JPH09219832A - 画像表示装置 - Google Patents
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- JPH09219832A JPH09219832A JP8025138A JP2513896A JPH09219832A JP H09219832 A JPH09219832 A JP H09219832A JP 8025138 A JP8025138 A JP 8025138A JP 2513896 A JP2513896 A JP 2513896A JP H09219832 A JPH09219832 A JP H09219832A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 広画角において明瞭に観察が可能であり、像
の明るさの低下がほとんど生じることがなく、非常に小
型軽量であるために疲労し難い画像表示装置。 【解決手段】 画像表示素子とそれによって形成された
画像を投影し観察者眼球に導く接眼光学系とからなる画
像表示装置において、接眼光学系３は３つの面を持ち、
３つの面によって形成される空間が屈折率が１より大き
い媒質で満たされており、観察者眼球１から画像表示素
子４に到る逆光線追跡に従って光線が通過する順に、屈
折面かつ内部反射面である第１面５、第１面５に対向
し、観察者視軸２に対して偏心するかあるいは傾いた反
射面である第２面６、画像表示素子４に最も近接してい
る屈折面である第３面７で構成され、観察者眼球１から
画像表示素子４に到るまでに反射回数が３回である画像
表示装置。
の明るさの低下がほとんど生じることがなく、非常に小
型軽量であるために疲労し難い画像表示装置。 【解決手段】 画像表示素子とそれによって形成された
画像を投影し観察者眼球に導く接眼光学系とからなる画
像表示装置において、接眼光学系３は３つの面を持ち、
３つの面によって形成される空間が屈折率が１より大き
い媒質で満たされており、観察者眼球１から画像表示素
子４に到る逆光線追跡に従って光線が通過する順に、屈
折面かつ内部反射面である第１面５、第１面５に対向
し、観察者視軸２に対して偏心するかあるいは傾いた反
射面である第２面６、画像表示素子４に最も近接してい
る屈折面である第３面７で構成され、観察者眼球１から
画像表示素子４に到るまでに反射回数が３回である画像
表示装置。
Description
【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、観察者の頭部又は顔面に保持することを可能
にする頭部又は顔面装着式画像表示装置に関する。
し、特に、観察者の頭部又は顔面に保持することを可能
にす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】頭部又は顔面装着式画像表示装置の従来
の周知なものとして、特開平３ー１０１７０９号のもの
がある。図２０に光学系を示すように、この画像表示装
置は、画像表示素子の表示画像を正レンズよりなるリレ
ー光学系にて空中像として伝達し、凹面反射鏡からなる
接眼光学系でこの空中像を拡大して観察者の眼球内に投
影するものである。
の周知なものとして、特開平３ー１０１７０９号のもの
がある。図２０に光学系を示すように、この画像表示装
置は、画像表示素子の表示画像を正レンズよりなるリレ
ー光学系にて空中像として伝達し、凹面反射鏡からなる
接眼光学系でこの空中像を拡大して観察者の眼球内に投
影するものである。
【０００３】また、従来の他のタイプの画像表示装置と
して、特開昭６２ー２１４７８２号のものがある。この
装置は、図２１（ａ）、（ｂ）に示すように、画像表示
素子を接眼レンズで拡大して直接観察できるようにした
ものである。
して、特開昭６２ー２１４７８２号のものがある。この
装置は、図２１（ａ）、（ｂ）に示すように、画像表示
素子を接眼レンズで拡大して直接観察できるようにした
ものである。
【０００４】さらに、従来の他のタイプの画像表示装置
として、米国特許第４，０２６，６４１号のものがあ
る。この装置は、図２２に示すように、画像表示素子の
像を伝達素子で湾曲した物体面に伝達し、その物体面を
トーリック反射面で空中に投影するようにしたものであ
る。
として、米国特許第４，０２６，６４１号のものがあ
る。この装置は、図２２に示すように、画像表示素子の
像を伝達素子で湾曲した物体面に伝達し、その物体面を
トーリック反射面で空中に投影するようにしたものであ
る。
【０００５】また、従来の他のタイプの画像表示素子と
して、米国再発行特許第２７，３５６号のものがある。
この装置は、図２３に示すように、半透過凹面鏡と半透
過平面鏡によって物体面を射出瞳に投影する接眼光学系
である。
して、米国再発行特許第２７，３５６号のものがある。
この装置は、図２３に示すように、半透過凹面鏡と半透
過平面鏡によって物体面を射出瞳に投影する接眼光学系
である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２０
ような画像表示素子の映像をリレーするタイプの画像表
示装置では、接眼光学系の形式によらず、接眼光学系以
外にリレー光学系として数枚のレンズを用いなければな
らないため、光路長が長く、光学系は大型になり、重量
も重くなる。
ような画像表示素子の映像をリレーするタイプの画像表
示装置では、接眼光学系の形式によらず、接眼光学系以
外にリレー光学系として数枚のレンズを用いなければな
らないため、光路長が長く、光学系は大型になり、重量
も重くなる。
【０００７】また、図２１のようなレイアウトでは、観
察者の顔面からの装置突出量が大きくなってしまう。さ
らに、画像表示素子と照明光学系がその突出した部分に
取り付けられることになり、装置はますます大きく、重
量も重くなってしまう。
察者の顔面からの装置突出量が大きくなってしまう。さ
らに、画像表示素子と照明光学系がその突出した部分に
取り付けられることになり、装置はますます大きく、重
量も重くなってしまう。
【０００８】頭部装着式画像表示装置は、人間の身体、
特に頭部に装着する装置であるため、装置が顔面から突
出する量が大きいと、頭部で支持している点から装置の
重心までの距離が長くなり、装着時のバランスが悪くな
る。さらに、装置を装着して移動、回転等を行うときに
装置が物にぶつかるおそれも生じる。つまり、頭部装着
式画像表示装置は、小型軽量であることが重要である。
そして、この装置の大きさ、重量を決定する大きな要因
は光学系の構成にある。
特に頭部に装着する装置であるため、装置が顔面から突
出する量が大きいと、頭部で支持している点から装置の
重心までの距離が長くなり、装着時のバランスが悪くな
る。さらに、装置を装着して移動、回転等を行うときに
装置が物にぶつかるおそれも生じる。つまり、頭部装着
式画像表示装置は、小型軽量であることが重要である。
そして、この装置の大きさ、重量を決定する大きな要因
は光学系の構成にある。
【０００９】しかしながら、接眼光学系として通常の拡
大鏡のみを用いると、発生する収差は非常に大きく、そ
れを補正する手段がない。拡大鏡の凹面の形状を非球面
にすることで、ある程度球面収差が補正できても、コマ
収差、像面湾曲等が残存するため、観察画角を大きくす
ると、実用的な装置にはなり得ない。あるいは、接眼光
学系として凹面鏡のみを用いる場合には、通常の光学素
子（レンズやミラー）のみではなく、図２２に示すよう
に、発生した像面湾曲に合わせて湾曲した面を有する伝
達素子（ファイバープレート）によってこれを補正する
という手段を用いなければならない。
大鏡のみを用いると、発生する収差は非常に大きく、そ
れを補正する手段がない。拡大鏡の凹面の形状を非球面
にすることで、ある程度球面収差が補正できても、コマ
収差、像面湾曲等が残存するため、観察画角を大きくす
ると、実用的な装置にはなり得ない。あるいは、接眼光
学系として凹面鏡のみを用いる場合には、通常の光学素
子（レンズやミラー）のみではなく、図２２に示すよう
に、発生した像面湾曲に合わせて湾曲した面を有する伝
達素子（ファイバープレート）によってこれを補正する
という手段を用いなければならない。
【００１０】一方、図２３に示すような、半透過凹面鏡
と半透過平面鏡を用いて物体面を観察者の瞳に投影する
共軸系の接眼光学系においては、半透過面を２枚用いて
いるために、理論値でも像の明るさは１／１６にまで低
下してしまう。さらに、半透過凹面鏡によって発生する
像面湾曲を物体面自体を湾曲させて補正を行っているた
め、ＬＣＤ（液晶表示素子）等のいわゆるフラットディ
スプレイを画像表示素子として用いることが困難であ
る。
と半透過平面鏡を用いて物体面を観察者の瞳に投影する
共軸系の接眼光学系においては、半透過面を２枚用いて
いるために、理論値でも像の明るさは１／１６にまで低
下してしまう。さらに、半透過凹面鏡によって発生する
像面湾曲を物体面自体を湾曲させて補正を行っているた
め、ＬＣＤ（液晶表示素子）等のいわゆるフラットディ
スプレイを画像表示素子として用いることが困難であ
る。
【００１１】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、広い画角におい
て明瞭に観察が可能であり、像の明るさの低下がほとん
ど生じることがなく、さらに、非常に小型軽量であるた
めに疲労し難い画像表示装置を提供することである。
みてなされたものであり、その目的は、広い画角におい
て明瞭に観察が可能であり、像の明るさの低下がほとん
ど生じることがなく、さらに、非常に小型軽量であるた
めに疲労し難い画像表示装置を提供することである。
【００１２】
【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の画像装置は、画像を表示する画像表示素子
と、前記画像表示素子によって形成された画像を投影
し、観察者眼球に導く接眼光学系とからなる画像表示装
置において、前記接眼光学系は、前記画像表示素子から
発した光線が前記観察者眼球に到るまでの反射回数が３
回以上の奇数回であり、前記接眼光学系の前記観察者眼
球の直前の面は、内部反射をすると共に、前記接眼光学
系を射出する屈折面であることを特徴とするものであ
る。
明の第１の画像装置は、画像を表示する画像表示素子
と、前記画像表示素子によって形成された画像を投影
し、観察者眼球に導く接眼光学系とからなる画像表示装
置において、前記接眼光学系は、前記画像表示素子から
発した光線が前記観察者眼球に到るまでの反射回数が３
回以上の奇数回であり、前記接眼光学系の前記観察者眼
球の直前の面は、内部反射をすると共に、前記接眼光学
系を射出する屈折面であることを特徴とするものであ
る。
【００１３】本発明の第２の画像装置は、画像を表示す
る画像表示素子と、前記画像表示素子によって形成され
た画像を投影し、観察者眼球に導く接眼光学系とからな
る画像表示装置において、前記接眼光学系は、前記画像
表示素子から発した光線が前記観察者眼球に到るまでの
反射回数が３回であり、前記接眼光学系の前記観察者眼
球の直前の面は、内部反射をすると共に、前記接眼光学
系を射出する屈折面であることを特徴とするものであ
る。
る画像表示素子と、前記画像表示素子によって形成され
た画像を投影し、観察者眼球に導く接眼光学系とからな
る画像表示装置において、前記接眼光学系は、前記画像
表示素子から発した光線が前記観察者眼球に到るまでの
反射回数が３回であり、前記接眼光学系の前記観察者眼
球の直前の面は、内部反射をすると共に、前記接眼光学
系を射出する屈折面であることを特徴とするものであ
る。
【００１４】本発明の第３の画像装置は、画像を表示す
る画像表示素子と、前記画像表示素子によって形成され
た画像を投影し、観察者眼球に導く接眼光学系とからな
る画像表示装置において、前記接眼光学系は少なくとも
３つの面を持ち、前記の少なくとも３つの面によって形
成される空間が屈折率が１より大きい媒質で満たされて
おり、前記観察者眼球から前記画像表示素子に到る逆光
線追跡に従って光線が通過する順に、屈折面かつ内部反
射面である第１面、前記第１面に対向し、観察者視軸に
対して偏心するかあるいは傾いた反射面である第２面、
前記画像表示素子に最も近接している屈折面である第３
面で構成され、前記観察者眼球から前記画像表示素子に
到るまでに反射回数が３回であることを特徴とするもの
である。
る画像表示素子と、前記画像表示素子によって形成され
た画像を投影し、観察者眼球に導く接眼光学系とからな
る画像表示装置において、前記接眼光学系は少なくとも
３つの面を持ち、前記の少なくとも３つの面によって形
成される空間が屈折率が１より大きい媒質で満たされて
おり、前記観察者眼球から前記画像表示素子に到る逆光
線追跡に従って光線が通過する順に、屈折面かつ内部反
射面である第１面、前記第１面に対向し、観察者視軸に
対して偏心するかあるいは傾いた反射面である第２面、
前記画像表示素子に最も近接している屈折面である第３
面で構成され、前記観察者眼球から前記画像表示素子に
到るまでに反射回数が３回であることを特徴とするもの
である。
【００１５】本発明の第４の画像装置は、画像を表示す
る画像表示素子と、前記画像表示素子によって形成され
た画像を投影し、観察者眼球に導く接眼光学系とからな
る画像表示装置において、前記接眼光学系は少なくとも
４つの面を持ち、前記の少なくとも４つの面によって形
成される空間が屈折率が１より大きい媒質で満たされて
おり、前記観察者眼球から前記画像表示素子に到る逆光
線追跡に従って光線が通過する順に、屈折面かつ内部反
射面である第１面、前記第１面に対向し、観察者視軸に
対して偏心するかあるいは傾いた反射面である第２面、
前記第１面に対向し、前記第２面に隣接した反射面であ
る第３面、前記画像表示素子に最も近接している屈折面
である第４面で構成され、前記観察者眼球から前記画像
表示素子に到るまでに反射回数が３回であることを特徴
とするものである。
る画像表示素子と、前記画像表示素子によって形成され
た画像を投影し、観察者眼球に導く接眼光学系とからな
る画像表示装置において、前記接眼光学系は少なくとも
４つの面を持ち、前記の少なくとも４つの面によって形
成される空間が屈折率が１より大きい媒質で満たされて
おり、前記観察者眼球から前記画像表示素子に到る逆光
線追跡に従って光線が通過する順に、屈折面かつ内部反
射面である第１面、前記第１面に対向し、観察者視軸に
対して偏心するかあるいは傾いた反射面である第２面、
前記第１面に対向し、前記第２面に隣接した反射面であ
る第３面、前記画像表示素子に最も近接している屈折面
である第４面で構成され、前記観察者眼球から前記画像
表示素子に到るまでに反射回数が３回であることを特徴
とするものである。
【００１６】以下に、本発明において上記の構成をとっ
た理由とその作用効果について説明する。以下の説明に
おいては、光学系の設計上の利便性から、観察者の瞳位
置から画像表示素子に向けて光線を追跡する逆光線追跡
に基づいて説明する。
た理由とその作用効果について説明する。以下の説明に
おいては、光学系の設計上の利便性から、観察者の瞳位
置から画像表示素子に向けて光線を追跡する逆光線追跡
に基づいて説明する。
【００１７】本発明の第１の画像表示装置は、接眼光学
系は、画像表示素子から発した光線が観察者眼球に到る
までの反射回数が３回以上の奇数回であり、接眼光学系
の観察者眼球の直前の面は、内部反射をすると共に、接
眼光学系を射出する屈折面であることを特徴とするもの
であり、後記の実施例１〜１０のものが対応する。
系は、画像表示素子から発した光線が観察者眼球に到る
までの反射回数が３回以上の奇数回であり、接眼光学系
の観察者眼球の直前の面は、内部反射をすると共に、接
眼光学系を射出する屈折面であることを特徴とするもの
であり、後記の実施例１〜１０のものが対応する。
【００１８】この装置においては、画像表示素子より発
した光線を接眼光学系内部にて３回以上反射させること
によって、光線が折り畳まれる効果が絶大となり、接眼
光学系の厚さを極力抑え、小型軽量化を実現することに
成功したものである。さらに、反射回数を奇数とするこ
とで、画像表示素子は観察者に対して表示面の裏側を向
けて配備される。また、ＬＣＤ（液晶表示素子）等の画
像表示素子の後側から照明をする画像表示素子の場合、
バックライト等の付属部品が画像表示素子の後方に配置
されるが、これらの部品が観察者顔面に沿うように配置
されるため、接眼光学系よりも前方に突出することがな
い。つまり、画像表示装置全体を構成する上で観察者顔
面からの突出量が極めて少ない小型の軽量の頭部装着式
画像表示装置を実現することができる。
した光線を接眼光学系内部にて３回以上反射させること
によって、光線が折り畳まれる効果が絶大となり、接眼
光学系の厚さを極力抑え、小型軽量化を実現することに
成功したものである。さらに、反射回数を奇数とするこ
とで、画像表示素子は観察者に対して表示面の裏側を向
けて配備される。また、ＬＣＤ（液晶表示素子）等の画
像表示素子の後側から照明をする画像表示素子の場合、
バックライト等の付属部品が画像表示素子の後方に配置
されるが、これらの部品が観察者顔面に沿うように配置
されるため、接眼光学系よりも前方に突出することがな
