JP2002040361A - ３次元偏心光路を備えた画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １つの画像表示素子からの映像をハーフミラ
ーを利用せずに両眼に導き、明るく観察でき、諸収差の
補正を容易にした画像表示装置。 【解決手段】 観察光学系が、左接眼部１０’と右接眼
部１０と単一の画像表示素子３からの光束を左右の接眼
部１０’、１０に導く３次元光路振り分け部２０とを含
み、左右の接眼部が少なくとも２面以上の反射面１２、
１３を有し、左右の接眼部の軸上主光線の偏心光路面が
略同一平面に形成されるように構成され、３次元光路振
り分け部２０は、左右対称な光路を形成できるように、
左右対称に光学面が配置され、その少なくとも左右２組
の反射面が、左右の接眼部によって形成される偏心光路
面に対して垂直な方向の成分をも含めた３次元偏心方向
に左右各々の光束の軸上主光線を反射させるように構成
されている画像表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元偏心光路を
備えた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、左右眼共通の単一の画像表示素子
を用いた頭部装着式画像表示装置として、特開平６−１
１００１３号においては、画像表示素子からの表示光を
観察者の左右の眼へ導くために、二等辺三角柱のプリズ
ムとミラーで分割し、折り曲げている。この配置におい
ては、諸収差の補正は、観察者の眼の瞳の前に配置する
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。

【０００３】また、特開平７−２８７１８５号において
は、ミラーを複数枚使用し、凸レンズ１枚で結像作用を
行っている。そのため、組み立て調整が非常に難しく、
また適切な性能を達成できない。また、画像表示素子が
３次元的に配置してあるが、左右の映像が逆に回転して
しまう。

【０００４】また、特開平９−６１７４８号のものにお
いては、画像表示素子から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している。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、観察像強度が弱
く暗くなる。

【０００５】また、特開平９−１８１９９８号、特開平
９−１８１９９９号のものは、左右別々あるいは共通の
反射プリズム光学系を用いるものであるが、画角が狭い
と言う問題がある。

【０００６】さらに、特表平１０−５０４１１５号のも
のは、ハーフミラーを利用して表示光を分割するもので
あるが、部品点数が非常に多く、組み立てが非常に複雑
である。

【０００７】なお、本出願人は、特願２０００−４８７
５０号等において、中央に光路振り分け光学系を配置
し、その左右に接眼プリズムを配置した頭部装着式等の
画像表示装置を提案している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】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映像を、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、中央
に配置する光路振り分け光学系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。

【０００９】さらには、本出願人による特願２０００−
４８７５０号等のような画像表示装置をさらに広画角化
することを目的とするものである。

【００１０】

【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３次元偏心光路を備えた画像表示装置は、観察画像
を画像表示部に形成する画像表示素子と、前記画像表示
素子が形成した画像を観察者眼球位置に相当する瞳に導
く観察光学系とを含んだ画像表示装置において、前記画
像表示素子が、複数の画素を単板上に並設させた１枚の
画像表示素子を有して構成され、前記１枚の画像表示素
子の少なくとも中央部分に位置する各画素が、観察者の
左右の眼球に光束を導けるような射出角度で画像光束を
放射するように構成され、前記観察光学系が、少なくと
も、観察者の左眼に光束を導く左接眼部と、観察者の右
眼に光束を導く右接眼部と、前記画像表示素子から前記
射出角度を持って放射された画像光束を前記左右の接眼
部に導く３次元光路振り分け部とを含み、前記左接眼部
が、少なくとも２面以上の反射面を有し、その中の少な
くとも１つの反射面が偏心収差補正機能を有した回転非
対称な曲面反射面にて構成され、前記右接眼部が、少な
くとも２面以上の反射面を有し、その中の少なくとも１
つの反射面が偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲
面反射面にて構成され、前記左接眼部の有する前記２面
以上の反射面にて形成される軸上主光線の偏心光路面
（Ｙ−Ｚ面）と、前記右接眼部の有する前記２面以上の
反射面にて形成される軸上主光線の偏心光路面（Ｙ−Ｚ
面）とが、略同一平面（Ｙ−Ｚ面）に形成されるよう
に、前記左右接眼部が構成され、前記３次元光路振り分
け部は、左右対称な光路を形成できるように、左右対称
に光学面が配置され、かつ、前記光学面の中、少なくと
も左右２組の反射面が、前記左右の接眼部によって形成
される偏心光路面（Ｙ−Ｚ面）に対して垂直な方向（Ｘ
方向）の成分をも含めた３次元偏心方向に左右各々の光
束の軸上主光線を反射させるように構成されていること
を特徴とするものである。

【００１１】以下、本発明において、上記構成をとる理
由と作用を説明する。

【００１２】通常、人間の瞳の間隔は平均約６４ｍｍ程
度と言われ、個人差がある。そのため、両眼観察用の観
察光学系において、眼幅の個人差を観察光学系で吸収す
るためには、予め光学系の瞳を横長に設定することが好
ましい。つまり、観察光学系の瞳は観察者の水平方向に
長い楕円（あるいは長方形等）を用いることが好まし
い。

【００１３】そのとき、瞳の長手方向と接眼部の偏心方
向を同一方向にすると、各反射面の有効面は必然的に横
に長い有効径を確保する必要がある。しかし、特願２０
００−４８７５０号のように、観察者の水平方向にのみ
偏心させた光学系の場合、人間の眼幅による制約がある
ため、光学系を横方向に大きくすることはできない。し
たがって、観察画角を広くすると、光路振り分け部の反
射面を両眼の接眼部の間に配置することが困難になって
くる。

【００１４】そこで、本発明の画像表示装置の観察光学
系では、光路振り分け部内全体の光路を３次元的な構成
にすることで、光路振り分け部内の反射面を垂直方向に
配置するようにして、画角を広くした場合でも、両眼の
反射面の有効径を確保できるようにしたものである。

【００１５】なお、観察光学系を構成する左右の接眼
部、３次元光路振り分け部それぞれを反射鏡のみで構成
しても、左右の接眼部、３次元光路振り分け部それぞれ
を偏心プリズムで構成しても、また、左右の接眼部と３
次元光路振り分け部を一体の偏心プリズムで構成しても
よい。

【００１６】そして、３次元光路振り分け部は、偏心収
差補正機能を有した回転非対称な曲面形状の反射面を少
なくとも１組備えていることが望ましい。

【００１７】その場合、その少なくとも１組の偏心収差
補正機能を有した回転非対称な曲面形状の反射面は、３
次元偏心方向に左右各々の光束の軸上主光線を反射させ
る少なくとも左右２組の反射面の中の１組に配置されて
いることが望ましい。

【００１８】また、その少なくとも１組の偏心収差補正
機能を有した回転非対称な曲面形状の反射面は、対称面
を１面のみ有する自由曲面にて形成され、その少なくと
も１組の自由曲面の各々の唯一の対称面が同一平面内に
一致するように構成されていることが望ましい。

【００１９】ここで、回転非対称な曲面形状の面とし
て、本発明では代表的に自由曲面を使用するが、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。

【００２０】 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。

【００２１】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。

【００２２】自由曲面項は、 ただし、Ｃ_j （ｊは２以上の整数）は係数である。

【００２３】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。

【００２４】また、上記の回転非対称な曲面形状の面で
ある自由曲面の他の定義式として、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項
式により定義できる。この面の形状は以下の式（ｂ）に
より定義する。その定義式（ｂ）のＺ軸がＺｅｒｎｉｋ
ｅ多項式の軸となる。回転非対称面の定義は、Ｘ−Ｙ面
に対するＺの軸の高さの極座標で定義され、ＲはＸ−Ｙ
面内のＺ軸からの距離、ＡはＺ軸回りの方位角で、Ｘ軸
から測った回転角で表せられる。

【００２５】 ｘ＝Ｒ×cos(A) ｙ＝Ｒ×sin(A) Ｚ＝Ｄ₂ ＋Ｄ₃ Ｒcos(A)＋Ｄ₄ Ｒsin(A) ＋Ｄ₅ Ｒ² cos(2A)＋Ｄ₆ （Ｒ² −１）＋Ｄ₇ Ｒ² sin(2A) ＋Ｄ₈ Ｒ³ cos(3A) ＋Ｄ₉ （３Ｒ³ −２Ｒ）cos(A) ＋Ｄ₁₀（３Ｒ³ −２Ｒ）sin(A)＋Ｄ₁₁Ｒ³ sin(3A) ＋Ｄ₁₂Ｒ⁴cos(4A)＋Ｄ₁₃（４Ｒ⁴ −３Ｒ² ）cos(2A) ＋Ｄ₁₄（６Ｒ⁴ −６Ｒ² ＋１）＋Ｄ₁₅（４Ｒ⁴ −３Ｒ² ）sin(2A) ＋Ｄ₁₆Ｒ⁴ sin(4A) ＋Ｄ₁₇Ｒ⁵ cos(5A) ＋Ｄ₁₈（５Ｒ⁵ −４Ｒ³ ）cos(3A) ＋Ｄ₁₉（１０Ｒ⁵ −１２Ｒ³ ＋３Ｒ）cos(A) ＋Ｄ₂₀（１０Ｒ⁵ −１２Ｒ³ ＋３Ｒ）sin(A) ＋Ｄ₂₁（５Ｒ⁵ −４Ｒ³ ）sin(3A) ＋Ｄ₂₂Ｒ⁵ sin(5A) ＋Ｄ₂₃Ｒ⁶cos(6A)＋Ｄ₂₄（６Ｒ⁶ −５Ｒ⁴ ）cos(4A) ＋Ｄ₂₅（１５Ｒ⁶ −２０Ｒ⁴ ＋６Ｒ² ）cos(2A) ＋Ｄ₂₆（２０Ｒ⁶ −３０Ｒ⁴ ＋１２Ｒ² −１） ＋Ｄ₂₇（１５Ｒ⁶ −２０Ｒ⁴ ＋６Ｒ² ）sin(2A) ＋Ｄ₂₈（６Ｒ⁶ −５Ｒ⁴ ）sin(4A) ＋Ｄ₂₉Ｒ⁶sin(6A)・・・・・ ・・・・（ｂ） ただし、Ｄ_m （ｍは２以上の整数）は係数である。な
お、Ｘ軸方向に対称な光学系として設計するには、
Ｄ₄ ，Ｄ₅ ，Ｄ₆ 、Ｄ₁₀，Ｄ₁₁，Ｄ₁₂，Ｄ₁₃，Ｄ₁₄，Ｄ
₂₀，Ｄ₂₁，Ｄ₂₂…を利用する。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】Ｚ＝ΣΣＣ_nmＸＹ 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。

