JP2016170203A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトでありながら、明るい外景に広い画面で画像が重ねられたシースルー表示の可能な画像表示装置を提供する。【解決手段】画像表示装置ＥＧは、画像ＩＭを表示する表示素子ＤＰと、画像ＩＭが外景に重なるように、画像ＩＭを虚像として観察者眼ＥＹにシースルーで投影表示する観察光学系ＬＥと、を有する。観察光学系ＬＥは、観察者眼ＥＹの側方から前方に向けて画像ＩＭの光を出射する投光光学系ＬＮと、投光光学系ＬＮからの光のうち特定波長の光を回折作用により観察者眼ＥＹに向けて反射させるホログラフィック光学素子ＨＯと、を有する。表示素子ＤＰの画面中心から出射した主光線ＡＸの反射角度が正反射角度よりも小さくなるように、ホログラフィック光学素子ＨＯが回折作用による反射を行う。【選択図】図１

Description

本発明は画像表示装置に関するものであり、例えば、液晶表示素子(ＬＣＤ：liquid crystal display)の２次元画像をホログラフィック光学素子(ＨＯＥ：holographic optical element)を用いて観察者眼にシースルーで投影表示する眼鏡型の画像表示装置に関するものである。

画像を外景（つまり外界視野）に重ねて表示する眼鏡型の画像表示装置が、特許文献１〜３で提案されている。これらの画像表示装置はハンズフリーで使用されるため、使用者に最適な状況で情報を表示することが重要になり、一方、表示画像だけでなく外景も良好に見たいという要望にも応える必要がある。特に外景の明るさは重要であり、画像表示のために外景が暗くなるのは好ましくない。また、表示画像の見える距離も重要である。使用者は近くを見たり遠くを見たりするので、その際に偏った距離に表示が行われると、外景と表示とを良好に重ねて観察することができなくなる。さらに、表示の画面の広さも重要である。使用者がどこを見るかは規定できないので、どこを見てもできる限り画像を提供できることが好ましい。

特開２０１４−５９３９５号公報 特開２０１３−７３０７０号公報 ＵＳ６，３５３，５０３ Ｂ１

上述したように、外景の明るさ、表示画像の見える距離、表示画面の広さに関する要求を同時に満足することは困難である。例えば、特許文献１に記載されているようにハーフミラーを用いると、外景の明るさが半分以下になってしまい外景が暗くなる。また、ハーフミラーを順に反射する構成の場合、物体距離を無限にする必要がある。物体距離を近距離にすると、それぞれのハーフミラーで画像が重ならなくなり、結果としてボケたように見えてしまうことになる。

特許文献２に記載されているように、ハーフミラー（中間層）を用いた画像表示装置では、外景の明るさが半分以下になってしまい外景が暗くなる。また、眼鏡レンズ面間に挟むように反射面を挿入する方法では、眼鏡レンズの厚みが増大してしまう。

特許文献３に記載されているように、反射面をホログラムで構成しただけでは、ホログラムの集光パワーがないため、集光パワーを曲面に集める必要が生じる。また、角度をずらす偏向効果が無いので、眼鏡の横からの光を目に向けて反射するには厚みが必要になる。したがって、画角が限定されてしまうため、大きな画面での画像表示は不可能である。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、コンパクトでありながら、明るい外景に広い画面で画像が重ねられたシースルー表示の可能な画像表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明の画像表示装置は、画像を表示する表示素子と、前記画像が外景に重なるように、前記画像を虚像として観察者眼にシースルーで投影表示する観察光学系と、を有する画像表示装置であって、
前記観察光学系が、観察者眼の側方から前方に向けて前記画像の光を出射する投光光学系と、その投光光学系からの光のうち特定波長の光を回折作用により観察者眼に向けて反射させるホログラフィック光学素子と、を有し、
前記表示素子の画面中心から出射した主光線の反射角度が正反射角度よりも小さくなるように、前記ホログラフィック光学素子が前記回折作用による反射を行うことを特徴とする。

