JP2004012768A - コンバイナ光学系 - Google Patents
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Abstract
【課題】コンバイナ光学系（所定の表示画像から射出する表示用光束を外界光束に重畳して使用者の眼の方向に導く反射光学素子を備えた光学系）の視野角の拡大を容易にする。
【解決手段】観察眼の光軸に交差するよう配置され、かつその観察眼の瞳位置に入射する外界光を透過する複数の基板（１５Ｍ，１５Ｓ）と、前記複数の基板に個別に設けられ、かつ、所定の画像上の互いに異なる領域を示す複数の表示用光束を、前記外界光に重畳して前記観察眼の瞳位置に個別に導く複数の反射光学素子（１７Ｍ，１７Ｓ）とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】観察眼の光軸に交差するよう配置され、かつその観察眼の瞳位置に入射する外界光を透過する複数の基板（１５Ｍ，１５Ｓ）と、前記複数の基板に個別に設けられ、かつ、所定の画像上の互いに異なる領域を示す複数の表示用光束を、前記外界光に重畳して前記観察眼の瞳位置に個別に導く複数の反射光学素子（１７Ｍ，１７Ｓ）とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラム素子など、所定の画像から射出する表示用光束を外界光に重畳して使用者の眼の方向に導く反射光学素子を備えたコンバイナ光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アイグラスディスプレイ、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）、ウエラブルパソコンなどの情報表示装置に、コンバイナ光学系が使用される。
コンバイナ光学系には、所定の表示画像から射出する表示用光束を外界光に重畳して使用者の眼の方向に導く反射光学素子が備えられる。コンバイナ光学系は、表示用光束の波面を変換してから使用者の眼に入射させるので、使用者からはその表示画像が遠方にあるように見える。
【０００３】
因みに、反射光学素子としては、ＨＯＥ（ホログラム素子；Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）やハーフミラーなどが使用されるが、回折により光の進行方向を支配するＨＯＥは、偏向作用だけでなく波面変換作用を単一の回折面（ホログラム面）で得ることができるので、コンバイナ光学系の小型化を可能とする。
ＨＯＥを使用したコンバイナ光学系（ホログラムコンバイナ光学系）は、外界光を透過させる平行平板（基板）内に、使用者の眼に対向する位置にＨＯＥを形成してなる。
【０００４】
このホログラムコンバイナ光学系においては、基板の外側に設けられた画像表示素子からの光束は、基板に入射した後、その基板の内部で複数回反射してからＨＯＥに導かれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常、コンバイナ光学系には、その視野角（使用者からみた画像の張る大きさ）を広く採ることが要求される。
【０００６】
しかしながら、光学設計上、コンバイナ光学系は、全体のサイズ、明るさなどの各スペックを満たす必要があり、それらを満たしつつ収差を悪化させずに視野角を拡げることは、非常に難しい。
そこで本発明は、視野角の拡大が容易な構成のコンバイナ光学系を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のコンバイナ光学系は、観察眼の光軸に交差するよう配置され、かつその観察眼の瞳位置に入射する外界光を透過する複数の基板と、前記複数の基板に個別に設けられ、かつ、所定の画像上の互いに異なる領域を示す複数の表示用光束を、前記外界光に重畳して前記観察眼の瞳位置に個別に導く複数の反射光学素子とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載のコンバイナ光学系は、請求項１に記載のコンバイナ光学系において、前記複数の基板は、前記光軸の方向に間隙を置いて配置されることを特徴とする。
請求項３に記載のコンバイナ光学系は、請求項１又は請求項２に記載のコンバイナ光学系において、前記複数の反射光学素子のうち少なくとも２つの反射光学素子は、前記表示用光束の射出光路が重複する重複領域を有し、前記２つの反射光学素子のうち前記瞳位置に近い側の反射光学素子の前記重複領域は、反射部と透過部とが混在した反射面になっていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載のコンバイナ光学系は、請求項１又は請求項２に記載のコンバイナ光学系において、前記複数の反射光学素子のうち少なくとも２つの反射光学素子は、前記表示用光束の射出光路が重複する重複領域を有し、前記２つの反射光学素子は、互いに異なる波長選択性に設定されていることを特徴とする。
請求項５に記載のコンバイナ光学系は、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のコンバイナ光学系において、前記反射光学素子は、ホログラム素子であることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
図１、図２、図３に基づいて本発明の実施形態について説明する。
本実施形態では、本発明のコンバイナ光学系の構成を説明する。
なお、ここでは、コンバイナ光学系の一例として、アイグラスディスプレイに適用されるホログラムコンバイナ光学系を説明する。
【００１１】
図１は、アイグラスディスプレイの外観図であり、図２は、本実施形態のコンバイナ光学系１の構成及び光路を示す図である。なお、ホログラムコンバイナ光学系１は、図２の紙面に関し対称な形状をしている。