【００２９】 Ｚ＝Ｃ₂ ＋Ｃ₃ Ｙ＋Ｃ₄ ｜Ｘ｜ ＋Ｃ₅ Ｙ² ＋Ｃ₆ Ｙ｜Ｘ｜＋Ｃ₇ Ｘ² ＋Ｃ₈ Ｙ³ ＋Ｃ₉ Ｙ² ｜Ｘ｜＋Ｃ₁₀ＹＸ² ＋Ｃ₁₁｜Ｘ³ ｜ ＋Ｃ₁₂Ｙ⁴ ＋Ｃ₁₃Ｙ³ ｜Ｘ｜＋Ｃ₁₄Ｙ² Ｘ² ＋Ｃ₁₅Ｙ｜Ｘ³ ｜＋Ｃ₁₆Ｘ⁴ ＋Ｃ₁₇Ｙ⁵ ＋Ｃ₁₈Ｙ⁴ ｜Ｘ｜＋Ｃ₁₉Ｙ³ Ｘ² ＋Ｃ₂₀Ｙ² ｜Ｘ³ ｜ ＋Ｃ₂₁ＹＸ⁴ ＋Ｃ₂₂｜Ｘ⁵ ｜ ＋Ｃ₂₃Ｙ⁶ ＋Ｃ₂₄Ｙ⁵ ｜Ｘ｜＋Ｃ₂₅Ｙ⁴ Ｘ² ＋Ｃ₂₆Ｙ³ ｜Ｘ³ ｜ ＋Ｃ₂₇Ｙ² Ｘ⁴ ＋Ｃ₂₈Ｙ｜Ｘ⁵ ｜＋Ｃ₂₉Ｘ⁶ ＋Ｃ₃₀Ｙ⁷ ＋Ｃ₃₁Ｙ⁶ ｜Ｘ｜＋Ｃ₃₂Ｙ⁵ Ｘ² ＋Ｃ₃₃Ｙ⁴ ｜Ｘ³ ｜ ＋Ｃ₃₄Ｙ³ Ｘ⁴ ＋Ｃ₃₅Ｙ² ｜Ｘ⁵ ｜＋Ｃ₃₆ＹＸ⁶ ＋Ｃ₃₇｜Ｘ⁷ ｜ ・・・（ｃ） なお、回転非対称な曲面形状の面としては、アナモフィ
ック面、トーリック面を用いることもできる。

【００３０】また、本発明においては、前記のように、
観察光学系をプリズム部材にて形成し、反射面の何れも
がプリズム部材の表面に形成された裏面反射面にて構成
するようにしてもよい。

【００３１】この場合、観察光学系は、３次元光路振り
分け部を構成する３次元光路振り分けプリズムと、３次
元光路振り分けプリズムと空気間隔を挟んで分離され、
左接眼部を構成する左接眼プリズムと右接眼部を構成す
る右接眼プリズムとを含んで構成されているようにする
ことができる。

【００３２】そして、光路振り分けプリズムが、少なく
とも画像表示素子に対向し左眼用光路を形成する画像光
束と右眼用光路を形成する画像光束の両方の光束をプリ
ズム内に入射させる入射面と、左眼用光路の光束をプリ
ズム外に射出する左側射出面と、入射面と左側射出面と
の間の光路上に配置されかつ左眼用光路の光束をプリズ
ム内で反射する少なくとも３面以上の左側反射面と、右
眼用光路の光束をプリズム外に射出する右側射出面と、
入射面と右側射出面との間の光路上に配置されかつ右眼
用光路の光束をプリズム内で反射する少なくとも３面以
上の右側反射面とを含んで構成され、その少なくとも３
面以上の左側反射面の中の入射面に対して左眼用光路上
最も近い位置に配置された反射面に入射する軸上主光線
とそこから反射する軸上主光線とを含む左第１平面と、
その少なくとも３面以上の右側反射面の中の入射面に対
して右眼用光路上最も近い位置に配置された反射面に入
射する軸上主光線とそこから反射する軸上主光線とを含
む右第１平面とが、同一の第１平面内に一致するように
構成されていることが望ましい。

【００３３】この場合、その第１平面が、左接眼部の偏
心光路面と右接眼部の偏心光路面とを含む略同一平面で
ある第２平面に対して、異なる平面からなり、かつ、第
１平面と第２平面とが平行な位置関係を形成するよう
に、観察光学系が構成されていることが望ましい。

【００３４】なお、ここで、左右の接眼部の偏心光路面
が略同一平面にあるとは、製作誤差等による微小角度の
ずれを包含する意味であり、±１°とする。

【００３５】また、少なくとも３面以上の左側反射面の
中、２つの左側反射面が、第１平面に対して垂直方向に
隣接配置され、かつ、少なくとも３面以上の右側反射面
の中、２つの右側反射面が、第１平面に対して垂直方向
に隣接配置されるように光路振り分けプリズムが構成さ
れていることが望ましい。

【００３６】また、第２平面に対して垂直な方向の成分
をも含めた３次元偏心方向に左右各々の光束の軸上主光
線を反射させる少なくとも左右２組の反射面の中、１組
の左側反射面と右側反射面について、左側反射面と左側
射出面とが第１平面に対して垂直方向に隣接配置され、
かつ、右側反射面と右側射出面とが第１平面に対して垂
直方向に隣接配置されているようにすることができる。

【００３７】また、入射面に対して左眼用光路上最も近
い位置に配置された反射面と、入射面に対して右眼用光
路上最も近い位置に配置された反射面とが共に、画像表
示素子と入射面の双方に対して対向するように隣接配置
されていることが望ましい。

【００３８】この場合に、光路振り分けプリズムが、入
射面に対して光路上最も近い位置に配置された左右の反
射面の境界部分を含む領域に対して、画像表示素子の中
心領域から垂直に放射された光線がゴースト光として反
射しないように反射防止部材を設けることが望ましい。

【００３９】また、画像表示素子と３次元光路振り分け
部との間に、その１枚の画像表示素子の少なくとも中央
部分に位置する各画素から放射される所定の射出角度を
持った画像光束の光強度を各画素面の垂直方向に放射さ
れる光束強度より強くするような振り分け光増強部材を
配置することが望ましい。

【００４０】また、光路振り分けプリズムは、少なくと
も３面以上の左側反射面によって画像表示素子から放射
された左眼用光路の軸上主光線をプリズム内で回転交差
させると共に、少なくとも３面以上の右側反射面によっ
て前記画像表示素子から放射された右眼用光路の軸上主
光線を前記プリズム内で回転交差させ、かつ、左側反射
面による回転方向と右側反射面による回転方向とが逆回
転となるように構成されていることが望ましい。

【００４１】この場合に、光路振り分けプリズムが、左
側反射面によって形成された左眼用光路の軸上主光線の
回転交差平面が左第１平面と同一平面内に形成され、か
つ、右側反射面によって形成された右眼用光路の軸上主
光線の回転交差平面が右第１平面内に形成されるように
構成されていることが望ましい。

【００４２】また、３次元光路振り分け部に含まれる左
右対称な複数組の反射面が、画像表示素子側から順に、
左右１組の第１反射面と、左右１組の第２反射面と、左
右１組の第３反射面と、左右１組の第４反射面とから構
成され、少なくとも第１反射面が、光束にパワーを与え
る曲面反射面形状にて構成され、かつ、偏心収差補正機
能を有した回転非対称形状にて構成されていることが望
ましい。

【００４３】また、３次元光路振り分け部に含まれる左
右対称な複数組の反射面が、画像表示素子側から順に、
左右１組の第１反射面と、左右１組の第２反射面と、左
右１組の第３反射面と、左右１組の第４反射面とから構
成され、少なくとも第２反射面が、光束にパワーを与え
る曲面反射面形状にて構成され、かつ、偏心収差補正機
能を有した回転非対称形状にて構成されていることが望
ましい。

