JPH10239630A - 画像表示装置 - Google Patents

画像表示装置

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JPH10239630A
JPH10239630A JP9318811A JP31881197A JPH10239630A JP H10239630 A JPH10239630 A JP H10239630A JP 9318811 A JP9318811 A JP 9318811A JP 31881197 A JP31881197 A JP 31881197A JP H10239630 A JPH10239630 A JP H10239630A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、偏心した反射面を有した接眼光学系
を広い観察画角に構成しても、明瞭で、歪みの少ない観
察像を与える画像表示装置の提供を目的としている。 【解決手段】目的達成のため、画像表示装置が有する接
眼光学系の少なくとも１つの反射作用を有する面又は透
過面の面形状を、面の形を限定した諸条件を満足するよ
うな形にした、対称面が２面以下の回転非対称面形状に
構成した。

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、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型画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】画像表示装置の記載された従来公知なも
のとして、特開平３−１０１７０９号のものがある。図
１０（ａ）に全体の光学系を、図１０（ｂ）にその接眼
光学系の部分を示すように、この画像表示装置は、画像
表示素子２０の表示画像を正レンズよりなるリレー光学
系２１にて空中像２５として伝達し、凹面反射鏡２２か
らなる接眼光学系２３でこの空中像を拡大して観察者の
眼球２４（瞳）内に投影するものである。
【０００３】また、従来の他のタイプのものとして、米
国特許第４，６６９，８１０号のものがある。この装置
は、図１１に示すように、ＣＲＴ３０の画像をリレー光
学系３１を介して中間像３２を形成し、反射ホログラフ
ィック素子３３とホログラム面を有するコンバイナ３４
によって観察者の眼に投影するものである。
【０００４】また、従来の他のタイプの画像表示装置と
して、特開昭６２−２１４７８２号のものがある。この
装置は、図１２に示すように、画像表示素子４０を接眼
レンズ４１で拡大して、直接、観察者眼球４２（瞳）で
観察できるようにしたものである。
【０００５】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１３に示すように、画像表示素子５
０の像を、伝達素子５１で湾曲した物体面５２に伝達
し、その物体面５２をトーリック反射面５３で空中に投
影するようにしたものである。
【０００６】また、従来の他のタイプの画像表示素子と
しては、米国再発行特許第２７，３５６号のものがあ
る。この装置は、図１４に示すように、半透過凹面鏡６
０と半透過平面鏡６１によって構成される接眼光学系６
４が、物体面６２を射出瞳６３に投影するものである。
【０００７】その他、米国特許第４，３２２，１３５
号、米国特許第４，９６９，７２４号、欧州特許第０，
５８３，１１６Ａ２号、特開平７−３３３５５１号、特
開平８−２３４１３７号のものも知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来技術の内、光学系を構成する反射面や透過面が、球
面、回転対称非球面、トーリック面等のように対称性の
強い単純な面形状のものでは、パワーをもった偏心面で
発生する光線の収差やディストーションを同時にしかも
良好に補正することが不可能であった。そのため観察者
は、観察像を歪んだ状態でしか見れないために不快感を
受け、眼球疲れや頭痛を起こす原因ともなる。
【０００９】さらに、この光学系を左右眼に夫々設けて
使用する場合には、上記不具合に加えて左右眼で対称で
ない歪みが生じ、左右の像が融像できないという問題も
生ずる。特にこの問題が顕著に表れるのは、臨場感を増
すために高解像度の表示素子や高画角な接眼光学系等、
画像表示装置自体の性能をアップしたときであり、これ
らハイグレードな装置の機能を低下させるばかりでな
く、例えば図形等を表示する場合に、その図形等が歪ん
で観察され、正しい形状を認識することができず、臨場
感が全く失われてしまうことになってしまう。
【００１０】また、前記先行技術の中には、このような
偏心面で発生する収差やディストーションを同時に補正
する面として、対称面が２つのみのアナモルフィック面
や対称面が１面のみの面対称自由曲面のように対称性の
少ない複雑な面形状のものも提案されてはいる。確か
に、球面や回転対称非球面、そしてトーリック面を使用
した光学系では補正しきれなかった偏心により発生した
収差を、これらの面では補正することができる。しか
し、これらアナモルフィック面や面対称自由曲面を用い
た先行技術では、その複雑な面形状について十分な検討
が成されておらず、偏心により発生する収差を同時にし
かも良好に補正するには不十分な形状であった。特に画
角を大きくした場合にはその収差性能の劣化は大きく、
偏心によって発生する収差を良好に補正する効果が得ら
れるようなアナモルフィック面や面対称自由曲面の具体
的な面形状については、満足のいくものとは言えなかっ
た。
【００１１】そこで、本発明は従来技術のこのような問
題点に鑑み、広い画角においても明瞭で、偏心によって
発生する収差を良好に補正し、歪みの少ない観察像を与
える頭部装着型画像表示装置を提供することを目的とし
たものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成する為に、回転非対称な面形状を十分に検討し、所定
の条件範囲にあるアナモルフィック面（対称面が２面の
みの回転非対称な面）及び面対称自由曲面（対称面が１
面のみの回転非対称面）等の対称面が２面以下の回転非
対称面を使用することによって、偏心により発生する収
差を良好に補正する効果を得られようにしている。
【００１３】その構成を示すものとして本発明の画像表
示装置は、画像表示素子と、その画像表示素子の画面に
よって形成された画像を虚像として観察できるように観
察者眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光
学系とを有する装置の内、その接眼光学系が、偏心配置
された屈折力を有する反射作用面を少なくとも２面含
み、偏心収差の発生が画像に影響を与えるタイプの接眼
光学系を含有する装置をターゲットに置いている。そし
て、この接眼光学系に発生する偏心収差を良好に補正す
る手段として、以下の３つの発明形態を提示する。
【００１４】まず、本発明の１つの形態は、前記接眼光
学系の有する少なくとも２つの偏心配置された屈折力を
有する反射作用面の内、少なくとも最も強い屈折力を有
する反射作用面の面形状が対称面が２面以下の回転非対
称面により形成され、且つその最も強い屈折力を有する
反射作用の回転非対称面形状を後述する条件を満足する
ような形に構成するものである。
【００１５】また、本発明の他の形態は、前記接眼光学
系の有する少なくとも２つの偏心配置された屈折力を有
する反射作用面の内、最も強い屈折力を有する反射作用
面以外の少なくとも１つの反射作用面の面形状が、対称
面が２面以下の回転非対称面により形成され、且つその
最も強い屈折力を有する反射作用面以外の反射作用面の
回転非対称面形状を後述する条件を満足するような形に
構成するものである。
【００１６】また、本発明の他の形態は、前記接眼光学
系の有する少なくとも２つの偏心配置された屈折力を有
する反射作用面以外の構成にも着目し、接眼光学系が画
像表示素子に対向配置された透過面を有するとき、前記
少なくとも２面の反射作用面の少なくとも１つの面形状
を対称面が２面以下の回転非対称面により形成すると共
に、前記透過面も対称面が２面以下の回転非対称面と
し、且つ少なくともその透過面の回転非対称面形状を後
述する条件を満足するような形に構成するものである。
【００１７】以下に、本発明で上述した画像表示装置の
接眼光学系において、対称面が２面のみのアナモルフィ
ック面や対称面が１面のみの面対称自由曲面等の、対称
面が２面以下の回転非対称面を設けた構成を利用した理
由と作用について、本発明の代表的な接眼光学系タイプ
を図８に例示し、その原理を説明する。
【００１８】図８の接眼光学系７は、光路上に配置され
た３つ面（３，４，５）から構成されている。この画像
表示装置は、まず画像表示素子６から発した光束が、前
記接眼光学系７の画像表示素子６と対向配置されている
透過面である第３面５に入射する。そしてその入射光
は、観察者の瞳１の直前に配置している反射兼透過面で
ある第１面３で瞳１の位置から遠ざかる方向に反射さ
れ、観察者の瞳１と反射兼透過面である第１面３に対向
配置されている反射面である第２面４で瞳１方向に反射
させる。そしてその反射が、反射兼透過面である第１面
３を透過して観察者の瞳１（観察者眼球の虹彩位置又は
眼球の回旋中心付近）に入射し観察者の眼球内に投影さ
れるように、前記接眼光学系の射出瞳位置を前記観察者
の瞳１の位置に略一致させるように構成している。
【００１９】このように、本発明における接眼光学系の
面番号は、原則として射出瞳（観察者の瞳１）から画像
表示素子６に到る逆光線追跡の順に付してある。また本
発明の説明は、理解を容易にするために、反射回数が２
回と少ない構成の図８に例示したタイプの接眼光学系を
前提として行っていく。しかし、本発明に使用される接
眼光学系のタイプは、図８に示した２回反射の光学系に
限定されるものでないことはもちろんであり、既に本出
願人が1996年 4月15日付で特許庁に出願した特願平８−
９２３０１号（頭部装着型画像表示装置）の明細書第１
２頁［００１７］図１６のタイプの接眼光学系、明細書
同頁［００１８］図１７のタイプの接眼光学系、明細書
同頁［００１９］図１８のタイプの接眼光学系、明細書
第１２頁乃至第１３頁［００２０］図１９のタイプの接
眼光学系、明細書第１３頁［００２１］図２０のタイプ
の接眼光学系、明細書同頁［００２１］図２１のタイプ
の接眼光学系、明細書同頁［００２２］図２２のタイプ
の接眼光学系、及び既に公知の２回以上の反射機能を有
する光学系で前記本発明が明示した課題の発生する接眼
光学系等にも適用できるものである。
【００２０】次に、本発明において用いる座標系につい
て説明する。図８に示すように、瞳１の中心を通り、被
観察像を形成する像形成手段である画像表示素子６の中
心に到達する軸上主光線が瞳１を射出し接眼光学系７の
第１面３に交差するまでの直線によって定義される視軸
