JP2002287078A

JP2002287078A - イメージコンバイナ及びこれを用いた画像表示装置

Info

Publication number: JP2002287078A
Application number: JP2001086302A
Authority: JP
Inventors: Kenji Hori; 健治堀
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2002-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】板状部の厚みを薄くしつつ、表示画像の画角
を広くするとともに、表示画像に対する射出瞳径を大き
くする。【解決手段】使用時に、光学材料で構成され眼鏡レン
ズに相当する板状部３が、使用者の眼の前に位置する。
イメージコンバイナ１１は、板状部１５の前方から板状
部１５の厚みを通過するように板状部１５を透過する光
に対して、画像表示素子からの光を重畳させて、眼１６
に導く。画像表示素子１２からの光は、板状部１５の眼
１６と反対側の面１５ｂから面１５ｂに対して斜めに入
射し、面１５ｂで屈折して板状部１５内に入り、透過型
ＨＯＥ１７を透過する。このとき、この光は、透過型Ｈ
ＯＥ１７により、光路偏向作用及び結像作用を受ける。
その後、この光は、板状部１５の眼１６側の面１５ａか
ら板状部１５外へ射出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、使用者が外界など
の前方からの光による像とこれに重畳された表示画像を
見ることができるイメージコンバイナ、及びこれを用い
た頭部装着式等の画像表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、使用者が外界の様子を観察し
ながらこれに重畳された表示画像を見ることができる、
いわゆるシースルー型の頭部装着式画像表示装置（ヘッ
ド・マウンテッド・ディスプレイ）として、例えば、笠
井らの"Actually wearable see-though display using
HOE"と題する論文（2nd International Conference onO
ptical Design and Fabrication（ODF200,Tokyo）論文
予稿集、pp.117-120、２０００年１１月１５日発行）に
開示された画像表示装置が知られている。

【０００３】この種の画像表示装置の一例について、図
１３を参照して説明する。図１３は、この画像表示装置
の構成及びその光線（画像表示素子２からの光線のみ）
の経路を示す図である。ここでは、図１に示す座標系と
同じ対応関係を持つように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸
及びＺ軸を定義する。

【０００４】この画像表示装置は、イメージコンバイナ
１と、ＬＣＤ等の画像表示素子２とを備えている。イメ
ージコンバイナ１は、ガラスやプラスティック等の光学
材料で平行平板状に構成された板状部３を備えている。
板状部３は、眼鏡レンズと同様に、使用者の頭部に装着
されて、使用者の眼の前に位置する。図１３において、
Ｐは、イメージコンバイナ１の、画像表示素子２からの
光に対する射出瞳を示す。この射出瞳Ｐが使用者の眼の
瞳とほぼ一致するように、イメージコンバイナ１が使用
者に装着される。図１３では、Ｚ軸方向が板状部３の厚
み方向と一致している。板状部３の眼の側の面３ａ及び
眼と反対側の面３ｂは、ＸＹ平面と平行となっている。
なお、板状部３は、図１３中の下方にも延びているが、
その図示は省略している。

【０００５】イメージコンバイナ１は、板状部３の前方
から板状部３の厚みｄを通過するように（すなわち、面
３ｂから入射して面３ａから射出するように）板状部３
を透過する光（以下、「外界光」という。）に対して、
画像表示素子２からの光を重畳させて、使用者の眼に導
くように構成されている。すなわち、この画像表示装置
では、板状部３における使用者の眼と対向する位置付近
において、板状部３の内部に、反射型ホログラム光学素
子（反射型ＨＯＥ）４が設けられている。画像表示素子
２からの光の波長は、この反射型ＨＯＥ４の回折効率ピ
ークの波長と略一致しており、画像表示素子２からの光
を反射する。一方、反射型ＨＯＥ４は透明であり、外界
光（図示せず）を透過させる。

【０００６】図１３において、点Ａ１，Ａ２は、画像表
示素子２の表示部の図中紙面内での両端の位置をそれぞ
れ示す。画像表示素子２は、使用者が外界を観察するの
を妨げないとともに、使用者が当該画像表示装置を装着
するときに邪魔にならない位置に配置されている。板状
部３の図１３中の斜め上方に配置された画像表示素子２
からの光は、板状部３の上部の曲面の領域Ｒ１から板状
部３内に入射して、面３ａの領域Ｒ２に臨界角より大き
い入射角で入射し、領域Ｒ２の内側で全反射される。こ
の光は、面３ｂの領域Ｒ３に臨界角より大きい入射角で
入射し、領域Ｒ３の内側で全反射される。さらに、この
光は、面３ａの領域Ｒ４に臨界角より大きい入射角で入
射し、領域Ｒ４の内側で全反射される。その後、この光
は、反射型ＨＯＥ４で反射された後に、面３ａで屈折さ
れ、イメージコンバイナ１の射出瞳Ｐの位置の使用者の
眼の瞳に入射する。この時、画像表示素子２の同一点か
ら発した光は、互いに平行または、使用者から見える表
示画像の距離が、予め定める一定の値（明視距離など）
になるように所定の開き角を持った状態となる。一方、
外界光は、面３ｂ、反射型ＨＯＥ４及び面３ｂを透過し
て、使用者の眼の瞳に入射する。したがって、使用者
は、外界の像と表示画像とが重畳された像を視認するこ
とができる。

【０００７】この画像表示装置では、使用者の眼に対向
する位置付近において比較的薄い板状部３内に反射型Ｈ
ＯＥ４が設けられているので、使用者の眼の前に大きな
ブロック状のビームスプリッタを配置する画像表示装置
（例えば、特開平６−２５８５９４号公報等）に比べ
て、著しく軽量化及びコンパクト化され、通常の眼鏡の
使用感に近い使用感が得られるなどの利点が得られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者の研究の結果、図１３に示すような画像表示装置で
は、使用者の眼に対向する位置付近において板状部３内
に反射型ＨＯＥ４が設けられていることに起因して、後
述するような種々の制約が生じ、ひいては、板状部３を
より薄くしたり、表示画像の画角をより広げたり、イメ
ージコンバイナ１の表示画像に対する射出瞳Ｐの径をよ
り大きくしたりすることが困難であることが、判明し
た。このような従来の画像表示装置の限界は、本発明者
の研究の結果、初めて明らかになったものである。

【０００９】板状部３をより薄くすることは、一層の軽
量化につながり、通常の眼鏡の使用感により近い使用感
が得られることになる。表示画像の画角をより広げるこ
とは、使用者がより大きな表示画像を見ることができる
ことになり、表示画像の視認性の向上等につながる。表
示画像に対する射出瞳Ｐの径が小さいと、射出瞳Ｐの位
置に対して使用者の眼の瞳の位置がわずかにずれただけ
でも、画像表示素子４の表示部の周辺部からの光がけら
れて表示画像の周辺部が欠けて見えてしまう。このた
め、使用に際して、イメージコンバイナ１を使用者の眼
に対して厳密に位置合わせする必要があり、非常に不便
である。したがって、表示画像に対する射出瞳Ｐの径を
より大きくすることは、イメージコンバイナ１と使用者
の眼との位置ずれの許容量が増大することにつながり、
位置合わせの煩わしさをより低減又は解消することがで
きることになる。これらの事項は、頭部装着式の画像表
示装置としての価値を高める上で極めて本質的で重要な
事項である。

【００１０】ここで、図１３に示すような画像表示装置
が本来的に有する種々の制約について説明する。

【００１１】［第１の制約：反射型ＨＯＥ４に対する入
射方向の制約］

【００１２】使用者の眼と対向する位置付近において板
状部３の内部に設けられたＨＯＥ４は、反射型であるた
め、反射型ＨＯＥ４に対する表示画像の入射光は、必ず
使用者の眼の側から反射型ＨＯＥ４に入射しなければな
らない。そうしないと、表示画像からの光が、反射型Ｈ
ＯＥ４で反射した後に、使用者の眼に到達することがで
きなくなる。

【００１３】［第２の制約：内側空間のクリアランスの
制約］

【００１４】使用者の眼付近の内側空間（板状部３に対
する眼の側の空間、図１３では板状部３に対する左側空
間）について述べると、使用者の眼は傷を受け易いた
め、安全上、画像表示素子２、またはその他の突起物を
眼の近くに配置することは好ましくない。したがって、
使用者の眼の視野内に反射型ＨＯＥ４を設ける場合は、
反射型ＨＯＥ４は、図１３に示すように板状部３内、あ
るいは板状部３の眼と反対側の面（図１３では板状部３
の右側の面）、あるいは、外側空間（図１３中の板状部
３に対する右側空間、図１３では板状部３に対する右側
空間）に配置する。反射型ＨＯＥ４が板状部３内又は板
状部３の眼と反対側の面に配置される場合には、画像表
示素子２からの光は、必ず板状部３の眼の側の面３ａで
反射してから反射型ＨＯＥ４に入射する必要があると言
える。このときの反射位置は、図１３中の板状部３の面
３ａの領域Ｒ４に対応する。

【００１５】なお、図１３に示す例では、板状部３の面
３ａ，３ｂで合計３回反射する例であるが、前記第１及
び第２の制約から生ずる下記第３乃至第６の制約は、板
状部３の面３ａ，３ｂでの反射回数が異なる場合にも同
様に存在するものである。

【００１６】［第３の制約：面３ａ，３ｂでの反射角度
の制約］

【００１７】一方、板状部３は、表示画像の光だけでな
く同時に外部からの光を通過させなければならないため
に、領域Ｒ４での反射は全反射であることが必要とな
る。そのため、領域Ｒ４での表示画像の反射光の角度は
すべて臨界角度以上の値である必要がある。板状部３の
厚さｄをより薄くしたい場合には領域Ｒ４での反射角度
を臨界角よりも更に大きくする必要がある。

