JPH09265048A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接眼光学系として全反射面と透過面の両作用
を有する光学面を有する偏心光学素子を用いる画像表示
装置において、観察者瞳が偏心光学素子の射出瞳と一致
しない場合にも表示画面全体を明るく観察できる画像表
示装置。 【解決手段】 被観察像を形成する画像表示素子７と、
その像を観察者眼球に導くために設けられた接眼光学系
６とを備えた画像表示装置において、接眼光学系６が、
像側から順に入射面を形成する第３面５と、反射面と射
出面とを形成する第１面３と、反射面を形成する第２面
４とを含み、第１面乃至第３面が屈折率が１より大きい
媒質を挟んで一体形成されており、第１面３に部分的に
反射コーティングＡが施されている。

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
するものであり、特に、使用者の頭部又は顔面に装着し
て画像を鑑賞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、個人が大画面の画像を楽しむこと
を目的として、頭部又は顔面装着式画像表示装置が開発
されている。

【０００３】このような中、特開平７−３３３５５１号
において、画像表示素子からの画像を観察者眼球に導く
接眼光学系として、３つの光学面で囲まれた屈折率が１
より大きい媒質からなる偏心光学素子で構成し、画像表
示素子からの光束を第３面からその偏心光学素子内に入
射させ、次に、その内部で第１面で全反射させ、次い
で、凹面鏡の第２面で内部反射させ、今度は第１面を経
て偏心光学素子外に射出させ、画像表示素子の表示像を
中間像を形成することなく観察者眼球に導くようにした
ものが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１２は上記のような
偏心光学素子の対称面に沿ってとった断面図であり、偏
心光学素子６は、第１面３、第２面４、第３面５の３つ
の光学面で囲まれた屈折率が１より大きい媒質から構成
されている。図１２（ａ）のように、観察者瞳Ｅが偏心
光学素子４の射出瞳１と一致しているときは、観察者瞳
Ｅから逆光線追跡した光は、画像表示素子７の表示面の
何れの位置についても、第１面３で全反射する。すなわ
ち、図の第１面３への入射角θは偏心光学素子６の媒質
の臨界角θ_C より大きくなり、画像表示素子７から偏心
光学素子６に入射した光は、第１面３で全反射される。
したがって、この状態では、画像表示素子７の表示画面
全体が明るく観察できる。

【０００５】これに対して、図１２（ｂ）のように、観
察者瞳Ｅが偏心光学素子４の射出瞳１と一致しないと
き、特に、図示のように上方（Ｙ軸正方向）へずれてい
る場合には、逆光線追跡した光の第１面３への入射角θ
は偏心光学素子６の媒質の臨界角θ_C よりも小さくな
り、画像表示素子７の表示面の何れかの位置について、
第１面３で反射せずに透過してしまい、画像表示素子７
から偏心光学素子６に入射した光の中に第１面３で全反
射されない光線が生じる場合がある。このような現象が
生じると、画像の一部が暗くなるか、見えなくなる恐れ
が生じる。

【０００６】この現象は、全反射面３の上側に入射する
光線でより発生しやすくなっている。この光線を反射さ
せるために、全反射面３全面に反射コーティングを施す
と、凹面ミラー４で反射した画像表示素子７からの光線
が第１面３を透過できなくなり、観察者瞳Ｅへ到達する
ことができなくなってしまう。

【０００７】また、全反射面３にハーフミラーコーティ
ングを施すと、観察者瞳Ｅに到達する光量が画像表示素
子７から射出した光量の４分の１以下になってしまい、
画像全体が暗くなってしまう。

【０００８】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、接眼光学系とし
て全反射面と透過面の両作用を有する光学面を有する偏
心光学素子を用いる画像表示装置において、観察者瞳が
偏心光学素子の射出瞳と一致しない場合にも表示画面全
体を明るく観察できる画像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
明の画像表示装置は、被観察像を形成する画像表示素子
と、前記像を観察者眼球に導くために設けられた接眼光
学系とを備えた画像表示装置において、前記接眼光学系
が、前記像側から順に入射面を形成する第３面と、反射
面と射出面とを形成する第１面と、反射面を形成する第
２面とを含み、前記第１面乃至第３面が屈折率が１より
大きい媒質を挟んで一体形成されたプリズム部材を含
み、前記第１面に部分的に反射コーティングが施されて
いることを特徴とするものである。

