专利名称：视觉显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及视觉显示装置，涉及能够显示较宽的观察视场角的视觉显示装置。
背景技术：
以往，作为观察虚像的光学系统，公知有专利文献1那样的光学系统。专利文献1日本特开平10-206790号公报但是，专利文献1中公知的技术虽然能够观察虚像，但是，观察视场角狭窄。
发明内容
本发明是鉴于现有技术的这种状况而完成的，其目的在于，提供能够鲜明地将较 宽观察视场角作为远方的影像进行观察的具有较长良视距的小型视觉显示装置。为了解决上述课题，本发明的视觉显示装置由以下部件构成影像显示元件；投 影光学系统，其对所述影像显示元件的影像进行投影；以及目镜光学系统，其使由所述投影 光学系统投影的影像作为远方的虚像进行观察，该视觉显示装置的特征在于，所述目镜光 学系统具有扩散面，其对由所述投影光学系统投影的影像进行扩散；反射光学元件，其具 有对由所述扩散面扩散的影像进行反射的至少一个反射面；以及使由所述反射光学元件反 射的影像透过的至少一个旋转非对称的透过光学元件，在任意的第一剖面和与所述第一剖 面正交的第二剖面中，成像次数不同。并且，其特征在于，所述成像次数在所述第一剖面中为0次，在所述第二剖面中为 1次。并且，其特征在于，所述反射光学元件和所述透过光学元件在所述第二剖面中的 折射率分别强于在所述第一剖面中的折射率。并且，其特征在于，所述反射光学元件相对于旋转对称轴旋转对称。并且，其特征在于，所述第二剖面包含所述旋转对称轴。并且，其特征在于，所述目镜光学系统在所述第二剖面内具有视轴，该视轴包含从 逆光线追踪中的入瞳的中心经过所述透过光学元件朝向所述反射光学元件的中心主光线， 所述反射光学元件在所述第二剖面内相对于所述视轴偏心。并且，其特征在于，所述视轴和所述旋转对称轴正交。并且，其特征在于，所述扩散面相对于所述旋转对称轴旋转对称。并且，其特征在于，所述反射光学元件具有圆筒状的线性菲涅耳的反射面。并且，其特征在于，所述反射光学元件在所述第二剖面内相对于所述视轴，一侧的 形状和另一侧的形状不同。并且，其特征在于，所述透过光学元件在所述第二剖面内相对于所述视轴，一侧的 形状和另一侧的形状不同。并且，其特征在于，所述透过光学元件由以下的面构成第一 Y超环面 (Toroidal)，其在包含所述反射光学元件的所述旋转对称轴在内的面内具有作为旋转中心的第一面旋转对称轴；以及第二 Y超环面，其具有与所述第一面旋转对称轴不同的第二面 旋转对称轴。并且，其特征在于，所述透过光学元件由自由曲面构成。在以上的本发明的视觉显示装置中，能够鲜明地将较宽观察视场角作为远方的影 像进行观察。
图1是本发明的视觉显示装置的概念图。图2是图1的俯视图。图3是将视觉显示装置与坐席组合起来应用的图。图4是示出实施方式的视觉显示装置的坐标系的图。图5是沿着本发明的实施例1的视觉显示装置的旋转对称轴取的剖面图。图6是图5的俯视图。图7是示出实施例1的光学系统整体的横向像差图的图。图8是示出实施例1的光学系统整体的横向像差图的图。图9是示出实施例1的用左眼观察时的基于逆光线追踪的扩散面(像面)上的像 失真的图。图10是沿着本发明的实施例2的视觉显示装置的旋转对称轴取的剖面图。图11是图10的俯视图。图12是示出实施例2的光学系统整体的横向像差图的图。图13是示出实施例2的光学系统整体的横向像差图的图。图14是示出实施例2的用左眼观察时的基于逆光线追踪的扩散面(像面)上的 像失真的图。图15是沿着本发明的实施例3的视觉显示装置的旋转对称轴取的剖面图。图16是图15的俯视图。图17是示出实施例3的光学系统整体的横向像差图的图。图18是示出实施例3的光学系统整体的横向像差图的图。图19是示出实施例3的用左眼观察时的基于逆光线追踪的扩散面(像面)上的 像失真的图。图20是在视觉显示装置的投影像附近配置瞳孔中继光学元件的图。图21是图20的俯视图。标号说明1 视觉显示装置；2 旋转对称轴；3 影像显示元件；4 投影光学系统；5目镜光 学系统；51 透过光学元件；52 反射光学元件；E 入瞳(逆光线追踪)。
