JP2000221440A - 画像表示装置 - Google Patents

画像表示装置

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JP2000221440A
JP2000221440A JP11022260A JP2226099A JP2000221440A JP 2000221440 A JP2000221440 A JP 2000221440A JP 11022260 A JP11022260 A JP 11022260A JP 2226099 A JP2226099 A JP 2226099A JP 2000221440 A JP2000221440 A JP 2000221440A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い観察画角を提供しつつ、小型・軽量で重
量バランスが良く、高い解像力と大きい射出瞳径を持っ
た画像表示装置。 【解決手段】 画像表示素子３の表示像を観察するため
に全体として正屈折力の観察光学系を有し、その観察光
学系がリレー像６を結像するリレー光学系と、その像を
観察者に導くために射出瞳２を形成する接眼光学系とを
有し、リレー光学系がプリズム部材５を有し、プリズム
部材５は入射面１１と、少なくとも１つの反射面１２、
１３と、射出面１４とを有し、その反射面が光束にパワ
ーを偏心によって発生する収差を補正する回転非対称な
面形状にて構成され、接眼光学系は光束にパワーを偏心
によって発生する収差を補正する回転非対称な面形状の
凹面鏡４にて構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示装置に関
し、特に、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】近年、個人が大画面の画像を楽しむこと
等を目的として、画像表示装置が、特にその中でも頭部
又は顔面装着式画像表示装置の開発が盛んになされてい
る。
【０００３】従来、頭部装着式画像表示装置として、Ｃ
ＲＴのような画像表示素子の像を画像伝達素子で物体面
に伝達し、この物体面の像をトーリック反射面によって
空中に投影するようにしたものが知られている（米国特
許第４０２６６４１号）。
【０００４】さらに、本出願人の提案による頭部装着式
画像表示装置として、液晶表示装置（ＬＣＤ）等の画像
表示素子上の画像を屈折型のリレー光学系により１度空
中に結像し、さらに偏心配置の凹面鏡からなる接眼光学
系により観察者の眼球に導くものが知られている（特開
平６−２９４９４３号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】頭部装着式画像表示装
置にとって、装置全体の大きさを小さくすることと、重
量を軽くすることは、装着性を損なわなくするために重
要な点である。この装置全体の大きさを決定する要因
は、光学系のレイアウトである。
【０００６】装置全体を小型にするためには、画像表示
素子を凸レンズで拡大して直接観察する直視型のレイア
ウトでは、観察者顔面からの装置突出量が大きくなる。
さらに、広い観察画角をとるためには、大きな正レンズ
系と大きな画像表示素子を使用する必要があり、装置が
大きくなると同時に、重くなる。
【０００７】疲労を感じさせずに長時間の観察を可能と
したり、簡単に着脱するためには、観察者の眼球直前に
反射面からなる接眼光学系を配置した構成が望ましい。
これにより、画像表示素子と照明光学系等を観察者の頭
部周辺に小さくまとめて配置でき、装置の突出量が減る
と同時に、軽量化が可能となる。
【０００８】次に、大きな画角を確保することは、画像
観察時の臨場感を上げるために必要である。特に、提示
される画像の立体感は提示画角によって決まってしまう
（テレビジョン学会誌 Vol.45, No.12, pp.1589-1596(1
991)）。
【０００９】広い画角と高い解像力が得られる光学系を
いかにして実現するかが、次に重要な問題となる。
【００１０】立体感・迫力感等を観察者に与えるために
は、水平方向で４０°（±２０°）以上の提示画角を確
保することが必要であると同時に、１２０°（±６０
°）付近でその効果は飽和してしまうことが知られてい
る。つまり、４０°以上で、なるべく１２０°に近い観
察画角にすることが望ましい。しかし、上記の接眼光学
系が平面の反射鏡の場合は、観察者の眼球に上記の４０
°以上の画角の光線を入射させようとした場合には、非
常に大きな画像表示素子を必要とし、結局装置全体が大
きくて重いものとなってしまう。
【００１１】さらに、凹面鏡は、その性質上、凹面鏡の
表面に沿った凹面の強い像面歪曲を発生するために、平
面の画像表示素子を凹面鏡の焦点位置に配置すると、そ
の観察像面は湾曲を起こしてしまい、視野周辺まで明瞭
な観察像を得ることはできない。また、画像表示素子の
表示面を湾曲して配置する方法も、上記の先行技術のよ
うに存在する（米国特許第４０２６６４１号）。しか
し、凹面鏡を使用して、その前側焦点位置に画像表示素
子を配置し、凹面鏡のみで画像表示素子を空中に拡大投
影する配置をとっても、４０°以上の観察画角を提供す
る場合には、凹面鏡の収差のために高い解像力を得るこ
とは難しかった。
【００１２】また、特開平６−２９４９４３号のような
屈折型のリレー光学系を使用する場合、リレー光学系が
透過レンズ系で構成されているために、装置が大型にな
り、さらに、透過レンズ系では偏心収差を補正しきれな
いために、屈折型の偏心補正光学系をリレー光学系と凹
面鏡の間に配置する必要があった。
【００１３】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、広い観察画角を
提供しつつ、小型・軽量で重量バランスが良く、高い解
像力と大きい射出瞳径を持った画像表示装置を提供する
ことであり、特に、画素数６４０×４８０（ＶＧＡ）以
上の高画素な表示をすることが可能な高精細な画像表示
装置を提供することである。
【００１４】
【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、画像表示素子と、前記画像表示素
子に表示された観察像を観察するために射出瞳を形成す
る全体として正の屈折力を有する観察光学系とを有する
画像表示装置において、前記観察光学系が、前記観察像
をリレー像として結像するリレー光学系と、前記リレー
像を観察者に導くために射出瞳を形成する接眼光学系と
を有し、前記リレー光学系が、屈折率（ｎ）が１よりも
大きい（ｎ＞１）媒質で形成されたプリズム部材を有
し、前記プリズム部材が、前記画像表示素子から射出さ
れた光束をプリズム内に入射する入射面と、前記光束を
プリズム内で反射する少なくとも１つの反射面と、前記
光束をプリズム外に射出する射出面とを有し、前記少な
くとも１つの反射面が、光束にパワーを与える曲面形状
を有し、前記曲面形状が偏心によって発生する収差を補
正する回転非対称な面形状にて構成され、前記接眼光学
系が凹面鏡にて構成され、前記凹面鏡は反射時に光束に
パワーを与えかつ偏心により発生する収差を補正する回
転非対称な曲面形状にて構成されていることを特徴とす
るものである。
【００１５】以下、本発明において上記の構成をとる理
由と作用について説明する。本発明は、画像表示素子に
表示された観察像を観察するために射出瞳を形成する全
体として正の屈折力を有する観察光学系として、プリズ
ム部材（偏心プリズム）からなるリレー光学系と凹面鏡
からなる接眼光学系とを組み合わせて、小型・軽量で重
量バランスが良く、高解像力の構成にすることに成功し
たものである。その特徴は、リレー光学系のリレー作用
と偏心収差補正作用とを併せ持つ偏心プリズムをリレー
光学系に採用することにより、小型・軽量で、頭部に装
着したときに重量バランスの良い高解像力の観察光学系
を得ることである。
【００１６】より具体的には、本発明の観察光学系は、
観察像をリレー像として結像するリレー光学系と、その
リレー像を観察者に導くために射出瞳を形成する接眼光
学系とを有し、リレー光学系が、屈折率（ｎ）が１より
も大きい（ｎ＞１）媒質で形成されたプリズム部材を有
し、そのプリズム部材が、画像表示素子から射出された
光束をプリズム内に入射する入射面と、その光束をプリ
ズム内で反射する少なくとも１つの反射面と、光束をプ
リズム外に射出する射出面とを有し、その少なくとも１
つの反射面が、光束にパワーを与える曲面形状を有し、
その曲面形状が偏心によって発生する収差を補正する回
転非対称な面形状にて構成され、接眼光学系が凹面鏡に
て構成され、その凹面鏡は反射時に光束にパワーを与え
かつ偏心により発生する収差を補正する回転非対称な曲
面形状にて構成されているものである。
【００１７】レンズのような屈折光学素子は、その境界
面に曲率を付けることにより始めてパワーを持たせるこ
とができる。そのため、レンズの境界面で光線が屈折す
る際に、屈折光学素子の色分散特性による色収差の発生
が避けられない。その結果、色収差を補正する目的で別
の屈折光学素子が付加されるのが一般的である。
【００１８】一方、ミラーやプリズム等のような反射光
学素子は、その反射面にパワーを持たせても原理的に色
収差の発生はなく、色収差を補正する目的だけのために
別の光学素子を付加する必要はない。そのため、反射光
学素子を用いた光学系は、屈折光学素子を用いた光学系
に比べて、色収差補正の観点から光学素子の構成枚数の
削減が可能である。
【００１９】同時に、反射光学素子を用いた反射光学系
は、光路を折り畳むことになるために、屈折光学系に比
べて光学系自身を小さくすることが可能である。
【００２０】また、反射面は屈折面に比して偏心誤差感
度が高いため、組み立て調整に高い精度を要求される。
しかし、反射光学素子の中でも、プリズムはそれぞれの
面の相対的な位置関係が固定されているので、プリズム
単体として偏心を制御すればよく、必要以上の組み立て
精度、調整工数が不要である。
【００２１】さらに、プリズムは、屈折面である入射面
と射出面、それと反射面を有しており、反射面しかもた
