JP2000098293A - 画像観察装置 - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
- G02B23/14—Viewfinders
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
- G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
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- Optics & Photonics (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- Lenses (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ヘッドマウントディスプレイやメガネ型ディ
スプレイ等の装置に好適な装置全体の小型化を図った画
像観察装置を得ること。 【解決手段】 原画からの光を制限する絞りと、該絞り
によって制限を受けた該原画からの光を観察者の眼に導
く観察光学系とを有した画像観察装置において、該観察
光学系は透明な光学材料よりなる光学素子を有し、該光
学素子は該原画からの光が入射する入射面、該入射面か
ら入射した光が反射する反射面、該反射面で反射した光
が出射する出射面とを有し、該入射面、反射面、出射面
のうち少なくとも１つの面は回転非対称な非球面より成
り、該原画の幅Ｌｙ、観察位置から該光学素子までの距
離Ｅｐｙを適切に設定したこと。
スプレイ等の装置に好適な装置全体の小型化を図った画
像観察装置を得ること。 【解決手段】 原画からの光を制限する絞りと、該絞り
によって制限を受けた該原画からの光を観察者の眼に導
く観察光学系とを有した画像観察装置において、該観察
光学系は透明な光学材料よりなる光学素子を有し、該光
学素子は該原画からの光が入射する入射面、該入射面か
ら入射した光が反射する反射面、該反射面で反射した光
が出射する出射面とを有し、該入射面、反射面、出射面
のうち少なくとも１つの面は回転非対称な非球面より成
り、該原画の幅Ｌｙ、観察位置から該光学素子までの距
離Ｅｐｙを適切に設定したこと。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は画像観察装置に関
し、特にカメラのファインダーや所謂ヘッドマウントデ
ィスプレイやメガネ型ディスプレイ等の画像観察系及び
カメラなどの撮像装置に使用する場合に好適なものであ
る。
し、特にカメラのファインダーや所謂ヘッドマウントデ
ィスプレイやメガネ型ディスプレイ等の画像観察系及び
カメラなどの撮像装置に使用する場合に好適なものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より、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などの画像観察装
置においては、装置全体の小型化が要望されており、そ
れを達成するための光学系が種々と提案されている。
（ＨＭＤ）や、メガネ型ディスプレイなどの画像観察装
置においては、装置全体の小型化が要望されており、そ
れを達成するための光学系が種々と提案されている。
【０００３】本出願人は特開平７−３３３５５１号公
報，特開平８−５０２５６号公報，特開平８−１６０３
４０号公報，特開平８−１７９２３８号公報において、
画像情報を表示する表示手段としてのＬＣＤ（液晶）と
観察光学系としての小型プリズムとを使用し、装置全体
の小型化を図った画像観察装置を提案している。
報，特開平８−５０２５６号公報，特開平８−１６０３
４０号公報，特開平８−１７９２３８号公報において、
画像情報を表示する表示手段としてのＬＣＤ（液晶）と
観察光学系としての小型プリズムとを使用し、装置全体
の小型化を図った画像観察装置を提案している。
【０００４】同公報では画像情報を表示したＬＣＤから
発せられた光を、小型プリズムに入射させ、該小型プリ
ズムに形成した曲率を有した屈折面や全反射面、そして
反射面を介して小型プリズムを射出させて、観察者に導
光している。これによって表示手段（ＬＣＤ）に表示し
た画像情報の拡大した虚像を観察者の前方に形成し、該
虚像を観察者が観察するようにしている。
発せられた光を、小型プリズムに入射させ、該小型プリ
ズムに形成した曲率を有した屈折面や全反射面、そして
反射面を介して小型プリズムを射出させて、観察者に導
光している。これによって表示手段（ＬＣＤ）に表示し
た画像情報の拡大した虚像を観察者の前方に形成し、該
虚像を観察者が観察するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＨＭＤ等の画像観察装
置では装置を観察者の頭部に装着するために装置全体の
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。又表示手段に表示した画像情報の観察に迫力を持た
せるために観察画角を広げることが重要な課題となって
いる。
置では装置を観察者の頭部に装着するために装置全体の
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。又表示手段に表示した画像情報の観察に迫力を持た
せるために観察画角を広げることが重要な課題となって
いる。
【０００６】本発明は、液晶ディスプレイなどの表示手
段に表示した画像情報を、広い観察視野で観察する際、
表示手段からの光束を観察者の眼球に導光する為の光学
系、例えば屈折作用を有するプリズム体より成る光学素
子等の構成を適切に設定することによって、装置全体の
小型化を図りつつ、該画像情報を広い観察視野において
良好なる画質で観察することができる画像観察装置の提
供を目的とする。
段に表示した画像情報を、広い観察視野で観察する際、
表示手段からの光束を観察者の眼球に導光する為の光学
系、例えば屈折作用を有するプリズム体より成る光学素
子等の構成を適切に設定することによって、装置全体の
小型化を図りつつ、該画像情報を広い観察視野において
良好なる画質で観察することができる画像観察装置の提
供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の画像観
察装置は、原画からの光を制限する絞りと、該絞りによ
って制限を受けた該原画からの光を観察者の眼に導く観
察光学系とを有した画像観察装置において、該観察光学
系は透明な光学材料よりなる光学素子を有し、該光学素
子は該原画からの光が入射する入射面、該入射面から入
射した光が反射する反射面、該反射面で反射した光が出
射する出射面とを有し、該入射面、反射面、出射面のう
ち少なくとも１つの面は回転非対称な非球面より成り、
該原画の中心から出射し、該観察光学系を介して該観察
者の瞳の中心を通る光線を基準光軸と定義し、該基準光
軸を含む平面と該原画との交線が伸びる方向の該原画の
幅をＬｙ、該交線が伸びる方向の該原画の双方の端から
出射し、それぞれに対応する該絞りの開口の端を通過す
る２本の光線が該観察光学系を介して該観察者側で交わ
る点から該光学素子までの距離をＥｐｙとしたとき、 ３．５＜Ｅｐｙ／Ｌｙ なる条件を満足することを特徴としている。
察装置は、原画からの光を制限する絞りと、該絞りによ
って制限を受けた該原画からの光を観察者の眼に導く観
察光学系とを有した画像観察装置において、該観察光学
系は透明な光学材料よりなる光学素子を有し、該光学素
子は該原画からの光が入射する入射面、該入射面から入
射した光が反射する反射面、該反射面で反射した光が出
