JP2001242412A - 虚像視光学系 - Google Patents
虚像視光学系Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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虚像視光学系
において、各種光学性能を向上させて、高品質な映像を
得る。 【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を、映像表示素子の映像表示面Ｓ９に照明光を導
光すると共に映像表示素子の映像に適宜な補正を行う機
能を併せ持った第１のプリズム４と、反射コーティング
が施された面と全反射面とを有する第２のプリズム５
と、接眼レンズ６とによって構成し、第1のプリズム及
び第２のプリズムはそれぞれ少なくとも１面を自由曲面
とし、第1のプリズムはハーフミラーコーティングが施
された面、又は、ホログラフィックミラー等の反射部材
を有するようにした。
例えば、使用者の眼球内網膜上に投影する虚像視光学系
において、各種光学性能を向上させて、高品質な映像を
得る。 【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を、映像表示素子の映像表示面Ｓ９に照明光を導
光すると共に映像表示素子の映像に適宜な補正を行う機
能を併せ持った第１のプリズム４と、反射コーティング
が施された面と全反射面とを有する第２のプリズム５
と、接眼レンズ６とによって構成し、第1のプリズム及
び第２のプリズムはそれぞれ少なくとも１面を自由曲面
とし、第1のプリズムはハーフミラーコーティングが施
された面、又は、ホログラフィックミラー等の反射部材
を有するようにした。
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又は眼鏡型と称される映像表
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又は眼鏡型と称される映像表
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４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５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５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及びｆにおいては、以下に示すよ
うな問題点があった。
有する虚像視光学系ａ及びｆにおいては、以下に示すよ
うな問題点があった。
【０００６】即ち、虚像視光学系ａにおいては、ミラー
ｂとハーフミラーｃとを間に空気間隙を空けて配置する
という構造であるため、収差も良好で瞳径も大きく採れ
るという利点はあるが、映像表示素子ｄに映出された映
像がハーフミラーｃを２回通過して投影されるという構
造であるため、光量損失が大きく、また、映像の拡大率
も小さいという問題があった。
ｂとハーフミラーｃとを間に空気間隙を空けて配置する
という構造であるため、収差も良好で瞳径も大きく採れ
るという利点はあるが、映像表示素子ｄに映出された映
像がハーフミラーｃを２回通過して投影されるという構
造であるため、光量損失が大きく、また、映像の拡大率
も小さいという問題があった。
【０００７】また、虚像視光学系ｆにおいては、ハーフ
ミラーを使用していないので映像の光量損失が少ないと
いう利点があるが、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、収差補正が困難であること、縦
方向の瞳径が小さくなってしまうことや、倍率色収差が
大きく表示解像度が低いという諸問題があった。
ミラーを使用していないので映像の光量損失が少ないと
いう利点があるが、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、収差補正が困難であること、縦
方向の瞳径が小さくなってしまうことや、倍率色収差が
大きく表示解像度が低いという諸問題があった。
【０００８】
【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、各種光学性能を向上させて、高品質な映像を得
ることを課題とする。
に鑑み、各種光学性能を向上させて、高品質な映像を得
ることを課題とする。