【００１０】すなわち、例えば後記する実施例１の画像
表示装置の断面図である図１、その接眼光学系の第１面
側から見た斜視図である図２に示すように、接眼光学系
６を構成する３つの光学面である第１面３、第２面４、
第３面５からなる偏心光学素子の第１面３の透過光を妨
げないような範囲Ａに部分的に反射コーティングを施す
ものである。

【００１１】この範囲Ａに反射コーティングを施すと、
図１２（ｂ）に示すように、例えば観察者瞳Ｅが偏心光
学素子４の射出瞳１と一致せずに、逆光線追跡の光が第
１面３へ接眼光学系６の媒質の臨界角θ_C よりも小さい
角度θで入射しても、この面３で反射させることがで
き、しかも、第１面３の透過光を妨げることがないの
で、光量の損失が起きず、画像の一部が暗くなったり、
見えなくなることがない。

【００１２】この場合、反射コーティングを施す範囲
は、像の中心と接眼光学系の射出瞳中心とを通る光線で
定義される接眼光学系の光軸と第１面との交点よりも画
像表示素子側に次の式（１）で規定される距離Ｈ以上離
れていることが望ましい。 Ｈ＝Ｌ・ｔａｎθ_y ＋Ｒ ・・・（１） ただし、Ｌ ＝射出瞳位置から第１面までの光軸に沿っ
た距離、あるいは、２０ｍｍ又は３０ｍｍの定数、 θ_y ＝画像表示装置の画像表示素子側の半画角、 Ｒ ＝射出瞳半径、 である。

【００１３】すなわち、図１１に示すように、光軸２を
画像表示素子７の表示中心と射出瞳１の中心とを通る光
線で定義し、射出瞳１から光軸２に進む方向をＺ軸方
向、このＺ軸に直交し射出瞳１中心を通り、光線が接眼
光学系６によって折り曲げられる面内の方向をＹ軸方
向、Ｚ軸、Ｙ軸に直交し射出瞳１中心を通る方向をＸ軸
方向とし、射出瞳１から接眼光学系６に向かう方向をＺ
軸の正方向、光軸２から画像表示素子７方向をＹ軸の正
方向、そして、これらＺ軸、Ｙ軸と右手系を構成する方
向をＸ軸の正方向とした場合に、Ｌを射出瞳１位置から
第１面３までの光軸２に沿った距離、あるいは、２０ｍ
ｍ又は３０ｍｍの定数とし、θ_y をＹ軸正方向（画像表
示素子７側）の半画角とし、また、Ｒを射出瞳１の半径
とすると、反射コーティングを施す範囲Ａは、 Ｈ＝Ｌ・ｔａｎθ_y ＋Ｒ ・・・（１） で規定される距離Ｈ以上離れていることが望ましい。

【００１４】これは、図１２（ｂ）を用いて説明したよ
うに、第１面３に入射する光線の中で、入射角θが小さ
く、観察者瞳Ｅを射出瞳１に対してＹ軸正方向へずれた
場合に全反射条件が崩れやすいのは、Ｙ軸正方向側に入
射する光線であるので、上記のＨ以上の範囲Ａに反射コ
ーティングを施すと、これらの光線がコーティング範囲
Ａに入射して反射させるこができると共に、透過光束の
範囲に反射コーティングがかかり透過光の一部を遮光す
ることがなくなるためである。

【００１５】また、上記のような接眼光学系６の射出瞳
１の半径が４ｍｍのときに、第１面３を透過する光束を
妨げない範囲に反射コーティングを施こすようにするこ
とが望ましい。これは、通常、人間の瞳Ｅ半径は約２ｍ
ｍ程度であり、接眼光学系６の射出瞳１の半径が４ｍｍ
あれば、観察者瞳Ｅが射出瞳１に対して若干ずれても明
るい画面全体が観察でき、厳密な眼幅調整等が不要とな
るためである。

