JP2010164944A - 投影光学系及びそれを用いた視覚表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 広い観察画角を鮮明に且つ遠方の映像として観察することが可能な小型の投影光学系及びそれを用いた視覚表示装置を提供する。
【解決手段】 映像表示素子３に表示された映像を投影する投影光学系４において、映像表示素子３の表示面と投影光学系４の投影面がＹ−Ｚ断面内で偏心し、投影面はＸ−Ｚ断面で投影光学系４側に弦を向けた円弧状の曲面で構成され、像歪みを補正する少なくとも一つの回転非対称な補正光学面５を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、投影光学系及びそれを用いた視覚表示装置に関し、広い観察画角を表示することが可能な投影光学系及びそれを用いた視覚表示装置に関するものである。

従来、接眼光学系と投影光学系を用いて虚像を観察する光学系として特許文献１〜６のようなものが知られている。

特開平６−２２９４９４３号公報 特開平７−１３４２６６号公報 特開平６−３１９０９２号公報 特開２００４−９８８３４号公報 特開２００４−２２６９９７号公報 特開２００９−５８７５４号公報

しかしながら、特許文献１〜３に記載された技術は、片眼の光学系を２組使用して両眼で映像を観察するものであった。そのため、両眼用の光学系を保持する機構が必要となり、装置が複雑になる問題があった。

また、特許文献４〜６に記載された技術は、解像度が低く、投影面に歪みが生じる場合があった。

本発明は、従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、広い観察画角を鮮明に且つ遠方の映像として観察できるように、簡単な構成で映像表示素子の映像を円筒状の投影面に少ない像歪みで高解像に投影することが可能な小型の投影光学系及びそれを用いた視覚表示装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の投影光学系は、映像表示素子に表示された映像を投影する投影光学系において、前記映像表示素子の表示面と前記投影光学系の投影面がＹ−Ｚ断面内で偏心し、前記投影面はＸ−Ｚ断面で前記投影光学系側に中心線を有する円弧状の曲面で構成され、前記投影面上の像の歪みを補正する少なくとも一つの回転非対称な補正光学面を有することを特徴とする。

また、前記表示面と前記投影面が前記Ｙ−Ｚ断面内で平行且つシフト偏心し、前記補正光学面は、前記Ｙ−Ｚ断面内で光束が斜め投影される前記投影面が円柱状であるために弓なりに発生する像歪みを補正することを特徴とする。

また、前記補正光学面は、Ｘ軸方向の正方向と負方向に前記Ｙ−Ｚ断面から離れるにしたがって面の角度が前記Ｙ−Ｚ断面に対して対称的に変化することを特徴とする。

また、前記補正光学面は、Ｘ軸の正方向と負方向に前記Ｙ−Ｚ断面から離れるにしたがって光線を前記投影光学系の中心軸と反対側に向け、前記Ｘ−Ｙ面内で前記投影光学系の中心軸側に弦を向け前記投影光学系の中心軸とは反対側に円弧を向けた弓なりに発生する像歪みを補正することを特徴とする。

また、前記補正光学面は、以下の式（ａ）で定義される自由曲面で構成されている場合、Ｃ８項（ｘ²ｙ項）を与えることを特徴とする。
Ｚ＝（ｒ² ／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（ｒ／Ｒ）² ｝］
∞
＋Σ Ｃ_j Ｘ^m Ｙⁿ ・・・（ａ）
j=1
ただし、Ｒ：頂点の曲率半径
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ² ＋Ｙ² ）
である。

また、前記表示面と前記投影面が前記Ｙ−Ｚ断面内で角度を形成するようにティルト偏心し、前記補正光学面は、像歪みを補正する少なくとも二つの回転非対称な面を有することを特徴とする。

また、前記少なくとも二つの補正光学面は、Ｘ軸の正方向と負方向に前記Ｙ−Ｚ断面から離れるにしたがって面の角度が変化することにより、弓なりに発生する像歪みと台形に発生する像歪みを同時に補正することを特徴とする。

また、前記補正光学面は、前記Ｙ−Ｚ面からＸ軸方向の正方向と負方向に前記Ｙ−Ｚ断面から離れるにしたがって光線をＹ軸の正方向と負方向に向けて逆方向に補正する少なくとも二つの面を有し、弓なりに発生する像歪みと台形に発生する像歪みの二つの像歪みを同時に補正することを特徴とする。

また、前記少なくとも二つの補正光学面は、以下の式（ａ）で定義される自由曲面で構成されている場合、Ｃ８項（ｘ²ｙ項）を与えることを特徴とする。
Ｚ＝（ｒ² ／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（ｒ／Ｒ）² ｝］
∞
＋Σ Ｃ_j Ｘ^m Ｙⁿ ・・・（ａ）
j=1
ただし、Ｒ：頂点の曲率半径
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ² ＋Ｙ² ）
である。

さらに、本発明の視覚表示装置は、前記投影光学系と、前記投影光学系により投影された映像の近傍に配置された拡散面と、前記投影光学系により投影された映像を遠方の虚像とする正の反射パワーを有する接眼光学系と、を備え、前記接眼光学系、前記拡散面及び前記投影光学系により投影された映像は、共通の回転対称軸に直交する面内の任意の位置で円弧を描くように配置されることを特徴とする。

また、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
４００＜Ｒ ・・・（１）
ただし、Ｒは接眼光学系において投影光学系からの中心主光線が当る部分（視軸近傍）の曲率半径とする。

また、前記拡散面は、トーリック面形状であることを特徴とする。

また、前記接眼光学系は、球面であることを特徴とする。

また、前記接眼光学系は、トーリック面であることを特徴とする。

また、前記補正光学面は、光透過素子からなることを特徴とする。

また、前記光透過素子は、自由曲面を有することを特徴とする。

以上の本発明の投影光学系及びそれを用いた視覚表示装置においては、小型でありながら、広い観察画角を鮮明に観察することが可能となる。

本発明の視覚表示装置の断面図である。 図１の平面図である。 視覚表示装置を座席と組み合わせて適用した図である。 実施形態の視覚表示装置の座標系を示す図である。 本発明の実施例１の視覚表示装置の光軸に沿ってとった断面図である。 図５の平面図である。 実施例１の像歪み補正素子の自由曲面の形状を示す図である。 本発明の実施例２の視覚表示装置の光軸に沿ってとった断面図である。 図７の平面図である。 実施例２の像歪み補正素子の自由曲面の形状を示す図である。 本発明の実施例３の視覚表示装置の光軸に沿ってとった断面図である。 図９の平面図である。 実施例３の像歪み補正素子の第１面の自由曲面の形状を示す図である。 本発明の実施例４の視覚表示装置の光軸に沿ってとった断面図である。 図１１の平面図である。 実施例１の像歪みを示す図である。 実施例２の像歪みを示す図である。 実施例３の像歪みを示す図である。 実施例４の像歪みを示す図である。 像歪み補正素子のない場合の像歪みを示す図である。 理想レンズ以外の投影光学系を用いた視覚表示装置の断面図である。 図２１の平面図である。 実施例５の投影光学系４、像歪み補正素子５及び拡散部材６を投影光学系４の回転対称軸４２に沿ってとった断面図である。 図２３の平面図である。 実施例５の第１像歪み補正素子５ａの第１面５１の自由曲面を示す図である。 実施例５の第２像歪み補正素子５ｂの第１面５３の自由曲面を示す図である。 実施例５の収差図である。 実施例５の収差図である。 実施例５の像歪みを示す図である。 実施例６の投影光学系４、像歪み補正素子５及び拡散部材６を投影光学系４の回転対称軸４２に沿ってとった断面図である。 図３０の平面図である。 実施例６の第１像歪み補正素子５ａの第１面５１の自由曲面を示す図である。 実施例６の第２像歪み補正素子５ｂの第１面５３の自由曲面を示す図である。 実施例６の収差図である。 実施例６の収差図である。 実施例６の像歪みを示す図である。 実施例７の投影光学系４、像歪み補正素子５及び拡散部材６を投影光学系４の回転対称軸４２に沿ってとった断面図である。 図３７の平面図である。 実施例７の第１像歪み補正素子５ａの第１面５１の自由曲面を示す図である。 実施例７の第２像歪み補正素子５ｂの第１面５３の自由曲面を示す図である。 実施例７の収差図である。 実施例７の収差図である。 実施例７の像歪みを示す図である。 実施例８の投影光学系４、像歪み補正素子５及び拡散部材６を投影光学系４の回転対称軸４２に沿ってとった断面図である。 図３７の平面図である。 実施例８の第１像歪み補正素子５ａの第１面５１の自由曲面を示す図である。 実施例８の第２像歪み補正素子５ｂの第１面５３の自由曲面を示す図である。 実施例８の収差図である。 実施例８の収差図である。 実施例８の像歪みを示す図である。

以下、実施例に基づいて本発明にかかる投影光学系及びそれを用いた視覚表示装置について説明する。図１は本発明にかかる視覚表示装置１の概念図、図２は図１の平面図、である。

