JPH0643389A - 視覚表示装置 - Google Patents

視覚表示装置

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JPH0643389A
JPH0643389A JP4199487A JP19948792A JPH0643389A JP H0643389 A JPH0643389 A JP H0643389A JP 4199487 A JP4199487 A JP 4199487A JP 19948792 A JP19948792 A JP 19948792A JP H0643389 A JPH0643389 A JP H0643389A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ４０°以上の画角で観察でき、かつ、周辺ま
でフラットで鮮明な画像を観察できる視覚表示装置。 【構成】 ２次元画像表示素子１と、２次元画像表示素
子１によって表示された２次元画像を投影するリレー光
学系２、３と、観察者の眼球５の前側方向に設けられ、
上記２次元画像を空中に拡大投影すると共に、投影され
た観察像を観察者の眼球５に導く凹面鏡４とからなる視
覚表示装置であって、リレー光学系が、少なくとも１枚
の正レンズを含む正又は負の屈折力を有する第１レンズ
群２と、少なくとも１枚の負レンズを含む負の屈折力を
有する第２レンズ群３とから構成され、凹面鏡４の前側
焦点面８をリレー光学系の結像面７を合致させるため
に、リレー光学系が偏心している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ポータブル型視覚表示
装置に関し、特に、観察者の頭部又は顔面に保持するこ
とを可能とする頭部又は顔面装着式視覚表示装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、顔面装着式視覚表示装置として、
図２２に平面図を示したようなものが知られている（米
国特許第４０２６６４１号）。これは、ＣＲＴのような
画像表示素子４６の像を画像伝達素子２５で物体面１２
に伝達し、この物体面１２の像をトーリック反射面１０
によって空中に投影するようにしたものである。
【０００３】もう１つの従来技術として、図２３に平面
図を示したように、２次元画像表示素子２１を空中に拡
大投影する正レンズ系からなる接眼光学系２２を用い、
観察者眼球位置２３へこの正レンズ系２２のみで２次元
画像表示素子２１を拡大投影するものが、本出願人によ
って特願平３−２９５８７４号で提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図２３の従
来のものは、光学系が簡単ですむ利点があるが、観察者
の頭部から２次元画像素子２１の突出量が多くなり、外
界像と観察像の切り換えが容易にできず、観察画角を広
くとろうとすると、正レンズ系２２が大きくなり、装置
全体が大型になってしまい、装着感が悪化する、等の問
題がある。
【０００５】以下、本発明が解決しようとする問題点に
ついて詳しく説明する。顔面装着式視覚表示装置にとっ
て、装置全体の大きさを小さくすることが装着性を損な
わなくするために重要な点となる。装着感を決める重要
な要因には、装置の重量と重心があり、これらを決定す
る要因は光学系のレイアウトである。全体を小型にする
ためには、図２３に示すような直視型のレイアウトで
は、観察者顔面から装置突出量が大きくなり、装置が重
くなると同時に、重量バランス的に観察者の頭部先端部
が重くなるために、観察者が首を起こすような力を常に
出さないと、前を見ていられなくなる。そのために、観
察者に首の疲労を感じさせてしまう。
【０００６】このような疲労を感じさせずに、長時間の
観察を可能とするためには、観察者の眼球直前に反射面
からなる接眼光学系を配置した構成が望ましい。これに
より、２次元画像表示素子、照明光学系等を観察者の頭
部中心に近い所に配置でき、装置の重心を頭部重心に比
較的近く配置することが可能となる。
【０００７】次に、大きな画角を確保することは、画像
観察時の臨場感を上げるために必要である。特に、提示
される画像の立体感は、提示画角によって決まってしま
う（テレビジョン学会誌 Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．１２，
ｐｐ．１５８９〜１５９６（１９９１））。立体感、迫
力感等を観察者に与えるためには、水平方向で４０°
（±２０°）以上の提示画角を確保することが必要であ
ると同時に、１２０°（±６０°）付近でその効果が飽
和してしまうことが知られている。つまり、４０°以上
でなるべく１２０°に近い観察画角にすることが望まし
い。しかし、前記接眼光学系が平面の反射鏡の場合は、
観察者の眼球に前記４０°以上の画角の光線を入射させ
