JPWO2017109857A1 - 接眼投影光学装置 - Google Patents
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Abstract
本発明の接眼投影光学装置(1)は、表示素子(20)と、有効光路にて3回の内部反射を行うプリズム光学系(10)を有し、プリズム光学系(10)は、有効光路にて、ひとつの対称面(Y−Z面)に対して鏡対称に構成され、入射面(15)、第1の反射面(14)、第3の反射面(12)、第2の反射面(13)の一部の領域と射出面(11)の一部の領域をオーバーラップさせた反射兼射出面(11,13)を有し、以下の条件式(1)を満足する。
0.05 < Mmin/L < 0.23 ・・・(1)
ただし、
Lは、前記対称面上における、前記表示面の中心点Pと、前記表示面の中心点Pから最も遠いプリズム外形端Qまでの距離、Mmin は、前記対称面上における、線分PQと直交する直線が前記プリズムの前記反射兼射出面及び前記第1の反射面を含む面の各々と交わる2点間の距離Mの中で最小となる距離である。
Description
表示画像を表示する表示面を持つ表示素子と、
中間像を形成せずに、前記表示画像を観察者眼球に導き、虚像として拡大投影する接眼投影光学系を有し、
前記接眼投影光学系は、
有効光路にて、3回の内部反射を行い、
屈折率が周囲の環境媒質より高い媒質で満たされたプリズムを有し、
前記プリズムは、
有効光路にて、ひとつの対称面に対して鏡対称に構成され、
光線が入射する入射面、前記入射面から入射した光線を反射する第1の反射面、射出側に向けて光線を反射する凹面形状の第3の反射面、前記第1の反射面及び第3の反射面に対向して配置され、前記第1の反射面にて反射した光線を前記第3の反射面に向けて反射する第2の反射面、前記第3の反射面にて反射した光を透過して射出する射出面を有し、
且つ、
前記第2の反射面の一部の領域と前記射出面の一部の領域をオーバーラップさせた反射兼射出面、を有し、
以下の条件式(1)を満足する
ことを特徴とする。
0.05 < Mmin/L < 0.23 ・・・(1)
ただし、
Lは、前記対称面上における、前記表示面の中心点Pと、前記表示面の中心点Pから最も遠いプリズム外形端Qまでの距離、
Mminは、前記対称面上における、線分PQと直交する直線が前記プリズムの前記反射兼射出面及び前記第1の反射面を含む面の各々と交わる2点間の距離Mの中で最小となる距離
である。
0.05 < Mmin/L < 0.23 ・・・(1)
ただし、
Lは、対称面SS上における、表示面の中心点Pと、表示面の中心点Pから最も遠いプリズム外形端Qまでの距離、
Mminは、対称面SS上における、線分PQと直交する直線がプリズム光学系10の反射兼射出面11,13及び第1の反射面14を含む面の各々と交わる2点間の距離Mの中で最小となる距離、
である。
0.1 < Mmin/L < 0.21 ・・・(1’)
0.12 < Mmin/L < 0.19 ・・・(1")
2.0 mm < Mmin < 10.0 mm ・・・(2)
2.5 mm < Mmin < 8.0 mm ・・・(2’)
3.0 mm < Mmin < 6.5 mm ・・・(2")
1.5 mm < Tv < 14.5 mm ・・・(3)
ただし、
Tvは、プリズム光学系10の第3の反射面の有効領域の 対称面SSに垂直な方向での最大幅である。
1.5 mm < Tv < 10 mm ・・・(3’)
2.0 mm < Tv < 4.5 mm ・・・(3")
0.3 < Mmin/Mmax < 0.95 ・・・(4)
ただし、
Mmaxは、前記Mの中で最大となる距離
である。
0.4 < Mmin/Mmax < 0.9 ・・・(4’)
0.5 < Mmin/Mmax < 0.85 ・・・(4”)
np>(1/sinθc) ・・・(5)
ここで、
θcは、入射面15から入射する表示面からの可視光線の第1の反射面14への入射角、npは、プリズム光学系10の屈折率、
である。
∞
+Σ Cj Xm Yn ・・・(a)
j=1
ここで、(a)式の第1項は球面項、第2項は自由曲面項である。
R:頂点の曲率半径
k:コーニック定数(円錐定数)
r=√(X2 +Y2 )
である。
66
Σ Cj Xm Yn
j=1
=C1
+C2 X+C3 Y
+C4 X2 +C5 XY+C6 Y2
+C7 X3 +C8 X2 Y+C9 XY2 +C10Y3
+C11X4 +C12X3 Y+C13X2 Y2 +C14XY3 +C15Y4
+C16X5 +C17X4 Y+C18X3 Y2 +C19X2 Y3 +C20XY4
+C21Y5
+C22X6 +C23X5 Y+C24X4 Y2 +C25X3 Y3 +C26X2 Y4
+C27XY5 +C28Y6
+C29X7 +C30X6 Y+C31X5 Y2 +C32X4 Y3 +C33X3 Y4
+C34X2 Y5 +C35XY6 +C36Y7
・・・・・・
ただし、Cj (jは1以上の整数)は係数である。
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ -1000.00
r1 ∞(観察者瞳) 18.00
r2 FFS[1](射出瞳) 0.00 偏心(1) 1.544 56
r3 FFS[2] 0.00 偏心(2) 1.544 56
r4 FFS[1] 0.00 偏心(1) 1.544 56
r5 FFS[3] 0.00 偏心(3) 1.544 56
