專利名稱：觀察光學(xué)系統(tǒng)及使用了該系統(tǒng)的圖象顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及觀察光學(xué)系統(tǒng)及使用了該系統(tǒng)的圖像顯示裝置，特別是涉及進(jìn)行了改進(jìn)的觀察光學(xué)系統(tǒng)及使用了該系統(tǒng)的頭載顯示器等圖像顯示裝置，該觀察光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)小型的、極大地抑制了光量損耗的目鏡光學(xué)系統(tǒng)，能夠觀察利用反射型液晶顯示元件等的反射光來(lái)顯示圖像的那種顯示元件的明亮的圖像。
背景技術(shù)：
本發(fā)明還涉及例如在頭載顯示器等圖像顯示裝置的光學(xué)系統(tǒng)中透過(guò)外界等進(jìn)行觀察的透明觀察光學(xué)系統(tǒng)。
近年來(lái)，伴隨頭載顯示器和眼鏡型顯示器的發(fā)展，緊湊的目鏡光學(xué)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)取得了進(jìn)展，設(shè)計(jì)出了特開(kāi)平7-333551號(hào)、特開(kāi)平8-50256號(hào)、或特開(kāi)平8-234137號(hào)等中記載的采用薄型緊湊的偏心棱鏡的目鏡光學(xué)系統(tǒng)。它們都是反射面具有放大能力、光路曲折的緊湊的目鏡光學(xué)系統(tǒng)，使用具有變形的反射面或具有一個(gè)對(duì)稱面的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱反射面，修正由具有放大能力的偏心反射面發(fā)生的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱偏心像差。
另外，關(guān)于顯示觀察圖像的液晶顯示元件，為了形成更明亮的容易觀察的圖像，開(kāi)發(fā)了反射型液晶顯示元件，特開(kāi)平10-268306號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了還包含其照明形態(tài)的反射型液晶顯示元件。
另外，作為使用反射型液晶顯示元件等的比透射型更明亮的反射型圖像顯示元件的目鏡光學(xué)系統(tǒng)，已知有美國(guó)專利第5771124號(hào)。
可是，美國(guó)專利第5771124號(hào)中公開(kāi)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)必須用玻璃構(gòu)成全部光學(xué)零件，變得很重，另外，結(jié)構(gòu)本身也由于零件個(gè)數(shù)多而變得龐大。另外，由于朝向反射型圖像顯示元件的照明光以相對(duì)于畫(huà)面的垂直方向傾斜很大的方向入射，所以損失了亮度。
因此，根據(jù)特開(kāi)平10-268306號(hào)，雖然考慮了從大致垂直于觀察光學(xué)系統(tǒng)的反射型圖像顯示元件的顯示面的方向進(jìn)行照明，但美國(guó)專利第5771124號(hào)中的目鏡光學(xué)系統(tǒng)由于欠缺緊湊性等，所以并不是所希望的。
因此，可以考慮將緊湊性好的特開(kāi)平7-333551號(hào)、特開(kāi)平8-50256號(hào)、特開(kāi)平8-234137號(hào)等中設(shè)計(jì)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)和大致垂直于基于特開(kāi)平10-268306號(hào)的顯示面進(jìn)行照明的反射型圖像顯示元件組合起來(lái)，構(gòu)成明亮而緊湊的觀察光學(xué)系統(tǒng)。
可是，使用上述現(xiàn)有的偏心棱鏡的目鏡光學(xué)系統(tǒng)由于以使用透射型的圖像顯示元件為前提，所以圖像顯示元件和偏心棱鏡的入射面之間的距離短。因此，不能取得將照亮反射型圖像顯示元件的顯示面的光學(xué)構(gòu)件配置在圖像顯示元件和偏心棱鏡之間的空間，所以反射型圖像顯示元件與美國(guó)專利第5771124號(hào)一樣，不得不將光源相對(duì)于光軸配置得呈較大的傾斜狀態(tài)，以便使照明光從傾斜的方向照射顯示面。
在相對(duì)于光軸傾斜較大地配置反射型圖像顯示元件的情況下，特別是在使用反射型液晶顯示元件的情況下，由于反射型圖像顯示元件對(duì)其視角的依賴性，不能充分地發(fā)揮反射型圖像顯示元件的亮度。另外，由于物體表面相對(duì)于光軸傾斜，所以為了能垂直于無(wú)彎曲、扭曲的光軸觀察其像，目鏡光學(xué)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)太大。
另外，為了用構(gòu)成這樣的現(xiàn)有的目鏡光學(xué)系統(tǒng)的厚的棱鏡光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成透視外界等的透明光學(xué)系統(tǒng)，一般是用同一形狀的面構(gòu)成接目一側(cè)的表面和外界一側(cè)的表面，使透明光路的放大能力為0。
可是，在上述棱鏡光學(xué)系統(tǒng)接目一側(cè)的表面不是平面的情況下，即使透明光路的放大能力為0，其角放大率也不是1，在用一只眼觀察該棱鏡光學(xué)系統(tǒng)、使另一只眼裸露的罩在一只眼上的頭載型圖像顯示裝置的情況下，如果用兩只眼觀察，則存在不能使左右兩眼中的像合成一個(gè)像的問(wèn)題。
發(fā)明的公開(kāi)本發(fā)明就是鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的以上的問(wèn)題而完成的，其目的在于提供一種使用由偏心棱鏡構(gòu)成的目鏡光學(xué)系統(tǒng)和反射型圖像顯示元件的小型明亮、高性能的觀察光學(xué)系統(tǒng)及使用了它的圖像顯示裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供這樣一種觀察光學(xué)系統(tǒng)，即在透過(guò)由圖像顯示元件形成顯示圖像的棱鏡光學(xué)系統(tǒng)等目鏡光學(xué)系統(tǒng)透明地觀察外界等的情況下，與用肉眼觀察的情況相同，能看到外界等。
達(dá)到上述第一個(gè)目的的本發(fā)明的第一個(gè)觀察光學(xué)系統(tǒng)備有反射型圖像顯示裝置和目鏡光學(xué)系統(tǒng)，上述反射型圖像顯示裝置通過(guò)反射從形成觀察用的圖像的顯示面的前側(cè)入射的照明光束，顯示圖像，上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)將上述圖像引導(dǎo)到應(yīng)位于觀察者的眼球的瞳孔位置，該觀察光學(xué)系統(tǒng)的特征在于上述圖像顯示裝置有照明裝置；以及引導(dǎo)照明光束的照明光導(dǎo)光光學(xué)裝置，以便能從上述顯示面的前側(cè)照射從上述照明裝置射出的光束，上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)備有棱鏡構(gòu)件，該棱鏡構(gòu)件有使從上述反射型圖像顯示裝置反射的顯示光束通過(guò)上述照明光導(dǎo)光光學(xué)裝置后入射到棱鏡內(nèi)的入射面；使光束在棱鏡內(nèi)反射的至少一個(gè)反射面；以及將光束射出到棱鏡外的射出面，上述棱鏡構(gòu)件的上述至少一個(gè)反射面相對(duì)于光軸偏心配置，形成旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的曲面形狀，用來(lái)修正由于該偏心而發(fā)生的偏心像差，同時(shí)對(duì)光束提供放大能力，將其構(gòu)成為，上述棱鏡構(gòu)件的入射面和上述反射型圖像顯示裝置的顯示面之間的間隔滿足下面的條件式，將上述圖像引導(dǎo)到上述瞳孔位置。
0.6＜L/H＜3.1式中，L是反射型圖像顯示裝置的顯示面與光軸相交的圖像中心位置和棱鏡構(gòu)件的入射面與光軸相交的位置之間的間隔，H是反射型圖像顯示裝置的像高(在顯示面為四邊形的情況下為對(duì)角線長(zhǎng)度)。
達(dá)到上述另一目的的本發(fā)明的第二個(gè)觀察光學(xué)系統(tǒng)備有形成供觀察者觀察的第一像的像形成構(gòu)件；將上述像形成構(gòu)件形成的像引導(dǎo)到觀察者的眼球中的目鏡光學(xué)系統(tǒng)；以及配置在比上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)更靠近上述第二像一側(cè)的透明光學(xué)元件，以便將與上述第一像不同的第二像引導(dǎo)到觀察者的眼球中，該觀察光學(xué)系統(tǒng)的特征在于上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)至少有曲面形狀的反射面，以便使來(lái)自上述第一像的光束反射，引導(dǎo)到觀察者眼球一側(cè)，上述反射面具有使來(lái)自透過(guò)了上述透明光學(xué)元件的上述第二像的光束透過(guò)的作用，上述透明光學(xué)元件被配置在比上述反射面更靠近上述第二像一側(cè)，與上述反射面相距某一間隔，將其構(gòu)成為，來(lái)自上述第二像的光束透過(guò)上述透明光學(xué)元件和上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，上述透明光學(xué)元件和上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)合成的光學(xué)放大能力P大約為0，而且，角放大率β大約為1。
達(dá)到上述另一目的的本發(fā)明的第三個(gè)觀察光學(xué)系統(tǒng)備有形成供觀察者觀察的第一像的像形成構(gòu)件；將上述像形成構(gòu)件形成的像引導(dǎo)到觀察者的眼球中的目鏡光學(xué)系統(tǒng)；以及配置在比上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)更靠近上述第二像一側(cè)的透明光學(xué)元件，以便將與上述第一像不同的第二像引導(dǎo)到觀察者的眼球中，該觀察光學(xué)系統(tǒng)的特征在于上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)至少有曲面形狀的反射面，以便使來(lái)自上述第一像的光束反射，引導(dǎo)到觀察者眼球一側(cè)，上述反射面具有使來(lái)自透過(guò)了上述透明光學(xué)元件的上述第二像的光束透過(guò)的作用，上述透明光學(xué)元件被配置在比上述反射面更靠近上述第二像一側(cè)，與上述反射面緊密接觸，將其構(gòu)成為，來(lái)自上述第二像的光束透過(guò)上述透明光學(xué)元件和上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，上述透明光學(xué)元件和上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)合成的光學(xué)放大能力P大約為0。
達(dá)到上述另一目的的本發(fā)明的第四個(gè)觀察光學(xué)系統(tǒng)備有形成供觀察者觀察的第一像的像形成構(gòu)件；將上述像形成構(gòu)件形成的像引導(dǎo)到觀察者的眼球中的目鏡光學(xué)系統(tǒng)；以及配置在比上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)更靠近上述第二像一側(cè)的透明光學(xué)元件，以便將與上述第一像不同的第二像引導(dǎo)到觀察者的眼球中，該觀察光學(xué)系統(tǒng)的特征在于上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)至少有曲面形狀的反射面，以便使來(lái)自上述第一像的光束反射，引導(dǎo)到觀察者眼球一側(cè)，上述反射面具有使來(lái)自透過(guò)了上述透明光學(xué)元件的上述第二像的光束透過(guò)的作用，上述透明光學(xué)元件被配置在比上述反射面更靠近上述第二像一側(cè)，與上述反射面緊密接觸，將其構(gòu)成為，來(lái)自上述第二像的光束透過(guò)上述透明光學(xué)元件和上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，上述透明光學(xué)元件和上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)合成的角放大率β大約為1。
以下順便說(shuō)明本發(fā)明中取上述結(jié)構(gòu)的理由和作用。
在發(fā)明的第一方面中，觀察光學(xué)系統(tǒng)備有反射型圖像顯示裝置和目鏡光學(xué)系統(tǒng)，上述反射型圖像顯示裝置通過(guò)反射從形成觀察用的圖像的顯示面的前側(cè)入射的照明光束，顯示圖像，上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)將該圖像引導(dǎo)到應(yīng)位于觀察者的眼球的瞳孔位置，在該觀察光學(xué)系統(tǒng)中，該圖像顯示裝置有照明裝置，以及引導(dǎo)照明光束的照明光導(dǎo)光光學(xué)裝置，以便能從顯示面的前側(cè)照射從該照明裝置射出的光束。
這樣，在發(fā)明的第一方面的觀察光學(xué)系統(tǒng)中，備有引導(dǎo)照明光束的照明光導(dǎo)光光學(xué)裝置，以便能從反射型圖像顯示裝置的顯示面的前側(cè)照射從照明裝置射出的光束，因此，能從前側(cè)大致垂直地照亮顯示面，能構(gòu)成明亮的觀察光學(xué)系統(tǒng)。
另外，由于目鏡光學(xué)系統(tǒng)備有棱鏡構(gòu)件，該棱鏡構(gòu)件有使從圖像顯示裝置反射的顯示光束入射到棱鏡內(nèi)的入射面；使光束在棱鏡內(nèi)反射的至少一個(gè)反射面；以及將光束射出到棱鏡外的射出面，所以能構(gòu)成薄而小型的觀察光學(xué)系統(tǒng)。
另外，由于該棱鏡構(gòu)件的至少一個(gè)反射面相對(duì)于光軸偏心配置，形成旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的曲面形狀，用來(lái)修正由于該偏心而發(fā)生的偏心像差，同時(shí)對(duì)光束提供放大能力，所以能構(gòu)成既有高的光學(xué)性能、且小型、重量輕的高性能的觀察光學(xué)系統(tǒng)。
透鏡式的折射光學(xué)元件由于其邊界面有曲率，所以能開(kāi)始具有放大能力。因此，光線在透鏡的邊界面上折射時(shí)，不能避免發(fā)生由折射光學(xué)元件的色散特性引起的色像差。其結(jié)果，一般情況下出于修正色像差的目的，可以附加另一折射光學(xué)元件。
另一方面，反射鏡或棱鏡等之類的反射光學(xué)元件即使在其反射面上具有放大能力，在原理上也不發(fā)生色像差，不需要只是為了修正色像差的目的而附加另一光學(xué)元件。因此，使用反射光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)與使用折射光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)相比，從修正色像差的觀點(diǎn)來(lái)看，前者能減少光學(xué)元件的構(gòu)成個(gè)數(shù)。
同時(shí)，使用反射光學(xué)元件的反射光學(xué)系統(tǒng)由于使光路折疊，所以與折射光學(xué)系統(tǒng)相比，能使光學(xué)系統(tǒng)本身減小。
另外，由于反射面的偏心誤差靈敏度比折射面的高，所以組裝調(diào)整時(shí)要求的精度高?？墒?，在反射光學(xué)元件中，由于棱鏡的各個(gè)面的相對(duì)位置關(guān)系是固定的，所以作為棱鏡單體控制偏心即可，不需要在必要以上的組裝精度、調(diào)整上花費(fèi)工時(shí)。
另外，棱鏡有作為折射面的入射面和射出面、以及反射面，與只有反射面的反射鏡相比，像差修正的自由度大。特別是反射面分擔(dān)了所希望的放大能力的大部分，減小了作為折射面的入射面和射出面的放大能力，所以與反射鏡相比，能經(jīng)常確保增大像差修正的自由度，且與透鏡等之類的折射光學(xué)元件相比，能顯著減小色像差的發(fā)生。另外，由于在棱鏡內(nèi)部充滿比空氣的折射率高的透明體，所以與空氣相比能延長(zhǎng)光路長(zhǎng)度，比起配置在空氣中的透鏡或反射鏡等，光學(xué)系統(tǒng)能薄型化、小型化。
另外，目鏡光學(xué)系統(tǒng)不用說(shuō)其中心的性能，就是其周邊也要求具有良好的成像性能。在一般的共軸光學(xué)系統(tǒng)的情況下，由于軸外光線的高度符號(hào)在光圈前后顛倒，所以相對(duì)于光學(xué)元件的光圈的對(duì)稱性被破壞，致使軸外像差惡化。因此，一般是將光圈夾在中間配置折射面，充分地滿足相對(duì)于光圈的對(duì)稱性，進(jìn)行軸外像差的修正。
在發(fā)明的第一方面中，如上所述，由具有入射面、至少一個(gè)反射面和射出面的棱鏡構(gòu)件構(gòu)成，使其至少一個(gè)反射面相對(duì)于光軸偏心配置，形成旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的曲面形狀，用來(lái)修正由于該偏心而發(fā)生的偏心像差，同時(shí)對(duì)光束提供放大能力，所以不僅中心而且軸外像差也能得以良好地修正。
由于采取這樣的發(fā)明的第一方面的基本結(jié)構(gòu)，所以與使用折射光學(xué)系統(tǒng)或旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的反射光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)相比，能獲得光學(xué)元件的構(gòu)成個(gè)數(shù)少、從中心至周邊性能良好的小型的目鏡光學(xué)系統(tǒng)。
這里，在逆光線跟蹤中，將通過(guò)瞳孔中心到達(dá)反射型圖像顯示元件的顯示面的中心的光線作為軸上主光線時(shí)，如果本發(fā)明的棱鏡構(gòu)件的至少一個(gè)反射面相對(duì)于軸上主光線不偏心，則軸上主光線中的入射光線和反射光線取同一光路，由此軸上主光線在光學(xué)系統(tǒng)中被遮斷。其結(jié)果，只有中心部分被遮光的光束才形成像故中心變暗，或者不是全部都在中心成像。
另外，當(dāng)然也能使帶有放大能力的反射面相對(duì)于軸上主光線偏心。
另外，在使帶有放大能力的反射面相對(duì)于軸上主光線偏心的情況下，在構(gòu)成棱鏡構(gòu)件的面中希望至少有一個(gè)反射面是旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱面。
以下詳細(xì)說(shuō)明其理由。首先說(shuō)明所使用的坐標(biāo)系、旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱面。軸上主光線將用與光學(xué)系統(tǒng)的第一面交叉之前的直線定義的光軸作為Z軸，將與該Z軸正交、而且構(gòu)成目鏡光學(xué)系統(tǒng)的各面的偏心面內(nèi)的軸定義為Y軸，將與上述光軸正交、而且與上述Y軸正交的軸作為X軸。另外，光線的跟蹤方向如上所述，用從瞳孔朝向反射型圖像顯示元件的逆光線跟蹤進(jìn)行說(shuō)明。
一般說(shuō)來(lái)，在只用球面透鏡構(gòu)成的球面透鏡系統(tǒng)中，使由球面發(fā)生的球面像差和彗形像差、像面彎曲等像差在幾個(gè)面上互相修正，作為整體呈像差少的結(jié)構(gòu)。
另一方面，為了用個(gè)數(shù)少的面很好地修正像差，所以采用旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面等。這是為了減少在球面上發(fā)生的各種像差本身。
可是，在偏心的光學(xué)系統(tǒng)中，不可能用旋轉(zhuǎn)對(duì)稱光學(xué)系統(tǒng)修正由偏心發(fā)生的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的像差。由該偏心發(fā)生的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的像差有畸變像差、像面彎曲、甚至也在軸上發(fā)生的像散、彗形像差等。
首先，說(shuō)明旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的像面彎曲。例如，從無(wú)限遠(yuǎn)的物點(diǎn)入射到偏心的凹面鏡上的光線接觸凹面鏡后反射成像，但光線接觸凹面鏡后，在像的邊界一側(cè)為空氣的情況下，至像面后側(cè)的焦距為光線接觸部分的曲率半徑的一半。于是，如圖23所示，形成相對(duì)于軸上主光線傾斜的像面。這樣，為了修正旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的像面彎曲，不可能采用旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的光學(xué)系統(tǒng)。
為了用作為傾斜的像面彎曲的發(fā)生源的凹面鏡M本身修正該傾斜的像面彎曲，用旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的面構(gòu)成凹面鏡M，在該例中如果沿Y軸正向曲率增大(折射能力強(qiáng))，沿Y軸負(fù)向曲率減小(折射能力弱)，則能進(jìn)行修正。另外，通過(guò)將具有與上述結(jié)構(gòu)相同效果的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱面配置在與凹面鏡M不同的光學(xué)系統(tǒng)中，能用個(gè)數(shù)少的構(gòu)件獲得平的像面。
另外，把旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱面作成為其面內(nèi)及面外都沒(méi)有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱面形狀的面有利于提高自由度、修正像差。
其次，說(shuō)明旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的像散。與上述說(shuō)明相同，在偏心配置的凹面鏡M上即使對(duì)于軸上光線，也發(fā)生圖24所示的像散。為了修正該像散，與上述說(shuō)明相同，通過(guò)適當(dāng)?shù)馗淖冃D(zhuǎn)非對(duì)稱面的X軸方向的曲率和Y軸方向的曲率，能進(jìn)行修正。
再說(shuō)明旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的彗形像差。與上述說(shuō)明相同，在偏心配置的凹面鏡M上即使對(duì)于軸上光線，也發(fā)生圖25所示的彗形像差。為了修正該彗形像差，隨著離開(kāi)旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱面的X軸的原點(diǎn)，改變面的傾角，同時(shí)根據(jù)Y軸的正負(fù)，適當(dāng)?shù)馗淖兠娴膬A角，能進(jìn)行修正。
另外，在本發(fā)明的目鏡光學(xué)系統(tǒng)中，也可以是這樣的結(jié)構(gòu)，即具有上述反射作用的至少一個(gè)面相對(duì)于軸上主光線偏心，是旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱面形狀具有放大能力。如果采用這樣的結(jié)構(gòu)，則由于使該反射面具有放大能力，所以能用該面本身修正所發(fā)生的偏心像差，通過(guò)減弱棱鏡折射面的放大能力，能減小色像差本身的發(fā)生。
另外，本發(fā)明中使用的上述旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱面最好是只一面有對(duì)稱面的面對(duì)稱自由曲面。這里，所謂本發(fā)明中使用的自由曲面是用下式(a)定義的曲面。另外，該定義式中的Z軸成為自由曲面的軸。Z=cr2/[1+√{1-(1+k)c2r2}]+Σj=266CjXmYn]]>···(a)這里，(a)式的第一項(xiàng)是球面項(xiàng)，第二項(xiàng)是自由曲面項(xiàng)。在球面項(xiàng)中，c頂點(diǎn)的曲率k圓錐常數(shù)r=√(X2+Y2)自由曲面項(xiàng)Σj=266CjXmYn]]>=C2X+C3Y+C4X2+C5XY+C6Y2+C7X3+C8X2Y+C9XY2+C10Y3+C11X4+C12X3Y+C13X2Y2+C14XY3+C15Y4+C16X5+C17X4Y+C18X3Y2+C19X2Y3+C20XY4+C21Y5+C22X6+C23X5Y+C24X4Y2+C25X3Y3+C26X2Y4+C27XY5+C28Y6+C29X7+C30X6Y+C31X5Y2+C32X4Y3+C33X3Y4+C34X2Y5+C35XY6+C36Y7······式中，CJ(J是2以上的整數(shù))是系數(shù)。
上述自由曲面一般說(shuō)來(lái)，X-Z面、Y-Z面都不具有對(duì)稱面，但在本發(fā)明中通過(guò)使X的奇次項(xiàng)全部為0，就成為存在一個(gè)與Y-Z面平行的對(duì)稱面的自由曲面了。例如，在上述定義式(a)中，通過(guò)使C2、C5、C7、C9、C12、C14、C16、C18、C20、C23、C25、C27、C29、C31、C33、C35、…各項(xiàng)的系數(shù)為0，就能實(shí)現(xiàn)。
