JP2002098928A

JP2002098928A - 映像表示装置

Info

Publication number: JP2002098928A
Application number: JP2000290551A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Tanijiri; 靖谷尻; Takeshi Endo; 毅遠藤
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2002-04-05

Abstract

(57)【要約】【課題】映像を表示する表示部と接眼光学系を備え顔
前にて使用される映像表示装置であって、接眼光学系と
使用者の眼の位置関係にかかわらず映像の観察が容易
で、しかも鮮明な映像を提供することが可能なものを提
供する。【解決手段】接眼光学系をホログラム素子で構成し、
ホログラム素子が表示部からの光を異なる方向に回折す
るように設定して、接眼光学系に複数の射出瞳をもたせ
る。射出瞳は、人の瞳孔よりも少し大きい程度とし、上
下方向もしくは左右方向または両方向に並べる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、顔前にて使用さ
れ、接眼光学系により表示部に表示した映像の虚像を提
供する個人用の映像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、顔前にて使用され、表示部に表示
した映像の光を接眼光学系により眼に導いて映像の虚像
を提供する映像表示装置が、個人（一人）用の映像提供
手段として提案されている。

【０００３】例えば、特開平１１−６４７８１号公報に
は、眼鏡型の形態で、表示部が眼鏡レンズの周辺部に配
置され、接眼光学系であるホログラム素子が眼鏡レンズ
の表面に貼り付けられた映像表示装置が開示されてい
る。使用者の眼には眼鏡レンズを透過した外界からの光
とホログラム素子によって反射された表示部からの光が
導かれ、使用者は外界の像と共にその一部に重なる映像
の拡大虚像を観察することができる。表示部が視野の周
辺に位置するため、外界からの光が表示部の筺体によっ
て遮られ難く、外界を広く観察することが可能である。

【０００４】また、特開平６−５１２３９号公報には、
ゴーグル型の形態で、複数の表示部を備えた映像表示装
置が開示されている。接眼光学系としてはホログラム素
子が用いられており、各表示部からの光はホログラム素
子の同一部位または異なる部位で反射されて眼に導かれ
る。外界からの光を眼に導くようにしていないため外界
を観察することはできないが、複数の表示部を備えたこ
とにより広視野かつ高精細な映像を観察することができ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の映像
表示装置では、接眼光学系の射出瞳が小さいため、接眼
光学系と使用者の眼の位置関係によっては、映像が観察
し難くなるという問題がある。すなわち、映像の各点か
らの光束径が小さいため、使用者の瞳孔が光束から外れ
易く、観察される映像の一部に欠落が生じがちである。
特に、広視野の映像を提供する場合は、瞳孔の移動量が
大きくなって、この問題は顕著になる。接眼光学系の射
出瞳を大きくすれば映像の観察は容易になるが、射出瞳
を大きくすると、光学系が大きくなって装置も大型化
し、また、光学的収差が大きくなってしまう。

【０００６】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、接眼光学系と使用者の眼の位置関係にかか
わらず映像の観察が容易で、しかも鮮明な映像を提供す
ることが可能な小型軽量の映像表示装置を実現すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、映像を表示する表示部と接眼光学系を
備え、接眼光学系が眼の前に位置する状態で使用され
て、表示部からの光を接眼光学系により眼に導いて表示
部が表示した映像の虚像を提供する映像表示装置におい
て、接眼光学系が複数の射出瞳を有するものとする。

【０００８】この映像表示装置では、使用者の瞳孔が複
数の射出瞳のいずれかの内部に入れば表示部からの光が
眼に入射することになり、接眼光学系に対する眼の位置
が一定でなくても映像を観察することができる。また、
個々の射出瞳を大きくする必要がないため、光学的収差
が生じ難く、しかも、小型軽量の装置となる。

【０００９】ここで、射出瞳を通る表示部からの光の進
行方向が射出瞳ごとに異なるようにするとよい。瞳孔が
２つの射出瞳にまたがり、２つの映像（虚像）を観察す
ることになるときでも、光の進行方向の違いにより視野
内での両映像の位置に差が生じるから、映像が重なって
見づらくなるという事態を避けることができる。

【００１０】射出瞳が眼と接眼光学系を結ぶ方向に対し
て垂直な方向に互いに離間しているようにしてもよい。
瞳孔が２つの射出瞳にまたがるのを避けることが容易に
なる。射出瞳間の間隔を瞳孔の直径以上とすれば、瞳孔
が２つの射出瞳にまたがることがなく、映像の重なりを
確実に避けることができる。

【００１１】表示部からの光に波長の異なるものが含ま
れ、波長の異なる光が互いに分離して異なる射出瞳を通
るようにしてもよい。映像の色が射出瞳ごとに相違する
ことになり、２つの映像が重なるときでも、両映像を容
易に識別することができる。

【００１２】表示部からの光に波長の異なるものが含ま
れ、波長の異なるいずれの光も全ての射出瞳を通るよう
にしてもよい。このようにすると、波長の異なる光の相
対強度の設定次第で、どの射出瞳においてもカラー映像
を観察することが可能になる。

【００１３】接眼光学系はホログラム素子で構成すると
よい。ホログラム素子は同一方向から同一部位に入射す
る光を複数の方向に導く設定とすることが容易であり、
複数の射出瞳を有しながら小型の接眼光学系とすること
ができる。また、反射光と透過光の双方を眼に導くこと
ができるため、映像のみならず外界も観察することがで
きるようになる。

