JP3155337B2 - 視覚表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ポータブル型視覚表示
装置に関し、特に、観察者の頭部又は顔面に保持するこ
とを可能とする頭部又は顔面装着式視覚表示装置に関す
る。
装置に関し、特に、観察者の頭部又は顔面に保持するこ
とを可能とする頭部又は顔面装着式視覚表示装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、顔面装着式視覚表示装置として、
図１０に平面図を示したようなものが知られている（米
国特許第４０２６６４１号）。これは、ＣＲＴのような
画像表示素子４６の像を画像伝達素子２５で物体面１２
に伝達し、この物体面１２の像をトーリック反射面１０
によって空中に投影するようにしたものである。
図１０に平面図を示したようなものが知られている（米
国特許第４０２６６４１号）。これは、ＣＲＴのような
画像表示素子４６の像を画像伝達素子２５で物体面１２
に伝達し、この物体面１２の像をトーリック反射面１０
によって空中に投影するようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
顔面装着式視覚表示装置にとって、装置全体の大きさを
小さくすることが、装着性を損なわなくするために重要
な点となる。装置全体を小さくするために、２次元画像
表示素子を観察者頭部の上部に配置するか、頭部の横に
配置する構成とする必要がある。そのためには、前方を
観察する観察者の光軸を反射させると共に、反射した光
軸を観察者眼球位置の横に屈曲（角度偏向）させる偏心
反射面を用いることが重要である。ただし、ここで言う
光軸とは、観察者眼球の虹彩中心又は眼球回旋中心を通
過する光線で、２次元画像表示素子の表示中心を射出す
る、いわゆる軸上光線を言う。
顔面装着式視覚表示装置にとって、装置全体の大きさを
小さくすることが、装着性を損なわなくするために重要
な点となる。装置全体を小さくするために、２次元画像
表示素子を観察者頭部の上部に配置するか、頭部の横に
配置する構成とする必要がある。そのためには、前方を
観察する観察者の光軸を反射させると共に、反射した光
軸を観察者眼球位置の横に屈曲（角度偏向）させる偏心
反射面を用いることが重要である。ただし、ここで言う
光軸とは、観察者眼球の虹彩中心又は眼球回旋中心を通
過する光線で、２次元画像表示素子の表示中心を射出す
る、いわゆる軸上光線を言う。
【０００４】また、その反射面が凹面でない場合、画像
表示素子を大きなものとしないと、広い画角を確保する
ことが難しくなり、装置全体が大きなものとなってしま
う。さらに、広い画角を確保することは、画像観察時の
臨場感を上げるために必要であるため、大きな反射面を
配置する必要がある。
表示素子を大きなものとしないと、広い画角を確保する
ことが難しくなり、装置全体が大きなものとなってしま
う。さらに、広い画角を確保することは、画像観察時の
臨場感を上げるために必要であるため、大きな反射面を
配置する必要がある。
【０００５】以上２点から、顔面装着式視覚表示装置の
光学的配置は、観察者の眼球直前に比較的大きな凹面鏡
を配置することが必要となる。
光学的配置は、観察者の眼球直前に比較的大きな凹面鏡
を配置することが必要となる。
【０００６】しかし、上記の構成をとり、広い観察画角
を確保するために凹面鏡を大きくすると、台形の像歪み
が発生する。以下、この台形の像歪みが発生する原因に
ついて、図１を使って説明する。
を確保するために凹面鏡を大きくすると、台形の像歪み
が発生する。以下、この台形の像歪みが発生する原因に
ついて、図１を使って説明する。
【０００７】図１は、図の観察者虹彩位置から２次元画
像表示素子又は２次元画像表示素子の投影位置までの光
束の様子を鳥瞰図にしたものである。図１では、観察者
右目に対する本発明の視覚表示装置の光学的配置を示し
ており、この図において、Ｙ軸は、凹面鏡６が光軸を屈
曲させでいる方向であり、観察者にとっては水平方向に
なり、Ｙ軸正の方向は観察者頭部の中心方向すなわち左
方向に相当する。Ｘ軸は、観察者にとって上下方向に当
たり、Ｘ軸正の方向は観察者頭部下方に相当する。
像表示素子又は２次元画像表示素子の投影位置までの光
束の様子を鳥瞰図にしたものである。図１では、観察者
右目に対する本発明の視覚表示装置の光学的配置を示し
ており、この図において、Ｙ軸は、凹面鏡６が光軸を屈
曲させでいる方向であり、観察者にとっては水平方向に
なり、Ｙ軸正の方向は観察者頭部の中心方向すなわち左
方向に相当する。Ｘ軸は、観察者にとって上下方向に当
