JPH0965246A - Image display device - Google Patents
Image display deviceInfo
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- JPH0965246A JPH0965246A JP21190895A JP21190895A JPH0965246A JP H0965246 A JPH0965246 A JP H0965246A JP 21190895 A JP21190895 A JP 21190895A JP 21190895 A JP21190895 A JP 21190895A JP H0965246 A JPH0965246 A JP H0965246A
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- Japan
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- image display
- observer
- display device
- pupil
- optical system
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Abstract
Description
【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式画像表示装置に関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an image display device, and more particularly to a head or face-mounted image display device capable of being held on the head or face of an observer.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、バーチャルリアリティー用、ある
いは、個人的に大画面の映像を楽しむことを目的とし
て、ヘルメット型、ゴーグル型の頭部又は顔面装着式画
像表示装置が開発されている。2. Description of the Related Art In recent years, helmet-type or goggle-type head- or face-mounted image display devices have been developed for virtual reality or for the purpose of personally enjoying a large-screen image.
【0003】例えば、特開平6−308424号に示さ
れているように、リレー光学系を用いずに中間像を光路
中で結像することなく、画像表示素子の画像を観察者眼
球に導くことが頭部装着式画像表示装置においては重要
な技術となる。しかしながら、特開平6−308424
号の場合は、ハーフミラーを介して光路を形成している
ため、光量のロスが発生してしまい、明るい表示を行う
ことが容易ではない。For example, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 6-308424, an image of an image display element is guided to an observer's eye without forming an intermediate image in an optical path without using a relay optical system. Is an important technology in a head-mounted image display device. However, JP-A-6-308424
In the case of No., since the optical path is formed via the half mirror, a loss of light amount occurs, and it is not easy to perform bright display.
【0004】また、ハーフミラーを介さないで明るい画
像を表示できる頭部装着式画像表示装置の1つとして、
欧州特許第0583116A2号のものがあるが、この
場合は、リレー光学系を用いているため、装置が大型化
する欠点がある。Further, as one of head-mounted image display devices capable of displaying a bright image without passing through a half mirror,
There is one of EP 0583116A2, but in this case, there is a drawback that the device becomes large because a relay optical system is used.
【0005】このような状況において、本出願人は、画
像表示素子の表示画像を途中で中間像を結像することな
く観測者の眼球に導くためのサイズがコンパクトで広画
角で画面全体にクリアな表示が可能な接眼光学系を3面
又は4面の光学面からなる偏心プリズム単体で構成し、
その3面又は4面の少なくとも1面をパワーを有する面
とするものをいくつか提案している。以下に、これらに
ついて簡単に説明する。In such a situation, the applicant of the present invention has a compact size for guiding the display image of the image display device to the observer's eye without forming an intermediate image on the way, and has a wide angle of view to cover the entire screen. The eyepiece optical system capable of clear display is composed of a single decentered prism composed of three or four optical surfaces,
Several proposals have been made in which at least one of the three or four surfaces is a surface having power. Hereinafter, these will be briefly described.
【0006】図33に特願平6−256676号による
接眼光学系10の断面図を示す。この接眼光学系10
は、4つの光学面1〜4からなり、その間が屈折率が1
より大きい媒質で満たされた偏心プリズム体であり、画
像表示素子9に対向して配置された透過面の第1面1を
経て接眼光学系10に入射した画像表示素子9からの表
示光は、偏心配置の反射面の第4面4に入射し、そこで
反射された光は、観察者視軸8上に観察者の瞳7と対向
して偏心配置された反射面の第2面2に入射して反射さ
れ、その反射光は、第4面4への入射光と交差してか
ら、観察者視軸8上に第2面2と観察者の瞳7との間に
配置された透過面の第3面3を経て接眼光学系10から
射出し、観察者視軸8に沿って進み、観察者の瞳7に中
間像が結像されることなく入射し、観察者の網膜上に結
像する。FIG. 33 shows a sectional view of an eyepiece optical system 10 according to Japanese Patent Application No. 6-256676. This eyepiece optical system 10
Consists of four optical surfaces 1-4, with a refractive index of 1 between them.
Display light from the image display element 9 which is an eccentric prism body filled with a larger medium and is incident on the eyepiece optical system 10 through the first surface 1 of the transmissive surface arranged facing the image display element 9, The light that is incident on the fourth surface 4 of the decentered reflecting surface and reflected there is incident on the second surface 2 of the reflecting surface that is decentered so as to face the pupil 7 of the observer on the observer's visual axis 8. The reflected light crosses the incident light on the fourth surface 4, and then is a transmissive surface disposed between the second surface 2 and the observer's pupil 7 on the observer's visual axis 8. Exits from the eyepiece optical system 10 through the third surface 3 and advances along the observer's visual axis 8, enters the observer's pupil 7 without forming an intermediate image, and forms on the observer's retina. Image.
【0007】図34に特願平6−290892号による
接眼光学系10の断面図を示す。この接眼光学系10
は、3つの光学面1〜3からなり、その間が屈折率が1
より大きい媒質で満たされた偏心プリズム体であり、画
像表示素子9に対向して配置された透過面の第1面1を
経て接眼光学系10に入射した画像表示素子9からの表
示光は、偏心配置の反射面の第2面2に入射し、そこで
反射された光は、観察者視軸8上に第2面2と観察者の
瞳7との間に配置された透過面の第3面3を経て接眼光
学系10から射出し、観察者視軸8に沿って進み、観察
者の瞳7に中間像が結像されることなく入射し、観察者
の網膜上に結像する。FIG. 34 shows a sectional view of an eyepiece optical system 10 according to Japanese Patent Application No. 6-290892. This eyepiece optical system 10
Is composed of three optical surfaces 1 to 3, with a refractive index of 1 between them.
Display light from the image display element 9 which is an eccentric prism body filled with a larger medium and is incident on the eyepiece optical system 10 through the first surface 1 of the transmissive surface arranged facing the image display element 9, The light incident on the second surface 2 of the decentered reflecting surface and reflected there is reflected by the third surface of the transmitting surface arranged between the second surface 2 and the pupil 7 of the observer on the observer's visual axis 8. The light exits from the eyepiece optical system 10 through the surface 3, travels along the observer's visual axis 8, enters the observer's pupil 7 without forming an intermediate image, and forms an image on the observer's retina.
【0008】図35に特願平7−127896号による
接眼光学系10の断面図を示す。この接眼光学系10
は、4つの光学面1〜4からなり、その間が屈折率が1
より大きい媒質で満たされた偏心プリズム体であり、画
像表示素子9に対向して配置された透過面の第1面1を
経て接眼光学系10に入射した画像表示素子9からの表
示光は、偏心配置の反射面の第4面4に入射し、そこで
反射された光は、観察者視軸8上に観察者の瞳7と対向
して偏心配置された反射面の第2面2に入射して反射さ
れ、その反射光は、観察者視軸8上に第2面2と観察者
の瞳7との間に配置された透過面の第3面3を経て接眼
光学系10から射出し、観察者視軸8に沿って進み、観
察者の瞳7に中間像が結像されることなく入射し、観察
者の網膜上に結像する。FIG. 35 shows a sectional view of an eyepiece optical system 10 according to Japanese Patent Application No. 7-127896. This eyepiece optical system 10
Consists of four optical surfaces 1-4, with a refractive index of 1 between them.
Display light from the image display element 9 which is an eccentric prism body filled with a larger medium and is incident on the eyepiece optical system 10 through the first surface 1 of the transmissive surface arranged facing the image display element 9, The light that is incident on the fourth surface 4 of the decentered reflecting surface and reflected there is incident on the second surface 2 of the reflecting surface that is decentered so as to face the pupil 7 of the observer on the observer's visual axis 8. The reflected light is emitted from the eyepiece optical system 10 through the third surface 3 which is a transmission surface disposed between the second surface 2 and the observer's pupil 7 on the observer's visual axis 8. , Advances along the observer's visual axis 8, enters the observer's pupil 7 without forming an intermediate image, and forms an image on the observer's retina.
【0009】図36に特願平7−120034号による
接眼光学系10の断面図を示す。この接眼光学系10
は、3つの光学面1〜3からなり、その間が屈折率が1
より大きい媒質で満たされた偏心プリズム体であり、画
像表示素子9に対向して配置された透過面の第1面1を
経て接眼光学系10に入射した画像表示素子9からの表
示光は、観察者視軸8上に第2面2と観察者の瞳7との
間に配置された第3面3が兼ねる反射面の第4面4に入
射し、そこで反射された光は、観察者視軸8上に観察者
の瞳7と対向して偏心配置された反射面の第2面2に入
射して反射され、その反射光は、観察者視軸8上に第2
面2と観察者の瞳7との間に配置された透過面の第3面
3を経て接眼光学系10から射出し、観察者視軸8に沿
って進み、観察者の瞳7に中間像が結像されることなく
入射し、観察者の網膜上に結像する。FIG. 36 shows a sectional view of an eyepiece optical system 10 according to Japanese Patent Application No. 7-120034. This eyepiece optical system 10
Is composed of three optical surfaces 1 to 3, with a refractive index of 1 between them.
Display light from the image display element 9 which is an eccentric prism body filled with a larger medium and is incident on the eyepiece optical system 10 through the first surface 1 of the transmissive surface arranged facing the image display element 9, The light incident on the fourth surface 4 of the reflecting surface which doubles as the third surface 3 arranged between the second surface 2 and the observer's pupil 7 on the observer's visual axis 8 and is reflected there is observed by the observer. The reflected light is incident on the second surface 2 of the reflecting surface, which is eccentrically arranged so as to face the pupil 7 of the observer on the visual axis 8, and is reflected.
The light is emitted from the eyepiece optical system 10 through the third surface 3 which is a transmission surface arranged between the surface 2 and the observer's pupil 7, and travels along the observer's visual axis 8 to form an intermediate image on the observer's pupil 7. Incident on the observer's retina without being imaged.
【0010】図37〜図39に特願平7−158897
号による接眼光学系10の断面図を示す。この中、図3
7の接眼光学系10は、4つの光学面1〜3、5からな
り、その間が屈折率が1より大きい媒質で満たされた偏
心プリズム体であり、画像表示素子9に対向して配置さ
れた透過面の第1面1を経て接眼光学系10に入射した
画像表示素子9からの表示光は、反射面の第5面5に入
射して反射され、その反射光は、第1面1が兼ねる反射
面の第4面に入射し、そこで反射された光は、観察者視
軸8上に観察者の瞳7と対向して偏心配置された反射面
の第2面2に入射して反射され、その反射光は、観察者
視軸8上に第2面2と観察者の瞳7との間に配置された
透過面の第3面3を経て接眼光学系10から射出し、観
察者視軸8に沿って進み、観察者の瞳7に中間像が結像
されることなく入射し、観察者の網膜上に結像する。37 to 39, Japanese Patent Application No. 7-158897.
2 is a cross-sectional view of the eyepiece optical system 10 according to No. Among these, Figure 3
The eyepiece optical system 10 of No. 7 is a decentered prism body which is composed of four optical surfaces 1 to 5 and is filled with a medium having a refractive index larger than 1, and is arranged facing the image display element 9. Display light from the image display element 9 that has entered the eyepiece optical system 10 via the first surface 1 of the transmission surface is incident on and reflected by the fifth surface 5 of the reflection surface, and the reflected light is The light incident on the fourth surface of the reflecting surface which also serves as the reflecting surface is incident on and reflected by the second surface 2 of the reflecting surface which is eccentrically arranged on the observer's visual axis 8 so as to face the pupil 7 of the observer. The reflected light is emitted from the eyepiece optical system 10 through the third surface 3 which is the transmission surface arranged between the second surface 2 and the observer's pupil 7 on the observer's visual axis 8 and The light travels along the visual axis 8, enters the observer's pupil 7 without forming an intermediate image, and forms an image on the observer's retina.
【0011】図38の接眼光学系10は、4つの光学面
1〜4からなり、その間が屈折率が1より大きい媒質で
満たされた偏心プリズム体であり、画像表示素子9に対
向して配置された透過面の第1面1を経て接眼光学系1
0に入射した画像表示素子9からの表示光は、観察者視
軸8上に観察者の瞳7と対向して偏心配置された反射面
の第2面2が兼ねる反射面の第5面5に入射して反射さ
れ、その反射光は、反射面の第4面に入射し、そこで反
射された光は、観察者視軸8上に観察者の瞳7と対向し
て偏心配置された反射面の第2面2に入射して反射さ
れ、その反射光は、観察者視軸8上に第2面2と観察者
の瞳7との間に配置された透過面の第3面3を経て接眼
光学系10から射出し、観察者視軸8に沿って進み、観
察者の瞳7に中間像が結像されることなく入射し、観察
者の網膜上に結像する。The eyepiece optical system 10 of FIG. 38 is a decentered prism body composed of four optical surfaces 1 to 4, and a space between them is filled with a medium having a refractive index larger than 1, and is arranged so as to face the image display element 9. Eyepiece optical system 1 through the first surface 1 of the formed transparent surface
The display light from the image display element 9 incident on 0 is the fifth surface 5 of the reflecting surface which is also eccentrically arranged facing the pupil 7 of the observer on the observer's visual axis 8 and which also serves as the second surface 2 of the reflecting surface. The reflected light is incident on the fourth surface of the reflecting surface, and the light reflected there is reflected eccentrically on the observer's visual axis 8 so as to face the pupil 7 of the observer. The reflected light is incident on the second surface 2 of the surfaces and reflected by the third surface 3 of the transmission surface disposed between the second surface 2 and the observer's pupil 7 on the observer's visual axis 8. After that, the light exits from the eyepiece optical system 10, advances along the observer's visual axis 8, enters the observer's pupil 7 without forming an intermediate image, and forms an image on the observer's retina.
