JP2002311380A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正レンズを偏心プリズムの射出瞳側に配置
し、色収差を回折光学面により補正する、諸収差が良好
に補正された広画角の画像表示装置。 【解決手段】 画像表示素子３とその表示画像を観察者
眼球に投影する観察光学系とを備えた画像表示装置であ
って、観察光学系は、少なくとも３つの面を持ち、それ
らの面によって形成される空間は屈折率が１．３以上の
媒質で満たされており、少なくとも入射面１３と、正パ
ワーの内部反射面１２と、射出面１１とで構成され、少
なくとも反射面が回転非対称面で構成された偏心プリズ
ム１０を備えており、偏心プリズム１０の射出面１１と
観察光学系の射出瞳１の間に正パワーの光学素子２０が
配置され、観察光学系の光路中の何れかの面に、色収差
を補正するための回折光学面４が設けられている画像表
示装置。

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】本出願人は、３つの光学面からなり、そ
の中の第３面から画像表示素子からの表示光を入射さ
せ、第１面で第３面から入射した表示光を全反射させ、
第２面でその反射光を裏面反射させ、その反射光を今度
は第１面で屈折させて射出する偏心プリズムを用いた画
像表示装置に関して多くの提案をしている。また、それ
以外の形態の偏心プリズムを用いた画像表示装置に関し
ても多くの提案をしている。

【０００３】その中、特開平９−６５２４６号において
は、そのような偏心プリズムの観察者の瞳側あるいは画
像表示素子側に回折光学素子（ＤＯＥ）を配置して、色
収差を補正するものを提案している。

【０００４】また、米国特許第６，１４７，８０７号に
おいては、上記の３つの光学面からなる偏心プリズムと
画像表示素子の間に収差補正用のレンズ系を配置し、偏
心プリズムのその収差補正用レンズ系に面する面に色収
差補正用の回折光学面を配置したものが提案されてい
る。

【０００５】一方、本出願人は、特開平１０−２６０３
５７号によって、上記のような偏心プリズムを観察光学
系として用いた画像表示装置において、画角拡大のため
に、偏心プリズムの観察者の瞳（射出瞳）側に正パワー
のレンズを配置したものを提案している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】入射屈折面（入射面）
と１面以上の内部反射面と射出屈折面（射出面）とから
なる画像表示装置用の偏心プリズムにおいて、観察光学
系に必要な正パワーは反射面が担うため、色収差の発生
は少ない。特開平１０−２６０３５７号のように、射出
瞳と偏心プリズムの間に正パワーのレンズを配置する
と、偏心プリズムで補正し切れなかった単色収差を補正
することができる。しかしながら、その正パワーのレン
ズは屈折光学系であるため、せっかく色収差の少ない偏
心プリズムを用いても画像表示装置の観察光学系全体と
しては、色収差の発生が無視できなくなる。

【０００７】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、画角拡大のために
正パワーのレンズを偏心プリズムの射出瞳側に配置し、
それに伴って発生する色収差を何れのかの光学面に配置
した回折光学面により補正することにより、全体として
単色収差、色収差共に良好に補正された広画角の画像表
示装置を提供することである。

【０００８】

【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、観察者が観察する画像を表示する
画像表示素子と、前記画像表示素子によって形成された
画像を観察者眼球に投影する観察光学系とを備えた画像
表示装置において、前記観察光学系は、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
る空間は屈折率が１．３以上の媒質で満たされており、
少なくとも入射面と、正パワーの内部反射面と、射出面
とで構成され、少なくとも前記反射面が回転非対称面で
構成された偏心プリズムを備えており、前記偏心プリズ
ムの射出面と前記観察光学系の射出瞳の間に、正パワー
の光学素子が配置され、かつ、前記観察光学系の光路中
の何れかの面に、色収差を補正するための回折光学面が
設けられていることを特徴とするものである。

【０００９】本発明のもう１つの画像表示装置は、観察
者が観察する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観察者眼球に投影す
る観察光学系とを備えた画像表示装置において、前記観
察光学系は、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は屈折率が１．３以
上の媒質で満たされており、少なくとも入射面と、正パ
ワーの内部反射面と、射出面とで構成され、少なくとも
前記反射面が回転非対称面で構成された偏心プリズムを
備えており、前記偏心プリズムの射出面と前記観察光学
系の射出瞳の間に、正パワーの光学素子が配置され、か
つ、前記正パワーの光学素子の何れかの面に、色収差を
補正するための回折光学面が設けられていることを特徴
とするものである。

【００１０】本発明のさらにもう１つの画像表示装置
は、観察者が観察する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観察者眼球
に投影する観察光学系とを備えた画像表示装置におい
て、前記観察光学系は、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は屈折率
が１．３以上の媒質で満たされており、少なくとも入射
面と、正パワーの内部反射面と、射出面とで構成され、
少なくとも前記反射面が回転非対称面で構成された偏心
プリズムを備えており、前記偏心プリズムの射出面と前
記観察光学系の射出瞳の間に、正パワーの光学素子が配
置され、前記偏心プリズムの入射面と前記画像表示素子
の間に、実質的にパワーを有する光学素子が配置されて
おらず、かつ、前記偏心プリズムの入射面に、色収差を
補正するための回折光学面が設けられていることを特徴
とするものである。

【００１１】以下、本発明において上記構成をとった理
由と作用を説明する。

【００１２】画像表示装置の観察光学系として、少なく
とも３つの面を持ち、その少なくとも３つの面によって
形成される空間は屈折率が１．３以上の媒質で満たされ
ており、少なくとも入射面と、正パワーの内部反射面
と、射出面とで構成され、少なくともその反射面が回転
非対称面で構成された偏心プリズムを用いることによ
り、偏心収差と色収差が良好に補正された小型の観察光
学系が可能になり、頭部装着式画像表示装置の観察光学
系として好適な光学系が得られる。

【００１３】そして、このような偏心プリズムの射出面
と観察光学系の射出瞳の間に、正パワーの光学素子を配
置することにより、偏心プリズムだけで観察光学系を構
成する場合に比べて、観察光学系の焦点距離をより短く
することができるため、観察画角が大きくなり、広画角
の観察光学系が可能になる。

【００１４】しかしながら、その正パワーの光学素子は
通常屈折光学系であるため、せっかく色収差の少ない偏
心プリズムを用いても、観察光学系全体では許容できな
い色収差が発生することになる。

【００１５】そこで、他の収差にほとんど影響を与えず
に色収差補正が可能な回折光学面を観察光学系の光路中
の何れかの面に設けることにより、色収差、偏心収差を
含めた諸収差を良好に補正して小型で広画角の画像表示
装置が可能になる。

【００１６】ここで、回折光学面としては、例えばフレ
ネルゾーンプレート、キノフォーム、バイナリオプティ
ックス、ホログラム等が知られている。

【００１７】回折光学面の具体的な形状としては、例え
ば図１７に断面を示すようなものがある。図１７の
（ａ）は、透明部５１と不透明部５２が交互に配列さ
れ、不透明部５２の厚みは略０であるが、振幅変調型と
呼ばれる回折面である。図１７の（ｂ）は、屈折率の異
なる高屈折率部５３と低屈折率部５４を交互に配列し
て、屈折率差による位相差にて回折作用を持たせたもの
である。図１７の（ｃ）は、矩形状の凹凸を交互に配列
して厚みの差による位相差にて回折作用を持たせたもの
である。これは、２レベルのバイナリー素子でもある。
図１７の（ｄ）は、表面を鋸歯形状にしたものであり、
キノフォームと呼ばれ、連続的な厚みの差による位相差
にて回折作用を持たせたものである。図１７の（ｅ）と
（ｆ）は、キノフォームを４レベル及び８レベルで近似
したバイナリー素子である。

【００１８】このような回折光学面を配置する面として
は、偏心プリズムの射出面と射出瞳の間に配置された正
パワーの光学素子の何れかの面とすると、光線高が高い
位置で倍率色収差を補正することになるので、非常に小
さなパワーでも色収差が補正しやすく、また、回折光学
面の格子ピッチも広くなるので、作製しやすくなる。ま
た、観察光学系を２部材で構成できるので、組み立てが
容易になる。

【００１９】また、偏心プリズムの入射面と画像表示素
子の間に、実質的にパワーを有する光学素子が配置され
ていない場合、偏心プリズムの入射面（画像表示素子に
対向する面）に、回折光学面を設けてもよい。この場合
は、回折光学面の配置位置が逆光線追跡で考えて像面に
近い位置になるため、テレセントリック性を良くするこ
とができる位置であり、その場合に回折光学面に略垂直
に光が入射することになるため、回折効率の低下を防止
することができ、フレアの発生を少なくすることができ
る。この場合も、観察光学系を２部材で構成できるの
で、組み立てが容易になる。

【００２０】ここで、実質的にパワーを有する光学素子
とは、焦点距離の絶対値が１ｍ以下の光学素子を意味
し、焦点距離の絶対値が１ｍ以上の光学素子は含まな
い。すなわち、焦点距離が略無限大のプリズム類、フィ
ルター類、照明用光学素子等が偏心プリズムの入射面と
画像表示素子の間に配置されていてもよい。

【００２１】なお、本発明における正パワーの光学素子
としては、正の単レンズの限られず、全体のパワーが正
の接合レンズや、負レンズを含み全体として正のパワー
の正レンズ群も含むものとする。部品展数の削減に着目
し、小型、軽量、安価を目的とする場合は、正の単レン
ズが望ましい。

【００２２】また、収差性能の向上及び組立時の工数削
減や生産性向上の両面のバランスに着目すれば、接合レ
ンズが望ましい。

【００２３】さらに、より高い収差性能を目的とする場
合は、複数のレンズからなり、全体として正パワーの正
レンズ群として構成することが望ましい。

【００２４】ところで、観察光学系の偏心プリズムの少
なくとも１面の反射面は、偏心収差を補正するために回
転非対称面で構成する。

【００２５】ここで、回転非対称面として、本発明で使
用する自由曲面とは以下の式で定義されるものである。
この定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。

【００２６】 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。

【００２７】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。

【００２８】自由曲面項は、 ただし、Ｃ_j （ｊは２以上の整数）は係数である。

【００２９】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、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。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。

【００３０】また、上記の回転非対称な曲面形状の面で
ある自由曲面の他の定義式として、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項
式により定義できる。この面の形状は以下の式（ｂ）に
より定義する。その定義式（ｂ）のＺ軸がＺｅｒｎｉｋ
ｅ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、ＲはＸ−Ｙ
面内のＺ軸からの距離、ＡはＺ軸回りの方位角で、Ｘ軸
から測った回転角で表せられる。