第２の発明の画像表示装置は、上記第１の発明において、観察者眼の側方に位置するテンプルと、観察者眼の前方に位置する透明基板と、を備えた眼鏡型の画像表示装置であって、前記投光光学系が前記テンプルに保持されており、前記ホログラフィック光学素子が前記透明基板に保持されていることを特徴とする。

第３の発明の画像表示装置は、上記第１又は第２の発明において、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
｜θ’｜／θ≦０．２ …（１）
ただし、
θ：入射角度、
θ’：反射角度、
であり、面法線から正反射側へ進む方向を正とし、面法線から入射側へ戻る方向を負とする。

第４の発明の画像表示装置は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記観察光学系で形成される虚像が観察者眼に対して有限距離に位置することを特徴とする。

第５の発明の画像表示装置は、上記第４の発明において、観察者眼から前記観察光学系で形成される虚像までの距離が３０ｃｍ以上５ｍ以下であることを特徴とする。

第６の発明の画像表示装置は、上記第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記ホログラフィック光学素子が回折作用による集光パワーを有することを特徴とする。

第７の発明の画像表示装置は、上記第６の発明において、前記ホログラフィック光学素子が凹面反射による集光パワーを有することを特徴とする。

第８の発明の画像表示装置は、上記第１〜第７のいずれか１つの発明において、前記投光光学系と前記ホログラフィック光学素子との間に中間像を結ぶことを特徴とする。

第９の発明の画像表示装置は、上記第１〜第８のいずれか１つの発明において、前記表示素子から前記投光光学系までの間隔を調節することによりフォーカスを行う機能を有することを特徴とする。

第１０の発明の画像表示装置は、上記第１〜第９のいずれか１つの発明において、前記投光光学系が非軸対称な光学系であることを特徴とする。

第１１の発明の画像表示装置は、上記第１〜第１０のいずれか１つの発明において、前記投光光学系が、前記ホログラフィック光学素子で発生する色収差を打ち消す方向の色収差を発生することを特徴とする。

本発明によれば、コンパクトでありながら、明るい外景に広い画面で画像が重ねられたシースルー表示の可能な画像表示装置を実現することができる。

眼鏡型画像表示装置の第１の実施の形態を模式的に示す概略断面図。 眼鏡型画像表示装置の第１の実施の形態（実施例１）の光学構成図。 眼鏡型画像表示装置の第２の実施の形態（実施例２）の光学構成図。

以下、本発明に係る画像表示装置等を、図面を参照しつつ説明する。なお、各実施の形態等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。

図１に、第１の実施の形態の画像表示装置ＥＧの概略断面構造を、その上方から見た状態で示す。この画像表示装置ＥＧは、画像ＩＭを表示する表示素子ＤＰ（例えばＬＣＤ）と、表示素子ＤＰを照明するための光源ＬＳ（例えばＬＥＤ(light emitting diode)）と、画像ＩＭが外景に重なるように、画像ＩＭを虚像として観察者眼ＥＹにシースルーで投影表示する観察光学系ＬＥと、を有している。観察光学系ＬＥは、観察者眼ＥＹの側方から前方に向けて画像ＩＭの光を出射する投光光学系ＬＮと、その投光光学系ＬＮからの光のうち特定波長の光を回折作用により観察者眼ＥＹに向けて反射させる体積位相型のホログラフィック光学素子ＨＯと、を有している。なお、図１は透過型液晶素子の図であるが、ＤＰは反射型液晶素子、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、有機ＥＬディスプレイでもよい。また、光源ＬＳとＤＰの間にレンズやミラーで構成された照明光学系を配置してもよい。

さらに画像表示装置ＥＧは、眼鏡型の形態をとるため、観察者眼ＥＹの側方に位置するテンプル（つる）２ａ，２ｂと、観察者眼ＥＹの前方に位置する透明基板１ａ，１ｂと、透明基板１ａ，１ｂを連結するブリッジ３と、を備えており、投光光学系ＬＮがテンプル２ａに保持されており、ホログラフィック光学素子ＨＯが透明基板１ａの基板面１ｓに保持されている。光源ＬＳ，表示素子ＤＰ及び投光光学系ＬＮは筐体４内に収納されており、筐体４はテンプル２ａに保持されている。

