1.本发明涉及传播光学系统、虚像显示装置以及头戴式显示器。


背景技术：

2.虚像显示装置利用虚像光学系统放大二维图像，让观察者看到经过放大的虚像。而虚像显示装置作为hmd(头戴式显示器)，近年来广为普及。
3.hmd大致分为透射型和非透射型，透射型hmd与信息终端结合使用或与ar(增强现实)结合使用，近年来被称为智能玻璃，备受关注。非透射型则用于游戏和vr(虚拟现实)，由于能够得到很高的投入感，因而广受欢迎。
4.专利文献1和2(专利第5698297号公报、专利第5421285号公报)公开了一种被称之为导光型的虚像显示装置，该装置在图像显示元件上显示以虚像显示的图像，通过传播光学系统将显示的图像作为图像信息传播到导光部件，由导光部件对传播的图像信息进行导光，作为反射光向观察者射出，使观察者看到经过放大的虚像(专利文献1、2)。上述智能玻璃也属于导光型。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种新型传播光学系统，该传播光学系统用于上述导光型虚像显示装置，将图像显示元件上显示的图像传播到导光部件。
6.本发明的传播光学系统用于虚像显示装置，该虚像显示装置通过将来自显示图像的图像显示元件的光引导到导光部件，从该导光部件射往外部，以显示所述图像的虚像，所述传播光学系统将来自所述图像显示元件的光传送到所述导光部件，该传播光学系统从所述图像显示元件一方向所述导光部件一方，依次设置第一光学系统、中间光学元件、第二光学系统，使得所述图像显示元件上显示的图像在所述第一光学系统和所述第二光学系统之间成像，形成中间像，所述中间光学元件具有呈以光轴为中心的非旋转对称形状的非旋转对称曲面，在包括该非旋转对称曲面的所述光轴在内的截面之中正光焦度最强的截面即特定截面的截面形状为非圆弧形状。
7.本发明的效果在于，提供将图像显示元件上显示的图像传播到导光部件的、新型导光型虚像显示装置用传播光学系统。
附图说明
8.图1是虚像显示装置的示意图。
9.图2是实施例1的传播光学系统构成的示意图。
10.图3是实施例2的传播光学系统构成的示意图。
11.图4是实施例3的传播光学系统构成的示意图。
12.图5是实施例4的传播光学系统构成的示意图。
13.图6是实施例5的传播光学系统构成的示意图。
14.图7是实施例的传播光学系统中虚像上的位置的示意图。
15.图8是实施例1的传播光学系统的横向像差图。
16.图9是实施例2的传播光学系统的横向像差图。
17.图10是实施例3的传播光学系统的横向像差图。
18.图11是实施例4的传播光学系统的横向像差图。
19.图12是实施例5的传播光学系统的横向像差图。
20.图13是实施例6的传播光学系统构成的示意图。
21.图14是实施例7的传播光学系统构成的示意图。
22.图15是实施例8的传播光学系统构成的示意图。
23.图16是实施例9的传播光学系统构成的示意图。
24.图17是实施例6的传播光学系统的横向像差图。
25.图18是实施例7的传播光学系统的横向像差图。
26.图19是实施例8的传播光学系统的横向像差图。
27.图20是实施例9的传播光学系统的横向像差图。
具体实施方式
28.参见图1。
29.图1是采用本发明传播光学系统的虚像显示装置的示意图，以下用该图说明将虚像显示装置作为hmd安装在观察者身上的状态。图1中符号ey表示观察者的眼睛。
30.如图1设定x、y、z方向，其中，y方向(在图1的(a)中与图表面正交的方向)在通常的安装状态下为纵向。
31.图1中，符号10表示图像显示元件，符号20表示传播光学系统，符号30表示导光部件。
32.图像显示元件是把需要观察的图像作为虚像显示的元件，优选oled(有机led)阵列，除此之外，还可以使用例如ld阵列、led阵列、dmd(数字微镜器件)等。
33.为了便于具体说明，以oled阵列为例，作为图像显示元件，图像显示区域(像素排列区域)的尺寸例如为3mm
×
4mm，像素数约为1万像素。
34.在使得与需要显示的图像对应的像素发光后，图像显示区域上显示“图像”。来自所显示的图像的光入射传播光学系统20。
35.本发明的传播光学系统20从图像显示元件10一方向导光部件30一方依次具有第一光学系统rl、中间光学元件li、第二光学元件lc。
36.在以下的说明中，将第一光学系统称为中继光学系统，将第二光学系统称为准直光学系统。
37.从图像显示元件10入射传播光学系统20的光在作为第一光学系统的中继光学系统rl和作为第二光学系统的准直光学系统lc之间形成图像显示元件10上显示的图像的中间像in。
38.图1中描绘了中间像in在中间光学元件li和准直光学系统lc之间成像。但是不受本例限制，中间像in有时会在作为第一光学系统的中继光学系统rl和中间光学元件li之间成像，有时也会在中间光学元件li的内部成像。
39.中间像in成为观察者看到的虚像的“物体”。换言之，观察者通过位于中间像ln和导光部件30之间的第二光学系统(图例中为准直光学系统lc)的作用，经由导光部件30，看到形成在图像显示元件10的后方的放大虚像。
40.导光部件30如图1的(a)所示，从y方向看呈板状，图的右侧部分呈楔形逐渐变窄，成为观察光取出部30b。
41.当来自传播光学系统20的光从导光部件30的入射部30a入射导光部件30后，入射的光成为在导光部件30内受到导光的光束lp，在在z方向上相互平行对置的面上反复受到反射，同时受到导光，前往观察光取出部30b。
42.导光部件30的入射部30a的尺寸从y方向看与导光部件的厚度大致相同，例如2～3mm。
43.从z方向看，导光部件30如图1的(b)所示，形成矩形形状，导光光束lp在y方向具有大的宽度。导光部件30在y方向的尺寸yue2为20～30mm。
44.在导光部件30中，观察光取出部30b在图1的(a)中z方向上方的部分如图1(b)所示，交替排列细长条形的平面部分301和平面部分302。
45.平面部分301以规定的倾斜角向图1的(a)的右方向(x方向)倾斜，平面部分302与xy面平行。这样，平面部分302呈阶梯状下降，与平面部分301一起，如图1的(a)所示，朝向观察光取出部30b在图1的(a)中z方向下方的部分，形成楔形收窄面。
46.导光光束lp在观察光取出部30b中受到具有倾斜角的平面部分301反射，成为观察用图像光lt，射往观察者的眼睛ey。当该观察用射出光入射眼睛ey后，在视网膜上作为虚像的共轭像成像，观察者便在z方向上看到图像的放大虚像。
47.构成传播光学系统20的中继光学系统rl及准直光学系统lc相对于光轴旋转对称，具有正光焦度。
48.中间光学元件li相对于光轴(中继光学系统rl和准直器光学系统lc共有的光轴)具有非旋转对称形状的非旋转对称曲面。
49.关于该非旋转对称曲面，称包含光轴的截面之中正光焦度最强的截面为特定截面。特定截面的截面形状为非圆弧形状。
50.为了在确保高性能和一定程度的光学全长的同时，缩小准直透镜lc的透镜直径，传播光学系统适于利用“形成中间像”。
51.中继光学系统rl的直径比较容易减小。通过具有中继光学系统rl，可以应对由于机构上或电气系统上的原因而需要确保图像显示元件和传播光学系统之间的间隔。
52.如上所述，传播光学系统20包括从图像显示元件10一方依次设置中继光学系统rl、中间光学元件li、准直光学系统lc。
53.由于中间像in在中继光学系统rl和准直光学系统lc之间成像，所以中间光学元件li的非旋转对称曲面的位置接近中间像in，能够减小非旋转对称性所造成的球面像差和彗形像差。
54.特定截面可以与显示的虚像的水平方向(图1中的x方向)相对应。这样，在正光焦度最强的特定截面上入射光线时，可以使得传播光学系统20的各轴外主光线在导光部件30的入射部30a附近与光轴相交，从而可以高效率地向眼睛ey传播光。
55.尤其是即使在导光部件30的入射部30a上与特定截面对应的方向的开口宽度(y-z
面的开口宽度)较小的情况下，也能够减少由入射部30a引起的主光线的损失，提高光的利用效率。也就是说，即使导光部件30为薄型(小型化、轻量化)部件，也能够减少主光线的损失。
56.优选特定截面的非圆弧形状是，正光焦度越远离光轴越弱的形状。这样，传播光学系统20的各轴外的主光线可以在更靠近入射部30a的位置上与光轴相交，更有效地向眼睛ey传播光。
57.优选上述正光焦度越远离光轴越弱的形状是，特定截面的非圆弧形状和非圆弧形状的旁轴曲率圆的圆弧之间的下垂量之差的最大值sag、光轴的有效光线高度h满足条件式(1)的形状。
58.0.02＜sag/h＜0.25
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
59.在此，下垂量的符号以非圆弧形状的正光焦度变弱的方向为正。