【００４４】また、３次元光路振り分け部に含まれる左
右対称な複数組の反射面が、画像表示素子側から順に、
左右１組の第１反射面と、左右１組の第２反射面と、左
右１組の第３反射面と、左右１組の第４反射面とから構
成され、少なくとも第３反射面が、光束にパワーを与え
る曲面反射面形状にて構成され、かつ、偏心収差補正機
能を有した回転非対称形状にて構成されていることが望
ましい。

【００４５】また、３次元光路振り分け部に含まれる左
右対称な複数組の反射面が、画像表示素子側から順に、
左右１組の第１反射面と、左右１組の第２反射面と、左
右１組の第３反射面と、左右１組の第４反射面とから構
成され、少なくとも第４反射面が、光束にパワーを与え
る曲面反射面形状にて構成され、かつ、偏心収差補正機
能を有した回転非対称形状にて構成されていることが望
ましい。

【００４６】これらの場合、３次元光路振り分け部の左
眼用光路の第３反射面に入射する軸上主光線とそこから
反射する軸上主光線と左眼用光路の第４反射面で反射す
る軸上主光線とが同一の左第２平面内に含まれ、右眼用
光路の第３反射面に入射する軸上主光線とそこから反射
する軸上主光線と右眼用光路の第４反射面で反射する軸
上主光線とが同一の右第２平面内に含まれ、左第２平面
と右第２平面は、第１平面に垂直に設定されていること
が望ましい。

【００４７】また、３次元光路振り分け部に含まれる回
転非対称形状の曲面反射面が、対称面を１面のみ備えた
自由曲面形状にて構成されていることが望ましい。

【００４８】また、左接眼プリズムと右接眼プリズムが
共に、３次元光路振り分けプリズム側から順に、入射面
と第１反射面と第２反射面と射出面とからなり、第１反
射面と射出面は同一面からなり、第１反射面はその面で
の全反射による反射面であるようなものとすることがで
きる。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の３次元偏心光路を
備えた画像表示装置を実施例に基づいて説明する。

【００５０】以下の実施例の座標の取り方は、観察者の
視軸方向（正面方向）をＺ軸、水平方向をＹ軸、垂直方
向をＸ軸としている。

【００５１】後記する各実施例の数値データにおいて
は、右眼用の観察光学系について示してあり、右眼用の
瞳１からの画像表示素子（像面）３に至る逆光線追跡の
データで示してある。左眼用の観察光学系については、
数値データは省いてあるが、両眼を結ぶ直線の中心を通
る対称面に対して面対称の関係である。なお、以下の構
成の説明もその逆光線追跡の順で説明する。

【００５２】以下に示す実施例１〜２において、接眼プ
リズム１０はＹ−Ｚ面内における２次元元偏心の偏心プ
リズムからなり、画像表示素子３側に配置される光路振
り分けプリズム２０は３次元元偏心の偏心プリズムであ
り、光路振り分けプリズム２０内の軸上主光線は同一平
面内に存在せずＹ−Ｚ面とそれに平行な２つの平面とそ
れに直交する１つの平面内に存在する。以下、図面を参
照にして説明する。

【００５３】実施例１図１に実施例１の画像表示装置の
光学系の主として右眼用部分の斜視図、図２に実施例１
の光学系の軸上主光線２を示す透視斜視図、図３に異な
る角度から見た実施例１の光学系の軸上主光線２を示す
透視斜視図をそれぞれ示す。ただし、図１〜図３におい
て面はメッシュで表現してある。また、図４に実施例１
の画像表示装置の光学系の主として右眼用部分の光学面
と光路を示す図を示す。ただし、（ａ）はＺ軸正方向か
ら見た右眼用光路の正面図、（ｂ）はＸ軸負方向から見
た右眼用光路の平面図、（ｃ）はＸ軸負方向から見た第
１の水平面内での両眼の光路を示す図、（ｄ）はＸ軸負
方向から見た第１の水平面と平行で第１の水平面より上
（Ｘ軸の負側）の第２の水平面内での両眼の光路を示す
図である。

【００５４】この光学系は、両眼装着型の頭部装着式画
像表示装置として構成する場合の右眼用の光学系であ
り、左眼用の光学系は、Ｘ−Ｚ面に平行で、両眼を結ぶ
直線の中心を通る面に対して面対称に構成される。以下
の実施例２も同様。なお、図１〜図４には、左眼用の接
眼プリズム１０’も図示してある。

【００５５】この実施例の観察光学系は、頭部装着式画
像表示装置として構成する場合に観察者の右眼の瞳が位
置すべき瞳１から出た逆光線追跡の軸上主光線（光軸）
２は、保護ガラス４（図１〜図３においては図示略）を
経て、接眼プリズム１０の第１１面１１で屈折されて接
眼プリズム１０内に入り、第１２面１２で内部反射さ
れ、第１１面１１が兼ねる第１３面１３に臨界角を越え
る角度で入射して全反射され、第１４面１４で屈折され
て接眼プリズム１０から出て、光路振り分けプリズム２
０の第２１面２１で屈折されて光路振り分けプリズム２
０内に入り、第２２面２２で内部反射され、第２３面２
３で内部反射され、第２４面２４で内部反射され、第２
５面２５で内部反射され、第２６面２６で屈折されて光
路振り分けプリズム２０から出て、画像表示素子３に至
る。

【００５６】ここで、接眼プリズム１０の第１１面１１
〜第１４面１４はＹ−Ｚ面に対して面対称に構成されて
おり、各面はこのＹ−Ｚ面内で２次元的に偏心して構成
されている。

【００５７】接眼プリズム１０から出た軸上主光線は、
第２１面２１から光路振り分けプリズム２０内に入射
し、接眼プリズム１０の偏心面（Ｙ−Ｚ面：第１の水平
面Ｈ１（図４（ｃ）の面））内を進み、その第２２面２
２の反射面で接眼プリズム１０の偏心面（Ｙ−Ｚ面）と
垂直な面Ｈ３（Ｘ軸と平行な面）内に反射され、その反
射光は第２３面２３の反射面で反射され、その反射光は
第１の水平面Ｈ１と平行でそれより上（Ｘ軸の負側）の
第２の水平面Ｈ２（図４（ｄ）の面）内を進み、第２４
面２４の反射面で反射されて第２の水平面Ｈ２内を進
み、第２５面２５の反射面で反射されてその第２の水平
面Ｈ２内で第２４面２４に入射する軸上主光線と交差し
た後、第２６面２６で屈折されて画像表示素子３の中心
に、画像表示素子３の中心を通る法線に対して−１９．
５７°（図６（ｂ））の角度をなして入射する。光路振
り分けプリズム２０の第２１面２１の上方（Ｘ軸の負
側）に第２３面２３が、第２２面２２の上方（Ｘ軸の負
側）に第２４面２４が配置されており、画像表示素子３
の表示面はＸ−Ｙ面に平行で、左右の瞳の間の中心を通
る対称面にその中心が一致するように配置されている。

【００５８】そして接眼プリズム１０、光路振り分けプ
リズム２０共に正のパワーを有するように、それぞれの
少なくとも１つの反射面は正パワーを有するように構成
され、画像表示素子３の中間像を光路振り分けプリズム
２０の第２１面２１と第２２面２２の間に結像する。

【００５９】このように、観察光学系を３次元的に偏心
させることで、光学系を自由な方向に折り畳むことがで
き、画像表示装置全体を小型化することができ、他の部
材を考慮してデットスペースの少ない画像表示装置を提
供することができる。さらには、デザインの自由度が大
きくなる。また、光路振り分けプリズム２０内の反射面
を垂直方向に２段に配置するようにして、画角を広くし
た場合でも、両眼の反射面の有効径を確保できるように
している。

【００６０】この実施例においては、光路振り分けプリ
ズム２０の第２２面２２の反射面を、接眼プリズム１０
の偏心面と垂直方向（本実施例ではＸ方向）に偏心させ
ることで、第２２面２２で反射した像はＸ軸方向に傾
く。その後、第２３面２３の反射面でＸ軸方向の像の傾
きを０にするように反射面を構成することで、像の傾き
が発生しないようにしている。このような構成にするこ
とで、両眼の画像がＹ軸方向の傾きのみとなり、融像し
て観察することが可能となる。像面３上にてＸ方向とＹ
方向の両方に対して像の傾きが発生した場合、画像表示
素子３上に射影される像は軸上主光線を軸として左右逆
方向に回転した像となり、両眼の画像を融像することが
できなくなる。また、第２３面２３から第２５面２５ま
での反射面は、第２１面２１及び第２２面２２の上下方
向（Ｘ軸方向）に配置することができるため、光路振り
分けブリズム２０内の各反射面の干渉を防ぐことができ
る。さらに、上記Ｘ軸方向は、瞳の長手方向とは垂直方
向になるため、大きく偏心させずに各面を構成すること
ができ、Ｘ軸に非対称な偏心収差の発生量を小さく抑え
ることができる。

