視覺顯示裝置的製作方法

2023-05-17 08:26:21

專利名稱：視覺顯示裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及視覺顯示裝置，涉及可顯示較寬的觀察視場角的視覺顯示裝置。
背景技術：
以往作為觀察虛像的光學系統已知有日本特開平10-206790號公報那樣的光學 系統。

發明內容
視覺顯示裝置具有視頻顯示元件和使顯示於上述視頻顯示元件的視頻作為遠方 的虛像進行觀察的目鏡光學系統，其優選構成為，上述目鏡光學系統具有至少1個反射光 學元件；至少1個透射光學元件；以及視軸，其包含上述目鏡光學系統的逆光追蹤中從入射 瞳孔的中心經過上述透射光學元件朝上述反射光學元件前進的中心主光線，其中，在包含 上述視軸的第1剖面和與上述第1剖面垂直且包含上述視軸的第2剖面上的成像次數不 同。還優選上述成像次數在上述第1剖面上為0次，在上述第2剖面上為1次。還優選上述反射光學元件以及上述透射光學元件在上述第2剖面方向的折射率強。還優選上述反射光學元件以及上述透射光學元件關於一條旋轉對稱軸旋轉對稱。還優選上述第2剖面包含上述旋轉對稱軸。還優選上述反射光學元件在上述第2剖面內相對於上述視軸偏心。還優選上述視軸與上述旋轉對稱軸垂直。還優選上述反射光學元件是形成為圓筒狀的線性菲涅耳反射元件。還優選上述反射光學元件在上述第2剖面內在上述視軸的一側的形狀和另一側 的形狀不同。還優選上述透射光學元件是形成為彎曲圓筒狀的線性菲涅耳透射元件。還優選上述透射光學元件在上述第2剖面內在上述視軸的一側的形狀和另一側 的形狀不同。還優選滿足以下的條件式(1)，I Ry I < Rx|... (1)，其中，Rx是在上述第1剖面內 的上述反射光學元件的反射面中的上述視軸所接觸的部位附近的曲率半徑，Ry是在上述第2剖面內上述反射光學元件的反射面中的上述視軸所接觸的部位 附近的曲率半徑。還優選滿足以下的條件式(2)，|Fy| < Rx |. . . (2)，其中，Fy是包含上述透射光學 元件的旋轉對稱軸的剖面的焦距，Rx是在上述第1剖面內上述反射光學元件的反射面中的 上述視軸所接觸的部位附近的曲率半徑。還優選至少具有2個上述透射光學元件。還優選上述至少2個透射光學元件由具有與反射面的旋轉對稱軸相同的旋轉對稱軸的旋轉對稱面構成。還優選上述至少2個透射光學元件關於上述第2剖面對稱配置。還優選上述透射光學元件之一具有與反射面的旋轉對稱軸相同的旋轉對稱軸，另 一個關於上述第2剖面對稱配置。還優選上述視覺顯示裝置還具有投影光學系統，其對顯示於上述視頻顯示元件 上的視頻進行投影；以及漫射面，其配置於通過上述投影光學系統而投影的視頻附近，該視 覺顯示裝置將上述投影光學系統的投影像與上述旋轉對稱軸同心地配置。還優選上述投影光學系統關於上述旋轉對稱軸旋轉對稱。還優選上述視頻顯示元件是關於上述旋轉對稱軸旋轉對稱的曲面。本發明的其他目的和優點部分都是顯而易見的，並且部分內容根據說明書也是顯 而易見的。因此，本發明包括將在下述結構中例示的結構特徵、部件組合以及部件配置，並且 在權利要求書中將指出本發明的範圍。


圖1是第1實施方式的視覺顯示裝置的概念圖。圖2是圖1的俯視圖。圖3是表示視頻顯示元件的顯示例的圖。圖4是表示視頻顯示元件的其他顯示例的圖。圖5是將視覺顯示裝置與坐席組合起來應用的圖。圖6是表示實施方式的視覺顯示裝置的坐標系的圖。圖7是表示擴展旋轉自由曲面的定義的圖。圖8是沿著實施例1的視覺顯示裝置的旋轉對稱軸取的剖面圖。圖9是圖8的俯視圖。圖10是表示實施例1的光學系統整體的橫向像差圖的圖。圖11是沿著實施例2的視覺顯示裝置的旋轉對稱軸取的剖面圖。圖12是圖11的俯視圖。圖13是表示實施例2的光學系統整體的橫向像差圖的圖。圖14是沿著實施例3的視覺顯示裝置的旋轉對稱軸取的剖面圖。圖15是圖14的俯視圖。圖16是表示實施例3的光學系統整體的橫向像差圖的圖。圖17是沿著實施例4的視覺顯示裝置的旋轉對稱軸取的剖面圖。圖18是圖17的俯視圖。圖19是表示實施例4的光學系統整體的橫向像差圖的圖。圖20是沿著實施例5的視覺顯示裝置的旋轉對稱軸取的剖面圖。圖21是圖20的俯視圖。圖22是表示實施例5的光學系統整體的橫向像差圖的圖。圖23是沿著實施例6的視覺顯示裝置的旋轉對稱軸取的剖面圖。 圖24是圖23的俯視圖。
圖25是表示實施例6的光學系統整體的橫向像差圖的圖。圖26是沿著實施例7的視覺顯示裝置的旋轉對稱軸取的剖面圖。圖27是圖26的俯視圖。圖28是表示實施例7的光學系統整體的橫向像差圖的圖。圖29是第1實施方式的參考例的視覺顯示裝置的概念圖。圖30是圖29的俯視圖。圖31是第2實施方式的視覺顯示裝置的概念圖。 圖32是圖31的俯視圖。圖33是將第2實施方式的視覺顯示裝置與坐席組合起來應用的圖。圖34是表示第2實施方式的視覺顯示裝置的坐標系的圖。圖35是沿著實施例8的視覺顯示裝置的旋轉對稱軸取的剖面圖。圖36是圖35的俯視圖。圖37是表示實施例8的光學系統整體的橫向像差圖的圖。圖38是沿著實施例9的視覺顯示裝置的旋轉對稱軸取的剖面圖。圖39是圖38的俯視圖。圖40是表示實施例9的光學系統整體的橫向像差圖的圖。圖41是沿著實施例10的視覺顯示裝置的旋轉對稱軸取的剖面圖。圖42是圖41的俯視圖。圖43是表示實施例10的光學系統整體的橫向像差圖的圖。圖44是沿著實施例11的視覺顯示裝置的旋轉對稱軸取的剖面圖。圖45是圖44的俯視圖。圖46是表示實施例11的光學系統整體的橫向像差圖的圖。圖47是沿著實施例12的視覺顯示裝置的旋轉對稱軸取的剖面圖。圖48是圖47的俯視圖。圖49是表示實施例12的光學系統整體的橫向像差圖的圖。圖50是沿著實施例13的視覺顯示裝置的旋轉對稱軸取的剖面圖。圖51是圖50的俯視圖。圖52是表示實施例13的光學系統整體的橫向像差圖的圖。圖53是沿著實施例14的視覺顯示裝置的旋轉對稱軸取的剖面圖。圖54是圖53的俯視圖。圖55是表示實施例14的光學系統整體的橫向像差圖的圖。圖56是沿著實施例15的視覺顯示裝置的旋轉對稱軸取的剖面圖。圖57是圖56的俯視圖。圖58是表示實施例15的光學系統整體的橫向像差圖的圖。圖59是表示實施例15的光學系統整體的橫向像差圖的圖。圖60是沿著實施例16的視覺顯示裝置的旋轉對稱軸取的剖面圖。圖61是圖60的俯視圖。圖62是表示實施例16的光學系統整體的橫向像差圖的圖。圖63是表示實施例16的光學系統整體的橫向像差圖的圖。
圖64是沿著實施例17的視覺顯示裝置的旋轉對稱軸取的剖面圖。圖65是圖64的俯視圖。圖66是表示實施例17的光學系統整體的橫向像差圖的圖。圖67是表示實施例17的光學系統整體的橫向像差圖的圖。