【0012】図39の接眼光学系10は、4つの光学面
2〜5からなり、その間が屈折率が1より大きい媒質で
満たされた偏心プリズム体であり、観察者視軸8上に観
察者の瞳7と対向して偏心配置された反射面の第2面2
が兼ね、画像表示素子9に対向して配置された透過面の
第1面1を経て接眼光学系10に入射した画像表示素子
9からの表示光は、反射面の第5面5に入射して反射さ
れ、その反射光は、第2面2が兼ねる反射面の第6面6
に入射して反射され、その反射光は、反射面の第4面に
入射し、そこで反射された光は、観察者視軸8上に観察
者の瞳7と対向して偏心配置された反射面の第2面2に
入射して反射され、その反射光は、観察者視軸8上に第
2面2と観察者の瞳7との間に配置された透過面の第3
面3を経て接眼光学系10から射出し、観察者視軸8に
沿って進み、観察者の瞳7に中間像が結像されることな
く入射し、観察者の網膜上に結像する。The eyepiece optical system 10 shown in FIG. 39 is a decentered prism body composed of four optical surfaces 2 to 5, and a space between them is filled with a medium having a refractive index larger than 1. Second surface 2 of the reflecting surface eccentrically arranged facing the pupil 7 of
Also, the display light from the image display element 9 that has entered the eyepiece optical system 10 through the first surface 1 that is the transmission surface that is arranged so as to face the image display element 9 is incident on the fifth surface 5 that is the reflection surface. And the reflected light is reflected by the sixth surface 6 of the reflecting surface which the second surface 2 also serves.
The reflected light is incident on the fourth surface of the reflecting surface, and the light reflected there is reflected eccentrically on the observer's visual axis 8 so as to face the pupil 7 of the observer. The reflected light is incident on the second surface 2 of the surfaces, and the reflected light is reflected by the third surface of the transmission surface disposed between the second surface 2 and the observer's pupil 7 on the observer's visual axis 8.
The light exits from the eyepiece optical system 10 through the surface 3, travels along the observer's visual axis 8, enters the observer's pupil 7 without forming an intermediate image, and forms an image on the observer's retina.
【0013】図40に特願平7−178657号による
接眼光学系10の断面図を示す。この接眼光学系10
は、3つの光学面2〜4からなり、その間が屈折率が1
より大きい媒質で満たされた偏心プリズム体であり、観
察者視軸8上に観察者の瞳7と対向して偏心配置された
反射面の第2面2が兼ね、画像表示素子9に対向して配
置された透過面の第1面1を経て接眼光学系10に入射
した画像表示素子9からの表示光は、観察者視軸8上に
第2面2と観察者の瞳7との間に配置された第3面3が
兼ねる反射面の第5面5に入射し、そこで反射された光
は、反射面の第4面4に入射して反射され、その反射光
は、観察者視軸8上に観察者の瞳7と対向して偏心配置
された反射面の第2面2に入射して反射され、その反射
光は、第5面5で反射された光と交差してから、観察者
視軸8上に第2面2と観察者の瞳7との間に配置された
透過面の第3面3を経て接眼光学系10から射出し、観
察者視軸8に沿って進み、観察者の瞳7に中間像が結像
されることなく入射し、観察者の網膜上に結像する。FIG. 40 shows a sectional view of an eyepiece optical system 10 according to Japanese Patent Application No. 7-178657. This eyepiece optical system 10
Consists of three optical surfaces 2 to 4, with a refractive index of 1 between them.
It is a decentered prism body filled with a larger medium, and also serves as the second surface 2 of the reflecting surface, which is eccentrically arranged on the observer's visual axis 8 so as to face the pupil 7 of the observer and faces the image display element 9. The display light from the image display element 9 that has entered the eyepiece optical system 10 through the first surface 1 of the transparent surfaces arranged as shown in FIG. 1 is between the second surface 2 and the pupil 7 of the observer on the observer's visual axis 8. The light incident on the fifth surface 5 of the reflecting surface which doubles as the third surface 3 arranged in the, the light reflected there enters the fourth surface 4 of the reflecting surface and is reflected, and the reflected light is observed by the observer. The light is incident on the second surface 2 of the reflecting surface, which is eccentrically arranged so as to face the pupil 7 of the observer on the axis 8, and is reflected, and the reflected light intersects with the light reflected by the fifth surface 5. , Exits from the eyepiece optical system 10 through the third surface 3 which is the transmission surface arranged between the second surface 2 and the observer's pupil 7 on the observer's visual axis 8, and along the observer's visual axis 8. Advances, the intermediate image on the pupil 7 of the observer enters without being imaged, is imaged on the retina of the observer.
【0014】図41に特願平7−211594号による
接眼光学系10の断面図を示す。この接眼光学系10
は、3つの光学面2〜4からなり、その間が屈折率が1
より大きい媒質で満たされた偏心プリズム体であり、観
察者視軸8上に観察者の瞳7と対向して偏心配置された
反射面の第2面2が兼ね、画像表示素子9に対向して配
置された透過面の第1面1を経て接眼光学系10に入射
した画像表示素子9からの表示光は、反射面の第4面4
に入射して反射され、そこで反射された光は、観察者視
軸8上に観察者の瞳7と対向して偏心配置された反射面
の第2面2に入射して反射され、その反射光は、観察者
視軸8上に第2面2と観察者の瞳7との間に配置された
透過面の第3面3を経て接眼光学系10から射出し、観
察者視軸8に沿って進み、観察者の瞳7に中間像が結像
されることなく入射し、観察者の網膜上に結像する。FIG. 41 shows a sectional view of an eyepiece optical system 10 according to Japanese Patent Application No. 7-212594. This eyepiece optical system 10
Consists of three optical surfaces 2 to 4, with a refractive index of 1 between them.
It is a decentered prism body filled with a larger medium, and also serves as the second surface 2 of the reflecting surface, which is eccentrically arranged on the observer's visual axis 8 so as to face the pupil 7 of the observer and faces the image display element 9. The display light from the image display element 9 that has entered the eyepiece optical system 10 via the first surface 1 of the transmission surface arranged as a unit is the fourth surface 4 of the reflection surface.
Is reflected by the second surface 2 of the reflecting surface which is eccentrically arranged on the observer's visual axis 8 so as to face the pupil 7 of the observer. The light exits from the eyepiece optical system 10 through the third surface 3 which is the transmission surface arranged between the second surface 2 and the observer's pupil 7 on the observer's visual axis 8 and is incident on the observer's visual axis 8. Along with this, an intermediate image is incident on the observer's pupil 7 without being imaged, and is imaged on the observer's retina.
【0015】なお、以上の第1面〜第6面は、平面、球
面、非球面、アナモフィック面、アナモフィック非球面
で構成され、少なくとも1つの面は正のパワーを有す
る。また、透過面と反射面を兼ねている面、例えば、図
36の第3面と第4面を構成する面での反射は、全反射
によるか、透過領域と反射領域が分離している場合は裏
面鏡による。The first to sixth surfaces described above are flat surfaces, spherical surfaces, aspherical surfaces, anamorphic surfaces and anamorphic aspherical surfaces, and at least one surface has a positive power. In addition, when the reflection on the surface which also serves as the transmission surface and the reflection surface, for example, the surface which constitutes the third surface and the fourth surface in FIG. 36 is caused by total reflection, or when the transmission area and the reflection area are separated from each other. Is from the back mirror.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、画像
表示素子の高密度化が進み、接眼光学系の収差発生量、
特に色収差が無視できない程画像表示素子の画素密度が
上がってきた。ところが、本出願人の提案に係る図33
〜図41のような、3面又は4面の光学面からなる偏心
プリズム単体で構成され、その間が屈折率が1より大き
い媒質で満たされた接眼光学系10を用いた画像表示装
置においては、その接眼光学系10への入射面である第
1面1とそれからの射出面である第3面3が屈折面であ
るため(第1面1と第3面3のみが屈折面)、他の収差
は偏心した反射面の第2面等で補正したとしても、色収
差に関しては完全に補正しきれずに残ってしまう。By the way, in recent years, the density of image display devices has been increasing, and the amount of aberration generated in the eyepiece optical system
In particular, the pixel density of the image display device has increased so that chromatic aberration cannot be ignored. However, FIG. 33 according to the applicant's proposal
In an image display device using an eyepiece optical system 10 as shown in FIG. 41, which is composed of a single decentered prism composed of three or four optical surfaces, and a space between them is filled with a medium having a refractive index larger than 1, Since the first surface 1 which is an entrance surface to the eyepiece optical system 10 and the third surface 3 which is an exit surface from the first surface 1 are refracting surfaces (only the first surface 1 and the third surface 3 are refracting surfaces), Even if the aberration is corrected by the decentered reflecting second surface or the like, the chromatic aberration cannot be completely corrected and remains.
【0017】本発明は以上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、上記の本出願人の提案に
係るような、3面又は4面の光学面で構成され、その間
が屈折率が1より大きい媒質で満たされた偏心プリズム
単体からなる接眼光学系を用いた画像表示装置におい
て、残存収差、特に色収差を補正してサイズがコンパク
トで広画角で画面全体に明瞭な画像を表示可能にするこ
とである。The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to be composed of three or four optical surfaces as proposed by the applicant of the present invention. In an image display device using an eyepiece optical system consisting of a single decentered prism filled with a medium having a refractive index larger than 1, residual size, especially chromatic aberration, is corrected to achieve a compact size and a wide angle of view, which is clear over the entire screen. To display an image.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の画像表示装置は、画像を表示する画像表示素子と前
記画像表示素子に表示された画像を中間実像を結像する
ことなく観察者の眼球に導く接眼光学系と、前記画像表
示素子及び接眼光学系を観察者の頭部又は顔面に保持す
る保持手段とを有する画像表示装置において、前記接眼
光学系が、画像表示素子に対向して配置された第1面
と、観察者視軸上に観察者瞳と対向して傾けて配置され
た第2面と、観察者視軸上に第2面と観察者瞳との間に
配置された第3面とを有する光学部材を備えており、前
記第2面が反射面であり、前記画像表示素子から射出し
た光線が前記第1面を透過して前記光学部材の内部に入
射し、前記第2面で反射されて前記第3面を透過して観
察者の眼球に導かれ、かつ、前記画像表示素子から観察
者の瞳の間の何れかの位置に補正光学素子が配置され、
前記光学部材の透過面で発生する収差と前記補正光学素
子で発生する収差の符号が逆になっていることを特徴と
するものである。An image display device of the present invention that achieves the above object is an image display device for displaying an image and an image displayed on the image display device without forming an intermediate real image. In the image display device having an eyepiece optical system that guides the eyeball, and a holding unit that holds the image display element and the eyepiece optical system on the head or face of the observer, the eyepiece optical system faces the image display element. Disposed on the observer's visual axis so as to be opposed to the observer's pupil, and on the observer's visual axis between the second surface and the observer's pupil. A second surface is a reflecting surface, and a light beam emitted from the image display element passes through the first surface and enters the inside of the optical member. Is reflected by the second surface, transmitted through the third surface, and guided to the observer's eyeball. And correcting optical element is arranged in any position between the pupil of the observer from the image display device,
It is characterized in that the aberrations generated on the transmitting surface of the optical member and the correction optical element have opposite signs.
【0019】この場合、光学部材の第1面、第2面、第
3面に囲まれた領域が、屈折率が1を越える透明媒質に
よって満たされていることが望ましい。In this case, it is desirable that the region surrounded by the first surface, the second surface, and the third surface of the optical member is filled with a transparent medium having a refractive index of more than 1.
【0020】また、画像表示素子から射出した光線が第
1面を透過して光学部材に入射した光が第2面で反射す
る前に反射するように配置された第4面を備えているこ
とが望ましい。その場合、第4面と第3面を同一の面で
構成することができる。Further, it is provided with a fourth surface arranged so that the light beam emitted from the image display element passes through the first surface and the light incident on the optical member is reflected before being reflected by the second surface. Is desirable. In that case, the fourth surface and the third surface can be formed by the same surface.
【0021】また、補正光学素子は、回折光学素子ある
いは屈折率分布型レンズで構成するのが望ましい。Further, it is desirable that the correction optical element is composed of a diffractive optical element or a gradient index lens.
【0022】以下に、本発明において上記構成をとる理
由と作用について説明する。本発明においては、3面又
は4面の光学面で構成され、その間が屈折率が1より大
きい媒質で満たされた偏心プリズム単体に残留する色収
差、像面湾曲等をフレネルゾーンプレートに代表される
回折光学素子(以下、DOE)、又は、屈折率分布型レ
ンズを用いて補正するものである。以下、DOEと屈折
率分布型レンズの補正能力について説明する。Hereinafter, the reason and operation of the above configuration in the present invention will be described. In the present invention, the Fresnel zone plate is representative of chromatic aberration, field curvature, etc. remaining in a single decentered prism which is composed of three or four optical surfaces and is filled with a medium having a refractive index larger than 1 between them. The correction is performed using a diffractive optical element (hereinafter, DOE) or a gradient index lens. Hereinafter, the correction capabilities of the DOE and the gradient index lens will be described.
