JP4591006B2

JP4591006B2 - ホログラフィック反射面を有する観察光学系及び映像表示装置

Info

Publication number: JP4591006B2
Application number: JP2004272710A
Authority: JP
Inventors: 真奈美杭迫
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2004-09-21
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2024-09-21
Also published as: JP2006091041A

Description

本発明はホログラフィック反射面を有する観察光学系に関するものであり、更に詳しくは、表示素子の表示画像を複数のホログラフィック反射面で拡大するとともに、それを広視野角な虚像として観察させる観察光学系に関するものである。

表示画像の虚像を観察させるための観察光学系として、屈折光学系や反射光学系を使ったものが従来より多数提案されている。そのなかでも反射面を使った観察光学系は、その体積を小さくすることを主な目的としており、広い視野角が得られる構成にはなっていない。広い視野角を確保しようとすると、視野角の広がり方向だけでなく観察者眼の光軸方向にも大きな反射面を用いなければならなくなる。このため、眼鏡レンズ程度の厚みの光学部材を使った場合には、反射面の傾き方向に１０°程度の視野角しか確保することができず、視野角を広くしようとすれば光学部材の厚みは５ｍｍ以上になってしまう。

広い視野角を得るにはホログラフィック反射面の使用が有効であり、従来より知られている観察光学系のなかにはホログラフィック反射面を用いたものもある。例えば、２枚のホログラフィック反射ミラーをコンバイナとして使ったものが特許文献１，２で提案されており、２枚のホログラフィック反射面を使って上下方向から虚像を形成するものが特許文献３で提案されている。
米国特許第４，６５５，５４０号明細書特開２００４−１２７６８号公報特開２００１−２６４６８３号公報

しかし、特許文献１，２記載の観察光学系は、視野角を広角にできない配置になっており、その体積についても光軸方向に大きくなってしまっている。特許文献３記載の観察光学系では、構成部品数が多く光学構成も複雑化している。しかも、２つの表示素子のそれぞれに対して独立した光学構成になっているため、光学系全体の体積は約２倍になっている。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、構成部品数が少なく、観察者眼の光軸方向に薄いにもかかわらず広視野角な虚像観察を可能とする観察光学系を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明の観察光学系は、表示画像の虚像を結像させるための複数のホログラフィック反射面を有する観察光学系であって、前記複数のホログラフィック反射面が、同じ方向に傾いて配置され、それぞれ独立した光学系として表示画像の拡大投影された虚像を形成し、観察者眼の光軸方向に存在する外界に前記表示画像をシースルーで重ね合わせて各虚像を観察者眼に同時に観察させるとともに、各虚像の視野を合成することによって視野角を広くし、前記複数のホログラフィック反射面のうちの１つのホログラフィック反射面とそのホログラフィック反射面で反射した後の全光束の光路が、その他の少なくとも１つのホログラフィック反射面で反射する全光束の反射前の光路の少なくとも一部と重なることを特徴とする。

第２の発明の観察光学系は、上記第１の発明において、前記複数のホログラフィック反射面が、観察者眼の光軸に対して垂直方向に並んで配置されていることを特徴とする。

第３の発明の観察光学系は、上記第１又は第２の発明において、前記光路の少なくとも一部に重なりがある複数のホログラフィック反射面が、互いに異なる波長で互いに重ならない反射ピークを持った反射特性を有することを特徴とする。

第４の発明の観察光学系は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記複数のホログラフィック反射面が、互いに異なる複数の波長で互いに重ならない反射ピークを持った反射特性を有することを特徴とする。第５の発明の観察光学系は、上記第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記複数のホログラフィック反射面が、互いに異なる複数の波長で白色を再現できる互いに重ならない反射ピークを持った反射特性を有することを特徴とする。

第６の発明の観察光学系は、上記第１〜第５のいずれか１つの発明において、さらに前記複数のホログラフック反射面と表示画像との間に少なくとも１面の反射面を有することを特徴とする。第７の発明の観察光学系は、上記第１〜第６のいずれか１つの発明において、さらに前記複数のホログラフック反射面と表示画像との間に少なくとも１個の透明な光学部材を有することを特徴とする。

