CN104204906B - 影像显示装置 - Google Patents

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Abstract

影像显示装置具有光源、显示元件、照明棱镜、目镜光学系统。光源射出照明光。显示元件对照明光进行调制并作为影像光进行射出。照明棱镜入射从光源射出的照明光。出射面朝向显示元件射出照明光。反射面使从入射面入射的照明光朝向出射面反射。目镜光学系统传递从显示元件射出的影像光。照明棱镜在包含中心光线的任意的第1平面中，在比目镜面更靠显示元件侧形成光源的像。照明棱镜在第2平面中，在目镜面或目镜面附近形成光源的像。

Description

影像显示装置
关联申请的相互参照
本申请主张2012年4月5日在日本特许申请的日本特愿2012-086254的优先权，在这里引用该在先申请的公开全体以用于参照。
技术领域
本发明涉及高效利用照明光的影像显示装置。
背景技术
公知有佩戴在头部上对通过目镜光学系统放大了小型显示元件的影像而得到的虚像进行观察的影像显示装置。由于佩戴在头部上，所以期望影像显示装置小型化。
在这种影像显示装置中，通过使用显示元件对从光源照射的照明光进行调制而形成影像。因此，在影像显示装置中设有光源、显示元件、将光源的照明光传递到显示元件的照明光学系统、以及将显示元件中形成的影像传递到观察者的眼球的目镜光学系统。优化影像显示装置所要求的各种特性，并确定它们的部位的形状、配置和组合，从而确定影像显示装置的大小。
在影像显示装置中，要求高效利用从光源发出的照明光。因此，提出如下方案：通过组合反射镜来构成照明光学系统，通过以使光源和光瞳共轭的方式配置照明反射镜(参照专利文献1)，实现影像显示装置的小型化，并且高效利用照明光。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-72151号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，关于专利文献1中的光源与光瞳的共轭，根据目镜光学系统的结构，有时无法实现照明光的高效化。特别是在目镜光学系统小型化的情况下，在专利文献1的结构中，很难实现照明光的高效化。
因此，在鉴于上述问题而完成的本发明中，其目的在于，提供小型且能够高效进行照明的影像显示装置。
用于解决课题的手段
为了解决上述这些课题，本发明的第1影像显示装置的特征在于，该影像显示装置具有：光源，其射出照明光；显示元件，其对照明光进行调制并作为影像光进行射出；偏心照明光学系统，其朝向所述显示元件射出从光源射出的照明光，该偏心照明光学系统具有正屈光力(正のパワー)，且具有相对于光轴非旋转对称的光学面；以及目镜光学系统，其传递从显示元件射出的影像光，具有射出所传递的影像光的目镜面，偏心照明光学系统在包含显示元件射出的影像光的中心光线的任意的第1平面中，在目镜面或目镜面附近形成光源的像。
为了解决上述这些课题，本发明的第2影像显示装置的特征在于，该影像显示装置具有：光源，其射出照明光；显示元件，其对照明光进行调制并作为影像光进行射出；偏心照明光学系统，其朝向显示元件射出从光源射出的照明光，该偏心照明光学系统具有正屈光力；以及目镜光学系统，其传递从显示元件射出的影像光，具有射出所传递的影像光的目镜面，偏心照明光学系统在包含显示元件射出的影像光的中心光线的任意的第1平面中，在从目镜面射出的外部形成光源的像，在包含中心光线且与第1平面不同的第2平面中，在比目镜面更靠所述显示元件侧形成光源的像。
为了解决上述这些课题，本发明的第3影像显示装置的特征在于，该影像显示装置具有：光源，其射出照明光；显示元件，其对照明光进行调制并作为影像光进行射出；偏心照明光学系统，其朝向所述显示元件射出从光源射出的所述照明光，该偏心照明光学系统具有正屈光力，且具有相对于光轴非旋转对称的光学面；以及目镜光学系统，其传递从显示元件射出的所述影像光，具有射出所传递的影像光的目镜面，将光源作为物点时的偏心照明光学系统的弧矢面中的成像位置即弧矢成像位置比子午面中的成像位置即子午成像位置更靠所述显示元件侧。
发明效果
根据如上所述构成的本发明的影像显示装置，通过偏心照明光学系统调整光源的像的成像位置，由此，在小型的目镜光学系统中，也能够减少照明光的损失。因此，能够提供实现高效利用照明光并使目镜光学系统小型化的影像显示装置。
附图说明
图1是将安装了本发明的第1实施方式的影像显示装置的眼镜佩戴在头部上的观察者的外观立体图。
图2是第1实施方式的影像显示装置的剖视图。
图3是掩模的正面图。
图4是照明棱镜的放大图。
图5是从第2面侧观察的目镜棱镜的外观图。
图6是用于说明第1实施方式的影像显示装置中、第1平面中的光源像的成像位置的光路图。
图7是用于说明第1实施方式的影像显示装置中、第2平面中的光源像的成像位置的光路图。
图8是用于说明第2实施方式的影像显示装置中、第2平面中的光源像的成像位置的光路图。
图9是用于说明第3实施方式的影像显示装置中、第1平面中的光源像的成像位置的光路图。
图10是用于说明第3实施方式的影像显示装置中、第2平面中的光源像的成像位置的光路图。
图11是将安装了本发明的第4实施方式的影像显示装置的眼镜佩戴在头部上的观察者的外观立体图。
图12是第4实施方式的影像显示装置的剖视图。
图13是掩模的正面图。
图14是照明棱镜的放大图。
图15是从第2面侧观察的目镜棱镜的外观图。
图16是用于说明第4实施方式的影像显示装置中、第1平面中的光源像的成像位置的光路图。
图17是用于说明第4实施方式的影像显示装置中、第2平面中的光源像的成像位置的光路图。
图18是用于说明第5实施方式的影像显示装置中、第1平面中的光源像的成像位置的光路图。
图19是用于说明第6实施方式的影像显示装置中、第2平面中的光源像的成像位置的光路图。
图20是在第1实施方式～第3实施方式中使用反射型LCD显示元件的情况下的影像显示装置的剖视图。
图21是在第4实施方式～第6实施方式中使用反射型LCD显示元件的情况下的影像显示装置的剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图对应用了本发明的影像显示装置的实施方式进行说明。图1是将安装了本发明的第1实施方式的影像显示装置的眼镜佩戴在头部上的观察者的外观立体图。
