JPH06250113A

JPH06250113A - 頭部装着式表示装置

Info

Publication number: JPH06250113A
Application number: JP5035211A
Authority: JP
Inventors: Osamu Konuma; 修小沼
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-02-24
Filing date: 1993-02-24
Publication date: 1994-09-09
Anticipated expiration: 2017-01-15
Also published as: JP3245472B2

Abstract

(57)【要約】【目的】リレー光学系を用いずに、コンパクトであり
ながら、像面の平坦性が良く、全体のペッツバール和の
小さい接眼光学系を用いた頭部装着式表示装置。【構成】情報内容を表示する表示素子と、その表示内
容を光路中で結像することなしに眼球に虚像として拡大
投影する接眼光学系と、接眼光学系を眼球直前に支持す
る支持手段とを備えた頭部装着式表示装置において、接
眼光学系を半透過面を有する光学素子と、表面反射鏡
と、少なくとも１枚の正の屈折力を有するレンズ系とで
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、頭部装着式表示装置に
関し、特に、使用者の頭部もしくは顔面に保持すること
が可能なポータブル型の頭部装着式表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】バーチャルリアリティー用あるいは個人
的に大画面の画像を楽しむことを目的として、ヘルメッ
ト型、ゴーグル型の頭部もしくは顔面に保持する頭部装
着式表示装置が開発されている。

【０００３】例えば、特開平３−１９１３８９号に示さ
れているように、図２５の断面図において、情報の内容
を表示する２次元表示素子１と、その表示内容を眼球に
拡大投影するために表示素子と対向して設けられた拡大
反射鏡２と、両者の間に配置された半透鏡３とを備える
ことにより、小型の表示装置で大画面の画像が得られる
ものがある。さらに、上記半透鏡３に外界像をも透過す
る作用を持たせれば、図に破線で示したように外界の光
も眼球に達し、表示素子１上の画像と外界像を同時に重
ね合わせて見ることができる。

【０００４】拡大反射鏡２を半透鏡とし、図２６に示す
ように、これを眼球に対向して配置しても、上述した場
合と同様の効果が得られる。

【０００５】また、米国特許４，２６９，４７６号に示
されているように、表示素子上の表示内容をリレー光学
系により一度中間像として結像し、その中間像を拡大反
射鏡により眼球に拡大投影するものも知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平３−１９１
３８９号の光学系は、図２５及び図２６に示したよう
に、拡大反射鏡を２次元表示素子側に反射面を向けた表
面反射鏡とし、全体として２次元表示素子と表面反射鏡
と半透鏡の３部品で構成したコンパクトな接眼光学系で
あるが、像面の平坦性を示すペッツバール和ＰＳ：ＰＳ＝Σ（１／ｎｆ）は、表面反射鏡では、ｎ＝−１、ｆ＞０であるので、全
体としてこの構成をとる限りは、必然的に、ＰＳ＜０と
なる。ある大きさの２次元表示素子を用いて大画面を得
ようとして画角を大きくとると、ｆは小さくなるので、
ＰＳは負の大きな値となる。したがって、従来の装置の
光学系は、像面の平坦性が著しく損なわれているという
問題がある。像面の平坦性が悪いと、観察画像中心部と
周辺部で観察者に提示される空中拡大像の光軸方向の位
置が大きく異なり、眼の調節作用を大きく働かせる必要
が生じ、観察者の眼の疲労が激しく、表示装置としてふ
さわしくない。また、眼の調節作用の限界である近点を
越えてより近くに投影してしまうと、観察できなくなっ
てしまう。

【０００７】一例として、表面反射鏡の曲率半径ｒ＝５
４．３ｍｍ、すなわち、焦点距離ｆ＝２７．１５ｍｍ、
画角３０°で、図２５に示した構成をとった場合の球面
収差、非点収差、歪曲収差及びコマ収差を示す収差図を
図２７に示した。ここでの像面の湾曲量は、観察像の中
心部と周辺部での差が約１ディオプターに相当し、眼の
調節量は著しく大きい。この場合、ＰＳ＝１／（−１）
×２７．１５＝−０．０３７となる。

【０００８】これに対して、米国特許４，２６９，４７
６号の光学系は、こうした像面の湾曲を補正するため
に、リレー光学系を用いて一度湾曲した中間像を結像
し、その中間像を物点として表面反射鏡もしくは裏面反
射鏡により眼球に平坦性の良い像を投影している。しか
し、リレー光学系を用いているため、接眼光学系の全長
が長く、大型であるという問題がある。頭部装着式の表
示装置としては、小型であることが、快適な装着感を達
成するために重要であることは当然である。

