JP2001027739A

JP2001027739A - 虚像観察光学装置

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Publication number: JP2001027739A
Application number: JP11200724A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takegawa; 洋武川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 1999-07-14
Publication date: 2001-01-30
Anticipated expiration: 2019-07-14
Also published as: EP1069451A2; KR100671724B1; US6331916B1; JP4341108B2; EP1069451A3; KR20010015339A

Abstract

(57)【要約】【課題】迷光によるノイズ及び収差を除去し且つ小型
化が可能な虚像観察光学装置を提供することを目的とす
る。【解決手段】虚像観察光学装置は反射型空間光変調素
子と照明用光源装置と接眼光学系と光源光学系とを有す
る。光源光学系は少なくとも１つの光束分割素子を有
し、接眼光学系は少なくとも１つの光束分割素子と反射
素子とを含む。接眼光学系の反射素子に立てた面法線ベ
クトルと光束分割素子に立てた面法線ベクトルのなす角
は１３６度以上且つ１７９度以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオカメラのビ
ューファインダ、ヘッドマウント型デイスプレイ等に使
用して好適な虚像観察光学装置に関し、特に、反射型空
間光変調素子を使用する虚像観察光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】空間光変調素子（Spatial Light Modula
tor ：ＳＬＭ）は、映像信号を入力し、その画像データ
に基づいて各画素毎に光を変調するように構成されたデ
バイスである。空間光変調素子を透過する光を変調する
透過型と空間光変調素子を反射する光を変調する反射型
がある。本発明の虚像観察光学装置は後者の反射型空間
光変調素子を使用する。

【０００３】空間光変調素子は液晶、デジタルマイクロ
ミラー等を使用する。特に液晶を使用するものは液晶型
空間光変調素子と称される。液晶には、旋光（偏光導
波）モード型、複屈折モード型、光散乱モード型、光吸
収モード型等がある。一般的に使用される液晶として、
旋光（偏光導波）モード型のツイステッドネマティック
（ＴＮ）動作モードを使用するＴＮ液晶、複屈折動作モ
ード型のスーパーツイステッドネマティック（ＳＴＮ）
動作モードを使用するＳＴＮ液晶及び強誘電性液晶（Ｆ
ＬＣ）動作モードを使用するＦＬＣ型の液晶がある。

【０００４】図２２を参照してのＴＮ液晶又はＳＴＮ液
晶を用いた反射型空間光変調素子の構造及び動作原理を
説明する。ＴＮ又はＳＴＮ液晶反射型空間光変調素子９
０は１対の電極部とその間に挿入された液晶材料９５と
下側の反射板９６とを含む。上側の電極部はガラス基板
９１Ａとその内側（下側）の透明電極９２Ａとその内側
（下側）の配向膜９３Ａとを含み、下側の電極部はガラ
ス基板９１Ｂとその内側（上側）の透明電極９２Ｂとそ
の内側（上側）の配向膜９３Ｂとを含む。

【０００５】上側の電極部のガラス基板９１Ａの外側
（上側）には偏光子９４Ａが配置され、下側の電極部の
ガラス基板９１Ｂの外側（下側）には検光子９４Ｂが配
置されている。２つの偏光子９４Ａ、９４Ｂの偏光方向
は互いに直交している。

【０００６】配向膜９３Ａ、９３Ｂは液晶材料９５の分
子の配向方向を揃える機能を有し、上側の電極部に設け
られた配向膜９３Ａの配向方向は上側の電極部に設けら
れた偏光子９４Ａの偏光方向と平行であり、下側の電極
部に設けられた配向膜９３Ｂの配向方向は下側の電極部
に設けられた検光子９４Ｂの偏光方向と平行である。即
ち、２つの配向膜９３Ａ、９３Ｂの配向方向は互いに直
交している。

【０００７】図２２Ａは透明電極９２Ａ、９２Ｂに電圧
が印加されていない電圧非印加状態を示し、図２２Ｂは
透明電極９２Ａ、９２Ｂに電圧が印加されている電圧印
加状態を示す。図２２Ａの電圧非印加状態では液晶材料
９５の分子の配向は捻れ状態となり、図２２Ｂの電圧印
加状態では液晶材料９５の分子は垂直方向に整列した状
態となる。ＴＮ液晶の場合、電圧非印加状態における分
子の捻れ角は９０度である。

【０００８】図２２Ａの電圧非印加状態では、上側の偏
光子９４Ａからの偏光９７Ａは液晶材料９５を透過する
ことによって偏光方向が回転する。従って、この偏光９
７Ｂは下側の偏光子９４Ｂを透過し、反射板９６に到達
する。反射板９６を反射した偏光９７Ｃは同様に液晶材
料９５を透過することによって偏光方向が回転し、上側
の偏光子９４Ａを透過する。即ち、入射光と同一経路に
戻る。

【０００９】しかしながら、図２２Ｂの電圧印加状態で
は、上側の偏光子９４Ａからの偏光９７Ａは液晶材料９
５を透過することによって偏光方向が回転しない。従っ
て、この偏光は下側の偏光子９４Ｂを透過することがで
きず、反射板９６に到達しない。即ち、入射光に対する
反射光は得られない。

【００１０】図２３を参照してのＦＬＣを用いた反射型
空間光変調素子の構造及び動作原理を説明する。ＦＬＣ
反射型空間光変調素子１００は１対の電極部とその間に
挿入された液晶材料１０５とを含む。上側の電極部はガ
ラス基板１０１Ａとその内側（下側）の透明電極１０２
Ａとその内側（下側）の配向膜１０３Ａとを含み、下側
の電極部はシリコン基板１０１Ｂとその内側（上側）の
アルミ電極１０２Ｂとその内側（上側）の配向膜１０３
Ｂとを含む。アルミ電極１０２Ｂは反射膜としても機能
する。上側の電極部のガラス基板１０１Ａの外側（上
側）には偏光子１０４が配置されている。

【００１１】図２３Ａは透明電極１０２Ａ及びアルミ電
極１０２Ｂに第１の方向の電圧が印加された第１の電圧
方向状態を示し、図２３Ｂは透明電極１０２Ａ及びアル
ミ電極１０２Ｂに第２の方向の電圧が印加された第２の
電圧方向状態を示す。図２３Ｃに示すように、第１の電
圧方向状態では液晶材料１０５は入射偏光に対して複屈
折効果を示さないが、第２の電圧方向状態では液晶材料
１０５は入射偏光に対して複屈折効果を示す。

【００１２】図２３Ａの第１の電圧方向状態では、液晶
材料１０５は複屈折効果を示さないから、偏光子１０４
からの偏光１０７Ａは液晶材料１０５を透過し、偏波状
態を変えることなく、アルミ電極（反射膜）１０２Ｂに
到達する。アルミ電極（反射膜）１０２Ｂを反射した偏
向１０７Ｂは再び液晶材料１０５を透過し、偏波状態を
変えることなく、偏光子１０４に到達する。即ち、入射
光の偏波状態と同一の偏波状態の光が偏光子１０４に戻
る。従って、偏光子１０４より出射光が得られる。

【００１３】しかしながら、図２３Ｂの第２の電圧方向
状態では、偏光子１０４からの偏光１０７Ａは液晶材料
１０５を透過することによって複屈折効果を受け、直線
偏光が円偏光に変化する。円偏光はアルミ電極（反射
膜）１０２Ｂを反射し、それによって円偏光１０７Ｂの
回転方向は反対方向となる。回転方向が反対となった円
偏光１０７Ｂは再び液晶材料１０５を透過することによ
って複屈折効果を受け、直線偏光となる。この直線偏光
は偏光子１０４の偏光方向と直交しており、従って、偏
光子１０４を通過しない。

【００１４】図２４はＦＬＣ（強誘電性液晶）を用いた
反射型空間光変調素子を有する虚像観察光学系の例を示
す。この虚像観察光学系はＦＬＣ反射型空間光変調素子
１００と偏光子１０４とハーフミラー１１１と検光子１
１２とを有する。偏光子１０４の偏光方向と検光子１１
２の偏光方向は互いに直交している。

【００１５】ＦＬＣ反射型空間光変調素子１００は図２
３に示したＦＬＣ反射型空間光変調素子と同様であり、
詳細な説明は省略する。空間光変調素子は通常、照明用
光源装置と共に使用される。図示しない照明用光源装置
からの光１０７Ａは偏光子１０４を経由してハーフミラ
ー１１１に到達する。ハーフミラー１１１を反射した光
１０７ＡはＦＬＣ反射型空間光変調素子１００を経由し
て再びハーフミラー１１１に到達する。ハーフミラー１
１１を透過した偏光１０７Ｂは検光子１１２に到達す
る。

【００１６】上述のように第１の電圧方向状態では、液
晶材料１０５は複屈折効果を示さないから、偏光子１０
４からの偏光１０７Ａは偏波状態を変化させることな
く、検光子１１２に到達する。従って、照明用光源装置
からの光は検光子１１２を透過しない。しかしながら、
第２の電圧方向状態では、液晶材料１０５は複屈折効果
を示し、偏光子１０４からの偏光１０７Ｂは偏波状態を
変化させて検光子１１２に到達する。従って、照明用光
源装置からの光は検光子１０４を透過して出力される。

【００１７】このように、照明用光源装置を使用する理
由は、照明用光源装置からの光が液晶材料１０５による
複屈折効果を受けないときに、黒表示（ノーマリブラッ
ク）とするためである。これは、液晶材料１０５の複屈
折効果によって生成される位相差は、液晶材料１０５の
膜厚及び入射光の入射角に依存するためである。

【００１８】図２５を参照して従来の反射型空間光変調
素子を使用する虚像観察光学装置の例を説明する。この
例は米国特許第５５９６４５１号に記載された例であ
り、詳細は同特許を参照されたい。本例の虚像観察光学
装置は、立方体形状の偏光ビームスプリッタキューブ１
２５（以下に単にキューブと称する。）を有し、その対
角面に偏光ビームスプリッタ１２５Ｅが形成されてい
る。

【００１９】図示のようにキューブ１２５の第１の面１
２５Ａに対応して照明用光源装置１２１及び偏光子１２
３、第２の面１２５Ｂに対応して反射型空間光変調器１
２２、第３の面１２５Ｃに対応して四分の一波長板１２
６及び反射ミラー１２７が配置されている。

【００２０】照明用光源装置１２１からの光は偏光子１
２３を経由し、偏光ビームスプリッタ１２５Ｅによって
偏向され、反射型空間光変調器１２２に到達する。反射
型空間光変調器１２２からは、変調された反射光が出力
される。この反射光は偏光ビームスプリッタ１２５Ｅ及
び四分の一波長板１２６を経由し、反射ミラー１２７の
凹型反射面を反射する。この反射光は、再び四分の一波
長板１２６を経由し、偏光ビームスプリッタ１２５Ｅに
よって偏向され（符号１２８Ａ）観察領域１３０の人間
の瞳１３１に到達する。

【００２１】本例の虚像観察光学装置は次のような欠点
を有する。（１）照明用光源装置１２１からの光の一部は破線１２
８Ｂにて示すように、迷光として直接的に瞳１３１に到
達する。この迷光１２８Ｂは反射型空間光変調器１２２
によって表示される画像データのノイズとなり、画像情
報のコントラストを低下させる。

【００２２】（２）立方体形状の偏光ビームスプリッタ
キューブ１２５を使用するため、照明用光源装置１２１
からの光の入射面１２５Ａ、反射型空間光変調器１２２
に対応する面１２５Ｂ、四分の一波長板１２６及び反射
ミラー１２７に対応する面１２５Ｃ、観察領域１３０へ
光が出射する面１２５Ｄ及び偏光ビームスプリッタ面１
２５Ｅは平面であり、光学的自由度を有する面が少な
い。従って、例えば、反射型空間光変調器１２２の画素
ピッチが小さい場合等では十分な解像度が得られないこ
とがある。（３）反射型空間光変調器１２２の寸法が一
定であると仮定した場合、見かけの表示画面の寸法を大
きくするためには画角を大きくしなければならない。画
角を大きくすると焦点距離ｆは小さくなる。焦点距離ｆ
を小さくするとペッツバール和ＰＳの絶対値が大きくな
る。即ち、画像の湾曲度は大きくなる。

【００２３】ペッツバール和ＰＳは、画像の平坦度又は
湾曲度を表すパラメータであり、次の式に示すように、
屈折率ｎ及び焦点ｆの関数である。

【００２４】

【数１】ＰＳ＝Σ（１／ｎｆ）

【００２５】ペッツバール和がゼロ、即ち、ＰＳ＝０の
場合は画像が平坦であることを表す。ペッツバール和Ｐ
Ｓの絶対値が大きいほど、画像の湾曲度が大きいことを
示す。図２５の例では、反射ミラー１２７の凹型反射面
のみによって光学系全体の屈折力を負担しており、ｎ＝
−１，ｆ> ０である。従って、ペッツバール和はＰＳ<
０となる。

【００２６】（４）偏光ビームスプリッタキューブと反
射ミラーが別個の構成部品であるため、部品点数が多く
なり、製造費等が高くなる。また、キューブと反射ミラ
ーの間に空気層があるため、この空気層が無い場合と比
べて焦点距離が長くなる。（５）偏光ビームスプリッタキューブは製造費が高く及
び重量が大きいため、装置の製造費及び重量が大きくな
る。

【００２７】図２６を参照して従来の反射型空間光変調
素子を使用する虚像観察光学装置の他の例を説明する。
この例も上述の米国特許第５５９６４５１号に記載され
た例であり、詳細は同特許を参照されたい。本例の虚像
観察光学装置は、図２５を参照して説明した虚像観察光
学装置にて、小さな寸法の立方体形状の偏光ビームスプ
リッタキューブ１２４（以下に単にキューブと称す
る。）を付加的に設けた構成を有する。

【００２８】小さな寸法のキューブ１２４は大きな寸法
のキューブ１２５と同様な構成を有し、その対角面に偏
光ビームスプリッタ１２４Ｅが形成されている。図示の
ように、小さな寸法のキューブ１２４の第１の面１２４
Ａに対応して照明用光源装置１２１、第２の面１２４Ｂ
に対応して反射型空間光変調器１２２、第３の面１２４
Ｃに対応して大きな寸法のキューブ１２５が配置され、
この大きな寸法のキューブ１２５の第３の面１２５Ｃに
対応して四分の一波長板１２６及び反射ミラー１２７が
配置されている。