２をＺ軸とし、このＺ軸と直交し且つ接眼光学系７を構
成する各面の偏心面内の軸をＹ軸とし、視軸２と直交し
且つＹ軸と直交する軸をＸ軸とする。
【００２１】また、以下の説明においては、光線の追跡
方向は、特別に説明のない限り、瞳１から被観察像を形
成する像形成手段６に向かう逆光線追跡で説明する。さ
て、一般に同軸上に配置される無偏心のレンズ系やその
中の一部のレンズを微少量シフト，ティルトさせる従前
公知のレンズ系にあっては、少ない面数で収差を良好に
補正するために、回転対称軸を面内に有する回転対称な
非球面を用いることがしられている。これは、一般に球
面レンズ系の収差補正の仕組みが、一つの回転対称な球
面で発生する回転対称な球面収差や回転対称なコマ収
差、回転対称な像面湾曲等の回転対称な収差を、他の球
面で発生する回転対称な収差で打ち消し合うことによっ
て補正するというものであり、光学系全体での収差性能
を向上させるために発生する全体の構成面数の増加とい
う問題を、球面を回転対称非球面とすることで軽減させ
ているためである。
【００２２】しかし、本発明の画像表示装置に用いる接
眼光学系のように、偏心して配置されている光学系にお
いては、回転対称な球面等で発生する回転対称な収差と
は異なる回転非対称な偏心収差が発生する。そのため
に、前述した従来公知の回転対称非球面では、回転対称
と言う面形状の特性上回転非対称な形で発生する偏心収
差を補正することは不可能である。猶、ここにいう偏心
収差には、コマ収差、非点収差、像歪み、像面湾曲等が
ある。
【００２３】また、このような偏心収差を補正するため
に、回転非対称な面であるトーリック面を使用した例が
ある。しかし、その手法は偏心により発生する収差の
内、非点収差にその補正の重点が置かれ、その他の収
差、特に像歪みにまで十分な収差補正が行われたものは
なかった。それに加え、このトーリック面を使用した光
学系では、この偏心により発生する非点収差を補正する
能力にも限りがあり、どうしても、画角が狭くなってし
まったり大型化するといった問題が残り、本発明のよう
に、非点収差を含む諸収差、特に像歪みにまで十分な収
差補正が行われていながら、小型で広画角な光学系を実
現したものはなかった。
【００２４】そこで、トーリック面以外の回転非対称面
として、対称面が２つのアナモルフィック面や対称面が
１面のみの面対称自由曲面等の対称面が２面以下の回転
非対称面を使用して、回転非対称な偏心収差を補正する
ことが有効となる。
【００２５】次に、各種の偏心収差に対して、アナモル
フィック面や面対称自由曲面等を使うことが有効な理由
を例示する。まず、偏心して配置された反射凹面鏡によ
り発生する弓なりの像歪みについて説明する。画像表示
素子（例えばＬＣＤ）の配置上、光学系の最も強い屈折
力を有する反射面は偏心して配置され、反射凹面で反射
してできた像は偏心により発生する像歪みを持ってい
る。そこで、光学系の最も強い屈折力を有する反射面
に、本発明のようなアナモルフィック面や面対称自由曲
面等の対称面が２面以下の回転非対称面を使うことによ
り、偏心方向をＹ軸、観察者眼球の視線方向をＺ軸、Ｙ
軸及びＺ軸と直交する軸をＸ軸とすると、反射面自身
に、Ｘ軸上の任意の位置のＹ方向の傾きを任意に与える
ことができる。これによって、偏心して配置された反射
凹面鏡で発生する像歪み、特に、Ｘ軸方向の像高により
変化し、Ｙ軸方向に発生する像歪みを補正することがで
きる。つまり、結果として、水平線が弓なりになって観
察される像歪みを良好に補正することが可能となる。
【００２６】次に、偏心して配置された凹面鏡により発
生する台形の歪みについて説明する。この像歪みは、観
察者の瞳（眼球側）からの逆追跡により説明すると、瞳
（眼球側）から射出したＸ軸方向に広がりを持った光線
は、１つの例として、偏心して配置された第２面に当た
って反射されるが、第２面のＹ軸正の方向の光線とＹ軸
負側の光線の光路長の違いによりＸ軸方向の広がりが大
きく異なってから第２面によって反射される。このた
め、Ｙ軸正方向の像の大きさとＹ軸負方向の像の大きさ
が異なって結像され、結果として観察像が台形の歪みを
持ってしまうものである。
【００２７】この歪みは、偏心して配置された反射面に
より発生するので、第２面と限らず、接眼光学系内の偏
心された反射面から同様の台形の歪みが発生する。この
歪みに対しても、本発明のアナモルフィック面や面対称
自由曲面等の対称面が２面以下の回転非対称面を使うこ
とによって補正することが可能となる。これは、回転非
対称面が後記する定義式（ｂ）より明らかなように、Ｙ
軸の正負によってＸ軸方向に曲率を任意に変えることが
可能なＹの奇数次項とＸの偶数次項を持っているためで
ある。
【００２８】次に、回転対称な像歪みについて説明す
る。本発明の接眼光学系のように、光学系の最も強い屈
折力を有する反射凹面から離れた位置に光学系の瞳があ
り、かつ、画角が広い光学系では、瞳面側からの逆光線
追跡において糸巻型の回転対称な像歪みが大きく発生す
る。この像歪みの発生を抑えるためには、反射面の周辺
の面の傾きを大きくすることによって可能となる。
【００２９】次に、偏心して配置された反射凹面鏡によ
り発生する回転非対称な像面湾曲について説明する。こ
の像面湾曲は観察者眼球からの逆追跡により説明する
と、眼球から射出したＸ軸方向に広がりを持った光線
は、偏心して配置された光学系の最も強い屈折力を有す
る反射凹面に当たって反射されるが、光線が当たって以
降の像面（像形成手段たる画像表示素子）までの距離
は、光線が当たった部分の曲率の半分である。つまり、
偏心して配置された凹面鏡の反射後の光線の進む方向に
対して傾いた像面を形成する。そこで、本発明のアナモ
ルフィック面や面対称自由曲面等の対称面が２面以下の
回転非対称面を使うことにより、Ｙ軸上の正負の方向に
対して任意の点のＸ軸とＹ軸方向の曲率を任意に与える
ことができる。これは対称面が２面以下の回転非対称面
が後記する定義式（ｂ）より明らかなように、Ｙ軸の正
負によって曲率を任意に変えることが可能なＹの奇数次
項を持っているためである。これは、偏心して配置され
た反射凹面鏡で発生する回転非対称な像面湾曲、特に像
面の傾きを補正することに対して有効に作用する。
【００３０】次に、回転対称な像面湾曲について説明す
る。反射鏡により一般的に反射面に沿った像面湾曲が発
生する。この像面湾曲に対しても回転非対称面であれ
ば、任意の場所で任意の曲率が与えられるような面形状
とできるので、収差を良好に補正することが可能であ
る。
【００３１】さらに、非点収差に対しては、Ｘ軸方向の
２次微分あるいは曲率とＹ軸方向の２次微分あるいは曲
率の差を適切に変えることによって可能となる。また、
コマ収差に対しては、前記の弓なりの像歪みと同じ考え
方で、Ｘ軸上の任意の点における、Ｙ方向の傾きを任意
に与えることで補正することが可能である。
【００３２】以上のような原理によって偏心収差を良好
に補正できる、アナモルフィック面や面対称自由曲面等
の対称面が２面以下の回転非対称面は、本発明の接眼光
学系の中で、以下のように構成されることが望ましい。
【００３３】まず、接眼光学系中に偏心配置された屈折
力を有する複数の反射作用面の内、少なくとも２つの反
射作用面に、前記回転非対称面を設ければ、この２つの
反射作用面が相乗的に作用して、各収差を効果的に補正
できる。
【００３４】さらに、この回転非対称面を設けた２つの
反射作用面が対向配置されていることが、望ましい。さ
らに、この回転非対称面は、接眼光学系の有する偏心配
置された屈折力を有する反射作用面の数が多ければ、そ
の数に合わせ増やしていくことが収差補正上望ましい。
そして終局的には、接眼光学系の有する偏心配置された
屈折力を有する反射作用面の全てにこの回転非対称面を
配置することが偏心収差を補正するという観点からは望
ましい。
【００３５】また、接眼光学系を構成する面の中で、少
なくとも１つの屈折面を、より望ましくは複数の屈折面
を前記回転非対称面で構成することが、コマ収差の発生
を抑える観点から望ましい。これは、屈折面で光線が屈
折作用する場合に、軸上主光線に対して面が傾いて配置
されているためである。
【００３６】さらに、前記回転非対称面として構成され
る少なくとも１つの屈折面は、画像表示素子に対向配置
された透過面であることが、像歪みの発生を補正する観
点から望ましい。これは、画像表示素子に面した面が結
像位置に近接して配置されているために、他の収差を悪
化させることなく像歪みを補正するのに良い結果を与え
るためである。
【００３７】また、前記回転非対称面は、面形状が複雑
なため、平面や回転対称面と比較して制作が困難であ
る。そこで、偏心収差の補正という観点と、光学部品の
製作の簡易性や量産の迅速性をの観点とを両方とも合わ
せ考慮すると、接眼光学系に用いる数は必要最低限にす
ることが望ましい。そこで、接眼光学系を構成する反射
作用面の中で、最も屈折力が大きく偏心収差の発生が大
きい面、又は、光束が複数回影響を受ける面（例えば透
過面と反射面を兼用している面の場合は透過時に１回、
反射時に１回、計２回影響される）を回転非対称な形状
とし、他の面は平面、球面、又は偏心配置された回転対
称面等の簡単な形状の面にすることが、偏心収差の補正
を１つの面で効果的にでき、且つ、製作の簡易化や量産
の迅速性を向上させる観点から望ましい。
【００３８】また、前記接眼光学系の中の画像表示素子
に対向配置された透過面の形状は、この透過面で発生す
る偏心収差が他の面に比べて少ない為、接眼レンズの構
成の簡素化の観点から、回転対称非球面に、より効果的
には球面に、さらに効果的には平面に構成することが望
ましい。
【００３９】また、前記回転非対称面の構成は、より効
果的に偏心収差を補正するという観点から、対称面を１
つのみ有する面対称自由曲面であることが望ましい。こ
れは、例えば図８のように座標系をとった場合に、偏心
して配置される面の偏心方向を含む面であるＹ−Ｚ面が
対称面となるような自由曲面とすることで、逆光線追跡
における結像面の像もそのＹ−Ｚ面が対称面として両側
で対称にすることができ、収差補正の労力が大幅に削減
できるためである。
【００４０】また、本発明の接眼光学系が有する反射作
用面が、反射作用のみ有する反射面にて構成されている
場合、屈折率が１．３よりも大きい媒質にミラーコーテ
ィングをした裏面反射鏡として構成することが望まし
い。
【００４１】また、本発明の接眼光学系が有する反射作
用面が、反射作用と透過作用とを兼用する面にて構成さ
れている場合は、接眼光学系の形や大きさの自由度を制
限しない観点からすればハーフミラー面にて構成するこ
とが望ましく、光量損失の低下の観点からすればその反
射面に入射する光線が全反射臨界角を越えた角度となる
ように構成した全反射面にて構成することが望ましい。
【００４２】また、本発明の接眼光学系は、プリズム部
材にて構成されていることが、小型で組み立てを容易に
する観点から望ましい。さらに、そのプリズム部材は屈
