JPH07318851A

JPH07318851A - 視覚表示装置

Info

Publication number: JPH07318851A
Application number: JP6115259A
Authority: JP
Inventors: Kokichi Kenno; 研野孝吉
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-05-27
Filing date: 1994-05-27
Publication date: 1995-12-08

Abstract

(57)【要約】【目的】偏光素子等を使用せずに、画像表示素子から
の直接光が眼に入射しないようにされ、広画角、周辺ま
でフラットで、フルカラーの画像を鮮明に観察できる小
型・軽量で安価な視覚表示装置。【構成】画像表示素子４と、その表示画像を投影して
観察者眼球に導く接眼光学系とからなり、接眼光学系を
第１及び第２の半透過面２、３で構成し、第２半透過面
３は観察者眼球側に凹面を向けた曲面で構成し、表示素
子４から出た光線は、第２半透過面３を透過し、第１半
透過面２によって反射され、さらに第２半透過面３によ
って反射され、第１半透過面２を透過し、観察者眼球に
入射するように構成され、表示素子４は、その中心を出
て接眼光学系によって形成される射出瞳位置１の略中心
に入射する主光線に対して傾けて配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、視覚表示装置に関し、
特に、観察者の頭部又は顔面に保持して使用するポータ
ブル型の頭部又は顔面装着式視覚表示装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、米国再発行特許第２７，３５６号
として、凹面鏡と平面鏡により物体面を遠方に投影する
接眼光学系が知られている。この配置は、画像表示素子
から観察者眼球までの光路を繰り返し反射させて、短く
することが可能となり、視覚表示装置の観察者頭部前方
への突出量を短くすることが可能となる。

【０００３】また、米国再発行特許第２７，３５６号の
ものでは、画像表示素子から射出した光線の内、２つの
半透過面を１回も反射しないで観察者眼球に到達する不
要な直接光は、遠方に拡大投影された観察したい観察光
に対して強いために、この直接光を遮断する手段が必要
となる。この従来例では、偏光素子を配置して解決して
いるが、偏光素子は高価であり、また、フルカラーの画
像を観察しようとした場合には、波長特性のよい偏光板
と波長板が必要になる。しかし、現在、広い波長幅に対
して満足できる性能の偏光板と波長板を入手することは
不可能である。

【０００４】さらに、コレステリック液晶を偏光素子と
して使用する米国特許第４，８５９，０３１号のものも
出願されているが、温度による性能の変化が大きく、安
定した性能を得ることが難しかった。また、同一出願人
による米国特許第４，１６３，５４２号では、半透過反
射面で反射する不要な像や反射を視野の外側に向けるた
めに、観察者眼球側に配置される第１の半透過反射平面
を観察者の観察方向である視軸に対して傾けて配置する
ことを示しているが、偏光素子を使用することは米国特
許第４，８５９，０３１号と同じである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術の上
記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、広画角に適し、周辺までフラットで、偏光素子等
の高価な素子を使用せず、かつ、フルカラーの観察画像
を鮮明に観察できる、小型・軽量で安価な視覚表示装置
を提供することである。

【０００６】

【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、画像を表示する画像表示手段と、
前記画像表示手段によって形成された画像を投影し、観
察者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、前記接眼光学系は少なくとも２つの半透過面を持
ち、前記の少なくとも２つの半透過面を観察者眼球側か
ら第１及び第２の半透過面とし、前記第２の半透過面は
観察者眼球側に凹面を向けた曲面で構成し、前記画像表
示手段から出た光線は、前記第２の半透過面を透過し、
前記第１の半透過面によって反射され、さらに、前記第
２の半透過面によって反射され、前記第１の半透過面を
透過し、観察者眼球に入射するように構成され、さら
に、前記画像表示手段は、前記画像表示手段の中心を出
て、前記接眼光学系によって形成される観察者眼球側の
射出瞳位置の略中心に入射する主光線に対して傾けて配
置されていることを特徴とするものである。

