JP3263062B2 - 視覚表示装置 - Google Patents
視覚表示装置Info
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- JP3263062B2 JP3263062B2 JP2000111691A JP2000111691A JP3263062B2 JP 3263062 B2 JP3263062 B2 JP 3263062B2 JP 2000111691 A JP2000111691 A JP 2000111691A JP 2000111691 A JP2000111691 A JP 2000111691A JP 3263062 B2 JP3263062 B2 JP 3263062B2
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、視覚表示装置に関
し、特に、使用者の頭部もしくは顔面に保持することが
可能なポータブル型の頭部又は顔面装着式視覚表示装置
に関する。
し、特に、使用者の頭部もしくは顔面に保持することが
可能なポータブル型の頭部又は顔面装着式視覚表示装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、バーチャルリアリティー用、ある
いは、個人的に大画面の映像を楽しむことを目的とし
て、ヘルメット型、ゴーグル型の頭部又は顔面に保持す
る視覚表示装置が開発されている。例えば、液晶表示素
子等の小型の表示素子上の像をレンズ等の接眼光学系で
眼球に拡大投影するものがある。そのような頭部装着式
視覚表示装置の光学系を図9に示す。図9において、2
次元表示素子を5、2次元表示素子5を空中に拡大投影
する接眼レンズを2、観察者眼球位置を10とする。
いは、個人的に大画面の映像を楽しむことを目的とし
て、ヘルメット型、ゴーグル型の頭部又は顔面に保持す
る視覚表示装置が開発されている。例えば、液晶表示素
子等の小型の表示素子上の像をレンズ等の接眼光学系で
眼球に拡大投影するものがある。そのような頭部装着式
視覚表示装置の光学系を図9に示す。図9において、2
次元表示素子を5、2次元表示素子5を空中に拡大投影
する接眼レンズを2、観察者眼球位置を10とする。
【0003】接眼光学系の従来技術としては、顕微鏡、
双眼鏡、望遠鏡、ファインダー等の接眼レンズがある
(特開昭51−120231号、特開昭60−2272
15号、特開昭61−48810号、特開昭63−31
851号、特開平3−87709号)。
双眼鏡、望遠鏡、ファインダー等の接眼レンズがある
(特開昭51−120231号、特開昭60−2272
15号、特開昭61−48810号、特開昭63−31
851号、特開平3−87709号)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】頭部もしくは顔面装着
式視覚表示装置にとって、装置全体の大きさを小さくす
ることと、重量を軽量化することが、装着性を向上させ
る上で重要である。また、大きな画角を確保することが
画面の臨場感を増す上で必要であり、臨場感は提示画角
で決まってしまうと言っても過言でない(テレビジョン
学会誌,Vol.45, No.12, pp.1589-1596(1991))。
式視覚表示装置にとって、装置全体の大きさを小さくす
ることと、重量を軽量化することが、装着性を向上させ
る上で重要である。また、大きな画角を確保することが
画面の臨場感を増す上で必要であり、臨場感は提示画角
で決まってしまうと言っても過言でない(テレビジョン
学会誌,Vol.45, No.12, pp.1589-1596(1991))。
【0005】立体感、迫力感等の臨場感を観察者に与え
るためには、観察水平方向で30°(±15°)以上の
提示画角を確保することが必要であると同時に、120
°(±60°)付近でその効果は飽和してしまうことが
知られている。つまり、30°以上でなるべく120°
に近い観察画角にすることが望ましい。
るためには、観察水平方向で30°(±15°)以上の
提示画角を確保することが必要であると同時に、120
°(±60°)付近でその効果は飽和してしまうことが
知られている。つまり、30°以上でなるべく120°
に近い観察画角にすることが望ましい。
【0006】また、接眼光学系のアイポイントにおける
設計瞳径が小さいと、瞳の自由度が小さく、装置を密着
した状態が少しずれるだけで観察視野周辺に暗黒部が生
じ、臨場感を損なうこととなり、好ましくない。つま
り、接眼光学系のFナンバーを小さくすることが要求さ
れる。