折率が１．３よりも大きいプラスチック媒質にて構成さ
れていることが、軽量化の観点から望ましい。
【００４３】さて、以上のような構成の接眼光学系の回
転非対称面の形状は、広画角でしかも偏心収差を良好に
行うために以下の条件を満足することが望ましい。ま
ず、上述の定義に従ってＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が決まったと
き、瞳位置中心を射出し、画像表示素子に入射する主光
線の内、Ｘ方向画角ゼロ、Ｘ方向最大画角、Ｙ正方向最
大画角、Ｙ方向画角ゼロ、Ｙ負方向最大画角のＸ方向、
Ｙ方向の組み合わせにより、以下の表１のように６つの
主光線が定まる。
【００４４】
【表１】
【００４５】すなわち、上記の表１中に記載したよう
に、前記画像表示素子の画面を基準として、Ｘ軸方向Ｙ
軸方向共に画角がゼロとなる画面中心位置の軸上主光線
を１０２、Ｘ軸方向ゼロ画角でＹ軸方向最大画角となる
画面の上側中心位置の主光線を１０１、Ｘ軸方向Ｙ軸方
向共に最大画角となる画面右上位置の主光線を１０４、
Ｘ軸方向最大画角でＹ軸方向ゼロ画角となる画面右側中
心位置の主光線を１０５、Ｘ軸方向最大画角でＹ軸方向
最小画角（負の方向で最大画角）となる画面の右下位置
の主光線を１０６、Ｘ軸方向ゼロ画角でＹ軸方向最小画
角となる画面の下側中心の主光線を１０３とする。そし
て、これらの主光線１０１〜１０６が各面と交差する領
域を有効領域と定義するまず、反射面の傾きに関する条
件式を示す。
【００４６】本発明の接眼光学系では屈折力を持った少
なくとも２つの偏心配置された反射作用面があることか
ら、偏心により発生する回転非対称な像歪みの発生が問
題となる。本条件式（１−１）（２−１）（３−１）
は、特に台形になる像歪みの中でも台形の上辺と底辺の
長さを同じにする為の条件である。
【００４７】ここで本発明は、接眼光学系を構成する最
も強い屈折力を有する反射凹面で、観察画角のＸ方向で
の最大画角となる主光線１０４〜１０６が反射される位
置でのＸ軸方向の面の傾きを夫々、ＤＸ４、ＤＸ５、Ｄ
Ｘ６としたときに、以下の条件式を満足するように構成
することが、収差補正上好ましい。
【００４８】 −０．８０＜ＤＸ４＜−０．２０ （１／ｍｍ） ・・・（１−１） −０．８０＜ＤＸ５＜−０．２０ （１／ｍｍ） ・・・（２−１） −０．８０＜ＤＸ６＜−０．２０ （１／ｍｍ） ・・・（３−１） 上記条件式（１−１）（２−１）（３−１）の少なくと
も１つの条件値が、上限の−０．２０若しくは下限の−
０．８０を越えると、有効領域内の面の傾きが偏心によ
り発生する像歪みの発生を補正しきれなくなり、回転対
称ではない歪みの発生が大きくなってしまい望ましくな
い。
【００４９】さらに好ましくは、 −０．５０＜ＤＸ４＜−０．２０ （１／ｍｍ） ・・・（１−２） −０．５０＜ＤＸ５＜−０．２０ （１／ｍｍ） ・・・（２−２） −０．５０＜ＤＸ６＜−０．２０ （１／ｍｍ） ・・・（３−２） なる条件式を満足することが重要であり、接眼光学系の
観察画角が２０°を越え台形歪みを極力おさえる場合に
重要となってくる。
【００５０】さらに好ましくは、 −０．３０＜ＤＸ４＜−０．２０ （１／ｍｍ） ・・・（１−３） −０．３０＜ＤＸ５＜−０．２０ （１／ｍｍ） ・・・（２−３） −０．３０＜ＤＸ６＜−０．２０ （１／ｍｍ） ・・・（３−３） なる条件式を満足することが重要であり、接眼光学系の
観察画角が３０°を越え台形歪みを極力おさえる場合に
重要となってくる。
【００５１】さらに好ましくは、 −０．３０＜ＤＸ４＜−０．２３ （１／ｍｍ） ・・・（１−４） −０．３０＜ＤＸ５＜−０．２３ （１／ｍｍ） ・・・（２−４） −０．３０＜ＤＸ６＜−０．２３ （１／ｍｍ） ・・・（３−４） なる条件式を満足することが重要であり、接眼光学系の
観察画角が４０°を越え台形歪みを極力おさえる場合に
重要となってくる。上記条件式は共に、広い観察画角に
おいて良好な観察像を得るために有効なものである。
【００５２】また本発明は、接眼光学系が反射凹面から
離れた位置に光学系の瞳が形成され且つ画角が広い場合
に瞳面側からの逆光線追跡において糸巻型の回転対称な
像歪みが大きく発生することから、この像歪みと偏心に
よる台形歪みとを同時に且つ効果的に抑えるため、接眼
光学系中の前記最も屈折力の強い反射作用面以外の反射
作用面の少なくとも１つの面が以下の条件式（４−１）
（５−１）（６−１）の全てを同時に満足することが望
ましい。
【００５３】ここで、最も屈折力の強い反射作用面以外
の反射作用面の少なくとも１つの面で、観察画角のＸ方
向最大光線１０４〜１０６（前記表−１に記載の１０４
〜１０６に該当する光線）のあたる位置でのＸ軸方向の
面の傾きをＤＸ４Ａ、ＤＸ５Ａ、ＤＸ６Ａとする。
【００５４】 −０．１２０＜ＤＸ５Ａ＜−０．０９５（１／ｍｍ） ・・・（４−１） ｜ＤＸ５Ａ−ＤＸ４Ａ｜＜０．０５ （１／ｍｍ） ・・・（５−１） ｜ＤＸ５Ａ−ＤＸ６Ａ｜＜０．０５ （１／ｍｍ） ・・・（６−１） 但し、｜ＤＸ５Ａ−ＤＸ４Ａ｜と｜ＤＸ５Ａ−ＤＸ６Ａ
｜は共に、０は含まないものとする。
【００５５】上記条件式（４−１）の上限の−０．０９
５を越えると、偏心による台形歪みの発生が補正しきれ
ず、下限の−０．１２０を越えると、Ｘ方向最大光線の
反射領域において面の傾きが大きく、台形歪みが補正過
剰となってしまい望ましくない。また、上記条件式（５
−１）（６−１）は、観察画角の異なる点において焦点
距離が異なっていても、縦横比が変わらないための条件
式である。
【００５６】さらに好ましくは、 −０．１１０＜ＤＸ５Ａ＜−０．０９５（１／ｍｍ） ・・・（４−２） ｜ＤＸ５Ａ−ＤＸ４Ａ｜＜０．０４ （１／ｍｍ） ・・・（５−２） ｜ＤＸ５Ａ−ＤＸ６Ａ｜＜０．０４ （１／ｍｍ） ・・・（６−２） なる条件を満足することが上記条件式（４−１）（５−
１）（６−１）の効果をより顕著にさせる意味で重要で
ある。
【００５７】前記説明のように、偏心して配置された面
は、その面に当たる光線高の違いにより、回転非対称な
像歪みが発生する。この回転非対称な像歪みを補正する
には、軸上主光線に対して偏心して配置された反射面が
上記条件式を満足することが有効である。
【００５８】さらに好ましくは、すべての偏心して配置
された反射面と、透過面で上記条件式を満足することが
好ましいのは、言うまでもない。次に、偏心光学系独特
の非対称な像歪みとして、台形になる像歪みの他に、水
平方向の直線が弓なりに結像する像歪みや、瞳面側から
の逆光線追跡における糸巻型の回転対称な像歪みも発生
する。この弓なりの像歪みと糸巻型の回転対称な像歪み
の発生を小さくする条件について説明する。
【００５９】本発明は、接眼光学系を構成する最も強い
屈折力を有する反射作用面において次に述べる条件式を
満足することにより、水平方向の直線が弓なりに結像す
る像歪みの発生を少なくする事が可能となるため収差補
正上好ましい。この条件は、画面右上画角の主光線１０
４、画面右下画角の主光線１０６、画面中心下画角の主
光線１０３、画面中心上画角の主光線１０１の夫々が、
反射作用面と交差する位置で、その反射作用面の回転非
対称面形状を定義する式における面の偏心方向に相当す
るＹ軸方向の面の傾きを夫々、ＤＹ４、ＤＹ６、ＤＹ
３、ＤＹ１としたとき、以下の条件（７−１）又は（８
−１）を満足することが望ましい。
【００６０】 ０．２６＜ＤＹ６−ＤＹ４＜０．４０（１／ｍｍ） ・・・（７−１） ０．１９＜ＤＹ３−ＤＹ１＜０．３８（１／ｍｍ） ・・・（８−１） 上記条件式（７−１）の下限の０．２６を越えると、有
効領域内の右中央部のＹ方向の傾きが少なくなりすぎ、
弓なりの像面湾曲の発生を補正しきれなくなる。また上
限の０．４０を越えると、補正過剰になり逆方向に大き
く発生してしまい望ましくない。また、上記条件式（８
−１）の下限の０．１９を越えると、有効領域内の右中
央部のＹ方向の傾きが少なくなりすぎ、弓なりの像面湾
曲の発生を補正しきれなくなる。また上限の０．３８を
越えると、補正過剰になり逆方向に大きく発生してしま
い望ましくない。
【００６１】さらに好ましくは、 ０．２６＜ＤＹ６−ＤＹ４＜０．４０（１／ｍｍ） ・・・（７−１） ０．２０＜ＤＹ３−ＤＹ１＜０．３７（１／ｍｍ） ・・・（８−２） なる条件式を満足することが、観察画角が３０°を越え
る場合に良好な像を得るうえで重要となってくる。
【００６２】さらに好ましくは、 ０．２６＜ＤＹ６−ＤＹ４＜０．４０（１／ｍｍ） ・・・（７−１） ０．２１＜ＤＹ３−ＤＹ１＜０．３５（１／ｍｍ） ・・・（８−３） なる条件式を満足することが重要であり、観察画角が４
０°を越える場合に良好な像を得るうえで重要となって
くる。
【００６３】また本発明の接眼光学系は、接眼光学系を
構成する前記最も強い屈折力を有する反射作用面以外の
他の反射作用面が以下の条件式（９−１）（１０−１）
を同時に満足する構成とすることによって、糸巻型の回
転対称な像歪みと弓なりに発生する像歪みを、より効果
的に抑えることができる。
【００６４】 ０．０５＜ＤＹ６Ａ−ＤＹ４Ａ＜０．２０（１／ｍｍ）・・・（９−１） ０．０５＜ＤＹ３Ａ−ＤＹ１Ａ＜０．２０（１／ｍｍ）・・・（１０−１） ここで、画面右上画角の主光線１０４、画面右下画角の
主光線１０６、画面中心下画角の主光線１０３、画面中
心上画角の主光線１０１の夫々が、最も強い屈折力を有
する反射作用面以外の他の反射作用面と交差する位置
で、その反射作用面の回転非対称面形状を定義する式に
おける面の偏心方向に相当するＹ軸方向の面の傾きを夫
々、ＤＹ４Ａ、ＤＹ６Ａ、ＤＹ３Ａ、ＤＹ１Ａとする。
【００６５】上記条件式（９−１）（１０−１）の少な
くとも一方が、上限の０．２０を越えると有効領域内の
右側中央部での面の傾きが大きくなりすぎ、弓なりの像
歪みを過剰に補正してしまう。また、下限の０．０５を
越えると弓なりの像歪みを補正しきれなくなってしまい
望ましくない。
【００６６】さらに好ましくは、 ０．０６＜ＤＹ６Ａ−ＤＹ４Ａ＜０．１５（１／ｍｍ）・・・（９−２） ０．０６＜ＤＹ３Ａ−ＤＹ１Ａ＜０．１５（１／ｍｍ）・・・（１０−２） なる条件式を満足することが、観察画角３０゜を越える
広い観察画角の場合に良好な観察像を得るうえで望まし
い。
【００６７】さらに好ましくは、 ０．０８＜ＤＹ６Ａ−ＤＹ４Ａ＜０．１２（１／ｍｍ）・・・（９−３） ０．０８＜ＤＹ３Ａ−ＤＹ１Ａ＜０．１２（１／ｍｍ）・・・（１０−３） なる条件式を満足することが、糸巻型の回転対称な像歪
みと弓なりに発生する像歪みを、より効果的に補正する
ことが可能であり、観察画角３０゜を越える広い観察画
角の場合により望ましい結果が得られる。
【００６８】さらに、接眼光学系を構成する前記最も強
い屈折力を有する反射面以外の他の反射面が、次の条件
式（１１−１）（１２−１）を同時に満足することで、
広範囲な観察画角における偏心による像歪みを、良好に
補正した光学系を提供することが可能となる。
