(57)【要約】【課題】本発明は表示デバイスを含むヘッドマウント式表示装置、及びこのヘッドマウント式表示装置に応用される像形成レンズユニットを提供する。【解決手段】表示デバイスは映像源と像形成レンズユニットを含む。映像源は映像光束を提供し、かつ縮小端に近接する。像形成レンズユニットは映像光束の伝達経路上に位置し、かつ拡大端と縮小端との間に位置する。像形成レンズユニットは、拡大端から縮小端へ順に配列された光転向素子、第一レンズ、第二レンズ及び第三レンズを含む。第一レンズ、第二レンズ及び第三レンズの屈折率がそれぞれ正、負及び正である。本発明のヘッドマウント式表示デバイス及びその像形成レンズユニットは比較的に小さいサイズと優れた光学特性を有する。【選択図】図２
2019045847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示デバイスを含むヘッドマウント式表示装置であって、
前記表示デバイスは映像源及び像形成レンズユニットを含み、
前記映像源は映像光束を提供するために用いられ、かつ縮小端に近接しており、
前記像形成レンズユニットは前記映像光束の伝達経路上に位置し、かつ拡大端と前記縮小端との間に位置し、
前記像形成レンズユニットは、前記拡大端から前記縮小端へ順に配列された光転向素子、第一レンズ、第二レンズ及び第三レンズを含み、前記第一レンズ、前記第二レンズ及び前記第三レンズの屈折率がそれぞれ正、負及び正であることを特徴とするヘッドマウント式表示装置。
【請求項２】
前記光転向素子は光転向プリズムであり、かつ前記光転向素子は屈折率を有しないことを特徴とする、請求項１に記載のヘッドマウント式表示装置。
【請求項３】
前記光転向素子は光転向プリズムであり、かつ前記光転向素子は負の屈折率を有することを特徴とする、請求項１に記載のヘッドマウント式表示装置。
【請求項４】
前記光転向素子は入光面、出光面及び反射面を有し、
前記入光面は前記出光面と前記反射面との間に接続され、前記出光面は前記入光面と前記反射面との間に接続され、前記反射面は前記入光面と前記出光面との間に接続され、
前記入光面は前記第一レンズに面する凸曲面を有し、前記反射面は平面であり、前記出光面は凹曲面を有することを特徴とする、請求項１に記載のヘッドマウント式表示装置。
【請求項５】
前記光転向素子は光転向プリズムであり、かつ入光面、出光面及び反射面を有し、
前記入光面は前記出光面と前記反射面との間に接続され、前記出光面は前記入光面と前記反射面との間に接続され、前記反射面は前記入光面と前記出光面との間に接続され、
前記入光面は前記第一レンズに面しており、前記像形成レンズユニットは開口絞り面を有し、前記開口絞り面と前記出光面が対向しており、
Ｄが前記開口絞り面と前記出光面の間の距離であり、ＢＥＦが前記像形成レンズユニットの背面焦点距離であり、ｆが前記像形成レンズユニットの有効焦点距離であり、ＴＴＬが前記像形成レンズユニットの総長さである場合、前記像形成レンズユニットは、以下の関係式：
（１）Ｄ＜５ｍｍ、
（２）ＢＥＦ／ｆ＞０．５、
（３）１＜ＴＴＬ／ｆ＜５
の中の少なくとも一つを満すことを特徴とする、請求項１に記載のヘッドマウント式表示装置。
【請求項６】
前記光転向素子は半透過半反射素子であることを特徴とする、請求項１に記載のヘッドマウント式表示装置。
【請求項７】
前記像形成レンズユニットはさらに第四レンズを含み、
前記第四レンズは負の屈折率を有し、
前記光転向素子が前記第一レンズと前記第四レンズとの間に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のヘッドマウント式表示装置。
【請求項８】
前記第四レンズは凸面が前記光転向素子に向いている凸凹レンズであり、前記第一レンズは両凸レンズであり、前記第二レンズは両凹レンズであり、前記第三レンズは両凸レンズであることを特徴とする、請求項７に記載のヘッドマウント式表示装置。
【請求項９】