ないミラーに比べて、収差補正の自由度が大きい。特
に、反射面に所望のパワーの大部分を分担させ、屈折面
である入射面と射出面のパワーを小さくすることで、ミ
ラーに比べて収差補正の自由度を大きく保ったまま、レ
ンズ等のような屈折光学素子に比べて、色収差の発生を
非常に小さくすることが可能である。また、プリズム内
部は空気よりも屈折率の高い透明体で満たされているた
めに、空気に比べ光路長を長くとることができ、空気中
に配置されるレンズやミラー等よりは、光学系の薄型
化、小型化が可能である。
【００２２】また、観察光学系は、中心性能はもちろん
のこと周辺まで良好な結像性能を要求される。一般の共
軸光学系の場合、軸外光線の光線高の符号は絞りの前後
で反転するため、光学素子の絞りに対する対称性が崩れ
ることにより軸外収差は悪化する。そのため、絞りを挟
んで屈折面を配置することで絞りに対する対称性を十分
満足させ、軸外収差の補正を行っているのが一般的であ
る。
【００２３】本発明では、画像表示素子から射出された
光束をプリズム内に入射する入射面と、その光束をプリ
ズム内で反射する少なくとも１つの反射面と、光束をプ
リズム外に射出する射出面とを有し、少なくとも１つの
反射面が、光束にパワーを与える曲面形状を有し、その
曲面形状が偏心によって発生する収差を補正する回転非
対称な面形状にて構成されているプリズム部材と、反射
時に光束にパワーを与えかつ偏心により発生する収差を
補正する回転非対称な曲面形状にて構成されている凹面
鏡とを配置し、偏心収差をお互いに補正することによ
り、中心ばかりでなく軸外収差も良好に補正することを
可能にしている。１つのプリズム部材のみあるいは１つ
の凹面鏡のみの配置だと、前記のように、偏心収差を完
全に補正することは不可能である。
【００２４】本発明は、以上の理由から、１つのプリズ
ム部材と１つの凹面鏡を有し、凹面鏡はプリズム部材よ
りも射出瞳側に配置され、かつ、プリズム部材によって
結像された中間像（リレー像）を凹面鏡によって観察者
に導くものである 。
【００２５】このような基本構成をとることで、屈折光
学系からなるリレー光学系と偏心配置の凹面鏡を用いた
光学系に比べて光学素子の構成枚数が少なく、中心から
周辺まで性能の良好な、小型・軽量で重量バランスの良
い観察光学系を得ることが可能である。
【００２６】ここで、逆光線追跡で物点中心を通り、瞳
中心を通過して像面中心に到達する光線を軸上主光線と
したとき、少なくとも１つの反射面が軸上主光線に対し
て偏心していないと、軸上主光線の入射光線と反射光線
が同一の光路をとることとなり、軸上主光線が光学系中
で遮断されてしまう。その結果、中心部が遮光された光
束のみで像を形成することになり、中心が暗くなった
り、中心では全く像を結ばなくなったりしてしまう。
【００２７】また、パワーを付けた反射面を軸上主光線
に対して偏心させた場合、本発明で用いられるプリズム
部材を構成する面の中、少なくとも１つの面は回転非対
称な面であることが望ましい。その中でも、特に、プリ
ズム部材の少なくとも１つの反射面を回転非対称な面に
することが収差補正上は好ましい。また、本発明で用い
られる凹面鏡の反射面も回転非対称な面であることが同
様の理由で望ましい。
【００２８】その理由を以下に詳述する。まず、用いる
座標系、回転非対称な面について説明する。軸上主光線
が、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軸とし、そのＺ軸と直交し、かつ、観察
光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、
前記光軸と直交し、かつ、前記Ｙ軸と直交する軸をＸ軸
とする。光線の追跡方向は、射出瞳から像面に向かう逆
光線追跡で説明する。
【００２９】一般に、球面レンズでのみ構成された球面
レンズ系では、球面により発生する球面収差と、コマ収
差、像面湾曲等の収差をいくつかの面でお互いに補正し
あい、全体として収差を少なくする構成になっている。
【００３０】一方、少ない面数で収差を良好に補正する
ためには、回転対称非球面等が用いられる。これは、球
面で発生する各種収差自体を少なくするためである。し
かし、偏心した光学系においては、偏心により発生する
回転非対称な収差を回転対称光学系で補正することは不
可能である。この偏心により発生する回転非対称な収差
は、歪曲収差、像面湾曲、さらに、軸上でも発生する非
点収差、コマ収差がある。
【００３１】まず、回転非対称な像面湾曲について説明
する。例えば、無限遠の物点から偏心した凹面鏡に入射
した光線は、凹面鏡に当たって反射結像されるが、光線
が凹面鏡に当たって以降、像面までの後側焦点距離は、
像界側が空気の場合、光線が当たった部分の曲率半径の
半分になる。すると、図２１に示すように、軸上主光線
に対して傾いた像面を形成する。このように、回転非対
称な像面湾曲を補正するには回転対称な光学系では不可
能である。
【００３２】この傾いた像面湾曲をその発生源である凹
面鏡Ｍ自身で補正するには、凹面鏡Ｍを回転非対称な面
で構成し、この例ではＹ軸正の方向に対して曲率を強く
（屈折力を強く）し、Ｙ軸負の方向に対して曲率を弱く
（屈折力を弱く）すれば、補正することができる。ま
た、上記構成と同様な効果を持つ回転非対称な面を、凹
面鏡Ｍとは別に光学系中に配置することにより、少ない
構成枚数でフラットの像面を得ることが可能となる。ま
た、回転非対称な面は、その面内及び面外共に回転対称
軸を有しない回転非対称面形状の面とすることが、自由
度が増え収差補正上は好ましい。
【００３３】次に、回転非対称な非点収差について説明
する。上記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡Ｍ
では、軸上光線に対しても図２２に示すような非点収差
が発生する。この非点収差を補正するためには、上記説
明と同様に、回転非対称面のＸ軸方向の曲率とＹ軸方向
の曲率を適切に変えることによって可能となる。
【００３４】さらに、回転非対称なコマ収差について説
明する。上記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡
Ｍでは、軸上光線に対しても図２３に示すようなコマ収
差が発生する。このコマ収差を補正するためには、回転
非対称面のＸ軸の原点から離れるに従って面の傾きを変
えると共に、Ｙ軸の正負によって面の傾きを適切に変え
ることによって可能となる。
【００３５】また、本発明の結像光学系では、前述の反
射作用を有する少なくとも１つの面が軸上主光線に対し
偏心し、回転非対称な面形状でパワーを有する構成も可
能である。このような構成をとれば、その反射面にパワ
ーを持たせることで発生する偏心収差をその面自体で補
正することが可能となり、プリズムの屈折面のパワーを
緩めることで、色収差の発生自体を小さくすることがで
きる。
【００３６】また、本発明で用いる上記の回転非対称面
は、対称面を１面のみ有する面対称自由曲面であること
が好ましい。ここで、本発明で使用する自由曲面とは、
以下の式（ａ）で定義されるものである。なお、その定
義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
【００３７】 ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面
項である。
【００３８】球面項中、 ｃ：頂点の曲率 ｋ：コーニック定数（円錐定数） ｒ＝√（Ｘ2 ＋Ｙ2 ） である。
【００３９】自由曲面項は、 ただし、Ｃj （ｊは２以上の整数）は係数である。
【００４０】上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、
Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、本発明ではＸ
の奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平
行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例え
ば、上記定義式（ａ）においては、Ｃ2 、Ｃ5 、Ｃ7 、
Ｃ9 、Ｃ12、Ｃ14、Ｃ16、Ｃ18、Ｃ20、Ｃ23、Ｃ25、Ｃ
27、Ｃ29、Ｃ31、Ｃ33、Ｃ35・・・の各項の係数を０に
することによって可能である。
【００４１】また、Ｙの奇数次項を全て０にすることに
よって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自
由曲面となる。例えば、上記定義式においては、Ｃ3 、
Ｃ5、Ｃ8 、Ｃ10、Ｃ12、Ｃ14、Ｃ17、Ｃ19、Ｃ21、Ｃ
23、Ｃ25、Ｃ27、Ｃ30、Ｃ32、Ｃ34、Ｃ36・・・の各項
の係数を０にすることによって可能である。
【００４２】また上記対称面の方向の何れか一方を対称
面とし、それに対応する方向の偏心、例えば、Ｙ−Ｚ面
と平行な対称面に対して光学系の偏心方向はＹ軸方向
に、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面に対しては光学系の偏心方
向はＸ軸方向にすることで、偏心により発生する回転非
対称な収差を効果的に補正しながら同時に製作性をも向
上させることが可能となる。
【００４３】また、上記定義式（ａ）は、前述のように
１つの例として示したものであり、本発明は、対称面を
１面のみ有する回転非対称面を用いることで偏心により
発生する回転非対称な収差を補正し、同時に製作性も向
上させるということが特徴であり、他のいかなる定義式
に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。
【００４４】本発明において、プリズム部材内の配置さ
れた反射面及び凹面鏡の回転非対称な面形状を、唯一の
対称面を１面のみ有した面対称自由曲面形状にて構成す
ることができる。
【００４５】ところで、本発明において、プリズム部材
としては、光束にパワーを与えかつ偏心により発生する
