JP3924348B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置に関し、特に、回転非対称面を含む偏心光学系を用いた画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開平７−３３３５５１号において、観察光学系として、対称面を１面持つ曲面としてアナモルフィック面とトーリック面を使用した裏面鏡タイプの偏心光学系が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような対称面を１面持つ曲面を反射面等として用いた光学系においては、３次元偏心による偏心収差を補正することはできない。
【０００４】
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、対称面を持たない回転非対称面を用いることにより、３次元偏心による偏心収差を補正することを可能にした光学系を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の画像表示装置は、回転非対称面からなる光学面を含む２つの偏心光学系と２つの画像表示素子とを備え、両眼で観察可能な画像表示装置において、
前記偏心光学系は、順光線追跡又は逆光線追跡の順に、第１透過面と第２反射面を兼ねた第１面と、第１反射面の第２面と、第２透過面の第３面を備え、前記第１面と前記第２面と前記第３面により挟まれる空間が屈折率が１より大きい媒体で満たされ、前記第１面から前記第３面のうちの少なくとも１つの面は、前記光学面であって対称面を持たない曲面からなり、
前記２つの偏心光学系は、前記偏心光学系の瞳の中心を通り前記画像表示素子の中心に到達する光線を軸上主光線とした場合に、前記瞳から前記第１面に到る軸上主光線が各々の偏心光学系が対向する眼の眼幅の中心方向を向くように、相互に傾いて配置され、
前記画像表示素子と前記偏心光学系とを前記画像表示素子側から見たときに、前記画像表示素子の長辺及び短辺が前記瞳から前記第１面に到る軸上主光線と垂直とならないように、前記画像表示素子が前記偏心光学系に対してねじれて配置され、
前記２つの画像表示素子は、それぞれ対応する前記偏心光学系の前記第３面に対向し、一直線上に整列して配置されることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明においては、回転非対称面を対称面を持たない曲面から構成しているので、３次元的に偏心した光学系により発生する回転非対称で対称面を持たない収差を補正することが可能になり、頭部装着型画像観察装置等に用いられる接眼光学系に適した小型で収差の少ない偏心プリズム光学系等を提供することが可能になる。
【００１０】
以下に、本発明の構成と作用についてさらに詳しく説明する。
本発明の基本的な偏心光学系は、光学系を構成する曲面として対称面を持たない曲面を少なくとも１つ有することを特徴とするものである。
【００１１】
偏心光学系を例えば頭部装着型の画像表示装置の接眼光学系、あるいは、カメラ、内視鏡等の結像光学系として用いる場合、デッドスペースをなくし、装置全体をより小型化するためには、画像表示素子若しくは結像面の位置、並びに、偏心光学系を構成する光学面の配置位置を、装置内部でなるべくコンパクトに収まる位置に配置する必要がある。そうなると、光学系は必然的に３次元的に偏心した配置とならざるを得ず、回転非対称な収差が発生し、これを回転対称な光学系でのみ補正することは不可能であり、この３次元的な偏心により発生する回転非対称な収差を補正する最良な面形状は回転非対称面である。したがって、本発明の偏心光学系おいては、対称面を持たない回転非対称な面を光学系中に配置して補正を行っている。
【００１２】
ここで、対称面を持たない回転非対称な面として、本発明で使用する自由曲面とは以下の式で定義されるものである。この定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
【００１３】

ただし、Ｃ_m （ｍは２以上の整数）は係数である。
【００１４】
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。この定義式（ａ）で一般に表現されるのが、本発明による回転非対称で対称面を持たない曲面ＡＰＳ（アシンメトリック・ポリノミナル・サーフェス）である。
【００１５】
特に、（ａ）式のｘの奇数次項（ｘ²ⁿ⁺¹，ただし、ｎは整数）に係る係数をＣ_m ［ｘ²ⁿ⁺¹］としたとき、
Ｃ_m ［ｘ²ⁿ⁺¹］≠０ ・・・（ｂ−１）
を満足することが重要である。この条件を満足する回転非対称面は、面自体の対称性が全くないため、偏心により発生する回転非対称な収差を補正する上で設計の自由度が高く、収差補正能力を向上する上で望ましい。
【００１６】
また、上記のＣ_m ［ｘ²ⁿ⁺¹］が、
Ｃ_m ［ｘ²ⁿ⁺¹］＜−０．５×１０^-8
Ｃ_m ［ｘ²ⁿ⁺¹］＞＋５．０×１０^-8 ・・・（ｂ−２）
を満足することが望ましい。偏心により発生する回転非対称な収差を補正するためには、（ｂ−１）を満足すること最も望ましい。しかし、実際に光学系を設計して製造するためには、製造誤差を考慮する必要がある。そのため、Ｃ_m ［ｘ²ⁿ⁺¹］≠０で設計した場合、例えばＣ_m ［ｘ²ⁿ⁺¹］＝±１．０×１０^-100と設計したとしても、実際に製造される光学面の面精度は、Ｃ_m ［ｘ²ⁿ⁺¹］≠０もＣ_m ［ｘ²ⁿ⁺¹］＝±１．０×１０^-100も区別できない程大きなものとなる。そのため、製造誤差を加味した上で設計の自由度を確保し、収差性能を向上させるためには、上記条件（ｂ−２）の上下限を満足した値、すなわち、Ｃ_m ［ｘ²ⁿ⁺¹］が０を含んだ±５．０×１０^-8の範囲内から外れた値に設計することが望ましい。
【００１７】
また、上記ＡＰＳ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（ｃ）により定義する。その定義式（ｃ）のＺ軸がＺｅｒｎｉｋｅ多項式の軸となる。

