JPH09166759A - 画像表示装置 - Google Patents

画像表示装置

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JPH09166759A
JPH09166759A JP7329044A JP32904495A JPH09166759A JP H09166759 A JPH09166759 A JP H09166759A JP 7329044 A JP7329044 A JP 7329044A JP 32904495 A JP32904495 A JP 32904495A JP H09166759 A JPH09166759 A JP H09166759A
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JP
Japan
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optical system
eyepiece optical
image display
observer
image
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JP7329044A
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Koichi Takahashi
高橋浩一
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２つ以上の画像表示素子を用いて、小型、軽
量で、しかも、広画角、高解像で観察画面全体の画像が
明瞭に観察可能な頭部装着式画像表示装置。 【解決手段】 ２つの画像表示素子３、４と、それらに
よる画像をそれぞれ観察者の共通の片方の眼球７の前方
に虚像として拡大投影して眼球７に導く２つの接眼光学
系３、４とからなる画像表示装置であり、観察者側から
順に、第１接眼光学系３、第２接眼光学系４とした場
合、第１接眼光学系３、第２接眼光学系４何れもが凹面
鏡１２、２２を持ち、それら反射面は観察者視軸２に対
して傾くか又は偏心して配置されており、第１接眼光学
系３の凹面鏡１２は半透過面からなり、観察者視軸２方
向において、眼球７側に第１接眼光学系３が、眼球７と
反対側に第２接眼光学系４が前後して配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示装置に関
し、特に、小型、軽量でありながら広画角、高解像で画
像を観察することができる頭部又は顔面装着式画像表示
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、バーチャルリアリティ用あるいは
個人的に大画面の映像を楽しむことを目的として、ヘル
メット型、ゴーグル型の頭部又は顔面装着式画像表示装
置が開発されている。このタイプの画像表示装置は、頭
部に装着して観察する必要がある。そのため、観察者に
できるだけ肉体的負担をかけないためには、小型で軽量
であることが重要な条件である。一方、観察画角が大き
い程観察する画面が大画面になり、観察者に臨場感、没
入感等の感覚を強く与えることができる。したがって、
呈示する画角が広画角であることは、画像表示装置の重
要な条件である。
【０００３】広画角を実現するための従来の画像表示装
置として、米国特許第５，１５７，５０３号のものがあ
る。これは、２個以上の画像表示手段を組み合わせて、
観察画角を広くとるタイプの画像表示装置である。
【０００４】さらに、他の従来の画像表示装置として、
特開平６−３０８４２５号のものがある。これは、２個
以上の画像表示手段を組み合せ、接眼光学系が凸レンズ
で構成されているタイプの画像表示装置である。
【０００５】また、本出願人の先願（特開平７−７９３
９３号）のもののように、小型の表示素子を２つ並べ、
これらの画像をＶ字型に組み合わせたハーフミラーで１
つの繋がった画像に合成し、観察画角を広げるものもあ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、米国特
許第５，１５７，５０３号のものは、観察者の頭部に装
着できるような小型、軽量のものではなかった。また、
特開平６−３０８４２５号のものは、２つの画像表示素
子を観察者視軸に対して水平方向に並べているだけであ
るため、２つの画像の境界が見えやすい構成であり、観
察者の眼球位置がずれた場合は特にその境界領域が大き
く見えてしまい、分断された像を観察することとなる。
通常、観察者の眼幅は個人によって大きく異なるため、
全ての観察者が安定して観察することはできなかった。
【０００７】さらに、本出願人の先願（特開平７−７９
３９３号）では、２つの画像表示素子の画像を繋ぎ合わ
せるための２つのハーフミラーの接合面（稜線部）があ
るため、画面中央付近で暗くなったり、像が切れたりす
る危惧があった。
【０００８】本発明は従来技術のこのような問題に鑑み
てなされたものであり、その目的は、２つ以上の画像表
示素子を用いて、小型、軽量で、しかも、広画角、高解
像で観察画面全体の画像が明瞭に観察可能な頭部装着式
画像表示装置に好適な画像表示装置を提供することであ
る。
【０００９】さらに、もう１つの目的は、２つ以上の画
像表示素子を用いて、小型、軽量でありながら、広画
角、高解像で画像表示素子を観察でき、接眼光学系の光
学素子以外に特別な光学素子を用いることなく、画像表
示素子の画像と外界像を同時に、又は、単独に観察する
ことが可能な頭部装着式画像表示装置に好適な画像表示
装置を提供することである。
【００１０】さらに、もう１つの目的は、２つ以上の画
像表示素子を用いて、小型、軽量でありながら、広画
角、高解像で画像表示素子を観察でき、接眼光学系の光
学素子以外に特別な光学素子を用いることなく、画像表
示素子の画像と外界像を選択的に観察することが可能な
頭部装着式画像表示装置に好適な画像表示装置を提供す
ることでである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の第１の画像表示装置は、画像を表示する少なくとも
２つの画像表示素子と、前記の少なくとも２つの画像表
示素子によって形成された画像をそれぞれ観察者の共通
の片方の眼球の前方に虚像として拡大投影して前記眼球
に導く少なくとも２つの接眼光学系とからなる画像表示
装置において、前記の少なくとも２つの接眼光学系を、
観察者側から順に、第１接眼光学系、第２接眼光学系と
した場合、前記第１接眼光学系、第２接眼光学系何れも
が、少なくとも１つの正のパワーを有する反射面を持
ち、前記反射面は観察者視軸に対して傾くか又は偏心し
て配置されており、前記第１接眼光学系の前記の少なく
とも１つの正のパワーを有する反射面は、入射光の一部
が反射し、一部が透過する半透過面からなり、前記観察
者視軸方向において、前記眼球側に前記第１接眼光学系
が、前記眼球と反対側に前記第２接眼光学系が前後して
配設されていることを特徴とするものである。
【００１２】本発明の第２の画像表示装置は、画像を表
示する少なくとも２つの画像表示素子と、前記の少なく
とも２つの画像表示素子によって形成された画像をそれ
ぞれ観察者の共通の片方の眼球の前方に虚像として拡大
