WO2004001484A1 - コンバイナ光学系及び情報表示装置 - Google Patents

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WO2004001484A1
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optical system
substrate
lens
refraction lens
combiner
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Kenji Hori
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Nikon Corporation
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B2027/0178—Eyeglass type

Definitions

  • the present invention is applied to an information display device such as an eye glass display, an HMD (Head Mount Display), and a removable personal computer, and superimposes a display image on external light and guides it to an observation eye.
  • the present invention relates to an information display device. Background art
  • An eyeglass display for superimposing an information image on the outside world has an eyeglass-like shape in order to be fixed to a user's head, and is, for example, an image display element for displaying an image, And a transparent substrate having an outer shape similar to an eyeglass lens is fixed to an eyeglass frame, and an HOE (Holographic Optical Element) for guiding a display light beam from the image display element to an eye is formed in the substrate.
  • the optical system such as the glass substrate and the HOE, is called the "combiner optical system."
  • Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-90067 proposes a combiner optical system to which a visual acuity correcting function is added.
  • the first proposed complier optical system (FIG. 4 in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-90067) has a spectacle lens arranged on the eye side of a substrate in order to add a vision correcting function. ing. However, if both surfaces of the spectacle lens are curved to correct aberrations (satisfies Tscherning's solution), it may be difficult to secure eye relief. In addition, if one surface of the spectacle lens is made flat, the problem does not occur, but the problem that the aberration correction is insufficient occurs. Also, the proposed second complier optical system (FIG. 5 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-906687) applies power to the substrate surface in order to add a visual acuity correcting function. If the substrate is processed according to the visual acuity, a dedicated substrate is required for each user of each visual acuity, and the versatility of the complier optical system and, consequently, the versatility of the eyeglass display are reduced. Disclosure of the invention
  • An object of the present invention is to provide a combiner optical system and an information display device that can ensure high performance and high versatility while having a vision correction function.
  • the complier optical system of the present invention is arranged so as to intersect with the optical axis of the observation eye, transmits external light incident on the pupil position of the observation eye, and emits a display light flux introduced from a predetermined image display element.
  • a reflective optical element that is provided in the optical path of the substrate, and that superimposes the display light beam on the external light and guides the display light to the pupil position of the observation eye; and the external environment of the substrate.
  • a first refraction lens which is arranged on the side where light is incident so as to intersect the optical axis, and whose outer surface is a convex surface, and which intersects the optical axis on the side of the substrate where the external light exits.
  • a second refraction lens which is arranged and whose surface on the pupil position side is concave.
  • the versatility and performance of the compiler optical system can be secured.
  • the effect of vision correction is high according to the two refractive lenses (first refractive lens and second refractive lens).
  • the first refraction lens and the second refraction lens are arranged with a gap at least with respect to a portion of the substrate where the optical path is formed.
  • the combiner of the combiner optical system can be used. Function is not impaired at all.
  • the incident area and the emission area of the external light of the substrate are plane
  • the first refraction lens is a plano-convex lens
  • the second refraction lens is a plano-concave lens. Therefore, it is not possible to obtain a vision correction function while thinning.
  • At least the incident area and the emission area of the external light of the substrate are convex and concave, respectively, and the first refraction lens and the second refraction lens are meniscus lenses.
  • the gap between the substrate and the first refraction lens and the gap between the substrate and the second refraction lens can be made uniform, and the power of the substrate alone against external light can be reduced to zero. Therefore, the substrate has versatility, and therefore, the versatility of the compiler optical system is maintained. Further, according to this configuration in which the substrate has a curvature, it is possible to reduce the thickness of the entire optical system including the first refractive lens, the substrate, and the second refractive lens. In this case, it also contributes to weight reduction.
  • a part of the convex surface of the first refractive lens is provided with a bifocal convex surface. Therefore, the function of reading glasses can be added.
  • the convex surface of the first refractive lens is an aspheric surface. Therefore, it is possible to make the first refractive lens thinner. In addition, the function of astigmatism glasses can be added.
  • the reflection optical element is a hologram element.
  • the complier optical system of the present invention is arranged so as to intersect with the optical axis of the observation eye, transmits external light incident on the pupil position of the observation eye, and emits a display light flux introduced from a predetermined image display element.
  • the surface of the first refraction lens is used to reflect the display light beam, In addition, less power is allocated to the reflective optical element. Therefore, the performance of this combiner optical system is high.
  • the second refraction lens is disposed with a gap at least at a position where the optical path is formed on the substrate.
  • the combiner of the combiner optical system can be used. Function is not impaired at all.
  • the first refraction lens is a plano-convex lens
  • the second refraction lens is a plano-concave lens. Therefore, the vision correction function can be obtained with the thickness reduced.
  • At least the incident area and the emission area of the external light of the substrate are convex and concave, respectively, and the first refraction lens and the second refraction lens are meniscus lenses.
  • the gap between the substrate and the first refraction lens and the gap between the substrate and the second refraction lens can be made uniform, and the power of the substrate alone against external light can be reduced to zero. Therefore, the substrate has versatility, and therefore, the versatility of the compiler optical system is maintained. Further, according to this configuration in which the substrate has a curvature, it is possible to reduce the thickness of the entire optical system including the first refractive lens, the substrate, and the second refractive lens. In this case, it also contributes to weight reduction.
  • a part of the convex surface of the first refractive lens is provided with a bifocal convex surface. Therefore, the function of reading glasses can be added.
  • the convex surface of the first refractive lens is an aspheric surface. Therefore, it is possible to make the first refractive lens thinner. In addition, the function of astigmatism glasses can be added.
  • the reflection optical element is a hologram element.
  • An information display device of the present invention includes: an image display element for displaying an image; a complier optical system of the present invention; and a support means for fixing each part of the image display element and the complier optical system to the observation eye.
  • the support means is capable of attaching and detaching the first refraction lens and the second refraction lens.
  • An information display device includes: an image display element that displays an image; a combiner optical system according to the present invention; and a support unit that fixes each part of the image display element and the combiner optical system to the observation eye. It is characterized by having.
  • the support means is capable of attaching and detaching the first refraction lens and the second refraction lens. Therefore, the first refraction lens and the second refraction as required by the user
  • FIG. 1 is an external view of an eyeglass display according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration and an optical path of the combiner optical system 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating another embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration and an optical path (only the optical path of the main light beam) of the hologram complier optical system 2 of the second embodiment.
  • FIG. 1 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, FIG. 2, and FIG.
  • an information display device an eyeglass display as an example
  • the complier optical system of the present invention equipped with the complier optical system of the present invention
  • a hologram complier optical system will be described as the combiner optical system.
  • FIG. 1 is an external view of an eyeglass display of the present embodiment
  • FIGS. 2 and 3 are diagrams showing a configuration and an optical path of a complier optical system 1 of the present embodiment.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. Note that the hologram complier optical system 1 is a YZ plane (described later). .,
  • an eyeglass display has a similar appearance to eyeglasses.
  • a spectacle lens instead of one spectacle lens, a spectacle lens and a support member 16 similar to a spectacle support member (for example, a frame composed of a bridge and a temple connecting two lenses for both eyes) are used.
  • a substrate 15 and a light source unit 3 having substantially the same outer shape are fixed.
  • the hologram complier optical system 1 shown by a dotted line in FIGS. 2 and 3 includes a substrate 15 and a correction optical system 18 arranged in the light source unit 3.