ただし、Ｄ_m （ｍは２以上の整数）は係数である。
【００１８】
上記定義式は、ＡＰＳ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。
【００１９】
また、偏心光学系は、少なくとも１面の透過面と少なくとも１面の反射面を有し、それらの面により挟まれる空間が屈折率が１より大きい媒体で満たされていることが望ましい。
【００２０】
また、その反射面は、全反射作用又は反射作用を有する反射面であることが望ましい。反射面は、臨界角を越えて光線が入射するように、光線に対して傾けて配置された全反射面で構成することにより高い反射率にすることが可能となる。また、反射面を構成する面にアルミニウム又は銀等の金属薄膜を表面に形成した反射面、又は、誘電体多層膜の形成された反射面で構成することが好ましい。金属薄膜で反射作用を有する場合は、手軽に高反射率を得ることが可能となる。また、誘電体反射膜の場合は、波長選択性や半透過面、吸収の少ない反射膜を形成する場合に有利となる。
【００２１】
また、偏心光学系６は、順光線追跡又は逆光線追跡の順に、図１（ａ）に示すように、第１透過面と第２反射面を兼ねた第１面３と、第１反射面の第２面４と、第２透過面の第３面５とからなることが望ましい。これは、頭部装着型画像観察装置等に用いられる接眼光学系、あるいは、ファインダー光学系等に用いられる結像光学系を偏心光学系により構成する場合に、このような配置にすると、高解像で、コンパクトかつ広画角なものが構成可能であるからである。
【００２２】
また、例えば図６（ａ）に示すように、偏心光学系６を、第１透過面と第２反射面を兼ねた第１面３と、第１反射面の第２面４と、第３反射面の第４面８と、第２透過面の第３面５とから構成することもできる。その他の面配置も可能である。
【００２３】
これらの場合、少なくともその第１面３に本発明によるＡＰＳを用いるのが、３次元的に偏心により発生する回転非対称な収差の補正のために望ましい。
【００２４】
また、以上において、図１（ａ）に示すように、結像光学系の場合、順光線追跡で物点中心を射出して瞳１中心を通り像７中心に到達する光線を軸上主光線２とし、また、接眼光学系の場合、逆光線追跡で瞳１中心を通り像又は画像表示素子７の中心（ただし、台形の画像表示素子等中心が明確でない場合には、対角線の交点を中心とする。）に到達する光線を軸上主光線２とし、瞳１から偏心光学系６の第１面３に到る軸上主光線をＺ軸正方向とし、上記の像又は画像表示素子７の中心からＺ軸に垂直に延ばした線分が、Ｚ軸に垂直な平面内で、以下の（０−１）の条件を満足する角度ΔＹの範囲内で傾いている任意の方向をＹ軸正方向（ΔＹは、像又は画像表示素子７の中心からＺ軸に垂直に延ばした線分がＹ軸からどの程度傾いているかを示す角度である。）、上記Ｙ軸、Ｚ軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸とする。なお、ΔＹが以下の条件（０−１）で与えられるため、Ｙ軸がその範囲内で自由度を有することとなるが、以下に示す条件（１−１）〜（９−３）はそのΔＹの範囲内で変化するＹ軸の何れの場合でも満足するものとする。
【００２５】
−２０°≦ΔＹ≦２０° ・・・（０−１）
ΔＹが±２０°の範囲を越えて定められた場合は、Ｙ軸の位置の自由度が大きくなりすぎてしまい、それに伴う下記の条件（１−１）〜（９−３）の値の変化量が大きなものとなり、実質上下記の条件（１−１）〜（９−３）の臨界意義が失われてしまうため、望ましくない。
【００２６】
さらに望ましくは、上記ΔＹが以下の条件（０−２）の範囲内にあることである。
−１０°≦ΔＹ≦１０° ・・・（０−２）
この条件（０−２）の上下限内にΔＹを定め、Ｙ軸の位置の自由度を狭めることにより、上記条件（０−１）の場合よりも下記の条件（１−１）〜（９−３）の値の変化量を低減でき、各条件の臨界意義が強調されるので、より良好な偏心光学系の設計ができるようになる。
【００２７】
さて、上記のようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定めたとき、少なくとも１つの回転非対称面のＸ方向の最大画角主光線が当たる位置での面の法線のＹ−Ｚ面内でのｔａｎの値と、軸上主光線が前記面に当たる位置での前記面の法線のＹ−Ｚ面内でのｔａｎの値との差をＤＹとするとき、
−０．１＜ＤＹ＜０．１ ・・・（１−１）
なる条件を満足することが望ましい。
【００２８】
この条件式は、例えば水平線を写したときに弓なりに湾曲してしまう弓なりな回転非対称な像歪みに関するものである。図１３（ａ）の斜視図、同図（ｂ）のＹ−Ｚ面への投影図に示すように、Ｘ方向の最大画角の主光線が回転非対称面Ａと交差する点におけるその回転非対称面の法線ｎ’のＹ−Ｚ面内でのｔａｎの値と、軸上主光線がその回転非対称面Ａと交差する点における回転非対称面の法線ｎのＹ−Ｚ面内でのｔａｎの値との差をＤＹとするとき、（１−１）の条件を満足することが重要である。上記条件式の下限の−０．１を越えると、山状の像歪みを補正することができなくなる。また、上限の０．１を越えると、山状の像歪みが補正過剰となって谷状の像歪みとなり、どちらの場合も像が弓なりに歪み、他の面での補正がさらに難しくなる。
【００２９】
さらに好ましくは、
−０．０３＜ＤＹ＜０．０３ ・・・（１−２）
なる条件を満足することが好ましい。
【００３０】
さらに好ましくは、
−０．０２＜ＤＹ＜０．００５ ・・・（１−３）
なる条件を満足することが好ましい。
【００３１】
さらに、好ましくは、第１の反射面である第２面において、
−０．００５＜ＤＹ＜０ ・・・（１−４）
かつ、第２の反射面である第１面において、
−０．０２０＜ＤＹ＜−０．００５ ・・・（１−５）
なる条件を満足することが好ましい。
【００３２】