具體實施例方式下面根據實施例說明本實施方式的視覺顯示裝置。圖1是第1實施方式的視覺顯示裝置1的概念圖，圖2是圖1的俯視圖。如圖1和圖2所示，第1實施方式的視覺顯示裝置1具有視頻顯示元件3、對顯示 於視頻顯示元件3上的視頻進行投影的投影光學系統4、配置於投影光學系統4所投影的視 頻附近的漫射面11、將通過投影光學系統4投影得到的視頻作為遠方的虛像進行觀察的目 鏡光學系統5，目鏡光學系統5具有至少1個反射光學元件5a、至少1個透射光學元件5b、 包含目鏡光學系統5的逆光追蹤中從入射瞳孔E的中心經過透射光學元件5b朝反射光學 元件5a前進的中心主光線的視軸101，在包含視軸101的第1剖面和與第1剖面垂直且包 含視軸101的第2剖面上的成像次數不同。圖31是第2實施方式的視覺顯示裝置1的概念圖，圖32是圖31的俯視圖。如圖31和圖32所示，第2實施方式的視覺顯示裝置1具有由曲面構成的視頻顯 示元件3、將視頻顯示元件3的視頻作為遠方的虛像進行觀察的目鏡光學系統5，目鏡光學 系統5具有至少1個反射光學元件5a、至少1個透射光學元件5b、包含目鏡光學系統5的 逆光追蹤中從入射瞳孔E的中心經過透射光學元件5b朝反射光學元件5a前進的中心主光 線的視軸101，在包含視軸101的第1剖面和與第1剖面垂直且包含視軸101的第2剖面上 的成像次數不同。通常如果把觀察視場角取得較大、把視距取得較長，則觀察裝置就會變得很大。於 是雖然可以將光路折彎，然而由於光路彼此的幹涉而無法取得大的觀察視場角。尤其如果 為減小投影光學系統4的光束直徑、減輕投影光學系統4的負擔而使用漫射面11，則光束會 與漫射面11發生幹涉，無法獲取大的觀察視場角。在本實施方式中，通過使目鏡光學系統5內的成像次數在包含視軸101的第1剖 面和與第1剖面垂直且包含視軸101的第2剖面上不同，從而可成功地使光路收斂，避免光 路彼此的幹涉問題。憑藉該構成還可以觀察大約180度的觀察像，僅在1個剖面內對像進 行1次中繼，因此不會出現觀察光路與漫射板11或光束與觀察者頭部等的幹涉，可以觀察 上下方向50度的寬視場角的視頻。另外，上述成像次數優選在第1剖面為0次，在第2剖面為1次。通過採取這樣的 構成，可以使偏心光路變為最小，可以提供小型的視覺顯示裝置。還優選反射光學元件5a以及透射光學元件5b在第2剖面方向的折射率強。通過 使光焦度強的剖面方向一致可以形成在反射光學元件5a與透射光學元件5b中間僅在1個 剖面方向上成像的中間像。還優選反射光學元件5a以及透射光學元件5b關於一條旋轉對稱軸2旋轉對稱。 通過採取這樣的構成，可以提供一種製造性提升一個檔次且廉價的目鏡光學系統5。還優選第2剖面包括旋轉對稱軸2。重要之處在於在具有旋轉對稱軸2的剖面中，在目鏡光學系統5內成像1次，不在與旋轉對稱軸2垂直的剖面內成像。光學系統的透光 面的光焦度在與旋轉對稱軸2垂直的剖面內大致為0，僅向反射面賦予光焦度，因此對於像 差校正而言不希望在該剖面內增加成像次數。另一方面，這是由於在具有旋轉對稱軸2的 剖面內，可以較為自由地向面賦予光焦度，即便成像1次也能易於進行像差校正。還優選反射光學元件5a在第2剖面內相對於視軸101偏心。可以在具 有旋轉對 稱軸2的剖面內自由設定面的形狀，在該剖面內進行偏心配置，可以對在任意面內由於偏 心而產生的偏心像差進行校正。還優選視軸101與旋轉對稱軸2垂直。通過在相對於觀察者頭部為上下方向的方 向配置旋轉對稱軸2，從而可觀察左右方向上寬的觀察像。如果使旋轉對稱軸2處於上下方 向，則理論上在左右方向旋轉對稱的面變寬，對於拓寬視場角左右方向的視場角的情況是 優選的。人的視覺中相比上下方向而言，左右方向更寬，也是與此對應的。還優選與旋轉對稱軸2同心地配置投影光學系統4的投影像。通過採取該構成， 通過目鏡光學系統5投影於觀察者前方的虛像的投影位置是一定的，無論觀察者觀察哪個 方向都可以觀察到隔開既定的恆定距離的觀察像，能夠始終觀察到鮮明的觀察像。另外，優選第1實施方式的投影光學系統4相對於旋轉對稱軸2旋轉對稱。通過 使目鏡光學系統5與投影光學系統4的旋轉對稱軸2 —致，從而不會在投影光學系統4投 影的中間像產生不旋轉對稱的像失真，可以觀察到像失真較少的觀察像。另外，優選第2實施方式的視頻顯示元件3關於旋轉對稱軸2而旋轉對稱。通過 使目鏡光學系統5與視頻顯示元件3的旋轉對稱軸2 —致，從而不會在視頻顯示元件3的 視頻中產生不旋轉對稱的失真，可以觀察到失真較少的觀察像。還優選反射光學元件5a是形成為圓筒狀的線性菲涅耳反射元件。通過使把線性 菲涅耳透鏡加工為反射面的部件彎曲為圓筒狀來構成反射面，從而可以低成本地加工反射面。還優選反射光學元件5a在第2剖面內在視軸101的一側和另一側的形狀不同。由 於反射面偏心所以產生偏心像差。為對其進行校正，優選在中心光線的上下方向改變形狀， 校正偏心像差。還優選透射光學元件5b是形成為彎曲圓筒狀的線性菲涅耳透射元件。通過將線 性菲涅耳透射元件彎曲為圓筒狀來構成反射面，從而可以低成本地加工旋轉對稱的且僅一 個剖面具有光焦度的透光面。還優選透射光學元件5b在第2剖面內在視軸101的一側和另一側的形狀不同。由 於反射面偏心所以產生偏心像差。為對其進行校正，優選透射光學元件5b在中心光線的上 下方向改變形狀，在透射光學元件5b中也對偏心像差進行校正。還優選滿足以下的條件式(1)，Ry < Rx|... (1)，其中，Rx是在上述第1剖面內上述反射光學元件的反射面中的上述視軸所接觸的 部位附近的曲率半徑，Ry是在上述第2剖面內上述反射光學元件的反射面中的上述視軸所 接觸的部位附近的曲率半徑。通過滿足條件式(1)，在包含目鏡光學系統5的旋轉對稱軸2的剖面內的反射面光 焦度變強，可以使光束變得更細，其結果可以獲取上下方向的大的觀察視場角。還優選滿足以下的條件式(2)，Fy < Rx |. . . (2)，
其中，Fy是包含上述透射光學元件的旋轉對稱軸的剖面的焦距，Rx是在上述第1 剖面內上述反射光學元件的反射面中的上述視軸所接觸的部位附近的曲率半徑。 如果在包含透射光學元件5b的旋轉對稱軸2的面內沒有滿足條件式(2)，則無法 將通過反射光學元件5a成像的中繼像作為遠方的虛像來進行觀察。更優選滿足如下的條件式(2，) I Fy I c1,c2,c3>c4,c5,... =0，e =(圓錐面傾角)、r= (x-z面內的底面半徑)。
另外，在後述的結構參數中沒有記載數據的係數項為0。關於折射率、阿貝數，記述 了相對於d線(波長587. 56nm)的值。長度單位是mm。如上所述利用從基準面的偏心量表 示各面的偏心。觀察者雙眼的眼睛寬度利用光圈面的X偏心來表示。在水平剖面的光路圖 中以寬度60mm來表示。菲涅耳面利用折射率1001來表現，衍射光學元件(DOE)利用折射 率1077. 05、阿貝數-3. 5來表示。波帶片所代表的DOE具有阿貝數vd = -3. 45這樣較大的逆分散特性，色像差校正 能力強。進而，由於具有非球面作用的DOE製法與具有球面作用的DOE製法相同，因而可使 DOE積極地具有非球面作用，高效地對伴隨大視場角化的軸外像差的增加進行校正。這種情 況下，如果使D0E具備隨著遠離光軸而成為比近軸的球面類的光焦度弱的光焦度的非球面 作用(間距分布)，則像差校正能力會變大。另外由於這種間距排列會增大D0E的有效直 徑周圍的間距，因此其製作性也會提高。還與折射類鏡頭不同，D0E僅對基板表面加工衍射 面，因此實質上不會伴隨出現體積/重量的增加，優選作為視覺顯示裝置。下面說明第1實施方式的實施例1 實施例7。圖8表示沿著實施例1的視覺顯示裝置1的目鏡光學系統5的旋轉對稱軸2取的 剖面圖，圖9表示俯視圖，圖10表示光學系統整體的橫向像差圖。本實施例1的視覺顯示裝置具有配置於通過未圖示的投影光學系統而投影的視 頻附近的漫射面11和使通過未圖示的投影光學系統而投影的視頻作為遠方的虛像進行觀 察的目鏡光學系統5，目鏡光學系統5具有至少1個反射光學元件5a、至少1個透射光學元 件5b、包含目鏡光學系統5的逆光追蹤中從入射瞳孔E的中心經過透射光學元件5b朝反射 光學元件5a前進的中心主光線的視軸101，在包含視軸101的第1剖面和與第1剖面垂直 且包含視軸101的第2剖面上的成像次數不同。目鏡光學系統5具有兩個面都由Y復曲面構成的透射光學元件5b和具有正光焦 度且由上下不對稱的擴展旋轉自由曲面構成的反射光學元件5a。