(57)【要約】      （修正有）【課題】サイズが増大することなく、レーザ光源から照射されたレーザ光束の光束拡大率を制御することにより、照射範囲を均一な光強度で照射することができる表示装置を提供する。【解決手段】ガウシアン分布であるレーザ光束を照射するレーザ光源１と、少なくとも１個の拡大レンズ５３ａと、少なくとも１個の集光レンズ６ｂとからなる拡大光学系６と、生成された画像が平行光束で照明される表示素子５とを備える表示装置１０であって、拡大レンズ５３ａと集光レンズ６ｂとの間に配置される筒形状の光学素子３を備え、光学素子３は、筒形状の内空間に拡大光束を入射し、一部の拡大光束を内周面で反射することにより、一部の拡大光束を集光レンズ６ｂに向けて出射するとともに、一部の拡大光束以外の残りの拡大光束を内周面で反射せずに集光レンズ６ｂに向けて出射する。【選択図】図１
2009134034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム断面の光強度がガウシアン分布であるレーザ光束を照射するレーザ光源と、
前記レーザ光束を拡大して、拡大光束を出射する少なくとも１個の拡大レンズと、前記拡大光束を平行化して、平行光束を出射する少なくとも１個の集光レンズとからなる拡大光学系と、
画像を生成するとともに、生成された画像が平行光束で照明される表示素子とを備える表示装置であって、
前記拡大レンズと集光レンズとの間に配置される筒形状の光学素子を備え、
前記光学素子は、前記筒形状の内空間に拡大光束を入射し、一部の拡大光束を内周面で反射することにより、当該一部の拡大光束を集光レンズに向けて出射するとともに、当該一部の拡大光束以外の残りの拡大光束を内周面で反射せずに集光レンズに向けて出射することで、
前記表示素子の周辺領域に出射される平行光束の輝度を、前記表示素子の中央領域に出射される平行光束の輝度に近づけることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
ビーム断面の光強度がガウシアン分布であるレーザ光束を照射するレーザ光源と、
前記レーザ光束を拡大して、拡大光束を出射する少なくとも１個の拡大レンズと、前記拡大光束を平行化して、平行光束を出射する少なくとも１個の集光レンズとからなる拡大光学系と、
画像を生成するとともに、生成された画像が平行光束で照明される表示素子とを備える表示装置であって、
前記拡大レンズと集光レンズとの間に配置される円錐台形状又は角錐台形状の光学素子を備え、
前記光学素子は、前記円錐台形状又は角錐台形状の上端面から内部に拡大光束を入射し、一部の拡大光束を側面で反射することにより、当該一部の拡大光束を集光レンズに向けて下端面から出射するとともに、当該一部の拡大光束以外の残りの拡大光束を側面で反射せずに集光レンズに向けて下端面から出射することで、
前記表示素子の周辺領域に出射される平行光束の輝度を、前記表示素子の中央領域に出射される平行光束の輝度に近づけることを特徴とする表示装置。
【請求項３】
ビーム断面の光強度がガウシアン分布であるレーザ光束を照射するレーザ光源と、
画像を生成するとともに、生成された画像が平行光束で照明される表示素子とを備える表示装置であって、
前記レーザ光源と表示素子との間に配置される円錐台形状又は角錐台形状の光学素子を備え、
前記光学素子の上端面は、凹曲面形状であり、前記レーザ光束が拡大された拡大光束となるように光束を入射し、
前記光学素子の下端面は、凸曲面形状であり、前記拡大光束が平行化された平行光束となるように光束を出射し、
前記光学素子は、一部の拡大光束を側面で反射することにより、当該一部の拡大光束を下端面に導くとともに、当該一部の拡大光束以外の残りの拡大光束を側面で反射せずに下端面に導くことで、
前記表示素子の周辺領域に出射される平行光束の輝度を、前記表示素子の中央領域に出射される平行光束の輝度に近づけることを特徴とする表示装置。
【請求項４】
前記光学素子の内周面又は側面は、前記レーザ光束の光軸に対して垂直となる面において、前記内周面又は側面で囲まれる面積がレーザ光源側から表示素子側に向かって徐々に大きくなるものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の表示装置。
【請求項５】
前記光学素子の内周面には、反射膜が形成されることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項６】