い。つまり、画像表示装置全体を構成する上で観察者顔
面からの突出量が極めて少ない小型の軽量の頭部装着式
画像表示装置を実現することができる。
【００１９】また、この場合、観察者顔面の直前に配置
された面が屈折と反射を同一面で行わせることで、接眼
光学系を構成する面数を削減でき、製作性を向上するこ
とができる。さらに、第１面での内部反射における反射
角が臨界角以上になるように設定することによって、第
１面には反射コーティングをする必要がなくなるため、
第１面における透過と反射の領域がオーバーラップして
も、画像表示素子の画像は問題なく観察者眼球に達す
る。したがって、接眼光学系をコンパクトに構成でき、
観察画角も広くとることが可能となる。
された面が屈折と反射を同一面で行わせることで、接眼
光学系を構成する面数を削減でき、製作性を向上するこ
とができる。さらに、第１面での内部反射における反射
角が臨界角以上になるように設定することによって、第
１面には反射コーティングをする必要がなくなるため、
第１面における透過と反射の領域がオーバーラップして
も、画像表示素子の画像は問題なく観察者眼球に達す
る。したがって、接眼光学系をコンパクトに構成でき、
観察画角も広くとることが可能となる。
【００２０】本発明の第２の画像表示装置は、接眼光学
系は、画像表示素子から発した光線が観察者眼球に到る
までの反射回数が３回であり、接眼光学系の観察者眼球
の直前の面は、内部反射をすると共に、接眼光学系を射
出する屈折面であることを特徴とするものであり、後記
の実施例１〜１０のものが対応する。
系は、画像表示素子から発した光線が観察者眼球に到る
までの反射回数が３回であり、接眼光学系の観察者眼球
の直前の面は、内部反射をすると共に、接眼光学系を射
出する屈折面であることを特徴とするものであり、後記
の実施例１〜１０のものが対応する。
【００２１】この装置においては、画像表示素子より発
した光線を接眼光学系内部にて３回反射させることによ
って、光線が折り畳まれる効果が絶大となり、接眼光学
系の厚さを極力抑え、小型軽量化を実現することに成功
したものである。観察者瞳から射出した光線は、まず１
回目の反射は観察者顔面に向かって反射され、２回目は
顔面側から前方へ反射され、３回目は再び観察者顔面側
に反射されて画像表示素子に到達するため、画像表示素
子は観察者側であり、表示面の裏面を観察者に向けて配
置することができる。したがって、上述した本発明の第
２の画像表示装置について述べた理由により、観察者顔
面からの突出量が極めて少ない頭部装着式画像表示装置
を実現することができる。また、５回以上の反射でも同
様の効果を得られるのだが、反射回数が増えることによ
って、画像表示素子から観察者瞳位置までの距離が非常
に長くなるため、光学素子が長く大きなものになる。さ
らに、接眼光学系の焦点距離が長くなるため、広い画角
を確保することが困難になる。したがって、３回の反射
で画像表示素子の画像を観察者眼球に到達させる接眼光
学系を用いることによりバランスの良い画像表示装置を
実現できる。
した光線を接眼光学系内部にて３回反射させることによ
って、光線が折り畳まれる効果が絶大となり、接眼光学
系の厚さを極力抑え、小型軽量化を実現することに成功
したものである。観察者瞳から射出した光線は、まず１
回目の反射は観察者顔面に向かって反射され、２回目は
顔面側から前方へ反射され、３回目は再び観察者顔面側
に反射されて画像表示素子に到達するため、画像表示素
子は観察者側であり、表示面の裏面を観察者に向けて配
置することができる。したがって、上述した本発明の第
２の画像表示装置について述べた理由により、観察者顔
面からの突出量が極めて少ない頭部装着式画像表示装置
を実現することができる。また、５回以上の反射でも同
様の効果を得られるのだが、反射回数が増えることによ
って、画像表示素子から観察者瞳位置までの距離が非常
に長くなるため、光学素子が長く大きなものになる。さ
らに、接眼光学系の焦点距離が長くなるため、広い画角
を確保することが困難になる。したがって、３回の反射
で画像表示素子の画像を観察者眼球に到達させる接眼光
学系を用いることによりバランスの良い画像表示装置を
実現できる。
【００２２】また、この場合、観察者顔面の直前に配置
された面が屈折と反射を同一面で行うことで、接眼光学
系を構成する面数を削除でき、製作性を向上することが
できる。さらに、第１面での内部反射における反射角が
臨界角以上になるように設定することによって、第１面
には反射コーティングをする必要がなくなるため、第１
面における透過と反射の領域がオーバーラップしても、
画像表示素子の画像は問題なく観察者眼球に達する。し
たがって、接眼光学系をコンパクトに構成でき、観察画
角も広くとることが可能となる。
された面が屈折と反射を同一面で行うことで、接眼光学
系を構成する面数を削除でき、製作性を向上することが
できる。さらに、第１面での内部反射における反射角が
臨界角以上になるように設定することによって、第１面
には反射コーティングをする必要がなくなるため、第１
面における透過と反射の領域がオーバーラップしても、
画像表示素子の画像は問題なく観察者眼球に達する。し
たがって、接眼光学系をコンパクトに構成でき、観察画
角も広くとることが可能となる。
【００２３】本発明の第３の画像表示装置は、接眼光学
系が少なくとも３つの面を持ち、その少なくとも３つの
面によって形成される空間が屈折率が１より大きい媒質
で満たされており、観察者眼球から画像表示素子に到る
逆光線追跡に従って光線が通過する順に、屈折面かつ内
部反射面である第１面、第１面に対向し、観察者視軸に
対して偏心するかあるいは傾いた反射面である第２面、
画像表示素子に最も近接している屈折面である第３面で
構成され、観察者眼球から画像表示素子に到るまでに反
射回数が３回であることを特徴とするものであり、後記
の実施例１〜５のものが対応する。
系が少なくとも３つの面を持ち、その少なくとも３つの
面によって形成される空間が屈折率が１より大きい媒質
で満たされており、観察者眼球から画像表示素子に到る
逆光線追跡に従って光線が通過する順に、屈折面かつ内
部反射面である第１面、第１面に対向し、観察者視軸に
対して偏心するかあるいは傾いた反射面である第２面、
画像表示素子に最も近接している屈折面である第３面で
構成され、観察者眼球から画像表示素子に到るまでに反
射回数が３回であることを特徴とするものであり、後記
の実施例１〜５のものが対応する。
【００２４】この装置においては、接眼光学系の第１
面、第２面及び第３面によって形成される空間を屈折率
が１より大きい媒体で満たし、画像表示素子より発した
光線を接眼光学系内部にて３回反射させることによっ
て、光線が折り畳まれる効果が絶大となり、接眼光学系
の厚さを極力抑え、小型軽量化を実現し、広い射出瞳径
と広い観察画角を持ち、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。
面、第２面及び第３面によって形成される空間を屈折率
が１より大きい媒体で満たし、画像表示素子より発した
光線を接眼光学系内部にて３回反射させることによっ
て、光線が折り畳まれる効果が絶大となり、接眼光学系
の厚さを極力抑え、小型軽量化を実現し、広い射出瞳径
と広い観察画角を持ち、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。
【００２５】第１面、第２面及び第３面によって形成さ
れる空間を屈折率が１より大きい媒体で満たすことによ
って、瞳からの光線が第１面において屈折されるため、
軸外光線の主光線及び従属光線の第２面に入射する高さ
を低く抑える効果が得られる。それによって、第２面に
おける主光線の高さが低くなるため、第２面が大きくな
らず、接眼光学系を小型にすることができる。あるい
は、画角を広くとることが可能になる。また、従属光線
高が低くなるために、第２面で発生するコマ収差、特に
高次コマ収差の発生を抑えることが可能となる。
れる空間を屈折率が１より大きい媒体で満たすことによ
って、瞳からの光線が第１面において屈折されるため、
軸外光線の主光線及び従属光線の第２面に入射する高さ
を低く抑える効果が得られる。それによって、第２面に
おける主光線の高さが低くなるため、第２面が大きくな
らず、接眼光学系を小型にすることができる。あるい
は、画角を広くとることが可能になる。また、従属光線
高が低くなるために、第２面で発生するコマ収差、特に
高次コマ収差の発生を抑えることが可能となる。
【００２６】また、実際の光路長は、見かけの光路長の
媒質の屈折率（例えば、１．５）倍になるため、観察者
眼球から接眼光学系までの距離、あるいは、接眼光学系
から画像表示素子までの距離を確保することが容易とな
る。
媒質の屈折率（例えば、１．５）倍になるため、観察者
眼球から接眼光学系までの距離、あるいは、接眼光学系
から画像表示素子までの距離を確保することが容易とな
る。
【００２７】さらに、画像表示素子の観察像をリレー光
学系によって中間像として空中に実像を結像させ、接眼
光学系によって眼球に拡大投影するのではなく、画像表
示素子をそのまま拡大して観察者の眼球に投影すること
によって、観察者は拡大された画像表示素子の画像を虚
像として観察できるため、少ない光学素子で光学系を構
成することができる。また、接眼光学系の反射面である
第２面が観察者の顔面の直前のカーブに沿った形状で配
備されるため、構成する光学素子の顔面からの突出量は
非常に小さくでき、小型で軽量な画像表示装置を実現す
ることができる。
学系によって中間像として空中に実像を結像させ、接眼
光学系によって眼球に拡大投影するのではなく、画像表
示素子をそのまま拡大して観察者の眼球に投影すること
によって、観察者は拡大された画像表示素子の画像を虚
像として観察できるため、少ない光学素子で光学系を構
成することができる。また、接眼光学系の反射面である
第２面が観察者の顔面の直前のカーブに沿った形状で配
備されるため、構成する光学素子の顔面からの突出量は
非常に小さくでき、小型で軽量な画像表示装置を実現す
ることができる。
【００２８】また、接眼光学系を３面という少ない面数
で構成したために、機械的な設計が容易になり、光学素
子を加工する際の製作性に優れる等のメリットが生じ、
安価で生産性の高い光学系を実現することができる。
で構成したために、機械的な設計が容易になり、光学素
子を加工する際の製作性に優れる等のメリットが生じ、
安価で生産性の高い光学系を実現することができる。
【００２９】本発明の第４の画像表示装置は、接眼光学
系が少なくとも４つの面を持ち、その少なくとも４つの
面によって形成される空間が屈折率が１より大きい媒質
で満たされており、観察者眼球から画像表示素子に到る
逆光線追跡に従って光線が通過する順に、屈折面かつ内
部反射面である第１面、第１面に対向し、観察者視軸に
対して偏心するかあるいは傾いた反射面である第２面、
第１面に対向し、第２面に隣接した反射面である第３
面、画像表示素子に最も近接している屈折面である第４
面で構成され、観察者眼球から画像表示素子に到るまで
に反射回数が３回であることを特徴とするものであり、
後記の実施例６〜１０のものが対応する。
系が少なくとも４つの面を持ち、その少なくとも４つの
面によって形成される空間が屈折率が１より大きい媒質
で満たされており、観察者眼球から画像表示素子に到る
逆光線追跡に従って光線が通過する順に、屈折面かつ内
部反射面である第１面、第１面に対向し、観察者視軸に
対して偏心するかあるいは傾いた反射面である第２面、
第１面に対向し、第２面に隣接した反射面である第３
面、画像表示素子に最も近接している屈折面である第４
面で構成され、観察者眼球から画像表示素子に到るまで
に反射回数が３回であることを特徴とするものであり、
後記の実施例６〜１０のものが対応する。
【００３０】この場合も第３の画像表示装置と同様に、
画像表示素子より発した光線を接眼光学系内部にて３回
反射させることによって、光線が折り畳まれる効果が絶
大となり、接眼光学系の厚さを極力抑え、小型軽量化を
実現し、さらに、広い射出瞳径と広い観察画角を持ち、
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。
画像表示素子より発した光線を接眼光学系内部にて３回
反射させることによって、光線が折り畳まれる効果が絶
大となり、接眼光学系の厚さを極力抑え、小型軽量化を
実現し、さらに、広い射出瞳径と広い観察画角を持ち、
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。
【００３１】接眼光学系を４つの面で構成したために、
第１面のみで透過と反射が同一面で行われ、他の反射、
屈折作用はそれぞれ独立した面で行われ、それぞれの面
で互いに収差を補正することができるため、収差補正上
大変有利に作用する。
第１面のみで透過と反射が同一面で行われ、他の反射、
屈折作用はそれぞれ独立した面で行われ、それぞれの面
で互いに収差を補正することができるため、収差補正上
大変有利に作用する。
【００３２】一方、図６に示されるように、画像表示素
子４を観察者の上方又は側方どちらかに配置する場合に
おいても、画像表示素子４は近接する第４面１４の前方
に斜めに位置させることで、装置全体として小型で観察
者に干渉しない配置となる。３面で構成した本発明の画
像表示装置の場合には、第２面で２回反射させるため、
曲率半径を小さくすると画像表示素子が観察者側に配置
されやすい。特に、画像表示素子がＬＣＤ等の場合は、
バックライト、駆動基板等が張り出してしまい、顔面と
装置が干渉する恐れが生じる。また、曲率半径を大きく
すると、第２面における２回の反射位置が離れるため、
第２面が長くなる。それに伴って第１面も長くなり、光
学系自体が大型化してしまう。
子４を観察者の上方又は側方どちらかに配置する場合に
おいても、画像表示素子４は近接する第４面１４の前方
に斜めに位置させることで、装置全体として小型で観察
者に干渉しない配置となる。３面で構成した本発明の画
像表示装置の場合には、第２面で２回反射させるため、
曲率半径を小さくすると画像表示素子が観察者側に配置
されやすい。特に、画像表示素子がＬＣＤ等の場合は、
バックライト、駆動基板等が張り出してしまい、顔面と
装置が干渉する恐れが生じる。また、曲率半径を大きく
すると、第２面における２回の反射位置が離れるため、
第２面が長くなる。それに伴って第１面も長くなり、光
学系自体が大型化してしまう。
【００３３】これに対して、接眼光学系を４面で構成し
た場合には、３面構成の場合の第２面の働きを第２面、
第４面に分けたことになる。したがって、観察者顔面の
向かい側で観察者側へ反射する面が２つになるため、各
面の曲率に依存することなく、好ましい方向にそれぞれ
の反射後の光路方向をとることが可能である。つまり、
光学系をコンパクトに構成し、画像表示素子４が観察者
顔面と干渉することなく、良好な方向に設定することが
可能となる。
た場合には、３面構成の場合の第２面の働きを第２面、
第４面に分けたことになる。したがって、観察者顔面の
向かい側で観察者側へ反射する面が２つになるため、各
面の曲率に依存することなく、好ましい方向にそれぞれ
の反射後の光路方向をとることが可能である。つまり、
光学系をコンパクトに構成し、画像表示素子４が観察者
顔面と干渉することなく、良好な方向に設定することが
可能となる。
【００３４】以上において、接眼光学系を構成する面の
中、少なくとも１面を平面とすることができる。これは
後記の実施例５、６のものが対応する。
中、少なくとも１面を平面とすることができる。これは
後記の実施例５、６のものが対応する。
【００３５】すなわち、接眼光学系の少なくとも１面を
平面とすることで、この面を基準として他の面を定義で
きるため、接眼光学系の機械的な設計、製作を容易にす
ることができる。これによって、加工時間の短縮、装置
全体の容易なレイアウト等も可能となり、大幅なコスト
削減を実現できる。
平面とすることで、この面を基準として他の面を定義で
きるため、接眼光学系の機械的な設計、製作を容易にす
ることができる。これによって、加工時間の短縮、装置
全体の容易なレイアウト等も可能となり、大幅なコスト
削減を実現できる。
【００３６】第３、第４の画像表示装置において、第１
面の内部反射を全反射とすることが望ましい。これは後
記の実施例１、２、３、６、７、８のものが対応する。
すなわち、第２面で反射した後第１面での内部反射は全
反射とすることが、光学素子の大きさ、性能上大変有効
に作用する。以下に詳しく説明する。
面の内部反射を全反射とすることが望ましい。これは後
記の実施例１、２、３、６、７、８のものが対応する。
すなわち、第２面で反射した後第１面での内部反射は全
反射とすることが、光学素子の大きさ、性能上大変有効
に作用する。以下に詳しく説明する。
【００３７】図１４に本発明による画像表示装置の光路
図を示す。図１４（ａ）は第１面５が全反射しない場合
の接眼光学系、図１４（ｂ）は第１面５で全反射する場
合の接眼光学系を示している。それぞれの断面図におい
て、図中、１は観察者瞳位置、２は観察者視軸、３は接
眼光学系、４は画像表示素子、５は接眼光学系３の第１
面、６は接眼光学系３の第２面、７は接眼光学系３の第