ようとした場合には、非常に大きな２次元画像表示素子
を必要とし、結局、装置全体が大きく、重い物となって
しまう。さらに、図２２の従来技術のように凹面鏡を使
用して、凹面鏡の前側焦点位置に２次元画像表示素子を
配置し、凹面鏡のみで２次元画像表示素子を空中に拡大
投影する配置をとっても、４０°以上の観察画角を提供
する場合には、２次元画像表示素子を射出した光線が観
察者自身の頭部に当たってしまい、実現不可能となる。
【０００８】本発明は上記の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、４０°以上の画角で観
察でき、かつ、周辺までフラットで鮮明な画像を観察で
きる視覚表示装置を提供することである。
【０００９】
【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、２次元画像表示素子と、前記２次
元画像表示素子によって表示された２次元画像を投影す
るリレー光学系と、観察者の眼球の前側方向に設けら
れ、前記２次元画像を空中に拡大投影すると共に、投影
された観察像を観察者の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、前記リレー光学系が、前記２
次元画像表示素子側から、少なくとも１枚の正レンズを
含む正又は負の屈折力を有する第１レンズ群と、少なく
とも１枚の負レンズを含む負の屈折力を有する第２レン
ズ群とから構成されていることを特徴とするものであ
る。
【００１０】
【作用】以下、上記配置をとる理由と作用について説明
する。図１は、本発明の視覚表示装置の観察者の右目に
当たる部分の光学系のみを示した図であり、左目用の光
学系はこれと対称に配置される。この図において、２次
元画像表示素子を１、リレー光学系の第１群を２、リレ
ー光学系の第２群を３、２次元画像表示素子１のリレー
光学系２、３による投影像を空中に拡大投影する接眼光
学系を４、観察者眼球位置を５、観察者にとって正面を
観察している時の視軸を６、リレー光学系２、３の偏心
していない物点に対する像面を７、接眼光学系４の前側
焦点面を８、リレー光学系２、３の中心軸を９、観察者
頭部を１１とする。
【００１１】上記のように、観察画角が４０°を越える
広画角の接眼光学系は、接眼光学系を非球面で構成して
も、本出願人が先に出願した特願平４−１０６９１１号
のような構成では不可能である。フラットな観察像で、
かつ、装置全体の突出量が小さい小型の視覚表示装置を
得るためには、観察者視軸に対して傾いた凹面鏡からな
る接眼光学系を観察者顔面前方に配置することが必要で
ある。凹面反射鏡で構成された接眼光学系の前側焦点面
近傍に、リレー光学系による２次元画像表示素子の投影
像を配することが重要である。
【００１２】しかし、単にリレー光学系の前側焦点位置
にリレー光学系による２次元画像表示素子の投影像を配
置すると、図２に示すように、リレー光学系２、３の側
頭部側への突出量が多くなってしまう。そこで、接眼光
学系４に入射する前の視軸を屈曲させる手段として、以
下に示す方法がある。
【００１３】（１）プリズムを配置して視軸を屈曲する
先行例（特願平３−２９５８７４号の第２実施例の方
法）。 （２）図３（ａ）に示すように、偏心して配置した正レ
ンズを含むレンズ系による方法（特願平３−２９５８７
４号の第３実施例の方法）。 （３）図３（ｂ）に示すように、偏心して配置した負レ
ンズを含むレンズ系による方法。
【００１４】しかし、本発明の場合のように、焦点距離
の短い正のリレーレンズ系で像を投影しようとすると、
強い正の屈折力のために、リレーレンズ系のペッツバー
ル和が正に大きく出てしまい、強い像面湾曲が発生して
しまう。プリズム、又は、偏心して配置した正レンズで
は、リレー光学系のペッツバール和の補正に効果を持た
ないばかりか、偏心して配置した正のレンズ系では、大
きい正のペッツバール和を益々大きくしてしまう。この
ような構成のまま、２次元画像表示素子１の投影像を接
眼光学系４の前側焦点面近傍に投影したのでは、フラッ
トで広い観察画角を観察することは不可能になってしま
う。この大きい正のペッツバール和を補正するために
は、リレーレンズ系の像面近傍に負のレンズを配するこ
とが重要である。この負レンズが負のペッツバール和を
持つために、レンズ系全体のペッツバール和を補正する
のに良い結果をもたらす。
【００１５】本発明は、図３（ｂ）に示すように、負の
偏心したレンズによって観察者の視軸６を観察者頭部に
沿って屈曲させて、突出量が小さく、小型で、しかも、
広い観察画角を確保した視覚表示装置を提供することに
成功したものである。
【００１６】さらに好ましくは、視軸６に対して傾いた
接眼光学系４の前側焦点面にリレー光学系２、３の投影
像を一致させるために、リレー光学系の光軸９に垂直な