投影して前記眼球に導く少なくとも２つの接眼光学系と
からなる画像表示装置において、前記の少なくとも２つ
の接眼光学系を、観察者側から順に、第１接眼光学系、
第２接眼光学系とした場合、前記第１接眼光学系、第２
接眼光学系何れもが、少なくとも１つの正のパワーを有
する反射面を持ち、前記反射面は観察者視軸に対して傾
くか又は偏心して配置されており、各接眼光学系の前記
の少なくとも１つの正のパワーを有する反射面は、入射
光の一部が反射し、一部が透過する半透過面からなり、
前記観察者視軸方向において、前記眼球側に前記第１接
眼光学系が、前記眼球と反対側に前記第２接眼光学系が
前後して配設され、かつ、重ね合う領域において、外界
から入射する光束が第２接眼光学系及び第１接眼光学系
を順に介して観察者眼球に到達することを特徴とするも
のである。
【００１３】本発明の第３の画像表示装置は、画像を表
示する少なくとも２つの画像表示素子と、前記の少なく
とも２つの画像表示素子によって形成された画像をそれ
ぞれ観察者の共通の片方の眼球の前方に虚像として拡大
投影して前記眼球に導く少なくとも２つの接眼光学系と
からなる画像表示装置において、前記の少なくとも２つ
の接眼光学系を、観察者側から順に、第１接眼光学系、
第２接眼光学系とした場合、前記第１接眼光学系、第２
接眼光学系何れもが、少なくとも１つの正のパワーを有
する反射面を持ち、前記反射面は観察者視軸に対して傾
くか又は偏心して配置されており、各接眼光学系の前記
の少なくとも１つの正のパワーを有する反射面は、入射
光の一部が反射し、一部が透過する半透過面からなり、
第１の配置状態においては、前記観察者視軸に対して垂
直方向に、前記第１接眼光学系と第２接眼光学系は並べ
て配設され、第１の配置状態においては、前記観察者視
軸方向において、前記眼球側に前記第１接眼光学系が、
前記眼球と反対側に前記第２接眼光学系が前後して配設
されるようになっており、かつ、重ね合う領域におい
て、外界から入射する光束が第２接眼光学系及び第１接
眼光学系を順に介して観察者眼球に到達することを特徴
とするものである。
【００１４】以下に、本発明において上記のような構成
をとる理由と作用について説明する。広い観察画角を確
保するためには、大型の画像表示素子を利用することが
考えられる。しかし、本発明のように人間の頭部に装着
して観察する画像表示装置の場合には、その装置の重量
が観察者への負担を大きく左右することとなる。つま
り、大きくて重い画像表示装置では、観察者に負担がか
かるために長時間装着できない、あるいは、装置を装着
して体を動かすことが困難となってしまう。
【００１５】本発明の第１の画像表示装置においては、
画像を表示する少なくとも２つの画像表示素子と、この
少なくとも２つの画像表示素子によって形成された画像
をそれぞれ観察者の共通の片方の眼球の前方に虚像とし
て拡大投影してその眼球に導く少なくとも２つの接眼光
学系とからなる画像表示装置において、その少なくとも
２つの接眼光学系を、観察者側から順に、第１接眼光学
系、第２接眼光学系とした場合、第１接眼光学系、第２
接眼光学系何れもが、少なくとも１つの正のパワーを有
する反射面を持ち、その反射面は観察者視軸に対して傾
くか又は偏心して配置されており、第１接眼光学系の少
なくとも１つの正のパワーを有する反射面は、入射光の
一部が反射し、一部が透過する半透過面からなり、観察
者視軸方向において、眼球側に第１接眼光学系が、眼球
と反対側に第２接眼光学系が前後して配設されているよ
うにすることで、観察画角を大きくとることが可能とな
った。さらに、２つの画像表示素子の画像を合成する繋
ぎ目が観察者に認識できないような観察像としたため
に、強い臨場感を与えることができ、大画面でありなが
ら明瞭な観察像を観察者に提供することに成功したもの
である。
【００１６】図１を参照にしてこの発明を詳しく説明す
る。図１（ａ）は本発明の画像表示装置の側面図であ
り、図１（ｂ）は本発明の画像表示装置を観察者側から
みた斜視図である。図１において、１は観察者の片目の
瞳位置、２は観察者視軸、３は第１接眼光学系、４は第
２接眼光学系、５は第１画像表示素子、６は第２画像表
示素子、７は観察者の片目の眼球、１１は第１接眼光学
系３の第１面、１２は第１接眼光学系３の半透過面であ
り正パワーの第２面、１３は第１接眼光学系３の第３
面、２１は第２接眼光学系４の第１面、２２は第２接眼
光学系４の正パワーの反射面の第２面、２３は第２接眼
光学系４の第３面である。
【００１７】この第１接眼光学系３によって第１画像表
示素子５の画像を観察する場合の光線経路を説明する
と、第１画像表示素子５から発した光は第３面１３に入
射し、第１面１１で全反射して、第２面１２で反射され
て今度は第１面１１を透過して観察者瞳１を射出瞳とし
て観察者眼球７に入射される。
【００１８】同様に、第２接眼光学系４によって第２画
像表示素子６の画像を観察する場合の光線経路を説明す
ると、第２画像表示素子６らか発した光が第３面２３に
入射し、第１面２１で全反射して、第２面２２で反射さ
れて今度は第１面２１を透過し、さらに、第１接眼光学
系３の第２面１２、第１面１１を順に透過して観察者瞳
１を射出瞳として観察者眼球７に入射される。
【００１９】このようにして、２つの画像表示素子５、
６の画像は拡大された虚像として観察者の片方の眼球７
に投影され、２つの画像を１つに合成することで広画角
な観察像を実現することができる。
【００２０】２つの画像表示素子を観察する従来の技術
では、２つの画像表示素子に対応する光学系の接合部が
画像中心部に残存してしまうが、本発明の画像表示装置
では、２つの接眼光学系３、４を観察者視軸２方向の前
後に配設したことによって、第１接眼光学系３と第２接
眼光学系４によって形成される各観察像を合成するとき
に、観察像の繋ぎ目は発生しない。したがって、観察者
は広い画角で違和感のない自然な画像を観察することが
可能となる。
【００２１】上記において、それぞれの接眼光学系が観
察者視軸に対して傾くか又は偏心した少なくとも３面で
構成されたプリズム体とすること、すなわち、第１接眼
光学系３は、観察者視軸２に対して傾くか又は偏心した
第１面１１、第２面１２、第３面１３で囲まれその中が
屈折率が１より大きい透明媒質で満たされたプリズム体
とし、第２接眼光学系４も、観察者視軸２に対して傾く
か又は偏心した第１面２１、第２面２２、第３面２３で
囲まれその中が屈折率が１より大きい透明媒質で満たさ
れたプリズム体とすることで、光路を接眼光学系内で折
り畳むことができ、さらに、空気換算長が短くなること
になり、装置のより小型化が可能となる。また、同時
に、部品点数が少なくなり、構造の簡素化と製造のしや
すさにより、低価格化が可能になる。
【００２２】また、第１画像表示素子５と第２画像表示
素子６の向きは、お互いに異なる方向を向いていること
が装置の構成上有利に作用する。もしも、２つの画像表
示素子が同じ向きで同じ側に配備されたならば、２つの
画像表示素子がお互いに干渉する可能性が生じる。特
に、画像表示素子がＬＣＤ（液晶表示素子）のようにバ
ックライトや駆動回路基板を表示素子付近に配設する必
要がある場合には、これらの部品は表示面よりも大きい
ことが多いため、互いに干渉して頭部に装着することが
困難になる危惧が生じる。そのため、例えば、図１の配