３面である。また、図１４（ａ）において、第１面の内
部反射領域Ｍにはミラーコートが施してあり、その他の
領域は屈折する領域である。
図を示す。図１４（ａ）は第１面５が全反射しない場合
の接眼光学系、図１４（ｂ）は第１面５で全反射する場
合の接眼光学系を示している。それぞれの断面図におい
て、図中、１は観察者瞳位置、２は観察者視軸、３は接
眼光学系、４は画像表示素子、５は接眼光学系３の第１
面、６は接眼光学系３の第２面、７は接眼光学系３の第
３面である。また、図１４（ａ）において、第１面の内
部反射領域Ｍにはミラーコートが施してあり、その他の
領域は屈折する領域である。
【００３８】瞳１から出た光線は、接眼光学系３の第１
面５に入射して屈折され、凹面鏡である第２面６で反射
し、再び第１面５で内部反射する構成であるが、図１４
（ａ）のように、上側軸外光線Ｕの第２面６の反射高さ
と第２面６で反射した後の第１面５での反射高さの差が
大きければ、それだけ接眼光学系３自体が長くなり、大
型化する。つまり、反射点の高さの差が小さければ小さ
い程接眼光学系３の大きさは小型にできる。言い換えれ
ば、同じ大きさの接眼光学系ならば、その反射点の高さ
の差が小さい程観察画角を広くとることが可能になる。
面５に入射して屈折され、凹面鏡である第２面６で反射
し、再び第１面５で内部反射する構成であるが、図１４
（ａ）のように、上側軸外光線Ｕの第２面６の反射高さ
と第２面６で反射した後の第１面５での反射高さの差が
大きければ、それだけ接眼光学系３自体が長くなり、大
型化する。つまり、反射点の高さの差が小さければ小さ
い程接眼光学系３の大きさは小型にできる。言い換えれ
ば、同じ大きさの接眼光学系ならば、その反射点の高さ
の差が小さい程観察画角を広くとることが可能になる。
【００３９】しかしながら、本発明の接眼光学系におい
て、図１４（ｂ）のように、上側光線Ｕの第２面６と第
１面５の反射高さの差を小さくすると、第１面５に入射
する下側光線Ｌよりも上で反射するため、第１面５が全
反射でない場合には、第１面５の屈折領域がミラーコー
ト領域Ｍ’と重なり、下側の光線Ｌが遮られてしまう。
て、図１４（ｂ）のように、上側光線Ｕの第２面６と第
１面５の反射高さの差を小さくすると、第１面５に入射
する下側光線Ｌよりも上で反射するため、第１面５が全
反射でない場合には、第１面５の屈折領域がミラーコー
ト領域Ｍ’と重なり、下側の光線Ｌが遮られてしまう。
【００４０】第１面５での内部反射が全反射をする条件
を満たしていれば、第１面５にミラーコートを施す必要
がないため、第２面６で反射後の上側光線Ｕと第１面５
に入射する下側光線Ｌが第１面５で干渉しても、それぞ
れの光線は本来の作用ができることになる。また、偏心
した反射面である第２面６ではその反射角が大きくなれ
ばなる程コマ収差が大きく発生するが、第１面５で全反
射する場合には、第２面６における反射角を小さくする
ことができるため、第２面６でのコマ収差の発生を抑制
する効果を得ることができる。なお、上記に説明した効
果は、接眼光学系を構成する面数には依存しない。
を満たしていれば、第１面５にミラーコートを施す必要
がないため、第２面６で反射後の上側光線Ｕと第１面５
に入射する下側光線Ｌが第１面５で干渉しても、それぞ
れの光線は本来の作用ができることになる。また、偏心
した反射面である第２面６ではその反射角が大きくなれ
ばなる程コマ収差が大きく発生するが、第１面５で全反
射する場合には、第２面６における反射角を小さくする
ことができるため、第２面６でのコマ収差の発生を抑制
する効果を得ることができる。なお、上記に説明した効
果は、接眼光学系を構成する面数には依存しない。
【００４１】また、第２面を第１面に対して凹面を向け
た反射面として構成することが望ましい。これは後記の
実施例１、２、３、４、６、７、８のものが対応する。
第２面が第１面に対して凹面を向けた反射面である場
合、この面が接眼光学系の主な正のパワーを有すること
となる。瞳からある角度（画角）で広がってきた主光線
は、パワーを有する第２面によってその角度を小さくす
ることができる。したがって、第２面で反射した後の第
１面から第３面までの全ての面の大きさを小さくでき、
光学系全体を小型軽量に構成することが可能となる。
た反射面として構成することが望ましい。これは後記の
実施例１、２、３、４、６、７、８のものが対応する。
第２面が第１面に対して凹面を向けた反射面である場
合、この面が接眼光学系の主な正のパワーを有すること
となる。瞳からある角度（画角）で広がってきた主光線
は、パワーを有する第２面によってその角度を小さくす
ることができる。したがって、第２面で反射した後の第
１面から第３面までの全ての面の大きさを小さくでき、
光学系全体を小型軽量に構成することが可能となる。
【００４２】一方、一般に、光軸に対して偏心した凹面
鏡では、軸上、軸外共偏心によるコマ収差が発生する。
また、面のパワーが大きくなると、収差の発生量も増大
する。しかしながら、本発明の接眼光学系では、第２面
にて２回反射されるため、この面自体のパワーを強くし
なくても系全体の正のパワーを十分得ることが可能とな
る。したがって、１回の反射において発生する収差量を
抑えることが可能となる。
鏡では、軸上、軸外共偏心によるコマ収差が発生する。
また、面のパワーが大きくなると、収差の発生量も増大
する。しかしながら、本発明の接眼光学系では、第２面
にて２回反射されるため、この面自体のパワーを強くし
なくても系全体の正のパワーを十分得ることが可能とな
る。したがって、１回の反射において発生する収差量を
抑えることが可能となる。
【００４３】また、第１面は第２面に対して凸面を向け
た透過面かつ反射面であることが望ましい。これは後記
の実施例１、２、３、４、７、８のものが対応する。第
１面は第２面に対して凸面を向けた負のパワーを有する
透過面かつ反射面であり、第２面が正のパワーを有する
場合には、第２面で反射した後、再び第１面で内部反射
するときに、第２面で発生するコマ収差及び像面湾曲の
補正に有効な手段となる。
た透過面かつ反射面であることが望ましい。これは後記
の実施例１、２、３、４、７、８のものが対応する。第
１面は第２面に対して凸面を向けた負のパワーを有する
透過面かつ反射面であり、第２面が正のパワーを有する
場合には、第２面で反射した後、再び第１面で内部反射
するときに、第２面で発生するコマ収差及び像面湾曲の
補正に有効な手段となる。
【００４４】第２面が正のパワーを有する反射面である
場合、第１面を負のパワーを持つ面とすることで、第２
面で発生する内コマ収差とは逆のコマ収差をこの面で発
生させて収差補正をすることが可能である。さらに、第
２面で発生する正の像面湾曲に対して第１面で負の像面
湾曲を発生させて像面湾曲の補正も同時に行うことが可
能となる。
場合、第１面を負のパワーを持つ面とすることで、第２
面で発生する内コマ収差とは逆のコマ収差をこの面で発
生させて収差補正をすることが可能である。さらに、第
２面で発生する正の像面湾曲に対して第１面で負の像面
湾曲を発生させて像面湾曲の補正も同時に行うことが可
能となる。
【００４５】また、第１面の内部反射を全反射とするた
めには、第１面での全ての光線の反射角が臨界角θr ＝
ｓｉｎ-1（１／ｎ）よりも大きいことが条件となる（た
だし、ｎは光学系の媒質の屈折率である。）。例えばｎ
＝１．５の場合は、θr ＝４１．８１°であり、それ以
上の反射角が必要である。以下、図１５を参照にして説
明する。図１５に、第２面６で反射した後第１面５で内
部反射する部分の説明図を示す。図の（ａ）は第１面５
が第２面６に向かって凹面の場合、図の（ｂ）は第１面
５が第２面６に向かって凸面の場合である。
めには、第１面での全ての光線の反射角が臨界角θr ＝
ｓｉｎ-1（１／ｎ）よりも大きいことが条件となる（た
だし、ｎは光学系の媒質の屈折率である。）。例えばｎ
＝１．５の場合は、θr ＝４１．８１°であり、それ以
上の反射角が必要である。以下、図１５を参照にして説
明する。図１５に、第２面６で反射した後第１面５で内
部反射する部分の説明図を示す。図の（ａ）は第１面５
が第２面６に向かって凹面の場合、図の（ｂ）は第１面
５が第２面６に向かって凸面の場合である。
【００４６】第２面６で反射後の光線はそれぞれある角
度をもって下側に反射される。図１５（ａ）に示すよう
に、第１面５が第２面６に対して凹面を向けた反射面の
場合、第１面５の法線Ｓは第２面に対して相互に内側に
向かう方向になる。第２面６で反射した下側光線Ｌは第
１面５の法線に沿う方向から反射するため、第１面５で
反射角γを大きくすることができない。つまり、第１面
５で反射した光線全てに対して全反射条件を満たすこと
は困難である。逆に、図１５（ｂ）のように、第１面５
が第２面６に対して凸面の形状をしている場合には、第
１面５の法線Ｓ’は第２面６に対して相互に外側に発散
する方向になるため、下側光線Ｌに対しても反射角γ’
を大きくする効果が得られ、広い画角において第１面５
におけ全反射条件を満たすことが容易となる。
度をもって下側に反射される。図１５（ａ）に示すよう
に、第１面５が第２面６に対して凹面を向けた反射面の
場合、第１面５の法線Ｓは第２面に対して相互に内側に
向かう方向になる。第２面６で反射した下側光線Ｌは第
１面５の法線に沿う方向から反射するため、第１面５で
反射角γを大きくすることができない。つまり、第１面
５で反射した光線全てに対して全反射条件を満たすこと
は困難である。逆に、図１５（ｂ）のように、第１面５
が第２面６に対して凸面の形状をしている場合には、第
１面５の法線Ｓ’は第２面６に対して相互に外側に発散
する方向になるため、下側光線Ｌに対しても反射角γ’
を大きくする効果が得られ、広い画角において第１面５
におけ全反射条件を満たすことが容易となる。
【００４７】また、第１面を平面の透過面かつ反射面と
することができる。この構成は、後記の実施例６のもの
が対応する。第１面を平面とすることで、この面を基準
として他の面を定義できるため、接眼光学系の機械的な
設計、製作を容易にすることができる。これによって、
加工時間の短縮、装置全体の容易なレイアウト等も可能
となり、大幅なコスト削減を実現できる。さらに、接眼
光学系を介して外界像を観察する場合、第２面の外側に
外界視用の補償光学系を配置し、外界光に対して光学系
全体のパワーが略ゼロになるように構成する必要がある
が、この際、第１面が平面であれば、光学系の入射面と
射出面の何れも平面となるため、第１面が傾いていて
も、容易に外界視することが可能となる。また、第２面
に補償光学系を接合することで、外界光に対しては単純
な平行平板になるため、完全なパワーレスで倍率１倍に
なり、自然な外界を観察することができる。
することができる。この構成は、後記の実施例６のもの
が対応する。第１面を平面とすることで、この面を基準
として他の面を定義できるため、接眼光学系の機械的な
設計、製作を容易にすることができる。これによって、
加工時間の短縮、装置全体の容易なレイアウト等も可能
となり、大幅なコスト削減を実現できる。さらに、接眼
光学系を介して外界像を観察する場合、第２面の外側に
外界視用の補償光学系を配置し、外界光に対して光学系
全体のパワーが略ゼロになるように構成する必要がある
が、この際、第１面が平面であれば、光学系の入射面と
射出面の何れも平面となるため、第１面が傾いていて
も、容易に外界視することが可能となる。また、第２面
に補償光学系を接合することで、外界光に対しては単純
な平行平板になるため、完全なパワーレスで倍率１倍に
なり、自然な外界を観察することができる。
【００４８】また、第１面の内部反射領域を反射コーテ
ィングするようにすることもできる。この構成は、後記
の実施例４、５、９、１０のものが対応する。第１面の
内部反射が全反射条件を満足しない場合には、第１面の
内部反射する領域においてアルミニウム等の反射コート
を行う必要がある。
ィングするようにすることもできる。この構成は、後記
の実施例４、５、９、１０のものが対応する。第１面の
内部反射が全反射条件を満足しない場合には、第１面の
内部反射する領域においてアルミニウム等の反射コート
を行う必要がある。
【００４９】また、第１面を第２面に対して凹面を向け
た透過面かつ反射面とすることもできる。この構成は、
後記の実施例５、９、１０のものが対応する。第１面が
正のパワーを有する場合には、光線が第１面で屈折する
効果が大きいため、第２面に入射する光線高をより低く
することが可能となる。この作用によって、第２面以降
の反射面において発生する偏心コマ収差の発生を小さく
することができる。
た透過面かつ反射面とすることもできる。この構成は、
後記の実施例５、９、１０のものが対応する。第１面が
正のパワーを有する場合には、光線が第１面で屈折する
効果が大きいため、第２面に入射する光線高をより低く
することが可能となる。この作用によって、第２面以降
の反射面において発生する偏心コマ収差の発生を小さく
することができる。
【００５０】また、第２面を第１面に対して凸面を向け
た反射面とすることもできる。この構成は、後記の実施
例９、１０のものが対応する。第１面が正のパワーを有
する場合には、第２面は負のパワーを有することが、光
学系の光路長を確保するために必要な条件である。本発
明のような広画角の接眼光学系の場合、射出瞳に近い位
置に正のパワーを配備することで、光学系を小さく構成
できるが、第１面では屈折と共に、第２面で反射後再び
反射する面である。同じ曲率の面において反射によるパ
ワーは屈折によるパワーに比べて大きいものになる。つ
まり、焦点距離が非常に短くなる。そこで、第２面に負
のパワーを与えることで適当な焦点距離になり、所定の
位置に画像表示素子を配置することが容易となる。
た反射面とすることもできる。この構成は、後記の実施
例９、１０のものが対応する。第１面が正のパワーを有
する場合には、第２面は負のパワーを有することが、光
学系の光路長を確保するために必要な条件である。本発
明のような広画角の接眼光学系の場合、射出瞳に近い位
置に正のパワーを配備することで、光学系を小さく構成
できるが、第１面では屈折と共に、第２面で反射後再び
反射する面である。同じ曲率の面において反射によるパ
ワーは屈折によるパワーに比べて大きいものになる。つ
まり、焦点距離が非常に短くなる。そこで、第２面に負
のパワーを与えることで適当な焦点距離になり、所定の
位置に画像表示素子を配置することが容易となる。
【００５１】また、第２面における逆光線追跡での第１
回目の反射時の軸上主光線の入射角をθ2 とするとき、 ０°＜θ2 ＜５０° ・・・（１） であることが望ましい。
回目の反射時の軸上主光線の入射角をθ2 とするとき、 ０°＜θ2 ＜５０° ・・・（１） であることが望ましい。
【００５２】これは、後記の実施例１〜１０のものが対
応する。図１６に、本発明の画像表示装置の接眼光学系
３において、瞳１の中心を出て画像表示素子４の中心に
到る軸上主光線が画像表示素子４から観察者の瞳１に到
達する様子と、各面４〜７において設定した入射角θ1
〜θ5 及びθi を示す。また、角度の符号は反射点での
垂線Ｓからの図１６に示した方向を正とする。
応する。図１６に、本発明の画像表示装置の接眼光学系
３において、瞳１の中心を出て画像表示素子４の中心に
到る軸上主光線が画像表示素子４から観察者の瞳１に到
達する様子と、各面４〜７において設定した入射角θ1
〜θ5 及びθi を示す。また、角度の符号は反射点での
垂線Ｓからの図１６に示した方向を正とする。
【００５３】これは、本発明の画像表示装置の接眼光学
系と画像表示素子を適切な位置に配備するための条件で
ある。上記（１）式の下限の０°を越えて小さくなる
と、第２面の反射後の光線はそのまま観察者に戻ってし
まい、観察不能となる。逆に、上限の５０°を越えて大
きくなると、第１面の反射位置までの距離が大きくな
り、それに伴って第２面も長くなるため、光学系が巨大
化する。
系と画像表示素子を適切な位置に配備するための条件で
ある。上記（１）式の下限の０°を越えて小さくなる
と、第２面の反射後の光線はそのまま観察者に戻ってし
まい、観察不能となる。逆に、上限の５０°を越えて大
きくなると、第１面の反射位置までの距離が大きくな
り、それに伴って第２面も長くなるため、光学系が巨大
化する。
【００５４】さらに、第２面における逆光線追跡での第
１回目の反射時の軸上主光線の入射角をθ2 とすると
き、 １０°＜θ2 ＜４０° ・・・（２） であることがより好ましい。
１回目の反射時の軸上主光線の入射角をθ2 とすると
き、 １０°＜θ2 ＜４０° ・・・（２） であることがより好ましい。
【００５５】これは、後記の実施例１〜１０のものが対
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系と
画像表示素子を適切な位置に配置するための条件であ
る。上記（２）式の下限の１０°を越えて小さくなる
と、第２面において全反射させる場合には、第２面で反
射後の光線の第１面への入射角が臨界角の条件を満足で
きなくなり、光学系を透過して光線が観察者に戻ってし
まうため、観察不能となる。逆に、下限の４０°を越え
て大きくなると、反射角が大きくなるため、他の面では
補正し切れない程の偏心によるコマ収差が発生し、鮮明
