(57)【要約】【課題】観察方向により異なる映像を１つの表示面に同時に少なくとも２つ観察可能に表示する簡単な構成で照明効率の良い投影観察装置。【解決手段】映像を表示する表示素子１Ｌ、１Ｒと、表示素子１Ｌ、１Ｒに表示された映像３Ｌ、３Ｒを拡大投影する投影光学系２Ｌ、２Ｒと、投影光学系２Ｌ、２Ｒで投影された像近傍に配置された拡散板５と、投影光学系２Ｌ、２Ｒの射出瞳を観察者眼球位置ＥＬ、ＥＲに投影する接眼光学系４とを備えており、拡散板５の拡散角は、半値全幅で２０°以下である投影観察装置。【選択図】        図１
2004177920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像を表示する表示素子と、前記表示素子に表示された映像を拡大投影する投影光学系と、前記投影光学系で投影された像近傍に配置された拡散板と、前記投影光学系の射出瞳を観察者側に投影する接眼光学系とを備えており、前記拡散板の拡散角は、半値全幅で２０°以下であることを特徴とする投影観察装置。
【請求項２】
光源からの光束を偏向する走査手段と、前記走査手段からの光を所定の位置に集光する投影光学系と、前記所定の位置近傍に配置された拡散板と、前記投影光学系の射出瞳を観察者側に投影する接眼光学系とを備えており、前記拡散板の拡散角は、半値全幅で２０°以下であることを特徴とする投影観察装置。
【請求項３】
光源からの光束を偏向する少なくとも２つの走査手段と、前記走査手段各々からの光を所定の位置に集光する少なくとも２つの投影光学系と、前記所定の位置近傍に配置された拡散板と、前記投影光学系各々の射出瞳を観察者側に投影する共通の接眼光学系とを備えており、前記投影光学系の光軸の何れか一方が前記接眼光学系と交差し、交差する点における前記接眼光学系の垂線とその光軸とのなす角が１０°以上であることを特徴とする投影観察装置。
【請求項４】
光源からの光束を偏向する少なくとも２つの走査手段と、前記走査手段各々からの光を所定の位置に集光する少なくとも２つの投影光学系と、前記所定の位置近傍に配置された透過型ホログラムからなる拡散板と、前記投影光学系各々の射出瞳を観察者側に投影する共通の凹面鏡からなる接眼光学系とを備えており、前記投影光学系の光軸の何れか一方が前記接眼光学系と交差し、交差する点における前記接眼光学系の垂線とその光軸とのなす角が１０°以上であることを特徴とする投影観察装置。
【請求項５】
映像を表示する表示素子と、前記表示素子に表示された映像を拡大投影する投影光学系と、前記投影光学系で投影された像近傍に配置された透過型ホログラムからなる拡散板と、前記投影光学系の射出瞳を観察者側に投影する凹面鏡とを備えており、前記透過型ホログラムからなる拡散板の拡散角は、半値全幅で２０°以下であることを特徴とする投影観察装置。
【請求項６】
光源からの光束を偏向する走査手段と、前記走査手段からの光を所定の位置に集光する投影光学系と、前記所定の位置近傍に配置された透過型ホログラムからなる拡散板と、前記投影光学系の射出瞳を観察者側に投影する凹面鏡とを備えており、前記透過型ホログラムからなる拡散板の拡散角は、半値全幅で２０°以下であることを特徴とする投影観察装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は投影観察装置に関し、所定の位置に投影された映像、あるいは所定の位置に形成された映像を、同時に、異なる方向から観察することができる投影観察装置に関すものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特許文献１には、ダブルレンチキュラースクリーンを使って観察方向により異なる画像の表示を同一のスクリーン上で行う方法が示されている。また、特許文献２には、回帰性スクリーンと２つのプロジェクターにより立体映像を表示するシステムが開示されている。また、本出願人は、特許文献３において、２つの偏向鏡と偏心プリズムを組み合わせて両眼で観察可能な画像表示装置を提案している。また、特許文献４において、単一の２次元走査ミラーと偏心プリズムを組み合わせて小型の光走査装置を構成することを提案している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２３０７３８号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開平１０−１１５８７８号公報
【０００５】
【特許文献３】
特開平１１−８４２９１号公報
【０００６】
【特許文献４】
特開２００１−２８１５８３号公報
【０００７】
【特許文献５】
特開平９−１２７３１２号公報
【０００８】
【特許文献６】
特開２０００−１７１６１８号公報
【０００９】
【特許文献７】
米国特許第６，１２４，９８９号明細書
【００１０】
【特許文献８】
特開２０００−６６１０５号公報
【００１１】
【特許文献９】
特開平９−２５８６４２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ダブルレンチキュラースクリーンを用い方法は、２つのレンチキュラースクリーンの位置合わせを厳密にする必要がある。また、プロジェクターの光を効率的に観察者に向けることができないために、明るい観察像を得るためには非常に高輝度の光源が必要になる。
【００１３】
また、回帰性スクリーンを用いる方法では、プロジェクター（投影光学系）の射出瞳位置に光線が収束してしまうために、効率の良い明るい観察像を観察することができない。
【００１４】
また、映像表示装置において、１つの表示面に見る角度により異なる映像を表示する技術として、レンチキュラーシートやパララックスバリア方式等が使われていたが、明るい観察像を解像度を下げることなく観察できるものはなかった。
【００１５】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、所定の位置に投影された映像、あるいは所定の位置に形成された映像を、同時に、異なる方向から観察することができる投影観察装置を提供することである。また、簡単な構成でありながら、照明効率の良い投影観察装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の第１の投影観察装置は、映像を表示する表示素子と、前記表示素子に表示された映像を拡大投影する投影光学系と、前記投影光学系で投影された像近傍に配置された拡散板と、前記投影光学系の射出瞳を観察者側に投影する接眼光学系とを備えており、前記拡散板の拡散角は、半値全幅で２０°以下であることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の第２の投影観察装置は、光源からの光束を偏向する走査手段と、前記走査手段からの光を所定の位置に集光する投影光学系と、前記所定の位置近傍に配置された拡散板と、前記投影光学系の射出瞳を観察者側に投影する接眼光学系とを備えており、前記拡散板の拡散角は、半値全幅で２０°以下であることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第３の投影観察装置は、光源からの光束を偏向する少なくとも２つの走査手段と、前記走査手段各々からの光を所定の位置に集光する少なくとも２つの投影光学系と、前記所定の位置近傍に配置された拡散板と、前記投影光学系各々の射出瞳を観察者側に投影する共通の接眼光学系とを備えており、前記投影光学系の光軸の何れか一方が前記接眼光学系と交差し、交差する点における前記接眼光学系の垂線とその光軸とのなす角が１０°以上であることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明は、光源からの光束を偏向する少なくとも２つの走査手段と、前記走査手段各々からの光を所定の位置に集光する少なくとも２つの投影光学系と、前記所定の位置近傍に配置された透過型ホログラムからなる拡散板と、前記投影光学系各々の射出瞳を観察者側に投影する共通の凹面鏡からなる接眼光学系とを備えており、前記投影光学系の光軸の何れか一方が前記接眼光学系と交差し、交差する点における前記接眼光学系の垂線とその光軸とのなす角が１０°以上であることを特徴とする投影観察装置を含むものである。
【００２０】
同様に、映像を表示する表示素子と、前記表示素子に表示された映像を拡大投影する投影光学系と、前記投影光学系で投影された像近傍に配置された透過型ホログラムからなる拡散板と、前記投影光学系の射出瞳を観察者側に投影する凹面鏡とを備えており、前記透過型ホログラムからなる拡散板の拡散角は、半値全幅で２０°以下であることを特徴とする投影観察装置を含むものである。
【００２１】
また、同様に、光源からの光束を偏向する走査手段と、前記走査手段からの光を所定の位置に集光する投影光学系と、前記所定の位置近傍に配置された透過型ホログラムからなる拡散板と、前記投影光学系の射出瞳を観察者側に投影する凹面鏡とを備えており、前記透過型ホログラムからなる拡散板の拡散角は、半値全幅で２０°以下であることを特徴とする投影観察装置を含むものである。
【００２２】
【発明の実施形態】
以下に、本発明において上記構成をとる理由とその作用について説明する。
【００２３】
図１に、本発明の第１の投影観察装置の光学系の概念図を示す。本発明の投影観察装置は、映像を表示する表示素子１と、その表示素子１に表示された映像を拡大投影する投影光学系２と、投影光学系２で投影された映像３近傍に配置された拡散板５と、投影光学系２の射出瞳を観察者眼球Ｅ近傍に投影する接眼光学系４とを備えている。図１の場合は、１つの表示面（投影面）に左右の眼ＥＬ、ＥＲ用の映像を同時に表示する投影観察装置を図示してあるが、何れか一方だけでもよい。
【００２４】
図１の場合は、左右の眼用の２つの表示素子１Ｌ、１Ｒが配置されている。この２つの表示素子１Ｌ、１Ｒには、同一の映像でも異なる映像でも表示することができる。また、同一の映像としては、左右視差のない映像でも左右視差のある映像でもよい。そして、２つの表示素子１Ｌ、１Ｒに対応して、２つの投影光学系２Ｌ、２Ｒが配置されている。よって、２つの表示素子１Ｌ、１Ｒに表示された映像は、２つの投影光学系２Ｌ、２Ｒによって所定の位置に投影される。この所定の位置は共通の表示面（投影面）であって、ここには単一の接眼光学系４が配置されている。よって、接眼光学系４は、２つの表示素子１Ｌ、１Ｒ、２つの投影光学系２Ｌ、２Ｒ及び投影された映像３Ｌ、３Ｒに関して共通の光学系になる。
【００２５】
２つの投影光学系２Ｌ、２Ｒによって投影された映像３Ｌ、３Ｒ（以下、投影像３Ｌ、３Ｒとする。）は、図１に示すように完全に重なった状態で接眼光学系４近傍に投影される。この構成により、接眼光学系４が小さくても、左右異なる映像、左右同一の映像又は左右同一で視差のある映像を小さい表示面に表示することが可能となる。なお、投影像３Ｌ、３Ｒの重なりの度合いは、多少ずれていても構わない。
【００２６】
この接眼光学系４は、投影光学系２Ｌ、２Ｒの射出瞳を観察者側に投影する。図１では、投影された投影光学系２Ｌ、２Ｒの射出瞳（以下、射出瞳像とする。）を６Ｌ、６Ｒで示している。この射出瞳像６Ｌ、６Ｒの位置には、観察者の眼球ＥＬ、ＥＲが位置する。したがって、結果的に、接眼光学系４は投影光学系２Ｌ、２Ｒ各々の射出瞳を、観察者眼球ＥＬ、ＥＲ近傍に投影していることになる。このような接眼光学系４を備えることにより、投影光学系２Ｌ、２Ｒを射出した投影光線を効率良く観察者眼球ＥＬ、ＥＲに集めることが可能となる。その結果、低出力の光源を用いて表示素子１Ｌ、１Ｒを照明しても明るい観察像を観察することが可能となる。
【００２７】
さらに、本発明では、投影像３Ｌ、３Ｒの近傍に共通の単一の拡散板５を配置している。そして、その拡散板５に所定の拡散特性を持たせている。これにより、図１に示すように、射出瞳像６Ｌ、６Ｒの瞳径が小さい場合であっても、観察しやすい大きさの射出瞳像６０Ｌ、６０Ｒに拡大することが可能となる。この結果、観察者の眼ＥＬ、ＥＲの位置が射出瞳像６Ｌ、６Ｒの位置から多少ずれても、投影像３Ｌ、３Ｒを観察像として観察することが可能になる。すなわち、観察しやすい投影観察装置を提供することが可能となる。
【００２８】
なお、接眼光学系４と拡散板５は、何れも投影光学系２Ｌ、２Ｒにより投影された投影像３Ｌ、３Ｒ近傍に配置される。よって、接眼光学系４の少なくとも１面に、拡散作用をする拡散面を一体に設けて拡散板５としてもよい。あるいは、拡散板５を接眼光学系４とは別体のものとしてもよい。
【００２９】
ここで、拡散板５の拡散角は、半値全幅で２０°以下であることが好ましい。拡散板５の拡散角が半値全幅で２０°を越えると、拡散角が大きくなりすぎる。この場合、観察視域は広がるが、観察像の明るさが暗くなり、観察物体を照明する照明装置が大掛かりになってしまう。図１のように、両眼ＥＬ、ＥＲで左右同一な観察像を観察する場合には、上記のように拡散角は半値全幅で２０°以下が好ましい。これ以上拡散角が大きいと、観察像が暗くなってしまう。
【００３０】
さらに好ましくは、拡散板５の拡散角は、半値全幅で１０°以上あるのが好ましい。このようにすると、両眼ＥＬ、ＥＲで観察することが可能となり、見やすい投影観察装置になる。
【００３１】
図２に、本発明の第２の投影観察装置の光学系の概念図を示す。この場合も、１つの表示面に左右の眼ＥＬ、ＥＲ用の投影像３Ｌ、３Ｒを同時に表示する投影観察装置として図示してあるが、何れか一方だけでもよい。
【００３２】
図２の場合は、左右の眼用の２つの光源７Ｌ、７Ｒが用意されている。それら光源７Ｌ、７Ｒからの光束は、左右の走査手段８Ｌ、８Ｒに入射して偏向される。偏向された光束は投影光学系９Ｌ、９Ｒに入射し、所定の位置に集光する。この集光位置には走査パターンに応じた投影像３Ｌ、３Ｒが形成される。この場合も、投影像３Ｌ、３Ｒは左右異なる映像、左右同一の映像、あるいは左右同一で視差のある映像の何れであってもよい。投影像３Ｌ、３Ｒは完全に重ね合わさるように形成されるのが好ましいが、多少ずれていてもよい。なお、投影像３Ｌ、３Ｒの近傍には、接眼光学系４が配置されている。
【００３３】
ここで、光源からの光束を２次元的に偏向する走査手段８Ｌ、８Ｒとしては、特許文献４に示されたような単一の２次元走査ミラー、すなわち、２次元方向に走査するジンバル構造の走査ミラーがある。あるいは、特許文献３に示されたような相互に直交する方向に光束を偏向する２つの偏向鏡の組み合わせ等がある。
【００３４】
図２の構成でも、接眼光学系４は、投影光学系９Ｌ、９Ｒの射出瞳を観察者側に投影している。投影された投影光学系９Ｌ、９Ｒの射出瞳、すなわち射出瞳像は６Ｌ、６Ｒで示されている。この射出瞳像６Ｌ、６Ｒの位置には、観察者の眼球ＥＬ、ＥＲが位置する。このように、結果的に、接眼光学系４は投影光学系９Ｌ、９Ｒ各々の射出瞳を、観察者眼球ＥＬ、ＥＲ近傍に投影していることになる。このような接眼光学系４を備えることにより、図２の構成においても走査手段８Ｌ、８Ｒを射出した投影光線を、効率良く観察者眼球ＥＬ、ＥＲに集めることが可能となる。この結果、低出力の光源７Ｌ、７Ｒを用いても明るい観察像を観察することが可能となる。
【００３５】
さらに、本発明でも投影像３Ｌ、３Ｒの近傍に、共通の単一の拡散板５を配置している。そして、その拡散板５に所定の拡散特性を持たせている。これにより、図２に示すように、射出瞳像６Ｌ、６Ｒの瞳径が小さい場合であっても、観察しやすい大きさの射出瞳像６０Ｌ、６０Ｒに拡大することが可能となる。ｌこの結果、観察者の眼ＥＬ、ＥＲの位置が出瞳像６Ｌ、６Ｒの位置から多少ずれても、投影像３Ｌ、３Ｒを観察像として観察することが可能になる。すなわち、観察しやすい投影観察装置を提供することが可能となる。
【００３６】
なお、接眼光学系４と拡散板５は、何れも走査手段８Ｌ、８Ｒにより形成された投影像３Ｌ、３Ｒ近傍に配置される。よって、接眼光学系４の少なくとも１面に、拡散作用をする拡散面を一体に設けて拡散板５としてもよい。あるいは、拡散板５を接眼光学系４とは別体のものとしてもよい。
【００３７】
ここで、拡散板５の拡散角は、半値全幅で２０°以下であることが好ましい。拡散板５の拡散角が半値全幅で２０°を越えると、拡散角が大きくなりすぎる。この場合、観察視域は広がるが、観察像の明るさが暗くなり、観察物体を照明する照明装置が大掛かりになってしまう。図２のように、両眼ＥＬ、ＥＲで左右同一な観察像を観察する場合には、上記のように拡散角は半値全幅で２０°以下が好ましい。これ以上拡散角が大きいと、観察像が暗くなってしまう。
【００３８】
さらに好ましくは、拡散板５の拡散角は、半値全幅で１０°以上あるのが好ましい。このようにすると、両眼ＥＬ、ＥＲで観察することが可能となり、見やすい投影観察装置になる。
【００３９】
また、図１、図２の配置で、左右の投影像３Ｌ、３Ｒとして両眼視差のある映像を観察場合は、左右の眼で観察する映像が異なるために、拡散角が大きいとクロストークを起こす。この場合、立体像とは認識できず二重像として観察されてしまう。そのために、拡散板５の拡散角は半値全幅で８°以下であることが好ましい。
【００４０】
また、拡散板５は、光強度が１／１０になる全幅において，  拡散角が１２°以下であることが好ましい。少なくとも１２°以上に拡散する光線は観察者に届かないので、上記条件を満足することが照明光の効率的利用につながる。なお、半値全幅から急に拡散光強度が低下する特性であることが好ましい。