射する出射面とを有し、該入射面、反射面、出射面のう
ち少なくとも１つの面は回転非対称な非球面より成り、
該原画の中心から出射し、該観察光学系を介して該観察
者の瞳の中心を通る光線を基準光軸と定義し、該基準光
軸を含む平面と該原画との交線が伸びる方向の該原画の
幅をＬｙ、該交線が伸びる方向の該原画の双方の端から
出射し、それぞれに対応する該絞りの開口の端を通過す
る２本の光線が該観察光学系を介して該観察者側で交わ
る点から該光学素子までの距離をＥｐｙとしたとき、 ３．５＜Ｅｐｙ／Ｌｙ なる条件を満足することを特徴としている。
【０００８】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記交線と直交する方向の前記原画の双方の端から
出射し、それぞれに対応する前記絞りの開口の端を通過
する２本の光線が前記観察光学系を介して前記観察者側
で交わる点から前記光学素子までの距離をＥｐｘとする
とき、 １＜Ｅｐｘ／Ｅｐｙ なる条件を満足することを特徴としている。
て、前記交線と直交する方向の前記原画の双方の端から
出射し、それぞれに対応する前記絞りの開口の端を通過
する２本の光線が前記観察光学系を介して前記観察者側
で交わる点から前記光学素子までの距離をＥｐｘとする
とき、 １＜Ｅｐｘ／Ｅｐｙ なる条件を満足することを特徴としている。
【０００９】請求項３の発明は請求項１又は２の発明に
おいて、前記交線と直交する方向の前記原画の双方の端
から出射し、それぞれに対応する前記絞りの開口の端を
通過する２本の光線が前記観察光学系を介して前記観察
者側で交わってなす角をαｈとするとき、 ２３°＜αｈ なる条件を満足することを特徴としている。
おいて、前記交線と直交する方向の前記原画の双方の端
から出射し、それぞれに対応する前記絞りの開口の端を
通過する２本の光線が前記観察光学系を介して前記観察
者側で交わってなす角をαｈとするとき、 ２３°＜αｈ なる条件を満足することを特徴としている。
【００１０】請求項４の発明は請求項１乃至３の発明に
おいて、前記交線が伸びる方向の前記原画の一方の端か
ら出射し、それに対応する前記絞りの開口の端を通過す
る光線が前記観察光学系を介して前記観察者側で前記基
準光軸と交わってなす角をαｕ、前記交線が伸びる方向
の前記原画の他方の端から出射し、それに対応する前記
絞りの開口の端を通過する光線が前記観察者側で前記基
準光軸と交わってなす角をαｂ、前記絞りと前記原画と
の間の空気換算量をＤとするとき、 （Ｄ・ｔａｎ2αｙ）／Ｌｙ2＜１／１０００ 但し、αｙ＝（αｕ−αｂ）／２ なる条件を満足することを特徴としている。
おいて、前記交線が伸びる方向の前記原画の一方の端か
ら出射し、それに対応する前記絞りの開口の端を通過す
る光線が前記観察光学系を介して前記観察者側で前記基
準光軸と交わってなす角をαｕ、前記交線が伸びる方向
の前記原画の他方の端から出射し、それに対応する前記
絞りの開口の端を通過する光線が前記観察者側で前記基
準光軸と交わってなす角をαｂ、前記絞りと前記原画と
の間の空気換算量をＤとするとき、 （Ｄ・ｔａｎ2αｙ）／Ｌｙ2＜１／１０００ 但し、αｙ＝（αｕ−αｂ）／２ なる条件を満足することを特徴としている。
【００１１】請求項５の発明は請求項１乃至４の発明に
おいて、前記光学素子は前記原画からの光が入射する前
記入射面としての第１の光学作用面、該第１の光学作用
面からの光束を全反射する第２の光学作用面、そして該
第２の光学作用面からの光束を反射させる前記反射面と
しての第３の光学作用面を有し、該第３の光学作用面で
反射した光が前記出射面としての該第２の光学作用面よ
り出射することを特徴としている。
おいて、前記光学素子は前記原画からの光が入射する前
記入射面としての第１の光学作用面、該第１の光学作用
面からの光束を全反射する第２の光学作用面、そして該
第２の光学作用面からの光束を反射させる前記反射面と
しての第３の光学作用面を有し、該第３の光学作用面で
反射した光が前記出射面としての該第２の光学作用面よ
り出射することを特徴としている。
【００１２】請求項６の発明の画像観察装置は、原画か
らの光を制限する絞りと、該絞りによって制限を受けた
該原画からの光を観察者の眼に導く観察光学系とを有し
た画像観察装置において、該観察光学系は透明な光学材
料よりなる光学素子を有し、該光学素子は該原画からの
光が入射する入射面、該入射面から入射した光が反射す
る反射面、該反射面で反射した光が出射する出射面とを
有し、該入射面、反射面、出射面のうち少なくとも１つ
の面は回転非対称な非球面より成り、該原画の中心から
出射し、該観察光学系を介して該観察者の瞳の中心を通
る光線を基準光軸と定義し、該基準光軸を含む平面と該
原画との交線が伸びる方向の該原画の双方の端から出射
し、それぞれに対応する該絞りの開口の端を通過する２
本の光線が該観察光学系を介して該観察者側で交わる点
から該光学素子までの距離をＥｐｙ、該交線と直交する
方向の該原画の双方の端から出射し、それぞれに対応す
る該絞りの開口の端を通過する２本の光線が該観察光学
系を介して該観察者側で交わる点から該光学素子までの
距離をＥｐｘとするとき、 １＜Ｅｐｘ／Ｅｐｙ なる条件を満足することを特徴としている。
らの光を制限する絞りと、該絞りによって制限を受けた
該原画からの光を観察者の眼に導く観察光学系とを有し
た画像観察装置において、該観察光学系は透明な光学材
料よりなる光学素子を有し、該光学素子は該原画からの
光が入射する入射面、該入射面から入射した光が反射す
る反射面、該反射面で反射した光が出射する出射面とを
有し、該入射面、反射面、出射面のうち少なくとも１つ
の面は回転非対称な非球面より成り、該原画の中心から
出射し、該観察光学系を介して該観察者の瞳の中心を通
る光線を基準光軸と定義し、該基準光軸を含む平面と該
原画との交線が伸びる方向の該原画の双方の端から出射
し、それぞれに対応する該絞りの開口の端を通過する２
本の光線が該観察光学系を介して該観察者側で交わる点
から該光学素子までの距離をＥｐｙ、該交線と直交する
方向の該原画の双方の端から出射し、それぞれに対応す
る該絞りの開口の端を通過する２本の光線が該観察光学
系を介して該観察者側で交わる点から該光学素子までの
距離をＥｐｘとするとき、 １＜Ｅｐｘ／Ｅｐｙ なる条件を満足することを特徴としている。
【００１３】請求項７の発明の画像観察装置は、原画か
らの光を制限する絞りと、該絞りによって制限を受けた
該原画からの光を観察者の眼に導く観察光学系とを有し
た画像観察装置において、該観察光学系は透明な光学材
料よりなる光学素子を有し、該光学素子は該原画からの
光が入射する入射面、該入射面から入射した光が反射す
る反射面、該反射面で反射した光が出射する出射面とを
有し、該入射面、反射面、出射面のうち少なくとも１つ
の面は回転非対称な非球面より成り、該原画の中心から
出射し、該観察光学系を介して該観察者の瞳の中心を通
る光線を基準光軸と定義し、該基準光軸を含む平面と該
原画との交線と直交する方向の該原画の双方の端から出
射し、それぞれに対応する該絞りの開口の端を通過する
２本の光線が該観察光学系を介して該観察者側で交わっ
てなす角をαｈとするとき、 ２３°＜αｈ なる条件を満足することを特徴としている。
らの光を制限する絞りと、該絞りによって制限を受けた
該原画からの光を観察者の眼に導く観察光学系とを有し
た画像観察装置において、該観察光学系は透明な光学材
料よりなる光学素子を有し、該光学素子は該原画からの
光が入射する入射面、該入射面から入射した光が反射す
る反射面、該反射面で反射した光が出射する出射面とを
有し、該入射面、反射面、出射面のうち少なくとも１つ
