JPH10123454A - 頭部装着型画像表示装置 - Google Patents

頭部装着型画像表示装置

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JPH10123454A
JPH10123454A JP8273688A JP27368896A JPH10123454A JP H10123454 A JPH10123454 A JP H10123454A JP 8273688 A JP8273688 A JP 8273688A JP 27368896 A JP27368896 A JP 27368896A JP H10123454 A JPH10123454 A JP H10123454A
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JP
Japan
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optical system
image
image display
axis
eyepiece optical
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Application number
JP8273688A
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English (en)
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Jiyunko Takahashi
高橋潤子
Koichi Takahashi
高橋浩一
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い画角においても明瞭で、歪みの少ない観
察像を与える頭部装着型画像表示装置。 【解決手段】 画像表示素子６と、画像表示素子６によ
り形成された画像を虚像として観察できるように観察者
眼球位置１に中間像を形成することなしに導く接眼光学
系９とを有する頭部装着型画像表示装置であり、接眼光
学系９は、１回のみの反射を行う反射面４と１面又は２
面の透過面３を含み、反射面４と透過面３の間は屈折率
が１より大きい媒体で満たされた光学系であり、少なく
とも反射面４が面内及び面外共に回転対称軸を有しない
非回転対称面形状である。

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型画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】頭部又は顔面装着型画像表示装置の従来
の周知なものとして、特開平３−１０１７０９号のもの
がある。図１８（ａ）に全体の光学系を、図１８（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１９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６２−２１４７８２号のものがある。この
装置は、図２０（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２１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２２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】その他、米国特許第４，３２２，１３５
号、米国特許第４，９６９，７２４号、欧州特許第０，
５８３，１１６Ａ２号、特開平７−３３３５５１号のも
のも知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来技術では、光学系を構成する反射面と透過面が球面
や回転対称非球面、トーリック面、アナモルフィック面
等で構成されていたために、光線収差とディストーショ
ンを同時に良好に補正することが不可能であった。
【０００９】観察画像の収差が良好に補正され、なおか
つ、ディストーションが良好に補正されていないと、観
察者に観察像が歪んで観察されてしまい、左右眼で対称
でない歪みが生じた場合には、融像できなくなったり、
図形等を表示する場合には、その図形等が歪んで観察さ
れ、正しい形状を認識することができなくなってしま
う。
【００１０】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、広い画角におい
ても明瞭で、歪みの少ない観察像を与える頭部装着型画
像表示装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の頭部装着型画像表示装置は、画像表示素子と、前記
画像表示素子により形成された画像を虚像として観察で
きるように観察者眼球位置に中間像を形成することなし
に導く接眼光学系とを有する頭部装着型画像表示装置に
おいて、前記接眼光学系が１回反射のみの構成であり、
その反射面の形状が面内及び面外共に対称面を１面のみ
有する非回転対称面形状であることを特徴とするもので
ある。
【００１２】本発明のもう１つの頭部装着型画像表示装
置は、画像表示素子と、前記画像表示素子により形成さ
れた画像を虚像として観察できるように観察者眼球位置
に中間像を形成することなしに導く接眼光学系とを有す
る頭部装着型画像表示装置において、前記接眼光学系
は、１回のみの反射を行う反射面と１面の透過面を含
み、前記反射面と前記透過面の間は屈折率が１より大き
い媒体で満たされた光学系であり、少なくとも前記反射
面が面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転対称
面形状であることを特徴とするものである。
【００１３】本発明のさらにもう１つの頭部装着型画像
表示装置は、画像表示素子と、前記画像表示素子により
形成された画像を虚像として観察できるように観察者眼
球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系と
を有する頭部装着型画像表示装置において、前記接眼光
学系は、１回のみの反射を行う反射面と２面の透過面を
含み、前記反射面と前記の２面の透過面の間は屈折率が
１より大きい媒体で満たされた光学系であり、少なくと
も前記反射面が面内及び面外共に回転対称軸を有しない
非回転対称面形状であることを特徴とするものである。
【００１４】以下に、本発明において、上記のような構
成、特に、頭部装着型画像表示装置の接眼光学系におい
て面対称自由曲面を利用した構成をとる理由と作用につ
いて説明する。まず、最初に説明の便のため、本発明の
頭部装着型画像表示装置に用いる接眼光学系の代表的な
ものを図１４〜図１６に例示する。
【００１５】図１４の場合は、接眼光学系９は、第１面
４のみからなり、画像表示素子６から発した光線束は、
第１面４で反射し、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。
【００１６】図１５の場合は、接眼光学系９は、第１面
３、第２面４からなり、画像表示素子６から発した光線
束は、第１面３で屈折して接眼光学系９に入射し、第２
面４で内部反射し、再び第１面３に入射して屈折され
て、観察者の瞳の虹彩位置又は眼球の回旋中心を射出瞳
１として観察者の眼球内に投影される。
【００１７】図１６の場合は、接眼光学系９は、第１面
３、第２面４、第３面５からなり、画像表示素子６から
発した光線束は、第３面５で屈折して接眼光学系９に入
射し、第２面４に入射して内部反射し、第１面３に入射
して屈折されて、観察者の瞳の虹彩位置又は眼球の回旋
中心を射出瞳１として観察者の眼球内に投影される。こ
のように、本発明において、接眼光学系９の面番号は、
原則として、射出瞳１から画像表示素子６に到る逆光線
追跡の順に付してあり、また、典型的には、図１４の接
眼光学系９を前提にして説明するが、もちろん、本発明
は図１４の光学系に限定されるものではなく、図１４〜
図１６の光学系等、特許請求の範囲に記載された範囲内
であればいかなる光学系にも適用できるものである。
【００１８】次に、以下の説明において用いる座標系に
ついて説明する。図１４に示すように、射出瞳１中心を
通り、被観察像を形成する像形成手段である画像表示素
子６中心に到達する軸上主光線が瞳１を射出し、接眼光
学系９の第１面（図１４の場合は面４、図１５、図１６
の場合は面３）に交差するまでの直線によって定義され
る視軸２をＺ軸とし、このＺ軸と直交し、かつ、接眼光
学系９を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、
視軸２と直交し、かつ、Ｙ軸と直交する軸をＸ軸とす
る。また、以下の説明においては、光線の追跡方向は特
別に説明のない限り、瞳１から被観察像を形成する像形
成手段（画像表示素子）６に向かう逆光線追跡で説明す
る。
【００１９】さて、一般に、少ない面数で収差を良好に
補正するためには、非球面等が用いられる。一般に、球
面レンズ系では、球面で発生する球面収差とコマ収差、
像面湾曲等の収差を他の面で補正する構成になってい
る。そこで、この球面で発生する各種収差自体を少なく
するために、非球面が用いられる。これは、１つの面で
発生する各種収差の発生を少なくし、収差補正を行う面
を少なくし、全体の構成面数を少なくするためである。
【００２０】しかし、本発明の頭部装着型画像表示装置
に用いる接眼光学系のように、偏心して配置されている
光学系においては、従来の回転対称非球面では補正でき
