JP6549729B2

JP6549729B2 - 眼球投影型表示装置

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Inventors: 高橋　浩一; 浩一高橋
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Description

本発明は、画像表示素子の表示画像を光学的に観察者の眼球内に導き、拡大虚像を投影する眼球投影型表示装置に関するものである。

眼球投影型表示装置としては、車両の計器表示等で用いるヘッドアップディスプレイや、観察者眼球近くに配置して、表示画像から発する光線を観察者眼球内に導いて、拡大虚像を観察するニアアイディスプレイなどが知られている。

また、ニアアイディスプレイとしては、光学系を観察者の頭部に装着するヘッドマウントディスプレイタイプが主流である。その他にも。頭部に装着せずに、観察者が装置を手で保持して観察を行うハンドヘルドタイプのニアアイディスプレイや、固定された装置に対して観察者が覗き込むタイプのニアアイディスプレイが知られている。

従来より、広視野な観察が行える眼球投影型表示装置の光学系として、リレー光学系を用いて画像の中間像を形成し、その後、正パワーをもつ裏面反射鏡により光線を観察者眼球に導くことで、拡大された広視野の虚像を観察するタイプの光学系が以下の先行技術にて知られている。

特開２０１２−２０８１９３号公報特開平７−２１８８５９号公報

しかしながら、特許文献１，２に開示された眼球投影型表示装置は、観察者の側頭部付近から観察者眼球前方に至る広い配置スペースを必要とする。そのため、装置の外装を含めた大きさや重量が大きくなりやすい。

本発明は、このような課題に鑑み、広い視野の観察画角を確保しつつ、省スペース、軽量化に有利な眼球投影型表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかる一実施形態の眼球投影型表示装置は、
画像を表示する画像表示素子と、
前記画像表示素子にて表示された画像を光学的に観察者眼球内へ導き虚像を投影する虚像投影光学系と、
を備え、
前記虚像投影光学系は、
接眼透過面と、前記接眼透過面から入射した光線を反射して再び同じ前記接眼透過面へ導く接眼反射面と、を含み、前記接眼透過面と前記接眼反射面との間の内部が１を上回る屈折率の媒質で満たされ、有効光路中にて１回のみ反射を行う正パワーの裏面反射鏡からなる接眼光学素子を有する接眼光学系と、
中心主光線に対して偏心した曲面の内部反射面を持ち、内部が１を上回る屈折率の媒質で満たされ複数回内部反射を行うプリズム光学素子を含み、前記画像表示素子からの光が入射し、射出側に画像の中間像を投影する正パワーのリレー光学系と、
前記接眼光学系と前記リレー光学系との間の光路中に位置し、中間反射面を有し、前記リレー光学系の配置される側から斜めに入射した光束を前記接眼光学系の配置される側へ反射して光路を偏向する反射素子と、
を有する
ことを特徴とする。

以上の本発明にかかる一実施形態によれば、広い視野の観察画角を確保しつつ、省スペース、軽量化に有利な眼球投影型表示装置を提供することができる。

本実施形態の眼球投影型表示装置の構成を示す図である。図１におけるIIaとIIbの拡大図である。図１におけるIIIaとIIIbの拡大図である。本実施形態の実施例１の眼球投影型表示装置のＹ−Ｚ断面での光路図である。本実施形態の実施例１の逆光線追跡による眼球投影型表示装置のディストーションを示す。本実施形態の実施例２の眼球投影型表示装置のＹ−Ｚ断面での光路図である。本実施形態の実施例２の逆光線追跡による眼球投影型表示装置のディストーションを示す。本実施形態の実施例３の眼球投影型表示装置のＹ−Ｚ断面での光路図である。本実施形態の実施例４の眼球投影型表示装置のＹ−Ｚ断面での光路図である。本実施形態の眼球投影型表示装置を観察者の頭部に対して横向きに配置した図である。場合の概念図を示す。

図１は、本実施形態の眼球投影型表示装置１の構成を示す図である。

本実施形態の眼球投影型表示装置１は、画像を表示する画像表示素子５と、画像表示素子５にて表示された画像を光学的に仮想的な観察者眼球Ｅ内へ導き虚像を投影する虚像投影光学系１０と、を備え、虚像投影光学系１０は、接眼透過面２１と、接眼透過面２１から入射した光線を反射して再び同じ接眼透過面２１へ導く接眼反射面２２と、を含み、接眼透過面２１と接眼反射面２２との間の内部が１を上回る屈折率の媒質で満たされ、有効光路中にて１回のみ反射を行う正パワーの裏面反射鏡からなる接眼光学素子２０を有する接眼光学系２と、中心主光線に対して偏心した曲面の内部反射面を持ち、内部が１を上回る屈折率の媒質で満たされ複数回内部反射を行うプリズム光学素子４０を含み、画像表示素子５からの光が入射し、射出側に画像の中間像を投影する正パワーのリレー光学系４と、接眼光学系２とリレー光学系４との間の光路中に位置し、中間反射面を有し、リレー光学系４の配置される側から斜めに入射した光束を接眼光学系２の配置される側へ反射して光路を偏向する反射素子３と、を有する。

また、本実施形態の座標系は、逆光線追跡で、仮想的な観察者眼球Ｅに投影される投影虚像の位置としてダミー面を設定し、このダミー面に含まれる虚像の原点が結像する観察者眼球の網膜中心から射出瞳ＥＰ中心を通り、射出瞳ＥＰを形成する面に垂直な中心主光線Ｌｃの進行方向に沿った方向をＺ軸正方向とし、Ｚ軸と画像表示素子５の中心を含む平面をＹ−Ｚ平面とし、射出瞳ＥＰ中心を通りＹ−Ｚ平面に直交する方向をＸ軸方向（紙面奥方向を正方向）とし、Ｘ軸、Ｚ軸と左手直交座標系を構成し、射出瞳ＥＰ中心から画像表示素子５の中心に近づく方向に向かう軸をＹ軸（負方向）とする。

本実施形態にかかる眼球投影型表示装置１は、画像表示素子５の画像を虚像として観察者眼球に投影することを可能とする。眼球投影型表示装置１は、反射素子３を用いることで、光路を折り返して光学素子を集めて配置にすることができる。したがって、スペースを節約し、光路長が長い光学系でも小型化することが可能となる。その結果、リレー光学系４の設計の自由度が増し、コンパクトに構成することが可能となる。

また、本実施形態にかかる眼球投影型表示装置１は、接眼透過面２１及び接眼反射面２２は、中心主光線Ｌｃに対して偏心する。このような構成により、設計の自由度をさらに増すことが可能となる。