の面は回転非対称な非球面より成り、該原画の中心から
出射し、該観察光学系を介して該観察者の瞳の中心を通
る光線を基準光軸と定義し、該基準光軸を含む平面と該
原画との交線と直交する方向の該原画の双方の端から出
射し、それぞれに対応する該絞りの開口の端を通過する
２本の光線が該観察光学系を介して該観察者側で交わっ
てなす角をαｈとするとき、 ２３°＜αｈ なる条件を満足することを特徴としている。
【００１４】請求項８の発明の画像観察装置は、原画か
らの光を制限する絞りと、該絞りによって制限を受けた
該原画からの光を観察者の眼に導く観察光学系とを有し
た画像観察装置において、該観察光学系は透明な光学材
料よりなる光学素子を有し、該光学素子は該原画からの
光が入射する入射面、該入射面から入射した光が反射す
る反射面、該反射面で反射した光が出射する出射面とを
有し、該入射面、反射面、出射面のうち少なくとも１つ
の面は回転非対称な非球面より成り、該原画の中心から
出射し、該観察光学系を介して該観察者の瞳の中心を通
る光線を基準光軸と定義し、該基準光軸を含む平面と該
原画との交線が伸びる方向の該原画の幅をＬｙ、該交線
が伸びる方向の該原画の一方の端から出射し、それに対
応する該絞りの開口の端を通過する光線が該観察光学系
を介して該観察者側で該基準光軸と交わってなす角をα
ｕ、該交線が伸びる方向の該原画の他方の端から出射
し、それに対応する該絞りの開口の端を通過する光線が
該観察者側で該基準光軸と交わってなす角をαｂ、該絞
りと該原画との間の空気換算量をＤとするとき、 （Ｄ・ｔａｎ2αｙ）／Ｌｙ2＜１／１０００ 但し、αｙ＝（αｕ−αｂ）／２ なる条件を満足することを特徴としている。
らの光を制限する絞りと、該絞りによって制限を受けた
該原画からの光を観察者の眼に導く観察光学系とを有し
た画像観察装置において、該観察光学系は透明な光学材
料よりなる光学素子を有し、該光学素子は該原画からの
光が入射する入射面、該入射面から入射した光が反射す
る反射面、該反射面で反射した光が出射する出射面とを
有し、該入射面、反射面、出射面のうち少なくとも１つ
の面は回転非対称な非球面より成り、該原画の中心から
出射し、該観察光学系を介して該観察者の瞳の中心を通
る光線を基準光軸と定義し、該基準光軸を含む平面と該
原画との交線が伸びる方向の該原画の幅をＬｙ、該交線
が伸びる方向の該原画の一方の端から出射し、それに対
応する該絞りの開口の端を通過する光線が該観察光学系
を介して該観察者側で該基準光軸と交わってなす角をα
ｕ、該交線が伸びる方向の該原画の他方の端から出射
し、それに対応する該絞りの開口の端を通過する光線が
該観察者側で該基準光軸と交わってなす角をαｂ、該絞
りと該原画との間の空気換算量をＤとするとき、 （Ｄ・ｔａｎ2αｙ）／Ｌｙ2＜１／１０００ 但し、αｙ＝（αｕ−αｂ）／２ なる条件を満足することを特徴としている。
【００１５】請求項９の発明の画像観察装置は、液晶表
示装置と、該液晶表示装置を照明する光源と、該液晶表
示装置からの光を観察者の眼に導く観察光学系とを有す
る画像観察装置において、該液晶表示装置は、入射した
光の偏光特性を変えて出射する液晶素子と、照明光の入
射角に応じて異なる該液晶素子の偏光特性を実質的に同
一にする視野角改善素子を有しており、該観察光学系は
透明な光学材料よりなる光学素子を有し、該光学素子は
該液晶表示装置からの光が入射する入射面、該入射面か
ら入射した光が反射する反射面、該反射面で反射した光
が出射する出射面とを有し、該入射面、反射面、出射面
のうち少なくとも１つの面は回転非対称な非球面より成
っていることを特徴としている。
示装置と、該液晶表示装置を照明する光源と、該液晶表
示装置からの光を観察者の眼に導く観察光学系とを有す
る画像観察装置において、該液晶表示装置は、入射した
光の偏光特性を変えて出射する液晶素子と、照明光の入
射角に応じて異なる該液晶素子の偏光特性を実質的に同
一にする視野角改善素子を有しており、該観察光学系は
透明な光学材料よりなる光学素子を有し、該光学素子は
該液晶表示装置からの光が入射する入射面、該入射面か
ら入射した光が反射する反射面、該反射面で反射した光
が出射する出射面とを有し、該入射面、反射面、出射面
のうち少なくとも１つの面は回転非対称な非球面より成
っていることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は本発明の画像観察装置の実
施形態１の要部断面図である。図１において、１は液晶
パネルを照明する蛍光灯などのバックライト（光源）で
ある。２は液晶表示装置であり、図２にその拡大断面図
を示す。液晶表示装置２は図２に示すごとく、照明光を
所定の偏光方向にそろえる偏光板などの偏光子２１、マ
トリックス状の画素配列で偏光方向を変調して（偏光特
性を変えて）画像を表示する液晶素子２２、液晶素子２
２の各画素をＲ，Ｇ，Ｂの色光にするカラーフィルター
２３、液晶素子２２に入射する照明光の入射角度によっ
て変化する偏光特性を実質的に同一にして補正する第
１，第２の視野角改善素子２４ａ，２４ｂ、非表示光を
遮断する偏光板などの検光子２５で構成している。
施形態１の要部断面図である。図１において、１は液晶
パネルを照明する蛍光灯などのバックライト（光源）で
ある。２は液晶表示装置であり、図２にその拡大断面図
を示す。液晶表示装置２は図２に示すごとく、照明光を
所定の偏光方向にそろえる偏光板などの偏光子２１、マ
トリックス状の画素配列で偏光方向を変調して（偏光特
性を変えて）画像を表示する液晶素子２２、液晶素子２
２の各画素をＲ，Ｇ，Ｂの色光にするカラーフィルター
２３、液晶素子２２に入射する照明光の入射角度によっ
て変化する偏光特性を実質的に同一にして補正する第
１，第２の視野角改善素子２４ａ，２４ｂ、非表示光を
遮断する偏光板などの検光子２５で構成している。
【００１７】３は液晶表示装置２の液晶素子２２の各画
素からの光を回折し画素間のブラックマトリクスと呼ば
れる不透過部に表示光を広げるための回折型ローパスフ
ィルターである。４は３つの自由曲面４１，４２，４３
からなる光学作用面を有するプリズム体（プリズムレン
ズ）である。自由曲面４１は第１の光学作用面（入射
面）、自由曲面４２は第２の光学作用面（全反射面，出
射面）、自由曲面４３は第３の光学作用面（凹面鏡）で
ある。ここで、自由曲面とは回転非対称（対称軸を有し
ない）な非球面のことであり、本実施形態においては自
由曲面４１，４２，４３は紙面と平行な１つの平面（Ｙ
Ｚ平面）に関してのみ対称な形状である。尚、プリズム
体４は光学素子を構成している。
素からの光を回折し画素間のブラックマトリクスと呼ば
れる不透過部に表示光を広げるための回折型ローパスフ
ィルターである。４は３つの自由曲面４１，４２，４３
からなる光学作用面を有するプリズム体（プリズムレン
ズ）である。自由曲面４１は第１の光学作用面（入射
面）、自由曲面４２は第２の光学作用面（全反射面，出
射面）、自由曲面４３は第３の光学作用面（凹面鏡）で
ある。ここで、自由曲面とは回転非対称（対称軸を有し
ない）な非球面のことであり、本実施形態においては自
由曲面４１，４２，４３は紙面と平行な１つの平面（Ｙ
Ｚ平面）に関してのみ対称な形状である。尚、プリズム
体４は光学素子を構成している。
【００１８】５はプリズム体４を外部の衝撃から保護す
るためのアクリルの平行平板などからなる保護素子であ
る。６は液晶パネルユニット２の液晶素子２２からの光
を制限するための視野絞りである。
るためのアクリルの平行平板などからなる保護素子であ
る。６は液晶パネルユニット２の液晶素子２２からの光
を制限するための視野絞りである。
