JP2001264682A

JP2001264682A - 情報表示光学系及び光学素子又は光学系及び情報表示装置

Info

Publication number: JP2001264682A
Application number: JP2000081681A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Kasai; 一郎笠井; Hiroaki Ueda; 裕昭上田; Yasushi Tanijiri; 靖谷尻
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2001-09-26
Anticipated expiration: 2020-03-17
Also published as: JP4325064B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】薄型のコンパクトな構成が可能であり、また広
い表示画角においても良好な映像が得られ、さらには外
界の自然なシースルー観察も可能な情報表示光学系を提
供する。【解決手段】互いに対向して配置された少なくとも２つ
の反射面ｒ６，ｒ５と、反射型ホログラムから成るホロ
グラム面ｒ３とを有するプリズムを備え、前記反射面の
内、少なくとも１つは入射角度により透過，反射を選択
的に行う光束選択面ｒ４，ｒ２であって、前記プリズム
に入射した画像表示手段３，４からの画像光は、前記反
射面間で反射され、続いて前記ホログラム面で回折反射
されて、更に前記光束選択面を透過した後、観察者の瞳
２に導かれる事を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報表示光学系に
関するものであり、特に、観察者の眼前に配置されて使
用される画像表示装置用の情報表示光学系に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、頭部又は顔面に装着され、或
いは手で保持されて、観察者の眼前にて使用される画像
表示装置が知られており、例えばバーチャルリアリティ
ー用や個人シアター用として製品化されている。また、
最近では、いわゆるウェアラブルコンピュータのディス
プレイ用として使用するものが研究されている。

【０００３】具体的な構成としては、例えば、特開平７
−３３３５５１号公報に記載されている如く、オリジナ
ル画像の光を眼球へ導く観察光学系において、前記光を
曲面にて眼球から離れる方向へ全反射させ、この全反射
された光を反射面、特にアジムス角度の違いにより光学
的パワーの異なる反射面で反射させ、前記曲線を透過さ
せて眼球へ光を導く構成としている。

【０００４】或いは、特開平９−１９７３３６号公報に
記載されている如く、画像を表示する画像表示素子と、
前記画像表示素子によって形成された画像を光路中で結
像する事なく観察者眼球に導く接眼光学系とからなる画
像表示装置において、前記接眼光学系は少なくとも３つ
の面を有し、前記画像表示素子を射出した光線が前記の
少なくとも３つの面で３回反射し、観察者眼球に達する
ように構成され、前記の少なくとも３回の反射面の中少
なくとも１面が観察者眼球側に凹面を向けた凹面鏡であ
る構成としている。

【０００５】また、特開平９−１９７３３７号公報に記
載されている如く、少なくとも３つの隣合って配置され
た光学面からなる接眼光学系において、前記３つの光学
面の中、少なくとも２つの光学面は光学系の瞳位置側に
凹面を向けた曲面で構成され、且つ、前記曲面間で少な
くとも４回の反射をする構成としている。

【０００６】また、特開平９−２１９８３２号公報に記
載されている如く、画像を表示する画像表示素子と、前
記画像表示素子によって形成された画像を投影し、観察
者眼球に導く接眼光学系とからなる画像表示装置におい
て、前記接眼光学系は、前記画像表示素子から発した光
線が前記観察者眼球に到るまでの反射回数が３回以上の
奇数回であり、前記接眼光学系の前記観察者眼球の直前
の面は、内部反射をすると共に、前記接眼光学系を射出
する屈折面である構成としている。

【０００７】或いは、特開平１０−３０７２６３号公報
に記載されている如く、屈折率が１よりも大きい媒質を
挟んだ複数の面によって形成されるプリズム光学素子に
おいて、前記プリズム光学素子が、前記プリズム光学素
子内部に光線を入射させるか、若しくは、前記プリズム
光学素子内部から光線を射出させる透過作用及び前記プ
リズム光学素子内部での内部反射作用とを合わせて有し
た第１面と、前記媒質を挟んで前記第１面と対向配置さ
れ前記プリズム光学素子内部での内部反射作用を有する
第２面と、前記第２面と略近接する位置に配置され且つ
前記第１面と前記媒質を挟んで対向配置され前記プリズ
ム光学素子内部での内部反射作用を有する第３面と、前
記第１面が光線を前記プリズム光学素子内部に入射させ
る作用を有するときには前記プリズム光学素子内部から
光線を射出させる作用を有し、前記第１面が光線を前記
プリズム光学素子内部から射出させる作用を有するとき
には前記プリズム光学素子内部に光線を入射させる作用
を有するような透過作用を持った第４面とを有し、所定
の条件式範囲を満たす構成としている。

【０００８】また、特開平１１−１７４３６７号公報に
記載されている如く、画像情報を表示した表示手段から
の光束を観察者の眼球に導光する表示光学系と、外界か
らの光束を撮像素子に結像させる撮像光学系とを有し、
光路中に設けた光路分離手段によって該表示光学系の観
察者の眼球に入射する光束の眼球光軸又は該眼球光軸を
延長した仮想眼球光軸と、該撮像光学系の外界から入射
してくる光束の外界光軸とを略一致させており、該表示
手段からの光束が該撮像光学系の撮像素子に入射するの
を防止する遮光手段とを有している構成としている。

【０００９】或いは、特開平５−３４６５０８号公報に
記載されている如く、画像表示器からの画像情報に基づ
く光束を所定方向に回折させて、該画像情報と他の画像
情報とを空間的に重畳させて同一視野で観察するための
ホログラムレンズであって、該ホログラムレンズはＮ．
Ａが等しい複数の要素ホログラムからなるｏｆｆ−ａｘ
ｉｓ型である構成としている。

【００１０】また、特開平９−１８５００９号公報に記
載されている如く、メガネレンズ、メガネフレーム等の
メガネの所定の部分に設けられ、メガネレンズに向かっ
て表示画像を出射する画像表示手段と、前記メガネレン
ズを通して前記表示画像と外界を同時に視認するシース
ルー手段を備えた構成としている。

【００１１】また、特開平１０−３１９３４３号公報に
記載されている如く、画像表示光を出射する画像表示手
段と、前記画像表示手段からの前記画像表示光を縮小し
て出射端面から出射する光ファイバー束と、前記光ファ
イバー束の前記出射端面からの前記画像表示光を回折或
いは反射させて装着者の眼に導き、前記装着者に前記画
像表示光に基づく虚像を視認させる眼前光学手段を備え
た構成としている。

【００１２】或いは、特開平２−２９７５１６号公報に
記載されている如く、光放射を与えるための映像発生装
置又は光源、その放射を平行にする対物視準レンズ又は
視準器、第１の放物面鏡及び第２の放物面鏡並びに透明
なプレートの同焦点アセンブリから成る組み合わせ光学
装置から連続的に構成される視準光学システムが提供さ
れ、前記第１の鏡は前記第２の鏡に向けて平行線束にさ
れた放射を反射するために反射性を有し、前記第２の鏡
は、第１の鏡から受け取った放射を観測者に向けて反射
によって伝達すると同時に、外部放射を観測者に向けて
その透明性によって伝達する事を可能にするために、あ
る程度は透明であり、更に前記透明プレートは２つの端
部を有し、その第１の面及び第２の面は平行であり、前
記２つの端部は２つの放物面鏡によって別々に形成さ
れ、対物レンズと観測者との間の平行放射の光学経路
は、連続的に、前記２つの平行面の１つでの第１の交
差、第１鏡上での反射、前記平行面でのいくつかの全反
射、第２の鏡上での反射、及び前記２つの平行面の１つ
での第２の交差から成る構成としている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平７−３３３５５１号公報に記載されているような構
成においては、光束の入射角度によって全反射及び透過
を選択的に行う光束選択面を含む凹面反射面を用いたプ
リズム構成となっているが、プリズム内の反射は幾何学
的な正反射角を持って行われる構成であるので、光学系
を薄型化する上で不利となる。また、プリズム内には対
向する面間反射部分、即ち光束導光部がないので、プリ
ズムが分厚くなる。また、表示画像と外界像を同時に視
認するいわゆるシースルー機能を持つが、コンバイナが
半透過面となっているので、外界像光量，表示画像光量
ともに元の１／２となる。また、外界からの透過像の歪
を補正するプリズムを曲面で接合する構成となっている
ので、製作が難しい。