【００３１】 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） ただし、Ｄ_m （ｍは２以上の整数）は係数である。な
お、Ｘ軸方向に対称な光学系として設計するには、
Ｄ₄ ，Ｄ₅ ，Ｄ₆ 、Ｄ₁₀，Ｄ₁₁，Ｄ₁₂，Ｄ₁₃，Ｄ₁₄，Ｄ
₂₀，Ｄ₂₁，Ｄ₂₂…を利用する。

【００３２】上記定義式は、回転非対称面の例示のため
に示したものであり、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。

【００３３】このような回転非対称面を含む偏心プリズ
ムは、通常製作の容易さを求めるために、その回転非対
称面は、対称面が１つだけ存在する面で構成する。

【００３４】そして、正パワーの光学素子は少なくとも
１つの回転非対称面を有し、その回転非対称面は２つ以
下の対称面を有し、その中の少なくとも１つの対称面
は、偏心プリズムを構成する少なくとも１つの回転非対
称面の唯一の対称面と同一な面とすることが望ましい。

【００３５】また、正パワーの光学素子は単レンズの
み、あるいは、接合レンズで構成することができる。

【００３６】また、回折光学面は略平面形状の基板に形
成することができる。

【００３７】また、回折光学面は、正パワーの光学素子
の最も偏心プリズム側の面に形成してもよい。

【００３８】また、正パワーの光学素子を接合レンズで
構成する場合に、回折光学面を、接合レンズの接合面に
形成することもできる。その場合は、回折光学面として
は、ＨＯＥ（ホログラフィック光学素子）で構成するこ
とがより望ましい。

【００３９】また、上記接合レンズは、接合せずに、各
レンズに回折面を設けて非常に小さい空気間隔を空けて
回折面同士を向かい合わせた配置にしてもよい。

【００４０】また、偏心プリズムとしては、少なくとも
２面以上の反射面を有するものとすることが望ましい。

【００４１】また、偏心プリズムは少なくとも１面の全
反射面を有するものとすることができる。

【００４２】最も代表的には、後記の実施例のように、
偏心プリズムは、観察者眼球から画像表示素子に到る逆
光線追跡の順に、屈折面でかつ内部反射面である第１
面、第１面に対向し、光軸に対して偏心するかあるいは
傾いて配置された正のパワーを有する反射面である第２
面、第１面で屈折され、第２面で内部反射され、第１面
で内部反射された光線を屈折する屈折面である第３面を
備えた偏心プリズムとすることができる。

【００４３】さて、以下に、本発明の画像表示装置の光
学系の各種条件を検討するに当たり、まず、座標系を定
義する。逆光線追跡で観察光学系の射出瞳中心を通り画
像表示素子の表示中心に到る光線を軸上主光線とし、軸
上主光線が偏心プリズムで折り曲げられる平面をＹ−Ｚ
面とし、射出瞳から正パワーの光学素子に向かう軸上主
光線の方向をＺ軸方向、Ｚ軸に直交し光学系の偏心方向
をＹ軸方向、Ｙ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸
をＸ軸とする。

【００４４】すなわち、Ｘ方向は光学系の偏心方向と垂
直な方向、Ｙ方向は光学系の偏心方向と同一な方向と定
義する。

【００４５】また、全光学系のＸ方向、Ｙ方向の焦点距
離をｆ_X 、ｆ_Y 、そのパワーをΦ_X、Φ_Y とする。

【００４６】さらに、正パワーの光学素子の焦点距離
（光学素子を複数で構成するときは、合成焦点距離) の
Ｘ方向、Ｙ方向の焦点距離をｆ_LX1 、ｆ_LY1 、そのパワ
ーをΦ _LX1 、Φ_LY1 とする。ただし、その正パワーの光
学素子に回折光学面が存在する場合は、回折光学面のパ
ワーは含めて考えない。

【００４７】また、その正パワーの光学素子に回折光学
面が存在する場合、その回折光学面のパワーを含めたＸ
方向、Ｙ方向の焦点距離（光学素子を複数で構成すると
きは、合成焦点距離) をｆ_LX2 、ｆ_LY2 、そのパワーを
Φ_LX2 、Φ_LY2 とする。

【００４８】また、光学系の偏心方向が観察者の水平方
向と垂直の場合に、正パワーの光学素子の水平方向、垂
直方向のパワー（光学素子を複数で構成するときは、合
成パワー) をΦ_H 、Φ_V は、 Φ_H ＝Φ_LX2 Φ_V ＝Φ_LY2 であり、光学系の偏心方向が観察者の水平方向と同一の
場合には、 Φ_H ＝Φ_LY2 Φ_V ＝Φ_LX2 である。

【００４９】また、偏心プリズムのＸ方向、Ｙ方向の焦
点距離をｆ_PX、ｆ_PY、そのパワーをΦ_PX、Φ_PYとする。
ただし、偏心プリズムに回折光学面が存在する場合は回
折光学面のパワーは除いて計算した値である。

【００５０】また、回折光学面のＸ方向、Ｙ方向の焦点
距離をｆ_DOEX、ｆ_DOEY、そのパワーをΦ_DOEX、Φ_DOEYと
する。ただし、回折光学面のみの焦点距離、パワーであ
り、基板の焦点距離、パワーは除いて計算した値であ
る。

【００５１】また、光路長の定義は、光学系の偏心方向
における最大観察画角の正パワーの光学素子の光路長と
して、＋方向の観察画角における光路長をOP₍₊₎ 、−方
向の観察画角における光路長をOP_(-) とする。ただし、
＋方向は画像表示素子に近い観察画角を、−方向は画像
表示素子から離れた観察画角を意味する。例えは、後記
の実施例１では、偏心方向、つまり、Ｙ方向の垂直観察
画角が±１０．９５°で、その主光線の光路長を定義す
る。

【００５２】また、正パワーの光学素子と偏心プリズム
との軸上主光線に沿った間隔をＤとする。

【００５３】まず、観察光学系の偏心方向と垂直な方向
をＸ方向、偏心方向と同一な方向をＹ方向とし、回折光
学面のＸ方向、Ｙ方向のパワーをΦ_DOEX、Φ_DOEYとし、
正パワーの光学素子のＸ方向、Ｙ方向のパワーを
Φ_LX1 、Φ_LY1 とするとき、 ０．０＜Φ_DOEX／Φ_LX1 ＜１００．０ ・・・（１） ０．０＜Φ_DOEY／Φ_LY1 ＜１００．０ ・・・（２） の何れか若しくは両方を満足することが望ましい。

【００５４】これらの条件式は、倍率色収差を非常に良
好に補正するための条件式で、回折光学面のパワーと正
パワーの光学素子のパワーとを規定したものである。

【００５５】通常、反射面にパワーを持たせた光学系の
場合、色収差は発生しない。しかし、本発明のように広
画角の観察光学系とする場合、反射面にパワーを持たせ
た偏心プリズムの観察者側に正パワーの光学素子を配置
する必要がある。しかし、その正パワーの光学素子（レ
ンズ）においては、屈折作用を利用しているため、色収
差が非常に大きく発生してしまう。そのため、このレン
ズで発生した色収差、特に倍率色収差を補正しなけれ
ば、高性能の光学系を提供できない。

【００５６】条件式（１）及び（２）の下限の０．０を
越えると、光学素子のパワーが負のパワーとなり広画角
が達成できない。また、回折光学面は光学ガラスのアッ
ベ数で置きかえると、−３．４５という逆分散特性及び
高分散特性を有している。そのため、回折光学面を負の
パワーにしてしまうと、同一方向の倍率色収差が発生し
てしまい、高性能化が達成できない。

【００５７】また、条件式（１）及び（２）の上限の１
００．０を越えると、回折光学面のパワーが非常に強く
なり、非常に高分散な特性のため、補正過剰になり、好
ましくない。さらには、製造する際に、回折光学面のパ
ワーが非常に強いと、例えばブレーズ形状で製作した場
合、各輪帯の間隔が非常に細かくなりすぎて製作困難に
なってしまう。

【００５８】したがって、条件式（１）と（２）の範囲
内で、正パワーの光学素子と回折光学面のパワーを適切
なパワー配分にすることで、広画角で高性能の観察光学
系を提供することができる。

【００５９】さらに、正パワーの光学素子は、シリンド
リカル面のように１方向のみにパワーを持たせても、広
画角が達成でき、回折光学面においても１方向のみ回折
作用を有するものを用いても、良好に倍率色収差を補正
することができる。

【００６０】さらに好ましくは、 ０．０１＜Φ_DOEX／Φ_LX1 ＜１０．０ ・・・（１−１） ０．０１＜Φ_DOEY／Φ_LY1 ＜１０．０ ・・・（２−１） を満たすことが望ましい。

【００６１】さらに好ましくは、 ０．０２＜Φ_DOEX／Φ_LX1 ＜３．０ ・・・（１−２） ０．０２＜Φ_DOEY／Φ_LY1 ＜３．０ ・・・（２−２） を満たすことがより望ましい。

【００６２】また、正パワーの光学素子のＸ方向、Ｙ方
向のパワーをΦ_LX1 、Φ_LY1 とし、偏心プリズムのＸ方
向、Ｙ方向のパワーをΦ_PX、Φ_PYとするとき、 ０．０＜Φ_LX1 ／Φ_PX＜３．０ ・・・（３） ０．０＜Φ_LY1 ／Φ_PY＜３．０ ・・・（４） の何れか若しくは両方を満足することが望ましい。

【００６３】これらの条件式は、像面湾曲及び偏心収差
を良好に補正するための条件式で、正パワーの光学素子
のパワーと偏心プリズムのパワーを規定したものであ
る。

【００６４】通常、正パワーの有する屈折面においては
負の像面湾曲が生じ、反射面においては正の像面湾曲が
生じる。そのため、正パワーの光学素子と偏心プリズム
を組み合わせることで、非常に像面湾曲の小さい光学系
を提供することができる。

【００６５】また、逆光線追跡で考えると、広画角にし
た場合、瞳から観察光学系に入射する軸外主光線の光線
高が非常に高くなるため、軸外主光線の高い場所では非
常に軸外収差の発生量が大きくなる。特に偏心光学系に
おいては、非常に複雑な偏心収差が大きく発生してしま
い、良好な性能を達成できなくなる。そのため、正パワ
ーの光学素子のパワーを適切に配分することで、偏心プ
リズムに入射する軸外光線の光線高を低く抑えることが
でき、良好な性能を達成することが可能となる。

