JPH09304728A

JPH09304728A - 光学視覚装置

Info

Publication number: JPH09304728A
Application number: JP8120636A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Sugano; 靖之菅野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-05-15
Filing date: 1996-05-15
Publication date: 1997-11-28
Also published as: KR970075960A; US5886823A

Abstract

(57)【要約】【課題】ハーフミラーのハーフコーテイングした面に対
抗する面を傾斜させた構造にしてゴースト光を正規光に
合わせるか、視野外に反射させて見やすい画面を提供す
る。【解決手段】２次元表示素子からの映像光を反射させる
ハーフミラーを、楔型形状の厚さの異なる構造にして、
ハーフコーテイングした面に対抗する傾斜面の傾斜角度
及びアッベ数を設定して眼球の位置における正規光とゴ
ースト光とを重ね合わせてゴースト光をなくした状態に
するか、ゴースト光を視野外に反射させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学視覚装置に関
し、特に、頭部装着可能な小型軽量な光学視覚装置に利
用されるハーフミラーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より光学視覚装置として、バーチャ
ルリアリテイ用、医療用、軍事用、コンピュータ用、或
は個人で大画面を楽しむためのヘッドマウンテッドディ
スプレイが知られている。

【０００３】又、近年、ＣＲＴ、ＬＣＤ等による２次元
表示素子からの画像を虚像にて拡大観察するヘッドマウ
ンテッドディスプレイが注目され、開発されている。

【０００４】その中で、２次元表示素子からの画像を虚
像にて拡大観察する構成は、図２４に示すように、画像
を表示する２次元表示素子１０と、光路を分岐するため
の所定厚さの平行板であり光線を入射する側にハーフコ
ーテイングした面２１を有するハーフミラー２０と、画
像を虚像として拡大観察するための凹面鏡２２とで構成
されている。

【０００５】このような構成からなる２次元表示素子か
らの画像を虚像にて拡大観察するには、図２４〜図２６
に示すように、図示しない光源ユニットで照明された２
次元表示素子１０からの光２３がハーフミラー２０で分
岐される際、ハーフコーテイングした面２１で凹面鏡２
２側に反射した光２４は凹面鏡２２で反射して眼球２６
に入る正規光２６の光路を形成する。

【０００６】一方、ハーフミラー２０のハーフコーテイ
ングした面２１を屈折して入射した光２７は、更にハー
フミラー２０の反対側の面から出射する光２８と、面で
反射され、ハーフコーテイング面２１で更に屈折して凹
面鏡２２側に出射する光２９とからなり、この光２９は
凹面鏡２２で反射して眼球に入るゴースト光３０の光路
を形成する。

【０００７】このようにして、所定の厚さの平行板から
なるハーフミラー２０であれば、ハーフコーテングした
面２１で完全に反射させることができないかぎり、ハー
フミラー２０内に入射して出射する光２９、即ち、ゴー
スト光３０の光路は必ず存在する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記説
明した画像を表示する２次元表示素子１０と光路を分岐
するハーフミラー２０と画像を虚像として拡大観察する
ための凹面鏡２２とで構成される光学視覚装置は、上述
したように、光源ユニットで照明された２次元表示素子
１０からの光がハーフミラー２０で分岐される際、ハー
フコーテイングした面２１で反射した光２４は正規光２
６として凹面鏡２２で拡大観察されるが、同時にハーフ
コーテイングした面２１を通過した光はもう一方の面を
通り、この面では大部分の光２８は通過するが、光量の
一部はハーフコーテイングした面２１を屈折して通過す
る光２９となり、凹面鏡２２で反射し、眼球２５に入る
ゴースト光３０となり、虚像として拡大観察されると云
う問題点がある。

【０００９】このように、正規光２６からなる像とゴー
スト光３０からなる像を同時に観察すると、図２６に示
すように、合成された像は二重像となり、見にくいため
正常に画像が認識されない場合があり、又、長時間見て
いると眼が疲れると云う問題点がある。

【００１０】又、ゴースト光３０を回避するため、ビー
ムスプリッターやプリズムを用いると、装置のバランス
が悪くなったり、装着感が悪くなったり、長時間使用し
ていると装置がずれるため見難くなると云う問題点があ
る。

【００１１】更に、外界からの光をシースルーとして観
察する際、ビームスプリッタやプリズムを用いると、コ
ーテイングの角度特性やプリズムで分光するため、外界
像に色がついてしまい見難いため、正常に画像が認識さ
れない場合があり、又、長時間見ていると眼が疲れると
云う問題がある。