【０００９】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、リレー光学系を
用いずに、コンパクトでありながら、像面の平坦性が良
い、言い換えれば、全体のペッツバール和の小さい接眼
光学系を用いた頭部装着式表示装置を提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する第１
の本発明の頭部装着式表示装置は、情報内容を表示する
表示素子と、その表示内容を光路中で結像することなし
に眼球に虚像として拡大投影する接眼光学系と、前記接
眼光学系を眼球直前に支持する支持手段とを備えた頭部
装着式表示装置において、前記接眼光学系を半透過面を
有する光学素子と、表面反射鏡と、少なくとも１枚の正
の屈折力を有するレンズ系とで構成したことを特徴とす
るものである。

【００１１】この場合、表面反射鏡の屈折力をφ₁、正
の屈折力を有するレンズ系の屈折力をφ₂、そのレンズ
の硝材のｄ線の屈折率をｎ₂とするとき、０．５＜｜ｎ₂φ₁／φ₂｜＜４・・・・（１）を満足することがより好ましい。

【００１２】また、第２の本発明の頭部装着式表示装置
は、情報内容を表示する表示素子と、その表示内容を光
路中で結像することなしに眼球に虚像として拡大投影す
る接眼光学系と、前記接眼光学系を眼球直前に支持する
支持手段とを備えた頭部装着式表示装置において、前記
接眼光学系を半透過面を有する光学素子と、裏面反射鏡
とで構成したことを特徴とするものである。

【００１３】この場合、裏面反射鏡の反射面の屈折力を
φ₃、裏面反射鏡を構成するレンズの硝材のｄ線の屈折
率をｎ₃、接眼光学系全系の焦点距離をＦとするとき、｜Ｆφ₃／ｎ₃ ²｜＜１・・・・（３）を満足することがより好ましい。

【００１４】

【作用】以下、本発明において上記の構成をとる理由と
作用について述べる。一般的に、光学系の像面の平坦性
を改善するには、全体のペッツバール和を小さくすれば
よく、正負のレンズをバランス良く配置すればよい。し
かし、そうすると、光学系の全長は一般的に長くなり、
本発明のような頭部装着式表示装置の場合は、接眼光学
系が顔面の前で大型となり、重量が増したり、前方に長
く突出することとなり、重量バランスが顔面前方に偏っ
たりしてしまい、頭部装着式の装置としてふさわしくな
い。

【００１５】本発明による頭部装着式表示装置の接眼光
学系は、コンパクトでありながら光学系全体のペッツバ
ール和を小さくすることに成功したものである。

【００１６】まず、眼球に虚像を拡大投影するための反
射鏡によって必然的に発生する負のペッツバール値を小
さくすることを考える。そのためには、正のペッツバー
ル値を発生する面又は光学素子を光路中に追加して、反
射鏡の負のペッツバール値と相殺させると同時に、反射
鏡のパワーを小さくし、負のペッツバール値そのものを
小さくすればよい。反射鏡は、言い換えれば、正レンズ
と同様の正のパワーを持つので、ここで追加した正レン
ズと正のパワーを分担し合うことにより、反射鏡自身の
パワーは小さくなり、焦点距離は大きくなって、負のペ
ッツバール値が小さくなるのである。

【００１７】そこで、本発明の第１の接眼光学系は、表
面反射鏡と少なくとも１枚の正の屈折力を有するレンズ
系で構成して、パワーを分散させ、表面鏡の負のペッツ
バール値と正の屈折力を有するレンズ系の正のペッツバ
ール値とをうまく相殺させて、全系のペッツバール和を
小さくしたものである。一般的に、パワーを分散させる
ことは、光学系の収差補正にはよく使われる手段である
が、本発明の接眼光学系においては、表面反射鏡のパワ
ーをφ₁、追加する正の屈折力を有するレンズ系のパワ
ーをφ₂、そのレンズの硝材のｄ線の屈折率をｎ₂とし
たとき、０．５＜｜ｎ₂φ₁／φ₂｜＜４・・・・（１）を満足することがさらに好ましい。この条件式（１）
は、正負のペッツバール値の比を制限するものであり、
｜ｎ₂φ₁／φ₂｜が０．５以下であると、追加する正
の屈折力を有するレンズ系で発生する正のペッツバール
値が過大であり、また、これが４以上であると、表面反
射鏡で発生する負のペッツバール値が過大であり、どち
らの場合も全系のペッツバール和を小さくできない。な
お、特に、１＜｜ｎ₂φ₁／φ₂｜＜３・・・・（１）’ を満足することが、ペッツバール和を小さくする上で一
層好ましく、画像周辺まで解像力の良い観察像を観察者
に提供することができる。