【００１４】また、上記特開平９−１９７３３６号公
報、特開平９−１９７３３７号公報、特開平９−２１９
８３２号公報にそれぞれ記載されているような構成にお
いては、プリズムは対向する面を持ち、一部に入射角度
によって全反射及び透過を選択的に行う光束選択面を含
む自由曲面を用いたプリズム構成で、対向する面間での
反射にて凹面反射面に光束を導く構成となっている。し
かし、前記と同様にして、プリズム内の反射は幾何学的
な正反射角を持って行われる構成であるので、光学系を
薄型化する上で不利となる。

【００１５】また、上記特開平１０−３０７２６３号公
報、特開平１１−１７４３６７号公報にそれぞれ記載さ
れているような構成においては、前記と同様にして、プ
リズムは対向する面を持ち、一部に入射角度によって全
反射及び透過を選択的に行う光束選択面を含む自由曲面
を用いたプリズム構成で、対向する面間での反射にて凹
面反射面に光束を導く構成となっている。そして、外界
からの透過像のシースルー観察が可能な構成となってい
る。しかし、前記と同様にして、プリズム内の反射は幾
何学的な正反射角を持って行われる構成であるので、光
学系を薄型化する上で不利となる。

【００１６】特に、特開平１０−３０７２６３号公報に
記載されている構成においては、外界からの透過像のシ
ースルー観察は、画像表示領域外で行っているので、広
い外界観察域が得られない。また、プリズムを退避させ
て外界を観察する実施例も挙げられているが、可動部が
必要となるので、構成が複雑となる。また、特開平１１
−１７４３６７号公報に記載されている構成において
は、コンバイナがハーフミラーとなっており、外界から
の透過像が暗くなる。

【００１７】また、特開平５−３４６５０８号公報、特
開平９−１８５００９号公報、特開平１０−３１９３４
３号公報にそれぞれ記載されているような構成において
は、コンバイナに反射型ホログラムレンズを用いている
が、表示像の光束を折り畳むような光学系の構成となっ
ておらず、コンパクトさに欠ける。また、表示光束と観
察光束の分離のため、ホログラムコンバイナの偏心量が
大きくなり、偏心収差が発生して良好な表示像が得られ
ない。特に、特開平９−１８５００９号公報に記載され
ている構成においては、この偏心量が大きくて実質上広
い表示画角を達成する事ができない。

【００１８】また、特開平２−２９７５１６号公報に記
載されているような構成においては、光束の入射角度に
よって全反射及び透過を選択的に行う光束選択面を含む
凹面反射面を用いたプリズムに、外界からの透過像の歪
を補正するプリズムを装着する構成となっているが、表
示光学系に再結像光学系を用いており、コンパクトさに
欠ける。また、表示光学系の接眼機能は凹面反射による
ものであり、ホログラムはコンバイナとしての機能のみ
で、集光等を行う光学的パワーは有していない。従っ
て、プリズム（或いは実施例で言うプレート）内の反射
は幾何学的な正反射角を持って行われる構成であるの
で、光学系を薄型化する上で不利となる。また、凹面反
射面にホログラムを作成する事は難しい。

【００１９】本発明は、このような問題点に鑑み、薄型
のコンパクトな構成が可能であり、また広い表示画角に
おいても良好な映像が得られ、さらには外界の自然なシ
ースルー観察も可能な情報表示光学系を提供する事を目
的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、互いに対向して配置された少なくとも
２つの反射面と、反射型ホログラムから成るホログラム
面とを有するプリズムを備え、前記反射面の内、少なく
とも１つは入射角度により透過，反射を選択的に行う光
束選択面であって、前記プリズムに入射した画像表示手
段からの画像光は、前記反射面間で反射され、続いて前
記ホログラム面で回折反射されて、更に前記光束選択面
を透過した後、観察者の瞳に導かれる事を特徴とする。

【００２１】また、前記ホログラムは体積型及び位相型
である事を特徴とする。また、前記ホログラムは前記画
像光を前記観察者の瞳に拡大投影する光学的パワーを有
する事を特徴とする。また、前記ホログラムは、前記ホ
ログラム面での正反射角より大きい回折反射角を有する
事を特徴とする。また、前記互いに対向して配置された
反射面は、前記画像光の前記プリズムへの入射側に開い
た角度を成す事を特徴とする。

【００２２】さらに、前記プリズムを透過する外界光の
偏向を補正する偏向補正部材を備えた事を特徴とする。
また、前記偏向補正部材は前記ホログラム面で前記プリ
ズムに装着され、前記互いに対向して配置された反射面
と同一平面上にそれぞれ面を持つ事を特徴とする。ま
た、前記互いに対向して配置された反射面は、互いに略
平行を成す事を特徴とする。

【００２３】また、前記互いに対向して配置された反射
面間の反射は全反射である事を特徴とする。また、前記
ホログラム面は平面である事を特徴とする。また、前記
互いに対向して配置された反射面の内、少なくとも１つ
は曲面である事を特徴とする。

【００２４】また、入射面と、第１の反射面と、入射角
度により反射，透過を選択的に行う光束選択面と、入射
光を収束させる反射型ホログラムよりなる第２の反射面
と、を有する光学素子又は光学系において、前記第１の
反射面と光束選択面は対向又は略対向に配置され、入射
光は、前記第２の反射面を通過後、光束選択面を透過す
る事を特徴とする光学素子又は光学系とする。また、情
報表示部と前記光学素子又は光学系とよりなる情報表示
装置とする。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。本発明の情報表示光
学系では、ホログラムレンズを用い、液晶等の画像表示
素子の任意の表示画像を瞳に導いて観察する。図１は、
表示画像を瞳に導いて観察する構成として、幾何学的な
正反射を用いた場合とホログラムによる回折反射を用い
た場合との比較を模式的に説明する図である。同図
（ａ）は幾何学的な正反射の場合、同図（ｂ）はホログ
ラムによる回折反射の場合をそれぞれ示している。

【００２６】同図（ａ）において、１０１は導光部であ
るプリズム、１０１ａはプリズム１０１下端部に傾斜し
て設けられた凹面反射面、１０３は瞳である。また、同
図（ｂ）において、１０２は導光部であるプリズム、１
０２ａはプリズム１０２下端部に傾斜して設けられたホ
ログラム面、１０３は瞳である。まず、同図（ａ）に示
すように、プリズム１０１内を下方へと透過してきた表
示画像の光束Ｌは、凹面反射面１０１ａで正反射され、
集光されつつ瞳１０３に導かれる。一方、同図（ｂ）に
示すように、プリズム１０２内を下方へと透過してきた
表示画像の光束Ｌａは、ホログラム面１０２ａで回折反
射され、集光されつつ瞳１０３に導かれる。

【００２７】ここで、前述のように、ホログラムは回折
素子の働きを持ち、ミラーのような幾何学的な正反射と
は違う回折反射を行う事ができる。つまり、ホログラム
基板の傾きには影響されず、任意の方向へ回折反射させ
る事が可能であるので、光学系の大きさが幾何学的な条
件で決まってしまう事がなくなる。

