JP3392943B2 - 視覚表示装置 - Google Patents
視覚表示装置Info
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- JP3392943B2 JP3392943B2 JP12745294A JP12745294A JP3392943B2 JP 3392943 B2 JP3392943 B2 JP 3392943B2 JP 12745294 A JP12745294 A JP 12745294A JP 12745294 A JP12745294 A JP 12745294A JP 3392943 B2 JP3392943 B2 JP 3392943B2
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- transmissive
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、視覚表示装置に関し、
特に、観察者の頭部又は顔面に保持して使用するポータ
ブル型の頭部又は顔面装着式視覚表示装置に関するもの
である。
特に、観察者の頭部又は顔面に保持して使用するポータ
ブル型の頭部又は顔面装着式視覚表示装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来、米国再発行特許第２７，３５６号
として、凹面鏡と平面鏡により物体面を遠方に投影する
接眼光学系が知られている。この配置は、画像表示素子
から観察者眼球までの光路を繰り返し反射させて、短く
することが可能となり、視覚表示装置の観察者頭部前方
への突出量を短くすることが可能となる。
として、凹面鏡と平面鏡により物体面を遠方に投影する
接眼光学系が知られている。この配置は、画像表示素子
から観察者眼球までの光路を繰り返し反射させて、短く
することが可能となり、視覚表示装置の観察者頭部前方
への突出量を短くすることが可能となる。
【０００３】また、米国再発行特許第２７，３５６号の
ものでは、画像表示素子から射出した光線の内、２つの
半透過面を１回も反射しないで観察者眼球に到達する不
要な直接光は、遠方に拡大投影された観察したい観察光
に対して強いために、この直接光を遮断する手段が必要
となる。この従来例では、偏光素子を配置して解決して
いるが、偏光素子は高価であり、また、フルカラーの画
像を観察しようとした場合には、波長特性のよい偏光板
と波長板が必要になる。しかし、現在、広い波長幅に対
して満足できる性能の偏光板と波長板を入手することは
不可能である。
ものでは、画像表示素子から射出した光線の内、２つの
半透過面を１回も反射しないで観察者眼球に到達する不
要な直接光は、遠方に拡大投影された観察したい観察光
に対して強いために、この直接光を遮断する手段が必要
となる。この従来例では、偏光素子を配置して解決して
いるが、偏光素子は高価であり、また、フルカラーの画
像を観察しようとした場合には、波長特性のよい偏光板
と波長板が必要になる。しかし、現在、広い波長幅に対
して満足できる性能の偏光板と波長板を入手することは
不可能である。
【０００４】さらに、コレステリック液晶を偏光素子と
して使用する米国特許第４，８５９，０３１号のものも
出願されているが、温度による性能の変化が大きく、安
定した性能を得ることが難しかった。また、同一出願人
による米国特許第４，１６３，５４２号では、半透過反
射面で反射する不要な像や反射を視野の外側に向けるた
めに、観察者眼球側に配置される第１の半透過反射平面
を観察者の観察方向である視軸に対して傾けて配置する
ことを示しているが、偏光素子を使用することは米国特
許第４，８５９，０３１号と同じである。
して使用する米国特許第４，８５９，０３１号のものも
出願されているが、温度による性能の変化が大きく、安
定した性能を得ることが難しかった。また、同一出願人
による米国特許第４，１６３，５４２号では、半透過反
射面で反射する不要な像や反射を視野の外側に向けるた
めに、観察者眼球側に配置される第１の半透過反射平面
を観察者の観察方向である視軸に対して傾けて配置する
ことを示しているが、偏光素子を使用することは米国特
許第４，８５９，０３１号と同じである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術の上
記問題点を解決するためになされたものであり、その目
的は、広画角に適し、周辺までフラットで、偏光素子等
の高価な素子を使用せず、かつ、フルカラーの観察画像
を鮮明に観察できる、小型・軽量で安価な視覚表示装置
を提供することである。
記問題点を解決するためになされたものであり、その目
的は、広画角に適し、周辺までフラットで、偏光素子等
の高価な素子を使用せず、かつ、フルカラーの観察画像
を鮮明に観察できる、小型・軽量で安価な視覚表示装置
を提供することである。
【０００６】
【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、画像を表示する画像表示手段と、
前記画像表示手段によって形成された画像を投影し、観
察者眼球に導く接眼光学系とからなる視覚表示装置にお
いて、前記接眼光学系は少なくとも第１及び第２の半透
過面を持ち、前記第２の半透過面は観察者眼球側に凹面
を向けた曲面で構成し、画像表示手段から出た光線は、
前記第２の半透過曲面を透過し、前記第１の半透過面に
よって反射され、さらに、前記第２の半透過曲面によっ
て反射され、前記第１の半透過面を透過し、観察者眼球
に入射するように構成され、さらに、前記少なくとも第
１及び第２の半透過面は、観察者が観察する投影画像の
中心方向に向いている視軸に対して、少なくとも第１の
半透過面が偏心して配置され、かつ、前記少なくとも第
１及び第２の半透過面が反射面として作用するときに裏
面鏡として作用するように半透過面を構成したことを特
徴とするものである。
明の視覚表示装置は、画像を表示する画像表示手段と、
前記画像表示手段によって形成された画像を投影し、観
察者眼球に導く接眼光学系とからなる視覚表示装置にお
いて、前記接眼光学系は少なくとも第１及び第２の半透
過面を持ち、前記第２の半透過面は観察者眼球側に凹面
を向けた曲面で構成し、画像表示手段から出た光線は、
前記第２の半透過曲面を透過し、前記第１の半透過面に
よって反射され、さらに、前記第２の半透過曲面によっ
て反射され、前記第１の半透過面を透過し、観察者眼球
に入射するように構成され、さらに、前記少なくとも第
１及び第２の半透過面は、観察者が観察する投影画像の
中心方向に向いている視軸に対して、少なくとも第１の
半透過面が偏心して配置され、かつ、前記少なくとも第
１及び第２の半透過面が反射面として作用するときに裏
面鏡として作用するように半透過面を構成したことを特
徴とするものである。
【０００７】この場合、接眼光学系の少なくとも２つの
半透過面は、両方共、観察者眼球側に凹面を向けた凹面
で構成されていることが望ましい。
半透過面は、両方共、観察者眼球側に凹面を向けた凹面
で構成されていることが望ましい。
【０００８】また、接眼光学系の各々の半透過曲面は、
画像表示手段が位置する側にその面間隔が広がるように
お互いに偏心していることが望ましい。
画像表示手段が位置する側にその面間隔が広がるように
お互いに偏心していることが望ましい。
【０００９】
【作用】以下、本発明において上記構成をとる理由と作
用について説明する。以下、説明の都合上、接眼光学系
の射出瞳位置から物体面に向かう逆追跡で本説明を説明
する。本発明の主旨は、画像表示素子から直接観察者眼
球に入射する光線を光学系の偏心によって防ぐことであ
る。
用について説明する。以下、説明の都合上、接眼光学系
の射出瞳位置から物体面に向かう逆追跡で本説明を説明
する。本発明の主旨は、画像表示素子から直接観察者眼
球に入射する光線を光学系の偏心によって防ぐことであ
る。
【００１０】以下、本発明で重要となる構成手段につい
て説明する。本発明は、画像表示素子を傾けて、接眼光
学系によって観察者前方に拡大投影される観察画像の中
に、画像表示素子から接眼光学系の半透過面を１回も反
射しないで透過してくる光線が観察者の眼球に直接入射
しないようにすることが重要である。
て説明する。本発明は、画像表示素子を傾けて、接眼光
学系によって観察者前方に拡大投影される観察画像の中
に、画像表示素子から接眼光学系の半透過面を１回も反