影像显示装置100构成为包括主体101和目镜光学系统102等。主体101能够使用挂钩等卡合部件103安装在眼镜104的镜腿105上。目镜光学系统102形成为，在观察者佩戴了眼镜104的状态下，从主体101延伸到观察者的眼球的前方。主体101形成所观察的图像并作为影像光进行射出。目镜光学系统102在观察者佩戴了安装了主体101的眼镜104的状态下，将影像光从主体101引导至观察者的眼球。
如图2所示，在主体101上设有光源106、照明棱镜107、显示元件108等。光源106例如为LED，发出照明光。照明棱镜107具有入射面109、出射面110和反射面111。配置照明棱镜107，以使得光源106发出的照明光入射到入射面109。
优选如图3所示，通过形成有矩形的开口112的掩模113覆盖照明棱镜107的入射面109。穿过开口112的照明光的光束入射到入射面109。
照明棱镜107形成并配置成，出射面110使入射到照明棱镜107的照明光朝向反射面111全反射，反射面111反射照明光以使得全反射的照明光大致垂直入射到出射面110，大致垂直入射的照明光透射过出射面110。另外，照明棱镜的反射面111的形状在后面详细说明。
这样，相对于从光源106到出射面110的光轴，如后所述使用具有光学屈光力的反射面111作为旋转非对称的偏心照明光学系统，由此，能够使用紧凑地折叠光路且小型的照明棱镜。
如图4所示，对入射面109实施例如磨砂处理(砂目処理)这样的、形成微细凹凸以使光扩散的表面处理。通过实施这种表面处理，能够虚拟地放大如LED那样过小的光源尺寸并形成2次光源。
在透射过出射面110的照明光入射的位置配置有显示元件108。显示元件108例如是透射型LCD显示元件。显示元件108通过按照二维状配置的每个像素对透射的照明光的光束进行调制，形成与观察者观察的图像相当的影像光并射出。
在来自显示元件108的影像光的出射方向上设有目镜光学系统102。另外，在主体101的壳体114中，在显示元件108与目镜光学系统102之间形成有孔部，能够传递影像光。
目镜光学系统102由目镜棱镜115和目镜窗116(目镜面)构成(参照图2)。目镜棱镜115是具有第1～第6面的棱镜。目镜棱镜115形成为以下说明的外形。
第1面117和第2面118为等腰梯形状(参照图5)，且相互平行。作为影像入射面的第3面119是第1面117和第2面118的下底侧的面，与第1面117和第2面118垂直(参照图2、图5)。第4面120是与第3面119对置的面，相对于第1面117和第3面119倾斜45°。并且，第1面117的靠第4面120侧的端部附近、即在观察者佩戴时位于眼球正面的部位以及第4面120的高度h比第3面119的高度低，为4mm以下(参照图5)。
目镜窗116为单凸透镜，平面粘接在目镜棱镜115的第1面117上的靠第4面120的端部附近(参照图2)。目镜窗116形成为，第1面117中的高度方向hd(第1方向)的长度为4mm以下，比第1面117的长边方向wd(第2方向)的长度短。目镜窗116的高度方向hd的长度比第3面119的高度方向的长度短，目镜窗116的面积比第3面119的面积小。
目镜棱镜115固定在主体101上，以使得来自显示元件108的影像光的出射方向与第3面119垂直，并且，在经由眼镜104的影像显示装置100的观察者的佩戴时，目镜窗116与观察者的眼球对置。
通过如上所述将目镜光学系统102固定在主体101上，入射到目镜光学系统102的影像光在第4面120中朝向目镜窗116的方向反射。进而，影像光从目镜窗116射出，从而入射到观察者的眼球，观察者能够观察影像光。
并且，由于目镜棱镜115和目镜窗116的高度方向hd的长度为4mm以下，所以，在观察者的眼球的正面配置目镜光学系统102，也不会遮挡外界，能够观察影像光。人类的瞳孔直径根据明亮度而在2～8mm之间变化，在平均明亮度的环境下为4mm左右。因此，由于配置在人类的眼球正面的作为遮蔽物的目镜光学系统102比瞳孔直径小，所以，远方的景色不会被遮蔽物遮挡，能够进行观察。
接着，对偏心照明棱镜107的结构进行详细说明。为了对偏心照明棱镜107的结构进行说明，设包含从显示元件108射出的影像光的中心光线CR且与目镜棱镜115的高度方向hd平行的平面为第1平面(参照图2)。并且，设包含从显示元件108射出的影像光的中心光线CR且与第1平面垂直的平面为第2平面。在将光源作为物点时，偏心照明棱镜107的弧矢面与第1平面一致，子午面与第2平面一致。
另外，子午面是在将光源作为轴外物点的情况下包含光学系统的光轴和物点或主光线的面，弧矢面是包含主光线且与子午面垂直的面。在光学系统偏心的情况下，考虑其偏心来应用上述定义。
通过对第1平面中的反射面111的曲率半径进行调整，能够对入射面109上形成的2次光源在第1平面中的成像位置进行调整。并且，通过对第2平面中的反射面111的曲率半径进行调整，能够对入射面109上形成的2次光源在第2平面中的成像位置进行调整。
如图6所示，形成反射面111，以使得入射面109上形成的2次光源在第1平面(图6纸面)中实质上成像在目镜窗116上。并且，如图7所示，形成反射面111，以使得入射面109上形成的2次光源在第2平面(图7纸面)中成像在目镜窗116的外部。另外，目镜窗116的外部是沿着目镜光学系统102的光轴而向显示元件108的相反侧行进的空间。
并且，反射面111形成为，(Fs+E)实质上与Fm相等(参照图6、7)。另外，E为出瞳距离(Eye Relief)，是假设为在安装了影像显示装置100的眼镜104的佩戴时从目镜窗116到眼球表面的距离的值。并且，Fs是在第1平面中将入射面109作为物点时的反射面111的(弧矢(Sagittal))成像距离。并且，Fm是在第2平面中将入射面109作为物点时的反射面111的(子午(Meridional))成像距离。
通过以使得Rs<Rm的方式形成反射面111，能够调整上述入射面109上形成的2次光源的成像位置。另外，Rs是第1平面中的反射面111的曲率半径。Rm是第2平面中的反射面111的曲率半径。进而，形成目镜窗116，以使得当设目镜窗116的曲率半径为R时满足Rs<R<Rm。
另外，也可以使第1平面中形成光源的像的位置为目镜窗116附近，以满足L-Am<Fs<L+Am。其中，L为从反射面111到目镜窗116的光轴光路长，Am为目镜窗116的长边方向的开口宽度。