【００１８】［第４の制約：反射領域が重ならないため
の制約］

【００１９】図１３から明らかなように、領域Ｒ１と領
域Ｒ３は位置的に重なって存在することができない。ま
た、領域Ｒ２と領域Ｒ４も位置的に重なって存在するこ
とができない。したがって、板状部３の厚さｄを薄くす
る場合、画像表示素子２からの光に対するイメージコン
バイナ１の射出瞳Ｐの径（図１３中の紙面内の径）と画
像表示素子２の表示部の大きさ（図１３中の紙面内の長
さ）に応じて、画像表示素子２からの光の板状部３の面
３ａ，３ｂに対する入射角度及び反射角度を充分に大き
くする必要がある。

【００２０】［第５の制約：観察系射出光の角度の制
約］

【００２１】他方、反射型ＨＯＥ４で反射した後、使用
者の瞳に入射させる画像表示素子２からの光の進行方向
は、使用者の視野の中心付近に対応するものであること
が望ましい。したがって、薄い板状部３、とりわけ、画
像表示素子２の表示部の図１３中の紙面内の長さ又はそ
れ以下の厚さの板状部３において反射型ＨＯＥ４を用い
る場合は、反射型ＨＯＥ４に対する画像表示素子２から
の光線の入射角度が大きく、かつ、その入射角度は反射
型ＨＯＥ４の反射面の法線に対して片側方向（図１３中
の時計方向）に片寄っていて、かつ、反射型ＨＯＥ４か
らの反射光の進行方向は使用者の目線の正面方向（図１
３中の左方向）近傍を含むものである必要がある。

【００２２】［第６の制約：ＨＯＥ面の傾斜量の制約］

【００２３】板状部３を薄くする場合、取り分け、反射
型ＨＯＥ４の有効径（図１３中の紙面内の有効径）が板
状部３の厚さｄに近い大きさ又はこれより大きい大きさ
を持つときには、反射型ＨＯＥ４を板状部３に内蔵する
と、反射型ＨＯＥ４の面を板状部３の面３ａ，３ｂに対
して大きく傾けることが不可能となる。このため、反射
型ＨＯＥ４を薄い板状部３に内蔵する場合には、反射型
ＨＯＥ４の面の傾斜量を大きくすることで入射角度を小
さくすることはできなくなる。したがって、反射型ＨＯ
Ｅ４は、入射角度が反射角度に比べて大きくなるような
反射特性を持つ必要がある。ＨＯＥの場合、入射角度ま
たは射出角度を大きくした配置で使う場合、そのＨＯＥ
が発生する収差量が大きくなり、良好な結像性能を持つ
光学系を構成することが困難となる。

【００２４】以上説明した第１乃至第６の制約のため、
図１３に示すような画像表示装置では、板状部３をより
薄くしたり、表示画像の画角をより広げたり、イメージ
コンバイナ１の表示画像に対する射出瞳Ｐの径をより大
きくしたりすることが困難であった。

【００２５】この点について補足する。（１）画像表示
素子２は、使用者が外部を観察するのを妨げない位置に
配置する必要がある。（２）また、画像表示素子２は、
使用者が装置を装着するときに邪魔にならない位置に配
置する必要がある。（３）板状部３は、眼鏡と同様に、
使用者の顔に装着して使用される。これらの（１）〜
（３）のため、画像表示素子２から発せられた光が使用
者の瞳の中心、すなわちアイポイントに導かれる経路が
レンズ基板外の使用者の顔面から十分に離れている必要
がある。したがって、画像表示素子２からアイポイント
までの光路は板状部３内もしくは、板状部３に対して使
用者と逆側の空中のみに限定される。そのような場合
に、板状部３を薄くすると、画像表示素子２から発せら
れた光を使用者のアイポイントに導くための光路変更素
子として偏向角が９０度以上の反射型ＨＯＥ４が使われ
ているので、使用できる光路が狭い範囲に制限されてし
まうことから、十分に大きな射出瞳Ｐの径を持つ光学系
や十分に大きい画角を持つ光学系を実現することができ
ない。また、反射型ＨＯＥ４を用いて薄い板状部３内で
光路を確保するためには反射型ＨＯＥ４に対する光線の
入射角度又は反射角度が大きくならざるを得ない。その
場合、反射型ＨＯＥ４が発生する収差が大きくなり、他
の光学要素と組み合わせて全体の収差を補正することが
困難となると同時に、各部光学要素の製造誤差許容量も
厳しくなる。

【００２６】反射型ＨＯＥ４の有効径に関して述べる。
反射型ＨＯＥ４が使用者の眼と対向する位置付近におい
て板状部３の内部に設けられていることから、十分に大
きな射出瞳Ｐの径と視野角（表示画像の画角）を確保す
るためには、反射型ＨＯＥ４の有効径を大きくすべきで
ある。しかし、前述したように反射型ＨＯＥ４の板状部
３の面３ａ，３ｂに対する傾き量を大きくすることがで
きないので、結局、反射型ＨＯＥ４の有効径を大きくす
ることができない。したがって、画像表示素子２に対す
る射出瞳Ｐの径をより大きくしたり、表示画像の画角を
より広げたりすることができない。

【００２７】なお、以上説明した事情は、いわゆるシー
スルー型の頭部装着式画像表示装置のみならず、例え
ば、カメラのファインダーや顕微鏡や双眼鏡などにおい
て、観察画像に表示画像を重畳させて使用者に見ること
を可能にする画像表示装置などについても、同様であ
る。

【００２８】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、使用者が外界などの前方からの光による像と
これに重畳された表示画像を見ることができるイメージ
コンバイナにおいて、板状部の厚みが薄いにも関わら
ず、表示画像の画角をより広くしたり表示画像に対する
射出瞳径をより大きくしたりすることができるイメージ
コンバイナ、及びこれを用いた頭部装着式等の画像表示
装置を提供することを目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記従来の
画像表示装置の限界の認識とその分析に基づいて更に研
究した結果、従来の画像表示装置の限界を打破するに
は、板状部を利用したイメージコンバイナ（光学材料で
構成され光学的パワーを持つかあるいは光学的パワーを
持たない板状部を備え、使用時に前記板状部の少なくと
も一部が使用者の眼の前に位置し、前記板状部の前方か
ら前記板状部の厚みを通過するように前記板状部を透過
する光に対して、画像表示素子からの光を重畳させて、
前記眼に導くイメージコンバイナ）において、板状部に
おける前記眼と対向する位置付近において、前記板状部
の内部及び／又は前記眼の側の面に、光路偏向作用を持
つ透過型ホログラム光学素子を設けることが有効である
ことを見出した。すなわち、本発明者は、板状部を利用
したイメージコンバイナにおいて、板状部における使用
者の眼と対向する位置付近に透過型ホログラム光学素子
を用いると、一方側から入射した光が他方側へ射出する
という透過型ホログラム光学素子の特性が、板状部を利
用したイメージコンバイナの性質と巧みに結合して、板
状部の厚みが薄いにも関わらず表示画像の画角をより広
くしたり表示画像に対する射出瞳径をより大きくしたり
することが可能になることを見出した。本発明は、この
ような本発明者による研究の結果に基づいてなされたも
のである。

【００３０】すなわち、前記課題を解決するため、本発
明の第１の態様によるイメージコンバイナは、光学材料
で構成され光学的パワーを持つかあるいは光学的パワー
を持たない板状部を備え、使用時に前記板状部の少なく
とも一部が使用者の眼の前に位置し、前記板状部の前方
から前記板状部の厚みを通過するように前記板状部を透
過する光に対して、画像表示素子からの光を重畳させ
て、前記眼に導くイメージコンバイナであって、前記板
状部における前記眼と対向する位置付近において、前記
板状部の内部に、光路偏向作用を持つ平面状又は曲面状
の第１の透過型ホログラム光学素子が設けられたもので
ある。

【００３１】この第１の態様によれば、板状部における
使用者の眼と対向する位置付近において板状部の内部に
光路偏向作用を持つ第１の透過型ホログラム光学素子が
設けられているので、図１３に示す前記画像表示装置で
生じていたような種々の制約が解消又は緩和され、板状
部の厚みが薄いにも関わらず、表示画像の画角をより広
くしたり表示画像に対する射出瞳径をより大きくしたり
することが可能となる。

【００３２】なお、板状部は、例えば使用者の視力矯正
用光学的パワーを有していてもよいし、例えば平行平板
として構成されてそのような光学的パワーを有していな
くてもよい。この点は、後述する各態様についても同様
である。

【００３３】本発明の第２の態様によるイメージコンバ
イナは、前記第１の態様において、前記第１の透過型ホ
ログラム光学素子が光学的パワーを持つものである。

【００３４】この第２の態様によれば、第１の透過型ホ
ログラム光学素子が光学的パワーを持つので、表示画像
を拡大したり収差を補正したりするためのレンズ系をな
くしたりあるいは減らしたりすることができ、装置全体
のコストダウンと軽量化を図ることができる。

【００３５】本発明の第３の態様によるイメージコンバ
イナは、前記第１又は第２の態様において、前記第１の
透過型ホログラム光学素子が、前記画像表示素子の表示
部の中心に対応する主光線に対する偏向角が絶対値で４
５度以下となる光路偏向作用を持つものである。

