JPH09171151A - Image display device - Google Patents

Image display device

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Publication number
JPH09171151A
JPH09171151A JP33060795A JP33060795A JPH09171151A JP H09171151 A JPH09171151 A JP H09171151A JP 33060795 A JP33060795 A JP 33060795A JP 33060795 A JP33060795 A JP 33060795A JP H09171151 A JPH09171151 A JP H09171151A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image display
observer
display device
optical system
display element
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP33060795A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koichi Takahashi
高橋浩一
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP33060795A priority Critical patent/JPH09171151A/en
Publication of JPH09171151A publication Critical patent/JPH09171151A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image display device capable of clearly observing the image with a wide view angle and being very small in size and light in weight. SOLUTION: This image display device is composed of an image display element 8 and an eyepiece optical system 9 for projecting the image and introducing it to an observer's eye. The eyepiece optical system 9 has four optical surfaces 12, 6, 5, 11 and is composed, in order of the path of a light ray according to reversely tracing the ray from the observer to the image display element 8, of a first transparent surface 11 close to the observer, a second translucent surface 5 having a definite curvature inclined to the visual axis of observer 2, a third reflection surface 6 opposite to the second surface 5 and a fourth transparent surface 12 close to the image display element 8. A space formed with the first surface 11, the third surface 6 and the fourth surface 12 is filled with a medium having a refractive index larger than 1.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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
にする頭部又は顔面装着式画像表示装置に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an image display device, and more particularly to a head or face-mounted image display device capable of being held on the head or face of an observer.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、バーチャルリアリティ用あるいは
個人的に大画面の映像を楽しむことを目的として、ヘル
メット型、ゴーグル型の頭部又は顔面装着式画像表示装
置が開発されている。このタイプの画像表示装置は、頭
部に装着して観察する必要がある。そのため、観察者に
できるだけ肉体的負担をかけないためには、小型で軽量
であることが重要な条件である。一方、観察画角が大き
い程観察する画面が大画面になり、観察者に臨場感、没
入感等の感覚を強く与えることができる。したがって、
呈示す画角が広画角であることは、画像表示装置の重要
な条件である。
2. Description of the Related Art In recent years, a helmet-type or goggle-type head- or face-mounted image display device has been developed for the purpose of enjoying a large-screen image for virtual reality or personally. This type of image display device needs to be mounted on the head for observation. Therefore, in order to minimize the physical burden on the observer, it is important to be small and lightweight. On the other hand, the larger the viewing angle of view, the larger the screen to be observed, and the observer can be given a strong sense of presence and immersion. Therefore,
It is an important condition of the image display device that the presented view angle is wide.

【0003】広画角を実現するための従来の周知な画像
表示装置として、それぞれ図31、図32に断面を示す
ように、特開平3−191389号、米国特許第4,2
69,476号のものがある。図31の場合は、画像表
示素子の電子像の光がハーフミラーを通過し、拡大鏡で
拡大反射されて、再びハーフミラーによって反射され、
観察者眼球に入射することで、画像表示素子の画像の虚
像を観察者に拡大投影するものである。
As a conventional well-known image display device for realizing a wide angle of view, as shown in cross-sections of FIGS. 31 and 32, JP-A-3-191389 and US Pat.
There is a 69,476 issue. In the case of FIG. 31, the light of the electronic image of the image display element passes through the half mirror, is magnified and reflected by the magnifying glass, and is reflected again by the half mirror.
The virtual image of the image of the image display element is enlarged and projected to the observer by entering the observer's eyeball.

【0004】また、図32の場合は、拡大鏡と電子像の
入射面及び観察者瞳側の透過面とその反対側の面で形成
された空間をプリズムとして構成しているが、電子像の
観察については図31と同様の光線経路によって行わ
れ、外界光はハーフミラーを透過して観察者眼球に入射
するようにして観察可能となっている。
In the case of FIG. 32, the space formed by the magnifying glass, the incident surface of the electronic image, the transmission surface on the observer pupil side and the surface on the opposite side is formed as a prism. The observation is performed by the same ray path as in FIG. 31, and the external light can be observed by passing through the half mirror and entering the observer's eyeball.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の画
像表示装置の光学系において、観察画角を広くとろうと
すると、光学系が大きくなるかあるいは光学系と観察者
眼球との間の距離が短くなる傾向がある。図28に、瞳
から画像表示素子に到る逆光線追跡によって観察者瞳か
ら出た光線がハーフミラーで反射されて凹面鏡に到達す
るまでを示す。以下の説明も逆光線追跡によって行う。
In the optical system of the conventional image display apparatus as described above, when an attempt is made to widen the observation angle of view, the optical system becomes large or the distance between the optical system and the observer's eyeball. Tends to be shorter. FIG. 28 shows a process in which a ray emitted from the observer's pupil is reflected by a half mirror and reaches a concave mirror by the backward ray tracing from the pupil to the image display element. The following description will also be made by back ray tracing.

【0006】図28において、1は観察者瞳位置、2は
観察者視軸、3は画像表示素子の光軸、4は接眼光学
系、5はハーフミラー、6は拡大鏡、8は画像表示素
子、ハーフミラー5と画像表示素子の光軸3とのなす角
をγ1 、観察者瞳1から画像表示素子の光軸3までの距
離をg、観察者視軸2とハーフミラー5との交点Pから
拡大鏡6までの距離をhとする。
In FIG. 28, 1 is the observer's pupil position, 2 is the observer's visual axis, 3 is the optical axis of the image display element, 4 is the eyepiece optical system, 5 is a half mirror, 6 is a magnifying glass, and 8 is an image display. The angle between the element, the half mirror 5 and the optical axis 3 of the image display element is γ 1 , the distance from the observer pupil 1 to the optical axis 3 of the image display element is g, and the observer's visual axis 2 and the half mirror 5 are The distance from the intersection P to the magnifying glass 6 is h.

【0007】画角θで眼に入射する場合のハーフミラー
5での反射光と光軸3のなす角α1は、 α1 =π/2−2γ1 +θ で表される。γ1 は実用上30°から50°程度の範囲
であり、予め設定されるものであるため、α1 はθのみ
に依存していると考えられる。また、光線とハーフミラ
ーの交点をQ1 とすると、Q1 から光軸3までの距離s
1 は、 s1 =g× tanθ/{ tanθ+ tan(90−γ1 )} ・・・(1) である。ここで、gとγ1 は設定条件であるため、定数
と考えられる。このs1をθの関数としたグラフを図2
9に示す。図29のグラフより明らかに、s1 はθに対
して単調増加する。また、点Q1 から観察者視軸2まで
の距離をt1 は、 t1 =s1 ・ tan(90−γ1 ) =g× tanθ× tan(90−γ1 )/{ tanθ+ tan(90−γ1 )} ・・・(2) で表される。 tan(90−γ1 )は上記の通り定数とす
ると、t1 はs1 と同様の傾向となる。
The angle α 1 formed by the light reflected by the half mirror 5 and the optical axis 3 when entering the eye at the angle of view θ is represented by α 1 = π / 2-2γ 1 + θ. Since γ 1 is practically in the range of about 30 ° to 50 ° and is preset, α 1 is considered to depend only on θ. If the intersection of the ray and the half mirror is Q 1 , the distance s from Q 1 to the optical axis 3
1, s 1 = g × tanθ / {tanθ + tan (90-γ 1)} is (1). Here, since g and γ 1 are setting conditions, they are considered to be constants. Fig. 2 shows a graph in which s 1 is a function of θ.
9 shows. As is clear from the graph of FIG. 29, s 1 monotonically increases with respect to θ. Further, t 1 the distance from point Q 1 to observer's visual axis 2, t 1 = s 1 · tan (90-γ 1) = g × tanθ × tan (90-γ 1) / {tanθ + tan (90 −γ 1 )} is represented by (2). If tan (90-γ 1 ) is a constant as described above, t 1 has the same tendency as s 1 .

【0008】点Q1 から拡大鏡6の反射点までの観察者
視軸2の方向の距離s2 は、 s2 =(h+t1 ) tanα1 である。したがって、画像表示素子の光軸3から拡大鏡
6の反射点までの距離w1 は、 w1 =s1 +s2 =s1 +(h+t1 ) tanα1 =s1 +{h+s1 ・ tan(90−γ1 )} tanα1 =g× tanθ/{ tanθ+ tan(90−γ1 )} +[h+g× tanθ× tan(90−γ1 ) ÷{ tanθ+ tan(90−γ1 )}] tanα1 ・・・(3) である。
The distance s 2 in the direction of the observer's visual axis 2 from the point Q 1 to the reflection point of the magnifying glass 6 is s 2 = (h + t 1 ) tan α 1 . Therefore, the distance w 1 from the optical axis 3 of the image display element to the reflection point of the magnifying glass 6 is: w 1 = s 1 + s 2 = s 1 + (h + t 1 ) tan α 1 = s 1 + {h + s 1 · tan ( 90-γ 1)} tanα 1 = g × tanθ / {tanθ + tan (90-γ 1)} + [h + g × tanθ × tan (90-γ 1) ÷ {tanθ + tan (90-γ 1)}] tanα 1 ... (3).

【0009】ここで、簡単にするために、γ1 を45度
とする。α1 =θとなり、 w1 =s1 +(h+s1 ) tanθ =g× tanθ/( tanθ+1) +{h+g× tanθ/( tanθ+1)} tanθ ・・・(4) である。w1 をθの関数としたグラフを図30に示す。
図30のグラフより明らかに、w1 はθに対して単調増
加することが分かる。
Here, γ 1 is set to 45 degrees for simplicity. α 1 = θ, and w 1 = s 1 + (h + s 1 ) tan θ = g × tan θ / (tan θ + 1) + {h + g × tan θ / (tan θ + 1)} tan θ (4). A graph in which w 1 is a function of θ is shown in FIG.
It is clear from the graph of FIG. 30 that w 1 monotonically increases with respect to θ.