【０００７】この場合、画像表示手段を、観察者が観察
する投影画像の中心方向に向いている視軸に対しても傾
けて配置されていることが望ましい。より具体的には、
画像表示手段を、観察者が観察する投影画像の中心方向
に向いている視軸に対して、４５°以上傾けることが望
ましい。

【０００８】

【作用】以下、本発明において、上記構成をとる理由と
作用について説明する。以下、説明の都合上、接眼光学
系の射出瞳位置から物体面に向かう逆追跡で本発明を説
明する。本発明の主旨は、画像表示素子から直接観察者
眼球に入射する光線を光学系の偏心によって防ぐことで
ある。

【０００９】以下、本発明で重要な構成要素となる手段
について説明する。本発明のように２つの半透過面を用
いる場合、共心光学系にすると、本発明者による先の出
願の特願平５−２６４８２８号に述べているように、入
射瞳位置は２つの半透過面の曲率中心近傍に位置する。

【００１０】本発明においては、画像表示素子を、画像
表示素子の中心から射出し観察者の眼球の瞳位置中心に
到達する軸上主光線に対して傾けて、観察者前方に接眼
光学系によって拡大投影される観察画像の中に、画像表
示素子から半透過面を１回も反射しないで透過して来る
直接光が観察者の眼球に直接入射しないよう配置するこ
とが重要である。

【００１１】さらに、観察者の前方に観察画像を拡大投
影するために、上記の少なくとも２つの半透過面を、観
察者が観察する投影画像の中心方向となる視軸に対し
て、少なくとも第１の半透過面の画像表示素子側の面の
垂線を、画像表示素子に近づく方向に回転させて偏心配
置することが重要となる。つまり、少なくとも１つの半
透過面を傾けることによって、２つの半透過面で１回ず
つ反射した光線のみを観察者眼球に導くようにして、観
察画像のみを観察者の前方に拡大投影するものである。

【００１２】前述のように、画像表示素子を射出して半
透過面で１回も反射せずに観察者の眼球に入射する光線
をなくすためには、画像表示素子を傾けて配置し、画像
表示素子から射出する光線を観察者の眼球位置からずら
した方向にのみ射出するようにすることが必要となる。
つまり、画像表示素子から半透過面を１回も反射しない
で観察者眼球に到達する直接光を前方に投影された観察
画像の中に重なって観察され、邪魔にならないように配
置することが重要である。

【００１３】さらに、好ましくは、画像表示素子の表示
面を視軸に対しても傾けることによって、画像表示素子
を出て半透過面を１回も反射しないで観察者眼球に入射
する直接光を、観察画角の外に出すことがより容易にで
きる。

【００１４】さらに、好ましくは、画像表示素子の表示
面を視軸に対して４５°以上傾けることによって、画像
表示素子を出て半透過面を１回も反射しないで観察者眼
球に入射する直接光を、観察瞳位置から大きく外に出す
ことができる。

【００１５】さらに、好ましくは、２つの半透過面の両
方共、視軸に対して傾けることによって、偏心して配置
された少なくとも第２の半透過凹面鏡で発生するコマ収
差と非点隔差を少なくすることができる。

【００１６】さらに、好ましくは、２つの半透過面の両
方共、観察者眼球側に凹面を向けた凹面で構成すること
が望ましい。２つの半透過面を観察者眼球側に凹面を向
けるようにすることによって、接眼光学系で発生するペ
ッツバール和の補正を十分に行うことが可能となる。こ
の詳細は、本出願人による特願平５−２６４８２８号に
述べてある。

【００１７】次に、半透過面の傾きについて説明する。
一般的に、レンズの屈折面で光線を屈曲させると、原理
的に色収差が発生する。これは、プリズムにスリットを
通過した光線を入射させると、７色の虹として観察され
る現象と同じである。これは、プリズムを構成している
硝子の分散によるものである。この現象は、どのような
硝子又はプラスティック等の透明媒体に対しても起こる
現象である。

