JP4341724B2 - Virtual image observation optical device - Google Patents
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Description
本発明は、ビデオカメラのビューファインダ、ヘッドマウント型デイスプレイ等に使用して好適な虚像観察光学装置に関し、特に、反射型空間光変調素子を使用する虚像観察光学装置に関する。 The present invention relates to a virtual image observation optical apparatus suitable for use in a viewfinder of a video camera, a head mounted display, and the like, and more particularly to a virtual image observation optical apparatus using a reflective spatial light modulation element.
空間光変調素子(Spatial Light Modulator:SLM)は、映像信号を入力し、その画像データに基づいて各画素毎に光を変調するように構成されたデバイスである。空間光変調素子を透過する光を変調する透過型と空間光変調素子を反射する光を変調する反射型がある。本発明の虚像観察光学装置は後者の反射型空間光変調素子を使用する。 A spatial light modulator (SLM) is a device configured to input a video signal and modulate light for each pixel based on the image data. There are a transmission type that modulates light transmitted through the spatial light modulation element and a reflection type that modulates light reflected from the spatial light modulation element. The virtual image observation optical device of the present invention uses the latter reflective spatial light modulator.
空間光変調素子は液晶、デジタルマイクロミラー等を使用する。特に液晶を使用するものは液晶型空間光変調素子と称される。液晶には、旋光(偏光導波)モード型、複屈折モード型、光散乱モード型、光吸収モード型等がある。一般的に使用される液晶として、旋光(偏光導波)モード型のツイステッドネマティック(TN)動作モードを使用するTN液晶、複屈折動作モード型のスーパーツイステッドネマティック(STN)動作モードを使用するSTN液晶及び強誘電性液晶(FLC)動作モードを使用するFLC型の液晶がある。 The spatial light modulator uses a liquid crystal, a digital micromirror, or the like. In particular, those using liquid crystal are called liquid crystal type spatial light modulators. The liquid crystal includes an optical rotation (polarization wave guide) mode type, a birefringence mode type, a light scattering mode type, and a light absorption mode type. Commonly used liquid crystals include a TN liquid crystal using an optical rotation (polarization waveguide) mode type twisted nematic (TN) operation mode, and a STN liquid crystal using a birefringence operation mode type super twisted nematic (STN) operation mode. And FLC type liquid crystal using a ferroelectric liquid crystal (FLC) mode of operation.
図22を参照してのTN液晶又はSTN液晶を用いた反射型空間光変調素子の構造及び動作原理を説明する。TN又はSTN液晶反射型空間光変調素子90は1対の電極部とその間に挿入された液晶材料95と下側の反射板96とを含む。上側の電極部はガラス基板91Aとその内側(下側)の透明電極92Aとその内側(下側)の配向膜93Aとを含み、下側の電極部はガラス基板91Bとその内側(上側)の透明電極92Bとその内側(上側)の配向膜93Bとを含む。
The structure and operating principle of a reflective spatial light modulator using TN liquid crystal or STN liquid crystal will be described with reference to FIG. The TN or STN liquid crystal reflective
上側の電極部のガラス基板91Aの外側(上側)には偏光子94Aが配置され、下側の電極部のガラス基板91Bの外側(下側)には検光子94Bが配置されている。2つの偏光子94A、94Bの偏光方向は互いに直交している。
A
配向膜93A、93Bは液晶材料95の分子の配向方向を揃える機能を有し、上側の電極部に設けられた配向膜93Aの配向方向は上側の電極部に設けられた偏光子94Aの偏光方向と平行であり、下側の電極部に設けられた配向膜93Bの配向方向は下側の電極部に設けられた検光子94Bの偏光方向と平行である。即ち、2つの配向膜93A、93Bの配向方向は互いに直交している。
The
図22Aは透明電極92A、92Bに電圧が印加されていない電圧非印加状態を示し、図22Bは透明電極92A、92Bに電圧が印加されている電圧印加状態を示す。図22Aの電圧非印加状態では液晶材料95の分子の配向は捻れ状態となり、図22Bの電圧印加状態では液晶材料95の分子は垂直方向に整列した状態となる。TN液晶の場合、電圧非印加状態における分子の捻れ角は90度である。
22A shows a voltage non-application state in which no voltage is applied to the
図22Aの電圧非印加状態では、上側の偏光子94Aからの偏光97Aは液晶材料95を透過することによって偏光方向が回転する。従って、この偏光97Bは下側の偏光子94Bを透過し、反射板96に到達する。反射板96を反射した偏光97Cは同様に液晶材料95を透過することによって偏光方向が回転し、上側の偏光子94Aを透過する。即ち、入射光と同一経路に戻る。
22A, the polarization direction of the polarized
しかしながら、図22Bの電圧印加状態では、上側の偏光子94Aからの偏光97Aは液晶材料95を透過することによって偏光方向が回転しない。従って、この偏光は下側の偏光子94Bを透過することができず、反射板96に到達しない。即ち、入射光に対する反射光は得られない。
However, in the voltage application state of FIG. 22B, the polarization direction of the polarized
図23を参照してのFLCを用いた反射型空間光変調素子の構造及び動作原理を説明する。FLC反射型空間光変調素子100は1対の電極部とその間に挿入された液晶材料105とを含む。上側の電極部はガラス基板101Aとその内側(下側)の透明電極102Aとその内側(下側)の配向膜103Aとを含み、下側の電極部はシリコン基板101Bとその内側(上側)のアルミ電極102Bとその内側(上側)の配向膜103Bとを含む。アルミ電極102Bは反射膜としても機能する。上側の電極部のガラス基板101Aの外側(上側)には偏光子104が配置されている。
The structure and operating principle of a reflective spatial light modulator using FLC will be described with reference to FIG. The FLC reflective
図23Aは透明電極102A及びアルミ電極102Bに第1の方向の電圧が印加された第1の電圧方向状態を示し、図23Bは透明電極102A及びアルミ電極102Bに第2の方向の電圧が印加された第2の電圧方向状態を示す。図23Cに示すように、第1の電圧方向状態では液晶材料105は入射偏光に対して複屈折効果を示さないが、第2の電圧方向状態では液晶材料105は入射偏光に対して複屈折効果を示す。
FIG. 23A shows a first voltage direction state in which a voltage in the first direction is applied to the
図23Aの第1の電圧方向状態では、液晶材料105は複屈折効果を示さないから、偏光子104からの偏光107Aは液晶材料105を透過し、偏波状態を変えることなく、アルミ電極(反射膜)102Bに到達する。アルミ電極(反射膜)102Bを反射した偏向107Bは再び液晶材料105を透過し、偏波状態を変えることなく、偏光子104に到達する。即ち、入射光の偏波状態と同一の偏波状態の光が偏光子104に戻る。従って、偏光子104より出射光が得られる。
In the first voltage direction state of FIG. 23A, since the
しかしながら、図23Bの第2の電圧方向状態では、偏光子104からの偏光107Aは液晶材料105を透過することによって複屈折効果を受け、直線偏光が円偏光に変化する。円偏光はアルミ電極(反射膜)102Bを反射し、それによって円偏光107Bの回転方向は反対方向となる。回転方向が反対となった円偏光107Bは再び液晶材料105を透過することによって複屈折効果を受け、直線偏光となる。この直線偏光は偏光子104の偏光方向と直交しており、従って、偏光子104を通過しない。
However, in the second voltage direction state of FIG. 23B, the polarized
図24はFLC(強誘電性液晶)を用いた反射型空間光変調素子を有する虚像観察光学系の例を示す。この虚像観察光学系はFLC反射型空間光変調素子100と偏光子104とハーフミラー111と検光子112とを有する。偏光子104の偏光方向と検光子112の偏光方向は互いに直交している。
FIG. 24 shows an example of a virtual image observation optical system having a reflective spatial light modulation element using FLC (ferroelectric liquid crystal). This virtual image observation optical system includes an FLC reflection type
FLC反射型空間光変調素子100は図23に示したFLC反射型空間光変調素子と同様であり、詳細な説明は省略する。空間光変調素子は通常、照明用光源装置と共に使用される。図示しない照明用光源装置からの光107Aは偏光子104を経由してハーフミラー111に到達する。ハーフミラー111を反射した光107AはFLC反射型空間光変調素子100を経由して再びハーフミラー111に到達する。ハーフミラー111を透過した偏光107Bは検光子112に到達する。
The FLC reflective
上述のように第1の電圧方向状態では、液晶材料105は複屈折効果を示さないから、偏光子104からの偏光107Aは偏波状態を変化させることなく、検光子112に到達する。従って、照明用光源装置からの光は検光子112を透過しない。しかしながら、第2の電圧方向状態では、液晶材料105は複屈折効果を示し、偏光子104からの偏光107Bは偏波状態を変化させて検光子112に到達する。従って、照明用光源装置からの光は検光子104を透過して出力される。
As described above, in the first voltage direction state, the
このように、照明用光源装置を使用する理由は、照明用光源装置からの光が液晶材料105による複屈折効果を受けないときに、黒表示(ノーマリブラック)とするためである。これは、液晶材料105の複屈折効果によって生成される位相差は、液晶材料105の膜厚及び入射光の入射角に依存するためである。
As described above, the reason for using the illumination light source device is that when the light from the illumination light source device is not subjected to the birefringence effect by the
図25を参照して従来の反射型空間光変調素子を使用する虚像観察光学装置の例を説明する。この例は特許文献1に記載された例であり、詳細は同特許を参照されたい。本例の虚像観察光学装置は、立方体形状の偏光ビームスプリッタキューブ125(以下に単にキューブと称する。)を有し、その対角面に偏光ビームスプリッタ125Eが形成されている。
With reference to FIG. 25, an example of a virtual image observation optical device using a conventional reflective spatial light modulation element will be described. This example is an example described in
図示のようにキューブ125の第1の面125Aに対応して照明用光源装置121及び偏光子123、第2の面125Bに対応して反射型空間光変調器122、第3の面125Cに対応して四分の一波長板126及び反射ミラー127が配置されている。
As shown in the drawing, the illumination
照明用光源装置121からの光は偏光子123を経由し、偏光ビームスプリッタ125Eによって偏向され、反射型空間光変調器122に到達する。反射型空間光変調器122からは、変調された反射光が出力される。この反射光は偏光ビームスプリッタ125E及び四分の一波長板126を経由し、反射ミラー127の凹型反射面を反射する。この反射光は、再び四分の一波長板126を経由し、偏光ビームスプリッタ125Eによって偏向され(符号128A)観察領域130の人間の瞳131に到達する。
Light from the illumination
本例の虚像観察光学装置は次のような欠点を有する。
(1)照明用光源装置121からの光の一部は破線128Bにて示すように、迷光として直接的に瞳131に到達する。この迷光128Bは反射型空間光変調器122によって表示される画像データのノイズとなり、画像情報のコントラストを低下させる。
The virtual image observation optical device of this example has the following drawbacks.
(1) A part of the light from the illumination
(2)立方体形状の偏光ビームスプリッタキューブ125を使用するため、照明用光源装置121からの光の入射面125A、反射型空間光変調器122に対応する面125B、四分の一波長板126及び反射ミラー127に対応する面125C、観察領域130へ光が出射する面125D及び偏光ビームスプリッタ面125Eは平面であり、光学的自由度を有する面が少ない。従って、例えば、反射型空間光変調器122の画素ピッチが小さい場合等では十分な解像度が得られないことがある。(3)反射型空間光変調器122の寸法が一定であると仮定した場合、見かけの表示画面の寸法を大きくするためには画角を大きくしなければならない。画角を大きくすると焦点距離fは小さくなる。焦点距離fを小さくするとペッツバール和PSの絶対値が大きくなる。即ち、画像の湾曲度は大きくなる。
(2) Since the cube-shaped polarization
ペッツバール和PSは、画像の平坦度又は湾曲度を表すパラメータであり、次の式に示すように、屈折率n及び焦点fの関数である。 The Petzval sum PS is a parameter representing the flatness or curvature of the image, and is a function of the refractive index n and the focus f as shown in the following equation.
[数1]
PS=Σ(1/nf)
[Equation 1]
PS = Σ (1 / nf)
ペッツバール和がゼロ、即ち、PS=0の場合は画像が平坦であることを表す。ペッツバール和PSの絶対値が大きいほど、画像の湾曲度が大きいことを示す。図25の例では、反射ミラー127の凹型反射面のみによって光学系全体の屈折力を負担しており、n=−1,f> 0である。従って、ペッツバール和は
PS<0
となる。
When the Petzval sum is zero, that is, when PS = 0, the image is flat. The larger the absolute value of the Petzval sum PS, the greater the degree of curvature of the image. In the example of FIG. 25, only the concave reflecting surface of the reflecting
It becomes.