像面７の軸外に当たる部分を視軸に相当するように、リ
レー光学系２、３を傾けて配置することが重要である。
【００１７】つまり、図１において、時計回りの方向に
θだけリレー光学系２、３を傾けて配置し、視軸６をリ
レー光学系２、３の軸外の物点となるように配置する
と、接眼光学系４の前側焦点面８とリレー光学系の像面
７が一致してくる。この配置が広画角化に良い結果をも
たらす。
【００１８】さらに好ましくは、接眼光学系４の前側焦
点面８の視軸６に対する傾きと、リレー光学系２、３の
２次元画像表示素子１の投影像７の傾きをより合わせる
ために、２次元画像表示素子１をリレー光学系２、３の
光軸９に対して傾けて配置すると、広い画角に対してさ
らに良好な収差補正が可能となる。
【００１９】さらに好ましくは、リレー光学系の第２群
３の焦点距離Ｆ2 とするとき、 ｜Ｆ2 ｜＜１００ 〔ｍｍ〕 ・・・・・・（１） なる条件式を満足することが好ましい。
【００２０】上記条件式（１）の上限を越えると、リレ
ーレンズ系２、３のペッツバール和の補正が不足してし
まい、リレー光学系２、３の光軸９に対してフラットな
像面が得られなくなる。そのため、いくらリレー光学系
２、３を傾けて配置しても、観察画角全体に収差のよく
補正された観察像を提供することが不可能となってしま
う。
【００２１】また、近年の画像の高解像化に伴って、２
次元画像表示素子１の解像度も高くなってきており、さ
らに望ましくは、以下の条件式（２）を満足することで
ある。
【００２２】 ｜Ｆ2 ｜＜７０ 〔ｍｍ〕 ・・・・・・（２） 上記条件式（２）の上限を越えると、上記条件式（１）
の範囲内であれば、通常、２次元画像表示素子１によっ
て形式された像の観察には支障はないが、解像度の高い
画像においては、やはり収差による劣化が影響してしま
い、好ましくない。
【００２３】また、リレー光学系の第１群２の焦点距離
をＦ1 とするとき、 ｜Ｆ1 ｜＜５０ 〔ｍｍ〕 ・・・・・・（３） なる条件式を満足することが好ましい。
【００２４】上記条件式（３）の上限を越えると、リレ
ーレンズ系２、３の全長が長くなり、装置が大きくなっ
てしまう。
【００２５】さらに、接眼光学系４の後側焦点位置より
離れた位置に観察者瞳位置５を配置すると、２次元画像
表示素子１の投影像を射出する光線が拡がって凹面鏡４
に入射するために、リレー光学系２、３を小型にでき
る。
【００２６】また、さらにコンパクト化を望むなら、以
下の条件式（４）を満足することが望ましい。
【００２７】 ｜Ｆ1 ｜＜４０ 〔ｍｍ〕 ・・・・・・（４） さらに好ましくは、接眼光学系４の焦点距離をＦＲ、接
眼光学系４と観察者虹彩位置又は眼球回旋点５までの距
離をＤとするとき、 Ｄ＞１．２×ＦＲ ・・・・・・（５） Ｄ＞３０ 〔ｍｍ〕 ・・・・・・（６） なる条件式（５）、（６）を満足することが好ましい。
【００２８】上記条件式（５）の下限を越えると、リレ
ー光学系２、３の射出瞳を２次元画像表示素子１の投影
像の接眼光学系４側に配置しないと、観察者虹彩位置５
に瞳の投影ができなくなるために、リレー光学系２、３
の大きさが大きくなり、装置全体が大型のものになって
しまう。
【００２９】また、接眼光学系４と観察者眼球の虹彩位
置又は眼球回旋点５との距離Ｄは、接眼光学系４を観察
者眼球直前に配置するために、あまりに短いと、観察者
の睫毛に当たったり、恐怖感を与えてしまう。このため
に、接眼光学系４と観察者虹彩位置又は眼球回旋点５ま
での距離Ｄは、３０ｍｍ以上離して配置することが望ま
しく、条件式（６）を満足することが好ましい。
【００３０】なお、上記条件式（１）〜（６）は、本発
明の効果をより高いものとするために必要な構成であ
る。その効果は、以上の通りであるが、以下のように、 ｜Ｆ2 ｜＜１００ 〔ｍｍ〕 ・・・・・・（１） ｜Ｆ1 ｜＜５０ 〔ｍｍ〕 ・・・・・・（３） 又は、 ｜Ｆ2 ｜＜１００ 〔ｍｍ〕 ・・・・・・（１） Ｄ＞１．２×ＦＲ ・・・・・・（５） Ｄ＞３０ 〔ｍｍ〕 ・・・・・・（６） 又は、 ｜Ｆ1 ｜＜５０ 〔ｍｍ〕 ・・・・・・（３） Ｄ＞１．２×ＦＲ ・・・・・・（５） Ｄ＞３０ 〔ｍｍ〕 ・・・・・・（６） と、各条件式の組み合わせも、必要な効果に応じて構成
要件として必須事項となってくる。
【００３１】
【実施例】以下、本発明の視覚表示装置の実施例１〜９
について説明する。 実施例１ 図４を参照にしてこの実施例を説明する。座標系を図示
のように、観察者の左右方向の右から左を正方向とする
Ｙ軸、観察者の視軸方向の眼球側から凹面鏡側を正方向
とするＺ軸、上下方向の上から下を正方向とするＸ軸と
定義する。図中、１はＬＣＤタイプ等の２次元画像表示
素子、２はリレー光学系の第１群レンズ、３はリレー光
学系の第２群レンズ、４は非球面凹面鏡で構成された接
眼光学系、５は観察者の眼球虹彩位置又は眼球回旋点、