【０００９】
【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表示面
に照明光を導光すると共に映像表示素子の映像に適宜な
補正を行う機能を併せ持った第１のプリズムと、反射コ
ーティングが施された面と全反射面とを有する第２のプ
リズムと、接眼レンズとを備え、第1のプリズム及び第
２のプリズムはそれぞれ少なくとも１面を自由曲面で構
成し、第1のプリズムはハーフミラーコーティングが施
された面、又は、ホログラフィックミラー等の反射部材
を有するものである。
に、本発明虚像視光学系は、映像表示素子の映像表示面
に照明光を導光すると共に映像表示素子の映像に適宜な
補正を行う機能を併せ持った第１のプリズムと、反射コ
ーティングが施された面と全反射面とを有する第２のプ
リズムと、接眼レンズとを備え、第1のプリズム及び第
２のプリズムはそれぞれ少なくとも１面を自由曲面で構
成し、第1のプリズムはハーフミラーコーティングが施
された面、又は、ホログラフィックミラー等の反射部材
を有するものである。
【００１０】従って、高性能な虚像視光学系を得ること
が可能になる。
が可能になる。
【００１１】
【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。
【００１２】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。
【００１３】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Ｓ０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Ｓ０というものとする。
【００１４】ＨＭＤ１は、図１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Ｓ０、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。上記虚
像視光学系３は、第１のプリズム４、第２のプリズム５
及び接眼レンズ６から成る。尚、以下の説明において、
虚像視光学系の各面は上記のように観察位置をＳ０、映
像表示素子の映像表示面（像面）をＳ９として順に、Ｓ
１乃至Ｓ８の符号によって表すものとする。
素子２と、該映像表示素子２の映像を観察位置Ｓ０、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。上記虚
像視光学系３は、第１のプリズム４、第２のプリズム５
及び接眼レンズ６から成る。尚、以下の説明において、
虚像視光学系の各面は上記のように観察位置をＳ０、映
像表示素子の映像表示面（像面）をＳ９として順に、Ｓ
１乃至Ｓ８の符号によって表すものとする。
【００１５】映像表示素子２としては、最も一般的な背
後のバックライトによって照明される透過型の液晶表示
パネル（ＬＣＤ）ではなく、映像表示面Ｓ９の表面側か
ら第１のプリズム４によって導光された適宜な照明手段
による光によって照明され、その映像表示面Ｓ９に映出
される映像に対応した反射光束を映像として射出する所
謂反射型のＬＣＤが用いられている。この反射型のＬＣ
Ｄの使用は、近年、ＬＣＤの高画質化（画素数の増加）
と映像光束の光線利用効率の増大に対する要求によるも
のである。
後のバックライトによって照明される透過型の液晶表示
パネル（ＬＣＤ）ではなく、映像表示面Ｓ９の表面側か
ら第１のプリズム４によって導光された適宜な照明手段
による光によって照明され、その映像表示面Ｓ９に映出
される映像に対応した反射光束を映像として射出する所
謂反射型のＬＣＤが用いられている。この反射型のＬＣ
Ｄの使用は、近年、ＬＣＤの高画質化（画素数の増加）
と映像光束の光線利用効率の増大に対する要求によるも
のである。
【００１６】虚像視光学系３を構成する各光学要素の詳
細は以下の通りである。
細は以下の通りである。
【００１７】第１のプリズム４は、図示しない適宜な照
明ランプによる照明光束を映像表示面Ｓ９に導光する機
能を有すると共に映像表示面Ｓ９から出射した映像の光
束の各種収差を補正する機能を有するものである。
明ランプによる照明光束を映像表示面Ｓ９に導光する機
能を有すると共に映像表示面Ｓ９から出射した映像の光
束の各種収差を補正する機能を有するものである。
【００１８】即ち、第１のプリズム４は、映像表示面Ｓ
９と対向し、自由曲面によって構成された入射面Ｓ８
と、ハーフミラーコーティングが施されるか又はホログ
