JP4921081B2

JP4921081B2 - 画像表示装置

Info

Publication number: JP4921081B2
Application number: JP2006240063A
Authority: JP
Inventors: 智美松永
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-09-05
Filing date: 2006-09-05
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2026-09-05
Also published as: US7675685B2; US20080055899A1; JP2008064848A

Description

本発明は画像表示装置に関し、例えば画像表示素子に表示された画像情報を拡大して観察するヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）やメガネ型ディスプレイ等に好適なものである。

従来、液晶表示素子等の画像表示素子に表示した画像情報を拡大した虚像として観察する頭部装着型の画像観察装置（画像表示装置）、所謂ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）が種々と提案されている。

この頭部装着型の画像表示装置に対しては、広画角で臨場感のある画像を観察することができ、かつ、装置全体が小型で軽いこと等が要望されている。

このうち照明手段から発せられた光が反射型の液晶表示素子で反射され、その後、眼球に導かれて液晶表示素子で表示された画像情報の拡大像を観察するようにしたＨＭＤが知られている（特許文献１〜５）。

特許文献１では反射型の液晶表示素子と、液晶表示素子に光を導く照明光学系と、観察者に液晶表示素子からの光を導く表示光学系からなり、表示光学系に非回転対称面からなる偏心プリズムを用いている。

これによって観察者の視軸方向に光学系の厚さを薄くして観察者に画像を表示している。また、特許文献１では反射型の液晶表示素子に発光素子からの光を導く照明光学系を構成する三角プリズムが、表示光学系の一部とを兼ねることで光学系の更なる小型化を図っている。

特許文献２〜４では屈折力のある自由曲面プリズムと反射型の液晶表示素子を組み合わせた小型のＨＭＤを開示している。

特許文献５では反射型の液晶表示素子を用い、装置全体の小型化を図るため照明光学系にシリンドリカル曲面を用い、そのシリンドリカル曲面で照明手段からの光を集光させて照明光量を向上したＨＭＤを開示している。
特開２００１−１６６２５２号公報特開平１１−１２５７９１号公報特開平１１−３３７８６３号公報特開２０００−０１００４１号公報特開２００２−２４４０７６号公報

ＨＭＤに用いられる画像表示素子として、ＣＲＴや反射型液晶表示素子や透過型液晶表示素子（ＬＣＤ）等がある。

近年、ＬＣＤの高精細化が進み、従来と同程度又はそれ以上の画素数を有しながらも、従来に比べ小型化されたＬＣＤが開発されている。

小型なＬＣＤを使用して、広画角を達成し臨場感のある画像を表示し、かつ高解像な画像を表示するためには、表示光学系の倍率を高くする必要がある。しかしながら、倍率を高くすると光学系が大型し、必然的に装置全体が大型化する傾向にある。

光学系の小型化及び広画角を達成し、かつ高解像な画像を表示するためには、非回転対称面からなる光学素子を含む、偏心光学系を用いることが有効である。

又、明るくコントラストの良い画像を観察するには、反射型の液晶表示素子を用いることが有効である。

しかしながら反射型の液晶表示素子を用いた場合には、照明手段からの光を照明光学系によって液晶表示素子に斜方向から斜入射させて入射させねばならず、照明が難しくなり、かつ構成が複雑になる。又、偏心光学系を用いて反射型の液晶表示素子からの光を観察側の射出瞳に導光するとき、偏心した光学素子により偏心収差が大きく発生すると、観察される画像の画質が大きく低下してくる。

このため、偏心光学系を用いるときには偏心収差の発生が少なくなるようにすることが重要になってくる。

又、偏心光学系を用いて画像表示素子を表示すると偏心した光学素子の影響により、表示光学系の射出瞳位置で観察される画像に輝度ムラが発生しやすくなる。

更に、照明手段から出射し、液晶表示素子で光変調された光のうち観察側の射出瞳に入射する光の割合が少なくなり、照明効率が低下しやすくなる。

このため、光学系全体の小型化を図りつつ、広画角で高解像度の画像を観察するには、液晶表示素子を照明する為の照明光学系や液晶表示素子からの光を観察側の射出瞳に導光する表示光学系の構成を適切に設定することが重要になってくる。

本発明は、装置全体の小型化を図りつつ、照明光量の損失を減らし、画像情報を均一な輝度で良好なる画質で観察することができる画像表示装置及びそれを用いたヘッドマウントディスプレイの提供を目的とする。

本発明の画像表示装置は、反射型の画像表示手段と、該画像表示手段を照明する照明手段と、該照明手段からの光を前記画像表示手段に導く照明光学系と、前記画像表示手段からの光を観察側の射出瞳に導く表示光学系を有する画像表示装置において、前記表示光学系は、前記画像表示手段の中心から前記射出瞳の中心に到る光線に対して偏心した非回転対称面から成る光学素子を含む偏心光学系であり、前記照明手段は、発光素子と、該発光素子からの光が出射する光学面を有し、該光学面上における輝度分布が、前記射出瞳における輝度ムラを低減する輝度分布となるように、前記射出瞳から前記光学面へ光線追跡したとき、前記光学面上での入射光線が多い領域の輝度が、少ない領域の輝度に比べて高くなるように構成されていることを特徴としている。

この他本発明の画像表示装置は、反射型の画像表示手段と、該画像表示手段を照明する照明手段と、該照明手段からの光を前記画像表示手段に導く照明光学系と、前記画像表示手段からの光を観察側の射出瞳に導く表示光学系を有する画像表示装置において、前記表示光学系は、前記画像表示手段の中心から前記射出瞳の中心に到る光線に対して偏心した非回転対称面から成る光学素子を含む偏心光学系であり、前記照明手段は、発光素子と、該発光素子からの光が出射する光学面を有し、前記光学面は拡散面であり、前記光学面から前記射出瞳へ出射する拡散光が、前記射出瞳から前記光学面へ光線追跡したときの前記光学面上の各位置への光線入射方向に指向性を有するように構成されていることを特徴としている。

本発明によれば、装置全体の小型化を図りつつ、照明光量の損失を減らし、画像情報を均一な輝度で良好なる画質で観察することができる画像表示装置が得られる。

図１（ａ）は、ヘッドマウントディスプレイ等に用いられる、本発明の画像表示装置の実施例１の要部概略図である。

実施例１の光学データを（数値実施例１）に示す。

図１において、光学素子１は材料の屈折率が１より大きい透明媒質上に３つ以上の光学面を有するプリズム体より成っている。光学素子１は面（光学面）Ａ（面Ｓ２、面Ｓ４、面Ｓ６は同一面）、面Ｂ（面Ｓ３、面Ｓ７は同一面）、面Ｃ（面Ｓ５）で形成される。

面Ａ、面Ｂ、面Ｃは曲率を有した屈折面又は／及び反射面である。面Ｓ３はハーフミラー面である。

光学素子２は材料の屈折率が１より大きい透明媒質上に２つの光学面を有するプリズム体で、面Ｓ８、面Ｓ９で形成される。面Ｓ８、面Ｓ９は曲率を有した屈折面である。プリズム体１とプリズム体２は面７と面８で接合されている。

レンズ（光学素子）３は面Ｓ１０、面Ｓ１１から成っている。レンズ（光学素子）４は面Ｓ１２、面Ｓ１３から構成されている。レンズ３とレンズ４は面Ｓ１１と面Ｓ１２で張り合わされて貼り合わせレンズ３４を構成している。

レンズ（光学素子）５は面Ｓ１４、面Ｓ１５から構成されている。６は平板（面Ｓ１６、面Ｓ１７は平面）である。

偏光板７は平板６に接着されている。偏心したシリンドリカルレンズ８は面Ｓ１８、面Ｓ１９（後述する面Ｓ２３と同一面）から構成される。シリンドリカルレンズ８の面Ｓ１９（面Ｓ２３）は透過反射兼用面（ハーフミラー）である。

