JP2001311903A - 画像表示装置 - Google Patents

画像表示装置

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JP2001311903A JP2000093233A JP2000093233A JP2001311903A JP 2001311903 A JP2001311903 A JP 2001311903A JP 2000093233 A JP2000093233 A JP 2000093233A JP 2000093233 A JP2000093233 A JP 2000093233A JP 2001311903 A JP2001311903 A JP 2001311903A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 1つの画像表示素子からの画像を、ハーフミ
ラーを利用せずに両眼に導き明るく観察できる頭部装着
式画像表示装置等の画像表示装置。 【解決手段】 1枚の表示素子10の画像を右眼用光路
と左眼用光路とに振分ける光路振分けミラー1と、その
右側の右眼用接眼プリズム2Rと、その左側の左眼用接
眼プリズム2Lとを有し、右眼用の光路においては、表
示素子3からの表示光は、光路振分けミラー1の反射面
1Rで反射され、偏心プリズム体2Rの第1面21Rを
透過してプリズム内に入射し、第2面22Rで全反射さ
れ、第3面23Rで裏面反射され、第2面22Rが兼ね
る第4面24Rを経てプリズム外に射出し、右眼用の射
出瞳4Rへ導かれ、右眼に表示素子3の拡大像を投影す
る。左眼用の光路も同様。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示装置に関
し、特に、観察者の頭部又は顔面に保持することを可能
にする頭部又は顔面装着式画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、1つの画像表示素子の画像を両眼
で観察する画像表示装置としては、特開平5−1762
60号、特開平9−61748号、特開平9−1819
98号、特開平9−181999号において知られてい
る。
【0003】また、1つの画像表示素子の画像を両眼で
観察する画像表示装置の照明方法としては、例えば特開
平7−318851号において知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この中、特開平5−1
76260号のものでは、二等辺三角柱のプリズムとミ
ラーで光線を分割し、折り曲げているので、諸収差の補
正は、瞳の前に配置するレンズで行うことになり、補正
が難しくなると同時に、装置の大型化を招く。また、特
開平9−61748号のものでは、LCD(液晶表示素
子)の表示光をハーフミラーを利用して分割して両眼で
観察する。そのために、左右それぞれの眼球へ表示光が
分かれるので、観察像が弱く暗くなる。また、特開平9
−181998号、特開平9−181999号のもの
は、プリズムが1体化であるため非常に大きく、射出成
形で製作する場合、非常に時間がかかりコスト高にな
る。また偏心収差の補正が不充分である。
【0005】また、単一の表示素子からの表示像を両眼
で観察する場合の照明方法では、特開平7−31885
1号のような構成をとった場合、左右の眼に導かれる画
像が右左逆になってしまうため、表示素子等で電気的に
表示を切り換える必要がある。
【0006】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、1つの画像表示
素子からの画像を、ハーフミラーを利用せずに両眼に導
き明るく観察でき、さらに、両眼の中央に配置する光路
振り分け手段にパワーを持たせることで、諸収差の補正
を容易にした、頭部装着式画像表示装置等の画像表示装
置を提供することである。また、表示画像を左右で切り
換えずに使用できる単板(単一の画像表示素子)両眼視
に最適な照明方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の画像表示装置は、観察者が観察する画像を表示する
画像表示素子と、前記画像を右眼用光路と左眼用光路と
に振分ける光路振分けミラーと、前記光路振分けミラー
の右側に配置された右眼用接眼プリズムと、前記光路振
分けミラーの左側に配置された左眼用接眼プリズムとを
有し、前記光路振分けミラーが、前記画像表示素子に対
向配置され前記画像表示素子から射出された表示光束
を、前記右眼用接眼プリズムと前記左眼用プリズムとに
振分けて反射するミラー面を有し、前記ミラー面が、偏
心収差を補正する回転非対称な曲面形状にて構成され、
前記右眼用接眼プリズムが、前記光路振分けミラーで反
射された右眼用光路の光束をプリズム内に入射させる第
1面と、プリズム内で右眼用光路の光束を反射する第2
面と、プリズム外に右眼用光路の光束を射出する第3面
とを有し、前記左眼用接眼プリズムが、前記光路振分け
ミラーで反射された左眼用光路の光束をプリズム内に入
射させる第1面と、プリズム内で左眼用光路の光束を反
射する第2面と、プリズム外に左眼用光路の光束を射出
する第3面とを有し、少なくとも、前記右眼用接眼プリ
ズムの反射作用面である第2面と、前記左眼用接眼プリ
ズムの反射作用面である第2面とが、偏心収差を補正す
る回転非対称な曲面形状にて構成されていることを特徴
とするものである。
【0008】本発明のもう1つの画像表示装置は、観察
者が観察する画像を表示する画像表示素子と、前記画像
を右眼用光路と左眼用光路とに振分ける光路振分けプリ
ズムと、前記光路振分けプリズムの右側に配置された右
眼用接眼プリズムと、前記光路振分けプリズムの左側に
配置された左眼用接眼プリズムとを有し、前記光路振分
けプリズムが、前記画像表示素子に対向配置され前記画
像表示素子から射出された表示光束をプリズム内部に入
射させる第1面と、前記第1面から入射した前記右眼用
光路を反射する第21面と、前記第1面から入射した前
記左眼用光路を反射する第22面と、前記右眼用光路の
光束をプリズム外に射出させる第31面と、前記左眼用
光路の光束をプリズム外に射出させる第32面と、を少
なくとも有し、前記光路振分けプリズムは、前記右眼用
光路中に前記画像表示素子の表示した像から右眼用リレ
ー像を形成し、かつ、前記左眼用光路中に前記画像表示
素子の表示した像から左眼用リレー像を形成するため
に、少なくとも前記第21面と前記第22面とが、光束
にパワーを与える曲面形状にて構成されると共に、前記
第21面と前記第22面とが同一の面形状を有するよう
に構成され、前記右眼用接眼プリズムが、前記光路振分
けプリズムの前記第31面から射出された右眼用光路の
光束をプリズム内に入射させる第1面と、プリズム内で
右眼用光路の光束を反射する第2面と、プリズム外に右
眼用光路の光束を射出する第3面とを有し、前記左眼用
接眼プリズムが、前記光路振分けプリズムの前記第32
面から射出された左眼用光路の光束をプリズム内に入射
させる第1面と、プリズム内で左眼用光路の光束を反射
する第2面と、プリズム外に左眼用光路の光束を射出す
る第3面とを有し、少なくとも、前記右眼用接眼プリズ
ムの反射作用面である第2面と、前記左眼用接眼プリズ
ムの反射作用面である第2面とが、偏心収差を補正する
回転非対称な曲面形状にて構成されていることを特徴と
するものである。
【0009】本発明においては、以上のような構成であ
るので、1つの画像表示素子からの画像を、ハーフミラ
ーを利用せずに両眼に導き明るく観察でき、さらに、両
眼の中央に配置する光路振分けミラーあるいは光路振分
けプリズムを持たせることで、諸収差の補正を容易にし
て、頭部装着式画像表示装置等の画像表示装置を提供す
ることができる。また、このような構成において、表示
画像を左右で切り換えずに使用できる単板両眼視に最適
な照明配置を得ることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の画像表示装置を
実施例に基づいて説明する。図1〜図15にそれぞれ本
発明による実施例1〜16の画像表示装置の光路図を示
す。
【0011】図1の実施例1において、観察者の右眼を
ERで、左眼をELで、画像表示装置の画像表示素子を
符号3で、右眼用の射出瞳を4Rで、左眼用の射出瞳を
4Lで示し、右眼用の光学系で右眼前に配置する偏心プ
リズム体を2R、左眼用の光学系で左眼前に配置する偏
心プリズム体を2Lで示す。さらに、両眼の中央に配置
する光路振分けミラーを1で示す。偏心プリズム体2
R、2Lは屈折率が1より大きい透明媒体からなってい
る。また、下記の説明において、反射面と説明している
面は、全反射面以外は偏心プリズム体の対象の面にミラ
ーコートを施してミラー面としたものである。
【0012】この実施例1は、図1に水平断面(Y−Z
断面)を示すような構成になっており、中央の光路振分
けミラー1は、両眼の対称面(右眼用射出瞳4Rと左眼
用射出瞳4Lの中心間を結んだ線分の中心を通りその線
分に垂直な平面)に対して面対称な形状の右光路用反射
面1Rと左光路用反射面1Lとからなる。
【0013】右眼用の光学系を構成する偏心プリズム体
2Rと左眼用の光学系を構成する偏心プリズム体2Lと
は同一形状のもので、両眼の対称面に対して面対称に配
置され、それぞれ光線が通る順番で、第1面21R(2
1L)、第2面22R(22L)、第3面23R(23
L)、第4面24R(24L)から構成されており、第
2面22R(22L)と第4面24R(24L)は同一
面からなり、その同一面は全反射面と透過面を兼ねてい
る。
【0014】画像表示素子3は、光路振分けミラー1に
面してその観察者側に配置される。偏心プリズム体2
R、2Lの第4面24R、24Lそれぞれに面して略同
一面上に射出瞳4R、4Lが位置している。そして、各
偏心プリズム体2R、2L、光路振分けミラー1の各面
21R〜24R、21L〜24L、1R、1Lは、後記
の式(a)で表される自由曲面から構成されている。ま
た、各自由曲面は、平面を含む球面、非球面、アナモフ
ィック面、アナモフィック非球面に置き換えることも可
能である。
【0015】上記の構成において、破線で示す左右の光
路は、両眼の対称面に対して面対称であるので、右眼用
の光路を代表的に説明する。共通の1枚の画像表示素子
3からの表示光は、まず、光路振分けミラー1の反射面
1Rに入射して反射され、偏心プリズム体2Rに入射す
る。入射光は第1面21Rを透過してプリズム内に入射
し、第2面22Rに臨界角以上の入射角で入射して全反
射され、第3面23Rに入射して裏面反射され、第4面
24Rに臨界角以下の入射角で入射して屈折されて偏心
プリズム体2Rから射出し、右眼用の射出瞳4Rへ導か
れ、観察者の右眼に画像表示素子3の拡大像を投影す
る。なお、画像表示素子3から射出瞳4Rへ到る光路中
には中間像は結像されない。左眼用の光路は、右眼用の
光学系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の
光路と面対称な関係になる。
【0016】以上のような構成であるので、左右の光路
何れにおいても、画像表示素子3からの表示光は、3回
の反射を経て眼球に導かれるので、左右共相互に鏡像で
なく同じ配置の画像を見ることができ、しかも、偏心あ
るいは光軸に対して傾けて配置された少なくとも1面が
正パワーを有する反射面及び透過面を経て画像表示素子
3の画像が投影されるので、像面湾曲、色収差等の諸収
差が良好に補正された画像を投影することができる。ま
た、左右の光路振分けのために光路振分けミラー1の1
面にすることで、多数面あるプリズムより製造が簡単で
表示装置を軽量化できる利点がある。また、画像表示素
子3が観察者側に位置するため、表示装置全体が前へ大
きく出っ張らない。さらに、特開平9−61748号の
ようにハーフミラーを利用せず、共通の1枚の画像表示
素子3からの表示画像を両眼に明るく導くことが可能で
ある。また、光路振分けミラー1の反射面1R、1Lに
自由曲面を用いることにより、偏心収差を非常に良好に
補正することが可能になる。
【0017】さらに、偏心プリズム体2R、2Lは面対
称な位置に配置されるが、その形状は同一なものであ
る、同じ形状の2つの偏心プリズム体2R、2Lを用意
し、中央の光路振分けミラー1に対して面対称な位置に
配置すればよい。
【0018】実施例2は、図2に水平断面(Y−Z断
面)を示すように、実施例1の配置において、画像表示
素子3から光路振分けミラー1の右光路用反射面1Rと
左光路用反射面1Lに至る光路中に共通の負レンズ5を
挿入したもので、その他の配置、光路は実施例1と同じ
であり、同様に中間像は結像されない。この負レンズ5
の代わりにあるいはそれに加えて回折光学素子やレンチ
キュラーレンズを用いてもよい。画像表示素子3から光
路振分けミラー1の間に負レンズ5等を挿入することに
より、収差補正がさらに良好になる。また、回折光学素
子やレンチキュラーレンズを用いることにより、左右の
光路分割がよりしやすくなる。
【0019】実施例3は、図3に水平断面(Y−Z断
面)を示すように、実施例1〜2の両眼の中央に配置す
る光路振分けミラー1の代わりに、5面の偏心プリズム
体からなる光路振分けプリズム10を用いたものであ
る。左右の眼用の偏心プリズム体2L、2Rは実施例1
〜2と同様である。
【0020】中央の光路振分けプリズム10は、両眼の
対称面に対して面対称な形状であり、画像表示素子3の
観察者側に位置する第1面11が透過面、その第1面1
1の両側で観察者側に位置する右光路用反射面の第2面
12Rと左光路用反射面の第2面12L、さらにそれら
第2面12R、12Lの観察者側に位置する左光路用透
過面13L、右光路用透過面13Rの5面からなる。第
1面11は両眼の対称面に対して面対称な形状、第2面
12Rと12Lは両眼の対称面に対して面対称な形状、
第3面13Lと13Rは両眼の対称面に対して面対称な
形状である。画像表示素子3は、光路振分けプリズム1
0の第1面11に面して、光路振分けプリズム10の観
察者とは反対側に配置される。
【0021】上記の構成において、破線で示す左右の光
路は、両眼の対称面に対して面対称であるので、右眼用
の光路を代表的に説明する。共通の1枚の画像表示素子
3からの表示光は、まず、光路振分けプリズム10の第
1面11に入射し、その右光路用反射面の第2面12R
に入射して反射され、右光路用透過面13Rを透過し
て、偏心プリズム体2Rに入射する。入射光は第1面2
1Rを透過してプリズム内に入射し、第2面22Rに臨
界角以上の入射角で入射して全反射され、第3面23R
に入射して裏面反射され、第4面24Rに臨界角以下の
入射角で入射して屈折されて偏心プリズム体2Rから射
出し、右眼用の射出瞳4Rへ導かれ、観察者の右眼に画
像表示素子3の拡大像を投影する。この場合に、画像表
示素子3から射出瞳4Rへ到る光路中に1回中間像が結
像される。左眼用の光路は、右眼用の光学系の配置と同
様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の光路と面対称な関
係になる。
【0022】以上のような構成であるので、左右の光路
何れにおいても、画像表示素子3からの表示光は、3回
の反射を経て眼球に導かれるので、左右共相互に鏡像で
なく同じ配置の画像を見ることができ、しかも、偏心あ
るいは光軸に対して傾けて配置された少なくとも1面が
正パワーを有する反射面及び透過面を経て画像表示素子
3の画像が投影されるので、像面湾曲、色収差等の諸収
差が良好に補正された画像を投影することができる。ま
た、中間結像がない場合はバックフォーカスの確保が難
しく、また、広い画角が取れなかったが、この例の場合
は中間像を1回結像するようにしたので、広い画角にお
いても良好な収差補正が可能となる。また、光路振分け
プリズム10の射出面と反射面が共有ではないため、偏
心収差を良好に補正することができる。また、光路振分
けプリズム10の反射面12R、12Lは全反射を用い
ていないため、面に対する入射角を小さくすることがで
き、面の製造精度を緩くすることが可能である。さら
に、画像表示素子3が観察者から離れて位置するので、
観察者の鼻との干渉を受けない。さらに、特開平9−6
1748号のようにハーフミラーを利用せず、共通の1
枚の画像表示素子3からの表示画像を両眼に明るく導く
ことが可能である。また、光路振分けプリズム10の反
射面12R、12Lに自由曲面を用いることにより、偏
心収差を非常に良好に補正することが可能になる。
【0023】さらに、左右何れの光路も大部分、屈折率
が1より大きい透明媒体で満たされた偏心プリズム体1
0、2R、2L中を通過し、かつ、その中で光路が折り
曲げられるので、接眼光学系全体をコンパクトなものと
することができる。また、偏心プリズム体2R、2Lは
面対称な位置に配置されるが、その形状は同一なもので
ある、同じ形状の2つの偏心プリズム体2R、2Lを用
意し、中央の偏心プリズム体10に対して面対称な位置
に配置すればよい。
【0024】実施例4は、図4に水平断面(Y−Z断
面)を示すように、実施例1〜2の両眼の中央に配置す
る光路振分けミラー1の代わりに、5面の偏心プリズム
体からなる光路振分けプリズム10を用いたものであ
る。左右の眼用の偏心プリズム体2L、2Rは実施例1
〜2と同様である。実施例3との大きな違いは、画像表
示素子3が、光路振分けプリズム10の観察者側に配置
されている点である。
【0025】中央の光路振分けプリズム10は、両眼の
対称面に対して面対称な形状であり、画像表示素子3の
観察者と反対側に位置する第1面11が透過面、その第
1面11の両側で観察者と反対側に位置する右光路用透
過面の第3面13R、左光路用透過面の第3面13L、
さらにそれら第3面13R、13Lの観察者と反対側に
位置する左光路用反射面の第2面12Lと右光路用反射
面の第2面12Rの5面からなる。第1面11は両眼の
対称面に対して面対称な形状、第3面13Rと13L、
第2面12Lと12Rは両眼の対称面に対して面対称な
形状である。画像表示素子3は、光路振分けプリズム1
0の第1面11に面して、光路振分けプリズム10の観
察者側に配置される。
【0026】上記の構成において、破線で示す左右の光
路は、両眼の対称面に対して面対称であるので、右眼用
の光路を代表的に説明する。共通の1枚の画像表示素子
3からの表示光は、まず、光路振分けプリズム10の第
1面11に入射し、その右光路用反射面の第2面12R
に入射して反射され、右光路用透過面13Rを透過し
て、偏心プリズム体2Rに入射する。入射光は第1面2
1Rを透過してプリズム内に入射し、第2面22Rに臨
界角以上の入射角で入射して全反射され、第3面23R
に入射して裏面反射され、第4面24Rに臨界角以下の
入射角で入射して屈折されて偏心プリズム体2Rから射
出し、右眼用の射出瞳4Rへ導かれ、観察者の右眼に画
像表示素子3の拡大像を投影する。この場合に、画像表
示素子3から射出瞳4Rへ到る光路中に1回中間像が結
像される。左眼用の光路は、右眼用の光学系の配置と同
様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の光路と面対称な関
係になる。
【0027】以上のような構成であるので、左右の光路
何れにおいても、画像表示素子3からの表示光は、3回
の反射を経て眼球に導かれるので、左右共相互に鏡像で
なく同じ配置の画像を見ることができ、しかも、偏心あ
るいは光軸に対して傾けて配置された少なくとも1面が
正パワーを有する反射面及び透過面を経て画像表示素子
3の画像が投影されるので、像面湾曲、色収差等の諸収
差が良好に補正された画像を投影することができる。ま
た、中間結像がない場合はバックフォーカスの確保が難
しく、また、広い画角が取れなかったが、この例の場合
は中間像を1回結像するようにしたので、広い画角にお
いても良好な収差補正が可能となる。また、光路振分け
プリズム10の射出面と反射面が共有ではないため、偏
心収差を良好に補正することができる。また、光路振分
けプリズム10の反射面12R、12Lは全反射を用い
ていないため、面に対する入射角を小さくすることがで
き、面の製造精度を緩くすることが可能である。また、
画像表示素子3が観察者側に位置するため、表示装置全
体が前へ大きく出っ張らない。さらに、特開平9−61
748号のようにハーフミラーを利用せず、共通の1枚
の画像表示素子3からの表示画像を両眼に明るく導くこ
とが可能である。また、光路振分けプリズム10の反射
面12R、12Lに自由曲面を用いることにより、偏心
収差を非常に良好に補正することが可能になる。
【0028】さらに、左右何れの光路も大部分、屈折率
が1より大きい透明媒体で満たされた偏心プリズム体1
0、2R、2L中を通過し、かつ、その中で光路が折り
曲げられるので、接眼光学系全体をコンパクトなものと
することができる。また、偏心プリズム体2R、2Lは
面対称な位置に配置されるが、その形状は同一なもので
ある、同じ形状の2つの偏心プリズム体2R、2Lを用
意し、中央の偏心プリズム体10に対して面対称な位置
に配置すればよい。
【0029】実施例5は、図5に水平断面(Y−Z断
面)を示すように、実施例3〜4の5面の偏心プリズム
体からなる光路振分けプリズム10の代わりに3面の偏
心プリズム体からなる光路振分けプリズム10を用いた
ものである。左右の眼用の偏心プリズム体2L、2Rは
実施例1〜4と同様である。
【0030】中央の光路振分けプリズム10は、両眼の
対称面に対して面対称な形状であり、画像表示素子3の
観察者側に位置する第1面11が透過面、その第1面1
1の両側で観察者側に位置する全反射面として作用する
右光路用反射面の第2面12Rと左光路用反射面の第2
面12L、右光路用反射面の第2面12Rと同一面の左
光路用透過面13L、左光路用反射面の第2面12Lと
同一面の右光路用透過面13Rの3面からなる。第1面
11は両眼の対称面に対して面対称な形状、第2面12
R(13L)と12L(13R)は両眼の対称面に対し
て面対称な形状である。画像表示素子3は、光路振分け
プリズム10の第1面11に面して、光路振分けプリズ
ム10の観察者とは反対側に配置される。
【0031】上記の構成において、破線で示す左右の光
路は、両眼の対称面に対して面対称であるので、右眼用