装着機構を備え、
前記装着機構により使用者の眼前に配置されることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腰のベルトや装身具等を介して身体に纏うウェアラブルコンピュータや、ナップサックやポケットに入れて携帯できる携帯電話器等の通信機器のような、卓上以外の環境で利用可能な情報機器のために用いられる表示装置に関し、特に装着機構により眼前に配置されるのに適した眼前装着用表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
身体に纏う形態の情報機器用の表示器としては、頭部に装着する形態が主流である。例えば、サイズが小さいまま、光学性能を満足させつつ視野角を大きくすることができる表示器が開示されている（例えば、特許文献１参照）。図５は、観察者の頭部に装着される表示器を示す図である。表示器は、ケーシング（図示せず）により覆われる表示装置Ｈ及び接眼光学系３０を備える。また、接眼光学系３０は、観察者の眼Ｅの前方に配置される第１光学素子１１と、第１光学素子１１の前方に空間４０を介して配置される第２光学素子１２とを有する。このような表示器において、表示装置Ｈから出射される画像表示光Ｌは、ハーフミラー等により構成される第１コンバイナ１１の反射面１１ａで反射された後に、ハーフミラー等により構成される第２コンバイナ１２の反射面１２ａで反射され、その後、第１コンバイナ１１を透過することにより、観察者の眼Ｅに導かれる。これにより、観察者は観察対象の虚像を視認できるとともに、第１コンバイナ１１及び第２コンバイナ１２を透過する光束により前方実在物も視認できる。
【０００３】
画像表示光Ｌを出射する表示装置Ｈとしては、例えば、図７及び図８に示すように、レーザ光束を前方（光軸方向）に照射する高輝度な可視光レーザ光源１と、凹レンズ５３ａと凸レンズ５３ｂとからなる拡大光学系５３と、画像を生成する透過型液晶表示パネル（表示素子）５とをこの順に備える表示装置５０が用いられている。このような表示装置５０では、可視光レーザ光源１から照射されたレーザ光束は、凹レンズ５３ａで拡大され、さらに凸レンズ５４ｂで平行化することによって、その光束拡大率（照射範囲）が制御されて、透過型液晶表示パネル５へ出射されることになる。
【特許文献１】特開２００１−１８８１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図９は、上述した表示装置５０における透過型液晶パネル５を含む平面での照射光強度分布（輝度分布）を示す図である。図９中のＹ軸は、透過型液晶表示パネル５の位置を、Ｘ軸は照射光強度（輝度）を示す。また、Ｘ軸とＹ軸との交点Ｏは、可視光レーザ光源１の光軸と透過型液晶表示パネル５との交点とする。
図９に示すように、透過型液晶表示パネル５上に照射される光束の光強度分布は、中央領域が高い傾向があり、輝度分布は均一になっていない。
ここで、可視光レーザ光源１から照射されるレーザ光束は、レーザ光束の中心（光軸）で発光強度が強く、周辺になるにつれて発光強度が弱くなるガウシアン分布を有する。
【０００５】
よって、可視光レーザ光源１から照射されるレーザ光束を凹レンズ５３ａで拡大して、その後、凸レンズ５３ｂで平行化した平行光束については、中心部（光軸）Ｌ１で光強度が強く（高輝度）、周辺部Ｌ２、Ｌ３になるにつれて光強度が弱く（低輝度）なるので、表示装置５０によって制御された照射範囲Ｍにおいて、透過型液晶表示パネル５の中心領域となる照射範囲の中心部が明るくなり、一方、透過型液晶表示パネル５の周辺領域となる照射範囲の周辺部が暗くなるといった輝度分布が生じていた。したがって、透過型液晶表示パネル５によって形成される虚像には輝度むらが生じていた。
なお、透過型液晶表示パネル５５の周辺領域となる照射範囲の周辺部が暗くならないように、光束の中心部（光軸）Ｌ１と周辺部Ｌ２とのみによって、透過型液晶表示パネル５を照明することも考えられるが、光束の周辺部Ｌ３が損失となり効率が悪くなる。
【０００６】
また、照射範囲Ｍを均一な光強度（輝度）で照射するために、拡大光学系５３と透過型液晶表示パネル５との間に、複数枚のレンズと２枚のフライアイレンズとを組み合わせた光学系を備える表示装置がある。しかしながら、このような光学系を追加することになるので、表示装置の光軸方向のサイズが増大するという問題点があった。