另外，通過(guò)使Y的奇次項(xiàng)全部為0，就成為存在一個(gè)與X-Z面平行的對(duì)稱面的自由曲面了。例如，在上述定義式中，通過(guò)使C3、C5、C8、C10、C12、C14、C17、C19、C21、C23、C25、C27、C30、C32、C34、C36、…各項(xiàng)的系數(shù)為0，就能實(shí)現(xiàn)。
另外將上述對(duì)稱面方向的任意一方作為對(duì)稱面，與其對(duì)應(yīng)的方向的偏心、例如相對(duì)于與Y-Z面平行的對(duì)稱面，光學(xué)系統(tǒng)的偏心方向?yàn)閅軸方向，相對(duì)于與X-Z面平行的對(duì)稱面，光學(xué)系統(tǒng)的偏心方向?yàn)閄軸方向，所以既能有效地修正由于偏心而發(fā)生的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的像差，同時(shí)又能提高制作效率。
另外，如上所述，上述定義式(a)是作為一例示出的，本發(fā)明的特征在于通過(guò)使用只一面有對(duì)稱面的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱面，修正由于偏心而發(fā)生的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的像差，同時(shí)提高制作效率，即使對(duì)于其他任意的定義式來(lái)說(shuō)，當(dāng)然也能獲得同樣的效果。
可是，在本發(fā)明中，重要的是能這樣構(gòu)成，即棱鏡構(gòu)件的入射面和反射型圖像顯示元件的顯示面之間的間隔滿足下面的條件式，將顯示圖像引導(dǎo)到瞳孔位置。
0.6＜L/H＜3.1…(1)式中，L是反射型圖像顯示裝置的顯示面與光軸相交的圖像中心位置和棱鏡構(gòu)件的入射面與光軸相交的位置之間的間隔，H是反射型圖像顯示裝置的像高(在顯示面為四邊形的情況下，為對(duì)角線長(zhǎng)度)。
該條件式(1)是在棱鏡構(gòu)件的入射面和反射型圖像顯示裝置的顯示面之間配置照明光導(dǎo)光光學(xué)裝置用的條件式，如果超過(guò)上限3.1，則其間隔過(guò)大，在上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)中難以達(dá)到，同時(shí)觀察光學(xué)系統(tǒng)本身大型化，導(dǎo)致與本發(fā)明的目的相反的結(jié)果。如果超過(guò)其下限0.6，則其間隔過(guò)窄，照明光導(dǎo)光光學(xué)裝置的光束分離面相對(duì)于光軸的傾角變得過(guò)小，如果使照明光大致垂直地入射到反射型圖像顯示裝置的顯示面上，則由于遮光而難以照明全部顯示面。
重要的是還希望滿足如下條件0.7＜L/H＜2.0…(1-1)該條件的上限的含義與上述相同。
重要的是還希望滿足如下條件0.8＜L/H＜1.5…(1-2)該條件的上限的含義與上述相同。
另外，在本發(fā)明中，作為反射型圖像顯示裝置并無(wú)限定，例如能使用反射型液晶顯示元件。
可是，在本發(fā)明的觀察光學(xué)系統(tǒng)中，如上所述，由于將棱鏡構(gòu)件的入射面和反射型圖像顯示元件的顯示面之間的間隔取得較大，將照明光導(dǎo)光光學(xué)裝置配置在該間隔中，所以較容易發(fā)生色像差。因此，希望將衍射光學(xué)元件配置在棱鏡構(gòu)件的入射面一側(cè)，以便修正該色像差。
另外，在本發(fā)明的觀察光學(xué)系統(tǒng)中，作為目鏡光學(xué)系統(tǒng)使用的棱鏡構(gòu)件雖然能使用眾所周知的各種偏心棱鏡，但為了使光路折疊而小型化，希望使用至少備有一個(gè)面是兼作折射面和反射面的折射反射兼用面的這樣一種類型的偏心棱鏡。
作為具有代表性的偏心棱鏡有這樣構(gòu)成的，它有使從反射型圖像顯示裝置反射的顯示光束通過(guò)照明光導(dǎo)光光學(xué)裝置后，入射到棱鏡內(nèi)的入射面；使從該入射面入射的光束反射的第一反射面；使在該第一反射面上反射的光束反射的第二反射面；以及使在該第二反射面上反射的光束向棱鏡外射出光束的射出面，第一反射面和射出面成為折射反射兼用面。
另外，還有這樣構(gòu)成的，它有使從反射型圖像顯示裝置反射的顯示光束通過(guò)照明光導(dǎo)光光學(xué)裝置后，入射到棱鏡內(nèi)的入射面；使從該入射面入射的光束反射的第一反射面；使在該第一反射面上反射的光束反射的第二反射面；使在該第二反射面上反射的光束反射的第三反射面；以及使在該第三反射面上反射的光束向棱鏡外射出光束的射出面，第二反射面和射出面成為折射反射兼用面。
另外，在本發(fā)明的觀察光學(xué)系統(tǒng)中，照明光導(dǎo)光光學(xué)裝置由透明構(gòu)件構(gòu)成，該透明構(gòu)件備有使從照明裝置射出的光束入射的第一面；使從第一面入射的光束全反射的第二面；以及使在第二面上全反射的光束反射的第三面，第二面使在第三面上反射的光束透過(guò)，從前方照亮反射型圖像顯示裝置的顯示面，同時(shí)使從反射型圖像顯示裝置的顯示面反射的顯示光束透過(guò)，第三面構(gòu)成了使透過(guò)了第二面的顯示光束透過(guò)的光束分離面。
在此情況下，希望在該透明構(gòu)件的第三面一側(cè)配置偏移角補(bǔ)償構(gòu)件，用來(lái)補(bǔ)償由該透明構(gòu)件引起的偏移角。
當(dāng)然，在照明光導(dǎo)光光學(xué)裝置以外也可以不配置任何偏移角補(bǔ)償構(gòu)件。在此情況下，希望滿足以下條件。
首先定義參數(shù)。

圖19是表示通過(guò)照明光導(dǎo)光光學(xué)裝置的軸上主光線的光路圖，將通過(guò)照明光導(dǎo)光光學(xué)裝置的第二面(一般為曲面或平面)與軸上主光線的交點(diǎn)的切平面和通過(guò)其第三面(一般為曲面或平面)與軸上主光線的交點(diǎn)的切平面構(gòu)成的角度α定義為頂角。而且，將入射到第二面的軸上主光線和從第三面射出的軸上主光線構(gòu)成的角度θ定義為偏移角。
一般說(shuō)來(lái)，有頂角α的三角棱鏡(設(shè)其折射率為n)的最小偏移角θmin由下式求得。
θmin=2sin-1[n·sin(α/2)]-α…(2)
這里，將從照明光導(dǎo)光光學(xué)裝置的第二面通過(guò)第三面的軸上主光線的偏移角θ和三角棱鏡的最小偏移角θmin的差θ-θmin定義為Δθ，上述三角棱鏡有由通過(guò)照明光導(dǎo)光光學(xué)裝置的第二面與軸上主光線的交點(diǎn)的切平面和通過(guò)其第三面與軸上主光線的交點(diǎn)的切平面構(gòu)成的角度為α的頂角，如上定義后滿足下式是重要的。
Δθ＜20°…(3)如果超過(guò)該條件式的上限值20°,Δθ增大，則由于各視場(chǎng)角的光束被照明光導(dǎo)光光學(xué)裝置以大的角度折射，所以過(guò)分地發(fā)生偏心彗形像差和色像差，難以用目鏡光學(xué)系統(tǒng)的棱鏡構(gòu)件消除、修正這些像差。
還希望最好滿足Δθ＜10°…(3-1)條件式的上限值的意義與上式相同。
另外最好滿足Δθ＜3° …(3-2)條件式的上限值的意義與上式相同。
本發(fā)明包括備有右眼用或左眼用以上的觀察光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成的圖像顯示裝置。
另外，本發(fā)明包括備有一對(duì)右眼用和左眼用以上的觀察光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成的圖像顯示裝置。
另外，該圖像顯示裝置包括有位于觀察者面部前方、支撐在觀察者頭部的支撐裝置構(gòu)成的圖像顯示裝置。
其次，說(shuō)明本發(fā)明的第二種觀察光學(xué)系統(tǒng)。
圖26是后面所述的實(shí)施例5的觀察光學(xué)系統(tǒng)的光路圖。參照該圖進(jìn)行說(shuō)明，該觀察光學(xué)系統(tǒng)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)包括棱鏡光學(xué)系統(tǒng)210構(gòu)成，棱鏡光學(xué)系統(tǒng)210從射出光瞳201一側(cè)逆光線跟蹤算起，由兼作透射面和全反射面的第一面211、作為半透射半反射面的第二面212以及作為透射面的第三面213構(gòu)成，來(lái)自配置在像面203上的圖像顯示元件的顯示光從第三面213入射到棱鏡光學(xué)系統(tǒng)210內(nèi)，該入射光在第一面211上反射后，再在第二面212上反射，從第一面211射出到棱鏡以外，入射到瞳孔位于射出光瞳201的位置的觀察者眼球中，能放大觀察像面203上的顯示像。
在棱鏡光學(xué)系統(tǒng)210的第二面212的前方相距某一間隔(包括軸上間隔為0者)配置著由另一透射棱鏡構(gòu)件構(gòu)成的透明光學(xué)元件220，從射出光瞳201一側(cè)逆光線跟蹤算起，它由作為透射面的第一面221和第二面222構(gòu)成，來(lái)自外界的光依次透過(guò)透明光學(xué)元件220的第二面222、第一面221、棱鏡光學(xué)系統(tǒng)210的第二面212、第一面211，入射到瞳孔位于射出光瞳201的位置的觀察者眼球中，形成外界像。能有選擇地或重疊地觀察外界像和像面203上的圖像顯示元件的顯示像。另外，圖26中，符號(hào)202示出了軸上主光線。
這樣，在本發(fā)明中，觀察光學(xué)系統(tǒng)備有形成供觀察者觀察的第一像的像形成構(gòu)件(像面203的圖像顯示元件)；將該像形成構(gòu)件形成的像引導(dǎo)到觀察者眼球中構(gòu)成的目鏡光學(xué)系統(tǒng)(在此情況下，由棱鏡光學(xué)系統(tǒng)210和衍射光學(xué)元件204構(gòu)成)；以及透明光學(xué)元件220，該透明光學(xué)元件220配置在比目鏡光學(xué)系統(tǒng)更靠近第二像一側(cè)，以便將與第一像不同的第二像(在此情況下為外界像)引導(dǎo)到觀察者眼球中，在該觀察光學(xué)系統(tǒng)中，目鏡光學(xué)系統(tǒng)有至少呈曲面形狀的反射面212，以便反射來(lái)自第一像的光束，引導(dǎo)到觀察者眼球一側(cè)，反射面212具有使來(lái)自透過(guò)了透明光學(xué)元件220的第二像的光束透過(guò)的作用，透明光學(xué)元件220與反射面212相距某一間隔配置在比反射面212更靠近第二像一側(cè)。
而且，在本發(fā)明中特征在于來(lái)自外界的光束透過(guò)透明光學(xué)元件220和棱鏡光學(xué)系統(tǒng)210時(shí)，透明光學(xué)元件220和棱鏡光學(xué)系統(tǒng)210合成的光學(xué)放大能力P大致為0，而且，角放大率β大致為1。這里，光學(xué)放大能力和角放大率都是軸上主光線2通過(guò)的位置處的光學(xué)放大能力和角放大率。
這樣，由于使透明光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)放大能力P大致為0，使角放大率β大致為1，所以透過(guò)透明光學(xué)系統(tǒng)看到的像和用肉眼看到的像相同，用肉眼看到的像和通過(guò)透明光學(xué)系統(tǒng)看到的像容易會(huì)合在一起，例如在罩在單只眼上的頭載型圖像顯示裝置中容易用兩眼觀察外界像。
這里，光學(xué)放大能力P大致為0，意味著P在下述范圍內(nèi)-0.002＜P＜0.002(1/mm)…(4)如果超過(guò)該條件的上下限，則透過(guò)透明光學(xué)系統(tǒng)看到的像和用肉眼看到的像的成像位置過(guò)于不同，難以用兩眼進(jìn)行觀察。
另外，角放大率β大致為1，意味著0.95＜β＜1.05…(5)如果超過(guò)該條件的上下限，則透過(guò)透明光學(xué)系統(tǒng)看到的像和用肉眼看到的像不能大小相同地成像，用兩眼看到的左右像難以合在一起。
另外，所謂目鏡光學(xué)系統(tǒng)和透明光學(xué)元件之間離開(kāi)某一間隔，不是說(shuō)用折射率與光學(xué)構(gòu)件大致相等的粘接劑進(jìn)行粘接、能忽視其粘接面上的光學(xué)放大能力的發(fā)生，而是說(shuō)在目鏡光學(xué)系統(tǒng)和透明光學(xué)元件之間發(fā)生的光學(xué)放大能力(例如空氣透鏡)也發(fā)生有助于透明光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)性能的作用，不限于中間夾著空氣而分離，還包括用存在折射率差的粘接劑進(jìn)行粘接、或者將液體、氣體、流體封入的方法。另外，也可以在其間配置液晶光閘。
這里，通過(guò)構(gòu)成為目鏡光學(xué)系統(tǒng)所具有的反射面呈修正偏心像差的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的曲面形狀，修正像差方面較為理想。
其理由與用圖23～圖24說(shuō)明的相同。
另外，在本發(fā)明的目鏡光學(xué)系統(tǒng)中，有上述的反射作用的至少一個(gè)面相對(duì)于軸上主光線偏心，也可以呈旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱面的形狀而有放大能力的結(jié)構(gòu)。如果采用這樣的結(jié)構(gòu)，則由于其反射面具有放大能力，所以能用該面本身修正所發(fā)生的偏心像差，通過(guò)減弱棱鏡的折射面的放大能力，能減小色像差本身的發(fā)生。
另外，本發(fā)明中使用的上述的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱面最好是只一面有變形面或?qū)ΨQ面的面對(duì)稱自由曲面。這里，本發(fā)明中使用的所謂自由曲面是用上述式(a)定義的曲面。另外，該定義式中的Z軸成為自由曲面的軸。
另外，如上所述，上述定義式(a)是作為一例給出的，本發(fā)明的特征在于通過(guò)使用只一面有對(duì)稱面的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱面，修正由于偏心而發(fā)生的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的像差，同時(shí)還使制作效率提高，即使對(duì)于其他任意的定義式來(lái)說(shuō)，當(dāng)然也能獲得同樣的效果。
而且，希望構(gòu)成為來(lái)自第二像的光束透過(guò)透明光學(xué)元件和目鏡光學(xué)系統(tǒng)時(shí)給出的合成光學(xué)放大能力及角放大率最好滿足以下條件，以便透明光學(xué)系統(tǒng)在目鏡光學(xué)系統(tǒng)中發(fā)生的光學(xué)放大能力和角放大率互相抵消。
-0.002＜PX＜0.002(1/mm)…(6)-0.002＜PY＜0.002(1/mm)…(7)0.97＜βX＜1.03…(8)0.95＜βY＜1.05…(9)式中，全光學(xué)系統(tǒng)的偏心方向是Y軸方向，假設(shè)與軸上主光線平行的面是Y-Z面，與該Y-Z面正交的方向?yàn)閄方向時(shí)，假設(shè)全系統(tǒng)的X方向的放大能力為PX,Y方向的放大能力為PY，全系統(tǒng)的X方向的角放大率為βX，全系統(tǒng)的Y方向的角放大率為βY。式中，人的縱向?yàn)閅軸方向。在人的縱向?yàn)閄軸方向的情況下，條件(8)、(9)變成下式所示。
0.95＜βX＜1.05…(8)’0.97＜βY＜1.03…(9)’這里，關(guān)于角放大率之所以縱向和橫向存在差異，是因?yàn)槿说难劬ρ貦M向X比沿縱向Y能看得更細(xì)，Y方向的βY即使多少弱一些也不要緊，所以(8)和(9)之間存在差異。
上述條件(6)～(9)的上下限的意義與上述條件(4)和(5)的上下限的意義相同。
重要的是，全系統(tǒng)的X方向的放大能力PX,Y方向的放大能力PY最好滿足下面的條件，-0.001＜PX＜0.001(1/mm) …(6-1)-0.001＜PY＜0.001(1/mm) …(7-1)另外，希望至少滿足下面條件的某一方。
-0.0005＜PX＜0.0005(1/mm)…(6-2)-0.0005＜PY＜0.0005(1/mm)…(7-2)重要的是，全系統(tǒng)的X方向的角放大率βX、全系統(tǒng)的Y方向的角放大率βY最好滿足下面的條件式，0.99＜βX＜1.01 …(8-1)0.99＜βY＜1.01 …(9-1)另外，重要的是，最好滿足下面的條件式，0.995＜βX＜1.005…(8-2)0.995＜βY＜1.005…(9-2)
其次，假設(shè)眼睛一側(cè)的第一棱鏡(在圖26中為棱鏡光學(xué)系統(tǒng)210)的逆光線跟蹤時(shí)的入射面與視場(chǎng)軸(軸上主光線)的交點(diǎn)處的X方向和Y方向的曲率為Cx1、Cy1，第一棱鏡的射出面與視場(chǎng)軸的交點(diǎn)處的X方向和Y方向的曲率為Cx2、Cy2，配置在物體一側(cè)的透明光學(xué)元件的入射面與視場(chǎng)軸的交點(diǎn)處的X方向和Y方向的曲率為Cx3、Cy3，透明光學(xué)元件的射出面的曲率為Cx4、Cy4時(shí)，在使第一棱鏡和第二棱鏡接近配置的情況下，Cx3/Cx2和Cy3/Cy2最好滿足下面的條件。
0.3＜Cx3/Cx2＜1.2…(10)0.3＜Cy3/Cy2＜1.2…(11)如果超過(guò)上述條件式的下限0.3，則由于夾在上述的兩個(gè)面之間的空氣層的作用，該部分具有過(guò)大的正放大能力，在全系統(tǒng)的光學(xué)放大能力為0的情況下，為了將該部分的放大能力抵消，所以第二棱鏡的射出面不得不具有強(qiáng)的負(fù)光學(xué)放大能力，角放大率變成1以下很多。另一方面，在角放大率大致為1的情況下也一樣，第二棱鏡的射出面不得不具有強(qiáng)的負(fù)光學(xué)放大能力，全體光學(xué)放大能力具有強(qiáng)的正放大能力，變得不能觀察遠(yuǎn)方了。
如果超過(guò)上述條件式的上限1.2，則由于夾在上述的兩個(gè)面之間的空氣層的作用，該部分具有過(guò)大的負(fù)放大能力，在全系統(tǒng)的光學(xué)放大能力為0的情況下，為了將該部分的放大能力抵消，所以第二棱鏡的射出面不得不具有強(qiáng)的正光學(xué)放大能力，角放大率變成1以上很多。另一方面，在角放大率大致為1的情況下也一樣，第二棱鏡的射出面不得不具有強(qiáng)的正光學(xué)放大能力，全體光學(xué)放大能力具有強(qiáng)的負(fù)放大能力，變得不能觀察近處了。
另外，必要的是，最好滿足以下條件0.4＜Cx3/Cx2＜1…(10-1)0.4＜Cy3/Cy2＜1…(11-1)可是，如圖26所示，希望作為目鏡光學(xué)系統(tǒng)至少有夾持著折射率大于1的介質(zhì)的棱鏡構(gòu)件，該棱鏡構(gòu)件至少包括3個(gè)以上的具有透過(guò)或反射的一種光學(xué)作用的光學(xué)作用面，該3個(gè)面由第三面、第二面和第一面構(gòu)成，上述第三面將來(lái)自第一像的光束入射到棱鏡內(nèi)，上述第二面離開(kāi)透明光學(xué)元件某一間隔與其相對(duì)，具有使透過(guò)了透明光學(xué)元件的來(lái)自第二像的光束透過(guò)棱鏡內(nèi)的作用和使來(lái)自第一像的光束在棱鏡內(nèi)反射的作用，至少有呈曲面形狀的反射面，上述第一面將來(lái)自第一像的光束射出到棱鏡外。
在此情況下，希望第一面或第三面中的至少一者以修正偏心像差的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的曲面形狀構(gòu)成，該曲面形狀由只一面有變形面或?qū)ΨQ面的面對(duì)稱自由曲面構(gòu)成。
另外，希望第一面以對(duì)棱鏡內(nèi)的光束兼有反射作用和透射作用的方式構(gòu)成。
在此情況下，第一面的反射作用和透射作用的兼用面最好由全反射面構(gòu)成，該全反射面使反射光束以超過(guò)全反射臨界角的角度入射到該第一面上，然后使在反射面上返回的反射光束以不超過(guò)全反射臨界角的角度入射后從棱鏡射出。
另外，在本發(fā)明的觀察光學(xué)系統(tǒng)中，也可以這樣構(gòu)成目鏡光學(xué)系統(tǒng)和透明光學(xué)元件，即第一像觀察視野范圍在第二像觀察視野范圍內(nèi)形成，上述第一像觀察視野范圍由來(lái)自第一像的光束從目鏡光學(xué)系統(tǒng)射出決定，上述第二像觀察視野范圍由來(lái)自第二像的光束透過(guò)透明光學(xué)元件和目鏡光學(xué)系統(tǒng)的一部分決定。
另外，對(duì)于與目鏡光學(xué)系統(tǒng)的透明光學(xué)元件相對(duì)配置的反射面的光束反射區(qū)域來(lái)說(shuō)，將透明光學(xué)元件的光學(xué)孔徑構(gòu)成得比目鏡光學(xué)系統(tǒng)的反射面小，以便從透明光學(xué)元件透過(guò)的光束透過(guò)區(qū)域移動(dòng)到像形成構(gòu)件一側(cè)，而且，將透明光學(xué)元件與其反射面接近像形成構(gòu)件一側(cè)的區(qū)域相對(duì)地配置，在其反射面不與透明光學(xué)元件相對(duì)的部分上涂敷遮光涂層，防止來(lái)自外界的照明光線的入射。
而且，可以將遮光構(gòu)件配置在透明光學(xué)元件的前方或后方中的至少一方，該遮光構(gòu)件能使來(lái)自外界像的光束透過(guò)與被遮斷、或者透過(guò)與被減弱地進(jìn)行切換，以便該第二像成為外界像。
另外，還可以將顯示元件配置在透明光學(xué)元件的與目鏡光學(xué)系統(tǒng)相反的一側(cè)，以便用形成與第一像不同的像的顯示元件形成第二像。
另外，可以將遮光構(gòu)件配置在透明光學(xué)元件的前方或后方中的至少一方，該遮光構(gòu)件能使來(lái)自外界像的光束透過(guò)與被遮斷、或者透過(guò)與被減弱地進(jìn)行切換，同時(shí)將顯示第三像的顯示元件配置在外界像和透明光學(xué)元件之間，以便第二像成為外界像。
另外，在本發(fā)明的觀察光學(xué)系統(tǒng)中，還能這樣構(gòu)成引導(dǎo)來(lái)自第一像的光束的目鏡光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的光路、以及引導(dǎo)來(lái)自第二像的光束的透明光學(xué)元件內(nèi)的光路都備有配置在另外的位置的瞳孔照射用的光源、以及接受該瞳孔的像的受光元件，以便檢測(cè)觀察者的視線。
在此情況下，檢測(cè)視線的裝置能這樣構(gòu)成至少瞳孔的像在目鏡光學(xué)系統(tǒng)的光路內(nèi)通過(guò)，從光路中與第一像分離，被導(dǎo)入受光元件中。這樣由于將視線檢測(cè)裝置的光路兼作觀察光路，所以能排除有可能從視線檢測(cè)裝置的光路入射的外界光、或來(lái)自瞳孔照射光源的雜散光等的影響，同時(shí)還能將視線檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)削減大部分，能廉價(jià)、小型化。
另外，如果將從目鏡光學(xué)系統(tǒng)射出的來(lái)自第一像的光束的光軸作為視場(chǎng)軸，以射出光瞳為中心，假設(shè)從該視場(chǎng)軸朝向與像形成構(gòu)件相反一側(cè)的方向由目鏡光學(xué)系統(tǒng)規(guī)定的角度為θ，則希望以滿足以下條件之關(guān)系來(lái)配置目鏡光學(xué)系統(tǒng)、透明光學(xué)元件和射出光瞳。
θ≤60°如果配置關(guān)系滿足該條件，則在透明光路以外，不通過(guò)觀察光學(xué)系統(tǒng)能直接看到例如下方的鍵盤(pán)等。
另外，本發(fā)明備有以上任意的觀察光學(xué)系統(tǒng)，還包括頭載型觀察光學(xué)裝置，該頭載型觀察光學(xué)裝置備有利用保持裝置保持的本體部和將該本體部支撐在觀察者頭部上的支撐裝置，上述保持裝置用來(lái)保持該目鏡光學(xué)系統(tǒng)、透明光學(xué)元件和形成第一像的像形成構(gòu)件之間的間隔。
其次，說(shuō)明本發(fā)明的第三、第四觀察光學(xué)系統(tǒng)。
圖44是后面所述的實(shí)施例7的觀察光學(xué)系統(tǒng)的光路圖。參照該圖進(jìn)行說(shuō)明，該觀察光學(xué)系統(tǒng)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)包括棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410構(gòu)成，棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410從射出光瞳401一側(cè)逆光線跟蹤算起，由兼作透射面和全反射面的第一面411、作為半透射半反射面的第二面412、以及作為透射面的第三面413構(gòu)成，來(lái)自配置在像面403上的圖像顯示元件的顯示光從第三面413入射到棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410內(nèi)，該入射光在第一面411上反射后，再在第二面412上反射，從第一面411射出到棱鏡以外，入射到瞳孔位于射出光瞳401的位置的觀察者眼球中，能放大觀察像面403上的顯示像。
在棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410的第二面412的前方緊密接觸(包括粘接物)配置著由另一透射棱鏡構(gòu)件構(gòu)成的透明光學(xué)元件420，從射出光瞳401一側(cè)逆光線跟蹤算起，它由作為透射面的第一面421(與棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410的第二面412的形狀相同)和第二面422構(gòu)成，來(lái)自外界的光依次透過(guò)透明光學(xué)元件420的第二面422、第一面421(=棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410的第二面412)、棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410的第一面411，入射到瞳孔位于射出光瞳401的位置的觀察者眼球中，形成外界像。能有選擇地或重疊地觀察外界像和像面403上的圖像顯示元件的顯示像。另外，圖44中的符號(hào)402表示軸上主光線。