収差を補正する回転非対称な曲面形状の反射面を２面以
上有するように構成することができる。
【００４６】この場合のプリズム部材の１つの形態とし
ては、入射面である第１面と、プリズム内部で光束を反
射する第２面と、プリズム内部で光束を反射する第３面
と、射出面である第４面との少なくとも４つの光学作用
面から構成され、第１面と第２面とが媒質を挟んで対向
配置されていると共に、第３面と第４面とが媒質を挟ん
で対向配置され、第１面と第２面とを結ぶ光路と第３面
と第４面とを結ぶ光路とが交差するように構成されてい
るものとすることができる。
【００４７】これは後記の実施例１、４が対応するもの
であり、このような形状のプリズムは、収差補正の自由
度が高くなり、収差の発生が少ない。さらに、２つの反
射面の配置の対称性が高いので、この２つの反射面で発
生する収差が２つの反射面相互で補正し合い、収差発生
が少ない。また、光路がプリズム内で交差する構成のた
めに、単に光路を折り返す構造のプリズムに比較して光
路長を長く取ることが可能で、光路長の長さの割にプリ
ズムを小型化することができる。さらに好ましくは、２
つの反射面が異なる符号のパワーを持つことにより、収
差の相互の補正効果を大きくすることが可能となり、高
い解像力を得ることが可能となる。
【００４８】この場合に、第２面と第３面とを共に、光
束にパワーを与えかつ偏心により発生する収差を補正す
る回転非対称な面形状を有するように構成することがで
きる。
【００４９】また、第１面と第４面の少なくとも１面
を、光束にパワーを与えかつ偏心により発生する収差を
補正する回転非対称な面形状を有するように構成するこ
とができる。
【００５０】プリズム部材のもう１つの形態としては、
入射面であると共に第２面で反射された光束をプリズム
内で反射する第１面と、第１面からプリズム内に入射し
た光束を反射する第２面と、第２面で反射された光束を
プリズム外に射出する第３面とから構成されているもの
とすることができる。これは後記の実施例２〜３が対応
するものであり、入射面と反射面とを共有するこのプリ
ズムタイプは、入射光線を第１反射面（第２面）では小
さな屈曲角で第２反射面（第１面）へと反射し、第２反
射面で大きな屈曲角で屈曲させるために、プリズム部材
の入射光線方向の厚さを薄くすることが可能なものであ
る。
【００５１】この場合に、第１面と第２面とを共に、光
束にパワーを与えかつ偏心により発生する収差を補正す
る回転非対称な面形状を有するように構成することがで
きる。
【００５２】また、第３面を光束にパワーを与えかつ偏
心により発生する収差を補正する回転非対称な面形状を
有するように構成することができる。
【００５３】プリズム部材のさらにもう１つの形態とし
ては、入射面である第１面と、プリズム内部で光束を反
射する第２面と、プリズム内部で光束を反射する第３面
と、プリズム内部で光束を反射する第４面と、射出面で
ある第５面との少なくとも５つの光学作用面から構成さ
れ、第２面と第３面とが媒質を挟んで対向配置されてい
ると共に、第４面と第５面とが媒質を挟んで対向配置さ
れ、第２面と第３面とを結ぶ光路と第４面と第５面とを
結ぶ光路とが交差するように構成されているものとする
ことができる。
【００５４】これは後記の実施例５〜７が対応するもの
であり、このような形状のプリズムは、反射面が３面あ
り、収差補正の自由度がより高くなり、収差の発生が少
ない。さらに、第３面と第４面の反射面の配置の対称性
が高いので、この２つの反射面で発生する収差が２つの
反射面相互で補正し合い、収差発生がより少なくなる。
また、光路がプリズム内で交差する構成のために、単に
光路を折り返す構造のプリズムに比較して光路長を長く
取ることが可能で、光路長の長さの割にプリズムを小型
化することができる。さらに好ましくは、第３面と第４
面が異なる符号のパワーを持つことにより、収差の相互
の補正効果を大きくすることが可能となり、高い解像力
を得ることが可能となる。
【００５５】この場合に、第３面と第４面とを共に、光
束にパワーを与えかつ偏心により発生する収差を補正す
る回転非対称な面形状を有するように構成することがで
きる。
【００５６】また、第２面を光束にパワーを与えかつ偏
心により発生する収差を補正する回転非対称な面形状を
有するように構成することができる。
【００５７】また、第２面から第４面の３面が共に正の
パワーを有するように構成することができる。
【００５８】また、第１面と第５面の少なくとも１面
を、光束にパワーを与えかつ偏心により発生する収差を
補正する回転非対称な面形状を有するように構成するこ
とができる。
【００５９】そして、プリズム部材の回転非対称な面形
状が、何れも唯一の対称面を１面のみ有した面対称自由
曲面形状にて構成されているものとすることができる。
【００６０】その場合に、各面の唯一の対称面が同一面
上に形成されるように構成することができる。
【００６１】もちろん、後記するように、本発明のプリ
ズム部材としては、光束にパワーを与えかつ偏心により
発生する収差を補正する回転非対称な曲面形状の反射面
を１面以上有する上記以外の種々の形態の偏心プリズム
を用いることができる。
【００６２】また、本発明の接眼光学系を構成する凹面
鏡としては、外界観察可能なハーフミラー面にて構成す
ることができる。
【００６３】その代わりに、その凹面鏡としては、外界
観察可能な回折型光学素子又はホログラムにて構成する
ことができる。
【００６４】さて、ここで偏心光学系及び光学面のパワ
ーを定義する。図２４に示すように、偏心光学系Ｓの偏
心方向をＸ軸方向に取った場合に（以前の説明では偏心
方向をＹ軸方向に取っていたが、ここではＸ軸方向に取
る。）、偏心光学系Ｓの軸上主光線と平行なＸ−Ｚ面内
の微小な高さｄの光線を物体側から入射し、偏心光学系
Ｓから射出したその光線と軸上主光線のＸ−Ｚ面に投影
したときのなす角をδｘとし、δｘ／ｄをＸ方向の偏心
光学系ＳのパワーＰＸ、偏心光学系の軸上主光線と平行
でＸ−Ｚ面と直交するＹ方向の微小な高さｄの光線を物
体側から入射し、偏心光学系Ｓから射出したその光線と
軸上主光線のＸ−Ｚ面に直交する面であって軸上主光線
を含む面に投影したときのなす角をδｙとし、δｙ／ｄ
をＹ方向の偏心光学系ＳのパワーＰＹとする。同様に偏
心光学系Ｓを構成する偏心光学面ｎのＸ方向のパワーＰ
Ｘｓｎ、Ｙ方向のパワーＰＹｓｎが定義される。
【００６５】本発明の画像表示装置の観察光学系全系の
Ｘ方向のパワーをＰＸ、Ｙ方向のパワーをＰＹとすると
き、 ０．５＜ＰＸ／ＰＹ＜１．３ ・・・（１） なる条件式を満足することが重要である。この条件はＸ
方向とＹ方向の像の大きさに関係し、下限の０．５を越
えると、Ｘ方向に対してＹ方向のパワーが大きくなりす
ぎ、Ｙ方向の像の大きさがＸ方向に比べて小さくなりす
ぎる。逆に、上記条件式の上限の１．３を越えると、Ｘ
方向に対してＹ方向のパワーが小さくなりすぎ、Ｙ方向
の像の大きさがＸ方向に比べて大きくなりすぎる。
【００６６】さらに好ましくは、 ０．７＜ＰＸ／ＰＹ＜１．２ ・・・（１−１） なる条件を満足することが必要である。この条件の下限
と上限の意味は上記と同様である。
【００６７】さらに好ましくは、 ０．８＜ＰＸ／ＰＹ＜１．１ ・・・（１−２） なる条件を満足することが必要である。この条件の下限
と上限の意味は上記と同様である。
【００６８】次に、本発明の画像表示装置の観察光学系
全系のＸ方向のパワーをＰＸ、Ｙ方向のパワーをＰＹと
し、観察者眼球前方に配置される凹面鏡のパワーをＰＸ
ｓ３、ＰＹｓ３とするとき、 ０．１＜｜ＰＸｓ３／ＰＸ｜＜２ ・・・（２） ０．１＜｜ＰＹｓ３／ＰＹ｜＜２ ・・・（３） なる条件の少なくとも一方を満足することが重要であ
る。これらの条件は、凹面鏡のパワーと投影光学系の作
用を持つ偏心リレー光学系のパワー配置を規定するもの
であり、それぞれの下限の０．１を越えると、凹面鏡の
パワーが小さくなりすぎ、リレー光学系の投影倍率を大
きくしないと、広い観察映像を提示することができなく
なる。しかし、リレー光学系の投影倍率を上げることは
リレー光学系の物像間距離が長くなってしまい、光学系
を小型にすることが難しくなる。また、上限の２を越え
ると、今度は凹面鏡のパワーが強くなりすぎ、偏心して
配置された凹面鏡による偏心収差が大きく発生し、リレ
ー光学系で補正することが不可能になる。
【００６９】さらに好ましくは、 ０．３＜｜ＰＸｓ３／ＰＸ｜＜１ ・・・（２−１） ０．３＜｜ＰＹｓ３／ＰＹ｜＜１ ・・・（３−１） なる条件の少なくとも一方を満足することが重要であ
る。これらの条件の下限と上限の意味は上記と同様であ
る。
【００７０】さらに好ましくは、 ０．４＜｜ＰＸｓ３／ＰＸ｜＜０．７ ・・・（２−２） ０．４＜｜ＰＹｓ３／ＰＹ｜＜０．７ ・・・（３−２） なる条件の少なくとも一方を満足することが重要であ
る。これらの条件の下限と上限の意味は上記と同様であ
る。
【００７１】次に、本発明の画像表示装置の観察光学系
全系のＸ方向のパワーをＰＸ、Ｙ方向のパワーをＰＹと
し、リレー光学系のパワーをＰＰＸ、ＰＰＹとすると
き、 ０．０１＜｜ＰＰＸ／ＰＸ｜＜３ ・・・（４） ０．０１＜｜ＰＰＹ／ＰＹ｜＜３ ・・・（５） なる条件の少なくとも一方を満足することが重要であ
る。これらの条件は、投影光学系の作用を持つ偏心リレ
ー光学系のパワー配置を規定するものであり、それれの
下限の０．０１を越えると、リレー光学系のパワーが小
さくなりすぎ、リレー光学系の焦点距離が大きくなりす
ぎ光学系を小型にすることが難しくなる。また、上限の
３を越えると、今度はリレー光学系の焦点距離が短くな
りすぎ、偏心して配置された凹面鏡による偏心収差をリ
レー光学系で補正することが不可能になる。
【００７２】さらに好ましくは、 ０．１＜｜ＰＰＸ／ＰＸ｜＜２ ・・・（４−１） ０．１＜｜ＰＰＹ／ＰＹ｜＜２ ・・・（５−１） なる条件の少なくとも一方を満足することが重要であ
る。これらの条件の下限と上限の意味は上記と同様であ
る。
【００７３】さらに好ましくは、 ０．４＜｜ＰＰＸ／ＰＸ｜＜１．５ ・・・（４−２） ０．４＜｜ＰＰＹ／ＰＹ｜＜１．５ ・・・（５−２） なる条件の少なくとも一方を満足することが重要であ