次に、上記で定義したＤＹに関し、第１の反射面である第２面と第２の反射面である第１面の組み合わせにより補正される弓なり状の像歪みに関する条件について説明する。第２の反射面である第１面におけるＤＹから第１の反射面である第２面におけるＤＹを引いた値をＤＹ（Ｓ４−Ｓ３）で定義した場合、
−０．１＜ＤＹ（Ｓ４−Ｓ３）＜０．１ ・・・（２−１）
なる条件を満足することが重要となる。上記条件式の下限の−０．１を越えると、第２面で発生した弓なりの像歪みを第１面で効果的に補正することができず、第２面で発生した弓なりの像歪みが残ってしまう。また、第２面で発生する像歪みを他の面で補正することはさらに困難である。また、上限の０．１を越えると、第２面で発生した弓なりの像歪みを第１面で過剰に補正するため、第２面で発生する像歪みを補正過剰にしてしまい、反転した弓なりの像歪みが発生する。
【００３３】
さらに、好ましくは、
−０．０１５＜ＤＹ（Ｓ４−Ｓ３）＜０ ・・・（２−２）
なる条件を満足することが好ましい。
【００３４】
また、少なくとも１つの回転非対称面のＹ方向の最大画角主光線が当たる位置での面の法線のＸ−Ｚ面内でのｔａｎの値と、軸上主光線が前記面に当たる位置での前記面の法線のＸ−Ｚ面内でのｔａｎの値との差をＤＸとするとき、
−０．１＜ＤＸ＜０．１ ・・・（３−１）
なる条件を満足することが望ましい。
【００３５】
この条件式は、例えば画面中心の垂直線を写したときに弓なりに湾曲してしまう像歪みに関するものである。図１４（ａ）の斜視図、同図（ｂ）のＸ−Ｚ面への投影図に示すように、Ｙ方向の最大画角の主光線が回転非対称面Ａと交差する点におけるその回転非対称面の法線ｎ’のＸ−Ｚ面内でのｔａｎの値と、軸上主光線がその回転非対称面Ａと交差する点における回転非対称面の法線ｎのＸ−Ｚ面内でのｔａｎの値との差をＤＸとするとき、（３−１）の条件を満足することが重要である。上記条件式の下限の−０．１を越えると、Ｘ軸正方向（本発明の実施例の場合、２次元画像表示素子がＸ軸方向に偏心して配置された方向）に凸になる像歪みが発生する。また、上限の０．１を越えると、補正過剰となって前記方向とは逆のＸ軸負方向に凸の像歪みが発生する。
【００３６】
さらに、好ましくは、
−０．０３＜ＤＸ＜０．０３ ・・・（３−２）
なる条件を満足することが好ましい。
【００３７】
さらに、好ましくは、
−０．０１０＜ＤＸ＜０．００５ ・・・（３−３）
なる条件を満足することが好ましい。
【００３８】
さらに、好ましくは、第１の反射面である第２面において、
−０．００２＜ＤＸ＜０．００３ ・・・（３−４）
かつ、第２の反射面である第１面において、
−０．００２＜ＤＸ＜０．００４ ・・・（３−５）
なる条件を満足することが好ましい。
【００３９】
次に、上記で定義したＤＸに関し、第１の反射面である第２面と第２の反射面である第１面の組み合わせにより補正される水平な直線が弓なり状になる像歪みに関する条件について説明する。第２の反射面である第１面におけるＤＸから第１の反射面である第２面におけるＤＸを引いた値をＤＸ（Ｓ４−Ｓ３）で定義した場合、
−０．１＜ＤＸ（Ｓ４−Ｓ３）＜０．１ ・・・（４−１）
なる条件を満足することが重要となる。上記条件式の下限の−０．１を越えると、第２面で発生した弓なりの像歪みを第１面で効果的に補正をすることが不可能になり、第２面で発生した弓なりの像歪みは残り、その像歪みを他の面で補正することはさらに難しくなる。また、上限の０．１を越えると、第２面で発生した弓なりの像歪みを第１面で過剰に補正するため、第２面で発生する弓なりの像歪みを反転した弓なりの像歪みが生じてしまう。
【００４０】
さらに、好ましくは、
−０．０１＜ＤＸ（Ｓ４−Ｓ３）＜０．０１ ・・・（４−２）
なる条件を満足することが好ましい。
【００４１】
次に、台形に発生する像歪みに関する条件式について説明する。Ｙ−Ｚ面内で、Ｙ正方向の最大画角の主光線とＹ負方向の最大画角の主光線が第１の反射面である第２面、第２の反射面である第１面と当たる部分のＸ方向の曲率の差をＣｘｎ（１／ｍｍ）とするとき、
−０．１＜Ｃｘｎ＜０．１ ・・・（５−１）
なる条件を満足することが重要となる。上記条件式の下限−０．１を越えると、Ｙ負の方向に下辺が短くなる台形歪みが大きくなりすぎ、他の面で補正することが不可能になる。また、上限０．１を越えると、逆にＹ正の方向に上辺が短くなる台形歪みが大きく発生し、他の面で補正することが難しくなる。また、Ｃｘｎが０になる場合は、偏心して配置された凹面鏡により発生する台形歪みを少なくすることができないので、台形歪みが発生したままになる。つまり、０以外の条件に入る値で、他の面とのバランスをとってお互いに補正し合うことが重要である。
【００４２】
さらに好ましくは、
−０．０１＜Ｃｘｎ＜０．０１ ・・・（５−２）
なる条件式を満足することが好ましい。
【００４３】
さらに好ましくは、第２面において、
−０．００１＜Ｃｘｎ＜０．００１ ・・・（５−３）
なる条件式を満足し、かつ、第１面において、
−０．００９＜Ｃｘｎ＜−０．００２５ ・・・（５−４）
なる条件式を満足することが好ましい。
【００４４】
台形に発生する像歪みに関する別の条件式について説明する。Ｘ−Ｚ面内で、Ｘ正方向の最大画角の主光線とＸ負方向の最大画角の主光線が第１の反射面である第２面、第２の反射面である第１面と当たる部分のＹ方向の曲率の差をＣｙｎ（１／ｍｍ）とするとき、
−０．１＜Ｃｙｎ＜０．１ ・・・（６−１）
なる条件を満足することが重要となる。上記条件式の下限−０．１を越えると、Ｘ負の方向に下辺が短くなる台形歪みが大きくなりすぎ、他の面で補正することが不可能になる。また、上限０．１を越えると逆にＸ正の方向に上辺が短くなる台形歪みが大きく発生し、他の面で補正することが難しくなる。また、Ｃｙｎが０になる場合は、偏心して配置された凹面鏡により発生する台形歪みを少なくすることができないので、台形歪みが発生したままになる。つまり、０以外の条件に入る値で、他の面とのバランスをとってお互いに補正し合うことが重要である。
【００４５】
さらに好ましくは、
−０．０１＜Ｃｙｎ＜０．０１ ・・・（６−２）
