JPH1039247A - 頭部装着型画像表示装置 - Google Patents

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】 透過面兼反射面である第１面３を経て光
学系に入射した画像表示素子７からの表示光は、第３面
５で反射され、再び透過面兼反射面である第１面３で反
射され、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置
された反射面の第２面４に入射して反射され、その反射
光は、透過面兼反射面である第１面３を透過して光学系
８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。第１面３〜第３面５
は、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からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、頭部装着型画像表
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１５（ａ）に全体の光学系を、図１５（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１６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１７（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１８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１９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、３回の内部反射をするように構成された前記接
眼光学系が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しな
い非回転対称面形状の反射面を少なくとも１面有し、前
記画像表示素子の画面中心からの軸上主光線が前記接眼
光学系から射出して前記観察者眼球位置中心に到る線分
の延長方向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射
される際の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直
な方向をＹ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ
軸と定義したときに、前記接眼光学系を構成する少なく
とも１つ以上の反射面が、以下の条件を満足することを
特徴とするものである。 ０．０５＜｜ＣＸ２／ＣＹ２｜＜８ ・・・（１−１） ただし、射出瞳中心を通り、被観察像中心に達する軸上
主光線が、前記反射面にに当たる部分のＹ軸方向の曲率
をＣＹ２、Ｘ軸方向の曲率をＣＸ２とする。

【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、３回の内部反射を
するように構成された前記接眼光学系が、その面内及び
面外共に回転対称軸を有しない非回転対称面形状の反射
面を少なくとも１面有し、前記画像表示素子の画面中心
からの軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記観
察者眼球位置中心に到る線分の延長方向をＺ軸、前記軸
上主光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分を
含む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向をＹ軸、前記Ｚ軸と
前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ軸と定義したときに、前記
接眼光学系を構成する少なくとも１つ以上の反射面が、
以下の条件を満足することを特徴とする頭部装着型画像
表示装置。 ０＜｜ＤＹ52｜＜０．１ ・・・（７−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、画面中心のＺ軸方
向の軸上主光線、画面右中心画角の主光線が前記反
射面に当たる部分において、その面の形状を定義する式
の面の偏心方向に当たるＹ軸方向の面の傾きをそれぞれ
ＤＹ２、ＤＹ５とするとき、ＤＹ５−ＤＹ２をＤＹ52と
する。

【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、３回の内部
反射をするように構成された前記接眼光学系が、その面
内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転対称面形状
の反射面を少なくとも１面有し、前記画像表示素子の画
面中心からの軸上主光線が前記接眼光学系から射出して
前記観察者眼球位置中心に到る線分の延長方向をＺ軸、
前記軸上主光線が前記反射面で反射される際の折り返し
線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向をＹ軸、前記
Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ軸と定義したとき
に、前記接眼光学系を構成する少なくとも１つ以上の反
射面が、以下の条件を満足することを特徴とするもので
ある。 ０＜｜ＣＸyy｜＜０．１ （１／ｍｍ） ・・・（１０−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、画面中心のＺ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面
右上画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面
右下画角の主光線、画面下側中心画角の主光線が対
象面と交差する領域を有効領域と定義し、その有効領域
で各面の形状を定義する式の面の各光線〜が当たる
位置の偏心方向と直交するＸ軸方向の曲率をそれぞれＣ
Ｘ１、ＣＸ２、ＣＸ３、ＣＸ４、ＣＸ５、ＣＸ６とした
ときに、ＣＸ３−ＣＸ１、ＣＸ６−ＣＸ４をＣＸyyとす
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１１、図１２に例示する。

【００１５】図１１の場合は、接眼光学系８は第１面
３、第２面４、第３面５、第４面６からなり、画像表示
素子７から発した光線束は、第３面５で屈折して接眼光
学系８に入射し、第４面６で内部反射し、第３面５に入
射して今度は内部反射し、第２面４に入射して内部反射
し、第１面３に入射して屈折されて、観察者の瞳の虹彩
位置又は眼球の回旋中心を射出瞳１として観察者の眼球
内に投影される。

【００１６】図１２の場合は、接眼光学系８は第１面
３、第２面４、第３面５からなり、画像表示素子７から
発した光線束は、第３面５で屈折して接眼光学系８に入
射し、第２面４で内部反射し、第１面３で内部反射し、
第２面４で再度反射されて、再び第１面３に入射して屈
折されて、観察者の瞳の虹彩位置又は眼球の回旋中心を
射出瞳１として観察者の眼球内に投影される。

【００１７】このように、本発明において、接眼光学系
８の面番号は、原則として射出瞳１から画像表示素子７
に到る逆光線追跡の順に付してあり、また、典型的に
は、図１１の接眼光学系８を前提にして説明するが、も
ちろん、本発明は図１１の光学系に限定されるものでは
なく、図１１、図１２の光学系、及び、公知のその他の
光学系に適用できるものである。

【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１１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７中心に到達する軸上主光線が瞳１を射出し接眼光学
系８の第１面３に交差するまでの直線によって定義され
る視軸２をＺ軸とし、このＺ軸と直交し、かつ、接眼光
学系８を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、
視軸２と直交し、かつ、Ｙ軸と直交する軸をＸ軸とと
る。また、以下の説明においては、光線の追跡方向は、
特別に説明のない限り、瞳１から被観察像を形成する像
形成手段（画像表示素子）７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願平６−１２７４５３号等に述べ
られている。また、傾いた凹面鏡により発生する非点収
差についても本出願人の特願平６−２１１０６７号、ま
た、特願平６−２５６６７６号に述べられている。さら
に、傾いた凹面鏡により発生する台形や弓なりの像歪み
に関しては、特開平５−３０３０５６号に述べられてい
る。

【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 ・・・・・ ・・・（ａ） このような自由曲面を少なくとも１面の反射作用を有す
る反射面として使うことにより、傾いた反射面、例えば
後記する実施例の第２面に、前記のように、偏心方向を
Ｙ軸、観察者眼球の視線方向をＺ軸、Ｙ軸及びＺ軸と直
交する軸をＸ軸とすると、Ｘ軸上の任意の位置のＹ方向
の傾きを任意に与えることができる。これは偏心して配
置された凹面鏡で発生する像歪み、特に、Ｘ軸方向の像
高により変化し、Ｙ軸方向に発生する像歪みを補正する
ことができる。つまり、結果として、水平線が弓なりに
なって観察される像歪みを良好に補正することが可能と
なる。

【００２５】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軸負側の光線の光
路長の違いによりＸ軸方向の広がりが大きく異なってか
ら第２面によって反射される。このため、Ｙ軸正方向の
像の大きさとＹ軸負方向の像の大きさが異なって結像さ
れ、結果として観察像が台形の歪みを持ってしまうもの
である。

【００２６】この歪みは、偏心して配置された凹面鏡に
より発生するので、第２面と限らず、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。

【００２７】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。

【００２８】次に、回転対称な像歪みについて説明す
る。本発明の接眼光学系のように、例えば第２面の凹面
から離れた位置に光学系の瞳があり、かつ、画角が広い
光学系では、瞳面側からの逆光線追跡において糸巻型の
回転対称な像歪みが大きく発生する。この像歪みの発生
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。

【００２９】次に、偏心して配置された凹面鏡により発
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
して配置された第２面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。

【００３０】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。本発明の接眼光学系の場合は、一般には上に述
べたように凹面鏡と対をなした凸面鏡により像面湾曲を
補正できる構成になっているが、面数が少ないために完
全には補正されない。この補正し切れない像面湾曲を補
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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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なかで少なくとも１
つの反射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。

【００３４】接眼光学系の３つの反射面の中で、他の面
に比べて強い反射屈折力を持つ面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。

【００３５】また、接眼光学系を構成する面の中で屈折
面、反射面兼用の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、反射面兼用の面が反射面として作用する場合に、
軸上主光線に対して大きく傾いて配置されているためで
ある。

【００３６】さらに、画像表示素子に面した面を自由曲
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。

【００３７】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。

【００３８】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１面の反射作用を有する反射面に用いら
れ、その場合のその反射面の面形状を、その面内及び面
外共に回転対称軸を有せず、しかも、対称面を１つのみ
有する面対称自由曲面としている。これは、例えば図１
１のように座標系をとった場合に、偏心して配置される
面の偏心方向を含む面であるＹ−Ｚ面が対称面となるよ
うな自由曲面とすることで、逆光線追跡における結像面
の像もそのＹ−Ｚ面を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１面の反射面に対称面を１つのみ有する面対称自由
曲面を用いた場合に、さらに、以下の条件を満足するこ
とによって広画角で、かつ、収差補正の行われた接眼光
学系を提供することができる。

