JPH1075407A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い画角において明瞭に観察可能であり、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６と、その表示画像を投影
し観察者眼球７に導く光学系５とからなり、光学系５
は、屈折率が１より大きい媒質で満たされ、逆光線追跡
の順に、屈折面かつ内部反射面である第１面１１、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１２、画像表示素子６に最も近接している屈折
面である第３面１３で構成された第１光学素子３と、観
察者眼球７と第１光学素子３の間に配備された２つの屈
折面を有する第２光学素子４とによって構成され、第２
光学素子４の焦点距離をｆ₂ 、光学系５の焦点距離をｆ
_A とするとき、０．０１＜ｆ_A ／ｆ₂ ＜０．３、を満た
す。

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
と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】従来の周知なものとして、特開平３−１
０１７０９号のものがある。図１９に示すように、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６２−２１４７８２号のものがある。図２
０（ａ）、（ｂ）に示すように、この装置は画像表示素
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】また、従来の他のタイプの画像表示装置と
しては、米国特許第４，０２６，６４１号のものがあ
る。図２１に示すように、この装置は画像表示素子の像
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。
図２２に示すように、この装置は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光学系であ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１９のような画像表
示素子の映像をリレーするタイプの画像表示装置では、
光学系によらず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２０のようなレイアウトでは、観
察者の顔面から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
も重くなる。

【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、装置か顔面から突
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、装着時のバランスは悪く、
疲労が大きくなる。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恐れも生じる。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、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、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されても、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、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）のみだけでなく、図２１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）によって補正するという手段を用いな
ければならない。

【００１０】一方、図２２に示すような、半透過凹面鏡
と半透過平面鏡を用いて観察者の瞳に投影する共軸系の
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。

【００１１】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。

【００１２】本発明は従来技術のこのような問題に鑑み
てなされたものであり、その目的は、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。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の画像表示装置は、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
察者眼球に導く光学系とからなる画像表示装置におい
て、前記光学系は、少なくとも３つの面を持ち、前記少
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面で構成された第１光学素
子と、前記観察者眼球と前記第１光学素子の間に配備さ
れた少なくとも２つの屈折面を有する第２光学素子とに
よって構成され、前記第２光学素子の焦点距離をｆ₂、
前記光学系の焦点距離をｆ_A とするとき、 ０．０１＜ｆ_A ／ｆ₂ ＜０．３ ・・・（１） を満たすことを特徴とするものである。

【００１４】本発明のもう１つの画像表示装置は、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、観察者眼球に導く光学系とか
らなる画像表示装置において、前記光学系は、少なくと
も３つの面を持ち、前記少なくとも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
た第１光学素子と、前記観察者眼球と前記第１光学素子
の間に配備された少なくとも２つの屈折面を有する第２
光学素子とによって構成され、前記第１光学素子の第２
面は入射光の一部が反射し、一部が透過する半透過反射
面からなり、観察者視軸方向において、前記眼球側に第
２光学素子が、前記眼球と反対側に前記第１光学素子が
前後して配設され、外界から入射する光束が第１光学素
子及び第２光学素子を順に介して観察者眼球に到達する
ことを特徴とするものである。

【００１５】以下に、上記の本発明の画像表示装置の作
用効果について説明する。この説明においては、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の順に基づいて行
う。まず、本発明の第１の画像表示装置は、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、観察者眼球に導く光学系とからなる
画像表示装置において、前記光学系は、少なくとも３つ
の面を持ち、前記少なくとも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
成された第１光学素子と、前記観察者眼球と前記第１光
学素子の間に配備された少なくとも２つの屈折面を有す
る第２光学素子とによって構成され、前記第２光学素子
の焦点距離をｆ₂ 、前記光学系の焦点距離をｆ_A とする
とき、 ０．０１＜ｆ_A ／ｆ₂ ＜０．３ ・・・（１） を満たすことを特徴とするものである。この画像表示装
置は、後記の実施例１〜７が対応する。

【００１６】本発明の第１の画像表示装置においては、
条件式（１）を満たすことによって、軸上主光線に対し
て偏心するかあるいは傾いて配置された第２面で発生す
るコマ収差及び像面湾曲の補正を行うことが可能とな
り、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。

【００１７】図１を参照にして、この発明を詳しく説明
する。図１は本発明の第１の画像表示装置の断面図であ
る。図１において、１は観察者の瞳位置、２は観察者視
軸（軸上主光線の一部）、３は第１光学素子、４は第２
光学素子、５は光学系、６は画像表示素子、７は観察者
眼球、１１は第１光学素子の第１面、１２は第１光学素
子の第２面、１３は第１光学素子の第３面、２１は第２
光学素子の第１面、２２は第２光学素子の第２面であ
る。

【００１８】また、座標を、瞳位置１を原点とし、観察
者視軸２を原点から光学系５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７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７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、図１の紙面内をＹ−Ｚ面と
し、紙面と垂直方向の面をＸ−Ｚ面とする。

【００１９】このような装置において、画像表示素子６
から発した光線束は、第１光学素子の第３面１３で屈折
して第１光学素子に入射し、第１面１１で内部反射し、
第２面１２で再び反射され、第１面１１で屈折して第１
光学素子３を射出し、第２光学系４の第２面２２で屈折
して入射し、第１面２１で屈折されて射出し、観察者の
瞳の虹彩位置又は眼球７の回旋中心を射出瞳１として観
察者の眼球７内に入射される。このようにして、画像表
示素子６の画像は拡大された虚像として観察者の片方の
眼球７に投影され、広画角な観察像を実現することがで
きる。

【００２０】一般に、凹面鏡では、凹面に強いパワーを
持たせることでペッツバール和が大きくなり、像面湾曲
が発生し、さらに内コマ収差が発生する。

【００２１】本発明の光学系では、第１光学素子３にお
いて、第１面１１、第２面１２及び第３面１３によって
形成される空間を屈折率が１より大きい媒質で満たすこ
とによって、瞳１からの光線が第１面１１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１
２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、主光線の高さが低いため第２面１２が大きくな
らず、第１光学素子３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１２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。

【００２２】しかしながら、広画角な小型の画像表示装
置になればなる程、最初の反射面である第２面１２の傾
き角が大きくなり、高次コマ収差の発生が増える。ま
た、面の傾きによって発生する非点収差も増大するた
め、第１光学素子３のみではこれらの収差補正を十分に
行うことが困難になってしまう場合がある。

【００２３】そのため、観察者眼球７と画像表示素子６
の間に、上述した第１光学素子３に加えて第２光学素子
４を第１面１１と観察者眼球７の間に配備することによ
って、光学系の収差補正をより有効に行うことが可能と
なる。

【００２４】第１光学素子３では、第２面１２とその後
の第１面１１の内部反射は反射面であるため、色収差は
発生しない。また、画像表示素子６に近接する第３面１
３における主光線は光軸に略平行であるため、色収差の
発生は少ない。したがって、光学系の色収差は屈折面で
ある第１面１１での発生が支配的になる。また、本発明
のような広画角の光学系では、軸上の色収差よりも倍率
の色収差の方が顕著に表れる。つまり、第１面１１で発
生する倍率の色収差の補正を行うことが重要であり、そ
れにより鮮明で高解像な画像を表示することが可能とな
る。そのために、光学系の構成として、観察者眼球７と
画像表示素子６の間に第１光学素子３と少なくとも２つ
の屈折面を有する第２光学素子４とを配備することによ
って、光学系５を構成する光学素子を２種類以上の媒質
にすることができ、それらの媒質のアッべ数の違いによ
って倍率の色収差を補正することが可能となる。

【００２５】観察者瞳１中心から画像表示素子６の画面
中心に到る軸上主光線において定義された第２光学素子
４のＹ−Ｚ面内の焦点距離をｆ₂ 、光学系５の焦点距離
をｆ_A とする場合、 ０．０１＜ｆ_A ／ｆ₂ ＜０．３ ・・・（１） を満たすことで、広画角で観察可能な焦点距離を保ちな
がら、第２光学素子４による上述した効果を有すること
になる。

【００２６】ただし、本発明の画像表示装置の光学系
は、各面が軸上主光線に対して偏心して配置されている
ために、通常の近軸光線追跡では正確な焦点距離が求め
られないため、画像表示素子６のＹ軸方向の大きさを
ｄ、Ｙ方向の半画角をθとした場合、 ｆ_A ＝ｄ／２ｔａｎθ で定義されるｆ_A を光学系の焦点距離とする。

【００２７】上記の（１）式に示す条件を満足する場
合、特に広画角の場合には、第２光学素子４が適当な正
のパワーを有するため、光学系の小型軽量化を実現し、
また、同時にコマ収差の発生を抑える効果を発揮させる
ことが可能となる。（１）式の下限の０．０１を越えて
小さくなると、第２光学素子４のパワーが小さくなりす
ぎ、上述した軸外光線の光線高を抑える効果が不足する
ため、光学系５が大きくなる。上限の０．３を越えて大
きくなると、第２光学素子４のパワーが大きくなりすぎ
る。したがって、第１光学素子３のパワーを十分にとる
ことができず、光学系５全体のパワーバランスが崩れる
ため、系全体で必要な焦点距離を確保することができな
くなる。

【００２８】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６をそのまま拡大して観察者の眼球７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６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。

【００２９】また、光学系を構成する光学素子は反射面
である第１光学素子３の第２面１２が観察者の顔面の直
前に顔面のカーブに沿った形状で配備されるため、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
示装置を実現できる。

【００３０】さらに好ましくは、第２光学素子４の焦点
距離をｆ₂ 、光学系５の焦点距離をｆ_A とするとき、 ０．０２＜ｆ_A ／ｆ₂ ＜０．２ ・・・（１．１） を満たすことが軸外収差の発生を抑えることに有効であ
る。

【００３１】この式の下限の０．０２を越えて小さくな
ると、第２光学素子４のパワーが小さくなり、上述した
軸外光線の光束を十分に絞り込む抑える効果が不足する
ため、収差の発生が抑えられなくなる。上限の０．２を
越えて大きくなると、第２光学素子４のパワーが大きく
なる。そのため、第２光学素子４における屈折力が強く
なりすぎ、他の面で補正し切れない程の球面収差等の収
差が発生するため、明瞭な画像を観察できなくなる恐れ
が生じる。

【００３２】本発明の第１の画像表示装置において、第
２光学素子の少なくとも２つの屈折面の中、第１光学素
子側の屈折面の曲率半径をｒ₂₂とするとき、 −２＜ｆ_A ／ｒ₂₂＜０．５ ・・・（２） を満たすことが望ましい。この画像表示装置は、後記の
実施例１〜７が対応する。

【００３３】第２光学系４の少なくとも２つの屈折面の
中、第１光学素子３側の面２２の曲率半径をｒ₂₂とする
とき、上記（２）式を満たすことが第２光学素子４の第
２面２２のパワーを良好な状態にする条件である。
（２）式に示す条件を満足する場合には、広画角の場合
であっても第１光学素子３に入射する軸外の光線高を低
く抑えることができるため、光学系の小型軽量化を実現
し、また同時に、光束が絞られるために第２面１２で発
生するコマ収差の発生を抑える効果を発揮させることが
可能となる。