前記第一レンズ、前記第二レンズ、前記第三レンズ及び前記第四レンズはいずれも非球面レンズであることを特徴とする、請求項７に記載のヘッドマウント式表示装置。
【請求項１０】
前記第一レンズは両凸レンズであり、前記第二レンズは両凹レンズであり、前記第三レンズは両凸レンズであることを特徴とする、請求項１に記載のヘッドマウント式表示装置。
【請求項１１】
前記第一レンズ、前記第二レンズ及び前記第三レンズはいずれも非球面レンズであることを特徴とする、請求項１に記載のヘッドマウント式表示装置。
【請求項１２】
前記表示デバイスはさらに光導波素子を含み、
前記光導波素子は、前記像形成レンズユニットが投射した前記映像光束の伝達経路上に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のヘッドマウント式表示装置。
【請求項１３】
像形成レンズユニットであって、
ヘッドマウント式表示装置に用いられ、かつ拡大端と縮小端との間に配置され、
前記像形成レンズユニットは、前記拡大端から前記縮小端へ順に配列された光転向素子、第一レンズ、第二レンズ及び第三レンズを含み、
前記第一レンズ、前記第二レンズ及び前記第三レンズの屈折率がそれぞれ正、負及び正であることを特徴とする、像形成レンズユニット。
【請求項１４】
前記光転向素子は光転向プリズムであり、かつ前記光転向素子は屈折率を有しないことを特徴とする、請求項１３に記載の像形成レンズユニット。
【請求項１５】
前記光転向素子は光転向プリズムであり、かつ前記光転向素子は負の屈折率を有することを特徴とする、請求項１３に記載の像形成レンズユニット。
【請求項１６】
前記光転向素子は入光面、出光面及び反射面を有し、
前記入光面は前記出光面と前記反射面との間に接続され、前記出光面は前記入光面と前記反射面との間に接続され、前記反射面は前記入光面と前記出光面との間に接続され、
前記入光面は前記第一レンズに面する凸曲面を有し、前記反射面は平面であり、前記出光面は凹曲面を有することを特徴とする、請求項１３に記載の像形成レンズユニット。
【請求項１７】
前記光転向素子は光転向プリズムであり、かつ入光面、出光面及び反射面を有し、
前記入光面は前記出光面と前記反射面との間に接続され、前記出光面は前記入光面と前記反射面との間に接続され、前記反射面は前記入光面と前記出光面との間に接続され、
前記入光面は前記第一レンズに面しており、前記像形成レンズユニットは開口絞り面を有し、前記開口絞り面と前記出光面が対向しており、
Ｄが前記開口絞り面と前記出光面の間の距離であり、ＢＥＦが前記像形成レンズユニットの背面焦点距離であり、ｆが前記像形成レンズユニットの有効焦点距離であり、ＴＴＬが前記像形成レンズユニットの総長さである場合、前記像形成レンズユニットは、以下の関係式：
（１）Ｄ＜５ｍｍ、
（２）ＢＥＦ／ｆ＞０．５、
（３）１＜ＴＴＬ／ｆ＜５
の中の少なくとも一つを満すことを特徴とする請求項１３に記載の像形成レンズユニット。
【請求項１８】
前記光転向素子は半透過半反射素子であることを特徴とする、請求項１３に記載の像形成レンズユニット。
【請求項１９】
前記像形成レンズユニットはさらに第四レンズを含み、前記第四レンズは負の屈折率を有し、
前記光転向素子が前記第一レンズと前記第四レンズとの間に配置されることを特徴とする、請求項１３に記載の像形成レンズユニット。
【請求項２０】
前記第四レンズは凸面が前記光転向素子に面する凸凹レンズであり、前記第一レンズは両凸レンズであり、前記第二レンズは両凹レンズであり、前記第三レンズは両凸レンズであることを特徴とする、請求項１９に記載の像形成レンズユニット。
【請求項２１】
前記第一レンズ、前記第二レンズ、前記第三レンズ及び前記第四レンズはいずれも非球面レンズであることを特徴とする、請求項１９に記載の像形成レンズユニット。
【請求項２２】
前記第一レンズは両凸レンズであり、前記第二レンズは両凹レンズであり、前記第三レンズは両凸レンズであることを特徴とする、請求項１３に記載の像形成レンズユニット。