画像を表示する画像表示手段１０は、反射型のＬＣＤ（液晶表示素子）を用いている。面Ｓ２０（面Ｓ２２）面Ｓ２１間はＬＣＤ１０のカバーガラスである。面Ｓ２１がＬＣＤ１０の表示面である。

照明装置（照明手段）３０は、照明装置３０内にある発光面から照明光を発している。照明装置３０の拡散面から成る光学面Ｓ２４から発せられた光が偏光板１４を通過し面Ｓ１９で反射した後、ＬＣＤ１０に入射する。

このとき、シリンドリカルレンズ８の面Ｓ１９は照明装置３０からの光を反射してＬＣＤ１０へ入射させる反射面Ｓ２３と作用している。このため反射面Ｓ２３は照明光学系としての役割も果たしている。

Ｓ１は表示光学系の観察側に位置する射出瞳であり、観察者の眼球に対応する位置である。張り合わせレンズ３４とシリンドリカルレンズ８を除く部材１、２、５の全ての面は紙面（ｙｚ断面）を唯一の対称面として持つ面対称形状（非回転対称面）をしている。

照明装置３０の光学面Ｓ２４から発せられた光は、偏光板１４を透過し直線偏光化され、シリンドリカルレンズ８の面Ｓ２３で反射されて反射光がＬＣＤ１０に向かう。反射型のＬＣＤ１０の面Ｓ２０に斜めに入射し、面Ｓ２１でＬＣＤ１０で斜め方向に反射された光は、面Ｓ２２を通過しシリンドリカルレンズ８の面Ｓ１９より入射し、面Ｓ１８から射出する。そして、偏光板７を透過し、平板６の面Ｓ１７より入射し、面Ｓ１６より射出して光学素子５に向かう。

この時、偏光板１４で直線偏光化された偏光方向が液晶内部で回転するため、偏光板７は偏光方向が回転した光と通す方向に設定されている。偏光板７の直線偏光方向が偏光板１４の直線偏光方向と約９０°ずれている場合（液晶内部の偏光方向の回転が９０°）は、偏光板１４で直線偏光化された光が、面Ｓ１９で反射せずに透過していく光（ゴースト光）がある。しかしながら、このゴースト光は偏光板７でカットされるため、眼球Ｓ１にゴースト光が入ることはない。

光学素子５の面Ｓ１５より入射した光は面Ｓ１４より射出し、面Ｓ１３より光学素子４に入射する。接合された光学素子４の面Ｓ１２と光学素子３の面Ｓ１１を透過し、面Ｓ１０より射出して光学素子２に向かう。

光学素子２の面Ｓ９より入射した光は、接合された光学素子２の面Ｓ８と光学素子１の面Ｓ７を透過して光学素子１に入射する。光学素子１の面Ｂ（面Ｓ７）より入射した光は、面Ａ（面Ｓ６）で反射された後、面Ｃ（面Ｓ５）に導かれる。面Ｃ（面Ｓ５）に入射した光はほぼ反対側に折り返し反射（後で述べる）され、面Ｃでの反射前の光と逆向きに進む。面Ｃで反射（面Ｓ５）された光は面Ａ（面Ｓ４）で再度反射され面Ｂ（面Ｓ３）で再反射され、面Ａ（面Ｓ２）より射出して、射出瞳Ｓ１に向かう。

この時、光学素子１内の位置１ａで画像表示面（Ｓ２１）の両端から発した光線が交わっており、表示された画像の中間結像面が形成されている。

本構成例おいては面Ｓ４の反射から面Ｓ５の反射の間に中間像が形成されているが、必ずしもこの間にある必要はない。

また、中間結像面１ａからの光を略平行光として、射出瞳Ｓ１に導く接眼光学系部分（面Ｓ５、Ｓ４、Ｓ３、Ｓ２）の収差補正を容易にしている。

具体的には中間像１ａは接眼光学系部分での像面湾曲や非点収差の発生する状況に合わせて、適宜湾曲したり非点隔差を有したりするように結像されている。

また光束が中間結像面１ａ以降の面Ｓ５における反射から面Ｓ２を射出するまでに寄与する面（面Ｓ５、面Ｓ４、面Ｓ３、面Ｓ２）は接眼光学系部分（接眼系）相当する。光学素子１でのそれ以外の部分（面Ｓ７、面Ｓ６）とＬＣＤ１０のカバーガラス間（Ｓ２０、Ｓ２１）で置かれている光学系（部材２〜８）とがリレー光学系に該当している。

表示光学系は照明光学系（Ｓ１９）、リレー光学系（２〜８）、接眼光学系より構成されている。ここでハーフミラー面Ｓ１９は照明光学系と表示光学系で互いに共有している。

最終反射面として作用する面Ｓ３は、射出面として作用する面Ｓ２に対して（画像表示素子側に対して）凹形状であり、強いパワーを有する凹面鏡となっている。接眼光学系部分では収差を完全に補正することは困難であり、リレー光学系部分が接眼光学系での収差をキャンセルするような形の中間結像面１ａが出来るように中間像を形成している。これによって最終的な像観察における画質を向上させている。

面Ｓ４における反射は光学素子１内での内部全反射とすると、光量ロスが少なくなり好ましい。少なくとも面Ｓ２での射出光束と面Ｓ４での反射光束とが共用する領域においては、反射光束が内部全反射とするのが良い。これによれば、反射光束全てを内部全反射とする場合に対して設計の自由度を上げつつ同程度の明るさを確保できる。この場合、面Ｓ４において内部全反射を行わない反射は反射膜（ＡｌやＡｇ膜）による反射としている。また、面Ｓ５における反射は反射膜による反射としている。

また、光学素子１において、光は面Ｂ（Ｓ７）→面Ａ（Ｓ６）→面Ｃ（Ｓ５）→面Ａ（Ｓ４）→面Ｂ（Ｓ３）（→面Ａ（Ｓ２））の順に各面を通過する。面Ｃの反射を境に、最終反射面Ｂに至るまで、それまでの光路を逆にたどり、往路面Ｂ（Ｓ７）→面Ａ（Ｓ６）→面Ｃ（Ｓ５）と、復路面Ｃ（Ｓ５）→面Ａ（Ｓ４）→面Ｂ（Ｓ３）を形成している。

面Ｃのように往路と復路に変える折り返し反射作用を持つ面を「折り返し面」と呼ぶ。

このように、複数の偏心反射面Ａ、Ｂ、Ｃで光路を折り返し、往路と復路をほぼ重複させることにより、長い光路長を小型な光学素子１に収めている。これにより、表示光学系全体をも小型にしている。

また折り返し面Ｃに入射した光線が反射され射出される時、折り返し面Ｃの前後で光線が所定の角度θを成して入射・反射される場合、角度θは
｜θ｜＜６０° （１）
を満たすことが望ましい。

この条件を外れると、折り返し反射後の光路（復路）が往路を逆戻りせず、往復光路というよりジグザグ光路になってしまい光学素子１が大型化する。この他角度θが
｜θ｜＜３０° （２）
とするのが良い。

条件式（２）の条件を外れると、光の逆戻りは出来るが、往路と復路が重ならず光学素子１が大型化し、表示光学系全体又は撮像光学系全体を小型化にすることが難しくなる。更に好ましくは、角度θが
｜θ｜＜２０° （３）
とするのが良い。

条件式（３）を満たすと更なる小型化が容易になる。

偏心系に対応していない従来系の定義では各面頂点を基準とした座標系で表され、z軸を光軸としｙｚ断面が従来の母線断面（メリジオナル断面）、ｘｚ断面が子線断面（サジタル断面）となる。

実施例１は偏心系なので、偏心系に対応したローカル母線断面、ローカル子午線断面を新たに定義する。

中心画角主光線の各面のヒットポイント上（入射位置）で、中心画角主光線の入射光と射出光を含む面をローカル母線断面とする。ヒットポイントを含みローカル母線断面と垂直で、各面頂点座標系の子線断面（通常の子線断面）と平行な面をローカル子線断面として定義する。各面における中心画角主光線のヒットポイント上近傍の曲率を計算し、各面の中心画角主光線に対するローカル母線断面における曲率半径をｒｙ、ローカル子線断面における曲率半径をｒｘと定義する。