たり、Ｘ軸正の方向は観察者頭部下方に相当する。
【０００８】図１中、１は観察者虹彩位置又は眼球回旋
位置である。２は観察者にとって左側水平方向１５°の
観察画角の光束であり、３は同じく左側１５°の下方１
０°の光束である。４は観察者にとって右側水平方向１
５°の観察画角の光束であり、５は同じく右側１５°の
下方１０°の光束である。６は前記接眼光学系である凹
面鏡であり、７は２次元画像表示素子又は２次元画像表
示素子の投影像を配置する凹面鏡６の焦点面でる。
位置である。２は観察者にとって左側水平方向１５°の
観察画角の光束であり、３は同じく左側１５°の下方１
０°の光束である。４は観察者にとって右側水平方向１
５°の観察画角の光束であり、５は同じく右側１５°の
下方１０°の光束である。６は前記接眼光学系である凹
面鏡であり、７は２次元画像表示素子又は２次元画像表
示素子の投影像を配置する凹面鏡６の焦点面でる。
【０００９】ここで、図１では、説明のため、観察者に
とって長方形に観察される理想的光束が凹面鏡６によっ
てどのように結像されるかを示すために、観察者眼球位
置１から凹面鏡焦点７まで光線の逆追跡を行っている。
とって長方形に観察される理想的光束が凹面鏡６によっ
てどのように結像されるかを示すために、観察者眼球位
置１から凹面鏡焦点７まで光線の逆追跡を行っている。
【００１０】図１の凹面鏡焦点面７では、従来の球面又
は非球面（トーリック面、アナモルフック面、放物面、
楕円面）等では、焦点面７のＹ’軸の正負によってＸ’
軸方向の像の高さが異なってくる台形の像歪みが発生す
る。これは、図１の１の観察者の眼球回旋中心又は虹彩
近傍に配置する接眼光学系６の射出瞳から凹面反射鏡６
までの光学的距離が、観察者の観察方向であるＹ軸方向
の画角によって大きく異なってくるためである。つま
り、凹面反射鏡６の光軸とその瞳１が偏心しているた
め、図１の１からＹ軸方向負の向きに観察される光束
４、５においては、同じくＹ軸方向の正の向きに観察さ
れる光束２、３に比べて、凹面反射鏡６当たって反射す
るまでの光学的距離が長いために、十分に広がってから
反射する。つまり、凹面鏡６に光束が当たる時に、光束
４と５の間隔は、光束２と３の間隔に比べ大きく広がっ
ている。
は非球面（トーリック面、アナモルフック面、放物面、
楕円面）等では、焦点面７のＹ’軸の正負によってＸ’
軸方向の像の高さが異なってくる台形の像歪みが発生す
る。これは、図１の１の観察者の眼球回旋中心又は虹彩
近傍に配置する接眼光学系６の射出瞳から凹面反射鏡６
までの光学的距離が、観察者の観察方向であるＹ軸方向
の画角によって大きく異なってくるためである。つま
り、凹面反射鏡６の光軸とその瞳１が偏心しているた
め、図１の１からＹ軸方向負の向きに観察される光束
４、５においては、同じくＹ軸方向の正の向きに観察さ
れる光束２、３に比べて、凹面反射鏡６当たって反射す
るまでの光学的距離が長いために、十分に広がってから
反射する。つまり、凹面鏡６に光束が当たる時に、光束
４と５の間隔は、光束２と３の間隔に比べ大きく広がっ
ている。
【００１１】以上の理由により、光軸を傾けて配置した
接眼光学系である凹面鏡６によって光軸を屈曲させてい
る偏心光学系では、光軸を屈曲させる方向と直交する方
向（図１においては、Ｘ軸方向）の像高が光軸を屈曲さ
せる方向（Ｙ軸の正と負）によって異なってくる。この
ため、観察者にとっては、台形の像歪みとして観察され
る。
接眼光学系である凹面鏡６によって光軸を屈曲させてい
る偏心光学系では、光軸を屈曲させる方向と直交する方
向（図１においては、Ｘ軸方向）の像高が光軸を屈曲さ
せる方向（Ｙ軸の正と負）によって異なってくる。この
ため、観察者にとっては、台形の像歪みとして観察され
る。
【００１２】従来のトーリック面を反射鏡に用いた例で
は、図１１に示すような像歪みが発生する。また、反射
面に楕円面を用いた場合の像歪みは、図１２に示すよう
になり、球面を用いても同じように台形になる像歪みが
発生する。そのため、従来技術では歪んだ像しか観察で
きないために、不自然な観察像となってしまう。なお、
図１１、１２において、左右１５°、下方１０°の長方
形の理想的像の大きさを破線で示し、発生した像歪みに
よる像を実線で示している。座標の取り方は図１と同じ
である。
は、図１１に示すような像歪みが発生する。また、反射
面に楕円面を用いた場合の像歪みは、図１２に示すよう
になり、球面を用いても同じように台形になる像歪みが
発生する。そのため、従来技術では歪んだ像しか観察で
きないために、不自然な観察像となってしまう。なお、
図１１、１２において、左右１５°、下方１０°の長方
