JPH11326823A - Virtual image observation optical system - Google Patents

Virtual image observation optical system

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Publication number
JPH11326823A
JPH11326823A JP13576998A JP13576998A JPH11326823A JP H11326823 A JPH11326823 A JP H11326823A JP 13576998 A JP13576998 A JP 13576998A JP 13576998 A JP13576998 A JP 13576998A JP H11326823 A JPH11326823 A JP H11326823A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
virtual image
optical system
volume hologram
light
observation optical
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP13576998A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Takegawa
洋 武川
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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  • Liquid Crystal (AREA)
  • Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress noise and ghost resulted from the reflected light by an optical element by making the image on the background of the optical element visible together with the virtual image of the display video by an LCD as a natural background image without aberrations and without a change in the distance and size of the image. SOLUTION: This optical system comprises the optical element 12 which has refractive power to form the virtual image of the display image of the LCD 6 and a curved translucent mirror 13 which reflects the light through this optical element 12, introduces the light to the observer's pupils 11, allows the transmission of the back light and introduces the light to the pupils 11. This curved translucent mirror 13 is formed to a surface shape varying in a first surface and a second surface and the refractive power thereof to the transmitted light is made zero.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示装置の表
示画像の虚像を観察するための虚像観察光学系に関す
る。
The present invention relates to a virtual image observation optical system for observing a virtual image of a display image of an image display device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のいわゆるシースルー型の虚像観察
光学系が提案されている。この虚像光学系は、LCD
(液晶ディスプレイ)の如き画像表示装置と、この画像
表示装置による表示画像の虚像を結像して観察者の瞳に
導く凹面鏡やリップマン体積ホログラムの如き光学素子
とを有して構成される。そして、この光学素子は、少な
くとも一の半透過面を有しており、この半透過面におい
て、画像表示装置より射出された光を反射して観察者の
瞳に導くとともに、この光学素子の背後の背景からの光
を透過させて該瞳に到達させる。
2. Description of the Related Art A conventional so-called see-through type virtual image observation optical system has been proposed. This virtual image optical system is an LCD
(Liquid crystal display) and an optical element such as a concave mirror or a Lippman volume hologram that forms a virtual image of a display image by the image display device and guides the virtual image to an observer's pupil. The optical element has at least one semi-transmissive surface, and reflects the light emitted from the image display device to guide the light to the pupil of the observer on the semi-transmissive surface. The light from the background is transmitted to reach the pupil.

【0003】この虚像観察光学系において、観察者は、
画像表示装置による表示画像の虚像と、光学素子の背後
の背景とを重ねて観察することができる。
In this virtual image observation optical system, an observer
The virtual image of the display image by the image display device and the background behind the optical element can be superimposed and observed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な虚像観察光学系を構成する光学素子である凹面鏡やリ
ップマン体積ホログラムを支持する基板の2つの面は、
全く同じ曲率半径を有して形成されているか、または、
基板厚が一定となるように曲率半径が大きい方の面の曲
率半径が曲率半径が小さい方の面の曲率半径に基板厚を
加えた値になっており、透過光に対する屈折力が厳密に
は0となっていない。
By the way, two surfaces of a substrate for supporting a concave mirror and a Lippmann volume hologram which are optical elements constituting the virtual image observation optical system as described above are:
Are formed with exactly the same radius of curvature, or
The radius of curvature of the surface with the larger radius of curvature is a value obtained by adding the substrate thickness to the radius of curvature of the surface with the smaller radius of curvature so that the substrate thickness is constant, and the refractive power for transmitted light is strictly It is not 0.

【0005】このため、これら光学素子の基板を透過し
て瞳に入射する背景像は、収差がのっていたり、あるい
は、像の距離、大きさが変化しており、自然な背景像と
して見ることができない。
For this reason, the background image which passes through the substrate of these optical elements and enters the pupil has an aberration or the distance and size of the image are changed, so that the background image is viewed as a natural background image. Can not do.

【0006】また、リップマン体積ホログラムの基板
は、平面板である場合が多い。この場合には、この基板
の透過光に対する屈折力は0となるが、基板の表面での
反射光が瞳に入射しノイズの原因となる場合が多い。
The substrate of the Lippman volume hologram is often a flat plate. In this case, the refractive power of the substrate with respect to the transmitted light is 0, but the light reflected on the surface of the substrate is incident on the pupil and often causes noise.

【0007】さらに、凹面鏡やリップマン体積ホログラ
ムの基板の曲率半径がこの基板と虚像観察光学系の射出
瞳間の距離の2倍の値に近い場合には、瞳周辺からの光
線の基板表面での反射光が、網膜上で結像してゴースト
像となる。
Further, when the radius of curvature of the concave mirror or the substrate of the Lippman volume hologram is close to twice the value of the distance between the substrate and the exit pupil of the virtual image observation optical system, the light from the periphery of the pupil on the substrate surface is reduced. The reflected light forms an image on the retina to form a ghost image.

【0008】そして、リップマン体積ホログラムとして
フィルム状のフォトポリマを使用する場合においては、
基板が2次元的曲率をもっていると、ホログラムの基板
への装着が困難である。
When a film-shaped photopolymer is used as the Lippman volume hologram,
If the substrate has a two-dimensional curvature, it is difficult to mount the hologram on the substrate.

【0009】そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提
案されるものであって、画像表示装置による表示映像の
虚像とともに、光学素子の背景の像が、無収差で、ま
た、像の距離、大きさの変化がなく自然な背景像として
見ることができ、さらに、光学素子による反射光に起因
するノイズやゴーストが抑えられた虚像観察光学系を提
供しようとするものである。
Accordingly, the present invention has been proposed in view of the above-mentioned circumstances, and in addition to a virtual image of a display image by an image display device, an image of a background of an optical element has no aberration and a distance of an image. It is an object of the present invention to provide a virtual image observation optical system which can be viewed as a natural background image without a change in size and further suppresses noise and ghost caused by light reflected by the optical element.

【0010】また、本発明は、光学素子としてホログラ
ムを用いる場合において、ホログラムの基板への装着が
容易化された虚像観察光学系を提供しようとするもので
ある。
Another object of the present invention is to provide a virtual image observation optical system in which a hologram is easily mounted on a substrate when a hologram is used as an optical element.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明に係る虚像観察光学系は、画像表示装置の表
示画像の虚像を結像する屈折力を有する少なくとも一の
光学素子と、この光学素子を経た光を反射して観察者の
瞳に導くとともに背後の光を透過させて該観察者の瞳に
導く曲面半透明鏡とを備え、この曲面半透明鏡は、第一
面と第二面とが異なる面形状を有することにより、透過
光に対する屈折力が0となされていることを特徴とする
ものである。また、この虚像光学系においては、曲面半
透明鏡に代えて、リップマン体積ホログラムを用いるこ
とができる。
In order to solve the above-mentioned problems, a virtual image observation optical system according to the present invention comprises at least one optical element having a refractive power for forming a virtual image of a display image of an image display device; A curved translucent mirror that reflects the light passing through the optical element and guides the light behind to guide the pupil of the observer, and guides the light behind to the observer's pupil. Since the second surface has a surface shape different from that of the second surface, the refractive power for transmitted light is set to zero. In this virtual image optical system, a Lippman volume hologram can be used in place of the curved translucent mirror.

【0012】これら曲面半透明鏡やリップマン体積ホロ
グラムは、透過光に対する屈折力が0となされているこ
とから、無収差で、また、像の距離、大きさの変化のな
い自然な背景像を見ることを可能とする。
Since these curved translucent mirrors and Lippmann volume holograms have a refracting power of 0 for transmitted light, they see a natural background image with no aberration and no change in image distance or size. To make things possible.

【0013】この虚像観察光学系においては、画像表示
装置の表示画像の虚像を結像するための屈折力は、曲面
半透明鏡やリップマン体積ホログラムとは別の光学素子
のみに担わせてもよく、また、曲面半透明鏡及び該光学
素子、または、リップマン体積ホログラム及び該光学素
子に担わせてもよく、さらに、リップマン体積ホログラ
ムのみに担わせてもよい。
In this virtual image observation optical system, the refractive power for forming a virtual image of the display image of the image display device may be assigned only to an optical element different from a curved semitransparent mirror or a Lippman volume hologram. Also, the curved semi-transparent mirror and the optical element, or the Lippmann volume hologram and the optical element may be used, or only the Lippman volume hologram may be used.

【0014】そして、曲面半透明鏡またはリップマン体
積ホログラムは、反射面を凹面とすることができる。こ
の場合において、曲面半透明鏡またはリップマン体積ホ
ログラムの基板の曲率半径は、この基板と射出瞳間の距
離の2倍の値に対して3mm以上の差がある値にする
と、ゴーストの発生を防ぐことができる。また、曲面半
透明鏡またはリップマン体積ホログラムは、反射面を凹
面非球面とすることができる。リップマン体積ホログラ
ムを保持するリップマン体積ホログラム基板を、一方向
のみの曲率をもったメニスカス形状とすることにより、
フィルム状ホログラム感光材のリップマン体積ホログラ
ム基板への装着を容易にすることができる。
The reflecting surface of the curved semi-transparent mirror or Lippmann volume hologram can be concave. In this case, if the radius of curvature of the curved semitransparent mirror or the substrate of the Lippman volume hologram has a difference of 3 mm or more with respect to a value twice as large as the distance between the substrate and the exit pupil, occurrence of ghost is prevented. be able to. Further, in the curved semi-transparent mirror or the Lippman volume hologram, the reflection surface can be a concave aspheric surface. By making the Lippman volume hologram substrate holding the Lippman volume hologram into a meniscus shape with a curvature in only one direction,
The film-shaped hologram photosensitive material can be easily mounted on the Lippmann volume hologram substrate.