【００３６】この第３の態様によれば、第１の透過型ホ
ログラム光学素子が、前記偏向角が絶対値で４５度以下
となる光路偏向作用を持つので、前記偏向角が４５度よ
り大きい場合に比べて、当該第１の透過型ホログラム光
学素子で発生する収差を低減することができ、表示画像
の画質を向上させることができる。

【００３７】本発明の第４の態様によるイメージコンバ
イナは、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、
前記第１の透過型ホログラム光学素子が前記板状部の面
に対して傾けられたものである。

【００３８】この第４の態様によれば、第１の透過型ホ
ログラム光学素子が板状部の面に対して傾けられている
ので、当該第１の透過型ホログラム光学素子での収差の
発生の低減及び回折効率の向上を図りつつ、眼に正対す
る方向に対して角度を持って当該第１の透過型ホログラ
ム光学素子に入射して来た画像表示素子からの光を眼に
正対する方向に近づけることが可能となる。

【００３９】本発明の第５の態様によるイメージコンバ
イナは、前記第４の態様において、前記画像表示素子か
らの光が、前記板状部の前記眼と反対側の面から当該面
に対して斜めに入射して当該面で屈折し、前記第１の透
過型ホログラム光学素子を透過した後に、前記板状部の
前記眼の側の面から射出されるものである。

【００４０】この第５の態様によれば、板状部内に第１
の透過型ホログラム光学素子のみを設ければよいので、
構造が簡単で安価に提供することができる。

【００４１】本発明の第６の態様によるイメージコンバ
イナは、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、
前記眼の視野内において、前記板状部の前記眼の側の面
に、平面状又は曲面状の第２の透過型ホログラム光学素
子が設けられたものである。

【００４２】この第６の態様によれば、前記板状部にお
ける前記眼と対向する位置付近において、第１及び第２
の透過型ホログラム光学素子が設けられているので、例
えば、これらの２つの透過型ホログラム光学素子で画像
表示素子からの光の偏向角や光学的パワーを分担したり
することができることから、収差の発生を容易に低減す
ることができるとともに、光学設計の自由度が増して光
学設計も容易となる。なお、板状部における前記眼と対
向する位置付近において２つの反射型ホログラム光学素
子を設けようとしても、そのような配置は不可能であ
る。

【００４３】本発明の第７の態様によるイメージコンバ
イナは、前記第６の態様において、前記第２の透過型ホ
ログラム光学素子が、前記第１の透過型ホログラム光学
素子により偏向された前記画像表示素子の表示部の中心
に対応する主光線を、同じ向きに更に偏向させる光路偏
向作用を持つものである。

【００４４】この第７の態様によれば、第１及び第２の
透過型ホログラム光学素子で画像表示素子からの光の偏
向角が分担されるので、収差の発生をより低減すること
ができる。

【００４５】本発明の第８の態様によるイメージコンバ
イナは、前記第６又は第７の態様において、前記第２の
透過型ホログラム光学素子が光学的パワーを持つもので
ある。

【００４６】この第８の態様によれば、第２の透過型ホ
ログラム光学素子が光学的パワーを持つので、第１の透
過型ホログラム光学素子が光学的パワーを持たなくて
も、表示画像を拡大したり収差を補正したりするための
レンズ系をなくしたりあるいは減らしたりすることがで
き、装置全体のコストダウンと軽量化を図ることができ
る。また、第２の透過型ホログラム光学素子のみなら
ず、第１の透過型ホログラム光学素子も光学的パワーを
持てば、両者で光学的パワーを分担したり収差を補正し
たりすることも可能となって結像性能を高め易いととも
に、光学設計の自由度が増して光学設計も容易となる。

【００４７】本発明の第９の態様によるイメージコンバ
イナは、前記第６乃至第８のいずれかの態様において、
前記第２の透過型ホログラム光学素子が、前記画像表示
素子の表示部の中心に対応する主光線に対する偏向角が
絶対値で４５度以下となる光路偏向作用を持つものであ
る。

【００４８】この第９の態様によれば、第２の透過型ホ
ログラム光学素子が、前記偏向角が絶対値で４５度以下
となる光路偏向作用を持つので、前記偏向角が４５度よ
り大きい場合に比べて、当該第２の透過型ホログラム光
学素子で発生する収差を低減することができ、表示画像
の画質を向上させることができる。

【００４９】本発明の第１０の態様によるイメージコン
バイナは、前記第６乃至第９のいずれかの態様におい
て、前記画像表示素子からの光は、前記板状部の前記眼
と反対側の面から当該面に対して斜めに前記板状部内に
入射して当該面で屈折した後に、前記第１の透過型ホロ
グラム光学素子及び前記第２の透過型ホログラム光学素
子を順次透過して、前記第２の透過型ホログラム光学素
子から射出されるものである。

【００５０】本発明の第１１の態様によるイメージコン
バイナは、前記第６乃至第９のいずれかの態様におい
て、前記画像表示素子からの光は、前記板状部の前記眼
と反対側の面の内側で実質的に全反射した後に、前記第
１の透過型ホログラム光学素子及び前記第２の透過型ホ
ログラム光学素子を順次透過して、前記第２の透過型ホ
ログラム光学素子から射出されるものである。

【００５１】本発明の第１２の態様によるイメージコン
バイナは、前記第１１の態様において、前記画像表示素
子からの光は、前記板状部の前記眼と反対側の面の内側
で実質的に全反射する前に、前記板状部の前記眼の側の
面の内側で実質的に全反射するものである。

【００５２】本発明の第１３の態様によるイメージコン
バイナは、前記第１１の態様において、前記板状部の内
部又は表面に反射面又は反射型ホログラム光学素子が設
けられ、前記画像表示素子からの光は、前記板状部の前
記眼と反対側の面の内側で実質的に全反射する前に、前
記反射面又は前記反射型ホログラム光学素子で反射され
るものである。

【００５３】前記第１０乃至第１３の態様は、第１及び
第２の透過型ホログラム光学素子を有するイメージコン
バイナの具体例を挙げたものであるが、前記第６乃至第
９の態様ではこれらの例に限定されるものではない。

【００５４】本発明の第１４の態様によるイメージコン
バイナは、光学材料で構成され光学的パワーを持つかあ
るいは光学的パワーを持たない板状部を備え、使用時に
前記板状部の少なくとも一部が使用者の眼の前に位置
し、前記板状部の前方から前記板状部の厚みを通過する
ように前記板状部を透過する光に対して、画像表示素子
からの光を重畳させて、前記眼に導くイメージコンバイ
ナであって、前記板状部における前記眼と対向する位置
付近において、前記板状部の前記眼の側の面に、光路偏
向作用を持つ透過型ホログラム光学素子が設けられたも
のである。

【００５５】この第１４の態様によれば、板状部におけ
る使用者の眼と対向する位置付近において板状部の前記
眼の側の面に光路偏向作用を持つ第１の透過型ホログラ
ム光学素子が設けられているので、前記第１の態様と同
様に、図１３に示す前記画像表示装置で生じていたよう
な種々の制約が解消又は緩和され、板状部の厚みが薄い
にも関わらず、表示画像の画角をより広くしたり表示画
像に対する射出瞳径をより大きくしたりすることが可能
となる。

【００５６】本発明の第１５の態様によるイメージコン
バイナは、前記第１４の態様において、前記透過型ホロ
グラム光学素子が光学的パワーを持つものである。

【００５７】この第１５の態様によれば、透過型ホログ
ラム光学素子が光学的パワーを持つので、表示画像を拡
大したり収差を補正したりするためのレンズ系をなくし
たりあるいは減らしたりすることができ、装置全体のコ
ストダウンと軽量化を図ることができる。

【００５８】本発明の第１６の態様によるイメージコン
バイナは、前記第１４又は第１５の態様において、前記
透過型ホログラム光学素子が、前記画像表示素子の表示
部の中心に対応する主光線に対する偏向角が絶対値で４
５度以下となる光路偏向作用を持つものである。

【００５９】この第１６の態様によれば、透過型ホログ
ラム光学素子が、前記偏向角が絶対値で４５度以下とな
る光路偏向作用を持つので、前記偏向角が４５度より大
きい場合に比べて、当該透過型ホログラム光学素子で発
生する収差を低減することができ、表示画像の画質を向
上させることができる。

【００６０】本発明の１７の態様によるイメージコンバ
イナは、前記第１４乃至第１６のいずれかの態様におい
て、前記画像表示素子からの光の光路中で前記板状部の
内部にエアギャップ層又はハーフミラーが設けられ、前
記画像表示素子からの光は、前記エアギャップ層の面で
実質的に全反射するかあるいは前記ハーフミラーで反射
した後に、前記透過型ホログラム光学素子を透過して、
前記透過型ホログラム光学素子から射出されるものであ
る。

【００６１】本発明の第１８の態様によるイメージコン
バイナは、前記第１４乃至第１６のいずれかの態様にお
いて、前記画像表示素子からの光の光路中にエアギャッ
プ層が設けられ、該光路中でかつ前記板状部の前記眼と
反対側の面にハーフミラー又は反射型ホログラム光学素
子が設けられ、前記画像表示素子からの光は、前記エア
ギャップ層の面で実質的に全反射した後に前記ハーフミ
ラー又は前記反射型ホログラム光学素子で反射され、更
に前記エアギャップ層を透過した後に前記透過型ホログ
ラム光学素子を透過して、前記透過型ホログラム光学素
子から射出されるものである。

【００６２】前記第１７及び第１８の態様は、板状部の
眼の側の面に透過型ホログラム光学素子を有するイメー
ジコンバイナの具体例を挙げたものであるが、第１４乃
至第１６の態様ではこれらの例に限定されるものではな
い。