  • the HOE 17 is provided in the substrate 15 (the correction optical system 18 can be omitted if weighting is more important than imaging performance).
  • an image display element 20 composed of a transmissive LCD or the like is arranged in addition to the correction optical system 18.
  • the image display element 20 may display a still image or a moving image.
  • reference numeral D denotes a display surface of the image display element 20.
  • the light source unit 3 is also provided with an illumination optical system for illuminating the image display element 20.
  • the hologram complier optical system 1 is for the left eye, and is arranged in front of the left eye of the user, similarly to the eyeglass lens for the left eye (the support member 16 is located in front of the right eye). What we support is normal eyeglass lenses that are adapted to the corrected vision of the user's right eye.)
  • an XYZ orthogonal coordinate system having an origin at the center of the pupil P of the left eye is defined.
  • the + Z direction of these coordinates is in front of the user, the + Y direction is to the left of the user, and the + X direction is below the user.
  • the substrate 15 of the hologram complier optical system 1 is a parallel flat plate such as a transparent glass or plastic disposed parallel to the XY plane in order to guide external light to the pupil P of the left eye of the user with almost no distortion. Consists of This substrate 15 is not suitable for a specific visual acuity, but can be adapted for various visual acuity. That is, the substrate 15 has no power with respect to external light.
  • the HOE 17 is located on the Z-axis and has an axis parallel to the X-axis. It is provided in a state inclined around.
  • the formation of the HOE 17 on the substrate 15 is performed, for example, by cutting the prototype of the substrate 15 once into two elements along the surface where the HOE 17 is to be arranged, and sandwiching the HOE 17 between the cut parts of the two elements. Therefore, the two elements may be joined with an adhesive (the refractive index is substantially the same as that of the substrate 15).
  • HOE 17 is a reflection hologram element, for example, a volume hologram element.
  • the HOE 17 has a power to convert the shape of the wavefront of the display light beam incident from the light source unit 3 into a wavefront close to a parallel light beam.
  • the light source unit 3 is arranged so that the display light beam is incident on the substrate 15 from, for example, the 1Z direction.
  • the wavelength selectivity (peak wavelength of diffraction efficiency) of the HOE 17 and the light source wavelength of the light source unit 3 are mutually optimized, and the HOE 17 acts on the display light flux from the light source unit 3, Has little effect on external light.
  • each optical surface of the hologram complier optical system 1 (each optical surface of the substrate 15 and the correction optical system 18) are considered in consideration of the arrangement position and the arrangement angle of the display surface D in the light source unit 3. And optimized.
  • the display luminous flux emitted from the display surface D in the light source unit 3 enters the substrate 15 via the correction optical system 18 in the light source unit 3, and then the + The surface 15b on the Z side and the surface 15a on the Z side travel along the substrate 15 so as to crawl in the YZ plane while sequentially reflecting, and then enter the HOE 17 and approach the parallel light flux, 1.
  • the robot advances in the direction of Z and enters the pupil P of the left eye of the user.
  • a pupil P side is provided on the pupil P side of the substrate 15 and on the opposite side thereof.
  • a second refraction lens 19 r having a concave surface 19 ra is disposed, and a first refraction lens 19 f having a convex surface 19 fa on the outer world side.
  • the outer shape of the second refraction lens 19 r and the first refraction lens 19 f does not need to be the same as the outer shape of the substrate 15, and at least the cross section of the optical path of the external light incident on the pupil P is large. I just need it.
  • the outer shape of the substrate 15 is to ensure a sufficient optical path length of the display light flux.
  • the length in the Y direction is sufficiently long.
  • the surface 15a on the pupil ⁇ side of the substrate 15 and the surface 15b on the opposite side are both flat, so that the surface 15a on the substrate 15 side of the second refraction lens 19r 1 9 rb and the surface 19 fb on the substrate 15 side of the first refraction lens 19 f are both flat (see FIG. 3).
  • the second refraction lens 19 r and the first refraction lens 19 f have a slight gap (air gap, so-called air gap) with respect to at least a portion of the substrate 15 where the optical path of the display light beam is formed. (See Figure 3).
  • the arrangement relation of ra, 19 rb, 15 a, 15 b, 19 fa, and 19 fb is such that an optical power corresponding to the visual acuity of the left eye of the user is given to the whole, and that Optimized to correct aberrations.
  • this optical system has a concave surface 19 ra and a convex surface 19 fa, it is possible to satisfy Tscherning's solution.
  • each of the first refraction lens 19 f and the second refraction lens 19 r be as small as possible.
  • one of the second refraction lenses 19 r is flat, so that it is easy to design it to be thin. As a result, the eye relief of the hologram complier optical system 1 is sufficiently ensured.
  • the hologram complier optical system 1 of the present embodiment can correct the apparent distance of the display surface D independently of the shape of the surface 19 fa and the surface 19 ra. For example, the apparent distance of the display surface D can be adjusted to a distance that is easy for the user to see by simply adjusting the distance between the correction optical system 18 and the image display element 20 as appropriate.
  • the vision correcting function is added by adding the first refractive lens 19 f and the second refractive lens 19 r without changing the substrate 15. Therefore, its versatility is ensured. Further, even with the addition, the performance as a hologram compiler is ensured. Moreover, since the two refractive lenses (the first refractive lens 19 f and the second refractive lens 19 r) can appropriately correct aberrations, the effect of correcting vision is high.
  • the first refraction lens 19 f and the second refraction lens 19 r are directly fixed to the substrate 15.
  • the second refraction lens 19 r and the first refraction lens 19 f are fixed to the substrate 15 with screws S, respectively. If only the screw S is removed, the first refraction lens 19 f and the second refraction lens 19 r can be separated from the substrate 15, so that the first refraction lens 19 f and the second refraction lens 19 r are supported members 1 6 can be attached to and detached from each other.
  • the first refraction lens 19 f and the second refraction lens 19 r can be attached and detached as needed by the user.
  • a combination of the first refraction lens 19 f and the second refraction lens 19 r is prepared for each visual acuity, and the combination is determined according to the visual acuity of the user's eye (here, the left eye). In exchange, multiple users of each eyesight can share one eyeglass display.
  • Each of the second refraction lens 19r, the first refraction lens 19f, and the substrate 15 has a groove for the screw S in advance, as shown in FIG. Fine Small holes (micro holes with grooves) are provided.
  • the position fixed by the screw S (that is, the position where the minute hole is formed) does not obstruct the optical path of the external light incident on the pupil P, and does not obstruct the optical path of the display light flux shown in FIG. Position.
  • a washer (a washer through which the screw S penetrates) is provided between the second refraction lens 19 r and the substrate 15 and between the first refraction lens 19 f and the substrate 15. Fixed through W.
  • the thicknesses of the three washers W interposed between the second refractive lens 19 r and the substrate 15 are the same, and the first refractive lens 19 f The thicknesses of the three washers W provided between the substrate and the substrate 15 are the same.
  • air may be filled in each gap.
  • the gap between the periphery of the first refraction lens 19 f and the periphery of the second refraction lens 19 r and the substrate 15 is filled with a sealing material (preferably a transparent sealing material) so that dust and the like do not enter the gap. This L5 is desirable.
  • the hologram comparator in which both surfaces 15a and 15b of the substrate 15 are flat, the first refractive lens 19f is a plano-convex lens, and the second refractive lens 19r is a plano-concave lens.
  • the inner optical system 1 has been described, the same effects as described above can be obtained by changing to the respective configurations shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b).