の光路を代表的に説明する。共通の1枚の画像表示素子
3からの表示光は、まず、光路振分けプリズム10の第
1面11に入射し、その右光路用反射面の第2面12R
に入射して全反射され、右光路用透過面13R(12
L)を透過して、偏心プリズム体2Rに入射する。入射
光は第1面21Rを透過してプリズム内に入射し、第2
面22Rに臨界角以上の入射角で入射して全反射され、
第3面23Rに入射して裏面反射され、第4面24Rに
臨界角以下の入射角で入射して屈折されて偏心プリズム
体2Rから射出し、右眼用の射出瞳4Rへ導かれ、観察
者の右眼に画像表示素子3の拡大像を投影する。この場
合に、画像表示素子3から射出瞳4Rへ到る光路中に1
回中間像が結像される。左眼用の光路は、右眼用の光学
系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の光路
と面対称な関係になる。
【0032】以上のような構成であるので、左右の光路
何れにおいても、画像表示素子3からの表示光は、3回
の反射を経て眼球に導かれるので、左右共相互に鏡像で
なく同じ配置の画像を見ることができ、しかも、偏心あ
るいは光軸に対して傾けて配置された少なくとも1面が
正パワーを有する反射面及び透過面を経て画像表示素子
3の画像が投影されるので、像面湾曲、色収差等の諸収
差が良好に補正された画像を投影することができる。ま
た、中間結像がない場合はバックフォーカスの確保が難
しく、また、広い画角が取れなかったが、この例の場合
は中間像を1回結像するようにしたので、広い画角にお
いても良好な収差補正が可能となる。また、光路振分け
プリズム10の射出面と反射面が兼用面であるため、光
路振分けプリズム10の有効面が3面のみであるため、
製造が非常に簡単である。さらに、画像表示素子3が観
察者から離れて位置するので、観察者の鼻との干渉を受
けない。さらに、特開平9−61748号のようにハー
フミラーを利用せず、共通の1枚の画像表示素子3から
の表示画像を両眼に明るく導くことが可能である。ま
た、光路振分けプリズム10の反射面12R、12Lに
自由曲面を用いることにより、偏心収差を非常に良好に
補正することが可能になる。
【0033】さらに、左右何れの光路も大部分、屈折率
が1より大きい透明媒体で満たされた偏心プリズム体1
0、2R、2L中を通過し、かつ、その中で光路が折り
曲げられるので、接眼光学系全体をコンパクトなものと
することができる。また、偏心プリズム体2R、2Lは
面対称な位置に配置されるが、その形状は同一なもので
ある、同じ形状の2つの偏心プリズム体2R、2Lを用
意し、中央の偏心プリズム体10に対して面対称な位置
に配置すればよい。
【0034】実施例6は、図6に水平断面(Y−Z断
面)を示すように、実施例3〜4の5面の偏心プリズム
体からなる光路振分けプリズム10の代わりに6面の偏
心プリズム体からなる光路振分けプリズム10を用いた
ものである。左右の眼用の偏心プリズム体2L、2Rは
実施例1〜5と同様である。
【0035】中央の光路振分けプリズム10は、両眼の
対称面に対して面対称な形状であり、画像表示素子3の
観察者側に位置する第1面11が透過面、その第1面1
1に面していて観察者に面する反射面の第2面12、第
1面11の観察者側両側に配置された右光路用反射面の
第3面13Rと左光路用反射面の第3面13L、第3面
13R、13Lと第2面12の間の両側に配置された左
光路用透過面の第4面14L、右光路用透過面の第4面
14Rの6面からなる。第1面11、第2面12は両眼
の対称面に対して面対称な形状、第3面13Rと13
L、第4面14Lと14Rは両眼の対称面に対して面対
称な形状である。画像表示素子3は、光路振分けプリズ
ム10の第1面11に面して、光路振分けプリズム10
の観察者とは反対側に配置される。
【0036】上記の構成において、破線で示す左右の光
路は、両眼の対称面に対して面対称であるので、右眼用
の光路を代表的に説明する。共通の1枚の画像表示素子
3からの表示光は、まず、光路振分けプリズム10の左
右共通の第1面11に入射し、左右共通の第2面12で
反射され、右光路用反射面の第3面13Rに入射して反
射され、右光路用透過面14Rを透過して、偏心プリズ
ム体2Rに入射する。入射光は第1面21Rを透過して
プリズム内に入射し、第2面22Rに臨界角以上の入射
角で入射して全反射され、第3面23Rに入射して裏面
反射され、第4面24Rに臨界角以下の入射角で入射し
て屈折されて偏心プリズム体2Rから射出し、右眼用の
射出瞳4Rへ導かれ、観察者の右眼に画像表示素子3の
拡大像を投影する。この場合に、画像表示素子3から射
出瞳4Rへ到る光路中に1回中間像が結像される。左眼
用の光路は、右眼用の光学系の配置と同様、両眼の対称
面を挟んで、右眼用の光路と面対称な関係になる。
【0037】以上のような構成であるので、左右の光路
何れにおいても、画像表示素子3からの表示光は、4回
の反射を経て眼球に導かれるので、左右共相互に鏡像で
なく同じ配置の画像を見ることができ、しかも、偏心あ
るいは光軸に対して傾けて配置された少なくとも1面が
正パワーを有する反射面及び透過面を経て画像表示素子
3の画像が投影されるので、像面湾曲、色収差等の諸収
差が良好に補正された画像を投影することができる。ま
た、中間結像がない場合はバックフォーカスの確保が難
しく、また、広い画角が取れなかったが、この例の場合
は中間像を1回結像するようにしたので、広い画角にお
いても良好な収差補正が可能となる。また、光路振分け
プリズム10が2回反射の構成であるので、非常に良好
に偏心収差の補正が可能である。さらに、画像表示素子
3が観察者から離れて位置するので、観察者の鼻との干
渉を受けない。さらに、特開平9−61748号のよう
にハーフミラーを利用せず、共通の1枚の画像表示素子
3からの表示画像を両眼に明るく導くことが可能であ
る。また、光路振分けプリズム10の反射面12、13
R、13Lに自由曲面を用いることにより、偏心収差を
非常に良好に補正することが可能になる。
【0038】さらに、左右何れの光路も大部分、屈折率
が1より大きい透明媒体で満たされた偏心プリズム体1
0、2R、2L中を通過し、かつ、その中で光路が折り
曲げられるので、接眼光学系全体をコンパクトなものと
することができる。また、偏心プリズム体2R、2Lは
面対称な位置に配置されるが、その形状は同一なもので
ある、同じ形状の2つの偏心プリズム体2R、2Lを用
意し、中央の偏心プリズム体10に対して面対称な位置
に配置すればよい。
【0039】実施例7は、図7に水平断面(Y−Z断
面)を示すように、右眼用の光学系を構成する偏心プリ
ズム体2Rと左眼用の光学系を構成する偏心プリズム体
2Lとは同一形状のもので、両眼の対称面に対して面対
称に配置され、それぞれ光線が通る順番で、第1面21
R(21L)、第2面22R(22L)、第3面23R
(23L)、第4面24R(24L)、第5面25R
(25L)から構成されており、第3面23R(23
L)と第5面25R(25L)は同一面からなり、その
同一面は全反射面と透過面を兼ねている。
【0040】中央の光路振分けプリズム10は、実施例
4(図4)と同様に、両眼の対称面に対して面対称な形
状であり、画像表示素子3の観察者側に位置する第1面
11が透過面、その第1面11の両側で観察者側に位置
する右光路用透過面の第3面13R、左光路用透過面の
第3面13L、さらにそれら第3面13R、13Lの観
察者側に位置する左光路用反射面の第2面12Lと右光
路用反射面の第2面12Rの5面からなる。第1面11
は両眼の対称面に対して面対称な形状、第3面13Rと
13L、第2面12Lと12Rは両眼の対称面に対して
面対称な形状である。画像表示素子3は、光路振分けプ
リズム10の第1面11に面して、光路振分けプリズム
10の観察者と反対側に配置される。
【0041】上記の構成において、破線で示す左右の光
路は、両眼の対称面に対して面対称であるので、右眼用
の光路を代表的に説明する。共通の1枚の画像表示素子
3からの表示光は、まず、光路振分けプリズム10の第
1面11に入射し、その右光路用反射面の第2面12R
に入射して反射され、右光路用透過面13Rを透過し
て、偏心プリズム体2Rに入射する。入射光は第1面2
1Rを透過してプリズム内に入射し、第2面22Rで反
射され、その反射光は第3面23Rに臨界角以上の入射
角で入射して全反射され、第4面24Rに入射して裏面
反射され、第5面25Rに臨界角以下の入射角で入射し
て屈折されて偏心プリズム体2Rから射出し、右眼用の
射出瞳4Rへ導かれ、観察者の右眼に画像表示素子3の
拡大像を投影する。この場合に、画像表示素子3から射
出瞳4Rへ到る光路中に1回中間像が結像される。左眼
用の光路は、右眼用の光学系の配置と同様、両眼の対称
面を挟んで、右眼用の光路と面対称な関係になる。
【0042】以上のような構成であるので、左右の光路
何れにおいても、画像表示素子3からの表示光は、4回
の反射を経て眼球に導かれるので、左右共相互に鏡像で
なく同じ配置の画像を見ることができ、しかも、偏心あ
るいは光軸に対して傾けて配置された少なくとも1面が
正パワーを有する反射面及び透過面を経て画像表示素子
3の画像が投影されるので、像面湾曲、色収差等の諸収
差が良好に補正された画像を投影することができる。ま
た、中間結像がない場合はバックフォーカスの確保が難
しく、また、広い画角が取れなかったが、この例の場合
は中間像を1回結像するようにしたので、広い画角にお
いても良好な収差補正が可能となる。また、光路振分け
プリズム10の射出面と反射面が共有ではないため、偏
心収差を良好に補正することができる。また、光路振分
けプリズム10の反射面12R、12Lは全反射を用い
ていないため、面に対する入射角を小さくすることがで
き、面の製造精度を緩くすることが可能である。さら
に、画像表示素子3が観察者から離れて位置するので、
観察者の鼻との干渉を受けない。さらに、特開平9−6
1748号のようにハーフミラーを利用せず、共通の1
枚の画像表示素子3からの表示画像を両眼に明るく導く
ことが可能である。また、光路振分けプリズム10の反
射面12R、12Lに自由曲面を用いることにより、偏
心収差を非常に良好に補正することが可能になる。
【0043】さらに、左右何れの光路も大部分、屈折率
が1より大きい透明媒体で満たされた偏心プリズム体1
0、2R、2L中を通過し、かつ、その中で光路が折り
曲げられるので、接眼光学系全体をコンパクトなものと
することができる。また、偏心プリズム体2R、2Lは
面対称な位置に配置されるが、その形状は同一なもので
ある、同じ形状の2つの偏心プリズム体2R、2Lを用
意し、中央の偏心プリズム体10に対して面対称な位置
に配置すればよい。
【0044】実施例8は、図8に水平断面(Y−Z断
面)を示すように、実施例7の5面の偏心プリズム体か
らなる光路振分けプリズム10の代わりに、実施例5
(図5)と同様の3面の偏心プリズム体からなる光路振
分けプリズム10を用いたものである。左右の眼用の偏
心プリズム体2L、2Rは実施例7と同様である。
【0045】中央の光路振分けプリズム10は、実施例
5(図5)と同様に、両眼の対称面に対して面対称な形
状であり、画像表示素子3の観察者と反対側に位置する
第1面11が透過面、その第1面11の両側で観察者側
に位置する全反射面として作用する右光路用反射面の第
2面12Rと左光路用反射面の第2面12L、右光路用
反射面の第2面12Rと同一面の左光路用透過面13
L、左光路用反射面の第2面12Lと同一面の右光路用
透過面13Rの3面からなる。第1面11は両眼の対称
面に対して面対称な形状、第2面12R(13L)と1
2L(13R)は両眼の対称面に対して面対称な形状で
ある。画像表示素子3は、光路振分けプリズム10の第
1面11に面して、光路振分けプリズム10の観察者側
に配置される。
【0046】上記の構成において、破線で示す左右の光
路は、両眼の対称面に対して面対称であるので、右眼用
の光路を代表的に説明する。共通の1枚の画像表示素子
3からの表示光は、まず、光路振分けプリズム10の第
1面11に入射し、その右光路用反射面の第2面12R
に入射して全反射され、右光路用透過面13R(12
L)を透過して、偏心プリズム体2Rに入射する。入射
光は第1面21Rを透過してプリズム内に入射し、第2
面22Rで反射され、その反射光は第3面23Rに臨界
角以上の入射角で入射して全反射され、第4面24Rに
入射して裏面反射され、第5面25Rに臨界角以下の入
射角で入射して屈折されて偏心プリズム体2Rから射出
し、右眼用の射出瞳4Rへ導かれ、観察者の右眼に画像
表示素子3の拡大像を投影する。この場合に、画像表示
素子3から射出瞳4Rへ到る光路中に1回中間像が結像
される。左眼用の光路は、右眼用の光学系の配置と同
様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の光路と面対称な関
係になる。
【0047】以上のような構成であるので、左右の光路
何れにおいても、画像表示素子3からの表示光は、4回
の反射を経て眼球に導かれるので、左右共相互に鏡像で
なく同じ配置の画像を見ることができ、しかも、偏心あ
るいは光軸に対して傾けて配置された少なくとも1面が
正パワーを有する反射面及び透過面を経て画像表示素子
3の画像が投影されるので、像面湾曲、色収差等の諸収
差が良好に補正された画像を投影することができる。ま
た、中間結像がない場合はバックフォーカスの確保が難
しく、また、広い画角が取れなかったが、この例の場合
は中間像を1回結像するようにしたので、広い画角にお
いても良好な収差補正が可能となる。また、光路振分け
プリズム10の射出面と反射面が兼用面であるため、光
路振分けプリズム10の有効面が3面のみであるため、
製造が非常に簡単である。また、画像表示素子3が観察
者側に位置するため、表示装置全体が前へ大きく出っ張
らない。さらに、特開平9−61748号のようにハー
フミラーを利用せず、共通の1枚の画像表示素子3から
の表示画像を両眼に明るく導くことが可能である。ま
た、光路振分けプリズム10の反射面12R、12Lに
自由曲面を用いることにより、偏心収差を非常に良好に
補正することが可能になる。
【0048】さらに、左右何れの光路も大部分、屈折率
が1より大きい透明媒体で満たされた偏心プリズム体1
0、2R、2L中を通過し、かつ、その中で光路が折り
曲げられるので、接眼光学系全体をコンパクトなものと
することができる。また、偏心プリズム体2R、2Lは
面対称な位置に配置されるが、その形状は同一なもので
ある、同じ形状の2つの偏心プリズム体2R、2Lを用
意し、中央の偏心プリズム体10に対して面対称な位置
に配置すればよい。
【0049】実施例9は、図9に水平断面(Y−Z断
面)を示すように、実施例7の5面の偏心プリズム体か
らなる光路振分けプリズム10の代わりに、実施例6
(図6)と同様の6面の偏心プリズム体からなる光路振
分けプリズム10を用いたものである。左右の眼用の偏
心プリズム体2L、2Rは実施例7と同様である。
【0050】中央の光路振分けプリズム10は、実施例
6(図6)と同様に、両眼の対称面に対して面対称な形
状であり、画像表示素子3の観察者と反対側に位置する
第1面11が透過面、その第1面11に面していて観察
者と反対側の反射面の第2面12、第1面11の観察者
と反対側両側に配置された右光路用反射面の第3面13
Rと左光路用反射面の第3面13L、第3面13R、1
3Lと第2面12の間の両側に配置された左光路用透過
面の第4面14L、右光路用透過面の第4面14Rの6
面からなる。第1面11、第2面12は両眼の対称面に
対して面対称な形状、第3面13Rと13L、第4面1
4Lと14Rは両眼の対称面に対して面対称な形状であ
る。画像表示素子3は、光路振分けプリズム10の第1
面11に面して、光路振分けプリズム10の観察者側に
配置される。
【0051】上記の構成において、破線で示す左右の光
路は、両眼の対称面に対して面対称であるので、右眼用
の光路を代表的に説明する。共通の1枚の画像表示素子
3からの表示光は、まず、光路振分けプリズム10の左
右共通の第1面11に入射し、左右共通の第2面12で
反射され、右光路用反射面の第3面13Rに入射して反
射され、右光路用透過面14Rを透過して、偏心プリズ
ム体2Rに入射する。入射光は第1面21Rを透過して
プリズム内に入射し、第2面22Rで反射され、その反
射光は第3面23Rに臨界角以上の入射角で入射して全
反射され、第4面24Rに入射して裏面反射され、第5
面25Rに臨界角以下の入射角で入射して屈折されて偏
心プリズム体2Rから射出し、右眼用の射出瞳4Rへ導
かれ、観察者の右眼に画像表示素子3の拡大像を投影す
る。この場合に、画像表示素子3から射出瞳4Rへ到る
光路中に1回中間像が結像される。左眼用の光路は、右
眼用の光学系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、右
眼用の光路と面対称な関係になる。
【0052】以上のような構成であるので、左右の光路
何れにおいても、画像表示素子3からの表示光は、5回
の反射を経て眼球に導かれるので、左右共相互に鏡像で
なく同じ配置の画像を見ることができ、しかも、偏心あ
るいは光軸に対して傾けて配置された少なくとも1面が
正パワーを有する反射面及び透過面を経て画像表示素子
3の画像が投影されるので、像面湾曲、色収差等の諸収
差が良好に補正された画像を投影することができる。ま
た、中間結像がない場合はバックフォーカスの確保が難
しく、また、広い画角が取れなかったが、この例の場合
は中間像を1回結像するようにしたので、広い画角にお
いても良好な収差補正が可能となる。また、光路振分け
プリズム10が2回反射の構成であるので、非常に良好
に偏心収差の補正が可能である。また、画像表示素子3
が観察者側に位置するため、表示装置全体が前へ大きく
出っ張らない。さらに、特開平9−61748号のよう
にハーフミラーを利用せず、共通の1枚の画像表示素子
3からの表示画像を両眼に明るく導くことが可能であ
る。また、光路振分けプリズム10の反射面12、13
R、13Lに自由曲面を用いることにより、偏心収差を
非常に良好に補正することが可能になる。
【0053】さらに、左右何れの光路も大部分、屈折率
が1より大きい透明媒体で満たされた偏心プリズム体1
0、2R、2L中を通過し、かつ、その中で光路が折り
曲げられるので、接眼光学系全体をコンパクトなものと
することができる。また、偏心プリズム体2R、2Lは
面対称な位置に配置されるが、その形状は同一なもので
ある、同じ形状の2つの偏心プリズム体2R、2Lを用
意し、中央の偏心プリズム体10に対して面対称な位置
に配置すればよい。
【0054】実施例10は、図10に水平断面(Y−Z
断面)を示すように、実施例8(図8)の4面の偏心プ
リズム体からなる右眼用の偏心プリズム体2Rと左眼用
の偏心プリズム体2Lの代わりに、3面の同一形状の偏
心プリズム体からなる右眼用の偏心プリズム体2Rと左
眼用の偏心プリズム体2Lとを、両眼の対称面に対して
面対称に配置したもので、光路振分けプリズム10は同
様である。偏心プリズム体2Rの第1面21Rを透過し
てプリズム内に入射した光は、第2面22Rで反射さ
れ、その反射光は第3面23Rで屈折されて偏心プリズ
ム体2Rから射出し、右眼用の射出瞳4Rへ導かれ、観
察者の右眼に画像表示素子3の拡大像を投影する。この
場合に、画像表示素子3から射出瞳4Rへ到る光路中に
1回中間像が結像される。左眼用の光路は、右眼用の光
学系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の光
路と面対称な関係になる。その他は、実施例8と同じで
ある。
【0055】実施例11は、図11に水平断面(Y−Z
断面)を示すように、実施例7(図7)の4面の偏心プ
リズム体からなる右眼用の偏心プリズム体2Rと左眼用
の偏心プリズム体2Lの代わりに、3面の同一形状の偏
心プリズム体からなる右眼用の偏心プリズム体2Rと左
眼用の偏心プリズム体2Lとを、両眼の対称面に対して
面対称に配置したもので、光路振分けプリズム10は同
様である。偏心プリズム体2Rの第1面21Rを透過し
てプリズム内に入射した光は、第2面22Rで反射さ
れ、その反射光は第3面23Rで屈折されて偏心プリズ
ム体2Rから射出し、右眼用の射出瞳4Rへ導かれ、観
察者の右眼に画像表示素子3の拡大像を投影する。この
場合に、画像表示素子3から射出瞳4Rへ到る光路中に
1回中間像が結像される。左眼用の光路は、右眼用の光
学系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の光
路と面対称な関係になる。その他は、実施例7と同じで
ある。
【0056】実施例12は、図12に水平断面(Y−Z
断面)を示すように、7面の偏心プリズム体からなる光
路振分けプリズム10を用いたものである。また、右眼
用の光学系を構成する偏心プリズム体2Rと左眼用の光
学系を構成する偏心プリズム体2Lとは同一形状のもの
で、両眼の対称面に対して面対称に配置され、それぞれ
光線が通る順番で、第1面21R(21L)、第2面2
2R(22L)、第3面23R(23L)、第4面24
R(24L)から構成されているものである。
【0057】中央の光路振分けプリズム10は、両眼の
対称面に対して面対称な形状であり、観察者と反対側に
位置する第1面11が透過面、その第1面11の両側で
観察者と反対側に位置する右光路用反射面の第3面13
R、左光路用反射面の第3面13L、さらにそれら第3
面13R、13Lの観察者側に位置する左光路用透過面
の第4面14Lと右光路用透過面の第4面14R、さら
にそれら第4面14R、14Lの観察者側に位置する左
光路用反射面の第2面12Lと右光路用反射面の第2面
12Rの7面からなる。第1面11は両眼の対称面に対
して面対称な形状、第3面13Rと13L、第4面14
Lと14R、第2面12Lと12Rは両眼の対称面に対
して面対称な形状である。画像表示素子3は、光路振分
けプリズム10の第1面11に面して、光路振分けプリ
ズム10の観察者とは反対側に配置される。
【0058】上記の構成において、破線で示す左右の光
路は、両眼の対称面に対して面対称であるので、右眼用
の光路を代表的に説明する。共通の1枚の画像表示素子
