JP2000227575A

JP2000227575A - 観察光学系及び画像表示装置

Info

Publication number: JP2000227575A
Application number: JP11030093A
Authority: JP
Inventors: Junko Kuramochi; 純子倉持
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2000-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】観察光学系内のプラスチック材料によって形
成された光学素子の紫外線吸収による着色を防止するこ
と。【解決手段】プリズム４より観察側に紫外線をカット
する機能を備えた保護板６を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、観察光学系に関
し、特に観察者の頭部や顔面に装着して画像を観察する
画像表示装置に好適に用いられる観察光学系に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図６に頭部装着型の画像表示装置の要部
概略図を示す。

【０００３】図６において、６１は２次元画像を表示す
るための表示手段であり、ここではＬＣＤ（液晶ディス
プレイ）を用いている。６２はＬＣＤ６１を照明するた
めのバックライト、６４はＬＣＤに表示された画像から
の光を観察者６５に導く観察光学系としてのプリズムで
ある。ＡはＬＣＤ６１に表示された画像中心と観察者６
５の瞳中心とを結ぶ基準光軸を示している。

【０００４】ＬＣＤ６１に表示された画像からの光は、
プリズム６４の面６４ａに入射した後、面６４ｂで全反
射し、ミラーコートされた凹面である面６４ｃで反射
し、面６４ｂを透過する。このようなプリズム６４の光
学的作用によって、観察者６４は拡大された画像をあた
かも目前の中空上に浮かんでいるかのごとく観察でき、
高い没入感を得ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図６に示したような画
像表示装置において、観察者５によって遮られていた外
光が、装置不使用時には面６４ｂからプリズム６４に侵
入することになる。あるいは装置使用時であっても、観
察者５と装置との隙間からはプリズム６４に外光が侵入
する場合もある。プリズム６４がプラスチック材料によ
って形成されている場合、外光に含まれる紫外線の一部
はプリズム６４で吸収され、プリズムの着色の要因とな
る。プリズム６４の着色は観察画像の色特性を変化させ
るため、画像品位を劣化させる原因となっていた。

【０００６】プリズム６４の着色を防止するため、プリ
ズム６４を形成するプラスチック材料に紫外線吸収剤を
あらかじめ混入することも考えられる。しかしながら、
紫外線吸収剤は若干着色しており、プリズム６４内の光
路も長いので、紫外線吸収剤を混入したプリズムでは、
それによる着色も問題となり、高い画像品位を保つ上で
好ましくない。

【０００７】本発明は、観察光学系内のプラスチック材
料によって形成された光学素子の着色を防止し、品位の
高い画像の観察を可能とする観察光学系を提供すること
を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願第１発明は、プラスチック材料で形成された光
学素子を有する観察光学系において、前記光学素子より
観察側に紫外線をカットする手段を設けたことを特徴と
している。

【０００９】本願第２発明は、画像を表示する表示手段
と、該表示手段からの光を観察者に導く観察光学系を備
える画像表示装置において、前記観察光学系は、プラス
チック材料で形成された光学素子と、該光学素子より観
察側に配された紫外線をカットする手段を有することを
特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は、本発明の
一実施形態の観察光学系を備える頭部装着型の画像表示
装置の要部断面図である。

【００１１】図１において、１は２次元画像を表示する
ための表示手段であるＬＣＤ、２はＬＣＤ１を照明する
ためのバックライト、３はＬＣＤ１及びバックライト２
を一体的に保持するためのＬＣＤホルダーである。４は
ＬＣＤ１に表示された画像からの光を観察者５に導くプ
リズム（光学素子）である。６はプリズム４の観察者５
側（観察側）に設けられた保護板であり、プリズム４に
直接ゴミが付着するのを防止するカバーの役目と共に、
紫外線をカットする手段としての役目をも果たしてい
る。プリズム４、ＬＣＤ１、バックライト２、そしてＬ
ＣＤ１やバックライト２を駆動するための基板（不図
示）は筐体１０に対して固定されている。ＡはＬＣＤ１
に表示された画像中心と観察者５の瞳中心とを結ぶ基準
光軸を示している。