【0023】ゾーンプレートに代表されるDOEは、ア
ッベ数νd =−3.45という大きな逆分散特性を持
ち、色収差補正能力が大きい。したがって、前記したよ
うに、画像表示素子の高密度化に伴う偏心プリズム単体
の残存色収差を効果的に補正することができる。The DOE represented by the zone plate has a large inverse dispersion characteristic of Abbe number ν d = −3.45 and has a large ability of correcting chromatic aberration. Therefore, as described above, it is possible to effectively correct the residual chromatic aberration of the decentering prism alone due to the high density of the image display element.
【0024】さらに、非球面作用を持つDOEの製法は
球面作用を持つDOEの製法と同じであるので、DOE
に積極的に非球面作用を持たすことができ、広画角化に
伴う軸外収差の増加を効果的に補正することができる。
この場合、光軸から離れるに従い近軸的な球面系のパワ
ーより弱いパワーとなるような非球面作用(ピッチ分
布)をDOEに持たせると、収差補正能力が大きくな
る。また、このようなピッチ配列は、DOEの有効径周
辺のピッチを大きくするので、その製作性も向上する。
また、屈折系レンズと異なり、DOEは、基板の表面に
回折面を加工するだけなので、実質上、体積・重量の増
加は伴わず、頭部装着式画像表示装置の光学系としては
好ましい。Further, since the manufacturing method of the DOE having the aspherical surface effect is the same as the manufacturing method of the DOE having the spherical surface effect, the DOE
It is possible to positively have an aspherical surface action, and it is possible to effectively correct an increase in off-axis aberration that accompanies a wide angle of view.
In this case, if the DOE has an aspherical action (pitch distribution) such that the power becomes weaker than the power of the paraxial spherical system as the distance from the optical axis increases, the aberration correction capability increases. Further, since such a pitch arrangement increases the pitch around the effective diameter of the DOE, its manufacturability is also improved.
Further, unlike the refracting lens, the DOE only processes a diffractive surface on the surface of the substrate, and therefore, the DOE is not substantially accompanied by an increase in volume and weight, and is preferable as an optical system of a head-mounted image display device.
【0025】また、本発明においては、屈折率分布型レ
ンズがペッツバール和と色収差の補正作用を有している
ことに着目して、前記の偏心プリズム単体に組み合わせ
て、偏心プリズム単体に残留する色収差、像面湾曲等を
補正する。以下、屈折率分布型レンズのペッツバール和
と色収差の補正について説明する。Further, in the present invention, paying attention to the fact that the gradient index lens has a correcting function for Petzval sum and chromatic aberration, in combination with the decentering prism alone, the chromatic aberration remaining in the decentering prism alone. , Field curvature and the like are corrected. Hereinafter, correction of Petzval sum and chromatic aberration of the gradient index lens will be described.
【0026】本発明において用いる屈折率分布型レンズ
は、光軸と垂直な方向に屈折率分布を有するいわゆるラ
ジアルタイプのもので、その基準波長の屈折率分布は、
次の式(1)で表される。 n(r)=N0 +N1 r2 +N2 r4 +N3 r6 + ・・・(1) ここで、N0 はレンズの光軸上での基準波長の屈折率、
rは光軸から半径方向の距離、n(r)は光軸から距離
rの位置での基準波長の屈折率、N1 ,N2 ,N2 ,N
3 ,・・・はそれぞれ基準波長の2次、4次、6時、・
・・の係数である。The gradient index lens used in the present invention is of a so-called radial type having a gradient index in the direction perpendicular to the optical axis, and the gradient index of its reference wavelength is
It is represented by the following equation (1). n (r) = N 0 + N 1 r 2 + N 2 r 4 + N 3 r 6 + (1) where N 0 is the refractive index of the reference wavelength on the optical axis of the lens,
r is the radial distance from the optical axis, n (r) is the refractive index of the reference wavelength at the distance r from the optical axis, N 1 , N 2 , N 2 , N
3 , ... are 2nd, 4th, 6 o'clock of the reference wavelength,
··· is the coefficient.
【0027】まず、ペッツバール和の補正について説明
すると、レンズ系の初期設計の段階で特に注意しなけれ
ばならない量に、パワー配分によって決まってしまうペ
ッツバール和がある。均質系のペッツバール和は、面の
屈折力をφS 、光軸上のレンズの屈折率をN0 とする
と、次のように表すことができる。 φS /N0 ・・・(2) また、屈折率分布型レンズ単体のペッツバール和は、面
の屈折力をφS ’、媒質の屈折力をφM とすると、次の
ように表すことができる。 φS ’/N0 +φM /N0 2 ・・・(3) この式(3)から明らかなように、屈折率分布型レンズ
は、その媒質に屈折力を有していることでペッツバール
和を補正することができる。First, the correction of the Petzval sum will be described. One of the quantities that must be paid special attention at the initial design stage of the lens system is the Petzval sum determined by the power distribution. The Petzval sum of a homogeneous system can be expressed as follows, where the surface refractive power is φ S and the refractive index of the lens on the optical axis is N 0 . φ S / N 0 (2) Further, the Petzval sum of the gradient index lens unit can be expressed as follows, where the surface refractive power is φ S 'and the medium refractive power is φ M. it can. φ S '/ N 0 + φ M / N 0 2 (3) As is clear from this equation (3), the gradient index lens has a refractive power in its medium, and thus the Petzval sum. Can be corrected.
【0028】次に、色収差の補正について説明すると、
屈折率分布型レンズは、その媒質にも色収差を補正する
能力を有しており、屈折率分布型レンズ単体で軸上色収
差を補正するための条件は次の通りである。 φS ’/νod+φM /ν1d=0 ・・・(4) ここで、νodは、d線、F線、C線によるレンズ光軸上
での屈折率をそれぞれN0d,N0F,N0Cとすると、次の
式(5)で表される。 νod=(N0d−1)/(N0F−N0C) ・・・(5) また、ν1dは、d線、F線、C線による屈折率分布式
(1)の2次の係数N1d,N1F,N1Cより、次の式
(6)にて求められる。 ν1d=N1d/(N1F−N1C) ・・・(6) すなわち、屈折率分布型レンズの媒質の分布形状を波長
毎に変化させることによって色収差の補正が可能にな
る。Next, the correction of chromatic aberration will be described.
The gradient index lens has the ability to correct chromatic aberration even in its medium, and the conditions for correcting axial chromatic aberration by the gradient index lens alone are as follows. φ S '/ ν od + φ M / ν 1d = 0 (4) Here, ν od is the refractive index on the lens optical axis due to the d-line, F-line, and C-line, which is N 0d and N 0F , respectively. , N 0C , they are expressed by the following equation (5). ν od = (N 0d −1) / (N 0F −N 0C ) ... (5) Further, ν 1d is the second-order coefficient of the refractive index distribution formula (1) based on the d-line, F-line, and C-line. From N 1d , N 1F and N 1C , it is obtained by the following equation (6). ν 1d = N 1d / (N 1F −N 1C ) ... (6) That is, chromatic aberration can be corrected by changing the distribution shape of the medium of the gradient index lens for each wavelength.
【0029】本発明においては、図33〜図41に示し
たような3面又は4面の光学面からなる偏心プリズムに
残留する色収差、像面湾曲等の収差を、上記の回折光学
素子又は屈折率分布型レンズからなる補正光学素子によ
って逆の符号の収差を発生させて補正するものである。
これら補正光学素子は、偏心プリズム(光学部材)の観
察者眼球側あるいは画像表示素子側に配置することがで
きる。In the present invention, aberrations such as chromatic aberration and field curvature remaining in the decentered prism having three or four optical surfaces as shown in FIGS. 33 to 41 are corrected by the above-mentioned diffractive optical element or refraction. The correction optical element composed of a rate distribution type lens is used to generate and correct aberrations of opposite signs.
These correction optical elements can be arranged on the observer's eye side or the image display element side of the decentered prism (optical member).
【0030】補正光学素子として回折光学素子を用いる
場合は、回折光学素子の焦点距離をf(mm)とすると
き、 −1<1/f<1 ・・・(a) なる条件を満足することが望ましい。さらには、 −0.1<1/f<0.1 ・・・(a') なる条件を満足することがより望ましい。より好ましく
は、 0<1/f<0.01 ・・・(a") なる条件を満足することが望ましい。When a diffractive optical element is used as the correction optical element, when the focal length of the diffractive optical element is f (mm), the condition of -1 <1 / f <1 (a) should be satisfied. Is desirable. Furthermore, it is more desirable to satisfy the condition of −0.1 <1 / f <0.1 (a ′). More preferably, it is desirable to satisfy the condition of 0 <1 / f <0.01 (a ”).
【0031】また、補正光学素子として屈折率分布型レ
ンズを用いる場合は、屈折率分布型レンズの中心の屈折
率をN0、周辺の屈折立をN1とするとき、 0.5<N0/N1<1.5 ・・・(b) なる条件を満足することが望ましい。さらには、 0.8<N0/N1<1.2 ・・・(b') なる条件を満足することがより望ましい。When a gradient index lens is used as the correction optical element, 0.5 <N0 / N1 <when the refractive index at the center of the gradient index lens is N0 and the refractive index at the periphery is N1. It is desirable to satisfy the condition of 1.5 (b). Furthermore, it is more desirable to satisfy the condition of 0.8 <N0 / N1 <1.2 (b ').
【0032】これら条件(a)、(a’)、(a”)、
(b)、(b’)は、接眼光学系全体のアイポイント、
焦点距離、倍率等を実質的に変更しないで、所望の収差
補正を行わせるために、回折光学素子、屈折率分布型レ
ンズが略ノンパワーであること望ましく、そのことを条
件式化したものである。These conditions (a), (a '), (a "),
(B) and (b ') are eye points of the entire eyepiece optical system,
It is desirable that the diffractive optical element and the gradient index lens have substantially no power in order to perform desired aberration correction without substantially changing the focal length, the magnification, etc. is there.
【0033】[0033]
【発明の実施の形態】以下、本発明の画像表示装置のい
くつかの実施例について、図面を参照にして説明する。
まず、最初に、本発明で使用しているDOEを含む光学
系の設計方法について述べる。回折現象に基づく光学素
子DOEについての原理的な説明は、例えば「光学デザ
イナーのための小型光学エレメント」(オプトロニクス
社)の第6章・第7章に詳しいが、以下に簡単に説明す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Some embodiments of the image display device of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, a method of designing an optical system including a DOE used in the present invention will be described first. The principle of the optical element DOE based on the diffraction phenomenon is described in detail in Chapters 6 and 7 of "Small optical element for optical designer" (Opttronics Co., Ltd.), but will be briefly described below.
【0034】屈折現象に基づく光学素子では、図29に
示すように、光線はスネルの法則に基づいて曲げられ
る。In the optical element based on the refraction phenomenon, the light beam is bent according to Snell's law, as shown in FIG.
【0035】 n・sin θ=n’・sin θ’ ・・・(7) ただし、n :入射側媒質の屈折率 n’:射出側媒質の屈折率 θ :光線の入射角 θ’:光線の射出角 それに対して、DOEの場合は、図30に示すように、
光線は式(8)で表現される回折現象により曲げられ
る。N · sin θ = n ′ · sin θ ′ (7) where n: refractive index of the incident side medium n ′: refractive index of the exit side medium θ: incident angle of light ray θ ′: of light ray Exit Angle On the other hand, in the case of DOE, as shown in FIG.
The light beam is bent by the diffraction phenomenon expressed by equation (8).
【0036】 n・sin θ−n’・sin θ’=mλ/d ・・・(8) ただし、n :入射側媒質の屈折率 n’:射出側媒質の屈折率 θ :光線の入射角 θ’:光線の射出角 m :回折次数 λ :波長 d :DOEのピッチ なお、この際、ブレーズ化あるいはブレーズ近似を行う
と、高回折効率を維持することができる。N · sin θ−n ′ · sin θ ′ = mλ / d (8) where n: refractive index of the incident side medium n ′: refractive index of the exit side medium θ: incident angle θ of the light beam ′: Emission angle of light ray m: Diffraction order λ: Wavelength d: Pitch of DOE At this time, if blazing or blazing approximation is performed, high diffraction efficiency can be maintained.
【0037】DOEを含む光学系を設計する手法とし
て、Sweatt modelが知られている。これについては、
『W.C.Sweatt, "NEW METHODS OF DESIGNING HOLOGRAPHI
C OPTCALELEMENTS", SPIE, Vol.126, pp.46-53(1977)
』に詳しいが、図31を使用して、以下に簡単に説明
する。The Sweat model is known as a method for designing an optical system including a DOE. For this,
"WCSweatt," NEW METHODS OF DESIGNING HOLOGRAPHI
C OPTCALELEMENTS ", SPIE, Vol.126, pp.46-53 (1977)
], But will be briefly described below with reference to FIG.