根据以上这种结构的第1实施方式的影像显示装置，能够高效利用照明光，并且能够实现目镜光学系统102的小型化。下面对这种效果进行简单说明。
如上所述，在现有的影像显示装置中，通过反射镜的组合来实现照明光学系统的小型化，并且通过使光源与光瞳共轭，能够减少无法入射到瞳孔的影像光的光束。此时，通常将光瞳配置在瞳孔等眼球附近。因此，能够高效使用用于形成影像光的照明光。但是，为了实现这种照明光的高效化，以在目镜光学系统102中不产生照明光的遮光(ケラレ)为前提。
如第1实施方式那样，在目镜棱镜115和目镜窗116的大小存在制约的情况下，配置光源的成像位置(光源像)以使得不产生基于目镜光学系统102的遮光是非常重要的。具体而言，在第1实施方式中，缩短目镜棱镜115和目镜窗116的高度方向hd(参照图2)的长度成为制约。这样，在使用高度方向hd较短的目镜光学系统102以与瞳孔等眼球附近位置共轭的方式配置光源像的结构中，由于目镜光学系统102的遮光而引起的传递损失增大，有时照明光的使用效率降低。
因此，在第1实施方式中，在第1平面中，使入射面109上形成的2次光源在目镜窗116上成像(参照图6)。另外，第1平面具有与构成目镜光学系统102的部件的长度存在制约的高度方向hd平行的关系。根据这种结构，能够减少传递损失。通过减少传递损失，能够提高整体的照明光的使用效率。
进而，通过使2次光源成像在目镜窗116上，能够使从目镜光学系统102的目镜窗116射出的光束的高度方向的宽度比入射到第3面119的光束的高度方向的宽度小。因此，能够减少传递损失，并且实现目镜窗116的小型化。例如，由于通常将第3面119设置在显示元件108的附近，所以，需要使第3面119的开口宽度比显示元件108的有效区域的宽度大，以取入来自显示元件108的影像光。另一方面，能够使目镜窗116比显示元件108的有效区域的宽度小，能够提供更加小型的影像显示装置。
并且，在第1实施方式中，在第2平面中，由于目镜窗116的与第2平面平行的方向上的开口宽度具有充分宽度，所以，能够使入射面109上形成的2次光源实质上成像在瞳孔或眼球附近位置(参照图7)。另外，第2平面具有穿过构成目镜光学系统102的部件的长度不存在制约的长边方向wd和目镜窗116的光轴的关系。根据这种结构，不会增加传递损失，能够减少无法入射到瞳孔的影像光的光束。
并且，在第1实施方式中，由于目镜窗116满足Rs<R<Rm，所以，在第1平面中，能够在目镜窗116的附近或比目镜窗116更靠显示元件108侧形成光源像。并且，在第2平面中，能够使光源像接近目镜窗116的比显示元件108更远侧的外部或瞳孔、眼球附近位置。由于能够使光源像在两个平面中接近分别不同的最佳位置，所以，能够进一步提高照明光的使用效率。
并且，在第1平面中，也可以在目镜窗116附近形成光源的像，以满足L-Am<Fs<L+Am。即，由于由目镜窗116和第4面120包围的区域的高度方向hd特别小，所以，通过使穿过该部分的光束变细，能够得到较高使用效率。
并且，在第1实施方式中，对照明棱镜107中的光路上最远离显示元件108的位置实施使光扩散的表面处理。根据这种结构，能够提高照明光的效率，并且提高影像光的画质。下面对这种效果进行说明。
通过实施使光扩散的处理，能够形成虚拟放大了光源尺寸的2次光源，出射瞳被光源像充满。通过利用光源像充满出射瞳，能够减轻由于瞳孔从观察位置稍微移动而产生的照明不均。但是，当实施如磨砂处理那样使光扩散的表面处理时，在影像光的形成中使用包含该扩散面的凹凸形状的像的照明光，所以，有时影像光的画质降低。
因此，在第1实施方式中，实施表面处理的位置形成在照明棱镜107内部最远离显示元件108的位置。根据这种结构，能够减轻照明光的凹凸形状对影像光的影响。进而，通过在照明棱镜107的面上实施表面处理，不需要额外配置扩散板等，能够实现低成本化。
并且，在第1实施方式中，由于虚拟放大光源像的入射面109比具有正光学屈光力的反射面111更靠光源106侧，所以，能够将从实施了扩散处理的入射面109扩散的光用作放大的2次光源。通过反射面111使这种2次光源成像，由此得到放大后的光源像。
并且，在第1实施方式中，由于入射面109被掩模113覆盖，所以，能够减轻不需要光和散乱光。通过减轻不需要光和散乱光，能够减轻目镜光学系统102中观察的影像光内的光斑和重影。
接着，对本发明的第2实施方式的影像显示装置进行说明。第2实施方式与第1实施方式的不同之处在于照明棱镜中的反射面的结构。下面，以与第1实施方式的不同之处为中心对第2实施方式进行说明。另外，对具有与第1实施方式相同功能和结构的部位标注相同标号。
在第2实施方式中，照明棱镜以外的部位的结构和功能与第1实施方式相同。与第1实施方式同样，形成反射面1110，以使得入射面109上形成的2次光源在第1平面中实质上成像在目镜窗116上(参照图6)。并且，与第1实施方式不同，形成反射面1110，以使得入射面109上形成的2次光源在第2平面中也实质上成像在目镜窗116上(参照图8)。
并且，反射面1110形成为目镜棱镜115的物侧成像距离F与(Fm-d)和(Fs-d)相等。另外，d是从显示元件108到反射面1110的光路长。
与第1实施方式同样，通过以使得Rs<Rm的方式形成反射面1110，能够调整上述入射面109上形成的2次光源的成像位置。并且，与第1实施方式同样，目镜窗116形成为满足Rs<R<Rm。
根据以上这种结构的第2实施方式的影像显示装置，与第1实施方式同样，由于入射面109中的2次光源成像在目镜窗116上，所以，能够实现目镜光学系统102的小型化，并且能够高效利用照明光。
特别地，与第1实施方式不同，在第2平面中，由于入射面109中的光源像也成像在目镜窗116上，所以，在目镜窗116的与第2平面平行的方向上的开口宽度存在制约的情况下，例如目镜窗116的与第2平面平行的方向上的开口宽度的长度被规定为4mm以下的情况下，能够减少第2平面中的传递损失。因此，能够提高整体的照明光的使用效率。
并且，根据第2实施方式，与第1实施方式同样，由于在照明棱镜107内使实施扩散面处理的位置远离显示元件108，所以，能够减轻凹凸形状对影像光的影响。
并且，根据第2实施方式，与第1实施方式同样，由于满足Rs<R<Rm，所以，能够进一步提高照明光的使用效率。