【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
する少なくとも１つ以上の反射面に当たる部分のＸ方向
の曲率をＣＸ２、Ｙ方向の曲率をＣＹ２とするとき、 ０．００１＜｜ＣＸ２｜ （１／ｍｍ） ・・・（Ａ−１） ０．００１＜｜ＣＹ２｜ （１／ｍｍ） ・・・（Ｂ−１） なる条件を共に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）との間の距離が
縮小でき、頭部装着型画像表示装置をコンパクトで軽量
に構成できるために設定した条件である。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、 ０．００５＜｜ＣＸ２｜ （１／ｍｍ） ・・・（Ａ−２） ０．００５＜｜ＣＹ２｜ （１／ｍｍ） ・・・（Ｂ−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の面対称
自由曲面を導入して、全系の像歪み、非点収差、コマ収
差等の諸収差を良好に補正することができる。

【００４８】さらに好ましくは、接眼光学系中のその他
の反射面や、全ての反射面が上記条件式を満足すること
が重要である。

【００４９】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少なくと
も１つ以上の反射面に当たる部分のＹ方向の曲率をＣＹ
２、Ｘ方向の曲率をＣＸ２とするとき、 ０．０５＜｜ＣＸ２／ＣＹ２｜＜８ ・・・（１−１） 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、ＣＸ２／ＣＹ２＝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。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（１−１）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（１−１）の上限の８と下限の０．０
５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。

【００５１】さらに好ましくは、 ０．１＜｜ＣＸ２／ＣＹ２｜＜３．５ ・・・（１−２） なる条件を満足することが重要である。

【００５２】また、さらに好ましくは、 ０．５＜｜ＣＸ２／ＣＹ２｜＜３．５ ・・・（１−３） 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、 １．０＜｜ＣＸ２／ＣＹ２｜＜１．９０ ・・・（１−４） なる条件を満足することが重要である。

【００５４】さらに好ましくは、光学系中最も反射屈折
力を有する面が上記条件式を満足することが重要であ
る。さらに、全ての反射面が上記条件式を満足すること
が好ましい。

【００５５】上記条件式（１−２）〜（１−４）の上限
と下限の意味は、条件式（１−１）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（１−４）を満足することが好ましい。

【００５６】次に、反射面の反射屈折力に関する条件式
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偏心光学系では、各像位置毎に異な
る収差が発生するので、反射面の形状を変化させて各収
差の補正を行わなければならなく、その量は反射面の場
所により微妙に異なる。そこで、接眼光学系の中で最も
強い屈折力を持つ面では、次に述べる条件式を満足する
ことが重要になる。

【００５７】光学系中で最も強い反射屈折力を持つ反射
面で軸上主光線が反射する部分のＸ方向の曲率ＣＸ２
と、観察画角の最大光線、〜が各面と当たる部分
のＸ方向の曲率ＣＸｎ（ｎは１、３〜６）の差であるＣ
Ｘｎ−ＣＸ２をＣＸn2とし、その全ての値が、 −０．０５＜ＣＸn2＜０．０５ （１／ｍｍ） ・・・（２−１） なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。た
だし、球面は、本条件内に入るが、球面で偏心面を構成
すると、前記したが、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。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。

【００５８】上記条件式（２−１）の上限の０．０５と
下限の−０．０５を越えると、有効領域内の面の曲率が
大きく異なりすぎ、接眼光学系の中で主な反射屈折力を
持つ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観察像を観察することが
できなくなってしまう。

【００５９】さらに好ましくは、 −０．０１＜ＣＸn2＜０．０１ （１／ｍｍ） ・・・（２−２） 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。

【００６０】さらに好ましくは、 −０．００５＜ＣＸn2＜０．００６ （１／ｍｍ） ・・・（２−３） 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（２
−２）、（２−３）は共に、広い観察画角において良好
な観察像を得るために必要なものである。

【００６１】さらに好ましくは、全ての反射面で以下に
述べる条件式を満足することが重要であるのはいうまで
もない。前記の定義と同様に、ＣＸｎ−ＣＸ２をＣＸn2
とするとき、全ての反射面での全てのＣＸn2の値が、 −０．１＜ＣＸn2＜０．０５ （１／ｍｍ） ・・・（２−４） なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。

【００６２】上記条件式（２−４）の上限の０．０５と
下限の−０．１を越えると、（２−１）と同様の理由よ
り、観察画角全体で広く平坦な観察像を観察することが
できなくなってしまう。

【００６３】さらに好ましくは、 −０．１＜ＣＸn2＜０．０２ （１／ｍｍ） ・・・（２−５） 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。

【００６４】さらに好ましくは、 −０．０５＜ＣＸn2＜０．０１ （１／ｍｍ） ・・・（２−６） 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（２
−５）、（２−６）は共に、広い観察画角において良好
な観察像を得るために必要なものである。

【００６５】さらに望ましくは、光学系中で最も強い反
射屈折力を持つ反射面で、 ０．０００１＜｜ＣＸn2｜＜０．０５ （１／ｍｍ）・・・（２−１’） ０．０００１＜｜ＣＸn2｜＜０．０１ （１／ｍｍ）・・・（２−２’） ０．０００１＜｜ＣＸn2｜＜０．００６（１／ｍｍ）・・・（２−３’） でも構わない。

【００６６】より望ましくは、全ての反射面で、 ０．０００１＜｜ＣＸn2｜＜０．０５ （１／ｍｍ）・・・（２−４’） ０．０００１＜｜ＣＸn2｜＜０．０２ （１／ｍｍ）・・・（２−５’） ０．０００１＜｜ＣＸn2｜＜０．０１ （１／ｍｍ）・・・（２−６’） でも構わない。

【００６７】次に、上記条件式（２−１）と同様に、光
学系中で最も強い反射屈折力を持つ反射面で軸上主光線
が反射する部分のＹ方向の曲率ＣＹ２と、観察画角の
最大光線、〜が各面と当たる部分のＹ方向の曲率
ＣＹｎ（ｎは１、３〜６）の差であるＣＹｎ−ＣＹ２を
ＣＹn2とし、その全ての値が、 ０＜｜ＣＹn2｜＜０．０５ （１／ｍｍ） ・・・（３−１） なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。た
だし、球面は、本条件内に入るが、（２−１）で述べた
理由より、非点収差と像面湾曲、その他各収差の発生が
大きくなる。

【００６８】上記条件式（３−１）の上限の０．０５と
下限の−０．０５を越えると、有効領域内の面の曲率が
大きく異なりすぎ、接眼光学系の中で主な反射屈折力を
持つ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観察像を観察することが
できなくなってしまう。

【００６９】さらに好ましくは、 ０＜｜ＣＹn2｜＜０．０３ （１／ｍｍ） ・・・（３−２） 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。

【００７０】さらに好ましくは、 ０＜｜ＣＹn2｜＜０．０１ （１／ｍｍ） ・・・（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。上記条件式（３
−２）、（３−３）は共に、広い観察画角において良好
な観察像を得るために必要なものである。

【００７１】さらに好ましくは、全ての反射面で以下に
述べる条件式を満足することが重要であるのはいうまで
もない。ＣＹｎ−ＣＹ２をＣＹn2とするとき、ＣＹn2の
全ての値が、 ０＜｜ＣＹn2｜＜０．０５ （１／ｍｍ） ・・・（３−４） なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。

【００７２】上記条件式（３−４）の上限の０．０５と
下限の−０．０５を越えると、（３−１）の理由と同様
に、観察画角全体で広く平坦な観察像を観察することが
できなくなってしまう。

【００７３】さらに好ましくは、 ０＜｜ＣＹn2｜＜０．０３ （１／ｍｍ） ・・・（３−５） なる条件式を満足することが観察画角が２０°前後の場
合に重要となってくる。

【００７４】さらに好ましくは、 ０＜｜ＣＹn2｜＜０．０１ （１／ｍｍ） ・・・（３−６） 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°前後の場合に重要となってくる。

【００７５】上記条件式（３−５）〜（３−６）は共
に、広い観察画角において良好な観察像を得るために必
要なものである。

【００７６】さらに望ましくは、光学系中で最も強い反
射屈折力を持つ反射面で、 ０．０００１＜｜ＣＹn2｜＜０．０５ （１／ｍｍ）・・・（３−１’） ０．０００１＜｜ＣＹn2｜＜０．０３ （１／ｍｍ）・・・（３−２’） ０．０００１＜｜ＣＹn2｜＜０．０１ （１／ｍｍ）・・・（３−３’） でも構わない。

【００７７】より望ましくは、全ての反射面で、 ０．０００１＜｜ＣＹn2｜＜０．０５ （１／ｍｍ）・・・（３−４’） ０．０００１＜｜ＣＹn2｜＜０．０３ （１／ｍｍ）・・・（３−５’） ０．０００１＜｜ＣＹn2｜＜０．０１ （１／ｍｍ）・・・（３−６’） でも構わない。

【００７８】次に、光学系中最も反射屈折力を有する面
のＸ方向の曲率／Ｙ方向の曲率の値である｜ＣＸｎ｜／
｜ＣＹｎ｜（ｎは１〜６の何れかの同じ値）をＣＸＹＭ
とするとき、その値が、 ＣＸＹＭ＜１００ ・・・（４−１） なる条件式を満足することが重要である。

