(57)【要約】【課題】  広い観察画角を鮮明に且つ遠方の映像として観察することが可能な小型の視覚表示装置を提供する。【解決手段】  映像表示素子３と、映像表示素子３に表示された映像を投影する投影光学系４と、投影光学系４により投影された映像を遠方の虚像として投影する正の反射パワーを有する第１反射面５ａ及び第２反射面５ｂを備えた接眼光学系５と、投影光学系４により投影された映像の近傍に配置された拡散面１１と、からなり、投影光学系４により投影された映像は、投影光学系４の光軸２に直交する面内の任意の位置で円弧を描くように配置される視覚表示装置において、観察者の瞳位置に相当する接眼光学系の逆光線追跡における入射瞳と共役な位置に視域制限手段を配置することを特徴とする。【選択図】図１
2010181450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像表示素子と、
前記映像表示素子に表示された映像を投影する投影光学系と、
前記投影光学系により投影された映像を遠方の虚像として投影する正の反射パワーを有する第１反射面及び第２反射面を備えた接眼光学系と、
前記投影光学系により投影された映像の近傍に配置された拡散面と、
からなり、
前記投影光学系により投影された映像は、前記投影光学系の光軸に直交する面内の任意の位置で円弧を描くように配置される視覚表示装置において、
観察者の瞳位置に相当する接眼光学系の逆光線追跡における入射瞳と共役な位置に視域制限手段を配置する
ことを特徴とする視覚表示装置。
【請求項２】
前記視域制限手段は、開口からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の視覚表示装置。
【請求項３】
前記映像表示素子は、視差のある映像を交互に表示可能であり、
前記視域制限手段は、左右の瞳位置に相当する接眼光学系の逆光線追跡における入射瞳と共役な位置にそれぞれ配置され、前記映像表示素子の表示にあわせて光束を交互に遮断する光束遮断手段からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の視覚表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、視覚表示装置に関し、広い観察画角を表示することが可能な視覚表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、大型のスクリーンに投影する光学系として、特許文献１のようなものが知られている。
【特許文献１】特開平１０−２０６７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１において知られている技術は、虚像を観察するものであるが、観察画角が狭かった。
【０００４】
本発明は、従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、広い観察画角を確保しつつ、遠方の映像としてコントラストの良い映像を観察することが可能な小型の視覚表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は、映像表示素子と、前記映像表示素子に表示された映像を投影する投影光学系と、前記投影光学系により投影された映像を遠方の虚像として投影する正の反射パワーを有する第１反射面及び第２反射面を備えた接眼光学系と、前記投影光学系により投影された映像の近傍に配置された拡散面と、からなり、前記投影光学系により投影された映像は、前記投影光学系の光軸に直交する面内の任意の位置で円弧を描くように配置される視覚表示装置において、観察者の瞳位置に相当する接眼光学系の逆光線追跡における入射瞳と共役な位置に視域制限手段を配置することを特徴とする。
【０００６】
また、前記視域制限手段は、開口からなることを特徴とする。
【０００７】