【００６９】 −０．０５＜ＤＹ６Ａ−ＤＹ２Ａ＜０．０５（１／ｍｍ）・・・（１１−１） −０．１５＜ＤＹ４Ａ−ＤＹ２Ａ＜−０．０５（１／ｍｍ）・・（１２−１） ここで、前記表−１に基づく軸上主光線１０２と右上画
角の主光線１０４と右下画角の主光線１０６の夫々が前
記反射面にあたる位置でのＹ軸方向の面の傾きをＤＹ
２、ＤＹ４、ＤＹ６とする。
【００７０】図８を用いて、上記条件式（１１−１）及
び（１２−１）を、観察者瞳側からの逆光線追跡で説明
する。図８の接眼光学系７の特徴として、最も強い屈折
力を有する第２面４の反射作用面が大きく偏心して傾い
ているので、偏心による収差が大きく発生する。この偏
心による収差は、前記最も強い屈折力を有する反射作用
面（第２面４）以外の反射作用面（図８の接眼光学系は
２回反射タイプなので１つしかない）である第１面３で
補正することが好ましい。そして、具体的には第１面３
の反射部分の内、反射領域と透過領域の重ならない第１
面３の画像表示素子６側の部分（以下、α１とする）及
び、反射領域と透過領域の重なる部分（以下、β１とす
る）の傾きを大きくすることが好ましい。しかし、β１
は、観察者瞳１からの光線が接眼光学系７に入射する際
には透過領域として機能するものであり、β１の反射部
分の傾きが大きいと、第２面４での反射領域が広範囲に
なり、第２面４での偏心による収差がより大きく発生し
てしまうということになる。
【００７１】つまり、この第２面４の面形状で、第１面
３で偏心によって発生する収差を補正し、猶且つ、第２
面４自身の偏心収差の発生量をを小さく抑えるために
は、上記条件式（１１−１）の上限の０．０５を越えな
い範囲に構成することによってβ１での傾きを小さくし
てやり、猶且つ、上記条件式（１２−１）の上限０を越
えない範囲に構成することによってα１での傾きを大き
くしてやることが望ましいのである。しかし、このα１
での傾きを大きくすることにも限度があり、下限値の−
０．１５を越える場合には、面の傾きが大きくなり過ぎ
てしまい、偏心による像歪みを過剰に補正することから
望ましくない。
【００７２】さらに好ましくは、 −０．０３＜ＤＹ６Ａ−ＤＹ２Ａ＜０．０３（１／ｍｍ）・・・（１１−２） −０．１２＜ＤＹ４Ａ−ＤＹ２Ａ＜−０．０５（１／ｍｍ）・・（１２−２） なる条件を満足することが、得られる効果をより顕著に
し、広い観察画角で良好な観察像を得るために望ましい
ものである。
【００７３】次に、接眼光学系のうち画像表示素子に対
向して配置されている透過面の面形状が、以下の条件式
（１３−１）を満足することが重要になる。これは、偏
心して配置されたパワーを持つ面で発生する像歪みを補
正する条件である。
【００７４】ここで、接眼光学系の画像表示素子に対向
して配置されている透過面において、前記表1 に基づく
主光線１０１〜１０６が前記透過面と交差する領域を有
効領域と定義し、その有効領域で各面の形状を定義する
式（Ｚ軸を面の軸として表した式、あるいは、その面を
偏心がないとして、Ｚ＝ｆ（Ｘ，Ｙ）の形式で表した
式）の面の偏心方向に当たるＹ軸方向の曲率をＣＹ１〜
ＣＹ６とし、それと直交するＸ軸方向の曲率をＣＸ１〜
ＣＸ６とする。このとき、ＣＸ３／ＣＸ１、又は、ＣＸ
６／ＣＸ４、又は、ＣＹ３／ＣＹ１、又は、ＣＹ６／Ｃ
Ｙ４の少なくとも１つの値をＣＸＹとし、その絶対値を
｜ＣＸＹ｜とする。
【００７５】 １．５＜｜ＣＸＹ｜＜１００ ・・・（１３−１） 猶、上記条件式１３−１は、−１００＜ＣＸＹ＜−１．
５又は１．５＜ＣＸＹ＜１００という条件範囲を示すも
のである。そして本発明のように、偏心した反射面が主
な光学的パワーを有する光学系は、偏心による像歪みが
発生するが、この像歪みの補正には、収差にあまり大き
く影響をしない面である画像表示素子に対向している面
での補正が効果的である。ここで、上記条件式におい
て、ＣＸ３／ＣＸ１、ＣＸ６／ＣＸ４、ＣＹ３／ＣＹ
１、ＣＹ６／ＣＹ４の４つ全ての絶対値が、条件式の範
囲を越えた値となってしまうと、この画像表示素子に対
向している面の有効領域内の部分的曲率の変化が少ない
ため、偏心による像歪みの補正がしきれなくなる。
【００７６】さらに好ましくは、 ３．０＜｜ＣＸＹ｜＜１００ ・・・（１３−２） なる条件式を満足することが重要であり、観察画角が２
０°を越える場合に重要となってくる。
【００７７】さらに好ましくは、 ５．０＜｜ＣＸＹ｜＜１００ ・・・（１３−３） なる条件式を満足することが重要である。
【００７８】さらに好ましくは、 １０．０＜｜ＣＸＹ｜＜１００ ・・・（１３−４） なる条件式を満足することが重要であり、観察画角が３
０°を越える場合に重要であり、上記条件式（１３−
２）から（１３−４）は共に、広い観察画角において良
好な像を得るために必要なものである。
【００７９】猶、以上の各種条件に関しては、主して図
８に示すような第１面３、第２面４、第３面５からな
り、その間が屈折率（ｎ）が１よりも大きい（ｎ＞１）
媒質で満たされたプリズム部材７を用いる接眼光学系を
前提にして説明したが、その他のプリズム部材も本発明
内であれば同様に適用できる。
【００８０】
【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１〜７について説明する。後述する各実施例の構
成パラメータにおいては、図１〜７に示すように、接眼
光学系７の射出瞳１を光学系の原点として、光軸２を画
像表示素子６の表示中心と射出瞳１の中心（原点）とを
通る光線で定義し、射出瞳１から光軸２に進む方向をＺ
軸方向、このＺ軸に直交し射出瞳１中心を通り、光線が
接眼光学系７によって折り曲げられる面内の方向をＹ軸
方向、Ｚ軸、Ｙ軸に直交し射出瞳１中心を通る方向をＸ
軸方向とし、射出瞳１から接眼光学系７に向かう方向を
Ｚ軸の正方向、光軸２から画像表示素子６方向をＹ軸の
正方向、そして、これらＺ軸、Ｙ軸と右手系を構成する
方向をＸ軸の正方向とする。なお、光線追跡は接眼光学
系７の射出瞳１の側を物体側として、画像表示素子６側
を像面側とした逆追跡により行っている。
【００８１】そして、偏心量Ｙ、Ｚ、傾き量θが記載さ
れている面については、光学系の原点である射出瞳１か
らのずれ量及びＺ軸に対する傾き角を表している。な
お、傾き角は反時計回りの方向を正としている。なお、
面間隔については、意味を有しない。
【００８２】また、アナモルフィック面の形状は以下の
式により定義する。面形状の原点を通り、光学面に垂直
な直線がアナモルフィック面の軸となる。 Ｚ＝（ＣＸ・Ｘ2 ＋ＣＹ・Ｙ2 ）／［１＋｛１−（１＋
Ｋｘ）ＣＸ2 ・Ｘ2 −（１＋Ｋｙ）ＣＹ2 ・
Ｙ2 ｝1/2 ］＋ΣＲｎ（（１−Ｐｎ）Ｘ2 ＋（１＋Ｐ
ｎ）Ｙ2 ）(n+1) ここで、例としてｎ＝４（４次項）を考えると、展開し
た時以下の式であらわせる。
【００８３】 Ｚ＝（ＣＸ・Ｘ2 ＋ＣＹ・Ｙ2 ）／［１＋｛１−（１＋Ｋｘ） ＣＸ2 ・Ｘ2 −（１＋Ｋｙ）ＣＹ2 ・Ｙ2 ｝1/2 ］ ＋Ｒ１（（１−Ｐ１）Ｘ2 ＋（１＋Ｐ１）Ｙ2 ）2 ＋Ｒ２（（１−Ｐ２）Ｘ2 ＋（１＋Ｐ２）Ｙ2 ）3 ＋Ｒ３（（１−Ｐ３）Ｘ2 ＋（１＋Ｐ３）Ｙ2 ）4 ＋Ｒ４（（１−Ｐ４）Ｘ2 ＋（１＋Ｐ４）Ｙ2 ）5 ・・・・（ａ） ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ
量、ＣＸはＸ軸方向曲率、ＣＹはＹ軸方向曲率、Ｋｘは
Ｘ軸方向円錐係数、ＫｙはＹ軸方向円錐係数、Ｒｎは非
球面項回転対称成分、Ｐｎは非球面項回転非対称成分で
ある。なお、後記する実施例の構成パラメータでは、 Ｒｘ：Ｘ軸方向曲率半径 Ｒｙ：Ｙ軸方向曲率半径 を用いており、曲率ＣＸ、ＣＹとの間には、 Ｒｘ＝１／ＣＸ，Ｒｙ＝１／ＣＹ の関係にある。
【００８４】また、回転非対称面の面の形状は以下の式
により定義する。その定義式のＺ軸が回転非対称面の軸
となる。 Ｚ＝Σn Σm ＣnmＸm Ｙn-m ただし、Σn はΣのｎが０〜ｋ，Σm はΣのｍが０〜ｎ
を表す。
【００８５】また、面対称自由曲面（対称面を一つのみ
有する回転非対称面）を、この回転非対称面を表す式に
より定義する場合は、その対称面により生ずる対称性を
Ｘ方向に求める場合はＸの奇数次項を０に（例えばＸ奇
数次項の係数を０にする）、その対称面により生ずる対
称性をＹ方向に求める場合はＹの奇数次項を０に（例え
ばＹ奇数次項の係数を０にする）すれば良い。
【００８６】ここで、例としてｋ＝７（７次項）で、Ｘ
方向に対称な面対称自由曲面を、上記定義式を展開した
形で表すと以下の式となる。 Ｚ＝Ｃ2 ＋Ｃ3 ｙ＋Ｃ4 ｘ ＋Ｃ5 ｙ2 ＋Ｃ6 ｙｘ＋Ｃ7 ｘ2 ＋Ｃ8 ｙ3 ＋Ｃ9 ｙ2 ｘ＋Ｃ10ｙｘ2 ＋Ｃ11ｘ3 ＋Ｃ12ｙ4 ＋Ｃ13ｙ3 ｘ＋Ｃ14ｙ2 ｘ2 ＋Ｃ15ｙｘ3 ＋Ｃ16ｘ4 ＋Ｃ17ｙ5 ＋Ｃ18ｙ4 ｘ＋Ｃ19ｙ3 ｘ2 ＋Ｃ20ｙ2 ｘ3 ＋Ｃ21ｙｘ4 ＋Ｃ22 ｘ5 ＋Ｃ23ｙ6 ＋Ｃ24ｙ5 ｘ＋Ｃ25ｙ4 ｘ2 ＋Ｃ26ｙ3 ｘ3 ＋Ｃ27ｙ2 ｘ4 ＋Ｃ28ｙｘ5 ＋Ｃ29ｘ6 ＋Ｃ30ｙ7 ＋Ｃ31ｙ6 ｘ＋Ｃ32ｙ5 ｘ2 ＋Ｃ33ｙ4 ｘ3 ＋Ｃ34ｙ3 ｘ4 ＋Ｃ35ｙ2 ｘ5 ＋Ｃ36ｙｘ6 ＋Ｃ37ｘ7 ・・・・・・・・・（ｂ） 猶、本式ではＸ奇数次項の係数（Ｃ4 ，Ｃ6 ，Ｃ9 ・・
・）を０とした。そして、後記する構成のパラメータ中
において、記載のない非球面に関する係数は０である。
また、面と面の間の媒質の屈折率はｄ線（波長587.56n
m）の屈折率で表す。長さの単位はｍｍである。
【００８７】また、面対称自由曲面の他の定義式とし
て、Zernike 多項式がある。この面の形状は以下の式
（ｃ）により定義する。その定義式のＺ軸がZernike 多
項式の軸となる。 Ｘ＝Ｒ×cos （Ａ） Ｙ＝Ｒ×sin （Ａ） Ｚ＝Ｄ2 ＋Ｄ3 Ｒcos(A)＋Ｄ4 Ｒsin(A)＋Ｄ5 Ｒ2cos(2A) ＋Ｄ6 （Ｒ2 −１）＋Ｄ7 Ｒ2sin(2A)＋Ｄ8 Ｒ3cos(3A) ＋Ｄ9 （３Ｒ3 −２Ｒ）cos(A)＋Ｄ10（３Ｒ3 −２Ｒ)sin(A) ＋Ｄ11Ｒ3sin(3A)＋Ｄ12Ｒ4cos(4A)＋Ｄ13（４Ｒ4 −３Ｒ2 ）cos(2A) ＋Ｄ14（６Ｒ4 −６Ｒ2 ＋１）＋Ｄ15（４Ｒ4 −３Ｒ2 ）sin(2A) ＋Ｄ16Ｒ4sin(4A)＋Ｄ17Ｒ5cos(5A)＋Ｄ18（５Ｒ5 −４Ｒ3 ）cos(3A) ＋Ｄ19（１０Ｒ5 −１２Ｒ3 ＋３Ｒ）cos(A) ＋Ｄ20（１０Ｒ5 −１２Ｒ3 ＋３Ｒ）sin(A) ＋Ｄ21（５Ｒ5 −４Ｒ3)sin(3A) ＋Ｄ22Ｒ5sin(5A)＋Ｄ23Ｒ6cos(6A) ＋Ｄ24（６Ｒ6 −５Ｒ4 ）cos(4A) ＋Ｄ25（１５Ｒ6 −２０Ｒ4 ＋６Ｒ2 ）cos(2A) ＋Ｄ26（２０Ｒ6 −３０Ｒ4 ＋１２Ｒ2 −１) ＋Ｄ27（１５Ｒ6 −２０Ｒ4 ＋６Ｒ2)sin(2A) ＋Ｄ28（６Ｒ6 −５Ｒ4)sin(4A) ＋Ｄ29Ｒ6sin(6A)・・・・・・・（ｃ） 猶、今回は、Ｘ方向に対称な面として表した。ただし、