另外，在透射光學元件5b 的入射瞳孔E的相反側設有衍射光學元件(D0E)。漫射面11由圓錐面構成，通過未圖示的投影光學系統而投影的視頻呈圓錐狀地 投影於漫射面11附近。在逆光追蹤中，從入射瞳孔E射出的光束經過目鏡光學系統5的透射光學元件5b， 被反射光學元件5a反射而在漫射面11進行中間成像。此後，從漫射面11發出的光束進入 未圖示的投影光學系統。然後到達從未圖示的視頻顯示元件的光軸偏離開的半徑方向的既 定位置。該實施例1的規格為視場角(像差顯示)上下50. 00 °入射瞳孔直徑(逆追蹤)40.00圖11表示沿著實施例2的視覺顯示裝置1的目鏡光學系統5的旋轉對稱軸2取 的剖面圖，圖12表示俯視圖，圖13表示光學系統整體的橫向像差圖。本實施例2的視覺顯示裝置具有配置於通過未圖示的投影光學系統而投影的視 頻附近的漫射面11和使通過未圖示的投影光學系統而投影的視頻作為遠方的虛像進行觀 察的目鏡光學系統5，目鏡光學系統5具有至少1個反射光學元件5a、至少1個透射光學元件5b、包含目鏡光學系統5的逆光追蹤中從入射瞳孔E的中心經過透射光學元件5b朝反射 光學元件5a前進的中心主光線的視軸101，在包含視軸101的第1剖面和與第1剖面垂直 且包含視軸101的第2剖面上的成像次數不同。目鏡光學系統5具有兩個面由Y復曲面構成的透射光學元件5b和在入射瞳孔E 側具有圓錐面5al並且在入射瞳孔E的相反側具有菲涅耳5a2的反射光學元件5a。漫射面11由圓錐面構成，通過未圖示的投影光學系統而投影的視頻呈圓錐狀地 投影於漫射面11附近。在逆光追蹤中，從入射瞳孔E射出的光束經過目鏡光學系統5的透射光學元件5b， 從反射光學元件5a的圓錐面5al射入，通過菲涅耳5a2被反射，從圓錐面5al射出，在漫射 面11進行中間成像。此後，從漫射面11發出的光束進入未圖示的投影光學系統。然後在 從未圖示的視頻顯示元件的光軸偏離開的半徑方向的既定位置成像。該實施例2的規格為視場角(像差顯示)上下50. 00 °入射瞳孔直徑(逆追蹤)20.00圖14表示沿著實施例3的視覺顯示裝置1的目鏡光學系統5的旋轉對稱軸2取 的剖面圖，圖15表示俯視圖，圖16表示光學系統整體的橫向像差圖。本實施例3的視覺顯示裝置具有配置於通過未圖示的投影光學系統而投影的視 頻附近的漫射面11和使通過未圖示的投影光學系統而投影的視頻作為遠方的虛像進行觀 察的目鏡光學系統5，目鏡光學系統5具有至少1個反射光學元件5a、至少1個透射光學元 件5b、包含目鏡光學系統5的逆光追蹤中從入射瞳孔E的中心經過透射光學元件5b朝反射 光學元件5a前進的中心主光線的視軸101，在包含視軸101的第1剖面和與第1剖面垂直 且包含視軸101的第2剖面上的成像次數不同。目鏡光學系統5具有在入射瞳孔E側具有菲涅耳5bl以及在入射瞳孔E的相反 側具有圓筒面5b2的透射光學元件5b ；以及具有正光焦度且由上下不對稱的擴展旋轉自由 曲面構成的反射光學元件5a。漫射面11由圓錐面構成，通過未圖示的投影光學系統而投影的視頻呈圓錐狀地 投影於漫射面11附近。在逆光追蹤中，從入射瞳孔E射出的光束從目鏡光學系統5的透射光學元件5b的 菲涅耳5bl射入，從圓筒面5b2射出，通過反射光學元件被反射，在漫射面11進行中間成 像。此後，從漫射面11發出的光束進入未圖示的投影光學系統。然後在從未圖示的視頻顯 示元件的光軸偏離開的半徑方向的既定位置成像。該實施例3的規格為視場角(像差顯示)上下50. 00 °入射瞳孔直徑(逆追蹤)20. 00圖17表示沿著實施例4的視覺顯示裝置1的目鏡光學系統5的旋轉對稱軸2取 的剖面圖，圖18表示俯視圖，圖19表示光學系統整體的橫向像差圖。本實施例4的視覺顯示裝置具有配置於通過未圖示的投影光學系統而投影的視 頻附近的漫射面11和使通過未圖示的投影光學系統而投影的視頻作為遠方的虛像進行觀 察的目鏡光學系統5，目鏡光學系統5具有至少1個反射光學元件5a、至少1個透射光學元件5b、包含目鏡光學系統5的逆光追蹤中從入射瞳孔E的中心經過透射光學元件5b朝反射 光學元件5a前進的中心主光線的視軸101，在包含視軸101的第1剖面和與第1剖面垂直 且包含視軸101的第2剖面上的成像次數不同。
目鏡光學系統5具有在入射瞳孔E側具有菲涅耳5bl以及在入射瞳孔E的相反 側具有圓筒面5b2的透射光學元件5b ；以及在入射瞳孔E側具有圓筒面5al以及在入射瞳 孔E的相反側具有菲涅耳5a2的反射光學元件5a。漫射面11由圓錐面構成，通過未圖示的投影光學系統而投影的視頻呈圓錐狀地 投影於漫射面11附近。 在逆光追蹤中，從入射瞳孔E射出的光束從目鏡光學系統5的透射光學元件5b的 菲涅耳5bl射入，從圓筒面5b2射出，從反射光學元件5a的圓筒面5al射入，通過菲涅耳 5a2被反射，從圓筒面5al射出，在漫射面11進行中間成像。此後，從漫射面11發出的光束 進入未圖示的投影光學系統。然後在從未圖示的視頻顯示元件的光軸偏離開的半徑方向的 既定位置成像。該實施例4的規格為視場角(像差顯示)上下5O. 00 °入射瞳孔直徑(逆追蹤)20.00圖20表示沿著實施例5的視覺顯示裝置1的目鏡光學系統5的旋轉對稱軸2取 的剖面圖，圖21表示俯視圖，圖22表示光學系統整體的橫向像差圖。本實施例5的視覺顯示裝置具有配置於通過未圖示的投影光學系統而投影的視 頻附近的漫射面11和使通過未圖示的投影光學系統而投影的視頻作為遠方的虛像進行觀 察的目鏡光學系統5，目鏡光學系統5具有至少1個反射光學元件5a、至少1個透射光學元 件5b、包含目鏡光學系統5的逆光追蹤中從入射瞳孔E的中心經過透射光學元件5b朝反射 光學元件5a前進的中心主光線的視軸101，在包含視軸101的第1剖面和與第1剖面垂直 且包含視軸101的第2剖面上的成像次數不同。目鏡光學系統5具有兩個面由Y復曲面構成的透射光學元件5b和具有正光焦度 且由上下不對稱的擴展旋轉自由曲面構成的反射光學元件5a。漫射面11由Y復曲面構成，通過未圖示的投影光學系統而投影的視頻投影於漫射 面11附近。在逆光追蹤中，從入射瞳孔E射出的光束經過目鏡光學系統5的透射光學元件5b， 通過反射光學元件5a被反射，在漫射面11進行中間成像。此後，從漫射面11發出的光束 進入未圖示的投影光學系統。然後在從未圖示的視頻顯示元件的光軸偏離開的半徑方向的 既定位置成像。該實施例5的規格為視場角(像差顯示)上下5O. 00°入射瞳孔直徑(逆追蹤)4. 00圖23表示沿著實施例6的視覺顯示裝置1的目鏡光學系統5的旋轉對稱軸2取 的剖面圖，圖24表示俯視圖，圖25表示光學系統整體的橫向像差圖。本實施例6的視覺顯示裝置具有配置於通過未圖示的投影光學系統而投影的視 頻附近的漫射面11和使通過未圖示的投影光學系統而投影的視頻作為遠方的虛像進行觀察的目鏡光學系統5，目鏡光學系統5具有至少1個反射光學元件5a、至少1個透射光學元 件5b、包含目鏡光學系統5的逆光追蹤中從入射瞳孔E的中心經過透射光學元件5b朝反射 光學元件5a前進的中心主光線的視軸101，在包含視軸101的第1剖面和與第1剖面垂直 且包含視軸101的第2剖面上的成像次數不同。目鏡光學系統5具有兩個面由Y復曲面構成的透射光學元件5b和具有正光焦度 且由上下不對稱的擴展旋轉自由曲面構成的反射光學元件5a。漫射面11由Y復曲面構成，通過未圖示的投影光學系統而投影的視頻投影於漫射 面11附近。在逆光追蹤中，從入射瞳孔E射出的光束經過目鏡光學系統5的透射光學元件5b， 通過反射光學元件5a被反射，在漫射面11進行中間成像。