  • Fig. 4 (a) shows that the surface 15a 'on the pupil P side of the substrate 15' is concave, and the surface 15b 'on the opposite side is a convex surface of the same shape as the surface 15a. Configuration.
  • the second refraction lens 19 r ′ is a meniscus lens, and in particular, the surface 19 rb ′ of the substrate 15 ′ side is a curved surface along the surface 15 a ′ (having the same shape as the surface 15 a). It is 15.
  • the first refraction lens 19 f ' is also a meniscus lens.
  • the surface 19 fb on the substrate 15' side has a curved surface (the same shape as the surface 15 b ') along the surface 15 b'. It has been
  • the gap between the substrate 15 'and the first refraction lens 19f', the substrate 15 and the second The gap with the refractive lens 19 r ' is uniform.
  • one surface 15 b ′ of the substrate 15 ′ is convex and the other surface 15 a ′ is concave, but both surfaces have the same surface shape. It has no power.
  • the substrate 15 ′ has the same versatility as the substrate 15 of the first embodiment, and therefore, the versatility of the hologram complier optical system and the versatility of the eyeglass display are maintained.
  • the thickness of the entire optical system including the first refractive lens 19 f ′, the substrate 15, and the second refractive lens 19 r ′ can be reduced. It is also possible. In this case, it also contributes to weight reduction.
  • Fig. 4 (b) shows a configuration in which a convex surface 23 with a different curvature is provided on a part of the surface 19fa of the first refractive lens 19f.
  • the surface 19fa provided with such a convex surface 23 arranges two focal points at different positions in the optical axis direction. That is, the surface 19 f a has the same action as the outer surface of general bifocal glasses (a kind of reading glasses). That is, the function of the bifocal glasses is added to the hologram complier optical system 1.
  • the configuration of FIG. 4B can obtain the same effect as the first embodiment while adding the function of the bifocal glasses.
  • the surface 19fa of the first refraction lens 19 # is not limited to the one shown in FIG. 4 (b) and can be deformed into another shape according to the characteristics of the user's eye.
  • the surface 19 f a may be an aspheric surface instead of a spherical surface.
  • the function of astigmatism glasses can be added by using an anamorphic surface. This configuration is also the same as that of the first embodiment in the other parts, so that the same effect as in the first embodiment can be obtained while adding the function of astigmatism glasses. Further, a function of trifocal glasses or progressive focusing glasses may be added.
  • the surface 19 ra of the second refraction lens 19 r may be a non-spherical surface such as an anamorphic surface. If this surface 19 ra, which is located closer to the pupil P side than the substrate 15, is an anamorphic surface, for example, astigmatism will occur not only for external light but also for display light flux. The effect of the correction can be generated.
  • the surface 19 fb of the first refractive lens 19 ⁇ ′ and the surface 19 rb of the second refractive lens 19 r ′ (both are curved surfaces) shown in FIG. 4A.
  • an aspherical surface such as an anamorphic surface may be used.
  • an information display device of the present invention equipped with the complier optical system of the present invention
  • a hologram complier optical system will be described as the combiner optical system.
  • the difference between the present embodiment and the first embodiment lies in the hologram combiner optical system. Therefore, here, the hologram combiner optical system of the present embodiment and the horodharam compiler optical system 1 of the first embodiment are different. Only the differences will be described.
  • FIG. 5 is a diagram showing the configuration and the optical path (only the optical path of the principal ray) of the hologram complier optical system 2 of the present embodiment.
  • the hologram compiler optical system 2 is different from the hologram compiler optical system 1 shown in FIG. 3 in that there is no gap between the substrate 15 and the first refraction lens 19f. That is, the washer W between the substrate 15 and the first refractive lens 19 f is removed.
  • HOE 17 is formed, for example, on a curved surface in front of pupil P and inside plane 19fa.
  • the display light flux emitted from the display surface D also travels inside the first refraction lens 19f as shown in FIG.
  • the display light beam reflected by the surface 19 fa includes: Positive power is given.
  • the optical system composed of the substrate 15 and the correction optical system 18 must have a positive power.
  • the power allocated to other parts can be reduced by using.
  • the surface 19 9a of the first refraction lens 19 f depends on the characteristics of the eyes of the user. It may be a bifocal surface, a trifocal surface, or an aspheric surface (a progressive focal surface, an anamorphic surface, etc.). Further, the surface 19ra of the second refractive lens 19r may be made aspherical.
  • an anamorphic correction optical system 28 is provided for the optical path of the display luminous flux of the hologram complier optical system 2.
  • the correction optical system 28 may be disposed in the light source unit 3 (see FIG. 1), the force S fixed to the surface 15 a of the substrate 15. ).
  • the virtual image on the display surface D can be adapted to astigmatism.
  • a correction optical system 28 is used in the hologram combiner optical system of the first embodiment. An arrangement can be made in the same way when the face 19 fa is an anamorphic face.
  • FIG. 1 a so-called rimless type frame composed of a combination of a bridge and a temple is shown as the support member 16 (the support member 16 and the screw S correspond to the support means in the claims).
  • the support means of the present invention is not limited to this.
  • the support member 16 may be a full rim type frame having a rim that supports the substrate 15 from the periphery.
  • the first refraction lens 19 f and the second refraction lens 19 r may be fixed to the rim.
  • the eyeglass display that presents information to only one eye has been described.
  • the combiner and the information display device according to the present embodiment are also applicable to those that present information to both eyes. Is applicable.
  • the eye glass display has been described, but the compander optical system of the present embodiment can be applied to an HMD, a wearable personal computer, and the like.
  • the hologram complier optical system using the hologram element as the reflection optical element has been described.However, a half mirror, a substrate, and a lens are used instead of the substrate and the correction optical system instead of the HOE.
