(57)【要約】頭装着型ディスプレイで用いるための光学系であって、マイクロディスプレイ（４）、および人間の眼によって見るためのマイクロディスプレイの拡大像を形成するためのマグニファイア（１０）を具備する光学系が提供される。マグニファイア（１０）は、回折面を具備し、順に、長共役の方向において凸面である第１の面（Ｓ１）を有する第１の素子（１）と、光学材料のブロック（３）と、短共役の方向において凸面である第２の面（Ｓ２）を有する第２の素子（２）と、を有する。第１の面（Ｓ１）は、回折面であることが好ましい。マグニファイアは、最小の構成要素によって、長いアイレリーフ、大きい射出瞳および大きな視野を提供する。
2006519421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）マイクロディスプレイおよび
（Ｂ）人間の眼によって見るための前記マイクロディスプレイの拡大像を生成するためのマグニファイアであって、焦点距離ｆ0、前記人間の眼の方向における長共役側、前記マイクロディスプレイの方向における短共役側および前記長共役側から前記短共役側に通過する光に関するｆナンバーｆ＃を有するマグニファイアを具備し、前記マグニファイアが、前記長共役側から前記短共役側に向かって順に
（Ｉ）前記長共役の方向において凸面である第１の面を有し、焦点距離ｆ1を有する第１の素子と、
（ＩＩ）光学材料のブロックと、
（ＩＩＩ）前記短共役の方向において凸面である第２の面を有し、焦点距離ｆ2を有する第２の素子と、を具備し、
（ａ）ｆ1＞０
（ｂ）ｆ2＞０
（ｃ）前記第１の面が回折面であるか、または前記第２の面が回折面であるか、または前記マグニファイアが前記第１の面および前記第２の面とは別の回折面を具備し、
（ｄ）前記長共役側から前記短共役側に向かって光学系を通過し、前記マイクロディスプレイで収束する軸方向の光が前記回折面でビームの直径を有し、その最大値がｄであり、
（ｅ）前記ビームの直径の値ｄ、前記焦点距離ｆ0および前記ｆナンバーが関係
（ｆ＃・ｄ）／ｆ0＞０．４
を満たす光学系。
【請求項２】
前記ビームの直径の値ｄ、前記焦点距離ｆ0および前記ｆナンバーが関係
（ｆ＃・ｄ）／ｆ0＞０．８
を満たす、請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
ｆ1／ｆ2＞１．０
である、請求項１に記載の光学系。
【請求項４】
ｆ1／ｆ0＞１．３
である、請求項１に記載の光学系。
【請求項５】
ｆ1／ｆ2＞１．０および
ｆ1／ｆ0＞１．３
である、請求項１に記載の光学系。
【請求項６】
前記回折面が、前記マグニファイアの短共役側より長共役側に近い、請求項１に記載の光学系。
【請求項７】
前記第１の面が、回折面である、請求項６に記載の光学系。
【請求項８】
前記第１の面が、回折面かつ非球面である、請求項７に記載の光学系。
【請求項９】
前記第１の面および前記第２の面が、非球面である、請求項１に記載の光学系。
【請求項１０】
前記マグニファイアが、その短共役側でテレセントリックである、請求項１に記載の光学系。
【請求項１１】
前記第１の素子、前記光学材料のブロックおよび前記第２の素子が一個固体部品として成形される、請求項１に記載の光学系。
【請求項１２】
前記光学材料のブロックを通過する光路が、折り畳まれる、請求項１に記載の光学系。
【請求項１３】
前記第１の面と前記第２の面との間の距離Ｔが関係
３０ミリメートル≦Ｔ≦４５ミリメートル
を満たす、請求項１に記載の光学系。
【請求項１４】
（Ａ）マイクロディスプレイおよび
（Ｂ）人間の眼によって見るための前記マイクロディスプレイの拡大像を生成するためのマグニファイアであって、焦点距離ｆ0、前記人間の眼の方向における長共役側および前記マイクロディスプレイの方向における短共役側を有するマグニファイアを具備し、前記マグニファイアが、前記長共役側から前記短共役側に向かって順に
（Ｉ）前記長共役の方向において凸面である第１の面を有し、焦点距離ｆ1を有する第１の素子と、
（ＩＩ）光学材料のブロックと、
（ＩＩＩ）前記短共役の方向において凸面である第２の面を有し、焦点距離ｆ2を有する第２の素子と、を具備し、
（ａ）ｆ1＞０
（ｂ）ｆ2＞０
（ｃ）ｆ1／ｆ2＞１．０
（ｄ）前記第１の面が回折面であるか、または前記第２の面が回折面であるか、または前記マグニファイアが前記第１の面および前記第２の面とは別の回折面を具備する光学系。
【請求項１５】