【００１４】上記の映像表示装置は、接眼光学系を保持
し使用時に眼に対面する透明な板状部材を備える構成と
することができる。使用者の眼には板状部材を透過した
外界からの光も入射することになり、映像と共に外界を
観察することができる。接眼光学系をホログラム素子と
すれば、映像により外界が遮られることもない。

【００１５】板状部材がその端部より入射する表示部か
らの光を内部で反射して接眼光学系に導くようにすると
よい。板状部材を大きくかつ薄くして表示部を使用者の
視野外に位置させることが可能になり、装置の重量化を
抑えながら、外界に対して広い視野を確保することがで
きる。

【００１６】板状部材が光学的パワーを有するようにし
てもよい。板状部材のパワーにより視度調節が可能にな
り、視力の低下した使用者でも他の矯正手段を用いるこ
となく外界を鮮明に観察することができる。

【００１７】使用者の頭部に装着するための装着部材を
備えるようにしてもよい。手で保持する必要がなくな
り、使い勝手のよい装置となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の映像表示装置の実
施形態について図面を参照しながら説明する。第１の実
施形態の映像表示装置１の外観を図１に示す。映像表示
装置１は、映像を表示する表示部１１Ｒ、表示部１１Ｒ
からの光を反射する反射型のホログラム素子１２Ｒ、透
明で板状の１対の透明板１３Ｌ、１３Ｒ、透明板１３
Ｌ、１３Ｒを連結する連結部１５、１対のテンプル１６
Ｌ、１６Ｒ、および１対の鼻当て１７Ｌ、１７Ｒを備え
ている。

【００１９】映像表示装置１は、全体としておおよそ眼
鏡のような形状を有しており、眼鏡と同様、透明板１３
Ｌ、１３Ｒがそれぞれ左右の眼に対面するように頭部に
装着される。テンプル１６Ｌ、１６Ｒはそれぞれ透明板
１３Ｌ、１３Ｒの端部に取り付けられており、鼻当て１
７Ｌ、１７Ｒは連結部１５に取り付けられている。テン
プル１６Ｌ、１６Ｒと鼻当て１７Ｌ、１７Ｒは、頭部に
支持されるとともに、透明板１３Ｌ、１３Ｒを支持する
装着部材である。

【００２０】表示部１１Ｒは透明板１３Ｒの上端部に固
定されている。装着時には、表示部１１Ｒは使用者の視
野の外に位置し、視界を妨げることがない。表示部１１
Ｒの動作は、ケーブル１８を介して接続されている制御
装置（不図示）によって制御される。透明板１３Ｌ、１
３Ｒは、通常の眼鏡のレンズと同様、楕円形に近い外形
を有しており、視野の略全体に相当する大きさである。
透明板１３Ｌ、１３Ｒは前面（眼から遠い表面）と後面
（眼に近い表面）を互いに平行な平面とされており、光
学的パワーを有していない。

【００２１】ホログラム素子１２Ｒは長方形の薄板状で
あり、透明板１３Ｒの中央付近の内部に設けられてい
る。透明板１３Ｒはホログラム素子１２Ｒを保持し、装
着時にホログラム素子１２Ｒを右眼の直前に位置させ
る。ホログラム素子１２Ｒは、透明板１３Ｒの表面に対
して傾斜しており、装着時にはその下端が上端よりも顔
面に近くなる。表示部１１Ｒからの光はホログラム素子
１２Ｒによって反射されて右眼に入射する。また、外界
からの光は透明板１３Ｒを透過して右眼に入射する。

【００２２】ホログラム素子１２Ｒは、その反射光が表
示部１１Ｒの映像の拡大虚像を表すように設定されてお
り、接眼光学系として機能する。提供される虚像は、表
示部１１Ｒの実像の十倍程度またはそれ以上の大きさで
あり、眼の前方１〜数ｍの距離に位置する。また、ホロ
グラム素子１２Ｒは外界からの光を透過させるように設
定されており、したがって、映像の虚像は外界の像の中
央部に重なって観察される。

【００２３】表示部１１Ｒと透明板１３Ｒの垂直断面を
図２に示し、透明板１３Ｒの水平断面を図３に示す。表
示部１１Ｒは、透過型の液晶表示器（ＬＣＤ）１１ａ、
発光ダイオード（ＬＥＤ）１１ｂ、レンズ１１ｃ、およ
びこれらを収容する筺体１１ｄより成る。ＬＥＤ１１ｂ
は、ＬＣＤ１１ａを照明するための所定波長の光を発
し、レンズ１１ｃは、ＬＥＤ１１ｂからの光をＬＣＤ１
１ａの全面に均一に導く。ＬＣＤ１１ａは映像を表示
し、レンズ１１ｃを介してＬＥＤ１１ｂより与えられる
光を変調する。

【００２４】透明板１３Ｒは２つの素片１３ａ、１３ｂ
を接合して作製されている。素片１３ａ、１３ｂの屈折
率は等しく、また、両者の表面は連続している。素片１
３ａ、１３ｂの接合面は表面に対して傾斜しており、こ
の接合面にホログラム素子１２Ｒが設けられている。素
片１３ａの上端部は、縁に近づくほど前面側に膨らむく
さび状とされており、このくさび状の部位を前後から挟
むようにして筺体１１ｄが固定されている。

