JPH0961747A

JPH0961747A - 画像表示装置

Info

Publication number: JPH0961747A
Application number: JP7211594A
Authority: JP
Inventors: Koichi Takahashi; 高橋浩一
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-08-21
Filing date: 1995-08-21
Publication date: 1997-03-07
Anticipated expiration: 2015-08-21
Also published as: JP3537230B2; US5940218A; US5812323A

Abstract

(57)【要約】【課題】広い画角において明瞭に観察が可能であり、
像の明るさの低下がほとんど生じることがなく、非常に
小型軽量であるために疲労し難い画像表示装置。【解決手段】画像を表示する画像表示素子６と、その
画像を投影し、観察者眼球に導く接眼光学系７とからな
る画像表示装置において、接眼光学系７は少なくとも３
つの面を持ち、かつ、その少なくとも３つの面によって
形成される空間は屈折率が１より大きい媒質で満たされ
ており、観察者眼球１から画像表示素子６に向かって、
順に、屈折面である第１面３、観察者視軸２に対して偏
心するかあるいは傾いて配置された内部反射面でかつ屈
折面である第２面４、第２面４に対向し正のパワーを有
する反射面である第３面５で構成され、第２面４の内部
反射は全反射である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示装置に関
し、特に、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式画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】頭部又は顔面装着式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４４（ａ）に全体の光学系を、図４４（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。

【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４５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。

【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４６（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。

【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４７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。

【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４８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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４
４、図４５ような画像表示素子の映像をリレーするタイ
プの画像表示装置では、接眼光学系の形式によらず、接
眼光学系以外にリレー光学系として数枚のレンズを用い
なければならないため、光路長が長く、光学系は大型に
なり、重量も重くなる。

【０００８】また、図４４（ａ）の接眼光学系のみの場
合は、図４４（ｂ）に示すように、観察者に対して凹面
を向けた反射面のみに正のパワーがあるため、図中、Ｐ
１に示されるような負の像面湾曲が大きく発生してしま
う。

【０００９】また、図４６のようなレイアウトでは、観
察者の顔面からの装置突出量が大きくなってしまう。さ
らに、画像表示素子と照明光学系がその突出した部分に
取り付けられることになり、装置はますます大きく、重
量も重くなってしまう。

【００１０】頭部装着式画像表示装置は、人間の身体、
特に頭部に装着する装置であるため、装置が顔面から突
出する量が大きいと、頭部で支持している点から装置の
重心までの距離が長くなり、装着時のバランスが悪くな
る。さらに、装置を装着して移動、回転等を行うときに
装置が物にぶつかるおそれも生じる。つまり、頭部装着
式画像表示装置は、小型軽量であることが重要である。
そして、この装置の大きさ、重量を決定する大きな要因
は光学系の構成にある。

【００１１】しかしながら、接眼光学系として通常の拡
大鏡のみを用いると、発生する収差は非常に大きく、そ
れを補正する手段がない。拡大鏡の凹面の形状を非球面
にすることで、ある程度球面収差が補正できても、コマ
収差、像面湾曲等が残存するため、観察画角を大きくす
ると、実用的な装置にはなり得ない。あるいは、接眼光
学系として凹面鏡のみを用いる場合には、通常の光学素
子（レンズやミラー）のみではなく、図４７に示すよう
に、発生した像面湾曲に合わせて湾曲した面を有する伝
達素子（ファイバープレート）によってこれを補正する
という手段を用いなければならない。

【００１２】一方、図４８に示すような、半透過凹面鏡
と半透過平面鏡を用いて物体面を観察者の瞳に投影する
共軸系の接眼光学系においては、半透過面を２枚用いて
いるために、理論値でも像の明るさは１／１６にまで低
下してしまう。さらに、半透過凹面鏡によって発生する
像面湾曲を物体面自体を湾曲させて補正を行っているた
め、ＬＣＤ（液晶表示素子）等のいわゆるフラットディ
スプレイを画像表示素子として用いることが困難であ
る。

【００１３】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
て明瞭に観察が可能であり、像の明るさの低下がほとん
ど生じることがなく、さらに、非常に小型軽量であるた
めに疲労し難い画像表示装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の画像表示装置は、画像を表示する画像表示素
子と、前記画像表示素子によって形成された画像を投影
し、観察者眼球に導く接眼光学系とからなる画像表示装
置において、前記接眼光学系は少なくとも３つの面を持
ち、かつ、前記少なくとも３つの面によって形成される
空間は屈折率が１より大きい媒質で満たされており、前
記観察者眼球から前記画像表示素子に向かって、順に、
屈折面である第１面、観察者視軸に対して偏心するかあ
るいは傾いて配置された内部反射面でかつ屈折面である
第２面、第２面に対向し正のパワーを有する反射面であ
る第３面で構成され、前記第２面の内部反射は全反射で
あることを特徴とするものである。

【００１５】この場合、接眼光学系の第１面は、観察者
視軸に対してティルトあるいはディセンタリングしてい
ることが望ましい。

【００１６】本発明の別の画像表示装置は、画像を表示
する画像表示素子と、前記画像表示素子によって形成さ
れた画像を投影し、観察者眼球に導く接眼光学系とから
なる画像表示装置において、前記接眼光学系は少なくと
も３つの面を持ち、かつ、前記少なくとも３つの面によ
って形成される空間は屈折率が１より大きい媒質で満た
されており、前記観察者眼球から前記画像表示素子に向
かって、順に、屈折面である第１面、観察者視軸に対し
て偏心するかあるいは傾いて配置された内部反射面でか
つ屈折面である第２面、第２面に対向し正のパワーを有
する面である第３面で構成され、前記第２面の内部反射
は全反射である偏心光学素子と、屈折又は反射作用を有
する少なくとも１つの光学面とを、前記画像表示素子か
ら前記観察者眼球に到る光路中に配設してなることを特
徴とするものである。

【００１７】以下に、本発明の画像表示装置の作用につ
いて説明する。以下の説明においては、光学系の設計上
の利便性から、観察者の瞳位置から画像表示素子に向け
て光線を追跡する逆光線追跡に基づいて説明する。本発
明の基本的な構成は、画像を表示する画像表示素子と、
この画像表示素子によって形成された画像を投影し、観
察者眼球に導く接眼光学系とからなる画像表示装置にお
いて、その接眼光学系は少なくとも３つの面を持ち、こ
の少なくとも３つの面によって形成される空間は屈折率
が１より大きい媒質で満たされており、観察者眼球から
画像表示素子に向かって、順に、屈折面である第１面、
観察者視軸に対して偏心するかあるいは傾いて配置され
た内部反射面でかつ屈折面である第２面、第２面に対向
し正のパワーを有する反射面である第３面で構成され、
前記第２面の内部反射は全反射であることを特徴とする
ものである。この面番号の順は、観察者眼球側から逆光
線追跡の順によると、第１面、第２面、第３面、第２面
となる。