【００２９】照明用光源装置１２１からの光は小さなキ
ューブ１２４の偏光ビームスプリッタ１２４Ｅによって
偏向され、反射型空間光変調器１２２に到達する。反射
型空間光変調器１２２からは、変調された反射光が出力
される。この反射光は２つの偏光ビームスプリッタ１２
４Ｅ及び１２５Ｅと四分の一波長板１２６を経由し、反
射ミラー１２７の凹型反射面を反射する。この反射光
は、再び四分の一波長板１２６を経由し、偏光ビームス
プリッタ１２５Ｅによって偏向され（符号１２８Ａ）観
察領域１３０の人間の瞳１３１に到達する。

【００３０】本例の虚像観察光学装置では、照明用光源
装置１２１からの光の一部は破線１２８Ｂにて示すよう
に偏光ビームスプリッタ１２４Ｅを透過するが、観察領
域１３０に到達しない。従って、迷光によって画像デー
タにノイズが生ずることはない。従って、本例では上述
の３つの欠点の内、第１の欠点（１）は回避されるが、
他の欠点は依然として残る。

【００３１】図２７を参照して従来の虚像観察光学系の
他の例を説明する。図２７Ａに示す虚像観察光学系は、
照明用光源装置１４１とＦＬＣ反射型空間光変調素子１
４２Ａと偏光ビームスプリッタ１４３と凹面反射鏡１４
４とを有する。本例の偏光ビームスプリッタ１４３はガ
ラス基板の上に偏光性光束分割膜を塗布した構造を有す
る。図２７Ｂに示す虚像観察光学系では、空間光変調素
子としてＴＮ結晶型反射型空間光変調素子１４２Ｂを使
用し、更に、偏光ビームスプリッタ１４３と凹面反射鏡
１４４の間に四分の一波長板１４５を設ける。

【００３２】照明用光源装置１４１からの光は偏光ビー
ムスプリッタ１４３を経由して反射型空間光変調素子１
４２Ａ、１４２Ｂに到達する。反射型空間光変調素子１
４２Ａ、１４２Ｂからの光は偏光ビームスプリッタ１４
３によって偏向され凹面反射鏡１４４を反射して観察空
間１３０の瞳１３１に達する。

【００３３】図２７の例では、立方体形状の偏光ビーム
スプリッタキューブを使用する代わりに板状の偏光ビー
ムスプリッタ１４３を使用する。従って、上述の第５の
欠点は回避される。しかしながら、この例では、次のよ
うな欠点が存在する。（１）光学系の寸法関係が同一の場合、キューブを使用
する場合に比べて、屈折力を発生する反射鏡の焦点距離
が長くなり、光学的な倍率が小さくなる。光学的倍率が
小さくなると見かけの表示画像の寸法が小さくなる。
尚、虚像結像のための焦点距離は、虚像距離が無限遠の
場合、反射型空間光変調素子と反射鏡の主点間の物理的
距離をその間の媒質の屈折率によって除した値である。（２）板状の偏光ビームスプリッタでは、全可視光帯域
にてＰ偏光透過率及びＳ偏光透過率の両者を高くするこ
とは困難である。図２７Ｂに示す例のように、反射型光
空間変調素子として反射型ＴＮ液晶空間光変調素子を使
用し、反射鏡と偏光ビームスプリッタの間に四分の一波
長板を配置した場合でも、光利用効率を十分高くするこ
とができない。（３）例えば、構成面を曲面にすることができる内部充
填型の偏光ビームスプリッタと比べた場合、自由面光学
的自由度を有する面が少ない。従って、解像度、像面湾
曲量等の収差補正が十分に達成できない場合がある。

【００３４】図２８を参照して従来の虚像観察光学装置
の他の例を説明する。本例の虚像観察光学装置は照明用
光源装置１０と光学フィルム１５と反射型空間光変調器
２０と第１及び第２のハーフミラー２１、２２と凹面反
射鏡２３とを有する。

【００３５】虚像観察光学装置は更に、映像信号１を入
力するシステムコントローラ２とシステムコントローラ
２からの信号を入力する照明用光源装置駆動回路４及び
反射型空間光変調器駆動回路６とを含む制御回路を有す
る。照明用光源装置駆動回路４はシステムコントローラ
２からの信号に基づいてを照明用光源装置１０に光源駆
動信号を供給し、反射型空間光変調器駆動回路６はシス
テムコントローラ２からの信号に基づいて反射型空間光
変調器２０に駆動信号を供給する。

【００３６】照明用光源装置１０は光源１１とリフレク
タ１２と導光板１３及び反射板１４とを有する。光源１
１からの光は直接又はリフレクタ１２を反射して導光板
１３に導入される。導光板１３に導入された光の一部
は、直接、前面１３Ａより出射されるが、他の部分は２
つの面１３Ａ、１３Ｂ及び反射板１４の間を繰り返し反
射した後に前面１３Ａより出射される。導光板１３の断
面を楔形にすることによって、導光板１３の前面１３Ａ
から出射される光の強さは、光源１１から近い部分から
遠い部分まで均一化される。

【００３７】導光板１３からの光は光学フィルム１５に
到達する。光学フィルム１５は導光板１３からの光束の
発散角ＤＡを制御する機能を有し、その性能は半値発散
角ＨＤＡによって表される。半値発散角ＨＤＡは光強度
がピーク値の半分になる立体角の２分の１になる角度で
ある。

【００３８】光学フィルム１５を経由した光は、第１の
ハーフミラー２１を反射し、反射型空間光変調器２０に
到達し、それによって変調される。反射型空間光変調器
２０からの光は、第１のハーフミラー２１を透過し第２
のハーフミラー２２を反射し、凹面反射鏡２３を反射
し、第２のハーフミラー２２を透過して観察空間１３０
の瞳１３１に到達する。

【００３９】図２９は図２８の虚像観察光学装置の光学
系を模式的に示した図である。図２９を参照して図２８
の虚像観察光学装置の光学系を詳細に説明する。この図
から明らかなように、この虚像観察光学装置の光学系
は、基本的には、光源光学系と接眼光学系からなる。光
源光学系は照明用光源装置１０からの光を反射型空間光
変調器２０に導くための光束分割素子、即ち、第１のハ
ーフミラー２１を含む。接眼光学系は反射型空間光変調
器２０からの光を偏向する光束分割素子、即ち、第２の
ハーフミラー２２と反射素子、即ち、凹面反射鏡２３と
を有する。

【００４０】反射型空間光変調器２０と光源光学系の光
束分割素子、即ち、第１のハーフミラー２１のなす角を
αとする。反射型空間光変調器２０の中心を通る光線、
即ち、主光線が接眼光学系の光束分割素子、即ち、第２
のハーフミラー２２と交わる点をＰとし、更に、主光線
が反射素子、即ち、凹面反射鏡２３と交わる点をＱとす
る。

【００４１】点Ｐにおける面法線ベクトルをＡ、点Ｑに
おける面法線ベクトルをＢとし、２つのベクトルＡ、Ｂ
のなす角をβとする。本例では、αは４５度、βは１３
５度である。また、図示のように、ベクトルＢと接眼光
学系の光束分割素子２２のなす角は４５度である。

【００４２】接眼光学系の反射素子２３上の点Ｑと光束
分割素子２２上の点Ｐの間の距離をｆ₁´とし、反射型
空間光変調器２０から光束分割素子２２上の点Ｐまでの
距離をｆ₂´とする。反射素子、即ち、凹面反射鏡２３
の焦点距離ｆ´はこの２つの距離の和に等しい。

【００４３】

【数２】ｆ´＝ｆ₁´＋ｆ₂´

【００４４】接眼光学系の反射素子２３上の点Ｑから光
束分割素子、即ち、第２のハーフミラー２２の下端まで
の距離をＬ´とし、第２のハーフミラー２２の下端から
観察空間１３０の瞳Ｏまでの距離をＲ´とする。距離Ｌ
´は光学系の厚さを表し、距離Ｒ´はアイレリーフを表
す。

【００４５】この例では、焦点距離ｆ´が比較的長いと
いう欠点がある。また、上述の２つのベクトルＡ、Ｂの
間の角度βが比較的小さい、例えば、１３５度である。
従って、光学系の厚さ距離Ｌ´を小さくすることができ
なかった。更に、アイレリーフ又は距離Ｒ´を大きくす
ることできなかった。

【００４６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、反射型空間
光変調素子を使用する虚像観察光学装置において、迷光
による画像データのノイズを最小化することを目的とす
る。

【００４７】本発明は、反射型空間光変調素子を使用す
る虚像観察光学装置において、接眼光学系の反射素子の
焦点距離を小さくし光学系の倍率を大きくすることを目
的とする。

【００４８】本発明は、反射型空間光変調素子を使用す
る虚像観察光学装置において、光学系の厚さを最小化
し、装置全体の寸法を小型化することを目的とする。

【００４９】本発明は、反射型空間光変調素子を使用す
る虚像観察光学装置において、アイレリーフを大きくす
ることを目的とする。

【００５０】本発明は、反射型空間光変調素子を使用す
る虚像観察光学装置において、光学系の収差を低減する
ことを目的とする。

【００５１】

【課題を解決するための手段】本発明によると、例え
ば、図１に示すように、反射型空間光変調素子と、該反
射型空間光変調素子に照明用光線を提供するための照明
用光源装置と、上記照明用光源装置からの照明光線を上
記反射型空間光変調素子に導くための光束分割素子を含
む光源光学系と、上記反射型空間光変調素子からの画像
光線を観察空間に導くための光束分割素子及び反射素子
を含む接眼光学系とを有し、上記反射型空間光変調素子
の中心を通る主光線が上記接眼光学系の光束分割素子と
交差する点における面法線ベクトルと上記反射素子と交
差する点における面法線ベクトルのなす角は、上記接眼
光学系の光束分割素子及び反射素子の各面における光線
が反射する側をベクトルの正の方向として、１３６度以
上且つ１７９度以下である。

【００５２】従って、本発明によると、光束分割素子に
立てた面法線ベクトルと反射素子に立てた面法線ベクト
ルのなす角βが１３６度以上且つ１７９度以下であるた
め、従来の値、例えば、１３５度より大きい。従って、
照明用光源装置からの迷光が観察空間に到達することは
ない。また、光学系の寸法を従来の虚像観察光学装置よ
り小さくすることができる。

【００５３】本発明によると、例えば、図３に示すよう
に、虚像観察光学装置は、反射型空間光変調素子と、該
反射型空間光変調素子に照明用光線を提供するための照
明用光源装置と、上記照明用光源装置からの照明光線を
上記反射型空間光変調素子に導くための光源光学系と、
上記反射型空間光変調素子からの画像光線を観察空間に
導くための接眼光学系とを有し、上記光源光学系は上記
照明用光源装置からの照明光線を偏向させて上記反射型
空間光変調素子に導くための光束分割素子を含み、該接
眼光学系は内部に屈折率が１より大きい媒質によって充
填された屈折光学素子を含み、該接眼光学系屈折光学素
子は上記反射型空間光変調素子からの画像光線を受け入
れるための屈折面と上記画像光線を偏向させるための光
束分割面と該光束分割面によって偏向された光を反射さ
せて上記観察空間に導くための反射面とを有する。

【００５４】こうして本発明によると、光学系を屈折光
学素子によって構成するため、屈折光学素子の各面を曲
面、例えば、回転対称軸を有さない自由曲面又は回転対
称軸を有する非球面にすることができる。それによっ
て、屈折光学素子の各面に、収差補正機能及び屈折力を
付与することができる。

【００５５】本発明によると、例えば、図５に示すよう
に、虚像観察光学装置は、反射型空間光変調素子と、該
反射型空間光変調素子に照明用光線を提供するための照
明用光源装置と、上記照明用光源装置からの照明光線を
上記反射型空間光変調素子に導くための光源光学系と、
上記反射型空間光変調素子からの画像光線を観察空間に
導くための接眼光学系とを有し、上記光源光学系及び上
記接眼光学系はそれぞれ内部に屈折率が１より大きい媒
質によって充填された屈折光学素子を含み、上記光源光
学系屈折光学素子は上記照明用光源装置からの照明光線
を受け入れるための第１の屈折面と上記反射型空間光変
調素子からの画像光線を受け入れるための第２の屈折面
と上記照明用光源装置からの照明光線を偏向させて上記
反射型空間光変調素子に導くための光束分割面を含み、
上記接眼光学系屈折光学素子は上記画像光線を受け入れ
るための屈折面と上記画像光線を偏向させるための光束
分割面と該光束分割面によって偏向された光を反射させ
て上記観察空間に導くための反射面とを有する。

【００５６】本発明によると、光学系は光源光学系屈折
光学素子と接眼光学系屈折光学素子を接合して１つの屈
折光学素子として一体的な構造を有するため、製造工程
が簡単となり、コンパクトな構造の虚像観察光学系が得
られる。

【００５７】本発明によると、例えば、図７に示すよう
に、虚像観察光学装置は、反射型空間光変調素子と、該
反射型空間光変調素子に照明用光線を提供するための照
明用光源装置と、上記照明用光源装置からの照明光線を
上記反射型空間光変調素子に導くための光源光学系と、
上記反射型空間光変調素子からの画像光線を観察空間に
導くための接眼光学系とを有し、上記光源光学系は内部
に屈折率が１より大きい媒質によって充填された屈折光
学素子を含み、上記接眼光学系は内部に屈折率が１より
大きい媒質によって充填された２つの屈折光学素子を含
み、上記光源光学系屈折光学素子は上記照明用光源装置
からの照明光線を受け入れるための第１の屈折面と上記
反射型空間光変調素子からの画像光線を受け入れるため
の第２の屈折面と上記照明用光源装置からの照明光線を
偏向させて上記反射型空間光変調素子に導くための光束
分割面を含み、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子は
上記光源光学系屈折光学素子からの画像光線を受け入れ
るための屈折面と上記画像光線を偏向させるための光束
分割面と該光束分割面によって偏向された光を反射させ
て再び上記光束分割面に導くための反射面とを含み、上
記接眼光学系の第２の屈折光学素子は上記接眼光学系の
第１の屈折光学素子の光束分割面からの光を受け入れる
ための第１の屈折面と該第１の屈折面からの光を上記観
察空間に導くための第２の屈折面とを有する。