【００１２】従って、上記問題点に鑑みゴースト光を無
くし、小型軽量で長時間見ていても眼が疲れたり、装置
がずれることが無い光学視覚装置に解決しなければなら
ない課題を有している。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る光学視覚装置は、画像を表示する２次
元表示素子と、該２次元表示素子からの光路を分岐する
ためのハーフミラーと、該ハーフミラーからの光路に基
づいた画像を虚像として拡大観察するための凹面鏡とか
らなる光学視覚装置であって、前記ハーフミラーの一方
の面は画像光量の一部を反射し、残りを透過するハーフ
コーテイングがなされ、もう一方の面の角度は、ハーフ
コーテイングがなされた面に対して傾斜した構成にする
ことである。

【００１４】このようにハーフミラーをハーフコーテイ
ングした面に対抗する面を傾斜させた、所謂楔型形状の
厚みの異なるハーフミラーとしたことにより、ハーフミ
ラーで反射された正規光にゴースト光を重ね合わせるよ
うにすることが可能となり、眼球位置で重ね合わせた場
合には光の強度の強い正規光のみが見え、ゴースト光は
なくなった状態とすることができる。即ち、ハーフミラ
ーの改良のみでゴースト光をなくすことができ、装置自
体の小型化及び軽量化を図ることができ、且つ長時間み
ても疲れなくなり、更に軽量化することにより位置ずれ
を起こしずらい構成にすることが可能である。

【００１５】又、コーテイングした面に対抗した傾斜面
の傾斜角度、光軸上の厚み、屈折率等を利用して、ゴー
スト光の光路を視野の外になるように設定することも可
能である。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明に係るハーフミラーのハー
フコーテイングした面に対抗する面を傾斜させた、所謂
楔型形状の厚みの異なるハーフミラーを備えた光学視覚
装置についての種々の実施形態について、図面を参照に
して以下説明する。

【００１７】先ず、下記に説明する各種の実施形態を備
えた光学視覚装置５０は、図１に示すように、眼前にデ
ィスプレイ部を支持する頭部装着部５１と、眼前の位置
に対峙した状態で装着して両眼に画像を写し出すディス
プレイ部５８と、頭部装着部５１とディスプレイ部５８
とを連結して眼前位置にディスプレイ部５８を支持する
連結部６０とから構成されている。

【００１８】頭部装着部５１は、額に当接する額パッド
５２の基部側を支持し、且つ連結部６０の一方の端部と
連結し、略頭部周囲の湾曲形状にした頭部支持部材５３
と、この頭部支持部材５３の両端部にヒンジ５４を介し
て連結した一対のサイドキャビネット５５と、夫々のサ
イドキャビネット５５の端部に調整自在に接続した頭囲
調節ベルト５６と、一対のサイドキャビネット５５の上
部位置に頭部の頂部に配され調整自在に支持するヘアバ
ンド５７とから構成されている。

【００１９】ディスプレイ部５８は、前面を覆った略ゴ
ーグル型形状の筐体からなるディスプレイ本体５９を設
けた構造となっている。

【００２０】ディスプレイ本体５９は、図２に示すよう
に、筐体の内部に映像を表示する２次元表示素子６１
と、この２次元表示素子６１に光を供給する光源ユニッ
ト６２と、２次元表示素子６１からの画像の光路を変更
し、且つ透過できるハーフミラー６３と、ハーフミラー
６３で光路を変更した光線の虚像を拡大観察する凹面鏡
６４とから構成されている。

【００２１】ハーフミラー６３は、図３に示すように、
厚みの異なる略楔型形状に形成された平板であり、一方
の面は画像光量の一部を反射し、残りを透過するハーフ
コーテイングした面６５で形成し、対抗する面６６は、
ハーフコーテイングした面６５に対して傾斜した構造と
なっている。

【００２２】このような構成からなる第１の実施形態の
ディスプレイ本体について図を参照にして説明する。

【００２３】第１の実施形態のディスプレイ本体５９Ａ
は、図４に示すように、厚みの異なる平板に形成した楔
型形状のハーフミラー６３を、薄い厚み側を上にして配
置した構造となっている。

【００２４】即ち、ハーフミラー６３のハーフコーテイ
ングした面６５を２次元表示素子６１側にし、且つ厚み
のある側を下側にして略４５度の傾斜角度にして装着す
る構造となっている。

【００２５】凹面鏡６４は、直交する位置の２次元表示
素子６１の間にハーフミラー６３を設け、眼球６７と対
面した構成となっている。

【００２６】このような構成からなるディスプレイ本体
５９Ａは、図示しない光源ユニットで照明された２次元
表示素子からの映像の光６８がハーフミラー６３で分岐
され、凹面鏡６４側に進む正規光６９と、ハーフコーテ
イングした面６５を透過した光７０は屈折し、ハーフミ
ラー６３内部を通過して、もう一方の面６６に至る。