3からの表示光は、まず、光路振分けプリズム10の第
1面11に入射し、その右光路用反射面の第2面12R
に入射して反射され、次の右光路用反射面の第3面13
Rに入射して反射され、右光路用透過面14Rを透過し
て、偏心プリズム体2Rに入射する。入射光は第1面2
1Rを透過してプリズム内に入射し、第2面22Rに入
射して裏面反射され、第3面23Rに入射して裏面反射
され、第4面24Rで屈折されて偏心プリズム体2Rか
ら射出し、右眼用の射出瞳4Rへ導かれ、観察者の右眼
に画像表示素子3の拡大像を投影する。この場合に、画
像表示素子3から射出瞳4Rへ到る光路中に1回中間像
が結像される。左眼用の光路は、右眼用の光学系の配置
と同様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の光路と面対称
な関係になる。
【0059】以上のような構成であるので、左右の光路
何れにおいても、画像表示素子3からの表示光は、4回
の反射を経て眼球に導かれるので、左右共相互に鏡像で
なく同じ配置の画像を見ることができ、しかも、偏心あ
るいは光軸に対して傾けて配置された少なくとも1面が
正パワーを有する反射面及び透過面を経て画像表示素子
3の画像が投影されるので、像面湾曲、色収差等の諸収
差が良好に補正された画像を投影することができる。ま
た、中間結像がない場合はバックフォーカスの確保が難
しく、また、広い画角が取れなかったが、この例の場合
は中間像を1回結像するようにしたので、広い画角にお
いても良好な収差補正が可能となる。また、光路振分け
プリズム10の射出面と反射面が共有ではないため、偏
心収差を良好に補正することができる。また、光路振分
けプリズム10の反射面12R、12L、13R、13
Lは全反射を用いていないため、面に対する入射角を小
さくすることができ、面の製造精度を緩くすることが可
能である。また、画像表示素子3が観察者から離れて位
置するので、観察者の鼻との干渉を受けない。さらに、
特開平9−61748号のようにハーフミラーを利用せ
ず、共通の1枚の画像表示素子3からの表示画像を両眼
に明るく導くことが可能である。また、光路振分けプリ
ズム10の反射面12R、12L、13R、13Lに自
由曲面を用いることにより、偏心収差を非常に良好に補
正することが可能になる。
【0060】さらに、左右何れの光路も大部分、屈折率
が1より大きい透明媒体で満たされた偏心プリズム体1
0、2R、2L中を通過し、かつ、その中で光路が折り
曲げられるので、接眼光学系全体をコンパクトなものと
することができる。また、偏心プリズム体2R、2Lは
面対称な位置に配置されるが、その形状は同一なもので
ある、同じ形状の2つの偏心プリズム体2R、2Lを用
意し、中央の偏心プリズム体10に対して面対称な位置
に配置すればよい。
【0061】この実施例においては、光路振分けプリズ
ム10、偏心プリズム体2R、2L何れにおいても、全
反射面を用いていない。全反射面を用いる場合、全反射
条件を満足させるためには光線の入射角を非常に大きく
する必要がある。しかし、入射角の大きい面にパワーを
持たせると偏心収差が大きく発生し、弱いパワーしか持
たせることができないが、このような全反射面を用いて
いない本実施例においては、通常の反射を利用すること
で各面にパワーを均等に配分し、非常に良好に偏心収差
を補正することが可能となる。また、各偏心プリズム1
0、2R、2L中で光路を交差させているため、接眼プ
リズムの光路長を大きく取ることができる。そのため、
中間結像位置が接眼プリズムの中に形成できる。したが
って、中間像から表示素子までの物像間距離が長く取
れ、光路振り分けプリズム10のパワーを弱く設定する
ことができる。そのため、良好な結像性能を確保するこ
とができる。
【0062】実施例13〜15は、画像表示素子3の照
明光学系に関する実施例であり、図13の実施例13
は、図5の実施例5の左右の光学系配置において、画像
表示素子3として透過型のLCD(液晶表示素子)を用
い、その背後(光路振分けプリズム10と反対側)に左
右の光路用の照明光源6R、6Lを配置し、光源6R、
6Lと画像表示素子3の間に集光用フレネルレンズ7を
配置した実施例である。
【0063】この実施例においては、左光路用の照明光
源6Lからの照明光はフレネルレンズ7で集光されて画
像表示素子3に入射し、その表示光は図5の左眼用光路
を経て観察者の左眼ELに達し、画像表示素子3の拡大
像を投影する。また、右光路用の照明光源6Rからの照
明光はフレネルレンズ7で集光されて画像表示素子3に
入射し、その表示光は図5の右眼用光路を経て観察者の
左眼ERに達し、画像表示素子3の拡大像を投影する。
【0064】この場合、左右共通の1枚の画像表示素子
(LDC)3の左右眼用の照明光学系7と光路振分けプ
リズム10を共有化することで、光学部材の削減が可能
であり、また、小型軽量で明るい表示装置が可能とな
る。なお、この例の場合は、照明光学系にもハーフミラ
ーを用いていないため、非常に明るい画像表示が可能に
なる。
【0065】図14の実施例14は、図6の実施例6の
左右の光学系配置において、画像表示素子3として反射
型のLCD(液晶表示素子)3’を用い、光路振分けプ
リズム10を横切って照明可能に左右の光路用の照明光
源6R、6Lを配置し、光路振分けプリズム10の第2
面12をハーフミラー面あるいは一部光透過用の穴を空
けたミラー面として、その第2面12と第1面11とを
経て光源6R、6Lからの照明光で反射型LCD3’を
照明するようにした実施例である。
【0066】この実施例においては、左光路用の照明光
源6Lからの照明光は、光路振分けプリズム10の第2
面12のハーフミラー面あるいは一部光透過用の穴を空
けたミラー面のその穴を経て光路振分けプリズム10を
横切ってその第1面11を透過して反射型LCD3’の
表示面に入射し、反射した表示光は図6の左眼用光路を
経て観察者の左眼ELに達し、画像表示素子3の拡大像
を投影する。また、右光路用の照明光源6Rからの照明
光も、同様に光路振分けプリズム10の第2面12のハ
ーフミラー面あるいは一部光透過用の穴を空けたミラー
面のその穴を経て光路振分けプリズム10を横切ってそ
の第1面11を透過して反射型LCD3’の表示面に入
射し、反射した表示光は図6の右眼用光路を経て観察者
の右眼ERに達し、画像表示素子3の拡大像を投影す
る。
【0067】この場合、左右共通の1枚の反射型LCD
3’の左右眼用の照明光学系と光路振分けプリズム10
を共有化することで、光学部材の削減が可能であり、ま
た、小型軽量で明るい表示装置が可能となる。なお、こ
の例の場合は、光路振分けプリズム(兼用照明プリズ
ム)10は有効面が6面あるため、反射型LCD3’を
均一に照明でき、さらに偏心収差を良好に補正すること
が可能である。
【0068】図15の実施例15は、図4の実施例4の
左右の光学系配置において、画像表示素子3として反射
型LCD3’を用い、光路振分けプリズム10を横切っ
て照明可能に左右の光路用の照明光源6R、6Lを配置
し、光路振分けプリズム10の左右の光路用の第2面1
2L、12Rをハーフミラー面あるいは一部光透過用の
穴を空けたミラー面として、その第2面12L、12R
と第1面11とを経て光源6R、6Lからの照明光で反
射型LCD3’を照明するようにした実施例である。
【0069】この実施例においては、左光路用の照明光
源6Lからの照明光は、光路振分けプリズム10の右眼
用光路の第2面12Rのハーフミラー面あるいは一部光
透過用の穴を空けたミラー面のその穴を経て光路振分け
プリズム10を横切ってその第1面11を透過して反射
型LCD3’の表示面に入射し、反射した表示光は図4
の左眼用光路を経て観察者の左眼ELに達し、画像表示
素子3の拡大像を投影する。また、右光路用の照明光源
6Rからの照明光も、同様に光路振分けプリズム10の
左眼用光路の第2面12Lのハーフミラー面あるいは一
部光透過用の穴を空けたミラー面のその穴を経て光路振
分けプリズム10を横切ってその第1面11を透過して
反射型LCD3’の表示面に入射し、反射した表示光は
図4の右眼用光路を経て観察者の右眼ERに達し、画像
表示素子3の拡大像を投影する。
【0070】この場合、左右共通の1枚の反射型LCD
3’の左右眼用の照明光学系と光路振分けプリズム10
を共有化することで、光学部材の削減が可能であり、ま
た、小型軽量で明るい表示装置が可能となる。なお、こ
の例の場合は、光路振分けプリズム10と照明光学系を
共有にしながら、照明光学系の入射面及び射出面を共に
共有化することで、光路振分けプリズム10の小型軽量
化が可能である。
【0071】なお、図13〜図15のような左右の光路
用の照明光源6R、6L、集光用フレネルレンズ7の配
置、反射面をハーフミラー面あるいは一部光透過用の穴
を空けたミラー面として、透過型あるいは反射型の画像
表示素子3を照明できることは、図4〜図6の以外の前
記実施例においても同様である。
【0072】ところで、前記したように、上記のような
本発明の画像表示装置用の光学系において、光路振分け
ミラー1の反射面1R、1L、光路振分けプリズム10
の各面11、12、12R、12L、13R、13L、
14R、14L、右眼用接眼光学系の偏心プリズム体2
Rの面21R〜25R、右眼用接眼光学系の偏心プリズ
ム体2Lの面21L〜25Lに用いる面としては、偏心
収差を補正するような回転非対称な曲面形状にて構成す
ることが望ましい。
【0073】ここで、本発明における右眼用接眼プリズ
ム2R、左眼用接眼プリズム2L、光路振分けプリズム
10、光路振分けミラー1は、基本的に、偏心光学系で
あり、偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状の光学
面を少なくとも1面含むものとして構成するのが望まし
い。
【0074】偏心光学系を頭部装着式の画像表示装置の
観察光学系として用いる場合、デッドスペースをなく
し、装置全体をより小型化するためには、画像表示素子
の位置、並びに、偏心光学系を構成する光学面の配置位
置を、装置内部でなるべくコンパクトに収まる位置に配
置する必要がある。そうなると、光学系は必然的に3次
元的に偏心した配置とならざるを得ず、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
とは不可能であり、この3次元的な偏心により発生する
回転非対称な収差を補正する最良な面形状は回転非対称
面である。したがって、本発明の画像表示装置おいて
は、光路振分けミラー1の反射面1R、1L、光路振分
けプリズム10の各面11、12、12R、12L、1
3R、13L、14R、14L、右眼用接眼光学系の偏
心プリズム体2Rの面21R〜25R、右眼用接眼光学
系の偏心プリズム体2Lの面21L〜25Lの中、少な
くとも1面、好ましくは反射面の形状を、偏心収差を補
正するような回転非対称な曲面形状にて構成することが
望ましい。
【0075】ここで、回転非対称な曲面形状の面とし
て、本発明で使用する自由曲面とは以下の式で定義され
るものである。この定義式のZ軸が自由曲面の軸とな
る。
【0076】 ここで、(a)式の第1項は球面項、第2項は自由曲面
項である。
【0077】球面項中、 c:頂点の曲率 k:コーニック定数(円錐定数) r=√(X2 +Y2 ) である。
【0078】自由曲面項は、 66 Σ Cj m n j=2 =C2 X+C3 Y +C4 2 +C5 XY+C6 2 +C7 3 +C8 2 Y+C9 XY2 +C103 +C114 +C123 Y+C132 2 +C14XY3 +C154 +C165 +C174 Y+C183 2 +C192 3 +C20XY4 +C215 +C226 +C235 Y+C244 2 +C253 3 +C262 4 +C27XY5 +C286 +C297 +C306 Y+C315 2 +C324 3 +C333 4 +C342 5 +C35XY6 +C367 ・・・・・・ ただし、Cj (jは2以上の整数)は係数である。
【0079】上記自由曲面は、一般的には、X−Z面、
Y−Z面共に対称面を持つことはないが、Xの奇数次項
を全て0にすることによって、Y−Z面と平行な対称面
が1つだけ存在する自由曲面となる。また、Yの奇数次
項を全て0にすることによって、X−Z面と平行な対称
面が1つだけ存在する自由曲面となる。
【0080】また、上記の回転非対称な曲面形状の面で
ある自由曲面の他の定義式として、Zernike多項
式により定義できる。この面の形状は以下の式(b)に
より定義する。その定義式(b)のZ軸がZernik
e多項式の軸となる。回転非対称面の定義は、X−Y面
に対するZの軸の高さの極座標で定義され、AはX−Y
面内のZ軸からの距離、RはZ軸回りの方位角で、Z軸
から測った回転角で表せられる。
【0081】 x=R×cos(A) y=R×sin(A) Z=D2 +D3 Rcos(A)+D4 Rsin(A) +D5 2 cos(2A)+D6 (R2 −1)+D7 2 sin(2A) +D8 3 cos(3A) +D9 (3R3 −2R)cos(A) +D10(3R3 −2R)sin(A)+D113 sin(3A) +D124cos(4A)+D13(4R4 −3R2 )cos(2A) +D14(6R4 −6R2 +1)+D15(4R4 −3R2 )sin(2A) +D164 sin(4A) +D175 cos(5A) +D18(5R5 −4R3 )cos(3A) +D19(10R5 −12R3 +3R)cos(A) +D20(10R5 −12R3 +3R)sin(A) +D21(5R5 −4R3 )sin(3A) +D225 sin(5A) +D236cos(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) +D296sin(6A)・・・・・ ・・・・(b) ただし、Dm (mは2以上の整数)は係数である。な
お、X軸方向に対称な光学系として設計するには、
4 ,D5 ,D6 、D10,D11,D12,D13,D14,D
20,D21,D22…を利用する。
【0082】上記定義式は、回転非対称な曲面形状の面
の例示のために示したものであり、他のいかなる定義式
に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。
【0083】そして、光路振分けプリズム光路振分けミ
ラー1、光路振分けプリズム10、右眼用接眼プリズム
体2R、右眼用接眼プリズム体2Lの有する自由曲面
が、画像表示素子の表示画像中心と瞳中心とを結んだ光
線を光軸としたときに、プリズム内での折り返し光路中
の光軸を含んだ面(Y−Z平面)を唯一の対称面として
構成されていることが望ましい。
【0084】なお、自由曲面の他の定義式の例として、
次の定義式(c)があげられる。
【0085】Z=ΣΣCnmXY 例として、k=7(7次項)を考えると、展開したと
き、以下の式で表せる。
【0086】 Z=C2 +C3 Y+C4 |X| +C5 2 +C6 Y|X|+C7 2 +C8 3 +C9 2 |X|+C10YX2 +C11|X3 | +C124 +C133 |X|+C142 2 +C15Y|X3 |+C164 +C175 +C184 |X|+C193 2 +C202 |X3 | +C21YX4 +C22|X5 | +C236 +C245 |X|+C254 2 +C263 |X3 | +C272 4 +C28Y|X5 |+C296 +C307 +C316 |X|+C325 2 +C334 |X3 | +C343 4 +C352 |X5 |+C36YX6 +C37|X7 | ・・・(c) なお、左右眼用の接眼プリズム2L、2Rの最も射出瞳
側の屈折面(実施例1〜6の面24L、24R、実施例
7〜9の面25L、25R、実施例10〜11の面23
L、23R)を回転対称非球面にて構成してもよい。こ
の場合は、製作性が向上すると共に、この回転対称非球
面を基準面にして他の面の位置出しが容易になる。
【0087】また、以上の実施例における左右眼用の光
学系を構成する偏心プリズム体2L、2Rとしては、公
知の他のタイプの偏心プリズム体を用いてもよい。
【0088】さて、次に、本発明による具体的な数値例
として、実施例16〜30の画像表示装置について説明
する。
【0089】図16は、実施例16の画像表示装置を説
明するための図であり、図16(a)は両眼の光学系を
示す水平断面(Y−Z断面)であり、図16(b)は右
眼用の光学系のみを示す水平断面である。以下、実施例
17〜28については、それぞれ図17〜図27に、図
16(a)と同様の両眼の光学系を示す水平断面図を示
す。
【0090】何れの実施例の光学系も、前記の実施例1
〜15と同様に、両眼の対称面に対して面対称な形状で
あるので、図16(b)のような右眼用の光学系の逆光
線追跡での構成パラメータのみを後記してある。後記す
る実施例16〜28の逆光線追跡での構成パラメータ
は、図16(b)に示すように、軸上主光線(光軸)O
を、光学系の射出瞳4Rの中心を垂直に通り、画像表示
素子3中心に至る光線で定義する。そして、逆光線追跡
において、瞳4Rの中心を偏心光学系の偏心光学面の原
点として、軸上主光線Oに沿う方向をZ軸方向とし、瞳
4Rから光学系の最終面(逆光線追跡では最初の面:入
射面。図16(b)では第4面24R)に向かう方向を
Z軸正方向とし、このZ軸と画像表示素子3中心を含む
平面をY−Z平面とし、原点を通りY−Z平面に直交
し、紙面の手前から裏面側に向かう方向をX軸正方向と
し、X軸、Z軸と右手直交座標系を構成する軸をY軸と
する。図16(b)には、この座標系を図示してある。
実施例17〜28を示す図17〜図27については、こ
の座標系の図示は省く。
【0091】実施例16〜30では、このY−Z平面内
で各面の偏心を行っており、また、各回転非対称自由曲
面の唯一の対称面をY−Z面としている。
【0092】偏心面については、上記座標系の原点か
ら、その面の面頂位置の偏心量(X軸方向、Y軸方向、
Z軸方向をそれぞれX,Y,Z)と、その面の中心軸
(自由曲面については、前記(a)式のZ軸、非球面に
ついては、後記(d)式のZ軸)のX軸、Y軸、Z軸そ
れぞれを中心とする傾き角(それぞれα,β,γ
(°))とが与えられている。なお、その場合、αとβ
の正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γ
の正はZ軸の正方向に対して時計回りを意味する。
【0093】また、各実施例の光学系を構成する光学作
用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成
する場合に、面間隔が与えられており、その他、媒質の
屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。
【0094】また、本発明で用いられる自由曲面の面の
形状は前記(a)式により定義し、その定義式のZ軸が
自由曲面の軸となる。
【0095】また、非球面は、以下の定義式で与えられ
る回転対称非球面である。
【0096】 Z=(Y2 /R)/[1+{1−(1+K)Y2 /R2 1 /2] +AY4 +BY6 +CY8 +DY10+…… ・・・(d) ただし、Zを光の進行方向を正とした光軸(軸上主光
線)とし、Yを光軸と垂直な方向にとる。ここで、Rは
近軸曲率半径、Kは円錐定数、A、B、C、D、…はそ
れぞれ4次、6次、8次、10次の非球面係数である。
この定義式のZ軸が回転対称非球面の軸となる。
【0097】なお、データの記載されていない自由曲
面、非球面に関する項は0である。屈折率については、
d線(波長587.56nm)に対するものを表記して
ある。長さの単位はmmである。
【0098】また、自由曲面の他の定義式として、前記
の(b)式で与えられるZernike多項式がある。
【0099】なお、本発明の実施例では、前記(a)式
を用いた自由曲面で面形状が表現されているが、上記
(b)式、(c)式を用いても同様の作用効果を得られ
るのは言うまでもない。
【0100】さて、図16(a)に戻り、実施例16の
実施例4との大きな違いは、光路振分けプリズム10の
点にある。中央の光路振分けプリズム10は、両眼の対
称面に対して面対称な形状であり、画像表示素子3の観
察者と反対側に位置する第1面11が透過面、その第1
面11の両側で観察者と反対側に位置する右光路用透過
面の第3面14R、左光路用透過面の第3面14L、さ
らにそれら第4面14R、14Lの観察者と反対側に位
置する右光路用反射面の第2面12Rと左光路用反射面
の第2面12Lの5面からなり、右光路用透過面の第4
面14R、左光路用透過面の第4面14Lは、それぞれ
左光路用反射面の第3面13L、右光路用反射面の第3
面13Rと同一面からなり、その同一面は透過面と全反
射面を兼ねている。そして、第1面11は両眼の対称面
に対して面対称な形状、第4面14Rと14L、第2面
12Rと12Lは両眼の対称面に対して面対称な形状で
ある。画像表示素子3は、光路振分けプリズム10の第
1面11に面して、光路振分けプリズム10の観察者側
に配置される。
【0101】上記の構成において、左右の光路は両眼の
対称面に対して面対称であるので、右眼用の光路を代表
的に説明する。共通の1枚の画像表示素子3からの表示
光は、まず、光路振分けプリズム10の第1面11に入
射し、その右光路用反射面の第2面12Rに入射して反
射され、次いで左光路用透過面14Lを兼ねる右光路用
反射面の第3面13Rに入射して反射され、右光路用透
過面14Rを透過して、偏心プリズム体2Rに入射す
る。入射光は第1面21Rを透過してプリズム内に入射
し、第2面22Rに臨界角以上の入射角で入射して全反
射され、第3面23Rに入射して裏面反射され、第4面
24Rに臨界角以下の入射角で入射して屈折されて偏心
プリズム体2Rから射出し、右眼用の射出瞳4Rへ導か
れ、観察者の右眼に画像表示素子3の拡大像を投影す
る。この場合に、画像表示素子3から射出瞳4Rへ到る
光路中に1回中間像が結像される。左眼用の光路は、右
眼用の光学系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、右
眼用の光路と面対称な関係になる。
【0102】図17の実施例17は、図1の実施例1と