【００１８】本発明の接眼光学系では、視軸に対する画
像表示素子の傾け角が大きくなるために、上記媒体によ
る分散が収差として大きく発生してしまい、観察画像の
コントラストを低下させたり、解像力を極端に低下させ
てしまう。そのため、本発明で光線の屈曲手段として、
少なくとも２つの反射面を接眼光学系に取り入れること
によって、このような問題点を解決している。これは、
反射面では、原理的に波長による分散が起きないからで
ある。

【００１９】さらに、前述のように、反射面を曲面で構
成する場合には、曲面に斜めに光線が入射すると、回転
対称ではない収差が発生する。この回転対称ではない収
差の発生を極力少なくするために、少なくとも２つの半
透過面で反射する時の光線の傾きを少なくするために、
２つの半透過面が視軸に対して傾いて配置することが好
ましい。

【００２０】さらに、前記の少なくとも２つの半透過面
は、視軸上を逆に進む光線に対して、画像表示素子が位
置する方向、すなわち、逆に進む光線が曲がる方向に、
「Ｖ」字型に広がる形態の配置にすることによって、各
半透過面で反射する時に光線の屈曲力を分散して配置で
きるので、視軸に対して回転対称ではない収差の発生を
少なくすることが可能となり、画像周辺までクリアーな
解像力の良い観察画像を観察することができる。

【００２１】また、画像表示素子の傾け角と第１の半透
過面の傾け角について述べる。第１の半透過面の傾け角
θ₁と、画像表示素子の視軸に対する傾け型θ_iの関係
（図１参照）は、０．１＜θ₁／θ_i＜０．９・・・なる条件を満足するように配置することが重要となる。

【００２２】上記条件式の下限の０．１を越えると、
第２の半透過面に対する光線の屈曲作用の負担が多くな
り、第２の半透過面が凹面で構成されているために、視
軸に対して回転対称ではない収差が発生し、他の面で補
正することが難しくなる。また、上限の０．９を越える
と、第１の半透過面の光線の屈曲力が大きくなりすぎ、
やはり視軸に対して回転対称ではない収差の発生が他の
面で補正できなくなる。

【００２３】さらに、好ましくは、第１の半透過面の傾
け角θ₁と、画像表示素子の視軸に対する傾け角θ_iの
関係は、０．２＜θ₁／θ_i＜０．７・・・なる条件を満足するように配置することが望ましい。

【００２４】本条件式は、特に、観察画角が２０°を
越える時に、観察画像周辺まで解像力の必要なクリアー
な観察像を得たい時に必要となる。上限と下限について
は、条件式と同様である。

【００２５】さらに、３０°以上の広画角の画面や、高
い解像力が必要となる場合には、０．３＜θ₁／θ_i＜０．６・・・なる条件式を満足すると、さらに良い結果を得られ
る。

【００２６】さらに、好ましくは、少なくとも２つの半
透過面が反射面として作用する側をプラスティック材
料、硝子材料等の屈折率が１．３以上の透明物質の中に
配置することが好ましい。つまり、半透過反射面を裏面
鏡として使用することが収差補正上重要である。特に、
半透過面の間の物質の屈折率を大きくすると、コマ収差
の発生を少なくでき、画角を広くとることが可能とな
る。

【００２７】さらに、好ましくは、半透過曲面を光軸か
ら離れるに従って曲率の緩くなる（曲率半径が大きくな
る）ような非球面にすることによって、瞳径を大きくし
ても球面収差の発生を補正することが可能となり、観察
者の眼球の配置誤差があっても、全画角ケラレのない画
像を観察することが可能となる。

【００２８】なお、本発明の視覚表示装置は、観察者の
眼球との相対的位置を決める手段を備えることで、さら
に観察ししやすくなる。これは、装置側の光学系の射出
瞳位置が広いと言っても限界があり、ＴＶ画面のよう
に、どの方向から観察しても観察できるものではないか
らである。また、本発明の視覚表示装置は、観察者の頭
部又は顔面に対して支持する手段を設けることが望まし
い。