【００２５】ＬＣＤ１１ａによって変調された光は、素
片１３ａの上端面より透明板１３Ｒに入射し、後面に達
する。ＬＥＤ１１ｂ、レンズ１１ｃ、ＬＣＤ１１ａは、
透明板１３の後面に対する光の入射角が臨界角を超える
ように配置されており、後面に達した光は全反射され
る。後面で反射された光は前面でも全反射され、透明板
１３Ｒ内で数回の全反射を繰り返してホログラム素子１
２Ｒに入射する。このように複数回の反射により光をホ
ログラム素子１２Ｒに導くことで、透明板１３Ｒを大き
くかつ薄くすることができる。透明板１３Ｒの厚さは３
ｍｍ程度またはそれ以下である。

【００２６】ホログラム素子１２Ｒは、各部位に入射し
た光を略水平な方向（透明板１３の後面に対して略垂直
な方向）、水平方向よりもやや斜め上の方向、および水
平方向よりもやや斜め下の方向の３方向に回折して、垂
直（上下）方向に３つの射出瞳１４Ｃ、１４Ｕ、１４Ｄ
を形成するように設定されている。これら３方向に回折
される光の強度は、いずれも入射光の強度の１／３であ
る。射出瞳１４Ｃ、１４Ｕ、１４Ｄはいずれも、開いた
状態の人の瞳孔の直径（約２ｍｍ）よりも少し大きい直
径３ｍｍの大きさである。また、射出瞳１４Ｕの下端と
射出瞳１４Ｄの上端がそれぞれ射出瞳１４Ｃの上端と下
端に近接している。

【００２７】したがって、映像表示装置１は、上下方向
９ｍｍ、左右方向３ｍｍの範囲に射出瞳を有することに
なり、使用者はこの広い範囲内に瞳孔がある限り映像
（拡大虚像）を観察することができる。しかも、個々の
射出瞳１４Ｃ、１４Ｕ、１４Ｄがあまり大きくないた
め、光学的収差が生じ難く、観察される映像は鮮明であ
る。

【００２８】瞳孔が射出瞳１４Ｃ、１４Ｕ、１４Ｄのい
ずれか１つの内部にある状態では、観察される映像はた
だ１つとなり、瞳孔が２つの射出瞳１４Ｃ、１４Ｕまた
は射出瞳１４Ｃ、１４Ｄにまたがる状態では、観察され
る映像は２つとなる。射出瞳１４Ｕを介して観察される
映像は、射出瞳１４Ｃを介して観察される映像よりも下
方に位置し、射出瞳１４Ｄを介して観察される映像は、
射出瞳１４Ｃを介して観察される映像よりも上方に位置
する。

【００２９】図２、図３において、符号Ａは使用者が真
正面を見ているときの視線であり、以下、これを正視線
という。正視線Ａを基準に、上方を正として、射出瞳１
４Ｃの視野（射出瞳１４Ｃを介して観察される映像の範
囲）の上端および下端の角度をそれぞれＣU、ＣD、射出
瞳１４Ｕの視野の上端および下端の角度をＵU、ＵD、射
出瞳１４Ｄの視野の上端および下端の角度をＤU、ＤDで
表すとき、各角度は、ＣU＜０（ＣU≒０）、ＣD＜０、
ＵU＜０、ＵD＜０、ＤU＞０、ＤD＞０（ＤD≒０）、ＵU
＜ＣD、かつＣU−ＣD＝ＵU−ＵD＝ＤU−ＤDの関係とな
るように定められている。

【００３０】ここで、ＣD＜０、ＵU＜０であるが、ＵU
＜ＣDすなわち・ＵU・＞・ＣD・であるため、瞳孔が射
出瞳１４Ｃ、１４Ｕにまたがり２つの映像が観察される
ときでも、それらの映像のどの部分も重なり合うことが
ない。また、ＤD＞ＣUであるから、瞳孔が射出瞳１４
Ｃ、１４Ｄにまたがり２つの映像が観察されるときで
も、それらの映像のどの部分も重なり合うことがない。
なお、射出瞳１４Ｕ、１４Ｄの水平方向の視野は、図３
に示した射出瞳１４Ｃの視野と同じである。

【００３１】射出瞳１４Ｃ、１４Ｕ、１４Ｄを介してそ
れぞれ観察される映像ＶＣ、ＶＵ、ＶＤの使用者の全視
野内での位置関係を図４に示す。上述の設定により、使
用者は、中央の射出瞳１４Ｃを介しては略正面に、上の
射出瞳１４Ｕを介しては下方に、下の射出瞳１４Ｄを介
しては上方に、映像ＶＣ、ＶＵ、ＶＤを観察することに
なる。なお、上下の射出瞳１４Ｕ、１４Ｄを介して同時
に映像を観察するという事態が生じることはなく、射出
瞳１４Ｕを介して映像ＶＵを観察するときと、射出瞳１
４Ｄを介して映像ＶＤを観察するときとで、使用者の眼
の上下方向の位置は異なる。

【００３２】表示部１１ＲのＬＥＤ１１ｂは５５０ｎｍ
の波長の光を発する。光の波長とホログラム素子１２Ｒ
の反射率および透過率の関係を図５に示す。ホログラム
素子１２Ｒは、５５０±１０ｎｍの波長域の光を回折す
るように設定されており、この波長域の光のみを回折し
て反射し、この波長域外の光のほとんど全てを透過させ
る。

【００３３】したがって、表示部１１Ｒからの光が全て
射出瞳１４Ｃ、１４Ｕ、１４Ｄに導かれて、明るい映像
を観察することができるとともに、外界もほとんど色づ
くことなく自然に観察される。

