(57)【要約】【課題】１つの画像表示部を用いて拡大した虚像としての画像を利用者の両眼に投影することができ、部品点数を低減でき装置の小型化及び部品コストの低減化を図れるディスプレイ装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のディスプレイ装置１は、画像表示部１４と、画像表示部１４の正面に配設され画像表示部１４の画像を２つの同一画像に分離する光学的画像分離部１８と、光学的画像分離部１８の両側に各々配設された四角柱状のプリズムからなり光学的画像分離部１８で分離された各画像を内反射させて伝達する第１及び第２の画像伝達部１５，１６と、第１及び第２の画像伝達部１５，１６の第１及び第２の出射面２２，２８の正面に各々配設され第１及び第２の画像伝達部１５，１６から出射された各画像を虚像として拡大する第１及び第２の画像拡大部２９，３０と、を備えた構成を有する。【選択図】図１
2006033314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示部と、前記画像表示部の正面に配設され前記画像表示部の画像を２つの同一画像に分離する光学的画像分離部と、前記光学的画像分離部の両側に各々配設された四角柱状のプリズムからなり前記光学的画像分離部で分離された各画像を内反射させて伝達する第１及び第２の画像伝達部と、前記第１及び第２の画像伝達部の出射面の正面に各々配設され前記第１及び第２の画像伝達部から出射された各画像を虚像として拡大する第１及び第２の画像拡大部と、を備えたことを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項２】
前記光学的画像分離部は、入射した画像の一部を内反射させ一部を透過させる半透鏡からなることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項３】
前記第１の画像伝達部は、前記画像表示部の画像が入射する第１の入射面と、前記第１の入射面から入射した画像の一部を内反射させ一部を透過させる画像分離面と、前記画像分離面で内反射した画像を内反射させる第１の内反射面と、前記第１の内反射面で内反射した画像を内反射する第２の内反射面と、前記第１の内反射面と前記第２の内反射面で２乃至複数回内反射した画像を内反射させる第３の内反射面と、前記第３の内反射面で内反射した画像を前記第１の画像拡大部へ向けて出射する第１の出射面と、を備え、
前記第２の画像伝達部は、前記第１の画像伝達部の前記画像分離面に接合され前記画像分離面を透過した画像が入射する第２の入射面と、前記第２の入射面から入射した画像を内反射させる入射内反射面と、前記入射内反射面で内反射し前記第２の入射面でさらに内反射した画像を内反射させる第４の内反射面と、前記第４の内反射面で内反射した画像を内反射する第５の内反射面と、前記第４の内反射面と前記第５の内反射面で２乃至複数回内反射した画像を内反射させる第６の内反射面と、前記第６の内反射面で内反射した画像を前記第２の画像拡大部へ向けて出射する第２の出射面と、を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のディスプレイ装置。
【請求項４】
透過型の画像表示部と、前記画像表示部を一方の面及び他方の面から各々照明する第１及び第２の照明部と、前記画像表示部の両面に入射面が対向して各々配設された四角柱状のプリズムからなり前記第１及び第２の照明部で照明された前記画像表示部の各画像を内反射させて伝達する第１及び第２の画像伝達部と、前記第１及び第２の画像伝達部の出射面の正面に各々配設され前記第１及び第２の画像伝達部から出射された各画像を虚像として拡大する第１及び第２の画像拡大部と、を備えたことを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項５】
前記第１の画像伝達部は、前記画像表示部の一方の面に接合され前記画像表示部の画像が入射する第１の入射面と、前記第１の入射面から入射した画像を内反射させる第１の内反射面と、前記第１の内反射面で内反射した画像を内反射させる第２の内反射面と、前記第１の内反射面と前記第２の内反射面で２乃至複数回内反射した画像を内反射させる第３の内反射面と、前記第３の内反射面で内反射した画像を前記第１の画像拡大部へ向けて出射する第１の出射面と、を備え、
前記第２の画像伝達部は、前記画像表示部の他方の面に接合され前記画像表示部の画像が入射する第２の入射面と、前記第２の入射面から入射した画像を内反射させる第４の内反射面と、前記第４の内反射面で内反射した画像を内反射させる第５の内反射面と、前記第４の内反射面と前記第５の内反射面で２乃至複数回内反射した画像を内反射させる第６の内反射面と、前記第６の内反射面で内反射した画像を前記第２の画像拡大部へ向けて出射する第２の出射面と、を備えたことを特徴とする請求項４に記載のディスプレイ装置。
【請求項６】
前記第１及び第２の照明部は、前記第２及び第１の画像伝達部の前記第２及び第１の入射面に対向する前記第６及び第３の内反射面の外面に各々沿設された光遮蔽板と、前記光遮蔽板に形成された光学窓部と、前記光学窓部から前記第２及び第１の画像伝達部を介して
前記画像表示部に光を照射する光源部と、前記光源部と前記光学窓部との間に配設され前記光源部の光を集光して前記光学窓部を通過させるための集光部と、を備えたことを特徴とする請求項５に記載のディスプレイ装置。
【請求項７】
前記画像表示部から前記第１の画像拡大部までの光学的距離と前記画像表示部から前記第２の画像拡大部までの光学的距離とが等距離であることを特徴とする請求項１乃至６の内いずれか１項に記載のディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号データとして保存された又は受信した動画像や静止画像を視覚に虚像として拡大し且つ高精細に利用者に提示することができるディスプレイ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶又はプラズマを用いたものや電解放出型、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）等の光電的な画像表示手段により動画像や静止画像を表示することができる電子機器が鋭意研究され開発されている。また、使用する時や場所を選ばない携帯可能な電子機器も種々開発されている。このような電子機器に求められている性能は携帯し易いコンパクトな形体、情報処理の高速性、多機能性等のほか、小型の機器内の限られたスペースでより多くの画像情報を正確に且つ視認し易く利用者へ表示する手段を搭載することが求められている。この点において、機器の表面に設けられた液晶等による表示手段が現在主流になっているが、機器の小型化にともない表示面積も小さくなり、文字や図形、表等が小さく視認し難いものとなっている。
