JP2001188194A - 表示装置 - Google Patents
表示装置Info
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- JP2001188194A JP2001188194A JP2000162757A JP2000162757A JP2001188194A JP 2001188194 A JP2001188194 A JP 2001188194A JP 2000162757 A JP2000162757 A JP 2000162757A JP 2000162757 A JP2000162757 A JP 2000162757A JP 2001188194 A JP2001188194 A JP 2001188194A
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- JP
- Japan
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- light
- optical path
- optical
- optical element
- path changing
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Abstract
(57)【要約】
【課題】軽量化、小型化、高視野化、シースルー機能の
共存が可能な表示装置を提供する。 【解決手段】出射機構２から出射される画像表示光Ｌ
は、観察者の眼Ｅの前方に配置される第１光学素子11
と、この第１光学素子11の前方に空間４を介して配置さ
れる第２光学素子12とを有する接眼光学系３により、観
察者の眼Ｅに導かれる。その画像表示光Ｌは、第１光学
素子11における第２光学素子12との対向面である第１光
路変更面11ａにおいて、第２光学素子12における第１光
学素子11との対向面である第２光路変更面12ａに向かう
ように光路変更された後に、第２光路変更面12ａにおい
て第１光路変更面11ａに向かうように光路変更される。
しかる後に画像表示光Ｌが第１光学素子11を透過するよ
うに、その第１光学素子11は、入射光の一部を光路変更
すると共に一部を透過させるビームスプリット機能を有
する。
共存が可能な表示装置を提供する。 【解決手段】出射機構２から出射される画像表示光Ｌ
は、観察者の眼Ｅの前方に配置される第１光学素子11
と、この第１光学素子11の前方に空間４を介して配置さ
れる第２光学素子12とを有する接眼光学系３により、観
察者の眼Ｅに導かれる。その画像表示光Ｌは、第１光学
素子11における第２光学素子12との対向面である第１光
路変更面11ａにおいて、第２光学素子12における第１光
学素子11との対向面である第２光路変更面12ａに向かう
ように光路変更された後に、第２光路変更面12ａにおい
て第１光路変更面11ａに向かうように光路変更される。
しかる後に画像表示光Ｌが第１光学素子11を透過するよ
うに、その第１光学素子11は、入射光の一部を光路変更
すると共に一部を透過させるビームスプリット機能を有
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、腰のベルトや装身
具等を介して身体に纏うウエアラブルコンピュータや、
ナップサックやポケットに入れて携帯できる携帯電話器
等の通信機器のような、卓上以外の環境でも利用可能な
情報機器のためのモニタに適した表示装置に関する。
具等を介して身体に纏うウエアラブルコンピュータや、
ナップサックやポケットに入れて携帯できる携帯電話器
等の通信機器のような、卓上以外の環境でも利用可能な
情報機器のためのモニタに適した表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】身体に纏う形態の情報機器用の表示器と
しては、頭部に装着する形態が主流である。図１３に示
す第１従来例の表示装置においては、表示器１０１から
出射される画像表示光Ｌは、ハーフミラー等により構成
されるコンバイナ１０２の反射面１０２ａにおいて反射
されることで、この表示装置を装着した観察者の眼Ｅに
導かれる。これにより、観察者は観察対象の虚像を視認
できると共に、そのコンバイナ１０２を透過する光によ
り前方実在物も視認できる。
しては、頭部に装着する形態が主流である。図１３に示
す第１従来例の表示装置においては、表示器１０１から
出射される画像表示光Ｌは、ハーフミラー等により構成
されるコンバイナ１０２の反射面１０２ａにおいて反射
されることで、この表示装置を装着した観察者の眼Ｅに
導かれる。これにより、観察者は観察対象の虚像を視認
できると共に、そのコンバイナ１０２を透過する光によ
り前方実在物も視認できる。
【０００３】図１４に示す第２従来例の表示装置におい
ては、表示器２０１から出射される画像表示光Ｌは、プ
リズムにより構成されるビームスプリッタ２０２を透過
した後にミラー２０３の反射面２０３ａにおいて反射さ
れ、しかる後にビームスプリッタ２０２の反射面２０２
ａにおいて反射されることで、この表示装置を装着した
観察者の眼Ｅに導かれる。これにより、観察者は観察対
象の虚像を視認できると共に、そのビームスプリッタ２
０２を透過する光により前方実在物も視認できる。ここ
では、そのビームスプリッタ２０２の反射面２０２ａは
平端面とされ、そのミラー２０３の反射面２０３ａは回
転対称な曲面とされ、そのミラー２０３の反射面２０３
ａの中心軸に沿って入射した光は、その中心軸に沿って
反射される。
ては、表示器２０１から出射される画像表示光Ｌは、プ
リズムにより構成されるビームスプリッタ２０２を透過
した後にミラー２０３の反射面２０３ａにおいて反射さ
れ、しかる後にビームスプリッタ２０２の反射面２０２
ａにおいて反射されることで、この表示装置を装着した
観察者の眼Ｅに導かれる。これにより、観察者は観察対
象の虚像を視認できると共に、そのビームスプリッタ２
０２を透過する光により前方実在物も視認できる。ここ
では、そのビームスプリッタ２０２の反射面２０２ａは
平端面とされ、そのミラー２０３の反射面２０３ａは回
転対称な曲面とされ、そのミラー２０３の反射面２０３
ａの中心軸に沿って入射した光は、その中心軸に沿って
反射される。
【０００４】図１５に示す第３従来例の表示装置におい
ては、表示器３０１から出射される画像表示光Ｌは、ハ
ーフミラー等により構成される第１コンバイナ３０２の
平坦な反射面３０２ａにおいて反射され、次にハーフミ
ラー等により構成される第２コンバイナ３０３の球面に
沿う反射面３０３ａにおいて反射され、しかる後に第１
コンバイナ３０２を透過することで、この表示装置を装
着した観察者の眼Ｅに導かれる。これにより、観察者は
観察対象の虚像を視認できると共に、そのコンバイナ３
０２、３０３を透過する光により前方実在物も視認でき
る。ここでは、その第２コンバイナ３０３の反射面３０
３ａの中心軸に沿って入射した光は、その中心軸に沿っ
て反射される。
ては、表示器３０１から出射される画像表示光Ｌは、ハ
ーフミラー等により構成される第１コンバイナ３０２の
平坦な反射面３０２ａにおいて反射され、次にハーフミ
ラー等により構成される第２コンバイナ３０３の球面に
沿う反射面３０３ａにおいて反射され、しかる後に第１
コンバイナ３０２を透過することで、この表示装置を装
着した観察者の眼Ｅに導かれる。これにより、観察者は
観察対象の虚像を視認できると共に、そのコンバイナ３
０２、３０３を透過する光により前方実在物も視認でき
る。ここでは、その第２コンバイナ３０３の反射面３０
３ａの中心軸に沿って入射した光は、その中心軸に沿っ
て反射される。
【０００５】図１６に示す第４従来例の表示装置におい
ては、表示器４０１から出射される画像表示光Ｌは、プ
リズム４０２における第１光路変更面４０２ａを透過す
ると共に屈折され、次に、第２光路変更面４０２ｂにお
いて反射され、次に、その第２光路変更面４０２ｂに対
向する第３光路変更面４０２ｃにおいて反射され、しか
る後に第２光路変更面４０２ｂを透過すると共に屈折さ
れることで、この表示装置を装着した観察者の眼Ｅに導
かれる。これにより、観察者は観察対象の虚像を視認で
きる。ここでは、各光路変更面４０２ａ、４０２ｂ、４
０２ｃは少なくとも一つの面が非球面とされている。
ては、表示器４０１から出射される画像表示光Ｌは、プ
リズム４０２における第１光路変更面４０２ａを透過す
ると共に屈折され、次に、第２光路変更面４０２ｂにお