【００１８】半透過面を有する光学素子は、表示素子の
光軸を眼球の光軸まで９０°だけ偏向させる本発明のレ
イアウト上必要なものである。したがって、少なくとも
１枚の正の屈折力を持つレンズ系は、表示素子と半透過
面を有する光学素子の間、もしくは、顔面と干渉しない
間隔を保ちながら眼球と半透過面を有する光学素子の間
に追加する必要がある。

【００１９】さらに好ましくは、表面反射鏡の曲率半径
をＲ、接眼光学系全体の焦点距離をＦとしたとき、２＜Ｒ／Ｆ＜３・・・・（２）を満足することが望ましい。上記のＲ／Ｆが２以下であ
ると、追加する正の屈折力を有するレンズ系の屈折力が
弱くなり、反射鏡で発生する内方性コマ収差が大きくな
る。逆に、これが３以上であると、追加する正の屈折力
を有するレンズ系の屈折力が強くなり、このレンズ系で
発生する外方性コマ収差が大きくなる。このコマ収差
は、本発明の接眼光学系のように構成要素の少ない光学
系では、他で補正することは難しくなり、軸外の結像性
能を著しく乱すことになる。

【００２０】本発明の第２の接眼光学系は、少なくとも
半透過面を有する光学素子と裏面反射鏡で構成し、前記
ＰＳ＝Σ（１／ｎｆ）の式において、裏面鏡の反射面
で、ｎ＝−（裏面鏡材質の屈折率）＜−１、ｆ＞０とす
ることにより、反射面での負のペッツバール値を表面反
射鏡（ｎ＝−１）場合に比べて小さくし、全系のペッツ
バール和を小さくしたものである。さらに、本発明の接
眼光学系においては、裏面鏡の反射面のパワーをφ₃、
裏面鏡を構成するレンズの硝材のｄ線の屈折率をｎ₃、
接眼光学系全系の焦点距離をＦとするとき、｜Ｆφ₃／ｎ₃ ²｜＜１・・・・（３）を満足することがさらに好ましい。この条件式（３）
は、正負のペッツバール値の比を制限するものであり、
｜Ｆφ₃／ｎ₃ ²｜が１以上であると、裏面鏡の反射面
で発生する負のペッツバール値が大きすぎて、上記構成
のコンパクトな光学系では、全系のペッツバール和を小
さくできずに、発生する像面湾曲が大きくなり、観察者
に負担をかけたり、明瞭な観察像を提供することはでき
なくなったりする。

【００２１】なお、特に、｜Ｆφ₃／ｎ₃ ²｜＜０．６・・・・（３）’ を満足することが、ペッツバール和を小さくする上で一
層好ましく、画像周辺まで解像力の良い観察像を観察者
に提供することができる。

【００２２】半透過面を有する光学素子は、表示素子の
光軸を眼球の光軸まで９０°だけ偏向させる本発明のレ
イアウト上必要なものである。

【００２３】また、さらに好ましくは、裏面鏡のパワー
によっては、正のペッツバール値を発生する少なくとも
１枚の正の屈折力を有するレンズ系、又は、負のペッツ
バール値を発生する少なくとも１枚の負の屈折力を有す
るレンズ系を、表示素子と半透過面を有する光学素子の
間、もしくは、顔面と干渉しない間隔を保ちながら眼球
と半透過面を有する光学素子の間に追加するのが、全体
のペッツバール和を一層小さくする上で好ましい。