ラフィックミラー等の反射部材から成り、前記照明手段
からの照明光を反射すると共に入射面Ｓ８からの映像の
光束を外部に出射する機能を有し、自由曲面によって構
成される出射／反射面Ｓ７によって構成される。また、
第1のプリズム４は、照明手段の光を映像表示面Ｓ９に
導光する機能も有するので、前記照明手段の照明光が入
射される照明光入射面４ａも有する。
９と対向し、自由曲面によって構成された入射面Ｓ８
と、ハーフミラーコーティングが施されるか又はホログ
ラフィックミラー等の反射部材から成り、前記照明手段
からの照明光を反射すると共に入射面Ｓ８からの映像の
光束を外部に出射する機能を有し、自由曲面によって構
成される出射／反射面Ｓ７によって構成される。また、
第1のプリズム４は、照明手段の光を映像表示面Ｓ９に
導光する機能も有するので、前記照明手段の照明光が入
射される照明光入射面４ａも有する。
【００１９】第２のプリズム５は、上記第１のプリズム
４からの光束を内部で２回反射させて光路を変更させる
と共に各種収差補正を行って接眼レンズ６に向けて出射
するものである。
４からの光束を内部で２回反射させて光路を変更させる
と共に各種収差補正を行って接眼レンズ６に向けて出射
するものである。
【００２０】即ち、第２のプリズム５は、第１のプリズ
ム４の反射面Ｓ７と対向した入射面Ｓ６と、適宜な反射
コートが施され、上記入射面Ｓ６から入射した光束を反
射させる反射面Ｓ５と、増反射コーティングが施され、
上記反射面Ｓ５で反射された光束を再度反射させる全反
射面Ｓ４と、該反射面Ｓ４で反射された光束を外部に出
射する面Ｓ３によって構成される。また、上記入射面Ｓ
６、反射面Ｓ５、全反射面Ｓ４及び出射面Ｓ３は、自由
曲面によって構成されている。
ム４の反射面Ｓ７と対向した入射面Ｓ６と、適宜な反射
コートが施され、上記入射面Ｓ６から入射した光束を反
射させる反射面Ｓ５と、増反射コーティングが施され、
上記反射面Ｓ５で反射された光束を再度反射させる全反
射面Ｓ４と、該反射面Ｓ４で反射された光束を外部に出
射する面Ｓ３によって構成される。また、上記入射面Ｓ
６、反射面Ｓ５、全反射面Ｓ４及び出射面Ｓ３は、自由
曲面によって構成されている。
【００２１】接眼レンズ６は、上記第２のプリズム５か
ら出射した映像の光束に対し、各種収差補正と観察面Ｓ
０への集光を行わせるものである。
ら出射した映像の光束に対し、各種収差補正と観察面Ｓ
０への集光を行わせるものである。
【００２２】即ち、単レンズによって構成される接眼レ
ンズ６は、第２のプリズム５の出射面Ｓ３と対向した入
射面Ｓ２と、観察面Ｓ０側の出射面Ｓ１とによって構成
される。そして、上記入射面Ｓ２は自由曲面によって構
成されている。
ンズ６は、第２のプリズム５の出射面Ｓ３と対向した入
射面Ｓ２と、観察面Ｓ０側の出射面Ｓ１とによって構成
される。そして、上記入射面Ｓ２は自由曲面によって構
成されている。
【００２３】また、虚像視光学系３は、上記と一部重複
するが、以下に示すような特徴を有するものである。
するが、以下に示すような特徴を有するものである。
【００２４】即ち、第２のプリズム５及び接眼レンズ６
はそれぞれ、自由曲面によって構成された面を少なくと
も１面有する（条件１）。
はそれぞれ、自由曲面によって構成された面を少なくと
も１面有する（条件１）。
【００２５】接眼レンズ６は、ｄ線（波長587.6nm）に
おいて、屈折率が１．５５以上でアッベ数が３５以下で
あること（条件２）。
おいて、屈折率が１．５５以上でアッベ数が３５以下で
あること（条件２）。
【００２６】第１のプリズム４は、ハーフミラーコーテ
ィングが施されるか又はホログラフィックミラー等の反
射部材から成る面を有すること（条件３）。
ィングが施されるか又はホログラフィックミラー等の反
射部材から成る面を有すること（条件３）。
【００２７】第２のプリズム５は、ｄ線において、屈折
率が１．４８以上でアッベ数が３５以上であること（条
件４）。
率が１．４８以上でアッベ数が３５以上であること（条
件４）。
【００２８】条件１は、虚像視光学系３においては、メ
インミラーである第２のプリズム５の全反射面Ｓ４が偏
心して配置された偏心光学系であるため、各種収差の補
正上、全反射面Ｓ４を自由曲面とし、全反射面Ｓ４での
偏心による各種収差を補正するための自由曲面を、最低
限もう１面必用とすることを表した条件である。
インミラーである第２のプリズム５の全反射面Ｓ４が偏
心して配置された偏心光学系であるため、各種収差の補