【００２８】具体的には、例えば図２に模式的に示すよ
うに、反射面１０４に入射した入射光ｌｓに対して、正
反射したときの反射光を破線で示すｌａとすると、この
ときの入射角及び反射角は、共にαで同じである。とこ
ろが、反射面１０４を回折反射面とすると、実線で示す
回折反射光ｌｂの反射角βをαより大きい角度とする事
ができる。これにより、反射光の方向が同じである場合
は、正反射の場合よりも反射面１０４の傾きを小さくす
る事ができる。

【００２９】従って、図１（ａ），（ｂ）にそれぞれ示
すように、瞳１０３の位置が変わらなければ、凹面反射
面１０１ａよりもホログラム面１０２ａの方が傾きを小
さくする事ができるので、プリズム１０１の厚さｔより
もプリズム１０２の厚さｔａを小さく、即ち薄くする事
ができる。また、ホログラムは平面であっても光学的パ
ワーを持つ事ができるので、後述するシースルー機能を
持たせた場合に、表示画像の光束に対しては回折反射に
よりレンズとして作用し、外界光に対してはノンパワー
となるので、外界像の自然な観察が可能となる。

【００３０】図３は、透過型及び反射型ホログラムの回
折波長巾を説明するグラフである。同図では、ホログラ
ム感材の屈折率が１．５、記録波長５３０ｎｍ、ホログ
ラム感材の厚さ５μｍのときの、入射光と射出光の角度
差に対する透過型及び反射型ホログラムの波長選択性を
示している。同図の横軸に角度差を、縦軸に回折波長巾
を取っている。同図に示すように、角度差が９０度以下
であるとき、即ち透過型ホログラムの場合、回折波長巾
が百数十ｎｍ以上と、非常に広くなる事が分かる。ここ
で、可視光域は約４００ｎｍ〜７００ｎｍと、３００ｎ
ｍ程度の波長巾しかないので、透過型ホログラムが殆ど
の可視光に作用する場合も有り得る。

【００３１】一方、角度差が９０度以上となるとき、即
ち反射型ホログラムの場合、透過型ホログラムの場合と
比べて回折波長幅が格段に狭くなり、波長選択性が非常
に高くなる事が分かる。つまり、反射型ホログラムは、
ある波長には作用するが、その他の波長には作用しない
性質を持つ。従って、反射型ホログラムを、表示画像と
外界像を同時に視認するいわゆるシースルー機能のため
のコンバイナとして用いた場合、外界光の一部の波長に
しか作用しないので、外界光は殆どコンバイナの影響を
受けずに済み、明るく良好なシースルー観察が可能とな
る。

【００３２】図４は、単色の反射型ホログラムにおけ
る、可視光域の入射光の波長に対する反射光と透過光の
強度の関係の一例を示すグラフである。同図の横軸に波
長（ｎｍ）を、縦軸に反射又は透過率（％）を取ってい
る。また、実線で表す曲線ａは反射率を、破線で表す曲
線ｂは透過率をそれぞれ示している。反射型ホログラム
は、特定の波長（回折波長）の光にしか作用しないの
で、同図に示すように、ここでは５３０ｎｍ付近の光を
反射し、それ以外の波長域の光を透過している。これに
より、外界光と画像光を重合して観察するシースルー型
情報表示が可能となる。

【００３３】図５は、カラーの反射型ホログラムにおけ
る、可視光域の入射光の波長に対する反射光と透過光の
強度の関係の一例を示すグラフである。同図の横軸に波
長（ｎｍ）を、縦軸に反射又は透過率（％）を取ってい
る。また、実線で表す曲線ａは反射率を、破線で表す曲
線ｂは透過率をそれぞれ示している。反射型ホログラム
は、特定の波長（回折波長）の光にしか作用しないの
で、同図に示すように、ここではＲ，Ｇ，Ｂの波長域の
光を反射し、それ以外の波長域の光を透過している。

【００３４】これにより、画像光をカラー表示する場合
でも、外界光と画像光を重合して観察するシースルー型
情報表示が可能となる。ホログラムは記録波長に対応し
た回折波長を持つので、上記のようなカラーホログラム
は、ひとつのホログラム感材に異なる記録波長で多重露
光する事や、各々異なる記録波長で作成されたホログラ
ムを積層する事で実現可能である。

【００３５】図６は、ホログラム製造光学系の概略構成
を模式的に示す図である。本発明の情報表示光学系は、
ホログラムレンズが表示画像の光束に対して斜めに傾い
て配置され、接眼機能としての光学的パワーを持つの
で、非軸対称光学系となる。このような非軸対称光学系
において、共軸レンズと同等の働きしか行われない場合
は、偏心による非対称な歪曲（台形歪曲）や像面湾曲が
発生する。そこで、これらの発生を防ぐためには、ホロ
グラムには回転対称な波面再現性だけではなく、自由曲
面的な波面再現性を持たせる事が望ましい。

【００３６】このようなホログラムレンズは、同図に示
すように、複数のレンズを偏心させて組み合わせた製造
光学系Ｇｒを用いて作成される。ここでの構成は、後述
する第１の実施形態の情報表示光学系に用いたホログラ
ムレンズを作成するためのものを一例として挙げてい
る。ホログラムレンズ作成にあたっては、レーザー光を
ビームスプリッタによって２つの光束に分岐し、各々第
１，第２の２つの点光源Ａ，Ｂを配設して、ここからの
光をそれぞれプリズム１下端部に斜めに配置されたホロ
グラム感材Ｈに入射させる。

【００３７】ここで、第２の点光源Ｂは、情報表示光学
系における表示画像の観察者の瞳位置に略一致するよう
に設けられている。これにより、第２の点光源Ｂからの
光と表示画像からの光の光路がほぼ一致するので、ホロ
グラムレンズの使用状態での回折効率を最も高くする事
ができる。また、第１の点光源Ａとホログラム感材Ｈと
の間には、上記製造光学系Ｇｒが配置されており、これ
は偏心して組み合わされたＧ１〜Ｇ５の５枚のレンズで
構成されている。この製造光学系Ｇｒは、表示画像が良
好な像として観察できるように、第１の点光源Ａからの
光の波面をコントロールするように構成されている。

【００３８】なお、以下に示す各実施形態に使用される
ホログラムとしては、回折効率が高く明るい表示画像及
び外界像を得るために、厚みを持ったいわゆる体積型で
光吸収の少ない位相型の反射型ホログラムが適してい
る。

【００３９】図７は、本発明の第１の実施形態の情報表
示光学系の構成を模式的に示す縦断面図である。同図に
おいて、プリズム１は右斜め上方に開いた板状をしてお
り、その上端面が入射面ｒ７となっている。そして、図
の左右にそれぞれ対向して配置される第１の反射面ｒ６
及び第２の反射面ｒ５を有しており、これらは略平行に
配置されている。さらに、下端部には右に傾斜して配置
されるホログラム面ｒ３が設けられている。ホログラム
面ｒ３にはホログラムレンズが形成されている。また、
第１の反射面ｒ６とホログラム面ｒ３は楔形状を成す。
この第１の反射面ｒ６は、入射角度によって全反射，透
過を選択的に行う光束選択面ｒ４，ｒ２を同一面上に有
している。

【００４０】プリズム１の下端部より見て図の左方向に
は、瞳２が位置している。瞳２は瞳面ｒ１を有してい
る。座標系は、瞳２の中心を原点とし、瞳２の正面方向
即ち図の右方向をＺ軸プラス方向、上方向をＹ軸プラス
方向に取り、紙面をＹＺ平面とする。また、紙面に垂直
向こう側をＸ軸プラス方向としている。これは以下の実
施形態においても同様である。なお、プリズム１の入射
面ｒ７の右斜め上方には、例えば透過型液晶より成る画
像表示素子３が配置されており、その前面である表示面
ｒ９上には、平板ガラスより成る画像表示部材４が設け
られている。そして、その表面をｒ８としている。

