JP3212203B2 - 視覚表示装置 - Google Patents

視覚表示装置

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JP3212203B2
JP3212203B2 JP27076893A JP27076893A JP3212203B2 JP 3212203 B2 JP3212203 B2 JP 3212203B2 JP 27076893 A JP27076893 A JP 27076893A JP 27076893 A JP27076893 A JP 27076893A JP 3212203 B2 JP3212203 B2 JP 3212203B2
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    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B2027/0178—Eyeglass type

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ポータブル型視覚表示
装置に関し、特に、観察者の頭部又は顔面に保持するこ
とを可能とする頭部又は顔面装着式視覚表示装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、頭部装着式視覚表示装置として、
図２１に平面図を示したようなものが知られている（米
国特許第４０２６６４１号）。これは、ＣＲＴのような
画像表示素子４６の像を画像伝達素子２５で物体面１２
に伝達し、この物体面１２の像をトーリック反射面１０
によって空中に投影するようにしたものである。
【０００３】さらに、本出願人による先行技術として、
特願平３−２９５８７４号において、偏心して配置した
凹面接眼光学系と、偏心して配置したリレー光学系を使
用した頭部装着式視覚表示装置がある。その１実施例の
断面図を図２２に示す。図中Ｐは観察者眼球１３の回旋
中心、Ｃは観察者にとって正面に相当する観察視軸、Ｑ
1 は観察者瞳位置、Ｓ8 はＴを回転中心軸とする回転楕
円体、１６はその回転楕円体の反射面、１７はリレー光
学系の光軸、Ｑ2 は回転楕円体の焦点、１５はリレー光
学系、１４は２次元画像表示素子である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】頭部装着式視覚表示装
置にとって、装置全体の大きさを小さくすることと、重
量を軽くすることは、装着性を損なわなくするために重
要な点である。この装置全体の大きさを決定する要因
は、光学系のレイアウトである。
【０００５】装置全体を小型にするためには、２次元画
像表示素子を凸レンズで拡大して直接観察する直視型の
レイアウトでは、観察者顔面からの装置突出量が大きく
なる。さらに、広い観察画角をとるためには、大きな正
レンズ系と大きな２次元画像表示素子を使用する必要が
あり、装置が大きくなると同時に、重くなる。
【０００６】疲労を感じさせずに長時間の観察を可能と
したり、簡単に着脱するためには、観察者の眼球直前に
反射面からなる接眼光学系を配置した構成が望ましい。
これにより、２次元画像表示素子と照明光学系等を観察
者の頭部周辺に小さくまとめて配置でき、装置の突出量
が減ると同時に、軽量化が可能となる。
【０００７】次に、大きな画角を確保することは、画像
観察時の臨場感を上げるために必要である。特に、提示
される画像の立体感は提示画角によって決まってしまう
（テレビジョン学会誌 Vol.45, No.12, pp.1589-1596(1
991)）。
【０００８】広い画角と高い解像力が得られる光学系を
いかにして実現するかが、次に重要な問題となる。
【０００９】立体感・迫力感等を観察者に与えるために
は、水平方向で４０°（±２０°）以上の提示画角を確
保することが必要であると同時に、１２０°（±６０
°）付近でその効果は飽和してしまうことが知られてい
る。つまり、４０°以上で、なるべく１２０°に近い観
察画角にすることが望ましい。しかし、上記の接眼光学
系が平面の反射鏡の場合は、観察者の眼球に上記の４０
°以上の画角の光線を入射させようとした場合には、非
常に大きな２次元画像表示素子を必要とし、結局装置全
体が大きくて重いものとなってしまう。
【００１０】さらに、凹面鏡は、その性質上、凹面鏡の
表面に沿った凹面の強い像面歪曲を発生するために、平
面の２次元画像表示素子を凹面鏡の焦点位置に配置する
と、その観察像面は湾曲を起こしてしまい、視野周辺ま
で明瞭な観察像を得ることはできない。また、２次元画
像表示素子の表示面を湾曲して配置する方法も、図２１
の先行技術のように存在する。しかし、図２１のように
凹面鏡を使用して、凹面鏡の前側焦点位置に２次元画像
表示素子を配置し、凹面鏡のみで２次元画像表示素子を
空中に拡大投影する配置をとっても、４０°以上の観察
画角を提供する場合には、凹面鏡の収差のために高い解
像力を得ることは難しかった。
【００１１】また、図２２のような偏心配置の補正光学
系を使用する場合、その偏心補正光学系が顔面近傍に位
置するために、眼鏡等を使用しながら像を観察すること
ができなかった。これは、図２２より明らかなように、
眼鏡の縁の部分が偏心補正光学系と干渉することと、観
察像を形成するリレー光学系からの光線が眼鏡レンズに
裏側から当たってしまい、正常な観察像を観察すること
ができなくなってしまうことによる。
【００１２】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、広い観察画角を提供しつつ、小型・軽量
で、高い解像力と大きい射出瞳径を持った視覚表示装
置、及び、このような視覚表示装置でありながら、眼鏡
を掛けたまま観察できる視覚表示装置を提供しようとす
るものである。
【００１３】以下、本発明の大きい射出瞳径を提供する
目的について説明する。光学系の射出瞳径を大きくとら
ないと、周辺の画角を観察する時の眼の回旋運動によっ
て視野がケラレてしまう。この様子を図４に示す。図
（ａ）は、視野中心を観察している観察者の眼１の瞳位
置２が光学系の射出瞳径位置に合っている場合であり、
図（ｂ）は、視野周辺を観察しようとして観察者が眼１
をその方向に回旋させて見ようとした場合であり、観察
者の瞳２と眼球１の回旋中心がズレているために、図
（ｂ）においては、あたかも瞳２が横ズレしたようにな