【００４１】
次に、上記のような拡散角を得るための拡散板５の表面粗さについて説明する。
【００４２】
図３は拡散板５が透過型の場合である。透過型拡散板５から４０ｃｍの距離でφ６３ｍｍの大きさに光線を拡大しようとすると、光線の拡散角は半値幅で４．５°の拡散角を持つことが必要になる。拡散板５表面の微細な凹凸で光線を屈折させる場合、その凹凸の形状をｓｉｎ波形状と仮定し、拡散面の屈折率を１．５とする。すると、図４に示すように、入射角をθ、屈折角をθ’とし、θ’−θ＝４．５°とスネルの式から、入射角θは約８．８６°の傾きを持つ必要があることが分かる。つまり、表面荒さの傾きの最大値は８．８６°であることが必要である。ここで、面の形状は滑らかなｓｉｎ波形状としていることから、その形状は、
ｙ＝ａ×ｓｉｎ（２πｘ／Ｔ）
で表される。ここで、ａは振幅、Ｔは周期である。そして、その傾きは、
（傾き）＝ｄｙ／ｄｘ＝ａ×ｃｏｓ（２πｘ／Ｔ）×２π／Ｔ
となる。傾きが最大になるのは、ｘ＝２πｍ（ｍは整数）のときであるから、
（傾きの最大値）＝ａ×２π／Ｔ
となり、これが８．８６°になるときのａ／Ｔを求めればよいことになる。
【００４３】
（傾きの最大値）＝ａ／Ｔ×２π＝８．８６／１８０×π＝０．１５４
これからａ／Ｔを求めると、
ａ／Ｔ＝０．０２４６
となる。ここで、ＪＩＳ  Ｂ０６０１による算術平均荒さＲａとａの関係は、形状が正弦波の場合は、
Ｒａ／√２＝ａ
となり、さらに凹凸の平均間隔Ｓｍと上記周期Ｔの関係は、
Ｓｍ＝Ｔ
となる。これより、表面粗さに関しては以下の結果を得る。
【００４４】
Ｓｍ＝２８．７Ｒａ
の場合、拡散面の最大傾斜は８．８３°となり、屈折率１．５の場合、光線の拡散半角４．５°、拡散全角で９°の拡散板が得られる。
【００４５】
次に、図５は拡散板５が反射型の場合である。反射型拡散板５から４０ｃｍの距離でφ６３ｍｍの大きさに光線を拡大しようとすると、光線の拡散角は半値幅で４．５°の拡散角を持つことが必要になる。拡散板５表面の微細な凹凸で光線を反射させる場合、その凹凸の形状をｓｉｎ波形状と仮定すると、図６に示すように、入射角、反射角をθとし、２θ＝４．５°から、入射角θは４．５°の半分の約２．２５°の傾きを持つ必要があることが分かる。つまり、表面荒さの傾きの最大値は２．２５°であることが必要である。ここで、面の形状は滑らかなｓｉｎ波形状としていることから、その形状は、
ｙ＝ａ×ｓｉｎ（２πｘ／Ｔ）
で表される。そして、その傾きは、
（傾き）＝ｄｙ／ｄｘ＝ａ×ｃｏｓ（２πｘ／Ｔ）×２π／Ｔ
となる。傾きが最大になるのは、ｘ＝２πｍ（ｍは整数）のときであるから、
（傾きの最大値）＝ａ×２π／Ｔ
となり、これが２．２５°になるときのａ／Ｔを求めればよいことになる。
【００４６】
（傾きの最大値）＝ａ／Ｔ×２π＝２．２５／１８０×π＝０．０３９２７これからａ／Ｔを求めると、
ａ／Ｔ＝０．００６２５
となる。ここで、ＪＩＳ  Ｂ０６０１による算術平均荒さＲａとａの関係は、形状が正弦波の場合は、
Ｒａ／√２＝ａ
となり、さらに凹凸の平均間隔Ｓｍと上記周期Ｔの関係は、
Ｓｍ＝Ｔ
となる。これより、表面粗さに関しては以下の結果を得る。
【００４７】
Ｓｍ＝１１３．１４Ｒａ
の場合、拡散面の最大傾斜は２．２５°となり、反射による拡散半角４．５°、拡散全角で９°の反射型拡散板５が得られる。
【００４８】
これを、２回透過型拡散板、裏面鏡型拡散板についても検討すると、Ｓｍ／Ｒａと拡散半角との関係は、拡散面の凹凸面をｓｉｎ波形状に近似できる場合は、図７に示すようになる。
【００４９】
以上のような知見から、拡散板５の表面粗さは、以下の条件を満足することが望ましい。
【００５０】
５＜（Ｓｍ／Ｒａ）＜１０００                          ・・・（１）
この条件は、拡散板５に好ましい拡散特性を持たせるために必要な条件であり、拡散特性を表面の微細な凹凸形状により与える場合である。光線を拡散させる方法に、拡散板５表面の微細な凹凸形状を用いると、拡散特性に波長依存性が非常に少なくなり好ましい。また、透過率も他の方法に比べて拡散板５表面でのフレネル反射のみになり、透過率の低下が少ない。さらに、ＡＲ（反射防止）コート等を行うことにより、さらに透過率を上げることが可能である。
【００５１】
さらに好ましくは、
１０＜（Ｓｍ／Ｒａ）＜５００                      ・・・（１−１）
なる条件を満足することが好ましい。
【００５２】
また、本発明の拡散板５の拡散面は、以下条件を満足するようなランダムな凹凸形状にするのがよい。これにより、広い射出瞳径で、ざらつき感のないクリアーで明るい観察像を得ることができる。
【００５３】
１回透過型の拡散板では、
５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜７０            ・・・（２）
２回透過型の拡散板では、
１０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜８０          ・・・（３）
表面反射型の拡散板では、
５０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２００        ・・・（４）
裏面反射型の拡散板では、
８０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２５０        ・・・（５）
なる条件を満足することが好ましい。ここで、ＳｍはＪＩＳ  Ｂ０６０１による表面の凹凸の平均間隔（μｍ）、Ｒａは表面の中心線平均粗さ（μｍ）、Ｅｐは拡散面から観察者の眼の位置までの距離（：アイポイント（ｍｍ））である。
【００５４】
上記条件式（２）〜（５）の下限を下回ると、拡散角が小さくなりすぎ、広い瞳径を得るとこが難しくなる。また、上限を上回ると、拡散しすぎてしまい観察像が暗くなってしまう。
【００５５】
なお、接眼光学系４にフレネルレンズを用いる場合には、拡散面の凹凸形状をランダムな配置にすることがより好ましい。凹凸形状に周期性があると、フレネルレンズのピッチと拡散面との間でモアレ縞が発生して観察像に重畳し、見にくい像となってしまう。
【００５６】
上記条件式（２）〜（５）については、それぞれ以下のようにさらに限定することがより望ましい。
【００５７】
１回透過型の拡散板では、
１０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜４０      ・・・（２−１）
２回透過型の拡散板では、
１５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜６０      ・・・（３−１）
表面反射型の拡散板では、
７０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜１５０    ・・・（４−１）
裏面反射型の拡散板では、
１００＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２００  ・・・（５−１）
さらに好ましくは、拡散板の拡散面の表面の凹凸の平均間隔Ｓｍは、
Ｓｍ＜２００μｍ                                      ・・・（６）
なる条件を満足することが好ましい。この条件（６）は、観察画面のザラザラ感に関係している。拡散面の凹凸が２００μｍ以上だと、特に本発明のように投影光学系２、２１  、２２  からの光束が細い（ＮＡが小さい）光線で拡散板４近傍に投影像を形成する投影観察装置においては、このＳｍが映像のザラザラ感（シンチレーション）に大きく影響する。そのため、条件（１）〜（５）を満足しながら、本条件（６）を満足するような拡散面であることが重要である。この条件（６）を満足しないで、Ｓｍが２００μｍ以上になると、ひどいときは観察者の眼を移動した場合に画面全体が細かく瞬くように見えるシンチレーションが見えてしまう。また、そこまでひどくなくても、映像がすりガラスに投影された映像のように画像のクリア感がなくなり、鮮やかな映像を観察することができない。
【００５８】
さらに好ましくは、
Ｓｍ＜１００μｍ                                  ・・・（６−１）
なる条件を満足することが好ましい。
【００５９】
さらに好ましくは、
Ｓｍ＜５０μｍ                                    ・・・（６−２）
なる条件を満足することが望ましい。
【００６０】
さて、以上のような条件を満足する本発明の拡散板５としては、本出願人による特願２００１−３７０９５０の作製方法で作製した拡散板が使用可能である。その拡散板としては、以下のものがある。
（１）サンドブラスト法により粒径が制限された球形ビーズを吹き付けて形成されたランダム配置の凹面群あるいはその凹面群に相似的な凹面群、又は、これら凹面群に相補的な凸面群を有する拡散板。
（２）金属基板に球形ビーズを吹き付けて形成されたランダム配置の凹面群を型として透明基板に複製することにより作製された（１）の拡散板。
（３）金属基板上に形成した加工層に球形ビーズを吹き付けて形成されたランダム配置の凹面群を金属基板表面に相似的に転写して形成されたランダム配置の凹面群を型として透明基板に複製することにより作製された（１）の拡散板。
（４）前記球形ビーズの粒径が０．０１ｍｍから２ｍｍのガラスビーズからなる（１）から（３）の拡散板。
（５）前記球形ビーズを吹き付ける空気圧が０．５〜３．０ｋｇ／ｃｍ２  である（４）の拡散板。
（６）前記金属基板が真鍮からなる（２）、（４）、（５）の拡散板。
（７）前記金属基板が前記球形ビーズより硬度の高い金属からなる（３）、（４）、（５）の拡散板。
（８）前記金属基板の表面に形成された凹面群を射出成形あるいはプレス成形により透明基板に複製した（２）〜（７）の拡散板。
（９）基板上に樹脂の液滴を噴霧して付着させることにより形成されたランダム配置の凸面群を基板表面に相似的に転写して形成されたランダム配置の凸面群、又は、その凸面群に相補的な凹面群を有する拡散板。
【００６１】
さらに、特許文献５に記載されている拡散板を使うことができる。この拡散板は、透明基体の片面又は両面を粗面化して作製したものである。透明基体の片面又は両面を粗面化する方法としては、例えば以下の（１）〜（４）の方法がある。（１）透明基体の片面又は両面をエッチング処理する方法、（２）樹脂にフィラーを、必要に応じて、水や有機溶剤と共に分散した塗料又はインクをコーティングや印刷を行うことにより、透明基体の片面若しくは両面上に単層又は多層に分けて設ける方法、（３）樹脂やフィラー単体又はこの混合物からなる粉体を静電粉体コーティングや粉体電着コーティングにより、透明基体の片面又は両面に設ける方法、（４）有機又は無機のフィラーを樹脂と共に、熱と圧力を加えることにより溶融し、この溶融物を押し出し成形や射出成形等によりフィルム化して成形する方法。この場合に、この拡散板のＨＡＺＥ値（ＪＩＳＫ７１０５）が、１０〜４０の範囲にあることが好ましい。
【００６２】
また、特許文献６で作製した拡散板を使うこともできる。この拡散板を作製する方法は、基体上に直接又は他の層を介して結着層を積層する工程と、フィラーを加圧媒体によって結着層に埋め込む工程と、その工程で得た積層体に付着した余剰フィラーを除去する工程とを具備している。
【００６３】
接眼光学系４としては、前記したように、フレネルレンズやフレネル反射鏡のようにフレネル面により構成されていることが望ましい。また、接眼光学系４は、偏心フレネル反射面で構成するすることができる。接眼光学系４をフレネルレンズやフレネル反射鏡のようにフレネル面により構成することにより、接眼光学系４を薄く構成できる。その結果、投影観察装置を小型で折り畳みやすいものにすることができるまた、後記の実施例のように凹面鏡１枚から構成されていてもよい
また、接眼光学系４を反射光学系で構成することにより、観察者側に投影された投影光学系２Ｌ、２Ｒや９Ｌ、９Ｒの射出瞳（射出瞳像）における収差の発生が少なくなる。その結果、拡散板５の拡散性を上げなくても、観察視域が広くとれる。また、不要な方向に拡散する光が少なくなる分、照明の光量を増やさずに明るい観察像を観察できる。特に、本発明のように、接眼光学系４の光軸が偏心している光学系においては偏心収差の発生が大きい。しかも、接眼光学系４がシンプルな場合は、この偏心収差を補正する面を他に設けることが難しい。このような点から、元々偏心収差の発生が少ない反射光学系を使うことは好ましいといえる。
【００６４】
また、接眼光学系４をフレネル面で構成すると、接眼光学系４を薄くすることが可能である。これは、フレネル面は略平面で構成するとが可能であることによる。また、反射型のフレネル面では、光学作用面である輪帯状の反射面の光軸に垂直な面に対してなす角度が小さくなることにより、フレネルレンズで問題となるフレネル端面（非作用面）でのゴースト光の発生が少なくなる。また、光線の透過効率も高くできる。また、走査手段８１  、８２  で決まる２つの光軸のなす角度を後記のように大きくとる場合には望ましいものとなる。
【００６５】
図８に、本発明の第３の投影観察装置の光学系の概念図を示す。本発明の第３の投影観察装置は、複数の観察者が異なる方向から、映像を同時に観察することができる投影観察装置である。図８に示す投影観察装置は、図２と同じように、２つの光源７１  、７２  と、２つの走査手段８１  、８２  、及び、２つの投影光学系９１  、９２  を有する。そして、接眼光学系４と拡散板５の近傍に投影像３１  、３２  を形成し、異なる観察者Ｍ１  、Ｍ２  の眼Ｅ１  、Ｅ２  に見２つの映像が投影されるように構成されている。また、図８では、接眼光学系４で投影された投影光学系９１  、９２  の射出瞳、すなわち射出瞳像を６１  、６２  で示している。また、拡散板５で拡大された射出瞳像を６０１  、６０２  で示してある。なお、図１のような２つの表示素子と２つの投影光学系を用いる投影観察装置についても、同様に構成できる。
【００６６】
接眼光学系４近傍に形成される投影像３１  、３２  は、図８に示すように少なくとも一部が重なるように形成される。この構成により、接眼光学系４と拡散板５が構成する表示面が小さくても、異なる映像を小さい表示面に表示することが可能となる。
【００６７】
さて、図８の構成では、投影光学系９１  、９２  を介して走査手段８１  、８２  から接眼光学系４に至る光軸は接眼光学系４と交差する。そこで、何れか一方の光軸が交差する点における接眼光学系４の垂線とその光軸とのなす角は１０°以上であることが望ましい。この点について、図９を用いて説明する。
【００６８】
図９に示すように、走査手段８１  、８２  から投影光学系９１  、９２  を介して接眼光学系４に至る光軸は、拡散板５と接眼光学系４の略中心を通過して観察者Ｍ１  、Ｍ２  の眼球位置に到達する。なお、ここでは、拡散板５の拡散作用は考えないとしている。
【００６９】
本発明の投影観察装置としては、１つの表示面に形成された映像を、少なくとも２人以上で異なる方向から観察する個人用ディスプレイとしての使用が考えられる。この場合、表示面と観察者の距離は４０ｃｍ〜１ｍ程度になる。一方、２人以上の観察者、ここでは２人の観察者Ｍ１  、Ｍ２  は顔を寄せて合って観察することはないので、両者の顔の中心間の距離は４０ｃｍ以上離れると思われる。この場合、投影光学系９１  の光軸と投影光学系９２  の光軸とのなす角度は、５３°〜２２．６°になる。このように、お互いの顔が近づくことによる心理的ファクターを考えると、点Ｐにおける接眼光学系４の垂線Ｎと投影光学系９１  、９２  の光軸（投影光学系９１  、９２  を介して走査手段８１  、８２  から接眼光学系４に入射する光軸）の少なくとも何れ一方の光軸とのなす角αは１０°以上であることが望ましい。ここで、点Ｐは、投影光学系９１  、９２  の光軸の少なくとも何れか一方が、接眼光学系４と交差する点である。また、接眼光学系４の垂線Ｎとは、接眼光学系４の主面に対する垂線であり、接眼光学系４をフレネルレンズやフレネル反射鏡で構成する場合は、そのレンズや反射鏡に対する垂線となる。
【００７０】
図９は２次元偏心的に走査手段８１  、８２  と投影光学系９１  、９２  を配置した場合であるが、３次元偏心的に配置する場合も同様のことが言える。図１０は、走査手段８１  、８２  と投影光学系９１  、９２  を３次元偏心的に配置したときの模式図である。なお、図１０では、一方の走査手段８１  と投影光学系９１  のみしか図示していない。また、投影光学系９１  、９２  の射出瞳をそれぞれ１６１  、１６２  で示し、それらの接眼光学系４による投影像である射出瞳像を６１  、６２  で示してある。図１０に示すように、投影光学系９１  、９２  を３次元偏心的に配置する場合も、図９と同様に、点Ｐにおける垂線Ｎと投影光学系９１  、９２  の光軸とのなす角αを、１０°以上にすることが望ましい。
【００７１】