【0015】この虚像観察光学系において、曲面半透明
鏡やリップマン体積ホログラムと、これら曲面半透明鏡
やリップマン体積ホログラムとは別の光学素子とを用い
る場合において、これら曲面半透明鏡やリップマン体積
ホログラムと光学素子との間には、光束分割素子を設け
ることができる。
In this virtual image observation optical system, when a curved translucent mirror or a Lippman volume hologram and an optical element different from the curved semitransparent mirror or the Lippmann volume hologram are used, the curved translucent mirror or the Lippman volume hologram is used. A light beam splitting element can be provided between the optical element and the optical element.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0017】本発明に係る虚像観察光学系は、図1に示
すように、画像表示装置となるLCD(液晶ディスプレ
イ)6と、このLCD6の表示画像の虚像を共働して結
像する屈折力を有する光学素子となる自由曲面(非回転
対称)反射鏡12及び凹面半透明鏡(ハーフミラー)1
3とを有して構成されている。
As shown in FIG. 1, the virtual image observation optical system according to the present invention has an LCD (Liquid Crystal Display) 6 serving as an image display device and a refractive power for forming a virtual image of the display image of the LCD 6 in cooperation with each other. Free-form surface (non-rotationally symmetric) reflecting mirror 12 and concave semi-transparent mirror (half mirror) 1 serving as an optical element having
3 are provided.

【0018】この虚像観察光学系においては、まず、ビ
デオ信号1がLCD6を駆動する回路であるLCDドラ
イバ2に入力される。LCDドライバ2からは、バック
ライト電圧3及びLCD駆動信号4が出力され、バック
ライト5及びLCD6に対応して入力される。
In this virtual image observation optical system, first, a video signal 1 is input to an LCD driver 2 which is a circuit for driving an LCD 6. A backlight voltage 3 and an LCD drive signal 4 are output from the LCD driver 2 and input corresponding to the backlight 5 and the LCD 6.

【0019】バックライト5は、光源として、冷陰極管
5aを有している。この冷陰極管5aのLCD6側に
は、冷陰極管5aからの照射光の輝度を均一にし、拡散
角度を制御するために、拡散板5bが配設されている。
冷陰極管5aからの拡散角は、半値角で約10°となっ
ている。
The backlight 5 has a cold cathode tube 5a as a light source. On the LCD 6 side of the cold-cathode tube 5a, a diffusion plate 5b is arranged to make the luminance of the light emitted from the cold-cathode tube 5a uniform and to control the diffusion angle.
The diffusion angle from the cold cathode tube 5a is a half-value angle of about 10 °.

【0020】LCD6としては、例えば、0.55イン
チの透過型液晶ディスプレイを用いることができる。こ
のLCD6においては、電気信号である画像信号が画像
に変換され、このLCD6を透過するバックライト5か
らの射出光が該画像に応じて変調される。LCD6を透
過した光束は、自由曲面反射鏡12に入射する。このL
CD6から自由曲面反射鏡12への入射角は、約50°
となっている。
As the LCD 6, for example, a 0.55-inch transmissive liquid crystal display can be used. In the LCD 6, an image signal, which is an electric signal, is converted into an image, and light emitted from the backlight 5 passing through the LCD 6 is modulated according to the image. The light beam transmitted through the LCD 6 enters the free-form surface reflection mirror 12. This L
The incident angle from the CD 6 to the free-form surface reflection mirror 12 is about 50 °
It has become.

【0021】LCD6を透過して自由曲面反射鏡12に
入射した光束は、虚像を結像するための屈折力の一部を
与えられて反射される。この自由曲面反射鏡12におい
ては、屈折力をもつ光学素子である自由曲面反射鏡12
とこのあとに配される凹面半透明鏡13の主光線に対す
る偏心によって発生する収差が低減されるように、非回
転対称位相が反射波面に付加される。
The light beam transmitted through the LCD 6 and incident on the free-form surface reflection mirror 12 is reflected by being given a part of the refractive power for forming a virtual image. In the free-form surface reflection mirror 12, the free-form surface reflection mirror 12 which is an optical element having a refractive power is used.
And a non-rotationally symmetric phase is added to the reflected wavefront so as to reduce aberrations caused by the decentering of the concave semi-transparent mirror 13 with respect to the principal ray.

【0022】このようにして波面変化を付与された光束
は、続いて、凹面半透明鏡基板13a上に半透膜13b
が被着されて構成された凹面半透明鏡13に入射し、一
部が該半透膜13bにおいて屈折力を与えられ反射さ
れ、観察者の瞳11に導かれる。これにより、観察者
は、LCD6の表示画像の虚像を見ることができる。
The luminous flux given the wavefront change in this manner is subsequently applied to the semi-transparent film 13b on the concave semi-transparent mirror substrate 13a.
Is incident on the concave semi-transparent mirror 13 formed and adhered, and a part thereof is given a refracting power by the semi-permeable film 13b and is reflected, and is guided to the pupil 11 of the observer. Thereby, the observer can see a virtual image of the display image on the LCD 6.

【0023】一方、凹面半透明鏡基板13aの背面側よ
り進行してきた背景からの光束は、凹面半透明鏡基板1
3aを透過し、半透膜13bでその一部が反射され、残
部が瞳11に導かれる。このようにして、観察者は、L
CD6の表示画像の虚像を背景像と融合して見ることが
できる。
On the other hand, the luminous flux from the background traveling from the back side of the concave semi-transparent mirror substrate 13a is
3a, a part of the light is reflected by the semi-permeable membrane 13b, and the rest is guided to the pupil 11. In this way, the observer has L
The virtual image of the display image of the CD 6 can be seen in fusion with the background image.

【0024】ところが、ここで凹面半透明鏡基板13a
が透過光に対して屈折力をもっていると、背景像が拡大
または縮小されたり、像位置が動いたり、収差が付加さ
れたりして、場合によっては、視認性が極度に劣化し、
自然な背景をみることができなくなる。そこで、この虚
像観察光学系においては、凹面半透明鏡基板13aが透
過光に対して屈折力を持たないようになされている。凹
面半透明鏡基板13aの厚さが、厚さを無視して薄肉近
似が適応できる程度に非常に薄ければ、この凹面半透明
鏡基板13aの表面と裏面とで曲率半径を等しくするこ
とにより、透過光に対する屈折力を0とすることができ
る。
However, here, the concave semi-transparent mirror substrate 13a
Has refractive power to transmitted light, the background image is enlarged or reduced, the image position moves, or aberration is added, and in some cases, visibility is extremely deteriorated,
You will not be able to see the natural background. Therefore, in this virtual image observation optical system, the concave semi-transparent mirror substrate 13a has no refractive power for transmitted light. If the thickness of the concave semi-transparent mirror substrate 13a is so thin that the thin-wall approximation can be applied ignoring the thickness, the radius of curvature of the surface of the concave semi-transparent mirror substrate 13a is made equal to that of the rear surface. , The refracting power to transmitted light can be made zero.

【0025】しかし、現実的には、この凹面半透明鏡基
板13aの凸面の曲率半径をr1、凹面の曲率半径をr
2、中心厚さをt、屈折率をnとすると、凹面半透明鏡
基板13aの屈折力pは、 p=(n−1){(1/r1)−(1/r2)}+{t(n−1)2/(nr1r2)} ・・・(1式) となる。曲面の曲率半径r2は、この凹面半透明鏡の焦
点距離をfとすると、 f=r2/2 となり、与える屈折力が決まると一意的に決まってしま
う。そのため、凹面半透明鏡基板13aが屈折力を持た
ないためには、(1式)においてp=0とおいて、 r1=(nr2+nt−t)/n=r2+(nt−t)/
n となるr1を、凹面半透明鏡基板13aの凸面の曲率半
径とすればよい。
However, in reality, the radius of curvature of the convex surface of the concave semitransparent mirror substrate 13a is r1, and the radius of curvature of the concave surface is r1.
2. Assuming that the center thickness is t and the refractive index is n, the refractive power p of the concave semitransparent mirror substrate 13a is p = (n-1) {(1 / r1)-(1 / r2)} + {t (n-1) 2 / (nr1r2)} (Equation 1) The radius of curvature r2 of the curved surface is given by f = r2 / 2, where f is the focal length of the concave semi-transparent mirror, and is uniquely determined when a given refractive power is determined. Therefore, in order for the concave semitransparent mirror substrate 13a to have no refracting power, it is assumed that p = 0 in Equation (1), and r1 = (nr2 + nt-t) / n = r2 + (nt-t) /
It is sufficient that r1, which is n, is the radius of curvature of the convex surface of the concave semitransparent mirror substrate 13a.

【0026】たとえば、n=1.53,t=5mm,r
2=30mmとすると、r1≒32mmとなる。仮にr1
をr2と等しくr1=30mmとすると、 p≒0.00102 となり、焦点距離fは、 f=1/p=980mm の凸レンズ作用をもち、約+1ディオプタの屈折力をも
ってしまい、ほとんどの観察者にとって背景の視認が困
難になってしまう。また、r1をr2に厚さtを加えた3
5mmとすると、 p≒0.00165 となり、焦点距離fは、 f=1/p=−606mm の凹レンズ作用をもち、約−1.65ディオプタの屈折
力をもってしまう。
For example, n = 1.53, t = 5 mm, r
If 2 = 30 mm, r1 ≒ 32 mm. Temporarily
Is equal to r2 and r1 = 30 mm, p ≒ 0.00102, and the focal length f has a convex lens action of f = 1 / p = 980 mm, has a refractive power of about +1 diopter, and is a background for most observers. Will be difficult to see. Further, r1 is calculated by adding thickness t to r2.
If it is 5 mm, then p ≒ 0.00165, and the focal length f has a concave lens action of f = 1 / p = −606 mm and has a refractive power of about −1.65 diopters.