以下、表１の光学データの見方を説明する。

最も左の項目SURFはＬＣＤ１０からの光の通過順の面番号を示している。

Ｘ，Ｙ，Ｚ及びＡは、第１面Ｓ１の中心を原点（０，０，０）としている。そして図中に示したｙ軸，ｚ軸と紙面奥向きにｘ軸をとった座標系における各面の面頂点の位置（ｘ，ｙ，ｚ）、並びに、図面上で反時計まわりを正方向とするｘ軸まわりの回転角度ａ（単位：度）である。ｔｙｐの項は面形状の種類を表し、ｔｙｐにおいてＳＰＨは球面、ＦＦＳは非回転対称面、ＣＹＬは母線断面のみ屈折力を持つシリンドリカルレンズ面である。実施例の非回転対称面は下記のＦＦＳの式に従う。

Ｒの項は曲率半径を表し、シリンドリカルレンズ面に関しては母線断面曲率半径ｒｙの値を表記してある。

ＦＦＳ：
z=(1/R)*(x²+y²)/(1+(1-(1+k)*(1/R)²*(x²+y²))^(1/2))+c2+c4*y+c5*(x²-y²)+
c6*(-1+2*x²+2*y²)+c10*(-2*y+3*x²*y+3*y³)+c11*(3*x²*y-y³)+c12*(x⁴-6*x²*y²
+y⁴)+c13*(-3*x²+4*x⁴+3*y²-4*y⁴)+c14*(1-6*x²+6*x⁴-6*y²+12*x²*y²+6*y⁴)+c20
*(3*y-12*x²*y+10*x⁴*y-12*y³+20*x²*y³+10*y⁵)+c21*(-12*x²*y+15*x⁴*y+4*y³+1
0*x²*y³-5*y⁵)+c22*(5*x⁴*y-10*x²*y³+y⁵)+c23*(x⁶-15*x⁴*y²+15*x²*y⁴-y⁶)+c24
*(-5*x⁴+6*x⁶+30*x²*y²-30*x⁴*y²-5*y⁴-30*x²*y⁴+6*y⁶)+c25*(6*x²-20*x⁴+15*x⁶
-6*y²+15*x⁴*y²+20*y⁴-15*x²*y⁴-15*y⁶)+c26*(-1+12*x²-30*x⁴+20*x⁶+12*y²-60*
x²*y²+60*x⁴*y²-30*y⁴+60*x²*y⁴+20*y⁶) +・・・・・・

また、ｔｙｐの欄でＦＦＳの横に記された数値は，その面の形状が同表の下側に記載された非球面係数k及びc**に対応する非回転対称形状であることを示している。但し、記載されていないc**の値は０である。

Ｎｄ，νｄはそれぞれその面以降の媒質のｄ線波長での屈折率とアッベ数を示しており、屈折率Ｎの符号の変化はその面で光が反射されることを示している。

また、媒質が空気層の場合は、屈折率Ｎｄのみを１．００００として表示し、アッベ数νｄは省略している。

実施例１では、射出瞳Ｓ１中心から射出瞳面Ｓ１のｚ軸を通る光線を中心画角主光線と定義する。

また図１（ａ）に示す表示光学系において、表示面（ＬＣＤ１０）上のローカル母線断面上での最周辺画像のうち、射出瞳Ｓ１から遠い方側の最周像高ｆ３と射出瞳中心Ｓ１ａを通る光線をｆ３中心光線とする。又、射出瞳Ｓ１から近い方側の最周像高ｆ２と射出瞳中心Ｓ１ａとを通る光線をｆ２中心光線とする。

射出瞳Ｓ１から中間の像高ｆ１と射出瞳中心Ｓ１ａとを通る光線をｆ１中心光線とする。

このとき、ＬＣＤ１０より遠い方にある貼り合わせレンズ３４の光学面ｘｙ平面に平行で、ｆ３中心光線とｆ２中心光線が交差する点Ｐを通る面を瞳結像面とする。

これは全ての実施例においても同様である。絞り６０は瞳結像面に配置されている。

本実施例の偏心光学系において、観察者の瞳位置における射出瞳径と、射出瞳径に入射する光束を、観察者の瞳側Ｓ１から照明手段３０の光学面（発光素子からの光が入射する拡散板等の光学面Ｓ２４）までの逆光線追跡を行う。

そうすると、光学系の偏心と非回転対称面の影響により、画像表示素子（ＬＣＤ）１０上の位置によって、入射する光束の入射角度や、Ｆno（Ｆナンバー）が異なる。

更に、画像表示素子１０から照明手段３０の光学面Ｓ２４まで逆光線追跡を行う。そうすると、表示光学系の偏心と非回転対称面の影響と、偏心して配置された光学素子によって、光学面Ｓ２４上での光束は略瞳結像を行わず、光学面Ｓ２４上での光束密度や、光束の角度にはばらつきが生じてくる。

そのため、照明手段３０の発光素子３０ａからの光を拡散させて、一様な輝度を持って光学面Ｓ２４を形成すると、照明光学系によっては、画像表示素子１０に光が導かれた時点で、画像表示素子１０上で輝度ムラが発生する。画像表示素子１０上で発生した輝度ムラが表示光学系によって、観察者の瞳Ｓ２１に導かれると、観察者は表示された画像に輝度ムラを感じる。また、このような照明光学系では光学面Ｓ２４を射出する光束の拡散指向特性も場所に寄らず一様なため、射出瞳Ｓ１に到達しない方向にも光が光学面より射出されるため、照明光束の無駄が発生する。

このため本実施例では、射出瞳Ｓ１から照明装置３０の光学面Ｓ２４へ所定の角度ピッチで逆光線追跡する。照明装置３０の光学面Ｓ２４上での単位面積あたりの入射光線本数に応じて輝度分布を変化させている。これにより、射出瞳Ｓ１に到達した光束を観察者が観察すると、輝度ムラが非常によく低減された画像を観察することができるようにしている。

この他、射出瞳Ｓ１から照明装置３０の光学面Ｓ２４へ所定の角度ピッチで逆光線追跡する。このとき、照明装置３０の光学面Ｓ２４上での各位置への光線入射角度分布に応じて光学面Ｓ２４の拡散指向特性を変化させることで、射出瞳Ｓ１に到達しない方向への光の射出を低減し照明光束の効率化を図っている。

又、表示光学系はＬＣＤ１０の中心から射出瞳Ｓ１中心Ｓ１ａに到達する光線に対し偏心して配置された少なくとも１つの光学素子と、少なくとも１つの面が非回転対称面から形成している。非回折対称面を１以上含む光学素子を有することにより画像表示装置全体を小型にしつつも、輝度ムラのない快適な画像を観察することが出来る。

後述する数値実施例の長さのディメンジョンを有する数値をｍｍとする。このとき実施例１は画像サイズ約１８ｍｍ×１４ｍｍ程度で水平画角６０°の画像をｚ軸方向無限遠方に表示する表示光学系となる。

水平画角６０°が任意の観察者が観察できるために瞳径は１４ｍｍとする。

射出瞳径１４ｍｍと射出瞳Ｓ１に入射する光線（本実施例では、中心画角主光線、ｆ２中心光線、ｆ３中心光線）の角度（水平画角６０°、垂直画角４７°）から定められる光束内を等角度ピッチで逆光線追跡する。この場合、光は照明装置３０の光学面Ｓ２４上に図１（b）のように入射する。逆光線追跡の考え方は、全ての実施例において同様である。

即ち、照明装置３０を構成する発光素子３０ａより出た光が拡散板３０ｂ上で拡散して光学面Ｓ２４を射出する時に、図１（ｂ）で示されている方向の光しか射出瞳Ｓ１に光線が導かれないと言える。