置がそうであるように、第１画像表示素子５は表示面を
図の下に向け、第１接眼光学系３の上方に配設され、第
２画像表示素子６は表示面を図の上に向け、第２接眼光
学系４の下方に配設されるような構成にすることで、画
像表示素子又はその周辺機器の干渉を避けることが可能
となる。
【００２３】ところで、プリズム体を構成する３面の
中、少なくとも１面、望ましくは反射面は非球面である
ことが収差補正上有効である。これは、偏心するか又は
視軸から傾いて配置される反射面で発生するコマ収差、
特に高次コマ収差やコマフレアーを補正するために重要
な条件である。
【００２４】本発明のように、観察者眼球の前方に偏心
するかあるいは傾いた反射面を有するタイプの接眼光学
系を用いる画像表示装置においては、軸上においても反
射面に入射する光線が斜めになるため、反射鏡の中心軸
に複雑なコマ収差が発生する。この複雑なコマ収差は反
射面の傾き角が大きくなるに従って大きくなる。しかし
ながら、小型で広画角の画像表示装置を実現しようとす
ると、偏心量又は傾き角をある程度大きくしないと画像
表示素子と光路が干渉するため、広画角な観察像を確保
することが困難になる。そのため、広画角で小型の画像
表示装置になればなる程反射面の傾き角が大きくなり、
高次コマ収差の発生を如何に補正するかが重要な問題と
なる。
【００２５】このような複雑なコマ収差を補正するため
には、接眼光学系を構成する少なくとも１面、望ましく
は反射面を偏心した非球面とすることで、光学系のパワ
ーを視軸に対して非対称な構成にすることができ、さら
に軸外において非球面の効果を利用することができるた
め、軸上を含めたコマ収差の補正を有効に行うことが可
能となる。
【００２６】プリズム体を構成する３面の中、上記の少
なくとも１面はアナモルフィック面であることが収差補
正上有効である。つまり、後記するように、観察者の視
軸を原点から接眼光学系に向かう方向を正とするＺ軸、
観察者の視軸に直交し、観察者の眼球からみて上下方向
の下から上を正とするＹ軸、観察者の視軸に直交し、観
察者の眼球からみて左右方向の右から左を正とするＸ軸
と定義した場合、Ｙ−Ｚ面内の曲率半径とこの面と直交
するＸ−Ｚ面内の曲率半径が異なる面であることであ
る。
【００２７】この条件は、反射面が視軸に対して偏心あ
るいは傾いているために起こる収差を補正するための条
件である。一般に、球面が偏心していると、その面に入
射する光線は入射面内と入射面に直交する面内で光線に
対する曲率が異なる。このため、本発明のように観察者
眼球の前に反射面が視軸に対して偏心あるいは傾いて配
置されている接眼光学系では、観察画像中心に当たる視
軸上の観察像も上記理由により非点収差が発生する。こ
の軸上の非点収差を補正するためには、プリズム体を構
成する３面の中、少なくとも１面、望ましくは反射面の
曲率半径は入射面内とこれと直交する面内において異な
るものとすることが重要になる。
【００２８】また、プリズム体を構成する３面の中、上
記の少なくとも１面が自由曲面であれば、上述した非球
面又はアナモルフィック面による効果を満足することが
できるため、接眼光学系で発生する収差を有効に補正す
ることが可能である。
【００２９】ここで、自由曲面は下記式（１）で表現さ
れる曲面である。 ここで、ｘ，ｙ，ｚは直交座標を表し、Ｃnmは任意の係
数、ｋ，ｋ’も任意とする。
【００３０】なお、２つの接眼光学系によって形成され
る観察像を合成する場合に、２つの観察像が重なり合う
領域を有することによって、画像表示装置の装着の不具
合等によって、観察者視軸と画像表示装置の視軸が一致
しない場合、２つの観察像を繋ぎ合わせる部分の画像抜
けを防止することができる。
【００３１】また、２枚の画像表示素子を用いて１つの
画像を作り出しているため、実効的画素数が１枚の画素
数の約２倍となり、高解像化の効果も得られる。特に、
上記オーバーラップ領域は、画像が第１接眼光学系の第
２面で合成されたときに、画像表示素子の画素が互いに
半ピッチずれて表示されるように配置すると、一層高解
像効果が得られる。
【００３２】次に、本発明による第２の画像表示装置
は、第１のものに対して異なる部分のみを説明すると、
観察者側から順に、第１接眼光学系、第２接眼光学系と
した場合、各接眼光学系の少なくとも１つの正のパワー
を有する反射面は、入射光の一部が反射し、一部が透過
する半透過面からなり、重ね合う領域において、外界か
ら入射する光束が第２接眼光学系及び第１接眼光学系を
順に介して観察者眼球に到達するようにしたものであ
る。これによって、第１の発明と同様に、画像表示素子
の画像に関しては、水平方向の観察画角を大きくとるこ
とが可能となり、さらに、２つの画像表示素子の画像を
合成する繋ぎ目が観察者に認識できないような観察像と
したために、強い臨場感を与えることができる大画面と
なり、明瞭な観察像を観察者に提供することを可能にし
ている。さらに、この第２の発明では、外界像を観察す
ることを可能にする。又は、外界像と電子像（画像表示
素子の画像）を重畳して観察するいわゆるスーパーイン
ポーズを可能にすることに成功したものである。
【００３３】図２を参照にしてこの第２の画像表示装置
を説明する。図１と同様の部分は同じ番号で示してあ
る。第２接眼光学系４の第２面２２を半透過面としたこ
とで、図２（ｂ）において、右側の外界からの光束は、
まず、第２接眼光学系４の第２面２２に入射し、その第
１面２１を透過して第１接眼光学系４の第２面１２に入
射し、その第１面１１を透過して観察者瞳１に入射され
る。これによって、観察者は外界像を認識することがで
きる。
【００３４】外界の像だけを観察する場合には、画像表
示素子５、６の画像を消して、複合接眼光学系の眼球７
とは反対側に配置した液晶シャッターのような遮光手段
８を透過モードにする。また、電子像と外界像を重畳し
て観察するスーパーインポーズのときは、図２（ｃ）に
示すように、画像表示素子５、６の画像を表示し、遮光
手段８を透過モードとすることで可能となる。電子像の
みを観察する場合には、図２（ａ）に示すように遮光手
段８を遮光モードにすれば、図１の場合と同様にして画
像表示素子５、６の画像を重畳して観察できる。
【００３５】このような構成において、外界から画像表
示装置に入射して観察者眼球７に到達する光束に対して
第１接眼光学系３と第２接眼光学系４による合成パワー
（屈折力）が略ゼロになっていることが望ましい。この
ような構成によれば、外界からの光束は観察者の瞳１に
略平行光束として入射されるため、明瞭な外界像を観察
することができる。
【００３６】この第２の画像表示装置においても、第１
の画像表示装置と同様、少なくとも２つの接眼光学系
は、観察者視軸に対して傾くか又は偏心した少なくとも
３面で構成されたプリズム体からなることが望ましく、
また、少なくとも２つの画像表示素子は、互いに異なる
方向を向いて配設されていることが望ましく、さらに、
それらの少なくとも１つの反射面は、非球面であるこ
と、アナモルフィック面であること、あるいは、自由曲
面であることが望ましい。
【００３７】この第２の画像表示装置においては、接眼
光学系の観察者と反対側に遮光手段を配設することが、
外界像と電子像の切り換えをするために重要である。外
界像を観察したくない場合には、遮光手段によって光学
系に外界からの光が入射されないようにしなければ、い