る。これらの条件の下限と上限の意味は上記と同様であ
る。
【００７４】次に、凹面鏡で反射する軸上主光線の入射
角をθとするとき、 １０°＜θ＜４５° ・・・（６） なる条件を満足することが好ましい。この条件は凹面鏡
の偏心量を規定するものであり、下限の１０°を越える
と、リレー光学系を眼球近傍に配置する必要があり、観
察者の周辺視界をリレー光学系が遮ったり、リレー光学
系と眼鏡が干渉し、眼鏡を掛けたまま観察することがで
きなくなる。また、上限の４５°を越えると、凹面鏡の
偏心量が大きくなりすぎ、凹面鏡で発生した偏心収差を
リレー光学系で補正することが不可能になる。
【００７５】さらに好ましくは、 １５°＜θ＜３０° ・・・（６−１） なる条件を満足することが好ましい。
【００７６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の画像表示装置の観
察光学系の実施例１〜７について説明する。これらの実
施例は射出瞳から画像表示素子が配置される像面に向か
う逆光線追跡で説明する。なお、各実施例の構成パラメ
ータは後に示す。
【００７７】各実施例において、図１に示すように、軸
上主光線１を物体中心を出て、瞳（射出瞳）２の中心を
通り、像面（画像表示面）３中心に到る光線で定義す
る。そして、軸上主光線１と瞳２の面、凹面鏡４の射出
側の中間像近傍の面、偏心プリズム５の入射面（第４
面）１４、射出面（第１面）１１との交点を通り、瞳２
の面、凹面鏡４の射出側の中間像近傍の面、及び、偏心
プリズム５の入射面についてはその面に入射する軸上主
光線１に垂直に、偏心プリズム５の射出面についてはそ
の面から射出する軸上主光線１に垂直に、それぞれ仮想
面をとる。各仮想面の交点を、その交点を通る光学面か
ら次の仮想面（最後の仮想面について像面）までの間の
偏心光学面の原点として、瞳２の面、凹面鏡４の射出側
の中間像近傍の面、及び、偏心プリズム５の入射面の交
点について定められた仮想面の場合は、入射する軸上主
光線１、偏心プリズム５の射出面の交点について定めら
れた仮想面の場合は、射出する軸上主光線１に沿う方向
をＺ軸方向とし、軸上主光線１と瞳２の面との交点を通
る第１仮想面に関しては、軸上主光線１の進行方向に沿
った方向をＺ軸正方向とし、その他の仮想面について
は、第１仮想面からその仮想面に到る光路中の反射回数
が偶数回の場合には軸上主光線１の進行方向に沿った方
向をＺ軸正方向とし、反射回数が奇数回の場合には軸上
主光線１の進行方向と反対方向をＺ軸正方向とし、この
Ｚ軸と像面中心を含む平面をＸ−Ｚ平面とし、原点を通
りＸ−Ｚ平面に直交し、紙面の裏面側から表面側に向か
う方向をＹ軸正方向とし、Ｙ軸、Ｚ軸と右手直交座標系
を構成する軸をＸ軸とする。図１には、各仮想面と瞳２
の面の交点について定められた第１仮想面に関する座標
系とを図示してある。図２以下については、これら仮想
面と座標系の図示は省く。
【００７８】実施例１〜８では、このＸ−Ｚ平面内で各
面の偏心を行っており、また、各回転非対称自由曲面の
唯一の対称面をＸ−Ｚ面としている。
【００７９】偏心面については、対応する座標系の原点
から、その面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方
向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心
軸（自由曲面については、前記（ａ）式のＺ軸）のＸ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれ
α，β，γ（°））とが与えられている。なお、その場
合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計
回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味
する。
【００８０】また、各実施例の光学系を構成する光学作
用面の中、特定の面（仮想面を含む。）とそれに続く面
が共軸光学系を構成する場合には、面間隔が与えられて
おり、その他、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従っ
て与えられている。なお、面間隔の符号については、第
１仮想面からその基準の光学面（仮想面を含む。）に到
る光路中の反射回数が偶数回の場合には正の値、奇数回
の場合には負の値として示されているが、軸上主光線１
の進行方向に沿っての距離は、何れも正の値である。
【００８１】また、本発明で用いられる自由曲面の面の
形状は前記（ａ）式により定義し、その定義式のＺ軸が
自由曲面の軸となる。
【００８２】なお、データの記載されていない自由曲面
に関する項は０である。屈折率については、ｄ線（波長
５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さ
の単位はｍｍである。
【００８３】また、自由曲面の他の定義式として、以下
の（ｂ）式で与えられるＺｅｒｎｉｋｅ多項式がある。
こ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Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の軸となる。回転非対称面
の定義は、Ｘ−Ｙ面に対するＺの軸の高さの極座標で定
義され、ＡはＸ−Ｙ面内のＺ軸からの距離、ＲはＺ軸回
りの方位角で、Ｚ軸から測った回転角で表せられる。
【００８４】 ｘ＝Ｒ×cos(A) ｙ＝Ｒ×sin(A) Ｚ＝Ｄ2 ＋Ｄ3 Ｒcos(A)＋Ｄ4 Ｒsin(A) ＋Ｄ5 Ｒ2 cos(2A)＋Ｄ6 （Ｒ2 −１）＋Ｄ7 Ｒ2 sin(2A) ＋Ｄ8 Ｒ3 cos(3A) ＋Ｄ9 （３Ｒ3 −２Ｒ）cos(A) ＋Ｄ10（３Ｒ3 −２Ｒ）sin(A)＋Ｄ11Ｒ3 sin(3A) ＋Ｄ12Ｒ4cos(4A)＋Ｄ13（４Ｒ4 −３Ｒ2 ）cos(2A) ＋Ｄ14（６Ｒ4 −６Ｒ2 ＋１）＋Ｄ15（４Ｒ4 −３Ｒ2 ）sin(2A) ＋Ｄ16Ｒ4 sin(4A) ＋Ｄ17Ｒ5 cos(5A) ＋Ｄ18（５Ｒ5 −４Ｒ3 ）cos(3A) ＋Ｄ19（１０Ｒ5 −１２Ｒ3 ＋３Ｒ）cos(A) ＋Ｄ20（１０Ｒ5 −１２Ｒ3 ＋３Ｒ）sin(A) ＋Ｄ21（５Ｒ5 −４Ｒ3 ）sin(3A) ＋Ｄ22Ｒ5 sin(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)・・・・・ ・・・（ｂ） なお、Ｘ軸方向に対称な光学系として設計するには、Ｄ
4 ，Ｄ5 ，Ｄ6 、Ｄ10０，Ｄ11，Ｄ12，Ｄ13，Ｄ14，Ｄ
20，Ｄ21，Ｄ22…を利用する。
【００８５】その他の面の例として、次の定義式（ｄ）
があげられる。 Ｚ＝ΣΣＣnmＸＹ 例として、ｋ＝７（７次項）を考えると、展開したと
き、以下の式で表せる。 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 ＋Ｃ22｜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 ｜ ・・・（ｃ） なお、本発明の実施例では、前記（ａ）式を用いた自由
曲面で面形状が表現されているが、上記（ｂ）式、
（ｃ）式を用いても同様の作用効果を得られるのは言う
までもない。
【００８６】実施例１〜７は、観察画角は、水平半画角
１２．５°、垂直半画角９．４４°、画像表示素子の大
きさは９．５５×７．１６ｍｍであり、瞳径４ｍｍであ
る。
【００８７】実施例１、４の光軸を含むＸ−Ｚ断面図を
それぞれ図１、図４に示す。実施例１、４は何れも、射
出瞳２側から光の通る順とは逆の順に（逆光線追跡
で）、瞳２、凹面鏡４、中間像面６、偏心プリズム５、
像面（結像面）３からなり、偏心プリズム５は第１面１
１から第４面１４で構成され、その第４面１４は瞳２側
から逆方向に通る光束であって凹面鏡４で偏心方向に反
射された光束を偏心プリズム５内に入射させ、第３面１
３は第４面１４から入射した光束をプリズム内で反射
し、第２面１２は第３面１３で反射された光束をプリズ
ム内で反射し、第１面１１は第２面１２で反射された光
束をプリズム外へ射出するように構成されており、第１
面１１と第２面１２とがプリズム媒質を挟んで対向配置
されていると共に、第３面１３と第４面１４とがプリズ
ム媒質を挟んで対向配置され、第１面１１と第２面１２
とを結ぶ光路と第３面１３と第４面１４とを結ぶ光路と
がプリズム内で交差するように構成されている。なお、
実施例１と４の違いは、偏心プリズム５中での第３面１
３で反射する方向が相互に逆になっているため、偏心プ
リズム５を基準として、像面３が瞳２側（図４）に配置
されているか、瞳２と反対側（図１）に配置されている
かの点である。
【００８８】また、後記する構成パラメータの第３面か
ら第４面までは第２面の仮想面１を基準とした偏心量で
表されており、第５面（仮想面３）の面頂位置は第４面
の仮想面２からの軸上主光線に沿った面間隔のみによっ
て表されており、第６面から第１０面までは第５面の仮
想面３を基準とした偏心量で表されており、像面は第１
０面の仮想面４からの軸上主光線に沿った面間隔によっ
て表されている。
【００８９】実施例２、３の光軸を含むＸ−Ｚ断面図を
それぞれ図２、図３に示す。実施例２、３は何れも、射
出瞳２側から光の通る順とは逆の順に（逆光線追跡
で）、瞳２、凹面鏡４、中間像面６、偏心プリズム５、
像面（結像面）３からなり、偏心プリズム５は第１面１
１から第３面１３で構成され、その第３面１３は瞳２側
から逆方向に通る光束であって凹面鏡４で偏心方向に反
射された光束を偏心プリズム５内に入射させ、第１面１
１は第３面１３から入射した光束をプリズム内で反射す
ると共に第２面１２で反射された光束をプリズム外に射
出し、第２面１２は第１面１１で反射された光束を反射
するように構成されている。このように、偏心プリズム
５の第１面１１は透過作用と反射作用を併せ持つ同一の
光学作用面としている。なお、実施例２と３の違いは、
偏心プリズム５中での第１面１１で反射する方向が相互