る。このため、例えば左方向を観察しようとして眼球１
を左に回すと、右側の視野がケラレて見えなくなる問題
が発生する。
【００１４】また、観察者の瞳と装置自体の射出瞳は、
装置の装着状態で変化する。観察者の瞳径に対してある
程度余裕を持った射出瞳径を持った装置でないと、装置
装着時や観察者の個人差によって起こる観察者瞳位置と
装置の射出瞳位置のズレを吸収できずに、観察者の瞳で
観察画像が遮られ、広い観察画角を確保することはでき
ない。
【００１５】この問題を解決するためには、観察系の射
出瞳径を大きく設計することが重要となる。一般のカメ
ラレンズでも、瞳径を大きくすること、すなわち、Ｆナ
ンバーを小さくすることは、レンズの収差補正上難しく
なり、瞳径を２倍にすることには大変な困難が伴う。例
えば、Ｆナンバー２．８で焦点距離５０ｍｍのカメラ用
標準レンズとＦナンバー１．４の標準レンズでは、その
構成枚数は３枚のトリプレットタイプから６枚のガウス
タイプにする必要がある。このように、瞳径（Ｆナンバ
ー）を２倍にすることは、光学系の構成を大きく変え、
レンズ構成の大形化を招いてしまう。
【００１６】ところで、一般の人の約半数は近視・乱視
等の視覚障害を持っている。近年、コンタクトレンズが
普及してコンタクトレンズ装着者の割合が増えてはいる
が、コンタクトレンズは、その取扱いや保守性から一部
の人の使用に限られており、価格や取扱い等の問題で眼
鏡を使用している人が殆どである。
【００１７】眼鏡を利用している人が眼鏡を取った裸眼
により、例えば図２１〜２２のような視覚表示装置を装
着して、明瞭な観察画像を観察できるようにするには、
視覚表示装置側に何らかの視度補正手段を設ける必要が
ある。
【００１８】しかし、小型・軽量を目的とする本発明の
ような視覚表示装置に乱視を含めた視度補正手段を設け
ることは、装置の大型化と重量の増大を招くと共に、装
置側の視度補正量を観察者に合うよう適切に調整できる
ようにすることは非常に難しくなる。また、間違った視
度で正常な観察視力を持った観察者が長時間観察してし
まった場合、その観察者の視度が逆に装置側の間違った
視度に順応してしまって、観察者の視力が悪くなってし
まう危険性もある。
【００１９】さらに、２次元画像表示素子の空中像と外
界の観察像を重畳して観察する所謂「スーパーインポー
ズ」での観察では、外界の像の視度と視覚表示装置によ
り空間に投影された空中像との両方に視度補正機構を付
加することが必要になり、ますます装置の大型化を招い
てしまう。
【００２０】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであり、その第１の目的は、４０°（±２０
°）以上の観察画角で観察でき、かつ、周辺までフラッ
トで鮮明な画像が観察でき、さらに、広い射出瞳径を確
保した視覚表示装置を提供することである。
【００２１】また、本発明の別の目的は、眼鏡等を装着
したまま空間に投影された広い観察画角の空中像を鮮明
に観察することが可能な視覚表示装置を提供することで
ある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の視覚表示装置は、観察者が観察するフラットな観察
像を表示する画像表示素子と、前記画像表示素子の実像
をリレー像として光路中に形成するリレー光学系と、前
記リレー像を拡大投影すると共に光軸を瞳側に反射屈曲
させる凹面反射鏡を備えた接眼凹面反射光学系とを有
し、前記リレー光学系と前記接眼凹面反射光学系との間
に、前記光軸に対して相互に偏心した前記画像表示素子
から前記瞳に向かう光束の入射する第１面と前記光束の
射出する第２面とを有する偏心補正光学系を配置し、前
記偏心補正光学系の有する前記第１面と前記第２面の面
が、少なくとも前記凹面反射鏡の偏心配置によって発生
する回転非対称な偏心収差を補正するように、回転非対
称な非球面形状にて構成されたことを特徴とするもので
ある。
【００２３】この場合、接眼凹面反射光学系の凹面反射
面にて光軸が反射屈曲される時の屈曲角度が６０°以上
となるように構成されていることが望ましい。
【００２４】また、接眼凹面反射光学系によって規定さ
れる焦点位置を基準に、光軸に沿って前側焦点位置より
も接眼凹面反射光学系の凹面反射鏡から離れる方向の位
置に観察者の虹彩位置が配置されるように、光学的な瞳
位置を設けるように構成されていることが望ましい。
【００２５】また、接眼凹面反射光学系の焦点距離をＦ
R 、接眼凹面反射光学系と虹彩位置との間の間隔をＤと
した時に、以下の条件式（１）を満足するように構成さ
れていることが望ましい。 Ｄ＞０．５×ＦR ・・・・（１） また、接眼凹面反射光学系と虹彩位置との間の間隔をＤ
とした時に、以下の条件式（２）を満足するように構成
されていることが望ましい。 Ｄ＞３０ 〔ｍｍ〕 ・・・・（２） また、偏心補正光学系の有する第１面と第２面のＹ−Ｚ
平面内での曲率半径をそれぞれＲY1、ＲY2とした時に、
以下の条件式（３）を満足するように構成されているこ
とが望ましい。 ＲY1／ＲY2＜０．５ ・・・・（３）
【００２６】
【作用】以下、上記配置をとる理由と作用について説明
する。以下は、設計上の利便性から、観察者瞳位置から
２次元画像表示素子へ向けて光線を追跡する逆追跡の光
路に沿って説明する。接眼凹面反射光学系とリレー光学
系の間に配置された偏心補正光学素子は、偏心して配置
された接眼凹面反射光学系で発生する光軸に対して対称
ではない収差を補正するためのものである。
【００２７】以下、上記配置をとる理由について、リレ
ー光学系を省略した図３を用いて説明する。図３は、観
察者の右眼に当たる光学系の接眼凹面鏡によって発生す
る像面湾曲を逆追跡によって示した図である。この図は
右眼用の光学系であり、左眼用の光学系はこれと対称に
配置される。この図において、観察者眼球を１、観察者
瞳位置を２、接眼凹面鏡を３、観察者の視軸を４、接眼
凹面鏡３による無限遠物体の像面を５、接眼凹面鏡３に
よって屈曲した光軸を６、接眼凹面鏡３による観察者の
瞳投影位置を７で示す。
【００２８】この図は、観察者眼球位置１での瞳径は８
ｍｍ、追跡光線の画角は５０°（半画角２５°）と、３
５°（半画角１７．５°）の光線を示している図であ
る。前記のように、観察画角が４０°を越える広画角の
接眼凹面反射光学系では、凹面鏡の結像特性として、凹
面鏡の焦点面５は湾曲してしまう。観察画角の中心であ
る視軸４は、接眼凹面鏡３によって反射され、光軸６と