  • the present invention is also applicable to a combiner optical system. Industrial applicability

Abstract

本発明の目的は、視力矯正機能を有しつつも高性能及び高汎用性を確保することのできるコンバイナ光学系、及びそれを用いた情報表示装置を提供することにある。コンバイナ光学系は、基板の外界光が入射する側に観察眼の光軸に交差するよう配置され、かつその外界側の面が凸面である第１屈折レンズと、前記基板の前記外界光が射出する側に前記光軸に交差するよう配置され、かつその瞳位置側の面が凹面である第２屈折レンズとを備える。

Description

コンバイナ光学系及び情報表示装置 技術分野
本発明は、アイグラスディスプレイ、 HMD (へッドマゥントディスプレイ）、 ゥエラブルパソコンなどの情報表示装置に適用され、 表示画像を外界光に重畳し て観察眼に導くコンパイナ光学系、 及びその情報表示装置に関する。 背景技術
外界に情報画像を重畳して見るためのアイグラスディスプレイは、 使用者の頭 部に固定するためにその全体は眼鏡のような形状をしており、 例えば、 映像を表 示する画像表示素子、 及び眼鏡レンズと似た外形をした透明基板を眼鏡フレーム に固定し、 前記画像表示素子からの表示用光束を眼に導くための H O E (ホログ ラム素子； Holographic Optical Element) をその基板内に形成してなる （なお、 ァ ィグラスディスプレイの基板、 H O Eなどの光学系部分は、 「コンパイナ光学系」 と呼ばれている。 ） 。
しかしながら、 このアイグラスディスプレイには一般の眼鏡（視力矯正用眼鏡） を併用することができないので、 日常生活で眼鏡を使用する人は、 アイグラスデ イスプレイの使用時には眼鏡を外して裸眼視力となるために外界が見えにくいこ とを許容せざるを得ない。 したがって、 現在、 アイグラスディスプレイの内部の コンパイナ光学系に視力矯正機能を付加することが望まれている。
ここで、 特開 2 0 0 2— 9 0 6 8 7号公報は、 視力矯正機能が付加されたコン バイナ光学系を提案したものである。
提案された第 1のコンパイナ光学系（特開 2 0 0 2— 9 0 6 8 7号公報の図 4 ) は、視力矯正機能を付加するために、基板の眼の側に眼鏡レンズを配置している。 しかし、 この眼鏡レンズの両面を曲面にして収差補正する （Tscherning の解を 満たす） と、 アイレリーフを確保しにくくなる虞がある。 また、 眼鏡レンズの片 方の面を平面にするとその問題は生じないものの、 収差補正が不十分という問題 が生じる。 また、 提案された第 2のコンパイナ光学系 （特開 2 0 0 2 - 9 0 6 8 7晉公報 の図 5 ) は、 視力矯正機能を付加するために基板表面にパワーを付けている。 し力 し、 視力に応じて基板を加工してしまうと、 各視力の使用者それぞれに専 用の基板が必要となり、 コンパイナ光学系の汎用性、 ひいてはアイグラスデイス プレイの汎用性が低下する。 発明の開示
本発明の目的は、 視力矯正機能を有しつつも高性能及び高汎用性を確保するこ とのできるコンバイナ光学系、 及び情報表示装置を提供することにある。
本発明のコンパイナ光学系は、 観察眼の光軸に交差するよう配置され、 かつそ の観察眼の瞳位置に入射する外界光を透過すると共に、 所定の画像表示素子から 導入される表示用光束の光路を形成する基板と、 前記基板の前記光路中に設けら れ、 かつ前記表示用光束を前記外界光に重畳して前記観察眼の瞳位置に導く反射 光学素子と、 前記基板の前記外界光が入射する側に前記光軸に交差するよう配置 され、 かつその外界側の面が凸面である第 1屈折レンズと、 前記基板の前記外界 光が射出する側に前記光軸に交差するよう配置され、 かつその瞳位置側の面が凹 面である第 2屈折レンズとを備える。
このように、 基板に変更を加えることなく第 1屈折レンズ、 第 2屈折レンズ 1 の追加により視力矯正機能を付加すれば、 コンパイナ光学系の汎用性及び性能は 確保される。 しかも、 2枚の屈折レンズ （第 1屈折レンズ、 第 2屈折レンズ） に よれば視力矯正の効果は高い。
好ましくは、 前記第 1屈折レンズ及び前記第 2屈折レンズは、 少なくとも前記 基板のうち前記光路の形成箇所に対しては間隙を置いて配置される。
このようにすれば、 基板内の面 （境界面） における表示用光束の全反射作用が 妨げられることがないので、 第 2屈折レンズ、 第 1屈折レンズが付加されてもコ ンバイナ光学系のコンパイナとしての機能は何ら損なわれない。
さらに好ましくは、 前記基板のうち少なくとも前記外界光の入射領域及び射出 領域は、 平面であり、 前記第 1屈折レンズは、 平凸レンズであり、 前記第 2屈折 レンズは、 平凹レンズである。 したがって、 薄化したまま視力矯正機能を得るこ 謹 07647
3 とができる。
また、 好ましくは、 前記基板のうち少なくとも前記外界光の入射領域及び射出 領域は、 それぞれ凸面及び凹面であり、 前記第 1屈折レンズ及ぴ前記第2屈折レ ンズは、 メニスカスレンズである。
このとき、 基板と第 1屈折レンズとの間隙、 基板と第 2屈折レンズとの間隙を 一様化することができ、 基板の単体の外界光に対するパワーを 0にできる。 よつ て、基板は、汎用性を有し、 したがって、 コンパイナ光学系の汎用性は保たれる。 また、 基板に曲率を持たせたこの構成によれば、 第 1屈折レンズ、 基板、 第 2 屈折レンズからなる光学系全体の厚さを小さくすることも可能である。この場合、 軽量化にも寄与する。
さらに好ましくは、 第 1屈折レンズの前記凸面の一部には、 二重焦点用の凸面 が設けらている。 したがって、 老眼鏡の機能を付加することができる。
さらに好ましくは、 前記第 1屈折レンズの前記凸面は、 非球面である。 したが つて、 その第 1屈折レンズを薄化することが可能である。 また、 乱視用眼鏡の機 能を付加することもできる。
さらに好ましくは、 前記反射光学素子は、 ホログラム素子である。
本発明のコンパイナ光学系は、 観察眼の光軸に交差するよう配置され、 かつそ の観察眼の瞳位置に入射する外界光を透過すると共に、 所定の画像表示素子から 導入される表示用光束の光路を形成する基板と、 前記基板の前記外界光が入射す る側に前記光軸に交差するよう配置され、 かつその外界側の面が凸面であり、 か つ、 前記光路に継続する前記表示用光束の光路をその内部に形成する第 1屈折レ ンズと、前記基板の前記外界光が射出する側に前記光軸に交差するよう配置され、 かつその瞳位置側の面が凹面である第 2屈折レンズと、 前記第 1屈折レンズの前 記光路中に設けられ、 かつ前記表示用光束を前記外界光に重畳して前記観察眼の 瞳位置に導く反射光学素子とを備える。
したがって、 コンパイナ光学系の汎用性及び性能は確保される。 しかも、 2枚 の屈折レンズ （第 1屈折レンズ、 第 2屈折レンズ） によれば視力矯正の効果は高 V\
また、 第 1屈折レンズの面が表示光束の反射に利用されるので、 他の部分 （特 に、 反射光学素子） に割り当てられるパワーが少なくて済む。 したがって、 この コンバイナ光学系の性能は高い。