に逆になっているため、偏心プリズム５を基準として、
像面３が瞳２側（図３）に配置されているか、瞳２と反
対側（図２）に配置されているかの点である。
【００９０】また、後記する構成パラメータの第３面か
ら第４面までは第２面の仮想面１を基準とした偏心量で
表されており、第５面（仮想面３）の面頂位置は第４面
の仮想面２からの軸上主光線に沿った面間隔のみによっ
て表されており、第６面から第１０面までは第５面の仮
想面３を基準とした偏心量で表されており、像面は第１
０面の仮想面４からの軸上主光線に沿った面間隔によっ
て表されている。
【００９１】実施例５〜７の光軸を含むＸ−Ｚ断面図を
それぞれ図５〜図７に示す。実施例５〜７は何れも、射
出瞳２側から光の通る順とは逆の順に（逆光線追跡
で）、瞳２、凹面鏡４、中間像面６、偏心プリズム５、
像面（結像面）３からなり、偏心プリズム５は第１面１
１から第５面１５で構成され、その第５面１５は瞳２側
から逆方向に通る光束であって凹面鏡４で偏心方向に反
射された光束を偏心プリズム５内に入射させ、第４面１
４は第５面１５から入射した光束をプリズム内で反射
し、第３面１３は第４面１４で反射した光束をプリズム
内で反射し、第２面１２は第３面１３で反射された光束
をプリズム内で反射し、第１面１１は第２面１２で反射
された光束をプリズム外へ射出するように構成されてお
り、第２面１２と第３面１３とがプリズム媒質を挟んで
対向配置されていると共に、第４面１４と第５面１５と
がプリズム媒質を挟んで対向配置され、第２面１２と第
３面１３とを結ぶ光路と第４面１３と第５面１５とを結
ぶ光路とがプリズム内で交差するように構成されてい
る。なお、実施例５と６、７の違いは、偏心プリズム５
中での第４面１４で反射する方向が相互に逆になってい
るため、偏心プリズム５を基準として、像面３が瞳２側
（図６、図７）に配置されているか、瞳２と反対側（図
５）に配置されているかの点である。
【００９２】なお、図７の実施例７の場合は、絞りが配
置される偏心プリズム５の第３面１３の反射面に穴が設
けられその位置に光源７が配置され、その穴から導入さ
れた照明光が第２面１２で反射され、第１面１１からプ
リズム外に出て、像面３に配置された反射型ＬＣＤ等の
画像表示素子を照明するように構成されている。
【００９３】また、後記する構成パラメータの第３面か
ら第４面までは第２面の仮想面１を基準とした偏心量で
表されており、第５面（仮想面３）の面頂位置は第４面
の仮想面２からの軸上主光線に沿った面間隔のみによっ
て表されており、第６面から第１１面までは第５面の仮
想面３を基準とした偏心量で表されており、像面は第１
１面の仮想面４からの軸上主光線に沿った面間隔によっ
て表されている。
【００９４】本発明の画像表示光学系は、もちろん、以
上の他のサイズの場合でも適用できるのは言うまでのな
い。また、本発明は、本発明の観察光学系を用いた画像
表示装置のみならず、その光学系を組み込んだ他の装置
も含むものである。以下に上記実施例１〜７の構成パラ
メータを示す。これら表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、
“ＨＲＰ”は仮想面を示す。
【００９５】 実施例１ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（絞り面） 0.00 2 ∞（ＨＲＰ１） 3 ＦＦＳ 偏心(1) 4 ∞（ＨＲＰ２） -32.76 偏心(2) 5 ∞（ＨＲＰ３） 6 ＦＦＳ 偏心(3) 1.4924 57.6 7 ＦＦＳ 偏心(4) 1.4924 57.6 8 ＦＦＳ 偏心(5) 1.4924 57.6 9 ＦＦＳ 偏心(6) 10 ∞（ＨＲＰ４） -2.00 偏心(7) 像 面 ∞ ＦＦＳ Ｃ4 -6.4809×10-3 Ｃ6 -6.5389×10-3 Ｃ7 -1.3562×10-5 Ｃ9 -1.8827×10-5 ＦＦＳ Ｃ4 -1.3203×10-2 Ｃ6 -5.4254×10-2 Ｃ7 3.0362×10-4 Ｃ9 -9.0856×10-4 ＦＦＳ Ｃ4 1.1542×10-2 Ｃ6 6.7556×10-4 Ｃ7 -1.4651×10-5 Ｃ9 -2.4138×10-4 ＦＦＳ Ｃ4 4.6069×10-3 Ｃ6 -1.5303×10-2 Ｃ7 2.9034×10-4 Ｃ9 -2.8459×10-5 ＦＦＳ Ｃ4 5.2451×10-2 Ｃ6 5.1792×10-2 Ｃ7 3.9040×10-3 Ｃ9 -1.4161×10-3 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 67.55 α 0.00 β 26.55 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 23.81 Ｙ 0.00 Ｚ 49.67 α 0.00 β 53.09 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 0.00 β -0.85 γ 0.00 偏心(4) Ｘ -0.09 Ｙ 0.00 Ｚ -17.85 α 0.00 β 14.56 γ 0.00 偏心(5) Ｘ -7.75 Ｙ 0.00 Ｚ -4.25 α 0.00 β 55.32 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 4.23 Ｙ 0.00 Ｚ -6.10 α 0.00 β 78.84 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 4.23 Ｙ 0.00 Ｚ -6.10 α 0.00 β 82.41 γ 0.00 。
【００９６】 実施例２ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（絞り面） 0.00 2 ∞（ＨＲＰ１） 3 ＦＦＳ 偏心(1) 4 ∞（ＨＲＰ２） -17.62 偏心(2) 5 ∞（ＨＲＰ３） 6 ＦＦＳ 偏心(3) 1.4924 57.6 7 ＦＦＳ 偏心(4) 1.4924 57.6 8 ＦＦＳ 偏心(5) 1.4924 57.6 9 ＦＦＳ 偏心(4) 10 ∞（ＨＲＰ４） -14.59 偏心(6) 像 面 ∞ ＦＦＳ Ｃ4 -1.0096×10-2 Ｃ6 -1.1215×10-2 Ｃ7 3.8211×10-7 Ｃ9 -8.5010×10-5 ＦＦＳ Ｃ4 -1.3881×10-2 Ｃ6 -5.8629×10-2 Ｃ7 2.0568×10-3 Ｃ9 -4.2457×10-3 ＦＦＳ Ｃ4 3.1657×10-3 Ｃ6 -2.5463×10-2 Ｃ7 -5.0275×10-5 Ｃ9 -5.1624×10-4 ＦＦＳ Ｃ4 -8.6060×10-3 Ｃ6 -2.5996×10-2 Ｃ7 -1.7706×10-4 Ｃ9 2.6022×10-4 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 70.00 α 0.00 β 20.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 14.73 Ｙ 0.00 Ｚ 52.44 α 0.00 β 40.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -6.70 α 0.00 β 55.33 γ 0.00 偏心(5) Ｘ -6.00 Ｙ 0.00 Ｚ -8.96 α 0.00 β 83.01 γ 0.00 偏心(6) Ｘ -3.08 Ｙ 0.00 Ｚ -10.98 α 0.00 β 56.43 γ 0.00 。
【００９７】 実施例３ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（絞り面） 0.00 2 ∞（ＨＲＰ１） 3 ＦＦＳ 偏心(1) 4 ∞（ＨＲＰ２） -20.89 偏心(2) 5 ∞（ＨＲＰ３） 6 ＦＦＳ 偏心(3) 1.4924 57.6 7 ＦＦＳ 偏心(4) 1.4924 57.6 8 ＦＦＳ 偏心(5) 1.4924 57.6 9 ＦＦＳ 偏心(4) 10 ∞（ＨＲＰ４） -5.86 偏心(6) 像 面 ∞ ＦＦＳ Ｃ4 -9.8340×10-3 Ｃ6 -1.0506×10-2 Ｃ7 -2.4469×10-5 Ｃ9 -3.3071×10-5 ＦＦＳ Ｃ4 -9.1091×10-2 Ｃ6 -8.7855×10-2 Ｃ7 -4.7291×10-4 Ｃ9 1.5047×10-3 ＦＦＳ Ｃ4 -3.0394×10-4 Ｃ6 2.6694×10-3 Ｃ7 -4.6579×10-5 Ｃ9 1.1331×10-3 ＦＦＳ Ｃ4 -1.1970×10-2 Ｃ6 -1.4839×10-2 Ｃ7 6.7739×10-5 Ｃ9 1.2618×10-3 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 70.00 α 0.00 β 20.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 12.05 Ｙ 0.00 Ｚ 55.64 α 0.00 β 40.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -9.69 α 0.00 β -58.06 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 6.00 Ｙ 0.00 Ｚ -12.63 α 0.00 β -88.08 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 2.92 Ｙ 0.00 Ｚ -14.41 α 0.00 β -60.79 γ 0.00 。