(4)偏光ビームスプリッタキューブと反射ミラーが別個の構成部品であるため、部品点数が多くなり、製造費等が高くなる。また、キューブと反射ミラーの間に空気層があるため、この空気層が無い場合と比べて焦点距離が長くなる。
(5)偏光ビームスプリッタキューブは製造費が高く及び重量が大きいため、装置の製造費及び重量が大きくなる。
(4) Since the polarizing beam splitter cube and the reflection mirror are separate components, the number of components increases, and the manufacturing cost and the like increase. In addition, since there is an air layer between the cube and the reflecting mirror, the focal length becomes longer than when there is no air layer.
(5) Since the polarizing beam splitter cube has a high manufacturing cost and a large weight, the manufacturing cost and the weight of the apparatus increase.
図26を参照して従来の反射型空間光変調素子を使用する虚像観察光学装置の他の例を説明する。この例も上述の特許文献1に記載された例であり、詳細は同特許を参照されたい。本例の虚像観察光学装置は、図25を参照して説明した虚像観察光学装置にて、小さな寸法の立方体形状の偏光ビームスプリッタキューブ124(以下に単にキューブと称する。)を付加的に設けた構成を有する。
With reference to FIG. 26, another example of a virtual image observation optical apparatus using a conventional reflective spatial light modulation element will be described. This example is also an example described in the above-mentioned
小さな寸法のキューブ124は大きな寸法のキューブ125と同様な構成を有し、その対角面に偏光ビームスプリッタ124Eが形成されている。図示のように、小さな寸法のキューブ124の第1の面124Aに対応して照明用光源装置121、第2の面124Bに対応して反射型空間光変調器122、第3の面124Cに対応して大きな寸法のキューブ125が配置され、この大きな寸法のキューブ125の第3の面125Cに対応して四分の一波長板126及び反射ミラー127が配置されている。
The
照明用光源装置121からの光は小さなキューブ124の偏光ビームスプリッタ124Eによって偏向され、反射型空間光変調器122に到達する。反射型空間光変調器122からは、変調された反射光が出力される。この反射光は2つの偏光ビームスプリッタ124E及び125Eと四分の一波長板126を経由し、反射ミラー127の凹型反射面を反射する。この反射光は、再び四分の一波長板126を経由し、偏光ビームスプリッタ125Eによって偏向され(符号128A)観察領域130の人間の瞳131に到達する。
Light from the illumination
本例の虚像観察光学装置では、照明用光源装置121からの光の一部は破線128Bにて示すように偏光ビームスプリッタ124Eを透過するが、観察領域130に到達しない。従って、迷光によって画像データにノイズが生ずることはない。従って、本例では上述の3つの欠点の内、第1の欠点(1)は回避されるが、他の欠点は依然として残る。
In the virtual image observation optical device of this example, a part of the light from the illumination
図27を参照して従来の虚像観察光学系の他の例を説明する。図27Aに示す虚像観察光学系は、照明用光源装置141とFLC反射型空間光変調素子142Aと偏光ビームスプリッタ143と凹面反射鏡144とを有する。本例の偏光ビームスプリッタ143はガラス基板の上に偏光性光束分割膜を塗布した構造を有する。図27Bに示す虚像観察光学系では、空間光変調素子としてTN結晶型反射型空間光変調素子142Bを使用し、更に、偏光ビームスプリッタ143と凹面反射鏡144の間に四分の一波長板145を設ける。
With reference to FIG. 27, another example of a conventional virtual image observation optical system will be described. The virtual image observation optical system shown in FIG. 27A includes an illumination light source device 141, an FLC reflective spatial light modulation element 142A, a
照明用光源装置141からの光は偏光ビームスプリッタ143を経由して反射型空間光変調素子142A、142Bに到達する。反射型空間光変調素子142A、142Bからの光は偏光ビームスプリッタ143によって偏向され凹面反射鏡144を反射して観察空間130の瞳131に達する。
Light from the illumination light source device 141 reaches the reflective spatial light modulation elements 142A and 142B via the
図27の例では、立方体形状の偏光ビームスプリッタキューブを使用する代わりに板状の偏光ビームスプリッタ143を使用する。従って、上述の第5の欠点は回避される。しかしながら、この例では、次のような欠点が存在する。
(1)光学系の寸法関係が同一の場合、キューブを使用する場合に比べて、屈折力を発生する反射鏡の焦点距離が長くなり、光学的な倍率が小さくなる。光学的倍率が小さくなると見かけの表示画像の寸法が小さくなる。尚、虚像結像のための焦点距離は、虚像距離が無限遠の場合、反射型空間光変調素子と反射鏡の主点間の物理的距離をその間の媒質の屈折率によって除した値である。
(2)板状の偏光ビームスプリッタでは、全可視光帯域にてP偏光透過率及びS偏光透過率の両者を高くすることは困難である。図27Bに示す例のように、反射型光空間変調素子として反射型TN液晶空間光変調素子を使用し、反射鏡と偏光ビームスプリッタの間に四分の一波長板を配置した場合でも、光利用効率を十分高くすることができない。
(3)例えば、構成面を曲面にすることができる内部充填型の偏光ビームスプリッタと比べた場合、自由面光学的自由度を有する面が少ない。従って、解像度、像面湾曲量等の収差補正が十分に達成できない場合がある。
In the example of FIG. 27, a plate-shaped
(1) When the dimensional relationship of the optical system is the same, the focal length of the reflecting mirror that generates refractive power becomes longer and the optical magnification becomes smaller than when a cube is used. As the optical magnification decreases, the apparent display image size decreases. The focal length for virtual image formation is a value obtained by dividing the physical distance between the reflective spatial light modulator and the principal point of the reflecting mirror by the refractive index of the medium between them when the virtual image distance is infinite. .
(2) In the plate-shaped polarizing beam splitter, it is difficult to increase both the P-polarized light transmittance and the S-polarized light transmittance in the entire visible light band. Even when a reflective TN liquid crystal spatial light modulator is used as the reflective spatial light modulator and a quarter-wave plate is disposed between the reflector and the polarizing beam splitter as in the example shown in FIG. 27B, Usage efficiency cannot be increased sufficiently.
(3) For example, when compared with an internally-filled polarization beam splitter whose constituent surfaces can be curved, there are few surfaces having a free surface optical degree of freedom. Therefore, aberration correction such as resolution and field curvature may not be sufficiently achieved.
図28を参照して虚像観察光学装置の他の例を説明する。本例の虚像観察光学装置は照明用光源装置10と光学フィルム15と反射型空間光変調器20と第1及び第2のハーフミラー21、22と凹面反射鏡23とを有する。
With reference to Figure 28 illustrating another example of imaginary image observation optical system. The virtual image observation optical device of this example includes an illumination
虚像観察光学装置は更に、映像信号1を入力するシステムコントローラ2とシステムコントローラ2からの信号を入力する照明用光源装置駆動回路4及び反射型空間光変調器駆動回路6とを含む制御回路を有する。照明用光源装置駆動回路4はシステムコントローラ2からの信号に基づいてを照明用光源装置10に光源駆動信号を供給し、反射型空間光変調器駆動回路6はシステムコントローラ2からの信号に基づいて反射型空間光変調器20に駆動信号を供給する。
The virtual image observation optical apparatus further includes a control circuit including a
照明用光源装置10は光源11とリフレクタ12と導光板13及び反射板14とを有する。光源11からの光は直接又はリフレクタ12を反射して導光板13に導入される。導光板13に導入された光の一部は、直接、前面13Aより出射されるが、他の部分は2つの面13A、13B及び反射板14の間を繰り返し反射した後に前面13Aより出射される。導光板13の断面を楔形にすることによって、導光板13の前面13Aから出射される光の強さは、光源11から近い部分から遠い部分まで均一化される。
The illumination
導光板13からの光は光学フィルム15に到達する。光学フィルム15は導光板13からの光束の発散角DAを制御する機能を有し、その性能は半値発散角HDAによって表される。半値発散角HDAは光強度がピーク値の半分になる立体角の2分の1になる角度である。
The light from the
光学フィルム15を経由した光は、第1のハーフミラー21を反射し、反射型空間光変調器20に到達し、それによって変調される。反射型空間光変調器20からの光は、第1のハーフミラー21を透過し第2のハーフミラー22を反射し、凹面反射鏡23を反射し、第2のハーフミラー22を透過して観察空間130の瞳131に到達する。
The light that has passed through the
図29は図28の虚像観察光学装置の光学系を模式的に示した図である。図29を参照して図28の虚像観察光学装置の光学系を詳細に説明する。この図から明らかなように、この虚像観察光学装置の光学系は、基本的には、光源光学系と接眼光学系からなる。光源光学系は照明用光源装置10からの光を反射型空間光変調器20に導くための光束分割素子、即ち、第1のハーフミラー21を含む。接眼光学系は反射型空間光変調器20からの光を偏向する光束分割素子、即ち、第2のハーフミラー22と反射素子、即ち、凹面反射鏡23とを有する。
FIG. 29 is a diagram schematically showing an optical system of the virtual image observation optical apparatus of FIG. The optical system of the virtual image observation optical apparatus shown in FIG. 28 will be described in detail with reference to FIG. As is apparent from this figure, the optical system of the virtual image observation optical apparatus basically includes a light source optical system and an eyepiece optical system. The light source optical system includes a light beam splitting element for guiding light from the illumination
反射型空間光変調器20と光源光学系の光束分割素子、即ち、第1のハーフミラー21のなす角をαとする。反射型空間光変調器20の中心を通る光線、即ち、主光線が接眼光学系の光束分割素子、即ち、第2のハーフミラー22と交わる点をPとし、更に、主光線が反射素子、即ち、凹面反射鏡23と交わる点をQとする。
The angle formed by the reflective spatial
点Pにおける面法線ベクトルをA、点Qにおける面法線ベクトルをBとし、2つのベクトルA、Bのなす角をβとする。本例では、αは45度、βは135度である。また、図示のように、ベクトルBと接眼光学系の光束分割素子22のなす角は45度である。
The surface normal vector at the point P is A, the surface normal vector at the point Q is B, and the angle formed by the two vectors A and B is β. In this example, α is 45 degrees and β is 135 degrees. As shown in the figure, the angle formed by the vector B and the light
接眼光学系の反射素子23上の点Qと光束分割素子22上の点Pの間の距離をf1 ´とし、反射型空間光変調器20から光束分割素子22上の点Pまでの距離をf2 ´とする。反射素子、即ち、凹面反射鏡23の焦点距離f´はこの2つの距離の和に等しい。
The distance between the point Q on the
[数2]
f´=f1´+f2´
[Equation 2]
f ′ = f1 ′ + f2 ′
接眼光学系の反射素子23上の点Qから光束分割素子、即ち、第2のハーフミラー22の下端までの距離をL´とし、第2のハーフミラー22の下端から観察空間130の瞳Oまでの距離をR´とする。距離L´は光学系の厚さを表し、距離R´はアイレリーフを表す。
The distance from the point Q on the reflecting
この例では、焦点距離f´が比較的長いという欠点がある。また、上述の2つのベクトルA、Bの間の角度βが比較的小さい、例えば、135度である。従って、光学系の厚さ距離L´を小さくすることができなかった。更に、アイレリーフ又は距離R´を大きくすることできなかった。 This example has a drawback that the focal length f ′ is relatively long. Further, the angle β between the two vectors A and B described above is relatively small, for example, 135 degrees. Therefore, the thickness distance L ′ of the optical system cannot be reduced. Furthermore, the eye relief or distance R ′ could not be increased.
以上の問題に鑑みて、本発明は、反射型空間光変調素子を使用する虚像観察光学装置において、迷光による画像データのノイズを最小化することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to minimize noise in image data due to stray light in a virtual image observation optical apparatus using a reflective spatial light modulation element.
本発明は、反射型空間光変調素子を使用する虚像観察光学装置において、接眼光学系の反射素子の焦点距離を小さくし光学系の倍率を大きくすることを目的とする。 An object of the present invention is to reduce the focal length of a reflecting element of an eyepiece optical system and increase the magnification of the optical system in a virtual image observation optical apparatus using a reflective spatial light modulation element.
本発明は、反射型空間光変調素子を使用する虚像観察光学装置において、光学系の厚さを最小化し、装置全体の寸法を小型化することを目的とする。 An object of the present invention is to minimize the thickness of an optical system and reduce the size of the entire apparatus in a virtual image observation optical apparatus using a reflective spatial light modulation element.
本発明は、反射型空間光変調素子を使用する虚像観察光学装置において、アイレリーフを大きくすることを目的とする。 An object of the present invention is to increase eye relief in a virtual image observation optical apparatus using a reflective spatial light modulator.
本発明は、反射型空間光変調素子を使用する虚像観察光学装置において、光学系の収差を低減することを目的とする。 An object of the present invention is to reduce aberration of an optical system in a virtual image observation optical apparatus using a reflective spatial light modulation element.
