JPH08313844A - 画像表示装置 - Google Patents
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- JPH08313844A JPH08313844A JP13986795A JP13986795A JPH08313844A JP H08313844 A JPH08313844 A JP H08313844A JP 13986795 A JP13986795 A JP 13986795A JP 13986795 A JP13986795 A JP 13986795A JP H08313844 A JPH08313844 A JP H08313844A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 観察者が好みの虚像サイズに設定でき、しか
もその際一々視度を再調整しなくても良い、操作性の良
い手頃な大きさの画像表示装置を得ること。 【構成】 画像表示手段に表示する画像を複数の光学素
子より成るリレー光学系により中間結像面に空中像とし
て結像し、該空中像を接眼光学系により虚像として形成
し、該虚像を観察する画像表示装置において、該複数の
光学素子のうち、少なくとも１つの光学素子を光学素子
交換手段によって該リレー光学系の光路外にある他の光
学素子と交換し、該光学素子交換手段の交換動作に連動
して画像移動手段により該画像表示手段を該リレー光学
系の光軸に沿って移動させ、該中間結像面の位置に空中
像を形成して該虚像の大きさを変える。
もその際一々視度を再調整しなくても良い、操作性の良
い手頃な大きさの画像表示装置を得ること。 【構成】 画像表示手段に表示する画像を複数の光学素
子より成るリレー光学系により中間結像面に空中像とし
て結像し、該空中像を接眼光学系により虚像として形成
し、該虚像を観察する画像表示装置において、該複数の
光学素子のうち、少なくとも１つの光学素子を光学素子
交換手段によって該リレー光学系の光路外にある他の光
学素子と交換し、該光学素子交換手段の交換動作に連動
して画像移動手段により該画像表示手段を該リレー光学
系の光軸に沿って移動させ、該中間結像面の位置に空中
像を形成して該虚像の大きさを変える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は画像表示装置に関し、特
に観察者の眼部近傍に配置し、画像表示手段の画像を拡
大した虚像として観察者に観察させる際に、該虚像の大
きさ（観察画角）、又は該虚像のアスペクト比を変化さ
せるのに好適なものである。
に観察者の眼部近傍に配置し、画像表示手段の画像を拡
大した虚像として観察者に観察させる際に、該虚像の大
きさ（観察画角）、又は該虚像のアスペクト比を変化さ
せるのに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、観察者の眼部近傍に配置される画
像表示装置として、ヘルメットと一体になったヘルメッ
ト・マウンテッド・ディスプレイが、またより小型軽量
なものとしては頭部に支持部材を装着するヘッド・マウ
ンテッド・ディスプレイがある。これらは、いずれもCR
T ，LCD 等の画像表示装置に表示された画像を観察光学
系を介して観察者の前方に虚像として拡大表示してい
る。
像表示装置として、ヘルメットと一体になったヘルメッ
ト・マウンテッド・ディスプレイが、またより小型軽量
なものとしては頭部に支持部材を装着するヘッド・マウ
ンテッド・ディスプレイがある。これらは、いずれもCR
T ，LCD 等の画像表示装置に表示された画像を観察光学
系を介して観察者の前方に虚像として拡大表示してい
る。
【０００３】従来のこのような画像表示装置のタイプと
して観察光学系中の接眼光学系（接眼系）として屈折光
学系を用いるものと反射光学系を用いるものがある。
して観察光学系中の接眼光学系（接眼系）として屈折光
学系を用いるものと反射光学系を用いるものがある。
【０００４】屈折光学系を用いるものとしてはビデオカ
メラ等に用いられている接眼レンズを用いるエレクトリ
ック・ビュー・ファインダーの光学系がある。
メラ等に用いられている接眼レンズを用いるエレクトリ
ック・ビュー・ファインダーの光学系がある。
【０００５】また、反射光学系を用いる画像表示装置の
タイプとしては、更に観察光学系が共軸系のものと偏心
系のものがある。
タイプとしては、更に観察光学系が共軸系のものと偏心
系のものがある。
【０００６】観察光学系が共軸系であるものは例えば特
開平3-39924 号公報、米国特許5,151,722 号明細書に開
示されている。
開平3-39924 号公報、米国特許5,151,722 号明細書に開
示されている。
【０００７】観察光学系が偏心系であるものとして、米
国特許4,854,688 号明細書には接眼系を観察者の視軸に
対して傾けた偏心球面反射面とした光学系が開示されて
いる。
国特許4,854,688 号明細書には接眼系を観察者の視軸に
対して傾けた偏心球面反射面とした光学系が開示されて
いる。
【０００８】また、米国特許3,787,109 号明細書、米国
特許4,026,641 号明細書、米国特許3,816,005 号明細書
には順に接眼系を回転放物面、トーリック面、回転楕円
面形状の偏心反射面とした光学系が開示されている。
特許4,026,641 号明細書、米国特許3,816,005 号明細書
には順に接眼系を回転放物面、トーリック面、回転楕円
面形状の偏心反射面とした光学系が開示されている。
【０００９】また米国特許3,923,370 号明細書には接眼
系とリレー系に各々回転放物面形状の偏心反射面を有す
る光学系が開示されている。
系とリレー系に各々回転放物面形状の偏心反射面を有す
る光学系が開示されている。
【００１０】また、米国特許4,761,056 号明細書、特開
平2-297516号公報では上記米国特許3,923,370 号明細書
の２枚の回転放物面の間を複数の反射面で光束を折り返
した光学系が開示されている。
平2-297516号公報では上記米国特許3,923,370 号明細書
の２枚の回転放物面の間を複数の反射面で光束を折り返
した光学系が開示されている。
【００１１】また、視野角可変な構成として特開平6-38
144 号公報には接眼系が偏心反射面である光学系におい
て接眼光学系あるいはリレー光学系を交換して光学系の
倍率を変える構成が開示されている。
144 号公報には接眼系が偏心反射面である光学系におい
て接眼光学系あるいはリレー光学系を交換して光学系の
倍率を変える構成が開示されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】このような画像表示装
置においては観察者が観察する画像の大きさは観察者自
身が選択できることが好ましい。例えば映画、スポーツ
番組等は大画面で観察することにより臨場感を体感でき
るが、ニュース、教育番組等で表示される文字はあまり
大画面とすると眼球移動量が大きくなり、読みづらい事
がある。また、同じ画像でも観察者により好みの画像サ
イズは必ずしも同じではない。よって、観察者が好みの
虚像サイズに設定できれば、効果的に臨場感をできる画
像表示装置とすることができる。
置においては観察者が観察する画像の大きさは観察者自
身が選択できることが好ましい。例えば映画、スポーツ
番組等は大画面で観察することにより臨場感を体感でき
るが、ニュース、教育番組等で表示される文字はあまり
大画面とすると眼球移動量が大きくなり、読みづらい事
がある。また、同じ画像でも観察者により好みの画像サ
イズは必ずしも同じではない。よって、観察者が好みの
虚像サイズに設定できれば、効果的に臨場感をできる画
像表示装置とすることができる。
【００１３】先に挙げた特開平3-39924 号公報、米国特
許5,151,722 号明細書、米国特許4,854,688 号明細書、
米国特許3,787,109 号明細書、米国特許4,026,641 号明
細書、米国特許3,816,005 号明細書、米国特許3,923,37
0 号明細書、米国特許4,761,056 号明細書、特開平2-29
7516号公報に開示されている光学系では観察者が観察す
る虚像のサイズは一定であった。すなわち、画像表示サ
イズ、リレー系の横倍率、接眼系の焦点距離が固定であ
るため視野角はこれらで決まる値となっていた。
許5,151,722 号明細書、米国特許4,854,688 号明細書、
米国特許3,787,109 号明細書、米国特許4,026,641 号明
細書、米国特許3,816,005 号明細書、米国特許3,923,37
0 号明細書、米国特許4,761,056 号明細書、特開平2-29
7516号公報に開示されている光学系では観察者が観察す
る虚像のサイズは一定であった。すなわち、画像表示サ
イズ、リレー系の横倍率、接眼系の焦点距離が固定であ
るため視野角はこれらで決まる値となっていた。
【００１４】特開平6-38144 号公報ではリレー系全体を
交換して横倍率を変える、あるいは接眼系全体を交換し
て焦点距離を変えることにより全系の倍率を変化してい
る。しかしこの構成では接眼系あるいはリレー系全体を
複数有するため装置全体が大型化するという課題を有し
ている。
交換して横倍率を変える、あるいは接眼系全体を交換し
て焦点距離を変えることにより全系の倍率を変化してい
る。しかしこの構成では接眼系あるいはリレー系全体を
複数有するため装置全体が大型化するという課題を有し
ている。
【００１５】本発明の目的は、画像表示手段に表示した
画像の虚像をリレー光学系と接眼光学系を有する観察光
学系で観察する際、観察者が好みの虚像の大きさ（観察
画角）に設定でき、しかもその際一々観察光学系の視度
を再調整しなくても良い、操作性の良い小型の画像表示
装置の提供である。
画像の虚像をリレー光学系と接眼光学系を有する観察光
学系で観察する際、観察者が好みの虚像の大きさ（観察
画角）に設定でき、しかもその際一々観察光学系の視度
を再調整しなくても良い、操作性の良い小型の画像表示
装置の提供である。
【００１６】特に、 （１−１） 簡単な構成で画角を可変として観察者の好
みの大きさで虚像を観察できる。 （１−２） 観察画角が変化しても虚像の視度が変わら
ず操作性が良い。 （１−３） 不要の光束を遮光し、有効光束のみを観察
者の瞳に導き高コントラストの画像を表示する。 （１−４） 虚像のアスペクト比を変化させワイド画像
等を観察できる。 （１−５） 広画角で軽量な構成でありながら観察画角
を変化できる。 （１−６） 偏心光学系の場合、全体として偏心収差を
低減して、良好な画質でありながら観察画角を変化でき
る。等の少なくとも１つの特徴を有する画像表示装置の
提供を目的とする。
みの大きさで虚像を観察できる。 （１−２） 観察画角が変化しても虚像の視度が変わら
ず操作性が良い。 （１−３） 不要の光束を遮光し、有効光束のみを観察
者の瞳に導き高コントラストの画像を表示する。 （１−４） 虚像のアスペクト比を変化させワイド画像
等を観察できる。 （１−５） 広画角で軽量な構成でありながら観察画角
を変化できる。 （１−６） 偏心光学系の場合、全体として偏心収差を
低減して、良好な画質でありながら観察画角を変化でき
る。等の少なくとも１つの特徴を有する画像表示装置の
提供を目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の画像表示装置
は、 （２−１） 画像表示手段に表示する画像を複数の光学
素子より成るリレー光学系により中間結像面に空中像と
して結像し、該空中像を接眼光学系により虚像として形
