JP2001209001A - 虚像視光学系 - Google Patents
虚像視光学系Info
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- JP2001209001A JP2001209001A JP2000018836A JP2000018836A JP2001209001A JP 2001209001 A JP2001209001 A JP 2001209001A JP 2000018836 A JP2000018836 A JP 2000018836A JP 2000018836 A JP2000018836 A JP 2000018836A JP 2001209001 A JP2001209001 A JP 2001209001A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 映像表示素子と光学系との位置関係の調整を
容易に行えるようにすると共に、これらの間に埃等のゴ
ミが進入しないようにする。 【解決手段】 映像表示素子２の映像を使用者の眼球内
網膜上に投影して目前に虚像を作り出すための虚像視光
学系３において、光学プリズム４とレンズ部５とを有
し、光学プリズムは増反射コーティングが施された反射
面４ａを有すると共に少なくとも２面を自由曲面で構成
し、映像表示素子からの映像の光束は、光学プリズムの
入射面４ｂから光学プリズム内部に入射させ、反射面で
反射させて出射面４ｃから外部に射出してレンズ部に入
射するようにし、レンズ部を光軸方向に移動させること
により視度補正又はバックフォーカス補正が行えるよう
にした。
容易に行えるようにすると共に、これらの間に埃等のゴ
ミが進入しないようにする。 【解決手段】 映像表示素子２の映像を使用者の眼球内
網膜上に投影して目前に虚像を作り出すための虚像視光
学系３において、光学プリズム４とレンズ部５とを有
し、光学プリズムは増反射コーティングが施された反射
面４ａを有すると共に少なくとも２面を自由曲面で構成
し、映像表示素子からの映像の光束は、光学プリズムの
入射面４ｂから光学プリズム内部に入射させ、反射面で
反射させて出射面４ｃから外部に射出してレンズ部に入
射するようにし、レンズ部を光軸方向に移動させること
により視度補正又はバックフォーカス補正が行えるよう
にした。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、液晶表示パネル等
の映像表示素子の映像を、例えば、使用者の眼球内網膜
上に投影する光学系、所謂虚像視光学系に関する。
の映像表示素子の映像を、例えば、使用者の眼球内網膜
上に投影する光学系、所謂虚像視光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、虚像視光学系としては、例えば、
使用者の頭部に装着、又は、眼鏡のように装着して使用
し、液晶表示パネル等の映像表示素子の映像を眼球内網
膜上に投影する頭部装着型映像表示装置に使用されてい
るものがある。
使用者の頭部に装着、又は、眼鏡のように装着して使用
し、液晶表示パネル等の映像表示素子の映像を眼球内網
膜上に投影する頭部装着型映像表示装置に使用されてい
るものがある。
【０００３】従来の虚像視光学系の一例ａは、図６に示
すように、非球面によって構成されたミラーｂと平面で
構成されたハーフミラーｃによって、映像表示素子ｄに
映出された映像を所定の方向に反射して投影するように
したものである。上記虚像視光学系ａでは、ミラーｂと
ハーフミラーｃの光軸が偏心していない所謂共軸系であ
るため、ミラーｂの反射面ｅは通常の非球面とされてい
る。
すように、非球面によって構成されたミラーｂと平面で