【００１６】なお、以上の画像表示装置において、第１
面３において、反射コーティング部分と透過部分との境
界Ｂが連続的に透過率が変化するようにコーティングさ
れていることが望ましい。

【００１７】これは、第１面における全反射による反射
と、反射コーティングによる反射とでは反射率が異な
り、表示画面中でコーティング領域と非コーティング領
域との境界線が目立つ恐れがあるためで、範囲Ａの下辺
部Ｂを反射コーティングの反射率が下に向かって（Ｙ軸
負方向）徐々に低下し、その透過率が徐々に上がるよう
に、例えば、反射コーティングの厚さを徐々に薄くする
とか、あるいは、反射コーティングを網目状又は縞模様
状に施し、その密度を徐々に小さくして行くようにコー
ティングすることが望ましい。このように反射コーティ
ングを施すと、範囲Ａの下辺部Ｂで透過率が連続的に変
化し、境界線が目立たなくすることができる。

【００１８】なお、以上のように、第１面３に部分的に
反射コーティングを施すようにする場合、画像表示素子
７から接眼光学系６の射出瞳１に到る光線であって、第
３面５を経て第１面３に入射する光線中の一部の光線が
第１面３に臨界角θ_C より小さい角度で入射するように
してもよい。このような構成にすると、後記の実施例３
でも明らかなように、第１面３への入射角をより小さく
でき、偏心した曲面である第１面３での反射により生じ
る収差、特に、非点収差、像面湾曲を低減することがで
きる。

【００１９】

【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１〜３について説明する。後述する各実施例の構
成パラメータにおいては、図１に示すように、接眼光学
系６の射出瞳１を光学系の原点として、光軸２を画像表
示素子７の表示中心と射出瞳１の中心（原点）とを通る
光線で定義し、射出瞳１から光軸２に進む方向をＺ軸方
向、このＺ軸に直交し射出瞳１中心を通り、光線が接眼
光学系６によって折り曲げられる面内の方向をＹ軸方
向、Ｚ軸、Ｙ軸に直交し射出瞳１中心を通る方向をＸ軸
方向とし、射出瞳１から接眼光学系６に向かう方向をＺ
軸の正方向、光軸２から画像表示素子７方向をＹ軸の正
方向、そして、これらＺ軸、Ｙ軸と右手系を構成する方
向をＸ軸の正方向とする。なお、光線追跡は接眼光学系
６の射出瞳１の側を物体側として、画像表示素子７側を
像面側とした逆追跡により行っている。

【００２０】そして、偏心量Ｙ、Ｚ、傾き量θが記載さ
れている面については、光学系の原点である射出瞳１か
らのずれ量及びＺ軸に対する傾き角を表している。な
お、傾き角は反時計回りの方向を正としている。なお、
面間隔については、意味を有しない。