這樣，在本發(fā)明的第三、第四觀察光學(xué)系統(tǒng)中備有形成供觀察者觀察的第一像的像形成構(gòu)件(像面403的圖像顯示元件)；以將該像形成構(gòu)件形成的像引導(dǎo)到觀察者眼球中的方式構(gòu)成的目鏡光學(xué)系統(tǒng)(在此情況下，由棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410和衍射光學(xué)元件404構(gòu)成)；以及透明光學(xué)元件420，該透明光學(xué)元件420配置在比目鏡光學(xué)系統(tǒng)更靠近第二像一側(cè)，以便將與第一像不同的第二像(在此情況下，為外界像)引導(dǎo)到觀察者眼球中，在該觀察光學(xué)系統(tǒng)中，目鏡光學(xué)系統(tǒng)至少有呈曲面形狀的反射面412，以便反射來(lái)自第一像的光束，引導(dǎo)到觀察者眼球一側(cè)，反射面412具有使透過(guò)了透明光學(xué)元件420的來(lái)自第二像的光束透過(guò)的作用，透明光學(xué)元件420與反射面412緊密地接觸配置，比反射面412更靠近第二像一側(cè)。
而且，在本發(fā)明的第三觀察光學(xué)系統(tǒng)中特征在于將其構(gòu)成為，來(lái)自外界的光束透過(guò)透明光學(xué)元件420和棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410時(shí)，透明光學(xué)元件420和棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410合成的光學(xué)放大能力P大致為0。這里，光學(xué)放大能力是軸上主光線2通過(guò)的位置處的光學(xué)放大能力。
這樣，由于通過(guò)使透明光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)放大能力P大致為0，透過(guò)透明光學(xué)系統(tǒng)看到的外界像和用肉眼看到的外界像能在相同的位置看到，所以容易看到透明的像。因此，例如在罩在單只眼上的頭載型圖像顯示裝置中容易用兩眼觀察外界像，特別是容易觀察軸上的外界像部分。但是，在此情況下，在近軸光學(xué)理論上，成為正·負(fù)或負(fù)·正排列的兩組望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)，由于難以同時(shí)使透明光學(xué)元件420和棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410合成的角放大率β為1，所以難以使透過(guò)透明光學(xué)系統(tǒng)看到的外界像的放大率和用肉眼看到的外界像的放大率相等。因此，關(guān)于周邊部分在左右眼中引起視野干擾，能有效地觀察所看到的像。
在本發(fā)明的第四觀察光學(xué)系統(tǒng)中特征在于將其構(gòu)成為，來(lái)自外界的光束透過(guò)透明光學(xué)元件420和棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410時(shí)，透明光學(xué)元件420和棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410合成的角放大率β大致為1。這里，角放大率是軸上主光線2通過(guò)的位置處的角放大率。
這樣，由于通過(guò)使透明光學(xué)系統(tǒng)的角放大率β大致為1，透過(guò)透明光學(xué)系統(tǒng)看到的外界像和用肉眼看到的外界像能用相同的放大率看到，所以例如在罩在單只眼上的頭載型圖像顯示裝置中容易在左右眼中將兩個(gè)像合在一起。但是，在此情況下，由于難以使透明光學(xué)元件420和棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410合成的放大能力P同時(shí)為0，所以透過(guò)透明光學(xué)系統(tǒng)看到的外界像的成像位置和用肉眼看到的外界像的成像位置不同，在遠(yuǎn)景情況下多少難以看到，但在觀察近景的情況下不成問(wèn)題。
以上，所謂光學(xué)放大能力P大致為0，意味著P在下述范圍內(nèi)-0.002＜P＜0.002(1/mm)…(12)如果超過(guò)該條件的上下限，則透過(guò)透明光學(xué)系統(tǒng)看到的像和用肉眼看到的像的成像位置過(guò)于不同，難以用兩眼進(jìn)行觀察。
另外，角放大率β大致為1，意味著0.95＜β＜1.06…(13)如果超過(guò)該條件的上下限，則透過(guò)透明光學(xué)系統(tǒng)看到的像和用肉眼看到的像不能大小相同地成像，用兩眼看到的左右像難以合在一起。
另外，所謂使透明光學(xué)元件420與棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410的反射面412緊密地接觸，包括將透明光學(xué)元件420的第一面421和棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410的第二面412作成同一形狀的面，使兩者緊密接觸、或接近、或利用其折射率與這些光學(xué)構(gòu)件的折射率大致相等的粘接劑進(jìn)行粘接等任意一種能忽視在它們的面上發(fā)生光學(xué)放大能力的情況。
這里，通過(guò)構(gòu)成為目鏡光學(xué)系統(tǒng)所具有的反射面呈修正偏心像差的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的曲面形狀，在修正像差方面較為理想。
其理由與用圖23～圖24說(shuō)明的相同。
另外，在本發(fā)明的目鏡光學(xué)系統(tǒng)中，有上述的反射作用的至少一個(gè)面相對(duì)于軸上主光線偏心，也可以呈旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱面的形狀而有放大能力的結(jié)構(gòu)。如果采用這樣的結(jié)構(gòu)，則由于其反射面具有放大能力，所以能用該面本身修正所發(fā)生的偏心像差，通過(guò)減弱棱鏡的折射面的放大能力，能減小色像差本身的發(fā)生。
另外，本發(fā)明中使用的上述的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱面最好是只一面有變形面或?qū)ΨQ面的面對(duì)稱自由曲面。這里，本發(fā)明中使用的所謂自由曲面是用上述式(a)定義的曲面。另外，該定義式中的Z軸成為自由曲面的軸。
另外，如上所述，上述定義式(a)是作為一例給出的，本發(fā)明的特征在于通過(guò)使用只一面有對(duì)稱面的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱面，修正由于偏心而發(fā)生的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的像差，同時(shí)還使制作效率提高，即使對(duì)于其他任意的定義式來(lái)說(shuō)，當(dāng)然也能獲得同樣的效果。
而且，在本發(fā)明的第三觀察光學(xué)系統(tǒng)中，希望構(gòu)成為來(lái)自第二像的光束透過(guò)透明光學(xué)元件和目鏡光學(xué)系統(tǒng)時(shí)給出的合成光學(xué)放大能力最好滿足以下條件，以便透明光學(xué)系統(tǒng)在目鏡光學(xué)系統(tǒng)中發(fā)生的光學(xué)放大能力互相抵消。
-0.002＜PX＜0.002(1/mm)…(14)-0.002＜PY＜0.002(1/mm)…(15)式中，全光學(xué)系統(tǒng)的偏心方向是Y軸方向，與軸上主光線平行的面定為Y-Z面，與該Y-Z面正交的方向定為X方向時(shí)，全系統(tǒng)的X方向的放大能力定為PX,Y方向的放大能力定為PY。
上述條件(14)、(15)的上下限的意義與上述條件(12)的上下限的意義相同。
重要的是，全系統(tǒng)的X方向的放大能力PX,Y方向的放大能力PY最好滿足下面的條件，-0.001＜PX＜0.001(1/mm)…(14-1)-0.001＜PY＜0.001(1/mm)…(15-1)另外，希望至少滿足下面條件的某一方。
-0.0005＜PX＜0.0005(1/mm)…(14-2)-0.0005＜PY＜0.0005(1/mm)…(15-2)另外，在本發(fā)明的第四觀察光學(xué)系統(tǒng)中，希望構(gòu)成為來(lái)自第二像的光束透過(guò)透明光學(xué)元件和目鏡光學(xué)系統(tǒng)時(shí)給出的合成角放大率最好滿足以下條件，以便透明光學(xué)系統(tǒng)在目鏡光學(xué)系統(tǒng)中發(fā)生的角放大率互相抵消。
0.97＜βX＜1.03…(16)0.95＜βY＜1.06…(17)式中，全光學(xué)系統(tǒng)的偏心方向是Y軸方向，與軸上主光線平行的面定為Y-Z面，與該Y-Z面正交的方向定為X方向時(shí)，全系統(tǒng)的X方向的角放大率定為βX，全系統(tǒng)的Y方向的角放大率定為βY。式中，人的縱向?yàn)閅軸方向。在人的縱向?yàn)閄軸方向的情況下，條件(16)、(17)變成下式所示。
0.95＜βX＜1.05…(16)’0.97＜βY＜1.03…(17)’這里，關(guān)于角放大率之所以縱向和橫向存在差異，是因?yàn)槿说难劬ρ貦M向X比沿縱向Y能看得更細(xì)，Y方向的βY即使多少弱一些也不要緊，所以(16)和(17)之間存在差異。
上述條件(16)、(17)的上下限的意義與上述條件(13)的上下限的意義相同。
重要的是，全系統(tǒng)的X方向的角放大率βX、全系統(tǒng)的Y方向的角放大率βY最好滿足下面的條件式，0.99＜βX＜1.01 …(16-1)0.99＜βY＜1.01 …(17-1)另外，重要的是最好滿足下面的條件式，0.995＜βX＜1.005…(16-2)0.995＜βY＜1.005…(17-2)可是，如圖44所示，希望作為目鏡光學(xué)系統(tǒng)至少有夾持著折射率大于1的介質(zhì)的棱鏡構(gòu)件，該棱鏡構(gòu)件至少包括3個(gè)以上的具有透過(guò)或反射的一種光學(xué)作用的光學(xué)作用面，該3個(gè)面最好由第三面、第二面和第一面構(gòu)成，上述第三面將來(lái)自第一像的光束入射到棱鏡內(nèi)，上述第二面與透明光學(xué)元件緊密接觸配置，具有使透過(guò)了透明光學(xué)元件的來(lái)自第二像的光束透過(guò)棱鏡內(nèi)的作用和使來(lái)自第一像的光束在棱鏡內(nèi)反射的作用，至少有呈曲面形狀的反射面，上述第一面將來(lái)自第一像的光束射出到棱鏡外。
在此情況下，希望第一面或第三面中的至少一者以修正偏心像差的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的曲面形狀構(gòu)成，該曲面形狀由只一面有變形面或?qū)ΨQ面的面對(duì)稱自由曲面構(gòu)成。
另外，希望第一面以對(duì)棱鏡內(nèi)的光束兼有反射作用和透射作用的方式構(gòu)成。
在此情況下，第一面的反射作用和透射作用的兼用面最好由全反射面構(gòu)成，該全反射面使反射光束以超過(guò)全反射臨界角的角度入射到該第一面上，然后使在反射面上返回的反射光束以不超過(guò)全反射臨界角的角度入射后從棱鏡射出。
另外，在本發(fā)明的第三、第四觀察光學(xué)系統(tǒng)中，也可以這樣構(gòu)成目鏡光學(xué)系統(tǒng)和透明光學(xué)元件，即第一像觀察視野范圍在第二像觀察視野范圍內(nèi)形成，上述第一像觀察視野范圍由來(lái)自第一像的光束從目鏡光學(xué)系統(tǒng)射出決定，上述第二像觀察視野范圍由來(lái)自第二像的光束透過(guò)透明光學(xué)元件和目鏡光學(xué)系統(tǒng)的一部分決定。
另外，對(duì)于與目鏡光學(xué)系統(tǒng)的透明光學(xué)元件相對(duì)配置的反射面的光束反射區(qū)域來(lái)說(shuō)，將透明光學(xué)元件的光學(xué)孔徑構(gòu)成得比目鏡光學(xué)系統(tǒng)的反射面小，以便從透明光學(xué)元件透過(guò)的光束透過(guò)區(qū)域移動(dòng)到像形成構(gòu)件一側(cè)，而且，將透明光學(xué)元件與其反射面接近像形成構(gòu)件一側(cè)的區(qū)域相對(duì)地配置，在其反射面不與透明光學(xué)元件相對(duì)的部分上涂敷遮光涂層，防止來(lái)自外界的閃光入射。
而且，可以將遮光構(gòu)件配置在透明光學(xué)元件的前方，該遮光構(gòu)件能使來(lái)自外界像的光束透過(guò)與被遮斷、或者透過(guò)與被減弱地進(jìn)行切換，以便該第二像成為外界像。
另外，還可以將顯示元件配置在透明光學(xué)元件的與目鏡光學(xué)系統(tǒng)相反的一側(cè)，以便用形成與第一像不同的像的顯示元件形成第二像。
另外，可以將遮光構(gòu)件配置在透明光學(xué)元件的前方，該遮光構(gòu)件能使來(lái)自外界像的光束透過(guò)與被遮斷、或者透過(guò)與被減弱地進(jìn)行切換，同時(shí)將顯示第三像的顯示元件配置在外界像和透明光學(xué)元件之間，以便第二像成為外界像。
另外，在本發(fā)明的第三、第四觀察光學(xué)系統(tǒng)中，還能這樣構(gòu)成引導(dǎo)來(lái)自第一像的光束的目鏡光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的光路、以及引導(dǎo)來(lái)自第二像的光束的透明光學(xué)元件內(nèi)的光路都備有配置在另外的位置的瞳孔照射用的光源、以及接受該瞳孔的像的受光元件，以便檢測(cè)觀察者的視線。
在此情況下，檢測(cè)視線的裝置能這樣構(gòu)成至少瞳孔的像在目鏡光學(xué)系統(tǒng)的光路內(nèi)通過(guò)，從光路中與第一像分離，被導(dǎo)入受光元件中。這樣由于將視線檢測(cè)裝置的光路兼作觀察光路，所以能排除有可能從視線檢測(cè)裝置的光路入射的外界光、或來(lái)自瞳孔照射光源的雜散光等的影響，同時(shí)還能將視線檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)削減大部分，能廉價(jià)、小型化。
另外，如果將從目鏡光學(xué)系統(tǒng)射出的來(lái)自第一像的光束的光軸作為視場(chǎng)軸，以射出光瞳為中心，假設(shè)從該視場(chǎng)軸朝向與像形成構(gòu)件相反一側(cè)的方向由目鏡光學(xué)系統(tǒng)規(guī)定的角度為θ，則希望以滿足以下條件之關(guān)系來(lái)配置目鏡光學(xué)系統(tǒng)、透明光學(xué)元件和射出光瞳，θ≤60°如果配置關(guān)系滿足該條件，則在透明光路以外，不通過(guò)觀察光學(xué)系統(tǒng)能直接看到例如下方的鍵盤(pán)等。
另外，本發(fā)明備有以上任意的觀察光學(xué)系統(tǒng)，還包括頭載型觀察光學(xué)裝置，該頭載型觀察光學(xué)裝置備有利用保持裝置保持的本體部和將該本體部支撐在觀察者頭部上的支撐裝置，上述保持裝置用來(lái)保持該目鏡光學(xué)系統(tǒng)、透明光學(xué)元件和形成第一像的像形成構(gòu)件之間的間隔。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的觀察光學(xué)系統(tǒng)的剖面圖。
圖2是本發(fā)明的實(shí)施例2的觀察光學(xué)系統(tǒng)的Y-Z剖面圖。
圖3是本發(fā)明的實(shí)施例2的觀察光學(xué)系統(tǒng)的X-Z方向的光路圖。
圖4是本發(fā)明的實(shí)施例3的觀察光學(xué)系統(tǒng)的剖面圖。
圖5是本發(fā)明的實(shí)施例4的觀察光學(xué)系統(tǒng)的剖面圖。
圖6是本發(fā)明的實(shí)施例1的觀察光學(xué)系統(tǒng)的橫像差圖。
圖7是本發(fā)明的實(shí)施例2的觀察光學(xué)系統(tǒng)的橫像差圖。
圖8是本發(fā)明的實(shí)施例3的觀察光學(xué)系統(tǒng)的橫像差圖。
圖9是本發(fā)明的實(shí)施例3的觀察光學(xué)系統(tǒng)的橫像差圖。
圖10是示出本發(fā)明的觀察光學(xué)系統(tǒng)的棱鏡中能適用的偏心棱鏡之一例的圖。
圖11是示出本發(fā)明的觀察光學(xué)系統(tǒng)的棱鏡中能適用的偏心棱鏡的另一例的圖。
圖12是示出本發(fā)明的觀察光學(xué)系統(tǒng)的棱鏡中能適用的偏心棱鏡的另一例的圖。
圖13是示出本發(fā)明的觀察光學(xué)系統(tǒng)的棱鏡中能適用的偏心棱鏡的另一例的圖。
圖14是示出本發(fā)明的觀察光學(xué)系統(tǒng)的棱鏡中能適用的偏心棱鏡的另一例的圖。
圖15是示出本發(fā)明的觀察光學(xué)系統(tǒng)的棱鏡中能適用的偏心棱鏡的另一例的圖。
圖16是示出本發(fā)明的觀察光學(xué)系統(tǒng)的棱鏡中能適用的偏心棱鏡的另一例的圖。
圖17是示出本發(fā)明的觀察光學(xué)系統(tǒng)的棱鏡中能適用的偏心棱鏡的另一例的圖。
圖18是示出本發(fā)明的觀察光學(xué)系統(tǒng)的棱鏡中能適用的偏心棱鏡的另一例的圖。
圖19是表示通過(guò)照明光導(dǎo)光光學(xué)裝置軸上主光線的光路圖。
圖20是表示將采用本發(fā)明的觀察光學(xué)系統(tǒng)的頭載型雙眼用圖像顯示裝置戴在觀察者頭部的狀態(tài)的圖。
圖21是圖20的剖面圖。
圖22是表示將采用本發(fā)明的觀察光學(xué)系統(tǒng)的頭載型單眼用圖像顯示裝置戴在觀察者頭部的狀態(tài)的圖。
圖23是說(shuō)明由偏心的反射面發(fā)生的像面彎曲用的示意圖。
圖24是說(shuō)明由偏心的反射面發(fā)生的像散用的示意圖。
圖25是說(shuō)明由偏心的反射面發(fā)生的彗形像差用的示意圖。
圖26是本發(fā)明的實(shí)施例5的觀察光學(xué)系統(tǒng)的光路圖。
圖27是本發(fā)明的實(shí)施例5的觀察光學(xué)系統(tǒng)的透明光學(xué)系統(tǒng)部分的剖面圖。
圖28是本發(fā)明的實(shí)施例6的觀察光學(xué)系統(tǒng)的透明光學(xué)系統(tǒng)部分的剖面圖。
圖29是通過(guò)實(shí)施例5的透明光學(xué)系統(tǒng)看到的方孔圖像和用肉眼看到的方孔圖像重疊后的圖。
圖30是通過(guò)實(shí)施例6的透明光學(xué)系統(tǒng)看到的方孔圖像和用肉眼看到的方孔圖像重疊后的圖。
圖31是表示本發(fā)明的第二觀察光學(xué)系統(tǒng)的另一形態(tài)的觀察光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖32是表示圖31所示實(shí)施形態(tài)的變形例的結(jié)構(gòu)的圖。
圖33是表示另一形態(tài)的觀察光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖34是表示又一形態(tài)的觀察光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖35是表示再一形態(tài)的觀察光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖36是表示本發(fā)明的第二觀察光學(xué)系統(tǒng)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)中能適用的偏心棱鏡之一例的圖。
圖37是表示本發(fā)明的第二觀察光學(xué)系統(tǒng)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)中能適用的偏心棱鏡另一例的圖。
圖38是表示本發(fā)明的第二觀察光學(xué)系統(tǒng)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)中能適用的偏心棱鏡另一例的圖。
圖39是表示本發(fā)明的第二觀察光學(xué)系統(tǒng)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)中能適用的偏心棱鏡另一例的圖。
圖40是表示本發(fā)明的第二觀察光學(xué)系統(tǒng)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)中能適用的偏心棱鏡另一例的圖。
圖41是表示本發(fā)明的第二觀察光學(xué)系統(tǒng)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)中能適用的偏心棱鏡另一例的圖。
圖42是表示本發(fā)明的第二觀察光學(xué)系統(tǒng)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)中能適用的偏心棱鏡另一例的圖。
圖43是采用本發(fā)明的第二觀察光學(xué)系統(tǒng)的圖像顯示裝置的剖面圖。
圖44是本發(fā)明的實(shí)施例7的觀察光學(xué)系統(tǒng)的光路圖。
圖45是本發(fā)明的實(shí)施例7的觀察光學(xué)系統(tǒng)的透明光學(xué)系統(tǒng)部分的剖面圖。
圖46是本發(fā)明的實(shí)施例8的觀察光學(xué)系統(tǒng)的透明光學(xué)系統(tǒng)部分的剖面圖。
圖47是通過(guò)實(shí)施例7的透明光學(xué)系統(tǒng)看到的方孔圖像和用肉眼看到的方孔圖像重疊后的圖。
圖48是通過(guò)實(shí)施例8的透明光學(xué)系統(tǒng)看到的方孔圖像和用肉眼看到的方孔圖像重疊后的圖。
圖49是表示本發(fā)明的第三、第四觀察光學(xué)系統(tǒng)的另一形態(tài)的觀察光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖50是表示圖49的實(shí)施形態(tài)的變形例的結(jié)構(gòu)的圖。
圖51是表示另一形態(tài)的觀察光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖52是表示又一形態(tài)的觀察光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖53是表示再一形態(tài)的觀察光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。
圖54是表示本發(fā)明的第三、第四觀察光學(xué)系統(tǒng)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)中能適用的偏心棱鏡之一例的圖。
圖55是表示本發(fā)明的第三、第四觀察光學(xué)系統(tǒng)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)中能適用的偏心棱鏡另一例的圖。
圖56是表示本發(fā)明的第三、第四觀察光學(xué)系統(tǒng)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)中能適用的偏心棱鏡另一例的圖。
圖57是表示本發(fā)明的第三、第四觀察光學(xué)系統(tǒng)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)中能適用的偏心棱鏡另一例的圖。
圖58是表示本發(fā)明的第三、第四觀察光學(xué)系統(tǒng)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)中能適用的偏心棱鏡另一例的圖。
圖59是表示本發(fā)明的第三、第四觀察光學(xué)系統(tǒng)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)中能適用的偏心棱鏡另一例的圖。
圖60是表示本發(fā)明的第三、第四觀察光學(xué)系統(tǒng)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)中能適用的偏心棱鏡另一例的圖。
圖61是采用本發(fā)明的第三、第四觀察光學(xué)系統(tǒng)的圖像顯示裝置的剖面圖。
實(shí)施發(fā)明用的最佳形態(tài)以下，說(shuō)明本發(fā)明的觀察光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)施例1～4。用逆光線跟蹤說(shuō)明這些實(shí)施例，但能將反射型圖像顯示元件配置在像面上，通過(guò)將觀察者的眼球的瞳孔配置在其光瞳位置，作為觀察光學(xué)系統(tǒng)用。另外，將在后面給出該實(shí)施例的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
