JPH09281429A - Mounting-on-head type image display device - Google Patents

Mounting-on-head type image display device

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JPH09281429A
JPH09281429A JP8092299A JP9229996A JPH09281429A JP H09281429 A JPH09281429 A JP H09281429A JP 8092299 A JP8092299 A JP 8092299A JP 9229996 A JP9229996 A JP 9229996A JP H09281429 A JPH09281429 A JP H09281429A
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Japan
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axis
screen
chief ray
image display
optical system
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Kokichi Kenno
研野孝吉
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide observed images which are distinct even at a wide angle of view and have decreased distortions. SOLUTION: This device is constituted by having an image display element 6 and an eyepiece optical system 7 which introduces the image formed by this image display element 6 to the observer's eyeball position without forming intermediate images so that the images may be observed as virtual images. In such a case, the eyepiece optical system 7 has at least one reflection surfaces of a nonrotationally symmetric surface shape having no rotational symmetrical axis both within its face and off the face and the deviation in the Y direction differential value on the periphery of the screen with respect to the center of the screen of the nonrotationally symmetric surface is limited within the prescribed value.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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、観察者の頭部又は顔面に保持することを可能
にする頭部又は顔面装着型画像表示装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image display device, and more particularly to a head- or face-mounted image display device that can be held on an observer's head or face.

【0002】[0002]

【従来の技術】頭部又は顔面装着型画像表示装置の従来
の周知なものとして、特開平3ー101709号のもの
がある。図24(a)に全体の光学系を、図24(b)
にその接眼光学系の部分を示すように、この画像表示装
置は、画像表示素子の表示画像を正レンズよりなるリレ
ー光学系にて空中像として伝達し、凹面反射鏡からなる
接眼光学系でこの空中像を拡大して観察者の眼球内に投
影するものである。
2. Description of the Related Art As a conventional well-known head- or face-mounted image display device, there is JP-A-3-101709. The entire optical system is shown in FIG.
This image display device transmits a display image of an image display element as an aerial image by a relay optical system composed of a positive lens, and an eyepiece optical system composed of a concave reflecting mirror. The aerial image is enlarged and projected into the eyeball of the observer.

【0003】また、従来の他のタイプのものとして、米
国特許第4,669,810号のものがある。この装置
は、図25に示すように、CRTの画像をリレー光学系
を介して中間像を形成し、反射ホログラフィック素子と
ホログラム面を有するコンバイナによって観察者の眼に
投影するものである。
Another conventional type is disclosed in US Pat. No. 4,669,810. As shown in FIG. 25, this device forms an intermediate image of a CRT image through a relay optical system, and projects the image on a viewer's eye by a combiner having a reflective holographic element and a hologram surface.

【0004】また、従来の他のタイプの画像表示装置と
して、特開昭62ー214782号のものがある。この
装置は、図26(a)、(b)に示すように、画像表示
素子を接眼レンズで拡大して直接観察できるようにした
ものである。
Another conventional type of image display device is disclosed in JP-A-62-214782. In this device, as shown in FIGS. 26A and 26B, the image display element is magnified by an eyepiece lens so that the image can be directly observed.

【0005】さらに、従来の他のタイプの画像表示装置
として、米国特許第4,026,641号のものがあ
る。この装置は、図27に示すように、画像表示素子の
像を伝達素子で湾曲した物体面に伝達し、その物体面を
トーリック反射面で空中に投影するようにしたものであ
る。
Further, another conventional type of image display device is disclosed in US Pat. No. 4,026,641. As shown in FIG. 27, this device transmits an image of an image display element to a curved object plane by a transmission element and projects the object plane in the air by a toric reflection surface.

【0006】また、従来の他のタイプの画像表示素子と
して、米国再発行特許第27,356号のものがある。
この装置は、図28に示すように、半透過凹面鏡と半透
過平面鏡によって物体面を射出瞳に投影する接眼光学系
である。
Another conventional type of image display device is US Pat. No. 27,356.
As shown in FIG. 28, this device is an eyepiece optical system that projects an object plane onto an exit pupil by a semitransparent concave mirror and a semitransparent plane mirror.

【0007】その他、米国特許第4,322,135
号、米国特許第4,969,724号、欧州特許第0,
583,116A2号、特開平7−333551号のも
のも知られている。
Others, US Pat. No. 4,322,135
U.S. Pat. No. 4,969,724, European Patent No. 0,
Nos. 583 and 116A2 and JP-A-7-333551 are also known.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来技術では、光学系を構成する反射面と透過面が球面
や回転対称非球面、トーリック面、アナモルフィック面
等で構成されていたために、光線収差とディストーショ
ンを同時に良好に補正することが不可能であった。
However, in these prior arts, the reflecting surface and the transmitting surface constituting the optical system are composed of a spherical surface, a rotationally symmetric aspherical surface, a toric surface, an anamorphic surface, etc. It was impossible to correct aberration and distortion at the same time.

【0009】観察画像の収差が良好に補正され、なおか
つ、ディストーションが良好に補正されていないと、観
察者に観察像が歪んで観察されてしまい、左右眼で対称
でない歪みが生じた場合には、融像できなくなったり、
図形等を表示する場合には、その図形等が歪んで観察さ
れ、正しい形状を認識することができなくなってしま
う。
If the aberration of the observed image is satisfactorily corrected and the distortion is not satisfactorily corrected, the observer may observe the observed image as being distorted, and if the left and right eyes are not symmetrically distorted. , You ca n’t fuse
When a figure or the like is displayed, the figure or the like is distorted and observed, and the correct shape cannot be recognized.

【0010】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、広い画角におい
ても明瞭で、歪みの少ない観察像を与える頭部装着型画
像表示装置を提供することである。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a head-mounted image display device which provides a clear and less distorted observation image even at a wide angle of view. To provide.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の頭部装着型画像表示装置は、画像表示素子と、前記
画像表示素子により形成された画像を虚像として観察で
きるように観察者眼球位置に中間像を形成することなし
に導く接眼光学系とを有する頭部装着型画像表示装置に
おいて、前記接眼光学系が、その面内及び面外共に回転
対称軸を有しない非回転対称面形状の反射面を少なくと
も1面有し、前記画像表示素子の画面中心からの軸上主
光線が前記接眼光学系から射出して前記観察者眼球位置
中心に到る線分の延長方向をZ軸、前記軸上主光線が前
記反射面で反射される際の折り返し線分を含む平面内で
前記Z軸に垂直な方向をY軸、前記Z軸と前記Y軸とに
垂直な方向をX軸と定義したときに、前記非回転対称面
形状の面が以下の条件を満足することを特徴とするもの
である。 −0.2<DYmax4<0.2 ・・・(4−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に当たるY軸について微
分した値を前記それぞれの各主光線がその面と当たる位
置の微分値DY2、DY1、DY4、DY5、DY6、
DY3とするとき、DY2−DY1、DY2−DY3、
DY2−DY4、DY2−DY5、DY2−DY6の値
全てをDYmax4とする。
A head-mounted image display device of the present invention that achieves the above-mentioned object is provided with an image display element and an observer's eyeball so that an image formed by the image display element can be observed as a virtual image. A head-mounted image display device having an eyepiece optical system for guiding an intermediate image to a position without forming an intermediate image, wherein the eyepiece optical system has a non-rotationally symmetric surface shape having neither a rotational symmetry axis in-plane nor out-of-plane. Z has a reflection surface of at least one surface, the axial direction of the axial chief ray from the screen center of the image display element is emitted from the eyepiece optical system and reaches the observer's eyeball position center is the Z axis, A direction perpendicular to the Z axis is defined as a Y axis, and a direction perpendicular to the Z axis and the Y axis is defined as an X axis in a plane including a folding line segment when the axial chief ray is reflected by the reflecting surface. When defined, the non-rotationally symmetric surface is It is characterized in that to satisfy the matter. -0.2 <DY max4 <0.2 (4-1) However, with the Y-axis direction as the vertical direction, an axial chief ray in the Z-axis direction at the center of the screen, a chief ray at the screen upper center angle of view The effective area is defined as the area where the chief ray at the upper right angle of view of the screen, the chief ray at the right central angle of the screen, the chief ray at the lower right angle of the screen, and the chief ray at the lower central angle of the screen intersect the target surface. Differentiated values DY2, DY1, DY4, DY5, DY6 of the position where each principal ray hits the surface of a value that is differentiated with respect to the Y axis that is in the eccentric direction of the surface of the expression that defines the shape of the surface in the effective area.
When it is DY3, DY2-DY1, DY2-DY3,
Let all the values of DY2 -DY4, DY2-DY5, and DY2-DY6 be DY max4 .

【0012】本発明のもう1つの頭部装着型画像表示装
置は、画像表示素子と、前記画像表示素子により形成さ
れた画像を虚像として観察できるように観察者眼球位置
に中間像を形成することなしに導く接眼光学系とを有す
る頭部装着型画像表示装置において、前記観察者眼球の
瞳から前記画像表示素子に到る逆光線追跡の順にみたと
きの前記接眼光学系の最後の反射面が、その面内及び面
外共に回転対称軸を有しない非回転対称面形状の反射面
からなり、前記画像表示素子の画面中心からの軸上主光
線が前記接眼光学系から射出して前記観察者眼球位置中
心に到る線分の延長方向をZ軸、前記軸上主光線が前記
反射面で反射される際の折り返し線分を含む平面内で前
記Z軸に垂直な方向をY軸、前記Z軸と前記Y軸とに垂
直な方向をX軸と定義したときに、前記非回転対称面形
状の面が以下の条件を満足することを特徴とするもので
ある。 0.55<DDXY11<4.0 ・・・(20−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に当たるY軸について2
回微分した値を前記それぞれの各主光線がその面と当た
る位置の2次微分値D2 Y2、D2 Y1、D2 Y4、D
2 Y5、D2 Y6、D2 Y3とし、偏心方向に垂直な方
向に当たるX軸について2回微分した値を前記それぞれ
の各主光線がその面と当たる位置の2次微分値D2
2、D2 X1、D2 X4、D2X5、D2 X6、D2
3とするとき、D2 X2/D2 Y2の値をDDXY11
とする。
Another head-mounted image display device of the present invention forms an intermediate image at an observer's eyeball position so that the image display element and the image formed by the image display element can be observed as a virtual image. In a head-mounted image display device having an eyepiece optical system to guide without, the last reflection surface of the eyepiece optical system when viewed in the order of the backward ray tracing from the pupil of the observer's eye to the image display element, The in-plane and out-of-plane reflection-shaped surfaces having no rotationally symmetric axis have a non-rotationally symmetric surface shape, and the axial chief ray from the center of the screen of the image display element is emitted from the eyepiece optical system to the observer's eyeball. The extension direction of the line segment reaching the position center is the Z axis, the Y axis is the direction perpendicular to the Z axis in the plane including the folded line segment when the axial chief ray is reflected by the reflecting surface. The direction perpendicular to the axis and the Y-axis is the X-axis When you define the surface of the non-rotationally symmetric surface shape is characterized in that the following condition is satisfied. 0.55 <DDXY11 <4.0 (20-1) However, with the Y axis direction as the vertical direction, the axial chief ray in the Z axis direction of the screen center, the chief ray at the screen upper center angle of view, and the screen upper right corner The effective area is defined as the area where the chief ray at the angle of view, the chief ray at the right angle of the screen, the chief ray at the lower right angle of the screen, and the chief ray at the lower central angle of the screen intersect the target surface. With respect to the Y axis that is in the eccentric direction of the surface of the equation that defines the shape of that surface with 2
Second derivative values D 2 Y2, D 2 Y1, D 2 Y4, D of the positions where the respective chief rays hit the surface of the differentiated value
2 Y5, D 2 Y6, D 2 Y3, and a value obtained by differentiating twice with respect to the X axis, which is perpendicular to the eccentric direction, with respect to the position where each of the chief rays hits the surface D 2 X
2, D 2 X1, D 2 X4, D 2 X5, D 2 X6, D 2 X
When set to 3, set the value of D 2 X2 / D 2 Y2 to DDXY11
And

【0013】本発明のさらにもう1つの頭部装着型画像
表示装置は、画像表示素子と、前記画像表示素子により
形成された画像を虚像として観察できるように観察者眼
球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系と
を有する頭部装着型画像表示装置において、前記観察者
眼球の瞳から前記画像表示素子に到る逆光線追跡の順に
みたときの前記接眼光学系の最後の反射面以外の反射面
が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転
対称面形状の反射面からなり、前記画像表示素子の画面
中心からの軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前
記観察者眼球位置中心に到る線分の延長方向をZ軸、前
記軸上主光線が前記反射面で反射される際の折り返し線
分を含む平面内で前記Z軸に垂直な方向をY軸、前記Z
軸と前記Y軸とに垂直な方向をX軸と定義したときに、
前記非回転対称面形状の面が以下の条件を満足すること
を特徴とするものである。 0.55<D2 XY12<5 ・・・(21−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に当たるY軸について2
回微分した値を前記それぞれの各主光線がその面と当た
る位置の2次微分値D2 Y2、D2 Y1、D2 Y4、D
2 Y5、D2 Y6、D2 Y3とし、偏心方向に垂直な方
向に当たるX軸について2回微分した値を前記それぞれ
の各主光線がその面と当たる位置の2次微分値D2
2、D2 X1、D2 X4、D2X5、D2 X6、D2
3とするとき、D2 X2/D2 Y2の値をDDXY12
とする。
Still another head-mounted image display device of the present invention forms an intermediate image at an observer's eyeball position so that the image display element and the image formed by the image display element can be observed as a virtual image. In a head-mounted image display device having an eyepiece optical system that guides without any matter, other than the last reflecting surface of the eyepiece optical system when viewed in the order of the backward ray tracing from the pupil of the observer's eye to the image display element. The reflecting surface is composed of a non-rotationally symmetric reflecting surface that does not have a rotational symmetry axis both in-plane and out-of-plane, and an axial chief ray from the center of the screen of the image display element is emitted from the eyepiece optical system. And a direction perpendicular to the Z axis in a plane including a line segment that is folded when the axial chief ray is reflected by the reflecting surface. Y axis, Z
When the direction perpendicular to the axis and the Y-axis is defined as the X-axis,
The surface of the non-rotationally symmetric surface shape satisfies the following conditions. 0.55 <D 2 XY12 <5 (21-1) However, with the Y-axis direction as the vertical direction, the axial chief ray in the Z-axis direction of the screen center, the chief ray at the screen upper center angle of view, and the screen upper right corner The effective area is defined as the area where the chief ray at the angle of view, the chief ray at the right angle of the screen, the chief ray at the lower right angle of the screen, and the chief ray at the lower central angle of the screen intersect the target surface. With respect to the Y axis that is in the eccentric direction of the surface of the equation that defines the shape of that surface with 2
Second derivative values D 2 Y2, D 2 Y1, D 2 Y4, D of the positions where the respective chief rays hit the surface of the differentiated value
2 Y5, D 2 Y6, D 2 Y3, and a value obtained by differentiating twice with respect to the X axis, which is perpendicular to the eccentric direction, with respect to the position where each of the chief rays hits the surface D 2 X
2, D 2 X1, D 2 X4, D 2 X5, D 2 X6, D 2 X
When set to 3, set the value of D 2 X2 / D 2 Y2 to DDXY12
And

【0014】以下に、本発明において、上記のような構
成、特に、頭部装着型画像表示装置の接眼光学系におい
て面対称自由曲面を利用した構成をとる理由と作用につ
いて説明する。まず、最初に、説明の便のため、本発明
の頭部装着型画像表示装置に用いる接眼光学系の代表的
なものを図15〜図22に例示する。
Hereinafter, the reason and operation of the above-described configuration, particularly, the configuration using a plane-symmetric free-form surface in the eyepiece optical system of the head-mounted image display device in the present invention will be described. First, for convenience of description, typical eyepiece optical systems used in the head-mounted image display device of the present invention are illustrated in FIGS.

【0015】図15の場合は、接眼光学系7は第1面
3、第2面4、第3面5からなり、画像表示素子6から
発した光線束は、第3面5で屈折して接眼光学系7に入
射し、第1面3で内部反射し、第2面4で反射されて、
再び第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1として観察者の眼球
内に投影される。
In the case of FIG. 15, the eyepiece optical system 7 is composed of the first surface 3, the second surface 4 and the third surface 5, and the light flux emitted from the image display element 6 is refracted at the third surface 5. The light enters the eyepiece optical system 7, is internally reflected by the first surface 3, and is reflected by the second surface 4,
It again enters the first surface 3 and is refracted, and is projected into the eyeball of the observer as the exit pupil 1 at the iris position of the observer's pupil or the center of rotation of the eyeball.

【0016】図16の場合は、接眼光学系7は第1面
3、第2面4、第3面5、第4面9からなり、画像表示
素子6から発した光線束は、第3面5で屈折して接眼光
学系7に入射し、第4面9で内部反射し、第2面4に入
射して内部反射し、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1とし
て観察者の眼球内に投影される。
In the case of FIG. 16, the eyepiece optical system 7 comprises the first surface 3, the second surface 4, the third surface 5 and the fourth surface 9, and the light flux emitted from the image display element 6 is the third surface. The light is refracted at 5 and enters the eyepiece optical system 7, is internally reflected at the fourth surface 9, is incident on the second surface 4 and is internally reflected, and is incident on the first surface 3 and is refracted, so that the pupil of the observer is refracted. The iris position or the center of rotation of the eyeball is projected into the eyeball of the observer as the exit pupil 1.

【0017】図17の場合は、接眼光学系7は第1面
3、第2面4、第3面5、第4面9からなり、画像表示
素子6から発した光線束は、第3面5で屈折して接眼光
学系7に入射し、第4面9で内部反射し、第3面5に入
射して今度は内部反射し、第2面4に入射して内部反射
し、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1として観察者の眼球
内に投影される。
In the case of FIG. 17, the eyepiece optical system 7 comprises the first surface 3, the second surface 4, the third surface 5 and the fourth surface 9, and the light flux emitted from the image display element 6 is the third surface. The light is refracted at 5, enters the eyepiece optical system 7, is internally reflected at the fourth surface 9, is incident on the third surface 5 this time is internally reflected, and is incident on the second surface 4 is internally reflected. The light enters the surface 3 and is refracted, and is projected into the eyeball of the observer as the exit pupil 1 at the iris position of the observer's pupil or the center of rotation of the eyeball.

【0018】図18の場合は、接眼光学系7は第1面
3、第2面4、第3面5、第4面9からなり、画像表示
素子6から発した光線束は、第3面5で屈折して接眼光
学系7に入射し、第2面4で内部反射し、第4面9に入
射して内部反射し、第2面4に再度入射して内部反射
し、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1として観察者の眼球
内に投影される。
In the case of FIG. 18, the eyepiece optical system 7 comprises the first surface 3, the second surface 4, the third surface 5 and the fourth surface 9, and the light flux emitted from the image display element 6 is the third surface. Refraction at 5 and incidence on the eyepiece optical system 7, internal reflection at the second surface 4, incidence on the fourth surface 9 and internal reflection, incidence at the second surface 4 again and internal reflection, first surface The light enters the lens 3 and is refracted, and is projected into the observer's eyeball by using the iris position of the observer's pupil or the center of rotation of the eyeball as the exit pupil 1.

【0019】図19の場合は、接眼光学系7は第1面
3、第2面4、第3面5、第4面9からなり、画像表示
素子6から発した光線束は、第2面4で屈折して接眼光
学系7に入射し、第3面5で内部反射し、第2面4に入
射して内部反射し、第4面9で内部反射し、第2面4に
再度入射して内部反射し、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
1として観察者の眼球内に投影される。
In the case of FIG. 19, the eyepiece optical system 7 is composed of the first surface 3, the second surface 4, the third surface 5 and the fourth surface 9, and the light flux emitted from the image display element 6 is the second surface. The light is refracted at 4, enters the eyepiece optical system 7, is internally reflected at the third surface 5, is internally reflected at the second surface 4, is internally reflected at the fourth surface 9, and is again incident on the second surface 4. Then, the light is internally reflected, is incident on the first surface 3, is refracted, and is projected into the eyeball of the observer as the exit pupil 1 at the iris position of the observer's pupil or the center of rotation of the eyeball.

【0020】図20の場合は、画像表示素子6から発し
た光線束は、第3面5で屈折して接眼光学系7に入射
し、第1面3で内部反射し、再び第3面5に入射して今
度は内部反射し、第1面3で内部反射し、第2面4で反
射されて、三たび第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1として
観察者の眼球内に投影される。
In the case of FIG. 20, the ray bundle emitted from the image display element 6 is refracted by the third surface 5 and enters the eyepiece optical system 7, is internally reflected by the first surface 3, and is again reflected by the third surface 5. And then internally reflected, then internally reflected by the first surface 3, reflected by the second surface 4, incident on the first surface 3 three times and refracted, and the iris position of the observer's pupil or The center of rotation of the eyeball is projected as the exit pupil 1 into the eyeball of the observer.

【0021】図21の場合は、画像表示素子6から発し
た光線束は、第1面3で屈折して接眼光学系7に入射
し、第3面5で内部反射し、再び第1面3に入射して今
度は内部反射し、第3面5で再度内部反射し、三たび第
1面3に入射して内部反射し、第2面4で反射されて、
四たび第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1として観察者の眼
球内に投影される。
In the case of FIG. 21, the ray bundle emitted from the image display element 6 is refracted by the first surface 3 and enters the eyepiece optical system 7, is internally reflected by the third surface 5, and is again reflected by the first surface 3. And then internally reflected again, then internally reflected again on the third surface 5, three times incident on the first surface 3 and internally reflected, and then reflected on the second surface 4,
It is incident on the first surface 3 and is refracted four times, and is projected into the eyeball of the observer as the exit pupil 1 at the iris position of the observer's pupil or the center of rotation of the eyeball.

【0022】図22の場合は、接眼光学系7は第1面
3、第2面4、第3面5からなり、画像表示素子6から
発した光線束は、第3面5で屈折して接眼光学系7に入
射し、第2面4で内部反射し、第1面3で内部反射し、
第2面4で再度反射されて、再び第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1として観察者の眼球内に投影される。
In the case of FIG. 22, the eyepiece optical system 7 comprises the first surface 3, the second surface 4 and the third surface 5, and the light flux emitted from the image display element 6 is refracted on the third surface 5. It is incident on the eyepiece optical system 7, internally reflected by the second surface 4, internally reflected by the first surface 3,
The light is reflected again by the second surface 4, re-enters the first surface 3, is refracted, and is projected into the eyeball of the observer as the exit pupil 1 at the iris position of the observer's pupil or the center of rotation of the eyeball.

【0023】このように、本発明において、接眼光学系
の面番号は、原則として射出瞳1から画像表示素子6に
到る逆光線追跡の順に付してあり、また、典型的には、
図15の接眼光学系7を前提にして説明するが、もちろ
ん、本発明は図15の光学系に限定されるものではな
く、図16〜図22の光学系、及び、公知のその他の光
学系に適用できるものである。
As described above, in the present invention, the surface numbers of the eyepiece optical system are, in principle, given in the order of the backward ray tracing from the exit pupil 1 to the image display element 6, and typically,
Description will be given on the premise of the eyepiece optical system 7 of FIG. 15, but of course the present invention is not limited to the optical system of FIG. 15, and the optical systems of FIGS. 16 to 22 and other known optical systems. Is applicable to.

【0024】次に、以下の説明において用いる座標系に
ついて説明する。図15に示すように、射出瞳1中心を
通り、被観察像を形成する像形成手段である画像表示素
子6中心に到達する軸上主光線が瞳1を射出し接眼光学
系7の第1面3に交差するまでの直線によって定義され
る視軸2をZ軸とし、このZ軸と直交し、かつ、接眼光
学系7を構成する各面の偏心面内の軸をY軸と定義し、
視軸2と直交し、かつ、Y軸と直交する軸をX軸とと
る。また、以下の説明においては、光線の追跡方向は、
特別に説明のない限り、瞳1から被観察像を形成する像
形成手段6に向かう逆光線追跡で説明する。
Next, the coordinate system used in the following description will be described. As shown in FIG. 15, the axial chief ray that passes through the center of the exit pupil 1 and reaches the center of the image display element 6 that is an image forming means for forming an observed image exits the pupil 1 and the first eyepiece optical system 7 A visual axis 2 defined by a straight line until it intersects the surface 3 is defined as a Z axis, and an axis in the decentered plane of each surface that is orthogonal to the Z axis and that constitutes the eyepiece optical system 7 is defined as a Y axis. ,
An axis orthogonal to the visual axis 2 and orthogonal to the Y axis is taken as the X axis. In the following description, the ray tracing direction is
Unless otherwise specified, the backward ray tracing from the pupil 1 toward the image forming means 6 for forming the observed image will be described.