なる条件式を満足することが好ましい。
【００４６】
さらに好ましくは、第２面において、
−０．００７５＜Ｃｙｎ＜−０．００２５ ・・・（６−３）
なる条件式を満足し、かつ、第１面において、
−０．００１＜Ｃｙｎ＜０．００１ ・・・（６−４）
なる条件式を満足することが好ましい。
【００４７】
次に、本光学系の各面の回転非対称な面のパワーについて説明する。物点中心から光学系の入射瞳中心を通る軸上主光線と平行に瞳中心からＸ軸方向に微小量Ｈ（ｍｍ）の点を通り、その軸上主光線と平行に光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を上記Ｈで割った値を光学系全体のＸ方向の焦点距離Ｆｘ（ｍｍ）と定義する。また、瞳中心からＹ軸方向にＨ（ｍｍ）の点を通り、その軸上主光線と平行に光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線ＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を上記Ｈで割った値を光学系全体のＹ方向の焦点距離Ｆｙ（ｍｍ）と定義する。そしてこのＸ方向、Ｙ方向の焦点距離Ｆｘ、Ｆｙの逆数であるＸ方向、Ｙ方向の屈折力（パワー）をＰｘ、Ｐｙ（１／ｍｍ）と定義する。また、軸上主光線が第１の反射面である第２面、第２の反射面である第１面と当たる位置での面のＸ方向、Ｙ方向の屈折力（パワー）をＰｘｎ、Ｐｙｎ（１／ｍｍ）とするとき、
０．１＜｜Ｐｘｎ／Ｐｘ｜＜１０ ・・・（７−１）
なる条件式を満足することが収差補正上好ましい。上記条件式の上限の１０を越えると、回転非対称面のパワーが光学系全体のパワーに比べて強くなりすぎ、強い屈折力を回転非対称面が持ちすぎてしまい、この回転非対称な面で発生する収差を他の面で補正できなくなる。また、下限の０．１を越えると、光学系全体が大きくなってしまう。
【００４８】
さらに好ましくは、
０．１＜｜Ｐｘｎ／Ｐｘ｜＜５ ・・・（７−２）
なる条件を満足することが回転非対称な収差を良好に補正でき、収差補正上好ましい。
【００４９】
さらに好ましくは、第２面において、
０．８＜｜Ｐｘｎ／Ｐｘ｜＜１．２ ・・・（７−３）
なる条件を満足し、かつ、第１面において、
０．２＜｜Ｐｘｎ／Ｐｘ｜＜０．６ ・・・（７−４）
なる条件を満足することが回転非対称な収差を良好に補正でき、収差補正上好ましい。
【００５０】
さらに、３回反射の実施例においては、第２面、第１面共に、
１．５＜｜Ｐｘｎ／Ｐｘ｜＜２．５ ・・・（７−５）
なる条件を満足することが回転非対称な収差を良好に補正でき、収差補正上好ましい。
【００５１】
また、
０．００１＜｜Ｐｙｎ／Ｐｙ｜＜１０ ・・・（８−１）
なる条件式を満足することが収差補正上好ましい。上記条件式の上限の１０を越えると、回転非対称面のパワーが光学系全体のパワーに比べて強くなりすぎ、強い屈折力を回転非対称面が持ちすぎてしまい、この回転非対称な面で発生する収差を他の面で補正できなくなる。また、下限の０．００１を越えると、光学系全体が大きくなってしまう。
【００５２】
さらに好ましくは、
０．００１＜｜Ｐｙｎ／Ｐｙ｜＜５ ・・・（８−２）
なる条件を満足することが回転非対称な収差を良好に補正でき、収差補正上好ましい。
【００５３】
さらに好ましくは、第２面において、
０．６＜｜Ｐｙｎ／Ｐｙ｜＜１．１ ・・・（８−３）
なる条件を満足し、かつ、第１面において、
０．００８＜｜Ｐｙｎ／Ｐｙ｜＜０．３ ・・・（８−４）
なる条件を満足することが回転非対称な収差を良好に補正でき、収差補正上好ましい。
【００５４】
次に、上記光学系全体のＸ方向、Ｙ方向のパワーをＰｘ、Ｐｙとするとき、
０．１＜Ｐｘ／Ｐｙ＜１０ ・・・（９−１）
なる条件式を満足することが収差補正上好ましい。上記条件式の下限０．１と上限１０を越えると、光学系全体の焦点距離がＸ方向とＹ方向で異なりすぎ、良好な像歪みを得ることが難しくなり、像が歪んでしまう。
【００５５】
さらに好ましくは、
０．５＜Ｐｘ／Ｐｙ＜２ ・・・（９−２）
なる条件を満足することが回転非対称な収差を良好に補正でき、収差補正上好ましい。
【００５６】
さらに好ましくは、
０．８＜Ｐｘ／Ｐｙ＜１．２ ・・・（９−３）
なる条件を満足することが回転非対称な収差を良好に補正でき、収差補正上好ましい。
【００５７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の偏心光学系の実施例１〜６について説明する。後述する各実施例の構成パラメータにおいては、図１（ａ）にＹ−Ｚ面への投影図、図１（ｂ）にＸ−Ｚ面への投影図を示すように、結像光学系の場合には順光線追跡であり、物点中心を射出して瞳１中心を通り像面７中心に到達する光線を軸上主光線２とし、また、接眼光学系とすると逆光線追跡で、瞳１中心を通り像又は画像表示素子７の中心（ただし、台形の画像表示素子等中心が明確でない場合には、対角線の交点を中心とする。）に到達する光線を軸上主光線２とし、瞳１から偏心光学系６の第１面３に到る軸上主光線をＺ軸正方向とし、上記の像又は画像表示素子７の中心からＺ軸に垂直に延ばした線分が、Ｚ軸に垂直な平面内で、前記の（０−１）の条件を満足する角度ΔＹの範囲内で傾いている任意の方向をＹ軸正方向（ΔＹは、像又は画像表示素子７の中心からＺ軸に垂直に延ばした線分がＹ軸からどの程度傾いているかを示す角度である。）、上記Ｙ軸、Ｚ軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸とする。なお、以下の実施例においては、
０°＜ΔＹ＜８° ・・・（０−３）
の範囲にＹ軸をとってある。
【００５８】