【００３４】射出瞳１４Ｃ、１４Ｕ、１４Ｄを介して観
察される映像の色はどれも同じであるが、２つの映像が
同時に観察されるときでも、映像が重なり合わないた
め、各映像が見づらくなるという不都合は生じない。ま
た、ホログラム素子１２Ｒにより３方向に回折された光
の強度は等しいから、射出瞳１４Ｃ、１４Ｕ、１４Ｄを
介して観察される映像の明るさは同じであり、明るさの
違いによる違和感も生じない。

【００３５】なお、本実施形態では使用者の右眼に映像
を提供する構成としているが、左眼に映像を提供するよ
うにしてもかまわない。また、後述するように、両眼に
映像を提供する構成とすることもできる。

【００３６】以下、他の実施形態の映像表示装置につい
て説明するが、映像表示装置１の構成要素と同一または
類似の機能を有する構成要素は同じ符号で表して、重複
する説明は省略する。

【００３７】第２の実施形態の映像表示装置２は、接眼
光学系であるホログラム素子１２Ｒの回折特性を変更す
るとともに、表示部１１ＲのＬＥＤ１１ｂとして、赤色
（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）光をそれぞれ発す
る３種を備えたものである。他の構成は映像表示装置１
と同じであり、映像表示装置２は図１に示した外観を有
する。

【００３８】映像表示装置２の表示部１１Ｒと透明板１
３Ｒの垂直断面を図６に示し、透明板１３Ｒの水平断面
を図７に示す。映像表示装置２では、ホログラム素子１
２Ｒは、各部位に入射する表示部１１Ｒからの光を、正
視線Ａに略沿う方向、正視線Ａよりもやや斜め左の方
向、および正視線Ａよりもやや斜め右の方向に回折し
て、水平（左右）方向に３つの射出瞳１４Ｃ、１４Ｌ、
１４Ｒを形成するように設定されている。

【００３９】ＬＥＤ１１ｂは、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光とし
て、６３０ｎｍ、５２０ｎｍ、４６５ｎｍの波長の光を
発する。ホログラム素子１２Ｒは、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の
いずれについても、３方向に１／３ずつ回折する。した
がって、射出瞳１４Ｃ、１４Ｌ、１４Ｒのいずれにも３
色の光が導かれ、射出瞳間で各色光の強度に差はない。

【００４０】映像表示装置２ではカラー映像を提供す
る。カラー映像の提供は、ＬＣＤ１１ａが表示する映像
の色成分とＬＥＤ１１ｂが発する色光が対応するよう
に、ＬＣＤ１１ａの表示とＬＥＤ１１ｂの発光を同期を
取って制御することで行う。例えば、ＬＣＤ１１ａに映
像のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分を順に表示させ、これと同
期して、ＬＥＤ１１ｂにＲ光、Ｇ光、Ｂ光の発光を行わ
せる。

【００４１】ホログラム素子１２Ｒは、１つの感光材料
を用い、上記の３波長の光で順次干渉縞を形成すること
によって作製する。各段階で形成する干渉縞は、３方向
に等しい強度で光を回折するように形成する。これによ
り、射出瞳１４Ｃ、１４Ｌ、１４Ｒのいずれを介して観
察される映像も、明るさおよび色合いが同じになる。光
の波長とホログラム素子１２Ｒの反射率および透過率の
関係は、上記３波長に対応して反射率のピークが３つあ
ることを除き、図５に示したものと同様である。

【００４２】射出瞳１４Ｃ、１４Ｌ、１４Ｒは、映像表
示装置１の射出瞳１４Ｃ、１４Ｕ、１４Ｄと同様、直径
３ｍｍの大きさであり、互いに近接している。したがっ
て、映像表示装置２は、上下方向３ｍｍ、左右方向９ｍ
ｍの範囲に射出瞳を有することになり、使用者はこの広
い範囲内に瞳孔がある限り映像を観察することができ
る。

【００４３】正視線Ａを基準に、左方を正として、射出
瞳１４Ｃの視野の左端および右端の角度をそれぞれＣ
L、ＣR、射出瞳１４Ｌの視野の左端および右端の角度を
それぞれＬL、ＬR、射出瞳１４Ｒの視野の左端および右
端の角度をＲL、ＲDで表すとき、各角度は、ＣL＞０、
ＣR＜０、ＬL＞０、ＬR＜０、ＲL＞０、ＲR＜０、・ＣL
・＝・ＣR・、・ＬL・＝・ＲR・、・ＬR・＝・ＲL・、
かつＣL−ＣR＝ＬL−ＬR＝ＲL−ＲRの関係となるように
定められており、視野は左右対称である。

【００４４】ただし、ＬL＞ＣR、ＲR＜ＣLであるため、
射出瞳１４Ｃの視野と射出瞳１４Ｌの視野が部分的に重
なり、射出瞳１４Ｃの視野と射出瞳１４Ｒの視野が部分
的に重なる。したがって、瞳孔が２つの射出瞳にまたが
ると、観察される２つの映像も重なることになる。しか
し、カラー映像であるため、映像中の左右の部分の色が
相違することが多く、映像の識別は難しくない。

【００４５】第３の実施形態の映像表示装置３は、第１
の実施形態の映像表示装置１のホログラム素子１２Ｒの
回折特性を変更したものである。表示部１１Ｒと透明板
１３Ｒの垂直断面を図８に示し、透明板１３Ｒの水平断
面を図９に示す。