な画像を観察することが困難になる。
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系と
画像表示素子を適切な位置に配置するための条件であ
る。上記（２）式の下限の１０°を越えて小さくなる
と、第２面において全反射させる場合には、第２面で反
射後の光線の第１面への入射角が臨界角の条件を満足で
きなくなり、光学系を透過して光線が観察者に戻ってし
まうため、観察不能となる。逆に、下限の４０°を越え
て大きくなると、反射角が大きくなるため、他の面では
補正し切れない程の偏心によるコマ収差が発生し、鮮明
な画像を観察することが困難になる。
【００５６】また、第１面における軸上主光線の入射角
をθ1 とするとき、 −２０°＜θ1 ＜４０° ・・・（３） であることが望ましい。
をθ1 とするとき、 −２０°＜θ1 ＜４０° ・・・（３） であることが望ましい。
【００５７】これは、後記の実施例１〜１０のものが対
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系を
適切な位置あるいは適切な角度に配備するための条件で
ある。上記の（３）式の下限の−２０°を越えて小さく
なると、接眼光学系が観察者側に倒れてくるため、装置
と頭部が干渉する恐れが生じる。逆に、上限の４０°を
越えて大きくなると、接眼光学系が前方に張り出してし
まい、重量バランスの悪い装置になってしまう。
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系を
適切な位置あるいは適切な角度に配備するための条件で
ある。上記の（３）式の下限の−２０°を越えて小さく
なると、接眼光学系が観察者側に倒れてくるため、装置
と頭部が干渉する恐れが生じる。逆に、上限の４０°を
越えて大きくなると、接眼光学系が前方に張り出してし
まい、重量バランスの悪い装置になってしまう。
【００５８】さらに、第１面における軸上主光線の入射
角をθ1 とするとき、 −１０°＜θ1 ＜２５° ・・・（４） であることがより好ましい。
角をθ1 とするとき、 −１０°＜θ1 ＜２５° ・・・（４） であることがより好ましい。
【００５９】これは、後記の実施例１〜１０のものが対
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系を
適切な位置あるいは適切な角度に配備するための条件で
ある。上記の（４）式の下限の−１０°を越えて小さく
なると、接眼光学系が観察者側に倒れてくるため、装置
と頭部が干渉する恐れが生じる。逆に、上限の２５°を
越えて大きくなると、第１面で発生する色収差が増大す
る。特に、軸外における倍率色収差が顕著に現れ、鮮明
な画像を観察することが困難になってしまう。
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系を
適切な位置あるいは適切な角度に配備するための条件で
ある。上記の（４）式の下限の−１０°を越えて小さく
なると、接眼光学系が観察者側に倒れてくるため、装置
と頭部が干渉する恐れが生じる。逆に、上限の２５°を
越えて大きくなると、第１面で発生する色収差が増大す
る。特に、軸外における倍率色収差が顕著に現れ、鮮明
な画像を観察することが困難になってしまう。
【００６０】また、第１面の内部反射における軸上主光
線の入射角をθ3 とするとき、 ２０°＜θ3 ＜７０° ・・・（５） であることが望ましい。
線の入射角をθ3 とするとき、 ２０°＜θ3 ＜７０° ・・・（５） であることが望ましい。
【００６１】これは、後記の実施例１〜１０のものが対
応する。これは、本発明の画像表示素子の接眼光学系が
観察可能で小型軽量に構成するための条件である。上記
（５）式の下限の２０°を越えて小さくなると、第１面
の内部反射後第２面に戻り、第１面で反射して観察者顔
面に戻ってしまうため、観察不能となる。上限の７０°
を越えて大きくなると、第１面で反射後、第２面又は第
３面（４面構成の場合）に到達する位置が非常に離れて
しまい、光学系が大型化してしまう。
応する。これは、本発明の画像表示素子の接眼光学系が
観察可能で小型軽量に構成するための条件である。上記
（５）式の下限の２０°を越えて小さくなると、第１面
の内部反射後第２面に戻り、第１面で反射して観察者顔
面に戻ってしまうため、観察不能となる。上限の７０°
を越えて大きくなると、第１面で反射後、第２面又は第
３面（４面構成の場合）に到達する位置が非常に離れて
しまい、光学系が大型化してしまう。
【００６２】さらに、第１面の内部反射における軸上主
光線の入射角をθ3 とするとき、 ３０°＜θ3 ＜５５° ・・・（６） であることがより好ましい。
光線の入射角をθ3 とするとき、 ３０°＜θ3 ＜５５° ・・・（６） であることがより好ましい。
【００６３】これは、後記の実施例１〜１０のものが対
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系が
観察可能で小型軽量に構成するための条件である。上記
（６）式の下限の３０°を越えて小さくなると、この面
における臨界角を満たすことが困難となり、観察不能と
なる。逆に、上限の５５°を越えて大きくなると、第１
面で反射後、第２面又は第３面（４面構成の場合）に到
達する位置が離れてしまい、光学系が大型化してしま
う。
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系が
観察可能で小型軽量に構成するための条件である。上記
（６）式の下限の３０°を越えて小さくなると、この面
における臨界角を満たすことが困難となり、観察不能と
なる。逆に、上限の５５°を越えて大きくなると、第１
面で反射後、第２面又は第３面（４面構成の場合）に到
達する位置が離れてしまい、光学系が大型化してしま
う。
【００６４】また、３面構成の場合の第２面における逆
光線追跡での第２回目の反射時の、又は、４面構成の場
合の第３面における軸上主光線の入射角をθ4 とすると
き、 ２０°＜θ4 ＜８０° ・・・（７） であることが望ましい。
光線追跡での第２回目の反射時の、又は、４面構成の場
合の第３面における軸上主光線の入射角をθ4 とすると
き、 ２０°＜θ4 ＜８０° ・・・（７） であることが望ましい。
【００６５】これは、後記の実施例１〜１０のものが対
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系に
よって画像表示素子の画像を隅々まで観察するための条
件である。上記の（７）式の下限の２０°を越えて小さ
くなると、光線が第１面に戻ってしまうため、反射後の
光線が観察者顔面に到達し、観察不能となる。逆に、上
限の８０°を越えて大きくなると、第１面での内部反射
位置との距離が非常に長いものとなり、光学系が図１６
において下方に長いものとなり巨大化してしまう。
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系に
よって画像表示素子の画像を隅々まで観察するための条
件である。上記の（７）式の下限の２０°を越えて小さ
くなると、光線が第１面に戻ってしまうため、反射後の
光線が観察者顔面に到達し、観察不能となる。逆に、上
限の８０°を越えて大きくなると、第１面での内部反射
位置との距離が非常に長いものとなり、光学系が図１６
において下方に長いものとなり巨大化してしまう。
【００６６】さらに、３面構成の場合の第２面における
逆光線追跡での第２回目の反射時の、又は、４面構成の
場合の第３面における軸上主光線の入射角をθ4 とする
とき、 ３０°＜θ4 ＜６５° ・・・（８） であることがより好ましい。
逆光線追跡での第２回目の反射時の、又は、４面構成の
場合の第３面における軸上主光線の入射角をθ4 とする
とき、 ３０°＜θ4 ＜６５° ・・・（８） であることがより好ましい。
【００６７】これは、後記の実施例１〜１０のものが対
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系に
よって画像表示素子の画像を隅々まで鮮明に観察するた
めの条件である。上記の（８）式の下限の３０°を越え
て小さくなると、光線か瞳方向（図１６において上方）
に反射するため、接眼光学系の屈折面である第３面又は
第４面（４面構成の場合）において、軸外光線が第１面
と干渉してしまい、画面の隅々まて明瞭に観察すること
が困難になる。逆に、上限の６５°を越えて大きくなる
と、ここでの反射角が大きくなり過ぎてしまい、他の面
では補正し切れない程の偏心によるコマ収差が発生し、
鮮明な画像を観察することが困難になる。
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系に
よって画像表示素子の画像を隅々まで鮮明に観察するた
めの条件である。上記の（８）式の下限の３０°を越え
て小さくなると、光線か瞳方向（図１６において上方）
に反射するため、接眼光学系の屈折面である第３面又は
第４面（４面構成の場合）において、軸外光線が第１面
と干渉してしまい、画面の隅々まて明瞭に観察すること
が困難になる。逆に、上限の６５°を越えて大きくなる
と、ここでの反射角が大きくなり過ぎてしまい、他の面
では補正し切れない程の偏心によるコマ収差が発生し、
鮮明な画像を観察することが困難になる。
【００６８】また、３面構成の場合の第３面、又は、４
面構成の場合の第４面における軸上主光線の入射角をθ
5 とするとき、 −３０°＜θ5 ＜４０° ・・・（９） であることが望ましい。
面構成の場合の第４面における軸上主光線の入射角をθ
5 とするとき、 −３０°＜θ5 ＜４０° ・・・（９） であることが望ましい。
【００６９】これは、後記の実施例１〜１０のものが対
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系と
画像表示素子を適切な位置に配備するための条件であ
る。上記の（９）式の下限の−３０°を越えて小さくな
ると、光線が瞳方向と反対方向（図１６において下方）
に屈折するため、画像表示素子が瞳から離れてしまい、
装置全体が大きなものになってしまう。逆に、上限の４
０°を越えて大きくなると、光線が瞳方向（図１６にお
いて上方）に反射するため、画像表示素子が顔面側に配
置され、観察者顔面と干渉する恐れが生じる。
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系と
画像表示素子を適切な位置に配備するための条件であ
る。上記の（９）式の下限の−３０°を越えて小さくな
ると、光線が瞳方向と反対方向（図１６において下方）
に屈折するため、画像表示素子が瞳から離れてしまい、
装置全体が大きなものになってしまう。逆に、上限の４
０°を越えて大きくなると、光線が瞳方向（図１６にお
いて上方）に反射するため、画像表示素子が顔面側に配
置され、観察者顔面と干渉する恐れが生じる。
【００７０】また、画像表示素子面における軸上主光線
の入射角をθi とするとき、 −４０°＜θi ＜４０° ・・・（10） であることが望ましい。
の入射角をθi とするとき、 −４０°＜θi ＜４０° ・・・（10） であることが望ましい。
【００７１】これは、後記の実施例１〜１０のものが対
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系に
よって画像表示素子の画像を隅々まで鮮明に観察するた
めの条件である。上記の（１０）式の下限の−４０°を
越えて小さくなるか、あるいは、上限の４０°を越えて
大きくなると、画像表示素子から発する光量を十分に観
察者の瞳に到達させることができず、明るいクリアーな
画面を観察することが困難になる。
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系に
よって画像表示素子の画像を隅々まで鮮明に観察するた
めの条件である。上記の（１０）式の下限の−４０°を
越えて小さくなるか、あるいは、上限の４０°を越えて
大きくなると、画像表示素子から発する光量を十分に観
察者の瞳に到達させることができず、明るいクリアーな
画面を観察することが困難になる。
【００７２】さらに、画像表示素子面における軸上主光
線の入射角をθi とするとき、 −２５°＜θi ＜２５° ・・・（11） であることがより好ましい。
線の入射角をθi とするとき、 −２５°＜θi ＜２５° ・・・（11） であることがより好ましい。
【００７３】これは、後記の実施例１〜１０のものが対
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系に
よって画像表示素子の画像を隅々まで鮮明に観察するた
めの条件である。上記の（１１）式の下限の−２５°を
越えて小さくなるか、あるいは、上限の２５°を越えて
大きくなると、画像表示素子の視野角特性が小さい角度
を持つ場合には、コントラストの低い画像になってしま
う。特に、ＬＣＤ（液晶表示素子）の場合には、視野角
特性が小さいために画像の反転現象を起こし、画面を明
瞭に視察することが困難にある。
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系に
よって画像表示素子の画像を隅々まで鮮明に観察するた
めの条件である。上記の（１１）式の下限の−２５°を
越えて小さくなるか、あるいは、上限の２５°を越えて
大きくなると、画像表示素子の視野角特性が小さい角度
を持つ場合には、コントラストの低い画像になってしま
う。特に、ＬＣＤ（液晶表示素子）の場合には、視野角
特性が小さいために画像の反転現象を起こし、画面を明
瞭に視察することが困難にある。
【００７４】また、屈折率が１より大きい媒質のｄ線の
屈折率をＮd とするとき、 １．４５＜Ｎd ＜２．０ ・・・（12） であることが望ましい。
屈折率をＮd とするとき、 １．４５＜Ｎd ＜２．０ ・・・（12） であることが望ましい。
【００７５】これは、後記の実施例１〜１０のものが対
応する。これは、少なくとも３面で形成される空間を満
たす媒質の屈折率に関する条件である。本発明の画像表
示装置の接眼光学系は、光学ガラス又は光学プラスチッ
クと呼ばれる透明度の高い透明媒質で形成されることが
望ましい。その場合、媒質のｄ線の屈折率は上記（１
２）式を満たしていることが条件となる。（１２）式の
下限、下限共越えると、透明度が低くなり、また、加工
性が悪いものになる。
応する。これは、少なくとも３面で形成される空間を満
たす媒質の屈折率に関する条件である。本発明の画像表
示装置の接眼光学系は、光学ガラス又は光学プラスチッ
クと呼ばれる透明度の高い透明媒質で形成されることが
望ましい。その場合、媒質のｄ線の屈折率は上記（１
２）式を満たしていることが条件となる。（１２）式の
下限、下限共越えると、透明度が低くなり、また、加工
性が悪いものになる。
【００７６】さらに、屈折率が１より大きい媒質のｄ線
の屈折率をＮd とするとき、 １．５＜Ｎd ＜２．０ ・・・（13） であることがより好ましい。
の屈折率をＮd とするとき、 １．５＜Ｎd ＜２．０ ・・・（13） であることがより好ましい。
【００７７】これは、後記の実施例１〜５、７〜１０の
ものが対応する。本発明画像表示装置の接眼光学系は、
第１面においての内部反射の条件を満たすために、屈折
率はできるだけ大きい方が有利である。そのため、（１
３）式の条件を満たす媒質を使用することが望ましい。
（１３）式の条件の下限の１．５を越えて小さくなる
と、特に広画角の場合には、軸外光線が第１面での全反
射条件を満たすことができず、周辺画像の観察が困難に
なる場合がある。
ものが対応する。本発明画像表示装置の接眼光学系は、
第１面においての内部反射の条件を満たすために、屈折
率はできるだけ大きい方が有利である。そのため、（１
３）式の条件を満たす媒質を使用することが望ましい。
（１３）式の条件の下限の１．５を越えて小さくなる
と、特に広画角の場合には、軸外光線が第１面での全反
射条件を満たすことができず、周辺画像の観察が困難に
なる場合がある。
【００７８】また、接眼光学系を構成する少なくとも１
つの面は非球面であることが望ましい。
つの面は非球面であることが望ましい。
【００７９】これは、後記の実施例１〜１０のものが対
応する。接眼光学系の第１面、第２面及び第３面の何れ
か１面は非球面であることが収差補正上有効である。後
記するように、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軸と定義する場合（図１参照）、Ｙ方向に偏心又は視
軸２から傾いて配置される第２面６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。
応する。接眼光学系の第１面、第２面及び第３面の何れ
か１面は非球面であることが収差補正上有効である。後
記するように、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軸と定義する場合（図１参照）、Ｙ方向に偏心又は視
軸２から傾いて配置される第２面６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。