成し、該虚像を観察する画像表示装置において、該複数
の光学素子のうち、少なくとも１つの光学素子を光学素
子交換手段によって該リレー光学系の光路外にある他の
光学素子と交換して該中間結像面の位置に空中像を形成
して該虚像の大きさを変える。 （２−２） 画像表示手段に表示する画像を複数の光学
素子より成るリレー光学系により中間結像面に空中像と
して結像し、該空中像を接眼光学系により虚像として形
成し、該虚像を観察する画像表示装置において、該複数
の光学素子のうち、少なくとも１つの光学素子を光学素
子交換手段によって該リレー光学系の光路外にある他の
光学素子と交換し、該光学素子交換手段の交換動作に連
動して画像移動手段により該画像表示手段を該リレー光
学系の光軸に沿って移動させ、該中間結像面の位置に空
中像を形成して該虚像の大きさを変える。こと等を特徴
としている。
は、 （２−１） 画像表示手段に表示する画像を複数の光学
素子より成るリレー光学系により中間結像面に空中像と
して結像し、該空中像を接眼光学系により虚像として形
成し、該虚像を観察する画像表示装置において、該複数
の光学素子のうち、少なくとも１つの光学素子を光学素
子交換手段によって該リレー光学系の光路外にある他の
光学素子と交換して該中間結像面の位置に空中像を形成
して該虚像の大きさを変える。 （２−２） 画像表示手段に表示する画像を複数の光学
素子より成るリレー光学系により中間結像面に空中像と
して結像し、該空中像を接眼光学系により虚像として形
成し、該虚像を観察する画像表示装置において、該複数
の光学素子のうち、少なくとも１つの光学素子を光学素
子交換手段によって該リレー光学系の光路外にある他の
光学素子と交換し、該光学素子交換手段の交換動作に連
動して画像移動手段により該画像表示手段を該リレー光
学系の光軸に沿って移動させ、該中間結像面の位置に空
中像を形成して該虚像の大きさを変える。こと等を特徴
としている。
【００１８】特に、 （２−２−１） 前記交換する他の光学素子はアナモフ
ィック非球面を有している。 （２−２−２） 前記リレー光学系は複数の屈折面を有
し、前記接眼光学系は該複数の屈折面の光軸に重なる光
線に対して偏心した曲面の反射面を有する。 （２−２−３） 前記リレー光学系は複数の屈折面と該
複数の屈折面の光軸に重なる光線に対して偏心している
１つの曲面の反射面を有している。 （２−２−４） 前記リレー光学系は複数の遮光板を有
し、前記光学素子交換手段の交換動作と連動して遮光板
交換手段により該複数の遮光板の中から所定の遮光板を
選択して該リレー光学系の光路中に設定して前記画像表
示手段からの光束を制限する。 （２−２−５） 前記リレー光学系は前記画像表示手段
からの光束を制限する遮光板を有し、前記光学素子交換
手段の交換動作と連動して遮光板移動手段により該遮光
板をリレー光学系の光軸に沿って移動する。こと等を特
徴としている。
ィック非球面を有している。 （２−２−２） 前記リレー光学系は複数の屈折面を有
し、前記接眼光学系は該複数の屈折面の光軸に重なる光
線に対して偏心した曲面の反射面を有する。 （２−２−３） 前記リレー光学系は複数の屈折面と該
複数の屈折面の光軸に重なる光線に対して偏心している
１つの曲面の反射面を有している。 （２−２−４） 前記リレー光学系は複数の遮光板を有
し、前記光学素子交換手段の交換動作と連動して遮光板
交換手段により該複数の遮光板の中から所定の遮光板を
選択して該リレー光学系の光路中に設定して前記画像表
示手段からの光束を制限する。 （２−２−５） 前記リレー光学系は前記画像表示手段
からの光束を制限する遮光板を有し、前記光学素子交換
手段の交換動作と連動して遮光板移動手段により該遮光
板をリレー光学系の光軸に沿って移動する。こと等を特
徴としている。
【００１９】更に、本発明の画像表示装置は、 （２−３） 画像表示手段に表示する画像を複数の光学
素子より成るリレー光学系により中間結像面に空中像と
して結像し、該空中像を接眼光学系により虚像として形
成し、該虚像を観察する画像表示装置において、該複数
の光学素子のうちの少なくとも１つの光学素子ＬＡを光
学素子交換手段によって該リレー光学系の光路外にある
他の光学素子と交換し、該複数の光学素子のうちの該光
学素子ＬＡ以外の少なくとも１つの光学素子ＬＢを光学
素子移動手段により該リレー光学系の光軸に沿って移動
して該中間結像面の位置に空中像を形成して該虚像の大
きさを変えること等を特徴としている。
素子より成るリレー光学系により中間結像面に空中像と
して結像し、該空中像を接眼光学系により虚像として形
成し、該虚像を観察する画像表示装置において、該複数
の光学素子のうちの少なくとも１つの光学素子ＬＡを光
学素子交換手段によって該リレー光学系の光路外にある
他の光学素子と交換し、該複数の光学素子のうちの該光
学素子ＬＡ以外の少なくとも１つの光学素子ＬＢを光学
素子移動手段により該リレー光学系の光軸に沿って移動
して該中間結像面の位置に空中像を形成して該虚像の大
きさを変えること等を特徴としている。
【００２０】特に、 （２−３−１） 前記交換する他の光学素子はアナモフ
ィック非球面を有している。 （２−３−２） 前記リレー光学系は複数の屈折面を有
し、前記接眼光学系は該複数の屈折面の光軸に重なる光
線に対して偏心した曲面反射面を有する。 （２−３−３） 前記リレー光学系は複数の屈折面と該
複数の屈折面の光軸に重なる光線に対して偏心している
１つの曲面の反射面を有している。 （２−３−４） 前記リレー光学系は複数の遮光板を有
し、前記光学素子交換手段の交換動作と連動して遮光板
交換手段により該複数の遮光板の中から所定の遮光板を
選択して該リレー光学系の光路中に設定して前記画像表
示手段からの光束を制限する。 （２−３−５） 前記リレー光学系は前記画像表示手段
からの光束を制限する遮光板を有し、前記光学素子交換
手段の交換動作と連動して遮光板移動手段により該遮光
板をリレー光学系の光軸に沿って移動する。こと等を特
徴としている。
ィック非球面を有している。 （２−３−２） 前記リレー光学系は複数の屈折面を有
し、前記接眼光学系は該複数の屈折面の光軸に重なる光
線に対して偏心した曲面反射面を有する。 （２−３−３） 前記リレー光学系は複数の屈折面と該
複数の屈折面の光軸に重なる光線に対して偏心している
１つの曲面の反射面を有している。 （２−３−４） 前記リレー光学系は複数の遮光板を有
し、前記光学素子交換手段の交換動作と連動して遮光板
交換手段により該複数の遮光板の中から所定の遮光板を
選択して該リレー光学系の光路中に設定して前記画像表
示手段からの光束を制限する。 （２−３−５） 前記リレー光学系は前記画像表示手段
からの光束を制限する遮光板を有し、前記光学素子交換
手段の交換動作と連動して遮光板移動手段により該遮光
板をリレー光学系の光軸に沿って移動する。こと等を特
徴としている。
【００２１】更に、本発明の画像表示装置は、 （２−４） 画像表示手段に表示する画像を複数の光学
素子より成るリレー光学系により中間結像面に空中像と
して結像し、該空中像を接眼光学系により虚像として形
成し、該虚像を観察する画像表示装置において、該複数
の光学素子のうち少なくとも２つの光学素子を光学素子
移動手段により該リレー光学系の光軸に沿って夫々所定
量移動して、該中間結像面の位置に空中像を形成して該
虚像の大きさを変えること等を特徴としている。
素子より成るリレー光学系により中間結像面に空中像と
して結像し、該空中像を接眼光学系により虚像として形
成し、該虚像を観察する画像表示装置において、該複数
の光学素子のうち少なくとも２つの光学素子を光学素子
移動手段により該リレー光学系の光軸に沿って夫々所定
量移動して、該中間結像面の位置に空中像を形成して該
虚像の大きさを変えること等を特徴としている。
【００２２】特に、 （２−４−１） 前記リレー光学系は複数の屈折面を有
し、前記接眼光学系は該複数の屈折面の光軸に重なる光
線に対して偏心した曲面反射面を有する。 （２−４−２） 前記リレー光学系は複数の屈折面と該
複数の屈折面の光軸に重なる光線に対して偏心している
１つの曲面の反射面を有している。 （２−４−３） 前記リレー光学系は複数の遮光板を有
し、前記光学素子交換手段の交換動作と連動して遮光板
交換手段により該複数の遮光板の中から所定の遮光板を
選択して該リレー光学系の光路中に設定して前記画像表
示手段からの光束を制限する。 （２−４−４） 前記リレー光学系は前記画像表示手段
からの光束を制限する遮光板を有し、前記光学素子交換
手段の交換動作と連動して遮光板移動手段により該遮光
板をリレー光学系の光軸に沿って移動する。こと等を特
徴としている。
し、前記接眼光学系は該複数の屈折面の光軸に重なる光
線に対して偏心した曲面反射面を有する。 （２−４−２） 前記リレー光学系は複数の屈折面と該
複数の屈折面の光軸に重なる光線に対して偏心している
１つの曲面の反射面を有している。 （２−４−３） 前記リレー光学系は複数の遮光板を有
し、前記光学素子交換手段の交換動作と連動して遮光板
交換手段により該複数の遮光板の中から所定の遮光板を
選択して該リレー光学系の光路中に設定して前記画像表
示手段からの光束を制限する。 （２−４−４） 前記リレー光学系は前記画像表示手段
からの光束を制限する遮光板を有し、前記光学素子交換
手段の交換動作と連動して遮光板移動手段により該遮光
板をリレー光学系の光軸に沿って移動する。こと等を特
徴としている。
【００２３】
【実施例】図１は本発明の実施例１の要部概略図であ
る。図中、１１はLCD CRT 等の画像表示手段、１２はリ
レー光学系であり、画像表示手段１１に表示される画像
を空中像として結像させる。１３はリレー光学系１２に
よって結像する空中像が位置する中間結像面、１４は接
眼光学系（接眼系）であり、中間結像面１３上の空中像
からの光束を観察者の瞳に導く。１５は観察者の瞳が位
置するアイポイントである。
る。図中、１１はLCD CRT 等の画像表示手段、１２はリ
レー光学系であり、画像表示手段１１に表示される画像
を空中像として結像させる。１３はリレー光学系１２に
よって結像する空中像が位置する中間結像面、１４は接
眼光学系（接眼系）であり、中間結像面１３上の空中像
からの光束を観察者の瞳に導く。１５は観察者の瞳が位
置するアイポイントである。
【００２４】リレー光学系１２は複数の光学素子より構
成されている。１６は第１の交換光学素子、１７は第２
の交換光学素子であって図１の状態ではリレー光学系１
２を構成する複数の光学素子のうちの１つとして第１の
交換光学素子１６が設定されている。１８は光学素子交
換手段であり、信号もしくは操作部材の操作に応じて複
数の交換光学素子の１つを選んでリレー光学系中に設置
している交換光学素子と交換してリレー光学系の光路中
に設置する。なお、第１の交換光学素子１６を設置した
リレー光学系を１２、又第２の交換光学素子１７を設置
したリレー光学系を１２’とする。
成されている。１６は第１の交換光学素子、１７は第２
の交換光学素子であって図１の状態ではリレー光学系１
２を構成する複数の光学素子のうちの１つとして第１の
交換光学素子１６が設定されている。１８は光学素子交
換手段であり、信号もしくは操作部材の操作に応じて複
数の交換光学素子の１つを選んでリレー光学系中に設置
している交換光学素子と交換してリレー光学系の光路中
に設置する。なお、第１の交換光学素子１６を設置した
リレー光学系を１２、又第２の交換光学素子１７を設置
したリレー光学系を１２’とする。
【００２５】１９は画像移動手段であり、２つの交換光
学素子の交換動作に連動して画像表示手段１１をリレー