【００２９】

【実施例】以下、図面を参照にして本発明の視覚表示装
置のいくつかの実施例について説明する。実施例１図１の光路図を参照にして用いて実施例１を説明する。
この図は、右目用の光学系であり、左目用のものを同様
に構成される。図中、１は絞り位置（射出瞳位置）、２
は第１の半透過鏡、３は第２の半透過鏡、４は像面（実
際は、ＬＣＤ等の画像表示素子）である。逆追跡で、絞
り位置１から出た光は、第１の半透過鏡２を透過し、第
２の半透過鏡３によって反射され、さらに、第１の半透
過鏡２によって反射され、第２の半透過鏡３を透過し、
像面４に至る。

【００３０】この実施例は、絞り位置１側から４枚のレ
ンズＬ₁〜Ｌ₄を貼り合わせてなるもので、第１のレン
ズＬ₁と第２のレンズＬ₂の接合面に第１の半透過鏡２
を、第３のレンズＬ₃と第４のレンズＬ₄の接合面に第
２の半透過鏡３を設けている。この実施例の数値データ
は後記するが、その焦点距離Ｆ＝４０ｍｍである。その
データの全体を係数倍して、所望の焦点距離にして使用
することが可能である。

【００３１】なお、数値データ中、ｎｄはレンズの屈折
率、νｄはそのアッペ数である（以下同様）。各面の偏
心については、各面の傾き角Ａは、図１のように絞り位
置１中心を通る視軸（Ｚ軸）に対して面の中心軸がなす
角度で与えてあり、また、像面４中心のディセンタリン
グＹは、絞り位置１中心を通る視軸（Ｚ軸）から垂直方
向（Ｙ軸方向）のシフト量で与えてある。また、各面の
面間隔は、偏心前の視軸に沿った面間隔としてある。本
実施例の画角は３０°（Ｙ−Ｚ面内）で、焦点距離はＦ
＝４０ｍｍ、Ｆナンバーは４．００である。

【００３２】この実施例の横収差図を図１２に示す。な
お、この光学系を観察者の右目に装着した状態とその場
合の座標系を図２に、また、図１２の収差図の表示画角
と座標系を図３に示す（収差図の表示画角と座標系につ
いては、以下同様）。

【００３３】実施例２図４に実施例２の光路図を示す。この実施例は、基本的
に実施例１と同じである。本実施例の画角は４０°（Ｙ
−Ｚ面内）で、焦点距離はＦ＝４０ｍｍ、Ｆナンバーは
６．６７である。この実施例の数値データは後記する
が、その横収差図を図１３に示す。

【００３４】実施例３図５に実施例３の光路図を示す。本実施例は、基本的に
実施例１と同じである。本実施例の画角は４０°（Ｙ−
Ｚ面内）で、焦点距離はＦ＝４０ｍｍ、Ｆナンバー５．
００である。この実施例の数値データは後記するが、そ
の横収差図を図１４に示す。

【００３５】実施例４図６に実施例４の光路図を示す。この図は、右目用の光
学系であり、左目用のものを同様に構成される。図中、
１は絞り位置（射出瞳位置）、２は第１の半透過鏡、３
は第２の半透過鏡、４は像面（実際は、ＬＣＤ等の画像
表示素子）である。逆追跡で、絞り位置１から出た光
は、第１の半透過鏡２を透過し、第２の半透過鏡３によ
って反射され、さらに、第１の半透過鏡２によって反射
され、第２の半透過鏡３を透過し、像面４に至る。

【００３６】この実施例は、絞り位置１側から２枚のレ
ンズＬ₁、Ｌ₂を貼り合わせてなるもので、第１のレン
ズＬ₁の絞り位置１側の面に第１の半透過鏡２を、第２
のレンズＬ₂の像面４側の面に第２の半透過鏡３を設け
ている。

【００３７】本実施例の画角は３０°（Ｙ−Ｚ面内）
で、焦点距離はＦ＝４０ｍｍ、Ｆナンバー５．００であ
る。この実施例の数値データは後記するが、その横収差
図を図１５に示す。