【００７９】これは、有効領域のＸ方向の結像位置とＹ
方向の結像位置に相当し、非点収差が良好に補正されて
いるための条件である。上限の１００を越えると、Ｘ方
向とＹ方向の結像位置の差が大きくなりすぎ、他の面で
補正することが不可能となってしまう。

【００８０】さらに好ましくは、 ＣＸＹＭ＜８０ ・・・（４−２） なる条件式を満足することが重要であり、特に２０°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。

【００８１】さらに好ましくは、 ＣＸＹＭ＜５０ ・・・（４−３） なる条件式を満足することが重要であり、特に２５°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。

【００８２】さらに好ましくは、 ＣＸＹＭ＜２０ ・・・（４−４） なる条件式を満足することが重要であり、特に３０°を
越える観察画角の場合にはこの条件式を満足することが
重要である。

【００８３】次に、有効面内の各主光線が面に当たる領
域のＸ方向の曲率／Ｙ方向の曲率の値である｜ＣＸｎ｜
／｜ＣＹｎ｜（ｎは１〜６の何れかの同じ値）をＣＸＹ
Ａとするとき、全ての反射面のＣＸＹＡの値が、 ＣＸＹＡ＜１００ ・・・（５−１） なる条件式を満足することが重要である。

【００８４】これは、（４−１）と同様の理由より出て
きた条件である。上限の１００を越えると、Ｘ方向とＹ
方向の結像位置の差が大きくなりすぎ、他の面で補正す
ることが不可能となってしまう。ただし、トーリック面
等のＹ軸とＸ軸の両方に対して対称性を持つ面の場合
は、本条件内に入るが、コマ収差と像歪みの発生が大き
くなる。

【００８５】さらに好ましくは、 ＣＸＹＡ＜８０ ・・・（５−２） なる条件式を満足することが重要であり、特に２０°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。

【００８６】さらに好ましくは、 ＣＸＹＡ＜５０ ・・・（５−３） なる条件式を満足することが重要であり、特に２５°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。

【００８７】さらに好ましくは、 ＣＸＹＡ＜２０ ・・・（５−４） なる条件式を満足することが重要であり、特に３０°を
越える観察画角の場合にはこの条件を満足することが重
要である。

【００８８】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。本条件
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。

【００８９】ここで、次に述べる条件式を満足すること
が重要である。この条件は、少なくとも１つ以上の反射
面のＸ方向最大画角の光線と、光線の傾きの差であ
るＤＸ４−ＤＸ６をＤＸ46とするとき、 −０．２＜ＤＸ46＜０．２ ・・・（６−１） なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。

【００９０】上記条件式（６−１）の上限の０．２と下
限の−０．２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くなってしまう。

【００９１】さらに好ましくは、 −０．１＜ＤＸ46＜０．１ ・・・（６−２） 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。

【００９２】さらに好ましくは、 −０．０５＜ＤＸ46＜０．０５ ・・・（６−３） 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（６
−２）、（６−３）は共に、広い観察画角において良好
な性能を得るために必要なものである。

【００９３】さらに好ましくは、少なくとも２つの反射
面が共に上記条件式を満足することが重要である。前記
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には、軸上主光線に対して偏
心して配置された反射面の少なくとも２つ以上が上記条
件式を満足することが重要となる。

【００９４】さらに好ましくは、全ての偏心して配置さ
れた反射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。

【００９５】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。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、少なくとも１つ以上の反射面の画面
中心のＺ軸方向の軸上主光線と、画面右中心画角の主
光線とが対象面と交差する部分で、面の形状を定義す
る式の面の偏心方向に当たるＹ軸方向の面の傾きをＤＹ
２、ＤＹ５とするとき、ＤＹ５とＤＹ２の差ＤＹ５−Ｄ
Ｙ２をＤＹ52とするとき、 ０＜｜ＤＹ52｜＜０．１ ・・・（７−１） なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。

【００９６】上記条件式（７−１）の下限の−０．１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０．１を越えると、補正過剰になり
逆方向に大きく発生してしまう。

【００９７】さらに好ましくは、 ０＜｜ＤＹ52｜＜０．０５ ・・・（７−２） 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。

【００９８】さらに好ましくは、 ０＜｜ＤＹ52｜＜０．０１ ・・・（７−３） 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（７
−２）、（７−３）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。

【００９９】さらに好ましくは、少なくとも２つの反射
面が共に上記条件式を満足することが重要である。

【０１００】さらに好ましくは、全ての偏心して配置さ
れた反射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。

【０１０１】次に、接眼光学系のうち互いに偏心して配
置された２つもしくは３つの反射面の内少なくとも１つ
の反射面が、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。

【０１０２】光学系中の少なくとも１つの反射面の軸上
主光線が反射する部分のＸ方向の曲率ＣＸ２と、観察
画角の最大光線、〜が各面と当たる部分のＸ方向
の曲率ＣＸｎ（ｎは１、３〜６）とするとき、ＣＸ４−
ＣＸ１、ＣＸ５−ＣＸ２、ＣＸ６−ＣＸ３の各値をＣＸ
x0とし、その全ての値が、 ０＜｜ＣＸx0｜＜０．１ （１／ｍｍ） ・・・（８−１） なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。

【０１０３】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異なりす
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。

【０１０４】さらに好ましくは、 ０＜｜ＣＸx0｜＜０．０５ （１／ｍｍ） ・・・（８−２） 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。

【０１０５】さらに好ましくは、 ０＜｜ＣＸx0｜＜０．０１ （１／ｍｍ） ・・・（８−３） 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（８
−２）、（８−３）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。

【０１０６】さらに好ましくは、少なくとも２つの反射
面が共に上記条件式を満足することが重要である。

【０１０７】さらに好ましくは、全ての偏心して配置さ
れた反射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。

【０１０８】さらに望ましくは、 ０．０００１＜｜ＣＸx0｜＜０．１ （１／ｍｍ） ・・・（８−１’） ０．０００１＜｜ＣＸx0｜＜０．０５ （１／ｍｍ）・・・（８−２’） ０．０００１＜｜ＣＸx0｜＜０．０１ （１／ｍｍ）・・・（８−３’） でも構わない。

【０１０９】次に、接眼光学系の中互いに偏心して配置
された３つの反射面の中少なくとも１つの反射面が、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、（８−１）と同様に、偏心して配置されたパワーを
持つ面で発生する像面を平坦にするために重要な条件で
ある。

【０１１０】光学系中の少なくとも１つの反射面の軸上
主光線が反射する部分のＹ方向の曲率ＣＹ２と、撮像
画角の最大光線、〜が各面と当たる部分のＹ方向
の曲率ＣＹｎ（ｎは１、３〜６）とするとき、ＣＹ４−
ＣＹ１、ＣＹ５−ＣＹ２、ＣＹ６−ＣＹ３の各値をＣＹ
x0とし、その全ての値が、 ０＜｜ＣＹx0｜＜０．１ （１／ｍｍ） ・・・（９−１） なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。

【０１１１】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異なりす
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。

【０１１２】さらに好ましくは、 ０＜｜ＣＹx0｜＜０．０５ （１／ｍｍ） ・・・（９−２） 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。

【０１１３】さらに好ましくは、 ０＜｜ＣＹx0｜＜０．０１ （１／ｍｍ） ・・・（９−３） 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（９
−２）、（９−３）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。

【０１１４】さらに好ましくは、少なくとも２つの反射
面が共に上記条件式を満足することが重要である。

【０１１５】さらに好ましくは、全ての偏心して配置さ
れた反射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。

【０１１６】さらに望ましくは、 ０．０００１＜｜ＣＹx0｜＜０．１ （１／ｍｍ） ・・・（９−１’） ０．０００１＜｜ＣＹx0｜＜０．０５ （１／ｍｍ）・・・（９−２’） ０．０００１＜｜ＣＹx0｜＜０．０１ （１／ｍｍ）・・・（９−３’） でも構わない。

【０１１７】次に、接眼光学系の中で特に強い反射屈折
力を持つ面では、さらに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対称面
を１面しか持たない面で発生する収差の全てをバランス
良く補正すると共に、像面の傾きを少なく配置するため
に重要な条件である。特に、この条件式は、本発明のよ
うに偏心して配置された凹面鏡を２枚使用する光学系に
おいては、特に重要となる。

【０１１８】光学系中の少なくとも１つの反射面で軸上
主光線が反射する部分のＸ方向の曲率ＣＸ２と、観察
画角の最大光線、〜が各面と当たる部分のＸ方向
の曲率ＣＸｎ（ｎは１、３〜６）とするとき、ＣＸ３−
ＣＸ１、ＣＸ６−ＣＸ４をＣＸyyとし、その全ての値
が、 ０＜｜ＣＸyy｜＜０．１ （１／ｍｍ） ・・・（１０−１） なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。