第８の発明の映像表示装置は、上記第１〜第７のいずれか１つの発明に係る観察光学系と、前記表示画像を形成する１つのみの表示素子と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る観察光学系は、複数のホログラフィック反射面が、同じ方向に傾いて配置され、それぞれ独立した光学系として表示画像の拡大投影された虚像を形成し、観察者眼の光軸方向に存在する外界に前記表示画像をシースルーで重ね合わせて各虚像を観察者眼に同時に観察させるとともに、各虚像の視野を合成することによって視野角を広くし、そのうちの１つのホログラフィック反射面とそのホログラフィック反射面で反射した後の全光束の光路が、その他の少なくとも１つのホログラフィック反射面で反射する全光束の反射前の光路の少なくとも一部と重なる構成になっているため、観察者眼の光軸方向に薄いにもかかわらず広視野角な虚像観察が可能である。しかも、構成部品数の増大を招くこともないので、観察光学系の低コスト化・コンパクト化を効果的に達成することができる。

以下、本発明を実施した観察光学系等を、図面を参照しつつ説明する。図１〜図５に、観察光学系の第１〜第５の実施の形態の構成部品配置の概略を模式的に示す。いずれの実施の形態も、少なくとも１つの表示素子ＤＰ，ＤＡ，ＤＢ，ＤＣとの組み合わせで映像表示装置の主要部を成す観察光学系であり、表示画像(例えば２次元映像)の虚像を結像させるための少なくとも２つのホログラフィック反射面ＨＡ，ＨＢ，ＨＣを有している。少なくとも２つのホログラフィック反射面ＨＡ，ＨＢ，ＨＣは、それぞれが独立した光学系として表示画像の虚像を形成し、各虚像の視野を合成することによって視野を広角化する構成になっている。ただし、少なくとも一対の光路ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ同士が空間を部分的に共有する構成になっているため、光学系全体が占める体積はコンパクトになっている。その詳細を各実施の形態について以下に説明する。

第１の実施の形態(図１)は、１つの表示素子ＤＰに表示される面積の大きな表示画像を観察するための観察光学系であり、その虚像の表示角度が観察者から見て広くなるように、第１，第２ホログラフィック反射面ＨＡ，ＨＢが配置されている。表示画像の所定領域からの第１光路ＰＡは、第１ホログラフィック反射面ＨＡにより観察者眼ＥＹに向けて折り曲げられる。一方、表示画像の残りの領域からの第２光路ＰＢは、第２ホログラフィック反射面ＨＢにより観察者眼ＥＹに向けて折り曲げられる。この第１，第２光路ＰＡ，ＰＢの組み合わせで視野が合成されることにより、広視野角化が達成される。さらに、第１，第２光路ＰＡ，ＰＢによる空間の共有により、観察光学系が占める体積がコンパクト化される。したがって、観察者眼ＥＹの光軸方向に薄いにもかかわらず広視野角な虚像観察が可能となる。

第２，第３の実施の形態(図２，図３)は、第１，第２表示素子ＤＡ，ＤＢに表示される表示画像を観察するための観察光学系であり、その虚像の表示角度が観察者から見て広くなるように、第１，第２ホログラフィック反射面ＨＡ，ＨＢが配置されている。第１表示素子ＤＡの表示画像からの第１光路ＰＡは、第１ホログラフィック反射面ＨＡにより観察者眼ＥＹに向けて折り曲げられる。一方、第２表示素子ＤＢの表示画像からの第２光路ＰＢは、第２ホログラフィック反射面ＨＢにより観察者眼ＥＹに向けて折り曲げられる。この第１，第２光路ＰＡ，ＰＢの組み合わせで視野が合成されることにより、広視野角化が達成される。さらに、第１，第２光路ＰＡ，ＰＢによる空間の共有により、観察光学系が占める体積がコンパクト化される。したがって、観察者眼ＥＹの光軸方向に薄いにもかかわらず広視野角な虚像観察が可能となる。