６は観察者が正面を観察している時の視軸である。
【００３２】以下、この光学系の構成パラメータを示す
が、面番号は、射出瞳５位置から２次元画像表示素子１
へ向かう逆追跡の面番号として示してある。
【００３３】偏心量と傾き角は、凹面鏡４については偏
心量のみが与えられ、その頂点が射出瞳５中心を通る視
軸（Ｚ軸）からのＹ軸方向へ偏心している距離であり、
リレー光学系に関しては、偏心量と傾き角が与えられ、
まず、射出瞳５中心からＹ軸方向への偏心点を与え、そ
の点を通るように光軸を定め、光軸の傾き角をＺ軸の正
方向軸からＹ軸の正方向軸へ向かう回転角を正方向の角
度としてＺ軸正方向からの傾き角で与えてある。そし
て、リレー光学系の第１面（面番号：３）の頂点位置
（ｄ0 ）をこの光軸上での上記の偏心点からの距離とし
て与えてある。また、像面（２次元画像表示素子１）に
ついては、その中心のリレー光学系光軸から直交方向の
偏心量と、その表示面の光軸に垂直な面からの傾き角
（図で、反時計回りを正とする。）とを与えてある。
【００３４】また、凹面鏡４の曲率半径は、上下方向
（Ｘ−Ｚ面）をＲx 、左右方向（Ｙ−Ｚ面）をＲy とす
る。
【００３５】また、面間隔は、射出瞳５と凹面鏡４の間
については、射出瞳５中心と凹面鏡４中心間のＺ軸方向
の間隔、リレー光学系の第１面からその像面（２次元画
像表示素子１）に到る間隔は、その光軸に沿う間隔で示
してある。リレー光学系については、面の曲率半径をｒ
1 〜ｒi で、面間隔をｄ1 〜ｄi で、ｄ線の屈折率をｎ
1 〜ｎi で、アッベ数をν1 〜νi で示す。 面番号 曲率半径 間隔 偏心量 傾き角 （屈折率） （アベ数） １（５） ∞（瞳） （Ｄ） 41.161349 -24.134707 ２（４）Ｒy -55.37625 Ｒx -41.16135 １（５） ∞（瞳） -48.278991 26.040241 ° （ｄ0 ） 19.015438 ３（ｒ1 ） -58.04366 （ｄ1 ） -1.000000 ｎ1=1.75520 ν1= 27.5 ４（ｒ2 ） -19.02574 （ｄ2 ） -38.720647 ５（ｒ3 ） 12080.52179 （ｄ3 ） -1.000000 ｎ2=1.48749 ν2= 70.2 ６（ｒ4 ） -11.19630 （ｄ4 ） -1.522859 ７（ｒ5 ） -21.28936 （ｄ5 ） -1.000000 ｎ3=1.67270 ν3= 32.1 ８（ｒ6 ） -10.10267 （ｄ6 ） -2.372624 ｎ4=1.74400 ν4= 44.8 ９（ｒ7 ） 23.76406 （ｄ7 ） -11.463429 １０（ｒ8 ） 256.74720 （ｄ8 ） -1.000000 ｎ5=1.75520 ν5= 27.5 １１（ｒ9 ） -18.89849 （ｄ9 ） -4.518314 ｎ6=1.48749 ν6= 70.2 １２（ｒ10） 14.81502 （ｄ10） -16.623492 １３（ｒ11） -22.49878 （ｄ11） -9.004510 ｎ7=1.55232 ν7= 63.7 １４（ｒ12） 15.87987 （ｄ12） -1.000000 ｎ8=1.75520 ν8= 27.5 15(r13） ∞ （ｄ13） -5.000000 -6.120974 1.969615 ° １６（１） ∞（像面） 上記実施例のリレー光学系の焦点距離Ｆ1 、Ｆ2 は次の
通りである。 Ｆ1 ＝23.261、Ｆ2 ＝-37.895 。
【００３６】次に、上記実施例のｄ線における横収差を
図１３に示す。は視軸方向、はＸ方向０°、Ｙ方向
−６０°、はＸ方向４０°、Ｙ方向−６０°、はＸ
方向４０°、Ｙ方向０°、はＸ方向４０°、Ｙ方向４
０°、はＸ方向０°、Ｙ方向４０°におけるＹ軸方向
及びＸ軸方向の値を示すものである。他の波長において
も同様の収差特性を示し、色収差は格別問題にはならな
い。以下の他の実施例についても同様である。
【００３７】実施例２ 図５を参照にしてこの実施例を説明する。光学系の構成
は実施例１とほぼ同様であり、座標系のとり方、偏心量
と傾き角の与え方、各面の曲率半径、面間隔、屈折率、
アッベ数も実施例１と同様に与えられる。以下、この光
学系の構成パラメータを示すが、面番号は、射出瞳５位
置から２次元画像表示素子１へ向かう逆追跡の面番号と
して示してある。