【００６３】本発明の第１９の態様によるイメージコン
バイナは、前記第１乃至第１８のいずれかの態様におい
て、前記画像表示素子からの光に対する当該イメージコ
ンバイナの射出瞳の、前記画像表示素子の表示部の中心
に対応する主光線の偏向前後の光路を含む面に沿った径
が、前記板状部の厚さの１／２より大きいものである。

【００６４】この第１９の態様のように前記射出瞳の径
を定めておけば、板状部の厚みに比べてかなり大きな射
出瞳の径に設定されていることから、当該イメージコン
バイナと使用者の眼との位置ずれの許容量が増大するこ
とにつながり、位置合わせの煩わしさをより低減又は解
消することができる。

【００６５】本発明の第２０の態様による画像表示装置
は、前記第１乃至第１９のいずれかの態様によるイメー
ジコンバイナと、前記画像表示素子とを備え、使用時に
少なくとも前記イメージコンバイナを含む部分が使用者
に装着されるものである。

【００６６】この第２０の態様によれば、前記第１乃至
第１９の態様によるイメージコンバイナを用いた、頭部
装着式等の画像表示装置の例を挙げたものである。もっ
とも、前記第１乃至第１９の態様によるイメージコンバ
イナは、カメラのファインダーや顕微鏡及び双眼鏡の接
眼レンズ部に装着し得るように構成したり、あるいは、
当該イメージコンバイナをカメラや顕微鏡や双眼鏡等に
組み込んでもよい。このように組み込む場合には、当該
イメージコンバイナの板状部をカメラのファインダーや
顕微鏡及び双眼鏡の接眼レンズと兼用するように構成し
てもよい。

【００６７】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるイメージコン
バイナ及び画像表示装置について、図面を参照して説明
する。

【００６８】［第１の実施の形態］

【００６９】図１は、本発明の第１の実施の形態による
画像表示装置の構成及びその光線（画像表示素子１２か
らの光線のみ）の概略の経路を示す図である。

【００７０】ここでは、図１に示すように、互いに直交
するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を定義する。すなわち、図１の
紙面内の左右方向をＺ軸とし、そのＺ座標値の大きくな
る向きは右と定義する。図１の紙面内の上下方向をＹ軸
とし、Ｙ座標値の大きくなる向きは上と定義する。図１
の紙面に垂直な方向をＸ軸とし、右手系、すなわち、図
１の紙面から奥の方向をＸ座標値が大きくなると定義す
る。なお、Ｙ軸方向は、実際の上下方向と一致していて
もよいし、その他の適宜方向であってもよい。これらの
定義は、後述する図１、図２、図４、図５、図７、図
８、図１０、図１２についても、同様である。

【００７１】本実施の形態による画像表示装置は、イメ
ージコンバイナ１１と、画像表示素子１２とを備えてい
る。

【００７２】本実施の形態では、画像表示素子１２とし
て透過型ＬＣＤが用いられている。画像表示素子１２
は、その背部から、ＬＥＤ１３及び放物面鏡等の反射鏡
１４からなる光源により光源光が照射され、光源光を空
間光変調して表示画像を示す光を透過させる。なお、画
像表示素子１２として、反射型ＬＣＤ等の他の素子を用
いてもよいことは、言うまでもない。

【００７３】イメージコンバイナ１１は、ガラスやプラ
スティック等の光学材料で平行平板状に構成された板状
部１５を備えている。もっとも、板状部１５は、例えば
使用者の視力矯正用光学的パワーを有していてもよい。
その場合には、例えば、板状部１５の両面１５ａ，１５
ｂのうちの少なくとも一方の面は、曲面で構成される。
これらの点は、後述する各実施の形態についても同様で
ある。

【００７４】板状部１５は、フレーム等の支持部材（図
示せず）を介して、眼鏡レンズと同様に、使用者の頭部
に装着されて、使用者の眼１６の前に位置する。図１に
おいて、Ｐは、イメージコンバイナ１１の、画像表示素
子１２からの光に対する射出瞳を示す。この射出瞳Ｐが
使用者の眼１６の瞳１６ａとほぼ一致するように、イメ
ージコンバイナ１が使用者に装着される。図１では、Ｚ
軸方向が板状部１５の厚み方向と一致している。板状部
１５の眼１６の側の面１５ａ及び眼１６と反対側の面１
５ｂは、ＸＹ平面と平行となっている。なお、図面には
示していないが、ＬＥＤ１３、反射鏡１４及び画像表示
素子１２も、前記支持部材により支持されている。これ
により、画像表示素子１２は、使用者が外界を観察する
のを妨げないとともに、使用者が当該画像表示装置を装
着するときに邪魔にならないように、板状部１５に対し
て図中紙面内の斜め右上方に配置されている。

【００７５】もっとも、画像表示素子１２を他の適当な
箇所に配置し、リレー光学系によって図１中の画像表示
素子１２の位置に表示画像を導いてもよいし、また、ス
キャン光学系を用いてこの位置に空中画像を形成しても
よい。この点は、後述する各実施の形態についても同様
である。

【００７６】なお、図１において、点Ｂ１，Ｂ２は、画
像表示素子１２の表示部の図中紙面内での両端の位置を
それぞれ示す。また、点Ｂ０は、当該表示部の中心を示
す。

【００７７】イメージコンバイナ１１は、板状部１５の
前方から板状部１５の厚みｄを通過するように（すなわ
ち、面１５ｂから入射して面１５ａから射出するよう
に）板状部１５を透過する光（以下、「外界光」とい
う。）に対して、画像表示素子１２からの光を重畳させ
て、使用者の眼１６に導くように構成されている。

【００７８】本実施の形態では、板状部１５における使
用者の眼１６と対向する位置付近において、板状部１５
の内部に、透過型ホログラム光学素子（透過型ＨＯＥ）
１７が設けられている。本実施の形態では、透過型ＨＯ
Ｅ１７は、図１に示すように、面１５ａ，１５ｂに対し
て反時計方向に所定角度傾けられ、面１５ａ，１５ｂと
平行な向きから、画像表示素子１２からの光の入射角と
射出角が共に小さくなる方向に傾けられている。

【００７９】例えば、透過型ＨＯＥ１７を配置する面に
沿って板状部１５を一旦切断し、両者の間に透過型ＨＯ
Ｅ１７を挟み込んで接着剤（その屈折率は板状部１５と
実質的に同じ屈折率である。）で接合することによっ
て、透過型ＨＯＥ１７を板状部１５の内部に設けること
ができる。

【００８０】画像表示素子１２からの光の波長は、この
透過型ＨＯＥ１７の回折効率ピークの波長と略一致して
おり、画像表示素子１２からの光を偏向させて透過させ
る。一方、透過型ＨＯＥ１７は、外界光（図示せず）を
偏向させることなく透過させる。なお、透過型ＨＯＥ１
７としては、外界光を極力妨げることがないように、波
長選択性の高いものを用いることが好ましい。透過型Ｈ
ＯＥ１７として、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色を代表する狭い波長
域の３波長光に対してそれぞれ選択性を持つものを用い
れば、使用者が見る表示画像をカラー化することも可能
である。

【００８１】透過型ＨＯＥ１７は、図１に示すように、
画像表示素子１２からの光をＸ軸回りに時計方向に偏向
させる特性を有しているとともに、所定の結像作用を持
つように光学的パワーを有している。もっとも、透過型
ＨＯＥ１７は、必ずしも光学的パワーを持つ必要はな
い。画像表示素子１２の表示部の中心Ｂ０に対応する主
光線Ｏに対する透過型ＨＯＥ１７の偏向角は、透過型Ｈ
ＯＥ１７で発生する収差を抑えるため、絶対値で４５度
以下であることが好ましい。透過型ＨＯＥ１７は、平面
状のものでもよいし、曲面状のものでもよい。透過型Ｈ
ＯＥ１７として曲面状のものを用いる場合、その曲面の
曲率中心が瞳１６ａ側にあるように配置すると、画角が
大きい場合に、透過型ＨＯＥ１７の発生する画角による
収差変動量が小さくなり、好ましい。

【００８２】透過型ＨＯＥ１７を構成するためのホログ
ラム感光材料としては、例えば、フォトポリマー、フォ
トレジスト、フォトクロミック、フォトダイクロミッ
ク、銀塩乳剤、重クロム酸ゼラチン、ダイクロメートゼ
ラチン、プラスチック、強誘電体、磁気光学材料、電気
光学材料、非晶質半導体、フォトリフラクチィブ材料等
が用いられる。そして、公知の手法に従い、製造用の光
学系にて２つの光源からの光を前記材料に同時に照射す
ることによって、透過型ＨＯＥ１７を作製することがで
きる。この点は、後述する透過型ＨＯＥ２０についても
同様である。

【００８３】画像表示素子１２の表示部上の任意の点を
通過した光（表示画像の光）は、板状部１５の眼１６と
反対側の面１５ｂから当該面１５ｂに対して斜めに入射
し当該面１５ｂで屈折して板状部１５内に入り、透過型
ＨＯＥ１７を透過する。このとき、この光は、透過型Ｈ
ＯＥ１７により、光路偏向作用及び結像作用を受ける。
その後、この光は、板状部１５の眼１６側の面１５ａか
ら板状部１５外へ射出される。この時、画像表示素子１
２の同一箇所から出た光は、ほぼ平行な光束となって使
用者の眼１６の瞳１６ａに入射する。

【００８４】画像表示素子１２からの光に対するイメー
ジコンバイナ１１の射出瞳Ｐの、画像表示素子１２の表
示部の中心に対応する主光線Ｏの偏向前後の光路を含む
面（図１中の紙面）に沿った径が、板状部１５の厚さｄ
の１／２より大きいことが好ましい。