ｆ1／ｆ0＞１．３
である、請求項１４に記載の光学系。
【請求項１６】
前記回折面が、前記マグニファイアの短共役側より長共役側に近い、請求項１４に記載の光学系。
【請求項１７】
前記第１の面が、回折面である、請求項１６に記載の光学系。
【請求項１８】
前記第１の面が、回折面かつ非球面である、請求項１７に記載の光学系。
【請求項１９】
前記第１の面および前記第２の面が、非球面である、請求項１４に記載の光学系。
【請求項２０】
前記マグニファイアが、その短共役側でテレセントリックである、請求項１４に記載の光学系。
【請求項２１】
前記第１の素子、前記光学材料のブロックおよび前記第２の素子が一個固体部品として成形される、請求項１４に記載の光学系。
【請求項２２】
前記光学材料のブロックを通過する光路が、折り畳まれる、請求項１４に記載の光学系。
【請求項２３】
前記第１の面と前記第２の面との間の距離Ｔが関係
３０ミリメートル≦Ｔ≦４５ミリメートル
を満たす、請求項１４に記載の光学系。
【請求項２４】
（Ａ）マイクロディスプレイおよび
（Ｂ）人間の眼によって見るための前記マイクロディスプレイの拡大像を生成するためのマグニファイアであって、焦点距離ｆ0、前記人間の眼の方向における長共役側および前記マイクロディスプレイの方向における短共役側を有するマグニファイアを具備し、前記マグニファイアが、前記長共役側から前記短共役側に向かって順に
（Ｉ）前記長共役の方向において凸面である第１の面を有し、焦点距離ｆ1を有する第１の素子と、
（ＩＩ）光学材料のブロックと、
（ＩＩＩ）前記短共役の方向において凸面である第２の面を有し、焦点距離ｆ2を有する第２の素子と、を具備し、
（ａ）ｆ1＞０
（ｂ）ｆ2＞０
（ｃ）ｆ1／ｆ0＞１．３
（ｄ）前記第１の面が回折面であるか、または前記第２の面が回折面であるか、または前記マグニファイアが前記第１の面および前記第２の面とは別の回折面を具備する光学系。
【請求項２５】
前記回折面が、前記マグニファイアの短共役側より長共役側に近い、請求項２４に記載の光学系。
【請求項２６】
前記第１の面が、回折面である、請求項２５に記載の光学系。
【請求項２７】
前記第１の面が、回折面かつ非球面である、請求項２６に記載の光学系。
【請求項２８】
前記第１の面および前記第２の面が、非球面である、請求項２４に記載の光学系。
【請求項２９】
前記マグニファイアが、その短共役側でテレセントリックである、請求項２４に記載の光学系。
【請求項３０】
前記第１の素子、前記光学材料のブロックおよび前記第２の素子が一個固体部品として成形される、請求項２４に記載の光学系。
【請求項３１】
前記光学材料のブロックを通過する光路が、折り畳まれる、請求項２４に記載の光学系。
【請求項３２】
前記第１の面と前記第２の面との間の距離Ｔが関係
３０ミリメートル≦Ｔ≦４５ミリメートル
を満たす、請求項２４に記載の光学系。
【請求項３３】
（Ａ）マイクロディスプレイおよび
（Ｂ）人間の眼によって見るための前記マイクロディスプレイの拡大像を生成するためのマグニファイアであって、前記人間の眼の方向における長共役側および前記マイクロディスプレイの方向における短共役側を有するマグニファイアを具備し、前記マグニファイアが、前記長共役側から前記短共役側に向かって順に
（Ｉ）前記長共役の方向において凸面である第１の面を有し、焦点距離ｆ1を有する第１の素子と、
（ＩＩ）光学材料のブロックと、
（ＩＩＩ）前記短共役の方向において凸面である第２の面を有し、焦点距離ｆ2を有する第２の素子と、を具備し、
（ａ）ｆ1＞０
（ｂ）ｆ2＞０
（ｃ）前記マグニファイアが、前記マグニファイアの短共役側より長共役側に近い回折面を具備する光学系。
【請求項３４】
前記第１の面が、回折面である、請求項３３に記載の光学系。
【請求項３５】
前記第１の面が、回折面かつ非球面である、請求項３４に記載の光学系。
【請求項３６】
（ａ）前記光学材料のブロックが長共役面を有し、
（ｂ）前記第１の素子が長共役面および短共役面を有し、前記長共役面が第１の面であり、
（ｃ）前記第１の素子の前記短共役面が前記光学材料のブロックの前記長共役面から離隔され、
（ｄ）前記第１の素子の前記短共役面または前記光学材料のブロックの前記長共役面が回折面である、請求項３３に記載の光学系。
【請求項３７】
前記第１の面および前記第２の面が、非球面である、請求項３３に記載の光学系。
【請求項３８】