【００４６】映像表示装置３では、ホログラム素子１２
Ｒは、各部位に入射する表示部からの光を、正視線Ａに
略沿う方向、正視線Ａよりも斜め上の方向、正視線Ａよ
りも斜め下の方向、正視線Ａに略平行で左寄りの方向、
正視線Ａに略平行で右寄りの方向に回折して、５つの射
出瞳１４Ｃ、１４Ｕ、１４Ｄ、１４Ｌ、１４Ｒを形成す
るように設定されている。具体的には、ホログラム素子
１２Ｒは、上下方向については異なる角度で回折し、左
右方向については中央部、左半分、右半分がそれぞれ同
方向に回折するように設定されている。

【００４７】各射出瞳は、前述のように、直径３ｍｍの
大きさである。全ての射出瞳は正視線Ａに関して垂直な
方向に互いに離間しており、射出瞳１４Ｃと射出瞳１４
Ｕ、１４Ｄ、１４Ｌ、１４Ｒとの間隔Ｗはいずれも２ｍ
ｍで、人の瞳孔の直径程度である。したがって、映像表
示装置３は、上下方向１３ｍｍ、左右方向１３ｍｍの広
い範囲に射出瞳を有することになる。使用者はいずれか
の射出瞳に瞳孔がある限り映像を観察することができ
る。

【００４８】全ての射出瞳が瞳孔の直径程度離間してい
るため、瞳孔が２つの射出瞳にまたがることはない。つ
まり、使用者は一時にただ１つの映像だけを観察するこ
とになる。

【００４９】なお、ここでは射出瞳を５つとしている
が、射出瞳１４Ｌ、１４Ｒの上下に射出瞳を追加して９
つの射出瞳を有するようにしてもよいし、さらに多くの
射出瞳を有するようにしてもよい。ホログラム素子は自
由に回折特性を設定することができるから、そのような
接眼光学系の作製も容易である。

【００５０】第４の実施形態の映像表示装置４は、第３
の実施形態の映像表示装置１のホログラム素子１２Ｒの
回折特性を変更するとともに、表示部１１ＲのＬＥＤ１
１ｂとして、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光をそれぞれ発する３種を
備えたものである。ＬＥＤ１１ｂは、第２の実施形態の
映像表示装置２と同様に、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光として、６
３０ｎｍ、５２０ｎｍ、４６５ｎｍの波長の光を発す
る。

【００５１】表示部１１Ｒと透明板１３Ｒの垂直断面を
図１０に示し、透明板１３Ｒの水平断面を図１１に示
す。ホログラム素子１２Ｒは、表示部１１Ｒからの光を
５方向に回折して、５つの射出瞳１４Ｃ、１４Ｕ、１４
Ｄ、１４Ｌ、１４Ｒを形成する。各射出瞳の大きさは３
ｍｍである。

【００５２】垂直（上下）方向の３つの射出瞳１４Ｃ、
１４Ｕ、１４Ｄの位置関係は第１の実施形態の映像表示
装置１のものと全く同じであり、これらの射出瞳は近接
している。水平（左右）方向の３つの射出瞳１４Ｃ、１
４Ｌ、１４Ｒの位置関係は映像表示装置３のものに類似
しているが、離間距離は小さくなっている。したがっ
て、使用者の瞳孔が、上下方向の２つの射出瞳にまたが
ることもあれば、左右方向の２つの射出瞳にまたがるこ
ともあり、また、３つの射出瞳（１４Ｃと例えば１４
Ｕ、１４Ｌ）にまたがることもある。

【００５３】射出瞳１４Ｃ、１４Ｕ、１４Ｄ、１４Ｌ、
１４Ｒには、表示部１１ＲからのＲ光、Ｇ光、Ｂ光のう
ち、いずれか１の色光のみが導かれる。隣合う射出瞳に
導かれる色光は異なり、例えば、射出瞳１４ＣにはＲ
光、射出瞳１４Ｕ、１４ＤにはＧ光、射出瞳１４Ｌ、１
４ＲにはＢ光が導かれる。したがって、使用者の瞳孔が
２つまたは３つの射出瞳にまたがり２つまたは３つの映
像が観察されるときでも、色が相違するため、映像の識
別は容易である。

【００５４】ホログラム素子１２Ｒは、上記の波長の光
を用いて個別に干渉縞を形成した３つの感光材料を積層
して作製されている。各感光材料の干渉縞は、所定方向
にのみ回折を生じるように、かつ、感光に用いる光の波
長（例えば６３０ｎｍ）±１０ｎｍの波長域のみを回折
するように形成されている。したがって、ＬＥＤ１１ｂ
がＲ光、Ｇ光、Ｂ光を同時に発しても射出瞳１４Ｃ、１
４Ｕ、１４Ｄ、１４Ｌ、１４Ｒの各々に導かれる色光に
他の色光が混じることはなく、また、光の損失もない。

【００５５】なお、ここではＬＥＤ１１ｂの発する光の
波長が大きく相違する設定としているが、光の利用効率
の観点からは、このように波長を大きく相違させる必要
はなく、例えば、ＬＥＤ１１ｂが発する光の波長を５０
０、５２０、５４０ｎｍとし、５００±１０、５２０±
１０、５４０±１０ｎｍの波長域の光を回折するように
干渉縞を形成した３つの感光材料を積層してホログラム
素子１２Ｒを作製してもよい。ただし、その場合、瞳孔
が２つ以上の射出瞳にまたがる場合の映像の色の違いは
小さくなる。

