Прибор отображения виртуального изображения

Прибор отображения виртуального изображения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

[001] Настоящее изобретение относится к прибору отображения виртуального изображения, с которого наблюдателю представляется видеоизображение, формируемое элементом визуализации изображения или чем-либо подобным, и в частности, к прибору отображения виртуального изображения, который пригоден для укрепляемого на голове устройства отображения, закрепляемого на голове наблюдателя.

Уровень техники

[002] Различные оптические системы предлагались в качестве оптической системы, встраиваемой в прибор отображения виртуального изображения, такой как укрепляемое на голове устройство отображения (также называемое нашлемным устройством отображения), закрепляемое на голове наблюдателя (см. патентную литературу с 1 по 4).

[003] Что касается прибора отображения виртуального изображения, такого как нашлемное устройство отображения, то желательно увеличивать угол наблюдения света видеоизображения и уменьшать размеры и вес. При уменьшении размера и веса можно снизить толщину в направлении зрительной оси наблюдателя и перенести центр тяжести ближе к наблюдателю и тем самым облегчить подгонку.

[004] Если поле зрения наблюдателя полностью закрыто и поэтому виден только свет видеоизображения, внешняя обстановка не замечается наблюдателем, что приводит к беспокойству наблюдателя. Кроме того, внешнюю обстановку и видеоизображение отображают с наложением, создают различные новые ситуации, такие как виртуальная реальность. По этой причине имеется необходимость в устройстве отображения, в котором свет видеоизображения отображается в соответствии со способом наложения без загораживания поля зрения внешнего мира.

[005] Для облегчения подгонки к наблюдателю и улучшения внешнего вида желательно располагать устройство отображения видеоизображения по ширине лица, а не располагать выше глаз.

[006] Чтобы уменьшить размеры оптической системы и чтобы расположить устройство отображения видеоизображения на месте, находящемся на некотором расстоянии от глаз наблюдателя, таким образом, чтобы не загораживать поле зрения, предпочтительно отображать изображение в соответствии со светом изображения в оптической системе после формирования промежуточного изображения и использовать оборачивающую оптическую систему, в которой увеличивается промежуточное изображение, подлежащее отображению.

[007] Например, в патентной литературе 1 предложена оборачивающая оптическая система, в которой использованы плоская световодная пластина, на торцевой поверхности которой расположено параболическое зеркало, и проекционный объектив, а промежуточное изображение формируется внутри световодной пластины. Однако в случае оптической системы из патентной литературы 1 проекционный объектив имеет большой размер и препятствует снижению размера и веса системы.

[008] В патентной литературе 2 предложена оптическая система, в которой использован световодный элемент, имеющий криволинейную излучающую и отражающую поверхность, и проекционный объектив, который вводит свет видеоизображения в световодный элемент. Однако в оптической системе из патентной литературы 2 не рассматривается показ внешней обстановки наблюдателю. Для показа внешней обстановки с помощью оптической системы необходимо присоединять компенсирующий элемент к отражающей поверхности, продолжающейся на всем протяжении световодного элемента, и располагать полупрозрачное зеркало на поверхности соединения. Однако, поскольку свет видеоизображения дважды отражается поверхностью полупрозрачного зеркала, видеоизображение становится очень темным.

[009] В патентной литературе 3 предложена оборачивающая оптическая система, которая имеет проекционный объектив, вогнутое зеркало и световодную пластину. В этой оптической системе объединены волновая пластинка и поляризационное полупрозрачное зеркало, в результате чего повышается эффективность отражения. Однако, чтобы показывать внешнюю обстановку с помощью оптической системы из патентной литературы 3, необходимо присоединять компенсирующую линзу к наружной стороне вогнутого зеркала, что приводит к увеличению толщины в целом.

[010] В патентной литературе 4 предложена оборачивающая оптическая система, которая имеет небольшую общую длину и компактную компоновку вследствие изогнутого оптического пути. Однако в случае оптической системы из патентной литературы 4 выпуклый участок в центре световодного элемента или проекционного объектива загораживает поле зрения. Кроме того, поскольку свет видеоизображения проходит через полупрозрачное зеркало, далее возвращается и снова отражается полупрозрачным зеркалом, и поступает к глазам, наблюдаемое видеоизображение затемняется.