【００１２】プリズム４は透過面である第１面４ａ，全
反射面及び透過面である第２面４ｂ、ミラーコートされ
た凹反射面である第３面４ｃからなり、屈折率が１より
大きい媒質によって一体成形されたプラスチック素子で
ある。第１面４ａ，第２面４ｂ，第３面４ｃのうち少な
くとも１つは各面内及び面外共に回転対称軸を有せず、
しかも対称面を１つのみ有する非球面（自由曲面）から
なる。

【００１３】ＬＣＤ１に表示された画像からの光は、第
１面４ａに入射した後、第２面４ｂで全反射し、第３面
４ｃで反射し、第２面４ｂを出射する。このようなプリ
ズム４の光学的作用によって、観察者５は拡大された画
像をあたかも目前の中空上に表示されたかのように観察
できる。

【００１４】次に紫外線をカットする保護板６について
詳細に説明する。

【００１５】本実施形態の保護板は、アクリル製の平板
６ａの両面に誘電体薄膜の多層膜６ｂを真空蒸着法によ
り形成している。この多層膜６ｂは、保護板への入射光
のうち可視域の光線（波長約３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）
の反射を防止することによって透過を増加させ、紫外域
（波長約３８０ｎｍ以下）の光線の入射方向への反射を
増加させる膜設計を行っている。

【００１６】また、一部の紫外線は多層膜６ｂを透過す
るため、本実施形態では、アクリル平板６ａに紫外線
（約３８０ｎｍ以下）を吸収する材料を混入している。
これにより、保護板６を透過しプリズム４に入射する紫
外線はほとんど存在しなくなり、プリズム４に紫外線吸
収効果を持たないプラスチック材料を使用しても、紫外
線の吸収に起因した着色等の経時変化を起こすことな
く、画像品位の高い画像表示装置を実現できる。

【００１７】図２に紫外線吸収材を混入したアクリル平
板の両面に上述の多層コーティングを設けた保護板の分
光透過特性を示す。図２に示すように、紫外域の光線は
ほとんど保護板でカット（反射、吸収）される。その一
方で可視域の光線に対しては、観測者方向の表面反射が
少ないため、保護板の表面反射光がフレアとなり観察画
像のコントラストを低下させる問題もない。また保護板
による吸収もほとんどないことから観察画像の光量が低
下する心配もない。

【００１８】なお、本実施形態においては、アクリル平
板６ａの両面に多層膜コーティング６ｂを施している
が、一方の面のみに多層膜コーティングを施す場合で
も、類似の効果が得られる。

【００１９】（実施形態２）図３は、本発明の別の実施
形態の観察光学系を備える頭部装着型の画像表示装置の
要部断面図である。本実施形態において、実施形態１と
同符号の部材は実施形態１と同じものなので、説明を省
略する。

【００２０】本実施形態が実施形態１と大きく異なる点
は、ガラス平板７ａの表面に誘電体薄膜の多層膜７ｂを
真空蒸着法により形成することにより、保護板７を構成
している点である。この多層膜コーティング７ｂは、保
護板７への入射光のうち可視域の光線（波長約３８０ｎ
ｍ〜７８０ｎｍ）は入射方向への反射を減らし、紫外域
（波長約３８０ｎｍ未満）の光線の入射方向への反射を
増やす膜設計を行っている。ガラス材料は紫外線を吸収
する性質があるので、ガラス平板７ａ上に多層膜７ｂを
施すだけで、実施形態１と同様の効果が得られる。

【００２１】なお、本実施形態においても、ガラス平板
７ａの両面に多層膜コーティング７ｂを施しているが、
一方の面のみに多層膜コーティングを施す場合でも、類
似の効果が得られる。

【００２２】（実施形態３）実施形態１の保護板６は紫
外線吸収材料を含んでいるため、長い間使用していると
紫外線の吸収により微かに着色してくることがある。本
実施形態は実施形態１の保護板６を着脱可能にし、保護
板６が着色した場合でも新しいものと容易に交換を可能
としたものである。図４は、本実施形態の頭部装着型の
画像表示装置の要部断面図である。

【００２３】本実施形態では、装置を分解することなく
保護板６を外部から着脱可能とする保護板保持部１０ａ
が筐体１０に設けられている。保護板保持部１０ａは先
端に突起を有したフック（係止フック）を備えており、
保護板６を観察者５方向から押すことで保護板６が取り
付けられ、逆に観測者５方向に引くことで保護板６が取
りはずされる。