【０００３】
そこで、このような問題点を課題を解決する表示方法として、ヘッドマウントディスプレイや、ビデオカメラの接眼モニタ等に用いられるファインダー（チェック）ディスプレイ等の虚像拡大ディスプレイ装置が近年注目され、鋭意研究され開発されている。虚像拡大ディスプレイ装置とは、液晶等の光電的手段による対角幅で約１インチ以下の表示画面を有する２次元の小型表示装置や、ＬＥＤ等の１次元アレー光源を光路折り曲げ手段によりアレー方向と直角方向へのスキャンニングによって利用者の視覚に見掛け上の２次元画像を形成する表示装置等を用いたもので、表示した動画像や静止画像を凸レンズや凹面反射鏡などの光学的拡大手段を用いて虚像として利用者の視覚へ拡大投影し、実際の表示画面より見かけ上の大画面として表示する装置である。
【０００４】
小型の表示装置の表示画像を虚像として拡大することで機器の小型化、消費電力の低減化、及び価格の低減化を図れるメリットがあり、さらに小型の表示装置であっても見かけ上の表示画面により大画面且つ高精細な画像を利用者に提示することができる。このような虚像拡大ディスプレイ装置としては例えば非特許文献１に記載されたもの等がある。
【０００５】
このような虚像拡大ディスプレイについて図３乃至図５を用いて説明する。
【０００６】
図３は従来の虚像拡大ディスプレイ装置の斜視図であり、図４は図３の虚像拡大ディスプレイ装置の虚像拡大方法を説明する説明図であり、図５は虚像拡大方法の他の例を示す説明図である。
【０００７】
図中、１００は従来の虚像拡大ディスプレイ、１０１は光学ヘッド、１０２は頭部装着用ホルダ、１０３はコントローラ、１０４は小型の液晶パネル等の画像表示部、１０５はバックライト部、１０６は画像表示部１０４の正面に略４５°の角度で配置された半透鏡、１０７は半透鏡１０６で反射した画像表示部１０４の画像を半透鏡１０６に向けて反射する位置に配設された凹面鏡、１０８は凸面の第１の内反射面１０８ａと凹面の第２の内反射面１０８ｂと入射面１０８ｃとを有する偏心曲面プリズム、Ｘは利用者の眼である。
【０００８】
図３に示すように、虚像拡大ディスプレイ装置１００は、光学ヘッド１０１が利用者の両眼を覆うように利用者の頭部に頭部装着用ホルダ１０２を用いて装着される。これにより利用者は、例えば両眼から２ｍ先の位置に５０インチ程度の大画面を虚像として視認し
、映画なテレビ映像等を楽しむことができる。
【０００９】
次に、光学ヘッド１０１に内蔵された光学系による虚像拡大方法について図を用いて説明する。図４に示すように、表示のための光源であるバックライト部１０５により画像表示部１０４が背部から照明され、照明された画像は略４５°傾斜した半透鏡１０６で反射される。さらに反射した画像は凹面鏡１０７でさらに画像の全光量が半透鏡１０６側へ反射され、半透鏡１０６を通過して利用者の眼Ｘへ投影される。凹面鏡１０７による画像の拡大作用と焦点調節作用により、画像表示部１０４の画像を利用者の前方に拡大された虚像として投影させることができる。
【００１０】
また、図５に示すように、光軸を偏心させた凹面の内反射面をもつ偏心曲面プリズム１０８を用いた虚像拡大ディスプレイ装置も提案されている。このような虚像拡大ディスプレイ装置においては、バックライト部１０５で照明された画像表示部１０４の画像は入射面１０８ｃから偏心曲面プリズム１０８の内部へ導入され、第１の内反射面１０８ａで反射された後、第２の内反射面１０８ｂで反射され、第１の内反射面１０８ａから外部へ出射し、利用者の眼Ｘへ投影される。第１の内反射面１０８ａへの画像の入射角はスネルの法則における臨界角を超える角度となっているため全反射される。また、第２の内反射面１０８ｂは光軸の偏心した凹面鏡からなり利用者の眼Ｘに虚像を形成し拡大投影させる。なお、半透鏡１０６を用いたものは利用者の眼Ｘに届く画像の光量が４分の１に減衰していたのに対し、偏心曲面プリズム１０８を用いたものは略減衰のない光伝達を実現させることができ明るく視認し易い画像を利用者へ提示することができる。
【特許文献１】特開平０５−２６０５２７号公報
【非特許文献１】光学、日本光学会発行、第２５巻、第２頁−第７頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら上記従来の技術では、以下のような課題を有していた。
【００１２】
（１）従来の虚像拡大ディスプレイ装置１００では、半透鏡１０６を用いたもの及び偏心曲面プリズム１０８を用いたもののいずれであっても、画像表示部１０４の表示画像を利用者の両眼Ｘへ拡大した虚像として投影するために、画像表示部１０４や半透鏡１０６又は偏心曲面プリズム１０８等の拡大光学系を両眼用に各々２つ必要になり、部品点数の増加により小型化が困難になったり部品コストが高騰したりすると共に、発熱源である画像表示部１０４を２つ内蔵するため装置内部が高温になり素子の誤作動が生じ、また放熱処理も困難であるという課題を有していた。
【００１３】
（２）また、両眼用の光学系が各々独立しているため、視野合わせのための調整や機械的強度が要求されるという課題を有していた。
【００１４】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、光学的画像分離部で画像を分離することで、或いは画像表示の両面から光を照射することで、１つの画像表示部を用いて拡大した虚像としての画像を利用者の両眼に投影することができるので、部品点数を低減でき、装置の小型化及び部品コストの低減化を図れ、装置内部の部品配置の自由度及びデザインの自由度を向上できると共に放熱処理も容易なディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明のディスプレイ装置は、画像表示部と、画像表示部の正面に配設され画像表示部の画像を２つの同一画像に分離する光学的画像分離部と、光学的画像分離部の両側に各々配設された四角柱状のプリズムからなり光学的画像分離部で