【００３４】（２）式の下限の−２を越えて小さくなる
と、第２光学素子４の第２面２２の正のパワーが大きく
なるため、第１光学素子３の第１面１１の負のパワーが
大きくなる傾向が強くなる。したがって、光学系全系の
焦点距離を十分に短くすることができず、広画角を実現
するのが困難になる。上限の０．５を越えて大きくなる
と、第２光学素子４の第２面２２の負のパワーが大きく
なりすぎるため、第２光学素子４と第１光学素子３が干
渉する危惧が生じる。

【００３５】さらに好ましくは、 −１＜ｆ_A ／ｒ₂₂＜０．３ ・・・（２．１） であることが、第２光学素子４の第２面２２のパワーを
最適な状態にする条件である。この条件の下限の−１を
越えて小さくなると、第２光学素子４の第２面２２の正
のパワーが大きくなり、第１光学素子３の第１面１１の
負のパワーが大きくなる傾向になる。したがって、第１
面１１で光線束が広がり第２面１２におけるコマ収差の
発生を抑えることが難しくなる。上限の０．３を越えて
大きくなると、第２光学素子４の第２面２２の負のパワ
ーが大きくなりすぎるため、第２光学素子４の正のパワ
ーを十分にとることができず、光学系に必要な焦点距離
を確保することができなくなる。

【００３６】本発明の第１の画像表示装置又は上記の
（２）式を満たす場合に、第１光学素子の第１面の曲率
半径をｒ₁₁、第２光学素子の少なくとも２つの屈折面の
中、第１光学素子側の屈折面の曲率半径をｒ₂₂とすると
き、 −３＜ｒ₁₁／ｒ₂₂＜１０ ・・・（３） を満たすことが望ましい。この画像表示装置は、後記の
実施例１〜７が対応する。

【００３７】第２光学素子４の第１光学素子３側の面２
２の曲率半径をｒ₂₂、第１光学素子３の第１面１１の曲
率半径をｒ₁₁とする場合、 −３＜ｒ₁₁／ｒ₂₂＜１０ ・・・（３） であることが、各光学素子が互いに干渉せずに上述の効
果を発揮させるために重要である。

【００３８】（３）式の下限の−３を越えて小さくなる
と、第１光学素子３と第２光学素子４が干渉しやすくな
り、軸外光線が遮断されてしまうため、周辺の像が観察
できなくなる。上限の１０を越えて大きくなると、第１
光学素子３と第２光学素子４の間で強い屈折作用を持つ
ために、強い収差が発生し、さらに、軸外光線が第１光
学素子３に入射しなくなる恐れが生じる。

【００３９】さらに好ましくは、 −２＜ｒ₁₁／ｒ₂₂＜８ ・・・（３．１） であることが、より各光学素子の配置を良好な関係に保
つための条件である。この条件の下限の−２を越えて小
さくなると、特に広画角の場合には、第１光学素子３と
第２光学素子４が干渉しやすくなり、周辺の像が観察で
きなくなる。上限の８を越えて大きくなると、第１光学
素子３の第１面１１の負のパワーを十分にとることがで
きず、広画角の場合には、第１面１１の内部反射におけ
る全反射条件を満たすことが困難となる。

【００４０】次に、本発明の第２の画像表示装置は、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、観察者眼球に導く光学系と
からなる画像表示装置において、前記光学系は、少なく
とも３つの面を持ち、前記少なくとも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
れた第１光学素子と、前記観察者眼球と前記第１光学素
子の間に配備された少なくとも２つの屈折面を有する第
２光学素子とによって構成され、前記第１光学素子の第
２面は入射光の一部が反射し、一部が透過する半透過反
射面からなり、観察者視軸方向において、前記眼球側に
第２光学素子が、前記眼球と反対側に前記第１光学素子
が前後して配設され、外界から入射する光束が第１光学
素子及び第２光学素子を順に介して観察者眼球に到達す
ることを特徴とするものである。この画像表示装置は、
後記の実施例６、７が対応する。

【００４１】本発明による上記の第２の画像表示装置
は、第１の画像表示装置に対して異なる部分のみを説明
すると、第１光学素子３の第２面１２は、入射高の一部
が反射し、一部が透過する半透過面からなり、外界から
入射する光束が第１光学素子３、第２光学素子４を順に
介して観察者眼球７に到達するようにしたものである。
これによって、第１の画像表示装置と同様に、画像表示
素子６の画像に関しては観察画角を大きくとるか、又
は、光学系を小さく構成することが可能となり、明瞭な
観察像を観察者に提供することを可能にする。さらに、
この第２の画像表示装置では、外界像を観察することを
可能にする。又は、外界像と電子像（画像表示素子６の
画像）を重畳して観察するいわゆるスーパーインポーズ
を可能にすることに成功したものである。

【００４２】図２は本発明の第２の画像表示装置の断面
図であり、図の（ａ）には画像表示素子６からの画像を
観察する場合の図、（ｂ）は外界像を観察する場合の
図、（ｃ）は画像表示素子６からの画像と外界像を同時
に観察する場合の図である。図２を参照してこの第２の
画像表示装置を説明する。図１と同様の部分は同じ番号
で示してある。第１光学素子３の第２面１２を半透過面
としたことで、図２（ｂ）において、右側の外界からの
光束は、まず、第１光学素子３の第２面１２に入射し、
その第１面１１を透過して第２光学素子４の第２面２２
に入射し、その第１面２１を透過して観察者瞳１に入射
される。これによって、観察者は外界像を認識すること
ができる。

【００４３】外界像だけを観察する場合には、画像表示
素子６の画像を消して、光学系５の眼球７とは反対側に
配置した液晶シャッターのような遮光手段８を透過モー
ドにする（図（ｂ）、（ｃ））。また、電子像と外界像
を重畳して観察するスーパーインポーズのときは、図２
（ｃ）に示すように、画像表示素子５の画像を表示し、
遮光手段８を透過モードとすることで可能となる。電子
像のみを観察する場合には、図２（ａ）のように、遮光
手段８を遮光モードにすれば、図１と同様にして画像表
示素子６の画像を観察できる。

【００４４】上記の第２の画像表示装置において、第１
光学素子と第２光学素子の合成パワーは外界光に対して
略ゼロであることが望ましい。この画像表示装置は、後
記の実施例６、７が対応する。

【００４５】このような構成によれば、外界からの光束
は観察者の瞳１に略平行光束として入射されるため、明
瞭な外界像を観察することができる。

【００４６】上記の第２の画像表示装置と上記の合成パ
ワーが略ゼロである場合に、第１光学素子の第２面の曲
率半径をｒ₁₂、第２光学素子の前記観察者側の面の曲率
半径をｒ₂₁とするとき、 −２＜ｒ₁₂／ｒ₂₁＜４ ・・・（４） を満たすことが望ましい。この画像表示装置は、後記の
実施例６、７が対応する。

【００４７】上記の（４）式を満たすことが、明瞭な外
界像を観察するために有効である。その条件の下限の−
２を越えて小さくなると、第１光学素子３と第２光学素
子４とが合成パワーを有するような構成になり、特に外
界光の入射面である第１光学素子３の第２面１２のパワ
ーが大きくなるため、明瞭な外界像を観察できなくな
る。上限の４を越えて大きくなると、第２光学素子４の
第１面２１でのパワーが小さくなり、第２光学素子４に
よる画像表示素子６からの光束に対する収差補正効果が
得られなくなるため、電子像の観察に支障をきたす恐れ
が生じる。

【００４８】上記の第２の画像表示装置及びその上記の
ような限定を有する画像表示装置において、第２光学素
子の焦点距離をｆ₂ 、前記光学系の焦点距離をｆ_A とす
るとき、 ０．０１＜ｆ_A ／ｆ₂ ＜０．３ ・・・（５） を満たすことが望ましい。この画像表示装置は、後記の
実施例６、７が対応する。

【００４９】観察者瞳１中心から画像表示素子６の画面
中心に到る軸上主光線において定義された第２光学素子
４のＹ−Ｚ面内の焦点距離をｆ₂ 、前記光学系５の焦点
距離をｆ_A とする場合に、（５）式を満たすことで、広
画角で観察可能な焦点距離を保ちながら、第２光学素子
４による上述した効果を有することになる。特に広画角
の場合には、第２光学素子４が適当な正のパワーを有す
るため、小型軽量を実現し、同時にコマ収差の発生を抑
える効果が得られる。さらに、外界光に対する光学系５
の屈折力を略ゼロにするために有効である。

【００５０】上記（５）式の下限の０．０１を越えて小
さくなると、第２光学素子４のパワーが小さくなりす
ぎ、上述した軸外光線の光線高を抑える効果が不足する
ため、光学系５が大きくなり、収差の発生も抑えられな
い。上限の０．３を越えて大きくなると、第２光学素子
４のパワーが大きくなりすぎる。したがって、外界光に
対する光学系５全系のパワーが正になり、明瞭な外界像
を観察することが困難になる。

【００５１】上記の第２の画像表示装置及びその上記の
ような限定を有する画像表示装置において、光学系の焦
点距離をｆ_A 、第２光学素子の少なくとも２つの屈折面
の中、第１光学素子側の屈折面の曲率半径をｒ₂₂とする
とき、 −２＜ｆ_A ／ｒ₂₂＜０．５ ・・・（６） を満たすことが望ましい。この画像表示装置は、後記の
実施例６、７が対応する。

【００５２】（６）式を満たすことが、外界光に対して
第２光学素子４の第２面２２のパワーを最適な状態にす
る条件である。その下限の−２を越えて小さくなると、
第２光学素子４の第２面２２の正のパワーが大きくなる
ため、第１光学素子３の第１面１１の負のパワーが大き
くなる傾向が強くなる。したがって、第１光学素子３に
おける正のパワーが不足し、広画角を実現するのが困難
になる。上限の０．５を越えて大きくなると、第２光学
素子４の第２面２２の負のパワーが大きくなりすぎるた
め、第２光学素子４の正のパワーを十分にとることがで
きず、広画角な光学系に必要な焦点距離を確保すること
ができなくなる。

【００５３】また、上記の第２の画像表示装置及びその
上記のような限定を有する画像表示装置において、第１
光学素子の第１面の曲率半径をｒ₁₁、第２光学素子の少
なくとも２つの屈折面の中、第１光学素子側の屈折面の
曲率半径をｒ₂₂とするとき、 −３＜ｒ₁₁／ｒ₂₂＜１０ ・・・（７） を満たすことが望ましい。この画像表示装置は、後記の
実施例６、７が対応する。