并且，根据第2实施方式，与第1实施方式同样，由于将实施了扩散面处理的入射面109配置在比具有正光学屈光力的反射面1110更靠光源106侧，所以，能够将从实施了扩散面处理的入射面109扩散的光用作2次光源。通过反射面1110使该2次光源成像，由此能够得到放大后的光源像。
并且，根据第2实施方式，由于入射面109被掩模113覆盖，所以，能够减轻影像光内的光斑和重影。
接着，对本发明的第3实施方式的影像显示装置进行说明。第3实施方式与第1实施方式的不同之处在于照明棱镜中的反射面的结构。下面，以与第1实施方式的不同之处为中心对第3实施方式进行说明。另外，对具有与第1实施方式相同功能和结构的部位标注相同标号。
在第3实施方式中，照明棱镜以外的部位的结构和功能与第1实施方式相同。
在第3实施方式中，反射面1111形成在球面上(参照图9、10)。即，Rs＝Rm，但是，照明棱镜107相对于光轴不是旋转对称，而是偏心的。因此，反射面1111的第1平面中的成像距离(参照图9)和第2平面中的成像距离(参照图10)大幅偏移，从而产生像散。
形成反射面1111，以使得在第1平面和第2平面中，成像距离较短的平面中的光源像在目镜棱镜115内部成像。并且，形成反射面1111，以使得在第1平面和第2平面中，成像距离较长的平面中的光源像在目镜窗116的外部成像。
另外，在本实施方式中，第1平面中的成像距离(参照图9)比第2平面中的成像距离(参照图10)长。因此，形成反射面1111，以使得入射面109中的2次光源在第1平面中在目镜窗116的外部成像，在第2平面中在目镜棱镜115的内部成像。进而，反射面1111形成为满足(Fm-d)<F<(Fs-d)。
根据以上这种结构的第3实施方式的影像显示装置，能够实现目镜光学系统102的小型化，并且能够高效利用照明光。
如上所述，第3实施方式的目镜棱镜115存在大小的制约，在使光源像成像在瞳孔上的结构、以及使光源像与目镜光学系统102的出射瞳共轭的结构中，传递损失增大。特别是在第1平面和第2平面中的光源像均成像在目镜棱镜115的内部或目镜棱镜115的外部的情况下，在第1平面和第2平面中，传递损失均增大。
因此，如第3实施方式那样，通过在第1平面和第2平面的一方中在目镜棱镜115的内部成像、在另一方中在目镜棱镜115的外部成像，能够减轻照明光的传递损失。通过减少传递损失，能够提高整体的照明光的使用效率。
并且，在第3实施方式中，由于将反射面1111形成为球面状，所以，与形成为非球面状相比更为容易。由于能够容易地形成，所以能够降低制造成本。
进而，在第3实施方式中，由于反射面1111形成为满足(Fm-d)<F<(Fs-d)，所以，能够以目镜窗116为基准而适当设定第1平面和第2平面中的光源像的成像位置。通过优化第1平面和第2平面中的光源像的成像位置，能够进一步提高照明光的使用效率。
并且，根据第3实施方式，与第1实施方式同样，由于在照明棱镜107内使实施扩散面处理的位置远离显示元件108，所以，能够减轻凹凸形状对影像光的影响。
并且，根据第3实施方式，与第1实施方式同样，由于将实施了扩散面处理的入射面109配置在比具有正光学屈光力的反射面1111更靠光源106侧，所以，能够将从实施了扩散面处理的入射面109扩散的光用作2次光源。通过反射面1111使该2次光源成像，由此能够得到放大后的光源像。
并且，根据第3实施方式，由于入射面109被掩模113覆盖，所以，能够减轻影像光内的光斑和重影。
接着，对本发明的第4实施方式的影像显示装置进行说明。如图11所示，影像显示装置2100构成为包括主体2101和目镜光学系统2102等。主体2101能够使用挂钩等卡合部件2103安装在眼镜2104的镜腿2105上。目镜光学系统2102形成为，在观察者佩戴了眼镜2104的状态下，从主体2101延伸到观察者的眼球的前方。主体2101形成所观察的图像并作为影像光进行射出。目镜光学系统2102在观察者佩戴了安装了主体2101的眼镜2104的状态下，将影像光从主体2101引导至观察者的眼球。
如图12所示，在主体2101上设有光源2106、照明棱镜2107、显示元件2108等。光源2106例如为LED，发出照明光。照明棱镜2107具有入射面2109、出射面2110和反射面2111。配置照明棱镜2107，以使得光源2106发出的照明光入射到入射面2109。
优选如图13所示，通过形成有矩形的开口2112的掩模2113覆盖照明棱镜2107的入射面2109。开口2112的两边与后述高度方向hd平行。并且，与高度方向hd垂直的两边形成为比与高度方向hd平行的两边长。穿过开口2112的照明光的光束入射到入射面2109。
照明棱镜2107形成并配置成，出射面2110使入射到照明棱镜2107的照明光朝向反射面2111全反射，反射面2111反射照明光以使得全反射的照明光大致垂直入射到出射面2110，大致垂直入射的照明光透射出射面2110。另外，照明棱镜2107的反射面2111的形状在后面详细说明。
这样，相对于从光源2106到出射面2110的光轴，如后所述使用具有光学屈光力的反射面2111作为旋转非对称的偏心照明光学系统，由此，能够使用紧凑地折叠光路且小型的照明棱镜。
如图14所示，对入射面2109实施例如磨砂处理这样的、形成微细凹凸以使光扩散的表面处理。通过实施这种表面处理，能够虚拟地放大如LED那样过小的光源尺寸并形成2次光源。
在透射过出射面2110的照明光入射的位置配置有显示元件2108。显示元件2108例如是透射型LCD显示元件。显示元件2108通过按照二维状配置的每个像素对透射的照明光的光束进行调制，形成与观察者观察的图像相当的影像光并射出。
在来自显示元件2108的影像光的出射方向上设有目镜光学系统2102。另外，在主体2101的壳体2114中，在显示元件2108与目镜光学系统2102之间形成有孔部，能够传递影像光。
目镜光学系统2102由目镜棱镜2115和目镜窗2116(目镜面)构成(参照图12)。目镜棱镜2115是具有第1～第6面的棱镜。目镜棱镜2115形成为以下说明的外形。
第1面2117和第2面2118为等腰梯形状(参照图15)，且相互平行。作为影像入射面的第3面2119是第1面2117和第2面2118的下底侧的面，与第1面2117和第2面2118垂直(参照图12、图15)。第4面2120是与第3面2119对置的面，相对于第1面2117和第3面2119倾斜45°。并且，第1面2117的靠第4面2120侧的端部附近、即在观察者佩戴时位于眼球正面的部位以及第4面2120的高度h比第3面2119的高度低，为4mm以下(参照图15)。