【００５８】上記光源光学系屈折光学素子、上記接眼光
学系の第１及び第２の屈折光学素子、は光学的に密着接
合されている。

【００５９】本発明によると、光源光学系の屈折光学素
子と接眼光学系の屈折光学素子を、互いに接合された１
つ又は２つの屈折光学素子より構成することができるか
ら、虚像観察光学装置の組立作業が簡単化され、小型化
される。

【００６０】本発明によると、例えば、図８に示すよう
に、虚像観察光学装置は、反射型空間光変調素子と、該
反射型空間光変調素子に照明用光線を提供するための照
明用光源装置と、上記照明用光源装置からの照明光線を
上記反射型空間光変調素子に導くための光源光学系と、
上記反射型空間光変調素子からの画像光線を観察空間に
導くための接眼光学系とを有し、上記光源光学系は内部
に屈折率が１より大きい媒質によって充填された屈折光
学素子を含み、上記接眼光学系は内部に屈折率が１より
大きい媒質によって充填された２つの屈折光学素子を含
み、上記光源光学系屈折光学素子は上記照明用光源装置
からの照明光線を受け入れるための第１の屈折面と上記
反射型空間光変調素子からの画像光線を受け入れるため
の第２の屈折面と上記照明用光源装置からの照明光線を
偏向して上記反射型空間光変調素子に導くための光束分
割面を含み、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子は上
記光源光学系屈折光学素子からの画像光線を受け入れる
ための屈折面と上記画像光線を偏向させるための光束分
割面と該光束分割面によって偏向された光を反射させて
再び上記光束分割面に導くための反射面とを含み、上記
接眼光学系の第２の屈折光学素子は上記接眼光学系の第
１の屈折光学素子の光束分割面からの光を受け入れるた
めの第１の屈折面と該第１の屈折面からの光を上記観察
空間に導くための第２の屈折面とを有する。

【００６１】本発明によると、光学系は光源光学系屈折
光学素子と接眼光学系の２つの屈折光学素子からなり、
多数の光学面を有する。従って、これらの屈折光学素子
の各面を自由曲面、球面、非球面等の曲面にすることに
よって収差を低減し屈折力を付与することができる。ま
た、屈折光学素子と屈折光学素子の間に、偏光子、検光
子、四分の一波長板等を配置することができる。

【００６２】本発明によると、例えば、図９及び図１０
に示すように、虚像観察光学装置は、反射型空間光変調
素子と、該反射型空間光変調素子に照明用光線を提供す
るための照明用光源装置と、上記照明用光源装置からの
照明光線を上記反射型空間光変調素子に導くための光源
光学系と、上記反射型空間光変調素子からの画像光線を
観察空間に導くための接眼光学系とを有し、上記光源光
学系は上記照明用光源装置からの照明光線を偏向させて
上記反射型空間光変調素子に導くための光束分割素子を
含み、該接眼光学系は内部に屈折率が１より大きい媒質
によって充填された屈折光学素子を含み、該接眼光学系
屈折光学素子は上記反射型空間光変調素子からの画像光
線を受け入れるための第１の屈折面と上記画像光線を偏
向させるための光束分割面と該光束分割面によって偏向
された光を反射させるための反射面と該反射面からの光
を上記観察空間に導くための第２の屈折面とを有し、上
記第１及び第２の屈折面は上記反射型空間光変調素子の
中心を通る主光線を回転対称軸とする回転対称な曲面に
形成されている。

【００６３】従って、本発明によると、接眼光学系が１
つの屈折光学素子より形成されているため、虚像観察光
学装置の組立工程が簡単化される。また、接眼光学系の
屈折光学素子の屈折面及び反射面を曲面にすることによ
って各種の収差を除去することができる。

【００６４】

【発明の実施の形態】図１を参照して本発明の虚像観察
光学装置の第１の例を説明する。本例の虚像観察光学装
置は照明用光源装置１０と光学フィルム１５と反射型空
間光変調器２０と第１及び第２のハーフミラー２１、２
２と凹面反射鏡２３とを有する。

【００６５】ハーフミラー２１、２２は反射型ホログラ
ム面であってよい。ハーフミラー２１、２２の代わりに
偏光ビームスプリッタを設け、適宜、四分の一波長板を
設けてよい。凹面反射鏡２３は反射型ホログラフィック
面であってよく、非球面に形成されてよい。尚、非球面
は回転対称軸を有する球面でない曲面の意味である。更
に、凹面反射鏡２３は回転対称軸を有さない自由曲面で
あってよい。図示していないが、偏光子及び検光子を設
けて良い。

【００６６】虚像観察光学装置は更に、映像信号１を入
力するシステムコントローラ２とシステムコントローラ
２からの信号を入力する照明用光源装置駆動回路４及び
反射型空間光変調器駆動回路６とを含む制御回路を有す
る。

【００６７】照明用光源装置１０は光源１１とリフレク
タ１２と導光板１３及び反射板１４とを有する。

【００６８】本例の虚像観察光学装置の構成素子は図２
８を参照して説明した従来の虚像観察光学装置の構成素
子と同様であってよい。しかしながら、本例の虚像観察
光学装置の構成素子間の相対的は位置関係は図２８の従
来例と異なる。

【００６９】図２８の従来例の場合と同様に、照明用光
源装置１０からの光の一部は第１のハーフミラー２１を
反射して反射型空間光変調器２０に到達するが、他は部
分は第１のハーフミラー２１を透過して凹面反射鏡２３
に到達し、それを反射する。しかしながら、本例では、
凹面反射鏡２３を反射した迷光２００は観察空間１３０
の瞳１３１に到達することはない。従って、本例では、
迷光２００によって画像データに対するノイズが生成さ
れることはない。

【００７０】図２を参照して図１の虚像観察光学装置の
光学系の動作の詳細を説明する。図２は図２９に対応し
た図であり、同一の部分については同一の参照符号が付
されている。本例の光学系は、図２９の例と同様に、照
明用光源装置１０からの光を反射型空間光変調素子２０
に導き、反射型空間光変調素子２０からの光を接眼光学
系に導くための光源光学系と光源光学系からの光を観察
空間１３０の瞳１３１に導くための接眼光学系とを含
む。

【００７１】光源光学系は照明用光源装置１０からの光
を偏向して反射型空間光変調素子２０に導くための光束
分割素子２１を含む。接眼光学系は光源光学系からの光
を偏向するための光束分割素子２２と光束分割素子２２
からの光を観察空間１３０の瞳１３１に導くための反射
素子２３とを有する。

【００７２】本例では、第１のハーフミラー２１が光源
光学系の光束分割素子であり、第１のハーフミラー２１
と反射型空間光変調器２０のなす角がαである。また、
第２のハーフミラー２２が接眼光学系の光束分割素子で
あり、凹面反射鏡２３が反射素子である。従って、第２
のハーフミラー２２に立てた面法線ベクトルＡと凹面反
射鏡２３に立てた面法線ベクトルＢのなす角がβであ
る。

【００７３】本例では、αは４５度、βは１４５度であ
る。また、ベクトルＢと第２のハーフミラー２２のなす
角は５５度である。本例の２つのベクトルＡ、Ｂのなす
角βは、図２８及び図２９にて示した従来の例の２つの
ベクトルＡ、Ｂのなす角βより大きい。

【００７４】同様に、凹面反射鏡２３上の点Ｑと第２の
ハーフミラー２２上の点Ｐの間の距離をｆ₁とし、反射
型空間光変調器２０から第２のハーフミラー２２上の点
Ｐまでの距離をｆ₂とする。凹面反射鏡２３の焦点距離
ｆはこの２つの距離の和に等しい。

【００７５】

【数３】ｆ＝ｆ₁＋ｆ₂

【００７６】本例の凹面反射鏡２３の焦点距離ｆの値
を、図２９の従来例の凹面反射鏡２３の焦点距離ｆ´の
値と比較すると、本例の凹面反射鏡２３の焦点距離ｆの
値のほうがより小さい。

【００７７】

【数４】ｆ< ｆ´

【００７８】従って、本例の虚像観察光学装置では光学
系の倍率を従来の場合より大きくすることができる。

【００７９】凹面反射鏡２３上の点Ｑから第２のハーフ
ミラー２２の下端までの距離をＬとし、第２のハーフミ
ラー２２の下端から観察空間１３０の瞳Ｏまでの距離を
Ｒとする。距離Ｌは光学系の厚さを表し、距離Ｒはアイ
レリーフを表す。

【００８０】本例の光学系の厚さＬ及びアイレリーフＲ
の値を、それぞれ図２９の従来例の光学系の厚さＬ´及
びアイレリーフＲ´の値と比較すると、本例の光学系の
厚さＬの値の方が小さく、本例のアイレリーフＲの値の
方が大きい。

【００８１】

【数５】Ｌ< Ｌ´ Ｒ> Ｒ´

【００８２】図１に示した本発明による虚像観察光学装
置の第１の例に基づく実施例を示すと次のようになる。（１）照明用光源装置１０（ａ）光源１１：冷陰極管（ｂ）光学フィルム１５：半値発散角ＨＤＡ≒１５° （２）反射型空間光変調素子２０（ａ）液晶：ＴＮ型（ｂ）表示部：対角線長さＤＬ＝０．５５インチ（ｃ）画素：ＶＧＡ６４０×４８０（３）光学系の配置（ａ）光源光学系の光束分割素子＝第１のハーフミラー
２１ α≒４５° （ｂ）接眼光学系の光束分割素子＝第２のハーフミラー
２２反射素子＝凹面反射鏡２３ β≒１４５°

【００８３】図３を参照して本発明による虚像観察光学
装置の第２の例を説明する。本例の虚像観察光学装置は
照明用光源装置１０と光学フィルム１５と偏光子１７と
反射型空間光変調器２０と偏光ビームスプリッタ２５と
検光子２６と全反射屈折光学素子３０とを有する。偏光
ビームスプリッタ２５は例えば、反射型ホログラムであ
ってよい。尚、図示されていないが適宜、四分の一波長
板が設けられてよい。本例の照明用光源装置１０は図１
の第１の例の照明用光源装置１０と同様であってよい。

【００８４】検光子２６は表示画像のコントラストを向
上させるため及び迷光を低減するために設けられ、その
偏光方向は、偏光子１７の偏光方向と直交するように、
即ち、クロスニコルの関係となるように配置されてい
る。

【００８５】本例の接眼光学系は全反射屈折光学素子３
０によって構成されている。ここに屈折光学素子はプリ
ズムのように複数の屈折面及び反射面を有する光学素子
であるが、プリズムは複数の光学的平面を有するのに対
して、屈折光学素子は複数の光学的平面又は曲面を有す
る。全反射屈折光学素子３０は、屈折率が１より大きい
媒質によって充填された構造を有し、凹面の屈折面３１
と平面の光束分割面３２と内側に凹面の反射面３３とを
有する。屈折面３１及び反射面３３は非回転対称な収差
を低減するために自由曲面を有する。自由曲面は回転対
称軸を有さない曲面形状の意味である。反射面３３は、
反射型ホログラフィック面によって形成されてよい。

【００８６】本例の虚像観察光学装置は更に、システム
コントローラ２、照明用光源装置駆動回路４及び反射型
空間光変調器駆動回路６とを含む制御回路を有する。

【００８７】照明用光源装置１０からの光は光学フィル
ム１５及び偏光子１７を経由し、偏光ビームスプリッタ
２５を反射し、反射型空間光変調器２０に到達する。反
射型空間光変調器２０からの光は偏光ビームスプリッタ
２５及び検光子２６を経由して全反射屈折光学素子３０
に到達する。

【００８８】全反射屈折光学素子３０の屈折面３１を経
由した光は、全反射条件下にて光束分割面３２を反射し
て、反射面３３に到達する。反射面３３を反射した光は
光束分割面３２を経由して観察空間１３０の瞳１３１に
到達する。

【００８９】次に本例の場合の迷光について説明する。
照明用光源装置１０からの光の一部は偏光ビームスプリ
ッタ２５及び検光子２６を透過して全反射屈折光学素子
３０の反射面３３を反射する。反射面３３を反射した迷
光２００は光束分割面３２を経由することによって観察
空間１３０より離れる方向に偏向される。従って、迷光
２００が観察空間１３０の瞳１３１に到達することはな
い。

【００９０】本例では、偏光ビームスプリッタ２５が光
源光学系の光束分割素子であり、偏光ビームスプリッタ
２５と反射型空間光変調器２０のなす角がαである。全
反射屈折光学素子３０の光束分割面３２が接眼光学系の
光束分割素子であり、反射面３３が反射素子である。従
って、全反射屈折光学素子３０の光束分割面３２に立て
た面法線ベクトルＡと反射面３３に立てた面法線ベクト
ルＢのなす角がβである。

【００９１】図４を参照して本発明による虚像観察光学
装置の第３の例を説明する。本例の虚像観察光学装置は
照明用光源装置１０と光学フィルム１５と偏光子１７と
反射型空間光変調器２０と偏光ビームスプリッタ２５と
検光子２６と全反射屈折光学素子３０−１と屈折光学素
子３０−２とを有する。

【００９２】本例の虚像観察光学装置を図３の第２の例
の虚像観察光学装置と比べると、屈折光学素子３０−２
が付加された点が異なり、それ以外の構成は第２の例と
同様であってよい。従って、ここでは、屈折光学素子３
０−２以外の構成の説明は省略する。

【００９３】本例の接眼光学系は全反射屈折光学素子３
０−１及び屈折光学素子３０−２によって構成されてい
る。屈折光学素子３０−２は第１及び第２の屈折面３
４、３５を有し、これらは回転対称軸を有さない自由曲
面に形成されてよい。

【００９４】本例の場合の迷光について説明する。照明
用光源装置１０からの光の一部は偏光ビームスプリッタ
２５及び検光子２６を透過して全反射屈折光学素子３０
−１の反射面３３を反射する。反射面３３を反射した迷
光２００は光束分割面３２及び屈折光学素子３０−２を
経由することによって観察空間１３０より離れる方向に
偏向される。従って、迷光２００が観察空間１３０の瞳
１３１に到達することはない。

【００９５】本例では、第２の例と同様に、偏光ビーム
スプリッタ２５が光源光学系の光束分割素子であり、偏
光ビームスプリッタ２５と反射型空間光変調器２０のな
す角がαである。全反射屈折光学素子３０−１の光束分
割面３２が接眼光学系の光束分割素子であり、反射面３
３が反射素子である。従って、全反射屈折光学素子３０
−１の光束分割面３２に立てた面法線ベクトルＡと反射
面３３に立てた面法線ベクトルＢのなす角がβである。