【００５６】第５の実施形態の映像表示装置５は、第２
実施形態の映像表示装置２のホログラム素子１２Ｒの回
折特性を変更したものである。映像表示装置５の透明板
１３Ｒの水平断面を図１２に示す。映像表示装置２との
違いは、ホログラム素子１２Ｒが、水平（左右）方向の
異なる部位で表示部１１Ｒからの光を回折し、３つの射
出瞳１４Ｃ、１４Ｌ、１４Ｒが使用者の眼の回旋点Ｐを
中心とする円弧上に並ぶようにした点にある。

【００５７】射出瞳１４Ｃ、１４Ｌ、１４Ｒの視野の左
端および右端の角度を前述のように表すとき、各角度
は、ＣL＞０、ＣR＜０、ＬL＞０、ＬR＞０、ＲL＜０、
ＲR＜０、・ＣL・＝・ＣR・、・ＬL・＝・ＲR・、・ＬR
・＝・ＲL・、ＬR＞ＣL、ＲL＜ＣR、かつＣL−ＣR＝ＬL
−ＬR＝ＲL−ＲRの関係となるように定められている。
ＬR＞ＣL、ＲL＜ＣRであるから、射出瞳１４Ｌ、１４Ｒ
を介して観察される映像は、射出瞳１４Ｃを介して観察
される映像に重ならない。

【００５８】また、射出瞳１４Ｃ、１４Ｌ、１４Ｒは眼
の回旋点Ｐを中心とする円弧上にあるから、使用者が左
右方向に眼を回旋させても、瞳孔がいずれかの射出瞳に
入り、しかも、視線の方向と視野の方向が一致する。し
たがって、きわめて容易に映像を観察することができ
る。

【００５９】第６の実施形態の映像表示装置６について
説明する。映像表示装置６は、上述の各実施形態の映像
表示装置１〜５と同様の外観を有するが、ホログラム素
子１２Ｒに代えて、自由曲面のミラー１９Ｒを接眼光学
系として透明板１３Ｒに備えたものである。表示部１１
Ｒと透明板１３Ｒの垂直断面を図１３に示し、透明板１
３Ｒの水平断面を図１４に示す。ミラー１９Ｒは、水平
（左右）方向に並んだ３つの部位１９ａ、１９ｂ、１９
ｃより成り、各部位とも表示部１１Ｒからの光に対して
凹面である。

【００６０】ミラー１９Ｒは、表示部１１Ｒからの光を
中央の部位１９ａで正視線Ａに沿う方向に反射し、左右
の部位１９ｂ、１９ｃでやや内側に向けて反射して、左
右方向に３つの射出瞳１４Ｃ、１４Ｌ、１４Ｒを形成す
る。射出瞳１４Ｃ、１４Ｌ、１４Ｒは、映像表示装置５
と同様に、使用者の眼の回旋点を中心とする円弧上に並
ぶ。

【００６１】ミラー１９Ｒは全反射ミラーとしてもよい
しハーフミラーとしてもよい。全反射ミラーとすれば明
るい映像を提供することができ、ハーフミラーとすれ
ば、外界のうち映像に重なる部分も観察することができ
る。

【００６２】射出瞳１４Ｃ、１４Ｌ、１４Ｒを介して観
察される映像は、映像表示装置１のように全て同じ色と
してもよいし、映像表示装置４のように異なる色として
もよい。また、映像表示装置２のように、カラー映像と
することも可能である。

【００６３】第７の実施形態の映像表示装置７の外観を
図１５に示す。この映像表示装置７は、左眼に対面する
透明板１３Ｌにもホログラム素子１２Ｌを設け、表示部
１１Ｌを追加して透明板１３Ｌの上端に取り付けて、両
眼に映像を提供するようにするとともに、透明板１３
Ｌ、１３Ｒに光学的パワーをもたせて、視度調節をする
ようにしたものである。

【００６４】ホログラム素子１２Ｌおよび表示部１１Ｌ
の構成は、ホログラム素子１２Ｒおよび表示部１１Ｒの
構成とそれぞれ同じである。表示部１１Ｌ、１１Ｒおよ
びホログラム素子１２Ｌ、１２Ｒは、第１〜第５の実施
形態の映像表示装置１〜５のものと同じであり、接眼光
学系であるホログラム素子１２Ｌ、１２Ｒは３つまたは
５つの射出瞳を有する。

【００６５】映像表示装置７では、接眼光学系の射出瞳
が複数あるため映像の観察が容易である上、表示部１１
Ｌ、１１Ｒが視差のある映像を表示することで、立体映
像を観察することもできる。しかも、透明板１３Ｌ、１
３Ｒの視度調節機能により、近視、遠視等の視力の低下
した人でも、他の視力矯正手段を用いることなく、外界
を鮮明に観察することができる。

【００６６】なお、パワーをもたせるために、透明板１
３Ｌ、１３Ｒの前面と後面のいずれを曲面としてもよ
く、また、両面を曲面としてもよい。透明板１３Ｌ、１
３Ｒの後面を曲面とする場合、ホログラム素子１２Ｌ、
１２Ｒの回折特性は後面の曲率を考慮して設定する。