分離された各画像を内反射させて伝達する第１及び第２の画像伝達部と、第１及び第２の画像伝達部の出射面の正面に各々配設され前記第１及び第２の画像伝達部から出射された各画像を虚像として拡大する第１及び第２の画像拡大部と、を備えた構成を有する。
【００１６】
これにより、光学的画像分離部で画像を分離することで、１つの画像表示部を用いて拡大した虚像としての画像を利用者の両眼に投影することができるので、部品点数を低減でき、装置の小型化及び部品コストの低減化を図れ、装置内部の部品配置の自由度及びデザインの自由度を向上できると共に放熱処理も容易なディスプレイ装置を提供することができる。
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明のディスプレイ装置は、透過型の画像表示部と、画像表示部を一方の面及び他方の面から各々照明する第１及び第２の照明部と、画像表示部の両面に入射面が対向して各々配設された四角柱状のプリズムからなり第１及び第２の照明部で照明された画像表示部の各画像を内反射させて伝達する第１及び第２の画像伝達部と、第１及び第２の画像伝達部の出射面の正面に各々配設され第１及び第２の画像伝達部から出射された各画像を虚像として拡大する第１及び第２の画像拡大部と、を備えた構成を有する。
【００１８】
これにより、画像表示の両面から光を照射することで、１つの画像表示部を用いて拡大した虚像としての画像を利用者の両眼に投影することができるので、部品点数を低減でき、装置の小型化及び部品コストの低減化を図れ、装置内部の部品配置の自由度及びデザインの自由度を向上できると共に放熱処理も容易なディスプレイ装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明のディスプレイ装置によれば、以下のような有利な効果が得られる。
【００２０】
請求項１に記載の発明によれば、
（１）光学的画像分離部で画像を分離することで、１つの画像表示部のみで画像を利用者の両眼に投影することができるので、部品点数を低減でき、光学系の大きさを増大させることなく装置の小型化を図れ、装置内部の部品配置の自由度及びデザインの自由度を向上できるディスプレイ装置を提供することができる。
【００２１】
（２）部品コストの高い画像表示部の部品点数を低減できるので、部品コストの低減化が図れるディスプレイ装置を提供することができる。
【００２２】
（３）四角柱状のプリズムからなる第１及び第２の画像伝達部を備えているので、光の減衰がほとんどなく画像表示部で表示された画像をそのまま高画質で提示することができると共に、第１及び第２の画像伝達部をコンパクトに形成でき小型化が図れるディスプレイ装置を提供することができる。
【００２３】
（４）プリズムからなる第１及び第２の画像伝達部を一体型とすれば、視野合わせのための調整が不要になり煩雑な調整作業を行う必要がなく使用性に優れ、且つ機械的強度の高いディスプレイ装置を提供することができる。
【００２４】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、
（１）光学的画像分離部として半透鏡を用いることにより、反射と透過により画像を簡単な構造で分離することができるディスプレイ装置を提供することができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、
（１）画像表示部に表示された画像を画像分離面で反射と透過により分離し、反射した画像を第１、第２、及び第３の内反射面で内反射させて外部へ出射し、透過した画像を第４、第５、及び第６の内反射面で内反射させて外部へ出射しているので、第１及び第２の画像伝達部において光の減衰がほとんどなく且つ構造が簡単でコンパクトなディスプレイ装置を提供することができる。
【００２６】
請求項４に記載の発明によれば、
（１）第１及び第２の照明部により画像表示部の両面から光を照射し画像表示部の両面から２つの画像を出射することで、１つの画像表示部のみで画像を利用者の両眼に投影することができるので、部品点数を低減でき、光学系の大きさを増大させることなく装置の小型化を図れ、装置内部の部品配置の自由度及びデザインの自由度を向上できるディスプレイ装置を提供することができる。
【００２７】
（２）部品コストの高い画像表示部の部品点数を低減できるので、部品コストの低減化が図れるディスプレイ装置を提供することができる。
【００２８】
（３）四角柱状のプリズムからなる第１及び第２の画像伝達部を備えているので、光の減衰がほとんどなく画像表示部で表示された画像をそのまま高画質で提示することができると共に、第１及び第２の画像伝達部をコンパクトに形成でき小型化が図れるディスプレイ装置を提供することができる。
【００２９】
請求項５に記載の発明によれば、請求項４の効果に加え、
（１）第１の照明部により画像表示部の一方の面を照射し、照射された光により画像表示部に表示された画像を出射させ、出射した画像を第１、第２、及び第３の内反射面で内反射させて外部へ出射し、第２の照明部により画像表示部の他方の面を照射し、照射された光により画像表示部に表示された画像を出射させ、出射した画像を第４、第５、及び第６の内反射面で内反射させて外部へ出射しているので、第１及び第２の画像伝達部において光の減衰がほとんどなく且つ構造が簡単でコンパクトなディスプレイ装置を提供することができる。
【００３０】
請求項６に記載の発明によれば、請求項５の効果に加え、
（１）光源部から照射された光を集光部、光学窓部、及び第２又は第１の画像伝達部を介して伝達させ画像表示部に両面から照射させることができるので、伝達減衰なく効率的に画像表示部を両面から照明し、明るい画面表示で、且つ消費電力が小さく発熱も少ないディスプレイ装置を提供することができる。
【００３１】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１乃至６の内いずれか１項の効果に加え、