同様であるが、中央の光路振分けミラー1の構成が異な
る。この実施例の場合は、両眼の対称面に対して面対称
な形状の右光路用反射面1Rと左光路用反射面1Lはそ
れぞれレンズ8R、8Lの裏面にコートされた裏面鏡か
らなる。その他は同様である。
【0103】この構成において、左右の光路は両眼の対
称面に対して面対称であるので、右眼用の光路を代表的
に説明する。共通の1枚の画像表示素子3からの表示光
は、まず、光路振分けミラー1の右光路用レンズ8Rの
入射面11Lから入射し、反射面1Rで反射され、再び
入射面11Lから射出し、偏心プリズム体2Rに入射す
る。入射光は第1面21Rを透過してプリズム内に入射
し、第2面22Rに臨界角以上の入射角で入射して全反
射され、第3面23Rに入射して裏面反射され、第4面
24Rに臨界角以下の入射角で入射して屈折されて偏心
プリズム体2Rから射出し、右眼用の射出瞳4Rへ導か
れ、観察者の右眼に画像表示素子3の拡大像を投影す
る。なお、画像表示素子3から射出瞳4Rへ到る光路中
には中間像は結像されない。左眼用の光路は、右眼用の
光学系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の
光路と面対称な関係になる。
【0104】図18の実施例18は、図4の実施例4と
同様である。
【0105】図19の実施例19は、図5の実施例5と
同様である。
【0106】図20の実施例20は、図6の実施例6と
同様である。
【0107】図21の実施例21の実施例6との大きな
違いは、光路振分けプリズム10の点にある。中央の光
路振分けプリズム10は、両眼の対称面に対して面対称
な形状であり、画像表示素子3の観察者側に位置する第
1面11が透過面、その第1面11に面していて観察者
に面する反射面の右光路用反射面の第2面12Rと左光
路用反射面の第2面12L、第1面11の観察者側両側
に配置された右光路用反射面の第3面13Rと左光路用
反射面の第3面13L、第3面13R、13Lと第2面
12R、12Lの間の両側に配置された左光路用透過面
の第4面14L、右光路用透過面の第4面14Rの7面
からなる。第1面11は両眼の対称面に対して面対称な
形状、第2面12Rと12L、第3面13Rと13L、
第4面14Lと14Rは両眼の対称面に対して面対称な
形状である。画像表示素子3は、光路振分けプリズム1
0の第1面11に面して、光路振分けプリズム10の観
察者とは反対側に配置される。
【0108】上記の構成において、左右の光路は両眼の
対称面に対して面対称であるので、右眼用の光路を代表
的に説明する。共通の1枚の画像表示素子3からの表示
光は、まず、光路振分けプリズム10の第1面11に入
射し、その右光路用反射面の第2面12Rに入射して反
射され、次いで第3面13Rに入射して反射され、右光
路用透過面14Rを透過して、偏心プリズム体2Rに入
射する。入射光は第1面21Rを透過してプリズム内に
入射し、第2面22Rに臨界角以上の入射角で入射して
全反射され、第3面23Rに入射して裏面反射され、第
4面24Rに臨界角以下の入射角で入射して屈折されて
偏心プリズム体2Rから射出し、右眼用の射出瞳4Rへ
導かれ、観察者の右眼に画像表示素子3の拡大像を投影
する。この場合に、画像表示素子3から射出瞳4Rへ到
る光路中に1回中間像が結像される。左眼用の光路は、
右眼用の光学系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、
右眼用の光路と面対称な関係になる。
【0109】図22の実施例22は、図21の実施例2
1と同様であるが、接眼光学系を構成する右眼用、左眼
用の偏心プリズム体2R、2Lの射出面24R、24L
と右眼用、左眼用の射出瞳4R、4Lの間にそれぞれ接
眼レンズ9Rと9Lを配置した点で異なる。
【0110】図23の実施例23は、図2の実施例2と
同様である。
【0111】図24の実施例24は、図2の実施例2と
同様であるが、負レンズ5を接合レンズで構成している
点で異なる。
【0112】図25の実施例25の実施例1との大きな
違いは、中央の光路振分けミラー1が、両眼の対称面に
対して面対称な形状の右光路用反射面1Rと左光路用反
射面1Lに加えて、それらに面する第2の右光路用反射
面1R’と第2の左光路用反射面1L’との4面の反射
面からなり、第2の反射面1R’と1L’は両眼の対称
面に対して面対称な形状であり、かつ、画像表示素子3
は、光路振分けミラー1の観察者と反対側に配置される
点にある。
【0113】上記の構成において、左右の光路は両眼の
対称面に対して面対称であるので、右眼用の光路を代表
的に説明する。共通の1枚の画像表示素子3からの表示
光は、まず、光路振分けミラー1の右光路用反射面1R
に入射して反射され、次いで第2の右光路用反射面1
R’に入射して反射され、偏心プリズム体2Rに入射す
る。入射光は第1面21Rを透過してプリズム内に入射
し、第2面22Rに臨界角以上の入射角で入射して全反
射され、第3面23Rに入射して裏面反射され、第4面
24Rに臨界角以下の入射角で入射して屈折されて偏心
プリズム体2Rから射出し、右眼用の射出瞳4Rへ導か
れ、観察者の右眼に画像表示素子3の拡大像を投影す
る。この場合に、画像表示素子3から射出瞳4Rへ到る
光路中に1回中間像が結像される。左眼用の光路は、右
眼用の光学系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、右
眼用の光路と面対称な関係になる。
【0114】図26の実施例26は、図11の実施例1
1と同様である。
【0115】図27の実施例27は、図7の実施例7と
同様である。ただし、右眼用、左眼用の接眼光学系を構
成する偏心プリズム体2L、2Rの第2面22L、22
Rと第4面24L、24Rはそれぞれ同一の反射面から
なっている。
【0116】図28の実施例28は、図12の実施例1
2と同様である。
【0117】図29に、本発明による実施例29〜30
の画像表示装置の光路図を示す。図29において、画像
表示素子を構成する画像表示素子を符号3で、右眼用の
射出瞳を4Rで、左眼用の射出瞳を4Lで示し、また、
右眼用の光学系で右眼前に配置する偏心プリズム体を2
R、左眼用の光学系で左眼前に配置する偏心プリズム体
を2Lで示す。さらに、両眼の中央に配置する偏心プリ
ズム体からなる光路振分けプリズムを10で示す。これ
らの偏心プリズム体2R、2L、10は屈折率が1より
大きい透明媒体からなっている。また、下記の説明にお
いて、反射面と説明している面は、全反射面以外は偏心
プリズム体の対象の面にミラーコートを施してミラー面
としたものである。
【0118】この実施例29〜30は、図29に水平断
面(Y−Z断面)を示すような構成になっており、ま
ず、右眼用の光路で説明する。中央の三角柱状の光路振
分けプリズム10は、両眼の対称面(右眼用射出瞳4R
と左眼用射出瞳4Lの中心間を結んだ線分の中心を通り
その線分に垂直な平面)20に対して面対称な形状であ
り、画像表示素子3の観察者側に位置する第1面11が
透過面、その第1面11の両側で観察者側に位置する全
反射面として作用する右光路用反射面の第2面12Rと
左光路用反射面の第2面12L、右光路用反射面の第2
面12Rと同一面の左光路用透過面13L、左光路用反
射面の第2面12Lと同一面の右光路用透過面13Rの
3面からなる。第1面11は両眼の対称面20に対して
面対称な形状、第2面12R(13L)と12L(13
R)は両眼の対称面20に対して面対称な形状である。
画像表示素子3は、光路振分けプリズム10の第1面1
1に面して、光路振分けプリズム10の観察者とは反対
側に配置される。
【0119】右眼用の光学系を構成する偏心プリズム体
2Rと左眼用の光学系を構成する偏心プリズム体2Lと
は同一形状のもので、両眼の対称面20に対して面対称
に配置され、それぞれ光線が通る順番で、第1面21R
(21L)、第2面22R(22L)、第3面23R
(23L)、第4面24R(24L)から構成されてお
り、第2面22R(22L)と第4面24R(24L)
は同一面からなり、その同一面は全反射面と透過面を兼
ねている。
【0120】上記の構成において、左右の光路は両眼の
対称面20に対して面対称であるので、右眼用の光路を
代表的に説明する。共通の1枚の画像表示素子3からの
表示光は、まず、光路振分けプリズム10の第1面11
に入射し、その右光路用反射面の第2面12Rに入射し
て全反射され、右光路用透過面13R(12L)を透過
して、偏心プリズム体2Rに入射する。入射光は第1面
21Rを透過してプリズム内に入射し、第2面22Rに
臨界角以上の入射角で入射して全反射され、第3面23
Rに入射して裏面反射され、第4面24Rに臨界角以下
の入射角で入射して屈折されて偏心プリズム体2Rから
射出し、右眼用の射出瞳4Rへ導かれ、観察者の右眼に
画像表示素子3の拡大像を投影する。この場合に、画像
表示素子3から射出瞳4Rへ到る光路中に1回中間像が
結像される。左眼用の光路は、右眼用の光学系の配置と
同様、両眼の対称面20を挟んで、右眼用の光路と面対
称な関係になる。
【0121】以上のような構成であるので、左右の光路
何れにおいても、画像表示素子3からの表示光は、3回
の反射を経て眼球に導かれるので、左右共相互に鏡像で
なく同じ配置の画像を見ることができ、しかも、偏心あ
るいは光軸に対して傾けて配置された少なくとも1面が
正パワーを有する反射面及び透過面を経て画像表示素子
3の画像が投影されるので、像面湾曲、色収差等の諸収
差が良好に補正された画像を投影することができる。
【0122】さらに、左右何れの光路も大部分、屈折率
が1より大きい透明媒体で満たされた偏心プリズム体1
0、2R、2L中を通過し、かつ、その中で光路が折り
曲げられるので、接眼光学系全体をコンパクトなものと
することができる。
【0123】また、偏心プリズム体2R、2Lは面対称
な位置に配置されるが、その形状は同一なものである、
同じ形状の2つの偏心プリズム体2R、2Lを用意し、
中央の偏心プリズム体10に対して面対称な位置に配置
すればよい。
【0124】以上のような光学系には、視野角特性の広
い画像表示素子3を使うことが前提となる。そのため、
画像表示素子3には、自家発光タイプの有機EL(図4
0参照)を用いるのが望ましい。また、透過型LCD
(液晶表示素子)を用いる場合には、LCDとバックラ
イトの間にDOE(回折光学素子)を入れて、±1次光
で照明すること、あるいは、視野角が大きくなるような
散乱フィルムを使うことで、視野角特性を広くしたLC
Dを使うことが望ましい(実施例1〜30においても同
様である。)。
【0125】ところで、図30に示すように、画像表示
素子3の表示画像を右眼用光路と左眼用光路とに振分け
る光路振分けプリズム10の第2面12Rと12Lの表
示光の反射時における角度α(本発明の画像表示装置で
は、右眼の光路と左眼の光路は面対称な関係にあるの
で、図30では、簡単のため、右眼用光路のみを示して
ある。)は、 33°≦α≦70° ・・・(1) となる条件を満たすことが望ましい。この条件式の下限
の33°を下回る場合は、光線が第2面12Rと12L
で反射せずに透過してしまい、像を形成しない。上限の
70°を上回る場合は、この光学系の構成で前述の光路
を通ることは難しく、像を形成しなくなる。
【0126】さらに好ましくは、 40°≦α≦60° ・・・(1−1) となる条件を満たすことが望ましい。下限と上限の意味
については、上記の条件式(1)と同様である。
【0127】次に、図30に示すように、右眼用射出瞳
4Rと左眼用射出瞳4Lの中心間を結んだ線分の中心を
通りその線分に垂直な平面20(両眼の対称面)と、光
路振分けプリズム10の第2面12Rに右眼用光路の光
軸が入射する点における第2面12Rの接平面15とが
なす角β、及び、平面20と光路振分けプリズム10の
第2面12Lに左眼用光路の光軸が入射する点における
第2面12Lの接平面とがなす角βは、 13°≦β≦24° ・・・(2) となる条件を満たすことが望ましい。この条件式の下限
の13°を下回る場合は、一部の光線が反射後の第3面
13Rで透過せずに反射したり、偏心プリズム体2Rの
第2面22Rを反射せずに透過してしまい、前述の光路
を通ることは難しく、像を形成しなくなる。上限の24
°を上回る場合は、一部の光線が第2面12Rで反射せ
ずに透過してしまい、前述の光路を通ることは難しく、
像を形成しなくなる。
【0128】さらに好ましくは、 15°≦β≦22° ・・・(2−1) となる条件を満たすことが望ましい。下限と上限の意味
については、上記の条件式(2)と同様である。
【0129】さらに好ましくは、 17°≦β≦20° ・・・(2−2) となる条件を満たすことが望ましい。下限と上限の意味
については、上記の条件式(2)と同様である。
【0130】次に、瞳側から逆光線追跡した場合に、右
眼用射出瞳4R中心を通る右側最大画角の光線と右眼用
の偏心プリズム体2Rの第4面24Rとが交わる点と、
左眼用射出瞳4L中心を通る左側最大画角の光線と左眼
用の偏心プリズム体2Lの第4面24Lとが交わる点と
の間隔を、図31に示すように、横幅Lとし、また、左
右の射出瞳中心を通る全画角内の光線束の中、右眼ER
用の偏心プリズム体2Rあるいは左眼EL用の偏心プリ
ズム体2Lの第4面24R、24Lを透過あるいは反射
する点の中で最も左右の射出瞳側に近い点と、画像表示
素子3の表示面とのその表示面に垂直な方向の距離を奥
行Dとした場合、この横幅Lと奥行Dとの比D/Lが、 0.3≦D/L≦0.5 ・・・(3) となる条件を満たすことが望ましい。下限の0.3を下
回る場合は、広い画角が取れなくなり、画面が小さくな
ってしまう。上限の0.5を上回る場合は、奥行が大き
くなり、光学系が大型化してしまう。
【0131】さらに好ましくは、 0.35≦D/L≦0.45 ・・・(3−1) となる条件を満たすことが望ましい。下限と上限の意味
については、上記の条件式(3)と同様である。
【0132】上記のように、実施例29、30では、右
眼用の光学系光路と左眼用の光学系光路は面対称な関係
にあるので、図32、図33にそれぞれ上記実施例2
9、30の右眼用の光学系のみを示す水平断面図を示
す。左眼用の光学系については、両眼の対称面20(図
29)に対して、面対称の関係となるように、左眼用の
光学系の面を配置すればよい。
【0133】以下に上記実施例16〜30の逆光線追跡
での右眼用光学系の構成パラメータを示す。これらの実
施例は、観察光学系とした場合に、実施例16〜21、
23〜28の観察画角は、水平半画角10°、垂直半画
角7.5°、実施例22の観察画角は、水平半画角12
°、垂直半画角9.1°であり、実施例29の観察画角
は、水平半画角7°、垂直半画角5.26°であり、実
施例30の観察画角は、水平半画角7.5°、垂直半画
角5.64°である。また、実施例16〜28におい
て、画像表示素子の大きさは、8.9×6.7mmであ
り、実施例29においては、8.94×6.71mmで
あり、実施例30においては、8.94×6.71mm
である。瞳径は、実施例16〜30全てにおいて、4m
mである。なお、実施例29は、観察光学系とした場合
に、焦点距離36mmに相当し、実施例30は、焦点距
離34mmに相当する。
【0134】なお、以下の表中の“FFS”は自由曲
面、“ASS”は非球面、“RE”は反射面をそれぞれ
示す。
【0135】 実施例16 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞(絞り面) 2 ASS 偏心(1) 1.5254 56.2 3 FFS(RE) 偏心(2) 1.5254 56.2 4 ASS(RE) 偏心(1) 1.5254 56.2 5 FFS 偏心(3) 6 FFS 偏心(4) 1.5254 56.2 7 FFS(RE) 偏心(5) 1.5254 56.2 8 FFS(RE) 偏心(6) 1.5254 56.2 9 ∞ 偏心(7) 像 面 ∞ 偏心(8) ASS R -61.00 K 0.0000 A -2.8485×10-6 B 8.9070×10-9 FFS C4 -1.2212×10-26 -1.2499×10-28 -7.2115×10-610 3.6893×10-511 -2.8593×10-613 -3.0073×10-615 -3.4462×10-617 -1.6344×10-919 -4.1364×10-821 -2.0345×10-8 FFS C4 1.0330×10-26 -2.2053×10-28 -8.5243×10-510 -1.3497×10-311 1.1148×10-413 -2.6040×10-415 3.9230×10-4 FFS C4 -8.5360×10-36 -8.8071×10-38 7.1801×10-510 7.6086×10-511 6.3213×10-713 8.2333×10-615 1.9455×10-6 FFS C4 8.5360×10-36 8.8071×10-38 -7.1801×10-510 -7.6086×10-511 -6.3213×10-713 -8.2333×10-615 -1.9455×10-6 FFS C4 1.2329×10-26 6.7124×10-38 -3.9501×10-510 -1.3809×10-411 -1.6628×10-613 3.6302×10-615 -3.8832×10-6 偏心(1) X 0.00 Y 9.84 Z 32.73 α -0.88 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y -0.48 Z 39.28 α -30.61 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 16.17 Z 37.03 α 35.52 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y 19.39 Z 46.79 α -91.71 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y 44.61 Z 46.79 α -88.29 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y 22.62 Z 55.56 α 136.79 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) X 0.00 Y 32.00 Z 33.76 α -180.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) X 0.00 Y 32.00 Z 29.64 α -180.00 β 0.00 γ 0.00 。
【0136】 実施例17 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞(絞り面) 2 ASS 偏心(1) 1.5254 56.2 3 FFS(RE) 偏心(2) 1.5254 56.2 4 ASS(RE) 偏心(1) 1.5254 56.2 5 FFS 偏心(3) 6 FFS 偏心(4) 1.5254 56.2 7 FFS(RE) 偏心(5) 1.5254 56.2 8 FFS 偏心(4) 像 面 ∞ 偏心(6) ASS R -95.45 K 0.0000 A -6.5740×10-8 B 1.3849×10-9 FFS C4 -1.0306×10-26 -1.0412×10-28 2.0096×10-510 2.8787×10-511 -7.7967×10-713 -2.3996×10-615 -2.6208×10-617 -6.0108×10-819 1.1907×10-821 1.4876×10-8 FFS C4 -7.5538×10-36 6.2696×10-48 1.3858×10-310 2.0287×10-311 8.0303×10-513 -1.5350×10-415 -6.5070×10-5 FFS C4 -7.6923×10-26 -9.3217×10-38 3.8760×10-310 -9.4736×10-411 -7.2844×10-413 6.5675×10-415 -4.9359×10-5 FFS C4 -1.1587×10-26 1.1772×10-28 1.0849×10-310 -1.8206×10-411 -5.4651×10-413 1.7195×10-415 -1.3202×10-5 偏心(1) X 0.00 Y 9.05 Z 39.11 α 10.70 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y 0.24 Z 48.07 α -21.35 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 19.03 Z 43.57 α 92.98 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y 35.65 Z 58.02 α -145.94 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y 39.28 Z 61.80 α -147.29 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y 32.00 Z 38.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
