JPH09197336A

JPH09197336A - 画像表示装置

Info

Publication number: JPH09197336A
Application number: JP736296A
Authority: JP
Inventors: Kokichi Kenno; 研野孝吉; Koichi Takahashi; 高橋浩一
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1996-01-19
Filing date: 1996-01-19
Publication date: 1997-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】中間像を作らず、コンパクト・軽量で収差が
良好に補正された頭部又は顔面装着式映像表示装置。【解決手段】画像を表示する画像表示素子６と、画像
表示素子６によって形成された画像を光路中で結像する
ことなく観察者眼球に導く接眼光学系７とからなる画像
表示装置であり、接眼光学系７は３つの面３、４、５を
有し、画像表示素子６を射出した光線がこの３つの面で
３回反射し、観察者眼球に達するように構成され、３回
の反射面の中少なくとも１面が観察者眼球側に凹面を向
けた凹面鏡からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示装置に関
し、特に、使用者の頭部もしくは顔面に保持して眼球に
映像を投影する頭部又は顔面装着式画像表示装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、バーチャルリアリティー用、ある
いは、個人的に大画面の映像を楽しむことを目的とし
て、ヘルメット型、ゴーグル型の頭部又は顔面装着式の
画像表示装置が開発されている。

【０００３】例えば、特開平２−２９７５１６号におい
ては、図１１に示すように、映像を表示する２次元表示
装置１１、対物視準レンズ１２、両端に軸外し放物面鏡
を設けた平行透明プレート１３で構成され、２次元表示
装置１１の映像を表示する光を対物視準レンズ１２で平
行光にした後、平行透明プレート１３の平行面での第１
の透過、第１の放物面鏡での反射、平行透明プレート１
３内でのいくつかの全反射、第２の放物面鏡での反射、
平行透明プレート１３の平行面での第２の透過（８回反
射、２回透過）により、点Ｆに中間像を結像し、その中
間像を観察者の眼球１４に投影している。

【０００４】また、米国特許第４，０２６，６４１号に
おいては、図１２に示すように、画像表示素子１１の像
を伝達光学素子１５で湾曲した物体像に変換し、その物
体像をトーリック反射面１６で観察者の眼球１４に投影
するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１１
のように、画像表示素子の映像をリレーするタイプの画
像表示装置では、接眼光学系の外にリレー光学系が必要
になるので、光学系が大型で重量が重く、顔面あるいは
頭部からの突出量も大きくなり、頭部又は顔面装着式の
画像表示装置としてふさわしくない。

【０００６】また、平行光を中間像として結像する光学
系も、中間像を眼球に投影する光学系も、パワーを有す
るのは放物面鏡のみであるので、その光学系で発生する
収差が非常に大きい。

【０００７】また、図１２のように、接眼光学系として
凹面鏡のみを使用すると、たとえ凹面鏡が図１２のよう
にトーリック面であったとしても、接眼光学系で発生す
る収差が非常に大きく、画質が落ちる。

【０００８】そこで、接眼光学系で発生する像面湾曲を
補正するために、ファイバープレートのような伝達光学
素子１５を使用する必要がある。しかし、伝達光学素子
１５、トーリック面１６を使用しても、コマ収差等は十
分に補正できない。

【０００９】本発明は以上のような従来技術の問題点に
鑑みてなされたもので、その目的は、中間像を作らない
画像表示装置において、コンパクト・軽量で収差が良好
に補正された頭部又は顔面装着式画像表示装置を提供す
ることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の第１の画像表示装置は、画像を表示する画像表示素
子と、前記画像表示素子によって形成された画像を光路
中で結像することなく観察者眼球に導く接眼光学系とか
らなる画像表示装置において、前記接眼光学系は少なく
とも３つの面を有し、前記画像表示素子を射出した光線
が前記の少なくとも３つの面で３回反射し、観察者眼球
に達するように構成され、前記の少なくとも３回の反射
面の中少なくとも１面が観察者眼球側に凹面を向けた凹
面鏡であることを特徴とするものである。

【００１１】本発明の第２の画像表示装置は、画像を表
示する画像表示素子と、前記画像表示素子によって形成
された画像を光路中で結像することなく観察者眼球に導
く接眼光学系とからなる画像表示装置において、前記接
眼光学系は少なくとも３つの面を有し、前記画像表示素
子を射出した光線が前記の少なくとも３つの面で４回反
射し、観察者眼球に達するように構成され、前記の少な
くとも４回の反射面の中少なくとも１面が観察者眼球側
に凹面を向けた凹面鏡であることを特徴とするものであ
る。

【００１２】本発明の第３の画像表示装置は、画像を表
示する画像表示素子と、前記画像表示素子によって形成
された画像を光路中で結像することなく観察者眼球に導
く接眼光学系とからなる画像表示装置において、前記接
眼光学系は少なくとも３つの面を有したプリズム体で構
成され、前記画像表示素子を射出した光線が前記プリズ
ム体で３回以上反射し、観察者眼球に達するように構成
され、前記プリズム体は屈折率が１より大きい透明媒質
で構成され、前記画像表示素子側に行くに従って前記プ
リズム体の厚さが薄くなるように構成されていることを
特徴とするものである。

【００１３】以下に、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。本発明は、接眼光学系をコ
ンパクトに配置するために必要な光学系のレイアウトに
関するものである。すなわち、接眼光学系を薄くするこ
とは、画像表示装置の厚さを薄くするために重要であ
る。表示装置を薄くすると、重心が観察者頭部中心に近
くなるために、同じ重量でも慣性モーメントを少なくす
ることができる。つまり、観察者が頭を動かしたときの
追従性が飛躍的に良くなる。

【００１４】そのために、本発明では画像表示素子の映
像をリレー光学系を利用しないで、直接観察者眼球に投
影する構成にした。

【００１５】次に、接眼光学系を薄くすることが重要に
なってくる。本発明では、接眼光学系を薄く構成するた
めに、接眼光学系の中を光線が往復するように構成し
て、光路を折り畳むことによって接眼光学系を薄くする
ことに成功したものである。

【００１６】さらに、単に光路を折り畳むだけでは広い
観察画角を確保することができないために、少なくとも
１つの反射面を凹面鏡で構成し、その反射面で光線を反
射すると共に光線を収斂させ、同時に接眼光学系内を繰
り返し反射する構成にすることが重要である。

【００１７】まず、第１の画像表示装置について、凹面
鏡、凸面鏡等の反射面は、同じパワーの屈折面に比べる
と発生収差量が少ない。また、色収差に関しては全く発
生しない。さらに、パワーを有する反射面が３面以上あ
ると、パワーが分散でき、同じパワーを得る場合にはよ
り少ない収差で投影することが可能となる。さらに、個
々の面でのパワーが小さくなると同時に、凹面鏡、凸面
鏡等の反射面でそれぞれ発生する像面湾曲、球面収差等
の発生収差がお互いに打ち消しあい、良好な収差状態を
維持することが可能である。

【００１８】また、３回以上反射させて光路を折り畳む
ことで、光学系を小型化できることは上述の通りであ
る。また、少なくとも３つある反射面の中、１つの反射
面が観察眼球側に凹面を向けていると、コマ収差の発生
が少なく、周辺まで解像力の良い鮮明な観察像を得るこ
とができる。

【００１９】また、３つ以上の面で形成される空間内部
を屈折率が１より大きい透明媒質で満たすことにより、
反射面を裏面鏡で構成することが可能となり、コマ収差
と球面収差の発生を抑えることができる。また、接眼光
学系の焦点距離か短い場合は、光学系内の光路長をとる
ことが可能となり、接眼光学系の後側焦点位置（アイポ
イント）を長くとることが可能となる。