目镜窗2116为单凸透镜，平面粘接在目镜棱镜2115的第1面2117上的靠第4面2120的端部附近(参照图12)。目镜窗2116形成为，第1面2117中的高度方向hd(第1方向)的长度为4mm以下，比第1面2117的长边方向wd(第2方向)的长度短。目镜窗2116的高度方向hd的长度比第3面2119的高度方向的长度短，目镜窗2116的面积比第3面2119的面积小。
目镜棱镜2115固定在主体2101上，以使得来自显示元件2108的影像光的出射方向与第3面2119垂直，并且，在经由眼镜2104的影像显示装置2100的观察者的佩戴时，目镜窗2116与观察者的眼球对置。
通过如上所述将目镜光学系统2102固定在主体2101上，入射到目镜光学系统2102的影像光在第4面2120中朝向目镜窗2116的方向反射。进而，影像光从目镜窗2116射出，从而入射到观察者的眼球，观察者能够观察影像光。
并且，由于目镜棱镜2115和目镜窗2116的高度方向hd的长度为4mm以下，所以，在观察者的眼球的正面配置目镜光学系统2102，也不会遮挡外界，能够观察影像光。人类的瞳孔直径根据明亮度而在2～8mm之间变化，在平均明亮度的环境下为4mm左右。因此，由于配置在人类的眼球正面的作为遮蔽物的目镜光学系统2102比瞳孔直径小，所以，远方的景色不会被遮蔽物遮挡，能够进行观察。
接着，对偏心照明棱镜2107的结构进行详细说明。在将光源2106作为物点时，设偏心照明棱镜2107的弧矢面和子午面分别为第1平面和第2平面。子午面是在将光源作为轴外物点的情况下包含光学系统的光轴和物点或主光线的面，弧矢面是包含主光线且与子午面垂直的面。在光学系统偏心的情况下，考虑其偏心来应用上述定义。
目镜棱镜2115安装在主体2101上，以使得第1面2117和第2面2118与第1平面(弧矢面)平行，并且，与第1面2117和第3面2119垂直的平面与第2平面(子午面)平行。
因此，第1平面(弧矢面)是包含从显示元件2108射出的影像光的中心光线CR且与目镜棱镜2115的高度方向hd平行的平面。并且，第2平面(子午面)是包含从显示元件2108射出的影像光的中心光线CR且与第1平面垂直的平面。
通过对第1平面(弧矢面)中的反射面2111的曲率半径进行调整，能够对入射面2109上形成的2次光源在第1平面中的成像位置进行调整。并且，通过对第2平面(子午面)中的反射面2111的曲率半径进行调整，能够对入射面2109上形成的2次光源在第2平面中的成像位置进行调整。
如图16所示，形成反射面2111，以使得入射面2109上形成的2次光源的像在第1平面(弧矢面)中实质上成像在目镜窗2116上。并且，如图17所示，形成反射面2111，以使得入射面2109上形成的2次光源的像在第2平面(子午面)中成像在目镜窗2116的外部。另外，目镜窗2116的外部是沿着目镜光学系统2102的光轴而向显示元件2108的相反侧行进的空间。
并且，反射面2111形成为，(L+E)实质上与Fm相等(参照图17)。另外，E为出瞳距离，是假设为在安装了影像显示装置2100的眼镜2104的佩戴时从目镜窗2116到眼球表面的距离的值。并且，L是从反射面2111到目镜窗2116的光轴光路长。并且，Fm是在第2平面(子午面)中将入射面2109作为物点时的反射面2111的成像距离。
通过以使得Rs<Rm的方式形成反射面2111，能够调整上述入射面2109上形成的2次光源的成像位置。另外，Rs是第1平面(弧矢面)中的反射面2111的曲率半径。Rm是第2平面(子午面)中的反射面2111的曲率半径。进而，形成目镜窗2116，以使得当设目镜窗2116的曲率半径为R时满足Rs<R<Rm。
另外，也可以使第1平面中形成光源的像的位置为目镜窗2116附近，以满足L-Am<Fs<L+Am。其中，Fs是第1平面中将入射面2109作为物点时的反射面2111的成像距离，Am是目镜窗2116的长边方向的开口宽度(参照图17)。
根据以上这种结构的第4实施方式的影像显示装置，能够高效利用照明光，并且能够实现目镜光学系统2102的小型化。下面对这种效果进行简单说明。
如上所述，在现有的影像显示装置中，通过反射镜的组合来实现照明光学系统的小型化，并且通过使光源与光瞳共轭，能够减少无法入射到瞳孔的影像光的光束。此时，通常将光瞳配置在瞳孔等眼球附近。因此，能够高效使用用于形成影像光的照明光。但是，为了实现这种照明光的高效化，以在目镜光学系统2102中不产生照明光的遮光为前提。
如第4实施方式那样，在目镜棱镜2115和目镜窗2116的大小存在制约的情况下，配置光源的成像位置(光源像)以使得不产生基于目镜光学系统2102的遮光是非常重要的。具体而言，在第4实施方式中，缩短目镜棱镜2115和目镜窗2116的高度方向hd(参照图12)的长度成为制约。这样，在使用高度方向hd较短的目镜光学系统2102以与瞳孔等眼球附近位置共轭的方式配置光源像的结构中，由于目镜光学系统2102的遮光而引起的传递损失增大，照明光的使用效率降低。
因此，在第4实施方式中，在第1平面(弧矢面)中，使入射面2109上形成的2次光源成像在目镜窗2116上(参照图16)。另外，第1平面(弧矢面)具有与构成目镜光学系统2102的部件的长度存在制约的高度方向hd平行的关系。根据这种结构，能够减少传递损失。通过减少传递损失，能够提高整体的照明光的使用效率。
进而，通过使2次光源成像在目镜窗2116上，能够使从目镜光学系统2102的目镜窗2116射出的光束的高度方向的宽度比入射到第3面2119的光束的高度方向hd的宽度小。因此，能够减少传递损失，并且实现目镜窗2116的小型化。例如，由于通常将第3面2119设置在显示元件2108的附近，所以，需要使第3面2119的开口宽度比显示元件2108的有效区域的宽度大，以取入来自显示元件2108的影像光。另一方面，能够使目镜窗2116比显示元件2108的有效区域的宽度小，能够提供更加小型的影像显示装置。
并且，在第4实施方式中，在第2平面(子午面)中，由于目镜窗2116的与第2平面平行的方向上的开口宽度具有充分宽度，所以，能够使入射面2109上形成的2次光源实质上成像在瞳孔或眼球附近位置(参照图17)。另外，第2平面具有穿过构成目镜光学系统2102的部件的长度不存在制约的长边方向wd和目镜窗2116的光轴的关系。根据这种结构，不会增加传递损失，能够减少无法入射到瞳孔的影像光的光束。