【０１１９】上記条件式（１０−１）の上限の０．１と
下限の−０．１を越えると、有効領域内の面の曲率が大
きく異なりすぎ、接眼光学系の中で主な反射屈折力を持
つ第２面の有効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。

【０１２０】さらに好ましくは、 ０＜｜ＣＸyy｜＜０．０５ （１／ｍｍ） ・・・（１０−２） 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。

【０１２１】さらに好ましくは、 ０＜｜ＣＸyy｜＜０．０１ （１／ｍｍ） ・・・（１０−３） 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（１
０−２）、（１０−３）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。

【０１２２】さらに好ましくは、少なくとも２つの反射
面が共に上記条件式を満足することが重要である。

【０１２３】さらに好ましくは、全ての偏心して配置さ
れた反射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。

【０１２４】さらに望ましくは、 ０．０００１＜｜ＣＸyy｜＜０．１ （１／ｍｍ）・・・（１０−１’） ０．０００１＜｜ＣＸyy｜＜０．０５ （１／ｍｍ）・・（１０−２’） ０．０００１＜｜ＣＸyy｜＜０．０１ （１／ｍｍ）・・（１０−３’） でも構わない。

【０１２５】次に、接眼光学系の中で特に強い反射屈折
力を持つ面では、さらに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、前記（１０−１）の条件式
と同様に、偏心して配置された対称面を１面しか持たな
い面で発生する収差の全てをバランス良く補正するため
に重要な条件である。特に、この条件式は、本発明のよ
うに偏心して配置された凹面鏡を２枚使用する光学系に
おいては、特に重要となる。

【０１２６】光学系中の少なくとも１つの反射屈折力を
持つ反射面で軸上主光線が反射する部分のＹ方向の曲
率ＣＹ２と、観察画角の最大光線、〜が各面と当
たる部分のＹ方向の曲率ＣＹｎ（ｎは１、３〜６）とす
るとき、ＣＹ３−ＣＹ１、ＣＹ６−ＣＹ４をＣＹyyと
し、その全ての値が、 ０＜｜ＣＹyy｜＜０．１ （１／ｍｍ） ・・・（１１−１） なる条件式を満足することが、収差補正上好ましい。

【０１２７】上記条件式（１０−１）の上限の０．１と
下限の−０．１越えると、有効領域内の面の曲率が大き
く異なりすぎ、接眼光学系の中で主な反射屈折力を持つ
第２面の有効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。

【０１２８】さらに好ましくは、 ０＜｜ＣＹyy｜＜０．０５ （１／ｍｍ） ・・・（１１−２） 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。

【０１２９】さらに好ましくは、 ０＜｜ＣＹyy｜＜０．０１ （１／ｍｍ） ・・・（１１−３） 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（１
１−２）、（１１−３）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。

【０１３０】さらに好ましくは、少なくとも２つの反射
面が共に上記条件式を満足することが重要である。

【０１３１】さらに好ましくは、すべての偏心して配置
された反射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。

【０１３２】さらに望ましくは、 ０．０００１＜｜ＣＹyy｜＜０．１ （１／ｍｍ）・・・（１１−１’） ０．０００１＜｜ＣＹyy｜＜０．０５ （１／ｍｍ）・・（１１−２’） ０．０００１＜｜ＣＹyy｜＜０．０１ （１／ｍｍ）・・（１１−３’） でも構わない。

【０１３３】さて、以上の条件（Ａ−１）から（１１−
３’）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。

【０１３４】なお、以上の各種条件に関しては、主して
図１２に示すような第１面３、第２面４、第３面５から
なり、その間が屈折率（ｎ）が１よりも大きい（ｎ＞
１）媒質で満たされたプリズム部材８を用いる接眼光学
系を前提にして説明したが、図１１、後記の図１〜図６
に示すような３回の内部反射をするプリズム部材８につ
いても同様に適用できる。

【０１３５】また、以上の条件（Ａ−１）から（１１−
３’）については、それぞれ単独で目的とする収差補正
を行うことができるが、それらの何れかを２つ以上組み
合わせることによりより良好な収差補正を達成すること
ができ、これらの２つ以上の条件を組み合わせた頭部装
着型画像表示装置も本発明が予定しているものであり、
本発明に含まれるものである。

【０１３６】

【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８の射出瞳１を光学系の原点として、光
軸２を画像表示素子７の表示中心と射出瞳１の中心（原
点）とを通る光線で定義し、射出瞳１から光軸２に進む
方向をＺ軸方向、このＺ軸に直交し射出瞳１中心を通
り、光線が接眼光学系８によって折り曲げられる面内の
方向をＹ軸方向、Ｚ軸、Ｙ軸に直交し射出瞳１中心を通
る方向をＸ軸方向とし、射出瞳１から接眼光学系８に向
かう方向をＺ軸の正方向、光軸２から画像表示素子７方
向をＹ軸の正方向、そして、これらＺ軸、Ｙ軸と右手系
を構成する方向をＸ軸の正方向とする。なお、光線追跡
は接眼光学系８の射出瞳１の側を物体側として、画像表
示素子７側を像面側とした逆追跡により行っている。

【０１３７】そして、偏心量Ｙ、Ｚ、傾き量θが記載さ
れている面については、光学系の原点である射出瞳１か
らのずれ量及びＺ軸に対する傾き角を表している。な
お、傾き角は反時計回りの方向を正としている。なお、
面間隔については、意味を有しない。

【０１３８】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 ・・・（ａ） なお、データの記載されていない非球面に関する項は０
である。屈折率については、ｄ線（波長５８７．５６ｎ
ｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍで
ある。

【０１３９】さて、以下の実施例１〜７の接眼光学系８
は、３面もしくは４面で構成されており、その間が屈折
率１より大きい媒質で満たされている。

【０１４０】実施例１の接眼光学系８は、図１に光軸２
を含むＹ−Ｚ断面図を示すように、画像表示素子７と射
出瞳１とに対向して偏心配置された透過面兼反射面であ
る第１面３を経て光学系に入射した画像表示素子７から
の表示光は、第３面５で反射され、再び透過面兼反射面
である第１面３で反射され、次に、光軸２上に射出瞳１
と対向して偏心配置された反射面の第２面４に入射して
反射され、その反射光は、透過面兼反射面である第１面
３を透過して光学系８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。

【０１４１】実施例２の接眼光学系８は、図２に光軸２
を含むＹ−Ｚ断面図を示すように、画像表示素子７に対
向して配置された透過面の第４面６を経て光学系に入射
した画像表示素子７からの表示光は、第３面５で反射さ
れ、射出瞳１と対向した透過面兼反射面である第１面３
で反射され、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心
配置された反射面の第２面４に入射して反射され、その
反射光は、透過面兼反射面である第１面３を透過して光
学系８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。

【０１４２】実施例３の接眼光学系８は、図３に光軸２
を含むＹ−Ｚ断面図を示すように、画像表示素子７に対
向して偏心配置された透過面兼反射面である第３面５を
経て光学系に入射した画像表示素子７からの表示光は、
第４面６で反射し、透過面兼反射面である第３面５で反
射され、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置
された反射面の第２面４に入射して反射され、その反射
光は、射出瞳１と対向した第１面３を透過して光学系８
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。

【０１４３】実施例４の接眼光学系８は、図４に光軸２
を含むＹ−Ｚ断面図を示すように、画像表示素子７に対
向して偏心配置された第４面６を経て光学系に入射した
画像表示素子７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、第
３面５で反射され、次に、再び第２面４に入射して反射
され、その反射光は、射出瞳１と対向した第１面３を透
過して光学系８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。

【０１４４】実施例５の接眼光学系８は、図５に光軸２
を含むＹ−Ｚ断面図を示すように、画像表示素子７に対
向して偏心配置された第３面５を経て光学系に入射した
画像表示素子７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、射
出瞳１と対向した透過面兼反射面である第１面３で反射
され、次に、再び第２面４に入射して反射され、その反
射光は、透過面兼反射面である第１面３を透過して光学
系８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。

【０１４５】実施例６の接眼光学系８は、図６に光軸２
を含むＹ−Ｚ断面図を示すように、画像表示素子７に対
向して偏心配置された透過面兼反射面である第３面５を
経て光学系に入射した画像表示素子７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、透過面兼反射面である第３面５で反
射され、次に、再び第２面４に入射して反射され、その
反射光は、射出瞳１と対向した第１面３を透過して光学
系８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。

【０１４６】実施例７の接眼光学系８は、図７に光軸２
を含むＹ−Ｚ断面図を示すように、画像表示素子７と射
出瞳１に対向して偏心配置された透過面兼反射面である
第１面３を経て光学系に入射し、第３面５で反射し、再
び第１面３に入射して反射され、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で反射され、
その反射光は、透過面兼反射面である第１面３を透過し
て光学系８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。