【００６６】条件式（３）及び（４）の下限の０．０を
越えると、その光学素子のパワーが負のパワーとなり広
画角が達成できない。さらに、負レンズと偏心プリズム
ではお互いの像面湾曲をキャンセルすることができず、
高性能化が達成できない。また、偏心プリズムに入射す
る軸外光線の光線高を低く抑えることができず、プリズ
ム内で発生する偏心収差が大きくなってしまう。条件式
（３）及び（４）の上限の３．０を越えると、正パワー
の光学素子のパワーが非常に強くなり、良好に像面湾曲
が補正できず、さらには、画像表示素子と光学系の間の
バックスペースを十分に取ることができなくなり、例え
ば反射型液晶表示素子（ＬＣＤ）を使用する場合に、照
明光学系を挿入することができず、好ましくない。

【００６７】したがって、条件式（３）及び（４）の範
囲内で、正パワーの光学素子のパワーと偏心プリズムの
パワーを適切なパワー配分にすることで、像面湾曲が非
常に小さく、さらに、偏心収差を良好に補正した広画角
で高性能の観察光学系を提供できる。

【００６８】また、正パワーの光学素子は、水平観察画
角に平行な面のみにパワーを持たせたシリンドリレンズ
を使用し、画角の広い水平方向のみ像面湾曲を補正する
ようにしても十分効果がある。

【００６９】さらに好ましくは、 ０．０１＜Φ_LX1 ／Φ_PX＜２．０ ・・・（３−１） ０．０１＜Φ_LY1 ／Φ_PY＜２．０ ・・・（４−１） を満たすことが望ましい。

【００７０】さらに好ましくは、 ０．０８＜Φ_LX1 ／Φ_PX＜１．５ ・・・（３−２） ０．０５＜Φ_LY1 ／Φ_PY＜１．５ ・・・（４−２） を満たすことがより望ましい。

【００７１】ところで、偏心プリズムの入射面のＸ方向
の周辺部のパワーが少なくとも負のパワーを有すること
が望ましい。

【００７２】Ｘ方向は対称な方向であり、逆光線追跡で
画角を広くして周辺光線を像面（画像表示素子）に入射
させるとき、像面に主光線が集光する状態で入射しがち
になる。その傾向を補正して像面にテレセントリック性
良く入射するようにするには、Ｘ方向の周辺部のパワー
を負とするようにすることが望ましい。

【００７３】また、観察光学系の偏心方向の画像表示素
子に近い側の最大観察画角における正パワーの光学素子
の光路長をOP₍₊₎ 、画像表示素子から離れた側の最大観
察画角における正パワーの光学素子の光路長をOP_(-) と
するとき、 ０．８＜OP_(-) ／OP₍₊₎ ≦８．０ ・・・（５） を満足することが望ましい。

【００７４】条件式（５）は、逆光線追跡で像面である
画像表示素子の倒れを制限するための条件式で、上記光
学素子の偏心方向における最大主光線（±）の光路長比
を規定したものである。

【００７５】OP₍₊₎ の軸外光線を＋光線、OP_(-) の軸外
光線を−光線と定義すると、条件式（５）の下限の０．
８を越えると、＋光線の光路長が長くなり、像面がプリ
ズムの射出面に対して非常に大きな角度で配置しなけれ
ばならなくなり、光学系全体が偏心方向に非常に大きく
なってしまう。また、正パワーの光学素子を瞳と偏心プ
リズムの間に挿入するためには、観察者側の視軸方向に
も大きくなってしまい、偏心プリズムの特徴である薄型
の観察光学系を達成できなくなってしまう。

【００７６】条件式（５）の上限の８．０を越えると、
−光線の光路長が長くなり、像面の倒れは補正できる
が、頂角の大きい３角形状のレンズになってしまい、小
型軽量化を達成できなくなってしまう。

【００７７】したがって、条件式（５）の範囲内で光路
長比を適切に配分することで、光学系を大きくせずに像
面の倒れを補正でき、小型、広画角で高性能の観察光学
系を提供できる。

【００７８】さらに好ましくは、 １．００＜OP_(-) ／OP₍₊₎ ＜５．０ ・・・（５−１） を満たすことが望ましい。

【００７９】さらに好ましくは、 １．０５＜OP_(-) ／OP₍₊₎ ＜３．０ ・・・（５−２） を満たすことがより望ましい。

【００８０】また、偏心プリズムのＸ方向、Ｙ方向のパ
ワーをΦ_PX、Φ_PYとし、全光学系のＸ方向、Ｙ方向のパ
ワーをΦ_X 、Φ_Y とするとき、 ０．１＜Φ_PX／Φ_X ＜０．９９ ・・・（６） ０．１＜Φ_PY／Φ_Y ＜０．９９ ・・・（７） の何れか若しくは両方を満足することが望ましい。

【００８１】これらの条件式（６）、（７）は光学系全
体の偏心収差を良好に補正するための条件式で、偏心プ
リズムのパワーを規定したものである。

【００８２】通常、偏心光学系は光軸の偏心量が大きけ
れば大きい程、また、パワーが強ければ強い程、偏心収
差の発生量が大きい。条件式（６）及び（７）の下限の
０．１を越えると、偏心プリズムのパワーが非常に弱
く、プリズムで発生する偏心収差は小さく抑えることは
できるが、その分他の光学素子にパワー配分をさせなけ
れば広画角化が達成できなくなり、偏心プリズム光学系
のメリットを活かすことができない。

【００８３】条件式（６）及び（７）の上限の０．９９
を越えると、偏心プリズムで発生する偏心収差量が大き
くなり、高性能化、広画角化を達成することができな
い。

【００８４】したがって、これらの条件式の範囲内で偏
心プリズムを適切なパワー配分にすることで、偏心収差
を極力小さくでき、広画角で高性能の観察光学系を提供
することができる。

【００８５】さらに好ましくは、 ０．２＜Φ_PX／Φ_X ＜０．９５ ・・・（６−１） ０．２＜Φ_PY／Φ_Y ＜０．９５ ・・・（７−１） を満たすことが望ましい。

【００８６】さらに好ましくは、 ０．３＜Φ_PX／Φ_X ＜０．９０ ・・・（６−２） ０．３＜Φ_PY／Φ_Y ＜０．９０ ・・・（７−２） を満たすことがより望ましい。

【００８７】また、正パワーの光学素子の水平方向、垂
直方向のパワーをΦ_H 、Φ_V とするとき、 ０．０≦Φ_V ／Φ_H ≦１．０ ・・・（８） を満足することが望ましい。

【００８８】条件式（８）は、高性能で広画角の観察光
学系を提供するための条件式で、正パワーの光学素子の
水平方向と垂直方向のパワー比を規定したものである。

【００８９】通常、観察する静止画や動画等の映像は、
４：３や１６：９等のアスペクト比を有した横長のもの
が一般的である。そのため、観察画角においても垂直方
向より水平方向のほうが広い画角が要求される。その場
合、上述したように、垂直方向の軸外主光線よりも水平
方向の軸外主光線の方が非常に大きな光線高となる。そ
のため、偏心プリズム内に入射させるときには、極力水
平方向の軸外光線の光線高を小さくことで偏心プリズム
内で発生する偏心収差を極力小さくすることが可能とな
る。

【００９０】条件式（８）の下限の０．０を越えると、
片側方向が負のパワーとなり、結果的にその方向におい
て偏心プリズムに入射する軸外光線の光線高を小さくす
ることができず、好ましくない。

【００９１】条件式（８）の上限の１．０を越えると、
水平方向より垂直方向のパワーが強くなり、正パワーの
光学素子で発生する垂直方向の収差が悪化し、また、偏
心プリズムで発生する水平方向の偏心収差の発生量が大
きくなってしまう。

【００９２】したがって、条件式（８）の範囲内で正パ
ワーの光学素子の水平及び垂直方向のパワーを適切に配
分することで、広画角で高性能の観察光学系を提供する
ことができる。

【００９３】さらに好ましくは、 ０．０≦Φ_V ／Φ_H ＜０．９５ ・・・（８−１） を満たすことが望ましい。

【００９４】さらに好ましくは、 ０．２＜Φ_V ／Φ_H ＜０．９０ ・・・（８−２） を満たすことがより望ましい。

【００９５】また、回折光学面のＸ方向、Ｙ方向のパワ
ーをΦ_DOEX、Φ_DOEYとし、全光学系のＸ方向、Ｙ方向の
パワーをΦ_X 、Φ_Y とするとき、 ０．０１＜Φ_DOEX／Φ_X ＜０．３０ ・・・（９） ０．０１＜Φ_DOEY／Φ_Y ＜０．３０ ・・・（１０） の何れか若しくは両方を満足することが望ましい。

【００９６】これらの条件式は、正パワーの光学素子及
び偏心プリズムで発生する倍率色収差を非常に良好に補
正するための条件式で、回折光学面のパワーを全系のパ
ワーで規格化したものである。

【００９７】正パワーの光学素子で発生する倍率色収差
と偏心プリズムの入射面及び射出面で発生する色収差を
回折光学面で補正するために必要なパワーである。

【００９８】条件式（９）及び（１０）の下限の０．０
１を越えると、回折光学面のパワーが非常に弱くなり、
全系で発生する倍率色収差を補正できなくなり、高性能
化を達成できない。条件式（９）及び（１０）の上限の
０．３０を越えると、回折光学面のパワーが非常に強く
なり、非常に高分散な特性のため、補正過剰になり好ま
しくない。さらには、製造する際に回折光学面のパワー
が非常に強いと、例えばブレーズ形状で製作した場合、
各輪帯の間隔が非常に細かくなりすぎて製作困難になっ
てしまう。また、軸上色収差も過剰補正になってしま
い、各色の視度ずれが大きくなりすぎて好ましくない。

【００９９】しがって、これらの条件式の範囲内で、回
折光学面のパワーを適切なパワー配分にすることで、広
画角で高性能の観察光学系を提供できる。

【０１００】さらに好ましくは、 ０．０１＜Φ_DOEX／Φ_X ＜０．２５ ・・・（９−１） ０．０１＜Φ_DOEY／Φ_Y ＜０．２５ ・・・（１０−１） を満たすことが望ましい。

【０１０１】さらに好ましくは、 ０．０２＜Φ_DOEX／Φ_X ＜０．２０ ・・・（９−２） ０．０２＜Φ_DOEY／Φ_Y ＜０．２０ ・・・（１０−２） を満たすことがより望ましい。

【０１０２】また、正パワーの光学素子と偏心プリズム
との軸上主光線に沿った間隔をＤとするとき、 ０．０２＜Ｄ＜５．０ 〔ｍｍ〕 ・・・（１１） を満足することが望ましい。

【０１０３】条件式（１１）は、正パワーの光学素子と
偏心プリズムとの軸上主光線の間隔を規定したものであ
る。

【０１０４】条件式（１１）の下限の０．０２を越える
と、正パワーの光学素子と偏心プリズムの間隔が非常に
短くなり、各光学素子を押さえる機械構造が複雑にな
る。条件式（１１）の上限の５．０を越えると、画像表
示装置全体が大きくなり、小型・軽量化を達成できなく
なり好ましくない。