ない偏心による収差が発生する。偏心により発生する収
差は、コマ収差、非点収差、像歪み、像面湾曲等があ
る。従来のものでは、これらの収差を補正するためにト
ーリック面やアナモルフィック面等を使用した例はある
が、偏心により発生する非点収差に重点が置かれ、広画
角で小型であり、かつ、像歪みまで十分な収差補正が行
われたものはなかった。
【００２１】現在までに行われた収差補正の手段をここ
に紹介する。凹面鏡と凸面鏡の配置が像面湾曲収差に良
い効果を発揮することは、本出願人の特願平５−２６４
８２８号に詳しく述べられており、傾いた凹面鏡が発生
する収差については特開平６−１２７４５３号等に述べ
られている。また、傾いた凹面鏡により発生する非点収
差についても本出願人の特願平６−２１１０６７号、ま
た、特願平６−２５６６７６号に述べられている。さら
に、傾いた凹面鏡により発生する台形や弓なりの像歪み
に関しては、特開平５−３０３０５６号に述べられてい
る。
【００２２】しかしながら、これらの収差を同時にしか
も良好に補正することは、トーリック面やアナモルフィ
ック面、回転対称非球面、球面では満足な結果を得られ
なかった。
【００２３】本発明は上記収差を同時にしかも良好に補
正するために、面内及び面外共に回転対称軸を有せず、
しかも、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面を使用
したことを特徴としている。
【００２４】ここで、本発明の自由曲面とは、以下の式
で定義されるものである。 Ｚ＝Ｃ2 ＋Ｃ3 ｙ＋Ｃ4 ｘ ＋Ｃ5 ｙ2 ＋Ｃ6 ｙｘ＋Ｃ7 ｘ2 ＋Ｃ8 ｙ3 ＋Ｃ9 ｙ2 ｘ＋Ｃ10ｙｘ2 ＋Ｃ11ｘ3 ＋Ｃ12ｙ4 ＋Ｃ13ｙ3 ｘ＋Ｃ14ｙ2 ｘ2 ＋Ｃ15ｙｘ3 ＋Ｃ16ｘ4 +C17ｙ5 ＋Ｃ18ｙ4 ｘ＋Ｃ19ｙ3 ｘ2 ＋Ｃ20ｙ2 ｘ3 ＋Ｃ21ｙｘ4 ＋Ｃ22ｘ5 ＋Ｃ23ｙ6 ＋Ｃ24ｙ5 ｘ＋Ｃ25ｙ4 ｘ2 ＋Ｃ26ｙ3 ｘ3 ＋Ｃ27ｙ2 ｘ4 ＋Ｃ28ｙｘ5 ＋Ｃ29ｘ6 ＋Ｃ30ｙ7 ＋Ｃ31ｙ6 ｘ＋Ｃ32ｙ5 ｘ2 ＋Ｃ33ｙ4 ｘ3 ＋Ｃ34ｙ3 ｘ4 ＋Ｃ35ｙ2 ｘ5 ＋Ｃ36ｙｘ6 ＋Ｃ37ｘ7 ・・・・・ つまり、 で表せる。
【００２５】次に、偏心して配置された反射凹面鏡によ
り発生する弓なりの像歪みについて説明する。ＬＣＤ
（液晶表示素子）の配置上、光学系の主な光学的パワー
を有する反射面は偏心して配置され、反射凹面鏡で反射
してできた像はこの偏心により発生する像歪みを持って
いる。そこで、光学系の主な光学的パワーを有する反射
面に上記式（ａ）で表したような自由曲面を使うことに
より、偏心方向をＹ軸、観察者眼球の視線方向をＺ軸、
Ｙ軸及びＺ軸と直交する軸をＸ軸とすると、反射面自身
にＸ軸上の任意の位置のＹ方向の傾きを任意に与えるこ
とができ、これにより、傾いた反射面、例えば後記する
実施例の反射面、前記のように偏心して配置された反射
凹面鏡で発生する像歪み、特に、Ｘ軸方向の像高により
変化し、Ｙ軸方向に発生する像歪みを補正することがで
きる。つまり、結果として水平線が弓なりになって観察
される像歪みを良好に補正することが可能となる。
【００２６】次に、偏心して配置された凹面鏡により発
生する台形の歪みについて説明する。この像歪みは、観
察者眼球からの逆追跡により説明すると、眼球から射出
したＸ軸方向に広がりを持った光線は、１つの例とし
て、偏心して配置された第２面に当たって反射される
が、第２面のＹ軸正の方向の光線とＹ軸負の方向の光線
の光路長の違いにより、Ｘ軸方向の広がりが大きく異な
ってから第２面によって反射される。このため、Ｙ軸正
方向の像の大きさとＹ軸負方向の像の大きさが異なって
結像され、結果として観察像が台形の歪みを持ってしま
うものである。
【００２７】この歪みは偏心して配置された反射面によ
り発生するので、第２面に限らず、接眼光学系内の偏心
された反射面から同様の台形の歪みが発生する。
【００２８】この歪みに対しても、自由曲面を使うこと
によって補正することが可能となる。これは、自由曲面
が定義式（ａ）より明らかなように、Ｙ軸の正負によっ
てＸ軸方向に曲率を任意に変えることが可能なＹの奇数
次項とＸの偶数次項を持っているためである。
【００２９】次に、回転対称な像歪みについて説明す
る。本発明における接眼光学系のように、光学系の主な
光学的パワーを有する反射凹面鏡から離れた位置に光学
系の瞳があり、かつ、画角が広い光学系では、瞳面側か
らの逆光線追跡において糸巻型の回転対称な像歪みが大
きく発生する。この像歪みの発生を抑えるためには、反
射面の周辺の面の傾きを大きくすることによって可能と
なる。
【００３０】次に、偏心して配置された反射凹面鏡によ
り発生する回転非対称な像面湾曲について説明する。こ
の像面湾曲は、観察者眼球からの逆追跡により説明する
と、眼球から射出したＸ軸方向に広がりを持った光線
は、偏心して配置された光学系の主な光学的パワーを有
する反射凹面鏡に当たって反射されるが、光線が当たっ
て以降の像面（像形成手段）までの距離は、光線が当た
った部分の曲率半径の半分である。つまり、偏心して配
置された凹面鏡の反射後の光線の進む方向に対して傾い
た像面を形成する。自由曲面を使うことにより、Ｙ軸上
の正負の方向に対して任意の点のＸ軸とＹ軸方向の曲率
を任意に与えることができる。これは自由曲面が、定義
式（ａ）より明らかなように、Ｙ軸の正負によって曲率
を任意に変えることが可能なＹの奇数次項を持っている
ためである。これは、偏心して配置された反射凹面鏡で
発生する回転非対称な像面湾曲、特に像面の傾きを補正
することに対して有効に作用する。
【００３１】次に、回転対称な像面湾曲について説明す
る。反射鏡により一般的に反射面に沿った像面湾曲が発
生する。この像面湾曲を補正するためには、任意の場所
で任意の曲率を与えることができる自由曲面は、その収
差補正上好ましい。
【００３２】さらに、非点収差に対しては、Ｘ軸方向の
２次微分あるいは曲率とＹ軸方向の２次微分あるいは曲
率の差を適切に変えることによって可能となる。
【００３３】また、コマ収差に対しては、前記の弓なり
の像歪みと同じ考え方でＸ軸上の任意の点のＹ方向の傾
きを任意に与えることで補正することができる。
【００３４】さらに好ましくは、光学部品製作性を考慮
すると、自由曲面は必要最低限にすることが望ましい。
そこで、接眼光学系を構成する面の中で、少なくとも１
つの面を平面若しくは球面又は偏心した回転対称面にす
ることによって製作性を上げることが可能となる。
【００３５】接眼光学系の主な光学的パワーを有する反
射凹面鏡を自由曲面にすると、収差発生を抑えたい場合
に有効である。
【００３６】また、接眼光学系を構成する面の中で、屈
折面を自由曲面で構成することによってコマ収差の発生
を抑えることができる。これは、屈折面で光線が屈折作
用する場合に、軸上主光線に対して面が傾いて配置され
ているためである。
【００３７】さらに、画像表示素子に面した屈折面を自
由曲面にすることによって、像歪みの発生を補正するこ
とができる。これは、画像表示素子に面した面が結像位
置に近接して配置されているために、他の収差を悪化さ
せることなく像歪みを補正するのに良い結果を与えるた
めである。
【００３８】さらに、２つの面を自由曲面にすることに
よって、各収差はより一層補正できることは言うまでも
ない。さらに、自由曲面にする面を接眼光学系を構成す
る面数内で増やしていくことにより、より良い収差補正
ができることは言うまでもない。
【００３９】そして、本発明においては、上記の自由曲
面は少なくとも接眼光学系の主な光学的パワーを有する
反射凹面鏡に用いられ、その場合のその反射面の面形状
をその面内及び面外共に回転対称軸を有せず、しかも、
対称面を１つのみ有する面対称自由曲面としている。こ
れは、例えば図１４のように座標系を取った場合に、偏
心して配置される面の偏心方向を含む面であるＹ−Ｚ面
が対称面となるような自由曲面とすることで、逆光線追
跡における結像面の像もそのＹ−Ｚ面が対称面として両
側で対称にすることができ、収差補正の労力が大幅に削
減できるためである。
【００４０】なお、本発明における反射作用を有する反
射面には、全反射面、ミラーコート面、半透過反射面等
の反射作用を有する全ての反射面が含まれる。
【００４１】さて、以上のように、接眼光学系の少なく
とも主な光学的パワーを有する反射凹面鏡に対称面を１
つのみ有する面対称自由曲面を用いた場合に、さらに以
下の条件を満足することによって、広画角で、かつ、収
差補正の行われた接眼光学系を提供することができる。
【００４２】まず、上述の定義に従ってＸ軸、Ｙ軸、Ｚ
軸が決まったとき、瞳位置中心を射出し、画像表示素子
に入射する主光線の中、Ｘ方向画角ゼロ、Ｘ方向最大画
角、Ｙ正方向最大画角、Ｙ方向画角ゼロ、Ｙ負方向最大
画角のＸ方向、Ｙ方向の組み合わせにより、次の表−１
のように６つの主光線が定まる。
【００４３】
【００４４】すなわち、上記の表−１中に記載したよう
に、瞳中心から画像表示素子の画面中心に到る軸上主光
線をとし、上側中心画角の主光線を、右上画角の主
光線を、右中心画角の主光線を、右下画角の主光線
を、下側中心画角の主光線をとする。そして、これ
らの主光線〜が各面と交差する領域を有効領域と定
義し、その有効領域で各面の形状を定義する式（Ｚ軸を
面の軸として表した式、あるいは、その面を偏心がない
として、Ｚ＝ｆ（Ｘ，Ｙ）の形式で表した式）の面の各
光線〜が当たる位置の偏心方向に当たるＹ軸方向の
傾きをＤＹ１〜ＤＹ６、その方向の曲率をＣＹ１〜ＣＹ