光学系１２（１２’）の光軸に沿って移動させる。４４
はリレー光学系１２中の絞り位置近傍に設けた遮光板で
ある。
学素子の交換動作に連動して画像表示手段１１をリレー
光学系１２（１２’）の光軸に沿って移動させる。４４
はリレー光学系１２中の絞り位置近傍に設けた遮光板で
ある。
【００２６】まず本実施例の結像作用について説明す
る。画像表示手段１１に表示された画像はリレー光学系
１２により中間結像面１３上に空中像を形成する。接眼
光学系１４は中間結像面１３の空中像からの光束を収束
して観察者の前方に虚像を形成すると共に、該光束をア
イポイント１５に位置する観察者の瞳に導くことによ
り、観察者は視軸A 方向に虚像を観察する。
る。画像表示手段１１に表示された画像はリレー光学系
１２により中間結像面１３上に空中像を形成する。接眼
光学系１４は中間結像面１３の空中像からの光束を収束
して観察者の前方に虚像を形成すると共に、該光束をア
イポイント１５に位置する観察者の瞳に導くことによ
り、観察者は視軸A 方向に虚像を観察する。
【００２７】次に表示虚像の大きさ（観察画角）を変え
る作用について説明する。観察者が不図示の操作部材を
操作することにより光学素子交換手段１８によって第１
の交換光学素子１６と第２の交換光学素子１７は交換さ
れてリレー光学系に配置される。同時に画像移動手段１
９は画像表示手段１１を光軸に沿って所定量移動させ
る。その量は交換光学素子を交換することにより発生す
る視度変化を補正する量である。
る作用について説明する。観察者が不図示の操作部材を
操作することにより光学素子交換手段１８によって第１
の交換光学素子１６と第２の交換光学素子１７は交換さ
れてリレー光学系に配置される。同時に画像移動手段１
９は画像表示手段１１を光軸に沿って所定量移動させ
る。その量は交換光学素子を交換することにより発生す
る視度変化を補正する量である。
【００２８】例えば、第２の交換光学素子１７の屈折力
（焦点距離の逆数）が第１の交換光学素子１６よりも
（−）側に大きく異なっておれば、第２の光学素子１７
への切り替えによってリレー光学系１２’の屈折力はリ
レー光学系１２よりも小さくなる。そこでこの場合にも
中間結像面１３上に中間像を結像する為に画像移動手段
１９は画像表示手段１１をリレー光学系１２’より遠ざ
け、中間結像面１３上に中間像を結像させる。以上の動
作によって中間結像面１３上に結像する空中像の大きさ
が変化し（現在の例では小さくなる）、従って虚像の大
きさも変化するが、その際視度は一定に保たれる。
（焦点距離の逆数）が第１の交換光学素子１６よりも
（−）側に大きく異なっておれば、第２の光学素子１７
への切り替えによってリレー光学系１２’の屈折力はリ
レー光学系１２よりも小さくなる。そこでこの場合にも
中間結像面１３上に中間像を結像する為に画像移動手段
１９は画像表示手段１１をリレー光学系１２’より遠ざ
け、中間結像面１３上に中間像を結像させる。以上の動
作によって中間結像面１３上に結像する空中像の大きさ
が変化し（現在の例では小さくなる）、従って虚像の大
きさも変化するが、その際視度は一定に保たれる。
【００２９】次にその時の画像表示手段１１の前記移動
量について説明する。図２は全系を薄肉光学系としたと
きの光学配置を示す図である。図２（Ａ）はリレー光学
系中に第１の交換光学素子１６が設置されている場合の
光学配置を示しており、図２（Ｂ）はリレー光学系中に
第２の交換光学素子１７が設置されている場合の光学配
置を示している。図２（Ｂ）では交換前の図２（Ａ）と
同じ視度とするために画像表示手段１１をリレー光学系
１２’より遠くへ移動しており、中間結像面１３上の中
間像の大きさyI' が図２（Ａ）の場合よりも小さくなっ
ている。
量について説明する。図２は全系を薄肉光学系としたと
きの光学配置を示す図である。図２（Ａ）はリレー光学
系中に第１の交換光学素子１６が設置されている場合の
光学配置を示しており、図２（Ｂ）はリレー光学系中に
第２の交換光学素子１７が設置されている場合の光学配
置を示している。図２（Ｂ）では交換前の図２（Ａ）と
同じ視度とするために画像表示手段１１をリレー光学系
１２’より遠くへ移動しており、中間結像面１３上の中
間像の大きさyI' が図２（Ａ）の場合よりも小さくなっ
ている。
【００３０】図中fRは第１の交換光学素子１６が設置さ
れているリレー光学系１２の焦点距離、f1は接眼光学系
１４の焦点距離、e0はアイポイント１５から接眼光学系
１４の前側主点（ここでは観察者側を前、画像表示手段
１１側を後と呼ぶ）までの距離、e1は接眼光学系１４の
後側主点から中間結像面１３までの距離、e2は中間結像
面１３からリレー光学系１２の前側主点までの距離、e3
はリレー光学系１２の後側主点から画像表示手段１１の
表示面までの距離である。
れているリレー光学系１２の焦点距離、f1は接眼光学系
１４の焦点距離、e0はアイポイント１５から接眼光学系
１４の前側主点（ここでは観察者側を前、画像表示手段
１１側を後と呼ぶ）までの距離、e1は接眼光学系１４の
後側主点から中間結像面１３までの距離、e2は中間結像
面１３からリレー光学系１２の前側主点までの距離、e3
はリレー光学系１２の後側主点から画像表示手段１１の
表示面までの距離である。
【００３１】又、fR' は第２の交換光学素子１７が設置
されているリレー光学系１２’の焦点距離、e2' は中間
結像面１３からリレー光学系１２’の前側主点までの距
離、e3' はリレー光学系１２’の後側主点から画像表示
手段１１の表示面までの距離である。なお、主点間隔は
ベクトル量で与えるものとする。
されているリレー光学系１２’の焦点距離、e2' は中間
結像面１３からリレー光学系１２’の前側主点までの距
離、e3' はリレー光学系１２’の後側主点から画像表示
手段１１の表示面までの距離である。なお、主点間隔は
ベクトル量で与えるものとする。
【００３２】図３はリレー光学系を薄肉の３つの部分系
に分けて表した光学配置図である。図中、部分系R2はリ
レー光学系１２中の第１の交換光学素子１６，部分系R1
はリレー光学系１２中で部分系R2より観察者側にある光
学系、部分系R3は部分系R2より画像表示手段１１側にあ
る光学系、eR1 は部分系R1から部分系R2までの主点間
隔、eR2 は部分系R2から部分系R3までの主点間隔、e2は
中間結像面１３からリレー光学系１２の前側主点H まで
の距離、ΔR は部分系R1からリレー光学系１２の前側主
点H までの距離、ΔR'は部分系R3からリレー光学系１２
の後側主点H'までの距離、e3はリレー光学系１２の後側
主点H'から画像表示手段１１の表示面までの距離であ
る。
に分けて表した光学配置図である。図中、部分系R2はリ
レー光学系１２中の第１の交換光学素子１６，部分系R1
はリレー光学系１２中で部分系R2より観察者側にある光
学系、部分系R3は部分系R2より画像表示手段１１側にあ
る光学系、eR1 は部分系R1から部分系R2までの主点間
隔、eR2 は部分系R2から部分系R3までの主点間隔、e2は
中間結像面１３からリレー光学系１２の前側主点H まで
の距離、ΔR は部分系R1からリレー光学系１２の前側主
点H までの距離、ΔR'は部分系R3からリレー光学系１２
の後側主点H'までの距離、e3はリレー光学系１２の後側
主点H'から画像表示手段１１の表示面までの距離であ
る。
【００３３】又、部分系R2' はリレー光学系１２’中の
第２の交換光学素子１７，eR1'は部分系R1から部分系R
2' までの主点間隔、eR2'は部分系R2' から部分系R3ま
での主点間隔、e2' は中間結像面１３からリレー光学系
１２’の前側主点(H)'までの距離、 (ΔR)' は部分系R1
からリレー光学系１２’の前側主点(H)'までの距離、
(ΔR')'は部分系R3からリレー光学系１２’の後側主点
(H')' までの距離、e3' はリレー光学系１２’の後側主
点(H')' から画像表示手段１１の表示面までの距離であ
る。
第２の交換光学素子１７，eR1'は部分系R1から部分系R
2' までの主点間隔、eR2'は部分系R2' から部分系R3ま
での主点間隔、e2' は中間結像面１３からリレー光学系
１２’の前側主点(H)'までの距離、 (ΔR)' は部分系R1
からリレー光学系１２’の前側主点(H)'までの距離、
(ΔR')'は部分系R3からリレー光学系１２’の後側主点
(H')' までの距離、e3' はリレー光学系１２’の後側主
点(H')' から画像表示手段１１の表示面までの距離であ
る。
【００３４】図３（Ａ）に示す状態は図２（Ａ）の状態
に対応している。この第１の光学素子１６が設置されて
いる図３（Ａ）の場合を考察する。この場合に前側主点
位置ΔR 、後側主点位置ΔR'を求める。この値は
に対応している。この第１の光学素子１６が設置されて
いる図３（Ａ）の場合を考察する。この場合に前側主点
位置ΔR 、後側主点位置ΔR'を求める。この値は
【００３５】
【数１】 として、
【００３６】
【数２】 で求められる。
【００３７】また、図２（Ａ）よりリレー光学系１２の
後側主点H'から画像表示手段１１までの距離e3は、 １/e2+１/e3 ＝１/fR (4) をみたしている。これを図３（Ａ）に置き換えてみる
と、中間結像面１３から部分系R1までの距離は(e2 −Δ
R)、部分系R3から画像表示手段までの距離は {ΔR'＋
e3} となっている。
後側主点H'から画像表示手段１１までの距離e3は、 １/e2+１/e3 ＝１/fR (4) をみたしている。これを図３（Ａ）に置き換えてみる
と、中間結像面１３から部分系R1までの距離は(e2 −Δ
R)、部分系R3から画像表示手段までの距離は {ΔR'＋
e3} となっている。
【００３８】次に、光学素子交換手段１８の交換動作に
よってリレー光学系が１２’となった図３（Ｂ）の場合
を考察する。
よってリレー光学系が１２’となった図３（Ｂ）の場合
を考察する。
【００３９】これによって、部分系R1、部分系R2' 間の
主点間隔がeR1'、部分系R2' 、部分系R3間の主点間隔が
eR2'となり、リレー光学系１２’は、
主点間隔がeR1'、部分系R2' 、部分系R3間の主点間隔が
eR2'となり、リレー光学系１２’は、
【００４０】
【数３】 として、
【００４１】
【数４】 で表される合成焦点距離、主点位置を有するリレー光学
系１２’に変化する。このとき、中間結像面１３から部
分系R1までの距離は{e2'- （ΔR)'}である。
系１２’に変化する。このとき、中間結像面１３から部
分系R1までの距離は{e2'- （ΔR)'}である。
【００４２】本実施例のように部分系R1及び部分系R3が
固定の場合は、中間結像面１３からリレー光学系１２’
の前側主点(H)'までの距離e2' は（ΔR)'-ΔR だけ変化
し、 e2'＝e2+(ΔR)'-ΔR (8) となっている。
固定の場合は、中間結像面１３からリレー光学系１２’
の前側主点(H)'までの距離e2' は（ΔR)'-ΔR だけ変化
し、 e2'＝e2+(ΔR)'-ΔR (8) となっている。
【００４３】この時、中間結像面１３のリレー光学系１
２’による共役位置はリレー光学系１２’の後側主点
(H')' より距離e3' の位置にあり関係式： １/e2' +１/e3'＝１/fR' (9) で定められる。そしてこの時画像表示手段１１の位置は
部分系R3から距離{(ΔR')'＋e3'}とならなければならな
い。
２’による共役位置はリレー光学系１２’の後側主点
(H')' より距離e3' の位置にあり関係式： １/e2' +１/e3'＝１/fR' (9) で定められる。そしてこの時画像表示手段１１の位置は