【０１０５】したがって、条件式（１１）の範囲内で正
パワーの光学素子と偏心プリズムとの間隔を適切に確保
することで、小型・軽量の観察光学系を提供できる。

【０１０６】さらに好ましくは、 ０．０３＜Ｄ＜４．０ 〔ｍｍ〕 ・・・（１１−１） を満たすことが望ましい。

【０１０７】さらに好ましくは、 ０．０３＜Ｄ＜３．０ 〔ｍｍ〕 ・・・（１１−２） を満たすことがより望ましい。

【０１０８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の画像表示装置を図
面を参照しながら実施例に基づいて説明する。

【０１０９】図１〜図７は、それぞれ実施例１〜７の画
像表示装置の光学系の構成を示すＹ−Ｚ断面図である。
逆光線追跡で、何れの実施例も、観察者の瞳が位置すべ
き射出瞳１と、正レンズ２０と、偏心プリズム１０と、
画像表示素子３とからなり、正レンズ２０は、射出瞳１
側の面（第１面）２１と偏心プリズム１０側の面（第２
面）２２とを持ち、正レンズ２０が接合レンズの場合の
接合面は符号２３で示し、偏心プリズム１０は、第１面
１１から第３面１３で構成された屈折率が１．３より大
きい透明媒質からなり、その第１面１１は正レンズ２０
を経た射出瞳１側からの光束をプリズム１０内に入射さ
せると共に第２面１２で反射された光束をプリズム内で
反射し、第２面１２は第１面１１から入射した光束をプ
リズム内で反射し、第３面１３は第１面１１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は透過作用と反射作用を併せ持つ同一の光学
作用面となっている。その偏心プリズム１０の第３面１
３に面して像面が位置し、その像面に画像表示素子３が
配置されている。また、色収差を補正するための回折光
学面は符号４で示す。

【０１１０】これら実施例１〜７の構成パラメータは後
記するが、各実施例の構成パラメータにおいては、図１
に示すように、逆光線追跡で、軸上主光線２を、射出瞳
１の中心を垂直に通り、画像表示素子３中心に至る光線
で定義する。そして、逆光線追跡において、瞳１の中心
を偏心光学系の偏心光学面の原点として、軸上主光線２
に沿う方向をＺ軸方向とし、瞳１から正レンズ２０に向
かう方向をＺ軸正方向とし、偏心プリズム１０内で光軸
が折り曲げられる平面をＹ−Ｚ平面とし、原点を通りＹ
−Ｚ平面に直交する方向をＸ軸方向とし、図１の紙面の
表から裏へ向かう方向をＸ軸正方向とし、Ｘ軸、Ｚ軸と
右手直交座標系を構成する軸をＹ軸とする。

【０１１１】偏心面については、光学系の原点の中心か
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、前記の（ａ）式のＺ軸、非球面につ
いては、後記の（ｃ）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。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。なお、面の
中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、面の中心軸とそ
のＸＹＺ直交座標系を、まずＸ軸の回りで反時計回りに
α回転させ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座
標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させると共に１
度回転した座標系もＹ軸の回りで反時計回りにβ回転さ
せ、次いで、その２度回転した面の中心軸を新たな座標
系の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させ
るものである。

【０１１２】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。

【０１１３】また、本発明で用いられる自由曲面の面の
形状は、前記の（ａ）式により定義される自由曲面であ
り、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。

【０１１４】また、非球面は、以下の定義式で与えられ
る回転対称非球面である。

【０１１５】 Ｚ＝（ｙ² ／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）ｙ² ／Ｒ² ｝^{1 /2}］ ＋Ａｙ⁴ ＋Ｂｙ⁶ ＋Ｃｙ⁸ ＋Ｄｙ¹⁰＋Ｅｙ¹²＋Ｆｙ¹⁴＋…… ・・・（ｃ） ただし、Ｚを光の進行方向を正とした光軸（軸上主光
線）とし、ｙを光軸と垂直な方向にとる。ここで、Ｒは
近軸曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ
…はそれぞれ４次、６次、８次、１０次、１２次、１４
次の非球面係数である。この定義式のＺ軸が回転対称非
球面の軸となる。

【０１１６】また、回折光学面（回折光学素子）に関し
ては、例えば「光学系デザイナーのための小型光学エレ
メント」第６、７章（オプトロニクス社刊）や「ＳＰＩ
Ｅ」第１２６巻、ｐ．４６〜５３（１９７７）等に記載
されており、可視域でのアッべ数ν＝−３．４５３、部
分分散比θ_g,F ＝０．０３であり、その回折格子の間隔
を自由に変えることが可能なため、非球面レンズ面と等
価に扱える。以下では、「ＳＰＩＥ」第１２６巻、ｐ．
４６〜５３（１９７７）に記載されている「ｕｌｔｒａ
−ｈｉｇｈ ｉｎｄｅｘ ｍｅｔｈｏｄ」を用いてい
る。具体的には、厚みが０で、波長５８７．５６ｎｍの
ときの仮想屈折率を１００１で表現している。したがっ
て、後述する数値データにおいても、（ｃ）式のような
通常の非球面式にて表現される。また、回折面と厚みが
０で接する面は回折光学素子の基板形状である。そし
て、実際の製造においては、回折面の非球面係数と基板
形状との差及び屈折率から位相変化を求め、この位相変
化をグレーティングのピッチに換算して基板表面上にグ
レーティングを形成する。

【０１１７】なお、データの記載されていない自由曲
面、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５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記して
ある。長さの単位はｍｍである。

【０１１８】実施例１は、図１にＹ−Ｚ断面図を示す構
成であり、正レンズ２０の第１面２１は自由曲面、第２
面２２は回転対称非球面からなり、その面が回折光学面
４の基板となる。また、偏心プリズム１０の第１面１１
は回転対称非球面、第２面１２、第３面１３は回転非対
称な自由曲面からなる。

【０１１９】この実施例１は、観察光学系とした場合
に、水平画角３８．０°、垂直画角２１．９°、瞳径４
ｍｍで、画像表示素子３の大きさは１５．４９×８．７
２ｍｍ、アスペクト比１６：９である。

【０１２０】実施例２は、図２にＹ−Ｚ断面図を示す構
成であり、正レンズ２０の第１面２１は自由曲面、接合
面２３は自由曲面、第２面２２は回転対称非球面からな
り、その面が回折光学面４の基板となる。また、偏心プ
リズム１０の第１面１１は回転対称非球面、第２面１
２、第３面１３は回転非対称な自由曲面からなる。

【０１２１】この実施例２は、観察光学系とした場合
に、水平画角３８．０°、垂直画角２１．９°、瞳径４
ｍｍで、画像表示素子３の大きさは１５．４９×８．７
２ｍｍ、アスペクト比１６：９である。

【０１２２】実施例３は、図３にＹ−Ｚ断面図を示す構
成であり、正レンズ２０の第１面２１は自由曲面、第２
面２２は回転対称非球面からなり、その面が回折光学面
４の基板となる。また、偏心プリズム１０の第１面１１
は回転対称非球面、第２面１２、第３面１３は回転非対
称な自由曲面からなる。

【０１２３】この実施例３は、観察光学系とした場合
に、水平画角５０．０°、垂直画角２９．４°、瞳径４
ｍｍで、画像表示素子３の大きさは２２．１４×１２．
４５ｍｍ、アスペクト比１６：９である。

【０１２４】実施例４は、図４にＹ−Ｚ断面図を示す構
成であり、正レンズ２０の第１面２１は平面からなり、
その面が回折光学面４の基板となり、第２面２２は自由
曲面からなる。また、偏心プリズム１０の第１面１１は
回転対称非球面、第２面１２、第３面１３は回転非対称
な自由曲面からなる。

【０１２５】この実施例４は、観察光学系とした場合
に、水平画角３３．０°、垂直画角２５．１°、瞳径４
ｍｍで、画像表示素子３の大きさは１１．１８×８．３
８ｍｍ、アスペクト比４：３である。

【０１２６】実施例５は、図５にＹ−Ｚ断面図を示す構
成であり、正レンズ２０の第１面２１は平面からなり、
その面が回折光学面４の基板となり、第２面２２は自由
曲面からなる。また、偏心プリズム１０の第１面１１は
回転対称非球面、第２面１２、第３面１３は回転非対称
な自由曲面からなる。

【０１２７】この実施例５は、観察光学系とした場合
に、水平画角４０．０°、垂直画角３０．５°、瞳径４
ｍｍで、画像表示素子３の大きさは１５．２４×１１．
４３ｍｍ、アスペクト比４：３である。

【０１２８】実施例６は、図６にＹ−Ｚ断面図を示す構
成であり、正レンズ２０の第１面２１は平面からなり、
その面が回折光学面４の基板となり、第２面２２は自由
曲面からなる。また、偏心プリズム１０の第１面１１は
回転対称非球面、第２面１２、第３面１３は回転非対称
な自由曲面からなる。

【０１２９】この実施例６は、観察光学系とした場合
に、水平画角１２．０°、垂直画角９．０°、瞳径４ｍ
ｍで、画像表示素子３の大きさは３．２５×２．４４ｍ
ｍ、アスペクト比４：３である。

【０１３０】実施例７は、図７にＹ−Ｚ断面図を示す構
成であり、正レンズ２０の第１面２１は自由曲面、第２
面２２は回転対称非球面からなる。また、偏心プリズム
１０の第１面１１は回転対称非球面、第２面１２は回転
非対称な自由曲面、第３面１３は回転対称非球面からな
り、その第３面１３が回折光学面４の基板となる。

【０１３１】この実施例７は、観察光学系とした場合
に、水平画角３８．０°、垂直画角２１．９°、瞳径４
ｍｍで、画像表示素子３の大きさは１５．４９×８．７
２ｍｍ、アスペクト比１６：９である。

【０１３２】以下に各実施例の数値データを示すが、以
下の表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＡＳＳ”は非球面
（球面を含む。）、“ＲＥ”は反射面、“ＤＯＥ”は回
折光学面をそれぞれ示す。