【0038】図31において、はn≫1なる屈折系レ
ンズ(超高屈折率レンズ:ultra-high index lens )、
は法線、zは光軸方向の座標、hは基板に沿う方向の
座標とする。上記の論文によれば、式(9)が成立す
る。In FIG. 31, n >> 1 is a refraction system lens (ultra-high index lens),
Is the normal line, z is the coordinate along the optical axis, and h is the coordinate along the substrate. According to the above paper, equation (9) holds.
【0039】 (nu −1)dz/dh=n・sin θ−n’・sin θ’ ・・・(9) ただし、nu :ultra-high index lens の屈折率(以下
に説明する設計では、nu =1001とした。) z :ultra-high index lens の光軸方向の座標 h :ultra-high index lens の媒質に沿った座標 n :入射側媒質の屈折率 n’:射出側媒質の屈折率 θ :光線の入射角 θ’:光線の射出角 したがって、式(8)、(9)より、次の式(6)が成
立する。(N u −1) dz / dh = n · sin θ−n ′ · sin θ ′ (9) where n u : the refractive index of the ultra-high index lens (in the design described below, , N u = 1001.) Z: Coordinate in the optical axis direction of the ultra-high index lens h: Coordinate along the medium of the ultra-high index lens n: Refractive index of the incident side medium n ′: Of the exit side medium Refractive index θ: incident angle of light ray θ ′: exit angle of light ray Therefore, the following equation (6) is established from the equations (8) and (9).
【0040】 (nu −1)dz/dh=mλ/d ・・・(10) すなわち、「n≫1なる屈折系レンズの面形状」と「D
OEのピッチ」の間には、式(10)で表現される等価
関係が成立するので、Sweatt modelにより設計した ul
tra-high index lens の面形状から、DOEのピッチ分
布を求めることができる。(N u −1) dz / dh = mλ / d (10) That is, “the surface shape of the refraction lens with n >> 1” and “D
Since the equivalence relation expressed by the equation (10) is established between the “OE pitch”, ul designed by the Sweat model
The DOE pitch distribution can be obtained from the surface shape of the tra-high index lens.
【0041】具体的には、ultra-high index lens を式
(11)で定義される非球面レンズとして設計したとす
ると、 z=ch2 /{1+〔1−c2 (k+1)h2 〕1/2 } +Ah4 +Bh6 +Ch8 +Dh10 ・・・(11) ただし、z :光軸でレンズに接する接平面からのずれ
(サグ値) c :曲率 h :光軸からの距離 k :円錐定数 A :4次非球面係数 B :6次非球面係数 C :8次非球面係数 D :10次非球面係数 ここで、説明を簡単にするために、ultra-high index l
ens の片面を平面にすると、式(10)、(11)よ
り、 d=mλ/〔(n−1)dz/dh〕 =[mλ/(n−1)]×[ch/〔1−c2 (k+1)h2 〕1/2 +4Ah3 +6Bh5 +8Ch7 +10Dh9 ]-1 ・・・(12) が得られる。この式(12)で定義されるピッチ分布を
もたせてやればよい。Specifically, assuming that the ultra-high index lens is designed as an aspherical lens defined by the equation (11), z = ch 2 / {1+ [1-c 2 (k + 1) h 2 ] 1 / 2 } + Ah 4 + Bh 6 + Ch 8 + Dh 10 (11) where, z: deviation from the tangent plane contacting the lens on the optical axis (sag value) c: curvature h: distance from the optical axis k: conical constant A: 4th-order aspherical coefficient B: 6th-order aspherical coefficient C: 8th-order aspherical coefficient D: 10th-order aspherical coefficient Here, in order to simplify the description, ultra-high index l
If one side of ens is a plane, then from equations (10) and (11), d = mλ / [(n−1) dz / dh] = [mλ / (n−1)] × [ch / [1-c 2 (k + 1) h 2 ] 1/2 + 4Ah 3 + 6Bh 5 + 8Ch 7 + 10Dh 9 ] -1 (12) is obtained. It suffices to provide the pitch distribution defined by the equation (12).
【0042】また、式(10)は任意の波長で成立する
必要がある。Further, the expression (10) needs to be established at an arbitrary wavelength.
【0043】 ∴n(λ)−1=Kλ ・・・(13) ただし、K=m/〔d・dz/dh〕 今回は、nd =1001としたので、K=1.702
0。∴n (λ) -1 = Kλ (13) However, K = m / [d · dz / dh] Since this time, n d = 1001, K = 1.702
0.
【0044】したがって、式(13)に従い、nC =1
118.0、ne =930.39、nF =828.3
7、ng =742.78とすれば、DOEの分散特性を
表現できる。Therefore, according to the equation (13), n C = 1
118.0, n e = 93.39, n F = 828.3.
If 7, n g = 742.78, the dispersion characteristics of DOE can be expressed.
【0045】なお、以下に示す実施例では、非球面項と
して10次までしか使用していないが、もちろん、12
次、14次・・の非球面項を使用してもよい。また、以
下に示すDOEを用いる実施例では、DOEを1面しか
使用していないが、2面以上使用してももちろんよい。In the embodiments described below, only the 10th order is used as the aspherical term, but of course 12
Next, 14th-order aspherical terms may be used. Further, in the examples using the DOE shown below, only one surface of the DOE is used, but two or more surfaces may be used.
【0046】次に、本発明の画像表示装置の実施例1〜
6及び比較例について、それぞれ単眼用の画像表示装置
の光学系の断面図である図1〜図7を参照にして説明す
る。これら画像表示装置は、全て図36の接眼光学系1
0を基本に用いているが、図33〜図35、図37〜図
41の接眼光学系10を用いる場合も同様である。Next, Examples 1 to 1 of the image display device of the present invention will be described.
6 and Comparative Example will be described with reference to FIGS. 1 to 7, which are cross-sectional views of an optical system of a monocular image display device. These image display devices are all eyepiece optical systems 1 of FIG.
Although 0 is basically used, the same applies to the case where the eyepiece optical system 10 shown in FIGS. 33 to 35 and 37 to 41 is used.
【0047】各実施例及び比較例の構成パラメータは後
記するが、以下の説明において、面番号は、観察者の瞳
位置7から画像表示素子9へ向う逆追跡の面番号として
示してある。そして、座標の取り方は、図1に示すよう
に、観察者の虹彩位置7を原点とし、観察者視軸8を原
点から接眼光学系10に向かう方向を正とするZ軸、観
察者視軸8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8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。The constituent parameters of each Example and Comparative Example will be described later, but in the following description, the surface number is shown as the surface number of the reverse tracking from the pupil position 7 of the observer to the image display element 9. Then, as shown in FIG. 1, the coordinate is taken with the observer's iris position 7 as the origin, and the observer's visual axis 8 as the Z axis in which the direction from the origin to the eyepiece optical system 10 is positive. Y axis orthogonal to the axis 8 and positive from the bottom to the top in the vertical direction when viewed from the observer's eye, X orthogonal to the observer visual axis 8 and positive from the right to the left in the horizontal direction when viewed from the observer's eye Define as an axis. That is, the inside of the paper is taken as the YZ plane, and the surface perpendicular to the paper is taken as the XZ plane. It is assumed that the optical axis is bent in the YZ plane of the drawing.
【0048】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7)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。Then, in the constituent parameters described later, regarding the surface on which the eccentricity amounts Y and Z and the tilt angle θ are described, the Y of the apex of the surface from the one surface (pupil position 7) which is the reference surface. It means the amount of eccentricity in the axial direction, the Z-axis direction, and the angle of inclination of the central axis of the surface from the Z-axis, and in this case, θ means counterclockwise. It should be noted that a surface on which the eccentricity amounts Y and Z and the tilt angle θ are not described means that it is coaxial with the surface before it.
【0049】また、面間隔は、同軸系部分についてのみ
示してあり、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。The surface spacing is shown only for the coaxial system portion, and is the axial spacing from that surface to the next surface.
The surface spacing is shown as positive in the direction of reverse tracking along the optical axis.
【0050】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、Ry 、Rx 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、Kx 、Ky はそれぞれX−Z面、Y−
Z面内の円錐係数、AR、BR、CR、DRはそれぞれ
Z軸に対して回転対称な4次、6次、8次、10次の非
球面係数、AP、BP、CP、DPはそれぞれZ軸に対
して回転非対称な4次、6次、8次、10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。Further, in each surface, an aspherical shape which is non-rotationally symmetric has coordinates R y and R x which are paraxial curvature radii in the YZ plane (paper surface) and X- Paraxial radii of curvature in the Z plane, K x and K y are the X-Z plane and Y-, respectively.
The conic coefficients AR, BR, CR, and DR in the Z plane are the fourth-order, sixth-order, eighth-order, and tenth-order aspherical coefficients that are rotationally symmetric with respect to the Z-axis, and AP, BP, CP, and DP are each Z. Assuming fourth-order, sixth-order, eighth-order, and tenth-order aspherical coefficients that are rotationally asymmetric with respect to the axis, the aspherical surface equation is as follows.
【0051】Z =[( X2/Rx )+ (Y2/Ry ) ]/[1+
{ 1-(1+Kx ) ( X2/Rx 2)-(1+Ky ) ( Y2/Ry 2)}
1/2 ]+AR[ (1-AP) X2+( 1+AP) Y2 ]2+B
R[ (1-BP) X2+( 1+BP) Y2 ]3+CR[ (1-C
P) X2+( 1+CP) Y2 ]4+DR[ (1-DP) X2+( 1
+DP) Y2 ]5 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。Z = [(X 2 / R x ) + (Y 2 / R y )] / [1+
{1- (1 + K x ) (X 2 / R x 2 )-(1 + K y ) (Y 2 / R y 2 )}
1/2] + AR [(1- AP) X 2 + (1 + AP) Y 2] 2 + B
R [(1-BP) X 2 + (1 + BP) Y 2] 3 + CR [(1-C
P) X 2 + (1 + CP) Y 2] 4 + DR [(1-DP) X 2 + (1
+ DP) Y 2 ] 5 The refractive index of the medium between the surfaces is represented by the refractive index of the d-line. The unit of the length is mm.
【0052】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。The following examples are all image display devices for the right eye, and all the optical elements for the left eye are Y-type.
It can be realized by symmetrically arranging in the Z plane. Further, it goes without saying that in an actual device, the direction in which the optical axis is bent by the eyepiece optical system may be above, below, or lateral to the observer.
【0053】それぞれの断面図において、図中、7は観
察者瞳位置、8は観察者視軸、1は接眼光学系の第1
面、2は接眼光学系の第2面、3は接眼光学系の第3
面、4は接眼光学系の第4面、9は画像表示素子、10
は接眼光学系、11は偏心プリズム、12はDOE、1
3は屈折率分布レンズ(以下、GRIN)である。In each of the sectional views, 7 is the observer's pupil position, 8 is the observer's visual axis, and 1 is the first eyepiece optical system.
Surface 2, 2 is the second surface of the eyepiece optical system, 3 is the third surface of the eyepiece optical system
Surface 4, 4 is the fourth surface of the eyepiece optical system, 9 is an image display device, 10
Is an eyepiece optical system, 11 is a decentered prism, 12 is a DOE, 1
Reference numeral 3 denotes a gradient index lens (hereinafter, GRIN).
【0054】各実施例における実際の光線経路は、比較
例を例にとると、画像表示素子9から発した光線束は、
接眼光学系10の第1面1で屈折して接眼光学系10に
入射し、第4面(第3面3が兼ねる)4で内部反射し、
第2面4で反射されて、再び第3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7として観察者の眼球内に投影される。The actual light ray paths in the respective examples are as follows. Taking the comparative example as an example, the light ray bundle emitted from the image display element 9 is
The light is refracted by the first surface 1 of the eyepiece optical system 10 to enter the eyepiece optical system 10, and is internally reflected by the fourth surface (which also serves as the third surface 3) 4,
The light is reflected by the second surface 4, is incident on the third surface 3 again, 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 7.
【0055】比較例 この比較例は、図7に断面を示すが、実施例1〜6の基
本的な偏心プリズム11に関するものである。この接眼
光学系10の水平画角45.4°、垂直画角34.4
°、瞳経4mmである。後記する構成パラメータにおい
て、2、3、4面はアナモフィック非球面であり、5面
は平面である。Comparative Example This comparative example, whose cross section is shown in FIG. 7, relates to the basic decentering prism 11 of Examples 1 to 6. The eyepiece optical system 10 has a horizontal angle of view of 45.4 ° and a vertical angle of view of 34.4.
°, pupil diameter 4 mm. In the constituent parameters described below, the second, third, and fourth surfaces are anamorphic aspherical surfaces, and the fifth surface is a flat surface.
【0056】この比較例の収差補正状態を示すスポット
ダイアグラムを図26〜図28に示す。これらの図にお
いて、スポットダイアグラムの左側の4つの数字の中、
上段の2つの数字は、長方形の画面中央の座標(X,
Y)を(0.00,0.00)、右端中央の座標を
(0、00,−1.00)、右上隅の座標を(1.0
0,−1.00)、上端中央の座標を(1.00,0.
00)のように表現した場合の相対座標(X,Y)を示
し、下段の2つの数字は、視軸(画面中央)に対して上
記座標(X,Y)方向がなす角度のX成分、Y成分(度
表示)を示す。Spot diagrams showing the aberration correction state of this comparative example are shown in FIGS. In these figures, among the four numbers on the left side of the spot diagram,
The two numbers in the upper row are the coordinates (X,
Y) is (0.00, 0.00), the center coordinate of the right end is (0.00, -1.00), and the coordinate of the upper right corner is (1.0).