r6 FFS[4] 0.00 偏心(4) 1.544 56
像 面 ∞ 0.00 偏心(5)
FFS[1]
C4 -8.12e-03 C6 -4.34e-03 C8 4.07e-04
C10 2.31e-05 C11 3.74e-05 C13 -1.78e-05
C15 -5.28e-06 C17 -1.73e-05 C19 -1.92e-06
C21 -6.50e-08 C22 -2.91e-06 C24 -2.98e-07
C26 -1.17e-07 C28 2.69e-09
FFS[2]
C4 -1.12e-02 C6 -1.20e-02 C8 2.89e-04
C10 -2.11e-04 C11 2.54e-06 C13 9.90e-06
C15 -1.77e-05 C17 -2.60e-06 C19 5.75e-07
C21 -4.44e-07
FFS[3]
C4 -3.13e-03 C6 -3.13e-03 C8 3.83e-06
C10 7.18e-05 C11 2.04e-05 C13 -9.22e-06
C15 -3.11e-06 C17 -1.09e-05 C19 -9.73e-07
C21 7.86e-08 C22 3.75e-06 C24 2.94e-06
C26 -1.37e-07 C28 3.65e-09
FFS[4]
C4 2.82e-02 C6 -3.32e-02 C8 7.42e-04
C10 1.77e-03 C11 7.24e-04 C13 -2.85e-04
C15 5.28e-04 C17 -2.7 e-04 C19 -5.76e-06
C21 -7.10e-05
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z 18.00
α -2.45 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 4.97 Z 18.55
α 34.05 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y -14.19 Z 23.23
α -4.78 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y -27.09 Z 17.43
α 52.66 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y -28.50 Z 14.2
α 51.00 β 0.00 γ 0.00
射出瞳有効径 X方向:4.5mm×Y方向:8.6mm
X方向画角 7.4度
Y方向画角 13.1度
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ -1000.00
r1 ∞(観察者瞳) 18.00
r2 FFS[1] (射出瞳) 0.00 偏心(1) 1.544 56
r3 FFS[2] 0.00 偏心(2) 1.544 56
r4 FFS[1] 0.00 偏心(1) 1.544 56
r5 FFS[3] 0.00 偏心(3) 1.544 56
r6 FFS[4] 0.00 偏心(4) 1.544 56
像 面 ∞ 0.00 偏心(5)
FFS[1]
C4 -7.74e-03 C6 -4.36e-03 C8 4.81e-05
C10 -1.51e-04 C11 1.07e-04 C13 -1.21e-04
C15 -1.65e-05 C17 -4.51e-05 C19 -1.68e-05
C21 -5.86e-07 C22 -3.44e-06 C24 -2.06e-06
C26 -8.53e-07 C28 -5.84e-09
FFS[2]
C4 -1.18e-02 C6 -1.30e-02 C8 6.90e-05
C10 -5.40e-04 C11 -4.35e-05 C13 -2.36e-05
C15 -7.86e-05 C17 -1.15e-05 C19 -8.92e-07
C21 -5.01e-06
FFS[3]
C4 -2.71e-03 C6 -1.16e-03 C8 1.75e-04
C10 1.11e-05 C11 4.92e-04 C13 -7.49e-05
C15 6.62e-07 C17 -1.13e-04 C19 9.49e-06
C21 4.85e-09 C22 8.00e-06 C24 5.99e-06
C26 -4.06e-07 C28 -1.93e-09
FFS[4]
C4 1.09e-02 C6 9.55e-03 C8 1.23e-03
C10 -1.76e-04 C11 1.89e-03 C13 -8.50e-04
C15 -5.65e-04 C17 -5.76e-04 C19 7.43e-05
C21 4.36e-05
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z 18.00
α -2.11 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 1.81 Z 19.15
α 34.32 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y -23.00 Z 21.19
α -2.82 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y -30.00 Z 19.50
α 77.96 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y -32.00 Z 15.2