６とする。また、それと直交するＸ軸方向の傾きをＤＸ
１〜ＤＸ６、その方向の曲率をＣＸ１〜ＣＸ６とする。
【００４５】まず、接眼光学系の射出瞳中心を通り、被
観察像中心に達する軸上主光線が接眼光学系を構成す
る反射面に当たる部分のＸ方向の曲率をＣＸ１Ｍ、Ｙ方
向の曲率をＣＹ１Ｍとするとき、 ０．００１＜｜ＣＸ１Ｍ｜ （１／ｍｍ） ・・・（１−１） ０．００１＜｜ＣＹ１Ｍ｜ （１／ｍｍ） ・・・（１−２） なる条件式を満足することが望ましい。
【００４６】これは、面対称自由曲面としての反射面の
軸上主光線に対する反射屈折力をゼロ以外にすることに
よって、瞳と結像面（画像表示素子面）との間の距離を
縮小でき、頭部装着型画像表示装置をコンパクトで軽量
に構成できるために設定した条件である。両条件共に、
下限の０．００１を越えると、コンパクトな接眼光学系
を構成することが困難になる。
【００４７】さらに好ましくは、上記反射面は、 −０．００２５＞ＣＸ１Ｍ （１／ｍｍ） ・・・（１−１’） −０．００２５＞ＣＹ１Ｍ （１／ｍｍ） ・・・（１−２’） なる条件を共に満足することが望ましい。このようにす
ることによって、頭部装着型画像表示装置の接眼光学系
の最も大きな屈折力を担う面の凹面鏡に本発明による面
対称自由曲面を導入して、全系の像歪み、非点収差、コ
マ収差等の諸収差を良好に補正することができる。
【００４８】さらに好ましくは、接眼光学系中のその他
の面や全ての反射面、透過面が次の条件式を満足するこ
とが重要である。
【００４９】 −０．０１＜ＣＸ１Ｍ＜−０．００２５ （１／ｍｍ）・・（１−１”） −０．０１＜ＣＹ１Ｍ＜−０．００２５ （１／ｍｍ）・・（１−２”） さて、射出瞳中心を通り、被観察像中心に達する軸上主
光線が接眼光学系を構成する主な光学的パワーを有す
る反射凹面鏡に当たる部分のＹ方向の曲率をＣＹ２Ｍ、
Ｘ方向の曲率をＣＸ２Ｍとするとき、 ０．１＜｜ＣＸ２Ｍ／ＣＹ２Ｍ｜＜３ ・・・（２−１） なる条件式を満足することが望ましい。
【００５０】これは、偏心して配置されている反射凹面
鏡で非点収差の発生を少なくするために必要となる条件
である。球面の場合、ＣＸ２Ｍ／ＣＹ２Ｍ＝１となる
が、偏心して配置された球面では、像歪みを初め、非点
収差、コマ収差等が大きく発生する。そのため、球面で
偏心面を構成すると、軸上において非点収差を完全に補
正することが困難になり、非点収差が残留することにな
り、視野中心においても鮮明な観察像を観察することが
難しくなる。
【００５１】これらを補正するためには、対称面を１面
しか持たない面で光学系中最も大きな反射屈折力を持つ
反射面を構成し、なおかつ、上記条件式（２−１）を満
足することにより、初めて各収差が良好に補正され、し
かも軸上においても非点収差のない観察像を観察するこ
とが可能となる。条件式（２−１）の上限の３と下限の
０．１については、非点収差が大きく発生しないための
限界である。
【００５２】さらに好ましくは、 ０．３＜｜ＣＸ２Ｍ／ＣＹ２Ｍ｜＜２ ・・・（２−２） なる条件を満足することが重要である。
【００５３】また、さらに好ましくは、 ０．３＜ＣＸ２Ｍ／ＣＹ２Ｍ＜２ ・・・（２−３） なる条件を満足することが重要である。
【００５４】また、さらに好ましくは、 ０．５＜ＣＸ２Ｍ／ＣＹ２Ｍ＜１．５ ・・・（２−５） なる条件を満足することが重要である。
【００５５】上記条件式（２−２）〜（２−４）の上限
と下限の意味は、条件式（２−１）と同じであるが、観
察像の明るさにより変化する観察者眼球の瞳径により非
点収差の許容値が異なるため、瞳径が大きくなる程条件
式（２−５）を満足することが好ましい。さらに好まし
くは、全ての反射面で上記条件式（２−１）〜（２−
５）の何れかを満足することが好ましい。
【００５６】次に、反射面の傾きに関する条件式を示
す。本発明の特徴である反射面に光学系全体の中の主な
屈折力を与える本発明の偏心光学系では、偏心により発
生する回転非対称な像歪みの発生が問題となる。以下の
条件式は、特に台形になる像歪みの中でも台形の上辺と
底辺の長さを同じにするための条件である。この歪みを
補正するためには、各像位置毎に異なる傾きを反射面に
与えて歪み収差を補正する必要があり、その量は反射面
の場所により微妙に異なる。この条件は、少なくとも１
つ以上の反射面のＸ方向最大の画角の光線とが対象
面と交差する部分で、面の形状を定義する式のＸ軸方向
の面の傾きの差であるＤＸ４−ＤＸ６をＤＸｎ３とする
とき、 −０．１＜ＤＸｎ３＜０．１ ・・・（３−１） なる条件式を満足することが収差補正上好ましい。
【００５７】上記条件式（３−１）の上限の０．１と下
限の−０．１を越えると、有効領域内の面の傾きが偏心
により発生する像歪みの発生を補正し切れなくなり、回
転対称ではない歪みの発生が大きくなってしまう。
【００５８】さらに好ましくは、 −０．０５＜ＤＸｎ３＜０．０５ ・・・（３−２） なる条件式を満足することが重要であり、観察画角が２
０°を越える場合に重要となってくる。
【００５９】さらに好ましくは、 −０．０４＜ＤＸｎ３＜０．０２ ・・・（３−３） なる条件式を満足することが重要であり、観察画角が３
０°を越える場合に重要となってくる。
【００６０】さらに好ましくは、 ０．００１＜ＤＸｎ３＜０．０２ ・・・（３−４） なる条件式を満足することが重要であり、観察画角が３
０°を越える場合に重要となってくる。上記条件式（３
−２）、（３−３）、（３−４）は共に広い観察画角に
おいて良好な結像性能を得るために必要なものである。
【００６１】上記で説明のように、偏心して配置された
面は、その面に当たる光線高の違いにより回転非対称な
像歪みが発生する。この像歪みを補正するためには、軸
上主光線に対して偏心して配置された反射面が上記条件
式を満足することが重要となる。さらに好ましくは、全
ての偏心して配置された反射面と透過面で、上記条件式
（３−１）〜（３−４）を満足することが好ましいのは
言うまでもない。
【００６２】次に、偏心により発生する非対称な像歪み
の発生をより少なくするための条件を説明する。主な光
学的パワーを有する反射凹面鏡において、次に述べる条
件式を満足することにより、水平方向の直線が弓なりに
結像する像歪みの発生を少なくすることが可能となる。
この条件は、反射凹面鏡の画面右上画角の主光線と画
面右下画角の主光線、画面中心下画角の主光線、画
面中心上画角の主光線が対象面と交差する部分で、面
の形状を定義する式の面の偏心方向に当たるＹ軸方向の
面の傾きをＤＹ４、ＤＹ６、ＤＹ３、ＤＹ１として、Ｄ
Ｙ４−ＤＹ６、ＤＹ３−ＤＹ１をＤＹｎ４とするとき、
その全ての値が、 ０＜｜ＤＹｎ４｜＜０．５ ・・・（４−１） なる条件式を満足することが収差補正上好ましい。
【００６３】上記条件式（４−１）の下限の−０．５を
越えると、有効領域内の右中央部のＹ方向の傾きが少な
くなりすぎ、弓なりの像面湾曲の発生を補正し切れなく
なる。また、上限の０．５を越えると、補正過剰にな
り、弓なりの像面湾曲は逆方向に大きく発生してしま
う。
【００６４】さらに好ましくは、 −０．４＜ＤＹｎ４＜０．１ ・・・（４−２） なる条件式を満足することが、観察画角が２０°を越え
る場合に重要となってくる。
【００６５】さらに好ましくは、 −０．２５＜ＤＹｎ４＜０．１ ・・・（４−３） なる条件式を満足することが重要であり、観察画角が３
０°を越える場合に重要となってくる。上記条件式（４
−２）、（４−３）は共に、広い観察画角において良好
な像を得るために必要なものである。
【００６６】さらに好ましくは、偏心して配置された反
射凹面鏡と透過面で上記条件式を満足することが重要で
ある。さらに好ましくは、偏心して配置された反射凹面
鏡と全ての透過面で上記条件式を満足することが好まし
いのは言うまでもない。
【００６７】次に、接眼光学系の中の偏心して配置され
た反射面が、以下に述べる条件式を満足することが重要
になる。これは、偏心して配置されたパワーを持つ面で
発生する像面湾曲を平坦にするために重要な条件であ
る。
【００６８】光学系中の主な光学的パワーを有する反射
凹面鏡の軸上主光線と観察画角の最大光線、〜
が対象面と当たる部分の偏心方向であるＹ方向曲率をＣ
Ｙｎ（ｎは１〜６）としたとき、ＣＹ４−ＣＹ１、ＣＹ
５−ＣＹ２、ＣＹ６−ＣＹ３の各値をＣＹｎ５とし、そ
の全ての値が、 ０＜｜ＣＹｎ５｜＜０．１ （１／ｍｍ） ・・・（５−１） なる条件式を満足することが収差補正上好ましい。
【００６９】上記条件式の上限の０．１と下限の−０．
１を越えると、有効領域内の面の曲率が大きくなりす
ぎ、接眼光学系の中で反射屈折力を持つ面の有効域全体
の曲率が大きく変化しすぎてしまい、観察画角全体で広
く平坦な像を観察することができなくなってしまう。
【００７０】さらに好ましくは、 ０＜｜ＣＹｎ５｜＜０．０１ （１／ｍｍ） ・・・（５−２） なる条件式を満足することが重要であり、観察画角が２
０°を越える場合に重要となってくる。
【００７１】さらに好ましくは、 ０＜｜ＣＹｎ５｜＜０．００４ （１／ｍｍ） ・・・（５−３） なる条件式を満足することが重要であり、観察画角が３
０°を越える場合に重要となってくる。
【００７２】さらに好ましくは、 −０．０２＜ＣＹｎ５＜０．００４ （１／ｍｍ） ・・・（５−４） なる条件式を満足することが重要であり、上記条件式
（５−２）、（５−３）、（５−４）は共に、広い観察
画角において良好な像を得るために必要なものである。
【００７３】さらに好ましくは、偏心して配置された反
射凹面鏡と透過面で上記条件式を満足することが重要で
ある。さらに好ましくは、偏心して配置された反射凹面