【００９６】図３及び図４に示した本発明による虚像観
察光学装置の第２及び第３の例に基づく実施例を示すと
次のようになる。（１）照明用光源装置１０（ａ）光源１１：発光ダイオード（ＬＥＤ）（ｂ）光学フィルム１５：半値発散角ＨＤＡ≒１５° （２）反射型空間光変調素子２０（ａ）液晶：ＦＬＣ型（ｂ）表示部：対角線長さＤＬ＝０．５５インチ（ｃ）画素：ＶＧＡ６４０×４８０（３）光学系の配置（ａ）光源光学系の光束分割素子＝偏光ビームスプリッ
タ２５ α≒４５° （ｂ）接眼光学系の光束分割素子＝全反射屈折光学素子
３０、３０−１の光束分割面３２反射素子＝全反射屈折光学素子３０、３０−１の反射面
３３ β≒１４５°

【００９７】図５を参照して本発明による虚像観察光学
装置の第４の例を説明する。本例の虚像観察光学装置は
照明用光源装置１０と光学フィルム１５と反射型空間光
変調器２０と屈折光学素子４０−１及び全反射屈折光学
素子４０−２とを有する。

【００９８】本例によると、光源光学系は屈折光学素子
４０−１によって構成され、接眼光学系は全反射屈折光
学素子４０−２によって構成される。

【００９９】屈折光学素子４０−１は凹面の第１及び第
２の屈折面４１、４３とハーフミラー４２とを有する。
ハーフミラー４２は反射型ホログラム面であってよい。
全反射屈折光学素子４０−２は屈折面４４と平面の光束
分割面４７と内側に凹面の反射面４８とを有する。

【０１００】屈折光学素子４０−１と全反射屈折光学素
子４０−２は、別個の屈折光学素子として構成されてよ
いが、ハーフミラー４２及び屈折面４４を介して光学的
に密着接合されてよい。２つの屈折光学素子４０−１、
４０−２が光学的に密着接合されている場合、ハーフミ
ラー４２及び屈折面４４は屈折光学素子４０−１、４０
−２の内部に形成された面である。

【０１０１】屈折光学素子４０−１及び全反射屈折光学
素子４０−２によって構成される光源光学系及び接眼光
学系は偏心光学系である。従って、屈折光学素子４０−
１の第１及び第２の屈折面４１、４３及び全反射屈折光
学素子４０−２の反射面４８は非回転対称な収差を低減
するために自由曲面に形成されている。全反射屈折光学
素子４０−２の反射面４８は、例えば、反射型ホログラ
フィック面であってよい。尚、ハーフミラー４２の代わ
りに偏光ビームスプリッタを設け、四分の一波長板を設
けてよい。又、図示していないが、適宜、偏光子及び検
光子を設けてよい。

【０１０２】照明用光源装置１０からの光は光学フィル
ム１５を経由し、屈折光学素子４０−１の第１の屈折面
４１を経由し、ハーフミラー４２を反射し、第２の屈折
面４３を経由して、反射型空間光変調器２０に到達す
る。反射型空間光変調器２０からの光は、屈折光学素子
４０−１の第２の屈折面４３及びハーフミラー４２を経
由して全反射屈折光学素子４０−２に到達する。

【０１０３】全反射屈折光学素子４０−２に到達した光
は屈折面４４を経由し、全反射条件下にて全反射屈折光
学素子４０−２の光束分割面４７を反射する。光束分割
面４７を反射した光は、反射面４８を反射し、光束分割
面４７を経由して観察空間１３０の瞳１３１に到達す
る。

【０１０４】次に本例の場合の迷光について説明する。
照明用光源装置１０からの光の一部はハーフミラー４２
及び屈折面４４を透過して全反射屈折光学素子４０−２
の反射面４８を反射する。反射面４８を反射した迷光２
００は光束分割面４７を経由することによって観察空間
１３０より離れる方向に偏向される。従って、本例では
迷光２００が観察空間１３０の瞳１３１に到達すること
はない。

【０１０５】本例では、屈折光学素子４０−１のハーフ
ミラー４２が光源光学系の光束分割素子であり、従っ
て、ハーフミラー４２と反射型空間光変調器２０のなす
角がαである。また、全反射屈折光学素子４０−２の光
束分割面４７が接眼光学系の光束分割素子であり、反射
面４８が反射素子である。従って、全反射屈折光学素子
４０−２の光束分割面４７に立てた面法線ベクトルＡと
反射面４８に立てた面法線ベクトルＢのなす角がβであ
る。

【０１０６】図６を参照して本発明による虚像観察光学
装置の第５の例を説明する。本例の虚像観察光学装置は
照明用光源装置１０と光学フィルム１５と反射型空間光
変調器２０と屈折光学素子４０−１と全反射屈折光学素
子４０−２と屈折光学素子４０−３とを有する。

【０１０７】本例の虚像観察光学装置を図５の第４の例
の虚像観察光学装置と比べると、第の屈折光学素子４０
−３が付加された点が異なり、それ以外の構成は第４の
例と同様であってよい。従って、ここでは、屈折光学素
子４０−３以外の構成の説明は省略する。

【０１０８】本例の接眼光学系は全反射屈折光学素子４
０−２及び屈折光学素子４０−３によって構成されてい
る。第２の屈折光学素子４０−３は第１及び第２の屈折
面４６、４９を有し、これらは回転対称軸を有さない自
由曲面に形成されてよい。

【０１０９】本例の場合の迷光について説明する。照明
用光源装置１０からの光の一部はハーフミラー４２及び
屈折面４４を透過して全反射屈折光学素子４０−２の反
射面４８を反射する。反射面４８を反射した迷光２００
は光束分割面４７及び屈折光学素子４０−３を経由する
ことによって観察空間１３０より離れる方向に偏向され
る。従って、迷光２００が観察空間１３０の瞳１３１に
到達することはない。

【０１１０】本例では、第４の例と同様に、ハーフミラ
ー４２が光源光学系の光束分割素子であり、ハーフミラ
ー４２と反射型空間光変調器２０のなす角がαである。
全反射屈折光学素子４０−２の光束分割面４７が接眼光
学系の光束分割素子であり、反射面４８が反射素子であ
る。従って、全反射屈折光学素子４０−２の光束分割面
４７に立てた面法線ベクトルＡと反射面４８に立てた面
法線ベクトルＢのなす角がβである。

【０１１１】図５及び図６に示した本発明による虚像観
察光学装置の第４及び第５の例に基づく実施例を示すと
次のようになる。（１）照明用光源装置１０（ａ）光源１１：発光ダイオード（ＬＥＤ）（ｂ）光学フィルム１５：半値発散角ＨＤＡ≒１５° （２）反射型空間光変調素子２０（ａ）液晶：ＴＮ型（ｂ）表示部：対角線長さＤＬ＝０．５５インチ（ｃ）画素：ＶＧＡ６４０×４８０（３）光学系の配置（ａ）光源光学系の光束分割素子＝屈折光学素子４０−
１のハーフミラー４２α≒４０° （ｂ）接眼光学系の光束分割素子＝全反射屈折光学素子
４０−２の光束分割面４７反射素子＝全反射屈折光学素子４０−２の屈折面４８ β≒１４０°

【０１１２】図７を参照して本発明による虚像観察光学
装置の第６の例を説明する。本例の虚像観察光学装置は
照明用光源装置１０と光学フィルム１５と反射型空間光
変調器２０とガラス製屈折光学素子５０とを有する。ガ
ラス製屈折光学素子５０は図示のように４つのガラス製
屈折光学素子５０−１、５０−２、５０−３、５０−４
を含む。

【０１１３】本例によると、光源光学系は第１のガラス
製屈折光学素子５０−１によって構成され、接眼光学系
は第２、第３及び第４のガラス製屈折光学素子５０−
２、５０−３、５０−４によって構成されている。

【０１１４】光源光学系は凹面の第１の屈折面５１とハ
ーフミラー５２と凸面の第２の屈折面５３を有する。接
眼光学系は第３の屈折面５４と偏光ビームスプリッタ５
７及び四分の一波長板５６と内側に凹面の反射面５８と
凹面の第４の屈折面５９とを有する。ハーフミラー５２
及び第３の屈折面５４は紙面に垂直な中心軸を有する円
筒面であってよい。

【０１１５】ガラス製屈折光学素子５０は、別個の４つ
のガラス製屈折光学素子５０−１、５０−２、５０−
３、５０−４より構成されてよいが、光学的に密着接合
することによって１つのガラス製屈折光学素子として構
成されてよい。１つのガラス製屈折光学素子として構成
された場合、ハーフミラー５２、偏光ビームスプリッタ
５７及び四分の一波長板５６はガラス製屈折光学素子５
０の内部に形成された面である。

【０１１６】ハーフミラー５２は反射型ホログラム面で
あってよい。反射面５８は、例えば、反射型ホログラフ
ィック面であってよい。尚、図示していないが、適宜、
偏光子及び検光子を設けてよい。

【０１１７】ガラス製屈折光学素子５０の第１、第２及
び第３の屈折面５１、５３、５９及び反射面５８は、主
として、歪曲及び像面湾曲を補正するために非球面にて
構成されている。非球面とは、対称軸を有する非球面状
曲面の意味である。

【０１１８】照明用光源装置１０からの光は光学フィル
ム１５を経由し、ガラス製屈折光学素子５０の第１の屈
折面５１を経由して円筒面状のハーフミラー５２を反射
する。ハーフミラー５２を円筒面状にすることによって
照明用光源装置１０からの照明用光は効率的に均一に反
射型空間光変調器２０に導かれる。ハーフミラー５２か
らの光は、第２の屈折面５３を経由して、反射型空間光
変調器２０に到達する。反射型空間光変調器２０からの
光は、第２の屈折面５３を経由して、ハーフミラー５２
に到達する。

【０１１９】ハーフミラー５２を経由した光は、偏光ビ
ームスプリッタ５７を反射し、四分の一波長板５６を経
由して反射面５８に到達する。反射面５８を反射した光
は、再び四分の一波長板５６を通過する。

【０１２０】反射面５８に入射する直線偏光は四分の一
波長板５６を通過することによって円偏光となる。反射
面５８を反射した円偏光は四分の一波長板５６を通過す
ることによって直線偏光となる。帰路の直線偏光は、往
路の直線偏光と直交する偏波状態を有する。四分の一波
長板５６からの直線偏光は、偏光ビームスプリッタ５７
及び第３の屈折面５９を経由して観察空間１３０の瞳１
３１に到達する。

【０１２１】次に本例の場合の迷光について説明する。
照明用光源装置１０からの光の一部はハーフミラー５２
を透過して反射面５８を反射する。反射面５８を反射し
た迷光２００は第３の屈折面５９を経由することによっ
て観察空間１３０より離れる方向に偏向される。従っ
て、本例では迷光２００が観察空間１３０の瞳１３１に
到達することはない。

【０１２２】本例では、第１のガラス製屈折光学素子５
０−１のハーフミラー５２が光源光学系の光束分割素子
であり、従って、ハーフミラー５２と反射型空間光変調
器２０のなす角がαである。また、第２のガラス製屈折
光学素子５０−２の偏光ビームスプリッタ５７が接眼光
学系の光束分割素子であり、第４のガラス製屈折光学素
子５０−４の反射面５８が反射素子である。従って、偏
光ビームスプリッタ５７に立てた面法線ベクトルＡと反
射面５８に立てた面法線ベクトルＢのなす角がβであ
る。

【０１２３】図７に示した本発明による虚像観察光学装
置の第６の例に基づく実施例を示すと次のようになる。（１）照明用光源装置１０（ａ）光源１１：発光ダイオード（ＬＥＤ）（ｂ）光学フィルム１５：半値発散角ＨＤＡ≒２０° （２）反射型空間光変調素子２０（ａ）液晶：ＴＮ型（ｂ）表示部：対角線長さＤＬ＝０．４５インチ（ｃ）画素：ＳＶＧＡ８００×６００（３）光学系の配置（ａ）光源光学系の光束分割素子＝ガラス製屈折光学素
子５０のハーフミラー５２ α≒４５° （ｂ）接眼光学系の光束分割素子＝ガラス製屈折光学素
子５０の光束分割面５７反射素子＝ガラス製屈折光学素子５０の反射面５８ β≒１４５°

【０１２４】図８を参照して本発明による虚像観察光学
装置の第７の例を説明する。本例の虚像観察光学装置は
照明用光源装置１０と光学フィルム１５と偏光子１７と
反射型空間光変調器２０とガラス製屈折光学素子６０−
１と第１及び第２のプラスチック製屈折光学素子６０−
２、６０−３とを有する。

【０１２５】本例によると、光源光学系はガラス製屈折
光学素子６０−１によって構成され、接眼光学系は第１
及び第２のプラスチック製屈折光学素子６０−２、６０
−３によって構成される。尚、本例では、接眼光学系の
第１及び第２のプラスチック製屈折光学素子６０−２、
６０−３を互いに光学的に密着接合して１体的な屈折光
学素子に形成してよい。更に、ガラス製屈折光学素子６
０−１と第１及び第２のプラスチック製屈折光学素子６
０−２、６０−３とを互いに光学的に密着接合して１体
的な屈折光学素子に形成してよい。

【０１２６】ガラス製屈折光学素子６０−１は凹面の第
１の屈折面６１と偏光ビームスプリッタ６３と凸面の第
２の屈折面６２とを有する。第１のプラスチック製屈折
光学素子６０−２は検光子６４とハーフミラー６７と内
側に凹面の反射面６８とを有する。第２のプラスチック
製屈折光学素子６０−３は平面の第１の屈折面６６と凹
面の第２の屈折面６５とを有する。

【０１２７】ガラス製屈折光学素子６０−１の第１及び
第２の屈折面６１、６２と第１のプラスチック製屈折光
学素子６０−２の反射面６８と第２のプラスチック製屈
折光学素子６０−３の屈折面６５は非球面に形成されて
いる。ガラス製屈折光学素子６０−１の偏光ビームスプ
リッタ６３は反射型ホログラム面であってよい。第１の
プラスチック製屈折光学素子６０−２の反射面６８は、
例えば、反射型ホログラフィック面であってよい。ハー
フミラー６７の代わりに偏光ビームスプリッタを設け、
更に四分の一波長板を設けてよい。

【０１２８】検光子６４は表示画像のコントラストを向
上させるため及び迷光を低減するために設けられ、その
偏光方向は、偏光子１７の偏光方向と直交するように、
即ち、クロスニコルの関係となるように配置されてい
る。