具体实施例方式下面，根据实施例说明本发明的视觉显示装置。图1是本发明的视觉显示装置1 的概念图，图2是图1的俯视图。如图1和图2所示，本发明的视觉显示装置1由以下部件构成影像显示元件3 ；投影光学系统4，其对影像显示元件3的影像进行投影；以及目镜光学系统5，其使由投影光 学系统4投影的影像作为远方的虚像进行观察，其中，目镜光学系统5具有扩散面11，其 对由投影光学系统4投影的影像进行扩散；反射光学元件51，其具有对由扩散面11扩散的 影像进行反射的至少一个反射面；以及至少一个旋转非对称的透过光学元件52，其透过由 反射光学元件51反射的影像，在任意的第一剖面和与第一剖面正交的第二剖面中，成像次 数不同。一般地，当观察视场角取得较宽、良视距较长时，观察装置复杂。因此，进行光路折 弯，但是，由于光路彼此的干涉而无法将观察视场角取得较宽。并且，当为了减小投影光学 系统的光束直径、减轻投影光学系统的负担而使用扩散面时，光束与扩散面发生干涉，无法 将观察视场角取得较宽。在本发明中，使目镜光学系统5内的成像次数在任意的第一剖面和与第一剖面正 交的第二剖面中不同，由此，使光路收敛，成功地避免光路彼此的干涉问题。根据该结构，能 够观察水平视场角50°以上的观察像，仅在1个剖面内对像进行1次中继，所以，观察光路 与扩散板11或观察者的头部等与光束不会发生干涉，能够观察宽视场角的影像。并且，透过光学元件52具有对在两眼的光路中产生的像失真进行校正的作用，由 此，能够对由于集中而产生的平面或圆筒状的观察像的隆起或倾斜进行校正。并且，优选成像次数在第一剖面中为0次，在第二剖面中为1次。根据这种结构， 能够使偏心光路最小，能够提供小型的视觉显示装置。并且，优选反射光学元件51和透过光学元件52各自在第二剖面中的折射率强于 在第一剖面中的折射率。使光焦度强的剖面方向一致，由此，能够形成在反射光学元件51 与透过光学元件52中间仅在1个剖面方向上成像的中间像。由此，能够减小光束直径。并且，优选反射光学元件51相对于旋转对称轴2旋转对称。根据这种结构，能够 提供制造性显著提高且廉价的目镜光学系统5。并且，优选第二剖面包含旋转对称轴2。重点是，在具有旋转对称轴2的第二剖面 中，在目镜光学系统5内成像1次，在与旋转对称轴2正交的第一剖面内不成像。为了不在 与旋转对称轴2正交的第一剖面内引起光束的干涉，在第一剖面内增加成像次数的做法， 在像差校正方面是不理想的。另一方面，在具有旋转对称轴2的第二剖面内，当扩宽视场角 时光路发生干涉，所以，重点是进行一次成像。这是因为，在第二剖面中，能够比较自由地向 面赋予光焦度，即使成像1次也能够容易地进行像差校正。并且，优选目镜光学系统5在第二剖面内具有视轴101，该视轴101包含从逆光线 追踪中的入瞳的中心经过透过光学元件52朝向反射光学元件51的中心主光线，反射光学 元件51在第二剖面内相对于视轴101偏心。在具有旋转对称轴2的剖面内，能够自由设定 面的形状，在第一剖面内偏心配置，能够对在任意面内由于偏心而产生的偏心像差进行校 正。并且，优选视轴101和旋转对称轴2正交。在相对于观察者头部的上下方向的方 向配置旋转对称轴2，由此，能够观察左右方向上较宽的观察像。