（１）画像表示部の画像が等しい光学的距離の経路を通って利用者の左右の眼に各々投影されるので、両眼に同じ画像を投影することができ、利用者は正常な画像を視認することができる視認性に優れたディスプレイ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明は、光学的画像分離部で画像を分離することで、１つの画像表示部を用いて拡大した虚像としての画像を利用者の両眼に投影することができるので、部品点数を低減でき、装置の小型化及び部品コストの低減化を図れ、装置内部の部品配置の自由度及びデザインの自由度を向上できると共に放熱処理も容易なディスプレイ装置を提供するという目的を、画像表示部と、画像表示部の正面に配設され画像表示部の画像を２つの同一画像に分離する光学的画像分離部と、光学的画像分離部の両側に各々配設された四角柱状のプリズムからなり光学的画像分離部で分離された各画像を内反射させて伝達する第１及び第２の
画像伝達部と、第１及び第２の画像伝達部の出射面の正面に各々配設され前記第１及び第２の画像伝達部から出射された各画像を虚像として拡大する第１及び第２の画像拡大部と、を備えることにより実現した。
【００３３】
本発明は、画像表示の両面から光を照射することで、１つの画像表示部を用いて拡大した虚像としての画像を利用者の両眼に投影することができるので、部品点数を低減でき、装置の小型化及び部品コストの低減化を図れ、装置内部の部品配置の自由度及びデザインの自由度を向上できると共に放熱処理も容易なディスプレイ装置を提供するという目的を、透過型の画像表示部と、画像表示部を一方の面及び他方の面から各々照明する第１及び第２の照明部と、画像表示部の両面に入射面が対向して各々配設された四角柱状のプリズムからなり第１及び第２の照明部で照明された画像表示部の各画像を内反射させて伝達する第１及び第２の画像伝達部と、第１及び第２の画像伝達部の出射面の正面に各々配設され第１及び第２の画像伝達部から出射された各画像を虚像として拡大する第１及び第２の画像拡大部と、を備えることにより実現した。
【００３４】
上記課題を解決するためになされた第１の発明は、ディスプレイ装置であって、画像表示部と、画像表示部の正面に配設され画像表示部の画像を光学的に分離する光学的画像分離部と、光学的画像分離部の両側に各々配設された四角柱状のプリズムからなり光学的画像分離部で分離された各画像を内反射させて伝達する第１及び第２の画像伝達部と、第１及び第２の画像伝達部の出射面の正面に各々配設され前記第１及び第２の画像伝達部から出射された各画像を虚像として拡大する第１及び第２の画像拡大部と、を備えた構成を有している。
【００３５】
この構成により、以下の作用を有する。
【００３６】
（１）画像表示部に表示された画像を光学的画像分離部で分離し、一方の画像を第１の画像伝達部を介して伝達し、第１の画像拡大部で拡大し、利用者の一方の眼に拡大した虚像として投影すると共に、他方の画像を第２の画像伝達部を介して伝達し、第２の画像拡大部で拡大し、利用者の他方の眼に拡大した虚像として投影することができるので、利用者は拡大された虚像を両眼で視認することができる。
【００３７】
（２）光学的画像分離部で画像を分離することで、１つの画像表示部を用いて拡大した虚像としての画像を利用者の両眼に投影することができるので、部品点数を低減でき、光学系の大きさを増大させることなく装置の小型化を図れ、装置内部の部品配置の自由度及びデザインの自由度を向上できる。
【００３８】
（３）部品コストの高い画像表示部の部品点数を低減できるので、部品コストの低減化が図れる。
【００３９】
（４）四角柱状のプリズムからなる第１及び第２の画像伝達部を備えているので、光学的画像分離部で分離した画像をプリズムの内反射面における全反射により伝達することができるので、光の減衰がほとんどなく、画像表示部で表示された画像をそのまま高画質で提示することができると共に、第１及び第２の画像伝達部をコンパクトに形成でき小型化が図れる。
【００４０】
（５）プリズムからなる第１及び第２の画像伝達部を一体型とすれば、視野合わせのための調整が不要になり煩雑な調整作業を行う必要がないと共に機械的強度を高めることができる。
【００４１】
ここで、画像表示部としては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等の非自発光型ディスプレ
イや、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、ＣＲＴ、電解放出型ディスプレイ（ＦＥＤ）、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイ等の自発光型ディスプレイを用いることができる。なお、非自発光型ディスプレイとしては、背面にバックライト部を設けて通過した光で画像を作る透過型ディスプレイであってもよく、外部から入射した光が反射することにより画像を作る反射型ディスプレイであってもよい。
【００４２】
光学的画像分離部としては半透鏡や偏光板（ポラライザ）等が用いられる。
【００４３】
第１及び第２の画像拡大部としては、ケルナー接眼レンズ、ハイゲンス接眼レンズ、ラムスデン接眼レンズ等の種々の接眼レンズを用いることができる。
【００４４】
上記課題を解決するためになされた第２の発明は、第１の発明に記載のディスプレイ装置であって、光学的画像分離部は、入射した画像の一部を内反射させ一部を透過させる半透鏡からなる構成を有している。
【００４５】
この構成により、第１の発明の作用に加え、以下の作用を有する。
【００４６】
（１）光学的画像分離部として半透鏡を用いることにより、反射と透過により１つの画像表示部からの画像を簡単な構造で分離することができる。
【００４７】
ここで、半透鏡としては金属膜や誘電体多層膜等が用いられる。この膜はガラス等の基板に蒸着等により形成してもよく、或いは、第１又は第２の画像伝達部を構成するプリズムの一面に形成してもよい。
【００４８】
また、半透鏡の透過率は約５０％に設定することが好ましい。これにより、分離した２つの画像の明るさやコントラストを略同一にすることができ、利用者に視認し易い画像を提示することができる。
【００４９】