前記マグニファイアが、その短共役側でテレセントリックである、請求項３３に記載の光学系。
【請求項３９】
前記第１の素子、前記光学材料のブロックおよび前記第２の素子が一個固体部品として成形される、請求項３３に記載の光学系。
【請求項４０】
前記光学材料のブロックを通過する光路が、折り畳まれる、請求項３３に記載の光学系。
【請求項４１】
前記第１の面と前記第２の面との間の距離Ｔが関係
３０ミリメートル≦Ｔ≦４５ミリメートル
を満たす、請求項３３に記載の光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折面を用いる光学設計に関し、特に、頭装着型ディスプレイシステムで使用するための回折面を用いる光学設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
頭装着型ディスプレイシステムで使用するための光学系は、以下の特徴を備えることが好ましい。
（１）使用者装着眼鏡によって快適に見ることができるようにするための十分に長いアイレリーフ、
（２）観察者の配置に対する制約を最小限に抑えるための十分に大きい射出瞳、および
（３）系のマイクロディスプレイの快適に拡大した像を提供するための十分に広い視野。
【０００３】
さらに、光学系が軽量であり、使用者によって快適に着用されることができるような全体的なパッケージに組み込まれることもまた望ましい。
【０００４】
頭装着型ディスプレイシステムに用いられるマイクロディスプレイは、ＬＣＤ光弁素子であることが最も多い。この種の素子では、像の最大コントラストを確保するために、マイクロディスプレイの拡大像を形成するために用いられる光学系は、その短共役側、すなわちマイクロディスプレイが位置する側でテレセントリックであることが好ましい。
【０００５】
当業界で周知であるように、テレセントリックレンズは、無限遠にある少なくとも１つの瞳を有するレンズである。主光線の観点から言えば、無限遠に瞳を有するということは、（ａ）入射瞳が無限遠にある場合に主光線が物空間における光軸と平行であり、（ｂ）射出瞳が無限遠にある場合に主光線が像空間内における光軸と平行であることを意味する。
【０００６】
実際の用途では、レンズの光学面から十分に長距離に位置する入射瞳または射出瞳を有するレンズは、本質的にテレセントリック系として動作するため、テレセントリック瞳は現実に無限遠に位置する必要はない。そのようなレンズの主光線は実質的に光軸に平行であるため、このレンズは一般に、瞳の理論（ガウス）上の位置が無限遠にあるレンズと機能的に同等となる。
【０００７】
したがって、本願明細書で用いられるとき、「テレセントリック」「テレセントリックレンズ」なる語は、レンズの素子から長距離にある瞳を有するレンズを包含するものとしており、「テレセントリック瞳」なる語は、レンズの素子から長距離にあるような瞳を表すために用いられる。本発明のレンズ系の場合には、テレセントリック瞳の距離は一般に、レンズの焦点距離の少なくとも約２倍である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の態様によれば、本発明は、
（Ａ）マイクロディスプレイ（４）および
（Ｂ）人間の眼によって見るためのマイクロディスプレイ（４）の拡大像を生成するためのマグニファイア（１０）であって、焦点距離ｆ0、人間の眼の方向における長共役側、マイクロディスプレイの方向における短共役側および長共役側から短共役側に通過する光に関するｆナンバーｆ＃を有するマグニファイアを具備し、上記のマグニファイアが、長共役側から短共役側に向かって順に
（Ｉ）長共役の方向において凸面である第１の面（Ｓ１）を有し、焦点距離ｆ1を有する第１の素子（１）と、
（ＩＩ）光学材料のブロック（３）と、
（ＩＩＩ）短共役の方向において凸面である第２の面（Ｓ２）を有し、焦点距離ｆ2を有する第２の素子（２）と、を具備し、
（ａ）ｆ1＞０
（ｂ）ｆ2＞０
（ｃ）第１の面（Ｓ１）が回折面であるか、または第２の面（Ｓ２）が回折面であるか、またはマグニファイア（１０）が第１の面および第２の面から分離される回折面を具備し、
（ｄ）長共役側から短共役側に向かって光学系を通過し、マイクロディスプレイで収束する軸方向の光が回折面でビームの直径を有し、その最大値がｄであり、
（ｅ）ビームの直径の値ｄ、焦点距離ｆ0およびｆナンバーが関係
（ｆ＃・ｄ）／ｆ0＞０．４（好ましくは（ｆ＃・ｄ）／ｆ0＞０．８）
を満たす光学系を提供する。