【００２４】さらに好ましくは、裏面鏡の曲率半径を
Ｒ、接眼光学系全体の焦点距離をＦとしたとき、２＜Ｒ／Ｆ＜８・・・・（４）を満足することが望ましい。上記のＲ／Ｆが２以下であ
ると、全体の焦点距離を保って一定の観察画角を保とう
とすると、追加するレンズ系の屈折力が弱くなり、反射
鏡で発生する内方性コマ収差が大きくなる。また、これ
が８以上であると、逆に、裏面鏡を構成するレンズの反
射面でない方の面、又は、追加する正の屈折力を有する
レンズ系の屈折力が強くなり、このパワーの強くなった
屈折面へ入射する軸外光線の上側マージナル光線と下側
マージナル光線の面への入射角が極端に異なってしま
い、外方性コマ収差が発生する。どちらの場合も、他の
レンズ系で補正することは不可能なので、軸外の結像性
能が悪化し、視野周辺まで明瞭な観察像を得ることがで
きなくなってしまう。

【００２５】

【実施例】以下、図面を参照にして、本発明の頭部装着
式表示装置の実施例１〜１２について説明する。

【００２６】以下の実施例は、全て、２次元表示素子の
長辺長が１４．５５ｍｍ（対角長１８．３６ｍｍ）であ
り、それに対応した観察画角が３０°の例であり、この
数値に限らず、全体の構成を係数倍することによって２
次元表示素子の大きさに対応できることは、明らかであ
る。

【００２７】また、半透過面を有する光学素子としてキ
ューブビームスプリッタープリズムを用いた例を全て示
したが、これに限らずハーフミラー等を用いて容易に構
成することができる。

【００２８】実施例１〜１２の断面図を図１〜図１２に
示すが、各断面図は２次元表示素子の短辺方向の断面図
である。

【００２９】また、各実施例のレンズデータは後記する
が、各データは観察者眼球から２次元表示素子への逆追
跡データであり、実際の使用に際しては、像面に２次元
表示素子を配置する。

【００３０】以下、実施例１から４までは、第１の本発
明の実施例である。すなわち、図１、図２の実施例１、
２は、何れも凹面表面反射鏡を使用した例であり、正の
ペッツバール値を発生させる両凸の正レンズを瞳孔位置
と半透鏡の間に配置することにより、全体のペッツバー
ル和を小さくし、平坦性の良い像面を得ている。図１
３、図１４に、それぞれの実施例の球面収差、非点収
差、歪曲収差及びコマ収差を示す収差図を示す。収差図
中、球面収差は瞳孔比Ｒで、また、非点収差、歪曲収差
及びコマ収差は画角ωで表してある。

【００３１】また、図３、図４の実施例３、４は、何れ
も凹面表面反射鏡を使用した例であり、この場合は、正
のペッツバール値を発生させる両凸の正レンズを半透鏡
と２次元表示素子の間に配置することにより、全体のペ
ッツバール和を小さくし、平坦性の良い像面を得てい
る。図１５、図１６に、それぞれの実施例の図１３と同
様な収差図を示す。

【００３２】また、実施例５から１２までは、第２の本
発明の実施例である。すなわち、図５の実施例５は、裏
面反射鏡にメニスカスの正レンズを用いた例であり、全
体のペッツバール和は小さいが、両凸の正レンズをさら
に半透鏡と２次元表示素子の間に配置して全体のペッツ
バール和を一層小さくしている。この場合、正レンズを
瞳孔側よりも像面側に配置すると、コマ収差、非点収差
を発生させずに、ペッツバール和を一層小さくできる。
図１７にこの実施例の図１３と同様な収差図を示す。

【００３３】また、図６の実施例６は、裏面反射鏡に平
凸レンズを用いた例であり、この例のように、ビームス
プリッタープリズムと平凸レンズを接合してもよいが、
ビームスプリッタープリズムの１面に反射作用の曲率を
付けることもできるので、部品点数を減らすことができ
る。裏面反射鏡のレンズが平凸レンズのために、反射面
でない平面側で非点収差が発生しない。図１８にこの実
施例の図１３と同様な収差図を示す。

【００３４】図７の実施例７は、裏面反射鏡に平凸レン
ズを用いた例であり、同様に、ビームスプリッタープリ
ズムと平凸レンズを接合してもよいが、ビームスプリッ
タープリズムの１面に反射作用の曲率を付けることもで
きるので、部品点数を減らすことができる。この例で
は、正のペッツバール値を発生させるように、ビームス
プリッタープリズムの瞳位置側に両凸の正レンズをさら
に配置してペッツバール和を一層小さくしている。この
正レンズのパワーを変えたり、光軸方向に移動させたり
することにより、観察者の視度に合わせた視度補正が可
能である。図１９にこの実施例の図１３と同様な収差図
を示す。

