(57)【要約】【目的】反射型の液晶表示素子に表示された画像情報を接眼光学系を介して拡大して観察する、電子ビューファインダやヘッドマウントディスプレイ等に好適な、集光作用を有する照明光学系および屈折力がほぼ１の偏光分離素子を備えた、小型の画像表示装置を得る。【構成】光源１０より発せられた光は、発散された状態でレンズ１１に入射され集光される。この照明光のうち所定の偏光成分を持つ光のみが偏光分離素子１３により反射されて、液晶表示素子１４へ導かれ、所定の画像情報に応じて変調されて反射される。この投映光は反射型液晶表示素子１４において反射され上記所定の偏光成分と直交する偏光成分を持つ光とされているので、偏光分離素子１３により透過されて、接眼光学系１５を介し観察者の瞳に導かれる。偏光分離素子１３は屈折力がほぼ１とされた、光学的にパワーを有さない平面状の部材である。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光が、反射型画像表示素子において所定の画像情報に応じて変調され、投映光として射出されて接眼光学系を介し観察者の瞳に導かれる画像表示装置において、
前記光源からの光が発散される位置に配された、集光作用を有する照明光学系と、
この照明光学系により形成された照明光のうち所定の偏光成分を持つ光のみを反射または透過して、前記反射型画像表示素子へ導き、かつ、該反射型画像表示素子からの前記投映光のうち前記所定の偏光成分と直交する偏光成分を持つ光のみを透過または反射して、前記接眼光学系へ導く、屈折力がほぼ１とされた偏光分離素子とを備えていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記照明光学系により形成された前記照明光が略平行光束とされていることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記照明光学系は１枚または複数枚のレンズにより構成されることを特徴とする請求項１または２記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記照明光学系は非球面ミラーにより構成されることを特徴とする請求項１または２記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記照明光学系はレンズとミラーを組み合わせて構成されることを特徴とする請求項１または２記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像表示装置に関し、特に、反射型の液晶表示素子に表示された画像情報を接眼光学系を介して拡大して観察する電子ビューファインダやヘッドマウントディスプレイ等に好適な画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、画像表示装置の一分野として、画像表示素子に表示された画像情報を、観察者が接眼光学系を介して虚像として観察するものが知られている。例えば、デジタルカメラの電子ビューファインダやヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）やメガネ型ディスプレイがこのような装置である。
これらの画像表示装置では、装置を観察者の頭部に装着する必要性や装置の利便性向上のために、装置全体の小型化、及び軽量化を図ることが重要な課題となっている。画像表示装置の照明光学系では、例えばプロジェクタ装置等にはフライアイレンズを用いた照明光学系がよく知られているが、部材数が多くサイズも重量も大きくなるため、この分野の装置の照明光学系としては適さない。
【０００３】
また、画像表示素子としては、近年、ＴＦＴ液晶表示素子よりも解像度を高くすることのできる強誘電液晶を使用した反射型液晶表示素子が利用され始めている。基板にシリコン基板を使用している反射型のため、それを照明するためにバックライトでなくフロントライトを配する装置構成となる。反射型の液晶表示素子を用いた場合、装置全体の小型化を図るには、このフロントライトを装置内に適切に組み込む必要がある。
【０００４】
図３は、従来よりある、反射型液晶表示素子に表示された画像情報を接眼光学系を介して観察を行なうタイプの画像表示装置の概略構成を示している。点光源２０より発せられた光は、発散光束として偏光分離素子２３に入射されるが、偏光分離素子２３が曲面状の偏光分離面を有しているので、反射型液晶表示素子２４に入射される照明光は略平行光束とされる。一般に液晶表示素子は、光線の入射角度が変わるとコントラストが変化するという特性を有しているので、テレセントリック性が重要となることはよく知られたとおりである。
【０００５】
図３においては、偏光分離素子２３は放物面状の反射面を有しており、点光源２０がその焦点位置に配されている。偏光分離素子２３は点光源２０からの入射光のうち所定の偏光成分（例えばＳ偏光成分）のみを反射し、液晶表示素子２４に導く。この液晶表示素子２４において所定の画像情報に応じて変調された反射光（投映光）は、入射した偏光成分と直交する偏光成分（例えばＰ偏光成分）とされて偏光分離素子２３に再入射するので、偏光分離素子２３を透過して接眼光学系２５に入射される。