【0027】以上のように、凹面半透明鏡基板13aの
透過光に対する屈折力をなくすには、凹面半透明鏡基板
13aの凸面の曲率半径を、凹面の曲率半径30mmよ
り大きく、凹面の曲率半径に厚さtを加えた曲率半径3
5mmより小さい値、約32mmとすることにより実現
できる。
As described above, in order to eliminate the refractive power of the concave semi-transparent mirror substrate 13a with respect to the transmitted light, the radius of curvature of the convex surface of the concave semi-transparent mirror substrate 13a is larger than the radius of curvature of the concave surface of 30 mm, and the radius of curvature of the concave surface is Radius of curvature 3 with thickness t added
It can be realized by setting the value smaller than 5 mm, about 32 mm.

【0028】また、本発明に係る虚像観察光学系は、図
2に示すように、LCD6と、このLCD6の表示画像
の虚像を結像するための屈折力を有する自由曲面(非回
転対称)半透明鏡14により構成することができる。L
CD6に画像が表示されるまでの動作は、上述した実施
の形態と同様である。
As shown in FIG. 2, the virtual image observation optical system according to the present invention comprises an LCD 6 and a free-form surface (non-rotationally symmetric) half having a refractive power for forming a virtual image of an image displayed on the LCD 6. It can be constituted by the transparent mirror 14. L
The operation until the image is displayed on the CD 6 is the same as in the above-described embodiment.

【0029】LCD6から射出した光束は、自由曲面半
透明鏡基板14a上に半透膜14bが被着されて構成さ
れた自由曲面半透明鏡14に入射する。この自由曲面半
透明鏡14では、入射光の一部は、LCD6の表示画像
の虚像を結像するための屈折力を付与され、また、非回
転対称曲面により非回転対称位相を付加されて、偏心に
よる収差を低減された状態で半透膜14bにより反射さ
れる。半透膜14bで反射された光束が瞳11に入射
し、観察者は、LCD6の表示画像の虚像を見ることが
できる。
The light beam emitted from the LCD 6 is incident on a free-form surface semi-transparent mirror 14 which is formed by covering a semi-transparent film 14b on a free-form surface semi-transparent mirror substrate 14a. In the free-form semi-transparent mirror 14, a part of the incident light is given a refractive power for forming a virtual image of a display image on the LCD 6, and a non-rotationally symmetric curved surface is added with a non-rotationally symmetric phase. The light is reflected by the semi-permeable film 14b in a state where the aberration due to the eccentricity is reduced. The light beam reflected by the semi-permeable film 14b enters the pupil 11, and the observer can see a virtual image of the display image on the LCD 6.

【0030】一方、自由曲面半透明鏡基板14aの背面
側より背景から入射する光束は、自由曲面半透明鏡基板
14a、半透膜14bを経て、瞳11に入射する。ここ
で、自由曲面半透明鏡基板14aが透過光に対して屈折
力をもっていると、背景像が拡大または縮小されたり、
像位置が動いたり、収差が付加されたりして、場合によ
っては、視認性が極度に劣化し、自然な背景をみること
ができなくなる。そこで、この虚像観察光学系において
は、自由曲面半透明鏡基板14aが透過光に対して屈折
力を持たないようになされている。
On the other hand, a light beam entering from the back side of the free-form surface semi-transparent mirror substrate 14a from the background enters the pupil 11 via the free-form surface semi-transparent mirror substrate 14a and the semi-permeable film 14b. Here, if the free-form semi-transparent mirror substrate 14a has a refractive power to transmitted light, the background image is enlarged or reduced,
In some cases, the image position moves or aberration is added, and in some cases, the visibility is extremely deteriorated, and a natural background cannot be seen. Therefore, in this virtual image observation optical system, the free-form surface translucent mirror substrate 14a is configured so as not to have a refractive power for transmitted light.

【0031】自由曲面半透明鏡14において半透膜14
bが形成されている側の面s1は、虚像結像のための屈
折力の発生と偏心収差の補正のため、面形状は制約され
ている。したがって、この自由曲面半透明鏡基板14a
においては、もう一方の面s2の形状を工夫することに
より、透過光に対する屈折力を0としている。なお、面
s1が自由曲面の場合、面s2の形状は、一意的に決め
ることは難しく、実際の設計においては、光学設計評価
シュミレーションを行うコンピュータソフトウエアを使
って、自動設計などによって最適化することとなる。
The semi-permeable membrane 14 in the free-form surface semi-transparent mirror 14
The surface shape of the surface s1 on the side where b is formed is restricted in order to generate refracting power for forming a virtual image and to correct eccentric aberration. Therefore, this free-form semi-transparent mirror substrate 14a
In, the refractive power for transmitted light is set to 0 by devising the shape of the other surface s2. When the surface s1 is a free-form surface, it is difficult to uniquely determine the shape of the surface s2. In an actual design, optimization is performed by automatic design or the like using computer software for performing an optical design evaluation simulation. It will be.

【0032】また、本発明に係る虚像観察光学系は、図
3に示すように、LCD6と、光束分割素子となるビー
ムスプリッタ7と、LCD6の表示画像の虚像を結像す
る屈折力を有する非球面凹面半透明鏡15とを有して構
成することができる。LCD6に画像が表示されるまで
の動作は、上述した実施の形態と同様である。
As shown in FIG. 3, the virtual image observation optical system according to the present invention includes an LCD 6, a beam splitter 7 serving as a light beam splitting element, and a non-light source having a refracting power for forming a virtual image of a display image on the LCD 6. And a spherical concave semi-transparent mirror 15. The operation until the image is displayed on the LCD 6 is the same as in the above-described embodiment.

【0033】LCD6から射出した光束は、ビームスプ
リッタ7に入射する。このビームスプリッタ7では、入
射光の一部が反射され、非球面凹面半透明鏡基板15a
上に半透膜15bが被着されて構成された非球面凹面半
透明鏡15に入射する。この非球面凹面半透明鏡15の
半透膜15bにおいては、入射光の一部が、LCD6の
表示画像の虚像を結像するための屈折力を付与されて反
射される。半透膜15bで反射された光束は、再びビー
ムスプリッタ7を透過し、一部が瞳11に入射する。こ
のようにして観察者は、LCD6の表示画像の虚像を見
ることができる。
The light emitted from the LCD 6 enters the beam splitter 7. In this beam splitter 7, a part of the incident light is reflected, and the aspherical concave semi-transparent mirror substrate 15a
The light impinges on an aspherical concave translucent mirror 15 having a semi-permeable film 15b formed thereon. At the semi-permeable film 15b of the aspherical concave semi-transparent mirror 15, a part of the incident light is given a refracting power for forming a virtual image of a display image on the LCD 6 and is reflected. The light beam reflected by the semi-permeable film 15b passes through the beam splitter 7 again, and a part of the light beam enters the pupil 11. In this way, the observer can see a virtual image of the display image on the LCD 6.

【0034】一方、非球面凹面半透明鏡基板15aは、
透過光に対して屈折力を持たないようになされている。
この非球面凹面半透明鏡基板15aにおいて、非球面凹
面半透明鏡15の半透膜15bが配されている側の面s
1は、屈折力発生と収差補正のために、面形状が制約さ
れている。したがって、この非球面凹面半透明鏡基板1
5aにおいては、もう一方の面s2の形状を工夫するこ
とにより、透過光に対する屈折力を0としている。一方
の面s1が非球面凹面の場合においては、他方の面s2
の形状は、一意的に決めることは難しく、実際の設計に
おいては、光学設計評価シュミレーションを行うコンピ
ュータソフトウエアを使って、自動設計などによって最
適化することとなる。
On the other hand, the aspherical concave translucent mirror substrate 15a
It is designed not to have a refracting power for transmitted light.
In this aspherical concave semitransparent mirror substrate 15a, a surface s on the side of the aspherical concave semitransparent mirror 15 on which the semipermeable membrane 15b is disposed.
In No. 1, the surface shape is restricted for generating refracting power and correcting aberration. Therefore, this aspheric concave semi-transparent mirror substrate 1
In 5a, the refractive power for transmitted light is set to 0 by devising the shape of the other surface s2. When one surface s1 is an aspheric concave surface, the other surface s2
Is difficult to determine uniquely, and in actual design, optimization is performed by automatic design or the like using computer software that performs optical design evaluation simulation.

【0035】例えば、図4に示すように、非球面凹面半
透明鏡基板15aの半透膜15bが蒸着される面s1と
全く等しい形状で他方の面s2を形成すると、様々な角
度で入射してくる光束に対して非球面凹面半透明鏡基板
15aが屈折度、あるいは収差をもち、入射平行光束が
変形してしまう。この結果、観察者は、非球面凹面半透
明鏡基板15bを透しての背景像を、自然に見ることが
できなくなる。以下の〔表1〕にこの光学系のレンズリ
ストを示す。STO(アパチャーストップ面)と第2面
が、それぞれ面s2、面s1に対応しており、曲率(R
DYの逆数)、非球面位相係数(K,A,B,C,D)
ともに等しくなっていることがわかる。ここで、K,
A,B,C,Dは、円錐係数、4次の非球面位相係数、
6次の非球面位相係数、8次の非球面位相係数、10次
の非球面位相係数を表しており、以下の式により定義さ
れる。
For example, as shown in FIG. 4, when the other surface s2 is formed in the same shape as the surface s1 on which the semi-permeable film 15b of the aspherical concave semi-transparent mirror substrate 15a is deposited, the light is incident at various angles. The aspheric concave semi-transparent mirror substrate 15a has a refractive index or an aberration with respect to the incoming light beam, and the incident parallel light beam is deformed. As a result, the observer cannot naturally see the background image through the aspherical concave semi-transparent mirror substrate 15b. Table 1 below shows a lens list of this optical system. The STO (aperture stop surface) and the second surface correspond to the surface s2 and the surface s1, respectively, and the curvature (R
DY), aspherical phase coefficient (K, A, B, C, D)
It can be seen that both are equal. Where K,
A, B, C, and D are conic coefficients, fourth-order aspheric phase coefficients,
A sixth-order aspherical phase coefficient, an eighth-order aspherical phase coefficient, and a tenth-order aspherical phase coefficient are represented by the following equations.