在實(shí)施例1～4中，如圖1所示，用從物體中心射出后通過(guò)光瞳2的中心，到達(dá)像面3中心的光線定義軸上主光線1。而且，將軸上主光線1入射到光瞳2的面上的位置作為構(gòu)成觀察光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)面的原點(diǎn)，將沿著入射到光瞳2的面上的軸上主光線1的方向作為Z軸正方向，將包含該Z軸和像面中心的平面作為Y-Z平面，將通過(guò)原點(diǎn)與Y-Z平面正交、從圖紙的正面指向背面一側(cè)的方向作為X軸正方向，將與X軸、Z軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系的軸作為Y軸。在圖1中，示出了關(guān)于原點(diǎn)定義的坐標(biāo)系。另外，關(guān)于實(shí)施例2，設(shè)想軸上主光線1從棱鏡10的第三面13射出之后垂直于軸上主光線1的假想面，將沿著從該假想面射出的軸上主光線1的方向作為新的Z軸方向，將沿著軸上主光線1的傳播方向的方向作為Z軸正方向，將包含該Z軸和像面中心的平面作為Y-Z平面，將通過(guò)原點(diǎn)與Y-Z平面正交、從圖紙的正面指向背面一側(cè)的方向作為X軸正方向，將與X軸、Z軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系的軸作為Y軸。
在實(shí)施例1～4中，在關(guān)于光瞳2的中心規(guī)定的坐標(biāo)系的Y-Z平面內(nèi)，進(jìn)行棱鏡10的各面的偏心，另外，將其各旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱自由面的唯一的對(duì)稱面作為Y-Z面。
對(duì)于棱鏡10的偏心面來(lái)說(shuō)，從關(guān)于光瞳2的中心規(guī)定的坐標(biāo)系的原點(diǎn)，給出該面的面頂位置的偏心量(X軸方向、Y軸方向、Z軸方向分別為X、Y、Z)、以及將該面的中心軸(對(duì)于自由曲面來(lái)說(shuō)，為前面的式(a)中的Z軸，對(duì)于非球面來(lái)說(shuō)，為后面的式(b)中的Z軸)的各X軸、Y軸、Z軸作為中心的傾角(分別為α、β、γ(°))。另外，在此情況下，α和β為正時(shí)，對(duì)于各軸的正向來(lái)說(shuō)，意味著反時(shí)針旋轉(zhuǎn)，γ為正時(shí)，對(duì)于Z軸的正向來(lái)說(shuō)，意味著順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
另外，在實(shí)施例2中，偏移角補(bǔ)償棱鏡7在照明光導(dǎo)光棱鏡6一側(cè)的面(第11面)、照明光導(dǎo)光棱鏡6在偏移角補(bǔ)償棱鏡7一側(cè)的面(第12面、第20面)給出以該面相對(duì)于關(guān)于假想面規(guī)定的坐標(biāo)系的各中心軸即X軸、Y軸、Z軸為中心的傾角(分別為α、β、γ(°))。另外，對(duì)于照明光導(dǎo)光棱鏡6的透鏡面(第22面)來(lái)說(shuō)，從關(guān)于假想面規(guī)定的坐標(biāo)系的原點(diǎn)，給出該面的面頂位置的偏心量(X軸方向、Y軸方向、Z軸方向分別為X、Y、Z)、以及將該面的中心軸的各X軸、Y軸、Z軸作為中心的傾角(分別為α、β、γ(°))。
另外，在構(gòu)成實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)作用面中特定的面和繼其之后的面構(gòu)成共軸光學(xué)系統(tǒng)的情況下，給出面間隔，此外，根據(jù)習(xí)慣用法給出介質(zhì)的折射率、阿貝數(shù)。
另外，雖然用逆光線跟蹤說(shuō)明作為本發(fā)明的第二觀察光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)施例5～6，但如圖26所示，通過(guò)將圖像顯示元件配置在目鏡光學(xué)系統(tǒng)的像面203上，使觀察者的眼球的瞳孔位于其射出光瞳201所在位置，具有作為顯示像的觀察光學(xué)裝置的功能，通過(guò)目鏡光學(xué)系統(tǒng)的棱鏡光學(xué)系統(tǒng)210和透明光學(xué)元件220，從射出光瞳201觀察外界，能使外界透明。另外，將在后面給出這些實(shí)施例的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
在實(shí)施例5～6中，如圖26所示，用從物體中心射出后通過(guò)射出光瞳201的中心，到達(dá)像面203中心或外界中心的光線定義軸上主光線202。而且，將光瞳201的中心作為構(gòu)成觀察光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)面的原點(diǎn)，將沿著入射到觀察光學(xué)系統(tǒng)的第一面211上的軸上主光線202的方向作為Z軸正方向，將包含該Z軸和像面中心的平面作為Y-Z平面，將通過(guò)原點(diǎn)與Y-Z平面正交、從圖紙的正面指向背面一側(cè)的方向作為X軸正方向，將與X軸、Z軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系的軸作為Y軸。在圖26中，示出了關(guān)于原點(diǎn)定義的坐標(biāo)系。
在實(shí)施例5、6中，在關(guān)于光瞳201的中心規(guī)定的坐標(biāo)系的Y-Z平面內(nèi)，進(jìn)行棱鏡構(gòu)件210、220的各面的偏心，另外，將其各旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱自由面的唯一的對(duì)稱面作為Y-Z面。
對(duì)于棱鏡構(gòu)件210、220的偏心面來(lái)說(shuō)，從關(guān)于光瞳201的中心規(guī)定的坐標(biāo)系的原點(diǎn)，給出該面的面頂位置的偏心量(X軸方向、Y軸方向、Z軸方向分別為X、Y、Z)、以及將該面的中心軸(對(duì)于自由曲面來(lái)說(shuō)，為前面的式(a)中的Z軸，對(duì)于非球面來(lái)說(shuō)，為后面的式(b)中的Z軸)的各X軸、Y軸、Z軸作為中心的傾角(分別為α、β、γ(°))。另外，在此情況下，α和β為正時(shí)，對(duì)于各軸的正向來(lái)說(shuō)，意味著反時(shí)針旋轉(zhuǎn)，γ為正時(shí)，對(duì)于Z軸的正向來(lái)說(shuō)，意味著順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
另外，在構(gòu)成實(shí)施例5、6的光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)作用面中特定的面和繼其之后的面構(gòu)成共軸光學(xué)系統(tǒng)的情況下，給出面間隔，此外，根據(jù)習(xí)慣用法給出介質(zhì)的折射率、阿貝數(shù)。
另外，雖然用逆光線跟蹤說(shuō)明作為本發(fā)明的第三、第四觀察光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)施例7～8，但如圖44所示，通過(guò)將圖像顯示元件配置在目鏡光學(xué)系統(tǒng)的像面403上，使觀察者的眼球的瞳孔位于其射出光瞳401所在位置，具有作為顯示像的觀察光學(xué)裝置的功能，通過(guò)目鏡光學(xué)系統(tǒng)的棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410和透明光學(xué)元件420，從射出光瞳401觀察外界，能使外界透明。另外，將在后面給出這些實(shí)施例的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
在實(shí)施例7、8中，如圖44所示，用從物體中心射出后通過(guò)射出光瞳401的中心，到達(dá)像面403中心或外界中心的光線定義軸上主光線402。而且，將光瞳401的中心作為構(gòu)成觀察光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)面的原點(diǎn)，將沿著入射到觀察光學(xué)系統(tǒng)的第一面411上的軸上主光線402的方向作為Z軸正方向，將包含該Z軸和像面中心的平面作為Y-Z平面，將通過(guò)原點(diǎn)與Y-Z平面正交、從圖紙的正面指向背面一側(cè)的方向作為X軸正方向，將與X軸、Z軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系的軸作為Y軸。在圖44中，示出了關(guān)于原點(diǎn)定義的坐標(biāo)系。
在實(shí)施例7、8中，在關(guān)于光瞳401的中心規(guī)定的坐標(biāo)系的Y-Z平面內(nèi)，進(jìn)行棱鏡構(gòu)件410、420的各面的偏心，另外，將其各旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱自由面的唯一的對(duì)稱面作為Y-Z面。
對(duì)于棱鏡構(gòu)件410、420的偏心面來(lái)說(shuō)，從關(guān)于光瞳401的中心規(guī)定的坐標(biāo)系的原點(diǎn)，給出該面的面頂位置的偏心量(X軸方向、Y軸方向、Z軸方向分別為X、Y、Z)、以及將該面的中心軸(對(duì)于自由曲面來(lái)說(shuō)，為前面的式(a)中的Z軸，對(duì)于非球面來(lái)說(shuō)，為后面的式(b)中的Z軸)的各X軸、Y軸、Z軸作為中心的傾角(分別為α、β、γ(°))。另外，在此情況下，α和β為正時(shí)，對(duì)于各軸的正向來(lái)說(shuō)，意味著反時(shí)針旋轉(zhuǎn)，γ為正時(shí)，對(duì)于Z軸的正向來(lái)說(shuō)，意味著順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
另外，在構(gòu)成實(shí)施例7、8的光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)作用面中特定的面和繼其之后的面構(gòu)成共軸光學(xué)系統(tǒng)的情況下，給出面間隔，此外，根據(jù)習(xí)慣用法給出介質(zhì)的折射率、阿貝數(shù)。
另外，用前面的(a)式定義本發(fā)明中使用的自由曲面的形狀，該定義式的Z軸成為自由曲面的軸。
另外，非球面是由以下的定義式給出的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面。
Z=(Y2/R)/[1+{1-(1+K)Y2/R2}1/2]+AY4+BY6+CY8+DY10+……···(b)式中，將Z作為以光的傳播方向?yàn)檎墓廨S(軸上主光線)，Y成為與光軸垂直的方向。這里，R是近軸曲率半徑，K是圓錐常數(shù)，A、B、C、D分別是4次、6次、8次、10次非球面系數(shù)。該定義式的Z軸成為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面的軸。
另外，關(guān)于沒(méi)有記錄數(shù)據(jù)的自由曲面、非球面的項(xiàng)為0。關(guān)于折射率，記載d線(波長(zhǎng)為587.56nm)的折射率。長(zhǎng)度單位為mm。
另外，作為自由曲面的另一定義式，有由以下的(c)式給出的Zernike多項(xiàng)式。用下式定義該面的形狀。該定義式的Z軸成為Zernike多項(xiàng)式的軸。旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱面的定義，用X-Y面的Z軸高度的極坐標(biāo)進(jìn)行定義，A是X-Y面內(nèi)的到Z軸的距離，R是用從Z軸測(cè)得的旋轉(zhuǎn)角表示的Z軸旋轉(zhuǎn)的方位角。
x=R×cos(A)y=R×sin(A)Z=D2+D3Rcos(A)+D4Rsin(A)+D6R2cos(2A)+D6(R2-1)+D7R2sin(2A)+D8R3cos(3A)+D9(3R3-2R)cos(A)+D10(3R3-2R)sin(A)+D11R3sin(3A)+D12R4cos(4A)+D13(4R4-3R2)cos(2A)+D14(6R4-6R2+1)+D15(4R4-3R2)sin(2A)+D16R4sin(4A)+D17R5cos(5A)+D18(5R5-4R3)cos(3A)+D19(10R5-12R3+3R)cos(A)+D20(10R5-12R3+3R)sin(A)+D21(5R5-4R3)sin(3A)+D22R5sin(5A)+D23R6cos(6A)+D24(6R6-5R4)cos(4A)+D25(15R6-20R4+6R2)cos(2A)+D26(20R6-30R4+12R2-1)+D27(15R6-20R4+6R2)sin(2A)+D28(6R6-5R4)sin(4A)+D29R6sin(6A)········(c)另外，作為與X軸方向?qū)ΨQ的光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)利用D4、D5、D6、D10、D11、D12、D13、D14、D20、D21、D22、…。
作為另一面的例，可以舉出以下的定義式(d)。
Z=∑∑CnmXY作為例，可以考慮k=7(7次項(xiàng))，展開(kāi)后用下式表示。
Z=C2+C3Y+C4|X|+C5Y2+C6Y|X|+C7X2+C8Y3+C9Y2|X|+C10YX2+C11|X3|+C12Y4+C13Y3|X|+C14Y2X2+C15Y|X3|+C16X4+C17Y5+C18Y4|X|+C19Y3X2+C20Y2|X3|+C21YX4+C22|X5|+C23Y6+C24Y5|X|+C25Y4X2+C26Y3|X3|+C27Y2X4+C28Y|X5|+C29X6+C30Y7+C31Y6|X|+C32Y5X2+C33Y4|X3|+C34Y3X4+C35Y2|X5|+C36YX6+C37|X7|···(d)另外，在本發(fā)明的實(shí)施例中，雖然用前面的(a)式表示自由曲面的形狀，但不用說(shuō)，用上述的(c)式、(d)式也能獲得同樣的作用效果。
另外，關(guān)于衍射光學(xué)元件，例如記載在“光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師用的小型光學(xué)元件”第6、7章(オプトロニクス社出版)和“SPIE”第126卷第46～53頁(yè)(1977)等中，可見(jiàn)區(qū)域的阿貝數(shù)ν=-3.453，局部分散比θg,F=0.03，該衍射光柵的間隔能自由地改變，所以能與任意的非球面透鏡面等效地處理。以下采用“SPIE”第126卷第46～53頁(yè)(1977)中記載的“ultra-high index method”。
圖1示出了本發(fā)明的實(shí)施例1的包含光軸的Y-Z剖面圖。該實(shí)施例的觀察光學(xué)系統(tǒng)水平視場(chǎng)角為22°，圖像顯示元件的大小為9.6×7.2mm，其對(duì)角線長(zhǎng)度H為12mm，圖像顯示元件的顯示面3與光軸相交的位置和棱鏡10的入射面13與光軸相交的位置之間的間隔L為12.632mm,L/H=1.053(條件式(1)的值)，光瞳直徑為4mm，從棱鏡10的射出面11至射出光瞳的距離(瞳孔間隙)為30.0mm。
逆光線跟蹤時(shí)，從物體一側(cè)開(kāi)始按照光通過(guò)的順序，該實(shí)施例由射出光瞳2、棱鏡10、衍射光學(xué)元件8、偏移角補(bǔ)償棱鏡7、照明光導(dǎo)光棱鏡6、像面(反射型圖像顯示元件的顯示面)3構(gòu)成，另外，在照明光導(dǎo)光棱鏡6的入射照明光的一側(cè)，配置著光源4、菲涅爾透鏡5。
棱鏡10由第一面11至第三面13構(gòu)成，該第一面11使來(lái)自物體一側(cè)的光束入射到棱鏡10內(nèi)，同時(shí)使在第二面12上反射的光束在棱鏡內(nèi)反射，第三面13使在第一面11上反射的光束射出到棱鏡外，第一面11成為兼有透射作用和反射作用的同一光學(xué)作用面。
另外，衍射光學(xué)元件8在該棱鏡10一側(cè)的面成為衍射面9，衍射光學(xué)元件8以反射側(cè)的面粘接在偏移角補(bǔ)償棱鏡7上。
另外，照明光導(dǎo)光棱鏡6是由第一面16、第二面17、第三面18構(gòu)成的三角棱鏡，第一面16是將來(lái)自光源4的發(fā)散光經(jīng)菲涅爾透鏡5后而呈大致平行的光束導(dǎo)入棱鏡內(nèi)的面，它垂直于照明光軸配置。該導(dǎo)入的照明光在第三面18上全反射，入射到用照明光導(dǎo)光棱鏡6和偏移角補(bǔ)償棱鏡7的粘接面構(gòu)成偏振光光束分離面的第二面17上后被反射，此次透過(guò)第三面18，大致垂直地照亮配置在像面3上的例如反射型液晶顯示元件的顯示面。
來(lái)自配置在像面3上的反射型液晶顯示元件的顯示面的顯示光從照明光導(dǎo)光棱鏡6的第三面18入射到棱鏡內(nèi)，此次透過(guò)第二面17的偏振光光束分離面，入射到偏移角補(bǔ)償棱鏡7內(nèi)，通過(guò)配置著其射出側(cè)的面上的衍射光學(xué)元件8，在其衍射面9上被衍射，從棱鏡10的第三面13入射到棱鏡10內(nèi)，在第一面11上全反射，再在第二面12上反射，此次在第一面11上折射后射出到棱鏡10外，進(jìn)入位于射出光瞳2處的觀察者眼球內(nèi)，形成反射型液晶顯示元件的顯示圖像的放大像。
從后面所述的結(jié)構(gòu)參數(shù)的第二面至第五面是棱鏡10，第六面是衍射面9，第七面是其基板面。第八面和第九面之間是偏移角補(bǔ)償棱鏡7，第九面、第十三面是偏振光光束分離面17，第九面和第十面之間、第十二面和第十三面之間、從第十三面至第十五面是照明光導(dǎo)光棱鏡6，第十六面和第十七面之間是菲涅爾透鏡5，第十六面是菲涅爾透鏡面。第十八面是光源4。而且，從第二面至第十八面的各面用以第一面的射出光瞳2的中心為基準(zhǔn)的偏心量表示。
圖2示出了本發(fā)明的實(shí)施例2的包含光軸的Y-Z剖面圖，圖3示出X-Z方向的光路圖。該實(shí)施例的觀察光學(xué)系統(tǒng)水平視場(chǎng)角為22°，圖像顯示元件的大小為9.6×7.2mm，其對(duì)角線長(zhǎng)度H為11.81mm，圖像顯示元件的顯示面3與光軸相交的位置和棱鏡10的入射面13與光軸相交的位置之間的間隔L為13.35mm,L/H=1.13084(條件式(1)的值)，光瞳直徑為4mm，從棱鏡10的射出面11至射出光瞳的距離(瞳孔間隙)為32mm。
逆光線跟蹤時(shí)，從物體一側(cè)開(kāi)始按照光通過(guò)的順序，該實(shí)施例由射出光瞳2、棱鏡10、衍射光學(xué)元件8、偏移角補(bǔ)償棱鏡7、照明光導(dǎo)光棱鏡6、像面(反射型圖像顯示元件的顯示面)3構(gòu)成，另外，在照明光導(dǎo)光棱鏡6的入射照明光的一側(cè)設(shè)有透鏡面16’，在其前方配置著光源4。從圖3可知，該實(shí)施例的特征在于光源4相對(duì)于照明光導(dǎo)光棱鏡6向X方向偏心配置，照明光導(dǎo)光棱鏡6的偏振光光束分離面17’在Y軸周圍傾斜配置(棱鏡10的面11～13在X軸周圍傾斜配置)，而且，該偏振光光束分離面17’不是平面，而是由具有放大能力的自由曲面形成。
棱鏡10與實(shí)施例1相同，由第一面11至第三面13構(gòu)成，該第一面11使來(lái)自物體一側(cè)的光束入射到棱鏡10內(nèi)，同時(shí)使在第二面12上反射的光束在棱鏡內(nèi)反射，第二面12使從第一面11入射的光束在棱鏡內(nèi)反射，第三面13使在第一面11上反射的光束射出到棱鏡外，第一面11成為兼有透射作用和反射作用的同一光學(xué)作用面。
另外，衍射光學(xué)元件8的與該棱鏡10相反一側(cè)(偏移角補(bǔ)償棱鏡7一側(cè))的面成為衍射面9。
另外，照明光導(dǎo)光棱鏡6是由第一面16’、第二面17’、第三面18構(gòu)成的三角棱鏡，第一面16’由凸?fàn)钋蛎嫱哥R面構(gòu)成，第二面17’由非平面的自由曲面構(gòu)成，第一面16’的透鏡面是將來(lái)自光源4的發(fā)散光束變換成近似于平行光的發(fā)散光束導(dǎo)入棱鏡內(nèi)的面，它垂直于照明光軸配置。該導(dǎo)入的照明光在第三面18的平面上全反射，入射到由照明光導(dǎo)光棱鏡6和偏移角補(bǔ)償棱鏡7的粘接面構(gòu)成偏振光光束分離面的呈自由曲面的第二面17’上，一邊對(duì)偏心像差進(jìn)行某種程度的補(bǔ)償，一邊作為大致的平行光被反射，此次透過(guò)第三面18，大致垂直地照明配置在像面3上的例如反射型液晶顯示元件的顯示面。
來(lái)自配置在像面3上的反射型液晶顯示元件的顯示面的顯示光從照明光導(dǎo)光棱鏡6的第三面18進(jìn)入到棱鏡內(nèi)，此次透過(guò)第二面17’的偏振光光束分離面，進(jìn)入到偏移角補(bǔ)償棱鏡7內(nèi)，在配置在其射出側(cè)的衍射光學(xué)元件8的衍射面9上被衍射，從棱鏡10的第三面13進(jìn)入到棱鏡10內(nèi)，在第一面11上全反射，再在第二面12上反射，此次在第一面11上折射后射出到棱鏡10外，進(jìn)入位于射出光瞳2處的觀察者眼球內(nèi)，形成反射型液晶顯示元件的顯示圖像的放大像。
從后面所述的結(jié)構(gòu)參數(shù)的第二面至第五面是棱鏡10，第五面是假想面，第八面是衍射面9的基板面，第九面是衍射面9。第十面和第十一面之間是偏移角補(bǔ)償棱鏡7，第十二面、第二十面是偏振光光束分離面17’，第十二面和第十三面之間、第十九面和第二十面之間、從第二十面至第二十二面是照明光導(dǎo)光棱鏡6，第二十二面是聚光透鏡面。另外，第十四面和第十五面之間、第十七面和第十八面之間是LCD偏振片，第十五面和第十六面(像面)之間、第十六面(像面)和第十七面之間是LCD基板玻璃。另外，第二十三面是光源4。而且，從第二面至第六面(假想面)的各面用以第一面的射出光瞳2的中心為基準(zhǔn)的偏心量表示，從第六面至第二十一面之間由沿軸上主光線1的軸上間隔來(lái)指定面的位置，其中，關(guān)于第十一面、第十二面、第二十面(=第十二面)，只給出這些面的中心軸相對(duì)于光軸的傾角β，作為偏心量。關(guān)于第二十二面的透鏡面，給出了在關(guān)于第六面的假想面規(guī)定的坐標(biāo)系中該面的面頂位置的偏心量，光源4的位置由沿著來(lái)自第二十二面的軸上主光線1的軸上間隔給出。
另外，由于實(shí)施例2的光學(xué)系統(tǒng)是這樣構(gòu)成的，所以對(duì)于棱鏡10來(lái)說(shuō)，能將照明光源4配置在與反射型圖像顯示元件的顯示面3不同的方向(例如，在將顯示面3配置在棱鏡10的上方的情況下，能將照明光源4配置在棱鏡10的右側(cè)或左側(cè))，能將頭載顯示器等圖像顯示裝置構(gòu)成小型結(jié)構(gòu)。另外，與實(shí)施例1的情況相比，不需要菲涅爾透鏡，這一部分能使光學(xué)系統(tǒng)緊湊化。另外，由于能使離開(kāi)光源4靠近像面3的偏振光光束分離面17’具有使來(lái)自光源4的照明光大致平行化的放大能力的一部分，所以照明均勻，同時(shí)能用比較大的光源4。
圖4示出了本發(fā)明的實(shí)施例3的包含光軸的Y-Z剖面圖。該實(shí)施例的觀察光學(xué)系統(tǒng)水平視場(chǎng)角為22°，圖像顯示元件的大小為9.6×7.2mm，其對(duì)角線長(zhǎng)度H為12mm，圖像顯示元件的顯示面3與光軸相交的位置和棱鏡10的入射面13與光軸相交的位置之間的間隔L為11.52mm,L/H=0.96(條件式(1)的值)，Δθ=0.50°(條件式(3)的值)，光瞳直徑為4mm，從棱鏡10的射出面11至射出光瞳的距離(瞳孔間隙)為29.9mm。
該實(shí)施例進(jìn)行逆光線跟蹤時(shí)，從物體一側(cè)開(kāi)始按照光通過(guò)的順序，由射出光瞳2、棱鏡10、照明光導(dǎo)光棱鏡6、像面(反射型圖像顯示元件的顯示面)3構(gòu)成，另外，在照明光導(dǎo)光棱鏡6的入射照明光的一側(cè)配置著光源4、菲涅爾透鏡5。
棱鏡10由第一面11至第三面13構(gòu)成，該第一面11使來(lái)自物體一側(cè)的光束入射到棱鏡10內(nèi)，同時(shí)使在第二面12上反射的光束在棱鏡內(nèi)反射，第二面12使從第一面11入射的光束在棱鏡內(nèi)反射，第三面13使在第一面11上反射的光束射出到棱鏡外，第一面11成為兼有透射作用和反射作用的同一光學(xué)作用面。
另外，照明光導(dǎo)光棱鏡6是由第一面16、第二面17、第三面18構(gòu)成的三角棱鏡，全部由平面構(gòu)成，第一面16是將用菲涅爾透鏡5使來(lái)自光源4的發(fā)散光呈大致平行的光束導(dǎo)入棱鏡內(nèi)的面，垂直于照明光軸配置。該導(dǎo)入的照明光在第三面18上全反射，入射到構(gòu)成照明光導(dǎo)光棱鏡6的偏振光光束分離面的第二面17上并被反射，此次透過(guò)第三面18，大致垂直地照明配置在像面3上的例如反射型液晶顯示元件的顯示面。
來(lái)自配置在像面3上的反射型液晶顯示元件的顯示面的顯示光從照明光導(dǎo)光棱鏡6的第三面18進(jìn)入到棱鏡內(nèi)，此次透過(guò)第二面17的偏振光光束分離面，從棱鏡10的第三面13進(jìn)入到棱鏡10內(nèi)，在第一面11上全反射，再在第二面12上反射，此次在第一面11上折射后射出到棱鏡10外，進(jìn)入位于射出光瞳2處的觀察者眼球內(nèi)，形成反射型液晶顯示元件的顯示圖像的放大像。
從后面所述的結(jié)構(gòu)參數(shù)的第二面至第五面是棱鏡10，第六面和第七面之間、第九面和第十面之間、從第十面至第十二面是照明光導(dǎo)光棱鏡6，第十三面和第十四面是菲涅爾透鏡5，其兩面是菲涅爾透鏡面。第十五面是光源4。而且，從第二面至第十五面的各面由以第一面的射出光瞳2的中心為基準(zhǔn)的偏心量表示。