【００８５】本実施の形態によれば、使用者の眼１６の
視野内で板状部１５の内部に光路偏向作用を持つ透過型
ＨＯＥ１７が設けられているので、図１３に示す前記画
像表示装置で生じていたような種々の制約が解消又は緩
和され、板状部１５の厚みが薄いにも関わらず、表示画
像の画角をより広くしたり表示画像に対する射出瞳Ｐの
径をより大きくしたりすることが可能となる。具体的に
は、本実施の形態では、図１から明らかなように、板状
部１５の厚みｄが薄くても、必要に応じて透過型ＨＯＥ
１７の傾きを面１５ａ，１５ｂと平行な方向に近づけ、
それに応じた光路偏向特性を透過型ＨＯＥ１７に持た
せ、透過型ＨＯＥ１７の図中紙面内での長さ及び画像表
示素子１２の図中紙面内での長さをそれぞれ長くすれ
ば、図１３に示すような画像表示装置に比べて、表示画
像の画角をより広くしたり表示画像に対する射出瞳径を
より大きくしたりすることができる。

【００８６】［第２の実施の形態］

【００８７】図２は、本発明の第２の実施の形態の第１
の具体例による画像表示装置の構成及びその光線（画像
表示素子１２からの光線のみ）の経路を示す図である。
図４は、本発明の第２の実施の形態の第２の具体例によ
る画像表示装置の構成及びその光線（画像表示素子１２
からの光線のみ）の経路を示す図である。

【００８８】図２及び図４において、図１中の要素と同
一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する
説明は省略する。なお、図２において、光源を構成する
ＬＥＤ１３及び反射鏡１４は省略している。また、図２
において、イメージコンバイナ１１の射出瞳Ｐの位置に
ほぼ一致して置かれる使用者の眼１６及びその瞳１６ａ
も、省略している。

【００８９】本実施の形態が前記第１の実施の形態と基
本的に異なる所は、図２及び図４に示すように、使用者
の視野に入る位置付近において、板状部１５の眼１６の
側の面１５ａに、透過型ＨＯＥ２０が追加されている点
のみである。

【００９０】本実施の形態では、透過型ＨＯＥ１７が光
路偏向作用及び光学的パワーを有するのみならず、透過
型ＨＯＥ２０も光路偏向作用及び光学的パワーを有して
いる。そして、透過型ＨＯＥ２０は、透過型ＨＯＥ１７
により偏向された画像表示素子１２の表示部の中心Ｂ０
に対応する主光線Ｏを、同じ向きに更に偏向させる光路
偏向作用を持っている。前記主光線Ｏに対する透過型Ｈ
ＯＥ１７の偏向角及び透過型ＨＯＥ２０の偏向角は両方
とも、透過型ＨＯＥ１７，２０で発生する収差を抑える
ため、絶対値で４５度以下であることが好ましい。ま
た、透過型ＨＯＥ１７，２０の両方又はいずれか一方は
光学的パワーを有していなくてもよいが、両方とも光学
的パワーを有していると、他にレンズ等を要することな
く、両方の透過型ＨＯＥ１７，２０で光学的パワーを分
担したり収差を補正したりすることも可能となって結像
性能を高め易いとともに、光学設計の自由度が増して光
学設計も容易となる。

【００９１】画像表示素子１２の表示部上の任意の点を
通過した光（表示画像の光）は、板状部１５の眼１６と
反対側の面１５ｂから当該面１５ｂに対して斜めに入射
し当該面１５ｂで屈折して板状部１５内に入り、透過型
ＨＯＥ１７，２０を順次透過して、透過型ＨＯＥ２０か
ら外部へ射出される。このとき、この光は、透過型ＨＯ
Ｅ１７，２０により順次光路偏向作用及び結像作用を受
け、透過型ＨＯＥ２０から射出された光における、画像
表示素子１２の同一箇所から出た光は、ほぼ平行な光束
となって使用者の眼１６の瞳１６ａに入射する。

【００９２】本実施の形態によれば、前記第１の実施の
形態と同様の利点が得られる他、前述したように、結像
性能を高め易いとともに光学設計も容易となるという利
点も得られる。

【００９３】ここで、第２の実施の形態の第１の具体例
について、図２を参照して説明する。この第１の具体例
の設計に際し、設計プログラムとして、当該技術分野に
おいて著名な米国のOptical Research Associates製のc
ode V（商品名）を用いた。このとき、画像表示素子１
２の表示部の中心Ｂ０中央から発して、使用者１６の瞳
１６ａの中心を通過する光線の経路を、この光学装置全
体の光軸と定義する。本具体例では、光軸は１本の直線
ではなく、互いに傾いた線分を連結した形状となってい
る。これらの点は、後述する本実施の形態の第２の具体
例及び後述する各実施の形態の具体例についても同様で
ある。

【００９４】図２に示す第１の具体例の光学的な諸量
は、下記の通りである。

【００９５】射出瞳Ｐの径は３ｍｍである。図中紙面内
上方向の視野角度は１２°である。図中紙面内下方向の
視野角度は−１２°である。図中紙面内での画面サイズ
（点Ｂ１と点Ｂ２との間の長さ）は１６ｍｍである。板
状部１５の厚さｄは４ｍｍである。したがって、射出瞳
Ｐの図中紙面内の径（３ｍｍ）は、厚さｄ（４ｍｍ）の
１／２より大きい。板状部１５の屈折率は１．５であ
る。使用波長は５３２ｎｍである。板状部１５の面１５
ａは平面である。透過型ＨＯＥ２０を定義するための２
個の参照光源１，２の位置については、光源１の位置
が、Ｙ座標値 0.3×10⁹; ＺＹ座標値 -915104328.946で
あり、光源２の位置が、Ｙ座標値 -3799.99602971; Ｚ
Ｙ座標値 11236.1754042である。透過型ＨＯＥ１７の面
は、その中心が面１５ａからＺ軸に沿って２ｍｍ図２中
の右側にありＹ軸と同じ方向から紙面上反時計周りに２
０°回転した方向である平面である。透過型ＨＯＥ１７
を定義するための２個の参照光源１，２の位置について
は、光源１の位置が、Ｙ座標値0.3×10⁹; ＺＹ座標値
-.915104×10⁺⁰⁹であり、光源２の位置が、Ｙ座標値 11
130.7258778; ＺＹ座標値 -21007.9163589である。透過
型ＨＯＥ１７の中心から面１５ｂまでの距離は、Ｚ軸に
沿って測って２ｍｍである。面１５ｂは平面であり、面
１５ｂから画面表示素子１２の表示部の中心Ｂ０までの
距離は３０ｍｍである。画像表示素子１２の表示部の面
は面１５ｂに対して５２°反時計方向に傾いている。２
つのＨＯＥは結像性能を最適にするために位相関数成分
を持っている。

【００９６】ここで位相関数について説明すると、位相
関数は、ＨＯＥ１７，２０の純粋な各２個の点光源によ
り定義される以外の非球面的な位相変換量を定義するも
ので、光学設計プログラムcode Vにおいては、Ｘ，Ｙ軸
成分の多項式係数などを用いて指定することができる。

【００９７】第２の実施の形態の第１の具体例の光線追
跡においても位相関数を使用しているが、その係数を提
示することは省略する。しかしながら、ここでに提示し
ている各構成面要素の配置及び傾き、媒質の屈折率、各
ＨＯＥ１７，２０の各２個の点光源位置を用いれば、画
像表示素子１２の位置、表示画像サイズ、観察時の視野
角度範囲などの値を適宜変更した場合でも、設計プログ
ラムcode Vの自動設計機能を用いることで容易に最適な
位相関数値を決定できる。

【００９８】この第２の実施の形態の第１の具体例の光
学系の結像性能を表すためのスポットダイアグラムを、
図３に示す。このスポットダイアグラムは、画像表示素
子１２からの光が進む向きとは逆向きに、射出瞳Ｐの面
から平行光束を入れたときに、画像表示素子１２の表示
部の面上でどれだけ一点に集まるかを示すものである。
図３の横軸は、フォーカス位置に対応する。図３の枠内
右下に表示している線分は、スポット径の大きさを判断
するための参照用のもので、画像表示素子１２の表示部
の面上の０．０１ｍｍの長さを表す。図３の縦軸の数値
は、対応するスポットの図２の上下方向の画角を度数表
示したもの（平行光束をＺ軸方向に対して図２の上下方
向に傾けた角度）である。図３中の各点は、射出瞳Ｐの
面に入射させた平行光束のうちの１つの角度の光束が、
画像表示素子１２の表示部の面上に到達した位置を示し
ている。これらの点は、後述する図６、図９及び図１２
についても同様である。

【００９９】図３に示すようにスポットの集中度が高い
ことから、第２の実施の形態の第１の具体例では、収差
が少なく、結像性能が優れていることがわかる。

【０１００】次に、第２の実施の形態の第２の具体例に
ついて、図４を参照して説明する。図４に示す第２の具
体例が図２に示す具体例と異なる所は、画像表示素子１
２の図中紙面内での画面サイズを７．９４ｍｍ、図中紙
面内上方向の視野角度を１２°、図中紙面内下方向の視
野角度を０°に変更するとともに、位相関数を変更した
点のみであり、これらの点以外は図２に示す具体例と同
じ構成である。

【０１０１】図４に示す具体例は、画像表示素子１２の
サイズを図２に示す具体例に比べて小さくして、使用者
が外界を観察する際に、画像表示素子１２が妨げとなり
難いように構成した例である。