【０１２９】照明用光源装置１０からの光は光学フィル
ム１５及び偏光子１７を経由し、ガラス製屈折光学素子
６０−１の第１の屈折面６１を経由して偏光ビームスプ
リッタ６３を反射し、第２の屈折面６２を経由して、反
射型空間光変調器２０に到達する。反射型空間光変調器
２０からの光は、ガラス製屈折光学素子６０−１の第２
の屈折面６２及び偏光ビームスプリッタ６３を経由し
て、第１のプラスチック製屈折光学素子６０−２に到達
する。

【０１３０】第１のプラスチック製屈折光学素子６０−
２に到達した光は、検光子６４を経由してハーフミラー
６７及び反射面６８を反射し、ハーフミラー６７を透過
して第２のプラスチック製屈折光学素子６０−３に到達
する。第２のプラスチック製屈折光学素子６０−３に到
達した光は第１及び第２の屈折面６６、６５を経由して
観察空間１３０の瞳１３１に到達する。

【０１３１】次に本例の場合の迷光について説明する。
照明用光源装置１０からの光の一部はガラス製屈折光学
素子６０−１の偏光ビームスプリッタ６３を透過して第
１のプラスチック製屈折光学素子６０−２の反射面６８
を反射する。反射面６８を反射した迷光２００は第２の
プラスチック製屈折光学素子６０−３の屈折面６５を経
由することによって観察空間１３０より離れる方向に偏
向される。従って、本例では迷光２００が観察空間１３
０の瞳１３１に到達することはない。

【０１３２】本例では、ガラス製屈折光学素子６０−１
の偏光ビームスプリッタ６３が光源光学系の光束分割素
子であり、従って、偏光ビームスプリッタ６３と反射型
空間光変調器２０のなす角がαである。また、第１のプ
ラスチック製屈折光学素子６０−２のハーフミラー６７
が接眼光学系の光束分割素子であり、反射面６８が反射
素子である。従って、第１のプラスチック製屈折光学素
子６０−２のハーフミラー６７に立てた面法線ベクトル
Ａと反射面６８に立てた面法線ベクトルＢのなす角がβ
である。

【０１３３】図８に示した本発明による虚像観察光学装
置の第７の例に基づく実施例を示すと次のようになる。（１）照明用光源装置１０（ａ）光源１１：発光ダイオード（ＬＥＤ）（ｂ）光学フィルム１５：半値発散角ＨＤＡ≒２０° （２）反射型空間光変調素子２０（ａ）液晶：ＦＬＣ型（ｂ）表示部：対角線長さＤＬ＝０．４５インチ（ｃ）画素：ＳＶＧＡ８００×６００（３）光学系の配置（ａ）光源光学系の光束分割素子＝ガラス製屈折光学素
子６０−１の偏光ビームスプリッタ６３ α≒４５° （ｂ）接眼光学系の光束分割素子＝プラスチック製屈折
光学素子６０−２のハーフミラー６７反射素子＝プラスチック製屈折光学素子６０−２の反射
面６８ β≒１４５°

【０１３４】図９を参照して本発明による虚像観察光学
装置の第８の例を説明する。本例の虚像観察光学装置は
照明用光源装置１０と光学フィルム１５と偏光子１７と
反射型空間光変調器２０とハーフミラー２１と検光子２
６とプラスチック製屈折光学素子７０とを有する。本例
によると、接眼光学系はプラスチック製屈折光学素子７
０によって構成される。

【０１３５】プラスチック製屈折光学素子７０は球面の
第１の屈折面７１とハーフミラー７２と内側の凹面の反
射面７３と非球面の第２の屈折面７４とを有する。ハー
フミラー７２はプラスチック製屈折光学素子７０の内部
に形成された面である。ハーフミラー７２は反射型ホロ
グラム面であってよい。反射面７３は反射型ホログラフ
ィック面であってよく、非球面に形成されている。尚、
ハーフミラー７２の代わりに偏光ビームスプリッタを設
け、更に四分の一波長板を設けてよい。

【０１３６】照明用光源装置１０からの光は光学フィル
ム１５及び偏光子１７を経由し、ハーフミラー２１を反
射して、反射型空間光変調器２０に到達する。反射型空
間光変調器２０からの光は、ハーフミラー２１及び検光
子２６を経由して、プラスチック製屈折光学素子７０に
到達する。

【０１３７】プラスチック製屈折光学素子７０に到達し
た光は、第１の屈折面７１を経由してハーフミラー７２
及び反射面７３を反射し、ハーフミラー７２及び第２の
屈折面７４を経由して観察空間１３０の瞳１３１に到達
する。

【０１３８】次に本例の場合の迷光について説明する。
照明用光源装置１０からの光の一部はハーフミラー２１
及び検光子２６を透過してプラスチック製屈折光学素子
７０の反射面７３を反射する。しかしながら、本例で
は、プラスチック製屈折光学素子７０の反射面７３を反
射した迷光は観察空間１３０の瞳１３１に到達すること
はない。

【０１３９】図１０を参照して本発明による虚像観察光
学装置の第９の例を説明する。本例の虚像観察光学装置
は照明用光源装置１０と光学フィルム１５と偏光子１７
と反射型空間光変調器２０とハーフミラー２１と検光子
２６とプラスチック製屈折光学素子８０とを有する。本
例によると、接眼光学系はプラスチック製屈折光学素子
８０によって構成される。

【０１４０】本例の虚像観察光学装置を図９の第８の例
と比較すると、プラスチック製屈折光学素子の反射面の
位置が異なり、それ以外の構成は同様であってよい。

【０１４１】プラスチック製屈折光学素子８０は球面の
第１の屈折面８１とハーフミラー８２と内側の凹面の反
射面８３と非球面の第２の屈折面８４とを有する。ハー
フミラー８２はプラスチック製屈折光学素子８０の内部
に形成された面である。ハーフミラー８２は反射型ホロ
グラム面であってよい。反射面８３は反射型ホログラフ
ィック面であってよく、非球面に形成されている。尚、
ハーフミラー７２の代わりに偏光ビームスプリッタを設
け、更に四分の一波長板を設けてよい。

【０１４２】照明用光源装置１０からの光は光学フィル
ム１５及び偏光子１７を経由し、ハーフミラー２１を反
射して、反射型空間光変調器２０に到達する。反射型空
間光変調器２０からの光は、ハーフミラー２１及び検光
子２６を経由して、プラスチック製屈折光学素子８０に
到達する。

【０１４３】プラスチック製屈折光学素子８０に到達し
た光は、第１の屈折面８１を経由してハーフミラー８２
を透過し、反射面８３及びハーフミラー８２を反射し、
第２の屈折面８４を経由して観察空間１３０の瞳１３１
に到達する。

【０１４４】次に本例の場合の迷光について説明する。
照明用光源装置１０からの光の一部はハーフミラー２１
及び検光子２６を透過してプラスチック製屈折光学素子
８０に到達する。しかしながら、本例では、プラスチッ
ク製屈折光学素子８０に到達した迷光は観察空間１３０
の瞳１３１に到達することはない。

【０１４５】図９及び図１０に示した例では、ハーフミ
ラー２１が光源光学系の光束分割素子であり、従って、
ハーフミラー２１と反射型空間光変調器２０のなす角が
αである。また、プラスチック製屈折光学素子７０、８
０のハーフミラー７２、８２が接眼光学系の光束分割素
子であり、反射面７３、８３が反射素子である。従っ
て、ハーフミラー７２、８２に立てた面法線ベクトルＡ
とプラスチック製屈折光学素子７０、８０の反射面７
３、８３に立てた面法線ベクトルＢのなす角がβであ
る。

【０１４６】図９及び図１０に示した本発明による虚像
観察光学装置の第８及び第９の例に基づく実施例を示す
と次のようになる。（１）照明用光源装置１０（ａ）光源１１：発光ダイオード（ＬＥＤ）（ｂ）光学フィルム１５：半値発散角ＨＤＡ≒２０° （２）反射型空間光変調素子２０（ａ）液晶：ＦＬＣ型（ｂ）表示部：対角線長さＤＬ＝０．５５インチ（ｃ）画素：ＶＧＡ６４０×８００（３）光学系の配置（ａ）光源光学系の光束分割素子＝ハーフミラー２１ α≒４５° （ｂ）接眼光学系の光束分割素子＝プラスチック製屈折
光学素子７０、８０のハーフミラー７２、８２反射素子＝プラスチック製屈折光学素子７０、８０の反
射面７３、８３ β≒１３５°

【０１４７】図１１に本発明による虚像観察光学装置の
第１０の例の光線図を示す。本例の虚像観察光学装置の
構成は図７に示した第６の例の構成と同様であるが、本
例では四分の一波長板５６が除去されている点が異な
る。図示のように、観察空間の出射瞳が存在する点に原
点を設け、光軸に沿ってｚ軸、光軸に垂直な面内にて水
平方向にｘ軸、垂直方向にｙ軸をとる。図示のように虚
像観察光学系より遠ざかる方向にｚ軸の正の方向をと
る。本例の光学系の仕様を次に示す。

【０１４８】瞳径：水平方向の径１２ｍｍ×垂直方向
の径４ｍｍ（光線収差及び解像度の演算は瞳径４ｍｍにて実施し
た。）アイレリーフ：２０ｍｍ水平画角：３２度垂直画角：２４度歪曲：５％以下

【０１４９】上述にように、実際には、照明光源装置１
０からの光は光源光学系、空間光変調器及び接眼光学系
を経由して観察空間の出射瞳に到達するが、ここでは、
光路を逆に辿る。従って、図示のように、観察空間の出
射瞳ＳＴＯから虚像ＯＢＪへの光を想定する。この光は
接眼光学系、空間光変調素子及び光源光学系を経由して
照明用光源装置に至る。

【０１５０】このように光路の経路に存在する光学系の
面に、順に番号を付する。例えば、ガラス製屈折光学素
子５０の屈折面５９には数字３が付され、偏光ビームス
プリッタ５７には往路と帰路に対してそれぞれ数字４及
び６が付され、反射面５８には数字５が付されている。
尚、空間光変調器２０の画素表示面には数字１０が付さ
れ、空間光変調器２０の偏光子の両面には、それぞれ往
路と帰路に対して８及び９と１１及び１２が付されてい
る。

【０１５１】各光学面は次の非球面を表す式によって表
される。この式の右辺のRDY は曲率半径、Ｋ、ａ、ｂ、
ｃ、ｄは定数である。

【０１５２】

【数６】ｚ＝RDY ・h²[1+(1-(1+K)RDY²h²)^1/2]^-1+ah⁴+b
h⁶+ch⁸+dh¹⁰ h²=x²+y²

【０１５３】図１２に本例の虚像観察光学装置の光学系
のデータを示し、図１３に各光学面のレンズデータを示
す。図１２の光学系のデータを簡単に説明する。面番号
は図１１に示す光学系の各要素に付された面の番号であ
る。ＯＢＪは虚像位置、ＳＴＯは瞳、ＩＭＧは照明用光
源装置である。面番号８〜１２は空間光変調器の各構成
面を示す。ＡＳＰは非球面であることを示す。ＲＥＦＬ
は反射面を示し、ＲＥＦＬの表示がないのは屈折面を示
す。

【０１５４】図１３のレンズデータを簡単に説明する。
レンズデータを簡単に説明する。Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｋは
数６の式の係数、ＸＤＥ、ＹＤＥ、ＺＤＥはＸＹＺ方向
の偏心、ＡＤＥ、ＢＤＥ、ＣＤＥはＸＹＺ軸周りのチル
トである。また、表中、ＧＬＢＧ１は瞳座標基準、Ｉ
Ｃ：Ｙは非球面の曲面が複数存在する場合に第１の面を
対象とすることを意味する。

【０１５５】図１４〜図１８は本例の虚像観察光学装置
の各面の光線収差を示す曲線である。各図の右側に図示
したように、３つの波長λについて、光線収差を求め
た。縦軸は主光線の像面上の位置と他の光線の像面上の
位置との距離であり単位はｍｍである。横軸は入射瞳に
おける光線高さであり最大値は±２ｍｍである。各図の
中央の最初の括弧はＸＹ座標、次の括弧は水平画角及び
垂直画角である。

【０１５６】図１９〜図２１はＭＴＦ（Modulation Tra
nsfer function）を示す。縦軸は変調度、横軸はデフォ
ーカス位置である。光線収差の場合と同様の３つの波長
を使用したが、３つの波長が１対１対１の割合の合成光
線を使用した。各図の左側の括弧は水平画角及び垂直画
角である。

【０１５７】以上本発明の実施例について詳細に説明し
てきたが、本発明は上述の実施例に限ることなく本発明
の要旨を逸脱することなく他の種々の構成が採り得るこ
とは当業者にとって容易に理解されよう。

【０１５８】上述の例では、反射型空間光変調素子とし
て、液晶を含む液晶型空間光変調素子を使用した。しか
しながら、本発明の虚像観察光学装置は、反射型空間光
変調素子であればどのような形式のものでも使用可能で
あり、例えば、デジタルマイクロミラーデバイス等の他
の反射型空間光変調素子を使用してもよい。

【０１５９】また、このように液晶型空間光変調素子以
外の反射型空間光変調素子を使用する場合、上述の例と
同様に、光源光学系及び接眼光学系において、偏光子及
び検光子、四分の一波長板等の位相差板、マイクロレン
ズ、ディフューザ等の光学素子を適宜組み合わせて使用
してよい。

【０１６０】上述の例では、照明用光源装置として、光
源及び導光板を含む装置を使用したが、これ以外の照明
用光源装置も可能である。例えば、拡散板又はフライア
イレンズとレーザ光源を組み合わせたものであってもよ
い。

【０１６１】

【発明の効果】本発明によると、接眼光学系の光束分割
素子に立てた面法線ベクトルＡと反射素子に立てた面法
線ベクトルＢのなす角βは１３６度以上１７９度以下で
あり、従って、迷光によるゴーストが低減した虚像観察
光学装置を提供することができる利点がある。

【０１６２】本発明によると、接眼光学系の光束分割素
子に立てた面法線ベクトルＡと反射素子に立てた面法線
ベクトルＢのなす角βは１３６度以上１７９度以下であ
り、従って、薄型且つ軽量の虚像観察光学装置を提供す
ることができる利点がある。