此後，從漫射面11發出的光束 進入未圖示的投影光學系統。然後在從未圖示的視頻顯示元件的光軸偏離開的半徑方向的 既定位置成像。該實施例6的規格為視場角(像差顯示)上下50. 00 °入射瞳孔直徑(逆追蹤)4. 00圖26表示沿著實施例7的視覺顯示裝置1的目鏡光學系統5的旋轉對稱軸2取 的剖面圖，圖27表示俯視圖，圖28表示光學系統整體的橫向像差圖。本實施例7的視覺顯示裝置具有配置於通過未圖示的投影光學系統而投影的視 頻附近的漫射面11和使通過未圖示的投影光學系統而投影的視頻作為遠方的虛像進行觀 察的目鏡光學系統5，目鏡光學系統5具有至少1個反射光學元件5a、至少1個透射光學元 件5b、包含目鏡光學系統5的逆光追蹤中從入射瞳孔E的中心經過透射光學元件5b朝反射 光學元件5a前進的中心主光線的視軸101，在包含視軸101的第1剖面和與第1剖面垂直 且包含視軸101的第2剖面上的成像次數不同。目鏡光學系統5具有兩個面由Y復曲面構成的透射光學元件5b和具有正光焦度 且由上下不對稱的擴展旋轉自由曲面構成的反射光學元件5a。漫射面11由Y復曲面構成，通過未圖示的投影光學系統而投影的視頻投影於漫射 面11附近。在逆光追蹤中，從入射瞳孔E射出的光束經過目鏡光學系統5的透射光學元件5b， 通過反射光學元件5a被反射，在漫射面11進行中間成像。此後，從漫射面11發出的光束 進入未圖示的投影光學系統。然後在從未圖示的視頻顯示元件的光軸偏離開的半徑方向的 既定位置成像。該實施例7的規格為視場角(像差顯示)上下50.00°入射瞳孔直徑(逆追蹤)40. 00以下表示出上述實施例1 7的結構參數。並且，以下表中的「ERFS」表示擴展旋 轉自由曲面。另外省略了關於攝影光學系統4的數據。實施例1面編號 曲率半徑面間隔 偏心 折射率 阿貝數物體面 ①-2000. 00
1-(入射瞳孔)0. 00
2ERFS(l) 000
3ERFS (2) (DOE) 000
4ERFS (3) 000
5ERFS (4) (RE) 000
6ERFS (5) 000
7ERFS (6) 000
像〖S ERFS(6)
ERFS(l) (Y 復曲面)
RY127. 82
00. 00
R100.00
C1-2.2902E+000
ERFS (2) (Y 復曲面)
RY--163. 00
00. 00
R130.00
C1-3. 5586E+000
ERFS (3) (Y 復曲面)
RY--163. 00
00. 00
R130.00
C1-3. 5573E+000
ERFS (4)(上下不對稱的ERFS)
RY--205. 41
0-20.00
R400.00
C16. 0934E-002
C4-1. 0671E-006
ERFS (5)(圓錐面)
RY0. 00
0-26.28
R217. 01
ERFS (6)(圓錐面)
RY0. 00
0-26.28
R213. 01
偏心⑴
X30.00 Y 0.00 Z0. 00
R222.13
ERFS (5)(圓錐面)
RY0.00
0-38.09
R218.13
偏心⑴
X30.00 Y 0.00Z0.00
a0.00 3 0.00y0.00
偏心(2)
X0.00 Y 0.00Z 100.00
a0.00 3 0.00y0.00
偏心(3)
X0.00 Y 142.60z0.00
a0.00 3 0.00y0.00
實施例4
面編號曲率半徑面間隔偏心 折射率阿貝荽
物體面OO-2000.00
1-(入射瞳孔)0. 00偏心⑴
2菲涅耳(1)0. 00偏心(2) 1. 516364. 1
3ERFS(l)0. 00
4ERFS (2)0. 001. 516364. 1
5菲涅耳(2)(RE)0. 00偏心(3) 1. 516364. 1
6ERFS (2)0. 00
7ERFS (3)0. 00偏心(4) 1. 516364. 1
8ERFS (4)0. 00偏心⑷
像〖SERFS (4)偏心⑷
菲涅耳(1)
RY49. 70
RX-120.00
k-1.1618E+000
菲涅耳(2)
RY-276.82
RX-400.00
k-4.0447E+000
ERFS (1)(圓筒面)
RY0. 00
00. 00
R121. 00
ERFS (2)(圓筒面)
ERFS(2)(Y復曲面)
RY—i00．00
0 0．00
R 130．oo
Cl一5．9467E—00 l
ERFS(3)(上下不對稱的ERPS)
RY一2 19．36
0—16．00
R i00．00
Cl一4．3365E+000
C4—2．0797E一006
ERFS(4)(Y復曲面)
RY一513．63
0—19．29
R 206．7l
ERFS(5)(Y復曲面)
RY一508．63
0—19．29
R 202．7l
偏心(1)
X 30．00 Y 0．00Z 0．00
o 0．00 p 0．00Y 0．00
偏心(2)
X 0．00 Y123．4l Z o．oo
o 0．00 p0．00 Y 0．00
實施例7
面編號曲率半徑面間隔偏心折射率阿貝數
物體面 oo一2000．00
l光圈面0．00 偏心(1)
2ERFS(1)0．001．516364．1
3ERFS(2)0．00
4ERFS(3)0．00
5ERFS(4)0．00 偏心(2)1．516364．1
6ERFS(5)0．00 偏心(2)
像面ERFS(5)偏心(2)
ERFS(1)(Y復曲面)
RY 104．47
00．00
Ri00．00
數據的值。
在該第1實施方式的參考例中，以將投影光學系統的射出瞳孔和目鏡光學系統的 入射瞳孔對齊的方式，將瞳孔中繼光學元件12配置於投影像附近。下面說明第2實施方式的實施例8 實施例14。
圖35表示沿著實施例8的視覺顯示裝置1的目鏡光學系統5的旋轉對稱軸2獲 取的剖面圖，圖36表示俯視圖，圖37表示光學系統整體的橫向像差圖。本實施例8的視覺顯示裝置具有由曲面構成的視頻顯示元件3和使視頻顯示元件 3的視頻作為遠方的虛像進行觀察的目鏡光學系統5，目鏡光學系統5具有至少1個反射光 學元件5a、至少1個透射光學元件5b、包含目鏡光學系統5的逆光追蹤中從入射瞳孔E的 中心經過透射光學元件5b朝反射光學元件5a前進的中心主光線的視軸101，在包含視軸 101的第1剖面和與第1剖面垂直且包含視軸101的第2剖面上的成像次數不同。視頻顯示元件3由圓錐面構成。目鏡光學系統5具有兩個面由Y復曲面構成的透射光學元件5b和具有正光焦度 且由上下不對稱的擴展旋轉自由曲面構成的反射光學元件5a。另外，在透射光學元件5b的 入射瞳孔E的相反側設有衍射光學元件(DOE)。在逆光追蹤中，從入射瞳孔E射出的光束經過目鏡光學系統5的透射光學元件5b， 被反射光學元件5a反射，在視頻顯示元件3上成像。該實施例8的規格為視場角(像差顯示) 上下5O. 00°入射瞳孔直徑(逆追蹤) 40. 00圖38表示沿著實施例9的視覺顯示裝置1的目鏡光學系統5的旋轉對稱軸2獲 取的剖面圖，圖39表示俯視圖，圖40表示光學系統整體的橫向像差圖。本實施例9的視覺顯示裝置具有通由曲面構成的視頻顯示元件3和使視頻顯示元 件3的視頻作為遠方的虛像進行觀察的目鏡光學系統5，目鏡光學系統5具有至少1個反 射光學元件5a、至少1個透射光學元件5b、包含目鏡光學系統5的逆光追蹤中從入射瞳孔 E的中心經過透射光學元件5b朝反射光學元件5a前進的中心主光線的視軸101，在包含視 軸101的第1剖面和與第1剖面垂直且包含視軸101的第2剖面上的成像次數不同。