【００１９】本実施形態では視野角改善素子２４ａ，２
４ｂにより、液晶素子２２において液晶素子２２から観
察者の眼Ｅに至る光線の射出角度を広い範囲で設定して
いる。これと共に観察光学系に自由曲面を組み合わせる
ことで小型でありながら高性能な観察系を構成してい
る。Ｌｏは基準光軸で後述の液晶素子２２の画像表示領
域Ａの中心Ａｏから出射し、観察者の眼Ｅの瞳中心を通
る光線によって定義される。
４ｂにより、液晶素子２２において液晶素子２２から観
察者の眼Ｅに至る光線の射出角度を広い範囲で設定して
いる。これと共に観察光学系に自由曲面を組み合わせる
ことで小型でありながら高性能な観察系を構成してい
る。Ｌｏは基準光軸で後述の液晶素子２２の画像表示領
域Ａの中心Ａｏから出射し、観察者の眼Ｅの瞳中心を通
る光線によって定義される。
【００２０】液晶表示装置２からの光はローパスフィル
ター３，絞り６を介してプリズム体４の第１の光学作用
面４１に入射し、次に臨界角以上の角度で第２の光学作
用面４２に入射して該面４２で全反射し、次に第３の光
学作用面４３で反射され、最後に第２の光学作用面４２
に臨界角以下の角度で再入射して該面４２を透過する。
ター３，絞り６を介してプリズム体４の第１の光学作用
面４１に入射し、次に臨界角以上の角度で第２の光学作
用面４２に入射して該面４２で全反射し、次に第３の光
学作用面４３で反射され、最後に第２の光学作用面４２
に臨界角以下の角度で再入射して該面４２を透過する。
【００２１】このようにプリズム体４に入射した液晶表
示装置２からの光は反射屈折作用を受けた後にプリズム
体４を射出し、眼Ｅに導かれている。
示装置２からの光は反射屈折作用を受けた後にプリズム
体４を射出し、眼Ｅに導かれている。
【００２２】本実施形態ではプリズム体４の第１〜第３
の光学作用面４１〜４３の３つの面に自由曲面を使用
し、偏心収差を小さく抑制している。
の光学作用面４１〜４３の３つの面に自由曲面を使用
し、偏心収差を小さく抑制している。
【００２３】本実施形態における視野角改善素子２４は
「光学補償フィルム」や「視野角補償フィルム」と呼ば
れ、例えば、特開平６−２１４１１６号公報等に開示さ
れているように、入射角により異なる偏光のねじれ角が
そろうように液晶層（液晶素子）の前後で偏光角を補償
するものである。
「光学補償フィルム」や「視野角補償フィルム」と呼ば
れ、例えば、特開平６−２１４１１６号公報等に開示さ
れているように、入射角により異なる偏光のねじれ角が
そろうように液晶層（液晶素子）の前後で偏光角を補償
するものである。
【００２４】図２においては液晶素子２２は液晶層を対
向基板で挟んで構成している。又、表示手段２を構成す
る各素子の間にガラス等の基板を設けても良い。
向基板で挟んで構成している。又、表示手段２を構成す
る各素子の間にガラス等の基板を設けても良い。
【００２５】次に図３を用いて液晶素子２２と視野絞り
６と視野限界点の関係について説明する。液晶素子２２
からの光は原画としての画像を表示する領域（画像表示
領域）Ａ全体から、バックライト１からの照明光の広が
り角と同じ広がり角で出射する。
６と視野限界点の関係について説明する。液晶素子２２
からの光は原画としての画像を表示する領域（画像表示
領域）Ａ全体から、バックライト１からの照明光の広が
り角と同じ広がり角で出射する。
【００２６】ここで画像表示領域Ａの一方のエッジＰｅ
ｕから出射する光は、プリズム体４に入射する前に視野
絞り６により透過範囲を制限され光線Ｂよりも外側の光
が遮へいされる。この光線Ｂを観察者の眼Ｅ側に光線ト
レースすると、光線Ｂ’となる。
ｕから出射する光は、プリズム体４に入射する前に視野
絞り６により透過範囲を制限され光線Ｂよりも外側の光
が遮へいされる。この光線Ｂを観察者の眼Ｅ側に光線ト
レースすると、光線Ｂ’となる。
【００２７】同様にエッジＰｅｕに対向するもう一方の
エッジＰｅｂから出射する光は視野絞り６により光線Ｃ
よりも外側の光線が遮へいされ、観察者の眼Ｅ側では光
線Ｃ’となる。光線Ｂ’と光線Ｃ’の基準光軸Ｌｏとの
交点Ｐｙ位置からそれぞれの光線に沿った方向を観察す
るとそれぞれ画像表示領域ＡのエッジＰｅｕ，Ｐｅｂと
視野絞り６のエッジが重なることになる。
エッジＰｅｂから出射する光は視野絞り６により光線Ｃ
よりも外側の光線が遮へいされ、観察者の眼Ｅ側では光
線Ｃ’となる。光線Ｂ’と光線Ｃ’の基準光軸Ｌｏとの
交点Ｐｙ位置からそれぞれの光線に沿った方向を観察す
るとそれぞれ画像表示領域ＡのエッジＰｅｕ，Ｐｅｂと
視野絞り６のエッジが重なることになる。
【００２８】観察点をこの交点Ｐｙよりも離れた位置に
すると視野絞り６のエッジは画像表示領域Ａの内部に重
なることになり、画像表示領域Ａ全体を観察することが
できなくなる。このため交点Ｐｙを視野限界点と呼ぶこ
とにする。眼Ｅの回転中心を視野限界点に置いたとき観
察光学系に対して最も遠い位置で画面全体を見ることが
でき、アイポイントによる画像の見やすさを示すことに
なる。
すると視野絞り６のエッジは画像表示領域Ａの内部に重
なることになり、画像表示領域Ａ全体を観察することが
できなくなる。このため交点Ｐｙを視野限界点と呼ぶこ
とにする。眼Ｅの回転中心を視野限界点に置いたとき観
察光学系に対して最も遠い位置で画面全体を見ることが
でき、アイポイントによる画像の見やすさを示すことに
なる。
【００２９】図３において基準光軸ＬｏをＺ方向（Ｚ
軸）、紙面内でＺ方向と直交する方向をＹ方向（Ｙ
軸）、それらＺ方向，Ｙ方向の双方に直交する方向をＸ
方向としている。但し、画像表示領域Ａでは、Ｙ方向を
上下方向（基準光軸を含む平面と画像表示領域Ａとの交
線が伸びる方向）、Ｘ方向を水平方向（基準光軸を含む
平面と画像表示領域Ａとの交線と直交する方向）として
いる。
軸）、紙面内でＺ方向と直交する方向をＹ方向（Ｙ
軸）、それらＺ方向，Ｙ方向の双方に直交する方向をＸ
方向としている。但し、画像表示領域Ａでは、Ｙ方向を
上下方向（基準光軸を含む平面と画像表示領域Ａとの交
線が伸びる方向）、Ｘ方向を水平方向（基準光軸を含む
平面と画像表示領域Ａとの交線と直交する方向）として
いる。
【００３０】次に数値実施例を示す。以下の数値実施例
はプリズム体４を構成する各光学作用面の位置を特定す
るために設けられた任意の設定基準面（面Ｑ）が基準光
軸Ｌｏと交わる点Ｑｏを原点として各面のローカル座標
及びその原点を設定基準原点Ｑｏからの偏心量および傾
き量として表し、各面の形状はローカル座標系を用いて
表現している。また、ローカル座標系で表現している自
由曲面は次式のような非球面式を用いている。
はプリズム体４を構成する各光学作用面の位置を特定す
るために設けられた任意の設定基準面（面Ｑ）が基準光
軸Ｌｏと交わる点Ｑｏを原点として各面のローカル座標
及びその原点を設定基準原点Ｑｏからの偏心量および傾
き量として表し、各面の形状はローカル座標系を用いて
表現している。また、ローカル座標系で表現している自
由曲面は次式のような非球面式を用いている。
【００３１】
【数１】
【００３２】+C4・ρ2cos2θ+C5(2ρ2-1)+C9(3ρ3-2ρ)s
inθ+C10ρ3sin3θ+C11ρ4cos4θ+C12(4ρ4-3ρ2)cos2
θ+C13(6ρ4-6ρ2+1)+C19(10ρ5-12ρ3+3ρ)sinθ+C
20(5ρ5-4ρ3)sin3θ+C21ρ5sin5θ+C22ρ6cos6θ+C
23(6ρ6-5ρ4)cos4θ+C25(20ρ6-30ρ4+12ρ2-1) ここで ρ2=X2+Y2 cosθ=X/ρ sinθ=Y/ρ C=1/r 設定基準面における座標系は観察者Ｅが画面中心Ａｏを
見る方向をｚ軸とし、観察者に対して上下方向（レンズ