なる。凹面鏡３を視軸４に対して偏心して配置している
ために、像面５と光軸６は垂直にならずに、光軸６に対
して斜めに傾いた像面５として形成される。
【００２９】つまり、偏心した凹面鏡３で光軸６までも
屈曲させているために、観察画角の中心である光軸６に
対して傾いてなおかつ湾曲した像面５を形成する。この
像面湾曲は、凹面反射鏡３を非球面で構成しても、トー
リック面で構成しても、同じである。
【００３０】この像面をリレー光学系で２次元画像表示
素子上に投影することは、傾いて湾曲した物体面を平面
の２次元画像表示素子上に投影することをリレー光学系
に要求することとなる。本発明のような偏心補正光学系
がなくとも、リレーレンズ系の偏心と２次元画像表示素
子の傾きによって、像面の傾きと像面湾曲を補正できる
ことは、一般に周知の事実であるが、本発明のように大
きな瞳径と高い解像力を同時に満足することは困難で、
大掛かりなリレー光学系が必要となる。
【００３１】そこで、本発明においては、光軸に対して
傾いていて湾曲した物体面を光軸に対して垂直に起こす
と共に像面湾曲を補正する偏心補正光学系を、接眼凹面
反射光学系とリレー光学系の間の像面近傍に配置するこ
とで、上記のような像面の光軸に対する傾きと湾曲を同
時に補正することに成功したものである。
【００３２】この偏心補正光学系の少なくとも１つの面
は、光軸に対して傾いていることはもちろん、リレー光
学系の光軸に対しても傾いていると同時に、偏心補正光
学系の２つの面も互いに偏心した面で構成することが好
ましい。これは、接眼凹面鏡による像面が単に傾いた平
面ではなく、湾曲を持った曲面になっていて、なおか
つ、傾いているためである。この傾いた像面を平面に補
正するためには、複雑に偏心した曲面で上記偏心補正光
学系を構成する必要がある。
【００３３】このような構成をとる効果について、図１
の本発明の概念図を用いて説明する。図１の概念図にお
いて、観察者眼球位置を１、観察者虹彩位置を２、接眼
凹面鏡を３、観察者視軸を４、接眼凹面鏡３による無限
遠物体の像面を５、接眼凹面鏡３で反射された視軸を
６、偏心補正光学系を８、偏心補正光学系８を射出した
後の光軸を９、偏心補正光学系８で補正された像面を１
８で示す。
【００３４】先ず、第１に、偏心補正光学系８が楔状を
していることが重要である。図１に示すように、楔状の
偏心補正光学系８は、視軸６に対して非対称な光路長を
持つことによって、視軸６に対して傾いて形成される像
５を光軸９に対してほぼ垂直な像面１８に変換する作用
がある。
【００３５】次に、視軸に対して対称な像面湾曲を補正
するために、リレー光学系（図１中では省略）に対して
凹面を向けている像面湾曲補正のために、偏心補正光学
系８の第１面Ｓ1 を図１のＳ2 のように凸面すること
で、上記像面湾曲を補正できる。これにより、リレー光
学系は平坦な像面を２次元画像表示素子に投影するだけ
ですむので、リレー光学系の収差補正の負担が大幅に減
り、小型のリレー光学系で構成することに成功したもの
である。
【００３６】図２に本発明による偏心補正光学系の光路
図を示す。この図は後記する実施例１の偏心補正光学系
による補正状態を示すもので、図において、観察者眼球
を１、観察者瞳位置を２、接眼凹面鏡を３、観察者の視
軸を４、接眼凹面鏡３による像面を５、接眼凹面鏡３と
図示しないリレー光学系の間に配置される偏心補正光学
系を８、接眼凹面鏡３及び偏心補正光学系８によって屈
曲した光軸を９、接眼凹面鏡３及び偏心補正光学系８に
よる観察者の瞳２の投影位置を７、接眼凹面鏡３と偏心
補正光学系８によって補正された像面を１８で示す。こ
の光路図から明らかなように、接眼凹面鏡３による像面
５は、偏心補正光学系８によって光軸９に対して垂直で
平坦な像面１８に補正される。
【００３７】このように、偏心した面で構成されている
偏心補正光学系８によって、リレー光学系での収差補正
の負担が減り、本発明のように、大きな瞳径を確保しつ
つ、高い解像力を満足した観察光学系とすることが可能
となる。なお、上記のように、偏心補正光学系８の第１
面と第２面は、軸上光線に対して楔状をしていること
が、像面の傾きを補正し、解像力の高い観察像を提供す
るために重要である。
【００３８】さらに好ましくは、接眼凹面鏡３で発生し
た非点収差は、接眼凹面鏡３が偏心して配置されている
ために、視軸に対して回転対称ではない複雑な非点隔差
を発生させている。この複雑な非点隔差を補正するため
に、偏心補正光学系８はアナモルフィク面で構成するこ
とが望ましく、図２の紙面内のＹ−Ｚ軸面内の屈折力よ
り、紙面と垂直なＸ−Ｚ軸面内の屈折力が小さくなるよ
うに構成することが、非点収差を補正して解像力の高い
観察像を視野周辺まで提供するために必要となる。
【００３９】さらに好ましくは、偏心補正光学系８の接
眼凹面鏡３側の面を凸面で構成することが、収差補正上
好ましい。このことは、像面５の湾曲の形に偏心補正光
学系８の１面を合わせる形となる。これによって、この
偏心補正光学系８を通過する光線の光路長が光軸近傍よ
り周辺画角で短くなるために、像面湾曲補正に有利にな
るからである。このことは、偏心補正光学系８の役割
が、像面湾曲を補正する役割が比較的強い時に重要とな
る。
【００４０】さらに好ましくは、偏心補正光学系とリレ
ー光学系、像面の偏心との両方を組み合わせることによ
って、更に良好な収差補正ができることは、言うまでも
ない。
【００４１】また、さらに好ましくは、偏心補正光学系
又は接眼凹面鏡を非球面にすることによって、図１の偏
心補正光学系８のように、リレー光学系に入射する瞳収
差を補正することが可能となり、リレー光学系の収差補
正の負担が減り、リレー光学系を小型にできる。
【００４２】さらに好ましくは、光軸６（図１）に対し
て、リレー光学系の一部又は全部を傾けて配置すること
により、偏心補正光学系８で発生する色収差に対して
も、リレー光学系で補正することが可能となる。
【００４３】さらに好ましくは、偏心補正光学系の像面
の傾き補正の負担を減らし、色収差補正によい結果を得
るように、２次元画像表示素子を傾けて配置すると、全
体の性能に良い結果を与える。
【００４４】さらに、接眼凹面反射光学系３の前側焦点
位置より凹面鏡３から離れた位置に観察者の瞳２位置を
配置すると、接眼凹面鏡３の像面５を小さくすることが
可能となり、観察者頭部と偏心補正光学素子８との干渉
が避けやすく、接眼凹面光学系３の焦点距離をＦR 、接