図１（ｂ）の領域３０ｂ１は光線本数が多く、光束が密になっており、領域３０ｂ２は領域３０ｂ１より粗になっている。

今、仮に発光素子からの光が拡散して光学面Ｓ２４上を射出する時、光学面Ｓ２４上で均一な輝度分布が発生し、照明装置を用いたとする。そうすると光束が密になっている領域３０ｂ１の光束が、表示光学系によって射出瞳Ｓ１に導かれた時に、観察者は暗い画像を観察する。また、光束が粗になっている領域３０ｂ２の光束が射出瞳Ｓ１に導かれた時は、観察者は明るい画像を観察する。このため、全体的に輝度ムラがある不快な画像を観察する事になる。

そのため、実施例１では輝度ムラのない快適な画像を観察するために照明装置３０の光学面Ｓ２４上での輝度分布を変化させる。例えば照明装置３０を図１（ｃ）のように構成する。図１（ｃ）は照明装置３０を横から見た図である。

発光素子３０ａと、拡散板３０ｂとして作用する光学面Ｓ２４を囲む照明装置３０の枠３０ｃを図５（ａ）のような形状から、図１（ｃ）のｃ−１の如く枠３０ｃへと斜めとする。又は図５（ｂ）のような枠３０ｄから、図１（ｃ）のｃ−２のように曲面３０ｃ１を持った形状にする。

これによって、光学面Ｓ２４上での輝度分布を変化させている。発光素子３０ａは１つもしくは複数用いても構わず、また平面光源などを使用してもよい。

更に、光学面Ｓ２４上での輝度を変化させるのに発光素子を複数用いて図１（ｄ）のような構成にしても構わない。

図１(ｄ）の（ｄ−１）〜（ｄ−４）は発光素子面の正面図を表している。このように複数の発光素子３０ａの間隔や配置をランダムにすることで光学面Ｓ２４での輝度を変化させることができる。

このような構成にすることで、光学面Ｓ２４上で光束が密な（３０ｂ１）ところの輝度を高くし、光束が粗な（３０ｂ２）ところの輝度を低くすることで、射出瞳Ｓ１上で輝度ムラが非常によく低減された快適な画像を観察することが出来る。

図１（ｂ）において、光学面Ｓ２４上での領域３０ｂ１は光学面Ｓ２４の法線方向に対し、偏った方向に光線が射出している。

そのため、領域３０ｂ１の輝度を高くし、図１（ｅ）のような照明装置３０にしてもよい。

図６のような照明装置３０は光学面Ｓ２４からの射出した光束が一様な拡散指向性を持っている。これに対し、本実施例では、図１（ｅ）のように領域３０ｂ１においては射出光束が射出瞳に無駄なく到達するように拡散指向性をつけて光学面Ｓ２４を射出するように構成している。

尚、領域３０ｂ２においても、射出光束が光学系の射出瞳Ｓ１に無駄なく到達するために、拡散板３０ｂを湾曲させた図１（ｆ）のような照明装置３０にしてもよい。

このような構成にすることで、照明装置３０を射出した光束が全て観察者の瞳Ｓ１に到達するので、同じ発光素子を用いても、輝度ムラが発生せず、且つ画像を明るく表示することができる。

また、観察像が同じ明るさであれば、発光素子の数を減らしたりすることが出来る。また、発光素子を光らせるため光源用の電流値を低く抑えることができるため、装置の熱の発生を抑えることができ、放熱するための特別な手段の負担が軽くなり、装置の軽量化ができるという効果が得られる。

更に発光素子３０ａと光学面Ｓ２４の間に、開口角を制限する周期的な構造を持つ素子、例えばプリズムシートやフレネルレンズ、ホログラムシート等を用いても良い。これによれば、更に拡散指向性を制御した光束が光学面Ｓ２４から射出するように構成することが出来る。

これら照明装置は本構成に限らず、表示光学系と照明光学系の逆光線追跡における光学面での光束の密度や拡散指向性に応じて、形状を変えることが望ましい。

図２（ａ）は、本発明の画像表示装置の実施例２の要部概略図である。実施例２の光学データを（数値実施例２）に示す。

図１において、光学素子１は材料の屈折率が１より大きい透明媒質上に３つ以上の光学面を有するプリズム体より成っている。光学素子２は材料の屈折率が１より大きい透明媒質上に２つの光学面を有するプリズム体より成っている。

光学素子１、２の各面の光学作用は図１（ａ）の光学素子１、２と同じである。

３、４、５、９は各２面から構成されるレンズ（光学素子）である。８は偏心シリンドリカルレンズである。１０は画像を表示する画像表示手段である。

本実施例では、画像表示手段１０として反射型ＬＣＤを用いた構成と成っているが、その他の画像表示素子として用いても良い。

またシリンドリカルレンズ８の反射型ＬＣＤ１０に近い側の面は透過反射兼用面（ハーフミラー）である。３０は照明装置で、照明装置３０の光学面Ｓ２４から発せられた光がＬＣＤ１０に入射する際に、シリンドリカルレンズ８の面Ｓ１９（Ｓ２３）は照明光学系としての役割も果たしている。

本実施例では、光学素子１、２、５を形成する全ての面は紙面（ｙｚ断面）を唯一の対称面として持つ面対称形状をしている。

図２（ａ）の実施例２は図１（ａ）の実施例１に比べて次の点が大きく異なっている。
射出瞳Ｓ１と光学素子１の面Ａとの間に負の屈折力の光学素子９を設けたこと、
光学素子３、４を接合せず分離したこと、
照明装置３０とＬＣＤ１０との位置が入れ替わったこと、
である。

次に照明装置３０から発せられた光の進行光路について説明する。

照明装置３０から発せられた光は面Ｓ２４、偏光板１４を透過し直線偏光化され、シリンドリカルレンズ８の面２３で反射されて反射光は反射型ＬＣＤ１０に向かう。反射型ＬＣＤ１０に斜めに入射し、反射型ＬＣＤ１０で斜め方向に反射された光は、シリンドリカルレンズ８を通り、偏光板７を透過し、光学素子５に入射する。この時、偏光板１４で直線偏光化された偏光方向が液晶内部で回転するため、偏光板７は偏光方向が回転した光と通す方向に設定されている。

偏光板７の直線偏光方向が偏光板１４の直線偏光方向と約９０°ずれている場合（液晶内部の偏光方向の回転が９０°）は、偏光板１４で直線偏光化された光が、面Ｓ１９で反射せずに透過していく光（ゴースト光）がある。

しかしながら、偏光板７でこのゴースト光をカットされるため、眼球Ｓ１にゴースト光が入ることはない。

光学素子５を射出した光は、光学素子４と、光学素子３を透過し、光学素子２に入射する。接合された光学素子２と光学素子１の面を透過して光学素子１に入射し、光学素子１の面Ｂより入射した光は、面Ａで反射された後、面Ｃに導かれる。

面Ｃに入射した光はほぼ反対側に折り返し反射され、面Ｃでの反射前の光と逆向きに進む。面Ｃで反射された光は面Ａで再度反射され面Ｂで再反射され、面Ａより光学素子１射出して、光学素子Ｓ９通り射出瞳Ｓ１に向かう。

後述する数値実施例の長さのディメンジョンを有する数値をｍｍとする。このとき、画像サイズ約１８ｍｍ×１４ｍｍ程度で水平画角６０°の画像をｚ軸方向無限遠方に表示する表示光学系となる。

水平画角６０°が任意の観察者が観察できるために、瞳径は１４ｍｍとする。

実施例２を逆光線追跡した場合、照明装置３０の光学面Ｓ２４上より図２（ｂ）のように射出する。

特に領域３０ｂは光線本数が多く光束が密になってため、照明装置３０の形状や、発光素子３０ａの配置を最適化することで、照明装置３０の光学面Ｓ２４上での輝度を変化させている。