ところで、本発明の場合も、拡散板５の拡散角は半値全幅で２０°以下であることが好ましい。拡散板５に上記条件の拡散特性を持たせることにより、観察者別に各々の投影像３１  、３２  を観察させることが可能となる。この条件の上限の２０°を越えると、投影像３１  、３２  が異なる映像の場合、異なる映像がダブって見える「クロストーク」が発生する。このため、観察者は、表示内容を正しく観察することができなくなってしまう。また、上限の２０°を越えると、拡散角が大きくなりすぎ観察像の明るさが暗くなる。そのため、必要な光量を確保しようとすると、光源７１  、７２  が大掛かりになってしまう。なお、投影像３１  、３２  が同一映像の場合、クロストークの問題は生じない。
【００７２】
また、拡散板５は、１０分の１全幅で拡散角が４０°以下となる拡散特性を有することが好ましい。少なくとも４０°以上に拡散する光線は観察者に届かない。よって、上記条件を満足することにより、無駄な照明光が減り、照明光の利用効率が向上する。その結果、光源７１  、７２  として小型で低出力のものを使うことが可能となる。なお、半値全幅から急に拡散光強度が低下する特性であることが好ましい。
【００７３】
さらに、拡散板５は、１０分の１全幅で拡散角が３０°以下となる拡散特性を有することが好ましい。上記条件を満足することが照明の効率的利用につながる。少なくとも３０°以上に拡散する光線は観察者にあまり届かないので、上記条件を満足することが照明の効率的利用につながる。なお、半値全幅から急に拡散光強度が低下する特性であることが好ましい。
【００７４】
次に、図９、図１０に示す構成では、接眼光学系４に対してい斜め方向から走査手段８１  、８２  で走査された映像を投影する配置となっている。このような配置で、投影光学系９１  、９２  を回転対称な光学系で構成すると、投影された像はアオリ像となって像歪みを発生する。この像歪みは、図１０に示すように、走査手段８１  、８２  で走査されて形成された表示面と、投影光学系９１  、９２  の主面と、接眼光学系４の主面とを平行に配置し、投影光学系９１  、９２  を光軸に垂直にシフトした形態にすることにより補正できる。あるいは、シャイムフルクの法則を満たすようにこの三者を配置することにより、その像歪みを補正することができる。
【００７５】
また、このような像歪みは、走査手段８１  、８２  により形成する像を、その像歪みをキャンセルするように予め歪ませて表示することにより、電気的に補正することもできる。さらに、上記の光学的な補正方法と電気的な補正方法の両方を用いることも可能なことは言うまでもない。
【００７６】
また、投影光学系９１  、９２  としては偏心光学系を使うことが望ましい。その場合、投影光学系９１  、９２  は回転非対称面を有することが望ましい。なお、回転非対称な曲面形状としては、限定的でないが、自由曲面を用いることが望ましい。自由曲面は、例えば特許文献７（特許文献８）の（ａ）式により定義される自由曲面であり、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
【００７７】
また、投影光学系９１  、９２  の少なくとも１つは、屈折率（ｎ）が１よりも大きい（ｎ＞１）媒質で形成された偏心プリズムを１個以上備えた偏心プリズム光学系から構成する。その偏心プリズムは、走査手段あるいは表示素子から射出された光束をプリズム内に入射する入射面と、その光束をプリズム内で反射する少なくとも１つの反射面と、光束をプリズム外に射出する射出面とを有する。そして、その少なくとも１つの反射面が、光束にパワーを与える曲面形状を有し、その曲面形状が偏心によって発生する収差を補正する回転非対称な面形状にて構成されているものとするのが好ましい。これにより、像歪補正能力が格段に向上する。特に、少なくとも２つの投影光学系９１  、９２  の光軸の相互になす角が３０°以上の場合には好ましい。
【００７８】
なお、本発明において投影光学系９１  、９２  として用いる偏心プリズム光学系は、偏心プリズムを１個又は複数個用いてたものでもよい。あるいは、図１１に模式的に示すように、回転対称なレンズ系と偏心プリズムを組み合わせたものを用いてもよい。
【００７９】
偏心プリズムの１例としては、走査手段８１  、８２  からの光束をプリズム内に入射させる入射面と、その入射面からプリズム内に入射した光束をプリズム内で反射する第１反射面と、その第１反射面で反射された光束をプリズム内で反射する第２反射面と、その第２反射面で反射された光束をプリズム外に射出する射出面とを備え、その入射面から第１反射面へ向かう光束と第２反射面から射出面へ向かう光束とがプリズム内で交差する面配置を有し、入射面、第１反射面、第２反射面、射出面の少なくとも１面が非回転対称面からなる偏心プリズムがある。
【００８０】
このような偏心プリズムを用いると、プリズム内の光路が交差光路になり、反射面（第１反射面と第２反射面）での入射角度が小さくなる。その結果、偏心収差の発生をすくなくすることができる。
【００８１】
あるいは、投影光学系９１  、９２  に用いる偏心プリズムのもう１つの例としては、走査手段８１  、８２  からの光束をプリズム内に入射させる入射面と、その入射面からプリズム内に入射した光束をプリズム内で反射する第１反射面と、その第１反射面で反射された光束をプリズム内で反射する第２反射面と、その第２反射面で反射された光束をプリズム外に射出する射出面とを備え、その入射面と第２反射面とを１面で兼用した偏心プリズムがある。
【００８２】
この第２反射面と入射面とを兼用するタイプの偏心プリズムは、第２反射面で光線を大きく屈曲させ、第１反射面は少ない屈曲角で光線を第２反射面へと反射するために、プリズム光学系の入射光線方向の厚さを薄くすることが可能なものである。
【００８３】
さて、以上のように、投影光学系９１  、９２  を偏心プリズム光学系で構成すると、以下のような利点がある。それは、接眼光学系４に対して斜め方向から走査手段８１  、８２  で形成された映像を入射させる場合、偏心プリズム光学系を面対称形状に構成することにより、アオリ像の像歪みを補正することが容易になることである。すなわち、この斜め配置により発生する像歪みは、所定の方向から見た時に非対称な形状をしているが、投偏心プリズム光学系によって発生する非対称な像歪みの発生方向と一致する。そのため、偏心プリズム光学系の偏心収差によりその像歪みを補正することが可能となり、収差補正が容易になる。なお、所定の方向とは、投影光学系９１  、９２  の光軸が接眼光学系４と交差する点をＰとし、この点Ｐを含む偏心プリズム光学系の対称面方向のことである。
【００８４】
もちろん、この場合も、このような像歪みは、走査手段８１  、８２  で形成する像をその像歪みをキャンセルするように予め歪ませて表示することにより、電気的に補正することもできる。さらに、上記の光学的な補正方法と電気的な補正方法の両方を用いることも可能なことは言うまでもない。
【００８５】
ところで、このように投影光学系９１  、９２  を面対称形状の偏心プリズム光学系で構成して用いる場合においても、点Ｐにおける接眼光学系４の垂線と投影光学系９１  、９２  の光軸（少なくとも一方）とのなす角を、上記の通り１０°以上とする必要がある。
【００８６】
次に偏心プリズムと走査手段の好ましい配置を図１１を用いて説明する。図１１において、点Ｐは偏心プリズム光学系９１  の光軸と接眼光学系４との交点である。偏心プリズム光学系９１  は対称面を有し、対称面が点Ｐを含むように偏心プリズム光学系９１  が配置されている。また、偏心プリズム光学系９１  の入射面側（物体面側）には、走査手段８１  が配置されている。そして、走査手段８１  によって映像が接眼光学系４近傍に形成されたたときに、映像を形成する光束が移動する方向、すなわち縦走査方向又は横走査方向が接眼光学系４の縦又は横方向と略一致するように、走査手段８１  を光軸の周りで回転させて配置する。偏心プリズム光学系９２  と走査手段８２  についても同じように配置する。
【００８７】
このような走査手段８１  、８２  の配置により、接眼光学系４に対する投影光学系９１  、９２  の斜め配置によって発生する回転非対称な像歪みを、面対称形状の偏心プリズム光学系で補正できる。それだけでなく、何れの投影光学系９１  、９２  の偏心プリズム光学系も、同一形状のものとして用意すれば良い。よって、例えば相互に面対称な形状のように、左右の投影光学系９１  、９２  を異なる形状に構成する場合に比べて、投影光学系９１  、９２  の製造コストを大幅に下げることが可能となる。
【００８８】
なお、走査手段８１  、８２  として、特許文献４に示されたような２次元方向に走査するジンバル構造の走査ミラーを用いることができる。この場合には、投影光学系９１  、９２  は必ずしも用いる必要ない。
【００８９】
ところで、以上の図１、図２、図８〜図１１の構成の投影観察装置においては、拡散板５として、拡散特性に指向性のある微細な凹凸面又は粗面からなるものを主として想定していたが、拡散板５としてホログラムからなる拡散板をそれぞれの投影観察装置に用いてもよい。ホログラムからなる拡散板としては、透過型ホログラムと反射型ホログラムとが考えられる。ここで、体積型感光材料中に記録されたホログラムの場合、透過型ホログラムは波長選択性が低く、反射型ホログラムは波長選択性が高い。カラー像を表示する投影観察装置に用いる場合には、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）３波長の光を拡散させるめに３つのホログラム干渉縞を多重記録する必要があるため、ホログラムとしては波長選択性が比較的低い透過型ホログラムを用いる方が望ましい。そして、投影観察装置を小型に構成するには、接眼光学系として凹面鏡（フレネル凹面反射鏡を含む）を用いてこのような透過型ホログラムからなる拡散板と組み合わせて構成することが望ましい。以下、このような透過型ホログラムからなる拡散板２５と凹面鏡２４からなる接眼光学系とを用いて構成する投影観察装置について説明するが、以後のこの構成の投影観察装置においては、表示素子、光源、走査手段の図示は省く。しかしながら、図１、図２等と同様に、これらは投影光学系２、９の入射側に配置される。また、以後のこの構成の投影観察装置において、左右あるいは複数の光学系の中、何れか１つだけを示し、他は省略して説明する。
【００９０】
図１２（ａ）に、本発明に基づき構成されたこのような投影観察装置の光学系の概念図を、また、図１２（ｂ）に、その投影観察装置の配置例を示す。なお、図１２（ｂ）において、凹面鏡２４はフレネル凹面反射鏡で構成されている。上記のように、表示素子、光源、走査手段は図示を省かれている。図１２（ｂ）では、表示素子に表示された映像、あるいは、それら光源からの光束が走査手段で偏向されて形成された映像は、投影光学系２（９）で拡大投影される。そして、その投影像近傍には透過型ホログラムからなる拡散板２５と、接眼光学系とが配置されている。接眼光学系は凹面鏡２４からなり、投影光学系２（９）の射出瞳を所定の位置に形成する。この所定の位置は、観察者Ｍの眼球と略一致している。投影光学系２（９）の接眼光学系２４により形成された射出瞳像６は、拡散板２５によって観察しやすい大きさの射出瞳像６０に拡大される。これにより、観察者Ｍの眼Ｅの位置が射出瞳像６の位置から多少ずれても、投影像を観察像として観察することが可能になる。この結果、図１等の場合と同様に、観察しやすい投影観察装置が得られる。
【００９１】
ここで、本発明における特徴は、図１２（ａ）に示すように、透過型ホログラムからなる拡散板２５は接眼光学系の凹面鏡２４の入射側に配置されるため、投影光学系２（９）から装置の射出瞳６０の位置に至る光線は、透過型ホログラム２５を往復で計２回透過する点にある。このような特徴を有するため、光は透過型ホログラム２５で２度回折されることになる。このことを踏まえて、本発明では１回目（凹面鏡２４に入射する前）の透過型ホログラム２５を透過する角度と、２回目（凹面鏡２４に入射した後）の透過型ホログラム２５を透過する角度とを積極的に異ならせて、そのホログラムの角度選択性により何れか一方での回折を避けるようにしている。そのための配置については、後記する。
【００９２】
そして、透過型ホログラムからなる拡散板２５は上記の拡散板５と同様に、その拡散角が、同様の理由で半値全幅で２０°以下であることが好ましい。さらに、拡散角は半値全幅で１０°以上あるのが好ましい。
【００９３】
また、その拡散板２５は、１０分の１全幅の拡散角が４０°以下となる拡散特性を有することが好ましい。さらに、１０分の１全幅で拡散角が３０°以下となる拡散特性を有することが好ましい。
また、図１、図２の場合のように、立体像を観察する構成の場合は、透過型ホログラムからなる拡散板２５の拡散角は半値全幅で８°以下であることが好ましい。また、１０分の１全幅の拡散角が１２°以下であることが好ましい。
【００９４】
次に、透過型ホログラムからなる拡散板２５の屈曲作用と波長分散の関係、接眼光学系の凹面鏡２４と透過型ホログラムからなる拡散板２５の配置関係について説明する。透過型ホログラムからなる拡散板２５は、参照光と拡散光源（２次光源）からの物体光との干渉記録によって作製される。この時、参照光と物体光が同軸（インライン）配置での記録であると、図１３（ａ）に示したように、投影光学系２（９）からの軸上主光線２６は、拡散板２５に１回目の入射をして拡散板２５で屈曲されずに直通する。そして、拡散板２５を直通した主光線は、凹面鏡２４で反射されて方向を変え、拡散板２５を裏面側から入射して拡散板２５を直通する。この際、１回目の入射の際に入射光の入射角度が、透過型ホログラム（拡散板２５）の再生光入射角度（回折効率がピーク近傍になる角度）を満足していれば、１回目の透過の際に直通する主光線の周りに回折による拡散光が分布し、２回目の透過の際にはその拡散光はほとんど直通する。一方、２回目の入射の際に入射光の入射角度が、再生光入射角度を満足していれば、１回目の透過の際には軸上主光線２６は回折されずにほとんど直通し、２回目の透過の際に直通する主光線の周りに回折による拡散光が分布する。いずれの場合も、０次光２７０  と主光線２７１  は同じ方向に進む。図１３（ａ）はこの様子を示したものであり、拡散光は図示していない。この図では、拡散板２５で回折されない０次光２７０  と回折された拡散光中の主光線（中心光線）２７１  のみを図示してあり、０次光２７０  と主光線２７１  は同じ方向に進み、装置の射出瞳６０の中心に達する。したがって、図１３（ａ）に示すように、透過型ホログラムからなる拡散板２５が拡散作用のみで、光路の屈曲作用を持たない場合は、拡散光だけでなく回折により拡散されない０次光２７０  が射出瞳６０に達する。その結果、観察される映像中心に０次光２７０  のスポットが見えることになり望ましくない。
【００９５】
そこで、透過型ホログラムからなる拡散板２５として、参照光と物体光が相互に同軸でないオフライン配置の関係で記録したものを用いる。このようなオフライン配置で記録した拡散板２５は、再生光入射角度を満足して回折する場合に光線の屈曲と共に波長分散が生じる。その屈曲方向によって図１３（ｂ）、（ｃ）のような光路と、図１４（ａ）、（ｂ）のような光路とをとる。ただし、図１３（ｂ）、（ｃ）は拡散板２５の再生光入射角度条件が１回目の入射の際に満足する場合であり、図１４（ａ）、（ｂ）は２回目の入射の際に満足する場合である。図１３（ｂ）、図１４（ａ）は、拡散板２５の屈曲方向が法線に対する入射角に対して回折角が小さくなる方向の場合であり、図１３（ｃ）、図１４（ｂ）は、入射角に対して回折角が大きくなる方向の場合である。各図中、拡散光の図示は省き、拡散板２５で回折して屈曲されたＲ、Ｇ、Ｂの波長の主光線（中心光線）をそれぞれ２７Ｒ  、２７Ｇ  、２７Ｂ  で示してある。各図から明らかなように、拡散板２５のとして光線の屈曲作用を持つ透過型ホログラムを用いると、ホログラムで回折されない０次光２７０  を回折光２７Ｒ  、２７Ｇ  、２７Ｂ  から分離できる。その結果、装置の射出瞳６０に入射しないように構成可能になる。具体的には、装置の射出瞳６０の位置で、射出瞳６０の中心からその瞳径の２分の１以上離れて０次光２７０  が入射するように構成することが望ましい。
【００９６】
なお、透過型ホログラムでの屈曲角（偏角）を上記入射角と回折角の差の絶対値γで定義し、かつ、その屈曲角をｄ線（波長５８７．６ｎｍ）で測るとした場合、屈曲角γが小さすぎると、上記のように観察像中に０次光が入射する。逆に、大きすぎると、波長分散が大きくなりすぎて射出瞳６０でＲ、Ｇ、Ｂの３波長が重なる範囲、すなわち色再現性良く観察できる射出瞳範囲が小さくなりすぎてしまう。
【００９７】
したがって、透過型ホログラムからなる拡散板２５のｄ線での屈曲角（偏角）γは、
γ＞１°                                              ・・・（７）
の関係を満たす必要がある。
【００９８】
さらに好ましくは、
γ＞２°                                          ・・・（７−１）
なる条件を満足することが好ましい。
【００９９】
さらに好ましくは、
γ＞１０°                                        ・・・（７−２）
なる条件を満足することが望ましい。
【０１００】
また、
γ＜４５°                                            ・・・（８）
の関係を満たす必要がある。
【０１０１】
さらに好ましくは、
γ＜２０°                                        ・・・（８−１）