【００９８】 実施例４ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（絞り面） 0.00 2 ∞（ＨＲＰ１） 3 ＦＦＳ 偏心(1) 4 ∞（ＨＲＰ２） -12.47 偏心(2) 5 ∞（ＨＲＰ３） 6 ＦＦＳ 偏心(3) 1.4924 57.6 7 ＦＦＳ 偏心(4) 1.4924 57.6 8 ＦＦＳ 偏心(5) 1.4924 57.6 9 ＦＦＳ 偏心(6) 10 ∞（ＨＲＰ４） -2.00 偏心(7) 像 面 ∞ ＦＦＳ Ｃ4 -8.4472×10-3 Ｃ6 -9.3935×10-3 Ｃ7 -8.8487×10-7 Ｃ9 -5.3784×10-5 ＦＦＳ Ｃ4 -3.1437×10-2 Ｃ6 -1.0041×10-2 Ｃ7 -2.3320×10-3 Ｃ9 -1.2347×10-3 ＦＦＳ Ｃ4 1.1113×10-2 Ｃ6 1.6971×10-2 Ｃ7 6.5520×10-5 Ｃ9 -1.2986×10-4 ＦＦＳ Ｃ4 -8.3380×10-3 Ｃ6 -6.9282×10-3 Ｃ7 8.4100×10-4 Ｃ9 -1.9074×10-5 ＦＦＳ Ｃ4 4.8025×10-2 Ｃ6 6.7309×10-2 Ｃ7 3.0137×10-3 Ｃ9 -3.3813×10-3 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 70.00 α 0.00 β 20.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 16.61 Ｙ 0.00 Ｚ 50.20 α 0.00 β 40.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 0.00 β 0.50 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.04 Ｙ 0.00 Ｚ -12.41 α 0.00 β -24.98 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 6.75 Ｙ 0.00 Ｚ -6.80 α 0.00 β -71.10 γ 0.00 偏心(6) Ｘ -5.39 Ｙ 0.00 Ｚ -6.36 α 0.00 β -90.84 γ 0.00 偏心(7) Ｘ -5.39 Ｙ 0.00 Ｚ -6.36 α 0.00 β -92.69 γ 0.00 。
【００９９】 実施例５ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（絞り面） 0.00 2 ∞（ＨＲＰ１） 3 ＦＦＳ 偏心(1) 4 ∞（ＨＲＰ２） -44.42 偏心(2) 5 ∞（ＨＲＰ３） 6 ＦＦＳ 偏心(3) 1.4924 57.6 7 ＦＦＳ 偏心(4) 1.4924 57.6 8 ＦＦＳ 偏心(5) 1.4924 57.6 9 ＦＦＳ 偏心(6) 1.4924 57.6 10 ＦＦＳ 偏心(7) 11 ∞（ＨＲＰ４） 2.00 偏心(8) 像 面 ∞ ＦＦＳ Ｃ4 -6.0989×10-3 Ｃ6 -7.5290×10-3 Ｃ7 -1.2846×10-5 Ｃ9 8.1531×10-6 ＦＦＳ Ｃ4 -3.0399×10-2 Ｃ6 7.0270×10-4 Ｃ7 -4.9988×10-4 Ｃ9 2.6310×10-3 ＦＦＳ Ｃ4 3.8841×10-3 Ｃ6 9.3131×10-3 Ｃ7 -1.2775×10-4 Ｃ9 6.4626×10-4 ＦＦＳ Ｃ4 -5.5975×10-3 Ｃ6 -7.3938×10-3 Ｃ7 -1.2853×10-4 Ｃ9 4.9638×10-4 ＦＦＳ Ｃ4 -5.0897×10-4 Ｃ6 -2.0905×10-2 Ｃ7 -2.3161×10-4 Ｃ9 -7.7429×10-4 ＦＦＳ Ｃ4 -4.4706×10-2 Ｃ6 -5.6469×10-2 Ｃ7 -1.2405×10-3 Ｃ9 -2.7685×10-3 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 73.64 α 0.00 β 24.44 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 16.53 Ｙ 0.00 Ｚ 59.21 α 0.00 β 48.89 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -15.37 α 0.00 β 24.63 γ 0.00 偏心(5) Ｘ -7.11 Ｙ 0.00 Ｚ -9.25 α 0.00 β 69.27 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 7.05 Ｙ 0.00 Ｚ -9.43 α 0.00 β 134.73 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 7.08 Ｙ 0.00 Ｚ -16.08 α 0.00 β 175.37 γ 0.00 偏心(8) Ｘ 7.08 Ｙ 0.00 Ｚ -16.08 α 0.00 β 182.59 γ 0.00 。
【０１００】 実施例６ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（絞り面） 0.00 2 ∞（ＨＲＰ１） 3 ＦＦＳ 偏心(1) 4 ∞（ＨＲＰ２） -36.08 偏心(2) 5 ∞（ＨＲＰ３） 6 ＦＦＳ 偏心(3) 1.4924 57.6 7 ＦＦＳ 偏心(4) 1.4924 57.6 8 ＦＦＳ 偏心(5) 1.4924 57.6 9 ＦＦＳ 偏心(6) 1.4924 57.6 10 ＦＦＳ 偏心(7) 11 ∞（ＨＲＰ４） 2.00 偏心(8) 像 面 ∞ ＦＦＳ Ｃ4 -5.5256×10-3 Ｃ6 -6.3684×10-3 Ｃ7 -5.0823×10-6 Ｃ9 -1.1763×10-5 ＦＦＳ Ｃ4 -2.1875×10-2 Ｃ6 -3.1321×10-2 Ｃ7 3.8776×10-4 Ｃ9 -3.7323×10-4 ＦＦＳ Ｃ4 2.8893×10-3 Ｃ6 4.1114×10-3 Ｃ7 9.1419×10-5 Ｃ9 -5.3365×10-5 ＦＦＳ Ｃ4 -6.7750×10-3 Ｃ6 -4.6840×10-3 Ｃ7 1.0729×10-4 Ｃ9 -1.1164×10-5 ＦＦＳ Ｃ4 -4.6263×10-3 Ｃ6 -1.5036×10-2 Ｃ7 -1.7706×10-4 Ｃ9 -1.5742×10-4 ＦＦＳ Ｃ4 -3.7290×10-2 Ｃ6 -4.7066×10-2 Ｃ7 -1.8481×10-3 Ｃ9 -7.0720×10-4 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 73.64 α 0.00 β 24.44 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 22.82 Ｙ 0.00 Ｚ 53.72 α 0.00 β 48.89 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -11.60 α 0.00 β -23.61 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 6.88 Ｙ 0.00 Ｚ -5.23 α 0.00 β -67.21 γ 0.00 偏心(6) Ｘ -11.31 Ｙ 0.00 Ｚ -6.12 α 0.00 β 50.98 γ 0.00 偏心(7) Ｘ -10.30 Ｙ 0.00 Ｚ -12.40 α 0.00 β 187.03 γ 0.00 偏心(8) Ｘ -10.30 Ｙ 0.00 Ｚ -12.40 α 0.00 β 190.22 γ 0.00 。
【０１０１】 実際例７ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（絞り面） 0.00 2 ∞（ＨＲＰ１） 3 ＦＦＳ 偏心(1) 4 ∞（ＨＲＰ２） -38.36 偏心(2) 5 ∞（ＨＲＰ３） 6 ＦＦＳ 偏心(3) 1.4924 57.6 7 ＦＦＳ 偏心(4) 1.4924 57.6 8 ＦＦＳ 偏心(5) 1.4924 57.6 9 ＦＦＳ 偏心(6) 1.4924 57.6 10 ＦＦＳ 偏心(7) 11 ∞（ＨＲＰ４） 2.23 偏心(8) 像 面 ∞ ＦＦＳ Ｃ4 -5.3226 ×10-3 Ｃ6 -5.8704 ×10-3 Ｃ7 2.7310 ×10-6 Ｃ9 1.1867 ×10-6 Ｃ11 -6.7298 ×10-7 Ｃ13 -7.5535 ×10-7 Ｃ15 2.1944 ×１０−７ ＦＦＳ Ｃ４ -1.6846 ×10-2 Ｃ6 -1.0360 ×10-2 Ｃ7 3.0977 ×10-4 Ｃ9 -4.5810 ×10-4 Ｃ11 1.0144 ×10-4 Ｃ13 1.3956 ×10-5 Ｃ15 -2.1274 ×10-5 ＦＦＳ Ｃ4 4.5684 ×10-3 Ｃ6 3.5155 ×10-3 Ｃ7 1.1195 ×10-4 Ｃ9 -2.0552 ×10-4 Ｃ11 1.6931 ×10-5 Ｃ13 -3.0846 ×10-6 Ｃ15 -4.0005 ×10-6 ＦＦＳ Ｃ4 -4.4922 ×10-3 Ｃ6 -8.3343 ×10-3 Ｃ7 1.6715 ×10-4 Ｃ9 -1.4531 ×10-4 Ｃ11 2.2306 ×10-5 Ｃ13 1.3527 ×10-5 Ｃ15 3.7195 ×10-6 ＦＦＳ Ｃ4 -7.4129 ×10-3 Ｃ6 -1.6077 ×10-2 Ｃ7 -3.4397 ×10-5 Ｃ9 -1.5591 ×10-4 Ｃ11 1.4912 ×10-5 Ｃ13 2.1428 ×10-6 Ｃ15 -2.9998 ×10-5 ＦＦＳ Ｃ4 2.6046 ×10-2 Ｃ6 -1.3574 ×10-2 Ｃ7 8.7972 ×10-4 Ｃ9 2.3441 ×10-3 Ｃ11 -7.0651 ×10-4 Ｃ13 4.7878 ×10-4 Ｃ15 -6.9296 ×10-4 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 73.64 α 0.00 β 24.44 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 21.10 Ｙ 0.00 Ｚ 55.22 α 0.00 β 48.89 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ -14.16 α 0.00 β -25.41 γ 0.00 偏心(5) ． 8.30 Ｙ 0.00 Ｚ -7.39 α 0.00 β -72.76 γ 0.00 偏心(6) Ｘ -12.85 Ｙ 0.00 Ｚ -5.65 α 0.00 β 42.46 γ 0.00 偏心(7) Ｘ -12.89 Ｙ 0.00 Ｚ -11.68 α 0.00 β 178.91 γ 0.00 偏心(8) Ｘ -12.89 Ｙ 0.00 Ｚ -11.68 α 0.00 β 180.00 γ 0.00 。