断面図の紙面方向）をｙ軸とし、ｚ軸とｙ軸に直交する
方向をｘ軸とする。
inθ+C10ρ3sin3θ+C11ρ4cos4θ+C12(4ρ4-3ρ2)cos2
θ+C13(6ρ4-6ρ2+1)+C19(10ρ5-12ρ3+3ρ)sinθ+C
20(5ρ5-4ρ3)sin3θ+C21ρ5sin5θ+C22ρ6cos6θ+C
23(6ρ6-5ρ4)cos4θ+C25(20ρ6-30ρ4+12ρ2-1) ここで ρ2=X2+Y2 cosθ=X/ρ sinθ=Y/ρ C=1/r 設定基準面における座標系は観察者Ｅが画面中心Ａｏを
見る方向をｚ軸とし、観察者に対して上下方向（レンズ
断面図の紙面方向）をｙ軸とし、ｚ軸とｙ軸に直交する
方向をｘ軸とする。
【００３３】また、各面の相対座標原点の設定基準原点
Ｑｏに対するＺ軸方向の移動量をｄＺ、Ｙ軸方向の移動
量をｄＹ、相対座標系のＺ軸と設定基準座標系のＺ軸の
なす角度は図３の紙面内反時計回りを正の角度としてＴ
ｉｌｔで表している。なお全ての数値実施例において、
設定基準原点Ｑｏに対するＸ軸方向の移動量ｄＸは０で
ある。相対座標系のＸ軸の方向は設定基準座標系のＸ軸
の方向と一致している。また面の順番は眼Ｅ側から光線
を逆トレースしたときの順番である。
Ｑｏに対するＺ軸方向の移動量をｄＺ、Ｙ軸方向の移動
量をｄＹ、相対座標系のＺ軸と設定基準座標系のＺ軸の
なす角度は図３の紙面内反時計回りを正の角度としてＴ
ｉｌｔで表している。なお全ての数値実施例において、
設定基準原点Ｑｏに対するＸ軸方向の移動量ｄＸは０で
ある。相対座標系のＸ軸の方向は設定基準座標系のＸ軸
の方向と一致している。また面の順番は眼Ｅ側から光線
を逆トレースしたときの順番である。
【００３４】ただし、回折型ローパスフィルター３と液
晶パネルユニット２を構成する面は、プリズムレンズ４
にいちばん近い面Ｓ（第５面）の基準光軸が通る点をロ
ーカル座標の原点として面Ｓに対する絶対座標で示し、
面Ｓから画像表示面までの面は面Ｓの法線方向に垂直に
構成し、データーは各面の間隔と屈折率を示している。
晶パネルユニット２を構成する面は、プリズムレンズ４
にいちばん近い面Ｓ（第５面）の基準光軸が通る点をロ
ーカル座標の原点として面Ｓに対する絶対座標で示し、
面Ｓから画像表示面までの面は面Ｓの法線方向に垂直に
構成し、データーは各面の間隔と屈折率を示している。
【００３５】数値実施例において、Ｒ１は出射面である
ところの第２の光学作用面、Ｒ２は凹面鏡（反射面）で
あるところの第３の光学作用面、Ｒ３は全反射面である
ところの第２の光学作用面、Ｒ４は入射面であるところ
の第１の光学作用面を示し、Ｒ１〜Ｒ４はプリズム体を
構成する各面である。
ところの第２の光学作用面、Ｒ２は凹面鏡（反射面）で
あるところの第３の光学作用面、Ｒ３は全反射面である
ところの第２の光学作用面、Ｒ４は入射面であるところ
の第１の光学作用面を示し、Ｒ１〜Ｒ４はプリズム体を
構成する各面である。
【００３６】Ｒ５，Ｒ６はローパスフィルターを構成す
る各面を示し、Ｒ７，Ｒ８は液晶パネルユニット２の偏
光子２５、視野角改善素子２４、そしてカラーフィルタ
ー２３を１つのガラスブロックとしたときを示し、Ｒ９
は液晶素子２２の画像表示面を示している。
る各面を示し、Ｒ７，Ｒ８は液晶パネルユニット２の偏
光子２５、視野角改善素子２４、そしてカラーフィルタ
ー２３を１つのガラスブロックとしたときを示し、Ｒ９
は液晶素子２２の画像表示面を示している。
【００３７】 数値実施例１ プリズムレンズの屈折率n：1.57、アッベ数ν：33.8 面番号 Ｒ１ ｄＹ -59.41 ｄＺ 35.27 Tilt -4.71 r :-422.096 c4 :-5.343e-04 c5 :-3.223e-04 c9 :-2.774e-07 c10:-1.048e-06 c11: 1.571e-08 c12: 2.179e-09 c13:-2.544e-09 c19:-2.343e-11 c20: 1.393e-11 c21: 2.420e-10 c22:-5.189e-12 c23: 8.830e-15 c24: 1.410e-13 c25:-2.187e-13 Ｒ２ ｄＹ -4.50 ｄＺ 41.92 Tilt -25.29 r : -67.410 c4 :-9.876e-04 c5 :-8.327e-04 c9 : 7.984e-07 c10:-1.270e-05 c11: 1.915e-08 c12:-2.997e-08 c13:-1.069e-07 c19:-5.913e-10 c20: 1.595e-09 c21:-2.667e-09 c22:-9.354e-11 c23: 5.040e-11 c24:-1.389e-11 c25: 1.243e-11 Ｒ３ ｄＹ -59.41 ｄＺ 35.27 Tilt -4.71 r :-422.096 c4 :-5.343e-04 c5 :-3.223e-04 c9 :-2.774e-07 c10:-1.048e-06 c11: 1.571e-08 c12: 2.179e-09 c13:-2.544e-09 c19:-2.343e-11 c20: 1.393e-11 c21: 2.420e-10 c22:-5.189e-12 c23: 8.830e-15 c24: 1.410e-13 c25:-2.187e-13 Ｒ４ ｄＹ 13.41 ｄＺ 48.60 Tilt 50.19 r :-111.388 c4 : 1.563e-02 c5 :-5.977e-03 c9 : 1.714e-04 c10:-6.736e-04 c11:-2.029e-05 c12: 4.581e-06 c13: 4.807e-06 c19:-1.172e-07 c20:-1.973e-07 c21:-1.942e-09 c22: 0.000e+00 c23: 0.000e+00 c24: 0.000e+00 c25: 0.000e+00 Ｒ５ ｄＹ 21.54 ｄＺ 43.49 Tilt 49.00 r :∞ d : 0.80 n : 1.4917 ν:57.0 Ｒ６ r : ∞ d : 0.20 Ｒ７ r : ∞ d : 0.20 n : 1.4850 ν:55.0 Ｒ８ r : ∞ d : 1.10 n : 1.5160 ν:55.0 Ｒ９ r : ∞ d : 0.00 この実施例においては液晶素子２２として画像表示領域
Ａの対角長が0.6 インチで、アスペクト比が４：３のも
のを使用している。視野絞り６の開口部、液晶素子２２
の有効部（画像表示領域Ａ）を図４、図５に示す。視野
絞り６は面Ｓである第５面（Ｒ５）上に設けており、そ
の開口のＸ方向（横方向）とＹ方向（縦方向）に伸びる
各辺の面Ｓ上の原点を基準とした長さを図４に示すごと
く Ｓｘ=６．６３ Ｓｙｕ=４．９３ Ｓｙｂ=５．０３ と設定している。液晶素子２２は画面中心を面Ｓの原点
の法線上に設け、Ｘ方向とＹ方向に伸びる画像表示領域
Ａのエッジまでの距離を図５に示すごとく、 Ｌｘ=６．１０ Ｌｙｕ=Ｌｙｂ=４．５７ と設定している。このとき図６で表す視野絞り６のエッ
ジＳｙｕ，Ｓｙｂと画像表示領域ＡのエッジＰｐｕ，Ｐ
ｐｂを通過する光線Ｂ，Ｃをレンズデーターから光線追
跡によって求めると、設定基準面Ｑ上においてその光線
Ｂ’，Ｃ’の座標と角度は光線Ｂ’ （ｘｕ，ｙｕ，ｚｕ）=（０，２，０）,αｕ=１１．６
５° 光線Ｃ’ （ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）=（０，−２，０），αｂ=−１
１．６８° となる。
Ａの対角長が0.6 インチで、アスペクト比が４：３のも
のを使用している。視野絞り６の開口部、液晶素子２２
の有効部（画像表示領域Ａ）を図４、図５に示す。視野
