JP5031272B2

JP5031272B2 - 表示光学系及びそれを有する画像表示装置

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Publication number: JP5031272B2
Application number: JP2006157258A
Authority: JP
Inventors: 誠藤本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-06-06
Filing date: 2006-06-06
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2026-06-06
Also published as: JP2007328021A; US20070279744A1; US7894138B2

Description

本発明は、ヘッドマウントディスプレイや液晶プロジェクタ等に好適な表示光学系及びそれを有する画像表示装置に関するものである。

ＣＲＴ（陰極放電管）やＬＣＤ（液晶表示素子）等の画像表示素子を用い、これらの画像表示素子に表示された画像を光学系を介して拡大表示させる頭部装着型の画像表示装置（ヘッドマウントディスプレイ）が良く知られている。

ヘッドマウントディスプレイには、装置全体の小型化、軽量化が要望されている。特に、装置を頭部に装着するため重量バランスや、外観等から観察者の視軸方向に薄型であることが要望されている。さらに表示される拡大像が迫力を有するように、できるだけ大きく表示されることが望まれている。

このような要望を満足するため、偏心反射面を用いた１回結像方式の表示光学系が知られている（特許文献１，２参照）。

特許文献１に開示された表示光学系では、偏心反射面を有するプリズム体と、リレーレンズ系とを組み合わせ、リレーレンズ系により中間像を形成してから画像表示素子に表示された画像を観察者に導いている。

また、特許文献２では、偏心反射面を有するプリズム体に形成された３つの面の間で光束を略往復させ、光路をほぼ重複させることにより、中間像を形成するために必要な長い光路長を小型の光学系の中に納めている。これにより表示光学系全体の小型化を図りつつ、小型の画像表示素子を用いて広画角の画像表示を達成している。
特開平１０−１５３７４８号公報特開２００３−１４９５８８号公報

偏心反射面を利用した表示光学系では、光学系全体が小型になり、かつ高い光学性能が容易に得られる。しかしながら、表示光学系を構成する光学要素（プリズム体やレンズ）の形状や、それを保持する鏡筒に製作上の精度のばらつきがあると光学性能が悪化してくる。特に偏心反射面は、屈折面に比べて数倍高い偏心精度が要求される。

例えば、特許文献１や２に開示された偏心反射面を有するプリズム体の相対的位置に誤差があると、偏心コマ収差、非点収差等が多く発生してくる。これらの諸収差が多く発生すると、解像力が低下し、所望の光学性能が得られなくなってくる。

高い偏心精度の要求を満足するためには、光学要素や鏡筒の製作精度を極端に高くする必要がある。これはコストアップを招き、装置の量産においては好ましくない。

本発明は、製作精度を極端に高くせずとも、偏心収差の発生を少なくして高い光学性能が得られる表示光学系及び画像表示装置の提供を目的とする。

本発明の表示光学系は、画像表示素子に表示される画像を拡大結像する第１の光学系と、該第１の光学系からの光を観察者又は被投影面に拡大して導く第２の光学系とを有する表示光学系において、前記第２の光学系は直交する２つの断面において異なる偏心敏感度を備えるように偏心した反射面を有すると共に、前記第１の光学系を構成する少なくとも一部のレンズを光軸に対して垂直方向の成分を持つように変位させる調整機構を有し、前記２つの断面において偏心収差を調整可能とするように前記レンズを前記２つの断面においてパワーの異なるアナモフィックレンズとしたことを特徴とする。

本発明によれば、偏心収差の発生を少なくし、高い光学性能で観察することができる表示光学系が得られる。

図１は本発明の表示光学系を用いた画像表示装置の要部概略図である。本実施例の画像表示装置はヘッドマウントディスプレイである。

図１において、１は光学素子であり、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。本実施例のプリズム体１は、光学面Ａ（面Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６は光学面Ａと同一の光学面である）、光学面Ｂ（面Ｓ３、Ｓ７は光学面Ｂと同一の光学面である）、光学面Ｃ（面Ｓ５は光学面Ｃと同一の光学面である）の３つの面で形成される。光線の進行順より光学面Ｂが第１面、光学面Ａが第２面、光学面Ｃが第３面に相当している。

