JP2006313365A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非テレセントリック光学系、又は反射型ＬＣＤ等と偏心光学系とを用いて高い光学性能を有しながら小型・軽量で明るい画像表示装置。
【解決手段】画像表示素子と、その画像表示素子により形成された画像を虚像として観察できるように観察者眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系とを有する画像表示装置において、接眼光学系が少なくとも１面の偏心した裏面反射面を有する偏心光学系１０からなり、偏心光学系１０が非テレセントリック光学系に構成されており、画像表示素子が照明光の反射光により画像を表示する反射型画像表示素子８からなり、画像表示素子８が、１次元走査若しくは２次元走査を行なうスキャン部材２５とそのスキャン部材の走査によって２次元画像を形成できるように形成された照明手段２４とを備えている。
【選択図】図３１

Description

本発明は、画像表示装置に関し、特に、観察者の頭部又は顔面に保持することを可能にする頭部又は顔面装着式画像表示装置に関する。

近年、個人が大画面の画像を楽しむことを目的として、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。

このような中、特許文献１及び特許文献２において、液晶表示素子（以下、ＬＣＤと称する。）からなる画像表示素子の表示画像を観察者眼球に導く接眼光学系として、３つの光学面で囲まれた屈折率が１より大きい媒質からなる偏心光学系で構成し、液晶表示素子からの光束を第３面からその偏心光学系内に入射させ、次に、その内部で第１面で全反射させ、次いで、凹面鏡の第２面で内部反射させ、今度は第１面を経て偏心光学系外に射出させ、画像表示素子の表示像を中間像を形成することなく観察者眼球に導くようにしたものが提案されている。

この場合は、偏心光学系を構成する光学面は３面であり、偏心光学系内部の反射回数は２回ある。この他に、２面あるいは４面以上からなり、光学系内部で１回以上反射する種々の形態の偏心光学系が本出願人等によって提案されている。

ところで、特許文献１及び特許文献２においては、画像表示装置を構成するＬＣＤ（液晶表示素子）は透過型のものを予定しているが、顔面装着式画像表示装置の画像表示素子として反射型ＬＣＤを用いるものも特許文献３において提案されている。図４２はその画像表示装置の光学系を示す図であり、ランプ光源５５からの照明光はコリメート光学系５６によって平行光にされ、一部の光（Ｓ偏光）が偏光ビームスプリッタ５７によって反射されて反射型ＬＣＤ５８を正面から照明する。反射型ＬＣＤ５８で反射変調された表示像は投射光学系５９によりスクリーン５２上に投影され、その投影像が接眼光学系５３を通して観察者により拡大観察される。

なお、反射型画像表示素子として、反射型ＬＣＤの外に、ＤＭＤ（デジタル・マイクロ・デバイス）と呼ばれる画像表示素子も提案されている。これは図４３に示すような構成のものである。すなわち、図４３（ａ）に平面を、図４３（ｂ）に各要素の構成を示すように、各画素に対応する微小ミラー６０が２次元的に配置され、指定したアドレスのミラー６０' を対角線を軸にして傾けることにより、ミラー６０' に一定方向から入射する光を傾いていないミラーとは異なる方向へ反射させるようにして、２次元画像を表示するようにしたものであり、ミラー６０各々は、一対の対角方向の角で基板６１に立てられた支持ポスト６２によりヒンジ６３を介して支持されており、ミラー６０の後側の基板６１に設けられた一対の電極６４の一方に電圧を印加することにより、静電力によりヒンジ６３間の対角線を軸にしてミラー６０が回転可能になっている（非特許文献１）。
特開平７−３３３５５１号公報 特開平８−２３４１３７号公報 特開平７−７２４４６号公報 ＩＥＥＥ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．１１，ｐｐ．２７〜３１

画像表示装置の光学系として偏心光学系を用いると、高い光学性能（画角、解像力等）を維持したまま装置全体を小型・軽量に構成でき、明るい画像表示装置が可能となる利点がある。しかしながら、偏心光学系と共に用いる画像表示素子としては、従来透過型ＬＣＤしか予定していなかった。そのため、特許文献１及び特許文献２に示された偏心光学系は、いずれも、入射瞳を無限遠に置いたテレセントリック光学系としてしか構成されてはいなかった。

また、画像表示素子としての透過型ＬＣＤは、反射型ＬＣＤに比較して画素の開口率が低く、画素間のブラックマトリック部が目立ってしまうため、ローパスフィルタ等を用いてそれが目立たないようにする必要がある。これに対して、反射型ＬＣＤは画素の開口率が大きくすることが可能であり、上記のような問題は小さいが、特許文献３に示されているように、偏心のない光学系を用いて拡大観察する場合に、光ビームスプリッタ等の光学素子を介して照明しなければならず、特に頭部又は顔面装着式画像表示装置に用いる場合に、小型・軽量化の要求に反すると共に、表示像が暗くなってしまう問題がある。

本発明は従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、入射瞳を有限距離に設定した非テレセントリック光学系として構成された偏心光学系を提供することにある。また、更なる目的は、その偏心光学系に反射型ＬＣＤ、ＤＭＤ等の反射型画像表示素子を用いて高い光学性能を有しながら小型・軽量で明るい画像表示装置を提供することにである。

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より形成された画像を虚像として観察できるように観察者眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系とを有する画像表示装置において、前記接眼光学系が少なくとも１面の偏心した裏面反射面を有する偏心光学系からなり、且つ前記偏心光学系が、非テレセントリック光学系に構成されており、
前記画像表示素子が、１次元走査若しくは２次元走査を行なうスキャン部材と前記スキャン部材の走査によって２次元画像を形成できるように形成された照明手段とを備えていることを特徴とするものである。

この場合、前記照明手段と前記偏心光学系との間に開口数低減部材を配置してゴースト像の発生を防止するように構成されていることが望ましい。

また、前記画像表示装置が、右眼用画像表示素子と左眼用画像表示素子と右眼用接眼光学系と左眼用接眼光学系とを備えて構成されていることが望ましい。

また、前記画像表示装置が、観察者顔面前方に位置するように、観察者頭部を支持する支持手段を有して構成されていることが望ましい。

本発明においては、接眼光学系が少なくとも１面の偏心した裏面反射面を有する偏心光学系からなり、画像表示素子が照明光の反射光により画像を表示する反射型画像表示素子からなり、照明光を形成する照明手段が反射型画像表示素子から観察者眼球位置の間の表示光路外に配置されているので、反射型ＬＣＤ等と偏心光学系とを用いて高い光学性能を有しながら小型・軽量で明るい画像表示装置を達成することができる。

以下、本発明の画像表示装置をいくつかの実施例に基づいて説明する。図１は、画像表示装置の接眼光学系として、特許文献１及び特許文献２に示されたような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光学系１０を用いた場合の本発明の実施例の画像表示装置の光路図である。この偏心光学系１０の射出瞳１は、第１面３に面して位置しており、反射型ＬＣＤ（液晶表示素子）８は第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の中心を通り偏心光学系１０を介して反射型ＬＣＤ８の画面の中心に達する光線を偏心光学系１０の軸上主光線とし、その軸上主光線を光軸２とする。

この画像表示装置において、反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射型ＬＣＤ８に対向した透過面の第３面５を経て偏心光学系１０内に入射し、射出瞳１に面した第１面３の内側で反射され、次いで、第１面３に対して射出瞳１側と反対側に位置する第２面４に入射してその面の内側で反射され、その反射光は今度は第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。そして、少なくとも２つの反射面は光軸２に対して偏心している。