【００３８】 面番号 曲率半径 間隔 偏心量 傾き角 （屈折率） （アベ数） １（５） ∞（瞳） （Ｄ） 41.161349 -24.134707 ２（４）Ｒy -55.37625 Ｒx -41.16135 １（５） ∞（瞳） -48.278991 26.040241 ° （ｄ0 ） 16.665453 ３（ｒ1 ） -37.55237 （ｄ1 ） -1.000000 ｎ1=1.61700 ν1= 62.8 ４（ｒ2 ） -12.85542 （ｄ2 ） -36.493414 ５（ｒ3 ） -32.59437 （ｄ3 ） -10.162469 ｎ2=1.72000 ν2= 42.0 6(r4 ） 7.56580 （ｄ4 ） -1.000000 ｎ3=1.80518 ν3= 25.4 ７（ｒ5 ） 21.00741 （ｄ5 ） -23.043310 ８（ｒ6 ） -38.95425 （ｄ6 ） -7.146229 ｎ4=1.70000 ν4= 48.1 ９（ｒ7 ） 16.25715 （ｄ7 ） -1.000000 ｎ5=1.80518 ν5= 25.4 １０（ｒ8 )42069.03894 （ｄ8 ） -5.000000 -6.534836 4.811224 ° １１（１） ∞（像面） 上記実施例のリレー光学系の焦点距離Ｆ1 、Ｆ2 は次の
通りである。 Ｆ1 ＝22.522、Ｆ2 ＝-32.178 。 上記実施例のｄ線における実施例１と同様な横収差を図
１４に示す。
【００３９】実施例３ 図６を参照にしてこの実施例を説明する。この場合、リ
レー系の第１群２を２枚貼り合わせレンズのみで構成し
ている。座標系のとり方、偏心量と傾き角の与え方、各
面の曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数は実施例１と
同様に与えられる。以下、この光学系の構成パラメータ
を示すが、面番号は、射出瞳５位置から２次元画像表示
素子１へ向かう逆追跡の面番号として示してある。
【００４０】 面番号 曲率半径 間隔 偏心量 傾き角 （屈折率） （アベ数） １（５） ∞（瞳） （Ｄ） 41.161349 -24.134707 ２（４）Ｒy -55.37625 Ｒx -41.16135 １（５） ∞（瞳） -48.278991 26.040241 ° （ｄ0 ） 18.191883 ３（ｒ1 ） -31.96335 （ｄ1 ） -1.000000 ｎ1=1.61800 ν1= 63.4 ４（ｒ2 ） -12.76592 （ｄ2 ） -39.130088 ５（ｒ3 ） -17.94522 （ｄ3 ） -1.000000 ｎ2=1.80518 ν2= 25.4 ６（ｒ4 ） -8.39187 （ｄ4 ） -12.000000 ｎ3=1.618366 ν3= 60.4 ７（ｒ5 ） 20.20347 （ｄ5 ） -28.911113 -6.597812 7.853774 ° １１（１） ∞（像面） 上記実施例のリレー光学系の焦点距離Ｆ1 、Ｆ2 は次の
通りである。 Ｆ1 ＝20.942、Ｆ2 ＝-35.091 。 上記実施例のｄ線における実施例１と同様な横収差を図
１５に示す。
【００４１】実施例４ 図７を参照にしてこの実施例を説明する。光学系の構成
は実施例１とほぼ同様であり、座標系のとり方、偏心量
と傾き角の与え方、各面の曲率半径、面間隔、屈折率、
アッベ数も実施例１と同様に与えられる。以下、この光
学系の構成パラメータを示すが、面番号は、射出瞳５位
置から２次元画像表示素子１へ向かう逆追跡の面番号と
して示してある。
【００４２】 面番号 曲率半径 間隔 偏心量 傾き角 （屈折率） （アベ数） １（５） ∞（瞳） （Ｄ） 41.161349 -24.134707 ２（４）Ｒy -55.37625 Ｒx -41.16135 １（５） ∞（瞳） -48.278991 -0.178099 ° （ｄ0 ） 9.100000 ３（ｒ1 ） -45.52800 （ｄ1 ） -1.000000 ｎ1=1.56873 ν1= 63.1 ４（ｒ2 ） -11.30946 （ｄ2 ） -11.925756 ５（ｒ3 ） -42.63346 （ｄ3 ） -12.888300 ｎ2=1.67270 ν2= 32.1 ６（ｒ4 ） 36.42143 （ｄ4 ） -0.100000 ７（ｒ5 ） -242.44093 （ｄ5 ） -1.000000 ｎ3=1.75520 ν3= 27.5 ８（ｒ6 ） -16.63655 （ｄ6 ） -8.515946 ｎ4=1.50378 ν4= 66.8 ９（ｒ7 ） 13.87577 （ｄ7 ） -16.623492 １０（ｒ8 ) -38.60163 （ｄ8 ） -18.327962 ｎ5=1.64100 ν5= 56.9 １１（ｒ9 ） 26.22947 （ｄ9 ） -1.000000 ｎ6=1.80518 ν6= 25.4 １２（ｒ10）-204.53911 （ｄ10） -6.254814 -17.080254 19.576288 ° １３（１） ∞（像面） 上記実施例のリレー光学系の焦点距離Ｆ1 、Ｆ2 は次の
通りである。 Ｆ1 ＝18.727、Ｆ2 ＝-26.741 。 上記実施例のｄ線における実施例１と同様な横収差を図
１６に示す。
【００４３】実施例５ 図８を参照にしてこの実施例を説明する。光学系の構成
は実施例１とほぼ同様であり、座標系のとり方、偏心量
と傾き角の与え方、各面の曲率半径、面間隔、屈折率、