つでも外界の光が眼球に入射するため、コントラストの
高い電子像を観察できなくなる。逆に、外界像のみを観
察したい場合には、画像表示素子に画像を表示させず、
遮光手段を透過モードにすることで実現できる。
【００３８】本発明の第３の画像表示装置においては、
少なくとも２つの接眼光学系は観察者視軸方向に重ね合
うように、全てがあるいは何れか１つを移動可能とする
ことで、観察者に外界像を観察可能とする。図３を参照
してこの画像表示装置を説明する。
【００３９】画像表示素子５、６の画像を観察する場合
には、２つの接眼光学系３、４は、図３（ａ）のよう
に、観察者に対して水平方向に並べて配設され、観察者
視軸方向には重なりあった領域を持たないように構成さ
れている。この場合、第１接眼光学系３、第２接眼光学
系４はそれぞれ観察者瞳１を射出瞳として観察者眼球に
画像表示素子５、６の画像を投影している。したがっ
て、観察者は水平方向に２つの画面が繋がった大きい画
面を観察することができる。
【００４０】そして、観察者が外界を観察したい場合に
は、図３（ｂ）の通り、２つの接眼光学系３、４を観察
者視軸方向に前後に重なり合うように移動させ、図３
（ｃ）に示すように、２つの接眼光学系３、４を通して
外界からの光束を観察者眼球に導く構成となる。
【００４１】このとき、外界から画像表示装置に入射し
て観察者眼球に到達する光束に対して、第１接眼光学系
３と第２接眼光学系４による合成パワーが略ゼロになっ
ていることが望ましい。このような構成によれば、外界
からの光束は観察者の瞳１に略平行光束として入射され
るため、明瞭な外界像を観察することができる。
【００４２】また、接眼光学系を移動した後に、第１接
眼光学系の光軸と観察者の視軸とが一致していれば、第
１画像表示素子に画像を表示し、第２画像表示素子の表
示を消すことにより、第１画像表示素子の画像を明瞭に
観察することが可能である。また、外界からの光束が入
射されるようになっていれば、外界像と電子像を重畳さ
せて観察するスーパーインポーズが可能となる。当然、
この場合には、第１画像表示素子に表示する画像は、２
つ以上の画像表示素子を用いていたときとは異なった画
像とすることが望ましい。例えば、２枚用いているとき
は、観察画面の左側６０パーセントの領域を表示させ、
移動後１枚のみの表示のときは、画面中心が画像の中心
となるような画像に切り換える。それによって、通常の
電子像観察時もスーパーインポーズ時も、画像の中心を
視野の中心として観察できることになる。
【００４３】この第３の画像表示装置においても、第１
の画像表示装置と同様、少なくとも２つの接眼光学系
は、観察者視軸に対して傾くか又は偏心した少なくとも
３面で構成されたプリズム体からなることが望ましく、
また、少なくとも２つの画像表示素子は、互いに異なる
方向を向いて配設されていることが望ましく、さらに、
それらの少なくとも１つの反射面は、非球面であるこ
と、アナモルフィック面であること、あるいは、自由曲
面であることが望ましい。また、第２の画像表示装置と
同様、接眼光学系の観察者と反対側に遮光手段を配設す
ることが、外界像と電子像の切り換えをするために重要
である。
【００４４】以上の画像表示装置において、画像表示素
子と接眼光学系を観察者頭部に対して位置決めする手段
を有することによって、観察者は安定した画像を観察す
ることが可能となる。
【００４５】また、画像表示素子と接眼光学系を観察者
頭部に対して位置決めする手段を有し、観察者頭部に装
着できるようにすることによって、観察者は自由な観察
姿勢や観察方向で画像を観察することが可能となる。
【００４６】また、少なくとも２組のこのような画像表
示装置を一定の間隔で支持する支持手段を有することに
よって、観察者は左右両眼で楽に観察することが可能と
なる。また、左右の画像表示装置の画像表示面に視差を
与えた画像を表示し、両眼でそれらを観察することによ
って立体像を楽しむことが可能となる。
【００４７】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の画像表示装置の
実施例１から３について、図面を参照して説明する。各
実施例の構成パラメータは後記するが、以下の説明にお
いて、面番号は、観察者の瞳位置１から接眼光学系３、
４へ向う逆追跡の面番号として示してある。そして、座
標の取り方は、図４に示すように、観察者の虹彩位置１
を原点とし、観察者視軸２を原点から接眼光学系３、４
に向かう方向を正とするＺ軸、観察者視軸２に直交し、
観察者眼球から見て上下方向の下から上を正とするＹ
軸、観察者視軸２に直交し、観察者眼球からみて左右方
向の右から左を正とするＸ軸と定義する。つまり、後記
する図４（ａ）の紙面内をＹーＺ面とし、紙面と垂直方
向の面をＸ−Ｚ面とする。また、光軸は紙面のＹ−Ｚ面
内で折り曲げられるものとする。
【００４８】そして、後記する構成パラメータ中におい
て、偏心量Ｙ，Ｚと傾き角θが記載されている面につい
ては、基準面である１面（瞳位置１）からのその面の面
頂のＹ軸方向、Ｚ軸方向の偏心量、及び、その面の中心
軸のＺ軸からの傾き角を意味し、その場合、θが正は反
時計回りを意味する。なお、面間隔に意味はない。
【００４９】また、各面において、非回転対称な非球面
形状は、その面を規定する座標上で、Ｒy 、Ｒx はそれ
ぞれＹ−Ｚ面（紙面）内の近軸曲率半径、Ｘ−Ｚ面内で
の近軸曲率半径、Ｋx 、Ｋy はそれぞれＸ−Ｚ面、Ｙ−
Ｚ面内の円錐係数、ＡＲ、ＢＲはそれぞれＺ軸に対して
回転対称な４次、６次の非球面係数、ＡＰ、ＢＰはそれ
ぞれＺ軸に対して回転非対称な４次、６次の非球面係数
とすると、非球面式は以下に示す通りである。
【００５０】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＋Ｂ
Ｒ［ (1-ＢＰ) Ｘ2+( 1+ＢＰ) Ｙ2 ］3 また、各面において、回転対称な非球面形状は、Ｒは近
軸曲率半径、Ｋは円錐係数、Ａ、Ｂはそれぞれ４次、６
次の非球面係数、ｈはｈ2 ＝Ｘ2 ＋Ｙ2 とすると、非球
面式は以下に示す通りである。 Ｚ =（ｈ2/Ｒ）／［1+｛ 1-(1+Ｋ) ( ｈ2/Ｒ2)｝1/2 ］
＋Ａｈ2 ＋Ｂｈ6 なお、面と面の間の媒質の屈折率はｄ線の屈折率で表
す。長さの単位はｍｍである。
【００５１】図４、図５〜図６、図７にそれぞれ実施例
１〜３の単眼用の画像表示装置の断面図を示す。それぞ
れの断面図において、図中、１は観察者の瞳位置、２は
観察者視軸、３は第１接眼光学系、４は第２接眼光学
系、５は第１画像表示素子、６は第２画像表示素子、１
１は第１接眼光学系の第１面、１２は第１接眼光学系の
半透過面である第２面、１３は第１接眼光学系の第３
面、２１は第２接眼光学系の第１面、２２は第２接眼光
学系の反射面あるいは半透過面の第２面、２３は第２接
眼光学系の第３面である。
【００５２】これら実施例における実際の光線経路は、
実施例１を例にとると次のようになる。第１接眼光学系
３では、第１画像表示素子５から発した光線束は、第１
接眼光学系３の第３面１３で屈折して第１接眼光学系３
に入射し、第１面１１で内部反射し、第２面１２で反射
されて再び第１面１１で屈折して第１接眼光学系３を射
出し、観察者の瞳の虹彩位置又は眼球の回旋中心を射出
瞳１として観察者の眼球内に投影される。