60.如果超过条件式(1)的上限值，则非球面量过大，非球面的补偿容易过剩，而如果小于下限值，则相反容易变得补偿不足。因此，无论超过上限值还是小于下限值，均难以有效提高射往眼睛ey的光的传播效率。
61.更优选条件式(1)的参数sag/h满足以下条件式(1a)。
62.0.05＜sag/h＜0.20
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1a)
63.中继光学系统从图像显示元件一方向中间光学元件一方依次设置均具有正光焦度的第一透镜前组(以下称为中继前组。)、第一透镜后组(以下称为中继后组。)，中继前组和中继后组的间隔可以成为中继光学系统中最大的构成。
64.这样，既能确保中继前组和中继后组之间适当的间隔，又能同时确保传播光学系统的全长和妥善补偿各种像差。
65.此时，优选中继光学系统的厚度tlr、中继前组与中继后组之间的间隔tlra，满足以下条件式(2)。
66.0.4＜tlra/tlr＜0.7
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
67.如果超过条件式(2)的上限值，则中继前组和中继后组之间的间隔相对于中继光学系统的厚度所占比例过大，用于构成中继前组或中继后组的空间变小，各种像差的补偿变得困难。而如果小于下限值，则中继前组和中继后组之间的间隔变得过小，难以在确保传播光学系统全长的同时在中继光学系统中妥善补偿各种像差。
68.在以中继前组和中继后组构成中继光学系统的情况下，优选中继前组从图像显示元件一方向中间光学元件一方依次设置正透镜、负透镜、正透镜的三片透镜。
69.通过如此构成中继前组，可以在充分补偿色差的同时，尤其充分补偿球面像差和彗形像差等。优选上述正透镜、负透镜、正透镜的各透镜镜面为非球面。
70.中继后组可以构成为从图像显示元件一方向中间光学元件一方依次设置正透镜、负透镜的两片透镜。
71.按照这种构成，通过正、负两片透镜来补偿中继前组和准直光学系统中的剩余像差，从而便于对各种像差进行充分的补偿。中继后组由正透镜、负透镜构成时，优选两片透镜各自的镜面为非球面。
72.在上述构成中，优选中间光学元件的非旋转对称曲面与准直光学系统的最靠近导光部件一方的镜面之间的间隔tla、中继光学系统最靠近图像显示元件一方的镜面与准直
光学系统最靠近导光部件一方的镜面之间的间隔tl，满足以下条件式(3)，
73.0.1＜tla/tl＜0.5
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0074]“间隔”是光轴上的间隔值。
[0075]
如果超过条件式(3)的上限值，则非旋转对称曲面和导光部件之间的间隔过大，具有非旋转对称曲面的中间光学元件或准直光学系统的直径容易变得过大，而如果小于下限值，则非旋转对称曲面和导光部件之间的间隔过小，非旋转对称曲面的效果变小，导光部件的入射范围容易变得过大。通过满足条件式(3)，可以进一步实现传播光学系统的小型化。
[0076]
在上述构成中，优选准直光学系统的厚度tlc、中继光学系统的厚度tlr满足条件式(4)。
[0077]
0.3＜tlc/tlr＜0.6
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0078]
如果超过条件式(4)的上限值，则准直光学系统就会变厚，具有非旋转对称曲面的中间光学元件和准直光学系统的直径容易变得过大。而如果小于下限值，准直光学系统变薄，准直光学系统内各种像差的补偿容易变得困难。
[0079]
本发明的传播光学系统还优选满足中继光学系统的横向倍率β_relay满足条件式(5)。
[0080]-3.0＜β_relay＜-1.0
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0081]
当图像显示元件的图像显示区域变大时，pcb等电气系统的元件等也变大，难以小型化。
[0082]
为了扩大视角，需要比较大的中间像。
[0083]
从这样的观点出发，条件式(5)规定了中继光学系统的横倍率β_relay的最佳范围。
[0084]
中间光学元件具有的非旋转对称曲面例如可以是环形面或柱面，中间光学元件可以是环形透镜或柱面透镜。
[0085]
在这种情况下，作为中间光学元件的柱面透镜，非旋转对称曲面的无曲率方向在作为正光焦度最弱的截面的第二特定截面的能量为0，与该方向正交的截面的曲面形状为特定截面的非圆弧形状。
[0086]
这样的柱面透镜与环形透镜等的自由曲面透镜相比，便于加工，能够降低加工成本。
[0087]
上述结构满足以下条件式(6)、(7)，可以进一步提高传播光学系统的性能。
[0088]-0.5＜pos1/y＜0.5
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0089]
条件式(6)中，pos1是以非旋转对称曲面在光轴上的位置为基准的中间像位置，非旋转对称曲面在比中间像位置更靠近图像显示元件一方时为负。y是图像显示元件的图像显示区域的对角长度。
[0090]
无论超过上限值还是小于下限值，非旋转对称曲面和中间像之间的间隔变大，抑制非旋转对称的球面像差和彗形像差的发生容易变得困难。
[0091]
传播光学系统还优选满足以下条件式(7)。
[0092]
0.4＜f_r/f_rf＜0.8
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0093]
f_r是中继光学系统的焦距(＞0)，f_rf是中继前组的焦距。
[0094]
中继前组在中继光学系统中主要具有成像作用，对中继光学系统进行合适的光焦
度配置十分重要。如果超过条件式(7)的上限值，则中继前组的焦距变短，而如果小于下限值，则中继前组的焦距变长，无论哪种情况，都会变得难以充分补偿中继前组内发生的像差。
[0095]
通过将上述的传播光学系统作为图1的传播光学系统20，能够实现将来自显示图像的图像显示元件10的光，通过传播光学系统20传播到导光部件30，在导光部件30中导光，从导光部件30向外部射出，利用射出的光显示上述图像的虚像的虚像显示装置。
[0096]
按照图1说明的虚像显示装置是hmd，因此，可以构成如同上述的智能眼镜那样的眼镜型。
[0097]
以下列举9例传播光学系统的具体实例。
[0098]
图2至图6依次显示了传播光学系统的5个透镜结构示例。
[0099]
图2至图6中的x方向和y方向如下设定。
[0100]
y方向(以下也称为垂直方向。)是与图像显示元件10的图像显示区域的纵向对应的方向。x方向(以下也称为水平方向。)是与图像显示区域的横向对应的方向。
[0101]
在此，y方向是“方向”，与上述说明的“图像显示元件的图像显示区域的对角长度”不同。
[0102]
在以下显示的虚像显示装置的实施例1至3以及5中，图像显示区域的尺寸在y方向(垂直方向)为3.12mm，x方向(水平方向)为4.992mm，对角长度为5.89mm。
[0103]
传播光学系统的实施例4中的图像显示区域的尺寸在y方向(垂直方向)为2.97mm，x方向(水平方向)为5.28mm，对角长度为6.06mm。
[0104]
即，在图1所示的虚像显示装置中，观察者透过导光部件30观察到的虚像是水平方向较长的横长的像，在图1的(a)中作为平行于xy面的平面被观察。因此，与该虚像对应，以图像显示区域的长度方向为水平方向(即x方向)，短边方向为垂直方向(即y方向)。
[0105]
以同时与x方向及y方向正交的方向为z方向，在图2至图6中，与传播光学系统的光轴方向一致。
[0106]
在图2至图6中，(a)表示传播光学系统的yz面的截面形状，(b)表示传播光学系统的xz面的截面形状。图的左方是物方。即在这些图中，(a)的纵向是y方向(垂直方向)，(b)的纵向是x方向(水平方向)。
[0107]
为了简化，图2～图6使用共同的符号。
[0108]
即，引用图1的符号，用符号10(图5)表示与图像显示元件的图像显示区域一致的图像显示平面，用符号11表示设于该图像显示平面上的覆盖玻璃，用符号rl表示中继光学系统，用符号lc表示准直光学系统。
[0109]
中间光学元件用符号li表示，用符号rl1表示中继前组，用符号rl2表示中继后组。另外，开口光圈用符号s表示。
[0110]
图2至图6的示例传播光学系统均从图像显示元件一方(图中左侧)到导光部件(省略图示)一方(图中右侧)依次配置中继光学系统rl、中间光学元件li、准直光学系统lc，中继光学系统rl均由中继前组rl1、中继后组rl2构成。
[0111]
在各例中，中继前组rl1均由从图像显示元件一方开始依次为正、负、正的三片透镜构成，中继后组rl2均由正、负的两片透镜构成。准直光学系统lc由相同顺序的负、正两片透镜构成。