【0137】 実施例18 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞(絞り面) 2 ASS 偏心(1) 1.5254 56.2 3 FFS(RE) 偏心(2) 1.5254 56.2 4 ASS(RE) 偏心(1) 1.5254 56.2 5 FFS 偏心(3) 6 FFS 偏心(4) 1.5254 56.2 7 FFS(RE) 偏心(5) 1.5254 56.2 8 FFS 偏心(6) 像 面 ∞ 偏心(7) ASS R -99.17 K 0.0000 A -5.1344×10-6 B 5.4560×10-9 FFS C4 -1.3402×10-26 -1.1018×10-28 2.9828×10-610 -4.6829×10-611 -2.4079×10-613 -3.1115×10-615 -2.2505×10-617 1.0452×10-719 1.1084×10-721 2.6833×10-8 FFS C4 -1.9489×10-26 -3.8808×10-38 4.8522×10-310 4.8858×10-311 1.8575×10-413 -7.7300×10-415 -6.0291×10-4 FFS C4 -8.6443×10-26 -3.9460×10-28 8.0248×10-310 9.1640×10-311 -6.2318×10-513 1.4493×10-315 1.6706×10-3 FFS C4 1.9984×10-26 1.7719×10-28 2.2720×10-410 2.2345×10-411 6.1407×10-613 2.3412×10-515 -1.4916×10-6 FFS C4 -1.0029×10-26 4.6836 ×10-3 偏心(1) X 0.00 Y 12.74 Z 36.00 α 2.52 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y -0.37 Z 45.03 α -28.87 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 20.71 Z 40.51 α 74.60 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y 22.61 Z 41.95 α -113.38 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y 38.54 Z 52.07 α -144.30 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y 32.00 Z 36.77 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) X 0.00 Y 32.00 Z 30.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
【0138】 実施例19 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞(絞り面) 2 ASS 偏心(1) 1.5254 56.2 3 FFS(RE) 偏心(2) 1.5254 56.2 4 ASS(RE) 偏心(1) 1.5254 56.2 5 FFS 偏心(3) 6 FFS 偏心(4) 1.5254 56.2 7 FFS(RE) 偏心(5) 1.5254 56.2 8 FFS 偏心(6) 像 面 ∞ 偏心(7) ASS R 371.46 K 0.0000 A -8.4688×10-7 B 2.9089×10-10 FFS C4 -6.3820×10-36 -8.9287×10-38 -7.5189×10-510 -2.7485×10-611 -5.1745×10-613 -6.0033×10-715 2.8823×10-617 3.2184×10-719 8.6382×10-821 -1.5498×10-8 FFS C4 -4.0226×10-26 -3.3297×10-28 2.4201×10-310 6.0781×10-311 7.4789×10-413 -3.2635×10-415 2.1572×10-4 FFS C4 -2.0127×10-26 -1.4009×10-28 -1.3093×10-310 -1.0645×10-411 -2.3099×10-413 -2.8818×10-515 -1.4532×10-6 FFS C4 2.0127×10-26 1.4009×10-28 1.3093×10-310 1.0645×10-411 2.3099×10-413 2.8818×10-515 1.4532×10-6 FFS C4 2.3952×10-16 6.3371×10-4 偏心(1) X 0.00 Y 20.12 Z 35.02 α 6.83 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y 0.52 Z 47.68 α -27.07 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 27.52 Z 37.59 α 76.08 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y 29.00 Z 40.96 α -118.18 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y 35.00 Z 40.96 α -61.82 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y 32.00 Z 50.73 α -180.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) X 0.00 Y 32.00 Z 58.00 α -180.00 β 0.00 γ 0.00 。
【0139】 実施例20 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞(絞り面) 2 ASS 偏心(1) 1.5254 56.2 3 FFS(RE) 偏心(2) 1.5254 56.2 4 ASS(RE) 偏心(1) 1.5254 56.2 5 FFS 偏心(3) 6 FFS 偏心(4) 1.5254 56.2 7 FFS(RE) 偏心(5) 1.5254 56.2 8 FFS(RE) 偏心(6) 1.5254 56.2 9 FFS 偏心(7) 像 面 ∞ 偏心(8) ASS R -78.87 K 0.0000 A 6.3888×10-6 B -6.7614×10-9 FFS C4 -1.3820×10-26 -1.2744×10-28 -5.9146×10-510 -8.6079×10-511 -1.5009×10-613 -3.9389×10-615 -3.9837×10-617 9.5456×10-819 2.5646×10-721 8.4257×10-8 FFS C4 -4.8112×10-26 2.2437×10-28 1.2629×10-210 -1.4147×10-311 1.1201×10-313 -4.2802×10-315 -1.8265×10-5 FFS C4 -2.4894×10-26 1.7719×10-38 1.3030×10-210 8.7223×10-311 -2.5693×10-313 2.0937×10-315 -1.7955×10-4 FFS C4 1.4510×10-26 1.4974×10-28 6.3447×10-510 -3.3021×10-511 6.7340×10-613 1.3268×10-515 5.6476×10-6 FFS C4 -5.0177×10-36 4.2398×10-311 1.3297×10-513 1.7182×10-515 7.8122×10-6 FFS C4 6.6144×10-26 3.1372×10-211 5.4070×10-413 -2.1336×10-415 -4.3706×10-4 偏心(1) X 0.00 Y 13.06 Z 30.44 α 4.48 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y -0.13 Z 38.51 α -29.74 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 17.85 Z 32.43 α 74.33 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y 19.17 Z 33.07 α -102.30 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y 44.66 Z 43.01 α -133.87 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y 32.00 Z 30.30 α -180.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) X 0.00 Y 32.00 Z 48.57 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) X 0.00 Y 32.00 Z 53.57 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
【0140】 実施例21 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞(絞り面) 偏心(1) 2 ASS 偏心(2) 1.5254 56.2 3 FFS(RE) 偏心(3) 1.5254 56.2 4 ASS(RE) 偏心(2) 1.5254 56.2 5 FFS 偏心(4) 6 FFS 偏心(5) 1.5254 56.2 7 FFS(RE) 偏心(6) 1.5254 56.2 8 FFS(RE) 偏心(7) 1.5254 56.2 9 FFS 偏心(8) 像 面 ∞ 偏心(9) ASS R -93.13 K 0.0000 A -7.3153×10-6 B 1.0465×10-8 FFS C4 -1.2530×10-26 -1.0935×10-28 4.3572×10-510 5.6790×10-511 -4.6759×10-613 -5.7024×10-615 -2.5865×10-617 5.1708×10-819 4.7739×10-821 4.8274×10-8 FFS C4 2.1276×10-26 -1.3001×10-28 1.2698×10-210 -4.0940×10-311 6.8259×10-413 -1.1193×10-315 -4.9525×10-5 FFS C4 -7.7818×10-26 -1.3978×10-28 8.2943×10-310 -3.6125×10-311 -2.1473×10-313 1.6422×10-315 2.1472×10-4 FFS C4 1.7708×10-26 9.8479×10-38 4.2747×10-510 1.4710×10-611 6.0476×10-613 9.5455×10-615 7.9647×10-6 FFS C4 -3.2083×10-36 -1.1682×10-28 -3.8379×10-410 -4.7983×10-411 3.2203×10-513 2.4146×10-515 1.5623×10-5 FFS C4 -1.2690×10-26 1.2046×10-2 偏心(1) X 0.00 Y 0.00 Z 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y 11.12 Z 31.05 α 6.41 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y -0.11 Z 39.90 α -26.24 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y 19.37 Z 34.98 α 52.37 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y 19.70 Z 35.09 α -124.03 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y 41.67 Z 44.93 α -137.82 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) X 0.00 Y 36.67 Z 30.00 α -176.69 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) X 0.00 Y 32.00 Z 48.79 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) X 0.00 Y 32.00 Z 51.01 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
【0141】 実施例22 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞(絞り面) 偏心(1) 2 ∞ 偏心(2) 1.4924 107.9 3 ASS 偏心(3) 4 ASS 偏心(4) 1.5254 56.2 5 FFS(RE) 偏心(5) 1.5254 56.2 6 ASS(RE) 偏心(4) 1.5254 56.2 7 FFS 偏心(6) 8 FFS 偏心(7) 1.5254 56.2 9 FFS(RE) 偏心(8) 1.5254 56.2 10 FFS(RE) 偏心(9) 1.5254 56.2 11 FFS 偏心(10) 像 面 ∞ 偏心(11) ASS R -31.17 K 0.0000 A -2.3392×10-6 B 1.4417×10-8 ASS R -104.32 K 0.0000 A -1.1160×10-5 B 1.3866×10-8 FFS C4 -1.1076×10-26 -9.7026×10-38 1.2453×10-410 8.6331×10-5 FFS C4 -2.6908×10-26 -2.2030×10-28 3.0544×10-310 -2.0443×10-3 FFS C4 -4.7273×10-26 -2.9318×10-28 4.8533×10-410 -2.1511×10-3 FFS C4 1.3337×10-26 7.7917×10-38 5.2903×10-610 3.2236×10-5 FFS C4 -7.4443×10-36 -1.1004×10-28 -3.4435×10-410 -2.7416×10-4 FFS C4 8.1792×10-36 7.4722×10-3 偏心(1) X 0.00 Y 0.00 Z 0.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y 0.00 Z 25.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 0.00 Z 29.43 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y 10.49 Z 30.94 α 6.19 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y -0.10 Z 40.19 α -24.76 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y 18.51 Z 35.34 α 55.35 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) X 0.00 Y 19.05 Z 35.60 α -111.46 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) X 0.00 Y 41.39 Z 45.63 α -142.01 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) X 0.00 Y 38.56 Z 29.81 α 177.05 β 0.00 γ 0.00 偏心(10) X 0.00 Y 32.00 Z 49.26 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(11) X 0.00 Y 32.00 Z 51.37 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
【0142】 実施例23 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞(絞り面) 2 ASS 偏心(1) 1.5254 56.2 3 FFS(RE) 偏心(2) 1.5254 56.2 4 ASS(RE) 偏心(1) 1.5254 56.2 5 FFS 偏心(3) 6 FFS(RE) 偏心(4) 7 9.36 偏心(5) 1.5254 56.2 8 ASS 偏心(6) 像 面 ∞ 偏心(7) ASS R -112.57 K 0.0000 A 1.2804×10-7 B 1.9023×10-9 ASS R 17.18 K 0.0000 A -1.1585×10-4 B 4.5485×10-6 FFS C4 -1.0758×10-26 -1.0721×10-28 7.6154×10-510 -1.9106×10-511 4.9749×10-613 -5.3415×10-615 -2.8610×10-617 1.3623×10-719 2.9234×10-821 -5.0012×10-9 FFS C4 -4.2973×10-26 3.8451×10-28 3.6896×10-315 4.7888×10-4 FFS C4 2.0862×10-26 1.8162×10-28 1.4311×10-410 -2.1971×10-511 1.3347×10-513 2.3775×10-515 7.6542×10-6 偏心(1) X 0.00 Y 12.30 Z 38.14 α -1.09 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y -0.33 Z 45.00 α -31.99 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 19.10 Z 42.18 α 78.03 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y 39.78 Z 60.30 α -147.16 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y 32.00 Z 40.06 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y 32.00 Z 37.55 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) X 0.00 Y 32.00 Z 31.96 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
【0143】 実施例24 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞(絞り面) 2 ASS 偏心(1) 1.5254 56.2 3 FFS(RE) 偏心(2) 1.5254 56.2 4 ASS(RE) 偏心(1) 1.5254 56.2 5 FFS 偏心(3) 6 FFS(RE) 偏心(4) 7 10.00 偏心(5) 1.7400 45.0 8 -30.00 偏心(6) 1.4875 70.2 9 20.00 偏心(7) 像 面 ∞ 偏心(8) ASS R -755.72 K 0.0000 A -3.0223×10-6 B 3.6982×10-9 FFS C4 -1.3291×10-26 -9.1362×10-38 1.3010×10-510 -4.7998×10-511 3.8631×10-613 1.2388×10-615 -1.7387×10-617 4.1889×10-719 3.3450×10-821 1.5434×10-8 FFS C4 -4.9441×10-26 5.0481×10-28 -1.8555×10-310 1.1867×10-311 -1.0276×10-313 2.6209×10-315 1.5800×10-4 FFS C4 2.1838×10-26 2.0822×10-28 1.5599×10-410 2.2274×10-511 1.7287×10-513 3.1039×10-515 1.7347×10-5 偏心(1) X 0.00 Y 15.24 Z 38.77 α 2.68 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y 0.01 Z 47.98 α -29.39 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 22.36 Z 42.21 α 83.11 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y 38.88 Z 54.46 α -145.16 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y 32.00 Z 34.24 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y 32.00 Z 33.17 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) X 0.00 Y 32.00 Z 30.48 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) X 0.00 Y 32.00 Z 28.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