【０１４７】以上の実施例１〜７の観察画角は、水平画
角３０．０°、垂直画角２２．７２°、瞳径は４ｍｍで
ある。以下に、上記実施例１〜６の構成パラメータを示
す。なお、実施例７については構成パラメータを省く。

【０１４８】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 1.5163 64.15 （第１面） （瞳位置より） Ｙ 17.552 θ -27.11° Ｚ 46.362 ３ 自由曲面２ 1.5163 64.15 （第２面） （瞳位置より） （反射面） Ｙ 0.000 θ -40.69° Ｚ 60.051 ４ 自由曲面１ 1.5163 64.15 （第１面） （瞳位置より） （反射面） Ｙ 17.552 θ -27.11° Ｚ 46.362 ５ 自由曲面３ 1.5163 64.15 （第３面） （瞳位置より） （反射面） Ｙ 33.531 θ -1.67° Ｚ 69.044 ６ 自由曲面１ 1.5163 64.15 （第１面） （瞳位置より） Ｙ 17.552 θ -27.11° Ｚ 46.362 ７ ∞ （瞳位置より） （画像表示面） Ｙ 31.828 θ 10.47° Ｚ 44.395 自由曲面１ Ｃ₅ 6.7384×10^-3 Ｃ₇ -4.8886×10^-3 Ｃ₈ -5.6160×10^-5 Ｃ₁₀ 5.9750×10^-5 Ｃ₁₂ -2.8136×10^-7 Ｃ₁₄ 3.0424×10^-7 Ｃ₁₆ -1.3380×10^-6 Ｃ₁₇ -2.2694×10^-8 Ｃ₁₉ -2.5403×10^-8 Ｃ₂₁ 3.3240×10^-8 自由曲面２ Ｃ₅ 1.3201×10^-3 Ｃ₇ -4.8490×10^-3 Ｃ₈ -6.2182×10^-5 Ｃ₁₀ 3.8398×10^-5 Ｃ₁₂ 3.7755×10^-6 Ｃ₁₄ -1.1047×10^-6 Ｃ₁₆ -5.2333×10^-7 Ｃ₁₇ -1.2224×10^-7 Ｃ₁₉ 1.9201×10^-8 Ｃ₂₁ 2.2457×10^-8 自由曲面３ Ｃ₅ -9.5072×10^-4 Ｃ₇ -5.8692×10^-3 Ｃ₈ -2.7809×10^-4 Ｃ₁₀ 4.3619×10^-5 Ｃ₁₂ -1.7424×10^-7 Ｃ₁₄ 5.3691×10^-7 Ｃ₁₆ -3.7674×10^-7 Ｃ₁₇ -2.0148×10^-7 Ｃ₁₉ -2.0314×10^-8 Ｃ₂₁ -3.3003×10^-9 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 1.5163 64.15 （第１面） （瞳位置より） Ｙ 19.135 θ 10.65° Ｚ 37.113 ３ 自由曲面２ 1.5163 64.15 （第２面） （瞳位置より） （反射面） Ｙ 0.000 θ -18.07° Ｚ 49.925 ４ 自由曲面１ 1.5163 64.15 （第１面） （瞳位置より） （反射面） Ｙ 19.135 θ 10.65° Ｚ 37.113 ５ 自由曲面３ 1.5163 64.15 （第３面） （瞳位置より） （反射面） Ｙ 22.917 θ 5.07° Ｚ 52.129 ６ 自由曲面４ 1.5163 64.15 （第４面） （瞳位置より） Ｙ 29.620 θ -14.86° Ｚ 36.431 ７ ∞ （瞳位置より） （画像表示面） Ｙ 42.161 θ -39.86° Ｚ 37.935 自由曲面１ Ｃ₅ -3.4347×10^-3 Ｃ₇ -8.8764×10^-3 Ｃ₈ -7.3816×10^-5 Ｃ₁₀ -1.0610×10^-4 Ｃ₁₂ 5.2337×10^-7 Ｃ₁₄ 1.5427×10^-6 Ｃ₁₆ 4.7605×10^-6 Ｃ₁₇ 7.5697×10^-9 Ｃ₁₉ 2.3825×10^-8 Ｃ₂₁ 1.1629×10^-7 自由曲面２ Ｃ₅ -4.0555×10^-3 Ｃ₇ -7.7891×10^-3 Ｃ₈ -7.7233×10^-5 Ｃ₁₀ -3.5364×10^-5 Ｃ₁₂ 1.8187×10^-6 Ｃ₁₄ 8.4239×10^-7 Ｃ₁₆ 7.1257×10^-7 Ｃ₁₇ -3.5848×10^-8 Ｃ₁₉ -2.7498×10^-8 Ｃ₂₁ -6.2854×10^-9 自由曲面３ Ｃ₅ 6.4943×10^-4 Ｃ₇ -2.9827×10^-3 Ｃ₈ -8.0500×10^-5 Ｃ₁₀ -9.1879×10^-5 Ｃ₁₂ 3.3950×10^-7 Ｃ₁₄ 1.8023×10^-6 Ｃ₁₆ 1.2366×10^-6 Ｃ₁₇ 3.1556×10^-9 Ｃ₁₉ 5.3685×10^-8 Ｃ₂₁ 1.8495×10^-7 自由曲面４ Ｃ₅ 1.2293×10^-2 Ｃ₇ 1.2805×10^-2 Ｃ₈ 1.3021×10^-4 Ｃ₁₀ 8.3388×10^-4 Ｃ₁₂ 2.2577×10^-5 Ｃ₁₄ 4.8924×10^-5 Ｃ₁₆ -1.2627×10^-5 Ｃ₁₇ -7.6625×10^-7 Ｃ₁₉ -2.8210×10^-6 Ｃ₂₁ -7.5657×10^-7 実施例３ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞（瞳） ２ 自由曲面１ 1.5163 64.15 （第１面） （瞳位置より） Ｙ -5.669 θ 18.56° Ｚ 41.377 ３ 自由曲面２ 1.5163 64.15 （第２面） （瞳位置より） （反射面） Ｙ -2.719 θ -41.13° Ｚ 54.771 ４ 自由曲面３ 1.5163 64.15 （第３面） （瞳位置より） （反射面） Ｙ 19.357 θ -38.79° Ｚ 53.431 ５ 自由曲面４ 1.5163 64.15 （第４面） （瞳位置より） （反射面） Ｙ 30.387 θ -2.16° Ｚ 70.488 ６ 自由曲面３ １．５１６３
６４．１５ （第３面） （瞳位置より） Ｙ １９．３５７ θ
-38.79° Ｚ 53.431 ７ ∞ （瞳位置より） （画像表示面） Ｙ 28.864 θ -15.55° Ｚ 52.358 自由曲面１ Ｃ₅ 1.4036×10^-2 Ｃ₇ 1.3096×10^-2 Ｃ₈ 9.6520×10^-5 Ｃ₁₀ -4.9443×10^-5 Ｃ₁₂ 5.8568×10^-6 Ｃ₁₄ -6.3526×10^-6 Ｃ₁₆ -2.8794×10^-6 Ｃ₁₇ -1.6008×10^-7 Ｃ₁₉ 3.3108×10^-7 Ｃ₂₁ 2.0101×10^-7 自由曲面２ Ｃ₅ -2.7586×10^-4 Ｃ₇ -1.4328×10^-3 Ｃ₈ 2.1477×10^-5 Ｃ₁₀ -3.3067×10^-5 Ｃ₁₂ 5.2017×10^-7 Ｃ₁₄ -1.6525×10^-6 Ｃ₁₆ -1.4146×10^-6 Ｃ₁₇ -1.3259×10^-8 Ｃ₁₉ 6.1026×10^-8 Ｃ₂₁ 5.0147×10^-8 自由曲面３ Ｃ₅ -7.6040×10^-4 Ｃ₇ -2.0256×10^-3 Ｃ₈ 1.4146×10^-5 Ｃ₁₀ -3.0451×10^-5 Ｃ₁₂ 1.4574×10^-7 Ｃ₁₄ -1.2737×10^-6 Ｃ₁₆ -1.5338×10^-6 Ｃ₁₇ -7.6929×10^-9 Ｃ₁₉ 7.2135×10^-8 Ｃ₂₁ -2.3447×10^-8 自由曲面４ Ｃ₅ -4.3654×10^-3 Ｃ₇ -5.4248×10^-3 Ｃ₈ 3.1339×10^-6 