【００３８】実施例５図７に実施例５の光路図を示す。この図は、右目用の光
学系であり、左目用のものを同様に構成される。図中、
１は絞り位置（射出瞳位置）、２は第１の半透過鏡、３
は第２の半透過鏡、４は像面（実際は、ＬＣＤ等の画像
表示素子）である。逆追跡で、絞り位置１から出た光
は、第１の半透過鏡２を透過し、第２の半透過鏡３によ
って反射され、さらに、第１の半透過鏡２によって反射
され、第２の半透過鏡３を透過し、像面４に至る。

【００３９】この実施例は、絞り位置１側から３枚のレ
ンズＬ₁〜Ｌ₃を貼り合わせてなるもので、第１のレン
ズＬ₁の絞り位置１側の面に第１の半透過鏡２を、第２
のレンズＬ₂と第３のレンズＬ₃の接合面に第２の半透
過鏡３を設けている。

【００４０】本実施例の画角は３０°（Ｙ−Ｚ面内）
で、焦点距離はＦ＝４０ｍｍ、Ｆナンバー５．００であ
る。この実施例の数値データは後記するが、その横収差
図を図１６に示す。

【００４１】実施例６図８に実施例６の光路図を示す。この図は、右目用の光
学系であり、左目用のものを同様に構成される。図中、
１は絞り位置（射出瞳位置）、２は第１の半透過鏡、３
は第２の半透過鏡、４は像面（実際は、ＬＣＤ等の画像
表示素子）である。逆追跡で、絞り位置１から出た光
は、第１の半透過鏡２を透過し、第２の半透過鏡３によ
って反射され、さらに、第１の半透過鏡２によって反射
され、第２の半透過鏡３を透過し、像面４に至る。

【００４２】この実施例は、絞り位置１側から３枚のレ
ンズＬ₁〜Ｌ₃を貼り合わせてなるもので、第１のレン
ズＬ₁と第２のレンズＬ₂の接合面に第１の半透過鏡２
を、第３のレンズＬ₃の像面４側の面に第２の半透過鏡
３を設けている。

【００４３】本実施例の画角は３０°（Ｙ−Ｚ面内）
で、焦点距離はＦ＝４０ｍｍ、Ｆナンバー５．００であ
る。この実施例の数値データは後記するが、その横収差
図を図１７に示す。

【００４４】実施例７図９に実施例７の光路図を示す。本実施例は、実施例５
の接眼光学系１０、１０′を観察者の右眼と左眼用に２
組用い、画像表示素子１４の表裏に反射型のＬＣＤを設
け、それぞれに右眼用と左眼用の画像を提示し、共通の
光源１５からの発散光をミラー１６、１６′で相互に交
差する２方向の光束に変換し、画像表示素子１４を両面
から照明して、それぞれ右眼用の接眼光学系１０の表
示、左眼用の接眼光学系１０′の表示のための照明をし
ている。本実施例の特徴は、左右両眼で観察でき、共通
の画像表示素子面を有することである。このため、視覚
表示装置が小型に構成できる。

【００４５】実施例８図１０に実施例８の光路図を示す。本実施例は、実施例
５の接眼光学系１０、１０′を観察者の右眼と左眼用に
２組用い、１つの画像表示素子２４を２組の接眼光学系
１０、１０′に共通に使用している。そして、左右の眼
に視差のある画像を提示して、立体視を行う場合の実施
例である（もちろん、視差のない画像を提示して、立体
感のない通常の表示も可能である。）。図１０のよう
に、画像表示素子１４を照明する光源を左右眼別々に２
個１５′、１５用い、右眼には左の光源１５から出た光
線を照明ミラー１６により反射させて右眼用接眼光学系
１０に導き、また、左眼には、右の光源１５′から出た
光線を同様に照明ミラー１６によって左眼用接眼光学系
１０′に導く。さらに、左右の照明の点滅に合わせて、
画像表示素子１４に表示する画像を右眼用画像と左眼用
画像を交互に表示することによって立体視が可能とな
る。本実施例の特徴は、左右両眼で観察でき、かつ、高
価な画像表示素子を１つしか使用していないことであ
る。このため、視覚表示装置が安価に提供できる。