正上、全反射面Ｓ４を自由曲面とし、全反射面Ｓ４での
偏心による各種収差を補正するための自由曲面を、最低
限もう１面必用とすることを表した条件である。
【００２９】条件２は、接眼レンズ６の役割と関係した
条件である。即ち、本発明において接眼レンズ６の主な
役割は倍率色収差の補正であるので、その材質をフリン
トガラス的な性質を有するものに限定するための条件で
ある。条件２を満足させることによって、接眼レンズに
よる倍率色収差の補正を良好に行うことができるように
なる。
条件である。即ち、本発明において接眼レンズ６の主な
役割は倍率色収差の補正であるので、その材質をフリン
トガラス的な性質を有するものに限定するための条件で
ある。条件２を満足させることによって、接眼レンズに
よる倍率色収差の補正を良好に行うことができるように
なる。
【００３０】条件３は、適宜な照明ランプによる照明光
束を映像表示面Ｓ９に導光する機能を有すると共に映像
表示面Ｓ９から出射した映像の光束の各種収差を補正す
る機能を有する第１のプリズム１に関するものである。
即ち、第１のプリズム４に適宜な照明ランプによる照明
光束を映像表示面Ｓ９に導光する機能を持たせるため、
出射／反射面Ｓ７に、ハーフミラーコーティング又はホ
ログラフィックミラー等の反射部材をコーティング若し
くは貼り付けて一体化することを示すものである。
束を映像表示面Ｓ９に導光する機能を有すると共に映像
表示面Ｓ９から出射した映像の光束の各種収差を補正す
る機能を有する第１のプリズム１に関するものである。
即ち、第１のプリズム４に適宜な照明ランプによる照明
光束を映像表示面Ｓ９に導光する機能を持たせるため、
出射／反射面Ｓ７に、ハーフミラーコーティング又はホ
ログラフィックミラー等の反射部材をコーティング若し
くは貼り付けて一体化することを示すものである。
【００３１】条件４は、第２のプリズム５の材質を、屈
折率が高く、且つ、アッベ数が低めのものに限定するた
めの条件である。屈折率が高いということは、単純に各
種収差補正に対して有利であると共に、反射面Ｓ５や全
反射面Ｓ４による全反射条件を達成することが容易にな
り、これによって各種収差補正も良好になるからであ
る。また、プリズムを用いることによって、色収差によ
る性能低下が生じがちであることから、アッベ数が大き
めな材質に限定するための条件でもある。この条件４を
満足させること、即ち、第２のプリズムの屈折率を高く
することとアッベ数を大きくすることによって、各種収
差が良好に補正された良質の画像を得ることができるよ
うになる。
折率が高く、且つ、アッベ数が低めのものに限定するた
めの条件である。屈折率が高いということは、単純に各
種収差補正に対して有利であると共に、反射面Ｓ５や全
反射面Ｓ４による全反射条件を達成することが容易にな
り、これによって各種収差補正も良好になるからであ
る。また、プリズムを用いることによって、色収差によ
る性能低下が生じがちであることから、アッベ数が大き
めな材質に限定するための条件でもある。この条件４を
満足させること、即ち、第２のプリズムの屈折率を高く
することとアッベ数を大きくすることによって、各種収
差が良好に補正された良質の画像を得ることができるよ
うになる。
【００３２】以下の表１に虚像視光学系３を構成する各
面Ｓ１乃至Ｓ８と、観察位置Ｓ０及び映像表示面Ｓ９の
諸数値を示す。尚、上記面Ｓ１乃至Ｓ８は、前記したよ
うに、接眼レンズ６の観察位置Ｓ０側から映像表示装置
２の映像表示面Ｓ９側へと順に、光軸に沿ってＳ１乃至
Ｓ８の符号を付記したものである。
面Ｓ１乃至Ｓ８と、観察位置Ｓ０及び映像表示面Ｓ９の
諸数値を示す。尚、上記面Ｓ１乃至Ｓ８は、前記したよ
うに、接眼レンズ６の観察位置Ｓ０側から映像表示装置
２の映像表示面Ｓ９側へと順に、光軸に沿ってＳ１乃至
Ｓ８の符号を付記したものである。
【００３３】
【表１】
【００３４】上記表１において、「Ｒ」は基準曲率半
径、「Ｎｄ」はｄ線での屈折率、「νｄ」はｄ線でのア
ッベ数、「Ｙ−ＤＥＣ」は図１の上下方向における面の
偏心、「Ｚ−ＤＥＣ」は図１の左右方向における面の偏
心、「Ａ−ＴＩＬ」は面の傾き（光軸方向からのずれ
量）である。尚、偏心は観察位置Ｓ０を基準とし、傾き
は観察位置Ｓ０を位置基準とする主光線方向を基準とす
るものである。
径、「Ｎｄ」はｄ線での屈折率、「νｄ」はｄ線でのア
ッベ数、「Ｙ−ＤＥＣ」は図１の上下方向における面の
偏心、「Ｚ−ＤＥＣ」は図１の左右方向における面の偏