そこで、本発明は、サイズを増大することなく、レーザ光源から照射されたレーザ光束の光束拡大率を適切に制御することにより、照射範囲を効率よく均一な光強度（輝度）で照射することができる表示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】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明の表示装置は、ビーム断面の光強度がガウシアン分布であるレーザ光束を照射するレーザ光源と、前記レーザ光束を拡大して、拡大光束を出射する少なくとも１個の拡大レンズと、前記拡大光束を平行化して、平行光束を出射する少なくとも１個の集光レンズとからなる拡大光学系と、画像を生成するとともに、生成された画像が平行光束で照明される表示素子とを備える表示装置であって、前記拡大レンズと集光レンズとの間に配置される筒形状の光学素子を備え、前記光学素子は、前記筒形状の内空間に拡大光束を入射し、一部の拡大光束を内周面で反射することにより、当該一部の拡大光束を集光レンズに向けて出射するとともに、当該一部の拡大光束以外の残りの拡大光束を内周面で反射せずに集光レンズに向けて出射することで、前記表示素子の周辺領域に出射される平行光束の輝度を、前記表示素子の中央領域に出射される平行光束の輝度に近づけるようにしている。
【０００８】
ここで、「表示素子」としては、例えば、画像を照射する照明光（光束）が透過する透過型表示素子や、照明光が反射する反射型表示素子、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）等が挙げられる。
また、「拡大光束」とは、光軸に対して垂直な面において、光束が照射される面積が、光束の進行方向に向かって大きくなっていく光束のことをいう。
また、「平行光束」とは、光軸に対して垂直な面において、光束が照射される面積が、光束の進行方向に向かって略同一となる光束のことをいう。
なお、「光軸」とは、レーザ光源から照射された光束の軸のことをいう。
また、「筒形状の内周面」は、光軸に対して垂直となる面において、円環形状であってもよく、多角環形状であってもよい。さらに、「内周面」は、平面に限らず、曲面で形成されていてもよい。
【０００９】
本発明の表示装置によれば、レーザ光源から照射されるレーザ光束が、拡大レンズで拡大されて拡大光束となり、光学素子の内空間に入射する。その後、光学素子に入射した一部の拡大光束は、内周面で反射して集光レンズに出射され、一方、一部の拡大光束以外の残りの拡大光束は、内周面で反射せずに集光レンズに出射される。その後、集光レンズに出射された拡大光束は、平行化されて平行光束となり、表示素子に出射される。そして、表示素子が生成した画像が平行光束で照明される。これにより、観察者は観察対象の画像を視認することになる。
【００１０】
また、本発明の表示装置は、ビーム断面の光強度がガウシアン分布であるレーザ光束を照射するレーザ光源と、前記レーザ光束を拡大して、拡大光束を出射する少なくとも１個の拡大レンズと、前記拡大光束を平行化して、平行光束を出射する少なくとも１個の集光レンズとからなる拡大光学系と、画像を生成するとともに、生成された画像が平行光束で照明される表示素子とを備える表示装置であって、前記拡大レンズと集光レンズとの間に配置される円錐台形状又は角錐台形状の光学素子を備え、前記光学素子は、前記円錐台形状又は角錐台形状の上端面から内部に拡大光束を入射し、一部の拡大光束を側面で反射することにより、当該一部の拡大光束を集光レンズに向けて下端面から出射するとともに、当該一部の拡大光束以外の残りの拡大光束を側面で反射せずに集光レンズに向けて下端面から出射することで、前記表示素子の周辺領域に出射される平行光束の輝度を、前記表示素子の中央領域に出射される平行光束の輝度に近づけるようにしている。
【００１１】
本発明の表示装置によれば、レーザ光源から照射されるレーザ光束が、拡大レンズで拡大されて拡大光束となり、円錐台形状又は角錐台形状の光学素子の上端面から内部に入射する。その後、光学素子の内部に入射した一部の拡大光束は、側面で反射して集光レンズに出射され、一方、一部の拡大光束以外の残りの拡大光束は、側面で反射せずに集光レンズに出射される。その後、集光レンズに出射された拡大光束は、平行化されて平行光束となり、表示素子に出射される。そして、表示素子が生成した画像が平行光束で照明される。これにより、観察者は観察対象の画像を視認することになる。