【０１０２】なお、図２及び図４に示す本実施の形態に
おいて、板状部１５の面１５ｂにおける、画像表示素子
１２からの光が入射する領域にも、光路偏向特性を有す
る透過型ＨＯＥを設けて、画像表示素子１２からの光が
面１５ｂへ入射する角度を適宜変更し、画像表示素子１
２が更に妨げとなり難いように構成してもよい。

【０１０３】［第３の実施の形態］

【０１０４】図５は、本発明の第３の実施の形態による
画像表示装置の構成及びその光線（画像表示素子１２か
らの光線のみ）の経路を示す図である。

【０１０５】図５において、図１、図２及び図４中の要
素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重
複する説明は省略する。なお、図５において、光源を構
成するＬＥＤ１３及び反射鏡１４は省略している。ま
た、図５において、イメージコンバイナ１１の射出瞳Ｐ
の位置にほぼ一致して置かれる使用者の眼１６及びその
瞳１６ａも、省略している。

【０１０６】本実施の形態が前記第２の実施の形態と基
本的に異なる所は、図５に示すように、板状部１５の図
中紙面内上方に画像表示素子１２が配置され、板状部１
５の上部に曲面１５ｃが形成され、画像表示素子１２か
らの光が以下に説明するように進行する点である。

【０１０７】本実施の形態では、画像表示素子１２の表
示部上の任意の点を通過した光（表示画像の光）は、板
状部１５の上部の曲面１５ｃから板状部１５内に入射し
て、板状部１５の眼１６の側の面１５ａに臨界角より大
きい入射角で入射し、面１５ａの内側で全反射される。
この光は、板状部１５の眼１６と反対側の面１５ｂに臨
界角より大きい入射角で入射し、面１５ｂの内側で全反
射される。その後、透過型ＨＯＥ１７，２０を順次透過
して、透過型ＨＯＥ２０から外部へ射出される。このと
き、この光は、透過型ＨＯＥ１７，２０により順次光路
偏向作用及び結像作用を受け、透過型ＨＯＥ２０から射
出された光における、画像表示素子１２の同一箇所から
出た光は、ほぼ平行な光束となって使用者の眼１６の瞳
１６ａに入射する。

【０１０８】本実施の形態によれば、前記第２の実施の
形態と同様の利点が得られる。また、本実施の形態によ
れば、画像表示装置全体をより小型化することができ
る。

【０１０９】ここで、本実施の形態の具体例について、
図５を参照して説明する。この具体例の光学的な諸量
は、下記の通りである。

【０１１０】射出瞳Ｐの径は３ｍｍである。図中紙面内
上方向の視野角度は７°である。図中紙面内下方向の視
野角度は−７°である。図中紙面内での画面サイズ（点
Ｂ１と点Ｂ２との間の長さ）は５．８ｍｍである。板状
部１５の厚さｄは３．５ｍｍである。したがって、射出
瞳Ｐの図中紙面内の径（３ｍｍ）は、厚さｄ（３．５ｍ
ｍ）の１／２より大きい。使用波長は５３２ｎｍであ
る。

【０１１１】また、この具体例の光線追跡のための諸量
を、下記の表１及び表２に提示する。光学面の順序（面
番号の順序）は使用者の眼１６の瞳１６ａの面（＝イメ
ージコンバイナ１１の射出瞳Ｐの面）から画像表示素子
１２への順である。なお、表１及び表２において、各面
番号に対応する図５中の参照符号を括弧書きの「符号」
として示している。

【０１１２】

【表１】

【０１１３】

【表２】

【０１１４】表１及び表２で用いた位相関数の定義は、
ＨＯＥ１７，２０をＸＹ座標面上の位置と指定した点に
入射する光線の受ける光路差を、使用する波長で規格化
した値で表すもので、ｍ，ｎを整数とするとき、一般形
の下記の数１で表される多項式の係数を指定することで
決められる。ただし、この係数は６５個まで指定可能で
あって、順にＣ１，Ｃ２，Ｃ３，・・・，Ｃ６５と呼
び、係数の順番をｊという整数で表すときに、Ｘ座標及
びＹ座標の次数を示す整数ｍ，ｎとの間に下記の数２と
いう関係が成り立つように対応付ける。すなわち、本例
では、位相関数は、下記の数３の多項式で定義されてい
る。このような位相関数の定義は、後述する表４、表７
及び表８についても同様である。

【０１１５】

【数１】

【０１１６】

【数２】

【０１１７】

【数３】

【０１１８】また、本具体例における各光学面の位置関
係として、第１面（面番号１＝図５中の符号Ｐ）の中心
を原点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，０，０）とした各光学面
の中心の絶対位置とＸ軸の周りの回転量（反時計周りを
正として測った値）を、下記の表３に示す。

【０１１９】

【表３】

【０１２０】さらに、本具体例の光学系の結像性能を表
すためのスポットダイアグラムを、図６に示す。図６に
示すようにスポットの集中度が高いことから、本具体例
においても、収差が少なく、結像性能が優れていること
がわかる。

【０１２１】［第４の実施の形態］

【０１２２】図７は、本発明の第４の実施の形態による
画像表示装置の構成及びその光線（画像表示素子１２か
らの光線のみ）の経路を示す図である。図８は、図７中
のエアギャップ層３０の作用を示す説明図である。

【０１２３】図７及び図８において、図１、図２及び図
４中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付
し、その重複する説明は省略する。なお、図７におい
て、光源を構成するＬＥＤ１３及び反射鏡１４は省略し
ている。また、図７において、イメージコンバイナ１１
の射出瞳Ｐの位置にほぼ一致して置かれる使用者の眼１
６及びその瞳１６ａも、省略している。

【０１２４】本実施の形態が前記第２の実施の形態と基
本的に異なる所は、図７及び図８に示すように、板状部
１５の図中紙面内上方に画像表示素子１２が配置され、
板状部１５の上部にアナモルフィック非球面１５ｄが形
成され、透過型ＨＯＥ１７に代えて、エアギャップ層３
０が透過型ＨＯＥ２０の付近において板状部１５の内部
に設けられ、画像表示素子１２からの光が以下に説明す
るように進行する点である。本実施の形態では、エアギ
ャップ層３０は、図７及び図８に示すように、面１５
ａ，１５ｂに対して時計方向に所定角度傾けられてい
る。エアギャップ層３０の厚さは数十ミクロン程度とさ
れている。

【０１２５】本実施の形態では、画像表示素子１２の表
示部上の任意の点を通過した光（表示画像の光）は、板
状部１５の上部のアナモルフィック非球面１５ｄから板
状部１５内に入射して、板状部１５の眼１６の側の面１
５ａに臨界角より大きい入射角で入射し、面１５ａの内
側で全反射される。この光は、板状部１５の眼１６と反
対側の面１５ｂに臨界角より大きい入射角で入射し、面
１５ｂの内側で全反射される。面１５ｂで全反射された
光は、再び、面１５ａに臨界角より大きい入射角で入射
し、面１５ａの内側で全反射される。次いで、この光
は、エアギャップ層３０の眼１６側の面３０ａ（図８参
照）に臨界角より大きい入射角で入射し、面３０ａの内
側で全反射される。その後、この光は、透過型ＨＯＥ２
０を透過して、透過型ＨＯＥ２０から外部へ射出され
る。このとき、この光は、透過型ＨＯＥ２０により光路
偏向作用及び結像作用を受け、透過型ＨＯＥ２０から射
出された光における、画像表示素子１２の同一箇所から
出た光は、ほぼ平行な光束となって使用者の眼１６の瞳
１６ａに入射する。

【０１２６】なお、図８に示すように、外界からの光
は、エアギャップ層３０を通過することによりわずかに
位置がシフトするが、その進行方向は変えられない。

【０１２７】本実施の形態によれば、前記第１の実施の
形態と同様の利点が得られる。また、本実施の形態によ
れば、画像表示装置全体をより小型化することができ
る。さらに、透過型ＨＯＥ２０を面１５ａに配置して
も、エアギャップ層３０によって透過型ＨＯＥ２０に入
射する角度は臨界角より小さくすることができ、画像表
示素子１２からの光を効率良く透過させることができ
る。

【０１２８】なお、エアギャップ層３０に代わりに、光
強度の一部分を透過させる反射膜（ハーフミラー）を用
いてもよい。ただし、この場合には、エアギャップ層３
０を使う場合と比べて、画像表示素子１２からの光も外
界からの光も共に、使用できる光量は少ないものとな
る。

【０１２９】本実施の形態によれば、前記第２の実施の
形態と同様の利点が得られる。また、本実施の形態によ
れば、画像表示装置全体をより小型化することができ
る。

【０１３０】ここで、本実施の形態の具体例について、
図７を参照して説明する。この具体例の光学的な諸量
は、下記の通りである。

【０１３１】射出瞳Ｐの径は３ｍｍである。図中紙面内
上方向の視野角度は−２°である。図中紙面内下方向の
視野角度は−１０°である。図中紙面内での画面サイズ
（点Ｂ１と点Ｂ２との間の長さ）は６．５９ｍｍであ
る。板状部１５の厚さｄは３ｍｍである。したがって、
射出瞳Ｐの図中紙面内の径（３ｍｍ）は、厚さｄ（３ｍ
ｍ）の１／２より大きい。使用波長は５３２ｎｍであ
る。

【０１３２】また、この具体例の光線追跡のための諸量
を、下記の表４及び表５に提示する。光学面の順序（面
番号の順序）は使用者の眼１６の瞳１６ａの面（＝イメ
ージコンバイナ１１の射出瞳Ｐの面）から画像表示素子
１２への順である。なお、表４及び表５において、各面
番号に対応する図７中の参照符号を括弧書きの「符号」
として示している。