ここで、偏心光学系１０の接眼光学系の作用を行う正パワーを主として偏心光学系１０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面は回転非対称な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。

まず、以下の説明において用いる座標系について説明する。なお、光線追跡は、遠方の物点からの光が射出瞳１を通過し、反射型ＬＣＤ８の画面を像面として結像する逆追跡で考える。

図１に示すように、射出瞳１中心を通過し、反射型ＬＣＤ８の画面の中心に達する光線を軸上主光線とし、偏心光学系１０の第１面３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軸と直交しかつ撮像光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸とする。

一般に、球面レンズのみで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。一方、少ない面数で収差を良好に補正するためには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。

回転対称な光学系が偏心した場合、回転非対称な収差が発生し、これを回転対称な光学系でのみ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、像歪、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。図３６は偏心して配置された凹面鏡Ｍにより発生する像面湾曲、図３７は偏心して配置された凹面鏡Ｍにより発生する非点収差、図３８は偏心して配置された凹面鏡Ｍにより発生する軸上コマ収差を示す図である。本発明の偏心光学系は、上記のような偏心により発生する回転非対称な収差の補正のために、回転非対称な面を光学系中に配置して、その回転非対称な収差を補正している。

偏心して配置された凹面鏡により発生する回転非対称な収差に、回転非対称な像面湾曲がある。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（反射型ＬＣＤ８）までの後側焦点距離は、光線が当たった部分の曲率の半分になる。すると、図３６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。このような回転非対称な像面湾曲を補正することは、回転対称な光学系では不可能であった。この傾いた像面湾曲を補正するには、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（図の上方向）に対して曲率を強く（屈折力を強く）し、Ｙ軸負の方向（（図の下方向）に対して曲率を弱く（屈折力を弱く）することにより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。

次に、回転非対称な非点収差について説明する。前記説明と同様に、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３７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、前記説明と同様に、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。

さらに、回転非対称なコマ収差について説明する。前記説明と同様に、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３８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。

さらに、偏心光学系を折り曲げ光路を有するように構成すると、反射面にパワーを持たせることが可能となり、透過型レンズを省略することが可能となる。さらに、光路を折り曲げたことにより偏心光学系を小型に構成することが可能となる。

また、その反射面は、臨界角を越えて光線が入射するように、光線に対して傾いて配置された全反射面で構成することにより、高い反射率にすることが可能となり、また、反射作用と透過作用とを併せ持たすことが可能となる。また、反射面を構成する面にアルミニウム又は銀等の金属薄膜を表面に形成した反射面、又は、誘電体多層膜で形成された反射面又は半透過反射面で構成することが好ましい。金属薄膜で反射作用を有する場合は、手軽に高反射率を得ることが可能となる。また、誘電体反射膜の場合は、波長選択性や吸収の少ない反射膜を形成する場合に有利となる。

さらに好ましくは、反射面に回転非対称面を用いると、透過面に用いる場合と比べて、色収差は全く発生しない。また、面の傾きが少なくても光線を屈曲させることができるために、他の収差発生も少ない。つまり、同じ屈折力を得る場合に、反射面の方が屈折面に比べて収差の発生が少なくてすむ。

ここで、回転非対称面には、アナモルフィック面、トーリック面、自由曲面がある。アナモルフィック面の面形状は以下の式（ａ）で表される。

Ｚ＝（ＣＸ・ｘ² ＋ＣＹ・ｙ² ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ_x ）ＣＸ² ・ｘ²
−（１＋Ｋ_y ）ＣＹ² ・ｙ² ｝^1/2 ］
＋Σ Ｒ_n ｛（１−Ｐ_n ）ｘ² ＋（１＋Ｐ_n ）ｙ² ｝ⁿ ・・・（ａ）
ⁿ⁼²
ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ量、ＣＸはＸ軸方向曲率、ＣＹはＹ軸方向曲率、Ｋ_x はＸ軸方向円錐係数、Ｋ_y はＹ軸方向円錐係数、Ｒ_n は非球面項回転対称成分、Ｐ_n は非球面項回転非対称成分である。

トーリック面の面形状は以下の式（ｂ）で表される。

Ｚ＝−Ｓｉｇｎ（Ｒｘ）・｛（Ｒｘ−Ｇ（ｙ））² −ｘ² ｝^1/2 ＋Ｒｘ
・・・（ｂ）
ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ量、ＲｘはＸ軸方向曲率半径、Ｓｉｇｎ（Ｒｘ）はＸ軸方向曲率半径の符号、Ｇ（ｙ）は、
Ｇ（ｙ）＝ＣＹ・ｙ² ／［１＋｛１−（ａｋ＋１）ＣＹ² ・ｙ² ｝^1/2 ］
＋Σ ａｃ（ｎ）・ｙ^n
n=2
であり、ここで、ＣＹはＹ軸方向曲率、ａｋは円錐係数、ａｃ（ｎ）は非球面係数である。

自由曲面の面形状は以下の式（ｃ）で表される。

Ｚ＝Ｃ₂
＋Ｃ₃ ｙ＋Ｃ₄ ｘ
＋Ｃ₅ ｙ² ＋Ｃ₆ ｙｘ＋Ｃ₇ ｘ²
＋Ｃ₈ ｙ³ ＋Ｃ₉ ｙ² ｘ＋Ｃ₁₀ｙｘ² ＋Ｃ₁₁ｘ³
＋Ｃ₁₂ｙ⁴ ＋Ｃ₁₃ｙ³ ｘ＋Ｃ₁₄ｙ² ｘ² ＋Ｃ₁₅ｙｘ³ ＋Ｃ₁₆ｘ⁴
＋Ｃ₁₇ｙ⁵ ＋Ｃ₁₈ｙ⁴ ｘ＋Ｃ₁₉ｙ³ ｘ² ＋Ｃ₂₀ｙ² ｘ³ ＋Ｃ₂₁ｙｘ⁴
＋Ｃ₂₂ｘ⁵
＋Ｃ₂₃ｙ⁶ ＋Ｃ₂₄ｙ⁵ ｘ＋Ｃ₂₅ｙ⁴ ｘ² ＋Ｃ₂₆ｙ³ ｘ³ ＋Ｃ₂₇ｙ² ｘ⁴
＋Ｃ₂₈ｙｘ⁵ ＋Ｃ₂₉ｘ⁶
＋Ｃ₃₀ｙ⁷ ＋Ｃ₃₁ｙ⁶ ｘ＋Ｃ₃₂ｙ⁵ ｘ² ＋Ｃ₃₃ｙ⁴ ｘ³ ＋Ｃ₃₄ｙ³ ｘ⁴
＋Ｃ₃₅ｙ² ｘ⁵ ＋Ｃ₃₆ｙｘ⁶ ＋Ｃ₃₇ｘ⁷
・・・・・
・・・（ｃ）
ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ量、Ｃ_m （ｍは２以上の整数）は係数である。

また、本発明の偏心光学系においては、偏心した回転非対称面形状を有する反射作用面の少なくとも１面は、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面を使用することが望ましい。上記式（ｃ）で表される自由曲面は、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（図１の面）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、Ｃ₄ ，Ｃ₆ ，Ｃ₉ ，Ｃ₁₁，Ｃ₁₃，Ｃ₁₅，Ｃ₁₈，Ｃ₂₀，Ｃ₂₂，Ｃ₂₄，Ｃ₂₆，Ｃ₂₈，Ｃ₃₁，Ｃ₃₃，Ｃ₃₅，Ｃ₃₇，・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。