【００２１】また、自由曲面の面の形状は以下の式によ
り定義する。その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。 Ｚ＝Ｃ₂ ＋Ｃ₃ ｙ＋Ｃ₄ ｘ ＋Ｃ₅ ｙ² ＋Ｃ₆ ｙｘ＋Ｃ₇ ｘ² ＋Ｃ₈ ｙ³ ＋Ｃ₉ ｙ² ｘ＋Ｃ₁₀ｙｘ² ＋Ｃ₁₁ｘ³ ＋Ｃ₁₂ｙ⁴ ＋Ｃ₁₃ｙ³ ｘ＋Ｃ₁₄ｙ² ｘ² ＋Ｃ₁₅ｙｘ³ ＋Ｃ₁₆ｘ⁴ ＋Ｃ₁₇ｙ⁵ ＋Ｃ₁₈ｙ⁴ ｘ＋Ｃ₁₉ｙ³ ｘ² ＋Ｃ₂₀ｙ² ｘ³ ＋Ｃ₂₁ｙｘ⁴ ＋Ｃ₂₂ｘ⁵ ＋Ｃ₂₃ｙ⁶ ＋Ｃ₂₄ｙ⁵ ｘ＋Ｃ₂₅ｙ⁴ ｘ² ＋Ｃ₂₆ｙ³ ｘ³ ＋Ｃ₂₇ｙ² ｘ⁴ ＋Ｃ₂₈ｙｘ⁵ ＋Ｃ₂₉ｘ⁶ ＋Ｃ₃₀ｙ⁷ ＋Ｃ₃₁ｙ⁶ ｘ＋Ｃ₃₂ｙ⁵ ｘ² ＋Ｃ₃₃ｙ⁴ ｘ³ ＋Ｃ₃₄ｙ³ ｘ⁴ ＋Ｃ₃₅ｙ² ｘ⁵ ＋Ｃ₃₆ｙｘ⁶ ＋Ｃ₃₇ｘ⁷ ・・・（２） また、アナモルフィック面の形状は以下の式により定義
する。面形状の原点を通り、光学面に垂直な直線がアナ
モルフィック面の軸となる。 ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ
量、ＣＸはＸ軸方向曲率、ＣＹはＹ軸方向曲率、Ｋ_x は
Ｘ軸方向円錐係数、Ｋ_y はＹ軸方向円錐係数、Ｒ_nは非
球面項回転対称成分、Ｐ_n は非球面項回転非対称成分で
ある。なお、後記する実施例の構成パラメータでは、 Ｒ_x ：Ｘ軸方向曲率半径 Ｒ_y ：Ｙ軸方向曲率半径 を用いており、曲率ＣＸ、ＣＹとの間には、 Ｒ_x ＝１／ＣＸ，Ｒ_y ＝１／ＣＹ の関係にある。

【００２２】なお、データの記載されていない非球面に
関する項は０である。屈折率については、ｄ線（波長５
８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。

【００２３】さて、以下の実施例１〜３の接眼光学系６
は、何れも、第１面３、第２面４、第３面５の３つの面
からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされ
ており、画像表示素子７に対向して配置された透過面の
第３面５を経て光学系に入射した画像表示素子８からの
表示光は、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置
された第１面３で反射され、次に、光軸２上に射出瞳１
と対向して偏心配置された反射面の第２面４に入射して
反射され、その反射光は、第１面３を透過して光学系６
から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成するこ
となく射出瞳１の位置にある観察者の瞳Ｅに入射し、観
察者の網膜上に表示像を結像する。図中、符号Ａは、第
１面３に部分的に施された反射コーティング範囲を示
す。

【００２４】〔実施例１〕この実施例の光軸２を含むＹ
−Ｚ断面図を図１に、また、接眼光学系６の第１面３側
から見た斜視図を図２に示す。構成パラメータは後記す
るが、第１面３、第２面４、第３面５何れも上記（２）
式で定義される自由曲面である。そして、第１面３にお
いて、光軸２からＹ軸正方向に１４ｍｍの位置よりも画
像表示素子７側の領域Ａに反射コーティングを施す。

【００２５】このような範囲に反射コーティングを設け
ると、従来、全反射条件を満たさないために観察者眼球
に到達しなかった光線、例えば、画面上隅（水平画角：
２０°，垂直画角：１５．２７°）からの光線の中、直
径８ｍｍの射出瞳１のＹ軸正方向のマージナル光線は、
この反射コーティングにより観察者眼球に到達し得るよ
うになる。

【００２６】この反射コーティングは、射出瞳径８ｍｍ
のときの第１面３の透過光の妨げることのないような領
域に施されていて、コーティングのない場合には、射出
瞳径が７．７ｍｍしか確保されていなかったのを、８ｍ
ｍまでの直径で確保されるようになる。

【００２７】なお、この実施例のＬ（アイリリーフ）＝
３５ｍｍ、θ_y （Ｙ軸方向半画角）＝１５．２７°、Ｒ
（射出瞳半径）＝４ｍｍであり、（１）式から、Ｈ＝１
３．６ｍｍであるので、上記のように、光軸２からＹ軸
正方向に１４ｍｍの位置よりも画像表示素子７側の領域
Ａに反射コーティングを施した。