【００５３】一方、第２接眼光学系では、第２画像表示
素子６から発した光線束は、第２接眼光学系４の第３面
２３で屈折して第２接眼光学系４に入射し、第１面２１
で内部反射し、第２面２２で反射されて再び第１面２１
で屈折して第２接眼光学系４を射出し、第１接眼光学系
３の第２面１２で屈折して第１接眼光学系３に入射し、
第１面１１で屈折して第１接眼光学系３を射出し、観察
者の瞳の虹彩位置又は眼球の回旋中心を射出瞳１として
観察者の眼球内に投影される。
【００５４】〔実施例１〕この実施例は本発明の第１の
画像表示装置に対応する実施例で、図４（ａ）は画像表
示素子５、６の画像を観察する場合のＹ−Ｚ断面の光路
図、図４（ｂ）は画像表示素子５の画像を観察する場合
の第１接眼光学系３のＸ−Ｚ断面光路図、図４（ｃ）は
画像表示素子６の画像を観察する場合の第２接眼光学系
４のＸ−Ｚ断面光路図である。この実施例は、２つの画
像表示素子５、６、２つの接眼光学系３、４を用い、そ
れぞれ観察者側から第１画像表示素子５、第２画像表示
素子６、第１接眼光学系３、第２接眼光学系４とし、そ
れぞれの射出瞳径は４ｍｍ、第１接眼光学系３の設定画
角は、水平方向左側２２．５°、右側３７．５°、垂直
方向４６．７°であり、第２接眼光学系４の設定画角
は、水平方向左側３７．５°、右側２２．５°、垂直４
６．７°であり、両方の画像によって観察画角は水平７
５°（オーバーラップ領域４５°）、垂直４６．７°と
なる。また、それぞれの画像表示素子５、６の画面アス
ペクト比は３：４とし、２つの画像を重ね合わせたとき
の画像はアスペクト比９：１６になるように設定されて
いる。
【００５５】〔実施例２〕この実施例は本発明の第２の
画像表示装置に対応する実施例で、図５（ａ）は画像表
示素子５、６の画像を観察する場合のＹ−Ｚ断面の光路
図、図５（ｂ）は外界の像を観察する場合のＹ−Ｚ断面
の光路図、図６（ａ）は画像表示素子５の画像を観察す
る場合の第１接眼光学系３のＸ−Ｚ断面光路図、図６
（ｂ）は画像表示素子６の画像を観察する場合の第２接
眼光学系４のＸ−Ｚ断面光路図である。この実施例は、
２つの画像表示素子５、６、２つの接眼光学系３、４を
用い、それぞれ観察者側から第１画像表示素子５、第２
画像表示素子６、第１接眼光学系３、第２接眼光学系４
とし、それぞれの射出瞳径は４ｍｍ、第１接眼光学系３
の設定画角は、水平方向左側１３．４５°、右側４０
°、垂直方向４１．３８°であり、第２接眼光学系４の
設定画角は、水平方向左側４０°、右側１３．４５°、
垂直４１．３８°であり、両方の画像によって観察画角
は水平８０°（オーバーラップ領域２６．９°）、垂直
４１．３８°となる。また、それぞれの画像表示素子
５、６の画面のアスペクト比は３：４とし、２つの画像
を重ね合わせたときの画面はアスペクト比９：２０とな
るように設定されている。
【００５６】実際の使用においては、図２に示すよう
に、接眼光学系３、４の外側に液晶シャッター等の遮光
手段８を配備し、第１接眼光学系３の第２面１２、第２
接眼光学系４の第２面２２をハーフミラーとした接眼光
学系となる。そして、画像表示素子５、６の画像を表示
し、遮光手段８で遮光することで、２つの画像表示素子
５、６による広い画角の画像を観察することができる。
また、画像表示素子５、６の画像を消し、遮光手段８を
透過状態にすることで、外界像を観察することができ
る。さらに、画像表示素子５、６に画像を表示して、遮
光手段８を透過状態にすることで、スーパーインポーズ
にすることが可能となる。
【００５７】〔実施例３〕この実施例は本発明の第３の
画像表示装置に対応する実施例で、図７（ａ）は画像表
示素子５の画像を観察する場合の第１接眼光学系３のＹ
−Ｚ断面光路図、図７（ｂ）は画像表示素子６の画像を
観察する場合の第２接眼光学系４のＹ−Ｚ断面光路図、
図７（ｃ）は外界の像を観察する場合のＹ−Ｚ断面の光
路図である。この実施例は、２つの画像表示素子５、
６、２つの接眼光学系３、４を用い、それぞれの接眼光
学系３、４が移動した場合に、観察者側から、第１画像
表示素子５、第２画像表示素子６、第１接眼光学系３、
第２接眼光学系４とし、それぞれの射出瞳径は４ｍｍ、
第１接眼光学系３、第２接眼光学系４の設定画角は、水
平方向４５°、垂直方向３４．５２°であり、両方の画
像によって観察画角は水平９０°、垂直３４．５２°と
なる。これら２つの接眼光学系３、４は観察者に対して
水平方向に並んで配備され、また、それぞれの画像表示
素子５、６の画面のアスペクト比は３：４とし、２つの
画像を重ね合わせたときの画面はアスペクト比約１：３
となるように設定されている。
【００５８】実際の使用においては、図３（ｃ）に示す
ように、接眼光学系３、４の外側に液晶シャッター等の
遮光手段８を配備し、第１接眼光学系３の第２面１２、
第２接眼光学系４の第２面２２をハーフミラーとした接
眼光学系となる。そして、画像表示素子５、６に画像を
表示し、遮光手段８で遮光することで、２つの画像表示
素子５、６による広い画角の画像を観察できる。また、
画像表示素子５、６の画像を消し、遮光手段８を透過状
態にすることで、外界像を観察することができる。さら
に、画像表示素子５、６に画像を表示して、遮光手段８
を透過状態にすることで、スーパーインポーズにするこ
とが可能となる。次に、上記実施例１〜３の構成パラメ
ータを示す。
【００５９】 実施例１−第１接眼光学系 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞（瞳） ２ Ｒy -203.318 1.4922 57.50 Ｒx -63.325 Ｙ -15.000 θ 5.06° Ｋy 14.069437 Ｚ 23.433 Ｋx -0.618080 ＡＲ 0.602211 ×10-8 ＢＲ 0.600654 ×10-14 ＡＰ 0.786276 ×101 ＢＰ -0.219167 ×102 ３ Ｒy -46.766 1.4922 57.50 Ｒx -44.155 Ｙ -22.538 θ -48.51° Ｋy -1.363622 Ｚ 17.093 Ｋx -0.544728 ＡＲ 0.731267 ×10-9 ＢＲ -0.348254 ×10-9 ＡＰ -0.643072 ×101 ＢＰ 0.125660 ×10-1 ４ Ｒy -203.318 1.4922 57.50 Ｒx -63.325 Ｙ -15.000 θ 5.06° Ｋy 14.069437 Ｚ 23.433 Ｋx -0.618080 ＡＲ 0.602211 ×10-8 ＢＲ 0.600654 ×10-14 ＡＰ 0.786276 ×101 ＢＰ -0.219167 ×102 ５ Ｒy 24.457 Ｙ 24.086 θ 63.12° Ｒx -53.582 Ｚ 23.763 Ｋy 2.566749 Ｋx 0 ＡＲ -0.418986 ×10-4 ＢＲ -0.203721 ×10-7 ＡＰ 0.929782 ＢＰ 0.194784 ×101 ６ （画像表示素子） Ｙ 27.201 θ 58.92° Ｚ 26.523 。