【００２４】これにより、着色した保護板６を容易に新
しいものに交換することが可能となる。

【００２５】（実施形態４）図５は、本発明の更に別の
実施形態の観察光学系を備える頭部装着型の画像表示装
置の要部断面図である。

【００２６】本実施形態は、平凸レンズ８ａの平面側に
実施形態１，２と同様の誘電体薄膜の多層膜８ｂを真空
蒸着法により形成し、保護板８を構成したものである。
平凸レンズ８ａのプリズム４側の面には、プリズム４の
レンズ作用を部分的に担う補助レンズ面が形成されてい
る。

【００２７】本実施形態は、他の実施形態と同様の効果
に加えて、保護板に何らかの光学的作用を持たせること
で、観察光学系を構成するその他の光学部材の設計自由
度が増し、より良好な光学設計が可能となる。

【００２８】なお本実施形態では、レンズ面を備えるこ
とで保護板に屈折作用を持たせているが、その他の光屈
曲作用、例えば回折作用等を保護板に持たせても、本実
施形態と類似の効果が期待できる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、観察光
学系内のプラスチック材料によって形成された光学素子
の着色を防止し、品位の高い画像の観察を可能とする観
察光学系を提供する

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１の頭部装着型の画像表示装置の概略
構成図（断面図）である。

【図２】実施形態１のアクリル保護板６の分光透過特性
を示す図である。

【図３】実施形態２の頭部装着型の画像表示装置の概略
構成図（断面図）である。

【図４】実施形態３の頭部装着型の画像表示装置の概略
構成図（断面図）である。

【図５】実施形態４の頭部装着型の画像表示装置の概略
構成図（断面図）である。

【図６】従来の頭部装着型の画像表示装置の概略構成図
（断面図）である。

【符号の説明】

１ＬＣＤ２バックライト３ＬＣＤホルダー４プリズム５観察者６アクリル保護板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラスチック材料で形成された光学素子
を有する観察光学系において、前記光学素子より観察側
に紫外線をカットする手段を設けたことを特徴とする観
察光学系。
【請求項２】前記紫外線をカットする手段は、紫外線
を反射する特性を有する膜であることを特徴とする請求
項１記載の観察光学系。
【請求項３】前記膜は、可視光の反射を防止する特性
を有することを特徴とする請求項２記載の観察光学系。
【請求項４】前記紫外線をカットする手段は、紫外線
吸収材料であることを特徴とする請求項１乃至３記載の
観察光学系。
【請求項５】前記紫外線をカットする手段は、最も観
察側に設けられた保護板であることを特徴とする請求項
１乃至４記載の観察光学系。
【請求項６】前記保護板は、着脱可能であることを特
徴とする請求項５記載の観察光学系。
【請求項７】前記保護板は、光を屈曲させる作用を有
することを特徴とする請求項５，６記載の観察光学系。
【請求項８】画像を表示する表示手段と、該表示手段
からの光を観察者に導く観察光学系を備える画像表示装
置において、前記観察光学系は、プラスチック材料で形
成された光学素子と、該光学素子より観察側に配された
紫外線をカットする手段を有することを特徴とする画像
表示装置。
【請求項９】前記紫外線をカットする手段は、紫外線
を反射する特性を有する膜であることを特徴とする請求
項８記載の画像表示装置。
【請求項１０】前記膜は、可視光の反射を防止する特
性を有することを特徴とする請求項９記載の画像表示装
置。
【請求項１１】前記紫外線をカットする手段は、紫外
線吸収材料であることを特徴とする請求項８乃至１０記
載の画像表示装置。
【請求項１２】前記紫外線をカットする手段は、最も
観察側に設けられた保護板であることを特徴とする請求
項８乃至１１記載の画像表示装置。
【請求項１３】前記保護板は、着脱可能であることを
特徴とする請求項１２記載の画像表示装置。
【請求項１４】前記保護板は、光を屈曲させる作用を
有することを特徴とする請求項１２，１３記載の画像表
示装置。
【請求項１５】前記光学素子は、前記表示手段からの
光が入射する入射面と、該入射面から入射した光を全反
射する全反射面と、該全反射面で全反射した光を反射す
る反射面と、該反射面で反射した光を透過する透過面を
有することを特徴とする請求項８乃至１４記載の画像表
示装置。