【００２７】この面６６で大部分の光は外に出射して透
過するが、光６９の一部は反射しゴースト光７１とな
る。ゴースト光７１はハーフミラー６３内部を再度通過
し、ハーフコーテイングした面６５に至り、空気中との
境界部で屈折して凹面鏡６４に向けて進み、凹面鏡６４
で反射し、虚像として拡大観察される。

【００２８】このゴースト光７１は、図４及び図５に示
すように、ハーフミラー６３の厚みと屈折率により、正
規光との間に光路差、角度差が生じるため発生するの
で、ハーフコーテイングした面６５と対抗する面６６の
傾斜角度、光軸上の厚さ、材質等を変えることにより、
ゴースト光７１の凹面鏡６４で反射した光路と正規光６
９の凹面鏡で反射した光路とが眼球６７の位置で重なる
ようにすれば、正規光６９とゴースト光７１が重なり、
光の強度の強い正規光６９のみが見え、ゴースト光７１
は見えない状態となる。尚、図４においては、正規光６
９とゴースト光７１とが完全に重ならない図になってい
るが説明の都合上そうしているのであって、１つに重な
り、ゴースト光７１は見えない状態となる。

【００２９】又、ハーフミラー６３の傾斜角度と光軸上
の厚さを調整して、ゴースト光７１を２次元表示素子６
１で生成された画面を見ている視野の外に反射させるこ
とによっても、正規光６９のみが見え、ゴースト光７１
を無くすことができる。

【００３０】このようにして厚みの異なる楔型形状のハ
ーフミラー６３を使用することによりゴースト光をなく
した映像を実現することができるのであり、他に必要と
する構造的なものを必要としないでハーフミラー６３の
構造のみでゴースト光をなくすことができるため、性能
を良くして装置の小型化及び軽量化を図ることができ
る。

【００３１】次に、本発明に係る第２の実施形態のディ
スプレイ本体について図面を参照にして説明する。

【００３２】第２の実施形態のディスプレイ本体５９Ｂ
は、図６に示すように、ハーフミラー６３の装着構造
が、上記説明した第１の実施形態（図４参照）と相違す
る。即ち、厚みの異なる楔型形状のハーフミラー６３
を、厚みのある方を上にし、ハーフコーテイングした面
６５を眼球６７方向に４５度の傾斜を持たせて装着し、
且つハーフコーテイングした面６５側に凹面鏡６４を設
けた構造となっている。

【００３３】このような構成からなるディスプレイ本体
５９Ｂは、２次元画像素子６１からの画像の光６８は、
ハーフミラー６３に入射してそのまま進み、凹面鏡６４
で反射され、ハーフミラー６３のハーフコーテイングし
た面６５で眼球６７方向に反射され、眼球６７に入る正
規光６９となる。

【００３４】一方、凹面鏡６４で反射された光７０は、
ハーフコーテイングした面６５を通過してハーフミラー
６３内に屈折して入り、ハーフコーテイングした面６５
に対抗した面６６から空気中に反射される光と、ハーフ
コーテイングした面６５に対抗した面６６で再度反射さ
れ眼球６７方向に屈折して入り込む、所謂ゴースト光７
１が発生する。

【００３５】このゴースト光７１は、上記第１の実施形
態のディスプレイ本体５９Ａ（図４参照）と同様に、ハ
ーフミラー６３のハーフコーティングした面６５に対抗
する面６６の傾斜角度及び光軸上の厚さ、材質等を変え
ることにより、ゴースト光７１の光路と正規光６９の光
路が眼球６７の位置で重なり合うようにすることによ
り、正規光６９とゴースト光７１が重なり、光の強度の
強い正規光６９のみが見え、ゴースト光７１は見えなく
なった状態となる。

【００３６】又、ハーフミラー６３の傾斜角度、光軸上
の厚め、材質等を変えることにより、ゴースト光７１を
２次元表示素子６１で生成された画面を見ている視野の
外に反射させることによって正規光６９のみが見え、ゴ
ースト光７１を無くすこともできる。

【００３７】次に、本発明に係る第３の実施形態のディ
スプレイ本体について図面を参照にして説明する。

【００３８】第３の実施形態のディスプレイ本体５９Ｃ
は、図７に示すように、第２の実施形態のディスプレイ
本体５９Ｂ（図６参照）と同様の構成であり、凹面鏡６
４の外側に光量を調節する手段である液晶シャッタ７２
を備えたことを特徴とするものである。

【００３９】このような構成とすることによる正規光６
９とゴースト光７１の発生及びその光路は、上記第２の
実施形態（図６参照）と同様であるのでその説明は省略
する。液晶シャッタ７２を備えた構成にすることによ
り、外界の状態を見ることが容易になることと、眼球６
７の前面に侵入する光線を遮蔽することができ、鮮明な
画像を見ることができる構造となっている。