【００６０】 実施例１−第２接眼光学系 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞（瞳） ２ Ｒy -203.318 1.4922 57.50 Ｒx -63.325 Ｙ -15.000 θ 5.06° Ｋy 14.069437 Ｚ 23.433 Ｋx -0.618080 ＡＲ 0.602211 ×10-8 ＢＲ 0.600654 ×10-14 ＡＰ 0.786276 ×101 ＢＰ -0.219167 ×102 ３ Ｒy -46.766 Ｙ -22.538 θ -48.51° Ｒx -44.155 Ｚ 17.093 Ｋy -1.363622 Ｋx -0.544728 ＡＲ 0.731267 ×10-9 ＢＲ -0.348254 ×10-9 ＡＰ -0.643072 ×101 ＢＰ 0.125660 ×10-1 ４ Ｒy -138.155 1.4922 57.50 Ｒx -98.368 Ｙ -3.763 θ -18.90° Ｋy 0 Ｚ 31.508 Ｋx 0 ＡＲ 0.164836 ×10-5 ＢＲ -0.328974 ×10-9 ＡＰ -0.337850 ＢＰ -0.375061 ５ Ｒy -67.244 1.4922 57.50 Ｒx -63.153 Ｙ 17.589 θ 30.35° Ｋy 0.108357 Ｚ 41.224 Ｋx -0.578437 ＡＲ 0.421859 ×10-6 ＢＲ -0.789593 ×10-10 ＡＰ 0.284933 ＢＰ -0.242407 ×10-1 ６ Ｒy -138.155 1.4922 57.50 Ｒx -98.368 Ｙ -3.763 θ -18.90° Ｋy 0 Ｚ 31.508 Ｋx 0 ＡＲ 0.164836 ×10-5 ＢＲ -0.328974 ×10-9 ＡＰ -0.337850 ＢＰ -0.375061 ７ 106.761 Ｙ -24.154 θ -67.27° Ｚ 25.000 ９ （画像表示素子） Ｙ -24.456 θ -71.94° Ｚ 35.896 。
【００６１】 実施例２−第１接眼光学系 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞（瞳） ２ Ｒy -275.138 1.4922 57.50 Ｒx -60.090 Ｙ -14.777 θ 0 ° Ｋy 15.022015 Ｚ 25.384 Ｋx -1.445549 ＡＲ 0.917884 ×10-8 ＢＲ 0.139020 ×10-12 ＡＰ 0.557985 ×101 ＢＰ -0.105788 ×102 ３ Ｒy -51.403 1.4922 57.50 Ｒx -44.032 Ｙ -26.016 θ -53.08° Ｋy -1.602265 Ｚ 17.347 Ｋx -0.675239 ＡＲ -0.126982 ×10-8 ＢＲ -0.239842 ×10-9 ＡＰ 0.612960 ×101 ＢＰ -0.343498 ×10-1 ４ Ｒy -275.138 1.4922 57.50 Ｒx -60.090 Ｙ -14.777 θ 0 ° Ｋy 15.022015 Ｚ 25.384 Ｋx -1.445549 ＡＲ 0.917884 ×10-8 ＢＲ 0.139020 ×10-12 ＡＰ 0.557985 ×101 ＢＰ -0.105788 ×102 ５ Ｒy 47.332 Ｙ 25.381 θ 61.16° Ｒx 88.501 Ｚ 27.583 Ｋy 7.819616 Ｋx 1.099933 ＡＲ -0.384408 ×10-4 ＢＲ -0.412788 ×10-9 ＡＰ 0.590748 ＢＰ -0.131359 ×101 ６ （画像表示素子） Ｙ 27.629 θ 42.83° Ｚ 34.581 。
【００６２】 実施例２−第２接眼光学系 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞（瞳） ２ Ｒy -275.138 1.4922 57.50 Ｒx -60.090 Ｙ -14.777 θ 0 ° Ｋy 15.022015 Ｚ 25.384 Ｋx -1.445549 ＡＲ 0.917884 ×10-8 ＢＲ 0.139020 ×10-12 ＡＰ 0.557985 ×101 ＢＰ -0.105788 ×102 ３ Ｒy -51.403 Ｙ -26.016 θ -53.08° Ｒx -44.032 Ｚ 17.347 Ｋy -1.602265 Ｋx -0.675239 ＡＲ -0.126982 ×10-8 ＢＲ -0.239842 ×10-9 ＡＰ 0.612960 ×101 ＢＰ -0.343498 ×10-1 ４ Ｒy -54.146 1.4922 57.50 Ｒx -113.535 Ｙ -0.593 θ -21.97° Ｋy 0 Ｚ 37.326 Ｋx 0 ＡＲ 0.456498 ×10-5 ＢＲ -0.244889 ×10-8 ＡＰ 0.618116 ＢＰ 0.805950 ５ Ｒy -60.241 1.4922 57.50 Ｒx -66.945 Ｙ 24.783 θ 36.90° Ｋy 0 Ｚ 43.446 Ｋx 0 ＡＲ -0.156377 ×10-8 ＢＲ 0.124499 ×10-10 ＡＰ 0.118074 ×102 ＢＰ 0.133342 ×101 ６ Ｒy -54.146 1.4922 57.50 Ｒx -113.535 Ｙ -0.593 θ -21.97° Ｋy 0 Ｚ 37.326 Ｋx 0 ＡＲ 0.456498 ×10-5 ＢＲ -0.244889 ×10-8 ＡＰ 0.618116 ＢＰ 0.805950 ７ Ｒy 85.685 Ｙ -20.894 θ -80.32° Ｒx -20.944 Ｚ 25.000 Ｋy 0 Ｋx 0 ＡＲ 0.278876 ×10-4 ＢＲ -0.281875 ×10-8 ＡＰ -0.883411 ＢＰ 0 ８ （画像表示素子） Ｙ -23.546 θ -87.63° Ｚ 38.058 。
【００６３】 実施例３−第１接眼光学系 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞（瞳） ２ Ｒy -87.719 1.4922 57.50 Ｒx -81.032 Ｙ -2.934 θ 0 ° Ｋy 0 Ｚ 23.049 Ｋx 0 ＡＲ -0.133252 ×10-5 ＢＲ 0.181740 ×10-11 ＡＰ -0.102997 ×101 ＢＰ 0.573932 ×101 ３ Ｒy -40.507 1.4922 57.50 Ｒx -53.091 Ｙ -16.956 θ -52.97° Ｋy -1.512362 Ｚ 18.381 Ｋx 1.390351 ＡＲ -0.437876 ×10-7 ＢＲ -0.118164 ×10-10 ＡＰ 0.380140 ×101 ＢＰ -0.358216 ×101 ４ Ｒy -87.719 1.4922 57.50 Ｒx -81.032 Ｙ -2.934 θ 0 ° Ｋy 0 Ｚ 23.049 Ｋx 0 ＡＲ -0.133252 ×10-5 ＢＲ 0.181740 ×10-11 ＡＰ -0.102997 ×101 ＢＰ 0.573932 ×101 ５ Ｒy -68.761 Ｙ 30.056 θ 59.79° Ｒx 45.068 Ｚ 21.926 Ｋy 0 Ｋx 0 ＡＲ 0.748368 ×10-8 ＢＲ -0.157038 ×10-7 ＡＰ -0.142627 ×102 ＢＰ 0.100000 ×10-9 ６ （画像表示素子） Ｙ 35.155 θ 69.55° Ｚ 27.327 。
