(57)【要約】【課題】ビデオシースルー型ＨＭＤのコンパクト化および軽量化を図り、違和感の少ない画像の観察を可能とする。【解決手段】撮像表示装置は、表示素子１からの光を射出瞳３に導くとともに、外界からの光を撮像素子２に導く光学系を有する。該光学系は、少なくとも３つの光学面の内側の領域が屈折率が１より大きい媒質で満たされた光学素子１０を含む。該光学素子は、該少なくとも３つの光学面のうち外界側の第１面７としてハーフミラー面を有するとともに、該第１面の外界側に回折素子部１３を有する。該光学系は、表示素子からの光を、該少なくとも３つの光学面のうち最も射出瞳に近い第２面５と第１面での反射および該第２面での透過を介して射出瞳３に導き、外界からの光を、回折素子部で回折させて第１面を透過させて光学素子に入射させ、第２面で反射し、第３面５を透過させて撮像素子に導く。【選択図】図１
2011085769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原画を表示する表示素子と、光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記表示素子からの光を射出瞳に導くとともに、外界からの光を前記撮像素子に導く光学系とを有し、前記撮像素子からの出力に基づいて生成された画像を前記原画として前記表示素子に表示する撮像表示装置であって、
前記光学系は、少なくとも３つの光学面の内側の領域が屈折率が１より大きい媒質で満たされた光学素子を含み、
前記光学素子は、前記少なくとも３つの光学面のうち外界側の第１面としてハーフミラー面を有するとともに、該第１面の外界側に回折素子部を有しており、
前記光学系は、
前記表示素子からの光を、前記少なくとも３つの光学面のうち最も前記射出瞳に近い第２面と前記第１面での反射および該第２面での透過を介して前記射出瞳に導き、
前記外界からの光を、前記回折素子部で回折させて前記第１面を透過させて前記光学素子に入射させ、前記第２面で反射し、前記第１面および前記第２面とは異なる第３面を透過させて前記光学素子から射出させ、前記撮像素子に導くことを特徴とする撮像表示装置。
【請求項２】
前記回折素子部において、ｎ＜−２又は＋２＜ｎを満たすｎ次の回折光の回折効率が、他の次数の回折光の回折効率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の撮像表示装置。
【請求項３】
前記回折素子部は、互いに異なる媒質により形成された複数の回折格子が積層されて構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察者の頭部に装着され、外界を撮像して得られた画像を表示して観察させるビデオシースルー型ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）である撮像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなビデオシースルー型ＨＭＤとして、特許文献１，２にて開示されたものがある。該ＨＭＤは、原画を表示する表示素子からの光を射出瞳（観察者の眼）に導く表示光学系を構成する第１のプリズムと、該第１のプリズムよりも外界側に配置され、外界からの光を反射してその光路を折り曲げる第２のプリズムとを有する。第２のプリズムは、表示光学系とは別の撮像光学系を形成し、外界からの光を撮像素子に導く。特許文献１には、第２のプリズムが第１のプリズムの外界側の面に接合された例が開示され、特許文献２には、第２のプリズムが第１のプリズムに対して外界側に離間して設けられた例が開示されている。
また、特許文献１，２のいずれのＨＭＤでも、撮像光学系の光軸が、表示光学系を覗く観察者の視軸に一致している。このため、撮像素子により外界の光学像を撮像して得られた外界画像を表示素子に原画として表示することで、観察者が肉眼で見た場合とほとんど同じ外界画像を、表示光学系を通して観察者に観察させることができる。また、表示素子上において、外界画像とコンピュータグラフィックス画像とを合成して表示することで、実際には存在しない物体があたかも目の前の空間に存在するかのように表示することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２３９６２８号公報
【特許文献２】特許第３６０４９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１，２にて開示されたＨＭＤでは、表示光学系と撮像光学系とが完全に別々のプリズム（第１および第２のプリズム）により形成されている。しかも、第１および第２のプリズムは互いに同じような大きなサイズを有する。このため、ＨＭＤが大型化するとともにその重量が増加する。