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。例えば、上記定義式（ｃ）においては、Ｃ₃ ，Ｃ₆ ，Ｃ₈ ，Ｃ₁₀，Ｃ₁₃，Ｃ₁₅，Ｃ₁₇，Ｃ₁₉，Ｃ₂₁，Ｃ₂₄，Ｃ₂₆，Ｃ₂₈，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り、また、以上のような対称面を持つことにより製作性を向上することが可能となる。

上記Ｙ−Ｚ面と平行な対称面、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面の何れか一方を対称面とすることにより、偏心により発生する回転非対称な収差を効果的に補正することが可能となる。上記定義式は、１つの例として示したものであり、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。

また、一般に、偏心した回転非対称反射面を有する偏心光学系（偏心プリズム光学系）は研磨により製作することは難しく、研削により１面ずつ形成するか、プラスチックの射出成形又はガラスモールド成形により作製することになる。このとき、偏心プリズム光学系の面が所定の形状に作製されているかどうかを確認する必要がある。このような３次元の回転非対称な形状の測定には、一般的に３次元座標測定器が使用されるが、測定時間がかかりすぎてしまう。

そこで、偏心プリズム光学系を構成する面の中、少なくとも１面を球面又は回転対称非球面からなる回転対称面で構成することがより望ましい。さて、図１の本発明の実施例においては、画像表示素子として反射型ＬＣＤ８を用いているため、その表示面に照明光１３を照射する必要がある。そのために、この実施例の場合、点状の光源１２を、第３面５と反射型ＬＣＤ８の間のスペース及びそれを取り巻くスペースであって表示光を遮断しない光路外の位置に配置してある。

しかも、反射型ＬＣＤ８の表示面（画素の面が表示面に平行に配置されていない場合は画素の面）に対して偏心光学系１０の入射瞳位置１１と鏡像関係にある位置に光源１２が配置されている。このような位置関係に配置すると、光源１２からの照明光１３の入射角αと反射型ＬＣＤ８からの表示光束の主光線の射出角β（表示面あるいは画素の面に垂直な法線ｎに対して表示光束の主光線がなす角）が略等しくなり、明るい表示が可能になる。なお、入射瞳位置１１は偏心光学系１０に関して射出瞳１と共役な位置である。

光源１２の配置位置としては、図１のように第３面５と反射型ＬＣＤ８の間のスペース及びそれを取り巻くスペースであって表示光を遮断しない光路外の位置以外に、図２、図３に示すように、偏心光学系１０の一部であって反射型ＬＣＤ８からの表示光束が通らない部分を透過させて反射型ＬＣＤ８の表示面（画素の面）を照明できる位置に配置することもできる。

図２の場合は、第３面５と反対側で第１面３と第２面４が交差する偏心光学系１０の部分を切り取り、その切り取り面１４前方に光源１２を配置し、光源１２からの照明光１３がこの切り取り面１４を介して偏心光学系１０内部に入り、偏心光学系１０を横断して第３面５から外に出て、反射型ＬＣＤ８の表示面を照明するようにしている。

図３の場合は、第１面３の前であって第３面５との交差部近傍に光源１２を配置し、光源１２からの照明光１３を第１面３の第３面５との交差部近傍から偏心光学系１０内部に入れ、偏心光学系１０を横断して第３面５から外に出るようにして、反射型ＬＣＤ８の表示面を照明するようにしている。

何れの場合も偏心光学系１０内部を照明光１３が通過するが、反射型ＬＣＤ８からの表示光束が通らない部分あるいは方向を透過させるので、光源１３は表示の邪魔にならず、また、照明光１３はフレア等にならない。

ところで、図１のように、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り、射出瞳１が第１面３に面して位置しており、反射型ＬＣＤ８が第３面５に面して配置され、反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射型ＬＣＤ８に対向した透過面の第３面５を経て偏心光学系１０内に入射し、射出瞳１に面した第１面３の内側で反射され、次いで、第１面３に対して射出瞳１側と反対側に位置する第２面４に入射してその面の内側で反射され、その反射光は今度は第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する偏心光学系１０を接眼光学系として用いる場合について、座標系を前記のように定め、逆光線追跡で射出瞳１の中心を通り偏心光学系１０を介して反射型ＬＣＤ８の画面の中心に達する光線を軸上主光線とし、反射型ＬＣＤ８の表示面あるいは画素の面に垂直な法線ｎのＹ−Ｚ面への投影像を法線ｎ' とし、上記軸上主光線とその法線ｎ' とのなす角度をΘとするとき、照明光源１２がそれぞれ図１、図２、図３の位置に配置される場合のこの角度Θの条件について検討する。

まず、図２のように、偏心光学系１０の第３面５と反対側で第１面３と第２面４が交差する部分を切り取り、その切り取り面１４前方に光源１２を配置し、光源１２からの照明光１３をこの切り取り面１４を介して偏心光学系１０内部に入射させ、偏心光学系１０を横断して第３面５から射出した光で反射型ＬＣＤ８の表示面を照明する場合には、
１５°＜Θ＜２５° ・・・（１）
を満足することが望ましい。

上記条件式（１）の上限の２５°を越えると、反射型ＬＣＤ８を照明するためには、逆光線追跡での第１反射面４で照明光線を反射させる必要があり、照明むらが発生しやすく、第１反射面４が結像系以外に照明系としてのパワーも併せ持つことになるので、収差補正上好ましくない。また、下限の１５°を越えると、反射型ＬＣＤ８を照明するためには、逆光線追跡での第２反射面３で照明光線を反射させる必要があり、図２のように光源１２を偏心光学系１０の下側（反射型ＬＣＤ８とは反対側）に配置すること自体が困難になってしまう。

次に、図１のように、光源１２を偏心光学系１０の第３面５と反射型ＬＣＤ８の間のスペース及びそれを取り巻くスペースであって表示光を遮断しない光路外の位置に配置する場合には、
２０°＜Θ＜３３° ・・・（２）
を満足することが望ましい。

上記条件式（２）の上限の３３°を越えると、偏心光学系１０の像面のＹ方向の曲がりが大きくなり結像光学系として補正しきれなくなり、収差補正上好ましくない。また、下限の２０°を越えると、照明系の光路と逆光線追跡での第２透過面５がオーバラップしてしまい、図１のように光源１２を第３面５と反射型ＬＣＤ８の間のスペース及びそれを取り巻くスペースであって表示光を遮断しない光路外の位置に配置すること自体が困難になってしまう。

次に、図３のように、光源１２を第１面３の前の射出瞳１側であって第３面５との交差部近傍に配置し、光源１２からの照明光１３を第１面３の第３面５との交差部近傍から偏心光学系１０内部に入れ、偏心光学系１０を横断して第３面５から外に出るようにして照明する場合には、
８°＜Θ＜２０° ・・・（３）
を満足することが望ましい。

上記条件式（３）の上限の２０°を越えると、照明系の光路は逆光線追跡での第２透過面５の物理的な有効径の外となってしまい、図３のような照明配置をとることが困難になってしまう。また、下限の８°を越えると、照明用光源１２が射出瞳１の面と第１面３とを結ぶ光路内に配置されてしまい、本来の目的である空中像が光源１２に遮られて観察できなくなってしまう。