【0025】さて、一般に、少ない面数で収差を良好に
補正するためには、非球面等が用いられる。一般に、球
面レンズ系では球面で発生する球面収差とコマ収差、像
面湾曲等の収差を他の面で補正する構成になっている。
そこで、この球面で発生する各種収差自体を少なくする
ために、非球面が用いられる。これは、1つの面で発生
する各種収差の発生を少なくし、収差補正を行う面を少
なくし、全体の構成面数を少なくするためである。
Generally, in order to satisfactorily correct aberrations with a small number of surfaces, an aspherical surface or the like is used. Generally, a spherical lens system is configured to correct spherical aberration, coma, field curvature, and other aberrations that occur on a spherical surface on another surface.
Therefore, an aspherical surface is used in order to reduce various aberrations generated on this spherical surface. This is to reduce the occurrence of various aberrations occurring on one surface, reduce the number of surfaces for aberration correction, and reduce the total number of constituent surfaces.

【0026】しかし、本発明の頭部装着型画像表示装置
に用いる接眼光学系のように偏心して配置されている光
学系においては、従来の回転対称非球面では補正できな
い偏心による収差が発生する。偏心により発生する収差
は、コマ収差、非点収差、像歪み、像面湾曲等がある。
従来のものでは、これらの収差を補正するためにトーリ
ック面やアナモルフィック面等を使用した例はあるが、
偏心により発生する非点収差に重点が置かれ、広画角で
小型であり、かつ、像歪みまで十分な収差補正が行われ
たものはなかった。
However, in an eccentrically arranged optical system such as the eyepiece optical system used in the head-mounted image display apparatus of the present invention, aberrations due to decentering which cannot be corrected by the conventional rotationally symmetric aspherical surface occur. Aberrations that occur due to decentering include coma, astigmatism, image distortion, and field curvature.
In the conventional one, there are examples of using a toric surface or an anamorphic surface to correct these aberrations.
Astigmatism caused by decentering is emphasized, and there is no one that is compact with a wide angle of view and has sufficient aberration correction even for image distortion.

【0027】現在までに行われた収差補正の手段をここ
に紹介する。凹面鏡と凸面鏡の配置が像面湾曲収差に良
い効果を発揮することは、本出願人の特願平5−264
828号に詳しく述べられており、傾いた凹面鏡が発生
する収差については特願平6−127453号等に述べ
られている。また、傾いた凹面鏡により発生する非点収
差についても本出願人の特願平6−211067号、ま
た、特願平6−256676号に述べられている。さら
に、傾いた凹面鏡により発生する台形や弓なりの像歪み
に関しては、特開平5−303056号に述べられてい
る。
Means for aberration correction that have been performed up to now are introduced here. The fact that the arrangement of the concave mirror and the convex mirror exerts a good effect on the field curvature aberration is that the applicant has a Japanese Patent Application No. 5-264.
No. 828 is described in detail, and the aberration generated by the inclined concave mirror is described in Japanese Patent Application No. 6-127453. The astigmatism generated by the inclined concave mirror is also described in Japanese Patent Application Nos. 6-210167 and 6-256676 of the present applicant. Further, a trapezoidal or bow-shaped image distortion caused by an inclined concave mirror is described in JP-A-5-303056.

【0028】しかしながら、これらの収差を同時にしか
も良好に補正することは、トーリック面やアナモルフィ
ック面、回転対称非球面、球面では満足な結果を得られ
なかった。
However, to correct these aberrations simultaneously and satisfactorily, satisfactory results could not be obtained on toric surfaces, anamorphic surfaces, rotationally symmetric aspherical surfaces, and spherical surfaces.

【0029】本発明は上記収差を同時にしかも良好に補
正するために、面内及び面外共に回転対称軸を有せず、
しかも、対称面を1つのみ有する面対称自由曲面を使用
したことを特徴としている。
In order to correct the above-mentioned aberrations simultaneously and satisfactorily, the present invention does not have a rotational symmetry axis both inside and outside the plane,
Moreover, it is characterized by using a plane-symmetric free-form surface having only one plane of symmetry.

【0030】ここで、本発明の自由曲面とは、以下の式
で定義されるものである。 Z=C2 +C3 y+C4 x +C5 2 +C6 yx+C7 2 +C8 3 +C9 2 x+C10yx2 +C113 +C124 +C133 x+C142 2 +C15yx3 +C164 +C175 +C184 x+C193 2 +C202 3 +C21yx4 +C225 +C236 +C245 x+C254 2 +C263 3 +C272 4 +C28yx5 +C296 +C307 +C316 x+C325 2 +C334 3 +C343 4 +C352 5 +C36yx6 +C377 ・・・・・ ・・・・(a) このような自由曲面を少なくとも1面の反射作用を有す
る反射面として使うことにより、傾いた反射面、例えば
後記する実施例の第2面に、前記のように、偏心方向を
Y軸、観察者眼球の視線方向をZ軸、Y軸及びZ軸と直
交する軸をX軸とすると、X軸上の任意の位置のY方向
の傾きを任意に与えることができる。これは偏心して配
置された凹面鏡で発生する像歪み、特に、X軸方向の像
高により変化し、Y軸方向に発生する像歪みを補正する
ことができる。つまり、結果として、水平線が弓なりに
なって観察される像歪みを良好に補正することが可能と
なる。
Here, the free-form surface of the present invention is defined by the following equation. Z = C 2 + C 3 y + C 4 x + C 5 y 2 + C 6 yx + C 7 x 2 + C 8 y 3 + C 9 y 2 x + C 10 yx 2 + C 11 x 3 + C 12 y 4 + C 13 y 3 x + C 14 y 2 x 2 + C 15 yx 3 + C 16 x 4 + C 17 y 5 + C 18 y 4 x + C 19 y 3 x 2 + C 20 y 2 x 3 + C 21 yx 4 + C 22 x 5 + C 23 y 6 + C 24 y 5 x + C 25 y 4 x 2 + C 26 y 3 x 3 + C 27 y 2 x 4 + C 28 yx 5 + C 29 x 6 + C 30 y 7 + C 31 y 6 x + C 32 y 5 x 2 + C 33 y 4 x 3 + C 34 y 3 x 4 + C 35 y 2 x 5 + C 36 yx 6 + C 37 x 7 ... (a) By using such a free-form surface as a reflecting surface having at least one reflecting function, an inclined reflecting surface, for example, described later On the second surface of the embodiment, as described above, the eccentric direction is the Y axis, the line of sight of the observer's eye is the Z axis, and the axis orthogonal to the Y axis and the Z axis. When X-axis, it is possible to provide a gradient in the Y direction at an arbitrary position on the X-axis arbitrarily. This can correct the image distortion that occurs in the eccentrically arranged concave mirror, in particular, the image distortion that changes depending on the image height in the X-axis direction and that occurs in the Y-axis direction. In other words, as a result, it is possible to satisfactorily correct the image distortion observed when the horizontal line is bowed.

【0031】次に、偏心して配置された凹面鏡により発
生する台形の歪みについて説明する。この像歪みは、観
察者眼球からの逆追跡により説明すると、眼球から射出
したX軸方向に広がりを持った光線は、偏心して配置さ
れた第2面に当たって反射されるが、第2面のY軸正の
方向の光線とY軸負側の光線の光路長の違いによりX軸
方向の広がりが大きく異なってから第2面によって反射
される。このため、Y軸正方向の像の大きさとY軸負方
向の像の大きさが異なって結像され、結果として観察像
が台形の歪みを持ってしまうものである。
Next, the trapezoidal distortion generated by the eccentrically arranged concave mirror will be described. This image distortion will be explained by backtracking from the eyeball of the observer. A light ray emitted from the eyeball and having a spread in the X-axis direction hits the eccentrically arranged second surface and is reflected. Due to the difference in the optical path lengths of the light ray in the positive axis direction and the light ray in the negative Y axis direction, the spread in the X axis direction is greatly different and then reflected by the second surface. Therefore, the image size in the Y-axis positive direction and the image size in the Y-axis negative direction are formed differently, and as a result, the observed image has a trapezoidal distortion.

【0032】この歪みに対しても、自由曲面を使うこと
によって補正することが可能となる。これは、自由曲面
が定義式(a)より明らかなように、Y軸の正負によっ
てX軸方向に曲率を任意に変えることが可能なYの奇数
次項とXの偶数次項を持っているためである。
This distortion can also be corrected by using a free-form surface. This is because the free-form surface has an odd-order term of Y and an even-order term of X whose curvature can be arbitrarily changed in the X-axis direction depending on whether the Y-axis is positive or negative, as is clear from the definition formula (a). is there.

【0033】次に、回転対称な像歪みについて説明す
る。本発明の接眼光学系ように、例えば第2面の凹面か
ら離れた位置に光学系の瞳があり、かつ、画角が広い光
学系では、瞳面側からの逆光線追跡において糸巻型の回
転対称な像歪みが大きく発生する。これの像歪みの発生
を抑えるためには、反射面の周辺の面の傾きを変化させ
ることによって可能となる。
Next, rotationally symmetric image distortion will be described. As in the eyepiece optical system of the present invention, for example, in an optical system having a pupil of the optical system at a position distant from the concave surface of the second surface and having a wide angle of view, pincushion rotational symmetry in backward ray tracing from the pupil surface side. Large image distortion occurs. The occurrence of such image distortion can be suppressed by changing the inclination of the surface around the reflecting surface.

【0034】さらに、非点収差に対しては、X軸方向の
2次微分とY軸方向の2次微分の差を適切に変えること
によって可能となる。
Further, astigmatism can be obtained by appropriately changing the difference between the secondary differential in the X-axis direction and the secondary differential in the Y-axis direction.

【0035】また、コマ収差に対しては、前記の弓なり
の像歪みと同じ考え方で、X軸上の任意の点のY方向の
傾きを任意に与えることで補正することができる。
Further, coma can be corrected by giving the inclination in the Y direction of an arbitrary point on the X axis in the same way as the above-mentioned bow image distortion.

【0036】さらに好ましくは、光学部品製作性を考慮
すると、自由曲面は必要最低限にすることが望ましい。
そこで、少なくとも3つの面の中の1つの反射面、例え
ば第2面を上記自由曲面とし、他の面を平面若しくは球
面又は偏心した回転対称面にすることによって製作性を
上げることが可能となる。
More preferably, in consideration of manufacturability of optical parts, it is desirable that the free-form surface is minimized.
Therefore, one of the at least three surfaces, for example, the second surface may be the free-form surface, and the other surface may be a flat surface, a spherical surface, or an eccentric rotationally symmetric surface to improve manufacturability. .

【0037】接眼光学系の射出瞳に面した反射面である
第2面は、他の面に比べて強い反射屈折力を持つため、
収差の発生を抑えたい場合に自由曲面が有効である。
The second surface, which is the reflecting surface facing the exit pupil of the eyepiece optical system, has a stronger catadioptric power than other surfaces.
The free-form surface is effective for suppressing the occurrence of aberration.

【0038】また、接眼光学系の射出瞳に面した屈折
面、反射面兼用の第1面を自由曲面で構成することによ
って、コマ収差の発生を抑えることができる。これは、
第1面が反射面として作用する場合に、軸上主光線に対
して大きく傾いて配置されているためである。
Further, the coma aberration can be suppressed by forming the first surface, which is also used as the refracting surface and the reflecting surface, facing the exit pupil of the eyepiece optical system, into a free-form surface. this is,
This is because when the first surface acts as a reflecting surface, it is arranged with a large inclination with respect to the axial chief ray.

【0039】さらに、第3面を自由曲面にすることによ
って、像歪みの発生を補正することができる。これは、
第3面が結像位置に近接して配置されているために、他
の収差を悪化させることなく像歪みを補正するのに良い
結果を与えるためである。
Further, by making the third surface a free-form surface, the occurrence of image distortion can be corrected. this is,
This is because the third surface is arranged close to the image forming position, so that a good result can be obtained in correcting image distortion without deteriorating other aberrations.

【0040】さらに、2つの面を自由曲面にすることに
よって、各収差はより一層補正できることは言うまでも
ない。例えば、第2面と第3面を自由曲面とすると、第
1面を平面とすることが可能となり、接眼光学系を構成
する光学素子の製作性を向上できる。また、第1面は球
面でも回転対称非球面でも構成することが可能である。
Further, it goes without saying that each aberration can be further corrected by making the two surfaces free-form. For example, if the second surface and the third surface are free-form surfaces, the first surface can be a flat surface, and the manufacturability of the optical element forming the eyepiece optical system can be improved. Further, the first surface can be a spherical surface or a rotationally symmetric aspherical surface.

【0041】そして、本発明においては、上記の自由曲
面は少なくとも1面の反射作用を有する反射面に用いら
れ、その場合のその反射面の面形状を、その面内及び面
外共に回転対称軸を有せず、しかも、対称面を1つのみ
有する面対称自由曲面としている。これは、例えば図1
5のように座標系をとった場合に、偏心して配置される
面の偏心方向を含む面であるY−Z面が対称面となるよ
うな自由曲面とすることで、逆光線追跡における結像面
の像もそのY−Z面が対称面として両側で対称にするこ
とができ、収差補正の労力が大幅に削減できるためであ
る。
In the present invention, the above-mentioned free-form surface is used as at least one reflecting surface having a reflecting action, and in that case, the surface shape of the reflecting surface is the rotational symmetry axis both inside and outside the surface. And a plane-symmetric free-form surface having only one plane of symmetry. This is shown in FIG.
When a coordinate system such as 5 is used, a free-form surface such that the YZ plane, which is a plane including the eccentric direction of the eccentrically arranged plane, is a symmetric surface, and thus an image forming plane in the backward ray tracing is obtained. This is because the YZ plane of the image can also be symmetrical on both sides as a plane of symmetry, and the labor for aberration correction can be greatly reduced.

【0042】なお、本発明における反射作用を有する反
射面には、全反射面、ミラーコート面、半透過反射面等
の反射作用を有する全ての反射面が含まれる。
The reflecting surface having a reflecting function in the present invention includes all reflecting surfaces having a reflecting function such as a total reflection surface, a mirror coat surface and a semi-transmissive reflecting surface.

【0043】また、上記のような座標系において、その
自由曲面の反射面が以下の条件(1)、(2)の何れか
一方あるいは両方を満足することが望ましい。
Further, in the coordinate system as described above, it is desirable that the reflecting surface of the free curved surface satisfies one or both of the following conditions (1) and (2).

【0044】 |φx|>0 ・・・・(1) |φy|>0 ・・・・(2) ただし、φxはその反射面中で軸上主光線が反射される
領域のY−Z面に垂直な面内の反射屈折力、φyはその
反射面中で軸上主光線が反射される領域のY−Z面内の
反射屈折力である。
| Φx |> 0 (1) | φy |> 0 (2) where φx is the YZ plane of the area where the axial chief ray is reflected in the reflecting surface. Is the catadioptric power in the plane perpendicular to, and φy is the catadioptric power in the YZ plane of the region where the axial chief ray is reflected in the catoptric surface.

【0045】これは、このような面対称自由曲面として
の反射面の軸上主光線に対する反射屈折力をゼロ以外に
することによって、瞳と結像面(画像表示素子面)との
間の距離が縮小でき、頭部装着型画像表示装置をコンパ
クトで軽量に構成できるために設定した条件である。
This is because the distance between the pupil and the image forming surface (image display element surface) is set by making the catadioptric power of the reflecting surface as such a plane-symmetric free-form surface for the axial principal ray other than zero. Is a condition set so that the head-mounted image display device can be made compact and lightweight.

【0046】なお、その面対称自由曲面が以下の条件
(3)を満足することが望ましい。
It is desirable that the plane-symmetric free-form surface satisfies the following condition (3).

【0047】 |φx|>0.005 (1/mm) ・・・・(3) なお、面対称自由曲面としての反射面の軸上主光線に対
するY−Z面内の反射屈折力、及び、Y−Z面に垂直な
面内の反射屈折力の少なくとも一方、望ましくは両方が
正であることが望ましい。このようにすることによっ
て、頭部装着型画像表示装置の接眼光学系の最も大きな
屈折力を担う第2面の凹面鏡に本発明の面対称自由曲面
を導入して、全系の像歪み、非点収差、コマ収差等の諸
収差を良好に補正することができる。
| Φx |> 0.005 (1 / mm) (3) It should be noted that the catadioptric power in the YZ plane for the axial principal ray of the reflecting surface as a plane-symmetric free-form surface, and It is desirable that at least one, and preferably both, of the catadioptric powers in the plane perpendicular to the YZ plane are positive. By doing so, the plane-symmetric free-form surface of the present invention is introduced into the concave mirror of the second surface, which has the largest refractive power of the eyepiece optical system of the head-mounted image display device, and the image distortion of the entire system is reduced. It is possible to excellently correct various aberrations such as point aberration and coma.

【0048】さて、以上のように、接眼光学系の少なく
とも1面の反射面に対称面を1つのみ有する面対称自由
曲面を用いた場合に、さらに、以下の条件を満足するこ
とによって広画角で、かつ、収差補正の行われた接眼光
学系を提供することができる。
As described above, when a plane-symmetric free-form surface having only one symmetry plane is used as at least one reflection surface of the eyepiece optical system, the wide image can be obtained by satisfying the following conditions. It is possible to provide an eyepiece optical system that is angular and has aberrations corrected.

【0049】まず、上述の定義に従ってX軸、Y軸、Z
軸が決まったとき、瞳位置中心を射出し、画像表示素子
に入射する主光線の中、X方向画角ゼロ、X方向最大画
角、Y正方向最大画角、Y方向画角ゼロ、Y負方向最大
画角のX方向、Y方向の組み合わせにより、次の表−1
のように6つの主光線が定まる。
First, according to the above definition, the X axis, the Y axis, and the Z axis.
When the axis is determined, the center of the pupil position is emitted, and among the principal rays incident on the image display element, the angle of view in the X direction is zero, the maximum angle of view in the X direction, the maximum angle of view in the positive Y direction, the angle of view in the Y direction is zero, and Y The following Table-1 shows the combination of the maximum angle of view in the X direction and the Y direction in the negative direction.
The six chief rays are determined like.

【0050】 [0050]

【0051】すなわち、上記の表−1中に記載したよう
に、画面中心の視軸方向の軸上主光線をとし、上側中
心画角の主光線を、右上画角の主光線を、右中心画
角の主光線を、右下画角の主光線を、下側中心画角
の主光線をとする。そして、これらの主光線〜が
各面と交差する領域を有効領域と定義し、その有効領域
で各面の形状を定義する式(Z軸を面の軸として表した
式、あるいは、その面を偏心がないとして、Z=f
(X,Y)の形式で表した式)の面の偏心方向に当たる
Y軸について微分した値(Y−Z面内での微分値)を各
光線〜がその面と当たる位置の微分値をDY1〜D
Y6、2次微分値をD2 Y1〜D2 Y6とする。また、
それと直交するX軸について微分した値(Y−Z面に垂
直な面内での微分値)を各主光線〜がその面と当た
る位置の微分値をDX1〜DX6、2次微分値をD2
1〜D2 X6とする。
That is, as described in Table 1 above, the axial principal ray in the visual axis direction at the center of the screen is defined as the principal ray of the upper central angle of view, and the principal ray of the upper right angle of view is the right center. The chief ray of view angle is the chief ray of the lower right view angle, and the chief ray of the lower central view angle is. Then, an area where these chief rays intersect with each surface is defined as an effective area, and an expression defining the shape of each surface in the effective area (an expression in which the Z axis is the axis of the surface, or that surface is Assuming no eccentricity, Z = f
A value obtained by differentiating the surface of (X, Y) in the eccentric direction of the surface with respect to the Y-axis (differential value in the YZ plane) is the differential value of the position where each ray hits the surface DY1. ~ D
The Y6,2-order differential value and D 2 Y1~D 2 Y6. Also,
Differentiated values (differential values in a plane perpendicular to the YZ plane) differentiated with respect to the X axis orthogonal thereto are DX1 to DX6 as the differential values at the positions where the respective principal rays 〜 hit the surface, and the secondary differential value is D 2 X
1 to D 2 X6.

【0052】まず、接眼光学系の射出瞳に面した反射面
である第2面において、DY1からDY6の値をDY
max1で表すとすると、その全てが、 −10<DYmax1<1.0 ・・・(1−1) なる条件を満足することが重要となる。
First, on the second surface which is the reflecting surface facing the exit pupil of the eyepiece optical system, the values of DY1 to DY6 are changed to DY.
If it is expressed by max1 , it is important that all of them satisfy the condition of −10 <DY max1 <1.0 (1-1).

【0053】これは、接眼光学系の中で比較的強い反射
屈折力を持つ第2面のY方向の傾きを制限するもので、
接眼光学系の中で主な反射屈折力を持つ第2面の有効域
が傾きすぎると、観察画角全体の解像力が不足する部分
が発生してしまう。上記条件式(1−1)の上限の1.
0を越えると、瞳中心を通過する各像高の主光線に対し
その反射面の傾きが大きくなりすぎて、偏心による収差
発生が大きくなりすぎ、他の面で補正することが不可能
になる。逆に、下限の−10を越えると、各像高の主光
線を像形成手段に導くことが不可能となり、観察画角が
極端に小さくなってしまう。
This limits the inclination of the second surface having a relatively strong catadioptric power in the Y direction in the eyepiece optical system.
If the effective area of the second surface having the main catadioptric power is too inclined in the eyepiece optical system, there will be a portion where the resolution of the entire observation angle of view is insufficient. The upper limit of the conditional expression (1-1) is 1.
When the value exceeds 0, the inclination of the reflecting surface of the principal ray of each image height passing through the center of the pupil becomes too large, and aberrations due to decentering become too large, making it impossible to correct it by other surfaces. . On the contrary, when the lower limit of -10 is exceeded, it becomes impossible to guide the chief ray of each image height to the image forming means, and the observation angle of view becomes extremely small.

【0054】さらに好ましくは、 −1.0<DYmax1<0.5 ・・・(1−2) なる条件式を満足することが重要である。More preferably, it is important to satisfy the conditional expression of -1.0 <DY max1 <0.5 (1-2).

【0055】さらに好ましくは、 −0.5<DYmax1<0.3 ・・・(1−3) なる条件式を満足することが重要である。More preferably, it is important to satisfy the conditional expression of -0.5 <DY max1 <0.3 (1-3).

【0056】上記条件式は共に、広い観察画角において
良好な観察像を得るために必要なものである。特に、条
件式(1−2)は20°以上の観察画角において重要と
なり、条件式(1−3)は30°以上の観察画角におい
て満足することが好ましい。
Both of the above conditional expressions are necessary for obtaining a good observation image in a wide observation angle of view. In particular, it is preferable that the conditional expression (1-2) becomes important in the observation angle of view of 20 ° or more, and the conditional expression (1-3) is satisfied in the observation angle of view of 30 ° or more.

【0057】さらに好ましくは、接眼光学系の全ての反
射面において、上記条件式(1−1)〜(1−3)の何
れかを満足することが好ましい。その意味と上下限の設
定の理由は同様である。
More preferably, it is preferable that all the reflecting surfaces of the eyepiece optical system satisfy one of the above conditional expressions (1-1) to (1-3). The meaning and reason for setting the upper and lower limits are the same.

【0058】次に、上記の第2面において、X−Z面内
の画角ゼロから最大画角までの横方向の変化について規
定する。Y方向の傾きつまり微分値の差をDY1−DY
4、DY2−DY5、DY3−DY6とし、これらの値
をDYmax2で表すとすると、その全てが、 −0.2<DYmax2<0.2 ・・・(2−1) なる条件を満足することが好ましい。
Next, the change in the horizontal direction from the view angle of zero to the maximum view angle in the XZ plane on the second surface will be defined. The inclination in the Y direction, that is, the difference between the differential values is DY1-DY
4, DY2-DY5, DY3-DY6, and these values are represented by DY max2 , all satisfy the condition of -0.2 <DY max2 <0.2 (2-1). It is preferable.

【0059】上記条件式(2−1)は、X方向に対する
Y方向の面の傾きの最大値を規定したものである。これ
は、有効領域のX軸の最大値付近とY軸上との傾きの差
を表しており、Y軸を観察者の上下方向に取ると、観察
像の左右端のY方向の伸び縮みに対応している。上記条
件式(2−1)の上限の0.2を越えると、観察像の左
右端がY方向に変化し、他の面で補正することが不可能
となり、歪んだ観察像になってしまう。下限の−0.2
についても同様である。
The conditional expression (2-1) defines the maximum value of the inclination of the surface in the Y direction with respect to the X direction. This represents the difference in inclination between the vicinity of the maximum value of the X-axis in the effective area and that on the Y-axis. It corresponds. When the upper limit of 0.2 to condition (2-1) is exceeded, the left and right edges of the observed image change in the Y direction, making it impossible to correct on other surfaces, resulting in a distorted observed image. . Lower limit of -0.2
The same applies to.

【0060】さらに好ましくは、 −0.1<DYmax2<0.1 ・・・(2−2) なる条件式を満足することが好ましい。特に20°以上
の観察画角を確保しようとした場合に、像歪みの少ない
観察像を観察する場合に重要となる。
More preferably, it is preferable that the conditional expression of -0.1 <DY max2 <0.1 (2-2) is satisfied. This is particularly important when observing an observation image with little image distortion when trying to secure an observation angle of view of 20 ° or more.

