JP2010107874A5 - - Google Patents

Description

本発明の一側面としての画像表示装置は、それぞれ第１の原画及び第２原画を形成する第１の画像形成素子及び第２の画像形成素子と、第１の画像形成素子からの光束のうち第１の光束を第１の射出瞳に導く第１の光学素子、第２の画像形成素子からの光束のうち第２の光束を第２の射出瞳に導く第２の光学素子、及び第２の画像形成素子からの光束のうち第３の光束を中間結像させて第１の光学素子に導き、第１の画像形成素子からの光束のうち第４の光束を中間結像させて第２の光学素子に導くリレー光学系を含む観察光学系とを有する。そして、観察光学系は、第１の光学素子により第１及び第３の光束を第１の射出瞳に導くことで該第１の射出瞳からの観察画角における互いに異なる画角領域に第１及び第２の原画のそれぞれに対応する画像を提示し、第２の光学素子により第２及び第４の光束を第２の射出瞳に導くことで該第２の射出瞳からの観察画角における互いに異なる画角領域に第２及び第１の原画にそれぞれ対応する画像を提示することを特徴とする。

３は第１のビームスプリッタ（第１の光束分割部）、４は第２のビームスプリッタ（第２の光束分割部）である。

５は第１の反射鏡、６は第２の反射鏡である。７は第１の接眼レンズ、８は第２の接眼レンズである。９は第１のリレーレンズ、１０は第２のリレーレンズである。１１は光学像を上下左右に反転する作用（像反転作用）を有するプリズムである。第１及び第２の接眼レンズ７，８はそれぞれ、第１及び第２の光学素子に相当し、第１及び第２の反射鏡５，６と第１及び第２のリレーレンズ９，１０とプリズム１１とによりリレー光学系２０が構成される。さらに、これら第１及び第２の光学素子とリレー光学系２０により観察光学系が構成される。

なお、その他の像反転作用を有するプリズム１１として、図１７に示すようにダハプリズムに２つの反射作用を加えたプリズム（１１′）や、図１８に示すポロプリズム（１１″）を用いることもできる。図１７に示すプリズムは、シュミットプリズムを構成する２つのプリズム部のうち１つを構成するプリズムでもあり、入射光軸と射出光軸が４５度程度傾く。また、図１８に示すポロプリズムは、入射光軸と射出光軸が上下又は左右にシフトする。予め入射光軸と射出光軸のずれを考慮することで、これらのプリズムを用いることも可能である。なお、本実施例に対応する後述する数値例３では、プリズム１１として、図１７に示すダハプリズムに２つの反射作用を加えたプリズムを用いている。

また、第１のビームスプリッタ３で反射した光束は、第１のリレーレンズ９を透過してプリズム１１で上下左右の像反転作用を受け、その後、第２のリレーレンズ１０を透過して第２の反射鏡６に入射する。このとき、該光束は、第２のリレーレンズ１０の近く（第２のリレーレンズ１０と第２の接眼レンズ８との間）に第１の中間像１００を形成する。すなわち、該光束は、１回（奇数回）中間像を形成した上で、後述するように第２の射出瞳１３に導かれる。

本実施例では、実施例１におけるプリズム１１に代えて、切換部としての時分割シャッタを用いている。図２において、２１は第１の接眼レンズ７と第１の射出瞳１２との間に配置された第１の時分割シャッタであり、２２は第２の接眼レンズ８と第２の射出瞳１３との間に配置された第２の時分割シャッタである。第１及び第２の画像形成素子１，２からの光束の光路は、プリズム１１による像反転作用を受けないことを除いて、実施例１と同じである。第１及び第２のリレーレンズ９，１０の近くで第１及び第２の画像形成素子１，２からの光束が中間像を形成する点も、実施例１と同じである。

第１及び第２の接眼レンズ７，８はそれぞれ、第１及び第２の光学素子に相当し、第１及び第２の反射鏡５，６と第１及び第２のリレーレンズ９，１０とによりリレー光学系２０′が構成される。さらに、これら第１及び第２の光学素子とリレー光学系２０により観察光学系が構成される。

本実施例（及び後述する実施例４，５）では、図３に示すように、複数の偏心反射曲面を用いて光路を折り畳む機能と、ビームスプリッタ（光束分割部）としての機能とを含む第１及び第２の接眼プリズム１４，１５を用いている。

これらの接眼プリズム１４，１５は、屈折率が１よりも大きいガラスやプラスチック等の光学媒質で満たされた透明体により構成される。第１の接眼プリズム１４の面３１及び第２の接眼プリズム１５の面３２はそれぞれ、ビームスプリット機能を持つ面である。

第１及び第２の接眼プリズム１４，１５はそれぞれ、第１及び第２の光学素子に相当する。また、第１及び第２の接眼プリズム１４，１５の面３１，３２、第１及び第２の像反転プリズム３３，３４、第１及び第２の反射鏡５，６及び第１及び第２のリレーレンズ９，１０によりリレー光学系３０が構成される。さらに、これら第１及び第２の接眼プリズム１４，１５とリレー光学系３０により観察光学系が構成される。