[0112]
构成中继前组rl1、中继后组rl2、准直光学系统lc的各透镜以光轴(z方向)为中心旋转对称，把这些透镜排列在光轴方向(z方向)上的中继前组rl1、中继后组rl2、准直光学系统lc也相对于光轴旋转对称。
[0113]
中继光学系统rl及构成终极光学系统rl的中继前组rl1、中继后组rl2均具有正光焦度，准直光学系统lc也具有正光焦度。
[0114]
中间光学元件li在yz面内没有光焦度，在xz面内具有正光焦度。
[0115]
即，图2～图6的传播光学系统的中间光学元件li为柱面透镜，图像显示元件一方(中继光学系统rl一方)的面为柱面，准直光学系统lc一方的面为平面。
[0116]
柱面是相对于光轴非旋转对称的形状的非旋转对称曲面，在包含非旋转对称曲面的光轴的截面之中正光焦度最强的截面，即特定截面，是如图2～图6的(b)所示的xz面(包含光轴的水平方向的面)，其形状为非圆弧形状。
[0117]
以下列举5个采用图2至图6所示的传播光学系统的虚像显示装置的具体实施例。实施例1至5中的记号的意义如下。
[0118]
rx:xz平面内的曲率半径
[0119]
ry:yz平面内的曲率半径
[0120]
d:面间隔
[0121]
nd:折射率
[0122]
νd:阿贝数
[0123]
另外，非球面的非球面量ξ用众所周知的下式(a)表示，其中，c为旁轴曲率半径的倒数(旁轴曲率)、h为距光轴的高度、k为圆锥常数、a4、a6、a8、a
10
分别为4次、6次、8次、10次的非球面系数。
[0124]
ξ＝ch2/{1+√(1-(1+k)c2h2)}+a4h4+a6h6+a8h8+a
10h10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(a)
[0125]
在以下的表示中，具有长度次方的量的单位，只要没有特别说明一般是mm。
[0126]
另外，以下列举的实施例1～5中，导光部件与图1中说明的部件不同，整体为平行平板形，相当于图1示例中的观察光取出部30b的部分由向x方向倾斜的多个半透面构成。
[0127]
实施例1
[0128]
实施例1是使用图2所示的透镜结构的传播光学系统的实施例。
[0129]
传播光学系统的视角在垂直方向(y方向)、水平方向(x方向)、对角方向分别如下所示。
[0130]
视角垂直方向:17.9度，水平方向:35.5度，对角方向:40.0度。
[0131]
另外，虚像距离:1m。
[0132]
实施例1的数据如表1所示。
[0133]
《表1》
[0134][0135]
表1中，最左列的栏是镜面编号，依次表示从图像显示元件的一方开始包括光圈的面的镜面编号。在镜面编号栏中带有“*”的面是非球面。另外，最右栏记载了透镜等的材料的产品名称和制造商。该标记的形式在以下依次列举的实施例2至实施例5中也相同。
[0136]
在表示实施例1的图2中，标号11表示紧贴在图像显示元件上与图像显示区域一致的图像显示面上设置的覆盖玻璃，在表1中，镜面编号0表示图像显示面，镜面编号1、2表示覆盖玻璃两侧的镜面。
[0137]
镜面编号3～13表示中继光学系统rl，比镜面编号9的光圈更靠近图像显示元件一方的镜面编号3～8表示中继前组rl1，镜面编号10～13表示中继后组rl2。
[0138]
镜面编号14、15表示中间光学元件li。中间光学元件li是柱面透镜，其图像显示元件一方是非球面形状的柱面透镜面，镜面编号14的rx是特定截面中非圆弧形状的旁轴曲率。
[0139]
镜面编号16～19表示准直光学系统lc，镜面编号20～21表示平行平板形状的导光部件，镜面编号20、21的面间隔是根据导光部件内的反射次数换算的值。
[0140]
从镜面21到观察者眼睛的距离为瞳距，为15mm。
[0141]
非球面数据
[0142]
非球面(表1)的镜面编号中标有“*”的镜面(镜面编号14除外)的非球面数据如表2所示。
[0143]
《表2》
[0144] ka4a6a8a1030.000-2.61811e-04-4.40475e-051.78961e-05-1.21807e-0640.000-9.98371e-043.49580e-04-2.90112e-055.03403e-0750.000-9.79694e-043.62391e-04-4.46026e-051.03563e-0660.000-1.68072e-04-1.26362e-059.07903e-06-6.34868e-0770.000-1.95501e-03-1.17213e-042.27081e-05-5.54134e-0780.000-1.59575e-03-3.31045e-052.15092e-064.10687e-07
100.0002.75964e-04-1.78714e-05-1.76136e-071.58750e-08110.0002.31805e-03-4.30037e-058.54899e-071.39846e-08120.0002.80696e-03-3.24267e-041.71895e-05-2.88910e-07130.000-3.56293e-033.82499e-051.01405e-06-3.24670e-08160.000-4.78743e-04-4.60809e-065.68828e-08-7.11595e-09170.0004.90218e-05-5.91854e-063.00642e-08-9.85769e-11180.0001.77575e-04-1.52376e-06-4.70266e-097.97978e-11190.000-1.12415e-05-4.86714e-089.07794e-093.70864e-11
[0145]
表2的标记中，例如
“‑
2.61811e-04”是指
“‑
2.61811
×
10-4”。以下相同。
[0146]
特定截面
[0147]
特定截面的镜面编号14的xz平面内的非球面数据如表3所示。
[0148]
《表3》
[0149] ka4a6a8a10140.0001.04575e-03-1.16841e-043.99306e-06-5.33054e-08
[0150]
条件式的参数值
[0151]
实施例1中传播光学系的条件式(1)～(7)的值如表4所示。
[0152]
《表4》
[0153]
sag/h0.10tlra/tlr0.50tla/tl0.37tlc/tlr0.45β_relay-2.07posl/y-0.25f_r/f_rf0.65
[0154]
表4中条件式(1)的参数中h的值为6.0mm。
[0155]
实施例2
[0156]
实施例2是使用图3所示的透镜结构的传播光学系统的实施例。
[0157]
传播光学系统的视角在垂直方向(y方向)、水平方向(x方向)、对角方向分别如下所示。
[0158]
视角垂直方向:18.1度，水平方向:35.4度，对角方向:39.8度。
[0159]
另外，虚像距离:1m。
[0160]
实施例2的数据如表5所示。
[0161]
《表5》
[0162][0163]
在实施例2所示的图3中，符号11表示紧贴图像显示元件的图像显示面设置的覆盖玻璃，表5中镜面编号0表示图像显示面，镜面编号1、2表示覆盖玻璃两侧镜面。
[0164]
镜面编号3～13表示中继光学系统rl，比镜面编号9的光圈更靠近图像显示元件一方的镜面编号3～8表示中继前组rl1，镜面编号10～13表示中继后组rl2。
[0165]
镜面号码14、15表示中间光学元件li。中间光学元件li是柱面透镜，其图像显示元件一方是非球面形状的柱面透镜镜面，镜面编号14的rx是特定截面的非圆弧形状的旁轴曲率。
[0166]
镜面编号16～19表示准直光学系统lc，镜面编号20～21表示平行平板形状的导光部件，镜面编号20和21的镜面间隔是根据导光部件内的反射次数换算的值。
[0167]
从镜面21到观察者眼睛的距离为瞳距，为15mm。
[0168]
非球面数据
[0169]
与表2类似，表6显示非球面的非球面数据。
[0170]
《表6》