いて反射され、次に、その第２光路変更面４０２ｂに対
向する第３光路変更面４０２ｃにおいて反射され、しか
る後に第２光路変更面４０２ｂを透過すると共に屈折さ
れることで、この表示装置を装着した観察者の眼Ｅに導
かれる。これにより、観察者は観察対象の虚像を視認で
きる。ここでは、各光路変更面４０２ａ、４０２ｂ、４
０２ｃは少なくとも一つの面が非球面とされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】第１従来例の表示装置
では、視野角を大きくすると観察対象の虚像のぼけや歪
みが大きくなり、光学性能を十分に満足させることがで
きない。
では、視野角を大きくすると観察対象の虚像のぼけや歪
みが大きくなり、光学性能を十分に満足させることがで
きない。
【０００７】第２従来例の表示装置では、光学性能を満
足させつつ視野角を大きくすると、サイズが大きく、重
量が増加するため、身体に装着して眼前に配置する上で
好ましくない。
足させつつ視野角を大きくすると、サイズが大きく、重
量が増加するため、身体に装着して眼前に配置する上で
好ましくない。
【０００８】第３従来例の表示装置では、光学性能を満
足させつつ視野角を大きくすると、サイズが大きく、前
方に大きく突出するため、身体に装着して眼前に配置す
る上で好ましくない。
足させつつ視野角を大きくすると、サイズが大きく、前
方に大きく突出するため、身体に装着して眼前に配置す
る上で好ましくない。
【０００９】第４従来例の表示装置では、光学性能を満
足させつつ視野角を大きくし、サイズを小さくできる
が、プリズム４０２により各光路変更面４０２ａ、４０
２ｂ、４０２ｃが構成されるために重量が大きくなる。
そのため、表示装置を装着した観察者の負担が大きくな
る。また、表示装置を眼前に配置して移動する場合、観
察者は前方実在物を視認できるシースルー機能を有する
ことが望まれる。しかし、第４従来例の表示装置におい
ては、プリズム４０２の第２、第３光路変更面４０２
ｂ、４０２ｃの間隔、すなわちプリズム４０２の厚さが
不均一であるため、観察者は前方実在物を正しく視認で
きない。また、そのプリズム４０２に同一材質の光学素
子を貼り合わせ、その貼り合わせられたプリズム４０２
と光学素子の合計厚さが均一であれば、観察者は前方実
在物を歪みなく正しく視認できるが、そうすると重量が
さらに増大する。
足させつつ視野角を大きくし、サイズを小さくできる
が、プリズム４０２により各光路変更面４０２ａ、４０
２ｂ、４０２ｃが構成されるために重量が大きくなる。
そのため、表示装置を装着した観察者の負担が大きくな
る。また、表示装置を眼前に配置して移動する場合、観
察者は前方実在物を視認できるシースルー機能を有する
ことが望まれる。しかし、第４従来例の表示装置におい
ては、プリズム４０２の第２、第３光路変更面４０２
ｂ、４０２ｃの間隔、すなわちプリズム４０２の厚さが
不均一であるため、観察者は前方実在物を正しく視認で
きない。また、そのプリズム４０２に同一材質の光学素
子を貼り合わせ、その貼り合わせられたプリズム４０２
と光学素子の合計厚さが均一であれば、観察者は前方実
在物を歪みなく正しく視認できるが、そうすると重量が
さらに増大する。
【００１０】また、各従来例における画像表示光は表示
器から直接に出射されるものであり、反射型表示器を用
いて観察対象の虚像を形成するものではなかった。
器から直接に出射されるものであり、反射型表示器を用
いて観察対象の虚像を形成するものではなかった。
【００１１】本発明は、上記問題を解決することのでき
る表示装置を提供することを目的とする。
る表示装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、画像表示光の
出射機構と、接眼光学系とを備え、その接眼光学系によ
り前記画像表示光が観察者の眼に導かれることで、観察
対象の虚像が形成される表示装置において、その接眼光
学系は、観察者の眼の前方に配置される第１光学素子
と、この第１光学素子の前方に空間を介して配置される
第２光学素子とを有し、その第１光学素子における第２
光学素子との対向面は第１光路変更面とされ、その第２
光学素子における第１光学素子との対向面は第２光路変
更面とされ、前記画像表示光の出射機構は、その第１光
路変更面に向かって画像表示光を出射するように配置さ
れ、その画像表示光が第１光路変更面において第２光路
変更面に向かうように光路変更された後に第２光路変更
面において第１光路変更面に向かうように光路変更され
るように、両光路変更面の相対位置が定められ、その画
像表示光が第１、第２光路変更面において光路変更され
た後に第１光学素子を透過するように、その第１光学素
子は、入射光の一部を光路変更すると共に一部を透過さ
せるビームスプリット機能を有することを特徴とする。
本発明の構成によれば、画像表示光は、接眼光学系の第
１光学素子における第２光学素子との対向面により構成
される第１光路変更面において光路変更され、次に第２
光学素子における第１光学素子との対向面により構成さ
れる第２光路変更面において光路変更され、次に第１光
学素子を透過することで、観察者の眼に導かれる。これ
により、観察者は観察対象の虚像を視認できる。その第
１光学素子と第２光学素子の間に空間が介在するので重
量を軽減できる。
出射機構と、接眼光学系とを備え、その接眼光学系によ
り前記画像表示光が観察者の眼に導かれることで、観察
対象の虚像が形成される表示装置において、その接眼光
学系は、観察者の眼の前方に配置される第１光学素子
と、この第１光学素子の前方に空間を介して配置される
第２光学素子とを有し、その第１光学素子における第２
光学素子との対向面は第１光路変更面とされ、その第２
光学素子における第１光学素子との対向面は第２光路変
更面とされ、前記画像表示光の出射機構は、その第１光
路変更面に向かって画像表示光を出射するように配置さ
れ、その画像表示光が第１光路変更面において第２光路
変更面に向かうように光路変更された後に第２光路変更
面において第１光路変更面に向かうように光路変更され
るように、両光路変更面の相対位置が定められ、その画
像表示光が第１、第２光路変更面において光路変更され
た後に第１光学素子を透過するように、その第１光学素
子は、入射光の一部を光路変更すると共に一部を透過さ
せるビームスプリット機能を有することを特徴とする。
本発明の構成によれば、画像表示光は、接眼光学系の第
１光学素子における第２光学素子との対向面により構成
される第１光路変更面において光路変更され、次に第２
光学素子における第１光学素子との対向面により構成さ
れる第２光路変更面において光路変更され、次に第１光
学素子を透過することで、観察者の眼に導かれる。これ
により、観察者は観察対象の虚像を視認できる。その第
１光学素子と第２光学素子の間に空間が介在するので重
量を軽減できる。
【００１３】その第１光路変更面と第１通過面は非球面
とされ、その第１光学素子は厚さが不均一な板状とされ
ているのが好ましい。これにより、接眼光学系を設計す
る上での自由度が大きくなり、光学性能を向上して観察
対象の虚像のぼけや歪みを小さくできる。
とされ、その第１光学素子は厚さが不均一な板状とされ
ているのが好ましい。これにより、接眼光学系を設計す
る上での自由度が大きくなり、光学性能を向上して観察
対象の虚像のぼけや歪みを小さくできる。
【００１４】その第２光学素子は、入射光の一部を光路
変更すると共に一部を透過させるビームスプリット機能
を有し、その第２光学素子における反観察者側の面は第
２通過面とされ、前記第２光路変更面と第２通過面は非
球面とされ、その第２光学素子は厚さが不均一な板状と
されているのが好ましい。これにより、接眼光学系の前
方からの光が第１、第２光学素子を透過することで観察
者は前方実在物を視認できる。さらに、観察対象の虚像
のぼけや歪みを小さくするために第１光学素子を厚さが
不均一な板状にする場合、第１光学素子のみを介して前
方実在物を視認したとすると歪みにより適正に視認でき
ないが、第２光路変更面と第２通過面を非球面として第
２光学素子を厚さが不均一な板状とすることにより、そ
の歪みを低減できる。この場合、前記第１光路変更面、
第２光路変更面、第１通過面、および第２通過面を、互
いに形状が異なる自由曲面とすることで、接眼光学系を
設計する上での自由度を可及的に大きくし、観察対象の
虚像のぼけや歪みを可及的に小さくし、且つ、前方実在