射しないで透過してくる光線が観察者の眼球に直接入射
しないようにすることが重要である。
【００１１】さらに、このままでは観察者は画像を見る
ことがことができなくなってしまう。そこで、観察者の
前方に、観察画像を拡大投影するために、上記の少なく
とも第１の半透過面の画像表示素子側の面の垂線を、画
像表示素子に近づく方向に回転させて偏心配置すること
が重要となる。つまり、少なくとも１つの半透過面を傾
けることによって、２つの半透過面で１回ずつ反射した
光線によって、観察画像を観察者の前方に拡大投影する
ものである。
ことがことができなくなってしまう。そこで、観察者の
前方に、観察画像を拡大投影するために、上記の少なく
とも第１の半透過面の画像表示素子側の面の垂線を、画
像表示素子に近づく方向に回転させて偏心配置すること
が重要となる。つまり、少なくとも１つの半透過面を傾
けることによって、２つの半透過面で１回ずつ反射した
光線によって、観察画像を観察者の前方に拡大投影する
ものである。
【００１２】次に、画像表示素子、特にＣＲＴのような
ものは、画像表示面から拡散するようにいろんな方向に
表示画像の光線を射出している。この光線を制限する手
段を画像表示素子に施して視野角を制限した画像表示手
段が次に重要な構成手段となる。
ものは、画像表示面から拡散するようにいろんな方向に
表示画像の光線を射出している。この光線を制限する手
段を画像表示素子に施して視野角を制限した画像表示手
段が次に重要な構成手段となる。
【００１３】上記のように、画像表示素子を射出して半
透過面で１回も反射せずに観察者の眼球に入射する光線
をなくするためには、画像表示素子を傾けて配置し、画
像表示素子から射出する光線を観察者の眼球位置からず
らした方向にのみ射出するようにすることが必要とな
る。つまり、画像表示素子から射出する光が拡散面のよ
うに四方八方に出ると、その光を遮蔽する手段がない
と、２つの半透過面で反射しないで眼球に入射する不要
な直接光が強くなってしまい、正規の観察像を観察する
ことができなくなってしまう。したがって、視野角を制
限した画像表示手段を使用することが次に必要となる。
透過面で１回も反射せずに観察者の眼球に入射する光線
をなくするためには、画像表示素子を傾けて配置し、画
像表示素子から射出する光線を観察者の眼球位置からず
らした方向にのみ射出するようにすることが必要とな
る。つまり、画像表示素子から射出する光が拡散面のよ
うに四方八方に出ると、その光を遮蔽する手段がない
と、２つの半透過面で反射しないで眼球に入射する不要
な直接光が強くなってしまい、正規の観察像を観察する
ことができなくなってしまう。したがって、視野角を制
限した画像表示手段を使用することが次に必要となる。
【００１４】視野角の制限された画像表示手段として
は、ルーバー光学系等の素子により画像表示素子を射出
する光線を制限する方法と、照明側の照明角を凹面鏡に
より制限した液晶表示素子（ＬＣＤ）等による手段とが
ある。
は、ルーバー光学系等の素子により画像表示素子を射出
する光線を制限する方法と、照明側の照明角を凹面鏡に
より制限した液晶表示素子（ＬＣＤ）等による手段とが
ある。
【００１５】さて、さらに好ましくは、２つの半透過面
の両方共、観察者眼球側に凹面を向けた凹面で構成する
ことが望ましい。２つの半透過面を観察者眼球側に凹面
を向けるようにすることによって、接眼光学系で発生す
るペッツバール和の補正を十分に行うことが可能とな
る。この詳細は、本出願人による特願平５−２６４８２
８号に述べてある。
の両方共、観察者眼球側に凹面を向けた凹面で構成する
ことが望ましい。２つの半透過面を観察者眼球側に凹面
を向けるようにすることによって、接眼光学系で発生す
るペッツバール和の補正を十分に行うことが可能とな
る。この詳細は、本出願人による特願平５−２６４８２
８号に述べてある。
【００１６】さらに、好ましくは、２つの半透過面の傾
き方向は、前方に投影された画像の中心を見る視軸に対
して、２つの偏心した半透過面の間隔が開いた方向に画
像表示素子を配置することによって、偏心して配置した
半透過面で発生する収差が少なくなる。
き方向は、前方に投影された画像の中心を見る視軸に対
して、２つの偏心した半透過面の間隔が開いた方向に画
像表示素子を配置することによって、偏心して配置した
半透過面で発生する収差が少なくなる。
【００１７】さらに、好ましくは、上記の少なくとも２
つの半透過面が反射面として作用する側を、プラスチッ
ク材料、硝子材料等の屈折率が１．３以上の透明物質の
中に配置することが好ましい。つまり、半透過反射面を
裏面鏡として使用することが収差補正上重要である。特
に、半透過面の間の物質の屈折率を上げることは、コマ
収差の発生を少なくでき、画角を広くとることが可能と
なる（実施例７〜１０）。
つの半透過面が反射面として作用する側を、プラスチッ
ク材料、硝子材料等の屈折率が１．３以上の透明物質の
中に配置することが好ましい。つまり、半透過反射面を
裏面鏡として使用することが収差補正上重要である。特
に、半透過面の間の物質の屈折率を上げることは、コマ
収差の発生を少なくでき、画角を広くとることが可能と
なる（実施例７〜１０）。
【００１８】さらに、好ましくは、半透過曲面を光軸か
ら離れるに従って曲率の緩くなる（曲率半径が大きくな
る）ような非球面にすることによって、瞳径を大きくし
ても球面収差の発生を補正することが可能となり、観察
者の眼球の配置誤差があっても全画角ケラレのない像を
観察することが可能となる（実施例７）。
ら離れるに従って曲率の緩くなる（曲率半径が大きくな
る）ような非球面にすることによって、瞳径を大きくし
ても球面収差の発生を補正することが可能となり、観察
者の眼球の配置誤差があっても全画角ケラレのない像を
観察することが可能となる（実施例７）。
【００１９】次に、画像表示手段で制限される視野角
は、画像表示素子の表示面に対して観察者眼球のある方
向のみの視野角をある一定の値以上にすることが重要で
ある。つまり、観察者の眼球へ半透過面を１回も反射し
ないで直接入射する方向の光線を制限すればよく、反対
側の視野角は特に制限する必要はない。
は、画像表示素子の表示面に対して観察者眼球のある方
向のみの視野角をある一定の値以上にすることが重要で
ある。つまり、観察者の眼球へ半透過面を１回も反射し
ないで直接入射する方向の光線を制限すればよく、反対
側の視野角は特に制限する必要はない。
【００２０】さらに、好ましくは、観察画角と光学系の
Ｆナンバーに対して、上記の視野角制限手段によって制
限する視軸に対する制限角度は、以下に示す表の数値
（度）以下であることが重要である。
Ｆナンバーに対して、上記の視野角制限手段によって制
限する視軸に対する制限角度は、以下に示す表の数値
（度）以下であることが重要である。
【００２１】
この表における観察画角は、半透過面及び画像表示手段
の偏心方向の画角である。
の偏心方向の画角である。
【００２２】なお、本発明の視覚表示装置は、観察者の
眼球との相対的位置を決める手段を備えることで、さら
に観察ししやすくなる。これは、装置側の光学系の射出
瞳位置が広いと言っても限界があり、ＴＶ画面のよう
に、どの方向から観察しても観察できるものではないか
らである。また、本発明の視覚表示装置は、観察者の頭
部又は顔面に対して支持する手段を設けることが望まし
い。
眼球との相対的位置を決める手段を備えることで、さら
に観察ししやすくなる。これは、装置側の光学系の射出
瞳位置が広いと言っても限界があり、ＴＶ画面のよう
に、どの方向から観察しても観察できるものではないか
らである。また、本発明の視覚表示装置は、観察者の頭
部又は顔面に対して支持する手段を設けることが望まし
い。
【００２３】
【実施例】以下、図面を参照にして本発明の視覚表示装
置のいくつかの実施例について説明する。 実施例１ 図１の光路図を参照にして実施例１を説明する。この図
は、右目用の光学系であり、左目用のものを同様に構成
される。図中、１は絞り位置（射出瞳位置）、２は第１
の半透過鏡、３は第２の半透過鏡、４は像面（実際は、
ＬＣＤ等の画像表示素子）である。逆追跡で、絞り位置
１から出た光は、第１の半透過鏡２を透過し、第２の半
透過鏡３によって反射され、さらに、第１の半透過鏡２
によって反射され、第２の半透過鏡３を透過し、像面４
に至る。
置のいくつかの実施例について説明する。 実施例１ 図１の光路図を参照にして実施例１を説明する。この図