【００８０】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が大きくなり、
偏心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。
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が大きくなり、
偏心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。
【００８１】このような複数なコマ収差を補正するため
には、接眼光学系を構成する第１面、第２面、第３面の
何れか１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、軸外においては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。
には、接眼光学系を構成する第１面、第２面、第３面の
何れか１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、軸外においては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。
【００８２】また、接眼光学系を構成する少なくとも１
つの面はアナモフィック面であることが望ましい。
つの面はアナモフィック面であることが望ましい。
【００８３】これは、後記の実施例１〜１０のものが対
応する。接眼光学系の第１面、第２面及び第３面の何れ
か１面はアナモフィック面であることが重要である。つ
まり、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。
応する。接眼光学系の第１面、第２面及び第３面の何れ
か１面はアナモフィック面であることが重要である。つ
まり、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。
【００８４】この条件は、第２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、接眼光学系の第
１面、第２面及び第３面の何れか１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。
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、接眼光学系の第
１面、第２面及び第３面の何れか１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。
【００８５】また、接眼光学系を構成する少なくとも１
つの面は自由曲面であってもよい。接眼光学系を構成す
る少なくとも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できる。
つの面は自由曲面であってもよい。接眼光学系を構成す
る少なくとも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できる。
【００８６】ここで、自由曲面は下記式で表現される曲
面である。 ただし、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。
面である。 ただし、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。
【００８７】また、画像表示素子の表示面は軸上主光線
に対して傾いて配置傾いて配置されていることが望まし
い。
に対して傾いて配置傾いて配置されていることが望まし
い。
【００８８】これは、後記の実施例１〜１０のものが対
応する。画像表示素子の表示面は視軸に対して傾いて配
備されていることが重要である。光学素子を構成する屈
折面あるいは反射面が偏心又は傾いている場合、瞳から
の光線は屈折面あるいは反射面での屈折角又は反射角が
像高によって異なり、像面が視軸に対して傾くことがあ
る。その場合、画像表示素子面を視軸に対して傾いて配
備することで、像面の傾きを補正することが可能とな
る。
応する。画像表示素子の表示面は視軸に対して傾いて配
備されていることが重要である。光学素子を構成する屈
折面あるいは反射面が偏心又は傾いている場合、瞳から
の光線は屈折面あるいは反射面での屈折角又は反射角が
像高によって異なり、像面が視軸に対して傾くことがあ
る。その場合、画像表示素子面を視軸に対して傾いて配
備することで、像面の傾きを補正することが可能とな
る。
【００８９】また、画像表示素子は、観察者に対して画
像表示素子の表示面の裏側を向けて配備されていること
が望ましい。
像表示素子の表示面の裏側を向けて配備されていること
が望ましい。
【００９０】これは、後記の実施例１〜１０のものが対
応する。画像表示素子は観察者側には表示面の裏側に向
けて配備されることが、装置全体をコンパクトにするの
に有効である。画像表示素子が表示素子の後方にバック
ライト等を付属させるタイプのものである場合、これら
の部品が観察者顔面に沿うように配置されるため、接眼
光学系よりも前方に突出するものがない。つまり、画像
表示装置全体を構成する上で、観察者顔面からの突出量
が極めて少ないものを実現することができる。
応する。画像表示素子は観察者側には表示面の裏側に向
けて配備されることが、装置全体をコンパクトにするの
に有効である。画像表示素子が表示素子の後方にバック
ライト等を付属させるタイプのものである場合、これら
の部品が観察者顔面に沿うように配置されるため、接眼
光学系よりも前方に突出するものがない。つまり、画像
表示装置全体を構成する上で、観察者顔面からの突出量
が極めて少ないものを実現することができる。
【００９１】なお、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、
観察者は安定した観察像を観察することが可能となる。
頭部に対して位置決めする手段を有することによって、
観察者は安定した観察像を観察することが可能となる。
【００９２】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。
頭部に対して位置決め手段を有し、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。
【００９３】また、少なくとも２組の本発明の画像表示
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。
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。
【００９４】さらに、接眼光学系における画像表示面を
像面として、無限遠の物体を結像させるように構成する
ことで、後記するように、図１９に示すようなカメラの
ファインダー光学系等の結像光学系として利用すること
が可能である。
像面として、無限遠の物体を結像させるように構成する
ことで、後記するように、図１９に示すようなカメラの
ファインダー光学系等の結像光学系として利用すること
が可能である。
【００９５】
【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１０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
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１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１
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。
実施例１から１０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
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１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１
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。
【００９６】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。
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。
【００９７】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。
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。
【００９８】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 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。
｛ 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 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。
【００９９】図１〜図１０にそれぞれ実施例１〜１０の
単眼用の画像表示装置の断面図を示す。図１〜図５それ
ぞれの断面図においては、図中、１は観察者の瞳位置、
２は観察者視軸、３は接眼光学系、４は画像表示素子、
５は接眼光学系３の第１面、６は接眼光学系３の第２
面、７は接眼光学系３の第３面である。
単眼用の画像表示装置の断面図を示す。図１〜図５それ
ぞれの断面図においては、図中、１は観察者の瞳位置、
２は観察者視軸、３は接眼光学系、４は画像表示素子、
５は接眼光学系３の第１面、６は接眼光学系３の第２
面、７は接眼光学系３の第３面である。
【０１００】図６〜図１０それぞれの断面図において
は、図中、１は観察者の瞳位置、２は観察者視軸、３は
接眼光学系、４は画像表示素子、１１は接眼光学系３の
第１面、１２は接眼光学系３の第２面、１３は接眼光学
系３の第３面、１４は接眼光学系３の第４面である。
は、図中、１は観察者の瞳位置、２は観察者視軸、３は
接眼光学系、４は画像表示素子、１１は接眼光学系３の
第１面、１２は接眼光学系３の第２面、１３は接眼光学
系３の第３面、１４は接眼光学系３の第４面である。
【０１０１】これらの実施例における実際の光線経路
は、実施例１〜５においては、画像表示素子４から発し
た光線束は、接眼光学系３の第３面７で屈折して接眼光
学系３に入射し、第２面６で反射されて、第１面５で内
部反射し、第２面６で再び反射され、第１面５に入射し
て屈折されて接眼光学系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ｌとして観察者の眼球
内に投影される。
は、実施例１〜５においては、画像表示素子４から発し
た光線束は、接眼光学系３の第３面７で屈折して接眼光
学系３に入射し、第２面６で反射されて、第１面５で内
部反射し、第２面６で再び反射され、第１面５に入射し
て屈折されて接眼光学系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ｌとして観察者の眼球
内に投影される。
【０１０２】実施例６〜１０においては、画像表示素子
４から発した光線束は、接眼光学系３の第４面１４で屈
折して接眼光学系３に入射し、第３面１３で反射され
て、第１面１１で内部反射し、第２面１２で反射され、
第１面１１に入射して屈折されて接眼光学系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
ｌとして観察者の眼球内に投影される。
４から発した光線束は、接眼光学系３の第４面１４で屈
折して接眼光学系３に入射し、第３面１３で反射され
て、第１面１１で内部反射し、第２面１２で反射され、
第１面１１に入射して屈折されて接眼光学系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
ｌとして観察者の眼球内に投影される。
【０１０３】以下に示す実施例は右眼用の画像装置であ
り、左眼用は構成する光学要素を全てＹ−Ｚ面に対称に
構成することで実現できる。また、実際の装置の配置に
おいては、接眼光学系によって反射する方向は、観察者
の上方でも横方向でもよいことは言うまでもない。
り、左眼用は構成する光学要素を全てＹ−Ｚ面に対称に
構成することで実現できる。また、実際の装置の配置に
おいては、接眼光学系によって反射する方向は、観察者
の上方でも横方向でもよいことは言うまでもない。
【０１０４】以下、各実施例の画角、瞳径、各面の面形
状、各面の入射角及び透明媒質の屈折率を説明する。実
施例１は、図１の断面図に示すように３面構成による接
眼光学系の１例であり、水平画角３０°、垂直画角２
２．８°、瞳径４ｍｍ、第１面（面番号２、４）５、第
２面（面番号３、５）６、第３面（面番号６）７共アナ
モフィック面である。第１面５の内面反射は全反射であ
る。条件式（１）〜（１３）に関する値は、 θ1 ＝１１．１４° θ2 ＝２２．６４° θ3 ＝４１．７１° θ4 ＝４８．１３° θ5 ＝ ６．５３° θi ＝３０．００° Ｎd ＝１．６４８１ である。
状、各面の入射角及び透明媒質の屈折率を説明する。実
施例１は、図１の断面図に示すように３面構成による接
眼光学系の１例であり、水平画角３０°、垂直画角２
２．８°、瞳径４ｍｍ、第１面（面番号２、４）５、第
２面（面番号３、５）６、第３面（面番号６）７共アナ
モフィック面である。第１面５の内面反射は全反射であ
る。条件式（１）〜（１３）に関する値は、 θ1 ＝１１．１４° θ2 ＝２２．６４° θ3 ＝４１．７１° θ4 ＝４８．１３° θ5 ＝ ６．５３° θi ＝３０．００° Ｎd ＝１．６４８１ である。
【０１０５】実施例２は、図２の断面図に示すように３
面構成による接眼光学系の１例であり、水平画角３０
°、垂直画角２２．８°、瞳径４ｍｍ、第１面（面番号
２、４）５、第２面（面番号３、５）６はアナモフィッ
ク面であり、第３面（面番号６）７は球面である。第１
面５の内面反射は全反射である。条件式（１）〜（１
３）に関する値は、 θ1 ＝１０．６８° θ2 ＝２４．９３° θ3 ＝４６．２０° θ4 ＝５５．６３° θ5 ＝ ７．３０° θi ＝３０．００° Ｎd ＝１．５１６３ である。
面構成による接眼光学系の１例であり、水平画角３０
°、垂直画角２２．８°、瞳径４ｍｍ、第１面（面番号
２、４）５、第２面（面番号３、５）６はアナモフィッ
ク面であり、第３面（面番号６）７は球面である。第１
面５の内面反射は全反射である。条件式（１）〜（１
３）に関する値は、 θ1 ＝１０．６８° θ2 ＝２４．９３° θ3 ＝４６．２０° θ4 ＝５５．６３° θ5 ＝ ７．３０° θi ＝３０．００° Ｎd ＝１．５１６３ である。
【０１０６】実施例３は、図３の断面図に示すように３
面構成による接眼光学系の１例であり、水平画角３０
°、垂直画角２２．８°、瞳径４ｍｍ、第１面（面番号
２、４）５、第２面（面番号３、５）６はアナモフィッ
ク面であり、第３面（面番号６）７は球面である。第１
面５の内面反射は全反射である。条件式（１）〜（１
３）に関する値は、 θ1 ＝１１．７８° θ2 ＝１８．４５° θ3 ＝４０．５９° θ4 ＝３８．８５° θ5 ＝−７．４９° θi ＝３０．０９° Ｎd ＝１．７４３３ である。
面構成による接眼光学系の１例であり、水平画角３０
°、垂直画角２２．８°、瞳径４ｍｍ、第１面（面番号
２、４）５、第２面（面番号３、５）６はアナモフィッ
ク面であり、第３面（面番号６）７は球面である。第１
面５の内面反射は全反射である。条件式（１）〜（１
３）に関する値は、 θ1 ＝１１．７８° θ2 ＝１８．４５° θ3 ＝４０．５９° θ4 ＝３８．８５° θ5 ＝−７．４９° θi ＝３０．０９° Ｎd ＝１．７４３３ である。
【０１０７】実施例４は、図４の断面図に示すように３
面構成による接眼光学系の１例であり、水平画角２８
°、垂直画角２１．２°、瞳径４ｍｍ、第１面（面番号
２、４）５、第２面（面番号３、５）６はアナモフィッ
ク面であり、第３面（面番号６）７は球面である。第１
面５の内面反射はミラーコーティングによる。条件式
（１）〜（１３）に関する値は、 θ1 ＝１４．７５° θ2 ＝２５．７２° θ3 ＝４４．３７° θ4 ＝４８．２５° θ5 ＝−３．６１° θi ＝２３．５８° Ｎd ＝１．５１６３ である。
面構成による接眼光学系の１例であり、水平画角２８
°、垂直画角２１．２°、瞳径４ｍｍ、第１面（面番号
２、４）５、第２面（面番号３、５）６はアナモフィッ
ク面であり、第３面（面番号６）７は球面である。第１
面５の内面反射はミラーコーティングによる。条件式
（１）〜（１３）に関する値は、 θ1 ＝１４．７５° θ2 ＝２５．７２° θ3 ＝４４．３７° θ4 ＝４８．２５° θ5 ＝−３．６１° θi ＝２３．５８° Ｎd ＝１．５１６３ である。
【０１０８】実施例５は、図５の断面図に示すように３
面構成による接眼光学系の１例であり、水平画角２８