構成されたハーフミラーｃによって、映像表示素子ｄに
映出された映像を所定の方向に反射して投影するように
したものである。上記虚像視光学系ａでは、ミラーｂと
ハーフミラーｃの光軸が偏心していない所謂共軸系であ
るため、ミラーｂの反射面ｅは通常の非球面とされてい
る。
【０００４】また、従来の虚像視光学系の別の一例ｆ
は、図７に示すように、1個のプリズムｇによって構成
され、映像表示素子ｈに映出された映像を所定の方向に
反射して投影するようにしたものである。上記プリズム
ｇの1面には増反射コーティングが施されて反射面ｉと
されている。また、プリズムｇの各面の光軸が偏心した
所謂偏心系であるため、２面若しくは３面が自由曲面と
されている。
は、図７に示すように、1個のプリズムｇによって構成
され、映像表示素子ｈに映出された映像を所定の方向に
反射して投影するようにしたものである。上記プリズム
ｇの1面には増反射コーティングが施されて反射面ｉと
されている。また、プリズムｇの各面の光軸が偏心した
所謂偏心系であるため、２面若しくは３面が自由曲面と
されている。
【０００５】ところで、上記したような形式の光学系を
有する虚像視光学系ａ又はｆにおいては、映像表示素子
ｄ又はｇと使用者の双方の光軸が交差しており、通常
は、映像表示素子ｄ又はｇ側の光学系の位置が固定であ
るので、製造時における調整行程での上記光軸の位置関
係等の調整が困難であると共に、映像表示素子ｄ又はｇ
に対してミラーｂとハーフミラーｃ又はプリズムｇを移
動させて視度補正の調整を行う構造であるため、これら
の間の空間に埃等のゴミが進入し易いという問題があっ
た。
有する虚像視光学系ａ又はｆにおいては、映像表示素子
ｄ又はｇと使用者の双方の光軸が交差しており、通常
は、映像表示素子ｄ又はｇ側の光学系の位置が固定であ
るので、製造時における調整行程での上記光軸の位置関
係等の調整が困難であると共に、映像表示素子ｄ又はｇ
に対してミラーｂとハーフミラーｃ又はプリズムｇを移
動させて視度補正の調整を行う構造であるため、これら
の間の空間に埃等のゴミが進入し易いという問題があっ
た。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑み、映像表示素子と光学系との位置関係の調整を容
易に行えるようにすると共に、これらの間に埃等のゴミ
が進入しないようにすることを課題とする。
に鑑み、映像表示素子と光学系との位置関係の調整を容
易に行えるようにすると共に、これらの間に埃等のゴミ
が進入しないようにすることを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明虚像視光学系は、映像表示素子の映像を使用
者の眼球内網膜上に投影して目前に虚像を作り出すため
の虚像視光学系であって、光学プリズムとレンズ部とを
有し、光学プリズムは増反射コーティングが施された反
射面を有すると共に少なくとも２面を自由曲面で構成
し、映像表示素子からの映像の光束は光学プリズムの入
射面から光学プリズム内部に入射し、反射面で反射して
出射面から外部に射出してレンズ部に入射するように
し、レンズ部を光軸方向に移動することにより視度補正
又はバックフォーカス補正が行えるようにしたものであ
る。
に、本発明虚像視光学系は、映像表示素子の映像を使用
者の眼球内網膜上に投影して目前に虚像を作り出すため
の虚像視光学系であって、光学プリズムとレンズ部とを
有し、光学プリズムは増反射コーティングが施された反
射面を有すると共に少なくとも２面を自由曲面で構成
し、映像表示素子からの映像の光束は光学プリズムの入
射面から光学プリズム内部に入射し、反射面で反射して
出射面から外部に射出してレンズ部に入射するように
し、レンズ部を光軸方向に移動することにより視度補正