【００４０】次に、本発明に係る第４の実施形態のディ
スプレイ本体について図面を参照にして説明する。

【００４１】第４の実施形態のディスプレイ本体５９Ｄ
は、図８に示すように、第３の実施形態のディスプレイ
本体５９Ｂ（図７参照）と同様の構成であり、眼球６７
の対面する方向であってハーフミラー６３の外側に光量
を調節する手段である液晶シャッタ７２を備えたことを
特徴とするものである。

【００４２】このような構成とすることによる正規光６
９とゴースト光７１の発生及びその光路は、上記第２の
実施形態（図６参照）と同様であるのでその説明は省略
する。眼球６７の対面する方向に液晶シャッタ７２を備
えた構成にすることにより、外界の状態を見ることが容
易になることと、眼球６７の前面に侵入する光線を遮蔽
することができ、鮮明な画像を見ることができる構造と
なっている。

【００４３】次に、本発明に係る第５の実施形態のディ
スプレイ本体について、図を参照にして説明する。

【００４４】第５の実施形態のディスプレイ本体５９Ｅ
は、図９に示すように、上記説明した第１の実施形態の
ディスプレイ本体５９Ａ（図４参照）の構成と同様であ
り、特徴とするところは、ハーフミラー６３と眼球６７
の間にレンズ７３を配置した構造となっていることであ
る。

【００４５】このような構成としたことにより、正規光
６９、ゴースト光７１の発生、及びその光路は、上記第
１の実施形態（図４参照）と同じであるのでその説明は
省略する。レンズ７３を眼球６７の前面側に設けたこと
により、眼球６７に入光する映像の焦点を眼球６７の位
置に合わせることができ、鮮明な映像を見ることができ
る構造となっている。

【００４６】次に、本発明に係る第６の実施形態のディ
スプレイ本体について、図面を参照にして説明する。

【００４７】第６の実施形態のディスプレイ本体５９Ｆ
は、図１０に示すように、上記説明した第２の実施形態
のディスプレイ本体５９Ｂ（図６参照）と同じ構成にし
て、ハーフミラー６３と眼球６７の間にレンズ７３を配
置した構成としたことを特徴とする。

【００４８】このような構成としたことにより、正規光
６９、ゴースト光７１の発生、及びその光路は、上記第
２の実施形態（図６参照）と同じであるのでその説明は
省略する。レンズ７３を眼球６７の前面側に設けたこと
により、第５の実施形態（図９参照）と同様に眼球６７
に入光する映像の焦点を眼球６７の位置に合わせること
ができ、鮮明な映像を見ることができる構造となってい
る。

【００４９】次に、本発明に係る第７の実施形態のディ
スプレイ本体について、図面を参照にして説明する。

【００５０】第７の実施形態のディスプレイ本体５９Ｇ
は、図１１に示すように、上記説明した第１の実施形態
のディスプレイ本体５９Ａ（図４参照）と同様であり、
特徴とするところは、ハーフミラー６３と２次元表示素
子６１との間にレンズ７４を配置した構造となってい
る。

【００５１】このような構成としたことにより、正規光
６９、ゴースト光７１の発生、及びその光路は、上記第
１の実施形態（図４参照）と同じであるのでその説明は
省略する。レンズ７４を２次元表示素子６１の前面側に
設けたことにより、２次元表示素子６１からの光６８の
焦点を眼球６７の位置に合わせることができ、鮮明な映
像を見ることができる構造となっている。

【００５２】次に、本発明に係る第８の実施形態のディ
スプレイ本体について、図面を参照にして説明する。

【００５３】第８の実施形態のディスプレイ本体５９Ｈ
は、図１２に示すように、上記説明した第２の実施形態
のディスプレイ本体５９Ｂ（図６参照）と同じ構成にし
て、ハーフミラー６３と２次元表示素子６１の間にレン
ズ７４を配置した構成とすることを特徴とする。

【００５４】このような構成としたことにより、正規光
６９、ゴースト光７１の発生、及びその光路は、上記第
２の実施形態（図６参照）と同じであるのでその説明は
省略する。レンズ７４を２次元表示素子７４の前面側に
設けたことにより、２次元表示素子６１からの光６８の
焦点を眼球６７の位置に合わせることができ、鮮明な映
像を見ることができる構造となっている。

【００５５】次に、本発明に係る第９の実施形態のディ
スプレイ本体について、図面を参照にして説明する。

【００５６】第９の実施形態のディスプレイ本体５９Ｊ
は、図１３に示すように、第１の実施形態のディスプレ
イ本体５９Ａ（図４参照）と同じ構成であり、凹面鏡６
４を眼球６７の対面側に設置し、その反射面はハーフコ
ーテイングされ、外側は外光を透過させる透過面７５を
設けた構造となっている。