形の理想的像の大きさを破線で示し、発生した像歪みに
よる像を実線で示している。座標の取り方は図１と同じ
である。
【００１３】また、両眼で同時に同じ像を観察する場合
に、右目と左目で同一方向の像を観察しようとする際、
像の大きさが異なり、像が融像し難くなったり、全く融
像できずに二重像に観察される。
に、右目と左目で同一方向の像を観察しようとする際、
像の大きさが異なり、像が融像し難くなったり、全く融
像できずに二重像に観察される。
【００１４】さらに、左右で視差を持った像を観察さ
せ、立体視を行おうとした場合に、左右の像が融像しな
いと、立体感が得られなくなってしまう。
せ、立体視を行おうとした場合に、左右の像が融像しな
いと、立体感が得られなくなってしまう。
【００１５】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたものであり、その目的は、像歪みの少ない像
を観察することができるポータブル型視覚表示装置を提
供することである。
になされたものであり、その目的は、像歪みの少ない像
を観察することができるポータブル型視覚表示装置を提
供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の視覚表示装置は、平面形状の観察像を表示する２次
元表示素子と、前記２次元表示素子又はその実像を空中
に拡大投影すると共に光軸を屈曲させる接眼光学系とを
備えた視覚表示装置において、前記接眼光学系が、偏心
配置された曲面形状の反射面を有し、前記曲面形状の反
射面は、観察者側に凹面を向けた回転非対称な非球面凹
面鏡にて構成され、前記非球面凹面鏡の回転非対称な形
状が、前記接眼光学系の前記曲面反射面によって反射さ
れて折り返される前後の光軸を含んだ面をＹＺ平面とし
た時に、このＹＺ平面と直交する方向（Ｘ方向）での面
の曲率が、観察者の眼球側に近い位置よりも遠い位置
（２次元表示素子側に近い位置）に行くに従って次第に
高くなるように構成したことを特徴とするものである。
明の視覚表示装置は、平面形状の観察像を表示する２次
元表示素子と、前記２次元表示素子又はその実像を空中
に拡大投影すると共に光軸を屈曲させる接眼光学系とを
備えた視覚表示装置において、前記接眼光学系が、偏心
配置された曲面形状の反射面を有し、前記曲面形状の反
射面は、観察者側に凹面を向けた回転非対称な非球面凹
面鏡にて構成され、前記非球面凹面鏡の回転非対称な形
状が、前記接眼光学系の前記曲面反射面によって反射さ
れて折り返される前後の光軸を含んだ面をＹＺ平面とし
た時に、このＹＺ平面と直交する方向（Ｘ方向）での面
の曲率が、観察者の眼球側に近い位置よりも遠い位置
（２次元表示素子側に近い位置）に行くに従って次第に
高くなるように構成したことを特徴とするものである。
【００１７】
【作用】以下、上記構成を採用した理由と作用について
説明する。本発明では、接眼光学系である凹面反射鏡の
光軸を屈曲する面と直交する面の方向の部分的曲率が、
光軸を屈曲させる方向に沿って次第にきつくなる非球面
凹面鏡を用いることによって、前記の台形の像歪みを補
正することに成功したものである。
説明する。本発明では、接眼光学系である凹面反射鏡の
光軸を屈曲する面と直交する面の方向の部分的曲率が、
光軸を屈曲させる方向に沿って次第にきつくなる非球面
凹面鏡を用いることによって、前記の台形の像歪みを補
正することに成功したものである。
【００１８】本発明の作用について、図１を用いて説明
する。Ｘ軸方向の像高が小さくなってしまうＹ軸正（光
束屈曲方向と反対側）の光束２と３においては、反射鏡
６に当たってから反射鏡の焦点面７に達するまでに、光
束２と３の光軸間間隔は、光束２、３が反射する部位の
Ｘ軸方向の曲率を比較的緩くすることによって、Ｘ軸方
向の像高が小さくなるのを補正することが可能となる。
する。Ｘ軸方向の像高が小さくなってしまうＹ軸正（光
束屈曲方向と反対側）の光束２と３においては、反射鏡
６に当たってから反射鏡の焦点面７に達するまでに、光
束２と３の光軸間間隔は、光束２、３が反射する部位の
Ｘ軸方向の曲率を比較的緩くすることによって、Ｘ軸方
向の像高が小さくなるのを補正することが可能となる。
【００１９】一方、Ｘ軸方向の像高が大きくなってしま
うＹ軸負（光束屈曲方向と同方向）の光束４と５におい
ては、反射鏡６に当たってから反射鏡の焦点面７に達す
るまでに、光束４と５の光軸間間隔は、Ｘ軸方向の曲率
を比較的きつくすることによって、Ｘ軸方向の像高が大
きくなるのを補正することが可能となる。
うＹ軸負（光束屈曲方向と同方向）の光束４と５におい
ては、反射鏡６に当たってから反射鏡の焦点面７に達す