0, -1.00), and the coordinates of the center of the upper end are (1.00,0.
00) indicates relative coordinates (X, Y), and the lower two numbers are the X component of the angle formed by the coordinate (X, Y) direction with respect to the visual axis (center of the screen). The Y component (in degrees) is shown.
【0057】実施例1 本実施例は、図1に断面を示すが、水平画角45.4
°、垂直画角34.4°、瞳経4mmである。この実施
例は、比較例1の射出瞳7と偏心プリズム11の間に略
ノンパワーのDOE12を配置した例である。後記する
構成パラメータにおいて、5、6、7面はアナモフィッ
ク非球面であり、8面は平面である。この実施例の収差
補正状態を示す図26〜図28と同様なスポットダイア
グラムを図8〜図10に示す。Example 1 This example, whose cross section is shown in FIG. 1, has a horizontal angle of view of 45.4.
°, vertical angle of view 34.4 °, and pupil diameter 4 mm. This example is an example in which a substantially non-power DOE 12 is arranged between the exit pupil 7 and the decentering prism 11 of Comparative Example 1. In the constituent parameters described below, the surfaces 5, 6, and 7 are anamorphic aspherical surfaces, and the surface 8 is a flat surface. Spot diagrams similar to FIGS. 26 to 28 showing the aberration correction state of this embodiment are shown in FIGS.
【0058】実施例2 本実施例は、図2に断面を示すが、水平画角45.4
°、垂直画角34.4°、瞳経4mmである。この実施
例は、比較例1の偏心プリズム11と画像表示素子9の
間に略ノンパワーのDOE12を配置した例である。後
記する構成パラメータにおいて、2、3、4面はアナモ
フィック非球面であり、5面は平面である。この実施例
の収差補正状態を示す図26〜図28と同様なスポット
ダイアグラムを図11〜図13に示す。Example 2 This example shows a cross section in FIG. 2 and has a horizontal angle of view of 45.4.
°, vertical angle of view 34.4 °, and pupil diameter 4 mm. This example is an example in which a substantially non-power DOE 12 is arranged between the decentering prism 11 and the image display element 9 of Comparative Example 1. In the constituent parameters described below, the second, third, and fourth surfaces are anamorphic aspherical surfaces, and the fifth surface is a flat surface. 11 to 13 show spot diagrams similar to FIGS. 26 to 28 showing the aberration correction state of this embodiment.
【0059】実施例3 本実施例は、図3に断面を示すが、水平画角45.4
°、垂直画角34.4°、瞳経4mmである。この実施
例は、比較例1の偏心プリズム11と画像表示素子9の
間に略ノンパワーで両面平面のGRIN13を配置した
例である。後記する構成パラメータにおいて、2、3、
4面はアナモフィック非球面であり、5面は平面であ
る。この実施例の収差補正状態を示す図26〜図28と
同様なスポットダイアグラムを図14〜図16に示す。Example 3 This example shows a cross section in FIG. 3, with a horizontal angle of view of 45.4.
°, vertical angle of view 34.4 °, and pupil diameter 4 mm. This example is an example in which the GRIN 13 having a two-sided plane is arranged between the decentering prism 11 and the image display element 9 of Comparative Example 1 with substantially no power. In the configuration parameters described below, 2, 3,
The fourth surface is an anamorphic aspherical surface, and the fifth surface is a flat surface. 14 to 16 show spot diagrams similar to FIGS. 26 to 28 showing the aberration correction state of this embodiment.
【0060】実施例4 本実施例は、図4に断面を示すが、水平画角45.4
°、垂直画角34.4°、瞳経4mmである。この実施
例は、比較例1の射出瞳7と偏心プリズム11の間に略
ノンパワーで両面平面のGRIN13を配置した例であ
る。後記する構成パラメータにおいて、4、5、6面は
アナモフィック非球面であり、7面は平面である。この
実施例の収差補正状態を示す図26〜図28と同様なス
ポットダイアグラムを図17〜図19に示す。Example 4 In this example, a cross section is shown in FIG.
°, vertical angle of view 34.4 °, and pupil diameter 4 mm. This example is an example in which the GRIN 13 having a double-sided plane is arranged between the exit pupil 7 and the decentering prism 11 of Comparative Example 1 with substantially no power. In the constituent parameters described below, the fourth, fifth and sixth surfaces are anamorphic aspherical surfaces, and the seventh surface is a flat surface. 17 to 19 show spot diagrams similar to FIGS. 26 to 28 showing the aberration correction state of this embodiment.
【0061】実施例5 本実施例は、図5に断面を示すが、水平画角45.4
°、垂直画角34.4°、瞳経4mmである。この実施
例は、比較例1の偏心プリズム11と画像表示素子9の
間に略ノンパワーで画像表示素子9側に凹面を向けたメ
ニスカス形状のGRIN13を配置した例である。後記
する構成パラメータにおいて、2、3、4面はアナモフ
ィック非球面であり、5面は平面である。この実施例の
収差補正状態を示す図26〜図28と同様なスポットダ
イアグラムを図20〜図22に示す。Example 5 This example shows a cross section in FIG. 5, with a horizontal angle of view of 45.4.
°, vertical angle of view 34.4 °, and pupil diameter 4 mm. This example is an example in which a meniscus-shaped GRIN 13 having a concave surface facing the image display element 9 is disposed between the decentering prism 11 and the image display element 9 of Comparative Example 1 with substantially no power. In the constituent parameters described below, the second, third, and fourth surfaces are anamorphic aspherical surfaces, and the fifth surface is a flat surface. 20 to 22 show spot diagrams similar to FIGS. 26 to 28 showing the aberration correction state of this example.
【0062】実施例6 本実施例は、図6に断面を示すが、水平画角45.4
°、垂直画角34.4°、瞳経4mmである。この実施
例は、比較例1の偏心プリズム11と画像表示素子9の
間に略ノンパワーで画像表示素子9側に凸面を向けたメ
ニスカス形状のGRIN13を配置した例である。後記
する構成パラメータにおいて、2、3、4面はアナモフ
ィック非球面であり、5面は平面である。この実施例の
収差補正状態を示す図26〜図28と同様なスポットダ
イアグラムを図23〜図25に示す。Example 6 This example shows a cross section in FIG. 6 and has a horizontal angle of view of 45.4.
°, vertical angle of view 34.4 °, and pupil diameter 4 mm. This example is an example in which a meniscus-shaped GRIN 13 having a convex surface facing the image display element 9 is disposed between the decentering prism 11 and the image display element 9 of Comparative Example 1 with substantially no power. In the constituent parameters described below, the second, third, and fourth surfaces are anamorphic aspherical surfaces, and the fifth surface is a flat surface. 23 to 25 show spot diagrams similar to FIGS. 26 to 28 showing the aberration correction state of this embodiment.
【0063】次に、上記実施例1〜6及び比較例の構成
パラメータを示す。なお、GRINに13関しては、前
記のN1d,N1F,N1Cも示してある。Next, constituent parameters of Examples 1 to 6 and Comparative Example will be shown. Regarding GRIN 13, the above N 1d , N 1F and N 1C are also shown.
【0064】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 ∞ 1.58875 64.1 Y 0.000 θ 0.00° Z 27.000 3 ∞(DOE) 1001.00000 -3.45 Y 0.000 θ 0.00° Z 28.000 4 -2.2939 ×10+6 Y 0.000 θ 0.00° Z 28.000 5 Ry -209.268 1.49216 57.5 Rx -95.115 Y 18.335 θ 12.00° Ky 0.000000 Z 27.921 Kx 0.000000 AR 0.783868 ×10-6 BR 0.299472 ×10-12 CR 0.152974 ×10-13 DR -0.502892 ×10-16 AP -0.449899 BP -0.794713 ×10+1 CP 0.654541 DP -0.138730 6 Ry -67.801 1.49216 57.5 Rx -58.220 Y -9.356 θ -27.44° Ky 0.000000 Z 38.348 Kx 0.000000 AR 0.427047 ×10-6 BR -0.770285 ×10-10 CR 0.407932 ×10-21 DR 0.105909 ×10-16 AP 0.107024 BP 0.496744 CP 0.119380 ×10+3 DP -0.923056 ×10-2 7 Ry -209.268 1.49216 57.5 Rx -95.115 Y 18.335 θ 12.00° Ky 0.000000 Z 27.921 Kx 0.000000 AR 0.783868 ×10-6 BR 0.299472 ×10-12 CR 0.152974 ×10-13 DR -0.502892 ×10-16 AP -0.449899 BP -0.794713 ×10+1 CP 0.654541 DP -0.138730 8 ∞ Y 27.164 θ 62.56° Z 27.921 9 (画像表示素子) Y 27.796 θ 46.89° Z 39.073 。Example 1 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Tilt angle) 1 ∞ (pupil) 2 ∞ 1.58875 64.1 Y 0.000 θ 0.00 ° Z 27.000 3 ∞ (DOE) 1001.00000 -3.45 Y 0.000 θ 0.00 ° Z 28.000 4 -2.2939 × 10 +6 Y 0.000 θ 0.00 ° Z 28.000 5 R y -209.268 1.49216 57.5 R x -95.115 Y 18.335 θ 12.00 ° K y 0.000000 Z 27.921 K x 0.000000 AR 0.783868 × 10 -6 BR 0.299472 × 10 -12 CR 0.152974 × 10 -13 DR -0.502892 × 10 -16 AP -0.449899 BP -0.794713 × 10 +1 CP 0.654541 DP -0.138730 6 R y -67.801 1.49216 57.5 R x -58.220 Y -9.356 θ -27.44 ° K y 0.000000 Z 38.348 K x 0.000000 AR 0.427047 × 10 -6 BR -0.770285 × 10 -10 CR 0.407932 × 10 -21 DR 0.105909 × 10 -16 AP 0.107024 BP 0.496744 CP 0.119380 × 10 +3 DP -0.923056 × 10 -2 7 R y -209.268 1.49216 57.5 R x -95.115 Y 18.335 θ 12.00 ° K y 0.000000 Z 27.921 K x 0.000000 AR 0.7 83868 × 10 -6 BR 0.299472 × 10 -12 CR 0.152974 × 10 -13 DR -0.502892 × 10 -16 AP -0.449899 BP -0.794713 × 10 +1 CP 0.654541 DP -0.138730 8 ∞ Y 27.164 θ 62.56 ° Z 27.921 9 ( Image display device) Y 27.796 θ 46.89 ° Z 39.073.
【0065】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 Ry -209.268 1.49216 57.5 Rx -95.115 Y 18.335 θ 12.00° Ky 0.000000 Z 27.921 Kx 0.000000 AR 0.783868 ×10-6 BR 0.299472 ×10-12 CR 0.152974 ×10-13 DR -0.502892 ×10-16 AP -0.449899 BP -0.794713 ×10+1 CP 0.654541 DP -0.138730 3 Ry -67.801 1.49216 57.5 Rx -58.220 Y -9.356 θ -27.44° Ky 0.000000 Z 38.348 Kx 0.000000 AR 0.427047 ×10-6 BR -0.770285 ×10-10 CR 0.407932 ×10-21 DR 0.105909 ×10-16 AP 0.107024 BP 0.496744 CP 0.119380 ×10+3 DP -0.923056 ×10-2 4 Ry -209.268 1.49216 57.5 Rx -95.115 Y 18.335 θ 12.00° Ky 0.000000 Z 27.921 Kx 0.000000 AR 0.783868 ×10-6 BR 0.299472 ×10-12 CR 0.152974 ×10-13 DR -0.502892 ×10-16 AP -0.449899 BP -0.794713 ×10+1 CP 0.654541 DP -0.138730 5 ∞ Y 27.164 θ 62.56° Z 27.921 6 ∞ 1.000 1.58875 64.1 Y 25.000 θ 60.00° Z 36.000 7 ∞(DOE) 0.000 1001.00000 -3.45 8 -0.344807 ×10+6 9 (画像表示素子) Y 28.388 θ 46.88° Z 39.413 。Example 2 Surface Number Curvature Radius Spacing Refractive Index Abbe Number (Eccentricity) (Tilt Angle) 1 ∞ (Pupil) 2 R y -209.268 1.49216 57.5 R x -95.115 Y 18.335 θ 12.00 ° K y 0.000000 Z 27.921 K x 0.000000 AR 0.783868 × 10 -6 BR 0.299472 × 10 -12 CR 0.152974 × 10 -13 DR -0.502892 × 10 -16 AP -0.449899 BP -0.794713 × 10 +1 CP 0.654541 DP -0.138730 3 R y -67.801 1.49216 57.5 R x -58.220 Y -9.356 θ -27.44 ° K y 0.000000 Z 38.348 K x 0.000000 AR 0.427047 × 10 -6 BR -0.770285 × 10 -10 CR 0.407932 × 10 -21 DR 0.105909 × 10 -16 AP 0.107024 BP 0.496744 CP 0.119380 × 10 +3 DP -0.923056 × 10 -2 4 R y -209.268 1.49216 57.5 R x -95.115 Y 18.335 θ 12.00 ° K y 0.000000 Z 27.921 K x 0.000000 AR 0.783868 × 10 -6 BR 0.299472 × 10 -12 CR 0.152974 × 10 -13 DR -0.502892 × 10 -16 AP -0.449899 BP -0.794713 × 10 +1 CP 0.654541 DP -0.138730 5 ∞ 27.164 θ 62.56 ° Z 27.921 6 ∞ 1.000 1.58875 64.1 Y 25.000 θ 60.00 ° Z 36.000 7 ∞ (DOE) 0.000 1001.00000 -3.45 8 -0.344807 × 10 +6 9 ( image display device) Y 28.388 θ 46.88 ° Z 39.413 .