Список источников

Патентная литература

[011] Патентная литература 1: патент Японии №2746697;

Патентная литература 2: патент Японии №3787399;

Патентная литература 3: патент Японии №4218553;

Патентная литература 4: патент Японии №4819532.

Краткое изложение изобретения

Решение задачи

[012] Преимущество некоторых аспектов изобретения заключается в создании небольшого и легкого прибора отображения виртуального изображения, которое имеет широкий угол обзора и хорошие характеристики.

[013] Аспект изобретения касается прибора отображения виртуального изображения, включающего видеоэлемент, который генерирует свет видеоизображения, световодный элемент, который включает в себя две или большее количество неосесимметричных криволинейных поверхностей и является частью оптической системы, при этом промежуточное изображение формируется внутри световодного элемента, и проекционный объектив, который вводит свет видеоизображения от видеоэлемента в световодный элемент, в котором проекционный объектив включает в себя по меньшей мере одну неосесимметричную асферическую поверхность, первая поверхность и третья поверхность из числа множества поверхностей, образующих световодный элемент, расположены друг против друга и свет видеоизображения от видеоэлемента полностью отражается третьей поверхностью, полностью отражается первой поверхностью, отражается второй поверхностью, проходит через первую поверхность и достигает стороны наблюдения. В данном случае предполагается, что две или большее количество неосесимметричных криволинейных поверхностей включают в себя, например, две или большее количество криволинейных поверхностей, которые являются основными поверхностями, вносящими вклад в направление света, такой как отражение света видеоизображения.

[014] В приборе отображения виртуального изображения, описанном выше, световодный элемент включает в себя две или большее количество неосесимметричных криволинейных поверхностей, а проекционный объектив включает в себя неосесимметричную асферическую поверхность. Например, когда группу поверхностей произвольной формы используют в качестве неосесимметричных криволинейных поверхностей световодного элемента или неосесимметричной асферической поверхности проекционного объектива, можно получать коррекцию аберрации. В этом случае, например, даже когда имеется ограничение на некоторые формы поверхности на стороне световодного элемента, на предел коррекции асимметричной аберрации, коррекция аберрации достигается при использовании неосесимметричной асферической поверхности, образованной на стороне проекционного объектива, в результате чего можно выполнять в достаточной степени коррекцию аберрации оптической системы в целом и реализовывать прибор отображения виртуального изображения, который имеет широкий угол обзора и хорошие характеристики и является компактным и легким с тонким светодиодным элементом. Что касается внешнего света, то формы первой поверхности и третьей поверхности определены надлежащим образом, в результате чего диоптрийная погрешность (величина диоптрии) или кажущаяся погрешность увеличения может быть по существу нулевой. Световодный элемент может иметь форму в соответствии с формой лица наблюдателя, при этом центр тяжести может быть приведен близко к лицу, и может быть получено хорошее конструктивное решение.

[015] Согласно конкретному аспекту изобретения в световодном элементе первая поверхность и третья поверхность являются плоскими поверхностями, по существу параллельными друг другу. Что касается внешнего света, который наблюдается через первую поверхность и третью поверхность, то в этом случае диоптрийная ошибка может быть по существу нулевой. В частности, кажущаяся ошибка увеличения, относящаяся к изображению внешней обстановки, может быть по существу нулевой, и может быть получено такое состояние, как состояние невооруженного глаза. Если первая поверхность и третья поверхность являются плоскими поверхностями, параллельными друг другу, диоптрийная ошибка и кажущаяся ошибка увеличения могут быть по существу нулевыми.

[016] Согласно другому аспекту световодный элемент имеет четвертую поверхность, которая расположена на стороне падения света по отношению к третьей поверхности и направляет свет видеоизображения к третьей поверхности, и пятую поверхность, которая направляет свет видеоизображения к четвертой поверхности, а в световодном элементе промежуточное изображение находится на оптическом пути света видеоизображения от третьей поверхности к пятой поверхности. В этом случае можно поддерживать баланс размеров между стороной переднего каскада и стороной заднего каскада оптической системы с промежуточным изображением, расположенным между ними, для уменьшения размера оптической системы в целом.