好ましくは、 前記第 2屈折レンズは、 少なくとも前記基板のうち前記光路の形 成箇所に対しては間隙を置いて配置される。
このようにすれば、 基板内の面 （境界面） における表示用光束の全反射作用が 妨げられることがないので、 第 2屈折レンズ、 第 1屈折レンズが付加されてもコ ンバイナ光学系のコンパイナとしての機能は何ら損なわれない。
さらに好ましくは、 前記基板のうち少なくとも前記外界光の入射領域及び射出 領域は、 平面であり、 前記第 1屈折レンズは、 平凸レンズであり、 前記第 2屈折 レンズは、 平凹レンズである。 したがって、 薄化したまま視力矯正機能を得るこ とができる。
また、 好ましくは、 前記基板のうち少なくとも前記外界光の入射領域及び射出 領域は、 それぞれ凸面及び凹面であり、 前記第 1屈折レンズ及び前記第 2屈折レ ンズは、 メニスカスレンズである。
このとき、 基板と第 1屈折レンズとの間隙、 基板と第 2屈折レンズとの間隙を 一様化することができ、 基板の単体の外界光に対するパワーを 0にできる。 よつ て、基板は、汎用性を有し、 したがって、 コンパイナ光学系の汎用性は保たれる。 また、 基板に曲率を持たせたこの構成によれば、 第 1屈折レンズ、 基板、 第 2 屈折レンズからなる光学系全体の厚さを小さくすることも可能である。この場合、 軽量化にも寄与する。
さらに好ましくは、 第 1屈折レンズの前記凸面の一部には、 二重焦点用の凸面 が設けらている。 したがって、 老眼鏡の機能^付加することができる。
さらに好ましくは、 前記第 1屈折レンズの前記凸面は、 非球面である。 したが つて、 その第 1屈折レンズを薄化することが可能である。 また、 乱視用眼鏡の機 能を付加することもできる。
さらに好ましくは、 前記反射光学素子は、 ホログラム素子である。
本発明の情報表示装置は、 画像を表示する画像表示素子と、 本発明のコンパィ ナ光学系と、 前記画像表示素子及び前記コンパイナ光学系の各部を、 前記観察眼 に対し固定する支持手段とを備える。 好ましくは、 前記支持手段は、 前記第 1屈折レンズ及び前記第 2屈折レンズを 着脱可能である。
本発明の情報表示装置は、 画像を表示する画像表示素子と、 本発明のコンバイ ナ光学系と、 前記画像表示素子及び前記コンパイナ光学系の各部を、 前記観察眼 に対し固定する支持手段とを備えたことを特徴とする。
本発明のコンパイナ光学系によれば、 情報表示装置としての汎用性及び性能が 確保される。 しかも、 視力矯正の効果は高い。
好ましくは、 前記支持手段は、 前記第 1屈折レンズ及び前記第 2屈折レンズを 着脱可能である。 したがって、 使用者の必要に応じて第 1屈折レンズ、 第 2屈折
'着脱できる。 図面の簡単な説明
図 1は、 第 1実施形態のアイグラスディスプレイの外観図である。
図 2は、 第 1実施形態のコンバイナ光学系 1の構成及び光路を示す図である。 図 3は、 図 2の部分拡大図である。
図 4は、 その他の実施形態を説明する図である。
図 5は、 第 2実施形態のホログラムコンパイナ光学系 2の構成及び光路 （主光 線の光路のみ） を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
[第 1実施形態]
図 1、 図 2、 図 3を参照して本発明の第 1実施形態について説明する。
本実施形態では、 本発明のコンパイナ光学系を搭載した本発明の情報表示装置 (一例としてアイグラスディスプレイ） について説明する。 なお、 ここでは、 コ ンバイナ光学系として、 ホログラムコンパイナ光学系を説明する。
図 1は、本実施形態のアイグラスディスプレイの外観図であり、図 2、図 3は、 本実施形態のコンパイナ光学系 1の構成及び光路を示す図である。 図 3は、 図 2 の部分拡大図である。 なお、 ホログラムコンパイナ光学系 1は、 Y Z平面 （後述 .,
6 する座標系を参照。 ） に関し対称な形状をしている。
図 1に示すように、 アイグラスディスプレイは、 眼鏡と似た外観をしている。 すなわち、 眼鏡の支持部材 （例えば、 両目用の 2つのレンズを連結するブリッジ とテンプルとの組み合わせからなるフレーム） と同様の支持部材 1 6に対し、 一 方の眼鏡レンズの代わりに、 眼鏡レンズと略同様の外形をした基板 1 5、 及び光 源ュニット 3が固定されている。
図 2、 図 3中点線で示したホログラムコンパイナ光学系 1は、 基板 1 5と、 光 源ュニット 3内に配置された補正用光学系 1 8とからなる。 この基板 1 5内に、 HOE 1 7が設けられる （なお、 補正用光学系 1 8については、 結像性能より軽 量化を重視する場合、 省略可能である。 ） 。
光源ユニット 3内には、 補正用光学系 1 8の他、 透過型 LCDなどからなる画 像表示素子 20が配置されている。 この画像表示素子 20が表示するのは、 静止 画像であっても、 動画像であってもよい。
図 3において、 符号 Dで示すのは、 画像表示素子 20の表示面である。 また、 画像表示素子 20が自発光式でないときには、 光源ユニット 3には画像表示素子 20を照明する照明光学系も備わる。
以下、 ホログラムコンパイナ光学系 1は左眼用であり、 左眼用の眼鏡レンズと 同様、 使用者の左眼の前方に配置されるとする （また、 支持部材 1 6が右眼の前 方に支持するのは、 使用者の右眼の矯正視力に適応した通常の眼鏡レンズなどで ある。 ） 。
そこで、 以下では、 左眼の瞳 Pの中心に原点を有した XYZ直交座標系を定義 する。 図示したように、 この座標の +Z方向は使用者の前方であり、 +Y方向は 使用者の左方であり、 +X方向は使用者の下方である。
ホログラムコンパイナ光学系 1の基板 1 5は、 外界光を使用者の左眼の瞳 Pに 略歪み無く導くために、 XY平面と平行に配置された透過性の硝子やプラスチッ クなどの平行平板からなる。 この基板 1 5は、 特定の視力に適合するものではな く、 各種の視力に適合可能である。 すなわち、 基板 1 5は、 外界光に対し何らパ ヮーを有していない。
基板 1 5において、 HOE 1 7は、 Z軸上に配置され、 かつ X軸に平行な軸の 周りに傾斜した状態で設けられている。
基板 1 5に対するこの HOE 1 7の形成は、 例えば、 HOE 1 7を配置すべき 面に沿って基板 1 5の原型を一旦 2要素に切断し、 2要素の切断部に HOE 1 7 を挟み込んでからその 2要素を接着剤 （その屈折率は基板 1 5と実質的に同じで ある。 ） で接合すればよい。
また、 HOE 1 7は、 反射型ホログラム素子であり、 例えば体積型ホログラム 素子である。 HOE 1 7は、 光源ユニット 3から入射した表示用光束の波面の形 状を平行光束に近い波面に変換するパワーを有する。
その光源ュニット 3は、 表示用光束を、 例えば一 Zの方向から基板 1 5に入射 するよう配置される。
また、 HOE 1 7の波長選択性 （回折効率のピーク波長） とこの光源ユニット 3の光源波長とは互いに最適化されており、 HOE 1 7は、 光源ユニット 3から の表示用光束に作用し、 外界光にはほとんど作用しない。
そして、 ホログラムコンパイナ光学系 1の各光学面 （基板 1 5及び補正用光学 系 1 8の各光学面） の配置及び形状は、 光源ユニット 3内の表示面 Dの配置位置 や配置角度が考慮された上で最適化される。