【００６４】 実施例３−第２接眼光学系 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞（瞳） ２ Ｒy -60.023 1.4922 57.50 Ｒx -57.132 Ｙ -11.970 θ -48.68° Ｋy 0 Ｚ 23.601 Ｋx 0 ＡＲ 0.152098 ×10-5 ＢＲ 0.344260 ×10-10 ＡＰ 0.151248 ＢＰ -0.217446 ×101 ３ -61.296 1.4922 57.50 Ｙ 43.021 θ 46.39° Ｚ 33.401 ４ Ｒy -60.023 1.4922 57.50 Ｒx -57.132 Ｙ -11.970 θ -48.68° Ｋy 0 Ｚ 23.601 Ｋx 0 ＡＲ 0.152098 ×10-5 ＢＲ 0.344260 ×10-10 ＡＰ 0.151248 ＢＰ -0.217446 ×101 ５ 121.553 Ｙ -18.641 θ -99.70° Ｚ 20.270 ６ （画像表示素子） Ｙ -25.295 θ -103.64° Ｚ 28.397 。
【００６５】以上、本発明の画像表示装置を実施例に基
づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定
されず種々の変形が可能である。本発明の画像表示装置
を頭部装着式画像表示装置（ＨＭＤ）３１として構成す
るには、図８（ａ）に断面図、同図（ｂ）に斜視図を示
すように、例えばヘッドバンド３０を取り付けて観察者
の頭部に装着して使用する。この場合は、図２の第２の
画像表示装置を用いている。
【００６６】以上の本発明の画像表示装置は例えば次の
ように構成することができる。 〔１〕 画像を表示する少なくとも２つの画像表示素子
と、前記の少なくとも２つの画像表示素子によって形成
された画像をそれぞれ観察者の共通の片方の眼球の前方
に虚像として拡大投影して前記眼球に導く少なくとも２
つの接眼光学系とからなる画像表示装置において、前記
の少なくとも２つの接眼光学系を、観察者側から順に、
第１接眼光学系、第２接眼光学系とした場合、前記第１
接眼光学系、第２接眼光学系何れもが、少なくとも１つ
の正のパワーを有する反射面を持ち、前記反射面は観察
者視軸に対して傾くか又は偏心して配置されており、前
記第１接眼光学系の前記の少なくとも１つの正のパワー
を有する反射面は、入射光の一部が反射し、一部が透過
する半透過面からなり、前記観察者視軸方向において、
前記眼球側に前記第１接眼光学系が、前記眼球と反対側
に前記第２接眼光学系が前後して配設されていることを
特徴とする画像表示装置。
【００６７】〔２〕 前記の少なくとも２つの接眼光学
系は、前記観察者視軸に対して傾くか又は偏心した少な
くとも３面で構成されたプリズム体からなることを特徴
とする上記〔１〕記載の画像表示装置。
【００６８】〔３〕 前記の少なくとも２つの画像表示
素子は、互いに異なる方向を向いて配設されていること
を特徴とする上記〔１〕記載の画像表示装置。
【００６９】〔４〕 前記の少なくとも１つの反射面
は、非球面であることを特徴とする上記〔１〕記載の画
像表示装置。
【００７０】〔５〕 前記の少なくとも１つの反射面
は、アナモルフィック面であることを特徴とする上記
〔４〕記載に画像表示装置。
【００７１】〔６〕 前記の少なくとも１つの反射面
は、自由曲面であることを特徴とする上記〔４〕記載の
画像表示装置。
【００７２】〔７〕 画像を表示する少なくとも２つの
画像表示素子と、前記の少なくとも２つの画像表示素子
によって形成された画像をそれぞれ観察者の共通の片方
の眼球の前方に虚像として拡大投影して前記眼球に導く
少なくとも２つの接眼光学系とからなる画像表示装置に
おいて、前記の少なくとも２つの接眼光学系を、観察者
側から順に、第１接眼光学系、第２接眼光学系とした場
合、前記第１接眼光学系、第２接眼光学系何れもが、少
なくとも１つの正のパワーを有する反射面を持ち、前記
反射面は観察者視軸に対して傾くか又は偏心して配置さ
れており、各接眼光学系の前記の少なくとも１つの正の
パワーを有する反射面は、入射光の一部が反射し、一部
が透過する半透過面からなり、前記観察者視軸方向にお
いて、前記眼球側に前記第１接眼光学系が、前記眼球と
反対側に前記第２接眼光学系が前後して配設され、か
つ、重ね合う領域において、外界から入射する光束が第
２接眼光学系及び第１接眼光学系を順に介して観察者眼
球に到達することを特徴とする画像表示装置。
【００７３】〔８〕 重ね合う領域においては、外界か
ら入射して前記観察者眼球に到達する光束に対して、前
記第１接眼光学系と前記第２接眼光学系による合成パワ
ーが略ゼロであることを特徴とする上記〔７〕記載の画
像表示装置。
【００７４】
〔９〕 前記の少なくとも２つの接眼光学
系は、前記観察者視軸に対して傾くか又は偏心した少な
くとも３面で構成されたプリズム体からなることを特徴
とする上記〔７〕記載の画像表示装置。
【００７５】〔１０〕 前記の少なくとも２つの画像表
示素子は、互いに異なる方向を向いて配設されているこ
とを特徴とする上記〔７〕記載の画像表示装置。
【００７６】〔１１〕 前記の少なくとも１つの反射面
は、非球面であることを特徴とする上記〔７〕記載の画
像表示装置。
【００７７】〔１２〕 前記の少なくとも１つの反射面
は、アナモルフィック面であることを特徴とする上記
〔１１〕記載に画像表示装置。
【００７８】〔１３〕 前記の少なくとも１つの反射面
は、自由曲面であることを特徴とする上記〔１１〕記載
の画像表示装置。
【００７９】〔１４〕 前記の少なくとも２つの接眼光
学系の観察者と反対側の外側には遮光手段が配設されて
いることを特徴とする上記〔７〕記載の画像表示装置。
【００８０】〔１５〕 画像を表示する少なくとも２つ
の画像表示素子と、前記の少なくとも２つの画像表示素
子によって形成された画像をそれぞれ観察者の共通の片
方の眼球の前方に虚像として拡大投影して前記眼球に導
く少なくとも２つの接眼光学系とからなる画像表示装置
において、前記の少なくとも２つの接眼光学系を、観察
者側から順に、第１接眼光学系、第２接眼光学系とした
場合、前記第１接眼光学系、第２接眼光学系何れもが、
少なくとも１つの正のパワーを有する反射面を持ち、前
記反射面は観察者視軸に対して傾くか又は偏心して配置
されており、各接眼光学系の前記の少なくとも１つの正
のパワーを有する反射面は、入射光の一部が反射し、一
部が透過する半透過面からなり、第１の配置状態におい
ては、前記観察者視軸に対して垂直方向に、前記第１接
眼光学系と第２接眼光学系は並べて配設され、第２の配
置状態においては、前記観察者視軸方向において、前記
眼球側に前記第１接眼光学系が、前記眼球と反対側に前
記第２接眼光学系が前後して配設されるようになってお
り、かつ、重ね合う領域において、外界から入射する光
束が第２接眼光学系及び第１接眼光学系を順に介して観
察者眼球に到達することを特徴とする画像表示装置。
【００８１】〔１６〕 前記の第２の配置状態におい
て、重ね合う領域においては、外界から入射して前記観
察者眼球に到達する光束に対して、前記第１接眼光学系
と前記第２接眼光学系による合成パワーが略ゼロである
ことを特徴とする上記〔１５〕記載の画像表示装置。
【００８２】〔１７〕 前記の第２の配置状態におい