[017] Согласно еще одному аспекту изобретения в световодном элементе вторая поверхность, четвертая поверхность и пятая поверхность являются неосесимметричными криволинейными поверхностями. В этом случае, даже когда первая поверхность или третья поверхность является по существу близкой к плоской поверхности и коррекция аберрации нелегко достигается на первой поверхности или третьей поверхности, можно реализовать конфигурацию, в которой аберрация может быть в достаточной степени скорректирована на другой поверхности, такой как вторая поверхность.

[018] Согласно еще одному аспекту изобретения оптическая ось проекционного объектива в проекционном объективе и зрительная ось, принимаемая в качестве направления глаз наблюдателя, образуют угол, равный или больший чем 0° и равный или меньший чем 30°. В этом случае, например, когда создают конфигурацию, в которой видеоэлемент расположен по ширине лица, а не расположен выше глаз, можно улучшать подгонку к наблюдателю и предотвращать загораживание оптической системы при поддержании внешнего вида в лучшем состоянии.

[019] Согласно дальнейшему аспекту изобретения, когда выражение для формы поверхности разлагают как многочлен в значениях ортогональных координат x и y, продолжающихся в тангенциальном направлении от начала, с началом каждой поверхности, образующей оптическую систему, в качестве начала отсчета, а коэффициент члена x^m×yⁿ многочленного выражения, представляющего k-тую поверхность, есть Ak_m,n, удовлетворяются следующие условия с (1) по (3):

[Математическое соотношение 1]

-10^-1<А1_0,2+А1_2,0<10^-2 и -10^-1<А3_0,2+А3_2,0<10^-2, (1)

|А1_2,0-А1_0,2|<10^-1 и |А3_2,0-А3_0,2|<10^-1, (2)

|А1_2,0-А3_2,0|<10^-2 и |А1_0,2-А3_0,2|<10^-2. (3)

В данном случае локальные координаты (x, y, z), включающие ортогональные координаты x и y каждой поверхности, имеют определенную точку на криволинейной поверхности (в том числе на плоской поверхности) в качестве начала, ось z расположена в направлении, нормальном к поверхности, ось x и ось y расположены в тангенциальном направлении поверхности, и форма криволинейной поверхности точно определена в локальных координатах. Предполагается, что начало криволинейной поверхности находится, например, на месте, через которое проходит центр светового потока.

[020] В этом случае некоторые поверхности проекционного объектива, например неосесимметричная асферическая поверхность (не вращательно асимметричная асферическая поверхность), имеют форму, которой обладает поверхность произвольной формы или подобная, в результате чего достигается получения оптической системы с высоким качеством изображения. По этой причине, например, даже когда первая поверхность и третья поверхность, которые вовлечены в процесс наблюдения внешнего света, а также света видеоизображения, являются плоскими поверхностями, можно выполнять достаточную коррекцию аберрации и делать диоптрийную ошибку или ошибку увеличения по существу совершенно нулевой. Например, когда первая поверхность и третья поверхность являются поверхностями произвольной формы, степень свободы этих криволинейных поверхностей эффективно используют для образования компактной оптической системы.

[021] Действие каждой из первой поверхности и третьей поверхности, то есть действие криволинейной поверхности, в основном определяется кривизной криволинейной поверхности, а кривизна вблизи начала прежде всего определяется значениями коэффициентов Ak_2,0 и Ak_0,2 (где k=1, 3). По этой причине важно надлежащим образом задавать значения коэффициентов Ak_2,0 и Ak_0,2.

[022] Условием (1) точно определяется величина кривизны первой поверхности и кривизны третьей поверхности вблизи начала. Если величина превышает верхний предел условия (1), первая поверхность и третья поверхность имеют выпуклую форму для наблюдателя и в соответствии с этим форма в целом прирастает и коррекция аберрации является трудной. Если величина превышает нижний предел условия (1), кривизна чрезмерно повышается, коррекцию аберрации выполнять трудно, а место нахождения световодного элемента или проекционного объектива приближается к лицу, приводя к неудобству при подгонке.