并且，在第4实施方式中，由于目镜窗2116满足Rs<R<Rm，所以，在第1平面中，能够在目镜窗2116的附近或比目镜窗2116更靠显示元件2108侧形成光源像。并且，在第2平面(子午面)中，能够使光源像接近目镜窗2116的比显示元件2108更远侧的外部或瞳孔、眼球附近位置。由于能够使光源像在两个平面中接近分别不同的最佳位置，所以，能够进一步提高照明光的使用效率。
并且，在第1平面(弧矢面)中，在目镜窗2116附近形成光源的像，以满足L-Am<Fs<L+Am。由于由目镜窗2116和第4面2120包围的区域的高度方向hd特别小，所以，通过使穿过该部分的光束变细，能够得到较高使用效率。
并且，在第4实施方式中，对照明棱镜2107中的光路上与显示元件2108最远的位置实施使光扩散的表面处理。根据这种结构，能够提高照明光的效率，并且提高影像光的画质。下面对这种效果进行说明。
通过实施使光扩散的处理，能够形成虚拟放大了光源尺寸的2次光源，出射瞳被光源像充满。通过利用光源像充满出射瞳，能够减轻由于瞳孔从观察位置稍微移动而产生的照明不均。但是，当实施如磨砂处理那样使光扩散的表面处理时，在影像光的形成中使用包含该扩散面的凹凸形状的像的照明光，所以，有时影像光的画质降低。
因此，在第4实施方式中，实施表面处理的位置形成在照明棱镜2107内部与显示元件2108最远的位置。根据这种结构，能够减轻照明光的凹凸形状对影像光的影响。进而，通过在照明棱镜2107的表面上实施表面处理，不需要额外配置扩散板等，能够实现低成本化。
并且，在第4实施方式中，由于虚拟放大光源像的入射面2109比具有正光学屈光力的反射面2111更靠光源2106侧，所以，能够将从实施了扩散处理的入射面2109扩散的光用作放大的2次光源。通过反射面2111使这种2次光源成像，由此得到放大后的光源像。
并且，在第4实施方式中，由于入射面2109被掩模2113覆盖，所以，能够减轻不需要光和散乱光。通过减轻不需要光和散乱光，能够减轻目镜光学系统2102中观察的影像光内的光斑和重影。
接着，对本发明的第5实施方式的影像显示装置进行说明。第5实施方式与第4实施方式的不同之处在于照明棱镜中的反射面的结构。下面，以与第4实施方式的不同之处为中心对第5实施方式进行说明。另外，对具有与第4实施方式相同功能和结构的部位标注相同标号。
在第5实施方式中，照明棱镜以外的部位的结构和功能与第4实施方式相同。
与第4实施方式不同，形成反射面21110，以使得入射面2109上形成的2次光源的像在第1平面(弧矢面)中在目镜棱镜2115内部成像(参照图18)，在第2平面(子午面)中在目镜窗2116的外部成像(参照图17)。即，反射面21110形成为满足Fs<L<Fm。
与第4实施方式同样，通过以使得Rs<Rm的方式形成反射面21110，能够调整上述入射面2109上形成的2次光源的成像位置。并且，与第4实施方式同样，目镜窗2116形成为满足Rs<R<Rm。
根据以上这种结构的第5实施方式的影像显示装置，能够实现目镜光学系统2102的小型化，并且能够高效利用照明光。
如上所述，第5实施方式的目镜棱镜2115存在大小的制约，在使光源像在瞳孔上成像的结构、以及使光源像与目镜光学系统2102的出射瞳共轭的结构中，传递损失增大。特别是在第1平面(弧矢面)和第2平面(子午面)中的光源像均成像在远离目镜棱镜2115的内部或远离目镜棱镜2115的外部的情况下，在第1平面和第2平面中，传递损失均增大。
因此，如第5实施方式那样，通过使光源像在第1平面(弧矢面)中在目镜棱镜2115的内部成像、在第2平面(子午面)中在目镜棱镜2115的外部成像，能够减轻照明光的传递损失。通过减少传递损失，能够提高整体的照明光的使用效率。
并且，根据第5实施方式，与第4实施方式同样，在第2平面(子午面)中，由于目镜窗2116的与第2平面平行的方向上的开口宽度具有充分宽度，不会增加传递损失，能够减少无法入射到瞳孔的影像光的光束。
并且，根据第5实施方式，与第4实施方式同样，由于目镜窗2116满足Rs<R<Rm，所以，能够进一步提高照明光的使用效率。
并且，根据第5实施方式，与第4实施方式同样，由于在照明棱镜21070内使实施扩散面处理的位置远离显示元件2108，所以，能够减轻凹凸形状对影像光的影响。
并且，根据第5实施方式，与第4实施方式同样，由于将实施了扩散面处理的入射面2109配置在比具有正光学屈光力的反射面21110更靠光源2106侧的位置，所以，能够将从实施了扩散面处理的入射面2109扩散的光用作2次光源。通过反射面21110使该2次光源成像，由此能够得到放大后的光源像。
并且，根据第5实施方式，由于入射面2109被掩模2113覆盖，所以，能够减轻影像光内的光斑和重影。
接着，对本发明的第6实施方式的影像显示装置进行说明。第6实施方式与第4实施方式的不同之处在于照明棱镜中的反射面的结构。下面，以与第4实施方式的不同之处为中心对第6实施方式进行说明。另外，对具有与第4实施方式相同功能和结构的部位标注相同标号。
在第6实施方式中，照明棱镜以外的部位的结构和功能与第4实施方式相同。
在第6实施方式中，形成反射面21111，以使得入射面上形成的2次光源的像在第1平面(弧矢面)中在目镜棱镜2115的内部成像(参照图18)。并且，与第5实施方式不同，形成反射面21111，以使得入射面上形成的2次光源的像在第2平面(子午面)中实质上成像在目镜窗2116上(参照图19)。另外，也可以使第1平面中形成光源的像的位置为目镜窗2116附近，以满足L-Am<Fm<L+Am。
根据以上这种结构的第6实施方式的影像显示装置，能够实现目镜光学系统2102的小型化，并且能够高效利用照明光。
在眼球与目镜窗2116的位置对准的观点中，优选目镜窗2116的与第2平面(子午面)平行的方向上的尺寸较长。但是，未入射到眼球的光增加，有时照明光的利用效率降低。如果以最适于佩戴者的眼球位置的方式固定显示装置，则即使缩短与第2平面平行的方向上的目镜窗2116的尺寸，也不会产生位置对准的问题。因此，只要不产生位置对准的问题，则能够通过减少未入射到眼球的无用光，来提高照明光的利用效率。因此，如本实施方式那样，通过形成反射面21111以使得子午面中的成像位置成为目镜窗2116附近，能够高效利用照明光。