【０００９】
第２の態様によれば、本発明は、
（Ａ）マイクロディスプレイ（４）および
（Ｂ）人間の眼によって見るためのマイクロディスプレイ（４）の拡大像を生成するためのマグニファイア（１０）であって、焦点距離ｆ0、人間の眼の方向における長共役側およびマイクロディスプレイの方向における短共役側を有するマグニファイアを具備し、上記のマグニファイアが、長共役側から短共役側に向かって順に
（Ｉ）長共役の方向において凸面である第１の面（Ｓ１）を有し、焦点距離ｆ1を有する第１の素子（１）と、
（ＩＩ）光学材料のブロック（３）と、
（ＩＩＩ）短共役の方向において凸面である第２の面（Ｓ２）を有し、焦点距離ｆ2を有する第２の素子（２）と、を具備し、
（ａ）ｆ1＞０
（ｂ）ｆ2＞０
（ｃ）ｆ1／ｆ2＞１．０
（ｄ）第１の面（Ｓ１）が回折面であるか、または第２の面（Ｓ２）が回折面であるか、またはマグニファイアが第１の面および第２の面とは別の回折面を具備する光学系を提供する。
【００１０】
第３の態様によれば、本発明は、
（Ａ）マイクロディスプレイ（４）および
（Ｂ）人間の眼によって見るためのマイクロディスプレイ（４）の拡大像を生成するためのマグニファイア（１０）であって、焦点距離ｆ0、人間の眼の方向における長共役側およびマイクロディスプレイの方向における短共役側を有するマグニファイアを具備し、上記のマグニファイアが、長共役側から短共役側に向かって順に
（Ｉ）長共役の方向において凸面である第１の面（Ｓ１）を有し、焦点距離ｆ1を有する第１の素子（１）と、
（ＩＩ）光学材料のブロック（３）と、
（ＩＩＩ）短共役の方向において凸面である第２の面（Ｓ２）を有し、焦点距離ｆ2を有する第２の素子（２）と、を具備し、
（ａ）ｆ1＞０
（ｂ）ｆ2＞０
（ｃ）ｆ1／ｆ0＞１．３
（ｄ）第１の面（Ｓ１）が回折面であるか、または第２の面（Ｓ２）が回折面であるか、またはマグニファイアが第１の面および第２の面とは別の回折面を具備する光学系を提供する。
【００１１】
第４の態様によれば、本発明は、
（Ａ）マイクロディスプレイ（４）および
（Ｂ）人間の眼によって見るためのマイクロディスプレイ（４）の拡大像を生成するためのマグニファイア（１０）であって、人間の眼の方向における長共役側およびマイクロディスプレイの方向における短共役側を有するマグニファイアを具備し、上記のマグニファイアが、長共役側から短共役側に向かって順に
（Ｉ）長共役の方向において凸面である第１の面（Ｓ１）を有し、焦点距離ｆ1を有する第１の素子（１）と、
（ＩＩ）光学材料のブロック（３）と、
（ＩＩＩ）短共役の方向において凸面である第２の面（Ｓ２）を有し、焦点距離ｆ2を有する第２の素子（２）と、を具備し、
（ａ）ｆ1＞０
（ｂ）ｆ2＞０
（ｃ）マグニファイアが、マグニファイアの短共役側より長共役側に近い回折面を具備する光学系を提供する。
【００１２】
第１の面（Ｓ１）は、回折面であることが好ましい。
【００１３】
本発明の種々の態様の上記の概要において用いられる参照符号は、読者の利便性のために過ぎず、本発明の範囲を限定するためではなく、そのように解釈すべきではない。さらに一般的に、前述の一般的な説明および以下の詳細な説明はいずれも本発明の例示に過ぎず、本発明の性質および特性を理解するための概観または構成を提供するためであることを理解されたい。
【００１４】
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載され、部分的には、本願明細書に述べるように、その説明から当業者には容易に明白となり、または本発明を実行することによって認識されるであろう。添付図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本願明細書に援用され、その一部を構成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
上述のように、本発明は、たとえば、頭装着型ディスプレイシステムにおいて用いるための光学系を提供する。本発明を用いることができる系の種類の例としては、シュピッツァー（Ｓｐｉｔｚｅｒ）による「Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｉｍａｇｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｅｙｅｇｌａｓｓｅｓ  ｏｒ  Ｏｔｈｅｒ  Ｈｅａｄ−Ｂｏｒｎｅ  Ｆｒａｍｅｓ（眼鏡または他の頭部ボーンフレームのコンパクトな画像ディスプレイシステム）」という名称の米国特許第６，３８４，９８２号明細書で見ることができる。