観察者は、テンプル２ａ，２ｂによって、通常の眼鏡と同様に画像表示装置ＥＧを眼前に保持することができる。表示素子ＤＰは、光源ＬＳからの照明光を変調して画像を表示する。表示素子ＤＰから射出した画像光は、投光光学系ＬＮで前方に向けて投射された後、ホログラフィック光学素子ＨＯで回折反射されて瞳ＥＰに入射する。ホログラフィック光学素子ＨＯは、正のパワーを有しているので（パワー：焦点距離の逆数で定義される量）、画像光は観察者眼ＥＹの瞳ＥＰに入射することにより虚像として観察される。また、外界光（つまり外景からの光）はホログラフィック光学素子ＨＯを透過し、表示画像は外界視野に重なるように虚像として観察者眼ＥＹにシースルーで投影表示されて観察可能となる。したがって観察者は、筐体４に覆われた表示素子ＤＰの画像を虚像として観察しながら、透明基板１ａ，１ｂを通して外景を見ることができる。

コンバイナとしてのホログラフィック光学素子ＨＯと画像光との関係から言えば、例えば、中心波長が４７０ｎｍ，５３０ｎｍ，６４０ｎｍのＢＧＲ一体のＬＥＤを光源ＬＳとして用い、ホログラフィック光学素子ＨＯとして波長４７０ｎｍ±１０ｎｍ，波長５３０ｎｍ±１０ｎｍ，波長６４０ｎｍ±１０ｎｍの画像光を回折するように作製されたものを用いることが好ましい。ホログラフィック光学素子ＨＯは、特定入射角・特定波長の光のみを回折するので、外界光には殆ど影響しない。したがって、外界光は透明基板１ａ及びホログラフィック光学素子ＨＯを透過するため、通常どおりの外界を見ることができる。

眼鏡という小さく限られた構造の中で画像表示装置を構成するのは非常に難しいが、頭部に装着する眼鏡型の画像表示装置では小型化・薄型化を達成することが必須になる。特にレンズ部分（前側）に重たいものがあると装着性が良くないので、表示素子やその画像投影に用いられる投光光学系はなるべく後ろ側に位置するのが好ましい。そこで、上記画像表示装置ＥＧでは、表示素子ＤＰや投光光学系ＬＮ等をテンプル２ａに配置して、画像表示装置ＥＧの重心が後ろ側に位置するようにしている。

そして、装着性を改善するとともに小型化・薄型化を実現するために、前側に配置する反射用光学素子として、回折作用を効果的に利用したホログラフィック光学素子ＨＯを用いている。つまり、上記画像表示装置ＥＧでは、表示素子ＤＰの画面中心から出射した主光線（光軸ＡＸに相当する。）の反射角度が正反射角度よりも小さくなるように、ホログラフィック光学素子ＨＯが回折作用による反射を行うことを特徴としている。

眼鏡型の画像表示装置においてレンズ部分に反射構造を持たせる場合、図１に示すように投光光学系ＬＮが観察者眼ＥＹの側方にあると、レンズ部分に設ける反射面が瞳ＥＰに対して斜めになるためレンズ部分が厚くなり、その厚みを抑えようとすれば画角を大きくすることが困難になる。そこで、上記画像表示装置ＥＧでは、ホログラフィック光学素子ＨＯの回折作用を利用して反射角度を大きくずらしている。反射角度をずらすことにより、薄型でありながら瞳ＥＰに向けた光路の折り曲げ（つまり偏向）が可能となる。ホログラフィック光学素子ＨＯには、上記反射角度をずらす偏向効果のほかに、光透過性が高いという、コンバイナとして好適な特長があり、その実効の視感度透過率は８０％以上である。