反射光学元件51扩宽在左 右方向旋转对称的面，在扩宽左右方向的视场角的情况下是优选的。与上下方向相比，人的 视觉在左右方向更宽，所以这是一致的。并且，优选扩散面11相对于旋转对称轴2旋转对称。使扩散面11旋转对称，由此，制造容易。并且，优选反射光学元件51具有圆筒状的线性菲涅耳的反射面。使将线性菲涅耳 透镜加工成反射面后的部件弯曲成圆筒状来构成反射面，由此，能够低成本地加工反射面。并且，优选反射光学元件51在第二剖面内相对于视轴101，一侧的形状和另一侧 的形状不同。反射面51b偏心，所以产生偏心像差。为了对其进行校正，优选在中心光线的 上下方向上改变形状，来校正偏心像差。并且，优选透过光学元件52在第二剖面内相对于视轴101，一侧的形状和另一侧 的形状不同。能够对第二剖面内的像面的倾斜进行校正，能够观察鲜明的观察像。并且，能 够使扩散面11的形状为圆筒，制造性提高。并且，优选透过光学元件52由以下的面构成第一 Y超环面，其在包含反射光学元 件51的旋转对称轴2在内的面内具有作为旋转中心的第一面旋转对称轴21 ；以及第二 Y超 环面，其具有与第一面旋转对称轴21不同的第二面旋转对称轴22。根据这种结构，能够减
小像差。并且，优选透过光学元件52由自由曲面构成。根据这种结构，能够减小像差。图3示出将视觉显示装置1与坐席S组合起来应用的图。坐席S是沙发或交通工 具等的坐席S，视觉显示装置1与该坐席S —体连接。因此，在坐席S具有倾斜机构的情况 下，根据倾斜的背面部Si的角度，视觉显示装置1也会改变其角度。下面说明本发明的视觉显示装置1的光学系统的实施例。这些光学系统的结构参 数在后面叙述，但是，例如如图4所示，基于将观察者的观察位置作为目镜光学系统5的逆 光线追踪中的入瞳E、通过入瞳E的光线经过目镜光学系统5朝向影像显示元件3的逆光线 追踪的结果。如图4所示，坐标系将目镜光学系统5的旋转对称轴2与连接入瞳E和反射光学 元件51的视轴101的交点0作为偏心光学系统的偏心光学面的原点0，将目镜光学系统5 的旋转对称轴2的从原点0朝向影像显示元件3侧的方向作为Y轴正方向，将从原点0起 的右方向(视轴101的方向)作为Z轴正方向，将图4的纸面内作为Y-Z平面。而且，将与 Y轴、Z轴一起构成右手正交坐标系的轴作为X轴正方向。关于偏心面，赋予了从定义有该面的坐标系的上述光学系统的原点的中心偏心的 偏心量(X轴方向、Y轴方向、Z轴方向分别为X、Y、Z)、以及对分别以由光学系统的原点所 定义的坐标系的X轴、Y轴、Z轴为中心的各面进行定义的坐标系的倾角(分别为α、β、 Y ))。该情况下，α和β的正向意味着相对于各轴正方向的逆时针，Y的正向意味着 相对于Z轴正方向的顺时针。另外，面的中心轴的α、β、Υ的旋转方式是使定义各面的坐 标系先绕着光学系统原点所定义的坐标系的X轴逆时针旋转α，然后绕着该旋转后的新坐 标系的Y轴逆时针旋转β，接着绕着该旋转后的又一个新的坐标系的Z轴顺时针旋转Y。并且，在构成各实施例的光学系统的光学作用面中特定的面与其后续的面构成共 轴光学系统的情况下，被赋予面间隔，此外，按照惯用法给出面的曲率半径、介质的折射率、 阿贝数。并且，在后述的结构参数中没有记载数据的系数项为0。关于折射率、阿贝数，表记 了相对于d线(波长587.56nm)的值。长度单位为mm。如上所述，利用从基准面偏心的偏 心量来表示各面的偏心。利用光圈面的X偏心来表示观察者双眼的眼宽。在水平剖面的光路图中以宽度60mm来表示。另外，菲涅耳面由使具有偶数次和奇数次的曲线绕着与Y轴平行地相隔RX的旋转 对称轴旋转而得到的旋转对称面构成，是使由以下的定义式给出的曲线旋转而得到的旋转 对称非球面。Z= (Y2/RY) / [1+ {1- (1+k) Y2/R2}1/2] +AY3+BY4+CY5+DY6+—... (a)其中，具有与Y轴平行的旋转对称轴，RX为旋转对称方向的曲率半径。这里，RY为 近轴曲率半径，k为圆锥常数，A、B、C、D...分别为3次、4次、5次、6次的非球面系数。并且，在本发明中使用的自由曲面的面形状由以下的式(b)定义。另外，设该定义 式的Z轴为自由曲面的轴。