心、「Ａ−ＴＩＬ」は面の傾き（光軸方向からのずれ
量）である。尚、偏心は観察位置Ｓ０を基準とし、傾き
は観察位置Ｓ０を位置基準とする主光線方向を基準とす
るものである。
【００３５】また、第１のプリズム４の各面、第２のプ
リズム５の各面及び接眼レンズ６の面Ｓ２は、自由曲面
にて構成されるものである。
リズム５の各面及び接眼レンズ６の面Ｓ２は、自由曲面
にて構成されるものである。
【００３６】尚、自由曲面形状は、 Ｚ＝ｃ・ｒ／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）ｃ2・ｒ2｝］＋
Σ（Ｃj・Ｘm・Ｙn） で表されるものとする。尚、ｊ＝｛（ｍ＋ｎ）2＋ｍ＋
３ｎ｝／２＋１である。
Σ（Ｃj・Ｘm・Ｙn） で表されるものとする。尚、ｊ＝｛（ｍ＋ｎ）2＋ｍ＋
３ｎ｝／２＋１である。
【００３７】但し、上記式において、Ｚ：面頂点からの
サグ量、ｃ：近軸曲率（１／曲率半径）、ｒ：面頂点か
らの距離、Ｋ：コーニック定数、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、Ｃj：
Ｘm＋Ｙnの係数とする。
サグ量、ｃ：近軸曲率（１／曲率半径）、ｒ：面頂点か
らの距離、Ｋ：コーニック定数、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、Ｃj：
Ｘm＋Ｙnの係数とする。
【００３８】以下の表２乃至表８に面Ｓ２乃至面Ｓ８の
非球面係数をそれぞれ示す。
非球面係数をそれぞれ示す。
【００３９】
【表２】
【００４０】
【表３】
【００４１】
【表４】
【００４２】
【表５】
【００４３】
【表６】
【００４４】
【表７】
【００４５】
【表８】
【００４６】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２及び図３に示すように、コマ収差が良
好に補正され、ＨＭＤ１に使用する光学系として最適で
あることが明らかである。尚、図２は上から順に、映像
表示素子２の対角上方向の７割、１０割、５割及び２．
５割位置での収差を異なる波長毎（実線はＣ線、破線は
ｇ線、一点鎖線はｄ線）に示し、同様に図３は、映像表
示素子２の対角下方向の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。
光学系３は、図２及び図３に示すように、コマ収差が良
好に補正され、ＨＭＤ１に使用する光学系として最適で
あることが明らかである。尚、図２は上から順に、映像
表示素子２の対角上方向の７割、１０割、５割及び２．
５割位置での収差を異なる波長毎（実線はＣ線、破線は
ｇ線、一点鎖線はｄ線）に示し、同様に図３は、映像表
示素子２の対角下方向の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。
【００４７】しかして、図示しない照明手段から発した
照明光束は、第１のプリズム４に入射し、出射／反射面
Ｓ７の内面側で反射され、映像表示素子２の映像表示面
Ｓ９を照明する。この照明光束は、映像表示面Ｓ９で反
射されると共に、映像表示面Ｓ９に映出された映像の情
報を加えらた映像光束となって、図１に示すように、第
１のプリズム４を通過し、第２のプリズム５で２回反射
されて接眼レンズ６で倍率色収差の補正が行われた後、
観察位置Ｓ０に所定の倍率で結像するように投影され
る。
照明光束は、第１のプリズム４に入射し、出射／反射面
Ｓ７の内面側で反射され、映像表示素子２の映像表示面
Ｓ９を照明する。この照明光束は、映像表示面Ｓ９で反
射されると共に、映像表示面Ｓ９に映出された映像の情
報を加えらた映像光束となって、図１に示すように、第
１のプリズム４を通過し、第２のプリズム５で２回反射
されて接眼レンズ６で倍率色収差の補正が行われた後、
観察位置Ｓ０に所定の倍率で結像するように投影され
る。
【００４８】このように、虚像視光学系３においては、
映像表示素子２に反射型のＬＣＤを用いることによっ
て、映像光束の光線利用効率を高めると共に、映像表示
素子２の画素数の増大による映像の高画質化に対応する
ために、接眼レンズ６を配置して倍率色収差の低減を図
った設計としたものである。
映像表示素子２に反射型のＬＣＤを用いることによっ
て、映像光束の光線利用効率を高めると共に、映像表示
素子２の画素数の増大による映像の高画質化に対応する
ために、接眼レンズ６を配置して倍率色収差の低減を図
った設計としたものである。
【００４９】従って、映像表示素子２の映像表示面Ｓ９