上記課題を解決するためになされた第３の発明は、第１又は第２の発明に記載のディスプレイ装置であって、第１の画像伝達部は、画像表示部の画像が入射する第１の入射面と、第１の入射面から入射した画像の一部を内反射させ一部を透過させる画像分離面と、画像分離面で内反射した画像を内反射させる第１の内反射面と、第１の内反射面で内反射した画像を内反射する第２の内反射面と、第１の内反射面と第２の内反射面で２乃至複数回内反射した画像を内反射させる第３の内反射面と、第３の内反射面で内反射した画像を第１の画像拡大部へ向けて出射する第１の出射面と、を備え、第２の画像伝達部は、第１の画像伝達部の画像分離面に接合され画像分離面を透過した画像が入射する第２の入射面と、第２の入射面から入射した画像を内反射させる入射内反射面と、入射内反射面で内反射し第２の入射面でさらに内反射した画像を内反射させる第４の内反射面と、第４の内反射面で内反射した画像を内反射する第５の内反射面と、第４の内反射面と第５の内反射面で２乃至複数回内反射した画像を内反射させる第６の内反射面と、第６の内反射面で内反射した画像を第２の画像拡大部へ向けて出射する第２の出射面と、を備えた構成を有している。
【００５０】
この構成により、第１又は第２の発明の作用に加え、以下の作用を有する。
【００５１】
（１）画像表示部に表示された画像を第１の画像伝達部に第１の入射面から入射させ、光学的画像分離部を構成する画像分離面で一部を反射させ一部を透過させ分離すると共に、反射した画像を第１、第２、及び第３の内反射面で複数回内反射させて第１の出射面から出射させ、第１の画像拡大部に導入することができる。また、画像分離面を透過した画像を第２の画像伝達部に第２の入射面から入射させ、入射内反射面及び第２の入射面で内
反射させた後、第４、第５、及び第６の内反射面で複数回内反射させて第２の出射面から出射させ、第２の画像拡大部に導入することができる。
【００５２】
ここで、プリズムにより形成された第１及び第２の画像伝達部の第１、第２、第４、及び第５の内反射面は、該内反射面における画像の入射角がスネルの法則における臨界角を超える角度となるように形成されている。これにより、各々の内反射面において画像を全反射させることができ、ほとんど減衰せずに伝達させることができる。また、入射内反射面と第３及び第６の内反射面において画像の入射角が臨界角を超えない場合は、高い反射率で反射されるように金属の蒸着膜を形成して反射面とすることが好ましい。また、第１及び第２の出射面は、該出射面における画像の入射角が臨界角を超えない角度、たとえば入射角が０°となるように形成されている。これにより、各々の内反射面で内反射した画像を高い透過率で出射面から透過させることができる。
【００５３】
上記課題を解決するためになされた第４の発明は、ディスプレイ装置であって、透過型の画像表示部と、画像表示部を一方の面及び他方の面から各々照明する第１及び第２の照明部と、画像表示部の両面に入射面が対向して各々配設された四角柱状のプリズムからなり第１及び第２の照明部で照明された画像表示部の各画像を内反射させて伝達する第１及び第２の画像伝達部と、第１及び第２の画像伝達部の出射面の正面に各々配設され第１及び第２の画像伝達部から出射された各画像を虚像として拡大する第１及び第２の画像拡大部と、を備えた構成を有している。
【００５４】
この構成により、以下の作用を有する。
【００５５】
（１）第１及び第２の照明部により画像表示部の両面から光を照射することで画像表示部から出射された２つの画像の内、一方の画像を第１の画像伝達部を介して伝達し、第１の画像拡大部で拡大し、利用者の一方の眼に拡大した虚像として投影すると共に、他方の画像を第２の画像伝達部を介して伝達し、第２の画像拡大部で拡大し、利用者の他方の眼に拡大した虚像として投影することができるので、利用者は拡大された虚像を両眼で視認することができる。
【００５６】
（２）第１及び第２の照明部により画像表示部の両面から光を照射し画像表示部の両面から２つの画像を出射することで、１つの画像表示部を用いて拡大した虚像としての画像を利用者の両眼に投影することができるので、部品点数を低減でき、光学系の大きさを増大させることなく装置の小型化を図れ、装置内部の部品配置の自由度及びデザインの自由度を向上できる。
【００５７】
（３）部品コストの高い画像表示部の部品点数を低減できるので、部品コストの低減化が図れる。
【００５８】
（４）四角柱状のプリズムからなる第１及び第２の画像伝達部を備えているので、光学的画像分離部で分離した画像をプリズムの内反射面における全反射により伝達することができるので、光の減衰がほとんどなく、画像表示部で表示された画像をそのまま高画質で提示することができると共に、第１及び第２の画像伝達部をコンパクトに形成でき小型化が図れる。
【００５９】
ここで、第１の画像伝達部と第２の画像伝達部における画像の内反射の回数は、一方の画像伝達部には正常な画像が入射されるが、他方の画像伝達部には左右反転した画像が入射されるので、内反射回数を偶数回と奇数回に設定することで、利用者の両眼に同じ正常な画像を投影することができる。
【００６０】
上記課題を解決するためになされた第５の発明は、第４の発明に記載のディスプレイ装置であって、第１の画像伝達部は、画像表示部の一方の面に接合され画像表示部の画像が入射する第１の入射面と、第１の入射面から入射した画像を内反射させる第１の内反射面と、第１の内反射面で内反射した画像を内反射させる第２の内反射面と、第１の内反射面と第２の内反射面で２乃至複数回内反射した画像を内反射させる第３の内反射面と、第３の内反射面で内反射した画像を第１の画像拡大部へ向けて出射する第１の出射面と、を備え、第２の画像伝達部は、画像表示部の他方の面に接合され画像表示部の画像が入射する第２の入射面と、第２の入射面から入射した画像を内反射させる第４の内反射面と、第４の内反射面で内反射した画像を内反射させる第５の内反射面と、第４の内反射面と第５の内反射面で２乃至複数回内反射した画像を内反射させる第６の内反射面と、第６の内反射面で内反射した画像を第２の画像拡大部へ向けて出射する第２の出射面と、を備えた構成を有している。
【００６１】
この構成により、第４の発明の作用に加え、以下の作用を有する。
【００６２】
（１）第１の照明部により画像表示部の一方の面を照射し、照射された光により画像表示部に表示された画像を出射させ、出射した画像を第１の画像伝達部に第１の入射面から入射させ、入射した画像を第１、第２、及び第３の内反射面で複数回内反射させて第１の出射面から出射させ、第１の画像拡大部に導入することができる。また、第２の照明部により画像表示部の他方の面を照射し、照射された光により画像表示部に表示された画像を出射させ、出射した画像を第２の画像伝達部に第２の入射面から入射させ、入射した画像を第４、第５、及び第６の内反射面で複数回内反射させて第２の出射面から出射させ、第２の画像拡大部に導入することができる。