また、本実施形態にかかる眼球投影型表示装置１は、反射素子３は１面のみ中間反射面３０を有し、１回のみ反射して光路を偏向する。したがって、反射素子３を薄く構成することが可能となる。

また、本実施形態にかかる眼球投影型表示装置１は、反射素子３は、表面鏡である。したがって、反射素子３をさらに薄く構成することが可能となる。

また、本実施形態にかかる眼球投影型表示装置１は、虚像投影光学系１０から射出する中心主光線Ｌｃに沿う軸をＺ軸、Ｚ軸を含み接眼光学系２の接眼反射面２２にて入射及び反射する中心主光線Ｌｃを含む面をＹＺ面としたとき、接眼光学系２の接眼反射面２２の有効領域のうちＹＺ面内にてＺ軸方向で最も外側の位置を通るＺ軸に垂直な平面Ｓ１と、反射素子３の中間反射面３１の有効領域のうちＹＺ面内にてＺ軸方向で最も観察者側の位置を通るＺ軸に垂直な平面Ｓ２と、の間に、画像表示素子５の表示画像中心５０ｃが位置する。このような構成とすることにより、装置全体を小型化することが可能となる。

また、本実施形態にかかる眼球投影型表示装置１は、虚像投影光学系１０から射出する中心主光線Ｌｃに沿う軸をＺ軸、Ｚ軸を含み接眼光学系２の接眼反射面２２にて入射及び反射する中心主光線Ｌｃを含む面をＹＺ面としたとき、接眼光学系２の接眼反射面２２の有効領域のうちＹＺ面内にてＺ軸方向で最も外側の位置を通るＺ軸に垂直な平面Ｓ１と、反射素子３の中間反射面３１の有効領域のうちＹＺ面内にてＺ軸方向で最も観察者側の位置を通るＺ軸に垂直な平面Ｓ２と、の間に、表示画像中心５０ｃの中間像が位置する。

また、本実施形態にかかる眼球投影型表示装置１は、表示画像中心５０ｃの中間像が、反射素子３と接眼光学系２の間の空間に形成される。このような構成とすることにより、埃が装置内に進入しても埃が中間像の中心に位置し続けることを防ぐことができ、埃が中間像に与える影響を少なくすることが可能となる。

また、本実施形態にかかる眼球投影型表示装置１は、反射素子３は、接眼光学系２から射出する有効光束の通過する範囲の外側に配置される。このような構成によって、ケラレを防ぐことが可能となる。

また、本実施形態にかかる眼球投影型表示装置１は、虚像投影光学系１０から射出する中心主光線Ｌｃに沿う軸をＺ軸、Ｚ軸を含み接眼光学系２の接眼反射面２２にて入射及び反射する中心主光線Ｌｃを含む面をＹＺ面とし、接眼光学系２の接眼反射面２２でのＹＺ面における主光線入射角の最小値をθ１min、主光線入射角の最大値をθ１maxとするとき、以下の条件式（１）を満足する。
１°＜θ１min＜θ１max＜３０° （１）

図２は、図１におけるIIaとIIbの拡大図である。図２（ａ）はIIaの拡大図でありθ１max、図２（ｂ）はIIbの拡大図でありθ１minを示す。

条件式（１）を満足することによって、装置と顔面とが干渉することを避けやすく構成できる。

条件式（１）の下限を下回ると、反射素子３からの反射光が接眼光学系２の反射により反射素子３に戻るため、アイポイントＥＰと反射素子３が近づきやすくアイレリーフを長くし難くなる。条件式（１）の上限を上回ってもアイレリーフを長くし難くなり、反射素子３と観察者との干渉が生じやすくなる。

条件式（１）の下限値を３°、さらには５°とすることがより好ましい。また、条件式（１）の上限値を２５°、さらには２０°とすることがより好ましい。

また、本実施形態にかかる眼球投影型表示装置１は、虚像投影光学系１０から射出する中心主光線Ｌｃに沿う軸をＺ軸、Ｚ軸を含み接眼光学系２の接眼反射面２２にて入射及び反射する中心主光線Ｌｃを含む面をＹＺ面、ＹＺ面にてＺ軸に垂直な方向をＹ軸方向、としたとき、ＹＺ面における接眼光学系２の接眼反射面２２のＹ軸方向に計った有効反射面の長さをＬＹＭ１、反射素子３と接眼光学系２の間の中心主光線Ｌｃに沿って測った間隔距離をＬＭＯが以下の条件を満足する。
０．７＜ＬＹＭ１／ＬＭＯ＜５（２）

接眼光学系２の大きさと、接眼光学系２と反射素子３の間隔を規定するもので、適切な位置関係と素子の大きさを与える条件である。条件式（２）を満足することによって、リレー光学系４がコンパクトになり、軽量化、小型化につながる。

条件式（２）の下限を下回ると、光学系全体が大型化しやすくなる。もしくは、観察者頭部と反射素子３が干渉しやすくなる。条件式（２）の上限を上回ると、接眼光学系２とリレー光学系４が干渉しやすくなる。

条件式（２）の下限値を１、さらには１．４とすることがより好ましい。また、条件式（２）の上限値を３、さらには２．３とすることがより好ましい。

また、本実施形態にかかる眼球投影型表示装置１は、反射素子３の中間反射面３１の形状が平面である。このような構成によって、反射素子３を容易に薄く作製することが可能となる。

また、本実施形態にかかる眼球投影型表示装置１は、反射素子３の中間反射面３１の形状を曲面としてもよい。このような構成によって、反射素子３の設計の自由度を高くすることが可能となる。

また、本実施形態にかかる眼球投影型表示装置１は、反射素子３の中間反射面３１の形状を非球面の曲面としてもよい。このような構成によって、反射素子３の設計の自由度を高くすることが可能となる。

また、本実施形態にかかる眼球投影型表示装置１は、反射素子３の中間反射面３１を、対称面総数が多くとも２である非回転対称形状の非球面としてもよい。このような構成によって、反射素子３の設計の自由度をより高くすることが可能となる。

また、本実施形態にかかる眼球投影型表示装置１は、反射素子３を、回折面を有する面としてもよい。このような構成によって、反射素子３の設計の自由度をより高くすることが可能となる。