Ｃ₁₀ 1.8242×10^-5 Ｃ₁₂ 7.1822×10^-7 Ｃ₁₄ 4.3735×10^-6 Ｃ₁₆ 2.9739×10^-7 Ｃ₁₇ -2.1266×10^-8 Ｃ₁₉ -8.0163×10^-10 Ｃ₂₁ -9.0674×10^-8 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 1.5163 64.15 （第１面） （瞳位置より） Ｙ 7.607 θ -5.98° Ｚ 37.089 ３ 自由曲面２ 1.5163 64.15 （第２面） （瞳位置より） （反射面） Ｙ -8.933 θ -45.52° Ｚ 40.912 ４ 自由曲面３ 1.5163 64.15 （第３面） （瞳位置より） （反射面） Ｙ 35.670 θ -57.88° Ｚ 66.683 ５ 自由曲面２ 1.5163 64.15 （第２面） （瞳位置より） （反射面） Ｙ -8.933 θ -45.52° Ｚ 40.912 ６ 自由曲面４ 1.5163 64.15 （第４面） （瞳位置より） Ｙ 36.691 θ -108.91° Ｚ 69.776 ７ ∞ （瞳位置より） （画像表示面） Ｙ 39.602 θ -90.43° Ｚ 77.920 自由曲面１ Ｃ₅ 1.3319×10^-2 Ｃ₇ 1.7692×10^-2 Ｃ₈ 6.0701×10^-5 Ｃ₁₀ 2.7816×10^-4 Ｃ₁₂ -9.5822×10^-6 Ｃ₁₄ 2.9196×10^-6 Ｃ₁₆ -1.1194×10^-6 Ｃ₁₇ 9.6630×10^-8 Ｃ₁₉ -4.9620×10^-7 Ｃ₂₁ -3.0457×１０^−７ 自由曲面２ Ｃ_５ −３．８３１６×10^-4 Ｃ₇ 8.2487×10^-3 Ｃ₈ 1.9618×
10^-5 Ｃ₁₀ 3.7270×10^-5 Ｃ₁₂ 5.0233×10^-7 Ｃ₁₄ 1.4109×10^-6 Ｃ₁₆ 1.9944×10^-7 Ｃ₁₇ -8.0489×10^-9 Ｃ₁₉ -2.8922×10^-9 Ｃ₂₁ -1.0774×10^-7 自由曲面３ Ｃ₅ 5.6001×10^-3 Ｃ₇ 1.4044×10^-2 Ｃ₈ 5.0336×10^-5 Ｃ₁₀ 8.0575×10^-5 Ｃ₁₂ 4.4865×10^-7 Ｃ₁₄ 1.1923×10^-6 Ｃ₁₆ 1.8371×10^-6 Ｃ₁₇ -2.8596×10^-9 Ｃ₁₉ -1.1943×10^-9 Ｃ₂₁ 8.3843×10^-9 自由曲面４ Ｃ₅ 1.5249×10^-2 Ｃ₇ 5.7530×10^-3 Ｃ₈ -1.9551×10^-3 Ｃ₁₀ 8.9257×10^-4 Ｃ₁₂ 1.3878×10^-4 Ｃ₁₄ -1.8390×10^-4 Ｃ₁₆ -6.6551×10^-5 Ｃ₁₇ -5.8083×10^-6 Ｃ₁₉ 7.5747×10^-6 Ｃ₂₁ 2.6545×10^-6 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 1.5163 64.15 （第１面） （瞳位置より） Ｙ -3.206 θ -16.30° Ｚ 39.348 ３ 自由曲面２ 1.5163 64.15 （第２面） （瞳位置より） （反射面） Ｙ 2.248 θ -18.62° Ｚ 54.389 ４ 自由曲面１ 1.5163 64.15 （第１面） （瞳位置より） （反射面） Ｙ -3.206 θ -16.30° Ｚ 39.348 ５ 自由曲面２ 1.5163 64.15 （第２面） （瞳位置より） （反射面） Ｙ 2.248 θ -18.62° Ｚ 54.389 ６ 自由曲面３ 1.5163 64.15 （第３面） （瞳位置より） Ｙ 48.591 θ -50.45° Ｚ 52.571 ７ ∞ （瞳位置より） （画像表示面） Ｙ 45.762 θ -28.52° Ｚ 40.624 自由曲面１ Ｃ₅ -1.7079×10^-2 Ｃ₇ -5.7926×10^-3 Ｃ₈ 1.8503×10^-4 Ｃ₁₀ 3.7567×10^-4 Ｃ₁₂ -8.9953×10^-7 Ｃ₁₄ -2.2631×10^-6 Ｃ₁₆ 5.3835×10^-6 Ｃ₁₇ -6.1580×10^-9 Ｃ₁₉ 3.7283×10^-8 Ｃ₂₁ -1.2138×10^-7 自由曲面２ Ｃ₅ -8.2522×10^-3 Ｃ₇ -4.3664×10^-3 Ｃ₈ 6.7995×10^-5 Ｃ₁₀ 1.4802×10^-4 Ｃ₁₂ -1.1320×10^-6 Ｃ₁₄ -1.1942×10^-7 Ｃ₁₆ 2.7045×10^-6 Ｃ₁₇ 7.2162×10^-9 Ｃ₁₉ 2.6926×10^-8 Ｃ₂₁ 1.9575×10^-8 自由曲面３ Ｃ₅ -5.7112×10^-4 Ｃ₇ 2.7130×10^-2 Ｃ₈ -6.3241×10^-4 Ｃ₁₀ -7.0913×10^-4 Ｃ₁₂ -5.0484×10^-5 Ｃ₁₄ -2.6237×10^-5 Ｃ₁₆ -8.9579×10^-6 Ｃ₁₇ -1.1467×10^-6 Ｃ₁₉ -1.6259×10^-7 Ｃ₂₁ 1.8924×10^-6 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 自由曲面１ 1.5163 64.15 （第１面） （瞳位置より） Ｙ 2.315 θ -4.85° Ｚ 37.208 ３ 自由曲面２ 1.5163 64.15 （第２面） （瞳位置より） （反射面） Ｙ -0.778 θ -58.74° Ｚ 51.032 ４ 自由曲面３ 1.5163 64.15 （第３面） （瞳位置より） （反射面） Ｙ 16.820 θ -68.89° Ｚ 57.526 ５ 自由曲面２ 1.5163 64.15 （第２面） （瞳位置より） （反射面） Ｙ -0.778 θ -58.74° Ｚ 51.032 ６ 自由曲面３ 1.5163 64.15 （第３面） （瞳位置より） Ｙ 16.820 θ -68.89° Ｚ 57.526 ７ ∞ （瞳位置より） （画像表示面） Ｙ 40.217 θ -112.19° Ｚ 75.684 自由曲面１ Ｃ₅ 3.0539×10^-5 Ｃ₇ 1.9251×10^-2 Ｃ₈ 8.6889×10^-4 Ｃ_１６ −７．２８８９×10^-6 Ｃ₁₇ -1.7534×10^-7 Ｃ₁₉ -9.8268×
10^-7 Ｃ₂₁ 6.8322×10^-7 自由曲面２ Ｃ₅ -1.3385×10^-3 Ｃ₇ 1.5742×10^-2 Ｃ₈ 2.6376×10^-5 Ｃ₁₀ -2.1214×10^-4 Ｃ₁₂ -3.3269×10^-7 Ｃ₁₄ 1.4846×10^-7 Ｃ₁₆ -4.1789×10^-6 Ｃ₁₇ 6.7312×10^-9 Ｃ₁₉ -2.9659×10^-9 Ｃ₂₁ 1.7926×10^-7 自由曲面３ Ｃ₅ 2.0171×10^-3 Ｃ₇ 1.5957×10^-2 Ｃ₈ 2.0270×10^-6 Ｃ₁₀ -4.3710×10^-5 Ｃ₁₂ 3.8091×10^-7 Ｃ₁₄ -2.0061×10^-7 Ｃ₁₆ 3.3397×10^-6 Ｃ₁₇ 1.2492×10^-8 Ｃ₁₉ -5.8514×10^-8 Ｃ₂₁ -7.1717×10^-9 次に、上記実施例２の横収差図を図８〜図１０に示す。
これらの横収差図において、括弧内に示された数字は
（水平（Ｘ方向）画角，垂直（Ｙ方向）画角）を表し、
その画角における横収差を示す。