眼凹面光学系３と観察者虹彩位置２までの距離をＤとす
るとき、 Ｄ＞０．５×ＦR ・・・・（１） なる条件式（１）を満足することが好ましい。
【００４５】上記条件式（１）の下限を越えると、接眼
凹面鏡３で反射した光線が極端に広がってしまい、偏心
補正光学系８が大きくなり、観察者頭部に当たってしま
う。また、リレー光学系が大型となり、装置全体が大型
のものになってしまう。
【００４６】また、接眼凹面反射光学系３と観察者眼球
１の虹彩位置２又は眼球回旋点との距離は、接眼凹面反
射光学系３を観察者眼球１直前に配置するために、余り
に短いと、観察者の睫毛に当たったり恐怖感を与えてし
まう。このために、接眼凹面反射光学系３と観察者虹彩
位置２又は眼球回旋点までの距離Ｄは３０ｍｍ以上離し
て配置することが望ましく、 Ｄ＞３０ 〔ｍｍ〕 ・・・・（２） なる条件（２）を満足することが好ましい。
【００４７】さらに、第２の本発明のように、視軸の屈
曲角を６０°以上傾けるようにすると、接眼凹面反射鏡
によって発生する像面の屈曲後の視軸に対する傾きと、
凹面反射鏡に斜めに光束が入射するために発生する複雑
な非点収差の発生とにより、観察画角周辺まで明瞭な観
察像を観察することができない。上記の収差を補正する
ためには、偏心補正光学系の第１面と第２面のＹ−Ｚ軸
平面（観察者の左右方向と視軸を含む平面）内での曲率
半径をＲY1、ＲY2とするとき、 ＲY1／ＲY2＜０．５ ・・・・（３） なる条件（３）を満足することが重要である。
【００４８】この条件（３）は、偏心補正光学系のＹ−
Ｚ平面内での屈折力を表している。ただし、本発明の場
合は、偏心補正光学系の第１面と第２面はお互いに偏心
しているので、厳密には屈折力を定義することは不可能
である。本発明のような光学系の場合、この条件式
（３）の上限の０．５を越えると、特に６０°以上の屈
曲角を接眼凹面鏡で得る場合、接眼凹面光学系で発生す
る強い像面湾曲を補正することが難しくなる。この像面
湾曲は凹面鏡で発生するもので、比較的屈曲角が小さい
場合は、屈曲後の視軸に対して垂直であり、かつ、曲率
も緩い像面となる。しかし、屈曲角が６０°を越えてく
ると、視軸に対する傾きと曲率が共に大きくなり、この
強い像面湾曲と像面の傾きをリレー光学系で補正できる
限界を越えてしまう。さらに、偏心補正光学系でも、上
記条件式（３）に示す範囲を越えると、湾曲補正が不可
能となり、フラットで鮮明な観察像を得ることができな
くなってしまう。
【００４９】
【実施例】以下、本発明の視覚表示装置の実施例１〜８
について説明する。 実施例１ 図５を参照にしてこの実施例を説明する。図中、２は観
察者瞳位置、４は観察者が正面を観察している時の視
軸、３は接眼凹面鏡、８は偏心補正光学系、１５はリレ
ー光学系、１４は２次元画像表示素子である。
【００５０】座標系を図示のように、観察者の左右方向
の右から左を正方向とするＹ軸、観察者の視軸４方向の
眼球側から凹面鏡３側を正方向とするＺ軸、上下方向の
上から下を正方向とするＸ軸と定義する。
【００５１】以下、この光学系の構成パラメータを示す
が、面番号は、射出瞳２位置から２次元画像表示素子１
４へ向かう逆追跡の面番号として示してある。
【００５２】偏心量と傾き角は、凹面鏡３（面番号：
２）についてはＹ軸方向への偏心量のみが与えられ、そ
の頂点が射出瞳２中心を通る視軸４（Ｚ軸方向）からの
Ｙ軸方向へ偏心している距離であり、偏心補正光学系８
に関しては、各面（面番号：３、４）の頂点の射出瞳２
中心からのＹ軸正方向及びＺ軸正方向への偏心量と、そ
の面の頂点を通る中心軸のＺ軸方向からの傾き角が与え
られる。面の中心軸の傾き角はＺ軸正方向からＹ軸正方
向へ向かう回転角（図で反時計方向）を正方向の角度と
して与えられる。リレー光学系１５については、その第
１面（面番号：５）の頂点位置が偏心補正光学系８の各
面と同様に与えられ、その頂点を通る中心軸が光軸にな
り、その光軸の傾き角が同様に与えられる。リレー光学
系１５の中の第１面以外の特定面（面番号：８）の偏心
量と傾き角は、その面の頂点を通る中心軸（光軸）のそ
の前の面の光軸に直角な方向への偏心量と傾き角で与え
られる。偏心量と傾き角の表示のない面は、その前の面
と同軸であることを表す。また、２次元画像表示素子１
４（面番号：１３）については、その中心の射出瞳２中
心からのＹ軸正方向及びＺ軸正方向への偏心量と、その
面の法線のＺ軸方向からの傾き角とを与えてある。
【００５３】また、各面の非球面形状は、座標系を図示
のようにとり、各面の近軸曲率半径を、Ｙ−Ｚ面（紙
面）に垂直な面内での曲率半径をＲx 、Ｙ−Ｚ面内での
曲率半径をＲy とすると、次の式で表される。 Ｚ =［( Ｘ2/Ｒx )+ (Ｙ2/Ｒy ) ］／［1+｛ 1-(1+Ｋx ) ( Ｘ2/Ｒx 2) -(1+Ｋy ) ( Ｙ2/Ｒy 2)｝1/2 ］ ＋ＡＲ［ (1-ＡＰ) Ｘ2+( 1+ＡＰ) Ｙ2 ］2 ＋ＢＲ［ (1-ＢＰ) Ｘ2+( 1+ＢＰ) Ｙ2 ］3 ここで、Ｋx はＸ方向の円錐係数、Ｋy はＹ方向の円錐
係数、ＡＲ、ＢＲはそれぞれ回転対称な４次、６次の非
球面係数、ＡＰ、ＢＰはそれぞれ非対称な４次、６次の
非球面係数である。
【００５４】また、面間隔は、射出瞳２と凹面鏡３の間
については、射出瞳２中心と凹面鏡３頂点間のＺ軸方向
の間隔、リレー光学系１５の第１面からその像面（２次
元画像表示素子１４）に到る間隔は、その光軸に沿う間
隔で示してある。リレー光学系１５については、面の曲
率半径をｒ1 〜ｒi で、面間隔をｄ1 〜ｄi で、ｄ線の