Z= (r2/R) / [!+/"{Ι- (1+k) (r/R) 2Il
CO
+ Σ Cj X* Yb· · · (b)这里，(b)式的第一项为球面项，第二项为自由曲面项。球面项中，R 顶点的曲率半径k:圆锥常数r = ,/Χ2+F2 ο自由曲面项中 68Σ CjXnYn J=I— C ！+C2 X+ C3 Y+C4 X2 +C5 XY + C6 Y2+C7 X8 +C8 X2 Y + C9 XY2 +C10Y3+C11X4 +C12X3 Y+ C13X2 Y2 +C14XY3 +C15Y4+C16X5 +C17X4 Y +C18X3 Y2 +C19X2 Y3 +C20XY4十C 2丨 Y5+C22X6 +C23X5 Y+ C24X4 Y2 +C25X3 Y3 +C26X2 Y4+C27XY5 +C28Y6+C29X7 +C30X6 Y +C31X5 Y2 +C32X4 Y3 +C33X3 Y4+C34X2 Y5 +CssXY6 +C36Y7……其中，c」.(j为ι以上的整数)是系数。一般地，上述自由曲面在X-Z面、Y-Z面中均不具有对称面，但是，在本发明中，使X的奇数次项全部为0，由此，成为存在一个与Y-Z面平行的对称面的自由曲面。例如，在上 述定乂式(b)中？使 C2、C5、C7、C9、C ι” Cl” Ci6、Cm、C20、C23、C25、C27、C29、C3” C33、C35...白勺各 项的系数为0，由此能够实现。并且，使Y的奇数次项全部为0，由此，成为存在一个与X-Z面平行的对称面的自由 曲面。例如，在上述定义式中，使C3、C5、C8、 。10、。12、Ci4、Ci7、Ci9、C21 λ C23、C25^ C27、C30 Λ C32、C34 Λ C36...的各项的系数为0，由此能够实现。并且，设上述对称面的方向的任一方为对称面，关于与其对应的方向的偏心，例如 相对于与Y-Z面平行的对称面、光学系统的偏心方向为Y轴方向，相对于与X-Z面平行的对 称面、光学系统的偏心方向为X轴方向，由此，能够有效校正由于偏心而产生的旋转非对称 的像差，同时能够提高制造性。并且，如上所述，上述定义式(b)作为一个例子示出，本发明的自由曲面的特征在 于，使用仅有一个对称面的旋转非对称的面，来校正由于偏心而产生的旋转非对称的像差， 同时提高制造性，当然，相当于其他任意的定义式也能够得到相同效果。图5示出沿着实施例1的视觉显示装置1的目镜光学系统5的旋转对称轴2取的 剖面图，图6示出俯视图，图7和图8示出光学系统整体的横向像差图，图9示出实施例1 的用左眼观察时的基于逆光线追踪的扩散面(像面)上的像失真。本实施例1的目镜光学系统5具有扩散面11，其对由未图示的投影光学系统投 影的影像进行扩散；反射光学元件51，其具有对由扩散面11扩散的影像进行反射的至少一 个反射面；以及至少一个旋转非对称的透过光学元件52，其透过由反射光学元件51反射的 影像，在任意的第一剖面和与第一剖面正交的第二剖面中，成像次数不同。另外，在图5和 图6中，省略影像显示元件和投影光学系统。目镜光学系统5具有旋转非对称的透过光学元件52，其由两面为自由曲面的第 一面52a和第二面52b构成；反射光学元件51，其由圆筒面的第一面51a和菲涅耳面的第 二面51b构成；以及扩散面11，其由两面为圆筒面的第一面Ila和第二面lib构成。