したがって、コンパクトでありながら、明るい外景に広い画面で画像が重ねられたシースルー表示の可能な画像表示装置ＥＧを実現することができる。なお、上記特徴的なホログラフィック光学素子ＨＯを用いれば、投光光学系ＬＮがテンプル２ａで保持される眼鏡型以外のＨＭＤ(head mounted display)，ＨＵＤ(headup display)等の画像表示装置においても、上記効果を得ることは可能である。

ホログラフィック光学素子ＨＯでの回折作用による偏向反射に関しては、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。更に好ましくは上限は０．１であることが好ましい。θ’が小さくなることで薄型を実現できる。
｜θ’｜／θ≦０．２ …（１）
ただし、
θ：入射角度、
θ’：反射角度、
であり、面法線から正反射側へ進む方向を正とし、面法線から入射側へ戻る方向を負とする。

条件式（１）を満足すれば、ホログラフィック光学素子面が瞳面に正対するので、効果的に薄型化を達成することができる。また、ホログラフィック光学素子面を瞳面に正対させるときの入射角度θは、２０〜７０°が好ましい。入射角度θを２０°以上にすると、テンプル２ａに対する投光光学系ＬＮ等の配置が容易になる。入射角度θを７０°以下にすると、回折によって発生する色収差や非軸対称な収差の補正が容易になる。更に好ましくは上限は４５度であることが好ましい。高解像度の表示素子を用いることができる。

観察光学系ＬＥで形成される虚像が観察者眼ＥＹに対して有限距離に位置することが望ましく、観察者眼ＥＹから観察光学系ＬＥで形成される虚像までの距離が３０ｃｍ以上５ｍ以下であることが更に望ましい。表示画像の虚像位置を有限距離に設定すると、例えば歩行中の視度の切替を容易に行いうるようになる。したがって、表示画像ＩＭと外景とのシースルーでの重なりを良くするうえで有効である。

ホログラフィック光学素子ＨＯが回折作用による集光パワーを有することが好ましく、ホログラフィック光学素子ＨＯが凹面反射による集光パワーを有することが更に好ましい。画像表示装置ＥＧでは、透明基板１ａの基板面１ｓが凹形状の曲面からなっており、その基板面１ｓ上にホログラフィック光学素子ＨＯが配置されている。つまり、ホログラフィック光学素子ＨＯでの偏向反射は回折作用のみで行われるが、ホログラフィック光学素子ＨＯでの集光反射は回折パワーと曲面パワーとで行われる。

集光反射を凹面だけで行おうとすると、表示素子ＤＰとして小さな表示パネルを用いる場合、凹面の曲率が大きくなってしまい、透過する画像が歪む等の弊害が生じるおそれがある。したがって、眼鏡レンズくらいの曲率の曲面を用いることが広画角化を達成するうえで好ましい。また、基板面１ｓを平面で構成した場合、ホログラフィック光学素子ＨＯでの集光反射は回折パワーのみで行われることになる。つまり、ホログラフィック光学素子ＨＯに集光パワーをすべて負担させることになる。そのように集光反射を回折パワーのみで行おうとすると、ホログラフィック光学素子で発生する色収差を補正することが困難になる。画像表示装置ＥＧでは、ホログラフィック光学素子ＨＯの集光パワーの一部を曲面に負担させることにより、上記色収差を効果的に低減することを可能としている。なお、画像表示装置ＥＧでは、ホログラフィック光学素子ＨＯが透明基板１ａの基板面１ｓ上で保持されているが、透明基板１ａの中にホログラフィック光学素子ＨＯを配置してもよい。また、ホログラフィック光学素子ＨＯを透明基板の外側面に配置してもよい。

