(57)【特許請求の範囲】
【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からなる光源、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の筐体とを備えており、
前記固定部は、前記第１の筐体を中心として左右対称に配置された２つの固定部材を有していることによって、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おり、
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表示装置。
【請求項２】
前記固定部材が、前記第１の筐体との間に前記眼鏡のつる部を挟み込む、可撓性を有するクリップであ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】
前記固定部材が、前記第１の筐体との間に前記眼鏡のつる部を挟み込むクリップと、前記クリップに設けられた開口部に挿入されて前記第１の筐体に設けられたねじ受け部と螺合する取付ねじとを有し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１〜３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項５】
前記第１の筐体と前記第２の筐体とが係合することによって生じる摩擦により、前記第２の筐体を任意の位置で前記第１の筐体に対して静止させておくことが可能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。
【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、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。そして、前記固定部は、前記第１の筐体を中心として左右対称に配置された２つの固定部材を有していることによって、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。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。
【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】
【００１５】
さらに、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。
また、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。
さらに、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。
請求項２の表示装置においては、前記固定部材が、前記第１の筐体との間に前記眼鏡のつる部を挟み込む、可撓性を有するクリップである。
請求項２によると、固定部材であるクリップが可撓性を有しているので、幅が異なる様々なつる部をも安定して挟み込むことができる。
請求項３の表示装置においては、前記固定部材が、前記第１の筐体との間に前記眼鏡のつる部を挟み込むクリップと、前記クリップに設けられた開口部に挿入されて前記第１の筐体に設けられたねじ受け部と螺合する取付ねじとを有している。
請求項３によると、第１の筐体をより確実に眼鏡に固定することができて、表示装置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。
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【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】
【００２３】
【００２４】
また、請求項５の表示装置においては、前記第１の筐体と前記第２の筐体とが係合することによって生じる摩擦により、前記第２の筐体を任意の位置で前記第１の筐体に対して静止させておくことが可能である。
【００２５】
請求項５によると、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、光軸がアイポイントに一致したことを使用者が確認した段階で第２の筐体を静止させれば、光軸をアイポイントに固定しておくことができる。
【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１６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θ11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θ12が比較的小さくなるだけでなく、網膜２４上の焦点２９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１６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ＬＥＤ１２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ＬＥＤ１２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ＬＥＤ１２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ＬＥＤ１２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ＲＧＢ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３９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５２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１８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１４、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６０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）＝ｃｏｓｎθ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θ22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（ｍｍ）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１８の位置が第５の参考例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５０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。
【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）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、ＬＣＤ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１６３）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１６７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１６６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。
【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１５４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２０６ａ、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、２０６ｂ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２００を眼鏡に取り付ける場合には、２本の挟持部２０６ａ、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２０１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１０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、固定部材である固定クリップ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２３２が含まれている。また、回転筐体２２４内には、白ＬＥＤ１２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の参考例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２２２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２２２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２２２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２２６、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１０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２４３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２２４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１００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。本実施の形態では、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。
【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】
さらに、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。
また、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。
さらに、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。
請求項２によると、固定部材であるクリップが可撓性を有しているので、幅が異なる様々なつる部をも安定して挟み込むことができる。
請求項３によると、第１の筐体をより確実に眼鏡に固定することができて、表示装置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。
【０１０７】
【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、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、光軸がアイポイントに一致したことを使用者が確認した段階で第２の筐体を静止させれば、光軸をアイポイントに固定しておくことができる。
【０１１０】
【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
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
【図１】
0004055283.tif 000002
【図２】
0004055283.tif 000003
【図３】
0004055283.tif 000004
【図４】
0004055283.tif 000005
【図５】
0004055283.tif 000006
【図６】
0004055283.tif 000007
【図７】
0004055283.tif 000008
【図８】
0004055283.tif 000009
【図９】
0004055283.tif 000010
【図１０】
0004055283.tif 000011
【図１１】
0004055283.tif 000012
【図１２】
0004055283.tif 000013
【図１３】
0004055283.tif 000014
【図１４】
0004055283.tif 000015
【図１５】
0004055283.tif 000016
【図１６】
0004055283.tif 000017
【図１７】
0004055283.tif 000018
【図１８】
0004055283.tif 000019
【図１９】
0004055283.tif 000020
【図２０】
0004055283.tif 000021
【図２１】
0004055283.tif 000022
【図２２】
0004055283.tif 000023
【図２３】
0004055283.tif 000024
【図２４】
0004055283.tif 000025
【図２５】
0004055283.tif 000026
【図２６】
0004055283.tif 000027
【図２７】
0004055283.tif 000028