部分系R3から距離{(ΔR')'＋e3'}とならなければならな
い。
【００４４】そこで第１の交換光学素子１６を第２の交
換光学素子１７に交換する際に、同時に画像表示手段１
１を画像移動手段１９を介して {(ΔR')'+e3'}- {ΔR'+e3} (10) だけ移動させることにより、表示画像の中間像は中間結
像面１３に形成され、これによって視度変化なく表示虚
像の画角のみを変化させることができる。
換光学素子１７に交換する際に、同時に画像表示手段１
１を画像移動手段１９を介して {(ΔR')'+e3'}- {ΔR'+e3} (10) だけ移動させることにより、表示画像の中間像は中間結
像面１３に形成され、これによって視度変化なく表示虚
像の画角のみを変化させることができる。
【００４５】この時画像表示手段１１の画面サイズをL
とすると、中間像の大きさはyI＝L(e2/e3)から yI'＝L
(e2'/e3')と変化し、画角はそれに応じてωからω' に
変化する。
とすると、中間像の大きさはyI＝L(e2/e3)から yI'＝L
(e2'/e3')と変化し、画角はそれに応じてωからω' に
変化する。
【００４６】なお、リレー光学系の球面収差等を考慮し
たベスト像面位置をもとに上記e3、e3' を補正すればよ
り解像力が高まる。
たベスト像面位置をもとに上記e3、e3' を補正すればよ
り解像力が高まる。
【００４７】また、 {(ΔR')'+e3'}- {ΔR'+e3}＝0 を満たすような焦点距離及び主点位置を有する第２の光
学素子を使用することにより、画像表示手段１１を移動
させることなく同様の効果を得ることが可能であり、こ
の場合は光学素子移動手段１８と連動させる画像移動手
段１９を設ける必要がないため装置をより簡略化するこ
とが可能である。
学素子を使用することにより、画像表示手段１１を移動
させることなく同様の効果を得ることが可能であり、こ
の場合は光学素子移動手段１８と連動させる画像移動手
段１９を設ける必要がないため装置をより簡略化するこ
とが可能である。
【００４８】なお、部分系R1，両交換光学素子，部分系
R3は複数のレンズで構成しても良いし、交換光学素子と
してはリレー光学系を構成する光学素子のいずれを選ん
でも良い。
R3は複数のレンズで構成しても良いし、交換光学素子と
してはリレー光学系を構成する光学素子のいずれを選ん
でも良い。
【００４９】本実施例においてはリレー光学系中の絞り
位置近傍に虚像形成に特に有効な光線のみを透過する遮
光板４４を配置して不要な光を遮光している。特にLCD
はパネル面に対して特定の方向に指向性の偏りがあるた
め、この方向から大きく外れた方向に出射する光はコン
トラストが低いためこれらの光をアイポイントに到達し
ないようにの遮光板４４により遮光することが有効であ
る。また、本実施例においてリレー光学系の光路へ交換
・設置する交換光学素子の組を複数とし順次切り替わる
ような構成とすれば、切り替わる視野角の数が増えるた
め、より観察者の好みの画角に設定できる。
位置近傍に虚像形成に特に有効な光線のみを透過する遮
光板４４を配置して不要な光を遮光している。特にLCD
はパネル面に対して特定の方向に指向性の偏りがあるた
め、この方向から大きく外れた方向に出射する光はコン
トラストが低いためこれらの光をアイポイントに到達し
ないようにの遮光板４４により遮光することが有効であ
る。また、本実施例においてリレー光学系の光路へ交換
・設置する交換光学素子の組を複数とし順次切り替わる
ような構成とすれば、切り替わる視野角の数が増えるた
め、より観察者の好みの画角に設定できる。
【００５０】なお、図１における光学素子交換手段１
８、画像移動手段１９は機構的に連動して動作する機械
部品構成でも良いし、アクチュエーター等を電気的に連
動して動作するよう制御する手段を有した電気部品構成
でも良い。前者の場合、光学素子交換手段１８、画像移
動手段１９は一体となった機構系であり、後者の場合は
アクチュエーター等の駆動手段となる。また、後者の場
合は不図示の制御手段により光学素子交換手段１８、画
像移動手段１９の各々に対して駆動命令を送出しても良
いし、光学素子交換手段１８を介して画像移動手段１９
に駆動命令を送出しても良い。
８、画像移動手段１９は機構的に連動して動作する機械
部品構成でも良いし、アクチュエーター等を電気的に連
動して動作するよう制御する手段を有した電気部品構成
でも良い。前者の場合、光学素子交換手段１８、画像移
動手段１９は一体となった機構系であり、後者の場合は
アクチュエーター等の駆動手段となる。また、後者の場
合は不図示の制御手段により光学素子交換手段１８、画
像移動手段１９の各々に対して駆動命令を送出しても良
いし、光学素子交換手段１８を介して画像移動手段１９
に駆動命令を送出しても良い。
【００５１】図４は本発明の実施例２の要部概略図であ
る。本実施例が実施例１と異なる点は接眼光学系中に偏
心反射面を用いている点である。その他の構成は同じで
ある。
る。本実施例が実施例１と異なる点は接眼光学系中に偏
心反射面を用いている点である。その他の構成は同じで
ある。
【００５２】実施例１と異なる点のみ説明する。図中、
７２はリレー光学系１２による空中像が位置する中間結
像面、１４は接眼光学系、７４、７５は各々反射面及び
レンズであって、夫々接眼光学系１４の一要素を構成し
ている。なお、リレー光学系１２は複数の屈折面を有し
ており、反射面７４は該複数の屈折面の光軸に重なる光
線に対して偏心して配置している。
７２はリレー光学系１２による空中像が位置する中間結
像面、１４は接眼光学系、７４、７５は各々反射面及び
レンズであって、夫々接眼光学系１４の一要素を構成し
ている。なお、リレー光学系１２は複数の屈折面を有し
ており、反射面７４は該複数の屈折面の光軸に重なる光
線に対して偏心して配置している。
【００５３】本実施例の結像作用について説明する。画
像表示手段１１に表示された画像はリレー光学系１２に
より中間結像面７２上に空中像を形成する。反射面７
４、レンズ７５で構成される接眼光学系１４は中間結像
面７２の空中像からの光束を収束して観察者の前方に虚
像を形成すると共に、該光束をアイポイント１５に位置
する観察者の瞳に導くことにより、観察者は視軸A 方向
に虚像を観察する。
像表示手段１１に表示された画像はリレー光学系１２に
より中間結像面７２上に空中像を形成する。反射面７
４、レンズ７５で構成される接眼光学系１４は中間結像
面７２の空中像からの光束を収束して観察者の前方に虚
像を形成すると共に、該光束をアイポイント１５に位置
する観察者の瞳に導くことにより、観察者は視軸A 方向
に虚像を観察する。
【００５４】実施例２においても２つの交換光学素子の
いずれかをリレー光学系の光路中へ交換・配置する際、
同時に画像表示手段１１を光軸に沿って所定量移動す
る。
いずれかをリレー光学系の光路中へ交換・配置する際、
同時に画像表示手段１１を光軸に沿って所定量移動す
る。
【００５５】ただし、本実施例においては反射面７４が
視軸A に対して傾いているため中間結像面７２は視軸A
と重なってアイポイント１５の中心に入射する中心画角
の主光線に対し傾く。このように傾いた中間結像面を形
成するには画像表示手段１１、リレー光学系１２（１
２’）、中間結像面７２が各々シャインプルーフの法則
を満足するように画像表示手段１１及びリレー光学系１
２（１２’）を配置することが必要である。さらに、交
換光学素子の交換・配置の際も画像表示手段１１をシャ
インプルーフの法則に基づいて位置、傾き量を変えて移
動し、これによって中間結像面７２の位置、傾きを略一
定に保つ。
視軸A に対して傾いているため中間結像面７２は視軸A
と重なってアイポイント１５の中心に入射する中心画角
の主光線に対し傾く。このように傾いた中間結像面を形
成するには画像表示手段１１、リレー光学系１２（１
２’）、中間結像面７２が各々シャインプルーフの法則
を満足するように画像表示手段１１及びリレー光学系１
２（１２’）を配置することが必要である。さらに、交
換光学素子の交換・配置の際も画像表示手段１１をシャ
インプルーフの法則に基づいて位置、傾き量を変えて移
動し、これによって中間結像面７２の位置、傾きを略一
定に保つ。
【００５６】このとき偏心収差が残存している場合には
交換に際して交換光学素子をリレー光学系１２の光軸に
対して傾けて設置することにより、画像表示手段１１の
移動を傾き量は一定で、その位置のみを変えるように出
来、画像表示移動手段１９の機構を簡素化することが可
能である。
交換に際して交換光学素子をリレー光学系１２の光軸に
対して傾けて設置することにより、画像表示手段１１の
移動を傾き量は一定で、その位置のみを変えるように出
来、画像表示移動手段１９の機構を簡素化することが可
能である。
【００５７】なお、本実施例においてもリレー光学系中
の絞り位置近傍に遮光板を配置して不要な光を遮光す
る。特にLCD はパネル面に対して特定の方向に指向性の
偏りがあるため、この方向から大きく外れた方向に出射
する光はコントラストが低いためこれらの光をアイポイ
ントに到達しないように遮光することが有効である。
の絞り位置近傍に遮光板を配置して不要な光を遮光す
る。特にLCD はパネル面に対して特定の方向に指向性の
偏りがあるため、この方向から大きく外れた方向に出射
する光はコントラストが低いためこれらの光をアイポイ
ントに到達しないように遮光することが有効である。
【００５８】本実施例では接眼光学系１４に偏心反射面
７４を用いているため、偏心反射面７４の有効径φを小
さくでき、本実施例の如き画像表示装置を両眼用に二つ
対称的に配置する際に広画角の表示装置を得ることがで
きる。また広画角としても接眼光学系を軽量に作製でき
るというメリットを有する。
７４を用いているため、偏心反射面７４の有効径φを小
さくでき、本実施例の如き画像表示装置を両眼用に二つ
対称的に配置する際に広画角の表示装置を得ることがで
きる。また広画角としても接眼光学系を軽量に作製でき
るというメリットを有する。
【００５９】また、本実施例においてリレー光学系の光
路へ交換・設置する交換光学素子の組を複数とし順次切
り替わるような構成とすれば、切り替わる視野角の数が
増えるため、より観察者の好みの画角に設定できる。
路へ交換・設置する交換光学素子の組を複数とし順次切
り替わるような構成とすれば、切り替わる視野角の数が
増えるため、より観察者の好みの画角に設定できる。
【００６０】図５は本発明の実施例３の要部概略図であ
る。本実施例が実施例２と異なる点は、リレー光学系を
屈折レンズと２つの反射面で構成し、接眼光学系を１つ
の反射面で構成している点であり、その他の構成は同じ
である。
る。本実施例が実施例２と異なる点は、リレー光学系を
屈折レンズと２つの反射面で構成し、接眼光学系を１つ
の反射面で構成している点であり、その他の構成は同じ
である。
【００６１】図中、８２は屈折レンズであり、複数の屈
折面を有している。８３、８４は反射面であり、屈折レ
ンズ８２、反射面８３、８４はリレー光学系１２（１
２’）の一要素を構成している。又、反射面８３、８４
は屈折レンズ８２の複数の屈折面の光軸と重なる光線に
対して偏心して配置している。
折面を有している。８３、８４は反射面であり、屈折レ
ンズ８２、反射面８３、８４はリレー光学系１２（１
２’）の一要素を構成している。又、反射面８３、８４
は屈折レンズ８２の複数の屈折面の光軸と重なる光線に
対して偏心して配置している。
【００６２】屈折レンズ８２は複数の光学素子より構成
されている。１６は第１の交換光学素子、１７は第２の
交換光学素子であって図５の状態では屈折レンズ８２を