画像表示装置ＥＧでは、観察光学系ＬＥにおいて投光光学系ＬＮを用いることにより、明るい画像表示を可能としている。また、ホログラフィック光学素子ＨＯと合わせて収差補正できる位置に像面を配置することができ、小型の表示素子ＤＰを使って大きな画角を実現することができる。つまり、投光光学系ＬＮとホログラフィック光学素子ＨＯとの間に中間像を結ぶことが望ましい。画角を大きくするためにホログラフィック光学素子ＨＯの焦点距離を短くしようとすると、目の近傍に表示素子ＤＰを配置する必要があるが、中間像を形成すれば、観察者眼ＥＹの近傍に表示素子ＤＰを配置することなく、画角を大きくすることができる。

画像表示装置ＥＧは、表示素子ＤＰから投光光学系ＬＮまでの間隔を調節することによりフォーカスを行う機能を有することが好ましい。投光光学系ＬＮの全体又は一部の移動、又は表示素子ＤＰの移動により、表示素子ＤＰから投光光学系ＬＮまでの間隔を調節すると、観察者眼ＥＹに対して表示画像ＩＭの虚像位置を変化させるフォーカス、つまり視度調整が可能となる。

ここで、画像表示装置ＥＧの具体的な光学構成を更に詳しく説明する。図２，図３は、第１，第２の実施の形態を構成する観察光学系ＬＥにそれぞれ対応する光学構成図であり、その光学配置，光路等を光学断面で示している。これらの観察光学系ＬＥは、画像ＩＭ側から順に、第１レンズＬ１，第２レンズＬ２及び第３レンズＬ３からなる投光光学系ＬＮと、ホログラフィック光学素子ＨＯと、から構成されている。

第１の実施の形態（図２）では投光光学系ＬＮが軸対称な光学系であるのに対し、第２の実施の形態（図３）では投光光学系ＬＮが非軸対称な光学系である。第１の実施の形態では、ホログラフィック光学素子ＨＯでの偏向反射が回折作用のみで行われ、ホログラフィック光学素子ＨＯでの集光反射が回折パワーと曲面パワーとの組み合わせで行われる。第２の実施の形態では、ホログラフィック光学素子ＨＯでの偏向反射が回折作用のみで行われ、ホログラフィック光学素子ＨＯでの集光反射が回折パワーのみで行われる。

第１の実施の形態（図２）の場合、ホログラフィック光学素子ＨＯでの集光反射は回折パワーと曲面パワーとで行われるので、ホログラフィック光学素子ＨＯでの色収差の発生を低減することが可能である。第２の実施の形態（図３）の場合、ホログラフィック光学素子ＨＯでの集光反射は回折パワーのみで行われるので、投光光学系ＬＮは、ホログラフィック光学素子ＨＯで発生する色収差を打ち消す方向の色収差を発生する構成になっている。つまり、ホログラフィック光学素子ＨＯでの斜めに非対称な偏向反射により発生する非対称な色収差は、投光光学系ＬＮの第１，第３レンズＬ１，Ｌ３に設けられている自由曲面のプリズム効果で色収差の横ずれを発生させることにより、効果的に補正することが可能となる。

以下、本発明を実施した画像表示装置の構成等を、実施例のコンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１，２は、前述した第１，第２の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例であり、第１の実施の形態を表す概略断面図（図１）は対応する実施例１の光学配置，光路等を示しており、第１，第２の実施の形態を表す光学構成図（図２，図３）は、対応する実施例１，２の光学配置，光路等をそれぞれ示している。

各実施例のコンストラクションデータとして、面データ１，面データ２及び各種データを示し、実施例２については更に自由曲面データを示す。面データ１，２中、ｉ（ｉ＝１，２，３，．．．）は面番号である。観察光学系ＬＥで形成される虚像ＶＰの位置を第１面とし、瞳ＥＰの位置を第２面とし、ホログラフィック光学素子ＨＯの貼り付け面を第３面としている。さらに、第３レンズＬ３の出射面及び入射面を第４面及び第５面とし、第２レンズＬ２の出射面及び入射面を第６面及び第７面とし、第１レンズＬ１の出射面及び入射面を第８面及び第９面としている。最終面である第１０面は、画像ＩＭを表示する表示素子ＤＰの表示面である。面データ１では、左側の欄から順に、面番号ｉ，曲率半径ｒ（ｍｍ），軸上面間隔ｄ（ｍｍ），ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に関する屈折率ｎｄ，ｄ線に関するアッベ数ｖｄを示しており、面データ２では、第ｉ面の配置データを示している。