【００５４】上記（７）式を満たすことが、各光学素子
を互いに干渉させずに明瞭な外界像、電子像を観察する
ために有効である。この条件の下限の−３を越えて小さ
くなると、第１光学素子３と第２光学素子４が干渉しや
すくなり、軸外光線が遮断されてしまうため、外界像、
電子像共に周辺の像が観察できなくなる。上限の１０を
越えて大きくなると、第１光学素子３と第２光学素子４
の間で強い屈折作用を持つために、強い収差が発生し、
明瞭な外界像を観察することが困難となる。また、電子
像に対しては、軸外光線、特に下側光線（画像表示素子
６側の光線）が第１光学素子３に入射されなくなる恐れ
が生じる。

【００５５】また、上記の第２の画像表示装置及びその
上記のような限定を有する画像表示装置において、第１
光学素子の観察者瞳と反対側に遮光手段を配設すること
が望ましい。この画像表示装置は、後記の図２、図１５
のものが対応する。

【００５６】本発明の画像表示装置においては、光学系
の観察者と反対側に遮光手段を配設することが、外界像
と電子像の切り換えをするために重要である。外界像を
観察しない場合には、遮光手段によって光学系に外界か
らの光が入射されないようにしなければ、常に外界の光
が観察者眼球に入射するため、コントラストの高い電子
像を観察できなくなる。逆に、外界像のみを観察したい
場合には、画像表示素子を表示させず、遮光手段を透過
モードにすることで実現できる。

【００５７】以上の何れかの画像表示装置において、第
１光学素子と第２光学素子の少なくとも一部は相互に離
れていることが望ましい。この画像表示装置は、後記の
実施例１〜７が対応する。

【００５８】第１光学素子３の第１面１１に第２光学素
子４が接合されていると、第１光学素子３の第１面１１
での内部反射が全反射の場合には、その面が空気以外と
接してしまい、その界面における臨界角が変化するた
め、そこでの反射角が臨界角以上必要である全反射条件
を満たさなくなる。したがって、画像表示素子６からの
光線は瞳１に到達できなくなり、観察不可能となる。

【００５９】以上の何れかの画像表示装置において、画
像表示素子の表示面の中心位置から観察者瞳に到る軸上
主光線において、第１光学素子を通過する距離をｄ₁ 、
第２光学素子を通過する距離をｄ₂ とするとき、 ０．１＜ｄ₂ ／ｄ₁ ＜０．７ ・・・（８） を満たすことが望ましい。この画像表示装置は、後記の
実施例１〜７が対応する。

【００６０】上記（８）式を満たすことが第２光学素子
４による効果を有効に作用させるのに重要となる。図１
８に本発明の画像表示装置の光学系５において、軸上主
光線が画像表示素子６から観察者の瞳１に到達する様子
と、各面において設定した距離ｄ₁ 、ｄ₂、ｋ、ＥＲ、
入射角θ₁ 〜θ₄ 及びθ_i 、θ_a 、θ_b を示す。また、
角度の符号は、図１８に示した反射点での法線から軸上
主光線へ向かう方向が反時計周りの方向を正とする。

【００６１】（８）式の下限の０．１を越えて小さくな
ると、第２光学素子４の厚みが十分に得られないため、
第２光学素子４の本来の作用である屈折による第２面１
２での光線高を抑える効果が小さくなる。又は、第１光
学素子３と第２光学素子４の空気間隔が大きくなるた
め、軸外光線が第１光学素子３に入射しなくなる恐れが
生じる。上限の０．７を越えて大きくなると、第１光学
素子３の厚みが十分に得られなくなり、広画角の場合に
は、軸外光線、特に上側光線がけられてしまい観察不能
となる。

【００６２】以上の何れかの画像表示装置において、画
像表示素子の表示面の中心位置から観察者瞳に到る軸上
主光線において、第１光学素子の第１面から第２面まで
の距離をｄ₁ 、第１光学素子と第２光学素子の距離を
ｋ、第２光学素子を通過する距離をｄ₂ 、観察者瞳から
第２光学素子までの距離をＥＲとするとき、 ０．２＜（ｄ₁ ＋ｄ₂ ＋ｋ）／ＥＲ＜１．２ ・・・（９） を満たすことが望ましい。この画像表示装置は、後記の
実施例１〜７が対応する。

【００６３】（９）式を満たすことが、装置をコンパク
トに構成し、観察者に負担を与えないための条件であ
る。この条件の下限の０．２を越えて小さくなると、装
置の突出量が大きくなるため、人間の頭部に装着する装
置として重量バランスの悪いものになってしまう。上限
の１．２を越えて大きくなると、観察者顔面から装置ま
での距離が短くなりすぎるため、装置と顔面がぶつかる
危惧が生じる。

【００６４】以上の何れかの画像表示装置において、画
像表示素子の表示面の中心位置から観察者瞳に到る軸上
主光線の第２面における逆光線追跡での入射角をθ₂ と
するとき、 −５０°＜θ₂ ＜０° ・・・（１０） を満たすことが望ましい。この画像表示装置は、後記の
実施例１〜７が対応する。

【００６５】これは本発明の画像表示装置の光学系５と
画像表示素子６を適切な位置に配備するための条件であ
る。上限の０°を越えて大きくなると、第２面１２で反
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、下限の−５０°を越えて小さくなると、第
１面１１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１２も長くなるため、光学系５が巨大化す
る。

【００６６】以上の何れかの画像表示装置において、画
像表示素子の表示面の中心位置から観察者瞳に到る軸上
主光線の第２面における逆光線追跡での入射角をθ₂ と
するとき、 −３０°＜θ₂ ＜−５° ・・・（１１） を満たすことが望ましい。この画像表示装置は、後記の
実施例１〜７が対応する。

【００６７】これは、本発明の画像表示装置の光学系５
と画像表示素子６をより広画角のための適切な位置に配
備するための条件である。（１１）式の上限の−５°を
越えて大きくなると、第２面１２において全反射させる
場合には、第２面１２で反射後の光線の第１面１１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−３０°を越えて小さくなると、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、鮮明な画像が観察すること
が困難になる。

【００６８】以上の何れかの画像表示装置において、画
像表示素子の表示面の中心位置から観察者瞳に到る軸上
主光線の第１面における逆光線追跡での最初の入射角を
θ_１とするとき、 ０°＜θ₁ ＜５０° ・・・（１
２） を満たすことが望ましい。この画像表示装置は、後記の
実施例１〜７が対応する。

【００６９】これは本発明の画像表示装置の光学系を適
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。（１２）式の下限の０°を越えて小さくなると、光
学系５が観察者側に倒れてくるため、第１光学素子３と
第２光学素子４が干渉する恐れが生じる。逆に、上限の
５０°を越えて大きくなると、光学系５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。

【００７０】以上の何れかの画像表示装置において、画
像表示素子の表示面の中心位置から観察者瞳に到る軸上
主光線の第１面における逆光線追跡での最初の入射角を
θ₁とするとき、 ０°＜θ₁ ＜４０° ・・・（１３） を満たすことが望ましい。この画像表示装置は、後記の
実施例１〜７が対応する。

【００７１】これは本発明の画像表示装置の光学系を適
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。（１３）式の下限の０°を越えて小さくなると、光
学系５が観察者側に倒れてくるため、第１光学素子３と
第２光学素子４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、第１光学素子３の第１面
１１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くことが
困難になってしまう。

【００７２】以上の何れかの画像表示装置において、画
像表示素子の表示面の中心位置から前記観察者瞳に到る
軸上主光線の第１面における逆光線追跡での再度の入射
角をθ₃ とするとき、 ２０°＜θ₃ ＜７０° ・・・（１４） を満たすことが望ましい。この画像表示装置は、後記の
実施例１〜７が対応する。

【００７３】これは本発明の画像表示装置の光学系が観
察可能であり、小型軽量に構成するための条件である。
この条件の下限の２０°を越えて小さくなると、第１面
１１の内部反射後、第２面１２に戻り、第２面１２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。逆に、上限の７０°を越えて大きくなると、順追跡
で第１光学素子３の第１面１１で反射後、第２面１２に
到達する位置が非常に離れてしまい、光学系５が大型化
する。

【００７４】以上の何れかの画像表示装置において、画
像表示素子の表示面の中心位置から前記観察者瞳に到る
軸上主光線の第１面における逆光線追跡での再度の入射
角をθ₃ とするとき、 ３０°＜θ₃ ＜６０° ・・・（１５） を満たすことが望ましい。この画像表示装置は、後記の
実施例１〜７が対応する。

【００７５】これは本発明の画像表示装置の光学系が観
察可能であり、小型軽量に構成するための条件である。
（１５）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になり、観察不能
となる。逆に、上限の６０°を越えて大きくなると、順
追跡で第１面１１で反射後、第２面１２に到達する位置
が離れてしまい光学系５が大型化する。

【００７６】以上の何れかの画像表示装置において、画
像表示素子の表示面の中心位置から観察者瞳に到る軸上
主光線の第３面における逆光線追跡での入射角をθ₄ と
するとき、 −１０°＜θ₄ ＜３０° ・・・（１６） を満たすことが望ましい。この画像表示装置は、後記の
実施例１〜７が対応する。

【００７７】これは本発明の画像表示装置の光学系によ
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。（１６）式の下限−１０°を越えて小さくなる
と、光線が第１面１１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１１での内部反
射位置との距離が非常に長いものとなり、光学系が下方
に長いものとなり、巨大化する。

【００７８】以上の何れかの画像表示装置において、画
像表示素子の表示面の中心位置から観察者瞳に到る軸上
主光線の前記画像表示素子面における逆光線追跡での入
射角をθ_i とするとき、 −４０°＜θ_i ＜４０° ・・・（１７） を満たすことが望ましい。この画像表示装置は、後記の
実施例１〜７が対応する。

【００７９】これは本発明の画像表示装置の光学系によ
って画像表示素子６の画像を隅々まで鮮明に観察するた
めの条件である。（１７）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６から発する光量を十分に観察者
の瞳１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。

【００８０】以上の何れかの画像表示装置において、画
像表示素子の表示面の中心位置から観察者瞳に到る軸上
主光線の前記画像表示素子面における逆光線追跡での入
射角をθ_i とするとき、 −２０°＜θ_i ＜２０° ・・・（１８） を満たすことが望ましい。この画像表示装置は、後記の
実施例１〜７が対応する。

【００８１】これは本発明の画像表示装置の光学系によ
って画像表示素子６の画像を隅々まで鮮明に観察するた
めの条件である。（１８）式の下限の−２０°を越えて
小さくなるか、あるいは、上限の２０°を越えて大きく
なると、画像表示素子６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、反転現象を起こし、画面を明瞭に観察
することが困難になる。

【００８２】以上の何れかの画像表示装置において、画
像表示素子の表示面の中心位置から観察者瞳に到る軸上
主光線の第２光学素子の観察者側の面における逆光線追
跡での入射角をθ_a とするとき、 −２０°＜θ_a ＜３０° ・・・（１９） を満たすことが望ましい。この画像表示装置は、後記の
実施例１〜７が対応する。

【００８３】上記条件（１９）の下限の−２０°を越え
て小さくなると、第２光学素子４が観察者側に倒れてし
まい、観察者の頭部と第２光学素子４が干渉する恐れが
生じる。上限の３０°を越えて大きくなると、第２光学
素子４が第１光学素子３側に倒れるため、上側光線の屈
折による効果が得られなくなる。