図１に示すように、アイグラスディスプレイは、眼鏡と似た外観をしている。アイグラスディスプレイにおいて眼鏡フレームと略同様の形状をした支持部材２に、ホログラムコンバイナ光学系１、光源ユニット３が固定されている。本実施形態では、光源ユニットとして２つの光源ユニット３Ｍ、３Ｓが固定されている。また、これら光源ユニット３Ｍ、３Ｓ内には、それぞれホログラムコンバイナ光学系１の一部を成す補正用光学系１８Ｍ、１８Ｓが配置される（図２参照）。
【００１２】
ホログラムコンバイナ光学系１は、使用者の一方の眼の前方に配置される。
以下、ホログラムコンバイナ光学系１は左眼用であり、左目の前方に配置されるとする。そこで、以下では、左眼の瞳Ｐの中心に原点を有したＸＹＺ直交座標系を定義する。図示したように、この座標の＋Ｚ方向は使用者の前方であり、＋Ｙ方向は使用者の左方であり、＋Ｘ方向は使用者の下方である。
【００１３】
先ず、本実施形態のホログラムコンバイナ光学系１には、主コンバイナ１Ｍが備えられる。
主コンバイナ１Ｍは、ＨＯＥ１７Ｍの形成された基板１５Ｍ、及び補正用光学系１８Ｍからなる（補正用光学系１８Ｍは、光源ユニット３Ｍの内部に配置されているので図１では不図示。）。
【００１４】
基板１５Ｍは、外界光を使用者の左眼に導くために、ＸＹ平面と平行に配置された透過性の硝子やプラスチックなどの平行平板などからなる（基板１５Ｍは、一方又は双方の表面が光学的パワーを有していてもよいが、簡単のため平行平板とする。）。
ＨＯＥ１７Ｍは、基板１５Ｍ内のＺ軸上に配置され、かつＸ軸に平行な軸の周りに傾斜した状態で設けられている。
【００１５】
なお、基板１５Ｍに対するＨＯＥ１７Ｍの形成は、例えば、ＨＯＥ１７Ｍを配置すべき面に沿って基板１５Ｍの原型を一旦２要素に切断し、２要素の切断部にＨＯＥ１７Ｍを挟み込んでからその２要素を接着剤（その屈折率は基板１５Ｍと実質的に同じである。）で接合すればよい。
ＨＯＥ１７Ｍは、反射型ホログラム素子であり、例えば体積型である。ＨＯＥ１７Ｍは、入射した表示用光束（後述）の波面の形状を平行光束に近い波面に変換するパワーを有する。
【００１６】
そして、この基板１５Ｍには、図１に示すように、光源ユニット３Ｍから出射された表示用光束が、例えば＋Ｙかつ−Ｚの方向から入射する。
なお、光源ユニット３Ｍ内には、透過型ＬＣＤなどからなる画像表示素子（静止画及び／又は動画を表示可能）や、補正光学系１８Ｍ（主コンバイナ１Ｍの一部である）などが配置されている。図２において、符号ＤＭで示すのは、画像表示素子の表示面である。
【００１７】
また、ＨＯＥ１７Ｍの波長選択性（回折効率のピーク波長）とこの光源ユニット３Ｍ内の光源波長とは互いに最適化されており、ＨＯＥ１７Ｍは、光源ユニット３Ｍからの表示用光束に作用する。
また、主コンバイナ１Ｍの各光学面の配置及び形状は、表示面ＤＭの配置位置や配置角度が考慮された上で最適化される。
【００１８】
したがって、光源ユニット３Ｍ内の表示面ＤＭから射出した表示用光束は、図２に示すように補正用光学系１８Ｍを介して基板１５Ｍに入射した後、その基板１５Ｍの＋Ｚ側の面及び−Ｚ側の面において順次反射を繰り返しつつＹＺ平面内を這うようにして基板１５Ｍ内を進行し、その後ＨＯＥ１７Ｍに入射して平行光束に近づき、−Ｚの方向に進み使用者の左眼の瞳Ｐに入射する。
【００１９】
さらに、本実施形態のホログラムコンバイナ光学系１には、主コンバイナ１Ｍに加え、副コンバイナ１Ｓが備えられる。
副コンバイナ１Ｓは、ＨＯＥ１７Ｓの形成された基板１５Ｓ、及び補正用光学系１８Ｓからなる（補正用光学系１８Ｓは、光源ユニット３Ｓの内部に配置されているので、図１では不図示。）。
【００２０】
この副コンバイナ１Ｓの基板１５Ｓは、主コンバイナ１Ｍの基板１５Ｍに対しＺ方向に重ねて配置される（以下、基板１５Ｓは、基板１５Ｍの＋Ｚ側に配置されるとする。）。
基板１５Ｓについても、基板１５Ｍと同様、ＸＹ平面と平行に配置された透過性の硝子やプラスチックなどの平行平板などからなる（基板１５Ｓは、一方又は双方の表面が光学的パワーを有していてもよいが、簡単のため平行平板とする。）。
【００２１】
また、ＨＯＥ１７Ｓについても、ＨＯＥ１７Ｍが基板１５Ｍに設けられるのと同様、基板１５Ｓ内のＺ軸上に配置され、かつＸ軸に平行な軸の周りに傾斜した状態で設けられている。
また、基板１５Ｓに対するＨＯＥ１７Ｓの形成も、基板１５Ｍに対するＨＯＥ１７Ｍの形成と同様、例えば、ＨＯＥ１７Ｓを配置すべき面に沿って基板１５Ｓの原型を一旦２要素に切断し、２要素の切断部にＨＯＥ１７Ｓを挟み込んでからその２要素を接着剤（その屈折率は基板１５Ｓと実質的に同じである。）で接合すればよい。
【００２２】
また、ＨＯＥ１７Ｓは、ＨＯＥ１７Ｍと同様、反射型ホログラム素子であり、例えば体積型である。ＨＯＥ１７Ｓは、入射した表示用光束（後述）の波面の形状を平行光束に近い波面に変換するパワーを有する。
そして、この基板１５Ｓには、図１に示すように、光源ユニット３Ｓから出射された表示用光束が、例えば＋Ｙかつ＋Ｚの方向から入射する。
【００２３】
なお、光源ユニット３Ｓ内には、透過型ＬＣＤなどからなる画像表示素子（静止画及び／又は動画を表示可能）や、補正光学系１８Ｓ（副コンバイナ１Ｓの一部である。）などが配置されている。図２において、符号ＤＳで示すのは、画像表示素子の表示面である。
また、ＨＯＥ１７Ｓの波長選択性（回折効率のピーク波長）とこの光源ユニット３Ｓ内の光源波長とは互いに最適化されており、ＨＯＥ１７Ｓは、光源ユニット３Ｓからの表示用光束に作用する。
【００２４】
また、副コンバイナ１Ｓの各光学面の配置及び形状は、表示面ＤＳの配置位置や配置角度が考慮された上で最適化される。因みに、図２では、最適化の結果、主コンバイナ１Ｍの各光学面の形状及び配置と副コンバイナ１Ｓの各光学面の形状及び配置とが若干異なった場合を示した。