また、前記映像表示素子は、視差のある映像を交互に表示可能であり、前記視域制限手段は、左右の瞳位置に相当する接眼光学系の逆光線追跡における入射瞳と共役な位置にそれぞれ配置され、前記映像表示素子の表示にあわせて光束を交互に遮断する光束遮断手段からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上の本発明の視覚表示装置においては、小型でありながら、広い観察画角を確保しつつ、最適な観察位置でのみコントラストの良い鮮明な映像を観察することが可能となる。また、立体視を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の視覚表示装置の概念図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】映像表示素子の表示例を示す図である。
【図４】映像表示素子の他の表示例を示す図である。
【図５】視覚表示装置を座席と組み合わせて適用した図である。
【図６】実施形態の視覚表示装置の座標系を示す図である。
【図７】拡張回転自由曲面の定義を示す図である。
【図８】本発明の実施例１の視覚表示装置の光軸に沿ってとった断面図である。
【図９】図８の平面図である。
【図１０】両眼の虚像の位置を一致させた状態を示す図である。
【図１１】本発明の実施例２の視覚表示装置の光軸に沿ってとった断面図である。
【図１２】図１１の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施例に基づいて本発明にかかる視覚表示装置について説明する。図１は本発明にかかる視覚表示装置１の概念図、図２は図１の平面図、である。
【００１１】
本発明にかかる視覚表示装置１は、図１及び図２に示すように、映像表示素子３と、映像表示素子３に表示された映像を投影する投影光学系４と、投影光学系４により投影された映像を遠方の虚像として投影する正の反射パワーを有する第１反射面５ａ及び第２反射面５ｂを備えた接眼光学系５と、投影光学系４により投影された映像の近傍に配置された拡散面１１と、からなる視覚表示装置１において、投影光学系４により投影された映像は、投影光学系４の光軸２に直交する面内の任意の位置で円弧を描くように配置される。
【００１２】
非常に広い観察画角を提供する接眼光学系５では、強い像面湾曲が発生する。この像面湾曲に沿って投影面を湾曲させることが従来行われていたが、本発明は投影光学系４の光軸２と直交する面内の任意位置で円弧を描くように投影面を配置することが重要である。
【００１３】
特に、４５度を超える観察画角の場合、接眼光学系５の像面湾曲も４５度を超えるものとなり、投影光学系４で円弧の角度が４５度の像面湾曲を発生させることは、投影光学系４に大きな負担が掛かり小型の投影光学系４を構成することは不可能になる。そこで本発明では投影光学系４の光軸２と直行する面内で円弧を描くように投影像が投影されるような投影光学系４を用い、この円弧の部分の像面を接眼光学系５の中間像として用いることにより非常に大きな像面湾曲を相殺することに成功したものである。
【００１４】
また、観察者の瞳位置に相当する接眼光学系の逆光線追跡における入射瞳と共役な位置に視域制限手段を配置することが好ましい。
【００１５】
本発明に係る実施形態では、観察者の瞳位置に相当する接眼光学系の逆光線追跡における入射瞳と共役な位置は、接眼光学系の２つの凹面鏡の間にあるので、その位置に視域制限手段を配置する。このように視域制限手段を配置することにより、最適な観察位置でのみコントラストの良い鮮明な映像を観察することが可能となる光学系を得られる。また、視域制限手段として開口を配置することにより、簡単な構成でさらに最適な観察位置を特定することが可能となる。
【００１６】
また、第１反射面５ａ及び第２反射面５ｂは、同一の回転対称軸に対して回転対称であり、投影光学系４を出射した光線は、拡散面１１を通り、第１反射面５ａで反射した後、回転対称軸と交差し、中間結像した後、第２反射面５ｂで反射され、観察者の瞳に入射することが好ましい。
【００１７】
反射面を１面のみで構成する場合、拡散面１１自体が観察者の視野の邪魔になり、上下方向の観察画角を大きく取ることができなかった。そこで、像を１回リレーすることにより、拡散面１１の位置を投影光学系４側に配置することが可能となり、拡散面１１自体が観察者の視野の邪魔になる問題を解決することができる。
【００１８】
また、図３及び図４に示すように、映像表示素子３は、円環状又は円弧状の映像を表示することが好ましい。
【００１９】