又はバックフォーカス補正が行えるようにしたものであ
る。
【０００８】従って、光学系の位置関係の調整等を容易
に行うことが可能になる。
に行うことが可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に、本発明虚像視光学系の実
施の形態について、添付図面を参照して説明する。
施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１０】尚、本実施の形態は、本発明を頭部に恰も
眼鏡のように装着して使用し、映像表示素子の映像を使
用者の眼球内網膜上に投影する装置である頭部装着型又
は眼鏡型表示装置、即ち、所謂ヘッドマウンテッドディ
スプレイ（以下、ＨＭＤと略記）の光学系に適用したも
のである。
眼鏡のように装着して使用し、映像表示素子の映像を使
用者の眼球内網膜上に投影する装置である頭部装着型又
は眼鏡型表示装置、即ち、所謂ヘッドマウンテッドディ
スプレイ（以下、ＨＭＤと略記）の光学系に適用したも
のである。
【００１１】また、以下の説明において、ＨＭＤの使用
者の眼球内網膜が位置する映像表示素子の映像の光束の
出射側の位置を観察位置Ａというものとする。
者の眼球内網膜が位置する映像表示素子の映像の光束の
出射側の位置を観察位置Ａというものとする。
【００１２】ＨＭＤ１は、図１乃至図３に示すように、
映像表示素子２と、該映像表示素子２の映像を観察位置
Ａ、即ち、使用者の眼球内網膜上に投影し、目前に虚像
を作り出すための虚像視光学系３を有するものである。
該虚像視光学系３は、光学プリズム４及びレンズ部５か
ら成るものである。
映像表示素子２と、該映像表示素子２の映像を観察位置
Ａ、即ち、使用者の眼球内網膜上に投影し、目前に虚像
を作り出すための虚像視光学系３を有するものである。
該虚像視光学系３は、光学プリズム４及びレンズ部５か
ら成るものである。
【００１３】映像表示素子２としては、バックライトを
有する液晶表示パネル等が用いられる。
有する液晶表示パネル等が用いられる。
【００１４】光学プリズム４は、入射光と出射光の光軸
が偏心した所謂偏心プリズムであり、増反射コーティン
グが施された反射面４ａを有すると共に、上記反射面４
ａと、映像表示素子２からの映像の光束が入射する入射
面４ｂと、反射面４ａで反射された光束が出射する出射
面４ｃのうち少なくとも２面が自由曲面で構成（虚像視
光学系３においては、入射面４ｂ、反射面４ａ及び出射
面４ｃの３面が共に自由曲面で構成）されている。
が偏心した所謂偏心プリズムであり、増反射コーティン
グが施された反射面４ａを有すると共に、上記反射面４
ａと、映像表示素子２からの映像の光束が入射する入射
面４ｂと、反射面４ａで反射された光束が出射する出射
面４ｃのうち少なくとも２面が自由曲面で構成（虚像視
光学系３においては、入射面４ｂ、反射面４ａ及び出射
面４ｃの３面が共に自由曲面で構成）されている。
【００１５】映像表示素子２からの映像の光束は、光学
プリズム４の入射面４ｂから内部に入射し、反射面４ａ
で反射して出射面４ｃから外部に出射してレンズ部５に
入射する。
プリズム４の入射面４ｂから内部に入射し、反射面４ａ
で反射して出射面４ｃから外部に出射してレンズ部５に
入射する。
【００１６】レンズ部５は、視度補正又はバックフォー
カス補正が行えるように光軸方向に移動可能とされた単
レンズ６によって構成される。
カス補正が行えるように光軸方向に移動可能とされた単
レンズ６によって構成される。
【００１７】以下の表１に虚像視光学系３を構成する光
学プリズム４及びレンズ部５の各面Ｓ１乃至Ｓ５の諸数
値を示す。尚、上記面Ｓ１乃至Ｓ５は、レンズ６の観察
位置Ａ側から映像表示装置２の側へと順に、Ｓ１乃至Ｓ
５の符号を付記したものであり、面Ｓ１及び面Ｓ２がレ