【００１２】
また、本発明の表示装置は、ビーム断面の光強度がガウシアン分布であるレーザ光束を照射するレーザ光源と、画像を生成するとともに、生成された画像が平行光束で照明される表示素子とを備える表示装置であって、前記レーザ光源と表示素子との間に配置される円錐台形状又は角錐台形状の光学素子を備え、前記光学素子の上端面は、凹曲面形状であり、前記レーザ光束が拡大された拡大光束となるように光束を入射し、前記光学素子の下端面は、凸曲面形状であり、前記拡大光束が平行化された平行光束となるように光束を出射し、前記光学素子は、一部の拡大光束を側面で反射することにより、当該一部の拡大光束を下端面に導くとともに、当該一部の拡大光束以外の残りの拡大光束を側面で反射せずに下端面に導くことで、前記表示素子の周辺領域に出射される平行光束の輝度を、前記表示素子の中央領域に出射される平行光束の輝度に近づけるようにしている。
【００１３】
本発明の表示装置によれば、レーザ光源から照射されるレーザ光束が、円錐台形状又は角錐台形状の光学素子の上端面から内部に入射する。このとき、レーザ光束は、拡大されて拡大光束となり、光学素子の内部に入射する。その後、光学素子に入射した一部の拡大光束は、側面で反射して光学素子の下端面に導かれ、一方、一部の拡大光束以外の残りの拡大光束は、側面で反射せずに光学素子の下端面に導かれる。その後、拡大光束は、平行化されて平行光束となり、表示素子に出射される。そして、表示素子が生成した画像が平行光束で照明される。これにより、観察者は観察対象の画像を視認することになる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明の表示装置によれば、レーザ光源が、ビーム断面の光強度がガウシアン分布であるレーザ光束を照射しても、光学素子の内周面或いは側面で反射した光束成分が表示素子の周辺領域を照射するので、表示素子の周辺領域の輝度と中央領域の輝度との差を縮小することができ、その結果、表示素子の輝度分布を平均化することができる。
また、レーザ光源から照射されたレーザ光束の光束拡大率を適切に制御することにより、照射範囲を効率よく照射することができる。
さらに、複数枚のレンズと２枚のフライアイレンズとを組み合わせた光学系を追加するようなサイズを増大することもない。
【００１５】
（他の課題を解決するための手段および効果）
また、上記発明において、前記光学素子の内周面又は側面は、前記レーザ光束の光軸に対して垂直となる面において、前記内周面又は側面で囲まれる面積がレーザ光源側から表示素子側に向かって徐々に大きくなるものであるようにしてもよい。
これによれば、側面で反射した光束成分が表示素子の周辺領域を照射するように、光軸に対する側面の角度（θ°）を設定することで、表示素子の周辺領域の輝度を容易に調整することができる。
【００１６】
そして、上記発明において、前記光学素子の内周面には、反射膜が形成されるようにしてもよい。
ここで、「反射膜」としては、例えば、銀、アルミニウム等の金属膜が好ましい。
これによれば、光学素子の側面に反射膜を形成することで、側面から外部に漏れることによる光損失を確実になくして反射光を有効利用できる。
さらに、上記発明において、装着機構を備え、前記装着機構により使用者の眼前に配置されるようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
【００１８】
図５は、一実施形態である表示器の概略構成を示す図である。表示器は、ケーシング（図示せず）により覆われる表示装置Ｈ及び接眼光学系３０を備える。なお、表示器は、観察者の頭部や腕等の身体や、身体に装着されるヘルメットや眼鏡等に、ヘッドセット、ベルト、バンド、クリップ等（装着機構）を介して装着されたり、携帯電話や腕時計等の各種携帯機器に装着されたり、手に持った状態で使用されたりするものである。
図１は、本発明の一実施形態である表示装置の概略構成を示す図であり、図２は、図１に示す表示装置の一部の拡大図である。また、図３は、光学素子の斜視図である。
表示装置１０は、接眼光学系３０の上方に配置されるものであり、レーザ光束を前方（光軸方向）に照射する高輝度な可視光レーザ光源１と、凹レンズ５３ａと凸レンズ６ｂとからなる拡大光学系６と、凹レンズ５３ａと凸レンズ６ｂとの間に配置される光学素子３と、画像を生成する透過型液晶表示パネル（表示素子）５とを備える。