また、本実施形態にかかる眼球投影型表示装置１は、虚像投影光学系１０から射出する中心主光線Ｌｃに沿う軸をＺ軸、とするとき、反射素子３の中間反射面３１が、以下の条件を満足する。
−３０°＜θ＜１０° （３）
ただし、
θは、反射素子３の中間反射面３１での中心主光線Ｌｃの通過位置における接平面とＺ軸に垂直な平面とのなす角であり、
接平面がＺ軸から離れるほど観察者側へ近づく方向に傾く場合を負符号とする。

条件式（３）を満足することによって、画角が広くても軸外光束が観察者の顔面と干渉することを避けつつ、光学系のレイアウトをコンパクトにすることが可能となる。また、光学系全体の軽量化、小型化に繋げることが可能となる。

条件式（３）の下限を下回ると、リレー光学系４と接眼光学系２が離れやすくなり、光学系全体が大型化して、コンパクトな光学系を維持しにくくなる。条件式（３）の上限を上回ると、リレー光学系４と接眼光学系２が近くなり、接眼光学系２とリレー光学系４が干渉しやすくなる。

また、本実施形態にかかる眼球投影型表示装置１では、リレー光学系４のプリズム光学素子４０は、少なくとも３面の光学面を有し、少なくとも３面の光学面は相互に偏心して構成され、いずれか１つの光学面が、正規光路にて透過作用を行う入射面４４であり、入射面４４に対向する面は非回転対称の凹面反射面４３であり、凹面反射面４３に対向する面は非回転対称の凸面反射面４２であり、入射面４４と凹面反射面４３は互いに偏心し、入射面４４と凹面反射面４３との距離が広がる側に透過面４１が位置する。

このような構成によって、リレー光学系をコンパクトに構成することが可能となる。

また、本実施形態にかかる眼球投影型表示装置１では、リレー光学系４のプリズム光学素子４０は、いずれか１つの光学面が、正規光路にて反射作用と透過作用を行う兼用面である。

このような構成によって、リレー光学系をさらにコンパクトに構成することが可能となる。

また、本実施形態にかかる眼球投影型表示装置１では、虚像投影光学系１０から射出する中心主光線Ｌｃに沿う軸をＺ軸、Ｚ軸を含み接眼光学系２の接眼反射面２２にて入射及び反射する中心主光線Ｌｃを含む面をＹＺ面としたとき、反射素子３の反射面３０でのＹＺ面における主光線入射角の最小値をθ２min、主光線入射角の最大値をθ２maxとするとき、以下の条件を満足する。
５° ＜θ２min＜θ２max＜８０° （４）

図３は、図１におけるIIIaとIIIbの拡大図である。図３（ａ）はIIIaの拡大図でありθ２minを、図３（ｂ）はIIIbの拡大図でありθ２maxを示す。

条件式（４）を満足することによって、小型化と広視野化の両立に有利な光学系のレイアウトとなる。

条件式（４）の下限を下回ると、リレー光学系４と接眼光学系２が近くなり、接眼光学系２とリレー光学系４が干渉しやすくなる。条件式（４）の上限を上回ると、接眼光学系２が大型化しやすくなる。

条件式（４）の下限値を１０°、さらには１５°とすることがより好ましい。また、条件式（４）の上限値を７０°、さらには６５°とすることがより好ましい。

また、本実施形態にかかる眼球投影型表示装置１では、広い視野角の確保のために、以下の条件を満足する。
３５° ＜θ２max−θ２min＜７０° （５）

条件式（５）の下限を下回らないようにすることで、広い視野の光学レイアウトが容易となる。条件式（５）の上限を上回らないようにすることで、虚像投影光学系の大型化を防ぎやすくなる。

条件式（５）の下限値を４２°、さらには４５°とすることがより好ましい。また、条件式（５）の上限値を６０°、さらには５０°とすることがより好ましい。

以下、実施例に基づいて本実施形態の眼球投影型表示装置１について説明する。

図４は、本実施形態の実施例１の眼球投影型表示装置１のＹ−Ｚ断面での光路図である。図５は、本実施形態の実施例１の眼球投影型表示装置１のディストーションを示す。

実施例１の眼球投影型表示装置１は、画像を表示する画像表示素子５と、画像表示素子５にて表示された画像を光学的に観察者眼球Ｅ内へ導き虚像を投影する虚像投影光学系１０と、を備え、虚像投影光学系１０は、接眼透過面２１と、接眼透過面２１から入射した光線を反射して再び同じ接眼透過面２１へ導く接眼反射面２２と、を含み、接眼透過面２１と接眼反射面２２との間の内部が１を上回る屈折率の媒質で満たされ、有効光路中にて１回のみ反射を行う正パワーの裏面反射鏡からなる接眼光学素子２０を有する接眼光学系２と、中心主光線に対して偏心した曲面の内部反射面を持ち、内部が１を上回る屈折率の媒質で満たされ複数回内部反射を行うプリズム光学素子４０を含み、画像表示素子５からの光が入射し、射出側に画像の中間像を投影する正パワーのリレー光学系４と、接眼光学系２とリレー光学系４との間に位置し、中間反射面３０を有し、リレー光学系４の配置される側から斜めに入射した光束を接眼光学系２の配置される側へ反射して光路を偏向する反射素子３と、を有する。

また、実施例１の眼球投影型表示装置１では、リレー光学系４のプリズム光学素子４０は、３面の光学面を有し、３面の光学面は相互に偏心して構成され、いずれか１つの光学面が、正規光路にて透過作用を行う入射面４４であり、入射面４４に対向する面は非回転対称の凹面反射面４３であり、凹面反射面４３に対向する面は非回転対称の凸面反射面４２であり、入射面４４と凹面反射面４３は互いに偏心し、入射面４４と凹面反射面４３との距離が広がる側に透過面４１が位置する。また、入射面４４と凸面反射面４２は、兼用面である。

接眼光学系２の接眼透過面２１及び接眼反射面２２、並びに、リレー光学系４のプリズム光学素子４０の透過面４１、凸面反射面４２、凹面反射面４３及び入射面４４は、回転非対称面としての自由曲面である。ここで、自由曲面は、ＹＺ面を唯一の対称面とする曲面として設計したものである。反射素子３の中間反射面３０は、平面である。

実施例１の眼球投影型表示装置１では、逆光線追跡で、仮想的な観察者眼球Ｅを射出した光は、射出瞳ＥＰを通過し、接眼光学系２の接眼光学素子２０に入射する。接眼光学素子２０では、光は、接眼透過面２１から入射し、接眼反射面２２で反射し、接眼透過面２１から射出する。接眼光学素子２０から射出した光は、反射素子３の中間反射面３０で反射する。中間反射面３０で反射した光は、リレー光学系４のプリズム光学素子４０に入射する。プリズム光学素子４０では、光は、透過面４１から入射し、凸面反射面４２で反射し、凹面反射面４３で反射し、入射面４４から射出する。プリズム光学素子４０から射出した光は、画像表示素子５の表示面５０に入射する。