第ｉ面の配置は、面データ２中の面頂点座標（ｘ，ｙ，ｚ）と回転角度αの各面データでそれぞれ特定される。第ｉ面の面頂点座標は、その面頂点をローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の原点として、グローバルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）におけるローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の原点の座標（ｘ，ｙ，ｚ）で表されており（単位：ｍｍ）、その面頂点を中心とするＸ軸回りの回転角度αで第ｉ面の傾きが表されている（単位：°；Ｘ軸の正方向に対して反時計回りがＸ回転の回転角度の正方向である。）。ただし、座標系はすべて右手系で定義されており、グローバルな直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）は瞳ＥＰのローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と一致した絶対座標系になっている。したがって、Ｘ方向，Ｙ方向は、第ｉ面の面頂点を原点とし、かつ、面頂点での法線をＺ軸とする直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における座標軸方向であり、ｘ方向は紙面に垂直方向（画角の上下方向）、ｙ方向は紙面の上下方向（画角の左右方向）である。

実施例２の自由曲面データに関し、自由曲面（ＸＹ多項式面）からなる第ｉ面は、その面頂点を原点とするローカルな直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いた以下の式（ＦＳ）で定義される。自由曲面データとして自由曲面係数等を示す。ただし、Ａ（ｊ，ｋ）をＸ^j・Ｙ^kで表記する。なお、表記の無い項の係数は０であり、すべてのデータに関してＥ−ｎ＝×１０^-nである。
Ｚ＝（Ｃ０・ｈ²）／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）・Ｃ０²・ｈ²｝］＋ΣΣ｛Ａ（ｊ，ｋ）・Ｘ^j・Ｙ^k｝ …（ＦＳ）

ただし、式（ＦＳ）中、
Ｚ：高さｈの位置でのＺ軸方向の変位量（面頂点基準）、
ｈ：Ｚ軸に対して垂直な方向の高さ（ｈ²＝Ｘ²＋Ｙ²）、
Ｃ０：面頂点での曲率（＝１／ｒ）、
Ｋ：コーニック定数、
Ａ（ｊ，ｋ）：Ｘのｊ次、Ｙのｋ次の多項式自由曲面係数、
である。

各種データとして、瞳ＥＰの直径（ｍｍ），Ｙ方向（画面長辺方向）とＸ方向（画面短辺方向）の画角（°）と画面サイズ（ｍｍ），ホログラフィック光学素子ＨＯでの偏向反射・集光反射の種類，ホログラフィック光学素子ＨＯに対する画面中心主光線（表示素子ＤＰの画面中心から出射した主光線であり、実施例１，２では光軸ＡＸに相当する。）の入射角度θと反射角度θ’，条件式（１）の対応値，ホログラフィック光学素子ＨＯの厚み（μｍ）と露光条件を示す。

実施例１
面データ１
i r(mm) d(mm) nd vd
1(VP) ∞ -1000.0
2(EP) ∞ 25.0
3(HO) -50.0000
4(L3) -6.6604 3.0 1.5168 64.1
5(L3) 283.3587 1.0
6(L2) -3.3784 2.0 1.5168 64.1
7(L2) -5.1918 2.0
8(L1) 2.8963 2.0 1.5168 64.1
9(L1) 1.9408 5.0
10(IM) ∞