【０１４９】以下に、本発明の各実施例における前記条
件式（Ａ−１）〜（１１−１）に関するパラメータの値
を示す（Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５はそれぞれ面番号３、４、５
の反射面を示す。）。

【０１５０】

【０１５１】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。

【０１５２】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１３のようなものも可能であ
る。この場合、接眼光学系８は第１面３、第２面４、第
３面５からなり、画像表示素子７から発した光線束は、
第２面４で屈折して接眼光学系８に入射し、第１面３で
内部反射し、第３面５に入射して内部反射し、今度は第
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。

【０１５３】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１４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。

【０１５４】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。

【０１５５】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。

【０１５６】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、３回の内部反射
をするように構成された前記接眼光学系が、その面内及
び面外共に回転対称軸を有しない非回転対称面形状の反
射面を少なくとも１面有し、前記画像表示素子の画面中
心からの軸上主光線が前記接眼光学系から射出して前記
観察者眼球位置中心に到る線分の延長方向をＺ軸、前記
軸上主光線が前記反射面で反射される際の折り返し線分
を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向をＹ軸、前記Ｚ軸
と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ軸と定義したときに、前
記接眼光学系を構成する少なくとも１つ以上の反射面
が、以下の条件を満足することを特徴とする頭部装着型
画像表示装置。 ０．０５＜｜ＣＸ２／ＣＹ２｜＜８ ・・・（１−１） ただし、射出瞳中心を通り、被観察像中心に達する軸上
主光線が、前記反射面にに当たる部分のＹ軸方向の曲率
をＣＹ２、Ｘ軸方向の曲率をＣＸ２とする。

【０１５７】〔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、３
回の内部反射をするように構成された前記接眼光学系
が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転
対称面形状の反射面を少なくとも１面有し、前記画像表
示素子の画面中心からの軸上主光線が前記接眼光学系か
ら射出して前記観察者眼球位置中心に到る線分の延長方
向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射される際
の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向を
Ｙ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ軸と定義
したときに、前記接眼光学系を構成する少なくとも１つ
以上の反射面が、以下の条件を満足することを特徴とす
る頭部装着型画像表示装置。 ０＜｜ＤＹ52｜＜０．１ ・・・（７−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、画面中心のＺ軸方
向の軸上主光線、画面右中心画角の主光線が前記反
射面に当たる部分において、その面の形状を定義する式
の面の偏心方向に当たるＹ軸方向の面の傾きをそれぞれ
ＤＹ２、ＤＹ５とするとき、ＤＹ５−ＤＹ２をＤＹ52と
する。

【０１５８】〔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、３
回の内部反射をするように構成された前記接眼光学系
が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転
対称面形状の反射面を少なくとも１面有し、前記画像表
示素子の画面中心からの軸上主光線が前記接眼光学系か
ら射出して前記観察者眼球位置中心に到る線分の延長方
向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射される際
の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向を
Ｙ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ軸と定義
したときに、前記接眼光学系を構成する少なくとも１つ
以上の反射面が、以下の条件を満足することを特徴とす
る頭部装着型画像表示装置。 ０＜｜ＣＸyy｜＜０．１ （１／ｍｍ） ・・・（１０−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、画面中心のＺ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面
右上画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面
右下画角の主光線、画面下側中心画角の主光線が対
象面と交差する領域を有効領域と定義し、その有効領域
で各面の形状を定義する式の面の各光線〜が当たる
位置の偏心方向と直交するＸ軸方向の曲率をそれぞれＣ
Ｘ１、ＣＸ２、ＣＸ３、ＣＸ４、ＣＸ５、ＣＸ６とした
ときに、ＣＸ３−ＣＸ１、ＣＸ６−ＣＸ４をＣＸyyとす
る。

【０１５９】〔４〕 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、３
回の内部反射をするように構成された前記接眼光学系
が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転
対称面形状の反射面を少なくとも１面有し、前記画像表
示素子の画面中心からの軸上主光線が前記接眼光学系か
ら射出して前記観察者眼球位置中心に到る線分の延長方
向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射される際
の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向を
Ｙ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ軸と定義
したときに、前記接眼光学系を構成する少なくとも１つ
以上の反射面が、以下の条件を満足することを特徴とす
る頭部装着型画像表示装置。 ０．００１＜｜ＣＸ２｜ （１／ｍｍ） ・・・（Ａ−１） ただし、射出瞳中心を通り、被観察像中心に達する軸上
主光線が、前記反射面にに当たる部分のＸ軸方向の曲率
をＣＸ２とする。

【０１６０】〔５〕 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、３
回の内部反射をするように構成された前記接眼光学系
が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転
対称面形状の反射面を少なくとも１面有し、前記画像表
示素子の画面中心からの軸上主光線が前記接眼光学系か
ら射出して前記観察者眼球位置中心に到る線分の延長方
向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射される際
の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向を
Ｙ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ軸と定義
したときに、前記接眼光学系を構成する少なくとも１つ
以上の反射面が、以下の条件を満足することを特徴とす
る頭部装着型画像表示装置。 ０．００１＜｜ＣＹ２｜ （１／ｍｍ） ・・・（Ｂ−１） ただし、射出瞳中心を通り、被観察像中心に達する軸上
主光線が、前記反射面にに当たる部分のＹ軸方向の曲率
をＣＹ２とする。

【０１６１】〔６〕 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、３
回の内部反射をするように構成された前記接眼光学系
が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転
対称面形状の反射面を少なくとも１面有し、前記画像表
示素子の画面中心からの軸上主光線が前記接眼光学系か
ら射出して前記観察者眼球位置中心に到る線分の延長方
向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射される際
の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向を
Ｙ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ軸と定義
したときに、前記接眼光学系を構成する反射面中で最も
強い反射屈折力を持つ反射面が、以下の条件を満足する
ことを特徴とする頭部装着型画像表示装置。 −０．０５＜ＣＸn2＜０．０５ （１／ｍｍ） ・・・（２−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、画面中心のＺ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面
右上画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面
右下画角の主光線、画面下側中心画角の主光線が対
象面と交差する領域を有効領域と定義し、その有効領域
で各面の形状を定義する式の面の各光線〜が当たる
位置の偏心方向と直交するＸ軸方向の曲率をそれぞれＣ
Ｘ１、ＣＸ２、ＣＸ３、ＣＸ４、ＣＸ５、ＣＸ６とした
ときに、ＣＸｎ−ＣＸ２（ｎは１、３〜６）をＣＸn2と
する。

【０１６２】〔７〕 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、３
回の内部反射をするように構成された前記接眼光学系
が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転
対称面形状の反射面を少なくとも１面有し、前記画像表
示素子の画面中心からの軸上主光線が前記接眼光学系か
ら射出して前記観察者眼球位置中心に到る線分の延長方
向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射される際
の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向を
Ｙ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ軸と定義
したときに、前記接眼光学系を構成する反射面中で最も
強い反射屈折力を持つ反射面が、以下の条件を満足する
ことを特徴とする頭部装着型画像表示装置。 ０＜｜ＣＹn2｜＜０．０５ （１／ｍｍ） ・・・（３−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、画面中心のＺ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面
右上画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面
右下画角の主光線、画面下側中心画角の主光線が対
象面と交差する領域を有効領域と定義し、その有効領域
で各面の形状を定義する式の面の各光線〜が当たる
位置の偏心方向に当たるＹ軸方向の曲率をそれぞれＣＹ
１、ＣＹ２、ＣＹ３、ＣＹ４、ＣＹ５、ＣＹ６としたと
きに、ＣＹｎ−ＣＹ２（ｎは１、３〜６）をＣＹn2とす
る。

【０１６３】〔８〕 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、３
回の内部反射をするように構成された前記接眼光学系
が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転
対称面形状の反射面を少なくとも１面有し、前記画像表
示素子の画面中心からの軸上主光線が前記接眼光学系か
ら射出して前記観察者眼球位置中心に到る線分の延長方
向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射される際
の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向を
Ｙ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ軸と定義
したときに、前記接眼光学系を構成する反射面中で最も
強い反射屈折力を持つ反射面が、以下の条件を満足する
ことを特徴とする頭部装着型画像表示装置。 ＣＸＹＭ＜１００ ・・・（４−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、画面中心のＺ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面
右上画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面
右下画角の主光線、画面下側中心画角の主光線が対
象面と交差する領域を有効領域と定義し、その有効領域
で各面の形状を定義する式の面の各光線〜が当たる
位置の偏心方向と直交するＸ軸方向の曲率をそれぞれＣ
Ｘ１、ＣＸ２、ＣＸ３、ＣＸ４、ＣＸ５、ＣＸ６とし、
偏心方向に当たるＹ軸方向の曲率をそれぞれＣＹ１、Ｃ
Ｙ２、ＣＹ３、ＣＹ４、ＣＹ５、ＣＹ６としたときに、
｜ＣＸｎ｜／｜ＣＹｎ｜（ｎは１〜６の何れかの同じ
値）をＣＸＹＭとする。

【０１６４】

〔９〕 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、３
回の内部反射をするように構成された前記接眼光学系
が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転
対称面形状の反射面を少なくとも１面有し、前記画像表
示素子の画面中心からの軸上主光線が前記接眼光学系か
ら射出して前記観察者眼球位置中心に到る線分の延長方
向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射される際
の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向を
Ｙ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ軸と定義
したときに、前記接眼光学系を構成する全ての反射面
が、以下の条件を満足することを特徴とする頭部装着型
画像表示装置。 ＣＸＹＡ＜１００ ・・・（５−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、画面中心のＺ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面
右上画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面
右下画角の主光線、画面下側中心画角の主光線が対
象面と交差する領域を有効領域と定義し、その有効領域
で各面の形状を定義する式の面の各光線〜が当たる
位置の偏心方向と直交するＸ軸方向の曲率をそれぞれＣ
Ｘ１、ＣＸ２、ＣＸ３、ＣＸ４、ＣＸ５、ＣＸ６とし、
偏心方向に当たるＹ軸方向の曲率をそれぞれＣＹ１、Ｃ
Ｙ２、ＣＹ３、ＣＹ４、ＣＹ５、ＣＹ６としたときに、
｜ＣＸｎ｜／｜ＣＹｎ｜（ｎは１〜６の何れかの同じ
値）をＣＸＹＡとする。