図６は、本実施形態の実施例２の眼球投影型表示装置１のＹ−Ｚ断面での光路図である。図７は、本実施形態の実施例２の眼球投影型表示装置１のディストーションを示す。

実施例２の眼球投影型表示装置１は、画像を表示する画像表示素子５と、画像表示素子５にて表示された画像を光学的に観察者眼球Ｅ内へ導き虚像を投影する虚像投影光学系１０と、を備え、虚像投影光学系１０は、接眼透過面２１と、接眼透過面２１から入射した光線を反射して再び同じ接眼透過面２１へ導く接眼反射面２２と、を含み、接眼透過面２１と接眼反射面２２との間の内部が１を上回る屈折率の媒質で満たされ、有効光路中にて１回のみ反射を行う正パワーの裏面反射鏡からなる接眼光学素子２０を有する接眼光学系２と、中心主光線に対して偏心した曲面の内部反射面を持ち、内部が１を上回る屈折率の媒質で満たされ複数回内部反射を行うプリズム光学素子４０を含み、画像表示素子５からの光が入射し、射出側に画像の中間像を投影する正パワーのリレー光学系４と、接眼光学系２とリレー光学系４との間に位置し、中間反射面３０を有し、リレー光学系４の配置される側から斜めに入射した光束を接眼光学系２の配置される側へ反射して光路を偏向する反射素子３と、を有する。

また、実施例２の眼球投影型表示装置１では、リレー光学系４のプリズム光学素子４０は、３面の光学面を有し、３面の光学面は相互に偏心して構成され、いずれか１つの光学面が、正規光路にて透過作用を行う入射面４４であり、入射面４４に対向する面は非回転対称の凹面反射面４３であり、凹面反射面４３に対向する面は非回転対称の凸面反射面４２であり、入射面４４と凹面反射面４３は互いに偏心し、入射面４４と凹面反射面４３との距離が広がる側に透過面４１が位置する。また、入射面４４と凸面反射面４２は、兼用面である。

接眼光学系２の接眼透過面２１は、回転非対称面としてのフレネルレンズ面である。接眼光学系２の接眼反射面２２は、回転非対称面としての非球面である。反射素子３の中間反射面３０、並びに、リレー光学系４のプリズム光学素子４０の透過面４１、凸面反射面４２、凹面反射面４３及び入射面４４は、回転非対称面としての自由曲面である。

実施例２の眼球投影型表示装置１では、逆光線追跡で、仮想的な観察者眼球Ｅを射出した光は、射出瞳ＥＰを通過し、接眼光学系２の接眼光学素子２０に入射する。接眼光学素子２０では、光は、接眼透過面２１から入射し、接眼反射面２２で反射し、接眼透過面２１から射出する。接眼光学素子２０から射出した光は、反射素子３の中間反射面３０で反射する。中間反射面３０で反射した光は、リレー光学系４のプリズム光学素子４０に入射する。プリズム光学素子４０では、光は、透過面４１から入射し、凸面反射面４２で反射し、凹面反射面４３で反射し、入射面４４から射出する。プリズム光学素子４０から射出した光は、画像表示素子５の表示面５０に入射する。

図８は、本実施形態の実施例３の眼球投影型表示装置１のＹ−Ｚ断面での光路図である。

実施例３の眼球投影型表示装置１は、画像を表示する画像表示素子５と、画像表示素子５にて表示された画像を光学的に観察者眼球Ｅ内へ導き虚像を投影する虚像投影光学系１０と、を備え、虚像投影光学系１０は、接眼透過面２１と、接眼透過面２１から入射した光線を反射して再び同じ接眼透過面２１へ導く接眼反射面２２と、を含み、接眼透過面２１と接眼反射面２２との間の内部が１を上回る屈折率の媒質で満たされ、有効光路中にて１回のみ反射を行う正パワーの裏面反射鏡からなる接眼光学素子２０を有する接眼光学系２と、中心主光線に対して偏心した曲面の内部反射面を持ち、内部が１を上回る屈折率の媒質で満たされ複数回内部反射を行うプリズム光学素子４０を含み、画像表示素子５からの光が入射し、射出側に画像の中間像を投影する正パワーのリレー光学系４と、接眼光学系２とリレー光学系４との間に位置し、中間反射面３０を有し、リレー光学系４の配置される側から斜めに入射した光束を接眼光学系２の配置される側へ反射して光路を偏向する反射素子３と、を有する。

また、実施例３の眼球投影型表示装置１では、リレー光学系４のプリズム光学素子４０は、３面の光学面を有し、３面の光学面は相互に偏心して構成され、いずれか１つの光学面が、正規光路にて透過作用を行う入射面４４であり、入射面４４に対向する面は非回転対称の凹面反射面４３であり、凹面反射面４３に対向する面は非回転対称の凸面反射面４２であり、入射面４４と凹面反射面４３は互いに偏心し、入射面４４と凹面反射面４３との距離が広がる側に透過面４１が位置する。また、入射面４４と凸面反射面４２は、兼用面である。

接眼光学系２の接眼透過面２１は、回転非対称面としてのフレネルレンズ面である。接眼光学系２の接眼反射面２２は、回転非対称面としての回折光学面である。リレー光学系４のプリズム光学素子４０の透過面４１、凸面反射面４２、凹面反射面４３及び入射面４４は、回転非対称面としての自由曲面である。反射素子３の中間反射面３０は、光路側に凹形状の球面である。

実施例３の眼球投影型表示装置１では、逆光線追跡で、仮想的な観察者眼球Ｅを射出した光は、射出瞳ＥＰを通過し、接眼光学系２の接眼光学素子２０に入射する。接眼光学素子２０では、光は、接眼透過面２１から入射し、接眼反射面２２で反射し、接眼透過面２１から射出する。接眼光学素子２０から射出した光は、反射素子３の中間反射面３０で反射する。中間反射面３０で反射した光は、リレー光学系４のプリズム光学素子４０に入射する。プリズム光学素子４０では、光は、透過面４１から入射し、凸面反射面４２で反射し、凹面反射面４３で反射し、入射面４４から射出する。プリズム光学素子４０から射出した光は、画像表示素子５の表示面５０に入射する。