なる条件を満足することが好ましい。
【０１０２】
上記の条件（７−２）と（８−１）を組み合わせると、次の条件（９）となる。
【０１０３】
１０°＜γ＜２０°                                    ・・・（９）
この条件（９）についてさらに説明する。この条件の下限の１０°を下回ると、０次光と表示像を観察可能にする正規観察光との分離が少なくなる。そのため、観察者が僅かに頭を動かすと、０次光が眼に入ってまぶしくなることが多くなる。また、この条件の上限の２０°を越えると、透過型ホログラム２５による色分散が大きくなり、その結果観察範囲が狭くなってしまう。
【０１０４】
さらに、Ｒを７００ｎｍの波長の光、Ｂを４００ｎｍの波長の光としたとき、回折光２７Ｒ  と２７Ｂ  の間の回折角の差は、小さい程望ましい。具体的には、１８°以下であることが、上記のように色再現性良く観察できる射出瞳範囲が小さくなりすぎないために必要である。また、装置の射出瞳６０の位置では、Ｒを７００ｎｍの波長の光、Ｂを４００ｎｍの波長の光としたとき、回折光２７Ｒ  と２７Ｂ  の間の入射位置の差も小さい程望ましい。具体的には、射出瞳６０の瞳径の２分の１以下であるように構成することが望ましい。
【０１０５】
ところで、図１３、図１４においては、投影光学系２（９）からの軸上主光線２６あるいは０次光２７０  は凹面鏡２４に斜め（凹面鏡２４の入射位置での法線に対して角度βをなす。）に入射することを考えていた。ここで、軸上主光線２６あるいは０次光２７０  が凹面鏡２４に略直角（β≒０°）に入射すると、拡散板２５を２度通過した後にホログラムから射出する主光線２７Ｒ  、２７Ｇ  、２７Ｂ  は軸上主光線２６と略反対方向に向かう。そのため、装置の射出瞳６０の位置と投影光学系２（９）が干渉することになる。そこで、凹面鏡２４に入射する投影光学系２（９）からの軸上主光線２６又はその０次光２７０  の凹面鏡２４への入射角βは、
０°＜β＜４５°                                    ・・・（１０）
の関係を満たすことが望ましい。
【０１０６】
さらに好ましくは、
５°＜β＜２０°                                ・・・（１０−１）
なる条件を満足することが好ましい。
【０１０７】
この条件（１０−１）についてさらに説明する。この条件の下限の５°を上回ると、凹面鏡２４の偏心量が小さくなる。そのため、拡散板２５で共役再生が起こり、表示像観察に利用可能な光量が低下する。また、この条件の上限の２０°を越えると、凹面鏡２４の偏心量が大きくなりすぎる。そのため、投影される瞳収差が大きくなり、均一な明るさの像を観察することが困難になってしまう。
【０１０８】
また、図１３、図１４においては、投影光学系２（９）からの軸上主光線２６が透過型ホログラムからなる拡散板２５及びその裏面側の凹面鏡２４に入射する位置は、それぞれの略中心で、拡散板２５と凹面鏡２４の間には偏心はないものとした。その場合、図１３、図１４から明らかなように、拡散板２５を２度通過した投影光（回折光）２７Ｒ  、２７Ｇ  、２７Ｂ  は拡散板２５に対して角度をなしており、装置の射出瞳６０は拡散板２５の正面には位置せず斜め方向から投影された映像を見ることになり、観察される像はアオリ像となって像歪みが発生する。そこで、図１５（ａ）〜（ｃ）に示すように、凹面鏡２４を拡散板２５に対して偏心させて（何れの図も上方へ偏心させている。）、凹面鏡２４で反射された主光線２７Ｒ  、２７Ｇ  、２７Ｂ  が拡散板２５を２度目に通過して拡散板２５に対して略直角をなすようにしている。なお、図１５（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図１３（ａ）〜（ｃ）に対応する場合である。
【０１０９】
なお、投影光学系２（９）からの拡散板２５上に斜め方向から投影像を入射させるので、拡散板２５上での投影像もアオリ像となって像歪みが発生する。そのため、投影光学系２（９）はこのようなアオリ像の像歪みを補正する機能を持ったものと使用するのが望ましい。
【０１１０】
また、装置の射出瞳６０を拡散板２５の正面に位置するようにし、かつ、投影光学系２（９）からの軸上主光線２６あるいは０次光２７０  は凹面鏡２４に斜めに入射するようにすることにより、拡散板２５に入射する投影光学系２（９）からの投影光がその表面で反射してノイズ光になる表面正反射光を装置の射出瞳６０に入射させないようにする効果も得られる。
【０１１１】
なお、上記の屈曲角（偏角）γと凹面鏡２４への入射角βの比γ／βは、
０．０１＜γ／β＜１０００                          ・・・（１１）
の関係を満たすことが望ましい。
【０１１２】
さらに好ましくは、
０．５＜γ／β＜２                              ・・・（１１−１）
なる条件を満足することが好ましい。
【０１１３】
この条件（１１−１）についてさらに説明する。この条件の下限の０．５を下回ると、透過型ホログラム２５の屈曲角が小さくなる。そのため、透過型ホログラム２５で回折しない０次光が装置の射出瞳６０に入射してしまい、観察像にスポットフレアーがのることになる。また、上限の２を越えると、凹面鏡２４の偏心量が比較的小さくなる。この場合、透過型ホログラム２５に入射した後、凹面鏡２４で反射してから、透過型ホログラム２５の裏面で極僅かではあるがフレネル反射により反射され、再度凹面鏡２４で反射する光線が存在する。そして、その光線が射出瞳６０に入射してしまう。この光線もスポットフレアーとして観察されてしまうので、好ましくない。
【０１１４】
さらに好ましくは、
１＜γ／β＜１．５                              ・・・（１１−２）
なる条件を満足することが、スポットフレアーの点でより好ましい。
【０１１５】
ところで、透過型ホログラムからなる拡散板２５を用いる場合は、表示素子１、１Ｌ、１Ｒを照明する光源、あるいは、走査手段８、８Ｌ、８Ｒ、８１  、８２  に入射させる光束を発生する光源７、７Ｌ、７Ｒ、７１  、７２  は、単色性の高いＬＥＤやＬＤをＲＧＢ３色組み合わせてなる光源を用いることが望ましい。
【０１１６】
以下に、本発明の投影観察装置の光学系の実施例について説明する。
【０１１７】
まず、接眼光学系４の実施例について説明する。本発明の投影観察装置に用いる接眼光学系４の実施例は、実施例１ないし実施例３である。また、各実施例の光路図を図１６〜図１８に示す。各実施例において、光線追跡を面１１（物体面）から面１２（像面）までの逆光線追跡で行っている。ここで、面１１は観察者瞳位置に相当し、面１２は投影光学系９Ｌ、９Ｒ、９１  、９２  （図２〜図３、図９〜図１１）の射出瞳１６１  、１６２  （図１０）位置に相当する。なお、実際の投影観察装置では、接眼光学系近傍に拡散作用を有する拡散面、又は拡散作用を有する拡散板を配置してある。しかしながら、以下に示す実施例１乃至３においては、拡散板あるいは拡散面はないものとしている。
【０１１８】
また、各面は接眼光学系４を基準とし、そこからの偏心量で表しており、拡散作用を持つ拡散面は接眼光学系４の面近傍に配置する。
【０１１９】
画面（接眼光学系）の大きさは、何れも１６２．５６×１２１．９２ｍｍの大きさである。
【０１２０】
実施例１は、図１６に示すように、アナモルフィック反射鏡３１を接眼光学系４とて構成した例である。
【０１２１】
実施例２は、図１７に示すように、自由曲面を反射面３２として接眼光学系４を構成した例である。
【０１２２】
実施例３は、図１８に示すように、入射面３４を平面、裏面３５をフレネル反射面としたフレネル裏面反射鏡３３で接眼光学系４を構成した例である。
【０１２３】
なお、以上の実施例１〜３の構成パラメータは後記する。
【０１２４】
次に、投影光学系９Ｌ、９Ｒ、９１  、９２  の実施例について説明する。本発明の投影観察装置に用いる投影光学系の実施例は、実施例４及び実施例５である。また、各実施例の光路図を図１９乃至１８に示す。実施例４及び５においては、順光線追跡を行っている。すなわち、光源７から走査面４０に向かう順に、光線追跡を行っている。偏心の基準座標は、光源７を基準としそこからの偏心量で表してある。走査面４０の大きさは、何れも１６２．５６×１２１．９２ｍｍの大きさである。
【０１２５】
実施例４を図１９と図２０に示す。図１９は、光学系の光源７から走査面４０に至る全体のＹ−Ｚ断面内の光路図である。また、図２０は、その主要部のＹ−Ｚ断面内の光路図である。
【０１２６】
光源７から出た光線は、照明光学系を構成する凸平正レンズ７１を経て略平行光にされ、その光束は直交する２つの軸周りで回動する走査ミラー８０に入射する。走査ミラー８０で反射されて走査された光束は、投影光学系９を構成する自由曲面からなる偏心反射鏡９１と９２で順に反射された後、遠方に配置された走査面４０上に走査線を形成する。ここで、凸平正レンズ７１の第２面は非球面からなる。この実施例の走査ミラー８０の直交する２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）回りの傾き角はＸ軸回りの傾き角±１０．９８８６°、Ｙ軸回りの傾き角±１３．３７１９°である。
【０１２７】
実施例５を図２１と図２２に示す。図２１は、光学系の光源７から走査面４０に至る全体のＹ−Ｚ断面内の光路図である。また、図２２は、その主要部のＹ−Ｚ断面内の光路図である。
【０１２８】
光源７から出た光線は、照明光学系を構成する光源７側に凹面を向けた正メニスカスレンズ７２を経て略平行光にされ、その光束は直交する２つの軸周りで回動する走査ミラー８０に入射する。走査ミラー８０で反射されて走査された光束は、投影光学系９を構成する偏心プリズム９０の第１面９３からプリズム内に入射する。入射した光束は第２面９４で反射し、次いで第３面９５で反射して、その反射光はプリズム内で第１面９３から第２面９４に向かう光路と交差して、第４面９６からプリズム外に射出する。そして、遠方に配置された走査面４０上に走査線を形成する。ここで、正メニスカスレンズ７２の第２面は非球面からなる。また、偏心プリズム９０の第２面９４、第３面９５は自由曲面からなる。この実施例の走査ミラー８０の直交する２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）回りの傾き角はＸ軸回りの傾き角±１．５９２４°、Ｙ軸回りの傾き角±０．６９４５２°である。
【０１２９】
次に、投影光学系２（９）の射出瞳を拡大投影する凹面鏡２４と透過型ホログラムからなる拡散板２５の組み合わせ光学系の実施例６〜１３について説明する。何れの実施例においても、凹面鏡２４はフレネル凹面反射鏡２４’から構成されている。また、各実施例において、光線追跡は、投影光学系２（９）の射出瞳１６を物体面とし、装置の射出瞳（射出瞳１６の拡大された射出瞳像）６０を像面とし、投影光学系２（９）の射出瞳１６の中心から装置の射出瞳６０までの順光線追跡で行っている。
【０１３０】
実施例６のＹ−Ｚ断面内の光路図を図２３に示す。また、図２４にこの実施例の拡散板２５に用いる透過型ホログラムの撮影配置を示す。そして、図２５にこの実施例における射出瞳６０位置での波長４００ｎｍ、波長５８６ｎｍ、波長７００ｎｍでの射出瞳像の重なり具合と、０次光及び表面反射光の入射位置を示す。なお、図２４、図２５中の数字はｍｍ単位である。
【０１３１】
実施例６は、図１３（ｂ）に対応して再生光入射角度条件が１回目の入射の際に満足し、２回目には回折せず、かつ、拡散板２５の屈曲方向が法線に対する入射角に対して回折角が小さくなる方向の場合の例ある。また、フレネル凹面反射鏡２４’はフレネル裏面鏡で構成されており、そのフレネル裏面鏡の偏心量をＭＹ、軸上主光線１０の透過型ホログラム２５による偏角量をγ、フレネル凹面反射鏡２４’への入射角をβとするとすると、
ＭＹ＝８９．２７ｍｍ
γ＝１３．１５°（屈折率１．４９の硝材中で）
β＝７．０２°（屈折率１．４９の硝材中で）
である。
【０１３２】
また、この実施例の透過型ホログラム２５の露光条件は、図２４中に示す通り、露光の際の座標系を透過型ホログラム２５の面の軸上主光線１０の入射点を原点にして、ホログラム面をＸ−Ｙ面とし、投影光学系２（９）の射出瞳１６から離れる方向をＺ軸とするとき、露光のための第１光源位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）は以下の通りであり、点光源とする。
【０１３３】
（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）＝（０，２９７．１１，−５７８．１２）
また、第２光源位置（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）は以下の通りであり、光源位置を中心にφ８２ｍｍの面積を持つ拡散面光源とする。
【０１３４】
（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）＝（０，２３５．５７，−６０５．６７）
以上の露光条件で作製した透過型ホログラムを拡散板２５として使用することにより、拡散板２５により拡散された光束は、フレネル凹面反射鏡２４’で反射された後、観察者瞳面でφ６０の拡大瞳６０となる。
【０１３５】
実施例７のＹ−Ｚ断面内の光路図を図２６に示す。また、図２７にこの実施例の拡散板２５に用いる透過型ホログラムの撮影配置を示す。そして、図２８にこの実施例における射出瞳６０位置での波長４００ｎｍ、波長５８６ｎｍ、波長７００ｎｍでの射出瞳像の重なり具合と、０次光及び表面反射光の入射位置を示す。なお、図２７、図２８中の数字はｍｍ単位である。
【０１３６】
実施例７は、図１３（ｃ）に対応して再生光入射角度条件が１回目の入射の際に満足し、２回目には回折せず、かつ、拡散板２５の屈曲方向が法線に対する入射角に対して回折角が大きくなる方向の場合の例ある。また、フレネル凹面反射鏡２４’はフレネル裏面鏡で構成されており、そのフレネル裏面鏡の偏心量をＭＹ、軸上主光線１０の透過型ホログラム２５による偏角量をγ、フレネル凹面反射鏡２４’への入射角をβとするとすると、
ＭＹ＝１３０．４６ｍｍ
γ＝６．６１°（屈折率１．４９の硝材中で）
β＝１０．２９°（屈折率１．４９の硝材中で）
である。
【０１３７】
また、この実施例の透過型ホログラム２５の露光条件は、図２７中に示す通り、露光の際の座標系を透過型ホログラム２５の面の軸上主光線１０の入射点を原点にして、ホログラム面をＸ−Ｙ面とし、投影光学系２（９）の射出瞳１６から離れる方向をＺ軸とするとき、露光のための第１光源位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）は以下の通りであり、点光源とする。
【０１３８】
（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）＝（０，２９７．１１，−５７８．１２）
また、第２光源位置（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）は以下の通りであり、光源位置を中心にφ８２ｍｍの面積を持つ拡散面光源とする。
【０１３９】
（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）＝（０，３４１．３３，−５５３．１４）
以上の露光条件で作製した透過型ホログラムを拡散板２５として使用することにより、拡散板２５により拡散された光束は、フレネル凹面反射鏡２４’で反射された後、観察者瞳面でφ６０の拡大瞳６０となる。
【０１４０】
実施例８のＹ−Ｚ断面内の光路図を図２９に示す。また、図３０にこの実施例の拡散板２５に用いる透過型ホログラムの撮影配置を示す。そして、図３１にこの実施例における射出瞳６０位置での波長４００ｎｍ、波長５８６ｎｍ、波長７００ｎｍでの射出瞳像の重なり具合と、０次光及び表面反射光の入射位置を示す。なお、図３０、図３１中の数字はｍｍ単位である。
【０１４１】
実施例８は、図１３（ｂ）に対応して再生光入射角度条件が１回目の入射の際に満足し、２回目には回折せず、かつ、拡散板２５の屈曲方向が法線に対する入射角に対して回折角が小さくなる方向の場合の例ある。また、フレネル凹面反射鏡２４’はフレネル裏面鏡で構成されており、そのフレネル裏面鏡の偏心量をＭＹ、軸上主光線１０の透過型ホログラム２５による偏角量をγ、フレネル凹面反射鏡２４’への入射角をβとするとすると、
ＭＹ＝９０．６４ｍｍ
γ＝１４．２８°（屈折率１．６２の硝材中で）
β＝６．４６°（屈折率１．６２の硝材中で）
である。
【０１４２】
また、この実施例の透過型ホログラム２５の露光条件は、図３０中に示す通り、露光の際の座標系を透過型ホログラム２５の面の軸上主光線１０の入射点を原点にして、ホログラム面をＸ−Ｙ面とし、投影光学系２（９）の射出瞳１６から離れる方向をＺ軸とするとき、露光のための第１光源位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）は以下の通りであり、点光源とする。
【０１４３】
（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）＝（０，２９７．１１，−５７８．１２）