アッベ数も実施例１と同様に与えられる。以下、この光
学系の構成パラメータを示すが、面番号は、射出瞳５位
置から２次元画像表示素子１へ向かう逆追跡の面番号と
して示してある。
【００４４】 面番号 曲率半径 間隔 偏心量 傾き角 （屈折率） （アベ数） １（５） ∞（瞳） （Ｄ） 41.161349 -24.134707 ２（４）Ｒy -55.37625 Ｒx -41.16135 １（５） ∞（瞳） -48.278991 4.057623 ° （ｄ0 ） 19.015438 ３（ｒ1 ） -80.99141 （ｄ1 ） -1.000000 ｎ1=1.75520 ν1= 27.5 ４（ｒ2 ） -24.92726 （ｄ2 ） -36.586270 ５（ｒ3 ） -70.69727 （ｄ3 ） -1.000000 ｎ2=1.48749 ν2= 70.2 ６（ｒ4 ） -13.98134 （ｄ4 ） -1.715769 ７（ｒ5 ） -25.50551 （ｄ5 ） -1.000000 ｎ3=1.67270 ν3= 32.1 ８（ｒ6 ） -16.52040 （ｄ6 ） -10.406194 ｎ4=1.74400 ν4= 44.8 ９（ｒ7 ） 33.01851 （ｄ7 ） -7.389077 １０（ｒ8 ）-403.63217 （ｄ8 ） -1.000000 ｎ5=1.75520 ν5= 27.5 １１（ｒ9 ） -20.12047 （ｄ9 ） -9.088408 ｎ6=1.48749 ν6= 70.2 １２（ｒ10） 17.91058 （ｄ10） -16.623492 １３（ｒ11） -33.65736 （ｄ11） -16.000000 ｎ7=1.55232 ν7= 63.7 １４（ｒ12） 26.63178 （ｄ12） -1.000000 ｎ8=1.75520 ν8= 27.5 １５（ｒ13） ∞ （ｄ13） -5.000000 -13.623207 4.719896 ° １６（１） ∞（像面） 上記実施例のリレー光学系の焦点距離Ｆ1 、Ｆ2 は次の
通りである。 Ｆ1 ＝24.682、Ｆ2 ＝-48.052 。 上記実施例のｄ線における実施例１と同様な横収差を図
１７に示す。
【００４５】実施例６ 図９を参照にしてこの実施例を説明する。光学系の構成
は実施例１とほぼ同様であり、座標系のとり方、偏心量
と傾き角の与え方、各面の曲率半径、面間隔、屈折率、
アッベ数も実施例１と同様に与えられる。以下、この光
学系の構成パラメータを示すが、面番号は、射出瞳５位
置から２次元画像表示素子１へ向かう逆追跡の面番号と
して示してある。
【００４６】 面番号 曲率半径 間隔 偏心量 傾き角 （屈折率） （アベ数） １（５） ∞（瞳） （Ｄ） 41.161349 -24.134707 ２（４）Ｒy -55.37625 Ｒx -41.16135 １（５） ∞（瞳） -48.278991 32.978130 ° （ｄ0 ） 15.127157 ３（ｒ1 ） -37.55237 （ｄ1 ） -1.000000 ｎ1=1.61700 ν1= 62.8 ４（ｒ2 ） -12.85542 （ｄ2 ） -23.627240 ５（ｒ3 ） -32.59437 （ｄ3 ） -16.000000 ｎ2=1.72000 ν2= 42.0 ６（ｒ4 ） 7.56580 （ｄ4 ） -1.000000 ｎ3=1.80518 ν3= 25.4 ７（ｒ5 ） 21.00741 （ｄ5 ） -28.495921 ８（ｒ6 ） -38.95425 （ｄ6 ） -11.862373 ｎ4=1.70000 ν4= 48.1 ９（ｒ7 ） 16.25715 （ｄ7 ） -1.000000 ｎ5=1.80518 ν5= 25.4 10(r8 )42069.03894 （ｄ8 ） -5.000000 -7.333641 10.995778 ° １１（１） ∞（像面） 上記実施例のリレー光学系の焦点距離Ｆ1 、Ｆ2 は次の
通りである。 Ｆ1 ＝25.154、Ｆ2 ＝-32.178 。 上記実施例のｄ線における実施例１と同様な横収差を図
１８に示す。
【００４７】実施例７ 図１０を参照にしてこの実施例を説明する。光学系の構
成は実施例３とほぼ同様であり、座標系のとり方、偏心
量と傾き角の与え方、各面の曲率半径、面間隔、屈折
率、アッベ数は実施例１と同様に与えられる。以下、こ
の光学系の構成パラメータを示すが、面番号は、射出瞳
５位置から２次元画像表示素子１へ向かう逆追跡の面番
号として示してある。