本発明による虚像観察光学装置は、反射型空間光変調素子と、該反射型空間光変調素子に照明用光線を提供するための照明用光源装置と、上記照明用光源装置から発せられる照明用光線の光路上に配置され、上記照明用光源装置からの照明用光線を反射して上記反射型空間光変調素子に導く第1の光束分割面を有する光束分割素子を含む光源光学系と、上記反射型空間光変調素子によって変調された画像光線の上記光束分割素子を透過した出射側に配置され、上記反射型空間光変調素子からの画像光線の入射側に屈折面と、該屈折面から入射した上記画像光線を全反射させる第2の光束分割面と、該第2の光束分割面によって全反射された上記画像光線を反射し、上記第2の光束分割面を透過屈折させて観察空間に導く、自由曲面又は反射型ホログラフィック面より成る反射面とを有する全反射屈折光学素子と、を備え、上記反射型空間光変調素子の中心を通る主光線が上記反射面によって反射される点における上記反射面の法線ベクトルと、上記反射型空間光変調素子の中心を通る主光線が上記第2の光束分割面によって反射される点における上記第2の光束分割面の法線ベクトルとのなす角は、上記反射面及び上記第2の光束分割面の各面における光線が反射する側をベクトルの正の方向として、136度以上且つ179度以下であり、上記反射型空間光変調素子の中心を通る主光線が上記照明用光源装置から上記光束分割素子に至る光路を通る光線のうち上記光束分割素子において反射することなく該光束分割素子を透過する光線が、上記全反射屈折光学素子の上記屈折面から入射して上記反射面で反射されるように、上記全反射屈折光学素子の上記屈折面と、上記光源光学系の上記光束分割素子の上記第1の光束分割面とが配置され、上記反射型空間光変調素子の中心を通る主光線が上記照明用光源装置から上記光束分割素子に至る光路を通る光線のうち上記光束分割素子において反射することなく該光束分割素子を透過する光線の、上記全反射屈折光学素子の上記反射面により反射された後、上記第2の光束分割面に向かう光線の光路が、上記観察空間から外れた領域に向かう構成とされる。 Virtual image optical system according to the present invention, the reflection type spatial light modulation element, the reflection type spatial light and illuminating light source device for providing illumination light to the modulation device, the illumination light emitted from the illuminating light source device is disposed on the optical path of the line, a light source optical system including a light-flux splitter having a first beam splitting surface for reflecting the illuminating light from the illuminating light source device leads to the reflective spatial light modulator, the upper The image light beam modulated by the reflective spatial light modulator is disposed on the exit side that has passed through the light beam splitting element, the refractive surface on the incident side of the image light beam from the reflective spatial light modulator, and the refractive surface a second beam splitting surface that totally reflects the incident the image light, the second reflecting the image light rays totally reflected by the beam splitting surface, observed by transmission refractive over SL second beam splitting surface leading to the space, freedom songs Menmata reflective B includes a total reflection refractive optical element and a graphic plane by Ri made reflecting surface, a normal line of the reflecting surface at a point where the principal ray passing through the center of the reflective spatial light modulator is reflected by the reflecting surface and a vector, the angle between the normal vector of the second beam splitting surface principal ray passing through the center is at the point to be reflected by the second beam splitting surface of the reflective spatial light modulator, the reflection surface The principal ray passing through the center of the reflective spatial light modulation element is 136 degrees or more and 179 degrees or less, with the side on which the light beam is reflected on each surface of the second light beam splitting surface being a positive direction of the vector. Of the light rays that pass through the optical path from the illumination light source device to the light beam dividing element, the light rays that pass through the light beam dividing element without being reflected by the light beam dividing element are reflected on the refractive surface of the total reflection refractive optical element. Incident to as reflected by the reflecting surface, and the refractive surface of the total reflection refractive optical element, and the said first beam splitting surface of the beam splitting element above Symbol light source optical system is arranged, the Of the light rays that pass through the optical path from the illumination light source device to the light beam splitting element, the main light beam that passes through the center of the reflective spatial light modulation element passes through the light beam splitting device without being reflected by the light beam splitting device, After being reflected by the reflection surface of the total reflection / refraction optical element, the optical path of the light beam directed to the second light beam splitting surface is directed to a region outside the observation space.
従って、本発明によると、光束分割素子に立てた面法線ベクトルと反射素子に立てた面法線ベクトルのなす角βが136度以上且つ179度以下であるため、従来の値、例えば、135度より大きい。従って、照明用光源装置からの迷光が観察空間に到達することはない。また、光学系の寸法を従来の虚像観察光学装置より小さくすることができる。 Therefore, according to the present invention, the angle β formed by the surface normal vector set on the light beam splitting element and the surface normal vector set on the reflecting element is not less than 136 degrees and not more than 179 degrees. Greater than degree. Therefore, stray light from the illumination light source device does not reach the observation space. Further, the size of the optical system can be made smaller than that of a conventional virtual image observation optical device.
本発明によると、例えば、図3に示すように、虚像観察光学装置は、反射型空間光変調素子と、該反射型空間光変調素子に照明用光線を提供するための照明用光源装置と、上記照明用光源装置からの照明光線を上記反射型空間光変調素子に導くための光源光学系と、上記反射型空間光変調素子からの画像光線を観察空間に導くための接眼光学系とを有し、上記光源光学系は上記照明用光源装置からの照明光線を偏向させて上記反射型空間光変調素子に導くための光束分割素子を含み、該接眼光学系は内部に屈折率が1より大きい媒質によって充填された屈折光学素子を含み、該接眼光学系屈折光学素子は上記反射型空間光変調素子からの画像光線を受け入れるための屈折面と上記画像光線を偏向させるための光束分割面と該光束分割面によって偏向された光を反射させて上記観察空間に導くための反射面とを有する。 According to the present invention, for example, as shown in FIG. 3, the virtual image observation optical device includes a reflective spatial light modulation element, an illumination light source device for providing illumination light to the reflective spatial light modulation element, A light source optical system for guiding illumination light from the illumination light source device to the reflective spatial light modulator; and an eyepiece optical system for guiding image light from the reflective spatial light modulator to the observation space. The light source optical system includes a light beam splitting element for deflecting the illumination light from the illumination light source device and guiding it to the reflective spatial light modulation element, and the eyepiece optical system has a refractive index larger than 1 inside. A refractive optical element filled with a medium, the eyepiece optical system refractive optical element comprising a refractive surface for receiving an image light beam from the reflective spatial light modulator, a light beam splitting surface for deflecting the image light beam, and the Depending on the beam splitting surface The deflected light is reflected and a reflecting surface for directing to the observation space.
こうして本発明によると、光学系を屈折光学素子によって構成するため、屈折光学素子の各面を曲面、例えば、回転対称軸を有さない自由曲面又は回転対称軸を有する非球面にすることができる。それによって、屈折光学素子の各面に、収差補正機能及び屈折力を付与することができる。 Thus, according to the present invention, since the optical system is constituted by a refractive optical element, each surface of the refractive optical element can be a curved surface, for example, a free curved surface having no rotational symmetry axis or an aspherical surface having a rotational symmetry axis. . Thereby, an aberration correction function and refractive power can be imparted to each surface of the refractive optical element.
本発明によると、例えば、図5に示すように、虚像観察光学装置は、反射型空間光変調素子と、該反射型空間光変調素子に照明用光線を提供するための照明用光源装置と、上記照明用光源装置からの照明光線を上記反射型空間光変調素子に導くための光源光学系と、上記反射型空間光変調素子からの画像光線を観察空間に導くための接眼光学系とを有し、上記光源光学系及び上記接眼光学系はそれぞれ内部に屈折率が1より大きい媒質によって充填された屈折光学素子を含み、上記光源光学系屈折光学素子は上記照明用光源装置からの照明光線を受け入れるための第1の屈折面と上記反射型空間光変調素子からの画像光線を受け入れるための第2の屈折面と上記照明用光源装置からの照明光線を偏向させて上記反射型空間光変調素子に導くための光束分割面を含み、上記接眼光学系屈折光学素子は上記画像光線を受け入れるための屈折面と上記画像光線を偏向させるための光束分割面と該光束分割面によって偏向された光を反射させて上記観察空間に導くための反射面とを有する。 According to the present invention, for example, as shown in FIG. 5, the virtual image observation optical device includes a reflective spatial light modulation element, an illumination light source device for providing illumination light to the reflective spatial light modulation element, A light source optical system for guiding illumination light from the illumination light source device to the reflective spatial light modulator; and an eyepiece optical system for guiding image light from the reflective spatial light modulator to the observation space. The light source optical system and the eyepiece optical system each include a refractive optical element filled with a medium having a refractive index larger than 1, and the light source optical system refractive optical element receives illumination light from the illumination light source device. A first refracting surface for receiving, a second refracting surface for receiving image light from the reflective spatial light modulator, and an illuminating light beam from the illumination light source device to deflect the reflective spatial light modulator. To lead to The eyepiece optical system refracting optical element includes a refractive surface for receiving the image light beam, a light beam splitting surface for deflecting the image light beam, and reflecting light deflected by the light beam splitting surface. And a reflecting surface for guiding to the observation space.
本発明によると、光学系は光源光学系屈折光学素子と接眼光学系屈折光学素子を接合して1つの屈折光学素子として一体的な構造を有するため、製造工程が簡単となり、コンパクトな構造の虚像観察光学系が得られる。 According to the present invention, since the optical system has an integrated structure as one refractive optical element by joining the light source optical system refractive optical element and the eyepiece optical system refractive optical element, the manufacturing process is simplified, and a virtual image of a compact structure is obtained. An observation optical system is obtained.
本発明によると、例えば、図7に示すように、虚像観察光学装置は、反射型空間光変調素子と、該反射型空間光変調素子に照明用光線を提供するための照明用光源装置と、上記照明用光源装置からの照明光線を上記反射型空間光変調素子に導くための光源光学系と、上記反射型空間光変調素子からの画像光線を観察空間に導くための接眼光学系とを有し、上記光源光学系は内部に屈折率が1より大きい媒質によって充填された屈折光学素子を含み、上記接眼光学系は内部に屈折率が1より大きい媒質によって充填された2つの屈折光学素子を含み、上記光源光学系屈折光学素子は上記照明用光源装置からの照明光線を受け入れるための第1の屈折面と上記反射型空間光変調素子からの画像光線を受け入れるための第2の屈折面と上記照明用光源装置からの照明光線を偏向させて上記反射型空間光変調素子に導くための光束分割面を含み、上記接眼光学系の第1の屈折光学素子は上記光源光学系屈折光学素子からの画像光線を受け入れるための屈折面と上記画像光線を偏向させるための光束分割面と該光束分割面によって偏向された光を反射させて再び上記光束分割面に導くための反射面とを含み、上記接眼光学系の第2の屈折光学素子は上記接眼光学系の第1の屈折光学素子の光束分割面からの光を受け入れるための第1の屈折面と該第1の屈折面からの光を上記観察空間に導くための第2の屈折面とを有する。 According to the present invention, for example, as shown in FIG. 7, a virtual image observation optical device includes a reflective spatial light modulation element, an illumination light source device for providing illumination light to the reflective spatial light modulation element, A light source optical system for guiding illumination light from the illumination light source device to the reflective spatial light modulator; and an eyepiece optical system for guiding image light from the reflective spatial light modulator to the observation space. The light source optical system includes a refractive optical element filled with a medium having a refractive index larger than 1, and the eyepiece optical system includes two refractive optical elements filled with a medium having a refractive index larger than 1. The light source optical system refractive optical element includes a first refractive surface for receiving an illumination light beam from the illumination light source device, and a second refractive surface for receiving an image light beam from the reflective spatial light modulator. Lighting light A light splitting surface for deflecting an illumination light beam from the apparatus and guiding it to the reflective spatial light modulator, wherein the first refractive optical element of the eyepiece optical system receives the image light from the light source optical system refractive optical element An eyepiece optical system including a refracting surface for receiving, a light beam splitting surface for deflecting the image light beam, and a reflecting surface for reflecting light deflected by the light beam splitting surface and guiding it again to the light beam splitting surface The second refractive optical element receives the light from the light splitting surface of the first refractive optical element of the first eyepiece optical system and the light from the first refractive surface to the observation space. A second refractive surface for guiding.
上記光源光学系屈折光学素子、上記接眼光学系の第1及び第2の屈折光学素子、は光学的に密着接合されている。 The light source optical system refractive optical element and the first and second refractive optical elements of the eyepiece optical system are optically closely bonded.
本発明によると、光源光学系の屈折光学素子と接眼光学系の屈折光学素子を、互いに接合された1つ又は2つの屈折光学素子より構成することができるから、虚像観察光学装置の組立作業が簡単化され、小型化される。 According to the present invention, the refractive optical element of the light source optical system and the refractive optical element of the eyepiece optical system can be composed of one or two refractive optical elements joined to each other. Simplified and miniaturized.