【００２０】また、画像表示素子の画像表示面を観察者
前方に向けて配置することにより、観察者顔面から前方
への突出量を減らすことが可能となる。

【００２１】さらに、３つ以上の面は、画像表示素子を
射出した光線が通る順に、第１の透過面、第１の反射
面、第２の反射面、第３の反射面、第２の透過面の順番
に配置すると、３つの反射面が接眼光学系の中央に配置
され、透過面で前後を挟むことになり、反射面を全て裏
面鏡にすることが可能となり、反射面により発生する収
差を少なくすることが可能となる。

【００２２】そして、第１の透過面と第２の反射面を同
一位置の同一形状の面で構成すると、接眼光学系を製作
する上で加工する面形状が少なくなり、製作が簡単にな
る。

【００２３】また、第２の透過面と第２の反射面を同一
位置の同一形状の面で構成すると、接眼光学系を製作す
る上で加工する面形状が少なくなり、製作が簡単にな
る。

【００２４】また、第１の透過面と第２の反射面と第２
の透過面を同一位置の同一形状の面で構成すると、接眼
光学系を製作する上で加工する面形状が少なくなり、製
作が簡単になる。

【００２５】また、第２の反射面を観察者眼球側に凹面
を向けた凸面鏡で構成すると、第１と第３の反射面で発
生する像面湾曲等の収差を打ち消すことが可能となり、
接眼光学系全体の収差発生量を少なくすることができ
る。さらに、第１と第３の反射面を観察者眼球側に凹面
を向けた凹面鏡にすることによって、３つの反射面がカ
メラレンズ等でよく知られているトリプレット（正・負
・正）の配置になる。すると、コマ収差、像面湾曲等の
収差補正に更に良い結果を得ることができる。

【００２６】第２の反射面で光線が反射する際に臨界角
を越える入射角で入射するように配置すると、第２の反
射面で反射する光線は全反射を起こし、１００％の反射
率となる。これによって、観察像の光量ロスを少なくす
ることが可能となり、観察像を明るくすることが可能と
なる。また、反射領域と透過領域を重ねて配置すること
が可能となり、光学系を小型にすることが可能となる。

【００２７】更に好ましくは、光学系を１つの光学素子
で構成する場合に、光学系は「光学素子へ入射する際の
透過作用」、「光学素子内での３回の反射作用」、「光
学素子から射出する際の透過作用」の作用を併せ持つ。

【００２８】本発明の第２の画像表示装置について説明
すると、凹面鏡、凸面鏡等の反射面は同じパワーの屈折
面に比べると発生収差量が少ない。また、色収差に関し
ては全く発生しない。さらに、パワーを有する反射面が
４面以上あると、パワーが分散でき、同じパワーを得る
場合にはより少ない収差で投影することが可能となる。
さらに、個々の面でのパワーが小さくなると同時に、凹
面鏡、凸面鏡等の反射面でそれぞれ発生する像面湾曲、
球面収差等の発生収差がお互いに打ち消しあい、良好な
収差状態を維持することが可能である。また、４回以上
反射させて光路を折り畳むことで、光学系を薄くするこ
とが可能となる。また、少なくとも４回の反射面の中少
なくとも１面が観察者眼球側に凹面を向けた凹面鏡であ
ると、コマ収差の発生が少なく、周辺まで解像力の良い
鮮明な観察像を得ることができる。

【００２９】この場合も、３つ以上の面で形成される空
間内部を屈折率が１より大きい透明媒質で満たすことに
より、反射面を裏面鏡で構成することが可能となり、コ
マ収差と球面収差の発生を抑えることができる。また、
接眼光学系の焦点距離か短い場合は、光学系内の光路長
をとることが可能となり、接眼光学系の後側焦点位置
（アイポイント）を長くとることが可能となる。

【００３０】また、画像表示素子の画像表示面を観察者
眼球方向に向けると共に、接眼光学系を射出する光軸に
対して斜めの位置に傾けて配置することにより、観察者
顔面から前方への突出量を減らすことが可能となる。

【００３１】さらに、３つ以上の面は、画像表示素子を
射出した光線が通る順に、第１の透過面、第１の反射
面、第２の反射面、第３の反射面、第４の反射面、第２
の透過面の順番に配置すると、４つの反射面が接眼光学
系の中央に配置され、透過面で前後を挟むことになり、
反射面を全て裏面鏡にすることが可能となり、反射面に
より発生する収差を少なくすることが可能となる。

【００３２】そして、第１の透過面と第２の反射面を同
一位置の同一形状の面で構成すると、接眼光学系を製作
する上で加工する面形状が少なくなり、製作が簡単にな
る。

【００３３】また、第２の透過面と第３の反射面を同一
位置の同一形状の面で構成すると、接眼光学系を製作す
る上で加工する面形状が少なくなり、製作が簡単にな
る。

【００３４】さらに、第１の反射面と第３の反射面を同
一位置の同一形状の面で構成すると、接眼光学系を製作
する上で加工する面形状が少なくなり、製作が簡単にな
る。

【００３５】また、第２の透過面と第１の反射面と第３
の反射面を同一位置の同一形状の面で構成すると、接眼
光学系を製作する上で加工する面形状が少なくなり、製
作が簡単になる。

【００３６】さらに、第１の反射面と第３の反射面を観
察眼球側に凹面を向けた凸面鏡で構成すると、第２の反
射面で発生する像面湾曲等の収差を打ち消すことが可能
となり、接眼光学系全体の収差発生量を少なくすること
ができる。さらに、第２の反射面を観察眼球側に凹面を
向けた凹面鏡にすることによって、４つの反射面は負・
正・負・正の配置になる。すると、コマ収差、像面湾曲
等の収差補正に更に良い結果を得ることができる。

【００３７】また、第１の透過面と第２の反射面を同一
位置の同一形状の面で構成し、かつ、第２の透過面と第
１の反射面と第３の反射面を同一位置の同一形状の面で
構成することによって、３つの面で接眼光学系を構成す
ることが可能となり、製作上簡単になる。

【００３８】また、接眼光学系の第２の反射面で光線が
反射する際に、光線が臨界角を越えた入射角で入射する
ように配置すると、第２の反射面で反射する光線は全反
射を起こし、１００％の反射率となる。これによって、
観察像の光量ロスを少なくすることが可能となり、観察
像を明るくすることが可能となる。また、反射領域と透
過領域を重ねて配置することが可能となり、光学系を小
型にすることが可能となる。

【００３９】更に好ましくは、光学系を１つの光学素子
で構成する場合に、光学系は「光学素子へ入射する際の
透過作用」、「光学素子内での４回の反射作用」、「光
学素子から射出する際の透過作用」の作用を併せ持つこ
とが可能となり、１つの光学素子で構成することが可能
となる。

【００４０】また、接眼光学系の第３の反射面で光線が
反射する際に、光線が臨界角を越えた入射角で入射する
ように配置すると、第３の反射面は全反射を起こし、上
記の第２の反射面と同様な理由により、観察像を明るく
することが可能となると共に、光学系を薄く小型にする
ことが可能となる。

【００４１】本発明の第３の画像表示装置について説明
すると、凹面鏡、凸面鏡等の反射面は同じパワーの屈折
面に比べると発生収差量が少ない。また、色収差に関し
ては全く発生しない。さらに、パワーを有する反射面が
３面以上あると、パワーが分散でき、同じパワーを得る
場合にはより少ない収差で投影することが可能となる。
さらに、個々の面でのパワーが小さくなると同時に、凹
面鏡、凸面鏡等の反射面でそれぞれ発生する像面湾曲、
球面収差等の発生収差がお互いに打ち消しあい、良好な
収差状態を維持することが可能である。また、３回以上
反射させて光路を折り畳むことで、光学系を薄くするこ
とが可能となる。