【００６３】
上記課題を解決するためになされた第６の発明は、第５の発明に記載のディスプレイ装置であって、第１及び第２の照明部は、第２及び第１の画像伝達部の第２及び第１の入射面に対向する第６及び第３の内反射面の外面に各々沿設された光遮蔽板と、光遮蔽板に形成された光学窓部と、光学窓部から第２及び第１の画像伝達部を介して画像表示部に光を照射する光源部と、光源部と光学窓部との間に配設され光源部の光を集光して光学窓部を通過させるための集光部と、を備えた構成を有している。
【００６４】
この構成により、第５の発明の作用に加え、以下の作用を有する。
【００６５】
（１）第１及び第２の照明部において、光源部から照射された光を集光部で集光して光学窓部を通過させると共に、通過した光を各々第２及び第１の画像伝達部を介して伝達させ画像表示部に両面から照射させることができるので、伝達減衰なく効率的に画像表示部を両面から照明し、明るい画面表示で、且つ消費電力が小さく発熱も少なくすることができる。
【００６６】
（２）光を集光部で集光して小径の光学窓部を通過させることにより、光遮蔽板のプリズム側の面に形成された反射面を大きくすることで画像光を効率良く視覚へ反射させることができ、且つ光源部からの光を効率良くプリズム内部に導入することができる。
【００６７】
上記課題を解決するためになされた第７の発明は、第１乃至第６の発明の内いずれか１に記載のディスプレイ装置であって、画像表示部から第１の画像拡大部までの光学的距離と画像表示部から第２の画像拡大部までの光学的距離とが等距離である構成を有している。
【００６８】
この構成により、第１乃至第６の発明の内いずれか１の作用に加え、以下の作用を有する。
【００６９】
（１）画像表示部の画像が等しい光学的距離の経路を通って利用者の左右の眼に各々投影されるので、両眼に同じ画像を投影することができ、利用者は正常な画像を視認することができる。
【００７０】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について、各図に基づいて説明する。
【００７１】
図１は本発明の実施の形態１におけるディスプレイ装置の光学系の概略平面図である。
【００７２】
図１において、１は実施の形態１のディスプレイ装置、１１は後述のバックライト部や画像表示部の制御を行う制御部、１２はバックライト部、１３はバックライト部１２の光源部、１４は小型の液晶ディスプレイ等からなる透過型の画像表示部、１５は断面平行四辺形状の四角柱状に形成されたプリズムからなる第１の画像伝達部、１６は断面等脚台形状の四角柱状に形成されたプリズムからなる第２の画像伝達部、１７は第１の画像伝達部１５の第１の入射面、１８は第１の画像伝達部１５の第２の画像伝達部１６との接合面に形成され画像表示部１４の正面に配設された半透鏡からなる画像分離面（光学的画像分離部）、１９，２０，２１は第１、第２、及び第３の内反射面、２２は第１の出射面、２３は第２の画像伝達部１６の第１の画像伝達部１５との接合面に形成された第２の入射面、２４は入射内反射面、２５，２６，２７は第４、第５、及び第６の内反射面、２８は第２の出射面、２９は第１の出射面２２の外側面に配設された第１の画像拡大部、３０は第２の出射面２８の外側面に配設された第２の画像拡大部である。
【００７３】
以上のように構成された実施の形態１におけるディスプレイ装置１について、以下その動作を図１を用いて説明する。
【００７４】
図１に示すように、まず、制御部１１からバックライト部１２の光源部１３へ電力が供給され、光源部１３が発光し、この光源部１３から発せられた光が透過型の画像表示部１４へ入射し、さらに画像表示部１４を透過し、第１の画像プリズム１５に第１の入射面１７から入射して略直進し画像分離面１８に到達する。画像分離面１８は入射した光の約５０％を反射し、残りを透過させる半透鏡により形成されている。これにより、両眼Ｘに到達する光量を均等且つ最大にできる。画像分離部１８で反射した光は第１の画像伝達部１５の内部に留まり、第１の画像伝達部１５の第１の内反射面１９及び第２の内反射面２０で反射した後、金属膜又は誘電体多層膜からなる第３の内反射面２１で反射され、第２の内反射面２０と同一面からなる第１の出射面２２を透過して第１の画像伝達部１５の外部へ出射される。出射された光はさらに正の屈折力を有する接眼レンズからなる第１の画像拡大部２９によって利用者の眼Ｘへ画像表示部１４の画像を虚像として拡大投影させる。
【００７５】
ここで、第１の内反射面１９及び第２の内反射面２０における光の入射角はスネルの法則における臨界角を超える角度となっているため全反射される。したがって、反射率を高めるための金属膜又は誘電体多層膜等を設ける必要はない。また、第３の内反射面２１における光の入射角は臨界角を超えないため、その外側面に金属又は誘電体多層膜による反射膜が形成され、反射面が形成されている。第１の出射面２２における光の入射角は略０°であり臨界角を超えないため、出射光は第１の画像伝達部１５の外部へそのまま出射する。
【００７６】
画像分離面１８を透過した光は第２の画像伝達部１６に第２の入射面２３から入射し、入射内反射面２４で略全反射された後、再び第２の入射面２３に戻り、同面で反射し、さらに入射内反射面２４と同一面からなる第４の内反射面２５で反射した後、第５の内反射面２６で反射し、再び第４の内反射面２５で反射し、最後に第６の内反射面２７で反射し
、第４の内反射面２５と同一面をなす第２の出射面２８から第２の画像伝達部１６の外部へ出射する。出射された光はさらに正の屈折力を有する接眼レンズからなる第２の画像拡大部３０によって利用者の眼Ｘへ画像表示部１４の画像を虚像として拡大投影させる。
【００７７】
ここで、入射内反射面２４において第２の入射面２３からの光を反射する場合には入射角が略０°で入射するために、スネルの法則における臨界角を超えず全反射させることができない。そこで、反射率を高めるために入射内反射面２４の外側面には金属又は誘電体多層膜が形成されている。
【００７８】
また、第４の内反射面２５及び第５の内反射面２６における光の入射角はスネルの法則における臨界角を超える角度となっているため全反射される。したがって、反射率を高めるための金属膜又は誘電体多層膜等を設ける必要はない。さらに、第６の内反射面２７における光の入射角は臨界角を超えないため、その外側面に金属又は誘電体多層膜による反射膜が形成され、反射面が形成されている。第２の出射面２８における光の入射角は略０°であり臨界角を超えないため、出射光は第２の画像伝達部１６の外部へそのまま出射する。