鏡と全ての透過面で上記条件式を満足することが好まし
いのは言うまでもない。
【００７４】さらに望ましくは、 ０．０００１＜｜ＣＹｎ５｜＜０．１ （１／ｍｍ）・・・（５−１’） ０．０００１＜｜ＣＹｎ５｜＜０．０１ （１／ｍｍ）・・（５−２’） ０．０００１＜｜ＣＹｎ５｜＜０．００５ （１／ｍｍ）・（５−３’） ０．０００１＜｜ＣＹｎ５｜＜０．００４ （１／ｍｍ）・（５−４’） を満足する場合でもよい。
【００７５】次に、本発明の光学系の焦点距離に関する
条件式を示す。本発明の光学系は、面が偏心しており、
その面の形状が、面内及び面外共に回転軸を有しない非
回転対称面形状であることが特徴であるので、近軸計算
から焦点距離を導くことは意味がないので、焦点距離を
次のように定義した。
【００７６】観察者眼球からの逆追跡により説明する
と、瞳中心からＹ方向に＋１ｍｍの点を通り、画面中心
を通る光線を逆光線追跡したときの射出光線の開口数Ｎ
Ａ（軸上主光線とその射出光線とのなす角）の逆数を焦
点距離Ｆｙ６と定義したとき、接眼光学系の焦点距離Ｆ
ｙ６が次に述べる条件式を満足することが重要になる。
【００７７】 １０＜Ｆｙ６＜６０ （ｍｍ） ・・・（６−１） 上記条件式の上限の６０を越えてしまうと、観察画角が
小さくなると共に光学系全体が大きくなりすぎてしま
う。下限の１０を越えると、観察者眼球や観察者顔面と
接眼光学系との干渉が生じてしまい、補正し切れない量
の収差も発生してしまう。この条件は、画像表示素子の
大きさによって最も良い値が異なるので、画像表示素子
の大きさによりそれぞれベストの値をとることが重要で
ある。
【００７８】さらに好ましくは、 ２０＜Ｆｙ６＜５０ （ｍｍ） ・・・（６−２） なる条件式を満足することが重要となってくる。
【００７９】さらに好ましくは、 ３０＜Ｆｙ６＜４０ （ｍｍ） ・・・（６−３） なる条件式を満足することが重要となってくる。
【００８０】次に、瞳中心からＸ方向に＋１ｍｍの点を
通り、画面中心を通る光線を逆光線追跡したときの射出
光線の開口数ＮＡ（軸上主光線とその射出光線とのなす
角）の逆数を焦点距離Ｆｘ７と定義する。このとき、接
眼光学系の焦点距離Ｆｘ７が次に述べる条件式を満足す
ることが重要にとなる。
【００８１】 １０＜Ｆｘ７＜６０ （ｍｍ） ・・・（７−１） 上記条件式の上限の６０を越えてしまうと、観察画角が
小さくなると共に光学系全体が大きくなりすぎてしま
う。下限の１０を越えると、観察者眼球や観察者顔面と
接眼光学系との干渉が生じてしまい、補正し切れない量
の収差も発生してしまう。この条件は、画像表示素子の
大きさによって最も良い値が異なるので、画像表示素子
の大きさによりそれぞれベストの値をとることが重要で
ある。
【００８２】さらに好ましくは、 ２０＜Ｆｘ７＜５０ （ｍｍ） ・・・（７−２） なる条件式を満足することが重要となってくる。
【００８３】さらに好ましくは、 ３０＜Ｆｘ７＜４０ （ｍｍ） ・・・（７−３） なる条件式を満足することが重要となってくる。
【００８４】次に、焦点距離と反射面の曲率について説
明する。接眼光学系の中、上記で定義した焦点距離Ｆｘ
（＝Ｆｘ７）、Ｆｙ（＝Ｆｙ６）と、接眼光学系の射出
瞳中心を通り、被観察像中心に達する軸上主光線が光
学系中の主な光学的パワーを有する反射凹面鏡と当たる
部分の偏心方向であるＹ方向の曲率をＣＹ２とし、Ｘ方
向曲率をＣＸ２としたとき、ＣＸ２／Ｆｘ、ＣＹ２／Ｆ
ｙの値が、 −０．００１＜ＣＸ２／Ｆｘ＜０．００１ （ｍｍ-2）・・・（８−１） −０．００１＜ＣＹ２／Ｆｙ＜０．００１ （ｍｍ-2）・・（８−１’） なる条件式を満足することが重要となってくる。
【００８５】これは、それぞれ上限の０．００１を越え
てしまうと、接眼光学系のサイズが大きくなり、収差も
大きく発生する。下限の−０．００１を越えると、主な
光学的パワーを有する反射凹面鏡で大きく収差が発生す
るので、他の面で収差が取り切れなくなってしまう。こ
れら曲率と焦点距離の比は、画像表示素子の大きさや画
角によって最も良い値が異なるので、画像表示素子の大
きさや画角によりそれぞれベストの値をとることが重要
である。
【００８６】さらに好ましくは、 −０．０００５＜ＣＸ２／Ｆｘ＜０．０００５ （ｍｍ-2）・（８−２） −０．０００５＜ＣＹ２／Ｆｙ＜０．０００５ （ｍｍ-2）（８−２’） なる条件式を満足することが重要である。
【００８７】さらに好ましくは、 −０．０００５＜ＣＸ２／Ｆｘ＜０ （ｍｍ-2） （８−３） −０．０００５＜ＣＹ２／Ｆｙ＜０ （ｍｍ-2） （８−３’） なる条件式を満足することが重要である。
【００８８】さらに好ましくは、 −０．０００３＞ＣＸ２／Ｆｘ＞−０．０００５（ｍｍ-2）・（８−４） −０．０００３＞ＣＹ２／Ｆｙ＞−０．０００５（ｍｍ-2）（８−４’） なる条件式を満足することが重要であり、観察画角が３
０°前後の場合に重要になってくる。
【００８９】さて、以上の条件（１−１）から（８−
４’）については、接眼光学系を構成する何れかの反射
面の面形状をその面内及び面外共に回転対称軸を有せ
ず、しかも対称面を１つのみ有する面対称自由曲面だけ
でなく、その面内及び面外共に回転対称軸を有しないア
ナモルフィック面で形成した場合にも、すなわち、その
面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転対称面形
状にした何れの場合にも適用できる。
【００９０】なお、以上の各種条件に関しては、主に図
１６に示すような第１面３、第２面４、第３面５からな
り、その間が屈折率（ｎ）が１より大きい（ｎ＞１）媒
質で満たされたプリズム部材９’を用いる接眼光学系９
を前提にして説明したが、その他の図１５に示すような
プリズム部材９’あるいは図１４に示すような反射面４
のみからなるものについても同様に適用できる。
【００９１】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の頭部装着型画像
表示装置の実施例１〜７について説明する。後述する各
実施例の構成パラメータにおいては、図１に示すよう
に、接眼光学系９の射出瞳１を光学系の原点として、光
軸２を画像表示素子６の表示中心と射出瞳１の中心（原
点）とを通る光線で定義し、射出瞳１から光軸２に進む
方向をＺ軸方向、このＺ軸に直交し射出瞳１中心を通
り、光軸２が接眼光学系９によって折り曲げられる面内
の方向をＹ軸方向、Ｚ軸とＹ軸に直交し射出瞳１中心を
通る方向をＸ軸方向とし、射出瞳１から接眼光学系９に
向かう方向をＺ軸の正方向、光軸２から画像表示素子６
が位置する方向をＹ軸の正方向、そして、これらＺ軸、
Ｙ軸と右手系を構成する方向をＸ軸の正方向とする。な
お、光線追跡は、接眼光学系９の射出瞳１の側を物体側
として、画像表示素子６側を像面側とした逆追跡により
行っている。
【００９２】そして、偏心量Ｙ、Ｚ、傾き量θが記載さ
れている面については、光学系の原点である射出瞳１か
らのずれ量及びその面の軸のＺ軸に対する傾き角を表し
ている。なお、傾き角は半時計周りの方向を正としてい
る。また、面間隔が記載されている面は、その面とその
次の面が同軸であり、その面の中心軸に沿う方向のその
面の面頂と次に面の面頂との間隔を意味する。
【００９３】また、アナモルフィック面の形状は以下の
式により定義する。面形状の原点を通り、光学面に垂直
な直線がアナモルフィック面の軸となる。 Ｚ＝（ＣＸ・ｘ2 ＋ＣＹ・ｙ2 ）／［１＋｛１− （１＋Ｋx ）ＣＸ2 ・ｘ2 −（１＋Ｋy ）ＣＹ2 ・ｙ2 ｝1/2 ］ ＋ＡＲ｛（１−ＡＰ）ｘ2 ＋（１＋ＡＰ）ｙ2 ｝2 ＋ＢＲ｛（１−ＢＰ）ｘ2 ＋（１＋ＢＰ）ｙ2 ｝3 ＋ＣＲ｛（１−ＣＰ）ｘ2 ＋（１＋ＣＰ）ｙ2 ｝4 ＋ＤＲ｛（１−ＤＰ）ｘ2 ＋（１＋ＤＰ）ｙ2 ｝5 ・・・・・ ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ
量、ＣＸはＸ軸方向曲率、ＣＹはＹ軸方向曲率、Ｋx は
Ｘ軸方向円錐係数、Ｋy はＹ軸方向円錐係数、ＡＲ、Ｂ
Ｒ、ＣＲ、ＤＲはそれぞれ回転対称な４次、６次、８
次、１０次の非球面係数、ＡＰ、ＢＰ、ＣＰ、ＤＰはそ
れぞれ非対称な４次、６次、８次、１０次の非球面係数
である。なお、後記する実施例の構成パラメータにおい
ては、 Ｒx ：Ｘ軸方向曲率半径 Ｒy ：Ｙ軸方向曲率半径 を用いており、曲率ＣＸ、ＣＹとの間には、 Ｒx ＝１／ＣＸ、Ｒy ＝１／ＣＹ の関係にある。
【００９４】また、自由曲面の面の形状は以下の式によ
り定義する。その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。 Ｚ＝Ｃ2 ＋Ｃ3 ｙ＋Ｃ4 ｘ ＋Ｃ5 ｙ2 ＋Ｃ6 ｙｘ＋Ｃ7 ｘ2 ＋Ｃ8 ｙ3 ＋Ｃ9 ｙ2 ｘ＋Ｃ10ｙｘ2 ＋Ｃ11ｘ3 ＋Ｃ12ｙ4 ＋Ｃ13ｙ3 ｘ＋Ｃ14ｙ2 ｘ2 ＋Ｃ15ｙｘ3 ＋Ｃ16ｘ4 ＋Ｃ17ｙ5 ＋Ｃ18ｙ4 ｘ＋Ｃ19ｙ3 ｘ2 ＋Ｃ20ｙ2 ｘ3 ＋Ｃ21ｙｘ4 ＋Ｃ22ｘ5 ＋Ｃ23ｙ6 ＋Ｃ24ｙ5 ｘ＋Ｃ25ｙ4 ｘ2 ＋Ｃ26ｙ3 ｘ3 ＋Ｃ27ｙ2 ｘ4 ＋Ｃ28ｙｘ5 ＋Ｃ29ｘ6 ＋Ｃ30ｙ7 ＋Ｃ31ｙ6 ｘ＋Ｃ32ｙ5 ｘ2 ＋Ｃ33ｙ4 ｘ3 ＋Ｃ34ｙ3 ｘ4 ＋Ｃ35ｙ2 ｘ5 ＋Ｃ36ｙｘ6 ＋Ｃ37ｘ7 ・・・・・ なお、データの記載されていない非球面に関する項は０
である。屈折率については、ｄ線（波長５８７．５６ｎ
ｍ）に対するものを表記してある。長さの単位は、ｍｍ
である。
【００９５】次に、実施例１〜７の光軸２を含むＹ−Ｚ
断面図をそれぞれ図１〜図７に示す。これらの実施例の