【００４６】なお、本発明の何れの実施例の視覚表示装
置も頭部接着式視覚表示装置に用いることができ、この
場合、図１１に示すように、左右の眼用の接眼光学系を
視覚表示装置本体ＨＭＤに設け、この本体ＨＭＤがゴム
のバンドやベルト、金属又はプラスチック製のアーム等
の支持部材Ｓによって観察者Ｍの頭部に保持される。

【００４７】以下、上記した実施例１〜６の逆追跡の数
値データを示す。実施例１面番号曲率半径面間隔ｎｄ νｄ 1 （瞳位置） 20.762 2 156.2166 18.778 1.6238 36.7 Ａ-21.772 ° 3 -90.6659 8.826 1.8035 35.8 Ａ 40.117 ° 4 79.9707 5.676 1.7740 42.3 Ａ 6.483 ° 5（反射面） -75.8013 -5.676 1.7740 42.3 Ａ 10.916 ° 6 79.9707 -8.826 1.7740 42.3 Ａ 6.483 ° 7（反射面） -90.6659 8.826 1.8035 35.8 Ａ 40.117 ° 8 79.9707 5.676 1.7740 42.3 Ａ 6.483 ° 9 -75.8013 8.110 1.8052 25.4 Ａ 10.916 ° 10 -87.3677 5.363 Ａ 28.706 ° 11 （像面）Ａ 90.000 ° Ｙ 27.814 θ₁/ θ_i＝０．４４５７。

【００４８】実施例２面番号曲率半径面間隔ｎｄ νｄ 1 （瞳位置） 14.683 2 253.7238 21.016 1.5866 42.2 Ａ-36.795 ° 3 -81.4263 9.000 1.8033 36.3 Ａ 36.492 ° 4 117.5685 7.415 1.7699 43.1 Ａ 3.909 ° 5（反射面） -72.5103 -7.415 1.7699 43.1 Ａ 8.735 ° 6 117.5685 -9.000 1.8033 36.3 Ａ 3.909 ° 7（反射面） -81.4263 9.000 1.8033 36.3 Ａ 36.492 ° 8 117.5685 7.415 1.8033 36.3 Ａ 3.909 ° 9 -72.5103 6.158 1.8052 25.4 Ａ 8.735 ° 10 -80.0649 12.830 Ａ 24.689 ° 11 （像面）Ａ 90.000 ° Ｙ 24.355 θ₁/ θ_i＝０．４０５５。

【００４９】実施例３面番号曲率半径面間隔ｎｄ νｄ 1 （瞳位置） 16.193 2 159.8594 20.366 1.6022 39.6 Ａ-23.379 ° 3 -92.6782 8.500 1.8031 36.9 Ａ 42.459 ° 4 90.1973 8.377 1.7664 44.2 Ａ 11.167 ° 5（反射面） -77.5454 -8.377 1.7664 44.2 Ａ 13.504 ° 6 90.1973 -8.500 1.8031 36.9 Ａ 11.167 ° 7（反射面） -92.6782 8.500 1.8031 36.9 Ａ 42.459 ° 8 90.1973 8.377 1.7664 44.2 Ａ 11.167 ° 9 -77.5454 7.623 1.8052 25.4 Ａ 13.504 ° 10 -86.3826 7.823 Ａ 29.275 ° 11 （像面）Ａ 90.000 ° Ｙ 26.056 θ₁/ θ_i＝０．４７１８。

【００５０】実施例４面番号曲率半径面間隔ｎｄ νｄ 1 （瞳位置） 27.475 2 -47.2538 4.386 1.6953 30.4 Ａ 39.878 ° 3 -56.7531 8.991 1.5732 61.8 Ａ 46.089 ° 4（反射面） -47.9929 -8.991 1.5732 61.8 Ａ 18.800 ° 5 -56.7531 -4.386 1.6953 30.4 Ａ 46.089 ° 6（反射面） -47.2538 4.386 1.6953 30.4 Ａ 39.878 ° 7 -56.7531 8.991 1.5732 61.8 Ａ 46.089 ° 8 -47.9929 19.932 Ａ 18.800 ° 9 （像面）Ａ 90.000 ° Ｙ 28.116 θ₁/ θ_i＝０．５１２１。