ンズ部５（レンズ６）、Ｓ３乃至Ｓ５がそれぞれ光学プ
リズム４の出射面４ｃ、反射面４ａ及び入射面４ｂであ
り、また、面Ｓ６は映像表示素子２の映像表示面であ
る。
学プリズム４及びレンズ部５の各面Ｓ１乃至Ｓ５の諸数
値を示す。尚、上記面Ｓ１乃至Ｓ５は、レンズ６の観察
位置Ａ側から映像表示装置２の側へと順に、Ｓ１乃至Ｓ
５の符号を付記したものであり、面Ｓ１及び面Ｓ２がレ
ンズ部５（レンズ６）、Ｓ３乃至Ｓ５がそれぞれ光学プ
リズム４の出射面４ｃ、反射面４ａ及び入射面４ｂであ
り、また、面Ｓ６は映像表示素子２の映像表示面であ
る。
【００１８】
【表１】
【００１９】上記表１において、「Ｒ」は基準曲率半
径、「Ｚ」は観察位置Ａを基準点とする奥行き（水平）
方向の距離（面中心位置で定義）、「Ｙ」観察位置Ａを
基準点とする縦（垂直）方向の距離（面中心位置で定
義）、ＴＩＬは面の傾き角度、「Ｎｄp」はｄ線（波長5
87.6nm）での屈折率、「νｄ」はｄ線でのアッベ数であ
る。
径、「Ｚ」は観察位置Ａを基準点とする奥行き（水平）
方向の距離（面中心位置で定義）、「Ｙ」観察位置Ａを
基準点とする縦（垂直）方向の距離（面中心位置で定
義）、ＴＩＬは面の傾き角度、「Ｎｄp」はｄ線（波長5
87.6nm）での屈折率、「νｄ」はｄ線でのアッベ数であ
る。
【００２０】また、レンズ６の面Ｓ２は、非球面にて構
成され、光学プリズム４の面Ｓ３（出射面４ｃ）、面Ｓ
４（反射面４ａ）及び面Ｓ５（入射面４ｂ）は、前記し
たように、自由曲面にて構成されるものである。従っ
て、以下の表２乃至表５に面Ｓ２乃至面Ｓ５の非球面係
数をそれぞれ示す。
成され、光学プリズム４の面Ｓ３（出射面４ｃ）、面Ｓ
４（反射面４ａ）及び面Ｓ５（入射面４ｂ）は、前記し
たように、自由曲面にて構成されるものである。従っ
て、以下の表２乃至表５に面Ｓ２乃至面Ｓ５の非球面係
数をそれぞれ示す。
【００２１】
【表２】
【００２２】
【表３】
【００２３】
【表４】
【００２４】
【表５】
【００２５】尚、非球面形状は、 Ｚ＝ｃ・ｒ／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）ｃ2・ｒ2｝］＋
Ｃ１・Ｘ2＋Ｃ２・Ｘ3＋Ｃ３・Ｘ4 で表されるものとする。
Ｃ１・Ｘ2＋Ｃ２・Ｘ3＋Ｃ３・Ｘ4 で表されるものとする。
【００２６】また、自由曲面形状は、 Ｚ＝ｃ・ｒ／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）ｃ2・ｒ2｝］＋
Ｃ１・Ｘ2＋Ｃ２・Ｙ2＋Ｃ３・Ｘ2・Ｙ＋Ｃ４・Ｙ3＋Ｃ
５・Ｘ4＋Ｃ６・Ｘ2・Ｙ2＋Ｃ７・Ｙ4＋Ｃ８・Ｘ 4・Ｙ
＋Ｃ９・Ｘ2・Ｙ3＋Ｃ１０・Ｙ5＋Ｃ１１・Ｘ6＋Ｃ１２
・Ｘ4・Ｙ2＋Ｃ１３・Ｘ2・Ｙ4＋Ｃ１４・Ｙ6＋Ｃ１５
・Ｘ6・Ｙ＋Ｃ１６・Ｘ4・Ｙ3＋Ｃ１７・Ｘ 2・Ｙ5＋Ｃ
１８・Ｙ7 で表されるものとする。
Ｃ１・Ｘ2＋Ｃ２・Ｙ2＋Ｃ３・Ｘ2・Ｙ＋Ｃ４・Ｙ3＋Ｃ
５・Ｘ4＋Ｃ６・Ｘ2・Ｙ2＋Ｃ７・Ｙ4＋Ｃ８・Ｘ 4・Ｙ
＋Ｃ９・Ｘ2・Ｙ3＋Ｃ１０・Ｙ5＋Ｃ１１・Ｘ6＋Ｃ１２
・Ｘ4・Ｙ2＋Ｃ１３・Ｘ2・Ｙ4＋Ｃ１４・Ｙ6＋Ｃ１５
・Ｘ6・Ｙ＋Ｃ１６・Ｘ4・Ｙ3＋Ｃ１７・Ｘ 2・Ｙ5＋Ｃ
１８・Ｙ7 で表されるものとする。
【００２７】但し、上記非球面形状及び自由曲面形状を
表す２式において、 Ｚ：面頂点からのザグ量、ｃ：曲率（１／曲率半径）、
ｒ：面頂点からの距離、Ｋ：コーニック常数、Ｘ：光軸
に対する水平方向の距離、Ｙ：光軸に対する垂直方向の
距離とする。
表す２式において、 Ｚ：面頂点からのザグ量、ｃ：曲率（１／曲率半径）、
ｒ：面頂点からの距離、Ｋ：コーニック常数、Ｘ：光軸
に対する水平方向の距離、Ｙ：光軸に対する垂直方向の
距離とする。
【００２８】虚像視光学系３においては、レンズ部５を