設計瞳径が小さいと、瞳の自由度が小さく、装置を密着
した状態が少しずれるだけで観察視野周辺に暗黒部が生
じ、臨場感を損なうこととなり、好ましくない。つま
り、接眼光学系のFナンバーを小さくすることが要求さ
れる。
【0007】しかし、接眼光学系の画角を大きくし、さ
らに、Fナンバーを小さくすると、光学系の周辺部を光
線が通過するため、収差の発生が大きくなり、コンパク
トな構成では収差の補正が困難となり、周辺画像の解像
度が低下したり、像歪みの発生が大きくなり観察像が歪
んだりする問題が発生する。特に、像面湾曲について
は、レンズ枚数の少ないコンパクトな接眼レンズでは、
光線高の高い箇所に正レンズ、低い箇所に負レンズを配
置して、正負のパワー配分によってペッツバール和を小
さくするような構成をとることができず、その補正が困
難である。
らに、Fナンバーを小さくすると、光学系の周辺部を光
線が通過するため、収差の発生が大きくなり、コンパク
トな構成では収差の補正が困難となり、周辺画像の解像
度が低下したり、像歪みの発生が大きくなり観察像が歪
んだりする問題が発生する。特に、像面湾曲について
は、レンズ枚数の少ないコンパクトな接眼レンズでは、
光線高の高い箇所に正レンズ、低い箇所に負レンズを配
置して、正負のパワー配分によってペッツバール和を小
さくするような構成をとることができず、その補正が困
難である。
【0008】上記した従来の接眼レンズは、大きな画角
を確保してはいるものの、Fナンバーが大きいものか、
又は、Fナンバーが小さく設計されていても、収差補正
が不足するものかの何れかであり、30°以上の大きな
画角と小さいFナンバーを同時に確保しながら、良好な
収差補正を達成するのは困難であった。したがって、視
覚表示装置として重要な、大きな観察画角と大きな瞳位
置の自由度と周辺まで平坦性の良い鮮明な画像とを同時
に提供することはできない。
を確保してはいるものの、Fナンバーが大きいものか、
又は、Fナンバーが小さく設計されていても、収差補正
が不足するものかの何れかであり、30°以上の大きな
画角と小さいFナンバーを同時に確保しながら、良好な
収差補正を達成するのは困難であった。したがって、視
覚表示装置として重要な、大きな観察画角と大きな瞳位
置の自由度と周辺まで平坦性の良い鮮明な画像とを同時
に提供することはできない。
【0009】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたものであり、その目的は、30°以上の大き
な観察画角を提示でき、瞳位置の自由度が大きく、か
つ、周辺までフラットで鮮明な観察画像を提示できる視
覚表示装置を提供することである。
になされたものであり、その目的は、30°以上の大き
な観察画角を提示でき、瞳位置の自由度が大きく、か
つ、周辺までフラットで鮮明な観察画像を提示できる視
覚表示装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の視覚表示装置は、画像表示面が略平面形
状に構成された画像表示素子と、前記画像表示素子の形
成した平面像を湾曲形状を備えた中間像として結像させ
るリレー光学系と、前記中間像を観察者が虚像として観
察できるように導く接眼光学系とを含み、前記リレー光
学系と前記接眼光学系とが総じて相殺されるような符号
の反転した像面湾曲収差を発生されるように構成され、
前記接眼光学系が、前記リレー光学系側に配置された第
1群と、前記第1群とは空気を挟んで分離され瞳側に配
置された第2群とから構成され、前記リレー光学系と前
記接眼光学系との構成により、前記中間像が湾曲形状を
有するも前記観察者が観察する虚像における像面湾曲収
差は補正され、かつ、前記第1群と前記第2群とによる
機能分担から設計の自由度を増しつつ観察者画角30°
以上の高性能を達成し得るように構成され、下記の条件
(1)を満足することを特徴とするものである。 0.5<|R/F|< 2.5 …(1) ただし、リレー光学系により湾曲した物体面の曲率半径
をR、接眼光学系の焦点距離をFとする。
めに、本発明の視覚表示装置は、画像表示面が略平面形
状に構成された画像表示素子と、前記画像表示素子の形
成した平面像を湾曲形状を備えた中間像として結像させ
るリレー光学系と、前記中間像を観察者が虚像として観
察できるように導く接眼光学系とを含み、前記リレー光
学系と前記接眼光学系とが総じて相殺されるような符号
の反転した像面湾曲収差を発生されるように構成され、
前記接眼光学系が、前記リレー光学系側に配置された第
1群と、前記第1群とは空気を挟んで分離され瞳側に配
置された第2群とから構成され、前記リレー光学系と前