物の視認時の歪みをよりいっそう適正化できる。
変更すると共に一部を透過させるビームスプリット機能
を有し、その第２光学素子における反観察者側の面は第
２通過面とされ、前記第２光路変更面と第２通過面は非
球面とされ、その第２光学素子は厚さが不均一な板状と
されているのが好ましい。これにより、接眼光学系の前
方からの光が第１、第２光学素子を透過することで観察
者は前方実在物を視認できる。さらに、観察対象の虚像
のぼけや歪みを小さくするために第１光学素子を厚さが
不均一な板状にする場合、第１光学素子のみを介して前
方実在物を視認したとすると歪みにより適正に視認でき
ないが、第２光路変更面と第２通過面を非球面として第
２光学素子を厚さが不均一な板状とすることにより、そ
の歪みを低減できる。この場合、前記第１光路変更面、
第２光路変更面、第１通過面、および第２通過面を、互
いに形状が異なる自由曲面とすることで、接眼光学系を
設計する上での自由度を可及的に大きくし、観察対象の
虚像のぼけや歪みを可及的に小さくし、且つ、前方実在
物の視認時の歪みをよりいっそう適正化できる。
【００１５】その第１光学素子と第２光学素子とは、そ
れぞれ厚さが均一な板状とされ、その第２光学素子は、
入射光の一部を光路変更すると共に一部を透過させるビ
ームスプリット機能を有するのが好ましい。これによ
り、接眼光学系の前方からの光が第１、第２光学素子を
透過することで観察者は前方実在物を視認できる。
れぞれ厚さが均一な板状とされ、その第２光学素子は、
入射光の一部を光路変更すると共に一部を透過させるビ
ームスプリット機能を有するのが好ましい。これによ
り、接眼光学系の前方からの光が第１、第２光学素子を
透過することで観察者は前方実在物を視認できる。
【００１６】視野角を大きくすると共に、光学性能を向
上して観察対象の虚像のぼけや歪みを小さくする接眼光
学系を設計する上では、その第１光路変更面と第２光路
変更面の中の一方は画像表示光を光路変更する際に発散
する形状を有し、他方は画像表示光を光路変更する際に
収束する形状を有するのが好ましく、また、その第１光
路変更面と第２光路変更面の中の少なくとも一方が、自
由曲面や軸はずし回転対称非球面等の非球面であるのが
好ましい。
上して観察対象の虚像のぼけや歪みを小さくする接眼光
学系を設計する上では、その第１光路変更面と第２光路
変更面の中の一方は画像表示光を光路変更する際に発散
する形状を有し、他方は画像表示光を光路変更する際に
収束する形状を有するのが好ましく、また、その第１光
路変更面と第２光路変更面の中の少なくとも一方が、自
由曲面や軸はずし回転対称非球面等の非球面であるのが
好ましい。
【００１７】画像表示光の出射機構は、光源と、反射型
表示器と、リレー光学系とを備え、そのリレー光学系
は、その光源と反射型表示器とに対向する第３光路変更
面を有する第３光学素子を備え、その光源は、その第３
光路変更面に向かって光を出射するように配置され、そ
の光源から第３光路変更面に至った光は、その反射型表
示器に向かうように光路変更され、その反射型表示器に
至った光は、その第３光路変更面に向かうように反射さ
れた画像表示光とされ、その第３光路変更面に至った画
像表示光を第１光路変更面に導くことができるように、
その第３光学素子は入射光の一部を光路変更すると共に
一部を透過させるビームスプリット機能を有するのが好
ましい。これにより、反射型表示器を用いてコンパクト
な構成で画像表示光を出射できる。
表示器と、リレー光学系とを備え、そのリレー光学系
は、その光源と反射型表示器とに対向する第３光路変更
面を有する第３光学素子を備え、その光源は、その第３
光路変更面に向かって光を出射するように配置され、そ
の光源から第３光路変更面に至った光は、その反射型表
示器に向かうように光路変更され、その反射型表示器に
至った光は、その第３光路変更面に向かうように反射さ
れた画像表示光とされ、その第３光路変更面に至った画
像表示光を第１光路変更面に導くことができるように、
その第３光学素子は入射光の一部を光路変更すると共に
一部を透過させるビームスプリット機能を有するのが好
ましい。これにより、反射型表示器を用いてコンパクト
な構成で画像表示光を出射できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１に示す本発明の第１実施形態
の小型表示装置１は、ケーシング（図示省略）により覆
われる画像表示光出射機構２と接眼光学系３とを備え、
観察者の頭部や腕等の身体や、身体に装着されるヘルメ
ットや眼鏡等に、ヘッドセット、ベルト、バンド、クリ
ップ等を介して装着されたり、携帯電話や腕時計等の各
種携帯機器に装着されたり、手に持った状態で使用され
る。その接眼光学系３により画像表示光Ｌが観察者の一
方の眼Ｅに導かれることで、観察対象の虚像が形成され
る。
の小型表示装置１は、ケーシング（図示省略）により覆
われる画像表示光出射機構２と接眼光学系３とを備え、
観察者の頭部や腕等の身体や、身体に装着されるヘルメ
ットや眼鏡等に、ヘッドセット、ベルト、バンド、クリ
ップ等を介して装着されたり、携帯電話や腕時計等の各
種携帯機器に装着されたり、手に持った状態で使用され
る。その接眼光学系３により画像表示光Ｌが観察者の一
方の眼Ｅに導かれることで、観察対象の虚像が形成され
る。
【００１９】その接眼光学系３は、観察対象の虚像の視
認時に観察者の眼Ｅの前方に配置される第１光学素子１
１と、この第１光学素子１１の前方に空間４を介して配
置される第２光学素子１２とを有する。その第１光学素
子１１と第２光学素子１２とは、それぞれ厚さが均一な
板状とされている。また、その第１光学素子１１と第２
光学素子１２とは、それぞれハーフミラーやホログラム
素子により構成されるコンバイナとされ、これにより、
入射光の一部を光路変更すると共に一部を透過させるビ
ームスプリット機能を有する。
認時に観察者の眼Ｅの前方に配置される第１光学素子１
１と、この第１光学素子１１の前方に空間４を介して配
置される第２光学素子１２とを有する。その第１光学素
子１１と第２光学素子１２とは、それぞれ厚さが均一な
板状とされている。また、その第１光学素子１１と第２
光学素子１２とは、それぞれハーフミラーやホログラム
素子により構成されるコンバイナとされ、これにより、
入射光の一部を光路変更すると共に一部を透過させるビ
ームスプリット機能を有する。
【００２０】その第１光学素子１１における第２光学素
子１２との対向面は第１光路変更面１１ａとされ、その
第２光学素子１２における第１光学素子１１との対向面
は第２光路変更面１２ａとされている。両光路変更面１
１ａ、１２ａの間が上記空間４とされる。各光路変更面
１１ａ、１２ａへの入射光は、各光学素子１１、１２が
ハーフミラーにより構成される時は反射により光路変更
され、ホログラム素子により構成される時は回折により
光路変更される。
子１２との対向面は第１光路変更面１１ａとされ、その
第２光学素子１２における第１光学素子１１との対向面
は第２光路変更面１２ａとされている。両光路変更面１
１ａ、１２ａの間が上記空間４とされる。各光路変更面
１１ａ、１２ａへの入射光は、各光学素子１１、１２が
ハーフミラーにより構成される時は反射により光路変更
され、ホログラム素子により構成される時は回折により
光路変更される。
【００２１】また、その第１光学素子１１における観察
者側の面、すなわち観察者の眼Ｅとの対向面は第１通過
面１１ｂとされている。その第２光学素子１２における
反観察者側の面は第２通過面１２ｂとされている。
者側の面、すなわち観察者の眼Ｅとの対向面は第１通過
面１１ｂとされている。その第２光学素子１２における
反観察者側の面は第２通過面１２ｂとされている。
【００２２】その第１光路変更面１１ａと第２光路変更
面１２ａの中の一方は入射光を発散させる形状を有し、
他方は入射光を収束させる形状を有する。本実施形態で
は第１光路変更面１１ａが入射光を発散させる凸曲面形
状を有し、第２光路変更面１２ａが入射光を収束させる
凹曲面形状とされている。
面１２ａの中の一方は入射光を発散させる形状を有し、
他方は入射光を収束させる形状を有する。本実施形態で
は第１光路変更面１１ａが入射光を発散させる凸曲面形
状を有し、第２光路変更面１２ａが入射光を収束させる
凹曲面形状とされている。
【００２３】その第１光路変更面１１ａと第２光路変更
面１２ａの中の少なくとも一方は、軸はずし回転対称非
球面や自由曲面等の非球面とされる。例えば、両光路変