【０００６】
反射型液晶表示素子に対し垂直方向から照明光を入射させる構成においては、偏光分離素子を配して照明光と投映光を分離させる構成が一般的であるので、このような構成によれば、偏光分離素子２３を曲面状に形成することにより、部材点数を増加させることなく発散光束を略平行光束に変換して液晶表示素子２４に入射させることができる。したがって、画像表示装置全体の小型化に適した構成となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この構成は、画像表示素子に表示された画像情報を良好に観察できるかという点では、問題がある。図３に示されるとおり、この構成では液晶表示素子２４から接眼光学系２５を介して観察者の瞳までの光路中に、偏光分離素子２３という曲面を持った素子が挿入されていることになる。そのため、液晶表示素子２４からの投映光が偏光分離素子２３を透過する際に、この曲面の影響を受け、収差が増大したり、像が歪む等の悪影響がでる虞がある。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、反射型の画像表示素子に表示された画像情報を接眼光学系を介して拡大して観察する画像表示装置において、少ない部材数でありながら発散光束を集光させて画像表示素子に入射させ、かつ画像表示素子に表示された画像情報を良好に観察できる画像表示装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る画像表示装置は、光源からの光が、反射型画像表示素子において所定の画像情報に応じて変調され、投映光として射出されて接眼光学系を介し観察者の瞳に導かれる画像表示装置において、
前記光源からの光が発散される位置に配された、集光作用を有する照明光学系と、
この照明光学系により形成された照明光のうち所定の偏光成分を持つ光のみを反射または透過して、前記反射型画像表示素子へ導き、かつ、該反射型画像表示素子からの前記投映光のうち前記所定の偏光成分と直交する偏光成分を持つ光のみを透過または反射して、前記接眼光学系へ導く、屈折力がほぼ１とされた偏光分離素子とを備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、前記照明光学系により形成された前記照明光が略平行光束とされていることが好ましい。
【００１１】
また、前記照明光学系は１枚または複数枚のレンズにより構成されていてもよく、非球面ミラーにより構成されていてもよい。また、前記照明光学系はレンズとミラーを組み合わせて構成されていてもよい。
【００１２】
なお、上記「照明光のうち所定の偏光成分を持つ光のみを反射または透過して、前記反射型画像表示素子へ導き、かつ、該反射型画像表示素子からの前記投映光のうち前記所定の偏光成分と直交する偏光成分を持つ光のみを透過または反射して、前記接眼光学系へ導く」とは、照明光のうち所定の偏光成分を持つ光のみを反射して前記反射型画像表示素子へ導き、該反射型画像表示素子からの前記投映光のうち前記所定の偏光成分と直交する偏光成分を持つ光のみを透過して前記接眼光学系へ導くか、または、照明光のうち所定の偏光成分を持つ光のみを透過して前記反射型画像表示素子へ導き、該反射型画像表示素子からの前記投映光のうち前記所定の偏光成分と直交する偏光成分を持つ光のみを反射して前記接眼光学系へ導くかの、いずれかであることを示すものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の２つの実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。
【００１４】
光源１０より発せられた光は、発散された状態で、集光作用を有する照明光学系としてのレンズ１１に入射される。このレンズ１１により集光された照明光のうち所定の偏光成分を持つ光のみが偏光分離素子１３により反射されて、反射型画像表示素子としての反射型液晶表示素子１４へ導かれる。照明光は液晶表示素子１４において所定の画像情報に応じて変調されて反射され、投映光として射出される。この投映光は液晶表示素子１４において反射され上記所定の偏光成分と直交する偏光成分を持つ光とされている。この上記所定の偏光成分と直交する偏光成分を持つ光のみが偏光分離素子１３により透過されて、接眼光学系１５を介し観察者の瞳に導かれる。偏光分離素子１３は屈折力がほぼ１とされた、光学的にパワーを有さない平面状の部材である。偏光分離素子１３の偏光分離面は、例えば、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過するものとすることができる。
【００１５】