は、右目用の光学系であり、左目用のものを同様に構成
される。図中、１は絞り位置（射出瞳位置）、２は第１
の半透過鏡、３は第２の半透過鏡、４は像面（実際は、
ＬＣＤ等の画像表示素子）である。逆追跡で、絞り位置
１から出た光は、第１の半透過鏡２を透過し、第２の半
透過鏡３によって反射され、さらに、第１の半透過鏡２
によって反射され、第２の半透過鏡３を透過し、像面４
に至る。
【００２４】この実施例は、第１の半透過鏡２、第２の
半透過鏡３をそれぞれレンズＬ1 の像面４側、レンズＬ
2 の絞り位置１側に設け、表面鏡として使用しているも
のである。この実施例の数値データは後記するが、その
焦点距離Ｆ＝４０ｍｍである。そのデータの全体を係数
倍して、所望の焦点距離にして使用することが可能であ
る。
半透過鏡３をそれぞれレンズＬ1 の像面４側、レンズＬ
2 の絞り位置１側に設け、表面鏡として使用しているも
のである。この実施例の数値データは後記するが、その
焦点距離Ｆ＝４０ｍｍである。そのデータの全体を係数
倍して、所望の焦点距離にして使用することが可能であ
る。
【００２５】なお、数値データ中、ｎｄはレンズの屈折
率、νｄはそのアッベ数である（以下同様）。各面の偏
心については、各面の傾き角Ａは、図１のように絞り位
置１中心を通る視軸（Ｚ軸）に対して面の中心軸がなす
角度で与えてあり、また、各面のディセンタリングＹ
は、絞り位置１中心を通る視軸（Ｚ軸）から垂直方向
（Ｙ軸方向）の面の中心のシフト量で与えてある。ま
た、各面の面間隔は、偏心前の視軸に沿った面間隔とし
てある。本実施例の画角は２０°（Ｘ−Ｚ面内）で、焦
点距離はＦ＝４０ｍｍ、Ｆナンバーは４．００である。
率、νｄはそのアッベ数である（以下同様）。各面の偏
心については、各面の傾き角Ａは、図１のように絞り位
置１中心を通る視軸（Ｚ軸）に対して面の中心軸がなす
角度で与えてあり、また、各面のディセンタリングＹ
は、絞り位置１中心を通る視軸（Ｚ軸）から垂直方向
（Ｙ軸方向）の面の中心のシフト量で与えてある。ま
た、各面の面間隔は、偏心前の視軸に沿った面間隔とし
てある。本実施例の画角は２０°（Ｘ−Ｚ面内）で、焦
点距離はＦ＝４０ｍｍ、Ｆナンバーは４．００である。
【００２６】この実施例の横収差図を図１８に示す。な
お、この光学系を観察者の右目に装着した状態とその場
合の座標系を図２に、また、図１８の収差図の表示画角
と座標系を図３に示す（収差図の表示画角と座標系につ
いては、以下同様）。
お、この光学系を観察者の右目に装着した状態とその場
合の座標系を図２に、また、図１８の収差図の表示画角
と座標系を図３に示す（収差図の表示画角と座標系につ
いては、以下同様）。
【００２７】実施例２
図４に実施例２の光路図を示す。この図は、右目用の光
学系であり、左目用のものを同様に構成される。図中、
１は絞り位置（射出瞳位置）、２は第１の半透過鏡、３
は第２の半透過鏡、４は像面（実際は、ＬＣＤ等の画像
表示素子）である。逆追跡で、絞り位置１から出た光
は、第１の半透過鏡２を透過し、第２の半透過鏡３によ
って反射され、さらに、第１の半透過鏡２によって反射
され、第２の半透過鏡３を透過し、像面４に至る。
学系であり、左目用のものを同様に構成される。図中、
１は絞り位置（射出瞳位置）、２は第１の半透過鏡、３
は第２の半透過鏡、４は像面（実際は、ＬＣＤ等の画像
表示素子）である。逆追跡で、絞り位置１から出た光
は、第１の半透過鏡２を透過し、第２の半透過鏡３によ
って反射され、さらに、第１の半透過鏡２によって反射
され、第２の半透過鏡３を透過し、像面４に至る。
【００２８】この実施例は、第１の半透過鏡２、第２の
半透過鏡３をそれぞれレンズＬ1 の絞り位置１側、レン
ズＬ2 の像面４側に設け、裏面鏡として使用しているも
のである。本実施例の画角は２０°（Ｘ−Ｚ面内）で、
焦点距離はＦ＝４０ｍｍ、Ｆナンバーは１３．３３であ
る。この実施例の数値データは後記するが、その横収差
図を図１９に示す。
半透過鏡３をそれぞれレンズＬ1 の絞り位置１側、レン
ズＬ2 の像面４側に設け、裏面鏡として使用しているも
のである。本実施例の画角は２０°（Ｘ−Ｚ面内）で、
焦点距離はＦ＝４０ｍｍ、Ｆナンバーは１３．３３であ
る。この実施例の数値データは後記するが、その横収差
図を図１９に示す。
【００２９】実施例３
図５に実施例３の光路図を示す。本実施例は、基本的に
実施例２と同じである。本実施例の画角は６０°（Ｘ−
Ｚ面内）で、焦点距離はＦ＝４０ｍｍ、Ｆナンバーは１
３．３３である。この実施例の数値データは後記する
が、その横収差図を図２０に示す。
実施例２と同じである。本実施例の画角は６０°（Ｘ−
Ｚ面内）で、焦点距離はＦ＝４０ｍｍ、Ｆナンバーは１
３．３３である。この実施例の数値データは後記する
が、その横収差図を図２０に示す。
【００３０】実施例４
図６に実施例４の光路図を示す。本実施例は、基本的に
実施例２と同じである。本実施例の画角は２０°（Ｘ−
Ｚ面内）で、焦点距離はＦ＝４０ｍｍ、Ｆナンバーは
２．６６である。この実施例の数値データは後記する
が、その横収差図を図２１に示す。
実施例２と同じである。本実施例の画角は２０°（Ｘ−
Ｚ面内）で、焦点距離はＦ＝４０ｍｍ、Ｆナンバーは
２．６６である。この実施例の数値データは後記する
が、その横収差図を図２１に示す。
【００３１】実施例５
図７に実施例５の光路図を示す。本実施例は、基本的に
実施例２と同じである。本実施例の画角は６０°（Ｘ−
Ｚ面内）で、焦点距離はＦ＝４０ｍｍ、Ｆナンバーは
４．００である。この実施例の数値データは後記する
が、その横収差図を図２２に示す。
実施例２と同じである。本実施例の画角は６０°（Ｘ−
Ｚ面内）で、焦点距離はＦ＝４０ｍｍ、Ｆナンバーは
４．００である。この実施例の数値データは後記する
が、その横収差図を図２２に示す。
【００３２】実施例６
図８に実施例６の光路図を示す。本実施例は、基本的に
実施例１と同じである。本実施例の画角は２０°（Ｘ−
Ｚ面内）で、焦点距離はＦ＝４０ｍｍ、Ｆナンバーは
２．６６である。この実施例の数値データは後記する
が、その横収差図を図２３に示す。
実施例１と同じである。本実施例の画角は２０°（Ｘ−
Ｚ面内）で、焦点距離はＦ＝４０ｍｍ、Ｆナンバーは
２．６６である。この実施例の数値データは後記する
が、その横収差図を図２３に示す。
【００３３】実施例７
図９に実施例７の光路図を示す。本実施例は、基本的に
実施例２と同じであるが、本実施例はレンズＬ1 、Ｌ2
の半透過鏡２、３を設ける面をアナモルフィク−アスフ
ェリカル面として、さらに良好な収差補正を行ってい
る。本実施例の画角は６０°（Ｘ−Ｚ面内）で、焦点距
離はＦ＝４０ｍｍ、Ｆナンバーは４．００である。この
実施例の数値データは後記の通りであり、その横収差図
を図２４に示す。
実施例２と同じであるが、本実施例はレンズＬ1 、Ｌ2
の半透過鏡２、３を設ける面をアナモルフィク−アスフ
ェリカル面として、さらに良好な収差補正を行ってい
る。本実施例の画角は６０°（Ｘ−Ｚ面内）で、焦点距
離はＦ＝４０ｍｍ、Ｆナンバーは４．００である。この
実施例の数値データは後記の通りであり、その横収差図
を図２４に示す。
【００３４】なお、数値データ中、アナモルフィク−ア
スフェリカル面のＹ−Ｚ面（紙面）内の近軸曲率半径を
Ｒy 、Ｘ−Ｚ面内での近軸曲率半径をＲx 、Ｘ方向、Ｙ
方向の円錐係数をそれぞれＫx 、Ｋy 、回転対称な４
次、６次の非球面係数をそれぞれＡＲ、ＢＲ、非対称な
４次、６次の非球面係数をそれぞれＡＰ、ＢＰとし、そ
の非球面式は以下に示す通りである。 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 なお、より高次の非球面係数は０である。
スフェリカル面のＹ−Ｚ面（紙面）内の近軸曲率半径を
Ｒy 、Ｘ−Ｚ面内での近軸曲率半径をＲx 、Ｘ方向、Ｙ
方向の円錐係数をそれぞれＫx 、Ｋy 、回転対称な４
次、６次の非球面係数をそれぞれＡＲ、ＢＲ、非対称な
４次、６次の非球面係数をそれぞれＡＰ、ＢＰとし、そ
の非球面式は以下に示す通りである。 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 なお、より高次の非球面係数は０である。
【００３５】実施例８
図１０に実施例８の光路図を示す。この図は、右目用の
光学系であり、左目用のものを同様に構成される。図
中、１は絞り位置（射出瞳位置）、２は第１の半透過