并且，根据第6实施方式，与第4实施方式同样，由于在照明棱镜21071内使实施扩散面处理的位置远离显示元件2108，所以，能够减轻凹凸形状对影像光的影响。
并且，根据第6实施方式，与第4实施方式同样，由于满足Rs<R<Rm，所以，能够进一步提高照明光的使用效率。
并且，根据第6实施方式，与第4实施方式同样，由于将实施了扩散面处理的入射面2109配置在比具有正光学屈光力的反射面21111更靠光源2106侧，所以，能够将从实施了扩散面处理的入射面2109扩散的光用作2次光源。通过反射面21111使该2次光源成像，由此能够得到放大后的光源像。
并且，根据第6实施方式，由于入射面2109被掩模2113覆盖，所以，能够减轻影像光内的光斑和重影。
根据各附图和实施例说明了本发明，但是，希望注意到如果是本领域技术人员则容易根据本公开进行各种变形和修正。因此，希望留意到这些变形和修正包含在本发明的范围内。
例如，在上述第1～第3实施方式中，在目镜光学系统102中使用目镜棱镜115，但是不限于目镜棱镜115，例如，也可以通过配置在与目镜棱镜115的第4面120相同的位置的反射镜形成目镜光学系统。
并且，在第1～第3实施方式中，构成为对照明棱镜107的入射面109实施使光扩散的表面处理，但是，也可以不实施这种处理而成为平坦面。但是，在平坦面的情况下，代替入射面109上形成的2次光源，通过在上述位置形成光源106的像本身，能够得到与第1～第3实施方式相同的效果。
并且，在第1～第3实施方式中，目镜光学系统102形成为从眼镜104的镜腿侧延伸到眼球正面，但是，例如，也可以形成为从镜片上部延伸到眼球正面。
并且，在第1～第3实施方式中，显示元件108为透射型LCD显示元件，但是也可以是反射型LCD显示元件(参照图20)。在使用反射型显示元件的情况下，使用半透半反镜或偏光射束分裂器将2次光源引导至反射型LCD显示元件108。进而，即使不对目镜窗设置光学屈光力而将目镜棱镜1150的第4面1200形成为具有正光学屈光力的反射面，也能够得到同样的效果。
并且，在第1、第2实施方式中，构成为入射面109上形成的2次光源在第1平面中的成像位置对准在目镜窗116上，但是，也可以构成为成像在目镜窗116附近。
并且，在第1实施方式中，构成为(Fs+E)实质上与Fm相等，但是不限于这种结构。只要Fs<Fm，则能够使第2平面中的入射面109上形成的2次光源接近眼球附近。
例如，在上述第4实施方式～第6实施方式中，分别构成为形成反射面2111、21110、21111，以使得目镜窗2116位于光源像的第1平面(弧矢面)中的成像位置附近、光源像的第1平面和第2平面(子午面)中的成像位置之间、以及光源像的第2平面中的成像位置附近。
即，相对于第1平面(弧矢面)中的成像位置比第2平面(子午面)中的成像位置更靠显示元件2108侧的偏心照明棱镜2107，只要目镜窗2116的位置位于第1平面中的成像位置附近与第2平面中的成像位置附近之间，则与第1～3实施方式同样，能够减少目镜棱镜115内部的遮光。即，满足Fs<L+Am且L-Am<Fm即可。
并且，在上述第4实施方式～第6实施方式中，在目镜光学系统2102中使用目镜棱镜2115，但是不限于目镜棱镜2115，例如，也可以通过配置在与目镜棱镜2115的第4面2120相同的位置的反射镜形成目镜光学系统。
并且，在第4实施方式～第6实施方式中，构成为对照明棱镜2107、21070、21071的入射面2109实施使光扩散的表面处理，但是，也可以不实施这种处理而成为平坦面。但是，在平坦面的情况下，代替入射面2109上形成的2次光源，通过在上述位置形成光源2106的像本身，能够得到与第4实施方式～第6实施方式相同的效果。
并且，在第4实施方式～第6实施方式中，目镜光学系统2102形成为从眼镜2104的镜腿侧延伸到眼球正面，但是，例如，也可以形成为从镜片上部延伸到眼球正面。
并且，在第4实施方式～第6实施方式中，显示元件2108为透射型LCD显示元件，但是也可以是反射型LCD显示元件(参照图21)。在使用反射型显示元件的情况下，使用半透半反镜或偏光射束分裂器将2次光源引导至反射型LCD显示元件2108。进而，即使不对目镜窗设置光学屈光力而将目镜棱镜21150的第4面21200形成为具有正光学屈光力的反射面，也能够得到同样的效果。
标号说明
100、2100：影像显示装置；102、2102：目镜光学系统；106、2106：光源；107、2107、21070、21071：照明棱镜；108、2108：显示元件；109、2109：入射面；111、1110、1111、2111、21110、21111：反射面；115、1150、2115、21150：目镜棱镜；116、2116：目镜窗；120、1200、2120、21200：第4面；CR：中心光线。

Claims (31)

1.一种头部佩戴型影像显示装置，其特征在于，该影像显示装置具有：
光源，其射出照明光；
显示元件，其对所述照明光进行调制并作为影像光而射出；
偏心照明光学系统，其朝向所述显示元件射出从所述光源射出的所述照明光，该偏心照明光学系统具有正屈光力，且具有关于光轴非旋转对称的至少一个凹面反射面；以及
目镜光学系统，其传递从所述显示元件射出的所述影像光，具有射出所传递的所述影像光的目镜面，
在包含所述显示元件射出的所述影像光的中心光线的任意的第1平面中，在所述目镜面或所述目镜面附近形成所述光源的像，
当设将所述光源作为物点时的所述偏心照明光学系统的弧矢成像距离为Fs、从所述偏心照明光学系统的所述凹面反射面到所述目镜面的光轴光路长为L、所述目镜面的与子午面平行的方向上的开口尺寸为Am时，满足L-Am<Fs<L+Am。
2.根据权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于，
所述第1平面是将所述光源作为物点的所述偏心照明光学系统的弧矢面或将所述光源作为物点的所述偏心照明光学系统的子午面。
3.根据权利要求2所述的影像显示装置，其特征在于，
所述偏心照明光学系统是具有入射从所述光源射出的所述照明光的照明入射面、射出所述照明光的照明出射面、以及使从所述照明入射面入射的所述照明光朝向所述照明出射面反射的凹面反射面的偏心照明棱镜，
所述凹面反射面是在所述弧矢面和所述子午面中具有不同曲率半径的曲面。