【0066】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 Ry -209.268 1.49216 57.5 Rx -95.115 Y 18.335 θ 12.00° Ky 0.000000 Z 27.921 Kx 0.000000 AR 0.783868 ×10-6 BR 0.299472 ×10-12 CR 0.152974 ×10-13 DR -0.502892 ×10-16 AP -0.449899 BP -0.794713 ×10+1 CP 0.654541 DP -0.138730 3 Ry -67.801 1.49216 57.5 Rx -58.220 Y -9.356 θ -27.44° Ky 0.000000 Z 38.348 Kx 0.000000 AR 0.427047 ×10-6 BR -0.770285 ×10-10 CR 0.407932 ×10-21 DR 0.105909 ×10-16 AP 0.107024 BP 0.496744 CP 0.119380 ×10+3 DP -0.923056 ×10-2 4 Ry -209.268 1.49216 57.5 Rx -95.115 Y 18.335 θ 12.00° Ky 0.000000 Z 27.921 Kx 0.000000 AR 0.783868 ×10-6 BR 0.299472 ×10-12 CR 0.152974 ×10-13 DR -0.502892 ×10-16 AP -0.449899 BP -0.794713 ×10+1 CP 0.654541 DP -0.138730 5 ∞ Y 25.000 θ 62.56° Z 27.921 6 ∞(GRIN) 5.000 1.49216 57.5 N1d -0.1005×10-3 N1F -0.1068×10-3 N1C -0.9399×10-4 Y 21.500 θ 62.56° Z 35.222 7 ∞ 8 (画像表示素子) Y 29.022 θ 46.89° Z 39.742 。Example 3 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Inclination angle) 1 ∞ (Pupil) 2 R y -209.268 1.49216 57.5 R x -95.115 Y 18.335 θ 12.00 ° K y 0.000000 Z 27.921 K x 0.000000 AR 0.783868 × 10 -6 BR 0.299472 × 10 -12 CR 0.152974 × 10 -13 DR -0.502892 × 10 -16 AP -0.449899 BP -0.794713 × 10 +1 CP 0.654541 DP -0.138730 3 R y -67.801 1.49216 57.5 R x -58.220 Y -9.356 θ -27.44 ° K y 0.000000 Z 38.348 K x 0.000000 AR 0.427047 × 10 -6 BR -0.770285 × 10 -10 CR 0.407932 × 10 -21 DR 0.105909 × 10 -16 AP 0.107024 BP 0.496744 CP 0.119380 × 10 +3 DP -0.923056 × 10 -2 4 R y -209.268 1.49216 57.5 R x -95.115 Y 18.335 θ 12.00 ° K y 0.000000 Z 27.921 K x 0.000000 AR 0.783868 × 10 -6 BR 0.299472 × 10 -12 CR 0.152974 × 10 -13 DR -0.502892 × 10 -16 AP -0.449899 BP -0.794713 × 10 +1 CP 0.654541 DP -0.138730 5 ∞ 25.000 θ 62.56 ° Z 27.921 6 ∞ (GRIN) 5.000 1.49216 57.5 N 1d -0.1005 × 10 -3 N 1F -0.1068 × 10 -3 N 1C -0.9399 × 10 -4 Y 21.500 θ 62.56 ° Z 35.222 7 ∞ 8 ( image Display element) Y 29.022 θ 46.89 ° Z 39.742.
【0067】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 ∞(GRIN) 1.49216 57.5 N1d 0.1005×10-3 N1F 0.1068×10-3 N1C 0.9399×10-4 Y 0.000 θ 0.00° Z 25.000 3 ∞ Y 0.000 θ 0.00° Z 29.000 4 Ry -209.268 1.49216 57.5 Rx -95.115 Y 18.335 θ 12.00° Ky 0.000000 Z 27.921 Kx 0.000000 AR 0.783868 ×10-6 BR 0.299472 ×10-12 CR 0.152974 ×10-13 DR -0.502892 ×10-16 AP -0.449899 BP -0.794713 ×10+1 CP 0.654541 DP -0.138730 5 Ry -67.801 1.49216 57.5 Rx -58.220 Y -9.356 θ -27.44° Ky 0.000000 Z 38.348 Kx 0.000000 AR 0.427047 ×10-6 BR -0.770285 ×10-10 CR 0.407932 ×10-21 DR 0.105909 ×10-16 AP 0.107024 BP 0.496744 CP 0.119380 ×10+3 DP -0.923056 ×10-2 6 Ry -209.268 1.49216 57.5 Rx -95.115 Y 18.335 θ 12.00° Ky 0.000000 Z 27.921 Kx 0.000000 AR 0.783868 ×10-6 BR 0.299472 ×10-12 CR 0.152974 ×10-13 DR -0.502892 ×10-16 AP -0.449899 BP -0.794713 ×10+1 CP 0.654541 DP -0.138730 7 ∞ Y 25.000 θ 62.56° Z 27.921 8 (画像表示素子) Y 28.166 θ 46.89° Z 39.360 。Example 4 Surface Number Curvature Radius Spacing Refractive Index Abbe Number (Eccentricity) (Tilt Angle) 1 ∞ (Pupil) 2 ∞ (GRIN) 1.49216 57.5 N 1d 0.1005 × 10 -3 N 1F 0.1068 × 10 -3 N 1C 0.9399 × 10 -4 Y 0.000 θ 0.00 ° Z 25.000 3 ∞ Y 0.000 θ 0.00 ° Z 29.000 4 R y -209.268 1.49216 57.5 R x -95.115 Y 18.335 θ 12.00 ° K y 0.000000 Z 27.921 K x 0.000000 AR 0.783868 × 10 -6 BR 0.299472 × 10 -12 CR 0.152974 × 10 -13 DR -0.502892 × 10 -16 AP -0.449899 BP -0.794713 × 10 +1 CP 0.654541 DP -0.138730 5 R y -67.801 1.49216 57.5 R x -58.220 Y -9.356 θ -27.44 ° K y 0.000000 Z 38.348 K x 0.000000 AR 0.427047 × 10 -6 BR -0.770285 × 10 -10 CR 0.407932 × 10 -21 DR 0.105909 × 10 -16 AP 0.107024 BP 0.496744 CP 0.119380 × 10 +3 DP -0.923056 × 10 -2 6 R y -209.268 1.49216 57.5 R x -95.115 Y 18.335 θ 12.00 ° K y 0.000000 Z 27.921 K x 0.000000 AR 0.783 868 × 10 -6 BR 0.299472 × 10 -12 CR 0.152974 × 10 -13 DR -0.502892 × 10 -16 AP -0.449899 BP -0.794713 × 10 +1 CP 0.654541 DP -0.138730 7 ∞ Y 25.000 θ 62.56 ° Z 27.921 8 ( Image display device) Y 28.166 θ 46.89 ° Z 39.360.
【0068】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 Ry -209.268 1.49216 57.5 Rx -95.115 Y 18.335 θ 12.00° Ky 0.000000 Z 27.921 Kx 0.000000 AR 0.783868 ×10-6 BR 0.299472 ×10-12 CR 0.152974 ×10-13 DR -0.502892 ×10-16 AP -0.449899 BP -0.794713 ×10+1 CP 0.654541 DP -0.138730 3 Ry -67.801 1.49216 57.5 Rx -58.220 Y -9.356 θ -27.44° Ky 0.000000 Z 38.348 Kx 0.000000 AR 0.427047 ×10-6 BR -0.770285 ×10-10 CR 0.407932 ×10-21 DR 0.105909 ×10-16 AP 0.107024 BP 0.496744 CP 0.119380 ×10+3 DP -0.923056 ×10-2 4 Ry -209.268 1.49216 57.5 Rx -95.115 Y 18.335 θ 12.00° Ky 0.000000 Z 27.921 Kx 0.000000 AR 0.783868 ×10-6 BR 0.299472 ×10-12 CR 0.152974 ×10-13 DR -0.502892 ×10-16 AP -0.449899 BP -0.794713 ×10+1 CP 0.654541 DP -0.138730 5 ∞ Y 25.000 θ 62.56° Z 27.921 6 54.928(GRIN) 5.000 1.49216 57.5 N1d -0.1005×10-3 N1F -0.1068×10-3 N1C -0.9399×10-4 Y 21.500 θ 62.56° Z 35.222 7 84.049 8 (画像表示素子) Y 28.637 θ 46.89° Z 39.508 。Example 5 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Decentering amount) (Inclination angle) 1 ∞ (Pupil) 2 R y -209.268 1.49216 57.5 R x -95.115 Y 18.335 θ 12.00 ° K y 0.000000 Z 27.921 K x 0.000000 AR 0.783868 × 10 -6 BR 0.299472 × 10 -12 CR 0.152974 × 10 -13 DR -0.502892 × 10 -16 AP -0.449899 BP -0.794713 × 10 +1 CP 0.654541 DP -0.138730 3 R y -67.801 1.49216 57.5 R x -58.220 Y -9.356 θ -27.44 ° K y 0.000000 Z 38.348 K x 0.000000 AR 0.427047 × 10 -6 BR -0.770285 × 10 -10 CR 0.407932 × 10 -21 DR 0.105909 × 10 -16 AP 0.107024 BP 0.496744 CP 0.119380 × 10 +3 DP -0.923056 × 10 -2 4 R y -209.268 1.49216 57.5 R x -95.115 Y 18.335 θ 12.00 ° K y 0.000000 Z 27.921 K x 0.000000 AR 0.783868 × 10 -6 BR 0.299472 × 10 -12 CR 0.152974 × 10 -13 DR -0.502892 × 10 -16 AP -0.449899 BP -0.794713 × 10 +1 CP 0.654541 DP -0.138730 5 ∞ 25.000 θ 62.56 ° Z 27.921 6 54.928 (GRIN) 5.000 1.49216 57.5 N 1d -0.1005 × 10 -3 N 1F -0.1068 × 10 -3 N 1C -0.9399 × 10 -4 Y 21.500 θ 62.56 ° Z 35.222 7 84.049 8 ( image Display element) Y 28.637 θ 46.89 ° Z 39.508.
【0069】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) 2 Ry -209.268 1.49216 57.5 Rx -95.115 Y 18.335 θ 12.00° Ky 0.000000 Z 27.921 Kx 0.000000 AR 0.783868 ×10-6 BR 0.299472 ×10-12 CR 0.152974 ×10-13 DR -0.502892 ×10-16 AP -0.449899 BP -0.794713 ×10+1 CP 0.654541 DP -0.138730 3 Ry -67.801 1.49216 57.5 Rx -58.220 Y -9.356 θ -27.44° Ky 0.000000 Z 38.348 Kx 0.000000 AR 0.427047 ×10-6 BR -0.770285 ×10-10 CR 0.407932 ×10-21 DR 0.105909 ×10-16 AP 0.107024 BP 0.496744 CP 0.119380 ×10+3 DP -0.923056 ×10-2 4 Ry -209.268 1.49216 57.5 Rx -95.115 Y 18.335 θ 12.00° Ky 0.000000 Z 27.921 Kx 0.000000 AR 0.783868 ×10-6 BR 0.299472 ×10-12 CR 0.152974 ×10-13 DR -0.502892 ×10-16 AP -0.449899 BP -0.794713 ×10+1 CP 0.654541 DP -0.138730 5 ∞ Y 25.000 θ 62.56° Z 27.921 6 -52.463(GRIN) 5.000 1.49216 57.5 N1d -0.1005×10-3 N1F -0.1068×10-3 N1C -0.9399×10-4 Y 24.263 θ 62.56° Z 34.395 7 -41.145 8 (画像表示素子) Y 29.137 θ 46.89° Z 39.882 。Example 6 Surface Number Curvature Radius Interval Refractive Index Abbe Number (Eccentricity) (Tilt Angle) 1 ∞ (Pupil) 2 R y -209.268 1.49216 57.5 R x -95.115 Y 18.335 θ 12.00 ° K y 0.000000 Z 27.921 K x 0.000000 AR 0.783868 × 10 -6 BR 0.299472 × 10 -12 CR 0.152974 × 10 -13 DR -0.502892 × 10 -16 AP -0.449899 BP -0.794713 × 10 +1 CP 0.654541 DP -0.138730 3 R y -67.801 1.49216 57.5 R x -58.220 Y -9.356 θ -27.44 ° K y 0.000000 Z 38.348 K x 0.000000 AR 0.427047 × 10 -6 BR -0.770285 × 10 -10 CR 0.407932 × 10 -21 DR 0.105909 × 10 -16 AP 0.107024 BP 0.496744 CP 0.119380 × 10 +3 DP -0.923056 × 10 -2 4 R y -209.268 1.49216 57.5 R x -95.115 Y 18.335 θ 12.00 ° K y 0.000000 Z 27.921 K x 0.000000 AR 0.783868 × 10 -6 BR 0.299472 × 10 -12 CR 0.152974 × 10 -13 DR -0.502892 × 10 -16 AP -0.449899 BP -0.794713 × 10 +1 CP 0.654541 DP -0.138730 5 ∞ 25.000 θ 62.56 ° Z 27.921 6 -52.463 (GRIN) 5.000 1.49216 57.5 N 1d -0.1005 × 10 -3 N 1F -0.1068 × 10 -3 N 1C -0.9399 × 10 -4 Y 24.263 θ 62.56 ° Z 34.395 7 -41.145 8 (Image display element) Y 29.137 θ 46.89 ° Z 39.882.