鏡、３は第２の半透過鏡、４は像面（実際は、ＬＣＤ等
の画像表示素子）である。逆追跡で、絞り位置１から出
た光は、第１の半透過鏡２を透過し、第２の半透過鏡３
によって反射され、さらに、第１の半透過鏡２によって
反射され、第２の半透過鏡３を透過し、像面４に至る。
光学系であり、左目用のものを同様に構成される。図
中、１は絞り位置（射出瞳位置）、２は第１の半透過
鏡、３は第２の半透過鏡、４は像面（実際は、ＬＣＤ等
の画像表示素子）である。逆追跡で、絞り位置１から出
た光は、第１の半透過鏡２を透過し、第２の半透過鏡３
によって反射され、さらに、第１の半透過鏡２によって
反射され、第２の半透過鏡３を透過し、像面４に至る。
【００３６】この実施例は、絞り位置１側から順に、３
枚のレンズＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 を配置し、この内Ｌ2 とＬ
3 を貼り合わせ、その接合レンズの絞り位置１側の面に
第１の半透過鏡２、像面４側の面に第２の半透過鏡３を
それぞれ設け、裏面鏡として使用しているものである。
本実施例の画角は６０°（Ｘ−Ｚ面内）で、焦点距離は
Ｆ＝４０ｍｍ、Ｆナンバーは４．００である。この実施
例の数値データは後記するが、その横収差図を図２５に
示す。
枚のレンズＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 を配置し、この内Ｌ2 とＬ
3 を貼り合わせ、その接合レンズの絞り位置１側の面に
第１の半透過鏡２、像面４側の面に第２の半透過鏡３を
それぞれ設け、裏面鏡として使用しているものである。
本実施例の画角は６０°（Ｘ−Ｚ面内）で、焦点距離は
Ｆ＝４０ｍｍ、Ｆナンバーは４．００である。この実施
例の数値データは後記するが、その横収差図を図２５に
示す。
【００３７】実施例９
図１１に実施例９の光路図を示す。この図は、右目用の
光学系であり、左目用のものを同様に構成される。図
中、１は絞り位置（射出瞳位置）、２は第１の半透過
鏡、３は第２の半透過鏡、４は像面（実際は、ＬＣＤ等
の画像表示素子）である。逆追跡で、絞り位置１から出
た光は、第１の半透過鏡２を透過し、第２の半透過鏡３
によって反射され、さらに、第１の半透過鏡２によって
反射され、第２の半透過鏡３を透過し、像面４に至る。
光学系であり、左目用のものを同様に構成される。図
中、１は絞り位置（射出瞳位置）、２は第１の半透過
鏡、３は第２の半透過鏡、４は像面（実際は、ＬＣＤ等
の画像表示素子）である。逆追跡で、絞り位置１から出
た光は、第１の半透過鏡２を透過し、第２の半透過鏡３
によって反射され、さらに、第１の半透過鏡２によって
反射され、第２の半透過鏡３を透過し、像面４に至る。
【００３８】この実施例は、絞り位置１側から順に、３
枚のレンズＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 を貼り合わせ、レンズＬ1
とＬ2 の接合面に第１の半透過鏡２を、レンズＬ2 とＬ
3 の接合面に第２の半透過鏡３を設けたものである。本
実施例の画角は４０°（Ｘ−Ｚ面内）で、焦点距離はＦ
＝４０ｍｍ、Ｆナンバーは２．６６である。この実施例
の数値データは後記するが、その横収差図を図２６に示
す。
枚のレンズＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 を貼り合わせ、レンズＬ1
とＬ2 の接合面に第１の半透過鏡２を、レンズＬ2 とＬ
3 の接合面に第２の半透過鏡３を設けたものである。本
実施例の画角は４０°（Ｘ−Ｚ面内）で、焦点距離はＦ
＝４０ｍｍ、Ｆナンバーは２．６６である。この実施例
の数値データは後記するが、その横収差図を図２６に示
す。
【００３９】実施例１０
図１２に実施例１０の光路図を示す。本実施例は、基本
的に実施例９と同じであるが、本実施例はレンズＬ1 と
Ｌ2 の半透過鏡２を設ける接合面をアナモルフィク−ア
スフェリカル面としている。本実施例の画角は４０°
（Ｘ−Ｚ面内）で、焦点距離はＦ＝４０ｍｍ、Ｆナンバ
ーは４．００である。この実施例の数値データは後記の
通りであり、その横収差図を図２７に示す。なお、数値
データ中のアナモルフィク−アスフェリカル面の表記は
実施例７と同様である。
的に実施例９と同じであるが、本実施例はレンズＬ1 と
Ｌ2 の半透過鏡２を設ける接合面をアナモルフィク−ア
スフェリカル面としている。本実施例の画角は４０°
（Ｘ−Ｚ面内）で、焦点距離はＦ＝４０ｍｍ、Ｆナンバ
ーは４．００である。この実施例の数値データは後記の
通りであり、その横収差図を図２７に示す。なお、数値
データ中のアナモルフィク−アスフェリカル面の表記は
実施例７と同様である。
【００４０】以上のような本発明の視覚表示装置におい
て、画像表示装置４の視野角を制限する視野角制限手段
について説明する。ルーバー光学素子の１例を図１３
（ａ）、（ｂ）に示す。透明フィルム５の中に微細な遮
光壁６が周期的に挟み込まれている。この遮光壁６のフ
ィルム面に対する角度を変えることで、最大透過の入射
角を変えることができる。図１３のルーバー光学素子そ
れぞれの透過率分布を図１４（ａ）、（ｂ）に示す。
て、画像表示装置４の視野角を制限する視野角制限手段
について説明する。ルーバー光学素子の１例を図１３
（ａ）、（ｂ）に示す。透明フィルム５の中に微細な遮
光壁６が周期的に挟み込まれている。この遮光壁６のフ
ィルム面に対する角度を変えることで、最大透過の入射
角を変えることができる。図１３のルーバー光学素子そ
れぞれの透過率分布を図１４（ａ）、（ｂ）に示す。
【００４１】このようなルーバー光学素子をバックライ
トとＬＣＤのような画像表示素子との間に挿入すること
によって、画像表示素子の視野角を制限することができ
る。この例を図１５に示す。この場合、半透過面２、３
を１回も反射しないで観察者眼球に到達する光線を点線
で示している。ルーバー光学素子１０をバックライト１
１と画像表示素子４の間に挿入することによって、視野
角が制限され、点線で示されている光線がルーバー光学
素子１０で遮断される。
トとＬＣＤのような画像表示素子との間に挿入すること
によって、画像表示素子の視野角を制限することができ
る。この例を図１５に示す。この場合、半透過面２、３
を１回も反射しないで観察者眼球に到達する光線を点線
で示している。ルーバー光学素子１０をバックライト１
１と画像表示素子４の間に挿入することによって、視野
角が制限され、点線で示されている光線がルーバー光学
素子１０で遮断される。
【００４２】図１６（ａ）、（ｂ）は、画像表示素子４
を照明する照明系によって視野角を制限する例である。
何れも反射鏡１２を使用して、光源１３を概略無限遠に
投影することによって、画像表示素子４を透過した光線
は概略平行光束のみの光線となる。このため、斜めから
は画像が見えなくなり、視野角を制限できる。つまり、
図中点線で表している不要な光線が画像表示面を透過し
てこなくなる。本例では反射鏡を用いた例を示したが、
反射鏡である必要は必ずしもなく、正レンズや非球面レ
ンズ、ライトガイド等でも同じ効果が得られることは当
然である。
を照明する照明系によって視野角を制限する例である。
何れも反射鏡１２を使用して、光源１３を概略無限遠に
投影することによって、画像表示素子４を透過した光線
は概略平行光束のみの光線となる。このため、斜めから
は画像が見えなくなり、視野角を制限できる。つまり、
図中点線で表している不要な光線が画像表示面を透過し
てこなくなる。本例では反射鏡を用いた例を示したが、
反射鏡である必要は必ずしもなく、正レンズや非球面レ
ンズ、ライトガイド等でも同じ効果が得られることは当
然である。
【００４３】なお、本発明の何れの実施例の視覚表示装
置も頭部接着式視覚表示装置に用いることができ、この
場合、図１７に示すように、左右の眼用の接眼光学系を
視覚表示装置本体ＨＭＤに設け、この本体ＨＭＤがゴム
のバンドやベルト、金属又はプラスチック製のアーム等
の支持部材Ｓによって観察者Ｍの頭部に保持される。
置も頭部接着式視覚表示装置に用いることができ、この
場合、図１７に示すように、左右の眼用の接眼光学系を
視覚表示装置本体ＨＭＤに設け、この本体ＨＭＤがゴム
のバンドやベルト、金属又はプラスチック製のアーム等
の支持部材Ｓによって観察者Ｍの頭部に保持される。
【００４４】以下、上記した実施例１〜１０の逆追跡の