更面１１ａ、１２ａとも自由曲面としてもよいし、何れ
か一方のみを自由曲面あるいは軸はずし回転対称非球面
としてもよいし、両方を軸はずし回転対称非球面として
もよい。
面１２ａの中の少なくとも一方は、軸はずし回転対称非
球面や自由曲面等の非球面とされる。例えば、両光路変
更面１１ａ、１２ａとも自由曲面としてもよいし、何れ
か一方のみを自由曲面あるいは軸はずし回転対称非球面
としてもよいし、両方を軸はずし回転対称非球面として
もよい。
【００２４】その軸はずし回転対称非球面は、ｘｙｚ座
標空間において下記の数式（１）で示す形状関数により
特定される非球面において、その非球面の回転対称軸か
ら偏心した中心を有する面で表すことができる。なお、
その数式において、ρ2 ＝ｘ2＋ｙ2 、ｃ＝１／Ｒであ
る。また、その数式は、２次曲面係数Ｋと非球面係数α
ｉとを零とした時に球面を表し、その球面の半径がＲで
あり、少なくとも一つの非球面係数は零ではない。
標空間において下記の数式（１）で示す形状関数により
特定される非球面において、その非球面の回転対称軸か
ら偏心した中心を有する面で表すことができる。なお、
その数式において、ρ2 ＝ｘ2＋ｙ2 、ｃ＝１／Ｒであ
る。また、その数式は、２次曲面係数Ｋと非球面係数α
ｉとを零とした時に球面を表し、その球面の半径がＲで
あり、少なくとも一つの非球面係数は零ではない。
【００２５】
【数１】
【００２６】その画像表示光の出射機構２は、上記接眼
光学系３の上方に配置される光源２１と、反射型液晶表
示器２２と、リレー光学系とを備える。
光学系３の上方に配置される光源２１と、反射型液晶表
示器２２と、リレー光学系とを備える。
【００２７】そのリレー光学系は、その光源２１と反射
型表示器２２とに対向する第３光路変更面３３ａを有す
る第３光学素子３３を備える。その第３光学素子３３
は、ハーフミラーやホログラム素子により構成されるコ
ンバイナとされ、これにより、入射光の一部を光路変更
すると共に一部を透過させるビームスプリット機能を有
する。本実施形態では、その第３光学素子３３は厚さが
均一な板状とされ、その第３光路変更面３３ａは平坦面
とされている。
型表示器２２とに対向する第３光路変更面３３ａを有す
る第３光学素子３３を備える。その第３光学素子３３
は、ハーフミラーやホログラム素子により構成されるコ
ンバイナとされ、これにより、入射光の一部を光路変更
すると共に一部を透過させるビームスプリット機能を有
する。本実施形態では、その第３光学素子３３は厚さが
均一な板状とされ、その第３光路変更面３３ａは平坦面
とされている。
【００２８】その光源２１は、その第３光路変更面３３
ａに向かって光Ｌ′を出射するように配置されている。
その光源２１から第３光路変更面３３ａに至った光Ｌ′
は、その第３光路変更面３３ａにおいて反射型液晶表示
器２２に向かうように光路変更される。その反射型液晶
表示器２２に至った光Ｌ′は、その第３光路変更面３３
ａに向かうように反射された画像表示光Ｌとされる。上
記のように第３光学素子３３はビームスプリット機能を
有するので、その第３光路変更面３３ａに至った画像表
示光Ｌは第３光学素子３３を透過して第１光路変更面１
１ａに導かれる。すなわち、画像表示光の出射機構２
は、第１光路変更面１１ａに向かって画像表示光Ｌを出
射できる。
ａに向かって光Ｌ′を出射するように配置されている。
その光源２１から第３光路変更面３３ａに至った光Ｌ′
は、その第３光路変更面３３ａにおいて反射型液晶表示
器２２に向かうように光路変更される。その反射型液晶
表示器２２に至った光Ｌ′は、その第３光路変更面３３
ａに向かうように反射された画像表示光Ｌとされる。上
記のように第３光学素子３３はビームスプリット機能を
有するので、その第３光路変更面３３ａに至った画像表
示光Ｌは第３光学素子３３を透過して第１光路変更面１
１ａに導かれる。すなわち、画像表示光の出射機構２
は、第１光路変更面１１ａに向かって画像表示光Ｌを出
射できる。
【００２９】その出射機構２から出射された画像表示光
Ｌが第１光路変更面１１ａにおいて第２光路変更面１２
ａに向かうように光路変更された後に第２光路変更面１
２ａにおいて第１光路変更面１１ａに向かうように、両
光路変更面１１ａ、１２ａの相対位置が定められてい
る。その第１光学素子１１は上記のように入射光の一部
を光路変更すると共に一部を透過させるビームスプリッ
ト機能を有することから、その第１、第２光路変更面１
１ａ、１２ａにおいて光路変更された画像表示光Ｌは第
１光学素子１１を透過する。
Ｌが第１光路変更面１１ａにおいて第２光路変更面１２
ａに向かうように光路変更された後に第２光路変更面１
２ａにおいて第１光路変更面１１ａに向かうように、両
光路変更面１１ａ、１２ａの相対位置が定められてい
る。その第１光学素子１１は上記のように入射光の一部
を光路変更すると共に一部を透過させるビームスプリッ
ト機能を有することから、その第１、第２光路変更面１
１ａ、１２ａにおいて光路変更された画像表示光Ｌは第
１光学素子１１を透過する。
【００３０】上記構成によれば、第１光学素子１１を透
過した画像表示光Ｌが観察者の眼Ｅに導かれることで観
察対象の虚像が視認される。また、第２光学素子１２
は、上記のように入射光の一部を光路変更すると共に一
部を透過させるビームスプリット機能を有することか
ら、接眼光学系３の前方からの光が第１、第２光学素子
１１、１２を透過することで観察者は前方実在物を視認
できる。その第１光学素子１１と第２光学素子１２の間
に空間４が介在するので重量を軽減できる。また、第１
光路変更面１１ａと第２光路変更面１２ａの中の一方は
画像表示光Ｌを光路変更する際に発散する形状を有し、
他方は画像表示光Ｌを光路変更する際に収束する形状を
有し、両光路変更面１１ａ、１２ａの中の少なくとも一
方は非球面であるので、視野角を大きくすると共に、光
学性能を向上して観察対象の虚像のぼけや歪みを小さく
できる接眼光学系３の設計ができる。さらに、反射型液
晶表示器２２を用いてコンパクトな構成で画像表示光Ｌ
を出射できる。
過した画像表示光Ｌが観察者の眼Ｅに導かれることで観
察対象の虚像が視認される。また、第２光学素子１２
は、上記のように入射光の一部を光路変更すると共に一
部を透過させるビームスプリット機能を有することか
ら、接眼光学系３の前方からの光が第１、第２光学素子
１１、１２を透過することで観察者は前方実在物を視認
できる。その第１光学素子１１と第２光学素子１２の間
に空間４が介在するので重量を軽減できる。また、第１
光路変更面１１ａと第２光路変更面１２ａの中の一方は
画像表示光Ｌを光路変更する際に発散する形状を有し、
他方は画像表示光Ｌを光路変更する際に収束する形状を
有し、両光路変更面１１ａ、１２ａの中の少なくとも一
方は非球面であるので、視野角を大きくすると共に、光
学性能を向上して観察対象の虚像のぼけや歪みを小さく
できる接眼光学系３の設計ができる。さらに、反射型液
晶表示器２２を用いてコンパクトな構成で画像表示光Ｌ
を出射できる。
【００３１】図２を参照して本発明の第２実施形態の小
型表示装置５１を説明する。ここで上記第１実施形態と
同様部分は同一符号で示す。この第２実施形態の表示装
置５１における画像表示光の出射機構５２は、光源２１
と、反射型液晶表示器２２と、リレー光学系と、偏光板
５４とを備える。
型表示装置５１を説明する。ここで上記第１実施形態と
同様部分は同一符号で示す。この第２実施形態の表示装
置５１における画像表示光の出射機構５２は、光源２１
と、反射型液晶表示器２２と、リレー光学系と、偏光板
５４とを備える。
【００３２】そのリレー光学系は、その光源２１と反射
型液晶表示器２２とに対向する第３光路変更面５３ａを
有する第３光学素子５３を備える。その第３光路変更面
５３ａはＳ偏光を高反射すると共にＰ偏光を高透過する
ものとされ、これにより、第３光学素子５３は入射光の
一部を光路変更すると共に一部を透過させるビームスプ
リット機能を有する。本第２実施形態では、その第３光
学素子５３はプリズムにより構成されているが、等厚の
板状であってもよい。
型液晶表示器２２とに対向する第３光路変更面５３ａを
有する第３光学素子５３を備える。その第３光路変更面
５３ａはＳ偏光を高反射すると共にＰ偏光を高透過する
ものとされ、これにより、第３光学素子５３は入射光の
一部を光路変更すると共に一部を透過させるビームスプ
リット機能を有する。本第２実施形態では、その第３光
学素子５３はプリズムにより構成されているが、等厚の