光学面Ａ，Ｂ，Ｃは曲率を有した屈折面又は／及び反射面である。以下、光学面Ａ，Ｂ，Ｃを面Ａ，Ｂ，Ｃともいう。

２は光学素子であり、屈折率が１より大きい透明媒質上に２つの光学面Ｓ８，Ｓ９を有するプリズム体より成っている。プリズム体１とプリズム体２は接合されている。

３は屈折面Ｓ１０、Ｓ１１から成るレンズ、４は屈折面Ｓ１１、Ｓ１２から構成されるレンズである。レンズ３とレンズ４は貼り合わされて貼合せレンズ３４を構成している。

５は屈折面Ｓ１３、Ｓ１４から構成されるレンズである。６は平板（面Ｓ１５、面Ｓ１６は平面）である。７は偏光板、８は偏心シリンドリカルレンズであり、面Ｓ１７、面Ｓ１８から構成される。シリンドリカルレンズ８を構成するＳ１８は透過反射兼用面（ハーフミラー）である。

また１０は画像を表示する画像表示素子であり、実施例１では、反射型のＬＣＤを用いている。面Ｓ１９、面Ｓ２０間はＬＣＤ１０のカバーガラスであり、面Ｓ２０がＬＣＤ１０の画像表示面である。

ＬＣＤ１０の代わりにＣＲＴ、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子等を画像表示素子として用いても良い。

３０は照明ユニットであり、実施例１では平面照明光源ＳＩより成っている。平面照明光源ＳＩ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Ｓ１８は照明光学系の一要素としての役割も果たしている。

Ｓ１は表示光学系の射出瞳であり、観察者の眼球が位置するところである。

貼り合わせレンズ３４とシリンドリカルレンズ８を除く各部材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をしている。

平面照明光源ＳＩから発せられた光は、偏光板１４を透過し、直線偏光とされ、シリンドリカルレンズ８の面Ｓ１８で反射されて反射光がＬＣＤ１０に向かう。

光束は、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の面Ｓ１８より入射し、面Ｓ１７から射出する。

次いで、偏光板７を透過し、平板６の面Ｓ１６より入射し、面Ｓ１５より射出して光学素子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。このため、偏光板７は偏光方向が回転した光と通す方向に設定する必要がある。

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で直線偏光にされた光が、シリンドリカルレンズ８の面Ｓ１８で反射せずに透過していくゴースト光である。

偏光板７でこのとき生ずるゴースト光をカットして、眼球（射出瞳Ｓ１）にゴースト光が入るのを防いでいる。

光学素子５の面Ｓ１４より入射した光は面Ｓ１３より射出し、面Ｓ１２より光学素子４に入射する。接合された光学素子４の面Ｓ１１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）でプリズム体１より射出して、射出瞳Ｓ１に向かう。

この時、光学素子１内で画像表示面（Ｓ２０）の両端ｆ２，ｆ３からの光線が交わっており、画像表示面Ｓ２０で表示された画像の中間結像面（中間像）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、中間結像面からの光を略平行光として、射出瞳Ｓ１に導く所謂、接眼光学系部分（面Ｓ５，Ｓ４，Ｓ３，Ｓ２）の収差補正を容易にするようにしている。具体的には、中間像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（接眼系）部分に当たる。

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（Ｓ１９，Ｓ２０）で置かれている光学系（部材２〜８）とがリレー光学系（リレー系）に該当している。

本発明の実施例１では、リレー光学系を第１の光学系、接眼光学系を第２の光学系とする。

最終反射面として作用する時の面Ｓ３は、射出面として作用する時の面Ｓ２に対して非常に強いパワーを有した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ようにするのが良い。これによれば、反射光束の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することができる。