特に、特許文献２のＨＭＤにおいて、製造誤差により第２のプリズムの位置が第１のプリズムに対してずれると、表示画像を通じて観察される表示外界と実際の外界とのずれや、表示外界に対するＣＧ画像の位置ずれが目立ち、観察者に違和感を与える。
本発明は、コンパクトかつ軽量であり、違和感の少ない画像を観察させることができるようにした撮像表示装置（ビデオシースルー型ＨＭＤ）を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面としての撮像表示装置は、原画を表示する表示素子と、光学像を電気信号に変換する撮像素子と、表示素子からの光を射出瞳に導くとともに、外界からの光を撮像素子に導く光学系とを有し、撮像素子からの出力に基づいて生成された画像を原画として表示素子に表示する撮像表示装置である。該光学系は、少なくとも３つの光学面の内側の領域が屈折率が１より大きい媒質で満たされた光学素子を含む。該光学素子は、該少なくとも３つの光学面のうち外界側の第１面としてハーフミラー面を有するとともに、該第１面の外界側に回折素子部を有する。該光学系は、表示素子からの光を、該少なくとも３つの光学面のうち最も射出瞳に近い第２面と第１面での反射および該第２面での透過を介して射出瞳に導き、外界からの光を、回折素子部で回折させて第１面を透過させて光学素子に入射させ、第２面で反射し、第１面および第２面とは異なる第３面を透過させて光学素子から射出させ、撮像素子に導くことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、１つの光学素子（プリズム）を表示光学系と撮像光学系とで共用したコンパクトかつ軽量であり、違和感の少ない画像を観察させる撮像表示装置（ビデオシースルー型ＨＭＤ）を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例であるＨＭＤの基本概念の説明図。
【図２】図１の実施例におけるＤＯＥ面の説明図。
【図３】ハーフミラーで生じる不要光の説明図。
【図４】外界光の回折方向の例を示す図。
【図５】図１の実施例の変形例を示す図。
【図６】遮光部材を設けた実施例の説明図。
【図７】積層型ＤＯＥを用いた実施例を示す図。
【図８】積層型ＤＯＥと単層ＤＯＥの回折効率を示すグラフ。
【図９】色フィルタを用いた実施例を示す図。
【図１０】本発明の数値例としてのＨＭＤを示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。まず、本発明の実施例における基本的な概念について説明する。
図１には、本発明の実施例であるビデオシースルー型ＨＭＤ（撮像表示装置）の構成を示している。
１０は光学素子としてのプリズムであり、面（第３面）５、面（第２面）６および面（第１面）７を有し、これら３つの光学面５〜７の内側は、屈折率ｎが１より大きい透光媒質により満たされている。面７は外界側（外界に面する）面であり、面６は３つの面５〜７のうち観察者の眼球（図示せず）が配置される射出瞳３に最も近い（対向する）面である。また、面５は、面６，７とは異なる面であって、表示素子１に対向している。表示素子１は、液晶パネルや有機ＥＬ素子等により構成され、表示回路１０１により駆動されて原画を表示する。
【０００９】
表示素子１（原画）からの光（画像光：図１に点線で示す）９は、プリズム１０の面５にて屈折して該プリズム１０に入射し、プリズム１０内を伝播して面６に向かう。画像光９のうちいずれの画角を形成する光線も、面６に対してｔａｎ−１（１／ｎ）よりも大きい入射角にて入射し、面６にて内部全反射されて面７に向かう。
面７は、ハーフミラー処理が施されたハーフミラー面である。面６からの画像光９は、面７で反射されて再び面６に入射する。面６に再入射した画像光９は、面６で屈折しながら該面６を透過してプリズム１０から射出し、射出瞳３に導かれる。面５〜７は、球面、非回転対称面等の曲面で構成されており、画像光９に原画の拡大像を形成させて射出瞳３に提示する。
【００１０】
一方、外界からの光（外界光：図１に実線で示す）１１は、面７に向かい、面７の外界側には、ブレーズド型の回折素子部（以下、ＤＯＥ層という）がプリズム１０に一体的に設けられている。
外界光１１は、ＤＯＥ層で所定の方向に所定の回折次数で回折される。回折された外界光１１は、プリズム１０の面７を透過してプリズム１０に入射し、面６に向かう。面６に向かった各光線は、面６に対してｔａｎ−１（１／ｎ）より大きい入射角にて入射し、面６にて内部全反射されて面５に向かう。そして、外界光１１は、面５を透過してプリズム１０から射出し、撮像素子２に導かれる。但し、図１においては、面５と撮像素子２との間に結像光学系８が配置されており、面５からの外界光１１は、結像光学系８の入射瞳４に導かれた後に撮像素子２に到達する。撮像素子２の撮像面には、外界光１１により形成された外界光学像が形成される。