【０１３３】

【表４】

【０１３４】

【表５】

【０１３５】ここで用いたアナモルフィック非球面１５
ｄの定義は、曲面１５ｄの光軸をＺ座標軸としたときの
曲面１５ｄ上の点（ｘ，ｙ）でのＺ軸座標値、すなわち
サグ量を下記の数４で示すように表すことで定義する。

【０１３６】

【数４】

【０１３７】数４において、CUXはＸ軸方向の曲率半
径、CUYはＹ軸方向の曲率半径、KXはＸ軸方向の円錐定
数、KYはＹ軸方向の円錐定数、ARはＺ軸の周りに回転対
称な４次の非球面係数、BRはＺ軸の周りに回転対称な６
次の非球面係数、CRはＺ軸の周りに回転対称な８次の非
球面係数、DRはＺ軸の周りに回転対称な１０次の非球面
係数、APは回転非対称な４次の非球面係数、BPは回転非
対称な６次の非球面係数、CPは回転非対称な８次の非球
面係数、DPは回転非対称な１０次の非球面係数である。

【０１３８】また、本具体例における各光学面の位置関
係として、第１面（面番号１＝図７中の符号Ｐ）の中心
を原点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，０，０）とした各光学面
の中心の絶対位置とＸ軸の周りの回転量（反時計周りを
正として測った値）を、下記の表６に示す。

【０１３９】

【表６】

【０１４０】さらに、本具体例の光学系の結像性能を表
すためのスポットダイアグラムを、図９に示す。図９に
示すようにスポットの集中度が高いことから、本具体例
においても、収差が少なく、結像性能が優れていること
がわかる。

【０１４１】［第５の実施の形態］

【０１４２】図１０は、本発明の第５の実施の形態によ
る画像表示装置の構成及びその光線（画像表示素子１２
からの光線のみ）の経路を示す図である。

【０１４３】図１０において、図１、図２及び図４中の
要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その
重複する説明は省略する。なお、図１０において、光源
を構成するＬＥＤ１３及び反射鏡１４は省略している。
また、図１０において、イメージコンバイナ１１の射出
瞳Ｐの位置にほぼ一致して置かれる使用者の眼１６及び
その瞳１６ａも、省略している。

【０１４４】本実施の形態が前述した第２の実施の形態
と基本的に異なる所は、図１０に示すように、板状部１
５の図中紙面内上方において板状部１５の内部に反射面
（ミラー）４０が設けられ、画像表示素子１２からの光
が以下に説明するように進行する点である。反射面４０
は、図１０に示すように、面１５ａ，１５ｂに対して時
計方向に所定角度傾けられ、画像表示素子１２が、板状
部１５の外側に、板状部１５の面１５ｂに対してほぼ平
行な向きで配置されている。なお、反射面４０より図１
０中の斜め上側の板状部１５の部分は、画像表示素子１
２からの光が通過しないので、カットしておいてもよ
い。この場合、反射面４０は板状部１５の表面に設けら
れることになる。

【０１４５】本実施の形態では、画像表示素子１２の表
示部上の任意の点を通過した光（表示画像の光）は、板
状部１５の眼１６と反対側の面１５ｂに対しておおよそ
垂直に入射し当該面１５ｂで屈折して板状部１５内に入
り、反射面４０で反射される。この光は、板状部１５の
眼１６と反対側の面１５ｂに臨界角より大きい入射角で
入射し、面１５ｂの内側で全反射される。その後、この
光は、透過型ＨＯＥ１７，２０を順次透過して、透過型
ＨＯＥ２０から外部へ射出される。このとき、この光
は、透過型ＨＯＥ１７，２０により順次光路偏向作用及
び結像作用を受け、透過型ＨＯＥ２０から射出された光
における、画像表示素子１２の同一箇所から出た光は、
ほぼ平行な光束となって使用者の眼１６の瞳１６ａに入
射する。

【０１４６】本実施の形態によれば、前記第１の実施の
形態と同様の利点が得られる。また、反射面４０の向き
や位置を調整することで、画像表示素子１２が使用者の
視野外に配置できるようになる。

【０１４７】ここで、本実施の形態の具体例について、
図１２を参照して説明する。この具体例の光学的な諸量
は、下記の通りである。

【０１４８】射出瞳Ｐの径は３ｍｍである。図中紙面内
上方向の視野角度は５°である。図中紙面内下方向の視
野角度は−５°である。図中紙面内での画面サイズ（点
Ｂ１と点Ｂ２との間の長さ）は６．５９ｍｍである。板
状部１５の厚さｄは３.５ｍｍである。したがって、射
出瞳Ｐの図中紙面内の径（３ｍｍ）は、厚さｄ（３．５
ｍｍ）の１／２より大きい。使用波長は５３２ｎｍであ
る。

【０１４９】また、この具体例の光線追跡のための諸量
を、下記の表７及び表８に提示する。光学面の順序（面
番号の順序）は使用者の眼１６の瞳１６ａの面（＝イメ
ージコンバイナ１１の射出瞳Ｐの面）から画像表示素子
１２への順である。なお、表７及び表８において、各面
番号に対応する図１０中の参照符号を括弧書きの「符
号」として示している。

【０１５０】

【表７】

【０１５１】

【表８】

【０１５２】また、本具体例における各光学面の位置関
係として、第１面（面番号１＝図１０中の符号Ｐ）の中
心を原点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，０，０）とした各光学
面の中心の絶対位置とＸ軸の周りの回転量（反時計周り
を正として測った値）を、下記の表９に示す。

【０１５３】

【表９】

【０１５４】さらに、本具体例の光学系の結像性能を表
すためのスポットダイアグラムを、図１１に示す。図１
１に示すようにスポットの集中度が高いことから、本具
体例においても、収差が少なく、結像性能が優れている
ことがわかる。

【０１５５】［第６の実施の形態］

【０１５６】図１２は、本発明の第６の実施の形態によ
る画像表示装置の構成及びその光線（画像表示素子１２
からの光線のみ）の経路を示す図である。

【０１５７】図１２において、図１、図２及び図７中の
要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その
重複する説明は省略する。なお、図１２において、光源
を構成するＬＥＤ１３及び反射鏡１４は省略している。
また、図１２において、イメージコンバイナ１１の射出
瞳Ｐの位置にほぼ一致して置かれる使用者の眼１６及び
その瞳１６ａも、省略している。

【０１５８】本実施の形態が前述した図７に示す第４の
実施の形態と基本的に異なる所は、図１２に示すよう
に、板状部１５の上部に平面１５ｅが形成され、透過型
ＨＯＥ２０の付近において板状部１５の内部に設けられ
たエアギャップ層３０が、面１５ａ，１５ｂに対して反
時計方向に所定角度傾けられ、エアギャップ層３０で反
射した画像表示素子１２からの光が面１５ｂに到達する
位置にハーフミラー５０が設けられ、画像表示素子１２
からの光が以下に説明するように進行する点である。ハ
ーフミラー５０は、例えば、面１５ｂに、画像表示素子
からの光に対する反射率を高めるためのアルミニウム等
の増反射膜を形成することによって、構成することがで
きる。ハーフミラー５０の反射率は１００％より低くし
てあるため、外界から使用者の眼１６の瞳１６ａへ向か
う光の一部を透過させる。なお、エアギャップ層３０の
厚さは、例えば、１０μｍ程度とされる。

【０１５９】本実施の形態では、画像表示素子１２の表
示部上の任意の点を通過した光（表示画像の光）は、板
状部１５の図中紙面内の上部の平面１５ｅに対しておお
よそ垂直に入射し当該面１５ｅで屈折して板状部１５内
に入り、エアギャップ層３０の面に臨界角より大きい入
射角で入射し、当該面で全反射される。その後、この光
は、ハーフミラー５０で反射され、エアギャップ層３０
へ再び入射する。このときのエアギャップ層３０への入
射角は臨界角より小さくなる。このため、ハーフミラー
５０で反射された光は、エアギャップ層３０を透過し、
更に透過型ＨＯＥ２０を透過して、透過型ＨＯＥ２０か
ら外部へ射出される。このとき、この光は、透過型ＨＯ
Ｅ２０により光路偏向作用及び結像作用を受け、透過型
ＨＯＥ２０から射出された光における、画像表示素子１
２の同一箇所から出た光は、ほぼ平行な光束となって使
用者の眼１６の瞳１６ａに入射する。

【０１６０】本実施の形態によれば、前記第５の実施の
形態と同様の利点が得られる。なお、ハーフミラー５０
の代わりに、反射型ＨＯＥを設けてもよい。

【０１６１】ここで、本実施の形態の具体例について、
図１２を参照して説明する。この具体例の光学的な諸量
は、下記の通りである。

【０１６２】射出瞳Ｐの径は３ｍｍである。図中紙面内
上方向の視野角度は６°である。図中紙面内下方向の視
野角度は−５°である。紙面上での画面サイズ（点Ｂ１
と点Ｂ２との間の長さ）は２．６ｍｍである。板状部１
５の厚さｄは３．５ｍｍである。したがって、射出瞳Ｐ
の図中紙面内の径（３ｍｍ）は、厚さｄ（３．５ｍｍ）
の１／２より大きい。使用波長は５３２ｎｍである。

【０１６３】また、この具体例の光線追跡のための諸量
を、下記の表１０に提示する。光学面の順序（面番号の
順序）は使用者の眼１６の瞳１６ａの面（＝イメージコ
ンバイナ１１の射出瞳Ｐの面）から画像表示素子１２へ
の順である。なお、表１０において、各面番号に対応す
る図１２中の参照符号を括弧書きの「符号」として示し
ている。