そして、各面の偏心が与えられており、その面の面頂位置の光学系６の原点である瞳１の中心からのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の偏心量と、その面の中心軸（自由曲面については、前記の（ａ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれα、β、γ（°））とが与えられている。なお、その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対しての反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対しての時計回りを意味する。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。
【００５９】
なお、自由曲面形状は前記の（ａ）式により定義され、その定義式のＺ軸が回転非対称面の軸となる。そして、（ａ）式のｘの奇数次項の係数Ｃ_m が全て０の場合、自由曲面はＹ−Ｚ断面に対して対称である面対称自由曲面となるが、奇数次項の係数Ｃ_m に有限の値が入ると、回転非対称で対称面を持たない曲面ＡＰＳ（アシンメトリック・ポリノミナル・サーフェス）となる。
【００６０】
後記の構成パラメータにおいては、接眼光学系の場合、逆光線追跡の順に示してあるが、順光線追跡でも同様な効果が得られることは言うまでもない。また、後記する構成パラメータにおいて、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。
【００６１】
次に、図１〜図６にそれぞれ実施例１〜６の偏心光学系６のＹ−Ｚ面への投影図（ａ）とＸ−Ｚ面への投影図（ｂ）を示す。実施例１〜５の偏心光学系７は、第１透過面と第２反射面を兼ねた第１面３と、第１反射面の第２面４と、第２透過面の第３面５との３つの面からなり、その３つの面３〜５の間が屈折率が１より大きい透明媒質で埋められていて、逆光線追跡において、不図示の仮想物点から発した光線束が光軸２に沿って光学系６の瞳１をまず通過し、透過作用と反射作用を有する第１面３に入射して光学系６内に入り、その入射光線は瞳１から遠い側の反射作用のみを有する反射面である第２面４で瞳１に近づく方向に反射され、今度は第１面３で瞳１から遠ざかる方向に再び反射され、その反射光線は、透過作用のみを有する第３面５を透過して像面７に到達し、結像する。
【００６２】
実施例６の偏心光学系７は、第１透過面と第２反射面を兼ねた第１面３と、第１反射面の第２面４と、第３反射面の第４面８と、第２透過面の第３面５との４つの面からなり、その４つの面３〜５の間が屈折率が１より大きい透明媒質で埋められていて、逆光線追跡において、不図示の仮想物点から発した光線束が光軸２に沿って光学系６の瞳１をまず通過し、透過作用と反射作用を有する第１面３に入射して光学系６内に入り、その入射光線は瞳１から遠い側の反射作用のみを有する反射面である第２面４で瞳１に近づく方向に反射され、今度は第１面３で瞳１から遠ざかる方向に再び反射され、次いで第４面で瞳１に近づく方向に反射され、その反射光線は、透過作用のみを有する第３面５を透過して像面７に到達し、結像する。
【００６３】
そして、実施例１においては、第２面４、第３面５を面対称自由曲面とし、第１面３にｘｙ項とｘｙ² 項を入れて、回転非対称で対称面を持たないＡＰＳとしており、実施例２においては、実施例１に加えて、第２面４にｘｙ² 項を入れて、第１面３、第２面４を回転非対称で対称面を持たないＡＰＳとしており、実施例３〜５においては、実施例２に加えて、第２面４にｘｙ項を入れて、第１面３、第２面４を回転非対称で対称面を持たないＡＰＳとしている。また、実施例６においては、第１面４、第３面５、第４面８を面対称自由曲面とし、第２面４を回転非対称で対称面を持たないＡＰＳとしている。
【００６４】
なお、実施例１〜５においては、−１０００ｍｍの仮想物点、入射瞳径４ｍｍ、水平半画角２０°、垂直半画角１５．２７°のとき、像面がＸ方向に３ｍｍ偏心し、１４．５５ｍｍ×１１．２ｍｍの領域に結像するように構成されている。また、実施例６においては、−５００ｍｍの仮想物点、入射瞳径８ｍｍ、水平半画角１５°、垂直半画角１１．３６°のとき、像面がＸ方向に１ｍｍ偏心し、１４．５５ｍｍ×１１．２ｍｍの領域に結像するように構成されている。実施例１〜６では、この光学系の結像面に２次元の画像表示素子を配置して、入射瞳位置近傍に観察者眼球を配置して、その拡大像を観察する。
以下に、上記実施例１〜６の構成パラメータを示す。
【００６５】

【００６６】

【００６７】

【００６８】

【００６９】

【００７０】

【００７１】
以上の実施例５の横収差図を図７に示す。この横収差図において、括弧内に示された数字は（水平（Ｘ方向）画角、垂直（Ｙ方向）画角）を表し、その画角における横収差を示す。また、実施例５の像歪みを表す収差図を図８に示す。この収差図中、横軸はＸ方向の像高、縦軸はＹ方向の像高を表す。
【００７２】
以下に、上記各実施例の前記条件式（０−１）〜（９−１）の値を示す。表中、Ｓ３、Ｓ４は面番号を表し、それぞれ第１の反射面の第２面４、第２の反射面の第１面３の値を表す。

【００７３】
ところで、前記したように、本発明の偏心光学系を例えば頭部装着型の画像表示装置の接眼光学系、あるいは、カメラ、内視鏡等の結像光学系として用いることができる。図９は頭部装着型画像表示装置の接眼光学系に偏心光学系を用いる場合の配置を示しており、対称面を持った自由曲面等で偏心光学系６’を構成する場合（図（ａ））と、本発明に基づき、３次元的に偏心した自由曲面であって対称面を持たない自由曲面を少なくとも１面に用いて偏心光学系６を構成する場合（図（ｂ））とを対比して示してある。図９（ａ）に示しように、偏心光学系６’を対称面を持った自由曲面等で構成する場合には、偏心光学系（接眼光学系）６’に対してＬＣＤ（液晶表示素子）等の画像表示素子１０は左右対称に配置され、その長軸は対称面に対して垂直になる。これに対して、図９（ｂ）に示しように、偏心光学系（接眼光学系）６を本発明に基づいて３次元的に偏心した自由曲面であって対称面を持たない自由曲面を用いて構成する場合には、ＬＣＤ１０は一方に寄って、しかも、その長辺あるいは短辺が対称面（対称面はないが、図（ａ）との対比上図示してある。）に対して垂直でなくなる。そのため、図１０に模式的に示すように、例えば頭部装着型画像表示装置に用いる場合、ＬＣＤ１０が一方に寄って空いた部分がデットスペースとなり、その部分の外装を符号１２のように切り欠いて装置を小型化することができる。図中、符号１１は電気系基板を示し、その空いたデットスペースに電気系基板１１を配置して外装を小型化することもできる。