接眼光学系９は、１面、２面若しくは３面の光学面でな
るプリズム部材９’と、実施例に応じて（実施例３、
４、６）それに加えてレンズ等の光学的屈折手段とで構
成されており、プリズム部材９’はその２面又は３面の
間が屈折率が１より大きい媒質で満たされている。
【００９６】実施例１の接眼光学系９は、図１に示すよ
うに、画像表示素子６と射出瞳１とに対向して偏心配置
された透過面である第１面３を経てプリズム部材９’に
入射した画像表示素子６からの表示光は、光軸２上に射
出瞳１と対向して偏心配置された第２面４で反射し、再
び透過面である第１面３を透過してプリズム部材９’か
ら射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成すること
なく、射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察
者の網膜上に表示像を結像する。
【００９７】実施例２の接眼光学系９は、図２に示すよ
うに、画像表示素子６に対向して配置された透過面の第
３面５を経てプリズム部材９’に入射した画像表示素子
６からの表示光は、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心
配置された第２面４で反射し、射出瞳１と対向した透過
面である第１面３を透過してプリズム部材９’から射出
して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく、
射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網
膜上に表示像を結像する。
【００９８】実施例３の接眼光学系９は、図３に示すよ
うに、画像表示素子６に対向して偏心配置された透過面
である第３面５を経てプリズム部材９’に入射した画像
表示素子６からの表示光は、光軸２上に射出瞳１と対向
して偏心配置された第２面４で反射し、射出瞳１と対向
した透過面である第１面３を透過してプリズム部材９’
から射出して光軸２に沿って進み、光学的屈折手段のレ
ンズの第２面８を透過し、レンズの第１面７を透過し
て、中間像を形成することなく、射出瞳１の位置にある
観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像す
る。
【００９９】実施例４の接眼光学系９は、図４に示すよ
うに、画像表示素子６に対向して配置されている光学的
屈折手段のレンズの第２面８を透過し、レンズの第１面
７を透過し、プリズム部材９’の画像表示素子６に対向
して配置されている透過面の第３面５に入射後、光軸２
上に射出瞳１と対向して偏心配置された第２面４で反射
し、射出瞳１と対向した透過面である第１面３を透過し
てプリズム部材９’から射出して光軸２に沿って進み、
中間像を形成することなく、射出瞳１の位置にある観察
者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【０１００】実施例５の接眼光学系９は、図５に示すよ
うに、画像表示素子６に対向して偏心配置された第１面
３を経て光学系に入射した画像表示素子６からの表示光
は、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された反射
面の第２面４で反射し、再び透過面である第１面３を透
過してプリズム部材９’から射出して光軸２に沿って進
み、中間像を形成することなく、射出瞳１の位置にある
観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像す
る。
【０１０１】実施例６の接眼光学系９は、図６に示すよ
うに、画像表示素子６に対向して偏心配置された透過面
である第３面５を経てプリズム部材９’に入射した画像
表示素子６からの表示光は、光軸２上に射出瞳１と対向
して偏心配置された第２面４で反射し、射出瞳１と対向
した透過面である第１面３を透過してプリズム部材９’
から射出して光軸２に沿って進み、光学的屈折手段のレ
ンズの第２面８を透過し、レンズの第１面７を透過し
て、中間像を形成することなく、射出瞳１の位置にある
観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像す
る。
【０１０２】実施例７の接眼光学系９は、図７に示すよ
うに、画像表示素子６に対向して偏心配置された第１面
３を経てプリズム部材９’に入射した画像表示素子６か
らの表示光は光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置さ
れた反射面の第２面４で反射し、再び透過面である第１
面３を透過してプリズム部材９’から射出して光軸２に
沿って進み、中間像を形成することなく、射出瞳１の位
置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像
を結像する。
【０１０３】なお、実施例１の観察画角は、水平画角３
０．０°、垂直画角２２．７２°、実施例２〜７の観察
画角は、水平画角３５．０°、垂直画角２６．６０°で
あり、瞳径は、実施例１〜７共に４ｍｍである。以下
に、上記実施例１〜７の構成パラメータを示す。
【０１０４】実施例１ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞ (瞳） ２ 自由曲面 1.5163 64.15 （第１面） Ｙ 10.574 θ -19.71° Ｚ 72.528 ３ 自由曲面 1.5163 64.15 （第２面） Ｙ -0.966 θ -16.74° （反射面） Ｚ 79.067 ４ 自由曲面 Ｙ 10.574 θ -19.71° （第１面） Ｚ 72.528 ５ ∞ (画像表示素子） Ｙ 18.039 θ -28.07° Ｚ 41.957 自由曲面 Ｃ5 -1.4036×10-3 Ｃ7 2.0837×10-2 Ｃ8 2.7346×10-4 Ｃ10 -3.5213×10-4 Ｃ12 1.8635×10-5 Ｃ14 -2.7597×10-5 Ｃ16 -7.5051×10-6 Ｃ17 1.2751×10-7 Ｃ19 -9.1456×10-8 Ｃ21 2.4878×10-7 Ｃ23 -5.5524×10-9 Ｃ25 8.7937×10-9 Ｃ27 2.1721×10-8 Ｃ29 -6.5890×10-9 Ｃ32 2.5109×10-10 自由曲面 Ｃ5 -4.4170×10-3 Ｃ7 3.1195×10-3 Ｃ8 -6.1521×10-5 Ｃ10 3.9864×10-5 Ｃ12 1.1317×10-6 Ｃ14 -7.0812×10-6 Ｃ16 -1.8944×10-6 Ｃ17 1.0254×10-7 Ｃ19 -1.0121×10-7 Ｃ21 -5.5580×10-8 Ｃ23 -8.4480×10-10 Ｃ25 2.9400×10-10 Ｃ27 5.9368×10-9 Ｃ29 -2.5243×10-9 Ｃ32 1.4742×10-10 。
【０１０５】実施例２ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞ (瞳） ２ 自由曲面 1.5163 64.15 （第１面） Ｙ 0.000 θ 24.79° Ｚ 35.567 ３ 自由曲面 1.5163 64.15 （第２面） Ｙ 5.402 θ -9.11° （反射面） Ｚ 70.723 ４ 自由曲面 Ｙ 21.138 θ -25.12° （第３面） Ｚ 39.783 ５ ∞ (画像表示素子） Ｙ 23.963 θ -11.11° Ｚ 34.441 自由曲面 Ｃ5 6.8620×10-3 Ｃ7 7.4153×10-3 Ｃ8 5.9417×10-5 Ｃ10 2.9033×10-5 Ｃ12 -4.6823×10-7 Ｃ14 3.8805×10-6 Ｃ16 5.0284×10-7 Ｃ17 2.3906×10-8 Ｃ19 7.1030×10-8 Ｃ21 2.8323×10-8 自由曲面 Ｃ5 -3.7101×10-3 Ｃ7 -4.1036×10-3 Ｃ8 4.2896×10-6 Ｃ10 -8.4314×10-6 Ｃ12 -8.1477×10-8 Ｃ14 1.1846×10-6 Ｃ16 2.8608×10-7 Ｃ17 8.8332×10-9 Ｃ19 3.2284×10-8 Ｃ21 1.2745×10-8 自由曲面 Ｃ5 1.5613×10-2 Ｃ7 1.5901×10-2 Ｃ8 3.8223×10-4 Ｃ10 -5.9546×10-5 Ｃ12 -5.8106×10-5 Ｃ14 -4.2859×10-5 Ｃ16 -2.2163×10-5 Ｃ17 1.1940×10-6 Ｃ19 2.0760×10-6 。