【0144】 実施例25 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞(絞り面) 2 ASS 偏心(1) 1.5254 56.2 3 FFS(RE) 偏心(2) 1.5254 56.2 4 ASS(RE) 偏心(1) 1.5254 56.2 5 FFS 偏心(3) 6 FFS(RE) 偏心(4) 7 FFS(RE) 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) ASS R -142.30 K 0.0000 A -7.9459×10-6 B 4.5193×10-9 FFS C4 -1.5782×10-26 -9.2595×10-38 8.4720×10-510 4.5249×10-511 1.0602×10-513 -8.7497×10-615 -4.4525×10-617 -5.8969×10-819 1.8760×10-721 1.2837×10-7 FFS C4 -4.8446×10-26 -8.3829×10-3 FFS C4 1.6543×10-26 9.5400×10-38 -1.0953×10-410 -1.8587×10-511 5.3062×10-613 7.9992×10-615 5.7816×10-6 FFS C4 -4.2215×10-36 1.0692×10-28 -3.6896×10-410 -2.5259×10-411 5.9277×10-613 -1.3516×10-515 -7.8520×10-6 偏心(1) X 0.00 Y 11.67 Z 32.96 α -1.41 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y -0.45 Z 40.56 α -30.45 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 18.56 Z 37.77 α 33.95 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y 43.39 Z 48.16 α -135.03 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y 36.28 Z 31.09 α 6.39 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y 32.00 Z 55.72 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
【0145】 実施例26 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞(絞り面) 2 FFS 偏心(1) 1.5254 56.2 3 FFS(RE) 偏心(2) 1.5254 56.2 4 FFS 偏心(3) 5 FFS 偏心(4) 1.5254 56.2 6 FFS(RE) 偏心(5) 1.5254 56.2 7 FFS 偏心(6) 像 面 ∞ 偏心(7) FFS C4 -6.2629×10-36 3.3796×10-48 3.9666×10-410 -1.2581×10-411 2.6158×10-613 3.2906×10-515 1.4501×10-6 FFS C4 -1.3276×10-26 -9.4693×10-38 -8.4725×10-510 -1.3499×10-411 -2.9102×10-613 -2.0112×10-615 -2.4589×10-617 -4.4244×10-919 -4.8328×10-821 -1.8143×10-8 FFS C4 -2.1469×10-26 -3.3694×10-28 -1.6179×10-310 -3.2678×10-311 -7.9899×10-513 -1.7505×10-415 -3.5647×10-4 FFS C4 -1.1648×10-16 -4.0332×10-28 -1.1348×10-310 1.9930×10-311 8.3579×10-413 8.0595×10-415 9.9925×10-4 FFS C4 1.9541×10-26 1.6255×10-28 -1.0516×10-510 -5.5991×10-511 4.5526×10-613 1.2743×10-515 3.8394×10-6 FFS C4 1.9172×10-26 3.2175×10-211 9.6401×10-513 -2.6951×10-515 -1.6440×10-4 偏心(1) X 0.00 Y 0.00 Z 32.45 α -13.66 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y -1.36 Z 48.79 α -33.83 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 12.70 Z 41.59 α -50.46 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y 19.62 Z 39.02 α -65.04 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y 42.00 Z 30.00 α -44.81 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y 32.00 Z 45.53 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) X 0.00 Y 32.00 Z 53.23 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
【0146】 実施例27 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞(絞り面) 2 ASS 偏心(1) 1.5254 56.2 3 FFS(RE) 偏心(2) 1.5254 56.2 4 ASS(RE) 偏心(1) 1.5254 56.2 5 FFS(RE) 偏心(2) 1.5254 56.2 6 FFS 偏心(3) 7 FFS 偏心(4) 1.5254 56.2 8 FFS(RE) 偏心(5) 1.5254 56.2 9 FFS 偏心(6) 像 面 ∞ 偏心(7) ASS R -109.37 K 0.0000 A 2.7422×10-5 B -4.1869×10-8 FFS C4 -1.1126×10-26 -1.0227×10-28 -6.0588×10-510 -3.0318×10-511 7.9055×10-613 1.1105×10-515 1.0604×10-617 2.8597×10-719 1.5498×10-721 1.4283×10-7 FFS C4 3.6878×10-26 3.5702×10-28 -2.0106×10-210 -9.8201×10-311 2.1010×10-313 -1.9983×10-315 9.8827×10-4 FFS C4 -1.0254×10-16 -2.5575×10-28 -2.0239×10-210 -5.8721×10-311 1.0962×10-313 -3.3381×10-315 4.7815×10-4 FFS C4 2.3287×10-26 1.8127×10-28 -4.0703×10-410 -2.4676×10-411 1.9470×10-513 3.1178×10-515 -3.0929×10-7 FFS C4 -1.9980×10-26 -1.9644×10-211 1.8913×10-4 偏心(1) X 0.00 Y 6.56 Z 32.12 α -2.57 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y -0.19 Z 38.74 α -23.54 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 20.79 Z 39.32 α -71.99 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y 21.54 Z 38.60 α -84.73 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y 36.81 Z 30.00 α -35.69 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y 32.00 Z 44.11 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) X 0.00 Y 32.00 Z 50.34 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
【0147】 実施例28 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞(絞り面) 2 FFS 偏心(1) 1.5254 56.2 3 FFS(RE) 偏心(2) 1.5254 56.2 4 FFS(RE) 偏心(3) 1.5254 56.2 5 FFS 偏心(4) 6 FFS 偏心(5) 1.5254 56.2 7 FFS(RE) 偏心(6) 1.5254 56.2 8 FFS(RE) 偏心(7) 1.5254 56.2 9 FFS 偏心(8) 像 面 ∞ 偏心(9) FFS C4 -8.4040×10-36 -8.5943×10-3 FFS C4 -4.8109×10-36 -3.4151×10-38 7.6983×10-610 5.9643×10-6 FFS C4 8.5504×10-46 2.0899×10-38 3.9710×10-610 1.2427×10-5 FFS C4 -4.1338×10-36 4.6863×10-3 FFS C4 1.8948×10-26 7.8112×10-3 FFS C4 -2.9136×10-36 -2.6792×10-3 FFS C4 1.0066×10-26 1.0913×10-2 FFS C4 -2.2044×10-26 -1.6909×10-2 偏心(1) X 0.00 Y 0.00 Z 30.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y 7.73 Z 66.05 α 18.69 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y -17.85 Z 38.62 α 46.96 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y 20.71 Z 58.27 α 70.85 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y 21.56 Z 58.79 α 72.18 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y 41.10 Z 68.55 α 46.38 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) X 0.00 Y 28.64 Z 46.33 α 17.45 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) X 0.00 Y 32.02 Z 71.98 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) X 0.00 Y 32.00 Z 76.97 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
【0148】 実施例29 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞(絞り面) 2 ASS 偏心(1) 1.5254 56.2 3 FFS(RE) 偏心(2) 1.5254 56.2 4 ASS(RE) 偏心(1) 1.5254 56.2 5 FFS 偏心(3) 6 FFS 偏心(4) 1.5254 56.2 7 FFS(RE) 偏心(5) 1.5254 56.2 8 FFS 偏心(6) 像 面 ∞ 偏心(7) ASS R 1285.39 K 0.0000 A 6.4599×10-7 B -3.7861×10-10 FFS C4 -3.6795×10-36 -2.1319×10-38 -5.8405×10-510 -6.5664×10-511 8.2431×10-713 1.4603×10-615 1.4571×10-617 -5.6374×10-819 -3.7292×10-821 -4.3730×10-8 FFS C4 -3.1489×10-46 5.2538×10-38 1.2817×10-310 1.2156×10-311 5.1327×10-613 -1.0362×10-515 4.7618×10-5 FFS C4 -2.2969×10-36 -4.7767×10-48 3.1569×10-410 1.9939×10-411 4.1969×10-713 1.3660×10-515 4.6817×10-6 FFS C4 2.2969×10-36 4.7767×10-48 -3.1569×10-410 -1.9939×10-411 -4.1969×10-713 -1.3660×10-515 -4.6817×10-6 FFS C4 2.5793×10-26 -4.2457×10-311 -4.8745×10-413 -1.7443×10-415 -3.6717×10-5 偏心(1) X 0.00 Y 10.19 Z 29.40 α 7.35 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y -3.29 Z 36.33 α -25.35 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 24.99 Z 36.53 α 82.49 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y 18.12 Z 7.32 α -18.71 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y 18.12 Z -7.32 α 18.71 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y 24.00 Z 0.00 α 90.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) X 0.00 Y 0.00 Z 1.73 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
【0149】 実施例30 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞(絞り面) 2 ASS 偏心(1) 1.5254 56.2 3 FFS(RE) 偏心(2) 1.5254 56.2 4 ASS(RE) 偏心(1) 1.5254 56.2 5 FFS 偏心(3) 6 FFS 偏心(4) 1.5254 56.2 7 FFS(RE) 偏心(5) 1.5254 56.2 8 FFS 偏心(6) 像 面 ∞ 偏心(7) ASS R 368.58 K 0.0000 A 7.6841×10-7 B -3.6756×10-11 FFS C4 -2.7696×10-36 -1.4546×10-38 -5.7608×10-510 -9.2334×10-511 5.8163×10-713 3.5074×10-615 2.2152×10-617 -1.8054×10-719 -1.1334×10-721 -1.0782×10-7 FFS C4 3.3609×10-46 8.4179×10-28 -3.1419×10-510 3.1128×10-311 3.4030×10-513 -1.1634×10-415 3.9570×10-5 FFS C4 -3.7622×10-36 -3.6532×10-38 1.5526×10-410 -5.4887×10-611 -7.4035×10-613 1.0763×10-515 -6.6288×10-74 3.7622×10-36 3.6532×10-38 -1.5526×10-410 5.4887×10-611 7.4035×10-613 -1.0763×10-515 6.6288×10-7 FFS C4 2.8169×10-26 4.5388×10-411 -4.5848×10-413 -8.7689×10-515 -8.8053×10-6 偏心(1) X 0.00 Y 17.47 Z 30.07 α -1.32 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y 0.39 Z 38.40 α -28.76 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 30.09 Z 31.35 α 36.81 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y 19.88 Z 6.67 α -15.86 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y 19.88 Z -6.67 α 15.86 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y 29.00 Z 0.00 α 90.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) X 0.00 Y 0.00 Z 1.82 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。
【0150】上記実施例16、20、22、29、30
の横収差をそれぞれ図34、図35、図36、図37、
図38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。
【0151】なお、上記実施例16〜28の後記条件式
(4)、(6)の値は次の通りである。
【0152】 条件式(4)θ1 (°) 条件式(6)ΣD1 (mm) 実施例16 22.5 119.4 実施例17 41.0 57.7 実施例18 37.2 62.5 実施例19 22.0 33.4 実施例20 26.1 99.4 実施例21 18.8 92.7 実施例22 25.6 95.7 実施例23 41.2 58.3 実施例24 36.6 50.1 実施例25 22.7 70.4 実施例26 20.4 78.5 実施例27 43.8 56.2 実施例28 31.2 117.5 。
【0153】次に、上記実施例29、30の前記条件式
(1)〜(3)に関する値を下記に示す。
【0154】 実施例29 実施例30 条件式(1) α 43 °≦α≦54° 43°≦α≦58° 条件式(2) β 19° 18° 条件式(3) D 27.5mm 31mm L 72mm 72mm D/L 0.38 0.43 。
【0155】なお、上記実施例16〜30の各自由曲面
は、平面を含む球面、非球面、アナモフィック面、アナ
モフィック非球面に置き換えることも可能である。
【0156】ところで、以上のような本発明の画像表示
装置の光学系において、画像表示素子3の表示する像中
心と右眼用接眼プリズム2Rの形成する右側瞳4R中心
とを通る光線を右側光軸とし、画像表示素子3の表示す
る像中心と左眼用接眼プリズム2Lの形成する左側瞳4
L中心とを通る光線を左側光軸としたときに、光路振分
けミラー1又は光路振分けプリズム10から右眼用接眼
プリズム2R及び左眼用接眼プリズム2Lに入射する右
側光軸及び左側光軸と画像表示素子3の表示面とのなす
角度の絶対値をθ1 とするとき、 10°<θ1 <60° ・・・(4) を満足するように構成されていることが望ましい。
【0157】上記条件式(4)は、光路振分けミラー1
又は光路振分けプリズム10からなる光路振り分け手段
から接眼プリズム2R、2Lに入射するときの軸上主光
線と画像表示素子3とのなす角度を制限するものであ
る。
【0158】上記条件式(4)の下限の10°を越える
と、光路振り分け手段から接眼プリズムに入射する軸上
主光線が画像表示素子と略平行な光路をなってしまい、
左右の光路を確保することが難しくなり、1つのLCD
等の画像表示素子から左右の接眼プリズムに光路を振り
分けるためにはハーフミラーを使用しなければならなく
なり、画像が暗くなるため好ましくない。上記条件式
(4)の上限の60°を越えると、接眼プリズムを大き
く傾けるか、あるいは、プリズム自体を大きくする必要
があり、光学系の小型化・軽量化が達成できなくなる。
【0159】上記条件式はさらに以下の条件式(5)で
あることが望ましい。
【0160】 15°<θ1 <50° ・・・(5) 上記条件式の範囲内であれば、左右の光路を確保しなが
ら装置の更なる小型化が達成できる。
【0161】また、画像表示素子3から右眼用接眼プリ
ズム2R及び左眼用接眼プリズム2Lの入射面21R、
21Lまでの光軸上の距離をΣD1 とすると、 20mm<ΣD1 <150mm ・・・(6) を満足するように構成されていることが望ましい。
【0162】上記条件式(6)は、装置の小型化を達成
するための条件式であり、画像表示素子3から接眼プリ
ズム2R、2Lまでの軸上主光線の光路長を規定したも
のである。
【0163】上記条件式(6)の下限の20mmを越え
ると、光路振り分け手段の各面のパワーが非常に強くな
り、偏心収差、特に偏心コマ収差が良好に補正できなく
なる。また、画像表示素子3と光線との角度(主光線傾
角)が非常に大きくなり、好ましくない。また、上記条
件式(6)の上限の150mmを越えるを、光路振り分
け手段が大きくなり、接眼プリズムと比較して大きく突
出した形状になってしまうため好ましくない。
【0164】上記条件式はさらに以下の条件式(7)で
あることが望ましい。
【0165】 30mm<ΣD1 <130mm ・・・(7) 上記条件式の範囲内であれば、性能を良好に保ちながら
装置の更なる小型化が達成できる。
【0166】上記条件式はさらに以下の条件式(8)で
あることが望ましい。
【0167】 45mm<ΣD1 <120mm ・・・(8) 上記条件式の範囲内であれば、性能を良好に保ちながら
装置の更なる小型化が達成できる。
【0168】さて、本発明の画像表示装置の以上のよう
光学系において、図39に例示するように、左右眼用の
偏心プリズム体2L、2Rの外界側(観察者顔面側と反
対側)の反射面23L、23R(図26の場合は、反射
面22L、22R。図27の場合は、22L、22R、
24R、24R。図28の場合は、23L、23R。)