本発明では像周辺の映像を投影光学系４により接眼光学系５に投影する構成を取っているため、表示映像もこれに合わせたものにする必要がある。そのためには図３及び図４に示すように円環状又は円弧状の中心方向を観察映像の下方向になるような円環状又は円弧状の映像を表示する必要がある。又は投影光学系４の種類によっては中心方向を観察像の上方向になるような円環状又は円弧状の映像を表示する必要がある。
【００２０】
さらに好ましくは、観察者後方に当る映像を表示しない例えば２４０度の場合には、表示素子の画素を有効に利用する為に略半円形に表示することが好ましく、例えば１２０度の表示を行う場合は扇形の表示を行うことが好ましい。また、図４に示すように、映像表示素子３の画素数を有効に使うために、円環状又は円弧状の表示映像の観察可能な部分のみ拡大して映像表示素子３に表示することが良い。
【００２１】
また、観察者前方又は観察画角中心に当る視軸１０１と投影光学系４の光軸２が交差することが好ましい。
【００２２】
本発明では、投影光学系４の投影面は投影光学系４の光軸２と任意の位置で直交する面内で円弧を描くように投影された映像、つまり投影光学系４の光軸２周りに筒状に投影された映像を接眼光学系５で拡大する構成であり、通常行われる投影光学系４の光軸２と接眼光学系５の光軸を一致させる方法では観察像を形成することが出来ない。そこで、本発明では投影光学系４の光軸２と視軸１０１が交差するように構成することにより、投影光学系４の光軸２周りに投影された投影像を接眼光学系５で観察することが可能となったものである。
【００２３】
また、観察者前方又は観察画角中心に当る視軸１０１と投影光学系４の光軸２は直交することが好ましい。
【００２４】
視軸１０１と投影光学系４の光軸２を直交させることにより、映像表示素子３上の任意の像高の円が観察像の視軸１０１を含めた水平方向に一致し、像の歪みを低減させる効果がある。
【００２５】
また、接眼光学系５は観察者前方又は観察画角中心に当たる視軸１０１に対して傾斜して配置されていることが好ましい。
【００２６】
接眼光学系５を視軸１０１に対して傾斜して配置させることにより、投影光学系４を観察者の頭上に配置することが可能となり、観察者頭部と投影光学系４の干渉を避けることができる。
【００２７】
また、投影光学系４により投影された映像は、中心主光線１０２に対して傾斜して配置されることが好ましい。なお、中心主光線１０２の一部は視軸１０１と一致している。
【００２８】
接眼光学系５が傾斜して配置されている為、接眼光学系５の物体面も偏心収差により物体面の傾きが発生してしまう。逆に言うと、ある決まった距離に虚像として観察像を表示させるためには、傾斜した物体面に投影面を配置し、その面上に投影光学系４により投影した映像を結像させることにより、一定の距離に虚像を表示させることが可能となる。
【００２９】
また、投影光学系は、光軸上の映像を投影しないことが好ましい。
【００３０】
本発明では投影光学系４の光軸２外の映像を接眼光学系５により観察者に提示するものであり、光軸２上の映像は本来使用しない構造である。そこで、この光軸２上の映像は不要光となり、観察の邪魔になることや、観察映像のコントラストを低下させる原因になる。そこで、光軸２上の映像は何も表示しないことが好ましい。さらに好ましくは、遮光部材等により光軸２上の光線を遮光することが望ましい。また、さらに好ましくは、拡散面１１で反射拡散され接眼光学系５を介さずに直接観察者の目に入る光線も遮光部材により遮光することが鮮明な観察像を得る為に望ましい。
【００３１】
また、接眼光学系５は、球面であることが好ましい。
【００３２】
接眼光学系５を球面で構成することにより、既存のプラスチック球を使用することが可能となり、製作性が向上し安価に製造できる。また、凹面鏡の反射面はプラスチック球の内面で構成して表面鏡としても、外面で構成して裏面鏡として構成してもよい。
【００３３】
また、接眼光学系５はトーリック面であることが好ましい。
【００３４】
接眼光学系５をトーリック面で構成すると、接眼光学系５の瞳収差、特に非点収差をなくすことが可能となり、拡散面１１の拡散特性を下げることにより明るい観察像を観察できるようになる。さらに、映像表示素子３の照明の光源の明るさを下げることが可能となり、少ない電力で明るい観察像を得ることができる。
【００３５】
また、接眼光学系５は投影光学系４の射出瞳位置と観察者眼球位置を２つの焦点とする楕円面の一部であることが好ましい。
【００３６】