【００１８】このような構成をとった理由は、第１面乃
至第３面をそれぞれ独立した光学素子とする場合、これ
らを配置するときの角度や距離等に非常に高精度が求め
られるため、組み立てが困難となり、生産性が低下する
不具合が生じる。また、光学素子内部での反射面である
第２面及び第３面は色収差は発生しない。また、第２面
での屈折においては、面に対する光線の傾角が小さいた
め、発生する色収差は小さい。したがって、本発明の接
眼光学系における色収差は第１面のみで発生し、全体と
して比較的小さいものとなる。さらに、第２面として通
常の反射鏡を用いる場合、本発明のようにこの第２面に
反射と透過の作用を持たせるためには、入射する光線の
一部を反射し、一部を透過するハーフミラーとしなけれ
ばならない。しかしながら、ハーフミラーを用いると、
観察者眼球に到達するまでに被観察像の明るさは略１／
４に低下してしまう。そこで、第１面から第３面を一体
的に形成し、組み立てを容易にし、生産性の向上を図る
ことができる。また、第２面の内部反射は全反射を利用
することで、小型であっても広画角の観察範囲で周辺ま
で鮮明で明るい像を観察できるようにしたものである。

【００１９】さらに、上記の構成をとった場合の効果に
ついて以下に説明する。まず、第１面における屈折作用
によって、第２面での軸外光線の反射高を低く抑えるこ
とができる。そのため、光学素子を小さく構成すること
が可能となる。言い換えると、小型の光学素子であって
も画角を広く設定することが可能となる。

【００２０】さらに、第２面での内部反射が全反射条件
を満たすようにし、第３面に主な正のパワーを持たせた
ために、第３面で発生するコマ収差の発生を抑えること
に成功したものである。一般に、凹面鏡に強いパワーを
持たせることによって、強い内コマ収差が発生する。ま
た、光軸に対して偏心又は傾いて配備された凹面鏡で
は、その傾き角が大きくなるに従って発生するコマ収差
の量が増大する。しかしながら、画角を広くとろうとす
れば、眼球の直前にある反射面の傾き角は大きくしなけ
れば、画像表示素子と頭部が干渉することになる。そこ
で、本発明の接眼光学系では、眼球の直前の反射面であ
る第２面での反射角は大きくして全反射とし、強いパワ
ーを持たないようにした。一方、第３面には主な正パワ
ーを持たせ、この凹面鏡での反射角を小さくすることに
よって偏心によるコマ収差の発生を小さく抑えることが
できた。

【００２１】さらに、画像表示素子の観察像をリレー光
学系によって中間像として空中に実像を結像させ、接眼
光学系によって眼球に拡大投影するではなく、画像表示
素子をそのまま拡大して観察者の眼球に投影することに
よって、観察者は拡大された画像表示素子の画像を虚像
として観察できるため、少ない光学素子で光学系を構成
することができる。

【００２２】上記接眼光学系の第１面は、観察者視軸に
対してティルトあるいはディセンタリングしていること
が望ましい。第１面がティルトあるいはディセンタリン
グすることにより、観察者視軸に対して画像表示素子側
の画像とその反対側の画像とで非対称に発生するコマ収
差の補正や、画像表示素子を配置する面を第３面での反
射後の光軸に対して略垂直に配置することが可能とな
る。これは視野角特性の良くない画像表示素子を用いる
ときに有効となる。

【００２３】接眼光学系の第３面は、観察者視軸に対し
てティルトあるいはディセンタリングしていることが望
ましい。第２面で全反射した光線は、凹面鏡である第３
面で再び反射されるが、反射する方向が第２面からの入
射光よりも画像表示素子側に傾いていることによって、
第２面において射出する方向を前方にし、画像表示素子
の位置を第２面の斜面の上方に配備できる。したがっ
て、装置全体を薄く構成することが可能となる。また、
このような配置によれば、第２面に対する光線の入射角
が小さくなり、第２面における屈折時の色収差の発生を
抑える効果が得られる。

【００２４】また、接眼光学系の光学素子を構成する３
面の中、２面を有限の曲率半径を有するようにすること
によって、偏心して傾いた第３面で発生する球面収差と
コマ収差の補正を行うことが可能となり、広い射出瞳径
と広い観察画角を持ち明瞭な観察像を観察者に提供する
ことができる。

【００２５】接眼光学系の３面の中、２面を有限の曲率
半径とする場合の中で、第２面の他に第１面が有限の曲
率半径を有する面で、第１面が正のパワーを有する場合
には、第１面での光線が屈折する効果が大きいため、さ
らに接眼光学系を小型にすることができる。あるいは、
画角を広くすることが可能になる。また、従属光線高が
低くなるために、第２面で発生するコマ収差、特に高次
コマ収差の発生を抑えることが可能となる。

【００２６】第３面の他に第２面が有限の曲率半径を有
する面の場合であって、第２面が正のパワーを有する場
合には、第２面において、軸外光線の全反射条件を満た
しやすくなり、非常に広い画角を実現することができ
る。

【００２７】また、接眼光学系の第１面、第２面及び第
３面の何れか１面は、偏心非球面であることが収差補正
上有効である。観察者の虹彩の位置を原点とし、観察者
視軸を原点から接眼光学系に向かう方向を正とするＺ
軸、観察者視軸に直交し、観察者眼球からみて上下方向
の下から上を正とするＹ軸、観察者視軸に直交し、観察
者眼球からみて左右方向の右から左を正とするＸ軸と定
義する場合、上記のように、接眼光学系の第１面、第２
面及び第３面の何れか１面を偏心非球面とすることは、
Ｙ方向に偏心又は視軸から傾いて配置される第２面で発
生するコマ収差、特に高次コマ収差やコマフレアーを補
正するために重要な条件である。

【００２８】本発明のように、観察者眼球の前方に偏心
したあるいは傾いた反射面を有するタイプの接眼光学系
を用いる画像表示装置においては、観察者視軸上におい
ても反射面に入射する光線が斜めになるため、コマ収差
が発生する。このコマ収差は、反射面の傾き角が大きく
なるに従って大きくなる。しかしながら、小型で広画角
の画像表示装置を実現しようとすると、偏心量又は傾き
角をある程度大きくしないと、画像表示素子と光路が干
渉するため、広画角な観察像を確保することが困難にな
る。

【００２９】そのため、広画角で小型の画像表示装置に
なればなる程反射面の傾き角が大きくなり、高次コマ収
差の発生を如何に補正するかが重要な問題となる。この
ような複雑なコマ収差を補正するためには、接眼光学系
を構成する第１面、第２面、第３面の何れか１面を偏心
した非球面とすることで、光学系のパワーを視軸に対し
て非対称な構成にすることができ、さらに、軸外におい
ては非球面の効果を利用することができるため、軸上を
含めたコマ収差の補正を有効に行うことが可能となる。

【００３０】接眼光学系の第１面、第２面及び第３面の
何れか１面がアナモフィック面であることが重要であ
る。つまり、Ｙ−Ｚ面内の曲率半径と、この面と直交す
るＸ−Ｚ面内の曲率半径が異なる面であることである。

【００３１】この条件は、第２面が視軸に対して偏心あ
るいは傾いているために起こる収差を補正するための条
件である。一般に、球面が偏心していると、その面に入
射する光線は、入射面内と入射面に直交する面内で光線
に対する曲率が異なる。このため、本発明のように、観
察者眼球の前に反射面が視軸に対して偏心あるいは傾い
て配置されている接眼光学系では、観察画像中心に当た
る視軸上の観察像も上記理由により非点収差が発生す
る。この軸上の非点収差を補正するために、接眼光学系
の第１面、第２面及び第３面の何れか１面の曲率半径
は、入射面内とこれと直交する面内において異なるもの
とすることが重要になる。