本発明によると、例えば、図8に示すように、虚像観察光学装置は、反射型空間光変調素子と、該反射型空間光変調素子に照明用光線を提供するための照明用光源装置と、上記照明用光源装置からの照明光線を上記反射型空間光変調素子に導くための光源光学系と、上記反射型空間光変調素子からの画像光線を観察空間に導くための接眼光学系とを有し、上記光源光学系は内部に屈折率が1より大きい媒質によって充填された屈折光学素子を含み、上記接眼光学系は内部に屈折率が1より大きい媒質によって充填された2つの屈折光学素子を含み、上記光源光学系屈折光学素子は上記照明用光源装置からの照明光線を受け入れるための第1の屈折面と上記反射型空間光変調素子からの画像光線を受け入れるための第2の屈折面と上記照明用光源装置からの照明光線を偏向して上記反射型空間光変調素子に導くための光束分割面を含み、上記接眼光学系の第1の屈折光学素子は上記光源光学系屈折光学素子からの画像光線を受け入れるための屈折面と上記画像光線を偏向させるための光束分割面と該光束分割面によって偏向された光を反射させて再び上記光束分割面に導くための反射面とを含み、上記接眼光学系の第2の屈折光学素子は上記接眼光学系の第1の屈折光学素子の光束分割面からの光を受け入れるための第1の屈折面と該第1の屈折面からの光を上記観察空間に導くための第2の屈折面とを有する。 According to the present invention, for example, as shown in FIG. 8, a virtual image observation optical device includes a reflective spatial light modulation element, an illumination light source device for providing illumination light to the reflective spatial light modulation element, A light source optical system for guiding illumination light from the illumination light source device to the reflective spatial light modulator; and an eyepiece optical system for guiding image light from the reflective spatial light modulator to the observation space. The light source optical system includes a refractive optical element filled with a medium having a refractive index larger than 1, and the eyepiece optical system includes two refractive optical elements filled with a medium having a refractive index larger than 1. The light source optical system refractive optical element includes a first refractive surface for receiving an illumination light beam from the illumination light source device, and a second refractive surface for receiving an image light beam from the reflective spatial light modulator. Lighting light A light splitting surface for deflecting an illumination light beam from the apparatus and guiding it to the reflective spatial light modulator, wherein the first refractive optical element of the eyepiece optical system receives the image light from the light source optical system refractive optical element An eyepiece optical system including a refracting surface for receiving, a light beam splitting surface for deflecting the image light beam, and a reflecting surface for reflecting light deflected by the light beam splitting surface and guiding it again to the light beam splitting surface The second refractive optical element receives the light from the light splitting surface of the first refractive optical element of the first eyepiece optical system and the light from the first refractive surface to the observation space. A second refractive surface for guiding.
本発明によると、光学系は光源光学系屈折光学素子と接眼光学系の2つの屈折光学素子からなり、多数の光学面を有する。従って、これらの屈折光学素子の各面を自由曲面、球面、非球面等の曲面にすることによって収差を低減し屈折力を付与することができる。また、屈折光学素子と屈折光学素子の間に、偏光子、検光子、四分の一波長板等を配置することができる。 According to the present invention, the optical system includes two refractive optical elements, ie, a light source optical system refractive optical element and an eyepiece optical system, and has a large number of optical surfaces. Accordingly, by making each surface of these refractive optical elements a curved surface such as a free curved surface, a spherical surface, or an aspherical surface, aberration can be reduced and refractive power can be imparted. Further, a polarizer, an analyzer, a quarter-wave plate, or the like can be disposed between the refractive optical element and the refractive optical element.
本発明によると、例えば、図9及び図10に示すように、虚像観察光学装置は、反射型空間光変調素子と、該反射型空間光変調素子に照明用光線を提供するための照明用光源装置と、上記照明用光源装置からの照明光線を上記反射型空間光変調素子に導くための光源光学系と、上記反射型空間光変調素子からの画像光線を観察空間に導くための接眼光学系とを有し、上記光源光学系は上記照明用光源装置からの照明光線を偏向させて上記反射型空間光変調素子に導くための光束分割素子を含み、該接眼光学系は内部に屈折率が1より大きい媒質によって充填された屈折光学素子を含み、該接眼光学系屈折光学素子は上記反射型空間光変調素子からの画像光線を受け入れるための第1の屈折面と上記画像光線を偏向させるための光束分割面と該光束分割面によって偏向された光を反射させるための反射面と該反射面からの光を上記観察空間に導くための第2の屈折面とを有し、上記第1及び第2の屈折面は上記反射型空間光変調素子の中心を通る主光線を回転対称軸とする回転対称な曲面に形成されている。 According to the present invention, for example, as shown in FIGS. 9 and 10, the virtual image observation optical device includes a reflective spatial light modulation element and an illumination light source for providing illumination light to the reflective spatial light modulation element. Device, light source optical system for guiding illumination light from the illumination light source device to the reflective spatial light modulator, and eyepiece optical system for guiding image light from the reflective spatial light modulator to the observation space The light source optical system includes a light beam splitting element for deflecting the illumination light from the illumination light source device and guiding it to the reflective spatial light modulator, and the eyepiece optical system has a refractive index inside. A refractive optical element filled with a medium greater than 1, the eyepiece optical system refractive optical element for deflecting the image light beam with a first refractive surface for receiving the image light beam from the reflective spatial light modulator. Luminous flux splitting surface and the A reflecting surface for reflecting the light deflected by the bundle splitting surface and a second refracting surface for guiding the light from the reflecting surface to the observation space, wherein the first and second refracting surfaces are: It is formed in a rotationally symmetric curved surface having a principal ray passing through the center of the reflective spatial light modulator as a rotational symmetry axis.
従って、本発明によると、接眼光学系が1つの屈折光学素子より形成されているため、虚像観察光学装置の組立工程が簡単化される。また、接眼光学系の屈折光学素子の屈折面及び反射面を曲面にすることによって各種の収差を除去することができる。 Therefore, according to the present invention, since the eyepiece optical system is formed of one refractive optical element, the assembly process of the virtual image observation optical device is simplified. Various aberrations can be removed by making the refracting and reflecting surfaces of the refractive optical element of the eyepiece optical system curved.
本発明によると、接眼光学系の光束分割素子に立てた面法線ベクトルAと反射素子に立てた面法線ベクトルBのなす角βは136度以上179度以下であり、従って、迷光によるゴーストが低減した虚像観察光学装置を提供することができる利点がある。 According to the present invention, the angle β formed by the surface normal vector A standing on the light beam splitting element of the eyepiece optical system and the surface normal vector B standing on the reflecting element is not less than 136 degrees and not more than 179 degrees. There is an advantage that it is possible to provide a virtual image observing optical apparatus in which the above is reduced.
本発明によると、接眼光学系の光束分割素子に立てた面法線ベクトルAと反射素子に立てた面法線ベクトルBのなす角βは136度以上179度以下であり、従って、薄型且つ軽量の虚像観察光学装置を提供することができる利点がある。 According to the present invention, the angle β formed by the surface normal vector A standing on the light beam splitting element of the eyepiece optical system and the surface normal vector B standing on the reflecting element is not less than 136 degrees and not more than 179 degrees. There is an advantage that a virtual image observation optical device can be provided.
本発明によると、接眼光学系の光束分割素子に立てた面法線ベクトルAと反射素子に立てた面法線ベクトルBのなす角βは136度以上179度以下であり、従って、高倍率且つ高解像度の虚像観察光学装置を提供することができる利点がある。 According to the present invention, the angle β formed by the surface normal vector A standing on the light beam splitting element of the eyepiece optical system and the surface normal vector B standing on the reflecting element is not less than 136 degrees and not more than 179 degrees. There is an advantage that a high-resolution virtual image observation optical apparatus can be provided.
本発明によると、光学系の屈折光学素子の内の1つの屈折光学素子を複屈折が十分小さいもの(通常、ガラス製にする)にすることによって、表示画像のコントラストの劣化を最小化することができる利点がある。従って、光学系を構成する全ての屈折光学素子を複屈折が十分小さいもの(通常ガラス製にする)にする場合と比べて、製造コスト及び光学系の重量が小さくすることができる利点を有する。 According to the present invention, one of the refractive optical elements of the optical system has a sufficiently small birefringence (usually made of glass), thereby minimizing the deterioration of the contrast of the display image. There is an advantage that can be. Therefore, it has an advantage that the manufacturing cost and the weight of the optical system can be reduced as compared with the case where all the refractive optical elements constituting the optical system are made to have a sufficiently small birefringence (usually made of glass).
本発明によると、光学系の光束分割素子又は反射素子を屈折光学素子の1面に設けることによって、組立工程を簡略化することができる利点を有する。 According to the present invention, the assembly process can be simplified by providing the light beam splitting element or reflecting element of the optical system on one surface of the refractive optical element.
本発明によると、屈折光学素子の各面を適当な形状の自由曲面又は非球面に形成することによって、像面湾曲及び歪曲収差を補正することができる。従って、高解像度の虚像観察光学装置を提供することができる利点を有する。 According to the present invention, curvature of field and distortion can be corrected by forming each surface of the refractive optical element into an appropriately shaped free-form surface or aspheric surface. Therefore, there is an advantage that a high-resolution virtual image observation optical apparatus can be provided.
図1を参照して本発明の虚像観察光学装置の第1の例を説明する。本例の虚像観察光学装置は照明用光源装置10と光学フィルム15と反射型空間光変調器20と第1及び第2のハーフミラー21、22と凹面反射鏡23とを有する。
A first example of the virtual image observation optical apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. The virtual image observation optical device of this example includes an illumination
ハーフミラー21、22は反射型ホログラム面であってよい。ハーフミラー21、22の代わりに偏光ビームスプリッタを設け、適宜、四分の一波長板を設けてよい。凹面反射鏡23は反射型ホログラフィック面であってよく、非球面に形成されてよい。尚、非球面は回転対称軸を有する球面でない曲面の意味である。更に、凹面反射鏡23は回転対称軸を有さない自由曲面であってよい。図示していないが、偏光子及び検光子を設けて良い。
The half mirrors 21 and 22 may be reflective hologram surfaces. A polarizing beam splitter may be provided instead of the half mirrors 21 and 22, and a quarter-wave plate may be provided as appropriate. The concave reflecting
虚像観察光学装置は更に、映像信号1を入力するシステムコントローラ2とシステムコントローラ2からの信号を入力する照明用光源装置駆動回路4及び反射型空間光変調器駆動回路6とを含む制御回路を有する。
The virtual image observation optical apparatus further includes a control circuit including a
照明用光源装置10は光源11とリフレクタ12と導光板13及び反射板14とを有する。
The illumination
本例の虚像観察光学装置の構成素子は図28を参照して説明した虚像観察光学装置の構成素子と同様であってよい。しかしながら、本例の虚像観察光学装置の構成素子間の相対的は位置関係は図28の例と異なる。 Components of the virtual image optical system of the present embodiment may be similar to the components of the reference to imaginary image observation optical device described Figure 28. However, the relative positional relationship between the components of the virtual image observation optical apparatus of this example is different from the example of FIG.
図28の例の場合と同様に、照明用光源装置10からの光の一部は第1のハーフミラー21を反射して反射型空間光変調器20に到達するが、他は部分は第1のハーフミラー21を透過して凹面反射鏡23に到達し、それを反射する。しかしながら、本例では、凹面反射鏡23を反射した迷光200は観察空間130の瞳131に到達することはない。従って、本例では、迷光200によって画像データに対するノイズが生成されることはない。
As in the case of the example of FIG. 28 , a part of the light from the illumination
図2を参照して図1の虚像観察光学装置の光学系の動作の詳細を説明する。図2は図29に対応した図であり、同一の部分については同一の参照符号が付されている。本例の光学系は、図29の例と同様に、照明用光源装置10からの光を反射型空間光変調素子20に導き、反射型空間光変調素子20からの光を接眼光学系に導くための光源光学系と光源光学系からの光を観察空間130の瞳131に導くための接眼光学系とを含む。
Details of the operation of the optical system of the virtual image observation optical apparatus of FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram corresponding to FIG. 29, and the same portions are denoted by the same reference numerals. As in the example of FIG. 29, the optical system of this example guides light from the illumination
光源光学系は照明用光源装置10からの光を偏向して反射型空間光変調素子20に導くための光束分割素子21を含む。接眼光学系は光源光学系からの光を偏向するための光束分割素子22と光束分割素子22からの光を観察空間130の瞳131に導くための反射素子23とを有する。
The light source optical system includes a light
本例では、第1のハーフミラー21が光源光学系の光束分割素子であり、第1のハーフミラー21と反射型空間光変調器20のなす角がαである。また、第2のハーフミラー22が接眼光学系の光束分割素子であり、凹面反射鏡23が反射素子である。従って、第2のハーフミラー22に立てた面法線ベクトルAと凹面反射鏡23に立てた面法線ベクトルBのなす角がβである。
In this example, the
本例では、αは45度、βは145度である。また、ベクトルBと第2のハーフミラー22のなす角は55度である。本例の2つのベクトルA、Bのなす角βは、図28及び図29にて示した例の2つのベクトルA、Bのなす角βより大きい。
In this example, α is 45 degrees and β is 145 degrees. The angle formed by the vector B and the
同様に、凹面反射鏡23上の点Qと第2のハーフミラー22上の点Pの間の距離をf1とし、反射型空間光変調器20から第2のハーフミラー22上の点Pまでの距離をf2とする。凹面反射鏡23の焦点距離fはこの2つの距離の和に等しい。
Similarly, the distance between the point Q on the concave reflecting
[数3]
f=f1+f2
[Equation 3]
f = f1 + f2
本例の凹面反射鏡23の焦点距離fの値を、図29の例の凹面反射鏡23の焦点距離f´の値と比較すると、本例の凹面反射鏡23の焦点距離fの値のほうがより小さい。
When the value of the focal length f of the concave reflecting
[数4]
f<f´
[Equation 4]
f <f ′
従って、本例の虚像観察光学装置では光学系の倍率を従来の場合より大きくすることができる。 Therefore, in the virtual image observation optical device of this example, the magnification of the optical system can be made larger than in the conventional case.