接眼光学系５を楕円にすることにより瞳収差の発生が無くなり、トーリック面と同様の効果がある。
【００３７】
また、接眼光学系５は自由曲面であることが好ましい。
【００３８】
自由曲面を使用することにより接眼光学系５の像面湾曲を低減することが可能となり、特に画角が狭い場合に効果がある。
【００３９】
また、接眼光学系５は拡張回転自由曲面であることが好ましい。
【００４０】
拡張回転自由曲面を使用することにより接眼光学系５のメリジオナル断面（上下方向の）像面湾曲を低減することが可能となり、特に画角が広い場合に効果がある。
【００４１】
また、虚像は曲面であることが好ましい。
【００４２】
さらに、虚像は円筒面であることが好ましい。
【００４３】
さらに、虚像は球面であることが好ましい。
【００４４】
本発明にかかる投影光学系４は広角の魚眼レンズを使うことも可能である、例えば、特公平２−１４６８４号公報の第1実施例を用いることが可能である。また、これに限らず一般的な魚眼レンズを用いることが可能であり、投影光学系４の射出瞳と接眼光学系５の入射瞳を一致させることが重要である。
【００４５】
また、凸面鏡１面と通常の投影光学系４で投影光学系４を構成することも可能である。
【００４６】
さらに好ましくは、魚眼レンズは像周辺の映像が小さく写るような歪を持つため歪みの小さいＦ−θ特性を持った魚眼レンズが好ましい。
【００４７】
さらに好ましくは、本出願人の特開２００４−１０２２０４号公報に記載の拡散板を拡散面１１に用いることが好ましい。
【００４８】
また、拡散面１１をホログラフィックな拡散面１１にすることにより拡散面１１自体が観察されてしまう問題を回避することが可能となる。
【００４９】
さらに、拡散面１１を回転又は振動させることにより上記問題を解決することが可能である。さらに、接眼光学系５は半透過面にすることにより、外界の映像と電子像を重層表示する所謂コンバイナーとして構成することが可能である。この場合、円環状の基盤にホログラフィック素子を貼り付けた、凹面鏡の作用を有するコンバイナーとすることが望ましい。
【００５０】
図５は、視覚表示装置１を座席Ｓと組み合わせて適用した図を示す。座席Ｓは、ソファや乗り物等の座席Ｓであり、視覚表示装置１は、この座席Ｓに一体的に接続される。したがって、座席Ｓがリクライニング機構を有する場合は、傾斜された背面部Ｓ１の角度に応じて、視覚表示装置１もその角度を変えることになる。
【００５１】
以下に、本発明の視覚表示装置１の光学系の実施例を説明する。これら光学系の構成パラメータは後記する。これら実施例等の構成パラメータは、例えば図６に示すように、観察者の観察する位置を接眼光学系５の入射瞳Ｅとし、入射瞳Ｅを通り映像表示素子３に向かう光線が、接眼光学系５と、投影光学系４とを順に経て映像表示素子３に至る逆光線追跡の結果に基づくものである。
【００５２】
座標系は、例えば図６に示すように、接眼光学系５の入射瞳Ｅと接眼光学系５とを結ぶ視軸１０１と投影光学系４の光軸２との交点Ｏを偏心光学系の偏心光学面の原点Ｏとし、光軸２の原点Ｏから映像表示素子３へ向かう方向をＹ軸正方向とし、図６の紙面内をＹ−Ｚ平面とする。そして、図６の原点Ｏから右方向をＺ軸正方向とし、Ｙ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＸ軸正方向とする。
【００５３】
偏心面については、その面が定義される座標系の上記光学系の原点の中心からの偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、光学系の原点に定義される座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする各面を定義する座標系の傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、各面を定義する座標系を光学系の原点に定義される座標系のまずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その回転した別の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。
【００５４】