反射光学元件51和扩散面11形成为相对于旋转对称轴2旋转对称。并且，反射 光学元件51的反射面51b在第二剖面内相对于视轴101，一侧的形状和另一侧的形状不同。在逆光线追踪中，从目镜光学系统5的入瞳E出射的光束经过透过光学元件52的 第一面52a和第二面52b朝向反射光学元件51。在该透过光学元件52和反射光学元件51 之间的第二剖面内成像。接着，光束透过过反射光学元件51的第一面51a，在第二面51b中 进行反射，再次透过过第一面51a，朝向扩散面11。接着，光束经过扩散面11的第一面Ila 和第二面11b，在透过过第二面lib的附近成像。然后，经过未图示的投影光学系统，在影像 显示元件中成像。该实施例1的规格为视场角(像差显示)53°上下33°入瞳直径(逆追踪)15.00像失真率(Y/X)-0.58787图10示出沿着实施例2的视觉显示装置1的目镜光学系统5的旋转对称轴2取 的剖面图，图11示出俯视图，图12和图13示出光学系统整体的横向像差图，图14示出实 施例2的用左眼观察时的基于逆光线追踪的扩散面(像面)上的像失真。
本实施例2的目镜光学系统5具有扩散面11，其对由未图示的投影光学系统投 影的影像进行扩散；反射光学元件51，其具有对由扩散面11扩散的影像进行反射的至少一 个反射面；以及至少一个旋转非对称的透过光学元件52，其透过由反射光学元件51反射的 影像，在任意的第一剖面和与第一剖面正交的第二剖面中，成像次数不同。另外，在图10和 图11中，省略影像显示元件和投影光学系统。目镜光学系统5具有旋转非对称的透过光学元件52，其由两面为自由曲面的第 一面52a和第二面52b构成；反射光学元件51，其由圆筒面的第一面51a和菲涅耳面的第 二面51b构成；以及扩散面11，其由两面为圆筒面的第一面Ila和第二面lib构成。反射光学元件51和扩散面11形成为相对于旋转对称轴2旋转对称。并且，反射 光学元件51的反射面51b在第二剖面内相对于视轴101，一侧的形状和另一侧的形状不同。在逆光线追踪中，从目镜光学系统5的入瞳E出射的光束经过透过光学元件52的 第一面52a和第二面52b朝向反射光学元件51。在该透过光学元件52和反射光学元件51 之间的第二剖面内成像。接着，光束透过过反射光学元件51的第一面51a，在第二面51b中 进行反射，再次透过过第一面51a，朝向扩散面11。接着，光束经过扩散面11的第一面Ila 和第二面11b，在透过过第二面lib的附近成像。然后，经过未图示的投影光学系统，在影像 显示元件中成像。该实施例2的规格为视场角(像差显示)53 °上下33°入瞳直径(逆追踪)15.00像失真率(Y/X)-0.84427图15示出沿着实施例3的视觉显示装置1的目镜光学系统5的旋转对称轴2取 的剖面图，图16示出俯视图，图17和图18示出光学系统整体的横向像差图，图19示出实 施例3的用左眼观察时的基于逆光线追踪的扩散面(像面)上的像失真。本实施例3的目镜光学系统5具有扩散面11，其对由未图示的投影光学系统投 影的影像进行扩散；反射光学元件51，其具有对由扩散面11扩散的影像进行反射的至少一 个反射面；以及至少一个旋转非对称的透过光学元件52，其透过由反射光学元件51反射的 影像，在任意的第一剖面和与第一剖面正交的第二剖面中，成像次数不同。另外，在图15和 图16中，省略影像显示元件和投影光学系统。目镜光学系统5具有旋转非对称的透过光学元件52，其由两面为Y超环面的第 一面52a和第二面52b构成；反射光学元件51，其由圆筒面的第一面51a和菲涅耳面的第 二面51b构成；以及扩散面11，其由两面为圆筒面的第一面Ila和第二面lib构成。