Ｄm （ｍは２以上の整数）は係数である。
【００８８】本発明において使用可能なその他の面の表
現例として、上記定義式（Ｚ＝ΣnΣm ＣnmＸ
m Ｙn-m ）を、（ｂ）式と同様、Ｘ方向に対称な面でｋ
＝７、Ｘ奇数次項の係数を０（Ｃ4 ，Ｃ6 ，Ｃ9 …＝
０）とした面を表す場合、以下の式（ｄ）のように展開
することもできる。
【００８９】 Ｚ＝Ｃ2 ＋Ｃ3 ｙ＋Ｃ4 ｜ｘ｜ ＋Ｃ5 ｙ2 ＋Ｃ6 ｙ｜ｘ｜＋Ｃ7 ｘ2 ＋Ｃ8 ｙ3 ＋Ｃ9 ｙ2 ｜ｘ｜＋Ｃ10ｙｘ2 ＋Ｃ11｜ｘ3 ｜ ＋Ｃ12ｙ4 ＋Ｃ13ｙ3 ｜ｘ｜＋Ｃ14ｙ2 ｘ2 ＋Ｃ15ｙ｜ｘ3 ｜ ＋Ｃ16ｘ4 ＋Ｃ17ｙ5 ＋Ｃ18ｙ4 ｜ｘ｜＋Ｃ19ｙ3 ｘ2 ＋Ｃ20ｙ2 ｜ｘ3 ｜ ＋Ｃ21ｙｘ4 ＋Ｃ22ｙ｜ｘ5 ｜＋Ｃ23ｙ6 ＋Ｃ24ｙ5 ｜ｘ｜ ＋Ｃ25ｙ4 ｘ2 ＋Ｃ26ｙ3 ｜ｘ3 ｜＋Ｃ27ｙ2 ｘ4 ＋Ｃ28ｙ｜ｘ5 ｜ ＋Ｃ29ｘ6 ＋Ｃ30ｙ7 ＋Ｃ31ｙ6 ｜ｘ｜＋Ｃ32ｙ5 ｘ2 ＋Ｃ33ｙ4 ｜ｘ3 ｜＋Ｃ34ｙ3 ｘ4 ＋Ｃ35ｙ2 ｜ｘ5 ｜＋Ｃ36ｙｘ6 ＋Ｃ37｜ｘ7 ｜ ・・・・・・・・・（ｄ） なお、データの記載されていない非球面に関する項は０
である。屈折率については、ｄ線（波長５８７．５６ｎ
ｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍで
ある。
【００９０】さて、以下の実施例１〜７の接眼光学系７
は、３面で構成されており、その間が屈折率１より大き
い媒質で満たされている。実施例１〜７の接眼光学系７
は、画像表示素子６に対向して偏心配置された透過面で
ある第３面５を経て光学系に入射した画像表示素子６か
らの表示光は、射出瞳１と対向した反射兼透過面である
第１面３で射出瞳より遠ざかる方向に反射をし、射出瞳
と反射兼透過面である第１面３に対向した反射面である
第２面４で反射し、再び反射兼透過面である第１面３を
透過して光学系７から射出して光軸２に沿って進み、中
間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の
瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００９１】この実施例１〜７の光軸２を含むＹ−Ｚ断
面図をそれぞれ図１〜図７に示す。また、各実施例の接
眼光学系の観察画角となる水平画角（Ｘ軸方向の画角）
と垂直画角（Ｙ軸方向の画角）、及び瞳径は以下の通り
である。
【００９２】実施例１は、水平画角４０．０°、垂直画
角３０．５７°、瞳径４ｍｍである。実施例２は、水平
画角３８．０°、垂直画角２８．９６°、瞳径４ｍｍで
ある。実施例３は、水平画角３５．０°、垂直画角２
６．６０°、瞳径４ｍｍである。実施例４は、水平画角
４２．０°、垂直画角３２．１２°、瞳径４ｍｍであ
る。実施例５は、水平画角４０．０°、垂直画角３０．
５７°、瞳径４ｍｍである。実施例６は、水平画角４
５．０°、垂直画角３４．５２°、瞳径４ｍｍである。
実施例７は、水平画角３５．０°、垂直画角２６．６０
°、瞳径４ｍｍである。以下に、上記実施例１〜７の構
成パラメータを示す。
【００９３】 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（第１面） 自由曲面１ 1.5254 56.25 （透過面） （瞳位置より） Ｙ 18.093 θ 7.31° Ｚ 28.093 ３（第２面） 自由曲面２ 1.5254 56.25 （反射面） （瞳位置より） Ｙ 0.319 θ-21.42° Ｚ 39.301 ４（第１面） 自由曲面１ 1.5254 56.25 （反射面） （瞳位置より） Ｙ 18.093 θ 7.31° Ｚ 28.093 ５（第３面） 自由曲面３ 1.0000 0.00 （透過面） （瞳位置より） Ｙ 21.007 θ 60.28° Ｚ 35.793 ６（画像表示面） ∞ （瞳位置より） Ｙ 23.796 θ 45.87° Ｚ 37.786 自由曲面１ Ｃ5 -3.8165×10-3 Ｃ7 -5.1041×10-3 Ｃ8 -2.5266×10-4 Ｃ10 -6.6323×10-5 Ｃ12 -7.2159×10-6 Ｃ14 -6.0053×10-7 Ｃ16 -4.3687×10-6 Ｃ17 -6.1539×10-8 Ｃ19 -3.0747×10-8 Ｃ21 -2.8795×10-7 自由曲面２ Ｃ5 -7.1431×10-3 Ｃ7 -9.9210×10-3 Ｃ8 -2.4433×10-5 Ｃ10 1.4451×10-5 Ｃ12 -1.6195×10-6 Ｃ14 2.0812×10-6 Ｃ16 1.1224×10-7 Ｃ17 1.0309×10-7 Ｃ19 -1.0399×10-7 Ｃ21 -1.4563×10-7 自由曲面３ Ｃ5 -1.9854×10-2 Ｃ7 -2.9724×10-2 Ｃ8 -9.8981×10-5 Ｃ10 6.9263×10-4 Ｃ12 -4.6748×10-5 Ｃ14 1.0538×10-4 Ｃ16 4.4448×10-5 Ｃ17 2.0494×10-6 Ｃ19 -2.6512×10-6 Ｃ21 -2.4647×10-6
【００９４】 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（第１面） 自由曲面１ 1.5254 56.25 （透過面） （瞳位置より） Ｙ 9.991 θ 6.35° Ｚ 28.970 ３（第２面） 自由曲面２ 1.5254 56.25 （反射面） （瞳位置より） Ｙ 0.312 θ-20.75° Ｚ 38.925 ４（第１面） 自由曲面１ 1.5254 56.25 （反射面） （瞳位置より） Ｙ 9.991 θ 6.35° Ｚ 28.970 ５（第３面） 自由曲面３ 1.0000 0.00 （透過面） （瞳位置より） Ｙ 19.918 θ 58.52° Ｚ 35.844 ６（画像表示面） ∞ （瞳位置より） Ｙ 23.107 θ 42.68° Ｚ 38.090 自由曲面１ Ｃ5 -1.7302×10-3 Ｃ7 -4.8152×10-3 Ｃ8 -1.2157×10-4 Ｃ10 -1.0047×10-4 Ｃ12 -3.4762×10-6 Ｃ14 -5.4078×10-7 Ｃ16 -1.8836×10-6 Ｃ17 -4.6447×10-8 Ｃ19 2.5784×10-8 Ｃ21 -2.0873×10-7 Ｃ23 3.8332×10-10 Ｃ25 -6.7009×10-10 Ｃ27 -2.2102×10-9 Ｃ29 -8.1647×10-10 自由曲面２ Ｃ5 -7.6128×10-3 Ｃ7 -9.8846×10-3 Ｃ8 -3.5644×10-5 Ｃ10 4.4154×10-6 Ｃ12 4.8183×10-7 Ｃ14 1.1991×10-7 Ｃ16 -1.2538×10-6 Ｃ17 -2.4892×10-8 Ｃ19 -3.9316×10-8 Ｃ21 -7.2362×10-8 Ｃ23 1.7469×10-9 Ｃ25 -5.6998×10-9 Ｃ27 3.3050×10-11 Ｃ29 -2.7530×10-10 自由曲面３ Ｃ5 -2.3435×10-2 Ｃ7 -2.4529×10-2 Ｃ8 -1.1009×10-3 Ｃ10 5.2475×10-4 Ｃ12 5.8555×10-5 Ｃ14 1.5152×10-4 Ｃ16 1.1480×10-4 Ｃ17 3.8188×10-6 Ｃ19 -3.3787×10-6 Ｃ21 -1.6733×10-6 Ｃ23 -3.2307×10-7 Ｃ25 7.2831×10-8 Ｃ27 -2.1094×10-7 Ｃ29 -3.2162×10-7
【００９５】 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（第１面） 自由曲面１ 1.5254 56.25 （透過面） （瞳位置より） Ｙ 6.449 θ 15.84° Ｚ 32.516 ３（第２面） 自由曲面２ 1.5254 56.25 （反射面） （瞳位置より） Ｙ 0.782 θ-14.27° Ｚ 43.673 ４（第１面） 自由曲面１ 1.5254 56.25 （反射面） （瞳位置より） Ｙ 6.449 θ 15.84° Ｚ 32.516 ５（第３面） 自由曲面３ 1.0000 0.00 （透過面） （瞳位置より） Ｙ 20.361 θ 80.31° Ｚ 37.064 ６（画像表示面） ∞ （瞳位置より） Ｙ 24.568 θ 56.22° Ｚ 39.585 自由曲面１ Ｃ5 -3.2633×10-3 Ｃ7 -2.8674×10-3 Ｃ8 -1.8028×10-5 Ｃ10 4.4880×10-5 Ｃ12 5.9053×10-7 Ｃ14 3.3532×10-6 Ｃ16 -1.7695×10-6 Ｃ17 -7.2737×10-8 Ｃ19 -1.0255×10-7 Ｃ21 -1.9604×10-7 Ｃ23 -1.5080×10-9 Ｃ25 -6.6866×10-9 Ｃ27 -5.6917×10-9 Ｃ29 -1.3917×10-9 自由曲面２ Ｃ5 -8.4065×10-3 Ｃ7 -8.6196×10-3 Ｃ8 2.6635×10-5 Ｃ10 3.1544×10-5 Ｃ12 -9.2342×10-7 Ｃ14 0.0000 Ｃ16 -6.5370×10-7 Ｃ17 -3.7317×10-8 Ｃ19 -4.5906×10-8 Ｃ21 -2.7295×10-8 Ｃ23 4.9443×10-9 Ｃ25 -2.3766×10-9 Ｃ27 -2.4637×10-9 Ｃ29 -1.7034×10-9 自由曲面３ Ｃ5 -1.9502×10-2 Ｃ7 -1.0317×10-2 Ｃ8 9.2721×10-4 Ｃ10 1.4647×10-3 Ｃ12 2.3405×10-5 Ｃ14 0.0000 Ｃ16 0.0000 Ｃ17 -7.5660×10-6 Ｃ19 -1.0560×10-5 Ｃ21 -4.5094×10-6 Ｃ23 1.1597×10-7 Ｃ25 6.0398×10-7 Ｃ27 3.7657×10-7 Ｃ29 1.8098×10-7