[0171] ka4a6a8a1040.000-3.80082e-057.13036e-075.20573e-071.68679e-0850.000-3.55061e-04-9.13991e-05-4.83027e-062.49382e-0770.000-2.40654e-032.73867e-057.15137e-06-2.47477e-078-35.000-2.53952e-03-2.46417e-053.60254e-06-7.20825e-08110.0001.75513e-03-1.49488e-053.75649e-079.00779e-09120.0001.64957e-03-1.28225e-042.47161e-061.70788e-08130.000-3.50273e-038.47833e-05-2.17848e-063.05921e-08160.000-4.79803e-04-4.69690e-062.94030e-08-6.03853e-09170.000-5.09394e-051.58555e-06-3.03898e-08-1.42785e-11180.0005.31855e-065.39257e-06-8.03933e-083.79922e-1019-0.517-5.22301e-051.00256e-06-1.98443e-082.68220e-10
[0172]
特定截面
[0173]
特定截面的镜面编号14的xz面内的非球面数据如表7所示。
[0174]
《表7》
[0175] ka4a6a8a10140.0007.94534e-04-1.03141e-043.62205e-06-5.12616e-08
[0176]
条件式的参数值
[0177]
实施例2的传播光学系的条件式(1)～(7)的值如表8所示。
[0178]
《表8》
[0179]
sag/h0.13tlra/tlr0.46tla/tl0.37tlc/tlr0.46β_relay-2.00posl/y-0.22f_r/f_rf0.59
[0180]
条件式(1)的参数中h的值为6.0mm。
[0181]
实施例3
[0182]
实施例3是使用图4所示的透镜结构的传播光学系统的实施例。
[0183]
传播光学系统的视角在垂直方向(y方向)、水平方向(x方向)、对角方向分别如下所示。
[0184]
视角 垂直方向：18.1度，水平方向：35.9度，对角方向：40.1度。
[0185]
另外，虚像距离：1m。
[0186]
实施例3的数据如表9所示。
[0187]
《表9》
[0188][0189]
在实施例3所示的图4中，符号11表示紧贴图像显示元件的图像显示面设置的覆盖
玻璃，表9中，镜面编号0表示图像显示面，镜面编号1、2表示覆盖玻璃两侧镜面。
[0190]
镜面编号3～13表示中继光学系统rl，比镜面编号9的光圈更靠近图像显示元件一方的镜面编号3～8表示中继前组rl1，镜面编号10～13表示中继后组rl2。
[0191]
镜面号码14、15表示中间光学元件li。中间光学元件li是柱面透镜，其图像显示元件一方是非球面形状的柱面透镜镜面，镜面编号14的rx是特定截面中非圆弧形状的旁轴曲率。
[0192]
镜面编号16～19表示准直光学系统lc，镜面编号20～21表示平行平板形状的导光部件，镜面编号20和21的面间隔是根据导光部件内的反射次数换算的值。
[0193]
从镜面21到观察者眼睛的距离为瞳距，为15mm。
[0194]
非球面数据
[0195]
与表2相似，表10显示非球面的非球面。
[0196]
《表10》
[0197] ka4a6a8a1040.0008.51017e-056.09650e-06-1.57281e-061.13219e-0750.0006.11496e-05-8.52846e-05-3.56573e-062.15850e-0770.000-2.40046e-038.91528e-066.53305e-06-5.24843e-078-70.000-2.69923e-03-1.23764e-052.41996e-06-2.45192e-07110.0001.64239e-03-1.31771e-053.60878e-076.00088e-09120.0005.09632e-04-3.72173e-051.40317e-063.22115e-08130.000-4.62292e-031.26195e-04-2.85056e-063.65411e-08160.0001.08922e-04-3.60636e-051.21625e-06-2.89565e-08170.0006.69376e-05-2.29243e-06-2.89254e-081.08118e-10180.000-1.03824e-054.93013e-06-9.17496e-085.12229e-1019-0.430-3.98452e-055.86308e-07-1.41830e-083.08098e-10
[0198]
特定截面
[0199]
特定截面的镜面编号14的xz面内的非球面数据如表11所示。
[0200]
《表11》
[0201] ka4a6a8a10140.0004.24759e-03-3.70432e-041.15043e-05-1.35451e-07
[0202]
条件式的参数值
[0203]
实施例3的传播光学系的条件式(1)～(7)的值如表12所示。
[0204]
《表12》
[0205]
sag/h0.11tlra/tlr0.53tla/tl0.37tlc/tlr0.40β_relay-1.92posl/y-0.29
f_r/f_rf0.57
[0206]
条件式(1)的参数中的h的值为6.0mm。
[0207]
实施例4
[0208]
实施例4是使用图5所示的透镜结构的传播光学系统的实施例。
[0209]
传播光学系统的视角在垂直方向(y方向)、水平方向(x方向)、对角方向分别如下所示。
[0210]
视角垂直方向：17.2度，水平方向：36.0度，对角方向：40.0度。
[0211]
另外，虚像距离：1m。
[0212]
实施例4的数据如表13所示。
[0213]
《表13》
[0214][0215]
在表示实施例4的图5中，符号10表示图像显示元件的图像显示面，表13中镜面编号0表示图像显示面，镜面编号1～11表示中继光学系统rl，比镜面编号7的光圈更靠近图像显示元件一方的镜面编号1～6表示中继前组rl1，镜面编号8～11表示中继后组rl2。
[0216]
镜面编号12，13表示中间光学元件li。中间光学元件li是柱面透镜，其图像显示元件一方是非球面形状的柱面透镜面，镜面编号12的rx是特定截面中非圆弧形状的旁轴曲率。
[0217]
镜面编号14～17表示准直光学系统lc，镜面编号18～19表示平行平板形状的导光部件，镜面编号18和19的镜面间隔是根据导光部件内的反射次数换算的值。
[0218]
从镜面21到观察者眼睛的距离为瞳距，为15mm。
[0219]
非球面数据
[0220]
与表2类似，非球面的非球面数据如表14所示。
[0221]
《表14》
[0222] ka4a6a8a1020.0002.02617e-043.81441e-06-1.09458e-065.73506e-0830.0002.02617e-043.81441e-06-1.09458e-065.73506e-0850.000-2.48736e-036.96418e-065.84594e-06-5.06996e-07
6-70.000-2.84061e-03-2.41278e-051.50140e-06-2.35530e-0790.0001.43493e-03-7.97213e-063.30661e-078.04386e-09100.0001.43493e-03-7.97213e-063.30661e-078.04386e-09110.0001.43493e-03-7.97213e-063.30661e-078.04386e-09140.000-6.04597e-05-3.41907e-051.03311e-08-2.87406e-08150.000-6.04597e-05-3.41907e-051.03311e-06-2.87406e-08160.000-6.04597e-05-3.41907e-051.03311e-06-2.87406e-0817-0.465-3.28683e-055.26193e-07-8.57003e-093.57991e-10
[0223]
特定截面
[0224]
特定截面的镜面编号12的xz面内的非球面数据如表15所示。
[0225]
《表15》
[0226] ka4a6a8a10120.0005.03879e-03-4.57696e-041.46891e-05-1.72588e-07
[0227]
条件式的参数值
[0228]
实施例4的传播光学系的条件式(1)～(7)的值如表16所示。
[0229]
《表16》
[0230]
sag/h0.10tlra/tlr0.42tla/tl0.37tlc/tlr0.38β_relay-1.98posl/y-0.19f_r/f_rf0.57
[0231]
条件式(1)的参数中的h的值为6.0mm。
[0232]
实施例5
[0233]
实施例5是使用图6所示的透镜结构的传播光学系统的实施例。
[0234]