【０１０６】 Ｃ21 1.0626×10-6 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 アナモルフィック面 1.5163 64.15 （レンズ Ｙ 0.000 θ 0.00° 第１面） Ｚ 32.98 ３ アナモルフィック面 Ｙ 0.000 θ 0.00° （レンズ Ｚ 48.98 第２面） ４ 自由曲面 1.5163 64.15 （第１面） Ｙ 1.482 θ 13.50° Ｚ 49.601 ５ 自由曲面 1.5163 64.15 （第２面） Ｙ 14.397 θ -11.44° （反射面） Ｚ 87.404 ６ 自由曲面 Ｙ -0.145 θ -55.62° （第３面） Ｚ 31.124 ５ ∞ (画像表示素子） Ｙ 29.026 θ -27.20° Ｚ 45.022 アナモルフィック面 Ｒy -15.837 Ｒx -17.686 Ｋy 0.1536 Ｋx 0.4575 AR 1.1566×10-5 ＢＲ 2.8579×10-10 ＣＲ -3.5522×10-11 ＤＲ 4.8117×10-16 ＡＰ 6.6244×10-1 ＢＰ -3.6631 ＣＰ 3.7406×10-1 ＤＰ -2.7926 アナモルフィック面 Ｒy -20.701 Ｒx -21.159 Ｋy -0.0536 Ｋx -0.0960 ＡＲ 2.3196×10-6 ＢＲ 1.7322×10-10 ＣＲ 9.1300×10-13 ＤＲ -4.3607×10-15 ＡＰ 3.9109×10-1 ＢＰ -1.7540 ＣＰ -7.3242×10-1 ＤＰ 6.4705×10-2 自由曲面 Ｃ5 7.8320×10-3 Ｃ7 1.0289×10-2 Ｃ8 -5.9698×10-5 Ｃ10 4.3322×10-5 Ｃ12 -3.0001×10-6 Ｃ14 -2.0029×10-6 Ｃ16 -2.8972×10-6 Ｃ17 -1.5679×10-8 Ｃ19 -2.0914×10-7 Ｃ21 -5.5652×10-8 自由曲面 Ｃ5 -2.6831×10-3 Ｃ7 -9.5990×10-4 Ｃ8 -5.1627×10-6 Ｃ10 1.6138×10-5 Ｃ12 2.7113×10-7 Ｃ14 -1.6494×10-6 Ｃ16 -1.5927×10-6 Ｃ17 4.5525×10-9 Ｃ19 -5.3606×10-8 Ｃ21 -2.2768×10-8 自由曲面 Ｃ5 -1.0141×10-2 Ｃ7 -1.8901×10-4 Ｃ8 2.1790×10-4 Ｃ10 6.4305×10-4 Ｃ12 -1.3340×10-6 Ｃ14 2.0106×10-6 Ｃ16 -4.4426×10-5 Ｃ17 -2.3707×10-9 Ｃ19 -1.8828×10-7 Ｃ21 6.1283×10-7 。
【０１０７】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 自由曲面 1.5163 64.15 （第１面） Ｙ -17.970 θ 32.92° Ｚ 42.180 ３ 自由曲面 1.5163 64.15 （第２面） Ｙ -13.540 θ -18.24° （反射面） Ｚ 64.042 ４ 自由曲面 Ｙ 18.708 θ -31.86° （第３面） Ｚ 39.628 ５ 19.822 3.000 1.5163 64.15 （レンズ Ｙ 20.550 θ 143.46° 第１面） Ｚ 39.619 ６ 23.653 （レンズ 第２面） ７ ∞ (画像表示素子） Ｙ 24.883 θ -15.25° Ｚ 31.006 自由曲面 Ｃ5 2.3856×10-3 Ｃ7 6.3806×10-3 Ｃ8 7.4997×10-5 Ｃ10 -3.9578×10-5 Ｃ12 -2.5455×10-8 Ｃ14 2.2578×10-6 Ｃ16 -5.8989×10-7 自由曲面 Ｃ5 -3.8769×10-3 Ｃ7 -3.7395×10-3 Ｃ8 4.1891×10-6 Ｃ10 -1.7453×10-5 Ｃ12 1.0234×10-7 Ｃ14 6.7078×10-7 Ｃ16 7.8658×10-9 自由曲面 Ｃ5 4.7345×10-3 Ｃ7 8.5430×10-3 Ｃ8 4.0971×10-4 Ｃ16 -5.3051×10-6 。
【０１０８】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 自由曲面 1.5163 64.15 （第１面） Ｙ 16.758 θ -27.12° Ｚ 36.670 ３ 自由曲面 1.5163 64.15 （第２面） Ｙ -0.157 θ -29.77° （反射面） Ｚ 59.798 ４ 自由曲面 Ｙ 16.758 θ -27.12° （第１面） Ｚ 36.670 ５ ∞ (画像表示素子） Ｙ 32.783 θ -44.38° Ｚ 40.333 自由曲面 Ｃ5 1.0710×10-2 Ｃ7 1.9479×10-2 Ｃ8 2.6985×10-4 Ｃ10 6.1519×10-4 Ｃ12 2.8184×10-5 Ｃ14 2.9143×10-5 Ｃ16 -7.7130×10-6 Ｃ17 4.6604×10-7 Ｃ19 1.6413×10-7 Ｃ21 -7.0695×10-7 自由曲面 Ｃ5 -1.2816×10-3 Ｃ7 -2.1060×10-3 Ｃ8 2.2368×10-5 Ｃ10 3.0843×10-5 Ｃ12 2.1096×10-6 Ｃ14 9.2709×10-6 Ｃ16 2.9724×10-6 Ｃ17 -6.5886×10-9 Ｃ19 2.0716×10-8 Ｃ21 -7.6149×10-8 。
【０１０９】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 37.899 1.319 1.5163 64.15 （レンズ Ｙ 0.000 θ 0.00° 第１面） Ｚ 30.000 ３ 34.513 （レンズ 第２面） ４ 自由曲面 1.5163 64.15 （第１面） Ｙ -7.756 θ 30.40° Ｚ 42.229 ５ 自由曲面 1.5163 64.15 （第２面） Ｙ -7.674 θ -15.33° （反射面） Ｚ 67.431 ６ 自由曲面 Ｙ 21.122 θ -34.88° （第３面） Ｚ 42.046 ７ ∞ (画像表示素子） Ｙ 24.286 θ -14.27° Ｚ 32.663 自由曲面 Ｃ5 4.6361×10-3 Ｃ7 6.9249×10-3 Ｃ8 5.3101×10-5 Ｃ10 2.4197×10-5 Ｃ12 -3.6007×10-7 Ｃ14 2.4151×10-6 Ｃ16 1.6217×10-6 Ｃ17 4.9099×10-8 Ｃ19 2.4655×10-8 Ｃ21 4.8582×10-8 自由曲面 Ｃ5 -4.0484×10-3 Ｃ7 -3.9278×10-3 Ｃ8 7.6362×10-6 Ｃ10 -3.4437×10-6 Ｃ12 -9.3507×10-8 Ｃ14 3.1059×10-7 Ｃ16 2.0805×10-7 Ｃ17 2.6970×10-9 Ｃ19 9.4534×10-9 Ｃ21 1.0515×10-8 自由曲面 Ｃ5 9.1083×10-3 Ｃ7 1.5301×10-2 Ｃ8 2.1375×10-4 Ｃ10 -1.6373×10-5 Ｃ12 -3.0260×10-5 Ｃ14 -3.0679×10-5 Ｃ16 -1.5303×10-5 Ｃ17 4.4659×10-7 Ｃ19 1.2913×10-6 Ｃ21 7.7344×10-7 。
【０１１０】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） ２ 自由曲面 1.5163 64.15 （第１面） Ｙ -10.123 θ 20.33° Ｚ 43.489 ３ 自由曲面 1.5163 64.15 （第２面） Ｙ 1.103 θ -10.31° （反射面） Ｚ 65.000 ４ 自由曲面 Ｙ -10.123 θ 20.33° （第１面） Ｚ 43.489 ５ ∞ (画像表示素子） Ｙ 17.608 θ -13.99° Ｚ 30.846 自由曲面 Ｃ5 1.0401×10-2 Ｃ7 8.6572×10-3 Ｃ8 9.8267×10-5 Ｃ10 2.0456×10-4 Ｃ12 -9.4226×10-6 Ｃ14 1.6262×10-6 Ｃ16 4.0506×10-6 Ｃ17 3.2669×10-7 Ｃ19 2.1072×10-7 Ｃ21 1.5355×10-7 自由曲面 Ｃ5 -2.5798×10-3 Ｃ7 -3.0708×10-3 Ｃ8 -3.2024×10-5 Ｃ10 -3.3909×10-6 Ｃ12 2.9430×10-6 Ｃ14 4.3427×10-6 Ｃ16 3.4981×10-6 Ｃ17 -2.8763×10-8 Ｃ19 4.0895×10-8 Ｃ21 5.4666×10-8 。
【０１１１】以上の実施例１〜７の第２面４の反射鏡に
ついての前記条件（１−１）〜（８−１’）に関するパ
ラメータの値を次の表に示す。
【０１１２】以上の実施例では、前記定義式（ａ）の自
由曲面で構成したが、アナモルフィック面等のあらゆる
定義の曲面が使えることは言うまでもない。しかし、ど
のような定義式を用いようとも、本発明に示されている
何れかの条件を満足することにより、また、そのいくつ
かのものを満足することにより、収差の非常に良く補正
された接眼光学系を得られることは言うまでもない。な
お、偏心を無視した面の定義座標系の中心で規定される
面の曲率、面の焦点距離等の従来の無偏心系で使われる
条件式は、本発明のように各面が大きく偏心して配置さ
れている場合には、何らの意味も持たない。
【０１１３】なお、本発明の頭部装着型画像表示装置に
用いる接眼光学系として、図１〜図７の他に、図８〜図
１３に示すような構成をとることもできる。これらにお
いて、図８〜図１０の反射面４は表面鏡として構成さ
れ、図１１〜図１３のプリズム部材９’は透過面の第１
面３の反射面の第２面４からなる裏面鏡として構成され
る。その他の点は、以上の説明及び図８〜図１３の記載
から明らかであるので、説明は省く。また、構成パラメ
ータも省く。
【０１１４】さて、以上のような本発明による接眼光学
系と画像表示素子からなる組を左右一対用意し、それら
を眼輻距離だけ離して支持することにより、両眼で観察
できる据え付け型又は頭部装着型画像表示装置のような
ポータブル型の画像表示装置として構成することができ
る。このようなポータブル型の画像表示装置の１例の全
体の構成を図１７に示す。表示装置本体５０には、上記