また、各実施例の光学系を構成する光学作用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成する場合には面間隔が与えられており、その他、面の曲率半径、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。
【００５５】
また、拡張回転自由曲面は、以下の定義で与えられる回転対称面である。なお、図７に示す拡張回転自由曲面を説明するための座標系は、Ｚ軸を回転中心とする。
【００５６】
まず、図９に示すように、Ｙ−Ｚ座標面上で原点を通る下記の曲線（ａ）が定められる。
Ｚ＝（Ｙ2 ／ＲＹ）／［１＋｛１−（Ｃ1 ＋１）Ｙ2 ／ＲＹ2 ｝1 /2］
＋Ｃ2 Ｙ＋Ｃ3 Ｙ2 ＋Ｃ4 Ｙ3 ＋Ｃ5 Ｙ4 ＋Ｃ6 Ｙ5 ＋Ｃ7 Ｙ6 
＋・・・・＋Ｃ21Ｙ20＋・・・・＋Ｃn+1 Ｙn ＋・・・・
・・・（ａ）
【００５７】
次いで、この曲線（ａ）をＸ軸正方向を向いて左回りを正として角度θ（°）回転した曲線Ｆ（Ｙ）が定められる。この曲線Ｆ（Ｙ）もＹ−Ｚ座標面上で原点を通る。
【００５８】
その曲線Ｆ（Ｙ）をＹ正方向に距離Ｒ（負のときはＹ負方向）だけ平行移動し、その後にＺ軸の周りでその平行移動した曲線を回転させてできる回転対称面を拡張回転自由曲面とする。
【００５９】
その結果、拡張回転自由曲面はＹ−Ｚ面内で自由曲面（自由曲線）になり、Ｘ−Ｙ面内で半径｜Ｒ｜の円になる。
【００６０】
この定義からＺ軸が拡張回転自由曲面の軸（回転対称軸）となる。ここで、ＲＹはＹ−Ｚ断面での球面項の曲率半径、Ｃ1 は円錐定数、Ｃ2 、Ｃ3 、Ｃ4 、Ｃ5 …はそれぞれ１次、２次、３次、４次…の非球面係数である。
【００６１】
なお、Ｚ軸を中心軸２に持つ円錐面は拡張回転自由曲面の１つとして与えられ、ＲＹ＝∞，Ｃ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 ，Ｃ4 ，Ｃ5 ，…＝０とし、θ＝（円錐面の傾き角）、Ｒ＝（Ｘ−Ｚ面内での底面の半径）として与えられる。
【００６２】
また、本発明で用いられる自由曲面の面の形状は、以下の式（ｂ）で定義されるものである。なお、その定義式のＺ軸が自由曲面 の軸となる。
【００６３】
Ｚ＝（ｒ2 ／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（ｒ／Ｒ）2 ｝］
∞
＋Σ Ｃj Ｘm Ｙn                             ・・・（ｂ）
j=1 
ここで、（ｂ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。
【００６４】
球面項中、
Ｒ：頂点の曲率半径
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ2 ＋Ｙ2 ）
である。
【００６５】
自由曲面項は、
66
Σ Ｃj Ｘm Ｙn 
j=1 
＝Ｃ1 
＋Ｃ2 Ｘ＋Ｃ3 Ｙ
＋Ｃ4 Ｘ2 ＋Ｃ5 ＸＹ＋Ｃ6 Ｙ2 
＋Ｃ7 Ｘ3 ＋Ｃ8 Ｘ2 Ｙ＋Ｃ9 ＸＹ2 ＋Ｃ10Ｙ3 
＋Ｃ11Ｘ4 ＋Ｃ12Ｘ3 Ｙ＋Ｃ13Ｘ2 Ｙ2 ＋Ｃ14ＸＹ3 ＋Ｃ15Ｙ4 
＋Ｃ16Ｘ5 ＋Ｃ17Ｘ4 Ｙ＋Ｃ18Ｘ3 Ｙ2 ＋Ｃ19Ｘ2 Ｙ3 ＋Ｃ20ＸＹ4 
＋Ｃ21Ｙ5 
＋Ｃ22Ｘ6 ＋Ｃ23Ｘ5 Ｙ＋Ｃ24Ｘ4 Ｙ2 ＋Ｃ25Ｘ3 Ｙ3 ＋Ｃ26Ｘ2 Ｙ4 
＋Ｃ27ＸＹ5 ＋Ｃ28Ｙ6 
＋Ｃ29Ｘ7 ＋Ｃ30Ｘ6 Ｙ＋Ｃ31Ｘ5 Ｙ2 ＋Ｃ32Ｘ4 Ｙ3 ＋Ｃ33Ｘ3 Ｙ4 
＋Ｃ34Ｘ2 Ｙ5 ＋Ｃ35ＸＹ6 ＋Ｃ36Ｙ7 
・・・・・・
ただし、Ｃj （ｊは１以上の整数）は係数である。
【００６６】
上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、本発明ではＸの奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例えば、上記定義式（ｂ）においては、Ｃ2 、Ｃ5 、Ｃ7 、Ｃ9 、Ｃ12、Ｃ14、Ｃ16、Ｃ18、Ｃ20、Ｃ23、Ｃ25、Ｃ27、Ｃ29、Ｃ31、Ｃ33、Ｃ35・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。
【００６７】