記接眼光学系との構成により、前記中間像が湾曲形状を
有するも前記観察者が観察する虚像における像面湾曲収
差は補正され、かつ、前記第1群と前記第2群とによる
機能分担から設計の自由度を増しつつ観察者画角30°
以上の高性能を達成し得るように構成され、下記の条件
(1)を満足することを特徴とするものである。 0.5<|R/F|< 2.5 …(1) ただし、リレー光学系により湾曲した物体面の曲率半径
をR、接眼光学系の焦点距離をFとする。
【0011】以下、上記構成をとる理由と作用について
説明する。
説明する。
【0012】本発明のポイントは以下の2点にある。
【0013】第1点目は、像面湾曲収差を良好に補正す
るために、2次元表示素子上の平面像を曲面像に変換す
るリレー光学系を用いることにより、接眼光学系では、
曲面を物点として眼球に虚像の拡大平面像を投影すると
いう構成をとったことである。この構成の中で、平面で
ある2次元表示素子上の物体面を、接眼光学系の像面湾
曲で打ち消すように、予めリレー光学系で曲面物点にす
ることが重要である。これにより、像面湾曲収差を接眼
レンズ系で補正する必要がなくなり、本発明のような2
群のレンズ系で像面湾曲収差つまりペッツバール和の補
正をしなくても、非点収差のみが補正されていれば、フ
ラットな空中拡大像を提供することができる。
るために、2次元表示素子上の平面像を曲面像に変換す
るリレー光学系を用いることにより、接眼光学系では、
曲面を物点として眼球に虚像の拡大平面像を投影すると
いう構成をとったことである。この構成の中で、平面で
ある2次元表示素子上の物体面を、接眼光学系の像面湾
曲で打ち消すように、予めリレー光学系で曲面物点にす
ることが重要である。これにより、像面湾曲収差を接眼
レンズ系で補正する必要がなくなり、本発明のような2
群のレンズ系で像面湾曲収差つまりペッツバール和の補
正をしなくても、非点収差のみが補正されていれば、フ
ラットな空中拡大像を提供することができる。
【0014】さらに、リレー光学系による曲面像は、接
眼レンズ側に凹面を向けた曲面であることが好ましく、
例えば球面であってもよい。上記構成をとる理由は、一
般的に言って、レンズ枚数の少ないコンパクトな接眼レ
ンズでは、光線高の高い箇所に正レンズ、低い箇所に負
レンズを配置して、正負のパワー配分によってペッツバ
ール和を小さくするような構成をとることができず、像
面湾曲が発生するからである。その湾曲方向はペッツバ
ール像面の湾曲方向に相当し、正のペッツバールが過剰
の接眼レンズでは、眼球側に凹面を向けた球面となる。
したがって、リレー光学系による曲面像を、接眼レンズ
側に凹面を向けた球面とすることによって、接眼レンズ
の像面湾曲は打ち消されて、結果的にフラットな空中拡
大像を提供できる。
眼レンズ側に凹面を向けた曲面であることが好ましく、
例えば球面であってもよい。上記構成をとる理由は、一
般的に言って、レンズ枚数の少ないコンパクトな接眼レ
ンズでは、光線高の高い箇所に正レンズ、低い箇所に負
レンズを配置して、正負のパワー配分によってペッツバ
ール和を小さくするような構成をとることができず、像
面湾曲が発生するからである。その湾曲方向はペッツバ
ール像面の湾曲方向に相当し、正のペッツバールが過剰
の接眼レンズでは、眼球側に凹面を向けた球面となる。
したがって、リレー光学系による曲面像を、接眼レンズ
側に凹面を向けた球面とすることによって、接眼レンズ
の像面湾曲は打ち消されて、結果的にフラットな空中拡
大像を提供できる。
【0015】以下、上記のリレー光学系について説明す
る。リレー光学系がない場合は、像面湾曲を補正するた
めには、2次元表示素子を曲面に製作しなけらばならな
いが、これは製作上非常に難しい。したがって、前に述
べたように、リレー光学系は、2次元表示素子に表示さ
れた2次元平面画像を曲面画像に変換する作用を持つも
のが要求される。このリレー光学系は、例えば、意図的
に像面湾曲を発生させたリレーレンズ系で構成すること
ができる。
る。リレー光学系がない場合は、像面湾曲を補正するた
めには、2次元表示素子を曲面に製作しなけらばならな
いが、これは製作上非常に難しい。したがって、前に述
べたように、リレー光学系は、2次元表示素子に表示さ
れた2次元平面画像を曲面画像に変換する作用を持つも
のが要求される。このリレー光学系は、例えば、意図的
に像面湾曲を発生させたリレーレンズ系で構成すること
ができる。
【0016】本発明の第2点目のポイントは、曲面物点
を平面像点として、空中に拡大投影する接眼光学系の構
成として、正の単レンズの第1レンズ群と負レンズと正