をハーフミラー面として、その外界側に光路の曲がりを
補償する補償プリズム16L、16Rを貼り付けるか若
干離間して配置し、その補償プリズム16L、16Rの
外界側の面17L、17Rを左右眼用の偏心プリズム体
2L、2Rの観察者顔面側の透過面24L、24R(図
26の場合は、透過面23L、23R。図27の場合
は、25L、25R。図28の場合は、24L、24
R。)と略同じ形状の面とすることにより、外界からの
光が略直通して外界のシースルー観察が可能になる。こ
の場合は、補償プリズム16L、16Rの外界側に液晶
シャッター等の外界光の透過率を切り換える手段を配置
すれば、スーパーインポーズ機能やシースルー機能が付
加できる。
【0169】また、本発明において、画像表示素子3と
して、前記したように、透過型あるいは反射型のLCD
(液晶表示素子)を用いることができるが、自己発光型
パネルを使うことにより構造を簡単にして、軽量の画像
表示装置を構成することができる。画像表示素子3にL
CDを用いると、バックライト等の照明光源が必要とな
る問題点と、LCDの場合は偏光板を必ず必要として、
照明光の半分しか表示に使うことができない問題点があ
る。
【0170】そこで、自己発光型パネル(ディスプレ
イ)を用いることが望ましい。自己発光型パネルには、
OLED(Organic Light Emitti
ngDiodes)やLED(Light Emitt
ing Diodes)、図40にその構造を例示した
ようなEL(Electroluminescenc
e)パネル等がある。
【0171】図40は、3層構成の有機ELの構造を示
すもので、Si基板上に設けられ各画素毎にスイッチン
グ素子が配置された画素電極と、ガラス基板の下面に設
けられた共通電極のITO膜との間に、正孔注入層と有
機EL層と電子注入層との3層からなる有機EL層が挟
持され、スイッチング素子の作用で画素電極とITO膜
との間に電圧が印加されると、正孔注入層からは正孔
が、電子注入層からは電子が有機EL層中に注入され、
有機EL層中で再結合することにより、その画素の有機
EL層が発光することになり、所要の画像が表示され
る。
【0172】このような発光型ディスプレイを画像表示
装置に使うメリットは、その視野角特性の良さにある。
特に、両眼視する頭部装着式画像表示装置(HMD)に
おいては、観察者の眼幅の違いやHMD本体のずれ等に
より、光学系の瞳と観察者の瞳がずれることがある。観
察者の瞳がずれても観察像が陰らないようにするには、
光学系の瞳を広い範囲で収差がないようにするのが重要
である。光学系の設計において、瞳を広く設計しても、
瞳がずれた場合は、接眼光学系を通して見ると、画像表
示素子を斜めから観察している状態となる。一般に、L
CDの画像表示素子はこの斜めから見る視野角特性が良
くなく、コントラストが低下したり白黒が反転した観察
像しか観察することができなくなってしまう。そのた
め、HMDの装着位置により画面の明るさやコントラス
トが変化してしまい、安定した画質で観察することが難
しい。発光型画像表示素子では、このような問題が発生
し難く、このため、HMD用画像表示素子として好まし
いものである。
【0173】さて、以上に説明したような本発明の画像
表示装置を1組用意して支持することにより、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。その様子を図41に示す。図41中、31は
表示装置本体部を示し、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、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
構成されている。
【0174】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。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。
【0175】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、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。
【0176】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。
【0177】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。
【0178】〔1〕 観察者が観察する画像を表示する
画像表示素子と、前記画像を右眼用光路と左眼用光路と
に振分ける光路振分けミラーと、前記光路振分けミラー
の右側に配置された右眼用接眼プリズムと、前記光路振
分けミラーの左側に配置された左眼用接眼プリズムとを
有し、前記光路振分けミラーが、前記画像表示素子に対
向配置され前記画像表示素子から射出された表示光束
を、前記右眼用接眼プリズムと前記左眼用プリズムとに
振分けて反射するミラー面を有し、前記ミラー面が、偏
心収差を補正する回転非対称な曲面形状にて構成され、
前記右眼用接眼プリズムが、前記光路振分けミラーで反
射された右眼用光路の光束をプリズム内に入射させる第
1面と、プリズム内で右眼用光路の光束を反射する第2
面と、プリズム外に右眼用光路の光束を射出する第3面
とを有し、前記左眼用接眼プリズムが、前記光路振分け
ミラーで反射された左眼用光路の光束をプリズム内に入
射させる第1面と、プリズム内で左眼用光路の光束を反
射する第2面と、プリズム外に左眼用光路の光束を射出
する第3面とを有し、少なくとも、前記右眼用接眼プリ
ズムの反射作用面である第2面と、前記左眼用接眼プリ
ズムの反射作用面である第2面とが、偏心収差を補正す
る回転非対称な曲面形状にて構成されていることを特徴
とする画像表示装置。
【0179】〔2〕 前記光路振分けミラーの有する回
転非対称な曲面形状が、唯一の対称面を備えた自由曲面
にて構成されていることを特徴とする上記1記載の画像
表示装置。
【0180】〔3〕 前記光路振分けミラーの有する自
由曲面が、前記画像表示素子の表示する像中心と前記右
眼用接眼プリズムの形成する右側瞳中心と前記左眼用接
眼プリズムの形成する左側瞳中心とを結んだ面(Y−Z
平面)を前記唯一の対称面として構成されていることを
特徴とする上記2記載の画像表示装置。
【0181】〔4〕 前記画像表示素子が、前後方向
(Z方向)で前記光路振分けミラーと観察者との間に配
置され、かつ、左右方向(Y方向)で前記右眼用接眼プ
リズムと前記左眼用接眼プリズムとの間に配置されて構
成されていることを特徴とする上記1〜3の何れか1項
記載の画像表示装置。
【0182】〔5〕 前記画像表示素子と前記光路振分
けミラーの間に、光束に負のパワーを与える負レンズを
配置して構成されていることを特徴とする上記1〜4の
何れか1項記載の画像表示装置。
【0183】〔6〕 前記右眼用接眼プリズムが、前記
光路振分けミラーから射出され前記第1面を透過してプ
リズム内に入射した光束を全反射臨界角よりも大きい角
度で前記第3面に入射させることによって全反射作用に
よりプリズム内で前記第2面に向けて反射させ、前記第
2面で反射した光束を全反射臨界角よりも小さい角度で
前記第3面に入射させることによってこの第3面を透過
させて光束をプリズム外に射出させるように構成され、
前記左眼用接眼プリズムが、前記光路振分けミラーから
射出され前記第1面を透過してプリズム内に入射した光
束を全反射臨界角よりも大きい角度で前記第3面に入射
させることによって全反射作用によりプリズム内で前記
第2面に向けて反射させ、前記第2面で反射した光束を
全反射臨界角よりも小さい角度で前記第3面に入射させ
ることによってこの第3面を透過させて光束をプリズム
外に射出させるように構成されていることを特徴とする
上記1〜5の何れか1項記載の画像表示装置。
【0184】〔7〕 前記右眼用接眼プリズムの前記第
1面が、偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状にて
構成され、前記左眼用接眼プリズムの前記第1面が、偏
心収差を補正する回転非対称な曲面形状にて構成されて
いることを特徴とする上記1〜6の何れか1項記載の画
像表示装置。
【0185】〔8〕 前記右眼用接眼プリズムの前記第
1面が有する回転非対称な曲面形状が、唯一の対称面を
備えた自由曲面にて構成され、前記左眼用接眼プリズム
の前記第1面が有する回転非対称な曲面形状が、唯一の
対称面を備えた自由曲面にて構成されていることを特徴
とする上記7記載の画像表示装置。
【0186】
〔9〕 前記右眼用接眼プリズムの前記第
1面が有する自由曲面が、前記画像表示素子の表示する
像中心と前記右眼用接眼プリズムの形成する右側瞳中心
とを通る光線を光軸としたときに、プリズム内での折り
返し光路中の光軸を含んだ面(Y−Z面)を前記唯一の
対称面として構成され、前記左眼用接眼プリズムの前記
第1面が有する自由曲面が、前記画像表示素子の表示す
る像中心と前記左眼用接眼プリズムの形成する右側瞳中
心とを通る光線を光軸としたときに、プリズム内での折
り返し光路中の光軸を含んだ面(Y−Z面)を前記唯一
の対称面として構成されていることを特徴とする上記8
記載の画像表示装置。
【0187】〔10〕 前記右眼用接眼プリズムの前記
第3面が、偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状に
て構成され、前記左眼用接眼プリズムの前記第3面が、
偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状にて構成され
ていることを特徴とする上記1〜9の何れか1項記載の
画像表示装置。
【0188】〔11〕 前記右眼用接眼プリズムの前記
第3面が有する回転非対称な曲面形状が、唯一の対称面
を備えた自由曲面にて構成され、前記左眼用接眼プリズ
ムの前記第3面が有する回転非対称な曲面形状が、唯一
の対称面を備えた自由曲面にて構成されていることを特
徴とする上記10記載の画像表示装置。
【0189】〔12〕 前記右眼用接眼プリズムの前記
第3面が有する自由曲面が、前記画像表示素子の表示す
る像中心と前記右眼用接眼プリズムの形成する右側瞳中
心とを通る光線を光軸としたときに、プリズム内での折
り返し光路中の光軸を含んだ面(Y−Z面)を前記唯一
の対称面として構成され、前記左眼用接眼プリズムの前
記第3面が有する自由曲面が、前記画像表示素子の表示
する像中心と前記左眼用接眼プリズムの形成する右側瞳
中心とを通る光線を光軸としたときに、プリズム内での
折り返し光路中の光軸を含んだ面(Y−Z面)を前記唯
一の対称面として構成されていることを特徴とする上記
11記載の画像表示装置。
【0190】〔13〕 前記右眼用接眼プリズムの前記
第3面が、回転対称非球面にて構成され、前記左眼用接
眼プリズムの前記第3面が、回転対称非球面にて構成さ
れていることを特徴とする上記1〜9の何れか1項記載
の画像表示装置。
【0191】〔14〕 観察者が観察する画像を表示す
る画像表示素子と、前記画像を右眼用光路と左眼用光路
とに振分ける光路振分けプリズムと、前記光路振分けプ
リズムの右側に配置された右眼用接眼プリズムと、前記
光路振分けプリズムの左側に配置された左眼用接眼プリ
ズムとを有し、前記光路振分けプリズムが、前記画像表
示素子に対向配置され前記画像表示素子から射出された
表示光束をプリズム内部に入射させる第1面と、前記第
1面から入射した前記右眼用光路を反射する第21面
と、前記第1面から入射した前記左眼用光路を反射する
第22面と、前記右眼用光路の光束をプリズム外に射出
させる第31面と、前記左眼用光路の光束をプリズム外
に射出させる第32面と、を少なくとも有し、前記光路
振分けプリズムは、前記右眼用光路中に前記画像表示素
子の表示した像から右眼用リレー像を形成し、かつ、前
記左眼用光路中に前記画像表示素子の表示した像から左
眼用リレー像を形成するために、少なくとも前記第21
面と前記第22面とが、光束にパワーを与える曲面形状
にて構成されると共に、前記第21面と前記第22面と
が同一の面形状を有するように構成され、前記右眼用接
眼プリズムが、前記光路振分けプリズムの前記第31面
から射出された右眼用光路の光束をプリズム内に入射さ
せる第1面と、プリズム内で右眼用光路の光束を反射す
る第2面と、プリズム外に右眼用光路の光束を射出する
第3面とを有し、前記左眼用接眼プリズムが、前記光路
振分けプリズムの前記第32面から射出された左眼用光
路の光束をプリズム内に入射させる第1面と、プリズム
内で左眼用光路の光束を反射する第2面と、プリズム外
に左眼用光路の光束を射出する第3面とを有し、少なく
とも、前記右眼用接眼プリズムの反射作用面である第2
面と、前記左眼用接眼プリズムの反射作用面である第2
面とが、偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状にて
構成されていることを特徴とする画像表示装置。
【0192】〔15〕 前記光路振分けプリズムの第3
1面と第32面とが、同一形状の曲面にて構成されてい
ることを特徴とする上記14記載の画像表示装置。
【0193】〔16〕 前記光路振分けプリズムの第1
面と第21面と第22面と第31面と第32面とが、そ
れぞれ独立した面としてプリズムの有する光学面を形成
し、前記光路振分けプリズムの第21面と第22面と第
31面と第32面との曲面形状が、偏心収差を補正する
回転非対称な曲面形状にて構成されていることを特徴と
する上記14又は15記載の画像表示装置。
【0194】〔17〕 前記光路振分けプリズムの第3
1面と第32面の曲面形状が、偏心収差を補正する回転
非対称な曲面形状にて構成されていることを特徴とする
上記15記載の画像表示装置。
【0195】〔18〕 前記光路振分けプリズムの第2
1面と第22面と第31面と第32面の曲面形状が、偏
心収差を補正する回転非対称な曲面形状にて構成されて
いることを特徴とする上記15記載の画像表示装置。
【0196】〔19〕 前記画像表示素子と前記光路振
分けプリズムとが対向配置され、前記光路振分けプリズ
ムが、前記画像表示素子から前後方向(Z方向)に離れ
るに従って、前記第1面が配置され、媒質を挟んだ左右
の位置に前記第21面と前記第22面とが配置され、さ
らに、前記第31面と前記第32面とが配置されるよう
に構成され、前記右眼用接眼プリズムの第1面と空気間
隔を挟んで対向する位置に前記第31面が配置され、か
つ、前記左眼用接眼プリズムの第1面と空気間隔を挟ん
で対向する位置に前記第32面が配置されるように構成
されていることを特徴とする上記15〜18の何れか1
項記載の画像表示装置。
【0197】〔20〕 前記画像表示素子と前記光路振
分けプリズムとが対向配置され、前記光路振分けプリズ
ムが、前記画像表示素子から前後方向(Z方向)に離れ
るに従って、前記第1面が配置され、媒質を挟んだ左右
の位置に前記第31面と前記第32面とが配置され、さ
らに、前記第21面と前記第22面とが配置されるよう
に構成され、前記右眼用接眼プリズムの第1面と空気間
隔を挟んで対向する位置に前記第31面が配置され、か
つ、前記左眼用接眼プリズムの第1面と空気間隔を挟ん
で対向する位置に前記第32面が配置されるように構成
されていることを特徴とする上記15〜18の何れか1
項記載の画像表示装置。
【0198】〔21〕 前記光路振分けプリズムは、前
記第21面と前記第32面とが1つの面にて兼用されて
構成されると共に、前記第22面と前記第31面とが1
つの面にて兼用されて構成され、前記右眼用光路を全反
射臨界角よりも大きい角度で前記第21面と前記第32
面との兼用面に入射させることによって全反射作用によ
りプリズム内で右眼用光路の光束を反射させ、前記右眼
用光路を全反射臨界角よりも小さい角度で前記第22面
と前記第31面との兼用面に入射させることによって右
眼用光路の光束をプリズム外に射出させ、前記左眼用光
路を全反射臨界角よりも大きい角度で第22面と第31
面との兼用面に入射させることによって全反射作用によ
りプリズム内で左眼用光路の光束を反射させ、前記左眼
用光路を全反射臨界角よりも小さい角度で第21面と第
32面との兼用面に入射させることによって左眼用光路
の光束をプリズム外に射出させ、前記第21面と第32
面との兼用面の曲面形状が偏心収差を補正するような回
転非対称な曲面形状にて構成され、かつ、前記第22面
と第31面との兼用面の曲面形状が偏心収差を補正する
ような回転非対称な曲面形状にて構成されていることを
特徴とする上記14記載の画像表示装置。
【0199】〔22〕 前記光路振分けプリズムが、第
1面から入射した左右の像の光束を第21面と第22面
とに向けて反射する曲面形状の第4面を有し、前記光路
振分けプリズムの第1面と第21面と第22面と第31
面と第32面と第4面とが、それぞれ独立した面として
プリズムの有する光学面を形成していることを特徴とす
る上記14〜18の何れか1項記載の画像表示装置。
【0200】〔23〕 前記光路振分けプリズムの第4
面の曲面形状が、偏心収差を補正する回転非対称な曲面
形状にて構成されていることを特徴とする上記22記載
の画像表示装置。
【0201】〔24〕 前記画像表示素子と前記光路振
分けプリズムとが対向配置され、前記光路振分けプリズ
ムが、前記画像表示素子から前後方向(Z方向)に離れ
るに従って、前記第1面が配置され、媒質を挟んだ左右
の位置に前記第21面と前記第22面とが配置され、媒
質を挟んだ左右の位置に前記第31面と前記第32面と
が配置され、さらに、前記第1面と媒質を挟んで対向す
る位置に前記第4面が配置されるように構成され、前記
右眼用接眼プリズムの第1面と空気間隔を挟んで対向す
る位置に前記第31面が配置され、かつ、前記左眼用接
眼プリズムの第1面と空気間隔を挟んで対向する位置に
前記第32面が配置されるように構成されていることを
特徴とする上記23記載の画像表示装置。
【0202】〔25〕 前記光路振分けプリズムが、第
1面から入射した右眼用光路を第21面に向けて反射す
る第41面と、第1面から入射した左眼用光路を第22
面に向けて反射する第42面とを有し、前記光路振分け
プリズムの第1面と第21面と第22面と第31面と第
32面と第41面と第42面とが、それぞれ独立した面
としてプリズムの有する光学面を形成していることを特
徴とする上記14〜18の何れか1項記載の画像表示装
置。
【0203】〔26〕 前記光路振分けプリズムの第4
1面と第42面とが、同一形状の曲面にて構成されてい
ることを特徴とする上記25記載の画像表示装置。
【0204】〔27〕 前記光路振分けプリズムの第4
1面と第42面の曲面形状が、偏心収差を補正する回転
非対称な曲面形状にて構成されていることを特徴とする
上記26記載の画像表示装置。
【0205】〔28〕 前記画像表示素子と前記光路振
分けプリズムとが対向配置され、前記光路振分けプリズ
ムが、前記画像表示素子から前後方向(Z方向)に離れ
るに従って、前記第1面が配置され、媒質を挟んだ左位
置に第21面が、媒質を挟んだ右位置に第22面が配置
され、媒質を挟んだ左位置に第32面が、媒質を挟んだ
右位置に第31面が配置され、前記第1面と媒質を挟ん
で対向する位置に第41面と第42面とが隣接して配置
されるように構成されていることを特徴とする上記27
記載の画像表示装置。
【0206】〔29〕 前記光路振分けプリズムの前記
第1面が、偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状に
て構成されていることを特徴とする上記14〜28の何
れか1項記載の載の画像表示装置。
【0207】〔30〕 前記光路振分けプリズムの有す
る回転非対称な曲面が、唯一の対称面を備えた自由曲面
にて構成されていることを特徴とする上記16〜18、
21、23、27の何れか1項記載の画像表示装置。
【0208】〔31〕 前記光路振分けプリズムの有す
る自由曲面が、前記画像表示素子の表示する像中心と瞳
中心とを結んだ面(Y−Z平面)を前記唯一の対称面と
して構成されていることを特徴とする上記30記載の画
像表示装置。
【0209】〔32〕 前記右眼用接眼プリズムが、前
記光路振分けプリズムから射出され前記第1面を透過し
てプリズム内に入射した光束を全反射臨界角よりも大き
い角度で前記第3面に入射させることによって全反射作
用によりプリズム内で前記第2面に向けて反射させ、前
記第2面で反射した光束を全反射臨界角よりも小さい角
度で前記第3面に入射させることによってこの第3面を
透過させて光束をプリズム外に射出させるように構成さ
れ、前記左眼用接眼プリズムが、前記光路振分けプリズ
ムから射出され前記第1面を透過してプリズム内に入射
した光束を全反射臨界角よりも大きい角度で前記第3面
に入射させることによって全反射作用によりプリズム内
で前記第2面に向けて反射させ、前記第2面で反射した
光束を全反射臨界角よりも小さい角度で前記第3面に入
射させることによってこの第3面を透過させて光束をプ
リズム外に射出させるように構成されていることを特徴
とする上記14〜31の何れか1項記載の画像表示装
置。
【0210】〔33〕 前記右眼用接眼プリズムが、前
記光路振分けプリズムから射出され前記第1面を透過し
てプリズム内に入射した光束を前記第2面で反射させ、
前記第2面で反射した光束を前記第3面を透過させて光
束をプリズム外に射出させるように構成され、前記左眼
用接眼プリズムが、前記光路振分けプリズムから射出さ
れ前記第1面を透過してプリズム内に入射した光束を前
記第2面で反射させ、前記第2面で反射した光束を前記
第3面を透過させて光束をプリズム外に射出させるよう
に構成されていることを特徴とする上記14〜31の何
れか1項記載の画像表示装置。
【0211】〔34〕 前記右眼用接眼プリズムが、光
束をプリズム内で反射する第4面を有し、前記右眼用接
眼プリズムが、前記光路振分けプリズムから射出され前
記第1面を透過してプリズム内に入射した光束を前記第
4面で反射し、前記第4面から反射された光束を全反射
臨界角よりも大きい角度で前記第3面に入射させること
によって全反射作用によりプリズム内で前記第2面に向
けて反射させ、前記第2面で反射した光束を全反射臨界