第２，第３の実施の形態のように画像表示を複数の表示素子に分担させると、観察光学系の自由度が向上するため光学性能を向上させることが可能になり、また、多様な広視野角化も可能になる。例えば、２つの表示画面を第２の実施の形態のように平行にずらして配置したり、第３の実施の形態のように非平行にずらして配置したりすることが可能になる。これにより、２つの表示画面が連続的な視野で観察されるように視野を合成するだけでなく、虚像の形成位置を前後又は上下左右にずらして、２つの表示画面が不連続的な視野で観察されるように視野を合成することも可能になる。また、第１表示素子ＤＡと第２表示素子ＤＢとで種類の異なった画像(例えば、映像と字幕等)を混在させることもできるので、広視野角化とともに映像表現の多様化も可能となる。

第４の実施の形態(図４)は、１つの表示素子ＤＰに表示される普通サイズの表示画像を観察するための観察光学系であり、その虚像の表示角度が観察者から見て広くなるように、第１，第２ホログラフィック反射面ＨＡ，ＨＢが配置されている。第１ホログラフィック反射面ＨＡにより観察者眼ＥＹに向けて折り曲げられる第１光路ＰＡと、第２ホログラフィック反射面ＨＢにより観察者眼ＥＹに向けて折り曲げられる第２光路ＰＢと、は時分割で切り替えが行われる。例えば、表示素子ＤＰからの射出光の波長(例えば、表示素子ＤＰに入射する照明光の波長)を時分割で異なるものとし、その波長に合わせて表示素子ＤＰの画像表示自体を時分割で第１ホログラフィック反射面ＨＡ用と第２ホログラフィック反射面ＨＢ用とに切り替えるようにする。この第１，第２光路ＰＡ，ＰＢの組み合わせで視野が合成されることにより、広視野角化が達成される。さらに、第１，第２光路ＰＡ，ＰＢによる空間の共有により、観察光学系が占める体積がコンパクト化される。したがって、観察者眼ＥＹの光軸方向に薄いにもかかわらず広視野角な虚像観察が可能となる。

第５の実施の形態(図５)は、第１，第２，第３表示素子ＤＡ，ＤＢ，ＤＣに表示される表示画像を観察するための観察光学系であり、その虚像の表示角度が観察者から見て広くなるように、第１，第２，第３ホログラフィック反射面ＨＡ，ＨＢ，ＨＣが配置されている。第１表示素子ＤＡの表示画像からの第１光路ＰＡは、第１ホログラフィック反射面ＨＡにより観察者眼ＥＹに向けて折り曲げられ、第２表示素子ＤＢの表示画像からの第２光路ＰＢは、第２ホログラフィック反射面ＨＢにより観察者眼ＥＹに向けて折り曲げられ、第３表示素子ＤＣの表示画像からの第３光路ＰＣは、第３ホログラフィック反射面ＨＣにより観察者眼ＥＹに向けて折り曲げられる。この第１，第２，第３光路ＰＡ，ＰＢ，ＰＣの組み合わせで視野が合成されることにより、広視野角化が達成される。さらに、第１，第２，第３光路ＰＡ，ＰＢ，ＰＣによる空間の共有により、観察光学系が占める体積がコンパクト化される。したがって、観察者眼ＥＹの光軸方向に薄いにもかかわらず広視野角な虚像観察が可能となる。

第５の実施の形態のように画像表示を複数の表示素子に分担させると、第２，第３の実施の形態と同様、観察光学系の自由度が向上するため、光学性能の向上や多様な広視野角化が可能となる。また、同じ反射特性を有するホログラフィック反射面の使用も可能となる。例えば、第１ホログラフィック反射面ＨＡと第３ホログラフィック反射面ＨＣとは、第１，第３表示素子ＤＡ，ＤＣと第１，第３ホログラフィック反射面ＨＡ，ＨＣとの間で、第１，第３光路ＰＡ，ＰＣによる空間の共有がない。したがって、第１ホログラフィック反射面ＨＡと第３ホログラフィック反射面ＨＣとは同じ反射特性を持っていてもよく、その場合でも互いの光路ＰＡ，ＰＣの光束に影響を与えることはない。