さて、以上の実施例においては、図１に示すように、偏心光学系１０は、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り、反射型ＬＣＤ８からの表示光が、反射型ＬＣＤ８に対向した透過面の第３面５を経て偏心光学系１０内に入射し、射出瞳１に面した第１面３の内側で反射され、次いで、第１面３に対して射出瞳１側と反対側に位置する第２面４に入射してその面の内側で反射され、その反射光は今度は第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像するものであったが、それ以外に種々の形態の偏心光学系１０を本発明の接眼光学系として用いることができる。以下にそれらを説明するが、これらの偏心光学系１０においても、少なくとも１つの反射面は光軸に対して偏心しており、偏心光学系１０を構成する反射面の何れかあるいは全てが接眼光学系の作用を行う正パワーを主としてが担っており、かつ、その反射面の少なくとも１面は前記のアナモルフィック面、トーリック面、又は、自由曲面からなる回転非対称な面形状を有している。そして、偏心した回転非対称面形状を有する反射作用面の少なくとも１面は、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面を使用することが望ましい。また、偏心光学系１０を構成する面の中、少なくとも１面を球面又は回転対称非球面からなる回転対称面で構成することがより望ましい。

図４の偏心光学系１０は、４つの面３、４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射され、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された反射面の第２面４に入射して反射され、その反射光は、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。

図５の偏心光学系１０は、４つの面３、４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された反射面の第２面４に入射して反射され、その反射後、反射面の第４面６で反射され、次に、第２面４に入射して反射され、その反射光は、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。

図６の偏心光学系１０は、４つの面３、４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射され、次に、第３面５に入射して今度は反射され、次いで、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された反射面の第２面４に入射して反射され、その反射後、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。

図７の偏心光学系１０は、３つの面３、４、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され、かつ、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第２面４を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射され、次に、第２面４に入射して今度は反射され、再び第４面６で反射され、次いで、第２面４に入射して再度反射され、その反射後、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。

図８の偏心光学系１０は、４つの面３、４、６、７からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され、かつ、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第２面４を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第５面７で反射され、次に、第２面４に入射して今度は反射され、次いで、反射面の第４面６で反射され、再び第２面４に入射して再度反射され、その反射後、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。

図９の偏心光学系１０は、３つの面３、４、５からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された反射面の第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。

図１０の偏心光学系１０は、３つの面３、４、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され、かつ、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第２面４を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射され、次に、第２面４に入射して今度は反射され、その反射後、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。

図１１の偏心光学系１０は、３つの面３、４、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され、かつ、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第２面４を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３で反射され、反射面の第４面６で反射され、次に、第２面４に入射して今度は反射され、その反射後、今度は第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。

図１２の偏心光学系１０は、２つの裏面鏡２１、２２からなり、その中、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第２の裏面鏡２２の表面を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、第２の裏面鏡２２の表面、裏面、表面の順で透過、反射、透過し、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第１の裏面鏡２１の表面、裏面、表面の順で透過、反射、透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。

図１３の偏心光学系１０は、正の屈折力を有する光学素子（接合レンズ）２３と凹面裏面鏡２１とからなり、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された正の屈折力を有する光学素子２３を透過して偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された凹面裏面鏡２１の表面、裏面、表面の順で透過、反射、透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。

図１４の偏心光学系１０は、凹面裏面鏡２１と正の屈折力を有する光学素子（単レンズ）２３とからなり、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された凹面裏面鏡２１の表面を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、凹面裏面鏡２１の表面、裏面、表面の順で透過、反射、透過し、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された正の屈折力を有する光学素子２３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。

図１５の偏心光学系１０は、偏心配置の凹面裏面鏡２１からなり、反射型ＬＣＤ８からの表示光は、凹面裏面鏡２１の表面、裏面、表面の順で透過、反射、透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。

図１６の偏心光学系１０は、３つの面３、４、５からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第２面４で反射され、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第１面３に入射して反射され、その反射光は、再び第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。

図１７の偏心光学系１０は、４つの面３、４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射され、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第１面３に入射して反射され、その反射光は今度は第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。

図１８の偏心光学系１０は、２つの面３、４からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第１面３を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第２面４で反射され、その反射光は、今度は第１面３に入射して反射され、その反射光は、再び第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。

図１９の偏心光学系１０は、３つの面３、４、５からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、光軸２上に射出瞳１と対向して配置された第１面３で反射され、再び第３面５に入射して反射され、再度第１面３で反射され、その反射光は今度は第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。

図２０の偏心光学系１０は、３つの面３、４、５からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第１面３を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、第３面５に入射して反射され、再び第１面３に入射して反射され、再度第３面５で反射され、その反射光は再度第１面３で反射され、その反射光は今度は第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。

図２１の偏心光学系１０は、４つの面３、４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、４つの面３、４、５、６中、第２面４は媒質中に設けられた偏心した半透過反射面となっているもので、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、半透過反射面の第２面４を透過して、反射面の第４面６で反射され、今度は第２面４の半透過反射面に入射して反射され、その反射後、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。

図２２の偏心光学系１０は、４つの面３、４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射され、その反射光は、反射面の第２面４に入射して反射され、その反射後、第３面５から第４面６に到る光路と交差しながら光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。

図２３の偏心光学系１０は、４つの面３、４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、４つの面３、４、５、６中、第２面４、第４面６は媒質中に設けられた偏心した半透過反射面となっているもので、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、半透過反射面の第２面４を透過して、半透過反射面の第４面６で反射され、今度は第２面４の半透過反射面に入射して反射され、その反射光は今度は半透過反射面の第４面６を透過して、光軸２上に第４面６と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。

次に、本発明の具体的な数値実施例１〜５について説明する。後述する各実施例の構成パラメータにおいては、図２４に示すように、逆光線追跡で、偏心光学系１０の射出瞳１の中心を光学系の原点として、光軸２を射出瞳１の中心（原点）を通る軸上主光線で定義し、射出瞳１から光軸２に沿って進む方向をＺ軸方向、このＺ軸に直交し射出瞳１中心を通り、光線が偏心光学系１０によって折り曲げられる面内の方向をＹ軸方向、Ｙ軸、Ｚ軸に直交し、射出瞳１中心を通る方向をＸ軸方向とし、射出瞳１から偏心光学系１０に向かう方向をＺ軸の正方向、光軸２から像面（画像表示素子）８の側をＹ軸の正方向、そしてこれらＹ軸、Ｚ軸と右手系を構成する方向をＸ軸の正方向とする。なお、光線追跡は偏心光学系１０の射出瞳１側の物体側から偏心光学系１０に入射する方向としている。

そして、偏心が与えられている面については、その面の面頂位置の偏心光学系１０の原点である射出瞳１の中心からのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の偏心量と、その面の中心軸（自由曲面、回転対称非球面については、それぞれ以下の（ｃ）式、（ｆ）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の反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対しての時計回りを意味する。その他、球面の曲率半径、面間隔、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、回転非対称面である自由曲面の形状は以下の式により定義する。その定義式のＺ軸が回転非対称面の軸となる。

Ｚ＝Σ_n Σ_m Ｃ_nmＸⁿ Ｙ^n-m
ただし、Σ_n はΣのｎが０〜ｋ、Σ_m はΣのｍが０〜ｎを表す。

また、面対称自由曲面（対称面を１つのみ有する自由曲面）を、この自由曲面を表す式により定義する場合は、その対称面により生ずる対称性をＸ方向に求める場合は、Ｘの奇数次項を０に（例えばＸ奇数次項の係数を０にする）、その対称面により生ずる対称性をＹ方向に求める場合は、Ｙの奇数次項を０に（例えばＹ奇数次項の係数を０にする）すればよい。