板状であってもよい。
【００３３】その光源２１は、その第３光路変更面５３
ａに向かって光Ｌ′を出射するように配置されている。
その偏光板５４は光源２１と第３光路変更面５３ａとの
間に配置され、その光源２１から出射される光Ｌ′から
Ｓ偏光を抽出する。その偏光板５４を通過して第３光路
変更面５３ａに至った光Ｌ′のＳ偏光成分は、その第３
光路変更面５３ａにおいて反射型液晶表示器２２に向か
うように光路変更される。その反射型液晶表示器２２は
旋光性を有し、入射した光Ｌ′のＳ偏光成分をＰ偏光の
画像表示光Ｌとする。そのＰ偏光の画像表示光Ｌは第３
光路変更面５３ａを透過し、第１光路変更面１１ａに導
かれる。すなわち、画像表示光の出射機構５２は、第１
光路変更面１１ａに向かって画像表示光Ｌを出射するこ
とができる。
ａに向かって光Ｌ′を出射するように配置されている。
その偏光板５４は光源２１と第３光路変更面５３ａとの
間に配置され、その光源２１から出射される光Ｌ′から
Ｓ偏光を抽出する。その偏光板５４を通過して第３光路
変更面５３ａに至った光Ｌ′のＳ偏光成分は、その第３
光路変更面５３ａにおいて反射型液晶表示器２２に向か
うように光路変更される。その反射型液晶表示器２２は
旋光性を有し、入射した光Ｌ′のＳ偏光成分をＰ偏光の
画像表示光Ｌとする。そのＰ偏光の画像表示光Ｌは第３
光路変更面５３ａを透過し、第１光路変更面１１ａに導
かれる。すなわち、画像表示光の出射機構５２は、第１
光路変更面１１ａに向かって画像表示光Ｌを出射するこ
とができる。
【００３４】他は上記第１実施形態と同様とされ、これ
により第２実施形態の表示装置５１は第１実施形態の表
示装置１と同様の作用効果を奏することができる。
により第２実施形態の表示装置５１は第１実施形態の表
示装置１と同様の作用効果を奏することができる。
【００３５】図３を参照して本発明の第３実施形態の小
型表示装置１′を説明する。ここで上記第１実施形態と
同様部分は同一符号で示す。この第３実施形態の表示装
置１′における接眼光学系３′の第１光学素子１１′は
厚さが不均一な板状とされ、その第１光学素子１１′に
おける第１光路変更面１１ａ′と第１通過面１１ｂ′は
自由曲面や軸はずし回転対称非球面等の非球面とされて
いる。例えば、その第１光路変更面１１ａ′の非球面形
状と第１通過面１１ｂ′の非球面形状とを互いに異なる
形状とすることで第１光学素子１１′の厚さは不均一に
される。また、その第１光路変更面１１ａ′の非球面形
状と第１通過面１１ｂ′の非球面形状とが互いに同一形
状である場合は、両面１１ａ′、１１ｂ′を互いに平行
にならないように相対配置することで第１光学素子１
１′の厚さは不均一にされ、例えば、両面１１ａ′、１
１ｂ′が中心軸を有する非球面形状である場合は両中心
軸を互いからずらすようにする。また、第２光学素子１
２′も厚さが不均一な板状とされ、その第２光学素子１
２′における第２光路変更面１２ａ′と第２通過面１２
ｂ′も非球面とされるのが好ましい。さらに、その第１
光路変更面１１ａ′、第１通過面１１ｂ′、第２光路変
更面１２ａ′および第２通過面１２ｂ′が、互いに形状
が異なる自由曲面とされるのがより好ましい。他は上記
第１実施形態と同様の構成を有するものとされている。
型表示装置１′を説明する。ここで上記第１実施形態と
同様部分は同一符号で示す。この第３実施形態の表示装
置１′における接眼光学系３′の第１光学素子１１′は
厚さが不均一な板状とされ、その第１光学素子１１′に
おける第１光路変更面１１ａ′と第１通過面１１ｂ′は
自由曲面や軸はずし回転対称非球面等の非球面とされて
いる。例えば、その第１光路変更面１１ａ′の非球面形
状と第１通過面１１ｂ′の非球面形状とを互いに異なる
形状とすることで第１光学素子１１′の厚さは不均一に
される。また、その第１光路変更面１１ａ′の非球面形
状と第１通過面１１ｂ′の非球面形状とが互いに同一形
状である場合は、両面１１ａ′、１１ｂ′を互いに平行
にならないように相対配置することで第１光学素子１
１′の厚さは不均一にされ、例えば、両面１１ａ′、１
１ｂ′が中心軸を有する非球面形状である場合は両中心
軸を互いからずらすようにする。また、第２光学素子１
２′も厚さが不均一な板状とされ、その第２光学素子１
２′における第２光路変更面１２ａ′と第２通過面１２
ｂ′も非球面とされるのが好ましい。さらに、その第１
光路変更面１１ａ′、第１通過面１１ｂ′、第２光路変
更面１２ａ′および第２通過面１２ｂ′が、互いに形状
が異なる自由曲面とされるのがより好ましい。他は上記
第１実施形態と同様の構成を有するものとされている。
【００３６】上記第３実施形態の表示装置１′によれ
ば、第１光学素子１１′は厚さが不均一な板状であって
第１光路変更面１１ａ′と第１通過面１１ｂ′は非球面
とされるので、接眼光学系３′を設計する上での自由度
が大きくなり、光学性能を向上して観察対象の虚像のぼ
けや歪みを小さくできる。また、第１、第２光学素子１
１′、１２′を透過する光により観察者は前方実在物を
視認でき、この際、第１光学素子１１′が厚さが不均一
な板状であっても、第２光路変更面１２ａ′と第２通過
面１２ｂ′を非球面として第２光学素子１２′を厚さが
不均一な板状とすることにより、前方実在物を視認する
際の歪みを低減できる。さらに、第１光路変更面１１
ａ′、第１通過面１１ｂ′、第２光路変更面１２ａ′、
第２通過面１２ｂ′を互いに形状が異なる自由曲面とす
ることで、接眼光学系３′を設計する上での自由度を可
及的に大きくし、観察対象の虚像のぼけや歪みを可及的
に小さくし、且つ、前方実在物の視認時の歪みをよりい
っそう適正化できる。他は第１実施形態と同様の作用効
果を奏することができる。
ば、第１光学素子１１′は厚さが不均一な板状であって
第１光路変更面１１ａ′と第１通過面１１ｂ′は非球面
とされるので、接眼光学系３′を設計する上での自由度
が大きくなり、光学性能を向上して観察対象の虚像のぼ
けや歪みを小さくできる。また、第１、第２光学素子１
１′、１２′を透過する光により観察者は前方実在物を
視認でき、この際、第１光学素子１１′が厚さが不均一
な板状であっても、第２光路変更面１２ａ′と第２通過
面１２ｂ′を非球面として第２光学素子１２′を厚さが
不均一な板状とすることにより、前方実在物を視認する
際の歪みを低減できる。さらに、第１光路変更面１１
ａ′、第１通過面１１ｂ′、第２光路変更面１２ａ′、
第２通過面１２ｂ′を互いに形状が異なる自由曲面とす
ることで、接眼光学系３′を設計する上での自由度を可
及的に大きくし、観察対象の虚像のぼけや歪みを可及的
に小さくし、且つ、前方実在物の視認時の歪みをよりい
っそう適正化できる。他は第１実施形態と同様の作用効
果を奏することができる。
【００３７】本発明は上記各実施形態に限定されない。
例えば、光源は面光源、点光源等を問わず、点光源を使
用する場合は、光源と第３光学素子の間に、拡散板、輝
度向上用プリズムシート、フレネルレンズ、マイクロレ
ンズ等を配置しても良い。反射型液晶表示器はカラーフ
ィルタを内蔵することでカラー画像を形成可能なもので
もよいし、カラーフィルタのないモノクロ画像を形成す
るものでもよい。Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色
光を時分割発光する光源と、フィールドシーケンシャル
駆動されてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）用のモノクロ
画像を時分割に形成する反射型液晶表示器とを組み合わ
せ、観察対象の虚像をカラー表示してもよい。第２光学
素子１２、１２′を全反射ミラーにより構成してもよ
い。また、画像表示光の出射機構２として、画像表示光
を直接に出射するバックライト付液晶表示器等の自発光
型表示器を用いてもよい。また、画像表示光を観察者の
両方の眼に導くようにしてもよい。第２実施形態におい
て、第３光路変更面５３ａはＰ偏光を反射すると共にＳ
偏光を透過するものとし、偏光板５４が光のＰ偏光成分
を抽出し、反射型液晶表示器においてＰ偏光の入射光が
反射されてＳ偏光の画像表示光になるものであってもよ
い。また、図４の変形例に示すように、反射型液晶表示
器２２を、第３光学素子５３を介して光源２１と対面す
るように配置し、偏光板５４により抽出されたＰ偏光成
分が第３光路変更面５３ａを高透過し、反射型液晶表示
器２２で反射されてＳ偏光の画像表示光となり、その画
像表示光が第３光路変更面５３ａで高反射し、第１光路