【0036】Z=h2/〔RDY{1+SQRT〔1−
(1+K)h2/RDY2〕}〕+Ah4+Bh6+C
h8+Dh10 ただし、ZはZ軸に平行な面のサグ、hは、光軸からの
距離をそれぞれ表している。
Z = h2 / [RDY {1 + SQRT [1-
(1 + K) h2 / RDY2]}] + Ah4 + Bh6 + C
h8 + Dh10 Here, Z represents a sag of a plane parallel to the Z axis, and h represents a distance from the optical axis.

【0037】[0037]

【表1】 [Table 1]

【0038】一方、図5に示すように、非球面凹面半透
明鏡基板15aの面s2を様々な角度で入射してくる光
束に対して該非球面凹面半透明鏡基板15aが屈折度、
あるいは収差をもたないように、非球面凹面半透明鏡基
板15aの半透膜15bが蒸着される面s1と異なった
面で形成すると、入射平行光束は変形せず、観察者は、
自然な背景像を見ることができる。以下の〔表2〕にこ
の本光学系のレンズリストを示す。面s1、面s2が、
互いに異なる面形状になっていることがわかる。
On the other hand, as shown in FIG. 5, the aspherical concave semi-transparent mirror substrate 15a has a refractive index with respect to a light beam incident on the surface s2 of the aspherical concave semi-transparent mirror substrate 15a at various angles.
Alternatively, if the semi-permeable film 15b of the aspherical concave semi-transparent mirror substrate 15a is formed on a surface different from the surface s1 on which the semi-permeable film 15b is deposited so as not to have aberration, the incident parallel light beam is not deformed.
You can see a natural background image. Table 2 below shows a lens list of this optical system. The surface s1 and the surface s2 are
It can be seen that the surface shapes are different from each other.

【0039】[0039]

【表2】 [Table 2]

【0040】そして、本発明に係る虚像観察光学系は、
図6及び図7に示すように、画像表示装置となるLCD
6と、光線分割素子となる偏光ビームスプリッタ7と、
該LCD6の表示画像の虚像を結像する屈折力を有する
リップマン体積ホログラム10により構成することがで
きる。
The virtual image observation optical system according to the present invention
LCD as an image display device as shown in FIGS.
6, a polarizing beam splitter 7 serving as a light beam splitting element,
It can be constituted by a Lippman volume hologram 10 having a refractive power for forming a virtual image of the display image on the LCD 6.

【0041】ここで、リップマン体積ホログラムの構造
と機能を説明する。リップマン体積ホログラムは、断面
構造において、図8に示すように、複数の干渉縞を有し
て形成されている。図8においては干渉縞を縞模様で示
しているが、実際には、屈折率が変調されている。ホロ
グラム材料としては、フォトポリマー、ダイクロメート
ゼラチンなどがある。典型的なフォトポリマーの場合、
熱処理後の中心屈折率nと屈折率変調度Δnは、それぞ
れn=1.52、△n=0.06である。図8に示すよ
うに、リップマン体積ホログラム10における干渉縞
は、略々材料の厚さ方向に沿って入っていることがわか
る。これはホログラムの焼き付けを行なう際に、参照光
と物体光の2光束をホログラム面の裏表からそれぞれ入
射させることで実現できる。
Here, the structure and function of the Lippmann volume hologram will be described. The Lippman volume hologram is formed with a plurality of interference fringes in the cross-sectional structure as shown in FIG. In FIG. 8, the interference fringes are indicated by stripes, but in reality, the refractive index is modulated. Examples of the hologram material include photopolymer and dichromated gelatin. For a typical photopolymer,
The central refractive index n and the refractive index modulation Δn after the heat treatment are n = 1.52 and Δn = 0.06, respectively. As shown in FIG. 8, it can be seen that the interference fringes in the Lippmann volume hologram 10 substantially enter along the thickness direction of the material. This can be realized by causing two light beams, the reference light and the object light, to enter from the front and back of the hologram surface when printing the hologram.

【0042】このリップマン体積ホログラムの再生時に
おいて、このリップマン体積ホログラムへの入射光の回
析光がどのようなふるまいをするかは、干渉縞への入射
角をθ1とするとき、各干渉縞の層からの散乱光がどの
ような反射角θ2で互いに最も強め合うかを考察すれば
よい。
When reproducing the Lippmann volume hologram, the behavior of the diffracted light of the light incident on the Lippmann volume hologram depends on the angle of incidence on the interference fringes when the incident angle to the interference fringes is θ1. What kind of reflection angle θ2 the scattered light from the layer reinforces each other should be considered.

【0043】これには2つの条件がある。1つは、図9
に示すように、ある層上の異なる2点における散乱成分
が互いに強め合うことが必要になる。その条件は、2点
間の距離をLとすれば、 Lsinθ1−Lsinθ2=mλ となる。これが任意のLについて成り立つためには、こ
の式がLについての恒等式になればよい。すなわち、 θ1=θ2 ・・・(1式) となる。次に、異なる2層における散乱成分が互いに強
め合うためには、図10に示すように、層間の距離をd
とすると、 dcosθ1+dcosθ2=mλ ・・・(2式) (1式)及び(2式)より、 2dcosθ1=mλ ・・・Bragg回析条件 ここで、m=1(first order)の場合には、 2dcosθ1=λ となる。つまり、Bragg回析は波長選択性または角度選
択性をもった鏡面反射であるということができる。適当
な干渉縞をホログラムに記録しておくことにより、ホロ
グラム上に入射したある波長λの光線を任意の方向に偏
向させて反射することが可能であり、レンズ機能をもっ
た反射鏡として用いることができる。
There are two conditions for this. One is FIG.
As shown in (1), it is necessary that scattering components at two different points on a certain layer reinforce each other. The condition is Lsinθ1−Lsinθ2 = mλ, where L is the distance between the two points. In order for this to be true for any L, it is only necessary that this equation be an identity for L. That is, θ1 = θ2 (Equation 1) Next, in order for the scattering components in the two different layers to reinforce each other, as shown in FIG.
Then, dcosθ1 + dcosθ2 = mλ (Equation 2) From (Equation 1) and (Equation 2), 2dcosθ1 = mλ ... Bragg diffraction condition Here, when m = 1 (first order), 2dcosθ1 = Λ. In other words, it can be said that Bragg diffraction is specular reflection having wavelength selectivity or angle selectivity. By recording the appropriate interference fringes on the hologram, it is possible to deflect the light beam of a certain wavelength λ incident on the hologram in an arbitrary direction and reflect it, and use it as a reflecting mirror having a lens function. Can be.

【0044】そして、この虚像観察光学系においては、
図7に示すように、ビデオ信号1が、LCD6を駆動す
る回路であるLCDドライバ2に入力される。LCDド
ライバ2からは、LED(light emitting diode)を点
灯させるLED電流3と、LCD6を駆動するドライブ
信号4とが出力され、バックライト5とLCD6とに入
力される。
In this virtual image observation optical system,
As shown in FIG. 7, a video signal 1 is input to an LCD driver 2 which is a circuit for driving an LCD 6. From the LCD driver 2, an LED current 3 for lighting an LED (light emitting diode) and a drive signal 4 for driving the LCD 6 are output and input to the backlight 5 and the LCD 6.

【0045】バックライト5は、光源として、発光中心
波長が525nmのいわゆるチップサイズのLEDを横
2列、縦4列の計8個マウントしたLEDアレイ5aを
有している。このLEDアレイ5aのLCD6側には、
LEDアレイ5aからの照射光の輝度を均一にし、拡散
角度を制御するために、拡散板5bが配設されている。
LEDアレイ5aからの拡散角は、半値角で約10°と
なっている。
The backlight 5 has, as a light source, an LED array 5a in which a so-called chip-size LED having a light emission center wavelength of 525 nm is mounted in a total of eight rows of two rows and four columns. On the LCD 6 side of the LED array 5a,
A diffusion plate 5b is provided to make the luminance of the irradiation light from the LED array 5a uniform and to control the diffusion angle.
The diffusion angle from the LED array 5a is about 10 ° at a half-value angle.

【0046】LCD6としては、例えば、0.55イン
チの透過型液晶ディスプレイを用いることができる。こ
のLCD6においては、電気信号である画像信号が画像
に変換され、このLCD6を透過するバックライト5か
らの射出光が該画像に応じて変調される。LCD6を透
過した光束は、偏光ビームスプリッタ7に入射する。こ
の偏光ビームスプリッタ7において、入射光量の一部が
この偏光ビームスプリッタ7を透過し、残部がこの偏光
ビームスプリッタ7上の偏光性光束分割膜8によって反
射され、リップマン体積ホログラム基板9に入射する。
リップマン体積ホログラム基板9を通過した光束は、こ
のリップマン体積ホログラム基板9の裏面側に形成され
たリップマン体積ホログラム10により、特定の波長
域、ここでは光源の波長である525nmを中心として
半値全巾で10nm程度の光線のみが選択的に屈折力を
与えられて反射され、再びリップマン体積ホログラム基
板9を通過して、偏光ビームスプリッタ7に入射する。
そして、偏光ビームスプリッタ7では、リップマン体積
ホログラム10から戻った光束のうちの一部が透過し、
観察者の瞳11に入射する。
As the LCD 6, for example, a 0.55-inch transmissive liquid crystal display can be used. In the LCD 6, an image signal, which is an electric signal, is converted into an image, and light emitted from the backlight 5 passing through the LCD 6 is modulated according to the image. The light beam transmitted through the LCD 6 enters the polarization beam splitter 7. In the polarization beam splitter 7, a part of the incident light amount passes through the polarization beam splitter 7, and the remainder is reflected by the polarizing beam splitting film 8 on the polarization beam splitter 7, and enters the Lippmann volume hologram substrate 9.
The light beam that has passed through the Lippman volume hologram substrate 9 has a full width at half maximum around a specific wavelength range, here 525 nm, which is the wavelength of the light source, by the Lippman volume hologram 10 formed on the back side of the Lippman volume hologram substrate 9. Only a light beam of about 10 nm is selectively given a refractive power and reflected, passes through the Lippman volume hologram substrate 9 again, and enters the polarization beam splitter 7.
Then, in the polarization beam splitter 7, a part of the light flux returned from the Lippman volume hologram 10 is transmitted,
The light enters the pupil 11 of the observer.