【0061】さらに好ましくは、 −0.05<DYmax2<0.05 ・・・(2−3) なる条件式を満足することが好ましい。特に30°以上
の観察画角を確保しようとした場合に、像歪みの少ない
観察像を観察する場合に重要となる。
More preferably, it is preferable that the conditional expression of -0.05 <DY max2 <0.05 (2-3) is satisfied. This is particularly important when observing an observation image with little image distortion when trying to secure an observation angle of view of 30 ° or more.

【0062】さらに好ましくは、 −0.02<DYmax2<0.02 ・・・(2−4) なる条件式を満足することが好ましい。特に30°以上
の観察画角を確保しようとした場合に、像歪みのほとん
どない観察像を観察する場合に重要となる。なお、トー
リック面の場合は0になるが、コマ収差の発生が多く、
良好な結像特性は得られない。
It is more preferable that the conditional expression of -0.02 <DY max2 <0.02 (2-4) is satisfied. This is particularly important when observing an observation image with almost no image distortion when trying to secure an observation angle of view of 30 ° or more. In the case of a toric surface, it will be 0, but there are many coma aberrations,
Good imaging characteristics cannot be obtained.

【0063】さらに好ましくは、接眼光学系の全ての反
射面において、上記条件式(2−1)〜(2−4)の何
れかを満足することが好ましい。その意味と上下限の設
定の理由は同様である。
More preferably, it is preferable that all the reflecting surfaces of the eyepiece optical system satisfy any of the above conditional expressions (2-1) to (2-4). The meaning and reason for setting the upper and lower limits are the same.

【0064】次に、上記の第2面において、上記(DY
1−DY4)−(DY3−DY6)をDYmax3とすると
き、第2面のDYmax3の値は、 −0.1<DYmax3<1 ・・・(3−1) なる条件式を満足することが重要である。
Next, on the second surface, the (DY
When 1-DY4)-( DY3-DY6 ) is DY max3 , the value of DY max3 of the second surface satisfies the conditional expression of -0.1 <DY max3 <1 (3-1). This is very important.

【0065】これは、有効領域のX軸の最大値付近との
Y軸上とのY方向の傾きの差を表しており、Y軸を観察
者の上下方向に取ると、観察像の右上と右下の上下方向
の対称性に対応している。下限の−0.1を越えると、
上下方向の長さが長くなりすぎ、結果として糸巻き型の
像歪みが大きく発生する。また、上限の1を越えると、
反対に樽型の像歪みが大きく発生してしまう。
This represents the difference in inclination in the Y direction with respect to the Y axis from the vicinity of the maximum value of the X axis in the effective area. When the Y axis is taken in the vertical direction of the observer, It corresponds to the vertical symmetry in the lower right. When the lower limit of -0.1 is exceeded,
The length in the up-down direction becomes too long, and as a result, a large image distortion of the pincushion type occurs. If the upper limit of 1 is exceeded,
On the other hand, barrel-shaped image distortion will occur.

【0066】さらに好ましくは、 −0.05<DYmax3<0.5 ・・・(3−2) なる条件式を満足することが重要であり、特に20°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(3−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression of -0.05 <DY max3 <0.5 (3-2) is satisfied, especially in the case of an observation angle of view exceeding 20 °. It is important to satisfy this condition. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (3-1).

【0067】さらに好ましくは、 −0.02<DYmax3<0.1 ・・・(3−3) なる条件式を満足することが重要であり、特に30°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。この条件式の上限下限の意味については、上
記条件式(3−1)と同じである。なお、この場合も、
トーリック面の場合は0になるが、コマ収差の発生が多
く、良好な結像特性は得られない。
More preferably, it is important that the conditional expression of -0.02 <DY max3 <0.1 (3-3) is satisfied, especially in the case of an observation angle of view exceeding 30 °. It is important to satisfy this condition. The meaning of the upper and lower limits of this conditional expression is the same as that of the conditional expression (3-1). In this case,
In the case of a toric surface, it becomes 0, but coma aberration is often generated, and good imaging characteristics cannot be obtained.

【0068】また、第2面について、画面中心と画面周
辺のY方向の微分値の差であるDY2−DY1、DY2
−DY3、DY2−DY4、DY2−DY5、DY2−
DY6をDYmax4で表すとすると、その全てが、 −0.2<DYmax4<0.2 ・・・(4−1) なる条件式を満足することが重要である。
For the second surface, DY2-DY1 and DY2, which are the differences in the Y-direction differential values between the screen center and the screen periphery.
-DY3, DY2-DY4, DY2-DY5, DY2-
When DY6 is represented by DY max4 , it is important that all of them satisfy the conditional expression of −0.2 <DY max4 <0.2 (4-1).

【0069】これは、画面中心に対し画面周辺のY方向
微分値のずれを表している。この数値が上限の0.2を
越えと、弓なりの像歪みが大きく発生する。下限の−
0.2を越えると逆方向の弓なりの像歪みが大きく発生
し、他の面て補正することが不可能になってしまう。
This represents the deviation of the differential value in the Y direction around the screen with respect to the center of the screen. If this value exceeds the upper limit of 0.2, bow-shaped image distortion will occur significantly. Lower limit −
When it exceeds 0.2, a large bow-shaped image distortion occurs in the opposite direction, and it becomes impossible to correct other surfaces.

【0070】さらに好ましくは、 −0.16<DYmax4<0.16 ・・・(4−2) なる条件式を満足することが重要であり、特に20°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(4−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression of -0.16 <DY max4 <0.16 (4-2) is satisfied, especially in the case of an observation angle of view exceeding 20 °. It is important to satisfy this condition. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (4-1).

【0071】また、第2面について、画面中心とX軸上
のX方向最大画角の右端とのY方向の微分値の差DY2
−DY5をDYmax5とするとき、 −0.5<DYmax5<0.08 ・・・(5−1) なる条件式を満足することが重要である。
On the second surface, the difference DY2 in the Y direction between the center of the screen and the right end of the X direction maximum angle of view on the X axis.
When -DY5 is set to DY max5 , it is important to satisfy the conditional expression -0.5 <DY max5 <0.08 (5-1).

【0072】これは、画面中心を通る左右方向の直線、
例えば水平線等が弓なりに湾曲して観察される像歪みと
なる。この数値が上限の0.08を越えると、弓なりの
像歪みが下に凸に大きく発生する。下限の−0.5を越
えると、逆方向の弓なりの像歪みが上に凸に大きく発生
し、他の面で補正することが不可能になってしまう。
This is a straight line in the left-right direction passing through the center of the screen,
For example, a horizontal line or the like is curved in a bow shape, resulting in image distortion observed. If this numerical value exceeds the upper limit of 0.08, bow-shaped image distortion is largely convex downward. If the lower limit of -0.5 is exceeded, a large bow-shaped image distortion in the opposite direction will occur in a convex shape, and it will be impossible to correct it on other surfaces.

【0073】さらに好ましくは、 −0.1<DYmax5<0.05 ・・・(5−2) なる条件式を満足することが重要であり、特に20°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(5−1)と同じである。
More preferably, it is important to satisfy the conditional expression of -0.1 <DY max5 <0.05 (5-2), especially in the case of an observation angle of view exceeding 20 °. It is important to satisfy this condition. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (5-1).

【0074】さらに好ましくは、 −0.02<DYmax5<0.01 ・・・(5−3) なる条件式を満足することが重要であり、特に30°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(5−1)と同じである。
More preferably, it is important to satisfy the conditional expression of -0.02 <DY max5 <0.01 (5-3), especially in the case of an observation angle of view exceeding 30 °. It is important to satisfy this condition. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (5-1).

【0075】次に、X軸方向の微分値DXについての条
件式を説明する。画面右端の上と下のX軸方向の微分値
DX4とDX6の差DX4−DX6をDXmax1とすると
き、上記第2面のDXmax1が、 −0.16<DXmax1<1.4 ・・・(6−1) なる条件式を満足することが重要である。
Next, the conditional expression for the differential value DX in the X-axis direction will be described. When the difference DX4-DX6 differential value DX4 in the X-axis direction of the right edge of the screen above and below the DX6 and DX max1, DX max1 of the second side, -0.16 <DX max1 <1.4 ··· ( 6-1) It is important to satisfy the following conditional expression.

【0076】これは、有効領域のX軸の最大値付近のX
軸方向の傾きの差を表しており、Y軸を観察者の上下方
向に取ると、観察像の右上と右下の左右方向の対称性に
対応している。下限の−0.16を越えると、左右方向
の長さが観察像の上と下で大きく異なり、底辺の長い台
形の像歪みが大きく発生する。また、上限の1.4を越
えると、反対に上辺の長い台形の像歪みが大きく発生し
てしまう。
This is X near the maximum value on the X axis of the effective area.
It represents the difference in inclination in the axial direction, and when the Y axis is taken in the vertical direction of the observer, it corresponds to the symmetry in the horizontal direction of the upper right and lower right of the observed image. If the lower limit of −0.16 is exceeded, the horizontal lengths of the observed image differ greatly between the top and bottom of the observed image, resulting in a large amount of trapezoidal image distortion with a long base. If the upper limit of 1.4 is exceeded, on the contrary, a large trapezoidal image distortion with a long upper side will occur.

【0077】さらに好ましくは、 −0.1<DXmax1<1 ・・・(6−2) なる条件式を満足することが重要であり、特に20°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(6−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression of -0.1 <DX max1 <1 (6-2) is satisfied, and this condition is particularly satisfied when the observation angle of view exceeds 20 °. Is important to satisfy. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (6-1).

【0078】さらに好ましくは、 −0.05<DXmax1<0.05 ・・・(6−3) なる条件式を満足することが重要であり、特に30°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(6−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression of -0.05 <DX max1 <0.05 (6-3) is satisfied, especially in the case of an observation angle of view exceeding 30 °. It is important to satisfy this condition. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (6-1).

【0079】さらに好ましくは、接眼光学系を構成する
全ての反射面におけるDX4−DX6をDXmax1' とす
るとき、DXmax1' が、 −0.16<DXmax1' <1.4 ・・・(7−1) なる条件を満足することが重要となる。
More preferably, when DX4-DX6 on all the reflecting surfaces of the eyepiece optical system is DX max1 ' , DX max1' is -0.16 <DX max1 ' <1.4 ( 7-1) It is important to satisfy the following condition.

【0080】この条件は、光学系全体の中で主な反射屈
折力を持つ第2面で発生する台形歪みの発生をある程度
小さく抑えておくと、他の面で比較的容易に補正するこ
とが可能となり、収差全体をバランス良くまとめること
が可能となるための条件である。なお、上限と下限につ
いては、条件式(6−1)と同じである。
This condition can be relatively easily corrected on other surfaces if the trapezoidal distortion generated on the second surface having the main catadioptric power in the entire optical system is suppressed to some extent small. This is a condition for enabling all the aberrations to be well balanced. The upper limit and the lower limit are the same as in conditional expression (6-1).

【0081】さらに好ましくは、 −0.1<DXmax1' <1 ・・・(7−2) なる条件式を満足することが重要であり、特に20°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(6−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression of -0.1 <DX max1 ' <1 (7-2) is satisfied. Especially, in the case of an observation angle of view exceeding 20 °, this It is important to meet the conditions. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (6-1).

【0082】さらに好ましくは、 −0.05<DXmax1' <0.05 ・・・(7−3) なる条件式を満足することが重要であり、特に30°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(6−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression of -0.05 <DX max1 ' <0.05 (7-3) is satisfied, especially when the observation angle of view exceeds 30 °. Is important to meet this condition. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (6-1).

【0083】次に、非点収差について説明する。非点収
差は傾いた凹面鏡のX軸方向の曲率とY軸方向の曲率が
光線に対して異なるために発生する。これを良好に補正
するためには、光線が当たる位置でのX軸方向の曲率と
Y軸方向の曲率を適切に異ならせることが重要となる。
軸上主光線が反射面に当たる位置のX軸方向の2次微分
とY軸方向の2次微分値の差D2 X2−D2 Y2をD2
XYとするとき、その絶対値の最大のもののD2 XYを
2 XYmax1とするとき、 −0.02<D2 XYmax1<0.04 (1/mm) ・・・(8−1) なる条件式を満足することが重要である。
Next, the astigmatism will be described. Astigmatism occurs because the curvature of the tilted concave mirror in the X-axis direction and the curvature in the Y-axis direction are different for the light rays. In order to satisfactorily correct this, it is important to appropriately make the curvature in the X-axis direction and the curvature in the Y-axis direction different at the position where the light ray strikes.
The difference D 2 of the axial principal ray is the second derivative of the second derivative and the Y-axis direction of the X-axis direction position corresponding reflecting surface X2-D 2 Y2 and D 2
When XY, when D 2 XY of the maximum absolute value is D 2 XY max1 , -0.02 <D 2 XY max1 <0.04 (1 / mm) (8-1) It is important to satisfy the following conditional expression.

【0084】接眼光学系中に条件式(8−1)の上限の
0.04と下限の−0.02を越える反射面があると、
傾いた凹面鏡で発生する非点収差が大きくなりすぎ、他
の面で補正することが不可能となる。
If there is a reflecting surface in the eyepiece optical system that exceeds the upper limit of 0.04 and the lower limit of -0.02 of conditional expression (8-1),
The astigmatism generated by the tilted concave mirror becomes too large to be corrected by another surface.

【0085】さらに好ましくは、 −0.01<D2 XYmax1<0.02 (1/mm) ・・・(8−2) なる条件式を満足することが重要であり、特に20°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(8−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression of -0.01 <D 2 XY max1 <0.02 (1 / mm) (8-2) is satisfied, and in particular, it exceeds 20 °. In the case of the observation angle of view, it is important to satisfy this condition. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (8-1).

【0086】さらに好ましくは、 −0.005<D2 XYmax1<0.01 (1/mm)・・・(8−3) なる条件式を満足することが重要であり、特に30°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(8−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression of -0.005 <D 2 XY max1 <0.01 (1 / mm) (8-3) is satisfied, and in particular, it exceeds 30 °. In the case of the observation angle of view, it is important to satisfy this condition. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (8-1).

【0087】さらに好ましくは、 −0.005<D2 XYmax1<0.005 (1/mm)・・(8−4) なる条件式を満足することが重要であり、特に35°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。上限下限の意味については、上記条件式(8
−1)と同じである。
More preferably, it is important to satisfy the conditional expression of -0.005 <D 2 XY max1 <0.005 (1 / mm) ··· (8-4), especially for observations exceeding 35 °. In the case of the angle of view, it is important to satisfy this condition. For the meaning of the upper and lower limits, the above conditional expression (8
Same as -1).

【0088】次に、第2面におけるD2 XYmax1に関す
る条件について説明する。この面は他の面に比べて比較
的強い反射屈折力を有し、かつ、光線が斜めに入射する
ので、非点収差の発生が多い。そこで、第2面のD2
max1をD2 XYmax1' とすると、 −0.02<D2 XYmax1' <0.04 (1/mm)・・・(9−1) を満足することが重要となる。
Next, the conditions relating to D 2 XY max1 on the second surface will be described. This surface has a relatively strong catadioptric power as compared with other surfaces, and since light rays are incident obliquely, astigmatism often occurs. Therefore, D 2 X on the second surface
When Y max1 is D 2 XY max1 ′ , it is important to satisfy −0.02 <D 2 XY max1 ′ <0.04 (1 / mm) (9-1).

【0089】第2面がこの上限の0.04と下限の−
0.02を越えると、その傾いた凹面鏡で発生する非点
収差が大きくなりすぎ、他の面で補正することが不可能
となる。
The second surface has the upper limit of 0.04 and the lower limit of −.
When it exceeds 0.02, the astigmatism generated by the tilted concave mirror becomes too large to be corrected by another surface.

【0090】さらに好ましくは、 −0.01<D2 XYmax1' <0.02 (1/mm)・・・(9−2) なる条件式を満足することが重要であり、特に20°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(9−1)と同じである。
More preferably, it is important to satisfy the conditional expression of -0.01 <D 2 XY max1 ' <0.02 (1 / mm) (9-2), and in particular 20 ° It is important to satisfy this condition when the observation angle of view exceeds. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (9-1).

【0091】さらに好ましくは、 −0.005<D2 XYmax1' <0.01 (1/mm)・・(9−3) なる条件式を満足することが重要であり、特に30°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(9−1)と同じである。
More preferably, it is important to satisfy the conditional expression of -0.005 <D 2 XY max1 ' <0.01 (1 / mm) ·· (9-3), and particularly, it exceeds 30 °. In the case of the observation angle of view, it is important to satisfy this condition. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (9-1).

【0092】さらに好ましくは、 −0.005<D2 XYmax1' <0.005 (1/mm)・(9−4) なる条件式を満足することが重要であり、特に35°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(9−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression of -0.005 <D 2 XY max1 ' <0.005 (1 / mm) · (9-4) is satisfied, and in particular, observation exceeding 35 ° In the case of the angle of view, it is important to satisfy this condition. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (9-1).

【0093】また、第2面において、D2 Y1からD2
Y6の値をD2 max1とするとき、その全てが、 −0.03<D2 max1<0.06 (1/mm) ・・・(10−1) なる条件を満足することが重要となる。
On the second surface, D 2 Y1 to D 2
When the value of Y6 is D 2 Y max1 , it is important that all of them satisfy the condition of −0.03 <D 2 Y max1 <0.06 (1 / mm) (10-1). Becomes

【0094】これは、第2面のY方向の傾きの変化を表
し、上記条件式の上限の0.06と下限の−0.03を
越えると、有効領域内の面の曲率が大きく異なりすぎ、
接眼光学系の中で主な反射屈折力を持つ第2面の有効領
域全体の曲率が大きく変化しすぎてしまい、観察画角全
体で広く平坦な観察像を観察することができなくなって
しまう。
This represents a change in the tilt of the second surface in the Y direction. When the upper limit of 0.06 and the lower limit of -0.03 in the above conditional expression are exceeded, the curvature of the surface in the effective region is too different. ,
In the eyepiece optical system, the curvature of the entire effective region of the second surface having the main catadioptric power changes too much, and it becomes impossible to observe a wide and flat observation image over the entire observation angle of view.

【0095】さらに好ましくは、 −0.03<D2 max1<0.05 (1/mm) ・・・(10−2) なる条件式を満足することが重要である。More preferably, it is important to satisfy the conditional expression: -0.03 <D 2 Y max1 <0.05 (1 / mm) (10-2).

【0096】さらに好ましくは、 −0.025<D2 max1<0 (1/mm) ・・・(10−3) なる条件式を満足することが重要である。More preferably, it is important to satisfy the conditional expression -0.025 <D 2 Y max1 <0 (1 / mm) (10-3).

【0097】上記条件式(10−2)、(10−3)は
共に、広い観察画角において良好な観察像を得るために
必要なものである。特に、条件式(10−2)は20°
以上の観察画角において重要となり、条件式(10−
3)は30°以上の観察画角において満足することが好
ましい。
Both the conditional expressions (10-2) and (10-3) are necessary for obtaining a good observation image in a wide observation angle of view. In particular, the conditional expression (10-2) is 20 °
It becomes important in the above observation angle of view, and the conditional expression (10-
It is preferable that 3) is satisfied at an observation angle of view of 30 ° or more.

【0098】次に、第2面のにおいて、D2 X1からD
2 X6の値をD2 max2とするとき、その全てが、 −0.03<D2 max2<0.1 (1/mm) ・・・(11−1) なる条件を満足することが好ましい。
Next, on the second surface, from D 2 X1 to D
When the value of 2 X6 is D 2 X max2 , all of them must satisfy the condition of −0.03 <D 2 X max2 <0.1 (1 / mm) (11-1). preferable.

【0099】上記条件式は第2面のX方向の傾きの変化
の最大値を規定したものである。これは、観察像の左右
端の像面湾曲に関するものであり、上限の0.1を越え
ると、結像位置が光学系から離れすぎてしまい、下限の
−0.03を越えると、光学系に近くなりすぎてしま
い、結果として観察像面が湾曲してしまう。
The above conditional expression defines the maximum value of the change in the inclination of the second surface in the X direction. This is related to the field curvature at the left and right ends of the observed image. If the upper limit of 0.1 is exceeded, the image forming position is too far from the optical system, and if the lower limit of -0.03 is exceeded, the optical system is lowered. And the observation image plane is curved as a result.

【0100】さらに好ましくは、 −0.02<D2 max2<0.01 (1/mm) ・・・(11−2) なる条件式を満足することが好ましい。特に20°以上
の観察画角を確保しようとした場合に、像面湾曲の少な
い観察像を観察する場合に重要となる。
More preferably, it is preferable that the conditional expression of -0.02 <D 2 X max2 <0.01 (1 / mm) (11-2) is satisfied. This is particularly important when observing an observation image with little field curvature when trying to secure an observation angle of view of 20 ° or more.

【0101】さらに好ましくは、 −0.02<D2 max2<−0.005 (1/mm)・・・(11−3) なる条件式を満足することが好ましい。特に30°以上
の観察画角を確保しようとした場合に、像面湾曲の少な
い観察像を観察する場合に重要となる。
It is more preferable that the conditional expression of -0.02 <D 2 X max2 <-0.005 (1 / mm) (11-3) is satisfied. This is particularly important when observing an observation image with little field curvature when trying to secure an observation angle of view of 30 ° or more.

【0102】さらに好ましくは、 −0.015<D2 max2<−0.005 (1/mm)・・(11−4) なる条件式を満足することが好ましい。特に30°以上
の観察画角を確保しようとした場合に、像面湾曲のほと
んどない観察像を観察する場合に重要となる。なお、ト
ーリック面の場合は0になるが、コマ収差の発生が多
く、良好な結像特性は得られない。
More preferably, it is preferable that the conditional expression of -0.015 <D 2 X max2 <-0.005 (1 / mm) · (11-4) is satisfied. This is particularly important when observing an observation image with almost no field curvature when trying to secure an observation angle of view of 30 ° or more. In the case of a toric surface, it becomes 0, but coma is often generated and good imaging characteristics cannot be obtained.

【0103】次に、第2面のD2 X1−D2 X4、D2
X2−D2 X5、D2 X3−D2 X6の値をD2 max3
とするとき、その全てが、 −0.05<D2 max3<0.05 (1/mm) ・・・(12−1) なる条件式を満足することが重要である。
Next, D 2 X1-D 2 X4, D 2 of the second surface
X2-D 2 X5, D 2 X3-D 2 value of the X6 D 2 X max3
Then, it is important that all of them satisfy the conditional expression of −0.05 <D 2 X max3 <0.05 (1 / mm) (12-1).

【0104】これは、有効領域のX=0とX最大値付近
とのX方向の2次微分の差がY軸方向の上下でどのくら
いの幅を持っているかを示している。これは、Y軸を観
察者の上下方向にとると、観察像の右上と右下の像面湾
曲の上下方向の対称性に対応している。上記条件式の下
限の−0.05を越えると、像面が光学系に近くなりす
ぎ、他の面で補正することができなくなり、逆に上限の
0.05を越えると、光学系から像面が離れすぎ、他の
面で補正することができなくなり、共に平坦な像面を得
ることができなくなる。
This shows how much the difference in the second derivative in the X direction between X = 0 and the vicinity of the maximum X value in the effective area has a width above and below in the Y axis direction. This corresponds to the vertical symmetry of the field curvature of the upper right and lower right of the observed image when the Y axis is taken in the vertical direction of the observer. When the lower limit of -0.05 of the above conditional expression is exceeded, the image surface becomes too close to the optical system and correction cannot be performed by other surfaces. On the contrary, when the upper limit of 0.05 is exceeded, the image is transferred from the optical system. The surfaces are too far apart to be corrected by the other surfaces, and it becomes impossible to obtain a flat image surface together.

【0105】さらに好ましくは、 −0.02<D2 max3<0.02 (1/mm) ・・・(12−2) なる条件式を満足することが重要であり、特に20°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(12−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression of -0.02 <D 2 X max3 <0.02 (1 / mm) (12-2) is satisfied, and in particular, it exceeds 20 °. In the case of the observation angle of view, it is important to satisfy this condition. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (12-1).

【0106】さらに好ましくは、 −0.01<D2 max3<0.01 (1/mm) ・・・(12−3) なる条件式を満足することが重要であり、特に30°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(12−1)と同じである。なお、この場合も、トー
リック面の場合は0になるが、コマ収差の発生が多く、
良好な結像特性は得られない。
More preferably, it is important to satisfy the conditional expression of -0.01 <D 2 X max3 <0.01 (1 / mm) (12-3), and particularly, it exceeds 30 °. In the case of the observation angle of view, it is important to satisfy this condition. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (12-1). In this case, too, in the case of a toric surface, it will be 0, but coma will often occur,
Good imaging characteristics cannot be obtained.

【0107】次に、第2面のD2 Y1−D2 Y4、D2
Y2−D2 Y5、D2 Y3−D2 Y6の値をD2 max4
とするとき、 −0.03<D2 max4<0.05 (1/mm) ・・・(13−1) なる条件式を満足することが重要である。
Next, D 2 Y1-D 2 Y4, D 2 on the second surface
Y2-D 2 Y5, the value of D 2 Y3-D 2 Y6 D 2 Y max4
Then, it is important to satisfy the conditional expression of −0.03 <D 2 Y max4 <0.05 (1 / mm) (13-1).