また、第２光源位置（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）は以下の通りであり、光源位置を中心にφ８２ｍｍの面積を持つ拡散面光源とする。
【０１４４】
（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）＝（０，２３５．７０，−６０５．７６）
以上の露光条件で作製した透過型ホログラムを拡散板２５として使用することにより、拡散板２５により拡散された光束は、フレネル凹面反射鏡２４’で反射された後、観察者瞳面でφ６０の拡大瞳６０となる。
【０１４５】
実施例９のＹ−Ｚ断面内の光路図を図３２に示す。また、図３３にこの実施例の拡散板２５に用いる透過型ホログラムの撮影配置を示す。そして、図３４にこの実施例における射出瞳６０位置での波長４００ｎｍ、波長５８６ｎｍ、波長７００ｎｍでの射出瞳像の重なり具合と、０次光及び表面反射光の入射位置を示す。なお、図３３、図３４中の数字はｍｍ単位である。
【０１４６】
実施例９は、図１４（ａ）に対応して再生光入射角度条件が２回目の入射の際に満足し、１回目には回折せず、かつ、拡散板２５の屈曲方向が法線に対する入射角に対して回折角が小さくなる方向の場合の例ある。また、フレネル凹面反射鏡２４’はフレネル裏面鏡で構成されており、そのフレネル裏面鏡の偏心量をＭＹ、軸上主光線１０の透過型ホログラム２５による偏角量をγ、フレネル凹面反射鏡２４’への入射角をβとするとすると、
ＭＹ＝８９．２７ｍｍ
γ＝３．７６°（屈折率１．４９の硝材中で）
β＝１０．８０°屈折率１．４９の硝材中で）
である。
【０１４７】
また、この実施例の透過型ホログラム２５の露光条件は、図３３中に示す通り、露光の際の座標系を透過型ホログラム２５の面の軸上主光線１０の入射点を原点にして、ホログラム面をＸ−Ｙ面とし、投影光学系２（９）の射出瞳１６から離れる方向をＺ軸とするとき、露光のための第１光源位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）は以下の通りであり、点光源とする。
【０１４８】
（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）＝（０，０，−４５０）
また、第２光源位置（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）は以下の通りであり、光源位置を中心にφ６０ｍｍの面積を持つ拡散面光源とする。
【０１４９】
（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）＝（０，−４１．７３，−４２４．６２）
以上の露光条件で作製した透過型ホログラムを拡散板２５として使用することにより、フレネル凹面反射鏡２４’で反射された後、拡散板２５により拡散された光束は、観察者瞳面でφ６０の拡大瞳６０となる。
【０１５０】
実施例１０のＹ−Ｚ断面内の光路図を図３５に示す。また、図３６にこの実施例の拡散板２５に用いる透過型ホログラムの撮影配置を示す。そして、図３７にこの実施例における射出瞳６０位置での波長４５０ｎｍ、波長５５０ｎｍ、波長６５０ｎｍでの射出瞳像の重なり具合と、０次光及び表面反射光の入射位置を示す。なお、図３６、図３７中の数字はｍｍ単位である。
【０１５１】
実施例１０は、図１３（ｂ）に対応して再生光入射角度条件が１回目の入射の際に満足し、２回目には回折せず、かつ、拡散板２５の屈曲方向が法線に対する入射角に対して回折角が小さくなる方向の場合の例ある。また、フレネル凹面反射鏡２４’はフレネル裏面鏡で構成されており、そのフレネル裏面鏡の偏心量をＭＹ、軸上主光線１０の透過型ホログラム２５による偏角量をγ、フレネル凹面反射鏡２４’への入射角をβとするとすると、
ＭＹ＝４３．２３ｍｍ
γ＝１５．００°（屈折率１．４９２４の硝材中で）
β＝３．３６°（屈折率１．４９２４の硝材中で）
である。
【０１５２】
また、この実施例の透過型ホログラム２５の露光条件は、図３６（ａ）中に示す通り、露光の際の座標系を透過型ホログラム２５の面の軸上主光線１０の入射点を原点にして、ホログラム面をＸ−Ｙ面とし、投影光学系２（９）の射出瞳１６から離れる方向をＺ軸とするとき、ホログラムの寸法を、図３６（ｂ）に示すように、縦×横を１９０ｍｍ×２５０ｍｍのものを用い、露光のための第１光源位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）は以下の通りであり、点光源とする。
【０１５３】
（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）＝（０，２９７．１１，−５７８．１２）
また、第２光源中心位置（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）は以下の通りであり、図３６（ｃ）に示すように、縦×横が１４４．７４ｍｍ×８６．６７ｍｍの面積を持つ拡散面光源とする。
【０１５４】
（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）＝（０，１３６．３６，−６３５．５３）
以上の露光条件で作製した透過型ホログラムを拡散板２５として使用することにより、拡散板２５により拡散された光束は、フレネル凹面反射鏡２４’で反射された後、図３７に示すように、観察者瞳面で色再現性良く観察できる射出瞳範囲が縦×横が６０ｍｍ×６０ｍｍの正方形の拡大瞳６０となり、その中にφ６０の円形瞳が可能になる。この実施例の瞳の色収差（波長４５０ｎｍの射出瞳像と波長６５０ｎｍの射出瞳像とのズレ）は４０．２ｍｍとなる。
【０１５５】
なお、本実施例のように、透過型ホログラム２５を露光する際に用いる拡散面光源として長方形のものを用い、射出瞳６０を正方形のものとすると、観察者が色再現性良く表示像を観察できる範囲が円形瞳の場合より広がるので好ましい。以下の、実施例１１〜１３の場合も同様。
【０１５６】
実施例１１のＹ−Ｚ断面内の光路図を図３８に示す。また、図３９にこの実施例の拡散板２５に用いる透過型ホログラムの撮影配置を示す。そして、図４０にこの実施例における射出瞳６０位置での波長４５０ｎｍ、波長５５０ｎｍ、波長６５０ｎｍでの射出瞳像の重なり具合と、０次光及び表面反射光の入射位置を示す。なお、図３９、図４０中の数字はｍｍ単位である。
【０１５７】
実施例１１は、図１４（ａ）に対応して再生光入射角度条件が２回目の入射の際に満足し、１回目には回折せず、かつ、拡散板２５の屈曲方向が法線に対する入射角に対して回折角が小さくなる方向の場合の例ある。また、フレネル凹面反射鏡２４’はフレネル裏面鏡で構成されており、そのフレネル裏面鏡の偏心量をＭＹ、軸上主光線１０の透過型ホログラム２５による偏角量をγ、フレネル凹面反射鏡２４’への入射角をβとするとすると、
ＭＹ＝４９．７７ｍｍ
γ＝１２．３０°（屈折率１．４９２４の硝材中で）
β＝１２．６０°（屈折率１．４９２４の硝材中で）
である。
【０１５８】
また、この実施例の透過型ホログラム２５の露光条件は、図３９（ａ）中に示す通り、露光の際の座標系を透過型ホログラム２５の面の軸上主光線１０の入射点を原点にして、ホログラム面をＸ−Ｙ面とし、投影光学系２（９）の射出瞳１６から離れる方向をＺ軸とするとき、ホログラムの寸法を、図３９（ｂ）に示すように、縦×横を１９０ｍｍ×２５０ｍｍのものを用い、露光のための第１光源位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）は以下の通りであり、点光源とする。
【０１５９】
（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）＝（０，−９６．１３，−４３９．６５）
また、第２光源中心位置（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）は以下の通りであり、図３９（ｃ）に示すように、縦×横が１１２ｍｍ×６０ｍｍの面積を持つ拡散面光源とする。
【０１６０】
（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）＝（０，０，−４５０．００）
以上の露光条件で作製した透過型ホログラムを拡散板２５として使用することにより、フレネル凹面反射鏡２４’で反射された後、拡散板２５により拡散された光束は、図４０に示すように、観察者瞳面で色再現性良く観察できる射出瞳範囲が縦×横が６０ｍｍ×６０ｍｍの正方形の拡大瞳６０となり、その中にφ６０の円形瞳が可能になる。この実施例の瞳の色収差（波長４５０ｎｍの射出瞳像と波長６５０ｎｍの射出瞳像とのズレ）は５２ｍｍとなる。
【０１６１】
実施例１２のＹ−Ｚ断面内の光路図を図４１に示す。また、図４２にこの実施例の拡散板２５に用いる透過型ホログラムの撮影配置を示す。そして、図４３にこの実施例における射出瞳６０位置での波長４５０ｎｍ、波長５５０ｎｍ、波長６５０ｎｍでの射出瞳像の重なり具合と、０次光及び表面反射光の入射位置を示す。なお、図４２、図４３中の数字はｍｍ単位である。
【０１６２】
実施例１２は、図１３（ｃ）に対応して再生光入射角度条件が１回目の入射の際に満足し、２回目には回折せず、かつ、拡散板２５の屈曲方向が法線に対する入射角に対して回折角が大きくなる方向の場合の例ある。また、フレネル凹面反射鏡２４’はフレネル裏面鏡で構成されており、そのフレネル裏面鏡の偏心量をＭＹ、軸上主光線１０の透過型ホログラム２５による偏角量をγ、フレネル凹面反射鏡２４’への入射角をβとするとすると、
ＭＹ＝１５７．２３ｍｍ
γ＝１５．００°（屈折率１．４９２４の硝材中で）
β＝１２．５７°（屈折率１．４９２４の硝材中で）
である。
【０１６３】
また、この実施例の透過型ホログラム２５の露光条件は、図４２（ａ）中に示す通り、露光の際の座標系を透過型ホログラム２５の面の軸上主光線１０の入射点を原点にして、ホログラム面をＸ−Ｙ面とし、投影光学系２（９）の射出瞳１６から離れる方向をＺ軸とするとき、ホログラムの寸法を、図４２（ｂ）に示すように、縦×横を１９０ｍｍ×２５０ｍｍのものを用い、露光のための第１光源位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）は以下の通りであり、点光源とする。
【０１６４】
（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）＝（０，２９７．１１，−５７８．１２）
また、第２光源中心位置（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）は以下の通りであり、図４２（ｃ）に示すように、縦×横が１４４．４４ｍｍ×８６．６７ｍｍの面積を持つ拡散面光源とする。
【０１６５】
（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）＝（０，４３５．３２，−４８２．７２）
以上の露光条件で作製した透過型ホログラムを拡散板２５として使用することにより、拡散板２５により拡散された光束は、フレネル凹面反射鏡２４’で反射された後、図４３に示すように、観察者瞳面で色再現性良く観察できる射出瞳範囲が縦×横が６０ｍｍ×６０ｍｍの正方形の拡大瞳６０となり、その中にφ６０の円形瞳が可能になる。この実施例の瞳の色収差（波長４５０ｎｍの射出瞳像と波長６５０ｎｍの射出瞳像とのズレ）は４０ｍｍとなる。
【０１６６】
実施例１３のＹ−Ｚ断面内の光路図を図４４に示す。また、図４５にこの実施例の拡散板２５に用いる透過型ホログラムの撮影配置を示す。そして、図４６にこの実施例における射出瞳６０位置での波長４５０ｎｍ、波長５５０ｎｍ、波長６５０ｎｍでの射出瞳像の重なり具合と、０次光及び表面反射光の入射位置を示す。なお、図４５、図４６中の数字はｍｍ単位である。
【０１６７】
実施例１３は、図１４（ｂ）に対応して再生光入射角度条件が２回目の入射の際に満足し、１回目には回折せず、かつ、拡散板２５の屈曲方向が法線に対する入射角に対して大きくなる方向の場合の例ある。また、フレネル凹面反射鏡２４’はフレネル裏面鏡で構成されており、そのフレネル裏面鏡の偏心量をＭＹ、軸上主光線１０の透過型ホログラム２５による偏角量をγ、フレネル凹面反射鏡２４’への入射角をβとするとすると、
ＭＹ＝１７１．５４ｍｍ
γ＝１５．００°（屈折率１．４９２４の硝材中で）
β＝２．８８°（屈折率１．４９２４の硝材中で）
である。
【０１６８】
また、この実施例の透過型ホログラム２５の露光条件は、図４５（ａ）中に示す通り、露光の際の座標系を透過型ホログラム２５の面の軸上主光線１０の入射点を原点にして、ホログラム面をＸ−Ｙ面とし、投影光学系２（９）の射出瞳１６から離れる方向をＺ軸とするとき、ホログラムの寸法を、図４５（ｂ）に示すように、縦×横を１９０ｍｍ×２５０ｍｍのものを用い、露光のための第１光源位置（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）は以下の通りであり、点光源とする。
【０１６９】
（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）＝（０，１１６．６２，−４３４．６３）
また、第２光源中心位置（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）は以下の通りであり、図３９（ｃ）に示すように、縦×横が１２８ｍｍ×６０ｍｍの面積を持つ拡散面光源とする。
【０１７０】
（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）＝（０，０，−４５０．００）
以上の露光条件で作製した透過型ホログラムを拡散板２５として使用することにより、フレネル凹面反射鏡２４’で反射された後、拡散板２５により拡散された光束は、図４６に示すように、観察者瞳面で色再現性良く観察できる射出瞳範囲が縦×横が６０ｍｍ×６０ｍｍの正方形の拡大瞳６０となり、その中にφ６０の円形瞳が可能になる。この実施例の瞳の色収差（波長４５０ｎｍの射出瞳像と波長６５０ｎｍの射出瞳像とのズレ）は６８ｍｍとなる。
【０１７１】
図２５、図２８、図３１、図３４から明らかなように、実施例６〜９においては、装置の射出瞳６０の位置で、波長７００ｎｍの光軸と波長４００ｎｍの光軸の入射位置の差が射出瞳の瞳径の２分の１以下であり、ＲＧＢの瞳が重なって色再現性良く観察できる射出瞳範囲が広くなっており、その範囲には０次光とホログラムでの表面反射光が入射していないことが分かる。
【０１７２】
また、図３７、図４０、図４３、図４６から明らかなように、実施例１０〜１３においては、装置の射出瞳６０の位置で、波長６５０ｎｍの光軸と波長６５０ｎｍの光軸の入射位置の差（色収差）が射出瞳の瞳径の略２分の１以下であり、ＲＧＢの瞳が重なって色再現性良く観察できる射出瞳範囲が広くなっており（何れも縦×横が６０ｍｍ×６０ｍｍの正方形の範囲）、その範囲には０次光とホログラムでの表面反射光が入射していないことが分かる。なお、実施例１０〜１３は、実施例６〜９に比べて、０次光の入射位置が拡大瞳６０からより遠くなるように設定した実施例である。
【０１７３】
以下に、上記実施例１〜１３の構成パラメータを示す。上記のように、実施例１〜３においては、軸上主光線１０を、物体面１１中心を出て絞り面（接眼光学系４の入射面位置に配置されている。）中心を通り像面１２の中心に至る光線で定義する。また、実施例４〜５においては、軸上主光線１０を、光源７中心を出て光学系の瞳を形成する走査ミラー８０中心を通り走査面４０に至る光線で定義する。実施例６〜１３においては、軸上主光線１０を、投影光学系２（９）の射出瞳１６の中心を出て透過型ホログラムからなる拡散板２５の中心通り装置の射出瞳６０中心に至る光線で定義する。
【０１７４】
そして、実施例１〜３においては、逆光線追跡において、絞り面中心を原点とし、絞り面をＸ−Ｙ面とし、絞り面に垂直な方向をＺ軸方向とし、接眼光学系４の裏面に向かう方向をＺ軸正方向としている。実施例４〜５においては、順光線追跡において、光源７の中心を原点とし、軸上主光線１０の進行方向をＺ軸正方向とし、投影光学系９の偏心面をＹ−Ｚ面としている。実施例６〜１３においては、順光線追跡において、投影光学系２（９）の射出瞳１６の中心を原点とし、瞳面をＸ−Ｙ面とし、瞳に垂直な軸上主光線１０の進行方向をＺ軸正方向としている。
【０１７５】
そして、偏心面については、光学系の原点からその面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面については、前記（ａ）式のＺ軸、非球面については、下記（ｂ）式のＺ軸、アナモルフィック面については、下記（ｃ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（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、面の中心軸とそのＸＹＺ直交座標系を、まずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させると共に１度回転した座標系もＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その２度回転した面の中心軸を新たな座標系の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。