α 62.00 β 0.00 γ 0.00
射出瞳有効径 X方向:2.0mm×Y方向:4.0mm
X方向画角 6.9度
Y方向画角 11.0度
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ -1000.00
r1 ∞(観察者瞳) 18.00
r2 FFS[1] (射出瞳) 0.00 偏心(1) 1.544 56
r3 トーリック面 0.00 偏心(2) 1.544 56
r4 FFS[1] 0.00 偏心(1) 1.544 56
r5 FFS[3] 0.00 偏心(3) 1.544 56
r6 ∞ 0.00 偏心(4) 1.544 56
像 面 ∞ 0.00 偏心(5)
FFS[1]
C4 -2.14e-02 C6 -3.21e-03 C8 4.16e-04
C10 1.72e-05 C11 -1.54e-05 C13 -1.21e-05
C15 4.10e-07
FFS[3]
C4 -1.33e-02 C6 -2.50e-03 C8 3.24e-04
C10 9.95e-06 C11 -2.45e-05 C13 -7.66e-06
C15 -1.14e-08 C17 1.12e-06 C19 -1.23e-07
C21 3.31e-09
トーリック面
RX= -27.246
RY= -55.891
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z 18.00
α -2.02 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 2.39 Z 20.07
α 28.36 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y -18.76 Z 23.69
α -2.19 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y -20.36 Z 19.55
α 55.60 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y -26.99 Z 15.99
α 58.07 β 0.00 γ 0.00
射出瞳有効径 X方向:4.5mm×Y方向:8.6mm
X方向画角 7.4度
Y方向画角 13.1度
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ -1000.00
r1 ∞(観察者瞳) 18.00
r2 FFS[1] (射出瞳) 0.00 偏心(1) 1.544 56
r3 FFS[3] 0.00 偏心(2) 1.544 56
r4 FFS[1] 0.00 偏心(1) 1.544 56
r5 -187.734 0.00 偏心(3) 1.544 56
r6 25.250 0.00 偏心(4) 1.544 56
像 面 ∞ 0.00 偏心(5)
FFS[1]
C4 -6.31e-03 C6 -6.78e-03 C8 3.40e-04
C10 -1.25e-04 C11 -2.11e-05 C13 -1.31e-05
C15 -8.44e-06 C17 -1.48e-05 C19 -3.06e-06
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FFS[2]
C4 -1.08e-02 C6 -1.52e-02 C8 2.10e-04
C10 -5.21e-04 C11 -6.42e-06 C13 3.97e-06
C15 -4.27e-05 C17 5.34e-08 C19 5.64e-07
C21 -1.36e-06
偏心[1]
X 0.00 Y 0.00 Z 18.00
α -2.41 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
X 0.00 Y 3.34 Z 19.57
α 32.14 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
X 0.00 Y -14.22 Z 23.11
α -5.12 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
X 0.00 Y -26.92 Z 17.38
α 61.99 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
X 0.00 Y -28.52 Z 14.20
α 51.27 β 0.00 γ 0.00
射出瞳有効径 X方向:4.5mm×Y方向:8.6mm
X方向画角 7.4度
Y方向画角 13.1度
10…プリズム光学系
20…画像表示素子
D…画像表示装置
Claims (17)
- 表示画像を表示する表示面を持つ表示素子と、
中間像を形成せずに、前記表示画像を観察者眼球に導き、虚像として拡大投影する接眼投影光学系を有し、
前記接眼投影光学系は、
有効光路にて、3回の内部反射を行い、
屈折率が周囲の環境媒質より高い媒質で満たされたプリズムを有し、
前記プリズムは、
有効光路にて、ひとつの対称面に対して鏡対称に構成され、
光線が入射する入射面、前記入射面から入射した光線を反射する第1の反射面、射出側に向けて光線を反射する凹面形状の第3の反射面、前記第1の反射面及び第3の反射面に対向して配置され、前記第1の反射面にて反射した光線を前記第3の反射面に向けて反射する第2の反射面、前記第3の反射面にて反射した光を透過して射出する射出面を有し、