【０１６５】〔１０〕 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、
３回の内部反射をするように構成された前記接眼光学系
が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転
対称面形状の反射面を少なくとも１面有し、前記画像表
示素子の画面中心からの軸上主光線が前記接眼光学系か
ら射出して前記観察者眼球位置中心に到る線分の延長方
向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射される際
の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向を
Ｙ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ軸と定義
したときに、前記接眼光学系を構成する少なくとも１つ
以上の反射面が、以下の条件を満足することを特徴とす
る頭部装着型画像表示装置。 −０．２＜ＤＸ46＜０．２ ・・・（６−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、画面右上画角の主
光線、画面右下画角の主光線が前記反射面に当たる
部分において、その面の形状を定義する式の面の偏心方
向にと直交するＸ軸方向の面の傾きをそれぞれＤＸ４、
ＤＸ６とするとき、ＤＸ４−ＤＸ６をＤＸ46とする。

【０１６６】〔１１〕 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、
３回の内部反射をするように構成された前記接眼光学系
が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転
対称面形状の反射面を少なくとも１面有し、前記画像表
示素子の画面中心からの軸上主光線が前記接眼光学系か
ら射出して前記観察者眼球位置中心に到る線分の延長方
向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射される際
の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向を
Ｙ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ軸と定義
したときに、前記接眼光学系を構成する少なくとも１つ
以上の反射面が、以下の条件を満足することを特徴とす
る頭部装着型画像表示装置。 ０＜｜ＣＸx0｜＜０．１ （１／ｍｍ） ・・・（８−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、画面中心のＺ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面
右上画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面
右下画角の主光線、画面下側中心画角の主光線が対
象面と交差する領域を有効領域と定義し、その有効領域
で各面の形状を定義する式の面の各光線〜が当たる
位置の偏心方向と直交するＸ軸方向の曲率をそれぞれＣ
Ｘ１、ＣＸ２、ＣＸ３、ＣＸ４、ＣＸ５、ＣＸ６とした
ときに、ＣＸ４−ＣＸ１、ＣＸ５−ＣＸ２、ＣＸ６−Ｃ
Ｘ３をＣＸx0とする。

【０１６７】〔１２〕 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、
３回の内部反射をするように構成された前記接眼光学系
が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転
対称面形状の反射面を少なくとも１面有し、前記画像表
示素子の画面中心からの軸上主光線が前記接眼光学系か
ら射出して前記観察者眼球位置中心に到る線分の延長方
向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射される際
の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向を
Ｙ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ軸と定義
したときに、前記接眼光学系を構成する少なくとも１つ
以上の反射面が、以下の条件を満足することを特徴とす
る頭部装着型画像表示装置。 ０＜｜ＣＹx0｜＜０．１ （１／ｍｍ） ・・・（９−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、画面中心のＺ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面
右上画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面
右下画角の主光線、画面下側中心画角の主光線が対
象面と交差する領域を有効領域と定義し、その有効領域
で各面の形状を定義する式の面の各光線〜が当たる
位置の偏心方向に当たるＹ軸方向の曲率をそれぞれＣＹ
１、ＣＹ２、ＣＹ３、ＣＹ４、ＣＹ５、ＣＹ６としたと
きに、ＣＹ４−ＣＹ１、ＣＹ５−ＣＹ２、ＣＹ６−ＣＹ
３をＣＹx0とする。

【０１６８】〔１３〕 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、
３回の内部反射をするように構成された前記接眼光学系
が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転
対称面形状の反射面を少なくとも１面有し、前記画像表
示素子の画面中心からの軸上主光線が前記接眼光学系か
ら射出して前記観察者眼球位置中心に到る線分の延長方
向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反射される際
の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂直な方向を
Ｙ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向をＸ軸と定義
したときに、前記接眼光学系を構成する少なくとも１つ
以上の反射面が、以下の条件を満足することを特徴とす
る頭部装着型画像表示装置。 ０＜｜ＣＹyy｜＜０．１ （１／ｍｍ） ・・・（１１−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、画面中心のＺ軸方
向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面
右上画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面
右下画角の主光線、画面下側中心画角の主光線が対
象面と交差する領域を有効領域と定義し、その有効領域
で各面の形状を定義する式の面の各光線〜が当たる
位置の偏心方向に当たるＹ軸方向の曲率をそれぞれＣＹ
１、ＣＹ２、ＣＹ３、ＣＹ４、ＣＹ５、ＣＹ６としたと
きに、ＣＹ３−ＣＹ１、ＣＹ６−ＣＹ４をＣＹyyとす
る。

【０１６９】

【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】本発明の実施例２の接眼光学系の横収差図の一
部である。

【図９】本発明の実施例２の接眼光学系の横収差図の他
の一部である。

【図１０】本発明の実施例２の接眼光学系の横収差図の
残りの一部である。

【図１１】本発明が適用できる接眼光学系の１例を示す
断面図である。

【図１２】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１５】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１６】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１７】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１８】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１９】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…射出瞳位置（観察者瞳位置） ２…観察者視軸（軸上主光線） ３…接眼光学系の第１面 ４…接眼光学系の第２面 ５…接眼光学系の第３面 ６…接眼光学系の第４面 ７…画像表示素子 ８…接眼光学系 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

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、 ３回の内部反射をするように構成された前記接眼光学系
   が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転
   対称面形状の反射面を少なくとも１面有し、 前記画像表示素子の画面中心からの軸上主光線が前記接
   眼光学系から射出して前記観察者眼球位置中心に到る線
   分の延長方向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反
   射される際の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂
   直な方向をＹ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向を
   Ｘ軸と定義したときに、 前記接眼光学系を構成する少なくとも１つ以上の反射面
   が、以下の条件を満足することを特徴とする頭部装着型
   画像表示装置。 ０．０５＜｜ＣＸ２／ＣＹ２｜＜８ ・・・（１−１） ただし、射出瞳中心を通り、被観察像中心に達する軸上
   主光線が、前記反射面にに当たる部分のＹ軸方向の曲率
   をＣＹ２、Ｘ軸方向の曲率をＣＸ２とする。
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、 ３回の内部反射をするように構成された前記接眼光学系
   が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転
   対称面形状の反射面を少なくとも１面有し、 前記画像表示素子の画面中心からの軸上主光線が前記接
   眼光学系から射出して前記観察者眼球位置中心に到る線
   分の延長方向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反
   射される際の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂
   直な方向をＹ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向を
   Ｘ軸と定義したときに、 前記接眼光学系を構成する少なくとも１つ以上の反射面
   が、以下の条件を満足することを特徴とする頭部装着型
   画像表示装置。 ０＜｜ＤＹ52｜＜０．１ ・・・（７−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、画面中心のＺ軸方
   向の軸上主光線、画面右中心画角の主光線が前記反
   射面に当たる部分において、その面の形状を定義する式
   の面の偏心方向に当たるＹ軸方向の面の傾きをそれぞれ
   ＤＹ２、ＤＹ５とするとき、ＤＹ５−ＤＹ２をＤＹ52と
   する。
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、 ３回の内部反射をするように構成された前記接眼光学系
   が、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない非回転
   対称面形状の反射面を少なくとも１面有し、 前記画像表示素子の画面中心からの軸上主光線が前記接
   眼光学系から射出して前記観察者眼球位置中心に到る線
   分の延長方向をＺ軸、前記軸上主光線が前記反射面で反
   射される際の折り返し線分を含む平面内で前記Ｚ軸に垂
   直な方向をＹ軸、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸とに垂直な方向を
   Ｘ軸と定義したときに、 前記接眼光学系を構成する少なくとも１つ以上の反射面
   が、以下の条件を満足することを特徴とする頭部装着型
   画像表示装置。 ０＜｜ＣＸyy｜＜０．１ （１／ｍｍ） ・・・（１０−１） ただし、Ｙ軸方向を上下方向として、画面中心のＺ軸方
   向の軸上主光線、画面上側中心画角の主光線、画面
   右上画角の主光線、画面右中心画角の主光線、画面
   右下画角の主光線、画面下側中心画角の主光線が対
   象面と交差する領域を有効領域と定義し、その有効領域
   で各面の形状を定義する式の面の各光線〜が当たる
   位置の偏心方向と直交するＸ軸方向の曲率をそれぞれＣ
   Ｘ１、ＣＸ２、ＣＸ３、ＣＸ４、ＣＸ５、ＣＸ６とした
   ときに、ＣＸ３−ＣＸ１、ＣＸ６−ＣＸ４をＣＸyyとす
   る。