【0010】したがって、この構成によると、広画角に
なればなる程、拡大鏡6の大きさは飛躍的に大きくな
り、それに伴って光学系全体が大型化することは明らか
である。これらの画像表示装置は、観察者の頭部に装着
する装置であるため、光学系が大きくなれば装置全体が
大きくなり、重量も増大することになり、観察者にかか
る肉体的負担が増大することになる。
Therefore, according to this structure, the larger the angle of view, the size of the magnifying glass 6 becomes dramatically larger, and accordingly, the entire optical system becomes larger. Since these image display devices are devices to be mounted on the observer's head, the larger the optical system, the larger the entire device and the weight, and the physical burden on the observer increases. It will be.

【0011】また、光学系と観察者眼球の距離が短くな
れば、観察者は眼鏡を掛けて観察することができなくな
り、観察者によって光学系の視度を調整する必要が生じ
る。又は、装置と観察者の顔面が干渉する等の不具合が
生じる。
Further, if the distance between the optical system and the observer's eyeball becomes short, the observer cannot wear glasses to observe, and it becomes necessary for the observer to adjust the diopter of the optical system. Alternatively, a problem such as interference between the device and the observer's face occurs.

【0012】本発明は従来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、広い画角において明
瞭に観察が可能であり、非常に小型軽量な画像表示装置
を提供することである。
The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a very small and lightweight image display device which allows clear observation in a wide angle of view. Is.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の画像表示装置は、画像を表示する画像表示素子と、
前記画像表示素子によって形成された画像を投影し観察
者眼球に導く接眼光学系とからなる画像表示装置におい
て、前記接眼光学系は、少なくとも4面の光学面を有
し、前記観察者から前記画像表示素子に到る逆光線追跡
に従って光線が通過する順に、観察者に近接した透過面
である第1面、観察者視軸に対して傾いた有限の曲率を
有する半透過面である第2面、第2面に対向した反射面
である第3面、画像表示素子に近接した透過面である第
4面で構成されており、前記第1面、前記第3面、前記
第4面で形成された空間が屈折率が1より大きい媒質に
よって満たされていることを特徴とするものである。
An image display apparatus according to the present invention that achieves the above object has an image display element for displaying an image,
In an image display device comprising an eyepiece optical system that projects an image formed by the image display element and guides it to an observer's eyeball, the eyepiece optical system has at least four optical surfaces, and the image from the observer. A first surface that is a transmission surface that is close to the observer in the order in which the light rays pass according to the reverse ray tracing that reaches the display element, and a second surface that is a semi-transmission surface that has a finite curvature inclined with respect to the observer's visual axis. It is composed of a third surface which is a reflection surface facing the second surface and a fourth surface which is a transmission surface close to the image display element, and is formed by the first surface, the third surface and the fourth surface. The space is filled with a medium having a refractive index larger than 1.

【0014】この場合、第2面は観察者に対して凹面を
向けた半透過面であることが望ましい。また、第1面は
正のパワーを有する透過面であることが望ましい。
In this case, the second surface is preferably a semi-transmissive surface with a concave surface facing the observer. Further, it is desirable that the first surface is a transmission surface having a positive power.

【0015】以下に、上記の本発明の画像表示装置の作
用について説明する。説明は、光学系の設計上の利便性
から、観察者の瞳位置から画像表示素子に向けて光線を
追跡する逆光線追跡によって行う。
The operation of the image display device of the present invention will be described below. For convenience of design of the optical system, the description will be given by the backward ray tracing that traces a ray from the observer's pupil position toward the image display element.

【0016】本発明においては、接眼光学系が、少なく
とも4面の光学面を有し、観察者から画像表示素子に到
る逆光線追跡に従って光線が通過する順に、観察者に近
接した透過面である第1面、観察者視軸に対して傾いた
有限の曲率を有する半透過面である第2面、第2面に対
向した反射面である第3面、画像表示素子に近接した透
過面である第4面で構成されており、第1面、第3面、
第4面で形成された空間が屈折率が1より大きい媒質に
よって満たされているために、広い観察画角を有するも
のとしても、光学系が大きくならず、光学系と観察者眼
球の距離が短くならない画像表示装置を提供することに
成功したものである。
In the present invention, the eyepiece optical system has at least four optical surfaces and is a transmission surface which is close to the observer in the order in which the light rays pass according to the backward ray tracing from the observer to the image display element. The first surface, the second surface which is a semi-transmissive surface having a finite curvature inclined with respect to the observer's visual axis, the third surface which is a reflective surface facing the second surface, and the transmissive surface which is close to the image display element. It is composed of a certain fourth surface, the first surface, the third surface,
Since the space formed by the fourth surface is filled with a medium having a refractive index larger than 1, the optical system does not become large and the distance between the optical system and the observer's eyeball is large even if the observation angle is wide. The present invention succeeds in providing an image display device that is not shortened.

【0017】図26に、本発明の画像表示装置におい
て、瞳から画像表示素子に到る逆光線追跡によって観察
者瞳から出た光線がハーフミラーで反射されて凹面鏡に
到達するまでを示す。図26において、1は観察者瞳位
置、2は観察者視軸、3は画像表示素子の光軸、9は接
眼光学系、8は画像表示素子、5はハーフミラー、6は
拡大鏡、ハーフミラー5と画像表示素子の光軸3とのな
す角をγ2 、観察者瞳1から画像表示素子の光軸3まで
の距離をg、観察者視軸2とハーフミラー5との交点P
から拡大鏡6までの距離をhとする。
In FIG. 26, in the image display device of the present invention, the ray from the observer's pupil is reflected by the half mirror and reaches the concave mirror by the backward ray tracing from the pupil to the image display element. In FIG. 26, 1 is the observer's pupil position, 2 is the observer's visual axis, 3 is the optical axis of the image display element, 9 is the eyepiece optical system, 8 is the image display element, 5 is a half mirror, 6 is a magnifying glass, and half. The angle formed by the mirror 5 and the optical axis 3 of the image display element is γ 2 , the distance from the observer pupil 1 to the optical axis 3 of the image display element is g, and the intersection point P between the observer visual axis 2 and the half mirror 5 is P.
The distance from to the magnifying glass 6 is h.

【0018】図28と同様に、画角θで眼に入射する場
合を示しており、ハーフミラー5以外の光学系の条件は
同じ設定である。また、ハーフミラー5が平面の場合の
ハーフミラー及び光線を点線で示してある。ハーフミラ
ー5の反射点Q2 の位置は、Q1 よりも観察者瞳1側に
移動している。
Similar to FIG. 28, the case where the light enters the eye at the angle of view θ is shown, and the conditions of the optical system other than the half mirror 5 are the same. In addition, the half mirror and the light rays when the half mirror 5 is a plane are shown by dotted lines. Position of reflection point Q 2 of the half mirror 5 is moved to the observer's pupil 1 side from Q 1.

【0019】球面における接線の傾きは位置によって異
なる。球面を y2 +x2 =r2 ・・・(5) とすると、(5)式をxで微分したものが接線の傾きk
となり、 k=−x/(r2 −x2 1/2 ・・・(6) で表される。xが0から1の範囲におけるこのkの変化
を図27に示す。例えば、図26におけるγ1 が45°
の場合は、軸上である点Pではk=−1であり、そこか
らQ2 の方向に行くに従ってグラフではx=0に近付い
て行く。つまり、接線10の傾きkの絶対値は小さくな
る。
The inclination of the tangent line on the spherical surface differs depending on the position. Assuming that the spherical surface is y 2 + x 2 = r 2 (5), the tangent slope k is obtained by differentiating equation (5) by x.
Next, k = -x / (r 2 -x 2) represented by 1/2 (6). This change in k in the range of x from 0 to 1 is shown in FIG. For example, γ 1 in FIG. 26 is 45 °
In the case of, the point P on the axis is k = −1, and from there, it approaches x = 0 in the graph in the direction of Q 2 . That is, the absolute value of the slope k of the tangent line 10 becomes small.

【0020】したがって、接線10と光軸3のなす角γ
2 は大きくなり、それに伴って第2面の反射角β2 も大
きくなり、ハーフミラー5で反射後の光線と光軸3のな
す角α2 が小さくなる。よって、図26に図示したs3
は短くなり、光軸3と拡大鏡6での交点との距離w2
短くなるため、拡大鏡6の大きさを小さくでき、光学系
全体を小型軽量なものにすることが可能となる。
Therefore, the angle γ formed by the tangent line 10 and the optical axis 3
2 increases, and the reflection angle β 2 of the second surface increases accordingly, and the angle α 2 formed by the light beam reflected by the half mirror 5 and the optical axis 3 decreases. Therefore, s 3 shown in FIG.
Since the distance w 2 between the optical axis 3 and the intersection of the magnifying glass 6 becomes short, the size of the magnifying glass 6 can be reduced, and the entire optical system can be made compact and lightweight.

【0021】また、ハーフミラー5に曲率が付いている
ために、画角が大きくなればなる程kの絶対値が小さく
なり、それに伴ってβ2 、γ2 は大きく、w2 が小さく
なるため、拡大鏡6の面積を小さくする効果が増大す
る。つまり、ハーフミラー5による小型化の効果が絶大
となる。
Further, since the half mirror 5 has a curvature, the absolute value of k becomes smaller as the angle of view becomes larger, and accordingly β 2 and γ 2 become larger and w 2 becomes smaller. The effect of reducing the area of the magnifying glass 6 is increased. That is, the effect of miniaturization by the half mirror 5 becomes great.