【０１３３】 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 ∞（瞳） 2 ＦＦＳ 偏心(1) 1.5254 56.2 3 ＡＳＳ 偏心(2) 1001.0 -3.45 4 ＡＳＳ（ＤＯＥ） 偏心(2) 5 ＡＳＳ 偏心(3) 1.5254 56.2 6 ＦＦＳ（ＲＥ） 偏心(4) 1.5254 56.2 7 ＡＳＳ（ＲＥ） 偏心(3) 1.5254 56.2 8 ＦＦＳ 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) ＡＳＳ Ｒ -84.89775 Ｋ 0.0000 Ａ 3.5635×10^-6 Ｂ -3.4607×10^-8 Ｃ 1.0827×10^-10 Ｄ -1.1831×10^-13 ＡＳＳ Ｒ -84.88592 Ｋ 0.0000 Ａ 3.5626×10^-6 Ｂ -3.4595×10^-8 Ｃ 1.0823×10^-10 Ｄ -1.1826×10^-13 ＡＳＳ Ｒ -157.67 Ｋ 0.0000 Ａ -4.6753×10^-8 Ｂ 6.4661×10^-10 ＦＦＳ Ｃ₄ 1.4295×10^-2 Ｃ₆ 9.1278×10^-3 Ｃ₈ 7.5249×10^-5 Ｃ₁₀ 2.0531×10^-4 Ｃ₁₁ -1.0981×10^-6 Ｃ₁₃ -3.0598×10^-6 Ｃ₁₅ -2.9135×10^-6 ＦＦＳ Ｃ₄ -6.1526×10^-3 Ｃ₆ -7.3765×10^-3 Ｃ₈ 2.2633×10^-5 Ｃ₁₀ 6.5395×10^-5 Ｃ₁₃ -9.0876×10^-7 Ｃ₁₅ -9.1386×10^-7 Ｃ₁₇ -1.3970×10^-8 Ｃ₁₉ -3.6807×10^-8 Ｃ₂₁ 7.8260×10^-8 ＦＦＳ Ｃ₄ -6.8122×10^-3 Ｃ₆ -1.2573×10^-2 Ｃ₈ -2.1940×10^-4 Ｃ₁₀ -1.9674×10^-4 Ｃ₁₁ 5.1969×10^-5 Ｃ₁₃ 1.4690×10^-4 Ｃ₁₅ 1.7611×10^-5 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 27.50 α 2.09 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.10 Ｚ 35.37 α 7.28 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 7.00 Ｚ 35.86 α 8.24 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 0.05 Ｚ 43.20 α -21.63 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 15.43 Ｚ 40.74 α 66.16 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 19.37 Ｚ 43.34 α 56.60 β 0.00 γ 0.00 。

【０１３４】 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 ∞（瞳） 2 ＦＦＳ 偏心(1) 1.5842 30.5 3 ＦＦＳ 偏心(2) 1.5254 56.2 4 ＡＳＳ 偏心(3) 1001.0 -3.45 5 ＡＳＳ（ＤＯＥ） 偏心(3) 6 ＡＳＳ 偏心(4) 1.5254 56.2 7 ＦＦＳ（ＲＥ） 偏心(5) 1.5254 56.2 8 ＡＳＳ（ＲＥ） 偏心(4) 1.5254 56.2 9 ＦＦＳ 偏心(6) 像 面 ∞ 偏心(7) ＡＳＳ Ｒ -100.01103 Ｋ 0.0000 Ａ -1.0508×10^-9 Ｂ 4.1154×10^-12 Ｃ -8.7159×10^-15 Ｄ 6.3961×10^-18 ＡＳＳ Ｒ -99.98933 Ｋ 0.0000 Ａ 1.0236×10^-9 Ｂ -4.2426×10^-12 Ｃ 8.2690×10^-15 Ｄ -7.1258×10^-18 ＡＳＳ Ｒ -165.31 Ｋ 0.0000 Ａ -1.8455×10^-7 Ｂ 5.4933×10^-10 ＦＦＳ Ｃ₄ 1.5092×10^-2 Ｃ₆ 9.5758×10^-3 Ｃ₈ 5.2389×10^-5 Ｃ₁₀ 1.3427×10^-4 Ｃ₁₁ -9.6997×10^-9 Ｃ₁₃ -2.1908×10^-6 Ｃ₁₅ -3.5335×10^-7 ＦＦＳ Ｃ₄ 1.5084×10^-2 Ｃ₆ 3.9355×10^-3 Ｃ₈ -1.0562×10^-5 Ｃ₁₀ 3.5477×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ -5.9185×10^-3 Ｃ₆ -7.2420×10^-3 Ｃ₈ 2.4062×10^-5 Ｃ₁₀ 5.5094×10^-5 Ｃ₁₃ -1.3897×10^-6 Ｃ₁₅ -1.2779×10^-6 Ｃ₁₇ -1.0515×10^-8 Ｃ₁₉ 5.8606×10^-9 Ｃ₂₁ 7.0708×10^-8 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.0974×10^-2 Ｃ₆ -1.5434×10^-2 Ｃ₈ 2.2877×10^-4 Ｃ₁₀ 1.6782×10^-4 Ｃ₁₁ 6.0874×10^-5 Ｃ₁₃ 1.4079×10^-4 Ｃ₁₅ 2.3259×10^-5 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 26.00 α -4.30 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ -0.05 Ｚ 27.85 α -9.69 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ -0.25 Ｚ 36.91 α 11.30 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 6.08 Ｚ 36.71 α 10.31 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ -0.65 Ｚ 44.24 α -22.12 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 13.67 Ｚ 40.68 α 65.62 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ 18.03 Ｚ 43.13 α 60.69 β 0.00 γ 0.00 。

【０１３５】 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 ∞（瞳） 2 ＦＦＳ 偏心(1) 1.5254 56.2 3 ＡＳＳ 偏心(2) 1001.0 -3.45 4 ＡＳＳ（ＤＯＥ） 偏心(2) 5 ＡＳＳ 偏心(3) 1.5254 56.2 6 ＦＦＳ（ＲＥ） 偏心(4) 1.5254 56.2 7 ＡＳＳ（ＲＥ） 偏心(3) 1.5254 56.2 8 ＦＦＳ 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) ＡＳＳ Ｒ -84.89480 Ｋ 0.0000 Ａ 3.5190×10^-6 Ｂ -3.5787×10^-8 Ｃ 1.0703×10^-10 Ｄ -1.1744×10^-13 Ｅ 8.2157×10^-18 Ｆ 2.5625×10^-20 ＡＳＳ Ｒ -84.88592 Ｋ 0.0000 Ａ 3.5163×10^-6 Ｂ -3.5759×10^-8 Ｃ 1.0690×10^-10 Ｄ -1.1712×10^-13 Ｅ 7.7830×10^-18 Ｆ 2.5877×10^-20 ＡＳＳ Ｒ -153.63 Ｋ 0.0000 Ａ -8.4912×10^-7 Ｂ 6.8054×10^-10 ＦＦＳ Ｃ₄ 9.3553×10^-3 Ｃ₆ 2.1799×10^-3 Ｃ₈ 2.5917×10^-5 Ｃ₁₅ -9.4147×10^-7 ＦＦＳ Ｃ₄ -6.3044×10^-3 Ｃ₆ -7.6960×10^-3 Ｃ₈ 1.0633×10^-5 Ｃ₁₀ 6.2747×10^-5 Ｃ₁₃ -1.9457×10^-7 Ｃ₁₅ -6.9651×10^-7 Ｃ₁₇ -4.1669×10^-9 Ｃ₁₉ 1.3027×10^-8 Ｃ₂₁ 1.0267×10^-7 ＦＦＳ Ｃ₄ -9.9031×10^-3 Ｃ₆ -1.4938×10^-2 Ｃ₈ 1.4151×10^-4 Ｃ₁₀ -2.6249×10^-5 Ｃ₁₁ 3.5235×10^-5 Ｃ₁₃ 9.6748×10^-5 Ｃ₁₅ 9.8943×10^-7 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 27.50 α 1.87 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.10 Ｚ 36.61 α 5.21 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 9.25 Ｚ 36.33 α 7.19 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 0.10 Ｚ 45.77 α -22.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 19.57 Ｚ 42.66 α 66.38 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 22.54 Ｚ 44.80 α 54.27 β 0.00 γ 0.00 。

【０１３６】 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 ∞（瞳） 2 ＡＳＳ（ＤＯＥ） 偏心(1) 1001.0 -3.45 3 ∞ 偏心(1) 1.4922 57.5 4 ＦＦＳ 偏心(2) 5 ＡＳＳ 偏心(3) 1.5254 56.2 6 ＦＦＳ（ＲＥ） 偏心(4) 1.5254 56.2 7 ＡＳＳ（ＲＥ） 偏心(3) 1.5254 56.2 8 ＦＦＳ 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) ＡＳＳ Ｒ-908512.3455 Ｋ 0.0000 ＡＳＳ Ｒ -87.18 Ｋ 0.0000 Ａ 3.3439×10^-6 Ｂ -1.8044×10^-9 Ｃ 5.5524×10^-13 Ｄ -1.9531×10^-17 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.0608×10^-2 Ｃ₆ -6.5792×10^-3 Ｃ₁₁ 2.1128×10^-5 Ｃ₁₃ 1.3201×10^-5 Ｃ₁₅ 2.8429×10^-6 ＦＦＳ Ｃ₄ -9.7064×10^-3 Ｃ₆ -9.5672×10^-3 Ｃ₈ -1.8641×10^-5 Ｃ₁₀ -1.2494×10^-5 Ｃ₁₁ -3.4876×10^-6 Ｃ₁₃ -2.8836×10^-6 Ｃ₁₅ -2.7025×10^-7 Ｃ₁₇ 5.9496×10^-8 Ｃ₁₉ 4.0231×10^-8 Ｃ₂₁ -9.0840×10^-10 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.2670×10^-2 Ｃ₆ -9.9742×10^-3 Ｃ₈ 1.2998×10^-3 Ｃ₁₀ 4.4651×10^-4 Ｃ₁₁ 3.4086×10^-5 Ｃ₁₃ -4.3053×10^-5 Ｃ₁₅ 2.1114×10^-5 Ｃ₁₇ -3.8897×10^-6 Ｃ₁₉ -4.0555×10^-6 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ -1.70 Ｚ 23.17 α 1.13 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 27.91 α 20.41 β 3.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 16.30 Ｚ 23.25 α 23.57 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ -3.09 Ｚ 36.03 α -20.88 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 14.76 Ｚ 25.65 α 88.64 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 16.48 Ｚ 31.05 α 67.23 β 0.00 γ 0.00 。