数値データを示す。 実施例１ 面番号 曲率半径 面間隔 ｎｄ νｄ 1 （瞳位置） 29.635 2 541.6677 1.000 1.5163 64.1 Ａ 25.664 ° 3 541.6677 10.394 Ａ 25.664 ° 4（反射面） -89.8308 -10.394 Ａ 1.414 ° 5（反射面） 541.6677 10.394 Ａ 25.664 ° 6 -89.8308 1.000 1.5163 64.1 Ａ 1.414 ° 7 -89.8308 10.131 Ａ 1.414 ° 8 （像面） Ａ 46.197 ° Ｙ 23.061 。
数値データを示す。 実施例１ 面番号 曲率半径 面間隔 ｎｄ νｄ 1 （瞳位置） 29.635 2 541.6677 1.000 1.5163 64.1 Ａ 25.664 ° 3 541.6677 10.394 Ａ 25.664 ° 4（反射面） -89.8308 -10.394 Ａ 1.414 ° 5（反射面） 541.6677 10.394 Ａ 25.664 ° 6 -89.8308 1.000 1.5163 64.1 Ａ 1.414 ° 7 -89.8308 10.131 Ａ 1.414 ° 8 （像面） Ａ 46.197 ° Ｙ 23.061 。
【００４５】実施例２
面番号 曲率半径 面間隔 ｎｄ νｄ
1 （瞳位置） 33.348
2 -40.6508 4.500 1.5163 64.1
Ａ 5.187 °
3 -38.4396 8.288
Ａ -0.670 °
4 -38.6875 1.490 1.5163 64.1
Ａ -8.497 °
5（反射面） -44.3497 -1.490 1.5163 64.1
Ａ -4.532 °
6 -38.6875 -8.288
Ａ -8.497 °
7 -38.4396 -4.500 1.5163 64.1
Ａ -0.670 °
8（反射面） -40.6508 4.500 1.5163 64.1
Ａ 5.187 °
9 -38.4396 8.288
Ａ -0.670 °
10 -38.6875 1.490 1.5163 64.1
Ａ -8.497 °
11 -44.3497 2.664
Ａ -4.532 °
12 （像面）
Ａ 34.079 °
Ｙ 10.094 。
【００４６】実施例３
面番号 曲率半径 面間隔 ｎｄ νｄ
1 （瞳位置） 41.183
2 -36.5085 10.193 1.5163 64.1
Ａ-17.011 °
3 -40.9731 2.800
Ａ-15.688 °
4 -40.1755 1.316 1.5163 64.1
Ａ-18.732 °
5（反射面） -42.8084 -1.316 1.5163 64.1
Ａ-20.456 °
6 -40.1755 -2.800
Ａ-18.732 °
7 -40.9731 -10.193 1.5163 64.1
Ａ-15.689 °
8（反射面） -36.5085 10.193 1.5163 64.1
Ａ-17.011 °
9 -40.9731 2.800
Ａ-15.689 °
10 -40.1755 1.316 1.5163 64.1
Ａ-18.732 °
11 -42.8084 5.789
Ａ-20.456 °
12 （像面）
Ａ 25.354 °
Ｙ 20.275 。
【００４７】実施例４
面番号 曲率半径 面間隔 ｎｄ νｄ
1 （瞳位置） 11.577
2 -92.3567 10.000 1.5163 64.1
Ａ 5.616 °
3 -24.9860 1.254
Ａ -5.687 °
4 -22.9685 6.461 1.5163 64.1
Ａ-10.559 °
5（反射面） -63.1583 -6.461 1.5163 64.1
Ａ -9.956 °
6 -22.9685 -1.254
Ａ-10.559 °
7 -24.9860 -10.000 1.5163 64.1
Ａ -5.687 °
8（反射面） -92.3567 10.000 1.5163 64.1
Ａ 5.616 °
9 -24.9860 1.254
Ａ -5.687 °
10 -22.9685 6.461 1.5163 64.1
Ａ-10.559 °
11 -63.1583 2.051
Ａ -9.956 °
12 （像面）
Ａ 26.653 °
Ｙ 23.977 。
【００４８】実施例５
面番号 曲率半径 面間隔 ｎｄ νｄ
1 （瞳位置） 20.993
2 -179.5534 2.956 1.6545 33.6
Ａ 21.828 °
3 757.7696 3.290
Ａ 26.016 °
4 5604.7443 9.156 1.6700 51.6
Ａ 18.909 °
5（反射面） -88.4542 -9.156 1.6700 51.6
Ａ 4.953 °
6 5604.7443 -3.290
Ａ 18.909 °
7 757.7696 -2.956 1.6545 33.6
Ａ 26.016 °
8（反射面）-179.5534 2.956 1.6545 33.6
Ａ 21.828 °
9 757.7696 3.290
Ａ 26.016 °
10 5604.7443 9.156 1.6700 51.6
Ａ 18.909 °
11 -88.4542 9.620
Ａ 4.953 °
12 （像面）
Ａ 38.609 °
Ｙ 21.907 。
【００４９】実施例６
面番号 曲率半径 面間隔 ｎｄ νｄ
1 （瞳位置） 39.289
2 132.4783 2.212 1.5163 64.1
Ａ 17.118 °
3 -420.6544 8.020
Ａ 18.206 °
4（反射面） -81.1043 -8.020
Ａ -9.535 °
5（反射面）-420.6544 8.020
Ａ 18.206 °
6 -81.1043 0.850 1.5163 64.1
Ａ -9.535 °
7 -83.8536 5.513
Ａ-10.122 °
8 （像面）
Ａ 49.261 °
Ｙ 24.940 。
【００５０】実施例７
面番号 曲率半径 面間隔 ｎｄ νｄ
1 （瞳位置） 16.891
2 Ｒy -100.6022 9.000 1.6545 33.6
Ｒx -107.1858 Ａ 34.050 °
Ｋx 0.0000 Ｙ 7.494
Ｋy 0.0000
ＡＲ -0.384580 ×10-6
ＡＰ 0.547177 ×10-1
ＢＲ 0.265474 ×10-11
ＢＰ -0.163236 ×10+1
3 -162.9235 2.881
Ａ 37.247 °
4 -164.0867 1.703 1.6700 51.6
Ａ 31.116 °
5 Ｒy -71.0190 -1.703 1.6700 51.6
Ｒx -73.8855 Ａ 31.902 °
（反射面） Ｙ 26.190
Ｋx 0.0000
Ｋy 0.0000
ＡＲ -0.198784 ×10-7
ＡＰ -0.786920
ＢＲ -0.197584 ×10-10
ＢＰ -0.498223 ×10-2
6 -164.0867 -2.881
Ａ 31.116 °
7 -162.9235 -9.000 1.6545 33.6
Ａ 37.247 °
8 Ｒy -100.6022 9.000 1.6545 33.6
Ｒx -107.1858 Ａ 34.050 °
（反射面） Ｙ 7.494
Ｋx 0.0000
Ｋy 0.0000
ＡＲ -0.384580 ×10-6
ＡＰ 0.547177 ×10-1
ＢＲ 0.265474 ×10-11
ＢＰ -0.163236 ×10+1
9 -162.9235 2.881
Ａ 37.247 °
10 -164.0867 1.703 1.6700 51.6
Ａ 31.116 °
11 Ｒy -71.0190 13.139 1.6700 51.6
Ｒx -73.8855 Ａ 31.902 °
Ｋx 0.0000 Ｙ 26.190
Ｋy 0.0000
ＡＲ -0.198784 ×10-7
ＡＰ -0.786920
ＢＲ -0.197584 ×10-10
BP -0.498223 ×10-2
12 （像面）
Ａ 55.782 °
Ｙ 19.107 。
【００５１】実施例８
面番号 曲率半径 面間隔 ｎｄ νｄ
1 （瞳位置） 15.000
2 -520.2173 3.691 1.5163 64.1
Ａ 19.493 °
3 -56.7996 3.871
Ａ 25.341 °
4 -154.5795 0.750 1.6364 35.4
Ａ 38.609 °