屈折率をｎ1 〜ｎi で、アッベ数をν1 〜νi で示す。 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １（２） ∞（瞳） 47.010 ２（３）Ｒy -71.040 0 Ｙ：-29.891 Ｒx -53.671 Ｋy 0.059148 Ｋx -0.136469 ＡＲ 0.360349 ×10-7 ＢＲ 0.513037 ×10-12 ＡＰ -0.648988 ＢＰ -0.313565 ３（８）Ｒy -53.284 0 ｎ =1.554618 ν = 64.3 Ｒx -39.696 Ｙ：-50.331 -7.811° Ｋy 1.206766 Ｚ： 25.359 Ｋx 0.766839 ＡＲ -0.134492 ×10-6 ＢＲ 0 ＡＰ -0.172095 ×10+1 ＢＰ 0 ４ Ｒy -42.641 0 Ｙ：-38.199 40.344° Ｒx -36.603 Ｚ： 23.012 Ｋy 0.399124 Ｋx 2.956479 ＡＲ 0.219886 ×10-6 ＢＲ 0 ＡＰ 0.134389 ×10+1 ＢＰ 0 ５（ｒ1 ） -32.003 （ｄ1 ） -2 ｎ1=1.7466 ν1= 36.2 Ｙ：-46.509 24.174° Ｚ： 7.7456 ６（ｒ2 ） -13.011 （ｄ2 ） -13.735 ｎ2=1.5540 ν2= 63.7 ７（ｒ3 ） 34.716 （ｄ3 ） -20.957 ８（ｒ4 ） -171.983 （ｄ4 ） -2 ｎ3=1.75458 ν3= 27.6 Ｙ： -5.912 2.250° ９（ｒ5 ） -28.012 （ｄ5 ） -5.638 ｎ4=1.49815 ν4= 69.2 10(r6 ） 42.038 （ｄ6 ） -0.5 １１（ｒ7 ） -35.519 （ｄ7 ） -11.257 ｎ5=1.64916 ν5= 55.1 １２（ｒ8 ） 99.244 （ｄ8 ） -27.944 １３（１４） ∞（像面） Ｙ： -5.140 19.829° 上記実施例の画角は、左右画角が４５°、上下画角が３
４．６５°で、瞳径８ｍｍである。
【００５５】この実施例の収差補正状態を示すスポット
ダイアグムを図１３に示す。図１３において、スポット
ダイアグムの左側の４つの数字の中、上段の２つの数字
は、長方形の画面中央の座標（Ｘ，Ｙ）を（０．００，
０．００）、右端中央の座標を（０．００，−１．０
０）、右上隅の座標を（１．００，−１．００）、上端
中央の座標を（１．００，０．００）のように表現した
場合の座標（Ｘ，Ｙ）を示し、下段の２つの数字は、視
軸（画面中央）に対して上記座標（Ｘ，Ｙ）方向がなす
角度のＸ成分、Ｙ成分（度表示）を示す。
【００５６】実施例２ 図６を参照にして、実施例２について説明する。この実
施例の構成は実施例１と同じであるが、接眼凹面鏡３が
Ｙ軸を軸とする回転楕円鏡からなる。
【００５７】以下、この光学系の構成パラメータを示す
が、面番号は、射出瞳２位置から２次元画像表示素子１
４へ向かう逆追跡の面番号として示してある。座標系の
とり方、偏心量、傾き角の与え方、各面の曲率半径、面
間隔、屈折率、アッベ数も実施例１と同様である。各面
の非球面形状も同様であるが、接眼凹面鏡３について
は、曲率半径をＲとすると、次の式で表される。 Ｚ=(ｈ2/Ｒ）／［1+｛ 1-(1+Ｋ) ( ｈ2/Ｒ2)｝1/2 ］＋
Ａｈ4 ＋Ｂｈ6 （ｈ2 ＝Ｘ2 ＋Ｙ2 ） ここで、Ｋは円錐係数、Ａ、Ｂはそれぞれ４次、６次の
非球面係数である。
【００５８】 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １（２） ∞（瞳） 47.010 ２（３）Ｒ -41.559 0 Ｙ： 28.650 90° Ｋ -0.209269 Ａ 0 Ｂ 0 ３（８）Ｒy -58.649 0 ｎ =1.487 ν = 70.4 Ｒx -72.981 Ｙ：-51.790 -6.803° Ｋy 1.167701 Ｚ： 24.925 Ｋx 13.533262 ＡＲ 0.433130 ×10-6 ＢＲ 0 ＡＰ -0.154970 ×10+1 ＢＰ 0 ４ Ｒy -39.220 0 Ｙ：-38.119 38.781° Ｒx -40.106 Ｚ： 21.847 Ｋy 1.764612 Ｋx 9.145229 ＡＲ -0.608546 ×10-6 ＢＲ 0 ＡＰ -0.264803 ×10+1 ＢＰ 0 ５（ｒ1 ） -41.419 （ｄ1 ） -2 ｎ1=1.7393 ν1= 28.3 Ｙ：-36.766 31.972° Ｚ： -0.3364 ６（ｒ2 ） -12.892 （ｄ2 ） -9.785 ｎ2=1.5680 ν2= 63.3 ７（ｒ3 ） 25.739 （ｄ3 ） -16.142 ８（ｒ4 ） -197.047 （ｄ4 ） -2 ｎ3=1.7443 ν3= 28.0 Ｙ： -5.6210 -4.4371 ° ９（ｒ5 ） -29.566 （ｄ5 ） -7.963 ｎ4=1.5191 ν4= 67.2 １０（ｒ6 ） 35.243 （ｄ6 ） -0.5 １１（ｒ7 ） -39.239 （ｄ7 ） -9.350 ｎ5=1.6552 ν5= 54.2 １２（ｒ8 ） 96.655 （ｄ8 ） -29.206 １３（１４） ∞（像面） Ｙ： -1.865 20.979° 上記実施例の画角は、左右画角が４５°、上下画角が３
４．６５°で、瞳径８ｍｍである。この実施例の収差補
正状態を示す図１３と同様なスポットダイアグムを図１
４に示す。
【００５９】実施例３ 図７を参照にして、実施例３について説明する。この実
施例の構成は実施例１と同じである。
【００６０】以下、この光学系の構成パラメータを示す
が、面番号は、射出瞳２位置から２次元画像表示素子１
４へ向かう逆追跡の面番号として示してある。座標系の
とり方、偏心量、傾き角の与え方、各面の曲率半径、面
間隔、屈折率、アッベ数、非球面形状も実施例１と同様
である。
【００６１】 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １（２） ∞（瞳） 46.462 ２（３） -64.708 0 Ｙ：-27.347 ３（８）Ｒy -26.345 0 ｎ =1.6516 ν = 58.5 Ｒx -309.984 Ｙ：-46.547 -15.054° Ｋy -1.243826 Ｚ： 14.919 Ｋx 281.323532 ＡＲ 0 ＢＲ 0 ＡＰ 0 ＢＰ 0 ４ Ｒy -14.212 0 Ｙ：-43.199 34.775° Ｒx 56.846 Ｚ： 10.906 Ｋy -5.057 Ｋx -24.236217 ＡＲ 0 ＢＲ 0 ＡＰ 0 ＢＰ 0 ５（ｒ1 ） -39.631 （ｄ1 ） -10 ｎ1=1.5517 ν1= 47.1 Ｙ：-47.054 18.088° Ｚ：-25.910 ６（ｒ2 ） 8.830 （ｄ2 ） -11.316 ｎ2=1.7541 ν2= 28.5 ７（ｒ3 ） 37.113 （ｄ3 ） -1 ８（ｒ4 ） -663.767 （ｄ4 ） -2 ｎ3=1.755 ν3= 27.6 ９（ｒ5 ） -16.847 （ｄ5 ） -7.08 ｎ4=1.6031 ν4= 60.7 １０（ｒ6 ） 24.972 （ｄ6 ） -0.5 １１（ｒ7 ） -21.105 （ｄ7 ） -4.427 ｎ5=1.741 ν5= 52.7 １２（ｒ8 ）1803.805 （ｄ8 ） -18.488 １３（１４） ∞（像面） 上記実施例の画角は、左右画角が４５°、上下画角が３