巨視的には平面状のフレネルレンズ面や回折光学面はホログラフィック光学面にて構成してもよい。また、フレネルレンズ面や回折光学面やホログラフィック光学面等を用いることで、接眼光学系２を平行平板状に構成できる。さらには、射出する中心主光線Ｌｃに対して、接眼光学系２を垂直に配置することができる。そのため、装置のデザイン性向上などに有利となる。

図９は、本実施形態の実施例４の眼球投影型表示装置１のＹ−Ｚ断面での光路図である。

実施例４の眼球投影型表示装置１は、画像を表示する画像表示素子５と、画像表示素子５にて表示された画像を光学的に観察者眼球Ｅ内へ導き虚像を投影する虚像投影光学系１０と、を備え、虚像投影光学系１０は、接眼透過面２１と、接眼透過面２１から入射した光線を反射して再び同じ接眼透過面２１へ導く接眼反射面２２と、を含み、接眼透過面２１と接眼反射面２２との間の内部が１を上回る屈折率の媒質で満たされ、有効光路中にて１回のみ反射を行う正パワーの裏面反射鏡からなる接眼光学素子２０を有する接眼光学系２と、中心主光線に対して偏心した曲面の内部反射面を持ち、内部が１を上回る屈折率の媒質で満たされ複数回内部反射を行うプリズム光学素子４０を含み、画像表示素子５からの光が入射し、射出側に画像の中間像を投影する正パワーのリレー光学系４と、接眼光学系２とリレー光学系４との間に位置し、中間反射面３０を有し、リレー光学系４の配置される側から斜めに入射した光束を接眼光学系２の配置される側へ反射して光路を偏向する反射素子３と、を有する。

また、実施例４の眼球投影型表示装置１では、リレー光学系４のプリズム光学素子４０は、３面の光学面を有し、３面の光学面は相互に偏心して構成され、いずれか１つの光学面が、正規光路にて透過作用を行う入射面４４であり、入射面４４に対向する面は非回転対称の凹面反射面４３であり、凹面反射面４３に対向する面は非回転対称の凸面反射面４２であり、入射面４４と凹面反射面４３は互いに偏心し、入射面４４と凹面反射面４３との距離が広がる側に透過面４１が位置する。また、入射面４４と凸面反射面４２は、兼用面である。

接眼光学系２の接眼透過面２１は、回転非対称面としてのフレネルレンズ面である。接眼光学系２の接眼反射面２２は、回転非対称面としてのホログラフィック光学面である。反射素子３の中間反射面３０、並びに、リレー光学系４のプリズム光学素子４０の透過面４１、凸面反射面４２、凹面反射面４３及び入射面４４は、回転非対称面としての自由曲面である。

実施例４の眼球投影型表示装置１では、逆光線追跡で、仮想的な観察者眼球Ｅを射出した光は、射出瞳ＥＰを通過し、接眼光学系２の接眼光学素子２０に入射する。接眼光学素子２０では、光は、接眼透過面２１から入射し、接眼反射面２２で反射し、接眼透過面２１から射出する。接眼光学素子２０から射出した光は、反射素子３の中間反射面３０で反射する。中間反射面３０で反射した光は、リレー光学系４のプリズム光学素子４０に入射する。プリズム光学素子４０では、光は、透過面４１から入射し、凸面反射面４２で反射し、凹面反射面４３で反射し、入射面４４から射出する。プリズム光学素子４０から射出した光は、画像表示素子５の表示面５０に入射する。

以下に、上記実施例１及び２の構成パラメータを示す。なお、以下の表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＦＲＥ”はフレネル面、“ＡＳＰ”は非球面を表す。

これら光学系の構成パラメータは後記するが、例えば図１に示すように、観察者の観察する位置Ｅ（瞳孔位置）を虚像投影光学系１０のダミー面とし、ダミー面を通る光線が、虚像投影光学系１０を経て画像表示素子５に向かう逆光線追跡の結果に基づくものである。

座標系は、観察者の観察する位置Ｅを射出瞳ＥＰに重ね、射出瞳からＺ軸正方向１０００ｍｍ先に虚像を投影した場合を想定している。そして、ＥＰ面と中心主光線Ｌｃとの交点からＺ軸正方向に１０ｍｍ進んだ点を偏心光学系の偏心光学面の原点としている。この原点から虚像投影光学系１０側へ向かう中心主光線Ｌｃの方向をＺ軸正方向とし、原点から画像表示素子５とは反対側でＺ軸に直交する方向をＹ軸正方向とし、図１の紙面内をＹ−Ｚ平面とする。そして、Ｙ軸、Ｚ軸と左手直交座標系を構成する軸をＸ軸正方向とする。

偏心面については、その基準面が定義される座標系の上記光学系の原点からの偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、光学系の原点に定義される座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする各面を定義する座標系の傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、各面を定義する座標系を光学系の原点に定義される座標系のまずＸ軸の回りで反時計回り（図上では時計回り）にα回転させ、次に、その回転した新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その回転した別の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。

また、各実施例の光学系を構成する光学作用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成する場合には面間隔が与えられており、その他、面の曲率半径、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。

また、後記の構成パラメータ中にデータの記載されていない係数項は０である。屈折率、アッベ数については、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。各面の偏心面状は、上記のように、基準面からの偏心量で表わす。

また、本発明にかかる実施形態で用いられる自由曲面の面の形状は、以下の式（ａ）で定義されるものである。なお、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸とする。

Ｚ＝（ｒ²／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（ｒ／Ｒ）²｝］
∞
＋Σ Ｃ_jＸ^mＹⁿ ・・・（ａ）
^j=1
ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。