5 157.6785 15.237 1.6031 60.7
Ａ 41.198 °
6（反射面） -95.2272 -15.237 1.6031 60.7
Ａ 22.236 °
7 157.6785 -0.750 1.6364 35.4
Ａ 41.198 °
8（反射面）-154.5796 0.750 1.6364 35.4
Ａ 38.609 °
9 157.6785 15.237 1.6031 60.7
Ａ 41.198 °
10 -95.2272 11.168
Ａ 22.236 °
11 （像面）
Ａ 46.494 °
Ｙ 17.062 。
【００５２】
実施例９
面番号 曲率半径 面間隔 ｎｄ νｄ
1 （瞳位置） 26.483
2 278.0659 7.752 1.5163 64.1
Ａ 8.015 °
3 -89.1281 7.876 1.5163 64.1
Ａ 22.388 °
4（反射面） -65.3728 -7.876 1.5163 64.1
Ａ 2.013 °
5（反射面） -89.1281 7.876 1.5163 64.1
Ａ 22.388 °
6 -65.3728 6.423 1.7552 27.5
Ａ 2.013 °
7 -83.9275 8.411
Ａ 10.935 °
8 （像面）
Ａ 58.644 °
Ｙ 25.640 。
【００５３】実施例１０
面番号 曲率半径 面間隔 ｎｄ νｄ
1 （瞳位置） 17.782
2 -297.9593 12.417 1.5163 64.1
Ａ -5.716 °
3 Ｒy -154.2588 7.120 1.5163 64.1
Ｒx -184.4469 Ａ 13.178 °
Ｋx 0.0000 Ｙ-21.116
Ｋy 0.0000
ＡＲ 0.154678 ×10-6
ＡＰ 0.295303 ×10-3
ＢＲ 0.0000
ＢＰ 0.0000
4（反射面） -76.1672 -7.120 1.5163 64.1
Ａ 1.327 °
5 Ｒy -154.2588 7.120 1.5163 64.1
Ｒx -184.4469 Ａ 13.178 °
（反射面） Ｙ-21.116
Ｋx 0.0000
Ｋy 0.0000
ＡＲ 0.154678 ×10-6
ＡＰ 0.295303 ×10-3
ＢＲ 0.0000 1
ＢＰ 0.0000
6 -76.1692 3.700 1.7552 27.5
Ａ 1.327 °
7 -108.0370 5.665
Ａ 10.079 °
8 （像面）
Ａ 42.621 °
Ｙ 18.009 。
【００５４】以上の本発明の視覚表示装置は以下のよう
に構成することができる。 （１）画像を表示する画像表示手段と、前記画像表示手
段によって形成された画像を投影し、観察者眼球に導く
接眼光学系とからなる視覚表示装置において、前記画像
表示手段は視野角を制限する視野角制限手段を有し、前
記接眼光学系は少なくとも２つの半透過面を持ち、前記
の少なくとも２つの半透過面を観察者眼球側から第１及
び第２の半透過面とし、前記第２の半透過面は観察者眼
球側に凹面を向けた曲面で構成し、画像表示手段から出
た光線は、前記第２の半透過曲面を透過し、前記第１の
半透過面によって反射され、さらに、前記第２の半透過
曲面によって反射され、前記第１の半透過面を透過し、
観察者眼球に入射するように構成され、さらに、前記少
なくとも２つの半透過面は、観察者が観察する投影画像
の中心方向に向いている視軸に対して、少なくとも第１
の半透過面が偏心して配置されていることを特徴とする
視覚表示装置。
に構成することができる。 （１）画像を表示する画像表示手段と、前記画像表示手
段によって形成された画像を投影し、観察者眼球に導く
接眼光学系とからなる視覚表示装置において、前記画像
表示手段は視野角を制限する視野角制限手段を有し、前
記接眼光学系は少なくとも２つの半透過面を持ち、前記
の少なくとも２つの半透過面を観察者眼球側から第１及
び第２の半透過面とし、前記第２の半透過面は観察者眼
球側に凹面を向けた曲面で構成し、画像表示手段から出
た光線は、前記第２の半透過曲面を透過し、前記第１の
半透過面によって反射され、さらに、前記第２の半透過
曲面によって反射され、前記第１の半透過面を透過し、
観察者眼球に入射するように構成され、さらに、前記少
なくとも２つの半透過面は、観察者が観察する投影画像
の中心方向に向いている視軸に対して、少なくとも第１
の半透過面が偏心して配置されていることを特徴とする
視覚表示装置。
【００５５】（２）前記接眼光学系の少なくとも２つの
半透過面は、両方共、観察者眼球側に凹面を向けた凹面
で構成されていることを特徴とする上記（１）記載の視
覚表示装置。
半透過面は、両方共、観察者眼球側に凹面を向けた凹面
で構成されていることを特徴とする上記（１）記載の視
覚表示装置。
【００５６】（３）前記接眼光学系の少なくとも２つの
半透過面は、前記視軸に対して偏心して配置されている
画像表示手段が前記視軸に対して偏心された方向にその
面間隔が広がるように偏心していることを特徴とする上
記（２）記載の視覚表示装置。
半透過面は、前記視軸に対して偏心して配置されている
画像表示手段が前記視軸に対して偏心された方向にその
面間隔が広がるように偏心していることを特徴とする上
記（２）記載の視覚表示装置。
【００５７】（４）前記画像表示素子と接眼光学系を観
察者頭部に対して位置決めする位置決め手段を有するこ
とを特徴とする上記（３）記載の視覚表示装置。
察者頭部に対して位置決めする位置決め手段を有するこ
とを特徴とする上記（３）記載の視覚表示装置。
【００５８】（５）前記画像表示素子と接眼光学系を観
察者頭部に対して支持する支持手段を有し、観察者頭部
に装着できるようにしたことを特徴とする上記（４）記
載の視覚表示装置。
察者頭部に対して支持する支持手段を有し、観察者頭部
に装着できるようにしたことを特徴とする上記（４）記
載の視覚表示装置。
【００５９】（６）前記視覚表示装置を少なくとも２組
一定の間隔で支持する支持手段を有することを特徴とす
る上記（５）記載の視覚表示装置。
一定の間隔で支持する支持手段を有することを特徴とす
る上記（５）記載の視覚表示装置。
【００６０】（７）画像を表示する画像表示手段と、前
記画像表示手段によって形成された画像を投影し、観察
者眼球に導く接眼光学系とからなる視覚表示装置におい
て、前記接眼光学系は少なくとも２つの半透過面を持
ち、前記の少なくとも２つの半透過面を観察者眼球側か
ら第１及び第２の半透過面とし、前記第１と第２の半透
過面は両方共観察者眼球側に凹面を向けた曲面で構成
し、画像表示手段から出た光線は、前記第２の半透過曲
面を透過し、前記第１の半透過曲面によって反射され、
さらに、前記第２の半透過曲面によって反射され、前記
第１の半透過曲面を透過し、観察者眼球に入射するよう
に構成され、さらに、前記少なくとも２つの半透過曲面
は、観察者が観察する投影画像の中心方向に向いている
視軸に対して、少なくとも第１の半透過曲面が偏心して
配置されていることを特徴とする視覚表示装置。
記画像表示手段によって形成された画像を投影し、観察
者眼球に導く接眼光学系とからなる視覚表示装置におい
て、前記接眼光学系は少なくとも２つの半透過面を持
ち、前記の少なくとも２つの半透過面を観察者眼球側か
ら第１及び第２の半透過面とし、前記第１と第２の半透
過面は両方共観察者眼球側に凹面を向けた曲面で構成
し、画像表示手段から出た光線は、前記第２の半透過曲
面を透過し、前記第１の半透過曲面によって反射され、
さらに、前記第２の半透過曲面によって反射され、前記
第１の半透過曲面を透過し、観察者眼球に入射するよう
に構成され、さらに、前記少なくとも２つの半透過曲面
は、観察者が観察する投影画像の中心方向に向いている
視軸に対して、少なくとも第１の半透過曲面が偏心して
配置されていることを特徴とする視覚表示装置。
【００６１】（８）前記接眼光学系の各々の半透過曲面
は、前記画像表示手段が位置する側にその面間隔が広が
るようにお互いに偏心していることを特徴とする上記
（７）記載の視覚表示装置。
は、前記画像表示手段が位置する側にその面間隔が広が
るようにお互いに偏心していることを特徴とする上記
（７）記載の視覚表示装置。
【００６２】（９）前記画像表示素子と接眼光学系を観
察者頭部に対して位置決めする位置決め手段を有するこ
とを特徴とする上記（８）記載の視覚表示装置。
察者頭部に対して位置決めする位置決め手段を有するこ
とを特徴とする上記（８）記載の視覚表示装置。