【０１３７】 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 ∞（瞳） 2 ＡＳＳ（ＤＯＥ） 偏心(1) 1001.0 -3.45 3 ∞ 偏心(1) 1.4922 57.5 4 ＦＦＳ 偏心(2) 5 ＡＳＳ 偏心(3) 1.5254 56.2 6 ＦＦＳ（ＲＥ） 偏心(4) 1.5254 56.2 7 ＡＳＳ（ＲＥ） 偏心(3) 1.5254 56.2 8 ＦＦＳ 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) ＡＳＳ Ｒ-733192.0786 Ｋ 0.0000 ＡＳＳ Ｒ -55.83 Ｋ 0.0000 Ａ 4.7505×10^-6 Ｂ -1.4174×10^-9 Ｃ 3.3200×10^-13 Ｄ -7.1782×10^-18 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.2454×10^-2 Ｃ₆ -7.1140×10^-3 Ｃ₈ -6.9889×10^-5 Ｃ₁₁ 1.2855×10^-5 Ｃ₁₃ -6.6691×10^-6 Ｃ₁₅ -4.0119×10^-7 Ｃ₁₇ -7.6439×10^-8 Ｃ₁₉ 4.9478×10^-7 Ｃ₂₁ 2.8125×10^-7 ＦＦＳ Ｃ₄ -8.6730×10^-3 Ｃ₆ -7.5120×10^-3 Ｃ₈ -1.3625×10^-5 Ｃ₁₀ -1.2539×10^-5 Ｃ₁₁ -1.5870×10^-6 Ｃ₁₃ 4.8390×10^-7 Ｃ₁₅ 3.9553×10^-7 Ｃ₁₇ 6.8934×10^-8 Ｃ₁₉ -3.0891×10^-8 Ｃ₂₁ -1.8101×10^-8 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.2331×10^-2 Ｃ₆ -5.2344×10^-3 Ｃ₈ -4.4416×10^-4 Ｃ₁₀ 8.8348×10^-4 Ｃ₁₁ 1.6018×10^-5 Ｃ₁₃ -8.4841×10^-5 Ｃ₁₅ 2.1714×10^-5 Ｃ₁₇ -9.2960×10^-8 Ｃ₁₉ -4.0536×10^-6 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 25.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 1.68 Ｚ 29.27 α 12.99 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 31.85 Ｚ 27.70 α 16.91 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 7.28 Ｚ 42.13 α -18.96 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 22.02 Ｚ 24.78 α 79.14 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 20.10 Ｚ 39.68 α 46.58 β 0.00 γ 0.00 。

【０１３８】 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 2 ∞（瞳） 3 ＡＳＳ（ＤＯＥ） 偏心(1) 1001.0 -3.45 4 ∞ 偏心(1) 1.4922 57.5 5 ＦＦＳ 偏心(2) 7 ＡＳＳ 偏心(3) 1.5254 56.2 8 ＦＦＳ（ＲＥ） 偏心(4) 1.5254 56.2 9 ＡＳＳ（ＲＥ） 偏心(3) 1.5254 56.2 10 ＦＦＳ 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) ＡＳＳ Ｒ-989133.7803 Ｋ 0.0000 ＡＳＳ Ｒ -56.30 Ｋ 0.0000 Ａ 4.8178×10^-6 Ｂ -1.3490×10^-9 Ｃ 3.5756×10^-13 Ｄ -3.3144×10^-17 ＦＦＳ Ｃ₄ -9.4881×10^-3 Ｃ₆ -7.3858×10^-3 Ｃ₈ -4.2559×10^-4 Ｃ₁₁ 4.3317×10^-5 Ｃ₁₃ 8.0674×10^-5 Ｃ₁₅ 2.6105×10^-5 Ｃ₁₇ 1.4097×10^-6 Ｃ₁₉ -1.2388×10^-6 Ｃ₂₁ -6.2228×10^-7 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.1065×10^-2 Ｃ₆ -8.8049×10^-3 Ｃ₈ -2.7347×10^-6 Ｃ₁₀ 6.3368×10^-6 Ｃ₁₁ -6.6842×10^-6 Ｃ₁₃ -5.7827×10^-6 Ｃ₁₅ 6.4749×10^-7 Ｃ₁₇ -3.4385×10^-7 Ｃ₁₉ 1.1608×10^-7 Ｃ₂₁ 1.7264×10^-9 ＦＦＳ Ｃ₄ -5.4164×10^-4 Ｃ₆ 3.9205×10^-3 Ｃ₈ 1.3543×10^-3 Ｃ₁₀ 5.2259×10^-4 Ｃ₁₁ 1.7869×10^-6 Ｃ₁₃ -2.1443×10^-4 Ｃ₁₅ -1.3361×10^-5 Ｃ₁₇ -1.9709×10^-5 Ｃ₁₉ -8.0352×10^-6 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ -6.61 Ｚ 26.39 α -10.62 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 1.92 Ｚ 30.47 α 13.83 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 29.27 Ｚ 27.83 α 19.38 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 6.70 Ｚ 41.65 α -17.57 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 15.97 Ｚ 23.66 α 79.06 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 15.11 Ｚ 38.62 α 47.52 β 0.00 γ 0.00 。

【０１３９】 実施例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 ∞（瞳） 2 ＦＦＳ 偏心(1) 1.5254 56.2 3 ＡＳＳ 偏心(2) 4 ＡＳＳ 偏心(3) 1.5254 56.2 5 ＦＦＳ（ＲＥ） 偏心(4) 1.5254 56.2 6 ＡＳＳ（ＲＥ） 偏心(3) 1.5254 56.2 7 ＡＳＳ 偏心(5) 1001.0 -3.45 8 ＡＳＳ（ＤＯＥ） 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) ＡＳＳ Ｒ -161.86 Ｋ 0.0000 Ａ -1.1556×10^-6 Ｂ 5.2703×10^-9 Ｃ 3.7932×10^-13 Ｄ -6.3524×10^-15 ＡＳＳ Ｒ -139.98272 Ｋ 0.0000 Ａ 6.0645×10^-7 Ｂ 2.5841×10^-10 ＡＳＳ Ｒ -139.20650 Ｋ 0.0000 Ａ 4.9681×10^-6 Ｂ 1.7734×10^-8 Ｃ 7.2510×10^-11 Ｄ 3.3531×10^-13 ＡＳＳ Ｒ -139.00272 Ｋ 0.0000 Ａ 5.0217×10^-6 Ｂ 1.7396×10^-8 Ｃ 7.4456×10^-11 Ｄ 3.2915×１０^−１３ Ｃ₄ 1.1064×10^-2 Ｃ₆ 2.8711×10^-4 Ｃ₈ 2.0013×10^-4 Ｃ₁₀ 4.0897×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ -7.1009×10^-3 Ｃ₆ -9.1630×10^-3 Ｃ₈ 3.2084×10^-5 Ｃ₁₀ 8.1774×10^-5 Ｃ₁₃ -6.2165×10^-7 Ｃ₁₅ -1.4936×10^-6 Ｃ₁₇ 7.1137×10^-9 Ｃ₁₉ 2.1779×10^-8 Ｃ₂₁ 4.3357×10^-8 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 27.50 α 1.46 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.05 Ｚ 33.52 α 8.31 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 8.26 Ｚ 32.73 α 11.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 0.05 Ｚ 41.47 α -21.50 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 17.41 Ｚ 36.93 α 74.10 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 21.94 Ｚ 39.49 α 60.57 β 0.00 γ 0.00 。

【０１４０】上記実施例１の横収差を図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（水平画
角，垂直画角）を表し、その画角における横収差を示
す。

【０１４１】次に、上記実施例１〜７の条件式（１）〜
（１１）の値を下記の表に示す。 条件式 実施例 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ （１） 0.082 0.106 0.080 0.095 0.112 1.188 0.709 （２） 0.108 0.132 0.147 0.124 0.179 1.278 2.763 （３） 0.768 0.709 0.534 0.234 0.356 0.134 0.492 （４） 0.505 0.546 0.241 0.200 0.186 0.125 0.099 （５） 1.174 1.362 1.167 2.591 2.121 1.810 1.316 （６） 0.626 0.667 0.737 0.883 0.778 0.961 0.683 （７） 0.707 0.691 0.842 0.856 0.888 0.953 0.853 （８） 0.76 0.81 0.54 0.77 0.62 0.93 0.26 （９） 0.039 0.050 0.031 0.020 0.031 0.153 0.238 （10） 0.038 0.050 0.030 0.021 0.030 0.153 0.233 （11） 1.35 0.86 0.58 0.93 1.37 1.62 0.56 。

【０１４２】なお、本発明の観察光学系において、図７
に符号５で示すように、偏心プリズム１０と画像表示素
子３の間に、照明光を画像表示素子３に導く光分割プリ
ズムあるいはローパスフィルターのような実質的にパワ
ーを持たない平行平面板あるいは三角プリズム等を挿入
するようにしてもよい。

【０１４３】なお、以上の実施例では、偏心プリズム１
０として何れも、第１面１１から第３面１３で構成さ
れ、その第１面１１は正レンズ２０を経た射出瞳１側か
らの光束をプリズム１０内に入射させると共に第２面１
２で反射された光束をプリズム内で反射し、第２面１２
は第１面１１から入射した光束をプリズム内で反射し、
第３面１３は第１面１１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いるものを用いているが、
本発明の画像表示装置は公知の他のタイプの偏心プリズ
ム１０を用いてもよい。それらの例を図９〜図１６に示
す。

【０１４４】図９の偏心プリズム１０は４つの光学面６
４〜６７からなり、画像表示素子６３に対向して配置さ
れた透過面の第４面６７を経てプリズム内に入射した画
像表示素子６３からの表示光は、偏心配置の反射面の第
３面６６に入射し、そこで反射された光は、射出瞳６１
と対向して偏心配置された反射面の第３面６５に入射し
て反射され、その反射光は、第３面６６への入射光と交
差してから、第３面６５と射出瞳６１との間に配置され
た透過面の第１面６４を経てプリズム外に射出し、射出
瞳６１に入射して観察者の網膜上に結像するものであ
る。

【０１４５】図１０の偏心プリズム１０は３つの光学面
６４〜６６からなり、画像表示素子６３に対向して配置
された透過面の第３面６６を経てプリズム内に入射した
画像表示素子６３からの表示光は、偏心配置の反射面の
第２面６５に入射し、そこで反射された光は、第２面６
５と射出瞳６１との間に配置された透過面の第１面６４
を経てプリズム外に射出し、射出瞳６１に入射して観察
者の網膜上に結像するものである。

【０１４６】図１１の偏心プリズム１０は４つの光学面
６４〜６７からなり、画像表示素子６３に対向して配置
された透過面の第４面６７を経てプリズム内に入射した
画像表示素子６３からの表示光は、偏心配置の反射面の
第３面６６に入射し、そこで反射された光は、射出瞳６
１と対向して偏心配置された反射面の第２面６５に入射
して反射され、その反射光は、第２面６５と射出瞳６１
との間に配置された透過面の第１面６４を経てプリズム
外に射出し、射出瞳６１に入射して観察者の網膜上に結
像するものである。