凹面反射鏡23上の点Qから第2のハーフミラー22の下端までの距離をLとし、第2のハーフミラー22の下端から観察空間130の瞳Oまでの距離をRとする。距離Lは光学系の厚さを表し、距離Rはアイレリーフを表す。
The distance from the point Q on the concave reflecting
本例の光学系の厚さL及びアイレリーフRの値を、それぞれ図29の例の光学系の厚さL´及びアイレリーフR´の値と比較すると、本例の光学系の厚さLの値の方が小さく、本例のアイレリーフRの値の方が大きい。 When the values of the thickness L and the eye relief R of the optical system of this example are compared with the values of the thickness L ′ and the eye relief R ′ of the optical system of the example of FIG. 29, respectively, the thickness L of the optical system of this example is compared. Is smaller, and the eye relief R in this example is larger.
[数5]
L<L´
R>R´
[Equation 5]
L <L '
R> R '
図1に示した本発明による虚像観察光学装置の第1の例に基づく実施例を示すと次のようになる。
(1)照明用光源装置10
(a)光源11:冷陰極管
(b)光学フィルム15:半値発散角HDA≒15°
(2)反射型空間光変調素子20
(a)液晶: TN型
(b)表示部: 対角線長さDL=0.55インチ
(c)画素: VGA 640×480
(3)光学系の配置
(a)光源光学系の光束分割素子=第1のハーフミラー21
α≒45°
(b)接眼光学系の光束分割素子=第2のハーフミラー22
反射素子=凹面反射鏡23
β≒145°
An embodiment based on the first example of the virtual image observation optical apparatus according to the present invention shown in FIG. 1 is as follows.
(1) Illumination
(A) Light source 11: Cold cathode tube (b) Optical film 15: Half-value divergence angle HDA≈15 °
(2) Reflective spatial
(A) Liquid crystal: TN type (b) Display unit: Diagonal length DL = 0.55 inch (c) Pixel: VGA 640 × 480
(3) Arrangement of optical system (a) Light beam splitting element of light source optical system =
α ≒ 45 °
(B) The beam splitting element of the eyepiece optical system = the
Reflective element =
β ≒ 145 °
図3を参照して本発明による虚像観察光学装置の第2の例を説明する。本例の虚像観察光学装置は照明用光源装置10と光学フィルム15と偏光子17と反射型空間光変調器20と偏光ビームスプリッタ25と検光子26と全反射屈折光学素子30とを有する。偏光ビームスプリッタ25は例えば、反射型ホログラムであってよい。尚、図示されていないが適宜、四分の一波長板が設けられてよい。本例の照明用光源装置10は図1の第1の例の照明用光源装置10と同様であってよい。
A second example of the virtual image observation optical apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. The virtual image observation optical device of this example includes an illumination
検光子26は表示画像のコントラストを向上させるため及び迷光を低減するために設けられ、その偏光方向は、偏光子17の偏光方向と直交するように、即ち、クロスニコルの関係となるように配置されている。
The
本例の接眼光学系は全反射屈折光学素子30によって構成されている。ここに屈折光学素子はプリズムのように複数の屈折面及び反射面を有する光学素子であるが、プリズムは複数の光学的平面を有するのに対して、屈折光学素子は複数の光学的平面又は曲面を有する。全反射屈折光学素子30は、屈折率が1より大きい媒質によって充填された構造を有し、凹面の屈折面31と平面の光束分割面32と内側に凹面の反射面33とを有する。屈折面31及び反射面33は非回転対称な収差を低減するために自由曲面を有する。自由曲面は回転対称軸を有さない曲面形状の意味である。反射面33は、反射型ホログラフィック面によって形成されてよい。
The eyepiece optical system of this example is constituted by a total reflection / refraction
本例の虚像観察光学装置は更に、システムコントローラ2、照明用光源装置駆動回路4及び反射型空間光変調器駆動回路6とを含む制御回路を有する。
The virtual image observation optical device of this example further includes a control circuit including a
照明用光源装置10からの光は光学フィルム15及び偏光子17を経由し、偏光ビームスプリッタ25を反射し、反射型空間光変調器20に到達する。反射型空間光変調器20からの光は偏光ビームスプリッタ25及び検光子26を経由して全反射屈折光学素子30に到達する。
The light from the illumination
全反射屈折光学素子30の屈折面31を経由した光は、全反射条件下にて光束分割面32を反射して、反射面33に到達する。反射面33を反射した光は光束分割面32を経由して観察空間130の瞳131に到達する。
The light passing through the refracting
次に本例の場合の迷光について説明する。照明用光源装置10からの光の一部は偏光ビームスプリッタ25及び検光子26を透過して全反射屈折光学素子30の反射面33を反射する。反射面33を反射した迷光200は光束分割面32を経由することによって観察空間130より離れる方向に偏向される。従って、迷光200が観察空間130の瞳131に到達することはない。
Next, stray light in this example will be described. A part of the light from the illumination
本例では、偏光ビームスプリッタ25が光源光学系の光束分割素子であり、偏光ビームスプリッタ25と反射型空間光変調器20のなす角がαである。全反射屈折光学素子30の光束分割面32が接眼光学系の光束分割素子であり、反射面33が反射素子である。従って、全反射屈折光学素子30の光束分割面32に立てた面法線ベクトルAと反射面33に立てた面法線ベクトルBのなす角がβである。
In this example, the
図4を参照して本発明による虚像観察光学装置の第3の例を説明する。本例の虚像観察光学装置は照明用光源装置10と光学フィルム15と偏光子17と反射型空間光変調器20と偏光ビームスプリッタ25と検光子26と全反射屈折光学素子30−1と屈折光学素子30−2とを有する。
A third example of the virtual image observation optical apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. The virtual image observation optical device of this example includes an illumination
本例の虚像観察光学装置を図3の第2の例の虚像観察光学装置と比べると、屈折光学素子30−2が付加された点が異なり、それ以外の構成は第2の例と同様であってよい。従って、ここでは、屈折光学素子30−2以外の構成の説明は省略する。 The virtual image observation optical device of this example is different from the virtual image observation optical device of the second example of FIG. 3 in that a refractive optical element 30-2 is added, and other configurations are the same as those of the second example. It may be. Therefore, the description of the configuration other than the refractive optical element 30-2 is omitted here.
本例の接眼光学系は全反射屈折光学素子30−1及び屈折光学素子30−2によって構成されている。屈折光学素子30−2は第1及び第2の屈折面34、35を有し、これらは回転対称軸を有さない自由曲面に形成されてよい。 The eyepiece optical system of this example includes a total reflection / refractive optical element 30-1 and a refractive optical element 30-2. The refractive optical element 30-2 has first and second refracting surfaces 34 and 35, which may be formed in a free-form surface having no rotational symmetry axis.
本例の場合の迷光について説明する。照明用光源装置10からの光の一部は偏光ビームスプリッタ25及び検光子26を透過して全反射屈折光学素子30−1の反射面33を反射する。反射面33を反射した迷光200は光束分割面32及び屈折光学素子30−2を経由することによって観察空間130より離れる方向に偏向される。従って、迷光200が観察空間130の瞳131に到達することはない。
The stray light in this example will be described. A part of the light from the illumination
本例では、第2の例と同様に、偏光ビームスプリッタ25が光源光学系の光束分割素子であり、偏光ビームスプリッタ25と反射型空間光変調器20のなす角がαである。全反射屈折光学素子30−1の光束分割面32が接眼光学系の光束分割素子であり、反射面33が反射素子である。従って、全反射屈折光学素子30−1の光束分割面32に立てた面法線ベクトルAと反射面33に立てた面法線ベクトルBのなす角がβである。
In this example, as in the second example, the
図3及び図4に示した本発明による虚像観察光学装置の第2及び第3の例に基づく実施例を示すと次のようになる。
(1)照明用光源装置10
(a)光源11:発光ダイオード(LED)
(b)光学フィルム15:半値発散角HDA≒15°
(2)反射型空間光変調素子20
(a)液晶:FLC型
(b)表示部:対角線長さDL=0.55インチ
(c)画素:VGA 640×480
(3)光学系の配置
(a)光源光学系の光束分割素子=偏光ビームスプリッタ25
α≒45°
(b)接眼光学系の光束分割素子=全反射屈折光学素子30、30−1の光束分割面32
反射素子=全反射屈折光学素子30、30−1の反射面33
β≒145°
Embodiments based on the second and third examples of the virtual image observation optical apparatus according to the present invention shown in FIGS. 3 and 4 are as follows.
(1) Illumination
(A) Light source 11: Light emitting diode (LED)
(B) Optical film 15: Half-value divergence angle HDA≈15 °
(2) Reflective spatial
(A) Liquid crystal: FLC type (b) Display unit: diagonal length DL = 0.55 inch (c) Pixel: VGA 640 × 480
(3) Arrangement of optical system (a) Light beam splitting element of light source optical system =
α ≒ 45 °
(B) The light beam splitting element of the eyepiece optical system = the light beam splitting surface 32 of the total reflection / refractive
Reflective element = reflective surface 33 of total reflection / refractive
β ≒ 145 °
図5を参照して本発明による虚像観察光学装置の第4の例を説明する。本例の虚像観察光学装置は照明用光源装置10と光学フィルム15と反射型空間光変調器20と屈折光学素子40−1及び全反射屈折光学素子40−2とを有する。
A fourth example of the virtual image observation optical apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. The virtual image observation optical device of this example includes an illumination
本例によると、光源光学系は屈折光学素子40−1によって構成され、接眼光学系は全反射屈折光学素子40−2によって構成される。 According to this example, the light source optical system is constituted by the refractive optical element 40-1, and the eyepiece optical system is constituted by the total reflection refractive optical element 40-2.
屈折光学素子40−1は凹面の第1及び第2の屈折面41、43とハーフミラー42とを有する。ハーフミラー42は反射型ホログラム面であってよい。全反射屈折光学素子40−2は屈折面44と平面の光束分割面47と内側に凹面の反射面48とを有する。 The refracting optical element 40-1 has concave first and second refracting surfaces 41 and 43 and a half mirror. The half mirror 42 may be a reflection hologram surface. The total catadioptric optical element 40-2 has a refracting surface 44, a flat light splitting surface 47, and a concave reflecting surface 48 inside.
屈折光学素子40−1と全反射屈折光学素子40−2は、別個の屈折光学素子として構成されてよいが、ハーフミラー42及び屈折面44を介して光学的に密着接合されてよい。2つの屈折光学素子40−1、40−2が光学的に密着接合されている場合、ハーフミラー42及び屈折面44は屈折光学素子40−1、40−2の内部に形成された面である。 Although the refractive optical element 40-1 and the total reflection refractive optical element 40-2 may be configured as separate refractive optical elements, they may be optically closely bonded via the half mirror 42 and the refractive surface 44. When the two refractive optical elements 40-1 and 40-2 are optically closely joined, the half mirror 42 and the refractive surface 44 are surfaces formed inside the refractive optical elements 40-1 and 40-2. .
屈折光学素子40−1及び全反射屈折光学素子40−2によって構成される光源光学系及び接眼光学系は偏心光学系である。従って、屈折光学素子40−1の第1及び第2の屈折面41、43及び全反射屈折光学素子40−2の反射面48は非回転対称な収差を低減するために自由曲面に形成されている。全反射屈折光学素子40−2の反射面48は、例えば、反射型ホログラフィック面であってよい。尚、ハーフミラー42の代わりに偏光ビームスプリッタを設け、四分の一波長板を設けてよい。又、図示していないが、適宜、偏光子及び検光子を設けてよい。 The light source optical system and the eyepiece optical system configured by the refractive optical element 40-1 and the total reflection refractive optical element 40-2 are decentered optical systems. Accordingly, the first and second refracting surfaces 41 and 43 of the refractive optical element 40-1 and the reflecting surface 48 of the total reflection refracting optical element 40-2 are formed as free-form surfaces in order to reduce non-rotationally symmetric aberration. Yes. The reflection surface 48 of the total catadioptric optical element 40-2 may be, for example, a reflective holographic surface. Instead of the half mirror 42, a polarizing beam splitter may be provided and a quarter wave plate may be provided. Although not shown, a polarizer and an analyzer may be provided as appropriate.