本発明にかかる視覚表示装置１は、図１及び図２に示すように、映像表示素子３と、映像表示素子３に表示された映像を投影する投影光学系４と、像歪み補正素子５と、投影光学系４により投影された映像の近傍に配置された拡散部材６と、投影光学系４により投影された映像を遠方の虚像１０とする正の反射パワーを有する接眼光学系７と、からなる視覚表示装置１において、接眼光学系７、拡散部材６及び投影光学系４により投影された映像は、共通の回転対称軸２に直交する面内の任意の位置で円弧を描くように配置され、補正光学面としての像歪み補正素子５は、接眼光学系７により観察される虚像１０の弓なりの像歪みを補正するものである。

従来、リレー光学系を用いて小型の表示素子の映像を接眼光学系の前側焦点位置にリレーして、接眼光学系により広い観察画角の映像を提供する構成があるが、広角の観察像を得るためには、投影光学系と接眼光学系の合成焦点距離が非常に短くなってしまい、接眼光学系で広い射出瞳を得るためには映像表示素子側の投影光学系のＮＡが非常に大きくなってしまい、投影光学系が複雑で大型になる問題があった。

そこで、本発明では投影光学系４により投影された映像の近傍に拡散性のある拡散部材６を配置し、この拡散部材６で投影された映像を拡散することにより、接眼光学系７の入射瞳を大きくすることが可能となり、観察者が多少動いても、常に映像を観察することが可能となる。

さらに好ましくは、左右の両眼で観察する場合は拡散部材６を円筒又は円錐状にすることが好ましい。これは、観察者の両眼の輻輳を一定に保つ為に必要となる条件であり、拡散部材６を球状にすると凹面鏡からの距離が観察像の上下方向の画角により変化してしまい両眼で融像できる範囲を超えて二重像となってしまうからである。さらに拡散部材６の拡散面はトーリック面であることが好ましい。

さらに、非常に広い観察画角を提供する接眼光学系７では強い像面湾曲が発生する。これを補正するために、接眼光学系７と拡散部材６は同一の軸に対して回転対称であることが好ましい。しかし、本発明の様に湾曲した拡散部材６（投影面）に偏心した斜めの位置から投影光学系４により映像を投影すると、図２０に示すように、弓なりになる像歪みと台形になる像歪みが発生する問題がある。図２０において、外側の略四辺形は最大像高の像面での歪みを表し、内側の略四辺形は最大像高×０．７の像面での歪みを表す。一般的に台形の像歪みは電気的な像歪み補正回路により補正することが行われているが、弓なりに発生する像歪みは一般的に補正することは行われていない。そこで、本発明ではこの弓なりに発生する像歪みを補正する像歪み補正素子５を使って補正するものである。

また、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
４００＜Ｒ ・・・（１）
ただし、Ｒは接眼光学系において投影光学系からの中心主光線１０２（図３）が当る部分（視軸１０１近傍）の曲率半径とする。

両眼で一組の接眼光学系７で投影される虚像を観察する光学系の場合、反射面７ａの大きさが小さくなると、凹面鏡の収差により左右の観察像に歪みが発生する。このため両眼での観察像の融像が出来ない画角が発生する問題がある。人間の眼幅は一般的に５５〜６５mmでありこの範囲で融像出来る接眼光学系７の反射面７ａの曲率半径は最低４００ｍｍであり、下限を超えると融像できなくなる。

また、拡散部材６は、メリジオナル断面において直線形状であることが好ましい。

拡散部材６上に投影された投影像は拡散され接眼光学系７で反射されたあと、観察者の左右の眼に到達するが、拡散部材６に投影される投影像の形状がメリジオナル断面で湾曲していると観察者両眼に入射する光線の輻輳角が観察画面の上下方向で異なってしまい、両眼で融像することが出来なくなってしまい二重像として観察されてしまう。さらに好ましくは、投影面の形状は円筒にし、拡散部材６の形状も円筒にすることが製作上好ましい。さらに拡散部材６の拡散面はトーリック面であることが好ましい。

また、接眼光学系７は、球面であることが好ましい。

接眼光学系７を球面で構成することにより、既存のプラスチック球を使用することが可能となり、製作性が向上し安価に製造できる。また、凹面鏡の反射面はプラスチック球の内面で構成して表面鏡としても、外面で構成して裏面鏡として構成してもよい。

また、接眼光学系７はトーリック面であることがさらに好ましい。

接眼光学系７をトーリック面で構成すると、接眼光学系７の瞳収差、特に非点収差をなくすことが可能となり、拡散部材６の拡散特性を下げることにより明るい観察像を観察できるようになる。さらに、映像表示素子３の照明の光源の明るさを下げることが可能となり、少ない電力で明るい観察像を得ることができる。

さらに好ましくは、本出願人の特開２００４−１０２２０４号公報に記載の拡散板を拡散部材６に用いることが好ましい。

さらに好ましくは、左右の眼球（入射瞳）Ｅに対応した２つの投影光学系４を配置し、２つの投影光学系４の投影像を拡散部材６に投影すると同時に、２つの映像のクロストークが起きないように拡散部材６の拡散角をコントロールして立体像を観察することも可能である。

また、拡散部材６をホログラフィックな拡散部材６にすることにより拡散部材６自体が観察されてしまう問題を回避することが可能となる。

さらに、拡散部材６を回転又は振動させることにより上記問題を解決することが可能である。さらに、接眼光学系７は半透過面にすることにより、外界の映像と電子像を重層表示する所謂コンバイナーとして構成することが可能である。この場合、円環状の基盤にホログラフィック素子を貼り付けた、凹面鏡の作用を有するコンバイナーとすることが望ましい。

図３は、視覚表示装置１を座席Ｓと組み合わせて適用した図を示す。座席Ｓは、ソファや乗り物等の座席Ｓであり、視覚表示装置１は、この座席Ｓに一体的に接続される。従って、座席Ｓがリクライニング機構を有する場合は、傾斜された背面部Ｓ１の角度に応じて、視覚表示装置１もその角度を変えることになる。

以下に、本発明の視覚表示装置１の光学系の実施例を説明する。これら光学系の構成パラメータは後記する。これら実施例等の構成パラメータは、図４に示すように、拡散部材６から映像表示素子３に向かう光線が、像歪み補正素子５を経て映像表示素子３に至る逆光線追跡の結果に基づくものである。

座標系は、図４に示すように、拡散部材６の第１面６ａと中心主光線１０２との交点Ｏを偏心光学系の偏心光学面の原点Ｏとし、原点Ｏから紙面上方へ向かう方向をＹ軸正方向とし、図４の原点Ｏから紙面右方向をＺ軸正方向とし、図４の紙面内をＹ−Ｚ平面とする。そして、Ｙ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＸ軸正方向とする。

偏心面については、その面が定義される座標系の上記光学系の原点の中心からの偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、光学系の原点に定義される座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする各面を定義する座標系の傾き角（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、各面を定義する座標系を光学系の原点に定義される座標系のまずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その回転した別の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。

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、面の曲率半径、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。

また、本発明で用いられる自由曲面の面の形状は、以下の式（ａ）で定義されるものである。なお、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。

Ｚ＝（ｒ² ／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（ｒ／Ｒ）² ｝］
∞
＋Σ Ｃ_j Ｘ^m Ｙⁿ ・・・（ａ）
j=1
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。

球面項中、
Ｒ：頂点の曲率半径
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ² ＋Ｙ² ）
である。

自由曲面項は、
₆₆
Σ Ｃ_j Ｘ^m Ｙ^n
j=1
＝Ｃ₁
＋Ｃ₂ Ｘ＋Ｃ₃ Ｙ
＋Ｃ₄ Ｘ² ＋Ｃ₅ ＸＹ＋Ｃ₆ Ｙ²
＋Ｃ₇ Ｘ³ ＋Ｃ₈ Ｘ² Ｙ＋Ｃ₉ ＸＹ² ＋Ｃ₁₀Ｙ³
＋Ｃ₁₁Ｘ⁴ ＋Ｃ₁₂Ｘ³ Ｙ＋Ｃ₁₃Ｘ² Ｙ² ＋Ｃ₁₄ＸＹ³ ＋Ｃ₁₅Ｙ⁴
＋Ｃ₁₆Ｘ⁵ ＋Ｃ₁₇Ｘ⁴ Ｙ＋Ｃ₁₈Ｘ³ Ｙ² ＋Ｃ₁₉Ｘ² Ｙ³ ＋Ｃ₂₀ＸＹ⁴
＋Ｃ₂₁Ｙ⁵
＋Ｃ₂₂Ｘ⁶ ＋Ｃ₂₃Ｘ⁵ Ｙ＋Ｃ₂₄Ｘ⁴ Ｙ² ＋Ｃ₂₅Ｘ³ Ｙ³ ＋Ｃ₂₆Ｘ² Ｙ⁴
＋Ｃ₂₇ＸＹ⁵ ＋Ｃ₂₈Ｙ⁶
＋Ｃ₂₉Ｘ⁷ ＋Ｃ₃₀Ｘ⁶ Ｙ＋Ｃ₃₁Ｘ⁵ Ｙ² ＋Ｃ₃₂Ｘ⁴ Ｙ³ ＋Ｃ₃₃Ｘ³ Ｙ⁴
＋Ｃ₃₄Ｘ² Ｙ⁵ ＋Ｃ₃₅ＸＹ⁶ ＋Ｃ₃₆Ｙ⁷
・・・・・・
ただし、Ｃ_j （ｊは１以上の整数）は係数である。