圖5示出了本發(fā)明的實(shí)施例4的包含光軸的Y-Z剖面圖。該實(shí)施例的觀察光學(xué)系統(tǒng)水平視場(chǎng)角為22°，圖像顯示元件的大小為9.6×7.2mm，其對(duì)角線長(zhǎng)度H為12mm，圖像顯示元件的顯示面3與光軸相交的位置和棱鏡10的入射面13與光軸相交的位置之間的間隔L為11.75mm,L/H=0.98(條件式(1)的值)，Δθ=0.41°(條件式(3)的值)，光瞳直徑為4mm，從棱鏡10的射出面11至射出光瞳的距離(瞳孔間隙)為29.9mm。
逆光線跟蹤時(shí)，從物體一側(cè)開(kāi)始按照光通過(guò)的順序，該實(shí)施例由射出光瞳2、棱鏡10、照明光導(dǎo)光棱鏡6、像面(反射型圖像顯示元件的顯示面)3構(gòu)成，另外，在照明光導(dǎo)光棱鏡6的入射照明光的一側(cè)配置著光源4、菲涅爾透鏡5。
棱鏡10由第一面11至第三面13構(gòu)成，該第一面11使來(lái)自物體一側(cè)的光束入射到棱鏡10內(nèi)，同時(shí)使在第二面12上反射的光束在棱鏡內(nèi)反射，第二面12使從第一面11入射的光束在棱鏡內(nèi)反射，第三面13使在第一面11上反射的光束射出到棱鏡外，第一面11成為兼有透射作用和反射作用的同一光學(xué)作用面。
另外，照明光導(dǎo)光棱鏡6是由第一面16、第二面17、第三面18構(gòu)成的三角棱鏡，第一面16、第三面18是平面，第二面17由凸球面構(gòu)成，第一面16是將用菲涅爾透鏡5使來(lái)自光源4的發(fā)散光呈大致平行的光束導(dǎo)入棱鏡內(nèi)的面，垂直于照明光軸配置。該導(dǎo)入的照明光在第三面18上全反射，入射到構(gòu)成照明光導(dǎo)光棱鏡6的偏振光光束分離面的第二面17上，此次透過(guò)第三面18，大致垂直地照明配置在像面3上的例如反射型液晶顯示元件的顯示面。
來(lái)自配置在像面3上的反射型液晶顯示元件的顯示面的顯示光從照明光導(dǎo)光棱鏡6的第三面18進(jìn)入到棱鏡內(nèi)，此次透過(guò)第二面17的偏振光光束分離面，從棱鏡10的第三面13進(jìn)入到棱鏡10內(nèi)，在第一面11上全反射，再在第二面12上反射，此次在第一面11上折射后射出到棱鏡10外，進(jìn)入位于射出光瞳2處的觀察者眼球內(nèi)，形成反射型液晶顯示元件的顯示圖像的放大像。
從后面所述的結(jié)構(gòu)參數(shù)的第二面至第五面是棱鏡10，第六面和第七面之間、第九面和第十面之間、從第十面至第十二面是照明光導(dǎo)光棱鏡6，第十三面和第十四面是菲涅爾透鏡5，其兩面是菲涅爾透鏡面。第十五面是光源4。而且，從第二面至第十五面的各面由以第一面的射出光瞳2的中心為基準(zhǔn)的偏心量表示。
圖26示出了本發(fā)明的實(shí)施例5的包含備有透明光學(xué)系統(tǒng)的觀察光學(xué)裝置的光軸的Y-Z剖面圖。備有實(shí)施例6的透明光學(xué)系統(tǒng)的觀察光學(xué)裝置也同樣構(gòu)成。觀察這些實(shí)施例的觀察光學(xué)裝置的像面的顯示像時(shí)的水平視場(chǎng)角為22°，圖像顯示元件的大小為9.6×7.2mm，光瞳直徑為4mm。
在觀察圖像顯示元件的顯示像的情況下，逆光線跟蹤時(shí)，從物體一側(cè)沿著光通過(guò)的順序，該觀察光學(xué)裝置由射出光瞳201、棱鏡光學(xué)系統(tǒng)210、衍射光學(xué)元件204、平行平板206、像面203構(gòu)成，另外，在使外界透明時(shí)，逆光線跟蹤時(shí)，從物體一側(cè)沿著光通過(guò)的順序，由射出光瞳201、棱鏡光學(xué)系統(tǒng)210、透明光學(xué)元件220構(gòu)成。
逆光線跟蹤時(shí)，棱鏡光學(xué)系統(tǒng)210由第一面211至第三面213構(gòu)成，該第一面211使來(lái)自物體一側(cè)的光束入射到棱鏡210內(nèi)，同時(shí)使在第二面212上反射的光束在棱鏡內(nèi)進(jìn)行全反射，成為兼作透射面和全反射面的面，第二面212使從第一面211入射的光束在棱鏡內(nèi)全反射，同時(shí)使一部分透射到透明光學(xué)元件220一側(cè)，成為半透射半反射面，第三面213使在第一面211上反射的光束射出到棱鏡外，成為透射面。
另外，衍射光學(xué)元件204的像面203一側(cè)的面成為衍射面205。平行平板206是照明像面203用的光學(xué)系統(tǒng)或構(gòu)成濾光器之類的平板。
來(lái)自配置在像面203上的圖像顯示元件的顯示面的顯示光經(jīng)平行平板206，被衍射光學(xué)元件204的衍射面205衍射，從棱鏡光學(xué)系統(tǒng)210的第三面213進(jìn)入到棱鏡內(nèi)，在第一面211上全反射，再在第二面212上反射，此次在第一面211上折射后射出到棱鏡外，入射到瞳孔位于射出光瞳201處的觀察者眼球中，形成圖像顯示元件的顯示圖像的放大像。
另外，透明光學(xué)系統(tǒng)220與棱鏡光學(xué)系統(tǒng)210的第三面213的前方相距一定間隔配置，逆光線跟蹤時(shí)，它由用第一面221和第二面222構(gòu)成的透射棱鏡構(gòu)件構(gòu)成，來(lái)自外界的光按照透明光學(xué)系統(tǒng)220的第二面222、第一面221、棱鏡光學(xué)系統(tǒng)210的第二面212、第一面211的順序透過(guò)后，入射到瞳孔位于射出光瞳201處的觀察者眼球中，形成外界像。另外，能有選擇地或重疊地觀察外界像和像面203的顯示像。
圖27示出了實(shí)施例5的包含透明光學(xué)系統(tǒng)的光軸的Y-Z剖面圖，圖28示出了實(shí)施例6的包含透明光學(xué)系統(tǒng)的光軸的Y-Z剖面圖。兩實(shí)施例的棱鏡光學(xué)系統(tǒng)210公用，雖然透明光學(xué)元件220的表面形狀不同，但配置在棱鏡光學(xué)系統(tǒng)210的第三面213的前方，逆光線跟蹤時(shí)，由用第一面221和第二面222構(gòu)成的透射棱鏡構(gòu)件構(gòu)成。
圖44示出了本發(fā)明的實(shí)施例7的包含備有透明光學(xué)系統(tǒng)的觀察光學(xué)裝置的光軸的Y-Z剖面圖。備有實(shí)施例8的透明光學(xué)系統(tǒng)的觀察光學(xué)裝置也同樣構(gòu)成。觀察這些實(shí)施例的觀察光學(xué)裝置的像面的顯示像時(shí)的水平視場(chǎng)角為22°，圖像顯示元件的大小為9.6×7.2mm，光瞳直徑為4mm。
在觀察圖像顯示元件的顯示像的情況下，逆光線跟蹤時(shí)，從物體一側(cè)沿著光通過(guò)的順序，該觀察光學(xué)裝置由射出光瞳401、棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410、衍射光學(xué)元件404、平行平板406、像面403構(gòu)成，另外，在使外界透明時(shí)，逆光線跟蹤從物體一側(cè)沿著光通過(guò)的順序，由射出光瞳401、棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410、透明光學(xué)元件420構(gòu)成。
逆光線跟蹤時(shí)，棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410由第一面411至第三面413構(gòu)成，該第一面411使來(lái)自物體一側(cè)的光束入射到棱鏡410內(nèi)，同時(shí)使在第二面412上反射的光束在棱鏡內(nèi)進(jìn)行全反射，成為兼作透射面和全反射面的面，第二面412使從第一面411入射的光束在棱鏡內(nèi)反射，同時(shí)使一部分透射到透明光學(xué)元件420一側(cè)，成為半透射半反射面，第三面413使在第一面411上反射的光束射出到棱鏡外，成為透射面。
另外，衍射光學(xué)元件404的像面403一側(cè)的面成為衍射面405。平行平板406是照明像面403用的光學(xué)系統(tǒng)或構(gòu)成濾光器之類的平板。
來(lái)自配置在像面403上的圖像顯示元件的顯示面的顯示光經(jīng)平行平板406，被衍射光學(xué)元件404的衍射面405衍射，從棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410的第三面413進(jìn)入到棱鏡內(nèi)，在第一面411上全反射，再在第二面412上反射，此次在第一面411上折射后射出到棱鏡外，入射到瞳孔位于射出光瞳401處的觀察者眼球中，形成圖像顯示元件的顯示圖像的放大像。
另外，透明光學(xué)系統(tǒng)420緊密配置在棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410的第三面413上，逆光線跟蹤時(shí)，它由用第一面421和第二面422構(gòu)成的透射棱鏡構(gòu)件構(gòu)成，來(lái)自外界的光按照透明光學(xué)元件420的第二面422、第一面421=棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410的第二面412、第一面411的順序透過(guò)后，入射到瞳孔位于射出光瞳401處的觀察者眼球中，形成外界像。另外，能有選擇地或重疊地觀察外界像和像面403的顯示像。
圖45中示出了實(shí)施例7的包含透明光學(xué)系統(tǒng)的光軸的Y-Z剖面圖，圖46中示出了實(shí)施例8的包含透明光學(xué)系統(tǒng)的光軸的Y-Z剖面圖。兩實(shí)施例的棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410公用，雖然透明光學(xué)元件420的表面形狀不同，但緊密地配置在棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410的第三面413上，逆光線跟蹤時(shí)，由用第一面421和第二面422構(gòu)成的透射棱鏡構(gòu)件構(gòu)成。
實(shí)施例7是透明光學(xué)元件420和棱鏡光學(xué)系統(tǒng)410合成的光學(xué)放大能力P大致為0的例，實(shí)施例8是合成的角放大率β大致為1的例。
以下示出實(shí)施例1～8的結(jié)構(gòu)參數(shù)。表示實(shí)施例1～4的表中的“FFS”表示自由曲面，“ASS”表示非球面，“DOE”表示衍射面，“PBS”表示偏振光光束分離面，“FLS”表示菲涅爾透鏡面，“LCD”表示反射型液晶顯示元件的顯示面，“RS”表示反射面，“HRP”表示假想面。另外，示出實(shí)施例5～8的透明光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、以及配置在這些實(shí)施例公用的像面203、403上的圖像顯示元件的觀察光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)的表中的“FFS”表示自由曲面，“ASS”表示非球面，“DOE”表示衍射面，“LCD”表示圖像顯示元件的顯示面，“RS”表示反射面，“HRP”表示假想面。
實(shí)施例1面曲率半徑 面偏移折射阿貝數(shù)No. 間隔和傾斜系數(shù)物面 ∞ -1000.001 ∞(光瞳)(1)2 ASS① (2)1.525456.23 FFS①(RS) (3)1.525456.24 ASS①(RS) (2)1.525456.25 FFS② (4)6 ASS②(DOE) (5)1001.0682 -3.57 ∞ (5)1.492257.58∞ (6)1.516364.19∞(PBS) (7)1.516364.110∞ (8)像面∞(LCD)(RS) (9)12∞ (8)1.516364.113∞(PBS)(RS) (7)1.516364.114∞(RS) (8)1.516364.115∞ (10)16 ASS③(FLS)(11) 1.492257.517∞ (12)光源∞ (13)ASS①R -162.42K -2.6327×10+2A -4.6353×10-8B 5.3343×10-9C -1.4026e-012ASS②R 459974.36K -1.0000A 1.9948×10-8B -1.3816×10-10ASS③R -5.01K -3.5319×10-1A 4.0969×10-4
FFS①C4-7.2345×10-3C6-6.9125×10-3C84.4026×10-5C106.4432×10-5C111.4416×10-6C131.8224×10-6C154.1031×10-6C17-7.0792×10-8C189.9564×10-8C211.4815×10-7FFS②C4-1.9459×10-2C6-2.5266×10-2C83.3469×10-4C103.6981×10-4C11-1.3936×10-5C134.0624×10-5C15-4.6353×10-6C171.8299×10-6C19-6.3031×10-7C211.6919×10-6偏移和傾斜(1)X0.00 Y0.00 Z0.00α 0.00 β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(2)X0.00 Y-2.98 Z30.33α 5.72 β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(3)X0.00 Y2.28 Z40.11α -15.25β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(4)X0.00 Y18.69 Z35.95α 66.23β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(5)X0.00 Y20.15 Z37.39α 49.42 β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(6)X0.00 Y20.91 Z38.04α 49.42 β 0.00 γ 0.00
偏移和傾斜(7)X 0.00 Y 24.20 Z 40.86α 49.42 β -30.00 γ 0.00偏移和傾斜(8)X 0.00 Y 27.08 Z 43.3α 49.42 β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(9)X 0.00 Y 28.22 Z 44.31α 49.42 β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(10)X 15.00 Y 23.29 Z 40.08α 49.42 β 60.00 γ 0.00偏移和傾斜(11)X 15.87 Y 22.91 Z 39.75α 49.42 β 60.00 γ 0.00偏移和傾斜(12)X 16.73 Y 22.53 Z 39.43α 49.42 β60.00 γ 0.00偏移和傾斜(13)X 21.06 Y 20.63 Z 37.80α 49.42 β 60.00 γ 0.00實(shí)施例2面曲率半徑面 偏移折射阿貝數(shù)No. 間隔和傾斜系數(shù)物面∞ -1000.001 ∞(光瞳)2ASS① (1)1.525456.23FFS①(RS) (2)1.525456.24ASS①(RS) (1)1.525456.25FFS② (3)6∞(HRP) 1.50 (4)7∞ 1.40 1.525456.28∞ 0.00 1001.0682 -3.59-209750.722(DOE) 0.5010 ∞ 3.50 1.516364.111 FFS③0.13 (5)1.516364.112 FFS③(PBS) 3.50 (5)1.516364.113 ∞ 1.5614 ∞ 0.16 1.586034.515 ∞ 1.10 1.523059.4像面 ∞(LCD) -1.101.523059.4(RS)17 ∞ -0.161.586034.518 ∞ -1.5619 ∞ -3.501.516364.120 FFS③(PBS) 3.50 (5)1.516364.1(RS)21 ∞(RS)1.516364.122 7.21 -3.00 (6)光源 ∞ASS①R -176.22K -3.7387×101A -1.6692×10-6B 2.9814×10-9C -2.0018×10-12FFS①C4-6.8800×10-3C6-6.3619×10-3C84.1553×10-5C106.8837×10-5C111.2241×10-6C133.3302×10-6C152.5098×10-6C173.8987×10-8C191.2588×10-7C215.2527×10-8FFS②C4-2.3155×10-2C6-3.0035×10-2C84.7893×10-4C105.9168×10-4C117.4760×10-6C134.6108×10-5C151.6986×10-5C17-7.6840×10-7C19-3.8926×10-6C21-2.0872×10-6FFS③C45.4934×10-3C66.3953×10-3C71.0601×10-5C99.1337×10-5C11-9.3191×10-5C13-5.8444×10-5C15-6.3873×10-5偏移和傾斜(1)X0.00 Y-2.61 Z 32.27α 5.50 β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(2)X0.00 Y3.08 Z 42.45α -14.95 β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(3)X0.00 Y18.35 Z 39.28α 60.78 β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(4)X0.00 Y18.86 Z 38.29α 49.61 β 0.00 γ0.00偏移和傾斜(5)X0.00 Y0.00 Z 0.00α 0.00 β -27.00 γ0.00偏移和傾斜(6)X9.72 Y0.00 Z -3.56α 0.00 β 54.00 γ0.00實(shí)施例3面曲率半徑面偏移 折射阿貝數(shù)No. 間隔和傾斜系數(shù)物面 ∞ -1000.001∞(光瞳)2ASS① (1) 1.492257.53FFS①(RS) (2) 1.492257.54ASS①(RS) (1) 1.492257.55FFS② (3)6∞(4) 1.516364.17∞(5)像面 ∞(LCD)(RS) (6)9∞(5) 1.516364.110∞(RS)(4) 1.516364.111∞(RS)(5) 1.516364.112∞(7)13-30.06(FLS) (8) 1.492257.51412.35(FLS)(9)光源 ∞(10)ASS①R-123.45K2.4441×101A-2.7160×10-6B-1.6340×10-8FFS①C4-9.5216×10-3C6-9.5181×10-3C8-4.5578×10-5C10-3.7547×10-5C119.5818×10-7C13-8.0328×10-6C15-4.4319×10-6FFS②C4-4.3543×10-4C6-8.9975×10-3C8-5.4549×10-4C10-2.5114×10-3C11-2.6896×10-4C13-3.1730×10-5C15-2.4193×10-4偏移和傾斜(1)X0.00 Y1.13 Z29.92α 4.34 β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(2)X0.00 Y1.88 Z38.79α -17.70 β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(3)X0.00 Y16.33 Z35.91α 36.94 β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(4)X0.00 Y18.19 Z35.83α 52.78 β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(5)X 0.00 Y22.31 Z37.69α 82.86 β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(6)X 0.00 Y24.94 Z40.37α 53.05 β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(7)X 0.00 Y16.21 Z45.33α 125.46 β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(8)X 0.00 Y15.40 Z45.91α 125.46 β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(9)X 0.00 Y14.58 Z46.49α 125.46 β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(10)X 0.00 Y6.47 Z52.27α 125.46 β 0.00 γ 0.00實(shí)施例4面曲率半徑面 偏移折射阿貝數(shù)No. 間隔和傾斜系數(shù)物面 ∞-1000.001 ∞(光瞳)2 ASS①(1)1.492257.53 FFS①(RS)(2)1.492257.54 ASS①(RS)(1)1.492257.55 FFS②(3)6118.41 (4)1.516364.17∞ (5)像面 ∞(LCD)(RS) (6)9∞ (5)1.516364.110118.41(RS) (4)1.516364.111∞(RS) (5)1.516364.112∞ (7)13-30.06(FLS) (8)1.492257.51412.35(FLS) (9)光源 ∞ (10)ASS①R -120.91K 1.5416×101A -1.8088×10-6B -1.0868×10-8FFS①C4-9.5691×10-3C6-9.6261×10-3C8-2.0834×10-5C10-1.0268×10-5C11-1.4779×10-6C13-5.9133×10-6C15-2.3277×10-6FFS②C41.3701×10-3C6-1.0273×10-3C8-1.6989×10-4C10-2.1410×10-3C11-1.0113×10-4C13-2.2842×10-5C15-2.5071×10-4偏移和傾斜(1)X 0.00 Y1.16 Z29.92α4.31 β 0.00 γ 0.00
偏移和傾斜(2)X0.00 Y1.82 Z 38.76α -17.65 β 0.00 γ0.00偏移和傾斜(3)X0.00 Y17.37 Z 35.09α 39.15 β 0.00 γ0.00偏移和傾斜(4)X0.00 Y17.84 Z 35.85α 50.44 β 0.00 γ0.00偏移和傾斜(5)X0.00 Y21.90 Z 37.79α 80.65 β 0.00 γ0.00偏移和傾斜(6)X0.00 Y24.45 Z 40.57α 51.94 β 0.00 γ0.00偏移和傾斜(7)X0.00 Y16.23 Z 45.31α 124.23 β 0.00 γ0.00偏移和傾斜(8)X0.00 Y15.41 Z 45.87α 124.23 β 0.00 γ0.00偏移和傾斜(9)X0.00 Y14.58 Z 46.44α 124.23 β 0.00 γ0.00偏移和傾斜(10)X0.00 Y8.33 Z 50.69α 124.23 β 0.00 γ0.00實(shí)施例5面曲率半徑面 偏移折射阿貝數(shù)No. 間隔和傾斜系數(shù)物面∞ ∞1 ∞(光瞳)2 ASS① (1)1.525456.23 FFS① (2)4 FFS② (3)1.525456.25 ASS② (4)ASS①R-176.22K-3.7387×10+1A-1.6692×10-6B2.9814×10-9C-2.0018×10-12ASS②R-1062.55K5.4556×10+2A3.6429×10-6B5.0316×10-8C-1.1192×10-12FFS①C4-6.8800×10-3C6-6.3619×10-3C84.1553×10-5C106.8837×10-5C111.2241×10-6C133.3302×10-6C152.5098×10-6C173.8987×10-8C181.2588×10-7C215.2527×10-8FFS②C4-4.4160×10-3C6-2.4845×10-3C82.2623×10-4C102.3442×10-4C118.6043×10-6C131.7297×10-5C159.4774×10-6C178.8375×10-8C192.5550×10-7C211.6464×10-7偏移和傾斜(1)X0.00 Y -2.61 Z 32.27α 5.50 β0.00 γ 0.00偏移和傾斜(2)X0.00 Y 3.08 Z 42.45α -14.95 β0.00 γ 0.00偏移和傾斜(3)X0.00 Y 3.08 Z 42.95α -14.95 β0.00 γ 0.00偏移和傾斜(4)X0.00 Y -6.46 Z 48.00α 7.60 β0.00 γ 0.00實(shí)施例6面曲率半徑面 偏移折射阿貝數(shù)No. 間隔和傾斜系數(shù)物面 ∞ ∞1 ∞(光瞳)(1)2 ASS① (2)1.525456.23 FFS① (3)4 FFS② (4)1.525456.25 FFS③ (5)ASS①R-176.22K-3.7387×10+1A-1.6692×10-6B2.9814×10-9C-2.0018×10-12FFS①C4-6.8800×10-3C6-6.3619×10-3C84.1553×10-5C106.8837×10-5C111.2241×10-6C133.3302×10-6C152.5098×10-6C173.8987×10-8C191.2588×10-7C215.2527×10-8FFS②C4-5.3827×10-3C6-3.9107×10-3C82.0464×10-5C102.0013×10-4C11-3.0583×10-8C132.9474×10-6C155.4444×10-6C17-1.1451×10-7C191.3958×10-7C213.3195×10-7FFS③C4-3.9314×10-4C64.9360×10-4C8-9.7487×10-6C101.6818×10-4C11-5.3888×10-6C13-2.1876×10-6C155.8586×10-6C17-7.0891×10-8C19-4.0581×10-8C213.4163×10-7偏移和傾斜(1)X0.00 Y -2.61 Z 32.27α 5.50 β0.00 γ 0.00偏移和傾斜(2)X0.00 Y 3.08 Z 42.45α -14.95 β0.00 γ 0.00偏移和傾斜(3)X0.00 Y 1.38 Z 42.12α -14.16 β0.00 γ0.00偏移和傾斜(4)X0.00 Y 1.25 Z 47.68α 9.11 β0.00 γ0.00實(shí)施例7面曲率半徑面 偏移折射阿貝數(shù)No. 間隔和傾斜系數(shù)物面 ∞ ∞1 ∞(光瞳)2 ASS①(1)1.525456.23 FFS①(2)1.525456.24 ASS②(3)ASS①R-176.22K-3.7387×10+1A-1.6692×10-6B2.9814×10-8C-2.0018×10-12ASS②R-180.91K-1.7624×10+1A-8.6096×10-7B 1.0983×10-9C-6.2255 ×10-13FFS①C4-6.8800×10-3C6-6.3619×10-3C84.1553×10-5C106.8837×10-5C111.2241×10-6C133.3302×10-6C152.5098×10-6C173.8987×10-8C191.2588×10-7C215.2527×10-8偏移和傾斜(1)X0.00 Y-2.61 Z32.27α 5.50 β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(2)X0.00 Y3.08 Z42.45α -14.95 β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(3)X0.00 Y-2.88 Z48.00α 5.24 β 0.00 γ 0.00實(shí)施例8面曲率半徑面 偏移折射阿貝數(shù)No. 間隔和傾斜系數(shù)物面∞∞1 ∞(光瞳)2ASS①(1)1.525456.23FFS①(2)1.525456.24ASS②(3)ASS①R-176.22K-3.7387×10+1A-1.6692×10-6B2.9814×10-9C-2.0018×10-12