照明用光源装置10からの光は光学フィルム15を経由し、屈折光学素子40−1の第1の屈折面41を経由し、ハーフミラー42を反射し、第2の屈折面43を経由して、反射型空間光変調器20に到達する。反射型空間光変調器20からの光は、屈折光学素子40−1の第2の屈折面43及びハーフミラー42を経由して全反射屈折光学素子40−2に到達する。
Light from the illumination
全反射屈折光学素子40−2に到達した光は屈折面44を経由し、全反射条件下にて全反射屈折光学素子40−2の光束分割面47を反射する。光束分割面47を反射した光は、反射面48を反射し、光束分割面47を経由して観察空間130の瞳131に到達する。
The light that reaches the total reflection / refraction optical element 40-2 passes through the refractive surface 44 and is reflected by the light beam splitting surface 47 of the total reflection / refraction optical element 40-2 under the total reflection condition. The light reflected by the light beam splitting surface 47 is reflected by the reflecting surface 48 and reaches the
次に本例の場合の迷光について説明する。照明用光源装置10からの光の一部はハーフミラー42及び屈折面44を透過して全反射屈折光学素子40−2の反射面48を反射する。反射面48を反射した迷光200は光束分割面47を経由することによって観察空間130より離れる方向に偏向される。従って、本例では迷光200が観察空間130の瞳131に到達することはない。
Next, stray light in this example will be described. A part of the light from the illumination
本例では、屈折光学素子40−1のハーフミラー42が光源光学系の光束分割素子であり、従って、ハーフミラー42と反射型空間光変調器20のなす角がαである。また、全反射屈折光学素子40−2の光束分割面47が接眼光学系の光束分割素子であり、反射面48が反射素子である。従って、全反射屈折光学素子40−2の光束分割面47に立てた面法線ベクトルAと反射面48に立てた面法線ベクトルBのなす角がβである。
In this example, the half mirror 42 of the refractive optical element 40-1 is a light beam splitting element of the light source optical system. Therefore, the angle formed by the half mirror 42 and the reflective spatial
図6を参照して本発明による虚像観察光学装置の第5の例を説明する。本例の虚像観察光学装置は照明用光源装置10と光学フィルム15と反射型空間光変調器20と屈折光学素子40−1と全反射屈折光学素子40−2と屈折光学素子40−3とを有する。
A fifth example of the virtual image observation optical apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. The virtual image observation optical device of this example includes an illumination
本例の虚像観察光学装置を図5の第4の例の虚像観察光学装置と比べると、第の屈折光学素子40−3が付加された点が異なり、それ以外の構成は第4の例と同様であってよい。従って、ここでは、屈折光学素子40−3以外の構成の説明は省略する。 The virtual image observation optical device of this example is different from the virtual image observation optical device of the fourth example of FIG. 5 in that a second refractive optical element 40-3 is added, and the other configuration is the same as the fourth example. It may be the same. Therefore, the description of the configuration other than the refractive optical element 40-3 is omitted here.
本例の接眼光学系は全反射屈折光学素子40−2及び屈折光学素子40−3によって構成されている。第2の屈折光学素子40−3は第1及び第2の屈折面46、49を有し、これらは回転対称軸を有さない自由曲面に形成されてよい。 The eyepiece optical system of this example is constituted by a total reflection refractive optical element 40-2 and a refractive optical element 40-3. The second refractive optical element 40-3 has first and second refracting surfaces 46, 49, which may be formed as a free-form surface having no rotational symmetry axis.
本例の場合の迷光について説明する。照明用光源装置10からの光の一部はハーフミラー42及び屈折面44を透過して全反射屈折光学素子40−2の反射面48を反射する。反射面48を反射した迷光200は光束分割面47及び屈折光学素子40−3を経由することによって観察空間130より離れる方向に偏向される。従って、迷光200が観察空間130の瞳131に到達することはない。
The stray light in this example will be described. A part of the light from the illumination
本例では、第4の例と同様に、ハーフミラー42が光源光学系の光束分割素子であり、ハーフミラー42と反射型空間光変調器20のなす角がαである。全反射屈折光学素子40−2の光束分割面47が接眼光学系の光束分割素子であり、反射面48が反射素子である。従って、全反射屈折光学素子40−2の光束分割面47に立てた面法線ベクトルAと反射面48に立てた面法線ベクトルBのなす角がβである。
In this example, as in the fourth example, the half mirror 42 is a light beam splitting element of the light source optical system, and the angle formed by the half mirror 42 and the reflective spatial
図5及び図6に示した本発明による虚像観察光学装置の第4及び第5の例に基づく実施例を示すと次のようになる。
(1)照明用光源装置10
(a)光源11:発光ダイオード(LED)
(b)光学フィルム15:半値発散角HDA≒15°
(2)反射型空間光変調素子20
(a)液晶:TN型
(b)表示部:対角線長さDL=0.55インチ
(c)画素:VGA 640×480
(3)光学系の配置
(a)光源光学系の光束分割素子=屈折光学素子40−1のハーフミラー42
α≒40°
(b)接眼光学系の光束分割素子=全反射屈折光学素子40−2の光束分割面47
反射素子=全反射屈折光学素子40−2の屈折面48
β≒140°
Examples based on the fourth and fifth examples of the virtual image observation optical apparatus according to the present invention shown in FIGS. 5 and 6 are as follows.
(1) Illumination
(A) Light source 11: Light emitting diode (LED)
(B) Optical film 15: Half-value divergence angle HDA≈15 °
(2) Reflective spatial
(A) Liquid crystal: TN type (b) Display unit: diagonal length DL = 0.55 inch (c) Pixel: VGA 640 × 480
(3) Arrangement of optical system (a) Light beam splitting element of light source optical system = half mirror 42 of refractive optical element 40-1
α ≒ 40 °
(B) The light beam splitting element of the eyepiece optical system = the light beam splitting surface 47 of the total internal reflection refractive optical element 40-2
Reflective element = refracting surface 48 of total reflection refractive optical element 40-2
β ≒ 140 °
図7を参照して本発明による虚像観察光学装置の第6の例を説明する。本例の虚像観察光学装置は照明用光源装置10と光学フィルム15と反射型空間光変調器20とガラス製屈折光学素子50とを有する。ガラス製屈折光学素子50は図示のように4つのガラス製屈折光学素子50−1、50−2、50−3、50−4を含む。
A sixth example of the virtual image observation optical apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. The virtual image observation optical device of this example includes an illumination
本例によると、光源光学系は第1のガラス製屈折光学素子50−1によって構成され、接眼光学系は第2、第3及び第4のガラス製屈折光学素子50−2、50−3、50−4によって構成されている。 According to this example, the light source optical system is configured by the first glass refractive optical element 50-1, and the eyepiece optical system is the second, third, and fourth glass refractive optical elements 50-2, 50-3, 50-4.
光源光学系は凹面の第1の屈折面51とハーフミラー52と凸面の第2の屈折面53を有する。接眼光学系は第3の屈折面54と偏光ビームスプリッタ57及び四分の一波長板56と内側に凹面の反射面58と凹面の第4の屈折面59とを有する。ハーフミラー52及び第3の屈折面54は紙面に垂直な中心軸を有する円筒面であってよい。
The light source optical system has a concave first
ガラス製屈折光学素子50は、別個の4つのガラス製屈折光学素子50−1、50−2、50−3、50−4より構成されてよいが、光学的に密着接合することによって1つのガラス製屈折光学素子として構成されてよい。1つのガラス製屈折光学素子として構成された場合、ハーフミラー52、偏光ビームスプリッタ57及び四分の一波長板56はガラス製屈折光学素子50の内部に形成された面である。
The glass refractive optical element 50 may be composed of four separate glass refractive optical elements 50-1, 50-2, 50-3, and 50-4. It may be configured as a refractive optical element. When configured as one glass refractive optical element, the half mirror 52, the polarization beam splitter 57, and the
ハーフミラー52は反射型ホログラム面であってよい。反射面58は、例えば、反射型ホログラフィック面であってよい。尚、図示していないが、適宜、偏光子及び検光子を設けてよい。
The half mirror 52 may be a reflective hologram surface. The
ガラス製屈折光学素子50の第1、第2及び第3の屈折面51、53、59及び反射面58は、主として、歪曲及び像面湾曲を補正するために非球面にて構成されている。非球面とは、対称軸を有する非球面状曲面の意味である。
The first, second and third refracting surfaces 51, 53, 59 and the reflecting
照明用光源装置10からの光は光学フィルム15を経由し、ガラス製屈折光学素子50の第1の屈折面51を経由して円筒面状のハーフミラー52を反射する。ハーフミラー52を円筒面状にすることによって照明用光源装置10からの照明用光は効率的に均一に反射型空間光変調器20に導かれる。ハーフミラー52からの光は、第2の屈折面53を経由して、反射型空間光変調器20に到達する。反射型空間光変調器20からの光は、第2の屈折面53を経由して、ハーフミラー52に到達する。
The light from the illumination
ハーフミラー52を経由した光は、偏光ビームスプリッタ57を反射し、四分の一波長板56を経由して反射面58に到達する。反射面58を反射した光は、再び四分の一波長板56を通過する。
The light that has passed through the half mirror 52 is reflected by the polarization beam splitter 57 and reaches the
反射面58に入射する直線偏光は四分の一波長板56を通過することによって円偏光となる。反射面58を反射した円偏光は四分の一波長板56を通過することによって直線偏光となる。帰路の直線偏光は、往路の直線偏光と直交する偏波状態を有する。四分の一波長板56からの直線偏光は、偏光ビームスプリッタ57及び第3の屈折面59を経由して観察空間130の瞳131に到達する。
The linearly polarized light incident on the reflecting
次に本例の場合の迷光について説明する。照明用光源装置10からの光の一部はハーフミラー52を透過して反射面58を反射する。反射面58を反射した迷光200は第3の屈折面59を経由することによって観察空間130より離れる方向に偏向される。従って、本例では迷光200が観察空間130の瞳131に到達することはない。
Next, stray light in this example will be described. A part of the light from the illumination
本例では、第1のガラス製屈折光学素子50−1のハーフミラー52が光源光学系の光束分割素子であり、従って、ハーフミラー52と反射型空間光変調器20のなす角がαである。また、第2のガラス製屈折光学素子50−2の偏光ビームスプリッタ57が接眼光学系の光束分割素子であり、第4のガラス製屈折光学素子50−4の反射面58が反射素子である。従って、偏光ビームスプリッタ57に立てた面法線ベクトルAと反射面58に立てた面法線ベクトルBのなす角がβである。
In this example, the half mirror 52 of the first glass refractive optical element 50-1 is a light beam splitting element of the light source optical system. Therefore, the angle formed by the half mirror 52 and the reflective spatial
図7に示した本発明による虚像観察光学装置の第6の例に基づく実施例を示すと次のようになる。
(1)照明用光源装置10
(a)光源11:発光ダイオード(LED)
(b)光学フィルム15:半値発散角HDA≒20°
(2)反射型空間光変調素子20
(a)液晶:TN型
(b)表示部:対角線長さDL=0.45インチ
(c)画素:SVGA 800×600
(3)光学系の配置
(a)光源光学系の光束分割素子=ガラス製屈折光学素子50のハーフミラー52
α≒45°
(b)接眼光学系の光束分割素子=ガラス製屈折光学素子50の光束分割面57
反射素子=ガラス製屈折光学素子50の反射面58
β≒145°
An embodiment based on the sixth example of the virtual image observation optical apparatus according to the present invention shown in FIG. 7 is as follows.