るまでに、光束４と５の光軸間間隔は、Ｘ軸方向の曲率
を比較的きつくすることによって、Ｘ軸方向の像高が大
きくなるのを補正することが可能となる。
【００２０】したがって、凹面反射鏡６の偏心配置によ
る台形の像歪みを補正することができる。
る台形の像歪みを補正することができる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の視覚表示装置の実施例１〜３
について説明する。 実施例１ 図２を参照にしてこの実施例を説明する。図２は図１の
Ｙ軸方向断面であり、凹面鏡６の観察者虹彩位置又は眼
球回旋中心位置１に対する偏心の与え方は図１の座標系
による。図中、７は２次元画像表示素子又は２次元画像
表示素子の投影像であり、６は凹面アナモフィックアス
フェリカル反射鏡であり、１は観察者虹彩位置又は眼球
回旋中心位置（以下、射出瞳と言う。）である。凹面反
射鏡６の軸を６ａとし、射出瞳１中心から反射鏡６の軸
６ａまでの距離（偏心量）をＹ1、２次元画像表示素子
７中心から軸６ａまでの距離（偏心量）をＹ2 とする。
図２の座標系の場合、偏心量Ｙ1 、Ｙ2 は何れも負で与
えられる。また、２次元画像表示素子７中心に接する面
に対する軸６ａに垂直な面の傾き角をαとする。図の場
合、αは正である。
について説明する。 実施例１ 図２を参照にしてこの実施例を説明する。図２は図１の
Ｙ軸方向断面であり、凹面鏡６の観察者虹彩位置又は眼
球回旋中心位置１に対する偏心の与え方は図１の座標系
による。図中、７は２次元画像表示素子又は２次元画像
表示素子の投影像であり、６は凹面アナモフィックアス
フェリカル反射鏡であり、１は観察者虹彩位置又は眼球
回旋中心位置（以下、射出瞳と言う。）である。凹面反
射鏡６の軸を６ａとし、射出瞳１中心から反射鏡６の軸
６ａまでの距離（偏心量）をＹ1、２次元画像表示素子
７中心から軸６ａまでの距離（偏心量）をＹ2 とする。
図２の座標系の場合、偏心量Ｙ1 、Ｙ2 は何れも負で与
えられる。また、２次元画像表示素子７中心に接する面
に対する軸６ａに垂直な面の傾き角をαとする。図の場
合、αは正である。
【００２２】以下、この光学系の構成パラメータを示す
が、面番号は、射出瞳１位置から２次元画像表示素子７
へ向かう逆追跡の面番号として示してある。非球面形状
は、座標系を図示のようにとり、凹面反射鏡６及び２次
元画像表示素子７の近軸の曲率半径を、上下方向（Ｘ−
Ｚ面）をＲx 、左右方向（Ｙ−Ｚ面）をＲy とすると、
次の式で表される。 Ｚ =［( Ｘ2/Ｒx )+ (Ｙ2/Ｒy ) ］／［1+｛ 1-(1+Ｋx ) ( Ｘ2/Ｒx 2) -(1+Ｋy ) ( Ｙ2/Ｒy 2)｝1/2 ］ ＋ＡＲ［ (1-ＡＰ) Ｘ2+( 1+ＡＰ) Ｙ2 ］2 ＋ＢＲ［ (1-ＢＰ) Ｘ2+( 1+ＢＰ) Ｙ2 ］3 ＋ＣＲ［ (1-ＣＰ) Ｘ2+( 1+ＣＰ) Ｙ2 ］4 ここで、Ｋx はＸ方向の円錐係数、Ｋy はＹ方向の円錐
係数、ＡＲ、ＢＲ、ＣＲはそれぞれ回転対称な４次、６
次、８次の非球面係数、ＡＰ、ＢＰ、ＣＰはそれぞれ非
対称な４次、６次、８次の非球面係数である。
が、面番号は、射出瞳１位置から２次元画像表示素子７
へ向かう逆追跡の面番号として示してある。非球面形状
は、座標系を図示のようにとり、凹面反射鏡６及び２次
元画像表示素子７の近軸の曲率半径を、上下方向（Ｘ−
Ｚ面）をＲx 、左右方向（Ｙ−Ｚ面）をＲy とすると、
次の式で表される。 Ｚ =［( Ｘ2/Ｒx )+ (Ｙ2/Ｒy ) ］／［1+｛ 1-(1+Ｋx ) ( Ｘ2/Ｒx 2) -(1+Ｋy ) ( Ｙ2/Ｒy 2)｝1/2 ］ ＋ＡＲ［ (1-ＡＰ) Ｘ2+( 1+ＡＰ) Ｙ2 ］2 ＋ＢＲ［ (1-ＢＰ) Ｘ2+( 1+ＢＰ) Ｙ2 ］3 ＋ＣＲ［ (1-ＣＰ) Ｘ2+( 1+ＣＰ) Ｙ2 ］4 ここで、Ｋx はＸ方向の円錐係数、Ｋy はＹ方向の円錐
係数、ＡＲ、ＢＲ、ＣＲはそれぞれ回転対称な４次、６
次、８次の非球面係数、ＡＰ、ＢＰ、ＣＰはそれぞれ非
対称な４次、６次、８次の非球面係数である。
【００２３】 面番号 曲率半径 面間隔 偏心量 １ 射出瞳 （１） 50.0 Ｙ1 -28.285 ２ Ｒy 59.071 （６） 22.39 Ｙ2 -6.0247 Ｒx 43.981 （非球面） ３ Ｒy 36.164 （像面７） Ｒx 10.699 （非球面） 非球面係数 第２面（凹面鏡６） Ｋy ＝ 0 Ｋx ＝ 0 ＡＲ＝ -0.127331×10-5 ＡＰ＝ -0.585287 ＢＲ＝ 0 ＢＰ＝ 0 ＣＲ＝ 0 ＣＰ＝ 0 第３面（像面７） Ｋy ＝ 0 Ｋx ＝ 0 ＡＲ＝ 0 ＡＰ＝ 0 BR= 0 ＢＰ＝ 0 ＣＲ＝ 0 ＣＰ＝ 0 α＝15.8529 ° この実施例の像歪みを図４に示す。図４において、点線