【００９６】 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（第１面） 自由曲面１ 1.5254 56.25 （透過面） （瞳位置より） Ｙ 12.330 θ 4.14° Ｚ 28.617 ３（第２面） 自由曲面２ 1.5254 56.25 （反射面） （瞳位置より） Ｙ 0.579 θ-20.79° Ｚ 40.622 ４（第１面） 自由曲面１ 1.5254 56.25 （反射面） （瞳位置より） Ｙ 12.330 θ 4.14° Ｚ 28.617 ５（第３面） 自由曲面３ 1.0000 0.00 （透過面） （瞳位置より） Ｙ 22.504 θ 46.35° Ｚ 36.191 ６（画像表示面） ∞ （瞳位置より） Ｙ 24.395 θ 45.95° Ｚ 37.448 自由曲面１ Ｃ5 2.3063×10-3 Ｃ7 -5.7432×10-3 Ｃ8 -1.2708×10-4 Ｃ10 -1.8611×10-4 Ｃ12 -7.3886×10-6 Ｃ14 5.1153×10-6 Ｃ16 4.1947×10-6 Ｃ17 -2.8995×10-7 Ｃ19 4.7348×10-7 Ｃ21 -2.4373×10-7 Ｃ23 -4.7209×10-9 Ｃ25 8.5811×10-9 Ｃ27 -1.1873×10-8 Ｃ29 -7.4198×10-9 自由曲面２ Ｃ5 -5.2034×10-3 Ｃ7 -1.0108×10-2 Ｃ8 -1.4607×10-4 Ｃ10 -3.8674×10-5 Ｃ12 5.8323×10-7 Ｃ14 6.1187×10-6 Ｃ16 8.3113×10-7 Ｃ17 1.1469×10-7 Ｃ19 1.0138×10-7 Ｃ21 -8.2170×10-8 Ｃ23 5.9347×10-9 Ｃ25 -9.5587×10-9 Ｃ27 -6.0886×10-9 Ｃ29 3.2078×10-9 自由曲面３ Ｃ5 -2.0125×10-2 Ｃ7 -4.1701×10-2 Ｃ8 -1.9065×10-3 Ｃ10 -1.7714×10-3 Ｃ12 -3.0607×10-5 Ｃ14 3.0045×10-4 Ｃ16 1.3128×10-4 Ｃ17 -4.5761×10-6 Ｃ19 1.2470×10-5 Ｃ21 3.3448×10-6 Ｃ23 -3.8549×10-7 Ｃ25 -4.2473×10-7 Ｃ27 -9.1566×10-7 Ｃ29 -3.6298×10-7
【００９７】 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（第１面） 自由曲面１ 1.5254 56.25 （透過面） （瞳位置より） Ｙ-22.942 θ 4.12° Ｚ 35.598 ３（第２面） 自由曲面２ 1.5254 56.25 （反射面） （瞳位置より） Ｙ 0.723 θ-15.12° Ｚ 47.882 ４（第１面） 自由曲面１ 1.5254 56.25 （反射面） （瞳位置より） Ｙ-22.942 θ 4.12° Ｚ 35.598 ５（第３面） 自由曲面３ 1.0000 0.00 （透過面） （瞳位置より） Ｙ 25.082 θ 61.37° Ｚ 40.304 ６（画像表示面） ∞ （瞳位置より） Ｙ 34.412 θ 45.82° Ｚ 47.203 自由曲面１ Ｃ5 -8.0312×10-4 Ｃ7 -7.3254×10-4 Ｃ8 -2.1186×10-5 Ｃ10 -1.0171×10-4 Ｃ12 -3.8652×10-8 Ｃ14 2.3621×10-6 Ｃ16 -1.0931×10-6 Ｃ17 1.0643×10-9 Ｃ19 -1.5119×10-8 Ｃ21 -4.1144×10-9 自由曲面２ Ｃ5 -5.6208×10-3 Ｃ7 -5.4596×10-3 Ｃ8 1.7809×10-5 Ｃ10 9.8706×10-6 Ｃ12 -1.3336×10-7 Ｃ14 -5.2841×10-7 Ｃ16 -8.9471×10-7 Ｃ17 -7.0627×10-9 Ｃ19 -1.8241×10-8 Ｃ21 9.0696×10-9 自由曲面３ Ｃ5 -1.6793×10-2 Ｃ7 -7.9978×10-3 Ｃ8 -6.9505×10-5 Ｃ10 1.9267×10-4 Ｃ12 1.6915×10-5 Ｃ14 3.5749×10-5 Ｃ16 1.4671×10-5 Ｃ17 -1.8479×10-7 Ｃ19 -5.4557×10-7 Ｃ21 -4.2253×10-7
【００９８】 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（第１面） 自由曲面１ 1.5254 56.25 （透過面） （瞳位置より） Ｙ -6.157 θ 4.26° Ｚ 30.427 ３（第２面） 自由曲面２ 1.5254 56.25 （反射面） （瞳位置より） Ｙ 0.344 θ-19.07° Ｚ 45.620 ４（第１面） 自由曲面１ 1.5254 56.25 （反射面） （瞳位置より） Ｙ -6.157 θ 4.26° Ｚ 30.427 ５（第３面） 自由曲面 1.0000 0.00 （透過面） （瞳位置より） Ｙ 25.914 θ 51.68° Ｚ 40.543 ６（画像表示面） ∞ （瞳位置より） Ｙ 30.565 θ 34.97° Ｚ 45.343 自由曲面１ Ｃ5 7.6654×10-4 Ｃ7 -3.5475×10-3 Ｃ8 1.9585×10-5 Ｃ10 1.6023×10-5 Ｃ12 -1.4070×10-6 Ｃ14 5.0587×10-7 Ｃ16 -3.1469×10-9 Ｃ17 2.0302×10-9 Ｃ19 -3.1226×10-8 Ｃ21 -5.4209×10-8 自由曲面２ Ｃ5 -4.9320×10-3 Ｃ7 -6.5688×10-3 Ｃ8 -1.8179×10-5 Ｃ10 2.5798×10-5 Ｃ12 2.5039×10-7 Ｃ14 -8.6018×10-7 Ｃ16 -6.8890×10-7 Ｃ17 1.3653×10-8 Ｃ19 -8.6654×10-9 Ｃ21 -1.2045×10-8 自由曲面３ Ｃ5 -1.6523×10-2 Ｃ7 -1.5234×10-2 Ｃ8 -6.4396×10-4 Ｃ10 1.5353×10-4 Ｃ12 3.9841×10-5 Ｃ14 5.1973×10-5 Ｃ16 2.4054×10-5 Ｃ17 -1.4491×10-6 Ｃ19 -1.5381×10-6 Ｃ21 -7.3927×10-7
【００９９】 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（第１面）アナモルフィック面 1.5254 56.25 （透過面） （瞳位置より） Ry -184.630 Ｙ 21.227 θ 26.99° Rx -132.495 Ｚ 17.407 Ky -55.0420 Kx -75.7723 R1 -4.4928 ×10-8 R2 4.1997 ×10-12 R3 3.2102 ×10-16 R4 -4.8157 ×10-19 P1 -1.0235 P2 8.5660 ×10-1 P3 -3.9343 ×10-1 P4 1.0141 ３（第２面）Zernike 多項式面 1.5254 56.25 （反射面） （瞳位置より） Ｙ 0.698 θ-41.99° Ｚ 41.754 ４（第１面）アナモルフィック面 1.5254 56.25 （反射面） （瞳位置より） Ry -184.630 Ｙ 21.227 θ 26.99° Rx -132.495 Ｚ 17.407 Ky -55.0420 Kx -75.7723 R1 -4.4928 ×10-8 R2 4.1997 ×10-12 R3 3.2102 ×10-16 R4 -4.8157 ×10-19 P1 -1.0235 P2 8.5660 ×10-1 P3 -3.9343 ×10-1 P4 1.0141 ５（第３面）アナモルフィック面 1.0000 0.00 （透過面） （瞳位置より） Ry -23.980 Ｙ 20.647 θ 36.34° Rx -18.844 Ｚ 71.142 Ky -9.3115 Kx -12.6127 R1 9.3378 ×10-8 R2 3.8711 ×10-9 R3 -1.8242 ×10-12 R4 -1.5707 ×10-13 P1 6.6055 P2 -1.1245 P3 -2.7869 P4 5.1046 ×10-1 ６（画像表示面） ∞ （瞳位置より） Ｙ 25.667 θ 52.60° Ｚ 39.317 Zernike 多項式面１ Ｃ1 1.0000 Ｃ4 -4.9388×10-1 Ｃ5 5.0869×10-4 Ｃ6 -4.7886×10-3 Ｃ10 -2.2218×10-5 Ｃ11 -8.5910×10-9 Ｃ12 -5.5472×10-8 Ｃ13 2.0828×10-8 Ｃ14 -2.1213×10-8 また、以下に本発明の実施例１〜７における前記条件式
（１−１）〜（１３−１）に関するパラメータの値を表
2 として示す。
【０１００】
【表２】
【０１０１】以上の実施例では、前記定義式（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）のアナモルフィック面、自由曲面、Zern
ike 多項式面で構成したが、定義式（ｄ）のように定義
した面形状での設計も可能である。つまり、あらゆる定
義の曲面が使えることは言うまでもない。しかし、どの
ような定義式を用いようとも、本発明に示されている何
れかの条件を満足することにより、また、そのいくつか
のものを満足することにより、収差の非常に良く補正さ
れた接眼光学系を得られることは言うまでもない。な
お、偏心を無視した面の定義座標系の中心で規定される
面の曲率、面の焦点距離等の従来の無偏心系で使われる
条件式は、本発明のように各面が大きく偏心して配置さ
れている場合には、何らの意味も持たない。
【０１０２】なお、以上のような本発明による接眼光学
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型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。このようなポータブル型の画像表示装置の１例の全
体の構成を図９に示す。表示装置本体８には、上記のよ
うな接眼光学系が左右１対備えられ、それらに対応して
像面に液晶表示素子からなる画像表示素子が配置されて
いる。本体８に左右に連続して図示のような側頭フレー
ム９が設けられ、両側の側頭フレーム９は頭頂フレーム
１０でつながれており、また、両側の側頭フレーム９の
中間には板バネ１１を介してリアフレーム１２が設けて
あり、リアフレーム１２を眼鏡のツルのように観察者の
両耳の後部に当て、また、頭頂フレーム１０を観察者の
頭頂に載せることにより、表示装置本体８を観察者の眼
前に保持できるようになっている。なお、頭頂フレーム
１０の内側には海綿体のような弾性体からなる頭頂パッ
ド１３が取り付けてあり、同様にリアフレーム１２の内
側にも同様なパッドが取り付けられており、この表示装
置を頭部に装着したときに違和感を感じないようにして
ある。
【０１０３】また、リアフレーム１２にはスピーカ１４
が付設されており、画像観察と共に立体音響を聞くこと
ができるようになっている。このようにスピーカ１４を
有する表示装置本体８には、映像音声伝達コード１５を
介してポータブルビデオカセット等の再生装置１６が接
続されているので、観察者はこの再生装置１６を図示の
ようにベルト箇所等の任意の位置に保持して、映像、音
響を楽しむことができるようになっている。図示の１７
は再生装置１６のスイッチ、ボリューム等の調節部であ
る。なお、頭頂フレーム１０の内部に、映像処理・音声
処理回路等の電子部品を内蔵させてある。
【０１０４】なお、コード１５は先端をジャックにし
て、既存のビデオデッキ等に取り付け可能としてもよ
い。さらに、ＴＶ電波受信用チューナーに接続してＴＶ