【0108】これは、有効領域のX=0とX最大値付近
とのY方向の2次微分の差がY軸方向の上下でどのくら
いの幅を持っているかを示している。これも、Y軸を観
察者の上下方向にとると、観察像の右上と右下の像面湾
曲の上下方向の対称性に対応している。下限の−0.0
3を越えると、像面が光学系に近くなりすぎ、他の面で
補正することができなくなり、逆に上限の0.05を越
えると、光学系から像面が離れすぎ、他の面で補正する
ことができなくなり、共に平坦な像面を得ることができ
なくなる。
This shows how wide the difference in the second derivative in the Y direction between X = 0 and the vicinity of the maximum X value in the effective area is in the vertical direction in the Y axis direction. This also corresponds to the vertical symmetry of the field curvature of the upper right and lower right of the observed image when the Y axis is taken in the vertical direction of the observer. Lower limit of -0.0
When the value exceeds 3, the image surface becomes too close to the optical system and cannot be corrected by the other surface. On the other hand, when the value exceeds the upper limit of 0.05, the image surface is too far from the optical system and the other surface is not corrected. It becomes impossible to correct, and it becomes impossible to obtain a flat image plane.

【0109】さらに好ましくは、 −0.02<D2 max4<0.03 (1/mm) ・・・(13−2) なる条件式を満足することが重要であり、特に20°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(13−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression of -0.02 <D 2 Y max4 <0.03 (1 / mm) (13-2) is satisfied, and in particular, it exceeds 20 °. In the case of the observation angle of view, it is important to satisfy this condition. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (13-1).

【0110】さらに好ましくは、 −0.01<D2 max4<0.01 (1/mm) ・・・(13−3) なる条件式を満足することが重要であり、特に30°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(13−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression of -0.01 <D 2 Y max4 <0.01 (1 / mm) (13-3) is satisfied, and in particular, it exceeds 30 °. In the case of the observation angle of view, it is important to satisfy this condition. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (13-1).

【0111】また、全ての反射面について、Y軸の上下
方向のX=0とX最大の部分のX方向の2次微分の違い
に関するD2 X1−D2 X3、D2 X4−D2 X6をD
2 max5とするとき、全てが、 −0.05<D2 max5<0.05 (1/mm) ・・・(14−1) なる条件式を満足することが重要である。
For all reflecting surfaces, D 2 X1-D 2 X3, D 2 X4-D 2 X6 relating to the difference in the second-order differential in the X-direction of X = 0 in the vertical direction of the Y-axis and the X-maximum part To D
When 2 X max5 , it is important that all satisfy the conditional expression -0.05 <D 2 X max5 <0.05 (1 / mm) (14-1).

【0112】これは、画面の上下方向の像面の傾きを少
なくするために必要な条件である。この値が上限の0.
05と下限の−0.05を越えると、像面の傾斜が大き
くなりすぎ、被観察像を形成する画像表示素子を軸上主
光線に対して大きく傾け配置しないと、像面の傾きが補
正できなくなり、装置の大型化を招く結果となる。
This is a condition necessary for reducing the inclination of the image plane in the vertical direction of the screen. This value is the upper limit of 0.
If the value of 05 and the lower limit of -0.05 are exceeded, the tilt of the image plane becomes too large, and the tilt of the image plane is corrected unless the image display element forming the observed image is tilted with respect to the axial chief ray. As a result, the size of the device cannot be increased and the device becomes large.

【0113】さらに好ましくは、 −0.03<D2 max5<0.03 (1/mm) ・・・(14−2) なる条件式を満足することが重要であり、特に20°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(14−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression of -0.03 <D 2 X max5 <0.03 (1 / mm) (14-2) is satisfied, and in particular, it exceeds 20 °. In the case of the observation angle of view, it is important to satisfy this condition. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (14-1).

【0114】さらに好ましくは、 −0.02<D2 max5<0.02 (1/mm) ・・・(14−3) なる条件式を満足することが重要であり、特に25°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(14−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression of -0.02 <D 2 X max5 <0.02 (1 / mm) (14-3) is satisfied, and in particular, it exceeds 25 °. In the case of the observation angle of view, it is important to satisfy this condition. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (14-1).

【0115】さらに好ましくは、 −0.01<D2 max5<0.01 (1/mm) ・・・(14−4) なる条件式を満足することが重要であり、特に30°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(14−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression of -0.01 <D 2 X max5 <0.01 (1 / mm) (14-4) is satisfied, and in particular, it exceeds 30 °. In the case of the observation angle of view, it is important to satisfy this condition. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (14-1).

【0116】さらに好ましくは、 −0.005<D2 max5<0.005 (1/mm)・・・(14−5) なる条件式を満足することが重要であり、特に35°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(14−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression of -0.005 <D 2 X max5 <0.005 (1 / mm) (14-5) is satisfied, and in particular, it exceeds 35 °. In the case of the observation angle of view, it is important to satisfy this condition. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (14-1).

【0117】次に、Y軸の上下方向のX=0とX最大の
部分のY方向の2次微分の違いD2Y1−D2 Y3、D
2 Y4−D2 Y6の差をD2 max6とするとき、全ての
反射面のD2 max6の値全てが、 −0.03<D2 max6<0.03 (1/mm) ・・・(15−1) なる条件式を満足することが重要である。
Next, the difference between the second-order differentials in the Y direction of X = 0 and the maximum X portion in the vertical direction of the Y-axis D 2 Y 1 -D 2 Y 3, D
When the difference between the 2 Y4-D 2 Y6 and D 2 Y max6, all values of D 2 Y max6 of all the reflecting surfaces, -0.03 <D 2 Y max6 < 0.03 (1 / mm) · · It is important to satisfy the conditional expression (15-1).

【0118】これも、画面の上下方向の像面の傾きを少
なくするために必要な条件である。この数値が上限の
0.03と下限−0.03を越えると、像面の傾斜が大
きくなりすぎ、被観察像を形成する画像表示素子を軸上
主光線に対して大きく傾け配置しないと、像面の傾きが
補正できなくなり、装置の大型化を招く結果となる。
This is also a necessary condition for reducing the inclination of the image plane in the vertical direction of the screen. If this value exceeds the upper limit of 0.03 and the lower limit of -0.03, the inclination of the image plane becomes too large, and the image display element forming the observed image must be arranged with a large inclination with respect to the axial chief ray. The tilt of the image plane cannot be corrected, resulting in an increase in size of the apparatus.

【0119】さらに好ましくは、 −0.02<D2 max6<0.02 (1/mm) ・・・(15−2) なる条件式を満足することが重要であり、特に20°を
越える観察画角の場合には、この条件を満足することが
受容である。なお、上限下限の意味については、上記条
件式(15−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression of -0.02 <D 2 Y max6 <0.02 (1 / mm) (15-2) is satisfied, and in particular, it exceeds 20 °. In the case of the observation angle of view, it is acceptable to satisfy this condition. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (15-1).

【0120】さらに好ましくは、第2面が −0.01<D2 max6<0.01 (1/mm) ・・・(15−3) なる条件式を満足することが重要であり、特に30°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(15−1)と同じである。
More preferably, it is important that the second surface satisfies the conditional expression of -0.01 <D 2 Y max6 <0.01 (1 / mm) (15-3), and particularly It is important to satisfy this condition when the observation angle of view exceeds 30 °. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (15-1).

【0121】次に、有効面内の各光線が面に当たる所
の、X方向の2回微分とY方向の2回微分の差、D2
n−D2 Yn(nは1〜6)をD2 XYmax7とすると
き、全ての反射面のD2 XYmax7の値全てが、 −0.02<D2 XYmax7<0.1 (1/mm) ・・・(16−1) なる条件式を満足することが重要である。
Next, the difference between the second derivative in the X direction and the second derivative in the Y direction, where each ray in the effective surface strikes the surface, is D 2 X
When n−D 2 Yn (n is 1 to 6) is D 2 XY max7 , all the values of D 2 XY max7 of all reflecting surfaces are −0.02 <D 2 XY max7 <0.1 (1 / Mm) (16-1) It is important to satisfy the conditional expression.

【0122】これは、有効領域のX方向の結像位置とY
方向の結像位置に相当し、非点収差が良好の補正されて
いるための条件である。下限の−0.02を越えると、
X方向の光線がY方向の光線に対し光学系側により近く
結像してしまい、非点収差の発生が大きくなる。逆に、
上限の0.1を越えると、X方向の光線がY方向の光線
に対し光学系より遠くに結像してしまい、非点収差が逆
に大きく発生してしまい、共に他の面で補正することが
不可能となってしまう。ただし、トーリック面等のYと
X軸の両方に対して対称性を持つ面の場合は、本条件に
入るが、コマ収差と像歪みの発生が大きくなる。
This is the image formation position in the X direction of the effective area and Y.
This is a condition that corresponds to the image forming position in the direction and that the astigmatism is well corrected. When the lower limit of -0.02 is exceeded,
A light ray in the X direction is imaged closer to a light ray in the Y direction on the optical system side, and astigmatism increases. vice versa,
If the upper limit of 0.1 is exceeded, rays in the X direction will be imaged farther than rays in the Y direction from the optical system, and conversely large astigmatism will occur, both of which will be corrected by other surfaces. It becomes impossible. However, in the case of a surface having symmetry with respect to both the Y and X axes, such as a toric surface, coma aberration and image distortion are increased although this condition is satisfied.

【0123】さらに好ましくは、 −0.018<D2 XYmax7<0.05 (1/mm)・・・(16−2) なる条件式を満足することが重要であり、特に20°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。
More preferably, it is important that the conditional expression of -0.018 <D 2 XY max7 <0.05 (1 / mm) (16-2) is satisfied, and in particular, it exceeds 20 °. In the case of the observation angle of view, it is important to satisfy this condition.

【0124】さらに好ましくは、 −0.015<D2 XYmax7<0.02 (1/mm)・・・(16−3) なる条件式を満足することが重要であり、特に25°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。
More preferably, it is important that the conditional expression of -0.015 <D 2 XY max7 <0.02 (1 / mm) (16-3) is satisfied, and in particular, it exceeds 25 °. In the case of the observation angle of view, it is important to satisfy this condition.

【0125】さらに好ましくは、 −0.01<D2 XYmax7<0.01 (1/mm) ・・・(16−4) なる条件式を満足することが重要であり、特に30°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。
More preferably, it is important that the conditional expression of -0.01 <D 2 XY max7 <0.01 (1 / mm) (16-4) is satisfied, and in particular, it exceeds 30 °. In the case of the observation angle of view, it is important to satisfy this condition.

【0126】上記条件式(16−1)に関して、第2面
における値をD2 XYmax7' とすると、 −0.1<D2 XYmax7' <0.08 (1/mm) ・・・(17−1) なる条件式を満足することが重要である。
Regarding the conditional expression (16-1), when the value on the second surface is D 2 XY max7 ' , -0.1 <D 2 XY max7' <0.08 (1 / mm) ( 17-1) It is important to satisfy the following conditional expression.

【0127】上限の0.08と下限の−0.1の意味に
ついては、上記条件式(16−1)と同様である。特
に、光学系の中で最も強い正の反射屈折力を持ち、か
つ、傾いて配置されている第2面では、非点収差の発生
が多いので、この条件式を満足することによって、収差
の発生をバランスよく補正することが重要となる。ただ
し、この面もトーリック面等のYとX軸の両方に対して
対称性を持つ面の場合は、本条件に入るが、コマ収差と
像歪みの発生が大きくなる。
The meanings of the upper limit of 0.08 and the lower limit of -0.1 are the same as in conditional expression (16-1) above. In particular, astigmatism often occurs on the second surface, which has the strongest positive catadioptric power in the optical system and is arranged at an inclination, so that by satisfying this conditional expression, It is important to correct the occurrence in a balanced manner. However, if this surface is also a surface having symmetry with respect to both the Y and X axes, such as a toric surface, this condition is satisfied, but coma aberration and image distortion are increased.

【0128】さらに好ましくは、 −0.1<D2 XYmax7' <0.05 (1/mm) ・・・(17−2) なる条件式を満足することが重要であり、特に20°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。
More preferably, it is important to satisfy the conditional expression: -0.1 <D 2 XY max7 ' <0.05 (1 / mm) (17-2), and especially 20 ° It is important to satisfy this condition when the observation angle of view exceeds.

【0129】さらに好ましくは、 −0.05<D2 XYmax7' <0.02 (1/mm)・・・(17−3) なる条件式を満足することが重要であり、特に25°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。
More preferably, it is important to satisfy the conditional expression of -0.05 <D 2 XY max7 ' <0.02 (1 / mm) (17-3), and in particular 25 ° It is important to satisfy this condition when the observation angle of view exceeds.

【0130】さらに好ましくは、 −0.01<D2 XYmax7' <0.01 (1/mm)・・・(17−4) なる条件式を満足することが重要であり、特に30°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。
More preferably, it is important that the conditional expression of -0.01 <D 2 XY max7 ' <0.01 (1 / mm) (17-4) is satisfied, and especially 30 ° is set. It is important to satisfy this condition when the observation angle of view exceeds.

【0131】次に、接眼光学系の画像表示素子に面した
反射面(図15、図20のような場合には透過面の第1
面が兼ねる。)のD2 X2/第2面のD2 X2の値をD
2 X9とするとき、 0.13<D2 X9<1.15 ・・・(18−1) なる条件を満足することが重要となる。
Next, the reflecting surface (the first transmitting surface in the case of FIGS. 15 and 20) facing the image display element of the eyepiece optical system.
The surface also serves. ) D 2 X2 / D 2 X2 value of the second surface is D
When 2 × 9, it is important to satisfy the condition of 0.13 <D 2 X9 <1.15 (18-1).

【0132】この条件は、光学系全体の中で主な反射屈
折力を持つ画像表示素子に面した反射面と射出瞳に面し
た反射面のX方向の2次微分の比を表しており、光学系
から瞳位置までの距離を大きくとり、かつ、被観察像側
の射出主光線傾角を被観察像の表示面に垂直に近づける
ために必要な従来の近軸パワー配置に関する条件であ
る。下限の0.13を越えると、光学系の前側焦点位置
が大きくなるが、後側焦点距離が短くなりすぎ、被観察
像を表示する面と光学系本体が干渉し、配置できなくな
る。また、上限の1.15を越えると、後側焦点距離は
大きくなるが、逆に光学系の前側焦点位置が小さくなり
すぎ、眼鏡を掛けての観察がし難くなる。
This condition represents the ratio of the second derivative in the X direction of the reflecting surface facing the image display element having the main catadioptric power in the entire optical system and the reflecting surface facing the exit pupil. This condition is related to the conventional paraxial power arrangement that is required to increase the distance from the optical system to the pupil position and bring the exit principal ray tilt angle on the observed image side closer to the display surface of the observed image perpendicularly. If the lower limit of 0.13 is exceeded, the front focal position of the optical system becomes large, but the rear focal length becomes too short, and the surface displaying the observed image interferes with the optical system body, making it impossible to arrange. On the other hand, when the upper limit of 1.15 is exceeded, the rear focal length becomes large, but conversely the front focal position of the optical system becomes too small, making it difficult to observe with glasses.

【0133】さらに好ましくは、 0.2<D2 X9<1 ・・・(18−2) なる条件式を満足することが重要であり、特に20°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限については、上記条件式(1
8−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression of 0.2 <D 2 X9 <1 (18-2) is satisfied, and this condition is particularly satisfied when the observation angle of view exceeds 20 °. Is important to satisfy. Regarding the upper and lower limits, the above conditional expression (1
It is the same as 8-1).

【0134】さらに好ましくは、 0.3<D2 X9<0.8 ・・・(18−3) なる条件式を満足することが重要であり、特に30°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限については、上記条件式(1
8−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression of 0.3 <D 2 X9 <0.8 (18-3) is satisfied, especially in the case of an observation angle of view exceeding 30 °. It is important to satisfy this condition. Regarding the upper and lower limits, the above conditional expression (1
It is the same as 8-1).

【0135】次に、接眼光学系の画像表示素子に面した
反射面のD2 Y2/第2面のD2 Y2の値をD2 Y10
とするとき、 0.14<D2 Y10<5 ・・・(19−1) なる条件を満足することが重要となる。
Next, the value of D 2 Y2 of the reflecting surface facing the image display element of the eyepiece optical system / D 2 Y2 of the second surface is set to D 2 Y10.
Then, it is important to satisfy the condition of 0.14 <D 2 Y10 <5 (19-1).

【0136】この条件は、光学系全体の中でも主な反射
屈折力を持つ画像表示素子に面した反射面と射出瞳に面
した反射面のY方向の2次微分の比を表しており、光学
系から瞳位置までの距離を大きくとり、かつ、被観察像
側の射出主光線傾角を被観察像の表示面に垂直に近づけ
るために必要な従来の近軸パワー配置に関する条件であ
る。下限の0.14を越えると、光学系の前側焦点位置
が大きくなるが、後側焦点距離が短くなりすぎ、被観察
像を表示する面と光学系本体が干渉し、配置できなくな
る。また、上限の5を越えると、後側焦点距離は大きく
なるが、逆に光学系の前側焦点位置は小さくなりすぎ、
眼鏡を掛けての観察がし難くなる。
This condition represents the ratio of the second derivative in the Y direction of the reflecting surface facing the image display element having the main catadioptric power and the reflecting surface facing the exit pupil in the entire optical system. This condition is related to the conventional paraxial power arrangement, which is necessary to increase the distance from the system to the pupil position and to make the exit principal ray tilt angle on the observed image side closer to the display surface of the observed image perpendicularly. When the lower limit of 0.14 is exceeded, the front focal position of the optical system becomes large, but the rear focal length becomes too short, and the surface displaying the observed image interferes with the optical system main body, making it impossible to arrange. On the other hand, when the upper limit of 5 is exceeded, the rear focal length becomes large, but on the contrary, the front focal position of the optical system becomes too small,
It becomes difficult to observe with glasses.

【0137】さらに好ましくは、 0.15<D2 Y10<4 ・・・(19−2) なる条件式を満足することが重要であり、特に20°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(19−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression 0.15 <D 2 Y10 <4 (19-2) is satisfied, and this condition is particularly satisfied when the observation angle of view exceeds 20 °. Is important to satisfy. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (19-1).

【0138】さらに好ましくは、 0.2<D2 Y10<3 ・・・(19−3) なる条件式を満足することが重要であり、特に25°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(19−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression of 0.2 <D 2 Y10 <3 (19-3) is satisfied, especially in the case of an observation angle of view exceeding 25 °. Is important to satisfy. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (19-1).

【0139】さらに好ましくは、 0.25<D2 Y10<1 ・・・(19−4) なる条件式を満足することが重要であり、特に30°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(19−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression of 0.25 <D 2 Y10 <1 (19-4) is satisfied. Especially, in the case of an observation angle of view exceeding 30 °, this condition is satisfied. Is important to satisfy. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (19-1).

【0140】次に、接眼光学系の画像表示素子に面した
反射面のD2 X2/D2 Y2の値をD2 XY11とする
とき、 0.55<D2 XY11<4.0 ・・・(20−1) なる条件を満足することが重要となる。
Next, when the value of D 2 X2 / D 2 Y2 of the reflecting surface facing the image display element of the eyepiece optical system is D 2 XY11, 0.55 <D 2 XY11 <4.0 ... It is important to satisfy the condition (20-1).

【0141】この条件は、光学系全体の中で最も傾いて
軸上主光線が入射する画像表示素子に面した反射面の軸
上主光線に対するX方向とY方向の主光線が当たる部分
の屈折力に相当し、主に非点収差に関する。下限の0.
55と上限4.0を越えると、共にこの面で反射すると
きに発生する非点収差が大きくなりすぎ、他の面で補正
することが難しくなる。
This condition is the refraction of the portion of the entire optical system in which the principal rays in the X and Y directions are incident on the axial principal ray of the reflecting surface facing the image display element on which the axial principal ray is most inclined. Corresponds to force and mainly relates to astigmatism. The lower limit of 0.
When the value exceeds 55 and the upper limit is more than 4.0, the astigmatism generated when reflecting on this surface becomes too large, and it becomes difficult to correct it on other surfaces.

【0142】さらに好ましくは、 0.6<D2 XY11<3.5 ・・・(20−2) なる条件式を満足することが重要であり、特に20°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。上限下限の意味については、上記条件式(2
0−1)と同じである。
More preferably, it is important to satisfy the conditional expression 0.6 <D 2 XY11 <3.5 (20-2), especially in the case of an observation angle of view exceeding 20 °. It is important to satisfy this condition. Regarding the meaning of the upper and lower limits, the above conditional expression (2
It is the same as 0-1).

【0143】さらに好ましくは、 0.7<D2 XY11<3.0 ・・・(20−3) なる条件式を満足することが重要であり、特に25°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(20−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression of 0.7 <D 2 XY11 <3.0 (20-3) is satisfied, especially in the case of an observation angle of view exceeding 25 °. It is important to satisfy this condition. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (20-1).

【0144】さらに好ましくは、 0.8<D2 XY11<2.5 ・・・(20−4) なる条件式を満足することが重要であり、特に30°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(20−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression 0.8 <D 2 XY11 <2.5 (20-4) is satisfied, especially in the case of an observation angle of view exceeding 30 °. It is important to satisfy this condition. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (20-1).

【0145】次に、射出瞳に面した第2面のD2 X2/
2 Y2の値をD2 XY12とするとき、 0.55<D2 XY12<5 ・・・(21−1) なる条件を満足することが重要となる。
Next, D 2 X2 / of the second surface facing the exit pupil
When the value of D 2 Y2 is D 2 XY12, it is important to satisfy the condition of 0.55 <D 2 XY12 <5 (21-1).

【0146】この条件も上記条件(20−1)と同様に
非点収差に関するものであり、上限の5と下限0.55
についても、条件(20−1)と同様である。
Similar to the above condition (20-1), this condition also relates to astigmatism, and has an upper limit of 5 and a lower limit of 0.55.
Is the same as the condition (20-1).

【0147】さらに好ましくは、 0.6<D2 XY12<4 ・・・(21−2) なる条件式を満足することが重要であり、特に20°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(20−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression 0.6 <D 2 XY12 <4 (21-2) is satisfied, and this condition is particularly satisfied when the observation angle of view exceeds 20 °. Is important to satisfy. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (20-1).

【0148】さらに好ましくは、 0.7<D2 XY12<3 ・・・(21−3) なる条件式を満足することが重要であり、特に25°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(20−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression 0.7 <D 2 XY12 <3 (21-3) is satisfied, and this condition is particularly satisfied when the observation angle of view exceeds 25 °. Is important to satisfy. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (20-1).

【0149】さらに好ましくは、 0.8<D2 XY12<2 ・・・(21−4) なる条件式を満足することが重要であり、特に30°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。なお、上限下限の意味については、上記条件
式(20−1)と同じである。
More preferably, it is important that the conditional expression 0.8 <D 2 XY12 <2 (21-4) is satisfied, especially in the case of an observation angle of view exceeding 30 °. Is important to satisfy. The meaning of the upper and lower limits is the same as that of the conditional expression (20-1).

【0150】さて、以上の条件(1−1)から(21−
4)については、接眼光学系を構成する何れかの反射面
の面形状を、その面内及び面外共に回転対称軸を有せ
ず、しかも、対称面を1つのみ有する面対称自由曲面だ
けでなく、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない
アナモルフィック面で形成した場合にも、すなわち、そ
の面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転対称面
形状にした何れの場合にも適用できる。特に、前記(4
−1)〜(4−2)の条件については、以上の説明で
は、接眼光学系の射出瞳に面した反射面に関する条件式
であったが、接眼光学系を構成する何れかの反射面をそ
の面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転対称面
形状にした場合には、その非回転対称面形状の反射面に
ついても適用できる。また、前記(20−1)〜(20
−4)の条件については、画像表示素子に面した反射面
をその面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転対
称面形状にした場合にも適用できる。さらに、また、前
記(21−1)〜(21−4)の条件については、画像
表示素子に面した反射面以外の反射面をその面内及び面
外共に回転対称軸を有しない非回転対称面形状にした場
合にも適用できる。
Now, from the above conditions (1-1) to (21-
As for 4), the surface shape of any of the reflecting surfaces constituting the eyepiece optical system does not have an axis of rotational symmetry in and out of the surface, and only a plane-symmetric free-form surface having only one symmetry surface. Not only when it is formed with an anamorphic surface that does not have a rotational symmetry axis both in-plane and out-of-plane, that is, in which it has a non-rotational symmetric surface shape that does not have a rotational symmetry axis in-plane and out-of-plane Can also be applied to. In particular, the above (4
Regarding the conditions of -1) to (4-2), in the above description, the conditional expression is related to the reflecting surface facing the exit pupil of the eyepiece optical system, but any reflecting surface forming the eyepiece optical system may be used. When the in-plane and out-of-plane non-rotationally symmetric surface shapes have no axis of rotational symmetry, the non-rotationally symmetric surface shape reflecting surface can also be applied. In addition, (20-1) to (20
The condition -4) can be applied to the case where the reflecting surface facing the image display element is formed into a non-rotationally symmetric surface shape having no axis of rotational symmetry both inside and outside the surface. Further, with respect to the conditions (21-1) to (21-4), the non-rotational symmetry in which the reflection surface other than the reflection surface facing the image display element does not have a rotational symmetry axis in or out of the surface. It can also be applied to a surface shape.