【００６３】（１０）前記画像表示素子と接眼光学系を
観察者頭部に対して支持する支持手段を有し、観察者頭
部に装着できるようにしたことを特徴とする上記（９）
記載の視覚表示装置。
観察者頭部に対して支持する支持手段を有し、観察者頭
部に装着できるようにしたことを特徴とする上記（９）
記載の視覚表示装置。
【００６４】（１１）前記視覚表示装置を少なくとも２
組一定の間隔で支持する支持手段を有することを特徴と
する上記（１０）記載の視覚表示装置。
組一定の間隔で支持する支持手段を有することを特徴と
する上記（１０）記載の視覚表示装置。
【００６５】（１２）画像を表示する画像表示手段と、
前記画像表示手段によって形成された画像を投影し、観
察者眼球に導く接眼光学系とからなる視覚表示装置にお
いて、前記接眼光学系は少なくとも２つの半透過面を持
ち、前記第２の半透過面は観察者眼球側に凹面を向けた
曲面で構成し、画像表示手段から出た光線は、前記第２
の半透過曲面を透過し、前記第１の半透過面によって反
射され、さらに、前記第２の半透過曲面によって反射さ
れ、前記第１の半透過面を透過し、観察者眼球に入射す
るように構成され、さらに、前記少なくとも２つの半透
過面は、観察者が観察する投影画像の中心方向に向いて
いる視軸に対して、少なくとも第１の半透過面が偏心し
て配置され、かつ、前記少なくとも２つの半透過面が反
射面として作用するときに裏面鏡として作用するように
半透過面を構成したことを特徴とする視覚表示装置。
前記画像表示手段によって形成された画像を投影し、観
察者眼球に導く接眼光学系とからなる視覚表示装置にお
いて、前記接眼光学系は少なくとも２つの半透過面を持
ち、前記第２の半透過面は観察者眼球側に凹面を向けた
曲面で構成し、画像表示手段から出た光線は、前記第２
の半透過曲面を透過し、前記第１の半透過面によって反
射され、さらに、前記第２の半透過曲面によって反射さ
れ、前記第１の半透過面を透過し、観察者眼球に入射す
るように構成され、さらに、前記少なくとも２つの半透
過面は、観察者が観察する投影画像の中心方向に向いて
いる視軸に対して、少なくとも第１の半透過面が偏心し
て配置され、かつ、前記少なくとも２つの半透過面が反
射面として作用するときに裏面鏡として作用するように
半透過面を構成したことを特徴とする視覚表示装置。
【００６６】（１３）前記接眼光学系の少なくとも２つ
の半透過面は、両方共、観察者眼球側に凹面を向けた凹
面で構成されていることを特徴とする上記（１２）記載
の視覚表示装置。
の半透過面は、両方共、観察者眼球側に凹面を向けた凹
面で構成されていることを特徴とする上記（１２）記載
の視覚表示装置。
【００６７】（１４）前記接眼光学系の各々の半透過曲
面は、前記画像表示手段が位置する側にその面間隔が広
がるようにお互いに偏心していることを特徴とする上記
（１３）記載の視覚表示装置。
面は、前記画像表示手段が位置する側にその面間隔が広
がるようにお互いに偏心していることを特徴とする上記
（１３）記載の視覚表示装置。
【００６８】（１５）前記画像表示素子と接眼光学系を
観察者頭部に対して位置決めする位置決め手段を有する
ことを特徴とする上記（１４）記載の視覚表示装置。
観察者頭部に対して位置決めする位置決め手段を有する
ことを特徴とする上記（１４）記載の視覚表示装置。
【００６９】（１６）前記画像表示素子と接眼光学系を
観察者頭部に対して支持する支持手段を有し、観察者頭
部に装着できるようにしたことを特徴とする上記（１
５）記載の視覚表示装置。
観察者頭部に対して支持する支持手段を有し、観察者頭
部に装着できるようにしたことを特徴とする上記（１
５）記載の視覚表示装置。
【００７０】（１７）前記視覚表示装置を少なくとも２
組一定の間隔で支持する支持手段を有することを特徴と
する上記（１６）記載の視覚表示装置。
組一定の間隔で支持する支持手段を有することを特徴と
する上記（１６）記載の視覚表示装置。
【００７１】（１８）画像を表示する画像表示手段と、
前記画像表示手段によって形成された画像を投影し、観
察者眼球に導く接眼光学系とからなる視覚表示装置にお
いて、前記接眼光学系は少なくとも２つの半透過面を持
ち、前記第２の半透過面は観察者眼球側に凹面を向けた
曲面で構成し、画像表示手段から出た光線は、前記第２
の半透過曲面を透過し、前記第１の半透過面によって反
射され、さらに、前記第２の半透過曲面によって反射さ
れ、前記第１の半透過面を透過し、観察者眼球に入射す
るように構成され、さらに、前記少なくとも２つの半透
過面は、観察者が観察する投影画像の中心方向に向いて
いる視軸に対して、少なくとも第１の半透過面が偏心し
て配置され、かつ、前記少なくとも２つの半透過面が反
射面として作用するときに裏面鏡として作用するよう
に、前記少なくとも２つの半透過面の間を透明媒質で構
成したことを特徴とする視覚表示装置。
前記画像表示手段によって形成された画像を投影し、観
察者眼球に導く接眼光学系とからなる視覚表示装置にお
いて、前記接眼光学系は少なくとも２つの半透過面を持
ち、前記第２の半透過面は観察者眼球側に凹面を向けた
曲面で構成し、画像表示手段から出た光線は、前記第２
の半透過曲面を透過し、前記第１の半透過面によって反
射され、さらに、前記第２の半透過曲面によって反射さ
れ、前記第１の半透過面を透過し、観察者眼球に入射す
るように構成され、さらに、前記少なくとも２つの半透
過面は、観察者が観察する投影画像の中心方向に向いて
いる視軸に対して、少なくとも第１の半透過面が偏心し
て配置され、かつ、前記少なくとも２つの半透過面が反
射面として作用するときに裏面鏡として作用するよう
に、前記少なくとも２つの半透過面の間を透明媒質で構
成したことを特徴とする視覚表示装置。
【００７２】（１９）前記接眼光学系の少なくとも２つ
の半透過面は、両方共、観察者眼球側に凹面を向けた凹
面で構成されていることを特徴とする上記（１８）記載
の視覚表示装置。
の半透過面は、両方共、観察者眼球側に凹面を向けた凹
面で構成されていることを特徴とする上記（１８）記載
の視覚表示装置。
【００７３】（２０）前記接眼光学系の各々の半透過曲
面は、前記画像表示手段が位置する側にその面間隔が広
がるようにお互いに偏心していることを特徴とする上記
（１９）記載の視覚表示装置。
面は、前記画像表示手段が位置する側にその面間隔が広
がるようにお互いに偏心していることを特徴とする上記
（１９）記載の視覚表示装置。
【００７４】（２１）前記画像表示素子と接眼光学系を
観察者頭部に対して位置決めする位置決め手段を有する
ことを特徴とする上記（２０）記載の視覚表示装置。
観察者頭部に対して位置決めする位置決め手段を有する
ことを特徴とする上記（２０）記載の視覚表示装置。
【００７５】（２２）前記画像表示素子と接眼光学系を
観察者頭部に対して支持する支持手段を有し、観察者頭
部に装着できるようにしたことを特徴とする上記（２
１）記載の視覚表示装置。
観察者頭部に対して支持する支持手段を有し、観察者頭
部に装着できるようにしたことを特徴とする上記（２
１）記載の視覚表示装置。
【００７６】（２３）前記視覚表示装置を少なくとも２
組一定の間隔で支持する支持手段を有することを特徴と
する上記（２２）記載の視覚表示装置。
組一定の間隔で支持する支持手段を有することを特徴と
する上記（２２）記載の視覚表示装置。
【００７７】（２４）前記視野角制限手段がルーバー光
学系によって形成されていることを特徴とする上記
（１）記載の視覚表示装置。
学系によって形成されていることを特徴とする上記
（１）記載の視覚表示装置。
【００７８】
【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、広い提示画角で、周辺までフラットで、偏光
素子等の高価な素子を使用せず、かつ、フルカラーの観
察画像を鮮明に観察できる、小型・軽量で安価な頭部又
は顔面装着式視覚表示装置を提供することができる。
によると、広い提示画角で、周辺までフラットで、偏光
素子等の高価な素子を使用せず、かつ、フルカラーの観
察画像を鮮明に観察できる、小型・軽量で安価な頭部又
は顔面装着式視覚表示装置を提供することができる。
【図１】本発明の視覚表示装置の実施例１の接眼光学系
の光路図である。
の光路図である。
【図２】実施例１の光学系を観察者の右目に装着した状
態とその場合の座標系を示す図である。
態とその場合の座標系を示す図である。