具体的には領域３０ｂ１は輝度を高く、それ以外の領域３０ｂ２は低くなるように構成している。このような構成にすることで表示光学系全体としての輝度ムラが非常によく低減された快適な画像を観察することが出来る。

更には、図２（ｂ）において光学面Ｓ２４上で考えた場合、全ての領域で光学面Ｓ２４の法線方向に対し偏った方向に光線が射出している。

そのため、光学面Ｓ２４を射出する光束の拡散指向性と、射出瞳から光学面Ｓ２４へ光線追跡したときの光学面Ｓ２４上の各位置への光線入射方向が一致するように構成する。このような構成にすることで、照明装置３０を射出した光束が全て観察者の瞳Ｓ１に到達するので、同じ発光素子を用いても、観察者には輝度ムラが発生せず、且つ明るい画像を観察することができる。

また、同じ明るさの画像を提供するのであれば、発光素子の数を減らしたりすることが出きる。また、発光素子３０ａと光学面Ｓ２４の間に、開口角を制限する周期的な構造を持つ素子、例えばプリズムシートやフレネルレンズ、ホログラムシート等を用いても良い。これによれば、更に拡散指向性を制御した光束が光学面Ｓ２４から射出するように構成することが出来る。

図３（ａ）は、本発明の画像表示装置の実施例３の要部概略図である。

実施例３の光学データを（数値実施例３）に示す。

光学素子１、２の各面の光学作用は図１（ａ）の実施例１と同じである。３、４はレンズ（光学素子）であり、双方で貼り合わせレンズ３４を構成している。５は各２面から構成されるレンズ（光学素子）、８は偏心シリンドリカルレンズである。１０は画像を表示する画像表示手段であり、本実施例では、反射型ＬＣＤを用いた構成と成っているが、その他の画像表示素子として用いても良い。

またシリンドリカルレンズ８の反射型ＬＣＤ１０に近い側の面Ｓ１９（Ｓ２３）は透過反射兼用面（ハーフミラー）である。３０は照明手段で、本実施例では平面照明光源より成っている。平面照明光源３０から発せられた光がＬＣＤ１０に入射する際に、シリンドリカルレンズ８の面Ｓ１９（Ｓ２３）は照明光学系としての役割も果たしている。

図３（ａ）の実施例３は図１の実施例１に比べて次の点が大きく異なっている。
平板６がないこと、
照明光学系３０とＬＣＤ１０との位置が入れ替わっていること、
である。

平面照明光源３０から発せられた光は、偏光板１４を透過し直線偏光化され、シリンドリカルレンズ８の面Ｓ２３で反射されて反射型ＬＣＤ１０に向かう。反射型ＬＣＤ１０に斜めに入射し、反射型ＬＣＤ１０で斜め方向に反射された光は、シリンドリカルレンズ８を通り、偏光板７を透過し、光学素子５に入射する。

この時、偏光板１４で直線偏光化された偏光方向が液晶内部で回転するため、偏光板７は偏光方向が回転した光と通す方向に設定されている。

偏光板７の直線偏光方向が偏光板１４の直線偏光方向と約９０°ずれている場合（液晶内部の偏光方向の回転が９０°）は、偏光板１４で直線偏光化された光が、面Ｓ１９で反射せずに透過していく光（ゴースト光）がある。しかしながら、偏光板７でこのゴースト光をカットできるため、眼球にゴースト光が入ることはない。

光学素子５を射出した光は、接合された光学素子４、３を透過し、光学素子２より入射する。接合された光学素子２と光学素子１の面を透過して光学素子１に入射し、光学素子１の面Ｂより入射した光は、面Ａで反射された後、面Ｃに導かれる。

面Ｃに入射した光はほぼ反対側に折り返し反射され、面Ｃでの反射前の光と逆向きに進む。面Ｃで反射された光は面Ａで再度反射され面Ｂで再反射され、面Ａより光学素子１射出して、射出瞳Ｓ１に向かう。

このような構成にすることにより、中間結像を形成する光学系全体でも小型な表示光学系を得ている。

実施例３を逆光線追跡した場合、照明装置１０の光学面Ｓ２４上より図３（ｂ）のように射出する。

特に領域３０ｂ_１は光線本数が多く光束が密になっている。このため、照明装置３０の形状や、発光素子の配置を最適化することで、光学面Ｓ２４上での輝度を変化させ、領域３０ｂ_１は輝度を高く、それ以外の領域は低くなるように構成する。

このような構成にすることで画像を観察した時の輝度ムラが非常によく低減された快適な画像を観察することが出来る。

更には、図３（ｂ）において光学面Ｓ２４上で考えた場合、全ての領域で光学面Ｓ２４の法線方向に対し偏った方向に光線が射出している。そのため、逆光線追跡で定められる光束の拡散指向性に沿うように、発光素子からの光が光学面Ｓ２４から拡散指向性を持って発光するように構成する。

また、同じ明るさであれば、発光素子の数を減らしたりすることが出来る。また、発光素子３０ａと光学面Ｓ２４の間に、開口角を制限する周期的な構造を持つ素子、例えばプリズムシートやフレネルレンズ、ホログラムシート等を用いても良い。これによれば更に拡散指向性を制御した光束が光学面Ｓ２４から射出するように構成することができる。

また同じ表示光学系であっても、照明装置の配置を図３（ｃ）のように置くと、逆光線追跡した場合、照明装置３０の光学面上Ｓ２４では光束の密度分布は図３（ｂ）に対し変化し、図３（ｃ）の領域３０ｂ_１の密度が高くなっている。

また、光束の拡散指向特性も大きく異なり、実施例３では領域３０ｂ_３における拡散指向特性が図３（ｂ）に対し大きく異なっている。そのため、照明装置３０を射出した光束が全て観察者の瞳Ｓ１に到達するように、図３（ｂ）とは異なった照明装置を構成することで、観察者には輝度ムラのない快適な画像を観察することができる。

また、同じ明るさであれば、発光素子の数を減らしたりすることが出来る。また、発光素子３０ａと光学面Ｓ２４の間に、開口角を制限する周期的な構造を持つ素子、例えばプリズムシートやフレネルレンズ、ホログラムシート等を用いても良い。これによれば、更に拡散指向性を制御した光束を光学面から射出することが出来る。

図４（ａ）は、本発明の画像表示装置の実施例４の要部概略図である。実施例４の光学データを（数値実施例４）に示す。

図４において、光学素子１は材料の屈折率が１より大きい透明媒質上に３つ以上の光学面を有するプリズム体で面Ａ、面Ｂ、面Ｃ、面Ｄより形成される。

光学素子２、３は材料の屈折率が１より大きい透明媒質上に２つの光学面を有するプリズム体である。

レンズ（光学素子）４、５は各２面から構成されている。レンズ４と５は張り合わされている。１１はハーフミラー面である。１０は画像を表示する画像表示手段である。

本実施例では、光学素子１、２、３を形成する全ての面は紙面（ｙｚ断面）を唯一の対称面として持つ面対称形状をしている。

次に照明装置３０から発せられる光の進行光路について説明する。

照明装置３０から発せられた光は、偏光板１４を透過し直線偏光化され、ハーフミラー面１１で反射されて反射型ＬＣＤ１０に向かう。反射型ＬＣＤ１０に斜めに入射し、反射型ＬＣＤ１０で斜め方向に反射された光は、ハーフミラー面１１を透過し、偏光板７を透過し、光学素子５に向かう。

光学素子５に入射した光は、光学素子４、３、２を透過し、光学素子１の面Ｄより入射する。光学素子１に入射した光は、面Ｃで反射された後、面Ａで反射され、更に面Ｂで反射され、面Ａより光学素子１射出して、射出瞳Ｓ１に向かう。

水平画角６０°が任意の観察者が観察できるために、瞳径は１４ｍｍとする。実施例４を逆光線追跡した場合、照明装置３０の光学面Ｓ２４上より図４（ｂ）のように射出する。特に領域３０ｂ_１は光線本数が多く光束が密になってため、照明装置３０の形状や、発光素子の配置を最適化することで、光学面Ｓ２４上での輝度を変化させ、領域３０ｂ_１は輝度を高く、それ以外の領域は低くなるように構成する。