したがって、光源ユニット３Ｓ内の表示面ＤＳから射出した表示用光束は、図２に示すように補正用光学系１８Ｓを介して基板１５Ｓに入射した後、その基板１５Ｓの＋Ｚ側の面及び−Ｚ側の面において順次反射を繰り返しつつＹＺ平面内を這うようにして基板１５Ｓ内を進行し、その後ＨＯＥ１７Ｓに入射して平行光束に近づき、−Ｚの方向に進み使用者の左眼の瞳Ｐに入射する。
【００２５】
なお、この副コンバイナ１Ｓは、上記した主コンバイナ１Ｍに対し固定されている。なお、副コンバイナ１Ｓを着脱可能とすれば、使用者が視野拡大を望まない場合にはこれを離脱し、アイグラスディスプレイを軽量に保つことができる。
また、主コンバイナ１Ｍ及び副コンバイナ１Ｓの内部でのそれぞれの反射作用を確保するために、副コンバイナ１Ｓの基板１５Ｓは、主コンバイナ１Ｍの基板１５Ｍに対し若干の空気間隙を置いて配置される。
【００２６】
さらに、副コンバイナ１Ｓの基板１５Ｓの大きさについては、軽量化のため、表示用光束を適正に通過させるだけの領域が確保されてさえいれば、なるべく小型化されていることが好ましい（例えば、Ｘ方向の長さを短くする。）。但し、使用者の左眼に入射する外界光を不適正な方向に屈折することのないよう、基板１５Ｓの端面（ＸＹ平面と非平行な面）はＸＹ平面に対し垂直であることが望ましい。
【００２７】
次に、本実施形態のアイグラスディスプレイでは、光源ユニット３Ｓ内の表示面ＤＳに表示される部分画像と、光源ユニット３Ｍ内の表示面ＤＭに表示される部分画像とは、単一の画像（大画像）の一部及び他の一部となるよう制御される。
図３は、主コンバイナ１ＭのＨＯＥ１７Ｍと副コンバイナ１ＳのＨＯＥ１７Ｓとの関係を説明する図である。
【００２８】
図３（ａ）は、ＨＯＥ１７ＭとＨＯＥ１７Ｓとの近傍をＹＺ平面と平行な平面で切断した断面の光路（表示面ＤＭ、表示面ＤＳの中心に向かう光線の光路）の概略図、図３（ｂ）は、ＨＯＥ１７ＭとＨＯＥ１７Ｓとを図３（ａ）中矢印の方向から見た図である。図３（ｃ）は、使用者の左眼からみた表示面ＤＭ、ＤＳの像（虚像）ＤＭ’、ＤＳ’である。なお、この虚像ＤＭ’、ＤＳ’は、ＨＯＥ１７Ｍ、ＨＯＥ１７Ｓの実際に配置される位置よりも遠方（＋Ｚ方向）に形成される。
【００２９】
本実施形態では、主コンバイナ１Ｍ、副コンバイナ１Ｓは、図３（ｃ）に示すように虚像ＤＭ’、ＤＳ’を、Ｙ方向にずらして形成するよう設計される。但し、虚像ＤＭ’、ＤＳ’の形成位置のＺ座標は、互いに同じとされる。
上述したように表示面ＤＳの画像と表示面ＤＭの画像とは単一の画像（大画像）の一部及び他の一部なので、虚像ＤＭ’と虚像ＤＳ’の全体は、単一の画像を示す。
【００３０】
したがって、使用者からは、単一の大画像が表示されているかのごとく見える。
このとき、主コンバイナ１Ｍの単体での視野角、副コンバイナ１Ｓの単体での視野角がそれぞれ従来と同じであったとしても、本実施形態の主コンバイナ１Ｍの視野角は、拡大する。
しかも、主コンバイナ１Ｍの収差、副コンバイナ１Ｓの収差を従来と同等に抑えれば、本実施形態のホログラムコンバイナ光学系１は、視野角が拡大したにも拘わらず、その収差は良好に保たれる。
【００３１】
すなわち、主コンバイナ１Ｍと副コンバイナ１Ｓとからなる本実施形態のホログラムコンバイナ光学系１の構成は、視野角の拡大を容易にする。
なお、本実施形態のホログラムコンバイナ光学系１が形成する虚像ＤＭ’とＤＳ’とは、図３（ｃ）に示すようにオーバーラップしている必要は無く、互いに間隔を空けていてもよい。それら虚像ＤＭ’、ＤＳ’が単一の画像を示している場合には、人間の脳は、その間隔を自動的に補間して認識できるからである。
【００３２】
ここで、虚像ＤＭ’、虚像ＤＳ’をＹ方向に並べて形成するためには、図３（ａ）（ｂ）に示すように、ＨＯＥ１７Ｍ、ＨＯＥ１７Ｓも、Ｙ方向にこの順で配置されることが望ましい。
この順で配置されれば、ＨＯＥ１７Ｍが表示用光束に付与すべき偏向角度θＭ、及びＨＯＥ１７Ｓが表示用光束に付与すべき偏向角度θＳをそれぞれ小さくすることができるので、ＨＯＥ１７Ｍ、ＨＯＥ１７Ｓに起因する収差が小さく抑えられるからである。
【００３３】
また、虚像ＤＭ’と虚像ＤＳ’との境界については、使用者の眼（ここでは左目）の中央（Ｙ＝０）に存在すると目立つので、敢えて中央（Ｙ＝０）でなく左右（＋Ｙ又は−Ｙ）のどちらかにずらすことが好ましい。図３（ｃ）に示した例では、左（＋Ｙ）にずれている。よって、この場合、使用者からみて虚像ＤＭ’が主な画像、虚像ＤＳ’が副次的な画像となる。
【００３４】
また、ＨＯＥ１７ＭとＨＯＥ１７Ｓとの実際の位置ズレ量は、虚像ＤＭ’の形成位置と虚像ＤＳ’の形成位置とのズレ量と同じである必要はない。
ところで、図３（ａ）（ｂ）に示すように、ＨＯＥ１７ＭとＨＯＥ１７Ｓとが使用者の左眼からみてオーバーラップする（左眼に向かう表示用光束の射出光路が一部重複する）場合、使用者の左目からみて手前側（−Ｚ側）のＨＯＥ１７Ｍが、後ろ側（＋Ｚ側）のＨＯＥ１７Ｓにおける反射光束にも作用してしまう虞がある。
【００３５】
よって、手前側（−Ｚ側）のＨＯＥ１７Ｍのホログラムパターンについては、そのオーバーラップする領域Ｅ（図３（ｂ）参照）を、反射部と透過部が混在した反射面（但し、反射部と透過部との存在する密度は共に一様である。）とすることが好ましい。これは、例えば、ＨＯＥ１７Ｍのホログラムパターンを焼き付ける際、領域Ｅに相当する領域にストライプ状のマスクを形成すればよい。なお、領域ＥだけでなくＨＯＥ１７Ｍの全体をこのような反射面としてもよい。
【００３６】
或いは、光源ユニット３Ｍの光源波長と光源ユニット３Ｓの光源波長とをずらすと共に、主コンバイナ１Ｍの波長選択性（特に、ＨＯＥ１７Ｍの波長選択性）、副コンバイナ１Ｓとの波長選択性（特に、ＨＯＥ１７Ｓの波長選択性）をそれぞれ光源ユニット３Ｍの光源波長のみ、光源ユニット３Ｓの光源波長のみに感応するよう設定しておけば、たとえオーバーラップしても上述した虞は無くなる。