レンズの接合レンズの第2レンズ群とから構成すると共
に、各面の少なくとも1つを非球面とする構成をとった
ことである。
を平面像点として、空中に拡大投影する接眼光学系の構
成として、正の単レンズの第1レンズ群と負レンズと正
レンズの接合レンズの第2レンズ群とから構成すると共
に、各面の少なくとも1つを非球面とする構成をとった
ことである。
【0017】以下、説明の便宜上、眼球瞳孔を物体側と
し、リレー光学系による曲面像を像点とした逆光線追跡
で説明することとする。瞳孔から射出する光線は、画角
が大きい程、もしくは、Fナンバーが小さい程、接眼レ
ンズ系に入射する光線高が高くなるので、強い正のパワ
ーを持ったレンズをまず配置する。このレンズは、正の
単レンズとすることで光線高を低くし、その後に入射す
るレンズ系で収差の発生をなるべく小さくする。第2レ
ンズ群は、色収差を補正するために、アッベ数の離れた
負と正のレンズの接合レンズとする。さらに、画角が大
きいことによる各レンズ面で発生する収差を補正するた
めに、各面の少なくとも1つに非球面を採用する。これ
により、コンパクトな構成で、像面湾曲以外の諸収差、
特にコマ収差と非点収差を補正することができる。
し、リレー光学系による曲面像を像点とした逆光線追跡
で説明することとする。瞳孔から射出する光線は、画角
が大きい程、もしくは、Fナンバーが小さい程、接眼レ
ンズ系に入射する光線高が高くなるので、強い正のパワ
ーを持ったレンズをまず配置する。このレンズは、正の
単レンズとすることで光線高を低くし、その後に入射す
るレンズ系で収差の発生をなるべく小さくする。第2レ
ンズ群は、色収差を補正するために、アッベ数の離れた
負と正のレンズの接合レンズとする。さらに、画角が大
きいことによる各レンズ面で発生する収差を補正するた
めに、各面の少なくとも1つに非球面を採用する。これ
により、コンパクトな構成で、像面湾曲以外の諸収差、
特にコマ収差と非点収差を補正することができる。
【0018】さらに、非球面は、水平方向の画角が50
°以上の接眼レンズでは、少なくとも最も眼球側の面に
採用するのが好ましい。この理由は、画角が50°を越
えると、最も眼球側の面に入射する光線高と入射角が大
きくなり、この面でのコマ収差、非点収差の発生が極め
て大きくなり、他のレンズ面では補正しきれなくなるた
めである。
°以上の接眼レンズでは、少なくとも最も眼球側の面に
採用するのが好ましい。この理由は、画角が50°を越
えると、最も眼球側の面に入射する光線高と入射角が大
きくなり、この面でのコマ収差、非点収差の発生が極め
て大きくなり、他のレンズ面では補正しきれなくなるた
めである。
【0019】次に、リレー光学系による湾曲した物体面
の曲率半径に関する条件式について説明する。リレー光
学系により湾曲した物体面の曲率半径をR、接眼光学系
の焦点距離をFとすると、 0.5<|R/F|< 2.5 …(1) なる条件を満足することが重要である。この条件式の下
限の0.5を越えると、逆追跡での接眼レンズ系の像面
湾曲を補正するための物体面の曲率半径が小さくなりす
ぎ、この物体面に接眼レンズ系の像面湾曲を合わせよう
とすると、非点収差が大きくなりすぎ、周辺画像の解像
力が低下する。上限の2.5を越えると、今度は非点収
差が逆方向に大きくなり、やはり周辺画像の解像力が低
下する。このように、非点収差と像面湾曲のバランスを
とる上で、上記条件を満足すると良い結果を得られる。
の曲率半径に関する条件式について説明する。リレー光
学系により湾曲した物体面の曲率半径をR、接眼光学系
の焦点距離をFとすると、 0.5<|R/F|< 2.5 …(1) なる条件を満足することが重要である。この条件式の下
限の0.5を越えると、逆追跡での接眼レンズ系の像面
湾曲を補正するための物体面の曲率半径が小さくなりす
ぎ、この物体面に接眼レンズ系の像面湾曲を合わせよう
とすると、非点収差が大きくなりすぎ、周辺画像の解像
力が低下する。上限の2.5を越えると、今度は非点収
差が逆方向に大きくなり、やはり周辺画像の解像力が低
下する。このように、非点収差と像面湾曲のバランスを
とる上で、上記条件を満足すると良い結果を得られる。
【0020】さらに、上記の条件の範囲を、 1<|R/F|<2 …(1)’ にすると、より望ましい。
【0021】この条件の下限以内であれば、リレー光学
系によって湾曲した物体面の曲率半径をある程度緩めに
(曲率半径を大きく)とれるので、リレー光学系の設計
上の自由度が増し、その製作が簡単にでき、生産性も向
上できる。また、この条件の上限以内であれば、接眼光
学系の焦点距離をある程度大きくとれるので、観察者眼