【００４８】 面番号 曲率半径 間隔 偏心量 傾き角 （屈折率） （アベ数） １（５） ∞（瞳） （Ｄ） 41.161349 -24.134707 ２（４）Ｒy -55.37625 Ｒx -41.16135 １（５） ∞（瞳） -48.278991 40.420411 ° （ｄ0 ） 15.657649 ３（ｒ1 ） -13.57224 （ｄ1 ） -1.000000 ｎ1=1.61800 ν1= 63.4 ４（ｒ2 ） -8.43996 （ｄ2 ） -23.230568 ５（ｒ3 ） -24.49654 （ｄ3 ） -1.000000 ｎ2=1.80518 ν2= 25.4 ６（ｒ4 ） -8.57513 （ｄ4 ） -5.797191 ｎ3=1.66989 ν3= 51.1 ７（ｒ5 ） 17.69302 （ｄ5 ） -34.959813 -4.965890 7.213139 ° １１（１） ∞（像面） 上記実施例のリレー光学系の焦点距離Ｆ1 、Ｆ2 は次の
通りである。 Ｆ1 ＝19.133、Ｆ2 ＝-39.019 。 上記実施例のｄ線における実施例１と同様な横収差を図
１９に示す。
【００４９】実施例８ 図１１を参照にしてこの実施例を説明する。座標系のと
り方は実施例１と同様である。この場合、第１群のリレ
ー光学系２は、第１部分２−１と第２部分２−２から構
成されている。
【００５０】以下、この光学系の構成パラメータを示す
が、面番号は、射出瞳５位置から２次元画像表示素子１
へ向かう逆追跡の面番号として示してある。
【００５１】偏心量と傾き角の与え方については、凹面
鏡４に関しては実施例１と同様であり、また、第２群の
リレー光学系３についても実施例１と同様である。リレ
ー光学系２の第１部分２−１については、その光軸の偏
心量はその前のリレー光学系３の光軸に直角な方向への
偏心距離で与えられ、その光軸の傾き角はリレー光学系
３の光軸に対する傾き角で与えられる。同様に、リレー
光学系２の第２部分２−２の光軸の偏心量はその前の部
分２−１の光軸に直角な方向への偏心距離で与えられ、
その光軸の傾き角は部分２−１の光軸に対する傾き角で
与えられる。また、像面（２次元画像表示素子１）につ
いては、その中心の部分系２−２の光軸から直角方向の
偏心量と、その表示面の光軸に垂直な面からの傾き角と
が与えられる。
【００５２】また、各面の曲率半径、面間隔、屈折率、
アッベ数は実施例１と同様に与えられる。
【００５３】 面番号 曲率半径 間隔 偏心量 傾き角 （屈折率） （アベ数） １（５） ∞（瞳） （Ｄ） 41.161349 -24.134707 ２（４）Ｒy -55.37625 Ｒx -41.16135 １（５） ∞（瞳） -59.732980 -8.791123 ° （ｄ0 ） 9.100000 ３（ｒ1 ） -191.82408 （ｄ1 ） -1.000000 ｎ1=1.48749 ν1= 70.2 ４（ｒ2 ） -25.96046 （ｄ2 ） -32.498922 4.072822 28.747190 ° ５（ｒ3 ） -209.06385 （ｄ3 ） -16.000000 ｎ2=1.64100 ν2= 56.9 ６（ｒ4 ） 59.77712 （ｄ4 ） -0.100000 ７（ｒ5 ） -39.79811 （ｄ5 ） -2.000000 ｎ3=1.80518 ν3= 25.4 ８（ｒ6 ） -21.02007 （ｄ6 ） -9.742240 ｎ4=1.58913 ν4= 61.2 ９（ｒ7 ） 64.11810 （ｄ7 ） -16.623492 7.453844 -16.220540 ° １０（ｒ8 ） -44.68943 （ｄ8 ） -15.515796 ｎ5=1.62041 ν5= 60.3 １１（ｒ9 ） 26.49680 （ｄ9 ） -1.000000 ｎ6=1.80518 ν6= 25.4 １２（ｒ10） 178.46191 （ｄ10） -19.107691 -17.958057 23.157995 ° １３（１） ∞（像面） 上記実施例のリレー光学系の焦点距離Ｆ1 、Ｆ2 は次の
通りである。 Ｆ1 ＝28.882、Ｆ2 ＝-61.710 。 上記実施例のｄ線における実施例１と同様な横収差を図
２１に示す。
【００５４】実施例９ 図１２を参照にしてこの実施例を説明する。座標系のと
り方は実施例１と同様である。この場合、リレー光学系
の第１群２と第２群３が相互に偏心して配置されてい
る。
【００５５】以下、この光学系の構成パラメータを示す
が、面番号は、射出瞳５位置から２次元画像表示素子１
へ向かう逆追跡の面番号として示してある。
【００５６】偏心量と傾き角の与え方については、凹面
鏡４に関しては実施例１と同様に偏心量が与えられ、ま
た、その中心軸のＺ軸に対する傾き角が与えられ、さら
に、第２群のリレー光学系３については実施例１と同様
に与えられる。リレー光学系の第１群２については、そ
の光軸の偏心量はその前の第２群３の光軸に直角な方向
への偏心距離で与えられ、その光軸の傾き角は第２群３
の光軸に対する傾き角で与えられる。また、像面（２次
元画像表示素子１）については、その中心の第１群２の
光軸から直角方向の偏心量と、その表示面の光軸に垂直
な面からの傾き角とが与えられる。
【００５７】また、各面の曲率半径、面間隔、屈折率、