この場合、面Ｓ４において内部全反射を行わない反射領域は反射膜（ＡｌやＡｇ等）による反射とする。また、面Ｓ５における反射は反射膜（ＡｌやＡｇ等）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、１回結像方式の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、表示光学系全体を小型にしている。

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（入射位置）上で、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。

「中心画角主光線」とは、画像表示素子１０の観察される画像の中心に相当する位置から射出し、射出瞳Ｓ１の中心を通る光線である。中心画角主光線の光路が、本実施例の「光軸」となる。

ヒットポイントを含みローカル母線断面と垂直で、各面頂点の座標系の子線断面（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の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。

カメラ用の撮影レンズ等、一般的な共軸系の光学系においては、それを構成するレンズの偏心やレンズ群鏡筒の偏心によって発生する偏心コマ収差や像面の傾きを調整レンズをシフトやチルトすることによって調整することが行われている。調整レンズは、一般的に、調整する収差に対しては発生敏感度が高く、他の収差に対しては発生敏感度の低いレンズ群又はそのレンズ群を構成している一部のレンズを選ぶ。

本実施例の表示光学系は、画像表示素子１０の画像を拡大結像する第１の光学系（リレー光学系）と、偏心した反射面を含み、第１の光学系によって形成された中間像を更に拡大する第２の光学系（接眼光学系）とを有し、画像表示素子１０からの光束を観察者の眼又は被投射面（被投影面）に導いている。このような表示光学系では、偏心反射面を有する第２の光学系の偏心敏感度が高く、主に第２の光学系の位置精度によって偏心コマ収差や非点収差が多く発生する。

そのため第２の光学系の全部または一部の光学部材をシフトまたはチルト調整する機構を設ければ偏心コマ収差や非点収差を補正することができる。

しかしながら、第２の光学系の全部または一部の光学部材を用いて偏心調整すると、第２の光学系への光束の入射角度が所望の値から大きくずれてくる。この結果、画像表示素子１０の画像中心と観察者の眼の中心位置が略垂直方向に大きくずれてしまい良好なる観察ができなくなってくる。

そこで本実施例では、第１の光学系を構成する少なくとも一部の光学部材（レンズ）を、光軸に対して垂直方向の成分を持つように変位させる調整機構を設け、この調整機構により製造時の誤差に起因して発生する偏心収差を調整している。ここで「光軸に対して垂直方向の成分を持つように変位させる」とは、光軸に対して垂直方向の変位量を持つように調整部材を変位させることである。具体的には、単に光軸に対して垂直方向にシフト調整する場合や、光軸に垂直な軸を回転軸としてチルト調整する場合等を指す。

具体的には、レンズ５が製作時の形状誤差、位置誤差等に起因する光学性能の低下を調整するための調整レンズである。本実施例では、調整レンズを１枚のレンズで構成しているが、複数のレンズで構成しても良い。レンズ５は、調整機構５１によって光軸(Ｚ軸)に対し垂直方向（Ｙ方向）に平行シフトが可能な構成となっている。また表示光学系の構成や要求精度によっては、Ｘ方向（紙面に垂直方向）にも平行偏心するように構成しても良い。

なお、レンズ５を平行偏心の代わりに又は平行偏心と共にＸ軸又は／及びＹ軸を回転軸として回転調整できる構成としてもよい。本実施例では、これらの各調整方法のうち光学的な偏心敏感度から最適な調整方法を採用している。

本実施例では、レンズ５を調整機構５１によって偏心調整して第１、第２の光学系の各部材の製作誤差により発生する非点収差や偏心コマ収差を調整している。

第１の光学系での偏心調整では、第２の光学系で発生する画像表示素子１の虚像中心と観察者の眼の中心位置のずれが発生しにくく、所望の収差を主に調整することができる。

光学部材の位置精度によって発生し、光学性能を低下させて問題となる収差は、光学系の特性から偏心コマ収差、または非点収差か、またはその両方の場合が多い。また広画角の表示光学系の場合は像面の傾き、像面湾曲が問題となる場合もある。