且つ、
前記第2の反射面の一部の領域と前記射出面の一部の領域をオーバーラップさせた反射兼射出面、を有し、
以下の条件式(1)を満足する
ことを特徴とする接眼投影装置。
0.05 < Mmin/L < 0.23 ・・・(1)
ただし、
Lは、前記対称面上における、前記表示面の中心点Pと、前記表示面の中心点Pから最も遠いプリズム外形端Qまでの距離、
Mminは、前記対称面上における、線分PQと直交する直線が前記プリズムの前記反射兼射出面及び前記第1の反射面を含む面の各々と交わる2点間の距離Mの中で最小となる距離
である。 - 以下の条件式(2)を満足する
ことを特徴とする請求項1に記載の接眼投影装置。
2.0 mm < Mmin < 10.0 mm ・・・(2)
- 以下の条件式(3)を満足する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の接眼投影装置。
1.5 mm < Tv < 14.5 mm ・・・(3)
ただし、
Tvは、前記第3の反射面の有効領域の 前記対称面に垂直な方向での最大幅である。 - 前記入射面、前記第1の反射面、前記第3の反射面、前記反射兼射出面のうちの少なくとも2面は、前記対称面に対して鏡対称性を持つ回転非対称面からなる
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の接眼投影装置。 - 前記入射面、前記第1の反射面、前記第3の反射面、前記反射兼射出面のうちの少なくとも2面は、前記対称面に対してのみ対称性を持つ回転非対称面からなる
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の接眼投影装置。 - 前記第1の反射面、前記第3の反射面、前記反射兼射出面は、前記対称面に対して鏡対称性を持つ回転非対称面からなる
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の接眼投影装置。 - 前記第1の反射面、前記第3の反射面、前記反射兼射出面は、前記対称面に対してのみ鏡対称性を持つ回転非対称面からなる
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の接眼投影装置。 - 前記入射面、前記第1の反射面、前記第3の反射面、前記反射兼射出面は、前記対称面に対して鏡対称性を持つ回転非対称面からなる
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の接眼投影装置。 - 前記入射面、前記第1の反射面、前記第3の反射面、前記反射兼射出面は、前記対称面に対してのみ鏡対称性を持つ回転非対称面からなる
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の接眼投影装置。 - 前記反射兼射出面は、前記対称面上にて、前記観察者眼球の側に凹形状の負パワーを持つ
ことを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の接眼投影装置。 - 前記第1の反射面は、前記対称面上にて、前記観察者眼球の側に凹形状の正パワーを持つ
ことを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の接眼投影装置。 - 前記対称面上にて、前記反射兼射出面と前記第1の反射面が形成するプリズム形状は、Mを前記対称面上における、線分PQと直交する直線が前記プリズムの前記反射兼射出面及び前記第1の反射面を含む面の各々と交わる2点間の距離とした時、前記表示素子の側から前記第3の反射面の側にてMが略小さくなる形状である
ことを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載の接眼投影装置。 - 以下の条件式(4)を満足する
ことを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載の接眼投影装置。
0.3 < Mmin/Mmax < 0.95 ・・・(4)
ただし、
Mmaxは、前記Mの中で最大となる距離
である。 - 前記対称面と直交する方向の前記プリズム両側面の距離が前記表示素子の側から前記第3の反射面の側にて短くなる形状である
ことを特徴とする請求項1から13のいずれか一項に記載の接眼投影装置。 - 前記プリズムは、前記対称面上にて、前記反射兼射出面と前記第3の反射面との距離が最も短くなる前記プリズムの端部に面取り部を有する
ことを特徴とする請求項1から14のいずれか一項に記載の接眼投影装置。 - 前記第1の反射面は、前記対称面上にて、前記入射面から入射する前記表示面からの可視光線の主光線を全反射させる以下の条件式(5)を満たす
ことを特徴とする請求項1から15のいずれか一項に記載の接眼投影装置。
n(1/sinθc) ・・・(5)
ここで、
θcは、前記入射面から入射する前記表示面からの可視光線の前記第1の反射面への入射角、
npは、前記プリズムの屈折率、
である。 - 前記表示素子は、長辺と短辺を持つ矩形形状の表示面をもち、
前記短辺が、前記対称面に交差して配置され、
前記表示素子は、前記短辺方向にて上下方向の画像を表示する
ことを特徴とする請求項1から16のいずれか1項に記載の接眼投影装置。
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