球と接眼光学系との間にゆとりが持て、使い勝手が向上
できる。
系によって湾曲した物体面の曲率半径をある程度緩めに
(曲率半径を大きく)とれるので、リレー光学系の設計
上の自由度が増し、その製作が簡単にでき、生産性も向
上できる。また、この条件の上限以内であれば、接眼光
学系の焦点距離をある程度大きくとれるので、観察者眼
球と接眼光学系との間にゆとりが持て、使い勝手が向上
できる。
【0022】さらに好ましくは、接眼光学系の焦点距離
は、装置全体の大きさから短くするほうが有利となる
が、接眼光学系と観察者の瞳孔位置との距離(アイポイ
ント)が12mm以上必要であることから、接眼光学系
の焦点距離Fは、 12<F<30 〔mm〕 …(2) なる条件を満足することが重要である。この条件式の下
限の12を越えると、アイポイントを12mm以上確保
することが不可能となり、観察者の睫毛がレンズに当た
ってしまい、観察し難くなる。また、上限の30を越え
ると、接眼レンズが大きくなり、観察者の顔前に突き出
し、また、重くなるために、装置を装着したときに観察
者に違和感や疲労感を与えてしまう。
は、装置全体の大きさから短くするほうが有利となる
が、接眼光学系と観察者の瞳孔位置との距離(アイポイ
ント)が12mm以上必要であることから、接眼光学系
の焦点距離Fは、 12<F<30 〔mm〕 …(2) なる条件を満足することが重要である。この条件式の下
限の12を越えると、アイポイントを12mm以上確保
することが不可能となり、観察者の睫毛がレンズに当た
ってしまい、観察し難くなる。また、上限の30を越え
ると、接眼レンズが大きくなり、観察者の顔前に突き出
し、また、重くなるために、装置を装着したときに観察
者に違和感や疲労感を与えてしまう。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照にして本発明の
視覚表示装置の接眼レンズの実施例1〜5とリレー光学
系の実施例について説明する。
視覚表示装置の接眼レンズの実施例1〜5とリレー光学
系の実施例について説明する。
【0024】図1に実施例1の、図2に実施例4の接眼
レンズのレンズ断面図を示すが、実施例2、3、5のレ
ンズ構成は実施例1とほぼ同じであるので、図示は省
く。
レンズのレンズ断面図を示すが、実施例2、3、5のレ
ンズ構成は実施例1とほぼ同じであるので、図示は省
く。
【0025】図1において、符号1は観察者眼球の瞳孔
にあたる接眼レンズの入射瞳位置、2は接眼レンズ、3
は湾曲した像面であり、実際の使用に際しては、像面3
には、後で例示するリレー光学系4(図8)等のリレー
光学系による曲面像を配する。
にあたる接眼レンズの入射瞳位置、2は接眼レンズ、3
は湾曲した像面であり、実際の使用に際しては、像面3
には、後で例示するリレー光学系4(図8)等のリレー
光学系による曲面像を配する。
【0026】さて、接眼レンズ2は、実施例1〜3、5
においては、図1に示すように、瞳孔1側から、両凸レ
ンズと、瞳孔1側に凸面を向けた負メニスカスレンズと
両凸レンズの接合レンズとからなっており、実施例4に
おいては、図2に示すように、瞳孔1側から、瞳孔1側
に凸面を向けた正メニスカスレンズと、瞳孔1側に凸面
を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズの接合レンズ
とからなっている。
においては、図1に示すように、瞳孔1側から、両凸レ
ンズと、瞳孔1側に凸面を向けた負メニスカスレンズと
両凸レンズの接合レンズとからなっており、実施例4に
おいては、図2に示すように、瞳孔1側から、瞳孔1側
に凸面を向けた正メニスカスレンズと、瞳孔1側に凸面
を向けた負メニスカスレンズと両凸レンズの接合レンズ
とからなっている。
【0027】接眼レンズ2の非球面については、実施例
1においては、単レンズの両面に、実施例2において
は、単レンズの瞳孔1側の面と接合レンズの像面3側の
面の2面に、実施例3においては、単レンズの瞳孔1側
の面1面に、実施例4においては、接合レンズの像面3
側の面1面に、実施例4においては、接合レンズの瞳孔
1側の面1面にそれぞれ用いている。
1においては、単レンズの両面に、実施例2において
は、単レンズの瞳孔1側の面と接合レンズの像面3側の
面の2面に、実施例3においては、単レンズの瞳孔1側
の面1面に、実施例4においては、接合レンズの像面3
側の面1面に、実施例4においては、接合レンズの瞳孔
1側の面1面にそれぞれ用いている。
【0028】実施例1と2は、観察水平方向画角50°
(±25°)、対角方向画角63°の例であり、実施例