【００８４】以上の何れかの画像表示装置において、画
像表示素子の表示面の中心位置から観察者瞳に到る軸上
主光線の第２光学素子の第１光学素子側の面における逆
光線追跡での入射角をθ_b とするとき、 −２０°＜θ_b ＜５０° ・・・（２０） を満たすことが望ましい。この画像表示装置は、後記の
実施例１〜７が対応する。

【００８５】上記条件（２０）の下限の−２０°を越え
て小さくなると、第２光学素子４の第２面２２が第１光
学素子３側に倒れるため、第１光学素子３と干渉する危
惧が生じる。逆に、上限の５０°を越えて大きくなる
と、第１光学素子３と第２光学素子４の間で強い屈折作
用を持つために、強い収差が発生し、明瞭な観察像を観
察できなくなる恐れが生じる。

【００８６】以上の何れかの画像表示装置において、前
記の屈折率が１より大きい媒質のｄ線の屈折率をＮ_d と
するとき、 １．４５＜Ｎ_d ＜２．０ ・・・（２１） を満たすことが望ましい。この画像表示装置は、後記の
実施例１〜７が対応する。

【００８７】本発明の画像表示装置の光学系５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（２１）を満たしていることが条件とな
る。（２１）の下限、上限共越えると、透明度が低くな
り、また、加工性が悪いものになる。

【００８８】以上の何れかの画像表示装置において、前
記の屈折率が１より大きい媒質のｄ線の屈折率をＮ_d と
するとき、 １．５＜Ｎ_d ＜２．０ ・・・（２２） を満たすことが望ましい。この画像表示装置は、後記の
実施例１〜７が対応する。

【００８９】本発明の画像表示装置の光学系の中、第１
光学素子３は、第１面１１における内部反射の条件を満
たすためにできるだけ屈折率は大きい方が有利である。
そのため、（２２）式の条件を満たす媒質を使用するこ
とが望ましい。（２２）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１１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。

【００９０】以上の何れかの画像表示装置において、第
１面の内部反射は全反射であることが望ましい。この画
像表示装置は、後記の実施例１〜７が対応する。

【００９１】逆光線追跡で、第１光学素子３の第２面１
２で反射した後、第１面１１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。これを図１を参照にして説明する。瞳１から出た光
線は第２光学素子４を介して第１光学素子３の第１面１
１に入射し、屈折されて凹面鏡である第２面１２で反射
し、再び第１面１１で内部反射する構成であるが、上側
軸外光線Ｕの第１面１２での反射高さと第２面１２で反
射後の第１面１１での反射高さの差が大きければそれだ
け光学系自体が長くなり、大型化する。逆に、反射点の
高さの差が小さければ小さいほど光学系の大きさは小型
にできる。言い換えれば、同じ大きさの光学系ならば、
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。

【００９２】しかしながら、本発明の光学系において、
上側光線Ｕの第２面１２と第１面１１の反射高さの差を
小さくすると、第１面１１に入射する下側光線Ｌよりも
上で反射するため、第１面１１の内部反射が全反射でな
い場合には、第１面１１の屈折領域が反射領域と重な
り、下側の光線Ｌが遮られてしまう。

【００９３】第１面１１での内部反射が全反射する条件
を満たしていれば、第１面１１にミラーコートを施す必
要がないため、第２面１２で反射後の上側光線Ｕと第１
面１１に入射るす下側光線Ｌが第１面１１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１２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１１で全反射する場合には、第２面１２における反
射角を小さくすることができるため、第２面１２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。

【００９４】以上の何れかの画像表示装置において、第
２面は第１面に対して凹面を向けた反射面であることが
望ましい。この画像表示装置は、後記の実施例１〜７が
対応する。

【００９５】第２面１２が第１面１１に対して凹面を向
けた反射面である場合、この面が光学系の主な正のパワ
ーを有することとなる。瞳１からある角度（画角）で広
がってきた主光線は正のパワーを有する第２面１２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１２で反射した後の第１面１１乃至第３面１３ま
での全ての面が小さくでき、光学系全体を小型軽量に構
成することが可能となる。

【００９６】以上の何れかの画像表示装置において、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。この画像表示装置は、後記の実施
例１〜７が対応する。

【００９７】第１光学素子３の第１面１１は第２面１２
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１２で反射後、再び第１面１１で内
部反射するときに、第２面１２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。

【００９８】第２面１２が正のパワーを有する反射面で
ある場合、第１面１１を負のパワーを持つ面とすること
で、第１面１２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、収差補正させることが可能であ
る。さらに、第２面１２で発生する正の像面湾曲に対し
て第１面１１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。

【００９９】また、第１面１１の内部反射を全反射とす
るためには、第１面１１での全ての光線の反射角が臨界
角θ_r ＝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、θ_r ＝４１．８１°であ
り、それ以上の反射角が必要である。そのためには、第
１面１１が第２面１２に対して凸面であれば、各反射点
における法線方向が第２面１２に対して外側に発散する
方向になるため、軸外光線に対しても反射角を大きくす
る効果が得られ、広い画角において第２面１２における
全反射条件を満たすことが容易となる。

【０１００】以上の何れかの画像表示装置において、第
１光学素子の少なくとも１面は平面の透過面かつ反射面
であることが望ましい。この画像表示装置は、後記の実
施例３、４が対応する。

【０１０１】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、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、大幅なコスト削減が実現できる。

【０１０２】以上の何れかの画像表示装置において、第
１面の内部反射領域の少なくとも一部は反射コーティン
グされていてもよい。

【０１０３】第１光学素子３の第１面１１の内部反射が
全反射条件を満足しない場合には、第１面１１の内部反
射する領域においてアルミ等の反射コートされている必
要がある。

【０１０４】以上の何れかの画像表示装置において、光
学系を構成する少なくとも１面は非球面であることが望
ましい。この画像表示装置は、後記の実施例１〜７が対
応する。

【０１０５】光学系を構成する少なくとも１面は非球面
であることが収差補正上有効である。これはＹ軸方向に
偏心又は視軸から傾いて配置される第２面１２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。

【０１０６】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光学系を
用いる画像表示装置においては、軸上においても反射面
に入射する光線が斜めになるため、反射鏡の中心軸に複
雑なコマ収差が発生する。この複雑なコマ収差は反射面
の傾き角が大きくなるに従って大きくなる。しかしなが
ら、小型で広画角の画像表示装置を実現しようとする
と、偏心量又は傾き角をある程度大きくしないと画像表
示素子と光路が干渉するため、広画角な観察像を確保す
ることが困難になる。そのため、広画角で小型の画像表
示装置になればなる程反射面の傾き角が大きくなり、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。

【０１０７】このような複雑なコマ収差を補正するため
には、光学系を構成する第１光学素子３の第１面１１、
第２面１２、第３面１３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。

【０１０８】この場合、光学系を構成する少なくとも１
面をアナモルフィック面とすることが望ましい。この画
像表示装置は、後記の実施例１〜３、５〜７が対応す
る。

【０１０９】光学系を構成する少なくとも１面はアナモ
ル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
半径が異なる面てあることである。この条件は、第２面
１２が視軸に対して偏心あるいは傾いているために起こ
る収差を補正するための条件である。一般に、球面が偏
心していると、その面に入射する光線は、入射面内と入
射面に直交する面内で光線に対する曲率が異なる。この
ため、本発明のように観察者眼球の前に反射面が視軸に
対して偏心あるいは傾いて配置されている光学系では、
観察画像中心にあ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、光学系５中の第１光学素子３の第１面１１、第２
面１２、第３面１３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。

【０１１０】また、この場合、光学系を構成する少なく
とも１面を自由曲面とすることが望ましい。この画像表
示装置は、後記の実施例４が対応する。

【０１１１】光学系を構成する少なくとも１面が自由曲
面であれば、上述した非球面又はアナモルフィック面に
よる効果を満足することができるため、光学系で発生す
る収差を有効に補正することができる。ここで、自由曲
面は例えば下記式（２３）で表現される曲面である。 ここで、ｘ、ｙ、ｚは直交座標を表し、Ｃ_nmは任意の係
数、ｋ、ｋ’も任意とする。

【０１１２】以上の何れかの画像表示装置において、画
像表示素子の表示面は、画像表示素子の表示面の中心位
置から観察者瞳に到る軸上主光線に対して傾いて配備さ
れていることが望ましい。この画像表示装置は、後記の
実施例１〜７が対応する。

【０１１３】画像表示素子６の表示面は視軸に対して傾
いて配備されいてることが重要である。光学素子３、４
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１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６の面を視
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。

【０１１４】以上の何れかの画像表示装置において、画
像表示素子と光学系を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が望ましい。この画像表示装
置は、後記の図１５のものが対応する。画像表示素子６
と光学系５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者像を観察す
ることが可能となる。

【０１１５】以上の何れかの画像表示装置において、画
像表示素子と光学系を観察者頭部に対して支持する支持
手段を有し、観察者頭部に装着できることことが望まし
い。この画像表示装置は、後記の図１５のものが対応す
る。画像表示素子６と光学系５を観察者頭部に対して位
置決めする手段を有し、観察者頭部に装着できるように
したことによって、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。

【０１１６】以上の何れかの画像表示装置において、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が望ましい。この画像表示装置は、
後記の図１５のものが対応する。少なくとも２組の画像
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楽に観察することが可能
となる。また、左右の画像表示面に視差を与えた画像を
表示し、両眼でそれらを観察することによって立体像を
楽しむことが可能となる。

【０１１７】以上の何れかの画像表示装置における光学
系を結像光学系として用いることができる。これは、後
記の図１６、図１７のものが対応する。光学系における
画像表示素子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、図１６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。

【０１１８】

【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７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述するが、以下の説明にお
いて、面番号は、観察者の瞳位置１から画像表示素子６
に向か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、例えば実施例１に関する図３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
点から光学系５に向かう方向を正とするＺ軸、観察者視
軸２に直交し、観察者眼球からみ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、図３の紙面内をＹ−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。

【０１１９】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おい
ては、基準面である１面（瞳位置１）からその面の面頂
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。ただし、実施例５の第２光学素子４の第
２面２２については、第１面２１の面頂を新たな原点と
し、その中心軸を新たなＺ軸とし、それに伴って同様に
新たなＹ軸を定義したときの同様にとった偏心量Ｙ、Ｚ
と傾き角θを示してある。また、面間隔が記載されてい
る面（実施例１〜４、６の第２光学素子４の第１面２
１）については、その面と次の面が同軸であり、それら
の面間の同軸上の距離を面間隔として示してある。

【０１２０】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、Ｒ_y 、Ｒ_x 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、Ｋ_x 、Ｋ_y はそれぞれＸ−Ｚ面、Ｙ−
Ｚ面内の円錐係数、ＡＲ、ＢＲ、ＣＲ、ＤＲはそれぞれ
Ｚ軸に対して回転対称な４次、６次、８次、１０次の非
球面係数、ＡＰ、ＢＰ、ＣＰ、ＤＰはそれぞれＺ軸に対
して回転非対称な４次、６次、８次、１０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。