なお各実施の形態では、表示素子ＤＰ，ＤＡ，ＤＢ，ＤＣから観察者眼ＥＹへの光路がホログラフィック反射面ＨＡ，ＨＢ，ＨＣによる反射のみで折り曲げられる場合を示しているが、表示素子ＤＰ，ＤＡ，ＤＢ，ＤＣとホログラフィック反射面ＨＡ，ＨＢ，ＨＣとの間で光路ＰＡ，ＰＢ，ＰＣを折り曲げるようにしてもよい。例えば、後述する数値実施例のようにプリズムＰＲ(図６)等の光学部材を用いて、ホログラフィック反射面ＨＡ，ＨＢ，ＨＣと表示素子ＤＰ，ＤＡ，ＤＢ，ＤＣとの間での１回〜数回の反射により光路を折り曲げるようにしてもよい。

広角な表示角度を実現するためには、観察者眼の光軸に対して垂直方向に複数の表示画面又は光学系を並べればよい。各実施の形態のようにホログラフィック反射面を用いると、光路を折り曲げて空間を共有する構成となり、観察光学系を観察者眼の光軸方向に薄くするとともに視野を広角化することが可能となる。したがって、上記各実施の形態のように、観察者から見て虚像の表示角度が広角になるように複数のホログラフィック反射面が配置され、複数のホログラフィック反射面のうちの１つを通る光路が、その他の少なくとも１つを通る光路の少なくとも一部と空間を共有する構成にすることが好ましい。また、ホログラフィック反射面の波長選択性を利用すれば、特定の波長でシャープな反射特性を得ることができる。つまり、その他の波長の光を全て透過させることができるので、シースルー性を確保することができる。例えば、観察者眼の光軸方向に存在する外界に表示画像を重ね合わせて観察させる映像表示装置(ヘッドマウントディスプレイ等)を実現することが可能である。

光路の少なくとも一部と空間を共有する複数のホログラフィック反射面は、互いに異なる波長で鋭い反射ピークを持った反射特性を有することが好ましい。よりコンパクトにするために、ホログラフィック反射面で構成される１つの光学系の光路を他のホログラフィック反射面で構成される光学系で共有する配置にした場合、ホログラフィック反射面の波長選択性を利用すれば、互いに異なる波長の光束を使用することが可能となる。つまり、光路が完全に重なっていても、反射特性が互いに異なる波長で鋭い反射ピークを持つものであれば、互いの光学特性に影響を与えずに配置することが可能となり、その鋭い反射ピークで透過光への影響も抑えることができるのである。

互いに異なる波長で鋭い反射ピークを持った反射特性の一例として、一対のホログラフィック反射面ＨＡ，ＨＢの分光反射特性(λ：波長，Ｒ：反射率)を図７，図８に示す。図７，図８中、(Ａ)は第１ホログラフィック反射面ＨＡの分光反射特性を示しており、(Ｂ)は第２ホログラフィック反射面ＨＢの分光反射特性を示している。図７では、青・緑・赤に相当する波長帯域の中で２波長ずつ反射ピークの波長を選んで、各ホログラフィック反射面ＨＡ，ＨＢの反射波長としている。第１ホログラフィック反射面ＨＡには波長が長めの青・緑・赤を使い、第２ホログラフィック反射面ＨＢには波長が短めの青・緑・赤を使っている。この反射特性の組み合わせは、良好な色再現性を得る上で有効であり、また反射特性の波長帯域を狭くできる材料を使用する場合に向いている。図８では、第１ホログラフィック反射面ＨＡに青・緑・赤を使い、第２ホログラフィック反射面ＨＢに補色のシアン・イエロー・マゼンタを使っている(マゼンタは波長の長い赤及び波長の短い青の混色である。)。色再現性は少し劣るが、その反射特性がやや広い場合に第１ホログラフィック反射面ＨＡと第２ホログラフィック反射面ＨＢとの混色を防ぐのに向いている。