【００６１】実施例１の構成における瞳座標に対する像
の傾きを図示したものが図５、図６（ａ）〜（ｂ）であ
る（図５は図４（ｃ）に対応、図６（ａ）は図４（ａ）
に対応、図６（ｂ）は図４（ｄ）に対応）。これらの図
中、Ｘ、Ｙは像の方向、Ｚは光の進行方向を示す。図５
は、瞳１から第２２面２２までの両眼の光路図で、Ｙ−
Ｚ平面内で偏心させている。図６（ａ）は、第２４面２
４までの右眼用光路を示した図で、第２１面２１から第
２４面２４までは、Ｙ−Ｚ面に垂直なＸ方向に偏心させ
ている。図６（ｂ）は、第２３面２３から像面（画像表
示素子）３までの両眼の光路図で、Ｙ−Ｚ平面内で偏心
させている。ただし、これらの図は、簡単のため、各面
を平面の反射鏡としたときの像の方向を図示したもので
あり、結像作用は考慮していない。実際には、この実施
例では中間像を形成しているため、途中の中間像の位置
でＸ方向、Ｙ方向が逆向きの像が形成されることとな
る。

【００６２】本実施例においては、接眼プリズム１０の
偏心面を水平方向になるようにしているので、接眼プリ
ズム１０の縦方向の寸法が非常に小さくでき、小型軽量
化が達成できる。また、光路振り分けプリズム２０を３
次元的に偏心させているため、より広い画角が達成でき
る。また、中間像を１回結像しているため、光路振り分
けプリズム２０の高さは、接眼プリズム１０の高さより
も小さく、光路振り分けプリズム２０を３次元的に偏心
させても、装置の小型化が達成できる。また、中間像か
ら画像表示素子３までの物像間距離が長くとれ、光路振
り分けプリズム２０の各面のパワーを弱く設定すること
ができる。そのため、画像表示素子３の表示面上で良好
な性能を確保することができる。また、この実施例にお
いては、画像表示素子３を光路振り分けプリズム２０に
対して観察者と反対側に配置できるため、画像表示素子
３及びそのためのバックライトを配置するスペース上の
問題は発生し難い。

【００６３】さらに、この実施例においては、光路振り
分けプリズム２０に４つの反射面２２〜２５があり、そ
の中の２つの反射面２２、２３はＸ軸方向に偏心させ、
２つの反射面２４、２５はＹ軸方向に偏心させているた
め、３次元的に光路をとっても良好な偏心収差補正が可
能となる。

【００６４】なお、接眼プリズム１０と瞳１の間にある
平行平板４は保護ガラス用として挿入したものである。
この保護ガラス４に正のパワーを付けることで、より広
い画角がとれることは言うまでもない。

【００６５】実施例２図７に実施例２の図４と同様の図
を示す。この実施例の観察光学系は、頭部装着式画像表
示装置として構成する場合に観察者の右眼の瞳が位置す
べき瞳１から出た逆光線追跡の軸上主光線（光軸）２
は、保護ガラス４を経て、接眼プリズム１０の第１１面
１１で屈折されて接眼プリズム１０内に入り、第１２面
１２で内部反射され、第１１面１１が兼ねる第１３面１
３に臨界角を越える角度で入射して全反射され、第１４
面１４で屈折されて接眼プリズム１０から出て、光路振
り分けプリズム２０の第２１面２１で屈折されて光路振
り分けプリズム２０内に入り、第２２面２２で内部反射
され、第２３面２３で内部反射され、第２４面２４で内
部反射され、第２５面２５で屈折されて光路振り分けプ
リズム２０から出て、画像表示素子３に至る。

【００６６】ここで、接眼プリズム１０の第１１面１１
〜第１４面１４はＹ−Ｚ面に対して面対称に構成されて
おり、各面はこのＹ−Ｚ面内で２次元的に偏心して構成
されている。

【００６７】接眼プリズム１０から出た軸上主光線は、
第２１面２１から光路振り分けプリズム２０内に入射
し、接眼プリズム１０の偏心面（Ｙ−Ｚ面：第１の水平
面Ｈ１（図４（ｃ）の面））内を進み、その第２２面２
２の反射面で接眼プリズム１０の偏心面（Ｙ−Ｚ面）と
垂直な面Ｈ３（Ｘ軸と平行な面）内に反射され、その反
射光は第２３面２３の反射面で反射され、その反射光は
第１の水平面Ｈ１と平行でそれより上（Ｘ軸の負側）の
第２の水平面Ｈ２（図４（ｄ）の面）内を進み、第２４
面２４の反射面で反射されて第２の水平面Ｈ２内を進
み、第２５面２５で屈折されて画像表示素子３の中心
に、画像表示素子３の中心を通る法線に対して−３１．
３２°の角度をなして入射する。光路振り分けプリズム
２０の第２１面２１の上方（Ｘ軸の負側）に第２３面２
３が、第２２面２２の上方（Ｘ軸の負側）に第２４面２
４が配置されており、画像表示素子３の表示面はＸ−Ｙ
面に平行で、左右の瞳の間の中心を通る対称面にその中
心が一致するように配置されている。

【００６８】そして接眼プリズム１０、光路振り分けプ
リズム２０共に正のパワーを有するように、それぞれの
少なくとも１つの反射面は正パワーを有するように構成
され、画像表示素子３の中間像を光路振り分けプリズム
２０の第２１面２１と第２２面２２の間に結像する。

【００６９】このように、観察光学系を３次元的に偏心
させることで、光学系を自由な方向に折り畳むことがで
き、画像表示装置全体を小型化することができ、他の部
材を考慮してデットスペースの少ない画像表示装置を提
供することができる。さらには、デザインの自由度が大
きくなる。また、光路振り分けプリズム２０内の反射面
を垂直方向に２段に配置するようにして、画角を広くし
た場合でも、両眼の反射面の有効径を確保できるように
している。

【００７０】実施例２においても、実施例１と同様、光
路振り分けプリズム２０の第２２面２２の反射面を、接
眼プリズム１０の偏心面と垂直方向（本実施例ではＸ方
向）に偏心させることで、第２２面２２で反射した像は
Ｘ軸方向に傾く。その後、第２３面２３の反射面でＸ軸
方向の像の傾きを０にするように反射面を構成すること
で、像の傾きが発生しないようにしている。このような
構成にすることで、両眼の画像がＹ軸方向の傾きのみと
なり、融像して観察することが可能となる。像面３上に
てＸ方向とＹ方向の両方に対して像の傾きが発生した場
合、画像表示素子３上に射影される像は軸上主光線を軸
として左右逆方向に回転した像となり、両眼の画像を融
像することができなくなる。また、第２３面２３から第
２４面２４までの反射面は、第２１面２１及び第２２面
２２の上下方向（Ｘ軸方向）に配置することができるた
め、光路振り分けブリズム２０内の各反射面の干渉を防
ぐことができる。さらに、上記Ｘ軸方向は、瞳の長手方
向とは垂直方向になるため、大きく偏心させずに各面を
構成することができ、Ｘ軸に非対称な偏心収差の発生量
を小さく抑えることができる。

【００７１】本実施例においては、接眼プリズム１０の
偏心面を水平方向になるようにしているので、接眼プリ
ズム１０の縦方向の寸法が非常に小さくでき、小型軽量
化が達成できる。また、光路振り分けプリズム２０を３
次元的に偏心させているため、より広い画角が達成でき
る。また、中間像を１回結像しているため、光路振り分
けプリズム２０の高さは、接眼プリズム１０の高さより
も小さく、光路振り分けプリズム２０を３次元的に偏心
させても、装置の小型化が達成できる。また、中間像か
ら画像表示素子３までの物像間距離が長くとれ、光路振
り分けプリズム２０の各面のパワーを弱く設定すること
ができる。そのため、画像表示素子３の表示面上で良好
な性能を確保することができる。また、この実施例にお
いては、画像表示素子３を光路振り分けプリズム２０の
観察者側に配置しているが、画像表示素子３が眼の位置
に対して少し上側に存在するため（光路振り分けプリズ
ム２０が２段構成の３次元構成にしてあるため) 、画像
表示素子３と観察者の鼻との干渉は起こり難い。

【００７２】さらに、この実施例においては、光路振り
分けプリズム２０に３つの反射面２２〜２４があり、そ
の中の２つの反射面２２、２３はＸ軸方向に偏心させ、
１つの反射面２４はＹ軸方向に偏心させているため、３
次元的に光路をとっても良好な偏心収差補正が可能とな
る。

【００７３】なお、接眼プリズム１０と瞳１の間にある
平行平板４は保護ガラス用として挿入したものである。
この保護ガラス４に正のパワーを付けることで、より広
い画角がとれることは言うまでもない。

【００７４】次に、上記実施例１〜２の構成パラメータ
を示す。各実施例の構成パラメータにおいては、逆光線
追跡で、軸上主光線２を、光学系の射出瞳１の中心を垂
直に通り、画像表示素子３中心に至る光線で定義する。
そして、逆光線追跡において、瞳１の中心を偏心光学系
の偏心光学面の原点として、軸上主光線２に沿う方向を
Ｚ軸方向とし、瞳１から第１１面１１に向かう方向をＺ
軸正方向とし、接眼プリズム１０内で光軸が折り曲げら
れる平面をＹ−Ｚ平面とし、原点を通りＹ−Ｚ平面に直
交し、垂直方向の上から下へ向かう方向をＸ軸正方向と
し、Ｘ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＹ軸と
する。この座標系は、図４、図７に図示してある座標系
と同じである。

【００７５】偏心面については、光学系の原点の中心か
らその面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ
軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸（自
由曲面については、前記（ａ）式のＺ軸、非球面につい
ては、後記の（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。その場合、αとβの正はそれぞれ
の軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正
方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸の
α，β，γの回転のさせ方は、面の中心軸とそのＸＹＺ
直交座標系を、まずＸ軸の回りで反時計回りにα回転さ
せ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のＹ
軸の回りで反時計回りにβ回転させると共に１度回転し
た座標系もＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次い
で、その２度回転した面の中心軸を新たな座標系の新た
な座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるもので
ある。