[023] Условием (2) точно определяется различие между кривизной в направлении оси x и кривизной в направлении оси y первой поверхности и третьей поверхности. Если различие превышает верхний предел условия (2), астигматизм, который создается на первой поверхности и третьей поверхности, чрезмерно повышается и коррекция аберрации является трудной.

[024] Условием (3) точно определяются различие между кривизной первой поверхности и кривизной третьей поверхности относительно направления оси x и направления оси y и влияние диоптрии световодного элемента на внешний свет. Если толщина световодного элемента составляет Т и показатель преломления составляет N, диоптрия Dx в направлении оси x и диоптрия Dy в направлении оси y относительно оптической оси световодного элемента даются следующими выражениями:

[Математическое соотношение 2]

Dx=2000(N-1)(A1_2,0-A3_2,0+(2T(N-1)/N)×A1_2,0×A3_2,0),

Dy=2000(N-1)(A1_0,2-A3_0,2+(2T(N-1)/N)×A1_0,2×A3_0,2).

В общем случае, если ошибка дальней диоптрии превышает ±1D, возникает неудовлетворенность, поэтому желательно ослаблять диоптрию световодного элемента на ±1D, и если возможно, ослаблять так, чтобы ошибка была равна или меньше чем ±0,5D. Поскольку в рассмотренных выше выражениях диоптрия на оптической оси связана с толщиной или показателем преломления световодного элемента, диоптрия на оптической оси определяется не только значениями асферических коэффициентов. Между тем, если коэффициенты находятся в пределах диапазона, который удовлетворяет условию (3), диоптрия на оптической оси может быть ослаблена в пределах диапазона ±1D.

[025] Первая поверхность и третья поверхность имеют форму, удовлетворяющую условиям с (1) по (3), в результате чего коррекция аберрации внешнего света и света видеоизображения осуществляется удовлетворительно и может быть получено хорошее качество изображения.

[026] Согласно дальнейшему аспекту изобретения, когда выражение для формы поверхности разлагают как многочлен в значениях ортогональных координат x и y, продолжающихся в тангенциальном направлении от начала, при начале неосесимметричной асферической поверхности как начале координат, и когда коэффициент члена x^m×yⁿ многочленного выражения, представляющего неосесимметричную асферическую поверхность, есть A_m,n, А_2,0 и А_0,2 имеют противоположные знаки и удовлетворяют следующему условию:

[Математическое соотношение 3]

10^-2<|А_2,0-А_0,2|. (4)

В этом случае проекционный объектив имеет неосесимметричную асферическую поверхность, которая имеет в качестве составной части неосесимметричную поверхность произвольной формы или подобную, в результате чего можно корректировать аберрацию, такую как астигматизм, создающуюся на отражающей поверхности, и получать хорошее качество изображения.

[027] Согласно дальнейшему аспекту изобретения внутри световодного элемента свет видеоизображения от видеоэлемента направляется путем пятикратного отражения, включающего по меньшей мере двукратное полное внутреннее отражение. В этом случае можно получать отображение света видеоизображения, и осуществлять сквозной просмотр для визуального распознавания внешнего света, и выполнять коррекцию аберрации света видеоизображения.

[028] Согласно дальнейшему аспекту изобретения полупрозрачное зеркало образовано на второй поверхности, свет видеоизображения подается к наблюдателю, пропускающий свет элемент расположен целиком снаружи второй поверхности, диоптрия по отношению к внешнему свету по существу приводится к 0, а внешний свет и свет видеоизображения подаются к наблюдателю с наложением. В этом случае можно уменьшить дефокусировку и искажение внешнего света, наблюдаемые на протяжении второй поверхности.

[029] Согласно дальнейшему аспекту изобретения проекционный объектив включает в себя две или большее количество осесимметричных асферических поверхностей в виде других, а не неосесимметричной асферической поверхности. В этом случае проекционный объектив выполнен с возможностью включения многих осесимметричных асферических поверхностей, в результате чего можно облегчить изготовление и объединение проекционного объектива с другими деталями.

[030] Согласно дальнейшему аспекту изобретения оптическая система, в том числе световодный элемент, покрывает часть передней стороны глаз наблюдателя и имеется участок, на котором передняя сторона глаз не покрыта.