【００１６】
ある実施形態において、本発明の光学系のマグニファイア部分は、光学材料のブロックに離隔される２つの正の素子を具備する。ある好ましい実施形態において、マグニファイア部分は、２つの正の素子および光学材料のブロックのみからなる。
【００１７】
光学材料のブロックは、正の光学素子の一方または両方に接着されることができる。あるいは、光学材料のブロックおよび正の光学素子の一方または両方は一個固体部品として形成（たとえば型込）されることができる。１つの構成要素として光学系全体を形成することにより、作製中、頭装着型ディスプレイシステムの組立処理を著しく簡素化することができる。
【００１８】
正の光学素子間の光学材料のブロックは、ブロックを構成する材料の屈折率に比例する係数だけ素子間の距離を長くするために用いられる。これは、頭装着型ディスプレイシステムに組み込むのに適した光学系を作製するために行われる。種々の組む込み要件に適合させるために、固体ブロックを通る光路は折り畳まれることができる。
【００１９】
光学素子の全体的な重量を最小限に抑えるために、すべての光学部品、すなわち、第１の素子および第２の素子および固体ブロックは、プラスチック、たとえば、アクリルから構成されることが好ましい。
【００２０】
単色収差を補正するために非球面が用いられ、光学系内のさらなる素子を含むことなく、色補正を行うために、回折面が用いられる。たとえば、正の素子のそれぞれは非球面を具備することができ、正の素子の一方は回折面を具備することができる。所望であれば、回折面はまた、非球面であってもよい。
【００２１】
正の素子が個別の素子であるシステムの場合には、非球面および回折面は、素子のいずれの側、光学系の長共役端に面する側または短共役端に面する側であってもよい。正の素子が光学材料の固体ブロックと結合されるとき、素子の自由面（すなわちブロックに結合されない面）は、非球面であってもよく、非球面かつ回折面であってもよい。固体ブロックが自由端面を有する系では、回折面は光学材料の固体ブロックの端面に形成されることができる。
【００２２】
回折面は、正の素子のいずれかに用いられてもよく、２つの自由端面を有するブロックの場合には光学材料のブロックの自由端面のいずれかに用いられてもよい。回折面がマイクロディスプレイからさらに遠い場合には、寄生回折次数の第２の像に関連するゴースティングが最小限に抑えられる。したがって、回折面に関する好ましい位置は、頭装着型ディスプレイシステムの使用時には、観察者の目に最も近い素子または光学材料のブロックの自由面である。正の素子および固体ブロックが１つの構成要素であるシステムでは、回折面は、マイクロディスプレイから最も遠い構成要素の端部にあることが好ましい。
【００２３】
複数の回折面が存在することにより、使用者に提供される像に劣化が生じる回折の相互作用を生じる可能性があるため、システムが具備する回折面は１つのみであることが好ましい。
【００２４】
任意の態様に限定することなく、本発明は、以下の実施例によってさらに詳細に説明される。
【実施例】
【００２５】
以下の実施例１Ａ〜実施例１Ｆ、実施例２および実施例３は、頭装着型ディスプレイシステムに使用するのに適した光学系を示しており、光学系は以下の特性を有する。
（１）１８°の視野、ビューアから１メートル離れた対角線が１２．５インチの像を見る場合に相当する、
（２）マイクロディスプレイから使用者の眼まで進む光に関して６．０ミリメートルの射出瞳の直径、および
（３）２５．０ミリメートルのアイレリーフ距離。
【００２６】
実施例１Ａ〜実施例１Ｆ、実施例２および実施例３に関する仕様表に記載された非球面係数は、以下の式で用いられる。
【数１】
2006519421.tif 000003
式中、ｚは系の光軸からの距離ｙにおける面のサグであり、ｃは光軸における面の曲率、ｋは円錐係数であり、円錐係数ｋは表１Ａ〜表１Ｆ、表２および表３の仕様に特に記載のない限り０である。
【００２７】
表のさまざまな面に関連する表記「ａ」は上記の数式におけるＤ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、またはＩのうち少なくとも１つが０でない面を表し、表記「ｃ」は上記の数式におけるｋが０でない面を表す。請求項で用いるとき、非球面はｋ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、またはＩのうち少なくとも１つが０でない面である。表において面の種々の部分で用いられる表記「ｐ」は、回折（位相）面を表す。