【0022】また、本発明の接眼光学系によれば、上述
したような効果によって、光線の拡大鏡6での反射点が
観察者からより離れた位置となるために、観察者顔面と
接眼光学系の間の距離を確保することが容易となる。
Further, according to the eyepiece optical system of the present invention, the reflection point of the light beam on the magnifying mirror 6 is located at a position farther from the observer due to the above-described effects, so that the observer's face and the eyepiece optical system are It becomes easy to secure the distance between the systems.

【0023】また、第1面、第3面及び第4面によって
形成される空間を屈折率が1より大きい媒質で満たすこ
とによって、瞳からの光線が第1面において屈折される
ため、軸外光線の主光線及び従属光線の第2面に入射す
る高さを低く抑える効果が得られる。主光線の高さが低
いため、第2面が大きくならず、接眼光学系を小型にす
ることができる。また、従属光線高が低くなるために、
曲率を有する第2面で発生するコマ収差、特に高次コマ
収差の発生を抑えることが可能となる。
Further, by filling the space formed by the first surface, the third surface and the fourth surface with a medium having a refractive index larger than 1, the ray from the pupil is refracted on the first surface, so that it is off-axis. It is possible to obtain the effect of suppressing the heights of the chief ray and the dependent rays of the ray incident on the second surface to be low. Since the height of the chief ray is low, the second surface does not become large, and the eyepiece optical system can be downsized. Also, because the height of the dependent rays is low,
It is possible to suppress coma aberration, especially high-order coma aberration, which occurs on the second surface having a curvature.

【0024】また、第2面は観察者に対して凹面を向け
た半透過面であることが、上述した効果を得るのに有効
である。
Further, it is effective for obtaining the above-mentioned effect that the second surface is a semi-transmissive surface having a concave surface facing the observer.

【0025】さらに、第1面は正のパワーを有する透過
面である場合にのみ、軸外光線は強くその光線高を低く
する。また、全ての画角における光線束の従属光線高を
抑える作用を有する。したがって、第2面に入射する軸
外の光線高がより低く抑えられるため、接眼光学系を小
さく構成することができる。さらに、第2面における従
属光線が絞られているために、偏心による収差を含めた
コマ収差の発生を強力に抑える効果を有することとな
る。
Further, the off-axis ray strongly reduces its ray height only when the first surface is a transmitting surface having a positive power. It also has the effect of suppressing the heights of the dependent rays of the ray bundle at all angles of view. Therefore, the off-axis ray height incident on the second surface can be suppressed to a lower value, and the eyepiece optical system can be made small. Further, since the dependent rays on the second surface are narrowed, it has an effect of strongly suppressing the occurrence of coma aberration including aberration due to decentering.

【0026】また、第3面は第2面に対して凹面を向け
た反射面とすることで、光路中の瞳と物体の略中間位置
に主な正のパワーを有する反射面を配置することがで
き、瞳から第1面、画像表示素子から第4面までの距離
を確保することができる。したがって、装置と観察者の
干渉を避け、画像表示素子の位置の調整が容易となり、
組立時、装着時における視度調節が可能な構造となる。
Further, the third surface is a reflecting surface having a concave surface facing the second surface, so that a reflecting surface having a main positive power is arranged at a substantially intermediate position between the pupil and the object in the optical path. Therefore, the distance from the pupil to the first surface and the distance from the image display element to the fourth surface can be secured. Therefore, avoiding interference between the device and the observer, it becomes easy to adjust the position of the image display element,
The structure allows the diopter adjustment during assembly and mounting.

【0027】また、接眼光学系は構成する少なくとも2
つの光学面がパワーを有していて観察者視軸に対して傾
くか又は偏心したプリズムで構成することによって、光
学系のパワーを光軸の両側で非対称にすることが容易と
なり、視軸に対して画像表示素子側の画像とその反対側
の画像で非対称に発生するコマ収差を補正し、さらに鮮
明で広画角を確保する場合に有効である。
The eyepiece optical system has at least two components.
It is easy to make the power of the optical system asymmetrical on both sides of the optical axis by constructing the prism with two optical surfaces having power and inclined or decentered with respect to the observer's visual axis. On the other hand, it is effective when a coma aberration that is asymmetrically generated between the image on the image display element side and the image on the opposite side is corrected and a clearer and wider angle of view is secured.

【0028】さて、より広画角な小型の画像表示装置に
なればなる程、最初の反射面である第2面の傾き角が大
きくなり、高次コマ収差の発生が増える。また、面の傾
きによって発生する非点収差も増大するため、第1面と
第2面及び第3面によって形成される空間が屈折率が1
より大きい媒質で満たされているだけでは、これらの収
差補正を十分に行うことが困難になってしまう場合があ
る。
Now, the smaller the image display device having a wider angle of view, the larger the inclination angle of the second surface, which is the first reflecting surface, and the more high-order coma aberrations occur. Further, astigmatism generated by the inclination of the surface also increases, so that the space formed by the first surface, the second surface, and the third surface has a refractive index of 1
It may be difficult to sufficiently correct these aberrations only by being filled with a larger medium.

【0029】そのため、第1面、第2面、第3面で形成
される空間を満たす媒質の屈折率と、第2面、第4面で
形成される空間を満たす媒質の屈折率とは異なるものと
することで、接眼光学系で発生する収差の補正をより有
効に行うことが可能となる。
Therefore, the refractive index of the medium which fills the space formed by the first surface, the second surface and the third surface is different from the refractive index of the medium which fills the space formed by the second surface and the fourth surface. By doing so, it becomes possible to more effectively correct the aberration generated in the eyepiece optical system.

【0030】第2面とその後の第3面の内部反射は反射
面であるため、それらの面で色収差は発生しない。ま
た、画像表示素子に近接する第4面における主光線は光
軸に略平行であるため、色収差の発生は少ない。したが
って、接眼光学系の色収差は屈折面である第1面での色
収差の発生が支配的になる。また、本発明のような広画
角な光学系では、軸上の色収差よりも倍率の色収差の方
が顕著に現れる。つまり、第1面で発生する媒質の色収
差の補正を行うことが重要であり、それによってより鮮
明で高解像な画像を表示することを可能となる。そのた
めに、接眼光学系の構成として、観察者眼球と画像表示
素子の間に媒質の異なる光学素子を配備し、それらの媒
質のアッべ数の違いにより倍率の色収差を補正すること
が可能となる。
Since the internal reflection of the second surface and the subsequent third surface is a reflecting surface, chromatic aberration does not occur on those surfaces. Further, since the chief ray on the fourth surface close to the image display element is substantially parallel to the optical axis, chromatic aberration is less likely to occur. Therefore, the chromatic aberration of the eyepiece optical system is dominated by the occurrence of chromatic aberration on the first surface which is the refracting surface. Further, in an optical system having a wide angle of view as in the present invention, lateral chromatic aberration is more prominent than axial chromatic aberration. In other words, it is important to correct the chromatic aberration of the medium generated on the first surface, which makes it possible to display a clearer and higher-resolution image. Therefore, as a configuration of the eyepiece optical system, it is possible to arrange optical elements having different media between the observer's eyeball and the image display element, and correct the chromatic aberration of magnification due to the difference in Abbe number of those media. .

【0031】また、第1面、第2面、第3面及び第4面
の中の少なくとも1面は偏心非球面であることが収差補
正上有効である。後記するように、観察者の視軸を原点
から接眼光学系に向かう方向を正とするZ軸、観察者の
視軸に直交し、観察者の眼球からみて上下方向の下から
上を正とするY軸、観察者の視軸に直交し、観察者の眼
球からみて左右方向の右から左を正とするX軸と定義し
た場合、上記のように少なくとも1面を偏心非球面とす
ることは、Y方向に偏心又は傾いて配置される第2面で
発生するコマ収差、特に高次コマ収差やコマフレアーを
補正するために重要な条件である。
It is effective for aberration correction that at least one of the first surface, the second surface, the third surface and the fourth surface is a decentered aspherical surface. As will be described later, the observer's visual axis is positive in the direction from the origin to the eyepiece optical system, the Z axis is orthogonal to the observer's visual axis, and is positive in the vertical direction from the bottom to the top when viewed from the observer's eyeball. If defined as the Y axis, which is orthogonal to the visual axis of the observer and is positive from right to left in the left-right direction when viewed from the observer's eye, at least one surface should be an eccentric aspherical surface as described above. Is an important condition for correcting coma aberration, particularly high-order coma aberration and coma flare, which occur on the second surface eccentric or inclined in the Y direction.

【0032】本発明のように、観察者眼球の前方に偏心
あるいは傾いて配置された反射面を有するタイプの接眼
光学系を用いる画像表示装置においては、軸上において
も反射面に入射する光線が斜めになるために、複雑なコ
マ収差が発生する。この複雑なコマ収差は反射面の傾き
角が大きくなるに従って大きくなる。しかしながら、小
型で広画角の画像表示装置を実現しようとすると、偏心
量又は傾き角をある程度大きくしないと、画像表示素子
と光路が干渉してしまう。そのため、広画角で小型の画
像表示装置になればなる程反射面の傾き角が大きくな
り、高次コマ収差の発生を如何に補正するかが重要な問
題となる。
As in the present invention, in an image display apparatus using an eyepiece optical system of a type having a reflecting surface eccentrically or tilted in front of the observer's eyeball, the light rays incident on the reflecting surface are axially aligned. Since it is oblique, complicated coma aberration occurs. This complicated coma aberration increases as the inclination angle of the reflection surface increases. However, in order to realize a small-sized image display device having a wide angle of view, the image display element and the optical path interfere unless the eccentricity amount or the tilt angle is increased to some extent. Therefore, the smaller the image display device having a wide angle of view, the larger the inclination angle of the reflecting surface becomes, and an important problem is how to correct the occurrence of high-order coma aberration.