【0047】一方、リップマン体積ホログラム10の背
後より進行してくる背景の光束は、リップマン体積ホロ
グラム10、リップマン体積ホログラム基板9及び偏光
ビームスプリッター7を透過して、瞳11に入射する。
このとき背景から瞳11に到達する光束のスペクトルの
525nm付近の強度は、リップマン体積ホログラム1
0で反射されるため、回析効率に略々逆比例して小さく
なる。
On the other hand, the background light beam traveling from behind the Lippman volume hologram 10 passes through the Lippman volume hologram 10, the Lippman volume hologram substrate 9 and the polarization beam splitter 7, and enters the pupil 11.
At this time, the intensity of the spectrum of the light beam reaching the pupil 11 from the background at around 525 nm is the same as that of the Lippman volume hologram
Since the light is reflected at 0, it becomes smaller in substantially inverse proportion to the diffraction efficiency.

【0048】ここで、リップマン体積ホログラム基板9
が屈折力をもっていると、背景像が拡大または縮小され
たり、像位置が動いたり、収差が付加されたりして、場
合によっては視認性が極度に劣化し、自然な背景をみる
ことができなくなる。そこで、この虚像観察光学系にお
いては、リップマン体積ホログラム基板9が透過光に対
して屈折力を持たないようになされている。リップマン
体積ホログラム基板9において、リップマン体積ホログ
ラム10が被着されている面s2は、収差補正のため、
面形状はある程度制約される。したがって、このリップ
マン体積ホログラム基板9においては、もう一方の面s
1の形状を工夫することにより、透過光に対する屈折力
を0とする。面s2が凹面の場合には、面s1の形状
は、図1により示した実施の形態におけるような計算に
より決定できる。また、面s2が非球面凹面などの場合
には、図3により示した実施の形態におけるように、光
学設計評価シュミレーションソフトウエアを使って、自
動設計により最適化することができる。
Here, the Lippmann volume hologram substrate 9
Has refractive power, the background image is enlarged or reduced, the image position moves, aberration is added, and in some cases, visibility is extremely deteriorated, and it is impossible to see the natural background . Therefore, in this virtual image observation optical system, the Lippmann volume hologram substrate 9 is configured not to have a refractive power with respect to transmitted light. In the Lippmann volume hologram substrate 9, the surface s2 on which the Lippmann volume hologram 10 is attached is
The surface shape is restricted to some extent. Therefore, in this Lippman volume hologram substrate 9, the other surface s
By devising the shape of 1, the refractive power for transmitted light is set to 0. When the surface s2 is concave, the shape of the surface s1 can be determined by calculation as in the embodiment shown in FIG. When the surface s2 is an aspherical concave surface or the like, optimization can be performed by automatic design using optical design evaluation simulation software as in the embodiment shown in FIG.

【0049】この実施の形態の場合、図6及び図7に示
すように、リップマン体積ホログラム基板9は、一方向
のみに曲率をもったメニスカス形状をしている。これ
は、リップマン体積ホログラム10として、約20μm
の厚さのホログラム感光材層及び約50μmの厚さのポ
リエステルカバーフィルムからなる厚さ約70μmのフ
ィルム状のフォトポリマーを使用しているため、2次元
的な曲率をもった面に敷設することが困難だからであ
る。また、偏心による収差の低減を目的として、曲率方
向が光学系の偏心方向に一致するような構成としてい
る。
In the case of this embodiment, as shown in FIGS. 6 and 7, the Lippmann volume hologram substrate 9 has a meniscus shape having a curvature in only one direction. This is approximately 20 μm as Lippman volume hologram 10.
Because a 70-μm-thick film-like photopolymer consisting of a hologram photosensitive material layer with a thickness of approximately 50 μm and a polyester cover film with a thickness of approximately 50 μm is used, it must be laid on a surface with a two-dimensional curvature. Is difficult. Also, for the purpose of reducing aberration due to eccentricity, the configuration is such that the direction of curvature matches the eccentric direction of the optical system.

【0050】また、この実施の形態においては、リップ
マン体積ホログラム基板9は、平面でなく凹面や非球面
凹面となされているため、このリップマン体積ホログラ
ム基板9の表面反射による迷光が瞳11に入射すること
を防止することができる。さらに、このリップマン体積
ホログラム基板9の曲率半径は、このリップマン体積ホ
ログラム基板9及び瞳11間の距離の2倍の値に対して
十分に異なった値、例えば3mm以上の差のある値とな
っている。これは、凹面鏡の焦点距離が、その曲率半径
の1/2となることに関係するもので、瞳11周辺から
の光束がリップマン体積ホログラム基板9の表面による
反射で平行光になり、瞳11に入射して網膜上に結像し
てゴースト像となるのを防止するためである。
In this embodiment, since the Lippmann volume hologram substrate 9 is not flat but has a concave surface or an aspherical concave surface, stray light due to surface reflection of the Lippman volume hologram substrate 9 enters the pupil 11. Can be prevented. Further, the radius of curvature of the Lippman volume hologram substrate 9 is a value sufficiently different from a value twice as large as the distance between the Lippman volume hologram substrate 9 and the pupil 11, for example, a value having a difference of 3 mm or more. I have. This is related to the fact that the focal length of the concave mirror becomes の of the radius of curvature, and the light flux from the periphery of the pupil 11 becomes parallel light due to reflection by the surface of the Lippman volume hologram substrate 9, and This is to prevent the light from entering and forming an image on the retina to form a ghost image.

【0051】なお、上述した各実施の形態においては、
緑色の単色表示を行うように構成しているが、リップマ
ン体積ホログラムをR(レッド)、G(グリーン)、B
(ブルー)の三色のレーザーで多重露光して作成し、バ
ックライト光源にもR、G、Bのスペクトルを含むもの
を使用することにより、フルカラー表示も可能である。
このようにリップマン体積ホログラムをカラー化するこ
とにより、背景からの光がリップマン体積ホログラムを
透過するときにR、G、Bについて均等にスペクトルが
欠落して、瞳11に到達するため、背景の色をより自然
なものとして見ることができる。
In each of the above embodiments,
Although it is configured to display green in a single color, the Lippman volume hologram is represented by R (red), G (green), B
Full-color display is also possible by using a light source that includes R, G, and B spectra as the backlight light source.
By coloring the Lippman volume hologram in this way, when light from the background passes through the Lippman volume hologram, the R, G, and B spectrums are equally missing and reach the pupil 11, so that the background color Can be seen as more natural.

【0052】また、本発明に係る虚像観察光学系は、反
射型液晶表示装置を用いて、フルカラー化して構成する
ことができる。すなわち、この虚像観察光学系において
は、図13に示すように、ビデオ信号1がLCDドライ
バ(液晶ディスプレイ駆動回路)2に入力される。LC
Dドライバ2からは、LED(light emitt
ing diode:発光素子)点灯電流3と画像表示
装置となるLCD(液晶ディスプレイ)6を駆動するド
ライブ信号4とが出力され、ライト5とLCD6とに入
力される。
Further, the virtual image observation optical system according to the present invention can be configured in full color using a reflection type liquid crystal display device. That is, in this virtual image observation optical system, a video signal 1 is input to an LCD driver (liquid crystal display driving circuit) 2 as shown in FIG. LC
From the D driver 2, an LED (light emit
An ing diode (light emitting element) lighting current 3 and a drive signal 4 for driving an LCD (liquid crystal display) 6 serving as an image display device are output and input to the light 5 and the LCD 6.

【0053】ライト5は、光源として、発光中心波長が
470nm、525nm、640nmのいわゆるチップ
サイズのLEDを数個ずつマウントしたLEDアレイ5
aを有している。また、画像表示装置となるLCD(液
晶ディスプレイ)6としては、例えば、0.55インチ
の反射型液晶ディスプレイを用いることができる。この
LCD6においては、電気信号である画像信号が画像に
変換され、ライト5から導光板6aによりLCD6に入
射した光束が該画像に応じて変調されて反射される。L
CD6により反射された光束は、光束分割デバイスとな
る楔形偏光性ビームスプリッタ7に入射する。この楔形
偏光性ビームスプリッタ7においては、入射した全光量
の一部がこの楔形偏光性ビームスプリッタ7を透過し、
残りは、この楔形偏光性ビームスプリッタ7上に形成さ
れた偏光性光束分割膜8により反射されて、HOE(ホ
ログラフィック光学素子)基板9に入射する。HOE基
板9は、楔形偏光性ビームスプリッタ7からの入射光に
対して凹状の円筒面状に形成されている。このHOE基
板9を透過した光束は、このHOE基板9の裏面部に形
成されたリップマン体積ホログラム10により、特定の
波長域、すなわち、リップマン体積ホログラム10内の
干渉縞がブラッグ(Bragg)条件を満たす波長の光
線のみが選択的に反射される。ここでは、光源の波長で
ある470nm、525nm、640nmを中心とする
半値全巾で10nm程度の範囲の光線のみが反射され
る。
The light 5 is an LED array 5 having a so-called chip-size LED having a central emission wavelength of 470 nm, 525 nm, and 640 nm mounted thereon as a light source.
a. Further, as the LCD (liquid crystal display) 6 serving as an image display device, for example, a 0.55-inch reflective liquid crystal display can be used. In the LCD 6, an image signal, which is an electric signal, is converted into an image, and a light beam incident on the LCD 6 from the light 5 by the light guide plate 6a is modulated according to the image and reflected. L
The light beam reflected by the CD 6 enters a wedge-shaped polarizing beam splitter 7 serving as a light beam splitting device. In the wedge-shaped polarizing beam splitter 7, a part of the total amount of incident light passes through the wedge-shaped polarizing beam splitter 7,
The rest is reflected by the polarizing beam splitting film 8 formed on the wedge-shaped polarizing beam splitter 7 and enters the HOE (holographic optical element) substrate 9. The HOE substrate 9 is formed in a concave cylindrical shape with respect to the incident light from the wedge-shaped polarizing beam splitter 7. The light beam transmitted through the HOE substrate 9 has a specific wavelength range, that is, the interference fringes in the Lipman volume hologram 10 satisfy the Bragg condition by the Lippman volume hologram 10 formed on the back surface of the HOE substrate 9. Only light rays of a wavelength are selectively reflected. Here, only light rays in a range of about 10 nm in a full width at half maximum centering on the wavelengths of the light sources, 470 nm, 525 nm, and 640 nm, are reflected.