絞り６は面Ｓである第５面（Ｒ５）上に設けており、そ
の開口のＸ方向（横方向）とＹ方向（縦方向）に伸びる
各辺の面Ｓ上の原点を基準とした長さを図４に示すごと
く Ｓｘ=６．６３ Ｓｙｕ=４．９３ Ｓｙｂ=５．０３ と設定している。液晶素子２２は画面中心を面Ｓの原点
の法線上に設け、Ｘ方向とＹ方向に伸びる画像表示領域
Ａのエッジまでの距離を図５に示すごとく、 Ｌｘ=６．１０ Ｌｙｕ=Ｌｙｂ=４．５７ と設定している。このとき図６で表す視野絞り６のエッ
ジＳｙｕ，Ｓｙｂと画像表示領域ＡのエッジＰｐｕ，Ｐ
ｐｂを通過する光線Ｂ，Ｃをレンズデーターから光線追
跡によって求めると、設定基準面Ｑ上においてその光線
Ｂ’，Ｃ’の座標と角度は光線Ｂ’ （ｘｕ，ｙｕ，ｚｕ）=（０，２，０）,αｕ=１１．６
５° 光線Ｃ’ （ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ）=（０，−２，０），αｂ=−１
１．６８° となる。
【００３８】これより２つの光線の交点Ｐｙの位置を求
めると、設定基準面Ｑから9.69mmの位置となる。設定基
準面Ｑからプリズム体４までの距離は、第２の光学作用
面で光線Ｂが全反射する点から基準光軸に下ろした垂線
の点Ｋまでの距離となり、これは33.03mmである。これ
より視野限界点Ｐｙからプリズム体までの距離ＥＰｙは ＥＰｙ=４２．７２ となる。画像表示領域Ａの上下方向（Ｙ方向）の長さＬ
ｙは Ｌｙ=Ｌｙｕ+Ｌｙｂ=９．１４ であるので、 ＥＰｙ／Ｌｙ=４．６７＞３．５ となる。
めると、設定基準面Ｑから9.69mmの位置となる。設定基
準面Ｑからプリズム体４までの距離は、第２の光学作用
面で光線Ｂが全反射する点から基準光軸に下ろした垂線
の点Ｋまでの距離となり、これは33.03mmである。これ
より視野限界点Ｐｙからプリズム体までの距離ＥＰｙは ＥＰｙ=４２．７２ となる。画像表示領域Ａの上下方向（Ｙ方向）の長さＬ
ｙは Ｌｙ=Ｌｙｕ+Ｌｙｂ=９．１４ であるので、 ＥＰｙ／Ｌｙ=４．６７＞３．５ となる。
【００３９】次に観察者の眼Ｅに対して左右方向（Ｘ方
向）の視野限界点をもとめる。Ｘ方向の視野限界点の求
め方を説明するため、図７にＹ方向から見た画像観察装
置構成と、液晶素子２２から視野絞り６を透過する光線
の一般的な図を示す。
向）の視野限界点をもとめる。Ｘ方向の視野限界点の求
め方を説明するため、図７にＹ方向から見た画像観察装
置構成と、液晶素子２２から視野絞り６を透過する光線
の一般的な図を示す。
【００４０】この実施例においては自由曲面の形状はＹ
Ｚ平面に関して左右（ｘ方向に対して）対称であり、液
晶素子、視野絞りも左右対称に構成しているので一方の
エッジに関して上下方向と同様な光線追跡により、視野
絞り６のエッジＳｐｘと画像表示領域ＡのエッジＰｐｘ
を通過する光線Ｄ’の設定基準面Ｑ上の座標と角度は （ｘｌ，ｙｌ，ｚｌ）=（３．５，０，０）,αｌ=１
５．１３° となり、この光線Ｄ’と対称な光線Ｅ’との交点の位置
を求めると、設定基準面Ｑから12.94mm の位置となる。
これより左右方向の視野限界点Ｐｘからプリズム体４ま
での距離ＥＰｘは ＥＰｘ=１２．９４＋３３．０３=４５．９７ であるので、 ＥＰｘ／ＥＰｙ=１．０８＞１ となる。
Ｚ平面に関して左右（ｘ方向に対して）対称であり、液
晶素子、視野絞りも左右対称に構成しているので一方の
エッジに関して上下方向と同様な光線追跡により、視野
絞り６のエッジＳｐｘと画像表示領域ＡのエッジＰｐｘ
を通過する光線Ｄ’の設定基準面Ｑ上の座標と角度は （ｘｌ，ｙｌ，ｚｌ）=（３．５，０，０）,αｌ=１
５．１３° となり、この光線Ｄ’と対称な光線Ｅ’との交点の位置
を求めると、設定基準面Ｑから12.94mm の位置となる。
これより左右方向の視野限界点Ｐｘからプリズム体４ま
での距離ＥＰｘは ＥＰｘ=１２．９４＋３３．０３=４５．９７ であるので、 ＥＰｘ／ＥＰｙ=１．０８＞１ となる。
【００４１】この実施例に置ける左右方向の視野角（視
野限界角）αｈは αｈ=αｌ+αｒ=２αｌ=３０．２６＞２３° となり、臨場感のある画像を再生することができる。ま
た、この液晶素子の画素数をＶＧＡ相当640 ×480 とす
ると、ｘ方向，ｙ方向の視野において１゜×１゜の視野
内の画素数は （640 ×１／30.26 ）×（480 ×１／23.33 ）= 435 >1
00 となり、高精細な画像が得られる。
野限界角）αｈは αｈ=αｌ+αｒ=２αｌ=３０．２６＞２３° となり、臨場感のある画像を再生することができる。ま
た、この液晶素子の画素数をＶＧＡ相当640 ×480 とす
ると、ｘ方向，ｙ方向の視野において１゜×１゜の視野
内の画素数は （640 ×１／30.26 ）×（480 ×１／23.33 ）= 435 >1
00 となり、高精細な画像が得られる。
【００４２】ところで、一般に観察系において、視野の
半画角をα、そのときの像高をＬとするとき、焦点距離
ｆは、 ｆ ＝ Ｌ／ｔａｎα 視度差は、 １ディオプター ≒ ｆ2／１０００ と表せる。
半画角をα、そのときの像高をＬとするとき、焦点距離
ｆは、 ｆ ＝ Ｌ／ｔａｎα 視度差は、 １ディオプター ≒ ｆ2／１０００ と表せる。
【００４３】ここで、視野絞り６のエッジのボケを目立
たなくするためには、視野絞り６の位置をピント面であ
る液晶素子２２面から４ディオプター以内の距離に設定
するとよい。すなわち、視野絞り６と液晶素子２２面の
間の空気換算距離をＤとすると、 Ｄ ＜ ４ディオプター ＜ ４（ｆ2／１０００） ここで、本実施例においては、 ｆ ＝ （Ｌｙ／２）／ｔａｎαｙ であるので、 Ｄ ＜ （４（（Ｌｙ／２）／ｔａｎαｙ）2）／１０
００ すなわち、 （Ｄ・ｔａｎ2αｙ）／Ｌｙ2 ＜ １／１０００ を満足するように各要素の構成を決定すればよい。
たなくするためには、視野絞り６の位置をピント面であ
る液晶素子２２面から４ディオプター以内の距離に設定
するとよい。すなわち、視野絞り６と液晶素子２２面の
間の空気換算距離をＤとすると、 Ｄ ＜ ４ディオプター ＜ ４（ｆ2／１０００） ここで、本実施例においては、 ｆ ＝ （Ｌｙ／２）／ｔａｎαｙ であるので、 Ｄ ＜ （４（（Ｌｙ／２）／ｔａｎαｙ）2）／１０
００ すなわち、 （Ｄ・ｔａｎ2αｙ）／Ｌｙ2 ＜ １／１０００ を満足するように各要素の構成を決定すればよい。
【００４４】本実施例において、視野絞り６と液晶素子
２２面までの空気換算した距離ＤはＤ=１．６０と求め
られ、
２２面までの空気換算した距離ＤはＤ=１．６０と求め
られ、
【００４５】
【数２】
【００４６】となる。
【００４７】以上のように画像表示領域Ａの端から出射
する光線と視野絞り６の開口端及びプリズム体４の配置
を適切に設定することによって、視野絞り６のエッジの
ボケは液晶表示装置２に表示された原画（画像表示領域
Ａ）観察する上で支障がない範囲で光線を制限し、広い
観察視野で良好な画像を観察することができる。
する光線と視野絞り６の開口端及びプリズム体４の配置
を適切に設定することによって、視野絞り６のエッジの
ボケは液晶表示装置２に表示された原画（画像表示領域
Ａ）観察する上で支障がない範囲で光線を制限し、広い
観察視野で良好な画像を観察することができる。
【００４８】数値実施例２ 以下に示す数値実施例は、液晶素子２２の画像表示領域
対角長が0.7 インチで、アスペクト比が４：３、画素数
が800 ×200 のものを使用したときのもので、データー
の設定方法や自由曲面の表現式は前述の数値実施例１と
同じである。又断面形状は各光学作用面の詳細な形状を
除いて図６と概略同様である。