【０１２１】Ｚ =［( Ｘ²/Ｒ_x )+ (Ｙ²/Ｒ_y ) ］／［1+
｛ 1-(1+Ｋ_x ) ( Ｘ²/Ｒ_x ²)-(1+Ｋ_y ) ( Ｙ²/Ｒ_y ²)｝
^1/2 ］＋ＡＲ［ (1-ＡＰ) Ｘ²+( 1+ＡＰ) Ｙ² ］²＋Ｂ
Ｒ［ (1-ＢＰ) Ｘ²+( 1+ＢＰ) Ｙ² ］³＋ＣＲ［ (1-Ｃ
Ｐ) Ｘ²+( 1+ＣＰ) Ｙ² ］⁴＋ＤＲ［ (1-ＤＰ) Ｘ²+( 1
+ＤＰ) Ｙ² ］⁵ また、各面において、自由曲面は下記式で表現される多
項式面である。

【０１２２】Ｚ＝Ｃ₂＋Ｃ₃ Ｙ＋Ｃ₄ Ｘ＋Ｃ₅ Ｙ² ＋Ｃ
₆ ＹＸ＋Ｃ₇ Ｘ²＋Ｃ₈ Ｙ³ ＋Ｃ₉ Ｙ² Ｘ＋Ｃ₁₀ＹＸ²
＋Ｃ₁₁Ｘ³＋Ｃ₁₂Ｙ⁴ ＋Ｃ₁₃Ｙ³ Ｘ＋Ｃ₁₄Ｙ² Ｘ² ＋Ｃ
₁₅ＹＸ³ ＋Ｃ₁₆Ｘ⁴＋Ｃ₁₇Ｙ⁵ ＋Ｃ₁₈Ｙ⁴ Ｘ＋Ｃ₁₉Ｙ³
Ｘ² ＋Ｃ₂₀Ｙ² Ｘ³ ＋Ｃ₂₁ＹＸ⁴＋Ｃ₂₂Ｘ⁵＋Ｃ₂₃Ｙ⁶ ＋
Ｃ₂₄Ｙ⁵ Ｘ＋Ｃ₂₅Ｙ⁴ Ｘ² ＋Ｃ₂₆Ｙ³ Ｘ³ ＋Ｃ₂₇Ｙ² Ｘ
⁴＋Ｃ₂₈ＹＸ⁵ ＋Ｃ₂₉Ｘ⁶＋Ｃ₃₀Ｙ⁷ ＋Ｃ₃₁Ｙ⁶ Ｘ＋Ｃ₃₂
Ｙ⁵ Ｘ² ＋Ｃ₃₃Ｙ⁴ Ｘ³ ＋Ｃ₃₄Ｙ³ Ｘ⁴＋Ｃ₃₅Ｙ² Ｘ⁵
＋Ｃ₃₆ＹＸ⁶ ＋Ｃ₃₇Ｘ⁷・・・・・ ただし、Ｃ_m （ｍは２以上の整数）は係数である。な
お、後記する構成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ゼロである。また、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。

【０１２３】図３〜図９にそれぞれ実施例１〜７の単眼
用の画像表示装置の断面図を示す。それぞれの断面図に
おいて、図中、１は観察者の瞳位置、２は観察者視軸、
３は第１光学素子、４は第２光学系、５は光学系、６は
画像表示素子、１１は第１光学素子の第１面、１２は第
１光学素子の第２面、１３は第１光学素子の第３面、２
１は第２光学素子の第１面、２２は第２光学素子の第２
面である。なお、図３〜図９において、光線は第１光学
素子３を飛び出して反射するように描かれているが、３
次元的に光線追跡を行っているためにこのように表され
ているものであり、実際には、図１、図２のように、第
１光学素子３の第１面１１、第２面１２で反射されてい
る。また、図１０、図１１に実施例６、７の外界光の光
線経路を示す。

【０１２４】これらの実施例における実際の光線経路
は、実施例１を例にとると次のようになる。画像表示素
子６から発した光線束、第１光学素子３の第３面１３で
屈折して光学系５に入射し、第１面１１で内部反射し、
第２面１２で反射され、第１面１１で今度は屈折して第
１光学素子３を射出し、次いで第２光学素子４の第２面
２２で屈折して入射し、第１面２１で屈折して第２光学
素子４を射出し、観察者の瞳の虹彩位置又は眼球の回旋
中心を射出瞳１として観察者の眼球内に投影される。

【０１２５】なお、実際の装置においては、光学系５に
よって反射する方向は観察者の上方、下方、横方向何れ
でも構わないことは言うまでもない。次に、各実施例の
画角等の値は以下の通りである。

【０１２６】実施例１ この実施例は、本発明の第１の画像表示装置に対応する
実施例で、水平画角６０°、垂直画角４６．８°、瞳径
４ｍｍである。第２光学素子４は正レンズであり、後記
する数値データ中、２面、３面は球面、４面、５面、６
面、７面はアナモフィック面である。

【０１２７】前記各条件式に関する値は以下の通りであ
る（ただし、Ｎ_d1は第１光学素子３の媒質の屈折率、Ｎ
_d2は第２光学素子４の媒質の屈折率である。以下、同
じ。）。 ｆ_A ／ｆ₂ ＝０．０４２ ｆ_A ／ｒ₂₂＝０．０７６ ｒ₁₁／ｒ₂₂＝−０．３１ ｄ₂ ／ｄ₁ ＝０．４６ （ｄ₁ ＋ｄ₂ ＋ｋ）／ＥＲ＝０．９３ θ₁ ＝３１．５° θ₂ ＝−１４．７° θ₃ ＝５０．８° θ₄ ＝−０．６° θ_i ＝−５．２° θ_a ＝５．４° θ_b ＝１９．６° Ｎ_d1＝１．５２５４ Ｎ_d2＝１．６２０１
。

【０１２８】実施例２ この実施例は、本発明の第１の画像表示装置に対応する
実施例で、水平画角６０°、垂直画角４６．８°、瞳径
４ｍｍである。第２光学素子４は正レンズであり、後記
する数値データ中、２面、３面は球面、４面、５面、６
面、７面はアナモフィック面である。

【０１２９】前記各条件式に関する値は以下の通りであ
る。 ｆ_A ／ｆ₂ ＝０．０６６ ｆ_A ／ｒ₂₂＝０．１３ ｒ₁₁／ｒ₂₂＝−１．５０ ｄ₂ ／ｄ₁ ＝０．４７ （ｄ₁ ＋ｄ₂ ＋ｋ）／ＥＲ＝０．８５ θ₁ ＝２４．７° θ₂ ＝−１６．９° θ₃ ＝５２．１° θ₄ ＝−１．１° θ_i ＝−５．０° θ_a ＝１２．８° θ_b ＝−１４．１° Ｎ_d1＝１．５２５４ Ｎ_d2＝１．６４９２
。

【０１３０】実施例３ この実施例は、本発明の第１の画像表示装置に対応する
実施例で、水平画角６５°、垂直画角５１．１°、瞳径
４ｍｍである。第２光学素子４は正レンズであり、後記
する数値データ中、２面は平面、３面は球面、４面、５
面、６面、７面はアナモフィック面である。

【０１３１】前記各条件式に関する値は以下の通りであ
る。 ｆ_A ／ｆ₂ ＝０．１８ ｆ_A ／ｒ₂₂＝−０．２９ ｒ₁₁／ｒ₂₂＝５．８８ ｄ₂ ／ｄ₁ ＝０．５２ （ｄ₁ ＋ｄ₂ ＋ｋ）／ＥＲ＝０．９５ θ₁ ＝２７．７° θ₂ ＝−１５．４° θ₃ ＝４９．９° θ₄ ＝１．６° θ_i ＝−０．７° θ_a ＝０° θ_b ＝１３．３° Ｎ_d1＝１．５２５４ Ｎ_d2＝１．６２００
。

【０１３２】実施例４ この実施例は、本発明の第１の画像表示装置に対応する
実施例で、水平画角６０°、垂直画角４６．８°、瞳径
４ｍｍである。第２光学素子４は正レンズであり、後記
する数値データ中、２面、３面は球面、４面、５面、６
面は自由曲面、７面は平面である。

【０１３３】前記各条件式に関する値は以下の通りであ
る。 ｆ_A ／ｆ₂ ＝０．１０ ｆ_A ／ｒ₂₂＝−０．５６ ｒ₁₁／ｒ₂₂＝４．６６ ｄ₂ ／ｄ₁ ＝０．３７ （ｄ₁ ＋ｄ₂ ＋ｋ）／ＥＲ＝０．５０ θ₁ ＝１９．６° θ₂ ＝−１７．１° θ₃ ＝５２．２° θ₄ ＝０．３° θ_i ＝０．３° θ_a ＝０° θ_b ＝１０．２° Ｎ_d1＝１．４９２２ Ｎ_d2＝１．６２００
。

【０１３４】実施例５ この実施例は、本発明の第１の画像表示装置に対応する
実施例で、水平画角６５°、垂直画角５１．１°、瞳径
４ｍｍである。第２光学素子４は変形プリズムであり、
後記する数値データ中、２面、３面は球面、４面、５
面、６面、７面はアナモフィック面である。

【０１３５】前記各条件式に関する値は以下の通りであ
る。 ｆ_A ／ｆ₂ ＝０．０９２ ｆ_A ／ｒ₂₂＝−０．４２ ｒ₁₁／ｒ₂₂＝５．８４ ｄ₂ ／ｄ₁ ＝０．４２ （ｄ₁ ＋ｄ₂ ＋ｋ）／ＥＲ＝０．９０ θ₁ ＝２６．２° θ₂ ＝−１５．５° θ₃ ＝５０．１° θ₄ ＝２．５° θ_i ＝−１．１° θ_a ＝−１．１° θ_b ＝１３．６° Ｎ_d1＝１．５２５４ Ｎ_d2＝１．５８７８
。

【０１３６】実施例６ この実施例は、本発明の第２の画像表示装置に対応する
実施例で、水平画角６０°、垂直画角４６．８°、瞳径
４ｍｍである。第２光学素子４は正レンズであり、後記
する数値データ中、２面、３面、７面は球面、４面、５
面、６面はアナモフィック面である。

【０１３７】前記各条件式に関する値は以下の通りであ
る。 ｆ_A ／ｆ₂ ＝０．１７ ｆ_A ／ｒ₂₂＝−０．８５ ｒ₁₁／ｒ₂₂＝６．６２ ｒ₁₂／ｒ₂₁＝１．３０ ｄ₂ ／ｄ₁ ＝０．２９ （ｄ₁ ＋ｄ₂ ＋ｋ）／ＥＲ＝０．９１ θ₁ ＝２１．７° θ₂ ＝−１５．０° θ₃ ＝４７．０° θ₄ ＝２．４° θ_i ＝−２．０° θ_a ＝−２．０° θ_b ＝１１．１° Ｎ_d1＝１．４９２２ Ｎ_d2＝１．６２００
。