は理想的像位置を示し、実線はこの光学系の実際の結像
位置を示す。また、この実施例の横収差図を図７に示
す。図中、（ａ）は瞳１中心を通り軸６ａに平行な直線
から左側（＋Ｙ方向）１５．０°にある像を見た時の左
右方向及び上下方向の収差、（ｂ）はこの直線方向にあ
る像を見た時の左右方向及び上下方向の収差、（ｃ）は
この直線から右側（−Ｙ方向）１５．０°にある像を見
た時の左右方向及び上下方向の収差である。
は理想的像位置を示し、実線はこの光学系の実際の結像
位置を示す。また、この実施例の横収差図を図７に示
す。図中、（ａ）は瞳１中心を通り軸６ａに平行な直線
から左側（＋Ｙ方向）１５．０°にある像を見た時の左
右方向及び上下方向の収差、（ｂ）はこの直線方向にあ
る像を見た時の左右方向及び上下方向の収差、（ｃ）は
この直線から右側（−Ｙ方向）１５．０°にある像を見
た時の左右方向及び上下方向の収差である。
【００２４】実施例２ この実施例は、基本的に実施例１と同じである。異なる
点は、凹面鏡６が回転対称非球面反射鏡からなる点であ
る。以下、実施例１と同様な記号を用いて光学系のパラ
メータを示す。なお、非球面形状は、座標系を図２のよ
うにとり、Ｒを近軸曲率半径とするとき、次の式で表さ
れる。 Ｚ=(ｈ2/Ｒ）／［1+｛ 1-(1+Ｋ) ( ｈ2/Ｒ2)｝1/2 ］＋
Ａｈ4 ＋Ｂｈ6 ＋Ｃｈ8 （ｈ2 ＝Ｘ2 ＋Ｙ2 ） ここで、Ｋは円錐係数、Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ４次、６
次、８次の非球面係数である。
点は、凹面鏡６が回転対称非球面反射鏡からなる点であ
る。以下、実施例１と同様な記号を用いて光学系のパラ
メータを示す。なお、非球面形状は、座標系を図２のよ
うにとり、Ｒを近軸曲率半径とするとき、次の式で表さ
れる。 Ｚ=(ｈ2/Ｒ）／［1+｛ 1-(1+Ｋ) ( ｈ2/Ｒ2)｝1/2 ］＋
Ａｈ4 ＋Ｂｈ6 ＋Ｃｈ8 （ｈ2 ＝Ｘ2 ＋Ｙ2 ） ここで、Ｋは円錐係数、Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ４次、６
次、８次の非球面係数である。
【００２５】 面番号 曲率半径 面間隔 偏心量 １ 射出瞳 （１） 50.0 Ｙ1 -28.285 ２ 52.0154 （６） 22.398 Ｙ2 -6.025 （非球面） ３ 29.8172 （像面７） 非球面係数 第２面（凹面鏡６） Ｋ＝ 0 Ａ＝ -0.124395×10-5 Ｂ＝ 0 Ｃ＝ 0 α＝12.318° この実施例の像歪みを図５に示す。また、この実施例の
横収差図を図８に示す。表記方法は、それぞれ図４、図
７と同様である。
横収差図を図８に示す。表記方法は、それぞれ図４、図
７と同様である。
【００２６】実施例３ この実施例は、図３に示すように、２次元画像表示素子
７の像を、リレー光学系８を用いて、凹面鏡６の物体面
（焦点面）９に空間像として結像しているものである。
凹面鏡６はアナモフィックアスフェリカル反射鏡であ
る。リレー光学系８の光軸を８ａとし、射出瞳１中心に
対する反射鏡６の軸６ａの偏心量をＹ1 、リレー光学系
８の第１面中心に対する軸６ａの偏心量をＹ2 、２次元
表示素子７中心からリレー光学系８の光軸８ａのＹ軸方
向の偏心量をＹ3 、リレー光学系８の光軸８ａに対する
凹面鏡６の軸６ａの傾き角をα1 、２次元表示素子７の
表示面に対するリレー光学系８の光軸８ａに垂直な面の
傾き角をα2 とする。したがって、図３の場合、Ｙ1 は
負、Ｙ2 は正、Ｙ3 は負であり、α1 は正、α2 は正で
与えられる。
７の像を、リレー光学系８を用いて、凹面鏡６の物体面
（焦点面）９に空間像として結像しているものである。
凹面鏡６はアナモフィックアスフェリカル反射鏡であ
る。リレー光学系８の光軸を８ａとし、射出瞳１中心に
対する反射鏡６の軸６ａの偏心量をＹ1 、リレー光学系
８の第１面中心に対する軸６ａの偏心量をＹ2 、２次元
表示素子７中心からリレー光学系８の光軸８ａのＹ軸方
向の偏心量をＹ3 、リレー光学系８の光軸８ａに対する
凹面鏡６の軸６ａの傾き角をα1 、２次元表示素子７の
表示面に対するリレー光学系８の光軸８ａに垂直な面の
傾き角をα2 とする。したがって、図３の場合、Ｙ1 は
負、Ｙ2 は正、Ｙ3 は負であり、α1 は正、α2 は正で
与えられる。
【００２７】以下、この光学系の構成パラメータを示す
が、面番号は、射出瞳１位置から２次元画像表示素子７