ここで、例としてｋ＝７（７次項）で、Ｘ方向に対称な面対称自由曲面を上記定義式を展開した形で表すと、以下の式となる。

Ｚ＝Ｃ₂
＋Ｃ₃ Ｙ＋Ｃ₄ Ｘ
＋Ｃ₅ Ｙ² ＋Ｃ₆ ＹＸ＋Ｃ₇ Ｘ²
＋Ｃ₈ Ｙ³ ＋Ｃ₉ Ｙ² Ｘ＋Ｃ₁₀ＹＸ² ＋Ｃ₁₁Ｘ³
＋Ｃ₁₂Ｙ⁴ ＋Ｃ₁₃Ｙ³ Ｘ＋Ｃ₁₄Ｙ² Ｘ² ＋Ｃ₁₅ＹＸ³ ＋Ｃ₁₆Ｘ⁴
＋Ｃ₁₇Ｙ⁵ ＋Ｃ₁₈Ｙ⁴ Ｘ＋Ｃ₁₉Ｙ³ Ｘ² ＋Ｃ₂₀Ｙ² Ｘ³ ＋Ｃ₂₁ＹＸ⁴
＋Ｃ₂₂Ｘ⁵
＋Ｃ₂₃Ｙ⁶ ＋Ｃ₂₄Ｙ⁵ Ｘ＋Ｃ₂₅Ｙ⁴ Ｘ² ＋Ｃ₂₆Ｙ³ Ｘ³ ＋Ｃ₂₇Ｙ² Ｘ⁴
＋Ｃ₂₈ＹＸ⁵ ＋Ｃ₂₉Ｘ⁶
＋Ｃ₃₀Ｙ⁷ ＋Ｃ₃₁Ｙ⁶ Ｘ＋Ｃ₃₂Ｙ⁵ Ｘ² ＋Ｃ₃₃Ｙ⁴ Ｘ³ ＋Ｃ₃₄Ｙ³ Ｘ⁴
＋Ｃ₃₅Ｙ² Ｘ⁵ ＋Ｃ₃₆ＹＸ⁶ ＋Ｃ₃₇Ｘ⁷
・・・（ｃ）
そして、Ｘ奇数次項の係数Ｃ₄ ，Ｃ₆ ，Ｃ₉ ・・・を０とする（後記の実施例）。なお、後記する構成のパラメータ中において、記載のない非球面に関する係数は０である。

また、面対称自由曲面の他の定義式として、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式がある。この面の形状は以下の式（ｄ）により定義する。その定義式のＺ軸がＺｅｒｎｉｋｅ多項式の軸となる。

Ｘ＝Ｒ×cos(A)
Ｙ＝Ｒ×sin(A)
Ｚ＝Ｄ₂
＋Ｄ₃ Ｒcos(A)＋Ｄ₄ Ｒsin(A)
＋Ｄ₅ 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)・・・・・
・・・（ｄ）
なお、上記においてＸ方向に対称な面として表した。ただし、Ｄ_m （ｍは２以上の整数）は係数である。

本発明において使用可能なその他の面の表現例として、上記定義式（Ｚ＝Σ_n Σ_m Ｃ_nmＸⁿ Ｙ^n-m ）を、（ｃ）式と同様、Ｘ方向に対称な面で、ｋ＝７とした面を表す場合、以下の（ｅ）式のように展開することもできる。

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 ｜
・・・（ｅ）
また、回転対称非球面の形状は以下の式により定義する。その定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。

Ｚ＝（Ｙ² ／Ｒ）／［１＋｛１−Ｐ（Ｙ² ／Ｒ² ）｝^1/2 ］
＋Ａ₄ Ｙ⁴ ＋Ａ₆ Ｙ⁶ ＋Ａ₈ Ｙ⁸ ＋Ａ₁₀Ｙ¹⁰・・・
・・・（ｆ）
ただし、ＹはＺに垂直な方向であり、Ｒは近軸曲率半径、Ｐは円錐係数、Ａ₄ 、Ａ₆ 、Ａ₈ 、Ａ₁₀は非球面係数である。

なお、後記する構成パラメータにおいて、データの記載されていない非球面に関する項は０である。屈折率についてはｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。

次に、図２４〜図２８にそれぞれ数値実施例１〜５の画像表示装置光学系の偏心光学系１０の光軸２を含むＹ−Ｚ断面図を示す。何れの実施例の偏心プリズム光学系１０も、図１の場合と同様に、３つの面３、４、５からなっており、その３つの面３〜５の間が屈折率が１より大きい透明媒質で埋められていて、不図示の物体から発した光線束が光軸２に沿って偏心光学系１０の射出瞳１をまず通過し、透過作用と反射作用を有する第１面３に入射して偏心光学系１０内に入り、その入射光線は射出瞳１から遠い側の反射作用のみを有する反射面である第２面４で射出瞳１に近づく方向に反射され、今度は第１面３で射出瞳１から遠ざかる方向に再び反射され、その反射光線は、透過作用のみを有する第３面５を透過して像面の位置に配置された反射型ＬＣＤ８の表示面に到達し、その表示面で正反射して、図２４〜図２６の場合は、図２と同様に、第３面５から偏心光学系１０内に入り、偏心光学系１０を横断して、第３面５と反対側の第１面３と第２面４が交差する部分の切り取り面１４から偏心光学系１０の外へ出て、切り取り面１４の前方に配置された面光源（例えば、点光源により背面から照明されたスリガラス）１２に達する。また、図２７の場合は、図１と同様、反射型ＬＣＤ８の表示面で正反射した光は、第３面５と反射型ＬＣＤ８の間のスペースの射出瞳１側に配置された面光源１２に達する。さらに、図２８の場合は、図３と同様、反射型ＬＣＤ８の表示面で正反射した光は、第３面５から偏心光学系１０内に入り第３面５と第１面３交差部近傍を横切り、第１面３から射出瞳１側に出て、第１面３の前方に配置された面光源１２に達する。

図２４（実施例１）、図２６（実施例３）、図２７（実施例４）、図２８（実施例５）の場合は、射出瞳１と面光源１２は共役になっており、したがって、面光源１２は射出瞳１の形状に相似の円形のものでよく、図２５（実施例２）の場合は、Ｙ−Ｚ断面図内でのみ射出瞳１と面光源１２は共役になっており、Ｘ−Ｚ断面図内では共役になっていないため、実施例２の場合は、光源１２としてＸ方向に伸びた長い面光源１２を用いる。

そして、実施例１、２、５においては、第１面３は瞳１側に凹面を向けて偏心した前記の（ｆ）式で定義される回転対称非球面からなり、実施例３においては、第１面３は前記の（ｃ）式で定義される自由曲面からなり、実施例４においては、第１面３は瞳１側に凸面を向けて偏心した前記の（ｆ）式で定義される回転対称非球面からなる。また、実施例１〜５の何れの実施例においても、第２面４、第３面５は前記の（ｃ）式で定義される自由曲面からなる。

また、反射型ＬＣＤ８は、何れの実施例も対角０．７インチタイプの縦横１４．４ｍｍ×１０．７ｍｍの画面のものを使用するようになっており、画角は、実施例１〜３は、水平画角３３°、垂直画角２５．１°、実施例４、５は、水平画角３５°、垂直画角２６．６°であり、瞳径は、何れの実施例も４ｍｍである。