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、本発明ではＸの奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例えば、上記定義式（ａ）においては、Ｃ₂ 、Ｃ₅ 、Ｃ₇ 、Ｃ₉ 、Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₆、Ｃ₁₈、Ｃ₂₀、Ｃ₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ₂₇、Ｃ₂₉、Ｃ₃₁、Ｃ₃₃、Ｃ₃₅・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。

また、Ｙの奇数次項を全て０にすることによって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例えば、上記定義式においては、Ｃ₃ 、Ｃ₅ 、Ｃ₈ 、Ｃ₁₀、Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₇、Ｃ₁₉、Ｃ₂₁、Ｃ₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ₂₇、Ｃ₃₀、Ｃ₃₂、Ｃ₃₄、Ｃ₃₆・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。

また、上記対称面の方向の何れか一方を対称面とし、それに対応する方向の偏心、例えば、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面に対して光学系の偏心方向はＹ軸方向に、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面に対しては光学系の偏心方向はＸ軸方向にすることで、偏心により発生する回転非対称な収差を効果的に補正しながら同時に製作性をも向上させることが可能となる。

また、上記定義式（ａ）は、前述のように１つの例として示したものであり、本発明は、対称面を１面のみ有する回転非対称な面を用いることで偏心により発生する回転非対称な収差を補正し、同時に製作性も向上させるということが特徴であり、他のいかなる定義式に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。

また、後記の構成パラメータ中にデータの記載されていない非球面に関する項は０である。屈折率、アッベ数については、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。各面の偏心は、上記のように、基準面からの偏心量で表わす。

実施例１の視覚表示装置１の回転対称軸２に沿ってとった断面図を図５に、平面図を図６に示す。なお、図５及び図６においては、接眼光学系７は省略し、図示していない。

本実施例１は、映像表示素子３と、映像表示素子３に表示された映像を投影する投影光学系４と、投影光学系４により投影された映像の近傍に配置された拡散部材６と、投影光学系４により投影された映像を遠方の虚像とする正の反射パワーを有する図示しない接眼光学系７と、からなる視覚表示装置１において、接眼光学系７、拡散部材６及び投影光学系４により投影された映像は、共通の回転対称軸２に直交する面内の任意の位置で円弧を描くように配置され、像歪み補正素子５は、接眼光学系７により観察される虚像の弓なりの像歪みを補正するものである。

拡散部材６は、シリンドリカル面からなる第１面６１及びシリンドリカル面からなる第２面６２を有する。投影光学系４により投影された映像は、拡散部材６の近傍に円筒又は円錐状に投影される。

像歪み補正素子５は、図７に示すような自由曲面からなる第１面５１と平面からなる第２面５２を有する。

投影光学系４は、理想レンズＬ及び映像表示素子３を有する。

投影光学系４と像歪み補正素子５との間には、絞りＳを有する。

光束は、逆光線追跡において、中間結像した拡散部材６の第１面６１から第２面６２を通り拡散部材６を出射する。拡散部材６を出射した光束は、像歪み補正素子５に入る。像歪み補正素子５の第１面５１から入射し、第２面５２から出射した光束は、絞りＳを経て、投影光学系４に入射する。投影光学系４に入射した光束は、理想レンズＬを通り、映像表示素子３に結像する。

この実施例１の仕様は、
画角 上下３０°
左右６０°
である。

実施例２の視覚表示装置１の回転対称軸２に沿ってとった断面図を図８に、平面図を図９に示す。なお、図８及び図９においては、接眼光学系７は省略し、図示していない。

本実施例２は、映像表示素子３と、映像表示素子３に表示された映像を投影する投影光学系４と、投影光学系４により投影された映像の近傍に配置された拡散部材６と、投影光学系４により投影された映像を遠方の虚像とする正の反射パワーを有する図示しない接眼光学系７と、からなる視覚表示装置１において、接眼光学系７、拡散部材６及び投影光学系４により投影された映像は、共通の回転対称軸２に直交する面内の任意の位置で円弧を描くように配置され、像歪み補正素子５は、接眼光学系７により観察される虚像の弓なりの像歪みを補正するものである。

拡散部材６は、シリンドリカル面からなる第１面６１及びシリンドリカル面からなる第２面６２を有する。投影光学系４により投影された映像は、拡散部材６の近傍に円筒又は円錐状に投影される。

像歪み補正素子５は、図１０に示すような自由曲面からなる第１面５１と自由曲面からなる第２面５２を有する。なお、本実施例では、第２面の自由曲面を設計上平面とした。

投影光学系４は、理想レンズＬ及び映像表示素子３を有する。

投影光学系４と像歪み補正素子５との間には、絞りＳを有する。

光束は、逆光線追跡において、中間結像した拡散部材６の第１面６１から第２面６２を通り拡散部材６を出射する。拡散部材６を出射した光束は、像歪み補正素子５に入る。像歪み補正素子５の第１面５１から入射し、第２面５２から出射した光束は、絞りＳを経て、投影光学系４に入射する。投影光学系４に入射した光束は、理想レンズＬを通り、映像表示素子３に結像する。

この実施例２の仕様は、
画角 上下３０°
左右６０°
である。

実施例３の視覚表示装置１の回転対称軸２に沿ってとった断面図を図１１に、平面図を図１２に示す。なお、図１１及び図１２においては、接眼光学系７は省略し、図示していない。

本実施例３は、映像表示素子３と、映像表示素子３に表示された映像を投影する投影光学系４と、投影光学系４により投影された映像の近傍に配置された拡散部材６と、投影光学系４により投影された映像を遠方の虚像とする正の反射パワーを有する図示しない接眼光学系７と、からなる視覚表示装置１において、接眼光学系７、拡散部材６及び投影光学系４により投影された映像は、共通の回転対称軸２に直交する面内の任意の位置で円弧を描くように配置され、像歪み補正素子５は、接眼光学系７により観察される虚像の弓なりの像歪みを補正するものである。

拡散部材６は、シリンドリカル面からなる第１面６１及びシリンドリカル面からなる第２面６２を有する。投影光学系４により投影された映像は、拡散部材６の近傍に円筒又は円錐状に投影される。

像歪み補正素子５は、第１像歪み補正素子５ａ及び第２像歪み補正素子５ｂを有する。第１像歪み補正素子５ａは、図１３に示すような自由曲面からなる第１面５１と、平面からなる第２面５２とを有する。第２像歪み補正素子５ｂは、図示しない自由曲面からなる第３面５３と、平面からなる第４面５４とを有する。なお、本実施例では、第２面５２と第４面５４の自由曲面を設計上平面とした。

投影光学系４は、理想レンズＬ及び映像表示素子３を有する。

投影光学系４と像歪み補正素子５との間には、絞りＳを有する。

なお、拡散部材６の第２面６２には、仮想面を有し、座標上の偏心位置としている。

光束は、逆光線追跡において、中間結像した拡散部材６の第１面６１から第２面６２を通り拡散部材６を出射する。拡散部材６を出射した光束は、像歪み補正素子５に入る。像歪み補正素子５の第１像歪み補正素子５ａの第１面５１から入射し、第２面５２から出射し、第２像歪み補正素子５ｂの第３面５３から入射し、第４面５４から出射する。像歪み補正素子５を出射した光束は、絞りＳを経て、投影光学系４に入射する。投影光学系４に入射した光束は、理想レンズＬを通り、映像表示素子３に結像する。

この実施例３の仕様は、
画角 上下３０°
左右６０°
である。

実施例４の視覚表示装置１の回転対称軸２に沿ってとった断面図を図１４に、平面図を図１５に示す。なお、図１４及び図１５においては、接眼光学系７は省略し、図示していない。

本実施例４は、映像表示素子３と、映像表示素子３に表示された映像を投影する投影光学系４と、投影光学系４により投影された映像の近傍に配置された拡散部材６と、投影光学系４により投影された映像を遠方の虚像とする正の反射パワーを有する図示しない接眼光学系７と、からなる視覚表示装置１において、接眼光学系７、拡散部材６及び投影光学系４により投影された映像は、共通の回転対称軸２に直交する面内の任意の位置で円弧を描くように配置され、像歪み補正素子５は、接眼光学系７により観察される虚像の弓なりの像歪みを補正するものである。

拡散部材６は、シリンドリカル面からなる第１面６１及びシリンドリカル面からなる第２面６２を有する。投影光学系４により投影された映像は、拡散部材６の近傍に円筒又は円錐状に投影される。

像歪み補正素子５は、第１像歪み補正素子５ａ、第２像歪み補正素子５ｂ及び第３像歪み補正素子５ｃを有する。第１像歪み補正素子５ａは、自由曲面からなる第１面５１と自由曲面からなる第２面５２とを有する。第２像歪み補正素子５ｂは、自由曲面からなる第３面５３と自由曲面からなる第４面５４とを有する。第３像歪み補正素子５ｃは、自由曲面からなる第５面５５と自由曲面からなる第６面５６とを有する。

投影光学系４は、理想レンズＬ及び映像表示素子３を有する。

投影光学系４と像歪み補正素子５との間には、絞りＳを有する。

光束は、逆光線追跡において、中間結像した拡散部材６の第１面６１から第２面６２を通り拡散部材６を出射する。拡散部材６を出射した光束は、像歪み補正素子５に入る。像歪み補正素子５の第１像歪み補正素子５ａの第１面５１から入射し、第２面５２から出射し、第２像歪み補正素子５ｂの第３面５３から入射し、第４面５４から出射し、第３像歪み補正素子５ｃの第５面５５から入射し、第６面５６から出射する。像歪み補正素子５を出射した光束は、絞りＳを経て、投影光学系４に入射する。投影光学系４に入射した光束は、理想レンズＬを通り、映像表示素子３に結像する。