【００５７】このような構成としたことにより、正規光
６９、ゴースト光７１の発生、及びその光路は、上記第
１の実施形態（図４参照）と同じであるのでその説明は
省略する。凹面鏡６４の反射面にハーフコーテイングを
施したことにより、外界を見ながら２次元表示素子６１
からの映像を見ることができる構造となっている。

【００５８】次に、本発明に係る第１０の実施形態のデ
ィスプレイ本体について図面を参照にして説明する。

【００５９】第１０の実施形態のディスプレイ本体５９
Ｋは、図１４に示すように、上記説明した第９の実施形
態のディスプレイ本体５９Ｊ（図１３参照）と同様の構
成となっており、半球状の反射面にハーフコーテイング
を施し外側を透過面７５とした凹面鏡６４の外界側に光
量を調節する手段である液晶シャッタ７６を備えた構造
となっている。

【００６０】このような構成としたことにより、正規光
６９、ゴースト光７１の発生、及びその光路は、上記第
１の実施形態（図４参照）と同じであるのでその説明は
省略する。レンズ部６４である凹面鏡の外側に外界の光
を透過する透過コーテイング面７５を施し、その外界に
液晶シャッタ７６を設けたことにより、外界を見ながら
２次元表示素子６１からの映像を見ることができると共
に、映像に専念したい時には液晶シャッタ７６を閉じる
ように操作し、外界を見たい時には液晶シャッタ７６を
開くように操作すればよい。

【００６１】次に、本発明に係る第１１の実施形態のデ
ィスプレイ本体について、図面を参照にして説明する。

【００６２】第１１の実施形態のディスプレイ本体５９
Ｌは、図１５に示すように、上記説明した第７の実施形
態のディスプレイ本体５９Ｇ（図１１参照）と同様の構
成であり、凹面鏡６４は眼球６７の対面側に設置され、
凹面鏡の反射面にハーフコーテイングを施し、その外側
は外界の光を透過面７５にしたことを特徴とするもので
ある。

【００６３】このような構成としたことにより、正規光
６９、ゴースト光７１の発生、及びその光路は、上記第
１の実施形態（図４参照）と同じであるのでその説明は
省略する。レンズ７４を２次元表示素子６１の前面側に
設けたことにより、２次元表示素子６１からの光６８の
焦点を眼球６７の位置に合わせることができ、鮮明な映
像を見ることができると共に、凹面鏡６４の反射面にハ
ーフコーテイングを施し、その外側を透過面７５とした
ことにより、外界の光線を入力することができ、外界を
見ながら映像を見ることができる構造となっている。

【００６４】次に、本発明に係る第１２の実施形態のデ
ィスプレイ本体について、図面を参照にして説明する。

【００６５】第１２の実施形態のディスプレイ本体５９
Ｍは、図１６に示すように、上記説明した第１１の実施
形態のディスプレイ本体５９Ｌ（図１５参照）と同様の
構成であり、凹面鏡６４の反射面にハーフコーテイング
し外側を透過面７５とし、その外側に光量を調節する手
段、即ち、液晶シャッタ７６を備えたことを特徴とする
ものである。

【００６６】このような構成としたことにより、正規光
６９、ゴースト光７１の発生、及びその光路は、上記第
１の実施形態（図４参照）と同じであるのでその説明は
省略する。レンズ７４を２次元表示素子６１の前面側に
設けたことにより、２次元表示素子６１からの光６８の
焦点を眼球６７の位置に合わせることができ、鮮明な映
像を見ながら、外界を見ながら映像を見ることができる
構造となっており、映像に専念したい場合には液晶シャ
ッタ７６を閉じるように操作し、外界を見たい場合には
液晶シャッタ７６を開けるように操作すればよい。

【００６７】

【実施例】この実施例は、図１８〜図２１に示すよう
に、ハーフミラー６３の厚さを無視して、基本光学系の
構成、及びレンズ７３、７４の位置関係によるシュミレ
ーションであり、眼球６７から所定の屈折率のあるレン
ズ７３、７４及び所定の焦点距離のある凹面鏡６４を介
した光路の面間隔、アッベ数を算出したものである。即
ち、図１７は非球面形状と光軸との距離の関係を示した
ものであり、非球面形状は、光軸方向をＺ軸、光軸（Ｚ
軸）と垂直方向をＹ軸、光の進行方向を正とし”ｒ”を
近軸曲率半径、”Ｋ”、”Ａ”、”Ｂ”、”Ｃ”、”
Ｄ”をそれぞれ非球面係数とした時に、Ｚ軸（光軸方
向）方向の距離ΔＺを下記の「数１」に基づいて算出し
たものである。