を照明するための照明系に、映像光束を投影するための
虚像視光学系３の構成要素の一つである第１のプリズム
４を併用したので、この照明系専用の導光部材等を別に
使用する必用が無くコスト的にも有利となると共に、プ
リズムの使用によって、その屈折率分虚像視光学系３の
バックフォーカスを短くしたのと同じ効果を生じ、例え
ば、プリズムではなく、照明光を反射させるだけの単な
るハーフミラー等を使用した場合と比べても、焦点距離
を短くすることが可能となって、観察位置Ｓ０に投影さ
れる映像の増倍率（拡大率）も大きくすることが可能と
なる。また、第１のプリズム４の各面を収差補正の役割
に使用することができ、よりＨＭＤ１の高性能化を図る
ことができるようになる。
を照明するための照明系に、映像光束を投影するための
虚像視光学系３の構成要素の一つである第１のプリズム
４を併用したので、この照明系専用の導光部材等を別に
使用する必用が無くコスト的にも有利となると共に、プ
リズムの使用によって、その屈折率分虚像視光学系３の
バックフォーカスを短くしたのと同じ効果を生じ、例え
ば、プリズムではなく、照明光を反射させるだけの単な
るハーフミラー等を使用した場合と比べても、焦点距離
を短くすることが可能となって、観察位置Ｓ０に投影さ
れる映像の増倍率（拡大率）も大きくすることが可能と
なる。また、第１のプリズム４の各面を収差補正の役割
に使用することができ、よりＨＭＤ１の高性能化を図る
ことができるようになる。
【００５０】また、虚像視光学系３に接眼レンズ６を用
いることによって、倍率色収差の補正を効果的に行うこ
とが可能となり、これによってもＨＭＤ１の高性能化を
図ることができるようになる。
いることによって、倍率色収差の補正を効果的に行うこ
とが可能となり、これによってもＨＭＤ１の高性能化を
図ることができるようになる。
【００５１】更に、虚像視光学系３は各面の光軸が偏心
した偏心系であるにもかかわらず、収差補正能力に優
れ、縦方向の瞳径を大きくすることができるものであ
る。
した偏心系であるにもかかわらず、収差補正能力に優
れ、縦方向の瞳径を大きくすることができるものであ
る。
【００５２】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。
【００５３】
【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、映像表示素子の映像表示面に照明光を導光すると
共に映像表示素子の映像に適宜な補正を行う機能を併せ
持った第１のプリズムと、反射コーティングが施された
面と全反射面とを有する第２のプリズムと、接眼レンズ
とを備え、第1のプリズム及び第２のプリズムはそれぞ
れ少なくとも１面を自由曲面で構成し、第1のプリズム
はハーフミラーコーティングが施された面、又は、ホロ
グラフィックミラー等の反射部材を有するので、照明光
の画像表示面への導光にプリズムを使用することによっ
てバックフォーカスを短くすることができるようになっ
て、投影映像の増倍率を大きくすることができると共
に、各種収差の補正も良好に行うこともできる。
系は、映像表示素子の映像表示面に照明光を導光すると
共に映像表示素子の映像に適宜な補正を行う機能を併せ
持った第１のプリズムと、反射コーティングが施された
面と全反射面とを有する第２のプリズムと、接眼レンズ
とを備え、第1のプリズム及び第２のプリズムはそれぞ
れ少なくとも１面を自由曲面で構成し、第1のプリズム
はハーフミラーコーティングが施された面、又は、ホロ
グラフィックミラー等の反射部材を有するので、照明光
の画像表示面への導光にプリズムを使用することによっ
てバックフォーカスを短くすることができるようになっ
て、投影映像の増倍率を大きくすることができると共
に、各種収差の補正も良好に行うこともできる。
【００５４】請求項２に記載された発明にあっては、Ｎ
ｄLを接眼レンズのｄ線における屈折率、νｄLを接眼レ
ンズのｄ線におけるアッベ数とすると、ＮｄL＞１．５
５、νｄL＜３５の各条件を満足するようにしたので、
接眼レンズによる倍率色収差の補正を良好に行うことが
できる。
ｄLを接眼レンズのｄ線における屈折率、νｄLを接眼レ
ンズのｄ線におけるアッベ数とすると、ＮｄL＞１．５
５、νｄL＜３５の各条件を満足するようにしたので、
接眼レンズによる倍率色収差の補正を良好に行うことが
できる。
【００５５】請求項３及び請求４に記載した発明にあっ
ては、ＮｄP2を第２のプリズムのｄ線における屈折率、