传播光学系统的视角在垂直方向(y方向)、水平方向(x方向)、对角方向分别如下所示。
[0235]
视角垂直(y)19.6度。水平(x)34.7度，对角40.0度。
[0236]
虚像距离为实质上无限远。
[0237]
类似表1，实施例5的数据如表17所示。
[0238]
《表17》
[0239][0240]
非球面数据
[0241]
类似表2，非球面的非球面数据如表18所示。
[0242]
《表18》
[0243] ka4a6a8a1030.0005.50110e-04-7.02951e-051.56971e-05-8.30744e-0740.000-1.56030e-034.23722e-04-2.61406e-053.47790e-0750.000-2.52881e-035.39148e-04-4.53234e-059.72345e-0760.000-2.11284e-047.53890e-062.94117e-06-2.50419e-0770.000-6.27722e-04-1.66001e-041.65980e-05-4.98434e-0780.000-4.36807e-04-7.30603e-054.44546e-06-5.71817e-08100.0006.22769e-04-2.83778e-051.50134e-06-1.61817e-08110.0002.52486e-03-5.61126e-051.94691e-064.08042e-09120.0004.17141e-03-5.90815e-043.82098e-05-7.89407e-07130.000-5.30193e-039.15326e-051.14394e-06-5.98876e-08160.000-4.78743e-04-4.60809e-065.68828e-08-7.11595e-09170.0001.62407e-04-9.09702e-069.10528e-08-5.86605e-10180.0009.60691e-051.82183e-06-3.71149e-082.13800e-1019-0.422-5.12818e-051.62730e-06-2.33181e-083.15585e-10
[0244]
特定截面
[0245]
特定截面的镜面编号14的xz面内的非球面数据如表19所示。
[0246]
《表19》
[0247] ka4a6a8a10140.0003.86589e-03-3.65998e-041.18369e-05-1.39643e-07
[0248]
条件式的参数值
[0249]
实施例5的传播光学系统的条件式(1)～(7)的值如表20所示。
[0250]
《表20》
[0251]
sag/h0.10tlra/tlr0.47tla/tl0.39tlc/tlr0.44β_relay-2.06posl/y0.03f_r/f_rf0.50
[0252]
条件式(1)的参数中的h的值为6.0mm。
[0253]
图8至图12显示实施例1～5中使用的关于传播光学系统的横向像差图。
[0254]
这些横向像差图显示把图7所示虚像的垂直方向(纵向)位置1、2、3和水平方向(横向)位置(a)、(b)、(c)结合起来的位置上的横向像差。
[0255]
以图8所示的横向像差图为例说明如下。图8中的左图是图7所示的虚像上的位置(a)处的横向相差，图8左图从下到上依次显示图7中的位置1、2、3处的横向像差。该左图的左方为xz截面的横向相差，右方为yz截面的横向相差。
[0256]
即，图8中的左图是图7的虚像上位于位置(1，(a))、(2，(a))、(3，(a))的横向像差。
[0257]
同样，图8中间的图是图7的虚像上位于位置(1，(b))、(2，(b))、(3，(b))的横向像差，图8中的右图是图7的虚像上位于位置(1，(c))、(2，(c))、(3，(c))的横向像差。
[0258]
图9至图12也与图8相同。
[0259]
从图8到图12所示的横向像差可知，实施例1～5中使用的传播光学系统具有良好的性能。
[0260]
另外，实施例1～5的传播光学系统在水平方向、垂直方向、对角方向均具有大视角，特别是在水平方向(图像显示区域的长度方向)上，实现了35度以上的极宽视角，确保了非常良好的成像性能。
[0261]
以上以实施例1～5为图1的传播光学系20的具体示例进行了说明。在例1～5中，中间光学元件l1的非旋转对称面为柱面透镜镜面，在特定截面具有非球面形状，第二特定截面的光焦度为0。
[0262]
本发明的传播光学系统包含的中间光学元件的非旋转对称面不限于上述柱面透镜镜面。
[0263]
作为非旋转对称面，除了先前例示的环形镜面等之外，也可以是其他各种镜面。
[0264]
以下说明用变形非球面作为非旋转对称面。
[0265]
本文中的变形非球面如下描述。
[0266]
在变形非球面中考虑包含光轴的截面，将这些截面中正光焦度最强的截面称为特定截面1。在包含光轴的截面中，与该特定截面1正交的截面称为特定截面2。
[0267]
本文中所述的变形非球面是指上述特定截面1及特定截面2中的截面形状均为非球面的非旋转对称面。
[0268]
上述特定截面与上述特定截面1相同，但上述第二特定截面对应柱面透镜的无曲率方向，截面形状为直线。
[0269]
变形非球面中的特定截面2在其截面形状为非球面这一点上与第二特定截面不
同。
[0270]
在下面列举的具体实施例6～9中，根据下式(b)，确定非旋转体主面的镜面形状。
[0271]
z＝{cxx2+cyy2}/[1+√(1-(1+kx)cx2x
2-(1+ky)cy2y2)]+ar4((1-ap4)x2+(1+ap4)y2)2+a64((1-ap6)x2+(1+ap6)y2)3+ar8((1-ap8)x2+(1+ap8)y2)4+ar
10
((1-ap
410
)x2+(1+ap
10
)y2)5ꢀꢀꢀ
(b)
[0272]
式(b)中，cx为x轴方向上的旁轴曲率(旁轴曲率半径的倒数)，cy为y轴方向上的旁轴曲率，x、y为变形非球面距光轴的位置坐标，该位置坐标中的变形非球面量为z。
[0273]
另外，其他符号的意义如下。
[0274]
kx:x轴的圆锥常数
[0275]
ky:y轴的圆锥常数
[0276]
ar4:旋转对称的4次系数
[0277]
ar6:旋转对称的6次系数
[0278]
ar8:旋转对称的8次系数
[0279]
ar
10
:旋转对称的10次系数
[0280]
ap4:旋转不对称的4次系数
[0281]
ap6:旋转不对称的6次系数
[0282]
ap8:旋转不对称的8次系数
[0283]
ap
10
:旋转不对称的10次系数
[0284]
上述y轴方向与垂直方向对应。
[0285]
中继光学系统lr及准直光学系统lc相对于光轴旋转对称，具有正光焦度。
[0286]
如上所述，为了既持有高性能，又能够同时确保一定程度的光学全长和缩小准直透镜lc的透镜直径，传播光学系统可以形成中间像，中继光学系统rl的直径较小。通过具有中继光学系统rl，可以应对由于结构或电气系统上的原因而需要确保图像显示元件和传播光学系统的间隔。
[0287]
参考图1说明。传播光学系统20从图像显示元件10一方起依次配置中继光学系统rl、中间光学元件li、准直光学系统lc，由于中间像in在中继光学系统rl和准直光学系统lc之间成像，所以中间光学元件li的变形非球面的位置接近中间像in，能够减小起因于非旋转对称性而产生的球面像差和彗形像差。
[0288]
变形非球面的特定截面1可以与所显示的虚像的水平方向(图1中的x方向)相对应。这样一来，在特定截面1中，传播光学系统20的各轴外主光线能够以在导光部件30的入射部30a附近与光轴相交的方式入射光线，从而能够高效地向眼睛ey传播光。
[0289]
尤其是即使在导光部件30的入射部30a与特定截面1对应的方向上的开口宽度(x-y面的开口宽度)较小的情况下，也能够减少由入射部30a引起的主光线的损失，提高光的利用效率。即，即使导光部件30为薄型(即使小型化、轻量化)，也能够减少主光线的损失。
[0290]
特定截面2可以与显示的虚像的垂直方向(图1中的y方向)相对应。这样一来，在特定截面2中，传播光学系统20的各轴外主光线能够以在眼睛ey附近与光轴相交的方式入射光线，因而高效率地向眼睛ey传播光。
[0291]
在上述构成中，变形非球面的形状优选截面中正光焦度最强的特定截面1的旁轴曲率半径rp、与特定截面1正交的特定截面2的旁轴曲率半径rn，满足条件式(11)。
[0292]-0.9＜(rp+rn)/(rp-rn)＜-0.3
ꢀꢀꢀ
(11)
[0293]