【0151】なお、以上の各種条件に関しては、主して
図15に示すような第1面3、第2面4、第3面5から
なり、その間が屈折率(n)が1よりも大きい(n>
1)媒質で満たされたプリズム部材7を用いる接眼光学
系を前提にして説明したが、その他の図16〜図22に
示すようなプリズム部材7についても同様に適用でき
る。
Regarding the above various conditions, the first surface 3, the second surface 4, and the third surface 5 as shown in FIG. 15 are mainly used, and the refractive index (n) is larger than 1 between them. (N>
1) The description was made on the premise of the eyepiece optical system using the prism member 7 filled with the medium, but the same can be applied to the other prism members 7 as shown in FIGS. 16 to 22.

【0152】[0152]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の頭部装着型画像
表示装置の実施例1〜5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7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6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7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7に向
かう方向をZ軸の正方向、光軸2から画像表示素子6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7の射出瞳1の側を物体側として、画像表
示素子6側を像面側とした逆追跡により行っている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments 1 to 5 of the head-mounted image display device of the present invention will be described below. In the configuration parameters of each example described later, as shown in FIG. 1, the optical axis 2 is the center of the display of the image display element 6 and the center of the exit pupil 1 with the exit pupil 1 of the eyepiece optical system 7 as the origin of the optical system. Defined as a ray passing through (origin), and the direction from the exit pupil 1 to the optical axis 2 is the Z-axis direction, the plane orthogonal to the Z axis, passing through the center of the exit pupil 1, and being bent by the eyepiece optical system 7. Is the Y-axis direction, the direction orthogonal to the Z-axis and the Y-axis and passing through the center of the exit pupil 1 is the X-axis direction, the direction from the exit pupil 1 to the eyepiece optical system 7 is the positive direction of the Z-axis, and from the optical axis 2. The direction of the image display device 6 is defined as the positive direction of the Y axis, and the direction forming the Z-axis and Y-axis and the right-handed system is defined as the positive direction of the X axis. Note that ray tracing is performed by reverse tracing with the exit pupil 1 side of the eyepiece optical system 7 as the object side and the image display element 6 side as the image plane side.

【0153】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。
Then, for the surface on which the eccentricity amounts Y and Z and the tilt amount θ are described, the shift amount from the exit pupil 1 which is the origin of the optical system and the tilt angle with respect to the Z axis are shown. The tilt angle is positive in the counterclockwise direction. In addition,
The plane spacing has no meaning.

【0154】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、Kx
X軸方向円錐係数、Ky はY軸方向円錐係数、Rnは非
球面項回転対称成分、Pn 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、 Rx :X軸方向曲率半径 Ry :Y軸方向曲率半径 を用いており、曲率CX、CYとの間には、 Rx =1/CX,Ry =1/CY の関係にある。
The shape of the anamorphic surface is defined by the following equation. A straight line passing through the origin of the surface shape and perpendicular to the optical surface is the axis of the anamorphic surface. Where Z is the amount of deviation of the surface shape from the tangent plane, CX is the curvature in the X-axis direction, CY is the curvature in the Y-axis direction, K x is the conical coefficient in the X-axis direction, K y is the conical coefficient in the Y-axis direction, and R n Is an aspherical term rotationally symmetric component, and P n is an aspherical term rotationally asymmetrical component. In the configuration parameters of the embodiment described later, Rx : radius of curvature in the X-axis direction Ry : radius of curvature in the Y-axis direction, and between the curvatures CX and CY, Rx = 1 / CX, R y = 1 / CY.

【0155】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 2 +C6 yx+C7 2 +C8 3 +C9 2 x+C10yx2 +C113 +C124 +C133 x+C142 2 +C15yx3 +C164 +C175 +C184 x+C193 2 +C202 3 +C21yx4 +C225 +C236 +C245 x+C254 2 +C263 3 +C272 4 +C28yx5 +C296 +C307 +C316 x+C325 2 +C334 3 +C343 4 +C352 5 +C36yx6 +C377 ・・・(a) 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587.56n
m)に対するものを表記してある。長さの単位はmmで
ある。
The shape of the free-form surface is defined by the following equation. The Z axis of the definition is the axis of the free-form surface. Z = C 2 + C 3 y + C 4 x + C 5 y 2 + C 6 yx + C 7 x 2 + C 8 y 3 + C 9 y 2 x + C 10 yx 2 + C 11 x 3 + C 12 y 4 + C 13 y 3 x + C 14 y 2 x 2 + C 15 yx 3 + C 16 x 4 + C 17 y 5 + C 18 y 4 x + C 19 y 3 x 2 + C 20 y 2 x 3 + C 21 yx 4 + C 22 x 5 + C 23 y 6 + C 24 y 5 x + C 25 y 4 x 2 + C 26 y 3 x 3 + C 27 y 2 x 4 + C 28 yx 5 + C 29 x 6 + C 30 y 7 + C 31 y 6 x + C 32 y 5 x 2 + C 33 y 4 x 3 + C 34 y 3 x 4 + C 35 y 2 x 5 + C 36 yx 6 + C 37 x 7 ··· Note (a), the term with respect to aspheric surfaces on which no data is 0
It is. For the refractive index, d line (wavelength 587.56n
The one for m) is shown. The unit of the length is mm.

【0156】さて、以下の実施例1〜5の接眼光学系7
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6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6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7
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に入射し、観察
者の網膜上に表示像を結像する。
Now, the eyepiece optical system 7 of Examples 1 to 5 below.
Are composed of three surfaces, namely, a first surface 3, a second surface 4, and a third surface 5, and a space between them is filled with a medium having a refractive index higher than 1, and is arranged so as to face the image display element 6. The display light from the image display element 6 that has entered the optical system via the third surface 5 of the transmission surface is reflected by the first surface 3 disposed between the second surface 4 and the exit pupil 1 on the optical axis 2. Reflected, and then exit pupil 1 on optical axis 2
Is incident on and reflected by the second surface 4 of the reflecting surface which is eccentrically arranged so as to face the optical system 7 and passes through the first surface 3.
The light exits from the optical axis 2 and travels along the optical axis 2 to enter the pupil of the observer at the position of the exit pupil 1 without forming an intermediate image, and forms a display image on the retina of the observer.

【0157】この実施例1〜5の光軸2を含むY−Z断
面図をそれぞれ図1〜図5に示す。構成パラメータは後
記するが、実施例1は第1面、第2面共上記(b)式で
定義されるアナモルフィック面、第3面は平面であり、
実施例2は第1面3、第2面4、第3面5何れも上記
(a)式で定義される自由曲面であり、実施例3、4は
第1面3は平面、第2面4、第3面5は何れも上記
(a)式で定義される自由曲面であり、実施例5は第1
面は球面、第2面4、第3面5は何れも上記(a)式で
定義される自由曲面である。実施例1の観察画角は、水
平画角57.8°、垂直画角34.5°、瞳径は4mm
であり、実施例2の観察画角は、水平画角40°、垂直
画角30.5°、瞳径は8mmであり、実施例3、5の
観察画角は、水平画角40°、垂直画角30.5°、瞳
径は4mmであり、実施例4の観察画角は、水平画角3
5°、垂直画角26.6°、瞳径は4mmである。
1 to 5 are YZ sectional views including the optical axis 2 of Examples 1 to 5, respectively. Although constituent parameters will be described later, in Example 1, both the first surface and the second surface are anamorphic surfaces defined by the above formula (b), and the third surface is a flat surface.
In Example 2, all of the first surface 3, the second surface 4, and the third surface 5 are free-form surfaces defined by the formula (a), and in Examples 3 and 4, the first surface 3 is a flat surface and the second surface is a second surface. The fourth and third surfaces 5 are all free-form surfaces defined by the above equation (a), and the fifth embodiment is the first
The surface is a spherical surface, and the second surface 4 and the third surface 5 are all free-form surfaces defined by the equation (a). The observation angle of view of Example 1 is 57.8 ° for the horizontal angle of view, 34.5 ° for the vertical angle of view, and the pupil diameter is 4 mm.
The observation angle of view in Example 2 was 40 ° in the horizontal angle, the angle of view in the vertical direction was 30.5 °, and the pupil diameter was 8 mm. The angle of view in the Examples 3 and 5 was 40 ° in the horizontal angle of view. The vertical field angle is 30.5 °, the pupil diameter is 4 mm, and the observation field angle in Example 4 is the horizontal field angle 3
The angle of view is 5 °, the vertical angle of view is 26.6 °, and the pupil diameter is 4 mm.

【0158】以下に、上記実施例1〜5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 Ry -209.268 1.4922 57.50 (第1面)Rx -95.115 (瞳位置より) Ky 0 Y -18.335 θ -12 ° Kx 0 Z 27.921 R2 7.8387 ×10-73 2.9947 ×10-13 4 1.5297 ×10-14 5 -5.0289 ×10-17 2 -0.4499 P3 -7.9471 P4 0.6545 P5 -0.1387 3 Ry -67.801 1.4922 57.50 (第2面)Rx -58.220 (瞳位置より) (反射面)Ky 0 Y 9.356 θ 27.44° Kx 0 Z 38.348 R2 4.2705 ×10-73 -7.7029 ×10-11 4 4.0793 ×10-22 5 1.0591 ×10-17 2 0.1070 P3 0.4967 P4 119.38 P5 -0.0092 4 Ry -209.268 1.4922 57.50 (第1面)Rx -95.115 (瞳位置より) (反射面)Ky 0 Y -18.335 θ -12 ° Kx 0 Z 27.921 R2 7.8387 ×10-73 2.9947 ×10-13 4 1.5297 ×10-14 5 -5.0289 ×10-17 2 -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 。
The constituent parameters of Examples 1 to 5 are shown below. Example 1 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (eccentricity) (tilt angle) 1 ∞ (pupil) 2 R y -209.268 1.4922 57.50 (first surface) R x -95.115 (from pupil position) K y 0 Y -18.335 θ -12 ° K x 0 Z 27.921 R 2 7.8387 × 10 -7 R 3 2.9947 × 10 -13 R 4 1.5297 × 10 -14 R 5 -5.0289 × 10 -17 P 2 -0.4499 P 3 -7.9471 P 4 0.6545 P 5 -0.1387 3 R y -67.801 1.4922 57.50 (2nd surface) R x -58.220 (From pupil position) (Reflecting surface) K y 0 Y 9.356 θ 27.44 ° K x 0 Z 38.348 R 2 4.2705 × 10 -7 R 3 -7.7029 × 10 -11 R 4 4.0793 × 10 -22 R 5 1.0591 × 10 -17 P 2 0.1070 P 3 0.4967 P 4 119.38 P 5 -0.0092 4 R y -209.268 1.4922 57.50 (1st surface) R x- 95.115 (from pupil position) (Reflecting surface) K y 0 Y -18.335 θ -12 ° K x 0 Z 27.921 R 2 7.8387 × 10 -7 R 3 2.9947 × 10 -13 R 4 1.5297 × 10 -14 R 5 -5.0289 × 10 -17 P 2 -0.4499 P 3 -7.9471 P 4 0.6545 P 5 -0.1387
5 ∞ (from the pupil position)
(Third surface) Y -27.164 θ -62.56 ° Z 27.921 6 ∞ (from pupil position) (Image display surface) Y -27.678 θ -46.89 ° Z 39.000.

【0159】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 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 -2.6152×10-37 -3.9706×10-38 -7.5434×10-510 -1.5120×10-612 2.6572×10-714 1.3359×10-616 1.7946×10-717 -2.9881×10-919 -3.0362×10-921 -2.0258×10-723 -3.8978×10-10 25 1.4986×10-927 -3.8974×10-929 -2.5335×10-930 4.3101×10-12 32 -1.4923×10-11 34 7.6026×10-11 36 -4.2410×10-11 自由曲面 C5 -6.2524×10-37 -7.5944×10-38 -1.0605×10-510 9.3276×10-612 8.3882×10-714 -5.6861×10-716 -4.9904×10-717 -2.0403×10-10 19 -8.0184×10-921 -4.4196×10-823 4.4149×10-10 25 3.8170×10-10 27 8.4970×10-11 29 -2.8006×10-10 30 1.3964×10-12 32 -1.7677×10-10 34 3.3220×10-12 36 6.9401×10-12 自由曲面 C5 -1.2118×10-27 -3.7062×10-38 -1.2290×10-410 9.9763×10-412 -8.0746×10-514 -3.8939×10-516 2.6861×10-517 -1.7720×10-619 -3.4243×10-621 -3.5310×10-723 1.2185×10-725 1.0019×10-727 1.4838×10-729 -5.3531×10-8Example 2 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Tilt angle) 1 ∞ (pupil) 2 Free-form surface 1.5254 56.25 (first surface) (from pupil position) Y 13.983 θ 9.46 ° Z 33.974 3 Free-form surface 1.5254 56.25 (2nd surface) (From pupil position) (Reflecting surface) Y 4.596 θ -15.22 ° Z 49.231 4 Free-form surface 1.5254 56.25 (1st surface) (From pupil position) (Reflecting surface) Y 13.983 θ 9.46 ° Z 33.974 5 Free-form surface (from pupil position) (3rd surface) Y 27.094 θ 79.39 ° Z 35.215 6 ∞ (from pupil position) (Image display surface) Y 29.266 θ 46.34 ° Z 46.318 Free-form surface C 5 -2.6152 × 10 -3 C 7 -3.9706 × 10 -3 C 8 -7.5434 × 10 -5 C 10 -1.5120 × 10 -6 C 12 2.6572 × 10 -7 C 14 1.3359 × 10 -6 C 16 1.7946 × 10 -7 C 17 - 2.9881 x 10 -9 C 19 -3.0362 x 10 -9 C 21 -2.0258 x 10 -7 C 23 -3.8978 x 10 -10 C 25 1.4986 x 10 -9 C 27 -3.8974 x 10 -9 C 29 -2.5335 x 10 -9 C 30 4.3101 × 10 -12 C 32 -1.4923 × 10 -11 34 7.6026 × 10 -11 C 36 -4.2410 × 10 -11 free curved surface C 5 -6.2524 × 10 -3 C 7 -7.5944 × 10 -3 C 8 -1.0605 × 10 -5 C 10 9.3276 × 10 -6 C 12 8.3882 × 10 -7 C 14 -5.6861 × 10 -7 C 16 -4.9904 × 10 -7 C 17 -2.0403 × 10 -10 C 19 -8.0184 × 10 -9 C 21 -4.4196 × 10 -8 C 23 4.4149 × 10 - 10 C 25 3.8 170 × 10 -10 C 27 8.4 970 × 10 -11 C 29 -2.8006 × 10 -10 C 30 1.3964 × 10 -12 C 32 -1.7677 × 10 -10 C 34 3.3 220 × 10 -12 C 36 6.9401 × 10 -12 free curved surface C 5 -1.2118 × 10 -2 C 7 -3.7062 × 10 -3 C 8 -1.2290 × 10 -4 C 10 9.9763 × 10 -4 C 12 -8.0746 × 10 -5 C 14 -3.8939 × 10 - 5 C 16 2.6861 x 10 -5 C 17 -1.7720 x 10 -6 C 19 -3.4243 x 10 -6 C 21 -3.5310 x 10 -7 C 23 1.2185 x 10 -7 C 25 1.0019 x 10 -7 C 27 1.4838 x 10 -7 C 29 -5.3531 x 10 -8 .

【0160】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 ∞ 1.5254 56.25 (第1面) (瞳位置より) Y 0.000 θ 20.65° Z 37.527 3 自由曲面 1.5254 56.25 (第2面) (瞳位置より) (反射面) Y 1.760 θ -9.37° Z 49.700 4 ∞ 1.5254 56.25 (第1面) (瞳位置より) (反射面) Y 0.000 θ 20.65° Z 37.527 5 自由曲面 (瞳位置より) (第3面) Y 25.997 θ 74.58° Z 46.184 6 ∞ (瞳位置より) (画像表示面) Y 33.670 θ 51.85° Z 45.021 自由曲面 C5 -4.5817×10-37 -5.0260×10-38 3.2015×10-510 2.2441×10-512 -1.8792×10-714 7.9815×10-716 5.0435×10-717 -6.8674×10-819 1.0002×10-821 -6.6719×10-923 1.3063×10-925 -2.2955×10-927 -1.9103×10-10 29 -6.8281×10-10 30 1.3784×10-10 32 -1.0577×10-10 34 2.8101×10-11 36 1.2847×10-11 自由曲面 C5 4.2493×10-47 -2.0055×10-28 -1.1201×10-310 1.5646×10-412 -1.0605×10-414 4.3806×10-516 2.6464×10-517 2.1338×10-519 -8.0966×10-721 -1.4461×10-623 -1.0841×10-625 -1.2023×10-727 -1.6090×10-829 -5.5701×10-930 1.8180×10-832 5.1816×10-934 1.0613×10-936 6.6826×10-10 Example 3 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Tilt angle) 1 ∞ (pupil) 2 ∞ 1.5254 56.25 (first surface) (from pupil position) Y 0.000 θ 20.65 ° Z 37.527 3 Free-form surface 1.5254 56.25 (2nd surface) (From pupil position) (Reflecting surface) Y 1.760 θ -9.37 ° Z 49.700 4 ∞ 1.5254 56.25 (1st surface) (From pupil position) (Reflecting surface) Y 0.000 θ 20.65 ° Z 37.527 5 Free curved surface (from pupil position) (3rd surface) Y 25.997 θ 74.58 ° Z 46.184 6 ∞ (from pupil position) (Image display surface) Y 33.670 θ 51.85 ° Z 45.021 Free curved surface C 5 -4.5817 × 10 -3 C 7 -5.0 260 x 10 -3 C 8 3.2015 x 10 -5 C 10 2.2441 x 10 -5 C 12 -1.8792 x 10 -7 C 14 7.9 815 x 10 -7 C 16 5.0 435 x 10 -7 C 17 -6.8 674 x 10 -8 C 19 1.0002 x 10 -8 C 21 -6.6719 x 10 -9 C 23 1.3063 x 10 -9 C 25 -2.2955 x 10 -9 C 27 -1.9 103 x 10 -10 C 29 -6.8281 x 10 -10 C 30 1.3784 x 10 -10 C 32 -1.0577 x 10 -10 C 34 2.8 101 x 10 -11 C 36 1.2847 × 10 -11 Free-form surface C 5 4.249 3 × 10 -4 C 7 -2.0055 × 10 -2 C 8 -1.1201 × 10 -3 C 10 1.5646 × 10 -4 C 12 -1.0605 × 10 -4 C 14 4.3806 × 10 -5 C 16 2.6464 × 10 -5 C 17 2.1338 × 10 -5 C 19 -8.0966 × 10 -7 C 21 -1.4461 × 10 -6 C 23 -1.0841 × 10 -6 C 25 -1.2023 × 10 -7 C 27 -1.6090 x 10 -8 C 29 -5.5701 x 10 -9 C 30 1.8180 x 10 -8 C 32 5.1816 x 10 -9 C 34 1.0613 x 10 -9 C 36 6.6826 x 10 -10 .

【0161】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) 2 ∞ 1.5254 56.25 (第1面) (瞳位置より) Y 0.000 θ 22.10° Z 39.619 3 自由曲面 1.5254 56.25 (第2面) (瞳位置より) (反射面) Y -8.143 θ -13.23° Z 50.124 4 ∞ 1.5254 56.25 (第1面) (瞳位置より) (反射面) Y 0.000 θ 22.10° Z 39.619 5 自由曲面 (瞳位置より) (第3面) Y 25.826 θ 92.97° Z 51.879 6 ∞ (瞳位置より) (画像表示面) Y 35.497 θ 50.34° Z 48.576 自由曲面 C5 -4.6506×10-37 -4.7935×10-38 2.6669×10-610 1.6974×10-512 5.4534×10-714 -4.6491×10-716 -3.5840×10-717 1.8802×10-819 4.4645×10-821 -7.6909×10-923 -1.5994×10-925 -5.2799×10-11 27 1.1706×10-929 1.3813×10-11 30 2.9144×10-11 32 -4.6116×10-11 34 -5.5362×10-11 36 4.7568×10-12 自由曲面 C5 1.9719×10-27 -7.7622×10-38 2.3734×10-510 -5.0317×10-412 -2.0110×10-414 6.3593×10-516 4.5581×10-517 1.6122×10-519 -1.3368×10-621 -3.0966×10-623 -5.2286×10-725 -6.5949×10-827 5.9680×10-929 -2.7181×10-830 6.2758×10-932 2.4299×10-934 2.2116×10-936 2.0886×10-9Example 4 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Tilt angle) 1 ∞ (pupil) 2 ∞ 1.5254 56.25 (first surface) (from pupil position) Y 0.000 θ 22.10 ° Z 39.619 3 Free-form surface 1.5254 56.25 (2nd surface) (From pupil position) (Reflecting surface) Y -8.143 θ -13.23 ° Z 50.124 4 ∞ 1.5254 56.25 (1st surface) (From pupil position) (Reflecting surface) Y 0.000 θ 22.10 ° Z 39.619 5 free-form surface (from pupil position) (third surface) Y 25.826 θ 92.97 ° Z 51.879 6 ∞ ( from pupil position) (image display surface) Y 35.497 θ 50.34 ° Z 48.576 free curved surface C 5 -4.6506 × 10 - 3 C 7 -4.7935 × 10 -3 C 8 2.6669 × 10 -6 C 10 1.6974 × 10 -5 C 12 5.4534 × 10 -7 C 14 -4.6491 × 10 -7 C 16 -3.5840 × 10 -7 C 17 1.8802 × 10 -8 C 19 4.4645 × 10 -8 C 21 -7.6909 × 10 -9 C 23 -1.5994 × 10 -9 C 25 -5.2799 × 10 -11 C 27 1.1706 × 10 -9 C 29 1.3813 × 10 -11 C 30 2.9144 × 10 -11 C 32 -4.6116 × 10 -11 C 34 -5.5362 × 10 - 11 C 36 4.7568 × 10 -12 Free-form surface C 5 1.9719 × 10 -2 C 7 -7.7622 × 10 -3 C 8 2.3734 × 10 -5 C 10 -5.0 317 × 10 -4 C 12 -2.0 110 × 10 -4 C 14 6.3593 × 10 -5 C 16 4.5581 × 10 -5 C 17 1.6122 × 10 -5 C 19 -1.3368 × 10 -6 C 21 -3.0966 × 10 -6 C 23 -5.2286 × 10 -7 C 25 -6.5949 × 10 - 8 C 27 5.9 680 × 10 -9 C 29 -2.7181 × 10 -8 C 30 6.2 758 × 10 -9 C 32 2.4 299 × 10 -9 C 34 2.2 116 × 10 -9 C 36 2.0886 × 10 -9 .