対角長が0.7 インチで、アスペクト比が４：３、画素数
が800 ×200 のものを使用したときのもので、データー
の設定方法や自由曲面の表現式は前述の数値実施例１と
同じである。又断面形状は各光学作用面の詳細な形状を
除いて図６と概略同様である。
【００４９】 数値データー プリズムレンズの屈折率n：1.53 、アッベ数ν：55.0 Ｒ１ dY -59.18 dZ 35.25 Tilt -4.76 r :-427.279 c4 :-6.342e-04 c5 :-3.331e-04 c9 :-9.043e-07 c10:-1.918e-06 c11: 2.241e-08 c12: 5.284e-09 c13:-3.781e-09 c19:-1.883e-11 c20:-1.225e-11 c21: 5.306e-10 c22:-2.786e-13 c23:-6.812e-14 c24: 8.024e-14 c25:-2.185e-13 Ｒ２ dY -4.44 dZ 42.23 Tilt -25.53 r : -65.463 c4 :-9.313e-04 c5 :-8.308e-04 c9 : 1.954e-06 c10:-8.898e-06 c11: 1.787e-08 c12:-4.720e-08 c13:-1.090e-07 c19: 1.302e-09 c20:-6.072e-11 c21: 4.017e-10 c22:-7.700e-11 c23: 1.375e-11 c24: 3.612e-11 c25:-6.411e-12 Ｒ３ dY -59.18 dZ 35.25 Tilt -4.76 r :-427.279 c4 :-6.342e-04 c5 :-3.331e-04 c9 :-9.043e-07 c10:-1.918e-06 c11: 2.241e-08 c12: 5.284e-09 c13:-3.781e-09 c19:-1.883e-11 c20:-1.225e-11 c21: 5.306e-10 c22:-2.786e-13 c23:-6.812e-14 c24: 8.024e-14 c25:-2.185e-13 Ｒ４ dY 14.44 dZ 49.28 Tilt 52.23 r : -98.094 c4 : 1.677e-02 c5 :-4.805e-03 c9 : 2.364e-04 c10:-8.932e-04 c11:-3.571e-05 c12: 1.095e-05 c13: 1.871e-06 c19:-4.062e-08 c20:-3.891e-07 c21: 4.004e-08 c22: 0.000e+00 c23: 0.000e+00 c24: 0.000e+00 c25: 0.000e+00 R５ dY 21.83 dZ 43.30 Tilt 49.00 r :∞ d : 0.80 n : 1.4917 ν:57.0 R６ r : ∞ d : 0.20 R７ r : ∞ d : 0.20 n : 1.4850 ν:55.0 R８ r : ∞ d : 1.10 n : 1.5160 ν:55.0 R９ r : ∞ d : 0.00 このときの視野絞りの形状は Ｓｘ=７．６９ Ｓｙｕ=５．６９ Ｓｙｂ=５．８１ で、液晶素子の画面のエッジまでの距離は Ｌｘ=７．１１ Ｌｙｕ=Ｌｙｂ=５．３３ である。これらを用いて光線追跡により数値実施例１と
同様な条件式の諸量を求めると ｘｕ=０，ｙｕ=２，αｕ=１３．２４° ｘｂ=０，ｙｂ=−２，αｂ=−１３．２２° 設定基準面からプリズムレンズまでの距離 =３２．８３ 設定基準面から視野限界点までの距離 =８．５１ ＥＰｙ=４１．３４ Ｌｙ=Ｌｙ１+Ｌｙ２=１０．６６ ＥＰｙ／Ｌｙ=３．８７＞３．５ ｘ１=３．５，ｙ１=０，αｌ=１７．５° ＥＰｘ=４３．９３ ＥＰｘ／ＥＰｙ=１．０６＞１ αｌ+αｒ=２αｌ=３５＞２３° （800 ×１／35）×（200 ×１／26.46 ）= 186 > 100 Ｄ=１．６０
同様な条件式の諸量を求めると ｘｕ=０，ｙｕ=２，αｕ=１３．２４° ｘｂ=０，ｙｂ=−２，αｂ=−１３．２２° 設定基準面からプリズムレンズまでの距離 =３２．８３ 設定基準面から視野限界点までの距離 =８．５１ ＥＰｙ=４１．３４ Ｌｙ=Ｌｙ１+Ｌｙ２=１０．６６ ＥＰｙ／Ｌｙ=３．８７＞３．５ ｘ１=３．５，ｙ１=０，αｌ=１７．５° ＥＰｘ=４３．９３ ＥＰｘ／ＥＰｙ=１．０６＞１ αｌ+αｒ=２αｌ=３５＞２３° （800 ×１／35）×（200 ×１／26.46 ）= 186 > 100 Ｄ=１．６０
【００５０】
【数３】
【００５１】となる。
【００５２】
【発明の効果】以上のように、液晶ディスプレイなどの
表示手段に表示した画像情報を、広い観察視野で観察す
る際、表示手段からの光束を観察者の眼球に導光する為
の光学系、例えば表示手段や屈折作用を有するプリズム
体より成る光学手段等の構成を適切に設定することによ
って、装置全体の小型化を図りつつ、該画像情報を広い
観察視野において良好なる画質で観察することができる
画像観察装置を達成することができる。
表示手段に表示した画像情報を、広い観察視野で観察す
る際、表示手段からの光束を観察者の眼球に導光する為
の光学系、例えば表示手段や屈折作用を有するプリズム
体より成る光学手段等の構成を適切に設定することによ
って、装置全体の小型化を図りつつ、該画像情報を広い
観察視野において良好なる画質で観察することができる
画像観察装置を達成することができる。
【００５３】特に、画像を表示する液晶素子を小さくし
て観察光学系の小型化を図りつつ、十分な観察領域を確
保することができ、臨場感のある高精細な画像を楽しむ
ことができるヘッドマウントディスプレイを提供するこ
とが可能となる。
て観察光学系の小型化を図りつつ、十分な観察領域を確
保することができ、臨場感のある高精細な画像を楽しむ
ことができるヘッドマウントディスプレイを提供するこ
とが可能となる。
【図１】本発明の実施形態１の画像観察装置の要部断面
図
図
【図２】図１の液晶表示装置２の説明図
【図３】画像表示領域Ａの端から出射した光線の光路説
明図
明図
【図４】視野絞り６のＺ軸方向から見た正面図
【図５】液晶素子２２のＺ軸方向から見た正面図
【図６】条件式の変数を説明するための光路の説明図
【図７】条件式の変数を説明するための図６の直交する
断面の光路の説明図
断面の光路の説明図
１ 光源 ２ 液晶表示装置 ２１ 偏光子 ２２ 液晶素子 ２３ カラーフィルター ２４ａ，２４ｂ 視角改善素子 ２５ 検光子 ３ 回折型ローパスフィルター ４ プリズムレンズ（プリズム体） ４１ 第１の光学作用面 ４２ 第２の光学作用面 ４３ 第３の光学作用面 ５ 保護素子 ６ 視野絞り
Claims (9)
- 【請求項１】 原画からの光を制限する絞りと、該絞り
によって制限を受けた該原画からの光を観察者の眼に導
く観察光学系とを有した画像観察装置において、該観察
光学系は透明な光学材料よりなる光学素子を有し、該光
学素子は該原画からの光が入射する入射面、該入射面か
ら入射した光が反射する反射面、該反射面で反射した光
が出射する出射面とを有し、該入射面、反射面、出射面
のうち少なくとも１つの面は回転非対称な非球面より成
り、該原画の中心から出射し、該観察光学系を介して該
観察者の瞳の中心を通る光線を基準光軸と定義し、該基
準光軸を含む平面と該原画との交線が伸びる方向の該原
画の幅をＬｙ、該交線が伸びる方向の該原画の双方の端
から出射し、それぞれに対応する該絞りの開口の端を通
過する２本の光線が該観察光学系を介して該観察者側で
交わる点から該光学素子までの距離をＥｐｙとしたと
き、 ３．５＜Ｅｐｙ／Ｌｙ なる条件を満足することを特徴とする画像観察装置。 - 【請求項２】 前記交線と直交する方向の前記原画の双