本実施形態によれば、液晶表示素子１４から接眼光学系１５を介して観察者の瞳までの光路中には、屈折力がほぼ１とされた、光学的にパワーを有さない平面状の偏光分離素子１３が配されているので、この面により収差が増大したり像が歪む等の悪影響が生ずる虞はなく、良好な光学性能を有した装置とすることができる。また、偏光分離素子１３の前段で発散光束を集光させるための部材としては、光源１０と偏光分離素子１３との間にレンズ１１を配しているだけであるので、従来タイプと比較すれば装置サイズは若干大きくなるが、十分用途に適った小型なものとすることができる。
【００１６】
なお、本実施形態においては反射型画像表示素子は液晶表示素子１４であるので、照明光は略平行光束であることが望ましく、レンズ１１は、入射する発散光束を集光し略平行光束として出射するようなレンズ１１とされていることが望ましい。また、レンズ１１は、必ずしも１枚のレンズからなるものに限られず、複数枚のレンズにより構成されていてもよい。また、照明光学系としては、レンズ１１の他に、光路を変向するためのミラーを備えることも可能である。
【００１７】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る画像表示装置の構成を示す概略図である。第１の実施形態に係る画像表示装置と同様の部分については同様の符号を付している。光源１０より発せられた光は、発散された状態で、集光作用を有する照明光学系としての非球面ミラー１２に入射され、反射される。この非球面ミラー１１により集光された照明光のうち所定の偏光成分を持つ光のみが偏光分離素子１３により反射されて、反射型画像表示素子としての液晶表示素子１４へ導かれる。その後は第１の実施形態と同様である。
【００１８】
本実施形態においても、液晶表示素子１４から接眼光学系１５を介して観察者の瞳までの光路中には、屈折力がほぼ１とされた、光学的にパワーを有さない平面状の偏光分離素子１３が配されているので、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、偏光分離素子１３の前段で発散光束を集光させるための部材としては、光源１０と偏光分離素子１３との間に非球面ミラー１２を配しているだけであるので、従来タイプと比較すれば装置サイズは若干大きくなるが、十分用途に適った小型なものとすることができる。
【００１９】
なお、本実施形態においては反射型画像表示素子は液晶表示素子１４であるので、照明光は略平行光束であることが望ましく、非球面ミラー１２は、入射する発散光束を集光し略平行光束として出射するように構成されていることが望ましい。放物面ミラーからなる非球面ミラー１２と、その焦点位置に配された光源１０とにより、このような構成が可能となる。また、集光作用を有する照明光学系としての非球面ミラー１２としては、このほか例えば、楕円面ミラーや双曲面ミラーを用いることも可能である。
【００２０】
なお、本発明に係る画像型表示装置としては、上記実施形態のものに対し種々の態様の変更が可能である。例えば、反射型画像表示素子としては、液晶表示素子に限られるものではない。一例としては、複数の微小鏡面素子を配列してなる微小鏡面素子パネル（ＤＭＤ素子）を用いることができる。
【００２１】
また、光源と接眼光学系との位置関係は上記実施形態として図示したものに限られない。光源から照明光学系を介し偏光分離素子に入射した光束のうち、所定の偏光成分を持つ光が透過されて反射型画像表示素子に入射され、その反射光のうちの上記所定の偏光成分と直交する偏光成分を持つ光が偏向分離素子で反射されて接眼光学系へ導かれるように構成することもできる。
【００２２】
また、光源としては、発散光が出力される点光源に限られるものではなく、照明光学系に入射される時点で発散光とされている場合には、本発明を適用可能である。具体的な光源としては、例えば、ＬＥＤやレーザを用いることができ、電球に比べ小型で長寿命の光源を得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明の画像表示装置によれば、反射型の画像表示素子に表示された画像情報を、観察者が接眼光学系を介して拡大して観察する画像表示装置において、偏光分離素子の前段で発散光束を集光させているので、液晶表示素子から接眼光学系を介して観察者の瞳までの光路中には、平面状の偏光分離素子を配することができ、良好な光学性能を有した装置とすることができる。また、発散光束を集光させるための照明光学系も簡易な構成であるので、小型な画像表示装置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の実施形態に係る画像表示装置の概略構成図
【図２】本発明の第２の実施形態に係る画像表示装置の概略構成図
【図３】従来の画像表示装置の概略構成図
【符号の説明】
１０、２０　　光源
１１　　レンズ
１２　　非球面ミラー
１３、２３　　偏光分離素子
１４、２４　　反射型画像表示素子
１５、２５　　接眼光学系
【図１】
2004045787.tif 000003
【図２】
2004045787.tif 000004
【図３】
2004045787.tif 000005