【００７６】また、各実施例の光学系を構成する光学作
用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成
する場合には面間隔が与えられており、その他、媒質の
屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】 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。

【００８０】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。

【００８１】なお、実施例１〜２は、観察光学系とした
場合に、観察画角は、水平半画角１２．５°、垂直半画
角９．４°、画像表示素子３の大きさは１０．２×７．
６ｍｍであり、瞳径４ｍｍある。

【００８２】なお、以下の構成パラメータの表中の“Ｆ
ＦＳ”は自由曲面、“ＡＳＳ”は非球面、“ＲＥ”は反
射面をそれぞれ示す。

【００８３】 （実施例１） 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（瞳） 2 ∞ 偏心(1) 1.4924 57.6 3 ∞ 偏心(2) 4 ＡＳＳ 偏心(3) 1.5254 55.8 5 ＦＦＳ（ＲＥ） 偏心(4) 1.5254 55.8 6 ＡＳＳ（ＲＥ） 偏心(3) 1.5254 55.8 7 ＦＦＳ 偏心(5) 8 ＦＦＳ 偏心(6) 1.5254 55.8 9 ＦＦＳ（ＲＥ） 偏心(7) 1.5254 55.8 10 ＦＦＳ（ＲＥ） 偏心(8) 1.5254 55.8 11 ＦＦＳ（ＲＥ） 偏心(9) 1.5254 55.8 12 ＦＦＳ（ＲＥ） 偏心(10) 1.5254 55.8 13 ＦＦＳ 偏心(11) 像 面 ∞ 偏心(12) ＡＳＳ Ｒ -175.34 Ｋ 0.0000 Ａ 1.2782×10^-6 Ｂ -1.0745×10^-9 ＦＦＳ Ｃ₄ -9.1024×10^-3 Ｃ₆ -7.7054×10^-3 Ｃ₈ -4.3739×10^-5 Ｃ₁₀ 8.3556×10^-6 Ｃ₁₁ -3.1136×10^-7 Ｃ₁₃ -9.0607×10^-7 Ｃ₁₅ 1.7824×10^-7 Ｃ₁₇ -7.8723×10^-8 Ｃ₁₉ 7.7039×10^-8 Ｃ₂₁ -2.3121×10^-9 ＦＦＳ Ｃ₄ -7.2478×10^-4 Ｃ₆ 1.0946×10^-2 Ｃ₈ -1.4606×10^-4 Ｃ₁₀ -1.5927×10^-3 Ｃ₁₁ 3.2161×10^-4 Ｃ₁₃ -2.6540×10^-5 Ｃ₁₅ -7.5441×10^-6 ＦＦＳ Ｃ₄ -2.6705×10^-2 Ｃ₆ -3.8137×10^-2 Ｃ₈ -1.2016×10^-3 Ｃ₁₀ -1.6980×10^-3 Ｃ₁₁ 1.5405×10^-4 Ｃ₁₃ -7.3754×10^-5 Ｃ₁₅ 2.9448×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ 5.1911×10^-4 Ｃ₅ -6.2704×10^-5 Ｃ₆ -4.7068×10^-3 Ｃ₇ 3.7273×10^-5 Ｃ₈ 1.3793×10^-4 Ｃ₉ 6.1344×10^-5 Ｃ₁₀ -1.6973×10^-5 Ｃ₁₁ 2.0685×10^-5 Ｃ₁₂ -3.0364×10^-7 Ｃ₁₃ -1.7957×10^-5 Ｃ₁₄ -6.4229×10^-8 Ｃ₁₅ 3.8407×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ -6.3964×10^-3 Ｃ₅ 2.0279×10^-5 Ｃ₆ -7.4094×10^-3 Ｃ₇ 2.0840×10^-5 Ｃ₈ 7.8860×10^-5 Ｃ₉ -4.0051×10^-6 Ｃ₁₀ 3.4124×10^-5 Ｃ₁₁ 1.9198×10^-6 Ｃ₁₂ 2.3303×10^-7 Ｃ₁₃ -2.5858×10^-6 Ｃ₁₄ -1.2331×10^-6 Ｃ₁₅ 3.1897×10^-6 ＦＦＳ Ｃ₄ -5.2999×10^-3 Ｃ₆ -3.9460×10^-3 Ｃ₈ 1.5598×10^-4 Ｃ₁₀ 8.4044×10^-5 Ｃ₁₁ -6.4114×10^-7 Ｃ₁₃ 7.3927×10^-6 Ｃ₁₅ -1.0228×10^-7 ＦＦＳ Ｃ₄ 5.2019×10^-4 Ｃ₆ 2.6437×10^-3 Ｃ₈ 3.3995×10^-4 Ｃ₁₀ 1.6728×10^-4 Ｃ₁₁ 6.3971×10^-6 Ｃ₁₃ 6.6480×10^-6 Ｃ₁₅ 5.1821×10^-6 ＦＦＳ Ｃ₄ -2.0759×10^-2 Ｃ₆ 9.7977×10^-3 Ｃ₁₁ -6.9752×10^-4 Ｃ₁₃ 4.3320×10^-4 Ｃ₁₅ -4.6065×10^-4 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 25.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 26.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 10.84 Ｚ 27.47 α 2.36 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ -0.04 Ｚ 35.63 α -26.71 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 20.69 Ｚ 33.66 α 41.68 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 21.32 Ｚ 33.93 α -132.78 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ 41.14 Ｚ 45.41 α -119.83 β 12.25 γ 1.23 偏心(8) Ｘ -10.77 Ｙ 20.58 Ｚ 33.76 α -120.08 β 12.25 γ 2.32 偏心(9) Ｘ -10.77 Ｙ 42.22 Ｚ 46.54 α 37.14 β 0.00 γ 0.00 偏心(10) Ｘ -10.77 Ｙ 37.50 Ｚ 28.76 α 0.95 β 0.00 γ 0.00 偏心(11) Ｘ -10.77 Ｙ 32.00 Ｚ 49.77 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(12) Ｘ -10.77 Ｙ 32.00 Ｚ 51.66 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

【００８４】 （実施例２） 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 反射 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（瞳） 2 ∞ 偏心(1) 1.4924 57.6 3 ∞ 偏心(2) 4 ＡＳＳ 偏心(3) 1.5254 55.8 5 ＦＦＳ（ＲＥ） 偏心(4) 1.5254 55.8 6 ＡＳＳ（ＲＥ） 偏心(3) 1.5254 55.8 7 ＦＦＳ 偏心(5) 8 ＦＦＳ 偏心(6) 1.5254 55.8 9 ＦＦＳ（ＲＥ） 偏心(7) 1.5254 55.8 10 ＦＦＳ（ＲＥ） 偏心(8) 1.5254 55.8 11 ＦＦＳ（ＲＥ） 偏心(9) 1.5254 55.8 12 ＦＦＳ 偏心(10) 像 面 ∞ 偏心(11) ＡＳＳ Ｒ -743.58 Ｋ 0.0000 Ａ -4.1966×10^-6 Ｂ 1.7396×10^-9 ＦＦＳ Ｃ₄ -7.1997×10^-3 Ｃ₆ -5.3864×10^-3 Ｃ₈ -3.5074×10^-5 Ｃ₁₀ 6.5245×10^-5 Ｃ₁₁ -1.3895×10^-6 Ｃ₁₃ -5.2325×10^-7 Ｃ₁₅ -2.0609×10^-6 Ｃ₁₇ 1.9423×10^-8 Ｃ₁₉ 8.9757×10^-8 Ｃ₂₁ -2.0734×10^-8 ＦＦＳ Ｃ₄ 8.9619×10^-3 Ｃ₆ 1.2428×10^-2 Ｃ₈ 4.0085×10^-3 Ｃ₁₀ -1.6247×10^-3 Ｃ₁₁ 5.1076×10^-4 Ｃ₁₃ -5.0849×10^-4 Ｃ₁₅ 4.6244×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.0463×10^-2 Ｃ₆ -3.0238×10^-2 Ｃ₈ 3.8094×10^-3 Ｃ₁₀ -4.6408×10^-4 Ｃ₁₁ -7.3612×10^-5 Ｃ₁₃ 4.4369×10^-4 Ｃ₁₅ -5.5346×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ 5.8594×10^-3 Ｃ₅ 9.1218×10^-4 Ｃ₆ 1.4932×10^-3 Ｃ₇ 3.5275×10^-5 Ｃ₈ 3.0130×10^-5 Ｃ₉ 1.9048×10^-4 Ｃ₁₀ -2.3669×10^-4 Ｃ₁₁ 2.1462×10^-5 Ｃ₁₂ 1.6116×10^-6 Ｃ₁₃ -6.5538×10^-6 Ｃ₁₄ -1.8462×10^-5 Ｃ₁₅ 1.7230×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ -5.1075×10^-3 Ｃ₅ 4.0507×10^-4 Ｃ₆ -6.6289×10^-3 Ｃ₇ 5.3717×10^-5 Ｃ₈ -7.1498×10^-5 Ｃ₉ 8.4857×10^-5 Ｃ₁₀ 3.1054×10^-5 Ｃ₁₁ 2.1361×10^-6 Ｃ₁₂ -5.3017×10^-6 Ｃ₁₃ 7.3392×10^-6 Ｃ₁₄ -1.0383×10^-5 Ｃ₁₅ 7.2057×10^-6 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.1049×10^-2 Ｃ₆ -1.1112×10^-2 Ｃ₈ -1.1890×10^-4 Ｃ₁₀ 1.5310×10^-4 Ｃ₁₁ 2.9269×10^-7 Ｃ₁₃ -7.1921×10^-6 Ｃ₁₅ 6.3064×10^-6 ＦＦＳ Ｃ₄ 2.9884×10^-2 Ｃ₆ 1.6090×10^-2 Ｃ₁₁ 6.7235×10^-4 Ｃ₁₃ -3.7221×10^-5 Ｃ₁₅ -2.5370×10^-4 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 25.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 26.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 14.22 Ｚ 28.14 α 0.13 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ -0.26 Ｚ 41.08 α -24.68 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 22.60 Ｚ 35.56 α 39.58 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 23.57 Ｚ 36.29 α -132.02 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ 40.06 Ｚ 49.45 α -128.58 β 13.44 γ 0.00 偏心(8) Ｘ -10.69 Ｙ 23.57 Ｚ 36.29 α -128.58 β 13.44 γ 0.00 偏心(9) Ｘ -10.69 Ｙ 40.06 Ｚ 49.45 α 35.28 β 0.00 γ 0.00 偏心(10) Ｘ -10.69 Ｙ 32.00 Ｚ 29.39 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(11) Ｘ -10.69 Ｙ 32.00 Ｚ 27.65 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 。