なお、上述したように第１ホログラフィック反射面ＨＡと第２ホログラフィック反射面ＨＢとで分光反射特性が異なっている場合でも、観察者眼にはほぼ同じ色に見えるように反射ピーク位置を選択することは可能である。人の眼の錐体の感度はブロードであり、青は３８０〜５００ｎｍ、緑は４５０〜６５０ｎｍ、赤は５００〜７００ｎｍの波長帯域がある。例えば波長５００ｎｍと波長５５０ｎｍは、緑錐体にとっては全く同じ「色」として感じられる。違いは他の錐体で受容しているエネルギーだけであり、言い換えれば、鋭いピークを持つ３つの波長をうまく選択することにより、ほとんど同じ色に見える異なった反射特性の組み合わせが可能である。

複数のホログラフィック反射面は、互いに異なる複数の波長で鋭い反射ピークを持った反射特性を有することが好ましい。上述したようにホログラフィック反射面の波長選択性を利用すれば、光路を重ねてもお互いに影響しない光学系を配置することが可能となるので、互いに異なる複数の波長選択性を持つホログラフィック反射面を用いれば、多色表示やカラー表示が可能となる。そして、３波長以上の反射ピークを持つホログラフィック反射面を用いれば、白色や他の色を再現することも可能である。

フルカラー映像等の表示を可能とするには、複数のホログラフィック反射面が互いに異なる複数の波長で白色を再現できる鋭い反射ピークを持った反射特性を有することが好ましい。白色を再現するには、人の赤・緑・青の比視感度スペクトルのどこかの３波長を使えば可能であり、他の３波長以上(例えば、赤・緑・青の補色となる４波長等)を使っても可能である。

さらに、複数のホログラフック反射面と表示画像との間に少なくとも１面の反射面を有することが好ましい。つまり、前述したように表示素子ＤＰ，ＤＡ，ＤＢ，ＤＣと観察者眼ＥＹとの間で光路ＰＡ，ＰＢ，ＰＣを折り曲げるようにすることが好ましい。光学部材を使って光路を折り曲げる方法は、光学系の体積をコンパクトにして充分な光路長を得る上で有効である。また、結像の機能を有するホログラフィック反射面以外に、１面以上の反射面を配置して光路を折り曲げる構成にすると、配置の自由度が増すため、いろいろな形態をとることが可能になる。

さらに、複数のホログラフック反射面と表示画像との間に少なくとも１個の透明な光学部材を有することが好ましい。その透明な光学部材としては、後述する数値実施例に用いられているプリズムＰＲ(図６)等が挙げられる。光路を折り曲げるための光学部材としてプリズム等の透明な光学部材を用いた場合、反射コーティング等が施されている部分以外は他の光束を透過させることが可能であり、例えば、シースルー性のあるヘッドマウントディスプレイ等を構成する際に有利である。また全反射を使って光路を折り曲げれば、反射コーティング等が不要であるため、全ての面に対して他の光束を透過させることも可能である。

なお、上述した実施の形態や後述する実施例には以下の構成が含まれており、その構成によると、構成部品数が少なく、観察者眼の光軸方向に薄いにもかかわらず広視野角の画像表示が可能な映像表示装置を実現することができる。

(i) ２次元映像を表示する表示素子と、前記２次元映像の虚像を結像させるための複数のホログラフィック反射面と、を備えた映像表示装置であって、観察者から見て虚像の表示角度が広角になるように前記複数のホログラフィック反射面が配置され、前記複数のホログラフィック反射面のうちの１つを通る光路が、その他の少なくとも１つを通る光路の少なくとも一部と空間を共有することを特徴とする映像表示装置。

(ii) 前記光路の少なくとも一部と空間を共有する複数のホログラフィック反射面が、互いに異なる波長で鋭い反射ピークを持った反射特性を有することを特徴とする上記(i)記載の映像表示装置。