構成する複数の光学素子のうちの１つとして第１の交換
光学素子１６が該レンズの光路中に設定されている。１
８は光学素子交換手段であり、信号もしくは操作部材の
操作に応じて複数の交換光学素子の１つを選んで屈折レ
ンズ８２中に設置している交換光学素子と交換して屈折
レンズ８２の光路中に設置する。なお、第１の交換光学
素子１６を屈折レンズ８２に設置したリレー光学系を１
２、又第２の交換光学素子１７を屈折レンズ８２に設置
したリレー光学系を１２’とする。
されている。１６は第１の交換光学素子、１７は第２の
交換光学素子であって図５の状態では屈折レンズ８２を
構成する複数の光学素子のうちの１つとして第１の交換
光学素子１６が該レンズの光路中に設定されている。１
８は光学素子交換手段であり、信号もしくは操作部材の
操作に応じて複数の交換光学素子の１つを選んで屈折レ
ンズ８２中に設置している交換光学素子と交換して屈折
レンズ８２の光路中に設置する。なお、第１の交換光学
素子１６を屈折レンズ８２に設置したリレー光学系を１
２、又第２の交換光学素子１７を屈折レンズ８２に設置
したリレー光学系を１２’とする。
【００６３】８５はリレー光学系１２による空中像が位
置する中間結像面、８６は接眼光学系１４を構成する反
射面である。なお、反射面８６は屈折レンズ８２を構成
する複数の屈折面の光軸に重なる光線に対して偏心して
配置している。
置する中間結像面、８６は接眼光学系１４を構成する反
射面である。なお、反射面８６は屈折レンズ８２を構成
する複数の屈折面の光軸に重なる光線に対して偏心して
配置している。
【００６４】次に本実施例の結像作用について説明す
る。画像表示手段１１に表示した画像からの光束はリレ
ー光学系１２（１２’）中の屈折レンズ８２を通過した
後、偏心反射面８３、８４で反射した後、中間結像面８
５上に空中像を形成する。反射面８６で構成される接眼
光学系１４は中間結像面８５の空中像からの光束を収束
して観察者の前方に虚像を形成すると共に、該光束をア
イポイント１５に位置する観察者の瞳に導くことによ
り、観察者は視軸A 方向に虚像を観察する。
る。画像表示手段１１に表示した画像からの光束はリレ
ー光学系１２（１２’）中の屈折レンズ８２を通過した
後、偏心反射面８３、８４で反射した後、中間結像面８
５上に空中像を形成する。反射面８６で構成される接眼
光学系１４は中間結像面８５の空中像からの光束を収束
して観察者の前方に虚像を形成すると共に、該光束をア
イポイント１５に位置する観察者の瞳に導くことによ
り、観察者は視軸A 方向に虚像を観察する。
【００６５】本実施例は実施例２と同じ効果を有する。
その上、本実施例では反射面８６で発生する偏心収差を
リレー光学系１２中の反射面８３、８４で補正すること
が可能なため全系で偏心収差の少ない、あるいは無い系
とすることができる。よって偏心収差が低減されている
場合は画像表示手段１１のシャインプルーフの法則を満
たす為の傾き角が小さくて良いため交換光学素子の交換
・設置に伴う画像表示手段１１の傾き角の変化量も小さ
くてすむというメリットがある。また偏心収差が像面の
倒れに関して完全に補正されている場合には交換光学素
子の交換・設置に際して画像表示手段１１を表示面に垂
直な中心軸Ｄに沿って移動させれば良く、広画角、軽量
でしかも画像移動手段１９の簡素な系とすることができ
る。
その上、本実施例では反射面８６で発生する偏心収差を
リレー光学系１２中の反射面８３、８４で補正すること
が可能なため全系で偏心収差の少ない、あるいは無い系
とすることができる。よって偏心収差が低減されている
場合は画像表示手段１１のシャインプルーフの法則を満
たす為の傾き角が小さくて良いため交換光学素子の交換
・設置に伴う画像表示手段１１の傾き角の変化量も小さ
くてすむというメリットがある。また偏心収差が像面の
倒れに関して完全に補正されている場合には交換光学素
子の交換・設置に際して画像表示手段１１を表示面に垂
直な中心軸Ｄに沿って移動させれば良く、広画角、軽量
でしかも画像移動手段１９の簡素な系とすることができ
る。
【００６６】このとき偏心収差が残存している場合には
交換に際して交換光学素子をリレー光学系の光軸に対し
て傾けて設置することにより、画像表示手段１１の移動
を傾き量は一定で、その位置のみを変えるように出来、
画像移動手段１９の機構を簡素化することが可能であ
る。
交換に際して交換光学素子をリレー光学系の光軸に対し
て傾けて設置することにより、画像表示手段１１の移動
を傾き量は一定で、その位置のみを変えるように出来、
画像移動手段１９の機構を簡素化することが可能であ
る。
【００６７】なお、本実施例においてもリレー光学系中
の絞り位置近傍に遮光板を配置して不要な光を遮光す
る。特にLCD はパネル面に対して特定の方向に指向性の
偏りがあるため、この方向から大きく外れた方向に出射
する光はコントラストが低いためこれらの光をアイポイ
ントに到達しないように遮光することが有効である。
の絞り位置近傍に遮光板を配置して不要な光を遮光す
る。特にLCD はパネル面に対して特定の方向に指向性の
偏りがあるため、この方向から大きく外れた方向に出射
する光はコントラストが低いためこれらの光をアイポイ
ントに到達しないように遮光することが有効である。
【００６８】また、本実施例においてリレー光学系の光
路へ交換・設置する交換光学素子の組を複数とし順次切
り替わるような構成とすれば、切り替わる視野角の数が
増えるため、より観察者の好みの画角に設定できる。
路へ交換・設置する交換光学素子の組を複数とし順次切
り替わるような構成とすれば、切り替わる視野角の数が
増えるため、より観察者の好みの画角に設定できる。
【００６９】図６は本発明の実施例４の要部概略図であ
る。本実施例は実施例１の第２の交換光学素子１７とし
てアナモフィック光学素子を採用して虚像形成に際して
画像のアスペクト比を変えるようにしたものである。
る。本実施例は実施例１の第２の交換光学素子１７とし
てアナモフィック光学素子を採用して虚像形成に際して
画像のアスペクト比を変えるようにしたものである。
【００７０】本実施例では第２の交換光学素子１７とし
て画像表示手段１１の表示面の縦方向（垂直方向）及び
横方向（水平方向）の直交する二方向で曲率の異なるア
ナモフィック非球面を複数設けた光学素子を採用して、
両方向で結像倍率が異なると共に、両方向の結像点を同
じにして虚像の水平方向と垂直方向とで倍率を異なるよ
うにしている。
て画像表示手段１１の表示面の縦方向（垂直方向）及び
横方向（水平方向）の直交する二方向で曲率の異なるア
ナモフィック非球面を複数設けた光学素子を採用して、
両方向で結像倍率が異なると共に、両方向の結像点を同
じにして虚像の水平方向と垂直方向とで倍率を異なるよ
うにしている。
【００７１】図６は実施例４において第２の交換光学素
子１７をリレー光学系中に設置した場合の水平断面での
光学配置図（図６（Ａ））、垂直断面での光学配置図
（図６（Ｂ））である。両断面において第２の交換光学
素子１７の屈折力が異なる。このようにすると虚像のア
スペクト比を画像表示手段１１の表示面のアスペクト比
から変化させることができるため、例えば４：３の表示
画像に対して虚像を１６：９のワイド画像とすることが
可能となる。よって、例えば第２の交換光学素子１７へ
の交換によって垂直方向の倍率を不変とし、水平方向の
倍率を大きくすれば垂直画角ωV 不変のまま水平画角ω
H を大きくして観察像のワイド化が図れる。
子１７をリレー光学系中に設置した場合の水平断面での
光学配置図（図６（Ａ））、垂直断面での光学配置図
（図６（Ｂ））である。両断面において第２の交換光学
素子１７の屈折力が異なる。このようにすると虚像のア
スペクト比を画像表示手段１１の表示面のアスペクト比
から変化させることができるため、例えば４：３の表示
画像に対して虚像を１６：９のワイド画像とすることが
可能となる。よって、例えば第２の交換光学素子１７へ
の交換によって垂直方向の倍率を不変とし、水平方向の
倍率を大きくすれば垂直画角ωV 不変のまま水平画角ω
H を大きくして観察像のワイド化が図れる。
【００７２】図７は本発明の実施例５の要部概略図であ
る。本実施例が実施例１と異なる点は、リレー光学系中
の交換光学素子を交換する際に発生する中間結像点の移
動の補正を実施例１では画像表示手段１１の移動で行っ
たものを本実施例ではリレー光学系１２の移動で行って
いる点である。
る。本実施例が実施例１と異なる点は、リレー光学系中
の交換光学素子を交換する際に発生する中間結像点の移
動の補正を実施例１では画像表示手段１１の移動で行っ
たものを本実施例ではリレー光学系１２の移動で行って
いる点である。
【００７３】図中、２１は光学素子移動手段であり、リ
レー光学系を光軸に沿って移動させる。
レー光学系を光軸に沿って移動させる。
【００７４】次に表示虚像の大きさを変える作用につい
て説明する。観察者が不図示の操作部材を操作すること
により光学素子交換手段１８によって第１の交換光学素
子（光学素子ＬＡ）１６が第２の交換光学素子１７に交
換・設置され、リレー光学系は１２’となる。このとき
光学素子移動手段２１は交換光学素子１７への交換によ
り発生する中間結像点の移動に起因する視度変化を０と
するようリレー光学系１２’を所定量移動させる。その
量は交換光学素子の交換により発生する視度変化を補正
する量である。
て説明する。観察者が不図示の操作部材を操作すること
により光学素子交換手段１８によって第１の交換光学素
子（光学素子ＬＡ）１６が第２の交換光学素子１７に交
換・設置され、リレー光学系は１２’となる。このとき
光学素子移動手段２１は交換光学素子１７への交換によ
り発生する中間結像点の移動に起因する視度変化を０と
するようリレー光学系１２’を所定量移動させる。その
量は交換光学素子の交換により発生する視度変化を補正
する量である。
【００７５】以上の動作によって空中像は中間結像面１
３上に結像し、その際空中像の大きさが変化し、従って
虚像の大きさ（観察画角）も変化するが、その際視度は
一定に保たれる。
３上に結像し、その際空中像の大きさが変化し、従って
虚像の大きさ（観察画角）も変化するが、その際視度は
一定に保たれる。
【００７６】次に本実施例におけるリレー光学系１２’
の移動量について説明する。図８は全系を薄肉光学系と
したときの光学配置を示す図である。図８（Ａ）はリレ
ー光学系中に第１の交換光学素子１６が設置されている
場合の光学配置を示しており、図８（Ｂ）はリレー光学
系中に第２の交換光学素子１７が設置されている場合の
光学配置を示している。図８（Ｂ）では交換前の図８
（Ａ）と同じ視度とするためにリレー光学系１２’をリ
レー光学系１２の位置より中間結像面１３側へdRだけ移
動しており、中間結像面１３が観察者側から見て図８
（Ａ）の場合と同距離になるようにし、さらに中間結像
面１３上の中間像の大きさyI' が図８（Ａ）の場合より
も小さくなっている。なお、各光学要素の焦点距離およ
び主点間隔は実施例１と同様に図のように定める。
の移動量について説明する。図８は全系を薄肉光学系と
したときの光学配置を示す図である。図８（Ａ）はリレ
ー光学系中に第１の交換光学素子１６が設置されている
場合の光学配置を示しており、図８（Ｂ）はリレー光学
系中に第２の交換光学素子１７が設置されている場合の
光学配置を示している。図８（Ｂ）では交換前の図８
（Ａ）と同じ視度とするためにリレー光学系１２’をリ
レー光学系１２の位置より中間結像面１３側へdRだけ移
動しており、中間結像面１３が観察者側から見て図８
（Ａ）の場合と同距離になるようにし、さらに中間結像
面１３上の中間像の大きさyI' が図８（Ａ）の場合より