【００３２】アナモフィック面である接眼光学系の第１
面、第２面及び第３面の何れか１面のＹ−Ｚ面内におけ
る曲率半径を曲率半径をＲ_y、Ｘ−Ｚ面内における曲率
半径をＲ_xとするとき、Ｒ_y／Ｒ_x≧１・・・（１）を満たすことが好ましい。

【００３３】上記（１）式は、第２面が視軸に対して傾
いているために起こる収差、特に軸上を含む非点収差を
補正するための条件である。一般的に、画角が大きくな
ると、高次の非点収差が現れ、凸レンズ系では子午像は
画角が大きくなると負の方向に大きくなり、球欠像は正
の方向に大きくなる。これらの非点収差を補正するため
には、子午面内のパワーを小さくし、球欠面内のパワー
を大きくするような光学系の構成にすることが必要とな
る。したがって、少なくとも１つのアナモフィック面に
おける曲率半径は、Ｙ方向を大きく、Ｘ方向を小さくす
ることが収差補正上好ましい。

【００３４】また、接眼光学系の第２面と視軸のなす角
をαとするとき、３０°＜α＜７０° ・・・（２）であることが望ましい。これは、本発明の画像表示装置
の接眼光学系と画像表示素子を適当な位置に配備するた
めの条件である。（２）式の下限の３０°を越えると、
反射後の光線は視軸に対して９０°以上の反射角をもっ
てしまうため、画面の上と下の軸外光線の結像位置が非
常に離れてしまい、現実的ではなくなる。逆に、（２）
式の上限の７０°を越えると、第２面における反射角が
小さくなりすぎて全反射条件を満たさなくなる。

【００３５】また、画像表示素子の表示面は視軸に対し
て傾いて配備されていることが重要である。光学素子を
構成する屈折面あるいは反射面が偏心又は傾いている場
合、瞳からの光線は屈折面あるいは反射面での屈折角又
は反射角が像高によって異なり、像面が視軸に対して傾
くことがある。その場合、画像表示素子面を視軸に対し
て傾いて配備することで、像面の傾きを補正することが
可能となる。

【００３６】さて、より広画角な小型の画像表示装置に
なればなる程、最初の反射面である第２面の傾き角が大
きくなり、高次コマ収差の発生が増える。また、面の傾
きによって発生する非点収差も増大するため、第１面と
第２面及び第３面によって形成される空間を屈折率が１
より大きい媒質で満たされており、観察者眼球から画像
表示素子に向かって、順に、屈折面である第１面、観察
者視軸に対して偏心するかあるいは傾いて配置された内
部反射面でかつ屈折面である第２面、第２面に対向し正
のパワーを有する反射面である第３面で構成され、第２
面の内部反射は全反射である偏心光学素子のみでは、こ
れらの収差補正を十分に行うことが困難になってしまう
場合がある。

【００３７】そのため、観察者眼球と画像表示素子の間
に、上述した偏心光学素子に加えて、屈折又は反射作用
を有する少なくとも１つの光学面を配備することによっ
て、接眼光学系で発生する収差の補正をより有効に行う
ことが可能となる。

【００３８】本発明による偏心光学素子では、第２面と
その後の第３面の内部反射は反射面であるため、それら
の面で色収差は発生しない。また、画像表示素子に近接
する第２面における主光線は光軸に略平行であるため色
収差の発生は少ない。したがって、接眼光学系の色収差
は、屈折面である第１面での色収差の発生が支配的にな
る。ただし、第３面を屈折面とする場合には、第３面に
おいても色収差が発生する。また、本発明のような広画
角な光学系では、軸上の色収差よりも倍率の色収差の方
が顕著に現れる。つまり、第１面で発生する倍率の色収
差の補正を行うことが重要であり、より鮮明で高解像な
画像を表示することが可能となる。

【００３９】そのために、接眼光学系の構成として、観
察者眼球と画像表示素子の間に偏心光学素子と屈折又は
反射作用を有する少なくとも１つ光学面を配備すること
によって、接眼光学系を構成する光学素子を２種類以上
の媒質にすることができ、それらの媒質のアッべ数の違
いによって倍率の色収差を補正することが可能となる。

【００４０】上述したように、本発明の接眼光学系にお
いては、偏心光学素子の第１面で発生する色収差の補正
が重要である。上記の少なくとも１つの光学面が第１面
で発生する色収差量と略同等の逆の色収差を発生させる
面で構成することによってこれが可能となる。

【００４１】また、上記の少なくとも１つの光学面が観
察者眼球と偏心光学素子の第１面の間に配設されている
場合であって、正の屈折力を有する光学面を配備する場
合には、偏心光学素子の第２面での光束径が小さくなる
ため、高次のコマ収差の発生が少なくなり、画像表示画
面周辺まで鮮明に画像を観察することができる。また、
画像周辺での主光線は上記の正の屈折力を有する少なく
とも１つの光学面によって屈折されるために、偏心光学
素子に入射する光線高を低くすくことができ、偏心光学
素子のみの場合よりもさらに観察画角を大きく設定する
ことが可能となる。

【００４２】また、上記の少なくとも１つの光学面が偏
心光学素子の第１面乃至第３面の間に配設された場合、
上述したように、偏心光学素子が２種類の媒質で構成す
ることになるため、色収差補正に有効である。

【００４３】また、上記の少なくとも１つの光学面が偏
心光学素子と画像表示素子との間に配設されている場
合、それが負のパワーを有するときは、軸外主光線の表
示素子に対する傾角を小さくすることができ、画面周辺
での視野角特性が良くない画像表示素子を用いるときに
有効となる。

【００４４】また、上記の少なくとも１つの光学面を視
軸に対して偏心して配設することで、視軸に対して画像
表示素子側の画像とその反対側の画像との間で非対称に
発生するコマ収差を補正し、画像表示素子を配置する面
に対する光軸を略垂直にすることが可能となる。

【００４５】また、上記の少なくとも１つの光学面を接
合面で構成することによって、偏心光学素子で発生する
倍率の色収差を補正することができ、さらに鮮明で広画
角を確保する場合に有効である。

【００４６】なお、画像表示素子と上記のような接眼光
学系を観察者頭部に対して位置決めする手段を有するこ
とによって、観察者は安定した観察像を観察することが
できる。

【００４７】さらに、画像表示素子と接眼光学系を観察
者頭部に対して位置決めする手段を有し、観察者頭部に
装着できるようにすることによって、観察者は自由な観
察姿勢や観察方向で画像を観察することが可能となる。

【００４８】また、少なくとも２組の上記のような画像
表示装置を一定の間隔で支持する支持手段を有すること
によって、観察者は左右両眼で楽に観察することが可能
となる。また、左右の画像表示面に視差を与えた画像を
表示し、両眼でそれらを観察することによって立体像を
楽しむことが可能となる。

【００４９】また、接眼光学系における画像表示素子面
を像面として無限遠の物体を結像させるように構成する
ことで、図４２に示すようなカメラのファインダー光学
系等の結像光学系として利用することが可能である。