【０１６３】本発明によると、接眼光学系の光束分割素
子に立てた面法線ベクトルＡと反射素子に立てた面法線
ベクトルＢのなす角βは１３６度以上１７９度以下であ
り、従って、高倍率且つ高解像度の虚像観察光学装置を
提供することができる利点がある。

【０１６４】本発明によると、光学系の屈折光学素子の
内の１つの屈折光学素子を複屈折が十分小さいもの（通
常、ガラス製にする）にすることによって、表示画像の
コントラストの劣化を最小化することができる利点があ
る。従って、光学系を構成する全ての屈折光学素子を複
屈折が十分小さいもの（通常ガラス製にする）にする場
合と比べて、製造コスト及び光学系の重量が小さくする
ことができる利点を有する。

【０１６５】本発明によると、光学系の光束分割素子又
は反射素子を屈折光学素子の１面に設けることによっ
て、組立工程を簡略化することができる利点を有する。

【０１６６】本発明によると、屈折光学素子の各面を適
当な形状の自由曲面又は非球面に形成することによっ
て、像面湾曲及び歪曲収差を補正することができる。従
って、高解像度の虚像観察光学装置を提供することがで
きる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の虚像観察光学装置の第１の例を示す図
である。

【図２】本発明の虚像観察光学装置の第１の例の詳細を
説明するための説明図である。

【図３】本発明の虚像観察光学装置の第２の例を示す図
である。

【図4 】本発明の虚像観察光学装置の第３の例を示す図
である。

【図５】本発明の虚像観察光学装置の第４の例を示す図
である。

【図6 】本発明の虚像観察光学装置の第５の例を示す図
である。

【図７】本発明の虚像観察光学装置の第６の例を示す図
である。

【図８】本発明の虚像観察光学装置の第７の例を示す図
である。

【図９】本発明の虚像観察光学装置の第８の例を示す図
である。

【図１０】本発明の虚像観察光学装置の第９の例を示す
図である。

【図１１】本発明の虚像観察光学装置の第１０の例の光
線図である。

【図１２】本発明の虚像観察光学装置の第１０の例の光
学系のデータを示す図である。

【図１３】本発明の虚像観察光学装置の第１０の例のレ
ンズデータを示す図である。

【図１４】本発明の虚像観察光学装置の第１０の例の光
線収差を示す図である。

【図１５】本発明の虚像観察光学装置の第１０の例の光
線収差を示す図である。

【図１６】本発明の虚像観察光学装置の第１０の例の光
線収差を示す図である。

【図１７】本発明の虚像観察光学装置の第１０の例の光
線収差を示す図である。

【図１８】本発明の虚像観察光学装置の第１０の例の光
線収差を示す図である。

【図１９】本発明の虚像観察光学装置の第１０の例のＭ
ＴＦを示す図である。

【図２０】本発明の虚像観察光学装置の第１０の例のＭ
ＴＦを示す図である。

【図２１】本発明の虚像観察光学装置の第１０の例のＭ
ＴＦを示す図である。

【図２２】旋光（偏光導波）型液晶を用いた反射型空間
光変調素子の構成及び動作を説明するための説明図であ
る。

【図２３】複屈折型液晶（ＦＬＣ）を用いた反射型空間
光変調素子の構成及び動作を説明するための説明図であ
る。

【図２４】従来の複屈折型液晶（ＦＬＣ）を用いた反射
型空間光変調素子を使用する虚像観察光学系の構成の概
略を説明するための説明図である。

【図２５】従来の虚像観察光学装置の第１の例を示す図
である。

【図２６】従来の虚像観察光学装置の第２の例を示す図
である。

【図２７】従来の虚像観察光学装置の第３及び第４の例
を示す図である。

【図２８】従来の虚像観察光学装置の第５の例を示す図
である。

【図２９】従来の虚像観察光学装置の第５の例の詳細を
説明するための説明図である。

【符号の説明】

１０…照明用光源装置、１１…光源、１２…リフレ
クタ、１３…導光板、１３Ａ…前面（出射面）、１
３Ｂ…背面、１４…反射板、１５…光学フィルム、
１７…偏光子、２０…反射型空間光変調器、２
１，２２…ハーフミラー、２３…反射鏡、２５…偏
光ビームスプリッタ、２６…検光子、３０，３０−１
…全反射屈折光学素子、３０−２…屈折光学素子、
３１…屈折面、３２…光束分割面、３３…反射面、
３４，３４…屈折面、４０−１…屈折光学素子、
４０−２…全反射屈折光学素子、４０−３…屈折光学
素子、４１…屈折面、４２…ハーフミラー、４
３，４４，４６…屈折面、４７…光束分割面、４８…
反射面、４９…屈折面、５０，５０−１，５０−
２，５０−３…ガラス製屈折光学素子、５０−４…ガ
ラス製屈折光学素子、５１…屈折面、５２…ハーフ
ミラー、５３…屈折面、５６…四分の一波長板、
５７…偏光ビームスプリッタ、５８…反射面、５９
…屈折面、６０−１…ガラス製屈折光学素子、６０−
２，６０−３…プラスチック製屈折光学素子、６１，
６２…屈折面、６３…偏光ビームスプリッタ、６４
…検光子、６５，６６…屈折面、６７…ハーフミラ
ー、６８…反射面、７０…プラスチック製屈折光学
素子、７１…屈折面、７２…ハーフミラー、７３
…反射面、７４…屈折面、８０…プラスチック製屈
折光学素子、８１…屈折面、８２…ハーフミラー、
８３…反射面、８４…屈折面、９０…液晶型反射
型空間光変調素子、９１Ａ，９１Ｂ…ガラス基板、
９２Ａ，９２Ｂ…透明電極、９３Ａ，９３Ｂ…配向
板、９４Ａ…偏光子、９４Ｂ…検光子、９５…液
晶材料、９６…反射板、１００…ＦＬＣ型反射型空
間光変調素子、１０１Ａ…ガラス基板、１０１Ｂ…
シリコン基板、１０２Ａ…透明電極、１０２Ｂ…ア
ルミ電極、１０３Ａ，１０３Ｂ…配向膜、１０４…偏
光子、１０５…液晶材料、１１１…ハーフミラー、
１１２…検光子、１３０…観察空間、１３１…
瞳、２００…迷光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反射型空間光変調素子と、該反射型空間
光変調素子に照明用光線を提供するための照明用光源装
置と、上記照明用光源装置からの照明光線を上記反射型
空間光変調素子に導くための光束分割素子を含む光源光
学系と、上記反射型空間光変調素子からの画像光線を観
察空間に導くための光束分割素子及び反射素子を含む接
眼光学系とを有し、上記反射型空間光変調素子の中心を
通る主光線が上記接眼光学系の光束分割素子と交差する
点における面法線ベクトルと上記反射素子と交差する点
における面法線ベクトルのなす角は、上記接眼光学系の
光束分割素子及び反射素子の各面における光線が反射す
る側をベクトルの正の方向として、１３６度以上且つ１
７９度以下であることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項２】請求項１記載の虚像観察光学装置におい
て、上記照明用光源装置と上記光源光学系の光束分割素
子の間に偏光子が配置されていることを特徴とする虚像
観察光学装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の虚像観察光学装置
において、上記光源光学系の光束分割素子と観察空間の
間に検光子が配置されていることを特徴とする虚像観察
光学装置。
【請求項４】請求項１記載の虚像観察光学装置におい
て、上記光源光学系の光束分割素子は偏光性光束分割素
子であることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項５】請求項１記載の虚像観察光学装置におい
て、上記光源光学系の光束分割素子は無偏光性光束分割
素子であることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項６】請求項１記載の虚像観察光学装置におい
て、上記光源光学系の光束分割素子は反射型ホログラム
光束分割素子であることを特徴とする虚像観察光学装
置。
【請求項７】請求項１記載の虚像観察光学装置におい
て、上記接眼光学系の光束分割素子は偏光性光束分割素
子であることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項８】請求項１記載の虚像観察光学装置におい
て、上記接眼光学系の光束分割素子は無偏光性光束分割
素子であることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項９】請求項１記載の虚像観察光学装置におい
て、上記接眼光学系の光束分割素子は反射型ホログラム
光束分割素子であることを特徴とする虚像観察光学装
置。
【請求項１０】請求項１記載の虚像観察光学装置にお
いて、上記接眼光学系の光束分割素子と上記反射素子の
間に四分の一波長板が配置されていることを特徴とする
虚像観察光学装置。
【請求項１１】請求項１記載の虚像観察光学装置にお
いて、上記接眼光学系の反射素子は反射型ホログラフィ
ック光学素子であることを特徴とする虚像観察光学装
置。
【請求項１２】請求項１記載の虚像観察光学装置にお
いて、上記接眼光学系の反射素子は回転対称軸を有さな
い自由曲面反射鏡であることを特徴とする虚像観察光学
装置。
【請求項１３】請求項１記載の虚像観察光学装置にお
いて、上記照明用光源装置は光源と導光板とを含むこと
を特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項１４】請求項１記載の虚像観察光学装置にお
いて、上記反射型空間光変調素子は強誘電性液晶型の空
間光変調素子であることを特徴とする虚像観察光学装
置。
【請求項１５】反射型空間光変調素子と、該反射型空
間光変調素子に照明用光線を提供するための照明用光源
装置と、上記照明用光源装置からの照明光線を上記反射
型空間光変調素子に導くための光源光学系と、上記反射
型空間光変調素子からの画像光線を観察空間に導くため
の接眼光学系とを有し、上記光源光学系は上記照明用光
源装置からの照明光線を偏向させて上記反射型空間光変
調素子に導くための光束分割素子を含み、該接眼光学系
は内部に屈折率が１より大きい媒質によって充填された
屈折光学素子を含み、該接眼光学系屈折光学素子は上記
反射型空間光変調素子からの画像光線を受け入れるため
の屈折面と上記画像光線を偏向させるための光束分割面
と該光束分割面によって偏向された光を反射させて上記
観察空間に導くための反射面とを有する虚像観察光学装
置。
【請求項１６】請求項１５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記反射型空間光変調素子の中心を通る主光線
が上記接眼光学系屈折光学素子の光束分割面と交差する
点における面法線ベクトルと上記接眼光学系屈折光学素
子の反射面と交差する点における面法線ベクトルのなす
角は、上記光束分割面及び反射面の各面における光線が
反射する側をベクトルの正の方向として、１３６度以上
且つ１７９度以下であることを特徴とする虚像観察光学
装置。
【請求項１７】請求項１５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記照明用光源装置と上記光源光学系の光束分
割素子の間に偏光子が配置されていることを特徴とする
虚像観察光学装置。
【請求項１８】請求項１５又は１７記載の虚像観察光
学装置において、上記光源光学系の光束分割素子と観察
空間の間に検光子が配置されていることを特徴とする虚
像観察光学装置。
【請求項１９】請求項１５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記光源光学系の光束分割素子は偏光性光束分
割素子であることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項２０】請求項１５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記光源光学系の光束分割素子は無偏光性光束
分割素子であることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項２１】請求項１５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記光源光学系の光束分割素子は反射型ホログ
ラム光束分割素子であることを特徴とする虚像観察光学
装置。
【請求項２２】請求項１５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系屈折光学素子の光束分割面と反
射面の間に四分の一波長板が配置されていることを特徴
とする虚像観察光学装置。
【請求項２３】請求項１５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系屈折光学素子の光束分割面は偏
光性光束分割面であることを特徴とする虚像観察光学装
置。
【請求項２４】請求項１５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系屈折光学素子の光束分割面は無
偏光性光束分割面であることを特徴とする虚像観察光学
装置。
【請求項２５】請求項１５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系屈折光学素子の光束分割面は反
射型ホログラム光束分割面であることを特徴とする虚像
観察光学装置。
【請求項２６】請求項１５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系屈折光学素子の光束分割面が光
束の入射回数に対応して内部反射面又は屈折面となるよ
うに、上記接眼光学系屈折光学素子は偏心光学系として
構成されていることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項２７】請求項１５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系屈折光学素子の光束分割面は上
記反射型空間光変調素子からの画像光線に対して全反射
条件を満たすことを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項２８】請求項１５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系屈折光学素子の反射面は反射型
ホログラフィック光学面であることを特徴とする虚像観
察光学装置。
【請求項２９】請求項１５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系屈折光学素子の光束分割面、反
射面及び屈折面の少なくとも１つは回転対称軸を有さな
い自由曲面であることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項３０】請求項１５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記照明用光源装置は光源と導光板とを含むこ
とを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項３１】請求項１５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記反射型空間光変調素子は強誘電性液晶型の
空間光変調素子であることを特徴とする虚像観察光学装
置。
【請求項３２】請求項１５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系は上記接眼光学系屈折光学素子
に隣接した配置された屈折光学素子を有し、上記接眼光
学系屈折光学素子の反射面を反射した光は上記屈折光学
素子の屈折面を経由して上記観察空間に導かれることを
特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項３３】反射型空間光変調素子と、該反射型空
間光変調素子に照明用光線を提供するための照明用光源
装置と、上記照明用光源装置からの照明光線を上記反射
型空間光変調素子に導くための光源光学系と、上記反射
型空間光変調素子からの画像光線を観察空間に導くため
の接眼光学系とを有し、上記光源光学系及び上記接眼光
学系はそれぞれ内部に屈折率が１より大きい媒質によっ
て充填された屈折光学素子を含み、上記光源光学系屈折
光学素子は上記照明用光源装置からの照明光線を受け入
れるための第１の屈折面と上記反射型空間光変調素子か
らの画像光線を受け入れるための第２の屈折面と上記照
明用光源装置からの照明光線を偏向させて上記反射型空
間光変調素子に導くための光束分割面を含み、上記接眼
光学系屈折光学素子は上記画像光線を受け入れるための
屈折面と上記画像光線を偏向させるための光束分割面と
該光束分割面によって偏向された光を反射させて上記観
察空間に導くための反射面とを有する虚像観察光学装
置。
【請求項３４】請求項３３記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記反射型空間光変調素子の中心を通る主光線
が上記接眼光学系屈折光学素子の光束分割面と交差する
点における面法線ベクトルと上記接眼光学系屈折光学素
子の反射面と交差する点における面法線ベクトルのなす
角は、上記接眼光学系屈折光学素子の光束分割面及び反
射面の各面における光線が反射する側をベクトルの正の
方向として、１３６度以上且つ１７９度以下であること
を特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項３５】請求項３３記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記光源光学系屈折光学素子と上記接眼光学系
屈折光学素子は上記光源光学系屈折光学素子の光束分割
面及び上記接眼光学系屈折光学素子の屈折面を介して光
学的に密着接合されていることを特徴とする虚像観察光
学装置。
【請求項３６】請求項３３記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記照明用光源装置と上記光源光学系屈折光学
素子の光束分割面の間に偏光子が配置されていることを
特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項３７】請求項３３又は３６記載の虚像観察光
学装置において、上記光源光学系屈折光学素子の光束分
割面と観察空間の間に検光子が配置されていることを特
徴とする虚像観察光学装置。
【請求項３８】請求項３３記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記光源光学系屈折光学素子の光束分割面は偏
光性光束分割面であることを特徴とする虚像観察光学装
置。
【請求項３９】請求項３３記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記光源光学系屈折光学素子の光束分割面は無
偏光性光束分割面であることを特徴とする虚像観察光学
装置。
【請求項４０】請求項３３記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記光源光学系屈折光学素子の光束分割面は反
射型ホログラム光束分割面であることを特徴とする虚像
観察光学装置。
【請求項４１】請求項３３記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記光源光学系屈折光学素子の第２の屈折面及
び光束分割面の少なくとも１つは回転対称軸を有さない
自由曲面であることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項４２】請求項３３記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系屈折光学素子の光束分割面と上