【０１０２】次に、上記実施例１の横収差図を図８に示
す。この横収差図において、括弧内に示された数字は
（水平（Ｘ方向）画角、垂直（Ｙ方向）画角）を表し、
その画角における横収差を示す。
【０１０３】次に上記実施例１〜７の前記条件式（１）
〜（６）に関する値は次の通りである。 実施例 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ （１） 1.110 0.963 1.051 0.961 0.989 1.022 0.862 （２） 0.545 0.774 0.731 0.688 0.524 0.470 0.542 （３） 0.610 0.828 0.821 0.735 0.639 0.554 0.515 （４） 0.952 1.728 1.678 1.464 0.893 0.885 1.331 （５） 0.259 1.611 1.783 1.450 1.270 0.452 0.989 （６） 26.546 20 20 20 24.444 24.443 24.443 以上の実施例の本発明のリレー光学系を構成する偏心プ
リズム５としては、上記の実施例１〜７の内部反射回数
２〜３回のタイプのプリズムを用いたが、本発明の観察
光学系において偏心プリズム５として用いるプリズムは
これに限られるものではない。図９〜図１７にその例を
示す。なお、何れも遠方に位置する中間像面６を瞳３１
を経て像面３６（実施例１〜７の像面３に相当）に結像
するプリズムＰとして説明するが、光路を逆にして像面
３６側から中間像面６からの光線が入射し、瞳３１側に
結像するプリズムＰとしても使用することができる。
【０１０４】図９の場合は、プリズムＰは第１面３２、
第２面３３、第３面３４からなり、入射瞳３１を通って
入射した光は、第１面３２で屈折してプリズムＰに入射
し、第２面３３で内部反射し、第３面３４に入射して屈
折されて、像面３６に結像する。
【０１０５】図１０の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３４からなり、入射瞳３１を通
って入射した光は、第１面３２で屈折してプリズムＰに
入射し、第２面３３で内部反射し、再び第１面３２に入
射して今度は全反射し、第３面３４に入射して屈折され
て、像面３６に結像する。
【０１０６】図１１の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３３、第４面３５からなり、入
射瞳３１を通って入射した光は、第１面３２で屈折して
プリズムＰに入射し、第２面３３で内部反射し、第３面
３４でＺ字型の光路を形成するように内部反射し、第４
面３５に入射して屈折されて、像面３６に結像する。
【０１０７】図１２の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３４からなり、入射瞳３１を通
って入射した光は、第１面３２で屈折してプリズムＰに
入射し、第２面３３で内部反射し、第３面３４で内部反
射し、再び第１面３２に入射して今度は全反射し、再び
第２面３３に入射して今度は屈折されて、像面３６に結
像する。
【０１０８】図１３の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３４、第４面３５からなり、入
射瞳３１を通って入射した光は、第１面３２で屈折して
プリズムＰに入射し、第２面３３で内部反射し、第３面
３４に入射して全反射し、第４面３５に入射して内部反
射し、再び第３面３４に入射して今度は屈折されて、像
面３６に結像する。
【０１０９】図１４の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３４、第４面３５からなり、入
射瞳３１を通って入射した光は、第１面３２で屈折して
プリズムＰに入射し、第２面３３で内部反射し、第３面
３４に入射して内部反射し、第２面３３に再度入射して
内部反射し、第４面３５に入射して屈折されて、像面３
６に結像する。
【０１１０】図１５の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３４、第４面３５からなり、入
射瞳３１を通って入射した光は、第１面３２で屈折して
プリズムＰに入射し、第２面３３で内部反射し、第３面
３４に入射して内部反射し、第２面３３に再度入射して
内部反射し、第４面３５に入射して内部反射し、第２面
３３に再度入射して今度は屈折されて、像面３６に結像
する。
【０１１１】図１６の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３４からなり、入射瞳３１を通
って入射した光は、第１面３２で屈折してプリズムＰに
入射し、第２面３３で内部反射し、再び第１面３２に入
射して今度は全反射し、第３面３４で内部反射し、三た
び第１面３２に入射して全反射し、第３面３４に再度入
射して今度は屈折されて、像面３６に結像する。
【０１１２】図１７の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３４からなり、入射瞳３１を通
って入射した光は、第１面３２で屈折してプリズムＰに
入射し、第２面３３で内部反射し、再び第１面３２に入
射して今度は全反射し、第３面３４で内部反射し、三た
び第１面３２に入射して全反射し、再び第３面３４に入
射して内部反射し、四たび第１面３２に入射して今度は
屈折されて、像面３６に結像する。
【０１１３】さて、以上に説明したような画像表示装置
を１組用意し、片眼装着用に構成しても、また、そのよ
うな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、両眼装着用に構成してもよい。そ
のようにして、片眼あるいは両眼で観察できる据え付け
型又は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。
【０１１４】片眼に装着する構成にした場合にその画像
表示装置を観察者頭部に装着した状態を示す平面図を図
１８〜図２０示す。図中、Ｈは観察者頭部、Ｅは観察者
眼球、Ｇは眼鏡フレームを示しており、何れも実施例
６、７と同様の画像表示装置２０を左眼に装着してい
る。図１８の例では、観察者が輻輳角０°のときに、Ｌ
ＣＤ３の表示像を観察者に観察可能にしたものであり、
図１９の例では、観察者が外界を見ている状態で視界の
周囲（左側）にＬＣＤ３の表示像が投影されており、観
察者が意識的に眼球Ｅを旋回させて図の場合に視野の左
側に視軸を合わせたときにＬＣＤ３の表示像を観察可能
にしたものであり、図２０の例は、眼鏡フレームＥに画
像表示装置２０を一体に取り付けて構成した場合であ
る。
【０１１５】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〕 画像表示素子と、前記画像表示素子に表示され
た観察像を観察するために射出瞳を形成する全体として
正の屈折力を有する観察光学系とを有する画像表示装置
において、前記観察光学系が、前記観察像をリレー像と
して結像するリレー光学系と、前記リレー像を観察者に
導くために射出瞳を形成する接眼光学系とを有し、前記
リレー光学系が、屈折率（ｎ）が１よりも大きい（ｎ＞
１）媒質で形成されたプリズム部材を有し、前記プリズ
ム部材が、前記画像表示素子から射出された光束をプリ
ズム内に入射する入射面と、前記光束をプリズム内で反
射する少なくとも１つの反射面と、前記光束をプリズム
外に射出する射出面とを有し、前記少なくとも１つの反
射面が、光束にパワーを与える曲面形状を有し、前記曲
面形状が偏心によって発生する収差を補正する回転非対
称な面形状にて構成され、前記接眼光学系が凹面鏡にて
構成され、前記凹面鏡は反射時に光束にパワーを与えか
つ偏心により発生する収差を補正する回転非対称な曲面
形状にて構成されていることを特徴とする画像表示装
置。
【０１１６】〔２〕 前記プリズム部材は、光束にパワ
ーを与えかつ偏心により発生する収差を補正する回転非
対称な曲面形状の反射面を２面以上有することを特徴と
する上記１記載の画像表示装置。
【０１１７】〔３〕 前記プリズム部材が、入射面であ
る第１面と、プリズム内部で光束を反射する第２面と、
プリズム内部で光束を反射する第３面と、射出面である
第４面との少なくとも４つの光学作用面から構成され、
前記第１面と前記第２面とが媒質を挟んで対向配置され
ていると共に、前記第３面と前記第４面とが媒質を挟ん
で対向配置され、前記第１面と前記第２面とを結ぶ光路
と前記第３面と前記第４面とを結ぶ光路とが交差するよ
うに構成されていることを特徴とする上記２記載の画像
表示装置。
【０１１８】〔４〕 前記第２面と前記第３面とが共
に、光束にパワーを与えかつ偏心により発生する収差を
補正する回転非対称な面形状を有するように構成されて
いることを特徴とする上記３記載の画像表示装置。
【０１１９】〔５〕 前記第１面と前記第４面の少なく
とも１面が、光束にパワーを与えかつ偏心により発生す
る収差を補正する回転非対称な面形状を有するように構
成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。
【０１２０】〔６〕 前記プリズム部材が、入射面であ
ると共に第２面で反射された光束をプリズム内で反射す
る第１面と、前記第１面からプリズム内に入射した光束
