（ａ）に示すように、隣り合うプリズム間距
離が大きいものから小さいものへと徐々に変化したもの
や、同図（ｂ）に示すように、周辺部がプリズム間距離
が小さく、中央部が大きいもの、同図（ｃ）に示すよう
に、その逆で周辺部が大きく、中央部が小さいもの、ま
た、同図（ｄ）に示すように、大きいものと小さくもの
が交互に並んでいるものや、同図（ｅ）に示すように、
何個かが大きいものから小さいものに変化して並び、そ
れが数個単位でサイクリックに並んでいるもの、また、
同図（ｆ）に示すように、プリズム間の距離に全くの規
則性を持たせないでランダムに並んでいるもの等があ
り、これらは全てプリズムピッチによって生じる回折を
抑える作用を持っている。
【００５１】第１８実施例 本実施例では、図４２に示すように、プリズムアレイ１
３、１４間の距離を周期的に変化させて、実効的に個々
の射出瞳間の距離を変化させ、瞳の拡大率を上げるもの
である。アレイ１３、１４間の距離が最大に開いた状態
（図４３（ａ））では、それぞれの射出瞳の間は対角方
向に拡がり（図４４（ａ））、アレイ１３、１４間の距
離が最も近づいた状態（図４３（ｂ））では、それぞれ
の射出瞳は相互に近づく（図４４（ｂ））。この２つの
状態を視覚で認知できない程度のスピードで交互に周期
的に形成すれば、眼球は実効的に図４５に示したような
射出瞳を見ていることになる。これと同じことだが、同
じ面積の射出瞳ならば、１つ１つの射出瞳の径の大きさ
を小さくすることができる。このことは、プリズムアレ
イ１３、１４で拡大する前の射出瞳の径を小さくでき、
これは収差やコンパクトさの面で接眼光学系にとって有
利に働く。２つのアレイ１３、１４の間隔を変える方法
としては、図４２に示すように、アレイ１３、１４の間
に例えば印加電圧によって長さが変化するピエゾ素子３
９からなるアクチュエータ等を用いる。
【００５２】第１９実施例 本実施例では、２次元方向にアレイを配置した場合にお
いて、第１実施例の図８に示した射出瞳の配置とは異な
る例を示す。上記第１８実施例で言及したように、接眼
光学系の射出瞳径を小さくすることは、接眼光学系にと
って接眼光学系自体の大きさも小さくでき非常に有利で
あるが、射出瞳径を小さくして行き、図４６（ａ）に示
すように瞳間距離を離すと、図４６（ｂ）に示すよう
に、アイポイントから眼球４の位置が外れると、外側だ
け見えて中央が見えない状態が生じやすくなる。これら
は、それぞれの射出瞳の中央からの距離が等しい（図４
６（ａ）：ａ＝ｂ＝ｃ＝ｄ）ために起こる。図４７
（ａ）に示すように、横方向では縦方向に比べて瞳間距
離を広くする（α＞β）ような瞳配置にすれば、横方向
において光束がアイポイントから外れた眼球４に入射す
る様子を示す図４７（ｂ）から明らかなように、映像の
外側部が明るく、中央部からケラレてくる。ところが、
縦方向の瞳間距離が狭いことにより、縦方向において光
束がアイポイントから外れた眼球４に入射する様子を示
す図４７（ｃ）から明らかなように、映像の中央部は明
るく、外側部からケラレてくる。人間は画面を見るとき
はほとんど中央しか見ない性質があるため、中央部の光
線が瞳孔７に入っていることは重要である。
【００５３】図４８（ａ）、（ｂ）に示すように、瞳拡
大率が同じならば、つまり、同図（ａ）の瞳の中心を結
ぶ長方形と同図（ｂ）の瞳中心を結ぶ菱形の面積が同じ
ならば、同図（ｂ）のタイプの配置の方が光線束がケラ
レ難い。このように、縦方向と横方向とでそれぞれケラ
レやすい光線束を補っているため、光線束が瞳孔７に入
る条件が広くなる。このことから、瞳拡大率が同じなら
ば、接眼光学系の射出瞳径をより小さくでき、アイポイ
ントのずれに広く対応できる。
【００５４】第２０実施例 本実施例では、図４９に示すように、１次元方向にアレ
イを配置した場合において、プリズムアレイ４１〜４４
を４枚を用いて射出瞳を３つに分割拡大する例である。
２枚目のプリズムアレイ４２と３枚目のプリズムアレイ