も小さくなっている。なお、各光学要素の焦点距離およ
び主点間隔は実施例１と同様に図のように定める。
【００７７】実施例１と同様に、図９に示すようにリレ
ー光学系中の第１の交換光学素子１６を部分系R2，リレ
ー光学系中で部分系R2より観察者側にある光学系を部分
系R1、部分系R2より画像表示手段１１側にある光学系を
部分系R3として、リレー光学系を薄肉３群構成として移
動量を考察する。
ー光学系中の第１の交換光学素子１６を部分系R2，リレ
ー光学系中で部分系R2より観察者側にある光学系を部分
系R1、部分系R2より画像表示手段１１側にある光学系を
部分系R3として、リレー光学系を薄肉３群構成として移
動量を考察する。
【００７８】図９（Ａ）に示すように薄肉３群構成のリ
レー光学系の各構成群（部分系）R1,R2,R3が焦点距離f
R1 、fR2 、fR3 でそれぞれ eR1、eR2 の間隔で並んで
おり、これは図８（Ａ）の状態に対応している。このと
きこのリレー光学系１２の前後の主点位置はそれぞれ
H、H'で表し、その位置はそれぞれ部分系R1からΔR 、
部分系R3からΔR'の距離にある。これらの距離は式(3)
で表される。
レー光学系の各構成群（部分系）R1,R2,R3が焦点距離f
R1 、fR2 、fR3 でそれぞれ eR1、eR2 の間隔で並んで
おり、これは図８（Ａ）の状態に対応している。このと
きこのリレー光学系１２の前後の主点位置はそれぞれ
H、H'で表し、その位置はそれぞれ部分系R1からΔR 、
部分系R3からΔR'の距離にある。これらの距離は式(3)
で表される。
【００７９】次に、第２の交換光学素子１７がリレー光
学系中に設置された図９（Ｂ）の場合は、中間結像面１
３から見た部分系R1の位置は{e2'− (ΔR)'}であり、こ
れが図９（Ａ）における中間結像面１３から見た部分系
R1の位置(e2 −ΔR)に対してdRだけ移動しているので、 e2' ＝e2+(ΔR)'-ΔR+dR (11) となっている。
学系中に設置された図９（Ｂ）の場合は、中間結像面１
３から見た部分系R1の位置は{e2'− (ΔR)'}であり、こ
れが図９（Ａ）における中間結像面１３から見た部分系
R1の位置(e2 −ΔR)に対してdRだけ移動しているので、 e2' ＝e2+(ΔR)'-ΔR+dR (11) となっている。
【００８０】中間結像面１３のリレー光学系１２’によ
る共役位置はリレー光学系１２’の焦点距離fR' より次
式： １/e2' +１/e3'＝１/fR' (12) で求められる e3'の位置にある。
る共役位置はリレー光学系１２’の焦点距離fR' より次
式： １/e2' +１/e3'＝１/fR' (12) で求められる e3'の位置にある。
【００８１】従って、交換光学素子の交換に際して画像
表示手段１１の移動がない条件は次の関係式、 e3'+ (ΔR')'+dR ＝ e3+ΔR' (13) を満足させれば良い。以上の式を満足するよう未知の変
数fR2'、eR1'、eR2'、dR（第２の交換光学素子１７の焦
点距離及び主点位置、形状及びリレー光学系１２’の移
動量）を適宜決定することにより、視度変化なく表示虚
像の画角のみを変化させることが可能である。
表示手段１１の移動がない条件は次の関係式、 e3'+ (ΔR')'+dR ＝ e3+ΔR' (13) を満足させれば良い。以上の式を満足するよう未知の変
数fR2'、eR1'、eR2'、dR（第２の交換光学素子１７の焦
点距離及び主点位置、形状及びリレー光学系１２’の移
動量）を適宜決定することにより、視度変化なく表示虚
像の画角のみを変化させることが可能である。
【００８２】この時画像表示手段１１の画面サイズをL
とすると、中間像の大きさはyI＝L(e2/e3)から yI'＝L
(e2'/e3')と変化し、画角はそれに応じてωからω' に
変化する。
とすると、中間像の大きさはyI＝L(e2/e3)から yI'＝L
(e2'/e3')と変化し、画角はそれに応じてωからω' に
変化する。
【００８３】本実施例においては、これまでの実施例に
おける画像信号、電力等に係る配線を有している画像表
示手段１１の移動がないため耐久性の点で好ましい。ま
た、これまでの実施例では観察画像が回転しないよう画
像表示手段１１はスライド式に移動させなければならな
いのに対して、本実施例ではレンズを回転によって移動
できるため機構的、精度的に製作が容易である。
おける画像信号、電力等に係る配線を有している画像表
示手段１１の移動がないため耐久性の点で好ましい。ま
た、これまでの実施例では観察画像が回転しないよう画
像表示手段１１はスライド式に移動させなければならな
いのに対して、本実施例ではレンズを回転によって移動
できるため機構的、精度的に製作が容易である。
【００８４】なお、本実施例は実施例２、３の偏心光学
系にも適用可能である。この場合リレー光学系の位置は
前記近軸関係より決定されるが、実施例３の様な系では
光学素子移動手段２１はリレー光学系１２全体ではなく
リレー光学系中の一部の光学素子である屈折レンズ８２
のみを移動させる。特に反射面８３、８４、８６の間で
偏心収差が補正されている場合には屈折レンズ８２をそ
の光軸（中心画角主光線）に沿って移動するのみでよい
から光学素子移動手段２１の構成が簡素化される。ま
た、偏心収差が補正されていない場合は中間結像面８
５、屈折レンズ８２、画像表示手段をシャインプルーフ
の法則を満足するように屈折レンズ８２及び画像表示手
段１１の傾き角を設定すれば良い。
系にも適用可能である。この場合リレー光学系の位置は
前記近軸関係より決定されるが、実施例３の様な系では
光学素子移動手段２１はリレー光学系１２全体ではなく
リレー光学系中の一部の光学素子である屈折レンズ８２
のみを移動させる。特に反射面８３、８４、８６の間で
偏心収差が補正されている場合には屈折レンズ８２をそ
の光軸（中心画角主光線）に沿って移動するのみでよい
から光学素子移動手段２１の構成が簡素化される。ま
た、偏心収差が補正されていない場合は中間結像面８
５、屈折レンズ８２、画像表示手段をシャインプルーフ
の法則を満足するように屈折レンズ８２及び画像表示手
段１１の傾き角を設定すれば良い。
【００８５】また、本実施例においてはリレー光学系１
２（１２’）中、交換光学素子以外の光学素子全体を移
動させる例を述べたが、リレー光学系１２を構成する複
数の光学素子のうちの第１の交換光学素子１６以外の少
なくとも１つの光学素子ＬＢを移動させて同様の効果を
得ることも可能である。
２（１２’）中、交換光学素子以外の光学素子全体を移
動させる例を述べたが、リレー光学系１２を構成する複
数の光学素子のうちの第１の交換光学素子１６以外の少
なくとも１つの光学素子ＬＢを移動させて同様の効果を
得ることも可能である。
【００８６】図１０は本発明の実施例６の要部概略図で
ある。本実施例が実施例５と異なる点は、遮光板を複数
個用意し、リレー光学系１２を移動させる際に夫々適切
な不要光カット用の遮光板をリレー光学系１２の光路中
に設定するようにした点であり、その他の構成は同じで
ある。
ある。本実施例が実施例５と異なる点は、遮光板を複数
個用意し、リレー光学系１２を移動させる際に夫々適切
な不要光カット用の遮光板をリレー光学系１２の光路中
に設定するようにした点であり、その他の構成は同じで
ある。
【００８７】図１０（Ａ）においてR1、１６、R3はリレ
ー光学系１２を構成する複数の光学素子であり、４４は
この時絞り位置近傍に位置する第１の遮光板である。図
１０（Ｂ）は第２の交換光学素子１７をリレー光学系の
光路中に設置してリレー光学系１２’とし、更にその交
換に連動して光学素子移動手段２１によってリレー光学
系１２’をdRだけ移動した状態を示している。又、４
４’はこの時リレー光学系の光路中に設置された第２の
遮光板である。
ー光学系１２を構成する複数の光学素子であり、４４は
この時絞り位置近傍に位置する第１の遮光板である。図
１０（Ｂ）は第２の交換光学素子１７をリレー光学系の
光路中に設置してリレー光学系１２’とし、更にその交
換に連動して光学素子移動手段２１によってリレー光学
系１２’をdRだけ移動した状態を示している。又、４
４’はこの時リレー光学系の光路中に設置された第２の
遮光板である。
【００８８】図１０（Ｂ）の状態ではリレー光学系１２
の移動により瞳がリレー光学系に対して相対的に移動す
る。よって、全画角の光束に対して均等な遮光効果を得
るには、光学素子交換手段１８による交換光学素子の交
換動作に連動して遮光板交換手段２２により第１の遮光
板４４を第２の遮光板４４’に交換・設置する。
の移動により瞳がリレー光学系に対して相対的に移動す
る。よって、全画角の光束に対して均等な遮光効果を得
るには、光学素子交換手段１８による交換光学素子の交
換動作に連動して遮光板交換手段２２により第１の遮光
板４４を第２の遮光板４４’に交換・設置する。
【００８９】また、別の方法として光学素子交換手段１
８及び光学素子移動手段２１の動作に連動して遮光板移
動手段によって遮光板を４４の位置から４４’の位置ま
で光軸に沿って移動させても良い。この場合は遮光板を
複数用意する必要がないため、光路外に退避する部材を
格納するスペースが少なくて済むという利点がある。
８及び光学素子移動手段２１の動作に連動して遮光板移
動手段によって遮光板を４４の位置から４４’の位置ま
で光軸に沿って移動させても良い。この場合は遮光板を
複数用意する必要がないため、光路外に退避する部材を
格納するスペースが少なくて済むという利点がある。
【００９０】本実施例では倍率切換えに際して遮光板を
効果的に交換又は移動しているので最良の遮光効果が得
られる。
効果的に交換又は移動しているので最良の遮光効果が得
られる。
【００９１】図１１は本発明の実施例７の要部概略図で
ある。図中、２１は光学素子移動手段であり、信号や操
作手段の動作に応じてリレー光学系１２中の第１の移動
光学素子２６及び第２の移動光学素子２７を同時に夫々
の所定量移動させ、中間結像面１３の位置は変えずに観
察画角を変える。
ある。図中、２１は光学素子移動手段であり、信号や操
作手段の動作に応じてリレー光学系１２中の第１の移動
光学素子２６及び第２の移動光学素子２７を同時に夫々
の所定量移動させ、中間結像面１３の位置は変えずに観
察画角を変える。
【００９２】その原理について説明する。図１２（Ａ）
はリレー光学系中に両移動光学素子が所定の位置に設置
されている第１の場合（初期配置）の光学配置を示して
おり、図１２（Ｂ）はリレー光学系中の第１の移動光学
素子２６及び第２の移動光学素子２７が光路中を夫々Δ
eR1 及びΔeR2 だけ移動することによってリレー光学系
が１２’となり、その焦点距離がfR' に変化した第２の
場合の光学配置を示している。
はリレー光学系中に両移動光学素子が所定の位置に設置
されている第１の場合（初期配置）の光学配置を示して
おり、図１２（Ｂ）はリレー光学系中の第１の移動光学
素子２６及び第２の移動光学素子２７が光路中を夫々Δ
eR1 及びΔeR2 だけ移動することによってリレー光学系
が１２’となり、その焦点距離がfR' に変化した第２の
場合の光学配置を示している。
【００９３】図１２（Ｂ）では初期配置の図１２（Ａ）
と同じ視度とするためにリレー光学系１２’をリレー光
学系１２の位置より中間結像面１３側へ光学的にある量
だけ移動しており、中間結像面１３が観察者側から見て
第１の場合と同距離になるようにし、さらに中間結像面
１３上の中間像の大きさyI' が第１の場合よりも小さく
なっている。なお、各光学要素の焦点距離および主点間
隔は実施例１と同様に図のように定める。