のような接眼光学系が左右１対備えられ、それらに対応
して像面に液晶表示素子からなる画像表示素子が配置さ
れている。本体５０に左右に連続して図示のような側頭
フレーム５１が設けられ、両側の側頭フレーム５１は頭
頂フレーム５２でつながれており、また、両側の側頭フ
レーム５１の中間には板バネ５３を介してリアフレーム
５４が設けてあり、リアフレーム５４を眼鏡のツルのよ
うに観察者の両耳の後部に当て、また、頭頂フレーム５
２を観察者の頭頂に載せることにより、表示装置本体５
０を観察者の眼前に保持できるようになっている。な
お、頭頂フレーム５２の内側には海綿体のような弾性体
からなる頭頂パッド５５が取り付けてあり、同様にリア
フレーム５４の内側にも同様なパッドが取り付けられて
おり、この表示装置を頭部に装着したときに違和感を感
じないようにしてある。
【０１１５】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。
【０１１６】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。
【０１１７】以上の本発明の頭部装着型画像表示装置
は、例えば次のように構成することができる。 〔１〕 画像表示素子と、前記画像表示素子により形成
された画像を虚像として観察できるように観察者眼球位
置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系とを有
する頭部装着型画像表示装置において、前記接眼光学系
が１回反射のみの構成であり、その反射面の形状が面内
及び面外共に対称面を１面のみ有する非回転対称面形状
であることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【０１１８】〔２〕 画像表示素子と、前記画像表示素
子により形成された画像を虚像として観察できるように
観察者眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼
光学系とを有する頭部装着型画像表示装置において、前
記接眼光学系は、１回のみの反射を行う反射面と１面の
透過面を含み、前記反射面と前記透過面の間は屈折率が
１より大きい媒体で満たされた光学系であり、少なくと
も前記反射面が面内及び面外共に回転対称軸を有しない
非回転対称面形状であることを特徴とする頭部装着型画
像表示装置。
【０１１９】〔３〕 画像表示素子と、前記画像表示素
子により形成された画像を虚像として観察できるように
観察者眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼
光学系とを有する頭部装着型画像表示装置において、前
記接眼光学系は、１回のみの反射を行う反射面と２面の
透過面を含み、前記反射面と前記の２面の透過面の間は
屈折率が１より大きい媒体で満たされた光学系であり、
少なくとも前記反射面が面内及び面外共に回転対称軸を
有しない非回転対称面形状であることを特徴とする頭部
装着型画像表示装置。
【０１２０】〔４〕 前記画像表示素子の画面中心から
の軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察者
眼球位置中心に到る線分の延長方向をＺ軸、前記軸上主
光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含む
平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向をＹ軸、前記Ｚ軸と前記
Ｙ軸とに垂直な方向にＸ軸を定義したとき、前記反射面
が次の条件を満足することを特徴とする上記〔１〕から
〔３〕の何れか１項記載の頭部装着型画像表示装置。 ０．００１＜｜ＣＸ１Ｍ｜ （１／ｍｍ） ・・・（１−１） ０．００１＜｜ＣＹ１Ｍ｜ （１／ｍｍ） ・・・（１−２） ただし、前記軸上主光線が前記反射面に当たる部分のＸ
方向の曲率をＣＸ１Ｍ、Ｙ方向の曲率をＣＹ１Ｍとす
る。
【０１２１】〔５〕 前記画像表示素子の画面中心から
の軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察者
眼球位置中心に到る線分の延長方向をＺ軸、前記軸上主
光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含む
平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向をＹ軸、前記Ｚ軸と前記
Ｙ軸とに垂直な方向にＸ軸を定義したとき、前記反射面
が次の条件を満足することを特徴とする上記〔１〕から
〔３〕の何れか１項記載の頭部装着型画像表示装置。 ０．１＜｜ＣＸ２Ｍ／ＣＹ２Ｍ｜＜３ ・・・（２−１） ただし、前記軸上主光線が前記反射面に当たる部分のＹ
方向の曲率をＣＹ２Ｍ、Ｘ方向の曲率をＣＸ２Ｍとす
る。
【０１２２】〔６〕 前記画像表示素子の画面中心から
の軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察者
眼球位置中心に到る線分の延長方向をＺ軸、前記軸上主
光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含む
平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向をＹ軸、前記Ｚ軸と前記
Ｙ軸とに垂直な方向にＸ軸を定義したとき、前記反射面
が次の条件を満足することを特徴とする上記〔１〕から
〔３〕の何れか１項記載の頭部装着型画像表示装置。 −０．１＜ＤＸｎ３＜０．１ ・・・（３−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向とし、画面右上画角の主光
線と画面右下画角の主光線が前記反射面と交差する
部分で、その面の形状を定義する式のＸ軸方向の面の傾
きをそれぞれＤＸ４、ＤＸ６とし、その差であるＤＸ４
−ＤＸ６をＤＸｎ３とする。
【０１２３】〔７〕 前記画像表示素子の画面中心から
の軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察者
眼球位置中心に到る線分の延長方向をＺ軸、前記軸上主
光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含む
平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向をＹ軸、前記Ｚ軸と前記
Ｙ軸とに垂直な方向にＸ軸を定義したとき、前記反射面
が次の条件を満足することを特徴とする上記〔１〕から
〔３〕の何れか１項記載の頭部装着型画像表示装置。 ０＜｜ＤＹｎ４｜＜０．５ ・・・（４−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向とし、画面右上画角の主光
線、画面右下画角の主光線、画面中心下画角の主光
線、画面中心上画角の主光線が前記反射面と交差す
る部分で、その面の形状を定義する式のの面の偏心方向
に当たるＹ軸方向の面の傾きをＤＹ４、ＤＹ６、ＤＹ
３、ＤＹ１として、ＤＹ４−ＤＹ６、ＤＹ３−ＤＹ１を
ＤＹｎ４とする。
【０１２４】〔８〕 前記画像表示素子の画面中心から
の軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察者
眼球位置中心に到る線分の延長方向をＺ軸、前記軸上主
光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含む
平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向をＹ軸、前記Ｚ軸と前記
Ｙ軸とに垂直な方向にＸ軸を定義したとき、前記反射面
が次の条件を満足することを特徴とする上記〔１〕から
〔３〕の何れか１項記載の頭部装着型画像表示装置。 ０＜｜ＣＹｎ５｜＜０．１ （１／ｍｍ） ・・・（５−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向とし、画面中心上画角の主
光線、画面中心に到る軸上主光線、画面下側中心画
角の主光線、画面右上画角の主光線、画面右中心画
角の主光線、画面右下画角の主光線が前記反射面と
交差する部分で、その面の形状を定義する式の面の偏心
方向に当たるＹ軸方向の曲率をＣＹｎ（ｎは１〜６）と
したとき、ＣＹ４−ＣＹ１、ＣＹ５−ＣＹ２、ＣＹ６−
ＣＹ３の各値をＣＹｎ５とする。
【０１２５】
〔９〕 前記画像表示素子の画面中心から
の軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察者
眼球位置中心に到る線分の延長方向をＺ軸、前記軸上主
光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含む
平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向をＹ軸、前記Ｚ軸と前記
Ｙ軸とに垂直な方向にＸ軸を定義したとき、前記反射面
が次の条件を満足することを特徴とする上記〔１〕から
〔３〕の何れか１項記載の頭部装着型画像表示装置。 １０＜Ｆｙ６＜６０ （ｍｍ） ・・・（６−１） ただし、前記接眼光学系の射出瞳中心からＹ方向に＋１
ｍｍの点を通り、画面中心を通る光線を逆光線追跡した
ときの射出光線の開口数ＮＡ（軸上主光線とその射出光
線とのなす角）の逆数を焦点距離Ｆｙ６とする。
【０１２６】〔１０〕 前記画像表示素子の画面中心か