４３を接しておき、１枚目のプリズムアレイ４１と２枚
目のプリズムアレイ４２との間隔Ｄ１と３枚目のプリズ
ムアレイ４３と４枚目のプリズムアレイ４４との間隔Ｄ
２を一致させて（Ｄ１＝Ｄ２）配置すると、分割された
光線ｑとｒが中央で一致し、射出瞳が３つに分割される
ことになる。２次元方向に配置したアレイでは、もう１
方向にも同様に３つに分割される。すなわち、図４９の
ｐ，ｑ（＝ｒ），ｓそれぞれが縦方向にも３つに分割す
るので、図５０に示すような計９つの射出瞳を作ること
ができる。
【００５５】第２１実施例 本実施例では、図５１に示すように、１次元方向にアレ
イを配置した場合において、プリズムアレイ４１〜４４
を４枚を用いて射出瞳を４つに分割拡大する例である。
２枚目のプリズムアレイ４２と３枚目のプリズムアレイ
４３を接しておき、１枚目のプリズムアレイ４１と２枚
目のプリズムアレイ４２との間隔Ｄ１と３枚目のプリズ
ムアレイ４３と４枚目のプリズムアレイ４４との間隔Ｄ
２を異ならせて（Ｄ１≠Ｄ２）配置すると、射出瞳が４
つの分割する。２次元方向に配置したアレイでは、もう
１方向にも同様に４つに分割される。すなわち、図５１
のｐ，ｑ，ｒ，ｓそれぞれが縦方向に４つに分割するの
で、図５２に示すような計１６個の射出瞳を作ることが
できる。
【００５６】第２２実施例 本実施例では、横方向に図４９に示した配置で３つの射
出瞳に分割し、縦方向にはプリズムアレイを２枚（例え
ば、プリズムアレイ４１とプリズムアレイ４２のみを２
次元方向に配置したアレイとする。）を用いて２つに射
出瞳を分割し、２次元で図５３に示すような計６つの射
出瞳を作るものである。
【００５７】以上、本発明の映像表示装置をいくつかの
実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施
例に限定されず種々の変形が可能である。
【００５８】以上の本発明の映像表示装置は例えば次の
ように構成することができる。 〔１〕 映像を表示する映像表示素子と、前記映像表示
素子から射出された光束を用いて射出瞳を形成する接眼
光学系とを備えた映像表示装置において、前記映像表示
素子と前記射出瞳との間に設けられ前記映像表示素子か
ら射出する光束を分離する第１プリズムアレイと、前記
第１プリズムアレイにより分離された光束の少なくとも
一部を同一方向に向ける第２プリズムアレイとを備えた
ことを特徴とする映像表示装置。
【００５９】〔２〕 映像を表示する映像表示素子と、
前記映像表示素子から射出された光束を用いて射出瞳を
形成する接眼光学系と、前記映像表示素子及び前記接眼
光学系を観察者頭部に保持するための支持手段とを備え
た映像表示装置において、前記映像表示素子と前記射出
瞳との間に設けられ前記映像表示素子から射出する光束
を分離する第１プリズムアレイと、前記第１プリズムア
レイにより分離された光束の少なくとも一部を同一方向
に向ける第２プリズムアレイとを備えたことを特徴とす
る映像表示装置。
【００６０】〔３〕 前記第１及び第２プリズムアレイ
は、透明基板表面に四角錐が２次元状に規則的に配置さ
れた形状のものからなることを特徴とする上記〔１〕又
は〔２〕記載の映像表示装置。
【００６１】〔４〕 前記第１及び第２プリズムアレイ
それぞれは、周期方向が相互に異なる２以上の１次元プ
リズムアレイ面を重畳してなるものからなることを特徴
とする上記〔１〕又は〔２〕記載の映像表示装置。
【００６２】〔５〕 前記第１プリズムアレイの周期ピ
ッチｐ1 （ｍｍ）と前記第２プリズムアレイの周期ピッ
チｐ2 （ｍｍ）が異なることを特徴とする上記〔１〕又
は〔２〕記載の映像表示装置。
【００６３】〔６〕 次の関係を満足する上記〔５〕記
載の映像表示装置。 （ｎ＋１／２−１／４）ｐ2 ＜ｐ1 ＜（ｎ＋１／２＋１
／４）ｐ2 又は、 （ｎ＋１／２−１／４）ｐ1 ＜ｐ2 ＜（ｎ＋１／２＋１
／４）ｐ1 （ｎは整数）。