【0070】比較例 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 1.49216 57.5 Rx -95.115 Y 18.335 θ 12.00° Ky 0.000000 Z 27.921 Kx 0.000000 AR 0.783868 ×10-6 BR 0.299472 ×10-12 CR 0.152974 ×10-13 DR -0.502892 ×10-16 AP -0.449899 BP -0.794713 ×10+1 CP 0.654541 DP -0.138730 3 Ry -67.801 1.49216 57.5 Rx -58.220 Y -9.356 θ -27.44° Ky 0.000000 Z 38.348 Kx 0.000000 AR 0.427047 ×10-6 BR -0.770285 ×10-10 CR 0.407932 ×10-21 DR 0.105909 ×10-16 AP 0.107024 BP 0.496744 CP 0.119380 ×10+3 DP -0.923056 ×10-2 4 Ry -209.268 1.49216 57.5 Rx -95.115 Y 18.335 θ 12.00° Ky 0.000000 Z 27.921 Kx 0.000000 AR 0.783868 ×10-6 BR 0.299472 ×10-12 CR 0.152974 ×10-13 DR -0.502892 ×10-16 AP -0.449899 BP -0.794713 ×10+1 CP 0.654541 DP -0.138730 5 ∞ Y 25.000 θ 62.56° Z 27.921 6 (画像表示素子) Y 28.166 θ 46.89° Z 39.360 。Comparative Example Surface Number Curvature Radius Spacing Refractive Index Abbe Number (Eccentricity) (Tilt Angle) 1 ∞ (Pupil) 2 R y -209.268 1.49216 57.5 R x -95.115 Y 18.335 θ 12.00 ° K y 0.000000 Z 27.921 K x 0.000000 AR 0.783868 × 10 -6 BR 0.299472 × 10 -12 CR 0.152974 × 10 -13 DR -0.502892 × 10 -16 AP -0.449899 BP -0.794713 × 10 +1 CP 0.654541 DP -0.138730 3 R y -67.801 1.49216 57.5 R x -58.220 Y -9.356 θ -27.44 ° K y 0.000000 Z 38.348 K x 0.000000 AR 0.427047 × 10 -6 BR -0.770285 × 10 -10 CR 0.407932 × 10 -21 DR 0.105909 × 10 -16 AP 0.107024 BP 0.496744 CP 0.119380 × 10 +3 DP -0.923056 × 10 -2 4 R y -209.268 1.49216 57.5 R x -95.115 Y 18.335 θ 12.00 ° K y 0.000000 Z 27.921 K x 0.000000 AR 0.783868 × 10 -6 BR 0.299472 × 10 -12 CR 0.152974 × 10 - 13 DR -0.502892 × 10 -16 AP -0.449899 BP -0.794713 × 10 +1 CP 0.654541 DP -0.138730 5 ∞ Y 25.000 θ 62.56 ° Z 27.921 6 (Image display element) Y 28.166 θ 46.89 ° Z 39.360.
【0071】さて、以上のような本発明の3面又は4面
の光学面で構成され、その間が屈折率が1より大きい媒
質で満たされた偏心プリズム単体に残留する色収差、像
面湾曲等をDOE又はGRINを用いて補正した接眼光
学系を2組使用することによって、片目を閉じて観察像
を観察する必要がなくなる。両眼で観察できると、観察
者にとって疲れない観察が可能となる。また、両眼に視
差のある画像を提示することによって、立体像としての
観察も可能となる。また、本発明の接眼光学系を2組使
用し、観察者頭部に支持する支持機構を付けることによ
って、楽な姿勢で観察像を観察することが可能となる。Now, the chromatic aberration, the field curvature, etc. remaining in the decentered prism alone, which is composed of the three or four optical surfaces of the present invention as described above and filled with a medium having a refractive index larger than 1, is defined between them. By using two sets of eyepiece optical systems corrected using DOE or GRIN, it is not necessary to close one eye and observe the observation image. If it is possible to observe with both eyes, the observer can observe without getting tired. Also, by presenting images with parallax to both eyes, it is possible to observe as a stereoscopic image. Further, by using two sets of the eyepiece optical system of the present invention and attaching a supporting mechanism for supporting the observer's head, it becomes possible to observe an observation image in a comfortable posture.
【0072】上記のように、本発明による接眼光学系を
用い、この光学系と画像表示素子からなる組を左右一対
用意し、それらを眼輻距離だけ離して支持することによ
り、両眼で観察できる据え付け型又は頭部装着式画像表
示装置のようなポータブル型の画像表示装置として構成
することができる。このようなポータブル型の画像表示
装置の1例の全体の構成を図32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52を観察者の頭頂に載せることによ
り、表示装置本体50を観察者の眼前に保持できるよう
になっている。なお、頭頂フレーム52の内側には海綿
体のような弾性体からなる頭頂パッド55が取り付けて
あり、同様にリアフレーム54の内側にも同様なパッド
が取り付けられており、この表示装置を頭部に装着した
ときに違和感を感じないようにしてある。As described above, the eyepiece optical system according to the present invention is used, and a pair of the optical system and the image display element is prepared on the left and right sides, and they are supported by being separated by the eye radiation distance. It can be configured as a portable image display device such as a stationary or head-mounted image display device. FIG. 32 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 continuously to the left and right of the main body 50, the temporal frames 51 on both sides are connected by a crown frame 52, and a leaf spring 53 is provided between the temporal frames 51 on both sides. The rear frame 54 is provided via
The display device main body 50 can be held in front of the observer's eyes by placing the display device main body on the back of both ears of the observer like a temple of eyeglasses and placing the crown frame 52 on the observer's crown. 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.
【0073】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。The rear frame 54 has a speaker 56.
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.
【0074】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 a jack at the tip. 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.
【0075】以上、本発明の画像表示装置をいくつかの
実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施
例に限定されず種々の変形が可能である。The image display device of the present invention has been described above based on some embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments and various modifications can be made.
【0076】以上の本発明の画像表示装置は、例えば次
のように構成することができる。The above-described image display device of the present invention can be configured as follows, for example.
【0077】〔1〕 画像を表示する画像表示素子と前
記画像表示素子に表示された画像を中間実像を結像する
ことなく観察者の眼球に導く接眼光学系と、前記画像表
示素子及び接眼光学系を観察者の頭部又は顔面に保持す
る保持手段とを有する画像表示装置において、前記接眼
光学系が、画像表示素子に対向して配置された第1面
と、観察者視軸上に観察者瞳と対向して傾けて配置され
た第2面と、観察者視軸上に第2面と観察者瞳との間に
配置された第3面とを有する光学部材を備えており、前
記第2面が反射面であり、前記画像表示素子から射出し
た光線が前記第1面を透過して前記光学部材の内部に入
射し、前記第2面で反射されて前記第3面を透過して観
察者の眼球に導かれ、かつ、前記画像表示素子から観察
者の瞳の間の何れかの位置に補正光学素子が配置され、
前記光学部材の透過面で発生する収差と前記補正光学素
子で発生する収差の符号が逆になっていることを特徴と
する画像表示装置。[1] An image display element for displaying an image and an eyepiece optical system for guiding the image displayed on the image display element to an eyeball of an observer without forming an intermediate real image, and the image display element and the eyepiece optics. In an image display device having a holding means for holding the system on an observer's head or face, the eyepiece optical system observes on a first surface arranged facing the image display element and on the observer's visual axis. An optical member having a second surface which is arranged to face the viewer's pupil and is inclined, and a third surface which is arranged between the second surface and the viewer's pupil on the viewer's visual axis. The second surface is a reflecting surface, and the light beam emitted from the image display element passes through the first surface and enters the inside of the optical member, and is reflected by the second surface and passes through the third surface. Is guided to the observer's eyeball, and any one between the image display element and the observer's pupil. Corrective optics are placed in position,
The image display device is characterized in that the aberrations generated in the transmission surface of the optical member and the correction optical element have opposite signs.
【0078】〔2〕 前記光学部材の前記第1面、第2
面、第3面に囲まれた領域が、屈折率が1を越える透明
媒質によって満たされていることを特徴とする上記
〔1〕記載の画像表示装置。[2] The first surface and the second surface of the optical member
The area surrounded by the surface and the third surface is filled with a transparent medium having a refractive index of more than 1, and the image display device according to the above [1].
【0079】〔3〕 前記画像表示素子から射出した光
線が前記第1面を透過して前記光学部材に入射した光が
前記第2面で反射する前に反射するように配置された第
4面を備えていることを特徴とする上記〔2〕記載の画
像表示装置。[3] A fourth surface arranged so that the light beam emitted from the image display element passes through the first surface and the light incident on the optical member is reflected before being reflected by the second surface. The image display device according to the above [2], further comprising:
【0080】〔4〕 前記第4面は前記第3面と同一の
面であることを特徴とする上記〔3〕記載の画像表示装
置。[4] The image display device according to the above [3], wherein the fourth surface is the same surface as the third surface.
【0081】〔5〕 前記第2面は裏面反射鏡であるこ
とを特徴とする上記〔4〕記載の画像表示装置。[5] The image display device according to the above [4], wherein the second surface is a back surface reflecting mirror.
【0082】〔6〕 前記の4つの面の中、第1面の透
過面と第4面の反射面が同一の面であることを特徴とす
る上記〔5〕記載の画像表示装置。[6] The image display device as described in the above item [5], wherein among the above four surfaces, the transmission surface of the first surface and the reflection surface of the fourth surface are the same surface.
【0083】〔7〕 前記の4つの面の中、第3面の透
過面と第4面の反射面が同一の面であることを特徴とす
る上記〔5〕記載の画像表示装置。[7] The image display device according to the above [5], wherein among the above four surfaces, the transmitting surface of the third surface and the reflecting surface of the fourth surface are the same surface.
【0084】〔8〕 前記接眼光学系の同一の面に入射
する光線が、一つの光路では臨界角を越えて入射して反
射され、他の光路では臨界角以下の入射角で入射して透
過するように配置されていることを特徴とする上記
〔2〕から〔7〕の何れか1項記載の画像表示装置。[8] A light ray incident on the same surface of the eyepiece optical system is incident on one optical path beyond a critical angle and reflected, and is incident on another optical path at an incident angle less than the critical angle and transmitted. The image display device according to any one of [2] to [7], wherein the image display device is arranged so as to
【0085】[0085]
〔9〕 前記補正光学素子が回折光学素子
であることを特徴とする上記〔1〕から〔8〕の何れか
1項記載の画像表示装置。[9] The image display device according to any one of [1] to [8], wherein the correction optical element is a diffractive optical element.
【0086】〔10〕 前記補正光学素子が屈折率分布
型レンズであることを特徴とする上記〔1〕から〔8〕
の何れか1項記載の画像表示装置。[10] The above [1] to [8], wherein the correction optical element is a gradient index lens.
The image display device according to claim 1.
【0087】〔11〕 前記回折光学素子を前記光学部
材と観察者眼球の間に配置することを特徴とする上記
[11] The diffractive optical element is arranged between the optical member and an observer's eyeball.
〔9〕記載の画像表示装置。The image display device according to [9].
【0088】〔12〕 前記回折光学素子を前記光学部
材と前記画像表示素子の間に配置することを特徴とする
上記[12] The diffractive optical element is arranged between the optical member and the image display element.
〔9〕記載の画像表示装置。The image display device according to [9].
【0089】〔13〕 前記回折光学素子の焦点距離を
f(mm)とするとき、 −1<1/f<1 ・・・(a) なる条件を満足することを特徴とする上記〔11〕又は
〔12〕記載の画像表示装置。[13] When the focal length of the diffractive optical element is f (mm), the condition of -1 <1 / f <1 (a) is satisfied [11] Alternatively, the image display device according to [12].
【0090】〔14〕 前記回折光学素子の焦点距離を
f(mm)とするとき、 −0.1<1/f<0.1 ・・・(a') なる条件を満足することを特徴とする上記〔13〕記載
の画像表示装置。[14] When the focal length of the diffractive optical element is f (mm), the condition of −0.1 <1 / f <0.1 (a ′) is satisfied. The image display device according to [13] above.
【0091】〔15〕 前記回折光学素子の焦点距離を
f(mm)とするとき、 0<1/f<0.01 ・・・(a") なる条件を満足することを特徴とする上記〔14〕記載
の画像表示装置。[15] When the focal length of the diffractive optical element is f (mm), the condition 0 <1 / f <0.01 (a ") is satisfied. 14] The image display device as described above.
【0092】〔16〕 前記屈折率分布型レンズを前記
光学部材と観察者眼球の間に配置することを特徴とする
上記〔10〕記載の画像表示装置。[16] The image display device according to the above [10], wherein the gradient index lens is arranged between the optical member and an eyeball of an observer.