らの軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察
者眼球位置中心に到る線分の延長方向をＺ軸、前記軸上
主光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含
む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向をＹ軸、前記Ｚ軸と前
記Ｙ軸とに垂直な方向にＸ軸を定義したとき、前記反射
面が次の条件を満足することを特徴とする上記〔１〕か
ら〔３〕の何れか１項記載の頭部装着型画像表示装置。 １０＜Ｆｘ７＜６０ （ｍｍ） ・・・（７−１） ただし、前記接眼光学系の射出瞳中心からＸ方向に＋１
ｍｍの点を通り、画面中心を通る光線を逆光線追跡した
ときの射出光線の開口数ＮＡ（軸上主光線とその射出光
線とのなす角）の逆数を焦点距離Ｆｘ７とする。
【０１２７】〔１１〕 前記画像表示素子の画面中心か
らの軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観察
者眼球位置中心に到る線分の延長方向をＺ軸、前記軸上
主光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を含
む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向をＹ軸、前記Ｚ軸と前
記Ｙ軸とに垂直な方向にＸ軸を定義したとき、前記反射
面が次の条件を満足することを特徴とする上記〔１〕か
ら〔３〕の何れか１項記載の頭部装着型画像表示装置。 −０．００１＜ＣＸ２／Ｆｘ＜０．００１ （ｍｍ-2）・・・（８−１） −０．００１＜ＣＹ２／Ｆｙ＜０．００１ （ｍｍ-2）・・（８−１’） ただし、前記接眼光学系の射出瞳中心からＸ方向に＋１
ｍｍの点を通り、画面中心を通る光線を逆光線追跡した
ときの射出光線の開口数ＮＡ（軸上主光線とその射出光
線とのなす角）の逆数を焦点距離Ｆｘとし、前記接眼光
学系の射出瞳中心からＹ方向に＋１ｍｍの点を通り、画
面中心を通る光線を逆光線追跡したときの射出光線の開
口数ＮＡ（軸上主光線とその射出光線とのなす角）の逆
数を焦点距離Ｆｙとし、前記軸上主光線が前記反射面と
当たる部分の偏心方向であるＹ方向の曲率をＣＹ２と
し、Ｘ方向曲率をＣＸ２とする。
【０１２８】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、広い画角においても明瞭で、歪みの少ない観
察像を与える頭部装着型画像表示装置を提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の接眼光学系を用いた頭部装
着型画像表示装置の単眼用の光学系の断面図である。
【図２】本発明の実施例２の接眼光学系を用いた頭部装
着型画像表示装置の単眼用の光学系の断面図である。
【図３】本発明の実施例３の接眼光学系を用いた頭部装
着型画像表示装置の単眼用の光学系の断面図である。
【図４】本発明の実施例４の接眼光学系を用いた頭部装
着型画像表示装置の単眼用の光学系の断面図である。
【図５】本発明の実施例５の接眼光学系を用いた頭部装
着型画像表示装置の単眼用の光学系の断面図である。
【図６】本発明の実施例６の接眼光学系を用いた頭部装
着型画像表示装置の単眼用の光学系の断面図である。
【図７】本発明の実施例７の接眼光学系を用いた頭部装
着型画像表示装置の単眼用の光学系の断面図である。
【図８】本発明が適用できる接眼光学系の別の例を示す
断面図である。
【図９】本発明が適用できる接眼光学系のさらに別の例
を示す断面図である。
【図１０】本発明が適用できる接眼光学系のさらに別の
例を示す断面図である。
【図１１】本発明が適用できる接眼光学系のさらに別の
例を示す断面図である。
【図１２】本発明が適用できる接眼光学系のさらに別の
例を示す断面図である。
【図１３】本発明が適用できる接眼光学系のさらに別の
例を示す断面図である。
【図１４】本発明の頭部装着型画像表示装置に用いる接
眼光学系の代表的なものの１つの断面図である。
【図１５】本発明の頭部装着型画像表示装置に用いる接
眼光学系の代表的なもののもう１つの断面図である。
【図１６】本発明の頭部装着型画像表示装置に用いる接
眼光学系の代表的なもののさらにもう１つの断面図であ
る。
【図１７】本発明による頭部装着型画像表示装置の１例
の全体の構成を示す図である。
【図１８】従来の１つの頭部装着型画像表示装置の光学
系を示す図である。
【図１９】従来の別の頭部装着型画像表示装置の光学系
を示す図である。
【図２０】従来のさらに別の頭部装着型画像表示装置の
光学系を示す図である。
【図２１】従来のさらに別の頭部装着型画像表示装置の
光学系を示す図である。
【図２２】従来のさらに別の頭部装着型画像表示装置の
光学系を示す図である。
【符号の説明】
１…射出瞳（観察者瞳位置） ２…光軸（観察者視軸） ３…第１面（透過面） ４…第２面（反射面） ５…第３面（透過面） ６…画像表示素子 ７…レンズの第１面 ８…レンズの第２面 ９…接眼光学系 ９’…プリズム部材 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
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年１２月１１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５４】また、さらに好ましくは、 ０．５＜ＣＸ２Ｍ／ＣＹ２Ｍ＜２ ・・・（２−４） なる条件を満足することが重要である。また、さらに好
ましくは、 ０．５＜ＣＸ２Ｍ／ＣＹ２Ｍ＜１．５ ・・・（２−５） さらに好ましくは、全ての反射面が上記条件式を満足す
ることが望ましい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５５】上記条件式（２−２）〜（２−５）の上限
と下限の意味は、条件式（２−１）と同じであるが、観
察像の明るさにより変化する観察者眼球の瞳径により非
点収差の許容値が異なるため、瞳径が大きくなる程条件
式（２−５）を満足することが好ましい。さらに好まし
くは、全ての反射面で上記条件式（２−１）〜（２−
５）の何れかを満足することが好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６２】次に、偏心により発生する非対称な像歪み
の発生をより少なくするための条件を説明する。主な光
学的パワーを有する反射凹面鏡において、次に述べる条
件式を満足することにより、水平方向の直線が弓なりに
結像する像歪みの発生を少なくすることが可能となる。
この条件は、反射凹面鏡の画面右上画角の主光線と画
面右下画角の主光線、画面中心下画角の主光線、画
面中心上画角の主光線が対象面と交差する部分で、面
の形状を定義する式の面の偏心方向に当たるＹ軸方向の
面の傾きをＤＹ４、ＤＹ６、ＤＹ３、ＤＹ１として、Ｄ
Ｙ４−ＤＹ６、ＤＹ１−ＤＹ３をＤＹｎ４とするとき、
その全ての値が、 ０＜｜ＤＹｎ４｜＜０．５ ・・・（４−１） なる条件式を満足することが収差補正上好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１１１】以上の実施例１〜７の第２面４の反射鏡に
ついての前記条件（１−１）〜（８−１’）に関するパ
ラメータの値を次の表に示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像表示素子と、前記画像表示素子によ
    り形成された画像を虚像として観察できるように観察者
    眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系
    とを有する頭部装着型画像表示装置において、 前記接眼光学系が１回反射のみの構成であり、その反射
    面の形状が面内及び面外共に対称面を１面のみ有する非
    回転対称面形状であることを特徴とする頭部装着型画像
    表示装置。
  2. 【請求項２】 画像表示素子と、前記画像表示素子によ
    り形成された画像を虚像として観察できるように観察者
    眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系
    とを有する頭部装着型画像表示装置において、 前記接眼光学系は、１回のみの反射を行う反射面と１面
    の透過面を含み、前記反射面と前記透過面の間は屈折率
    が１より大きい媒体で満たされた光学系であり、 少なくとも前記反射面が面内及び面外共に回転対称軸を
    有しない非回転対称面形状であることを特徴とする頭部
    装着型画像表示装置。
  3. 【請求項３】 画像表示素子と、前記画像表示素子によ
    り形成された画像を虚像として観察できるように観察者
    眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系
    とを有する頭部装着型画像表示装置において、 前記接眼光学系は、１回のみの反射を行う反射面と２面
    の透過面を含み、前記反射面と前記の２面の透過面の間
    は屈折率が１より大きい媒体で満たされた光学系であ
    り、 少なくとも前記反射面が面内及び面外共に回転対称軸を
    有しない非回転対称面形状であることを特徴とする頭部
    装着型画像表示装置。
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