【００４２】そして、少なくとも３つの面を有するプリ
ズム体を屈折率が１より大きい透明媒質で構成すること
により、３回の反射面を裏面鏡で構成することが可能と
なる。裏面鏡で構成することのメリットは、前記の通り
である。

【００４３】さらに、画像表示素子側に行くに従ってプ
リズム体の厚さが薄くなることが重要になる。画像表示
素子から射出した光線は、接眼光学系のプリズム体内を
繰り返し反射しながら進むが、画像表示素子側に行くに
従ってプリズム体の厚さが薄くなる構成にしないと、光
線がプリズム体の中で往復してしまったり、プリズム体
から光線を取り出すことができなくなってしまう。

【００４４】また、プリズム体の少なくとも３つある面
中の１つが観察者眼球側に凹面を向けていると、コマ収
差の発生が少なく周辺まで解像力の良い鮮明な観察像を
得ることができる。

【００４５】さらに、プリズム体の少なくとも３つある
面中の２つが観察者眼球側に凹面を向けていると、２つ
の反射面で光線が往復することによって１つの凹面鏡で
発生する像面湾曲等の収差をもう１つの観察者の眼球側
に凹面を向けた凸面鏡で補正することが可能となり、収
差の発生量を少なくすることができる。

【００４６】さらに、プリズム体の少なくとも３つある
面の全てが観察眼球側に凹面を向けて配置されている
と、収差は更に補正され、好ましい結果を得ることがで
きる。

【００４７】本発明の第１の画像表示装置について、更
に好ましくは、第３の反射面に入射する光線と射出する
光線がなす角度をθ₃とするとき、３０°＜θ₃＜９０° ・・・（１）なる条件を満足することが重要である。この条件式は、
光学系の縦方向の大きさを決める条件式であり、下限の
３０°を越えると、光学系の第１の反射面と第３の反射
面が干渉し、広い観察画角をとることができない。ま
た、上限び９０°を越えると、光学系が縦に長くなり、
小型化することが難しくなる。

【００４８】更に好ましくは、３５°＜θ₃＜６０° ・・・（２）なる条件を満足することが重要である。

【００４９】また、更に好ましくは、４０°＜θ₃＜５０° ・・・（３）なる条件を満足することが重要である。

【００５０】更に好ましくは、第２の反射面に入射する
光線と射出する光線がなす角度をθ₂とするとき、３０°＜θ₂＜９０° ・・・（４）なる条件を満足することが重要である。この条件式は、
光学系の縦方向の大きさを決める条件式であり、下限の
３０°を越えると、光学系の第１の反射面と第３の反射
面が干渉し、広い観察画角をとることができない。ま
た、上限の９０°を越えると、光学系が縦に長くなり、
小型化することが難しくなる。

【００５１】更に好ましくは、３５°＜θ₂＜６０° ・・・（５）なる条件を満足することが重要である。

【００５２】また、更に好ましくは、４０°＜θ₂＜５０° ・・・（６）なる条件を満足することが重要である。

【００５３】また、３０°＜θ₂＜４０° ・・・（７）なる条件を満足することが好ましい。この条件を満足す
ることによって、観察画角の広い光学系を構成すること
ができる。

【００５４】更に好ましくは、第１の反射面に入射する
光線と射出する光線がなす角度をθ₁とするとき、５°＜θ₁＜９０° ・・・（８）なる条件を満足することが重要である。この条件式は、
画像表示素子が光学系を射出する光線と干渉しないよう
にする条件である、光学系の縦方向の大きさを決める条
件式であり、下限の５°を越えると、光学系の第１の反
射面と第３の反射面が干渉し、広い観察画角をとること
ができない。また、上限の９０°を越えると、光学系が
縦に長くなり、小型化することが難しくなる。

【００５５】更に好ましくは、１０°＜θ₁＜６０° ・・・（９）なる条件を満足することが重要である。

【００５６】また、更に好ましくは、１５°＜θ₁＜５０° ・・・（10）なる条件を満足することが重要である。

【００５７】次に、第１の透過面と第２の反射面、さら
に、第２の透過面と第２の反射面の光線が使う領域を共
通に利用することによって、光学系を小型に構成するこ
とが可能となる。このためには、前記のθ₂を４２°以
上の角度で反射するように構成することが重要となる。

【００５８】さらに、第２の反射面のみの構成によら
ず、以下に示す第１の反射面と第３の反射面の構成も重
要な要素になる。第１の反射面で反射する光線の入射光
線と射出光線のなす角をθ₁、第３の反射面で反射する
光線の入射光線と射出光線のなす角をθ₃とするとき、
以下の条件式を満足することが重要となる。

【００５９】５０°＜θ₁＋θ₃＜１５０° ・・・（11）上記条件式の下限の５０°を越えると、第２の反射面で
の光線の反射角が小さくなり、第２の反射面の反射角θ
₂を大きくとれず、全反射の条件を満足できなくなり、
結果として観察画角を大きくとれなくなったり、光学系
が大きくなったりする。また、上限の１５０°を越える
と、第２の反射面で反射する角度が大きくなりすぎ、第
２の反射面で反射するときの偏心により発生する収差が
大きくなりすぎ、補正が困難になる。

【００６０】更に好ましくは、以下の条件を満足するこ
とにより、より高解像の接眼光学系を構成することが可
能となる。７０°＜θ₁＋θ₃＜１１０° ・・・（12）上記条件式の下限については上記条件式（１１）と同じ
で、特に、偏心して配置された第２の反射面で反射する
ときに発生するコマ収差の発生を少なくするために設定
したものである。

【００６１】本発明の第２の画像表示装置について、更
に好ましくは、第２の反射面に入射する光線と射出する
光線がなす角度をθ₂とするとき、３０°＜θ₂＜１２０° ・・・（13）なる条件を満足することが重要である。この条件式は、
光学系の縦方向の大きさを決める条件式であり、下限の
３０°を越えると、光学系の第１の透過面と第２の反射
面が干渉し、広い観察画角をとることができない。ま
た、上限の１２０°を越えると、光学系が縦に長くな
り、小型化することが難しくなる。

【００６２】更に好ましくは、６０°＜θ₂＜１２０° ・・・（14）なる条件を満足することが重要である。

【００６３】また、更に好ましくは、８０°＜θ₂＜１２０° ・・・（15）なる条件を満足することが重要である。上限の意味は上
記と同様である。下限の８０°については、第２の反射
面で全反射をするための条件であり、下限を越えると全
反射をしなくなり、光学系が大型になるか画角が小さく
なってしまう。

【００６４】更に好ましくは、第３の反射面に入射する
光線と射出する光線がなす角度をθ₃とするとき、３０°＜θ₃＜１５０° ・・・（16）なる条件を満足することが重要である。この条件式も光
学系の縦方向の大きさを決める条件式であり、下限の３
０°を越えると、光学系の第２の反射面と第４の反射面
が干渉し、広い観察画角をとることができない。また、
上限の１５０°を越えると、光学系が縦に長くなり、小
型化することが難しくなる。

【００６５】更に好ましくは、４０°＜θ₃＜１５０° ・・・（17）なる条件を満足することが重要である。

【００６６】また、更に好ましくは、９０°＜θ₃＜１５０° ・・・（18）なる条件を満足することが重要である。

【００６７】更に好ましくは、第４の反射面に入射する
光線と射出する光線がなす角度をθ₄とするとき、２０°＜θ₄＜１００° ・・・（19）なる条件を満足することが重要である。この条件式は、
画像表示素子が光学系を射出する光線と干渉しないよう
にする条件である、光学系の縦方向の大きさを決める条
件式であり、下限の２０°を越えると、光学系の第２の
透過面と第３の反射面が干渉し、広い観察画角をとるこ
とができない。また、上限の１００°を越えると、光学
系が縦に長くなり、小型化することが難しくなる。