その結果、 光源ユニット 3内の表示面 Dから射出した表示用光束は、 光源ュニ ット 3内の補正用光学系 1 8を介して基板 1 5に入射した後、 その基板 1 5の + Z側の面 1 5 b及ぴー Z側の面 1 5 aにおいて順次反射を繰り返しつつ YZ平面 内を這うようにして基板 1 5を進行し、 その後 HOE 1 7に入射して平行光束に 近づき、 一 Zの方向に進み使用者の左眼の瞳 Pに入射する。
ここで、 本実施形態のホログラムコンパイナ光学系 1には、 使用者の左眼につ いての視力矯正機能を付与するため、 基板 1 5の瞳 Pの側及びその反対側に、 瞳 P側の面 1 9 r aが凹面である第 2屈折レンズ 1 9 r、 及ぴ外界側の面 1 9 f a が凸面である第 1屈折レンズ 1 9 f がそれぞれ配置される。
なお、 第 2屈折レンズ 1 9 r、 第 1屈折レンズ 1 9 f の外形は、 基板 1 5の外 形と同じである必要はなく、 少なくとも、 瞳 Pに入射する外界光の光路断面の大 きさがあればよい。
因みに、 基板 1 5の外形は、 前記表示用光束の光路長を十分に確保するため、 Y方向の長さが十分に長くとられる。
また、 本実施形態では、 基板 1 5の瞳 Ρ側の面 1 5 a及びその反対側の面 1 5 bが共に平面であるので、 第 2屈折レンズ 1 9 rの基板 1 5側の面 1 9 r b、 第 1屈折レンズ 1 9 f の基板 1 5側の面 1 9 f bも、共に平面とされる（図 3参照）。 これら第 2屈折レンズ 1 9 r、 第 1屈折レンズ 1 9 f は、 基板 1 5のうち少な くとも表示用光束の光路が形成される部分に対し、 若干の間隙 （空気間隙、 所謂 エアギャップ） を置いて配置される （図 3参照） 。
このように第 1屈折レンズ 1 9 f 、第 2屈折レンズ 1 9 rの配置を設定すれば、 基板 1 5内の面 （境界面） 1 5 a、 1 5 bにおける表示用光束の全反射作用が妨 げられることがないので、 第 2屈折レンズ 1 9 r、 第 1屈折レンズ 1 9 f が付加 されても、 ホログラムコンパイナ光学系 1のコンパイナとしての機能は何ら損な われない。
そして、 第 2屈折レンズ 1 9 r、 基板 1 5、 第 1屈折レンズ 1 9 f からなる光 学系の面 1 9 r a， 1 9 r b , 1 9 f a , 1 9 f bの形状、 及び面 1 9 r a , 1 9 r b , 1 5 a , 1 5 b， 1 9 f a , 1 9 f bの配置関係は、 その全体に使用者 の左眼の視力に応じた光学的パワーが付与され、 かつ、 十分に収差補正されるよ う、 最適化されている。
特に、 この光学系は、 凹面である面 1 9 r aと凸面である面 1 9 f aとを有す るので、 Tscherningの解を満たすことが可能である。
また、 最適化の際、 第 1屈折レンズ 1 9 f 、 第 2屈折レンズ 1 9 rそれぞれの 厚さは、 なるべく薄くすることが好ましい。
特に、 本実施形態では、 第 2屈折レンズ 1 9 rは、 一方が平面なので、 薄化す ることが設計上容易である。 その結果、 ホログラムコンパイナ光学系 1のアイレ リーフは十分に確保される。
なお、 薄化が容易になるのは、 第 2屈折レンズ 1 9 rの面 1 9 r bの形状を基 板 1 5の面 1 5 bの形状と近いものとすると共に、 一方の第 1屈折レンズ 1 9 f の面 1 9 f aの形状を Tscherningの解を満たすよう選択すれば、 薄化した状態の ままで所定の視力矯正機能に必要なパワーを実現しつつ非点収差発生量の +分に 少ない形状を実現できるからである。 また、 本実施形態のホログラムコンパイナ光学系 1は、 表示面 Dの見かけ距離 を、 面 1 9 f a、 面 1 9 r aの形状とは独立に補正できる。 例えば、 補正用光学 系 1 8と画像表示素子 2 0との間隔を適宜調整するだけで、 表示面 Dの見かけ距 離を、 使用者の見やすい距離に調整することが可能である。
以上、 本実施形態のホログラムコンバイナ光学系 1、 アイグラスディスプレイ は、 基板 1 5には変更を加えることなく第 1屈折レンズ 1 9 f 、 第 2屈折レンズ 1 9 rの追加により視力矯正機能を付加するので、 その汎用性は確保される。 また、その追加があっても、ホログラムコンパイナとしての性能は確保される。 しかも、 2枚の屈折レンズ （第 1屈折レンズ 1 9 f 、 第 2屈折レンズ 1 9 r ) によれば適切な収差補正が可能なので、 視力矯正の効果は高い。
次に、 ホログラムコンパイナ光学系 1に付加される第 1屈折レンズ 1 9 f と第 2屈折レンズ 1 9 r との固定方法を説明する。
第 1屈折レンズ 1 9 f と第 2屈折レンズ 1 9 rとの固定方法については、 一般 の眼鏡の眼鏡レンズに対し別のレンズを付加する場合と同様、 ク リ ップオン形式 など様々な形式が考えられる。
本実施形態においては、 第 1屈折レンズ 1 9 f と第 2屈折レンズ 1 9 rとが基 板 1 5に直接固定される。
例えば、 第 2屈折レンズ 1 9 r、 第 1屈折レンズ 1 9 f は、 それぞれ基板 1 5 に対しビス Sで固定される。 ビス Sさえ取り外せば、 第 1屈折レンズ 1 9 f と第 2屈折レンズ 1 9 rとは基板 1 5から分離できるので、 第 1屈折レンズ 1 9 f 、 第 2屈折レンズ 1 9 rは支持部材 1 6に対しそれぞれ着脱可能である。
よって、 このアイグラスディスプレイは、 使用者の必要に応じて第 1屈折レン ズ 1 9 f 、 第 2屈折レンズ 1 9 rを着脱できる。
また、 第 1屈折レンズ 1 9 f 、 第 2屈折レンズ 1 9 rの組み合わせを'各視力毎 にそれぞれ用意しておき、 使用者の眼 （ここでは、 左眼） の視力に応じてそれら 組み合わせを交換すれば、 各視力の複数の使用者が 1つのアイグラスディスプレ ィを共用できる。
なお、 第 2屈折レンズ 1 9 r、 第 1屈折レンズ 1 9 f 、 及ぴ基板 1 5のそれぞ れには、 予め、 図 1に示すように、 ビス Sを通すべく、 ビス Sの溝に嚙み合う微 小孔 （溝の切られた微小孔） が設けられる。
また、 ビス Sによる固定箇所 （つまり、 微小孔の形成位置） は、 図 3に示す表 示用光束の光路を妨げない位置、 かつ、 瞳 Pに入射する外界光の光路をなるベく 妨げない位置である。 また、 ビス Sによる固定箇所は、 安定して固定できること 5 から図 1のように 3点であることが好ましい （以下、 3点とする。 ） 。
また、 第 2屈折レンズ 1 9 rと基板 1 5との間、 及び第 1屈折レンズ 1 9 f と 基板 1 5との間は、 上記した間隙を設けるため、 ワッシャー （ビス Sが貫通する ワッシャー） Wを介して固定される。
但し、 間隙を一様にするため、 第 2屈折レンズ 1 9 rと基板 1 5との間に介設 ίθ される 3つのワッシャー Wの厚さは互いに同じであり、 第 1屈折レンズ 1 9 f と 基板 1 5との間に介設される 3つのワッシャー Wの厚さは互いに同じである。 なお、 簡単のため、 間隙に充填されるのはそれぞれ空気でよい。 但し、 その間 隙に塵などが混入しないよう、 第 1屈折レンズ 1 9 f の周縁、 第 2屈折レンズ 1 9 rの周縁と基板 1 5との間をシール材 （できれば透明のシール材） で埋めるこ L5 とが望ましい。