【００３７】
なお、本実施形態において、ＨＯＥ１７Ｍ、ＨＯＥ１７Ｓの何れか一方又は双方は、表示用光束の主光線の入射角度ａｏｉと反射角度ａｏｒとが（ａｏｉ−ａｏｒ＝０）になるべく近くなるよう設定されていることが望ましい。このようにすれば、ＨＯＥに起因して発生する色収差を小さく抑えることができるからである。
【００３８】
また、本実施形態のコンバイナ光学系の主コンバイナ１Ｍと副コンバイナ１Ｓとは、互いに異なる表示面ＤＭ、ＤＳからの表示用光束をそれぞれ導くものであったが、同一の表示面の互いに異なる領域からの表示用光束をそれぞれ導くよう設計されてもよい。その場合、本実施形態のアイグラスディスプレイの表示素子を、単一化できる。
【００３９】
また、本実施形態のコンバイナ光学系は、コンバイナを２つ（主コンバイナ１Ｍと副コンバイナ１Ｓとの２つ）設けたが、３つ以上設け、例えばＹ方向だけでなくＸ方向の視野角を拡大してもよい。
なお、本実施形態では、アイグラスディスプレイを説明したが、ＨＭＤ、ウエアラブルパソコンなどにも本実施形態のコンバイナ光学系は適用し得る。
【００４０】
また、本実施形態では、反射光学素子としてホログラム素子を用いたホログラムコンバイナ光学系を説明したが、ＨＯＥの代わりにハーフミラー、基板及び補正用光学系の代わりにレンズを使用したコンバイナ光学系にも本発明は適用し得る。
【００４１】
【実施例】
次に、本発明の実施例を説明する。
【００４２】
本実施例は、上記実施形態のホログラムコンバイナ光学系の具体例である。
表１、表２、表３、表４、表５、表６、表７、表８は、本実施例の主コンバイナ１Ｍのレンズデータである。
なお、各表中の数値の単位は、個別の指定のないものは、長さは［ｍｍ］、角度は［°］である（表９以降も同様。）。
【００４３】
また、各表中の面番号の順序は、瞳Ｐから表示面ＤＭの方向とした。また、各面番号に対応する括弧内の符号は、図中各面に付与した符号である（表９以降も同様。）。
表１は、仕様、使用材料、各面の形状及び材料を示す表である。
表２は、第３面（ＨＯＥ１７Ｍ）の諸値を示す表である。
【００４４】
表３は、各面の位置と傾きを示す表である。
表４、表５、表６、表７、表８は、第３面（ＨＯＥ１７Ｍ）の入反射特性を示す表である。各表中、ｗ１〜ｗ５は、光線の波長を示す。
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
【表８】
また、表９、表１０、表１１、表１２、表１３、表１４は、本実施例の副コンバイナ１Ｓのレンズデータである。
【００４５】
表９は、仕様、使用材料、各面の形状及び材料を示す表である。
表１０は、第５面（ＨＯＥ１７Ｓ）の諸値を示す表である。
表１１は、各面の位置と傾きを示す表である。
表１２、表１３、表１４、表１５、表１６は、第５面（ＨＯＥ１７Ｓ）の入反射特性を示す表である。各表中、ｗ１〜ｗ５は、光線の波長を示す。
【表９】
【表１０】
【表１１】
【表１２】
【表１３】
【表１４】
【表１５】
【表１６】
ここで、ＨＯＥのホログラムパターンを示す位相関数は、ＸＹ平面上の位置と指定した点に入射する光線の受ける光路差を、使用波長で規格化して表すものであり、式（１）で表される。
【数１】
この位相関数の係数は、６５個あって、順にＣ１，Ｃ２，・・・，Ｃ６５とおき、係数の順番を整数ｊ（ｊ＝１，２，・・・，６５）で表すと（整数ｊと整数ｍ，ｎとの関係は式（２）である。）、式（３）で表される。
【数２】
【数３】
よって、表中の位相係数Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃ６５により規定されるＨＯＥの位相関数は、式（３）のとおりである。
【００４６】
図４、図５は、本実施例の主コンバイナ１Ｍの収差図（横収差図）である。
図６、図７は、本実施例の副コンバイナ１Ｓの収差図（横収差図）である。
各図において、Ｙ−ＦＡＮは、Ｙ方向の収差、Ｘ−ＦＡＮは、Ｘ方向の収差である。
図４は、上から順に、画角（０°，５．０００°）、（０°，２．５００°）、（０°，０．００°）、（０°，−２．５０°）、（０°，−５．００°）における収差を示し、図５は、上から順に、画角（６．６５°，５．００°）、（６．６５°，２．５０°）、（６．６５°，０．００°）、（６．６５°，−２．５０°）、（６．６５°，−５．００°）における収差を示す。
【００４７】
図６は、上から順に、画角（０°，１３．００°）、（０°，１１．００°）、（０°，９．００°）、（０°，７．０００°）、（０°，５．０００°）における収差を示し、図７は、上から順に、（６．６６°，１３．００°）、（６．６６°，１１．００°）、（６．６６°，９．００°）、（６．６６°，７．０００°）、（６．６６°，５．０００°）における収差を示す。
【００４８】
以上、本実施例によれば、射出瞳径が３ｍｍ程度に大きく、かつ視野角が１０度以上あるホログラムコンバイナ光学系が実現した。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、視野角の拡大が容易な構成のコンバイナ光学系が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】アイグラスディスプレイの外観図である。
【図２】本実施形態のコンバイナ光学系１の構成及び光路を示す図である。
【図３】主コンバイナ１ＭのＨＯＥ１７Ｍと副コンバイナ１ＳのＨＯＥ１７Ｓとの関係を説明する図である。
【図４】本実施例の主コンバイナ１Ｍの収差図（横収差図）である。
【図５】本実施例の主コンバイナ１Ｍの収差図（横収差図）である。
【図６】本実施例の副コンバイナ１Ｓの収差図（横収差図）である。
【図７】本実施例の副コンバイナ１Ｓの収差図（横収差図）である。