図２における実線及び破線で示す位置の範囲内で光軸方
向に移動させることにより、映像表示素子２の映像表示
面Ｓ６から射出される映像の光束の観察位置Ａにおける
視度を調整することができるようにされている。従っ
て、視度補正を行うためには、レンズ部５（レンズ６）
を光軸方向に移動するだけでよいので、視度調整機構の
簡略化が可能となり、視度補正を行うことによって、光
学プリズム４と映像表示素子２の間の距離（位置関係）
が変化することがないので、映像表示素子２の映像表示
面等にゴミや埃が付着しないように、例えば、光学プリ
ズム４と映像表示素子２の間を密閉状態にした構成とす
ることも可能である。
図２における実線及び破線で示す位置の範囲内で光軸方
向に移動させることにより、映像表示素子２の映像表示
面Ｓ６から射出される映像の光束の観察位置Ａにおける
視度を調整することができるようにされている。従っ
て、視度補正を行うためには、レンズ部５（レンズ６）
を光軸方向に移動するだけでよいので、視度調整機構の
簡略化が可能となり、視度補正を行うことによって、光
学プリズム４と映像表示素子２の間の距離（位置関係）
が変化することがないので、映像表示素子２の映像表示
面等にゴミや埃が付着しないように、例えば、光学プリ
ズム４と映像表示素子２の間を密閉状態にした構成とす
ることも可能である。
【００２９】また、虚像視光学系３は、ｆ１をレンズ部
５の焦点距離、ｆ０を視度無限遠での光学全系の合成焦
点距離、ＮｄPを光学プリズム４の屈折率とすると、 ＮｄP＞１．５（条件式１）、 ｆ０・２．０＜ｆ１＜ｆ０・３．５（条件式２）、 の各条件を満足するようにされたものである。
５の焦点距離、ｆ０を視度無限遠での光学全系の合成焦
点距離、ＮｄPを光学プリズム４の屈折率とすると、 ＮｄP＞１．５（条件式１）、 ｆ０・２．０＜ｆ１＜ｆ０・３．５（条件式２）、 の各条件を満足するようにされたものである。
【００３０】条件式１は、広画角と収差条件を両立させ
るための条件を規定するものであり、ＮｄPの値が条件
式１に規定された条件を満たさない場合、光学プリズム
４の出射面Ｓ３（４ｃ）における横方向の曲率が大きく
なるため、各種収差補正を良好にするという条件の下で
は十分な画角を得ることができなくなってしまう。
るための条件を規定するものであり、ＮｄPの値が条件
式１に規定された条件を満たさない場合、光学プリズム
４の出射面Ｓ３（４ｃ）における横方向の曲率が大きく
なるため、各種収差補正を良好にするという条件の下で
は十分な画角を得ることができなくなってしまう。
【００３１】条件式２は、焦点距離範囲を制約するもの
であり、各種収差補正と適度な視度補正範囲を両立させ
るための条件を規定するものである。レンズ部５の焦点
距離であるｆ１が、下限値であるｆ０・２．０以下の場
合は、レンズ部５（レンズ６）の曲率が大きくなり収差
補正を良好に行うためには適さなくなり、また、上限値
であるｆ０・３．５以上の場合は、レンズ部５による視
度補正範囲の減少と光学プリズム４へのパワー集中によ
って広画角化に適さなくなる等の不具合が発生し、双方
とも虚像視光学系３の設計目的に適合しなくなる。
であり、各種収差補正と適度な視度補正範囲を両立させ
るための条件を規定するものである。レンズ部５の焦点
距離であるｆ１が、下限値であるｆ０・２．０以下の場
合は、レンズ部５（レンズ６）の曲率が大きくなり収差
補正を良好に行うためには適さなくなり、また、上限値
であるｆ０・３．５以上の場合は、レンズ部５による視
度補正範囲の減少と光学プリズム４へのパワー集中によ
って広画角化に適さなくなる等の不具合が発生し、双方
とも虚像視光学系３の設計目的に適合しなくなる。
【００３２】以上に記載したような構成を有する虚像視
光学系３は、図４及び図５に示すように、収差が良好に