νｄP2を第２のプリズムのｄ線におけるアッベ数とする
と、ＮｄP2＞１．４８、νｄP2＞３５の各条件を満足す
るようにしたので、第２のプリズムの屈折率を高くする
ことアッベ数を大きくすることによって、各種収差が良
好に補正された良質の画像を得ることができる。
ては、ＮｄP2を第２のプリズムのｄ線における屈折率、
νｄP2を第２のプリズムのｄ線におけるアッベ数とする
と、ＮｄP2＞１．４８、νｄP2＞３５の各条件を満足す
るようにしたので、第２のプリズムの屈折率を高くする
ことアッベ数を大きくすることによって、各種収差が良
好に補正された良質の画像を得ることができる。
【図１】図２及び図３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
各面の配置及び光路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
各面の配置及び光路を概略的に示す図である。
【図２】対角上方向の７割、１０割、５割及び２．５割
位置でのコマ収差を異なる波長毎に示す収差図である。
位置でのコマ収差を異なる波長毎に示す収差図である。
【図３】対角下方向の７割、１０割、５割及び２．５割
位置でのコマ収差を異なる波長毎に示す収差図である。
位置でのコマ収差を異なる波長毎に示す収差図である。
【図４】従来の虚像視光学系の一例を示す概略図であ
る。
る。
【図５】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…第１のプリ
ズム、５…第２のプリズム、６…接眼レンズ、Ｓ９…映
像表示面
ズム、５…第２のプリズム、６…接眼レンズ、Ｓ９…映
像表示面
Claims (4)
- 【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、 映像表示素子の映像表示面に照明光を導光すると共に映
像表示素子の映像に適宜な補正を行う機能を併せ持った
第１のプリズムと、反射コーティングが施された面と全
反射面とを有する第２のプリズムと、接眼レンズとを備
え、 上記第1のプリズム及び第２のプリズムはそれぞれ、少
なくとも１面が自由曲面で構成され、 上記第1のプリズムはハーフミラーコーティングが施さ
れた面、又は、ホログラフィックミラー等の反射部材を
有する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。 ＮｄL＞１．５５ νｄL＜３５ 但し、 ＮｄL：接眼レンズのｄ線における屈折率、 νｄL：接眼レンズのｄ線におけるアッベ数、 とする。 - 【請求項３】 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。 ＮｄP2＞１．４８ νｄP2＞３５ 但し、 ＮｄP2：第２のプリズムのｄ線における屈折率、 νｄP2：第２のプリズムのｄ線におけるアッベ数、 とする。 - 【請求項４】 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２に記載の虚像視光学系。 ＮｄP2＞１．４８ νｄP2＞３５ 但し、 ＮｄP2：第２のプリズムのｄ線における屈折率、 νｄP2：第２のプリズムのｄ線におけるアッベ数、 とする。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000051324A JP2001242412A (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | 虚像視光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000051324A JP2001242412A (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | 虚像視光学系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001242412A true JP2001242412A (ja) | 2001-09-07 |
Family