以下に、上記実施例１〜５の構成パラメータを示す。なお、像面の次の面番号７、８は実施例１〜３の場合は、第３面５と切り取り面１４であり、実施例５の場合は、第３面５と第１面３である。また、光源は面光源１２である。そして、これら実施例１〜５はいずれも入射瞳を有限距離とした非テレセントリック光学系に構成したものである。

実施例１
面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ -1000.00
1 ∞（瞳）
2 -167.90 （非球面） 偏心(1) 1.5254 56.2
3 自由曲面(1) 偏心(2) 1.5254 56.2
4 -167.90 （非球面） 偏心(1) 1.5254 56.2
5 自由曲面(2) 偏心(3)
像 面 ∞ 偏心(4)
7 自由曲面(2) 偏心(3) 1.5254 56.2
8 ∞ 偏心(5)
光 源 ∞ 偏心(6)
非球面係数
面番号：２，４
Ｐ = 1
Ａ₄ = 1.3861×10^-6
Ａ₆ =-1.5957×10^-9
自由曲面(1)
Ｃ₅ -7.5462×10^-3 Ｃ₇ -7.8676×10^-3 Ｃ₈ 5.6453×10^-5
Ｃ₁₀ 2.7553×10^-5 Ｃ₁₂ 5.3969×10^-7 Ｃ₁₄ 6.0288×10^-7
Ｃ₁₆ -3.2424×10^-7 Ｃ₁₇ -3.6709×10^-8 Ｃ₁₉ 9.4121×10^-8
Ｃ₂₁ -5.0850×10^-9
自由曲面(2)
Ｃ₅ -1.2220×10^-2 Ｃ₇ -1.3558×10^-2 Ｃ₈ -2.5977×10^-4
Ｃ₁₀ 2.9678×10^-4 Ｃ₁₄ 5.5478×10^-6 Ｃ₁₆ 3.1550×10^-5
Ｃ₁₇ 2.6777×10^-6 Ｃ₁₉ -1.7874×10^-6 Ｃ₂₁ -3.9576×10^-7
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 8.59 Ｚ 27.10
α 21.17 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 1.39 Ｚ 42.54
α -9.30 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 22.01 Ｚ 32.70
α 90.03 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ 24.99 Ｚ 34.86
α 74.53 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ -12.00 Ｚ 32.00
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
Ｘ 0.00 Ｙ -13.00 Ｚ 36.50
α 90.00 β 0.00 γ 0.00 。

実施例２
面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ -1000.00
1 ∞（瞳）
2 -168.57 （非球面） 偏心(1) 1.5254 56.2
3 自由曲面(1) 偏心(2) 1.5254 56.2
4 -168.57 （非球面） 偏心(1) 1.5254 56.2
5 自由曲面(2) 偏心(3)
像 面 ∞ 偏心(4)
7 自由曲面(2) 偏心(3) 1.5254 56.2
8 ∞ 偏心(5)
光 源 ∞ 偏心(6)
非球面係数
面番号：２，４
Ｐ = 1
Ａ₄ = 9.2941×10^-7
Ａ₆ =-1.6509×10^-9
自由曲面(1)
Ｃ₅ -7.5328×10^-3 Ｃ₇ -7.8680×10^-3 Ｃ₈ 6.1807×10^-5
Ｃ₁₀ 2.1866×10^-5 Ｃ₁₂ 5.9433×10^-7 Ｃ₁₄ 4.5365×10^-7
Ｃ₁₆ 2.4863×10^-7 Ｃ₁₇ -6.1413×10^-9 Ｃ₁₉ 1.1857×10^-7
Ｃ₂₁ 4.9232×10^-8
自由曲面(2)
Ｃ₅ -1.2256×10^-2 Ｃ₇ -6.5166×10^-3 Ｃ₈ -2.0673×10^-4
Ｃ₁₀ 5.7020×10^-5 Ｃ₁₄ -2.1224×10^-6 Ｃ₁₆ -5.9028×10^-5
Ｃ₁₇ 1.7875×10^-6 Ｃ₁₉ -1.7235×10^-6 Ｃ₂₁ 4.9652×10^-6
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 8.19 Ｚ 27.25
α 21.22 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 1.38 Ｚ 42.43
α -8.85 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 21.93 Ｚ 33.20
α 90.05 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ 25.02 Ｚ 35.56
α 73.13 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ -12.00 Ｚ 32.00
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
Ｘ 0.00 Ｙ -13.00 Ｚ 36.50
α 90.00 β 0.00 γ 0.00 。

実施例３
面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ -1000.00
1 ∞（瞳）
2 自由曲面(1) 偏心(1) 1.5254 56.2
3 自由曲面(2) 偏心(2) 1.5254 56.2
4 自由曲面(1) 偏心(1) 1.5254 56.2
5 自由曲面(3) 偏心(3)
像 面 ∞ 偏心(4)
7 自由曲面(3) 偏心(3) 1.5254 56.2
8 ∞ 偏心(5)
光 源 ∞ 偏心(6)
自由曲面(1)
Ｃ₅ -3.0943×10^-3 Ｃ₇ -2.1692×10^-3 Ｃ₈ -4.8306×10^-5
Ｃ₁₀ -5.3490×10^-5 Ｃ₁₂ 1.4200×10^-6 Ｃ₁₄ 1.5139×10^-6
Ｃ₁₆ -1.0861×10^-5 Ｃ₁₇ 1.5841×10^-7 Ｃ₁₉ 6.9496×10^-8
Ｃ₂₁ -1.4837×10^-7
自由曲面(2)
Ｃ₅ -7.6816×10^-3 Ｃ₇ -7.6146×10^-3 Ｃ₈ 2.8189×10^-5
Ｃ₁₀ -3.8271×10^-6 Ｃ₁₂ -2.5770×10^-8 Ｃ₁₄ 8.8906×10^-7
Ｃ₁₆ -2.7528×10^-6 Ｃ₁₇ 9.4659×10^-8 Ｃ₁₉ 8.1970×10^-8
Ｃ₂₁ 8.5439×10^-8
自由曲面(3)
Ｃ₅ -1.2314×10^-2 Ｃ₇ -1.3727×10^-2 Ｃ₈ -3.0807×10^-4
Ｃ₁₀ 2.4329×10^-4 Ｃ₁₄ 7.0617×10^-6 Ｃ₁₆ 2.0688×10^-5
Ｃ₁₇ 2.8361×10^-6 Ｃ₁₉ -1.7179×10^-6 Ｃ₂₁ -5.4413×10^-7
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 8.88 Ｚ 26.99
α 21.35 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 1.43 Ｚ 42.68
α -9.43 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 21.72 Ｚ 32.14
α 89.25 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ 24.52 Ｚ 34.04
α 75.94 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ -12.00 Ｚ 32.00
α 90.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
Ｘ 0.00 Ｙ -13.00 Ｚ 36.00
α 90.00 β 0.00 γ 0.00 。