方の端から出射し、それぞれに対応する前記絞りの開口
の端を通過する２本の光線が前記観察光学系を介して前
記観察者側で交わる点から前記光学素子までの距離をＥ
ｐｘとするとき、 １＜Ｅｐｘ／Ｅｐｙ なる条件を満足することを特徴とする請求項１の画像観
察装置。 - 【請求項３】 前記交線と直交する方向の前記原画の双
方の端から出射し、それぞれに対応する前記絞りの開口
の端を通過する２本の光線が前記観察光学系を介して前
記観察者側で交わってなす角をαｈとするとき、 ２３°＜αｈ なる条件を満足することを特徴とする請求項１又は２の
画像観察装置。 - 【請求項４】 前記交線が伸びる方向の前記原画の一方
の端から出射し、それに対応する前記絞りの開口の端を
通過する光線が前記観察光学系を介して前記観察者側で
前記基準光軸と交わってなす角をαｕ、前記交線が伸び
る方向の前記原画の他方の端から出射し、それに対応す
る前記絞りの開口の端を通過する光線が前記観察者側で
前記基準光軸と交わってなす角をαｂ、前記絞りと前記
原画との間の空気換算量をＤとするとき、（Ｄ・ｔａｎ
2αｙ）／Ｌｙ2＜１／１０００ 但し、αｙ＝（αｕ−αｂ）／２ なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至３の
画像観察装置。 - 【請求項５】 前記光学素子は前記原画からの光が入射
する前記入射面としての第１の光学作用面、該第１の光
学作用面からの光束を全反射する第２の光学作用面、そ
して該第２の光学作用面からの光束を反射させる前記反
射面としての第３の光学作用面を有し、該第３の光学作
用面で反射した光が前記出射面としての該第２の光学作
用面より出射することを特徴とする請求項１乃至４の画
像観察装置。 - 【請求項６】 原画からの光を制限する絞りと、該絞り
によって制限を受けた該原画からの光を観察者の眼に導
く観察光学系とを有した画像観察装置において、該観察
光学系は透明な光学材料よりなる光学素子を有し、該光
学素子は該原画からの光が入射する入射面、該入射面か
ら入射した光が反射する反射面、該反射面で反射した光
が出射する出射面とを有し、該入射面、反射面、出射面
のうち少なくとも１つの面は回転非対称な非球面より成
り、該原画の中心から出射し、該観察光学系を介して該
観察者の瞳の中心を通る光線を基準光軸と定義し、該基
準光軸を含む平面と該原画との交線が伸びる方向の該原
画の双方の端から出射し、それぞれに対応する該絞りの
開口の端を通過する２本の光線が該観察光学系を介して
該観察者側で交わる点から該光学素子までの距離をＥｐ
ｙ、該交線と直交する方向の該原画の双方の端から出射
し、それぞれに対応する該絞りの開口の端を通過する２
本の光線が該観察光学系を介して該観察者側で交わる点
から該光学素子までの距離をＥｐｘとするとき、 １＜Ｅｐｘ／Ｅｐｙ なる条件を満足することを特徴とする画像観察装置。 - 【請求項７】 原画からの光を制限する絞りと、該絞り
によって制限を受けた該原画からの光を観察者の眼に導
く観察光学系とを有した画像観察装置において、該観察
光学系は透明な光学材料よりなる光学素子を有し、該光
学素子は該原画からの光が入射する入射面、該入射面か
ら入射した光が反射する反射面、該反射面で反射した光
が出射する出射面とを有し、該入射面、反射面、出射面
のうち少なくとも１つの面は回転非対称な非球面より成
り、該原画の中心から出射し、該観察光学系を介して該
観察者の瞳の中心を通る光線を基準光軸と定義し、該基
準光軸を含む平面と該原画との交線と直交する方向の該
原画の双方の端から出射し、それぞれに対応する該絞り
の開口の端を通過する２本の光線が該観察光学系を介し
て該観察者側で交わってなす角をαｈとするとき、 ２３°＜αｈ なる条件を満足することを特徴とする画像観察装置。 - 【請求項８】 原画からの光を制限する絞りと、該絞り
によって制限を受けた該原画からの光を観察者の眼に導
く観察光学系とを有した画像観察装置において、該観察
光学系は透明な光学材料よりなる光学素子を有し、該光
学素子は該原画からの光が入射する入射面、該入射面か
ら入射した光が反射する反射面、該反射面で反射した光
が出射する出射面とを有し、該入射面、反射面、出射面
のうち少なくとも１つの面は回転非対称な非球面より成
り、該原画の中心から出射し、該観察光学系を介して該
観察者の瞳の中心を通る光線を基準光軸と定義し、該基
準光軸を含む平面と該原画との交線が伸びる方向の該原
画の幅をＬｙ、該交線が伸びる方向の該原画の一方の端
から出射し、それに対応する該絞りの開口の端を通過す
る光線が該観察光学系を介して該観察者側で該基準光軸
と交わってなす角をαｕ、該交線が伸びる方向の該原画
の他方の端から出射し、それに対応する該絞りの開口の
端を通過する光線が該観察者側で該基準光軸と交わって
なす角をαｂ、該絞りと該原画との間の空気換算量をＤ
とするとき、 （Ｄ・ｔａｎ2αｙ）／Ｌｙ2＜１／１０００ 但し、αｙ＝（αｕ−αｂ）／２ なる条件を満足することを特徴とする画像観察装置。 - 【請求項９】 液晶表示装置と、該液晶表示装置を照明
する光源と、該液晶表示装置からの光を観察者の眼に導
く観察光学系とを有する画像観察装置において、該液晶
表示装置は、入射した光の偏光特性を変えて出射する液
晶素子と、照明光の入射角に応じて異なる該液晶素子の
偏光特性を実質的に同一にする視野角改善素子を有して
おり、該観察光学系は透明な光学材料よりなる光学素子
を有し、該光学素子は該液晶表示装置からの光が入射す
る入射面、該入射面から入射した光が反射する反射面、
該反射面で反射した光が出射する出射面とを有し、該入
射面、反射面、出射面のうち少なくとも１つの面は回転
非対称な非球面より成っていることを特徴とする画像観
察装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11169600A JP2000098293A (ja) | 1998-06-19 | 1999-06-16 | 画像観察装置 |
| US09/335,490 US6310728B1 (en) | 1998-06-19 | 1999-06-18 | Image viewing apparatus |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18991998 | 1998-06-19 | ||
| JP10-189919 | 1998-06-19 | ||
| JP11169600A JP2000098293A (ja) | 1998-06-19 | 1999-06-16 | 画像観察装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000098293A true JP2000098293A (ja) | 2000-04-07 |
Family
ID=26492864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11169600A Pending JP2000098293A (ja) | 1998-06-19 | 1999-06-16 | 画像観察装置 |
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|---|---|
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| JP (1) | JP2000098293A (ja) |
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