この実施例４の仕様は、
画角 上下３０°
左右９０°
である。

以下に、上記実施例１〜４の構成パラメータを示す。なお、以下の表中の “ＦＦＳ”は自由曲面を示す。また、接眼光学系７に関するデータは省略する。

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 シリンドリカル面[1] 4.00 1.5163 64.1
1 シリンドリカル面[2] 100.00
2 FFS[1] 4.00 偏心(1) 1.5163 64.1
3 ∞ 57.00 偏心(1)
4 ∞（絞り） 11.00 偏心(2)
5 理想レンズ 11.02
像 面 ∞ 偏心(3)

シリンドリカル面[1]
Ｘ方向曲率半径 165.00 Ｙ方向曲率半径 ∞

シリンドリカル面[2]
Ｘ方向曲率半径 161.00 Ｙ方向曲率半径 ∞

FFS[1]
Ｃ8 1.3501E-004

偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 59.49 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ 94.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 99.90 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00

実施例２
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 シリンドリカル面[1] 4.00 1.5163 64.1
1 シリンドリカル面[2] 261.00
2 FFS[1] 4.00 偏心(1) 1.5163 64.1
3 ∞ 57.00 偏心(1)
4 ∞（絞り） 11.00 偏心(2)
5 理想レンズ 10.35
像 面 ∞ 0.00 偏心(3)

シリンドリカル面[1]
Ｘ方向曲率半径 165.00 Ｙ方向曲率半径 ∞
シリンドリカル面[2]
Ｘ方向曲率半径 161.00 Ｙ方向曲率半径 ∞

FFS[1]
Ｃ8 1.7396E-004

偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 76.67 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ 94.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 96.91 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00

実施例３
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 シリンドリカル面[1] 4.00 1.5163 64.1
1 シリンドリカル面[2] 0.00
2 ∞（仮想面） 100.00 偏心(1)
3 FFS[1] 10.00 1.5163 64.1
4 ∞ 21.00
5 FFS[2] 5.00 1.5163 64.1
6 ∞ 25.00
7 ∞（絞り） 11.00
8 理想レンズ 10.70
像 面 ∞ 0.00

シリンドリカル面[1]
Ｘ方向曲率半径 165.00 Ｙ方向曲率半径 ∞
シリンドリカル面[2]
Ｘ方向曲率半径 161.00 Ｙ方向曲率半径 ∞

FFS[1]
Ｃ8 2.8126E-004 Ｃ10 -1.2005E-004

FFS[2]
Ｃ8 -1.7836E-004 Ｃ10 1.8721E-004

偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 34.20 β 0.00 γ 0.00

実施例４
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 シリンドリカル面[1] 4.00 1.5163 64.1
1 シリンドリカル面[2] 116.00
2 FFS[1] 5.00 偏心(1) 1.4875 70.4
3 FFS[2] 15.62 偏心(1)
4 FFS[3] 3.00 偏心(2) 1.5883 62.1
5 FFS[4] 10.29 偏心(2)
6 FFS[5] 5.00 偏心(3) 1.7526 27.7
7 FFS[6] 7.00 偏心(3)
8 ∞（絞り） 11.00 偏心(4)
9 理想レンズ 10.82
像 面 ∞ 0.00 偏心(5)

シリンドリカル面[1]
Ｘ方向曲率半径 165.00 Ｙ方向曲率半径 ∞
シリンドリカル面[2]
Ｘ方向曲率半径 161.00 Ｙ方向曲率半径 ∞

FFS[1]
Ｃ4 2.0282E-002 Ｃ6 -2.5421E-002 Ｃ8 6.1191E-004
Ｃ10 2.8544E-006
FFS[2]
Ｃ4 1.6310E-002 Ｃ6 -8.3290E-003 Ｃ8 1.9491E-004
Ｃ10 4.2973E-004
FFS[3]
Ｃ4 -1.8690E-002 Ｃ6 -3.1837E-004 Ｃ8 9.2985E-006
Ｃ10 1.5233E-006
FFS[4]
Ｃ4 1.6063E-002 Ｃ6 -1.5116E-002 Ｃ8 9.0846E-004
Ｃ10 -1.8434E-004
FFS[5]
Ｃ4 -2.9734E-002 Ｃ6 7.0777E-004 Ｃ8 1.9141E-003
Ｃ10 -5.9706E-006
FFS[6]
Ｃ4 -3.6449E-002 Ｃ6 6.1773E-003 Ｃ8 1.2721E-003
Ｃ10 -3.8750E-005

偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 71.06 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ 81.94 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 88.59 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[4]
Ｘ 0.00 Ｙ 94.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心[5]
Ｘ 0.00 Ｙ 99.78 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00

図１６〜図１９は、実施例１〜４の像歪みを示す図である。外側の略四辺形は最大像高の像面での歪みを表し、内側の略四辺形は最大像高×０．７の像面での歪みを表す。図２０の像歪みと比較してみると、略四辺形の上辺と下辺が水平に近くなり、弓なりになる像歪みが補正されていることがわかる。

なお、補正光学素子５は、実施例１〜３では、主に弓なりになる像歪みを補正しており、実施例４では、横方向に特に画角を拡大し、弓なりになる像歪みと台形になる像歪みの両方を補正している。また、投影光学系４は理想レンズＬとして設計している。

また、拡散部材６での拡散は光線追跡上省略している。

観察者両眼の眼幅はデータ上省略しているが、水平断面での光路図では５０ｍｍとして追跡している。

また、光線追跡は観察者眼球から投影光学系の射出瞳に向かう逆光線追跡で追跡している。

次に、実際のレンズを用いた投影光学系４の実施形態について説明する。

図２１は実際のレンズを用いた投影光学系４を用いた視覚表示装置１の断面図、図２２は図２１の平面図である。

本実施形態の投影光学系４は、映像表示素子３に表示された映像を投影する投影光学系４において、映像表示素子３の表示面と投影光学系の投影面がＹ−Ｚ断面内で偏心し、投影面はＸ−Ｚ断面で投影光学系４側に弦を向けた円弧状の曲面で構成され、投影面上の像の歪みを補正する少なくとも一つの回転非対称な補正光学面として像歪み補正素子５を有する。

本実施形態の視覚表示装置１は拡散部材６を用い光束径を拡大することにより、投影光学系４のＦナンバーを小さくすることが可能となっている。また、接眼光学系７は回転対称軸に対して回転対称な反射面と拡散面と拡散面近傍に投影像を形成することを特徴としており、そのためには回転対称な投影面を投影光学系４で作ることが重要になる。

本実施形態では湾曲した拡散部材６（投影面）に偏心した斜めの位置から投影像を投影する構成になっているため、弓なりになる像歪みが発生する問題がある。これを補正する補正面を少なくとも１面用いることが重要である。

また、表示面と投影面がＹ−Ｚ断面内で平行且つシフト偏心し、像歪み補正素子５は、Ｙ−Ｚ断面内で光束が斜め投影される投影面が円柱状であるために弓なりに発生する像歪みを補正する。

物体面と像面が平行で投影光学系４の像歪みが無い場合には物体面と像面をお互いに平行移動するシフト偏心を行うと、原理的に像歪みは発生しない。そのため、本実施形態では、投影面が円筒面であることにより発生する弓なりの像歪みを補正すればよいことになり、少なくとも１つの補正面が必要になる。更に、このような弓なりの像歪みを補正するには回転非対称な例えば自由曲面で補正する必要がある。

像歪み補正素子５が有する補正光学面は、Ｘ軸方向の正方向と負方向にＹ−Ｚ断面から離れるにしたがって面の角度が前記Ｙ−Ｚ断面に対して対称的に変化する。

弓なりに発生する像歪みを補正するにはＸ軸方向（左右方向）の正方向と負方向に中心主光線から離れるにしたがって面の傾きが変化していく面形状である必要がある。また、その変化の仕方はＸ軸の正負によらず同じ方向に変化することが重要である。

像歪み補正素子５が有する補正光学面は、Ｘ軸の正方向と負方向にＹ−Ｚ断面から離れるにしたがって光線を投影光学系４の中心軸２０と反対側に向け、Ｘ−Ｙ面内で投影光学系４の中心軸２０側に弦を向け投影光学系４の中心軸２０とは反対側に円弧を向けた弓なりに発生する像歪みを補正する。

Ｙ−Ｚ断面を基準にしてＸ軸の正と負の方向に従って光線を投影光学系４の中心軸２０と反対側（下側）に向ける作用を有する面形状にすることによりこの弓なりの像歪みを補正することが可能となる。例えばＹ−Ｚ断面では平行平面となっているが、Ｘ軸の正と負方向に行くに従って長辺を下にした台形形状の楔型にすることにより像歪みの補正が可能となる。

像歪み補正素子５が有する補正光学面は、以下の式（ａ）で定義される自由曲面で構成されている場合、Ｃ８項（ｘ²ｙ項）を与える。
Ｚ＝（ｒ² ／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（ｒ／Ｒ）² ｝］
∞
＋Σ Ｃ_j Ｘ^m Ｙⁿ ・・・（ａ）
j=1
ただし、Ｒ：頂点の曲率半径
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ² ＋Ｙ² ）
である。