４．６５°で、瞳径６ｍｍである。この実施例の収差補
正状態を示す図１３と同様なスポットダイアグムを図１
５に示す。
【００６２】実施例４ 図８を参照にして、実施例４について説明する。この実
施例の構成は実施例１とほぼ同じである。
【００６３】以下、この光学系の構成パラメータを示す
が、面番号は、射出瞳２位置から２次元画像表示素子１
４へ向かう逆追跡の面番号として示してある。座標系の
とり方、偏心量、傾き角の与え方、各面の曲率半径、面
間隔、屈折率、アッベ数、非球面形状も実施例１と同様
である。
【００６４】 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １（２） ∞（瞳） 46.629 ２（３）Ｒy -115.529 0 Ｙ：-33.123 Ｒx -54.290 Ｋy 0.523637 Ｋx -1.860239 ＡＲ -0.115605 ×10-5 ＢＲ -0.192986 ×10-10 ＡＰ -0.249219 ×10-1 ＢＰ -0.994737 ３（８）Ｒy -38.676 0 ｎ =1.6204 ν = 60.3 Ｒx -160.112 Ｙ：-49.396 -16.592° Ｋy 0.304512 Ｚ： 20.192 Ｋx 47.168010 ＡＲ -0.102748 ×10-4 ＢＲ 0.177721 ×10-7 ＡＰ 0.359301 ＢＰ -0.215675 ×10-1 ４ Ｒy -13.121 0 Ｙ：-50.637 19.980° Ｒx -33.071 Ｚ： 5.481 Ｋy -0.838859 Ｋx -3.037180 ＡＲ 0.370764 ×10-5 ＢＲ 0.936964 ×10-10 ＡＰ 0.148906 ×10+1 ＢＰ 0.494624 ５（ｒ1 ） -38.818 （ｄ1 ） -1 ｎ1=1.7859 ν1= 44.2 Ｙ：-55.119 38.182° (-42.582) (48.558°) Ｚ：-13.859 ( -4.663) ６（ｒ2 ） -18.672 （ｄ2 ） -9 ｎ2=1.5163 ν2= 64.1 ７（ｒ3 ） 33.694 （ｄ3 ） -11.574 ８（ｒ4 ） -98.075 （ｄ4 ） -1 ｎ3=1.7618 ν3= 26.6 Ｙ： 7.422 5.524° ９（ｒ5 ） -24.573 （ｄ5 ） -12.075 ｎ4=1.5163 ν4= 64.1 １０（ｒ6 ） 57.624 （ｄ6 ） -3 １１（ｒ7 ） -42.286 （ｄ7 ） -18 ｎ5=1.6779 ν5= 50.7 Ｙ： -1.452 -26.031° １２（ｒ8 ） 24.749 （ｄ8 ） -1 ｎ6=1.8052 ν6= 25.4 １３（ｒ9 ） 48.671 （ｄ9 ） 0 １４（１４） ∞（像面） Ｙ：-99.083 47.758° Ｚ：-85.700 上記実施例の画角は、左右画角が５０°、上下画角が３
５°で、瞳径８ｍｍである。なお、上記の表中、面番
号：５の偏心量、傾き角の括弧内の数値にリレーレンズ
系１５を移動することによって、左右の観察画角が５０
°から３０°に切り換え可能となっている。この実施例
の広い画角時及び狭い画角時の収差補正状態を示す図１
３と同様なスポットダイアグムをそれぞれ図１６、図１
７に示す。
【００６５】実施例５ 図９を参照にして、実施例５について説明する。この実
施例の構成は実施例１とほぼ同じである。以下、この光
学系の構成パラメータを示すが、面番号は、射出瞳２位
置から２次元画像表示素子１４へ向かう逆追跡の面番号
として示してある。座標系のとり方、偏心量、傾き角の
与え方、各面の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数、
非球面形状も実施例１と同様である。なお、以下に示す
実施例５〜８の何れも接眼凹面鏡３による屈曲角は７０
°である。
【００６６】 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １（２） ∞（瞳） 59.485 ２（３）Ｒy -77.651 0 Ｙ： -6.338 29.485° Ｒx -49.777 Ｋy -0.742715 Ｋx -0.372467 ＡＲ 0 ＢＲ 0 ＡＰ 0 ＢＰ 0 ３（８）Ｒy -20.792 0 ｎ =1.51633 ν = 64.1 Ｒx -30.737 Ｙ：-30.315 52.929° Ｋy -3.245698 Ｚ： 34.578 Ｋx 0.484215 ＡＲ 0 ＢＲ 0 ＡＰ 0 ＢＰ 0 ４ Ｒy -51.135 0 Ｙ：-53.172 67.287° Ｒx -32.115 Ｚ： 46.245 Ｋy 1.468440 Ｋx 3.808630 ＡＲ 0 ＢＲ 0 ＡＰ 0 ＢＰ 0 ５（ｒ1 ） -35.955 （ｄ1 ） -5.7401 ｎ1=1.60311 ν1= 60.7 Ｙ：-60.264 45.566° Ｚ： 28.592 ６（ｒ2 ） 37.128 （ｄ2 ） -9.087 ７（ｒ3 ） -42.898 （ｄ3 ） -8.175 ｎ2=1.60311 ν2= 60.7 ８（ｒ4 ） 13.539 （ｄ4 ） -1 ｎ3=1.80518 ν3= 25.4 ９（ｒ5 ） 24.285 （ｄ5 ） -0.1 １０（ｒ6 ） -15.116 （ｄ6 ） -8.885 ｎ4=1.60311 ν4= 60.7 １１（ｒ7 ） 22.339 （ｄ7 ） -1 ｎ5=1.80518 ν5= 25.4 １２（ｒ8 ） 134.077 （ｄ8 ） -7.851 １３（１４） ∞（像面） Ｙ： -1.030 17.642° ＲY1／ＲY2＝０．４０６６ 上記実施例の画角は、左右画角が５０°、上下画角が３
８．５°で、瞳径１０ｍｍである。
【００６７】この実施例の収差補正状態を示す図１３と
同様なスポットダイアグムを図１８〜図２０に示す。
【００６８】実施例６ 図１０を参照にして、実施例６について説明する。この
実施例の構成は実施例１とほぼ同じである。以下、この
光学系の構成パラメータを示すが、面番号は、射出瞳２
位置から２次元画像表示素子１４へ向かう逆追跡の面番
号として示してある。座標系のとり方、偏心量、傾き角
の与え方、各面の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数