観賞用としてもよいし、コンピュータに接続してコンピ
ュータグラフィックスの映像や、コンピュータからのメ
ッセージ映像等を受信するようにしてもよい。また、邪
魔なコードを排斥するために、アンテナを接続して外部
からの信号を電波によって受信するようにしてもよい。
【０１０５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、偏心した反射面を有した接眼光学系を広い観
察画角にしても、明瞭で、歪みの少ない観察像を与える
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】本発明の実施例１の画像表示装置の接眼光学系
に関する断面図である。
【図２】本発明の実施例２の画像表示装置の接眼光学系
に関する断面図である。
【図３】本発明の実施例３の画像表示装置の接眼光学系
に関する断面図である。
【図４】本発明の実施例４の画像表示装置の接眼光学系
に関する断面図である。
【図５】本発明の実施例５の画像表示装置の接眼光学系
に関する断面図である。
【図６】本発明の実施例６の画像表示装置の接眼光学系
に関する断面図である。
【図７】本発明の実施例７の画像表示装置の接眼光学系
に関する断面図である。
【図８】本発明の原理説明に用いた接眼光学系の１例を
示す断面図である。
【図９】本発明による頭部装着型画像表示装置の１例の
全体の構成を示す図である。
【図１０】従来の画像表示装置の光学系を示す図であ
る。
【図１１】従来の画像表示装置の光学系を示す図であ
る。
【図１２】従来の画像表示装置の光学系を示す図であ
る。
【図１３】従来の画像表示装置の光学系を示す図であ
る。
【図１４】従来の画像表示装置の光学系を示す図であ
る。
【符号の説明】
１ 射出瞳位置（観察者瞳位置） ２ 観察者視軸（軸上主光線） ３ 接眼光学系の第１面 ４ 接眼光学系の第２面 ５ 接眼光学系の第３面 ６ 画像表示素子 ７ 接眼光学系 ８ 表示装置本体 ９ 側頭フレーム １０ 頭頂フレーム １１ 板バネ １２ リアフレーム １３ 頭頂パッド １４ スピーカ １５ 映像音声伝達コード １６ 再生装置 １７ スイッチ、ボリューム等の調節部

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像表示素子と、前記画像表示素子によ
    り形成された画像を虚像として観察できるように観察者
    眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系
    とを有する画像表示装置において、 前記接眼光学系が、偏心配置された屈折力を有する反射
    作用面を、少なくとも２面含み、 前記少なくとも２面の反射作用面の内、最も強い屈折力
    を有する反射作用面の面形状が、対称面が２面以下の回
    転非対称面により形成され、且つ前記最も強い屈折力を
    有する反射作用面の回転非対称面形状が、以下の条件を
    満足することを特徴とする画像表示装置。 −０．８０＜ＤＸ４＜−０．２０ （１／ｍｍ） ・・・（１−１） −０．８０＜ＤＸ５＜−０．２０ （１／ｍｍ） ・・・（２−１） −０．８０＜ＤＸ６＜−０．２０ （１／ｍｍ） ・・・（３−１） 但し、前記画像表示素子の画面を基準として、Ｘ軸方向
    Ｙ軸方向共に最大画角となる画面右上位置の主光線を１
    ０４、Ｘ軸方向最大画角でＹ軸方向ゼロ画角となる画面
    右側中心位置の主光線を１０５、Ｘ軸方向最大画角でＹ
    軸方向最小画角（負の方向で最大画角）となる画面の右
    下位置の主光線を１０６としたときに、前記主光線１０
    ４〜１０６が前記反射作用面で反射される位置でＸ軸方
    向の面の傾きを夫々、ＤＸ４、ＤＸ５、ＤＸ６とする
  2. 【請求項２】 画像表示素子と、前記画像表示素子によ
    り形成された画像を虚像として観察できるように観察者
    眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系
    とを有する画像表示装置において、 前記接眼光学系が、偏心配置された屈折力を有する反射
    作用面を、少なくとも２面含み、 前記少なくとも２面の反射作用面の内、最も強い屈折力
    を有する反射作用面以外の反射作用面中少なくとも１つ
    の面形状が、対称面が２面以下の回転非対称面により形
    成され、且つ前記最も強い屈折力を有する反射作用面以
    外の反射作用面１面の回転非対称面形状が、以下の条件
    を満足することを特徴とする画像表示装置。 −０．１２０＜ＤＸ５Ａ＜−０．０９５（１／ｍｍ） ・・・（４−１） ｜ＤＸ５Ａ−ＤＸ４Ａ｜＜０．０５ （１／ｍｍ） ・・・（５−１） ｜ＤＸ５Ａ−ＤＸ６Ａ｜＜０．０５ （１／ｍｍ） ・・・（６−１） 但し、前記画像表示素子の画面を基準として、Ｘ軸方向
    Ｙ軸方向共に最大画角となる画面右上位置の主光線を１
    ０４、Ｘ軸方向最大画角でＹ軸方向ゼロ画角となる画面
    右側中心位置の主光線を１０５、Ｘ軸方向最大画角でＹ
    軸方向最小画角（負の方向で最大画角）となる画面の右
    下位置の主光線を１０６としたときに、この主光線１０
    ４〜１０６が前記反射作用面で反射される位置でＸ軸方
    向の面の傾きをＤＸ４Ａ、ＤＸ５Ａ、ＤＸ６Ａとする。
    また、｜ＤＸ５Ａ−ＤＸ４Ａ｜と｜ＤＸ５Ａ−ＤＸ６Ａ
    ｜は共に、０は含まないものとする。
  3. 【請求項３】 画像表示素子と、前記画像表示素子によ
    り形成された画像を虚像として観察できるように観察者
    眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系
    とを有する画像表示装置において、 前記接眼光学系が、偏心配置された屈折力を有する反射
    作用面を、少なくとも２面含み、 前記少なくとも２面の反射作用面の内、最も強い屈折力
    を有する反射作用面の面形状が、対称面が２面以下の回
    転非対称面により形成され、且つ前記最も強い屈折力を
    有する反射作用面の回転非対称面形状が、以下の条件を
    満足することを特徴とする画像表示装置。 ０．２６＜ＤＹ６−ＤＹ４＜０．４０（１／ｍｍ） ・・・（７−１） ０．１９＜ＤＹ３−ＤＹ１＜０．３８（１／ｍｍ） ・・・（８−１） 但し、前記画像表示素子の画面を基準として、Ｘ軸方向
    Ｙ軸方向共に最大画角となる画面右上位置の主光線を１
    ０４、Ｘ軸方向最大画角でＹ軸方向最小画角（負の方向
    で最大画角）となる画面の右下位置の主光線を１０６、
    Ｘ軸方向ゼロ画角でＹ軸方向最大画角となる画面の上側
    中心位置の主光線を１０１、Ｘ軸方向ゼロ画角でＹ軸方
    向最小画角となる画面の下側中心の主光線を１０３とし
    たときに、これら主光線１０４、１０６、１０１と１０
    ３が前記反射作用面で反射される位置でＹ軸方向の面の
    傾きを、ＤＹ４、ＤＹ６、ＤＹ１、ＤＹ３とする。
  4. 【請求項４】 画像表示素子と、前記画像表示素子によ
    り形成された画像を虚像として観察できるように観察者
    眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系
    とを有する画像表示装置において、 前記接眼光学系が、偏心配置された屈折力を有する反射
    作用面を、少なくとも２面含み、 前記少なくとも２面の反射作用面の内、最も強い屈折力
    を有する反射作用面以外の反射作用面中少なくとも１つ
    の面形状が、対称面が２面以下の回転非対称面により形
    成され、且つ前記最も強い屈折力を有する反射作用面以
    外の反射作用面１面の回転非対称面形状が、以下の条件
    を満足することを特徴とする画像表示装置。 ０．０５＜ＤＹ６Ａ−ＤＹ４Ａ＜０．２０（１／ｍｍ）・・・（９−１） ０．０５＜ＤＹ３Ａ−ＤＹ１Ａ＜０．２０（１／ｍｍ）・・・（１０−１） 但し、前記画像表示素子の画面を基準として、Ｘ軸方向
    ゼロ画角でＹ軸方向最大画角となる画面の上側中心位置
    の主光線を１０１、Ｘ軸方向Ｙ軸方向共に最大画角とな
    る画面右上位置の主光線を１０４、Ｘ軸方向最大画角で
    Ｙ軸方向最小画角（負の方向で最大画角）となる画面の
    右下位置の主光線を１０６、Ｘ軸方向ゼロ画角でＹ軸方
    向最小画角となる画面の下側中心の主光線を１０３とし
    たときに、これら主光線１０１、１０３、１０４、１０
    ６が前記反射作用面で反射される位置でＹ軸方向の面の
    傾きを、ＤＹ１、ＤＹ３、ＤＹ４、ＤＹ６とする。
  5. 【請求項５】 画像表示素子と、前記画像表示素子によ
    り形成された画像を虚像として観察できるように観察者
    眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系
    とを有する画像表示装置において、 前記接眼光学系が、偏心配置された屈折力を有する反射
    作用面を、少なくとも２面含み、 前記少なくとも２面の反射作用面の内、最も強い屈折力
    を有する反射作用面以外の反射作用面中少なくとも１つ
    の面形状が、対称面が２面以下の回転非対称面により形
    成され、且つ前記最も強い屈折力を有する反射作用面以
    外の反射作用面１面の回転非対称面形状が、以下の条件
    を満足することを特徴とする画像表示装置。 −０．０５＜ＤＹ６Ａ−ＤＹ２Ａ＜０．０５（１／ｍｍ）・・・（１１−１） −０．１５＜ＤＹ４Ａ−ＤＹ２Ａ＜−０．０５（１／ｍｍ）・・（１２−１） 但し、前記画像表示素子の画面を基準として、Ｘ軸方向
    Ｙ軸方向共に画角がゼロとなる画面中心位置の軸上主光
    線を１０２、Ｘ軸方向Ｙ軸方向共に最大画角となる画面
    右上位置の主光線を１０４、Ｘ軸方向最大画角でＹ軸方
    向最小画角（負の方向で最大画角）となる画面の右下位
    置の主光線を１０６としたときに、これら主光線１０
    ２、１０４、１０６が前記反射作用面で反射される位置
    でＹ軸方向の面の傾きをＤＹ２、ＤＹ４、ＤＹ６とす
    る。
  6. 【請求項６】 画像表示素子と、前記画像表示素子によ
    り形成された画像を虚像として観察できるように観察者
    眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系
    とを有する画像表示装置において、 前記接眼光学系が偏心配置された屈折力を有する反射作
    用面を少なくとも２面含むと共に、前記画像表示素子に
    対向配置された透過面を有し、 前記少なくとも２面の反射作用面の内、少なくとも１面
    の面形状が、対称面が２面以下の回転非対称面により形
    成され、 前記透過面が、対称面が２面以下の回転非対称面により
    形成され、且つその面形状が以下の条件を満足すること