[031] Согласно дальнейшему аспекту изобретения видеоэлемент имеет формирующий свет сигнала блок, который излучает свет сигнала, модулированный соответственно изображению, и оптическую систему сканирования, которая осуществляет сканирование света сигнала, поступающего с формирующего свет сигнала блока, для излучения света сигнала в виде сканируемого света.

Краткое описание чертежей

[032] На чертежах:

фиг. 1 - перспективный вид, иллюстрирующий внешний вид прибора отображения виртуального изображения согласно варианту осуществления изобретения;

фиг. 2 - вид спереди, показывающий внешний вид прибора отображения виртуального изображения;

фиг. 3 - вид в плане в сечении участка основной части первого устройства отображения, входящего в состав прибора отображения виртуального изображения;

фиг. 4 - сечение, иллюстрирующее оптическую поверхность или оптический путь в световодном элементе из первого устройства отображения;

фиг. 5 - схема, иллюстрирующая оптическую систему из примера 1;

фиг. 6 (с А по F) - диаграммы, иллюстрирующие аберрацию оптической системы из примера 1;

фиг. 7 (с А по F) - диаграммы, иллюстрирующие аберрацию оптической системы из примера 1;

фиг. 8 - схема, иллюстрирующая оптическую систему из примера 2;

фиг. 9 - сечение, иллюстрирующее оптическую поверхность или оптический путь в световодном элементе из примера 2;

фиг. 10 (с А по F) - диаграммы, иллюстрирующие аберрацию оптической системы из примера 2;

фиг. 11 (с А по F) - диаграммы, иллюстрирующие аберрацию оптической системы из примера 2;

фиг. 12 - схема, иллюстрирующая оптическую систему из примера 3;

фиг. 13 - сечение, иллюстрирующее оптическую поверхность или оптический путь в световодном элементе из примера 3;

фиг. 14 (с А по F) - диаграммы, иллюстрирующие аберрацию оптической системы из примера 3;

фиг. 15 (С А по F) - диаграммы, иллюстрирующие аберрацию оптической системы из примера 3;

фиг. 16 - схема, иллюстрирующая оптическую систему из примера 4;

фиг. 17 - сечение, иллюстрирующее оптическую поверхность или оптический путь в световодном элементе из примера 4;

фиг. 18 (с А по F) - диаграммы, иллюстрирующие аберрацию оптической системы из примера 4;

фиг. 19 (с А по F) - диаграммы, иллюстрирующие аберрацию оптической системы из примера 4;

фиг. 20 - схема, иллюстрирующая оптическую систему из примера 5;

фиг. 21 - сечение, иллюстрирующее оптическую поверхность или оптический путь в световодном элементе из примера 5;

фиг. 22 (с А по F) - диаграммы, иллюстрирующие аберрацию оптической системы из примера 5;

фиг. 23 (с А по F) - диаграммы, иллюстрирующие аберрацию оптической системы из примера 5;

фиг. 24 - схема, иллюстрирующая прибор отображения виртуального изображения из примера модификации;

фиг. 25А - перспективный вид, иллюстрирующий световодное устройство и прибор отображения виртуального изображения с использованием световодного устройства согласно другому примеру; и

фиг. 25В - вид спереди световодного устройства и прибора отображения виртуального изображения с использованием световодного устройства.

Описание вариантов осуществления

[033] Ниже с обращением к фиг. 1 и другим будет подробно описан вариант осуществления прибора отображения виртуального изображения согласно изобретению.

[034] Как показано на фиг. 1, прибор 100 отображения виртуального изображения согласно этому варианту осуществления представляет собой укрепляемое на голове устройство отображения, которое имеет внешний вид, подобный внешнему виду очков, и может позволять наблюдателю или пользователю, на котором закреплен прибор 100 отображения виртуального изображения, визуально распознавать свет изображения по виртуальному изображению и позволять наблюдателю визуально распознавать или наблюдать изображение внешней обстановки при сквозном просмотре. Прибор 100 отображения виртуального изображения включает в себя первый и второй оптические элементы 101а и 101b, которые покрывают переднюю сторону глаз наблюдателя с обеспечением сквозного просмотра, рамочную часть 102, которая поддерживает оба оптических элемента 101а и 101b, и первую и вторую формирующие изображение основные части 105а и 105b, которые прикреплены к участкам от левого и правого концов рамочной части 102 до задних дужных частей (дужек) 104. Первое устройство 100А отображения, в котором, как показано на левой стороне чертежа, первый оптический элемент 101а и первая формирующая изображение основная часть 105а объединены, представляет собой узел, который формирует виртуальное изображение для правого глаза и самостоятельно функционирует как прибор отображения виртуального изображения. Второе устройство 100В отображения, в котором, как показано на правой стороне чертежа, второй оптический элемент 101b и вторая формирующая изображение основная часть 105b объединены, представляет собой узел, который формирует виртуальное изображение для левого глаза и самостоятельно функционирует как прибор отображения виртуального изображения.