自由曲面ではＣ８項を適切に与えることにより像歪みの補正が可能となる。

表示面と投影面がＹ−Ｚ断面内で角度を形成するようにティルト偏心し、像歪み補正素子５が有する補正光学面は、像歪みを補正する少なくとも二つの回転非対称な面を有する。

物体面と像面が角度を成す偏心（ティルト偏心）の場合は投影光学系４のイメージフィールドは広く取る必要がないが、台形の像歪みが発生する。この台形の像歪みと投影像面が円柱状であり、斜めから投影することによって発生する弓なりの像歪みの二つを同時に補正するために、像歪み補正素子５には少なくとも二面の回転非対称な補正面が必要になる。

少なくとも二つの補正光学面は、Ｘ軸の正方向と負方向にＹ−Ｚ断面から離れるにしたがって面の角度が変化することにより、弓なりに発生する像歪みと台形に発生する像歪みを同時に補正する。

弓なりの像歪みは、Ｘ軸方向に正負共にＹ座標の像位置が変化するものであり、これを補正するためには面の傾き（角度）が変化することが重要である。また、台形の像ひずみはＹ軸正方向でＸ軸方向の像の大きさが小さくなり、Ｙ軸負方向でＸ軸方向の像の大きさが大きくなることにより発生する。これを補正するにはＹ軸正でＸ軸方向に負のパワーによりＸ軸方向の光線を広げ、Ｙ軸負でＸ軸方向に正のパワーによりを与えることが好ましい。しかし、これは先の弓なりに発生する像歪みと同じ面形状により補正することが可能な像ひずみであり、単一の面ではこの二つを同時に補正することは困難であった。そこで本実施形態は２つの面を異なる位置に用い、これをキャンセルさせることに成功したものである。

また、補正光学面は、Ｙ−Ｚ面からＸ軸方向の正方向と負方向にＹ−Ｚ断面から離れるにしたがって光線をＹ軸の正方向と負方向に向けて逆方向に補正する少なくとも二つの面を有し、弓なりに発生する像歪みと台形に発生する像歪みの二つの像歪みを同時に補正する

弓なりになる像歪みと台形になる像歪みは、Ｘ軸の正方向と負方向共に原点から離れるのにしたがって面のＹ−Ｚ断面での傾きを変えることにより、光線を上下に変化させることで補正する。これを２つの像歪みで同時に補正するためには、二つの補正面の距離を離して逆方向に発生させ打ち消しあうことが必要である。

また、少なくとも二つの補正光学面は、以下の式（ａ）で定義される自由曲面で構成されている場合、Ｃ８項（ｘ²ｙ項）を与える。
Ｚ＝（ｒ² ／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（ｒ／Ｒ）² ｝］
∞
＋Σ Ｃ_j Ｘ^m Ｙⁿ ・・・（ａ）
j=1
ただし、Ｒ：頂点の曲率半径
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ² ＋Ｙ² ）
である。

Ｃ８項はｚ＝ｘ²ｙの項であり、この値を適切に与えることにより像歪みを補正することが可能となる。さらに好ましくは、ｘ⁴ｙ、ｘ²ｙ³・・・等の項を与えるとよい。

さらに好ましくは、投影面から逆追跡の場合に補正光学面が２つ以上有る場合には、Ｙ−Ｚ断面内では前記補正面のパワーは負−正の位置が好ましい。このような構成により、像歪みの発生が少なくなるので、光学系を小型にすることが可能となる。

さらに好ましくは、Ｘ−Ｚ断面では投影面が円環状になっており、台形歪みが大きくでるので、これを少しでも小さくするために投影面側から正−負のパワーを持たせてテレセントリックな配置に近づけ台形歪みの発生を減らすことが好ましい。

以下に、本発明にかかる視覚表示装置１の投影光学系４の実施例を説明する。これら投影光学系４の構成パラメータは後記する。これら実施例等の構成パラメータは、図２１に示すように、拡散部材６から映像表示素子３に向かう光線が、像歪み補正素子５を経て映像表示素子３に至る逆光線追跡の結果に基づくものである。

座標系は、図２１に示すように、拡散部材６の第１面６ａと中心主光線１０２との交点Ｏを偏心光学系の偏心光学面の原点Ｏとし、原点Ｏから紙面上方へ向かう方向をＹ軸正方向とし、図２１の原点Ｏから紙面右方向をＺ軸正方向とし、図２１の紙面内をＹ−Ｚ平面とする。そして、Ｙ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＸ軸正方向とする。

なお、偏心面については、実施例１〜４と同様である。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、面の曲率半径、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。

また、本発明で用いられる自由曲面の面の形状は、実施例１〜４と同様に、式（ａ）で定義されるものである。なお、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。

また、後記の構成パラメータ中にデータの記載されていない非球面に関する項は０である。屈折率、アッベ数については、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。各面の偏心は、上記のように、基準面からの偏心量で表わす。

実施例５の視覚表示装置１の映像表示素子３、投影光学系４、像歪み補正素子５及び拡散部材６を投影光学系４の中心軸２０に沿ってとった断面図を図２３に、平面図を図２４に示す。なお、図２３及び図２４においては、接眼光学系７は省略し、図示していない。また、図２５は実施例５の第１像歪み補正素子５ａの第１面５１の自由曲面を示す図、図２６は実施例５の第２像歪み補正素子５ｂの第１面５３の自由曲面を示す図である。さらに、図２７及び図２８は実施例５の収差図、図２９は実施例５の像歪みを示す図である。

本実施例５は、映像表示素子３と、映像表示素子３に表示された映像を投影する投影光学系４と、投影光学系４により投影された映像の近傍に配置された拡散部材６と、投影光学系４により投影された映像を遠方の虚像とする正の反射パワーを有する図示しない接眼光学系７と、からなる視覚表示装置１において、接眼光学系７、拡散部材６及び投影光学系４により投影された映像は、共通の回転対称軸２に直交する面内の任意の位置で円弧を描くように配置され、像歪み補正素子５は、接眼光学系７により観察される虚像の弓なりの像歪みを補正するものである。

また、表示面と投影面がＹ−Ｚ断面内で角度を形成するようにティルト偏心し、補正光学面は、投影面上の像の歪みを補正する少なくとも二つの回転非対称な面を有する。

拡散部材６は、シリンドリカル面からなる第１面６１を有する。投影光学系４により投影された映像は、拡散部材６の近傍に円筒又は円錐状に投影される。

像歪み補正素子５は、第１像歪み補正素子５ａ及び第２像歪み補正素子５ｂを有する。第１像歪み補正素子５ａは、図２５に示すような自由曲面からなる第１面５１と平面からなる第２面５２を有する。また、第２像歪み補正素子５ｂは、図２６に示すような自由曲面からなる第１面５３と平面からなる第２面５４を有する。

また、像歪み補正素子５が有する少なくとも二つの補正光学面である自由曲面は、Ｘ軸の正方向と負方向にＹ−Ｚ断面から離れるにしたがって面の角度が変化することにより、弓なりに発生する像歪みと台形に発生する像歪みを同時に補正する。

また、補正光学面は、Ｙ−Ｚ面からＸ軸方向の正方向と負方向にＹ−Ｚ断面から離れるにしたがって光線をＹ軸の正方向と負方向に向けて逆方向に補正する少なくとも二つの面を有し、弓なりに発生する像歪みと台形に発生する像歪みの二つの像歪みを同時に補正する。

さらに、少なくとも二つの補正光学面は、式（ａ）で定義される自由曲面で構成されている場合、Ｃ８項（ｘ²ｙ項）が与えられている。

投影光学系４は、両凸レンズからなる前群第１レンズ４ｆ１と、拡散部材６側に凹面を向けた平凹レンズと映像表示素子３側に凸面を向けた平凸レンズの接合レンズからなる前群第２レンズ４ｆ２と、拡散部材６側に凸面を向けた平凸レンズと映像表示素子３側に凹面を向けた平凹レンズの接合レンズからなる前群第３レンズ４ｆ３と、絞りＳと、両凹レンズと両凸レンズの接合レンズからなる後群第１レンズ４ｂ１と、映像表示素子３側に凸面を向けた平凸レンズからなる後群第２レンズ４ｂ２と、両凸レンズからなる後群第３レンズ４ｂ３と、拡散部材６側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる後群第４レンズ４ｂ４と、フィルタＦと、を有する。

光束は、逆光線追跡において、中間結像した拡散部材６を出射した光束は、像歪み補正素子５に入る。像歪み補正素子５での光束は、第１像歪み補正素子５ａの第１面５１から入射し、第２面５２から出射し、第２像歪み補正素子５ｂの第１面５３から入射し、第２面５４から出射する。その後、光束は、投影光学系４に入射する。投影光学系４に入射した光束は、前群第１レンズ４ｆ１の第１面４１ｆ及び第２面４２ｆ、前群第２レンズ４ｆ２の第１面４３ｆ、第２面４４ｆ及び第３面４５ｆ、前群第３レンズ４ｆ３の第１面４６ｆ、第２面４７ｆ及び第３面４８ｆを通り、絞りＳを通過する。その後、後群第１レンズ４ｂ１の第１面４１ｂ、第２面４２ｂ及び第３面４３ｂ、後群第２レンズ４ｂ２の第１面４４ｂ及び第２面４５ｂ、後群第３レンズ４ｂ３の第１面４６ｂ及び第２面４７ｂ、後群第４レンズ４ｂ４の第１面４８ｂ及び第２面４９ｂ、並びに、フィルタＦの第１面ｆ１及び第２面ｆ２を通り、映像表示素子３に結像する。