【００６８】

【数１】

【００６９】第１の実施例は、図１８、及び下記の表
１、表２に示すように、焦点距離ｆ＝２７．０ｍｍの凹
面鏡６４を眼球６７と直線上に配置し、この直線と直交
する側に２次元表示素子（ＬＣＤ）６１を配置し、この
２次元表示素子（ＬＣＤ）６１側にレンズ７４を配置し
た構成となっており、上述した第７の実施形態（図１１
参照）と同様の構成となっている。

【００７０】そして、測定する面は、眼球６７の位置を
第１面Ｓ１、覗き窓７７の部位を第２面Ｓ２、凹面鏡６
４の反射面を第３面Ｓ３、レンズ７４の出射光面を第４
面Ｓ４、レンズ７４の入射光面を第５面Ｓ５、２次元表
示素子（ＬＣＤ）６１から映像を表示する面を第６面Ｓ
６として、上記「数１」に基づいて面間隔を測定したも
のである。この時の「数１」に代入する非球面係数は、
下記の表２に示すように、第３面Ｓ３及び第４面Ｓ４で
ある。ここで、表に示す屈折率ｎｄの”ｄ”はｄ線（波
長：５８７．５６ｍｍ）の光である。

【００７１】

【表１】

【００７２】

【表２】

【００７３】第２の実施例は、図１９、及び下記の表
３、表４に示すように、焦点距離ｆ＝２９．８８ｍｍの
凹面鏡６４を眼球６７と直線上に配置し、この直線上で
あって眼球６７側にレンズ７３を配置し、直線に直交す
る方向に２次元表示素子（ＬＣＤ）６１を配置した構成
となっており、上述した第５の実施形態（図９参照）と
同様の構成となっている。

【００７４】そして、測定する面は、眼球６７の位置を
第１面Ｓ１、レンズ７３の出射光面を第２面Ｓ２、レン
ズ７３の入射光面を第３面Ｓ３、凹面鏡６４の反射面を
第４面Ｓ４、２次元表示素子（ＬＣＤ）６１から映像を
表示する面を第５面Ｓ５として、上記「数１」に基づい
て面間隔を測定したものである。この時の「数１」に代
入する非球面係数は、下記の表４に示すように、第２面
Ｓ２、第３面Ｓ３及び第４面Ｓ４である。

【００７５】

【表３】

【００７６】

【表４】

【００７７】第３の実施例は、図２０、及び下記の表
５、表６に示すように、焦点距離ｆ＝２７．００ｍｍの
凹面鏡６４を眼球６７と直線上に配置し、この直線と直
交する方向に２次元表示素子（ＬＣＤ）６１を配置した
構成となっており、上述した第１の実施形態（図４参
照）と同様の構成となっている。

【００７８】そして、測定する面は、眼球６７の位置を
第１面Ｓ１、凹面鏡６４の反射面を第２面Ｓ２、２次元
表示素子（ＬＣＤ）６１から映像を表示する面を第３面
Ｓ３として、上記「数１」に基づいて面間隔を測定した
ものである。この時の「数１」に代入する非球面係数
は、下記の表６に示すように、第２面Ｓ２である。

【００７９】

【表５】

【００８０】

【表６】

【００８１】第４の実施例は、図２１、及び下記の表
７、表８に示すように、焦点距離ｆ＝２６．００ｍｍの
凹面鏡６４を眼球６７と直線上に配置し、この直線と直
交する方向に２次元表示素子（ＬＣＤ）６１を配置し、
この２次元表示素子（ＬＣＤ）６１側にレンズ７４を配
置した構成となっており、上述した第７の実施形態（図
１１参照）と同様の構成となっている。

【００８２】そして、測定する面は、眼球６７の位置を
第１面Ｓ１、凹面鏡６４の反射面を第２面Ｓ２、レンズ
７４の出射光面を第３面Ｓ３、レンズの入射光面を第４
面Ｓ４、２次元表示素子（ＬＣＤ）６１の映像を表示す
る面を第５面Ｓ５として、上記「数１」に基づいて面間
隔を測定したものである。この時の「数１」に代入する
非球面係数は、下記の表８に示すように、第２面Ｓ２、
第３面Ｓ３、第４面Ｓ４である。

【００８３】

【表７】

【００８４】

【表８】

【００８５】次に、上記基本光学系による第１〜第４の
実施例に適応するハーフミラー６３の実施例について、
図２２及び表９、表１０を参照にして説明する。

【００８６】楔型形状をした厚さの異なるハーフミラー
６３は、アッベ数νｄが小さくなると色の波長による角
度差が大きくなり外界に色がついて見える。又、傾斜面
６６の傾斜角度θｍが大きくなるとプリズム作用が大き
くなり、外界に色がついて見える。