(iii) 前記複数のホログラフィック反射面が、互いに異なる複数の波長で鋭い反射ピークを持った反射特性を有することを特徴とする上記(i)又は(ii)記載の映像表示装置。

(iv) 前記複数のホログラフィック反射面が、互いに異なる複数の波長で白色を再現できる鋭い反射ピークを持った反射特性を有することを特徴とする上記(i)〜(iii)のいずれか１項に記載の映像表示装置。

(v) さらに前記複数のホログラフック反射面と表示画像との間に少なくとも１面の反射面を有することを特徴とする上記(i)〜(iv)のいずれか１項に記載の映像表示装置。

(vi) さらに前記複数のホログラフック反射面と表示画像との間に少なくとも１個の透明な光学部材を有することを特徴とする上記(i)〜(v)のいずれか１項に記載の映像表示装置。

(vii) シースルー性を有するヘッドマウントディスプレイであることを特徴とする上記(i)〜(vi)のいずれか１項に記載の映像表示装置。

以下、本発明を実施した観察光学系の構成等を、コンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例は前述した第１の実施の形態(図１)に対応する数値実施例であり、その光学構成(光路等)の詳細は図６に示す通りである。図６に示す映像表示装置において、観察光学系はプリズムＰＲと第１，第２ホログラフィック反射面ＨＡ，ＨＢを有している。プリズムＰＲは眼鏡用のレンズＬＮの一部に埋め込まれており、ホログラフィック反射面ＨＡ，ＨＢを構成するホログラフィック光学素子は、プリズムＰＲとレンズＬＮをホログラム基板として、その間に挟まれるようにしてそれぞれ配置されている。表示素子ＤＰの画面上に表示された画像は、観察光学系によって観察者の瞳ＥＰに導かれ、その結果、ホログラフィック反射面ＨＡ，ＨＢによりシースルーで観察者眼ＥＹ(図１)に拡大投影されて虚像として観察される。この実施例によると、第１，第２ホログラフィック反射面ＨＡ，ＨＢの傾き方向に１９°まで視野を広角化することができるとともに、光軸方向に薄い観察光学系を簡易な構成で実現することができる。

この実施例のコンストラクションデータでは、無限遠物体面OB(s0)に対する像面IM(s10)を表示素子ＤＰの表示画像面としている。また、si(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の面、ri(i=1,2,3,...)は面siの曲率半径(mm)、di(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の軸上面間隔(mm)を示しており、Nj(j=1,2,...),νj(j=1,2,...)は物体側から数えてj番目の光学要素のｄ線に対する屈折率(Ｎd),アッベ数(νd)を示している。ただし、直前の面に対して偏芯した面siは、瞳EPの中心を原点とするグローバル座標(Ｘ，Ｙ，Ｚ)で表現してあり、軸上面間隔diの数値にはよらない。グローバル座標系は、瞳EPの光軸方向(すなわち瞳面に対して垂直方向)がＺ軸方向であり、図６の紙面に対して平行な上下方向がＹ軸方向であり、図６の紙面に対して垂直方向がＸ軸方向である。また、面頂点位置は偏芯データの各軸方向の平行偏芯の値(mm)で特定され、面の傾きは偏芯データの各軸周りの傾き偏芯の値(°)で特定される。なお、曲率半径riはＸ軸方向とＹ軸方向とで同じである。

第３面s3は、画角(＋９〜０°，０〜−１０°)により異なる２種類の光学系で構成されており、その一方が第１ホログラフィック反射面ＨＡから成っており、他方が第２ホログラフィック反射面ＨＢから成っている。第３面s3を構成する第１，第２ホログラフィック反射面ＨＡ，ＨＢは、作成波長の物体光及び参照光から作られる回折光学素子に、作成波長での位相ずれ(光路長)：Ｚ＝ΣAmnＸ^mＹⁿを(収差補正のために)加えて成る回折光学素子である。ただし、Amnは各次数の位相係数であり(データに関してＥ−ｎ＝×１０^-n，Ｅ＋ｎ＝×１０⁺ⁿである。)、ホログラフィック反射面ＨＡ，ＨＢの位相ずれは光軸方向のずれをＺ軸方向に置いている。表１に、各画角(＋９〜０°，０〜−１０°)での光学系のデータを示す。なお、表１中の「全長」はホログラフィック反射面ＨＡ，ＨＢで構成される各光学系の光軸に沿った長さである。