【0054】リップマン体積ホログラム10で反射され
た光線は、再びHOE基板9を透過して、楔形偏光性ビ
ームスプリッタ7に入射し、一部が該楔型偏光性ビーム
スプリッタ7を透過して、観察者の瞳11に入射する。
一方、HOE基板9の裏面側より進行してくる背景の光
束は、リップマン体積ホログラム10、HOE基板9及
び楔形偏光性ビームスプリッター7を透過して、瞳11
に入射する。
The light beam reflected by the Lippmann volume hologram 10 passes through the HOE substrate 9 again, enters the wedge-shaped polarizing beam splitter 7, and partially transmits through the wedge-shaped polarizing beam splitter 7 for observation. Incident on the pupil 11 of the person.
On the other hand, the background light beam traveling from the back side of the HOE substrate 9 passes through the Lippman volume hologram 10, the HOE substrate 9 and the wedge-shaped polarizing beam splitter 7, and the pupil 11
Incident on.

【0055】このとき、背景から瞳11に到達する光線
のスペクトルにおいては、波長が470nm、525n
m、640nm付近の光線がリップマン体積ホログラム
10によって反射されるため、回折効率に略々逆比例し
てこの帯域の強度が低下する。
At this time, in the spectrum of the light beam reaching the pupil 11 from the background, the wavelength is 470 nm, 525 n
Since the light near m and 640 nm is reflected by the Lippman volume hologram 10, the intensity of this band decreases substantially in inverse proportion to the diffraction efficiency.

【0056】ここで、リップマン体積ホログラム基板9
が屈折力をもっていると、背景像が拡大または縮小され
たり、像位置が動いたり、収差が付加されたりして、場
合によっては視認性が極度に劣化し、自然な背景をみる
ことができなくなる。そこで、この虚像観察光学系にお
いては、リップマン体積ホログラム基板9が透過光に対
して屈折力を持たないようになされている。リップマン
体積ホログラム基板9において、リップマン体積ホログ
ラム10が被着されている面s2は、収差補正のため、
面形状はある程度制約される。したがって、このリップ
マン体積ホログラム基板9においては、もう一方の面s
1の形状を工夫することにより、透過光に対する屈折力
を0とする。面s2が凹面の場合には、面s1の形状
は、図1により示した実施の形態におけるような計算に
より決定できる。また、面s2が非球面凹面などの場合
には、図3により示した実施の形態におけるように、光
学設計評価シュミレーションソフトウエアを使って、自
動設計により最適化することができる。
Here, the Lippmann volume hologram substrate 9
Has refractive power, the background image is enlarged or reduced, the image position moves, aberration is added, and in some cases, visibility is extremely deteriorated, and it is impossible to see the natural background . Therefore, in this virtual image observation optical system, the Lippmann volume hologram substrate 9 is configured not to have a refractive power with respect to transmitted light. In the Lippmann volume hologram substrate 9, the surface s2 on which the Lippmann volume hologram 10 is attached is
The surface shape is restricted to some extent. Therefore, in this Lippman volume hologram substrate 9, the other surface s
By devising the shape of 1, the refractive power for transmitted light is set to 0. When the surface s2 is concave, the shape of the surface s1 can be determined by calculation as in the embodiment shown in FIG. When the surface s2 is an aspherical concave surface or the like, optimization can be performed by automatic design using optical design evaluation simulation software as in the embodiment shown in FIG.

【0057】この実施の形態の場合、図6及び図7に示
すように、リップマン体積ホログラム基板9は、一方向
のみに曲率をもったメニスカス形状をしている。これ
は、リップマン体積ホログラム10として、約20μm
の厚さのホログラム感光材層及び約50μmの厚さのポ
リエステルカバーフィルムからなる厚さ約70μmのフ
ィルム状のフォトポリマーを使用しているため、2次元
的な曲率をもった面に敷設することが困難だからであ
る。また、偏心による収差の低減を目的として、曲率方
向が光学系の偏心方向に一致するような構成としてい
る。
In the case of this embodiment, as shown in FIGS. 6 and 7, the Lippmann volume hologram substrate 9 has a meniscus shape having a curvature in only one direction. This is approximately 20 μm as Lippman volume hologram 10.
Because a 70-μm-thick film-like photopolymer consisting of a hologram photosensitive material layer with a thickness of approximately 50 μm and a polyester cover film with a thickness of approximately 50 μm is used, lay it on a surface with a two-dimensional curvature. Is difficult. Also, for the purpose of reducing aberration due to eccentricity, the configuration is such that the direction of curvature matches the eccentric direction of the optical system.

【0058】また、この実施の形態においては、リップ
マン体積ホログラム基板9は、平面でなく凹面や非球面
凹面となされているため、このリップマン体積ホログラ
ム基板9の表面反射による迷光が瞳11に入射すること
を防止することができる。さらに、このリップマン体積
ホログラム基板9の曲率半径は、このリップマン体積ホ
ログラム基板9及び瞳11間の距離の2倍の値に対して
十分に異なった値、例えば3mm以上の差のある値とな
っている。これは、凹面鏡の焦点距離が、その曲率半径
の1/2となることに関係するもので、瞳11周辺から
の光束がリップマン体積ホログラム基板9の表面による
反射で平行光になり、瞳11に入射して網膜上に結像し
てゴースト像となるのを防止するためである。
In this embodiment, since the Lippmann volume hologram substrate 9 is not flat but has a concave surface or an aspherical concave surface, stray light due to surface reflection of the Lippman volume hologram substrate 9 enters the pupil 11. Can be prevented. Further, the radius of curvature of the Lippman volume hologram substrate 9 is a value sufficiently different from a value twice as large as the distance between the Lippman volume hologram substrate 9 and the pupil 11, for example, a value having a difference of 3 mm or more. I have. This is related to the fact that the focal length of the concave mirror becomes の of the radius of curvature, and the light flux from the periphery of the pupil 11 becomes parallel light due to reflection by the surface of the Lippman volume hologram substrate 9, and This is to prevent the light from entering and forming an image on the retina to form a ghost image.

【0059】また、本発明に係る虚像観察光学系は、図
11に示すように、LCD6の如き画像表示装置と、自
由曲面反射鏡12と、リップマン体積ホログラム10と
により構成することができる。この光学系は、図1によ
り示した光学系において凹面半透明鏡13をリップマン
体積ホログラム10に置き換えたものである。さらに、
本発明に係る虚像観察光学系は、図12に示すように、
LCD6の如き画像表示装置と、リップマン体積ホログ
ラム10とにより構成することができる。この光学系
は、図2により示した光学系において自由曲面半透明鏡
14をリップマン体積ホログラム10に置き換えたもの
である。
As shown in FIG. 11, the virtual image observation optical system according to the present invention can be composed of an image display device such as an LCD 6, a free-form surface reflection mirror 12, and a Lippmann volume hologram 10. This optical system is obtained by replacing the concave semi-transparent mirror 13 with the Lippmann volume hologram 10 in the optical system shown in FIG. further,
The virtual image observation optical system according to the present invention, as shown in FIG.
It can be constituted by an image display device such as the LCD 6 and the Lippman volume hologram 10. This optical system is obtained by replacing the free-form surface translucent mirror 14 with the Lippmann volume hologram 10 in the optical system shown in FIG.

【0060】これら光学系において、リップマン体積ホ
ログラム基板9の透過光に対する屈折力を0にするよう
に各面s1,s2の形状を決定することにより、自然な
背景像を見ることができる。また、これら光学系におい
ても、リップマン体積ホログラム基板9の表面を平面で
なく曲面にしているので、このリップマン体積ホログラ
ム基板9の表面反射による迷光が瞳11に入射すること
が防止される。
In these optical systems, a natural background image can be seen by determining the shape of each of the surfaces s1 and s2 so that the refractive power of the Lippman volume hologram substrate 9 with respect to the transmitted light becomes zero. Also in these optical systems, the surface of the Lippmann volume hologram substrate 9 is not a plane but a curved surface, so that stray light due to surface reflection of the Lippman volume hologram substrate 9 is prevented from entering the pupil 11.

【0061】なお、上述の各実施の形態においては、画
像表示装置として透過型のLCD(液晶画像表示装置)
を使用しているが、これを反射型のLCD(液晶画像表
示装置)や、自発光素子であるエレクトロ・ルミネッセ
ンス画像表示装置、または、フィールド・エミッション
・ディスプレイなど、その他の画像表示装置に代えても
よい。
In each of the above embodiments, a transmissive LCD (liquid crystal image display device) is used as the image display device.
Is replaced with other image display devices such as a reflective LCD (liquid crystal image display device), a self-luminous element, an electroluminescence image display device, or a field emission display. Is also good.

【0062】上述のように、本発明に係る虚像観察光学
系においては、いわゆるシースルー型の虚像観察光学系
の中で用いられている凹面鏡基板、または、リップマン
体積ホログラム基板の透過光に対する屈折力を完全に0
にすることにより、自然な背景像を見ることができる。
As described above, in the virtual image observation optical system according to the present invention, the refractive power of the concave mirror substrate or the Lippmann volume hologram substrate used in the so-called see-through type virtual image observation optical system with respect to the transmitted light is measured. Completely 0
By doing so, a natural background image can be seen.