【0033】このような複雑なコマ収差を補正するため
には、接眼光学系を構成する面の少なくとも1面を偏心
した非球面とすることで、光学系のパワーを視軸に対し
て非対称な構成にすることができ、さらに、軸外におい
ては非球面の効果を利用することができるため、軸上を
含めたコマ収差の補正を有効に行うことが可能となる。
In order to correct such complicated coma aberration, at least one of the surfaces forming the eyepiece optical system is made an eccentric aspherical surface so that the power of the optical system is asymmetric with respect to the visual axis. Since the configuration can be adopted and the effect of the aspherical surface can be utilized off-axis, it becomes possible to effectively correct coma aberration including on-axis.

【0034】第1面、第2面、第3面及び第4面の中の
少なくとも1面はアナモルフィック面であることが収差
補正上有効である。つまり、Y−Z面内の曲率半径とこ
の面と直交するX−Z面内の曲率半径が異なる面である
ことである。
It is effective for aberration correction that at least one of the first surface, the second surface, the third surface and the fourth surface is an anamorphic surface. That is, it means that the radius of curvature in the YZ plane is different from the radius of curvature in the XZ plane orthogonal to this plane.

【0035】この条件は、第2面が視軸に対して偏心あ
るいは傾いているために起こる収差を補正するための条
件である。一般に、球面が偏心していると、その面に入
射する光線は入射面内と入射面に直交する面内で光線に
対する曲率が異なる。このため、本発明のように観察者
眼球の前に反射面が視軸に対して偏心あるいは傾いて配
置されている接眼光学系では、観察画像中心に当たる視
軸上の観察像も上記理由により非点収差が発生する。こ
の軸上の非点収差を補正するためには、第1面、第2
面、第3面及び第4面の中の少なくとも1面の曲率半径
は入射面内とこれと直交する面内において異なるものと
することによって、軸上を含めた非点収差を補正するこ
とができ、クリアーな観察像を提供することができる。
This condition is a condition for correcting an aberration caused by the eccentricity or inclination of the second surface with respect to the visual axis. In general, when the spherical surface is decentered, the light ray incident on the surface has different curvatures with respect to the light ray in the incident surface and in the surface orthogonal to the incident surface. Therefore, in the eyepiece optical system in which the reflecting surface is arranged in front of the observer's eyeball in a decentered or inclined manner with respect to the visual axis as in the present invention, the observation image on the visual axis, which is the center of the observation image, is not Point aberration occurs. In order to correct the astigmatism on this axis, the first surface, the second
By correcting the radius of curvature of at least one of the surface, the third surface, and the fourth surface in the plane of incidence and the plane orthogonal to this plane, astigmatism including the axis can be corrected. It is possible to provide a clear observation image.

【0036】また、接眼光学系の第1面及び第3面の何
れか1面は、視軸に対してティルトあるいはディセンタ
リングしていることが望ましい。第1面及び第3面の何
れか1面がティルトあるいはディセンタリングすること
により、視軸に対して画像表示素子側の画像とその反対
側の画像で非対称に発生するコマ収差の補正や、画像表
示素子を配置する面を第2面で反射後の光軸に対して略
垂直に配置することが可能となる。これは視野角特性の
良くない液晶表示素子のような画像表示素子を用いると
きに有効となる。
It is desirable that any one of the first surface and the third surface of the eyepiece optical system is tilted or decentered with respect to the visual axis. By tilting or decentering any one of the first surface and the third surface, correction of coma aberration that occurs asymmetrically between the image on the image display element side and the image on the opposite side with respect to the visual axis, and the image is corrected. The surface on which the display element is arranged can be arranged substantially perpendicular to the optical axis after being reflected by the second surface. This is effective when an image display device such as a liquid crystal display device having poor viewing angle characteristics is used.

【0037】また、第1面、第2面、第3面及び第4面
の中の少なくとも1面が自由曲面であれば、上述した非
球面又はアナモルフィック面による効果を満足すること
ができるため、接眼光学系で発生する収差を有効に補正
することが可能である。
If at least one of the first surface, the second surface, the third surface and the fourth surface is a free-form surface, the above-mentioned effect of the aspherical surface or the anamorphic surface can be satisfied. Therefore, it is possible to effectively correct the aberration generated in the eyepiece optical system.

【0038】ここで、自由曲面は下記式(7)で表現さ
れる曲面である。 ここで、x,y,zは直交座標を表し、Cnmは任意の係
数、k,k’も任意とする。
Here, the free curved surface is a curved surface expressed by the following equation (7). Here, x, y, and z represent orthogonal coordinates, C nm is an arbitrary coefficient, and k and k ′ are also arbitrary.

【0039】また、接眼光学系の第2面の法線と観察者
視軸(軸上主光線)のなす角をuとするとき、 35°<u<60° ・・・(8) であることが望ましい。
When the angle between the normal to the second surface of the eyepiece optical system and the observer's visual axis (axial chief ray) is u, then 35 ° <u <60 ° (8) Is desirable.

【0040】これは、本発明の画像表示装置の接眼光学
系と画像表示素子を適性な位置に配備するための条件で
ある。(8)式の上限の60°を越えて大きくなると、
第2面で発生するコマ収差が他の面で補正できない程大
きくなってしまう。さらに、第2面と第3面の反射点が
離れすぎてしまい、接眼光学系が非常に大きくなってし
まう。下限の35°を越えて小さくなると、第2面での
反射角が小さくなり、第2面で反射後の光線が顔面方向
に戻ってしまう。
This is a condition for disposing the eyepiece optical system and the image display element of the image display device of the present invention at appropriate positions. When the value exceeds the upper limit of 60 ° in the equation (8) and becomes large,
The coma generated on the second surface becomes so large that it cannot be corrected by the other surfaces. Further, the reflection points on the second surface and the third surface are too far apart, and the eyepiece optical system becomes very large. When the value becomes smaller than the lower limit of 35 °, the reflection angle on the second surface becomes small, and the light ray reflected by the second surface returns to the face direction.

【0041】また、接眼光学系の第2面の面頂での曲率
をCHMとするとき、 −0.03<CHM<−0.002(mm-1) ・・・(9) を満足することが望ましい。第2面の曲率CHMが(9)
式の上限の−0.002mm-1を越えて大きくなると、
曲面である第2面による周辺光線の光線高を低くする効
果が十分得られない。下限の−0.03mm-1を越えて
小さくなると、第2面でのパワーが強くなりすぎるた
め、他の面で補正できない程収差特にコマ収差が発生す
る。
When the curvature at the vertex of the second surface of the eyepiece optical system is C HM , -0.03 <C HM <-0.002 (mm -1 ) (9) is satisfied. It is desirable to do. The curvature C HM of the second surface is (9)
When the value exceeds the upper limit of -0.002 mm -1 in the formula,
The effect of lowering the ray height of the marginal ray due to the curved second surface cannot be sufficiently obtained. When the value is smaller than the lower limit of −0.03 mm −1 , the power on the second surface becomes too strong, so that aberrations, especially coma, occur to the extent that they cannot be corrected on other surfaces.

【0042】また、画像表示素子の表示面は視軸に対し
て傾いて配備されていることが有効である。接眼光学系
を構成する屈折面あるいは反射面が偏心又は傾いている
場合、瞳からの光線は屈折面あるいは反射面での屈折角
又は反射角が像高によって異なり、像面が視軸に対して
傾くことがある。その場合、画像表示素子面を視軸に対
して傾いて配備することで、像面の傾きを補正すること
が可能となる。
Further, it is effective that the display surface of the image display element is arranged so as to be inclined with respect to the visual axis. When the refracting surface or the reflecting surface that constitutes the eyepiece optical system is decentered or inclined, the ray from the pupil has a different refraction angle or reflection angle at the refraction surface or the reflection surface depending on the image height, and the image surface is relative to the visual axis. May tilt. In that case, it is possible to correct the tilt of the image plane by disposing the image display element surface so as to be tilted with respect to the visual axis.

【0043】以上の画像表示装置において、画像表示素
子と接眼光学系を観察者頭部に対して位置決めする手段
を有することによって、観察者は安定した画像を観察す
ることが可能となる。
In the above image display device, by providing a means for positioning the image display element and the eyepiece optical system with respect to the observer's head, the observer can observe a stable image.

【0044】また、画像表示素子と接眼光学系を観察者
頭部に対して位置決めする手段を有し、観察者頭部に装
着できるようにすることによって、観察者は自由な観察
姿勢や観察方向で画像を観察することが可能となる。
Further, by providing means for positioning the image display element and the eyepiece optical system with respect to the observer's head so that they can be mounted on the observer's head, the observer can freely observe the observing posture and the observing direction. The image can be observed with.

【0045】また、少なくとも2組のこのような画像表
示装置を一定の間隔で支持する支持手段を有することに
よって、観察者は左右両眼で楽に観察することが可能と
なる。また、左右の画像表示装置の画像表示面に視差を
与えた画像を表示し、両眼でそれらを観察することによ
って立体像を楽しむことが可能となる。
Further, by having the supporting means for supporting at least two sets of such image display devices at a constant interval, the observer can easily observe with both the left and right eyes. Further, it is possible to enjoy a stereoscopic image by displaying images with parallax on the image display surfaces of the left and right image display devices and observing them with both eyes.