ID=18572986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000051324A Pending JP2001242412A (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | 虚像視光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001242412A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003084200A (ja) * | 2001-09-14 | 2003-03-19 | Olympus Optical Co Ltd | 撮像光学系 |
| JP2016075848A (ja) * | 2014-10-08 | 2016-05-12 | オリンパス株式会社 | 偏心光学系、偏心光学系を用いた画像投影装置、及び偏心光学系を用いた画像撮像装置 |
| WO2017077934A1 (ja) * | 2015-11-06 | 2017-05-11 | シャープ株式会社 | ライトガイドおよび虚像表示装置 |
| US11209648B2 (en) | 2019-07-29 | 2021-12-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Projection optical system and display apparatus having the same |
| JP2022009123A (ja) * | 2014-12-25 | 2022-01-14 | ラマス リミテッド | 基材導波光学装置 |
| US11719938B2 (en) | 2005-11-08 | 2023-08-08 | Lumus Ltd. | Polarizing optical system |
| US11729359B2 (en) | 2019-12-08 | 2023-08-15 | Lumus Ltd. | Optical systems with compact image projector |
| US11940623B2 (en) | 2019-07-29 | 2024-03-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Observation optical system and display apparatus |
-
2000
- 2000-02-28 JP JP2000051324A patent/JP2001242412A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003084200A (ja) * | 2001-09-14 | 2003-03-19 | Olympus Optical Co Ltd | 撮像光学系 |
| US11719938B2 (en) | 2005-11-08 | 2023-08-08 | Lumus Ltd. | Polarizing optical system |
| JP2016075848A (ja) * | 2014-10-08 | 2016-05-12 | オリンパス株式会社 | 偏心光学系、偏心光学系を用いた画像投影装置、及び偏心光学系を用いた画像撮像装置 |
| JP2022009123A (ja) * | 2014-12-25 | 2022-01-14 | ラマス リミテッド | 基材導波光学装置 |
| WO2017077934A1 (ja) * | 2015-11-06 | 2017-05-11 | シャープ株式会社 | ライトガイドおよび虚像表示装置 |
| US11209648B2 (en) | 2019-07-29 | 2021-12-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Projection optical system and display apparatus having the same |
| US11940623B2 (en) | 2019-07-29 | 2024-03-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Observation optical system and display apparatus |
| US11729359B2 (en) | 2019-12-08 | 2023-08-15 | Lumus Ltd. | Optical systems with compact image projector |
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