【００４１】同図に示すように、画像表示素子３の表示
面ｒ９からの表示画像の光束Ｌは、画像表示部材４を経
てその表面ｒ８から射出し、プリズム１の入射面ｒ７に
入射する。入射面ｒ７よりプリズム１内に入射した光束
Ｌは、第１の反射面ｒ６に入射し、ここで反射（全反
射）される。第１の反射面ｒ６で反射された光束Ｌは、
対向して配置される第２の反射面ｒ５に入射し、ここで
反射（全反射）される。第２の反射面ｒ５で反射された
光束Ｌは、光束選択面ｒ４に入射し、ここで反射（全反
射）される。光束選択面ｒ４で反射された光束Ｌは、ホ
ログラム面ｒ３に入射する。

【００４２】光束Ｌの波長は、ホログラム面ｒ３におけ
るホログラムの回折効率がピークとなる波長と略一致し
ており、ホログラム面ｒ３で光束Ｌは反射される。ホロ
グラム面ｒ３で反射された光束Ｌは、光束選択面ｒ２を
透過し、瞳２の瞳面ｒ１に導かれる。ホログラム面ｒ３
におけるホログラムは光学的パワーを有しており、表示
画像を拡大観察させる接眼機能を持つ。これにより、光
束Ｌは観察者の瞳に拡大投影される。また、図１で説明
したように、ホログラムによる回折反射においては、幾
何学的な正反射とは違う角度の反射角を持つ事ができる
ので、ホログラム面ｒ３の傾きを小さくする事ができ、
これによりプリズム１の薄型化を図る事ができる。

【００４３】本実施形態では、対向して配置される反射
面、即ち第１の反射面ｒ６及び第２の反射面ｒ５によ
り、光束Ｌを複数回反射する構成とする事により、プリ
ズム１のホログラム面ｒ３への導光部が薄く形成されて
いる。また、入射角度によって全反射，透過を選択的に
行う光束選択面により、光束Ｌが光路中にて折り畳ま
れ、光路分割しなくても光束の取り出しが可能となり、
各光学要素のコンパクトな配置構成が実現されている。
また、ホログラムレンズの偏心量も低減されており、偏
心収差の発生が少なく、良好な表示画像を得る事ができ
る。

【００４４】また、ホログラムは、基本的にそのホログ
ラムを作成した光束と同じ波長及び角度を持つ光束を与
えたときの波面再現性が最も良く、回折効率が最も高く
なるので、画像表示素子３からの光束Ｌは、ホログラム
面ｒ３上に形成されたホログラムレンズの回折効率がピ
ークとなる波長に強度のピークを持つ光束とする事が望
ましい。

【００４５】例えば、５３０ｎｍ付近に回折効率のピー
クを持つホログラムを用い、画像表示素子３には液晶等
の非自発光型の素子を用いた場合、これを照明する光源
としては、５３０ｎｍ付近に発光強度のピークを持つ緑
色のＬＥＤ等が適している。ＬＥＤは、半値巾２０〜４
０ｎｍの発光波長巾を持つので、これを表示画像光の光
源とした場合、エネルギー効率の良い構成とする事がで
きる。

【００４６】また、このホログラムの作成に用いたレー
ザーと同じ発光波長を有するレーザーを光源としても良
い事は勿論である。その他、上記図５で説明したよう
に、このホログラムを複数の波長に対して回折効率のピ
ークを持つカラーホログラムとする事もできる。

【００４７】図８は、本発明の第２の実施形態の情報表
示光学系の構成を模式的に示す縦断面図である。本実施
形態は、第１の実施形態と比較して、対向する反射面で
の反射を１回増やし、画像表示部を観察者の瞳側に配置
した例である。ここでは光束Ｌがプリズム１を透過する
際に、対向する面間反射が１回増えてこの面が第１の反
射面（ｒ５，ｒ７）となっている事と、第２の反射面
（ｒ６）が同一面上に光束選択面（ｒ２，ｒ４）を有し
ている事以外は、基本的に第１の実施形態と同様の構成
である。

【００４８】図９は、本発明の第３の実施形態の情報表
示光学系の構成を模式的に示す縦断面図である。本実施
形態は、第１の実施形態と比較して、対向する反射面
（第１，第２の反射面）を光束の入射面側に開いた角度
で配置する事により、画像表示部をプリズムのほぼ真上
に配置し、光学系全体の薄型化を図った例である。ここ
では第１の反射面（ｒ６）に連なる第３の反射面（ｒ
２，ｒ４）を設け、光束選択面としている。光束Ｌがプ
リズム１を透過する様子は第１の実施形態と同様であ
る。

【００４９】図１０，図１１は、それぞれ本発明の第
４，第５の実施形態の情報表示光学系の構成を模式的に
示す縦断面図である。基本構成はそれぞれ第１，第３の
実施形態と同様であるが、ここでは対向する反射面を曲
面化し、表示画像に対する収差補正機能を持たせ、画質
の改善を図っている。具体的には、この曲面を自由曲面
（アナモルフィック非球面）とし、特に偏心収差の低減
を図っている。

【００５０】図１２は、本発明の第６の実施形態の情報
表示光学系の構成を模式的に示す縦断面図である。本実
施形態は、画像表示素子に例えば反射型液晶等の反射型
のものを用いて、その照明光学系をプリズムの一部で構
成している。反射型液晶等の画像表示素子は、その画像
表示側から照明光を入射させる必要があるので、ここで
は照明光源と瞳を略共役関係とし、照明効率の高い明る
い画像を確保している。

【００５１】同図において、ＬＥＤ等の光源６から射出
した照明光束Ｌａは、照明光入射面ｒ１４からプリズム
１内に入射し、照明用反射面ｒ１３で反射され、射出面
ｒ１２より射出する。そして、画像表示部材４の直前に
設けられたコンデンサーレンズ５の表面ｒ１１より入射
し、画像表示部材４を介して画像表示素子３に入射す
る。ここでは照明光束を画像光束として変調し、反射し
て表示面ｒ１０から射出する。

【００５２】画像表示素子３の表示面ｒ１０からの表示
画像の光束Ｌは、画像表示部材４を経てその表面ｒ９か
ら射出し、更にコンデンサーレンズ５を経てその表面ｒ
８から射出し、プリズム１の入射面ｒ７に入射する。そ
の後の光束Ｌがプリズム１を透過する様子は第１の実施
形態と同様である。なお、プリズム１の射出面ｒ１２と
入射面ｒ７、コンデンサーレンズ５の表面ｒ１１とｒ８
は、それぞれ同一面である。

【００５３】ここでの照明光学系は、凸レンズであるコ
ンデンサーレンズ５と、凹面鏡である照明用反射面ｒ１
３とにより、瞳２と共役な面をプリズム１近傍に作成
し、ここに光源６を置く事で、照明効率の高い系を達成
している。これにより、照明光量を無駄なく用いた明る
い画像が観察可能となる。このように、プリズムの一部
に照明光学系を構成する事により、光学系全体のコンパ
クト化も図る事ができる。

【００５４】図１３は、本発明の第７の実施形態の情報
表示光学系の構成を模式的に示す縦断面図である。本実
施形態は、第１の実施形態の構成に、プリズムである偏
向補正部材を装着した例である。第１（及び第２，第
６）の実施形態においては、対向する反射面（第１，第
２の反射面）は平行に配置されているため、この部分は
Ｚ軸プラス方向又はマイナス方向からの外界光を歪なく
透過させ、瞳２に導く事ができる。ところが、ホログラ
ムの偏心量低減のため、ホログラム面ｒ３と光束選択面
は平行ではなく、角度を持たせて配設されている。