この実施例では、Ｙ軸方向に異なる２種類の画角に２枚のホログラフィック反射面ＨＡ，ＨＢを割り当てているが、ここで、各光路ＰＡ，ＰＢ(図１)が重なっても互いに影響しないようにするために、互いに異なる反射波長を有する第１，第２ホログラフィック反射面ＨＡ，ＨＢを用いるようにしてもよい。あるいは、表示素子ＤＰの画面上に各領域で異なる透過波長のカラーフィルタ等を配置して、各ホログラフィック反射面ＨＡ，ＨＢに対する入射光の波長を制限するようにしてもよい。また、表示素子ＤＰとして非発光型の映像表示素子(例えば、透過型又は反射型の液晶表示素子)を用いる場合には、表示素子ＤＰの表示面に対する照明光の波長を時分割で異なるものとし、その波長に合わせて表示自体をホログラフィック反射面ＨＡ用とホログラフィック反射面ＨＢ用とに時分割で切り替えるようにしてもよい。

《実施例のコンストラクションデータ》
s0(OB) d0=∞
s1(EP) r1=∞ d1=14.000000
s2 r2=∞ d2= 0.000000 N1=1.49140/ν1=57.82

s3 r3=∞ d3= 0.000000 N2=-1.49140/ν2=57.82
ホログラフィック反射面ＨＡ：
回折次数：１
物体光：実光源
Ｘ座標１：0.000000E+00
Ｙ座標１：0.133195E+01
Ｚ座標１：-0.280190E+02
参照光：虚光源
Ｘ座標２：0.000000E+00
Ｙ座標２：0.000000E+00
Ｚ座標２：-0.100000E+27
ホログラム作成波長：550.00nm
基盤面形状：球面(ここでは平面)
ホログラム位相ずれ：ＸＹ多項式
A01=-1.9760E-03
A20=-9.0329E-03
A02=-1.3736E-05
A21= 7.4868E-05
A03=-5.7970E-05
A40=-2.5443E-06
A22=-2.9589E-06
A04=-6.1849E-07
A41=-9.8248E-07
偏芯データ(第１面s1に対するグローバル偏芯)
Ｘ軸方向平行偏芯：0.000000
Ｙ軸方向平行偏芯：0.000000
Ｚ軸方向平行偏芯：14.250000
Ｘ軸周り傾き偏芯°：-32.800000
Ｙ軸周り傾き偏芯°：0.000000
Ｚ軸周り傾き偏芯°：0.000000

s4 r4=∞ d4=13.000000 N3=1.49140/ν3=57.82
偏芯データ(第１面s1に対するグローバル偏芯)
Ｘ軸方向平行偏芯：0.000000
Ｙ軸方向平行偏芯：0.000000
Ｚ軸方向平行偏芯：14.000000
Ｘ軸周り傾き偏芯°：0.000000
Ｙ軸周り傾き偏芯°：0.000000
Ｚ軸周り傾き偏芯°：0.000000

s5 r5=∞ d5= 0.000000 N4=-1.49140/ν4=57.82
偏芯データ(第１面s1に対するグローバル偏芯)
Ｘ軸方向平行偏芯：0.000000
Ｙ軸方向平行偏芯：1.600000
Ｚ軸方向平行偏芯：17.500000
Ｘ軸周り傾き偏芯°：0.000000
Ｙ軸周り傾き偏芯°：0.000000
Ｚ軸周り傾き偏芯°：0.000000

s6 r6=∞ d6= 0.000000 N5=1.49140/ν5=57.82
偏芯データ(第１面s1に対するグローバル偏芯)
Ｘ軸方向平行偏芯：0.000000
Ｙ軸方向平行偏芯：0.000000
Ｚ軸方向平行偏芯：14.000000
Ｘ軸周り傾き偏芯°：0.000000
Ｙ軸周り傾き偏芯°：0.000000
Ｚ軸周り傾き偏芯°：0.000000