如果超过条件式(11)的上限值，则正光焦度最强的特定截面1和与该特定截面1正交的特定截面2的光焦度之差变得过大，在特定截面1中，传播光学系统20的各轴外主光线在导光部件30的入射部30a附近更靠近传播光学系统一方与光轴相交，容易使光向眼睛ey有效传播变得困难。
[0294]
而如果小于下限值，则正光焦度最强的特定截面1和与该特定截面1正交的特定截面2的光焦度之差变得过小，在特定截面1中，传播光学系统20的各轴外主光线从导光部件30的入射部30a附近更靠近眼睛ey一方与光轴相交，容易使光高效率地向眼睛ey传播变得困难。
[0295]
旁轴曲率半径可通过测量平面并用最小二乘法拟合求出。为了提高性能，优选特定截面2的旁轴曲率半径rn为负值。
[0296]
优选特定截面1的非圆弧形状是，越远离光轴正光焦度越弱的形状。这样，传播光学系统的各轴外主光线可以在更靠近入射部30a的位置与光轴相交，更有效地向眼睛ey传播光。
[0297]
优选上述正光焦度越远离光轴越弱的形状是，变形非球面的截面中正光焦度最强的特定截面1的形状的下垂量的最大值sagp和在相同光线高度下由该截面的旁轴曲率的圆所制成的截面的下垂量sag_rp满足条件式(12)。
[0298]
0.6＜sagp/sag_rp＜1.0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0299]
如果超过条件式(12)的上限值，则传播光学系统20的高轴外主光线在导光部件30的入射部30a附近靠近传播光学系统一方与光轴相交，容易使光高效率地传播到眼睛ey中变得困难。相反，如果小于条件式(12)的下限值，则传播光学系统20的高轴外主光线在导光部件30的入射部30a附近靠近眼睛ey一方与光轴相交，容易使光高效率地传播到眼睛ey中变得困难。
[0300]
优选特定截面2的非圆弧形状是，离光轴越远光焦度越弱的形状。这样，传播光学系统的高轴外主光线可以在更靠近入射部30a的位置与光轴相交，可以更有效地向眼睛ey传播光。
[0301]
优选特定截面2的越离开光轴光焦度越弱的形状是，变形非球面的截面中与正光焦度最强的特定截面1正交的特定截面2的形状的下垂量的最大值sagn、和在相同光线高度下由该截面的旁轴曲率的圆所制作的截面的下垂量sag_rn，满足条件式(13)。
[0302]
0.6＜sagn/sag_rn＜1.0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0303]
如果超过条件式(13)的上限值，则传播光学系20的高的轴外的主光线在比目ey更靠内侧与光轴相交，容易难以向目ey有效地传播光。
[0304]
相反，如果小于条件式(13)的下限值，则传播光学系20的高轴外主光线在比眼睛ey靠近前方与光轴相交，容易使高效率地向眼睛ey传播光变得困难。
[0305]
当然，即使使用变形非球面，也优选满足上述条件式(2)～(7)中的任意一个以上的条件式，通过满足这些条件中的任意一个以上的条件式，可以进一步提高传播光学系统的性能。
[0306]
如果在与变形非球面的关系中，附带上述条件进行说明，则在条件式(6)中，pos1是以变形非球面的光轴上的位置为基准的中间像位置，设中间像位于比变形非球面的位置更靠近图像显示元件一方为负。
[0307]
y图像显示元件的图像显示区域的对角长度。无论超过条件式(6)的上限值还是小于下限值，变形非球面和中间像的间隔均变大，容易使得抑制非旋转对称的球面像差和彗形像差的发生变得困难。
[0308]
另外，即使在使用变形非球面的情况下，中继光学系统也可以从图像显示元件一方向中间光学元件一方依次配置均具有正光焦度的上述中继前组、中继后组，中继前组和中继后组之间的间隔可以成为中继光学系统中最宽的构成。
[0309]
这样一来，既能够在确保中继前组和中继后组之间的适当间隔的同时确保传播光学系统的全长，又能良好地补偿各种像差。
[0310]
在这种情况下，通过使中继光学系统的厚度tlr、中继前组和中继后组的间隔tlra满足条件式(2)，使中继前组或中继后组构成的空间大小适当，不但能够确保传播光学系统全长，而且能够实现中继光学系统内各种像差的良好补偿。
[0311]
在中继前组和中继前组如上所述地构成中继光学系统的情况下，优选中继前组从图像显示元件一方向中间光学元件一方依次配置正透镜、负透镜、正透镜三片。
[0312]
通过如上所述地构成中继前组，可以在充分补偿色差的同时，尤其能够充分补偿球面像差和彗形像差等。正透镜、负透镜、正透镜的各透镜面优选为非球面。
[0313]
中继后组可以从图像显示元件一方向中间光学元件一方依次配置正透镜、负透镜两片透镜。
[0314]
按照这种构成，通过正、负两个透镜来补偿中继前组或准直光学系统中的剩余像差，便于各种像差的充分补偿。当中继后组由正透镜、负透镜构成时，优选两片透镜各自的透镜镜面为非球面。
[0315]
另外，在条件式(3)中，设tla为从中间光学元件的变形非球面到准直光学系统的最靠近导光部件一方的镜面的间隔，tl为从中继光学系统的最靠近图像显示元件一方的镜面到准直光学系统的最靠近导光部件一方的镜面之间的间隔，tla和tl满足条件式(3)，从而可以实现传播光学系统的小型化。
[0316]
通过满足条件式(4)，即使在使用变形非球面的情况下，也能够适当地保持准直光学系统的厚度，同时抑制具有变形非球面的中间光学元件和准直光学系统的直径过大，使得准直光学系统内各种像差能够得到良好地补偿。
[0317]
通过满足条件式(5)，可以将中继光学系统的横向倍率β_relay设定在合适的范围内。
[0318]
与上述相同，通过满足条件式(6)、(7)，可以进一步提高传播光学系统的性能。
[0319]
以下，列举实施例6～9，说明采用变形非球面作为非旋转对称面的传播光学系统的具体例子。
[0320]
与图2至图6相同，图13至图16依次表示实施例6～9的传播光学系统的透镜构成。
[0321]
x方向和y方向与图2至图6相同。
[0322]
在实施例6～9中，图像显示元件的大小在y方向(垂直方向)为3.12mm，x方向(水平方向)为4.992mm，对角长度为5.89mm，与前面举出的实施例1、2、3及5相同。
[0323]
即，在图1所示的虚像显示装置中，观察者透过导光部件30观察到的虚像是水平方向较长的横长的像，在图1的(a)中作为与xy面平行的面被观察到。与该虚像相对应，设图像显示区域的长度方向为水平方向(x方向)，宽度方向为垂直方向(y方向)。
[0324]
设同时与x方向和y方向正交的方向为z方向，在图13至图16中，与传播光学系统的光轴方向一致。
[0325]
在图13至图16中，(a)表示传播光学系统的yz面的截面形状，(b)表示传播光学系统的xz面的截面形状。图的左方是物方。因此，这些图的(a)的纵向为y方向，(b)的纵向为x方向。
[0326]
图13至图16中的符号与图2～图6中的各符号共通。
[0327]
即，援引图1的符号，用符号11表示在与图像显示元件的图像显示区域一致的图像显示面上设置的覆盖玻璃，用符号rl表示中继光学系统，用符号lc表示准直光学系统。
[0328]
中间光学元件用符号lii表示，用符号rl1表示中继前组，用符号rl2表示中继后组。另外，开口光圈用符号s表示。
[0329]
图13～图16中的符号30表示导光部件。
[0330]
在图13至图16的示例中，传播光学系统从图像显示元件一方(图中的左方)向导光部件30一方依次配置中继光学系统rl、中间光学元件lii、准直光学系统lc，中继光学系统rl由中继前组rl1、中继后组rl2构成。
[0331]
在各个示例中，中继前组rl1均由从图像显示元件一方开始依次设置正、负、正的三片透镜构成，中继后组rl2均由正、负的两片透镜构成。准直光学系统lc由相同顺序的负、正两片透镜构成。
[0332]
构成中继前组rl1、中继后组rl2、准直光学系统lc的各片透镜以光轴为中心(z方向)旋转对称，将它们排列在光轴方向(z方向)上的中继前组rl1、中继后组rl2、准直光学系统lc也以光轴为中心旋转对称。
[0333]
中继光学系统rl及构成其的中继前组rl1、中继后组rl2均具有正光焦度，准直光学系统lc也具有正光焦度。
[0334]
图13～图16的传播光学系统的中间光学元件lii是具有变形非球面的透镜，图像显示元件一方(中继光学系统rl一方)的镜面为变形非球面，准直光学系统lc一方的镜面为平面。
[0335]
变形非球面为非旋转对称曲面，在包含非旋转对称曲面的光轴的截面中，正光焦度最强的截面特定截面1为如图13～图16的(a)所示的xz面(包含光轴的水平方向的镜面)，图13～图16的(b)所示的特定截面2为yz面，均为非圆弧形状。
[0336]
以下是使用图13至图16所示的传播光学系统的虚像显示装置的具体实施例6～9。
[0337]