【００５５】即ち、ホログラム面ｒ３は傾いてプリズム
１下部に配置されているので、これによりプリズム１下
部は楔形状となり、この部分を通過した外界光は、等倍
であるが偏向されて出てくる。そこで、本実施形態で
は、図１３に示すように、ホログラム面ｒ３に接合、或
いは微小な間隔をおいて平行配置される斜面７ａを持
ち、対向する第１，第２の反射面の延長面にそれぞれ一
致した面７ｂ，７ｃを持つプリズムである偏向補正部材
７を装着している。これにより外界光の偏向が補正さ
れ、自然な外界光観察が可能となる。また、ホログラム
面ｒ３は平面であるので、ホログラム感材を構成しやす
く、さらには偏向補正部材７の斜面７ａを突き合わせる
ときの位置精度が低くて済み、装着が容易となる。

【００５６】また、これまで述べてきたように、対向す
る反射面の面間反射は全反射としており、外界光は遮断
されないので、広い外界観察領域が得られる。以上のよ
うな状態で、ホログラム面ｒ３はコンバイナとしての働
きを持つ。つまり、ホログラム面ｒ３のような反射型ホ
ログラムは、特定の波長（回折波長）の光にしか作用し
ないので、上記図４で説明したように、外界光と画像光
を重合して観察するシースルー型情報表示が可能とな
る。このことは、上記図５で説明したように、カラーホ
ログラムの場合でも同様である。なお、本実施形態のよ
うな偏向補正部材を設ける構成は、上記第２，第６の実
施形態においても適用可能である。

【００５７】図１４は、本発明が適用される頭部装着型
の画像表示装置の一例の外観図である。これまで述べて
きたように、本発明の情報表示光学系は、薄型の構成が
可能であるため、同図に示すように、眼鏡状の画像表示
装置を実現する事ができる。ここでは眼鏡のレンズに当
たる部分にプリズム１及び偏向補正部材７がはめ込ま
れ、その上部に照明光学系８が配置されている。

【００５８】また、フレーム９の先端からは、コード１
０が延びており、これが図示しないモバイルパソコンや
携帯電話等に接続され、ここから画像情報を受け取る仕
組みである。さらに、近距離ならばワイヤレスとする事
もできる。そして、上述したホログラムの特質により、
高いシースルー機能も確保されるので、使用者に負担の
少ない、常時装着可能なＨＭＤ（ヘッドマウンテッドデ
ィスプレイ）となる。これは、いわゆるウェアラブルコ
ンピューターの画像表示装置としても最適なものとな
る。

【００５９】図１５は、前記頭部装着型の画像表示装置
の情報表示光学系部分の縦断面図である。同図に示すよ
うに、照明光学系８内のＬＥＤ等より成る光源６から出
た光は、コンデンサーレンズ５を経て画像表示素子３を
照明する。そして、ここで画像光として変調されて射出
し、画像表示部材４を経てプリズム１内を透過し、ホロ
グラム面ｒ３で反射されて瞳２に到達する。このとき、
プリズム１及び偏向補正部材７を通して外界像のシース
ルー観察も可能である。また、プリズム１及び偏向補正
部材７にレンズとしての働きを設け、視度補正機能を持
たせる事により、通常の眼鏡として兼用する事も可能で
ある。

【００６０】図１６は、本発明を携帯電話に適用した一
例の外観図である。本発明の情報表示光学系は、薄型の
構成が可能であるため、同図に示すように、携帯電話の
フリッパー部に内蔵された画像表示装置を実現する事が
できる。ここでは携帯電話の本体１１に回動自在に軸支
されたフリッパー部１２に、本発明の情報表示光学系を
内蔵し、観察窓１３より表示画像を観察する。これによ
り、携帯電話の通常の表示画面では表示できない、広視
野で詳細な画面表示を行う事ができる。

【００６１】また、フリッパー部１２内部に照明光学系
から接眼光学系まで全て内蔵されており、フリッパー部
１２の開閉により各光学要素の配置関係が変動しないの
で、誤差要因が少ない。このようにして、従来の携帯電
話の構成を大きく変更する事なく、本発明の情報表示光
学系を内蔵する事ができるので、携帯性に優れた画像表
示装置を実現する事ができる。

【００６２】図１７は、前記携帯電話のフリッパー部１
２に内蔵された画像表示装置の情報表示光学系部分の縦
断面図である。同図に示すように、照明光学系８内のＬ
ＥＤ等より成る光源６から出た光は、画像表示素子３を
照明する。そして、ここで画像光として変調されて射出
し、画像表示部材４を経て接眼光学系であるプリズム１
内を透過し、ホログラム面ｒ３で反射されて、観察窓１
３を経て瞳２に到達する。

【００６３】以下、本発明に係る光学系の構成を、コン
ストラクションデータを挙げて、更に具体的に示す。な
お、以下に挙げる実施例１〜６は、上述した第１〜第６
の実施形態にそれぞれ対応している。また、本発明の実
施例に用いたホログラムは全て、作成波長（記録波
長），使用波長共５３２ｎｍ、使用次数は１次である。
また、各面の配置データは、瞳面中心を原点としたグロ
ーバル座標系として表現されている。Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸の
方向は、上記図７で説明した通りである。そして、各々
ＸＳＣ，ＹＳＣ，ＺＳＣとして各面の位置を示す。単位
はｍｍである。また、Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸を回転軸としたと
きの、各面の傾きをＡＳＣ，ＢＳＣ，ＣＳＣとして表
す。単位は度である。

【００６４】ホログラム面の定義については、作成に用
いる２光束を定義する事により、ホログラムを一義的に
定義する。２光束の定義は、各光束の光源位置と、各光
源からの射出ビームが収束ビーム（ＶＩＡ）及び発散ビ
ーム（ＲＥＡ）のどちらであるかで行う。第１の点光源
（ＨＶ１）、第２の点光源（ＨＶ２）の座標をそれぞれ
（ＨＸ１，ＨＹ１，ＨＺ１）、（ＨＸ２，ＨＹ２，ＨＺ
２）とする。

【００６５】また、各実施形態においては、複雑なホロ
グラムによる波面再生を行うので、２光束の定義に加え
て、位相関数φにより入射光線に対する射出光線の方向
余弦でも定義する。位相関数φは以下の数１に示すホロ
グラム面の位置（Ｘ，Ｙ）による生成多項式であり、係
数が１次〜１０次までの昇順の単項式で表される。コン
ストラクションデータにおいては、位相関数φの係数Ｃ
_jを示す。

【００６６】

【数１】

【００６７】なお、係数Ｃ_jの番号ｊは、ｍ，ｎをＸ，
Ｙの指数として以下の数２で表される。

【００６８】

【数２】

【００６９】ここで、射出光線のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向
余弦は、以下の数３で表される。

【００７０】

【数３】

【００７１】なお、数３において、ｌ′，ｍ′，ｎ′は
各々射出光線の法線ベクトル、ｌ，ｍ，ｎは各々入射光
線の法線ベクトル、λは再生光束の波長、λ₀はホログ
ラム作成光束の波長である。

【００７２】コンストラクションデータにおいて、アナ
モルフィック非球面に関するパラメータは、各面とその
光軸との交点を原点とし、光軸をＺ軸としたときの、以
下の数４で定義されるＺ軸方向のサグＺを規定するもの
である（単位ｍｍ）。また、データ中の曲率半径はＹ軸
方向の曲率半径であり、ＲＤＸはＸ軸方向の曲率半径で
ある。