【００８５】ところで、本発明の画像表示装置において
は、単一の画像表示素子３から射出されたある程度広が
りのある射出角度の表示光束を左右の光路に分離して光
路振り分けプリズム２０の入射面２６（実施例１）又は
２５（実施例２）に入射させ、左右の接眼光学系１０、
１０’を通して両眼で観察可能にするものであるが、図
８（ａ）に示すように、そのための左右共通の画像表示
素子３としては、白色バックライト３２で均一に照明さ
れ、左右の光路の光軸間のなす角度φより大きな射出角
度で表示光束を射出させる液晶表示素子３１からなる画
像表示素子３が用いられる。また、表示の射出角度が大
きなＥＬ素子のような自己発光型素子を画像表示素子３
として用いることもできる。

【００８６】また、表示の射出角度が小さな画像表示素
子３３を画像表示素子３として用いる場合には、図８
（ｂ）に示すように、各画素３４から放射される表示の
射出角度を垂直方向でなく左右の光路方向に射出角度を
増やす振り分け光増強部材として、例えば図示のような
断面の光束振り分けマイクロプリズム３５を各画素３４
に対応して配置することが望ましい。その代わりに、０
次透過光の強度を弱め、±１次回折光を強める構成の透
過型回折格子を画像表示素子３の表示面に近接して配置
してもよい。

【００８７】ところで、光路振り分けプリズム２０の入
射面２６（実施例１）又は２５（実施例１）に対して光
路上最も近い位置に配置された左右の反射面２５（実施
例１）又は２４（実施例２）の境界部分２９に画像表示
素子３から射出された表示光束が当たると、そこで反射
されてゴースト光となる恐れがある。そこで、図８
（ｃ）に示すように、その境界部分２９近傍にこのよう
な反射を防止する反射防止部材３６として黒色塗料を塗
布するか拡散処理等をして、画像表示素子３から射出さ
れた表示光束３７中の境界部分２９に入射する破線で示
した光束部分を吸収等させることが望ましい。なお、表
示光束３７中の実線で示した光束部分が左右の光路に導
かれ、有効に表示に使用される光束を表す。

【００８８】さて、以上に説明したような観察光学系を
支持することにより、両眼装着用の画像表示装置に構成
することができ、両眼で観察できる据え付け型又はポー
タブル型の画像表示装置として構成することができる。

【００８９】その様子を図９に示す。図中、１３１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１３１に接合
し、観察者のこめかみから耳の上部にかけて延在する左
右の前フレーム１３２と、前フレーム１３２の他端に接
合され、観察者の側頭部を渡るように延在する左右の後
フレーム１３３と、左右の後フレーム１３３の他端に挟
まれるように自らの両端を一方づつ接合し、観察者の頭
頂部を支持する頭頂フレーム１３４とから構成されてい
る。

【００９０】また、前フレーム１３２における上記の後
フレーム１３３との接合近傍には、弾性体からなり例え
ば金属板バネ等で構成されたリヤプレート１３５が接合
されている。このリヤプレート１３５は、上記支持部材
の一翼を担うリヤカバー１３６が観察者の後頭部から首
のつけねにかかる部分で耳の後方に位置して支持可能と
なるように接合されている。リヤプレート１３５又はリ
ヤカバー１３６内にの観察者の耳に対応する位置にスピ
ーカー１３９が取り付けられている。

【００９１】映像・音声信号等を外部から送信するため
のケーブル１４１が表示装置本体部１３１から、頭頂フ
レーム１３４、後フレーム１３３、前フレーム１３２、
リヤプレート１３５の内部を介してリヤプレート１３５
あるいはリヤカバー１３６の後端部より外部に突出して
いる。そして、このケーブル１４１はビデオ再生装置１
４０に接続されている。なお、図中、１４０ａはビデオ
再生装置１４０のスイッチやボリュウム調整部である。

【００９２】なお、ケーブル１４１は先端をジャックし
て、既存のビデオデッキ等に取り付け可能としてもよ
い。さらに、ＴＶ電波受信用チューナーに接続してＴＶ
鑑賞用としてもよいし、コンピュータに接続してコンピ
ュータグラフィックスの映像や、コンピュータからのメ
ッセージ映像等を受信するようにしてもよい。また、邪
魔なコードを排斥するために、アンテナを接続して外部
からの信号を電波によって受信するようにしても構わな
い。

【００９３】また、本発明の画像表示装置の観察光学系
は、瞳１側から被写体からの光を導入し、画像表示素子
３の位置に撮像素子を配することにより結像光学系とし
て用いることも可能である。図１０に本発明の観察光学
系の左右の片側のみの光学系を電子カメラ４０の撮影部
の撮影用対物光学系４２に組み込んだ構成の概念図を示
す。もちろん、本発明の観察光学系の左右の両方の光学
系を用いてもよい（入射瞳が２個の光学系になる。）。
この例の場合は、撮影用光路４１上に配置された撮影用
対物光学系４２は、実施例１と同様の光学系を光路を逆
にして用いており、瞳１の位置に絞り１’を配置してい
る。この撮影用対物光学系４２により形成された物体像
は、ローパスフィルター、赤外カットフィルター等のフ
ィルター４４を介してＣＣＤ４５の撮像面４６上に形成
される。このＣＣＤ４５で受光された物体像は、処理手
段５１を介し、液晶表示素子（ＬＣＤ）５２上に電子像
として表示される。また、この処理手段５１は、ＣＣＤ
４５で撮影された物体像を電子情報として記録する記録
手段５４の制御も行う。ＬＣＤ５２に表示された画像
は、接眼プリズム１０と同様な偏心プリズムからなる接
眼光学系５３を介して観察者眼球Ｅに導かれる。この接
眼光学系５３としては、本発明による片側の接眼プリズ
ム１０と光路振り分けプリズム２０からなる３次元偏心
光学系を用いてもよい。なお、この撮影用対物光学系４
２は他のレンズ（正レンズ、負レンズ）をプリズム１０
の物体側あるいはプリズム２０の像側にその構成要素と
して含んでいてもよい。

【００９４】このように構成されたカメラ４０は、撮影
用対物光学系４２を少ない光学部材で構成でき、装置全
体を小型化することができ、低価格で、他の部材を考慮
してデットスペースの少ないカメラとすることができる
と共に、デザインの自由度が大きなものとなる。

【００９５】なお、本例では、撮影用対物光学系４２の
カバー部材４３はとして、平行平面板を配置している
が、パワーを持ったレンズを用いてもよい。

【００９６】また、本発明の観察光学系の左右の片側の
みの光学系は、画像表示素子３の位置に投影用の像面を
配置し、瞳１の前方にスクリーンを配置することにより
投影光学系としても用いることができる。もちろん、こ
の場合も、本発明の観察光学系の左右の両方の光学系を
用いてもよい（射出瞳が２個の光学系になる。）。図１
１に、パソコン９０と液晶プロジェクタ９１とを組み合
わせたプレゼンテーションシステムの投影光学系９６に
本発明による偏心プリズム光学系を用いた構成の概念図
を示す。この例の場合は、投影光学系９６に実施例１と
同様の光学系を用いている。同図において、パソコン９
０上で作成された画像・原稿データは、モニタ出力から
分岐して液晶プロジェクタ９１の処理制御部９８に出力
される。液晶プロジェクタ９１の処理制御部９８では、
この入力されたデータが処理され、液晶パネル（ＬＣ
Ｐ）９３に出力される。液晶パネル９３では、この入力
画像データに応じた画像が表示される。そして、光源９
２からの光は、液晶パネル９３に表示した画像の階調に
よってその透過量が決定された後、液晶パネル９３直前
に配置したフィールドレンズ９５と本発明の光学系を構
成するプリズム２０、１０と正レンズのカバーレンズ９
４とからなる投影光学系９６を介してスクリーン９７に
投影される。