【0063】また、リップマン体積ホログラム基板に曲
率を設けることにより、このリップマン体積ホログラム
基板の表面反射光が観察者の瞳に入射して起こるノイズ
の発生を防止することができる。また、リップマン体積
ホログラム基板の曲率半径を、このリップマン体積ホロ
グラム基板及び虚像観察光学系の射出瞳間の距離の2倍
の値に対して十分に異なる値とすることにより、該リッ
プマン体積ホログラム基板の表面反射により瞳に入射す
る迷光の発生を効果的に防ぐことができる。
By providing a curvature on the Lippmann volume hologram substrate, it is possible to prevent the occurrence of noise caused by the surface reflected light of the Lippman volume hologram substrate entering the pupil of the observer. Further, by making the radius of curvature of the Lippmann volume hologram substrate sufficiently different from twice the value of the distance between the Lippman volume hologram substrate and the exit pupil of the virtual image observation optical system, The generation of stray light entering the pupil due to surface reflection can be effectively prevented.

【0064】さらに、リップマン体積ホログラム基板
を、一方向のみの曲率をもったメニスカス形状とするこ
とにより、フィルム状のリップマン体積ホログラムの該
リップマン体積ホログラム基板への装着が容易となる。
Further, by forming the Lippman volume hologram substrate into a meniscus shape having a curvature in only one direction, the film-like Lippman volume hologram can be easily mounted on the Lippman volume hologram substrate.

【0065】[0065]

【発明の効果】上述のように、本発明に係る虚像観察光
学系においては、曲面半透明鏡やリップマン体積ホログ
ラムは、透過光に対する屈折力が0となされていること
から、無収差で、また、像の距離、大きさの変化のない
自然な背景像を見ることを可能とする。
As described above, in the virtual image observation optical system according to the present invention, since the curved semi-transparent mirror and the Lippmann volume hologram have no refractive power for transmitted light, they have no aberration. , It is possible to see a natural background image with no change in image distance and size.

【0066】また、曲面半透明鏡またはリップマン体積
ホログラムの反射面を凹面とした場合においては、曲面
半透明鏡またはリップマン体積ホログラムの基板の曲率
半径をこの基板と射出瞳間の距離の2倍の値に対して3
mm以上の差がある値にすることにより、ゴーストの発
生を防ぐことができる。
When the reflecting surface of the curved semi-transparent mirror or Lippman volume hologram is concave, the radius of curvature of the substrate of the curved semi-transparent mirror or Lippmann volume hologram is twice the distance between the substrate and the exit pupil. 3 for the value
Ghosts can be prevented from occurring by setting a value having a difference of at least mm.

【0067】すなわち、本発明は、画像表示装置による
表示映像の虚像とともに、光学素子の背景の像が、無収
差で、また、像の距離、大きさの変化がなく自然な背景
像として見ることができ、さらに、光学素子による反射
光に起因するノイズやゴーストが抑えられた虚像観察光
学系を提供することができるものである。
That is, according to the present invention, the background image of the optical element is viewed as a natural background image with no aberration and no change in image distance and size, together with the virtual image of the display image by the image display device. Further, it is possible to provide a virtual image observation optical system in which noise and ghost caused by light reflected by the optical element are suppressed.

【0068】また、本発明は、光学素子としてホログラ
ムを用いる場合において、ホログラムの基板を一方向の
みに曲率をもったメニスカス形状とすることにより、ホ
ログラムの該基板への装着が容易化された像観察光学系
を提供することができる。
Further, according to the present invention, when a hologram is used as an optical element, the hologram substrate is formed into a meniscus shape having a curvature in only one direction, thereby facilitating the mounting of the hologram on the substrate. An observation optical system can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る虚像観察光学系の第1の実施の形
態の構成を示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a first embodiment of a virtual image observation optical system according to the present invention.

【図2】本発明に係る虚像観察光学系の第2の実施の形
態の構成を示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing a configuration of a virtual image observation optical system according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明に係る虚像観察光学系の第3の実施の形
態の構成を示す平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing a configuration of a virtual image observation optical system according to a third embodiment of the present invention.

【図4】上記虚像観察光学系を構成する非球面凹面半透
過鏡基板の形状を示す側面図である。
FIG. 4 is a side view showing a shape of an aspherical concave semi-transmissive mirror substrate constituting the virtual image observation optical system.

【図5】上記虚像観察光学系を構成する非球面凹面半透
過鏡基板の形状の他の例を示す側面図である。
FIG. 5 is a side view showing another example of the shape of the aspherical concave semi-transmissive mirror substrate constituting the virtual image observation optical system.

【図6】本発明に係る虚像観察光学系の第4の実施の形
態の構成を示す斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of a fourth embodiment of the virtual image observation optical system according to the present invention.

【図7】上記虚像観察光学系の構成を示す平面図であ
る。
FIG. 7 is a plan view showing a configuration of the virtual image observation optical system.

【図8】上記虚像観察光学系を構成するリップマン体積
ホログラムの構成を示す拡大断面図である。
FIG. 8 is an enlarged sectional view showing a configuration of a Lippmann volume hologram constituting the virtual image observation optical system.

【図9】上記リップマン体積ホログラムにおける現象
(表面での反射)を説明するための断面図である。
FIG. 9 is a sectional view for explaining a phenomenon (reflection on the surface) in the Lippman volume hologram.

【図10】上記リップマン体積ホログラムにおける現象
(表面以外での反射)を説明するための断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a phenomenon (reflection on a surface other than the surface) in the Lippman volume hologram.

【図11】本発明に係る虚像観察光学系の第5の実施の
形態の構成を示す平面図である。
FIG. 11 is a plan view showing a configuration of a fifth embodiment of the virtual image observation optical system according to the present invention.

【図12】本発明に係る虚像観察光学系の第6の実施の
形態の構成を示す平面図である。
FIG. 12 is a plan view showing a configuration of a virtual image observation optical system according to a sixth embodiment of the present invention.

【図13】本発明に係る虚像観察光学系の第7の実施の
形態の構成を示す平面図である。
FIG. 13 is a plan view showing a configuration of a virtual image observation optical system according to a seventh embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

6 LCD、7 偏光ビームスプリッタ、10 リップ
マン体積ホログラム、11 瞳、12 自由曲面反射
鏡、13 凹面半透過鏡、14 自由曲面半透過鏡、1
5 非球面凹面半透過鏡
6 LCD, 7 polarizing beam splitter, 10 Lippman volume hologram, 11 pupil, 12 free-form reflecting mirror, 13 concave semi-transmissive mirror, 14 free-form semi-transmissive mirror, 1
5 Aspherical concave semi-transmissive mirror