【符号の説明】
１ ホログラムコンバイナ光学系
１Ｍ 主コンバイナ
１Ｓ 副コンバイナ
２ 支持部材
３Ｍ，３Ｓ 光源ユニット
１５Ｍ，１５Ｓ 基板
１７Ｍ，１７Ｓ ＨＯＥ（ホログラム素子）
１８Ｍ，１８Ｓ 補正用光学系
Ｐ 瞳
ＤＭ，ＤＳ 表示面
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラム素子など、所定の画像から射出する表示用光束を外界光に重畳して使用者の眼の方向に導く反射光学素子を備えたコンバイナ光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アイグラスディスプレイ、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）、ウエラブルパソコンなどの情報表示装置に、コンバイナ光学系が使用される。
コンバイナ光学系には、所定の表示画像から射出する表示用光束を外界光に重畳して使用者の眼の方向に導く反射光学素子が備えられる。コンバイナ光学系は、表示用光束の波面を変換してから使用者の眼に入射させるので、使用者からはその表示画像が遠方にあるように見える。
【０００３】
因みに、反射光学素子としては、ＨＯＥ（ホログラム素子；Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）やハーフミラーなどが使用されるが、回折により光の進行方向を支配するＨＯＥは、偏向作用だけでなく波面変換作用を単一の回折面（ホログラム面）で得ることができるので、コンバイナ光学系の小型化を可能とする。
ＨＯＥを使用したコンバイナ光学系（ホログラムコンバイナ光学系）は、外界光を透過させる平行平板（基板）内に、使用者の眼に対向する位置にＨＯＥを形成してなる。
【０００４】
このホログラムコンバイナ光学系においては、基板の外側に設けられた画像表示素子からの光束は、基板に入射した後、その基板の内部で複数回反射してからＨＯＥに導かれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常、コンバイナ光学系には、その視野角（使用者からみた画像の張る大きさ）を広く採ることが要求される。
【０００６】
しかしながら、光学設計上、コンバイナ光学系は、全体のサイズ、明るさなどの各スペックを満たす必要があり、それらを満たしつつ収差を悪化させずに視野角を拡げることは、非常に難しい。
そこで本発明は、視野角の拡大が容易な構成のコンバイナ光学系を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のコンバイナ光学系は、観察眼の光軸に交差するよう配置され、かつその観察眼の瞳位置に入射する外界光を透過する複数の基板と、前記複数の基板に個別に設けられ、かつ、所定の画像上の互いに異なる領域を示す複数の表示用光束を、前記外界光に重畳して前記観察眼の瞳位置に個別に導く複数の反射光学素子とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載のコンバイナ光学系は、請求項１に記載のコンバイナ光学系において、前記複数の基板は、前記光軸の方向に間隙を置いて配置されることを特徴とする。
請求項３に記載のコンバイナ光学系は、請求項１又は請求項２に記載のコンバイナ光学系において、前記複数の反射光学素子のうち少なくとも２つの反射光学素子は、前記表示用光束の射出光路が重複する重複領域を有し、前記２つの反射光学素子のうち前記瞳位置に近い側の反射光学素子の前記重複領域は、反射部と透過部とが混在した反射面になっていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載のコンバイナ光学系は、請求項１又は請求項２に記載のコンバイナ光学系において、前記複数の反射光学素子のうち少なくとも２つの反射光学素子は、前記表示用光束の射出光路が重複する重複領域を有し、前記２つの反射光学素子は、互いに異なる波長選択性に設定されていることを特徴とする。
請求項５に記載のコンバイナ光学系は、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のコンバイナ光学系において、前記反射光学素子は、ホログラム素子であることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
図１、図２、図３に基づいて本発明の実施形態について説明する。
本実施形態では、本発明のコンバイナ光学系の構成を説明する。
なお、ここでは、コンバイナ光学系の一例として、アイグラスディスプレイに適用されるホログラムコンバイナ光学系を説明する。
【００１１】
図１は、アイグラスディスプレイの外観図であり、図２は、本実施形態のコンバイナ光学系１の構成及び光路を示す図である。なお、ホログラムコンバイナ光学系１は、図２の紙面に関し対称な形状をしている。
図１に示すように、アイグラスディスプレイは、眼鏡と似た外観をしている。アイグラスディスプレイにおいて眼鏡フレームと略同様の形状をした支持部材２に、ホログラムコンバイナ光学系１、光源ユニット３が固定されている。本実施形態では、光源ユニットとして２つの光源ユニット３Ｍ、３Ｓが固定されている。また、これら光源ユニット３Ｍ、３Ｓ内には、それぞれホログラムコンバイナ光学系１の一部を成す補正用光学系１８Ｍ、１８Ｓが配置される（図２参照）。
【００１２】
ホログラムコンバイナ光学系１は、使用者の一方の眼の前方に配置される。
以下、ホログラムコンバイナ光学系１は左眼用であり、左目の前方に配置されるとする。そこで、以下では、左眼の瞳Ｐの中心に原点を有したＸＹＺ直交座標系を定義する。図示したように、この座標の＋Ｚ方向は使用者の前方であり、＋Ｙ方向は使用者の左方であり、＋Ｘ方向は使用者の下方である。