【００２８】〔実施例２〕この実施例の光軸２を含むＹ
−Ｚ断面図を図３に示す。構成パラメータは後記する
が、第１面３、第２面４何れも上記（３）式で定義され
るアナモルフィック面である。そして、第１面３におい
て、光軸２からＹ軸正方向に１４ｍｍの位置よりも画像
表示素子７側の領域Ａに反射コーティングを施す。

【００２９】このような範囲に反射コーティングを設け
ると、従来、全反射条件を満たさないために観察者眼球
に到達しなかった光線、例えば、画面上隅（水平画角：
２２．５°，垂直画角：１７．２６°）からの光線の
中、直径８ｍｍの射出瞳１のＹ軸正方向のマージナル光
線、同じく、画面上中央（水平画角：０°，垂直画角：
１７．２６°）からの光線の中、直径８ｍｍの射出瞳１
のＹ軸正方向のマージナル光線は、この反射コーティン
グにより観察者眼球に到達し得るようになる。

【００３０】この反射コーティングは、射出瞳径８ｍｍ
のときの第１面３の透過光の妨げることのないような領
域に施されていて、コーティングのない場合には、射出
瞳径が３．６ｍｍしか確保されていなかったのを、８ｍ
ｍまでの直径で確保されるようになる。

【００３１】なお、この実施例のＬ（アイリリーフ）＝
３１ｍｍ、θ_y （Ｙ軸方向半画角）＝１７．２６°、Ｒ
（射出瞳半径）＝４ｍｍであり、（１）式から、Ｈ＝１
３．６ｍｍであるので、上記のように、光軸２からＹ軸
正方向に１４ｍｍの位置よりも画像表示素子７側の領域
Ａに反射コーティングを施した。

【００３２】〔実施例３〕この実施例の光軸２を含むＹ
−Ｚ断面図を図４に示す。構成パラメータは後記する
が、第１面３、第２面４、第３面５何れも上記（２）式
で定義される自由曲面である。そして、第１面３におい
て、光軸２からＹ軸正方向に１４ｍｍの位置よりも画像
表示素子７側の領域Ａに反射コーティングを施し、全反
射条件を満たしていない光線も観察者眼球に導くもので
ある。

【００３３】この実施例は、第１面３に入射する光線中
の一部の光線が第１面３に臨界角より小さい角度で入射
するようにしており、例えば、画角（水平画角：０．０
０°，垂直画角：１５．２７°）の光線や、画角（水平
画角：２０．０°，垂直画角：１５．２７°）の光線
は、主光線から全反射しないようにして第１面３への入
射角を小さくすることで、収差を小さくしている。こう
して、本実施例の収差図である図８〜図１０の例えば画
角（２０．０°，−１５．３°）、（０．００°，１
５．３°）、（０．００°，−１０．８°）、（１４．
３°，１０．８°）、（０．００°，１０．８°）の横
収差を実施例１の同じ画角の横収差（図５〜図７）と比
較することにより明らかなように、コマ収差を改善して
見え具合を良くしている。

【００３４】このように、本実施例においては、収差が
改善され、かつ、全反射条件を満たしていない光線も観
察者眼球に到達する接眼光学系が実現できる。なお、こ
の実施例のＬ（アイリリーフ）＝３６ｍｍ、θ_y （Ｙ軸
方向半画角）＝１５．２７°、Ｒ（射出瞳半径）＝４ｍ
ｍであり、（１）式から、Ｈ＝１３．８ｍｍであるの
で、上記のように、光軸２からＹ軸正方向に１４ｍｍの
位置よりも画像表示素子７側の領域Ａに反射コーティン
グを施した。