【００８７】即ち、図２２（Ａ）に示すように、アッベ
数νｄが小さくなるか、又は及び傾斜面の傾斜角度θｍ
の角度が大きくなると、外界からの白色光はハーフミラ
ー６３の傾斜面６６側から入射し、プリズム作用により
屈折して赤い光Ｃ線（波長：６５６．２７ｍｍ）と青い
光ｇ線（波長：４３５．８３ｍｍ）の角度差をもって眼
球に入る。この色の波長による角度差は表９及び表１０
の屈折光線の角度差として表わしており、アッベ数νｄ
と図２２（Ｂ）に示す垂線の光軸上の厚さ（傾斜角度θ
ｍ）と関係している。ここでアッベ数νｄの”ｄ”は５
８７．５６ｍｍの光線である。

【００８８】第５の実施例は、図２２に示した楔型形状
をした厚さの異なるハーフミラー６３を利用して青い光
ｇ線７１を赤い光Ｃ線６９の関係をシュミレーションい
た結果であり、楔型形状をした厚さの異なるハーフミラ
ー６３のコーテイングした面６５に対抗した傾斜面６６
の傾斜角度θｍ及び光軸上の厚さから屈折率、アッベ
数、Ｃーｇ線の屈折光線の角度差を算出したものであ
る。下記の表９は、傾斜面６６の傾斜角度θｍ、光軸上
の厚さ、屈折率、アッベ数、Ｃーｇ線の屈折光線の角度
差を表にしたものである。この表の意味するところは、
楔型の厚さの異なるハーフミラー６３を使用して、赤い
光Ｃ線６９と青い光ｇ線７１との角度差を許容する範囲
にするためには、アッベ数ν＞４５の条件が満足できればよいことが容易に理解できる。

【００８９】

【表９】

【００９０】この第５の実施例と、上記第１〜第４の実
施例の基本光学系のシュミレーション結果とを組み合わ
せれば楔型形状の厚さの異なるハーフミラー６３を使用
してゴースト光７１を正規光６９に重ねることができ
る。

【００９１】第６の実施例は、図２３に示すように、楔
型形状の厚さの異なるハーフミラー６３（図２２参照）
の傾斜面６６の傾斜角度θｍを利用して青い光ｇ線７１
を視野の外に反射させるためのシュミレーションであ
り、上記第５の実施例と同様に楔型形状をした厚さの異
なるハーフミラー６３のコーテイングした面６５に対抗
した傾斜面６６の傾斜角度θｍ及び光軸上の厚さから屈
折率、アッベ数、Ｃーｇ線の屈折光線の角度差を算出し
たものである。下記の表１０は、傾斜面６６の角度、光
軸上の厚さ、屈折率、アッベ数、Ｃーｇ線の屈折光線の
角度差を表にしたものである。この表１０の意味すると
ころは、楔型形状の厚さの異なるハーフミラー６３を使
用して、青い光ｇ線６９と赤い光Ｃ線７１との角度差を
許容範囲にして、ゴースト光を視野の外に反射させるた
めには、傾斜面の傾斜角度θｍは、｜θｍ｜＜３．７° の条件が満足できればよいことが容易に理解できる。

【００９２】

【表１０】

【００９３】この第６の実施例と、上記第１〜第４の実
施例の基本光学系のシュミレーション結果とを組み合わ
せれば、楔型形状の厚さの異なるハーフミラー６３を使
用してゴースト光６９を視野の外に反射させることがで
きる。

【００９４】このように楔型形状をした厚さの異なるハ
ーフミラー６３は、プリズムのように分光するため、材
料の波長による分散を少なくし、傾斜角を少なくする必
要があり、その好適なハーフミラー６３の材質はアッベ
数ν＞４５、ハーフコーテイングした面６５に対抗する
傾斜面６６の傾斜角度θｍは、｜θｍ｜＜７．３°とす
ることである。

【００９５】

【発明の効果】上記説明したように本発明に係る光学視
覚装置は、ハーフミラーをハーフコーテイングした面に
対抗する面を傾斜させた構造としたことにより、ハーフ
ミラーで反射された正規光と、ゴースト光とを眼球の位
置で重ね合わせて光量の強い正規光のみが見え、ゴース
ト光を見えない状態にすることがハーフミラーの構造の
みで達成することができるため、小型軽量にして且つ長
時間見ていても眼が疲れたり、装置がずれることのない
光学視覚装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光学視覚装置であるヘッドマウントディスプレ
イ（ＨＭＤ）の全体構成を示した斜視図である。