光学部材の対称面である第２の光学系の反射前後の光軸を含む面（ＹＺ面）とそれと垂直な方向の面（ＸＺ面）との偏心敏感度は大きく異なる。つまり、図１に示すような表示光学系ではＹ方向の偏心敏感度はＸ方向の偏心敏感度に比べて高く、偏心コマ収差ではＹ方向に多く発生し、非点収差ではＹ断面でのピント位置が大きくばらつく。

つまり発生する収差には方向性がある。そこで、調整レンズであるレンズ５を直交する２つの断面であるＹＺ面、ＸＺ面でパワーの異なる、即ちＹ方向とＸ方向でパワーの異なるレンズ構成としている。具体的には、アナモフィックな非球面形状の面を有するアナモフィックな光学系より構成している。このように調整レンズをアナモフィックな光学系とすることにより、偏心敏感度の異なる２つの断面において良好に偏心収差を調整可能としている。

また、高次の収差を補正するためには、調整レンズであるレンズ５が回転非対称な非球面形状の面を有するようにしても良い。

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からの光束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，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ている。ｔｙｐにおいてＳＰＨは球面、ＦＦＳは非回転対称面、ＣＹＬは母線断面に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）＊（ｘ^２＋ｙ^２）／（１＋（１−（１＋ｋ）＊（１／Ｒ）^２＊（ｘ^２＋ｙ^２））^{（１／２）}）＋ｃ２＋ｃ４＊ｙ＋ｃ５＊（ｘ^２−ｙ^２）＋ｃ６＊（−１＋２＊ｘ^２＋２＊ｙ^２）＋ｃ１０＊（−２＊ｙ＋３＊ｘ^２＊ｙ＋３＊ｙ^３）＋ｃ１１＊（３＊ｘ^２＊ｙ−ｙ^３）＋ｃ１２＊（ｘ^４−６＊ｘ^２＊ｙ^２＋ｙ^４）＋ｃ１３＊（−３＊ｘ^２＋４＊ｘ^４＋３＊ｙ^２−４＊ｙ^４）＋ｃ１４＊（１−６＊ｘ^２＋６＊ｘ^４−６＊ｙ^２＋１２＊ｘ^２＊ｙ^２＋６＊ｙ^４）＋ｃ２０＊（３＊ｙ−１２＊ｘ^２＊ｙ＋１０＊ｘ^４＊ｙ−１２＊ｙ^３＋２０＊ｘ^２＊ｙ^３＋１０＊ｙ^５）＋ｃ２１＊（−１２＊ｘ^２＊ｙ＋１５＊ｘ^４＊ｙ＋４＊ｙ^３＋１０＊ｘ^２＊ｙ^３−５＊ｙ^５）＋ｃ２２＊（５＊ｘ^４＊ｙ−１０＊ｘ^２＊ｙ^３＋ｙ^５）＋ｃ２３＊（ｘ^６−１５＊ｘ^４＊ｙ^２＋１５＊ｘ^２＊ｙ^４−ｙ^６）＋ｃ２４＊（−５＊ｘ^４＋６＊ｘ^６＋３０＊ｘ^２＊ｙ^２−３０＊ｘ^４＊ｙ^２−５＊ｙ^４−３０＊ｘ^２＊ｙ^４＋６＊ｙ^６）＋ｃ２５＊（６＊ｘ^２−２０＊ｘ^４＋１５＊ｘ^６−６＊ｙ^２＋１５＊ｘ^４＊ｙ^２＋２０＊ｙ^４−１５＊ｘ^２＊ｙ^４−１５＊ｙ^６）＋ｃ２６＊（−１＋１２＊ｘ^２−３０＊ｘ^４＋２０＊ｘ^６＋１２＊ｙ^２−６０＊ｘ^２＊ｙ^２＋６０＊ｘ^４＊ｙ^２−３０＊ｙ^４＋６０＊ｘ^２＊ｙ^４＋２０＊ｙ^６）＋・・・・・・
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ｄ線波長基準での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。