3〜5は、観察水平方向画角40°(±20°)、対角
方向画角50°の例であり、全実施例とも、瞳孔径はφ
8mmである。
(±25°)、対角方向画角63°の例であり、実施例
3〜5は、観察水平方向画角40°(±20°)、対角
方向画角50°の例であり、全実施例とも、瞳孔径はφ
8mmである。
【0029】以下、上記実施例1〜5の逆追跡のレンズ
データを示すが、記号は、上記の外、r0 は瞳孔1を、
d0 はアイポイントを、r1 〜r5 は接眼レンズ2の各
レンズ面の曲率半径を、d1 〜d4 は接眼レンズ2の各
レンズ面間の間隔を、nd1〜nd3は接眼レンズ2の各レ
ンズのd線の屈折率、νd1〜νd3は接眼レンズ2の各レ
ンズのアッベ数を表し、d5 は接眼レンズ2の最終面
(第5面)と像面3の間の間隔を、r6 は像面3を表
す。また、非球面形状は、その非球面上の任意の点から
非球面頂点の接平面までの距離をZ、この任意の点から
光軸までの距離をh、基準曲率半径をr、円錐定数を
K、非球面係数をA、B…とした時に、下記の式によっ
て表せられる。
データを示すが、記号は、上記の外、r0 は瞳孔1を、
d0 はアイポイントを、r1 〜r5 は接眼レンズ2の各
レンズ面の曲率半径を、d1 〜d4 は接眼レンズ2の各
レンズ面間の間隔を、nd1〜nd3は接眼レンズ2の各レ
ンズのd線の屈折率、νd1〜νd3は接眼レンズ2の各レ
ンズのアッベ数を表し、d5 は接眼レンズ2の最終面
(第5面)と像面3の間の間隔を、r6 は像面3を表
す。また、非球面形状は、その非球面上の任意の点から
非球面頂点の接平面までの距離をZ、この任意の点から
光軸までの距離をh、基準曲率半径をr、円錐定数を
K、非球面係数をA、B…とした時に、下記の式によっ
て表せられる。
【0030】 Z=(h2 /r)/{1+〔1−(1+K)(h/r)2 〕1/2 } +Ah4 +Bh6 +・・・・ 。 実施例1 r0 = ∞ d0 =15.000000 r1 = 19.16777(非球面) d1 =17.282117 nd1 =1.5254 νd1 =56.25 r2 = -17.96050(非球面) d2 = 0.603569 r3 = 74.17377 d3 = 2.000000 nd2 =1.8466 νd2 =23.9 r4 = 13.36589 d4 =14.889812 nd3 =1.5163 νd3 =64.1 r5 = -28.46670 d5 = 4.673707 r6 = -27.57725 非球面係数 第1面 K = -2.895470 A = 0.183708×10-4 B = -0.911517×10-8 第2面 K = -1.518426 A = 0.294718×10-4 B = -0.265912×10-7 。
【0031】 実施例2 r0 = ∞ d0 =15.000000 r1 = 21.09188(非球面) d1 =12.729671 nd1 =1.5254 νd1 =56.25 r2 = -98.25692 d2 = 0.795885 r3 = 31.10831 d3 = 2.000000 nd2 =1.8466 νd2 =23.9 r4 = 14.16702 d4 =16.000000 nd3 =1.5254 νd3 =56.25 r5 = -22.08546(非球面) d5 = 8.474444 r6 = -32.00736 非球面係数 第1面 K = -0.980510 A = 0.138364×10-5 B = 0.188699×10-8 第5面 K =-14.627343 A = -0.180394×10-4 B = 0.986111×10-7 。
【0032】 実施例3 r0 = ∞ d0 =15.000000 r1 = 19.42583(非球面) d1 =13.000000 nd1 =1.5254 νd1 =56.25 r2 = -39.06931 d2 = 2.853699 r3 = 30.82547 d3 = 2.000000 nd2 =1.8466 νd2 =23.9 r4 = 11.35921 d4 =13.000000 nd3 =1.5163 νd3 =64.1 r5 = -44.22965 d5 = 6.686127 r6 = -26.09666 非球面係数 第1面 K = -1.202641 A = -0.439027×10-5 B = 0.778743×10-8 。