【００６４】〔７〕 次の関係を満足する上記〔５〕記
載の映像表示装置。 ｜ｐ1 ・ｐ2 ／（ｐ1 −ｐ2 ）｜≦３（ｍｍ）
。
【００６５】〔８〕 前記第１プリズムアレイのプリズ
ムの頂角と前記第２プリズムアレイのプリズムの頂角と
を略同一に形成すると共に、前記頂角が１２０°〜１６
０°の範囲にあることを特徴とする上記〔１〕記載の映
像表示装置。
【００６６】
〔９〕 前記第１及び第２のプリズムアレ
イが共に、屈折率が１を含まずかつ１よりも大きい光学
部材を媒質として、一方の面を鋸歯状形状からなるプリ
ズム面とし、前記媒質を挟んで前記プリズム面と対向す
る面を平面形状の背面とし、前記第１及び第２のプリズ
ムアレイのプリズム面を向き合わせて配置したことを特
徴とする上記〔１〕記載の映像表示装置。
【００６７】〔１０〕 前記第１及び第２のプリズムア
レイが共に、一方の面を鋸歯状形状のプリズム面とし、
前記プリズム面と対向する面を平面形状の背面とし、前
記第１及び第２のプリズムアレイの背面を向き合わせて
配置したことを特徴とする上記〔１〕記載の映像表示装
置。
【００６８】〔１１〕 前記映像表示素子と前記射出瞳
との間に一部の光を遮光するために、遮光部と透過部と
が交互に併設された遮光部材を設置したことを特徴とす
る上記〔１〕から〔１０〕の何れか１項記載の映像表示
装置。
【００６９】〔１２〕 前記第１プリズムアレイと前記
第２のプリズムアレイとが背面で接合されるか、又は、
一体成形されていることを特徴とする上記〔１０〕記載
の映像表示装置。
【００７０】〔１３〕 前記第１プリズムアレイと前記
第２プリズムアレイと視度補正レンズとを光路上に順に
配置したことを特徴とする上記〔１〕記載の映像表示装
置。
【００７１】〔１４〕 前記映像表示素子、前記接眼光
学系、前記第１プリズムアレイ、前記第２プリズムアレ
イ、前記視度補正レンズが、各々左右両眼用に一対配置
されており、前記左右の接眼光学系の光軸が前記視度補
正レンズの視度に相当する距離の位置で略交差するよう
に配置されていることを特徴とする上記〔１３〕記載の
映像表示装置。
【００７２】〔１５〕 前記視度補正レンズは視度を調
整するための視度調整機構を備えていることを特徴とす
る上記〔１３〕又は〔１４〕記載の映像表示装置。
【００７３】〔１６〕 前記射出瞳は多角形であること
を特徴とする上記〔１〕記載の映像表示装置。
【００７４】〔１７〕 前記多角形の射出瞳は四角形あ
ることを特徴とする上記〔１６〕記載の映像表示装置。
【００７５】〔１８〕 前記第１及び第２のプリズムア
レイを構成する多数のプリズム間の距離が相互に異なる
ように形成されていることを特徴とする上記〔１〕記載
の映像表示装置。
【００７６】〔１９〕 前記第１及び第２のプリズムア
レイの少なくとも何れか一方を振動させ相互の距離を周
期的に変化させることを特徴とする上記〔１〕記載の映
像表示装置。
【００７７】〔２０〕 前記第１及び第２のプリズムア
レイは射出瞳を映像の水平方向と垂直方向に分離する配
置にあることを特徴とする上記〔１〕記載の映像表示装
置。
【００７８】〔２１〕 さらに第３プリズムアレイと第
４プリズムアレイとを前記映像表示素子と射出瞳の間に
設けたことを特徴とする上記〔１〕記載の映像表示装
置。
【００７９】〔２２〕 前記第１プリズムアレイと前記
第２プリズムアレイとの間隔と、前記第３プリズムアレ
イと前記第４プリズムアレイとの間隔とが等しいことを
特徴とする上記〔２１〕記載の映像表示装置。
【００８０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の映像表示装置によると、映像表示素子と射出瞳との間
に設けられ映像表示素子から射出する光束を分離する第
１プリズムアレイと、第１プリズムアレイにより分離さ
れた光束の少なくとも一部を同一方向に向ける第２プリ
ズムアレイとを備えているので、第１プリズムアレイに