【００６８】更に好ましくは、２０°＜θ₄＜７０° ・・・（20）なる条件を満足することが重要である。

【００６９】また、更に好ましくは、４０°＜θ₄＜６０° ・・・（21）なる条件を満足することが重要である。上限の６０°に
ついては上記と同様である。下限の４０°については、
第３の反射面で全反射をするための条件であり、下限を
越えると、全反射をしなくなり、光学系が大型になるか
画角が小さくなってしまう。

【００７０】さらに、以下に示す第３の反射面と第４の
反射面の構成も重要な要素になる。第３の反射面に入射
する光線と射出する光線がなす角度をθ₃、第４の反射
面に入射する光線と射出する光線がなす角度をθ₄とす
るとき、以下の条件式を満足することが重要となる。

【００７１】９０°＜θ₃＋θ₄＜２５０° ・・・（22）上記条件式の下限の９０°を越えると、第３の反射面で
の光線の反射角が小さくなると同時に、第２の反射面の
反射角θ₂を大きくとれず、全反射の条件を満足できな
くなり、結果として、観察画角を大きくとれなくなった
り、光学系が大きくなったりする。また、上限の２５０
°を越えると、第２の反射面で反射する角度θ₂が大き
くなりすぎ、第２の反射面で反射するときの偏心により
発生する収差が大きくなりすぎ、補正が困難になる。

【００７２】更に好ましくは、以下の条件を満足するこ
とにより、より高解像の接眼光学系を構成することが可
能となる。

【００７３】１２０°＜θ₃＋θ₄＜２００° ・・・（23）上記条件式の下限の１２０°については上記条件式（２
２）と同じで、特に偏心して配置された第２面で反射す
るときに同時に発生するコマ収差の発生を少なくするた
めに設定したものである。

【００７４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の画像表示装置の
実施例１から８について、図面を参照して説明する。各
実施例の構成パラメータは後記するが、以下の説明にお
いて、面番号は、観察者の瞳位置１から接眼光学系７へ
向う逆追跡の面番号として示してある。そして、座標の
取り方は、図１に示すように、観察者の虹彩位置１を原
点とし、観察者視軸２を原点から接眼光学系７に向かう
方向を正とするＺ軸、観察者視軸２に直交し、観察者眼
球から見て上下方向の下から上を正とするＹ軸、観察者
視軸２に直交し、観察者眼球からみて左右方向の右から
左を正とするＸ軸と定義する。つまり、後記する図１の
紙面内をＹーＺ面とし、紙面と垂直方向の面をＸ−Ｚ面
とする。また、光軸は紙面のＹ−Ｚ面内で折り曲げられ
るものとする。

【００７５】そして、後記する構成パラメータ中におい
て、偏心量Ｙ，Ｚと傾き角θが記載されている面につい
ては、基準面である１面（瞳位置１）からのその面の面
頂のＹ軸方向、Ｚ軸方向の偏心量、及び、その面の中心
軸のＺ軸からの傾き角を意味し、その場合、θが正は反
時計回りを意味する。なお、面間隔に意味はない。

【００７６】また、各面において、非回転対称な非球面
形状は、その面を規定する座標上で、Ｒ_y、Ｒ_xはそれ
ぞれＹ−Ｚ面（紙面）内の近軸曲率半径、Ｘ−Ｚ面内で
の近軸曲率半径、Ｋ_x、Ｋ_yはそれぞれＸ−Ｚ面、Ｙ−
Ｚ面内の円錐係数、ＡＲ、ＢＲはそれぞれＺ軸に対して
回転対称な４次、６次の非球面係数、ＡＰ、ＢＰはそれ
ぞれＺ軸に対して回転非対称な４次、６次の非球面係数
とすると、非球面式は以下に示す通りである。

【００７７】Ｚ =［( Ｘ²/Ｒ_x)+ (Ｙ²/Ｒ_y) ］／［1+
｛ 1-(1+Ｋ_x) ( Ｘ²/Ｒ_x ²)-(1+Ｋ_y) ( Ｙ²/Ｒ_y ²)｝
^1/2］＋ＡＲ［ (1-ＡＰ) Ｘ²+( 1+ＡＰ) Ｙ²］²＋Ｂ
Ｒ［ (1-ＢＰ) Ｘ²+( 1+ＢＰ) Ｙ²］³ ただし、後記する実施例１〜８の構成パラメータ中にお
いては、ＢＲ、ＢＰは何れもゼロであるので、表記して
ない。

【００７８】なお、面と面の間の媒質の屈折率はｄ線の
屈折率で表す。長さの単位はｍｍである。また、後記す
る構成パラメータ中において、逆追跡は、瞳から１ｍに
ある虚像の物点位置から行っている。

【００７９】図１〜図８にそれぞれ実施例１〜８の単眼
用の画像表示装置の断面図を示す。それぞれの断面図に
おいて、図中、１は観察者の瞳位置、２は観察者視軸、
３は接眼光学系７の第１面、４は接眼光学系７の第２
面、５は接眼光学系７の第３面、６は画像表示素子、７
は接眼光学系、８は偏心屈折光学素子である。

【００８０】本発明の第１の画像表示装置の実施例であ
る実施例１、２における実際の光線経路は、画像表示素
子６から発した光線束は、接眼光学系７の第１面３で屈
折して接眼光学系７に入射し、順番に、第２面４の内部
反射、第１面３の内部反射、第３面５の内部反射を経
て、第１面３に入射して屈折されて、観察者の瞳の虹彩
位置又は眼球の回旋中心を射出瞳ｌとして観察者の眼球
内に投影される。また、本発明の第２の画像表示装置の
実施例である実施例３〜８における実際の光線経路は、
画像表示素子６から発した光線束は、接眼光学系７の第
２面４で屈折して接眼光学系７に入射し、順番に、第１
面３の内部反射、第２面４の内部反射、第１面３の内部
反射、第３面５の内部反射を経て、第１面３に入射して
屈折されて、実施例３〜７は直接、実施例８は偏心屈折
光学素子８を介して、観察者の瞳の虹彩位置又は眼球の
回旋中心を射出瞳ｌとして観察者の眼球内に投影され
る。

【００８１】各実施例の瞳径、画角、画像表示面の物体
高は次の表に示す通りである。注）角度は（°）、径、高さは（ｍｍ）単位である。

【００８２】また、各実施例の面形状は、実施例１の第
３面５、実施例２の第３面５、実施例８の偏心屈折光学
素子８の瞳１側の面が球面からなることを除いて、全て
の面がアナモルフィック非球面である。また、実施例
１、２においては、第１の透過面と第２の反射面と第２
透過面が共通の第１面３からなり、第１の反射面が第２
面４からなり、第３の反射面が第３面５からなる。実施
例３〜８においては、第１の透過面と第２の反射面が共
通の第２面４からなり、第１の反射面と第３の反射面と
第２透過面が共通の第１面３からなり、第４の反射面が
第３面５からなる。

【００８３】なお、本発明による接眼光学系７は瞳１の
後方の遠方にある物点を画像表示素子６の表示面近傍に
結像する結像光学系として利用できることは、言うまで
もない。

【００８４】以下に、上記実施例１〜８の構成パラメー
タの値を示す。ただし、θ₁〜θ₄は、図１、図３に示
すように、それぞれ画像表示素子６の中心を出て瞳１の
中心に到達する主光線が第１〜第４の反射面に入射する
際の、入射光線と射出光線がなす角度である。