も実施例１と同様である。各面の非球面形状も同様であ
るが、リレー光学系１５については、実施例２の式で表
される。
【００６９】 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １（２） ∞（瞳） 60.816 ２（３）Ｒy -77.651 0 Ｙ： -8.800 27.458° Ｒx -50.409 Ｋy -0.878357 Ｋx -0.672540 ＡＲ 0 ＢＲ 0 ＡＰ 0 ＢＰ 0 ３（８）Ｒy -17.110 0 ｎ =1.51633 ν = 64.1 Ｒx -47.766 Ｙ：-25.755 75.295° Ｋy -1.360137 Ｚ： 27.357 Ｋx 5.460714 ＡＲ 0 ＢＲ 0 ＡＰ 0 ＢＰ 0 ４ Ｒy -47.337 0 Ｙ：-48.146 76.445° Ｒx -38.588 Ｚ： 37.759 Ｋy 2.800090 Ｋx 5.582655 ＡＲ 0 BR 0 ＡＰ 0 ＢＰ 0 ５（ｒ1 ） -34.080 （ｄ1 ） -5.476 ｎ1=1.51633 ν1= 64.1 Ｋ 0 Ｙ：-61.113 40.751° Ａ 0.389918 ×10-4 Ｚ： 21.045 Ｂ 0.434491 ×10-7 ６（ｒ2 ） 22.097 （ｄ2 ） -13.846 Ｋ 0 Ａ -0.141800 ×10-4 Ｂ 0.115543 ×10-6 ７（ｒ3 ） -90.067 （ｄ3 ） -2.395 ｎ2=1.51633 ν2= 64.1 Ｙ： -3.827 -10.283° ８（ｒ4 ） 51.410 （ｄ4 ） -0.1 ９（ｒ5 ） -16.273 （ｄ5 ） -10.090 ｎ3=1.60311 ν3= 60.7 Ｙ： -0.918 9.334° １０（ｒ6 ） 19.173 （ｄ6 ） -1 ｎ4=1.80518 ν4= 25.4 １１（ｒ7 ） 55.216 （ｄ7 ） -8.126 １２（１４） ∞（像面） Ｙ： -0.217 16.176° ＲY1／ＲY2＝０．３６１５ 上記実施例の画角は、左右画角が５０°、上下画角が３
８．５°で、瞳径１０ｍｍである。
【００７０】実施例７ 図１１を参照にして、実施例７について説明する。この
実施例の構成は実施例６とほぼ同じである。以下、この
光学系の構成パラメータを示すが、面番号は、射出瞳２
位置から２次元画像表示素子１４へ向かう逆追跡の面番
号として示してある。座標系のとり方、偏心量、傾き角
の与え方、各面の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ
数、非球面形状も実施例６と同様である。
【００７１】 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １（２） ∞（瞳） 60.230 ２（３）Ｒy -80.972 0 Ｙ： -7.654 28.655° Ｒx -51.556 Ｋy -0.868497 Ｋx -0.539374 ＡＲ 0 ＢＲ 0 ＡＰ 0 ＢＰ 0 ３（８）Ｒy -11.437 0 ｎ =1.51633 ν = 64.1 Ｒx -31.949 Ｙ：-27.643 96.656° Ｋy -0.916345 Ｚ： 24.394 Ｋx 0.350858 ＡＲ 0 ＢＲ 0 ＡＰ 0 ＢＰ 0 ４ Ｒy -45.201 0 Ｙ：-48.795 70.106° Ｒx -33.081 Ｚ： 41.953 Ｋy 2.664361 Ｋx 3.133791 ＡＲ 0 ＢＲ 0 ＡＰ 0 ＢＰ 0 5(r1 ） -25.39504 （ｄ1 ） -9.116 ｎ1=1.51633 ν1= 64.1 Ｋ 0 Ｙ：-68.080 39.749° Ａ 0.326222 ×10-4 Ｚ： 17.195 Ｂ 0.125536 ×10-7 ６（ｒ2 ） 20.93214 （ｄ2 ） -14.008 Ｋ 0 Ａ -0.224574 ×10-4 Ｂ 0.176739 ×10-7 ７（ｒ3 ） -17.27805 （ｄ3 ） -10.874 ｎ2=1.60311 ν2= 60.7 Ｙ： -6.411 -0.236° ８（ｒ4 ） 18.239 （ｄ4 ） -1 ｎ3=1.80518 ν3= 25.4 ９（ｒ5 ） 41.362 （ｄ5 ） -7.442 １０（１４） ∞（像面） Ｙ： -0.228 18.218° ＲY1／ＲY2＝０．２５３０ 上記実施例の画角は、左右画角が５０°、上下画角が３
８．５°で、瞳径１０ｍｍである。
【００７２】実施例８ 図１２を参照にして、実施例８について説明する。この
実施例の構成は実施例６とほぼ同じである。以下、この
光学系の構成パラメータを示すが、面番号は、射出瞳２
位置から２次元画像表示素子１４へ向かう逆追跡の面番
号として示してある。座標系のとり方、偏心量、傾き角
の与え方、各面の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ
数、非球面形状も実施例６と同様である。
【００７３】 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １（２） ∞（瞳） 60.446 ２（３）Ｒy -82.033 0 Ｙ： -8.037 28.437° Ｒx -52.269 Ｋy -0.930764 Ｋx -0.656131 ＡＲ 0 ＢＲ 0 ＡＰ 0 ＢＰ 0 ３（８）Ｒy -11.522 0 ｎ =1.51633 ν = 64.1 Ｒx -27.685 Ｙ：-28.493 97.541° Ｋy -0.897431 Ｚ： 24.762 Ｋx 0.010734 ＡＲ 0 ＢＲ 0 ＡＰ 0 ＢＰ 0 ４ Ｒy -45.865 0 Ｙ：-48.482 70.499° Ｒx -34.708 Ｚ： 42.285 Ｋy 2.699501 Ｋx 3.391928 ＡＲ 0 ＢＲ 0 ＡＰ 0 ＢＰ 0 ５（ｒ1 ） -23.895 （ｄ1 ） -9.116 ｎ1=1.51633 ν1= 64.1 Ｋ 0 Ｙ：-68.545 39.647° Ａ 0.335999 ×10-4 Ｚ： 17.148 Ｂ 0.104357 ×10-7 ６（ｒ2 ） 21.98354 （ｄ2 ） -12.920 Ｋ 0 Ａ -0.242064 ×10-4 Ｂ 0.306259 ×10-7 ７（ｒ3 ） -17.155 （ｄ3 ） -10.789 ｎ2=1.60311 ν2= 60.7 Ｙ： -6.638 0.758° ８（ｒ4 ） 17.650 （ｄ4 ） -1 ｎ3=1.80518 ν3= 25.4 ９（ｒ5 ） 40.523 （ｄ5 ） -7.512 １０（１４） ∞（像面） Ｙ： -0.086 18.909° ＲY1／ＲY2＝０．２５１２ 上記実施例の画角は、左右画角が５０°、上下画角が３