このような構成にすることで観察した時の輝度ムラが非常によく低減された快適な画像を観察することが出来る。更には、図４（ｂ）において光学面Ｓ２４上で考えた場合、全ての領域で光学面Ｓ２４の法線方向に対し偏った方向に光線が射出している。

そのため、逆光線追跡で定められる光束の拡散指向性に沿うように、発光素子からの光が光学面Ｓ２４から拡散指向性を持って発光するように構成する。

このような構成にすることで、照明装置３０を射出した光束が全て観察者の瞳Ｓ１に到達するので、同じ発光素子を用いても、輝度ムラが発生せず、且つ画像を明るく表示することができる。また、同じ明るさであれば、発光素子の数を減らしたりすることが出来る。また、発光素子３０ａと光学面Ｓ２４の間に、開口角を制限する周期的な構造を持つ素子、例えばプリズムシートやフレネルレンズ、ホログラムシート等を用いても良い。これによれば更に拡散指向性を制御した光束が光学面Ｓ２４から射出するように構成することができる。

（数値実施例１）
SURF X Y Z A R typ Nd νd
1 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000 SPH 1.0000 0.0
2 0.000 9.365 21.886 -0.529 -284.2114 FFS1 1.5300 55.8
3 0.000 -2.638 34.455 -31.052 -72.0536 FFS2 -1.5300 55.8
4 0.000 9.365 21.886 -0.529 -284.2114 FFS1 1.5300 55.8
5 0.000 30.738 47.306 48.060 -189.3367 FFS3 -1.5300 55.8
6 0.000 9.365 21.886 -0.529 -284.2114 FFS1 1.5300 55.8
7 0.000 -2.638 34.455 -31.052 -72.0536 FFS2 1.5300 55.8
8 0.000 -2.638 34.455 -31.052 -72.0536 FFS2 1.5300 55.8
9 0.000 -5.791 39.117 -46.389 -56.9404 FFS4 1.0000
10 0.000 -7.538 37.525 -53.721 18.2091 SPH 1.4875 70.2
11 0.000 -16.105 43.813 -53.721 -21.5267 SPH 1.7618 26.5
12 0.000 -17.556 44.878 -53.721 66.0282 SPH 1.0000
13 0.000 -18.692 44.573 -50.460 20.6510 FFS5 1.5300 55.8
14 0.000 -32.859 25.439 -88.990 -118.4382 FFS6 1.0000
15 0.000 -49.433 29.812 -45.448 ∞ SPH 1.5230 58.6
16 0.000 -50.288 30.654 -45.448 ∞ SPH 1.0000
17 0.000 -32.898 51.561 -24.427 25.6080 CYL 1.7618 26.5
18 0.000 -30.463 55.740 -38.300 21.8260 CYL 1.0000
19 0.000 -38.215 64.167 -66.742 ∞ SPH 1.5500 52.0
20 0.000 -38.858 64.443 -66.742 ∞ SPH 1.0000
21 0.000 -38.858 64.443 -66.742 0.0000 SPH 1.0000 0.0

FFS1
c 1: 4.7708e+001 c 5:-2.2635e-003 c 6:-2.6964e-004 c10:-3.5045e-006
c11:-1.8961e-005 c12:-2.5872e-007 c13:-3.5080e-007 c14:-1.8809e-007
c20:-8.5708e-010 c21:-5.5035e-010 c22:-4.8677e-010 c23: 1.7886e-011
c24: 2.5426e-011 c25: 1.2297e-011 c26: 6.2276e-012

FFS2
c 1:-8.0283e-001 c 5:-1.3225e-003 c 6:-3.2740e-004 c10:-1.0438e-005
c11:-4.7937e-007 c12:-5.0068e-008 c13:-6.2302e-008 c14: 4.5234e-008
c20: 1.9842e-009 c21:-5.0837e-010 c22: 1.1409e-009 c23: 1.8477e-011
c24:-1.7819e-011 c25: 1.2831e-011 c26:-2.0655e-011

FFS3
c 1: 2.6924e+001 c 5: 2.4531e-004 c 6:-1.2389e-003 c10:-4.7294e-005
c11: 3.6501e-005 c12: 2.1833e-006 c13:-2.0621e-006 c14: 1.3400e-006
c20:-3.4331e-008 c21: 2.1762e-008 c22:-5.5534e-009 c23:-2.7291e-010
c24:-2.2240e-010 c25:-2.8204e-010 c26: 2.0643e-011

FFS4
c 1:-2.0112e+000 c 5:-1.1439e-003 c 6:-7.0182e-003 c10: 6.6323e-005
c11: 3.7827e-005 c12:-3.0764e-007 c13:-1.2255e-007 c14: 2.8074e-007
c20:-4.8304e-008 c21:-6.8627e-009 c22: 1.4540e-008 c23: 1.9275e-010
c24:-2.0887e-010 c25:-6.5050e-010 c26: 1.3565e-010

FFS5
c 1: 8.3170e-001 c 5: 2.2565e-003 c 6:-1.7932e-003 c10: 4.9769e-005
c11: 5.8833e-005 c12:-1.8053e-006 c13: 3.0888e-007 c14:-2.4892e-006
c20:-1.1149e-008 c21:-5.0541e-008 c22: 3.6852e-008 c23: 1.3332e-009
c24:-1.1902e-009 c25:-7.4560e-011 c26:-9.7807e-009

FFS6
c 1: 5.0873e-001 c 5: 1.7979e-003 c 6: 1.0845e-003 c10:-4.0100e-005
c11:-2.0713e-004 c12: 3.9779e-006 c13: 1.4457e-006 c14:-2.9702e-007
c20:-5.7229e-009 c21: 2.9933e-008 c22:-3.2629e-008 c23:-5.6700e-011
c24:-1.7802e-010 c25:-2.0885e-010 c26:-3.8998e-011

（数値実施例２）
SURF X Y Z A R typ Nd νd
1 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000 SPH 1.0000 0.0
2 0.000 0.354 18.405 1.469 -136.7211 SPH 1.7618 26.5
3 0.000 0.406 20.404 1.469 ∞ SPH 1.0000
4 0.000 9.259 21.177 2.214 -469.1111 FFS1 1.5300 55.8
5 0.000 5.022 38.481 -23.133 -75.5610 FFS2 -1.5300 55.8
6 0.000 9.259 21.177 2.214 -469.1111 FFS1 1.5300 55.8
7 0.000 34.209 54.410 55.179 -180.1511 FFS3 -1.5300 55.8
8 0.000 9.259 21.177 2.214 -469.1111 FFS1 1.5300 55.8
9 0.000 5.022 38.481 -23.133 -75.5610 FFS2 1.5300 55.8
10 0.000 5.022 38.481 -23.133 -75.5610 FFS2 1.5300 55.8
11 0.000 0.345 46.831 -31.122 -107.1944 FFS4 1.0000
12 0.000 -9.458 40.330 -64.394 19.9021 SPH 1.4875 70.2
13 0.000 -15.667 42.631 -60.135 -51.7320 SPH 1.0000
14 0.000 -16.654 42.682 -60.413 -40.0596 SPH 1.7618 26.5
15 0.000 -17.814 44.691 -63.011 65.9693 SPH 1.0000
16 0.000 -21.067 47.028 -63.163 18.8246 FFS5 1.5300 55.8
17 0.000 -36.301 33.494 -74.884 -77.6795 FFS6 1.0000
18 0.000 -34.770 53.842 -89.719 36.9295 CYL 1.4875 70.4
19 0.000 -36.670 53.819 -87.760 38.5518 CYL 1.0000
20 0.000 -49.906 54.337 -46.389 ∞ SPH 1.5500 52.0
21 0.000 -50.606 54.364 -46.389 ∞ SPH 1.0000
22 0.000 -50.606 54.364 -46.389 0.0000 SPH 1.0000 0.0