【００８５】実施例１面番号曲率半径間隔屈折率アッベ数（偏心量）（傾き角）１ ∞（瞳）２Ｒ_y-112.542 1.5163 64.15 R_x-113.745 Ｙ 41.417 θ 30.239 ° Ｋ_y 0 Ｚ 22.523 Ｋ_x 0 ＡＲ 3.47890×10^-7 ＡＰ -3.48466×10^-1 ３ -63.139 1.5163 64.15 Ｙ 0.000 θ -16.930 ° Ｚ 45.349 ４Ｒ_y-112.542 1.5163 64.15 Ｒ_x-113.745 Ｙ 41.417 θ 30.239 ° Ｋ_y 0 Ｚ 22.523 Ｋ_x 0 ＡＲ 3.47890×10^-7 ＡＰ -3.48466×10^-1 ５Ｒ_y -49.103 1.5163 64.15 Ｒ_x-217.692 Ｙ 5.300 θ 25.771 ° Ｋ_y 0 Ｚ 52.023 Ｋ_x 0 ＡＲ 1.04588×10^-6 ＡＰ 1.03487 ６Ｒ_y-112.542 Ｙ 41.417 θ 30.239 ° Ｒ_x-113.745 Ｚ 22.523 Ｋ_y 0 Ｋ_x 0 ＡＲ 3.47890×10^-7 ＡＰ -3.48466×10^-1 ７（画像表示素子）Ｙ 15.000 θ 33.402 ° Ｚ 30.000 θ₁＝ 41.54° θ₂＝ 98.94° θ₃＝ 39.80° 。

【００８６】実施例２面番号曲率半径間隔屈折率アッベ数（偏心量）（傾き角）１ ∞（瞳）２Ｒ_y-110.020 1.5163 64.15 Ｒ_x -92.567 Ｙ 80.689 θ 13.619 ° Ｋ_y 0 Ｚ 53.891 Ｋ_x 0 ＡＲ -2.23971×10^-8 ＡＰ 9.90842×10^-1 ３ -111.743 1.5163 64.15 Ｙ 0.000 θ -34.410 ° Ｚ 66.190 ４Ｒ_y-110.020 1.5163 64.15 Ｒ_x -92.567 Ｙ 80.689 θ 13.619 ° Ｋ_y 0 Ｚ 53.891 Ｋ_x 0 ＡＲ -2.23971×10^-8 ＡＰ 9.90842×10^-1 ５Ｒ_y -82.030 1.5163 64.15 Ｒ_x -80.309 Ｙ 3.423 θ -10.836 ° Ｋ_y 0 Ｚ 71.075 Ｋ_x 0 ＡＲ -1.78457×10^-7 ＡＰ -1.09071×10^-1 ６Ｒ_y-110.020 Ｙ 80.689 θ 13.619 ° Ｒ_x -92.567 Ｚ 53.891 Ｋ_y 0 Ｋ_x 0 ＡＲ -2.23971×10^-8 ＡＰ 9.90842×10^-1 ７（画像表示素子）Ｙ 30.149 θ 0.000 ° Ｚ 43.037 θ₁＝ 27.06° θ₂＝ 82.54° θ₃＝ 50.54° 。

【００８７】実施例３面番号曲率半径間隔屈折率アッベ数（偏心量）（傾き角）１ ∞（瞳）２Ｒ_y-115.846 1.5163 64.15 Ｒ_x -34.264 Ｙ 21.715 θ 15.241 ° Ｋ_y 0 Ｚ 26.160 Ｋ_x 0 ＡＲ 6.07382×10^-8 ＡＰ 1.61995 ３Ｒ_y -70.535 1.5163 64.15 Ｒ_x -51.175 Ｙ 61.973 θ 25.545 ° Ｋ_y 0 Ｚ 35.280 Ｋ_x 0 ＡＲ 1.81098×10^-8 ＡＰ 3.75278×10^-1 ４Ｒ_y-115.846 1.5163 64.15 Ｒ_x -34.264 Ｙ 21.715 θ 15.241 ° Ｋ_y 0 Ｚ 26.160 Ｋ_x 0 ＡＲ 6.07382×10^-8 ＡＰ 1.61995 ５Ｒ_y -66.563 1.5163 64.15 Ｒ_x -31.427 Ｙ 28.509 θ 33.148 ° Ｋ_y 0 Ｚ 30.252 Ｋ_x 0 ＡＲ 1.99006×10^-6 ＡＰ -4.30357×10^-2 ６Ｒ_y-115.846 1.5163 64.15 Ｒ_x -34.264 Ｙ 21.715 θ 15.241 ° Ｋ_y 0 Ｚ 26.160 Ｋ_x 0 ＡＲ 6.07382×10^-8 ＡＰ 1.61995 ７Ｒ_y -66.563 Ｙ 28.509 θ 33.148 ° Ｒ_x -31.427 Ｚ 30.252 Ｋ_y 0 Ｋ_x 0 ＡＲ 1.99006×10^-6 ＡＰ -4.30357×10^-2 ８（画像表示素子）Ｙ 32.927 θ 47.813 ° Ｚ 30.891 θ₁＝ 67.38° θ₂＝ 88.12° θ₃＝125.34° θ₄＝ 55.10° 。

【００８８】実施例４面番号曲率半径間隔屈折率アッベ数（偏心量）（傾き角）１ ∞（瞳）２Ｒ_y -75.725 1.5163 64.15 Ｒ_x -63.381 Ｙ 33.117 θ 28.056 ° Ｋ_y 0 Ｚ 20.347 Ｋ_x 0 ＡＲ 6.09013×10^-7 ＡＰ 5.83908×10^-2 ３Ｒ_y -74.938 1.5163 64.15 Ｒ_x -72.723 Ｙ 11.011 θ -15.658 ° Ｋ_y 0 Ｚ 39.328 Ｋ_x 0 ＡＲ 0 ＡＰ 0 ４Ｒ_y -75.725 1.5163 64.15 Ｒ_x -63.381 Ｙ 33.117 θ 28.056 ° Ｋ_y 0 Ｚ 20.347 Ｋ_x 0 ＡＲ 6.09013×10^-7 ＡＰ 5.83908×10^-2 ５Ｒ_y -53.732 1.5163 64.15 Ｒ_x -54.681 Ｙ 33.679 θ 46.042 ° Ｋ_y 0 Ｚ 23.604 Ｋ_x 0 ＡＲ 1.31601×10^-6 ＡＰ 1.39856×10^-1 6 R_y -75.725 1.5163 64.15 Ｒ_x -63.381 Ｙ 33.117 θ 28.056 ° Ｋ_y 0 Ｚ 20.347 Ｋ_x 0 ＡＲ 6.09013×10^-7 ＡＰ 5.83908×10^-2 ７Ｒ_y -53.732 Ｙ 33.679 θ 46.042 ° Ｒ_x -54.681 Ｚ 23.604 Ｋ_y 0 Ｋ_x 0 ＡＲ 1.31601×10^-6 ＡＰ 1.39856×10^-1 ８（画像表示素子）Ｙ 38.838 θ 45.420 ° Ｚ 35.664 θ₁＝ 60.64° θ₂＝ 82.60° θ₃＝123.54° θ₄＝ 53.42° 。