【０１３８】実施例７ この実施例は、本発明の第２の画像表示装置に対応する
実施例で、水平画角５５°、垂直画角４２．７°、瞳径
４ｍｍである。第２光学素子４は変形プリズムであり、
後記する数値データ中、２面〜７面はアナモフィック面
である。

【０１３９】前記各条件式に関する値は以下の通りであ
る。 ｆ_A ／ｆ₂ ＝０．１７ ｆ_A ／ｒ₂₂＝−０．４４ ｒ₁₁／ｒ₂₂＝０．７４ ｒ₁₂／ｒ₂₁＝０．１８ ｄ₂ ／ｄ₁ ＝０．５５ （ｄ₁ ＋ｄ₂ ＋ｋ）／ＥＲ＝０．３４ θ₁ ＝３４．６° θ₂ ＝−９．９° θ₃ ＝４９．９° θ₄ ＝９．８° θ_i ＝１４．１° θ_a ＝−２．９° θ_b ＝−２３．２° Ｎ_d1＝１．４９２２ Ｎ_d2＝１．４９２２ 以下に、上記実施例１〜７の構成パラメータを示す。

【０１４０】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） ２ 144.177 7.708 1.6200 60.30 Ｙ 24.357 θ -14.98° Ｚ 23.766 ３ -269.750 ４ Ｒ_y -550.143 1.5254 56.25 Ｒ_x -156.685 Ｙ -13.684 θ -20.41° Ｋ_y 0 Ｚ 20.202 Ｋ_x 0 ＡＲ 4.7204 ×10^-7 ＢＲ -2.1851 ×10^-10 ＡＰ -7.8185 ×10^-1 ＢＰ -7.6833 ×10^-1 ５ Ｒ_y -82.166 1.5254 56.25 Ｒ_x -68.757 Ｙ 13.416 θ 24.77° Ｋ_y -2.9685 Ｚ 30.818 Ｋ_x -2.7751 ＡＲ -5.6678 ×10^-7 ＢＲ 2.0188 ×10^-11 ＡＰ 4.3483 ×10^-2 ＢＰ 1.0417 ６ Ｒ_y -550.143 1.5254 56.25 Ｒ_x -156.685 Ｙ -13.684 θ -20.41° Ｋ_y 0 Ｚ 20.202 Ｋ_x 0 ＡＲ 4.7204 ×10^-7 ＢＲ -2.1851 ×10^-10 ＡＰ -7.8185 ×10^-1 ＢＰ -7.6833 ×10^-1 ７ Ｒ_y -66.514 Ｙ -21.376 θ -65.08° Ｒ_x -200.496 Ｚ 33.343 Ｋ_y 0 Ｋ_x 0 ＡＲ -1.5935 ×10^-6 ＢＲ -2.4382 ×10^-10 ＣＲ 1.7829 ×10^-12 ＤＲ 5.3523 ×10^-16 ＡＰ 2.9260 ＢＰ -5.9628 ×10^-1 ＣＰ 9.1858 ×10^-1 ＤＰ 1.8310 ８ ∞（画像表示素子） Ｙ -26.271 θ -64.32° Ｚ 29.316 。

【０１４１】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 92.361 6.049 1.6492 35.89 Ｙ 20.000 θ -25.98° Ｚ 29.947 ３ 162.754 ４ Ｒ_y -260.525 1.5254 56.25 Ｒ_x -90.997 Ｙ -12.771 θ -23.20° Ｋ_y 0 Ｚ 25.558 Ｋ_x 0 ＡＲ -3.4450 ×10^-8 ＢＲ 1.2814 ×10^-11 ＡＰ -3.3115 ＢＰ 1.2551 ５ Ｒ_y -58.868 1.5254 56.25 Ｒ_x -55.487 Ｙ 14.580 θ 28.02° Ｋ_y -4.7015 Ｚ 36.486 Ｋ_x -1.0644 ＡＲ -1.2231 ×10^-6 ＢＲ 2.2191 ×10^-12 ＡＰ 1.2015 ×10^-1 ＢＰ 2.2767 ６ Ｒ_y -260.525 1.5254 56.25 Ｒ_x -90.997 Ｙ -12.771 θ -23.20° Ｋ_y 0 Ｚ 25.558 Ｋ_x 0 ＡＲ -3.4450 ×10^-8 ＢＲ 1.2814 ×10^-11 ＡＰ -3.3115 ＢＰ 1.2551 ７ Ｒ_y 57.208 Ｙ -22.526 θ -73.74° Ｒ_x -251.892 Ｚ 30.468 Ｋ_y 0 Ｋ_x 0 ＡＲ -5.0169 ×10^-8 ＢＲ -3.0938 ×10^-9 ＣＲ -2.3050 ×10^-11 ＤＲ -2.0691 ×10^-13 ＡＰ 1.3229 ×10¹ ＢＰ 3.8084 ＣＰ 1.0861 ×10^-1 ＤＰ -1.4081 ×10^-1 ８ ∞（画像表示素子） Ｙ -25.487 θ -70.14° Ｚ 31.029 。

【０１４２】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 ∞ 7.480 1.6200 60.30 Ｙ 15.104 θ 0 ° Ｚ 20.000 ３ -65.822 ４ Ｒ_y -344.265 1.5254 56.25 Ｒ_x -81.151 Ｙ -20.547 θ -22.68° Ｋ_y 0 Ｚ 19.387 Ｋ_x 0 ＡＲ 9.4424 ×10^-7 ＢＲ -5.4739 ×10^-10 ＡＰ -7.5618 ×10^-1 ＢＰ -8.7221 ×10^-1 ５ Ｒ_y -72.060 1.5254 56.25 Ｒ_x -59.784 Ｙ 20.205 θ 30.47° Ｋ_y -4.7268 Ｚ 30.732 Ｋ_x -1.9065 ＡＲ -8.0508 ×10^-7 ＢＲ 2.5088 ×10^-13 ＡＰ 6.9575 ×10^-2 ＢＰ 3.8547 ６ Ｒ_y -344.265 1.5254 56.25 Ｒ_x -81.151 Ｙ -20.547 θ -22.68° Ｋ_y 0 Ｚ 19.387 Ｋ_x 0 ＡＲ 9.4424 ×10^-7 ＢＲ -5.4739 ×10^-10 ＡＰ -7.5618 ×10^-1 ＢＰ -8.7221 ×10^-1 ７ Ｒ_y 34.750 Ｙ -20.743 θ -71.54° Ｒ_x 46.014 Ｚ 28.386 Ｋ_y 0 Ｋ_x 0 ＡＲ -3.5331 ×10^-5 ＢＲ -2.5051 ×10^-8 ＡＰ -2.4454 ×10¹ ＢＰ 1.6895 ８ ∞（画像表示素子） Ｙ -23.474 θ -68.85° Ｚ 29.677 。

【０１４３】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 -56.070 6.256 1.6200 60.30 Ｙ 20.000 θ 20.86° Ｚ 18.566 ３ -41.629 ４ 自由曲面 1.4922 57.50 Ｙ -3.669 θ -19.96° Ｚ 24.111 ５ 自由曲面 1.4922 57.50 Ｙ 0.725 θ 15.93° Ｚ 37.118 ６ 自由曲面 1.4922 57.50 Ｙ -3.669 θ -19.96° Ｚ 24.111 ７ ∞ Ｙ -22.370 θ -70.40° Ｚ 31.935 ８ ∞（画像表示素子） Ｙ -26.115 θ -70.33° Ｚ 30.362 自由曲面 Ｃ₂ 2.3629 Ｃ₃ -9.0571×10^-2 Ｃ₅ -3.8114×10^-3 Ｃ₇ -5.4783×10^-3 Ｃ₈ 8.0951×10^-5 Ｃ₁₀ 7.9004×10^-5 Ｃ₁₂ 6.3062×10^-8 Ｃ₁₄ -5.0315×10^-6 Ｃ₁₆ -1.2985×10^-6 Ｃ₁₇ 2.8729×10^-8 Ｃ₁₉ -1.5040×10^-7 Ｃ₂₁ 1.4010×10^-7 Ｃ₂₃ 8.7121×10^-10 Ｃ₂₅ 1.1502×10^-8 Ｃ₂₇ 7.0288×10^-9 Ｃ₂₉ 1.6426×10^-9 Ｃ₃₀ -1.2740×10^-10 Ｃ₃₂ -9.3810×10^-11 Ｃ₃₄ -4.4001×10^-10 Ｃ₃₆ -5.1539×10^-11 自由曲面 Ｃ₂ 2.5412 Ｃ₃ -4.0891×10^-2 Ｃ₅ -7.6425×10^-3 Ｃ₇ -8.0770×10^-3 Ｃ₈ 5.6587×10^-6 Ｃ₁₀ 3.4522×10^-7 Ｃ₁₂ 7.7512×10^-8 Ｃ₁₄ -2.5625×10^-6 Ｃ₁₆ -1.1768×10^-6 Ｃ₁₇ 4.6185×10^-9 Ｃ₁₉ -5.1213×10^-8 Ｃ₂₁ -1.8532×10^-8 Ｃ₂₃ 1.2180×10^-9 Ｃ₂₅ -1.3456×10^-9 Ｃ₂₇ 2.4201×10^-9 Ｃ₂₉ 3.7464×10^-10 Ｃ₃₀ 3.6312×10^-11 Ｃ₃₂ -6.1067×10^-11 Ｃ₃₄ -3.9679×10^-11 Ｃ₃₆ 7.2231×10^-11 。

【０１４４】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 -69.068 1.5878 62.09 Ｙ 15.068 θ 13.74° Ｚ 18.037 ３ -45.377 Ｙ 3.544 θ -0.97° Ｚ 7.937 ４ Ｒ_y -217.255 1.5254 56.25 Ｒ_x -75.009 Ｙ -21.780 θ -23.31° Ｋ_y 0 Ｚ 17.789 Ｋ_x 0 ＡＲ 9.7563 ×10^-7 ＢＲ -4.6063 ×10^-10 ＡＰ -6.3197 ×10^-1 ＢＰ -8.4951 ×10^-1 ５ Ｒ_y -62.623 1.5254 56.25 Ｒ_x -55.539 Ｙ 17.709 θ 31.49° Ｋ_y -4.8392 Ｚ 30.470 Ｋ_x -1.4683 ＡＲ -1.2078 ×10^-6 ＢＲ 2.8317 ×10^-13 ＡＰ 9.4174 ×10^-2 ＢＰ 5.5141 ６ Ｒ_y -217.255 1.5254 56.25 Ｒ_x 75.009 Ｙ -21.780 θ -23.31° Ｋ_y 0 Ｚ 17.789 Ｋ_x 0 ＡＲ 9.7563 ×10^-7 ＢＲ -4.6063 ×10^-10 ＡＰ -6.3197 ×10^-1 ＢＰ -8.4951 ×10^-1 ７ Ｒ_y 36.767 Ｙ -21.189 θ -71.61° Ｒ_x 61.926 Ｚ 27.051 Ｋ_y 0 Ｋ_x 0 ＡＲ -3.4631 ×10^-5 ＢＲ -1.3247 ×10^-8 ＡＰ -1.8796 ×10^-1 ＢＰ 2.2689 ８ ∞（画像表示素子） Ｙ -23.847 θ -67.38° Ｚ 28.544 。