FFS1
c 1:-3.5142e+000 c 5:-1.1224e-003 c 6: 3.0047e-004 c10: 1.6178e-006
c11:-2.3024e-006 c12:-1.0174e-007 c13:-1.3665e-007 c14:-8.2428e-008
c20: 6.4444e-011 c21:-4.5295e-010 c22:-3.8790e-010 c23: 3.3132e-013
c24: 2.2972e-013 c25: 6.0295e-013 c26: 1.4337e-012

FFS2
c 1: 1.2950e+000 c 5:-1.4032e-003 c 6:-2.7965e-004 c10: 7.0382e-006
c11: 5.5439e-007 c12:-1.7720e-008 c13: 5.3552e-009 c14: 1.8816e-007
c20:-8.0878e-010 c21: 5.5724e-010 c22:-5.6967e-010 c23:-3.8603e-013
c24:-1.7807e-011 c25:-1.8045e-012 c26:-9.2497e-012

FFS3
c 1:-5.9895e+000 c 5:-8.9010e-004 c 6:-6.3693e-005 c10: 1.8175e-006
c11: 9.7146e-006 c12: 1.1339e-007 c13: 4.2958e-009 c14: 2.5671e-008
c20: 9.3576e-011 c21:-3.8979e-010 c22: 3.1680e-009 c23:-2.7038e-011
c24: 7.7717e-012 c25:-1.0598e-011 c26: 5.4081e-012

FFS4
c 1: 3.2848e+000 c 5:-1.3584e-003 c 6:-3.6912e-003 c10: 6.8912e-005
c11: 4.0703e-005 c12: 6.8456e-007 c13:-3.2043e-007 c14:-3.3292e-007
c20:-3.8440e-009 c21:-2.6745e-009 c22: 1.3757e-009 c23:-1.6929e-010
c24:-2.3522e-010 c25:-1.0763e-010 c26:-4.0575e-011

FFS5
c 1:-5.3753e-001 c 5: 1.5035e-003 c 6:-1.7174e-004 c10:-1.5884e-005
c11: 1.3331e-004 c12:-2.1151e-006 c13: 9.6711e-007 c14:-1.4211e-006
c20:-6.6002e-008 c21: 3.6230e-008 c22:-1.6300e-008 c23: 1.1167e-010
c24:-1.1552e-009 c25: 5.5383e-010 c26:-2.7815e-009

FFS6
c 1: 6.7826e-001 c 5:-3.6616e-003 c 6: 6.1230e-005 c10:-9.0367e-006
c11:-2.6342e-005 c12: 5.1808e-007 c13: 3.3044e-007 c14:-1.0194e-007
c20:-1.5907e-009 c21: 7.6035e-009 c22: 2.5169e-009 c23: 2.9829e-010
c24:-2.3108e-010 c25: 5.8907e-012 c26: 1.9299e-011

（数値実施例３）
SURF X Y Z A R typ Nd νd
1 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000 SPH 1.0000 0.0
2 0.000 10.841 21.436 -0.604 -352.9905 FFS1 1.5300 55.8
3 0.000 -2.791 33.876 -30.275 -75.8089 FFS2 -1.5300 55.8
4 0.000 10.841 21.436 -0.604 -352.9905 FFS1 1.5300 55.8
5 0.000 33.879 41.433 53.462 -197.0908 FF -1.5300 55.8
6 0.000 10.841 21.436 -0.604 -352.9905 FF 1.5300 55.8
7 0.000 -2.791 33.876 -30.275 -75.8089 FFS2 1.5300 55.8
8 0.000 -2.791 33.876 -30.275 -75.8089 FFS2 1.5300 55.8
9 0.000 -7.196 41.839 -43.971 -63.4555 FFS4 1.0000
10 0.000 -11.638 37.392 -58.707 18.6660 SPH 1.4875 70.2
11 0.000 -22.246 43.841 -58.707 -22.2689 SPH 1.7618 26.5
12 0.000 -23.785 44.776 -58.707 61.7075 SPH 1.0000
13 0.000 -25.783 43.765 -48.028 21.0144 FFS5 1.5300 55.8
14 0.000 -41.494 26.775 -81.743 -92.5180 FFS6 1.0000
15 0.000 -38.685 45.914 -82.594 41.2870 CYL 1.4875 70.2
16 0.000 -40.878 44.746 -80.774 41.2870 CYL 1.0000
17 0.000 -55.794 47.169 -54.561 ∞ SPH 1.5500 52.0
18 0.000 -56.485 47.281 -54.561 ∞ SPH 1.0000
19 0.000 -56.485 47.281 -54.561 0.0000 SPH 1.0000 0.0

FFS1
c 1: 7.2184e+001 c 5:-1.6665e-003 c 6:-7.2422e-005 c10:-4.6772e-006
c11:-1.2027e-005 c12:-2.5677e-007 c13:-4.8083e-007 c14:-2.5025e-007
c20:-2.3618e-010 c21: 6.1664e-011 c22: 3.8390e-010 c23: 4.3369e-011
c24: 6.6350e-011 c25: 8.8166e-011 c26: 4.8625e-011

FFS2
c 1:-2.6318e-001 c 5:-1.1855e-003 c 6:-3.6956e-004 c10:-6.9695e-006
c11:-1.0001e-006 c12:-1.6620e-009 c13:-1.1802e-007 c14: 2.9418e-008
c20: 8.8307e-010 c21: 5.1973e-010 c22:-4.6161e-010 c23: 2.1291e-013
c24:-1.7111e-012 c25: 6.2447e-012 c26:-4.4093e-012

FFS3
c 1:-6.6986e+001 c 5: 1.0045e-004 c 6:-1.1422e-003 c10: 7.4597e-006
c11:-2.2377e-005 c12: 1.7250e-006 c13:-1.5586e-006 c14: 9.6682e-007
c20:-4.4616e-008 c21: 3.7490e-008 c22:-2.3601e-008 c23:-3.7207e-010
c24: 9.9407e-011 c25:-3.6052e-010 c26: 7.2921e-011

FFS4
c 1:-6.5653e+000 c 5:-2.1549e-004 c 6:-6.3543e-003 c10: 6.1509e-005
c11: 5.1806e-005 c12:-2.6789e-007 c13: 1.5006e-008 c14:-6.0216e-007
c20:-1.9440e-008 c21:-7.7214e-009 c22: 2.8584e-009 c23: 1.5916e-010
c24: 4.7203e-010 c25:-4.3913e-010 c26:-1.4201e-010

FFS5
c 1:-2.2697e-001 c 5: 5.5284e-004 c 6:-8.9698e-005 c10:-3.5449e-005
c11: 7.2729e-005 c12:-2.1230e-006 c13: 1.4771e-006 c14:-2.5204e-006
c20: 2.2693e-008 c21:-5.3195e-008 c22:-2.1732e-009 c23: 4.1626e-010
c24:-5.0053e-010 c25: 1.1931e-009 c26:-2.8094e-009

FFS6
c 1:-2.5783e+001 c 5: 1.9452e-003 c 6: 1.2450e-003 c10:-2.5389e-005
c11:-1.6737e-004 c12: 4.7165e-006 c13: 1.5333e-006 c14:-9.3819e-008
c20:-3.2552e-009 c21: 3.1982e-008 c22: 1.3708e-008 c23: 3.2537e-010
c24:-2.7285e-010 c25:-1.2959e-010 c26: 3.0139e-011