[035] Как показано на фигурах 1 и 2, рамочная часть 102, образованная в приборе 100 отображения виртуального изображения, включает в себя рамку 107, которая расположена на верхней стороне, и протектор 108, который расположен на нижней стороне. В рамочной части 102 рамка 107 на верхней стороне представляет собой удлиненный пластинчатый элемент, который в плоскости XZ изогнут с образованием U-образной конфигурации и включает в себя передний участок 107а, продолжающийся в горизонтальном направлении вправо-влево (направлении X), и пару боковых участков 107b и 107с, которые продолжаются в направлении глубины вперед-назад (направлении Z). Рамка 107, то есть передний участок 107а и боковые участки 107b и 107с, представляет собой металлический составляющий единое целое компонент, образованный литьем под давлением алюминия или других металлических материалов. Ширина переднего участка 107а в направлении глубины (направлении Z) в достаточной степени больше, чем толщина или ширина световодного устройства 20, соответствующего первому и второму оптическим элементам 101а и 101b. На левой стороне рамы 107, в частности на участке от левой оконечной части на переднем участке 107а до бокового участка 107b, первый оптический элемент 101а и первая формирующая изображение основная часть 105а выровнены и для поддержания непосредственно скреплены, например, винтами. На правой стороне рамы 107, в частности на участке от правой оконечной части на переднем участке 107а до бокового участка 107с, второй оптический элемент 101b и вторая формирующая изображение основная часть 105b выровнены и для поддержания непосредственно скреплены, например, винтами. Первый оптический элемент 101а и первую формирующую изображение основную часть 105а выравнивают относительно друг друга при сборке и второй оптический элемент 101b и вторую формирующую изображение основную часть 105b выравнивают относительно друг друга при сборке. В рамочной части 102 протектор 108, расположенный на нижней стороне, представляет собой нижний ободковый элемент и расположен и закреплен ниже рамки 107. Протектор 108 представляет собой удлиненный пластинчатый элемент, который изогнут с образованием двухступенчатой кривошипной конфигурации и полностью образован из металлического материала или смоляного материала.

[036] Рамка 107 выполняет функцию не только поддержания первой и второй формирующих изображение основных частей 105а и 105b, но также защиты внутренней стороны первой и второй формирующих изображение основных частей 105а и 105b совместно с внешним элементом 105d, который покрывает первую и вторую формирующие изображение основные части 105а и 105b. Рамка 107 и протектор 108 отделены от эллиптического периферийного участка световодного устройства 20 или находятся в неплотном контакте с ним, за исключением стороны основания, соединенной с первой и второй формирующими изображение основными частями 105а и 105b. По этой причине, даже при наличии различия в коэффициентах теплового расширения центрального световодного устройства 20 и рамочной части 102, включающей в себя рамку 107 и протектор 108, расширение световодного устройства 20 внутри рамочной части 102 будет допустимым, в результате чего можно предотвращать возникновение дисторсии, деформации и повреждения световодного устройства 20.

[037] Вместе с рамкой 107 предусмотрено переносье 40. Переносье 40 выполняет функцию поддержания рамочной части 102 при приходе ее в контакт с носом наблюдателя. То есть, рамочная часть 102 расположена перед лицом наблюдателя благодаря переносью 40, поддерживаемому носом и парой дужных частей 104, поддерживаемых ушами. Переносье 40 закреплено винтами таким образом, что оно заключено между передним участком 107а рамки 107, являющейся составной частью рамочной части 102, и центральным участком протектора 108, являющегося составной частью рамочной части 102. Внешний вид, показанный с обращением к фиг. 1, является примером, и конструкция устройства, закрепляемого, например, винтами и т.п., может быть изменена вблизи детали, не включенной непосредственно в оптическое устройство.