【００３５】以下に、上記実施例１〜３の構成パラメー
タを示す。 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） ２ 自由曲面 1.5254 56.25 （第１面） （瞳位置より） Ｙ 13.983 θ 9.46° Ｚ 33.974 ３ 自由曲面 1.5254 56.25 （第２面） （瞳位置より） （反射面） Ｙ 4.596 θ -15.22° Ｚ 49.231 ４ 自由曲面 1.5254 56.25 （第１面） （瞳位置より） （反射面） Ｙ 13.983 θ 9.46° Ｚ 33.974 ５ 自由曲面 （瞳位置より） （第３面） Ｙ 27.094 θ 79.39° Ｚ 35.215 ６ ∞ （瞳位置より） （画像表示面） Ｙ 29.266 θ 46.34° Ｚ 46.318 自由曲面 Ｃ₅ -2.6152×10^-3 Ｃ₇ -3.9706×10^-3 Ｃ₈ -7.5434×10^-5 Ｃ₁₀ -1.5120×10^-6 Ｃ₁₂ 2.6572×10^-7 Ｃ₁₄ 1.3359×10^-6 Ｃ₁₆ 1.7946×10^-7 Ｃ₁₇ -2.9881×10^-9 Ｃ₁₉ -3.0362×10^-9 Ｃ₂₁ -2.0258×10^-7 Ｃ₂₃ -3.8978×10^-10 Ｃ₂₅ 1.4986×10^-9 Ｃ₂₇ -3.8974×10^-9 Ｃ₂₉ -2.5335×10^-9 Ｃ₃₀ 4.3101×10^-12 Ｃ₃₂ -1.4923×10^-11 Ｃ₃₄ 7.6026×10^-11 Ｃ₃₆ -4.2410×10^-11 自由曲面 Ｃ₅ -6.2524×10^-3 Ｃ₇ -7.5944×10^-3 Ｃ₈ -1.0605×10^-5 Ｃ₁₀ 9.3276×10^-6 Ｃ₁₂ 8.3882×10^-7 Ｃ₁₄ -5.6861×10^-7 Ｃ₁₆ -4.9904×10^-7 Ｃ₁₇ -2.0403×10^-10 Ｃ₁₉ -8.0184×10^-9 Ｃ₂₁ -4.4196×10^-8 Ｃ₂₃ 4.4149×10^-10 Ｃ₂₅ 3.8170×10^-10 Ｃ₂₇ 8.4970×10^-11 Ｃ₂₉ -2.8006×10^-10 Ｃ₃₀ 1.3964×10^-12 Ｃ₃₂ -1.7677×10^-10 Ｃ₃₄ 3.3220×10^-12 Ｃ₃₆ 6.9401×10^-12 自由曲面 Ｃ₅ -1.2118×10^-2 Ｃ₇ -3.7062×10^-3 Ｃ₈ -1.2290×10^-4 Ｃ₁₀ 9.9763×10^-4 Ｃ₁₂ -8.0746×10^-5 Ｃ₁₄ -3.8939×10^-5 Ｃ₁₆ 2.6861×10^-5 Ｃ₁₇ -1.7720×10^-6 Ｃ₁₉ -3.4243×10^-6 Ｃ₂₁ -3.5310×10^-7 Ｃ₂₃ 1.2185×10^-7 Ｃ₂₅ 1.0019×10^-7 Ｃ₂₇ 1.4838×10^-7 Ｃ₂₉ -5.3531×10^-8 。