°、垂直画角２１．２°、瞳径４ｍｍ、第１面（面番号
２、４）５はアナモフィック面であり、第２面（面番号
３、５）６は平面であり、第３面（面番号６）７は球面
である。第１面５の内面反射はミラーコーティングによ
る。条件式（１）〜（１３）に関する値は、 θ1 ＝２１．９２° θ2 ＝２９．６６° θ3 ＝３７．３９° θ4 ＝４５．１３° θ5 ＝−２．３６° θi ＝２３．５８° Ｎd ＝１．５１６３ である。
面構成による接眼光学系の１例であり、水平画角２８
°、垂直画角２１．２°、瞳径４ｍｍ、第１面（面番号
２、４）５はアナモフィック面であり、第２面（面番号
３、５）６は平面であり、第３面（面番号６）７は球面
である。第１面５の内面反射はミラーコーティングによ
る。条件式（１）〜（１３）に関する値は、 θ1 ＝２１．９２° θ2 ＝２９．６６° θ3 ＝３７．３９° θ4 ＝４５．１３° θ5 ＝−２．３６° θi ＝２３．５８° Ｎd ＝１．５１６３ である。
【０１０９】実施例６は、図６の断面図に示すように４
面構成による接眼光学系の１例であり、水平画角３０
°、垂直画角２２．８°、瞳径４ｍｍ、第１面（面番号
２、４）１１は平面であり、第２面（面番号３）１２、
第３面（面番号５）１３、第４面（面番号６）１４はア
ナモフィック面である。第１面１１の内面反射は全反射
である。条件式（１）〜（１３）に関する値は、 θ1 ＝ ７．７° θ2 ＝２５．２３° θ3 ＝４５．２９° θ4 ＝４８．３１° θ5 ＝ ０．７６° θi ＝１４．４１° Ｎd ＝１．４８７０ である。
面構成による接眼光学系の１例であり、水平画角３０
°、垂直画角２２．８°、瞳径４ｍｍ、第１面（面番号
２、４）１１は平面であり、第２面（面番号３）１２、
第３面（面番号５）１３、第４面（面番号６）１４はア
ナモフィック面である。第１面１１の内面反射は全反射
である。条件式（１）〜（１３）に関する値は、 θ1 ＝ ７．７° θ2 ＝２５．２３° θ3 ＝４５．２９° θ4 ＝４８．３１° θ5 ＝ ０．７６° θi ＝１４．４１° Ｎd ＝１．４８７０ である。
【０１１０】実施例７は、図７の断面図に示すように４
面構成による接眼光学系の１例であり、水平画角３０
°、垂直画角２２．８°、瞳径４ｍｍ、第１面（面番号
２、４）１１は球面であり、第２面（面番号３）１２、
第３面（面番号５）１３はアナモフィック面であり、第
４面（面番号６）１４は球面である。第１面１１の内面
反射は全反射である。条件式（１）〜（１３）に関する
値は、 θ1 ＝ １．８１ θ2 ＝２０．６１° θ3 ＝４３．４２° θ4 ＝４３．８８° θ5 ＝ ０．２８° θi ＝１７．２０° Ｎd ＝１．５１６３ である。
面構成による接眼光学系の１例であり、水平画角３０
°、垂直画角２２．８°、瞳径４ｍｍ、第１面（面番号
２、４）１１は球面であり、第２面（面番号３）１２、
第３面（面番号５）１３はアナモフィック面であり、第
４面（面番号６）１４は球面である。第１面１１の内面
反射は全反射である。条件式（１）〜（１３）に関する
値は、 θ1 ＝ １．８１ θ2 ＝２０．６１° θ3 ＝４３．４２° θ4 ＝４３．８８° θ5 ＝ ０．２８° θi ＝１７．２０° Ｎd ＝１．５１６３ である。
【０１１１】実施例８は、図８の断面図に示すように４
面構成による接眼光学系の１例であり、水平画角４０
°、垂直画角３０．６°、瞳径４ｍｍ、第１面（面番号
２、４）１１、第２面（面番号３）１２、第３面（面番
号５）１３、第４面（面番号６）１４共アナモフィック
面である。第１面１１の内面反射は全反射である。条件
式（１）〜（１３）に関する値は、 θ1 ＝ １．２８ θ2 ＝２３．５３° θ3 ＝４９．９１° θ4 ＝４１．１２° θ5 ＝ ９．０２° θi ＝１０．８５° Ｎd ＝１．５３３８ である。
面構成による接眼光学系の１例であり、水平画角４０
°、垂直画角３０．６°、瞳径４ｍｍ、第１面（面番号
２、４）１１、第２面（面番号３）１２、第３面（面番
号５）１３、第４面（面番号６）１４共アナモフィック
面である。第１面１１の内面反射は全反射である。条件
式（１）〜（１３）に関する値は、 θ1 ＝ １．２８ θ2 ＝２３．５３° θ3 ＝４９．９１° θ4 ＝４１．１２° θ5 ＝ ９．０２° θi ＝１０．８５° Ｎd ＝１．５３３８ である。
【０１１２】実施例９は、図９の断面図に示すように４
面構成による接眼光学系の１例であり、水平画角３０
°、垂直画角２２．６°、瞳径４ｍｍ、第１面（面番号
２、４）１１は球面であり、第２面（面番号３）１２、
第３面（面番号５）１３はアナモフィック面であり、第
４面（面番号６）１４は球面である。第１面１１の内面
反射はミラーコーティングによる。条件式（１）〜（１
３）に関する値は、 θ1 ＝１０．９０ θ2 ＝３０．７３° θ3 ＝３４．０５° θ4 ＝５３．９５° θ5 ＝−６．６１° θi ＝２３．５８° Ｎd ＝１．５１６３ である。
面構成による接眼光学系の１例であり、水平画角３０
°、垂直画角２２．６°、瞳径４ｍｍ、第１面（面番号
２、４）１１は球面であり、第２面（面番号３）１２、
第３面（面番号５）１３はアナモフィック面であり、第
４面（面番号６）１４は球面である。第１面１１の内面
反射はミラーコーティングによる。条件式（１）〜（１
３）に関する値は、 θ1 ＝１０．９０ θ2 ＝３０．７３° θ3 ＝３４．０５° θ4 ＝５３．９５° θ5 ＝−６．６１° θi ＝２３．５８° Ｎd ＝１．５１６３ である。
【０１１３】実施例１０は、図１０の断面図に示すよう
に４面構成による接眼光学系の１例であり、水平画角２
８°、垂直画角２１．２°、瞳径４ｍｍ、第１面（面番
号２、４）１１は球面であり、第２面（面番号３）１
２、第３面（面番号５）１３はアナモフィック面であ
り、第４面（面番号６）１４は球面である。第１面１１
の内面反射はミラーコーティングによる。条件式（１）
〜（１３）に関する値は、 θ1 ＝２２．８０ θ2 ＝３２．２５° θ3 ＝３０．９６° θ4 ＝３５．４１° θ5 ＝−４．２０° θi ＝２３．５８° Ｎd ＝１．５１６３ である。
に４面構成による接眼光学系の１例であり、水平画角２
８°、垂直画角２１．２°、瞳径４ｍｍ、第１面（面番
号２、４）１１は球面であり、第２面（面番号３）１
２、第３面（面番号５）１３はアナモフィック面であ
り、第４面（面番号６）１４は球面である。第１面１１
の内面反射はミラーコーティングによる。条件式（１）
〜（１３）に関する値は、 θ1 ＝２２．８０ θ2 ＝３２．２５° θ3 ＝３０．９６° θ4 ＝３５．４１° θ5 ＝−４．２０° θi ＝２３．５８° Ｎd ＝１．５１６３ である。
【０１１４】以下に、上記実施例１〜１０の逆光線追跡
での構成パラメータの値を示す。
での構成パラメータの値を示す。
【０１１５】実施例１ 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 -210.566 1.6481 55.28 Ｒx -616.660 Ｙ -26.631 θ 34.36° Ｋy 0 Ｚ 3.827 Ｋx 0 ＡＲ 0 ＢＲ 0 ＡＰ 0 ＢＰ 0 ３ Ｒy -130.170 1.6481 55.28 Ｒx -131.141 Ｙ 41.547 θ 10.87° Ｋy 0 Ｚ 50.217 Ｋx 0 ＡＲ -2.8856 ×10-10 ＢＲ -2.3366 ×10-15 ＡＰ -4.1410 ＢＰ 5.4988 ４ Ｒy -210.566 1.6481 55.28 Ｒx -616.660 Ｙ -26.631 θ 34.36° Ｋy 0 Ｚ 3.827 Ｋx 0 ＡＲ 0 ＢＲ 0 ＡＰ 0 ＢＰ 0 ５ Ｒy -130.170 1.6481 55.28 Ｒx -131.141 Ｙ 41.547 θ 10.87° Ｋy 0 Ｚ 50.217 Ｋx 0 ＡＲ -2.8856 ×10-10 ＢＲ -2.3366 ×10-15 AP -4.1410 ＢＰ 5.4988 ６ Ｒy -139.371 Ｙ -39.978 θ 49.40° Ｒx 339.330 Ｚ 67.618 Ｋy 0 Ｋx 0 ＡＲ 0 ＢＲ 0 ＡＰ 0 ＢＰ 0 ７ （画像表示素子） Ｙ -46.520 θ 28.24° Ｚ 41.317 。
【０１１６】実施例２ 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 -161.656 1.5163 64.15 Ｒx -1301.410 Ｙ 3.977 θ 26.73° Ｋy 0 Ｚ 12.107 Ｋx 0 ＡＲ 1.9502 ×10-7 ＢＲ -1.0740 ×10-11 ＡＰ 1.1334 ＢＰ 2.0740 ３ Ｒy -136.884 1.5163 64.15 Ｒx -147.084 Ｙ 4.315 θ 35.86° Ｋy -0.4474 Ｚ 30.348 Ｋx -1.1088 AR 5.6195 ×10-8 ＢＲ -8.8973 ×10-15 ＡＰ 2.6626 ×10-1 ＢＰ 7.2753 ４ Ｒy -161.656 1.5163 64.15 Ｒx -1301.410 Ｙ 3.977 θ 26.73° Ｋy 0 Ｚ 12.107 Ｋx 0 ＡＲ 1.9502 ×10-7 ＢＲ -1.0740 ×10-11 ＡＰ 1.1334 ＢＰ 2.0740 ５ Ｒy -136.884 1.5163 64.15 Ｒx -147.084 Ｙ 4.315 θ 35.86° Ｋy -0.4474 Ｚ 30.348 Ｋx -1.1088 ＡＲ 5.6195 ×10-8 ＢＲ -8.8973 ×10-15 ＡＰ 2.6626 ×10-1 ＢＰ 7.2753 ６ 192.794 Ｙ -47.076 θ 79.13° Ｚ 41.366 ７ （画像表示素子） Ｙ -56.120 θ 38.58° Ｚ 39.788 。
【０１１７】実施例３ 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 -51.348 1.7433 44.75 Ｒx -45.397 Ｙ -8.790 θ 29.67° Ｋy -0.0909 Ｚ 1.764 Ｋx 1.6087 ＡＲ -2.7583 ×10-8 ＢＲ -2.8974 ×10-10 ＡＰ -2.4093 ＢＰ 1.9705 ３ Ｒy -57.489 1.7433 44.75 Ｒx -53.053 Ｙ 15.378 θ 32.14° Ｋy -0.1177 Ｚ 40.450 Ｋx 0.1510 ＡＲ -5.1413 ×10-9 ＢＲ 4.8987 ×10-11 ＡＰ -7.1903 ＢＰ -4.2086 ×10-1 ４ Ｒy -51.348 1.7433 44.75 Ｒx -45.397 Ｙ -8.790 θ 29.67° Ｋy -0.0909 Ｚ 1.764 Ｋx 1.6087 ＡＲ -2.7583 ×10-8 ＢＲ -2.8974 ×10-10 ＡＰ -2.4093 ＢＰ 1.9705 ５ Ｒy -57.489 1.7433 44.75 Ｒx -53.053 Ｙ 15.378 θ 32.14° Ｋy -0.1177 Ｚ 40.450 Ｋx 0.1510 ＡＲ -5.1413 ×10-9 BR 4.8987 ×10-11 ＡＰ -7.1903 ＢＰ -4.2086 ×10-1 ６ -17.021 Ｙ -21.771 θ 72.83° Ｚ 27.458 ７ （画像表示素子） Ｙ -35.479 θ 14.03° Ｚ 30.627 。
【０１１８】実施例４ 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 -408.985 1.5163 64.15 Ｒx -283.326 Ｙ -14.922 θ 24.30° Ｋy 0 Ｚ 12.616 Ｋx 0 ＡＲ -6.5368 ×10-8 ＢＲ 2.6628 ×10-11 ＡＰ -4.2799 ×10-2 ＢＰ 1.0453 ３ Ｒy -137.122 1.5163 64.15 Ｒx -109.735 Ｙ 5.062 θ 35.80° Ｋy -3.3707 Ｚ 32.532 Ｋx -2.6799 ＡＲ 9.0123 ×10-8 ＢＲ 5.8457 ×10-14 ＡＰ -3.5746 ×10-2 ＢＰ -9.1012 ４ Ｒy -408.985 1.5163 64.15 Ｒx -283.326 Ｙ -14.922 θ 24.30° Ｋy 0 Ｚ 12.616 Ｋx 0 ＡＲ -6.5368 ×10-8 ＢＲ 2.6628 ×10-11 ＡＰ -4.2799 ×10-2 ＢＰ 1.0453 ５ Ｒy -137.122 1.5163 64.15 Ｒx -109.735 Ｙ 5.062 θ 35.80° Ｋy -3.3707 Ｚ 32.532 Ｋx -2.6799 ＡＲ 9.0123 ×10-8 ＢＲ 5.8457 ×10-14 ＡＰ -3.5746 ×10-2 ＢＰ -9.1012 ６ 39.708 Ｙ -49.190 θ 66.30° Ｚ 52.374 ７ （画像表示素子） Ｙ -50.195 θ 42.57° Ｚ 47.677 。
【０１１９】実施例５ 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 155.857 1.5163 64.15 Ｒx 108.364 Ｙ -20.000 θ 30.81° Ｋy 0 Ｚ 30.000 Ｋx 0 ＡＲ -1.1508 ×10-7 BR 1.1468 ×10-10 ＡＰ -1.3330 ＢＰ -1.7019 ３ ∞ 1.5163 64.15 Ｙ -1.565 θ 37.32° Ｚ 42.461 ４ Ｒy 155.857 1.5163 64.15 Ｒx 108.364 Ｙ -20.000 θ 30.81° Ｋy 0 Ｚ 30.000 Ｋx 0 ＡＲ -1.1508 ×10-7 ＢＲ 1.1468 ×10-10 ＡＰ -1.3330 ＢＰ -1.7019 ５ ∞ 1.5163 64.15 Ｙ -1.565 θ 37.32° Ｚ 42.461 ６ 70.244 Ｙ -33.253 θ 62.66° Ｚ 36.315 ７ （画像表示素子） Ｙ -44.749 θ 60.09° Ｚ 55.961 。
【０１２０】実施例６ 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 ∞ 1.4870 70.40 Ｙ 0.000 θ 7.70° Ｚ 33.232 ３ Ｒy -92.681 1.4870 70.40 Ｒx -91.368 Ｙ 10.225 θ 37.34° Ｋy 2.9442 Ｚ 34.669 Ｋx -6.4492 ＡＲ 6.7868 ×10-9 ＢＲ 1.2064 ×10-12 ＡＰ 1.1032 ×10 ＢＰ -3.6642 ４ ∞ 1.4870 70.40 Ｙ 0.000 θ 7.70° Ｚ 33.232 ５ Ｒy -227.431 1.4870 70.40 Ｒx -73.582 Ｙ 30.000 θ 48.36° Ｋy 0 Ｚ 2.395 Ｋx 0 ＡＲ 4.6395 ×10-7 ＢＲ 1.1004 ×10-11 ＡＰ 5.1263 ×10-1 ＢＰ -3.0762 ６ Ｒy 66.981 Ｒx 16.415 Ｙ -36.765 θ 57.28° Ｋy 0 Ｚ 69.400 Ｋx 0 ＡＲ 2.2637 ×10-6 ＢＲ -7.3017 ×10-8 ＡＰ -3.7748 ×10-1 ＢＰ -6.6901 ×10-1 ７ （画像表示素子） Ｙ -33.673 θ 45.00° Ｚ 44.201 。
【０１２１】実施例７ 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 -542.306 1.5163 64.15 Ｙ 70.778 θ 5.68° Ｚ 30.533 ３ Ｒy -105.705 1.5163 64.15 Ｒx -89.941 Ｙ 10.014 θ 39.19° Ｋy -0.1753 Ｚ 25.954 Ｋx -0.8315 ＡＲ 3.6313 ×10-9 ＢＲ 6.1440 ×10-18 ＡＰ -8.7199 ×10-2 ＢＰ -5.0996 ×10 ４ -542.306 1.5163 64.15 Ｙ 70.778 θ 5.68° Ｚ 30.533 ５ Ｒy -180.609 1.5163 64.15 Ｒx -1143.935 Ｙ 40.198 θ 41.35° Ｋy 0.1463 Ｚ 16.177 Ｋx -1488.0941 ＡＲ 2.0564 ×10-8 ＢＲ 5.2529 ×10-14 ＡＰ -3.7942 ×10-2 ＢＰ 3.6207 ６ -74.701 Ｙ -39.077 θ 34.94° Ｚ 47.282 7 （画像表示素子） Ｙ -36.693 θ 24.18° Ｚ 36.463 。