【００９７】このように構成されたプロジェクタは、少
ない光学部材で構成でき、低コスト化が実現できると共
に、小型化が可能である。

【００９８】以上の本発明の３次元偏心光路を備えた画
像表示装置は、例えば次のように構成することができ
る。

【００９９】〔１〕 観察画像を画像表示部に形成する
画像表示素子と、前記画像表示素子が形成した画像を観
察者眼球位置に相当する瞳に導く観察光学系とを含んだ
画像表示装置において、前記画像表示素子が、複数の画
素を単板上に並設させた１枚の画像表示素子を有して構
成され、前記１枚の画像表示素子の少なくとも中央部分
に位置する各画素が、観察者の左右の眼球に光束を導け
るような射出角度で画像光束を放射するように構成さ
れ、前記観察光学系が、少なくとも、観察者の左眼に光
束を導く左接眼部と、観察者の右眼に光束を導く右接眼
部と、前記画像表示素子から前記射出角度を持って放射
された画像光束を前記左右の接眼部に導く３次元光路振
り分け部とを含み、前記左接眼部が、少なくとも２面以
上の反射面を有し、その中の少なくとも１つの反射面が
偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面にて
構成され、前記右接眼部が、少なくとも２面以上の反射
面を有し、その中の少なくとも１つの反射面が偏心収差
補正機能を有した回転非対称な曲面反射面にて構成さ
れ、前記左接眼部の有する前記２面以上の反射面にて形
成される軸上主光線の偏心光路面（Ｙ−Ｚ面）と、前記
右接眼部の有する前記２面以上の反射面にて形成される
軸上主光線の偏心光路面（Ｙ−Ｚ面）とが、同一平面
（Ｙ−Ｚ面）に形成されるように、前記左右接眼部が構
成され、前記３次元光路振り分け部は、左右対称な光路
を形成できるように、左右対称に光学面が配置され、か
つ、前記光学面の中、少なくとも左右２組の反射面が、
前記左右の接眼部によって形成される偏心光路面（Ｙ−
Ｚ面）に対して垂直な方向（Ｘ方向）の成分をも含めた
３次元偏心方向に左右各々の光束の軸上主光線を反射さ
せるように構成されていることを特徴とする３次元偏心
光路を備えた画像表示装置。

【０１００】〔２〕 上記１において、前記３次元光路
振り分け部が、偏心収差補正機能を有した回転非対称な
曲面形状の反射面を少なくとも１組備えていることを特
徴とする３次元偏心光路を備えた画像表示装置。

【０１０１】〔３〕 上記２において、前記の少なくと
も１組の偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面形
状の反射面は、前記の３次元偏心方向に左右各々の光束
の軸上主光線を反射させる少なくとも左右２組の反射面
の中の１組に配置されていることを特徴とする３次元偏
心光路を備えた画像表示装置。

【０１０２】〔４〕 上記２において、前記の少なくと
も１組の偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面形
状の反射面は、対称面を１面のみ有する自由曲面にて形
成され、前記の少なくとも１組の自由曲面の各々の唯一
の対称面が同一平面内に一致するように構成されている
ことを特徴とする３次元偏心光路を備えた画像表示装
置。

【０１０３】〔５〕 上記１〜４の何れか１項におい
て、前記観察光学系が、プリズム部材にて形成され、前
記反射面の何れもが前記プリズム部材の表面に形成され
た裏面反射面にて構成されていることを特徴とする３次
元偏心光路を備えた画像表示装置。

【０１０４】〔６〕 上記５において、前記観察光学系
は、前記３次元光路振り分け部を構成する３次元光路振
り分けプリズムと、前記３次元光路振り分けプリズムと
空気間隔を挟んで分離され、前記左接眼部を構成する左
接眼プリズムと前記右接眼部を構成する右接眼プリズム
とを含んで構成されていることを特徴とする３次元偏心
光路を備えた画像表示装置。

【０１０５】〔７〕 上記６において、前記光路振り分
けプリズムが、少なくとも前記画像表示素子に対向し左
眼用光路を形成する画像光束と右眼用光路を形成する画
像光束の両方の光束をプリズム内に入射させる入射面
と、前記左眼用光路の光束を前記プリズム外に射出する
左側射出面と、前記入射面と前記左側射出面との間の光
路上に配置されかつ前記左眼用光路の光束を前記プリズ
ム内で反射する少なくとも３面以上の左側反射面と、前
記右眼用光路の光束を前記プリズム外に射出する右側射
出面と、前記入射面と前記右側射出面との間の光路上に
配置されかつ前記右眼用光路の光束を前記プリズム内で
反射する少なくとも３面以上の右側反射面とを含んで構
成され、前記少なくとも３面以上の左側反射面の中の前
記入射面に対して前記左眼用光路上最も近い位置に配置
された反射面に入射する軸上主光線とそこから反射する
軸上主光線とを含む左第１平面と、前記少なくとも３面
以上の右側反射面の中の前記入射面に対して前記右眼用
光路上最も近い位置に配置された反射面に入射する軸上
主光線とそこから反射する軸上主光線とを含む右第１平
面とが、同一の第１平面内に一致するように構成されて
いることを特徴とする３次元偏心光路を備えた画像表示
装置。

【０１０６】〔８〕 上記７において、前記第１平面
が、前記左接眼部の前記偏心光路面と前記右接眼部の前
記偏心光路面とを含む同一平面である第２平面に対し
て、異なる平面からなり、かつ、前記第１平面と前記第
２平面とが平行な位置関係を形成するように、前記観察
光学系が構成されていることを特徴とする３次元偏心光
路を備えた画像表示装置。

【０１０７】

〔９〕 上記８において、前記少なくとも
３面以上の左側反射面の中、２つの左側反射面が、前記
第１平面に対して垂直方向に隣接配置され、かつ、前記
少なくとも３面以上の右側反射面の中、２つの右側反射
面が、前記第１平面に対して垂直方向に隣接配置される
ように前記光路振り分けプリズムが構成されていること
を特徴とする３次元偏心光路を備えた画像表示装置。

【０１０８】〔１０〕 上記９において、前記第２平面
に対して垂直な方向の成分をも含めた３次元偏心方向に
左右各々の光束の軸上主光線を反射させる少なくとも左
右２組の反射面の中、１組の左側反射面と右側反射面に
ついて、前記左側反射面と前記左側射出面とが第１平面
に対して垂直方向に隣接配置され、かつ、前記右側反射
面と前記右側射出面とが前記第１平面に対して垂直方向
に隣接配置されていることを特徴とする３次元偏心光路
を備えた画像表示装置。

【０１０９】〔１１〕 上記７〜１０の何れか１項にお
いて、前記入射面に対して前記左眼用光路上最も近い位
置に配置された反射面と、前記入射面に対して前記右眼
用光路上最も近い位置に配置された反射面とが共に、前
記画像表示素子と前記入射面の双方に対して対向するよ
うに隣接配置されていることを特徴とする３次元偏心光
路を備えた画像表示装置。

【０１１０】〔１２〕 上記１１において、前記光路振
り分けプリズムが、前記入射面に対して光路上最も近い
位置に配置された左右の反射面の境界部分を含む領域に
対して、前記画像表示素子の中心領域から垂直に放射さ
れた光線がゴースト光として反射しないように反射防止
部材を設けたことを特徴とする３次元偏心光路を備えた
画像表示装置。

【０１１１】〔１３〕 上記１〜１２の何れか１項にお
いて、前記画像表示素子と前記３次元光路振り分け部と
の間に、前記１枚の画像表示素子の少なくとも中央部分
に位置する各画素から放射される所定の射出角度を持っ
た画像光束の光強度を前記各画素面の垂直方向に放射さ
れる光束強度より強くするような振り分け光増強部材を
配置したことを特徴とする３次元偏心光路を備えた画像
表示装置。

【０１１２】〔１４〕 上記７〜１３の何れか１項にお
いて、前記光路振り分けプリズムは、前記少なくとも３
面以上の左側反射面によって前記画像表示素子から放射
された前記左眼用光路の軸上主光線を前記プリズム内で
回転交差させると共に、前記少なくとも３面以上の右側
反射面によって前記画像表示素子から放射された前記右
眼用光路の軸上主光線を前記プリズム内で回転交差さ
せ、かつ、前記左側反射面による回転方向と前記右側反
射面による回転方向とが逆回転となるように構成されて
いることを特徴とする３次元偏心光路を備えた画像表示
装置。

【０１１３】〔１５〕 上記１４において、前記光路振
り分けプリズムが、前記左側反射面によって形成された
前記左眼用光路の軸上主光線の回転交差平面が前記左第
１平面と同一平面内に形成され、かつ、前記右側反射面
によって形成された前記右眼用光路の軸上主光線の回転
交差平面が前記右第１平面内に形成されるように構成さ
れていることを特徴とする３次元偏心光路を備えた画像
表示装置。

【０１１４】〔１６〕 上記１〜１５の何れか１項にお
いて、前記３次元光路振り分け部に含まれる左右対称な
複数組の反射面が、前記画像表示素子側から順に、左右
１組の第１反射面と、左右１組の第２反射面と、左右１
組の第３反射面と、左右１組の第４反射面とから構成さ
れ、少なくとも前記第１反射面が、光束にパワーを与え
る曲面反射面形状にて構成され、かつ、偏心収差補正機
能を有した回転非対称形状にて構成されていることを特
徴とする３次元偏心光路を備えた画像表示装置。