【００１３】
先ず、本実施形態のホログラムコンバイナ光学系１には、主コンバイナ１Ｍが備えられる。
主コンバイナ１Ｍは、ＨＯＥ１７Ｍの形成された基板１５Ｍ、及び補正用光学系１８Ｍからなる（補正用光学系１８Ｍは、光源ユニット３Ｍの内部に配置されているので図１では不図示。）。
【００１４】
基板１５Ｍは、外界光を使用者の左眼に導くために、ＸＹ平面と平行に配置された透過性の硝子やプラスチックなどの平行平板などからなる（基板１５Ｍは、一方又は双方の表面が光学的パワーを有していてもよいが、簡単のため平行平板とする。）。
ＨＯＥ１７Ｍは、基板１５Ｍ内のＺ軸上に配置され、かつＸ軸に平行な軸の周りに傾斜した状態で設けられている。
【００１５】
なお、基板１５Ｍに対するＨＯＥ１７Ｍの形成は、例えば、ＨＯＥ１７Ｍを配置すべき面に沿って基板１５Ｍの原型を一旦２要素に切断し、２要素の切断部にＨＯＥ１７Ｍを挟み込んでからその２要素を接着剤（その屈折率は基板１５Ｍと実質的に同じである。）で接合すればよい。
ＨＯＥ１７Ｍは、反射型ホログラム素子であり、例えば体積型である。ＨＯＥ１７Ｍは、入射した表示用光束（後述）の波面の形状を平行光束に近い波面に変換するパワーを有する。
【００１６】
そして、この基板１５Ｍには、図１に示すように、光源ユニット３Ｍから出射された表示用光束が、例えば＋Ｙかつ−Ｚの方向から入射する。
なお、光源ユニット３Ｍ内には、透過型ＬＣＤなどからなる画像表示素子（静止画及び／又は動画を表示可能）や、補正光学系１８Ｍ（主コンバイナ１Ｍの一部である）などが配置されている。図２において、符号ＤＭで示すのは、画像表示素子の表示面である。
【００１７】
また、ＨＯＥ１７Ｍの波長選択性（回折効率のピーク波長）とこの光源ユニット３Ｍ内の光源波長とは互いに最適化されており、ＨＯＥ１７Ｍは、光源ユニット３Ｍからの表示用光束に作用する。
また、主コンバイナ１Ｍの各光学面の配置及び形状は、表示面ＤＭの配置位置や配置角度が考慮された上で最適化される。
【００１８】
したがって、光源ユニット３Ｍ内の表示面ＤＭから射出した表示用光束は、図２に示すように補正用光学系１８Ｍを介して基板１５Ｍに入射した後、その基板１５Ｍの＋Ｚ側の面及び−Ｚ側の面において順次反射を繰り返しつつＹＺ平面内を這うようにして基板１５Ｍ内を進行し、その後ＨＯＥ１７Ｍに入射して平行光束に近づき、−Ｚの方向に進み使用者の左眼の瞳Ｐに入射する。
【００１９】
さらに、本実施形態のホログラムコンバイナ光学系１には、主コンバイナ１Ｍに加え、副コンバイナ１Ｓが備えられる。
副コンバイナ１Ｓは、ＨＯＥ１７Ｓの形成された基板１５Ｓ、及び補正用光学系１８Ｓからなる（補正用光学系１８Ｓは、光源ユニット３Ｓの内部に配置されているので、図１では不図示。）。
【００２０】
この副コンバイナ１Ｓの基板１５Ｓは、主コンバイナ１Ｍの基板１５Ｍに対しＺ方向に重ねて配置される（以下、基板１５Ｓは、基板１５Ｍの＋Ｚ側に配置されるとする。）。
基板１５Ｓについても、基板１５Ｍと同様、ＸＹ平面と平行に配置された透過性の硝子やプラスチックなどの平行平板などからなる（基板１５Ｓは、一方又は双方の表面が光学的パワーを有していてもよいが、簡単のため平行平板とする。）。
【００２１】
また、ＨＯＥ１７Ｓについても、ＨＯＥ１７Ｍが基板１５Ｍに設けられるのと同様、基板１５Ｓ内のＺ軸上に配置され、かつＸ軸に平行な軸の周りに傾斜した状態で設けられている。
また、基板１５Ｓに対するＨＯＥ１７Ｓの形成も、基板１５Ｍに対するＨＯＥ１７Ｍの形成と同様、例えば、ＨＯＥ１７Ｓを配置すべき面に沿って基板１５Ｓの原型を一旦２要素に切断し、２要素の切断部にＨＯＥ１７Ｓを挟み込んでからその２要素を接着剤（その屈折率は基板１５Ｓと実質的に同じである。）で接合すればよい。
【００２２】
また、ＨＯＥ１７Ｓは、ＨＯＥ１７Ｍと同様、反射型ホログラム素子であり、例えば体積型である。ＨＯＥ１７Ｓは、入射した表示用光束（後述）の波面の形状を平行光束に近い波面に変換するパワーを有する。
そして、この基板１５Ｓには、図１に示すように、光源ユニット３Ｓから出射された表示用光束が、例えば＋Ｙかつ＋Ｚの方向から入射する。
【００２３】
なお、光源ユニット３Ｓ内には、透過型ＬＣＤなどからなる画像表示素子（静止画及び／又は動画を表示可能）や、補正光学系１８Ｓ（副コンバイナ１Ｓの一部である。）などが配置されている。図２において、符号ＤＳで示すのは、画像表示素子の表示面である。
また、ＨＯＥ１７Ｓの波長選択性（回折効率のピーク波長）とこの光源ユニット３Ｓ内の光源波長とは互いに最適化されており、ＨＯＥ１７Ｓは、光源ユニット３Ｓからの表示用光束に作用する。
【００２４】
また、副コンバイナ１Ｓの各光学面の配置及び形状は、表示面ＤＳの配置位置や配置角度が考慮された上で最適化される。因みに、図２では、最適化の結果、主コンバイナ１Ｍの各光学面の形状及び配置と副コンバイナ１Ｓの各光学面の形状及び配置とが若干異なった場合を示した。
したがって、光源ユニット３Ｓ内の表示面ＤＳから射出した表示用光束は、図２に示すように補正用光学系１８Ｓを介して基板１５Ｓに入射した後、その基板１５Ｓの＋Ｚ側の面及び−Ｚ側の面において順次反射を繰り返しつつＹＺ平面内を這うようにして基板１５Ｓ内を進行し、その後ＨＯＥ１７Ｓに入射して平行光束に近づき、−Ｚの方向に進み使用者の左眼の瞳Ｐに入射する。
【００２５】
なお、この副コンバイナ１Ｓは、上記した主コンバイナ１Ｍに対し固定されている。なお、副コンバイナ１Ｓを着脱可能とすれば、使用者が視野拡大を望まない場合にはこれを離脱し、アイグラスディスプレイを軽量に保つことができる。
また、主コンバイナ１Ｍ及び副コンバイナ１Ｓの内部でのそれぞれの反射作用を確保するために、副コンバイナ１Ｓの基板１５Ｓは、主コンバイナ１Ｍの基板１５Ｍに対し若干の空気間隙を置いて配置される。
【００２６】