【請求項２３】
前記第一レンズ、前記第二レンズ及び前記第三レンズはいずれも非球面レンズであることを特徴とする、請求項１３に記載の像形成レンズユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表示装置に関し、特にヘッドマウント式表示装置及びその像形成レンズユニットに関する
【背景技術】
【０００２】
ヘッドマウント式表示装置は、映像源によって映像光束を提供し、かつ像形成レンズユニットによって映像光束から人の目の網膜上に像を形成するものであり、今は発展の潜在力の非常に高い新興製品として、仮想現実（Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｒｅａｌｉｔｙ、ＶＲ）、複合現実（Ｍｉｘｅｄ  Ｒｅａｌｉｔｙ、ＭＲ）及び拡張現実（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ  Ｒｅａｌｉｔｙ、ＡＲ）によく応用されている。
【０００３】
従来のヘッドマウント式表示装置は、像形成レンズユニット及び映像源を着用者の目の正面先方に配列する設計が一般的であるため、像形成レンズユニット及び映像源を収納する筐体の厚さが比較的に厚いことが問題である。
【０００４】
この「背景技術」部分は、本発明の内容の理解を助けるものであり、「背景技術」部分で開示された内容には、当業者が既知の従来技術を構成しないものも含まれている可能性がある。「背景技術」部分で開示された内容は、当該内容または本発明の一つ若しくは複数の実施例で解決しようとする課題を示すものではなく、また本発明が出願前に既に当業者に把握され、または認識されていたことを意味するものではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、厚さが薄いというメリットを有するヘッドマウント式表示装置を提供する。
【０００６】
本発明は、ヘッドマウント式表示装置に応用され、ヘッドマウント式表示装置の厚さを薄くするメリットを有する像形成レンズユニットを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のその他の目的と利点について、本発明が開示する技術特徴から一層理解を深めることができる。
【０００８】
上記一つ若しくは一部若しくは全ての目的、またはその他の目的を達成するために、本発明の一実施例が提供するヘッドマウント式表示装置は表示デバイスを含み、表示デバイスは映像源及び像形成レンズユニットを含む。映像源は映像光束を提供し、かつ縮小端に近接する。像形成レンズユニットは映像光束の伝達経路上に位置し、かつ拡大端と縮小端との間に位置する。像形成レンズユニットは拡大端から縮小端へ順に配列された光転向素子、第一レンズ、第二レンズ及び第三レンズを含み、第一レンズ、第二レンズ及び第三レンズの屈折率がそれぞれ正、負及び正である。
【０００９】
上記一つ若しくは一部若しくは全ての目的、またはその他の目的を達成するために、本発明の一実施例が提供する像形成レンズユニットは、ヘッドマウント式表示装置に用いられ、かつ拡大端と縮小端との間に配置される。像形成レンズユニットは、拡大端から縮小端へ順に配列された光転向素子、第一レンズ、第二レンズ及び第三レンズを含み、第一レンズ、第二レンズ及び第三レンズの屈折率がそれぞれ正、負及び正である。
【００１０】
本発明の実施例のヘッドマウント式表示装置及び像形成レンズユニットは、像形成レンズユニットが光転向素子を有するため、ヘッドマウント式表示装置において着用者の目の正面前方に位置する部分の厚さを薄くすることができる。
【００１１】
本発明の上記特徴及び利点をより明確に、わかり易く示すために、以下は図面を参照しながら実施例において詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例のヘッドマウント式表示装置の立体概略図である。