視頻顯示元件3由圓錐面構成。目鏡光學系統5具有兩個面由Y復曲面構成的透射光學元件5b和在入射瞳孔E 側具有圓錐面5al且在入射瞳孔E的相反側具有菲涅耳5a2的反射光學元件5a。在逆光追蹤中，從入射瞳孔E射出的光束經過目鏡光學系統5的透射光學元件5b， 從反射光學元件5a的圓錐面5al射入，被菲涅耳5a2反射，從圓錐面5al射出，在視頻顯示 元件3上成像。該實施例9的規格為視場角(像差顯示) 上下50. 00°入射瞳孔直徑(逆追蹤) 20.00圖41表示沿著實施例10的視覺顯示裝置1的目鏡光學系統5的旋轉對稱軸2獲 取的剖面圖，圖42表示俯視圖，圖43表示光學系統整體的橫向像差圖。本實施例10的視覺顯示裝置具有由曲面構成的視頻顯示元件3和使視頻顯示元 件3的視頻作為遠方的虛像進行觀察的目鏡光學系統5，目鏡光學系統5具有至少1個反射光學元件5a、至少1個透射光學元件5b、包含目鏡光學系統5的逆光追蹤中從入射瞳孔 E的中心經過透射光學元件5b朝反射光學元件5a前進的中心主光線的視軸101，在包含視 軸101的第1剖面和與第1剖面垂直且包含視軸101的第2剖面上的成像次數不同。視頻顯示元件3由圓錐面構成。
目鏡光學系統5具有在入射瞳孔E側具有菲涅耳5bl且在入射瞳孔E的相反側具 有圓筒面5b2的透射光學元件5b和具有正光焦度且由上下不對稱的擴展旋轉自由曲面構 成的反射光學元件5a。在逆光追蹤中，從入射瞳孔E射出的光束從目鏡光學系統5的透射光學元件5b的 菲涅耳5bl射入，從圓筒面5b2射出，被反射光學元件反射，在視頻顯示元件3上成像。該實施例10的規格為視場角(像差顯示) 上下50. 00°入射瞳孔直徑(逆追蹤) 20. 00圖44表示沿著實施例11的視覺顯示裝置1的目鏡光學系統5的旋轉對稱軸2獲 取的剖面圖，圖45表示俯視圖，圖46表示光學系統整體的橫向像差圖。本實施例11的視覺顯示裝置具有由曲面構成的視頻顯示元件3和使視頻顯示元 件3的視頻作為遠方的虛像進行觀察的目鏡光學系統5，目鏡光學系統5具有至少1個反 射光學元件5a、至少1個透射光學元件5b、包含目鏡光學系統5的逆光追蹤中從入射瞳孔 E的中心經過透射光學元件5b朝反射光學元件5a前進的中心主光線的視軸101，在包含視 軸101的第1剖面和與第1剖面垂直且包含視軸101的第2剖面上的成像次數不同。視頻顯示元件3由圓錐面構成。目鏡光學系統5具有在入射瞳孔E側具有菲涅耳5bl且在入射瞳孔E的相反側具 有圓筒面5b2的透射光學元件5b和在入射瞳孔E側具有圓筒面5al且在入射瞳孔E的相 反側具有菲涅耳5a2的反射光學元件5a。在逆光追蹤中，從入射瞳孔E射出的光束從目鏡光學系統5的透射光學元件5b的 菲涅耳5bl射入，從圓筒面5b2射出，從反射光學元件5a的圓筒面5al射入，被菲涅耳5a2 反射，從圓筒面5al射出，在視頻顯示元件3上成像。該實施例11的規格為視場角(像差顯示) 上下5O. 00°入射瞳孔直徑(逆追蹤) 20. 00圖47表示沿著實施例12的視覺顯示裝置1的目鏡光學系統5的旋轉對稱軸2獲 取的剖面圖，圖48表示俯視圖，圖49表示光學系統整體的橫向像差圖。本實施例12的視覺顯示裝置具有由曲面構成的視頻顯示元件3和使視頻顯示元 件3的視頻作為遠方的虛像進行觀察的目鏡光學系統5，目鏡光學系統5具有至少1個反 射光學元件5a、至少1個透射光學元件5b、包含目鏡光學系統5的逆光追蹤中從入射瞳孔 E的中心經過透射光學元件5b朝反射光學元件5a前進的中心主光線的視軸101，在包含視 軸101的第1剖面和與第1剖面垂直且包含視軸101的第2剖面上的成像次數不同。視頻顯示元件3由Y復曲面構成。目鏡光學系統5具有兩個面由Y復曲面構成的透射光學元件5b和具有正光焦度 且由上下不對稱的擴展旋轉自由曲面構成的反射光學元件5a。
在逆光追蹤中，從入射瞳孔E射出的光束經過目鏡光學系統5的透射光學元件5b， 被反射光學元件5a反射，在視頻顯示元件3上成像。該實施例12的規格為視場角(像差顯示) 上下5O. 00°入射瞳孔直徑(逆追蹤) 4. 00圖50表示沿著實施例13的視覺顯示裝置1的目鏡光學系統5的旋轉對稱軸2獲 取的剖面圖，圖51表示俯視圖，圖52表示光學系統整體的橫向像差圖。本實施例13的視覺顯示裝置具有由曲面構成的視頻顯示元件3和使視頻顯示元 件3的視頻作為遠方的虛像進行觀察的目鏡光學系統5，目鏡光學系統5具有至少1個反 射光學元件5a、至少1個透射光學元件5b、包含目鏡光學系統5的逆光追蹤中從入射瞳孔 E的中心經過透射光學元件5b朝反射光學元件5a前進的中心主光線的視軸101，在包含視 軸101的第1剖面和與第1剖面垂直且包含視軸101的第2剖面上的成像次數不同。視頻顯示元件3由Y復曲面構成。目鏡光學系統5具有兩個面由Y復曲面構成的透射光學元件5b和具有正光焦度 且由上下不對稱的擴展旋轉自由曲面構成的反射光學元件5a。在逆光追蹤中，從入射瞳孔E射出的光束經過目鏡光學系統5的透射光學元件5b， 被反射光學元件5a反射，在視頻顯示元件3上成像。該實施例13的規格為視場角(像差顯示) 上下50. 00°入射瞳孔直徑(逆追蹤) 4. 00圖53表示沿著實施例14的視覺顯示裝置1的目鏡光學系統5的旋轉對稱軸2獲 取的剖面圖，圖54表示俯視圖，圖55表示光學系統整體的橫向像差圖。本實施例14的視覺顯示裝置具有由曲面構成的視頻顯示元件3和使視頻顯示元 件3的視頻作為遠方的虛像進行觀察的目鏡光學系統5，目鏡光學系統5具有至少1個反 射光學元件5a、至少1個透射光學元件5b、包含目鏡光學系統5的逆光追蹤中從入射瞳孔 E的中心經過透射光學元件5b朝反射光學元件5a前進的中心主光線的視軸101，在包含視 軸101的第1剖面和與第1剖面垂直且包含視軸101的第2剖面上的成像次數不同。視頻顯示元件3由Y復曲面構成。目鏡光學系統5具有兩個面由Y復曲面構成的透射光學元件5b和具有正光焦度 且由上下不對稱的擴展旋轉自由曲面構成的反射光學元件5a。在逆光追蹤中，從入射瞳孔E射出的光束經過目鏡光學系統5的透射光學元件5b， 被反射光學元件5a反射，在視頻顯示元件3上成像。該實施例14的規格為視場角(像差顯示) 上下5O. 00°入射瞳孔直徑(逆追蹤) 40.00以下示出上述實施例8 實施例14的結構參數。並且下面表中的「ERFS」表示擴 展旋轉自由曲面。實施例8 面編號 曲率半徑 面間隔 偏心 折射率 阿貝數
物體面 ⑴-2000. 001-(入射瞳孔) 0. 00 偏心(1)2ERFS(I)0. 001.5163 64. 1
3ERFS (2) (DOE) 0.001077.0524 -3.54ERFS (3)0. 005ERFS (4) (RE) 0. 00像面ERFS (5)偏心(2)ERFS(I) (Y 復曲面)RY 127. 82θ0. 00R100. 00Cl-2. 2902Ε+000ERFS (2) (Y 復曲面)RY-163. 00θ 0. 00R 130. 00Cl -3. 5586Ε+000ERFS (3) (Y 復曲面)RY-163. 00θ 0. 00R 130. 00Cl -3. 5573Ε+000ERFS (4)(上下不對稱的 ERFS)RY-205. 41θ -20. 00R 400.00C 16. 0934Ε-002C4 -1. 0671Ε-006ERFS (5)(圓錐面)RY 0.00θ -26.28R 213.01偏心(1)X 30.00 Y 0.00 Z 0.00α 0. 00 β 0. 00 γ 0. 00偏心(2)X 0. 00 Y 157.17 Z 0. 00α -26. 28 β 0. 00 γ 0. 00實施例9