【０１７６】
また、本発明で用いられる自由曲面の面の形状は、例えば特許文献７（特許文献８）の（ａ）式により定義される自由曲面であり、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
【０１７７】
また、非球面は、以下の定義式で与えられる回転対称非球面である。
【０１７８】
2004177920.tif 000003
ただし、Ｚを光の進行方向を正とした光軸（軸上主光線）とし、Ｙを光軸と垂直な方向にとる。ここで、Ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、…はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。この定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。
【０１７９】
また、アナモルフィック面の形状は以下の式により定義する。面形状の原点を通り、光学面に垂直な直線がアナモルフィック面の軸となる。
【０１８０】
2004177920.tif 000004
ここで、例としてｎ＝４（４次項）を考えると、展開したとき、以下の式（ｃ）で表すことができる。
【０１８１】
2004177920.tif 000005
ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのズレ量、ＣｘはＸ軸方向曲率、ＣｙはＹ軸方向曲率、ＫｘはＸ軸方向円錐係数、ＫｙはＹ軸方向円錐係数、Ｒｎは非球面項回転対称成分、Ｐｎは非球面項回転非対称成分である。なお、Ｘ軸方向曲率半径Ｒｘ、Ｙ軸方向曲率半径Ｒｙと曲率Ｃｘ、Ｃｙとの間には、
Ｒｘ＝１／Ｃｘ，Ｒｙ＝１／Ｃｙ
の関係にある。
【０１８２】
なお、データの記載されていない自由曲面に関する項は０である。屈折率については、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。
【０１８３】
以下に、上記実施例１〜１３の構成パラメータを示す。なお、以下の表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＡＳＳ”は非球面、“ＡＮＭ”はアナモルフィック面、“ＦＬ”はフレネル面、“ＲＥ”は反射面、“ＳＭ”は走査ミラー、“ＨＯＥ”は透過型ホログラム、“ＰＩＭ”は画像投影面をそれぞれ示す。
【０１８４】
2004177920.tif 000006
【０１８５】
2004177920.tif 000007
【０１８６】
2004177920.tif 000008
【０１８７】
2004177920.tif 000009
2004177920.tif 000010
【０１８８】
2004177920.tif 000011
2004177920.tif 000012
【０１８９】
2004177920.tif 000013
【０１９０】
2004177920.tif 000014
【０１９１】
2004177920.tif 000015
【０１９２】
2004177920.tif 000016
【０１９３】
2004177920.tif 000017
【０１９４】
2004177920.tif 000018
【０１９５】
2004177920.tif 000019
【０１９６】
2004177920.tif 000020
【０１９７】
次に、図１の構成の投影観察装置を例にとって、本発明の投影観察装置を立体観察装置として構成する実施例について説明する。
【０１９８】
図４７は、図１に示した構成の投影観察装置を、立体観察装置とした場合の１例を示す図である。ここで、図４７（ａ）は透過型立体観察装置の概略構成図、図４７（ｂ）は反射型立体観察装置の概略構成図である。なお、図４７（ｂ）では、便宜上右眼用の構成についてのみ示してあり、左眼用の構成は省略してある。
【０１９９】
図４７（ａ）、（ｂ）に示す立体観察装置は、表示素子１Ｌ、１Ｒと、投影光学系２Ｌ、２Ｒと、接眼光学系４と、拡散板５（図４７においては、図示を省略）とを備えて構成されている。
【０２００】
投影光学系２Ｌ、２Ｒは、表示素子１Ｌ、１Ｒに表示された映像を観察者側に投影する。この時、投影された映像が同一の表示面に投影するように、光学系が構成されている。接眼光学系４は同一の表示面近傍に配置されている。そして、投影光学系２Ｌ、２Ｒの射出瞳１６Ｌ、１６Ｒを観察者側に投影する。観察者は投影された射出瞳像の位置に瞳ＥＬ、ＥＲを一致させることで、表示素子１Ｌ、１Ｒに表示された映像を観察することができる。拡散板５は、観察用の瞳を拡大する作用を有している。また、接眼光学系４と拡散板５は表示面位置に配置されている。
【０２０１】
表示面位置は、投影光学系２Ｌ、２Ｒで投影される表示素子１Ｌ、１Ｒの映像の結像位置となっている。そして、この結像位置に配置された接眼光学系４としては、透過型立体観察装置（図４７（ａ））では、フレネルレンズが、反射型立体観察装置（図４７（ｂ））ではフレネルミラーが設けられている。
【０２０２】
フレネルミラー、フレネルレンズは、それぞれ２つの射出瞳１６Ｌ、１６Ｒの像を観察者側に結像するようになっている。これらのフレネル面は、表示面位置（あるいはその近傍）に配置されているため、投影された映像の画質が劣化しない。また、凹面鏡とは異なり、平板状に配置されている。
【０２０３】
図４８は、上記立体観察装置において、射出瞳像（観察用の瞳）が拡大される原理を示す説明図である。なお、図４８では、透過型の立体観察装置の構成を用いている。
【０２０４】
平面状の表示面位置又はその近傍には、接眼光学系４と共に拡散板５が配置されている。図４８において、接眼光学系４は、左右の投影光学系２Ｌ、２Ｒの射出瞳１６Ｌ、１６Ｒの径φ０をφ０’の大きさで、観察者側の所定の位置に結像する作用を有している。この所定の位置は、観察者の眼球（瞳）瞳ＥＬ、ＥＲが位置する所である。ここで、拡散板５は、その拡散作用により、本来φ０’の大きさで結像されるべき６Ｌ、６Ｒの瞳像（左右の投影光学系２Ｌ、２Ｒの射出瞳１６Ｌ、１６Ｒの像）をφ１の大きさに拡大するようになっている。なお、拡散板５により拡大された左右の射出瞳像６０Ｌ、６０Ｒは、クロストークの発生を防ぐため距離Ｌの観察位置では重なり合わないように設定されている。この拡散板５による拡散作用は、透過型立体観察装置では表示面位置に設けられた拡散板５を１回だけ透過するので１回だけ作用し、反射型立体観察装置（図４８では不図示）では表示面位置に設けられた拡散光学系を２回透過するため２回作用する。
【０２０５】
図４９は本発明による立体観察装置の１実施例を示す図である。図１（ａ）は、上方から見た概略構成図、図１（ｂ）は図１（ａ）の側面図である。本実施例の立体観察装置は、透過型に構成されている。表示面位置には、接眼光学系４が配置されている。接眼光学系４は、投影光学系２Ｌ、２Ｒの射出瞳１６Ｌ、１６Ｒを、観察者側に投影する。この投影された位置に観察者の眼球（瞳）ＥＬ、ＥＲを一致させることにより、観察者は映像の観察が行える。
【０２０６】
ここで、接眼光学系４としては、観察者側にフレネル面４ａを向けたフレネルレンズが用いられている。このフレネルレンズ４の近傍には、瞳拡大のための拡散板５が配置されており、これらで透過型表示パネルを構成している。本実施例では、フレネルレンズ面４ａは、投影光学系２Ｌ、２Ｒにより投影された投影像の結像位置に配置されている。このため、フレネルレンズ面４ａによる画質の劣化はない。拡散板５の拡散面５ａは、フレネルレンズ４のフレネルレンズ面４ａ側に設けられている。拡散面５ａは、フレネルレンズ面４ａに近づけて配置されており、ボケを少なくして画質劣化を少なく抑えている。
【０２０７】
また、本実施例では、透過型表示パネルは、偏心光学系で構成されている。すなわち、フレネルレンズ面４ａが偏心フレネルレンズ面となっており、図４９（ｂ）に示すように、フレネルレンズ面４ａの光軸が中心より下側に位置している。なお、フレネルレンズ面４ａは正屈折力を有している。
【０２０８】
本実施例のように、透過型表示パネルを偏心光学系で構成すると、表示パネル面自体が厚くならずに済む。よって、表示パネルが邪魔にならない配置が可能となる。また、本実施例のように、表示面位置に拡散面５ａ及びフレネル面４ａを極力近づけて配置した方が画質劣化が少ないので好ましい。
【０２０９】
図５０は本発明による立体観察装置の他の実施例を示す説明図である。図５０（ａ）は斜視図、図５０（ｂ）は側面図である。
【０２１０】
本実施例の立体観察装置は反射型に構成されている。そして、表示パネルは、接眼光学系４と瞳拡大のための拡散板５を備えている。接眼光学系４は、具体的にはフレネルミラー４である。接眼光学系４は、投影光学系２Ｌ、２Ｒの射出瞳１６Ｌ、１６Ｒを、観察者側に投影する。観察者は、この投影位置に瞳ＥＬ、ＥＲを一致させることで映像観察ができる。
【０２１１】
ところで、反射型立体観察装置の場合、投影光学系２Ｌ、２Ｒと観察者の顔とが干渉しないように各光学部材を配置する必要がある。また、観察者は表示パネルを正面から見た方が観察しやすい。そこで、本実施例では、表示パネルの中心へ入射する投影光の入射光軸と表示パネルの中心から出射する光線の出射光軸との間に角度θを持たせている。また、表示パネルの中心に対し、フレネルミラー４の光軸を上下方向（図５０においては上方向）に偏心させている。
【０２１２】
図５１は、図５０の実施例をより具体化した例を示す側面図である。図５１の実施例では、投影光学系２Ｒ（２Ｌ）に球面レンズ系を用いると共に、表示素子１Ｒ（１Ｌ）をレンズの光軸から偏心させた位置に配置している。このようにすることで、投影光学系２Ｒ（２Ｌ）と観察者の顔とが干渉しないようにしている。表示パネルは、観察者の眼及び投影光学系２Ｒ（２Ｌ）に対して垂直に配置されている。また、表示パネル面には非球面のフレネルミラーが用いられている。
【０２１３】
なお、上述のように、観察者が表示パネルを正面視する構成とした方が好ましいが、本実施例では、表示パネルは±３０°傾けた位置からでも使用可能である。±１５°程度の傾斜であれば、良好な映像が観察できるようになっている。
【０２１４】
図５２は図５１の実施例の変形例を示す図で、側方から見た概略構成図である。図５２において、観察者の視線は水平方向に固定して示してある。本実施例では、表示パネルと観察者眼球（瞳）ＥＲ（ＥＬ）の位置関係が、次の２つの量で決まる。（１）  表示パネル面の傾斜角度。（２）  表示パネル面に設けられた偏心フレネルレンズ面の光軸の偏心量。これら２つの量を組み合せて調整することにより、最適な状態で観察できるようになっている。なお、投影光学系２Ｒ（２Ｌ）は、表示パネル面に対して垂直に配置されている。なお、図５２中、符号１７は支持アームであり、支持アーム１７は２つの投影光学系２Ｒ（２Ｌ）と表示素子１Ｒ（１Ｌ）と表示パネルとを支持している。また、表示パネル面の傾斜角度αは、表示パネルの中心と観察者の瞳とを結ぶ線と表示パネルの中心からの垂線とのなす角度であり、±３０°以下にするのが見やすさの点から好ましい。
【０２１５】
図５２（ａ）の立体観察装置は、表示パネル面の傾斜角度αが０°になっている。また、図５２（ｂ）、（ｃ）の立体観察装置は、表示パネル面の傾斜角度αが３０°以下になっている。なお、図５２の実施例においては、（ｃ）の構成に比べてて（ａ）又は（ｂ）の構成の方が、見やすさの自然な点と結像作用の偏心量が少ない点でより有利である。
【０２１６】
次に、本発明の立体観察装置に用いる表示パネルの具体的な構成例を説明する。
【０２１７】
図５３は、本発明の反射型立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの実施例を示す図である。ここで、図５３（ａ）は斜視図、図５３（ｂ）は側方からみた概略構成図である。本実施例の表示パネルは、フレネル面４ａと、ランダムに凹面が配置された拡散面５ａとを一体形成して構成されている。具体的には、例えば、フレネル面用の金型と散乱面用のランダム配置された凹面の金型とで、ポリカーボネイトやアクリルなどのプラスチック樹脂を両側からプレスして一体成形する。その後、フレネル面４ａに反射膜としてアルミをコートし、さらにその上に防護膜として黒色塗料を付ける。
【０２１８】
表示パネルのフレネル面４ａは、２つの投影光学系２Ｌ、２Ｒの射出瞳１６Ｌ、１６Ｒの像を結像する作用を有する。よって、観察者がこの結像位置に眼球（瞳）を一致させることで映像を観察することができる。また、拡散面５ａが観察用の瞳を拡大する作用を有している。よって、観察者は、結像位置から眼球（瞳）を多少ずらしても。一致している状態と同じように映像を観察するすることができる。
【０２１９】
なお、図５３に示す本実施例の表示パネルは、偏心フレネル裏面鏡として構成されている。ここで、表面鏡と裏面鏡とのフレネル面４ａの曲率半径Ｒについて考える。
【０２２０】
裏面鏡として構成した場合の曲率半径Ｒは、
Ｒ＝２ｎ・ｆ
表面鏡として構成した場合の曲率半径Ｒは、
Ｒ＝２ｆ
となる。ただし、ｎは屈折率、ｆは焦点距離である。
【０２２１】
このように、裏面鏡で構成した方がフレネル面の曲率半径Ｒを大きくとることができるので、瞳結像時の収差の発生が少なく有利である。
【０２２２】
さらに、本実施例の表示パネルでは、フレネル面４ａが周辺程曲率半径が大きくなるような非球面フレネル面に構成されている。このように構成すると、観察用の瞳が結像時に発生する収差を非球面でさらに少なく抑えることができ、有利となる。
【０２２３】
図５４は、反射型表示パネルの他の実施例を示す図である。ここで、図５４（ａ）は側方からみた概略構成図、図５４（ｂ）は拡散手段の拡大図である。本実施例の表示パネルは、図５３に示すようなランダムに凹面が配置された拡散面５ａに代わって、図５４（ｂ）に示すように、拡散手段としてフレネル面４ａに微小な凹面５ｂを一体形成して構成されている。なお、フレネル面４ａには反射膜がコートされており、裏面フレネル反射鏡として構成されている。また、本実施例では、表示パネルの表面は平面であり、反射防止膜が容易にコーティングできるようになっている。
【０２２４】
このように、本実施例の反射型表示パネルによれば、結像作用をなすフレネル面４ａと拡散作用をなす微小な凹面５ｂとが同一の裏面に形成されている。そのため、図５３に示すような反射型表示パネルでは通常２回拡散面を通るのに対し、本実施例では投影光が１回だけしか拡散面を通過しないので、拡散作用は１回しか受けない。その結果、その分だけボケが生じ難く画質劣化を少なく抑えることができる。
【０２２５】
図５５は、反射型表示パネルの他の実施例を示す図で、側方から見た概略構成図である。本実施例の表示パネルは、接眼光学系４をフレネル表面鏡で構成すると共に、拡散手段を拡散板５で構成している。そして、フレネル面４ａと拡散板５の表面に形成された拡散性を有する凹凸面５ｂ’とが対面し、近接配置されている。
【０２２６】
本実施例の表示パネルによれば、フレネルミラー面４ａが表面に形成されており、拡散性を有する凹凸面５ｂ’と極力密着させることができる。そのため、拡散面を２回通過することにより生じるボケを極力少なく抑えることができる。なお、本実施例の表示パネルは、表面フレネルミラー４と拡散板５とを密着させる構成の他に、拡散板の代わりに拡散性フィルムを表面フレネルミラーに張り合わせて構成してもよい。
【０２２７】
図５６は、反射型表示パネルの他の実施例を示す図であって、側方からみた概略構成図である。本実施例の表示パネルは、図５３の実施例で示した偏心フレネル裏面鏡の表面に微小な凹凸面を形成する代わりに、拡散性フィルム５ｃを貼り合わせて構成されている。なお、拡散性フィルム５ｃは、内部散乱式のもの、表面に形成された凹凸で散乱させる方式のものの何れのものを用いてもよい。
【０２２８】
次に、特に本発明の投影観察装置において用いる接眼光学系を凹面鏡、フレネルフレネル反射鏡等の反射型のものを用い、その前面に配置する拡散板として、凹凸面又は粗面からなるもの、あるいは、透過型ホログラムからなるものを用いた表示パネルに、図１あるいは図２のような配置で映像を投影して表示する場合の本発明の投影観察装置の種々の形態について例示する。以下の説明において、反射型の接眼光学系と拡散板との組み合わせを表示パネル１００とする。また、投影装置１０１、１０１Ｌ、１０１Ｒは、図１のように、表示素子１とその表示素子１に表示された映像を拡大投影する投影光学系２とからなるもの、あるいは、図２のように、光源７から入射された光束を偏向する走査手段８と、偏向された光束を投影集光する投影光学系９とからなるものとする。
【０２２９】
図５７は、上述の各実施例で示した構成を備えた本発明が適用可能な立体観察システムの実施例を示す概略構成図である。本実施例では、左右の投影装置１０１Ｌ、１０１Ｒは投影装置制御装置１０２に接続されている。投影装置制御装置１０２は、立体（３Ｄ）内視鏡や、立体（３Ｄ）顕微鏡等の立体（３Ｄ）画像入力装置に設けられている左右のカメラで撮像された画像を選択入力して、左右の投影装置１０１Ｌ、１０１Ｒにその選択した画像を送って表示させるように構成されている。また、本実施例では、投影装置制御装置１０２は、その他の選択入力可能な画像として、パソコンを介して作成された視差を有する立体（３Ｄ）画像も本実施例の表示パネル１００への入力画像として入力して投影装置１０１Ｌ、１０１Ｒに表示させることができるように構成されている。