【図２】本発明の一実施例の表示デバイスの概略図である。
【図３Ａ】図２の像形成レンズユニットの一実施例の横色収差（ｌａｔｅｒａｌ  ｃｏｌｏｒ）図である。
【図３Ｂ】図２の像形成レンズユニットの一実施例の像面湾曲（ｆｉｅｌｄ  ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）図である。
【図３Ｃ】図２の像形成レンズユニットの一実施例の歪み（ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）図である。
【図３Ｄ】図２の像形成レンズユニットの一実施例の横方向光線レイファンプロット（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｒａｙ  ｆａｎ  ｐｌｏｔ）である。
【図３Ｅ】図２の像形成レンズユニットの一実施例の変調伝達関数（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ、ＭＴＦ）図である。
【図４】本発明の別の実施例の表示デバイスの概略図である。
【図５Ａ】図４の像形成レンズユニットの一実施例の横色収差図である。
【図５Ｂ】図４の像形成レンズユニットの一実施例の像面湾曲図である。
【図５Ｃ】図４の像形成レンズユニットの一実施例の歪み図である。
【図５Ｄ】図４の像形成レンズユニットの一実施例の横方向光線レイファンプロットである。
【図５Ｅ】図４の像形成レンズユニットの一実施例の変調伝達関数図である。
【図６】本発明の別の実施例の表示デバイスの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の前記およびその他の技術内容、特徴および効果は、以下の図面を参照しながら行う好ましい実施例の詳細な説明において明確に示されている。以下の実施例において言及される方向用語、例えば、上、下、左、右、前または後などは図面を参照する方向のみである。従って、これらの方向用語は説明を目的とするものであり、本発明を制限するものではない。
【００１４】
図１は本発明の一実施例のヘッドマウント式表示装置の概略図である。図１を参照すると、本実施例のヘッドマウント式表示装置１は、少なくとも１つの表示デバイス１０を含み、図１には２つの表示デバイス１０を有し、ユーザが両目で見ることができる構造が例示されているが、本発明は表示デバイスの数について限定しない。また、本実施例において、ヘッドマウント式表示装置１はさらに装着筐体２０を含み、表示デバイス１０が装着筐体２０に設置されてもよい。本実施例において、装着筐体２０は例えばユーザの頭部に装着することが可能で、ユーザが装着筐体２０の表示窓２１から表示デバイス１０の提供する映像を見ることができる。本発明は装着筐体の具体的な構造について限定しない。
【００１５】
図２は本発明の一実施例の表示デバイスの概略図である。図２を参照すると、本実施例の表示デバイス１０は映像源１１及び像形成レンズユニット１２を含む。映像源１１は映像光束Ｂｍを提供し、かつ縮小端に近接している。本実施例において、像形成レンズユニット１２は映像光束Ｂｍの伝達経路上に位置し、かつ拡大端と縮小端との間に位置する。具体的には、本実施例において、表示デバイス１０は例えば光源（図示せず）を含み、光源は照明光束Ｂｉを提供する。本実施例において、映像源１１は例えばライトバルブ（ｌｉｇｈｔ  ｖａｌｖｅ）であり、映像源１１は照明光束Ｂｉを映像光束Ｂｍに変換し、像形成レンズユニット１２は映像源１１からの映像光束Ｂｍを投射する。本実施例において、映像光束Ｂｍは例えば像形成レンズユニット１２によって図１の表示窓２１まで投射され、人間の目は表示窓２１を介して映像光束Ｂｍが伝達する映像を取り込む。別の実施例において、表示デバイス１０は光源を含まず、外部の光源または環境光によって照明光束Ｂｉを提供してもよい。