【０１４５】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 -58.035 5.378 1.6200 60.30 Ｙ 18.519 θ 16.56° Ｚ 17.628 ３ -40.935 ４ Ｒ_y -184.656 1.4922 57.50 Ｒ_x -93.381 Ｙ -15.000 θ -20.00° Ｋ_y 0 Ｚ 19.812 Ｋ_x 0 ＡＲ 6.0640 ×10^-7 ＢＲ -1.4782 ×10^-17 ＡＰ -2.8269 ×10^-1 ＢＰ 1.2429 ×10² ５ Ｒ_y -70.443 1.4922 57.50 Ｒ_x -64.467 Ｙ 13.000 θ 25.04° Ｋ_y -1.1982 Ｚ 33.476 Ｋ_x 0.0491 ＡＲ 1.2474 ×10^-7 ＢＲ -1.1693 ×10^-10 ＡＰ -6.3525 ×10^-2 ＢＰ 2.2874 ×10^-1 ６ Ｒ_y -184.656 1.4922 57.50 Ｒ_x -93.381 Ｙ -15.000 θ -20.00° Ｋ_y 0 Ｚ 19.812 Ｋ_x 0 ＡＲ 6.0640 ×10^-7 ＢＲ -1.4782 ×10^-17 ＡＰ -2.8269 ×10^-1 ＢＰ 1.2429 ×10² ７ -163.655 Ｙ -21.433 θ -67.21° Ｚ 28.300 ８ ∞（画像表示素子） Ｙ -25.303 θ -61.93° Ｚ 29.395 。

【０１４６】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 Ｒ_y -275.138 1.4922 57.50 Ｒ_x -60.090 Ｙ -14.777 θ 0.00° Ｋ_y 15.0220 Ｚ 25.384 Ｋ_x -1.4455 ＡＲ 9.1788 ×10^-9 ＢＲ 1.3902 ×10^-13 ＡＰ 5.5799 ＢＰ -1.0579 ×10^-1 ３ Ｒ_y -51.403 Ｙ -26.016 θ -53.08° Ｒ_x -44.032 Ｚ 17.347 Ｋ_y -1.6023 Ｋ_x -0.6752 ＡＲ -1.2698 ×10^-9 ＢＲ -2.3984 ×10^-10 ＡＰ 6.1296 ＢＰ -3.4350 ×10^-2 ４ Ｒ_y -54.146 1.4922 57.50 Ｒ_x -113.535 Ｙ -0.593 θ -21.97° Ｋ_y 0 Ｚ 37.326 Ｋ_x 0 ＡＲ 4.5650 ×10^-6 ＢＲ -2.4489 ×10^-9 ＡＰ 6.1812 ×10^-1 ＢＰ 8.0595 ×10^-1 ５ Ｒ_y -60.241 1.4922 57.50 Ｒ_x -66.945 Ｙ 24.783 θ 36.90° Ｋ_y 0 Ｚ 43.446 Ｋ_x 0 ＡＲ -1.5638 ×10^-9 ＢＲ 1.2450 ×10^-11 ＡＰ 1.1807 ×10¹ ＢＰ 1.3334 ６ Ｒ_y -54.146 1.4922 57.50 Ｒ_x -113.535 Ｙ -0.593 θ -21.97° Ｋ_y 0 Ｚ 37.326 Ｋ_x 0 ＡＲ 4.5650 ×10^-6 ＢＲ -2.4489 ×10^-9 ＡＰ 6.1812 ×10^-1 ＢＰ 8.0595 ×10^-1 ７ Ｒ_y 85.685 Ｙ -20.894 θ -80.32° Ｒ_x -20.944 Ｚ 25.000 Ｋ_y 0 Ｋ_x 0 ＡＲ 2.7888 ×10^-5 ＢＲ -2.8188 ×10^-9 ＡＰ -8.8341 ×10^-1 ８ ∞（画像表示素子） Ｙ -23.546 θ -87.63° Ｚ 38.058 。

【０１４７】次に、上記実施例１の横収差図を図１２か
ら図１４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（Ｘ方向），垂直画角（Ｙ方
向））を表し、その画角における横収差を示す。

【０１４８】以上、本発明の画像表示装置を実施例に基
づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定
されず、種々の変形が可能である。本発明の画像表示装
置を頭部装着式画像表示装置（ＨＭＤ）３０として構成
するには、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、例えば
ヘッドバンド３１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、第１光学素子３の第２
面を半透過ミラー（ハーフミラー）３２とし、このハー
フミラー３２の前方にシースルー用補償光学系３３、液
晶シャッター３４を配備し、外界像を選択的に又は画像
表示素子６の映像と重畳して観察できるようにしてい
る。ここで、シースルー用補償光学系３３は外界光に対
して光学系のパワーが略ゼロになるように設定されてい
るものである。ただし、本発明の第２の画像表示装置の
場合には、このシースルー用補償光学系３３は必要とせ
ずに、外界を観察することが可能である。

【０１４９】さらに、本発明の画像表示装置の光学系を
結像光学系として用いた場合、例えは図１６に示すよう
な撮影光学系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Ｆ
ｉに用いることができる。結像光学系として用いた場合
の光学系の構成図を図１７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の光
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、上記対物
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。

【０１５０】以上の本発明の画像表示装置は例えば次の
ように構成することができる。 〔１〕 画像を表示する画像表示素子と、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
く光学系とからなる画像表示装置において、前記光学系
は、少なくとも３つの面を持ち、前記少なくとも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面で構成された第１光学素子と、前記観察
者眼球と前記第１光学素子の間に配備された少なくとも
２つの屈折面を有する第２光学素子とによって構成さ
れ、前記第２光学素子の焦点距離をｆ₂ 、前記光学系の
焦点距離をｆ_A とするとき、 ０．０１＜ｆ_A ／ｆ₂ ＜０．３ ・・・（１） を満たすことを特徴とする画像表示装置。

【０１５１】〔２〕 前記第２光学素子の少なくとも２
つの屈折面の中、前記第１光学素子側の屈折面の曲率半
径をｒ₂₂とするとき、 −２＜ｆ_A ／ｒ₂₂＜０．５ ・・・（２） を満たすことを特徴とする上記〔１〕記載の画像表示装
置。

【０１５２】〔３〕 前記第１光学素子の第１面の曲率
半径をｒ₁₁、前記第２光学素子の少なくとも２つの屈折
面の中、前記第１光学素子側の屈折面の曲率半径をｒ₂₂
とするとき、 −３＜ｒ₁₁／ｒ₂₂＜１０ ・・・（３） を満たすことを特徴とする上記〔１〕又は〔２〕記載の
画像表示装置。

【０１５３】〔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
察者眼球に導く光学系とからなる画像表示装置におい
て、前記光学系は、少なくとも３つの面を持ち、前記少
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面で構成された第１光学素子と、前記観
察者眼球と前記第１光学素子の間に配備された少なくと
も２つの屈折面を有する第２光学素子とによって構成さ
れ、前記第１光学素子の第２面は入射光の一部が反射
し、一部が透過する半透過反射面からなり、観察者視軸
方向において、前記眼球側に第２光学素子が、前記眼球
と反対側に前記第１光学素子が前後して配設され、外界
から入射する光束が第１光学素子及び第２光学素子を順
に介して観察者眼球に到達することを特徴とする画像表
示装置。

【０１５４】〔５〕 前記第１光学素子と前記第２光学
素子の合成パワーは外界光に対して略ゼロであることを
特徴とする上記〔４〕記載の画像表示装置。

【０１５５】〔６〕 前記第１光学素子の第２面の曲率
半径をｒ₁₂、前記第２光学素子の前記観察者側の面の曲
率半径をｒ₂₁とするとき、 −２＜ｒ₁₂／ｒ₂₁＜４ ・・・（４） を満たすことを特徴とする上記〔４〕又は〔５〕記載の
画像表示装置。

【０１５６】〔７〕 前記第２光学素子の焦点距離をｆ
₂ 、前記光学系の焦点距離をｆ_Aとするとき、 ０．０１＜ｆ_A ／ｆ₂ ＜０．３ ・・・（５） を満たすことを特徴とする上記〔４〕から〔６〕の何れ
か１項記載の画像表示装置。

【０１５７】〔８〕 前記光学系の焦点距離をｆ_A 、前
記第２光学素子の少なくとも２つの屈折面の中、前記第
１光学素子側の屈折面の曲率半径をｒ₂₂とするとき、 −２＜ｆ_A ／ｒ₂₂＜０．５ ・・・（６） を満たすことを特徴とする上記〔４〕から〔７〕の何れ
か１項記載の画像表示装置。

【０１５８】

〔９〕 前記第１光学素子の第１面の曲率
半径をｒ₁₁、前記第２光学素子の少なくとも２つの屈折
面の中、前記第１光学素子側の屈折面の曲率半径をｒ₂₂
とするとき、 −３＜ｒ₁₁／ｒ₂₂＜１０ ・・・（７） を満たすことを特徴とする上記〔４〕から〔８〕の何れ
か１項記載の画像表示装置。

【０１５９】〔１０〕 前記第１光学素子の前記観察者
瞳と反対側に遮光手段を配設したことを特徴とする上記
〔４〕から

〔９〕の何れか１項記載の画像表示装置。

【０１６０】〔１１〕 前記第１光学素子と前記第２光
学素子の少なくとも一部は相互に離れていることを特徴
とする上記〔１〕から〔１０〕の何れか１項記載の画像
表示装置。

【０１６１】〔１２〕 前記画像表示素子の表示面の中
心位置から前記観察者瞳に到る軸上主光線において、前
記第１光学素子を通過する距離をｄ₁ 、前記第２光学素
子を通過する距離をｄ₂ とするとき、 ０．１＜ｄ₂ ／ｄ₁ ＜０．７ ・・・（８） を満たすことを特徴とする上記〔１〕から〔１１〕の何
れか１項記載の画像表示装置。

【０１６２】〔１３〕 前記画像表示素子の表示面の中
心位置から前記観察者瞳に到る軸上主光線において、前
記第１光学素子の第１面から第２面までの距離をｄ₁ 、
前記第１光学素子と第２光学素子の距離をｋ、前記第２
光学素子を通過する距離をｄ₂ 、前記観察者瞳から前記
第２光学素子までの距離をＥＲとするとき、 ０．２＜（ｄ₁ ＋ｄ₂ ＋ｋ）／ＥＲ＜１．２ ・・・（９） を満たすことを特徴とする上記〔１〕から〔１２〕の何
れか１項記載の画像表示装置。