球面項中、
Ｒ：頂点の曲率半径
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ²＋Ｙ²）
である。

自由曲面項は、
₆₆
Σ Ｃ_jＸ^mＹⁿ
^j=1
＝Ｃ₁
＋Ｃ₂Ｘ＋Ｃ₃Ｙ
＋Ｃ₄Ｘ²＋Ｃ₅ＸＹ＋Ｃ₆Ｙ²
＋Ｃ₇Ｘ³＋Ｃ₈Ｘ²Ｙ＋Ｃ₉ＸＹ²＋Ｃ₁₀Ｙ³
＋Ｃ₁₁Ｘ⁴＋Ｃ₁₂Ｘ³Ｙ＋Ｃ₁₃Ｘ²Ｙ²＋Ｃ₁₄ＸＹ³＋Ｃ₁₅Ｙ⁴
＋Ｃ₁₆Ｘ⁵＋Ｃ₁₇Ｘ⁴Ｙ＋Ｃ₁₈Ｘ³Ｙ²＋Ｃ₁₉Ｘ²Ｙ³＋Ｃ₂₀ＸＹ⁴
＋Ｃ₂₁Ｙ⁵
＋Ｃ₂₂Ｘ⁶＋Ｃ₂₃Ｘ⁵Ｙ＋Ｃ₂₄Ｘ⁴Ｙ²＋Ｃ₂₅Ｘ³Ｙ³＋Ｃ₂₆Ｘ²Ｙ⁴
＋Ｃ₂₇ＸＹ⁵＋Ｃ₂₈Ｙ⁶
＋Ｃ₂₉Ｘ⁷＋Ｃ₃₀Ｘ⁶Ｙ＋Ｃ₃₁Ｘ⁵Ｙ²＋Ｃ₃₂Ｘ⁴Ｙ³＋Ｃ₃₃Ｘ³Ｙ⁴
＋Ｃ₃₄Ｘ²Ｙ⁵＋Ｃ₃₅ＸＹ⁶＋Ｃ₃₆Ｙ⁷
・・・・・・
ただし、Ｃ_j（ｊは１以上の整数）は係数である。

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が、本発明ではＸの奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例えば、上記定義式（ａ）においては、Ｃ₂、Ｃ₅、Ｃ₇、Ｃ₉、Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₆、Ｃ₁₈、Ｃ₂₀、Ｃ₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ₂₇、Ｃ₂₉、Ｃ₃₁、Ｃ₃₃、Ｃ₃₅・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。

また、Ｙの奇数次項を全て０にすることによって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例えば、上記定義式においては、Ｃ₃、Ｃ₅、Ｃ₈、Ｃ₁₀、Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₇、Ｃ₁₉、Ｃ₂₁、Ｃ₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ₂₇、Ｃ₃₀、Ｃ₃₂、Ｃ₃₄、Ｃ₃₆・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。

また、上記対称面の方向の何れか一方を対称面とし、それに対応する方向の偏心、例えば、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面に対して光学系の偏心方向はＹ軸方向に、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面に対しては光学系の偏心方向はＸ軸方向にすることで、偏心により発生する回転非対称な収差を効果的に補正しながら同時に製作性をも向上させることが可能となる。

また、上記定義式（ａ）は、前述のように１つの例として示したものであり、本発明の自由曲面は、対称面を１面のみ有する回転非対称な面を用いることで偏心により発生する回転非対称な収差を補正し、同時に製作性も向上させるということが特徴であり、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。

さらに、非球面データには、面データ中、非球面形状としたレンズ面に関するデータが示されている。非球面形状は、ｚを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると下記の式にて表される。
ｚ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）・（ｙ／ｒ）²｝^1/2］
＋Ａ4ｙ⁴＋Ａ6ｙ⁶＋Ａ8ｙ⁸＋Ａ10ｙ¹⁰…

ただし、ｒは近軸曲率半径、ｋは円錐係数、Ａ4、Ａ6、Ａ8はそれぞれ４次、６次、８次の非球面係数である。なお、記号“ｅ”は、それに続く数値が１０を底にもつ、べき指数であることを示している。例えば「１．０ｅ−５」は「１．０×１０^-5」であることを意味している。

実施例１
面番号曲率半径面間隔偏心屈折率アッベ数
物体面 ∞（ダミー面） -1000.00
r1 ∞（射出瞳） 10.00
r2 FFS[1] 0.00 偏心(1) 1.53 55.00
r3 FFS[2] 0.00 偏心(2) 1.53 55.00
r4 FFS[1] 0.00 偏心(1)
r5 ∞ 0.00 偏心(3)
r6 FFS[3] 0.00 偏心(4) 1.53 55.00
r7 FFS[4] 0.00 偏心(5) 1.53 55.00
r8 FFS[5] 0.00 偏心(6) 1.53 55.00
r9 FFS[4] 0.00 偏心(5)
像面 ∞ 0.00 偏心(7)

FFS[1]
R = 1477.33
k = -3.576930221
Ｃ4 3.98e-03 Ｃ6 -8.45e-04 Ｃ8 -6.42e-05
Ｃ10 1.36e-06 Ｃ11 -3.11e-06 Ｃ13 -4.70e-08
Ｃ15 -7.94e-07 Ｃ17 1.53e-08 Ｃ19 5.78e-09
Ｃ21 2.57e-09 Ｃ22 4.47e-10 Ｃ24 5.00e-10
Ｃ26 1.07e-10 Ｃ28 7.40e-11

FFS[2]
R = -150.06
k = -0.69151889
Ｃ4 7.32e-04 Ｃ6 -1.79e-03 Ｃ8 -1.38e-06
Ｃ10 6.09e-08 Ｃ11 -9.95e-08 Ｃ13 -5.29e-07
Ｃ15 -9.67e-08 Ｃ17 -1.72e-08 Ｃ19 -3.04e-10
Ｃ21 -8.96e-11 Ｃ22 8.83e-12 Ｃ24 1.24e-10
Ｃ26 1.49e-11 Ｃ28 -1.05e-11

FFS[3]
R = ∞
k = 0
Ｃ4 -0.004331 Ｃ6 0.028016 Ｃ8 0.0029459
Ｃ10 -0.000262 Ｃ11 -4.67e-05 Ｃ13 -0.0003002
Ｃ15 1.84e-05 Ｃ17 6.72e-06 Ｃ19 1.56e-05
Ｃ21 -6.14e-07 Ｃ22 -6.62e-08 Ｃ24 -2.78e-07
Ｃ26 -3.04e-07 Ｃ28 2.32e-08

FFS[4]
R = ∞
k = 0
Ｃ4 1.45e-02 Ｃ6 8.52e-03 Ｃ8 -2.00e-05
Ｃ10 -9.66e-05 Ｃ11 1.75e-06 Ｃ13 -7.66e-06
Ｃ15 4.97e-06 Ｃ17 4.61e-07 Ｃ19 9.12e-07
Ｃ21 -2.73e-08 Ｃ22 -8.74e-09 Ｃ24 -1.82e-08
Ｃ26 -1.92e-08 Ｃ28 9.58e-10

FFS[5]
R = ∞
k = 0
Ｃ4 1.43e-02 Ｃ6 1.39e-02 Ｃ8 6.49e-05
Ｃ10 1.15e-04 Ｃ11 2.82e-06 Ｃ13 5.81e-06
Ｃ15 5.07e-06 Ｃ17 7.24e-08 Ｃ19 1.27e-07
Ｃ21 9.78e-08 Ｃ22 1.31e-09 Ｃ24 4.31e-09
Ｃ26 4.12e-09 Ｃ28 1.82e-09

偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 6.47 Ｚ 33.92
α 7.63 β 0.00 γ 0.00

偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ -60.07 Ｚ 51.41
α -19.75 β 0.00 γ 0.00

偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ -55.00 Ｚ 4.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00

偏心[4]
Ｘ 0.00 Ｙ -67.89 Ｚ 18.51
α -36.63 β 0.00 γ 0.00

偏心[5]
Ｘ 0.00 Ｙ -75.14 Ｚ 32.99
α -94.69 β 0.00 γ 0.00

偏心[6]
Ｘ 0.00 Ｙ -73.31 Ｚ 61.10
α -142.71 β 0.00 γ 0.00

偏心[7]
Ｘ 0.00 Ｙ -98.13 Ｚ 44.22
α -101.67 β 0.00 γ 0.00

射出瞳径 4mm
X方向（水平方向）画角 64度
Y方向（垂直方向）画角 80度

実施例２
面番号曲率半径面間隔偏心屈折率アッベ数
物体面 ∞（ダミー面） -1000.00
r1 ∞（射出瞳） 10.00
r2 FRE[1] 0.00 偏心(1) 1.53 55.00
r3 ASP[1] 0.00 偏心(2) 1.53 55.00
r4 FRE[1] 0.00 偏心(1)
r5 FFS[1] 0.00 偏心(3)
r6 FFS[2] 0.00 偏心(4) 1.53 55.00
r7 FFS[3] 0.00 偏心(5) 1.53 55.00
r8 FFS[4] 0.00 偏心(6) 1.53 55.00
r10 FFS[3] 0.00 偏心(5)
像面 ∞ 0.00 偏心(7)

FRE[1]
R = -422.9890161
k = -274.161051
Ａ4 -3.84e-07 Ａ6 2.30e-10 Ａ8 -1.31e-13
Ａ10 2.05e-17

ASP[1]
R = -91.71798265
k = -1.863493468
Ａ4 -9.08e-08 Ａ6 -2.23e-11 Ａ8 8.44e-16

FFS[1]
R = ∞
k = 0
Ｃ4 -0.00359194 Ｃ6 -0.001019501 Ｃ8 0.000106962
Ｃ10 1.48e-05

FFS[2]
R = ∞
k = 0
Ｃ4 7.74e-03 Ｃ6 8.99e-03 Ｃ8 2.63e-03
Ｃ10 3.65e-04 Ｃ11 3.63e-06 Ｃ13 -2.48e-04
Ｃ15 1.80e-05 Ｃ17 -5.54e-07 Ｃ19 1.10e-05
Ｃ21 -8.13e-07 Ｃ22 -9.12e-08 Ｃ24 -2.49e-08
Ｃ26 -1.96e-07 Ｃ28 1.30e-08

FFS[3]
R = ∞
k = 0
Ｃ4 1.55e-02 Ｃ6 1.43e-02 Ｃ8 2.30e-06
Ｃ10 6.11e-05 Ｃ11 7.32e-06 Ｃ13 -2.39e-06
Ｃ15 6.27e-06 Ｃ17 -6.08e-07 Ｃ19 9.07e-07
Ｃ21 -2.32e-07 Ｃ22 -2.00e-09 Ｃ24 5.39e-08
Ｃ26 -1.25e-08 Ｃ28 1.48e-08

FFS[4]
R = ∞
k = 0
Ｃ4 1.40e-02 Ｃ6 1.66e-02 Ｃ8 1.63e-05
Ｃ10 7.26e-05 Ｃ11 2.98e-06 Ｃ13 6.75e-06
Ｃ15 5.28e-06 Ｃ17 8.30e-08 Ｃ19 1.01e-07
Ｃ21 9.55e-08 Ｃ22 2.48e-09 Ｃ24 8.28e-09
Ｃ26 6.72e-09 Ｃ28 3.27e-09

偏心[1]
Ｘ 0.00 Ｙ 9.86 Ｚ 34.32
α 9.70 β 0.00 γ 0.00

偏心[2]
Ｘ 0.00 Ｙ -59.45 Ｚ 54.14
α -17.43 β 0.00 γ 0.00

偏心[3]
Ｘ 0.00 Ｙ -55.00 Ｚ 6.34
α -2.00 β 0.00 γ 0.00

偏心[4]
Ｘ 0.00 Ｙ -66.80 Ｚ 14.64
α -36.63 β 0.00 γ 0.00

偏心[5]
Ｘ 0.00 Ｙ -75.98 Ｚ 35.00
α -87.32 β 0.00 γ 0.00

偏心[6]
Ｘ 0.00 Ｙ -70.29 Ｚ 59.33
α -139.84 β 0.00 γ 0.00

偏心[7]
Ｘ 0.00 Ｙ -95.92 Ｚ 41.83
α -93.80 β 0.00 γ 0.00

射出瞳径 4mm
X方向（水平方向）画角 36度
Y方向（垂直方向）画角 60度

上記実施例１及び２について、各構成要素の値及び各条件式（１）〜（４）の値を下記に示しておく。

本実施形態の眼球投影型表示装置１は、このような構成により、画像表示素子５から射出された画像光を眼球投影型表示装置１によって眼球方向に屈曲させるとともに、観察者が虚像として画像を観察することを可能とする。

また、画像表示素子に表示する画像は、虚像投影光学系による諸収差を考慮して、収差をキャンセルするように、色ごとに表示画像を適性に歪ませたり、色ごとに表示面を湾曲させることがより好ましい。

また、射出瞳ＥＰの近傍を開口絞りＳとなるよう機能させることで、眼球投影型表示装置１を小型で薄くしても映像を観察することができる。

図１１は、本実施形態の眼球投影型表示装置１を横向きに配置した図である。

図１１に示すように、眼球投影型表示装置１は、横向きに配置してもよい。横向きに配置可能とすることによって、装置を作成する際の設計の自由度が高くなる。

１…眼球投影型表示装置
２…接眼光学系
２１…接眼透過面
２２…接眼反射面
３…反射素子
３０…中間反射面
４…リレー光学系
４１…透過面
４２…凸面反射面
４３…凹面反射面
４４…入射面
５…画像表示素子
５０…表示面