と同じ視度とするためにリレー光学系１２’をリレー光
学系１２の位置より中間結像面１３側へ光学的にある量
だけ移動しており、中間結像面１３が観察者側から見て
第１の場合と同距離になるようにし、さらに中間結像面
１３上の中間像の大きさyI' が第１の場合よりも小さく
なっている。なお、各光学要素の焦点距離および主点間
隔は実施例１と同様に図のように定める。
【００９４】実施例１と同様に、図１３に示すようにリ
レー光学系中の第１の移動光学素子２６を部分系R2，リ
レー光学系中でそれより観察者側にある光学系を部分系
R1、第２の移動光学素子２７を部分系R3として、リレー
光学系を薄肉３群構成として各光学素子の移動量を考察
する。
レー光学系中の第１の移動光学素子２６を部分系R2，リ
レー光学系中でそれより観察者側にある光学系を部分系
R1、第２の移動光学素子２７を部分系R3として、リレー
光学系を薄肉３群構成として各光学素子の移動量を考察
する。
【００９５】図１３（Ａ）に示すように薄肉３群構成の
リレー光学系の各構成群（部分系）R1,R2,R3が焦点距離
fR1 、fR2 、fR3 でそれぞれ eR1、eR2 の間隔で並んで
おり、これは図１２（Ａ）の状態に対応している。この
ときこのリレー光学系１２の前後の主点位置はそれぞれ
H、H'で表し、その位置はそれぞれ部分系R1からΔR、
部分系R3からΔR'の距離にある。これらの距離は式(1)、
(2)、(3) で表される。
リレー光学系の各構成群（部分系）R1,R2,R3が焦点距離
fR1 、fR2 、fR3 でそれぞれ eR1、eR2 の間隔で並んで
おり、これは図１２（Ａ）の状態に対応している。この
ときこのリレー光学系１２の前後の主点位置はそれぞれ
H、H'で表し、その位置はそれぞれ部分系R1からΔR、
部分系R3からΔR'の距離にある。これらの距離は式(1)、
(2)、(3) で表される。
【００９６】
【数５】 として、
【００９７】
【数６】 又、図１２（Ａ）よりリレー光学系の合成系fRから見た
画像表示手段１１の位置e3は １/e2 + １/e3 ＝１/fR (4) で表される式をもとに決定されており、これを図１３
（Ａ）に置き換えてみると、中間結像面１３から見た部
分系R1の位置は(e2-ΔR)、部分系R3から見た画像表示手
段１１の位置は( ΔR'+e3)となるように配置されてい
る。
画像表示手段１１の位置e3は １/e2 + １/e3 ＝１/fR (4) で表される式をもとに決定されており、これを図１３
（Ａ）に置き換えてみると、中間結像面１３から見た部
分系R1の位置は(e2-ΔR)、部分系R3から見た画像表示手
段１１の位置は( ΔR'+e3)となるように配置されてい
る。
【００９８】ここで図１１の光学素子移動手段２１が図
１３（Ａ）の第１の場合から同時に第１の移動光学素子
２６と第２の移動光学素子２７を夫々ΔeR1 及びΔeR2
移動した第２の場合を考える。
１３（Ａ）の第１の場合から同時に第１の移動光学素子
２６と第２の移動光学素子２７を夫々ΔeR1 及びΔeR2
移動した第２の場合を考える。
【００９９】その結果、部分系R1、部分系R2間がeR1'、
部分系R2、部分系R3間がeR2'となるように配置されてい
るとして、リレー光学系１２’全体での合成焦点距離
fR' 及び、部分系R1、部分系R3夫々からの前後の主点
(H)',(H')'までの距離( ΔR)'、(ΔR')'は
部分系R2、部分系R3間がeR2'となるように配置されてい
るとして、リレー光学系１２’全体での合成焦点距離
fR' 及び、部分系R1、部分系R3夫々からの前後の主点
(H)',(H')'までの距離( ΔR)'、(ΔR')'は
【０１００】
【数７】 として、
【０１０１】
【数８】 と表される。このとき、中間結像面から見た部分系R1の
位置は｛e2'-( ΔR)'}であり、これは図１３（Ａ）にお
ける中間結像面１３から見た部分系R1の位置(e2-ΔR )
に対して移動していないので、 e2' ＝e2+ ( ΔR)'-ΔR (8) となっている。
位置は｛e2'-( ΔR)'}であり、これは図１３（Ａ）にお
ける中間結像面１３から見た部分系R1の位置(e2-ΔR )
に対して移動していないので、 e2' ＝e2+ ( ΔR)'-ΔR (8) となっている。
【０１０２】中間結像面１３のリレー光学系１２’によ
る結像位置はその焦点距離より １/e2' +１/e3'＝１/fR' (9) で求められるe3' の位置となる。
る結像位置はその焦点距離より １/e2' +１/e3'＝１/fR' (9) で求められるe3' の位置となる。
【０１０３】本実施例では画像表示手段の移動が無いよ
うに設定しているので、 e3'+( ΔR')'+ ΔeR2 ＝e3+ ΔR' (14) である。
うに設定しているので、 e3'+( ΔR')'+ ΔeR2 ＝e3+ ΔR' (14) である。
【０１０４】このとき
【０１０５】
【数９】 の関係が成り立っている。
【０１０６】以上の式を満足するように未知の変数Δe
R1 、ΔeR2 を適宜決定することにより、視度変化無
く、画角のみを変化することができる。
R1 、ΔeR2 を適宜決定することにより、視度変化無
く、画角のみを変化することができる。
【０１０７】本実施例によれば、２つの移動光学素子を
夫々所定量リレー光学系内で、その光軸に沿って移動す
るだけで視度変化無く、画角のみを変化できる。従って
ズームカムの如き複雑な機構を必要としない。又、収差
変動の補正上もズームレンズに比べると有利なのでリレ
ー光学系の構成枚数が少なくて済む。更に、これまでの
実施例と比べても光学素子を退避させるスペースが不要
なので装置の小型化が図れる。
夫々所定量リレー光学系内で、その光軸に沿って移動す
るだけで視度変化無く、画角のみを変化できる。従って
ズームカムの如き複雑な機構を必要としない。又、収差
変動の補正上もズームレンズに比べると有利なのでリレ
ー光学系の構成枚数が少なくて済む。更に、これまでの
実施例と比べても光学素子を退避させるスペースが不要
なので装置の小型化が図れる。
【０１０８】
【発明の効果】本発明は以上の構成により、画像表示手
段に表示した画像の虚像をリレー光学系と接眼光学系を
有する観察光学系で観察する際、観察者が好みの虚像の
大きさ（観察画角）に設定でき、しかもその際一々観察
光学系の視度を再調整しなくても良い、操作性の良い小
型の画像表示装置を達成している。
段に表示した画像の虚像をリレー光学系と接眼光学系を
有する観察光学系で観察する際、観察者が好みの虚像の
大きさ（観察画角）に設定でき、しかもその際一々観察
光学系の視度を再調整しなくても良い、操作性の良い小
型の画像表示装置を達成している。
【０１０９】この他、本発明によれば、 （３−１） リレー光学系の一部の光学素子を別の光学
素子に交換することにより、簡単な構成で観察観察画角
を可変とし、比較的小型の構成で、観察者が好みの大き
さで画像を観察できる。 （３−２） 光学素子の交換又は／及び移動によって観
察画角を変えても虚像の視度（位置）が変わらず、操作
性が良い。 （３−３） リレー光学系の一部の光学素子を別の光学
素子に交換すると共に、リレー光学系全体又はその中の
一部の光学素子を光軸方向に移動することにより観察画
角を変えても視度を不変とできる。この場合は画像表示
手段を移動しなくても良いので耐久性が高くなり、且つ
移動部分を回転により移動できるので機構的、精度的に
容易に製作することができる。 （３−４） 光学素子の交換又は移動によって観察画角
を変える際に、リレー光学系の瞳位置の移動に合わせて
遮光板を移動させる、もしくは別の遮光板へ交換するこ
とにより、画像表示手段からの望ましくない光束を遮光
し、望ましい光束のみを観察者の瞳に導く。これによっ
てLCD 等のように光線の方向によりコントラストの偏り
のある表示手段を用いても常に高コントラストの画像を
表示する。 （３−５） 虚像のアスペクト比を変化させワイド画像
等を観察できる。 （３−６） 接眼光学系中に偏心反射面を用いることに
より広観察画角で軽量な構成でありながら観察画角を変
化できる。 （３−７） 接眼光学系が偏心光学系の場合、リレー光
学系中に偏心反射面を用いることにより全体として偏心
収差を低減して、良好な画質でありながら観察画角を変
化できる。 （３−８） リレー光学系の中で２つの光学素子を夫々
所定量移動して視度を変えずに観察画角を変える構成を
採れば、簡易な構成で小型となる。等の少なくとも１つ
の効果を有した画像表示装置を達成する。
素子に交換することにより、簡単な構成で観察観察画角
を可変とし、比較的小型の構成で、観察者が好みの大き
さで画像を観察できる。 （３−２） 光学素子の交換又は／及び移動によって観
察画角を変えても虚像の視度（位置）が変わらず、操作
性が良い。 （３−３） リレー光学系の一部の光学素子を別の光学
素子に交換すると共に、リレー光学系全体又はその中の
一部の光学素子を光軸方向に移動することにより観察画
角を変えても視度を不変とできる。この場合は画像表示
手段を移動しなくても良いので耐久性が高くなり、且つ
移動部分を回転により移動できるので機構的、精度的に
容易に製作することができる。 （３−４） 光学素子の交換又は移動によって観察画角
を変える際に、リレー光学系の瞳位置の移動に合わせて
遮光板を移動させる、もしくは別の遮光板へ交換するこ
とにより、画像表示手段からの望ましくない光束を遮光
し、望ましい光束のみを観察者の瞳に導く。これによっ
てLCD 等のように光線の方向によりコントラストの偏り
のある表示手段を用いても常に高コントラストの画像を
表示する。 （３−５） 虚像のアスペクト比を変化させワイド画像
等を観察できる。 （３−６） 接眼光学系中に偏心反射面を用いることに
より広観察画角で軽量な構成でありながら観察画角を変
化できる。 （３−７） 接眼光学系が偏心光学系の場合、リレー光
学系中に偏心反射面を用いることにより全体として偏心
収差を低減して、良好な画質でありながら観察画角を変
化できる。 （３−８） リレー光学系の中で２つの光学素子を夫々
所定量移動して視度を変えずに観察画角を変える構成を
採れば、簡易な構成で小型となる。等の少なくとも１つ
の効果を有した画像表示装置を達成する。
【図１】 本発明の実施例１の要部概略図
【図２】 実施例１の光学配置図
【図３】 実施例１のリレー光学系の光学配置図
【図４】 本発明の実施例２の要部概略図
【図５】 本発明の実施例３の要部概略図
【図６】 本発明の実施例４の要部概略図
【図７】 本発明の実施例５の要部概略図
【図８】 本発明の実施例５の光学配置を示す図
【図９】 本発明の実施例５のリレー光学系の光学配置
を示す図
を示す図
【図１０】 本発明の実施例６の要部概略図
【図１１】 本発明の実施例７の要部概略図
【図１２】 実施例７の光学配置図
【図１３】 実施例７のリレー光学系の光学配置図
１１ 画像表示手段、１２ リレー光学系、１３ 中間
結像面 １４ 接眼光学系、 １５ アイポイント（瞳） １６ 第１の交換光学素子 １７ 第２の交換光学素子 １８ 光学素子交換手段 １９ 画像移動手段 ２１ 光学素子移動手段 ２２ 遮光板交換手段 ２６ 第１の移動光学素子 ２７ 第２の移動光学素子 ４４ 第１の遮光板 ４４’ 第２の遮光板
結像面 １４ 接眼光学系、 １５ アイポイント（瞳） １６ 第１の交換光学素子 １７ 第２の交換光学素子 １８ 光学素子交換手段 １９ 画像移動手段 ２１ 光学素子移動手段 ２２ 遮光板交換手段 ２６ 第１の移動光学素子 ２７ 第２の移動光学素子 ４４ 第１の遮光板 ４４’ 第２の遮光板
Claims (18)
- 【請求項１】 画像表示手段に表示する画像を複数の光