【0162】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) 2 -87.879 1.5254 56.25 (第1面) (瞳位置より) Y 0.000 θ 4.83° Z 38.369 3 自由曲面 1.5254 56.25 (第2面) (瞳位置より) (反射面) Y -3.704 θ -23.79° Z 46.813 4 -87.879 1.5254 56.25 (第1面) (瞳位置より) (反射面) Y 0.000 θ 4.83° Z 38.369 5 自由曲面 (瞳位置より) (第3面) Y 19.042 θ 46.94° Z 47.204 6 ∞ (瞳位置より) (画像表示面) Y 27.507 θ 55.57° Z 45.930 自由曲面 C5 -9.8620×10-37 -9.1521×10-38 6.2235×10-510 8.0917×10-612 9.2182×10-714 -1.5968×10-616 -1.1413×10-617 -9.8234×10-819 1.3883×10-821 1.1992×10-823 -1.0379×10-825 -5.0580×10-927 -2.3570×10-929 -1.5443×10-10 30 4.6063×10-10 32 1.4306×10-10 34 5.9077×10-11 36 1.5553×10-12 自由曲面 C5 -3.4909×10-37 -1.8708×10-38 -7.3195×10-510 1.7538×10-412 -5.3578×10-414 1.1140×10-416 4.0203×10-517 -3.3457×10-619 -4.3054×10-621 8.6126×10-623 6.3802×10-625 -2.1983×10-727 -2.7202×10-729 -1.5211×10-830 -2.8038×10-732 1.8870×10-834 3.0331×10-836 -2.9737×10-8Example 5 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Inclination angle) 1 ∞ (Pupil) 2 -87.879 1.5254 56.25 (First surface) (From pupil position) Y 0.000 θ 4.83 ° Z 38.369 3 Free-form surface 1.5254 56.25 (2nd surface) (From pupil position) (Reflecting surface) Y -3.704 θ -23.79 ° Z 46.813 4 -87.879 1.5254 56.25 (1st surface) (From pupil position) (Reflecting surface) Y 0.000 θ 4.83 ° Z 38.369 5 Free-form surface (from pupil position) (3rd surface) Y 19.042 θ 46.94 ° Z 47.204 6 ∞ (from pupil position) (Image display surface) Y 27.507 θ 55.57 ° Z 45.930 Free-form surface C 5 -9.8620 × 10 -3 C 7 -9.1521 x 10 -3 C 8 6.2235 x 10 -5 C 10 8.0917 x 10 -6 C 12 9.2182 x 10 -7 C 14 -1.5968 x 10 -6 C 16 -1.1413 x 10 -6 C 17 -9.8234 x 10 -8 C 19 1.3883 x 10 -8 C 21 1.1992 x 10 -8 C 23 -1.0379 x 10 -8 C 25 -5.0580 x 10 -9 C 27 -2.3570 x 10 -9 C 29 -1.5443 x 10 -10 C 30 4.6063 × 10 -10 C 32 1.4306 × 10 -10 C 34 5.9077 10 -11 C 36 1.5553 × 10 -12 free curved surface C 5 -3.4909 × 10 -3 C 7 -1.8708 × 10 -3 C 8 -7.3195 × 10 -5 C 10 1.7538 × 10 -4 C 12 -5.3578 × 10 - 4 C 14 1.1 140 x 10 -4 C 16 4.0 203 x 10 -5 C 17 -3.3457 x 10 -6 C 19 -4.3054 x 10 -6 C 21 8.6 126 x 10 -6 C 23 6.3802 x 10 -6 C 25 -2.1983 x 10 -7 C 27 -2.7202 x 10 -7 C 29 -1.5211 x 10 -8 C 30 -2.8038 x 10 -7 C 32 1.8870 x 10 -8 C 34 3.0331 x 10 -8 C 36 -2.9737 x 10 -8 .

【0163】次に、上記実施例1、2、3、4、5の横
収差図をそれぞれ図6〜図8、図9〜図11、図12、
図13、図14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。
Next, the lateral aberration charts of Examples 1, 2, 3, 4, and 5 are shown in FIGS. 6 to 8, 9 to 11, and 12, respectively.
It shows in FIG. 13, FIG. In these lateral aberration diagrams, the numbers in parentheses are (horizontal (X direction) angle of view, vertical (Y
Direction) angle of view), and lateral aberration at that angle of view.

【0164】以下に、本発明の各実施例における前記条
件式(1)〜(21−1)に関するパラメータの値を示
す(条件式(1)、(2)については、各反射面の反射
屈折力を示し、その他の上下2段の値を示した条件式に
ついては、上段が最小値、下段が最大値を示す。)。
The values of the parameters relating to the conditional expressions (1) to (21-1) in the respective examples of the present invention are shown below (for the conditional expressions (1) and (2), the reflection and refraction of each reflecting surface). Regarding the conditional expressions showing the force and the other two upper and lower values, the upper part shows the minimum value and the lower part shows the maximum value.)

【0165】 [0165]

【0166】以上の実施例では、前記定義式(a)、
(b)の自由曲面、アナモルフィック面で構成したが、
あらゆる定義の曲面が使えることは言うまでもない。し
かし、どのような定義式を用いようとも、本発明に示さ
れている何れかの条件を満足することにより、また、そ
のいくつかのものを満足することにより、収差の非常に
良く補正された接眼光学系を得られることは言うまでも
ない。なお、偏心を無視した面の定義座標系の中心で規
定される面の曲率、面の焦点距離等の従来の無偏心系で
使われる条件式は、本発明のように各面が大きく偏心し
て配置されている場合には、何らの意味も持たない。
In the above embodiments, the above defined formula (a),
Although it is composed of the free-form surface and the anamorphic surface of (b),
It goes without saying that curved surfaces of any definition can be used. However, no matter what definition formula was used, the aberration was corrected very well by satisfying any of the conditions shown in the present invention and by satisfying some of them. It goes without saying that an eyepiece optical system can be obtained. In addition, the conditional expression used in the conventional non-eccentric system such as the curvature of the surface defined by the center of the definition coordinate system of the surface ignoring the eccentricity, the focal length of the surface is such that each surface is largely eccentric as in the present invention. If so, it has no meaning.

【0167】なお、以上のような本発明による接眼光学
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型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23に示す。表示装置本体50には、上記
のような接眼光学系が左右1対備えられ、それらに対応
して像面に液晶表示素子からなる画像表示素子が配置さ
れている。本体50に左右に連続して図示のような側頭
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54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5
2を観察者の頭頂に載せることにより、表示装置本体5
0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。
A pair of left and right eyepiece optical systems and image display elements according to the present invention as described above are prepared, and they are supported at a distance of the eye radiation distance so that they can be observed by both eyes. It can be configured as a portable image display device such as a partially mounted image display device. FIG. 23 shows the overall configuration of an example of such a portable image display device. The display device main body 50 is provided with a pair of left and right eyepiece optical systems as described above, and an image display element composed of a liquid crystal display element is arranged on the image plane corresponding to them. A temporal frame 51 as shown in the figure is provided on the main body 50 continuously on the left and right. The temporal frames 51 on both sides are connected by a parietal frame 52. A rear frame 54 is provided through the rear frame 54, and the rear frame 54 is applied to the rear portions of both ears of the observer like a pair of spectacles.
2 on the top of the observer, the display device body 5
0 can be held in front of the observer's eyes. A top pad 55 made of an elastic body such as a sponge is attached inside the top frame 52, and a similar pad is attached inside the rear frame 54 in the same manner. It does not feel uncomfortable when attached to the camera.

【0168】また、リアフレーム54にはスピーカ56
が付設されており、画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を図示
の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5
9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。
A speaker 56 is mounted on the rear frame 54.
Is provided so that stereophonic sound can be heard together with image observation. As described above, the display device main body 50 having the speaker 56 has a video / audio transmission code 57.
The viewer 58 holds the playback device 58 at an arbitrary position such as a belt position as shown in FIG.
You can enjoy the sound. 5 shown
Reference numeral 9 denotes an adjustment unit such as a switch and a volume of the playback device 58. Note that electronic components such as a video processing / audio processing circuit are built in the top frame 52.

【0169】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。
The cord 57 may be attached to an existing video deck or the like by using the tip as a jack. Furthermore, it is connected to a tuner for TV radio wave reception,
It may be used for viewing, or may be connected to a computer to receive computer graphics images, message images from the computer, and the like. Also, in order to reject an obstructive code, an antenna may be connected to receive an external signal by radio waves.

【0170】以上の本発明の頭部装着型画像表示装置は
例えば次のように構成することができる。 〔1〕 画像表示素子と、前記画像表示素子により形成
された画像を虚像として観察できるように観察者眼球位
置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系とを有
する頭部装着型画像表示装置において、前記接眼光学系
が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転
対称面形状の反射面を少なくとも1面有し、前記画像表
示素子の画面中心からの軸上主光線が前記接眼光学系か
ら射出して前記観察者眼球位置中心に到る線分の延長方
向をZ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射される際
の折り返し線分を含む平面内で前記Z軸に垂直な方向を
Y軸、前記Z軸と前記Y軸とに垂直な方向をX軸と定義
したときに、前記非回転対称面形状の面が以下の条件を
満足することを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
The head-mounted image display device of the present invention described above can be configured as follows, for example. [1] Head-mounted image display having an image display element and an eyepiece optical system that guides an image formed by the image display element as a virtual image without forming an intermediate image at an observer's eyeball position In the apparatus, the eyepiece optical system has at least one non-rotationally symmetric reflecting surface having neither a rotational symmetry axis in-plane nor an out-of-plane reflection axis, and an axial chief ray from the screen center of the image display device. Is an extension direction of a line segment which is emitted from the eyepiece optical system and reaches the observer's eyeball position center in the Z axis, and in a plane including a folded line segment when the axial chief ray is reflected by the reflecting surface. When the direction perpendicular to the Z-axis is defined as the Y-axis and the direction perpendicular to the Z-axis and the Y-axis is defined as the X-axis, the non-rotationally symmetric surface shape satisfies the following conditions. Head-mounted image display device.

【0171】 −0.2<DYmax4<0.2 ・・・(4−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に当たるY軸について微
分した値を前記それぞれの各主光線がその面と当たる位
置の微分値DY2、DY1、DY4、DY5、DY6、
DY3とするとき、DY2−DY1、DY2−DY3、
DY2−DY4、DY2−DY5、DY2−DY6の値
全てをDYmax4とする。
-0.2 <DY max4 <0.2 (4-1) However, with the Y-axis direction as the vertical direction, the axial principal ray in the Z-axis direction of the screen center and the screen upper central view angle The effective area is defined as the area where the chief ray, the chief ray at the upper right angle of view of the screen, the chief ray at the right central angle of view of the screen, the chief ray at the lower right angle of view of the screen, and the chief ray at the lower central angle of view of the screen intersect with the target surface. Then, a differential value DY2, DY1, DY4, DY5 of a position where each of the principal rays hits the surface of a value obtained by differentiating with respect to the Y axis that is in the eccentric direction of the surface of the expression defining the shape of the surface in the effective area, DY6,
When it is DY3, DY2-DY1, DY2-DY3,
Let all the values of DY2 -DY4, DY2-DY5, and DY2-DY6 be DY max4 .

【0172】〔2〕 画像表示素子と、前記画像表示素
子により形成された画像を虚像として観察できるように
観察者眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼
光学系とを有する頭部装着型画像表示装置において、前
記観察者眼球の瞳から前記画像表示素子に到る逆光線追
跡の順にみたときの前記接眼光学系の最後の反射面が、
その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転対称
面形状の反射面からなり、前記画像表示素子の画面中心
からの軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観
察者眼球位置中心に到る線分の延長方向をZ軸、前記軸
上主光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を
含む平面内で前記Z軸に垂直な方向をY軸、前記Z軸と
前記Y軸とに垂直な方向をX軸と定義したときに、前記
非回転対称面形状の面が以下の条件を満足することを特
徴とする頭部装着型画像表示装置。
[2] Head wearing having an image display element and an eyepiece optical system for guiding an image formed by the image display element as a virtual image without forming an intermediate image at the observer's eyeball position In the image display device, the last reflecting surface of the eyepiece optical system when viewed in the order of the backward ray tracing from the pupil of the observer's eye to the image display element,
The in-plane and out-of-plane reflection-shaped surfaces having no rotationally symmetric axis have a non-rotationally symmetric surface shape, and the axial chief ray from the center of the screen of the image display element is emitted from the eyepiece optical system to the observer's eyeball. The extension direction of the line segment reaching the position center is the Z axis, the Y axis is the direction perpendicular to the Z axis in the plane including the folded line segment when the axial chief ray is reflected by the reflecting surface. A head-mounted image display device, characterized in that, when the direction perpendicular to the axis and the Y-axis is defined as the X-axis, the non-rotationally symmetric surface shape satisfies the following conditions.

【0173】 0.55<DDXY11<4.0 ・・・(20−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に当たるY軸について2
回微分した値を前記それぞれの各主光線がその面と当た
る位置の2次微分値D2 Y2、D2 Y1、D2 Y4、D
2 Y5、D2 Y6、D2 Y3とし、偏心方向に垂直な方
向に当たるX軸について2回微分した値を前記それぞれ
の各主光線がその面と当たる位置の2次微分値D2
2、D2 X1、D2 X4、D2X5、D2 X6、D2
3とするとき、D2 X2/D2 Y2の値をDDXY11
とする。
0.55 <DDXY11 <4.0 (20-1) However, with the Y-axis direction as the vertical direction, the axial chief ray in the Z-axis direction of the screen center and the chief ray at the screen upper central angle of view. , The area where the chief ray of the screen upper right angle of view, the chief ray of the screen right central angle of view, the chief ray of the screen lower right angle of view, and the chief ray of the lower screen central angle of view intersect the target surface, 2 about the Y-axis that corresponds to the eccentric direction of the surface of the equation that defines the shape of that surface in the effective area
Second derivative values D 2 Y2, D 2 Y1, D 2 Y4, D of the positions where the respective chief rays hit the surface of the differentiated value
2 Y5, D 2 Y6, D 2 Y3, and a value obtained by differentiating twice with respect to the X axis, which is perpendicular to the eccentric direction, with respect to the position where each of the chief rays hits the surface D 2 X
2, D 2 X1, D 2 X4, D 2 X5, D 2 X6, D 2 X
When set to 3, set the value of D 2 X2 / D 2 Y2 to DDXY11
And

【0174】〔3〕 画像表示素子と、前記画像表示素
子により形成された画像を虚像として観察できるように
観察者眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼
光学系とを有する頭部装着型画像表示装置において、前
記観察者眼球の瞳から前記画像表示素子に到る逆光線追
跡の順にみたときの前記接眼光学系の最後の反射面以外
の反射面が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しな
い非回転対称面形状の反射面からなり、前記画像表示素
子の画面中心からの軸上主光線が前記接眼光学系から射
出して前記観察者眼球位置中心に到る線分の延長方向を
Z軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射される際の折
り返し線分を含む平面内で前記Z軸に垂直な方向をY
軸、前記Z軸と前記Y軸とに垂直な方向をX軸と定義し
たときに、前記非回転対称面形状の面が以下の条件を満
足することを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
[3] Wearing a head having an image display element and an eyepiece optical system for guiding an image formed by the image display element as a virtual image without forming an intermediate image at the observer's eyeball position In the image display apparatus, the reflecting surfaces other than the last reflecting surface of the eyepiece optical system when viewed in the order of the backward ray tracing from the pupil of the observer's eye to the image display element are rotated both in-plane and out-of-plane. It consists of a non-rotationally symmetric reflecting surface having no axis of symmetry, and the axial chief ray from the screen center of the image display element exits from the eyepiece optical system and reaches the observer eyeball position center line segment. The extension direction is the Z-axis, and the direction perpendicular to the Z-axis is the Y-axis in a plane that includes a line segment that is folded when the axial chief ray is reflected by the reflecting surface.
Axis, and a direction perpendicular to the Z-axis and the Y-axis is defined as an X-axis, the non-rotationally symmetric surface shape surface satisfies the following conditions: .

【0175】 0.55<D2 XY12<5 ・・・(21−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に当たるY軸について2
回微分した値を前記それぞれの各主光線がその面と当た
る位置の2次微分値D2 Y2、D2 Y1、D2 Y4、D
2 Y5、D2 Y6、D2 Y3とし、偏心方向に垂直な方
向に当たるX軸について2回微分した値を前記それぞれ
の各主光線がその面と当たる位置の2次微分値D2
2、D2 X1、D2 X4、D2X5、D2 X6、D2
3とするとき、D2 X2/D2 Y2の値をDDXY12
とする。
0.55 <D 2 XY12 <5 (21-1) However, with the Y-axis direction as the vertical direction, the axial chief ray in the Z-axis direction at the screen center and the chief ray at the screen upper central angle of view. , The area where the chief ray of the screen upper right angle of view, the chief ray of the screen right central angle of view, the chief ray of the screen lower right angle of view, and the chief ray of the lower screen central angle of view intersect with the target surface, 2 about the Y-axis that corresponds to the eccentric direction of the surface of the equation that defines the shape of that surface in the effective area
Second derivative values D 2 Y2, D 2 Y1, D 2 Y4, D of the positions where the respective chief rays hit the surface of the differentiated value
2 Y5, D 2 Y6, D 2 Y3, and a value obtained by differentiating twice with respect to the X axis, which is perpendicular to the eccentric direction, with respect to the position where each of the chief rays hits the surface D 2 X
2, D 2 X1, D 2 X4, D 2 X5, D 2 X6, D 2 X
When set to 3, set the value of D 2 X2 / D 2 Y2 to DDXY12
And

【0176】〔4〕 前記非回転対称面形状の面がアナ
モルフィック面であることを特徴とする上記〔1〕、
〔2〕又は〔3〕記載の頭部装着型画像表示装置。
[4] The above [1], wherein the non-rotationally symmetric surface is an anamorphic surface.
The head-mounted image display device according to [2] or [3].

【0177】〔5〕 前記非回転対称面形状の面が対称
面を1つのみ有する面対称自由曲面であることを特徴と
する上記〔1〕、〔2〕又は〔3〕記載の頭部装着型画
像表示装置。
[5] The head mounting according to the above [1], [2] or [3], wherein the non-rotationally symmetric surface is a plane-symmetric free-form surface having only one symmetry surface. Type image display device.

【0178】〔6〕 前記画像表示素子の画面中心から
の軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察者
眼球位置中心に到る線分の延長方向をZ軸、前記軸上主
光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含む
平面内で前記Z軸に垂直な方向をY軸、前記Z軸と前記
Y軸とに垂直な方向をX軸と定義したときに、前記観察
者眼球の瞳から前記画像表示素子に到る逆光線追跡の順
にみたときの前記接眼光学系の第1番目の反射面におい
て、次の条件を満足することを特徴とする上記〔1〕、
〔2〕又は〔3〕記載の頭部装着型画像表示装置。
[6] The extension direction of a line segment from the eyepiece optical system in which the axial chief ray from the screen center of the image display element is emitted to the observer's eyeball position center is the Z axis, and the axial chief ray is When a direction perpendicular to the Z axis is defined as a Y axis and a direction perpendicular to the Z axis and the Y axis is defined as an X axis in a plane including a folding line segment when a light ray is reflected by the reflecting surface, The first reflecting surface of the eyepiece optical system, when viewed in the order of tracing back rays from the pupil of the observer's eye to the image display element, satisfies the following condition: [1] ,
The head-mounted image display device according to [2] or [3].

【0179】 −10<DYmax1<1.0 ・・・(1−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に当たるY軸について微
分した値を前記それぞれの各主光線がその面と当たる位
置の微分値DY2、DY1、DY4、DY5、DY6、
DY3とするとき、DY1からDY6の値全てをDY
max1とする。
-10 <DY max1 <1.0 (1-1) However, with the Y-axis direction as the vertical direction, the axial principal ray in the Z-axis direction of the screen center and the principal ray at the screen upper central angle of view. , The area where the chief ray of the screen upper right angle of view, the chief ray of the screen right central angle of view, the chief ray of the screen lower right angle of view, and the chief ray of the lower screen central angle of view intersect the target surface, Differentiated values DY2, DY1, DY4, DY5, DY6 of the position where each principal ray hits the surface of a value obtained by differentiating with respect to the Y axis that is in the eccentric direction of the surface of the expression that defines the shape of the surface in the effective area.
When set to DY3, all values from DY1 to DY6 are DY
Set to max1 .

【0180】〔7〕 前記画像表示素子の画面中心から
の軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察者
眼球位置中心に到る線分の延長方向をZ軸、前記軸上主
光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含む
平面内で前記Z軸に垂直な方向をY軸、前記Z軸と前記
Y軸とに垂直な方向をX軸と定義したときに、前記観察
者眼球の瞳から前記画像表示素子に到る逆光線追跡の順
にみたときの前記接眼光学系の第1番目の反射面におい
て、次の条件を満足することを特徴とする上記〔1〕、
〔2〕又は〔3〕記載の頭部装着型画像表示装置。
[7] An extension direction of a line segment from the eyepiece optical system in which an axial chief ray from the screen center of the image display element reaches the observer's eyeball position center is the Z axis, and the axial chief ray is the axial chief ray. When a direction perpendicular to the Z axis is defined as a Y axis and a direction perpendicular to the Z axis and the Y axis is defined as an X axis in a plane including a folding line segment when a light ray is reflected by the reflecting surface, The first reflecting surface of the eyepiece optical system, when viewed in the order of tracing back rays from the pupil of the observer's eye to the image display element, satisfies the following condition: [1] ,
The head-mounted image display device according to [2] or [3].

【0181】 −0.2<DYmax2<0.2 ・・・(2−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に当たるY軸について微
分した値を前記それぞれの各主光線がその面と当たる位
置の微分値DY2、DY1、DY4、DY5、DY6、
DY3とするとき、DY1−DY4、DY2−DY5、
DY3−DY6の値全てをDYmax2とする。
-0.2 <DY max2 <0.2 (2-1) However, with the Y-axis direction as the vertical direction, the axial principal ray in the Z-axis direction of the screen center and the screen upper central angle of view The effective area is defined as the area where the chief ray, the chief ray at the upper right angle of view of the screen, the chief ray at the right central angle of view of the screen, the chief ray at the lower right angle of view of the screen, and the chief ray at the lower central angle of view of the screen intersect with the target surface. Then, a differential value DY2, DY1, DY4, DY5 of a position where each of the principal rays hits the surface of a value obtained by differentiating with respect to the Y axis that is in the eccentric direction of the surface of the expression defining the shape of the surface in the effective area, DY6,
When it is DY3, DY1-DY4, DY2-DY5,
Let all the values of DY3 to DY6 be DY max2 .

【0182】〔8〕 前記画像表示素子の画面中心から
の軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察者
眼球位置中心に到る線分の延長方向をZ軸、前記軸上主
光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含む
平面内で前記Z軸に垂直な方向をY軸、前記Z軸と前記
Y軸とに垂直な方向をX軸と定義したときに、前記観察
者眼球の瞳から前記画像表示素子に到る逆光線追跡の順
にみたときの前記接眼光学系の第1番目の反射面におい
て、次の条件を満足することを特徴とする上記〔1〕、
〔2〕又は〔3〕記載の頭部装着型画像表示装置。
[8] An extension direction of a line segment from the eyepiece optical system in which the axial chief ray from the screen center of the image display element reaches the observer's eyeball position center is the Z axis, and the axial chief ray is When a direction perpendicular to the Z axis is defined as a Y axis and a direction perpendicular to the Z axis and the Y axis is defined as an X axis in a plane including a folding line segment when a light ray is reflected by the reflecting surface, The first reflecting surface of the eyepiece optical system, when viewed in the order of tracing back rays from the pupil of the observer's eye to the image display element, satisfies the following condition: [1] ,
The head-mounted image display device according to [2] or [3].

【0183】 −0.1<DYmax3<1 ・・・(3−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に当たるY軸について微
分した値を前記それぞれの各主光線がその面と当たる位
置の微分値DY2、DY1、DY4、DY5、DY6、
DY3とするとき、(DY1−DY4)−(DY3−D
Y6)をDYmax3とする。
-0.1 <DY max3 <1 (3-1) However, with the Y-axis direction as the vertical direction, the axial principal ray in the Z-axis direction of the screen center and the principal ray at the screen upper central angle of view. , The area where the chief ray of the screen upper right angle of view, the chief ray of the screen right central angle of view, the chief ray of the screen lower right angle of view, and the chief ray of the lower screen central angle of view intersect with the target surface, Differentiated values DY2, DY1, DY4, DY5, DY6 of the position where each principal ray hits the surface of a value obtained by differentiating with respect to the Y axis that is in the eccentric direction of the surface of the expression that defines the shape of the surface in the effective area.
When set to DY3, (DY1-DY4)-(DY3-D
Y6) is DY max3 .

【0184】[0184]

〔9〕 前記画像表示素子の画面中心から
の軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察者
眼球位置中心に到る線分の延長方向をZ軸、前記軸上主
光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含む
平面内で前記Z軸に垂直な方向をY軸、前記Z軸と前記
Y軸とに垂直な方向をX軸と定義したときに、前記観察
者眼球の瞳から前記画像表示素子に到る逆光線追跡の順
にみたときの前記接眼光学系の第1番目の反射面におい
て、次の条件を満足することを特徴とする上記〔1〕、
〔2〕又は〔3〕記載の頭部装着型画像表示装置。
[9] The axial chief ray from the center of the screen of the image display device is emitted from the eyepiece optical system to the extension direction of a line segment reaching the observer eyeball position center is the Z axis, and the axial chief ray is the When the direction perpendicular to the Z-axis is defined as the Y-axis and the direction perpendicular to the Z-axis and the Y-axis is defined as the X-axis in the plane including the folding line segment when reflected by the reflecting surface, the observation In the first reflective surface of the eyepiece optical system when viewed in the order of back ray tracing from the pupil of the human eye to the image display element, the following condition is satisfied [1],
The head-mounted image display device according to [2] or [3].

【0185】 −0.5<DYmax5<0.08 ・・・(5−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に当たるY軸について微
分した値を前記それぞれの各主光線がその面と当たる位
置の微分値DY2、DY1、DY4、DY5、DY6、
DY3とするとき、DY2−DY5をDYmax5とする。
-0.5 <DY max5 <0.08 (5-1) However, with the Y-axis direction as the vertical direction, the axial principal ray in the Z-axis direction at the screen center and the screen upper central angle of view The effective area is defined as the area where the chief ray, the chief ray at the upper right angle of view of the screen, the chief ray at the right central angle of view of the screen, the chief ray at the lower right angle of view of the screen, and the chief ray at the lower central angle of view of the screen intersect with the target surface. Then, a differential value DY2, DY1, DY4, DY5 of a position where each of the principal rays hits the surface of a value obtained by differentiating with respect to the Y axis that is in the eccentric direction of the surface of the expression defining the shape of the surface in the effective area, DY6,
When it is DY3 , DY2-DY5 is DY max5 .