また、Ｙの奇数次項を全て０にすることによって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例えば、上記定義式においては、Ｃ3 、Ｃ5 、Ｃ8 、Ｃ10、Ｃ12、Ｃ14、Ｃ17、Ｃ19、Ｃ21、Ｃ23、Ｃ25、Ｃ27、Ｃ30、Ｃ32、Ｃ34、Ｃ36・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。
【００６８】
また、上記対称面の方向の何れか一方を対称面とし、それに対応する方向の偏心、例えば、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面に対して光学系の偏心方向はＹ軸方向に、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面に対しては光学系の偏心方向はＸ軸方向にすることで、偏心により発生する回転非対称な収差を効果的に補正しながら同時に製作性をも向上させることが可能となる。
【００６９】
また、上記定義式（ｂ）は、前述のように１つの例として示したものであり、本発明は、対称面を１面のみ有する回転非対称な面を用いることで偏心により発生する回転非対称な収差を補正し、同時に製作性も向上させるということが特徴であり、他のいかなる定義式に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。
【００７０】
また、後記の構成パラメータ中にデータの記載されていない非球面に関する項は０である。屈折率、アッベ数については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。各面の偏心は、上記のように、基準面からの偏心量で表わす。
【００７１】
実施例１の視覚表示装置１の投影光学系４の光軸２に沿ってとった断面図を図８に、平面図を図９に示す。
【００７２】
本実施例１は、映像表示素子３と、映像表示素子３に表示された映像を投影する投影光学系４と、投影光学系４により投影された映像を遠方の虚像として投影する正の反射パワーを有する第１反射面５ａ及び第２反射面５ｂを備えた接眼光学系５と、投影光学系４により投影された映像の近傍に配置されたＹトーリック面の拡散面１１と、からなる視覚表示装置１において、投影光学系４により投影された映像は、投影光学系４の光軸２に直交する面内の任意の位置で円弧を描くように配置される。
【００７３】
接眼光学系５は、正のパワーを有しＹトーリック面からなる第１反射面５ａと、正のパワーを有し球面からなり投影光学系４の光軸２を挟んで第１反射面５ａと反対側に配置される第２反射面５ｂと、を有する。そして、接眼光学系５により、遠方の虚像を画像として見ることが可能となる。
【００７４】
また、観察者の瞳位置に相当する接眼光学系の射出瞳と共役な位置に視域制限手段Ｓとしての開口Ｓを配置する。
【００７５】
実施例１では、観察者の瞳位置に相当する接眼光学系５の射出瞳と共役な位置は、接眼光学系５の２つの凹面鏡の間にあるので、その位置に開口Ｓを配置する。このように開口Ｓを配置することにより、最適な観察位置でのみコントラストの良い鮮明な映像を観察することが可能となる光学系が得られる。
【００７６】
拡散面１１は、投影光学系４と第１反射面５ａとの間に配置され、Ｙトーリック面からなり、投影光学系４により投影された映像は、拡散面１１の近傍に投影される。
【００７７】
投影光学系４は、映像表示素子３を有する。
【００７８】
また、観察者前方又は観察画角中心に当る視軸１０１と投影光学系４の光軸２は直交する。
【００７９】
なお、図１０に示すように、本実施例１では、拡散面をトーリック面として完全に輻輳のずれを無くし、２ｍ先の円筒面に両眼の虚像の位置が一致するようにしたものである。
【００８０】
入射瞳Ｅから出射した光束は、逆光線追跡において、接眼光学系５に入る。光束は、第２反射面５ｂで反射され、第１反射面５ａで反射され、拡散面１１で中間結像する。拡散面１１を出た光束は、投影光学系４に入る。そして、映像表示素子３の光軸２から外れた半径方向の所定位置に結像する。
【００８１】
この実施例１の仕様は、
画角                上下５０．０００°
である。
【００８２】
実施例２の視覚表示装置１の投影光学系４の光軸２に沿ってとった断面図を図１１に、平面図を図１２に示す。
【００８３】