【００２８】
仕様表は、光が図面の左から右に進むことを前提として構成されている。実際には、使用者の眼が左側にあり、マイクロディスプレイが右側にあって、光は右から左へと進む。特に、物体／像および入射瞳／射出瞳に関する仕様表の記載は、本願明細書の以下の部分において使用されているものと逆になっている。仕様表および表４の寸法はすべてミリメートル単位である。実施例１Ａ〜実施例１Ｆの仕様表における面７、実施例２の仕様表における面６および実施例３の仕様表における面８は、マイクロディスプレイ（イメージャ）のカバーガラスである。実施例３の面６は、イメージャと共に用いられる偏光子である。実施例３における光学材料のブロックの屈折率および分散は、標準的な６桁の形、すなわちａｂｃｘｙｚで与えられ、ｎ＝１．ａｂｃでありｖ＝ｘｙ．ｚである。
【００２９】
回折面は、実施例１Ａ〜実施例１Ｄの面５および実施例１Ｅ〜実施例１Ｆ、実施例２および実施例３の面２上に形成される。実施例１Ａ〜実施例１Ｄの場合には、ＺＥＭＡＸ用語の回折面の特性は、回折次数（ｄｉｆｆ  ｏｒｄｅｒ）が１であり、倍率（正規化）開口半径（ｓｃａｌｉｎｇ（ｎｏｒａｍａｌｉｚｅｄ）ｒａｄ  ａｐ）が１０であり、二次位相項が−１９０７．１５５３であり、実施例１Ｅおよび実施例３の場合には回折次数が１であり、倍率（正規化）開口半径が１０であり、Ｐ２およびＰ４の位相項がそれぞれ−８００．０および１００．０であり、実施例１Ｆおよび実施例２の場合の特性は、回折次数は１であり、倍率（正規化）開口半径が１０であり、Ｐ２およびＰ４の位相項がそれぞれ−１２００．０および１００．０である。
【００３０】
実施例１Ａ〜実施例１Ｆ、実施例２および実施例３のマグニファイアを構成する素子の焦点距離および選択された他の特性が、表４に記載されている。ｆ0は系の焦点距離であり、ｆ1は使用者の眼に最も近い素子の焦点距離であり、ｆ2はマイクロディスプレイに最も近い素子の焦点距離であり、ＢＦＬはマイクロディスプレイの面板を含まない無限遠における近軸後側焦点距離、すなわち図面の左から右に進む光の場合にはマイクロディスプレイに最も近い素子から焦点面までの距離であり、ｄは回折面における軸ビームの直径である。
【００３１】
「Ｔ」に関して、この変数は、光学系の第１の光学面と最後の光学面との間の距離である。頭装着型ディスプレイシステムに関する好ましい組み込み構成を実現するために、光学系の構成要素を約３０ミリメートル〜３５ミリメートルだけ離隔することが望ましく、３０ミリメートル〜３５ミリメートルはほぼ使用者の眼の光軸と対応するテンプルとの間の距離である。したがって、光学系の第１の光学面と最後の光学面との間の総距離は３０ミリメートルより大きいことが好ましい。他方、光学系があまり長くないようするために、Ｔは４５ミリメートル未満であることが好ましい。
【００３２】
表４から分かるように、ｆ0、ｆ1およびｆ2は、以下の関係を満たすことが好ましい。
ｆ1／ｆ2＞１．０および／または
ｆ1／ｆ0＞１．３。
【００３３】
色収差補正に関して有効である回折面の場合には、回折面における軸ビームの最小直径が、以下の関係を満たすことが好ましい。
（ｆ＃・ｄ）／ｆ0＞０．４
式中、ｆ＃は光学系のｆナンバー、すなわち長共役側から短共役側に向かって進む光の場合には入射瞳直径で除算した焦点距離ｆ0である。実施例１Ａ〜実施例１Ｆ、実施例２および実施例３のそれぞれに関して、ｆ＃は５である。回折面は、比（ｆ＃・ｄ）／ｆ0が０．８より大きい位置に位置することが最も好ましい。
【００３４】
本発明の特定の実施形態について記載し、説明したが、当業者には前述の開示内容から本発明の範囲および精神から逸脱しない種々の変形例が明らかになるであろうことを理解されたい。
【００３５】
【表１】
2006519421.tif 000004
【００３６】
【表２】
2006519421.tif 000005
【００３７】
【表３】
2006519421.tif 000006
【００３８】
【表４】
2006519421.tif 000007
【００３９】
【表５】
2006519421.tif 000008
【００４０】
【表６】
2006519421.tif 000009