【００３５】図８の実施例８は、裏面反射鏡に平凸レン
ズを用いた例であり、同様に、ビームスプリッタープリ
ズムと平凸レンズを接合してもよいが、ビームスプリッ
タープリズムの１面に反射作用の曲率を付けることもで
きるので、部品点数を減らすことができる。この例で
は、正のペッツバール値を発生させるように、ビームス
プリッタープリズムの２次元表示素子側にビームスプリ
ッタープリズムに向かって凸面を向けたメニスカス正レ
ンズをさらに配置してペッツバール和を一層小さくして
いる。このようにすると、実施例７に比べて、アイポイ
ントと装置間の距離が稼げる。図２０にこの実施例の図
１３と同様な収差図を示す。

【００３６】図９の実施例９は、裏面反射鏡に両凸レン
ズを用いた例であり、全体のペッツバール和は小さい。
しかし、反射面でない面により非点収差が発生するの
で、ビームスプリッタープリズムに向かって凸面を向け
たメニスカスの負のパワーの小さいレンズを２次元表示
素子近傍に配置して、ペッツバール値を悪化させずに非
点収差を補正している。図２１にこの実施例の図１３と
同様な収差図を示す。

【００３７】図１０の実施例１０は、裏面反射鏡に両凸
レンズを用いた例であり、全体のペッツバール値は小さ
い。しかし、両凸レンズの反射面でない面により非点収
差が発生する。そこで、この面を非球面にすることによ
り非点収差を補正している。この非球面は、光軸から周
辺に向かって曲率半径が大きくなる形状であり、メリジ
オナル像面を像高の高い位置でレンズに近づく方向に倒
す作用をする。図２２にこの実施例の図１３と同様な収
差図を示す。

【００３８】図１１の実施例１１は、裏面反射鏡に両凸
レンズを用いた例であり、全体のペッツバール値は小さ
い。しかし、両凸レンズの反射面でない面により非点収
差が発生する。そこで、反射面を非球面にすることによ
り非点収差を補正している。この非球面は、光軸から周
辺に向かって曲率半径が大きくなる形状であり、メリジ
オナル像面を像高の高い位置でレンズに近づく方向に倒
す作用をする。図２３にこの実施例の図１３と同様な収
差図を示す。

【００３９】図１２の実施例１２は、画面サイズが１
６：９のいわゆるハイビジョン対応の光学系を想定した
ものであり、裏面反射鏡を使用することによってペッツ
バール和が小さくなっているが、さらに、瞳孔側に凸面
を向けたメニスカス形状の負レンズを瞳孔位置と半透鏡
の間に配置して、全体のペッツバール和を一層小さくす
ると共に、裏面反射鏡を構成する正レンズの屈折率を
１．８以上とすることで、裏面反射鏡の反射面でない面
の曲率を緩くして出来るだけコマ収差、非点収差の発生
を小さくしている。このとき、負レンズは、瞳近傍に配
置して特にコマ収差をさらに補正する。この負レンズの
パワーを変えたり、光軸方向に移動させたりすること
で、観察者の視度に合わせた視度補正が可能である。図
２４にこの実施例の図１３と同様な収差図を示す。

【００４０】以下に各実施例のレンズデータを示すが、
記号は、上記の外、ｒ₁、ｒ₂…は瞳孔位置及び像面を
含めた各レンズ面の曲率半径、ｄ₁、ｄ₂…は各レンズ
面間の間隔、ｎ_d1、ｎ_d2…は各レンズのｄ線の屈折率で
ある。また、非球面形状は、光軸方向をｘ、光軸に直交
する方向をｙとした時、次の式で表される。ｘ=(ｙ²/ｒ）／［1+｛ 1-(1+Ｋ） (ｙ²/ｒ²)｝^1/2］＋
A₄ｙ⁴＋A₆ｙ⁶ ＋A₈ｙ⁸ ＋ A₁₀ｙ¹⁰ ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、A₄、A₆、
A₈、A₁₀は非球面係数である。

【００４１】実施例１ｒ₁= ∞ （瞳孔位置）ｄ₁=22.000 ｒ₂= 59.176 ｄ₂= 2.000 ｎ_d1 =1.5163 ｒ₃= -60.551 ｄ₃= 1.000 ｒ₄= ∞ ｄ₄=24.000 ｎ_d2 =1.5163 ｒ₅= ∞ ｄ₅= 2.000 ｒ₆= -73.145 （反射面）ｄ₆= 2.000 ｒ₇= ∞ ｄ₇=24.000 ｎ_d3 =1.5163 ｒ₈= ∞ ｄ₈= 0.998 ｒ₉= 像面（２次元表示素子）｜ｎ₂φ₁／φ₂｜＝2.4 Ｒ／Ｆ＝2.6 ＰＳ＝-0.016 。