角よりも小さい角度で前記第3面に入射させることによ
ってこの第3面を透過させて光束をプリズム外に射出さ
せるように構成され、前記左眼用接眼プリズムが、光束
をプリズム内で反射する第4面を有し、前記左眼用接眼
プリズムが、前記光路振分けプリズムから射出され前記
第1面を透過してプリズム内に入射した光束を前記第4
面で反射し、前記第4面から反射された光束を全反射臨
界角よりも大きい角度で前記第3面に入射させることに
よって全反射作用によりプリズム内で前記第2面に向け
て反射させ、前記第2面で反射した光束を全反射臨界角
よりも小さい角度で前記第3面に入射させることによっ
てこの第3面を透過させて光束をプリズム外に射出させ
るように構成されていることを特徴とする上記14〜3
1の何れか1項記載の画像表示装置。
【0212】〔35〕 前記右眼用接眼プリズムの第4
面が、偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状にて構
成され、前記左眼用接眼プリズムの第4面が、偏心収差
を補正する回転非対称な曲面形状にて構成されているこ
とを特徴とする上記34記載の画像表示装置。
【0213】〔36〕 前記右眼用接眼プリズムの第1
面が、偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状にて構
成され、前記左眼用接眼プリズムの第1面が、偏心収差
を補正する回転非対称な曲面形状にて構成されているこ
とを特徴とする上記14〜35の何れか1項記載の画像
表示装置。
【0214】〔37〕 前記右眼用接眼プリズムの第2
面が、偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状にて構
成され、前記左眼用接眼プリズムの第2面が、偏心収差
を補正する回転非対称な曲面形状にて構成されているこ
とを特徴とする上記14〜36の何れか1項記載の画像
表示装置。
【0215】〔38〕 前記右眼用接眼プリズムの有す
る回転非対称な曲面が、唯一の対称面を備えた自由曲面
にて構成され、前記左眼用接眼プリズムの有する回転非
対称な曲面が、唯一の対称面を備えた自由曲面にて構成
されていることを特徴とする上記35〜37の何れか1
項記載の画像表示装置。
【0216】〔39〕 前記右眼用接眼プリズムの有す
る自由曲面が、前記画像表示素子の表示する像中心と瞳
中心とを結んだ光線を光軸としたときに、プリズム内で
の折り返し光路中の光軸を含んだ面(Y−Z平面)を前
記唯一の対称面として構成され、前記左眼用接眼プリズ
ムの有する自由曲面が、前記画像表示素子の表示する像
中心と瞳中心とを結んだ光線を光軸としたときに、プリ
ズム内での折り返し光路中の光軸を含んだ面(Y−Z平
面)を前記唯一の対称面として構成されていることを特
徴とする上記38記載の画像表示装置。
【0217】〔40〕 前記右眼用接眼プリズムの第3
面が、回転対称非球面にて構成され、前記左眼用接眼プ
リズムの前記第3面が、回転対称非球面にて構成されて
いることを特徴とする上記14〜39の何れか1項記載
の画像表示装置。
【0218】〔41〕 前記右眼用接眼プリズムの第3
面が、偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状にて構
成され、前記左眼用接眼プリズムの第3面が、偏心収差
を補正する回転非対称な曲面形状にて構成されているこ
とを特徴とする上記14〜39の何れか1項記載の画像
表示装置。
【0219】〔42〕 前記右眼用接眼プリズムの有す
る前記第3面の自由曲面が、前記画像表示素子の表示す
る像中心と瞳中心とを結んだ光線を光軸としたときに、
プリズム内での折り返し光路中の光軸を含んだ面(Y−
Z平面)を前記唯一の対称面として構成され、前記左眼
用接眼プリズムの有する前記第3面の自由曲面が、前記
画像表示素子の表示する像中心と瞳中心とを結んだ光線
を光軸としたときに、プリズム内での折り返し光路中の
光軸を含んだ面(Y−Z平面)を前記唯一の対称面とし
て構成されていることを特徴とする上記41記載の画像
表示装置。
【0220】〔43〕 前記光路振分けプリズムは、前
記右眼用リレー像を前記第31面よりも光路上観察者の
右眼側の位置に形成すると共に、前記左眼用リレー像を
前記第32面よりも光路上観察者の左眼側の位置に形成
するように、全体として正のパワーを有するように構成
されていることを特徴とする上記14〜32の何れか1
項記載の画像表示装置。
【0221】〔44〕 前記光路振分けプリズムは、前
記右眼用リレー像を前記第31面と前記右眼用接眼プリ
ズムの第1面との間の位置に形成すると共に、前記左眼
用リレー像を前記第32面と前記左眼用接眼プリズムの
第1面との間の位置に形成するように構成されているこ
とを特徴とする上記43記載の画像表示装置。
【0222】〔45〕 前記光路振分けプリズムの第2
1面からの右眼用光路の表示光の反射角α、及び、前記
光路振分けプリズムの第22面からの左眼用光路の表示
光の反射角αが次の条件を満たすことを特徴とする上記
14〜44の何れか1項記載の画像表示装置。
【0223】 33°≦α≦70° ・・・(1) 〔46〕 右眼用射出瞳と左眼用射出瞳の中心間を結ん
だ線分の中心を通りその線分に垂直な平面と、前記光路
振分けプリズムの第21面に右眼用光路の光軸が入射す
る点における前記第21面の接平面とがなす角β、及
び、右眼用射出瞳と左眼用射出瞳の中心間を結んだ線分
の中心を通りその線分に垂直な平面と、前記光路振分け
プリズムの第22面に左眼用光路の光軸が入射する点に
おける前記第22面の接平面とがなす角βが次の条件を
満たすことを特徴とする上記14〜44の何れか1項記
載の画像表示装置。
【0224】 13°≦β≦24° ・・・(2) 〔47〕 瞳側から逆光線追跡した場合に、右眼用射出
瞳中心を通る右側最大画角の光線と前記右眼用接眼プリ
ズムの第3面とが交わる点と、左眼用射出瞳中心を通る
左側最大画角の光線と前記左眼用接眼プリズムの第3面
とが交わる点との間隔を横幅Lとし、また、左右の射出
瞳中心を通る全画角内の光線束の中、前記右眼用接眼プ
リズムあるいは前記左眼用接眼プリズムの第3面を透過
あるいは反射する点の中で最も左右の射出瞳側に近い点
と、前記画像表示素子の表示面とのその表示面に垂直な
方向の距離を奥行Dとし、横幅Lと奥行Dとの比D/L
が次の条件を満たすことを特徴とする上記14〜46の
何れか1項記載の画像表示装置。
【0225】 0.3≦D/L≦0.5 ・・・(3) 〔48〕 前記右眼用接眼プリズムの第2面が半透過反
射面にて構成され、その第2面の外側に右眼用シースル
ープリズムを配置し、前記左眼用接眼プリズムの第2面
が半透過反射面にて構成され、その第2面の外側に左眼
用シースループリズムを配置したことを特徴とする上記
14〜46の何れか1項記載の画像表示装置。
【0226】〔49〕 観察者が観察する画像を表示す
る画像表示素子と、前記画像を右眼用光路と左眼用光路
とに振分ける光路振分けプリズムと、前記光路振分けプ
リズムの右側に配置された右眼用接眼プリズムと、前記
光路振分けプリズムの左側に配置された左眼用接眼プリ
ズムとを有し、前記光路振分けプリズムが、前記画像表
示素子に対向配置され前記画像表示素子から射出された
表示光束をプリズム内部に入射させる第1面と、前記第
1面から入射した前記右眼用光路を反射する第21面
と、前記第1面から入射した前記左眼用光路を反射する
第22面と、前記右眼用光路の光束をプリズム外に射出
させる第31面と、前記左眼用光路の光束をプリズム外
に射出させる第32面と、を少なくとも有し、前記光路
振分けプリズムは、少なくとも、前記第21面と、前記
第22面と、前記第31面と、前記第32面とが、光束
にパワーを与える曲面形状にて構成されると共に、前記
第21面と前記第22面とが同一の面形状を有し、前記
第31面と前記第32面とが同一の面形状を有するよう
に構成され、前記画像表示素子が、光源からの光束を反
射することによって画像を表示する反射型画像表示素子
から構成され、前記光路振分けプリズムの有する、前記
第21面と前記22面とが共に、半透過反射面若しくは
部分透過部分反射面の何れかにて構成され、前記第21
面のプリズム媒質とは反対側の位置に左眼用の光路を形
成するための左眼用照明光源を配置し、前記第22面の
プリズム媒質とは反対側の位置に右眼用の光路を形成す
るための右眼用照明光源を配置して構成されていること
を特徴とする画像表示装置。
【0227】〔50〕 観察者が観察する画像を表示す
る画像表示素子と、前記画像を右眼用光路と左眼用光路
とに振分ける光路振分けプリズムと、前記光路振分けプ
リズムの右側に配置された右眼用接眼プリズムと、前記
光路振分けプリズムの左側に配置された左眼用接眼プリ
ズムとを有し、前記光路振分けプリズムが、前記画像表
示素子に対向配置され前記画像表示素子から射出された
表示光束をプリズム内部に入射させる第1面と、前記第
1面と媒質を挟んで対向配置され前記第1面から入射し
た左右の像の光束を異なった方向に反射させ右眼用光路
と左眼用光路とに振り分ける第4面と、前記第4面から
反射された前記右眼用光路を反射する第21面と、前記
第4面から反射した前記左眼用光路を反射する第22面
と、前記右眼用光路の光束をプリズム外に射出させる第
31面と、前記左眼用光路の光束をプリズム外に射出さ
せる第32面と、を少なくとも有し、前記光路振分けプ
リズムは、少なくとも、前記第21面と、前記第22面
と、前記第31面と、前記第32面と、前記第4面と
が、光束にパワーを与える曲面形状にて構成されると共
に、前記第21面と前記第22面とが同一の面形状を有
し、前記第31面と前記第32面とが同一の面形状を有
するように構成され、前記画像表示素子が、光源からの
光束を反射することによって画像を表示する反射型画像
表示素子から構成され、前記光路振分けプリズムの有す
る前記第4面が、半透過反射面若しくは部分透過部分反
射面の何れかにて構成され、前記第4面のプリズム媒質
とは反対側の位置に、左眼用の光路を形成するための左
眼用照明光源と、右眼用の光路を形成するための右眼用
照明光源とを配置して構成されていることを特徴とする
画像表示装置。
【0228】〔51〕 観察者が観察する画像を表示す
る画像表示素子と、前記画像を右眼用光路と左眼用光路
とに振分ける光路振分けプリズムと、前記光路振分けプ
リズムの右側に配置された右眼用接眼プリズムと、前記
光路振分けプリズムの左側に配置された左眼用接眼プリ
ズムとを有し、前記光路振分けプリズムが、前記画像表
示素子に対向配置され前記画像表示素子から射出された
表示光束をプリズム内部に入射させる第1面と、前記右
眼用光路を全反射臨界角よりも大きい角度で光学面に入
射させることによって全反射作用によりプリズム内で右
眼用光路の光束を反射させかつ前記左眼用光路を全反射
臨界角よりも小さい角度で光学面に入射させることによ
って左眼用光路の光束をプリズム外に射出させる第2面
と、前記左眼用光路を全反射臨界角よりも大きい角度で
光学面に入射させることによって全反射作用によりプリ
ズム内で左眼用光路の光束を反射させかつ前記右眼用光
路を全反射臨界角よりも小さい角度で光学面に入射させ
ることによって右眼用光路の光束をプリズム外に射出さ
せる第3面と、を有し、前記画像表示素子と前記第1面
との間に表示用光学素子を配置し、前記光路振分けプリ
ズムは、前記第2面と前記第3面とが光束にパワーを与
える同一形状の曲面にて構成され、かつ、前記第2面と
前記第3面とをプリズム媒質を挟んで対向するように配
置し、前記画像表示素子が、光源からの光束を透過する
ことによって画像を表示する透過型画像表示素子から構
成され、前記画像表示素子の前記表示用光学素子とは反
対側の位置に、左眼用の光路を形成するための左眼用照
明光源と、右眼用の光路を形成するための右眼用照明光
源とを配置して構成されていることを特徴とする画像表
示装置。
【0229】〔52〕 前記表示用光学素子が、フレネ
ルレンズから構成されていることを特徴とする上記51
記載の画像表示装置。
【0230】〔53〕 前記光路振分けプリズムの第2
1面と前記第22面とが共に、透過と反射を強度的に分
割するハーフミラーコーティングにて構成されているこ
とを特徴とする上記49記載の画像表示装置。
【0231】〔54〕 前記光路振分けプリズムの第2
1面と前記第22面とが共に、反射ミラー面内に透過孔
を設けたミラーコーティングにて構成されていることを
特徴とする上記49記載の画像表示装置。
【0232】〔55〕 前記光路振分けプリズムの第4
面が、透過と反射を強度的に分割するハーフミラーコー
ティングにて構成されたていることを特徴とする上記5
0記載の画像表示装置。
【0233】〔56〕 前記光路振分けプリズムの第4
面が、反射ミラー面内に透過孔を設けたミラーコーティ
ングにて構成されていることを特徴とする上記50記載
の画像表示装置。
【0234】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、1つの画像表示素子からの画像を、ハーフミ
ラーを利用せずに両眼に導き明るく観察でき、さらに、
両眼の中央に配置する光路振分けミラーあるいは光路振
分けプリズムを持たせることで、諸収差の補正を容易に
して、頭部装着式画像表示装置等の画像表示装置を提供
することができる。また、このような構成において、表
示画像を左右で切り換えずに使用できる単板両眼視に最
適な照明配置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による実施例1の画像表示装置の光路図
である。
【図2】本発明による実施例2の画像表示装置の光路図
である。
【図3】本発明による実施例3の画像表示装置の光路図
である。
【図4】本発明による実施例4の画像表示装置の光路図
である。
【図5】本発明による実施例5の画像表示装置の光路図
である。
【図6】本発明による実施例6の画像表示装置の光路図
である。
【図7】本発明による実施例7の画像表示装置の光路図
である。
【図8】本発明による実施例8の画像表示装置の光路図
である。
【図9】本発明による実施例9の画像表示装置の光路図
である。
【図10】本発明による実施例10の画像表示装置の光
路図である。
【図11】本発明による実施例11の画像表示装置の光
路図である。
【図12】本発明による実施例12の画像表示装置の光
路図である。
【図13】本発明による実施例13の画像表示装置の光
路図である。
【図14】本発明による実施例14の画像表示装置の光
路図である。
【図15】本発明による実施例15の画像表示装置の光
路図である。
【図16】本発明による実施例16の画像表示装置を説
明するための図である。
【図17】本発明の実施例17の画像表示装置の両眼の
光学系を示す水平断面図である。
【図18】本発明の実施例18の画像表示装置の両眼の
光学系を示す水平断面図である。
【図19】本発明の実施例19の画像表示装置の両眼の
光学系を示す水平断面図である。
【図20】本発明の実施例20の画像表示装置の両眼の
光学系を示す水平断面図である。
【図21】本発明の実施例21の画像表示装置の両眼の
光学系を示す水平断面図である。
【図22】本発明の実施例22の画像表示装置の両眼の
光学系を示す水平断面図である。
【図23】本発明の実施例23の画像表示装置の両眼の
光学系を示す水平断面図である。
【図24】本発明の実施例24の画像表示装置の両眼の
光学系を示す水平断面図である。
【図25】本発明の実施例25の画像表示装置の両眼の
光学系を示す水平断面図である。
【図26】本発明の実施例26の画像表示装置の両眼の
光学系を示す水平断面図である。
【図27】本発明の実施例27の画像表示装置の両眼の
光学系を示す水平断面図である。
【図28】本発明の実施例28の画像表示装置の両眼の
光学系を示す水平断面図である。
【図29】本発明による実施例29〜30の画像表示装
置の光路図である。
【図30】パラメータαとβの定義を説明するための図
である。
【図31】パラメータLとDの定義を説明するための図
である。
【図32】実施例29の右眼用の光学系の水平断面図で
ある。
【図33】実施例30の右眼用の光学系の水平断面図で
ある。
【図34】実施例16の光学系の横収差図である。
【図35】実施例20の光学系の横収差図である。
【図36】実施例22の光学系の横収差図である。
【図37】実施例29の光学系の横収差図である。
【図38】実施例30の光学系の横収差図である。
【図39】本発明の画像表示装置をシースルー観察可能
に構成した場合の構成を説明するための図である。
【図40】有機EL画像表示素子の構造を例示する斜視
図である。
【図41】本発明の画像表示装置を観察者頭部に装着し
た場合の様子を示す図である。
【符号の説明】
ER…右眼 EL…左眼 1…光路振分けミラー 1R…右光路用反射面 1L…左光路用反射面 1R’…第2の右光路用反射面 1L’…第2の左光路用反射面 2R…右眼用接眼プリズム 2L…左眼用接眼プリズム 3…画像表示素子 3’…反射型LCD 4R…右眼用射出瞳 4L…左眼用射出瞳 5…負レンズ 6R、6L…照明光源 7…集光用フレネルレンズ 8R、8L…レンズ 9R、9L…接眼レンズ 10…光路振分けプリズム 11…第1面 11R、11L…レンズ入射面 12、12R、12L…第2面 13R、13L…第3面 14R、14L…第4面 15…第2面の接平面 16L、16R…補償プリズム 17L、17R…補償プリズムの外界側の面 20…両眼の対称面 21R、21L…第1面 22R、22L…第2面 23R、23L…第3面 24R、24L…第4面 25R、25L…第5面 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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桜井 章博 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Fターム(参考) 5G435 AA17 AA18 BB05 BB12 BB15 BB16 GG03 GG05 GG06 GG08 LL00

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 観察者が観察する画像を表示する画像表
    示素子と、前記画像を右眼用光路と左眼用光路とに振分
    ける光路振分けミラーと、前記光路振分けミラーの右側
    に配置された右眼用接眼プリズムと、前記光路振分けミ
    ラーの左側に配置された左眼用接眼プリズムとを有し、 前記光路振分けミラーが、前記画像表示素子に対向配置
    され前記画像表示素子から射出された表示光束を、前記
    右眼用接眼プリズムと前記左眼用プリズムとに振分けて
    反射するミラー面を有し、前記ミラー面が、偏心収差を
    補正する回転非対称な曲面形状にて構成され、 前記右眼用接眼プリズムが、前記光路振分けミラーで反
    射された右眼用光路の光束をプリズム内に入射させる第
    1面と、プリズム内で右眼用光路の光束を反射する第2
    面と、プリズム外に右眼用光路の光束を射出する第3面
    とを有し、 前記左眼用接眼プリズムが、前記光路振分けミラーで反
    射された左眼用光路の光束をプリズム内に入射させる第
    1面と、プリズム内で左眼用光路の光束を反射する第2
    面と、プリズム外に左眼用光路の光束を射出する第3面
    とを有し、 少なくとも、前記右眼用接眼プリズムの反射作用面であ
    る第2面と、前記左眼用接眼プリズムの反射作用面であ
    る第2面とが、偏心収差を補正する回転非対称な曲面形
    状にて構成されていることを特徴とする画像表示装置。
  2. 【請求項2】 前記光路振分けミラーの有する回転非対
    称な曲面形状が、唯一の対称面を備えた自由曲面にて構
    成されていることを特徴とする上記1記載の画像表示装
    置。
  3. 【請求項3】 観察者が観察する画像を表示する画像表
    示素子と、前記画像を右眼用光路と左眼用光路とに振分
    ける光路振分けプリズムと、前記光路振分けプリズムの
    右側に配置された右眼用接眼プリズムと、前記光路振分
    けプリズムの左側に配置された左眼用接眼プリズムとを
    有し、 前記光路振分けプリズムが、前記画像表示素子に対向配
    置され前記画像表示素子から射出された表示光束をプリ
    ズム内部に入射させる第1面と、前記第1面から入射し
    た前記右眼用光路を反射する第21面と、前記第1面か
    ら入射した前記左眼用光路を反射する第22面と、前記
    右眼用光路の光束をプリズム外に射出させる第31面
    と、前記左眼用光路の光束をプリズム外に射出させる第
    32面と、を少なくとも有し、 前記光路振分けプリズムは、前記右眼用光路中に前記画
    像表示素子の表示した像から右眼用リレー像を形成し、
    かつ、前記左眼用光路中に前記画像表示素子の表示した
    像から左眼用リレー像を形成するために、少なくとも前
    記第21面と前記第22面とが、光束にパワーを与える
    曲面形状にて構成されると共に、前記第21面と前記第
    22面とが同一の面形状を有するように構成され、 前記右眼用接眼プリズムが、前記光路振分けプリズムの
    前記第31面から射出された右眼用光路の光束をプリズ
    ム内に入射させる第1面と、プリズム内で右眼用光路の
    光束を反射する第2面と、プリズム外に右眼用光路の光
    束を射出する第3面とを有し、 前記左眼用接眼プリズムが、前記光路振分けプリズムの
    前記第32面から射出された左眼用光路の光束をプリズ
    ム内に入射させる第1面と、プリズム内で左眼用光路の
    光束を反射する第2面と、プリズム外に左眼用光路の光
    束を射出する第3面とを有し、 少なくとも、前記右眼用接眼プリズムの反射作用面であ
    る第2面と、前記左眼用接眼プリズムの反射作用面であ
    る第2面とが、偏心収差を補正する回転非対称な曲面形
    状にて構成されていることを特徴とする画像表示装置。
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