【００７９】
なお、第１の画像伝達部１５と第２の画像伝達部１６は各々断面平行四辺形状と断面等脚台形状の四角柱状に形成され非対称の異なる形状であるが、内反射の回数は各々４回と、６回となるように設定され、両者共偶数回内反射させるようになっているので画像表示部１４の画像が右眼又は左眼で左右反転しないよう投影方向を一致させ正常な画像を投影するように構成されている。また、画像表示部１４から第１及び第２の画像拡大部２９，３０までの各々の光学的距離も等距離となるように構成されている。
【００８０】
また、画像分離面１８の透過率若しくは反射率は略５０％に設定されている。このため、第２の画像伝達部１６における実効透過率が低下し第１の画像伝達部１５とのバランスが取れなくなる。このバランスを取るために第１の画像伝達部１５の第１の出射面２２、第１の画像拡大部２９の前後又は内部に光の透過率のバランスを取るニュートラルデンシティ膜を形成又はフィルター部材を配設することができる。
【００８１】
なお、ディスプレイ装置１における左右の眼Ｘの視度調整は、各々の対応する第１及び第２の画像拡大部２９，３０を構成する接眼レンズを独立に光軸方向に沿って前後させることで行うことができる。
【００８２】
以上のように本実施の形態１におけるディスプレイ装置は構成されているので、以下のような作用を有する。
【００８３】
（１）画像表示部１４に表示された画像を背部からバックライト部１２で照明し、第１の画像伝達部１５に導入された画像光を半透鏡からなる画像分離面（光学的画像分離部）１８で反射と透過により分離し、反射した画像を第１の画像伝達部１５の第１、第２、及び第３の内反射面１９，２０，２１を介して伝達し、外部へ出射して第１の画像拡大部２９で拡大し、利用者の一方の眼Ｘに拡大した虚像として投影すると共に、透過した画像を第２の画像伝達部１６に導入し、第２の画像伝達部１６の入射内反射面２４、第４、第５、及び第５の内反射面２５，２６，２７を介して伝達し、外部へ出射して第２の画像拡大部３０で拡大し、利用者の他方の眼Ｘに拡大した虚像として投影することができるので、利用者は拡大された虚像を両眼で視認することができる。
【００８４】
（２）半透鏡からなる画像分離面（光学的画像分離部）１８で画像を分離することで、１つの画像表示部１４を用いて拡大した虚像としての画像を利用者の両眼Ｘに各々投影することができるので、部品点数を低減でき、光学系の大きさを増大させることなく装置の
小型化を図れ、装置内部の部品配置の自由度及びデザインの自由度を向上できる。
【００８５】
（３）部品コストの高い画像表示部１４の部品点数を低減できるので、部品コストの低減化が図れる。
【００８６】
（４）四角柱状のプリズムからなる第１及び第２の画像伝達部１５，１６を備えているので、画像分離面１８で分離した画像をプリズムの内反射面における全反射により伝達することができるので、光の減衰がほとんどなく、画像表示部１４で表示された画像をそのまま高画質で提示することができると共に、第１及び第２の画像伝達部をコンパクトに形成でき小型化が図れる。
【００８７】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２におけるディスプレイ装置の光学系の概略平面図である。
【００８８】
図２において、１ａは実施の形態２のディスプレイ装置、３１は後述の第１及び第２の照明部や画像表示部の制御を行う制御部、３２は第１の照明部、３３は第２の照明部、３４は小型の液晶ディスプレイ等からなる透過型の画像表示部、３５は四角柱状に形成されたプリズムからなる第１の画像伝達部、３６は四角柱状に形成されたプリズムからなる第２の画像伝達部、３７は第１の画像伝達部３５の画像表示部３４の一方の面に対する接合面に形成された第１の入射面、３８，３９，４０は第１、第２、及び第３の内反射面、４１は第１の出射面、４２は第２の画像伝達部３６の画像表示部３４の他方の面に対する接合面に形成された第２の入射面、４３，４４，４５は第４、第５、及び第６の内反射面、４６は第２の出射面、４７は第１の出射面４１の外側面に配設された第１の画像拡大部、４８は第２の出射面４６の外側面に配設された第２の画像拡大部、４９は第３及び第６の内反射面４０，４５の外側面に沿って設けられた光遮蔽板、５０は光遮蔽板４９の略中央部に形成された光学窓部、５１は第１及び第２の照明部３２，３３の光源部、５２は光源部５１の光を集光して光学窓部５０を通過させるための集光部である。
【００８９】
以上のように構成された実施の形態２におけるディスプレイ装置１ａについて、以下その動作を図２を用いて説明する。
【００９０】
図２に示すように、まず、制御部３１から第１の照明部３２の光源部５１へ電力が供給され、光源部５１が発光し、光源部５１からの光が屈折又は反射による集光部５２（本実施の形態２ではレンズによる屈折型集光手段）によって収束しつつ光学窓部５０を介して第６の内反射面４５から第２の画像伝達部３６の内部へ入射し、第５の内反射面４４及び、第４の内反射面４３で全反射して、透過型の画像表示部３４に照明光を照射する。
【００９１】
次に、画像表示部３４を透過した画像情報を含む光は第１の画像伝達部３５の内部に第１の入射面３７から入射し、第１の画像伝達部３５の第１の内反射面３８、第２の内反射面３９、さらに再び第１の内反射面３８で順次全反射し、金属膜又は誘電体多層膜が外側面に形成された第３の内反射面４０で反射された後、第１の内反射面３８と同一面をなす第１の出射面４１から第１の画像伝達部３５の外部へと出射し、この出射された光はさらに正の屈折力を持つ第１の画像拡大部４７によって利用者の眼Ｘへ画像表示部３４の画像を虚像として拡大投影させる。
【００９２】
また、制御部３１から第２の照明部３３の光源部５１へ電力が供給され、光源部５１が発光し、光源部５１からの光が屈折又は反射による集光部５２によって収束しつつ光学窓部５０を介して第３の内反射面４０から第１の画像伝達部３５の内部へ入射し、第１の内反射面３８、第２の内反射面３９で順次全反射し、さらに再び第１の内反射面３８で全反射して、透過型の画像表示部３４に照明光を照射する。
【００９３】