[038] Как показано на фигурах 2 и 3, первое устройство 100А отображения можно полагать включающим в себя проекционное устройство 70 сквозного видения, которое представляет собой оптическую систему для проецирования, и устройство 80 визуализации изображения, которое формирует свет видеоизображения. На фиг. 3 показано сечение по опорной поверхности SR (см. фиг. 2), которая включает в себя оптическую ось АХ оптической системы в приборе 100 отображения виртуального изображения. Проекционное устройство 70 сквозного видения выполняет функцию проецирования изображения, образуемого первой формирующей изображение основной частью 105а, на глаза наблюдателя в качестве виртуального изображения. Проекционное устройство 70 сквозного видения включает в себя световодный элемент 10 для направления света и сквозного просмотра, пропускающий свет элемент 50 для сквозного просмотра и проекционный объектив 30 для построения изображения. То есть, первый оптический элемент 101а или световодное устройство 20 образовано световодным элементом 10 и пропускающим свет элементом 50, а первая формирующая изображение основная часть 105а образована устройством 80 визуализации изображения и проекционным объективом 30.

[039] Ниже устройство 80 визуализации изображения и проекционный объектив 30, образующие первую формирующую изображение часть 105а, будут описаны с обращением к фиг. 3.

[040] Устройство 80 визуализации изображения имеет осветительное устройство 81, которое излучает подсвечивающий свет, элемент 82 визуализации видеоизображения, который представляет собой пропускающее устройство пространственной модуляции света, и блок 84 управления возбуждением, который управляет работой осветительного устройства 81 и элемента 82 визуализации видеоизображения.

[041] Осветительное устройство 81 устройства 80 визуализации изображения имеет источник 81а света, который генерирует свет, содержащий три цвета, красный, зеленый и голубой, и направляющий свет задней подсветки компонент 81b, который рассеивает свет от источника света, чтобы преобразовать свет в световой поток, имеющий прямоугольное сечение. Элемент 82 визуализации видеоизображения (видеоэлемент) образован, например, жидкокристаллическим устройством отображения, имеет множество пикселей и пространственно модулирует подсвечивающий свет от осветительного устройства 81 для формирования отображаемого света изображения, такого как движущееся изображение. Блок 84 управления возбуждением включает в себя схему 84а возбуждения источника света и схему 84b возбуждения жидких кристаллов. Со схемы 84а возбуждения источника света подается электропитание на осветительное устройство 81 для излучения подсвечивающего света со стабильной яркостью. Со схемы 84b возбуждения жидких кристаллов выводится сигнал изображения или управляющий сигнал на элемент 82 визуализации видеоизображения (видеоэлемент), в результате чего формируется свет цветного видеоизображения или свет изображения, являющийся источником движущегося или неподвижного изображения в виде прозрачной картины. Хотя функция обработки изображения может осуществляться в схеме 84b возбуждения жидких кристаллов, функция обработки изображения может осуществляться во внешней схеме управления.