【００３６】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） ２ Ｒ_y -209.268 1.4922 57.50 （第１面）Ｒ_x -95.115 （瞳位置より） Ｋ_y 0 Ｙ -18.335 θ -12 ° Ｋ_x 0 Ｚ 27.921 Ｒ₂ 7.8387 ×10^-7 Ｒ₃ 2.9947 ×10^-13 Ｒ₄ 1.5297 ×10^-14 Ｒ₅ -5.0289 ×10^-17 Ｐ₂ -0.4499 Ｐ₃ -7.9471 Ｐ₄ 0.6545 Ｐ₅ -0.1387 ３ Ｒ_y -67.801 1.4922 57.50 （第２面）Ｒ_x -58.220 （瞳位置より） （反射面）Ｋ_y 0 Ｙ 9.356 θ 27.44° Ｋ_x 0 Ｚ 38.348 Ｒ₂ 4.2705 ×10^-7 Ｒ₃ -7.7029 ×10^-11 Ｒ₄ 4.0793 ×10^-22 Ｒ₅ 1.0591 ×10^-17 Ｐ₂ 0.1070 Ｐ₃ 0.4967 Ｐ₄ 119.38 Ｐ₅ -0.0092 ４ Ｒ_y -209.268 1.4922 57.50 （第１面）Ｒ_x -95.115 （瞳位置より） （反射面）Ｋ_y 0 Ｙ -18.335 θ -12 ° Ｋ_x 0 Ｚ 27.921 Ｒ₂ 7.8387 ×10^-7 Ｒ₃ 2.9947 ×10^-13 Ｒ₄ 1.5297 ×10^-14 Ｒ₅ -5.0289 ×10^-17 Ｐ₂ -0.4499 Ｐ₃ -7.9471 Ｐ₄ 0.6545 Ｐ₅ -0.1387 ５ ∞ （瞳位置より） （第３面） Ｙ -27.164 θ -62.56° Ｚ 27.921 ６ ∞ （瞳位置より） （画像表示面） Ｙ -27.678 θ -46.89° Ｚ 39.000 。

【００３７】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） ２ 自由曲面 1.5254 56.25 （第１面） （瞳位置より） Ｙ 13.777 θ 6.95° Ｚ 34.642 ３ 自由曲面 1.5254 56.25 （第２面） （瞳位置より） （反射面） Ｙ 3.647 θ -15.52° Ｚ 50.063 ４ 自由曲面 1.5254 56.25 （第１面） （瞳位置より） （反射面） Ｙ 13.777 θ 6.95° Ｚ 34.642 ５ 自由曲面 （瞳位置より） （第３面） Ｙ 26.399 θ 74.20° Ｚ 33.561 ６ ∞ （瞳位置より） （画像表示面） Ｙ 26.566 θ 41.29° Ｚ 48.415 自由曲面 Ｃ₅ -2.7631×10^-3 Ｃ₇ -4.4313×10^-3 Ｃ₈ -6.9513×10^-5 Ｃ₁₀ -1.4762×10^-5 Ｃ₁₂ 7.9141×10^-7 Ｃ₁₄ 1.2868×10^-6 Ｃ₁₆ 3.8107×10^-7 Ｃ₁₇ -1.8900×10^-9 Ｃ₁₉ 2.9914×10^-9 Ｃ₂₁ -2.8363×10^-7 Ｃ₂₃ -4.5366×10^-10 Ｃ₂₅ 2.1335×10^-9 Ｃ₂₇ -6.2324×10^-9 Ｃ₂₉ -3.5287×10^-9 Ｃ₃₀ 8.4846×10^-12 Ｃ₃₂ -1.3117×10^-11 Ｃ₃₄ 7.7628×10^-11 Ｃ₃₆ -6.3297×10^-11 自由曲面 Ｃ₅ -6.2485×10^-3 Ｃ₇ -7.7752×10^-3 Ｃ₈ -1.5234×10^-5 Ｃ₁₀ 3.8867×10^-6 Ｃ₁₂ 5.5771×10^-7 Ｃ₁₄ -6.5438×10^-7 Ｃ₁₆ -3.6107×10^-7 Ｃ₁₇ -2.9219×10^-9 Ｃ₁₉ -8.7760×10^-9 Ｃ₂₁ -5.0268×10^-8 Ｃ₂₃ 1.0219×10^-10 Ｃ₂₅ 1.5729×10^-9 Ｃ₂₇ 7.8420×10^-11 Ｃ₂₉ -3.8017×10^-10 Ｃ₃₀ -1.4539×10^-11 Ｃ₃₂ -1.3290×10^-10 Ｃ₃₄ -8.6204×10^-12 Ｃ₃₆ 1.4853×10^-12 自由曲面 Ｃ₅ -9.8004×10^-3 Ｃ₇ -1.9929×10^-3 Ｃ₈ -6.5521×10^-4 Ｃ₁₀ 5.1122×10^-4 Ｃ₁₂ -4.7795×10^-5 Ｃ₁₄ -7.6235×10^-5 Ｃ₁₆ 2.1068×10^-5 Ｃ₁₇ 1.8936×10^-6 Ｃ₁₉ -3.2475×10^-6 Ｃ₂₁ 6.9159×10^-7 Ｃ₂₃ 1.3211×10^-7 Ｃ₂₅ 5.0457×10^-8 Ｃ₂₇ 1.7993×10^-7 Ｃ₂₉ -4.6651×10^-8 。