【0046】[0046]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の画像表示装置の
実施例1から6について、図面を参照して説明する。各
実施例の構成パラメータは後記するが、以下の説明にお
いて、面番号は、観察者の瞳位置1から接眼光学系9へ
向う逆追跡の面番号として示してある。そして、座標の
取り方は、図1に示すように、観察者の虹彩位置1を原
点とし、観察者視軸2を原点から接眼光学系9に向かう
方向を正とするZ軸、観察者視軸2に直交し、観察者眼
球から見て上下方向の下から上を正とするY軸、観察者
視軸2に直交し、観察者眼球からみて左右方向の右から
左を正とするX軸と定義する。つまり、後記する図1の
紙面内をYーZ面とし、紙面と垂直方向の面をX−Z面
とする。また、光軸は紙面のY−Z面内で折り曲げられ
るものとする。
Embodiments 1 to 6 of an image display device of the present invention will be described below with reference to the drawings. The constituent parameters of each example will be described later, but in the following description, the surface number is shown as the surface number of the backward tracking from the observer's pupil position 1 to the eyepiece optical system 9. As shown in FIG. 1, the coordinates are taken from the iris position 1 of the observer as the origin, and the observer's visual axis 2 is the Z-axis with the direction from the origin toward the eyepiece optical system 9 being positive. A Y-axis that is orthogonal to the axis 2 and that is positive from the bottom to the top in the vertical direction when viewed from the observer's eye, and a axis that is orthogonal to the observer's visual axis 2 and that is positive from the right to the left in the left-right direction when viewed from the observer's eye. Define as an axis. That is, the inside of the plane of FIG. 1 described later is the YZ plane, and the plane perpendicular to the plane is the XZ plane. It is assumed that the optical axis is bent in the YZ plane of the drawing.

【0047】そして、後記する構成パラメータ中におい
て、偏心量Y,Zと傾き角θが記載されている面につい
ては、基準面である1面(瞳位置1)からのその面の面
頂のY軸方向、Z軸方向の偏心量、及び、その面の中心
軸のZ軸からの傾き角を意味し、その場合、θが正は反
時計回りを意味する。なお、面間隔に意味はない。
In the constituent parameters to be described later, regarding the surface on which the eccentricity amounts Y and Z and the tilt angle θ are described, the Y of the surface apex from one surface (pupil position 1) which is the reference surface. It means the amount of eccentricity in the axial direction, the Z-axis direction, and the angle of inclination of the central axis of the surface from the Z-axis, and in this case, θ means counterclockwise. It should be noted that the distance between the surfaces has no meaning.

【0048】また、各面において、非回転対称な非球面
形状は、その面を規定する座標上で、Ry 、Rx はそれ
ぞれY−Z面(紙面)内の近軸曲率半径、X−Z面内で
の近軸曲率半径、Kx 、Ky はそれぞれX−Z面、Y−
Z面内の円錐係数、AR、BRはそれぞれZ軸に対して
回転対称な4次、6次の非球面係数、AP、BPはそれ
ぞれZ軸に対して回転非対称な4次、6次の非球面係数
とすると、非球面式は以下に示す通りである。
In each surface, an aspherical shape which is a rotationally asymmetrical shape has coordinates R y and R x which are paraxial curvature radii in the YZ plane (paper surface) and X- Paraxial radii of curvature in the Z plane, K x and K y are the X-Z plane and Y-, respectively.
The conic coefficients AR and BR in the Z plane are the fourth-order and sixth-order aspherical coefficients rotationally symmetric with respect to the Z axis, respectively, and AP and BP are the fourth-order and sixth-order non-spherical coefficients rotationally asymmetric with respect to the Z axis, respectively. Assuming a spherical coefficient, the aspherical expression is as shown below.

【0049】Z =[( X2/Rx )+ (Y2/Ry ) ]/[1+
{ 1-(1+Kx ) ( X2/Rx 2)-(1+Ky ) ( Y2/Ry 2)}
1/2 ]+AR[ (1-AP) X2+( 1+AP) Y2 2+B
R[ (1-BP) X2+( 1+BP) Y2 3 なお、面と面の間の媒質の屈折率はd線の屈折率で表
す。長さの単位はmmである。
Z = [(X 2 / R x ) + (Y 2 / R y )] / [1+
{1- (1 + K x ) (X 2 / R x 2 )-(1 + K y ) (Y 2 / R y 2 )}
1/2] + AR [(1- AP) X 2 + (1 + AP) Y 2] 2 + B
R [(1-BP) X 2 + (1 + BP) Y 2] 3 The refractive index of the medium between the surfaces is expressed by the refractive index of the d-line. The unit of the length is mm.

【0050】図1〜図6にそれぞれ実施例1〜6の単眼
用の画像表示装置の断面図を示す。それぞれの断面図に
おいて、図中、1は観察者の瞳位置、2は観察者視軸、
9は接眼光学系、11は接眼光学系9の第1面、5は接
眼光学系9の第2面であるハーフミラー、6は接眼光学
系9の第3面である拡大鏡(凹面鏡)、12は接眼光学
系9の第4面、8は画像表示素子である。
1 to 6 are sectional views of the monocular image display devices of Examples 1 to 6, respectively. In each cross-sectional view, 1 is the pupil position of the observer, 2 is the observer's visual axis,
Reference numeral 9 is an eyepiece optical system, 11 is a first surface of the eyepiece optical system 9, 5 is a half mirror which is the second surface of the eyepiece optical system 9, 6 is a magnifying glass (concave mirror) which is the third surface of the eyepiece optical system 9, Reference numeral 12 is a fourth surface of the eyepiece optical system 9, and 8 is an image display element.

【0051】これらの実施例における実際の光線経路
は、画像表示素子8から発した光線束は、接眼光学系9
の第4面12で屈折して接眼光学系9に入射し、ハーフ
ミラー5を通過して拡大鏡6で反射されてハーフミラー
5に戻り、今度はハーフミラー5で反射されて接眼光学
系9の第1面11に入射して屈折されて、観察者の瞳の
虹彩位置又は眼球の回旋中心を射出瞳lとして観察者の
眼球内に投影される。
The actual ray path in these examples is that the ray bundle emitted from the image display element 8 is the eyepiece optical system 9.
Is refracted by the fourth surface 12 of the optical system and enters the eyepiece optical system 9, passes through the half mirror 5, is reflected by the magnifying glass 6 and returns to the half mirror 5, and this time is reflected by the half mirror 5 and is made by the eyepiece optical system 9. The light is incident on the first surface 11 and is refracted, and is projected into the eyeball of the observer as the exit pupil 1 using the iris position of the observer's pupil or the center of rotation of the eyeball.

【0052】各実施例の画角等の値は、実施例1の水平
画角40°、垂直画角30.6°、瞳径4mm、ハーフ
ミラー5の法線と観察者視軸2のなす角度37.42
°、ハーフミラー5の面頂での曲率−0.0056mm
-1である。
The values of the angle of view and the like in each example are defined by the horizontal angle of view of 40 °, the vertical angle of view of 30.6 °, the pupil diameter of 4 mm, the normal line of the half mirror 5 and the observer's visual axis 2 in the first embodiment. Angle 37.42
°, curvature at the top of half mirror -0.0056mm
It is -1 .

【0053】実施例2の水平画角30°、垂直画角2
2.8°、瞳径8mm、ハーフミラー5の法線と観察者
視軸2のなす角度39.9°、ハーフミラー5の面頂で
の曲率−0.0046mm-1である。
Horizontal angle of view 30 ° and vertical angle of view 2 in Example 2
It is 2.8 °, the pupil diameter is 8 mm, the angle between the normal line of the half mirror 5 and the observer's visual axis 2 is 39.9 °, and the curvature at the top of the half mirror 5 is −0.0046 mm −1 .

【0054】実施例3の水平画角45°、垂直画角3
4.6°、瞳径4mm、ハーフミラー5の法線と観察者
視軸2のなす角度43.45°、ハーフミラー5の面頂
での曲率−0.01mm-1である。
Horizontal angle of view 45 ° and vertical angle of view 3 in Example 3
The angle is 4.6 °, the pupil diameter is 4 mm, the angle between the normal line of the half mirror 5 and the observer's visual axis 2 is 43.45 °, and the curvature at the top of the half mirror 5 is −0.01 mm −1 .

【0055】実施例4の水平画角45°、垂直画角3
4.6°、瞳径4mm、ハーフミラー5の法線と観察者
視軸2のなす角度38.59°、ハーフミラー5の面頂
での曲率−0.005mm-1である。
Horizontal angle of view 45 ° and vertical angle of view 3 in Example 4
The angle is 4.6 °, the pupil diameter is 4 mm, the angle formed by the normal line of the half mirror 5 and the observer's visual axis 2 is 38.59 °, and the curvature at the top of the half mirror 5 is −0.005 mm −1 .

【0056】実施例5の水平画角45°、垂直画角3
4.6°、瞳径4mm、ハーフミラー5の法線と観察者
視軸2のなす角度41.8°、ハーフミラー5の面頂で
の曲率−0.0055mm-1である。
Horizontal angle of view 45 ° and vertical angle of view 3 in Example 5
The angle is 4.6 °, the pupil diameter is 4 mm, the angle formed by the normal line of the half mirror 5 and the observer's visual axis 2 is 41.8 °, and the curvature at the top of the half mirror 5 is −0.0055 mm −1 .

【0057】実施例6の水平画角40°、垂直画角3
0.6°、瞳径8mm、ハーフミラー5の法線と観察者
視軸2のなす角度42.39°、ハーフミラー5の面頂
での曲率−0.0038mm-1である。以下に、上記実
施例1〜6の構成パラメータの値を示す。
Horizontal angle of view 40 ° and vertical angle of view 3 in Example 6
The angle is 0.6 °, the pupil diameter is 8 mm, the angle between the normal line of the half mirror 5 and the observer's visual axis 2 is 42.39 °, and the curvature at the apex of the half mirror 5 is −0.0038 mm −1 . The values of the constituent parameters of Examples 1 to 6 are shown below.