【００１６】
上記映像源１１は例えば反射式ライトバルブであり、デジタルマイクロミラーデバイス（ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ  ｄｅｖｉｃｅ、ＤＭＤ）、液晶表示パネル（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙ  ｐａｎｅｌ、ＬＣＤ  ｐａｎｅｌ）またはシリコン基板液晶表示パネル（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｐａｎｅｌ、ＬＣｏＳ  ｐａｎｅｌ）などである。本実施例において、表示デバイス１０は例えばさらにプリズム１３を含み、プリズム１３は映像源１１と像形成レンズユニット１２との間に設置される。本実施例において、プリズム１３は例えば内部全反射プリズム（ｔｏｔａｌ  ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｐｒｉｓｍ、ＴＩＲ  ｐｒｉｓｍ）であり、プリズム１３は照明光束Ｂｉを映像源１１まで反射することができるが、映像源１１が提供する映像光束Ｂｍはプリズム１３を透過して像形成レンズユニット１２まで伝達される。なお、本発明は表示デバイスの具体的な構成について限定しない。別の実施例において、光源と映像源１１の相対位置を変更することでプリズム１３を省略してもよい。また、一部の実施例において、映像源として透過式ライトバルブを用いることで、プリズム１３を省略してもよい。
【００１７】
本実施例において、像形成レンズユニット１２は拡大端から縮小端へ順に配列された光転向素子Ｃ１、第一レンズＬ１、第二レンズＬ２及び第三レンズＬ３を含み、かつ、第一レンズＬ１、第二レンズＬ２及び第三レンズＬ３の屈折率がそれぞれ正、負及び正である。本実施例において、光転向素子Ｃ１は屈折率を有し、例えば負お屈折率を有してもよい。本実施例において、第三レンズＬ３は映像源１１に近接している。
【００１８】
具体的には、本実施例において、光転向素子Ｃ１は出光面Ｓ１、入光面Ｓ２及び反射面Ｓ３を有する。本実施例において、入光面Ｓ２は出光面Ｓ１と反射面Ｓ３との間に接続され、出光面Ｓ１は入光面Ｓ２と反射面Ｓ３との間に接続され、反射面Ｓ３は入光面Ｓ２と出光面Ｓ１との間に接続される。本実施例において、入光面Ｓ２は第一レンズＬ１に面する凸曲面を有し、反射面Ｓ３は平明または曲面であり（図２は平面の例であるが、本発明はこれに限定されない）、出光面Ｓ１は凹曲面を有するが、本発明はこれに限定されない。また、本発明は光転向素子が負の屈折率を有することに限定されず、別の実施例において、光転向素子Ｃ１は屈折率を有しなくてもよい。そのほか、本実施例において、反射面Ｓ３は例えば全反射面であり、反射面Ｓ３は映像光束Ｂｍを出光面Ｓ１まで反射することができる。一実施例において、反射面Ｓ２は例えば映像光束Ｂｍを９０度転換させて、即ち、図２において、反射面Ｓ２は例えば左から右へ進行する映像光束Ｂｍを転換し、上から下へ進行する映像光束Ｂｍにする。一実施例において、光転向素子Ｃ１の反射面Ｓ３は反射ミラーであり、映像光束Ｂｍを人の目まで反射し、さらに、表示デバイス１０が仮想現実に応用できるが、本発明はこれに限定されない。本実施例において、光転向素子Ｃ１は例えば光転向プリズムであり、かつ光転向素子Ｃ１は負の屈折率を有する。
【００１９】
一部の実施例において、光転向素子Ｃ１は半透過半反射素子であってもよい。具体的には、別の実施例において、光転向素子Ｃ１の反射面Ｓ３は、反射めっき膜が設けられた表面であってもよい。反射めっき膜は例えば半透過半反射めっき膜を選ぶことが可能であり、半透過半反射めっき膜（反射面Ｓ３）は環境光を透過させるとともに、映像光束Ｂｍを反射することが可能であり、これにより、外部の環境光及び映像光束Ｂｍが一緒に人の目に入り、さらに表示デバイス１０を拡張現実に応用することができるが、本発明はこれに限定されない。例を挙げると、一部の実施例において、表示デバイス１０を複合現実に応用することもできる。その他の実施例において、光転向素子Ｃ１として、反射ミラーまたは反射めっき膜を有する板部材を用いてもよいが、反射めっき膜は半透過半反射めっき膜であってもよい。