【００７４】
また、両眼で観察可能な頭部装着型画像表示装置の左右の接眼光学系に本発明の偏心光学系６Ｌ、６Ｒを用いる場合、左右の眼の輻輳（輻輳角α）により、左右の偏心光学系６Ｌ、６Ｒは、図１１に示すように、眼幅の中心方向に向くように相互に傾く。そのとき、偏心光学系６Ｌ、６Ｒを対称面を持たない自由曲面を用いて構成していると、左右のＬＣＤ１０Ｌ、１０Ｒは偏心光学系６Ｌ、６Ｒに対してはねじれた配置となっているが、両方のＬＣＤ１０Ｌ、１０Ｒが一直線上の整列する配置が可能となり、破線で示した１個の長いバックライト１３で左右のＬＣＤ１０Ｌ、１０Ｒを照明することが可能となる。
【００７５】
また、本発明の偏心光学系を結像光学系として用いる場合は、図１２（ａ）、（ｂ）に示すような配置が可能である（４面以上で構成する場合も同様）。図１２（ａ）の場合は、第１面３の前方に絞り１４を配置し、像面７に電子カメラの場合はＣＣＤ等の撮像素子１５あるいは銀塩フィルムを用いるカメラの場合はフィルムを配置して、絞り１４、偏心光学系６の順に経て被写体の像を結像させる。図１２（ｂ）の場合は、第３面５の前方に絞り１４を配置し、偏心光学系６の像面７に電子カメラの場合はＣＣＤ等の撮像素子１５あるいは銀塩フィルムを用いるカメラの場合はフィルムを配置して、同様に被写体の像を結像させる。
【００７６】
なお、図１２のような結像光学系を内視鏡に用いる場合は、図１２（ａ）の結像光学系は側視又は斜視タイプの内視鏡に用いられ、像面７に撮像素子１５を配置するか、リレーレンズ又はイメージファイバーガイドの入射端面を配置する。また、図１２（ｂ）の結像光学系は直視タイプの内視鏡に用いられ、像面７に撮像素子１５を配置する。
【００７７】
以上の本発明の偏心光学系は例えば次のように構成することができる。
〔１〕 回転非対称面からなる少なくとも１面の光学面を含む偏心光学系において、前記回転非対称面は、対称面を持たない曲面からなることを特徴とする偏心光学系。
【００７８】
〔２〕 前記偏心光学系は少なくとも１面の透過面と少なくとも１面の反射面を有し、それらの面により挟まれる空間が屈折率が１より大きい媒体で満たされていることを特徴とする上記〔１〕記載の偏心光学系。
【００７９】
〔３〕 前記偏心光学系は、順光線追跡又は逆光線追跡の順に、第１透過面と第２反射面を兼ねた第１面と、第１反射面の第２面と、第２透過面の第３面とからなることを特徴とする上記〔２〕記載の偏心光学系。
【００８０】
〔４〕 前記第１面が対称面を持たない曲面からなることを特徴とする上記〔３〕記載の偏心光学系。
【００８１】
〔５〕 上記〔１〕から〔４〕の何れか１項記載の偏心光学系において、前記回転非対称面が、以下の（ａ）式にて定義されることを特徴とする偏心光学系。

ただし、Ｃ_m （ｍは２以上の整数）は係数である。
【００８２】
〔６〕 上記〔５〕記載の偏心光学系において、前記（ａ）のｘの奇数次項（ｘ²ⁿ⁺¹，ただし、ｎは整数）に係る係数をＣ_m ［ｘ²ⁿ⁺¹］としたとき、
Ｃ_m ［ｘ²ⁿ⁺¹］≠０ ・・・（ｂ−１）
を満足することを特徴とする偏心光学系。
【００８３】
〔７〕 上記〔５〕記載の偏心光学系において、前記（ａ）のｘの奇数次項（ｘ²ⁿ⁺¹，ただし、ｎは整数）に係る係数をＣ_m ［ｘ²ⁿ⁺¹］としたとき、
Ｃ_m ［ｘ²ⁿ⁺¹］＜−０．５×１０^-8
Ｃ_m ［ｘ²ⁿ⁺¹］＞＋５．０×１０^-8 ・・・（ｂ−２）
を満足することを特徴とする偏心光学系。
【００８４】
〔８〕 上記〔１〕から〔７〕の何れか１項記載の偏心光学系において、前記偏心光学系を結像光学系に用いたことを特徴とする偏心光学系。
【００８５】
〔９〕 上記〔１〕から〔７〕の何れか１項記載の偏心光学系において、前記偏心光学系を頭部装着型画像表示装置に用いたことを特徴とする偏心光学系。
【００８６】
〔１０〕 瞳中心を通り像中心に到達する光線を軸上主光線とし、瞳から前記偏心光学系の第１面に到る軸上主光線をＺ軸正方向とし、前記像中心からＺ軸に垂直に延ばした線分が、Ｚ軸に垂直な平面内で、次の（０−１）の条件を満足する角度ΔＹの範囲内で傾いている任意の方向をＹ軸正方向とし、前記Ｙ軸、Ｚ軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸として、
−２０°≦ΔＹ≦２０° ・・・（０−１）
少なくとも１つの前記回転非対称面のＸ方向の最大画角主光線が当たる位置での面の法線のＹ−Ｚ面内でのｔａｎの値と、前記軸上主光線が前記面に当たる位置での前記面の法線のＹ−Ｚ面内でのｔａｎの値との差をＤＹとするとき、
−０．１＜ＤＹ＜０．１ ・・・（１−１）
なる条件を満足することを特徴とする上記〔１〕から〔９〕の何れか１項記載の偏心光学系。
【００８７】
〔１１〕 瞳中心を通り像中心に到達する光線を軸上主光線とし、瞳から前記偏心光学系の第１面に到る軸上主光線をＺ軸正方向とし、前記像中心からＺ軸に垂直に延ばした線分が、Ｚ軸に垂直な平面内で、次の（０−１）の条件を満足する角度ΔＹの範囲内で傾いている任意の方向をＹ軸正方向とし、前記Ｙ軸、Ｚ軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸として、
−２０°≦ΔＹ≦２０° ・・・（０−１）
前記回転非対称面のＸ方向の最大画角主光線が当たる位置での面の法線のＹ−Ｚ面内でのｔａｎの値と、前記軸上主光線が前記面に当たる位置での前記面の法線のＹ−Ｚ面内でのｔａｎの値との差をＤＹとし、前記瞳側から数えて、第１の透過面と第２の反射面を兼ねた第１面におけるＤＹから第１の反射面の第２面におけるＤＹを引いた値をＤＹ（Ｓ４−Ｓ３）とし、