【００５０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の画像表示装置の
実施例１から１０について、それぞれの単眼用の画像表
示装置の断面図である図１〜図１０を参照して説明す
る。

【００５１】実施例１〜１０の構成パラメータは後記す
るが、以下の説明において、面番号は、観察者の瞳位置
１から画像表示素子６へ向う逆追跡の面番号として示し
てある。そして、座標の取り方は、図１に示すように、
観察者の瞳位置１を原点とし、観察者視軸２を原点から
接眼光学系７に向かう方向を正とするＺ軸、観察者視軸
２に直交し、観察者眼球から見て上下方向の下から上を
正とするＹ軸、観察者視軸２に直交し、観察者眼球から
みて左右方向の右から左を正とするＸ軸と定義する。つ
まり、紙面内をＹーＺ面とし、紙面と垂直方向の面をＸ
−Ｚ面とする。また、光軸は紙面のＹ−Ｚ面内で折り曲
げられるものとする。

【００５２】そして、後記する構成パラメータ中におい
て、偏心量Ｙ，Ｚと傾き角θが記載されている面につい
ては、基準面である１面（瞳位置１）からのその面の面
頂のＹ軸方向、Ｚ軸方向の偏心量、及び、その面の中心
軸のＺ軸からの傾き角を意味し、その場合、θが正は反
時計回りを意味する。なお、偏心量Ｙ，Ｚと傾き角θの
記載のない面は、その前の面と同軸であることを意味す
る。

【００５３】また、面間隔は、２面に関しては１面から
のＺ軸に沿う距離であり、その位置が基準点になり、そ
の基準点から偏心量Ｙの点が２面の面頂になる。同軸系
部分についてはその面から次の面までの軸上間隔であ
る。なお、面間隔は、光軸に沿って逆追跡の方向を正と
して示してある。

【００５４】また、各面において、非回転対称な非球面
形状は、その面を規定する座標上で、Ｒ_y、Ｒ_xはそれ
ぞれＹ−Ｚ面（紙面）内の近軸曲率半径、Ｘ−Ｚ面内で
の近軸曲率半径、Ｋ_x、Ｋ_yはそれぞれＸ−Ｚ面、Ｙ−
Ｚ面内の円錐係数、ＡＲ、ＢＲはそれぞれＺ軸に対して
回転対称な４次、６次の非球面係数、ＡＰ、ＢＰはそれ
ぞれＺ軸に対して回転非対称な４次、６次の非球面係数
とすると、非球面式は以下に示す通りである。

【００５５】Ｚ =［( Ｘ²/Ｒ_x)+ (Ｙ²/Ｒ_y) ］／［1+
｛ 1-(1+Ｋ_x) ( Ｘ²/Ｒ_x ²)-(1+Ｋ_y) ( Ｙ²/Ｒ_y ²)｝
^1/2］＋ＡＲ［ (1-ＡＰ) Ｘ²+( 1+ＡＰ) Ｙ²］²＋Ｂ
Ｒ［ (1-ＢＰ) Ｘ²+( 1+ＢＰ) Ｙ²］³ なお、面と面の間の媒質の屈折率はｄ線の屈折率で表
す。長さの単位はｍｍである。

【００５６】さて、以下に示す実施例は全て右眼用の画
像表示装置であり、左眼用は構成す光学要素を全てＹ−
Ｚ面に対称に配備することで実現できる。また、実際の
装置においては、接眼光学系によって光軸が屈曲する方
向は、観察者の上方あるいは下方、側方何れの方向にあ
ってもよいことは言うまでもない。

【００５７】それぞれの断面図において、図中、１は観
察者瞳位置、２は観察者視軸、３は接眼光学系の第１
面、４は接眼光学系の第２面、５は接眼光学系の第３
面、６は画像表示素子、７は接眼光学系、８は偏心光学
素子、９、９’は光学面である。

【００５８】各実施例における実際の光線経路は、実施
例１を例にとると、次のようになる。すなわち、画像表
示素子６から発した光線束は、接眼光学系７の第２面４
で屈折して接眼光学系７に入射し、第３面５で内部反射
し、第２面４で全反射されて第１面３に入射して屈折さ
れて、観察者の瞳の虹彩位置又は眼球の回旋中心を射出
瞳１として観察者の眼球内に投影される。

【００５９】実施例１本実施例は、図１に断面を示すが、水平画角４８°、垂
直画角３６．９°、瞳経４ｍｍである。後記する構成パ
ラメータにおいて、２、４面はアナモフィック非球面で
あり、３、５面は平面である。

【００６０】実施例２本実施例は、図２に断面を示すが、水平画角３０°、垂
直画角２２．７°、瞳径１２ｍｍである。後記する構成
パラメータにおいて、２〜５面は球面である。

【００６１】実施例３本実施例は、図３に断面を示すが、水平画角５５°、垂
直画角４２．７°、瞳径４ｍｍである。後記する構成パ
ラメータにおいて、２〜５面はアナモフィック非球面で
ある。

【００６２】実施例４本実施例は、図４に断面を示すが、水平画角４０°、垂
直画角３０．５°、瞳径４ｍｍである。後記する構成パ
ラメータにおいて、２、４、５、７、８は球面、３、
６、９面はアナモフィック非球面である。また、光学面
は５〜７面で定義されており、視軸２に対して偏心して
配備されている。

【００６３】実施例５本実施例は、図５に断面を示すが、水平画角４０°、垂
直画角３０．５°、瞳径８ｍｍである。後記する構成パ
ラメータにおいて、４、６面は球面であり、２、３、
５、７面はアナモフィック非球面である。また、光学面
は４、６面で定義されており、視軸２に対して偏心して
配備されている。

【００６４】実施例６本実施例は、図６に断面を示すが、水平画角４８°、垂
直画角３６．９°、瞳径４ｍｍである。後記する構成パ
ラメータにおいて、２、４、６面は球面であり、３、
５、７面はアナモフィック非球面である。また、光学面
は４、６面で定義されており、視軸２に対して偏心して
配備されている。

【００６５】実施例７本実施例は、図７に断面を示すが、水平画角５０°、垂
直画角３８．５°、瞳径４ｍｍである。後記する構成パ
ラメータにおいて、２、３面は球面、４、５、６面はア
ナモフィック非球面である。また、光学面は３面で定義
されており、視軸２に対して偏心して配備されている。

【００６６】実施例８本実施例は、図８に断面を示すが、水平画角５０°、垂
直画角３８．５°、瞳径４ｍｍである。後記する構成パ
ラメータにおいて、２、３、４面は球面、５、６、７面
はアナモフィック非球面である。また、光学面は２、３
面で定義された正レンズであり、偏心光学素子８と観察
者眼球１の間に視軸２に対して偏心して配備されてい
る。

【００６７】実施例９本実施例は、図９に断面を示すが、水平画角５２°、垂
直画角４０．２°、瞳径４ｍｍである。後記する構成パ
ラメータにおいて、２、３、５、７面は球面、４、６、
８面はアナモフィック非球面である。また、光学面は
３、５、７面で定義されており、視軸２に対して偏心さ
れて配備されている。