【図２】同ディスプレイ本体の構成を示した説明図であ
る。

【図３】同ディスプレイ本体に備えた楔型形状の厚さの
異なるハーフミラーを示した説明図である。

【図４】同第１の実施形態のディスプレイ本体を示した
説明図である。

【図５】同眼球に入光する正規光とゴースト光を重ね合
わせた説明図である。

【図６】同第２の実施形態のディスプレイ本体を示した
説明図である。

【図７】同第３の実施形態のディスプレイ本体を示した
説明図である。

【図８】同第４の実施形態のディスプレイ本体を示した
説明図である。

【図９】同第５の実施形態のディスプレイ本体を示した
説明図である。

【図１０】同第６の実施形態のディスプレイ本体を示し
た説明図である。

【図１１】同第７の実施形態のディスプレイ本体を示し
た説明図である。

【図１２】同第８の実施形態のディスプレイ本体を示し
た説明図である。

【図１３】同第９の実施形態のディスプレイ本体を示し
た説明図である。

【図１４】同第１０の実施形態のディスプレイ本体を示
した説明図である。

【図１５】同第１１の実施形態のディスプレイ本体を示
した説明図である。

【図１６】同第１２の実施形態のディスプレイ本体を示
した説明図である。

【図１７】同非球面形状の距離を表したグラフである。

【図１８】同第１の実施例を示した説明図である。

【図１９】同第２の実施例を示した説明図である。

【図２０】同第３の実施例を示した説明図である。

【図２１】同第４の実施例を示した説明図である。

【図２２】同楔型形状の厚みの異なるハーフミラーの正
規光とゴースト光とを示した説明図である。

【図２３】同ゴースト光を視野外に反射させるようにし
た説明図である。

【図２４】従来技術における平行板に形成したハーフミ
ラーによるディスプレイ本体を示した説明図である。

【図２５】従来技術における平行板からなるハーフミラ
ーによる光路を示した説明図である。

【図２６】従来技術における眼球に入る正規光とゴース
ト光を示した説明図である。

【符号の説明】

５０：光学視覚装置，５１：頭部装着部，５２：額パッ
ド，５３：頭部支持部材，５４：ヒンジ，５５：サイド
キャビネット，５６：頭囲調節ベルト，５７：ヘアバン
ド，５８：ディスプレイ部，５９、５９Ａ〜５９Ｍ：デ
ィスプレイ本体，６０：連結部，６１：２次元表示素
子，６２：光源ユニット，６３：ハーフミラー，６４：
凹面鏡，６５：ハーフコーテイングした面，６６：対抗
した面，６７：眼球，６８：光，６９：正規光，７０：
光，７１：ゴースト光，７２：液晶シャッタ，７３、７
４：レンズ，７５：透過コーテイング面，７６：液晶シ
ャッタ，７７：覗き窓

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像を表示する２次元表示素子と、該２次
元表示素子からの光路を分岐するためのハーフミラー
と、該ハーフミラーからの光路に基づいた画像を虚像と
して拡大観察するための凹面鏡とからなる光学視覚装置
であって、前記ハーフミラーの一方の面は画像光量の一
部を反射し、残りを透過するハーフコーテイングがなさ
れ、対抗する他方の面は、ハーフコーテイングがなされ
た面に対して傾斜していることを特徴とする光学視覚装
置。
【請求項２】前記ハーフミラーと眼球の間にレンズを配
置したことを特徴とする請求項１に記載の光学視覚装
置。
【請求項３】前記ハーフミラーと２次元表示素子との間
にレンズを配置したことを特徴とする請求項１に記載の
光学視覚装置。
【請求項４】前記凹面鏡は、眼球の対面側に設置され、
その反射面は外界の光を透過するコーテイングがなされ
た請求項１に記載の光学視覚装置。
【請求項５】前記凹面鏡の外側に光量を調整する手段を
備えたことを特徴とする請求項４に記載の光学視覚装
置。
【請求項６】前記凹面鏡は、前記ハーフミラーを介して
前記２次元表示素子に対し対面に設置したことを特徴と
する請求項１に記載の光学視覚装置。
【請求項７】前記ハーフミラーの外側に光量を調節する
手段を備えたことを特徴とする請求項６に記載の光学視
覚装置。
【請求項８】前記凹面鏡の反射面の反対側の面に外界の
光を透過するコーテイングがなされたことを特徴とする
請求項１に記載の光学視覚装置。
【請求項９】前記凹面鏡の外側に光量を調節する手段を
備えたことを特徴とする請求項１に記載の光学視覚装
置。
【請求項１０】前記ハーフミラーの材質のアッベ数ν
は、 ν＞４５とすることを特徴とする請求項１に記載の光学視覚装
置。
【請求項１１】前記ハーフミラーのハーフコーテイング
のなされた面に対抗する面の傾斜角度θｍは、｜θｍ｜＜７．３° であることを特徴とする請求項１に記載の光学視覚装
置。