撮像素子２は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサにより構成され、外界光学像を電気信号に変換し（つまりは撮像し）、その出力を画像生成回路１０２に入力する。画像生成回路１０２は、撮像素子２の出力に基づいて、表示回路１０１を通じて表示素子１に原画として表示される外界画像を生成する。また、表示回路１０１には、外部からコンピュータグラフィクス（ＣＧ）画像が入力される。表示回路１０１は、該ＣＧ画像と外界画像を合成した原画を表示素子１に表示させることもできる。
以上のように構成されたＨＭＤでは、単一のプリズム１０を、画像光９を射出瞳３に導く表示光学系および外界光１１を撮像素子２（結像光学系８）に導く撮像光学系の少なくとも一部として共用する。これにより、表示光学系と撮像光学系を別々のプリズムを用いて構成する場合に比べて、コンパクトで軽量なＨＭＤを実現できる。また、別々のプリズムを用いた場合に生じやすい製造誤差によるプリズム間の位置ずれによる画像の違和感を観察者に与えることがない。しかも、ＤＯＥ層がプリズム１０に一体的に設けられているため、撮像画角内の外界光のみをＤＯＥ層で回折させて撮像素子２に導くことができる。
また、表示光学系の画角内に入射した外界光１１は、全て撮像素子２に向かい、射出瞳３（眼球）に直接到達することがない。このため、射出瞳３に向かう外界光１１を遮断する遮光部材や遮光層を設けなくても、表示素子１に表示された原画の拡大像のみを観察者に鑑賞させることができる。
結像光学系８の入射瞳４は、表示光学系の射出瞳３と光学的に等価な位置に配置してもよいし、人間の知覚特性を考慮して意図的に所定量だけずらして配置してもよい。このずれ量を適切に設定することで、外界画像を表示光学系を介して観察したときの外界を肉眼で観察したときの見え方との差異を低減することができる。
次に、ハーフミラー面であり、その外界側にＤＯＥ層が形成された面７についてより詳しく説明する。図２は、面７の一部を拡大して示している。１２はプリズム１０の面７の外面にハーフミラー膜が蒸着されて形成されたハーフミラー層であり、１３はハーフミラー層１２の外面に接合されたＤＯＥ層である。ＤＯＥ層１３は、プリズム１０と同じ媒質材料により形成されてもよいし、異なる媒質材料により形成されてもよい。
プリズム１０内を伝播してきた表示素子１からの画像光９は、ハーフミラー層１２で裏面反射されて、図１に示した面６および射出瞳３に向かう。一方、外界光１１は、ＤＯＥ層１３によって回折されて面６の方向に向かい、前述したように面６で反射されて面５を透過して最終的に撮像素子２に導かれる。
ＤＯＥ層１３の回折パワーは、図１および図２の紙面の面内方向、すなわち画像光９および外界光の基準光線を含む面の面内方向において強く、該紙面に垂直な方向には弱い。基準光線とは、表示素子１（原画）の中心から表示光学系の射出瞳３の中心に至る主光線又は撮像光学系の入射瞳の中心を通り、撮像素子２（撮像面）の中心に至る主光線を意味する。この場合、ＤＯＥ層１３の輪帯は、紙面に垂直な方向に延びる直線に近い形状を有する。また、格子の高さは、所定の設計回折次数において最も回折効率が高くなるように設定される。
【００１１】
ここで、面７にハーフミラー層１２を形成していることから、不要光の伝播についても図３を用いて説明しておく。
表示素子１から面７に入射する画像光９には、ハーフミラー層１２を透過する光も含まれる。この光はその殆どがＤＯＥ層１３を透過し、回折して外界に射出するが、その一部の光１４はＤＯＥ層１２で反射および回折してプリズム１０内に戻る。ただし、この光１４は、図３に示すように、ＤＯＥ層１２によって射出瞳３の方向から大きく外れた方向に回折され、射出瞳３に到達することはない。また、光１４はハーフミラー層１２を２回通過しているため、光量としては微小なレベルであり、ほとんど問題にならない。
また、外界からＤＯＥ層１３を介して面７に入射する外界光１１には、ハーフミラー層１２で反射される光も含まれる。ハーフミラー層１２で反射された光はその殆どがＤＯＥ層１３を透過し回折して外界に射出するが、その一部の光１５はＤＯＥ層１３で反射および回折して、プリズム１０内に戻る。ただし、この光１５も、結像光学系８の入射瞳４の方向から大きく外れた方向に回折されて、射出瞳３に到達することはない。光量も微小なレベルであり、問題にならない。
また、本実施例においては、表示光学系の基準光線を含む面と撮像光学系の基準光線を含む面とが一致することが望ましい。