次に、画像表示部３４を透過した画像情報を含む光は第２の画像伝達部３６の内部に第２の入射面４２から入射し、第２の画像伝達部３６の第４の内反射面４３、第５の内反射面４４で順次全反射し、金属膜又は誘電体多層膜が外側面に形成された第６の内反射面４５で反射された後、第５の内反射面４４と同一面をなす第２の出射面４６から第２の画像伝達部３６の外部へと出射し、この出射された光はさらに正の屈折力を持つ第２の画像拡大部４８によって利用者の眼Ｘへ画像表示部３４の画像を虚像として拡大投影させる。
【００９４】
これらの左右の光源部５１からの光の伝達とそれぞれ反対側に位置する第１及び第２の画像拡大部４７，４８によって、左右両眼での画像表示部３４からの拡大虚像を視認することができる。
【００９５】
なお、上述した実施の形態１と同様に第１の画像伝達部３５と第２の画像伝達部３６はそれぞれ非対称の異なる形状をしているが、内部反射の回数はそれぞれ４回と３回である。これは、画像表示部３４に対する表面からの光の照射と裏面からの光の照射により、いずれか一方は反転した画像光が出射されるが、内部反射の回数を４回と３回というように偶数回と奇数回又は奇数回と偶数回とすることで、画像表示部３４の画像が右眼又は左眼で左右反転しないよう投影方向を一致させ正常な画像を投影するように構成されている。また、画像表示部３４から第１及び第２の画像拡大部４７，４８までの光学的な距離もそれぞれ等距離となるように構成されている。
【００９６】
また、透過型の画像表示部３４による両面投影方式のため、上述した実施の形態１のように、ニュートラルデンシティ膜又はフィルターを設けることなく効率的に光を伝達させることができ、光量のバランスを取ることができる。
【００９７】
以上のように本実施の形態２におけるディスプレイ装置は構成されているので、以下のような作用を有する。
【００９８】
（１）第１及び第２の照明部３２，３３により画像表示部３４の両面から光を照射することで画像表示部３４から出射された２つの画像の内、一方の画像を第１の画像伝達部３５に導入し、第１、第２、及び第３の内反射面３８，３９，４０を介して伝達し、外部に出射して第１の画像拡大部４７で拡大し、利用者の一方の眼Ｘに拡大した虚像として投影すると共に、他方の画像を第２の画像伝達部３６に導入し、第４、第５、第６の内反射面４３，４４，４５を介して伝達し、外部に出射して第２の画像拡大部４８で拡大し、利用者の他方の眼Ｘに拡大した虚像として投影することができるので、利用者は拡大された虚像を両眼で視認することができる。
【００９９】
（２）第１及び第２の照明部３２，３３により画像表示部３４の両面から光を照射し画像表示部３４の両面から２つの画像を出射することで、１つの画像表示部３４を用いて拡大した虚像としての画像を利用者の両眼に投影することができるので、部品点数を低減でき、光学系の大きさを増大させることなく装置の小型化を図れ、装置内部の部品配置の自由度及びデザインの自由度を向上できる。
【０１００】
（３）第１及び第２の照明部３２，３３において、光源部５１から照射された光を集光部５２で集光して光学窓部５０を通過させると共に、通過した光を各々第２及び第１の画像伝達部３６，３５を介して伝達させ画像表示部３４に両面から照射させることができるので、伝達減衰なく効率的に画像表示部を両面から照明することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明は、信号データとして保存された又は受信した動画像や静止画像を視覚に虚像と
して拡大し且つ高精細に利用者に提示することができるディスプレイ装置に関し、特に本発明によれば、光学的画像分離部で画像を分離することで、或いは画像表示の両面から光を照射することで、１つの画像表示部を用いて拡大した虚像としての画像を利用者の両眼に投影することができるので、部品点数を低減でき、装置の小型化及び部品コストの低減化を図れ、装置内部の部品配置の自由度及びデザインの自由度を向上できると共に放熱処理も容易なディスプレイ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】実施の形態１におけるディスプレイ装置の光学系の概略平面図
【図２】実施の形態２におけるディスプレイ装置の光学系の概略平面図
【図３】従来の虚像拡大ディスプレイ装置の斜視図
【図４】図３の虚像拡大ディスプレイ装置の虚像拡大方法を説明する説明図
【図５】虚像拡大方法の他の例を示す説明図
【符号の説明】
【０１０３】
１，１ａ    ディスプレイ装置
１１    制御部
１２    バックライト部
１３    光源部
１４    画像表示部
１５    第１の画像伝達部
１６    第２の画像伝達部
１７    第１の入射面
１８    画像分離面（光学的画像分離部）
１９    第１の内反射面
２０    第２の内反射面
２１    第３の内反射面
２２    第１の出射面
２３    第２の入射面
２４    入射内反射面
２５    第４の内反射面
２６    第５の内反射面
２７    第６の内反射面
２８    第２の出射面
２９    第１の画像拡大部
３０    第２の画像拡大部
３１    制御部
３２    第１の照明部
３３    第２の照明部
３４    画像表示部
３５    第１の画像伝達部
３６    第２の画像伝達部
３７    第１の入射面
３８    第１の内反射面
３９    第２の内反射面
４０    第３の内反射面
４１    第１の出射面
４２    第２の入射面
４３    第４の内反射面
４４    第５の内反射面
４５    第６の内反射面
４６    第２の出射面
４７    第１の画像拡大部
４８    第２の画像拡大部
４９    光遮蔽板
５０    光学窓部
５１    光源部
５２    集光部
１００    従来の虚像拡大ディスプレイ
１０１    光学ヘッド
１０２    頭部装着用ホルダ
１０３    コントローラ
１０４    画像表示部
１０５    バックライト部
１０６    半透鏡
１０７    凹面鏡
１０８    偏心曲面プリズム
１０８ａ    第１の内反射面
１０８ｂ    第２の内反射面
１０８ｃ    入射面
Ｘ    眼
【図１】
2006033314.tif 000003
【図２】
2006033314.tif 000004
【図３】
2006033314.tif 000005
【図４】
2006033314.tif 000006
【図５】
2006033314.tif 000007