【0058】実施例1 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 (偏心量) (傾き角) 1 ∞(瞳) 2 ∞ 1.5254 56.25 Y 0.0000 θ -3.72° Z 20.355 3 Ry -179.211 1.5254 56.25 Rx -165.411 Y -2.194 θ 37.42° Ky 0 Z 35.355 Kx 0 AR 0.127284 ×10-5 BR -0.565396 ×10-13 AP -0.107951 BP -0.119600 ×102 4 Ry 180.917 1.5254 56.25 Rx 99.112 Y -12.807 θ 84.69° Ky 0 Z 48.355 Kx 0 AR 0.108134 ×10-5 BR 0.211006 ×10-10 AP -0.199934 BP 0.108930 ×101 5 Ry -30.858 Y 11.666 θ 107.71° Rx -37.728 Z 10.085 Ky -0.648366 Kx -4.488275 AR 0.283824 ×10-4 BR -0.406175 ×10-7 AP -0.117155 ×101 BP -0.974334 6 (画像表示素子) Y 15.451 θ 88.11° Z 33.857 。Example 1 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Tilt angle) 1 ∞ (pupil) 2 ∞ 1.5254 56.25 Y 0.0000 θ -3.72 ° Z 20.355 3 R y -179.211 1.5254 56.25 R x- 165.411 Y -2.194 θ 37.42 ° K y 0 Z 35.355 K x 0 AR 0.127284 × 10 -5 BR -0.565396 × 10 -13 AP -0.107951 BP -0.119600 × 10 2 4 R y 180.917 1.5254 56.25 R x 99.112 Y -12.807 θ 84.69 ° K y 0 Z 48.355 K x 0 AR 0.108134 × 10 -5 BR 0.211006 × 10 -10 AP -0.199934 BP 0.108930 × 10 1 5 R y -30.858 Y 11.666 θ 107.71 ° R x -37.728 Z 10.085 K y -0.648366 K x -4.488275 AR 0.283824 × 10 -4 BR -0.406175 × 10 -7 AP -0.117155 × 10 1 BP -0.974334 6 (image display device) Y 15.451 θ 88.11 ° Z 33.857.

【0059】実施例2 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 (偏心量) (傾き角) 1 ∞(瞳) 2 ∞ 1.5254 56.25 Y 0.0000 θ -9.32° Z 20.000 3 Ry -218.075 1.5254 56.25 Rx -153.445 Y 4.969 θ 39.90° Ky -3.368535 Z 31.862 Kx -10.000000 AR 0.571943 ×10-6 BR -0.917414 ×10-12 AP -0.368789 BP -0.587966 ×101 4 Ry 224.186 1.5254 56.25 Rx 162.490 Y -13.161 θ 83.54° Ky 0 Z 41.138 Kx 0 AR 0.948197 ×10-6 BR 0.156382 ×10-12 AP -0.122671 BP 0.753978 ×101 5 Ry -1413.225 Y 12.660 θ 68.09° Rx -87.184 Z 25.000 Ky -8.000000 Kx 10.000000 AR 0.270191 ×10-5 BR -0.776615 ×10-9 AP -0.595865 BP 0.479127 6 (画像表示素子) Y 19.617 θ 97.26° Z 28.387 。Example 2 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Tilt angle) 1 ∞ (pupil) 2 ∞ 1.5254 56.25 Y 0.0000 θ -9.32 ° Z 20.000 3 R y -218.075 1.5254 56.25 R x- 153.445 Y 4.969 θ 39.90 ° K y -3.368535 Z 31.862 K x -10.000000 AR 0.571943 × 10 -6 BR -0.917414 × 10 -12 AP -0.368789 BP -0.587966 × 10 1 4 R y 224.186 1.5254 56.25 R x 162.490 Y -13.161 θ 83.54 ° K y 0 Z 41.138 K x 0 AR 0.948197 × 10 -6 BR 0.156382 × 10 -12 AP -0.122671 BP 0.753978 × 10 1 5 R y -1413.225 Y 12.660 θ 68.09 ° R x -87.184 Z 25.000 K y - 8.000000 K x 10.000000 AR 0.270191 × 10 -5 BR -0.776615 × 10 -9 AP -0.595865 BP 0.479127 6 (image display device) Y 19.617 θ 97.26 ° Z 28.387.

【0060】実施例3 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 (偏心量) (傾き角) 1 ∞(瞳) 2 Ry -173.329 1.5254 56.25 Rx 41.324 Y -3.353 θ -2.43° Ky 0 Z 20.147 Kx 0 AR -0.329652 ×10-6 BR 0.523728 ×10-11 AP 0.876156 ×101 BP -0.202358 ×102 3 Ry -100.000 1.5254 56.25 Rx 952.298 Y -0.313 θ 43.45° Ky 0 Z 31.542 Kx 0 AR -0.789469 ×10-10 BR 0.314882 ×10-10 AP -0.126990 ×103 BP 0.239103 ×101 4 Ry 699.924 1.5254 56.25 Rx 60.372 Y -13.353 θ 79.33° Ky 0 Z 43.377 Kx 0 AR 0.472554 ×10-10 BR 0.423116 ×10-12 AP 0.935918 ×102 BP 0.139150 ×102 5 R -11.757 Y 11.484 θ 89.25° Rx -4.496 Z 24.253 Ky -1.774022 Kx -3.509119 AR 0.822394 ×10-4 BR -0.179411 ×10-6 AP -0.127684 ×101 BP -0.114684 ×10
6 (画像表示素子) Y 10.037 θ 73.55° Z 37.142 。
Example 3 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Inclination angle) 1 ∞ (Pupil) 2 R y -173.329 1.5254 56.25 R x 41.324 Y -3.353 θ -2.43 ° K y 0 Z 20.147 K x 0 AR -0.329652 × 10 -6 BR 0.523728 × 10 -11 AP 0.876156 × 10 1 BP -0.202358 × 10 2 3 R y -100.000 1.5254 56.25 R x 952.298 Y -0.313 θ 43.45 ° K y 0 Z 31.542 K x 0 AR -0.789469 × 10 -10 BR 0.314882 × 10 -10 AP -0.126990 × 10 3 BP 0.239103 × 10 14 R y 699.924 1.5254 56.25 R x 60.372 Y -13.353 θ 79.33 ° K y 0 Z 43.377 K x 0 AR 0.472554 × 10 -10 BR 0.423116 × 10 -12 AP 0.935918 × 10 2 BP 0.139150 × 10 2 5 R -11.757 Y 11.484 θ 89.25 ° R x -4.496 Z 24.253 K y -1.774022 K x -3.509119 AR 0.822394 × 10 -4 BR -0.179411 x 10 -6 AP -0.127684 x 10 1 BP -0.114684 x 10 1
6 (Image display element) Y 10.037 θ 73.55 ° Z 37.142.

【0061】実施例4 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 (偏心量) (傾き角) 1 ∞(瞳) 2 Ry -288.420 1.5254 56.25 Rx -613.123 Y 0.671 θ 0.03° Ky 0 Z 20.040 Kx 0 AR 0.115829 ×10-4 BR 0.204909 ×10-14 AP 0.203677 BP 0.171442 ×103 3 Ry -200.000 1.5254 56.25 Rx -261.675 Y -1.792 θ 38.59° Ky 0 Z 35.040 Kx 0 AR 0.163562 ×10-5 BR -0.301809 ×10-15 AP -0.564787 ×10-1 BP -0.123717 ×103 4 Ry 102.370 1.5254 56.25 Rx 68.331 Y -13.876 θ 87.47° Ky 0 Z 48.040 Kx 0 AR 0.992790 ×10-6 BR 0.605520 ×10-12 AP -0.238580 BP 0.610124 ×101 5 Ry -40.454 Y 6.671 θ 113.70° Rx -38.017 Z 3.099 Ky -0.232146 Kx -5.408361 AR 0.921621 ×10-4 BR -0.107135 ×10-6 AP -0.108753 ×101 BP -0.957482 6 (画像表示素子) Y 11.393 θ 81.18° Z 36.812 。Example 4 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Tilt angle) 1 ∞ (Pupil) 2 R y -288.420 1.5254 56.25 R x -613.123 Y 0.671 θ 0.03 ° K y 0 Z 20.040 K x 0 AR 0.115829 × 10 -4 BR 0.204909 × 10 -14 AP 0.203677 BP 0.171442 × 10 3 3 R y -200.000 1.5254 56.25 R x -261.675 Y -1.792 θ 38.59 ° K y 0 Z 35.040 K x 0 AR 0.163562 × 10 -5 BR -0.301809 × 10 -15 AP -0.564787 × 10 -1 BP -0.123717 × 10 3 4 R y 102.370 1.5254 56.25 R x 68.331 Y -13.876 θ 87.47 ° K y 0 Z 48.040 K x 0 AR 0.992790 × 10 - 6 BR 0.605520 × 10 -12 AP -0.238580 BP 0.610124 × 10 1 5 R y -40.454 Y 6.671 θ 113.70 ° R x -38.017 Z 3.099 K y -0.232146 K x -5.408361 AR 0.921621 × 10 -4 BR -0.107135 × 10 -6 AP -0.108753 × 10 1 BP -0.957482 6 (image display device) Y 11.393 θ 81.18 ° Z 36.812.