プリズム１０が３つの面５〜７で囲まれた形状を有する場合、撮像素子２と結像光学系８の配置位置は幾通りかが考えられるが、例えば図４に示すように外界光１１を表示光学系の基準光線を含む面に対して平行でない方向に回折させる場合を考える。この場合、撮像素子２と表示素子１とが近接しないために、これらの干渉を考慮する必要はない。しかし、図４から分かるように、外界光１１を面６で全反射させる条件を満たすためには、ＤＯＥ層１３の回折パワーをかなり大きくしなければならず、プリズム１０内での光路を確保するためには、プリズム１０の口径も大きくする必要がある。
これに対し、図１に示すように表示光学系の基準光線を含む面と撮像光学系の基準光線を含む面とを一致させると、プリズム１０の肥大化を抑えることが可能となる。
また、本実施例では、ＤＯＥ層１３における、ｎ＜−２又は＋２＜ｎを満たすｎ次の回折光の回折効率が、他の次数の回折光の回折効率よりも高いことが望ましい。言い替えれば、ｎ次の回折光の回折効率が最大になるようにＤＯＥ層１３のパラメータ（格子ピッチや格子高さ等）が設定されることが望ましい。
【００１２】
図１に示すような光学系を実現する場合、ＤＯＥ層１３での回折角度をかなり大きくする必要がある。一般に、ＤＯＥでは１次回折光を使用次数光として用いることが多いが、１次回折光で回折角を大きくしようとすると、回折パワーを強くするために位相関数の係数を大きくしなければならない。この結果、格子ピッチが非常に細かくなってしまい、格子の形成が困難になる。したがって、１次回折光の回折効率を最大化して、不要次数の回折効率を小さくすることは難しい。
【００１３】
そこで、本実施例では、２次より高次の回折光を使用することで、回折パワーを緩和させ、格子ピッチの微小化を抑える。
また、図１には、面５〜７の３つの光学面を有するプリズム１０が用いられているＨＭＤを示した。しかし、プリズムは、少なくとも３つの光学面を有すればよく、例えば４つの光学面を有していてもよい。
図５において、プリズム１０′は、ＤＯＥ層を有して外界光が入射する面７と、最も射出瞳に近い面６と、表示素子１からの画像光９が入射する面５と、外界光１１が撮像素子２に向かって射出する面２１の４つの光学面を有する。
【００１４】
図１に示すようにプリズム１０が３つの光学面５〜７を有する場合、撮像素子２と表示素子１とをかなり近接させて配置する必要が生じる場合がある。これに対し、図５に示すようにプリズム１０′が４つ光学面５〜７，２１を有する場合には、面５とこれに隣接する面２１との間に角度を付けてそれぞれを独立の面とすることができるので、撮像素子２と表示素子１とを適度に離して配置することが可能になる。また、面５，２１の屈折パワーをそれぞれ独立して設定できる。これらにより、設計自由度が高まり、より小型化したり性能を向上させたりすることが可能となる。
また、外界側の面７上又はその近傍に、撮像光学系の有効画角外からの不要な外界光が射出瞳３（眼球）に到達するのを防ぐための遮光手段（遮光部材や遮光層等）を設けてもよい。
先の図１のＨＭＤの説明において、基本的にはそのような遮光手段を設ける必要がないと述べたが、設計によっては、撮像光学系の有効画角からおおきく外れた方向からの外界光が射出瞳３に向かう可能性がある。例えば、図１のようなパワーを持つＤＯＥ層を有する場合、図６に示すように、表示素子１に近い方向から面７に入射する光１６がＤＯＥ層にて回折されて、射出瞳３に向かうことがある。この場合、表示素子１からの画像光に外界光が重なって見えてしまう。また、表示素子１やそのバックライト（表示素子１が液晶パネルの場合）から面７の方向に漏れる光も、射出瞳３に向かう可能性がある。
これを防ぐために、図６中に示すような遮光部材１７を設けるとよい。遮光部材１７は、面７で回折されて射出瞳３に向かう光を遮断し、表示素子１からの画像光のみが射出瞳３に導かれるようにする。このとき、遮光部材１７は、ＨＭＤの筐体を兼ねてもよい。また、遮光部材１７の表面に、正反射や乱反射を防ぐ反射防止処理が施されるとよい。
また、図７に示すように、ＤＯＥ層１３を、互いに異なる媒質により形成された複数の回折格子１３１，１３２を積層した積層型ＤＯＥとして構成してもよい。単層ＤＯＥは、特定の設計波長でのみ高い回折効率が得られるが、他の波長範囲では回折効率が低く、不要なフレアを発生させる可能性がある。このため、ＤＯＥ層１３を広い波長範囲で高い回折効率が得られる積層型ＤＯＥにすることで、フレアの発生を抑え、良好な画像観察を可能とすることが好ましい。
図７において、ＤＯＥ層１３は、第１の回折格子層１３１と、第２の回折格子層１３２とから構成されている。第１の回折格子層１３１はハーフミラー層１２上に形成されており、第２の回折格子層１３２は別の基板１９上に形成されている。これら第１および第２の回折格子層１３１，１３２は、空気層１８を介して近接配置されている。第１の回折格子層１３１は正のパワーを有し、第２の回折格子層１３２は負のパワーを有する。