【図３】収差図の表示画角と座標系を示す図である。
【図４】実施例２の接眼光学系の光路図である。
【図５】実施例３の接眼光学系の光路図である。
【図６】実施例４の接眼光学系の光路図である。
【図７】実施例５の接眼光学系の光路図である。
【図８】実施例６の接眼光学系の光路図である。
【図９】実施例７の接眼光学系の光路図である。
【図１０】実施例８の接眼光学系の光路図である。
【図１１】実施例９の接眼光学系の光路図である。
【図１２】実施例１０の接眼光学系の光路図である。
【図１３】ルーバー光学素子の例を説明するための図で
ある。
ある。
【図１４】図１３のルーバー光学素子の透過率分布を示
す図である。
す図である。
【図１５】ルーバー光学素子を用いて視野角を制限する
例を説明するための図である。
例を説明するための図である。
【図１６】画像表示素子の照明系によって視野角を制限
する例を説明するための図である。
する例を説明するための図である。
【図１７】本発明を頭部接着式視覚表示装置に構成する
場合の支持部材を示す斜視図である。
場合の支持部材を示す斜視図である。
【図１８】実施例１の横収差図である。
【図１９】実施例２の横収差図である。
【図２０】実施例３の横収差図である。
【図２１】実施例４の横収差図である。
【図２２】実施例５の横収差図である。
【図２３】実施例６の横収差図である。
【図２４】実施例７の横収差図である。
【図２５】実施例８の横収差図である。
【図２６】実施例９の横収差図である。
【図２７】実施例１０の横収差図である。
１…絞り位置（射出瞳位置）
２…第１の半透過鏡
３…第２の半透過鏡
４…像面（画像表示素子）
５…透明フィルム
６…遮光壁
１０…ルーバー光学素子
１１…バックライト
１２…反射鏡
１３…光源
ＨＭＤ…視覚表示装置本体
Ｓ…支持部材
Ｍ…観察者
Claims (11)
- 【請求項１】 画像を表示する画像表示手段と、前記画
像表示手段によって形成された画像を投影し、観察者眼
球に導く接眼光学系とからなる視覚表示装置において、 前記接眼光学系は少なくとも第１及び第２の半透過面を
持ち、前記第２の半透過面は観察者眼球側に凹面を向け
た曲面で構成し、画像表示手段から出た光線は、前記第
２の半透過曲面を透過し、前記第１の半透過面によって
反射され、さらに、前記第２の半透過曲面によって反射
され、前記第１の半透過面を透過し、観察者眼球に入射
するように構成され、 さらに、前記少なくとも第１及び第２の半透過面は、観
察者が観察する投影画像の中心方向に向いている視軸に
対して、少なくとも第１の半透過面が偏心して配置さ
れ、かつ、前記少なくとも第１及び第２の半透過面が反
射面として作用するときに裏面鏡として作用するように
半透過面を構成したことを特徴とする視覚表示装置。 - 【請求項２】 前記接眼光学系の少なくとも第１及び第
２の半透過面は、両方共、観察者眼球側に凹面を向けた
凹面で構成されていることを特徴とする請求項１記載の
視覚表示装置。 - 【請求項３】 前記接眼光学系の各々の半透過曲面は、
前記画像表示手段が位置する側にその面間隔が広がるよ
うにお互いに偏心していることを特徴とする請求項２記
載の視覚表示装置。 - 【請求項４】 前記画像表示素子と接眼光学系を観察者
頭部に対して位置決めする位置決め手段を有することを
特徴とする請求項３記載の視覚表示装置。 - 【請求項５】 前記画像表示素子と接眼光学系を観察者
頭部に対して支持する支持手段を有し、観察者頭部に装
着できるようにしたことを特徴とする請求項４記載の視
覚表示装置。 - 【請求項６】 フラット画像を表示する画像表示手段
と、前記画像表示手段によって形成されたフラット画像
を投影し、観察者眼球に導く接眼光学系とからなる視覚
表示装置において、 前記接眼光学系は、観察者眼球側から前記画像表示手段
に向って順に、少なくとも、第１透過面と、第２反射面
と、第１反射面と、第２透過面とを有して構成され、 前記接眼光学系は、少なくとも、前記画像表示手段側に
配置された前記第２透過面が前記画像表示手段から射出
された光束を透過させ、観察者眼球側に配置された前記
第１反射面が前記第２透過面から透過した光束を前記観
察者眼球側とは反対側に向けて反射させ、前記第２反射
面が前記第１反射面から反射された光束を前記観察者眼
球側に向けて反射させ、前記第１透過面が前記第２反射
面から反射された光束を透過させるように構成され、 前記第１透過面と、前記第２反射面と、前記第１反射面
と、前記第２透過面とが、観察者が観察する投影画像の
中心方向に向いている視軸に対して偏心して配置され、 前記第１透過面と、前記第２反射面と、前記第１反射面
と、前記第２透過面とが、曲面形状にて構成されている
ことを特徴とする視覚表示装置。 - 【請求項７】 前記接眼光学系の有する、少なくとも、
前記第１反射面と、前記第２反射面とが、回転非対称な
非球面形状にて構成されていることを特徴とする請求項
６記載の視覚表示装置。 - 【請求項８】 前記接眼光学系は、前記第１透過面と、
前記第１反射面とが同一面にて構成されていることを特
徴とする請求項７記載の視覚表示装置。 - 【請求項９】 前記接眼光学系は、前記第１透過面が、
前記第１反射面よりも媒質を挟んで観察者眼球側に配置
されて構成されていることを特徴とする請求項７記載の
視覚表示装置。 - 【請求項１０】 前記接眼光学系は、前記第２透過面
と、前記第２反射面とが同一面にて構成されていること
を特徴とする請求項７記載の視覚表示装置。 - 【請求項１１】 前記接眼光学系は、前記第２透過面
が、前記第２反射面よりも媒質を挟んで前記画像表示手
段側に配置されて構成されていることを特徴とする請求
項７記載の視覚表示装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12745294A JP3392943B2 (ja) | 1994-06-09 | 1994-06-09 | 視覚表示装置 |
| US08/451,014 US5734505A (en) | 1994-05-27 | 1995-05-25 | Visual display apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12745294A JP3392943B2 (ja) | 1994-06-09 | 1994-06-09 | 視覚表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07333548A JPH07333548A (ja) | 1995-12-22 |
| JP3392943B2 true JP3392943B2 (ja) | 2003-03-31 |
Family
ID=14960280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12745294A Expired - Fee Related JP3392943B2 (ja) | 1994-05-27 | 1994-06-09 | 視覚表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3392943B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4727025B2 (ja) * | 2000-08-01 | 2011-07-20 | オリンパス株式会社 | 画像表示装置 |
| JP2009134087A (ja) * | 2007-11-30 | 2009-06-18 | Konica Minolta Holdings Inc | 映像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ |
| JP5458080B2 (ja) * | 2011-09-28 | 2014-04-02 | 株式会社東芝 | 表示装置 |
-
1994
- 1994-06-09 JP JP12745294A patent/JP3392943B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07333548A (ja) | 1995-12-22 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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