(1) Illumination
(A) Light source 11: Light emitting diode (LED)
(B) Optical film 15: Half-value divergence angle HDA≈20 °
(2) Reflective spatial
(A) Liquid crystal: TN type (b) Display unit: diagonal length DL = 0.45 inch (c) Pixel: SVGA 800 × 600
(3) Arrangement of optical system (a) Light beam splitting element of light source optical system = half mirror 52 of refractive optical element 50 made of glass
α ≒ 45 °
(B) The beam splitting element of the eyepiece optical system = the beam splitting surface 57 of the refractive optical element 50 made of glass
Reflective element = reflecting
β ≒ 145 °
図8を参照して本発明による虚像観察光学装置の第7の例を説明する。本例の虚像観察光学装置は照明用光源装置10と光学フィルム15と偏光子17と反射型空間光変調器20とガラス製屈折光学素子60−1と第1及び第2のプラスチック製屈折光学素子60−2、60−3とを有する。
A seventh example of the virtual image observation optical apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. The virtual image observation optical device of this example includes an illumination
本例によると、光源光学系はガラス製屈折光学素子60−1によって構成され、接眼光学系は第1及び第2のプラスチック製屈折光学素子60−2、60−3によって構成される。尚、本例では、接眼光学系の第1及び第2のプラスチック製屈折光学素子60−2、60−3を互いに光学的に密着接合して1体的な屈折光学素子に形成してよい。更に、ガラス製屈折光学素子60−1と第1及び第2のプラスチック製屈折光学素子60−2、60−3とを互いに光学的に密着接合して1体的な屈折光学素子に形成してよい。 According to this example, the light source optical system is constituted by the glass refractive optical element 60-1, and the eyepiece optical system is constituted by the first and second plastic refractive optical elements 60-2 and 60-3. In this example, the first and second plastic refractive optical elements 60-2 and 60-3 of the eyepiece optical system may be optically closely bonded to each other to form a single refractive optical element. Further, the glass refractive optical element 60-1 and the first and second plastic refractive optical elements 60-2 and 60-3 are optically closely bonded to each other to form a single refractive optical element. Good.
ガラス製屈折光学素子60−1は凹面の第1の屈折面61と偏光ビームスプリッタ63と凸面の第2の屈折面62とを有する。第1のプラスチック製屈折光学素子60−2は検光子64とハーフミラー67と内側に凹面の反射面68とを有する。第2のプラスチック製屈折光学素子60−3は平面の第1の屈折面66と凹面の第2の屈折面65とを有する。
The glass refractive optical element 60-1 has a concave first
ガラス製屈折光学素子60−1の第1及び第2の屈折面61、62と第1のプラスチック製屈折光学素子60−2の反射面68と第2のプラスチック製屈折光学素子60−3の屈折面65は非球面に形成されている。ガラス製屈折光学素子60−1の偏光ビームスプリッタ63は反射型ホログラム面であってよい。第1のプラスチック製屈折光学素子60−2の反射面68は、例えば、反射型ホログラフィック面であってよい。ハーフミラー67の代わりに偏光ビームスプリッタを設け、更に四分の一波長板を設けてよい。
Refraction of the first and second
検光子64は表示画像のコントラストを向上させるため及び迷光を低減するために設けられ、その偏光方向は、偏光子17の偏光方向と直交するように、即ち、クロスニコルの関係となるように配置されている。
The
照明用光源装置10からの光は光学フィルム15及び偏光子17を経由し、ガラス製屈折光学素子60−1の第1の屈折面61を経由して偏光ビームスプリッタ63を反射し、第2の屈折面62を経由して、反射型空間光変調器20に到達する。反射型空間光変調器20からの光は、ガラス製屈折光学素子60−1の第2の屈折面62及び偏光ビームスプリッタ63を経由して、第1のプラスチック製屈折光学素子60−2に到達する。
The light from the illumination
第1のプラスチック製屈折光学素子60−2に到達した光は、検光子64を経由してハーフミラー67及び反射面68を反射し、ハーフミラー67を透過して第2のプラスチック製屈折光学素子60−3に到達する。第2のプラスチック製屈折光学素子60−3に到達した光は第1及び第2の屈折面66、65を経由して観察空間130の瞳131に到達する。
The light that has reached the first plastic refractive optical element 60-2 is reflected by the half mirror 67 and the reflecting
次に本例の場合の迷光について説明する。照明用光源装置10からの光の一部はガラス製屈折光学素子60−1の偏光ビームスプリッタ63を透過して第1のプラスチック製屈折光学素子60−2の反射面68を反射する。反射面68を反射した迷光200は第2のプラスチック製屈折光学素子60−3の屈折面65を経由することによって観察空間130より離れる方向に偏向される。従って、本例では迷光200が観察空間130の瞳131に到達することはない。
Next, stray light in this example will be described. A part of the light from the illumination
本例では、ガラス製屈折光学素子60−1の偏光ビームスプリッタ63が光源光学系の光束分割素子であり、従って、偏光ビームスプリッタ63と反射型空間光変調器20のなす角がαである。また、第1のプラスチック製屈折光学素子60−2のハーフミラー67が接眼光学系の光束分割素子であり、反射面68が反射素子である。従って、第1のプラスチック製屈折光学素子60−2のハーフミラー67に立てた面法線ベクトルAと反射面68に立てた面法線ベクトルBのなす角がβである。
In this example, the
図8に示した本発明による虚像観察光学装置の第7の例に基づく実施例を示すと次のようになる。
(1)照明用光源装置10
(a)光源11:発光ダイオード(LED)
(b)光学フィルム15:半値発散角HDA≒20°
(2)反射型空間光変調素子20
(a)液晶:FLC型
(b)表示部:対角線長さDL=0.45インチ
(c)画素:SVGA 800×600
(3)光学系の配置
(a)光源光学系の光束分割素子=ガラス製屈折光学素子60−1の偏光ビームスプリッタ63
α≒45°
(b)接眼光学系の光束分割素子=プラスチック製屈折光学素子60−2のハーフミラー67
反射素子=プラスチック製屈折光学素子60−2の反射面68
β≒145°
An embodiment based on the seventh example of the virtual image observation optical apparatus according to the present invention shown in FIG. 8 is as follows.
(1) Illumination
(A) Light source 11: Light emitting diode (LED)
(B) Optical film 15: Half-value divergence angle HDA≈20 °
(2) Reflective spatial
(A) Liquid crystal: FLC type (b) Display unit: diagonal length DL = 0.45 inch (c) Pixel: SVGA 800 × 600
(3) Arrangement of optical system (a) Light beam splitting element of light source optical system =
α ≒ 45 °
(B) Beam splitting element of eyepiece optical system = half mirror 67 of plastic refractive optical element 60-2
Reflective element =
β ≒ 145 °
図9を参照して本発明による虚像観察光学装置の第8の例を説明する。本例の虚像観察光学装置は照明用光源装置10と光学フィルム15と偏光子17と反射型空間光変調器20とハーフミラー21と検光子26とプラスチック製屈折光学素子70とを有する。本例によると、接眼光学系はプラスチック製屈折光学素子70によって構成される。
With reference to FIG. 9, an eighth example of the virtual image observation optical apparatus according to the present invention will be described. The virtual image observation optical device of this example includes an illumination
プラスチック製屈折光学素子70は球面の第1の屈折面71とハーフミラー72と内側の凹面の反射面73と非球面の第2の屈折面74とを有する。ハーフミラー72はプラスチック製屈折光学素子70の内部に形成された面である。ハーフミラー72は反射型ホログラム面であってよい。反射面73は反射型ホログラフィック面であってよく、非球面に形成されている。尚、ハーフミラー72の代わりに偏光ビームスプリッタを設け、更に四分の一波長板を設けてよい。
The plastic refractive
照明用光源装置10からの光は光学フィルム15及び偏光子17を経由し、ハーフミラー21を反射して、反射型空間光変調器20に到達する。反射型空間光変調器20からの光は、ハーフミラー21及び検光子26を経由して、プラスチック製屈折光学素子70に到達する。
Light from the illumination
プラスチック製屈折光学素子70に到達した光は、第1の屈折面71を経由してハーフミラー72及び反射面73を反射し、ハーフミラー72及び第2の屈折面74を経由して観察空間130の瞳131に到達する。
The light reaching the plastic refractive
次に本例の場合の迷光について説明する。照明用光源装置10からの光の一部はハーフミラー21及び検光子26を透過してプラスチック製屈折光学素子70の反射面73を反射する。しかしながら、本例では、プラスチック製屈折光学素子70の反射面73を反射した迷光は観察空間130の瞳131に到達することはない。
Next, stray light in this example will be described. A part of the light from the illumination
図10を参照して本発明による虚像観察光学装置の第9の例を説明する。本例の虚像観察光学装置は照明用光源装置10と光学フィルム15と偏光子17と反射型空間光変調器20とハーフミラー21と検光子26とプラスチック製屈折光学素子80とを有する。本例によると、接眼光学系はプラスチック製屈折光学素子80によって構成される。
A ninth example of the virtual image observation optical apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. The virtual image observation optical device of this example includes an illumination
本例の虚像観察光学装置を図9の第8の例と比較すると、プラスチック製屈折光学素子の反射面の位置が異なり、それ以外の構成は同様であってよい。 When the virtual image observation optical device of this example is compared with the eighth example of FIG. 9, the position of the reflection surface of the plastic refractive optical element is different, and the other configurations may be the same.
プラスチック製屈折光学素子80は球面の第1の屈折面81とハーフミラー82と内側の凹面の反射面83と非球面の第2の屈折面84とを有する。ハーフミラー82はプラスチック製屈折光学素子80の内部に形成された面である。ハーフミラー82は反射型ホログラム面であってよい。反射面83は反射型ホログラフィック面であってよく、非球面に形成されている。尚、ハーフミラー72の代わりに偏光ビームスプリッタを設け、更に四分の一波長板を設けてよい。
The plastic refractive
照明用光源装置10からの光は光学フィルム15及び偏光子17を経由し、ハーフミラー21を反射して、反射型空間光変調器20に到達する。反射型空間光変調器20からの光は、ハーフミラー21及び検光子26を経由して、プラスチック製屈折光学素子80に到達する。
Light from the illumination
プラスチック製屈折光学素子80に到達した光は、第1の屈折面81を経由してハーフミラー82を透過し、反射面83及びハーフミラー82を反射し、第2の屈折面84を経由して観察空間130の瞳131に到達する。
The light reaching the plastic refractive
次に本例の場合の迷光について説明する。照明用光源装置10からの光の一部はハーフミラー21及び検光子26を透過してプラスチック製屈折光学素子80に到達する。しかしながら、本例では、プラスチック製屈折光学素子80に到達した迷光は観察空間130の瞳131に到達することはない。
Next, stray light in this example will be described. Part of the light from the illumination
図9及び図10に示した例では、ハーフミラー21が光源光学系の光束分割素子であり、従って、ハーフミラー21と反射型空間光変調器20のなす角がαである。また、プラスチック製屈折光学素子70、80のハーフミラー72、82が接眼光学系の光束分割素子であり、反射面73、83が反射素子である。従って、ハーフミラー72、82に立てた面法線ベクトルAとプラスチック製屈折光学素子70、80の反射面73、83に立てた面法線ベクトルBのなす角がβである。
In the example shown in FIGS. 9 and 10, the
図9及び図10に示した本発明による虚像観察光学装置の第8及び第9の例に基づく実施例を示すと次のようになる。
(1)照明用光源装置10
(a)光源11:発光ダイオード(LED)
(b)光学フィルム15:半値発散角HDA≒20°
(2)反射型空間光変調素子20
(a)液晶:FLC型
(b)表示部:対角線長さDL=0.55インチ
(c)画素:VGA 640×800
(3)光学系の配置
(a)光源光学系の光束分割素子=ハーフミラー21
α≒45°
(b)接眼光学系の光束分割素子=プラスチック製屈折光学素子70、80のハーフミラー72、82
反射素子=プラスチック製屈折光学素子70、80の反射面73、83
β≒135°
Examples based on the eighth and ninth examples of the virtual image observation optical apparatus according to the present invention shown in FIGS. 9 and 10 are as follows.
(1) Illumination
(A) Light source 11: Light emitting diode (LED)
(B) Optical film 15: Half-value divergence angle HDA≈20 °
(2) Reflective spatial
(A) Liquid crystal: FLC type (b) Display unit: diagonal length DL = 0.55 inch (c) Pixel: VGA 640 × 800
(3) Arrangement of optical system (a) Light beam splitting element of light source optical system =
α ≒ 45 °
(B) Beam splitting element of eyepiece optical system = half mirrors 72 and 82 of plastic refractive
Reflective element =
β ≒ 135 °
図11に本発明による虚像観察光学装置の第10の例の光線図を示す。本例の虚像観察光学装置の構成は図7に示した第6の例の構成と同様であるが、本例では四分の一波長板56が除去されている点が異なる。図示のように、観察空間の出射瞳が存在する点に原点を設け、光軸に沿ってz軸、光軸に垂直な面内にて水平方向にx軸、垂直方向にy軸をとる。図示のように虚像観察光学系より遠ざかる方向にz軸の正の方向をとる。本例の光学系の仕様を次に示す。
FIG. 11 is a ray diagram of a tenth example of the virtual image observation optical apparatus according to the present invention. The configuration of the virtual image observation optical apparatus of this example is the same as that of the sixth example shown in FIG. 7 except that the quarter-
瞳径:水平方向の径12mm×垂直方向の径4mm(光線収差及び解像度の演算は瞳径4mmにて実施した。)
アイレリーフ:20mm水平画角:32度垂直画角:24度歪曲:5%以下
Pupil diameter:
Eye relief: 20 mm Horizontal field angle: 32 degrees Vertical field angle: 24 degrees Distortion: 5% or less
上述にように、実際には、照明光源装置10からの光は光源光学系、空間光変調器及び接眼光学系を経由して観察空間の出射瞳に到達するが、ここでは、光路を逆に辿る。従って、図示のように、観察空間の出射瞳STOから虚像OBJへの光を想定する。この光は接眼光学系、空間光変調素子及び光源光学系を経由して照明用光源装置に至る。
As described above, actually, the light from the illumination
このように光路の経路に存在する光学系の面に、順に番号を付する。例えば、ガラス製屈折光学素子50の屈折面59には数字3が付され、偏光ビームスプリッタ57には往路と帰路に対してそれぞれ数字4及び6が付され、反射面58には数字5が付されている。尚、空間光変調器20の画素表示面には数字10が付され、空間光変調器20の偏光子の両面には、それぞれ往路と帰路に対して8及び9と11及び12が付されている。
In this manner, the surfaces of the optical system existing in the path of the optical path are sequentially numbered. For example, the
各光学面は次の非球面を表す式によって表される。この式の右辺のRDYは曲率半径、K、a、b、c、dは定数である。 Each optical surface is represented by an expression representing the following aspheric surface. RDY on the right side of this equation is a radius of curvature, and K, a, b, c, and d are constants.