    を特徴とする画像表示装置。 １．５＜｜ＣＸＹ｜＜１００ ・・・（１３−１） 但し、前記画像表示素子の画面を基準として、Ｘ軸方向
    ゼロ画角でＹ軸方向最大画角となる画面の上側中心位置
    の主光線を１０１、Ｘ軸方向Ｙ軸方向共に最大画角とな
    る画面右上位置の主光線を１０４、Ｘ軸方向最大画角で
    Ｙ軸方向最小画角（負の方向で最大画角）となる画面の
    右下位置の主光線を１０６、Ｘ軸方向ゼロ画角でＹ軸方
    向最小画角となる画面の下側中心の主光線を１０３とし
    たときに、これら主光線１０１、１０３，１０４、１０
    ６が、前記透過面を透過する位置で、Ｙ軸方向の曲率を
    ＣＹ１、ＣＹ３、ＣＹ４、ＣＹ６とし、Ｘ軸方向の曲率
    をＣＸ１、ＣＸ３、ＣＸ４、ＣＸ６とし、ＣＸ３／ＣＸ
    １、又は、ＣＸ６／ＣＸ４、又は、ＣＹ３／ＣＹ１、又
    は、ＣＹ６／ＣＹ４の少なくとも１つの値をＣＸＹとす
    る。
  7. 【請求項７】 前記最も強い屈折力を有する反射作用面
    以外の反射作用面が対称面２面以下の回転非対称面形状
    に構成され、且つその面形状が以下の条件を満足するよ
    うに構成されていることを特徴とする請求項１記載の画
    像表示装置。 −０．１２０＜ＤＸ５Ａ＜−０．０９５（１／ｍｍ） ・・・（４−１） ｜ＤＸ５Ａ−ＤＸ４Ａ｜＜０．０５ （１／ｍｍ） ・・・（５−１） ｜ＤＸ５Ａ−ＤＸ６Ａ｜＜０．０５ （１／ｍｍ） ・・・（６−１） 但し、前記画像表示素子の画面を基準として、Ｘ軸方向
    Ｙ軸方向共に最大画角となる画面右上位置の主光線を１
    ０４、Ｘ軸方向最大画角でＹ軸方向ゼロ画角となる画面
    右側中心位置の主光線を１０５、Ｘ軸方向最大画角でＹ
    軸方向最小画角（負の方向で最大画角）となる画面の右
    下位置の主光線を１０６としたときに、この主光線１０
    ４〜１０６が前記反射作用面で反射される位置でＸ軸方
    向の面の傾きをＤＸ４Ａ、ＤＸ５Ａ、ＤＸ６Ａとする。
    また、｜ＤＸ５Ａ−ＤＸ４Ａ｜と｜ＤＸ５Ａ−ＤＸ６Ａ
    ｜は共に、０は含まないものとする。
  8. 【請求項８】 前記最も強い屈折力を有する反射作用面
    の面形状が対称面２面以下の回転非対称面形状に構成さ
    れ、且つその面形状が以下の条件を満足するように構成
    されていることを特徴とする請求項１、２又は７記載の
    画像表示装置。 ０．２６＜ＤＹ６−ＤＹ４＜０．４０（１／ｍｍ） ・・・（７−１） ０．１９＜ＤＹ３−ＤＹ１＜０．３８（１／ｍｍ） ・・・（８−１） 但し、前記画像表示素子の画面を基準として、Ｘ軸方向
    Ｙ軸方向共に最大画角となる画面右上位置の主光線を１
    ０４、Ｘ軸方向最大画角でＹ軸方向最小画角（負の方向
    で最大画角）となる画面の右下位置の主光線を１０６、
    Ｘ軸方向ゼロ画角でＹ軸方向最大画角となる画面の上側
    中心位置の主光線を１０１、Ｘ軸方向ゼロ画角でＹ軸方
    向最小画角となる画面の下側中心の主光線を１０３とし
    たときに、これら主光線１０４、１０６、１０１と１０
    ３が前記反射作用面で反射される位置でＹ軸方向の面の
    傾きを、ＤＹ４、ＤＹ６、ＤＹ１、ＤＹ３とする。
  9. 【請求項９】 前記最も強い屈折力を有する反射作用面
    以外の反射作用面の面形状が対称面２面以下の回転非対
    称面形状に構成され、且つその面形状が以下の条件を満
    足するように構成されていることを特徴とする請求項
    １、２、３、７又は８記載の画像表示装置。 ０．０５＜ＤＹ６Ａ−ＤＹ４Ａ＜０．２０（１／ｍｍ）・・・（９−１） ０．０５＜ＤＹ３Ａ−ＤＹ１Ａ＜０．２０（１／ｍｍ）・・・（１０−１） 但し、前記画像表示素子の画面を基準として、Ｘ軸方向
    ゼロ画角でＹ軸方向最大画角となる画面の上側中心位置
    の主光線を１０１、Ｘ軸方向Ｙ軸方向共に最大画角とな
    る画面右上位置の主光線を１０４、Ｘ軸方向最大画角で
    Ｙ軸方向最小画角（負の方向で最大画角）となる画面の
    右下位置の主光線を１０６、Ｘ軸方向ゼロ画角でＹ軸方
    向最小画角となる画面の下側中心の主光線を１０３とし
    たときに、これら主光線１０１、１０３、１０４、１０
    ６が前記反射作用面で反射される位置でＹ軸方向の面の
    傾きを、ＤＹ１、ＤＹ３、ＤＹ４、ＤＹ６とする。
  10. 【請求項１０】 前記最も強い屈折力を有する反射作用
    面以外の反射作用面の面形状が対称面２面以下の回転非
    対称面形状に構成され、且つその面形状が以下の条件を
    満足するように構成されていることを特徴とする請求項
    １〜４、７〜９のいずれか１項に記載の画像表示装置。 −０．０５＜ＤＹ６Ａ−ＤＹ２Ａ＜０．０５（１／ｍｍ）・・・（１１−１） −０．１５＜ＤＹ４Ａ−ＤＹ２Ａ＜−０．０５（１／ｍｍ）・・（１２−１） 但し、前記画像表示素子の画面を基準として、Ｘ軸方向
    Ｙ軸方向共に画角がゼロとなる画面中心位置の軸上主光
    線を１０２、Ｘ軸方向Ｙ軸方向共に最大画角となる画面
    右上位置の主光線を１０４、Ｘ軸方向最大画角でＹ軸方
    向最小画角（負の方向で最大画角）となる画面の右下位
    置の主光線を１０６としたときに、これら主光線１０
    ２、１０４、１０６が前記反射作用面で反射される位置
    でＹ軸方向の面の傾きをＤＹ２、ＤＹ４、ＤＹ６とす
    る。
  11. 【請求項１１】 前記接眼光学系が、前記画像表示素子
    に対向配置された透過面を有し、前記透過面の面形状が
    対称面２面以下の回転非対称面形状に構成され、且つそ
    の面形状が、以下の条件を満足するように構成されてい
    ることを特徴とする請求項１〜５、７〜１０のいずれか
    １項記載の画像表示装置。 １．５＜｜ＣＸＹ｜＜１００ ・・・（１３−１） 但し、前記画像表示素子の画面を基準として、Ｘ軸方向
    ゼロ画角でＹ軸方向最大画角となる画面の上側中心位置
    の主光線を１０１、Ｘ軸方向Ｙ軸方向共に最大画角とな
    る画面右上位置の主光線を１０４、Ｘ軸方向最大画角で
    Ｙ軸方向最小画角（負の方向で最大画角）となる画面の
    右下位置の主光線を１０６、Ｘ軸方向ゼロ画角でＹ軸方
    向最小画角となる画面の下側中心の主光線を１０３とし
    たときに、これら主光線１０１、１０３，１０４、１０
    ６が、前記透過面を透過する位置で、Ｙ軸方向の曲率を
    ＣＹ１、ＣＹ３、ＣＹ４、ＣＹ６とし、Ｘ軸方向の曲率
    をＣＸ１、ＣＸ３、ＣＸ４、ＣＸ６とし、ＣＸ３／ＣＸ
    １、又は、ＣＸ６／ＣＸ４、又は、ＣＹ３／ＣＹ１、又
    は、ＣＹ６／ＣＹ４の少なくとも１つの値をＣＸＹとす
    る。
  12. 【請求項１２】 前記接眼光学系がプリズム部材を有
    し、前記プリズム部材が透過作用や反射作用といったの
    光学作用を有する面を媒質を挟んで少なくとも３面有
    し、 前記３つの光学作用面は、観察者眼球側に配置され反射
    作用と透過作用とを併わせ有する第１面と、前記第１面
    に対して前記媒質を挟んで観察者眼球側と反対側に配置
    され反射作用を有する第２面と、前記画像表示素子から
    の光束を前記プリズム部材に入射させる位置に配置され
    透過作用を有する第３面から成ることを特徴とする請求
    項１〜１１記載の画像表示装置。
  13. 【請求項１３】 前記プリズム部材が、光学作用面を前
    記第１面と前記第２面と前記第３面の３面のみから構成
    されたことを特徴とする請求項１２記載の画像表示装
    置。
  14. 【請求項１４】 前記プリズム部材が、屈折率を１．３
    よりも大きい媒質にて構成したことを特徴とする請求項
    １２又は１３記載の画像表示装置。
  15. 【請求項１５】 前記プリズム部材の媒質が、プラスチ
    ックにより構成されていることを特徴とする請求項１４
    記載の画像表示装置。
  16. 【請求項１６】 前記プリズム部材が有する光学作用面
    の内、全ての反射作用面の面形状が、対称面が２面以下
    の回転非対称面形状に構成されていることを特徴とする
    請求項１２記載の画像表示装置。
  17. 【請求項１７】 前記プリズム部材が有する光学作用面
    の全ての面形状が、対称面が２面以下の回転非対称面形
    状に構成されていることを特徴とする請求項１２記載の
    画像表示装置。
  18. 【請求項１８】 前記プリズム部材の第２面が、前記最
    も強い屈折力を有する反射作用面であることを特徴とす
    る請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の画像表示装
    置。
  19. 【請求項１９】 前記プリズム部材の第１面が有する反
    射作用は、光束が全反射臨界角を越えた角度で前記第１
    面に入射するように第１面を構成することによる全反射
    であることを特徴とする請求項１２〜１８のいずれか１
    項に記載の画像表示装置。
  20. 【請求項２０】 前記プリズム部材は、前記画像表示素
    子からの光束を、前記第３面で入射し、その入射光束を
    前記第１面で反射し、その反射光束を前記第２面で反射
    し、その反射光束を前記第１面から射出する光路を形成
    するように構成されていることを特徴とする請求項１２
    〜１９のいずれか１項記載の画像表示装置。
  21. 【請求項２１】 前記接眼光学系が有する対称面２面以
    下の回転非対称面は、対称面が１面のみの面対称自由曲
    面にて形成されていることを特徴とする請求項１〜２０
    のいずれか１項記載の画像表示装置。
  22. 【請求項２２】 前記接眼光学系と前記画像表示素子と
    を含む画像表示装置を観察者顔面前方に配置するように
    保持する支持手段を設けたことを特徴とする請求項１〜
    ２１のいずれか１項記載の頭部装着型画像表示装置。
  23. 【請求項２３】 前記画像表示素子が右眼用画像表示素
    子と左眼用画像表示素子とを有し、前記接眼光学系が右
    眼用接眼光学系と左眼用接眼光学素子とを有し、前記支
    持手段が前記右眼用画像表示素子と前記左眼用画像表示
    素子と前記右眼用接眼光学系と前記左眼用接眼光学系と
    を同時に保持するように構成されたことを特徴とする請
    求項２２記載の頭部装着型画像表示装置。
  24. 【請求項２４】 前記支持手段は、観察者の耳に音声を
    伝える音声発生手段を備えていることを特徴とする請求
    項２２又は２３記載の頭部装着型画像表示装置。
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