へ向かう逆追跡の面番号として示してある。また、面間
隔は、射出瞳１と凹面鏡６の間については、射出瞳１中
心と凹面鏡６中心間のＺ軸方向の間隔、リレー光学系８
の第１面からその像面（２次元画像表示素子７）に到る
間隔は、光軸８ａに沿う間隔で示してある。リレー光学
系８については、第１面から第７面のレンズ面をｒ1 〜
ｒ7 で、面間隔をｄ1 〜ｄ7 で示す。 面番号 曲率半径 間隔 偏心量 傾き角 屈折率 １（１） 射出瞳 50.0 Ｙ1 -28.285 ２（６）Ｒy 65.909 Ｙ2 28.2546 α1 53.1889° Ｒx 39.151 （非球面） ３（ｒ1 ） -17.439 4.0（ｄ1 ） 1.72916 ４（ｒ2 ） -16.374 1.0（ｄ2 ） ５（ｒ3 ） 40.383 4.0（ｄ3 ） 1.72916 ６（ｒ4 ） -43.930 1.0（ｄ4 ） ７（ｒ5 ） 10.688 6.0（ｄ5 ） 1.51633 ８（ｒ6 ） -16.881 2.0（ｄ6 ） 1.80518 ９（ｒ7 ）-188.062 10.0（ｄ7 ） １０（７） 像面 Ｙ3 -0.19518 α2 12.94946 ° 非球面係数 第２面（凹面鏡６） Ｋy ＝ 0 Ｋx ＝ 0 ＡＲ＝ -0.109807×10-5 ＡＰ＝ -0.640989 ＢＲ＝ 0.281845×10-13 ＢＰ＝ 0.203281×102 ＣＲ＝ 0 ＣＰ＝ 0 この実施例の像歪みを図６に示す。また、この実施例の
横収差図を図９に示す。表記方法は、それぞれ図４、図
７と同様である。
が、面番号は、射出瞳１位置から２次元画像表示素子７
へ向かう逆追跡の面番号として示してある。また、面間
隔は、射出瞳１と凹面鏡６の間については、射出瞳１中
心と凹面鏡６中心間のＺ軸方向の間隔、リレー光学系８
の第１面からその像面（２次元画像表示素子７）に到る
間隔は、光軸８ａに沿う間隔で示してある。リレー光学
系８については、第１面から第７面のレンズ面をｒ1 〜
ｒ7 で、面間隔をｄ1 〜ｄ7 で示す。 面番号 曲率半径 間隔 偏心量 傾き角 屈折率 １（１） 射出瞳 50.0 Ｙ1 -28.285 ２（６）Ｒy 65.909 Ｙ2 28.2546 α1 53.1889° Ｒx 39.151 （非球面） ３（ｒ1 ） -17.439 4.0（ｄ1 ） 1.72916 ４（ｒ2 ） -16.374 1.0（ｄ2 ） ５（ｒ3 ） 40.383 4.0（ｄ3 ） 1.72916 ６（ｒ4 ） -43.930 1.0（ｄ4 ） ７（ｒ5 ） 10.688 6.0（ｄ5 ） 1.51633 ８（ｒ6 ） -16.881 2.0（ｄ6 ） 1.80518 ９（ｒ7 ）-188.062 10.0（ｄ7 ） １０（７） 像面 Ｙ3 -0.19518 α2 12.94946 ° 非球面係数 第２面（凹面鏡６） Ｋy ＝ 0 Ｋx ＝ 0 ＡＲ＝ -0.109807×10-5 ＡＰ＝ -0.640989 ＢＲ＝ 0.281845×10-13 ＢＰ＝ 0.203281×102 ＣＲ＝ 0 ＣＰ＝ 0 この実施例の像歪みを図６に示す。また、この実施例の
横収差図を図９に示す。表記方法は、それぞれ図４、図
７と同様である。
【００２８】この実施例においては、２次元表示素子７
をリレー光学系８により拡大投影できるために、表示素
子７として小型のものが使用でき、装置全体を小型にで
きるメリットがある。
をリレー光学系８により拡大投影できるために、表示素
子７として小型のものが使用でき、装置全体を小型にで
きるメリットがある。
【００２９】なお、上記各実施例において、凹面反射鏡
６は、全反射鏡のみでなく、半透過鏡で構成することも
できる。半透過鏡で構成する場合は、外界像との合成が
できることは周知の事実である。
６は、全反射鏡のみでなく、半透過鏡で構成することも
できる。半透過鏡で構成する場合は、外界像との合成が
できることは周知の事実である。
【００３０】以上、本発明の視覚表示装置をいくつかの
実施例について説明してきたが、本発明はこれら実施例
に限定されず、種々の変形が可能である。
実施例について説明してきたが、本発明はこれら実施例
に限定されず、種々の変形が可能である。
【００３１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の視覚表示装置によると、ディストーションの少ない、
鮮明で画角の広い頭部又は顔面装着型視覚表示装置を提
供することができる。
の視覚表示装置によると、ディストーションの少ない、
鮮明で画角の広い頭部又は顔面装着型視覚表示装置を提
供することができる。
【図１】本発明の視覚表示装置における光束の様子を示
す鳥瞰図である。