Claims (27)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 画像表示装置と、 上記画像表示装置の表示画像の虚像を結像する屈折力を
有する少なくとも一の光学素子と、 上記光学素子を経た光を反射して観察者の瞳に導くとと
もに、背後の光を透過させて該観察者の瞳に導く曲面半
透明鏡とを備え、 上記曲面半透明鏡は、第一面と第二面とが異なる面形状
を有することにより、透過光に対する屈折力が0となさ
れていることを特徴とする虚像観察光学系。
An image display device, at least one optical element having a refractive power for forming a virtual image of a display image of the image display device, and reflecting light passing through the optical element to guide the light to an observer's pupil. And a curved semi-transparent mirror that transmits light behind and guides the light to the pupil of the observer. The curved semi-transparent mirror has a first surface and a second surface having different surface shapes, thereby transmitting transmitted light. A virtual image observation optical system, wherein the refracting power with respect to is set to 0.
【請求項2】 曲面半透明鏡は、反射面が凹面となされ
ていることを特徴とする請求項1記載の虚像観察光学系
2. The virtual image observation optical system according to claim 1, wherein the curved semi-transparent mirror has a concave reflecting surface.
【請求項3】 曲面半透明鏡の基板の曲率半径は、この
基板と射出瞳間の距離の2倍の値に対して3mm以上の
差がある値であることを特徴とする請求項1記載の虚像
観察光学系。
3. The curvature radius of the substrate of the curved semitransparent mirror is a value having a difference of 3 mm or more with respect to a value twice as large as a distance between the substrate and the exit pupil. Virtual image observation optical system.
【請求項4】 曲面半透明鏡は、反射面が凹面非球面と
なされていることを特徴とする請求項1記載の虚像観察
光学系
4. The virtual image observation optical system according to claim 1, wherein the reflecting surface of the curved semi-transparent mirror is a concave aspheric surface.
【請求項5】 画像表示装置は、反射型液晶画像表示装
置であることを特徴とする請求項1記載の虚像観察光学
系。
5. The virtual image observation optical system according to claim 1, wherein the image display device is a reflection type liquid crystal image display device.
【請求項6】 画像表示装置と、 上記画像表示装置より射出された光を反射することによ
り該画像表示装置の表示画像の虚像を結像する屈折力を
有し、該画像表示装置より発した光を反射して観察者の
瞳に導くとともに、背後の光を透過させて該観察者の瞳
に導く曲面半透明鏡とを備え、 上記曲面半透明鏡は、第一面と第二面とが異なる面形状
を有することにより、透過光に対する屈折力が0となさ
れていることを特徴とする虚像観察光学系。
6. An image display device, having a refractive power to form a virtual image of a display image of the image display device by reflecting light emitted from the image display device, and emitted from the image display device. A curved semi-transparent mirror that reflects light and guides it to the observer's pupil, and transmits light behind to guide the observer's pupil, wherein the curved semi-transparent mirror has a first surface and a second surface. Has a different surface shape so that the refractive power for transmitted light is zero.
【請求項7】 曲面半透明鏡は、反射面が凹面となされ
ていることを特徴とする請求項6記載の虚像観察光学系
7. The virtual image observation optical system according to claim 6, wherein the curved surface translucent mirror has a concave reflecting surface.
【請求項8】 曲面半透明鏡の基板の曲率半径は、この
基板と射出瞳間の距離の2倍の値に対して3mm以上の
差がある値であることを特徴とする請求項6記載の虚像
観察光学系。
8. The method according to claim 6, wherein the radius of curvature of the substrate of the curved semi-transparent mirror has a difference of 3 mm or more with respect to a value twice as large as a distance between the substrate and the exit pupil. Virtual image observation optical system.
【請求項9】 曲面半透明鏡は、反射面が凹面非球面と
なされていることを特徴とする請求項6記載の虚像観察
光学系
9. The virtual image observation optical system according to claim 6, wherein the curved semi-transparent mirror has a reflecting surface formed as a concave aspheric surface.
【請求項10】 画像表示装置は、反射型液晶画像表示
装置であることを特徴とする請求項6記載の虚像観察光
学系。
10. The virtual image observation optical system according to claim 6, wherein the image display device is a reflection type liquid crystal image display device.
【請求項11】 画像表示装置と曲面半透明鏡との間に
光束分割素子を備えたことを特徴とする請求項6記載の
虚像観察光学系。
11. The virtual image observation optical system according to claim 6, wherein a light beam splitting element is provided between the image display device and the curved translucent mirror.
【請求項12】 曲面半透明鏡は、反射面が凹面となさ
れていることを特徴とする請求項10記載の虚像観察光
学系
12. The virtual image observation optical system according to claim 10, wherein the curved semi-transparent mirror has a concave reflecting surface.
【請求項13】 曲面半透明鏡の基板の基板の曲率半径
は、この基板と射出瞳間の距離の2倍の値に対して3m
m以上の差がある値であることを特徴とする請求項10
記載の虚像観察光学系。
13. The radius of curvature of the substrate of the substrate of the curved semitransparent mirror is 3 m for a value twice the distance between the substrate and the exit pupil.
11. A value having a difference of not less than m.
The virtual image observation optical system according to the above.
【請求項14】 曲面半透明鏡は、反射面が凹面非球面
となされていることを特徴とする請求項10記載の虚像
観察光学系
14. The virtual image observation optical system according to claim 10, wherein the curved translucent mirror has a reflecting surface formed as a concave aspheric surface.
【請求項15】 画像表示装置と、 上記画像表示装置の表示画像の虚像を結像する屈折力を
有する少なくとも一の光学素子と、 上記光学素子を経た光を反射して観察者の瞳に導くとと
もに、背後の光を透過させて該観察者の瞳に導くリップ
マン体積ホログラムとを備え、 上記リップマン体積ホログラムを保持するリップマン体
積ホログラム基板は、第一面と第二面とが異なる面形状
を有することにより、透過光に対する屈折力が0となさ
れていることを特徴とする虚像観察光学系。
15. An image display device, at least one optical element having a refractive power for forming a virtual image of a display image of the image display device, and reflecting light passing through the optical element to guide the light to an observer's pupil. And a Lippman volume hologram that transmits light behind and guides the light to the pupil of the observer. The Lippman volume hologram substrate that holds the Lippmann volume hologram has a first surface and a second surface having different surface shapes. Thus, the virtual image observation optical system is characterized in that the refractive power for transmitted light is set to 0.
【請求項16】 リップマン体積ホログラム基板は、リ
ップマン体積ホログラム保持面が凹面となされ、 リップマン体積ホログラム基板の他方の面は、この面と
射出瞳間の距離の2倍の値に対して3mm以上の差があ
る曲率半径を有する凹面となされていることを特徴とす
る請求項15記載の虚像観察光学系。
16. The Lippmann volume hologram substrate has a concave surface on the Lippmann volume hologram holding surface, and the other surface of the Lippman volume hologram substrate has a thickness of 3 mm or more with respect to a value twice the distance between this surface and the exit pupil. The virtual image observation optical system according to claim 15, wherein the concave surface has a difference in curvature radius.
【請求項17】 リップマン体積ホログラム基板は、一
方向のみの曲率をもったメニスカス形状となされている
ことを特徴とする請求項15記載の虚像観察光学系。
17. The virtual image observation optical system according to claim 15, wherein the Lippman volume hologram substrate has a meniscus shape having a curvature in only one direction.
【請求項18】 画像表示装置は、反射型液晶画像表示
装置であることを特徴とする請求項15記載の虚像観察
光学系。
18. The virtual image observation optical system according to claim 15, wherein the image display device is a reflection type liquid crystal image display device.
【請求項19】 画像表示装置と、 少なくとも一の光学素子と共働して上記画像表示装置の
表示画像の虚像を結像させ、該画像表示装置より発した
光を反射して観察者の瞳に導くとともに、背後の光を透
過させて該観察者の瞳に導くリップマン体積ホログラム
とを備え、 上記リップマン体積ホログラムを保持するリップマン体
積ホログラム基板は、第一面と第二面とが異なる面形状
を有することにより、透過光に対する屈折力が0となさ
れていることを特徴とする虚像観察光学系。
19. An image display device, and cooperates with at least one optical element to form a virtual image of a display image of the image display device, and reflects light emitted from the image display device to form an observer's pupil. And a Lippman volume hologram substrate for transmitting the light behind and guiding the light to the pupil of the observer. The Lippman volume hologram substrate holding the Lippmann volume hologram has a first surface and a second surface having different surface shapes. A virtual image observation optical system characterized by having a refractive power of 0 for transmitted light.
【請求項20】 リップマン体積ホログラム基板は、リ
ップマン体積ホログラム保持面が凹面となされ、 リップマン体積ホログラム基板の他方の面は、この面と
射出瞳間の距離の2倍の値に対して3mm以上の差があ
る曲率半径を有する凹面となされていることを特徴とす
る請求項19記載の虚像観察光学系。
20. The Lippmann volume hologram substrate has a concave surface on the Lippmann volume hologram holding surface, and the other surface of the Lippman volume hologram substrate has a thickness of 3 mm or more with respect to a value twice the distance between this surface and the exit pupil. 20. The virtual image observation optical system according to claim 19, wherein the concave surface has a difference in curvature radius.
【請求項21】 リップマン体積ホログラムの基板は、
一方向のみの曲率をもったメニスカス形状となされてい
ることを特徴とする請求項19記載の虚像観察光学系。
21. A substrate for a Lippmann volume hologram,
20. The virtual image observation optical system according to claim 19, wherein the virtual image observation optical system has a meniscus shape having a curvature in only one direction.
【請求項22】 画像表示装置と、 上記画像表示装置より射出された光を反射することによ
り該画像表示装置の表示画像の虚像を結像する屈折力を
有し、該画像表示装置より発した光を反射して観察者の
瞳に導くとともに、背後の光を透過させて該観察者の瞳
に導くリップマン体積ホログラムとを備え、 上記リップマン体積ホログラムを保持するリップマン体
積ホログラム基板は、第一面と第二面とが異なる面形状
を有することにより、透過光に対する屈折力が0となさ
れていることを特徴とする虚像観察光学系。
22. An image display device, having a refractive power to form a virtual image of a display image of the image display device by reflecting light emitted from the image display device, and emitted from the image display device. A Lippmann volume hologram substrate that reflects the light and guides the light to the observer's pupil while transmitting light behind and guides the light to the observer's pupil; A virtual image observation optical system, characterized in that the refracting power for transmitted light is made zero by having different surface shapes of the first and second surfaces.
【請求項23】 リップマン体積ホログラム基板は、リ
ップマン体積ホログラム保持面が凹面となされ、 リップマン体積ホログラム基板の他方の面は、この面と
射出瞳間の距離の2倍の値に対して3mm以上の差があ
る曲率半径を有する凹面となされていることを特徴とす
る請求項22記載の虚像観察光学系。
23. The Lippmann volume hologram substrate has a concave surface on the Lippmann volume hologram holding surface, and the other surface of the Lippman volume hologram substrate has a thickness of 3 mm or more with respect to a value twice the distance between this surface and the exit pupil. 23. The virtual image observation optical system according to claim 22, wherein the concave surface has a difference in curvature radius.
【請求項24】 リップマン体積ホログラム基板は、一
方向のみの曲率をもったメニスカス形状となされている
ことを特徴とする請求項22記載の虚像観察光学系。
24. The virtual image observation optical system according to claim 22, wherein the Lippman volume hologram substrate has a meniscus shape having a curvature in only one direction.
【請求項25】 画像表示装置とリップマン体積ホログ
ラムとの間に光束分割素子を備えたことを特徴とする請
求項22記載の虚像観察光学系。
25. The virtual image observation optical system according to claim 22, further comprising a light beam splitting element between the image display device and the Lippman volume hologram.
【請求項26】 リップマン体積ホログラム基板は、リ
ップマン体積ホログラム保持面が凹面となされ、 リップマン体積ホログラム基板の他方の面は、この面と
射出瞳間の距離の2倍の値に対して3mm以上の差があ
る曲率半径を有する凹面となされていることを特徴とす
る請求項25記載の虚像観察光学系。
26. The Lippmann volume hologram substrate has a concave surface on the Lippmann volume hologram holding surface, and the other surface of the Lippman volume hologram substrate has a thickness of 3 mm or more with respect to a value twice the distance between this surface and the exit pupil. 26. The virtual image observation optical system according to claim 25, wherein the concave surface has a difference in curvature radius.
【請求項27】 リップマン体積ホログラムの基板は、
一方向のみの曲率をもったメニスカス形状となされてい
ることを特徴とする請求項25記載の虚像観察光学系。
27. The substrate of the Lippmann volume hologram comprises:
26. The virtual image observation optical system according to claim 25, wherein the virtual image observation optical system has a meniscus shape having a curvature in only one direction.
JP13576998A 1998-05-18 1998-05-18 Virtual image observation optical system Withdrawn JPH11326823A (en)

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