変更面１１ａに向かう形態であってもよい。なお、図４
において上記実施形態と同様部分は同一符号で示す。ま
た、第２実施形態や変形例における接眼光学系３を第３
実施形態の接眼光学系３′に代えてもよい。
例えば、光源は面光源、点光源等を問わず、点光源を使
用する場合は、光源と第３光学素子の間に、拡散板、輝
度向上用プリズムシート、フレネルレンズ、マイクロレ
ンズ等を配置しても良い。反射型液晶表示器はカラーフ
ィルタを内蔵することでカラー画像を形成可能なもので
もよいし、カラーフィルタのないモノクロ画像を形成す
るものでもよい。Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色
光を時分割発光する光源と、フィールドシーケンシャル
駆動されてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）用のモノクロ
画像を時分割に形成する反射型液晶表示器とを組み合わ
せ、観察対象の虚像をカラー表示してもよい。第２光学
素子１２、１２′を全反射ミラーにより構成してもよ
い。また、画像表示光の出射機構２として、画像表示光
を直接に出射するバックライト付液晶表示器等の自発光
型表示器を用いてもよい。また、画像表示光を観察者の
両方の眼に導くようにしてもよい。第２実施形態におい
て、第３光路変更面５３ａはＰ偏光を反射すると共にＳ
偏光を透過するものとし、偏光板５４が光のＰ偏光成分
を抽出し、反射型液晶表示器においてＰ偏光の入射光が
反射されてＳ偏光の画像表示光になるものであってもよ
い。また、図４の変形例に示すように、反射型液晶表示
器２２を、第３光学素子５３を介して光源２１と対面す
るように配置し、偏光板５４により抽出されたＰ偏光成
分が第３光路変更面５３ａを高透過し、反射型液晶表示
器２２で反射されてＳ偏光の画像表示光となり、その画
像表示光が第３光路変更面５３ａで高反射し、第１光路
変更面１１ａに向かう形態であってもよい。なお、図４
において上記実施形態と同様部分は同一符号で示す。ま
た、第２実施形態や変形例における接眼光学系３を第３
実施形態の接眼光学系３′に代えてもよい。
【００３８】
【発明の効果】本発明は、軽量化、小型化、高視野化、
シースルー機能の共存が可能で、また、反射型表示器を
用いて画像表示光を出射可能な表示装置を提供できる。
シースルー機能の共存が可能で、また、反射型表示器を
用いて画像表示光を出射可能な表示装置を提供できる。
【００３９】
【第１実施例】図５は、上記第１実施形態において、第
１光路変更面１１ａ、第２光路変更面１２ａ、および第
１光学素子１１における観察者の眼Ｅとの対向面である
第１通過面１１ｂを自由曲面により構成した場合の光路
を示す。本第１実施例では、その自由曲面を、ｘｙｚ座
標空間において下記の数式（２）で示す自由曲面形状関
数により特定した。なお、その自由曲面形状関数におけ
るＣｎｍは自由曲面係数であり、また、本実施例では７
次の項まで近似したが、その次数は特に限定されない。
１光路変更面１１ａ、第２光路変更面１２ａ、および第
１光学素子１１における観察者の眼Ｅとの対向面である
第１通過面１１ｂを自由曲面により構成した場合の光路
を示す。本第１実施例では、その自由曲面を、ｘｙｚ座
標空間において下記の数式（２）で示す自由曲面形状関
数により特定した。なお、その自由曲面形状関数におけ
るＣｎｍは自由曲面係数であり、また、本実施例では７
次の項まで近似したが、その次数は特に限定されない。
【００４０】
【数２】
【００４１】以下の表１に、観察者の眼Ｅ、第１光路変
更面１１ａ、第２光路変更面１２ａ、第１通過面１１
ｂ、反射型液晶表示器２２の画像表示面２２ａの頂点位
置、および法線の傾き角θを示す。観察者の眼Ｅは平坦
面とみなす。また、頂点位置は、画像表示面２２ａの中
心から画像表示面２２ａに直交して出射した画像表示光
Ｌと、眼Ｅに対応する平坦面との交点を原点とし、その
画像表示光Ｌと各面１１ａ、１１ｂ、１２ａ、２２ａと
の交点をＸＺ座標で示す。正面を向く観察者を基準にし
て、前後方向をＺ軸、上下方向をＸ軸、左右方向をＹ軸
とする。また、法線の傾き角θは、眼Ｅに対応する平坦
面の原点における法線の傾き角を零とし、各面１１ａ、
１１ｂ、１２ａ、２２ａの頂点位置における法線の傾き
角を、上方に向かう方向を正として示す。また、第１光
学素子１１の材質はポリカーボネート（ＰＣ）とした。
なお、第３光学素子３３は光路への影響が小さいことか
ら無視している。以下の表２に、第１光学素子１１にお
ける第１光路変更面１１ａと、第１通過面１１ｂの自由
曲面係数を示す。以下の表３に、第２光学素子１２にお
ける第２光路変更面１２ａの自由曲面係数を示す。
更面１１ａ、第２光路変更面１２ａ、第１通過面１１
ｂ、反射型液晶表示器２２の画像表示面２２ａの頂点位
置、および法線の傾き角θを示す。観察者の眼Ｅは平坦
面とみなす。また、頂点位置は、画像表示面２２ａの中
心から画像表示面２２ａに直交して出射した画像表示光
Ｌと、眼Ｅに対応する平坦面との交点を原点とし、その
画像表示光Ｌと各面１１ａ、１１ｂ、１２ａ、２２ａと
の交点をＸＺ座標で示す。正面を向く観察者を基準にし
て、前後方向をＺ軸、上下方向をＸ軸、左右方向をＹ軸
とする。また、法線の傾き角θは、眼Ｅに対応する平坦
面の原点における法線の傾き角を零とし、各面１１ａ、
１１ｂ、１２ａ、２２ａの頂点位置における法線の傾き
角を、上方に向かう方向を正として示す。また、第１光
学素子１１の材質はポリカーボネート（ＰＣ）とした。
なお、第３光学素子３３は光路への影響が小さいことか
ら無視している。以下の表２に、第１光学素子１１にお
ける第１光路変更面１１ａと、第１通過面１１ｂの自由
曲面係数を示す。以下の表３に、第２光学素子１２にお
ける第２光路変更面１２ａの自由曲面係数を示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】
【表３】
【００４５】図６は、眼Ｅにおける２５の点座標位置か
ら画像表示面２２ａに向かい光線を逆追跡し、画像表示
面２２ａにおける到達点をプロットしたスポットの拡大
図を示す。各スポットは、設定した瞳サイズ（直径５ｍ
ｍ）の範囲で瞳を動かした場合において、光線を逆追跡
した場合に設定した表示視野範囲（垂直画角１５度、水
平画角２０度、対角画角２５度）に分布する２５の点虚
像であり、その径は光学系の収差に対応する。各スポッ
トの最大直径は０．１２ｍｍであった。これより、本発
明の光学系における収差は小さく、明瞭な虚像を形成で
きることを確認できる。
ら画像表示面２２ａに向かい光線を逆追跡し、画像表示
面２２ａにおける到達点をプロットしたスポットの拡大
図を示す。各スポットは、設定した瞳サイズ（直径５ｍ
ｍ）の範囲で瞳を動かした場合において、光線を逆追跡
した場合に設定した表示視野範囲（垂直画角１５度、水
平画角２０度、対角画角２５度）に分布する２５の点虚
像であり、その径は光学系の収差に対応する。各スポッ
トの最大直径は０．１２ｍｍであった。これより、本発
明の光学系における収差は小さく、明瞭な虚像を形成で
きることを確認できる。
【００４６】図７は、図６の各スポットの中心を破線で
結ぶことで得られる１６の四角形それぞれの、理想的な
形状からの歪みを示すディストーション図であり、基準
点から各スポットの中心までの距離の理想距離に対する
誤差の割合として求めた歪みの最大値は３．６％であっ
た。これより、本発明により形成される観察対象の虚像
の歪みは小さく、明瞭な虚像を形成できることを確認で
きる。
結ぶことで得られる１６の四角形それぞれの、理想的な
形状からの歪みを示すディストーション図であり、基準
点から各スポットの中心までの距離の理想距離に対する
誤差の割合として求めた歪みの最大値は３．６％であっ
た。これより、本発明により形成される観察対象の虚像
の歪みは小さく、明瞭な虚像を形成できることを確認で
きる。
【００４７】
【第２実施例】図８は、上記第３実施形態において、第
１光路変更面１１ａ′、第２光路変更面１２ａ′、第１
通過面１１ｂ′、及び第２通過面１２ｂ′を自由曲面に
より構成した場合の光路を示す。本第２実施例では、そ
の自由曲面を、ｘｙｚ座標空間において数式（２）で示
す自由曲面形状関数により特定した。なお、その自由曲
面形状関数における自由曲面係数Ｃｎｍは、本実施例で
は７次の項まで近似したが、その次数は特に限定されな
い。
１光路変更面１１ａ′、第２光路変更面１２ａ′、第１
通過面１１ｂ′、及び第２通過面１２ｂ′を自由曲面に