【０１２２】実施例８ 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 -245.203 1.5338 65.89 Ｒx -52.851 Ｙ 0.000 θ 20.00° Ｋy 0 Ｚ -1.281 Ｋx 0 ＡＲ 0 ＢＲ 0 ＡＰ 0 ＢＰ 0 ３ Ｒy -59.102 1.5338 65.89 Ｒx -45.130 Ｙ 15.989 θ 17.99° Ｋy -0.9559 Ｚ 40.072 Ｋx -0.2970 ＡＲ 6.4446 ×10-9 ＢＲ 9.3898 ×10-14 ＡＰ 7.4590 ＢＰ -1.3817 ×10 ４ Ｒy -245.203 1.5338 65.89 Ｒx -52.851 Ｙ 0.000 θ 20.00° Ｋy 0 Ｚ -1.281 Ｋx 0 ＡＲ 0 ＢＲ 0 AP 0 ＢＰ 0 ５ Ｒy -92.593 1.5338 65.89 Ｒx -71.241 Ｙ 29.319 θ 41.82° Ｋy 0 Ｚ -4.482 Ｋx 0 ＡＲ 7.6834 ×10-7 ＢＲ 1.6178 ×10-11 ＡＰ 4.2887 ×10-1 ＢＰ -3.0887 ６ Ｒy -72.841 Ｙ -28.655 θ 22.75° Ｒx 81.858 Ｚ 36.867 Ｋy 0 Ｋx 0 ＡＲ 6.7391 ×10-7 ＢＲ -4.2424 ×10-10 ＡＰ -1.1564 ×10 ＢＰ -8.0054 ７ （画像表示素子） Ｙ -28.600 θ 35.00° Ｚ 19.053 。
【０１２３】実施例９ 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 64.328 1.5163 64.15 Ｙ -20.000 θ 30.00° Ｚ 27.699 ３ Ｒy 139.632 1.5163 64.15 Ｒx 277.392 Ｙ 0.129 θ 39.41° Ｋy -10.6785 Ｚ 35.000 Ｋx 20.0000 ＡＲ -7.5208 ×10-9 ＢＲ 9.3767 ×10-13 ＡＰ 3.6868 ＢＰ -6.5396 ４ 64.328 1.5163 64.15 Ｙ -20.000 θ 30.00° Ｚ 27.699 ５ Ｒy 61.956 1.5163 64.15 Ｒx 70.808 Ｙ -2.352 θ 36.43° Ｋy 0 Ｚ 27.385 Ｋ 0 ＡＲ 3.5927 ×10-7 ＢＲ -4.9429 ×10-10 ＡＰ -1.7527 ＢＰ -9.8564 ×10-2 ６ 45.850 Ｙ -33.382 θ 72.85° Ｚ 36.018 ７ （画像表示素子） Ｙ -38.077 θ 84.87° Ｚ 57.285 。
【０１２４】実施例１０ 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 68.114 1.5163 64.15 Ｙ -7.666 θ 30.00° Ｚ 24.886 ３ Ｒy 172.006 1.5163 64.15 Ｒx 270.352 Ｙ 3.180 θ 39.16° Ｋy 20.0000 Ｚ 40.000 Ｋx -20.0000 ＡＲ 1.9117 ×10-6 ＢＲ -8.7696 ×10-10 ＡＰ -7.5555 ×10-1 ＢＰ -1.2220 ４ 68.114 1.5163 64.15 Ｙ -7.666 θ 30.00° Ｚ 24.886 ５ Ｒy -150.750 1.5163 64.15 Ｒx -87.182 Ｙ 20.418 θ 31.28° Ｋy -79.4956 Ｚ 32.891 Ｋx -334.5455 ＡＲ 8.5541 ×10-7 ＢＲ -1.7073 ×10-10 ＡＰ 4.0595 ×10-1 ＢＰ 8.1476 ×10-2 ６ 45.311 Ｙ -30.000 θ 67.19° Ｚ 44.886 ７ （画像表示素子） Ｙ -36.353 θ 60.00° Ｚ 51.966 。
【０１２５】上記実施例１〜１０中、実施例１の横収差
を図１１から図１３に示す。これらの横収差図におい
て、括弧内に示された数字は（水平画角，垂直画角）を
表し、その画角における横収差を示す。
を図１１から図１３に示す。これらの横収差図におい
て、括弧内に示された数字は（水平画角，垂直画角）を
表し、その画角における横収差を示す。
【０１２６】なお、以上の実施例においてはアナモルフ
ィック面、球面、平面を使用したが、これらの面はその
他のトーリック面でも、回転対称な非球面、球面、さら
に、（１４）式で定義される自由曲面等の面形状で構成
できることは言うまでもない。また、ホログラフィック
面で構成できることも言うまでもない。
ィック面、球面、平面を使用したが、これらの面はその
他のトーリック面でも、回転対称な非球面、球面、さら
に、（１４）式で定義される自由曲面等の面形状で構成
できることは言うまでもない。また、ホログラフィック
面で構成できることも言うまでもない。
【０１２７】さらに、面の曲率、パワー等を定義できな
い形状の場合は、視軸上を進み画像表示素子に到る軸上
光線に沿って、軸上光線と面とが当たる部分の面の形状
の微分値によって得られるある任意のある領域内の曲率
をその面の曲率とすることで、曲率、パワーを求めるこ
ともできる。
い形状の場合は、視軸上を進み画像表示素子に到る軸上
光線に沿って、軸上光線と面とが当たる部分の面の形状
の微分値によって得られるある任意のある領域内の曲率
をその面の曲率とすることで、曲率、パワーを求めるこ
ともできる。
【０１２８】さて、上記のような本発明による接眼光学
系を用い、この接眼光学系と画像表示素子からなる組を
左右一対用意し、それらを眼輻距離だけ離して支持する
ことにより、両眼で観察できる据え付け型又は頭部装着
式画像表示装置のようなポータブル型の画像表示装置と
して構成することができる。なお、片眼にのみ接眼光学
系を配置した片眼用の画像表示装置として構成してもよ
い。
系を用い、この接眼光学系と画像表示素子からなる組を
左右一対用意し、それらを眼輻距離だけ離して支持する
ことにより、両眼で観察できる据え付け型又は頭部装着
式画像表示装置のようなポータブル型の画像表示装置と
して構成することができる。なお、片眼にのみ接眼光学
系を配置した片眼用の画像表示装置として構成してもよ
い。
【０１２９】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１７
（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２０を取り付けて観察者の頭部に装着
して使用する。この使用例の場合に、接眼光学系３の第
２面６を半透過ミラー（ハーフミラー）とし、このハー
フミラーの前方にシースルー補償光学系２２、液晶シヤ
ッター２１を配備し、外界像を選択的に又は画像表示素
子４の映像と重畳して観察できるようにしている。ここ
で、シースルー補償光学系２２は、外界光に対して光学
系全体のパワーが略ゼロになるように設定されている透
明プリズム体からなるものである。
示装置（ＨＭＤ）３１として構成するには、図１７
（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２０を取り付けて観察者の頭部に装着
して使用する。この使用例の場合に、接眼光学系３の第
２面６を半透過ミラー（ハーフミラー）とし、このハー
フミラーの前方にシースルー補償光学系２２、液晶シヤ
ッター２１を配備し、外界像を選択的に又は画像表示素
子４の映像と重畳して観察できるようにしている。ここ
で、シースルー補償光学系２２は、外界光に対して光学
系全体のパワーが略ゼロになるように設定されている透
明プリズム体からなるものである。
【０１３０】さらに、本発明の画像表示装置の接眼光学
系を結像光学系として用いた場合、例えば、図１８に斜
視図を示すように、撮影光学系Ｏｂとファインダー光学
系Ｆｉが別体に併設されたコンパクトカメラＣａのファ
インダー光学系Ｆｉに用いることができる。このような
結像光学系として用いた場合の光学系の構成図を図１９
に示す。前側レンズ群ＧＦと、明るさ絞りＤとその後方
に配備された本発明による接眼光学系ＤＳとで対物光学
系Ｌｔを構成することができる。この対物光学系Ｌｔに
よって形成された像は、この対物光学系Ｌｔの観察者側
に設けられた４回反射のホロプリズムＰによって正立さ
れ、接眼レンズＯｃによって観察できる。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。
系を結像光学系として用いた場合、例えば、図１８に斜
視図を示すように、撮影光学系Ｏｂとファインダー光学
系Ｆｉが別体に併設されたコンパクトカメラＣａのファ
インダー光学系Ｆｉに用いることができる。このような
結像光学系として用いた場合の光学系の構成図を図１９
に示す。前側レンズ群ＧＦと、明るさ絞りＤとその後方
に配備された本発明による接眼光学系ＤＳとで対物光学
系Ｌｔを構成することができる。この対物光学系Ｌｔに
よって形成された像は、この対物光学系Ｌｔの観察者側
に設けられた４回反射のホロプリズムＰによって正立さ
れ、接眼レンズＯｃによって観察できる。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。
【０１３１】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。
のように構成することができる。
【０１３２】〔１〕 画像を表示する画像表示素子と、
前記画像表示素子によって形成された画像を投影し、観
察者眼球に導く接眼光学系とからなる画像表示装置にお
いて、前記接眼光学系は、前記画像表示素子から発した
光線が前記観察者眼球に到るまでの反射回数が３回以上
の奇数回であり、前記接眼光学系の前記観察者眼球の直
前の面は、内部反射をすると共に、前記接眼光学系を射
出する屈折面であることを特徴とする画像表示装置。
前記画像表示素子によって形成された画像を投影し、観
察者眼球に導く接眼光学系とからなる画像表示装置にお
いて、前記接眼光学系は、前記画像表示素子から発した
光線が前記観察者眼球に到るまでの反射回数が３回以上
の奇数回であり、前記接眼光学系の前記観察者眼球の直
前の面は、内部反射をすると共に、前記接眼光学系を射
出する屈折面であることを特徴とする画像表示装置。
【０１３３】〔２〕 画像を表示する画像表示素子と、
前記画像表示素子によって形成された画像を投影し、観
察者眼球に導く接眼光学系とからなる画像表示装置にお
いて、前記接眼光学系は、前記画像表示素子から発した
光線が前記観察者眼球に到るまでの反射回数が３回であ
り、前記接眼光学系の前記観察者眼球の直前の面は、内
部反射をすると共に、前記接眼光学系を射出する屈折面
であることを特徴とする画像表示装置。
前記画像表示素子によって形成された画像を投影し、観
察者眼球に導く接眼光学系とからなる画像表示装置にお
いて、前記接眼光学系は、前記画像表示素子から発した
光線が前記観察者眼球に到るまでの反射回数が３回であ
り、前記接眼光学系の前記観察者眼球の直前の面は、内
部反射をすると共に、前記接眼光学系を射出する屈折面
であることを特徴とする画像表示装置。
【０１３４】〔３〕 画像を表示する画像表示素子と、
前記画像表示素子によって形成された画像を投影し、観
察者眼球に導く接眼光学系とからなる画像表示装置にお
いて、前記接眼光学系は少なくとも３つの面を持ち、前
記の少なくとも３つの面によって形成される空間が屈折
率が１より大きい媒質で満たされており、前記観察者眼
球から前記画像表示素子に到る逆光線追跡に従って光線
が通過する順に、屈折面かつ内部反射面である第１面、
前記第１面に対向し、観察者視軸に対して偏心するかあ
るいは傾いた反射面である第２面、前記画像表示素子に
最も近接している屈折面である第３面で構成され、前記
観察者眼球から前記画像表示素子に到るまでに反射回数
が３回であることを特徴とする画像表示装置。
前記画像表示素子によって形成された画像を投影し、観
察者眼球に導く接眼光学系とからなる画像表示装置にお
いて、前記接眼光学系は少なくとも３つの面を持ち、前
記の少なくとも３つの面によって形成される空間が屈折
率が１より大きい媒質で満たされており、前記観察者眼
球から前記画像表示素子に到る逆光線追跡に従って光線
が通過する順に、屈折面かつ内部反射面である第１面、
前記第１面に対向し、観察者視軸に対して偏心するかあ
るいは傾いた反射面である第２面、前記画像表示素子に
最も近接している屈折面である第３面で構成され、前記
観察者眼球から前記画像表示素子に到るまでに反射回数
が３回であることを特徴とする画像表示装置。
【０１３５】〔４〕 画像を表示する画像表示素子と、
前記画像表示素子によって形成された画像を投影し、観
察者眼球に導く接眼光学系とからなる画像表示装置にお
いて、前記接眼光学系は少なくとも４つの面を持ち、前
記の少なくとも４つの面によって形成される空間が屈折
率が１より大きい媒質で満たされており、前記観察者眼
球から前記画像表示素子に到る逆光線追跡に従って光線
が通過する順に、屈折面かつ内部反射面である第１面、
前記第１面に対向し、観察者視軸に対して偏心するかあ
るいは傾いた反射面である第２面、前記第１面に対向
し、前記第２面に隣接した反射面である第３面、前記画
像表示素子に最も近接している屈折面である第４面で構
成され、前記観察者眼球から前記画像表示素子に到るま
でに反射回数が３回であることを特徴とする画像表示装
置。
前記画像表示素子によって形成された画像を投影し、観
察者眼球に導く接眼光学系とからなる画像表示装置にお
いて、前記接眼光学系は少なくとも４つの面を持ち、前
記の少なくとも４つの面によって形成される空間が屈折
率が１より大きい媒質で満たされており、前記観察者眼
球から前記画像表示素子に到る逆光線追跡に従って光線
が通過する順に、屈折面かつ内部反射面である第１面、
前記第１面に対向し、観察者視軸に対して偏心するかあ
るいは傾いた反射面である第２面、前記第１面に対向
し、前記第２面に隣接した反射面である第３面、前記画
像表示素子に最も近接している屈折面である第４面で構
成され、前記観察者眼球から前記画像表示素子に到るま
でに反射回数が３回であることを特徴とする画像表示装
置。
【０１３６】〔５〕 前記接眼光学系を構成する面の
中、少なくとも１面は平面であることを特徴とする上記
〔１〕から〔４〕の何れか１項記載の画像表示装置。
中、少なくとも１面は平面であることを特徴とする上記
〔１〕から〔４〕の何れか１項記載の画像表示装置。
【０１３７】〔６〕 前記第１面の内部反射は全反射で
あることを特徴とする上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
あることを特徴とする上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
【０１３８】〔７〕 前記第２面は前記第１面に対して
凹面を向けた反射面であることを特徴とする上記〔３〕
から〔６〕の何れか１項記載の画像表示装置。
凹面を向けた反射面であることを特徴とする上記〔３〕
から〔６〕の何れか１項記載の画像表示装置。
【０１３９】〔８〕 前記第１面は前記第２面に対して
凸面を向けた透過面かつ反射面であることを特徴とする
上記〔３〕から〔７〕の何れか１項記載の画像表示装
置。
凸面を向けた透過面かつ反射面であることを特徴とする
上記〔３〕から〔７〕の何れか１項記載の画像表示装
置。
【０１４０】
〔９〕 前記第１面は平面の透過面かつ反
射面であることを特徴とする上記〔３〕から〔７〕の何
れか１項記載の画像表示装置。
射面であることを特徴とする上記〔３〕から〔７〕の何
れか１項記載の画像表示装置。
【０１４１】〔１０〕 前記第１面の内部反射領域は反
射コーティングされていることを特徴とする上記〔３〕
又は〔４〕記載の画像表示装置。
射コーティングされていることを特徴とする上記〔３〕
又は〔４〕記載の画像表示装置。
【０１４２】〔１１〕 前記第１面は前記第２面に対し
て凹面を向けた透過面かつ反射面であることを特徴とす
る上記〔３〕、〔４〕又は〔１０〕記載の画像表示装
置。
て凹面を向けた透過面かつ反射面であることを特徴とす
る上記〔３〕、〔４〕又は〔１０〕記載の画像表示装
置。
【０１４３】〔１２〕 前記第２面は前記第１面に対し
て凸面を向けた反射面であることを特徴とする上記
〔３〕、〔４〕又は〔１０〕記載の画像表示装置。
て凸面を向けた反射面であることを特徴とする上記
〔３〕、〔４〕又は〔１０〕記載の画像表示装置。
【０１４４】〔１３〕 前記第２面における逆光線追跡
での第１回目の反射時の軸上主光線の入射角をθ2 とす
るとき、 ０°＜θ2 ＜５０° ・・・（１） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
での第１回目の反射時の軸上主光線の入射角をθ2 とす
るとき、 ０°＜θ2 ＜５０° ・・・（１） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
【０１４５】〔１４〕 前記第２面における逆光線追跡
での第１回目の反射時の軸上主光線の入射角をθ2 とす
るとき、 １０°＜θ2 ＜４０° ・・・（２） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
での第１回目の反射時の軸上主光線の入射角をθ2 とす
るとき、 １０°＜θ2 ＜４０° ・・・（２） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
【０１４６】〔１５〕 前記第１面における軸上主光線