【００８９】実施例５面番号曲率半径間隔屈折率アッベ数（偏心量）（傾き角）１ ∞（瞳）２Ｒ_y -84.450 1.5163 64.15 Ｒ_x -78.327 Ｙ 50.294 θ 35.592 ° Ｋ_y 0 Ｚ 13.050 Ｋ_x 0 ＡＲ 1.51866×10^-7 ＡＰ 2.08279×10^-1 3 R_y -89.527 1.5163 64.15 Ｒ_x -92.037 Ｙ 14.063 θ -14.420 ° Ｋ_y 0 Ｚ 42.195 Ｋ_x 0 ＡＲ 0 ＡＰ 0 ４Ｒ_y -84.450 1.5163 64.15 Ｒ_x -78.327 Ｙ 50.294 θ 35.592 ° Ｋ_y 0 Ｚ 13.050 Ｋ_x 0 ＡＲ 1.51866×10^-7 ＡＰ 2.08279×10^-1 ５Ｒ_y -69.967 1.5163 64.15 Ｒ_x -68.800 Ｙ 44.548 θ 44.736 ° Ｋ_y 0 Ｚ 21.818 Ｋ_x 0 ＡＲ 2.01881×10^-7 ＡＰ 7.18068×10^-2 ６Ｒ_y -84.450 1.5163 64.15 Ｒ_x -78.327 Ｙ 50.294 θ 35.592 ° Ｋ_y 0 Ｚ 13.050 Ｋ_x 0 ＡＲ 1.51866×10^-7 ＡＰ 2.08279×10^-1 ７Ｒ_y -69.967 Ｙ 44.548 θ 44.736 ° Ｒ_x -68.800 Ｚ 21.818 Ｋ_y 0 Ｋ_x 0 ＡＲ 2.01881×10^-7 ＡＰ 7.18068×10^-2 ８（画像表示素子）Ｙ 51.011 θ 51.774 ° Ｚ 38.237 θ₁＝ 68.00° θ₂＝ 80.82° θ₃＝114.56° θ₄＝ 49.96° 。

【００９０】実施例６面番号曲率半径間隔屈折率アッベ数（偏心量）（傾き角）１ ∞（瞳）２Ｒ_y-192.835 1.5163 64.15 Ｒ_x -47.822 Ｙ 70.225 θ 29.449 ° Ｋ_y 0 Ｚ 6.460 Ｋ_x 0 ＡＲ 4.79488×10^-12 ＡＰ 3.87530×10¹ ３Ｒ_y-107.834 1.5163 64.15 Ｒ_x -71.577 Ｙ 3.719 θ -24.450 ° Ｋ_y 0 Ｚ 38.713 Ｋ_x 0 ＡＲ 9.75087×10^-7 ＡＰ 2.63255×10^-1 ４Ｒ_y-192.835 1.5163 64.15 Ｒ_x -47.822 Ｙ 70.225 θ 29.449 ° Ｋ_y 0 Ｚ 6.460 Ｋ_x 0 ＡＲ 4.79488×10^-12 ＡＰ 3.87530×10¹ ５Ｒ_y -91.977 1.5163 64.15 Ｒ_x -36.600 Ｙ 1.759 θ 9.412 ° Ｋ_y 0 Ｚ 45.285 Ｋ_x 0 ＡＲ -5.86690×10^-7 ＡＰ -8.18435×10^-2 ６Ｒ_y-192.835 1.5163 64.15 Ｒ_x -47.822 Ｙ 70.225 θ 29.449 ° Ｋ_y 0 Ｚ 6.460 Ｋ_x 0 ＡＲ 4.79488×10^-12 ＡＰ 3.87530×10¹ ７Ｒ_y -91.977 Ｙ 1.759 θ 9.412 ° Ｒ_x -36.600 Ｚ 45.285 Ｋ_y 0 Ｋ_x 0 ＡＲ -5.86690×10^-7 ＡＰ -8.18435×10^-2 ８（画像表示素子）Ｙ 44.757 θ 32.233 ° Ｚ 29.608 θ₁＝ 49.96° θ₂＝ 85.76° θ₃＝134.98° θ₄＝ 58.22° 。

【００９１】実施例７面番号曲率半径間隔屈折率アッベ数（偏心量）（傾き角）１ ∞（瞳）２Ｒ_y-166.876 1.5163 64.15 Ｒ_x -65.773 Ｙ 37.539 θ 24.527 ° Ｋ_y 0 Ｚ 17.866 Ｋ_x 0 ＡＲ 5.02515×10^-11 ＡＰ 3.11048×10¹ ３Ｒ_y-108.299 1.5163 64.15 Ｒ_x -86.358 Ｙ 1.725 θ -21.322 ° Ｋ_y 0 Ｚ 38.056 Ｋ_x 0 ＡＲ 3.64236×10^-7 ＡＰ 2.80481×10^-1 ４Ｒ_y-166.876 1.5163 64.15 Ｒ_x -65.773 Ｙ 37.539 θ 24.527 ° Ｋ_y 0 Ｚ 17.866 Ｋ_x 0 ＡＲ 5.02515×10^-11 ＡＰ 3.11048×10¹ ５Ｒ_y-102.060 1.5163 64.15 Ｒ_x -50.625 Ｙ 2.753 θ 17.919 ° Ｋ_y 0 Ｚ 46.228 Ｋ_x 0 ＡＲ -1.47143×10^-7 ＡＰ 3.37832×10^-1 ６Ｒ_y-166.876 1.5163 64.15 Ｒ_x -65.773 Ｙ 37.539 θ 24.527 ° Ｋ_y 0 Ｚ 17.866 Ｋ_x 0 ＡＲ 5.02515×10^-11 ＡＰ 3.11048×10¹ ７Ｒ_y-102.060 Ｙ 2.753 θ 17.919 ° Ｒ_x -50.625 Ｚ 46.228 Ｋ_y 0 Ｋ_x 0 ＡＲ -1.47143×10^-7 ＡＰ 3.37832×10^-1 ８（画像表示素子）Ｙ 45.305 θ 37.688 ° Ｚ 31.574 θ₁＝ 49.88° θ₂＝ 81.32° θ₃＝126.96° θ₄＝ 51.98° 。

【００９２】実施例８面番号曲率半径間隔屈折率アッベ数（偏心量）（傾き角）１ ∞（瞳）２ 78.145 1.5163 64.15 Ｙ 0.000 θ 0.000 ° Ｚ 30.000 ３Ｒ_y-1030.641 Ｙ 91.539 θ 16.316 ° Ｒ_x-127.812 Ｚ 12.307 Ｋ_y 0 Ｋ_x 0 ＡＲ 1.87145×10^-11 ＡＰ 1.61383×10¹ ４Ｒ_y-1030.641 1.5163 64.15 R_x-127.812 Ｙ 91.539 θ 16.316 ° Ｋ_y 0 Ｚ 13.307 Ｋ_x 0 ＡＲ 1.87145×10^-11 ＡＰ 1.61383×10¹ ５Ｒ_y-357.534 1.5163 64.15 Ｒ_x-243.329 Ｙ 8.904 θ -22.935 ° Ｋ_y 0 Ｚ 49.534 Ｋ_x 0 ＡＲ 3.60329×10^-7 ＡＰ -3.29879×10^-2 ６Ｒ_y-1030.641 1.5163 64.15 Ｒ_x-127.812 Ｙ 91.539 θ 16.316 ° Ｋ_y 0 Ｚ 13.307 Ｋ_x 0 ＡＲ 1.87145×10^-11 ＡＰ 1.61383×10¹ ７Ｒ_y-210.743 1.5163 64.15 Ｒ_x -70.792 Ｙ 15.028 θ 23.859 ° Ｋ_y 0 Ｚ 53.094 Ｋ_x 0 ＡＲ -3.29921×10^-9 ＡＰ -3.08457 ８Ｒ_y-1030.641 1.5163 64.15 Ｒ_x-127.812 Ｙ 91.539 θ 16.316 ° Ｋ_y 0 Ｚ 13.307 Ｋ_x 0 ＡＲ 1.87145×10^-11 ＡＰ 1.61383×10¹ ９Ｒ_y-210.743 Ｙ 15.028 θ 23.859 ° Ｒ_x -70.792 Ｚ 53.094 Ｋ_y 0 Ｋ_x 0 ＡＲ -3.29921×10^-9 ＡＰ -3.08457 10 （画像表示素子）Ｙ 53.058 θ 29.746 ° Ｚ 39.722 θ₁＝ 49.20° θ₂＝ 84.86° θ₃＝122.80° θ₄＝ 48.88° 。