す鳥瞰図である。
【図２】本発明の実施例１の視覚表示装置の光学配置を
示す図である。
示す図である。
【図３】実施例３の光学配置を示す図である。
【図４】実施例１の像歪みを示す図である。
【図５】実施例２の像歪みを示す図である。
【図６】実施例３の像歪みを示す図である。
【図７】実施例１の横収差図である。
【図８】実施例２の横収差図である。
【図９】実施例３の横収差図である。
【図１０】従来の顔面装着式視覚表示装置の平面図であ
る。
る。
【図１１】従来のトーリック面による像歪みを示す図で
ある。
ある。
【図１２】従来の楕円面による像歪みを示す図である。
１…観察者虹彩位置又は眼球回旋位置 ２…左側水平方向１５°の観察画角の光束 ３…左側１５°、下方１０°の観察画角の光束 ４…右側水平方向１５°の観察画角の光束 ５…右側１５°、下方１０°の観察画角の光束 ６…接眼光学系（凹面鏡） ７…２次元画像表示素子又は２次元画像表示素子の投影
像 ８…リレー光学系 ９…凹面鏡の物体面（焦点面） ６ａ…凹面鏡の軸 ８ａ…リレー光学系の光軸
像 ８…リレー光学系 ９…凹面鏡の物体面（焦点面） ６ａ…凹面鏡の軸 ８ａ…リレー光学系の光軸
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−101709（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−39924（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−297516（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−49016（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−177108（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−57314（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−78116（ＪＰ，Ａ) 特表 平３−500458（ＪＰ，Ａ) 特表 昭61−501946（ＪＰ，Ａ) 米国特許4322135（ＵＳ，Ａ) 米国特許4026641（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 27/02
Claims (6)
- 【請求項１】 平面形状の観察像を表示する２次元表示
素子と、前記２次元表示素子又はその実像を空中に拡大
投影すると共に光軸を屈曲させる接眼光学系とを備えた
視覚表示装置において、 前記接眼光学系が、偏心配置された曲面形状の反射面を
有し、 前記曲面形状の反射面は、観察者側に凹面を向けた回転
非対称な 非球面凹面鏡にて構成され、前記非球面凹面鏡の回転非対称な形状が、前記接眼光学
系の前記曲面反射面によって反射されて折り返される前
後の光軸を含んだ面をＹＺ平面とした時に、このＹＺ平
面 と直交する方向（Ｘ方向）での面の曲率が、観察者の
眼球側に近い位置よりも遠い位置（２次元表示素子側に
近い位置）に行くに従って次第に高くなるように構成し
たことを特徴とする視覚表示装置。 - 【請求項２】 前記非球面凹面鏡が凹面アナモフィック
アスフェリカル反射鏡であることを特徴とする請求項１
記載の視覚表示装置。 - 【請求項３】 前記非球面凹面鏡の軸に対して前記２次
元表示素子中心が射出瞳側に配されていることを特徴と
する請求項１記載の視覚表示装置。 - 【請求項４】 前記２次元表示素子の像を前記非球面凹
面鏡の物体面に結像させるリレー光学系を有することを
特徴とする請求項１記載の視覚表示装置。 - 【請求項５】 前記非球面凹面鏡がアナモフィックアス
フェリカル反射鏡であることを特徴とする請求項５記載
の視覚表示装置。 - 【請求項６】 前記非球面凹面鏡を半透過鏡としたこと
を特徴とする請求項１記載の視覚表示装置。
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|---|---|---|---|
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| US08/051,386 US5594588A (en) | 1992-04-24 | 1993-04-23 | Visual display |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10691392A JP3155337B2 (ja) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | 視覚表示装置 |