【０２３０】
次に、このように構成された本発明による立体観察システムを応用した製品の実施例について説明する。
【０２３１】
図５８は、本発明による立体観察システムを応用した製品の１実施例を示す説明図である。本実施例の製品は、表示パネル１００と左右の投影装置１０１Ｌ、１０１Ｒとを保持部材１０３に一体的に取り付けた反射型立体投影観察装置と、保持部１０３を支持する支持アーム１０４と、支持アーム１０４を支持するキャスター付き支持部本体１０５とで構成されている。反射型立体投影観察装置は、左右の投影装置１０１Ｌ、１０１Ｒから互いに視差のある映像を表示パネル１００に投影し、表示パネル１００で反射して観察者の左右の眼ＥＬ、ＥＲにそれぞれ観察用の瞳を拡大させて映像を結像するように構成されている。
【０２３２】
保持部材１０３は支持アーム１０４との連結部１０４ａを介して矢印方向に回動可能に連結されており、支持アーム１０４は支持部本体１０５に連結部１０４ｂを介して矢印方向に回動可能に連結されており、保持部材１０３、支持アーム１０４を所望方向に回動させることで、観察者の観察姿勢を変えることができるようになっている。また、保持部材１０３には操作部１０３ａが設けられており、所望方向への回動がしやすくなっている。
【０２３３】
また、支持部本体１０５はキャスター１０５ａが付いており、支持部本体１０５を移動させることで観察位置を変えることができようになっている。
【０２３４】
図５９は、本発明による立体観察システムを応用した製品の他の実施例を示す説明図である。この実施例の製品は図５８と同様の保持部材１０３に取り付けられた反射型立体投影観察装置を支持する支持アーム１０４を支持する支持部本体１０５を天井１０６に取り付けて構成されている。本実施例のように構成すれば、立体投影観察装置を置くスペースを省略することができる。
【０２３５】
図６０は、本発明による立体観察システムを応用した製品の他の実施例を示す説明図である。本実施例の製品は、支持アーム１０４を手術用の椅子１０７に取り付けて構成されている。表示パネル１００は保持部材１０３ｂに取り付けられ、投影装置１０１Ｌ、１０１Ｒは保持部材１０３ｃに取り付けられている。そして、保持部材１０３ｂは、保持部材１０３ｃに回動可能に取り付けらており、表示パネル１００の投影装置１０１Ｌ、１０１Ｒに対する向きを所定の方向に変えることができるようになっている。投影装置１０１Ｌ、１０１Ｒを取り付けた保持部材１０３ｃは、支持アーム１０４に連結部１０４ｃを介して３６０°回動可能に取り付けられており、表示パネル１００及び投影装置１０１Ｌ、１０１Ｒの向きを所定方向に変えることができるようになっている。さらに、表不パネル１００の左右側方には取っ手１０８が設けられており、表示パネル１００に直接手を触れずに向きの調整操作がしやすくなっている。また、手術用の椅子１０７にはキャスター１０７ａが設けられており、手術用椅子１０７を移動させることで観察位置を変えることができようになっている。
【０２３６】
図６１は、本発明による立体観察システムを応用した製品の他の実施例を示す説明図である。本実施例の製品は、キャスター１０５ａ付き支持部本体１０５及び連結部１０４ｃを介して回動可能な支持アーム１０４を備えた手術用顧微鏡の画像入力部１０９に、投影装置１０１Ｌ、１０１Ｒと表示パネル１００とが保持部材１０３に取り付けられた２台の立体投影観察装置を保持部材１０３を介して取り付けて構成されている。手術用顕微鏡の画像入力部１０９には２台のカメラが内蔵され、入力画像はそれぞれの立体投影観察装置の投影装置１０１Ｌ、１０１Ｒに送られるように構成されており、手術用顕微鏡での立体画像が複数の観察者に同時に観察できるようになっている。
【０２３７】
そして、図５８〜図６１に示した実施例の製品の立体観察システムは、手術用顕微鏡の表示装置、内視鏡の表示装置、医療関連の立体情報画像の表示装置、コンピュータを用いたゲーム機等の娯楽製品の表示装置、各種立体（３Ｄ）のＣＡＤ画像等の業務関連の立体（３Ｄ）画像の表示装置等に適用可能である。
【０２３８】
図６２は、本発明の投影観察装置を用いた手術用立体観察システムの１実施例を示す説明図である。本実施例の製品は、キャスター１０５ａ付き支持部本体１０５に自在アーム１１０を介して３次元方向に移動自在で３６０°回転自在に支持アーム１０４が取り付けられ、その支持アーム１０４に連結部１０４ｄを介して同様に移動自在、回転自在に保持部材１０３が取り付けられ、その保持部材１０３に投影装置１０１Ｌ、１０１Ｒと表示パネル１００とが取り付けられている。一方、支持アーム１０４先端には、手術用顕微鏡の画像入力部１０９が取り付けられ、その画像入力部１０９には２台のカメラが内蔵され、入力画像は立体投影観察装置の投影装置１０１Ｌ、１０１Ｒに送られるように構成されており、手術用顕微鏡で患者Ｐの患部の立体画像を観察しながら手術を行うことができるようになっている。
【０２３９】
また、以上のような本発明の投影観察装置は、例えば図６３に外観を、図６４に光学系を透視図として示すような双眼実体顕微鏡として構成することができる。この例の場合、双眼実体顕微鏡１３０はステージ１３１に鏡柱１３２が立っており、その鏡柱１３２に鏡筒ボックス１３３が取り付けられている。鏡筒ボックス１３３は焦点合わせ用ねじ１３６によってステージ１３１からの高さが調整可能になっている。鏡筒ボックス１３３の下端には対物光学系鏡筒１３４が、その上端にはフード１３５が取り付けられている。そして、図６４から明らかなように、これらの対物光学系鏡筒１３４、鏡筒ボックス１３３、フード１３５内には、対物光学系１１１、左右の結像光学系１１４Ｌ、１１４Ｒ、合計４枚の平面鏡からなる光路入れ替え作用と光路間隔拡大作用を持つ光学素子１１８、左右の投影光学系２Ｌ、２Ｒ、光軸を折り曲げるためのミラー１１６が配置されており、左右の投影光学系２Ｌ、２Ｒにより、物体Ｏの左眼用の拡大像と右眼用の拡大像とが表示パネル１００上に拡大投影され、また、表示パネル１００により拡大された左右の射出瞳６０Ｌ、６０Ｒが左右の眼のアイポイントとして形成される。この結果、物体Ｏは観察者の両眼により実体像（立体像）として拡大観察できるものとなる。
【０２４０】
また、上記のような本発明による反射型の接眼光学系と拡散板との組み合わせからなる反射型の表示パネル１００は、立体画像の表示のみならず、単一画像を表示する投影観察装置としても利用可能である。そのような投影観察装置としての携帯電話の例を図６５、図６６に示す。図６５、図６６は携帯電話１３８に操作者自身や通話相手等の撮影像と電話番号等の情報を投影表示する本発明の投影観察装置を備え、そのために投影投影装置１０１と反射型の表示パネル１００を設けてその射出瞳６０の位置でその表示映像を無理なく観察できるようにしている。この携帯電話１３８には、操作者の声を情報として入力するマイク部１３９と、通話相手の声を出力するスピーカ部１４０と、通信電波の送信と受信を行うアンテナ１４１と、操作者が情報を入力する操作ボタン１４２と、上記の投影観察装置とが設けられている。図１５は、表示パネル１００を携帯電話１３８に対して開閉する機構を持っており、携帯時は折り畳んでポケット等に収納することが可能となる。また、図１６は、表示パネル１００は携帯電話１３８の本体内部に固定され、折り畳まずにそのままポケット等に収納するものである。
【０２４１】
ところで、本発明の投影観察装置の接眼光学系４としてフレネルレンズやフレネル反射鏡を用いるとき、ゴースト光に注意しなければならない。ゴースト光はフレネルレンズの輪帯状の屈折作用面間にある非作用面、あるいはフレネル反射鏡の輪帯状の反射作用間にある非作用面で周囲の光等が反射されることにより生じる。このゴースト光は射出瞳６０Ｌ、６０Ｒ、６０１  、６０２  に入射して観察の邪魔になる。図６７に示すように、非作用面４３は、フレネルレンズ４１のフレネル面を構成する輪帯状の屈折作用面４２間に位置している。そこで、この非作用面４３に、例えばガラスビーズ５５をフレネルレンズ４１の中心方向から斜めに吹き付けて擦り面にする。このようにすることで、本来この面で反射されてゴースト光▲２▼となる光を拡散させることができる。このようにしてゴースト光を防止するようにすることが望ましい。さらには、この擦り面に黒色塗料等を塗布して光吸収性にするとより望ましい。なお、図６７中、▲１▼は正規の屈折光を示す。
【０２４２】
なお、図６７に示した例では、フレネルレンズ４１に直接ガラスビーズ５５等を吹き付けて非作用面を擦り面にする方法であったが、これ以外の方法もある。例えば、図６８に示すように、フレネルレンズ４１を作成する型５１において、非作用面４３に対応する面５３に、図６７と同様にガラスビーズ５５等を斜めに吹き付けて擦り面にする方法がある。そして、その擦り面をフレネルレンズ４１転写するようにしてもよい。図６８中、符号５２の面はフレネルレンズ４１の輪帯状の屈折作用面４２に対応する面である。接眼光学系４をフレネル反射鏡で構成する場合も上記と同様にすることが望ましい。
【０２４３】
さて、本発明の実施例で使用する拡散板は、特願２００１−３７０９５０の作製方法に基づき、以下のようにして作製した。まず、サンドブラスト法により粒径が制限された球形ビーズを、型となる金属板に吹き付けた。次に、この金属板に形成されたランダム配置の凹面群を透明樹脂板に転写し複製した。このようにして、透明樹脂板の１面にランダムな凹凸形状が形成された１回透過型拡散板を作製した。サンプルは１１個作製した。それぞれのサンプル番号を＃１〜＃１１としたとき、これら＃１〜＃１１の拡散板の拡散光の角度分布は図６９のようになった。＃１〜＃１１の拡散板のＳｍ／Ｒａの値、その拡散角の半値全幅、１０分の１全幅は次の通りである。この結果から、上記実施例の拡散板５としては、＃１１の拡散板を使用することが望ましい。
【０２４４】
サンプル    Ｓｍ／Ｒａ    拡散角半値全幅  拡散角１０分の１全幅
＃１    ３１６．６７      ０．０９６        ０．８５８
＃２    ２０６．２５      ０．１０４        ０．９８０
＃３    ２０５．８８      ０．１１４        １．１６４
＃４    １６３．６４      ０．１４４        １．５１０
＃５    １７７．７８      ０．２３０        ２．２３６
＃６    ２２３．５３      ０．１０８        １．０６２
＃７    １７２．００      ０．１４８        １．５７２
＃８    １７４．０７      ０．１５６        １．６３２
＃９    １６５．５２      ０．２８６        ２．５７２
＃１０  １６０．６１      １．３６８        ３．４７０
＃１１  １３８．４６      ２．４７０        ５．０４０          。
【０２４５】
以上の本発明の投影観察装置は例えば次のように構成することができる。
【０２４６】
〔１〕  映像を表示する表示素子と、前記表示素子に表示された映像を拡大投影する投影光学系と、前記投影光学系で投影された像近傍に配置された拡散板と、前記投影光学系の射出瞳を観察者側に投影する接眼光学系とを備えており、前記拡散板の拡散角は、半値全幅で２０°以下であることを特徴とする投影観察装置。
【０２４７】
〔２〕  光源からの光束を偏向する走査手段と、前記走査手段からの光を所定の位置に集光する投影光学系と、前記所定の位置近傍に配置された拡散板と、前記投影光学系の射出瞳を観察者側に投影する接眼光学系とを備えており、前記拡散板の拡散角は、半値全幅で２０°以下であることを特徴とする投影観察装置。
【０２４８】
〔３〕  前記拡散板が、光強度が１／１０になる半値全幅で拡散角が全幅で４０°以下であることを特徴とする上記１又は２記載の投影観察装置。
【０２４９】
〔４〕  前記拡散板の表面粗さは、以下の条件を満足することを特徴とする上記１から３の何れか１項記載の投影観察装置。
【０２５０】
５＜（Ｓｍ／Ｒａ）＜１０００                          ・・・（１）
ただし、ＳｍはＪＩＳ  Ｂ０６０１による表面の凹凸の平均間隔（μｍ）、Ｒａは表面の中心線平均粗さ（μｍ）である。
【０２５１】
〔５〕  以下の条件を満足することを特徴とする上記４記載の投影観察装置。
【０２５２】
１回透過型の拡散板では、
５＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜７０            ・・・（２）
２回透過型の拡散板では、
１０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜８０          ・・・（３）
表面反射型の拡散板では、
５０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２００        ・・・（４）
裏面反射型の拡散板では、
８０＜（Ｓｍ／Ｒａ）×（Ｅｐ／４００）＜２５０        ・・・（５）
ただし、ＳｍはＪＩＳ  Ｂ０６０１による表面の凹凸の平均間隔（μｍ）、Ｒａは表面の中心線平均粗さ（μｍ）、Ｅｐは拡散板の拡散面から観察者の眼の位置までの距離（ｍｍ）である。
【０２５３】
〔６〕  以下の条件を満足することを特徴とする上記４又は５記載の投影観察装置。
【０２５４】
Ｓｍ＜２００μｍ                                      ・・・（６）
〔７〕  光源からの光束を偏向する少なくとも２つの走査手段と、前記走査手段各々からの光を所定の位置に集光する少なくとも２つの投影光学系と、前記所定の位置近傍に配置された拡散板と、前記投影光学系各々の射出瞳を観察者側に投影する共通の接眼光学系とを備えており、前記投影光学系の光軸の何れか一方が前記接眼光学系と交差し、交差する点における前記接眼光学系の垂線とその光軸とのなす角が１０°以上であることを特徴とする投影観察装置。
【０２５５】
〔８〕  光源からの光束を偏向する少なくとも２つの走査手段と、前記走査手段各々からの光を所定の位置に集光する少なくとも２つの投影光学系と、前記所定の位置近傍に配置された透過型ホログラムからなる拡散板と、前記投影光学系各々の射出瞳を観察者側に投影する共通の凹面鏡からなる接眼光学系とを備えており、前記投影光学系の光軸の何れか一方が前記接眼光学系と交差し、交差する点における前記接眼光学系の垂線とその光軸とのなす角が１０°以上であることを特徴とする投影観察装置。
【０２５６】
〔９〕  前記投影光学系の少なくとも１つは、屈折率（ｎ）が１よりも大きい（ｎ＞１）媒質で形成された偏心プリズムを１個以上備えた偏心プリズム光学系からなり、前記偏心プリズムは、前記走査手段で走査された光束をプリズム内に入射する入射面と、その光束をプリズム内で反射する少なくとも１つの反射面と、光束をプリズム外に射出する射出面とを有し、その少なくとも１つの反射面が、光束にパワーを与える曲面形状を有し、その曲面形状が偏心によって発生する収差を補正する回転非対称な面形状にて構成され、かつ、前記偏心プリズム光学系は面対称形状に構成され、その投影光学系の光軸が前記接眼光学系と交差する点における前記接眼光学系の垂線とその光軸がなす角が１０°以上であり、前記交差する点を略含むように前記偏心プリズム光学系の対称面が配置され、前記偏心プリズム光学系に対応する前記走査手段で形成される表示画面の縦又は横方向が前記接眼光学系近傍に投影されたときに、前記接眼光学系の縦又は横方向と略一致するように、前記偏心プリズム光学系の物体面に前記走査手段が配置されていることを特徴とする上記７又は８記載の投影観察装置。
【０２５７】
〔１０〕  前記偏心プリズムの少なくとも１つが、前記走査手段からの光束をプリズム内に入射させる入射面と、その入射面からプリズム内に入射した光束をプリズム内で反射する第１反射面と、その第１反射面で反射された光束をプリズム内で反射する第２反射面と、その第２反射面で反射された光束をプリズム外に射出する射出面とを備え、その入射面から第１反射面へ向かう光束と第２反射面から射出面へ向かう光束とがプリズム内で交差する面配置の偏心プリズムからなることを特徴とする上記９記載の投影観察装置。
【０２５８】
〔１１〕  前記偏心プリズムの少なくとも１つが、前記走査手段からの光束をプリズム内に入射させる入射面と、その入射面からプリズム内に入射した光束をプリズム内で反射する第１反射面と、その第１反射面で反射された光束をプリズム内で反射する第２反射面と、その第２反射面で反射された光束をプリズム外に射出する射出面とを備え、その入射面と第２反射面とを１面で兼用した偏心プリズムからなることを特徴とする上記９記載の投影観察装置。
【０２５９】
〔１２〕  前記走査手段により形成される像を前記投影光学系による像歪みを補償するように歪ませて表示するように構成されていることを特徴とする上記２から１１の何れか１項記載の投影観察装置。
【０２６０】
〔１３〕  前記接眼光学系がフレネルレンズからなることを特徴とする上記１から７、９〜１２何れか１項記載の投影観察装置。
【０２６１】
〔１４〕  前記接眼光学系が反射面からなることを特徴とする上記１から７、９〜１２の何れか１項記載の投影観察装置。
【０２６２】
〔１５〕  前記接眼光学系がフレネル反射鏡からなることを特徴とする上記１４記載の投影観察装置。
【０２６３】