[第 1実施形態の変形例]
なお、 上記実施形態では、 基板 1 5の両面 1 5 a、 1 5 bが平面であり、 第 1 屈折レンズ 1 9 f が平凸レンズ、 第 2屈折レンズ 1 9 rが平凹レンズであるホロ グラムコンパイナ光学系 1を説明したが、 図 4 ( a ) ( b ) に示す各構成に変え 10 ても上記した効果と同様の効果を得ることができる。
図 4 ( a ) に示したのは、 基板 1 5 ' の瞳 P側の面 1 5 a ' が凹面、 その反対 側の面 1 5 b ' が面 1 5 a， と同じ形状の凸面となった構成である。
それに伴い、 第 2屈折レンズ 1 9 r ' はメニスカスレンズであり、 特に、 その 基板 1 5 ' 側の面 1 9 r b ' は面 1 5 a ' に沿う曲面 （面 1 5 a， と同じ形状） 15 となっている。
また、 第 1屈折レンズ 1 9 f ' もメニスカスレンズであり、 特に、 その基板 1 5 ' 側の面 1 9 f b， も面 1 5 b ' に沿う曲面 （面 1 5 b ' と同じ形状） となつ ている。
このとき、 基板 1 5 ' と第 1屈折レンズ 1 9 f ' との間隙、 基板 1 5， と第 2 ' 屈折レンズ 1 9 r ' との間隙は、 何れも一様である。
この構成では、 基板 1 5 ' の一方の面 1 5 b ' が凸面、 他方の面 1 5 a ' が凹 面であるが、 両者は同じ面形状なので、 基板 1 5 ' の単体では外界光に対し何ら パワーを有しない。
よって、 基板 1 5 ' は、 第 1実施形態の基板 1 5と同じく汎用性を有し、 した がって、 ホログラムコンパイナ光学系の汎用性、 アイグラスディスプレイの汎用 性は保たれる。
また、基板 1 5 'に曲率を持たせたこの構成によれば、第 1屈折レンズ 1 9 f '、 基板 1 5， 、 第 2屈折レンズ 1 9 r ' からなる光学系全体の厚さを小さくするこ とも可能である。 この場合、 軽量化にも寄与する。
図 4 ( b ) に示したのは、 第 1屈折レンズ 1 9 f の面 1 9 f aの一部に、 異な る曲率の凸面 2 3が設けられた構成である
このような凸面 2 3が設けられた面 1 9 f aは、 光軸方向の異なる位置に 2つ の焦点を配する。 すなわち、 面 1 9 f aは、 一般の二重焦点眼鏡 （老眼鏡の一種 である。 ） の外側の面と同様の作用を有する。 つまり、 ホログラムコンパイナ光 学系 1に二重焦点眼鏡の機能を付加するものである。
しかも、 他の部分については第 1実施形態と同じなので、 図 4 ( b ) の構成は 二重焦点眼鏡の機能を付加しつつも、 第 1実施形態と同じ効果を得ることができ る。
なお、 第 1屈折レンズ 1 9 ίの面 1 9 f aについては、 図 4 ( b ) に示すもの に限らず使用者の眼の特性に応じて別の形状に変形することができる。
例えば、 面 1 9 f aを、 球面でなく非球面にしてもよい。 例えば、 アナモルフ イツク面とすることで、乱視用眼鏡の機能を付加することができる。この構成も、 他の部分については第 1実施形態と同じなので、 乱視用眼鏡の機能を付加しつつ も、 第 1実施形態と同じ効果を得ることができる。 また、 三重焦点眼鏡や累進焦 点眼鏡の機能を付加してもよい。
また、 第 2屈折レンズ 1 9 rの面 1 9 r aを、 アナモルフィ ック面などの非球 面としてもよレ、。 基板 1 5よりも瞳 P側に配置されているこの面 1 9 r aを、 例 えばアナモルフィック面とすれば、 外界光だけでなく表示用光束に対しても乱視 補正の作用を発生させることができる。
また、 図 4 (a) に示した第 1屈折レンズ 1 9 ί ' の面 1 9 f b， や、 第 2屈 折レンズ 1 9 r ' の面 1 9 r b， （何れも曲面である。 ） についても、 必要があ ればアナモルフィック面などの非球面にしてもよい。
[第 2実施形態]
図 5を参照して本発明の第 2実施形態について説明する。
本実施形態では、 本発明のコンパイナ光学系を搭載した本発明の情報表示装置 (—例としてアイグラスディスプレイ） について説明する。 なお、 ここでは、 コ ンバイナ光学系として、 ホログラムコンパイナ光学系を説明する。 また、 本実施 形態と第 1実施形態との相違点は、 ホログラムコンパイナ光学系にあるので、 こ こでは、 本実施形態のホログラムコンバイナ光学系と第 1実施形態のホロダラム コンパイナ光学系 1との相違点についてのみ説明する。
図 5は、 本実施形態のホログラムコンパイナ光学系 2の構成及び光路 （主光線 の光路のみ） を示す図である。
ホログラムコンパイナ光学系 2は、 図 3に示すホログラムコンパイナ光学系 1 とは異なり、 基板 1 5と第 1屈折レンズ 1 9 f との間隙は無い。 すなわち、 基板 1 5と第 1屈折レンズ 1 9 f との間のワッシャー Wは外される。
これに伴い、 HOE 1 7は、 例えば、 瞳 Pの前方、 かつ面 1 9 f aの内側の曲 面上に形成される。
このとき、 表示面 Dを射出した表示光束は、 図示したごとく、 第 1屈折レンズ 1 9 f の内部をも進行し、 HOE 1 7において反射した後瞳 Pに入射する。
ここで、 第 1屈折レンズ 1 9 f の面 1 9 f aは凸面 （但し、 第 1屈折レンズ 1 9 f の内側からみると問面） なので、 面 1 9 f aにて反射した表示光束には、 正 のパワーが付与される。
一般に、 ホログラムコンパイナ光学系においては、 基板 1 5、 補正用光学系 1 8からなる光学系は、 正のパワーを有しなければならないが、 このように表示光 束の反射に面 1 9 f aを利用すれば、他の部分（特に、 HOE 1 7の回折作用に） に割り当てられるパワーが小さくて済む。 因みに、 HOE 1 7の回折作用に割り 当てられるパワーが小さいと、 色収差が抑えられ好ましい。 よって、 本実施形態によれば、 ホログラムコンパイナ光学系 2の全体の性能を 高めることまでもが可能となる。
なお、 本実施形態においても、 第 1実施形態における図 4 ( a ) の構成のよう に、 基板 1 5の面 1 5 a , 1 5 b、 第 1屈折レンズ 1 9 f の面 1 9 f b、 及び第 2屈折レンズ 1 9 rの面 1 9 r bに曲率を持たせてもよい。
また、 本実施形態においても、 第 1実施形態における図 4 ( b ) の構成のよう に、第 1屈折レンズ 1 9 f の面 1 9 ί aについては、使用者の眼の特性に応じて、 二重焦点用の面、 三重焦点用の面、 非球面 （累進焦点用の面、 アナモルフィック 面など） にしてもよい。 また、 第 2屈折レンズ 1 9 rの面 1 9 r aを非球面にし てもよい。