面編號 曲率半徑 面間隔 偏心 折射率 阿貝數物體面 ⑴-2000. 001-(入射瞳孔) 0. 00 偏心(1)2ERFS(I)0. 001.5163 64. 13ERFS (2)0. 004ERFS (3)0. 001.5163 64. 157 U ^ (1) (RE) 0. 00 偏心(2) 1. 5163 64. 16ERFS (3)0. 00像面ERFS (4)0. 00 偏心(3)菲涅耳(1)RY-300. 00RX-395. 00 SL0PE3. 25E-001菲涅耳底盤的傾斜的(與Y軸正接)角度中為_19. 00ERFS(I) (Y 復曲面)RY 99. 19θ 0. 00R 100. 00Cl -1. 5949Ε+000ERFS (2) (Y 復曲面)RY-110. 85θ 0. 00R 130. 00Cl -5. 0616Ε+000ERFS (3)(圓錐面)RY c θ -19. 00R 395. 00ERFS (4)(圓錐面)RY ①θ -24. 33R 210. 14偏心(1)X 30. 00 Y 0. 00 Z 0. 00α 0. 00 β 0. 00 γ 0. 00偏心(2)X 0. 00 Y 0. 00 Z 400. 00α 0. 00 β 0. 00 γ 0. 00偏心(3)X 0. 00 Y 148. 55 Z 0. 00
α 0. 00 β 0. 00 γ 0. 00實施例10
面編號 曲率半徑 面間隔 偏心 折射率 阿貝數物體面 ⑴-2000. 001-(入射瞳孔) 0. 00 偏心(1)2菲涅耳(1)0. 00 偏心(2) 1. 5163 64. 13ERFS (2)0. 004ERFS (3) (RE)0. 00像面ERFS (4)偏心(3)菲涅耳(1)RY 50. 00RX -100. 00k-1. 00ERFS (2)(圓筒面)RYc θ0. 00R101. 00ERFS (3)(上下不對稱的 ERFS)RY -232. 69θ-19. 00R400. 00Cl-2. 4723Ε-001C4-1. 0549Ε-006ERFS (4)(圓錐面)RY0. 00θ-38. 09R218. 13偏心(1)X 30.00 Y 0.00 Z 0.00α 0. 00 β 0. 00 γ 0. 00偏心(2)X 0. 00 Y 0. 00 Z 100. 00α 0. 00 β 0. 00 γ 0. 00偏心(3)X 0. 00 Y 142. 60 Z 0. 00α 0. 00 β 0. 00 γ 0. 00實施例11面編號 曲率半徑 面間隔 偏心 折射率 阿貝數物體面 ①-2000. 00
1(入射瞳孔)0.00偏心(1)2菲涅耳(1)0. 00 偏心(2) 1. 5163 64. 13ERFS(I)0. 004ERFS (2)0.001.5163 64. 15菲涅耳(2) (RE) 0. 00偏心(3) 1. 5163 64. 16ERFS (2)0. 00像面ERFS (3)偏心(4) 菲涅耳(1)RY49.70RX-120.00k-1. 1618E+000菲涅耳(2)RY-276.82RX-400.00k-4. 0447E+000ERFS(I)(圓筒面)RY0.00θ0.00R121. 00ERFS (2)(圓筒面)RY0. 00θ0. 00R395. 00ERFS (3)(圓錐面)RY0. 00θ-28. 84R213. 60偏心(1)X30. 00 Y0. 00 Z 0. 00α0. 00 β0. 00 γ 0. 00偏心(2)X0. 00 Y0. 00 Z 120. 00α0. 00 β0. 00 γ 0. 00偏心(3)X0. 00 Y42. 05 Z 400. 00α0. 00 β0. 00 γ 0. 00偏心(3)X0. 00 Y 77. 33 Z 0. 00α0. 00 β0. 00 γ 0. 00
實施例12面編號 曲率半徑 面間隔 偏心 折射率 阿貝數物體面 ⑴-2000. 001oo (入射瞳孔) 0. 00 偏心(1)2ERFS(I)0. 001.5163 64. 13ERFS (2)0. 004ERFS (3) (RE) 0. 00像面ERFS (4)偏心(2)ERFS(I) (Y 復曲面)RY 120. 00θ0.00R100. 00Cl-2. 0000Ε+000ERFS (2) (Y 復曲面)RY -120. 00θ0. 00R130. 00Cl-2. 0000Ε+000ERFS (3)(上下不對稱的 ERFS)RY -200. 00θ -16.00R 400. 00Cl -7. OOOOE-OO1C4 -1. 0000Ε-006ERFS (4) (Y 復曲面)RY-400. 00θ -25. 00R 214. 92偏心(1)X 30. 00 Y 0. 00 Z 0. 00α 0.00 β 0. 00 γ 0. 00
偏心(2)X 0. 00 Y 120. 00 Z 0. 00α 0.00 β 0. 00 γ 0. 00實施例13面編號 曲率半徑 面間隔 偏心 折射率 阿貝數物體面 ⑴-2000. 001οο (入射瞳孔) 0. 00 偏心(1)2ERFS(I)0. 001.5163 64. 1
3ERFS (2)0. 004ERFS (3)0. 00像面ERFS (4)偏心(2)ERFS(I) (Y 復曲面)RY100. 00θ0. 00R100. 00Cl-3. 6991Ε+000ERFS (2) (Y 復曲面)RY-100. 00θ0. 00R130.00Cl-5. 9467Ε-001ERFS (3)(上下不對稱的 ERFS)RY-219. 36θ-16. 00R100. 00Cl-4. 3365Ε+000C4-2. 0797Ε-006ERFS (4) (Y 復曲面)RY-508. 63θ-19.29R202. 71偏心(1)X30. 00 Y 0. 00Z 0. 00α0. 00 β 0. 00γ 0. 00偏心(2)X0. 00 Y 123. 41 Z0. 00α0. 00 β 0. 00γ 0. 00實施鑼 Ij 14面編號曲率半徑 面間隔 偏心 折射率 阿貝數物體面①-2000.001①(入射瞳孔)0.00 偏心(1)2ERFS(I)0. 001.516364. 13ERFS (2)0. 004ERFS (3)0. 00像面ERFS (4) 偏心(2)ERFS(I) (Y 復曲面)RY104.47
00. 00
R100.00
C1-1.5027E+000
ERFS(2) (Y 復曲面)
RY--228. 04
00. 00
R130.00
C1-3. 5566E+000
ERFS (3)(上下不對稱的ERFS)
RY--200. 53
00. 00
R400.00
C1-8.2605E--002
C4-1.1141E--006
ERFS (4)(Y復曲面)
RYoo
0-23. 28
R207. 49
偏心⑴
X30. 00Y 0.00Z 0. 00
a0. 003 0.00y 0.00
偏心⑵
X0. 00Y 140.06 Z 0.00
a0. 003 0.00 y 0.00
觀察者雙眼的眼睛寬度在偏心(1)中為X30mm，以60mm進行追蹤。
另外，光線追蹤是通過從觀察者眼球朝向視頻顯示元件3的逆光追蹤來進行追蹤的。