实施例6～9的符号的意思与上述实施例1～5中的相同，非球面由上述式(a)表示，变形非球面由上述式(b)表示。
[0338]
具有长度次方的量的单位只要没有特别说明一般是mm。
[0339]
实施例6～9中的导光部件，也使用在实施例1～5中说明的整体为平行平板形状，相当于图1所示的示例中观察光取出部30b的部分使用由向y方向倾斜的多个半透面构成的部件。
[0340]
在表示实施例6～9的数据的表21等中，表的左端列所示的面编号中的面镜编号0表示图像显示面，镜面编号1、2表示玻璃罩的两个侧面，镜面编号3～13表示中继光学系统rl，比镜面编号9的光圈更靠近图像显示元件一方的镜面编号3～8表示中继前组rl1，镜面编号10～13表示中继后组rl2。
[0341]
镜面编号14、15表示中间光学元件lii。中间光学元件lii是具有变形非球面的透镜，其图像显示元件一方是变形非球面，镜面编号14的rx是特定截面1上的非圆弧形状的旁轴曲率，ry是特定截面2上的非圆弧形状的旁轴曲率。
[0342]
镜面编号16～19表示准直光学系统lc，镜面编号20～21表示平行平板形状的导光部件，镜面编号20和21的镜面间隔是根据导光部件内的反射次数换算的值。
[0343]
实施例6
[0344]
实施例6是使用图13所示的透镜构成的传播光学系统。
[0345]
关于传播光学系统的视角，在垂直方向(y方向)、水平方向(x方向)、对角方向分别如下所示。
[0346]
视角：垂直(y)18.5度，水平(x)35.4度，对角40.0度。
[0347]
虚像距离:1m。
[0348]
实施例6的数据如表21所示。
[0349]
【表21】
[0350][0351]
非球面数据
[0352]
非球面的非球面数据参照表2，如表22所示。《表22》
[0353] ka4a6a8a1030.0002.99731e-04-9.54341e-051.55348e-05-9.33793e-0740.000-1.05734e-033.23371e-04-2.49305e-054.22980e-0750.000-1.86185e-034.89521 e-04-4.52525e-059.45573e-0760.000-2.50297e-043.94302e-05-4.35740e-07-3.16638e-0770.000-6.86270e-04-1.78637e-041.68227e-05-3.45262e-0780.000-6.93285e-04-3.87683e-055.44894e-072.68866e-07100.0001.57112e-051.33564e-05-5.03009e-076.58945e-09110.0001.85245e-03-8.78364e-061.18013e-078.70699e-09120.0002.62484e-03-2.43958e-041.10371e-05-1.46569e-07
130.000-3.38459e-032.70392e-051.05402e-06-2.55106e-08160.000-4.78743e-04-4.60809e-065.68828e-08-7.11595e-09170.000-2.08401e-047.04191e-06-1.81825e-071.01916e-09180.000-6.51757e-058.94762e-06-1.54656e-078.63243e-1019-0.571-4.82656e-058.64157e-07-3.02594e-092.36819e-10
[0354]
变形非球面的系数
[0355]
变形非球面的圆锥常数如表23所示。
[0356]
《表23》
[0357] kykx140.0000.000
[0358]
变形非球面的旋转对称系数如表24所示。
[0359]
《表24》
[0360] ar4ar6ar8ar
10
148.30789e-05-8.68897e-061.62025e-07-1.17543e-09
[0361]
变形非球面的旋转非对称系数如表25所示。
[0362]
《表25》
[0363] ap4ap6ap8ap
10
14-1.81810e+00-1.23091e+00-1.12718e+00-1.08816e+00
[0364]
条件式的参数值
[0365]
实施例6的传播光学系的各条件式的参数值如表26所示。
[0366]
《表26》
[0367]
(rp+rn)/(rp-rn)-0.77sagp/sag_rp0.79sagn/sag_rn0.92pos1/y-0.21tlra/tlr0.58tia/tl0.37tlc/tlr0.41β_relay1.99
[0368]
用于计算条件式(12)的参数的光线高度h＝5.9，用于计算条件式(13)的参数的光线高度h＝3.7。
[0369]
实施例7
[0370]
实施例7是使用图14所示的透镜结构的传播光学系统。
[0371]
传播光学系统的视角在垂直方向(y方向)、水平方向(x方向)、对角方向分别如下所示。
[0372]
视角：垂直(y)18.8度，水平(x)35.5度，对角40.0度。
[0373]
虚像距离：1m。
[0374]
实施例7的数据如表27所示。
[0375]
《表27》
[0376][0377]
非球面数据
[0378]
非球面的非球面数据参照表2，如表28所示。
[0379]
《表28》
[0380] ka4a6a8a1030.0002.17772e-04-4.12854e-059.72053e-06-7.35922e-0740.000-1.08045e-033.13349e-04-2.31998e-053.79760e-0750.000-1.82779e-034.61859e-04-4.28284e-059.44787e-0760.000-2.43031e-043.51200e-05-1.19390e-07-3.07823e-0770.000-7.30612e-04-1.73556e-041.74989e-05-4.20640e-0780.000-7.41881e-04-2.57386e-053.82801e-072.35566e-07100.000-8.46081e-051.90782e-05-4.23332e-072.52192e-09110.0001.62297e-033.65626e-06-5.51422e-086.06075e-09120.0002.13648e-03-1.49079e-044.25265e-06-2.33543e-08130.000-3.13937e-032.73068e-051.51446e-07-5.98977e-09150.000-7.02120e-051.05079e-05-2.40669e-072.46177e-09160.000-4.78743e-04-4.60809e-065.68828e-08-7.11595e-09170.000-2.12149e-046.07956e-06-1.48577e-077.51206e-10180.000-4.95982e-056.93974e-06-1.20040e-076.78296e-1019-0.579-3.70110e-056.83450e-07-3.02120e-092.46618e-10
[0381]
变形非球面的系数
[0382]
变形非球面的圆锥常数如表29所示。
[0383]
《表29》
[0384] kykx140.0000.000
[0385]
变形非球面的旋转对称系数如表30所示。
[0386]
《表30》
[0387] ar4ar6ar8ar
10
141.17244e-04-8.38655e-061.65241e-07-1.06775e-09
[0388]
变形非球面的旋转非对称系数如表31所示。
[0389]
《表31》
[0390] ap4ap6ap8ap
10
14-1.37007e+00-1.16760e+00-1.02288e+00-1.01363e+00
[0391]
条件式的参数值
[0392]
实施例7的传播光学系的各条件式的参数值如表32所示。
[0393]
《表32》
[0394]
(rp+rn)/(rp-rn)-0.71sagp/sag_rp0.83sagn/sag_rn0.98posl/y-0.22tlra/tlr0.57tla/tl0.37tlc/tlr0.40β_relay1.96
[0395]
用于计算条件式(12)的参数的光线高度h＝5.9，用于计算条件式(13)的参数的光线高度h＝3.7。
[0396]
实施例8
[0397]
实施例8是使用图15所示的透镜结构的传播光学系统。
[0398]
传播光学系统的视角在垂直方向(y方向)、水平方向(x方向)、对角方向分别如下所示。
[0399]