実施例４
面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ -1000.00
1 ∞（瞳）
2 465.98 偏心(1) 1.5254 56.2
3 自由曲面(1) 偏心(2) 1.5254 56.2
4 465.98 偏心(1) 1.5254 56.2
5 自由曲面(2) 偏心(3)
像 面 ∞ 偏心(4)
光 源 ∞ 偏心(5)
非球面係数
面番号：２，４
Ｐ = 1
Ａ₄ =-3.5067×10^-6
Ａ₆ = 4.6627×10^-10
自由曲面(1)
Ｃ₅ -5.9694×10^-3 Ｃ₇ -6.5778×10^-3 Ｃ₈ 5.4922×10^-5
Ｃ₁₀ 6.5817×10^-5 Ｃ₁₂ -2.8264×10^-6 Ｃ₁₄ -5.5724×10^-6
Ｃ₁₆ -1.0995×10^-6 Ｃ₁₇ 2.0234×10^-7 Ｃ₁₉ 9.3296×10^-8
Ｃ₂₁ 1.4712×10^-7
自由曲面(2)
Ｃ₅ -5.4431×10^-4 Ｃ₇ -5.9504×10^-3 Ｃ₈ -7.1036×10^-4
Ｃ₁₀ -3.6383×10^-4 Ｃ₁₄ 4.4298×10^-5 Ｃ₁₆ -3.9713×10^-6
Ｃ₁₉ -8.8974×10^-7 Ｃ₂₁ -1.5926×10^-6
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 7.27 Ｚ 27.85
α 16.12 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.89 Ｚ 38.74
α -12.19 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 18.55 Ｚ 33.70
α 76.51 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ 23.92 Ｚ 37.47
α 26.70 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ 24.74 Ｚ 6.23
α -34.49 β 0.00 γ 0.00 。

実施例５
面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ -1000.00
1 ∞（瞳）
2 -94.76 偏心(1) 1.5254 56.2
3 自由曲面(1) 偏心(2) 1.5254 56.2
4 -94.76 偏心(1) 1.5254 56.2
5 自由曲面(2) 偏心(3)
像 面 ∞ 偏心(4)
7 自由曲面(2) 偏心(3) 1.5254 56.2
8 -94.76 偏心(1)
光 源 ∞ 偏心(5)
非球面係数
面番号：２，４，８
Ｐ = 1
Ａ₄ = 1.9079×10^-6
Ａ₆ =-1.8638×10^-9
自由曲面(1)
Ｃ₅ -1.0488×10^-2 Ｃ₇ -1.0606×10^-2 Ｃ₈ 4.0912×10^-5
Ｃ₁₀ 1.2549×10^-5 Ｃ₁₄ -2.7265×10^-6 Ｃ₁₆ -1.2752×10^-6
自由曲面(2)
Ｃ₅ -3.5995×10^-2 Ｃ₇ 1.2635×10^-2 Ｃ₈ 1.0591×10^-3
Ｃ₁₀ 1.2029×10^-3 Ｃ₁₄ 3.6330×10^-6 Ｃ₁₆ -7.5845×10^-5
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 7.75 Ｚ 27.83
α 13.48 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.47 Ｚ 38.10
α -16.14 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 19.24 Ｚ 33.85
α 63.60 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ 22.06 Ｚ 35.38
α 48.19 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ 11.77 Ｚ 25.69
α 45.00 β 0.00 γ 0.00 。

上記実施例３の面光源１２の瞳収差を示す横収差図を図２９に示す。図中、は面光源１２中心から射出瞳１中心に到る光束の横収差を、は面光源１２右端から射出瞳１上端に到る光束の横収差を、は面光源１２左端から射出瞳１下端に到る光束の横収差をそれぞれ示す。

以上の実施例１〜５の条件式（１）〜（３）に関する角度Θは次の通りである。

実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５
Θ（°） ２０．５ ２０．５ ２０．１ ２８．１ １３．５
なお、以上の実施例においては、反射型画像表示素子として反射型ＬＣＤ８を用いることを前提としていたが、その代わりに図３７に示したＤＭＤ（デジタル・マイクロ・デバイス）等を用いてもよいことはもちろんである。

なお、光学系の数値は省くが、図１７の偏心光学系１０を接眼光学系に用いる場合の光源１２の配置に関する１実施例を図３０に示す。この実施例では、光源１２を第１面３の前の射出瞳１側であって第３面５に近い位置に配置し、光源１２からの照明光１３を第１面３から偏心光学系１０内部に入れ、偏心光学系１０を横断して第４面６から外に出るように、すなわち、光源１２からの照明光１３が偏心光学系１０を射出瞳１側から反対側に突き抜けるようにし、第４面６から外に出た照明光１３を凹面鏡１５により反射型ＬＣＤ８の方向に向け、第４面６の第３面５との交差部近傍から偏心光学系１０内部に再度入れ、偏心光学系１０を横断させて第３面５から外に出るようにして、反射型ＬＣＤ８の表示面を照明するようにしている。

また、上記実施例はいずれも、入射瞳を有限距離とした非テレセントリックに形成した偏心光学系に反射型ＬＣＤ８を使用した形態を示したが、以下のように、２次元画面を備えていない画像表示素子を用いることも可能である。

例えば、上記図２に示した画像表示装置の反射型ＬＣＤ８を単なる平面ミラー９に置き換え、光源１２をスキャン（走査）することによって、２次元画像を形成する画像表示素子２４とスキャン部材２５とに置き換えた図３１に示す画像表示装置とすることもできる。

この時、１次元走査を主体とした構成とするならば、例えば図３２に示すように、スキャン部材２５はポリゴンミラー２６に構成し、画像表示素子２４は１次元画像表示素子（液晶表示画素やＬＥＤ等の表示画素を１次元に配列したもの）２７と光を平行光束にするコリメータレンズ２８とに構成することができる。ここで、偏心光学系１０の入射瞳位置は、このポリゴンミラー２６の回転多面に形成された反射面に略一致するように配置し、１次元画像表示素子２７の画素列と直交する方向に光束を走査することによって、２次元画像を形成するように構成されている。

また、２次元走査を主体とした構成とするならば、例えば図３３に示すように、１次元画像表示素子２７を１画素分の表示を行なう画素光源２９に構成し、ポリゴンミラー２６の走査方向と直交する方向に走査機能を持って構成されたガルバノミラー３０を配置する構成とすることで実現できる。猶、このガルバノミラー３０は走査機能を持てば良く、ポリゴンミラー等で構成してもかまわない。

また、上記実施例において、光源１２、反射型ＬＣＤ８ポリゴンミラー２６及び平面ミラー９等の光学素子から射出される光束の内、入射瞳を形成する有効光束以外の開口数の大きな光が、偏心光学系１０を介して観察者の眼球に導かれることによって発生するゴースト像を防止するため、これら各素子の形成する光路中に光束の開口数を制限する開口数低減素子を配置することが望ましい。特にこの開口数低減素子は、上記各素子と偏心光学系１０との間の光路中に配置することがより効果的である。この開口数低減素子としては、例えば下記に示すルーバー光学素子１６ａや光ファイバープレート１６ｂ等がある。

ルーバー光学素子１６ａの例を図３４（ａ）、図３４（ｂ）に示す。ルーバー光学素子１６ａは、透明フィルム１７の中に微細な遮光壁１８が周期的に挟み込まれてなるもので、この遮光壁１８によりある入射角範囲以外の光は吸収されて射出できないものである。また、この遮光壁１８の角度を変えることにより、最大透過の入射角を変えることができる。図３４（ａ）、（ｂ）の矢印の方向から光束が入射した場合のルーバー光学素子１６ａの透過率分布を夫々図３５（ａ）、（ｂ）に示す。