この実施例５の仕様は、
画角 上下２０°
左右３５°
である。

実施例６の視覚表示装置１の映像表示素子３、投影光学系４、像歪み補正素子５及び拡散部材６を投影光学系４の回転対称軸４２に沿ってとった断面図を図３０に、平面図を図３１に示す。なお、図３０及び図３１においては、接眼光学系７は省略し、図示していない。また、図３２は実施例６の第１像歪み補正素子５ａの第１面５１の自由曲面を示す図、図３３は実施例６の第２像歪み補正素子５ｂの第１面５３の自由曲面を示す図である。さらに、図３４及び図３５は実施例６の収差図、図３６は実施例６の像歪みを示す図である。

本実施例６は、映像表示素子３と、映像表示素子３に表示された映像を投影する投影光学系４と、投影光学系４により投影された映像の近傍に配置された拡散部材６と、投影光学系４により投影された映像を遠方の虚像とする正の反射パワーを有する図示しない接眼光学系７と、からなる視覚表示装置１において、接眼光学系７、拡散部材６及び投影光学系４により投影された映像は、共通の回転対称軸２に直交する面内の任意の位置で円弧を描くように配置され、像歪み補正素子５は、接眼光学系７により観察される虚像の弓なりの像歪みを補正するものである。

また、表示面と投影面がＹ−Ｚ断面内で角度を形成するようにティルト偏心し、補正光学面は、投影面上の像の歪みを補正する少なくとも二つの回転非対称な面を有する。

拡散部材６は、シリンドリカル面からなる第１面６１を有する。投影光学系４により投影された映像は、拡散部材６の近傍に円筒又は円錐状に投影される。

像歪み補正素子５は、第１像歪み補正素子５ａ及び第２像歪み補正素子５ｂを有する。第１像歪み補正素子５ａは、図３２に示すような自由曲面からなる第１面５１と平面からなる第２面５２を有する。また、第２像歪み補正素子５ｂは、図３３に示すような自由曲面からなる第１面５３と平面からなる第２面５４を有する。

また、像歪み補正素子５が有する少なくとも二つの補正光学面である自由曲面は、Ｘ軸の正方向と負方向にＹ−Ｚ断面から離れるにしたがって面の角度が変化することにより、弓なりに発生する像歪みと台形に発生する像歪みを同時に補正する。

また、補正光学面は、Ｙ−Ｚ面からＸ軸方向の正方向と負方向にＹ−Ｚ断面から離れるにしたがって光線をＹ軸の正方向と負方向に向けて逆方向に補正する少なくとも二つの面を有し、弓なりに発生する像歪みと台形に発生する像歪みの二つの像歪みを同時に補正する。

さらに、少なくとも二つの補正光学面は、式（ａ）で定義される自由曲面で構成されている場合、Ｃ８項（ｘ²ｙ項）が与えられている。

投影光学系４は、拡散部材６側に凸面を向けた平凸レンズからなる前群第１レンズ４ｆ１と、両凸レンズと両凹レンズの接合レンズからなる前群第２レンズ４ｆ２と、絞りＳと、両凹レンズと両凸レンズの接合レンズからなる後群第１レンズ４ｂ１と、映像表示素子３側に凸面を向けた平凸レンズからなる後群第２レンズ４ｂ２と、両凸レンズからなる後群第３レンズ４ｂ３と、拡散部材６側に凸面を向けた正メニスカスレンズからなる後群第４レンズ４ｂ４と、フィルタＦと、を有する。

光束は、逆光線追跡において、中間結像した拡散部材６を出射した光束は、像歪み補正素子５に入る。像歪み補正素子５での光束は、第１像歪み補正素子５ａの第１面５１から入射し、第２面５２から出射し、第２像歪み補正素子５ｂの第１面５３から入射し、第２面５４から出射する。その後、光束は、投影光学系４に入射する。投影光学系４に入射した光束は、前群第１レンズ４ｆ１の第１面４１ｆ及び第２面４２ｆ、前群第２レンズ４ｆ２の第１面４３ｆ、第２面４４ｆ及び第３面４５ｆを通り、絞りＳを通過する。その後、後群第１レンズ４ｂ１の第１面４１ｂ、第２面４２ｂ及び第３面４３ｂ、後群第２レンズ４ｂ２の第１面４４ｂ及び第２面４５ｂ、後群第３レンズ４ｂ３の第１面４６ｂ及び第２面４７ｂ、後群第４レンズ４ｂ４の第１面４８ｂ及び第２面４９ｂ、並びに、フィルタＦの第１面ｆ１及び第２面ｆ２を通り、映像表示素子３に結像する。

この実施例６の仕様は、
画角 上下２０°
左右３５°
である。

実施例７の視覚表示装置１の映像表示素子３、投影光学系４、像歪み補正素子５及び拡散部材６を投影光学系４の回転対称軸４２に沿ってとった断面図を図３７に、平面図を図３８に示す。なお、図３７及び図３８においては、接眼光学系７は省略し、図示していない。また、図３９は実施例７の第１像歪み補正素子５ａの第１面５１の自由曲面を示す図、図４０は実施例７の第２像歪み補正素子５ｂの第１面５３の自由曲面を示す図である。さらに、図４１及び図４２は実施例７の収差図、図４３は実施例７の像歪みを示す図である。

本実施例７は、映像表示素子３と、映像表示素子３に表示された映像を投影する投影光学系４と、投影光学系４により投影された映像の近傍に配置された拡散部材６と、投影光学系４により投影された映像を遠方の虚像とする正の反射パワーを有する図示しない接眼光学系７と、からなる視覚表示装置１において、接眼光学系７、拡散部材６及び投影光学系４により投影された映像は、共通の回転対称軸２に直交する面内の任意の位置で円弧を描くように配置され、像歪み補正素子５は、接眼光学系７により観察される虚像の弓なりの像歪みを補正するものである。

また、表示面と投影面がＹ−Ｚ断面内で平行且つシフト偏心し、補正光学素子５の補正光学面は、Ｙ−Ｚ断面内で光束が斜め投影される投影面が円柱状であるために弓なりに発生する像歪みを補正する。

拡散部材６は、シリンドリカル面からなる第１面６１を有する。投影光学系４により投影された映像は、拡散部材６の近傍に円筒又は円錐状に投影される。

像歪み補正素子５は、第１像歪み補正素子５ａ及び第２像歪み補正素子５ｂを有する。第１像歪み補正素子５ａは、図３９に示すような自由曲面からなる第１面５１と平面からなる第２面５２を有する。また、第２像歪み補正素子５ｂは、図４０に示すような自由曲面からなる第１面５３と平面からなる第２面５４を有する。

また、像歪み補正素子５の補正光学面である自由曲面は、Ｘ軸方向の正方向と負方向にＹ−Ｚ断面から離れるにしたがって面の角度が対称的に変化する。

また、像歪み補正素子５の補正光学面である自由曲面は、Ｘ軸の正方向と負方向にＹ−Ｚ断面から離れるにしたがって光線を投影光学系４の中心軸と反対側に向け、Ｘ−Ｙ面内で投影光学系４の中心軸２０側に弦を向け投影光学系４の中心軸とは反対側に円弧を向けた弓なりに発生する像歪みを補正する。

さらに、像歪み補正素子５の補正光学面である自由曲面は、式（ａ）で定義される自由曲面で構成されている場合、Ｃ８項（ｘ²ｙ項）が与えられている。

投影光学系４は、拡散部材６側に凸面を向けた平凸レンズと映像表示素子３側に凹面を向けた平凹レンズの接合レンズからなる前群第１レンズ４ｆ１と、両凹レンズからなる前群第２レンズ４ｆ２と、両凹レンズと両凸レンズの接合レンズからなる前群第３レンズ４ｆ３と、両凸レンズと映像表示素子３側に凸面を向けた負メニスカスレンズの接合レンズからなる前群第４レンズ４ｆ４と、絞りＳと、両凹レンズと両凸レンズの接合レンズからなる後群第１レンズ４ｂ１と、両凹レンズと両凸レンズの接合レンズからなる後群第２レンズ４ｂ２と、両凸レンズからなる後群第３レンズ４ｂ３と、フィルタＦと、を有する。