【００４２】実施例２ｒ₁= ∞ （瞳孔位置）ｄ₁=22.000 ｒ₂= 70.973 ｄ₂= 2.000 ｎ_d1 =1.8829 ｒ₃= -183.579 ｄ₃= 1.000 ｒ₄= ∞ ｄ₄=24.000 ｎ_d2 =1.5163 ｒ₅= ∞ ｄ₅= 2.000 ｒ₆= -73.319 （反射面）ｄ₆= 2.000 ｒ₇= ∞ ｄ₇=24.000 ｎ_d3 =1.5163 ｒ₈= ∞ ｄ₈= 0.971 ｒ₉= 像面（２次元表示素子）｜ｎ₂φ₁／φ₂｜＝2.9 Ｒ／Ｆ＝2.6 ＰＳ＝-0.018 。

【００４３】実施例３ｒ₁= ∞ （瞳孔位置）ｄ₁=22.000 ｒ₂= ∞ ｄ₂=24.000 ｎ_d1 =1.5163 ｒ₃= ∞ ｄ₃= 2.000 ｒ₄= -66.235 （反射面）ｄ₄= 2.000 ｒ₅= ∞ ｄ₅=24.000 ｎ_d2 =1.5163 ｒ₆= ∞ ｄ₆= 8.000 ｒ₇= -18.134 ｄ₇= 3.000 ｎ_d3 =1.5163 ｒ₈= 226.719 ｄ₈= 4.021 ｒ₉= 像面（２次元表示素子）｜ｎ₂φ₁／φ₂｜＝1.5 Ｒ／Ｆ＝2.4 ＰＳ＝-0.01 。

【００４４】実施例４ｒ₁= ∞ （瞳孔位置）ｄ₁=22.000 ｒ₂= ∞ ｄ₂=24.000 ｎ_d1 =1.5163 ｒ₃= ∞ ｄ₃= 2.000 ｒ₄= -68.874 （反射面）ｄ₄= 2.000 ｒ₅= ∞ ｄ₅=24.000 ｎ_d2 =1.5163 ｒ₆= ∞ ｄ₆=10.550 ｒ₇= -18.429 ｄ₇= 7.047 ｎ_d3 =1.8829 ｒ₈= 729.279 ｄ₈= 0.956 ｒ₉= 像面（２次元表示素子）｜ｎ₂φ₁／φ₂｜＝1.1 Ｒ／Ｆ＝2.6 ＰＳ＝-0.003 。

【００４５】実施例５ｒ₁= ∞ （瞳孔位置）ｄ₁=22.000 ｒ₂= ∞ ｄ₂=24.000 ｎ_d1 =1.5163 ｒ₃= ∞ ｄ₃= 2.000 ｒ₄= -89.160 ｄ₄= 2.000 ｎ_d2 =1.5163 ｒ₅= -70.000 （反射面）ｄ₅= 2.000 ｎ_d3 =1.5163 ｒ₆= -89.160 ｄ₆= 2.000 ｒ₇= ∞ ｄ₇=24.000 ｎ_d4 =1.5163 ｒ₈= ∞ ｄ₈= 7.487 ｒ₉= -15.973 ｄ₉= 3.000 ｎ_d5 =1.5163 ｒ₁₀= 136.371 ｄ₁₀= 1.799 ｒ₁₁= 像面（２次元表示素子）｜Ｆφ₃／ｎ₃ ²｜＝0.51 Ｒ／Ｆ＝2.6 ＰＳ＝0.005 。

【００４６】実施例６ｒ₁= ∞ （瞳孔位置）ｄ₁=22.000 ｒ₂= ∞ ｄ₂=24.000 ｎ_d1 =1.5163 ｒ₃= ∞ ｄ₃= 2.000 ｎ_d2 =1.5163 ｒ₄= -84.704 （反射面）ｄ₄= 2.000 ｎ_d3 =1.5163 ｒ₅= ∞ ｄ₅=24.000 ｎ_d4 =1.5163 ｒ₆= ∞ ｄ₆=10.500 ｒ₇= 像面（２次元表示素子）｜Ｆφ₃／ｎ₃ ²｜＝0.45 Ｒ／Ｆ＝3.2 ＰＳ＝-0.016 。