Claims

画像を表示する画像表示素子と、
前記画像表示素子にて表示された画像を光学的に観察者眼球内へ導き虚像を投影する虚像投影光学系と、
を備え、
前記虚像投影光学系は、
接眼透過面と、前記接眼透過面から入射した光線を反射して再び同じ前記接眼透過面へ導く接眼反射面と、を含み、前記接眼透過面と前記接眼反射面との間の内部が１を上回る屈折率の媒質で満たされ、有効光路中にて１回のみ反射を行う正パワーの裏面反射鏡からなる接眼光学素子を有する接眼光学系と、
中心主光線に対して偏心した曲面の内部反射面を持ち、内部が１を上回る屈折率の媒質で満たされ複数回内部反射を行うプリズム光学素子を含み、前記画像表示素子からの光が入射し、射出側に画像の中間像を投影する正パワーのリレー光学系と、
前記接眼光学系と前記リレー光学系との間の光路中に位置し、中間反射面を有し、前記リレー光学系の配置される側から斜めに入射した光束を前記接眼光学系の配置される側へ反射して光路を偏向する反射素子と、
を有する
ことを特徴とする眼球投影型表示装置。
前記接眼透過面及び前記接眼反射面は、中心主光線に対して偏心する
請求項１に記載の眼球投影型表示装置。
前記反射素子は１面のみ中間反射面を有し、１回のみ反射して光路を偏向する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の眼球投影型表示装置。
前記反射素子は、表面鏡である
ことを特徴とする請求項３に記載の眼球投影型表示装置。
前記虚像投影光学系から射出する中心主光線に沿う軸をＺ軸、Ｚ軸を含み前記接眼光学系の前記接眼反射面にて入射及び反射する中心主光線を含む面をＹＺ面としたとき、
前記接眼光学系の前記接眼反射面の有効領域のうち前記ＹＺ面内にてＺ軸方向で最も外側の位置を通るＺ軸に垂直な平面と、
前記反射素子の前記中間反射面の有効領域のうち前記ＹＺ面内にてＺ軸方向で最も観察者側の位置を通るＺ軸に垂直な平面と、
の間に、前記画像表示素子の表示画像中心が位置する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の眼球投影型表示装置。
前記虚像投影光学系から射出する中心主光線に沿う軸をＺ軸、Ｚ軸を含み前記接眼光学系の前記接眼反射面にて入射及び反射する中心主光線を含む面をＹＺ面としたとき、
前記接眼光学系の前記接眼反射面の有効領域のうち前記ＹＺ面内にてＺ軸方向で最も外側の位置を通るＺ軸に垂直な平面と、
前記反射素子の前記中間反射面の有効領域のうち前記ＹＺ面内にてＺ軸方向で最も観察者側の位置を通るＺ軸に垂直な平面と、
の間に、前記表示画像中心の中間像が位置する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の眼球投影型表示装置。
前記表示画像中心の中間像が、前記反射素子と前記接眼光学系の間の空間に形成される
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の眼球投影型表示装置。
前記反射素子は、前記接眼光学系から射出する有効光束の通過する範囲の外側に配置される
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の眼球投影型表示装置。
前記虚像投影光学系から射出する中心主光線に沿う軸をＺ軸、Ｚ軸を含み前記接眼光学系の前記接眼反射面にて入射及び反射する中心主光線を含む面をＹＺ面とし、
前記接眼光学系の前記接眼反射面でのＹＺ面における主光線入射角の最小値をθ１min、主光線入射角の最大値をθ１maxとするとき、
以下の条件式（１）を満足する
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の眼球投影型表示装置。
１°＜θ１min＜θ１max＜３０° （１）
前記虚像投影光学系から射出する中心主光線に沿う軸をＺ軸、Ｚ軸を含み前記接眼光学系の前記接眼反射面にて入射及び反射する中心主光線を含む面をＹＺ面、ＹＺ面にて前記Ｚ軸に垂直な方向をＹ軸方向、としたとき、
前記ＹＺ面における前記接眼光学系の前記接眼反射面のＹ軸方向に計った有効反射面の長さをＬＹＭ１、
前記反射素子と前記接眼光学系の間の中心主光線に沿って測った間隔距離をＬＭＯが以下の条件を満足する
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の眼球投影型表示装置。
０．７＜ＬＹＭ１／ＬＭＯ＜５（２）
前記反射素子の前記中間反射面の形状が平面である
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の眼球投影型表示装置。
前記反射素子の前記中間反射面の形状が曲面である
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の眼球投影型表示装置。
前記反射素子の前記中間反射面の形状が非球面の曲面である
ことを特徴とする請求項１２に記載の眼球投影型表示装置。
前記反射素子の前記中間反射面は、対称面総数が多くとも２である非回転対称形状の非球面である
ことを特徴とする請求項１３に記載の眼球投影型表示装置。
前記反射素子は、回折面を有する
ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の眼球投影型表示装置。
前記虚像投影光学系から射出する中心主光線に沿う軸をＺ軸、とするとき、
前記反射素子の前記中間反射面が、以下の条件を満足する
ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の眼球投影型表示装置。
−３０°＜θ＜１０° （３）
ただし、
θは、前記反射素子の前記中間反射面での中心主光線通過位置における接平面と前記Ｚ軸に垂直な平面とのなす角であり、
前記接平面がＺ軸から離れるほど観察者側へ近づく方向に傾く場合を負符号とする。
前記リレー光学系のプリズム光学素子は、
少なくとも３面の光学面を有し、前記少なくとも３面の光学面は相互に偏心して構成され、
いずれか１つの光学面が、正規光路にて透過作用を行う入射面であり、
前記入射面に対向する面は非回転対称の凹面反射面であり、前記凹面反射面に対向する面は非回転対称の凸面反射面であり、前記入射面と前記凹面反射面は互いに偏心し、前記入射面と前記凹面反射面との距離が広がる側に透過面が位置する
ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の眼球投影型表示装置。
前記リレー光学系の前記プリズム光学素子は、いずれか１つの光学面が、正規光路にて反射作用と透過作用を行う兼用面である
ことを特徴とする請求項１７に記載の眼球投影型表示装置。
前記虚像投影光学系から射出する中心主光線に沿う軸をＺ軸、Ｚ軸を含み前記接眼光学系の前記反射面にて入射及び反射する中心主光線を含む面をＹＺ面としたとき、
前記反射素子の前記反射面でのＹＺ面における主光線入射角の最小値をθ２min、主光線入射角の最大値をθ２maxとするとき、
以下の条件を満足する
ことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の眼球投影型表示装置。
５° ＜θ２min＜θ２max＜８０° （４）
以下の条件を満足する
ことを特徴とする請求項１９に記載の眼球投影型表示装置。
３５° ＜θ２max−θ２min＜７０° （５）