【０１６３】〔１４〕 前記画像表示素子の表示面の中
心位置から前記観察者瞳に到る軸上主光線の前記第２面
における逆光線追跡での入射角をθ₂ とするとき、 −５０°＜θ₂ ＜０° ・・・（１０） を満たすことを特徴とする上記〔１〕から〔１３〕の何
れか１項記載の画像表示装置。

【０１６４】〔１５〕 前記画像表示素子の表示面の中
心位置から前記観察者瞳に到る軸上主光線の逆光線追跡
での前記第２面における入射角をθ₂ とするとき、 −３０°＜θ₂ ＜−５° ・・・（１１） を満たすことを特徴とする上記〔１〕から〔１４〕の何
れか１項記載の画像表示装置。

【０１６５】〔１６〕 前記画像表示素子の表示面の中
心位置から前記観察者瞳に到る軸上主光線の前記第１面
における逆光線追跡での最初の入射角をθ₁ とすると
き、 ０°＜θ₁ ＜５０° ・・・（１２） を満たすことを特徴とする上記〔１〕から〔１５〕の何
れか１項記載の画像表示装置。

【０１６６】〔１７〕 前記画像表示素子の表示面の中
心位置から前記観察者瞳に到る軸上主光線の前記第１面
における逆光線追跡での最初の入射角をθ₁ とすると
き、 ０°＜θ₁ ＜４０° ・・・（１３） を満たすことを特徴とする上記〔１〕から〔１６〕の何
れか１項記載の画像表示装置。

【０１６７】〔１８〕 前記画像表示素子の表示面の中
心位置から前記観察者瞳に到る軸上主光線の前記第１面
における逆光線追跡での再度の入射角をθ₃ とすると
き、 ２０°＜θ₃ ＜７０° ・・・（１４） を満たすことを特徴とする上記〔１〕から〔１７〕の何
れか１項記載の画像表示装置。

【０１６８】〔１９〕 前記画像表示素子の表示面の中
心位置から前記観察者瞳に到る軸上主光線の前記第１面
における逆光線追跡での再度の入射角をθ₃ とすると
き、 ３０°＜θ₃ ＜６０° ・・・（１５） を満たすことを特徴とする上記〔１〕から〔１８〕の何
れか１項記載の画像表示装置。

【０１６９】〔２０〕 前記画像表示素子の表示面の中
心位置から前記観察者瞳に到る軸上主光線の前記第３面
における逆光線追跡での入射角をθ₄ とするとき、 −１０°＜θ₄ ＜３０° ・・・（１６） を満たすことを特徴とする上記〔１〕から〔１９〕の何
れか１項記載の画像表示装置。

【０１７０】〔２１〕 前記画像表示素子の表示面の中
心位置から前記観察者瞳に到る軸上主光線の前記画像表
示素子面における逆光線追跡での入射角をθ_i とすると
き、 −４０°＜θ_i ＜４０° ・・・（１７） を満たすことを特徴とする上記〔１〕から〔２０〕の何
れか１項記載の画像表示装置。

【０１７１】〔２２〕 前記画像表示素子の表示面の中
心位置から前記観察者瞳に到る軸上主光線の前記画像表
示素子面における逆光線追跡での入射角をθ_i とすると
き、 −２０°＜θ_i ＜２０° ・・・（１８） を満たすことを特徴とする上記〔１〕から〔２１〕の何
れか１項記載の画像表示装置。

【０１７２】〔２３〕 前記画像表示素子の表示面の中
心位置から前記観察者瞳に到る軸上主光線の前記第２光
学素子の前記観察者側の面における逆光線追跡での入射
角をθ_a とするとき、 −２０°＜θ_a ＜３０° ・・・（１９） を満たすことを特徴とする上記〔１〕から〔２２〕の何
れか１項記載の画像表示装置。

【０１７３】〔２４〕 前記画像表示素子の表示面の中
心位置から前記観察者瞳に到る軸上主光線の前記第２光
学素子の前記第１光学素子側の面における逆光線追跡で
の入射角をθ_b とするとき、 −２０°＜θ_b ＜５０° ・・・（２０） を満たすことを特徴とする上記〔１〕から〔２３〕の何
れか１項記載の画像表示装置。

【０１７４】〔２５〕 前記の屈折率が１より大きい媒
質のｄ線の屈折率をＮ_d とするとき、 １．４５＜Ｎ_d ＜２．０ ・・・（２１） を満たすことを特徴とする上記〔１〕から〔２４〕の何
れか１項記載の画像表示装置。

【０１７５】〔２６〕 前記の屈折率が１より大きい媒
質のｄ線の屈折率をＮ_d とするとき、 １．５＜Ｎ_d ＜２．０ ・・・（２２） を満たすことを特徴とする上記〔１〕から〔２５〕の何
れか１項記載の画像表示装置。

【０１７６】〔２７〕 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〔１〕から〔２６〕の何れ
か１項記載の画像表示装置。

【０１７７】〔２８〕 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
〔１〕から〔２７〕の何れか１項記載の画像表示装置。

【０１７８】〔２９〕 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〔１〕から〔２８〕の何れか１項記載の画像表示
装置。

【０１７９】〔３０〕 前記第１光学素子の少なくとも
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〔１〕から〔２９〕の何れか１項記載の画像表示装
置。

【０１８０】〔３１〕 前記第１面の内部反射領域の少
なくとも一部は反射コーティングされていることを特徴
とする上記〔１〕から〔３０〕の何れか１項記載の画像
表示装置。

【０１８１】〔３２〕 前記光学系を構成する少なくと
も１面は非球面であることを特徴とする上記〔１〕から
〔３１〕の何れか１項記載の画像表示装置。

【０１８２】〔３３〕 前記光学系を構成する少なくと
も１面はアナモルフィック面であることを特徴とする上
記〔３２〕記載の画像表示装置。

【０１８３】〔３４〕 前記光学系を構成する少なくと
も１面は自由曲面であることを特徴とする上記〔３２〕
記載の画像表示装置。

【０１８４】〔３５〕 前記画像表示素子の表示面は、
前記画像表示素子の表示面の中心位置から前記観察者瞳
に到る軸上主光線に対して傾いて配備されていることを
特徴とする上記〔１〕から〔３４〕の何れか１項記載の
画像表示装置。

【０１８５】〔３６〕 前記画像表示素子と前記光学系
を観察者頭部に対して位置決めする位置決め手段を有す
ることを特徴とする上記〔１〕から〔３５〕の何れか１
項記載の画像表示装置。

【０１８６】〔３７〕 前記画像表示素子と前記光学系
を観察者頭部に対して支持する支持手段を有し、前記観
察者頭部に装着できることを特徴とする上記〔１〕から
〔３６〕の何れか１項記載の画像表示装置。

【０１８７】〔３８〕 前記画像表示装置の少なくとも
２組を一定の間隔で支持する支持手段を有することを特
徴とする上記〔１〕から〔３７〕の何れか１項記載の画
像表示装置。

【０１８８】〔３９〕 前記画像表示装置における光学
系を結像光学系として用いることを特徴とする上記
〔１〕から〔３５〕の何れか１項記載の画像表示装置。

【０１８９】

【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、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
置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の画像表示装置の断面図である。

【図２】本発明の第２の画像表示装置の各観察モードで
の断面図である。

【図３】本発明の画像表示装置の光学系の実施例１の光
路図である。

【図４】本発明の画像表示装置の光学系の実施例２の光
路図である。

【図５】本発明の画像表示装置の光学系の実施例３の光
路図である。

【図６】本発明の画像表示装置の光学系の実施例４の光
路図である。

【図７】本発明の画像表示装置の光学系の実施例５の光
路図である。

【図８】本発明の画像表示装置の光学系の実施例６の光
路図である。

【図９】本発明の画像表示装置の光学系の実施例７の光
路図である。

【図１０】実施例６の光学系における外界光の光線経路
を示す図である。

【図１１】実施例７の光学系における外界光の光線経路
を示す図である。

【図１２】実施例１の横収差図の一部である。

【図１３】実施例１の横収差図の残りの一部である。

【図１４】実施例１の横収差図の残りの部分である。

【図１５】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１６】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。

【図１７】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。

【図１８】本発明の画像表示装置の光学系の軸上主光線
の様子と各パラメータを示す図である。

【図１９】従来の１つの画像表示装置の光学系を示す図
である。

【図２０】従来の別の画像表示装置の光学系を示す図で
ある。

【図２１】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。

【図２２】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。

【符号の説明】 １…瞳位置 ２…視軸 ３…第１光学素子 ４…第２光学素子 ５…光学系 ６…画像表示素子 ７…観察者眼球 ８…遮光手段 １１…第１光学素子の第１面 １２…第１光学素子の第２面 １３…第１光学素子の第３面 ２１…第２光学素子の第１面 ２２…第２光学素子の第２面 ３０…頭部装着式画像表示装置（ＨＭＤ） ３１…ヘッドバンド ３２…半透過ミラー（ハーフミラー） ３３…シースルー用補償光学系 ３４…液晶シャッター 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…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

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【手続補正書】

【提出日】平成８年１２月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１００

【補正方法】変更

【補正内容】 以上の何れかの画像表示装置において、光学系の少なく
とも１面は平面の透過面又は反射面であることが望まし
い。この画像表示装置は、後記の実施例３、４が対応す
る。

【０１００】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１７９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１７９】〔３０〕 前記光学系の少なくとも１面は
平面の透過面又は反射面であることを特徴とする上記
〔１〕から〔２９〕の何れか１項記載の画像表示装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   球に導く光学系とからなる画像表示装置において、 前記光学系は、少なくとも３つの面を持ち、前記少なく
   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面で構成された第１光学素子
   と、前記観察者眼球と前記第１光学素子の間に配備され
   た少なくとも２つの屈折面を有する第２光学素子とによ
   って構成され、前記第２光学素子の焦点距離をｆ₂ 、前
   記光学系の焦点距離をｆ_A とするとき、 ０．０１＜ｆ_A ／ｆ₂ ＜０．３ ・・・（１） を満たすことを特徴とする画像表示装置。
2. 【請求項２】 前記第２光学素子の少なくとも２つの屈
   折面の中、前記第１光学素子側の屈折面の曲率半径をｒ
   ₂₂とするとき、 −２＜ｆ_A ／ｒ₂₂＜０．５ ・・・（２） を満たすことを特徴とする請求項１記載の画像表示装
   置。
3. 【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
   球に導く光学系とからなる画像表示装置において、 前記光学系は、少なくとも３つの面を持ち、前記少なく
   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面で構成された第１光学素子と、前記観察者
   眼球と前記第１光学素子の間に配備された少なくとも２
   つの屈折面を有する第２光学素子とによって構成され、 前記第１光学素子の第２面は入射光の一部が反射し、一
   部が透過する半透過反射面からなり、観察者視軸方向に
   おいて、前記眼球側に第２光学素子が、前記眼球と反対
   側に前記第１光学素子が前後して配設され、外界から入
   射する光束が第１光学素子及び第２光学素子を順に介し
   て観察者眼球に到達することを特徴とする画像表示装
   置。