【００７３】

【数４】

【００７４】ここで、ＣＵＸ，ＣＵＹはそれぞれＸ軸方
向，Ｙ軸方向の曲率である。

【００７５】《実施例１》面番号曲率半径媒質 r1（瞳面） INFINITY AIR r2（光束選択面） INFINITY PMMA r3（ホログラム面） INFINITY 反射面２光束の定義 HV1:REA HV2:VIR HX1:0.000000×10⁺⁰ HY1:-.930000×10⁺¹ HZ1:-.195000×10⁺² HX2:0.000000×10⁺⁰ HY2:0.162516×10⁺⁶ HZ2:-.100000×10⁺⁹ HWL:532 位相係数 C2:6.8824×10^-1 C3:-1.1420×10^-3 C5: 3.4189×10^-3 C7:-4.0580×10^-4 C9: 9.1503×10^-4 C10:-4.4137×10^-5 C12: 9.0177×10^-5 C14:-2.5540×10^-3 C16: 1.0035×10^-5 C18:-1.7171×10^-4 C20: 2.0701×10^-3 C21: 2.6206×10^-6 C23:-6.2010×10^-7 C25: 9.8207×10^-5 C27:-8.9847×10^-4 C29:-1.0997×10^-6 C31: 5.4344×10^-6 C33:-3.0341×10^-5 C35: 2.2812×10^-4 C36:-6.8962×10^-8 C38:-2.1492×10^-7 C40:-2.6430×10^-6 C42: 5.7609×10^-6 C44:-3.3908×10^-5 C46: 3.8118×10^-8 C48: 1.0893×10^-7 C50: 4.2909×10^-7 C52:-6.2777×10^-7 C54: 2.7298×10^-6 C55: 2.4769×10^-10 C57:-5.5383×10^-9 C59:-7.9873×10^-9 C61:-2.3844×10^-8 C63: 2.9452×10^-8 C65:-9.1747×10^-8 r4（光束選択面） INFINITY 反射面 r5（第２の反射面） INFINITY 反射面 r6（第１の反射面） INFINITY 反射面 r7（入射面） INFINITY AIR r8（映像表示部材） INFINITY BK7 r9（表示面） INFINITY

【００７６】各面の配置面 XSC YSC ZSC ASC BSC CSC r1 0 0 0 0 0 0 r2 0 -4 14 2 0 0 r3 0 -3.5 14.52 -26 0 0 r4 0 -4 14 2 0 0 r5 0 1.6 17.2 2 0 0 r6 0 -4 14 2 0 0 r7 0 18.5 16.274 92 0 0 r8 0 22.624 18.559 54.146 0 0 r9 0 23.272 19.028 54.146 0 0

【００７７】《実施例２》面番号曲率半径媒質 r1（瞳面） INFINITY AIR r2（光束選択面） INFINITY PMMA r3（ホログラム面） INFINITY 反射面２光束の定義 HV1:REA HV2:VIR HX1:0.000000×10⁺⁰ HY1:0.000000×10⁺⁰ HZ1:0.000000×10⁺⁰ HX2:0.000000×10⁺⁰ HY2:0.000000×10⁺⁰ HZ2:0.000000×10⁺⁰ HWL:532 位相係数 C2: 2.6330×10^-1 C3:-1.9347×10^-2 C5:-1.1701×10^-2 C7: 3.5433×10^-5 C9: 1.5459×10^-3 C10:-2.3974×10^-5 C12: 6.9740×10^-5 C14:-2.5481×10^-3 C16: 8.8403×10^-6 C18:-1.0732×10^-4 C20: 2.0558×10^-3 C21: 2.2541×10^-6 C23:-2.2649×10^-6 C25: 6.7359×10^-5 C27:-9.1221×10^-4 C29:-5.6362×10^-7 C31: 3.0260×10^-6 C33:-2.2099×10^-5 C35: 2.3860×10^-4 C36:-7.7663×10^-8 C38:-3.7407×10^-8 C40:-1.5800×10^-6 C42: 4.2657×10^-6 C44:-3.6746×10^-5 C46: 1.4380×10^-8 C48: 4.9339×10^-8 C50: 2.9537×10^-7 C52:-4.6725×10^-7 C54: 3.0856×10^-6 C55: 8.7525×10^-10 C57:-2.3972×10^-9 C59:-4.9346×10^-9 C61:-1.8629×10^-8 C63: 2.2286×10^-8 C65:-1.0907×10^-7 r4（光束選択面） INFINITY 反射面 r5（第１の反射面） INFINITY 反射面 r6（第２の反射面） INFINITY 反射面 r7（第１の反射面） INFINITY 反射面 r8（入射面） INFINITY AIR r9（映像表示部材） INFINITY BK7 r10 （表示面） INFINITY

【００７８】各面の配置面 XSC YSC ZSC ASC BSC CSC r1 0 0 0 0 0 0 r2 0 -4 14 2 0 0 r3 0 -3.5 14.52 -26 0 0 r4 0 -4 14 2 0 0 r5 0 1.6 17.2 2 0 0 r6 0 -4 14 2 0 0 r7 0 1.6 17.2 2 0 0 r8 0 26.173 17.367 85.959 0 0 r9 0 29.819 10.670 123.868 0 0 r10 0 30.483 10.224 123.868 0 0

【００７９】《実施例３》面番号曲率半径媒質 r1（瞳面） INFINITY AIR r2（光束選択面） INFINITY PMMA r3（ホログラム面） INFINITY 反射面２光束の定義 HV1:REA HV2:VIR HX1:0.000000×10⁺⁰ HY1:-.930000×10⁺¹ HZ1:-.195000×10⁺² HX2:0.000000×10⁺⁰ HY2:0.162518×10⁺⁶ HZ2:-.100000×10⁺⁹ HWL:532 位相係数 C2: 6.8432×10^-1 C3:-9.5823×10^-5 C5: 2.2687×10^-3 C7:-4.4443×10^-4 C9: 2.2032×10^-3 C10:-7.5545×10^-5 C12: 2.5738×10^-4 C14:-4.0800×10^-3 C16: 2.3576×10^-5 C18:-3.8193×10^-4 C20: 2.8456×10^-3 C21: 5.0913×10^-6 C23:-8.1124×10^-6 C25: 2.2428×10^-4 C27:-1.0916×10^-3 C29:-1.9638×10^-6 C31: 1.2774×10^-5 C33:-7.4305×10^-5 C35: 2.4590×10^-4 C36:-1.3905×10^-7 C38:-2.6899×10^-7 C40:-5.6310×10^-6 C42: 1.5023×10^-5 C44:-3.2193×10^-5 C46: 6.3049×10^-8 C48: 1.6803×10^-7 C50: 9.2358×10^-7 C52:-1.7072×10^-6 C54: 2.2437×10^-6 C55: 8.2683×10^-10 C57:-9.9422×10^-9 C59:-1.1891×10^-8 C61:-5.3729×10^-8 C63: 8.2292×10^-8 C65:-6.3340×10^-8 r4（光束選択面） INFINITY 反射面 r5（第２の反射面） INFINITY 反射面 r6（第１の反射面） INFINITY 反射面 r7（入射面） INFINITY AIR r8（映像表示部材） INFINITY BK7 r9（表示面） INFINITY

【００８０】各面の配置面 XSC YSC ZSC ASC BSC CSC r1 0 0 0 0 0 0 r2 0 -4 14 2 0 0 r3 0 -3.5 14.52 -26 0 0 r4 0 -4 14 2 0 0 r5 0 1.6 17.2 0 0 0 r6 0 7.440 13.601 8 0 0 r7 0 8.446 -49.727 103.314 0 0 r8 0 26.186 13.609 73.060 0 0 r9 0 26.952 13.842 73.060 0 0