透过光学元件52的第一面52a形成为相对于第一面旋转对称轴21旋转对称，透 过光学元件52的第二面52b形成为相对于第二面旋转对称轴22旋转对称。并且，反射光 学元件51和扩散面11形成为相对于旋转对称轴2旋转对称。并且，反射光学元件51的反 射面51b在第二剖面内相对于视轴101，一侧的形状和另一侧的形状不同。在逆光线追踪中，从目镜光学系统5的入瞳E出射的光束经过透过光学元件52的 第一面52a和第二面52b朝向反射光学元件51。在该透过光学元件52和反射光学元件51 之间的第二剖面内成像。接着，光束透过过反射光学元件51的第一面51a，在第二面51b中 进行反射，再次透过过第一面51a，朝向扩散面11。接着，光束经过扩散面11的第一面Ila和第二—S 11b，在透过过第二面IIb的附近成像。然后，经过未图示的投影光学系统，在影像显示元件中成像。
该实施例3的规格为
视场角(像差显示)53° 上下33°
入瞳直径(逆追踪)15. 00
像失真率(Y/X)-0.57671
下面示出上述实施例1 3的结构参数。另外，以下表中的“FFS”表示自由曲面。
实施例1
面序号 曲率半径面间隔 偏心折射率 阿贝数
物面 00-2000.00
1 ①(入瞳)0. 00 偏心(1)
2 FFS[1]0. 00 偏心(2)1. 8348 42. 7
3 FFS[2]0. 00 偏心(3)
4 圆筒[1]0. 00 偏心(4)1.4918 57.4
5 菲涅耳[1]0. 00 偏心(5)1.4918 57.4
6 圆筒[1]0. 00 偏心(4)
7 圆筒[2]0. 00 偏心(6)
8 圆筒[3]0. 00 偏心(7)
像面 圆筒[3]偏心⑵
菲涅耳[1]
RY-392. 56
RX-400. 00
A 3.3730E-006 B2.2010E-008
圆筒[1]
RY
RX -395
圆筒[2]
RY
RX -165. 53
圆筒[3]
RY
RX -160. 53
FFS [1]
C4 -5. 7250E-003C61.6363E-003C10-3. 1919E-005
Cll -2. 1094E-007C13-3. 8071E-007C15-3. 4790E-008
FFS [2]
C4 -4. 1105E-003 C6-7. 3143E-003 ClO-3.7233E-005
Cll -6. 2007E-008 C6-6.0594E-007 C103.8807E-007
偏心[1]0175]α0. 00 β 0. 00 γ0.000176]实施例20177]面序号 曲率半径面间隔偏心0178]物面 00-2000.000179]1⑴(入瞳)0. 00 偏心(1)0180]2FFS[1]0.00 偏心⑵0181]3FFS [2]0.00 偏心(3)0182]4圆筒[1]0.00 偏心⑷0183]5菲涅耳[1] 0.00偏心(5)0184]6圆筒[1] 0.00偏心⑷0185]7圆筒[2] 0.00偏心(6)0186]8圆筒[3] 0.00偏心⑵0187]像 S圆筒[3]偏心⑵0188]菲涅耳[1]0189]RY--319. 840190]RX--3000191]A9.6031Ε-006B6.6694Ε-0080192]圆筒[1]0193]RYOO0194]RX-295
折射率 阿贝数
1. 8348
1. 4918 4918
42. 7
57. 4 57. 4
Z 0. 00
Y 0. 00
Z 115.51
Y
.00 Y 00
2
0. 00 145. 51
0. 00 β 0. 00
0. 00
30 0.