さらに、副コンバイナ１Ｓの基板１５Ｓの大きさについては、軽量化のため、表示用光束を適正に通過させるだけの領域が確保されてさえいれば、なるべく小型化されていることが好ましい（例えば、Ｘ方向の長さを短くする。）。但し、使用者の左眼に入射する外界光を不適正な方向に屈折することのないよう、基板１５Ｓの端面（ＸＹ平面と非平行な面）はＸＹ平面に対し垂直であることが望ましい。
【００２７】
次に、本実施形態のアイグラスディスプレイでは、光源ユニット３Ｓ内の表示面ＤＳに表示される部分画像と、光源ユニット３Ｍ内の表示面ＤＭに表示される部分画像とは、単一の画像（大画像）の一部及び他の一部となるよう制御される。
図３は、主コンバイナ１ＭのＨＯＥ１７Ｍと副コンバイナ１ＳのＨＯＥ１７Ｓとの関係を説明する図である。
【００２８】
図３（ａ）は、ＨＯＥ１７ＭとＨＯＥ１７Ｓとの近傍をＹＺ平面と平行な平面で切断した断面の光路（表示面ＤＭ、表示面ＤＳの中心に向かう光線の光路）の概略図、図３（ｂ）は、ＨＯＥ１７ＭとＨＯＥ１７Ｓとを図３（ａ）中矢印の方向から見た図である。図３（ｃ）は、使用者の左眼からみた表示面ＤＭ、ＤＳの像（虚像）ＤＭ’、ＤＳ’である。なお、この虚像ＤＭ’、ＤＳ’は、ＨＯＥ１７Ｍ、ＨＯＥ１７Ｓの実際に配置される位置よりも遠方（＋Ｚ方向）に形成される。
【００２９】
本実施形態では、主コンバイナ１Ｍ、副コンバイナ１Ｓは、図３（ｃ）に示すように虚像ＤＭ’、ＤＳ’を、Ｙ方向にずらして形成するよう設計される。但し、虚像ＤＭ’、ＤＳ’の形成位置のＺ座標は、互いに同じとされる。
上述したように表示面ＤＳの画像と表示面ＤＭの画像とは単一の画像（大画像）の一部及び他の一部なので、虚像ＤＭ’と虚像ＤＳ’の全体は、単一の画像を示す。
【００３０】
したがって、使用者からは、単一の大画像が表示されているかのごとく見える。
このとき、主コンバイナ１Ｍの単体での視野角、副コンバイナ１Ｓの単体での視野角がそれぞれ従来と同じであったとしても、本実施形態の主コンバイナ１Ｍの視野角は、拡大する。
しかも、主コンバイナ１Ｍの収差、副コンバイナ１Ｓの収差を従来と同等に抑えれば、本実施形態のホログラムコンバイナ光学系１は、視野角が拡大したにも拘わらず、その収差は良好に保たれる。
【００３１】
すなわち、主コンバイナ１Ｍと副コンバイナ１Ｓとからなる本実施形態のホログラムコンバイナ光学系１の構成は、視野角の拡大を容易にする。
なお、本実施形態のホログラムコンバイナ光学系１が形成する虚像ＤＭ’とＤＳ’とは、図３（ｃ）に示すようにオーバーラップしている必要は無く、互いに間隔を空けていてもよい。それら虚像ＤＭ’、ＤＳ’が単一の画像を示している場合には、人間の脳は、その間隔を自動的に補間して認識できるからである。
【００３２】
ここで、虚像ＤＭ’、虚像ＤＳ’をＹ方向に並べて形成するためには、図３（ａ）（ｂ）に示すように、ＨＯＥ１７Ｍ、ＨＯＥ１７Ｓも、Ｙ方向にこの順で配置されることが望ましい。
この順で配置されれば、ＨＯＥ１７Ｍが表示用光束に付与すべき偏向角度θＭ、及びＨＯＥ１７Ｓが表示用光束に付与すべき偏向角度θＳをそれぞれ小さくすることができるので、ＨＯＥ１７Ｍ、ＨＯＥ１７Ｓに起因する収差が小さく抑えられるからである。
【００３３】
また、虚像ＤＭ’と虚像ＤＳ’との境界については、使用者の眼（ここでは左目）の中央（Ｙ＝０）に存在すると目立つので、敢えて中央（Ｙ＝０）でなく左右（＋Ｙ又は−Ｙ）のどちらかにずらすことが好ましい。図３（ｃ）に示した例では、左（＋Ｙ）にずれている。よって、この場合、使用者からみて虚像ＤＭ’が主な画像、虚像ＤＳ’が副次的な画像となる。
【００３４】
また、ＨＯＥ１７ＭとＨＯＥ１７Ｓとの実際の位置ズレ量は、虚像ＤＭ’の形成位置と虚像ＤＳ’の形成位置とのズレ量と同じである必要はない。
ところで、図３（ａ）（ｂ）に示すように、ＨＯＥ１７ＭとＨＯＥ１７Ｓとが使用者の左眼からみてオーバーラップする（左眼に向かう表示用光束の射出光路が一部重複する）場合、使用者の左目からみて手前側（−Ｚ側）のＨＯＥ１７Ｍが、後ろ側（＋Ｚ側）のＨＯＥ１７Ｓにおける反射光束にも作用してしまう虞がある。
【００３５】
よって、手前側（−Ｚ側）のＨＯＥ１７Ｍのホログラムパターンについては、そのオーバーラップする領域Ｅ（図３（ｂ）参照）を、反射部と透過部が混在した反射面（但し、反射部と透過部との存在する密度は共に一様である。）とすることが好ましい。これは、例えば、ＨＯＥ１７Ｍのホログラムパターンを焼き付ける際、領域Ｅに相当する領域にストライプ状のマスクを形成すればよい。なお、領域ＥだけでなくＨＯＥ１７Ｍの全体をこのような反射面としてもよい。
【００３６】
或いは、光源ユニット３Ｍの光源波長と光源ユニット３Ｓの光源波長とをずらすと共に、主コンバイナ１Ｍの波長選択性（特に、ＨＯＥ１７Ｍの波長選択性）、副コンバイナ１Ｓとの波長選択性（特に、ＨＯＥ１７Ｓの波長選択性）をそれぞれ光源ユニット３Ｍの光源波長のみ、光源ユニット３Ｓの光源波長のみに感応するよう設定しておけば、たとえオーバーラップしても上述した虞は無くなる。
【００３７】
なお、本実施形態において、ＨＯＥ１７Ｍ、ＨＯＥ１７Ｓの何れか一方又は双方は、表示用光束の主光線の入射角度ａｏｉと反射角度ａｏｒとが（ａｏｉ−ａｏｒ＝０）になるべく近くなるよう設定されていることが望ましい。このようにすれば、ＨＯＥに起因して発生する色収差を小さく抑えることができるからである。
【００３８】
また、本実施形態のコンバイナ光学系の主コンバイナ１Ｍと副コンバイナ１Ｓとは、互いに異なる表示面ＤＭ、ＤＳからの表示用光束をそれぞれ導くものであったが、同一の表示面の互いに異なる領域からの表示用光束をそれぞれ導くよう設計されてもよい。その場合、本実施形態のアイグラスディスプレイの表示素子を、単一化できる。
【００３９】