本実施例２は、視差のある映像を交互に表示可能な映像表示素子３と、映像表示素子３に表示された映像を投影する投影光学系４と、投影光学系４により投影された映像を遠方の虚像として投影する正の反射パワーを有する第１反射面５ａ及び第２反射面５ｂを備えた接眼光学系５と、投影光学系４により投影された映像の近傍に配置されたＹトーリック面の拡散面１１と、からなる視覚表示装置１において、投影光学系４により投影された映像は、投影光学系４の光軸２に直交する面内の任意の位置で円弧を描くように配置される。
【００８４】
接眼光学系５は、正のパワーを有しＹトーリック面からなる第１反射面５ａと、正のパワーを有し球面からなり投影光学系４の光軸２を挟んで第１反射面５ａと反対側に配置される第２反射面５ｂと、を有する。そして、接眼光学系５により、遠方の虚像を画像として見ることが可能となる。
【００８５】
また、観察者の左右の瞳位置に相当する接眼光学系５の射出瞳とそれぞれ共役な位置に視域制限手段Ｓとしての光束遮断手段Ｓを配置する。
【００８６】
実施例２では、観察者の左右瞳位置に相当する接眼光学系５の射出瞳と共役な位置は、接眼光学系の２つの凹面鏡の間にあるので、その位置に光束を遮断可能な光束遮断手段Ｓとして液晶シャッターを左右瞳に対応してそれぞれ配置する。
【００８７】
また、液晶シャッターは、映像表示素子３が視差のある映像を交互に表示するのにあわせて左右交互に光束を遮断する構造となっている。
【００８８】
このような構造により、映像を立体的に見ることが可能となる。
【００８９】
拡散面１１は、投影光学系４と第１反射面５ａとの間に配置され、Ｙトーリック面からなり、投影光学系４により投影された映像は、拡散面１１の近傍に投影される。
【００９０】
投影光学系４は、映像表示素子３を有する。
【００９１】
また、観察者前方又は観察画角中心に当る視軸１０１と投影光学系４の光軸２は直交する。
【００９２】
なお、図１０に示した実施例１と同様に、本実施例２は、拡散面をトーリック面として完全に輻輳のずれを無くし、２ｍ先の円筒面に両眼の虚像の位置が一致するようにしたものである。
【００９３】
入射瞳Ｅから出射した光束は、逆光線追跡において、接眼光学系５に入る。光束は、第２反射面５ｂで反射され、第１反射面５ａで反射され、拡散面１１で中間結像する。拡散面１１を出た光束は、投影光学系４に入る。そして、映像表示素子３の光軸２から外れた半径方向の所定位置に結像する。
【００９４】
この実施例２の仕様は、
画角                上下５０．０００°
である。
【００９５】
以下に、上記実施例１及び２の構成パラメータを示す。なお、投影光学系４に関するデータは省略する。
【００９６】
実施例１
面番号    曲率半径                  面間隔    偏心    屈折率    アッベ数
物体面  シリンドリカル面[1]       -2000.00
1        ∞（入射瞳）              0.00  偏心(1) 
2     -400.00                      0.00  偏心(2) 
3        ∞（開口）                0.00  偏心(3) 
4    Ｙトーリック面[1]             0.00  偏心(4) 
5    Ｙトーリック面[2]             0.00  偏心(5) 
6        ∞（射出瞳）              0.00  偏心(6) 
像  面  Ｙトーリック面[2]             0.00  偏心(5) 
シリンドリカル面[1]
Ｘ方向曲率半径  -2000.00    Ｙ方向曲率半径   ∞
Ｙトーリック面[1] 
Ｘ方向曲率半径    383.69    Ｙ方向曲率半径   400.00
Ｙトーリック面[2] 
Ｘ方向曲率半径    117.47    Ｙ方向曲率半径   124.50
偏心[1] 
Ｘ    30.00  Ｙ     0.00  Ｚ    40.00 
α     0.00  β     0.00  γ     0.00 
偏心[2] 
Ｘ     0.00  Ｙ    80.00  Ｚ   400.00 
α     0.00  β     0.00  γ     0.00 
偏心[3] 
Ｘ     0.00  Ｙ   165.62  Ｚ     0.00 