補正され、ＨＭＤ１に使用する光学系としては最適なも
のの１つであることが明らかである。尚、図４は上から
順に、対角上方向の７割、１０割、５割及び２．５割位
置での収差を異なる波長毎に示し（ｄ線：実線、Ｃ線：
破線、ｅ線：一点鎖線、Ｆ線：二点鎖線、ｇ線：点
線）、同様に図５は、対角下方向の７割、１０割、５割
及び２．５割位置での収差を異なる波長毎に示すもので
ある。また、図４及び図５ではＹ方向（縦方向）のみ示
しているが、これらは対角方向での像位置での収差を示
すものである。
光学系３は、図４及び図５に示すように、収差が良好に
補正され、ＨＭＤ１に使用する光学系としては最適なも
のの１つであることが明らかである。尚、図４は上から
順に、対角上方向の７割、１０割、５割及び２．５割位
置での収差を異なる波長毎に示し（ｄ線：実線、Ｃ線：
破線、ｅ線：一点鎖線、Ｆ線：二点鎖線、ｇ線：点
線）、同様に図５は、対角下方向の７割、１０割、５割
及び２．５割位置での収差を異なる波長毎に示すもので
ある。また、図４及び図５ではＹ方向（縦方向）のみ示
しているが、これらは対角方向での像位置での収差を示
すものである。
【００３３】しかして、映像表示素子２からの映像の光
束は、光学プリズム４の入射面４ｂ（面Ｓ５）から内部
に入射し、反射面４ａ（面Ｓ４）で反射して出射面４ｃ
（面Ｓ３）から外部に射出してレンズ部５の面Ｓ２に入
射し面Ｓ１から出射して、観察位置Ａに結像するように
投影される。
束は、光学プリズム４の入射面４ｂ（面Ｓ５）から内部
に入射し、反射面４ａ（面Ｓ４）で反射して出射面４ｃ
（面Ｓ３）から外部に射出してレンズ部５の面Ｓ２に入
射し面Ｓ１から出射して、観察位置Ａに結像するように
投影される。
【００３４】このように、虚像視光学系３においては、
屈折率を光学プリズム４とレンズ部５に分散させた構成
であるため、各面の形状を最適な状態にすることによっ
て各種収差補正を良好に行うことが可能となる。また、
光学プリズム４と映像表示素子２間の距離を近づけるこ
ともできるようになって、ＨＭＤ１を小型化することも
可能になる。更に、バックフォーカスの距離に相当する
間隔の大半が光学プリズム４によって中埋めされる構成
であるので、短焦点化することが可能となると共に、短
焦点化が可能になることによって、広画角化することも
可能になる。
屈折率を光学プリズム４とレンズ部５に分散させた構成
であるため、各面の形状を最適な状態にすることによっ
て各種収差補正を良好に行うことが可能となる。また、
光学プリズム４と映像表示素子２間の距離を近づけるこ
ともできるようになって、ＨＭＤ１を小型化することも
可能になる。更に、バックフォーカスの距離に相当する
間隔の大半が光学プリズム４によって中埋めされる構成
であるので、短焦点化することが可能となると共に、短
焦点化が可能になることによって、広画角化することも
可能になる。
【００３５】尚、前記実施の形態において示した各部の
具体的な形状及び構造は、何れも本発明を実施するに当
たっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、こ
れらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈される
ことがあってはならないものである。
具体的な形状及び構造は、何れも本発明を実施するに当
たっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、こ
れらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈される
ことがあってはならないものである。
【００３６】
【発明の効果】以上に説明したように本発明虚像視光学