【００２０】
本実施例の第一レンズＬ１、第二レンズＬ２及び第三レンズＬ３は例えばいずれも非球面レンズであるが、本発明はこれに限定されない。別の実施例において、第一レンズＬ１、第二レンズＬ２及び第三レンズＬ３の任意一つが球面レンズを用いてもよい。また、本実施例において、第一レンズＬ１と第三レンズＬ３は例えば両凸レンズであり、第二レンズＬ２は例えば両凹レンズである。その他、本実施例の第一レンズＬ１、第二レンズＬ２及び第三レンズＬ３の材質として、例えばプラスチック材質を選んでもよいが、別の実施例ではガラス材質であってもよい。
【００２１】
また、本実施例において、像形成レンズユニット１２は例えば開口絞り面ＳＴを有し、開口絞り面ＳＴと出光面Ｓ１が対向する。本実施例において、開口絞り面ＳＴとは開口絞りを設置してもよい個所であり、実体的な表面ではない。本実施例において、図１中の表示窓２１は例えば開口絞り面ＳＴに設置され、開口絞りとなる。本実施例において、表示窓２１は中空の窓框であり、ユーザの目を開口絞り面ＳＴに位置させてもよいが、本発明はこれに限定されない。別の実施例において、表示窓２１の窓框内に透光シートを設置してもよいが、本発明はこれに限定されない。
【００２２】
本実施例において、像形成レンズユニット１２が光転向素子Ｃ１を有するため、左から右へ進行する映像光束Ｂｍを上から下へ進行する映像光束Ｂｍに転換すること可能であり、さらに映像源１１及び像形成レンズユニット１２の第一レンズＬ１、第二レンズＬ２及び第三レンズＬ３を着用者の目の正面前方に設置する必要がない。これにより、図１のヘッドマウント式表示装置１において着用者の目の正面前方に位置する部分の厚さＴ１を薄くすることができるため、ヘッドマウント式表示装置１の軽量薄型化及び着用者の快適感を高めることに有利である。
【００２３】
一実施例において、ヘッドマウント式表示装置１の厚さＴ１をさらに減縮するために、像形成レンズユニット１２が関係式Ｄ＜５ｍｍのを満たすようにしてもよい。ここで、Ｄは開口絞り面ＳＴと出光面Ｓ１との間の距離である（中心軸で計算）。
【００２４】
一実施例において、第三レンズＬ３と映像源１１との間にプリズム１３を設置するための十分な空間を確保するよう、像形成レンズユニット１２が関係式ＢＥＦ／ｆ＞０．５を満たすようにしてもよい。ここで、ＢＥＦは像形成レンズユニット１２の背面焦点距離であり、この背面焦点距離が空気等価背面焦点距離を意味し、ｆは像形成レンズユニット１２の有効焦点距離である。しかし、上記条件は、十分な空間を確保し、プリズム１３と第三レンズＬ３との間の干渉を防ぐことができるほか、像形成レンズユニット１２の視野角（ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  ｖｉｅｗ、ＦＯＶ）の拡大にも有利である。
【００２５】
一実施例において、像形成レンズユニット１２の長さをさらに減縮させて、全体のサイズを縮小させるために、像形成レンズユニット１２が関係式１＜ＴＴＬ／ｆ＜５を満たすようにしてもよい。ここで、ＴＴＬは像形成レンズユニット１２の総長さであり、即ち、第一レンズＬ１の出光面Ｓ１から反射面Ｓ３までの距離に、反射面Ｓ３から第三レンズＬ３の表面Ｓ９（縮小端に面する表面）までの距離を足したものを意味する（中心軸で計算）。
【００２６】
表１は、像形成レンズユニット１２の各パラメータを例示して説明する一実施例である。しかし、表１において例示されたデータ資料は本発明を限定するものではなく、当業者の何方でも本発明を参照したうえで、そのパラメータまたは設定に対し適宜な変更を行ったものも本発明の範囲に属する。
【００２７】
【表１】