【００６８】実施例１０本実施例は、図１０に断面を示すが、水平画角４０°、
垂直画角３０．５°、瞳径１０ｍｍである。後記する構
成パラメータにおいて、２〜７面は球面である。また、
光学面は６、７面で定義されており、視軸２に対して偏
心して配備されている。ここでは、光学面は、画像表示
素子６と偏心光学素子８の間の単レンズとして構成され
ているが、接合レンズとすることも当然可能である。

【００６９】次に、上記実施例１〜１０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） 30.042 ２Ｒ_y 81.816 1.4870 70.40 Ｒ_x 44.764 Ｙ -0.759 θ 3.44° Ｋ_y 2.586634 Ｋ_x -6.206961 ＡＲ -1.12255 ×10^-6 ＢＲ 7.46253 ×10^-10 ＡＰ 0.845407 ＢＰ 0.790479 ３ ∞ 1.4870 70.40 Ｙ 14.068 θ 51.23° Ｚ 32.634 ４Ｒ_y 111.203 1.4870 70.40 Ｒ_x 125.686 Ｙ -13.468 θ 62.15° Ｋ_y -0.399652 Ｚ 29.862 Ｋ_x 2.873441 ＡＲ 4.34333 ×10^-8 ＢＲ 2.28072 ×10^-12 ＡＰ -1.7788 ＢＰ 0.946485 ５ ∞ Ｙ 14.068 θ 51.23° Ｚ 32.634 ６（画像表示素子）Ｙ 1.410 θ 71.51° Ｚ 75.077 （１）Ｒ_y／Ｒ_x＝ 1.828 （２）α ＝ 38.77° 。

【００７０】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） 28.912 ２ 149.553 1.4870 70.40 Ｙ -21.668 θ 1.50° ３ 941.611 1.4870 70.40 Ｙ -0.102 θ 47.77° Ｚ 47.230 ４ 149.800 1.4870 70.40 Ｙ -18.949 θ 70.67° Ｚ 33.163 ５ 941.611 Ｙ -0.102 θ 47.77° Z 47.230 ６（画像表示素子）Ｙ 24.665 θ 73.70° Ｚ 78.142 （１）Ｒ_y2 ／Ｒ_x2 ＝ 1 （２） α ＝ 42.23° 。

【００７１】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） 21.322 ２Ｒ_y 143.843 1.4922 57.50 Ｒ_x 29.666 Ｙ -22.583 θ -0.80° Ｋ_y -10.678912 Ｋ_x -4.18065 ＡＲ -1.35839 ×10^-8 ＢＲ -5.14664 ×10^-10 ＡＰ 8.40197 ＢＰ -0.552947 ３Ｒ_y-184.192 1.4922 57.50 Ｒ_x-456.655 Ｙ 5.564 θ 53.46° Ｋ_y -2.917159 Ｚ 39.811 Ｋ_x -5.539583 ＡＲ -8.14666 ×10^-8 ＢＲ 2.56706 ×10^-12 ＡＰ 0.356072 ＢＰ -0.517181 ４Ｒ_y 70.860 1.4922 57.50 Ｒ_x 166.306 Ｙ -13.573 θ 60.00° Ｋ_y -8.773779 Ｚ 22.549 Ｋ_x -1.385752 ＡＲ 3.69119 ×10^-7 ＢＲ -1.17043 ×10^-12 ＡＰ -1.26444 ＢＰ 1.53099 ５Ｒ_y-184.192 Ｙ 5.564 θ 53.46° Ｒ_x-456.655 Ｚ 39.811 Ｋ_y -2.917159 Ｋ_x -5.539583 ＡＲ -8.14666 ×10^-8 ＢＲ 2.56706 ×10^-12 ＡＰ 0.356072 ＢＰ -0.517181 ６（画像表示素子）Ｙ -6.789 θ 68.00° Ｚ 68.196 （１）Ｒ_y／Ｒ_x＝ 4.849 （２）α ＝ 36.54° 。

【００７２】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） 29.185 ２ 102.985 1.5092 68.07 Ｙ 0.923 θ -2.81° ３Ｒ_y 491.360 1.5092 68.07 Ｒ_x ∞ Ｙ 9.366 θ 49.18° Ｋ_y -23.545228 Ｚ 33.561 Ｋ_x 0.000000 ＡＲ -3.12497 ×10^-10 ＢＲ 3.17327 ×10^-12 ＡＰ -3.99521 ＢＰ -0.577359 ４ 111.602 Ｙ -18.553 θ 74.81° Ｚ 45.079 ５ 63.706 1.6619 32.68 Ｙ -24.901 θ 76.76° Ｚ 39.978 ６Ｒ_y 67.336 1.6619 32.68 Ｒ_x 82.918 Ｙ -19.488 θ 60.27° Ｋ_y -0.453741 Ｚ 16.092 Ｋ_x -0.466346 ＡＲ 4.6317 ×10^-8 ＢＲ 1.71366 ×10^-12 ＡＰ -0.308474 ＢＰ -1.22665 ７ 63.706 Ｙ -24.901 θ 76.76° Ｚ 39.978 ８ 111.602 1.5092 68.07 Ｙ -18.553 θ 74.81° Ｚ 45.079 ９Ｒ_y 491.360 Ｙ 9.366 θ 49.18° Ｒ_x ∞ Ｚ 33.561 Ｋ_y -23.545228 Ｋ_x 0.000000 ＡＲ -3.12497 ×10^-8 ＢＲ 3.17327 ×10^-12 ＡＰ -3.99521 ＢＰ -0.577359 １０（画像表示素子）Ｙ 7.910 θ 97.72° Ｚ 60.951 （１）Ｒ_y2 ／Ｒ_x2 ＝ 0.812 （２） α ＝ 40.82° 。

【００７３】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） 24.904 ２Ｒ_y 93.146 1.4870 70.40 Ｒ_x 93.100 Ｙ -2.281 θ -1.71° Ｋ_y 0.164655 Ｋ_x -0.845638 ＡＲ -7.83979 ×10^-8 ＢＲ 4.49774 ×10^-10 ＡＰ 0.222841 ＢＰ 0.223382 ３Ｒ_y 463.262 1.4870 70.40 Ｒ_x ∞ Ｙ -21.248 θ 47.76° Ｋ_y 10.958 Ｚ 17.229 Ｋ_x 0.000000 ＡＲ -3.20926 ×10^-10 ＢＲ -7.75816 ×10^-11 ＡＰ -11.4842 ＢＰ -1.18875 ４ 236.753 Ｙ -20.560 θ 80.17° Ｚ 33.297 ５Ｒ_y 60.993 Ｙ -16.708 θ 53.97° Ｒ_x 93.509 Ｚ 12.262 Ｋ_y -0.417798 Ｋ_x -0.124282 ＡＲ -1.82409 ×10^-9 ＢＲ -2.29964 ×10^-11 ＡＰ 5.70288 ＢＰ -1.42015 ６ 236.753 1.4870 70.40 Ｙ -20.560 θ 80.17° Ｚ 33.297 ７Ｒ_y 463.262 Ｙ -21.248 θ 47.76° Ｒ_x ∞ Ｚ 17.229 Ｋ_y 10.958 Ｋ_x 0.000000 ＡＲ -3.20926 ×10^-10 ＢＲ -7.75816 ×10^-11 ＡＰ -11.4842 ＢＰ -1.18875 ８（画像表示素子）Ｙ 8.904 θ 93.09° Ｚ 62.046 （１）Ｒ_y2 ／Ｒ_x2 ＝ 1.000 （２） α ＝ 42.24° 。