（数値実施例４）
SURF X Y Z A R typ Nd νd
1 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0000 SPH 1.0000 0.0
2 0.000 6.001 22.661 -3.015 -244.6358 FFS1 1.5300 55.8
3 0.000 -5.783 35.586 -34.841 -63.4009 FFS2 -1.5300 55.8
4 0.000 6.001 22.661 -3.015 -244.6358 FFS1 1.5300 55.8
5 0.000 33.742 51.816 16.395 -134.9399 FFS3 -1.5300 55.8
6 0.000 52.536 20.599 -6.691 59.4225 FFS4 -1.0000
7 0.000 61.922 14.511 -11.271 62.2478 FFS5 -1.5709 33.8
8 0.000 60.404 2.242 -14.204 143.5896 FFS6 -1.0000
9 0.000 64.966 -2.985 -14.247 -37.9321 FFS7 -1.5300 55.8
10 0.000 72.989 -18.039 -11.670 54.1602 FFS8 -1.0000
11 0.000 69.302 -20.684 -11.670 -25.7628 SPH -1.6125 60.7
12 0.000 72.478 -31.079 -11.670 22.2050 SPH -1.7552 27.6
13 0.000 72.838 -32.824 -11.670 183.0353 SPH -1.0000
15 0.000 73.229 -39.800 -45.137 -33.0000 SPH -1.0000
16 0.000 77.668 -56.210 -15.137 ∞ SPH 1.0000

FFS1
c 1: 2.5709e+001 c 5:-2.2951e-003 c 6:-1.2671e-003 c10:-9.0272e-006
c11:-2.6018e-005 c12: 2.6016e-007 c13:-1.8366e-007 c14:-1.1967e-007
c20:-1.5225e-009 c21: 1.5850e-010 c22: 3.4085e-009 c23: 2.9938e-012
c24:-2.2093e-011 c25:-1.6024e-011 c26: 8.0489e-012

FFS2
c 1:-2.7121e-001 c 5:-1.1914e-003 c 6:-5.1007e-004 c10: 3.3657e-006
c11:-2.4642e-006 c12:-3.2679e-008 c13:-2.4434e-008 c14:-3.3506e-008
c20: 6.6519e-010 c21:-4.4056e-010 c22: 4.4458e-010 c23: 4.3419e-012
c24:-3.1794e-012 c25:-5.4346e-013 c26:-3.8402e-012

FFS3
c 1: 6.0381e-001 c 5:-1.0115e-004 c 6: 2.0574e-004 c10: 2.3999e-007
c11:-7.8454e-006 c12: 2.5931e-008 c13: 2.0375e-009 c14: 1.9470e-009
c20:-2.2269e-012 c21: 1.5218e-010 c22:-9.4066e-010 c23:-2.6234e-011
c24:-3.0703e-012 c25: 3.0102e-012 c26:-8.9320e-013

FFS4
c 1:-2.7539e+000 c 5: 7.1799e-004 c 6:-2.6347e-003 c10: 5.5003e-006
c11:-1.7782e-006 c12:-1.3269e-007 c13:-5.0486e-007 c14:-2.0578e-007
c20:-4.5659e-009 c21:-1.2435e-008 c22:-1.5262e-008 c23: 6.1551e-010
c24:-1.2093e-010 c25: 4.7333e-010 c26:-2.1595e-010

FFS5
c 1: 7.2268e-001 c 5: 9.7360e-004 c 6: 1.4458e-003 c10:-8.9127e-005
c11: 4.1840e-005 c12:-2.3570e-006 c13:-1.1168e-006 c14: 6.5803e-007
c20:-6.8198e-008 c21:-5.3553e-009 c22:-1.1075e-007 c23: 8.3682e-010
c24: 4.3730e-010 c25: 4.8670e-010 c26: 3.9744e-010

FFS6
c 1:-1.1040e+001 c 5:-3.7530e-004 c 6:-5.7247e-004 c10: 3.5336e-006
c11:-3.4104e-005 c12:-1.0482e-007 c13: 5.3276e-007 c14:-2.8062e-007
c20: 8.5614e-009 c21: 2.1113e-011 c22:-3.9668e-008 c23:-2.9025e-010
c24: 3.9761e-010 c25:-1.7519e-011 c26:-4.7418e-011

FFS7
c 1: 1.7736e-001 c 5:-2.0250e-003 c 6: 1.0966e-004 c10: 4.7470e-005
c11:-3.9099e-005 c12: 9.8450e-008 c13: 2.2094e-007 c14: 2.9521e-007
c20: 2.6216e-008 c21:-2.3300e-009 c22: 1.8448e-008 c23:-6.4972e-010
c24: 2.4594e-010 c25:-5.1593e-010 c26: 1.8772e-010

FFS8
c 1:-2.7775e+000 c 5:-4.0966e-004 c 6: 3.3381e-004 c10:-1.0575e-005
c11:-1.2205e-005 c12: 2.9793e-007 c13:-1.4652e-006 c14: 5.6747e-007
c20: 6.8063e-008 c21:-1.0022e-008 c22: 2.0087e-008 c23:-2.5509e-010
c24: 1.3135e-010 c25:-1.5838e-010 c26: 5.5155e-010

本発明の画像表示装置の実施例１の光学系の概念図図１（ａ）の一部分の説明図図１（ａ）の一部分の他の形態の説明図図１（ａ）の一部分の他の形態の説明図１（ａ）の一部分の他の形態の説明図１（ａ）の一部分の他の形態の説明本発明の画像表示装置の実施例２の光学系の概念図図２（ａ）の一部分の説明図本発明の画像表示装置の実施例３の光学系の概念図図３（ａ）の一部分の説明図図３（ａ）の一部分の説明図本発明の画像表示装置の実施例４の光学系の概念図図４（ａ）の一部分の説明図本発明に係る照明手段と比較するための説明図本発明に係る照明手段と比較するための説明図本発明に係る照明手段と比較するための説明図

符号の説明

１、２、３、４、５、６、９・・・光学素子
７、１４・・・偏光板
８、偏心シリンドリカルレンズ
１１ハーフミラー面
１０・・・画像表示手段
３０・・・照明装置（照明手段）
３０ａ・・・発光素子
１ａ・・・中間像
Ｓ１・・・射出瞳
Ｓ１ａ・・・射出瞳中心
Ｓ２４・・・光学面

Claims

反射型の画像表示手段と、該画像表示手段を照明する照明手段と、該照明手段からの光を前記画像表示手段に導く照明光学系と、前記画像表示手段からの光を観察側の射出瞳に導く表示光学系を有する画像表示装置において、前記表示光学系は、前記画像表示手段の中心から前記射出瞳の中心に到る光線に対して偏心した非回転対称面から成る光学素子を含む偏心光学系であり、前記照明手段は、発光素子と、該発光素子からの光が出射する光学面を有し、該光学面上における輝度分布が、前記射出瞳における輝度ムラを低減する輝度分布となるように、前記射出瞳から前記光学面へ光線追跡したとき、前記光学面上での入射光線が多い領域の輝度が、少ない領域の輝度に比べて高くなるように構成されていることを特徴とする画像表示装置。
反射型の画像表示手段と、該画像表示手段を照明する照明手段と、該照明手段からの光を前記画像表示手段に導く照明光学系と、前記画像表示手段からの光を観察側の射出瞳に導く表示光学系を有する画像表示装置において、前記表示光学系は、前記画像表示手段の中心から前記射出瞳の中心に到る光線に対して偏心した非回転対称面から成る光学素子を含む偏心光学系であり、前記照明手段は、発光素子と、該発光素子からの光が出射する光学面を有し、前記光学面は拡散面であり、前記光学面から前記射出瞳へ出射する拡散光が、前記射出瞳から前記光学面へ光線追跡したときの前記光学面上の各位置への光線入射方向に指向性を有するように構成されていることを特徴とする画像表示装置。
非回転対称面であるハーフミラー面を有し、該ハーフミラー面はローカル母線断面において、前記画像表示素子側に凹形状であり、前記照明手段から出射した光線は、前記ハーフミラー面で反射して前記画像表示手段を照明し、前記画像表示手段で反射した光線は、前記ハーフミラー面を透過し、前記表示光学系によって前記射出瞳へ導かれることを特徴とする請求項１または２の画像表示装置。
請求項１から３のいずれか１項の画像表示装置を有することを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。