【００９３】なお、以上の実施例においてはアナモルフ
ィック面と球面を使用したが、トーリック面でも、回転
対称な非球面、球面、さらに、次の式で定義される自由
曲面等で面形状で構成できることは言うまでもない。ここで、ｘ，ｙ，ｚは直交座標を表し、Ｃ_nmは任意の係
数、ｋ，ｋ’も任意とする。

【００９４】また、特開平７−１０４２０９号に示すよ
うなホログラフィック面で構成できることは言うまでも
ない。さらに、面の曲率、パワー等を定義できない形状
の場合は、視軸上を進み画像表示素子に到る軸上光線に
沿って、軸上光線と面とが当たる部分の面の形状の微分
値によって得られるある任意のある領域内の曲率をその
面の曲率とすることで、曲率、パワーを求めることもで
きる。

【００９５】さて、上記のような本発明による接眼光学
系を用い、この接眼光学系と画像表示素子からなる組を
左右一対用意し、それらを眼輻距離だけ離して支持する
ことにより、両眼で観察できる据え付け型又は頭部装着
式画像表示装置のようなポータブル型の画像表示装置と
して構成することができる。このようなポータブル型の
画像表示装置の１例の全体の構成を図９に、また、観察
者の一方の眼球に対する一方の組の断面を図１０に示
す。ただし、図１０においては、実施例１の接眼光学系
７を用いている。表示装置本体５０には、図１０に示す
ように、上記のような接眼光学系７が左右１対備えら
れ、それらに対応して像面にＬＣＤからなる画像表示素
子６が配置されている。本体５０に左右に連続して、図
９に示すような側頭フレーム５１が設けられ、両側の側
頭フレーム５１は頭頂フレーム５２でつながれており、
また、両側の側頭フレーム５１の中間には板バネ５３を
介してリアフレーム５４が設けてあり、リアフレーム５
４を眼鏡のツルのように観察者の両耳の後部に当て、ま
た、頭頂フレーム５２を観察者の頭頂に載せることによ
り、表示装置本体５０を観察者の眼前に保持できるよう
になっている。なお、頭頂フレーム５２の内側には海綿
体のような弾性体からなる頭頂パッド５５が取り付けて
あり、同様にリアフレーム５４の内側にも同様なパッド
が取り付けられており、この表示装置を頭部に装着した
ときに違和感を感じないようにしてある。

【００９６】また、リアフレーム５４にはスピーカ５６
が付設されており、映像観察と共に立体音響を聞くこと
ができるようになっている。このようにスピーカ５６を
有する表示装置本体５０には、映像音声伝達コード５７
を介してボータブルビデオカセット等の再生装置５８が
接続されているので、観察者はこの再生装置５８を、図
９に示すように、ベルト箇所等の任意の位置に保持し
て、映像、音響を楽しむことができるようになってい
る。図示の５９は再生装置５８のスイッチ、ボリューム
等の調節部である。なお、頭頂フレーム５２の内部に、
映像処理・音声処理回路等の電子部品を内蔵させてあ
る。

【００９７】なお、コード５７は先端をジャックにし
て、既存のビデオデッキ等に取り付け可能としてもよ
い。さらに、ＴＶ電波受信用チューナーに接続してＴＶ
観賞用としてもよいし、コンピュータに接続してコンピ
ュータグラフィックスの映像や、コンピュータからのメ
ッセージ映像等を受信するようにしてもよい。また、邪
魔なコードを排斥するために、アンテナを接続して外部
からの信号を電波によって受信するようにしてもよい。

【００９８】以上、本発明の画像表示装置の原理といく
つか実施例を説明してきたが、本発明はこれらに限定さ
れず種々の変形が可能である。以上の本発明の画像表示
装置は例えば次のように構成することができる。

【００９９】〔１〕画像を表示する画像表示素子と、
前記画像表示素子によって形成された画像を光路中で結
像することなく観察者眼球に導く接眼光学系とからなる
画像表示装置において、前記接眼光学系は少なくとも３
つの面を有し、前記画像表示素子を射出した光線が前記
の少なくとも３つの面で３回反射し、観察者眼球に達す
るように構成され、前記の少なくとも３回の反射面の中
少なくとも１面が観察者眼球側に凹面を向けた凹面鏡で
あることを特徴とする画像表示装置。

【０１００】〔２〕前記接眼光学系は、前記の少なく
とも３つの面で構成されると共に、前記の少なくとも３
つの面で形成される空間が屈折率が１より大きい透明媒
質で満たされていることを特徴とする上記〔１〕記載の
画像表示装置。

【０１０１】〔３〕前記画像表示素子は、画像表示面
を観察者前方に向けていることを特徴とする上記〔２〕
記載の画像表示装置。

【０１０２】〔４〕前記接眼光学系を構成する前記の
少なくとも３つの面は、画像表示素子を射出した光線が
通る順に、第１の透過面、第１の反射面、第２の反射
面、第３の反射面、第２の透過面の順番に配置されてい
ることを特徴とする上記〔３〕記載の画像表示装置。

【０１０３】〔５〕前記接眼光学系を構成する前記の
少なくとも３つの面の中、第１の透過面と第２の反射面
が同一位置の同一形状の面で構成されていることを特徴
とする上記〔４〕記載の画像表示装置。

【０１０４】〔６〕前記接眼光学系を構成する前記の
少なくとも３つの面の中、第２の透過面と第２の反射面
が同一位置の同一形状の面で構成されていることを特徴
とする上記〔５〕記載の画像表示装置。

【０１０５】〔７〕前記接眼光学系を構成する前記の
少なくとも３つの面の中、第１の透過面と第２の反射面
と第２の透過面が同一位置の同一形状の面で構成されて
いることを特徴とする上記〔６〕記載の画像表示装置。

【０１０６】〔８〕画像表示素子を射出した光線が通
る順に数えた前記接眼光学系の第２の反射面が観察者眼
球側に凹面を向けた凸面鏡で構成されていることを特徴
とする上記〔１〕から〔７〕の何れか１項記載の画像表
示装置。

【０１０７】

〔９〕画像表示素子を射出した光線が通
る順に数えた前記接眼光学系の第２の反射面で光線が反
射する際に臨界角を越える入射角により全反射をしてい
ることを特徴とする上記〔１〕から〔８〕の何れか１項
記載の画像表示装置。

【０１０８】〔１０〕画像を表示する画像表示素子
と、前記画像表示素子によって形成された画像を光路中
で結像することなく観察者眼球に導く接眼光学系とから
なる画像表示装置において、前記接眼光学系は少なくと
も３つの面を有し、前記画像表示素子を射出した光線が
前記の少なくとも３つの面で４回反射し、観察者眼球に
達するように構成され、前記の少なくとも４回の反射面
の中少なくとも１面が観察者眼球側に凹面を向けた凹面
鏡であることを特徴とする画像表示装置。

【０１０９】〔１１〕前記接眼光学系は、前記の少な
くとも３つの面で構成されると共に、前記の少なくとも
３つの面で形成される空間が屈折率が１より大きい透明
媒質で満たされていることを特徴とする上記〔１０〕記
載の画像表示装置。