ASS②R -329.91K 2.4830×10+2A -8.3359×10-6B 3.1774×10-8C -2.7221×10-11FFS①C4-6.8800×10-3C6-6.3619×10-3C84.1553×10-5C106.8837×10-5C111.2241×10-6C133.3302×10-6C152.5098×10-6C173.8987×10-8C191.2588×10-7C215.2527×10-8偏移和傾斜(1)X 0.00 Y -2.61 Z32.27α 5.50 β0.00 γ 0.00偏移和傾斜(2)X 0.00 Y 3.08 Z42.45α -14.95 β0.00 γ 0.00偏移和傾斜(3)X 0.00 Y -5.97 Z48.00α 4.73 β0.00 γ 0.00(實(shí)施例5～8的圖像顯示裝置的觀察光學(xué)系統(tǒng))實(shí)施例8面曲率半徑面 偏移折射阿貝數(shù)No. 間隔和傾斜系數(shù)物面∞-1000.001 ∞(光瞳)2ASS①(1)1.525456.23FFS①(RS)(2)1.525456.24ASS①(RS)(1)1.525456.25FFS②(3)6∞(HRP) 1.50(4)7∞ 1.40 1.525456.28∞ 0.00 1001.0682 -3.59 -209750.722(DOE)0.5010∞ 7.13 1.516364.111∞ 1.5612∞ 0.16 1.586034.513∞ 1.10 1.523059.4像面 ∞(LCD)ASS①R -176.22K -3.7387×10+1A -1.6692×10-6B 2.9814×10-8C -2.0018×10-12FFS①C4-6.8800×10-3C6-6.3619×10-3C84.1553×10-5C106.8837×10-5C111.2241×10-6C133.3302×10-6C152.5098×10-6C173.8987×10-8C191.2588×10-7C215.2527×10-8FFS②C4-2.3155×10-2C6-3.0035×10-2C84.7893×10-4C105.9168×10-4C117.4760×10-6C134.6108×10-5C151.6986×10-5C17-7.6840×10-7C19-3.8926×10-6C21-2.0872×10-6偏移和傾斜(1)X 0.00 Y-2.61 Z32.27α 5.50 β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(2)X 0.00 Y3.08 Z42.45α -14.95 β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(3)X 0.00 Y18.35 Z39.28α 60.78 β 0.00 γ 0.00偏移和傾斜(4)X 0.00 Y18.86 Z38.29α 49.61 β 0.00 γ 0.00上述實(shí)施例1～4的橫像差分別示于圖6～圖9中。在這些橫像差圖中，括號(hào)內(nèi)的數(shù)字表示(水平視場(chǎng)角、垂直視場(chǎng)角)，示出了該視場(chǎng)角內(nèi)的橫像差。
另外，通過(guò)上述實(shí)施例5、6的透明光學(xué)系統(tǒng)看到的方孔圖像和用肉眼看到的方孔圖像重疊后的圖分別示于圖29、圖30中?？芍趯⒏鲗?shí)施例的觀察光學(xué)系統(tǒng)用于罩在單只眼上的頭載型觀察光學(xué)裝置的情況下，如果用兩眼觀察外界，能容易地使外界像在左右眼中合在一起。
另外，通過(guò)上述實(shí)施例7、8的透明光學(xué)系統(tǒng)看到的方孔圖像和用內(nèi)眼看到的方孔圖像重疊后的圖分別示于圖47、圖48中。
另外，與上述實(shí)施例5、6的條件(6)～(11)有關(guān)的Px、Py、βx、βy、Cx3/Cx2、Cy3/Cy2的數(shù)值如下Px Py βx βy Cx3/Cx2 Cy3/Cy2實(shí)施例1 0.00050 0.00000 0.99920 0.99850 0.69950 0.56645實(shí)施例2 0.00060 -0.00010 0.99691 1.00130 0.83012 0.6268746另外，與上述實(shí)施例7、8的條件(14)～(17)有關(guān)的Px、Py、βx、βy的數(shù)值如下Px Py βx βy實(shí)施例1 0.00000 0.00000 1.03210 1.03252實(shí)施例2 0.00070 -0.00040 1.00929 1.05285其次，在圖31中示出了本發(fā)明的第二觀察光學(xué)系統(tǒng)的另一形態(tài)的觀察光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。其中包括反射型LCD(液晶顯示元件)200；照明光源201；由照明用光學(xué)元件202、203構(gòu)成的第一像形成構(gòu)件；將在反射型LCD200上顯示的第一像引導(dǎo)到觀察者眼球E中的目鏡光學(xué)系統(tǒng)204；為了引導(dǎo)外界像(第二像)而配置在目鏡光學(xué)系統(tǒng)204的第二像一側(cè)的透明光學(xué)元件205；以及配置在該第二像一側(cè)能切換光束的透過(guò)與遮斷、或者透過(guò)與減弱的遮光構(gòu)件206，由上述結(jié)構(gòu)形成本實(shí)施形態(tài)的觀察光學(xué)系統(tǒng)。另外，為了檢測(cè)視線，還配置了瞳孔照明光源207、接受該瞳孔像的受光元件208、以及CPU209，用來(lái)分析該受光元件208的瞳孔像，并根據(jù)該信息進(jìn)行其他構(gòu)件的控制。
照明光源201是LED或燈等，可以是白色光源，也可以是R、G、B配套光源。照明用光學(xué)元件202由光源201一側(cè)的面具有正的放大能力的凸面210構(gòu)成，具有物鏡的作用。另外，從發(fā)生的像差的修正要求和提高生產(chǎn)率以降低成本的要求兩者的調(diào)和觀點(diǎn)看，如果強(qiáng)調(diào)像差的修正要求，則最好使該凸面210以增加設(shè)計(jì)自由度的方向從球面朝向旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面、變形面、自由曲面變化，反之，如果強(qiáng)調(diào)降低成本的要求，則最好朝向生產(chǎn)率高的球面或旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面變化。在照明用光學(xué)元件202和203之間的面211上形成半透射半反射涂層、光束分離涂層等，以便同時(shí)具有光的透射作用和反射作用。另外，視場(chǎng)檢測(cè)用的瞳孔照明光源207由于不管是在紅外光還是可見(jiàn)光區(qū)域，在波段寬度窄的光的情況下，即使反射該光，也能忽視對(duì)來(lái)自LCD200的第一像的觀察的影響，所以對(duì)于其中的面211也可以作為以高反射率反射光源207的光的有波長(zhǎng)選擇性的面。
目鏡光學(xué)系統(tǒng)204由具有第一面212、第二面213、第三面214這三個(gè)光學(xué)作用面的棱鏡構(gòu)成，從第三面214入射的光在第一面212上全反射，再在第二面213上反射，此次透過(guò)第一面212，形成射出光瞳，當(dāng)觀察者的眼球瞳孔位于此處時(shí)，能觀察到LCD200的顯示像。由于這三個(gè)面212～214偏心配置，所以最好用能修正偏心像差的變形面或自由曲面(特別希望圖6中的剖面成為唯一對(duì)稱面的自由曲面)構(gòu)成。但是，如果謀求從生產(chǎn)率的觀點(diǎn)看的調(diào)和，則第一面～第三面212～214中最好至少一個(gè)面用旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面或球面構(gòu)成。這時(shí)，如果著眼于面的精度，則最好使面的區(qū)域最寬、對(duì)二次光束具有透射和反射作用的第一面212成為能保證生產(chǎn)精度高的球面或旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面。另外，如果著眼于由目鏡光學(xué)系統(tǒng)204和透明光學(xué)元件205之間的空氣透鏡引起的像差性能和放大能力等，則最好使第二面213為球面或旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面。
另外，能切換光束的透過(guò)與遮斷、或者透過(guò)與減弱的遮光構(gòu)件206，除了能切換光的透過(guò)和遮斷的快門(mén)(機(jī)械式開(kāi)口快門(mén)、液晶快門(mén)、遮簾快門(mén))或僅僅是蓋開(kāi)閉的簡(jiǎn)單的門(mén)機(jī)構(gòu)等以外，還可以是透射率分階段地或連續(xù)地變化構(gòu)成的液晶片等。而且，用CPU209控制該遮光構(gòu)件206，以便例如根據(jù)由受光元件208接受的光瞳像，測(cè)量瞳孔的大小，在開(kāi)大到某值以上的情況下，調(diào)整得亮一些，在開(kāi)小到某值以下的情況下，調(diào)整得暗一些。另外，也可以利用圖中未示出的測(cè)量?jī)x測(cè)量外界像和LCD200的顯示像的照度差，用CPU209根據(jù)該值控制遮光構(gòu)件206的透射率。
另外，利用檢測(cè)視線的信息，使LCD200上顯示的像滾動(dòng)，能具有與計(jì)算機(jī)畫(huà)面上顯示的光標(biāo)相同的作用。
另外，如果目鏡光學(xué)系統(tǒng)204的第二面213和透明光學(xué)元件205的大小相同，則容易組裝。反之，為了減輕重量，在縮小透明光學(xué)元件205的情況下，為了防止照明光，最好在光學(xué)面或側(cè)面設(shè)置遮光涂料層或鍍層等遮光覆蓋層215。
另外，作為圖31中的實(shí)施形態(tài)的改進(jìn)形態(tài)可以舉出圖32所示的形態(tài)。它是這樣構(gòu)成的，例如在將計(jì)算機(jī)畫(huà)面的像顯示在LCD200(可以是透射型LCD，也可以是反射型LCD)上的情況下，使視線向下容易確認(rèn)鍵盤(pán)等，除了通過(guò)透明光學(xué)元件205的外界像以外，能直接看見(jiàn)下方的外界像。這樣為了能確保下方視野，最好使瞳孔和目鏡光學(xué)系統(tǒng)204的距離遠(yuǎn)一些，或使其下方的長(zhǎng)度短一些，以便以視軸為基準(zhǔn)，以瞳孔中心為中心，將目鏡光學(xué)系統(tǒng)204及透明光學(xué)元件205收容在60°以內(nèi)(θ≤60°)。但是，在垂直視場(chǎng)角或光學(xué)設(shè)計(jì)上有要求而受到限制的情況下，從對(duì)方調(diào)和的觀點(diǎn)看，也可以在45°以內(nèi)(θ≤45°)。
另外，作為另一形態(tài)，如圖33所示，可以構(gòu)成為通過(guò)透明光學(xué)元件205和目鏡光學(xué)系統(tǒng)204，將與外界像不同的第三像引導(dǎo)到瞳孔E處。將LCD或LED、或顯示由外界光產(chǎn)生的符號(hào)顯示等、小型字符等的顯示元件216配置在透明光學(xué)元件205的外界一側(cè)。在外界視野上顯示該顯示元件216的像的情況下，將顯示元件216配置在遮光構(gòu)件206和透明光學(xué)元件205之間。另外，在并排設(shè)置外界像和顯示元件216的像的情況下，如圖33所示，將遮光構(gòu)件206的一部分縮短，將顯示元件216設(shè)置在該位置。在此情況下，為了使邊界部分明顯、且防止照明光等的入射，最好將遮光覆蓋層215設(shè)置在空白部分。在該顯示元件216上進(jìn)行警告顯示，或顯示圖中未示出的外界氣溫·濕度傳感器或紫外線量測(cè)定傳感器等的測(cè)定值，能用于顯示工作時(shí)間或時(shí)刻等的伺服信息顯示。
另外，在外界像的視野即使狹窄也可以的情況下，或者在裝置整體的緊湊化·輕量化的要求強(qiáng)烈的情況下，如圖34～圖35所示，也可以小型地構(gòu)成透明光學(xué)元件205。在圖34的情況下，透明光學(xué)元件205被配置在下方，由于觀察來(lái)自LCD200的像用的視軸和觀察來(lái)自外界的像用的視軸大致一致，所以觀察者不用旋轉(zhuǎn)眼球就能進(jìn)行兩個(gè)像的觀察。
另外，在圖35的情況下，透明光學(xué)元件205被配置在上方，由于來(lái)自LCD200的像和外界像能局部重疊或完全并列設(shè)置，所以能減輕雙重像的煩惱，而且能同時(shí)觀察LCD200的像和外界像。
另外，在圖34～圖35中，雖然沿上下方向配置透明光學(xué)元件205，但也可以沿左右方向配置。另外，圖31～圖35是縱剖面圖，LCD200完全配置在上方，但也可以旋轉(zhuǎn)180°，將LCD200配置在下方，另外，還可以旋轉(zhuǎn)90°，構(gòu)成形成了從橫向返回的光路的觀察光學(xué)系統(tǒng)。
其次，在圖49中示出了本發(fā)明的第三、第四觀察光學(xué)系統(tǒng)的另一形態(tài)的觀察光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。其中包括反射型LCD(液晶顯示元件)400；照明光源401；由照明用光學(xué)元件402、403構(gòu)成的第一像形成構(gòu)件；將在反射型LCD400上顯示的第一像引導(dǎo)到觀察者眼球E中的目鏡光學(xué)系統(tǒng)404；為了引導(dǎo)外界像(第二像)而配置在目鏡光學(xué)系統(tǒng)404的第二像一側(cè)的透明光學(xué)元件405；以及配置在該第二像一側(cè)能切換光束的透過(guò)與遮斷、或者透過(guò)與減弱的遮光構(gòu)件406，由上述結(jié)構(gòu)形成本實(shí)施形態(tài)的觀察光學(xué)系統(tǒng)。另外，為了檢測(cè)視線，還配置了瞳孔照明光源407、接受該瞳孔像的受光元件408、以及CPU409，用來(lái)分析該受光元件408上的瞳孔像，并根據(jù)該信息進(jìn)行其他構(gòu)件的控制。
照明光源401是LED或燈等，可以是白色光源，也可以是R、G、B配套光源。照明用光學(xué)元件402由光源401一側(cè)的面具有正的放大能力的凸面410構(gòu)成，具有物鏡的作用。另外，從發(fā)生的像差的修正要求和提高生產(chǎn)率以降低成本的要求兩者的調(diào)和觀點(diǎn)看，如果強(qiáng)調(diào)像差的修正要求，則最好使該凸面210以增加設(shè)計(jì)自由度的方向從球面朝向旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面、變形面、自由曲面變化，反之，如果強(qiáng)調(diào)降低成本的要求，則最好朝向生產(chǎn)率高的球面或旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面變化。在照明用光學(xué)元件402和403之間的面411上形成半透射半反射涂層、光束分離涂層等，以便同時(shí)具有光的透射作用和反射作用。另外，視場(chǎng)檢測(cè)用的瞳孔照明光源407由于不管是在紅外光還是可見(jiàn)光區(qū)域，在波段寬度窄的光的情況下，即使反射該光，也能忽視對(duì)來(lái)自LCD400的第一像的觀察的影響，所以對(duì)于其中的面411也可以作為以高反射率反射光源407的光的有波長(zhǎng)選擇性的面。
目鏡光學(xué)系統(tǒng)404由具有第一面412、第二面413、第三面414這三個(gè)光學(xué)作用面的棱鏡構(gòu)成，從第三面414入射的光在第一面412上全反射，再在第二面413上反射，此次透過(guò)第一面412，形成射出光瞳，當(dāng)觀察者的眼球瞳孔位于此處時(shí)，能觀察到LCD400的顯示像。由于這三個(gè)面412～414偏心配置，所以最好用能修正偏心像差的變形面或自由曲面(特別希望圖6中的剖面成為唯一對(duì)稱面的自由曲面)構(gòu)成。但是，如果謀求從生產(chǎn)率的觀點(diǎn)看的調(diào)和，則第一面～第三面412～414中最好至少一個(gè)面用旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面或球面構(gòu)成。這時(shí)，如果著眼于面的精度，則最好使面的區(qū)域最寬、對(duì)二次光束具有透射和反射作用的第一面412成為能保證生產(chǎn)精度高的球面或旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面。另外，如果著眼于由目鏡光學(xué)系統(tǒng)404和透明光學(xué)元件405之間的空氣透鏡引起的像差性能和放大能力等，則最好使第二面413為球面或旋轉(zhuǎn)對(duì)稱非球面。
另外，能切換光束的透過(guò)與遮斷、或者透過(guò)與減弱的遮光構(gòu)件406，除了能切換光的透過(guò)和遮斷的快門(mén)(機(jī)械式開(kāi)口快門(mén)、液晶快門(mén)、遮簾快門(mén))或僅僅是蓋開(kāi)閉的簡(jiǎn)單的門(mén)機(jī)構(gòu)等以外，還可以是透射率分階段地或連續(xù)地變化構(gòu)成的液晶片等。而且，用CPU409控制該遮光構(gòu)件406，以便例如根據(jù)由受光元件408接受的光瞳像，測(cè)量瞳孔的大小，在開(kāi)大到某值以上的情況下，調(diào)整得亮一些，在開(kāi)小到某值以下的情況下，調(diào)整得暗一些。另外，也可以利用圖中未示出的測(cè)量?jī)x測(cè)量外界像和LCD400的顯示像的照度差，用CPU409根據(jù)該值控制遮光構(gòu)件406的透射率。
另外，利用檢測(cè)視線的信息，使LCD400上顯示的像滾動(dòng)，能具有與計(jì)算機(jī)畫(huà)面上顯示的光標(biāo)相同的作用。
另外，如果目鏡光學(xué)系統(tǒng)404的第二面413和透明光學(xué)元件405的大小相同，則容易組裝。反之，為了減輕重量，在縮小透明光學(xué)元件405的情況下，為了防止閃光，最好在光學(xué)面或側(cè)面設(shè)置遮光涂料層或鍍層等遮光覆蓋層415。
另外，作為圖49中的實(shí)施形態(tài)的改進(jìn)形態(tài)可以舉出圖50所示的形態(tài)。它是這樣構(gòu)成的，例如在將計(jì)算機(jī)畫(huà)面的像顯示在LCD400(可以是透射型LCD，也可以是反射型LCD)上的情況下，使視線向下容易確認(rèn)鍵盤(pán)等，除了通過(guò)透明光學(xué)元件405的外界像以外，能直接看見(jiàn)下方的外界像。這樣為了能確保下方視野，最好使瞳孔和目鏡光學(xué)系統(tǒng)404的距離遠(yuǎn)一些，或使其下方的長(zhǎng)度短一些，以便以視軸為基準(zhǔn)，以瞳孔中心為中心，將目鏡光學(xué)系統(tǒng)404及透明光學(xué)元件405收容在60°以內(nèi)(θ≤60°)。但是，在垂直視場(chǎng)角或光學(xué)設(shè)計(jì)上有要求而受到限制的情況下，從對(duì)方調(diào)和的觀點(diǎn)看，也可以在45°以內(nèi)(θ≤45°)。
另外，作為另一形態(tài)，如圖49所示，可以構(gòu)成為通過(guò)透明光學(xué)元件405和目鏡光學(xué)系統(tǒng)404，將與外界像不同的第三像引導(dǎo)到瞳孔E處。將LCD或LED、或顯示由外界光產(chǎn)生的符號(hào)顯示等、小型字符等的顯示元件416配置在透明光學(xué)元件405的外界一側(cè)。在外界視野上顯示該顯示元件416的像的情況下，將顯示元件416配置在遮光構(gòu)件406和透明光學(xué)元件405之間。另外，在并排設(shè)置外界像和顯示元件416的像的情況下，如圖51所示，將遮光構(gòu)件406的一部分縮短，將顯示元件416設(shè)置在該位置。在此情況下，為了使邊界部分明顯、且防止閃光等的入射，最好將遮光覆蓋層415設(shè)置在空白部分。在該顯示元件416上進(jìn)行警告顯示，或顯示圖中未示出的外界氣溫·濕度傳感器或紫外線量測(cè)定傳感器等的測(cè)定值，能用于顯示工作時(shí)間或時(shí)刻等的伺服信息顯示。
另外，在外界像的視野即使狹窄也可以的情況下，或者在裝置整體的緊湊化·輕量化的要求強(qiáng)烈的情況下，如圖52～圖53所示，也可以小型地構(gòu)成透明光學(xué)元件405。在圖52的情況下，透明光學(xué)元件405被配置在下方，由于觀察來(lái)自LCD400的像用的視軸和觀察來(lái)自外界的像用的視軸大致一致，所以觀察者不用旋轉(zhuǎn)眼球就能進(jìn)行兩個(gè)像的觀察。
另外，在圖53的情況下，透明光學(xué)元件405被配置在上方，由于來(lái)自LCD400的像和外界像能局部重疊或完全并列設(shè)置，所以能減輕雙重像的煩惱，而且能同時(shí)觀察LCD400的像和外界像。
另外，在圖52～圖53中，雖然沿上下方向配置透明光學(xué)元件405，但也可以沿左右方向配置。另外，圖49～圖53是縱剖面圖，LCD400完全配置在上方，但也可以旋轉(zhuǎn)180°，將LCD400配置在下方，另外，還可以旋轉(zhuǎn)90°，構(gòu)成形成了從橫向返回的光路的觀察光學(xué)系統(tǒng)。
可是，作為以上實(shí)施例的構(gòu)成本發(fā)明的觀察光學(xué)系統(tǒng)的棱鏡10，雖然使用了上述實(shí)施例的內(nèi)部反射次數(shù)為兩次、第一面兼作折射面和反射面類型的棱鏡，但在本發(fā)明的第一觀察光學(xué)系統(tǒng)中作為棱鏡10使用的棱鏡不限于此。在圖10～圖18中示出了其例。另外，用逆光線跟蹤進(jìn)行說(shuō)明。
在圖10的情況下，棱鏡P由第一面32、第二面33、第三面34構(gòu)成，通過(guò)光瞳31入射的光在第一面32上折射后入射到棱鏡P中，在第二面33上進(jìn)行內(nèi)部反射，入射到第三面34上后被折射，在像面36上成像。
在圖11的情況下，棱鏡P由第一面32、第二面33、第三面34、第四面35構(gòu)成，通過(guò)光瞳31入射的光在第一面32上折射后入射到棱鏡P中，在第二面33上進(jìn)行內(nèi)部反射，在第三面34上進(jìn)行內(nèi)部反射，入射到第四面35上后被折射，在像面36上成像。
在圖12的情況下，棱鏡P由第一面32、第二面33、第三面34、第四面35構(gòu)成，通過(guò)光瞳31入射的光在第一面32上折射后入射到棱鏡P中，在第二面33上進(jìn)行內(nèi)部反射，再入射到第一面32上后此次進(jìn)行全反射，在第三面34上進(jìn)行內(nèi)部反射，入射到第四面35上后被折射，在像面36上成像。
在圖13的情況下，棱鏡P由第一面32、第二面33、第三面34、第四面35構(gòu)成，通過(guò)光瞳31入射的光在第一面32上折射后入射到棱鏡P中，在第二面33上進(jìn)行內(nèi)部反射，入射到第三面34上后進(jìn)行全反射，入射到第四面35上進(jìn)行內(nèi)部反射，再入射到第三面34上后此次被折射，在像面36上成像。
在圖14的情況下，棱鏡P由第一面32、第二面33、第三面34構(gòu)成，通過(guò)光瞳31入射的光在第一面32上折射后入射到棱鏡P中，在第二面33上進(jìn)行內(nèi)部反射，在第三面34上進(jìn)行內(nèi)部反射，再入射到第一面32上此次進(jìn)行全反射，再入射到第二面33上后此次被折射，在像面36上成像。