また、 アナモルフィック面を使用する場合、 図 5中符号 2 8で示すように、 ホ ログラムコンパイナ光学系 2の表示用光束の光路に対し、 アナモルフィックな捕 正用光学系 2 8を揷入してもよい （図では、 補正用光学系 2 8は、 基板 1 5の面 1 5 aに固定されている力 S、光源ュニット 3 (図 1参照）内に配置されてもよい。）。 補正用光学系 2 8によれば、 表示面 Dの虚像を、 乱視に適合させることができる (なお、 このような補正用光学系 2 8については、 第 1実施形態のホログラムコ ンバイナ光学系において面 1 9 f aをアナモルフィック面にした場合にも同様に 配置可能である。 ） 。
[その他]
図 1では、 支持部材 1 6として、 ブリッジとテンプルの組み合わせからなる所 謂リムレスタイプのフレームが示されているが （その支持部材 1 6とビス Sとが 請求の範囲における支持手段に対応する。 ） 、 本発明の支持手段は、 これに限定 されない。 例えば、 支持部材 1 6を、 基板 1 5を周縁から支持するリムを有する フルリムタイプのフレームとすることもできる。
また、 フルリムタイプである場合、 第 1屈折レンズ 1 9 f と第 2屈折レンズ 1 9 rをリムに固定してもよい。
また、 上記各実施形態では、 片方の眼にしか情報を呈示しないアイグラスディ スプレイを説明したが、 両方の眼に情報を呈示するものにも、 本実施形態のコン バイナ、 及ぴ情報表示装置は適用可能である。 また、 上記各実施形態では、 アイグラスディスプレイを説明したが、 HMD、 ウェアラブルパソコンなどにも本実施形態のコンパィナ光学系は適用し得る。 また、 上記各実施形態では、 反射光学素子としてホログラム素子を用いたホロ グラムコンパイナ光学系を説明したが、 H O Eの代わりにハーフミラー、 基板及 び捕正用光学系の代わりにレンズを使用したコンバイナ光学系にも本発明は適用 し得る。 産業上の利用の可能性
本発明によれば、 視力矯正機能を有しつつも高性能及び高汎用性確保すること のできるコンパイナ光学系、 及び情報表示装置が実現する。

Claims

請求の範囲
( 1 ) 観察眼の光軸に交差するよう配置され、 かつその観察眼の瞳位置に入射 する外界光を透過すると共に、 所定の画像表示素子から導入される表示用光束の 光路を形成する基板と、
前記基板の前記光路中に設けられ、 かつ前記表示用光束を前記外界光に重畳し て前記観察眼の瞳位置に導く反射光学素子と、
前記基板の前記外界光が入射する側に前記光軸に交差するよう配置され、 かつ その外界側の面が凸面である第 1屈折レンズと、
前記基板の前記外界光が射出する側に前記光軸に交差するよう配置され、 かつ その瞳位置側の面が凹面である第 2屈折レンズと
を備えたことを特徴とするコンバイナ光学系。
( 2 ) 請求項 1に記載のコンパイナ光学系において、
前記第 1屈折レンズ及び前記第 2屈折レンズは、 少なくとも前記基板のうち前 記光路の形成箇所に対しては間隙を置いて配置される
ことを特徴とするコンバイナ光学系。
( 3 ) 請求項 1又は請求項 2に記載のコンバイナ光学系において、
前記基板のうち少なくとも前記外界光の入射領域及び射出領域は、平面であり、 前記第 1屈折レンズは、 平凸レンズであり、
前記第 2屈折レンズは、 平凹レンズである
ことを特徴とするコンパイナ光学系。
( 4 ) 請求項 1又は請求項 2に記載のコンパイナ光学系において、
前記基板のうち少なくとも前記外界光の入射領域及び射出領域は、 それぞれ凸 面及ぴ凹面であり、
前記第 1屈折レンズ及び前記第 2屈折レンズは、 メニスカスレンズである ことを特徴とするコンパイナ光学系。
( 5 ) 請求項 1〜請求項 4の何れか一項に記載のコンバイナ光学系において、 第 1屈折レンズの前記凸面の一部には、 二重焦点用の凸面が設けらている ことを特徴とするコンバイナ光学系。
( 6 ) 請求項 1〜請求項 5の何れか一項に記載のコンバイナ光学系において、 前記第 1屈折レンズの前記凸面は、 非球面である
ことを特徴とするコンバイナ光学系。
( 7 ) 請求項 1〜請求項 6の何れか一項に記載のコンバイナ光学系において、 前記反射光学素子は、 ホログラム素子である
ことを特徴とするコンバイナ光学系。
( 8 ) 観察眼の光軸に交差するよう配置され、 かつその観察眼の瞳位置に入射 する外界光を透過すると共に、 所定の画像表示素子から導入される表示用光束の 光路を形成する基板と、
前記基板の前記外界光が入射する側に前記光軸に交差するよう配置され、 かつ その外界側の面が凸面であり、 かつ、 前記光路に継続する前記表示用光束の光路 をその内部に形成する第 1屈折レンズと、
前記基板の前記外界光が射出する側に前記光軸に交差するよう配置され、 かつ その瞳位置側の面が凹面である第 2屈折レンズと、
前記第 1屈折レンズの前記光路中に設けられ、 かつ前記表示用光束を前記外界 光に重畳して前記観察眼の瞳位置に導く反射光学素子と
を備えたことを特徴とするコンバイナ光学系。
( 9 ) 請求項 8に記載のコンパイナ光学系において、
前記第 2屈折レンズは、 少なくとも前記基板のうち前記光路の形成箇所に対し ては間隙を置いて配置される
ことを特徴とするコンバイナ光学系。
( 1 0 ) 請求項 8又は請求項 9に記載のコンパイナ光学系において、 前記基板のうち少なくとも前記外界光の入射領域及び射出領域は、平面であり、 前記第 1屈折レンズは、 平凸レンズであり、
前記第 2屈折レンズは、 平凹レンズである
ことを特徴とするコンパイナ光学系。
( 1 1 ) 請求項 8又は請求項 9に記載のコンパイナ光学系において、 前記基板のうち少なくとも前記外界光の入射領域及び射出領域は、 それぞれ凸 面及び四面であり、
前記第 1屈折レンズ及び前記第 2屈折レンズは、 メニスカスレンズである ことを特徴とするコンバイナ光学系。
(1 2) 請求項 8〜請求項 1 1の何れか一項に記載のコンパイナ光学系におい て、
第 1屈折レンズの前記凸面の一部には、 二重焦点用の凸面が設けらている ことを特徴とするコンバイナ光学系。
(1 3) 請求項 8〜請求項 1 2の何れか一項に記載のコンパイナ光学系におい て、
前記第 1屈折レンズの前記凸面は、 非球面である
ことを特徴とするコンバイナ光学系。
(14) 請求項 8〜請求項 1 3の何れか一項に記載のコンパイナ光学系におい て、
前記反射光学素子は、 ホログラム素子である
ことを特徴とするコンバイナ光学系。
(1 5) 画像を表示する画像表示素子と、
請求項 1〜請求項 7の何れか一項に記載のコンバイナ光学系と、
前記画像表示素子及び前記コンパイナ光学系の各部を、 前記観察眼に対し固定 する支持手段と
を備えたことを特徴とする情報表示装置。
(1 6) 請求項 1 5に記載の情報表示装置において、
前記支持手段は、
前記第 1屈折レンズ及び前記第 2屈折レンズを着脱可能である
ことを特徴とする情報表示装置。
(1 7) 画像を表示する画像表示素子と、
請求項 8〜請求項 14の何れか一項に記載のコンバイナ光学系と、
前記画像表示素子及ぴ前記コンパイナ光学系の各部を、 前記観察眼に対し固定 する支持手段と
を備えたことを特徴とする情報表示装置。
(1 8) 請求項 1 7に記載の情報表示装置において、
前記支持手段は、 前記第 1屈折レンズ及び前記第 2屈折レンズを着脱可能である ことを特徴とする情報表示装置。
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