より分離された光束は第２プリズムアレイにより同一方
向に射出することになり、結果として光束が拡がって射
出瞳径が拡大し、コンパクトな光学系を使用しながら収
差の発生が少ない映像表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の頭部装着式映像表示装置
の要部を示す図である。
【図２】図１の実施例の作用を説明するための図であ
る。
【図３】プリズムアレイの１例の斜視図と断面図であ
る。
【図４】一対のプリズムアレイにより瞳径が拡大される
様子を示す図である。
【図５】プリズムアレイの配置の変形を示す図である。
【図６】プリズムアレイの別の例の斜視図である。
【図７】第１実施例の瞳を形成する光束の様子を示す図
である。
【図８】第１実施例において瞳が拡大する様子を示す図
である。
【図９】第２実施例のプリズムアレイを示す斜視図であ
る。
【図１０】第２実施例の瞳を形成する光束の様子を示す
図である。
【図１１】第２実施例において瞳が拡大する様子を示す
図である。
【図１２】ゴースト像を生成する不要光が生じる様子を
示す図である。
【図１３】正規像の周りにゴースト像が生じる様子を示
す図である。
【図１４】第３実施例において不要光がカットされる様
子を示す図である。
【図１５】ルーバーフィルターの構成を示す斜視図であ
る。
【図１６】第４実施例において不要光がカットされる様
子を示す図である。
【図１７】プリズムアレイの屈折角の波長依存性を示す
図である。
【図１８】第６実施例の頭部装着式映像表示装置の光学
系を示す図である。
【図１９】図１８の映像表示装置を観察者頭部に装着し
た様子を示す図である。
【図２０】プリズムアレイの周期ピッチを示す図であ
る。
【図２１】射出瞳と瞳孔とモアレ縞の関係を示す図であ
る。
【図２２】第８実施例において瞳が拡大する様子を示す
図である。
【図２３】プリズムアレイで映像周辺の光線が全反射さ
れる様子を示す図である。
【図２４】プリズムアレイの２種類の面を示す図であ
る。
【図２５】２枚のプリズムアレイの同じ種類の面を通っ
た光を示す図である。
【図２６】２枚のプリズムアレイの異なる種類の面を通
った光を示す図である。
【図２７】アイリリーフと不要光の眼球への入射可能性
を説明するための図である。
【図２８】第９実施例において瞳が拡大する様子を示す
図である。
【図２９】第９実施例のずれ量に依存して眼球へ入射す
る光線の様子を示す図である。
【図３０】第１０実施例において眼を向ける方向に分離
する射出瞳の明るさが相対的に上がる様子を示す図であ
る。
【図３１】図３０の変形配置を示す図である。
【図３２】第１１実施例のプリズムアレイの断面図と斜
視図である。
【図３３】第１１実施例のプリズムアレイの変形例を示
す斜視図である。
【図３４】第１２実施例の構成を示す図である。
【図３５】第１３実施例の構成を示す図である。
【図３６】第１４実施例の構成を示す図である。
【図３７】第１５実施例による瞳形状と瞳が拡大する様
子を示す図である。
【図３８】第１５実施例による別の瞳形状と瞳が拡大す
る様子を示す図である。
【図３９】第１６実施例により長方形の瞳を作るための
光源の正面図である。
【図４０】第１６実施例による長方形の瞳を作るための
照明系の構成を示す図である。
【図４１】第１７実施例によるプリズムアレイの各種変
形例を示す断面図である。
【図４２】第１８実施例によりプリズムアレイ間の距離
を変化させる構成を示す斜視図である。
【図４３】プリズムアレイ間の距離が最大・最小のとき
の様子を示す図である。
【図４４】図４３に対応する射出瞳の様子を示す図であ
る。
【図４５】第１８実施例による実効的な射出瞳を示す図
である。
【図４６】図８の場合に射出瞳径を小さくして瞳間距離
を離した場合を説明するための図である。
【図４７】第１９実施例による瞳配置を説明するための
図である。