の入射角をθ1 とするとき、 −２０°＜θ1 ＜４０° ・・・（３） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
の入射角をθ1 とするとき、 −２０°＜θ1 ＜４０° ・・・（３） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
【０１４７】〔１６〕 前記第１面における軸上主光線
の入射角をθ1 とするとき、 −１０°＜θ1 ＜２５° ・・・（４） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
の入射角をθ1 とするとき、 −１０°＜θ1 ＜２５° ・・・（４） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
【０１４８】〔１７〕 前記第１面の内部反射における
軸上主光線の入射角をθ3 とするとき、 ２０°＜θ3 ＜７０° ・・・（５） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
軸上主光線の入射角をθ3 とするとき、 ２０°＜θ3 ＜７０° ・・・（５） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
【０１４９】〔１８〕 前記第１面の内部反射における
軸上主光線の入射角をθ3 とするとき、 ３０°＜θ3 ＜５５° ・・・（６） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
軸上主光線の入射角をθ3 とするとき、 ３０°＜θ3 ＜５５° ・・・（６） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
【０１５０】〔１９〕 ３面構成の場合の前記第２面に
おける逆光線追跡での第２回目の反射時の、又は、４面
構成の場合の前記第３面における軸上主光線の入射角を
θ4 とするとき、 ２０°＜θ4 ＜８０° ・・・（７） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
おける逆光線追跡での第２回目の反射時の、又は、４面
構成の場合の前記第３面における軸上主光線の入射角を
θ4 とするとき、 ２０°＜θ4 ＜８０° ・・・（７） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
【０１５１】〔２０〕 ３面構成の場合の前記第２面に
おける逆光線追跡での第２回目の反射時の、又は、４面
構成の場合の前記第３面における軸上主光線の入射角を
θ4 とするとき、 ３０°＜θ4 ＜６５° ・・・（８） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
おける逆光線追跡での第２回目の反射時の、又は、４面
構成の場合の前記第３面における軸上主光線の入射角を
θ4 とするとき、 ３０°＜θ4 ＜６５° ・・・（８） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
【０１５２】〔２１〕 ３面構成の場合の前記第３面、
又は、４面構成の場合の前記第４面における軸上主光線
の入射角をθ5 とするとき、 −３０°＜θ5 ＜４０° ・・・（９） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
又は、４面構成の場合の前記第４面における軸上主光線
の入射角をθ5 とするとき、 −３０°＜θ5 ＜４０° ・・・（９） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
【０１５３】〔２２〕 前記画像表示素子面における軸
上主光線の入射角をθi とするとき、 −４０°＜θi ＜４０° ・・・（10） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
上主光線の入射角をθi とするとき、 −４０°＜θi ＜４０° ・・・（10） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
【０１５４】〔２３〕 前記画像表示素子面における軸
上主光線の入射角をθi とするとき、 −２５°＜θi ＜２５° ・・・（11） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
上主光線の入射角をθi とするとき、 −２５°＜θi ＜２５° ・・・（11） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
【０１５５】〔２４〕 前記の屈折率が１より大きい媒
質のｄ線の屈折率をＮd とするとき、 １．４５＜Ｎd ＜２．０ ・・・（12） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
質のｄ線の屈折率をＮd とするとき、 １．４５＜Ｎd ＜２．０ ・・・（12） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
【０１５６】〔２５〕 前記の屈折率が１より大きい媒
質のｄ線の屈折率をＮd とするとき、 １．５＜Ｎd ＜２．０ ・・・（13） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
質のｄ線の屈折率をＮd とするとき、 １．５＜Ｎd ＜２．０ ・・・（13） であることを特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像
表示装置。
【０１５７】〔２６〕 前記接眼光学系を構成する少な
くとも１つの面は非球面であることを特徴する上記
〔１〕から〔４〕の何れか１項記載の画像表示装置。
くとも１つの面は非球面であることを特徴する上記
〔１〕から〔４〕の何れか１項記載の画像表示装置。
【０１５８】〔２７〕 前記接眼光学系を構成する少な
くとも１つの面はアナモフィック面であることを特徴す
る上記〔２６〕記載の画像表示装置。
くとも１つの面はアナモフィック面であることを特徴す
る上記〔２６〕記載の画像表示装置。
【０１５９】〔２８〕 前記接眼光学系を構成する少な
くとも１つの面は自由曲面であることを特徴する上記
〔２６〕記載の画像表示装置。
くとも１つの面は自由曲面であることを特徴する上記
〔２６〕記載の画像表示装置。
【０１６０】〔２９〕 前記画像表示素子の表示面は軸
上主光線に対して傾いて配置傾いて配置されていること
を特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像表示装置。
上主光線に対して傾いて配置傾いて配置されていること
を特徴する上記〔３〕又は〔４〕記載の画像表示装置。
【０１６１】〔３０〕 前記画像表示素子は、前記観察
者に対して前記画像表示素子の表示面の裏側を向けて配
備されていることを特徴する上記〔３〕、〔４〕又は
〔２９〕記載の画像表示装置。
者に対して前記画像表示素子の表示面の裏側を向けて配
備されていることを特徴する上記〔３〕、〔４〕又は
〔２９〕記載の画像表示装置。
【０１６２】〔３１〕 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する上記〔１〕から〔３０〕の何
れか１項記載の画像表示装置。
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する上記〔１〕から〔３０〕の何
れか１項記載の画像表示装置。
【０１６３】〔３２〕 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す
ることを特徴する上記〔１〕から〔３１〕の何れか１項
記載の画像表示装置。
学系を前記観察者頭部に対して支持する支持手段を有す
ることを特徴する上記〔１〕から〔３１〕の何れか１項
記載の画像表示装置。
【０１６４】〔３３〕 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
徴する上記〔１〕から〔３２〕の何れか１項記載の画像
表示装置。
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
徴する上記〔１〕から〔３２〕の何れか１項記載の画像
表示装置。
【０１６５】〔３３〕 前記画像表示装置における前記
接眼光学系を結像光学系として用いることを特徴する上
記〔１〕から〔３０〕の何れか１項記載の結像光学系。
接眼光学系を結像光学系として用いることを特徴する上
記〔１〕から〔３０〕の何れか１項記載の結像光学系。
【０１６６】
【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、非常に小型
軽量な画像表示装置を提供することができる。
の画像表示装置によると、広い観察画角で、非常に小型
軽量な画像表示装置を提供することができる。
【図１】本発明の画像表示装置の接眼光学系の実施例１
の光路図である。
の光路図である。
【図２】本発明の画像表示装置の接眼光学系の実施例２
の光路図である。
の光路図である。
【図３】本発明の画像表示装置の接眼光学系の実施例３
の光路図である。
の光路図である。
【図４】本発明の画像表示装置の接眼光学系の実施例４
の光路図である。
の光路図である。
【図５】本発明の画像表示装置の接眼光学系の実施例５
の光路図である。
の光路図である。
【図６】本発明の画像表示装置の接眼光学系の実施例６
の光路図である。
の光路図である。
【図７】本発明の画像表示装置の接眼光学系の実施例７
の光路図である。
の光路図である。
【図８】本発明の画像表示装置の接眼光学系の実施例８
の光路図である。
の光路図である。
【図９】本発明の画像表示装置の接眼光学系の実施例９
の光路図である。
の光路図である。
【図１０】本発明の画像表示装置の接眼光学系の実施例
１０の光路図である。
１０の光路図である。
【図１１】本発明の実施例１の横収差図の一部である。
【図１２】本発明の実施例１の横収差図の残りの一部で
ある。
ある。
【図１３】本発明の実施例１の横収差図の残りの部分で
ある。
ある。
【図１４】本発明による接眼光学系の第１面の内部反射
についての説明図である。
についての説明図である。
【図１５】本発明による接眼光学系の第１面の形状と全
反射の関係の説明図である。
反射の関係の説明図である。
【図１６】軸上主光線が各面に入射する入射角を定義す
る図である。
る図である。
【図１７】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。
図と斜視図である。
【図１８】本発明による光学系を結像光学系として利用
した場合の構成図である。
した場合の構成図である。
【図１９】本発明による光学系を結像光学系として利用
した場合の光学系の構成図である。
した場合の光学系の構成図である。
【図２０】従来の１つの画像表示装置の光学系を示す図
である。
である。
【図２１】従来の別の画像表示装置の光学系を示す図で
ある。
ある。
【図２２】従来のさらに別の画像表示装置の光学系を示
す図である。
す図である。
【図２３】従来のもう１つの画像表示装置の光学系を示
す図である。
す図である。
１…観察者瞳位置 ２…観察者視軸 ３…接眼光学系 ４…画像表示素子 ５…接眼光学系の第１面 ６…接眼光学系の第２面 ７…接眼光学系の第３面 １１…接眼光学系の第１面 １２…接眼光学系の第２面 １３…接眼光学系の第３面 １４…接眼光学系の第４面 ２０…ヘッドバンド ２１…液晶シヤッター ２２…シースルー補償光学系 ３１…頭部装着式画像表示装置（ＨＭＤ） Ｏｂ…撮影光学系 Ｆｉ…ファインダー光学系 Ｃａ…コンパクトカメラ ＧＦ…前側レンズ群 Ｄ …明るさ絞り ＤＳ…接眼光学系（本発明） Ｌｔ…対物光学系 Ｐ …ホロプリズム Ｏｃ…接眼レンズ
Claims (4)
- 【請求項１】 画像を表示する画像表示素子と、前記画
像表示素子によって形成された画像を投影し、観察者眼
球に導く接眼光学系とからなる画像表示装置において、 前記接眼光学系は、前記画像表示素子から発した光線が
前記観察者眼球に到るまでの反射回数が３回以上の奇数
回であり、前記接眼光学系の前記観察者眼球の直前の面
は、内部反射をすると共に、前記接眼光学系を射出する
屈折面であることを特徴とする画像表示装置。 - 【請求項２】 画像を表示する画像表示素子と、前記画
像表示素子によって形成された画像を投影し、観察者眼
球に導く接眼光学系とからなる画像表示装置において、 前記接眼光学系は、前記画像表示素子から発した光線が
前記観察者眼球に到るまでの反射回数が３回であり、前
記接眼光学系の前記観察者眼球の直前の面は、内部反射
をすると共に、前記接眼光学系を射出する屈折面である
ことを特徴とする画像表示装置。 - 【請求項３】 画像を表示する画像表示素子と、前記画
像表示素子によって形成された画像を投影し、観察者眼
球に導く接眼光学系とからなる画像表示装置において、 前記接眼光学系は少なくとも３つの面を持ち、前記の少
なくとも３つの面によって形成される空間が屈折率が１
より大きい媒質で満たされており、 前記観察者眼球から前記画像表示素子に到る逆光線追跡
に従って光線が通過する順に、屈折面かつ内部反射面で
ある第１面、前記第１面に対向し、観察者視軸に対して
偏心するかあるいは傾いた反射面である第２面、前記画
像表示素子に最も近接している屈折面である第３面で構
成され、前記観察者眼球から前記画像表示素子に到るま
でに反射回数が３回であることを特徴とする画像表示装
置。 - 【請求項４】 画像を表示する画像表示素子と、前記画
像表示素子によって形成された画像を投影し、観察者眼
球に導く接眼光学系とからなる画像表示装置において、 前記接眼光学系は少なくとも４つの面を持ち、前記の少
なくとも４つの面によって形成される空間が屈折率が１
より大きい媒質で満たされており、 前記観察者眼球から前記画像表示素子に到る逆光線追跡
に従って光線が通過する順に、屈折面かつ内部反射面で
ある第１面、前記第１面に対向し、観察者視軸に対して
偏心するかあるいは傾いた反射面である第２面、前記第
１面に対向し、前記第２面に隣接した反射面である第３
面、前記画像表示素子に最も近接している屈折面である
第４面で構成され、前記観察者眼球から前記画像表示素
子に到るまでに反射回数が３回であることを特徴とする
画像表示装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8025138A JPH09219832A (ja) | 1996-02-13 | 1996-02-13 | 画像表示装置 |
| US08/605,886 US5699194A (en) | 1996-02-13 | 1996-02-23 | Image display apparatus comprising an internally reflecting ocular optical system |
| DE69614993T DE69614993T2 (de) | 1996-02-13 | 1996-04-03 | Bildanzeigegerät |
| EP96105372A EP0790516B1 (en) | 1996-02-13 | 1996-04-03 | Image display apparatus |
| US09/383,382 USRE37579E1 (en) | 1996-02-13 | 1999-08-26 | Image display apparatus comprising an internally reflecting ocular optical system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8025138A JPH09219832A (ja) | 1996-02-13 | 1996-02-13 | 画像表示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09219832A true JPH09219832A (ja) | 1997-08-19 |
Family
ID=12157620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8025138A Withdrawn JPH09219832A (ja) | 1996-02-13 | 1996-02-13 | 画像表示装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5699194A (ja) |
| EP (1) | EP0790516B1 (ja) |
| JP (1) | JPH09219832A (ja) |
| DE (1) | DE69614993T2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002072131A (ja) * | 2000-08-29 | 2002-03-12 | Olympus Optical Co Ltd | 観察光学系および撮像光学系 |
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