系は、光学プリズムとレンズ部とを有し、光学プリズム
は増反射コーティングが施された反射面を有すると共に
少なくとも２面を自由曲面で構成し、映像表示素子から
の映像の光束は、光学プリズムの入射面から光学プリズ
ム内部に入射させ、反射面で反射させて出射面から外部
に射出してレンズ部に入射するようにし、レンズ部を光
軸方向に移動させることにより視度補正又はバックフォ
ーカス補正が行えるようにしたので、視度補正又はバッ
クフォーカス補正が簡単に行えるようになると共に、映
像表示素子とプリズム間の位置関係が変化することがな
いので、映像表示素子表面等にゴミや埃等が付着しない
構造にすることを容易に行うことができる。
系は、光学プリズムとレンズ部とを有し、光学プリズム
は増反射コーティングが施された反射面を有すると共に
少なくとも２面を自由曲面で構成し、映像表示素子から
の映像の光束は、光学プリズムの入射面から光学プリズ
ム内部に入射させ、反射面で反射させて出射面から外部
に射出してレンズ部に入射するようにし、レンズ部を光
軸方向に移動させることにより視度補正又はバックフォ
ーカス補正が行えるようにしたので、視度補正又はバッ
クフォーカス補正が簡単に行えるようになると共に、映
像表示素子とプリズム間の位置関係が変化することがな
いので、映像表示素子表面等にゴミや埃等が付着しない
構造にすることを容易に行うことができる。
【００３７】また、請求項２に記載した発明にあって
は、ｆ１をレンズ部の焦点距離、ｆ０を視度無限遠での
光学全系の合成焦点距離、ＮｄPを光学プリズムの屈折
率とすると、ＮｄP＞１．５、ｆ０・２．０＜ｆ１＜ｆ
０・３．５の各条件を満足するようにしたので、光学プ
リズムとレンズ部の各面の形状を最適な状態にすること
によって各種収差補正を良好に行うことができるように
なる。また、光学プリズムと映像表示素子間の距離を近
づけることも可能になって、全体を小型化することもで
き、更に、バックフォーカスの距離に相当する間隔の大
半が光学プリズムによって中埋めされる構成であるの
で、短焦点化することができると共に、短焦点化によっ
て広画角化することもできる。
は、ｆ１をレンズ部の焦点距離、ｆ０を視度無限遠での
光学全系の合成焦点距離、ＮｄPを光学プリズムの屈折
率とすると、ＮｄP＞１．５、ｆ０・２．０＜ｆ１＜ｆ
０・３．５の各条件を満足するようにしたので、光学プ
リズムとレンズ部の各面の形状を最適な状態にすること
によって各種収差補正を良好に行うことができるように
なる。また、光学プリズムと映像表示素子間の距離を近
づけることも可能になって、全体を小型化することもで
き、更に、バックフォーカスの距離に相当する間隔の大
半が光学プリズムによって中埋めされる構成であるの
で、短焦点化することができると共に、短焦点化によっ
て広画角化することもできる。
【図１】図２乃至図５と共に、本発明虚像視光学系の実
施の形態を示すものであり、本図は、光学系を構成する
各面の配置を概略的に示す図である。
施の形態を示すものであり、本図は、光学系を構成する
各面の配置を概略的に示す図である。
【図２】本発明虚像視光学系を使用した頭部装着型又は
眼鏡型表示装置の全体構成を概略的にを示す縦断面図で
ある
眼鏡型表示装置の全体構成を概略的にを示す縦断面図で
ある
【図３】光学系を構成する各面の面形状を概略的に示す
図である。
図である。
【図４】対角上方向の７割、１０割、５割及び２．５割
位置での収差を異なる波長毎に示す収差図である。
位置での収差を異なる波長毎に示す収差図である。
【図５】対角下方向の７割、１０割、５割及び２．５割
位置での収差を異なる波長毎に示す収差図である。
位置での収差を異なる波長毎に示す収差図である。
【図６】従来の虚像視光学系の一例を示す概略図であ
る。
る。
【図７】従来の虚像視光学系の別の例を示す概略図であ