丨
0. 00 Y
X
α
偏
X
α 0. 00 β 0. 00 γ
偏心[3]
Z
00
0
Y
00
X 0
α 0.00 β 0. 00 γ 0. 00
偏心[4]
395. 00
Z
00
0
Y
00
0
X
α 0.00 β 0. 00 γ 0. 00
偏心[5]
X 0. 00 Y 41. 24 Z 400. 00
00 β 0. 00 γ 0. 00
α 0. 偏心[6
165. 53
Z
70
86
Y
00
X 0
α 0.00 β 0. 00 γ 0. 00
偏心[7]
160.53
Z
70
86
Y
00
X 0
0156]
0157]
0158]
0159]
0160] 0161] 0162]
0163]
0164]
0165]
0166]
0167]
0168]
0169]
0170]
0171]
0172]
0173]
0174]
12[Ol95] 圆筒[2][Ol 96] [Y oo[Ol97] [X —125．09[Ol98] 圆筒[3][Ol 99] [Y oo
[X —120．09
FFS[1]
C4—6．6608[一003 C6 6．0470[一003 ClO一6．1 168[一005
Cl l一4．0967[一007 C13一1．5489[一006 C15一1．6580[一006
FFS[2]
C4 —4．6 162[一003 C6—4．5047[一003 ClO一5．9683[一005
Cl l—1．0357[一007 C13一1．5348[一006 C15—9．6975[一007
偏心[1]
X 30．00 Y 0．00 Z 0．00
o 0．00 p 0．00 Y 0．00
偏心[2]
] X o．oo Y o．oo Z 96．86
o 0．00 p 0．00 Y 0．00
偏心[3]
X 一30．00 Y 0．00 Z 126．86
o 0．00 p 0．00 Y 0．00
偏心[4]
X 一30．00 Y 0．00 Z 295．00
o 0．00 p 0．00 Y 0．00
偏心[5]
X 0．00 Y 41．24 Z 300．00
o 0．00 p 0．00 Y 0．00
偏心[6]
X 0．00 Y 86．70 Z 125．09
o 0．00 p 0．00 Y 0．00
偏心[7]
X 0．00 Y 86．70 Z 120．09
o 0．00 p 0．00 Y 0．00
实施例3
面序号 曲率半径 面间隔 偏心折射率阿贝数
物面oo一2000．00
loo(入瞳) 0．00 偏心(1)
2Y超环[1] 0．00 偏心(2)1．8348 42．7
3Y超环[2] 0．00 偏心(3)
圆筒[1]RY ooRX -395圆筒[2]RY c RX-170. 07圆筒[3]RY ooRX-165. 07Y 超环[1]RY 96. 66RX -99. 43Y 超环[2]RY-152. 33RX-139. 67偏心[1]X 30. 00 Y 0. 00 Z Oα 0.00 β 0. 00 Y O偏心[2]X 0. 00 Y 0. 00 Z 103α 0. 00 β 0. 00 γ 0. 00偏心[3]X 0.00 Y 0.00 Z 133.981α 0.00 β 0. 00 γ 0. 00偏心[4]X 0.00 Y 0.00 Z 395.00α 0.00 β 0. 00 γ 0. 00偏心[5]X 0. 00 Y 46. 29 Z 400. 004圆筒[1]0.00
5菲涅耳[1]0.00
6圆筒[1]0.00
7圆筒[2]0.00
8圆筒[3]0.00
像[S圆筒[3]
菲涅耳[1]
RY-395.33
RX-400.00
A1.9197E-006 B1 239