各回折格子層での格子高さは、できるだけ広い波長範囲で高い回折効率が得られるように、個々の格子ごとに設定されている。つまり、各回折格子層の格子高さは、層内の位置によって変化する。
また、ＤＯＥ層１３としての回折次数をＭとし、第１の回折格子層１３１の回折次数をＭ１とし、第２の回折格子層１３２の回折次数をＭ２とするとき、
Ｍ＝Ｍ１＋Ｍ２
を満たす。このような設定の積層型ＤＯＥと単層ＤＯＥの回折効率の波長依存性の例を図８に示す。第１の回折格子層１３１を形成する媒質材料の屈折率ｎ１（λｄ）は、１．５２４１５であり、第２の回折格子層１３２を形成する媒質材料の屈折率ｎ２（λｄ）は、１．６３５５４である。λｄ＝５８７．６ｎｍである。
なお、図７に示した例では、２つの回折格子層の間に空気層を設けているが、積層数をを３層以上としてもよいし、２つの層間に空気層を設けずに該２つの層を互いに密着させてもよい。
さらに、図９に示すように、ＤＯＥ層１３よりも外界側に、特定の波長の光のみを透過させる色フィルタ２０を設けてもよい。ＤＯＥ層１３が単層ＤＯＥである場合はもとより、積層型ＤＯＥである場合でも、設計条件によっては高い回折効率が得られない波長域が存在することがある。図８のグラフにおいて、４５０ｎｍより短い短波長域と６５０ｎｍより長い長波長域では回折効率が低下している。これらの波長域は視感度が低いため、フレアが発生しても視認されにくく、あまり問題とはならないが、回折効率が低い波長域がフレアが視認されやすい波長域まで広がると問題が生じる。
このような場合は、回折効率が低い波長域の透過率を低くした色フィルタ２０を設けることで、回折効率が低い波長域の光を遮断してフレアの発生を抑えることが望ましい。色フィルタ２０が撮像により生成される画像の色再現性に影響する場合には、色フィルタ２０の分光特性に応じて、生成される画像を補正すればよい。色フィルタ２０は、ＤＯＥ層１３の外界側の面に多層膜として形成されていてもよいし、ＨＭＤの筐体によって保持され、筐体の内部の光学系等を保護するためのカバーガラス上に形成されていてもよい。
撮像によりモノクロ画像を生成する場合は、単層ＤＯＥと、その回折効率のピーク波長の近傍の波長のみを透過する色フィルタを用いれば、フレアの発生を防ぐことができる。
また、撮像素子２に赤外の波長を遮断する機能を持たせずに、撮像により得られる画像情報の全部又は一部を用いて生成した原画を表示素子１に表示するようにしてもよい。本実施例のＨＭＤは、赤外線スコープとしても用いることができる。撮像素子２に赤外カットフィルタを設けず、赤外領域に対して感度を持たせることで、暗視像を撮像することが可能となる。そして、画像を表示素子１に複数色又は単色で表示することで、肉眼では見えない暗視像をリアルタイムで観察することを可能とすることができる。従来の赤外線スコープに比べてコンパクトで軽量であるため、長時間の装着に対する観察者の負担が小さい。
【００１５】
赤外線スコープでの撮像により得られた画像情報は、その全部を表示素子１に表示してもよいし、その一部である特徴点のみを抽出して観察者の位置を算出し、予め用意してある視野領域のＣＧ画像を観察者の視点向けに位置調整して表示してもよい。このとき、用途によっては、上述した色フィルタとして、赤外光をのみを透過させるフィルタを設けてもよい。
【００１６】
図１０には、図１に示した実施例の数値例を示す。
外界光は、面７上に形成されたＤＯＥ層１３で回折されてプリズム１０内に入射し、該プリズムの面６に向かう。プリズム１０の内部を満たす媒質材料の屈折率ｎｄは、１．５７０９である。外界光は、面６に対してθｉ＞ｔａｎ−１（１／ｎ）を満たす入射角θｉで入射して、面６で内部全反射され、面５からプリズム１０外に射出する。射出した外界光は、プリズム１０に比べてきわめて小型のプリズムにより形成された結像光学系８の入射瞳４を通って撮像素子２上に結像する。
表示素子１（原画）からの画像光は、プリズム１０の面５から該プリズム１０に入射し、面６に向かう。画像光は面６に対してθｉ＞ｔａｎ−１（１／ｎ）を満たす入射角θｉで入射して、面６で内部全反射されて面７に向かう。そして、画像光は、ハーフミラー面７で反射されて面６に再入射し、面６からプリズム１０外に射出し、射出瞳３に到達する。
本数値例の光学パラメータを以下に示す。ここでは、物体面を虚像位置とし、瞳を射出瞳とし、像面を表示素子１の表示面とした逆光線追跡により光学パラメータを示す。座標の取り方は、次の通りである。射出瞳３の中心を原点とし、該原点から表示光学系に向かう視軸をＺ軸とし、該方向を正とする。Ｚ軸に直交し、基準光線を含む断面に平行な方向（観察者から見て上下方向）をＹ軸の方向とする。ＹＺ面に直交し、瞳側から見て右から左に向かう方向を正とする軸をＸ軸とする。各面の座標は、原点に対する面頂点の位置として表示する。偏心量は、ＸＹ平面に対してＸ軸を中心に反時計周り方向に回転した角度とする。