【００８１】《実施例４》面番号曲率半径媒質 r1（瞳面） INFINITY AIR r2（光束選択面） 521.799 PMMA アナモルフィック非球面 KY: 0.000000 KX: 0.000000 RDX: 1624.78 AR:-.904617×10^-6 BR:0.545631×10^-9 CR:0.242759×10^-11 AP:0.000000×10⁺⁰ BP:0.000000×10⁺⁰ CP:0.000000×10⁺⁰ r3（ホログラム面） INFINITY 反射面２光束の定義 HV1:REA HV2:VIR HX1:0.000000×10⁺⁰ HY1:-.930000×10⁺¹ HZ1:-.195000×10⁺² HX2:0.000000×10⁺⁰ HY2:0.162516×10⁺⁶ HZ2:-.100000×10⁺⁹ HWL:532 位相係数 C2: 6.8873×10^-1 C3:-4.1293×10^-3 C5: 2.3958×10^-3 C7:-5.5767×10^-4 C9: 7.1611×10^-4 C10:-3.6017×10^-5 C12: 2.7273×10^-5 C14:-2.3152×10^-3 C16: 1.1177×10^-5 C18:-1.0588×10^-4 C20: 1.8914×10^-3 C21: 1.5599×10^-6 C23:-2.4275×10^-6 C25: 6.9042×10^-5 C27:-8.5536×10^-4 C29:-8.1008×10^-7 C31: 2.9542×10^-6 C33:-2.3916×10^-5 C35: 2.2816×10^-4 C36:-4.5807×10^-8 C38: 4.6875×10^-9 C40:-1.5252×10^-6 C42: 4.8016×10^-6 C44:-3.5890×10^-5 C46: 1.9992×10^-8 C48: 4.5134×10^-8 C50: 2.8065×10^-7 C52:-5.3410×10^-7 C54: 3.0835×10^-6 C55: 3.6847×10^-10 C57:-3.2688×10^-9 C59:-4.0812×10^-9 C61:-1.7726×10^-8 C63: 2.5477×10^-8 C65:-1.1167×10^-7 r4（光束選択面） 521.799 反射面（アナモルフィック非球面） KY:0.000000 KX:0.000000 RDX:1624.78 AR:-.904617×10^-6 BR:0.545631×10^-9 CR:0.242759×10^-11 AP:0.000000×10⁺⁰ BP:0.000000×10⁺⁰ CP:0.000000×10⁺⁰ r5（第２の反射面） 212.709 反射面（アナモルフィック非球面） KY:0.000000 KX:0.000000 RDX: 135.59298 AR:0.449986×10^-5 BR:0.265979×10^-7 CR:0.143961×10^-9 AP:0.000000×10⁺⁰ BP:0.000000×10⁺⁰ CP:0.000000×10⁺⁰ r6（第１の反射面） 521.799 反射面（アナモルフィック非球面） KY:0.000000 KX:0.000000 RDX: 1624.78 AR:-.904617×10^-6 BR:0.545631×10^-9 CR:0.242759×10^-11 AP:0.000000×10⁺⁰ BP:0.000000×10⁺⁰ CP:0.000000×10⁺⁰ r7（入射面） 650.688 AIR r8（映像表示部材） INFINITY BK7 r9（表示面） INFINITY

【００８２】各面の配置面 XSC YSC ZSC ASC BSC CSC r1 0 0 0 0 0 0 r2 0 -4 14 2 0 0 r3 0 -3.5 14.52 -26 0 0 r4 0 -4 14 2 0 0 r5 0 1.6 17.2 2 0 0 r6 0 -4 14 2 0 0 r7 0 18.5 16.274 92 0 0 r8 0 21.296 18.260 70.558 0 0 r9 0 22.050 18.526 70.558 0 0

【００８３】《実施例５》面番号曲率半径媒質 r1（瞳面） INFINITY AIR r2（光束選択面） -3634.791 PMMA（アナモルフィック非球面） KY:0.000000 KX:0.000000 RDX:48284.671 AR:0.306096×10^-7 BR:0.180844×10^-10 CR:-.845751×10^-11 AP:-.256283×10⁺¹ BP:0.365035×10⁺¹ CP:0.881357×10^-1 r3（ホログラム面） INFINITY 反射面２光束の定義 HV1:REA HV2:VIR HX1:0.000000×10⁺⁰ HY1:-.930000×10⁺¹ HZ1:-.195000×10⁺² HX2:0.000000×10⁺⁰ HY2:0.162516×10⁺⁶ HZ2:-.100000×10⁺⁹ HWL:532 位相係数 C2: 6.9110×10^-1 C3:-8.9702×10^-4 C5: 2.6889×10^-3 C7:-5.0039×10^-4 C9: 2.1491×10^-3 C10:-7.6066×10^-5 C12: 2.5558×10^-4 C14:-4.0910×10^-3 C16: 2.3755×10^-5 C18:-3.8238×10^-4 C20: 2.8438×10^-3 C21: 5.0223×10^-6 C23:-8.0868×10^-6 C25: 2.2409×10^-4 C27:-1.0917×10^-3 C29:-1.9433×10^-6 C31: 1.2785×10^-5 C33:-7.4329×10^-5 C35: 2.4587×10^-4 C36:-1.3752×10^-7 C38:-2.6743×10^-7 C40:-5.6290×10^-6 C42: 1.5020×10^-5 C44:-3.2191×10^-5 C46: 6.3467×10^-8 C48: 1.6722×10^-7 C50: 9.2383×10^-7 C52:-1.7073×10^-6 C54: 2.2440×10^-6 C55: 7.7127×10^-10 C57:-9.9455×10^-9 C59:-1.2020×10^-8 C61:-5.3627×10^-8 C63: 8.2346×10^-8 C65:-6.3220×10^-8 r4（光束選択面） -3634.791 反射面（アナモルフィック非球面） KY:0.000000 KX:0.000000 RDX:48284.671 AR:0.306096×10^-7 BR:0.180844×10^-10 CR:-.845751×10^-11 AP:-.256283×10⁺¹ BP:0.365035×10⁺¹ CP:0.881357×10^-1 r5（第２の反射面） -6093.456 反射面（アナモルフィック非球面） KY:0.000000 KX:0.000000 RDX:1030.495 AR:0.841364×10^-6 BR:0.427764×10^-8 CR:0.255300×10^-10 AP:-.745149×10^-1 BP:0.415246×10^-1 CP:0.691444×10^-1 r6（第１の反射面） 1337.490 反射面（アナモルフィック非球面） KY:0.000000 KX:0.000000 RDX:-162.844 AR:0.564099×10^-7 BR:-.181479×10^-8 CR:0.199511×10^-11 AP:0.599536×10^-1 BP:-.768584×10⁺⁰ CP:0.141875×10⁺⁰ r7（入射面） 964.322 AIR（アナモルフィック非球面） KY:0.000000 KX:0.000000 RDX:-60.681 AR:-.356007×10^-7 BR:-.552592×10^-11 CR:0.175467×10^-14 AP:0.146587×10⁺⁰ BP:0.453286×10⁺⁰ CP:0.596221×10^-1 r8（映像表示部材） INFINITY BK7 r9（表示面） INFINITY

【００８４】各面の配置面 XSC YSC ZSC ASC BSC CSC r1 0 0 0 0 0 0 r2 0 -4 14 2 0 0 r3 0 -3.5 14.52 -26 0 0 r4 0 -4 14 2 0 0 r5 0 1.6 17.2 2 0 0 r6 0 7.440 13.601 8 0 0 r7 0 8.339 -49.629 103.161 0 0 r8 0 25.985 13.447 81.911 0 0 r9 0 26.777 13.560 81.911 0 0