面データ２
i x y z α
1(VP) 0 0.0000 -1000.0000 0.0000
2(EP) 0 0.0000 0.0000 0.0000
3(HO) 0 0.0000 25.0000 0.0000
4(L3) 0 11.9034 0.3647 -25.7891
5(L3) 0 13.2086 -2.3365 -25.7891
6(L2) 0 13.6436 -3.2369 -25.7891
7(L2) 0 14.5138 -5.0377 -25.7891
8(L1) 0 15.3839 -6.8385 -25.7891
9(L1) 0 16.2540 -8.6393 -25.7891
10(IM) 0 18.4293 -13.1413 -25.7891

各種データ
瞳直径：３ｍｍ
画角：左右方向（Ｙ方向）±１０度，上下方向（Ｘ方向）±６度
画面サイズ（横は画角の左右±１０度に対応）：
横（Ｙ方向）３．４４ｍｍ×縦（Ｘ方向）２．３０ｍｍ
ＨＯＥでの偏向反射：回折作用のみ
ＨＯＥでの集光反射：回折パワー＋曲面パワー
ＨＯＥに対する画面中心主光線の入射角度θと反射角度θ’
入射角度θ：２５．７度
反射角度θ’：０度
条件式（１）：｜θ’｜／θ＝０
ＨＯＥの厚み：２０μｍ
ＨＯＥの露光条件
波長：Ｒ６４７ｎｍ，Ｇ５３２ｎｍ，Ｂ４７７ｎｍ
平行光 図２中右側から露光（＋Ｚ方向から−Ｚ方向に露光）
発散光 図２中左側から露光（−Ｚ方向から＋Ｚ方向に露光）
発散光の発散点（面頂点基準）：（Ｙ，Ｚ）＝（３０ｍｍ，−７０ｍｍ）
青：アルゴンイオンレーザー（４７６．５ｎｍ）
緑：固体レーザー（５３２ｎｍ）
赤：クリプトンイオンレーザー（６４７．１ｎｍ）

実施例２
面データ１
i r(mm) d(mm) nd vd
1(VP) ∞ -1000.0
2(EP) ∞ 25.0
3(HO) ∞
4(L3) -5.6885 3.0 1.5168 64.1
5(L3) 11.8183 1.0
6(L2) -33.4235 2.0 1.5168 64.1
7(L2) 170.0732 2.0
8(L1) 13.9679 2.0 1.5168 64.1
9(L1) 10.6651 5.0
10(IM) ∞

面データ２
i x y z α
1(VP) 0 0.0000 -1000.0000 0.0000
2(EP) 0 0.0000 0.0000 0.0000
3(HO) 0 0.0000 25.0000 0.0000
4(L3) 0 10.3786 1.8802 -17.3307
5(L3) 0 11.2723 -0.9836 -17.3307
6(L2) 0 11.5702 -1.9382 -17.3307
7(L2) 0 12.1659 -3.8474 -17.3307
8(L1) 0 12.7617 -5.7566 -17.3307
9(L1) 0 13.3575 -7.6658 -17.3307
10(IM) 0 14.8469 -12.4388 -27.7806

第５面の自由曲面データ（ＸＹ多項式）
K: -5.2207E+00
Y: 6.7018E-01
X2: -7.9349E-02
Y2: -7.3470E-02
X2Y: -2.0431E-03
Y3: -1.2904E-03
X4: 9.5386E-05
X2Y2: -2.4057E-03
Y4: 4.7992E-04
X4Y: -5.2011E-04
X2Y3: 6.6944E-04
Y5: -1.1993E-04
X6: 3.5940E-07
X4Y2: 1.2389E-04
X2Y4: -3.3248E-05
Y6: 1.3616E-05

第１０面の自由曲面データ（ＸＹ多項式）
K: -5.2111E-01
Y: -1.3557E+00
X2: -1.7007E-02
Y2: 1.7092E-01
X2Y: 8.5501E-02
Y3: 1.9184E-02
X4: 4.6841E-03
X2Y2: -6.4199E-02
Y4: -2.0803E-02
X4Y: 5.7564E-05
X2Y3: 1.2288E-02
Y5: 4.1813E-03
X6: 4.7389E-04
X4Y2: 8.8947E-04
X2Y4: -4.0715E-04
Y6: -1.7996E-04