【００６７】第８の実施形態の映像表示装置８の要部を
図１６に示す。映像表示装置８は、映像表示装置７を変
形して、表示部１１Ｌ、１１Ｒをテンプル１６Ｌ、１６
Ｒに取り付けるとともに、接眼光学系であるホログラム
素子１２Ｌ、１２Ｒを、透明板１３Ｌ、１３Ｒの内部に
設けることに代えて、透明板１３Ｌ、１３Ｒの後面に貼
り付けたものである。透明板１３Ｌ、１３Ｒはそれぞれ
単一の素片で構成されている。

【００６８】表示部１１Ｌ、１１Ｒからの光は空気を通
って直接ホログラム素子１２Ｌ、１２Ｒに入射する。ホ
ログラム素子１２Ｌ、１２Ｒは表示部からの光を３方向
に回折して、水平方向に３つの射出瞳１４Ｃ、１４Ｌ、
１４Ｒを形成する。射出瞳１４Ｃ、１４Ｌ、１４Ｒは、
直径１ｍｍの大きさで３ｍｍずつ離間しており、映像表
示装置５と同様に、使用者の眼の旋回点を中心とする円
弧上に並んでいる。

【００６９】この構成の映像表示装置８は製造がきわめ
て容易である。使用者が日常使用している眼鏡にホログ
ラム素子１２Ｌ、１２Ｒと表示部１１Ｌ、１１Ｒを付加
するだけで、映像表示装置８とすることができる。

【００７０】第９の実施形態の映像表示装置９について
説明する。映像表示装置９は、携帯電話機に組み込まれ
ており、受信した情報や送信する情報を使用者に映像と
して提供するものである。映像表示装置９を組み込んだ
携帯電話機２０の外観を図１７に示す。携帯電話機２０
は、本体部２０ａと蓋部２０ｂより成り、非使用時に
は、蓋部２０ｂが本体部２０ａに重なるように折り畳む
ことができる。

【００７１】本体部２０ａは、主として電話機の機能を
司り、信号処理回路を内蔵するほか、電話番号等の入力
を行うための複数のキー２１、入力された電話番号を表
示する液晶表示器２２、無線波を送受するアンテナ２
３、受信した音声を出力するスピーカ２４等を備えてい
る。蓋部２０ｂは、音声入力のためのマイクロフォン２
５を備えており、また、映像表示装置９を内蔵してい
る。蓋部２０ｂの内側の表面には窓２０ｃが設けられて
おり、外側の表面にも窓２０ｃに対向する窓が設けられ
ている。

【００７２】図１７のＸ−Ｘ’での映像表示装置９の断
面を図１８に示す。映像表示装置９は、表示部１１Ｒ、
ホログラム素子１２Ｒ、および透明板１３Ｒより成る。
表示部１１Ｒは、第２の実施形態の映像表示装置２のも
のと類似の構成であるが、レンズに変えてリフレクタ１
１ｃ’を備え、これによりＬＥＤ１１ｂからの光をＬＣ
Ｄ１１ａに導く。透明板１３Ｒも映像表示装置２のもの
と類似の構成であるが、表示部１１Ｒを固定するための
くさび状の部分は、後面側に突出している。ホログラム
素子１２Ｒは、映像表示装置２のものと全く同じ構成で
あり、図７に示した３つの射出瞳１４Ｃ、１４Ｌ、１４
Ｒを有する（図１８では中央の射出瞳１４Ｃのみを表し
ている）。

【００７３】映像表示装置９は、透明板１３Ｒが窓２０
ｃに対面するように蓋部２０ｂの内部に配置されてい
る。使用者は、透明板１３Ｒおよび窓２０ｃが眼の前に
位置し、本体部２０ａのスピーカ２４が耳の近くに位置
するように、携帯電話機２０を手で持って使用すること
により、通話しながら外界の像とこれに重なる映像を観
察することができる。この状態で使用するときでも、使
用者の発する声はマイクロフォン２５で検出される。

【００７４】携帯電話機２０に組み込まれた映像表示装
置９は手持ち式であるため、使用者の眼に対する位置を
常に一定にすることは難しい。しかし、接眼光学系であ
るホログラム素子１２Ｒが複数の射出瞳１４Ｃ、１４
Ｌ、１４Ｒを有するため、瞳孔がいずれかの射出瞳に入
り易く、映像の観察は容易である。しかも、透明板１３
Ｒおよびホログラム素子１２Ｒを介して外界を観察する
ことが可能であるから、使用者が歩きながら携帯電話機
を使用して映像観察をしても安全である。

【００７５】

【発明の効果】接眼光学系が複数の射出瞳を有する本発
明の映像表示装置では、各射出瞳で映像を観察すること
が可能であり、接眼光学系に対する使用者の眼の位置の
制約が少ない。したがって、使用者の顔前における装置
の位置を厳密に定める必要がない。また、広視野の映像
の全ての部位を一度に観察することができる。しかも、
個々の射出瞳を大きくする必要がないため、収差が発生
し難く、ぼけのない鮮明な映像を提供することが可能で
あり、また、小型軽量の装置となる。

【００７６】射出瞳を通る表示部からの光の進行方向が
射出瞳ごとに異なるようにすると、使用者の瞳孔が２つ
の射出瞳にまたがり２つの映像を観察することになると
きでも、両映像が重なるのを避けることができる。した
がって、見づらくなることがない。

【００７７】また、射出瞳を眼と接眼光学系を結ぶ方向
に対して垂直な方向に互いに離間させると、瞳孔が２つ
の射出瞳にまたがって同時に２つの映像を観察すること
になるのを避けることが容易になる。