【００７４】実施例６面番号曲率半径間隔屈折率アッベ数（偏心量）（傾き角）１ ∞（瞳） 25.116 ２ 108.105 1.5779 60.23 Ｙ 2.027 θ -3.83° ３Ｒ_y1676.967 1.5779 60.23 Ｒ_x ∞ Ｙ 7.253 θ 48.56° Ｋ_y -1.135218 Ｚ 32.312 Ｋ_x 0.000000 ＡＲ -1.8564 ×10^-10 ＢＲ -2.95405 ×10^-13 ＡＰ -8.1079 ＢＰ -2.4482 ４ 49.089 1.6619 32.68 Ｙ -25.370 θ 76.20° Ｚ 38.548 ５Ｒ_y 97.125 1.6619 32.68 Ｒ_x 100.373 Ｙ -13.327 θ 56.84° Ｋ_y -0.514166 Ｚ 5.687 Ｋ_x -0.739895 ＡＲ 5.54015 ×10^-8 ＢＲ -5.22115 ×10^-12 ＡＰ 98.8859 ＢＰ 0.121884 ６ 49.089 1.5779 60.23 Ｙ -25.370 θ 76.20° Ｚ 38.548 ７Ｒ_y1676.967 Ｙ 7.253 θ 48.56° Ｒ_x ∞ Ｚ 32.312 Ｋ_y -1.135218 Ｋ_x 0.000000 ＡＲ -1.8564 ×10^-10 ＢＲ -2.95405 ×10^-13 ＡＰ -8.1079 ＢＰ -2.4482 ８（画像表示素子）Ｙ 5.841 θ 78.81° Ｚ 59.335 （１）Ｒ_y／Ｒ_x＝ 0.968 （２）α ＝ 41.44° 。

【００７５】実施例７面番号曲率半径間隔屈折率アッベ数（偏心量）（傾き角）１ ∞（瞳） 24.954 ２ 82.210 1.6524 33.40 Ｙ -1.588 θ -1.10° ３ 27.869 1.6200 60.30 Ｙ 6.895 θ -12.09° Ｚ 28.621 ４Ｒ_y-304.883 1.6200 60.30 Ｒ_x-199.708 Ｙ 20.855 θ 50.44° Ｋ_y -27.32181 Ｚ 25.995 Ｋ_x 0.000000 ＡＲ -2.38693 ×10^-8 ＢＲ -4.01613 ×10^-12 ＡＰ 0.331362 ＢＰ -0.774091 ５Ｒ_y 140.065 1.6200 60.30 Ｒ_x 117.775 Ｙ -6.911 θ 60.00° Ｋ_y -2.336694 Ｚ 18.219 Ｋ_x -7.921931 ＡＲ -2.36277 ×10^-8 ＢＲ -1.22629 ×10^-12 ＡＰ 0.136585 ＢＰ 1.26004 ６Ｒ_y-304.883 Ｙ 20.855 θ 50.44° Ｒ_x-199.708 Ｚ 25.995 Ｋ_y -27.32181 Ｋ_x 0.000000 ＡＲ -2.38693 ×10^-8 ＢＲ -4.01613 ×10^-12 ＡＰ 0.331362 ＢＰ -0.774091 ７（画像表示素子）Ｙ 2.249 θ 79.24° Ｚ 63.702 （１）Ｒ_y2 ／Ｒ_x2 ＝ 1.189 （２） α ＝ 39.56° 。

【００７６】実施例８面番号曲率半径間隔屈折率アッベ数（偏心量）（傾き角）１ ∞（瞳） 24.280 ２ 106.771 1.4870 70.40 Ｙ -5.860 θ -5.48° ３ -43.532 Ｙ 7.136 θ -1.02° Ｚ 31.861 ４ -49.540 1.6200 60.30 Ｙ 4.827 θ -3.99° Ｚ 33.709 ５Ｒ_y-344.333 1.6200 60.30 Ｒ_x-221.534 Ｙ 17.071 θ 47.61° Ｋ_y -29.506325 Ｚ 29.985 Ｋ_x 0.000000 ＡＲ -6.62719 ×10^-9 ＢＲ 8.7999 ×10^-12 ＡＰ 0.3146 ＢＰ -0.608616 ６Ｒ_y 134.853 1.6200 60.30 Ｒ_x 111.312 Ｙ -10.136 θ 60.00° Ｋ_y -2.228243 Ｚ 22.094 Ｋ_x -5.058892 ＡＲ 1.03782 ×10^-9 ＢＲ -5.43772 ×10^-13 ＡＰ -4.95485 ＢＰ 1.6409 ７Ｒ_y-344.333 Ｙ 17.071 θ 47.61° Ｒ_x-221.534 Ｚ 29.985 Ｋ_y -29.506325 Ｋ_x 0.000000 ＡＲ -6.62719 ×10^-9 ＢＲ 8.7999 ×10^-12 ＡＰ 0.3146 ＢＰ -0.608616 ８（画像表示素子）Ｙ 2.256 θ 77.94° Ｚ 64.333 （１）Ｒ_y2 ／Ｒ_x2 ＝ 1.211 （２） α ＝ 42.39° 。

【００７７】実施例９面番号曲率半径間隔屈折率アッベ数（偏心量）（傾き角）１ ∞（瞳） 23.327 ２ 104.277 1.6200 60.30 Ｙ 6.005 θ -4.77° ３ -977.974 1.7201 46.70 Ｙ 12.778 θ -3.00° Ｚ 26.314 ４Ｒ_y 731.548 1.7201 46.70 Ｒ_x ∞ Ｙ 2.779 θ 45.59° Ｋ_y 0.000000 Ｚ 38.174 Ｋ_x 0.000000 ＡＲ -1.00706 ×10^-8 ＢＲ -3.2973 ×10^-11 ＡＰ -1.9345 ＢＰ -1.41996 ５ 45.954 1.7550 27.60 Ｙ -24.307 θ 74.19° Ｚ 39.647 ６Ｒ_y 99.662 1.7550 27.60 Ｒ_x 114.270 Ｙ -10.489 θ 53.63° Ｋ_y -0.894536 Ｚ 8.547 Ｋ_x -0.71734 ＡＲ 6.52729 ×10^-8 ＢＲ -3.70088 ×10^-11 ＡＰ 0.224738 ＢＰ -0.957649 ７ 45.954 1.7201 46.70 Ｙ -24.307 θ 27.60° Ｚ 39.647 ８Ｒ_y 731.548 Ｙ 2.779 θ 45.59° Ｒ_x ∞ Ｚ 38.174 Ｋ_y 0.000000 Ｋ_x 0.000000 ＡＲ -1.00706 ×10^-8 ＢＲ -3.2973 ×10^-11 ＡＰ -1.9345 ＢＰ -1.41996 ９（画像表示素子）Ｙ 5.982 θ 70.67° Ｚ 60.426 （１）Ｒ_y2 ／Ｒ_x2 ＝ 0.872 （２） α ＝ 44.41° 。