る。
る。
２…映像表示素子、３…虚像視光学系、４…光学プリズ
ム、４ａ…反射面、４ｂ…入射面、４ｃ…出射面、５…
レンズ部
ム、４ａ…反射面、４ｂ…入射面、４ｃ…出射面、５…
レンズ部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H087 KA14 LA12 NA10 RA41 TA01 TA03 TA06 5G435 AA00 AA11 AA18 BB12 BB15 GG01 GG02 GG03 9A001 BB04 DD13 GG04 HH24 HH26 JJ71 JZ05 KK16
Claims (2)
- 【請求項１】 映像表示素子の映像を使用者の眼球内網
膜上に投影して目前に虚像を作り出すための虚像視光学
系であって、 光学プリズムとレンズ部とを有し、 上記光学プリズムは、増反射コーティングが施された反
射面を有すると共に、少なくとも２面が自由曲面で構成
され、 上記映像表示素子からの映像の光束は、光学プリズムの
入射面から光学プリズム内部に入射し、反射面で反射さ
れて出射面から外部に射出されてレンズ部に入射するよ
うにされ、 上記レンズ部を光軸方向に移動させることにより、視度
補正又はバックフォーカス補正が行えるようにされたこ
とを特徴とする虚像視光学系。 - 【請求項２】 以下の各条件を満足するようにされたこ
とを特徴とする請求項１に記載の虚像視光学系。 ＮｄP＞１．５ ｆ０・２．０＜ｆ１＜ｆ０・３．５ 但し、 ｆ１：レンズ部の焦点距離、 ｆ０：視度無限遠での光学全系の合成焦点距離、 ＮｄP：光学プリズムの屈折率、 とする。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000018836A JP2001209001A (ja) | 2000-01-27 | 2000-01-27 | 虚像視光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000018836A JP2001209001A (ja) | 2000-01-27 | 2000-01-27 | 虚像視光学系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001209001A true JP2001209001A (ja) | 2001-08-03 |
Family
ID=18545626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000018836A Pending JP2001209001A (ja) | 2000-01-27 | 2000-01-27 | 虚像視光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001209001A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114578560A (zh) * | 2020-11-30 | 2022-06-03 | 精工爱普生株式会社 | 显示装置和光学单元 |
| US11947124B2 (en) | 2019-08-29 | 2024-04-02 | Seiko Epson Corporation | Display device and method of adjusting optical system of display device |
-
2000
- 2000-01-27 JP JP2000018836A patent/JP2001209001A/ja active Pending
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