接;_表示上述各實施例中的各種數據的值。
各種數據實施例8實施例9 實施例10 實施例11
Ry-205. 4-300.0 -232. 7 -276.8
Rx400. 0400.0 400.0 400.0
Fy140. 0106.6 101.7 101.1
各種數據實施例12實施例13 實施例14
Ry-200.0-219. 4 -200.5
Rx-400.0-400. 0 -400.0
Fy121. 4102. 1 143. 2
接下來說明第3實施方式。第3實施方式是在第1實施方式或第2實施方式的目
鏡光學系統5的反射面5a與觀察者的瞳孔E之間配置了透射光學元件5b、5c的情況。
透射光學元件5b、5c至少由第1透射光學元件5b和第2透射光學元件5c這兩者構成。第3實施方式的光學系統的特徵在於反射光學元件5a中的像差的產生較少，雖然 可以觀察高視場角的視頻，然而配置於反射光學元件5a與觀察者眼球之間的僅在一個方 向具有較強正光焦度的透射光學元件所產生的像差就比較成為問題。於是在第3實施方式 中通過使用2個透射光學元件來減少像差的產生。另外，至少2個透射光學元件5b、5c由具有與反射面5a的旋轉對稱軸相同的旋轉 對稱軸的旋轉對稱面構成。通過使旋轉對稱軸與觀察者的上下方向一致，從而可憑藉在旋轉方向上將旋轉對 稱的反射光學元件5a延長，易於拓寬左右方向的視場角。另外，光學元件全部旋轉對稱，易 於光學元件的組裝。另外，至少2個透射光學元件5d關於第2剖面對稱配置。通過使透射光學元件5d對應於左右眼球從反射光學元件的旋轉對稱軸偏移，從 而可以消除由於眼睛寬度產生的偏心像差，能夠觀察到高精細的觀察像。更優選的是此時 右眼的左方向和左眼的右方向觀察到來自與不同眼球對應的透射光學元件5dL、5dR的光 線，因此優選在相鄰的2個透射光學元件5dL、5dR之間設置遮光板51。透射光學元件之一具有與反射面5a的旋轉對稱軸相同的旋轉對稱軸，另外一個 關於第2剖面而對稱配置。通過從旋轉對稱軸偏移的透射光學元件5f對像失真進行校正， 同時承擔包含旋轉對稱軸的剖面內的正光焦度，使將旋轉對稱軸與反射光學元件5a的旋 轉對稱軸一致的透射光學元件5e也承擔正光焦度，從而可以觀察到失真較少的高解析度 的觀察像。並且，第3實施方式的視覺顯示裝置除去至少2個透射光學元件的部分之外，可以 應用與第1實施方式或第2實施方式的視覺顯示裝置同樣的結構。例如可以僅使用由圓錐 狀的曲面構成的視頻顯示元件3代替視頻顯示元件3、投影光學系統4以及漫射板11。下面說明第3實施方式的實施例15 實施例17。圖56表示沿著實施例15的視覺顯示裝置1的目鏡光學系統5的旋轉對稱軸2獲 取的剖面圖，圖57表示俯視圖，圖58和圖59表示光學系統整體的橫向像差圖。本實施例15的視覺顯示裝置具有配置於通過未圖示的投影光學系統而投影的視 頻附近的漫射面11和使通過未圖示的投影光學系統投影的視頻作為遠方的虛像進行觀察 的目鏡光學系統5，目鏡光學系統5具有至少1個反射光學元件5a、由具有與反射光學元件 5a的反射面相同的旋轉對稱軸的旋轉對稱面構成的第1透射光學元件5b、配置於第1透射 光學元件5b與入射瞳孔E之間且由具有與反射光學元件5a的反射面相同的旋轉對稱軸的 旋轉對稱面構成的第2透射光學元件5c、包含目鏡光學系統5的逆光追蹤中從入射瞳孔E 的中心經過第1透射光學元件5b和第2透射光學元件5c朝反射光學元件5a前進的中心 主光線的視軸101，在包含視軸101的第1剖面和與第1剖面垂直且包含視軸101的第2剖 面上的成像次數不同。目鏡光學系統5具有兩個面由擴展旋轉自由曲面構成的第1透射光學元件5b、兩 個面由擴展旋轉自由曲面構成的第2透射光學元件5c、透光面和反射面由擴展旋轉自由曲 面構成的反射光學元件5a。漫射面11由圓錐面構成，通過未圖示的投影光學系統投影的視頻呈圓錐狀投影於漫射面11附近。在逆光追蹤中，從入射瞳孔E射出的光束通過目鏡光學系統5的第2透射光學元 件5c，經過目鏡光學系統5的第1透射光學元件5b，被反射光學元件5a反射，在漫射面11 進行中間成像。此後，從漫射面11射出的光束進入未圖示的投影光學系統。然後到達從未 圖示的視頻顯示元件的光軸偏離開的半徑方向的既定位置。該實施例15的規格為視場角(像差顯示) 上下50.00°左右 88°入射瞳孔直徑(逆追蹤) 15. 00圖60表示沿著實施例16的視覺顯示裝置1的目鏡光學系統5的旋轉對稱軸2獲 取的剖面圖，圖61表示俯視圖，圖62和圖63表示光學系統整體的橫向像差圖。本實施例16的視覺顯示裝置具有配置於通過未圖示的投影光學系統而投影的視 頻附近的漫射面11和使通過未圖示的投影光學系統投影的視頻作為遠方的虛像進行觀察 的目鏡光學系統5，目鏡光學系統5具有至少1個反射光學元件5a、對應於觀察者的左右眼 球的左透射光學元件5dL和右透射光學元件5dR、配置於左透射光學元件5dL與右透射光 學元件5dR之間的遮光板51、包含目鏡光學系統5的逆光追蹤中從入射瞳孔E的中心經過 左透射光學元件5dL或右透射光學元件5dR朝反射光學元件5a前進的中心主光線的視軸 101，在包含視軸101的第1剖面和與第1剖面垂直且包含視軸101的第2剖面上的成像次 數不同。目鏡光學系統5具有兩個面由擴展旋轉自由曲面構成的左透射光學元件5dL、兩 個面由擴展旋轉自由曲面構成的右透射光學元件5dR、透光面和反射面由擴展旋轉自由曲 面構成的反射光學元件5a。漫射面11由圓錐面構成，通過未圖示的投影光學系統投影的視頻呈圓錐狀投影 於漫射面11附近。在逆光追蹤中，從入射瞳孔E射出的光束經過目鏡光學系統5的左透射光學元件 5dL或右透射光學元件5dR，被反射光學元件5a反射，在漫射面11進行中間成像。此後，射 出漫射面11的光束進入未圖示的投影光學系統。然後到達從未圖示的視頻顯示元件的光 軸偏離開的半徑方向的既定位置。該實施例16的規格為視場角(像差顯示) 上下50.00°左右 88°入射瞳孔直徑(逆追蹤) 10.00圖64表示沿著實施例17的視覺顯示裝置1的目鏡光學系統5的旋轉對稱軸2獲 取的剖面圖，圖65表示俯視圖，圖66和圖67表示光學系統整體的橫向像差圖。本實施例17的視覺顯示裝置具有配置於通過未圖示的投影光學系統而投影的視 頻附近的漫射面11和使通過未圖示的投影光學系統投影的視頻作為遠方的虛像進行觀察 的目鏡光學系統5，目鏡光學系統5具有至少1個反射光學元件5a、由具有與反射光學元件 5a的反射面相同的旋轉對稱軸的旋轉對稱面構成的第1透射光學元件5e、對應於觀察者的 左右眼球的第2左透射光學元件5fL和第2右透射光學元件5fR、配置於第2左透射光學元件5fL與第2右透射光學元件5fR之間的遮光板51、包含目鏡光學系統5的逆光追蹤中從 入射瞳孔E的中心經過第1透射光學元件5e和第2透射光學元件5f朝反射光學元件5a前 進的中心主光線的視軸101，在包含視軸101的第1剖面和與第1剖面垂直且包含視軸101 的第2剖面上的成像次數不同。目鏡光學系統5具有兩個面由擴展旋轉自由曲面構成的第1透射光學元件5e、兩 個面由擴展旋轉自由曲面構成的第2左透射光學元件5fL、兩個面由擴展旋轉自由曲面構 成的第2右透射光學元件5fR、透光面和反射面由擴展旋轉自由曲面構成的反射光學元件 5 3. ο漫射面11由圓錐面構成，通過未圖示的投影光學系統投影的視頻呈圓錐狀投影 於漫射面11附近。 