光束は、逆光線追跡において、中間結像した拡散部材６を出射した光束は、像歪み補正素子５に入る。像歪み補正素子５での光束は、第１像歪み補正素子５ａの第１面５１から入射し、第２面５２から出射し、第２像歪み補正素子５ｂの第１面５３から入射し、第２面５４から出射する。その後、光束は、投影光学系４に入射する。投影光学系４に入射した光束は、前群第１レンズ４ｆ１の第１面４１ｆ、第２面４２ｆ及び第３面４３ｆ、前群第２レンズ４ｆ２の第１面４４ｆ及び第２面４５ｆ、前群第３レンズ４ｆ３の第１面４６ｆ、第２面４７ｆ及び第３面４８ｆ、並びに前群第４レンズ４ｆ４の第１面４９ｆ、第２面５０ｆ及び第３面５１ｆ、を通り、絞りＳを通過する。その後、後群第１レンズ４ｂ１の第１面４１ｂ、第２面４２ｂ及び第３面４３ｂ、後群第２レンズ４ｂ２の第１面４４ｂ、第２面４５ｂ及び第３面４６ｂ、後群第３レンズ４ｂ３の第１面４７ｂ及び第２面４８ｂ、並びに、フィルタＦの第１面ｆ１及び第２面ｆ２を通り、映像表示素子３に結像する。

この実施例７の仕様は、
画角 上下２０°
左右３５°
である。

実施例８の視覚表示装置１の映像表示素子３、投影光学系４、像歪み補正素子５及び拡散部材６を投影光学系４の回転対称軸４２に沿ってとった断面図を図４４に、平面図を図４５に示す。なお、図４４及び図４５においては、接眼光学系７は省略し、図示していない。また、図４６は実施例８の像歪み補正素子５の第１面５１の自由曲面を示す図、図４７は実施例８の像歪み補正素子５の第２面５２の自由曲面を示す図である。さらに、図４８及び図４９は実施例８の収差図、図５０は実施例８の像歪みを示す図である。

本実施例８は、映像表示素子３と、映像表示素子３に表示された映像を投影する投影光学系４と、投影光学系４により投影された映像の近傍に配置された拡散部材６と、投影光学系４により投影された映像を遠方の虚像とする正の反射パワーを有する図示しない接眼光学系７と、からなる視覚表示装置１において、接眼光学系７、拡散部材６及び投影光学系４により投影された映像は、共通の回転対称軸２に直交する面内の任意の位置で円弧を描くように配置され、像歪み補正素子５は、接眼光学系７により観察される虚像の弓なりの像歪みを補正するものである。

また、表示面と投影面がＹ−Ｚ断面内で平行且つシフト偏心し、補正光学素子５の補正光学面は、Ｙ−Ｚ断面内で光束が斜め投影される投影面が円柱状であるために弓なりに発生する像歪みを補正する。

拡散部材６は、シリンドリカル面からなる第１面６１を有する。投影光学系４により投影された映像は、拡散部材６の近傍に円筒又は円錐状に投影される。

像歪み補正素子５は、図４６に示すような自由曲面からなる第１面５１と、図４７に示すような自由曲面からなる第２面５２を有する。

また、像歪み補正素子５の補正光学面である自由曲面は、Ｘ軸方向の正方向と負方向にＹ−Ｚ断面から離れるにしたがって面の角度が対称的に変化する。

また、像歪み補正素子５の補正光学面である自由曲面は、Ｘ軸の正方向と負方向にＹ−Ｚ断面から離れるにしたがって光線を投影光学系４の中心軸と反対側に向け、Ｘ−Ｙ面内で投影光学系４の中心軸２０側に弦を向け投影光学系４の中心軸とは反対側に円弧を向けた弓なりに発生する像歪みを補正する。

さらに、像歪み補正素子５の補正光学面である自由曲面は、式（ａ）で定義される自由曲面で構成されている場合、Ｃ８項（ｘ²ｙ項）が与えられている。

投影光学系４は、拡散部材６側に凸面を向けた負メニスカスレンズと拡散部材６側に凸面を向けた正メニスカスレンズの接合レンズからなる前群第１レンズ４ｆ１と、両凹レンズからなる前群第２レンズ４ｆ２と、両凹レンズと両凸レンズの接合レンズからなる前群第３レンズ４ｆ３と、両凸レンズと拡散部材６側に凹面を向けた平凹レンズの接合レンズからなる前群第４レンズ４ｆ４と、絞りＳと、両凹レンズと両凸レンズの接合レンズからなる後群第１レンズ４ｂ１と、映像表示素子３側に凹面を向けた平凹レンズと両凸レンズの接合レンズからなる後群第２レンズ４ｂ２と、両凸レンズからなる後群第３レンズ４ｂ３と、フィルタＦと、を有する。

光束は、逆光線追跡において、中間結像した拡散部材６を出射した光束は、像歪み補正素子５に入る。像歪み補正素子５での光束は、第１面５１から入射し、第２面５２から出射する。その後、光束は、投影光学系４に入射する。投影光学系４に入射した光束は、前群第１レンズ４ｆ１の第１面４１ｆ、第２面４２ｆ及び第３面４３ｆ、前群第２レンズ４ｆ２の第１面４４ｆ及び第２面４５ｆ、前群第３レンズ４ｆ３の第１面４６ｆ、第２面４７ｆ及び第３面４８ｆ、並びに前群第４レンズ４ｆ４の第１面４９ｆ、第２面５０ｆ及び第３面５１ｆ、を通り、絞りＳを通過する。その後、後群第１レンズ４ｂ１の第１面４１ｂ、第２面４２ｂ及び第３面４３ｂ、後群第２レンズ４ｂ２の第１面４４ｂ、第２面４５ｂ及び第３面４６ｂ、後群第３レンズ４ｂ３の第１面４７ｂ及び第２面４８ｂ、並びに、フィルタＦの第１面ｆ１及び第２面ｆ２を通り、映像表示素子３に結像する。

この実施例８の仕様は、
画角 上下２０°
左右３５°
である。

以下に、上記実施例５〜８の構成パラメータを示す。なお、以下の表中の “ＦＦＳ”は自由曲面を示す。また、接眼光学系７に関するデータは省略する。

実施例５
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 シリンドリカル面[1] 131.87 偏心(1)
1 FFS[1] 15.00 1.5163 64.1
2 ∞ 24.57
3 FFS[2] 15.00 1.5163 64.1
4 ∞ 75.43
5 158.08 15.00 1.6750 37.0
6 -145.04 9.41
7 -64.56 5.00 1.7163 29.3
8 ∞ 16.65 1.7477 31.2
9 -74.19 0.50
10 52.52 18.00 1.5835 46.2
11 ∞ 32.57 1.7422 28.1
12 17.40 22.61
13 ∞（絞り） 6.87
14 -25.43 2.00 1.6858 31.8
15 63.40 8.00 1.6017 61.3
16 -35.18 0.20
17 ∞ 9.00 1.4875 70.4
18 -33.39 0.20
19 82.00 7.00 1.5788 62.7
20 -123.44 0.20
21 38.32 7.00 1.6204 60.3
22 98.73 17.00
23 ∞ 25.00 1.5163 64.1
24 ∞ 1.00
像 面 ∞

シリンドリカル面[1]
Ｘ方向曲率半径 174.00
Ｙ方向曲率半径 ∞
FFS[1]
Ｃ4 3.6997E-003 Ｃ6 -1.0875E-002 Ｃ8 1.3213E-004
Ｃ10 -6.0176E-005 Ｃ11 -6.2034E-007 Ｃ13 3.3663E-007
Ｃ15 8.8509E-007 Ｃ17 -3.4473E-008 Ｃ19 -2.3720E-008

FFS[2]
Ｃ4 -3.0262E-003 Ｃ6 4.8616E-003 Ｃ8 -7.5826E-005
Ｃ10 2.1189E-005 Ｃ11 2.9295E-007 Ｃ13 -2.8004E-007
Ｃ15 -1.0278E-006 Ｃ17 2.4600E-008 Ｃ19 2.1205E-008

偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α -15.46 β 0.00 γ 0.00

実施例６
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 シリンドリカル面[1] 165.02 偏心(1)
1 FFS[1] 15.00 1.5163 64.1
2 ∞ 26.39
3 FFS[2] 15.00 1.5163 64.1
4 ∞ 73.61
5 62.54 20.00 1.7512 31.9
6 ∞ 0.72
7 61.25 18.00 1.4875 70.4
8 -84.16 30.42 1.7552 27.6
9 15.15 20.44
10 ∞（絞り） 3.81
11 -25.97 2.00 1.6596 33.8
12 32.64 8.00 1.6269 59.0
13 -35.93 0.20
14 ∞ 9.00 1.5039 68.6
15 -36.26 0.20
16 118.61 7.00 1.6145 60.6
17 -85.65 0.20
18 47.00 7.00 1.6204 60.3
19 551.00 17.00
20 ∞ 25.00 1.5163 64.1
21 ∞ 1.00
像 面 ∞ 0.00

シリンドリカル面[1]
Ｘ方向曲率半径 174.00
Ｙ方向曲率半径 ∞

FFS[1]
Ｃ4 2.7004E-003 Ｃ6 -9.9436E-003 Ｃ8 1.0988E-004
Ｃ10 -4.6195E-005 Ｃ11 -3.8475E-007 Ｃ13 2.1619E-007
Ｃ15 1.0451E-006 Ｃ17 -2.7429E-008 Ｃ19 -1.6604E-008

FFS[2]
Ｃ4 -1.7866E-003 Ｃ6 5.3548E-003 Ｃ8 -6.5957E-005
Ｃ10 1.7424E-005 Ｃ11 1.3190E-007 Ｃ13 -3.2801E-007
Ｃ15 -9.6793E-007 Ｃ17 2.0636E-008 Ｃ19 1.3532E-008

偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α -15.46 β 0.00 γ 0.00

実施例７
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 シリンドリカル面[1] 290.00
1 FFS[1] 125.00 偏心(1) 1.5163 64.1
2 ∞ 15.00 偏心(2)
3 FFS[2] 36.52 偏心(3) 1.5163 64.1
4 ∞ 10.00 偏心(4)
5 48.65 22.00 1.6565 41.0
6 ∞ 6.00 1.7552 27.6
7 45.07 9.29
8 -48.72 5.00 1.7300 46.0
9 53.02 5.31
10 -103.76 4.00 1.4889 70.2
11 55.88 10.00 1.7492 34.6
12 -55.82 0.50
13 32.91 16.00 1.6923 49.6
14 -38.88 4.00 1.7552 27.6
15 -178.65 8.11
16 ∞（絞り） 8.39
17 -19.65 3.00 1.7512 31.9
18 50.43 11.00 1.5453 65.0
19 -28.72 0.20
20 -767.55 4.00 1.7551 27.6
21 47.08 18.00 1.6174 60.5
22 -57.09 0.20
23 72.40 16.00 1.7552 27.6
24 -163.42 20.00
25 ∞ 25.00 1.5163 64.1
26 ∞ 1.00
像 面 ∞ 偏心(5)

シリンドリカル面[1]
Ｘ方向曲率半径 174.00
Ｙ方向曲率半径 ∞

FFS[1]
Ｃ4 5.0596E-003 Ｃ6 -5.3094E-003 Ｃ8 9.3264E-005
Ｃ10 8.8080E-006 Ｃ11 -9.8704E-008 Ｃ13 5.6826E-008
Ｃ15 1.0575E-006 Ｃ17 -7.6124E-010 Ｃ19 4.0242E-009

FFS[2]
Ｃ4 -7.0182E-003 Ｃ6 1.9852E-003 Ｃ8 -1.2527E-004
Ｃ10 -7.3098E-005 Ｃ11 3.4292E-007 Ｃ13 4.1378E-007
Ｃ15 -1.4075E-007 Ｃ17 1.2259E-008 Ｃ19 -3.0206E-008

偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ -66.62 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00

偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ -66.62 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00

偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ -50.41 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00

偏心[4]
Ｘ 0.00 Ｙ -50.41 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00

偏心[5]
Ｘ 0.00 Ｙ 17.93 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00

実施例８
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 シリンドリカル面[1] 134.25
1 FFS[1] 30.02 偏心(1) 1.5163 64.1
2 FFS[2] 94.98 偏心(2)
3 341.17 6.00 1.5092 68.1
4 30.00 14.00 1.4929 67.2
5 ∞ 5.20
6 -43.10 5.00 1.7552 27.6
7 52.78 6.04
8 -105.64 4.00 1.5004 69.0
9 47.20 14.00 1.7460 34.0
10 -46.67 0.50
11 33.83 18.00 1.6896 46.8
12 -35.41 4.00 1.7493 28.6
13 ∞ 9.20
14 ∞（絞り） 11.25
15 -20.20 3.00 1.7538 28.1
16 55.03 11.00 1.4875 70.4
17 -31.00 0.20
18 ∞ 4.00 1.7381 29.7
19 47.75 18.00 1.6049 61.1
20 -59.05 0.20
21 78.13 14.00 1.7552 27.6
22 -145.82 20.00
23 ∞ 25.00 1.5163 64.1
24 ∞ 1.00
像 面 ∞ 偏心(3)

シリンドリカル面[1]
Ｘ方向曲率半径 174.00
Ｙ方向曲率半径 ∞

FFS[1]
Ｃ4 9.1671E-003 Ｃ6 -1.2431E-002 Ｃ8 3.1029E-004
Ｃ10 3.9468E-006 Ｃ11 -1.3752E-006 Ｃ13 2.8039E-006
Ｃ15 2.5329E-006 Ｃ17 -5.5090E-008 Ｃ19 -2.8913E-008

FFS[2]
Ｃ4 1.2580E-002 Ｃ6 -7.1798E-003 Ｃ8 3.5968E-004
Ｃ10 7.4992E-005 Ｃ11 -2.7254E-006 Ｃ13 1.5745E-006
Ｃ15 1.8755E-006 Ｃ17 -8.3965E-008 Ｃ19 -3.9643E-008

偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ -61.65 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00

偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ -54.22 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00

偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ 18.12 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00

１…視覚表示装置
２…回転対称軸
３…映像表示素子
４…投影光学系
５…像歪み補正素子（補正光学面）
６…拡散面
７…接眼光学系
２０…投影光学系の中心軸
Ｅ…入射瞳

Claims (16)

1. 映像表示素子に表示された映像を投影する投影光学系において、
   前記映像表示素子の表示面と前記投影光学系の投影面がＹ−Ｚ断面内で偏心し、
   前記投影面はＸ−Ｚ断面で前記投影光学系側に中心線を有する円弧状の曲面で構成され、
   前記投影面上の像の歪みを補正する少なくとも一つの回転非対称な補正光学面を有する
   ことを特徴とする投影光学系。
2. 前記表示面と前記投影面が前記Ｙ−Ｚ断面内で平行且つシフト偏心し、
   前記補正光学面は、前記Ｙ−Ｚ断面内で光束が斜め投影される前記投影面が円柱状であるために弓なりに発生する像歪みを補正する
   ことを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
3. 前記補正光学面は、Ｘ軸方向の正方向と負方向に前記Ｙ−Ｚ断面から離れるにしたがって面の角度が対称的に変化する
   ことを特徴とする請求項２に記載の投影光学系。
4. 前記補正光学面は、Ｘ軸の正方向と負方向に前記Ｙ−Ｚ断面から離れるにしたがって光線を前記投影光学系の中心軸と反対側に向け、前記Ｘ−Ｙ面内で前記投影光学系の中心軸側に弦を向け前記投影光学系の中心軸とは反対側に円弧を向けた弓なりに発生する像歪みを補正することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の投影光学系。
5. 前記補正光学面は、以下の式（ａ）で定義される自由曲面で構成されている場合、Ｃ８項（ｘ²ｙ項）を与えることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１つに記載の投影光学系。
   Ｚ＝（ｒ² ／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（ｒ／Ｒ）² ｝］
   ∞
   ＋Σ Ｃ_j Ｘ^m Ｙⁿ ・・・（ａ）
   j=1
   ただし、Ｒ：頂点の曲率半径
   ｋ：コーニック定数（円錐定数）
   ｒ＝√（Ｘ² ＋Ｙ² ）
   である。
6. 前記表示面と前記投影面が前記Ｙ−Ｚ断面内で角度を形成するようにティルト偏心し、
   前記補正光学面は、前記投影面上の像の歪みを補正する少なくとも二つの回転非対称な面を有することを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
7. 前記少なくとも二つの補正光学面は、Ｘ軸の正方向と負方向に前記Ｙ−Ｚ断面から離れるにしたがって面の角度が変化することにより、弓なりに発生する像歪みと台形に発生する像歪みを同時に補正することを特徴とする請求項６に記載の投影光学系。
8. 前記補正光学面は、前記Ｙ−Ｚ面からＸ軸方向の正方向と負方向に前記Ｙ−Ｚ断面から離れるにしたがって光線をＹ軸の正方向と負方向に向けて逆方向に補正する少なくとも二つの面を有し、弓なりに発生する像歪みと台形に発生する像歪みの二つの像歪みを同時に補正することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の投影光学系。
9. 前記少なくとも二つの補正光学面は、以下の式（ａ）で定義される自由曲面で構成されている場合、Ｃ８項（ｘ²ｙ項）を与えることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか１つに記載の投影光学系。
   Ｚ＝（ｒ² ／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（ｒ／Ｒ）² ｝］
   ∞
   ＋Σ Ｃ_j Ｘ^m Ｙⁿ ・・・（ａ）
   j=1
   ただし、Ｒ：頂点の曲率半径
   ｋ：コーニック定数（円錐定数）
   ｒ＝√（Ｘ² ＋Ｙ² ）
   である。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか１つに記載の前記投影光学系と、
    前記投影光学系により投影された映像の近傍に配置された拡散面と、
    前記投影光学系により投影された映像を遠方の虚像とする正の反射パワーを有する接眼光学系と、
    を備え、
    前記接眼光学系、前記拡散面及び前記投影光学系により投影された映像は、共通の回転対称軸に直交する面内の任意の位置で円弧を描くように配置される
    ことを特徴とする視覚表示装置。
11. 以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１０に記載の視覚表示装置。
    ４００＜Ｒ ・・・（１）
    ただし、Ｒは接眼光学系において投影光学系からの中心主光線が当る部分（視軸近傍）の曲率半径とする。
12. 前記拡散面は、トーリック面形状である
    ことを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の視覚表示装置。
13. 前記接眼光学系は、球面である
    ことを特徴とする請求項１０乃至請求項１２のいずれか１つに記載の視覚表示装置。
14. 前記接眼光学系は、トーリック面である
    ことを特徴とする請求項１０乃至請求項１２のいずれか１つに記載の視覚表示装置。
15. 前記補正光学面は、光透過素子からなる
    ことを特徴とする請求項１０乃至請求項１４のいずれか１つに記載の視覚表示装置。
16. 前記光透過素子は、自由曲面を有する
    ことを特徴とする請求項１５に記載の視覚表示装置。

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