第１及び第２の接眼プリズム１４，１５はそれぞれ、第１及び第２の光学素子に相当する。また、第１及び第２の接眼プリズム１４，１５の面３１，３２、第１及び第２の像反転プリズム３３，３４、第１及び第２の反射鏡５，６及び第１及び第２のリレーレンズ９，１０によりリレー光学系４０が構成される。さらに、これら第１及び第２の接眼プリズム１４，１５とリレー光学系４０により観察光学系が構成される。

第１及び第２の接眼プリズム１４，１５はそれぞれ、第１及び第２の光学素子に相当する。また、第１及び第２の接眼プリズム１４，１５の面３１，３２、導光プリズム１６、後述するレンズ１７、１８及び反射鏡１９，２０によりリレー光学系が構成される。さらに、これら第１及び第２の接眼プリズム１４，１５とリレー光学系により観察光学系が構成される。

また、面３１を透過した光束（第４の光束）は、導光プリズム１６に面５２から入射し、該導光プリズム１６内で中間像１０２を形成しながら３回反射した後に面５２を透過して導光プリズム１６から射出する。そして、該光束は、第２の接眼プリズム１５に面３２から入射し、面３７で反射し、面３８を通過して第２の接眼プリズム１５から射出する。さらに、該光束は、レンズ１７を介して反射鏡１９で反射し、再びレンズ１７を介して面３８から第２の接眼プリズム１５に入射する。そして、面３７で反射して２つ目の中間像１０３を形成した後、面３２で反射し、面３７を透過して第２の接眼プリズム１５から射出し、第２の射出瞳１３に導かれる。このとき、該光束は、第２の射出瞳１３からの観察画角のうち右側画角領域に第１の分割画像を形成する。

本実施例では、第１の画像形成素子１から第１の射出瞳１２に導かれる光束は１回、第２の射出瞳１３に導かれる光束は３回、ビームスプリット機能を持つ面３１，３２で反射又は透過する。また、第２の画像形成素子２から第２の射出瞳１３に導かれる光束は１回、第１の射出瞳１２に導かれる光束は３回、ビームスプリット機能を持つ面３１，３２で反射又は透過する。このため、ビームスプリット機能を持つ面３１，３２をハーフミラーとすると、同じ射出瞳でも左右の画角領域で光量が異なる。また、ビームスプリット機能を持つ面のすべての領域で反射作用と透過作用を有するため、実施例３，４のように、ハーフミラー処理の有無によって上記光量の差を低減することはできない。

以下、上記実施例３および４の数値例について説明する。
（数値例１）
図７には、図３に示した実施例３の数値例１の光学断面を示す。本数値例及び後述する他の数値例では、射出瞳からの光線を像面としての各画像形成素子に向かって追跡する逆光線追跡による説明を行う。

また、第１の接眼プリズム１４における面Ｓ４と第１のリレープリズム９′における面Ｓ６′と第２の接眼プリズム１５における面Ｓ１９′での反射は、いずれも内部全反射である。

また、第１の接眼プリズム１４における面Ｓ４と第１のリレープリズム９′における面Ｓ６′と第２の接眼プリズム１５における面Ｓ１５′での反射は、いずれも内部全反射である。

本数値例において、面Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ１４′，Ｓ１５′，Ｓ１６′は回転非対称面であり、図９の紙面（ｙｚ断面）を唯一の対称面とする面対称形状を有する。本数値例の光学データを表３に示す。

なお、第１及び第２の接眼レンズ７，８はそれぞれ、第１及び第２の光学素子に相当し、反射鏡６１〜６４及びリレーレンズ６５〜６８によりリレー光学系１１０が構成される。さらに、これら第１及び第２の光学素子とリレー光学系１１０により観察光学系が構成される。

このように、第１の射出瞳１２に対して、第１の画像形成素子１に形成された第１の原画に対応する第１の分割画像と第３の画像形成素子６０の左側の原画形成領域に形成された第３の原画に対応する第３の分割画像とを繋ぎ合わせた合成画像を提示できる。また、第２の射出瞳１３に対して、第２の画像形成素子２に形成された第２の原画に対応する第２の分割画像と第３の画像形成素子６０の右側の原画形成領域に形成された第４の原画に対応する第４の分割画像とを繋ぎ合わせた合成画像を提示できる。すなわち、両眼用のＨＭＤにおいて、３つの画像形成素子１，２，６０を用いて広画角の合成画像を提示することができる。

第３の画像形成素子６０は、左眼用原画と右眼用原画を同時に形成することができる。また、リレー光学系１１０によってこれらの原画からの光束が中間像を形成して上下左右が反転されるが、予め第３の画像形成素子６０上に通常の向きに対して上下左右が反転した原画を形成しておけば、第２及び第４の分割画像は通常の向きで提示される。したがって、実施例１，３〜５で説明した像反転用の光学系や実施例２で説明した時分割シャッタを必要としない。