【0033】 実施例4 r0 = ∞ d0 =15.000000 r1 = 20.33823 d1 = 6.050349 nd1 =1.6204 νd1 =60.27 r2 = 45.00722 d2 = 0.200000 r3 = 21.95813 d3 = 2.000000 nd2 =1.8466 νd2 =23.9 r4 = 12.20347 d4 =13.000000 nd3 =1.5254 νd3 =56.25 r5 = -28.27427(非球面) d5 =13.758914 r6 = -37.35309 非球面係数 第5面 K =-16.260810 A = -0.281706×10-5 B = 0.100959×10-6 。
【0034】 実施例5 r0 = ∞ d0 =15.000000 r1 = 20.68370 d1 =12.837937 nd1 =1.6204 νd1 =60.27 r2 = -119.37864 d2 = 2.123186 r3 = 61.75341(非球面) d3 = 2.000000 nd2 =1.8466 νd2 =23.9 r4 = 17.08252 d4 =13.000000 nd3 =1.5254 νd3 =56.25 r5 = -32.09057 d5 =10.038296 r6 = -33.95088 非球面係数 第3面 K =-82.607990 A = 0.662382×10-5 B = -0.201298×10-6 。
【0035】次に、上記実施例1〜5の球面収差、非点
収差、歪曲収差、横収差を表す収差図をそれぞれ図3〜
図7に示す。
収差、歪曲収差、横収差を表す収差図をそれぞれ図3〜
図7に示す。
【0036】なお、実施例1〜5の前記条件式(1)、
(2)に対応する値は次の表1の通りである。
(2)に対応する値は次の表1の通りである。
【0037】
【0038】このような湾曲した像面3は、図8に示し
たような像面湾曲を意図的に発生させたリレー光学系4
等からなる変換光学素子によって、2次元表示素子5の
平面画像面を変換することにより得られる。なお、2次
元表示素子5の表示面を湾曲させて曲面像面3とするこ
ともできる。
たような像面湾曲を意図的に発生させたリレー光学系4
等からなる変換光学素子によって、2次元表示素子5の
平面画像面を変換することにより得られる。なお、2次
元表示素子5の表示面を湾曲させて曲面像面3とするこ
ともできる。
【0039】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の視覚表
示装置によれば、30°以上の大きな観察画角を提示で
き、瞳位置の自由度が大きく、かつ、周辺までフラット
で鮮明な観察画像を提示できる視覚表示装置を提供する
ことができる。
示装置によれば、30°以上の大きな観察画角を提示で
き、瞳位置の自由度が大きく、かつ、周辺までフラット
で鮮明な観察画像を提示できる視覚表示装置を提供する
ことができる。
【図1】本発明による視覚表示装置の実施例1の接眼レ
ンズのレンズ断面図である。
ンズのレンズ断面図である。
【図2】実施例4の接眼レンズのレンズ断面図である。
【図3】実施例1の接眼レンズの球面収差、非点収差、
歪曲収差、横収差を表す収差図である。
歪曲収差、横収差を表す収差図である。
【図4】実施例2の接眼レンズの図3と同様な収差図で
ある。
ある。
【図5】実施例3の接眼レンズの図3と同様な収差図で
ある。
ある。
【図6】実施例4の接眼レンズの図3と同様な収差図で
ある。
ある。
【図7】実施例5の接眼レンズの図3と同様な収差図で
ある。
ある。
【図8】変換光学素子としてリレー光学系を用いた本発
明の視覚表示装置の光学系を示す図である。
明の視覚表示装置の光学系を示す図である。
【図9】従来の頭部装着式視覚表示装置の光学系を示す
図である。
図である。
1…接眼レンズの入射瞳位置 2…接眼レンズ 3…曲面像面 4…リレー光学系 5…2次元表示素子
Claims (6)
- 【請求項1】 画像表示面が略平面形状に構成された画
像表示素子と、前記画像表示素子の形成した平面像を湾
曲形状を備えた中間像として結像させるリレー光学系
と、前記中間像を観察者が虚像として観察できるように
導く接眼光学系とを含み、 前記リレー光学系と前記接眼光学系とが総じて相殺され
るような符号の反転した像面湾曲収差を発生されるよう
に構成され、 前記接眼光学系が、前記リレー光学系側に配置された第
1群と、前記第1群とは空気を挟んで分離され瞳側に配
置された第2群とから構成され、 前記リレー光学系と前記接眼光学系との構成により、前
記中間像が湾曲形状を有するも前記観察者が観察する虚
像における像面湾曲収差は補正され、かつ、前記第1群
と前記第2群とによる機能分担から設計の自由度を増し
つつ観察者画角30°以上の高性能を達成し得るように
構成され、 下記の条件(1)を満足する ことを特徴とする視覚表示