アッベ数は実施例１と同様に与えられる。
【００５８】 面番号 曲率半径 間隔 偏心量 傾き角 （屈折率） （アベ数） １（５） ∞（瞳） （Ｄ） 41.161349 -22.714867 0.960545 ° ２（４）Ｒy -55.37625 Ｒx -41.16135 １（５） ∞（瞳） -48.278991 22.104374 ° （ｄ0 ） 19.900000 ３（ｒ1 ） -73.00626 （ｄ1 ） -1.000000 ｎ1=1.61800 ν1= 63.4 ４（ｒ2 ） -21.33949 （ｄ2 ） -41.890561 -1.016011 21.764664 ° ５（ｒ3 ） -25.53817 （ｄ3 ） -1.000000 ｎ2=1.80518 ν2= 25.4 ６（ｒ4 ） -10.48972 （ｄ4 ） -16.000000 ｎ3=1.65560 ν3= 46.1 ７（ｒ5 ） 25.36542 （ｄ5 ） -40.478597 3.210122 8.273448 ° ８（１） ∞（像面） 上記実施例のリレー光学系の焦点距離Ｆ1 、Ｆ2 は次の
通りである。 Ｆ1 ＝25.949、Ｆ2 ＝-49.155 。 上記実施例のｄ線における実施例１と同様な横収差を図
２２に示す。
【００５９】以上、本発明の視覚表示装置をいくつかの
実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施
例に限定されず、種々の変形が可能である。
【００６０】
【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、突出量が小さく、小型で、広い提示画角で、
しかも、周辺の画角まで鮮明に観察することができる顔
面装着型の視覚表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の視覚表示装置の光学系を示す図であ
る。
【図２】本発明の視覚表示装置を説明するための図であ
る。
【図３】視軸を屈曲させる手段を説明するための図であ
る。
【図４】実施例１の光学的構成を示すための図である。
【図５】実施例２の光学的構成を示すための図である。
【図６】実施例３の光学的構成を示すための図である。
【図７】実施例４の光学的構成を示すための図である。
【図８】実施例５の光学的構成を示すための図である。
【図９】実施例６の光学的構成を示すための図である。
【図１０】実施例７の光学的構成を示すための図であ
る。
【図１１】実施例８の光学的構成を示すための図であ
る。
【図１２】実施例９の光学的構成を示すための図であ
る。
【図１３】実施例１のｄ線における横収差を示す図であ
る。
【図１４】実施例２の図１３と同様の横収差を示す図で
ある。
【図１５】実施例３の図１３と同様の横収差を示す図で
ある。
【図１６】実施例４の図１３と同様の横収差を示す図で
ある。
【図１７】実施例５の図１３と同様の横収差を示す図で
ある。
【図１８】実施例６の図１３と同様の横収差を示す図で
ある。
【図１９】実施例７の図１３と同様の横収差を示す図で
ある。
【図２０】実施例８の図１３と同様の横収差を示す図で
ある。
【図２１】実施例９の図１３と同様の横収差を示す図で
ある。
【図２２】従来の顔面装着式視覚表示装置の構成を示す
平面図である。
【図２３】本出願人の提案に係る顔面装着式視覚表示装
置の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１…２次元画像表示素子 ２…リレー光学系の第１群 ３…リレー光学系の第２群 ４…接眼光学系 ５…観察者眼球位置 ６…観察者が正面を観察している時の視軸 ７…リレー光学系の偏心していない物点に対する像面 ８…接眼光学系の前側焦点面 ９…リレー光学系の中心軸 １１…観察者頭部 ２−１…リレー光学系の第１群の第１部分 ２−２…リレー光学系の第１群の第２部分

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２次元画像表示素子と、前記２次元画像
    表示素子によって表示された２次元画像を投影するリレ
    ー光学系と、観察者の眼球の前側方向に設けられ、前記
    ２次元画像を空中に拡大投影すると共に、投影された観
    察像を観察者の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、 前記リレー光学系が、前記２次元画像表示素子側から、
    少なくとも１枚の正レンズを含む正又は負の屈折力を有
    する第１レンズ群と、少なくとも１枚の負レンズを含む
    負の屈折力を有する第２レンズ群とから構成されている
    ことを特徴とする視覚表示装置。
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