JPH1138352A5 - - Google Patents

Description

以下に、本発明において、上記のような構成をとる理由と作用について説明する。本発明の画像表示装置の基本的な形態は、図１０の光路図に示すように、３つの光学面３、４、５で囲まれた屈折率が１より大きい媒質からなる偏心プリズム光学系７を接眼光学系として用い、偏心プリズム光学系７の射出瞳１（観察者眼球の瞳位置と一致する。）は偏心プリズム光学系７の第１面３に面して位置しており、ＬＣＤ（液晶表示素子）等の画像表示素子６は偏心プリズム光学系７の第３面５に面して配置される。そして、逆光線追跡で、射出瞳１の中心を通り偏心プリズム光学系７を介して画像表示素子６の画面の中心に達する光線を偏心プリズム光学系７の軸上主光線とし、その軸上主光線を光軸２とする。

ここで、偏心プリズム光学系７の接眼光学系の作用を行う正パワーを、主として偏心プリズム光学系７を構成する反射面３、４の何れかあるいは全てが担っており、かつ、その反射面の少なくとも１面は対称面を１つのみ有する面対称自由曲面形状を有していることが、面の偏心に基づく収差を補正するために望ましい。以下、この点を説明する。

次に、回転対称な像歪みについて説明する。本発明の偏心プリズム光学系のように、例えば第２面の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。これ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変化させることによって可能となる。

Claims (6)

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偏心プリズム光学系を含む接眼光学系とを有する画像表示装置において、
   前記偏心プリズム光学系は、前記画像表示素子から射出した光を反射及び透過の少なくとも一方の作用を有する少なくとも３つの面が互いに偏心して配置され、その少なくとも３つの面の間が屈折率が１．３以上の透明媒質で埋められてなり、光学系内部で少なくとも２回の内部反射を行うように、前記の少なくとも３つの面の中の少なくとも２つの面が反射作用を有する面で形成されていると共に、前記の少なくとも２つの反射作用を有する面によって反射された光線が光学系内部で交差しないような位置に前記の少なくとも２つの反射作用を有する面が配置されており、
   前記反射面の少なくとも１面の面形状が、その面内及び面外共に回転対称軸を有せず、しかも、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面からなり、かつ、前記画像表示素子の画像表示面の各点から射出し観察者眼球位置の射出瞳の中心に到る主光線が発散しながら前記偏心プリズム光学系に入射するように構成されていることを特徴とする画像表示装置。
2. 請求項１において、前記射出瞳中心を通過し前記画像表示素子の画面の中心に達する光線を軸上主光線とし、前記偏心プリズム光学系の第１面に交差するまでの直線によって定義される光軸をＺ軸、そのＺ軸と直交しかつ前記偏心プリズム光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義したときに、以下の条件（２）を満足することを特徴とする画像表示装置。
   ０．２＜｜Ｐｙ３／Ｐｙ｜＜０．８ ・・・・（２）
   ただし、Ｐｙ３は逆光線追跡で前記偏心プリズム光学系の第２反射面の軸上主光線が反射される領域のＹ−Ｚ面内の反射屈折力、Ｐｙは逆光線追跡での前記偏心プリズム光学系全系の軸上主光線に対するＹ−Ｚ面内の屈折力である。
3. 請求項１又は２において、前記射出瞳中心を通過し前記画像表示素子の画面の中心に達する光線を軸上主光線とし、前記偏心プリズム光学系の第１面に交差するまでの直線によって定義される光軸をＺ軸、そのＺ軸と直交しかつ前記偏心プリズム光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義したときに、以下の条件（１）を満足することを特徴とする画像表示装置。
   １＜｜Ｐｙ２／Ｐｙ｜＜５ ・・・・（１）
   ただし、Ｐｙ２は逆光線追跡で前記偏心プリズム光学系の第１反射面の軸上主光線が反射される領域のＹ−Ｚ面内の反射屈折力、Ｐｙは逆光線追跡での前記偏心プリズム光学系全系の軸上主光線に対するＹ−Ｚ面内の屈折力である。
4. 上記請求項１から５の何れか１項において、前記射出瞳中心を通過し前記画像表示素子の画面の中心に達する光線を軸上主光線とし、前記偏心プリズム光学系の第１面に交差するまでの直線によって定義される光軸をＺ軸、そのＺ軸と直交しかつ前記偏心プリズム光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義したときに、以下の条件（３）、（４）を満足することを特徴とする画像表示装置。
   １＜｜Ｐｘ２／Ｐｘ｜＜５ ・・・・（３）
   ０．２＜｜Ｐｘ３／Ｐｘ｜＜３ ・・・・（４）
   ただし、Ｐｘ２、Ｐｘ３はそれぞれ逆光線追跡で第１反射面、第２反射面の軸上主光線が反射される領域のＹ−Ｚ面に垂直な面内の反射屈折力、Ｐｘは逆光線追跡での偏心プリズム光学系全系の軸上主光線に対するＹ−Ｚ面に垂直な面内の屈折力である。
5. 上記請求項１から４の何れか１項において、前記偏心プリズム光学系が３つの光学作用面からなり、逆光線追跡で第１面から光束が入射し、その入射した光束が第２面で反射され、その第２面で反射された光束が前記第１面で反射され、その第１面で反射された光束が光学系内部を通過して第３面から射出するように、前記第１面と前記第２面と前記第３面とが配置されていることを特徴とする画像表示装置。
6. 上記請求項５において、前記第１面が有効面内にてその透過作用と 反射作用とが少なくとも一部の領域で重なり合うように形成されていると共に、少なくとも前記第１面の有効面内の透過作用と反射作用との重なり合う領域での反射作用が全反射作用によるように構成されていることを特徴とする画像表示装置。