s7 r7=∞ d7= 0.000000
偏芯データ(第１面s1に対するグローバル偏芯)
Ｘ軸方向平行偏芯：0.000000
Ｙ軸方向平行偏芯：21.000000
Ｚ軸方向平行偏芯：26.000000
Ｘ軸周り傾き偏芯°：65.600000
Ｙ軸周り傾き偏芯°：0.000000
Ｚ軸周り傾き偏芯°：0.000000

s8 r8=∞ d8= 0.000000 N6=1.51680/ν6=64.12
偏芯データ(第１面s1に対するグローバル偏芯)
Ｘ軸方向平行偏芯：0.000000
Ｙ軸方向平行偏芯：22.000000
Ｚ軸方向平行偏芯：26.500000
Ｘ軸周り傾き偏芯°：65.600000
Ｙ軸周り傾き偏芯°：0.000000
Ｚ軸周り傾き偏芯°：0.000000

s9 r9=∞ d9= 0.800000
s10(IM) r10=∞ d10=0.000000

第１の実施の形態の構成部品配置の概略を示す模式図。第２の実施の形態の構成部品配置の概略を示す模式図。第３の実施の形態の構成部品配置の概略を示す模式図。第４の実施の形態の構成部品配置の概略を示す模式図。第５の実施の形態の構成部品配置の概略を示す模式図。数値実施例の光学構成の概略を示す光路図。第１，第２ホログラフィック反射面の分光反射特性の一例を示すグラフ。第１，第２ホログラフィック反射面の分光反射特性の他の例を示すグラフ。

符号の説明

ＨＡ第１ホログラフィック反射面
ＨＢ第２ホログラフィック反射面
ＨＣ第３ホログラフィック反射面
ＰＡ第１光路
ＰＢ第２光路
ＰＣ第３光路
ＤＰ表示素子
ＤＡ第１表示素子
ＤＢ第２表示素子
ＤＣ第３表示素子
ＰＲプリズム
ＥＹ観察者眼
ＥＰ瞳

Claims

表示画像の虚像を結像させるための複数のホログラフィック反射面を有する観察光学系であって、
前記複数のホログラフィック反射面が、同じ方向に傾いて配置され、それぞれ独立した光学系として表示画像の拡大投影された虚像を形成し、観察者眼の光軸方向に存在する外界に前記表示画像をシースルーで重ね合わせて各虚像を観察者眼に同時に観察させるとともに、各虚像の視野を合成することによって視野角を広くし、
前記複数のホログラフィック反射面のうちの１つのホログラフィック反射面とそのホログラフィック反射面で反射した後の全光束の光路が、その他の少なくとも１つのホログラフィック反射面で反射する全光束の反射前の光路の少なくとも一部と重なることを特徴とする観察光学系。
前記複数のホログラフィック反射面が、観察者眼の光軸に対して垂直方向に並んで配置されていることを特徴とする請求項１記載の観察光学系。
前記光路の少なくとも一部に重なりがある複数のホログラフィック反射面が、互いに異なる波長で互いに重ならない反射ピークを持った反射特性を有することを特徴とする請求項１又は２記載の観察光学系。
前記複数のホログラフィック反射面が、互いに異なる複数の波長で互いに重ならない反射ピークを持った反射特性を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の観察光学系。
前記複数のホログラフィック反射面が、互いに異なる複数の波長で白色を再現できる互いに重ならない反射ピークを持った反射特性を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の観察光学系。
さらに前記複数のホログラフック反射面と表示画像との間に少なくとも１面の反射面を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の観察光学系。
さらに前記複数のホログラフック反射面と表示画像との間に少なくとも１個の透明な光学部材を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の観察光学系。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の観察光学系と、前記表示画像を形成する１つのみの表示素子と、を備えたことを特徴とする映像表示装置。