α     0.00  β     0.00  γ     0.00 
偏心[4] 
Ｘ     0.00  Ｙ   251.24  Ｚ  -400.00 
α     0.00  β     0.00  γ     0.00 
偏心[5] 
Ｘ     0.00  Ｙ   331.31  Ｚ  -117.47 
α   -21.25  β     0.00  γ     0.00 
偏心[6] 
Ｘ     0.00  Ｙ   331.31  Ｚ     0.00 
α     0.00  β     0.00  γ     0.00 
【００９７】
実施例１
面番号    曲率半径                  面間隔    偏心    屈折率    アッベ数
物体面  シリンドリカル面[1]       -2000.00
1        ∞（入射瞳）              0.00  偏心(1) 
2     -400.00                      0.00  偏心(2) 
3        ∞（液晶シャッター）      0.00  偏心(3) 
4    Ｙトーリック面[1]             0.00  偏心(4) 
5    Ｙトーリック面[2]             0.00  偏心(5) 
6        ∞（射出瞳）              0.00  偏心(6) 
像  面  Ｙトーリック面[2]             0.00  偏心(5) 
シリンドリカル面[1]
Ｘ方向曲率半径  -2000.00    Ｙ方向曲率半径   ∞
Ｙトーリック面[1] 
Ｘ方向曲率半径    383.69    Ｙ方向曲率半径   400.00
Ｙトーリック面[2] 
Ｘ方向曲率半径    117.47    Ｙ方向曲率半径   124.50
偏心[1] 
Ｘ    30.00  Ｙ     0.00  Ｚ    40.00 
α     0.00  β     0.00  γ     0.00 
偏心[2] 
Ｘ     0.00  Ｙ    80.00  Ｚ   400.00 
α     0.00  β     0.00  γ     0.00 
偏心[3] 
Ｘ     0.00  Ｙ   165.62  Ｚ     0.00 
α     0.00  β     0.00  γ     0.00 
偏心[4] 
Ｘ     0.00  Ｙ   251.24  Ｚ  -400.00 
α     0.00  β     0.00  γ     0.00 
偏心[5] 
Ｘ     0.00  Ｙ   331.31  Ｚ  -117.47 
α   -21.25  β     0.00  γ     0.00 
偏心[6] 
Ｘ     0.00  Ｙ   331.31  Ｚ     0.00 
α     0.00  β     0.00  γ     0.00 
【００９８】
なお、実施例１及び２では、水平方向２０度の光線しか追跡していないが、回転対称な光学系なので、３６０度の観察画角がそのままの構成で得られる。
【００９９】
また、拡散面１１での拡散は光線追跡上省略している。
【０１００】
観察者両眼の眼幅はデータ上省略しているが、水平断面での光路図では６０ｍｍとして追跡している。
【０１０１】
また、光線追跡は観察者眼球から投影光学系の射出瞳に向かう逆光線追跡で追跡している。
【符号の説明】
【０１０２】
１…視覚表示装置
２…光軸
３…映像表示素子
４…投影光学系
５…接眼光学系
１１…拡散面
Ｅ…入射瞳
Ｓ…視域制限手段
【図１】
2010181450.tif 000003
【図２】
2010181450.tif 000004
【図３】
2010181450.tif 000005
【図４】
2010181450.tif 000006
【図５】
2010181450.tif 000007
【図６】
2010181450.tif 000008
【図７】
2010181450.tif 000009
【図８】
2010181450.tif 000010
【図９】
2010181450.tif 000011
【図１０】
2010181450.tif 000012
【図１１】
2010181450.tif 000013
【図１２】
2010181450.tif 000014