【００１９】
可視光レーザ光源１は、光束（例えば、ビーム拡がり角２ｍｒａｄ（０.１１°））を前方（光軸方向）に高指向性で照射するものである。ここで、可視光レーザ光源１から照射されるレーザ光束は、光束の中心（光軸）で発光強度が強く、周辺になるにつれて発光強度が弱くなるガウシアン分布を有する。
【００２０】
凹レンズ５３ａは、入射したレーザ光束を拡大するように、レーザ光源側面と表示素子側面とに凹曲面形状の一部を有する。
上記凹曲面形状は、ｘｙｚ座標空間において下記式（１）で示す形状関数により特定される。ここで、式（１）において、ρ２＝ｘ２＋ｙ２、ｃ＝１／Ｒである。なお、式（１）は、２次曲面係数Ｋと非球面係数αｉ（ｉ＝１〜ｎ）とが０であるときに、球面を表し、その球面の半径がＲとなる。
【００２１】
【数１】
2009134034.tif 000003
【００２２】
なお、凹曲面形状を定義する曲率ｃ、２次曲面係数Ｋ及び非球面係数αｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、表示装置１０における光束拡大率、透過型液晶表示パネル５から観察者の眼Ｅまでの光路長等に応じて、虚像を観察者の前遠方位置に明瞭に形成できるように決定される。
【００２３】
凸レンズ６ｂは、入射した拡大光束を平行化するように、レーザ光源側面を平面とするとともに、表示素子側面に凸曲面形状の一部を有する。
なお、本発明の表示装置１０では、光学素子３を備えているため、光軸に対して垂直となる面において、凸レンズ６ｂの面積を小さくすることができる。
上記凸曲面形状は、ｘｙｚ座標空間において下記式（１）で示す形状関数により特定される。ここで、式（１）において、ρ２＝ｘ２＋ｙ２、ｃ＝１／Ｒである。なお、式（１）は、２次曲面係数Ｋと非球面係数αｉ（ｉ＝１〜ｎ）とが０であるときに、球面を表し、その球面の半径がＲとなる。
【００２４】
【数２】
2009134034.tif 000004
【００２５】
なお、凸曲面形状を定義する曲率ｃ、２次曲面係数Ｋ及び非球面係数αｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、表示装置１０における光束拡大率、透過型液晶表示パネル５から観察者の眼Ｅまでの光路長等に応じて、虚像を観察者の前遠方位置に明瞭に形成できるように決定される。
【００２６】
光学素子３は、図３に示すように、４個の平板で形成された四角筒形状の側面３ａを有する。
また、光学素子３は、光軸に対して垂直となる面において、側面３ａで囲まれる面積がレーザ光源側面から表示素子側面に向かって徐々に大きくなっている。なお、側面３ａは、光軸方向Ｌ１に対し、レーザ光源側面から入射した一部の光束を反射して、反射光束を表示素子側面から透過型液晶表示パネル５の周辺領域に向かって出射するような角度（θ°）となるように設計されている。
さらに、側面３ａの内側全面には、銀、アルミニウム等の金属膜（図示せず）が形成される。これにより、側面３ａの反射率を向上させて反射光を有効利用できるようになっている。
そして、光学素子３は、凹レンズ５３ａと凸レンズ６ｂとの間に配置される。このとき、光学素子３のレーザ光源側面は、凹レンズ５３ａの表示素子側面を囲むように配置されるとともに、光学素子３の表示素子側面は、凸レンズ６ｂのレーザ光源側面を囲むように配置される。
【００２７】
ここで、表示装置１０が接眼光学系３０に画像表示光Ｌを出射する仕組みについて説明する。
まず、可視光レーザ光源１は、凹レンズ５３ａに向かってビーム断面の光強度がガウシアン分布となるレーザ光束を照射する。
次に、可視光レーザ１から凹レンズ５３ａに至ったレーザ光束は、凹レンズ５３ａのレーザ光源側面から入射し、凹レンズ５３ａの表示素子側面から出射される。このとき、拡大光束Ｌ１’は、凹レンズ５３ａの光軸上を直進するため、透過型液晶表示パネル５と垂直となる進行方向を維持したまま通過する。また、拡大光束Ｌ２’と拡大光束Ｌ３’とは、凹レンズ５３ａのレーザ光源側面で屈折し、さらに表示素子側面で屈折し、拡大するように出射される。
【００２８】