【００４７】実施例７ｒ₁= ∞ （瞳孔位置）ｄ₁=22.000 ｒ₂= 134.955 ｄ₂= 2.000 ｎ_d1 =1.5163 ｒ₃= -78.954 ｄ₃= 1.000 ｒ₄= ∞ ｄ₄=24.000 ｎ_d2 =1.5163 ｒ₅= ∞ ｄ₅= 2.000 ｎ_d3 =1.5163 ｒ₆= -96.939 （反射面）ｄ₆= 2.000 ｎ_d4 =1.5163 ｒ₇= ∞ ｄ₇=24.000 ｎ_d5 =1.5163 ｒ₈= ∞ ｄ₈= 5.540 ｒ₉= 像面（２次元表示素子）｜Ｆφ₃／ｎ₃ ²｜＝0.39 Ｒ／Ｆ＝3.5 ＰＳ＝-0.013 。

【００４８】実施例８ｒ₁= ∞ （瞳孔位置）ｄ₁=22.000 ｒ₂= ∞ ｄ₂=24.000 ｎ_d1 =1.5163 ｒ₃= ∞ ｄ₃= 2.000 ｎ_d2 =1.5163 ｒ₄= -89.861 （反射面）ｄ₄= 2.000 ｎ_d3 =1.5163 ｒ₅= ∞ ｄ₅=24.000 ｎ_d4 =1.5163 ｒ₆= ∞ ｄ₆= 8.000 ｒ₇= -26.585 ｄ₇= 3.000 ｎ_d5 =1.5163 ｒ₈= -91.042 ｄ₈= 2.170 ｒ₉= 像面（２次元表示素子）｜Ｆφ₃／ｎ₃ ²｜＝0.41 Ｒ／Ｆ＝3.3 ＰＳ＝-0.014 。

【００４９】実施例９ｒ₁= ∞ （瞳孔位置）ｄ₁=22.000 ｒ₂= ∞ ｄ₂=24.000 ｎ_d1 =1.5163 ｒ₃= ∞ ｄ₃= 0.500 ｒ₄= 254.351 ｄ₄= 2.000 ｎ_d2 =1.5163 ｒ₅= -100.000 （反射面）ｄ₅= 2.000 ｎ_d3 =1.5163 ｒ₆= 254.351 ｄ₆= 0.500 ｒ₇= ∞ ｄ₇=24.000 ｎ_d4 =1.5163 ｒ₈= ∞ ｄ₈= 6.000 ｒ₉= -9.537 ｄ₉= 1.000 ｎ_d5 =1.5163 ｒ₁₀= -9.195 ｄ₁₀= 4.550 ｒ₁₁= 像面（２次元表示素子）｜Ｆφ₃／ｎ₃ ²｜＝0.37 Ｒ／Ｆ＝3.5 ＰＳ＝-0.013 。

【００５０】実施例１０ｒ₁= ∞ （瞳孔位置）ｄ₁=22.000 ｒ₂= ∞ ｄ₂=24.000 ｎ_d1 =1.5163 ｒ₃= ∞ ｄ₃= 0.500 ｒ₄= 177.140 （非球面）ｄ₄= 3.000 ｎ_d2 =1.5163 ｒ₅= -100.000 （反射面）ｄ₅= 3.000 ｎ_d3 =1.5163 ｒ₆= 177.140 （非球面）ｄ₆= 0.500 ｒ₇= ∞ ｄ₇=24.000 ｎ_d4 =1.5163 ｒ₈= ∞ ｄ₈= 9.640 ｒ₉= 像面（２次元表示素子）第４面（第６面）Ｋ =-1 A₄ =-0.623×10^-6 A₆ =A₈ =A₁₀= 0 ｜Ｆφ₃／ｎ₃ ²｜＝0.36 Ｒ／Ｆ＝3.6 ＰＳ＝-0.013 。