【００７８】実施例１０面番号曲率半径間隔屈折率アッベ数（偏心量）（傾き角）１ ∞（瞳） 29.657 ２ 122.705 1.5422 65.21 Ｙ 11.498 θ -1.01° ３ 1482.183 1.5422 65.21 Ｙ 30.172 θ 50.00° Ｚ 12.368 ４ 118.749 1.5422 65.21 Ｙ -17.459 θ 69.49° Ｚ 17.231 ５ 1482.183 Ｙ 30.172 θ 50.00° Ｚ 12.368 ６ 1540.704 7.041 1.6200 36.30 Ｙ 19.919 θ 49.92° Ｚ 29.590 ７ 148.781 ８（画像表示素子）Ｙ 19.920 θ 83.32° Ｚ 66.180 （１）Ｒ_y2 ／Ｒ_x2 ＝ 1 （２） α ＝ 40.00° 。

【００７９】次に、上記実施例１の横収差図を図１１〜
図１３に、同様に実施例２〜１０の横収差図をそれぞれ
図１４〜図１６、図１７〜図１９、図２０〜図２２、図
２３〜図２５、図２６〜図２８、図２９〜図３１、図３
２〜図３４、図５６〜図３７、図３８〜図４０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
（水平画角，垂直画角）を表し、その画角における横収
差を示す。

【００８０】以上、本発明の光学装置を画像表示装置に
適用した場合の実施例に基づいて説明してきたが、本発
明はこれらの実施例に限定されず種々の変形が可能であ
る。本発明の光学装置を頭部装着式画像表示装置（ＨＭ
Ｄ）１３として構成するには、図４１（ａ）に断面図、
同図（ｂ）に斜視図を示すように、例えばヘッドバンド
１０を取り付けて観察者の頭部に装着して使用する。こ
の使用例の場合に、接眼光学系の第２面を半透過ミラー
（ハーフミラー）１２とし、このハーフミラー１２の前
方に液晶シヤッター１１を配備し、外界像を選択的に又
は画像表示素子６の映像と重畳して観察できるようにし
ている。

【００８１】さらに、本発明の画像表示装置の接眼光学
系を結像光学系として用いた場合、例えば、図４２に斜
視図を示すように、撮影光学系Ｏｂとファインダー光学
系Ｆｉが別体に併設されたコンパクトカメラＣａのファ
インダー光学系Ｆｉに用いることができる。このような
結像光学系として用いた場合の光学系の構成図を図４３
に示す。前側レンズ群ＧＦと、明るさ絞りＤとその後方
に配備された本発明による接眼光学系ＤＳとで対物光学
系Ｌｔを構成することができる。この対物光学系Ｌｔに
よって形成された像は、この対物光学系Ｌｔの観察者側
に設けられた４回反射のホロプリズムＰによって正立さ
れ、接眼レンズＯｃによって観察できる。

【００８２】以上の本発明の光学装置は、例えば次のよ
うに構成することができる。〔１〕画像を表示する画像表示素子と、前記画像表示
素子によって形成された画像を投影し、観察者眼球に導
く接眼光学系とからなる画像表示装置において、前記接
眼光学系は少なくとも３つの面を持ち、かつ、前記少な
くとも３つの面によって形成される空間は屈折率が１よ
り大きい媒質で満たされており、前記観察者眼球から前
記画像表示素子に向かって、順に、屈折面である第１
面、観察者視軸に対して偏心するかあるいは傾いて配置
された内部反射面でかつ屈折面である第２面、第２面に
対向し正のパワーを有する反射面である第３面で構成さ
れ、前記第２面の内部反射は全反射であることを特徴と
する画像表示装置。

【００８３】〔２〕前記接眼光学系の第１面は、前記
観察者視軸に対してティルトあるいはディセンタリング
していることを特徴とする上記〔１〕記載の画像表示装
置。

【００８４】〔３〕前記接眼光学系の第３面は、前記
観察者視軸に対してティルトあるいはディセンタリング
していることを特徴とする上記〔１〕又は〔２〕記載の
画像表示装置。

【００８５】〔４〕前記少なくとも３つの面の中、少
なくとも２面は有限の曲率半径を有する面であることを
特徴とする上記〔２〕又は〔３〕記載の画像表示装置。

【００８６】〔５〕前記第１面、前記第２面及び前記
第３面の何れか１面は、偏心非球面であることを特徴と
する上記〔２〕又は〔３〕記載の画像表示装置。

【００８７】〔６〕前記第１面、前記第２面及び前記
第３面の何れか１面は、アナモフィック面であることを
特徴とする上記〔２〕又は〔３〕記載の画像表示装置。

【００８８】〔７〕前記観察者視軸を含む上下方向の
面をＹ−Ｚ面、前記観察者視軸を含む左右方向の面をＸ
−Ｚ面と定義する場合、前記第１面、前記第２面及び前
記第３面の何れか１面のアナモフィック面のＹ−Ｚ面内
における曲率半径をＲ_y、Ｘ−Ｚ面内における曲率半径
をＲ_xとするとき、Ｒ_y／Ｒ_x≧１・・・（１）であることを特徴とする上記〔２〕又は〔３〕記載の画
像表示装置。

【００８９】〔８〕前記接眼光学系の第２面と視軸の
なす角をαとするとき、３０°＜α＜７０° ・・・（２）であることを特徴とする上記〔１〕から〔３〕の何れか
１項記載の画像表示装置。

【００９０】

〔９〕前記画像表示素子の表示面は、前
記観察者視軸に対して傾いて配備されていることを特徴
とする上記〔１〕から〔３〕の何れか１項記載の画像表
示装置。

【００９１】〔１０〕画像を表示する画像表示素子
と、前記画像表示素子によって形成された画像を投影
し、観察者眼球に導く接眼光学系とからなる画像表示装
置において、前記接眼光学系は少なくとも３つの面を持
ち、かつ、前記少なくとも３つの面によって形成される
空間は屈折率が１より大きい媒質で満たされており、前
記観察者眼球から前記画像表示素子に向かって、順に、
屈折面である第１面、観察者視軸に対して偏心するかあ
るいは傾いて配置された内部反射面でかつ屈折面である
第２面、第２面に対向し正のパワーを有する面である第
３面で構成され、前記第２面の内部反射は全反射である
偏心光学素子と、屈折又は反射作用を有する少なくとも
１つの光学面とを、前記画像表示素子から前記観察者眼
球に到る光路中に配設してなることを特徴とする画像表
示装置。

【００９２】〔１１〕前記少なくとも１つの光学面
は、前記第１面で発生する色収差量と略同等の逆の色収
差量を発生させる面で構成してなることを特徴とする上
記〔１０〕記載の画像表示装置。