视角：垂直(y)18.9度，水平(x)35.3度，对角40.0度。
[0400]
虚像距离：1m。
[0401]
实施例8的数据如表33所示。
[0402]
《表33》
[0403][0404]
非球面数据
[0405]
非球面的非球面数据参照表2，如表34所示。
[0406]
《表34》
[0407] ka4a6a8a1030.0003.11269e-04-4.14558e-058.67283e-06-6.72406f-0740.000-9.13789e-042.62842e-04-1.87087e-052.71956e-0750.000-1.74793e-034.15319e-04-3.83713e-058.66332e-0760.000-2.41644e-043.47680e-05-3.20938e-07-2.85222e-0770.000-7.19498e-04-1.69695e-041.65791e-05-3.93746e-0780.000-7.12040e-04-2.80635e-055.67887e-072.26008e-07100.000-4.58508e-051.81668e-05-3.64516e-073.16062e-09110.0001.57308e-037.36628e-06-2.46278e-071.08623e-08120.0001.49467e-03-8.47791e-05-2.29808e-078.47463e-08130.000-3.23060e-033.06788e-05-2.06797e-074.04231e-09150.000-7.31884e-051.03905e-05-2.12958e-071.38466e-09160.000-4.78743e-04-4.60809e-065.68828e-08-7.11595e-09170.000-2.31219e-046.13585e-06-1.40930e-076.83235e-10180.000-5.60999e-056.80013e-06-1.16103e-076.50097e-1019-0.575-3.35421e-056.88178e-07-3.79580e-092.43121e-10
[0408]
变形非球面系数
[0409]
变形非球面的圆锥常数如表35所示。
[0410]
《表35》
[0411] kykx140.0000.000
[0412]
变形非球面的旋转对称系数如表36所示。
[0413]
《表36》
[0414] ar4ar6ar8ar
10
142.58245e-04-9.32734e-061.54793e-07-9.75409e-10
[0415]
变形非球面的旋转非对称系数如表37所示。
[0416]
《表37》
[0417] ap4ap6ap8ap
10
14-1.25053e+00-1.16556e+00-9.79655e-01-8.91028e-01
[0418]
条件式的参数值
[0419]
实施例8的传播光学系的各条件式的参数值如表38所示。
[0420]
《表38》
[0421]
(rp+rn)/(rp-rn)-0.46sagp/sag_rp0.95sagn/sag_rn0.99posl/y-0.21tlra/tlr0.57tla/tl0.37tlc/tlr0.39β_relay1.92
[0422]
用于计算条件式(12)的参数的光线高度h＝5.9，用于计算条件式(13)的光线高度h＝3.7。
[0423]
《实施例9》
[0424]
实施例9是使用图16所示的透镜结构的传播光学系统。
[0425]
传播光学系统的视角在垂直方向(y方向)、水平方向(x方向)、对角方向分别如下所示。
[0426]
视角：垂直(y)19.5度水平(x)34.6度对角40.0度。
[0427]
虚像距离：1m。
[0428]
实施例9的数据如表39所示。
[0429]
《表39》
[0430][0431]
非球面数据
[0432]
非球面的非球面数据参照表2，如表40所示。
[0433]
《表40》
[0434] ka4a6a8a1030.0003.27069e-04-1.78574e-057.50597e-06-5.40216e-0740.000-1.20730e-032.90676e-04-1.75694e-052.39631e-0750.000-1.91737e-034.22213e-04-3.45347e-056.00032e-0760.000-1.94436e-042.75983e-054.25755e-06-5.15839e-0770.000-8.22136e-04-1.80489e-042.03990e-05-5.79700e-0780.000-6.98195e-04-5.05036e-053.71852e-066.10308e-08100.0001.83968e-04-2.44547e-051.60437e-06-1.87825e-08110.0002.07011e-03-6.07144e-052.72431e-06-1.77280e-08120.0002.22220e-03-3.82188e-042.49803e-05-4.76838e-07130.000-4.89637e-038.21883e-058.07100e-07-3.90139e-08160.000-4.78743e-04-4.60809e-065.68828e-08-7.11595e-09170.000-7.94488e-051.29910e-06-4.37167e-083.90021e-11180.000-3.44986e-055.36498e-06-8.15318e-084.31115e-1019-0.519-4.83821e-051.22922e-06-2.03319e-083.49762e-10
[0435]
变形非球面的系数
[0436]
变形非球面的圆锥常数如表41所示。
[0437]
《表41》
[0438] kykx140.0000.000
[0439]
变形非球面的旋转对称系数如表42所示。
[0440]
《表42》
[0441] ar4ar6ar8ar
10
143.22700e-04-1.84623e-053.06962e-07-2.02636e-09
[0442]
变形非球面的旋转非对称系数如表43所示。
[0443]
《表43》
[0444] ap4ap6ap8ap
10
14-1.53968e+00-1.36178e+00-1.29961e+00-1.24037e+00
[0445]
条件式的参数值
[0446]
实施例9的传播光学系的各条件式的参数值如表44所示。
[0447]
《表44》
[0448]
(rp+rn)/(rp-rn)-0.82sagp/sag_rp0.71sagn/sag_rn0.79posl/y0.03tlra/tlr0.51tla/tl0.39tlc/tlr0.43β_relay2.01
[0449]
用于计算条件式(12)参数的光线高度h＝5.9，用于计算条件式(13)参数的光线高度h＝3.7。
[0450]
与图8至图12相同，图17至图20是实施例6～9中使用的传播光学系统的横向像差图，显示图7所示的虚像的垂直方向(纵向)上的位置1、2、3和水平方向(横向)上的位置(a)、(b)、(c)组合起来的位置上的横向像差。
[0451]
从图17到图20所示的横向像差可以看出，实施例6～9中使用的传播光学系统具有良好的性能。
[0452]
实施例6～9的传播光学系统也与实施例1～5的实施例相同，无论水平方向、垂直方向、对角方向上均具有广视角，尤其是在水平方向(图像显示区域的长度方向)上，实现了35度以上的极广视角，确保了十分良好的成像性能。
[0453]
图示的像差图都是在焦距为17mm的理想透镜成像的情况下计算的。
[0454]
通过使用实施例1～9所示的传播光学系统，可以将性能良好的虚像显示装置作为hmd，构成智能眼镜那样的眼镜方式。特别是，即使在使用薄型导光部件的情况下，也能够通过高的光利用效率和宽视角来确保良好的成像性能，因此能够使虚像显示装置轻量且小型。
[0455]
以上说明了本发明的优选实施方式，但本发明并不局限于上述特定的实施方式，只要在上述说明中没有特别限制，在权利要求范围所记述的发明范畴以内，可以进行各种变形更改。
[0456]
本发明的实施方式中记载的效果仅限于列举了由发明产生的最佳效果，但发明的效果并不限于实施方式所记载的效果。
[0457]
符号说明
[0458]
10图像显示元件，20传播光学系统，30导光部件，ey眼睛，rl中继光学系统，rl1中继前组，rl2中继后组，li中间光学元件，lii具有非球面的中间光学元件，in中间像，lc准直光学系统