記反射面の間に四分の一波長板が配置されていることを
特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項４３】請求項３３記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系屈折光学素子の光束分割面は偏
光性光束分割面であることを特徴とする虚像観察光学装
置。
【請求項４４】請求項３３記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系屈折光学素子の光束分割面は無
偏光性光束分割面であることを特徴とする虚像観察光学
装置。
【請求項４５】請求項３３記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系屈折光学素子の光束分割面は反
射型ホログラム光束分割面であることを特徴とする虚像
観察光学装置。
【請求項４６】請求項３３記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系屈折光学素子の光束分割面が光
束の入射回数に対応して内部反射面又は屈折面となるよ
うに、上記接眼光学系屈折光学素子は偏心光学系として
構成されていることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項４７】請求項３３記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系屈折光学素子の光束分割面は上
記反射型空間光変調素子からの画像光線に対して全反射
条件を満たすことを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項４８】請求項３３記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系屈折光学素子の光束分割面、反
射面及び屈折面の少なくとも１つは回転対称軸を有さな
い自由曲面であることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項４９】請求項３３記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系屈折光学素子の反射面は反射型
ホログラフィック光学面であることを特徴とする虚像観
察光学装置。
【請求項５０】請求項３３記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記光源系屈折光学素子はガラス製屈折光学素
子であり上記接眼系屈折光学素子はプラスチック製屈折
光学素子であることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項５１】請求項３３記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記照明用光源装置は光源と導光板とを含むこ
とを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項５２】請求項３３記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記反射型空間光変調素子は強誘電性液晶型の
空間光変調素子であることを特徴とする虚像観察光学装
置。
【請求項５３】請求項３３記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系は上記接眼光学系屈折光学素子
に隣接した配置された屈折光学素子を有し、上記接眼光
学系屈折光学素子の反射面を反射した光は上記屈折光学
素子の屈折面を経由して上記観察空間に導かれることを
特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項５４】反射型空間光変調素子と、該反射型空
間光変調素子に照明用光線を提供するための照明用光源
装置と、上記照明用光源装置からの照明光線を上記反射
型空間光変調素子に導くための光源光学系と、上記反射
型空間光変調素子からの画像光線を観察空間に導くため
の接眼光学系とを有し、上記光源光学系は内部に屈折率
が１より大きい媒質によって充填された屈折光学素子を
含み、上記接眼光学系は内部に屈折率が１より大きい媒
質によって充填された２つの屈折光学素子を含み、上記
光源光学系屈折光学素子は上記照明用光源装置からの照
明光線を受け入れるための第１の屈折面と上記反射型空
間光変調素子からの画像光線を受け入れるための第２の
屈折面と上記照明用光源装置からの照明光線を偏向させ
て上記反射型空間光変調素子に導くための光束分割面を
含み、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子は上記光源
光学系屈折光学素子からの画像光線を受け入れるための
屈折面と上記画像光線を偏向させるための光束分割面と
該光束分割面によって偏向された光を反射させて再び上
記光束分割面に導くための反射面とを含み、上記接眼光
学系の第２の屈折光学素子は上記接眼光学系の第１の屈
折光学素子の光束分割面からの光を受け入れるための第
１の屈折面と該第１の屈折面からの光を上記観察空間に
導くための第２の屈折面とを有し、上記光源光学系屈折
光学素子と上記接眼光学系の第１の屈折光学素子は上記
光源光学系屈折光学素子の光束分割面と上記接眼光学系
の第１の屈折光学素子の屈折面を介して光学的に密着接
合され、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子と第２の
屈折光学素子は上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の
光束分割面と上記第２の屈折光学素子の第１の屈折面を
介して光学的に密着接合されている虚像観察光学装置。
【請求項５５】請求項５４記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記反射型空間光変調素子の中心を通る主光線
が上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光束分割面と
交差する点における面法線ベクトルと上記接眼光学系の
第１の屈折光学素子の反射面と交差する点における面法
線ベクトルのなす角は、上記接眼光学系の第１の屈折光
学素子の光束分割面及び反射面の各面における光線が反
射する側をベクトルの正の方向として、１３６度以上且
つ１７９度以下であることを特徴とする虚像観察光学装
置。
【請求項５６】請求項５４記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記照明用光源装置と上記光源光学系屈折光学
素子の光束分割面の間に偏光子が配置されていることを
特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項５７】請求項５４又は５６記載の虚像観察光
学装置において、上記光源光学系屈折光学素子の光束分
割面と観察空間の間に検光子が配置されていることを特
徴とする虚像観察光学装置。
【請求項５８】請求項５４記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記光源光学系屈折光学素子の光束分割面は偏
光性光束分割面であることを特徴とする虚像観察光学装
置。
【請求項５９】請求項５４記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記光源光学系屈折光学素子の光束分割面は無
偏光性光束分割面であることを特徴とする虚像観察光学
装置。
【請求項６０】請求項５４記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記光源光学系屈折光学素子の光束分割面は反
射型ホログラム光束分割面であることを特徴とする虚像
観察光学装置。
【請求項６１】請求項５４記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記光源光学系屈折光学素子の第２の屈折面は
回転対称軸を有する非球面であることを特徴とする虚像
観察光学装置。
【請求項６２】請求項５４記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記光源光学系屈折光学素子の第２の屈折面は
回転対称軸を有さない自由曲面であることを特徴とする
虚像観察光学装置。
【請求項６３】請求項５４記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光束分
割面と上記反射面の間に四分の一波長板が配置されてい
ることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項６４】請求項５４記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光束分
割面は偏光性光束分割面であることを特徴とする虚像観
察光学装置。
【請求項６５】請求項５４記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光束分
割面は無偏光性光束分割面であることを特徴とする虚像
観察光学装置。
【請求項６６】請求項５４記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光束分
割面は反射型ホログラム光束分割面であることを特徴と
する虚像観察光学装置。
【請求項６７】請求項５４記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の反射面
は反射型ホログラフィック光学面であることを特徴とす
る虚像観察光学装置。
【請求項６８】請求項５４記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の反射面
は回転対称軸を有する非球面であることを特徴とする虚
像観察光学装置。
【請求項６９】請求項５４記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の反射面
は回転対称軸を有さない自由曲面であることを特徴とす
る虚像観察光学装置。
【請求項７０】請求項５４記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系の第２の屈折光学素子の第２の
屈折面は回転対称軸を有する非球面であることを特徴と
する虚像観察光学装置。
【請求項７１】請求項５４記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系の第２の屈折光学素子の第２の
屈折面は回転対称軸を有さない自由曲面であることを特
徴とする虚像観察光学装置。
【請求項７２】請求項５４記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記光源光学系屈折光学素子はガラス製屈折光
学素子であり、上記接眼光学系の第１及び第２の屈折光
学素子はプラスチック製屈折光学素子であることを特徴
とする虚像観察光学装置。
【請求項７３】請求項５４記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記照明用光源装置は光源と導光板とを含むこ
とを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項７４】請求項５４記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記反射型空間光変調素子は強誘電性液晶型の
空間光変調素子であることを特徴とする虚像観察光学装
置。
【請求項７５】反射型空間光変調素子と、該反射型空
間光変調素子に照明用光線を提供するための照明用光源
装置と、上記照明用光源装置からの照明光線を上記反射
型空間光変調素子に導くための光源光学系と、上記反射
型空間光変調素子からの画像光線を観察空間に導くため
の接眼光学系とを有し、上記光源光学系は内部に屈折率
が１より大きい媒質によって充填された屈折光学素子を
含み、上記接眼光学系は内部に屈折率が１より大きい媒
質によって充填された２つの屈折光学素子を含み、上記
光源光学系屈折光学素子は上記照明用光源装置からの照
明光線を受け入れるための第１の屈折面と上記反射型空
間光変調素子からの画像光線を受け入れるための第２の
屈折面と上記照明用光源装置からの照明光線を偏向させ
て上記反射型空間光変調素子に導くための光束分割面を
含み、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子は上記光源
光学系屈折光学素子からの画像光線を受け入れるための
屈折面と上記画像光線を偏向させるための光束分割面と
該光束分割面によって偏向された光を反射させて再び上
記光束分割面に導くための反射面とを含み、上記接眼光
学系の第２の屈折光学素子は上記接眼光学系の第１の屈
折光学素子の光束分割面からの光を受け入れるための第
１の屈折面と該第１の屈折面からの光を上記観察空間に
導くための第２の屈折面とを有し、上記光源光学系屈折
光学素子と上記接眼光学系の第１の屈折光学素子は上記
光源光学系屈折光学素子の光束分割面と上記接眼光学系
の第１の屈折光学素子の屈折面を介して光学的に密着接
合されている虚像観察光学装置。
【請求項７６】請求項７５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記反射型空間光変調素子の中心を通る主光線
が上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光束分割面と
交差する点における面法線ベクトルと上記接眼光学系の
第１の屈折光学素子の反射面と交差する点における面法
線ベクトルのなす角は、上記接眼光学系の第１の屈折光
学素子の光束分割面及び反射面の各面における光線が反
射する側をベクトルの正の方向として、１３６度以上且
つ１７９度以下であることを特徴とする虚像観察光学装
置。
【請求項７７】請求項７５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記照明用光源装置と上記光源光学系屈折光学
素子の光束分割面の間に偏光子が配置されていることを
特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項７８】請求項７５又は７７記載の虚像観察光
学装置において、上記光源光学系屈折光学素子の光束分
割面と観察空間の間に検光子が配置されていることを特
徴とする虚像観察光学装置。
【請求項７９】請求項７５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記光源光学系屈折光学素子の光束分割面は偏
光性光束分割面であることを特徴とする虚像観察光学装
置。
【請求項８０】請求項７５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記光源光学系屈折光学素子の光束分割面は無
偏光性光束分割面であることを特徴とする虚像観察光学
装置。
【請求項８１】請求項７５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記光源光学系屈折光学素子の光束分割面は反
射型ホログラム光束分割面であることを特徴とする虚像
観察光学装置。
【請求項８２】請求項７５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記光源光学系屈折光学素子の第２の屈折面は
回転対称軸を有する非球面であることを特徴とする虚像
観察光学装置。
【請求項８３】請求項７５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記光源光学系屈折光学素子の第２の屈折面は
回転対称軸を有さない自由曲面であることを特徴とする
虚像観察光学装置。
【請求項８４】請求項７５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光束分
割面と上記反射面の間に四分の一波長板が配置されてい
ることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項８５】請求項７５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光束分
割面は偏光性光束分割面であることを特徴とする虚像観
察光学装置。
【請求項８６】請求項７５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光束分
割面は無偏光性光束分割面であることを特徴とする虚像
観察光学装置。
【請求項８７】請求項７５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光束分
割面は反射型ホログラム光束分割面であることを特徴と
する虚像観察光学装置。
【請求項８８】請求項７５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光束分
割面は上記反射型空間光変調素子からの画像光線に対し
て全反射条件を満たすことを特徴とする虚像観察光学装
置。
【請求項８９】請求項７５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光束分
割面が光束の入射回数に対応して内部反射面又は屈折面
となるように、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子は
偏心光学系として構成されていることを特徴とする虚像
観察光学装置。
【請求項９０】請求項７５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光束分
割面及び反射面の少なくとも１つは回転対称軸を有する
非球面であることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項９１】請求項７５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光束分
割面及び反射面の少なくとも１つは回転対称軸を有さな
い自由曲面であることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項９２】請求項７５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の反射面
は反射型ホログラフィック光学面であることを特徴とす
る虚像観察光学装置。
【請求項９３】請求項７５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系の第２の屈折光学素子の２つの
屈折面の少なくとも１つは回転対称軸を有する非球面で
あることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項９４】請求項７５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記接眼光学系の第２の屈折光学素子の２つの
屈折面の少なくとも１つは回転対称軸を有さない自由曲
面であることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項９５】請求項７５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記光源光学系屈折光学素子はガラス製屈折光
学素子であり、上記接眼光学系の第１及び第２の屈折光
学素子はプラスチック製屈折光学素子であることを特徴