【００１７】
面番号   曲率半径      Ｙ位置       Ｚ位置       屈折率           偏心θ
物体      ∞            0.000      -1393.000   
1:（瞳） ∞           0.000        0.000
2:       ∞           0.000        15.000
3:       -360.000     -3.000       19.000     1.57090
4:       -65.000       0.000       26.000     1.57090（反射）   -26.000°
5:       -360.000      0.000       19.000     1.57090（反射）
6:       -50.000      31.000       20.500                        60.000°
7:       ∞           12.111       43.814                        45.000°
像面:      ∞           12.677       44.384                        45.000°
ここで、瞳径はφ６ｍｍ、画角は図１０の紙面断面方向に±１５°、紙面に垂直な方向に±２０°である。
次に、撮像光学系の光学パラメータを以下に示す。座標系は表示光学系と同様であり、撮像光学系の面１，２，３と表示光学系の面４，３（５），６はそれぞれ同一面である。
【００１８】
面番号    曲率半径     Ｙ位置     Ｚ位置      屈折率          偏心θ
物体      ∞           0.000      -491.500   
1:      65.000       -3.000       26.000   1.57090（DOE）  -26.000°
2:      360.000      0.000       19.000    1.57090（反射）  60.000°
3:      50.000       31.000      20.500                      
4: （瞳） ∞         34.726      22.389                      72.000°
5:      80.000       37.104     23.162     1.57090           82.000°
6:      45.000       45.583     20.314     1.57090（反射）   112.000°
7:      -90.000       40.038     27.947    1.57090（反射）  158.000°
8:      30.000        60.492     20.033                      158.000°
像面:      ∞           66.505     21.168                      170.000°
ここで、撮像光学系の画角は表示光学系と同じであり、入射径はφ３ｍｍである。
ＤＯＥ層１３は、回折した外界光が上記のような光路を伝搬するように設定されており、設計波長λｄ＝５８７．５６ｎｍにおいて、その等位相関数は、
φ（ｙ）＝  Ｃ１ｙ＋Ｃ２ｙ２＋Ｃ３ｙ３＋Ｃ４ｙ４
Ｃ１＝−０．２８６
Ｃ２＝−１．１０１・１０−３
Ｃ３＝−１．０９８・１０−６
Ｃ４＝−６．０１０・１０−７
である。回折次数は−５次であり、各格子の高さは、この回折次数のスカラー回折効率がλｄにおいて１００％となるように設定されている。
以上説明した実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
コンパクトで軽量なビデオシースルー型ＨＭＤ等の撮像表示装置を提供できる。
【符号の説明】
【００２０】
１  表示素子
２  撮像素子
３  射出瞳
４  入射瞳
１０  プリズム
１２  ハーフミラー層
１３  ＤＯＥ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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