【0186】〔10〕 前記画像表示素子の画面中心か
らの軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察
者眼球位置中心に到る線分の延長方向をZ軸、前記軸上
主光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含
む平面内で前記Z軸に垂直な方向をY軸、前記Z軸と前
記Y軸とに垂直な方向をX軸と定義したときに、前記観
察者眼球の瞳から前記画像表示素子に到る逆光線追跡の
順にみたときの前記接眼光学系の第1番目の反射面にお
いて、次の条件を満足することを特徴とする上記
〔1〕、〔2〕又は〔3〕記載の頭部装着型画像表示装
置。
[10] The axial chief ray from the center of the screen of the image display element is emitted from the eyepiece optical system and reaches the observer's eyeball position center in the extension direction of the Z axis, and the axial chief ray When a direction perpendicular to the Z axis is defined as a Y axis and a direction perpendicular to the Z axis and the Y axis is defined as an X axis in a plane including a folding line segment when a light ray is reflected by the reflecting surface, The first reflecting surface of the eyepiece optical system, when viewed in the order of tracing back rays from the pupil of the observer's eye to the image display element, satisfies the following condition: [1] The head-mounted image display device according to [2] or [3].

【0187】 −0.16<DXmax1<1.4 ・・・(6−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に垂直な方向に当たるX
軸について微分した値を前記それぞれの各主光線がその
面と当たる位置の微分値DX2、DX1、DX4、DX
5、DX6、DX3とするとき、DX4−DX6をDX
max1とする。
-0.16 <DX max1 <1.4 (6-1) However, with the Y-axis direction as the vertical direction, the axial principal ray in the Z-axis direction of the screen center and the screen upper central angle of view The effective area is defined as the area where the chief ray, the chief ray at the upper right angle of view of the screen, the chief ray at the right central angle of view of the screen, the chief ray at the lower right angle of view of the screen, and the chief ray at the lower central angle of view of the screen intersect with the target surface. X, which is in the direction perpendicular to the eccentric direction of the surface of the expression that defines the shape of that surface in the effective area
Differentiated values DX2, DX1, DX4, DX at the positions where the respective principal rays hit the surface of the values differentiated with respect to the axis
5, DX6, DX3, DX4-DX6 is DX
Set to max1 .

【0188】〔11〕 前記画像表示素子の画面中心か
らの軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察
者眼球位置中心に到る線分の延長方向をZ軸、前記軸上
主光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含
む平面内で前記Z軸に垂直な方向をY軸、前記Z軸と前
記Y軸とに垂直な方向をX軸と定義したときに、前記接
眼光学系の全ての反射面において、次の条件を満足する
ことを特徴とする上記〔1〕、〔2〕又は〔3〕記載の
頭部装着型画像表示装置。
[11] The extension direction of a line segment from the eyepiece optical system in which the axial chief ray from the screen center of the image display element reaches the observer's eyeball position center is the Z axis, and the axial chief ray is the axial chief ray. When a direction perpendicular to the Z axis is defined as a Y axis and a direction perpendicular to the Z axis and the Y axis is defined as an X axis in a plane including a folding line segment when a light ray is reflected by the reflecting surface, The head mounted image display device according to the above [1], [2] or [3], characterized in that all reflecting surfaces of the eyepiece optical system satisfy the following conditions.

【0189】 −0.16<DXmax1' <1.4 ・・・(7−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に垂直な方向に当たるX
軸について微分した値を前記それぞれの各主光線がその
面と当たる位置の微分値DX2、DX1、DX4、DX
5、DX6、DX3とするとき、DX4−DX6をDX
max1' とする。
−0.16 <DX max1 ′ <1.4 (7-1) However, with the Y-axis direction as the vertical direction, the axial chief ray in the Z-axis direction at the screen center and the screen upper-side center angle of view The principal ray of the screen, the chief ray of the upper right angle of view of the screen, the chief ray of the right central angle of view of the screen, the chief ray of the lower right angle of view of the screen, and the area where the chief ray of the lower central angle of view of the screen intersects the target surface as the effective area. X that hits in a direction perpendicular to the eccentric direction of the surface of the expression that defines the shape of that surface in its effective area
Differentiated values DX2, DX1, DX4, DX at the positions where the respective principal rays hit the surface of the values differentiated with respect to the axis
5, DX6, DX3, DX4-DX6 is DX
max1 '

【0190】〔12〕 前記画像表示素子の画面中心か
らの軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察
者眼球位置中心に到る線分の延長方向をZ軸、前記軸上
主光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含
む平面内で前記Z軸に垂直な方向をY軸、前記Z軸と前
記Y軸とに垂直な方向をX軸と定義したときに、次の条
件を満足することを特徴とする上記〔1〕、〔2〕又は
〔3〕記載の頭部装着型画像表示装置。
[12] The axial principal ray from the center of the screen of the image display device is emitted from the eyepiece optical system to the extension direction of the line segment reaching the observer's eyeball position center is the Z axis, and the axial principal ray is When a direction perpendicular to the Z axis is defined as a Y axis and a direction perpendicular to the Z axis and the Y axis is defined as an X axis in a plane including a folding line segment when a light ray is reflected by the reflecting surface, The head mounted image display device according to the above [1], [2] or [3], characterized by satisfying the following conditions.

【0191】 −0.02<D2 XYmax1<0.04 (1/mm) ・・・(8−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に当たるY軸について2
回微分した値を前記それぞれの各主光線がその面と当た
る位置の2次微分値D2 Y2、D2 Y1、D2 Y4、D
2 Y5、D2 Y6、D2 Y3とし、偏心方向に垂直な方
向に当たるX軸について2回微分した値を前記それぞれ
の各主光線がその面と当たる位置の2次微分値D2
2、D2 X1、D2 X4、D2X5、D2 X6、D2
3とし、D2 X2−D2 Y2をD2 XYとするとき、前
記接眼光学系の全ての反射面におけるD2 XYの絶対値
の最大のもののD2 XYの値をD2 XYmax1とする。
-0.02 <D 2 XY max1 <0.04 (1 / mm) (8-1) However, with the Y axis direction as the vertical direction, the axial chief ray in the Z axis direction at the center of the screen. , The chief ray at the upper center angle of view of the screen, the chief ray at the upper right angle of the screen, the chief ray at the right central angle of the screen, the chief ray at the lower right angle of the screen, and the chief ray at the lower central angle of the screen intersect with the target surface. The area to be defined is defined as the effective area, and the Y-axis, which corresponds to the eccentric direction of the surface of the equation that defines the shape of the surface in the effective area, is 2
Second derivative values D 2 Y2, D 2 Y1, D 2 Y4, D of the positions where the respective chief rays hit the surface of the differentiated value
2 Y5, D 2 Y6, D 2 Y3, and a value obtained by differentiating twice with respect to the X axis, which is perpendicular to the eccentric direction, with respect to the position where each of the chief rays hits the surface D 2 X
2, D 2 X1, D 2 X4, D 2 X5, D 2 X6, D 2 X
3 and then, when the D 2 X2-D 2 Y2 and D 2 XY, the maximum D 2 XY value of those absolute values of D 2 XY at all reflecting surfaces of the ocular optical system and D 2 XY max1 .

【0192】〔13〕 前記画像表示素子の画面中心か
らの軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察
者眼球位置中心に到る線分の延長方向をZ軸、前記軸上
主光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含
む平面内で前記Z軸に垂直な方向をY軸、前記Z軸と前
記Y軸とに垂直な方向をX軸と定義したときに、前記観
察者眼球の瞳から前記画像表示素子に到る逆光線追跡の
順にみたときの前記接眼光学系の第1番目の反射面にお
いて、次の条件を満足することを特徴とする上記
〔1〕、〔2〕又は〔3〕記載の頭部装着型画像表示装
置。
[13] An extension direction of a line segment from the eyepiece optical system in which an axial chief ray from the screen center of the image display element reaches the observer's eyeball position center is the Z axis, and the axial chief ray is When a direction perpendicular to the Z axis is defined as a Y axis and a direction perpendicular to the Z axis and the Y axis is defined as an X axis in a plane including a folding line segment when a light ray is reflected by the reflecting surface, The first reflecting surface of the eyepiece optical system, when viewed in the order of tracing back rays from the pupil of the observer's eye to the image display element, satisfies the following condition: [1] The head-mounted image display device according to [2] or [3].

【0193】 −0.02<D2 XYmax1' <0.04 ・・・(9−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に当たるY軸について2
回微分した値を前記それぞれの各主光線がその面と当た
る位置の2次微分値D2 Y2、D2 Y1、D2 Y4、D
2 Y5、D2 Y6、D2 Y3とし、偏心方向に垂直な方
向に当たるX軸について2回微分した値を前記それぞれ
の各主光線がその面と当たる位置の2次微分値D2
2、D2 X1、D2 X4、D2X5、D2 X6、D2
3とし、D2 X2−D2 Y2をD2 XYとするとき、D
2 X2−D2 Y2をD2 XYmax1' とする。
-0.02 <D 2 XY max1 ' <0.04 (9-1) However, with the Y-axis direction as the vertical direction, the axial chief ray in the Z-axis direction of the screen center and the screen upper center Effective areas where the chief ray of view angle, the chief ray of view angle on the screen, the chief ray of view angle on the right center of the screen, the chief ray of view angle on the lower right side of the screen, and the chief ray of view angle on the lower side of the screen intersect the target surface. 2) about the Y-axis which corresponds to the eccentric direction of the surface of the formula which defines the area and defines the shape of that surface in the effective area
Second derivative values D 2 Y2, D 2 Y1, D 2 Y4, D of the positions where the respective chief rays hit the surface of the differentiated value
2 Y5, D 2 Y6, D 2 Y3, and a value obtained by differentiating twice with respect to the X axis, which is perpendicular to the eccentric direction, with respect to the position where each of the chief rays hits the surface D 2 X
2, D 2 X1, D 2 X4, D 2 X5, D 2 X6, D 2 X
3, and when D 2 X2-D 2 Y2 is D 2 XY, D
The 2 X2-D 2 Y2 and D 2 XY max1 '.

【0194】〔14〕 前記画像表示素子の画面中心か
らの軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察
者眼球位置中心に到る線分の延長方向をZ軸、前記軸上
主光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含
む平面内で前記Z軸に垂直な方向をY軸、前記Z軸と前
記Y軸とに垂直な方向をX軸と定義したときに、前記観
察者眼球の瞳から前記画像表示素子に到る逆光線追跡の
順にみたときの前記接眼光学系の第1番目の反射面にお
いて、次の条件を満足することを特徴とする上記
〔1〕、〔2〕又は〔3〕記載の頭部装着型画像表示装
置。
[14] An extension direction of a line segment from the eyepiece optical system in which an axial chief ray from the screen center of the image display element reaches the observer's eyeball position center is the Z axis, and the axial chief ray is When a direction perpendicular to the Z axis is defined as a Y axis and a direction perpendicular to the Z axis and the Y axis is defined as an X axis in a plane including a folding line segment when a light ray is reflected by the reflecting surface, The first reflecting surface of the eyepiece optical system, when viewed in the order of tracing back rays from the pupil of the observer's eye to the image display element, satisfies the following condition: [1] The head-mounted image display device according to [2] or [3].

【0195】 −0.03<D2 max1<0.06 (1/mm) ・・・(10−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に当たるY軸について2
回微分した値を前記それぞれの各主光線がその面と当た
る位置の2次微分値D2 Y2、D2 Y1、D2 Y4、D
2 Y5、D2 Y6、D2 Y3とするとき、D2 Y1から
2 Y6の値全てをD2 max1DYmax1とする。
-0.03 <D 2 Y max1 <0.06 (1 / mm) (10-1) However, with the Y axis direction as the vertical direction, the axial chief ray in the Z axis direction at the center of the screen. , The chief ray at the upper center angle of view of the screen, the chief ray at the upper right angle of the screen, the chief ray at the right central angle of the screen, the chief ray at the lower right angle of the screen, and the chief ray at the lower central angle of the screen intersect with the target surface. The area to be defined is defined as the effective area, and the Y-axis, which corresponds to the eccentric direction of the surface of the equation that defines the shape of the surface in the effective area, is 2
Second derivative values D 2 Y2, D 2 Y1, D 2 Y4, D of the positions where the respective chief rays hit the surface of the differentiated value
When 2 Y5, D 2 Y6, and D 2 Y3, all the values of D 2 Y1 to D 2 Y6 are D 2 Y max1 DY max1 .

【0196】〔15〕 前記画像表示素子の画面中心か
らの軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察
者眼球位置中心に到る線分の延長方向をZ軸、前記軸上
主光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含
む平面内で前記Z軸に垂直な方向をY軸、前記Z軸と前
記Y軸とに垂直な方向をX軸と定義したときに、前記観
察者眼球の瞳から前記画像表示素子に到る逆光線追跡の
順にみたときの前記接眼光学系の第1番目の反射面にお
いて、次の条件を満足することを特徴とする上記
〔1〕、〔2〕又は〔3〕記載の頭部装着型画像表示装
置。
[15] An extension direction of a line segment, in which an axial chief ray from the screen center of the image display element is emitted from the eyepiece optical system and reaches the observer's eyeball position center, is the Z axis, and the axial chief ray is When a direction perpendicular to the Z axis is defined as a Y axis and a direction perpendicular to the Z axis and the Y axis is defined as an X axis in a plane including a folding line segment when a light ray is reflected by the reflecting surface, The first reflecting surface of the eyepiece optical system, when viewed in the order of tracing back rays from the pupil of the observer's eye to the image display element, satisfies the following condition: [1] The head-mounted image display device according to [2] or [3].

【0197】 −0.03<D2 max2<0.1 (1/mm) ・・・(11−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に垂直な方向に当たるX
軸について2回微分した値を前記それぞれの各主光線が
その面と当たる位置の2次微分値D2 X2、D2 X1、
2 X4、D2 X5、D2 X6、D2 X3とするとき、
2 X1からD2 X6の値全てをD2 max2とする。
-0.03 <D 2 X max2 <0.1 (1 / mm) (11-1) However, with the Y axis direction as the vertical direction, the axial chief ray in the Z axis direction at the center of the screen. , The chief ray at the upper center angle of view of the screen, the chief ray at the upper right angle of the screen, the chief ray at the right central angle of the screen, the chief ray at the lower right angle of the screen, and the chief ray at the lower central angle of the screen intersect with the target surface. The area to be defined is defined as the effective area, and X that corresponds to the direction perpendicular to the eccentric direction of the surface of the formula that defines the shape of that surface in the effective area
The value obtained by differentiating twice about the axis is the second derivative D 2 X2, D 2 X1, of the position where each principal ray hits the surface.
When D 2 X4, D 2 X5, D 2 X6, D 2 X3,
Let all the values of D 2 X1 to D 2 X6 be D 2 X max2 .

【0198】〔16〕 前記画像表示素子の画面中心か
らの軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察
者眼球位置中心に到る線分の延長方向をZ軸、前記軸上
主光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含
む平面内で前記Z軸に垂直な方向をY軸、前記Z軸と前
記Y軸とに垂直な方向をX軸と定義したときに、前記観
察者眼球の瞳から前記画像表示素子に到る逆光線追跡の
順にみたときの前記接眼光学系の第1番目の反射面にお
いて、次の条件を満足することを特徴とする上記
〔1〕、〔2〕又は〔3〕記載の頭部装着型画像表示装
置。
[16] The extension direction of a line segment from the eyepiece optical system in which the axial chief ray from the screen center of the image display element reaches the observer's eyeball position center is the Z axis, and the axial chief ray is When a direction perpendicular to the Z axis is defined as a Y axis and a direction perpendicular to the Z axis and the Y axis is defined as an X axis in a plane including a folding line segment when a light ray is reflected by the reflecting surface, The first reflecting surface of the eyepiece optical system, when viewed in the order of tracing back rays from the pupil of the observer's eye to the image display element, satisfies the following condition: [1] The head-mounted image display device according to [2] or [3].

【0199】 −0.05<D2 max3<0.05 (1/mm) ・・・(12−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に垂直な方向に当たるX
軸について2回微分した値を前記それぞれの各主光線が
その面と当たる位置の2次微分値D2 X2、D2 X1、
2 X4、D2 X5、D2 X6、D2 X3とするとき、
2 X1−D2 X4、D2 X2−D2 X5、D2 X3−
2X6の値全てをD2 max3とする。
-0.05 <D 2 X max3 <0.05 (1 / mm) (12-1) However, with the Y-axis direction as the vertical direction, the axial chief ray in the Z-axis direction at the center of the screen. , The chief ray at the upper center angle of view of the screen, the chief ray at the upper right angle of the screen, the chief ray at the right central angle of the screen, the chief ray at the lower right angle of the screen, and the chief ray at the lower central angle of the screen intersect with the target surface. The area to be defined is defined as the effective area, and X that corresponds to the direction perpendicular to the eccentric direction of the surface of the formula that defines the shape of that surface in the effective area
The value obtained by differentiating twice about the axis is the second derivative D 2 X2, D 2 X1, of the position where each principal ray hits the surface.
When D 2 X4, D 2 X5, D 2 X6, D 2 X3,
D 2 X1-D 2 X4, D 2 X2-D 2 X5, D 2 X3-
Let all values of D 2 X6 be D 2 X max3 .

【0200】〔17〕 前記画像表示素子の画面中心か
らの軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察
者眼球位置中心に到る線分の延長方向をZ軸、前記軸上
主光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含
む平面内で前記Z軸に垂直な方向をY軸、前記Z軸と前
記Y軸とに垂直な方向をX軸と定義したときに、前記観
察者眼球の瞳から前記画像表示素子に到る逆光線追跡の
順にみたときの前記接眼光学系の第1番目の反射面にお
いて、次の条件を満足することを特徴とする上記
〔1〕、〔2〕又は〔3〕記載の頭部装着型画像表示装
置。
[17] The extension direction of a line segment from the eyepiece optical system in which the axial chief ray from the screen center of the image display device reaches the observer's eyeball position center is the Z axis, and the axial chief ray is the axial chief ray. When a direction perpendicular to the Z axis is defined as a Y axis and a direction perpendicular to the Z axis and the Y axis is defined as an X axis in a plane including a folding line segment when a light ray is reflected by the reflecting surface, The first reflecting surface of the eyepiece optical system, when viewed in the order of tracing back rays from the pupil of the observer's eye to the image display element, satisfies the following condition: [1] The head-mounted image display device according to [2] or [3].

【0201】 −0.03<D2 max4<0.05 (1/mm) ・・・(13−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に当たるY軸について2
回微分した値を前記それぞれの各主光線がその面と当た
る位置の2次微分値D2 Y2、D2 Y1、D2 Y4、D
2 Y5、D2 Y6、D2 Y3とするとき、D2 Y1−D
2 Y4、D2 Y2−D2 Y5、D2 Y3−D2 Y6の値
全てをD2 max4とする。
-0.03 <D 2 Y max4 <0.05 (1 / mm) (13-1) However, with the Y-axis direction as the vertical direction, the axial chief ray in the Z-axis direction at the center of the screen. , The chief ray at the upper center angle of view of the screen, the chief ray at the upper right angle of the screen, the chief ray at the right central angle of the screen, the chief ray at the lower right angle of the screen, and the chief ray at the lower central angle of the screen intersect with the target surface. The area to be defined is defined as the effective area, and the Y-axis, which corresponds to the eccentric direction of the surface of the equation that defines the shape of the surface in the effective area, is 2
Second derivative values D 2 Y2, D 2 Y1, D 2 Y4, D of the positions where the respective chief rays hit the surface of the differentiated value
2 Y5, D 2 Y6, D 2 Y3, D 2 Y1-D
2 Y4, all values of D 2 Y2-D 2 Y5, D 2 Y3-D 2 Y6 and D 2 Y max4.

【0202】〔18〕 前記画像表示素子の画面中心か
らの軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察
者眼球位置中心に到る線分の延長方向をZ軸、前記軸上
主光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含
む平面内で前記Z軸に垂直な方向をY軸、前記Z軸と前
記Y軸とに垂直な方向をX軸と定義したときに、次の条
件を満足することを特徴とする上記〔1〕、〔2〕又は
〔3〕記載の頭部装着型画像表示装置。
[18] The extension direction of a line segment from the eyepiece optical system in which the axial chief ray from the screen center of the image display element reaches the observer's eyeball position center is the Z axis, and the axial chief ray is When a direction perpendicular to the Z axis is defined as a Y axis and a direction perpendicular to the Z axis and the Y axis is defined as an X axis in a plane including a folding line segment when a light ray is reflected by the reflecting surface, The head mounted image display device according to the above [1], [2] or [3], characterized by satisfying the following conditions.

【0203】 −0.05<D2 max5<0.05 (1/mm) ・・・(14−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に垂直な方向に当たるX
軸について2回微分した値を前記それぞれの各主光線が
その面と当たる位置の2次微分値D2 X2、D2 X1、
2 X4、D2 X5、D2 X6、D2 X3とするとき、
前記接眼光学系の全ての反射面におけるD2 X1−D2
X3、D2 X4−D2 X6の値をD2 max5とする。
-0.05 <D 2 X max5 <0.05 (1 / mm) (14-1) However, with the Y axis direction as the vertical direction, the axial chief ray in the Z axis direction at the center of the screen. , The chief ray at the upper center angle of view of the screen, the chief ray at the upper right angle of the screen, the chief ray at the right central angle of the screen, the chief ray at the lower right angle of the screen, and the chief ray at the lower central angle of the screen intersect with the target surface. The area to be defined is defined as the effective area, and X that corresponds to the direction perpendicular to the eccentric direction of the surface of the formula that defines the shape of that surface in the effective area
The value obtained by differentiating twice about the axis is the second derivative D 2 X2, D 2 X1, of the position where each principal ray hits the surface.
When D 2 X4, D 2 X5, D 2 X6, D 2 X3,
D 2 X 1 -D 2 on all reflecting surfaces of the eyepiece optical system
X3, the value of D 2 X4-D 2 X6 and D 2 X max5.

【0204】〔19〕 前記画像表示素子の画面中心か
らの軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察
者眼球位置中心に到る線分の延長方向をZ軸、前記軸上
主光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含
む平面内で前記Z軸に垂直な方向をY軸、前記Z軸と前
記Y軸とに垂直な方向をX軸と定義したときに、次の条
件を満足することを特徴とする上記〔1〕、〔2〕又は
〔3〕記載の頭部装着型画像表示装置。
[19] An extension direction of a line segment from the eyepiece optical system in which an axial chief ray from the screen center of the image display device reaches the observer's eyeball position center is the Z axis, and the axial chief ray is When a direction perpendicular to the Z axis is defined as a Y axis and a direction perpendicular to the Z axis and the Y axis is defined as an X axis in a plane including a folding line segment when a light ray is reflected by the reflecting surface, The head mounted image display device according to the above [1], [2] or [3], characterized by satisfying the following conditions.

【0205】 −0.03<D2 max6<0.03 (1/mm) ・・・(15−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に当たるY軸について2
回微分した値を前記それぞれの各主光線がその面と当た
る位置の2次微分値D2 Y2、D2 Y1、D2 Y4、D
2 Y5、D2 Y6、D2 Y3とし、前記接眼光学系の全
ての反射面におけるD2 Y1−D2 Y3、D2 Y4−D
2 Y6の値をD2 max6とする。
-0.03 <D 2 Y max6 <0.03 (1 / mm) (15-1) However, with the Y axis direction as the vertical direction, the axial chief ray in the Z axis direction at the center of the screen. , The chief ray at the upper center angle of view of the screen, the chief ray at the upper right angle of the screen, the chief ray at the right central angle of the screen, the chief ray at the lower right angle of the screen, and the chief ray at the lower central angle of the screen intersect with the target surface. The area to be defined is defined as the effective area, and the Y-axis, which corresponds to the eccentric direction of the surface of the equation that defines the shape of the surface in the effective area, is 2
Second derivative values D 2 Y2, D 2 Y1, D 2 Y4, D of the positions where the respective chief rays hit the surface of the differentiated value
2 Y5, D 2 Y6, D 2 Y3, and D 2 Y1-D 2 Y3 and D 2 Y4-D on all reflecting surfaces of the eyepiece optical system.
Let the value of 2 Y6 be D 2 Y max6 .

【0206】〔20〕 前記画像表示素子の画面中心か
らの軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察
者眼球位置中心に到る線分の延長方向をZ軸、前記軸上
主光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含
む平面内で前記Z軸に垂直な方向をY軸、前記Z軸と前
記Y軸とに垂直な方向をX軸と定義したときに、次の条
件を満足することを特徴とする上記〔1〕、〔2〕又は
〔3〕記載の頭部装着型画像表示装置。
[20] The axial principal ray from the center of the screen of the image display device is emitted from the eyepiece optical system and extends in the direction of the line segment reaching the observer's eyeball position center, the Z axis, and the axial chief ray. When a direction perpendicular to the Z axis is defined as a Y axis and a direction perpendicular to the Z axis and the Y axis is defined as an X axis in a plane including a folding line segment when a light ray is reflected by the reflecting surface, The head mounted image display device according to the above [1], [2] or [3], characterized by satisfying the following conditions.