4.根据权利要求3所述的影像显示装置，其特征在于，
当设所述凹面反射面中的沿着所述弧矢面的截面的曲率半径为Rs、沿着所述子午面的截面的曲率半径为Rm时，满足Rs<Rm。
5.根据权利要求4所述的影像显示装置，其特征在于，
所述目镜面是曲率半径为R的曲面，所述目镜面和所述凹面反射面满足Rs<R<Rm。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的影像显示装置，其特征在于，
所述目镜光学系统是具有入射从所述显示元件射出的所述影像光的影像入射面、使所述影像光在内部反射1次以上的反射面、以及向眼球方向射出所述影像光的所述目镜面的目镜棱镜。
7.根据权利要求6所述的影像显示装置，其特征在于，
与所述子午面垂直的方向上的所述目镜面的开口宽度比与所述子午面平行的方向上的所述目镜面的开口宽度小。
8.根据权利要求6所述的影像显示装置，其特征在于，
与所述子午面垂直的方向上的所述目镜棱镜的所述目镜面的开口宽度比与所述子午面垂直的方向上的所述目镜棱镜的所述影像入射面的开口宽度小。
9.根据权利要求2～5中的任意一项所述的影像显示装置，其特征在于，
当设将所述光源作为物点时的所述偏心照明光学系统的弧矢成像距离为Fs、将所述光源作为物点时的所述偏心照明光学系统的子午成像距离为Fm时，满足Fs＝Fm。
10.根据权利要求2～5中的任意一项所述的影像显示装置，其特征在于，
当设将所述光源作为物点时的所述偏心照明光学系统的弧矢成像距离为Fs、将所述光源作为物点的所述偏心照明光学系统的子午成像距离为Fm时，满足Fm<Fs。
11.根据权利要求3～5中的任意一项所述的影像显示装置，其特征在于，
对所述偏心照明棱镜的所述照明入射面实施了使光扩散的表面处理。
12.根据权利要求11所述的影像显示装置，其特征在于，
在所述照明入射面上设有遮光掩模，该遮光掩模具有透过所述照明光的开口部和遮挡所述照明光的遮光部。
13.根据权利要求12所述的影像显示装置，其特征在于，
所述遮光掩模在与所述子午面平行的方向上的开口尺寸较大。
14.根据权利要求3～5中的任意一项所述的影像显示装置，其特征在于，
将形成于所述照明入射面上的扩散面上形成的所述照明光的像作为2次光源，所述偏心照明棱镜代替所述光源而使所述2次光源成像。
15.根据权利要求1所述的头部佩戴型影像显示装置，其特征在于，
所述偏心照明光学系统在包含所述显示元件射出的所述影像光的中心光线的任意的第1平面中，在从所述目镜面射出后的外部形成所述光源的像，在包含所述中心光线且与所述第1平面不同的第2平面中，在比所述目镜面更靠所述显示元件侧的位置形成所述光源的像。
16.根据权利要求15所述的影像显示装置，其特征在于，
所述目镜面的沿着第1方向的宽度比沿着与所述第1方向垂直的第2方向的宽度短，
所述第1平面是将所述光源作为物点的所述偏心照明光学系统的弧矢面，所述第2平面是将所述光源作为物点的所述偏心照明光学系统的子午面，
所述偏心照明光学系统是具有入射从所述光源射出的所述照明光的照明入射面、射出所述照明光的照明出射面、以及使从所述照明入射面入射的所述照明光朝向所述照明出射面反射的凹面反射面的偏心照明棱镜，
当设所述弧矢面中将所述光源作为物点的所述凹面反射面的弧矢成像距离为Fs、所述子午面中将所述光源作为物点的所述凹面反射面的子午成像距离为Fm、从所述偏心照明棱镜的所述凹面反射面到所述目镜面的光轴光路长为L时，满足Fm<L<Fs。
17.根据权利要求1所述的头部佩戴型影像显示装置，其特征在于，
将所述光源作为物点时的弧矢面中的成像位置即弧矢成像位置比子午面中的成像位置即子午成像位置更靠所述显示元件侧。
18.根据权利要求17所述的影像显示装置，其特征在于，
所述偏心照明光学系统是具有入射从所述光源射出的所述照明光的入射面、以及朝向出射面进行反射的凹面反射面的偏心照明棱镜，
所述凹面反射面是所述弧矢面和所述子午面的曲率半径不同的曲面。
19.根据权利要求17或18所述的影像显示装置，其特征在于，
当设将所述光源作为物点时的所述偏心照明光学系统的子午成像距离为Fm时，满足Fs<L+Am且L-Am<Fm。
20.根据权利要求19所述的影像显示装置，其特征在于，
所述目镜面的沿着第1方向的宽度比沿着与所述第1方向垂直的第2方向的宽度短，所述弧矢面与所述第1方向平行。
21.根据权利要求20所述的影像显示装置，其特征在于，
满足Fs<L<Fm。
22.根据权利要求20所述的影像显示装置，其特征在于，
当设从所述目镜面到眼球的距离为E时，满足L+E＝Fm。
23.根据权利要求17所述的影像显示装置，其特征在于，
所述目镜光学系统是具有入射从所述显示元件射出的所述影像光的影像入射面、使所述影像光在内部反射1次以上的反射面、以及向眼球方向射出所述影像光的所述目镜面的目镜棱镜。
24.根据权利要求23所述的影像显示装置，其特征在于，
与所述子午面垂直的方向上的所述目镜面的开口宽度比与所述子午面平行的方向上的所述目镜面的开口宽度小。
25.根据权利要求23所述的影像显示装置，其特征在于，
与所述子午面垂直的方向上的所述目镜棱镜的所述目镜面的开口宽度比与所述子午面垂直的方向上的所述目镜棱镜的所述影像入射面的开口宽度小。
26.根据权利要求17所述的影像显示装置，其特征在于，
当设所述凹面反射面中的沿着所述弧矢面的截面的曲率半径为Rs、沿着所述子午面的截面的曲率半径为Rm时，满足Rs<Rm。
27.根据权利要求26所述的影像显示装置，其特征在于，
当设所述目镜面的曲率半径为R时，满足Rs<R<Rm。
28.根据权利要求18所述的影像显示装置，其特征在于，
所述偏心照明棱镜的所述入射面被实施了使光扩散的表面处理。
29.根据权利要求28所述的影像显示装置，其特征在于，
在所述入射面上设有遮光掩模，该遮光掩模具有透过所述照明光的开口部和遮挡所述照明光的遮光部。
30.根据权利要求29所述的影像显示装置，其特征在于，
所述遮光掩模在与所述子午面平行的方向上的开口尺寸较大。
31.根据权利要求28～30中的任意一项所述的影像显示装置，其特征在于，
将形成于所述入射面上的扩散面上形成的所述照明光的像作为2次光源，所述偏心照明棱镜代替所述光源而使所述2次光源成像。
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