【００４１】
【表７】
2006519421.tif 000010
【００４２】
【表８】
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【００４３】
【表９】
2006519421.tif 000012
【００４４】
【表１０】
2006519421.tif 000013
【００４５】
【表１１】
2006519421.tif 000014
【００４６】
【表１２】
2006519421.tif 000015
【００４７】
【表１３】
2006519421.tif 000016
【００４８】
【表１４】
2006519421.tif 000017
【００４９】
【表１５】
2006519421.tif 000018
【００５０】
【表１６】
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【００５１】
【表１７】
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【００５２】
【表１８】
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【００５３】
【表１９】
2006519421.tif 000022
【００５４】
【表２０】
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【００５５】
【表２１】
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【００５６】
【表２２】
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【００５７】
【表２３】
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【００５８】
【表２４】
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【００５９】
【表２５】
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【００６０】
【表２６】
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【００６１】
【表２７】
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【００６２】
【表２８】
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【００６３】
【表２９】
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【００６４】
【表３０】
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【００６５】
【表３１】
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【００６６】
【表３２】
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【００６７】
【表３３】
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【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明によって構成される代表的な光学系の概略側面図である。一般に、実施例１Ａ〜１Ｆの構造を示している。
【図２】本発明によって構成される代表的な光学系の概略側面図である。実施例２の構造を示している。
【図３】本発明によって構成される代表的な光学系の概略側面図である。実施例３の構造を示している。
【符号の説明】
【００６９】
図面に用いられる参照符号は、以下に対応する。
１    第１の素子
２    第２の素子
３    光学材料のブロック
４    マイクロディスプレイ
５    開口絞り（使用者の目の瞳）
６    軸ビーム
１０    マグニファイア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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