[042] Проекционный объектив 30 представляет собой проекционную оптическую систему, которая включает в себя в качестве компонентов три оптических элемента с 31 по 33 по оптической оси AXI стороны падения, и включает в себя оправу объектива (непоказанную), в которой содержатся и поддерживаются оптические элементы с 31 по 33. Оптические элементы с 31 по 33 представляют собой, например, асферические линзы, которые включают в себя неосесимметричную асферическую поверхность и осесимметричную асферическую поверхность и образуют промежуточное изображение, соответствующее визуальному изображению элемента 82 визуализации изображения внутри световодного элемента 10 в сочетании с частью световодного элемента 10. Первая линза 31 является линзой, которая расположена на стороне световодного элемента 10 и имеет поверхность 31а линзы, которая является поверхностью излучения света, обращенной к поверхности падения света световодного элемента 10, и поверхность 31b линзы, которая является поверхностью падения света. Вторая линза 32 расположена на оптическом пути света на стороне верхнего каскада относительно первой линзы 31 и имеет поверхность 32а линзы, которая является поверхностью излучения света, и поверхность 32b линзы, которая является поверхностью падения света. Третья линза 33 расположена на оптическом пути света на стороне верхнего каскада относительно второй линзы 32 и имеет поверхность 33а линзы, которая является поверхностью излучения света, и поверхность 33b линзы, которая является поверхностью падения света. Поверхность 33b третьей линзы 33 соответствует поверхности падения, которая обращена к элементу 82 визуализации видеоизображения. В частности, в данном случае первая линза 31, которая представляет собой один из трех оптических элементов, имеет поверхность 31а линзы, которая является неосесимметричной асферической поверхностью. Под неосесимметричной асферической поверхностью имеется в виду поверхность, которая является неосесимметричной, то есть не является ни вращательно симметричной, ни сферической, и обычно представляет собой поверхность произвольной формы, не имеющую симметрии или чего-либо подобного. Например, можно образовывать неосесимметричную асферическую поверхность, такую как анаморфотная асферическая поверхность, которая не является вращательно симметричной и имеет два симметричных сечения. В проекционном объективе 30 пять поверхностей 31b, 32a, 32b, 33a и 33b линз, за исключением поверхности 31а линзы, являются осесимметричными асферическими поверхностями. То есть, проекционный объектив 30 включает в себя две или большее количество осесимметричных асферических поверхностей в качестве других поверхностей, а не неосесимметричной асферической поверхности. Проекционный объектив 30 включает в себя больше осесимметричных асферических поверхностей, чем неосесимметричных асферических поверхностей, в результате чего в пределах возможного можно исключать трудности при изготовлении проекционного объектива 30 или установке проекционного объектива 30 в другой элемент.

[043] Ниже функция, работа и т.п. проекционного устройства 70 сквозного видения и т.п. будет подробно описана с обращением к фиг. 3. В проекционном устройстве 70 сквозного видения световодный элемент 10, который является частью призматического световодного устройства 20, представляет собой элемент, в котором участок на периферийной стороне вблизи уха (отстоящий от носа) имеет, например, форму дуги, изогнутой в плане так, что участок облегает лицо, а участок на центральной стороне (передней стороне глаза) вблизи носа имеет линейную форму. В световодном элементе 10 первый световодный участок 11 расположен на центральной стороне вблизи носа, то есть стороне излучения света, и имеет первую поверхность S11, вторую поверхность S12 и третью поверхность S13 в качестве поперечной поверхности, обладающей оптической функцией. Второй световодный участок 12 расположен на периферийной стороне, отстоящей от носа, то есть стороне падения света, и имеет четвертую поверхность S14 и пятую поверхность S15 в качестве поперечных поверхностей, обладающих оптической функцией. Из них первая поверхность S11 и четвертая поверхность S14 непрерывно прилегают друг к другу, и третья поверхность S13 и пятая поверхность S15 непрерывно прилегают друг к другу. Вторая поверхность S12 расположена между первой поверхностью S11 и третьей поверхностью S13, а четвертая поверхность S14 и пятая поверхность S15 прилегают друг к другу под большим углом. В данном случае первая поверхность S11 и третья поверхность S13, находящиеся против друг друга, имеют формы плоских поверхностей, по существу параллельных друг другу. С другой стороны, другие поверхности, обладающие оптической функцией, то есть вторая поверхность S12, четвертая поверхность S14 и пятая поверхность S15 соответствуют неосесимметричным криволинейным поверхностям (поверхностям произвольной формы).

[044] Ниже каждая поверхность, образующая световодный элемент 10, будет описана подробно. В световодном элементе 10 первая поверхность S11 представляет собой плоскую поверхность, которая имеет в качестве локальной оси z оптическую ось AXО стороны излучения, параллельную оси Z, вторая поверхность S12 представляет собой поверхность произвольной формы, которая имеет в качестве локальной оси z оптическую ось АХ1, включенную в опорную поверхность (сечение на чертеже), параллельную плоскости XZ и наклоненную относительно оси Z, и третья поверхность S13 представляет собой плоскую поверхность, которая имеет в качестве локальной оси z оптическую ось АХ