【００９３】〔１２〕前記少なくとも１つの光学面
は、前記観察者眼球と前記偏心光学素子の間に配設され
ていることを特徴とする上記〔１０〕記載の画像表示装
置。

【００９４】〔１３〕前記少なくとも１つの光学面
は、前記偏心光学素子の第１面乃至第３面の間いに配設
されていることを特徴とする上記〔１０〕記載の画像表
示装置。

【００９５】〔１４〕前記少なくとも１つの光学面
は、前記偏心光学素子と前記画像表示素子との間に配設
されていることを特徴とする上記〔１０〕記載の画像表
示装置。

【００９６】〔１５〕前記少なくとも１つの光学面
は、前記観察者視軸に対して偏心していることを特徴と
する上記〔１０〕記載の画像表示装置。

【００９７】〔１６〕前記少なくとも１つの光学面
は、接合面であることを特徴とする上記〔１０〕から
〔１４〕の何れか１項記載の画像表示装置。

【００９８】〔１７〕前記画像表示素子と前記接眼光
学系を観察者頭部に対して位置決めする位置決め手段を
有することを特徴とする上記〔１〕から〔１６〕の何れ
か１項記載の画像表示装置。

【００９９】〔１８〕前記画像表示素子と前記接眼光
学系を前記観察者頭部に対して支持する支持手段を有
し、前記観察者頭部に装着できることを特徴とする上記
〔１〕から〔１７〕の何れか１項記載の画像表示装置。

【０１００】〔１９〕前記画像表示装置の少なくとも
２組を一定の間隔で支持する支持手段を有することを特
徴とする上記〔１〕から〔１８〕の何れか１項記載の画
像表示装置。

【０１０１】〔２０〕前記画像表示装置における接眼
光学系を結像光学系として用いることを特徴とする上記
〔１〕から〔１６〕の何れか１項記載の画像表示装置。

【０１０２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の画像表示装置によると、広い観察画角で、非常に小型
軽量な画像表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像表示装置の実施例１の光路図であ
る。

【図２】本発明の画像表示装置の実施例２の光路図であ
る。

【図３】本発明の画像表示装置の実施例３の光路図であ
る。

【図４】本発明の画像表示装置の実施例４の光路図であ
る。

【図５】本発明の画像表示装置の実施例５の光路図であ
る。

【図６】本発明の画像表示装置の実施例６の光路図であ
る。

【図７】本発明の画像表示装置の実施例７の光路図であ
る。

【図８】本発明の画像表示装置の実施例８の光路図であ
る。

【図９】本発明の画像表示装置の実施例９の光路図であ
る。

【図１０】本発明の画像表示装置の実施例１０の光路図
である。

【図１１】本発明の実施例１の横収差図の一部である。

【図１２】本発明の実施例１の横収差図の残りの一部で
ある。

【図１３】本発明の実施例１の横収差図の残りの部分で
ある。

【図１４】本発明の実施例２の横収差図の一部である。

【図１５】本発明の実施例２の横収差図の残りの一部で
ある。

【図１６】本発明の実施例２の横収差図の残りの部分で
ある。

【図１７】本発明の実施例３の横収差図の一部である。

【図１８】本発明の実施例３の横収差図の残りの一部で
ある。

【図１９】本発明の実施例３の横収差図の残りの部分で
ある。

【図２０】本発明の実施例４の横収差図の一部である。

【図２１】本発明の実施例４の横収差図の残りの一部で
ある。

【図２２】本発明の実施例４の横収差図の残りの部分で
ある。

【図２３】本発明の実施例５の横収差図の一部である。

【図２４】本発明の実施例５の横収差図の残りの一部で
ある。

【図２５】本発明の実施例５の横収差図の残りの部分で
ある。

【図２６】本発明の実施例６の横収差図の一部である。

【図２７】本発明の実施例６の横収差図の残りの一部で
ある。

【図２８】本発明の実施例６の横収差図の残りの部分で
ある。

【図２９】本発明の実施例７の横収差図の一部である。

【図３０】本発明の実施例７の横収差図の残りの一部で
ある。

【図３１】本発明の実施例７の横収差図の残りの部分で
ある。

【図３２】本発明の実施例８の横収差図の一部である。

【図３３】本発明の実施例８の横収差図の残りの一部で
ある。

【図３４】本発明の実施例８の横収差図の残りの部分で
ある。

【図３５】本発明の実施例９の横収差図の一部である。

【図３６】本発明の実施例９の横収差図の残りの一部で
ある。

【図３７】本発明の実施例９の横収差図の残りの部分で
ある。

【図３８】本発明の実施例１０の横収差図の一部であ
る。

【図３９】本発明の実施例１０の横収差図の残りの一部
である。

【図４０】本発明の実施例１０の横収差図の残りの部分
である。

【図４１】本発明による頭部装着式画像表示装置の断面
図と斜視図である。

【図４２】本発明による光学装置を結像光学系として利
用した場合の構成図である。

【図４３】本発明による光学装置を結像光学系として利
用した場合の光学系の構成図である。

【図４４】従来の１つの画像表示装置の光学系を示す図
である。

【図４５】従来の別の画像表示装置の光学系を示す図で
ある。

【図４６】従来のさらに別の画像表示装置の光学系を示
す図である。

【図４７】従来のもう１つの画像表示装置の光学系を示
す図である。

【図４８】従来のさらにもう１つ画像表示装置の光学系
を示す図である。

【符号の説明】

１…観察者瞳位置２…観察者視軸３…接眼光学系の第１面４…接眼光学系の第２面５…接眼光学系の第３面６…画像表示素子７…接眼光学系８…偏心光学素子９、９’…光学面１０…ヘッドバンド１１…液晶シヤッター１２…半透過ミラー（ハーフミラー）１３…頭部装着式画像表示装置（ＨＭＤ）Ｏｂ…撮影光学系Ｆｉ…ファインダー光学系Ｃａ…コンパクトカメラＧＦ…前側レンズ群Ｄ …明るさ絞りＤＳ…接眼光学系（本発明）Ｌｔ…対物光学系Ｐ …ホロプリズムＯｃ…接眼レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像を表示する画像表示素子と、前記画
像表示素子によって形成された画像を投影し、観察者眼
球に導く接眼光学系とからなる画像表示装置において、前記接眼光学系は少なくとも３つの面を持ち、かつ、前
記少なくとも３つの面によって形成される空間は屈折率
が１より大きい媒質で満たされており、前記観察者眼球
から前記画像表示素子に向かって、順に、屈折面である
第１面、観察者視軸に対して偏心するかあるいは傾いて
配置された内部反射面でかつ屈折面である第２面、第２
面に対向し正のパワーを有する反射面である第３面で構
成され、前記第２面の内部反射は全反射であることを特
徴とする画像表示装置。
【請求項２】前記接眼光学系の第１面は、前記観察者
視軸に対してティルトあるいはディセンタリングしてい
ることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】画像を表示する画像表示素子と、前記画
像表示素子によって形成された画像を投影し、観察者眼
球に導く接眼光学系とからなる画像表示装置において、前記接眼光学系は少なくとも３つの面を持ち、かつ、前
記少なくとも３つの面によって形成される空間は屈折率
が１より大きい媒質で満たされており、前記観察者眼球
から前記画像表示素子に向かって、順に、屈折面である
第１面、観察者視軸に対して偏心するかあるいは傾いて
配置された内部反射面でかつ屈折面である第２面、第２
面に対向し正のパワーを有する面である第３面で構成さ
れ、前記第２面の内部反射は全反射である偏心光学素子
と、屈折又は反射作用を有する少なくとも１つの光学面
とを、前記画像表示素子から前記観察者眼球に到る光路
中に配設してなることを特徴とする画像表示装置。