在逆光追蹤中，從入射瞳孔E射出的光束通過目鏡光學系統5的第2左透射光學 元件5fL或第2右透射光學元件5fR，經過第1透射光學元件5e，被反射光學元件5a反射， 在漫射面11進行中間成像。此後，射出漫射面11的光束進入未圖示的投影光學系統。然 後到達從未圖示的視頻顯示元件的光軸偏離開的半徑方向的既定位置。該實施例17的規格為視場角(像差顯示) 上下55.00°左右 88°入射瞳孔直徑(逆追蹤) 10. 00以下示出上述實施例15 實施例17的結構參數。並且下表中的「ERFS」表示擴 展旋轉自由曲面。另外，坐標系、偏心面等的定義與第1實施方式和第2實施方式相同。實施例15面編號 曲率半徑 面間隔 偏心 折射率 阿貝數物體面圓筒面(1) -2000. 001①(入射瞳孔) 0. 00偏心(1)2ERFS(I)0. 001.4918 57. 43ERFS (2)0. 004ERFS (3)0. 001.4918 57. 45ERFS (4)0. 006ERFS (5)0.001.4918 57.47ERFS (6)反射面 0.001.4918 57.48ERFS (5) 0. 009ERFS (7) 0. 00 偏心(2) 1.5163 64. 1像面ERFS (8) 0. 00 偏心(2)圓筒面(1)X方向曲率半徑-2000. 00Y方向曲率半徑 ①ERFS(I)RY c θ0. 00
CI-1.0000E+0001029]1030]RY97.561031]00.001032]R110.001033]1034]RY-356.591035]00.001036]R130.001037]1038]RY-249.491039]0-10.091040]R395.001041]CI4.5185E+0001042]1043]RY-249.491044]0-10.091045]R400.001046]CI4.5185E+0001047]1048]RYOO1049]0-11.781050]R151.991051]1052]RYOO1053]0-11.781054]R147.991055]偏心1056]X30.00Y1057]a0.001058]偏心1059]X30.00Y1060]a0.001061]偏心1062]X38.03Y1063]a0.001064]偏心1065]X0.00Y1066]a0.00
C4 -1.7113E-005 ERFS (3)
ERFS (4)
ERFS (5)
C4 -6.4704E-007 C5 ERFS(6)
C4 -6.4704E-007 C5 ERFS (7)
ERFS (8)
(1)
0.00Z0.00
0.00y0.00
⑵
0.00Z50.00
0.00y0.00
⑶
0.00Z70.00
0.00y0.00
⑷
93.84Z0.00
0.00y0.00
2.5075E-008
2.5075E-008[1067]觀察者雙眼的眼睛寬度在偏心(1)中為X30mm，在水平剖面中的光路圖中以60mm
進行追蹤。另外，光線追蹤是通過從觀察者眼球朝向視頻顯示元件3的逆光追蹤來進行追蹤 的。光路圖和像差圖中標記到水平視場角88°為止，而由於反射面是旋轉對稱的，因 此可以通過180°的水平視場角進行觀察。
權利要求
一種視覺顯示裝置，其具有視頻顯示元件和使顯示於上述視頻顯示元件上的視頻作為遠方的虛像進行觀察的目鏡光學系統，其特徵在於，上述目鏡光學系統具有至少1個反射光學元件；至少1個透射光學元件；以及視軸，其包含上述目鏡光學系統的逆光追蹤中從入射瞳孔的中心經過上述透射光學元件朝向上述反射光學元件的中心主光線，其中，在包含上述視軸的第1剖面和與上述第1剖面垂直且包含上述視軸的第2剖面上的成像次數不同。
2.根據權利要求1所述的視覺顯示裝置，其特徵在於，上述成像次數在上述第1剖面上 為0次，在上述第2剖面上為1次。
3.根據權利要求1所述的視覺顯示裝置，其特徵在於，上述反射光學元件以及上述透 射光學元件在上述第2剖面的方向上的折射率強。
4.根據權利要求1所述的視覺顯示裝置，其特徵在於，上述反射光學元件以及上述透 射光學元件關於一條旋轉對稱軸旋轉對稱。
5.根據權利要求4所述的視覺顯示裝置，其特徵在於，上述第2剖面包含上述旋轉對稱軸o
6.根據權利要求5所述的視覺顯示裝置，其特徵在於，上述反射光學元件在上述第2剖 面內相對於上述視軸偏心。
7.根據權利要求4所述的視覺顯示裝置，其特徵在於，上述視軸與上述旋轉對稱軸垂直。
8.根據權利要求1所述的視覺顯示裝置，其特徵在於，上述反射光學元件是形成為圓 筒狀的線性菲涅耳反射元件。
9.根據權利要求1所述的視覺顯示裝置，其特徵在於，上述反射光學元件在上述第2剖 面內在上述視軸的一側的形狀和另一側的形狀不同。
10.根據權利要求1所述的視覺顯示裝置，其特徵在於，上述透射光學元件是形成為彎 曲圓筒狀的線性菲涅耳透射元件。
11.根據權利要求1所述的視覺顯示裝置，其特徵在於，上述透射光學元件在上述第2 剖面內在上述視軸的一側的形狀和另一側的形狀不同。
12.根據權利要求1所述的視覺顯示裝置，其特徵在於，滿足以下的條件式(1)， Ry < Rx|... (1)，其中，Rx是在上述第1剖面內上述反射光學元件的反射面中的上述視軸所接觸的部位 附近的曲率半徑，Ry是在上述第2剖面內上述反射光學元件的反射面中的上述視軸所接觸的部位附近 的曲率半徑。
13.根據權利要求1所述的視覺顯示裝置，其特徵在於，滿足以下的條件式(2)， Fy < Rx |. . . (2)，其中，Fy是包含上述透射光學元件的旋轉對稱軸的剖面的焦距， Rx是在上述第1剖面內上述反射光學元件的反射面中的上述視軸所接觸的部位附近 的曲率半徑。
14.根據權利要求1所述的視覺顯示裝置，其特徵在於，至少具有2個上述透射光學元件。
15.根據權利要求14所述的視覺顯示裝置，其特徵在於，上述至少2個透射光學元件由 具有與反射面的旋轉對稱軸相同的旋轉對稱軸的旋轉對稱面構成。
16.根據權利要求14所述的視覺顯示裝置，其特徵在於，上述至少2個透射光學元件關 於上述第2剖面對稱配置。
17.根據權利要求14所述的視覺顯示裝置，其特徵在於，上述透射光學元件中的一個 具有與反射面的旋轉對稱軸相同的旋轉對稱軸，上述透射光學元件中的另一個關於上述第 2剖面對稱配置。
18.根據權利要求4所述的視覺顯示裝置，其特徵在於，上述視覺顯示裝置還具有 投影光學系統，其對顯示於上述視頻顯示元件上的視頻進行投影；以及漫射面，其配置於通過上述投影光學系統而投影的視頻附近， 該視覺顯示裝置將上述投影光學系統的投影像與上述旋轉對稱軸同心地配置。
19.根據權利要求18所述的視覺顯示裝置，其特徵在於，上述投影光學系統關於上述 旋轉對稱軸旋轉對稱。
20.根據權利要求4所述的視覺顯示裝置，其特徵在於，上述視頻顯示元件是關於上述 旋轉對稱軸旋轉對稱的曲面。
全文摘要
本發明提供一種視覺顯示裝置，該視覺顯示裝置由視頻顯示元件3和使顯示於視頻顯示元件3上的視頻作為遠方的虛像進行觀察的目鏡光學系統5構成，目鏡光學系統5具有至少1個反射光學元件5a、至少1個透射光學元件5b、包括在目鏡光學系統5的逆光追蹤之中從入射瞳孔E的中心經過透射光學元件5b而朝反射光學元件5a前進的中心主光線的視軸101，在包含視軸101的第1剖面和與第1剖面垂直且包含視軸101的第2剖面上的成像次數不同。
文檔編號G02B27/02GK101866052SQ20101014461
公開日2010年10月20日 申請日期2010年3月23日 優先權日2009年3月23日
發明者研野孝吉 申請人:奧林巴斯株式會社