−０．１＜ＤＹ（Ｓ４−Ｓ３）＜０．１ ・・・（２−１）
なる条件を満足することを特徴とする上記〔１〕から〔９〕の何れか１項記載の偏心光学系。
【００８８】
〔１２〕 瞳中心を通り像中心に到達する光線を軸上主光線とし、瞳から前記偏心光学系の第１面に到る軸上主光線をＺ軸正方向とし、前記像中心からＺ軸に垂直に延ばした線分が、Ｚ軸に垂直な平面内で、次の（０−１）の条件を満足する角度ΔＹの範囲内で傾いている任意の方向をＹ軸正方向とし、前記Ｙ軸、Ｚ軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸として、
−２０°≦ΔＹ≦２０° ・・・（０−１）
少なくとも１つの前記回転非対称面のＹ方向の最大画角主光線が当たる位置での面の法線のＸ−Ｚ面内でのｔａｎの値と、軸上主光線が前記面に当たる位置での前記面の法線のＸ−Ｚ面内でのｔａｎの値との差をＤＸとするとき、
−０．１＜ＤＸ＜０．１ ・・・（３−１）
なる条件を満足することを特徴とする上記〔１〕から〔９〕の何れか１項記載の偏心光学系。
【００８９】
〔１３〕 瞳中心を通り像中心に到達する光線を軸上主光線とし、瞳から前記偏心光学系の第１面に到る軸上主光線をＺ軸正方向とし、前記像中心からＺ軸に垂直に延ばした線分が、Ｚ軸に垂直な平面内で、次の（０−１）の条件を満足する角度ΔＹの範囲内で傾いている任意の方向をＹ軸正方向とし、前記Ｙ軸、Ｚ軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸として、
−２０°≦ΔＹ≦２０° ・・・（０−１）
前記回転非対称面のＹ方向の最大画角主光線が当たる位置での面の法線のＸ−Ｚ面内でのｔａｎの値と、軸上主光線が前記面に当たる位置での前記面の法線のＸ−Ｚ面内でのｔａｎの値との差をＤＸとし、前記瞳側から数えて、第１の透過面と第２の反射面を兼ねた第１面におけるＤＸから第１の反射面の第２面におけるＤＸを引いた値をＤＸ（Ｓ４−Ｓ３）とし、
−０．１＜ＤＸ（Ｓ４−Ｓ３）＜０．１ ・・・（４−１）
なる条件を満足することを特徴とする上記〔１〕から〔９〕の何れか１項記載の偏心光学系。
【００９０】
〔１４〕 瞳中心を通り像中心に到達する光線を軸上主光線とし、瞳から前記偏心光学系の第１面に到る軸上主光線をＺ軸正方向とし、前記像中心からＺ軸に垂直に延ばした線分が、Ｚ軸に垂直な平面内で、次の（０−１）の条件を満足する角度ΔＹの範囲内で傾いている任意の方向をＹ軸正方向とし、前記Ｙ軸、Ｚ軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸として、
−２０°≦ΔＹ≦２０° ・・・（０−１）
Ｙ−Ｚ面内で、Ｙ正方向の最大画角の主光線とＹ負方向の最大画角の主光線が、前記瞳側から数えて、第１の反射面である第２面、第２の反射面である第１面と当たる部分のＸ方向の曲率の差をＣｘｎ（１／ｍｍ）とするとき、
−０．１＜Ｃｘｎ＜０．１ ・・・（５−１）
なる条件を満足することを特徴とする上記〔１〕から〔９〕の何れか１項記載の偏心光学系。
【００９１】
〔１５〕 瞳中心を通り像中心に到達する光線を軸上主光線とし、瞳から前記偏心光学系の第１面に到る軸上主光線をＺ軸正方向とし、前記像中心からＺ軸に垂直に延ばした線分が、Ｚ軸に垂直な平面内で、次の（０−１）の条件を満足する角度ΔＹの範囲内で傾いている任意の方向をＹ軸正方向とし、前記Ｙ軸、Ｚ軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸として、
−２０°≦ΔＹ≦２０° ・・・（０−１）
Ｘ−Ｚ面内で、Ｘ正方向の最大画角の主光線とＸ負方向の最大画角の主光線が、前記瞳側から数えて、第１の反射面である第２面、第２の反射面である第１面と当たる部分のＹ方向の曲率の差をＣｙｎ（１／ｍｍ）とするとき、
−０．１＜Ｃｙｎ＜０．１ ・・・（６−１）
なる条件を満足することを特徴とする上記〔１〕から〔９〕の何れか１項記載の偏心光学系。
【００９２】
〔１６〕 瞳中心を通り像中心に到達する光線を軸上主光線とし、瞳から前記偏心光学系の第１面に到る軸上主光線をＺ軸正方向とし、前記像中心からＺ軸に垂直に延ばした線分が、Ｚ軸に垂直な平面内で、次の（０−１）の条件を満足する角度ΔＹの範囲内で傾いている任意の方向をＹ軸正方向とし、前記Ｙ軸、Ｚ軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸として、
−２０°≦ΔＹ≦２０° ・・・（０−１）
前記軸上主光線と平行に瞳中心からＸ軸方向に微小量Ｈ（ｍｍ）の点を通り、その軸上主光線と平行に光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記Ｈで割った値を光学系全体のＸ方向の焦点距離Ｆｘ（ｍｍ）とし、また、瞳中心からＹ軸方向にＨ（ｍｍ）の点を通り、その軸上主光線と平行に光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線ＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記Ｈで割った値を光学系全体のＹ方向の焦点距離Ｆｙ（ｍｍ）とし、Ｆｘ、Ｆｙの逆数をそれぞれＸ方向、Ｙ方向のパワーＰｘ、Ｐｙ（１／ｍｍ）とし、第１の反射面である第２面、第２の反射面である第１面のパワーをＰｘｎ、Ｐｙｎ（１／ｍｍ）とするとき、
０．１＜｜Ｐｘｎ／Ｐｘ｜＜１０ ・・・（７−１）
なる条件を満足することを特徴とする上記〔１〕から〔９〕の何れか１項記載の偏心光学系。
【００９３】
〔１７〕 瞳中心を通り像中心に到達する光線を軸上主光線とし、瞳から前記偏心光学系の第１面に到る軸上主光線をＺ軸正方向とし、前記像中心からＺ軸に垂直に延ばした線分が、Ｚ軸に垂直な平面内で、次の（０−１）の条件を満足する角度ΔＹの範囲内で傾いている任意の方向をＹ軸正方向とし、前記Ｙ軸、Ｚ軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸として、