またこのような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と射出瞳中心とを通る光線をｆ２中心光線とする。又射出瞳Ｓ１から中間の像高ｆ１と射出瞳中心とを通る光線をｆ１中心光線とする。

この時、画像表示面Ｓ２０より遠い方に位置する貼り合わせレンズ３４の光学面のｘｙ平面に平行で、ｆ３中心光線とｆ２中心光線が交差する点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。

後述する数値実施例の長さのディメンジョンを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。

本実施例の数値実施例を以下に示す。
（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

図２は、第２の光学系の設計値からの配置位置誤差によって発生した軸上の偏心コマ収差のＹ断面とＸ断面の横収差図である。図３は、図２に示す偏心コマ収差を調整レンズ（レンズ５）をＹ方向にシフト調整することによって補正した後のＹ断面とＸ断面の横収差図である。

図２、図３から明らかのように、設計値からの配置位置誤差に伴う軸上の偏心コマ収差が良好に補正されていることがわかる。

図４はレンズ５をＹ方向にシフト調整するときの調整機構の説明図である。

レンズ５は鏡筒５０に対し案内部５０ａに沿ってＹ方向に平行スライド可能で、スプリング５２で片方向に押圧される構成である。スプリング５２とは反対側にスペーサー５１を配置し、その厚さの異なるスペーサーと交換することによってＹ方向の偏心調整を行っている。

図４に示す構成をＸ方向にも設けることによってＸ方向の偏心調整を行っても良い。

尚、本実施例の画像表示装置をプロジェクタとして用いるときは、画像表示素子１０に表示される画像を第１、第２の光学系によって投影面に実像として拡大投影している。観察者はこの拡大した実像を観察する。

実施例１の光学系の要部概略図実施例１における偏心調整前の横収差図実施例１における偏心調整後の横収差図実施例１の偏心調整機構の説明図

符号の説明

１、２、３、４、５、６・・・光学素子
７、１４・・・偏光板
８、偏心シリンドリカルレンズ
１０・・・画像表示素子
３０・・・光源ユニット

Claims

画像表示素子に表示される画像を拡大結像する第１の光学系と、該第１の光学系からの光を観察者又は被投影面に拡大して導く第２の光学系とを有する表示光学系において、前記第２の光学系は直交する２つの断面において異なる偏心敏感度を備えるように偏心した反射面を有すると共に、前記第１の光学系を構成する少なくとも一部のレンズを光軸に対して垂直方向の成分を持つように変位させる調整機構を有し、前記２つの断面において偏心収差を調整可能とするように前記レンズを前記２つの断面においてパワーの異なるアナモフィックレンズとしたことを特徴とする表示光学系。
前記調整機構は、前記レンズを光軸に対して垂直方向にシフトさせることを特徴とする請求項１に記載の表示光学系。
前記調整機構は、前記レンズを光軸に対して垂直な軸を回転軸としてチルトさせることを特徴とする請求項１に記載の表示光学系。
前記表示光学系は、第１面と第２面と第３面を備えるプリズム体を有し、前記第１面からプリズム体に入射した光は、順に、前記第２面で反射し、前記第３面で反射し、前記第２面で再度反射し、前記第１面で反射した後、前記第２面より出射することを特徴とする請求項１から３のいずれかの表示光学系。
請求項１から４のいずれかの表示光学系と、画像を表示する画像表示素子とを有し、該画像表示素子に表示する画像を前記表示光学系で表示することを特徴とする画像表示装置。