学素子より成るリレー光学系により中間結像面に空中像
として結像し、該空中像を接眼光学系により虚像として
形成し、該虚像を観察する画像表示装置において、 該複数の光学素子のうち、少なくとも１つの光学素子を
光学素子交換手段によって該リレー光学系の光路外にあ
る他の光学素子と交換して該中間結像面の位置に空中像
を形成して該虚像の大きさを変えることを特徴とする画
像表示装置。 - 【請求項２】 画像表示手段に表示する画像を複数の光
学素子より成るリレー光学系により中間結像面に空中像
として結像し、該空中像を接眼光学系により虚像として
形成し、該虚像を観察する画像表示装置において、 該複数の光学素子のうち、少なくとも１つの光学素子を
光学素子交換手段によって該リレー光学系の光路外にあ
る他の光学素子と交換し、該光学素子交換手段の交換動
作に連動して画像移動手段により該画像表示手段を該リ
レー光学系の光軸に沿って移動させ、該中間結像面の位
置に空中像を形成して該虚像の大きさを変えることを特
徴とする画像表示装置。 - 【請求項３】 前記交換する他の光学素子はアナモフィ
ック非球面を有していることを特徴とする請求項２の画
像表示装置。 - 【請求項４】 前記リレー光学系は複数の屈折面を有
し、前記接眼光学系は該複数の屈折面の光軸に重なる光
線に対して偏心した曲面の反射面を有することを特徴と
する請求項２又は３の画像表示装置。 - 【請求項５】 前記リレー光学系は複数の屈折面と該複
数の屈折面の光軸に重なる光線に対して偏心している１
つの曲面の反射面を有していることを特徴とする請求項
２、３又は４の画像表示装置。 - 【請求項６】 前記リレー光学系は複数の遮光板を有
し、前記光学素子交換手段の交換動作と連動して遮光板
交換手段により該複数の遮光板の中から所定の遮光板を
選択して該リレー光学系の光路中に設定して前記画像表
示手段からの光束を制限することを特徴とする請求項１
〜５のいずれか１項に記載の画像表示装置。 - 【請求項７】 前記リレー光学系は前記画像表示手段か
らの光束を制限する遮光板を有し、前記光学素子交換手
段の交換動作と連動して遮光板移動手段により該遮光板
をリレー光学系の光軸に沿って移動することを特徴とす
る請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像表示装置。 - 【請求項８】 画像表示手段に表示する画像を複数の光
学素子より成るリレー光学系により中間結像面に空中像
として結像し、該空中像を接眼光学系により虚像として
形成し、該虚像を観察する画像表示装置において、 該複数の光学素子のうちの少なくとも１つの光学素子Ｌ
Ａを光学素子交換手段によって該リレー光学系の光路外
にある他の光学素子と交換し、 該複数の光学素子のうちの該光学素子ＬＡ以外の少なく
とも１つの光学素子ＬＢを光学素子移動手段により該リ
レー光学系の光軸に沿って移動して該中間結像面の位置
に空中像を形成して該虚像の大きさを変えることを特徴
とする画像表示装置。 - 【請求項９】 前記交換する他の光学素子はアナモフィ
ック非球面を有していることを特徴とする請求項８の画
像表示装置。 - 【請求項１０】 前記リレー光学系は複数の屈折面を有
し、前記接眼光学系は該複数の屈折面の光軸に重なる光
線に対して偏心した曲面反射面を有することを特徴とす
る請求項８又は９の画像表示装置。 - 【請求項１１】 前記リレー光学系は複数の屈折面と該
複数の屈折面の光軸に重なる光線に対して偏心している
１つの曲面の反射面を有していることを特徴とする請求
項８、９又は１０の画像表示装置。 - 【請求項１２】 前記リレー光学系は複数の遮光板を有
し、前記光学素子交換手段の交換動作と連動して遮光板
交換手段により該複数の遮光板の中から所定の遮光板を
選択して該リレー光学系の光路中に設定して前記画像表
示手段からの光束を制限することを特徴とする請求項
８、９、１０又は１１の画像表示装置。 - 【請求項１３】 前記リレー光学系は前記画像表示手段
からの光束を制限する遮光板を有し、前記光学素子交換
手段の交換動作と連動して遮光板移動手段により該遮光
板をリレー光学系の光軸に沿って移動することを特徴と
する請求項８、９、１０又は１１の画像表示装置。 - 【請求項１４】 画像表示手段に表示する画像を複数の
光学素子より成るリレー光学系により中間結像面に空中
像として結像し、該空中像を接眼光学系により虚像とし
て形成し、該虚像を観察する画像表示装置において、 該複数の光学素子のうち少なくとも２つの光学素子を光
学素子移動手段により該リレー光学系の光軸に沿って夫
々所定量移動して、該中間結像面の位置に空中像を形成
して該虚像の大きさを変えることを特徴とする画像表示
装置。 - 【請求項１５】 前記リレー光学系は複数の屈折面を有
し、前記接眼光学系は該複数の屈折面の光軸に重なる光
線に対して偏心した曲面反射面を有することを特徴とす
る請求項１４の画像表示装置。 - 【請求項１６】 前記リレー光学系は複数の屈折面と該
複数の屈折面の光軸に重なる光線に対して偏心している
１つの曲面の反射面を有していることを特徴とする請求
項１４又は１５の画像表示装置。 - 【請求項１７】 前記リレー光学系は複数の遮光板を有
し、前記光学素子交換手段の交換動作と連動して遮光板
交換手段により該複数の遮光板の中から所定の遮光板を
選択して該リレー光学系の光路中に設定して前記画像表
示手段からの光束を制限することを特徴とする請求項１
４、１５又は１６の画像表示装置。 - 【請求項１８】 前記リレー光学系は前記画像表示手段
からの光束を制限する遮光板を有し、前記光学素子交換
手段の交換動作と連動して遮光板移動手段により該遮光
板をリレー光学系の光軸に沿って移動することを特徴と
する請求項１４、１５又は１６の画像表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13986795A JPH08313844A (ja) | 1995-05-15 | 1995-05-15 | 画像表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13986795A JPH08313844A (ja) | 1995-05-15 | 1995-05-15 | 画像表示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08313844A true JPH08313844A (ja) | 1996-11-29 |
Family
ID=15255407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13986795A Pending JPH08313844A (ja) | 1995-05-15 | 1995-05-15 | 画像表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08313844A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11326759A (ja) * | 1998-05-18 | 1999-11-26 | Ricoh Co Ltd | 画像表示装置 |
| WO2004061519A1 (ja) * | 2002-12-24 | 2004-07-22 | Nikon Corporation | ヘッドマウントディスプレイ |
| US7085027B2 (en) | 2003-04-28 | 2006-08-01 | Nikon Corporation | Image combiner and image display |
| JP2007079031A (ja) * | 2005-09-13 | 2007-03-29 | Canon Inc | 表示光学系及びそれを有する画像表示装置 |
| JP2015206839A (ja) * | 2014-04-17 | 2015-11-19 | オリンパス株式会社 | 虚像観察装置及び虚像観察装置のインナー光学系 |
| JP2015206838A (ja) * | 2014-04-17 | 2015-11-19 | オリンパス株式会社 | 虚像観察装置 |
| JP2016200660A (ja) * | 2015-04-08 | 2016-12-01 | 国立大学法人東北大学 | 空中像および虚像表示装置 |
| JP2017116773A (ja) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | セイコーエプソン株式会社 | 虚像表示装置 |
| WO2020196637A1 (ja) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | 株式会社Ｑｄレーザ | 画像中継装置及び画像投影システム |
-
1995
- 1995-05-15 JP JP13986795A patent/JPH08313844A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11326759A (ja) * | 1998-05-18 | 1999-11-26 | Ricoh Co Ltd | 画像表示装置 |
| WO2004061519A1 (ja) * | 2002-12-24 | 2004-07-22 | Nikon Corporation | ヘッドマウントディスプレイ |
| US7542012B2 (en) | 2002-12-24 | 2009-06-02 | Nikon Corporation | Head mounted display |
| US8400371B2 (en) | 2002-12-24 | 2013-03-19 | Nikon Corporation | Head mount display |
| US7085027B2 (en) | 2003-04-28 | 2006-08-01 | Nikon Corporation | Image combiner and image display |
| JP2007079031A (ja) * | 2005-09-13 | 2007-03-29 | Canon Inc | 表示光学系及びそれを有する画像表示装置 |
| JP2015206839A (ja) * | 2014-04-17 | 2015-11-19 | オリンパス株式会社 | 虚像観察装置及び虚像観察装置のインナー光学系 |
| JP2015206838A (ja) * | 2014-04-17 | 2015-11-19 | オリンパス株式会社 | 虚像観察装置 |
| JP2016200660A (ja) * | 2015-04-08 | 2016-12-01 | 国立大学法人東北大学 | 空中像および虚像表示装置 |
| JP2017116773A (ja) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | セイコーエプソン株式会社 | 虚像表示装置 |
| WO2020196637A1 (ja) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | 株式会社Ｑｄレーザ | 画像中継装置及び画像投影システム |
| JPWO2020196637A1 (ja) * | 2019-03-28 | 2021-04-08 | 株式会社Ｑｄレーザ | 画像中継装置及び画像投影システム |
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