【0062】実施例5 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 (偏心量) (傾き角) 1 ∞(瞳) 2 ∞ 1.5254 56.25 Y -15.000 θ 0.00° Z 20.000 3 Ry -183.184 1.5254 56.25 Rx -172.198 Y 18.348 θ 41.80° Ky 0 Z 21.000 Kx 0 AR 0.388012 ×10-6 BR -0.933882 ×10-10 AP -0.173951 ×10-1 BP -0.223255 4 72.254 1.5254 56.25 Y -11.323 θ 73.43° Z 28.472 5 Ry -92.917 Y 12.110 θ 79.60° Rx -42.127 Z 20.000 Ky 0 Kx 0 AR 0.128407 ×10-4 BR -0.307966 ×10-10 AP -0.161439 BP 0.517646 ×101 6 (画像表示素子) Y 12.512 θ 86.16° Z 35.183 。Example 5 Surface Number Curvature Radius Spacing Refractive Index Abbe Number (Eccentricity) (Tilt Angle) 1 ∞ (Pupil) 2 ∞ 1.5254 56.25 Y -15.000 θ 0.00 ° Z 20.000 3 R y -183.184 1.5254 56.25 R x- 172.198 Y 18.348 θ 41.80 ° K y 0 Z 21.000 K x 0 AR 0.388012 × 10 -6 BR -0.933882 × 10 -10 AP -0.173951 × 10 -1 BP -0.223255 4 72.254 1.5254 56.25 Y -11.323 θ 73.43 ° Z 28.472 5 R y -92.917 Y 12.110 θ 79.60 ° R x -42.127 Z 20.000 K y 0 K x 0 AR 0.128407 × 10 -4 BR -0.307966 × 10 -10 AP -0.161439 BP 0.517646 × 10 1 6 ( image display device) Y 12.512 θ 86.16 ° Z 35.183.

【0063】実施例6 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 (偏心量) (傾き角) 1 ∞(瞳) 2 256.499 1.4870 70.40 Y 76.098 θ -9.60° Z 26.430 3 Ry -261.011 1.4870 70.40 Rx -604.816 Y 30.709 θ 42.39° Ky -10.000000 Z 25.177 Kx 0 AR -0.100334 ×10-8 BR -0.137823 ×10-10 AP -0.679774 ×101 BP -0.312747 4 Ry 166.156 1.4870 70.40 Rx 106.217 Y -21.391 θ 72.57° Ky 0 Z 51.676 Kx 0 AR -0.171410 ×10-9 BR 0.106042 ×10-10 AP 0.286805 ×102 BP 0.948785 5 Ry -261.011 1.54787 47.40 Rx -604.816 Y 30.709 θ 42.39° Ky -10.000000 Z 25.177 Kx 0 AR -0.100334 ×10-8 BR -0.137823 ×10-10 AP -0.679774 ×101 BP -0.312747 6 Ry 74.598 Y 8.126 θ 112.83° Rx 111.513 Z 81.238 Ky 0 Kx 0 AR 0.942722 ×10-6 BR -0.412902 ×10-11 AP 0.261913 ×101 BP 0.378035 ×101 7 (画像表示素子) Y 19.346 θ 71.17° Z 78.835 。Example 6 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Inclination angle) 1 ∞ (Pupil) 2 256.499 1.4870 70.40 Y 76.098 θ -9.60 ° Z 26.430 3 R y -261.011 1.4870 70.40 R x- 604.816 Y 30.709 θ 42.39 ° K y -10.000000 Z 25.177 K x 0 AR -0.100334 × 10 -8 BR -0.137823 × 10 -10 AP -0.679774 × 10 1 BP -0.312747 4 R y 166.156 1.4870 70.40 R x 106.217 Y -21.391 θ 72.57 ° K y 0 Z 51.676 K x 0 AR -0.171410 × 10 -9 BR 0.106042 × 10 -10 AP 0.286805 × 10 2 BP 0.948785 5 R y -261.011 1.54787 47.40 R x -604.816 Y 30.709 θ 42.39 ° K y- 10.000000 Z 25.177 K x 0 AR -0.100334 × 10 -8 BR -0.137823 × 10 -10 AP -0.679774 × 10 1 BP -0.312747 6 R y 74.598 Y 8.126 θ 112.83 ° R x 111.513 Z 81.238 K y 0 K x 0 AR 0.942722 × 10 -6 BR -0.412902 × 10 -11 AP 0.261913 × 10 1 BP 0.378035 × 10 1 7 ( image display device) Y 19.346 θ 71.17 ° Z 78.835.

【0064】次に、上記実施例1の横収差図を図7〜図
9に、同様に実施例2〜6の横収差図をそれぞれ図10
〜図12、図13〜図15、図16〜図18、図19〜
図21、図22〜図24に示す。これらの横収差図にお
いて、括弧内に示された数字は(水平画角,垂直画角)
を表し、その画角における横収差を示す。
Next, FIGS. 7 to 9 are transverse aberration diagrams of the first embodiment, and FIG. 10 is a transverse aberration diagram of the second to sixth embodiments.
-FIG. 12, FIG. 13-FIG. 15, FIG. 16-FIG. 18, FIG.
It is shown in FIGS. 21 and 22 to 24. In these lateral aberration diagrams, the numbers in parentheses are (horizontal angle of view, vertical angle of view)
Represents the lateral aberration at that angle of view.

【0065】以上、本発明の画像表示装置を実施例に基
づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定
されず種々の変形が可能である。本発明の画像表示装置
を頭部装着式画像表示装置(HMD)21として構成す
るには、図25(a)に断面図、同図(b)に斜視図を
示すように、例えばヘッドバンド20を取り付けて観察
者の頭部に装着して使用する。この使用例の場合に、接
眼光学系9の第2面の半透過ミラー(ハーフミラー)5
の前方に液晶シヤッター13を配備し、外界像を選択的
に又は画像表示素子8の映像と重畳して観察できるよう
にしている。
The image display apparatus of the present invention has been described above based on the embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments and various modifications can be made. To configure the image display device of the present invention as a head-mounted image display device (HMD) 21, as shown in a sectional view of FIG. 25 (a) and a perspective view of FIG. Attach it to the observer's head and use it. In the case of this usage example, the semi-transmissive mirror (half mirror) 5 on the second surface of the eyepiece optical system 9 is used.
A liquid crystal shutter 13 is provided in front of the image display device so that the external image can be observed selectively or by superimposing the image on the image display device 8.

【0066】以上の本発明の画像表示装置は例えば次の
ように構成することができる。 〔1〕 画像を表示する画像表示素子と、前記画像表示
素子によって形成された画像を投影し観察者眼球に導く
接眼光学系とからなる画像表示装置において、前記接眼
光学系は、少なくとも4面の光学面を有し、前記観察者
から前記画像表示素子に到る逆光線追跡に従って光線が
通過する順に、観察者に近接した透過面である第1面、
観察者視軸に対して傾いた有限の曲率を有する半透過面
である第2面、第2面に対向した反射面である第3面、
画像表示素子に近接した透過面である第4面で構成され
ており、前記第1面、前記第3面、前記第4面で形成さ
れた空間が屈折率が1より大きい媒質によって満たされ
ていることを特徴とする画像表示装置。
The above-described image display device of the present invention can be configured as follows, for example. [1] In an image display device including an image display element that displays an image and an eyepiece optical system that projects an image formed by the image display element and guides it to an observer's eye, the eyepiece optical system has at least four surfaces. A first surface having an optical surface, which is a transmissive surface close to the observer in the order in which the light rays pass in accordance with the backward ray tracing from the observer to the image display element,
A second surface, which is a semi-transmissive surface having a finite curvature inclined with respect to the observer's visual axis, and a third surface, which is a reflecting surface facing the second surface,
It is composed of a fourth surface, which is a transmission surface close to the image display element, and the space formed by the first surface, the third surface, and the fourth surface is filled with a medium having a refractive index larger than 1. An image display device characterized by being.

【0067】〔2〕 前記第2面は観察者に対して凹面
を向けた半透過面であることを特徴とする上記〔1〕記
載の画像表示装置。
[2] The image display device according to [1], wherein the second surface is a semi-transmissive surface having a concave surface facing an observer.

【0068】〔3〕 前記第1面は正のパワーを有する
透過面であることを特徴とする上記〔1〕記載の画像表
示装置。
[3] The image display device according to the above [1], wherein the first surface is a transmissive surface having a positive power.

【0069】〔4〕 前記第3面は前記第2面に対して
凹面を向けた反射面であることを特徴とする上記〔1〕
記載の画像表示装置。
[4] The above-mentioned [1], wherein the third surface is a reflecting surface having a concave surface facing the second surface.
The image display device as described in the above.

【0070】〔5〕 前記の少なくとも4面の中、少な
くとも2面はパワーを有していて観察者視軸に対して傾
くか又は偏心していることを特徴とする上記〔1〕記載
の画像表示装置。
[5] The image display according to the above [1], wherein at least two of the at least four surfaces have power and are inclined or eccentric with respect to the observer's visual axis. apparatus.

【0071】〔6〕 前記の第1面、第2面、第3面で
形成される空間を満たす媒質の屈折率と、前記の第2
面、第4面で形成される空間を満たす媒質の屈折率とは
異なることを特徴とする上記〔1〕記載の画像表示装
置。
[6] The refractive index of the medium that fills the space formed by the first surface, the second surface, and the third surface, and the second refractive index of the medium.
The image display device according to the above [1], wherein the image display device has a refractive index different from that of a medium that fills the space formed by the surface and the fourth surface.

【0072】〔7〕 前記第1面、第2面、第3面及び
第4面の中の少なくとも1面は偏心非球面であることを
特徴とする上記〔1〕記載の画像表示装置。
[7] The image display device according to [1], wherein at least one of the first surface, the second surface, the third surface and the fourth surface is an eccentric aspherical surface.

【0073】〔8〕 前記第1面、第2面、第3面及び
第4面の中の少なくとも1面はアナモルフィック面であ
ることを特徴とする上記〔7〕記載の画像表示装置。
[8] The image display device according to the above [7], wherein at least one of the first surface, the second surface, the third surface and the fourth surface is an anamorphic surface.

【0074】[0074]

〔9〕 前記第1面、第2面、第3面及び
第4面の中の少なくとも1面は自由曲面であることを特
徴とする上記〔7〕記載の画像表示装置。
[9] The image display device according to [7], wherein at least one of the first surface, the second surface, the third surface, and the fourth surface is a free-form surface.