【０１４７】図１２の偏心プリズム１０は４つの光学面
６４〜６７からなり、画像表示素子６３に対向して配置
された透過面の第３面６６を経てプリズム内に入射した
画像表示素子６３からの表示光は、反射面の第４面６７
に入射して反射され、その反射光は第３面６６が兼ねる
反射面に入射し、そこで反射された光は、射出瞳６１と
対向して偏心配置された反射面の第２面６５に入射して
反射され、その反射光は第２面６５と射出瞳６１との間
に配置された透過面の第１面６４を経てプリズム外に射
出し、射出瞳６１に入射して観察者の網膜上に結像する
ものである。

【０１４８】図１３の偏心プリズム１０は４つの光学面
６４〜６７からなり、画像表示素子６３に対向して配置
された透過面の第４面６７を経てプリズム内に入射した
画像表示素子６３からの表示光は、射出瞳６１と対向し
て偏心配置された反射面の第２面６５が兼ねる反射面に
入射して反射され、その反射光は、反射面の第３面６６
に入射し、そこで反射された光は、射出瞳６１と対向し
て偏心配置された反射面の第２面６５に入射して反射さ
れ、その反射光は第２面６５と射出瞳６１との間に配置
された透過面の第１面６４を経てプリズム外に射出し、
射出瞳６１に入射して観察者の網膜上に結像するもので
ある。

【０１４９】図１４の偏心プリズム１０は４つの光学面
６４〜６７からなり、射出瞳６１と対向して偏心配置さ
れた反射面の第２面６５が兼ね、画像表示素子６３に対
向して配置された透過面を経てプリズム内に入射した画
像表示素子６３からの表示光は、反射面の第４面６７に
入射して反射され、その反射光は、第２面６５が兼ねる
反射面に入射して反射され、その反射光は、反射面の第
３面６６に入射し、そこで反射された光は、射出瞳６１
と対向して偏心配置された反射面の第２面６５に入射し
て反射され、その反射光は第２面６５と射出瞳６１との
間に配置された透過面の第１面６４を経てプリズム外に
射出し、射出瞳６１に入射して観察者の網膜上に結像す
るものである。

【０１５０】図１５の偏心プリズム１０は３つの光学面
６４〜６６からなり、射出瞳６１と対向して偏心配置さ
れた反射面の第２面６５が兼ね、画像表示素子６３に対
向して配置された透過面を経てプリズム内に入射した画
像表示素子６３からの表示光は、第２面６５と射出瞳６
１との間に配置された第１面６４が兼ねる反射面に入射
し、そこで反射された光は、反射面の第３面６６に入射
して反射され、その反射光は、射出瞳６１と対向して偏
心配置された第２面６５に入射して反射され、その反射
光は第１面６４で反射された光と交差してから、第２面
６５と射出瞳６１との間に配置された透過面の第１面６
４を経てプリズム外に射出し、射出瞳６１に入射して観
察者の網膜上に結像するものである。

【０１５１】図１６の偏心プリズム１０は３つの光学面
６４〜６６からなり、射出瞳６１と対向して偏心配置さ
れた反射面の第２面６５が兼ね、画像表示素子６３に対
向して配置された透過面を経てプリズム内に入射した画
像表示素子６３からの表示光は、反射面の第３面６６に
入射して反射され、そこで反射された光は、射出瞳６１
と対向して偏心配置された反射面の第２面６５に入射し
て反射され、その反射光は第２面６５と射出瞳６１との
間に配置された透過面の第１面６４を経てプリズム外に
射出し、射出瞳６１に入射して観察者の網膜上に結像す
るものである。

【０１５２】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。

【０１５３】片眼に装着する構成にした場合の様子を図
１８に（この場合は、左眼に装着）、両眼に装着する構
成にした場合の様子を図１９にそれぞれ示す。また、そ
の状態での断面図を図２０に示す。図１８〜図２０中、
１３１は表示装置本体部を示し、図１８の場合は観察者
の顔面の左眼の前方に、図１９の場合は観察者の顔面の
両眼の前方に保持されるよう支持部材が頭部を介して固
定している。

【０１５４】これらの例においては、表示装置本体１３
１の筐体４０中には、図２０に示すように、画像表示素
子３０と偏心プリズム１０と正レンズ２０とからなる本
発明の画像表示装置が取り付けられ、正レンズ２０の何
れかの面、あるいは、偏心プリズム１０の画像表示素子
３０に対向する面に図１７に示したような回折光学面が
一体に設けられており、正レンズ２０が画像表示装置の
射出窓を兼ねている。また、偏心プリズム１０の第２面
１２（図１〜図７）には半透過ミラーが設けられ、その
半透過ミラーを介してシースルー用補償プリズム５０が
貼り付けられ、その前方に液晶シャッター６０が配置さ
れている。ここで、シースルー用補償プリズム５０は液
晶シャッター６０を通った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。し
たがって、液晶シャッター６０を閉じて画像表示素子３
０に映像を表示することにより電子映像が、液晶シャッ
ター６０を開いて画像表示素子３０の表示を切るか継続
することにより、外界像を選択的に又は画像表示素子３
０の映像と重畳して観察できるようになっている。

【０１５５】さて、表示装置本体１３１の支持部材とし
ては、一端を表示装置本体部１３１に接合し、観察者の
こめかみから耳の上部にかけて延在する左右の前フレー
ム１３２と、前フレーム１３２の他端に接合され、観察
者の側頭部を渡るように延在する左右の後フレーム１３
３とから（図１８の場合）、あるいは、さらに、左右の
後フレーム１３３の他端に挟まれるように自らの両端を
一方づつ接合し、観察者の頭頂部を支持する頭頂フレー
ム１３４とから（図１９の場合）構成されている。

【０１５６】また、前フレーム１３２における上記の後
フレーム１３３との接合近傍には、弾性体からなり例え
ば金属板バネ等で構成されたリヤプレート１３５が接合
されている。このリヤプレート１３５は、上記支持部材
の一翼を担うリヤカバー１３６が観察者の後頭部から首
のつけねにかかる部分で耳の後方に位置して支持可能と
なるように接合されている（図１９の場合）。リヤプレ
ート１３５又はリヤカバー１３６内にの観察者の耳に対
応する位置にスピーカー１３９が取り付けられている。

【０１５７】映像・音声信号等を外部から送信するため
のケーブル１４１が表示装置本体部１３１から、頭頂フ
レーム１３４（図１９の場合）、後フレーム１３３、前
フレーム１３２、リヤプレート１３５の内部を介してリ
ヤプレート１３５あるいはリヤカバー１３６の後端部よ
り外部に突出している。そして、このケーブル１４１は
ビデオ再生装置１４０に接続されている。なお、図中、
１４０ａはビデオ再生装置１４０のスイッチやボリュウ
ム調整部である。

【０１５８】なお、ケーブル１４１は先端をジャックし
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
鑑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構わな
い。

【０１５９】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。

【０１６０】〔１〕 観察者が観察する画像を表示する
画像表示素子と、前記画像表示素子によって形成された
画像を観察者眼球に投影する観察光学系とを備えた画像
表示装置において、前記観察光学系は、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
る空間は屈折率が１．３以上の媒質で満たされており、
少なくとも入射面と、正パワーの内部反射面と、射出面
とで構成され、少なくとも前記反射面が回転非対称面で
構成された偏心プリズムを備えており、前記偏心プリズ
ムの射出面と前記観察光学系の射出瞳の間に、正パワー
の光学素子が配置され、かつ、前記観察光学系の光路中
の何れかの面に、色収差を補正するための回折光学面が
設けられていることを特徴とする画像表示装置。

【０１６１】〔２〕 観察者が観察する画像を表示する
画像表示素子と、前記画像表示素子によって形成された
画像を観察者眼球に投影する観察光学系とを備えた画像
表示装置において、前記観察光学系は、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
る空間は屈折率が１．３以上の媒質で満たされており、
少なくとも入射面と、正パワーの内部反射面と、射出面
とで構成され、少なくとも前記反射面が回転非対称面で
構成された偏心プリズムを備えており、前記偏心プリズ
ムの射出面と前記観察光学系の射出瞳の間に、正パワー
の光学素子が配置され、かつ、前記の正パワーの光学素
子の何れかの面に、色収差を補正するための回折光学面
が設けられていることを特徴とする画像表示装置。

【０１６２】〔３〕 観察者が観察する画像を表示する
画像表示素子と、前記画像表示素子によって形成された
画像を観察者眼球に投影する観察光学系とを備えた画像
表示装置において、前記観察光学系は、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
る空間は屈折率が１．３以上の媒質で満たされており、
少なくとも入射面と、正パワーの内部反射面と、射出面
とで構成され、少なくとも前記反射面が回転非対称面で
構成された偏心プリズムを備えており、前記偏心プリズ
ムの射出面と前記観察光学系の射出瞳の間に、正パワー
の光学素子が配置され、前記偏心プリズムの入射面と前
記画像表示素子の間に、実質的にパワーを有する光学素
子が配置されておらず、かつ、前記偏心プリズムの入射
面に、色収差を補正するための回折光学面が設けられて
いることを特徴とする画像表示装置。

【０１６３】〔４〕 上記３において、前記の実質的に
パワーを有する光学素子とは、焦点距離の絶対値が１ｍ
以下の光学素子を意味し、焦点距離の絶対値が１ｍ以上
の光学素子は含まないことを特徴とする上記３記載の画
像表示装置。

【０１６４】〔５〕 上記１から４の何れか１項におい
て、前記光学素子は少なくとも１つの回転非対称面を有
し、その回転非対称面は２つ以下の対称面を有し、その
中の少なくとも１つの対称面は、前記偏心プリズムを構
成する少なくとも１つの回転非対称面の唯一の対称面と
同一な面であることを特徴とする画像表示装置。

【０１６５】〔６〕 上記１から５の何れか１項におい
て、前記光学素子は単レンズのみで構成されていること
を特徴とする画像表示装置。

【０１６６】〔７〕 上記１から５の何れか１項におい
て、前記光学素子は接合レンズから構成されていること
を特徴とする画像表示装置。

【０１６７】〔８〕 上記１から６の何れか１項におい
て、前記回折光学面は略平面形状の基板に形成されてい
ることを特徴とする画像表示装置。

【０１６８】

〔９〕 上記１、２、５〜８の何れか１項
において、前記回折光学面は、前記光学素子の最も前記
偏心プリズム側の面に形成されていることを特徴とする
画像表示装置。

【０１６９】〔１０〕 上記７において、前記回折光学
面は、前記接合レンズの接合面に形成されていることを
特徴とする画像表示装置。

【０１７０】〔１１〕 上記１から１０の何れか１項に
おいて、前記偏心プリズムは少なくとも２面以上の反射
面を有することを特徴とする画像表示装置。

【０１７１】〔１２〕 上記１から１１の何れか１項に
おいて、前記偏心プリズムは少なくとも１面の全反射面
を有することを特徴とする画像表示装置。

【０１７２】〔１３〕 上記１から１２の何れか１項に
おいて、前記偏心プリズムは、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の順に、屈折面でかつ内
部反射面である第１面、前記第１面に対向し、光軸に対
して偏心するかあるいは傾いて配置された正のパワーを
有する反射面である第２面、前記第１面で屈折され、前
記第２面で内部反射され、前記第１面で内部反射された
光線を屈折する屈折面である第３面を備えた偏心プリズ
ムであることを特徴とする画像表示装置。