とする虚像観察光学装置。
【請求項９６】請求項７５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記光源光学系屈折光学素子と上記接眼光学系
の第１の屈折光学素子は上記光源光学系屈折光学素子の
光束分割面と上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の屈
折面の間に挟まれた検光子を介して光学的に密着接合さ
れている虚像観察光学装置。
【請求項９７】請求項７５記載の虚像観察光学装置に
おいて、上記照明用光源装置は光源と導光板とを含むこ
とを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項９８】請求項７５記載の虚像観察光学装置にお
いて、上記反射型空間光変調素子は強誘電性液晶型の空
間光変調素子であることを特徴とする虚像観察光学装
置。
【請求項９９】反射型空間光変調素子と、該反射型空
間光変調素子に照明用光線を提供するための照明用光源
装置と、上記照明用光源装置からの照明光線を上記反射
型空間光変調素子に導くための光源光学系と、上記反射
型空間光変調素子からの画像光線を観察空間に導くため
の接眼光学系とを有し、上記光源光学系は内部に屈折率
が１より大きい媒質によって充填された屈折光学素子を
含み、上記接眼光学系は内部に屈折率が１より大きい媒
質によって充填された２つの屈折光学素子を含み、上記
光源光学系屈折光学素子は上記照明用光源装置からの照
明光線を受け入れるための第１の屈折面と上記反射型空
間光変調素子からの画像光線を受け入れるための第２の
屈折面と上記照明用光源装置からの照明光線を偏向させ
て上記反射型空間光変調素子に導くための光束分割面を
含み、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子は上記光源
光学系屈折光学素子からの画像光線を受け入れるための
屈折面と上記画像光線を偏向させるための光束分割面と
該光束分割面によって偏向された光を反射させて再び上
記光束分割面に導くための反射面とを含み、上記接眼光
学系の第２の屈折光学素子は上記接眼光学系の第１の屈
折光学素子の光束分割面からの光を受け入れるための第
１の屈折面と該第１の屈折面からの光を上記観察空間に
導くための第２の屈折面とを有し、上記接眼光学系の第
１の屈折光学素子と第２の屈折光学素子は上記接眼光学
系の第１の屈折光学素子の光束分割面と上記第２の屈折
光学素子の第１の屈折面を介して光学的に密着接合され
ている虚像観察光学装置。
【請求項１００】請求項９９記載の虚像観察光学装置
において、上記反射型空間光変調素子の中心を通る主光
線が上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光束分割面
と交差する点における面法線ベクトルと上記接眼光学系
の第１の屈折光学素子の反射面と交差する点における面
法線ベクトルのなす角は、上記接眼光学系の第１の屈折
光学素子の光束分割面及び反射面の各面における光線が
反射する側をベクトルの正の方向として、１３６度以上
且つ１７９度以下であることを特徴とする虚像観察光学
装置。
【請求項１０１】請求項９９記載の虚像観察光学装置
において、上記照明用光源装置と上記光源光学系屈折光
学素子の光束分割面の間に偏光子が配置されていること
を特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項１０２】請求項９９又は１０１記載の虚像観
察光学装置において、上記光源光学系屈折光学素子の光
束分割面と観察空間の間に検光子が配置されていること
を特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項１０３】請求項９９記載の虚像観察光学装置
において、上記光源光学系屈折光学素子の光束分割面は
偏光性光束分割面であることを特徴とする虚像観察光学
装置。
【請求項１０４】請求項９９記載の虚像観察光学装置
において、上記光源光学系屈折光学素子の光束分割面は
無偏光性光束分割面であることを特徴とする虚像観察光
学装置。
【請求項１０５】請求項９９記載の虚像観察光学装置
において、上記光源光学系屈折光学素子の光束分割面は
反射型ホログラム光束分割面であることを特徴とする虚
像観察光学装置。
【請求項１０６】請求項９９記載の虚像観察光学装置
において、上記光源光学系屈折光学素子の第２の屈折面
及び光束分割面の少なくとも１つは回転対称軸を有する
非球面であることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項１０７】請求項９９記載の虚像観察光学装置
において、上記光源光学系屈折光学素子の第２の屈折面
及び光束分割面の少なくとも１つは回転対称軸を有さな
い自由曲面であることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項１０８】請求項９９記載の虚像観察光学装置
において、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光束
分割面と上記反射面の間に四分の一波長板が配置されて
いることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項１０９】請求項９９記載の虚像観察光学装置
において、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光束
分割面は偏光性光束分割面であることを特徴とする虚像
観察光学装置。
【請求項１１０】請求項９９記載の虚像観察光学装置
において、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光束
分割面は無偏光性光束分割面であることを特徴とする虚
像観察光学装置。
【請求項１１１】請求項９９記載の虚像観察光学装置
において、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光束
分割面は反射型ホログラム光束分割面であることを特徴
とする虚像観察光学装置。
【請求項１１２】請求項９９記載の虚像観察光学装置
において、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の反射
面及び屈折面の少なくとも１つは回転対称軸を有する非
球面であることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項１１３】請求項９９記載の虚像観察光学装置
において、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の反射
面及び屈折面の少なくとも１つは回転対称軸を有さない
自由曲面であることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項１１４】請求項９９記載の虚像観察光学装置
において、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の反射
面は反射型ホログラフィック光学面であることを特徴と
する虚像観察光学装置。
【請求項１１５】請求項９９記載の虚像観察光学装置
において、上記接眼光学系の第２の屈折光学素子の第２
の屈折面は回転対称軸を有する非球面であることを特徴
とする虚像観察光学装置。
【請求項１１６】請求項９９記載の虚像観察光学装置
において、上記接眼光学系の第２の屈折光学素子の第２
の屈折面は回転対称軸を有さない自由曲面であることを
特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項１１７】請求項９９記載の虚像観察光学装置
において、上記光源光学系屈折光学素子はガラス製屈折
光学素子であり、上記接眼光学系の第１及び第２の屈折
光学素子はプラスチック製屈折光学素子であることを特
徴とする虚像観察光学装置。
【請求項１１８】請求項９９記載の虚像観察光学装置
において、上記照明用光源装置は光源と導光板とを含む
ことを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項１１９】請求項９９記載の虚像観察光学装置
において、上記反射型空間光変調素子は強誘電性液晶型
の空間光変調素子であることを特徴とする虚像観察光学
装置。
【請求項１２０】反射型空間光変調素子と、該反射型
空間光変調素子に照明用光線を提供するための照明用光
源装置と、上記照明用光源装置からの照明光線を上記反
射型空間光変調素子に導くための光源光学系と、上記反
射型空間光変調素子からの画像光線を観察空間に導くた
めの接眼光学系とを有し、上記光源光学系は内部に屈折
率が１より大きい媒質によって充填された屈折光学素子
を含み、上記接眼光学系は内部に屈折率が１より大きい
媒質によって充填された２つの屈折光学素子を含み、上
記光源光学系屈折光学素子は上記照明用光源装置からの
照明光線を受け入れるための第１の屈折面と上記反射型
空間光変調素子からの画像光線を受け入れるための第２
の屈折面と上記照明用光源装置からの照明光線を偏向し
て上記反射型空間光変調素子に導くための光束分割面を
含み、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子は上記光源
光学系屈折光学素子からの画像光線を受け入れるための
屈折面と上記画像光線を偏向させるための光束分割面と
該光束分割面によって偏向された光を反射させて再び上
記光束分割面に導くための反射面とを含み、上記接眼光
学系の第２の屈折光学素子は上記接眼光学系の第１の屈
折光学素子の光束分割面からの光を受け入れるための第
１の屈折面と該第１の屈折面からの光を上記観察空間に
導くための第２の屈折面とを有する虚像観察光学装置。
【請求項１２１】請求項１２０記載の虚像観察光学装
置において、上記反射型空間光変調素子の中心を通る主
光線が上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光束分割
面と交差する点における面法線ベクトルと上記接眼光学
系の第１の屈折光学素子の反射面と交差する点における
面法線ベクトルのなす角は、上記接眼光学系の第１の屈
折光学素子の光束分割面及び反射面の各面における光線
が反射する側をベクトルの正の方向として、１３６度以
上且つ１７９度以下であることを特徴とする虚像観察光
学装置。
【請求項１２２】請求項１２０記載の虚像観察光学装
置において、上記照明用光源装置と上記光源光学系屈折
光学素子の光束分割面の間に偏光子が配置されているこ
とを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項１２３】請求項１２０又は１２２記載の虚像
観察光学装置において、上記光源光学系屈折光学素子の
光束分割面と観察空間の間に検光子が配置されているこ
とを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項１２４】請求項１２０記載の虚像観察光学装
置において、上記光源光学系屈折光学素子の光束分割面
は偏光性光束分割面であることを特徴とする虚像観察光
学装置。
【請求項１２５】請求項１２０記載の虚像観察光学装
置において、上記光源光学系屈折光学素子の光束分割面
は無偏光性光束分割面であることを特徴とする虚像観察
光学装置。
【請求項１２６】請求項１２０記載の虚像観察光学装
置において、上記光源光学系屈折光学素子の光束分割面
は反射型ホログラム光束分割面であることを特徴とする
虚像観察光学装置。
【請求項１２７】請求項１２０記載の虚像観察光学装
置において、上記光源光学系屈折光学素子の２つの屈折
面の少なくとも１つは回転対称軸を有する非球面である
ことを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項１２８】請求項１２０記載の虚像観察光学装
置において、上記光源光学系屈折光学素子の第２の屈折
面及び光束分割面の少なくとも１つは回転対称軸を有さ
ない自由曲面であることを特徴とする虚像観察光学装
置。
【請求項１２９】請求項１２０記載の虚像観察光学装
置において、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光
束分割面と上記反射面の間に四分の一波長板が配置され
ていることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項１３０】請求項１２０記載の虚像観察光学装
置において、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光
束分割面は偏光性光束分割面であることを特徴とする虚
像観察光学装置。
【請求項１３１】請求項１２０記載の虚像観察光学装
置において、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光
束分割面は無偏光性光束分割面であることを特徴とする
虚像観察光学装置。
【請求項１３２】請求項１２０記載の虚像観察光学装
置において、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光
束分割面は反射型ホログラム光束分割面であることを特
徴とする虚像観察光学装置。
【請求項１３３】請求項１２０記載の虚像観察光学装
置において、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光
束分割面は上記反射型空間光変調素子からの画像光線に
対して全反射条件を満たすことを特徴とする虚像観察光
学装置。
【請求項１３４】請求項１２０記載の虚像観察光学装
置において、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光
束分割面が光束の入射回数に対応して内部反射面又は屈
折面となるように、上記接眼光学系の第１の屈折光学素
子は偏心光学系として構成されていることを特徴とする
虚像観察光学装置。
【請求項１３５】請求項１２０記載の虚像観察光学装
置において、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光
束分割面、反射面及び屈折面の少なくとも１つは回転対
称軸を有する非球面であることを特徴とする虚像観察光
学装置。
【請求項１３６】請求項１２０記載の虚像観察光学装
置において、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の光
束分割面、反射面及び屈折面の少なくとも１つは回転対
称軸を有さない自由曲面であることを特徴とする虚像観
察光学装置。
【請求項１３７】請求項１２０記載の虚像観察光学装
置において、上記接眼光学系の第１の屈折光学素子の反
射面は反射型ホログラフィック光学面であることを特徴
とする虚像観察光学装置。
【請求項１３８】請求項１２０記載の虚像観察光学装
置において、上記接眼光学系の第２の屈折光学素子の２
つの屈折面の少なくとも１つは回転対称軸を有する非球
面であることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項１３９】請求項１２０記載の虚像観察光学装
置において、上記接眼光学系の第２の屈折光学素子の２
つの屈折面の少なくとも１つは回転対称軸を有さない自
由曲面であることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項１４０】請求項１２０記載の虚像観察光学装
置において、上記光源光学系屈折光学素子はガラス製屈
折光学素子であり、上記接眼光学系の第１及び第２の屈
折光学素子はプラスチック製屈折光学素子であることを
特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項１４１】請求項１２０記載の虚像観察光学装
置において、上記照明用光源装置は光源と導光板とを含
むことを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項１４２】請求項１２０記載の虚像観察光学装
置において、上記反射型空間光変調素子は強誘電性液晶
型の空間光変調素子であることを特徴とする虚像観察光
学装置。
【請求項１４３】反射型空間光変調素子と、該反射型
空間光変調素子に照明用光線を提供するための照明用光
源装置と、上記照明用光源装置からの照明光線を上記反
射型空間光変調素子に導くための光源光学系と、上記反
射型空間光変調素子からの画像光線を観察空間に導くた
めの接眼光学系とを有し、上記光源光学系は上記照明用
光源装置からの照明光線を偏向させて上記反射型空間光
変調素子に導くための光束分割素子を含み、該接眼光学
系は内部に屈折率が１より大きい媒質によって充填され
た屈折光学素子を含み、該接眼光学系屈折光学素子は上
記反射型空間光変調素子からの画像光線を受け入れるた
めの第１の屈折面と上記画像光線を偏向させるための光
束分割面と該光束分割面によって偏向された光を反射さ
せるための反射面と該反射面からの光を上記観察空間に
導くための第２の屈折面とを有し、上記第１及び第２の
屈折面は上記反射型空間光変調素子の中心を通る主光線
を回転対称軸とする回転対称な曲面に形成されている虚
像観察光学装置。
【請求項１４４】請求項１４３記載の虚像観察光学装
置において、上記照明用光源装置と上記光源光学系の光
束分割素子の間に偏光子が配置されていることを特徴と
する虚像観察光学装置。
【請求項１４５】請求項１４３又は１４４記載の虚像
観察光学装置において、上記光源光学系の光束分割素子
と観察空間の間に検光子が配置されていることを特徴と
する虚像観察光学装置。
【請求項１４６】請求項１４３記載の虚像観察光学装
置において、上記光源光学系の光束分割素子は偏光性光
束分割素子であることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項１４７】請求項１４３記載の虚像観察光学装
置において、上記光源光学系の光束分割素子は無偏光性
光束分割素子であることを特徴とする虚像観察光学装
置。
【請求項１４８】請求項１４３記載の虚像観察光学装
置において、上記光源光学系の光束分割素子は反射型ホ
ログラム光束分割素子であることを特徴とする虚像観察
光学装置。
【請求項１４９】請求項１４３記載の虚像観察光学装
置において、上記接眼光学系の光束分割素子は偏光性光
束分割素子であることを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項１５０】請求項１４３記載の虚像観察光学装
置において、上記接眼光学系の光束分割素子は無偏光性
光束分割素子であることを特徴とする虚像観察光学装
置。
【請求項１５１】請求項１４３記載の虚像観察光学装
置において、上記接眼光学系の光束分割素子は反射型ホ
ログラム光束分割素子であることを特徴とする虚像観察
光学装置。
【請求項１５２】請求項１４３記載の虚像観察光学装
置において、上記接眼光学系の光束分割素子と上記反射
素子の間に四分の一波長板が配置されていることを特徴
とする虚像観察光学装置。
【請求項１５３】請求項１４３記載の虚像観察光学装
置において、上記接眼光学系の反射素子は反射型ホログ
ラフィック光学素子であることを特徴とする虚像観察光
学装置。
【請求項１５４】請求項１４３記載の虚像観察光学装
置において、上記照明用光源装置は光源と導光板とを含
むことを特徴とする虚像観察光学装置。
【請求項１５５】請求項１４３記載の虚像観察光学装
置において、上記反射型空間光変調素子は強誘電性液晶
型の空間光変調素子であることを特徴とする虚像観察光
学装置。