次に、凹レンズ５３ａから光学素子３に至った拡大光束Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３’は、光学素子３の内空間に入射し、内空間を通過して内空間から出射される。このとき、拡大光束Ｌ１’と拡大光束Ｌ２’とは、光学素子３の内空間で進行方向を維持したまま通過する。一方、光軸と所定角度以上である拡大光束Ｌ３’は、側面３ａで反射することにより、側面３ａで反射する前の進行方向より、光軸と平行となるように進行方向を変更して出射される。
次に、光学素子３から凸レンズ６ｂに至った拡大光束Ｌ１’、Ｌ２’、Ｌ３’は、凸レンズ６ｂのレーザ光源側面から入射し、凸レンズ６ｂの表示素子側面から出射される。このとき、平行光束Ｌ１は、凸レンズ６ｂの光軸上を直進するため、透過型液晶表示パネル５と垂直となる進行方向を維持したまま通過する。また、平行光束Ｌ２と平行光束Ｌ３とは、凸レンズ６ｂのレーザ光源側面で屈折し、さらに表示素子側面で屈折し、平行化するように出射される。
最後に、透過型液晶表示パネル５に至った平行光束Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、画像表示光Ｌとなり、後述する第１光学素子１１に向かうように出射される。このように、表示装置１０は、第１光学素子１１に向かって画像表示光Ｌを出射する。
【００２９】
図４は、透過型液晶パネル５を含む平面での照射光強度分布（輝度分布）を示す図である。図４中のＹ軸は、透過型液晶表示パネル５の位置を、Ｘ軸は照射光強度（輝度）を示す。また、Ｘ軸とＹ軸との交点Ｏは、可視光レーザ光源１の光軸と透過型液晶表示パネル５との交点とする。図４に示すように、透過型液晶表示パネル５上における輝度分布は、ほぼ均一となっている。
すなわち、光強度の強い平行光束Ｌ１は、透過型液晶表示パネル５の中心部を照射する。一方、光強度の少し弱い平行光束Ｌ２は、透過型液晶表示パネル５の周辺部を照射する。そして、光強度のさらに弱い平行光束Ｌ３が、透過型液晶表示パネル５の周辺部を照射する。
【００３０】
接眼光学系３０は、観察者の眼Ｅの前方に配置される第１光学素子１１と、第１光学素子１１の前方に空間４０を介して配置される第２光学素子１２とを有する。第１光学素子１１と第２光学素子１２とは、例えば、それぞれハーフミラーやホログラム素子により構成されるコンバイナである。よって、第１光学素子１１及び第２光学素子１２は、入射光を反射させるとともに、透過させるビームスプリット機能を有する。
ここで、第１光学素子１１の観察者側の反対面を、第１光路変更面１１ａとし、第１光学素子１１の観察者側の面を、第１通過面１１ｂとする。また、第２光学素子１２の観察者側の面を、第２光路変更面１２ａとし、第２光学素子１２の観察者側の反対面を第２通過面１２ｂとする。なお、第１光路変更面１１ａと第２光路変更面１２ａとの間は、空間４０となる。
【００３１】
第１光路変更面１１ａは、入射光を発散させる凸曲面形状であるとともに、第２光路変更面１２ａは、入射光を収束させる凹曲面形状である。なお、第１光路変更面１１ａ、第２光路変更面１２ａ、第１通過面１１ｂ及び第２通過面１２ｂは、例えば、「軸はずし回転対称非球面」である。
上記軸はずし回転対称非球面は、ｘｙｚ座標空間において下記式（１）で示す形状関数により特定される非球面において、その非球面の回転対称軸から偏心した中心を有する面で表される。ここで、式（１）において、ρ２＝ｘ２＋ｙ２、ｃ＝１／Ｒである。なお、式（１）は、２次曲面係数Ｋと非球面係数αｉ（ｉ＝１〜ｎ）とが０であるときに、球面を表し、その球面の半径がＲとなる。よって、非球面とは、式（１）において、少なくとも一つの非球面係数αｉが０でないことをいう。
【００３２】
【数３】
2009134034.tif 000005
【００３３】
なお、軸はずし回転対称非球面を定義する曲率ｃ、２次曲面係数Ｋ及び非球面係数αｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、透過型液晶表示パネル５のサイズに対する観察対象の虚像の倍率、透過型液晶表示パネル５から観察者の眼Ｅまでの光路長等に応じて、虚像を観察者の前遠方位置に明瞭に形成できるように決定される。
また、第１光学素子１１及び第２光学素子１２は、厚さが均一な板状体である。第１光学素子１１は、例えば、第１光路変更面１１ａと第１通過面１１ｂとが互いに同じ形状とされることで、厚さを均一にされる。一方、第２光学素子１２も、例えば、第２光路変更面１２ａと第２通過面１２ｂとが互いに同じ形状とされることで、厚さを均一にされる。