2019045847.tif 000003
表１に記載の間隔とは、隣接する二つの表面が像形成レンズユニット１の光軸ＯＡ上における直線距離である。例を挙げると、表面Ｓ５の間隔とは、即ち表面Ｓ５と表面Ｓ６が光軸ＯＡ上における直線距離であり、表面Ｓ９の間隔とは表面Ｓ９とプリズム１３の表面Ｓ１０が光軸ＯＡ上における直線距離であり、光転向素子Ｃ１の出光面Ｓ１の間隔は、出光面Ｓ１から反射面Ｓ３までの距離と反射面Ｓ３から入光面Ｓ２までの距離との合計である。表面Ｓ１１の間隔は、表面Ｓ１１から映像源１１の保護カバー（ｃｏｖｅｒ  ｇｌａｓｓ）１１ａまでの間隔である。
【００２８】
本実施例において、第一レンズＬ１、第二レンズＬ２と第三レンズＬ３は例えばいずれも非球面レンズであり、なお、表面Ｓ４、表面Ｓ５、表面Ｓ６、表面Ｓ７、表面Ｓ８、表面Ｓ９が非球面であり、以下の方程式で示すことができる。
【００２９】
【数１】
2019045847.tif 000004
方程式において、Ｚは光軸方向の座標値であり、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈは非球面係数であり、Ｋは二次曲面定数であり、Ｒは曲率半径であり、Ｙは光軸方向と直交する座標値であり、上方を正方向とする。表面Ｓ４、表面Ｓ５、表面Ｓ６、表面Ｓ７、表面Ｓ８、表面Ｓ９のパラメータは表２が示す通りである。
【００３０】
【表２】
2019045847.tif 000005
図３Ａは図２の像形成レンズユニットの一実施例の横色収差図であり、図３Ｂは図２の像形成レンズユニットの一実施例の像面湾曲図であり、図３Ｃは図２の像形成レンズユニットの一実施例の歪み図であり、図３Ｄは図２の像形成レンズユニットの一実施例の横方向光線レイファンプロットであり、図３Ｅは図２の像形成レンズユニットの一実施例の変調伝達関数図である。図３Ａから図３Ｅが示すように、本実施例の像形成レンズユニット１２は厚さが小さい条件において、優れた結像品質を有する。
【００３１】
図４は本発明の別の実施例の表示デバイスの概略図である。図４を参照すると、本実施例の表示デバイス１０ａと図２の表示デバイス１０は類似しており、いずれも図１のヘッドマウント式表示装置１に応用できる。表示デバイス１０ａと表示デバイス１０の主な相違点は像形成レンズユニットにある。図２の像形成レンズユニット１２に比べて、本実施例の表示デバイス１０ａの像形成レンズユニット１２ａはさらに第四レンズＬ４を含む。本実施例において、第四レンズＬ４は負の屈折率を有し（即ち、焦距が０より小さい）、かつ像形成レンズユニット１２ａの開口絞り面ＳＴと光転向素子Ｃ２との間に位置する。本実施例において、光転向素子Ｃ２は第一レンズＬ１と第四レンズＬ４との間に配置される。本実施例において、第四レンズＬ４は例えば凸面が光転向素子Ｃ２の出光面Ｓ１に向いている凸凹レンズであり、かつ非球面レンズであるが、本発明はこれに限定されない。別の実施例において、第四レンズＬ４に球面レンズを用いてもよい。そのほか、本実施例の第四レンズＬ４の材質は例えばプラスチック材質を用いるが、別の実施例においてガラス材質であってもよい。
【００３２】
本実施例において、光転向素子Ｃ２は例えば光転向プリズムであり、かつ光転向素子Ｃ２は例えば屈折率を有しない光転向プリズムである。具体的には、本実施例において、光転向素子Ｃ２の出光面Ｓ１、入光面Ｓ２及び反射面Ｓ３は例えばいずれも平面である。図２の像形成レンズユニット１２に比べると、本実施例の像形成レンズユニット１２ａはさらに負の屈折率を有する第四レンズＬ４を含みため、光転向素子Ｃ２が屈折率を有しなくてもよい。
【００３３】
表３は像形成レンズユニット１２ａの各パラメータを例示して説明する一実施例である。しかし、表３で例示するデータ資料は本発明を限定するものではなく、当業者の何方でも本発明を参照したうえ、そのパラメータまたは設定に対し適宜な変更を行ったものも本発明の範囲に属する。
【００３４】
【表３】