【００８５】《実施例６》面番号曲率半径媒質 r1（瞳面） INFINITY AIR r2（光束選択面） INFINITY PMMA r3（ホログラム面） INFINITY 反射面２光束の定義 HV1:REA HV2:VIR HX1:0.000000×10⁺⁰ HY1:-.930000×10⁺¹ HZ1:-.195000×10⁺² HX2:0.000000×10⁺⁰ HY2:0.162516×10⁺⁶ HZ2:-.100000×10⁺⁹ HWL:532 位相係数 C2: 6.8410×10^-1 C3:-1.1508×10^-3 C5: 2.6937×10^-3 C7:-5.6257×10^-4 C9: 1.7114×10^-3 C10:-9.2874×10^-5 C12: 1.5613×10^-4 C14:-4.5934×10^-3 C16: 2.7208×10^-5 C18:-2.2006×10^-4 C20: 3.9194×10^-3 C21: 6.5878×10^-6 C23:-3.0441×10^-6 C25: 1.4211×10^-4 C27:-1.8275×10^-3 C29:-1.7862×10^-6 C31: 4.7416×10^-6 C33:-5.0234×10^-5 C35: 5.0373×10^-4 C36:-1.9904×10^-7 C38:-1.7706×10^-7 C40:-2.5102×10^-6 C42: 1.0445×10^-5 C44:-8.1905×10^-5 C46: 4.8792×10^-8 C48: 1.4843×10^-7 C50: 4.1718×10^-7 C52:-1.1815×10^-6 C54: 7.2665×10^-6 C55: 1.9918×10^-9 C57:-8.2678×10^-9 C59:-1.1773×10^-8 C61:-2.2918×10^-8 C63: 5.5394×10^-8 C65:-2.7140×10^-7 r4（光束選択面） INFINITY 反射面 r5（第２の反射面） INFINITY 反射面 r6（第１の反射面） INFINITY 反射面 r7（入射面） INFINITY AIR r8（コンデンサー） 25 BK7 r9（映像表示部材） INFINITY BK7 r10 （表示面） INFINITY r11 （コンデンサー） 25 AIR r12 （射出面） INFINITY PMMA r13 （照明用反射面） -23 反射面 r14 （照明光入射面） INFINITY AIR

【００８６】各面の配置面 XSC YSC ZSC ASC BSC CSC r1 0 0 0 0 0 0 r2 0 -4 14 2 0 0 r3 0 -3.5 14.52 -26 0 0 r4 0 -4 14 2 0 0 r5 0 1.6 17.2 2 0 0 r6 0 -4 14 2 0 0 r7 0 19.331 37.594 87.098 0 0 r8 0 22.567 18.147 70.784 0 0 r10 0 23.984 18.641 70.784 0 0 r11 0 22.567 18.147 70.784 0 0 r12 0 19.331 37.594 87.098 0 0 r13 0 16 18 -60 0 0 r14 0 17 13.2 -15 0 0

【００８７】なお、特許請求の範囲で言う画像表示手段
は、実施形態における画像表示素子に対応している。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
薄型のコンパクトな構成が可能であり、また広い表示画
角においても良好な映像が得られ、さらには外界の自然
なシースルー観察も可能な情報表示光学系を提供する事
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】幾何学的な正反射とホログラムによる回折反射
との比較説明図。

【図２】幾何学的な正反射とホログラムによる回折反射
との比較説明図。

【図３】透過型及び反射型ホログラムの回折波長巾を説
明するグラフ。

【図４】入射光の波長に対する反射光と透過光の強度関
係を示すグラフ（単色）。

【図５】入射光の波長に対する反射光と透過光の強度関
係を示すグラフ（カラー）。

【図６】ホログラム製造光学系の概略構成を模式的に示
す図。

【図７】第１の実施形態の情報表示光学系の構成を模式
的に示す縦断面図。

【図８】第２の実施形態の情報表示光学系の構成を模式
的に示す縦断面図。

【図９】第３の実施形態の情報表示光学系の構成を模式
的に示す縦断面図。

【図１０】第４の実施形態の情報表示光学系の構成を模
式的に示す縦断面図。

【図１１】第５の実施形態の情報表示光学系の構成を模
式的に示す縦断面図。

【図１２】第６の実施形態の情報表示光学系の構成を模
式的に示す縦断面図。

【図１３】第７の実施形態の情報表示光学系の構成を模
式的に示す縦断面図。

【図１４】本発明が適用される頭部装着型の画像表示装
置の一例の外観図。

【図１５】頭部装着型の画像表示装置の情報表示光学系
部分の縦断面図。

【図１６】本発明を携帯電話に適用した一例の外観図。

【図１７】携帯電話のフリッパー部に内蔵された画像表
示装置の情報表示光学系部分の縦断面図。

【符号の説明】

１プリズム２瞳３画像表示素子４画像表示部材５コンデンサーレンズ６光源７偏向補正部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷尻靖大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内Ｆターム(参考） 2H049 CA01 CA05 CA09 CA22 CA28 2H087 KA23 LA11 RA06 RA11 RA12 RA13 TA01 TA05 TA06 2K008 AA14 BB04 BB06 CC03 EE04 FF07 FF17 HH03 HH06 HH18 9A001 HH34 KK16 KK31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに対向して配置された少なくとも２
つの反射面と、反射型ホログラムから成るホログラム面
とを有するプリズムを備え、前記反射面の内、少なくとも１つは入射角度により透
過，反射を選択的に行う光束選択面であって、前記プリズムに入射した画像表示手段からの画像光は、
前記反射面間で反射され、続いて前記ホログラム面で回
折反射されて、更に前記光束選択面を透過した後、観察
者の瞳に導かれる事を特徴とする情報表示光学系。
【請求項２】前記ホログラムは体積型及び位相型であ
る事を特徴とする請求項１に記載の情報表示光学系。
【請求項３】前記ホログラムは前記画像光を前記観察
者の瞳に拡大投影する光学的パワーを有する事を特徴と
する請求項１又は請求項２に記載の情報表示光学系。
【請求項４】前記ホログラムは、前記ホログラム面で
の正反射角より大きい回折反射角を有する事を特徴とす
る請求項１〜請求項３のいずれかに記載の情報表示光学
系。
【請求項５】前記互いに対向して配置された反射面
は、前記画像光の前記プリズムへの入射側に開いた角度
を成す事を特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに
記載の情報表示光学系。
【請求項６】前記プリズムを透過する外界光の偏向を
補正する偏向補正部材を備えた事を特徴とする請求項１
〜請求項４のいずれかに記載の情報表示光学系。
【請求項７】前記偏向補正部材は前記ホログラム面で
前記プリズムに装着され、前記互いに対向して配置され
た反射面と同一平面上にそれぞれ面を持つ事を特徴とす
る請求項６に記載の情報表示光学系。
【請求項８】前記互いに対向して配置された反射面
は、互いに略平行を成す事を特徴とする請求項６又は請
求項７に記載の情報表示光学系。
【請求項９】前記互いに対向して配置された反射面間
の反射は全反射である事を特徴とする請求項６〜請求項
８のいずれかに記載の情報表示光学系。
【請求項１０】前記ホログラム面は平面である事を特
徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の情報表
示光学系。
【請求項１１】前記互いに対向して配置された反射面
の内、少なくとも１つは曲面である事を特徴とする請求
項１〜請求項１０のいずれかに記載の情報表示光学系。
【請求項１２】入射面と、第１の反射面と、入射角度により反射，透過を選択的に行う光束選択面
と、入射光を収束させる反射型ホログラムよりなる第２の反
射面と、を有する光学素子又は光学系において、前記第
１の反射面と光束選択面は対向又は略対向に配置され、入射光は、前記第２の反射面を通過後、光束選択面を透
過する事を特徴とする光学素子又は光学系。
【請求項１３】情報表示部と請求項１２に記載の光学
素子又は光学系とよりなる情報表示装置。