また、本実施形態のコンバイナ光学系は、コンバイナを２つ（主コンバイナ１Ｍと副コンバイナ１Ｓとの２つ）設けたが、３つ以上設け、例えばＹ方向だけでなくＸ方向の視野角を拡大してもよい。
なお、本実施形態では、アイグラスディスプレイを説明したが、ＨＭＤ、ウエアラブルパソコンなどにも本実施形態のコンバイナ光学系は適用し得る。
【００４０】
また、本実施形態では、反射光学素子としてホログラム素子を用いたホログラムコンバイナ光学系を説明したが、ＨＯＥの代わりにハーフミラー、基板及び補正用光学系の代わりにレンズを使用したコンバイナ光学系にも本発明は適用し得る。
【００４１】
【実施例】
次に、本発明の実施例を説明する。
【００４２】
本実施例は、上記実施形態のホログラムコンバイナ光学系の具体例である。
表１、表２、表３、表４、表５、表６、表７、表８は、本実施例の主コンバイナ１Ｍのレンズデータである。
なお、各表中の数値の単位は、個別の指定のないものは、長さは［ｍｍ］、角度は［°］である（表９以降も同様。）。
【００４３】
また、各表中の面番号の順序は、瞳Ｐから表示面ＤＭの方向とした。また、各面番号に対応する括弧内の符号は、図中各面に付与した符号である（表９以降も同様。）。
表１は、仕様、使用材料、各面の形状及び材料を示す表である。
表２は、第３面（ＨＯＥ１７Ｍ）の諸値を示す表である。
【００４４】
表３は、各面の位置と傾きを示す表である。
表４、表５、表６、表７、表８は、第３面（ＨＯＥ１７Ｍ）の入反射特性を示す表である。各表中、ｗ１〜ｗ５は、光線の波長を示す。
【表１】
【００４５】
表９は、仕様、使用材料、各面の形状及び材料を示す表である。
表１０は、第５面（ＨＯＥ１７Ｓ）の諸値を示す表である。
表１１は、各面の位置と傾きを示す表である。
表１２、表１３、表１４、表１５、表１６は、第５面（ＨＯＥ１７Ｓ）の入反射特性を示す表である。各表中、ｗ１〜ｗ５は、光線の波長を示す。
【表９】
【数１】
【数２】
【００４６】
図４、図５は、本実施例の主コンバイナ１Ｍの収差図（横収差図）である。
図６、図７は、本実施例の副コンバイナ１Ｓの収差図（横収差図）である。
各図において、Ｙ−ＦＡＮは、Ｙ方向の収差、Ｘ−ＦＡＮは、Ｘ方向の収差である。
図４は、上から順に、画角（０°，５．０００°）、（０°，２．５００°）、（０°，０．００°）、（０°，−２．５０°）、（０°，−５．００°）における収差を示し、図５は、上から順に、画角（６．６５°，５．００°）、（６．６５°，２．５０°）、（６．６５°，０．００°）、（６．６５°，−２．５０°）、（６．６５°，−５．００°）における収差を示す。
【００４７】
図６は、上から順に、画角（０°，１３．００°）、（０°，１１．００°）、（０°，９．００°）、（０°，７．０００°）、（０°，５．０００°）における収差を示し、図７は、上から順に、（６．６６°，１３．００°）、（６．６６°，１１．００°）、（６．６６°，９．００°）、（６．６６°，７．０００°）、（６．６６°，５．０００°）における収差を示す。
【００４８】
以上、本実施例によれば、射出瞳径が３ｍｍ程度に大きく、かつ視野角が１０度以上あるホログラムコンバイナ光学系が実現した。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、視野角の拡大が容易な構成のコンバイナ光学系が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】アイグラスディスプレイの外観図である。
【図２】本実施形態のコンバイナ光学系１の構成及び光路を示す図である。
【図３】主コンバイナ１ＭのＨＯＥ１７Ｍと副コンバイナ１ＳのＨＯＥ１７Ｓとの関係を説明する図である。
【図４】本実施例の主コンバイナ１Ｍの収差図（横収差図）である。
【図５】本実施例の主コンバイナ１Ｍの収差図（横収差図）である。
【図６】本実施例の副コンバイナ１Ｓの収差図（横収差図）である。
【図７】本実施例の副コンバイナ１Ｓの収差図（横収差図）である。
【符号の説明】
１ ホログラムコンバイナ光学系
１Ｍ 主コンバイナ
１Ｓ 副コンバイナ
２ 支持部材
３Ｍ，３Ｓ 光源ユニット
１５Ｍ，１５Ｓ 基板
１７Ｍ，１７Ｓ ＨＯＥ（ホログラム素子）
１８Ｍ，１８Ｓ 補正用光学系
Ｐ 瞳
ＤＭ，ＤＳ 表示面
Claims (5)
- 観察眼の光軸に交差するよう配置され、かつその観察眼の瞳位置に入射する外界光を透過する複数の基板と、
前記複数の基板に個別に設けられ、かつ、所定の画像上の互いに異なる領域を示す複数の表示用光束を、前記外界光に重畳して前記観察眼の瞳位置に個別に導く複数の反射光学素子と
を備えたことを特徴とするコンバイナ光学系。 - 請求項１に記載のコンバイナ光学系において、
前記複数の基板は、前記光軸の方向に間隙を置いて配置される
ことを特徴とするコンバイナ光学系。 - 請求項１又は請求項２に記載のコンバイナ光学系において、
前記複数の反射光学素子のうち少なくとも２つの反射光学素子は、前記表示用光束の射出光路が重複する重複領域を有し、
前記２つの反射光学素子のうち前記瞳位置に近い側の反射光学素子の前記重複領域は、反射部と透過部とが混在した反射面になっている
ことを特徴とするコンバイナ光学系。 - 請求項１又は請求項２に記載のコンバイナ光学系において、
前記複数の反射光学素子のうち少なくとも２つの反射光学素子は、前記表示用光束の射出光路が重複する重複領域を有し、
前記２つの反射光学素子は、互いに異なる波長選択性に設定されている
ことを特徴とするコンバイナ光学系。 - 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のコンバイナ光学系において、
前記反射光学素子は、ホログラム素子である
ことを特徴とするコンバイナ光学系。
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