５°で、瞳径１０ｍｍである。
【００７４】実施例５〜８の場合、リレー光学系１５を
観察者頭部（眼球上部）に配置することが可能となり、
偏心補正光学系８が眼球の上部に位置するため、空中像
ではなく外界像を観察している時に、偏心補正光学系８
が邪魔をして外界の観察像の視野が観察できなくなる問
題が発生しない。この問題が起こると、視覚表示装置を
装着したまま他の仕事をしたり、場所を移動したりする
時に、観察者の視野の狭さからくる不安を与えることに
なってしまう。
【００７５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に基づき、広い提示画角で、周辺の画角まで鮮明に観察
できる頭部装着式視覚表示装置を提供することができ
る。
【００７６】また、眼鏡等を装着したまま空間に投影さ
れた広い観察画角の空中像を鮮明に観察することが可能
な頭部装着式視覚表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の視覚表示装置の概念図である。
【図２】本発明による偏心補正光学系の光路図である。
【図３】視覚表示装置の接眼凹面鏡によって発生する像
面湾曲を示す図である。
【図４】眼の回旋運動によって視野がケラレる様子を示
す図である。
【図５】本発明の実施例１の光学的構成を示す断面図で
ある。
【図６】実施例２の光学的構成を示す断面図である。
【図７】実施例３の光学的構成を示す断面図である。
【図８】実施例４の光学的構成を示す断面図である。
【図９】実施例５の光学的構成を示す断面図である。
【図１０】実施例６の光学的構成を示す断面図である。
【図１１】実施例７の光学的構成を示す断面図である。
【図１２】実施例８の光学的構成を示す断面図である。
【図１３】実施例１の収差補正状態を示すスポットダイ
アグムである。
【図１４】実施例２の収差補正状態を示すスポットダイ
アグムである。
【図１５】実施例３の収差補正状態を示すスポットダイ
アグムである。
【図１６】実施例４の広い画角時の収差補正状態を示す
スポットダイアグムである。
【図１７】実施例４の狭い画角時の収差補正状態を示す
スポットダイアグムである。
【図１８】実施例５の収差補正状態を示すスポットダイ
アグムの一部である。
【図１９】実施例５の収差補正状態を示すスポットダイ
アグムの別の一部である。
【図２０】実施例５の収差補正状態を示すスポットダイ
アグムの残りの部分である。
【図２１】従来の頭部装着式視覚表示装置の構成を示す
平面図である。
【図２２】本出願人による先行技術の頭部装着式視覚表
示装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１…観察者眼球 ２…観察者瞳位置 ３…接眼凹面鏡 ４…観察者の視軸 ５…接眼凹面鏡による無限遠物体の像面 ６…接眼凹面鏡によって屈曲した光軸 ７…観察者の瞳投影位置 ８…偏心補正光学系 ９…偏心補正光学系を射出した後の光軸 １４…２次元画像表示素子 １５…リレー光学系 １８…偏心補正光学系で補正された像面

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 観察者が観察するフラットな観察像を表
    示する画像表示素子と、前記画像表示素子の実像をリレ
    ー像として光路中に形成するリレー光学系と、前記リレ
    ー像を拡大投影すると共に光軸を瞳側に反射屈曲させる
    凹面反射鏡を備えた接眼凹面反射光学系とを有し、 前記リレー光学系と前記接眼凹面反射光学系との間に、
    前記光軸に対して相互に偏心した前記画像表示素子から
    前記瞳に向かう光束の入射する第１面と前記光束の射出
    する第２面とを有する偏心補正光学系を配置し、 前記偏心補正光学系の有する前記第１面と前記第２面の
    面が、少なくとも前記凹面反射鏡の偏心配置によって発
    生する回転非対称な偏心収差を補正するように、回転非
    対称な非球面形状にて構成され たことを特徴とする視覚
    表示装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の視覚表示装置において、 前記接眼凹面反射光学系の凹面反射面にて前記光軸が反
    射屈曲される時の屈曲角度が６０°以上となるように構
    成されていることを特徴とする視覚表示装置。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の視覚表示装置にお
    いて、 前記接眼凹面反射光学系によって規定される前側焦点位
    置を基準に、光軸に沿って前記前側焦点位置よりも前記
    接眼凹面反射光学系の凹面反射鏡から離れる方向の位置
    に観察者の虹彩位置が配置されるように、光学的な瞳位
    置を設けるように構成されていることを特徴とする視覚
    表示装置。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の視覚表示装置において、 前記接眼凹面反射光学系の焦点距離をＦR 、前記接眼凹
    面反射光学系と前記虹彩位置との間の間隔をＤとした時
    に、以下の条件式（１）を満足するように構成されてい
    ることを特徴とする視覚表示装置。 Ｄ＞０．５×ＦR ・・・・（１）
  5. 【請求項５】 請求項４記載の視覚表示装置において、
    前記接眼凹面反射光学系と前記虹彩位置との間の間隔を
    Ｄとした時に、以下の条件式（２）を満足するように構
    成されていることを特徴とする視覚表示装置。 Ｄ＞３０ 〔ｍｍ〕 ・・・・（２）
  6. 【請求項６】 請求項５記載の視覚表示装置において、 前記偏心補正光学系の有する前記第１面と前記第２面の
    Ｙ−Ｚ平面内での曲率半径をそれぞれＲY1、ＲY2とした
    時に、以下の条件式（３）を満足するように構成されて
    いることを特徴とする視覚表示装置。 ＲY1／ＲY2＜０．５ ・・・・（３）
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