このようなルーバー光学素子１６ａを例えば図１の光源１２と反射型ＬＣＤ８の間に挿入すると、光源１２からの光はルーバー光学素子１６ａにより開口数が制限され、その後に反射型ＬＣＤ８を反射し、偏心光学系１０に向かう。ここで、ゴースト像を発生させる開口数の大きさが、入射角度α以上に大きい光束によってもたらされるとした時、透過率分布が、図３５（ａ）のように臨界入射角α以上の光束は透過させないように構成されたルーバー光学素子１６ａを使用すれば、ゴースト像の発生を防止することができる。

また、上記各実施例のように偏心光学系１０では、各光学作用面が同軸系にはなく、面の形状自体も回転非対称に形成されていることもあり、ゴースト像を発生させる開口数の大きな光束も、図３５（ａ）のように入射角０を中心に対称に存在しない場合もある。そこでそのような場合は、図３４（ｂ）に示すように、所定の角度傾いて入射する光束を中心に光束の透過率を制御するように、透明フィルム１７中の微細な遮光壁１８が所定角度傾いて配置されたルーバー光学素子１６ａを用いることが望ましい。例えば、図１に示した実施例の場合は、反射型ＬＣＤ８を射出した光束は偏心光学系１０の第３面５に対して第１面３の方向に傾いて斜めに入射する。そこでこの反射型ＬＣＤ８と第３面５との間に図３４（ｂ）のルーバー光学素子１６ａを配置すれば、図３５（ｂ）のように透過率分布がスライドし、有効光束の光量を損失させずに、ゴースト像を形成する開口数の大きい光束のみ低減できる。

また、このルーバー光学素子１６ａの代わりに、光ファイバーを束ねてプレート状に切断した光ファイバープレート１６ｂを使用することもできる。この光ファイバープレート１６ｂの構造の一例を図３６に示す。この光ファイバープレート１６ｂは、同図の拡大図に示すように、コアガラス１９ａとその周辺を囲むクラッドガラス１９ｂとその外周に被覆された吸収部材２０とからなり、所定の開口数を有する光ファイバーを多数本蜜に束ねて構成されたもので、光ファイバーの開口数で決まる開口数以上の光束は、光ファイバー壁を抜けて吸収部材２０で吸収されるため、前記ルーバー光学素子１６ａと同じ働きを持つものである。

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。

片眼に装着する構成にした場合の様子を図３７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３８にそれぞれ示す。図３７、図３８中、３１は表示装置本体部を示し、図３７の場合は観察者の顔面の左眼の前方に、図３８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。その支持部材としては、一端を表示装置本体部３１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３２と、前フレーム３２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３３とから（図３７の場合）、あるいは、さらに、左右の後フレーム３３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３４とから（図３８の場合）構成されている。

また、前フレーム３２における上記の後フレーム３３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３５が接合されている。このリヤプレート３５は、上記支持部材の一翼を担うリヤカバー３６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３８の場合）。リヤプレート３５又はリヤカバー３６内にの観察者の耳に対応する位置にスピーカー３９が取り付けられている。

映像・音声信号等を外部から送信するためのケーブル４１が表示装置本体部３１から、頭頂フレーム３４（図３８の場合）、後フレーム３３、前フレーム３２、リヤプレート３５の内部を介してリヤプレート３５あるいはリヤカバー３６の後端部より外部に突出している。そして、このケーブル４１はビデオ再生装置４０に接続されている。なお、図中、４０ａはビデオ再生装置４０のスイッチやボリュウム調整部である。

なお、ケーブル４１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。

本発明の１実施例の画像表示装置の光路図である。 図１の変形例の画像表示装置の光路図である。 図１の別の変形例の画像表示装置の光路図である。 本発明の画像表示装置に適用可能な偏心光学系の光路図である。 本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。 本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。 本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。 本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。 本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。 本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。 本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。 本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。 本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。 本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。 本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。 本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。 本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。 本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。 本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。 本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。 本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。 本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。 本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。 本発明の数値実施例１の画像表示装置光学系の断面図である。 本発明の数値実施例２の画像表示装置光学系の断面図である。 本発明の数値実施例３の画像表示装置光学系の断面図である。 本発明の数値実施例４の画像表示装置光学系の断面図である。 本発明の数値実施例５の画像表示装置光学系の断面図である。 本発明の数値実施例３の面光源の瞳収差を示す横収差図である。 図１７の偏心光学系を用いる場合の光源の配置に関する１実施例を示す断面図である。 本発明の他の実施例を示す断面図である。 図３１のスキャン部材を１次元走査に構成した例を示す図である。 図３１のスキャン部材を２次元走査に構成した例を示す図である。 ルーバー光学素子を示す図である。 図３４のルーバー光学素子の透過率分布を示す図である。 光ファイバープレートを示す図である。 本発明の画像表示装置を片眼装着の構成にした場合の様子を示す図である。 本発明の画像表示装置を両眼装着の構成にした場合の様子を示す図である。 偏心配置の凹面鏡により発生する像面湾曲を説明するための図である。 偏心配置の凹面鏡により発生する非点収差を説明するための図である。 偏心配置の凹面鏡により発生する軸上コマ収差を説明するための図である。 従来の反射型ＬＣＤを用いる画像表示装置の光学系を示す図である。 公知のＤＭＤの構成を説明するための図である。

符号の説明

１…射出瞳
２…光軸
３…第１面
４…第２面
５…第３面
６…第４面
８…反射型ＬＣＤ（液晶表示素子）
９…平面ミラー
１０…偏心光学系
１１…入射瞳位置
１２…光源
１３…照明光
１４…切り取り面
１５…凹面鏡
１６ａ…ルーバー光学素子
１６ｂ…光ファイバープレート
１７…透明フィルム
１８…遮光壁
１９ａ…コアガラス
１９ｂ…クラッドガラス
２０…吸収部材
２１、２２…裏面鏡
２３…正の屈折力を有する光学素子
２４…画像表示素子
２５…スキャン部材
２６…ポリゴンミラー
２７…１次元画像表示素子
２８…コリメータレンズ
２９…画素光源
３０…ガルバノメータミラー
３１…表示装置本体部
３２…前フレーム
３３…後フレーム
３４…頭頂フレーム
３５…リヤプレート
３６…リヤカバー
３９…スピーカー
４０…ビデオ再生装置
４０ａ…ボリュウム調整部
４１…ケーブル
Ｍ…凹面鏡

Claims (5)

1. 画像表示素子と、前記画像表示素子により形成された画像を虚像として観察できるように観察者眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系とを有する画像表示装置において、前記接眼光学系が少なくとも１面の偏心した裏面反射面を有する偏心光学系からなり、且つ前記偏心光学系が、非テレセントリック光学系に構成されており、
   前記画像表示素子が、１次元走査若しくは２次元走査を行なうスキャン部材と前記スキャン部材の走査によって２次元画像を形成できるように形成された照明手段とを備えていることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記偏心光学系を介して前記画像表示素子とは反対側に配置される平面ミラーを備えていることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記照明手段と前記偏心光学系との間に開口数低減部材を配置してゴースト像の発生を防止するように構成された請求項１又は２記載の画像表示装置。
4. 前記画像表示装置が、右眼用画像表示素子と左眼用画像表示素子と右眼用接眼光学系と左眼用接眼光学系とを備えて構成された請求項１乃至３の何れか１項記載の画像表示装置。
5. 前記画像表示装置が、観察者顔面前方に位置するように、観察者頭部を支持する支持手段を有して構成された請求項１乃至４の何れか１項記載の頭部装着型画像表示装置。

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