2019045847.tif 000006
本実施例の第一レンズＬ１、第二レンズＬ２、第三レンズＬ３及び第四レンズＬ４は例えばいずれも非球面レンズであり、なお、表面Ｓ１２、表面Ｓ１３、表面S４、表面Ｓ５、表面Ｓ６、表面Ｓ７、表面Ｓ８、表面Ｓ９は非球面であり、上記各非球面のパラメータは表４が示す通りである。
【００３５】
【表４】
2019045847.tif 000007
図５Ａは図４の像形成レンズユニットの一実施例の横色収差図であり、図５Ｂは図４の像形成レンズユニットの一実施例の像面湾曲図であり、図５Ｃは図４の像形成レンズユニットの一実施例の歪み図であり、図５Ｄは図４の像形成レンズユニットの一実施例の横方向光線レイファンプロットであり、図５Ｅは図４の像形成レンズユニットの一実施例の変調伝達関数図である。図５Ａから図５Ｅが示すように、本実施例の像形成レンズユニット１２ａは厚さが小さい条件において、優れた結像品質を有する。
【００３６】
図６は本発明の別の実施例の表示デバイスの概略図である。図６を参照すると、本実施例の表示デバイス１０ｂと図２の表示デバイス１０は類似するが、主な差異は本実施例の表示デバイス１０ｂは映像源１１及び像形成レンズユニット１２を含むほか、さらに光導波（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）素子１４を含む。本実施例において、光導波素子１４は像形成レンズユニット１２が投射した映像光束Ｂｍの伝達経路上に配置されている。
【００３７】
具体的には、本実施例において、光導波素子１４は例えば像形成レンズユニット１２の開口絞り面上に位置し、または、例えば像形成レンズユニット１２の開口絞り面の拡大端に面した側に位置する（即ち、縮小端から離れた側に位置する）。本実施例において、映像光束Ｂｍは、像形成レンズユニット１２の開口絞り面を通って、光導波素子１４に入った後、光導波素子表示１４内部に伝達され、そして光導波素子１４の出光面Ｓ１５から出射されて、されに図１の窓２１から出射され、人の目に取り込まれる。しかし、本発明は光導波素子の出光面の位置を制限せず、例を挙げると、別の実施例において、映像光束Ｂｍは光導波素子１４の表面Ｓ１６から出射されてもよい。また、本発明は不限制光導波素子の具体的に位置を制限せず、別の実施例において、異なる設計ニーズに応じて光導波素子１４、像形成レンズユニット１２、映像源１１及び光源の相対位置を調整してもよい。そのほか、図６の実施例の像形成レンズユニット１２を図４の像形成レンズユニット１２ａに変更してもよい。
【００３８】
以上をまとめると、本発明の実施例のヘッドマウント式表示装置及び像形成レンズユニットにおいて、像形成レンズユニットが光転向素子を有するため、映像源及び像形成レンズユニットのレンズを着用者の目の正面前方に設置する必要がなく、従って、ヘッドマウント式表示装置において着用者の目の正面前方に位置する部分の厚さを薄くすることができる。
【００３９】
以上に記載したのは本発明の好ましい実施例であり、本発明の実施範囲がこれに限定されるべきではない。即ち、本発明の請求の範囲および発明の詳細な説明を基に行った簡単な等価変更および修正も本発明の請求範囲内に属する。また、本発明の実施例または請求項のいずれかが必ずしも本発明の開示した目的または利点または特徴を全て満たすとは限らない。その他、要約書と発明の名称は特許文献の検索のために用いられるものであり、本発明の権利範囲を制限するものではない。また、明細書または請求の範囲に言及された「第一」、「第二」などの用語は、素子（ｅｌｅｍｅｎｔ）を命名するめの名称または異なる実施例若しくは範囲を区別するめのものであり、素子の数量の上限または下限を制限するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６】
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