を反射する第２面と、前記第２面で反射された光束をプ
リズム外に射出する第３面とから構成されていることを
特徴とする上記２記載の画像表示装置。
【０１２１】〔７〕 前記第１面と前記第２面とが共
に、光束にパワーを与えかつ偏心により発生する収差を
補正する回転非対称な面形状を有するように構成されて
いることを特徴とする上記６記載の画像表示装置。
【０１２２】〔８〕 前記第３面が光束にパワーを与え
かつ偏心により発生する収差を補正する回転非対称な面
形状を有するように構成されていることを特徴とする上
記６又は７記載の画像表示装置。
【０１２３】
〔９〕 前記プリズム部材が、入射面であ
る第１面と、プリズム内部で光束を反射する第２面と、
プリズム内部で光束を反射する第３面と、プリズム内部
で光束を反射する第４面と、射出面である第５面との少
なくとも５つの光学作用面から構成され、前記第２面と
前記第３面とが媒質を挟んで対向配置されていると共
に、前記第４面と前記第５面とが媒質を挟んで対向配置
され、前記第２面と前記第３面とを結ぶ光路と前記第４
面と前記第５面とを結ぶ光路とが交差するように構成さ
れていることを特徴とする上記２記載の画像表示装置。
【０１２４】〔１０〕 前記第３面と前記第４面とが共
に、光束にパワーを与えかつ偏心により発生する収差を
補正する回転非対称な面形状を有するように構成されて
いることを特徴とする上記９記載の画像表示装置。
【０１２５】〔１１〕 前記第２面が光束にパワーを与
えかつ偏心により発生する収差を補正する回転非対称な
面形状を有するように構成されていることを特徴とする
上記９又は１０記載の画像表示装置。
【０１２６】〔１２〕 前記第２面から第４面の３面が
共に正のパワーを有することを特徴とする上記１０又は
１１記載の画像表示装置。
【０１２７】〔１３〕 前記第１面と前記第５面の少な
くとも１面が、光束にパワーを与えかつ偏心により発生
する収差を補正する回転非対称な面形状を有するように
構成されていることを特徴とする上記９から１２の何れ
か１項記載の画像表示装置。
【０１２８】〔１４〕 前記プリズム部材及び前記凹面
鏡の回転非対称な面形状が、何れも唯一の対称面を１面
のみ有した面対称自由曲面形状にて構成されていること
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。
【０１２９】〔１５〕 前記各面の唯一の対称面が同一
面上に形成されるように構成されていることを特徴とす
る上記１３記載の画像表示装置。
【０１３０】〔１６〕 前記接眼光学系の凹面鏡が外界
観察可能なハーフミラー面にて構成されていることを特
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。
【０１３１】〔１６〕 前記接眼光学系の凹面鏡が外界
観察可能な回折型光学素子又はホログラムにて構成され
ている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。
【０１３２】〔１７〕 全光学系の偏心方向がＸ軸方向
で、軸上主光線と平行な面をＸ−Ｚ面とし、そのＸ−Ｚ
面と直交する方向をＹ方向とするとき、全系のＸ方向の
パワーをＰＸ、Ｙ方向のパワーをＰＹとすると、 ０．５＜ＰＸ／ＰＹ＜１．３ ・・・（１） の条件式を満足する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。
【０１３３】〔１８〕 全光学系の偏心方向がＸ軸方向
で、軸上主光線と平行な面をＸ−Ｚ面とし、そのＸ−Ｚ
面と直交する方向をＹ方向とするとき、全系のＸ方向の
パワーをＰＸ、Ｙ方向のパワーをＰＹとし、前記凹面鏡
のＸ方向のパワーをＰＸｓ３、Ｙ方向のパワーをＰＹｓ
３とすると、 ０．１＜｜ＰＸｓ３／ＰＸ｜＜２ ・・・（２） ０．１＜｜ＰＹｓ３／ＰＹ｜＜２ ・・・（３） の条件の少なくとも一方を満足する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。
【０１３４】〔１９〕 全光学系の偏心方向がＸ軸方向
で、軸上主光線と平行な面をＸ−Ｚ面とし、そのＸ−Ｚ
面と直交する方向をＹ方向とするとき、全系のＸ方向の
パワーをＰＸ、Ｙ方向のパワーをＰＹとし、前記リレー
光学系のＸ方向のパワーをＰＰＸ、Ｙ方向のパワーをＰ
ＰＹとすると、 ０．０１＜｜ＰＰＸ／ＰＸ｜＜３ ・・・（４） ０．０１＜｜ＰＰＹ／ＰＹ｜＜３ ・・・（５） の条件の少なくとも一方を満足する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。
【０１３５】〔２０〕 前記凹面鏡で反射する軸上主光
線の入射角をθとするとき、 １０°＜θ＜４５° ・・・（６） の条件式を満足する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。
【０１３６】
【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、広い観察画角を提供しつつ、小型・軽量で重
量バランスが良く、高い解像力と大きい射出瞳径を持っ
た画像表示装置が得られる。特に、本発明によると、画
素数６４０×４８０（ＶＧＡ）以上の高画素な表示をす
ることが可能な高精細な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】本発明の実施例１の画像表示装置の光路図であ
る。
【図２】本発明の実施例２の画像表示装置の光路図であ
る。
【図３】本発明の実施例３の画像表示装置の光路図であ
る。
【図４】本発明の実施例４の画像表示装置の光路図であ
る。
【図５】本発明の実施例５の画像表示装置の光路図であ
る。
【図６】本発明の実施例６の画像表示装置の光路図であ
る。
【図７】本発明の実施例７の画像表示装置の光路図であ
る。
【図８】実施例１の横収差図である。
【図９】本発明の画像表示装置のリレー光学系の１つの
変形例を示す図である。
【図１０】本発明の画像表示装置のリレー光学系の別の
変形例を示す図である。
【図１１】本発明の画像表示装置のリレー光学系の別の
変形例を示す図である。
【図１２】本発明の画像表示装置のリレー光学系の別の
変形例を示す図である。
【図１３】本発明の画像表示装置のリレー光学系の別の
変形例を示す図である。
【図１４】本発明の画像表示装置のリレー光学系の別の
変形例を示す図である。
【図１５】本発明の画像表示装置のリレー光学系の別の
変形例を示す図である。
【図１６】本発明の画像表示装置のリレー光学系の別の
変形例を示す図である。
【図１７】本発明の画像表示装置のリレー光学系の別の
変形例を示す図である。
【図１８】本発明による１つの画像表示装置を観察者頭
部に装着した状態を示す平面図である。
【図１９】本発明による別の画像表示装置を観察者頭部
に装着した状態を示す平面図である。
【図２０】本発明による別の画像表示装置を観察者頭部
に装着した状態を示す平面図である。
【図２１】偏心した反射面により発生する像面湾曲を説
明するための概念図である。
【図２２】偏心した反射面により発生する非点収差を説
明するための概念図である。
【図２３】偏心した反射面により発生するコマ収差を説
明するための概念図である。
【図２４】偏心光学系及び光学面のパワーの定義を説明
するための図である。
【符号の説明】
１…射出瞳 ２…軸上主光線 ３…像面（画像表示素子） ４…凹面鏡 ５…偏心プリズム ６…中間像面 ７…照明光源 １１…第１面 １２…第２面 １３…第３面 １４…第４面 １５…第５面 ２０…画像表示装置 ３１…瞳 ３２…第１面 ３３…第２面 ３４…第３面 ３５…第４面 ３６…像面 Ｍ…凹面鏡 Ｓ…偏心光学系 Ｐ…プリズム Ｈ…観察者頭部 Ｅ…観察者眼球 Ｇ…眼鏡フレーム

Claims (3)

    【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表
    示された観察像を観察するために射出瞳を形成する全体
    として正の屈折力を有する観察光学系とを有する画像表
    示装置において、 前記観察光学系が、前記観察像をリレー像として結像す
    るリレー光学系と、前記リレー像を観察者に導くために
    射出瞳を形成する接眼光学系とを有し、 前記リレー光学系が、屈折率（ｎ）が１よりも大きい
    （ｎ＞１）媒質で形成されたプリズム部材を有し、 前記プリズム部材が、前記画像表示素子から射出された
    光束をプリズム内に入射する入射面と、前記光束をプリ
    ズム内で反射する少なくとも１つの反射面と、前記光束
    をプリズム外に射出する射出面とを有し、前記少なくと
    も１つの反射面が、光束にパワーを与える曲面形状を有
    し、前記曲面形状が偏心によって発生する収差を補正す
    る回転非対称な面形状にて構成され、 前記接眼光学系が凹面鏡にて構成され、前記凹面鏡は反
    射時に光束にパワーを与えかつ偏心により発生する収差
    を補正する回転非対称な曲面形状にて構成されているこ
    とを特徴とする画像表示装置。
  2. 【請求項２】 前記プリズム部材は、光束にパワーを与
    えかつ偏心により発生する収差を補正する回転非対称な
    曲面形状の反射面を２面以上有する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】 前記プリズム部材が、入射面である第１
    面と、プリズム内部で光束を反射する第２面と、プリズ
    ム内部で光束を反射する第３面と、射出面である第４面
    との少なくとも４つの光学作用面から構成され、前記第
    １面と前記第２面とが媒質を挟んで対向配置されている
    と共に、前記第３面と前記第４面とが媒質を挟んで対向
    配置され、前記第１面と前記第２面とを結ぶ光路と前記
    第３面と前記第４面とを結ぶ光路とが交差するように構
    成されていることを特徴とする請求項２記載の画像表示
    装置。
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