α 0. 00 β 0. 00 γ 0. 00偏心[6]X 0. 00 Y 92. 06 Z 170. 07α 0. 00 β 0. 00 γ 0. 00偏心[7]X 0.00 Y 92.06 Z 165.07α 0. 00 β 0. 00 γ 0. 00以上说明了本实施方式，而进一步优选如图20和图21所示，在投影像附近配置光 瞳中继光学元件6，以使投影光学系统的出瞳和目镜光学系统的入瞳E —致。进一步优选配置与左右眼球对应的2个投影光学系统，在扩散面上投影2个投影 光学系统的投影像，同时，以不引起2个影像的串扰的方式对扩散面的扩散角进行控制，也 能够观察立体像。通过使扩散面为全息扩散面，由此，能够避免观察到扩散面本身的问题。 并且，通过使扩散面旋转或振动，由此，也能够解决上述问题。进而，目镜光学系统5为半透过面，由此，能够构成为重叠显示外界影像和电子像 的所谓的组合器。该情况下，优选为在圆环状的基盘上粘贴全息元件的具有凹面镜的作用 的组合器。观察到的虚像面(追踪上为物体面)假设了前方2m，但是，这是能够任意设定的。 并且，在观察面为有限距离的情况下，观察面也成为相对于旋转对称轴2旋转对称的圆筒 状的观察面。
权利要求
1.一种视觉显示装置，该视觉显示装置由以下部分构成 影像显示元件；投影光学系统，其对所述影像显示元件的影像进行投影；以及 目镜光学系统，其使由所述投影光学系统投影的影像作为远方的虚像进行观察， 该视觉显示装置的特征在于， 所述目镜光学系统具有扩散面，其对由所述投影光学系统投影的影像进行扩散；反射光学元件，其具有对由所述扩散面扩散的影像进行反射的至少一个反射面；以及 至少一个旋转非对称的透过光学元件，其使由所述反射光学元件反射的影像透过， 在任意的第一剖面和与所述第一剖面正交的第二剖面中，成像次数不同。
2.根据权利要求1所述的视觉显示装置，其特征在于，所述成像次数在所述第一剖面中为0次，在所述第二剖面中为1次。
3.根据权利要求1或2所述的视觉显示装置，其特征在于，所述反射光学元件和所述透过光学元件在所述第二剖面中的折射率分别强于在所述 第一剖面中的折射率。
4.根据权利要求1所述的视觉显示装置，其特征在于， 所述反射光学元件相对于旋转对称轴旋转对称。
5.根据权利要求4所述的视觉显示装置，其特征在于， 所述第二剖面包含所述旋转对称轴。
6.根据权利要求5所述的视觉显示装置，其特征在于，所述目镜光学系统在所述第二剖面内具有视轴，该视轴包含从逆光线追踪中的入瞳的 中心经过所述透过光学元件朝向所述反射光学元件的中心主光线， 所述反射光学元件在所述第二剖面内相对于所述视轴偏心。
7.根据权利要求4所述的视觉显示装置，其特征在于， 所述视轴和所述旋转对称轴正交。
8.根据权利要求4所述的视觉显示装置，其特征在于， 所述扩散面相对于所述旋转对称轴旋转对称。
9.根据权利要求1所述的视觉显示装置，其特征在于， 所述反射光学元件具有圆筒状的线性菲涅耳反射面。
10.根据权利要求1所述的视觉显示装置，其特征在于，所述反射光学元件在所述第二剖面内相对于所述视轴，一侧的形状和另一侧的形状不同。
11.根据权利要求1所述的视觉显示装置，其特征在于，所述透过光学元件在所述第二剖面内相对于所述视轴，一侧的形状和另一侧的形状不同。
12.根据权利要求1所述的视觉显示装置，其特征在于， 所述透过光学元件由以下的面构成第一 Y超环面，其在包含所述反射光学元件的所述旋转对称轴在内的面内具有作为旋 转中心的第一面旋转对称轴；以及第二 Y超环面，其具有与所述第一面旋转对称轴不同的第二面旋转对称轴。
13.根据权利要求1所述的视觉显示装置，其特征在于， 所述透过光学元件由自由曲面构成。
全文摘要
本发明提供能够鲜明地将较宽观察视场角作为远方的影像进行观察的具有较长良视距的小型视觉显示装置。视觉显示装置(1)由以下部件构成影像显示元件(3)；投影光学系统(4)，其对影像显示元件(3)的影像进行投影；以及目镜光学系统(5)，其使由投影光学系统(4)投影的影像作为远方的虚像进行观察，其特征在于，目镜光学系统(5)具有扩散面(11)，其对由投影光学系统(4)投影的影像进行扩散；反射光学元件(51)，其具有对由扩散面(11)扩散的影像进行反射的至少一个反射面；以及至少一个旋转非对称的透过光学元件(52)，其使由反射光学元件(51)反射的影像透过，在任意的第一剖面和与所述第一剖面正交的第二剖面中，成像次数不同。
文档编号G02B25/04GK101995661SQ20101025180
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月11日 优先权日2009年8月20日
发明者研野孝吉 申请人:奥林巴斯株式会社