【図４８】図４６と図４７を対比して説明するための図
である。
【図４９】第２０実施例により４枚のプリズムアレイを
配置した場合に瞳が拡大する様子を示す図である。
【図５０】第２０実施例により２次元配置の場合の射出
瞳の配置を示す図である。
【図５１】第２１実施例により４枚のプリズムアレイを
配置した場合に瞳が拡大する様子を示す図である。
【図５２】第２１実施例により２次元配置の場合の射出
瞳の配置を示す図である。
【図５３】第２２実施例により２次元配置の場合の射出
瞳の配置を示す図である。
【図５４】接眼レンズの開口数が小さい場合の問題点を
説明するための図である。
【図５５】先の出願の頭部装着式映像表示装置の要部を
示す図である。
【符号の説明】
１…照明系 ２…液晶表示素子 ３…凸レンズ ４…眼球 ４Ｒ…右眼 ４Ｌ…左眼 ５…網膜 ６…射出瞳 ６’…不要光の瞳位置 ７…瞳孔 １３、１４、１３’、１４’…プリズムアレイ １５、１５’…四角錐 １６、１６’、１６”…透明板 １７…プリズムアレイ面 １８、１８’…屋根型プリズムアレイ面 １９…屋根型プリズムアレイ面 ２０…ルーバーフィルター ２１…透明部材 ２２…遮光壁 ２３…点光源 ２４…レンズ ２５…液晶表示素子 ２６…凹面鏡 ２７…頭部装着式映像表示装置本体 ２８…ヘッドバンド ２９…イアホン ３０…コード ３１…遮光部材 ３２…光学部材 ３３…視度補正レンズ ３３’…視度補正液晶レンズ ３４…立体画像再生装置 ３５…ガラス球 ３６…フィラメント ３７、３８…ルーバー ３９…ピエゾ素子 ４１、４２、４３、４４…プリズムアレイ Ｐ1 …中心映像 Ｐ2 …周辺映像 Ｐ1 ′…中心映像の像 Ｐ2 ′…周辺映像の像 ｐ1 、ｐ2 …プリズムアレイの周期ピッチ Ａ、Ｂ…プリズムアレイのプリズムの頂角 Ｌ…２枚のプリズムアレイの間隔 Ｄ…光線の分離間隔 Ｒ…プリズムアレイのプリズムの全反射しやすい面 Ｔ…プリズムアレイのプリズムの全反射しない面 Ｄ1 、Ｄ2 …瞳面でのずれ量 ｐ、ｑ、ｒ、ｓ…分割された光線 Ｄ１、Ｄ２…プリズムアレイ間の距離

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 映像を表示する映像表示素子と、前記映
    像表示素子から射出された光束を用いて射出瞳を形成す
    る接眼光学系とを備えた映像表示装置において、前記映
    像表示素子と前記射出瞳との間に設けられ前記映像表示
    素子から射出する光束を分離する第１プリズムアレイ
    と、前記第１プリズムアレイにより分離された光束の少
    なくとも一部を同一方向に向ける第２プリズムアレイと
    を備えたことを特徴とする映像表示装置。
  2. 【請求項２】 映像を表示する映像表示素子と、前記映
    像表示素子から射出された光束を用いて射出瞳を形成す
    る接眼光学系と、前記映像表示素子及び前記接眼光学系
    を観察者頭部に保持するための支持手段とを備えた映像
    表示装置において、前記映像表示素子と前記射出瞳との
    間に設けられ前記映像表示素子から射出する光束を分離
    する第１プリズムアレイと、前記第１プリズムアレイに
    より分離された光束の少なくとも一部を同一方向に向け
    る第２プリズムアレイとを備えたことを特徴とする映像
    表示装置。
  3. 【請求項３】 前記第１及び第２プリズムアレイは、透
    明基板表面に四角錐が２次元状に規則的に配置された形
    状のものからなることを特徴とする請求項１又は２記載
    の映像表示装置。
  4. 【請求項４】 前記第１及び第２プリズムアレイそれぞ
    れは、周期方向が相互に異なる２以上の１次元プリズム
    アレイ面を重畳してなるものからなることを特徴とする
    請求項１又は２記載の映像表示装置。
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