装置。 0.5<|R/F|< 2.5 …(1) ただし、リレー光学系により湾曲した物体面の曲率半径
をR、接眼光学系の焦点距離をFとする。 - 【請求項2】 前記接眼光学系の前記第1群は、前記リ
レー光学系と空気を挟んで分離配置され、前記リレー光
学系から射出された光を入射する入射面と、前記入射し
た光が硝材内を進み空気媒質に射出する射出面とを有し
て構成されていることを特徴とする請求項1記載の視覚
表示装置。 - 【請求項3】 前記接眼光学系の前記第2群が、瞳側面
を非球面形状とした正レンズにて構成されていることを
特徴とする請求項2記載の視覚表示装置。 - 【請求項4】 前記接眼光学系の前記第1群が、前記入
射面と前記射出面との間に光束にパワーを与える光学面
を有することを特徴とする請求項2記載の視覚表示装
置。 - 【請求項5】 前記第1群の有する光学面が異なった硝
材を接合することによって形成された屈折面にて構成さ
れていることを特徴とする請求項4記載の視覚表示装
置。 - 【請求項6】 前記画像表示素子と前記接眼光学系によ
って形成される瞳との間に、色収差補正手段を配置した
ことを特徴とする請求項1又は2記載の視覚表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000111691A JP3263062B2 (ja) | 1993-04-27 | 2000-04-13 | 視覚表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000111691A JP3263062B2 (ja) | 1993-04-27 | 2000-04-13 | 視覚表示装置 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10137093A Division JP3262889B2 (ja) | 1993-04-27 | 1993-04-27 | 視覚表示装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000352690A JP2000352690A (ja) | 2000-12-19 |
JP3263062B2 true JP3263062B2 (ja) | 2002-03-04 |
Family
ID=18623977
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000111691A Expired - Fee Related JP3263062B2 (ja) | 1993-04-27 | 2000-04-13 | 視覚表示装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3263062B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
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JP2010012290A (ja) * | 2003-11-21 | 2010-01-21 | Takechika Nishi | 画像表示装置及びシミュレーション装置 |
EP2985651B1 (en) * | 2013-04-11 | 2020-07-15 | Sony Corporation | Image display device and display device |
EP2985652A4 (en) | 2013-04-11 | 2016-12-14 | Sony Corp | IMAGE DISPLAY DEVICE AND DISPLAY DEVICE |
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US10534172B2 (en) | 2013-07-16 | 2020-01-14 | Sony Corporation | Display apparatus |
-
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- 2000-04-13 JP JP2000111691A patent/JP3263062B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP2000352690A (ja) | 2000-12-19 |
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