在圖15的情況下，棱鏡P由第一面32、第二面33、第三面34、第四面35構(gòu)成，通過(guò)光瞳31入射的光在第一面32上折射后入射到棱鏡P中，在第二面33上進(jìn)行內(nèi)部反射，入射到第三面34上進(jìn)行內(nèi)部反射，再次入射到第二面33上進(jìn)行內(nèi)部反射，入射到第四面35上后被折射，在像面36上成像。
在圖16的情況下，棱鏡P由第一面32、第二面33、第三面34、第四面35構(gòu)成，通過(guò)光瞳31入射的光在第一面32上折射后入射到棱鏡P中，在第二面33上進(jìn)行內(nèi)部反射，入射到第三面34上進(jìn)行內(nèi)部反射，再次入射到第二面33上進(jìn)行內(nèi)部反射，入射到第四面35上后進(jìn)行內(nèi)部反射，再次入射到第二面33上后此次被折射，在像面36上成像。
在圖17的情況下，棱鏡P由第一面32、第二面33、第三面34構(gòu)成，通過(guò)光瞳31入射的光在第一面32上折射后入射到棱鏡P中，在第二面33上進(jìn)行內(nèi)部反射，再入射到第一面32上此次進(jìn)行全反射，在第三面34上進(jìn)行內(nèi)部反射，第三次入射到第一面32上后進(jìn)行全反射，再次入射到第三面34上后此次被折射，在像面36上成像。
在圖18的情況下，棱鏡P由第一面32、第二面33、第三面34構(gòu)成，通過(guò)光瞳31入射的光在第一面32上折射后入射到棱鏡P中，在第二面33上進(jìn)行內(nèi)部反射，再入射到第一面32上此次進(jìn)行全反射，在第三面34上進(jìn)行內(nèi)部反射，第三次入射到第一面32上進(jìn)行全反射，再次入射到第三面34上進(jìn)行內(nèi)部反射，第四次入射到第一面32上后此次被折射，在像面36上成像。
另外，目鏡光學(xué)系統(tǒng)204、404都使用了光學(xué)作用面為三面兩次反射型的棱鏡，但也可以是圖36～圖42、圖54～圖60所示類型的棱鏡。另外，透明光學(xué)元件205、405不只是單一的光學(xué)元件，也可以是結(jié)合的光學(xué)元件或GRIH(折射率分布)光學(xué)元件。
以下，對(duì)圖36～圖42、圖54～圖60所示的目鏡光學(xué)系統(tǒng)204、404進(jìn)行若干說(shuō)明。
在圖36、圖54的情況下，目鏡光學(xué)系統(tǒng)204、404由第一面211、411、第二面212、412、第三面213、413、第四面214、414構(gòu)成，逆光線跟蹤通過(guò)射出光瞳位置E入射的光在第一面211、411上折射后入射到棱鏡內(nèi)，在第二面212、412上進(jìn)行內(nèi)部反射，在第三面213、413上進(jìn)行內(nèi)部反射，入射到第四面214、414上后被折射，在LCD200、400的位置成像。在該目鏡光學(xué)系統(tǒng)204、404的情況下，透明光學(xué)元件205、405離開(kāi)或緊密接觸第二面212、412的外界像一側(cè)配置。
在圖37、圖55的情況下，目鏡光學(xué)系統(tǒng)204、404由第一面211、411、第二面212、412、第三面213、413、第四面214、414構(gòu)成，逆光線跟蹤通過(guò)射出光瞳位置E入射的光在第一面211、411上折射后入射到棱鏡內(nèi)，在第二面212、412上進(jìn)行內(nèi)部反射，入射到第三面213、413上后進(jìn)行全反射，入射到第四面214、414上進(jìn)行內(nèi)部反射，再入射到第三面213、413上后此次被折射，在LCD200、400的位置成像。在該目鏡光學(xué)系統(tǒng)204、404的情況下，透明光學(xué)元件205、405離開(kāi)或緊密接觸第二面212、412的外界像一側(cè)配置。
在圖38、圖56的情況下，目鏡光學(xué)系統(tǒng)204、404由第一面211、411、第二面212、412、第三面213、413、第四面214、414構(gòu)成，逆光線跟蹤通過(guò)射出光瞳位置E入射的光在第一面211、411上折射后入射到棱鏡內(nèi)，在第二面212、412上進(jìn)行內(nèi)部反射，入射到第三面213、413上進(jìn)行內(nèi)部反射，再次入射到第二面212、412上進(jìn)行內(nèi)部反射，入射到第四面214、414上后被折射，在LCD200、400的位置成像。在該目鏡光學(xué)系統(tǒng)204、404的情況下，透明光學(xué)元件205、405離開(kāi)或緊密接觸第二面212、412的外界像一側(cè)配置。
在圖39、圖57的情況下，目鏡光學(xué)系統(tǒng)204、404由第一面211、411、第二面212、412、第三面213、413、第四面214、414構(gòu)成，逆光線跟蹤通過(guò)射出光瞳位置E入射的光在第一面211、411上折射后入射到棱鏡內(nèi)，在第二面212、412上進(jìn)行內(nèi)部反射，入射到第三面213、413上進(jìn)行內(nèi)部反射，再次入射到第二面212、412上進(jìn)行內(nèi)部反射，入射到第四面214、414上進(jìn)行內(nèi)部反射，再次入射到第二面212、412上后此次被折射，在LCD200、400的位置成像。在該目鏡光學(xué)系統(tǒng)204、404的情況下，透明光學(xué)元件205、405離開(kāi)或緊密接觸第二面212、412的外界像一側(cè)配置。
在圖40、圖58的情況下，目鏡光學(xué)系統(tǒng)204、404由第一面211、411、第二面212、412、第三面213、413構(gòu)成，逆光線跟蹤通過(guò)射出光瞳位置E入射的光在第一面211、411上折射后入射到棱鏡內(nèi)，在第二面212、412上進(jìn)行內(nèi)部反射，再次入射到第一面211、411上后此次進(jìn)行全反射，在第三面213、413上進(jìn)行內(nèi)部反射，第三次入射到第一面211、411上進(jìn)行全反射，再次入射到第三面213、413上后此次被折射，在LCD200、400的位置成像。在該目鏡光學(xué)系統(tǒng)204、404的情況下，透明光學(xué)元件205、405離開(kāi)或緊密接觸第二面212、412的外界像一側(cè)配置?；蛘叽嫔鲜銮闆r、或者除了上述情況外，再使另一透明光學(xué)元件205’、405’離開(kāi)或緊密接觸第三面213、413的外界像一側(cè)配置。
在圖41、圖59的情況下，目鏡光學(xué)系統(tǒng)204、404由第一面211、411、第二面212、412、第三面213、413構(gòu)成，逆光線跟蹤通過(guò)射出光瞳位置E入射的光在第一面211、411上折射后入射到棱鏡內(nèi)，在第二面212、412上進(jìn)行內(nèi)部反射，再次入射到第一面211、411上后此次進(jìn)行全反射，在第三面213、413上進(jìn)行內(nèi)部反射，第三次入射到第一面211、411上進(jìn)行全反射，再次入射到第三面213、413上進(jìn)行內(nèi)部反射，第四次入射到第一面211、411上后此次被折射，在LCD200、400的位置成像。在該目鏡光學(xué)系統(tǒng)204、404的情況下，透明光學(xué)元件205、405離開(kāi)或緊密接觸第二面212、412的外界像一側(cè)配置?；蛘叽嫔鲜銮闆r、或者除了上述情況外，再使另一透明光學(xué)元件205’、405’離開(kāi)或緊密接觸第三面213、413的外界像一側(cè)配置。
在圖42、圖60的情況下，目鏡光學(xué)系統(tǒng)204、404由第一面211、411、第二面212、412、第三面213、413、第四面214、414構(gòu)成，逆光線跟蹤通過(guò)射出光瞳位置E入射的光在第一面211、411上折射后入射到棱鏡內(nèi)，在第二面212、412上進(jìn)行內(nèi)部反射，入射到第三面213、413上進(jìn)行反射，入射到第四面214、414上被折射，在LCD200、400的位置成像。在該目鏡光學(xué)系統(tǒng)204、404的情況下，透明光學(xué)元件205、405離開(kāi)或緊密接觸第二面212、412的外界像一側(cè)配置。
上述這樣的本發(fā)明的觀察光學(xué)系統(tǒng)能作為例如頭載型圖像顯示裝置的光學(xué)系統(tǒng)用。下面示出其例。
首先，圖20中示出了將頭載型雙眼用圖像顯示裝置戴在觀察者頭部的狀態(tài)，圖21中示出了其剖面圖。該結(jié)構(gòu)如圖21所示，將本發(fā)明的第一觀察光學(xué)系統(tǒng)作為目鏡光學(xué)系統(tǒng)100用，準(zhǔn)備了左右一對(duì)由該目鏡光學(xué)系統(tǒng)100和反射型圖像顯示元件101構(gòu)成的組，通過(guò)使它們相距兩眼之間的寬度的距離被支撐著，構(gòu)成能用兩眼觀察的安裝型或頭載型圖像顯示裝置，將其作為可攜帶型的圖像顯示裝置102。
即，上述的觀察光學(xué)系統(tǒng)作為目鏡光學(xué)系統(tǒng)100用，在顯示裝置本體102中備有左右一對(duì)該目鏡光學(xué)系統(tǒng)，與它們對(duì)應(yīng)地在像面上配置著由反射型液晶顯示元件構(gòu)成的反射型圖像顯示元件101。而且，如圖20所示，在顯示裝置本體102上左右連續(xù)的地設(shè)置著如圖所示的頭側(cè)框架103，能將顯示裝置本體102保持在觀察者的眼前。另外，為了保護(hù)各圖像顯示裝置102的目鏡光學(xué)系統(tǒng)100的棱鏡10的第一面11(圖1)，如圖21所示，蓋板構(gòu)件91配置在目鏡光學(xué)系統(tǒng)100的射出光瞳和第一面11之間。作為該蓋板構(gòu)件91也可以使用平行平板、正透鏡或負(fù)透鏡任意一種。
另外，在頭側(cè)框架103上附設(shè)著揚(yáng)聲器104，與觀察圖像的同時(shí)能聽(tīng)到立體音響?？蓴y帶型盒式錄象帶等再生裝置106通過(guò)圖像聲音傳遞軟線105這樣連接在有揚(yáng)聲器104的顯示裝置本體102上，所以如圖所示，觀察者能將該再生裝置106保持在皮帶上等任意的位置，能欣賞圖像音響。圖20中的符號(hào)107是再生裝置106的開(kāi)關(guān)、音量等調(diào)節(jié)部分。另外，在顯示裝置本體102的內(nèi)部安裝著圖像處理、聲音處理電路等電子部件。
另外，軟線105的前端作成插口，能安裝在現(xiàn)有的錄象走帶機(jī)構(gòu)等上。另外，還能連接在TV電波接收用調(diào)諧器上，作為T(mén)V鑒賞用，連接在計(jì)算機(jī)上能接收計(jì)算機(jī)圖示的圖像或來(lái)自計(jì)算機(jī)的信息圖像等。另外，為了排斥有影響的軟線，也可以連接天線，通過(guò)電波接收來(lái)自外部的信號(hào)。
另外，本發(fā)明的觀察光學(xué)系統(tǒng)也可以用于將目鏡光學(xué)系統(tǒng)配置在左右任意一側(cè)眼前的單眼用的頭載型圖像顯示裝置。圖22中示出了將該單眼用的圖像顯示裝置戴在觀察者頭部(在此情況下戴在左眼上)的狀態(tài)。在該結(jié)構(gòu)中，由一組目鏡光學(xué)系統(tǒng)100和反射型圖像顯示元件101構(gòu)成的顯示裝置本體102被安裝在與前框架108對(duì)應(yīng)的眼的前方位置，在該前框架108上左右連續(xù)地設(shè)置著如圖所示的頭側(cè)框架103，能將顯示裝置本體102保持在觀察者的一只眼前。其他結(jié)構(gòu)與圖20的情況相同，說(shuō)明從略。
可是，在上述這樣的使用本發(fā)明的觀察光學(xué)系統(tǒng)的兩眼或單眼用頭載型圖像顯示裝置中，為了能與顯示像同時(shí)觀察外界像或有選擇地觀察顯示像和外界像，如圖21所示，最好這樣構(gòu)成將面向構(gòu)成目鏡光學(xué)系統(tǒng)100的偏心棱鏡10的射出光瞳的反射面12作為半透射半反射面，與該半透射半反射面12相切地或離開(kāi)若干距離配置另一偏心棱鏡20，用來(lái)補(bǔ)償由偏心棱鏡10產(chǎn)生的偏移角或放大能力，能透過(guò)兩個(gè)偏心棱鏡10、20觀察外界。在此情況下，最好這樣構(gòu)成將液晶快門(mén)之類的快門(mén)21配置在另一偏心棱鏡20的入射側(cè)(與觀察者的眼相反的一側(cè))，上述快門(mén)21用來(lái)將用虛線表示的外界光遮斷或使其透過(guò)，打開(kāi)快門(mén)21能觀察(透視)外界像，或者能觀察外界像和顯示像的重疊像，關(guān)閉快門(mén)21能觀察顯示元件101的顯示像。
圖43是本發(fā)明的第二觀察光學(xué)系統(tǒng)，是例如將圖31所示的觀察光學(xué)系統(tǒng)作為目鏡光學(xué)系統(tǒng)100用的情況下的與圖21相同的剖面圖。在此情況下，如圖22所示，由該觀察光學(xué)系統(tǒng)和反射型圖像顯示元件200構(gòu)成的一組構(gòu)成的顯示裝置本體100被安裝在與前框架108對(duì)應(yīng)的眼(在此情況下為左眼)的前方位置，構(gòu)成能用一只眼觀察的安裝型或頭載型圖像顯示裝置之類的可攜帶型圖像顯示裝置。
即，在顯示裝置本體100中采用上述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)地在像面上配置著由反射型液晶顯示元件構(gòu)成的反射型圖像顯示元件200。另外，在此情況下，為了保護(hù)圖像顯示裝置100的觀察光學(xué)系統(tǒng)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)204的第一面212，蓋板構(gòu)件221配置在目鏡光學(xué)系統(tǒng)204的射出光瞳和第一面212之間。作為該蓋板構(gòu)件221也可以使用平行平板、正透鏡或負(fù)透鏡任意一種。
圖61是本發(fā)明的第三、第四觀察光學(xué)系統(tǒng)，是例如將圖49所示的觀察光學(xué)系統(tǒng)作為目鏡光學(xué)系統(tǒng)100用的情況下的與圖21相同的剖面圖。在此情況下，如圖22所示，由該觀察光學(xué)系統(tǒng)和反射型圖像顯示元件400構(gòu)成的一組構(gòu)成的顯示裝置本體100被安裝在與前框架108對(duì)應(yīng)的眼(在此情況下為左眼)的前方位置，構(gòu)成能用一只眼觀察的安裝型或頭載型圖像顯示裝置之類的可攜帶型圖像顯示裝置。
即，在顯示裝置本體100中采用上述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)地在像面上配置著由反射型液晶顯示元件構(gòu)成的反射型圖像顯示元件400。另外，在此情況下，為了保護(hù)圖像顯示裝置100的觀察光學(xué)系統(tǒng)的目鏡光學(xué)系統(tǒng)404的第一面412，蓋板構(gòu)件421配置在目鏡光學(xué)系統(tǒng)404的射出光瞳和第一面412之間。作為該蓋板構(gòu)件421也可以使用平行平面板、正透鏡或負(fù)透鏡任意一種。
另外，本發(fā)明的第二～第四觀察光學(xué)系統(tǒng)也可以用于兩眼用的頭載型圖像顯示裝置。將該兩眼用的頭載型圖像顯示裝置戴在觀察者頭部的狀態(tài)與圖20相同，準(zhǔn)備左右一對(duì)圖43、圖61所示的由觀察光學(xué)系統(tǒng)和反射型圖像顯示元件200、400構(gòu)成的圖像顯示裝置100，通過(guò)使它們相距兩眼之間的寬度的距離被支撐著，構(gòu)成能用兩眼觀察的安裝型或頭載型圖像顯示裝置之類的可攜帶型的圖像顯示裝置。其他結(jié)構(gòu)與單眼用的情況相同，說(shuō)明從略。
工業(yè)上利用的可能性從以上的說(shuō)明可知，如果采用本發(fā)明，則能提供一種使用由偏心棱鏡構(gòu)成的目鏡光學(xué)系統(tǒng)和反射型圖像顯示元件的小型明亮、高性能的觀察光學(xué)系統(tǒng)及使用它的圖像顯示裝置。
另外，通過(guò)使構(gòu)成觀察光學(xué)系統(tǒng)的透明光學(xué)元件和目鏡光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成的透明光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)放大能力P大約為0、使角放大率β大約為1，透過(guò)透明光學(xué)系統(tǒng)看到的像和用肉眼看到的像相同，用肉眼看到的像和通過(guò)透明光學(xué)系統(tǒng)看到的像容易合在一起，例如在罩在單只眼上的頭載型圖像顯示裝置中容易用兩眼觀察外界像。
另外，通過(guò)使由構(gòu)成觀察光學(xué)系統(tǒng)的透明光學(xué)元件和目鏡光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成的透明光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)放大能力P大約為0，能在同一位置看到透過(guò)透明光學(xué)系統(tǒng)看到的外界像和用肉眼看到的外界像，所以容易看到透明像，例如在罩在單只眼上的頭載型圖像顯示裝置中能用兩眼觀察外界像，特別是軸上的外界像部分。另外，通過(guò)使由透明光學(xué)元件和目鏡光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成的透明光學(xué)系統(tǒng)的角放大率β大約為1，能用相同的放大率看到透過(guò)透明光學(xué)系統(tǒng)看到的外界像和用肉眼看到的外界像，所以例如在罩在單只眼上的頭載型圖像顯示裝置中左右兩眼中的兩個(gè)像容易合在一起。
權(quán)利要求
1．一種觀察光學(xué)系統(tǒng)，它備有反射型圖像顯示裝置和目鏡光學(xué)系統(tǒng)，上述反射型圖像顯示裝置通過(guò)反射從形成觀察用的圖像的顯示面的前側(cè)入射的照明光束，顯示圖像，上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)將上述圖像引導(dǎo)到應(yīng)位于觀察者的眼球的瞳孔位置，該觀察光學(xué)系統(tǒng)的特征在于上述圖像顯示裝置有照明裝置；以及照明光導(dǎo)光光學(xué)裝置，引導(dǎo)照明光束以便能從上述顯示面的前側(cè)照射從上述照明裝置射出的光束，上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)備有棱鏡構(gòu)件，該棱鏡構(gòu)件有使從上述反射型圖像顯示裝置反射的顯示光束通過(guò)上述照明光導(dǎo)光光學(xué)裝置后入射到棱鏡內(nèi)的入射面；使光束在棱鏡內(nèi)反射的至少一個(gè)反射面；以及將光束射出到撓鏡外的射出面，上述棱鏡構(gòu)件的上述至少一個(gè)反射面相對(duì)于光軸偏心配置，形成旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的曲面形狀，用來(lái)修正由于該偏心而發(fā)生的偏心像差，同時(shí)對(duì)光束提供放大能力，上述棱鏡構(gòu)件的入射面和上述反射型圖像顯示裝置的顯示面之間的間隔滿足下面的條件式，將上述圖像引導(dǎo)到上述瞳孔位置。0.6＜L/H＜3.1式中，L是反射型圖像顯示裝置的顯示面與光軸相交的圖像中心位置和棱鏡構(gòu)件的入射面與光軸相交的位置之間的間隔，H是反射型圖像顯示裝置的像高(在顯示面為四邊形的情況下為對(duì)角線長(zhǎng)度)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述反射型圖像顯示裝置由反射型液晶顯示元件構(gòu)成。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述棱鏡構(gòu)件的入射面一側(cè)備有衍射光學(xué)元件。
4．根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述棱鏡構(gòu)件至少一面?zhèn)溆屑孀髡凵涿婧头瓷涿嬗玫恼凵浞瓷浼嬗妹妗?br> 5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述棱鏡構(gòu)件有使從上述反射型圖像顯示裝置反射的顯示光束通過(guò)上述照明光導(dǎo)光光學(xué)裝置后入射到棱鏡內(nèi)的入射面；使從上述入射面入射的光束反射的第一反射面；使在上述第一反射面上反射的光束反射的第二反射面；以及使在上述第二反射面上反射的光束向棱鏡外射出光束的射出面，上述第一反射面和上述射出面成為折射反射兼用面。
6．根據(jù)權(quán)利要求4所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述棱鏡構(gòu)件有使從上述反射型圖像顯示裝置反射的顯示光束通過(guò)上述照明光導(dǎo)光光學(xué)裝置后入射到棱鏡內(nèi)的入射面；使從上述入射面入射的光束反射的第一反射面；使在上述第一反射面上反射的光束反射的第二反射面；使在上述第二反射面上反射的光束反射的第三反射面；以及使在上述第三反射面上反射的光束向棱鏡外射出光束的射出面，上述第二反射面和上述射出面成為折射反射兼用面。
7．根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任意一項(xiàng)所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述照明光導(dǎo)光光學(xué)裝置由透明構(gòu)件構(gòu)成，該透明構(gòu)件備有使從上述照明裝置射出的光束入射的第一面；使從上述第一面入射的光束全反射的第二面；以及使在上述第二面上全反射的光束反射的第三面，上述第二面使在上述第三面上反射的光束透過(guò)，從前方對(duì)上述反射型圖像顯示裝置的顯示面進(jìn)行照明，同時(shí)使從上述反射型圖像顯示裝置的顯示面反射的顯示光束透過(guò)，上述第三面使透過(guò)了上述第二面的顯示光束透過(guò)，如上構(gòu)成光束分離面。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于在上述透明構(gòu)件的上述第三面一側(cè)配置偏移角補(bǔ)償構(gòu)件，用來(lái)補(bǔ)償由上述透明構(gòu)件引起的偏移角。
9．根據(jù)權(quán)利要求7所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于在上述透明構(gòu)件的上述第三面一側(cè)沒(méi)有配置補(bǔ)償由上述透明構(gòu)件引起的偏移角的任何偏移角補(bǔ)償構(gòu)件。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)把入射到上述照明光導(dǎo)光光學(xué)裝置的第二面、從第三面射出的軸上主光線的偏移角θ、與具有通過(guò)上述第二面與軸上主光線的交點(diǎn)的切平面和通過(guò)上述第三面與軸上主光線的交點(diǎn)的切平面構(gòu)成的角度α的頂角的三角棱鏡的最小偏移角θmin之差、即θ-θmin定義為Δθ時(shí)，滿足條件式Δθ＜20°…(3)
11．根據(jù)權(quán)利要求7所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述透明構(gòu)件的上述第三面作為偏振光光束分離面。
12．根據(jù)權(quán)利要求7所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述透明構(gòu)件的上述第三面相對(duì)于光軸偏心配置，形成旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的曲面形狀，用來(lái)修正由于該偏心而發(fā)生的偏心像差。
13．根據(jù)權(quán)利要求7所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述照明裝置相對(duì)于與上述棱鏡構(gòu)件的上述至少一個(gè)反射面的偏心方向不同的方向偏心配置，上述透明構(gòu)件的上述第三面相對(duì)于與上述棱鏡構(gòu)件的上述至少一個(gè)反射面的偏心方向不同的方向偏心配置。
14．根據(jù)權(quán)利要求13所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述照明裝置的偏心方向和上述透明構(gòu)件的上述第三面的偏心方向與上述棱鏡構(gòu)件的上述至少一個(gè)反射面的偏心方向大致正交。
15．一種圖像顯示裝置，其特征在于右眼用或左眼用的圖像顯示裝置中備有權(quán)利要求1所述的上述觀察光學(xué)系統(tǒng)。
16．一種圖像顯示裝置，其特征在于右眼用和左眼用的圖像顯示裝置中備有一對(duì)權(quán)利要求1所述的上述觀察光學(xué)系統(tǒng)。
17．根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的圖像顯示裝置，其特征在于有將上述圖像顯示裝置支撐在觀察者頭部的支撐裝置，以便使其位于觀察者面部的前方。
18．一種觀察光學(xué)系統(tǒng)，它備有形成供觀察者觀察的第一像的像形成構(gòu)件；將上述像形成構(gòu)件形成的像引導(dǎo)到觀察者的眼球中的目鏡光學(xué)系統(tǒng)；以及配置在比上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)更靠近上述第二像一側(cè)的透明光學(xué)元件，以便將與上述第一像不同的第二像引導(dǎo)到觀察者的眼球中，該觀察光學(xué)系統(tǒng)的特征在于上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)至少有曲面形狀的反射面，以便使來(lái)自上述第一像的光束反射，引導(dǎo)到觀察者眼球一側(cè)，上述反射面具有使來(lái)自透過(guò)了上述透明光學(xué)元件的上述第二像的光束透過(guò)的作用，上述透明光學(xué)元件被配置在比上述反射面更靠近上述第二像一側(cè)，與上述反射面相距某一間隔，來(lái)自上述第二像的光束透過(guò)上述透明光學(xué)元件和上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，上述透明光學(xué)元件和上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)合成的光學(xué)放大能力P大約為0，而且，角放大率β大約為1。