【０１６４】

【表１０】

【０１６５】また、本具体例における各光学面の位置関
係として、第１面（面番号１＝図１２中の符号Ｐ）の中
心を原点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，０，０）とした各光学
面の中心の絶対位置とＸ軸の周りの回転量（反時計周り
を正として測った値）を、下記の表１１に示す。

【０１６６】

【表１１】

【０１６７】以上、本発明の各実施の形態及びそれらの
具体例について説明したが、本発明はこれらの実施の形
態や具体例に限定されるものではない。

【０１６８】例えば、前述した各実施の形態は、本発明
によるイメージコンバイナを用いて頭部装着式の画像表
示装置を構成した例であったが、前述した各実施の形態
で採用されていた各イメージコンバイナ１１は、カメラ
のファインダーや顕微鏡及び双眼鏡の接眼レンズ部に装
着し得るように構成したり、あるいは、当該イメージコ
ンバイナをカメラや顕微鏡や双眼鏡等に組み込んでもよ
い。

【０１６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
使用者が外界などの前方からの光による像とこれに重畳
された表示画像を見ることができるイメージコンバイナ
において、板状部の厚みが薄いにも関わらず、表示画像
の画角をより広くしたり表示画像に対する射出瞳径をよ
り大きくしたりすることができるイメージコンバイナ、
及びこれを用いた頭部装着式等の画像表示装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による画像表示装置
の構成及びその光線の概略の経路を示す図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態の第１の具体例によ
る画像表示装置の構成及びその光線の経路を示す図であ
る。

【図３】第２の実施の形態の第１の具体例の光学系の結
像性能を表すためのスポットダイアグラムである。

【図４】本発明の第２の実施の形態の第２の具体例によ
る画像表示装置の構成及びその光線の経路を示す図であ
る。

【図５】本発明の第３の実施の形態による画像表示装置
の構成及びその光線の経路を示す図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態の具体例の光学系の
結像性能を表すためのスポットダイアグラムである。

【図７】本発明の第４の実施の形態による画像表示装置
の構成及びその光線の経路を示す図である。

【図８】図７中のエアギャップ層の作用を示す説明図で
ある。

【図９】本発明の第４の実施の形態の具体例の光学系の
結像性能を表すためのスポットダイアグラムである。

【図１０】本発明の第５の実施の形態による画像表示装
置の構成及びその光線の経路を示す図である。

【図１１】本発明の第５の実施の形態の具体例の光学系
の結像性能を表すためのスポットダイアグラムである。

【図１２】本発明の第６の実施の形態による画像表示装
置の構成及びその光線の経路を示す図である。

【図１３】従来の画像表示装置の構成及びその光線の経
路を示す図である。

【符号の説明】

１１イメージコンバイナ１２画像表示素子１３ＬＥＤ１４反射鏡１５板状部１６眼１６ａ瞳１７，２０透過型ホログラム光学素子３０エアギャップ層４０反射面５０ハーフミラー

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学材料で構成され光学的パワーを持つ
かあるいは光学的パワーを持たない板状部を備え、使用
時に前記板状部の少なくとも一部が使用者の眼の前に位
置し、前記板状部の前方から前記板状部の厚みを通過す
るように前記板状部を透過する光に対して、画像表示素
子からの光を重畳させて、前記眼に導くイメージコンバ
イナであって、前記板状部における前記眼と対向する位置付近におい
て、前記板状部の内部に、光路偏向作用を持つ平面状又
は曲面状の第１の透過型ホログラム光学素子が設けられ
たことを特徴とするイメージコンバイナ。
【請求項２】前記第１の透過型ホログラム光学素子が
光学的パワーを持つことを特徴とする請求項１記載のイ
メージコンバイナ。
【請求項３】前記第１の透過型ホログラム光学素子
は、前記画像表示素子の表示部の中心に対応する主光線
に対する偏向角が絶対値で４５度以下となる光路偏向作
用を持つことを特徴とする請求項１又は２記載のイメー
ジコンバイナ。
【請求項４】前記第１の透過型ホログラム光学素子が
前記板状部の面に対して傾けられたことを特徴とする請
求項１乃至３のいずれかに記載のイメージコンバイナ。
【請求項５】前記画像表示素子からの光は、前記板状
部の前記眼と反対側の面から当該面に対して斜めに入射
して当該面で屈折し、前記第１の透過型ホログラム光学
素子を透過した後に、前記板状部の前記眼の側の面から
射出されることを特徴とする請求項４記載のイメージコ
ンバイナ。
【請求項６】前記眼の視野内で、前記板状部の前記眼
の側の面に、平面状又は曲面状の第２の透過型ホログラ
ム光学素子が設けられたことを特徴とする請求項１乃至
４のいずれかに記載のイメージコンバイナ。
【請求項７】前記第２の透過型ホログラム光学素子
は、前記第１の透過型ホログラム光学素子により偏向さ
れた前記画像表示素子の表示部の中心に対応する主光線
を、同じ向きに更に偏向させる光路偏向作用を持つこと
を特徴とする請求項６記載のイメージコンバイナ。
【請求項８】前記第２の透過型ホログラム光学素子が
光学的パワーを持つことを特徴とする請求項６又は７記
載のイメージコンバイナ。
【請求項９】前記第２の透過型ホログラム光学素子
は、前記画像表示素子の表示部の中心に対応する主光線
に対する偏向角が絶対値で４５度以下となる光路偏向作
用を持つことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに
記載のイメージコンバイナ。
【請求項１０】前記画像表示素子からの光は、前記板
状部の前記眼と反対側の面から当該面に対して斜めに前
記板状部内に入射して当該面で屈折した後に、前記第１
の透過型ホログラム光学素子及び前記第２の透過型ホロ
グラム光学素子を順次透過して、前記第２の透過型ホロ
グラム光学素子から射出されることを特徴とする請求項
６乃至９のいずれかに記載のイメージコンバイナ。
【請求項１１】前記画像表示素子からの光は、前記板
状部の前記眼と反対側の面の内側で実質的に全反射した
後に、前記第１の透過型ホログラム光学素子及び前記第
２の透過型ホログラム光学素子を順次透過して、前記第
２の透過型ホログラム光学素子から射出されることを特
徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載のイメージコ
ンバイナ。
【請求項１２】前記画像表示素子からの光は、前記板
状部の前記眼と反対側の面の内側で実質的に全反射する
前に、前記板状部の前記眼の側の面の内側で実質的に全
反射することを特徴とする請求項１１記載のイメージコ
ンバイナ。
【請求項１３】前記板状部の内部又は表面に反射面又
は反射型ホログラム光学素子が設けられ、前記画像表示
素子からの光は、前記板状部の前記眼と反対側の面の内
側で実質的に全反射する前に、前記反射面又は前記反射
型ホログラム光学素子で反射されることを特徴とする請
求項１１記載のイメージコンバイナ。
【請求項１４】光学材料で構成され光学的パワーを持
つかあるいは光学的パワーを持たない板状部を備え、使
用時に前記板状部の少なくとも一部が使用者の眼の前に
位置し、前記板状部の前方から前記板状部の厚みを通過
するように前記板状部を透過する光に対して、画像表示
素子からの光を重畳させて、前記眼に導くイメージコン
バイナであって、前記板状部における前記眼と対向する位置付近におい
て、前記板状部の前記眼の側の面に、光路偏向作用を持
つ透過型ホログラム光学素子が設けられたことを特徴と
するイメージコンバイナ。
【請求項１５】前記透過型ホログラム光学素子が光学
的パワーを持つことを特徴とする請求項１４記載のイメ
ージコンバイナ。
【請求項１６】前記透過型ホログラム光学素子は、前
記画像表示素子の表示部の中心に対応する主光線に対す
る偏向角が絶対値で４５度以下となる光路偏向作用を持
つことを特徴とする請求項１４又は１５記載のイメージ
コンバイナ。
【請求項１７】前記画像表示素子からの光の光路中で
前記板状部の内部にエアギャップ層又はハーフミラーが
設けられ、前記画像表示素子からの光は、前記エアギャ
ップ層の面で実質的に全反射するかあるいは前記ハーフ
ミラーで反射した後に、前記透過型ホログラム光学素子
を透過して、前記透過型ホログラム光学素子から射出さ
れることを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれかに
記載のイメージコンバイナ。
【請求項１８】前記画像表示素子からの光の光路中に
エアギャップ層が設けられ、該光路中でかつ前記板状部
の前記眼と反対側の面にハーフミラー又は反射型ホログ
ラム光学素子が設けられ、前記画像表示素子からの光
は、前記エアギャップ層の面で実質的に全反射した後に
前記ハーフミラー又は前記反射型ホログラム光学素子で
反射され、更に前記エアギャップ層を透過した後に前記
透過型ホログラム光学素子を透過して、前記透過型ホロ
グラム光学素子から射出されることを特徴とする請求項
１４乃至１６のいずれかに記載のイメージコンバイナ。
【請求項１９】前記画像表示素子からの光に対する当
該イメージコンバイナの射出瞳の、前記画像表示素子の
表示部の中心に対応する主光線の偏向前後の光路を含む
面に沿った径が、前記板状部の厚さの１／２より大きい
ことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の
イメージコンバイナ。
【請求項２０】請求項１乃至１９のいずれかに記載の
イメージコンバイナと、前記画像表示素子とを備え、使
用時に少なくとも前記イメージコンバイナを含む部分が
使用者に装着されることを特徴とする画像表示装置。