[数6]
z=RDY・h2[1+(1-(1+K)RDY2h2)1/2]−1+ah4+bh6+ch8+dh10
h2=x2+y2
[Equation 6]
z = RDY · h 2 [1+ (1- (1 + K) RDY 2 h 2 ) 1/2 ] −1 + ah 4 + bh 6 + ch 8 + dh 10
h 2 = x 2 + y 2
図12に本例の虚像観察光学装置の光学系のデータを示し、図13に各光学面のレンズデータを示す。図12の光学系のデータを簡単に説明する。面番号は図11に示す光学系の各要素に付された面の番号である。OBJは虚像位置、STOは瞳、IMGは照明用光源装置である。面番号8〜12は空間光変調器の各構成面を示す。ASPは非球面であることを示す。REFLは反射面を示し、REFLの表示がないのは屈折面を示す。
FIG. 12 shows data of the optical system of the virtual image observation optical apparatus of this example, and FIG. 13 shows lens data of each optical surface. The data of the optical system in FIG. 12 will be briefly described. The surface number is the number of the surface assigned to each element of the optical system shown in FIG. OBJ is a virtual image position, STO is a pupil, and IMG is a light source device for illumination.
図13のレンズデータを簡単に説明する。レンズデータを簡単に説明する。A、B、C、D、Kは数6の式の係数、XDE、YDE、ZDEはXYZ方向の偏心、ADE、BDE、CDEはXYZ軸周りのチルトである。また、表中、GLBG1は瞳座標基準、IC:Yは非球面の曲面が複数存在する場合に第1の面を対象とすることを意味する。 The lens data in FIG. 13 will be briefly described. The lens data will be briefly described. A, B, C, D, and K are coefficients in the equation (6), XDE, YDE, and ZDE are eccentricities in the XYZ directions, and ADE, BDE, and CDE are tilts around the XYZ axes. In the table, GLBG1 is a pupil coordinate reference, and IC: Y means that the first surface is targeted when there are a plurality of aspherical curved surfaces.
図14〜図18は本例の虚像観察光学装置の各面の光線収差を示す曲線である。各図の右側に図示したように、3つの波長λについて、光線収差を求めた。縦軸は主光線の像面上の位置と他の光線の像面上の位置との距離であり単位はmmである。横軸は入射瞳における光線高さであり最大値は±2mmである。各図の中央の最初の括弧はXY座標、次の括弧は水平画角及び垂直画角である。 14 to 18 are curves showing the light aberration of each surface of the virtual image observation optical apparatus of this example. As shown on the right side of each figure, light aberration was obtained for three wavelengths λ. The vertical axis represents the distance between the position of the principal ray on the image plane and the position of the other rays on the image plane, and the unit is mm. The horizontal axis is the height of light at the entrance pupil, and the maximum value is ± 2 mm. The first parenthesis in the center of each figure is the XY coordinate, and the next parenthesis is the horizontal and vertical angle of view.
図19〜図21はMTF(Modulation Transfer function)を示す。縦軸は変調度、横軸はデフォーカス位置である。光線収差の場合と同様の3つの波長を使用したが、3つの波長が1対1対1の割合の合成光線を使用した。各図の左側の括弧は水平画角及び垂直画角である。 19 to 21 show an MTF (Modulation Transfer function). The vertical axis represents the degree of modulation, and the horizontal axis represents the defocus position. The same three wavelengths were used as in the case of the ray aberration, but synthetic wavelengths with a ratio of 1: 1 to 1: 1 were used for the three wavelengths. The parentheses on the left side of each figure are the horizontal field angle and the vertical field angle.
以上本発明の実施例について詳細に説明してきたが、本発明は上述の実施例に限ることなく本発明の要旨を逸脱することなく他の種々の構成が採り得ることは当業者にとって容易に理解されよう。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is easily understood by those skilled in the art that other various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention. Let's be done.
上述の例では、反射型空間光変調素子として、液晶を含む液晶型空間光変調素子を使用した。しかしながら、本発明の虚像観察光学装置は、反射型空間光変調素子であればどのような形式のものでも使用可能であり、例えば、デジタルマイクロミラーデバイス等の他の反射型空間光変調素子を使用してもよい。 In the above-described example, a liquid crystal spatial light modulator including liquid crystal is used as the reflective spatial light modulator. However, the virtual image observation optical device of the present invention can be used in any type as long as it is a reflection type spatial light modulation element. For example, another reflection type spatial light modulation element such as a digital micromirror device is used. May be.
また、このように液晶型空間光変調素子以外の反射型空間光変調素子を使用する場合、上述の例と同様に、光源光学系及び接眼光学系において、偏光子及び検光子、四分の一波長板等の位相差板、マイクロレンズ、ディフューザ等の光学素子を適宜組み合わせて使用してよい。 In addition, when using a reflective spatial light modulator other than the liquid crystal spatial light modulator in this way, in the light source optical system and the eyepiece optical system, as in the above-described example, a polarizer, an analyzer, and a quarter are used. You may use it combining optical elements, such as phase difference plates, such as a wavelength plate, a micro lens, and a diffuser, suitably.
上述の例では、照明用光源装置として、光源及び導光板を含む装置を使用したが、これ以外の照明用光源装置も可能である。例えば、拡散板又はフライアイレンズとレーザ光源を組み合わせたものであってもよい。 In the above-described example, an apparatus including a light source and a light guide plate is used as the illumination light source apparatus, but other illumination light source apparatuses are also possible. For example, a combination of a diffusion plate or fly-eye lens and a laser light source may be used.
10…照明用光源装置、11…光源、12…リフレクタ、13…導光板、13A…前面(出射面)、13B…背面、14…反射板、15…光学フィルム、17…偏光子、20…反射型空間光変調器、21,22…ハーフミラー、23…反射鏡、25…偏光ビームスプリッタ、26…検光子、30,30−1…全反射屈折光学素子、30−2…屈折光学素子、31…屈折面、32…光束分割面、33…反射面、34,34…屈折面、40−1…屈折光学素子、40−2…全反射屈折光学素子、40−3…屈折光学素子、41…屈折面、42…ハーフミラー、43,44,46…屈折面、47…光束分割面、48…反射面、49…屈折面、50,50−1,50−2,50−3…ガラス製屈折光学素子、50−4…ガラス製屈折光学素子、51…屈折面、52…ハーフミラー、53…屈折面、56…四分の一波長板、57…偏光ビームスプリッタ、58…反射面、59…屈折面、60−1…ガラス製屈折光学素子、60−2,60−3…プラスチック製屈折光学素子、61,62…屈折面、63…偏光ビームスプリッタ、64…検光子、65,66…屈折面、67…ハーフミラー、68…反射面、70…プラスチック製屈折光学素子、71…屈折面、72…ハーフミラー、73…反射面、74…屈折面、80…プラスチック製屈折光学素子、81…屈折面、82…ハーフミラー、83…反射面、84…屈折面、90…液晶型反射型空間光変調素子、91A,91B…ガラス基板、92A,92B…透明電極、93A,93B…配向板、94A…偏光子、94B…検光子、95…液晶材料、 96…反射板、100…FLC型反射型空間光変調素子、101A…ガラス基板、101B…シリコン基板、102A…透明電極、102B…アルミ電極、103A,103B…配向膜、104…偏光子、105…液晶材料、111…ハーフミラー、112…検光子、130…観察空間、131…瞳、200…迷光
DESCRIPTION OF
Claims (17)
該反射型空間光変調素子に照明用光線を提供するための照明用光源装置と、
上記照明用光源装置から発せられる照明用光線の光路上に配置され、上記照明用光源装置からの照明用光線を反射して上記反射型空間光変調素子に導く第1の光束分割面を有する光束分割素子を含む光源光学系と、
上記反射型空間光変調素子によって変調された画像光線の上記光束分割素子を透過した出射側に配置され、上記反射型空間光変調素子からの画像光線の入射側に屈折面と、該屈折面から入射した上記画像光線を全反射させる第2の光束分割面と、該第2の光束分割面によって全反射された上記画像光線を反射し、上記第2の光束分割面を透過屈折させて観察空間に導く、自由曲面又は反射型ホログラフィック面より成る反射面とを有する全反射屈折光学素子と、を備え、
上記反射型空間光変調素子の中心を通る主光線が上記反射面によって反射される点における上記反射面の法線ベクトルと、上記反射型空間光変調素子の中心を通る主光線が上記第2の光束分割面によって反射される点における上記第2の光束分割面の法線ベクトルとのなす角は、上記反射面及び上記第2の光束分割面の各面における光線が反射する側をベクトルの正の方向として、136度以上且つ179度以下であり、
上記反射型空間光変調素子の中心を通る主光線が上記照明用光源装置から上記光束分割素子に至る光路を通る光線のうち上記光束分割素子において反射することなく該光束分割素子を透過する光線が、上記全反射屈折光学素子の上記屈折面から入射して上記反射面で反射されるように、上記全反射屈折光学素子の上記屈折面と、上記光源光学系の上記光束分割素子の上記第1の光束分割面とが配置され、
上記反射型空間光変調素子の中心を通る主光線が上記照明用光源装置から上記光束分割素子に至る光路を通る光線のうち上記光束分割素子において反射することなく該光束分割素子を透過する光線の、上記全反射屈折光学素子の上記反射面により反射された後、上記第2の光束分割面に向かう光線の光路が、上記観察空間から外れた領域に向かう構成とされる
虚像観察光学装置。 A reflective spatial light modulator;
An illumination light source device for providing illumination light to the reflective spatial light modulator;
Is disposed on the optical path of the illumination light rays emitted from the illuminating light source device, having a first beam splitting surface for reflecting the illuminating light from the illuminating light source device leads to the reflective spatial light modulator A light source optical system including a beam splitting element ;
It is arranged on the exit side that has passed through the beam splitting element of the modulated image light beams by the upper Symbol reflection type spatial light modulator, and the refractive surface on the incident side of the image light rays from the reflective spatial light modulator,該屈refracting surface a second beam splitting surface to totally reflect the image light incident from the second reflecting the image light rays totally reflected by the beam splitting surface, by transmitting refracted on SL second beam splitting surface leading to the observation space, free song Menmata comprises a total reflection refractive optical element having a reflecting surface formed Ri by reflection holographic surface,
The normal vector of the reflecting surface at the point where the principal ray passing through the center of the reflective spatial light modulator is reflected by the reflecting surface, and the principal ray passing through the center of the reflective spatial light modulator is the second the angle between the normal vector of the second beam splitting surface at the point that is reflected by the beam splitting surface, a positive vector side light beam at the reflecting surface and the second beam splitting surface of each surface is reflected The direction is 136 degrees or more and 179 degrees or less,
Of the light rays that pass through the optical path from the illumination light source device to the light beam splitting device, the light beam that passes through the light beam splitting device without being reflected by the light beam splitting device is the principal light beam that passes through the center of the reflective spatial light modulator. , as reflected by the incident the reflecting surface from the refracting surface of the total reflection refractive optical element, and the refractive surface of the total reflection refractive optical element, above said beam splitting element above Symbol light source optical system first a first beam splitting surface is arranged,
Of the light rays that pass through the optical path from the illumination light source device to the light beam splitting device, the main light beam that passes through the center of the reflective spatial light modulator is transmitted through the light beam splitting device without being reflected by the light beam splitting device. A virtual image observation optical apparatus configured such that after being reflected by the reflection surface of the total reflection / refraction optical element, an optical path of a light beam directed to the second light beam splitting surface is directed to a region outside the observation space .
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