【００５１】実施例５面番号曲率半径面間隔ｎｄ νｄ 1 （瞳位置） 21.768 2 -71.6399 3.630 1.8052 25.4 Ａ 41.582 ° 3 -82.1256 8.500 1.5966 61.1 Ａ 45.769 ° 4（反射面） -56.4391 -8.500 1.5966 61.1 Ａ 18.960 ° 5 -82.1256 -3.630 1.8052 25.4 Ａ 45.769 ° 6（反射面） -71.6399 3.630 1.8052 25.4 Ａ 41.582 ° 7 -82.1256 8.500 1.5966 61.1 Ａ 45.769 ° 8 -56.4391 4.200 1.6027 39.5 Ａ 18.960 ° 9 -70.4193 8.890 Ａ 22.722 ° 10 （像面）Ａ 90.000 ° Ｙ 32.574 θ₁/ θ_i＝０．５０８６。

【００５２】実施例６面番号曲率半径面間隔ｎｄ νｄ 1 （瞳位置） 20.000 2 -561.5386 10.000 1.5160 64.0 Ａ 44.390 ° 3 -34.0012 8.500 1.8090 26.2 Ａ 41.803 ° 4 -45.1967 8.500 1.7936 47.3 Ａ 50.061 ° 5（反射面） -50.5985 -8.500 1.7936 47.3 Ａ 17.803 ° 6 -45.1967 -8.500 1.8090 26.2 Ａ 50.061 ° 7（反射面） -34.0012 8.500 1.8090 26.2 Ａ 41.803 ° 8 -45.1967 8.500 1.7936 47.3 Ａ 50.061 ° 9 -50.5985 5.006 Ａ 17.803 ° 10 （像面）Ａ 90.000 ° Ｙ 27.971 θ₁/ θ_i＝０．４６４５。

【００５３】以下、上記の本発明の視覚表示装置は次の
ように構成することができる。（１）画像を表示する画像表示手段と、前記画像表示手
段によって形成された画像を投影し、観察者眼球に導く
接眼光学系とからなる視覚表示装置において、前記接眼
光学系は少なくとも２つの半透過面を持ち、前記の少な
くとも２つの半透過面を観察者眼球側から第１及び第２
の半透過面とし、前記第２の半透過面は観察者眼球側に
凹面を向けた曲面で構成し、前記画像表示手段から出た
光線は、前記第２の半透過面を透過し、前記第１の半透
過面によって反射され、さらに、前記第２の半透過面に
よって反射され、前記第１の半透過面を透過し、観察者
眼球に入射するように構成され、さらに、前記画像表示
手段は、前記画像表示手段の中心を出て、前記接眼光学
系によって形成される観察者眼球側の射出瞳位置の略中
心に入射する主光線に対して傾けて配置されていること
を特徴とする視覚表示装置。

【００５４】（２）前記画像表示手段を、観察者が観察
する投影画像の中心方向に向いている視軸に対しても傾
けて配置されていることを特徴とする上記（１）記載の
視覚表示装置。

【００５５】（３）前記画像表示手段を、観察者が観察
する投影画像の中心方向に向いている視軸に対して、４
５°以上傾けたことを特徴とする上記（２）記載の視覚
表示装置。

【００５６】（４）前記接眼光学系の少なくとも２つの
半透過面は、両方共、観察者眼球側に凹面を向けた曲面
で構成されていることを特徴とする上記（１）記載の視
覚表示装置。

【００５７】（５）前記接眼光学系の少なくとも２つの
半透過面は、視軸に対して２つとも偏心して配置されて
いることを特徴とする上記（４）記載の視覚表示装置。

【００５８】（６）前記画像表示手段は、視軸から外れ
ており、前記接眼光学系の少なくとも２つの半透過面
は、視軸を基準に前記画像表示手段の外れる方向にその
面間隔が広がるように偏心していることを特徴とする上
記（５）記載の視覚表示装置。