【０１７３】〔１４〕 上記１から１３の何れか１項に
おいて、前記観察光学系の偏心方向と垂直な方向をＸ方
向、偏心方向と同一な方向をＹ方向とし、前記回折光学
面のＸ方向、Ｙ方向のパワーをΦ_DOEX、Φ_DOEYとし、前
記正パワーの光学素子のＸ方向、Ｙ方向のパワーをΦ
_LX1 、Φ_LY1 とするとき、 ０．０＜Φ_DOEX／Φ_LX1 ＜１００．０ ・・・（１） ０．０＜Φ_DOEY／Φ_LY1 ＜１００．０ ・・・（２） の何れか若しくは両方を満足することを特徴とする画像
表示装置。

【０１７４】〔１５〕 上記１から１４の何れか１項に
おいて、前記観察光学系の偏心方向と垂直な方向をＸ方
向、偏心方向と同一な方向をＹ方向とし、前記正パワー
の光学素子のＸ方向、Ｙ方向のパワーをΦ_LX1 、Φ_LY1
とし、前記偏心プリズムのＸ方向、Ｙ方向のパワーをΦ
_PX、Φ_PYとするとき、 ０．０＜Φ_LX1 ／Φ_PX＜３．０ ・・・（３） ０．０＜Φ_LY1 ／Φ_PY＜３．０ ・・・（４） の何れか若しくは両方を満足することを特徴とする画像
表示装置。

【０１７５】〔１６〕 上記１から１５の何れか１項に
おいて、前記観察光学系の偏心方向と垂直な方向をＸ方
向とするとき、前記偏心プリズムの前記入射面のＸ方向
の周辺部のパワーが少なくとも負のパワーを有すること
を特徴とする画像表示装置。

【０１７６】〔１７〕 上記１から１６の何れか１項に
おいて、前記観察光学系の偏心方向の前記画像表示素子
に近い側の最大観察画角における前記正パワーの光学素
子の光路長をOP₍₊₎ 、前記画像表示素子から離れた側の
最大観察画角における前記正パワーの光学素子の光路長
をOP_(-) とするとき、 ０．８＜OP_(-) ／OP₍₊₎ ≦８．０ ・・・（５） を満足することを特徴とする画像表示装置。

【０１７７】〔１８〕 上記１から１７の何れか１項に
おいて、前記観察光学系の偏心方向と垂直な方向をＸ方
向、偏心方向と同一な方向をＹ方向とし、前記偏心プリ
ズムのＸ方向、Ｙ方向のパワーをΦ_PX、Φ_PYとし、全光
学系のＸ方向、Ｙ方向のパワーをΦ_X 、Φ_Y とすると
き、 ０．１＜Φ_PX／Φ_X ＜０．９９ ・・・（６） ０．１＜Φ_PY／Φ_Y ＜０．９９ ・・・（７） の何れか若しくは両方を満足することを特徴とする画像
表示装置。

【０１７８】〔１９〕 上記１から１８の何れか１項に
おいて、前記正パワーの光学素子の水平方向、垂直方向
のパワーをΦ_H 、Φ_V とするとき、 ０．０≦Φ_V ／Φ_H ≦１．０ ・・・（８） を満足することを特徴とする画像表示装置。

【０１７９】〔２０〕 上記１から１９の何れか１項に
おいて、前記観察光学系の偏心方向と垂直な方向をＸ方
向、偏心方向と同一な方向をＹ方向とし、前記回折光学
面のＸ方向、Ｙ方向のパワーをΦ_DOEX、Φ_DOEYとし、全
光学系のＸ方向、Ｙ方向のパワーをΦ_X 、Φ_Y とすると
き、 ０．０１＜Φ_DOEX／Φ_X ＜０．３０ ・・・（９） ０．０１＜Φ_DOEY／Φ_Y ＜０．３０ ・・・（１０） の何れか若しくは両方を満足することを特徴とする画像
表示装置。

【０１８０】〔２１〕 上記１から２０の何れか１項に
おいて、前記正パワーの光学素子と前記偏心プリズムと
の軸上主光線に沿った間隔をＤとするとき、 ０．０２＜Ｄ＜５．０ 〔ｍｍ〕 ・・・（１１） を満足することを特徴とする画像表示装置。

【０１８１】〔２２〕 上記１から２１の何れか１項に
おいて、前記正パワーの光学素子の１面が唯一の対称面
を有する回転非対称面からなることを特徴とする画像表
示装置。

【０１８２】〔２３〕 上記７、１０〜２１の何れか１
項において、前記正パワーの光学素子は接合レンズで構
成され、前記接合レンズの接合面が唯一の対称面を有す
る回転非対称接合面であることを特徴とする画像表示装
置。

【０１８３】〔２４〕 上記１から２３の何れか１項に
おいて、前記偏心プリズムと前記正パワーの光学素子の
少なくとも３面以上が唯一の対称面を有する回転非対称
非球面で構成されていることを特徴とする画像表示装
置。

【０１８４】〔２５〕 上記１から２３の何れか１項に
おいて、前記偏心プリズムと前記正パワーの光学素子の
少なくとも４面以上が唯一の対称面を有する回転非対称
非球面で構成されていることを特徴とする画像表示装
置。

【０１８５】

【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、画角拡大のために正パワーのレンズを偏心プ
リズムの射出瞳側に配置し、それに伴って発生する色収
差を何れのかの光学面に配置した回折光学面により補正
することにより、全体として単色収差、色収差共に良好
に補正された広画角の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学系の構
成を示すＹ−Ｚ断面図である。

【図２】本発明の実施例２の画像表示装置の光学系の構
成を示すＹ−Ｚ断面図である。

【図３】本発明の実施例３の画像表示装置の光学系の構
成を示すＹ−Ｚ断面図である。

【図４】本発明の実施例４の画像表示装置の光学系の構
成を示すＹ−Ｚ断面図である。

【図５】本発明の実施例５の画像表示装置の光学系の構
成を示すＹ−Ｚ断面図である。

【図６】本発明の実施例６の画像表示装置の光学系の構
成を示すＹ−Ｚ断面図である。

【図７】本発明の実施例７の画像表示装置の光学系の構
成を示すＹ−Ｚ断面図である。

【図８】実施例１の横収差図である。

【図９】本発明において使用可能な偏心プリズムの１例
を示す図である。

【図１０】本発明において使用可能な偏心プリズムの別
の例を示す図である。

【図１１】本発明において使用可能な偏心プリズムの別
の例を示す図である。

【図１２】本発明において使用可能な偏心プリズムの別
の例を示す図である。

【図１３】本発明において使用可能な偏心プリズムの別
の例を示す図である。

【図１４】本発明において使用可能な偏心プリズムの別
の例を示す図である。

【図１５】本発明において使用可能な偏心プリズムの別
の例を示す図である。

【図１６】本発明において使用可能な偏心プリズムの別
の例を示す図である。

【図１７】回折光学面の具体的な形状を示す断面図であ
る。

【図１８】本発明の画像表示装置を片眼装着用に構成し
た場合の様子を示す図である。

【図１９】本発明の画像表示装置を両眼装着用に構成し
た場合の様子を示す図である。

【図２０】図１８、図１９の状態での断面図である。

【符号の説明】

１…射出瞳 ２…（光軸） ３…画像表示素子 ４…回折光学面 ５…実質的にパワーを持たない平行平面板、三角プリズ
ム １０…偏心プリズム １１…偏心プリズムの第１面 １２…偏心プリズムの第２面 １３…偏心プリズムの第３面 ２０…正レンズ ２１…正レンズの第１面 ２２…正レンズの第２面 ２３…接合面 ３０…画像表示素子 ４０…筐体 ５０…シースルー用補償プリズム ５１…透明部 ５２…不透明部 ５３…高屈折率部 ５４…低屈折率部 ６０…液晶シャッター ６３…画像表示素子 ６１…射出瞳 ６４…第１面 ６５…第２面 ６６…第３面 ６７…第４面 １３１…表示装置本体 １３２…前フレーム １３３…後フレーム １３４…頭頂フレーム １３５…リヤプレート １３６…リヤカバー １３９…スピーカー １４１…ケーブル １４０…ビデオ再生装置 １４０ａ…ビデオ再生装置のスイッチ、ボリュウム調整
部

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Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 観察者が観察する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
   観察者眼球に投影する観察光学系とを備えた画像表示装
   置において、 前記観察光学系は、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は屈折率が
   １．３以上の媒質で満たされており、少なくとも入射面
   と、正パワーの内部反射面と、射出面とで構成され、少
   なくとも前記反射面が回転非対称面で構成された偏心プ
   リズムを備えており、 前記偏心プリズムの射出面と前記観察光学系の射出瞳の
   間に、正パワーの光学素子が配置され、かつ、 前記観察光学系の光路中の何れかの面に、色収差を補正
   するための回折光学面が設けられていることを特徴とす
   る画像表示装置。
2. 【請求項２】 観察者が観察する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
   観察者眼球に投影する観察光学系とを備えた画像表示装
   置において、 前記観察光学系は、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は屈折率が
   １．３以上の媒質で満たされており、少なくとも入射面
   と、正パワーの内部反射面と、射出面とで構成され、少
   なくとも前記反射面が回転非対称面で構成された偏心プ
   リズムを備えており、 前記偏心プリズムの射出面と前記観察光学系の射出瞳の
   間に、正パワーの光学素子が配置され、かつ、 前記の正パワーの光学素子の何れかの面に、色収差を補
   正するための回折光学面が設けられていることを特徴と
   する画像表示装置。
3. 【請求項３】 観察者が観察する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
   観察者眼球に投影する観察光学系とを備えた画像表示装
   置において、 前記観察光学系は、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は屈折率が
   １．３以上の媒質で満たされており、少なくとも入射面
   と、正パワーの内部反射面と、射出面とで構成され、少
   なくとも前記反射面が回転非対称面で構成された偏心プ
   リズムを備えており、 前記偏心プリズムの射出面と前記観察光学系の射出瞳の
   間に、正パワーの光学素子が配置され、 前記偏心プリズムの入射面と前記画像表示素子の間に、
   実質的にパワーを有する光学素子が配置されておらず、
   かつ、 前記偏心プリズムの入射面に、色収差を補正するための
   回折光学面が設けられていることを特徴とする画像表示
   装置。