【０１１０】〔１２〕前記画像表示素子は、画像表示
面を観察者眼球方向に向けると共に、前記接眼光学系を
射出する光軸に対して斜めの位置に傾けて配置されてい
ることを特徴とする上記〔１１〕記載の画像表示装置。

【０１１１】〔１３〕前記接眼光学系を構成する前記
の少なくとも３つの面は、画像表示素子を射出した光線
が通る順に、第１の透過面、第１の反射面、第２の反射
面、第３の反射面、第４の反射面、第２の透過面の順番
に配置されていることを特徴とする上記〔１２〕記載の
画像表示装置。

【０１１２】〔１４〕前記接眼光学系を構成する前記
の少なくとも３つの面の中、第１の透過面と第２の反射
面が同一位置の同一形状の面で構成されていることを特
徴とする上記〔１３〕記載の画像表示装置。

【０１１３】〔１５〕前記接眼光学系を構成する前記
の少なくとも３つの面の中、第２の透過面と第３の反射
面が同一位置の同一形状の面で構成されていることを特
徴とする上記〔１４〕記載の画像表示装置。

【０１１４】〔１６〕前記接眼光学系を構成する前記
の少なくとも３つの面の中、第１の反射面と第３の反射
面が同一位置の同一形状の面で構成されていることを特
徴とする上記〔１５〕記載の画像表示装置。

【０１１５】〔１７〕前記接眼光学系を構成する前記
の少なくとも３つの面の中、第２の透過面と第１の反射
面と第３の反射面が同一位置の同一形状の面で構成さ
れ、かつ、観察者眼球側に凹面を向けた凹面鏡で構成さ
れていることを特徴とする上記〔１６〕記載の画像表示
装置。

【０１１６】〔１８〕前記接眼光学系を構成する前記
の少なくとも３つの面の中、第１の透過面と第２の反射
面が同一位置の同一形状の面で構成され、かつ、第２の
透過面と第１の反射面と第３の反射面が同一位置の同一
形状の面で構成されていることを特徴とする上記〔１
７〕記載の画像表示装置。

【０１１７】〔１９〕画像表示素子を射出した光線が
通る順に数えた前記接眼光学系の第２の反射面で光線が
反射する際に臨界角を越える入射角により全反射をして
いることを特徴とする上記〔１０〕から〔１８〕の何れ
か１項記載の画像表示装置。

【０１１８】〔２０〕画像表示素子を射出した光線が
通る順に数えた前記接眼光学系の第３の反射面で光線が
反射する際に臨界角を越える入射角により全反射をして
いることを特徴とする上記〔１０〕から〔１９〕の何れ
か１項記載の画像表示装置。

【０１１９】〔２１〕画像を表示する画像表示素子
と、前記画像表示素子によって形成された画像を光路中
で結像することなく観察者眼球に導く接眼光学系とから
なる画像表示装置において、前記接眼光学系は少なくと
も３つの面を有したプリズム体で構成され、前記画像表
示素子を射出した光線が前記プリズム体で３回以上反射
し、観察者眼球に達するように構成され、前記プリズム
体は屈折率が１より大きい透明媒質で構成され、前記画
像表示素子側に行くに従って前記プリズム体の厚さが薄
くなるように構成されていることを特徴とする画像表示
装置。

【０１２０】〔２２〕前記プリズム体の前記の少なく
とも３つの面の中少なくとも１面が観察者眼球側に凹面
を向けていることを特徴とする上記〔２１〕記載の画像
表示装置。

【０１２１】〔２３〕前記プリズム体の前記の少なく
とも３つの面の中少なくとも２面が観察者眼球側に凹面
を向けていることを特徴とする上記〔２２〕記載の画像
表示装置。

【０１２２】〔２４〕前記プリズム体の前記の少なく
とも３つの面の中少なくとも３面が観察者眼球側に凹面
を向けていることを特徴とする上記〔２２〕記載の画像
表示装置。

【０１２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の画像表示装置においては、接眼光学系が少なくとも３
つの面を有し、画像表示素子を射出した光線がこの少な
くとも３つの面で３回ないし４回反射し、観察者眼球に
達するように構成され、その３回ないし４回の反射面の
中少なくとも１面が観察者眼球側に凹面を向けた凹面鏡
で構成されているので、中間像を作らずにコンパクト・
軽量で収差が良好に補正された頭部又は顔面装着式映像
表示装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の接眼光学系を用いた実施例１の映像表
示装置の断面図である。

【図２】本発明の接眼光学系を用いた実施例２の映像表
示装置の断面図である。

【図３】本発明の接眼光学系を用いた実施例３の映像表
示装置の断面図である。

【図４】本発明の接眼光学系を用いた実施例４の映像表
示装置の断面図である。

【図５】本発明の接眼光学系を用いた実施例５の映像表
示装置の断面図である。

【図６】本発明の接眼光学系を用いた実施例６の映像表
示装置の断面図である。

【図７】本発明の接眼光学系を用いた実施例７の映像表
示装置の断面図である。

【図８】本発明の接眼光学系を用いた実施例８の映像表
示装置の断面図である。

【図９】本発明による接眼光学系を用いたポータブル型
の映像表示装置の１例の全体の構成を示す図である。

【図１０】図９の一方の光学系を示す断面図である。

【図１１】従来の頭部装着式映像表示装置の１例の構成
を示すための図である。

【図１２】従来の別の頭部装着式映像表示装置の構成を
示すための図である。

【符号の説明】

１…観察者瞳位置２…観察者視軸３…接眼光学系の第１面４…接眼光学系の第２面５…接眼光学系の第３面６…映像表示素子７…接眼光学系８…偏心屈折光学素子５０…表示装置本体５１…側頭フレーム５２…頭頂フレーム５３…板バネ５４…リアフレーム５５…頭頂パッド５６…スピーカ５７…映像音声伝達コード５８…再生装置５９…スイッチ、ボリューム等の調節部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像を表示する画像表示素子と、前記画
像表示素子によって形成された画像を光路中で結像する
ことなく観察者眼球に導く接眼光学系とからなる画像表
示装置において、前記接眼光学系は少なくとも３つの面を有し、前記画像
表示素子を射出した光線が前記の少なくとも３つの面で
３回反射し、観察者眼球に達するように構成され、前記
の少なくとも３回の反射面の中少なくとも１面が観察者
眼球側に凹面を向けた凹面鏡であることを特徴とする画
像表示装置。
【請求項２】画像を表示する画像表示素子と、前記画
像表示素子によって形成された画像を光路中で結像する
ことなく観察者眼球に導く接眼光学系とからなる画像表
示装置において、前記接眼光学系は少なくとも３つの面を有し、前記画像
表示素子を射出した光線が前記の少なくとも３つの面で
４回反射し、観察者眼球に達するように構成され、前記
の少なくとも４回の反射面の中少なくとも１面が観察者
眼球側に凹面を向けた凹面鏡であることを特徴とする画
像表示装置。
【請求項３】画像を表示する画像表示素子と、前記画
像表示素子によって形成された画像を光路中で結像する
ことなく観察者眼球に導く接眼光学系とからなる画像表
示装置において、前記接眼光学系は少なくとも３つの面を有したプリズム
体で構成され、前記画像表示素子を射出した光線が前記
プリズム体で３回以上反射し、観察者眼球に達するよう
に構成され、前記プリズム体は屈折率が１より大きい透
明媒質で構成され、前記画像表示素子側に行くに従って
前記プリズム体の厚さが薄くなるように構成されている
ことを特徴とする画像表示装置。