【００３８】次に、上記実施例１の横収差図を図５〜図
７に、同様に実施例３の横収差図を図８〜図１０に示
す。これらの横収差図において、括弧内に示された数字
は（水平（Ｘ方向）画角，垂直（Ｙ方向）画角）を表
し、その画角における横収差を示す。

【００３９】

【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、３つの光学面で囲まれた屈折率が１より大き
い媒質から構成され、全反射面と透過面の両作用を有す
る光学面を有する偏心光学素子を用いる画像表示装置に
おいて、その光学面に部分的に反射コーティングを施す
ことにより、観察者瞳が射出瞳からずれた場合にも明る
い表示画面全体が観察でき、また、収差も改善すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の画像表示装置の断面図であ
る。

【図２】実施例１における接眼光学系の第１面側から見
た斜視図である。

【図３】本発明の実施例２の画像表示装置の断面図であ
る。

【図４】本発明の実施例３の画像表示装置の断面図であ
る。

【図５】実施例１の横収差図の一部である。

【図６】実施例１の横収差図の残りの一部である。

【図７】実施例１の横収差図の残り部分である。

【図８】実施例３の横収差図の一部である。

【図９】実施例３の横収差図の残りの一部である。

【図１０】実施例３の横収差図の残り部分である。

【図１１】本発明における座標系及びパラメータの定義
を説明するための図である。

【図１２】従来技術の問題点を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１…接眼光学系の射出瞳 ２…接眼光学系の光軸 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…偏心光学素子（接眼光学系） ７…画像表示素子 Ａ…反射コーティング範囲 Ｂ…反射コーティング範囲の下辺部 Ｅ…観察者瞳

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被観察像を形成する画像表示素子と、前
   記像を観察者眼球に導くために設けられた接眼光学系と
   を備えた画像表示装置において、 前記接眼光学系が、前記像側から順に入射面を形成する
   第３面と、反射面と射出面とを形成する第１面と、反射
   面を形成する第２面とを含み、前記第１面乃至第３面が
   屈折率が１より大きい媒質を挟んで一体形成されたプリ
   ズム部材を含み、 前記第１面に部分的に反射コーティングが施されている
   ことを特徴とする画像表示装置。
2. 【請求項２】 前記の反射コーティングを施す範囲が、
   前記像の中心と前記接眼光学系の射出瞳中心とを通る光
   線で定義される前記接眼光学系の光軸と前記第１面との
   交点よりも前記画像表示素子側に次の式（１）で規定さ
   れる距離Ｈ以上離れていることを特徴とする請求項１記
   載の画像表示装置。 Ｈ＝Ｌ・ｔａｎθ_y ＋Ｒ ・・・（１） ただし、Ｌ ＝前記射出瞳位置から前記第１面までの光
   軸に沿った距離、あるいは、２０ｍｍ又は３０ｍｍの定
   数、 θ_y ＝前記画像表示装置の前記画像表示素子側の半画
   角、 Ｒ ＝前記射出瞳半径、 である。
3. 【請求項３】 前記画像表示素子から前記接眼光学系の
   射出瞳に到る光線であって、前記第３面を経て前記第１
   面に入射する光線中の一部の光線が前記第１面に臨界角
   より小さい角度で入射することを特徴とする請求項１又
   は２記載の画像表示装置。