【0075】〔10〕 前記第2面の法線と観察者視軸
のなす角をuとするとき、 35°<u<60° ・・・(8) を満足することを特徴とする上記〔1〕に記載の画像表
示装置。
[10] When the angle formed by the normal line to the second surface and the observer's visual axis is u, then 35 ° <u <60 ° (8) is satisfied. 1] The image display device according to item 1).

【0076】〔11〕 前記第2面の面頂での曲率をC
HMとするとき、 −0.03<CHM<−0.002(mm-1) ・・・(9) を満足することを特徴とする上記〔1〕に記載の画像表
示装置。
[11] The curvature at the top of the second surface is C
When HM , −0.03 <C HM <−0.002 (mm −1 ) ... (9) is satisfied, The image display device according to the above [1].

【0077】〔12〕 前記画像表示素子の表示面は前
記観察者視軸に対して傾いて配備されていることを特徴
とする上記〔1〕から〔11〕の何れか1項記載の画像
表示装置。
[12] The image display according to any one of the above [1] to [11], wherein the display surface of the image display element is arranged so as to be inclined with respect to the observer's visual axis. apparatus.

【0078】〔13〕 前記画像表示素子と前記接眼光
学系を観察者頭部に対して位置決めする位置決め手段を
有することを特徴とする上記〔1〕から〔12〕の何れ
か1項記載の画像表示装置。
[13] The image according to any one of [1] to [12], which has a positioning means for positioning the image display element and the eyepiece optical system with respect to the observer's head. Display device.

【0079】〔14〕 前記画像表示素子と前記接眼光
学系を前記観察者頭部に対して支持する支持手段を有
し、前記観察者頭部に装着できることを特徴とする上記
〔1〕から〔12〕の何れか1項記載の画像表示装置。
[14] The above [1] to [1] characterized in that the image display device and the eyepiece optical system have a supporting means for supporting the head of the observer and can be mounted on the head of the observer. 12] The image display device according to any one of [12].

【0080】〔15〕 前記画像表示装置の少なくとも
2組を一定の間隔で支持する支持手段を有することを特
徴とする上記〔1〕から〔14〕の何れか1項記載の画
像表示装置。
[15] The image display device according to any one of the above [1] to [14], which has a supporting means for supporting at least two sets of the image display device at a constant interval.

【0081】[0081]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の画像表示装置によると、広い観察画角で非常に小型軽
量な画像表示装置を提供することができる。
As is apparent from the above description, according to the image display device of the present invention, it is possible to provide an image display device which is very small and lightweight with a wide observation angle of view.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1の画像表示装置の断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view of an image display device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例2の画像表示装置の断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view of an image display device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例3の画像表示装置の断面図であ
る。
FIG. 3 is a sectional view of an image display device according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例4の画像表示装置の断面図であ
る。
FIG. 4 is a sectional view of an image display device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例5の画像表示装置の断面図であ
る。
FIG. 5 is a sectional view of an image display device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例6の画像表示装置の断面図であ
る。
FIG. 6 is a sectional view of an image display device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例1の横収差図の一部である。FIG. 7 is a part of a lateral aberration diagram of Example 1 of the present invention.

【図8】本発明の実施例1の横収差図の残りの一部であ
る。
FIG. 8 is a part of the remaining lateral aberration diagram of Example 1 of the present invention.

【図9】本発明の実施例1の横収差図の残りの部分であ
る。
FIG. 9 is the remaining portion of the lateral aberration diagram for Example 1 of the present invention.

【図10】本発明の実施例2の横収差図の一部である。FIG. 10 is a part of a transverse aberration diagram for Example 2 of the present invention.

【図11】本発明の実施例2の横収差図の残りの一部で
ある。
FIG. 11 is a part of the remaining lateral aberration diagram of Example 2 of the present invention.

【図12】本発明の実施例2の横収差図の残りの部分で
ある。
FIG. 12 is the remaining portion of the lateral aberration diagram for Example 2 of the present invention.

【図13】本発明の実施例3の横収差図の一部である。FIG. 13 is a part of a lateral aberration diagram of Example 3 of the present invention.

【図14】本発明の実施例3の横収差図の残りの一部で
ある。
FIG. 14 is a remaining part of the lateral aberration diagram of Example 3 of the present invention.

【図15】本発明の実施例3の横収差図の残りの部分で
ある。
FIG. 15 is the remaining portion of the lateral aberration diagram for Example 3 of the present invention.

【図16】本発明の実施例4の横収差図の一部である。FIG. 16 is a part of a lateral aberration diagram of Example 4 of the present invention.

【図17】本発明の実施例4の横収差図の残りの一部で
ある。
FIG. 17 is the remaining part of the lateral aberration diagram of Example 4 of the present invention.

【図18】本発明の実施例4の横収差図の残りの部分で
ある。
FIG. 18 is the remaining portion of the lateral aberration diagram for Example 4 of the present invention.

【図19】本発明の実施例5の横収差図の一部である。FIG. 19 is a part of a transverse aberration diagram for Example 5 of the present invention.

【図20】本発明の実施例5の横収差図の残りの一部で
ある。
FIG. 20 is a part of the remaining lateral aberration diagrams of Example 5 of the present invention.

【図21】本発明の実施例5の横収差図の残りの部分で
ある。
FIG. 21 is the remaining portion of the lateral aberration diagram for Example 5 of the present invention.

【図22】本発明の実施例6の横収差図の一部である。FIG. 22 is a part of a lateral aberration diagram according to Example 6 of the present invention.

【図23】本発明の実施例6の横収差図の残りの一部で
ある。
FIG. 23 is a part of the remaining lateral aberration diagram of Example 6 of the present invention.

【図24】本発明の実施例6の横収差図の残りの部分で
ある。
FIG. 24 is the remaining portion of the lateral aberration diagram for Example 6 of the present invention.

【図25】本発明による頭部装着式画像表示装置の断面
図と斜視図である。
FIG. 25 is a sectional view and a perspective view of a head-mounted image display device according to the present invention.

【図26】本発明の画像表示装置の接眼光学系に関する
説明図である。
FIG. 26 is an explanatory diagram related to the eyepiece optical system of the image display device of the present invention.

【図27】本発明による接眼光学系のハーフミラーの接
線の傾きの変化を示すグラフである。
FIG. 27 is a graph showing changes in the inclination of the tangent line of the half mirror of the eyepiece optical system according to the present invention.

【図28】従来の画像表示装置の接眼光学系に関する説
明図である。
FIG. 28 is an explanatory diagram of an eyepiece optical system of a conventional image display device.

【図29】従来の接眼光学系のハーフミラーでの反射点
の位置の変化を示すグラフである。
FIG. 29 is a graph showing a change in the position of a reflection point on a half mirror of a conventional eyepiece optical system.

【図30】従来の接眼光学系の拡大鏡での反射点の位置
の変化を示すグラフである。
FIG. 30 is a graph showing changes in the positions of reflection points in the magnifying glass of the conventional eyepiece optical system.

【図31】従来の1つの画像表示装置の光学系を示す図
である。
FIG. 31 is a diagram showing an optical system of one conventional image display device.

【図32】従来の別の画像表示装置の光学系を示す図で
ある。
FIG. 32 is a diagram showing an optical system of another conventional image display device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…観察者瞳位置 2…観察者視軸 3…画像表示素子の光軸 5…接眼光学系の第2面(ハーフミラー) 6…接眼光学系の第3面(拡大鏡) 8…画像表示素子 9…接眼光学系 10…ハーフミラーの接線 11…接眼光学系の第1面 12…接眼光学系の第4面 13…液晶シヤッター 20…ヘッドバンド 21…頭部装着式画像表示装置(HMD) 1 ... Observer pupil position 2 ... Observer visual axis 3 ... Optical axis of image display element 5 ... Second surface of eyepiece optical system (half mirror) 6 ... Third surface of eyepiece optical system (magnifying glass) 8 ... Image display Element 9 ... Eyepiece optical system 10 ... Half mirror tangent line 11 ... Eyepiece optical system first surface 12 ... Eyepiece optical system fourth surface 13 ... Liquid crystal shutter 20 ... Headband 21 ... Head mounted image display device (HMD)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 画像を表示する画像表示素子と、前記画
像表示素子によって形成された画像を投影し観察者眼球
に導く接眼光学系とからなる画像表示装置において、 前記接眼光学系は、少なくとも4面の光学面を有し、前
記観察者から前記画像表示素子に到る逆光線追跡に従っ
て光線が通過する順に、観察者に近接した透過面である
第1面、観察者視軸に対して傾いた有限の曲率を有する
半透過面である第2面、第2面に対向した反射面である
第3面、画像表示素子に近接した透過面である第4面で
構成されており、前記第1面、前記第3面、前記第4面
で形成された空間が屈折率が1より大きい媒質によって
満たされていることを特徴とする画像表示装置。
1. An image display device comprising an image display element for displaying an image and an eyepiece optical system for projecting the image formed by the image display element to guide it to an observer's eye, wherein the eyepiece optical system is at least 4 The first surface, which is a transmission surface close to the observer, is inclined with respect to the observer's visual axis in the order in which the light rays pass according to the backward ray tracing from the observer to the image display element The second surface is a semi-transmissive surface having a finite curvature, the third surface is a reflective surface facing the second surface, and the fourth surface is a transmissive surface close to the image display element. An image display device, wherein the space formed by the surface, the third surface, and the fourth surface is filled with a medium having a refractive index larger than 1.
【請求項2】 前記第2面は観察者に対して凹面を向け
た半透過面であることを特徴とする請求項1記載の画像
表示装置。
2. The image display device according to claim 1, wherein the second surface is a semi-transmissive surface having a concave surface facing an observer.
【請求項3】 前記第1面は正のパワーを有する透過面
であることを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。
3. The image display device according to claim 1, wherein the first surface is a transmissive surface having a positive power.
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