19．根據(jù)權(quán)利要求18所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)具有的反射面以修正偏心像差的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的曲面形狀構(gòu)成，來(lái)自上述第二像的光束透過(guò)上述透明光學(xué)元件和上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)時(shí)給出的合成光學(xué)放大能力及角放大率滿足以下條件，以便上述透明光學(xué)系統(tǒng)在上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)中發(fā)生的光學(xué)放大能力和角放大率互相抵消，-0.002＜PX＜0.002…(3)-0.002＜PY＜0.002…(4)0.97＜βX＜1.03 …(5)0.95＜βY＜1.05 …(6)式中，全光學(xué)系統(tǒng)的偏心方向是Y軸方向，與軸上主光線平行的面定為Y-Z面，與該Y-Z面正交的方向定為X方向時(shí)，全系統(tǒng)的X方向的放大能力定為PX,Y方向的放大能力定為PY，全系統(tǒng)的X方向的角放大率定為βX，全系統(tǒng)的Y方向的角放大率定為βY。
20．根據(jù)權(quán)利要求18所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)具有的反射面以修正偏心像差的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的曲面形狀構(gòu)成，該曲面形狀由只一面有變形面或?qū)ΨQ面的面對(duì)稱自由曲面構(gòu)成。
21．根據(jù)權(quán)利要求18至20中的任意一項(xiàng)所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)至少有夾持著折射率大于1的介質(zhì)的棱鏡構(gòu)件，上述棱鏡構(gòu)件至少包括3個(gè)以上的具有透過(guò)或反射的一種光學(xué)作用的光學(xué)作用面，該3個(gè)面由第三面、第二面和第一面構(gòu)成，上述第三面將來(lái)自上述第一像的光束入射到棱鏡內(nèi)，上述第二面離開(kāi)上述透明光學(xué)元件某一間隔與其相對(duì)，具有使透過(guò)了上述透明光學(xué)元件的來(lái)自上述第二像的光束透過(guò)棱鏡內(nèi)的作用和使來(lái)自上述第一像的光束在棱鏡內(nèi)反射的作用，至少有上述呈曲面形狀的反射面，上述第一面將來(lái)自上述第一像的光束射出到棱鏡外。
22．根據(jù)權(quán)利要求21所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述第三面以修正偏心像差的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的曲面形狀構(gòu)成，該曲面形狀由只一面有變形面或?qū)ΨQ面的面對(duì)稱自由曲面構(gòu)成。
23．根據(jù)權(quán)利要求21所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述第一面以修正偏心像差的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的曲面形狀構(gòu)成，該曲面形狀由只一面有變形面或?qū)ΨQ面的面對(duì)稱自由曲面構(gòu)成。
24．根據(jù)權(quán)利要求21所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述第一面對(duì)上述棱鏡內(nèi)的光束兼有反射作用和透射作用。
25．根據(jù)權(quán)利要求24所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述第一面的反射作用和透射作用的兼用面由全反射面構(gòu)成，該全反射面使反射光束以超過(guò)全反射臨界角的角度入射到該第一面上，然后使在反射面上返回的反射光束以不超過(guò)全反射臨界角的角度入射后從棱鏡射出。
26．根據(jù)權(quán)利要求21所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于這樣構(gòu)成上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)和上述透明光學(xué)元件，即上述第一像觀察視野范圍在上述第二像觀察視野范圍內(nèi)形成，上述第一像觀察視野范圍由來(lái)自上述第一像的光束從上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)射出決定，上述第二像觀察視野范圍由來(lái)自上述第二像的光束透過(guò)上述透明光學(xué)元件和上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)的一部分決定。
27．根據(jù)權(quán)利要求21所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于對(duì)于與上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)的上述透明光學(xué)元件相對(duì)配置的反射面的光束反射區(qū)域來(lái)說(shuō)，將上述透明光學(xué)元件的光學(xué)孔徑構(gòu)成得比上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)的反射面小，以便從上述透明光學(xué)元件透過(guò)的光束透過(guò)區(qū)域移動(dòng)到上述像形成構(gòu)件一側(cè)，而且，將上述透明光學(xué)元件與上述反射面接近上述像形成構(gòu)件一側(cè)的區(qū)域相對(duì)地配置，在上述反射面不與上述透明光學(xué)元件相對(duì)的部分上涂敷遮光涂層，防止來(lái)自外界的閃光入射。
28．根據(jù)權(quán)利要求21所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于將遮光構(gòu)件配置在上述透明光學(xué)元件的前方或后方中的至少一方，該遮光構(gòu)件能使來(lái)自外界像的光束透過(guò)與被遮斷、或者透過(guò)與被減弱地進(jìn)行切換，以便上述第二像成為外界像。
29．根據(jù)權(quán)利要求21所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于將顯示元件配置在上述透明光學(xué)元件的與上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)相反的一側(cè)，以便用形成與上述第一像不同的像的顯示元件形成上述第二像。
30．根據(jù)權(quán)利要求21所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于將遮光構(gòu)件配置在上述透明光學(xué)元件的前方或后方中的至少一方，該遮光構(gòu)件能使來(lái)自外界像的光束透過(guò)與被遮斷、或者透過(guò)與被減弱地進(jìn)行切換，同時(shí)將顯示第三像的顯示元件配置在上述外界像和上述透明光學(xué)元件之間，以便上述第二像成為外界像。
31．根據(jù)權(quán)利要求21所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于引導(dǎo)來(lái)自上述第一像的光束的上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的光路、以及引導(dǎo)來(lái)自上述第二像的光束的上述透明光學(xué)元件內(nèi)的光路都備有配置在另外的位置的瞳孔照射用的光源、以及接受上述瞳孔的像的受光元件，以便檢測(cè)觀察者的視線。
32．根據(jù)權(quán)利要求31所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于檢測(cè)上述視線的裝置能這樣構(gòu)成，即至少上述瞳孔的像在上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)的光路內(nèi)通過(guò)，從光路中與上述第一像分離，被導(dǎo)入上述受光元件中。
33．根據(jù)權(quán)利要求21所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于如果將從上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)射出的來(lái)自上述第一像的光束的光軸作為視場(chǎng)軸，以射出光瞳為中心，假設(shè)從上述視場(chǎng)軸朝向與上述像形成構(gòu)件相反一側(cè)的方向由上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)規(guī)定的角度為θ，則以滿足以下條件之關(guān)系來(lái)配置上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)、上述透明光學(xué)元件和上述射出光瞳，θ≤60°。
34．一種頭載型觀察光學(xué)裝置，其特征在于備有權(quán)利要求21所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，還備有利用保持裝置保持的本體部和將上述本體部支撐在觀察者頭部上的支撐裝置，上述保持裝置用來(lái)保持上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)、上述透明光學(xué)元件和形成上述第一像的像形成構(gòu)件之間的間隔。
35．一種觀察光學(xué)系統(tǒng)，它備有形成供觀察者觀察的第一像的像形成構(gòu)件；將上述像形成構(gòu)件形成的像引導(dǎo)到觀察者的眼球中的目鏡光學(xué)系統(tǒng)；以及配置在比上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)更靠近上述第二像一側(cè)的透明光學(xué)元件，以便將與上述第一像不同的第二像引導(dǎo)到觀察者的眼球中，該觀察光學(xué)系統(tǒng)的特征在于上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)至少有曲面形狀的反射面，以便使來(lái)自上述第一像的光束反射，引導(dǎo)到觀察者眼球一側(cè)，上述反射面具有使透過(guò)了上述透明光學(xué)元件的來(lái)自上述第二像的光束透過(guò)的作用，上述透明光學(xué)元件被配置在比上述反射面更靠近上述第二像一側(cè)，與上述反射面緊密接觸，來(lái)自上述第二像的光束透過(guò)上述透明光學(xué)元件和上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，上述透明光學(xué)元件和上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)合成的光學(xué)放大能力P大約為0。
36．一種觀察光學(xué)系統(tǒng)，它備有形成供觀察者觀察的第一像的像形成構(gòu)件；將上述像形成構(gòu)件形成的像引導(dǎo)到觀察者的眼球中的目鏡光學(xué)系統(tǒng)；以及配置在比上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)更靠近上述第二像一側(cè)的透明光學(xué)元件，以便將與上述第一像不同的第二像引導(dǎo)到觀察者的眼球中，該觀察光學(xué)系統(tǒng)的特征在于上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)至少有曲面形狀的反射面，以便使來(lái)自上述第一像的光束反射，引導(dǎo)到觀察者眼球一側(cè)，上述反射面具有使透過(guò)了上述透明光學(xué)元件的來(lái)自上述第二像的光束透過(guò)的作用，上述透明光學(xué)元件被配置在比上述反射面更靠近上述第二像一側(cè)，與上述反射面緊密接觸，來(lái)自上述第二像的光束透過(guò)上述透明光學(xué)元件和上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，上述透明光學(xué)元件和上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)合成的角放大率β大約為1。
37．根據(jù)權(quán)利要求35所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)具有的反射面以修正偏心像差的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的曲面形狀構(gòu)成，來(lái)自上述第二像的光束透過(guò)上述透明光學(xué)元件和上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)時(shí)給出的合成光學(xué)放大能力滿足以下條件，以便上述透明光學(xué)系統(tǒng)在上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)中發(fā)生的光學(xué)放大能力互相抵消，-0.002＜PX＜0.002…(3)-0.002＜PY＜0.002…(4)式中，全光學(xué)系統(tǒng)的偏心方向是Y軸方向，與軸上主光線平行的面定為Y-Z面，與該Y-Z面正交的方向定為X方向時(shí)，全系統(tǒng)的X方向的放大能力定為PX,Y方向的放大能力定為PY。
38．根據(jù)權(quán)利要求36所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)具有的反射面以修正偏心像差的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的曲面形狀構(gòu)成，來(lái)自上述第二像的光束透過(guò)上述透明光學(xué)元件和上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)時(shí)給出的合成的角放大率滿足以下條件，以便上述透明光學(xué)系統(tǒng)在上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)中發(fā)生的角放大率互相抵消，0.97＜βX＜1.03…(5)0.95＜βY＜1.05…(6)式中，全光學(xué)系統(tǒng)的偏心方向是Y軸方向，與軸上主光線平行的面定為Y-Z面，與該Y-Z面正交的方向定為X方向時(shí)，全系統(tǒng)的X方向的角放大率定為βX，全系統(tǒng)的Y方向的角放大率定為βY。
39．根據(jù)權(quán)利要求35至38中的任意一項(xiàng)所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)具有的反射面以修正偏心像差的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的曲面形狀構(gòu)成，該曲面形狀由只一面有變形面或?qū)ΨQ面的面對(duì)稱自由曲面構(gòu)成。
40．根據(jù)權(quán)利要求35至38中的任意一項(xiàng)所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)至少有夾持著折射率大于1的介質(zhì)的棱鏡構(gòu)件，上述棱鏡構(gòu)件至少包括3個(gè)以上的具有透過(guò)或反射的一種光學(xué)作用的光學(xué)作用面，該3個(gè)面由第三面、第二面和第一面構(gòu)成，上述第三面將來(lái)自上述第一像的光束入射到棱鏡內(nèi)，上述第二面與上述透明光學(xué)元件緊密接觸配置，具有使透過(guò)了上述透明光學(xué)元件的來(lái)自上述第二像的光束透過(guò)棱鏡內(nèi)的作用和使來(lái)自上述第一像的光束在棱鏡內(nèi)反射的作用，至少有上述呈曲面形狀的反射面，上述第一面將來(lái)自上述第一像的光束射出到棱鏡外。
41．根據(jù)權(quán)利要求35至38中的任意一項(xiàng)所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述第三面以修正偏心像差的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的曲面形狀構(gòu)成，該曲面形狀由只一面有變形面或?qū)ΨQ面的面對(duì)稱自由曲面構(gòu)成。
42．根據(jù)權(quán)利要求35至38中的任意一項(xiàng)所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述第一面以修正偏心像差的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱的曲面形狀構(gòu)成，該曲面形狀由只一面有變形面或?qū)ΨQ面的面對(duì)稱自由曲面構(gòu)成。
43．根據(jù)權(quán)利要求39所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述第一面對(duì)上述棱鏡內(nèi)的光束兼有反射作用和透射作用。
44．根據(jù)權(quán)利要求43所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于上述第一面的反射作用和透射作用的兼用面由全反射面構(gòu)成，該全反射面使反射光束以超過(guò)全反射臨界角的角度入射到該第一面上，然后使在反射面上返回的反射光束以不超過(guò)全反射臨界角的角度入射后從棱鏡射出。
45．根據(jù)權(quán)利要求35至38中的任意一項(xiàng)所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于這樣構(gòu)成上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)和上述透明光學(xué)元件，即上述第一像觀察視野范圍在上述第二像觀察視野范圍內(nèi)形成，上述第一像觀察視野范圍由來(lái)自上述第一像的光束從上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)射出決定，上述第二像觀察視野范圍由來(lái)自上述第二像的光束透過(guò)上述透明光學(xué)元件和上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)的一部分決定。
46．根據(jù)權(quán)利要求35至38中的任意一項(xiàng)所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于對(duì)于與上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)的上述透明光學(xué)元件相對(duì)配置的反射面的光束反射區(qū)域來(lái)說(shuō)，將上述透明光學(xué)元件的光學(xué)孔徑構(gòu)成得比上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)的反射面小，以便從上述透明光學(xué)元件透過(guò)的光束透過(guò)區(qū)域移動(dòng)到上述像形成構(gòu)件一側(cè)，而且，將上述透明光學(xué)元件與上述反射面接近上述像形成構(gòu)件一側(cè)的區(qū)域相對(duì)地配置，在上述反射面不與上述透明光學(xué)元件相對(duì)的部分上涂敷遮光涂層，防止來(lái)自外界的閃光入射。
47．根據(jù)權(quán)利要求35至38中的任意一項(xiàng)所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于將遮光構(gòu)件配置在上述透明光學(xué)元件的前方，該遮光構(gòu)件能使來(lái)自外界像的光束透過(guò)與被遮斷、或者透過(guò)與被減弱地進(jìn)行切換，以便上述第二像成為外界像。
48．根據(jù)權(quán)利要求35至38中的任意一項(xiàng)所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于將顯示元件配置在上述透明光學(xué)元件的與上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)相反的一側(cè)，以便用形成與上述第一像不同的像的顯示元件形成上述第二像。
49．根據(jù)權(quán)利要求35至38中的任意一項(xiàng)所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于將遮光構(gòu)件配置在上述透明光學(xué)元件的前方，該遮光構(gòu)件能使來(lái)自外界像的光束透過(guò)與被遮斷、或者透過(guò)與被減弱地進(jìn)行切換，同時(shí)將顯示第三像的顯示元件配置在上述外界像和上述透明光學(xué)元件之間，以便上述第二像成為外界像。
50．根據(jù)權(quán)利要求35至38中的任意一項(xiàng)所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于將其構(gòu)成為引導(dǎo)來(lái)自上述第一像的光束的上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的光路、以及引導(dǎo)來(lái)自上述第二像的光束的上述透明光學(xué)元件內(nèi)的光路都備有配置在另外的位置的瞳孔照射用的光源、以及接受上述瞳孔的像的受光元件，以便檢測(cè)觀察者的視線。
51．根據(jù)權(quán)利要求50所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于檢測(cè)上述視線的裝置能這樣構(gòu)成，即至少上述瞳孔的像在上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)的光路內(nèi)通過(guò)，從光路中與上述第一像分離，被導(dǎo)入上述受光元件中。
52．根據(jù)權(quán)利要求35至38中的任意一項(xiàng)所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于如果將從上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)射出的來(lái)自上述第一像的光束的光軸作為視場(chǎng)軸，以射出光瞳為中心，假設(shè)從上述視場(chǎng)軸朝向與上述像形成構(gòu)件相反一側(cè)的方向由上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)規(guī)定的角度為θ，則以滿足以下條件之關(guān)系來(lái)配置上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)、上述透明光學(xué)元件和上述射出光瞳，θ≤60°。
53．一種頭載型觀察光學(xué)裝置，其特征在于備有權(quán)利要求35至38中的任意一項(xiàng)所述的觀察光學(xué)系統(tǒng)，還備有利用保持裝置保持的本體部和將上述本體部支撐在觀察者頭部上的支撐裝置，上述保持裝置用來(lái)保持上述目鏡光學(xué)系統(tǒng)、上述透明光學(xué)元件和形成上述第一像的像形成構(gòu)件之間的間隔。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用了由偏心棱鏡構(gòu)成的目鏡光學(xué)系統(tǒng)和反射型圖像顯示元件的小型明亮、高性能的觀察光學(xué)系統(tǒng)及使用了它的圖像顯示裝置,備有反射型圖像顯示元件(3)和目鏡光學(xué)系統(tǒng),顯示元件(3)有光源(4)、以及從顯示面的前側(cè)引導(dǎo)并照射來(lái)自光源的光束的照明光導(dǎo)光棱鏡(6),目鏡光學(xué)系統(tǒng)備有棱鏡(10),該棱鏡(10)有使從顯示面反射的光束通過(guò)照明光導(dǎo)光棱鏡(6)后入射到棱鏡內(nèi)的入射面(13)、反射面(12)、以及將光束射出到棱鏡外的射出面(11),其至少一個(gè)反射面相對(duì)于光軸偏心配置,且由修正偏心像差、同時(shí)提供放大能力的旋轉(zhuǎn)非對(duì)稱曲面形狀形成,棱鏡(10)的入射面(13)和顯示面之間的間隔滿足規(guī)定的條件,將圖像引導(dǎo)到光瞳(2)的位置。
文檔編號(hào)G02B27/00GK1313958SQ00801028
公開(kāi)日2001年9月19日 申請(qǐng)日期2000年3月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月2日
發(fā)明者研野孝吉, 武山哲英 申請(qǐng)人:奧林巴斯光學(xué)工業(yè)株式會(huì)社