〔１６〕  前記接眼光学系がフレネル裏面反射鏡からなることを特徴とする上記１４記載の投影観察装置。
【０２６４】
〔１７〕  前記拡散面が前記接眼光学系の少なくとも１面に設けられていることを特徴とする上記１２から１６の何れか１項記載の投影観察装置。
【０２６５】
〔１８〕  映像を表示する表示素子と、前記表示素子に表示された映像を拡大投影する投影光学系と、前記投影光学系で投影された像近傍に配置された透過型ホログラムからなる拡散板と、前記投影光学系の射出瞳を観察者側に投影する凹面鏡とを備えており、前記透過型ホログラムからなる拡散板の拡散角は、半値全幅で２０°以下であることを特徴とする投影観察装置。
【０２６６】
〔１９〕  映像を表示する少なくとも２つの表示素子と、前記表示素子各々からの光を所定の位置に集光する少なくとも２つの投影光学系とを備えていることを特徴とする上記１８記載の投影観察装置。
【０２６７】
〔２０〕  光源からの光束を偏向する走査手段と、前記走査手段からの光を所定の位置に集光する投影光学系と、前記所定の位置近傍に配置された透過型ホログラムからなる拡散板と、前記投影光学系の射出瞳を観察者側に投影する凹面鏡とを備えており、前記透過型ホログラムからなる拡散板の拡散角は、半値全幅で２０°以下であることを特徴とする投影観察装置。
【０２６８】
〔２１〕  光源からの光束を偏向する少なくとも２つの走査手段と、前記走査手段各々からの光を所定の位置に集光する少なくとも２つの投影光学系とを備えていることを特徴とする上記２０記載の投影観察装置。
【０２６９】
〔２２〕  前記凹面鏡がフレネル凹面反射鏡からなることを特徴とする上記８、１８〜２１の何れか１項記載の投影観察装置。
【０２７０】
〔２３〕  前記投影光学系から装置の射出瞳に至る光線が前記透過型ホログラムからなる拡散板を２回透過する配置において、１回目に前記透過型ホログラムからなる拡散板を透過する角度と、２回目に前記透過型ホログラムからなる拡散板を透過する角度とが異なるように配置されていることを特徴とする上記８、１８〜２２の何れか１項記載の投影観察装置。
【０２７１】
〔２４〕  前記透過型ホログラムからなる拡散板が、光強度が１／１０になる半値全幅で拡散角が全幅で４０°以下であることを特徴とする上記８、１８〜２３の何れか１項記載の投影観察装置。
【０２７２】
〔２５〕  前記透過型ホログラムからなる拡散板の拡散角は、半値全幅で８°以下であることを特徴とする上記１９又は２１記載の投影観察装置。
【０２７３】
〔２６〕  前記透過型ホログラムからなる拡散板が、光強度が１／１０になる半値全幅で拡散角が全幅で１２°以下であることを特徴とする上記１９又は２１記載の投影観察装置。
【０２７４】
〔２７〕  前記投影光学系からの軸上主光線が前記凹面鏡に斜めに入射するように配置されていることを特徴とする上記８、１８〜２６の何れか１項記載の投影観察装置。
【０２７５】
〔２８〕  前記透過型ホログラムの１回目及び２回目透過時に回折されてない０次光が装置の射出瞳に入射しないように構成されていることを特徴とする上記８、１８〜２７の何れか１項記載の投影観察装置。
【０２７６】
〔２９〕  装置の射出瞳の位置で、前記透過型ホログラムの１回目及び２回目透過時に回折されてない０次光がその射出瞳の中心からその瞳径の２分の１以上離れて入射するように構成されていることを特徴とする上記８、１８〜２８の何れか１項記載の投影観察装置。
【０２７７】
〔３０〕  前記透過型ホログラムからなる拡散板が、回折による屈曲作用を有することを特徴とする上記８、１８〜２７の何れか１項記載の投影観察装置。
【０２７８】
〔３１〕  前記透過型ホログラムからなる拡散板によるｄ線の光軸の屈曲角をγとするとき、
γ＞１°                                              ・・・（７）
の条件を満足することを特徴とする上記３０記載の投影観察装置。
【０２７９】
〔３２〕  前記透過型ホログラムからなる拡散板によるｄ線の光軸の屈曲角をγとするとき、
γ＜４５°                                            ・・・（８）
の条件を満足することを特徴とする上記３０又は３１記載の投影観察装置。
【０２８０】
〔３３〕  前記透過型ホログラムからなる拡散板によるｄ線の光軸の屈曲角をγとするとき、
１０°＜γ＜２０°                                    ・・・（９）
なる条件を満足することを特徴とする上記８、１８〜３０の何れか１項記載の投影観察装置。
【０２８１】
〔３４〕  前記透過型ホログラムからなる拡散板による波長７００ｎｍの光と波長４００ｎｍの光の間の光軸の回折角の差が１８°以下であることを特徴とする上記８、１８〜３３の何れか１項記載の投影観察装置。
【０２８２】
〔３５〕  装置の射出瞳の位置で、波長７００ｎｍの光軸と波長４００ｎｍの光軸の入射位置の差が射出瞳の瞳径の２分の１以下であることを特徴とする上記８、１８〜３４の何れか１項記載の投影観察装置。
【０２８３】
〔３６〕  前記凹面鏡へのｄ線の光軸の入射角をβとすると、
０°＜β＜４５°                                    ・・・（１０）
の関係を満たすことを特徴とする上記８、１８〜３５の何れか１項記載の投影観察装置。
【０２８４】
〔３７〕  前記凹面鏡へのｄ線の光軸の入射角をβとすると、
５°＜β＜２０°                                ・・・（１０−１）
の関係を満たすことを特徴とする上記８、１８〜３５の何れか１項記載の投影観察装置。
【０２８５】
〔３８〕  前記投影光学系はアオリ像の像歪みを補正する機能を持ったものであることを特徴とする上記３６又は３７記載の投影観察装置。
【０２８６】
〔３９〕  前記透過型ホログラムからなる拡散板によるｄ線の光軸の屈曲角をγ、前記凹面鏡へのｄ線の光軸の入射角をβとすると、
０．０１＜γ／β＜１０００                          ・・・（１１）
の関係を満たすことを特徴とする上記８、１８〜３８の何れか１項記載の投影観察装置。
【０２８７】
〔４０〕  前記透過型ホログラムからなる拡散板によるｄ線の光軸の屈曲角をγ、前記凹面鏡へのｄ線の光軸の入射角をβとすると、
０．５＜γ／β＜２                              ・・・（１１−１）
の関係を満たすことを特徴とする上記８、１８〜３８の何れか１項記載の投影観察装置。
【０２８８】
〔４１〕  光源としてＬＥＤ又はＬＤを用いたことを特徴とする上記１〜４０の何れか１項記載の投影観察装置。
【０２８９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、所定の位置に投影された映像、あるいは所定の位置に形成された映像を、同時に、異なる方向から観察することができる投影観察装置を提供することができる。また、簡単な構成でありながら、照明効率の良い投影観察装置を提供することである。また、左右同一又は左右視差のある明るい映像を小さい表示面に観察可能に表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の投影観察装置の光学系の概念図である。
【図２】本発明の第２の投影観察装置の光学系の概念図である。
【図３】本発明における透過型拡散板の算術平均荒さＲａと凹凸の平均間隔Ｓｍとの関係を求めるための図である。
【図４】透過型拡散板の拡散面での入射角と屈折角の関係を示す図である。
【図５】本発明における反射型拡散板の算術平均荒さＲａと凹凸の平均間隔Ｓｍとの関係を求めるための図である。
【図６】反射型拡散板の拡散面での入射角と反射角の関係を示す図である。
【図７】本発明における拡散板のＳｍ／Ｒａと拡散半角との関係を示す図である。
【図８】本発明の第３の投影観察装置の光学系の概念図である。
【図９】２次元偏心的に投影光学系を配置した場合の投影光学系の光軸が接眼光学系の垂線となす角度を説明するための図である。
【図１０】３次元偏心的に投影光学系を配置した場合の図９と同様の図である。
【図１１】回転対称なレンズ系と偏心プリズムを組み合わせて投影光学系を構成した場合の光学系を模式的に示す図である。
【図１２】本発明に基づき構成された投影観察装置の光学系の概念図と投影観察装置の配置例を示す図である。
【図１３】１回目の通過で屈曲される透過型ホログラムからなる拡散板と接眼光学系の凹面鏡との組み合わせの光路図である。
【図１４】２回目の通過で屈曲される透過型ホログラムからなる拡散板と接眼光学系の凹面鏡との組み合わせの光路図である。
【図１５】接眼光学系の凹面鏡が偏心している場合の１回目の通過で屈曲される透過型ホログラムからなる拡散板と凹面鏡との組み合わせの光路図である。
【図１６】本発明の実施例１の接眼光学系の光軸を含む光路図である。
【図１７】本発明の実施例２の接眼光学系の光軸を含む光路図である。
【図１８】本発明の実施例３の接眼光学系の光軸を含む光路図である。
【図１９】本発明の実施例４の光学系の光源から走査面に至る全体のＹ−Ｚ断面内の光路図である。
【図２０】図１９の主要部のＹ−Ｚ断面内の光路図である。
【図２１】本発明の実施例５の光学系の光源から走査面に至る全体のＹ−Ｚ断面内の光路図である。
【図２２】図２１の主要部のＹ−Ｚ断面内の光路図である。
【図２３】本発明の実施例６のＹ−Ｚ断面内の光路図である。
【図２４】本発明の実施例６の拡散板に用いる透過型ホログラムの撮影配置を示す図である。
【図２５】本発明の実施例６の射出瞳位置でのＲＧＢの射出瞳像の重なり具合と０次光及び表面反射光の入射位置を示す図である。
【図２６】本発明の実施例７のＹ−Ｚ断面内の光路図である。
【図２７】本発明の実施例７の拡散板に用いる透過型ホログラムの撮影配置を示す図である。
【図２８】本発明の実施例７の射出瞳位置でのＲＧＢの射出瞳像の重なり具合と０次光及び表面反射光の入射位置を示す図である。
【図２９】本発明の実施例８のＹ−Ｚ断面内の光路図である。
【図３０】本発明の実施例８の拡散板に用いる透過型ホログラムの撮影配置を示す図である。
【図３１】本発明の実施例８の射出瞳位置でのＲＧＢの射出瞳像の重なり具合と０次光及び表面反射光の入射位置を示す図である。
【図３２】本発明の実施例９のＹ−Ｚ断面内の光路図である。
【図３３】本発明の実施例９の拡散板に用いる透過型ホログラムの撮影配置を示す図である。
【図３４】本発明の実施例９の射出瞳位置でのＲＧＢの射出瞳像の重なり具合と０次光及び表面反射光の入射位置を示す図である。
【図３５】本発明の実施例１０のＹ−Ｚ断面内の光路図である。
【図３６】本発明の実施例１０の拡散板に用いる透過型ホログラムの撮影配置を示す図である。
【図３７】本発明の実施例１０の射出瞳位置でのＲＧＢの射出瞳像の重なり具合と０次光及び表面反射光の入射位置を示す図である。
【図３８】本発明の実施例１１のＹ−Ｚ断面内の光路図である。
【図３９】本発明の実施例１１の拡散板に用いる透過型ホログラムの撮影配置を示す図である。
【図４０】本発明の実施例１１の射出瞳位置でのＲＧＢの射出瞳像の重なり具合と０次光及び表面反射光の入射位置を示す図である。
【図４１】本発明の実施例１２のＹ−Ｚ断面内の光路図である。
【図４２】本発明の実施例１２の拡散板に用いる透過型ホログラムの撮影配置を示す図である。
【図４３】本発明の実施例１２の射出瞳位置でのＲＧＢの射出瞳像の重なり具合と０次光及び表面反射光の入射位置を示す図である。
【図４４】本発明の実施例１３のＹ−Ｚ断面内の光路図である。
【図４５】本発明の実施例１３の拡散板に用いる透過型ホログラムの撮影配置を示す図である。
【図４６】本発明の実施例１３の射出瞳位置でのＲＧＢの射出瞳像の重なり具合と０次光及び表面反射光の入射位置を示す図である。
【図４７】図１に示した構成の投影観察装置を立体観察装置とした場合の１例を示す図である。
【図４８】図４７の立体観察装置による観察用の瞳が拡大する原理を示す説明図である。
【図４９】本発明による立体観察装置の１実施例を示す図である。
【図５０】本発明による立体観察装置のの他の実施例を示す説明図である。
【図５１】図５０の実施例をより具体化した例を示す側面図である。
【図５２】図５１の実施例の変形例を示す側方から見た概略構成図である。
【図５３】本発明の反射型立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの１実施例を示す図である。
【図５４】本発明の反射型立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す図である。
【図５５】本発明の反射型立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す側方からみた概略構成図である。
【図５６】本発明の反射型立体観察装置に適用可能な反射型表示パネルの他の実施例を示す側方からみた概略構成図である。
【図５７】本発明による立体観察システムを応用した製品の１実施例を示す説明図である。
【図５８】本発明による立体観察システムを応用した製品の他の実施例を示す説明図である。
【図５９】本発明による立体観察システムを応用した製品の他の実施例を示す説明図である。
【図６０】本発明による立体観察システムを応用した製品の他の実施例を示す説明図である。
【図６１】本発明による立体観察システムを応用した製品の他の実施例を示す説明図である。
【図６２】本発明の投影観察装置を用いた手術用立体観察システムの１実施例を示す説明図である。
【図６３】本発明の投影観察装置を双眼実体顕微鏡として構成して場合の外観を示す斜視図である。
【図６４】図６３に光学系を加えた透視図である。
【図６５】本発明の投影観察装置を携帯電話に適用した場合の斜視図である。
【図６６】本発明の投影観察装置を携帯電話に適用した別の場合の斜視図である。
【図６７】本発明において接眼光学系として使用するフレネルレンズのゴースト光を防止する構成の例を説明するための図である。
【図６８】図６７のようなフレネルレンズを成形するための型の作り方を説明するための図である。
【図６９】本発明において使用可能ないくつかの例の１回透過型拡散板の拡散光の角度分布を示す図である。
【符号の説明】
Ｅ、ＥＬ、ＥＲ、Ｅ１  、Ｅ２  …観察者眼球
Ｍ、Ｍ１  、Ｍ２  …観察者
Ｐ…患者
Ｏ…物体
１、１Ｌ、１Ｒ…表示素子
２、２Ｌ、２Ｒ…投影光学系
３、３Ｌ、３Ｒ、３１  、３２  …映像
４…接眼光学系（フレネルレンズ、フレネルミラー）
４ａ…フレネルレンズ面（フレネル面）
５…拡散板
５ａ…拡散面
５ｂ…微小な凹面
５ｂ’…拡散性を有する凹凸面
５ｃ…拡散性フィルム
６、６Ｌ、６Ｒ、６１  、６２  …接眼光学系で投影された投影光学系の射出瞳
７、７Ｌ、７Ｒ、７１  、７２  …光源
８、８Ｌ、８Ｒ、８１  、８２  …走査手段
９、９Ｌ、９Ｒ、９１  、９２  …投影光学系（補正光学系）
１０…軸上主光線
１１…観察者瞳位置に相当する面（物体面）
１２…投影光学系（補正光学系）の射出瞳（像面）に相当する面
１６、１６Ｌ、１６Ｒ…投影光学系の射出瞳
１６１  、１６２  …投影光学系（補正光学系）の射出瞳
１７…支持アーム
２４…凹面鏡（接眼光学系）
２４’…フレネル凹面反射鏡
２５…透過型ホログラムからなる拡散板
２６…投影光学系からの軸上主光線
２７０  …０次光
２７１  …拡散光中の主光線（中心光線）
２７Ｒ  、２７Ｇ  、２７Ｂ  …透過型ホログラムからなる拡散板で回折して屈曲されたＲ、Ｇ、Ｂの波長の主光線（中心光線）
３１…アナモルフィック反射鏡
３２…自由曲面の反射面
３３…フレネル裏面反射鏡
３４…入射面
３５…裏面
４０…走査面
４１…フレネルレンズ
４２…屈折作用面
４３…非作用面
５１…フレネルレンズを作成する型
５２…フレネルレンズの屈折作用面に対応する面
５３…非作用面に対応する面
５５…ガラスビーズ
６０、６０Ｌ、６０Ｒ、６０１  、６０２  …拡大された射出瞳（装置の射出瞳）
７１…凸平正レンズ
７２…正メニスカスレンズ
８０…走査ミラー
９０…偏心プリズム
９１、９２…偏心反射鏡
９３…偏心プリズムの第１面
９４…偏心プリズムの第２面
９５…偏心プリズムの第３面
９６…偏心プリズムの第４面
１００…表示パネル
１０１Ｌ、１０１Ｒ…投影装置
１０２…投影装置制御装置
１０３…保持部材
１０３ａ…操作部
１０３ｂ、１０３ｃ…保持部材
１０４…支持アーム
１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ…連結部
１０５…支持部本体
１０５ａ…キャスター
１０６…天井
１０７…手術用椅子
１０７ａ…キャスター
１０９…画像入力部
１１０…自在アーム
１１１…対物光学系
１１４Ｌ、１１４Ｒ…結像光学系
１１６…光軸を折り曲げるためのミラー
１１８…光路入れ替え作用と光路間隔拡大作用を持つ光学素子
１３０…双眼実体顕微鏡
１３１…ステージ
１３２…鏡柱
１３３…鏡筒ボックス
１３４…対物光学系鏡筒
１３５…フード
１３６…焦点合わせ用ねじ
１３８…携帯電話
１３９…マイク部
１４０…スピーカ部
１４１…アンテナ
１４２…操作ボタン
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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