本数値例では、水平方向の画角を２つの画角領域に分割し、該２つの画角領域のそれぞれに対して画像形成素子（第１及び第３の画像形成素子１，６０、第２及び第３の画像形成素子２，６０）を設けている。すなわち、第１の画像形成素子１と第３の画像形成素子６０における左半分の原画形成領域はそれぞれ、水平画角２５度に対応する原画を形成する。また、第２の画像形成素子２と第３の画像形成素子６０における右半分の原画形成領域はそれぞれ、水平画角２５度に対応する原画を形成する。垂直画角については分割されていないため、各画像形成素子は、３８．５度の画角に対応する原画を形成する。
また、左右の射出瞳間の距離を６３ｍｍとし、観察光学系が左右対称となるように構成した。具体的には、第１の接眼プリズム１４と第２の接眼プリズム１５、第１のリレープリズム６９と第２のリレープリズム７０、及び第１の光学素子２５と第２の光学素子２６はそれぞれ、左右対称な形状を有し、左右対称に配置されている。

Claims (7)

1. それぞれ第１の原画及び第２の原画を形成する第１の画像形成素子及び第２の画像形成素子と、
   前記第１の画像形成素子からの光束のうち第１の光束を第１の射出瞳に導く第１の光学素子、前記第２の画像形成素子からの光束のうち第２の光束を第２の射出瞳に導く第２の光学素子、及び前記第２の画像形成素子からの光束のうち第３の光束を中間結像させて前記第１の光学素子に導き、前記第１の画像形成素子からの光束のうち第４の光束を中間結像させて前記第２の光学素子に導くリレー光学系を含む観察光学系とを有し、
   前記観察光学系は、前記第１の光学素子により前記第１及び第３の光束を前記第１の射出瞳に導くことで該第１の射出瞳からの観察画角における互いに異なる画角領域に前記第１及び第２の原画のそれぞれに対応する画像を提示し、前記第２の光学素子により前記第２及び第４の光束を前記第２の射出瞳に導くことで該第２の射出瞳からの観察画角における互いに異なる画角領域に前記第２及び第１の原画にそれぞれ対応する画像を提示することを特徴とする画像表示装置。
2. 前記第１の画像形成素子からの光束を前記第１の光束と前記第４の光束に分割する第１の光束分割手段と、前記第２の画像形成素子からの光束を前記第２の光束と前記第３の光束とに分割する第２の光束分割手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記リレー光学系は、前記第３及び第４の光束をそれぞれ奇数回ずつ中間結像させて前記第１及び第２の光学素子に導き、
   該リレー光学系は、前記第３の光束と前記第４の光束によってそれぞれ形成される像を反転する像反転手段を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
4. 前記第１及び第３の光束が前記第１の射出瞳に導かれる状態と、前記第２及び第４の光束が前記第２の射出瞳に導かれる状態とを交互に切り換える切換手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
5. 前記リレー光学系は、前記第３及び第４の光束をそれぞれ偶数回ずつ中間結像させて前記第１及び第２の光学素子に導くことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
6. それぞれ第１の原画及び第２の原画を形成する第１の画像形成素子及び第２の画像形成素子と、
   第３の原画及び第４の原画を形成する第３の画像形成素子と、
   前記第１の画像形成素子からの光束のうち第１の光束を第１の射出瞳に導く第１の光学素子、前記第２の画像形成素子からの光束のうち第２の光束を第２の射出瞳に導く第２の光学素子、及び前記第３の画像形成素子からの光束のうち第３の光束を中間結像させて前記第１の光学素子に導き、該第３の画像形成素子からの光束のうち第４の光束を中間結像させて前記第２の光学素子に導くリレー光学系を含む観察光学系とを有し、
   前記観察光学系は、前記第１の光学素子により前記第１及び第３の光束を前記第１の射出瞳に導くことで該第１の射出瞳からの観察画角における互いに異なる画角領域に前記第１及び第３の原画のそれぞれに対応する画像を提示し、前記第２の光学素子により前記第２及び第４の光束を前記第２の射出瞳に導くことで該第２の射出瞳からの観察画角における互いに異なる画角領域に前記第２及び第４の原画のそれぞれに対応する画像を提示することを特徴とする画像表示装置。
7. それぞれ第１の原画及び第２の原画を形成する第１の画像形成素子及び第２の画像形成素子と、
   前記第１の画像形成素子からの第１の光束を中間結像させて射出瞳に導く第１の光学系を含み、前記第２の画像形成素子からの第２の光束を前記第１の光学系に含まれる光学素子を介して前記射出瞳に導く観察光学系とを有し、
   前記観察光学系は、前記第１の光束と前記第２の光束とを前記射出瞳に導くことで該射出瞳からの観察画角における第１の画角領域と第２の画角領域にそれぞれ前記第１の原画に対応する画像及び前記第２の原画に対応する画像を提示し、
   前記第１の画角領域は、前記第２の画角領域よりも広いことを特徴とする画像表示装置。