より構成した場合の光路を示す。本第２実施例では、そ
の自由曲面を、ｘｙｚ座標空間において数式（２）で示
す自由曲面形状関数により特定した。なお、その自由曲
面形状関数における自由曲面係数Ｃｎｍは、本実施例で
は７次の項まで近似したが、その次数は特に限定されな
い。
【００４８】以下の表４に、観察者の眼Ｅ、第１通過面
１１ｂ′、第１光路変更面１１ａ′、第２光路変更面１
２ａ′、第２通過面１２ｂ′、反射型液晶表示器２２の
画像表示面２２ａ、実在面の頂点位置、および法線の傾
き角θを示す。観察者の眼Ｅは平坦面とみなす。また、
頂点位置は、画像表示面２２ａの中心から画像表示面２
２ａに直交して出射した画像表示光Ｌと、眼Ｅに対応す
る平坦面との交点を原点とし、その画像表示光Ｌと各面
１１ｂ′、１１ａ′、１２ａ′、１２ｂ′、２２ａとの
交点をＸＺ座標で示す。正面を向く観察者を基準にし
て、前後方向をＺ軸、上下方向をＸ軸、左右方向をＹ軸
とする。また、法線の傾き角θは、眼Ｅに対応する平坦
面の原点における法線の傾き角を零とし、各面１１
ｂ′、１１ａ′、１２ａ′、１２ｂ′、２２ａの頂点位
置における法線の傾き角を、上方に向かう方向を正とし
て示す。また、第１光学素子１１′の材質はポリカーボ
ネート（ＰＣ）とした。なお、第３光学素子３３は光路
への影響が小さいことから無視している。以下の表５に
第１通過面１１ｂ′の自由曲面係数を示し、以下の表６
に第１光路変更面１１ａ′の自由曲面係数を示し、以下
の表７に第２光路変更面１２ａ′の自由曲面係数を示
し、以下の表８に第２通過面１２ｂ′の自由曲面係数を
示す。
１１ｂ′、第１光路変更面１１ａ′、第２光路変更面１
２ａ′、第２通過面１２ｂ′、反射型液晶表示器２２の
画像表示面２２ａ、実在面の頂点位置、および法線の傾
き角θを示す。観察者の眼Ｅは平坦面とみなす。また、
頂点位置は、画像表示面２２ａの中心から画像表示面２
２ａに直交して出射した画像表示光Ｌと、眼Ｅに対応す
る平坦面との交点を原点とし、その画像表示光Ｌと各面
１１ｂ′、１１ａ′、１２ａ′、１２ｂ′、２２ａとの
交点をＸＺ座標で示す。正面を向く観察者を基準にし
て、前後方向をＺ軸、上下方向をＸ軸、左右方向をＹ軸
とする。また、法線の傾き角θは、眼Ｅに対応する平坦
面の原点における法線の傾き角を零とし、各面１１
ｂ′、１１ａ′、１２ａ′、１２ｂ′、２２ａの頂点位
置における法線の傾き角を、上方に向かう方向を正とし
て示す。また、第１光学素子１１′の材質はポリカーボ
ネート（ＰＣ）とした。なお、第３光学素子３３は光路
への影響が小さいことから無視している。以下の表５に
第１通過面１１ｂ′の自由曲面係数を示し、以下の表６
に第１光路変更面１１ａ′の自由曲面係数を示し、以下
の表７に第２光路変更面１２ａ′の自由曲面係数を示
し、以下の表８に第２通過面１２ｂ′の自由曲面係数を
示す。
【００４９】
【表４】
【００５０】
【表５】
【００５１】
【表６】
【００５２】
【表７】
【００５３】
【表８】
【００５４】図９は、眼Ｅにおける２５の点座標位置か
ら画像表示面２２ａに向かい光線を逆追跡し、画像表示
面２２ａにおける到達点をプロットしたスポットの拡大
図を示す。各スポットは、設定した瞳サイズ（直径５ｍ
ｍ）の範囲で瞳を動かした場合において、光線を逆追跡
した場合に設定した表示視野範囲（垂直画角１５度、水
平画角２０度、対角画角２５度）に分布する２５の点虚
像であり、その径は光学系の収差に対応する。各スポッ
トの最大直径は第１実施例の０．１２ｍｍより小さい
０．０７３ｍｍであった。これより、第３実施形態では
光学系における収差はより小さく、より明瞭な虚像を形
成できることを確認できる。
ら画像表示面２２ａに向かい光線を逆追跡し、画像表示
面２２ａにおける到達点をプロットしたスポットの拡大
図を示す。各スポットは、設定した瞳サイズ（直径５ｍ
ｍ）の範囲で瞳を動かした場合において、光線を逆追跡
した場合に設定した表示視野範囲（垂直画角１５度、水
平画角２０度、対角画角２５度）に分布する２５の点虚
像であり、その径は光学系の収差に対応する。各スポッ
トの最大直径は第１実施例の０．１２ｍｍより小さい
０．０７３ｍｍであった。これより、第３実施形態では
光学系における収差はより小さく、より明瞭な虚像を形
成できることを確認できる。
【００５５】図１０は、図９の各スポットの中心を破線
で結ぶことで得られる１６の四角形それぞれの、理想的
な形状からの歪みを示すディストーション図であり、基
準点から各スポットの中心までの距離の理想距離に対す
る誤差の割合として求めた歪みの最大値は第１実施例の
３．６％より小さい２．２％であった。これより、第３
実施形態では観察対象の虚像の歪みをより小さく、より
明瞭な虚像を形成できることを確認できる。
で結ぶことで得られる１６の四角形それぞれの、理想的
な形状からの歪みを示すディストーション図であり、基
準点から各スポットの中心までの距離の理想距離に対す
る誤差の割合として求めた歪みの最大値は第１実施例の
３．６％より小さい２．２％であった。これより、第３
実施形態では観察対象の虚像の歪みをより小さく、より
明瞭な虚像を形成できることを確認できる。
【００５６】図１１は、眼Ｅにおける２５の点座標位置
から表示装置１′の前方における実在面に向かい光線を
逆追跡し、その実在面における到達点をプロットしたス
ポットの拡大図を示す。各スポットは、設定した瞳サイ
ズ（直径５ｍｍ）の範囲で瞳を動かした場合において、
光線を逆追跡した場合に設定した表示視野範囲（垂直画
角１５度、水平画角２０度、対角画角２５度）に分布す
る２５の点虚像であり、その径は光学系の収差に対応す
る。各スポットの最大直径は１．１ｍｍであった。これ
より、光学系における収差を小さくし、明瞭な実在物を
視認できるのを確認できる。
から表示装置１′の前方における実在面に向かい光線を
逆追跡し、その実在面における到達点をプロットしたス
ポットの拡大図を示す。各スポットは、設定した瞳サイ
ズ（直径５ｍｍ）の範囲で瞳を動かした場合において、
光線を逆追跡した場合に設定した表示視野範囲（垂直画
角１５度、水平画角２０度、対角画角２５度）に分布す
る２５の点虚像であり、その径は光学系の収差に対応す
る。各スポットの最大直径は１．１ｍｍであった。これ
より、光学系における収差を小さくし、明瞭な実在物を
視認できるのを確認できる。
【００５７】図１２は、図１１の各スポットの中心を破
線で結ぶことで得られる１６の四角形それぞれの、理想
的な形状からの歪みを示すディストーション図であり、
基準点から各スポットの中心までの距離の理想距離に対
する誤差の割合として求めた歪みの最大値は２．３％で
あった。これより、前方実在物の視認時の歪みを小さく
し、明瞭に視認できることを確認できる。
線で結ぶことで得られる１６の四角形それぞれの、理想
的な形状からの歪みを示すディストーション図であり、
基準点から各スポットの中心までの距離の理想距離に対
する誤差の割合として求めた歪みの最大値は２．３％で
あった。これより、前方実在物の視認時の歪みを小さく
し、明瞭に視認できることを確認できる。
【図１】本発明の第１実施形態の表示装置の構成説明図
【図２】本発明の第２実施形態の表示装置の構成説明図
【図３】本発明の第３実施形態の表示装置の構成説明図
【図４】本発明の変形例の表示装置の構成説明図
【図５】本発明の第１実施例の光路図
【図６】本発明の第１実施例のスポット図
【図７】本発明の第１実施例のディストーション図
【図８】本発明の第２実施例の光路図
【図９】本発明の第２実施例の観察対象虚像のスポット
図
図
【図１０】本発明の第２実施例の観察対象虚像のディス
トーション図
トーション図
【図１１】本発明の第２実施例の前方実在物のスポット
図
図
【図１２】本発明の第２実施例の前方実在物のディスト
ーション図
ーション図
【図１３】第１従来例の表示装置の構成説明図
【図１４】第２従来例の表示装置の構成説明図
【図１５】第３従来例の表示装置の構成説明図
【図１６】第４従来例の表示装置の構成説明図