【００５９】（７）前記第１の半透過面の視軸に対する
傾け角θ₁と前記画像表示素子の視軸に対する傾け角θ
_iは、０．１＜θ₁／θ_i＜０．９・・・なる条件式を満足することを特徴とする上記（３）記載
の視覚表示装置。

【００６０】（８）前記第１の半透過面の視軸に対する
傾け角θ₁と前記画像表示素子の視軸に対する傾け角θ
_iは、０．２＜θ₁／θ_i＜０．７・・・なる条件式を満足することを特徴とする上記（３）記載
の視覚表示装置。

【００６１】（９）前記第１の半透過面の視軸に対する
傾け角θ₁と前記画像表示素子の視軸に対する傾け角θ
_iは、０．３＜θ₁／θ_i＜０．６・・・なる条件式を満足することを特徴とする上記（３）記載
の視覚表示装置。

【００６２】（１０）前記画像表示素子と接眼光学系を
観察者頭部に対して位置決めする位置決め手段を有する
ことを特徴とする上記（６）から（９）記載の視覚表示
装置。

【００６３】（１１）前記画像表示素子と接眼光学系を
観察者頭部に対して支持する支持手段を有し、観察者頭
部に装着できるようにしたことを特徴とする上記（１
０）記載の視覚表示装置。

【００６４】（１２）前記画像表示装置を少なくとも２
組を一定の間隔で支持する支持手段を有することを特徴
とする上記（１１）記載の視覚表示装置。

【００６５】

【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、広い提示画角で、周辺の画角まで鮮明に観察
できる頭部又は顔面装着式映像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実施例１の接眼光学系
の光路図である。

【図２】実施例１の光学系を観察者の右目に装着した状
態とその場合の座標系を示す図である。

【図３】収差図の表示画角と座標系を示す図である。

【図４】実施例２の接眼光学系の光路図である。

【図５】実施例３の接眼光学系の光路図である。

【図６】実施例４の接眼光学系の光路図である。

【図７】実施例５の接眼光学系の光路図である。

【図８】実施例６の接眼光学系の光路図である。

【図９】実施例７の光学系の光路図である。

【図１０】実施例８の光学系の光路図である。

【図１１】本発明を頭部接着式視覚表示装置に構成する
場合の支持部材を示す斜視図である。

【図１２】実施例１の横収差図である。

【図１３】実施例２の横収差図である。

【図１４】実施例３の横収差図である。

【図１５】実施例４の横収差図である。

【図１６】実施例５の横収差図である。

【図１７】実施例６の横収差図である。

【符号の説明】

１…絞り位置（射出瞳位置）２…第１の半透過鏡３…第２の半透過鏡４…像面（画像表示素子）１０、１０′…接眼光学系１４…画像表示素子１５、１５′…光源１６、１６′…ミラー２４…画像表示素子Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、Ｌ₄…レンズＨＭＤ…視覚表示装置本体Ｓ…支持部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像を表示する画像表示手段と、前記画
像表示手段によって形成された画像を投影し、観察者眼
球に導く接眼光学系とからなる視覚表示装置において、前記接眼光学系は少なくとも２つの半透過面を持ち、前
記の少なくとも２つの半透過面を観察者眼球側から第１
及び第２の半透過面とし、前記第２の半透過面は観察者
眼球側に凹面を向けた曲面で構成し、前記画像表示手段
から出た光線は、前記第２の半透過面を透過し、前記第
１の半透過面によって反射され、さらに、前記第２の半
透過面によって反射され、前記第１の半透過面を透過
し、観察者眼球に入射するように構成され、さらに、前記画像表示手段は、前記画像表示手段の中心
を出て、前記接眼光学系によって形成される観察者眼球
側の射出瞳位置の略中心に入射する主光線に対して傾け
て配置されていることを特徴とする視覚表示装置。
【請求項２】前記画像表示手段を、観察者が観察する
投影画像の中心方向に向いている視軸に対しても傾けて
配置されていることを特徴とする請求項１記載の視覚表
示装置。
【請求項３】前記画像表示手段を、観察者が観察する
投影画像の中心方向に向いている視軸に対して、４５°
以上傾けたことを特徴とする請求項２記載の視覚表示装
置。