【００７８】表示部からの光に波長の異なるものが含ま
れ、波長の異なる光が互いに分離して異なる射出瞳を通
るようにすると、重なった２つの映像を観察することに
なるときでも、両映像を容易に識別することができる。

【００７９】表示部からの光に波長の異なるものが含ま
れ、波長の異なるいずれの光も全ての射出瞳を通るよう
にすると、どの射出瞳においてもカラー映像を観察する
ことが可能になる。

【００８０】接眼光学系をホログラム素子で構成する
と、複数の射出瞳を有しながら小型の接眼光学系とする
ことができる上、映像のみならず外界も観察することが
可能になる。

【００８１】接眼光学系を保持し使用時に眼に対面する
透明な板状部材を備える構成では、映像と共に外界を観
察することができる。接眼光学系をホログラム素子で構
成すれば、映像により外界が遮られることもない。

【００８２】板状部材がその端部より入射する表示部か
らの光を内部で反射して接眼光学系に導くようにする
と、板状部材を大きくかつ薄くして表示部を使用者の視
野外に位置させることが可能になり、外界の観察に支障
がなく、しかも軽量な装置となる。

【００８３】板状部材が光学的パワーを有するようにす
ると、視力の低下した使用者でも他の矯正手段を用いる
ことなく外界を鮮明に観察することができる。また、使
用者の頭部に装着するための装着部材を備える構成で
は、使い勝手のよい装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の映像表示装置の斜視図。

【図２】第１の実施形態の映像表示装置の表示部と透
明板の垂直断面図。

【図３】第１の実施形態の映像表示装置の透明板の水
平断面図。

【図４】第１の実施形態の映像表示装置の射出瞳を介
して観察される映像の使用者の全視野内での位置関係を
示す図。

【図５】第１の実施形態の映像表示装置のホログラム
素子の反射率および透過率と光の波長との関係を示す
図。

【図６】第２の実施形態の映像表示装置の表示部と透
明板の垂直断面図。

【図７】第２の実施形態の映像表示装置の透明板の水
平断面図。

【図８】第３の実施形態の映像表示装置の表示部と透
明板の垂直断面図。

【図９】第３の実施形態の映像表示装置の透明板の水
平断面図。

【図１０】第４の実施形態の映像表示装置の表示部と
透明板の垂直断面図。

【図１１】第４の実施形態の映像表示装置の透明板の
水平断面図。

【図１２】第５の実施形態の映像表示装置の透明板の
水平断面図。

【図１３】第６の実施形態の映像表示装置の表示部と
透明板の垂直断面図。

【図１４】第６の実施形態の映像表示装置の透明板の
水平断面図。

【図１５】第７の実施形態の映像表示装置の斜視図。

【図１６】第８の実施形態の映像表示装置の要部の平
面図。

【図１７】第９の実施形態の映像表示装置を組み込ん
だ携帯電話機の斜視図。

【図１８】第９の実施形態の映像表示装置の断面図。

【符号の説明】

１、２、３、４、５、６、７、８、９映像表示装置１１Ｌ、１１Ｒ表示部１１ａ液晶表示器１１ｂ発光ダイオード１１ｃレンズ１１ｃ’ リフレクタ１１ｄ筺体１２Ｌ、１２Ｒホログラム素子１３Ｌ、１３Ｒ透明板１４Ｃ、１４Ｕ、１４Ｄ、１４Ｌ、１４Ｒ射出瞳１５連結部１６Ｌ、１６Ｒテンプル１７Ｌ、１７Ｒ鼻当て、１８ケーブル１９Ｒミラー２０携帯電話機２０ａ本体部２０ｂ蓋部２１入力キー２２液晶表示器２３アンテナ２４スピーカ２５マイクロフォン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】映像を表示する表示部と接眼光学系を備
え、接眼光学系が眼の前に位置する状態で使用されて、
表示部からの光を接眼光学系により眼に導いて表示部が
表示した映像の虚像を提供する映像表示装置において、接眼光学系が複数の射出瞳を有することを特徴とする映
像表示装置。
【請求項２】射出瞳を通る表示部からの光の進行方向
が射出瞳ごとに異なることを特徴とする請求項１に記載
の映像表示装置。
【請求項３】射出瞳が眼と接眼光学系を結ぶ方向に対
して垂直な方向に互いに離間していることを特徴とする
請求項１に記載の映像表示装置。
【請求項４】表示部からの光に波長の異なるものが含
まれ、波長の異なる光が互いに分離して異なる射出瞳を
通ることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれ
か１項に記載の映像表示装置。
【請求項５】表示部からの光に波長の異なるものが含
まれ、波長の異なるいずれの光も全ての射出瞳を通るこ
とを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項
に記載の映像表示装置。
【請求項６】接眼光学系がホログラム素子より成るこ
とを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項
に記載の映像表示装置。
【請求項７】接眼光学系を保持し使用時に眼に対面す
る透明な板状部材を備えることを特徴とする請求項１な
いし請求項６のいずれか１項に記載の映像表示装置。
【請求項８】板状部材がその端部より入射する表示部
からの光を内部で反射して接眼光学系に導くことを特徴
とする請求項７に記載の映像表示装置。
【請求項９】板状部材が光学的パワーを有することを
特徴とする請求項７に記載の映像表示装置。
【請求項１０】使用者の頭部に装着するための装着部
材を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項９の
いずれか１項に記載の映像表示装置。