【０１１５】〔１７〕 上記１〜１６の何れか１項にお
いて、前記３次元光路振り分け部に含まれる左右対称な
複数組の反射面が、前記画像表示素子側から順に、左右
１組の第１反射面と、左右１組の第２反射面と、左右１
組の第３反射面と、左右１組の第４反射面とから構成さ
れ、少なくとも前記第２反射面が、光束にパワーを与え
る曲面反射面形状にて構成され、かつ、偏心収差補正機
能を有した回転非対称形状にて構成されていることを特
徴とする３次元偏心光路を備えた画像表示装置。

【０１１６】〔１８〕 上記１〜１７の何れか１項にお
いて、前記３次元光路振り分け部に含まれる左右対称な
複数組の反射面が、前記画像表示素子側から順に、左右
１組の第１反射面と、左右１組の第２反射面と、左右１
組の第３反射面と、左右１組の第４反射面とから構成さ
れ、少なくとも前記第３反射面が、光束にパワーを与え
る曲面反射面形状にて構成され、かつ、偏心収差補正機
能を有した回転非対称形状にて構成されていることを特
徴とする３次元偏心光路を備えた画像表示装置。

【０１１７】〔１９〕 上記１〜１８の何れか１項にお
いて、前記３次元光路振り分け部に含まれる左右対称な
複数組の反射面が、前記画像表示素子側から順に、左右
１組の第１反射面と、左右１組の第２反射面と、左右１
組の第３反射面と、左右１組の第４反射面とから構成さ
れ、少なくとも前記第４反射面が、光束にパワーを与え
る曲面反射面形状にて構成され、かつ、偏心収差補正機
能を有した回転非対称形状にて構成されていることを特
徴とする３次元偏心光路を備えた画像表示装置。

【０１１８】〔２０〕 上記１６〜１９の何れか１項に
おいて、前記３次元光路振り分け部の左眼用光路の第３
反射面に入射する軸上主光線とそこから反射する軸上主
光線と左眼用光路の第４反射面で反射する軸上主光線と
が同一の左第２平面内に含まれ、右眼用光路の第３反射
面に入射する軸上主光線とそこから反射する軸上主光線
と右眼用光路の第４反射面で反射する軸上主光線とが同
一の右第２平面内に含まれ、前記左第２平面と前記右第
２平面は、前記第１平面に垂直に設定されていることを
特徴とする３次元偏心光路を備えた画像表示装置。

【０１１９】〔２１〕 上記１〜２０の何れか１項にお
いて、前記３次元光路振り分け部に含まれる回転非対称
形状の曲面反射面が、対称面を１面のみ備えた自由曲面
形状にて構成されていることを特徴とする３次元偏心光
路を備えた画像表示装置。

【０１２０】〔２２〕 上記６〜２１の何れか１項にお
いて、前記左接眼プリズムと前記右接眼プリズムが共
に、前記３次元光路振り分けプリズム側から順に、入射
面と第１反射面と第２反射面と射出面とからなり、前記
第１反射面と前記射出面は同一面からなり、前記第１反
射面はその面での全反射による反射面であることを特徴
とする３次元偏心光路を備えた画像表示装置。

【０１２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかに、本発明による
と、画像表示素子が１枚で両眼視できるため、コストが
非常に安くなる。また、両眼に画像を振り分ける光路振
り分けプリズムに自由曲面を用いているため、良好に収
差補正ができる。また、ハーフミラーを使用していない
ため、明るい画像が観察できる。さらに、光路振り分け
プリズムを３次元的に偏心させているため、画像表示素
子が１枚で両眼視できる非常に広い画角の表示装置を提
供することができる。さらに、接眼プリズムの偏心面を
水平にしているため、幅の非常に小さい画像表示装置が
提供でき、広いシーアラウンドが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の画像表示装置の光学系の主
として右眼用部分の斜視図である。

【図２】実施例１の光学系の軸上主光線を示す透視斜視
図である。

【図３】異なる角度から見た実施例１の光学系の軸上主
光線を示す透視斜視図である。

【図４】実施例１の画像表示装置の光学系の主として右
眼用部分の光学面と光路を示す図である。

【図５】実施例１の構成における瞳座標に対する像の傾
きを示した図である。

【図６】実施例１の構成における瞳座標に対する像の傾
きを示した図である。

【図７】実施例２の画像表示装置の光学系の主として右
眼用部分の光学面と光路を示す図である。

【図８】本発明において使用可能な画像表示素子、その
ための振り分け光増強部材、反射防止部材を説明するた
めの図である。

【図９】本発明の画像表示装置を両眼に装着する構成に
した場合の様子を示す図である。

【図１０】本発明の光学系を電子カメラの撮影部の撮影
用対物光学系に組み込んだ構成の概念図である。

【図１１】本発明による光学系をプレゼンテーションシ
ステムの投影光学系に用いた構成の概念図である。

【符号の説明】

Ｅ…観察者の眼 １…瞳 １’…絞り ２…軸上主光線（光軸） ３…画像表示素子 ４…保護ガラス １０、１０’…接眼プリズム １１…第１１面 １２…第１２面 １３…第１３面 １４…第１４面 ２０…光路振り分けプリズム ２１…第２１面 ２２…第２２面 ２３…第２３面 ２４…第２４面 ２５…第２５面 ２６…第２６面 ２９…境界部分 ３１…液晶表示素子 ３２…白色バックライト ３３…画像表示素子 ３４…画素 ３５…光束振り分けマイクロプリズム ３６…反射防止部材 ３７…表示光束 ４０…電子カメラ ４１…撮影用光路 ４２…撮影用対物光学系 ４３…カバー部材 ４４…フィルター ４５…ＣＣＤ ４６…撮像面 ５１…処理手段 ５２…液晶表示素子（ＬＣＤ） ５３…接眼光学系 ５４…記録手段 ９０…パソコン ９１…液晶プロジェクタ ９２…光源 ９３…液晶パネル（ＬＣＰ） ９４…カバーレンズ ９５…フィールドレンズ ９６…投影光学系 ９７…スクリーン ９８…処理制御部 １３１…表示装置本体部 １３２…前フレーム １３３…後フレーム １３４…頭頂フレーム １３５…リヤプレート １３６…リヤカバー １３９…スピーカー １４０…ビデオ再生装置 １４０ａ…ボリュウム調整部 １４１…ケーブル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/64 ５１１ Ｈ０４Ｎ 5/64 ５１１Ａ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 観察画像を画像表示部に形成する画像表
   示素子と、前記画像表示素子が形成した画像を観察者眼
   球位置に相当する瞳に導く観察光学系とを含んだ画像表
   示装置において、 前記画像表示素子が、複数の画素を単板上に並設させた
   １枚の画像表示素子を有して構成され、 前記１枚の画像表示素子の少なくとも中央部分に位置す
   る各画素が、観察者の左右の眼球に光束を導けるような
   射出角度で画像光束を放射するように構成され、 前記観察光学系が、少なくとも、観察者の左眼に光束を
   導く左接眼部と、観察者の右眼に光束を導く右接眼部
   と、前記画像表示素子から前記射出角度を持って放射さ
   れた画像光束を前記左右の接眼部に導く３次元光路振り
   分け部とを含み、 前記左接眼部が、少なくとも２面以上の反射面を有し、
   その中の少なくとも１つの反射面が偏心収差補正機能を
   有した回転非対称な曲面反射面にて構成され、 前記右接眼部が、少なくとも２面以上の反射面を有し、
   その中の少なくとも１つの反射面が偏心収差補正機能を
   有した回転非対称な曲面反射面にて構成され、 前記左接眼部の有する前記２面以上の反射面にて形成さ
   れる軸上主光線の偏心光路面（Ｙ−Ｚ面）と、前記右接
   眼部の有する前記２面以上の反射面にて形成される軸上
   主光線の偏心光路面（Ｙ−Ｚ面）とが、略同一平面（Ｙ
   −Ｚ面）に形成されるように、前記左右接眼部が構成さ
   れ、 前記３次元光路振り分け部は、左右対称な光路を形成で
   きるように、左右対称に光学面が配置され、かつ、前記
   光学面の中、少なくとも左右２組の反射面が、前記左右
   の接眼部によって形成される偏心光路面（Ｙ−Ｚ面）に
   対して垂直な方向（Ｘ方向）の成分をも含めた３次元偏
   心方向に左右各々の光束の軸上主光線を反射させるよう
   に構成されていることを特徴とする３次元偏心光路を備
   えた画像表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記観察光学系が、プリズム部材にて形成され、前記反
   射面の何れもが前記プリズム部材の表面に形成された裏
   面反射面にて構成されていることを特徴とする３次元偏
   心光路を備えた画像表示装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記観察光学系は、前記３次元光路振り分け部を構成す
   る３次元光路振り分けプリズムと、前記３次元光路振り
   分けプリズムと空気間隔を挟んで分離され、前記左接眼
   部を構成する左接眼プリズムと前記右接眼部を構成する
   右接眼プリズムとを含んで構成されていることを特徴と
   する３次元偏心光路を備えた画像表示装置。