各種データ
瞳直径：３ｍｍ
画角：左右方向（Ｙ方向）±１０度，上下方向（Ｘ方向）±６度
画面サイズ（横は画角の左右±１０度に対応）：
横（Ｙ方向）４．０８ｍｍ×縦（Ｘ方向）２．９６ｍｍ
ＨＯＥでの偏向反射：回折作用のみ
ＨＯＥでの集光反射：回折パワーのみ
ＨＯＥに対する画面中心主光線の入射角度θと反射角度θ’
入射角度θ：２８．６度
反射角度θ’：０度
条件式（１）：｜θ’｜／θ＝０
ＨＯＥの厚み：３０μｍ
ＨＯＥの露光条件
波長：Ｒ６４７ｎｍ，Ｇ５３２ｎｍ，Ｂ４７７ｎｍ
平行光 図３中右側から露光（＋Ｚ方向から−Ｚ方向に露光）
発散光 図３中左側から露光（−Ｚ方向から＋Ｚ方向に露光）
発散光の発散点（面頂点基準）：（Ｙ，Ｚ）＝（７．５５ｍｍ，−１５．７ｍｍ）
青：アルゴンイオンレーザー（４７６．５ｎｍ）
緑：固体レーザー（５３２ｎｍ）
赤：クリプトンイオンレーザー（６４７．１ｎｍ）

ＥＧ 画像表示装置
ＬＥ 観察光学系
ＬＮ 投光光学系
ＨＯ ホログラフィック光学素子
ＤＰ 表示素子
ＬＳ 光源
ＩＭ 画像
ＡＸ 光軸（画面中心から出射した主光線）
１ａ，１ｂ 透明基板
１ｓ 基板面
２ａ，２ｂ テンプル
３ ブリッジ
４ 筐体
ＥＰ 瞳
ＥＹ 観察者眼

Claims (11)

1. 画像を表示する表示素子と、前記画像が外景に重なるように、前記画像を虚像として観察者眼にシースルーで投影表示する観察光学系と、を有する画像表示装置であって、
   前記観察光学系が、観察者眼の側方から前方に向けて前記画像の光を出射する投光光学系と、その投光光学系からの光のうち特定波長の光を回折作用により観察者眼に向けて反射させるホログラフィック光学素子と、を有し、
   前記表示素子の画面中心から出射した主光線の反射角度が正反射角度よりも小さくなるように、前記ホログラフィック光学素子が前記回折作用による反射を行うことを特徴とする画像表示装置。
2. 観察者眼の側方に位置するテンプルと、観察者眼の前方に位置する透明基板と、を備えた眼鏡型の画像表示装置であって、前記投光光学系が前記テンプルに保持されており、前記ホログラフィック光学素子が前記透明基板に保持されていることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
3. 以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１又は２記載の画像表示装置；
   ｜θ’｜／θ≦０．２ …（１）
   ただし、
   θ：入射角度、
   θ’：反射角度、
   であり、面法線から正反射側へ進む方向を正とし、面法線から入射側へ戻る方向を負とする。
4. 前記観察光学系で形成される虚像が観察者眼に対して有限距離に位置することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
5. 観察者眼から前記観察光学系で形成される虚像までの距離が３０ｃｍ以上５ｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の画像表示装置。
6. 前記ホログラフィック光学素子が回折作用による集光パワーを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
7. 前記ホログラフィック光学素子が凹面反射による集光パワーを有することを特徴とする請求項６記載の画像表示装置。
8. 前記投光光学系と前記ホログラフィック光学素子との間に中間像を結ぶことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
9. 前記表示素子から前記投光光学系までの間隔を調節することによりフォーカスを行う機能を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像表示装置。
10. 前記投光光学系が非軸対称な光学系であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の画像表示装置。
11. 前記投光光学系が、前記ホログラフィック光学素子で発生する色収差を打ち消す方向の色収差を発生することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の画像表示装置。

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