−２０°≦ΔＹ≦２０° ・・・（０−１）
前記軸上主光線と平行に瞳中心からＸ軸方向に微小量Ｈ（ｍｍ）の点を通り、その軸上主光線と平行に光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記Ｈで割った値を光学系全体のＸ方向の焦点距離Ｆｘ（ｍｍ）とし、また、瞳中心からＹ軸方向にＨ（ｍｍ）の点を通り、その軸上主光線と平行に光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線ＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記Ｈで割った値を光学系全体のＹ方向の焦点距離Ｆｙ（ｍｍ）とし、Ｆｘ、Ｆｙの逆数をそれぞれＸ方向、Ｙ方向のパワーＰｘ、Ｐｙ（１／ｍｍ）とし、第１の反射面である第２面、第２の反射面である第１面のパワーをＰｘｎ、Ｐｙｎ（１／ｍｍ）とするとき、
０．００１＜｜Ｐｙｎ／Ｐｙ｜＜１０ ・・・（８−１）
なる条件を満足することを特徴とする上記〔１〕から〔９〕の何れか１項記載の偏心光学系。
【００９４】
〔１８〕 瞳中心を通り像中心に到達する光線を軸上主光線とし、瞳から前記偏心光学系の第１面に到る軸上主光線をＺ軸正方向とし、前記像中心からＺ軸に垂直に延ばした線分が、Ｚ軸に垂直な平面内で、次の（０−１）の条件を満足する角度ΔＹの範囲内で傾いている任意の方向をＹ軸正方向とし、前記Ｙ軸、Ｚ軸と直交座標系を構成する軸をＸ軸として、
−２０°≦ΔＹ≦２０° ・・・（０−１）
前記軸上主光線と平行に瞳中心からＸ軸方向に微小量Ｈ（ｍｍ）の点を通り、その軸上主光線と平行に光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記Ｈで割った値を光学系全体のＸ方向の焦点距離Ｆｘ（ｍｍ）とし、また、瞳中心からＹ軸方向にＨ（ｍｍ）の点を通り、その軸上主光線と平行に光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線ＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記Ｈで割った値を光学系全体のＹ方向の焦点距離Ｆｙ（ｍｍ）とし、Ｆｘ、Ｆｙの逆数をそれぞれＸ方向、Ｙ方向のパワーＰｘ、Ｐｙ（１／ｍｍ）とし、第１の反射面である第２面、第２の反射面である第１面のパワーをＰｘｎ、Ｐｙｎ（１／ｍｍ）とするとき、
０．１＜Ｐｘ／Ｐｙ＜１０ ・・・（９−１）
なる条件を満足することを特徴とする上記〔１〕から〔９〕の何れか１項記載の偏心光学系。
【００９５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の画像表示装置によると、３次元的に偏心した画像表示素子により発生する回転非対称で対称面を持たない収差を補正することが可能になるとともに、装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の偏心光学系のＹ−Ｚ面への投影図（ａ）とＸ−Ｚ面への投影図（ｂ）である。
【図２】本発明の実施例２の偏心光学系の図１と同様な投影図である。
【図３】本発明の実施例３の偏心光学系の図１と同様な投影図である。
【図４】本発明の実施例４の偏心光学系の図１と同様な投影図である。
【図５】本発明の実施例５の偏心光学系の図１と同様な投影図である。
【図６】本発明の実施例６の偏心光学系の図１と同様な投影図である。
【図７】実施例６の横収差図である。
【図８】実施例６の像歪みを表す収差図である。
【図９】頭部装着型画像表示装置の接眼光学系に偏心光学系を用いる場合の配置を示す図である。
【図１０】本発明の偏心光学系を頭部装着型画像表示装置に用いる場合の利点を説明するための図である。
【図１１】本発明の偏心光学系を頭部装着型画像表示装置に用いる場合のもう１つの利点を説明するための図である。
【図１２】本発明の偏心光学系を結像光学系として用いる場合の２つのタイプを示す図である。
【図１３】本発明において用いるパラメータＤＹを説明するための図である。
【図１４】本発明において用いるパラメータＤＸを説明するための図である。
【符号の説明】
１…瞳
２…軸上主光線
３…第１面
４…第２面
５…第３面
６…偏心光学系（本発明）
６Ｌ、６Ｒ…偏心光学系（本発明）
６’…偏心光学系
７…像面
８…第４面
１０…画像表示素子（ＬＣＤ）
１０Ｌ、１０Ｒ…ＬＣＤ
１１…電気系基板
１２…切り欠き部
１３…バックライト
１４…絞り
１５…撮像素子
Ａ…回転非対称面

Claims (1)

1. 回転非対称面からなる光学面を含む２つの偏心光学系と２つの画像表示素子とを備え、両眼で観察可能な画像表示装置において、
   前記偏心光学系は、順光線追跡又は逆光線追跡の順に、第１透過面と第２反射面を兼ねた第１面と、第１反射面の第２面と、第２透過面の第３面を備え、前記第１面と前記第２面と前記第３面により挟まれる空間が屈折率が１より大きい媒体で満たされ、前記第１面から前記第３面のうちの少なくとも１つの面は、前記光学面であって対称面を持たない曲面からなり、
   前記２つの偏心光学系は、前記偏心光学系の瞳の中心を通り前記画像表示素子の中心に到達する光線を軸上主光線とした場合に、前記瞳から前記第１面に到る軸上主光線が各々の偏心光学系が対向する眼の眼幅の中心方向を向くように、相互に傾いて配置され、
   前記画像表示素子と前記偏心光学系とを前記画像表示素子側から見たときに、前記画像表示素子の長辺及び短辺が前記瞳から前記第１面に到る軸上主光線と垂直とならないように、前記画像表示素子が前記偏心光学系に対してねじれて配置され、
   前記２つの画像表示素子は、それぞれ対応する前記偏心光学系の前記第３面に対向し、一直線上に整列して配置されることを特徴とする画像表示装置。

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