【0207】 −0.02<D2 XYmax7<0.1 (1/mm) ・・・(16−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に当たるY軸について2
回微分した値を前記それぞれの各主光線がその面と当た
る位置の2次微分値D2 Y2、D2 Y1、D2 Y4、D
2 Y5、D2 Y6、D2 Y3とし、偏心方向に垂直な方
向に当たるX軸について2回微分した値を前記それぞれ
の各主光線がその面と当たる位置の2次微分値D2
2、D2 X1、D2 X4、D2X5、D2 X6、D2
3とするとき、前記接眼光学系の全ての反射面における
2 Xn−D2 Yn(nは1〜6)の値全てをD2 XY
max7とする。
-0.02 <D 2 XY max7 <0.1 (1 / mm) (16-1) However, with the Y axis direction as the vertical direction, the axial chief ray in the Z axis direction at the center of the screen. , The chief ray at the upper center angle of view of the screen, the chief ray at the upper right angle of the screen, the chief ray at the right central angle of the screen, the chief ray at the lower right angle of the screen, and the chief ray at the lower central angle of the screen intersect with the target surface. The area to be defined is defined as the effective area, and the Y-axis, which corresponds to the eccentric direction of the surface of the equation that defines the shape of the surface in the effective area, is 2
Second derivative values D 2 Y2, D 2 Y1, D 2 Y4, D of the positions where the respective chief rays hit the surface of the differentiated value
2 Y5, D 2 Y6, D 2 Y3, and a value obtained by differentiating twice with respect to the X axis, which is perpendicular to the eccentric direction, with respect to the position where each of the chief rays hits the surface D 2 X
2, D 2 X1, D 2 X4, D 2 X5, D 2 X6, D 2 X
When set to 3, all the values of D 2 Xn-D 2 Yn (n is 1 to 6) on all the reflecting surfaces of the eyepiece optical system are D 2 XY.
Set to max7 .

【0208】〔21〕 前記画像表示素子の画面中心か
らの軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察
者眼球位置中心に到る線分の延長方向をZ軸、前記軸上
主光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含
む平面内で前記Z軸に垂直な方向をY軸、前記Z軸と前
記Y軸とに垂直な方向をX軸と定義したときに、前記観
察者眼球の瞳から前記画像表示素子に到る逆光線追跡の
順にみたときの前記接眼光学系の第1番目の反射面にお
いて、次の条件を満足することを特徴とする上記
〔1〕、〔2〕又は〔3〕記載の頭部装着型画像表示装
置。
[21] An extension direction of a line segment from the eyepiece optical system in which the axial chief ray from the screen center of the image display element reaches the observer's eyeball position center is the Z axis, and the axial chief ray is When a direction perpendicular to the Z axis is defined as a Y axis and a direction perpendicular to the Z axis and the Y axis is defined as an X axis in a plane including a folding line segment when a light ray is reflected by the reflecting surface, The first reflecting surface of the eyepiece optical system, when viewed in the order of tracing back rays from the pupil of the observer's eye to the image display element, satisfies the following condition: [1] The head-mounted image display device according to [2] or [3].

【0209】 −0.1<D2 XYmax7' <0.08 (1/mm) ・・・(17−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に当たるY軸について2
回微分した値を前記それぞれの各主光線がその面と当た
る位置の2次微分値D2 Y2、D2 Y1、D2 Y4、D
2 Y5、D2 Y6、D2 Y3とし、偏心方向に垂直な方
向に当たるX軸について2回微分した値を前記それぞれ
の各主光線がその面と当たる位置の2次微分値D2
2、D2 X1、D2 X4、D2X5、D2 X6、D2
3とするとき、D2 Xn−D2 Yn(nは1〜6)の値
全てをD2 XYmax7' とする。
-0.1 <D 2 XY max7 ' <0.08 (1 / mm) (17-1) However, with the Y-axis direction as the vertical direction, the axial main axis in the Z-axis direction at the center of the screen is set. Rays, chief ray of screen upper center angle of view, chief ray of screen upper right angle of view, chief ray of screen right central angle of view, chief ray of screen lower right angle of view, principal ray of lower screen center angle of view The intersecting area is defined as the effective area, and the Y axis that corresponds to the eccentric direction of the surface of the formula that defines the shape of the surface in the effective area is 2
Second derivative values D 2 Y2, D 2 Y1, D 2 Y4, D of the positions where the respective chief rays hit the surface of the differentiated value
2 Y5, D 2 Y6, D 2 Y3, and a value obtained by differentiating twice with respect to the X axis, which is perpendicular to the eccentric direction, with respect to the position where each of the chief rays hits the surface D 2 X
2, D 2 X1, D 2 X4, D 2 X5, D 2 X6, D 2 X
3 to time, D 2 Xn-D 2 Yn (n is 1 to 6) to all values of D 2 XY max7 '.

【0210】〔22〕 前記画像表示素子の画面中心か
らの軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察
者眼球位置中心に到る線分の延長方向をZ軸、前記軸上
主光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含
む平面内で前記Z軸に垂直な方向をY軸、前記Z軸と前
記Y軸とに垂直な方向をX軸と定義したときに、次の条
件を満足することを特徴とする上記〔1〕、〔2〕又は
〔3〕記載の頭部装着型画像表示装置。
[22] The axial chief ray from the center of the screen of the image display element is emitted from the eyepiece optical system and extends in the direction of the line segment reaching the observer's eyeball position center, the Z axis, and the axial chief ray. When a direction perpendicular to the Z axis is defined as a Y axis and a direction perpendicular to the Z axis and the Y axis is defined as an X axis in a plane including a folding line segment when a light ray is reflected by the reflecting surface, The head mounted image display device according to the above [1], [2] or [3], characterized by satisfying the following conditions.

【0211】 0.13<D2 X9<1.15 ・・・(18−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に垂直な方向に当たるX
軸について2回微分した値を前記それぞれの各主光線が
その面と当たる位置の2次微分値D2 X2、D2 X1、
2 X4、D2 X5、D2 X6、D2 X3とするとき、
前記観察者眼球の瞳から前記画像表示素子に到る逆光線
追跡の順にみたときの前記接眼光学系の最後の反射面の
2 X2/前記観察者眼球の瞳から前記画像表示素子に
到る逆光線追跡の順にみたときの前記接眼光学系の第1
番目の反射面のD2 X2の値をD2 X9とする。
0.13 <D 2 X9 <1.15 (18-1) However, with the Y-axis direction as the up-down direction, the axial chief ray in the Z-axis direction of the screen center and the screen upper-side center angle of view The effective area is defined as the area where the chief ray, the chief ray at the upper right angle of view of the screen, the chief ray at the right central angle of view of the screen, the chief ray at the lower right angle of view of the screen, and the chief ray at the lower central angle of view of the screen intersect with the target surface. X, which is in the direction perpendicular to the eccentric direction of the surface of the expression that defines the shape of that surface in the effective area
The value obtained by differentiating twice about the axis is the second derivative D 2 X2, D 2 X1, of the position where each principal ray hits the surface.
When D 2 X4, D 2 X5, D 2 X6, D 2 X3,
Back light ray reaching the image display element from the pupil of the observer eyeball D 2 X2 / the last reflecting surface of the eyepiece optical system when viewed in the order of tracing back ray rays from the pupil of the observer eyeball to the image display element The first of the eyepiece optical systems when viewed in the order of tracking
The value of D 2 X2 of the th reflective surface is D 2 X9.

【0212】〔23〕 前記画像表示素子の画面中心か
らの軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察
者眼球位置中心に到る線分の延長方向をZ軸、前記軸上
主光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含
む平面内で前記Z軸に垂直な方向をY軸、前記Z軸と前
記Y軸とに垂直な方向をX軸と定義したときに、次の条
件を満足することを特徴とする上記〔1〕、〔2〕又は
〔3〕記載の頭部装着型画像表示装置。
[23] The axial chief ray from the center of the screen of the image display device is emitted from the eyepiece optical system and reaches the center of the observer's eyeball in the direction of extension of the Z axis, and the axial chief When a direction perpendicular to the Z axis is defined as a Y axis and a direction perpendicular to the Z axis and the Y axis is defined as an X axis in a plane including a folding line segment when a light ray is reflected by the reflecting surface, The head mounted image display device according to the above [1], [2] or [3], characterized by satisfying the following conditions.

【0213】 0.14<DDY10<5 ・・・(19−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に当たるY軸について2
回微分した値を前記それぞれの各主光線がその面と当た
る位置の2次微分値D2 Y2、D2 Y1、D2 Y4、D
2 Y5、D2 Y6、D2 Y3とするとき、前記観察者眼
球の瞳から前記画像表示素子に到る逆光線追跡の順にみ
たときの前記接眼光学系の最後の反射面のD2 Y2/前
記観察者眼球の瞳から前記画像表示素子に到る逆光線追
跡の順にみたときの前記接眼光学系の第1番目の反射面
のD2 Y2の値をD2 Y10とする。
0.14 <DDY10 <5 (19-1) However, with the Y-axis direction as the vertical direction, the axial principal ray in the Z-axis direction of the screen center, the principal ray of the screen upper central view angle, the screen The effective area is defined as the area where the chief ray with the upper right angle of view, the chief ray with the right central angle of view of the screen, the chief ray with the lower right angle of view of the screen, and the principal ray with the lower central angle of view of the screen intersect the target surface. 2 about the Y-axis that corresponds to the eccentric direction of the surface of the formula that defines the shape of that surface in the region
Second derivative values D 2 Y2, D 2 Y1, D 2 Y4, D of the positions where the respective chief rays hit the surface of the differentiated value
2 Y5, D 2 Y6, D 2 Y3, D 2 Y2 / the above-mentioned last reflection surface of the eyepiece optical system when viewed in the order of back ray tracing from the pupil of the observer's eye to the image display element. The value of D 2 Y2 on the first reflecting surface of the eyepiece optical system when viewed in the order of tracing back rays from the pupil of the observer's eye to the image display element is D 2 Y10.

【0214】[0214]

【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、広い画角においても明瞭で、歪みの少ない観
察像を与える頭部装着型画像表示装置を提供することが
できる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to provide a head-mounted image display device which provides an observation image which is clear even with a wide angle of view and has little distortion.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1の接眼光学系を用いた頭部装
着型画像表示装置の単眼用の光学系の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a monocular optical system of a head mounted image display device using an eyepiece optical system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例2の接眼光学系を用いた頭部装
着型画像表示装置の単眼用の光学系の断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a monocular optical system of a head mounted image display device using an eyepiece optical system according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例3の接眼光学系を用いた頭部装
着型画像表示装置の単眼用の光学系の断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of a monocular optical system of a head mounted image display device using an eyepiece optical system according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例4の接眼光学系を用いた頭部装
着型画像表示装置の単眼用の光学系の断面図である。
FIG. 4 is a sectional view of a monocular optical system of a head mounted image display device using an eyepiece optical system according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例5の接眼光学系を用いた頭部装
着型画像表示装置の単眼用の光学系の断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a monocular optical system of a head mounted image display device using an eyepiece optical system according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例1の接眼光学系の横収差図の一
部である。
FIG. 6 is a part of a lateral aberration diagram of the eyepiece optical system according to the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例1の接眼光学系の横収差図の残
りの一部である。
FIG. 7 is the remaining part of the lateral aberration diagram of the eyepiece optical system according to the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施例1の接眼光学系の横収差図の残
りの部分である。
FIG. 8 is the remaining portion of the lateral aberration diagram of the eyepiece optical system according to the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施例2の接眼光学系の横収差図の一
部である。
FIG. 9 is a part of a lateral aberration diagram of the eyepiece optical system according to the second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施例2の接眼光学系の横収差図の
残りの一部である。
FIG. 10 is a remaining part of the lateral aberration diagram of the eyepiece optical system according to the second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施例2の接眼光学系の横収差図の
残りの部分である。
FIG. 11 is the remaining portion of the lateral aberration diagram of the eyepiece optical system according to the second embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施例3の接眼光学系の横収差図で
ある。
FIG. 12 is a lateral aberration diagram of the eyepiece optical system according to Example 3 of the present invention.

【図13】本発明の実施例4の接眼光学系の横収差図で
ある。
FIG. 13 is a lateral aberration diagram of the eyepiece optical system according to Example 4 of the present invention.

【図14】本発明の実施例5の接眼光学系の横収差図で
ある。
FIG. 14 is a lateral aberration diagram of the eyepiece optical system according to the fifth embodiment of the present invention.

【図15】本発明が適用できる接眼光学系の1例を示す
断面図である。
FIG. 15 is a sectional view showing an example of an eyepiece optical system to which the present invention can be applied.

【図16】本発明が適用できる接眼光学系の別の例を示
す断面図である。
FIG. 16 is a sectional view showing another example of an eyepiece optical system to which the present invention can be applied.

【図17】本発明が適用できる接眼光学系の別の例を示
す断面図である。
FIG. 17 is a sectional view showing another example of an eyepiece optical system to which the present invention can be applied.

【図18】本発明が適用できる接眼光学系の別の例を示
す断面図である。
FIG. 18 is a sectional view showing another example of an eyepiece optical system to which the present invention can be applied.

【図19】本発明が適用できる接眼光学系の別の例を示
す断面図である。
FIG. 19 is a sectional view showing another example of an eyepiece optical system to which the present invention can be applied.

【図20】本発明が適用できる接眼光学系の別の例を示
す断面図である。
FIG. 20 is a sectional view showing another example of an eyepiece optical system to which the present invention can be applied.

【図21】本発明が適用できる接眼光学系の別の例を示
す断面図である。
FIG. 21 is a sectional view showing another example of an eyepiece optical system to which the present invention can be applied.

【図22】本発明が適用できる接眼光学系の別の例を示
す断面図である。
FIG. 22 is a sectional view showing another example of an eyepiece optical system to which the present invention can be applied.

【図23】本発明による頭部装着型画像表示装置の1例
の全体の構成を示す図である。
FIG. 23 is a diagram showing the overall configuration of an example of a head-mounted image display device according to the present invention.

【図24】従来の1つの頭部装着型画像表示装置の光学
系を示す図である。
FIG. 24 is a diagram showing an optical system of one conventional head-mounted image display device.

【図25】従来の別の頭部装着型画像表示装置の光学系
を示す図である。
FIG. 25 is a diagram showing an optical system of another conventional head-mounted image display device.

【図26】従来のさらに別の頭部装着型画像表示装置の
光学系を示す図である。
FIG. 26 is a diagram showing an optical system of still another conventional head-mounted image display device.

【図27】従来のもう1つの頭部装着型画像表示装置の
光学系を示す図である。
FIG. 27 is a diagram showing an optical system of another conventional head-mounted image display device.

【図28】従来のさらにもう1つ頭部装着型画像表示装
置の光学系を示す図である。
FIG. 28 is a diagram showing an optical system of another conventional head-mounted image display device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…射出瞳位置(観察者瞳位置) 2…観察者視軸(軸上主光線) 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…画像表示素子 7…接眼光学系 9…接眼光学系の第4面 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 1 ... Exit pupil position (observer pupil position) 2 ... Observer visual axis (axial chief ray) 3 ... First surface of eyepiece optical system 4 ... Second surface of eyepiece optical system 5 ... Third surface of eyepiece optical system 6 ... Image display element 7 ... Eyepiece optical system 9 ... 4th surface of eyepiece optical system 50 ... Display device main body 51 ... Temporal frame 52 ... Crown frame 53 ... Leaf spring 54 ... Rear frame 55 ... Crown pad 56 ... Speaker 57 ... Video / audio transmission code 58 ... Playback device 59 ... Control part for switches, volume, etc.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 画像表示素子と、前記画像表示素子によ
り形成された画像を虚像として観察できるように観察者
眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系
とを有する頭部装着型画像表示装置において、 前記接眼光学系が、その面内及び面外共に回転対称軸を
有しない非回転対称面形状の反射面を少なくとも1面有
し、 前記画像表示素子の画面中心からの軸上主光線が前記接
眼光学系から射出して前記観察者眼球位置中心に到る線
分の延長方向をZ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反
射される際の折り返し線分を含む平面内で前記Z軸に垂
直な方向をY軸、前記Z軸と前記Y軸とに垂直な方向を
X軸と定義したときに、 前記非回転対称面形状の面が以下の条件を満足すること
を特徴とする頭部装着型画像表示装置。 −0.2<DYmax4<0.2 ・・・(4−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に当たるY軸について微
分した値を前記それぞれの各主光線がその面と当たる位
置の微分値DY2、DY1、DY4、DY5、DY6、
DY3とするとき、DY2−DY1、DY2−DY3、
DY2−DY4、DY2−DY5、DY2−DY6の値
全てをDYmax4とする。
1. A head-mounted type having an image display element and an eyepiece optical system for guiding an image formed by the image display element as a virtual image without forming an intermediate image at an observer's eyeball position. In the image display device, the eyepiece optical system has at least one non-rotationally symmetric reflecting surface having neither a rotational symmetry axis in-plane nor an out-of-plane axis, and an on-axis axis from a screen center of the image display element. A plane including an extension direction of a line segment in which a chief ray is emitted from the eyepiece optical system and reaches the observer's eyeball position center, and a folding line segment when the axial chief ray is reflected by the reflecting surface. Where the direction perpendicular to the Z-axis is defined as the Y-axis and the direction perpendicular to the Z-axis and the Y-axis is defined as the X-axis, the surface of the non-rotationally symmetric surface shape satisfies the following conditions. Head-mounted image display device characterized by: -0.2 <DY max4 <0.2 (4-1) However, with the Y-axis direction as the vertical direction, an axial chief ray in the Z-axis direction at the center of the screen, a chief ray at the screen upper center angle of view The effective area is defined as the area where the chief ray at the upper right angle of view of the screen, the chief ray at the right central angle of the screen, the chief ray at the lower right angle of the screen, and the chief ray at the lower central angle of the screen intersect the target surface. Differentiated values DY2, DY1, DY4, DY5, DY6 of the position where each principal ray hits the surface of a value that is differentiated with respect to the Y axis that is in the eccentric direction of the surface of the expression that defines the shape of the surface in the effective area.
When it is DY3, DY2-DY1, DY2-DY3,
Let all the values of DY2 -DY4, DY2-DY5, and DY2-DY6 be DY max4 .
【請求項2】 画像表示素子と、前記画像表示素子によ
り形成された画像を虚像として観察できるように観察者
眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系
とを有する頭部装着型画像表示装置において、 前記観察者眼球の瞳から前記画像表示素子に到る逆光線
追跡の順にみたときの前記接眼光学系の最後の反射面
が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転
対称面形状の反射面からなり、 前記画像表示素子の画面中心からの軸上主光線が前記接
眼光学系から射出して前記観察者眼球位置中心に到る線
分の延長方向をZ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反
射される際の折り返し線分を含む平面内で前記Z軸に垂
直な方向をY軸、前記Z軸と前記Y軸とに垂直な方向を
X軸と定義したときに、 前記非回転対称面形状の面が以下の条件を満足すること
を特徴とする頭部装着型画像表示装置。 0.55<DDXY11<4.0 ・・・(20−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に当たるY軸について2
回微分した値を前記それぞれの各主光線がその面と当た
る位置の2次微分値D2 Y2、D2 Y1、D2 Y4、D
2 Y5、D2 Y6、D2 Y3とし、偏心方向に垂直な方
向に当たるX軸について2回微分した値を前記それぞれ
の各主光線がその面と当たる位置の2次微分値D2
2、D2 X1、D2 X4、D2X5、D2 X6、D2
3とするとき、D2 X2/D2 Y2の値をDDXY11
とする。
2. A head-mounted type having an image display element and an eyepiece optical system for guiding an image formed by the image display element as a virtual image without forming an intermediate image at an observer's eyeball position. In the image display device, the last reflecting surface of the eyepiece optical system when viewed in the order of the backward ray tracing from the pupil of the observer's eye to the image display element does not have an axis of rotational symmetry both inside and outside the surface. A non-rotationally symmetric reflecting surface, wherein the axial chief ray from the screen center of the image display device is emitted from the eyepiece optical system and reaches the observer's eyeball position center in the extension direction of the Z axis. , A plane perpendicular to the Z axis in a plane including a folded line segment when the axial chief ray is reflected by the reflecting surface, a Y axis, and a direction perpendicular to the Z axis and the Y axis is an X axis. Is defined as A head mounted image display device characterized by satisfying the following conditions. 0.55 <DDXY11 <4.0 (20-1) However, with the Y axis direction as the vertical direction, the axial chief ray in the Z axis direction of the screen center, the chief ray at the screen upper center angle of view, and the screen upper right corner The effective area is defined as the area where the chief ray at the angle of view, the chief ray at the right angle of the screen, the chief ray at the lower right angle of the screen, and the chief ray at the lower central angle of the screen intersect the target surface. With respect to the Y axis that is in the eccentric direction of the surface of the equation that defines the shape of that surface with 2
Second derivative values D 2 Y2, D 2 Y1, D 2 Y4, D of the positions where the respective chief rays hit the surface of the differentiated value
2 Y5, D 2 Y6, D 2 Y3, and a value obtained by differentiating twice with respect to the X axis, which is perpendicular to the eccentric direction, with respect to the position where each of the chief rays hits the surface D 2 X
2, D 2 X1, D 2 X4, D 2 X5, D 2 X6, D 2 X
When set to 3, set the value of D 2 X2 / D 2 Y2 to DDXY11
And
【請求項3】 画像表示素子と、前記画像表示素子によ
り形成された画像を虚像として観察できるように観察者
眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系
とを有する頭部装着型画像表示装置において、 前記観察者眼球の瞳から前記画像表示素子に到る逆光線
追跡の順にみたときの前記接眼光学系の最後の反射面以
外の反射面が、その面内及び面外共に回転対称軸を有し
ない非回転対称面形状の反射面からなり、 前記画像表示素子の画面中心からの軸上主光線が前記接
眼光学系から射出して前記観察者眼球位置中心に到る線
分の延長方向をZ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反
射される際の折り返し線分を含む平面内で前記Z軸に垂
直な方向をY軸、前記Z軸と前記Y軸とに垂直な方向を
X軸と定義したときに、 前記非回転対称面形状の面が以下の条件を満足すること
を特徴とする頭部装着型画像表示装置。 0.55<D2 XY12<5 ・・・(21−1) ただし、Y軸方向を上下方向として、画面中心のZ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面右上
画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面右下画角
の主光線、画面下側中心画角の主光線が対象面と交差す
る領域を有効領域と定義し、その有効領域でその面の形
状を定義する式の面の偏心方向に当たるY軸について2
回微分した値を前記それぞれの各主光線がその面と当た
る位置の2次微分値D2 Y2、D2 Y1、D2 Y4、D
2 Y5、D2 Y6、D2 Y3とし、偏心方向に垂直な方
向に当たるX軸について2回微分した値を前記それぞれ
の各主光線がその面と当たる位置の2次微分値D2
2、D2 X1、D2 X4、D2X5、D2 X6、D2
3とするとき、D2 X2/D2 Y2の値をDDXY12
とする。
3. A head-mounted type having an image display element and an eyepiece optical system for guiding an image formed by the image display element as a virtual image without forming an intermediate image at an observer's eyeball position. In the image display device, the reflection surfaces other than the last reflection surface of the eyepiece optical system when viewed in the order of the backward ray tracing from the pupil of the observer's eye to the image display element are rotationally symmetric both in-plane and out-of-plane. It is composed of a non-rotationally symmetric reflecting surface having no axis, and an axial chief ray from the screen center of the image display element is an extension of a line segment that reaches the observer's eyeball position center from the eyepiece optical system. The direction is the Z axis, the direction perpendicular to the Z axis is the Y axis in the plane including the folding line segment when the axial chief ray is reflected by the reflecting surface, and the direction perpendicular to the Z axis and the Y axis. When the direction is defined as the X axis, the non-rotational symmetry A head-mounted image display device characterized in that the surface of the surface shape satisfies the following conditions. 0.55 <D 2 XY12 <5 (21-1) However, with the Y-axis direction as the vertical direction, the axial chief ray in the Z-axis direction of the screen center, the chief ray at the screen upper center angle of view, and the screen upper right corner The effective area is defined as the area where the chief ray at the angle of view, the chief ray at the right angle of the screen, the chief ray at the lower right angle of the screen, and the chief ray at the lower central angle of the screen intersect the target surface. With respect to the Y axis that is in the eccentric direction of the surface of the equation that defines the shape of that surface with 2
Second derivative values D 2 Y2, D 2 Y1, D 2 Y4, D of the positions where the respective chief rays hit the surface of the differentiated value
2 Y5, D 2 Y6, D 2 Y3, and a value obtained by differentiating twice with respect to the X axis, which is perpendicular to the eccentric direction, with respect to the position where each of the chief rays hits the surface D 2 X
2, D 2 X1, D 2 X4, D 2 X5, D 2 X6, D 2 X
When set to 3, set the value of D 2 X2 / D 2 Y2 to DDXY12
And
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