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Family
ID=14445677
Family Applications (1)
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| JP10691392A Expired - Fee Related JP3155337B2 (ja) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | 視覚表示装置 |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP3155337B2 (ja) |
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| JP3672951B2 (ja) * | 1994-12-13 | 2005-07-20 | オリンパス株式会社 | 画像表示装置 |
| JP3352308B2 (ja) * | 1995-11-30 | 2002-12-03 | キヤノン株式会社 | ファインダー光学系 |
| US6867916B2 (en) | 1995-01-11 | 2005-03-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Viewfinder optical system |
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| JP3655666B2 (ja) * | 1995-05-25 | 2005-06-02 | オリンパス株式会社 | 頭部装着型ディスプレイ装置 |
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| JP2000098293A (ja) | 1998-06-19 | 2000-04-07 | Canon Inc | 画像観察装置 |
| JP2000098234A (ja) | 1998-06-19 | 2000-04-07 | Canon Inc | 光学系及びそれを用いる画像観察装置 |
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| JP4194218B2 (ja) | 2000-04-28 | 2008-12-10 | キヤノン株式会社 | 画像表示装置および画像表示システム |
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| JP4387554B2 (ja) | 2000-04-28 | 2009-12-16 | キヤノン株式会社 | 画像表示装置および画像表示システム |
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| JP5290092B2 (ja) | 2009-08-31 | 2013-09-18 | オリンパス株式会社 | 眼鏡型画像表示装置 |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4026641A (en) | 1975-12-30 | 1977-05-31 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Toric reflector display |
| US4322135A (en) | 1978-11-29 | 1982-03-30 | Pilkington P. E. Limited | Optical apparatus |
-
1992
- 1992-04-24 JP JP10691392A patent/JP3155337B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4026641A (en) | 1975-12-30 | 1977-05-31 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Toric reflector display |
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Also Published As
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