１、１′、５１ 表示装置 ２ 画像表示光の出射機構 ３、３′ 接眼光学系 ４ 空間 １１、１１′ 第１光学素子 １１ａ、１１ａ′ 第１光路変更面 １１ｂ、１１ｂ′ 第１通過面 １２、１２′ 第２光学素子 １２ａ、１２ａ′ 第２光路変更面 １２ｂ、１２ｂ′ 第２通過面 ２１ 光源 ２２ 反射型液晶表示器 ３３、５３ 第３光学素子 ３３ａ、５３ａ 第３光路変更面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０９Ｆ 9/00 ３５８ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３５８ Ｆターム(参考） 2H087 KA00 LA12 RA41 RA43 TA01 TA04 TA06 UA01 2H088 EA10 HA20 HA21 HA22 HA28 MA04 2H091 FA10Z FA14Z FA15Z FA41Z LA17 MA02 5G435 AA00 AA18 BB12 BB16 DD03 EE22 FF05 GG01 GG08 GG09
Claims (8)
- 【請求項１】画像表示光の出射機構と、接眼光学系とを
備え、その接眼光学系により前記画像表示光が観察者の
眼に導かれることで、観察対象の虚像が形成される表示
装置において、その接眼光学系は、観察者の眼の前方に
配置される第１光学素子と、この第１光学素子の前方に
空間を介して配置される第２光学素子とを有し、その第
１光学素子における第２光学素子との対向面は第１光路
変更面とされ、その第２光学素子における第１光学素子
との対向面は第２光路変更面とされ、前記画像表示光の
出射機構は、その第１光路変更面に向かって画像表示光
を出射するように配置され、その画像表示光が第１光路
変更面において第２光路変更面に向かうように光路変更
された後に第２光路変更面において第１光路変更面に向
かうように光路変更されるように、両光路変更面の相対
位置が定められ、その画像表示光が第１、第２光路変更
面において光路変更された後に第１光学素子を透過する
ように、その第１光学素子は、入射光の一部を光路変更
すると共に一部を透過させるビームスプリット機能を有
することを特徴とする表示装置。 - 【請求項２】その第１光学素子における観察者側の面は
第１通過面とされ、その第１光路変更面と第１通過面は
非球面とされ、その第１光学素子は厚さが不均一な板状
とされている請求項１に記載の表示装置。 - 【請求項３】その第２光学素子は、入射光の一部を光路
変更すると共に一部を透過させるビームスプリット機能
を有し、その第２光学素子における反観察者側の面は第
２通過面とされ、前記第２光路変更面と第２通過面は非
球面とされ、その第２光学素子は厚さが不均一な板状と
されている請求項２に記載の表示装置。 - 【請求項４】前記第１光路変更面、第２光路変更面、第
１通過面、および第２通過面は、互いに形状が異なる自
由曲面とされている請求項３に記載の表示装置。 - 【請求項５】その第１光学素子と第２光学素子とは、そ
れぞれ厚さが均一な板状とされ、その第２光学素子は、
入射光の一部を光路変更すると共に一部を透過させるビ
ームスプリット機能を有する請求項１に記載の表示装
置。 - 【請求項６】その第１光路変更面と第２光路変更面の中
の少なくとも一方が、非球面である請求項１または５に
記載の表示装置。 - 【請求項７】その第１光路変更面と第２光路変更面の中
の一方は入射光を発散させる形状を有し、他方は入射光
を収束させる形状を有する請求項１〜６の中の何れかに
記載の表示装置。 - 【請求項８】画像表示光の出射機構は、光源と、反射型
表示器と、リレー光学系とを備え、そのリレー光学系
は、その光源と反射型表示器とに対向する第３光路変更
面を有する第３光学素子を備え、その光源は、その第３
光路変更面に向かって光を出射するように配置され、そ
の光源から第３光路変更面に至った光は、その反射型表
示器に向かうように光路変更され、その反射型表示器に
至った光は、その第３光路変更面に向かうように反射さ
れた画像表示光とされ、その第３光路変更面に至った画
像表示光を第１光路変更面に導くことができるように、
その第３光学素子は入射光の一部を光路変更すると共に
一部を透過させるビームスプリット機能を有する請求項
１〜７の中の何れかに記載の表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000162757A JP2001188194A (ja) | 1999-10-20 | 2000-05-31 | 表示装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29861899 | 1999-10-20 | ||
| JP11-298618 | 1999-10-20 | ||
| JP2000162757A JP2001188194A (ja) | 1999-10-20 | 2000-05-31 | 表示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001188194A true JP2001188194A (ja) | 2001-07-10 |
Family
ID=26561596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000162757A Pending JP2001188194A (ja) | 1999-10-20 | 2000-05-31 | 表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001188194A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7136228B2 (en) | 2002-09-25 | 2006-11-14 | Minolta Co., Ltd. | Optical system and display apparatus |
| JP2007298588A (ja) * | 2006-04-28 | 2007-11-15 | Shimadzu Corp | 表示装置 |
| JP2010185947A (ja) * | 2009-02-10 | 2010-08-26 | Shimadzu Corp | 表示装置 |
| JP2017111442A (ja) * | 2015-12-14 | 2017-06-22 | ▲し▼創電子股▲ふん▼有限公司 | 光学イメージング装置 |
| WO2020049724A1 (ja) * | 2018-09-07 | 2020-03-12 | 株式会社島津製作所 | 表示装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07128614A (ja) * | 1993-10-29 | 1995-05-19 | Canon Inc | 画像表示装置 |
| JPH08234137A (ja) * | 1995-02-28 | 1996-09-13 | Canon Inc | 画像観察光学系及び撮像光学系 |
| JPH09508478A (ja) * | 1994-02-07 | 1997-08-26 | バーチュアル・アイ／オゥ・インコーポレイテッド | パーソナルビジュアルディスプレイ |
| JPH10282421A (ja) * | 1997-02-07 | 1998-10-23 | Olympus Optical Co Ltd | 偏心プリズム光学系 |
| JP2001027739A (ja) * | 1999-07-14 | 2001-01-30 | Sony Corp | 虚像観察光学装置 |
-
2000
- 2000-05-31 JP JP2000162757A patent/JP2001188194A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7468843B2 (en) | 2002-09-25 | 2008-12-23 | Minolta Co., Ltd. | Optical system and display apparatus |
| JP2007298588A (ja) * | 2006-04-28 | 2007-11-15 | Shimadzu Corp | 表示装置 |
| JP2010185947A (ja) * | 2009-02-10 | 2010-08-26 | Shimadzu Corp | 表示装置 |
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| WO2020049724A1 (ja) * | 2018-09-07 | 2020-03-12 | 株式会社島津製作所 | 表示装置 |
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