て、重ね合う領域においては、前記第１接眼光学系の画
像は維持し、前記第２接眼光学系の映像は消することを
特徴とする上記〔１５〕記載の画像表示装置。
【００８３】〔１８〕 前記の少なくとも２つの接眼光
学系は、前記観察者視軸に対して傾くか又は偏心した少
なくとも３面で構成されたプリズム体からなることを特
徴とする上記〔１５〕記載の画像表示装置。
【００８４】〔１９〕 前記の少なくとも２つの画像表
示素子は、互いに異なる方向を向いて配設されているこ
とを特徴とする上記〔１５〕記載の画像表示装置。
【００８５】〔２０〕 前記の少なくとも１つの反射面
は、非球面であることを特徴とする上記〔１５〕記載の
画像表示装置。
【００８６】〔２１〕 前記の少なくとも１つの反射面
は、アナモルフィック面であることを特徴とする上記
〔２０〕記載に画像表示装置。
【００８７】〔２２〕 前記の少なくとも１つの反射面
は、自由曲面であることを特徴とする上記〔２０〕記載
の画像表示装置。
【００８８】〔２３〕 前記の少なくとも２つの接眼光
学系の観察者と反対側の外側には遮光手段が配設されて
いることを特徴とする上記〔１５〕記載の画像表示装
置。
【００８９】〔２４〕 前記画像表示素子と前記接眼光
学系を前記観察者頭部に対して位置決めする位置決め手
段を有することを特徴とする上記〔１〕から〔２３〕の
何れか１項記載の画像表示装置。
【００９０】〔２５〕 前記画像表示素子と前記接眼光
学系を前記観察者頭部に対して支持する支持手段を有
し、前記観察者頭部に装着できることを特徴とする上記
〔１〕から〔２４〕の何れか１項記載の画像表示装置。
【００９１】〔２６〕 前記画像表示装置の少なくとも
２組を一定の間隔で支持する支持手段を有することを特
徴とする上記〔１〕から〔２５〕の何れか１項記載の画
像表示装置。
【００９２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の画像表示装置によると、広い観察画角で小型軽量な画
像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】本発明の第１の画像表示装置の構成と作用を説
明するための図である。
【図２】本発明の第２の画像表示装置の構成と作用を説
明するための図である。
【図３】本発明の第３の画像表示装置の構成と作用を説
明するための図である。
【図４】実施例１の画像表示装置の断面図である。
【図５】実施例２の画像表示装置の断面図である。
【図６】実施例２のそれぞれの画像表示素子の画像を観
察する場合の断面図である。
【図７】実施例３の画像表示装置の断面図である。
【図８】本発明による頭部装着式画像表示装置の断面図
と斜視図である。
【符号の説明】
１…観察者の片目の瞳位置（射出瞳） ２…観察者視軸 ３…第１接眼光学系 ４…第２接眼光学系 ５…第１画像表示素子 ６…第２画像表示素子 ７…観察者の片目の眼球 ８…遮光手段 １１…第１接眼光学系の第１面 １２…第１接眼光学系の第２面 １３…第１接眼光学系の第３面 ２１…第２接眼光学系の第１面 ２２…第２接眼光学系の第２面 ２３…第２接眼光学系の第３面 ３０…ヘッドバンド ３１…頭部装着式画像表示装置（ＨＭＤ）

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像を表示する少なくとも２つの画像表
    示素子と、前記の少なくとも２つの画像表示素子によっ
    て形成された画像をそれぞれ観察者の共通の片方の眼球
    の前方に虚像として拡大投影して前記眼球に導く少なく
    とも２つの接眼光学系とからなる画像表示装置におい
    て、 前記の少なくとも２つの接眼光学系を、観察者側から順
    に、第１接眼光学系、第２接眼光学系とした場合、前記
    第１接眼光学系、第２接眼光学系何れもが、少なくとも
    １つの正のパワーを有する反射面を持ち、前記反射面は
    観察者視軸に対して傾くか又は偏心して配置されてお
    り、前記第１接眼光学系の前記の少なくとも１つの正の
    パワーを有する反射面は、入射光の一部が反射し、一部
    が透過する半透過面からなり、前記観察者視軸方向にお
    いて、前記眼球側に前記第１接眼光学系が、前記眼球と
    反対側に前記第２接眼光学系が前後して配設されている
    ことを特徴とする画像表示装置。
  2. 【請求項２】 画像を表示する少なくとも２つの画像表
    示素子と、前記の少なくとも２つの画像表示素子によっ
    て形成された画像をそれぞれ観察者の共通の片方の眼球
    の前方に虚像として拡大投影して前記眼球に導く少なく
    とも２つの接眼光学系とからなる画像表示装置におい
    て、 前記の少なくとも２つの接眼光学系を、観察者側から順
    に、第１接眼光学系、第２接眼光学系とした場合、前記
    第１接眼光学系、第２接眼光学系何れもが、少なくとも
    １つの正のパワーを有する反射面を持ち、前記反射面は
    観察者視軸に対して傾くか又は偏心して配置されてお
    り、各接眼光学系の前記の少なくとも１つの正のパワー
    を有する反射面は、入射光の一部が反射し、一部が透過
    する半透過面からなり、前記観察者視軸方向において、
    前記眼球側に前記第１接眼光学系が、前記眼球と反対側
    に前記第２接眼光学系が前後して配設され、かつ、重ね
    合う領域において、外界から入射する光束が第２接眼光
    学系及び第１接眼光学系を順に介して観察者眼球に到達
    することを特徴とする画像表示装置。
  3. 【請求項３】 画像を表示する少なくとも２つの画像表
    示素子と、前記の少なくとも２つの画像表示素子によっ
    て形成された画像をそれぞれ観察者の共通の片方の眼球
    の前方に虚像として拡大投影して前記眼球に導く少なく
    とも２つの接眼光学系とからなる画像表示装置におい
    て、 前記の少なくとも２つの接眼光学系を、観察者側から順
    に、第１接眼光学系、第２接眼光学系とした場合、前記
    第１接眼光学系、第２接眼光学系何れもが、少なくとも
    １つの正のパワーを有する反射面を持ち、前記反射面は
    観察者視軸に対して傾くか又は偏心して配置されてお
    り、各接眼光学系の前記の少なくとも１つの正のパワー
    を有する反射面は、入射光の一部が反射し、一部が透過
    する半透過面からなり、第１の配置状態においては、前
    記観察者視軸に対して垂直方向に、前記第１接眼光学系
    と第２接眼光学系は並べて配設され、第２の配置状態に
    おいては、前記観察者視軸方向において、前記眼球側に
    前記第１接眼光学系が、前記眼球と反対側に前記第２接
    眼光学系が前後して配設されるようになっており、か
    つ、重ね合う領域において、外界から入射する光束が第
    ２接眼光学系及び第１接眼光学系を順に介して観察者眼
    球に到達することを特徴とする画像表示装置。
JP7329044A 1995-12-18 1995-12-18 画像表示装置 Withdrawn JPH09166759A (ja)

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