【００３４】
ここで、接眼光学系３０が画像表示光Ｌを観察者の眼Ｅに導く仕組みについて説明する。まず、表示装置１０から出射され、第１光路変更面１１ａに至った画像表示光Ｌは、第１光路変更面１１ａで第２光路変更面１２ａに向かうように反射する。さらに、第２光路変更面１２ａに至った画像表示光Ｌは、第２光路変更面１２ａで第１光路変更面１１ａに向かうように反射する。そして、第１光学素子１１に至った画像表示光Ｌは、第１光学素子１１を透過することにより、観察者の眼Ｅに導かれる。よって、接眼光学系３０は、画像表示光Ｌを観察者の眼Ｅに導くことで、観察対象の虚像を形成する。
【００３５】
以上のように、表示装置１０によれば、可視光レーザ光源１が、ビーム断面の光強度がガウシアン分布であるレーザ光束を照射しても、光学素子３の内周面３ａで反射した光束成分が透過型液晶表示パネル５の周辺領域を照射するので、透過型液晶表示パネル５の周辺領域の輝度と中央領域の輝度との差を縮小することができ、その結果、透過型液晶表示パネル５の輝度分布を平均化することができる。
また、可視光レーザ光源１から照射されたレーザ光束の光束拡大率を適切に制御することにより、照射範囲を効率よく照射することができる。
さらに、複数枚のレンズと２枚のフライアイレンズとを組み合わせた光学系を追加するようなサイズを増大することもない。
【００３６】
なお、上述したような透過型液晶表示パネル５に代えて、反射型液晶表示パネルが用いられる構成としてもよい。さらに、透過型液晶表示パネル５は、カラーフィルタを内蔵することでカラー画像を形成するものであってもよく、カラーフィルタのないモノクロ画像を形成するものであってもよい。
また、画像表示光Ｌを観察者の両方の眼に導くようにしてもよく、上記第２光路変更面は、全反射ミラーにより構成されてもよい。
【００３７】
また、上述したような光学素子３に代えて、円錐台形状又は角錐台形状の光学素子が用いられる構成としてもよい。
また、上述したような拡大光学系６と光学素子３とに代えて、図６に示すような光学素子４が用いられる構成としてもよい。図６は、光軸に平行に切断したときの光学素子を示す断面図である。
光学素子４は、略円錐台形状であり、凹曲面形状の一部を有するレーザ光源側面４ｂと、凸曲面形状の一部を有する表示素子側面４ｃと、側面４ａとを有する。なお、側面４ａは、空気と光学素子４との界面となる。
【００３８】
上記光学素子、凹レンズ、凸レンズ、第１光学素子及び第２光学素子を形成する材料としては、互いに同じでもよく、異なっていてもよく、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメタクリル酸（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィン、硝材等が挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、卓上以外の環境で使用する情報機器等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態である表示装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す表示装置の一部の拡大図である。
【図３】光学素子の斜視図である。
【図４】本発明の表示装置による透過型液晶表示パネルの位置と照射光強度との関係を示す図である。
【図５】一実施形態である表示器の概略構成を示す図である。
【図６】光学素子の他の一例を示す断面図である。
【図７】従来の表示装置の概略構成を示す図である。
【図８】図７に示す表示装置の一部の拡大図である。
【図９】従来の表示装置による透過型液晶表示パネルの位置と照射光強度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  レーザ光源
３  光学素子
５  透過型液晶表示パネル（表示素子）
６、５３  拡大光学系
６ｂ、５３ｂ  集光レンズ
１０、５０  表示装置
１１  第１光学素子
１２  第２光学素子
５３ａ  拡大レンズ
Ｌ  画像表示光
Ｅ  観察者の眼
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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