【００５１】実施例１１ｒ₁= ∞ （瞳孔位置）ｄ₁=22.000 ｒ₂= ∞ ｄ₂=24.000 ｎ_d1 =1.5163 ｒ₃= ∞ ｄ₃= 0.500 ｒ₄= 194.949 ｄ₄= 2.000 ｎ_d2 =1.5163 ｒ₅= -98.725 （反射面，非球面）ｄ₅= 2.000 ｎ_d3 =1.5163 ｒ₆= 194.949 ｄ₆= 0.500 ｒ₇= ∞ ｄ₇=24.000 ｎ_d4 =1.5163 ｒ₈= ∞ ｄ₈=10.290 ｒ₉= 像面（２次元表示素子）非球面係数第５面Ｋ =-1 A₄ = 0.655×10^-7 A₆ =A₈ =A₁₀= 0 ｜Ｆφ₃／ｎ₃ ²｜＝0.36 Ｒ／Ｆ＝3.5 ＰＳ＝-0.013 。

【００５２】実施例１２ｒ₁= ∞ （瞳孔位置）ｄ₁=22.000 ｒ₂= 30.533 ｄ₂= 1.000 ｎ_d1 =1.5163 ｒ₃= 19.611 ｄ₃= 5.000 ｒ₄= ∞ ｄ₄=24.000 ｎ_d2 =1.5163 ｒ₅= ∞ ｄ₅= 1.000 ｒ₆= 95.111 ｄ₆= 6.000 ｎ_d3 =1.8829 ｒ₇= -200.000 （反射面）ｄ₇= 6.000 ｎ_d4 =1.8829 ｒ₈= 95.111 ｄ₈= 1.000 ｒ₉= ∞ ｄ₉=24.000 ｎ_d5 =1.5163 ｒ₁₀= ∞ ｄ₁₀=15.280 ｒ₁₁= 像面（２次元表示素子）｜Ｆφ₃／ｎ₃ ²｜＝0.03 Ｒ／Ｆ＝6.9 ＰＳ＝-0.007 。

【００５３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、コンパクトでありながら、光学系のペッツバ
ール和を小さくでき、画像中心部から周辺部まで平坦性
の良い画像を提供できるので、観察者の眼の疲労感のな
い頭部装着式表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の頭部装着式表示装置の実施例１の断面
図である。

【図２】実施例２の断面図である。

【図３】実施例３の断面図である。

【図４】実施例４の断面図である。

【図５】実施例５の断面図である。

【図６】実施例６の断面図である。

【図７】実施例７の断面図である。

【図８】実施例８の断面図である。

【図９】実施例９の断面図である。

【図１０】実施例１０の断面図である。

【図１１】実施例１１の断面図である。

【図１２】実施例１２の断面図である。

【図１３】実施例１の接眼光学系の球面収差、非点収
差、歪曲収差及びコマ収差を示す収差図である。

【図１４】実施例２の接眼光学系の図１３と同様な収差
図である。

【図１５】実施例３の接眼光学系の図１３と同様な収差
図である。

【図１６】実施例４の接眼光学系の図１３と同様な収差
図である。

【図１７】実施例５の接眼光学系の図１３と同様な収差
図である。

【図１８】実施例６の接眼光学系の図１３と同様な収差
図である。

【図１９】実施例７の接眼光学系の図１３と同様な収差
図である。

【図２０】実施例８の接眼光学系の図１３と同様な収差
図である。

【図２１】実施例９の接眼光学系の図１３と同様な収差
図である。

【図２２】実施例１０の接眼光学系の図１３と同様な収
差図である。

【図２３】実施例１１の接眼光学系の図１３と同様な収
差図である。

【図２４】実施例１２の接眼光学系の図１３と同様な収
差図である。

【図２５】従来の１つの頭部装着式表示装置の断面図で
ある。

【図２６】従来の変形例の頭部装着式表示装置の断面図
である。

【図２７】図２５の接眼光学系の図１３と同様な収差図
である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】情報内容を表示する表示素子と、その表
示内容を光路中で結像することなしに眼球に虚像として
拡大投影する接眼光学系と、前記接眼光学系を眼球直前
に支持する支持手段とを備えた頭部装着式表示装置にお
いて、前記接眼光学系を半透過面を有する光学素子と、表面反
射鏡と、少なくとも１枚の正の屈折力を有するレンズ系
とで構成したことを特徴とする頭部装着式表示装置。
【請求項２】情報内容を表示する表示素子と、その表
示内容を光路中で結像することなしに眼球に虚像として
拡大投影する接眼光学系と、前記接眼光学系を眼球直前
に支持する支持手段とを備えた頭部装着式表示装置にお
いて、前記接眼光学系を半透過面を有する光学素子と、裏面反
射鏡とで構成したことを特徴とする頭部装着式表示装
置。