【0093】〔17〕 前記屈折率分布型レンズを前記
光学部材と前記画像表示素子の間に配置することを特徴
とする上記〔10〕記載の画像表示装置。[17] The image display device according to the above [10], wherein the gradient index lens is arranged between the optical member and the image display element.
【0094】〔18〕 前記屈折率分布型レンズの中心
の屈折率をN0、周辺の屈折率をN1とするとき、 0.5<N0/N1<1.5 ・・・(b) なる条件を満足することを特徴とする上記〔16〕又は
〔17〕記載の画像表示装置。[18] When the central refractive index of the gradient index lens is N0 and the peripheral refractive index is N1, the condition of 0.5 <N0 / N1 <1.5 (b) is satisfied. The image display device according to the above [16] or [17], which is satisfied.
【0095】〔19〕 前記屈折率分布型レンズの中心
の屈折率をN0、周辺の屈折率をN1とするとき、 0.8<N0/N1<1.2 ・・・(b') なる条件を満足することを特徴とする上記〔18〕記載
の画像表示装置。[19] When the central refractive index of the gradient index lens is N0 and the peripheral refractive index is N1, the condition of 0.8 <N0 / N1 <1.2 (b ') is satisfied. The image display device according to the above [18], characterized in that
【0096】[0096]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の画像表示装置においては、3面又は4面の光学面で構
成され、その間が屈折率が1より大きい媒質で満たされ
た偏心プリズム単体の透過面で発生する色収差、像面湾
曲等を、画像表示素子から観察者の瞳の間の何れかの位
置に補正光学素子を配置し、その補正光学素子に符号が
逆の収差を発生させることによって補正するものであ
り、補正光学素子にはこれらの収差補正に有効なDO
E、屈折率分布型レンズを用いることによって、画像表
示素子の画素密度が上がっても、残存収差、特に色収差
を十分に補正して、サイズがコンパクトで広画角で画面
全体に明瞭な画像を表示可能な頭部又は顔面装着式画像
表示装置を得ることができる。As is apparent from the above description, in the image display device of the present invention, a decentered prism which is composed of three or four optical surfaces and is filled with a medium having a refractive index larger than 1 between them. For chromatic aberration, field curvature, etc. that occur on a single transmission surface, a correction optical element is placed at any position between the image display element and the observer's pupil, and the correction optical element produces aberrations with opposite signs. The correction optical element has a DO effective for correcting these aberrations.
E, By using the gradient index lens, even if the pixel density of the image display element is increased, residual aberration, especially chromatic aberration is sufficiently corrected, and the size is compact, and a clear image is displayed on the entire screen with a wide angle of view. A displayable head- or face-mounted image display device can be obtained.
【図1】本発明の実施例1の画像表示装置の光路を説明
するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining an optical path of an image display device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施例2の画像表示装置の光路を説明
するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining an optical path of an image display device according to a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施例3の画像表示装置の光路を説明
するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an optical path of an image display device according to a third embodiment of the present invention.
【図4】本発明の実施例4の画像表示装置の光路を説明
するための図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an optical path of an image display device according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
【図5】本発明の実施例5の画像表示装置の光路を説明
するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining an optical path of an image display device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図6】本発明の実施例6の画像表示装置の光路を説明
するための図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an optical path of an image display device according to a sixth embodiment of the present invention.
【図7】比較例の画像表示装置の光路を説明するための
図である。FIG. 7 is a diagram for explaining an optical path of an image display device of a comparative example.
【図8】実施例1の収差補正状態を示すスポットダイア
グラムの一部である。8 is a part of a spot diagram showing an aberration correction state of Example 1. FIG.
【図9】実施例1の収差補正状態を示すスポットダイア
グラムの他の一部である。FIG. 9 is another part of the spot diagram showing the aberration correction state of Example 1.
【図10】実施例1の収差補正状態を示すスポットダイ
アグラムの残りの部分である。FIG. 10 is the remaining part of the spot diagram showing the aberration correction state of the first embodiment.
【図11】実施例2の収差補正状態を示すスポットダイ
アグラムの一部である。FIG. 11 is a part of a spot diagram showing an aberration correction state of Example 2;
【図12】実施例2の収差補正状態を示すスポットダイ
アグラムの他の一部である。12 is another part of the spot diagram showing the aberration correction state of Example 2. FIG.
【図13】実施例2の収差補正状態を示すスポットダイ
アグラムの残りの部分である。FIG. 13 is the remaining part of the spot diagram showing the aberration correction state of the second embodiment.
【図14】実施例3の収差補正状態を示すスポットダイ
アグラムの一部である。FIG. 14 is a part of a spot diagram showing the aberration correction state of Example 3;
【図15】実施例3の収差補正状態を示すスポットダイ
アグラムの他の一部である。FIG. 15 is another part of the spot diagram showing the aberration correction state of the third embodiment.
【図16】実施例3の収差補正状態を示すスポットダイ
アグラムの残りの部分である。FIG. 16 is the remaining part of the spot diagram showing the aberration correction state of the third embodiment.
【図17】実施例4の収差補正状態を示すスポットダイ
アグラムの一部である。FIG. 17 is a part of a spot diagram showing an aberration correction state of Example 4.
【図18】実施例4の収差補正状態を示すスポットダイ
アグラムの他の一部である。FIG. 18 is another part of the spot diagram showing the aberration correction state of Example 4.
【図19】実施例4の収差補正状態を示すスポットダイ
アグラムの残りの部分である。FIG. 19 is the remaining part of the spot diagram showing the aberration correction state of the fourth embodiment.
【図20】実施例5の収差補正状態を示すスポットダイ
アグラムの一部である。FIG. 20 is a part of a spot diagram showing the aberration correction state of Example 5;
【図21】実施例5の収差補正状態を示すスポットダイ
アグラムの他の一部である。FIG. 21 is another part of the spot diagram showing the aberration correction state of Example 5.
【図22】実施例5の収差補正状態を示すスポットダイ
アグラムの残りの部分である。FIG. 22 is the remaining part of the spot diagram showing the aberration correction state of Example 5;
【図23】実施例6の収差補正状態を示すスポットダイ
アグラムの一部である。FIG. 23 is a part of a spot diagram showing the aberration correction state of Example 6;
【図24】実施例6の収差補正状態を示すスポットダイ
アグラムの他の一部である。FIG. 24 is another part of the spot diagram showing the aberration correction state of the sixth embodiment.
【図25】実施例6の収差補正状態を示すスポットダイ
アグラムの残りの部分である。FIG. 25 is the remaining part of the spot diagram showing the aberration correction state of Example 6;
【図26】比較例の収差補正状態を示すスポットダイア
グラムの一部である。FIG. 26 is a part of a spot diagram showing an aberration correction state of a comparative example.
【図27】比較例の収差補正状態を示すスポットダイア
グラムの他の一部である。FIG. 27 is another part of the spot diagram showing the aberration correction state of the comparative example.
【図28】比較例の収差補正状態を示すスポットダイア
グラムの残りの部分である。FIG. 28 is the remaining part of the spot diagram showing the aberration correction state of the comparative example.
【図29】本発明で用いる回折光学素子を説明するため
の屈折の原理図である。FIG. 29 is a principle diagram of refraction for explaining the diffractive optical element used in the present invention.
【図30】本発明で用いる回折光学素子を説明するため
の回折の原理図である。FIG. 30 is a principle diagram of diffraction for explaining the diffractive optical element used in the present invention.
【図31】超高屈折率レンズ(ultra-high index lens
)の説明図である。[Fig. 31] Ultra-high index lens
FIG.
【図32】本発明による接眼光学系を組み込んだポータ
ブル型の画像表示装置の1例の全体の構成を示す図であ
る。FIG. 32 is a diagram showing the overall configuration of an example of a portable image display device incorporating the eyepiece optical system according to the present invention.
【図33】本出願人の1つの提案に係る画像表示装置の
光路を説明するための図である。FIG. 33 is a diagram for explaining the optical path of the image display device according to one of the applicant's proposals.
【図34】本出願人の別の提案に係る画像表示装置の光
路を説明するための図である。FIG. 34 is a diagram for explaining an optical path of an image display device according to another proposal of the applicant.
【図35】本出願人の別の提案に係る画像表示装置の光
路を説明するための図である。FIG. 35 is a diagram for explaining an optical path of an image display device according to another proposal of the applicant.
【図36】本出願人の別の提案に係る画像表示装置の光
路を説明するための図である。FIG. 36 is a diagram for explaining an optical path of an image display device according to another proposal of the applicant.
【図37】本出願人の別の提案に係る画像表示装置の光
路を説明するための図である。FIG. 37 is a diagram for explaining an optical path of an image display device according to another proposal of the applicant.
【図38】本出願人の別の提案に係る画像表示装置の光
路を説明するための図である。FIG. 38 is a diagram for explaining an optical path of an image display device according to another proposal of the applicant.
【図39】本出願人の別の提案に係る画像表示装置の光
路を説明するための図である。FIG. 39 is a diagram for explaining an optical path of an image display device according to another proposal of the applicant.
【図40】本出願人の別の提案に係る画像表示装置の光
路を説明するための図である。FIG. 40 is a diagram for explaining an optical path of an image display device according to another proposal of the applicant.
【図41】本出願人の別の提案に係る画像表示装置の光
路を説明するための図である。FIG. 41 is a diagram for explaining an optical path of an image display device according to another proposal of the applicant.
1…第1面 2…第2面 3…第3面 4…第4面 5…第5面 6…第6面 7…観察者の瞳 8…観察者視軸 9…画像表示素子 10…接眼光学系 11…偏心プリズム 12…回折光学素子(DOE) 13…屈折率分布型レンズ(GRIN) 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 ... 1st surface 2 ... 2nd surface 3 ... 3rd surface 4 ... 4th surface 5 ... 5th surface 6 ... 6th surface 7 ... Observer's pupil 8 ... Observer's visual axis 9 ... Image display element 10 ... Eyepiece Optical system 11 ... Decentered prism 12 ... Diffractive optical element (DOE) 13 ... Gradient index type lens (GRIN) 50 ... Display device body 51 ... Temporal frame 52 ... Top frame 53 ... Leaf spring 54 ... Rear frame 55 ... Top pad 56 ... Speaker 57 ... Video / audio transmission code 58 ... Playback device 59 ... Control section for switches, volume, etc.
Claims (6)
表示素子に表示された画像を中間実像を結像することな
く観察者の眼球に導く接眼光学系と、前記画像表示素子
及び接眼光学系を観察者の頭部又は顔面に保持する保持
手段とを有する画像表示装置において、 前記接眼光学系が、画像表示素子に対向して配置された
第1面と、観察者視軸上に観察者瞳と対向して傾けて配
置された第2面と、観察者視軸上に第2面と観察者瞳と
の間に配置された第3面とを有する光学部材を備えてお
り、 前記第2面が反射面であり、前記画像表示素子から射出
した光線が前記第1面を透過して前記光学部材の内部に
入射し、前記第2面で反射されて前記第3面を透過して
観察者の眼球に導かれ、かつ、 前記画像表示素子から観察者の瞳の間の何れかの位置に
補正光学素子が配置され、前記光学部材の透過面で発生
する収差と前記補正光学素子で発生する収差の符号が逆
になっていることを特徴とする画像表示装置。1. An image display element for displaying an image, an eyepiece optical system for guiding the image displayed on the image display element to an eyeball of an observer without forming an intermediate real image, and the image display element and the eyepiece optical system. In the image display device having a holding means for holding the head on the observer's head or face, the eyepiece optical system has a first surface arranged facing the image display element, and the observer on the observer's visual axis. An optical member having a second surface which is arranged so as to be opposed to the pupil and is inclined, and a third surface which is arranged between the second surface and the observer pupil on the observer's visual axis; Two surfaces are reflection surfaces, and a light beam emitted from the image display element passes through the first surface and enters the inside of the optical member, and is reflected by the second surface and passes through the third surface. Guided to the eyeball of the observer, and any position between the image display device and the pupil of the observer A correction optical element is disposed in the image display device, and the aberration generated in the transmission surface of the optical member and the aberration generated in the correction optical element have opposite signs.
3面に囲まれた領域が、屈折率が1を越える透明媒質に
よって満たされていることを特徴とする請求項1記載の
画像表示装置。2. The region surrounded by the first surface, the second surface, and the third surface of the optical member is filled with a transparent medium having a refractive index of more than 1. Image display device.
記第1面を透過して前記光学部材に入射した光が前記第
2面で反射する前に反射するように配置された第4面を
備えていることを特徴とする請求項2記載の画像表示装
置。3. A fourth surface arranged so that a light beam emitted from the image display element passes through the first surface and the light incident on the optical member is reflected before being reflected by the second surface. The image display device according to claim 2, further comprising:
ることを特徴とする請求項3記載の画像表示装置。4. The image display device according to claim 3, wherein the fourth surface is the same surface as the third surface.
ことを特徴とする請求項1から4の何れか1項記載の画
像表示装置。5. The image display device according to claim 1, wherein the correction optical element is a diffractive optical element.
であることを特徴とする請求項1から5の何れか1項記
載の画像表示装置。6. The image display device according to claim 1, wherein the correction optical element is a gradient index lens.
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