WO2005043216A1

WO2005043216A1 - 画像表示装置

Info

Publication number: WO2005043216A1
Application number: PCT/JP2004/015196
Authority: WO
Inventors: Kenji Nishi
Original assignee: Kenji Nishi
Priority date: 2003-10-08
Filing date: 2004-10-07
Publication date: 2005-05-12
Also published as: EP1679542A4; EP1679542A1; TWI247917B; TW200528751A; US7738179B2; JP2005134867A; US20070018124A1

Abstract

光束の偏向角度が大きい眼球の瞳Ｈに近い凸レンズのレンズ（Ｌ２１、Ｌ２２）の１面をコーニック定数Ｋ＜０のコーニック面とする一方、色収差を補正するために互いに異なる硝材を組み合わせた貼り合せレンズ（Ｌ２３，Ｌ２４）を設けるようにしている。貼り合わせレンズは、少なくとも２枚のレンズで構成され、かつ、貼り合せレンズの貼り合せ部は瞳側に凹面とし、かつ、貼り合せレンズの色分散は瞳Ｈ側のレンズの方が小さく、色収差補正効果が高い、凸凹凸の形状にしている。これにより、眼球を動かした時に発生する水晶体の接眼レンズ中心からのずれに対しても、その時の色収差においても、十分に良好な画像を提供できる画像表示装置とすることができる。

Description

画像表示装置

技術分野 '

本発明は眼球に近接させて使用する画像表示装置に関するものである。明

背景技術

田

画像表示装置には、テレビ、パソコン、プロジェクター、ビデオカメラ、携帯電話等多くの種類が存在するが、これら従来の画像表示のディスプレイは大きさに制限があり、実際に人の眼で見るような広域の画像をディスプレイから得ることはできなかった。 ' 一方、人が持ち運び可能なディスプレイとしては、ウエアラブルディスプレイと呼ばれる眼鏡型ディスプレイや頭部支持型ディスプレイが知られている。ウェアラブルディスプレイとしては、図 2 8 ( a ) に示すような視界の一部に小さいハーフミラー 4 0を配置し、プラズマディスプレイや液晶等の画像出力素子 3 9から出力された画像を、投影光学系 3 8を介して前記ハーフミラー 4 0により偏向し、眼球の網膜に投影する方法が知られている。この方法はハーフミラーを用いているので、視界の一部に画像出力素子 3 9から出力された画像が浮かんで見えるような方式（第 1タイプ）である。しかし、、視界角度としては数。程度しか得られない。このタイプのウェアラブルディスプレイの用途としては、携帯電話の画面情報の提示等が考えられている。

—方、もう少し大きい画像情報を得る手法としては、図 2 8 ( b ) に示すようなものがある。これは、眼球の手前に大きな光学素子 4 1 を配置し、複数の反射面及ぴ投影光学系 4 2を介して、画像出力素子 3 9から出力された画像を眼球の網膜に投影するものである。このようなタイプでは、比較的大きな視界角度（ 1 5 ~ 2 2. 5° 程度）が得られるが、視界を完全に遮るタイプのものしか提案されていない。従って、使用方法として、片方の眼の前に脱着可能なように設置し、ウェアラブルパソコンとしてのディスプレイに用いる方式のもの（第 2タイプ）か、両眼に独立に同画像表示装置を設置して、テレビやプロジェクターの代わりとして使用する方式のもの（第 3タイプ）が提案されている。

上記従来技術における 3タイプは、それぞれ携帯電話、ノートバソコン、テレビゃプロジェクタ一に代わるウェアラブルディスプレイとして期待されていた。しかし、実際にはウェアラブルとレヽぅメリットはあるものの、ディスプレイの視野の大きさでは従来のディスプレイとあまり差がなく、装備するときの面倒や視界を遮られることによる眼の疲れ、耳や頭に搭載する重量等を考えると、デメリツトが目立つという欠点があった。に、大きな視野角度を有するものでも土 1 5〜 2 2. 5° 程度であり、臨場感を得ることはできなかった。

一方、重量が大きくなることを前提として、複数のレンズを接眼レンズとして用い、大きな視野角度を得る方法を記載した方法としては、特開平 7— 2 4 4 24 6号公報ゃ特開 2 0 0 1— 3 1 1 9 1 0号公報に記載されるもの等があり、これらのものでは、 ± 2 2. 5° 以上の視野角を得ることができる。しかし、これらのものは、あくまでも眼球を動かさない状態で広い視野角度が取れるというものであり、眼球を動かした時に発生する水晶体の接眼レンズ中心からのずれや、そのときの色収差について十分に考盧されてはいない。

また、この種の大きな視野角を有する装置では、接眼光学系が大きい形状となるため、重量も増し、もはや頭部にディスプレイを搭載する H MD型やメガネのように鼻と耳で重量を支えるメガネ型ディスプレイでは重量的に整合しないとレ、う不都合がある。発明の開示

本発明はこのような事 '隋に鑑みてなされたものであり、人間が見る視界に近い、大きな視界角度を有し、更に、眼球を動かした時に発生する水晶体の接眼レンズ中心力らのずれに対しても、その時の色収差においても、十分に良好な画像を提供できる画像表示装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための第 1の発明は、光束放出方向に直交した 2 次元発光型の第 1光電素子から放出された光を、リレー光学系を介して左右両目に対し独立した第 1、第 2の光拡散体に投影し、同光拡散体の透過像をそれぞれに対応した第 1、第 2の接眼光学系を介して視野角土 2 2 . 5 ° 以上の広域像で眼球内の網膜上に投影し結像させる画像表示装置であって、前記第 1、第 2光拡散体像の中心間距離は 5 . 5〜 7 . 5 c m内であり、前記第 1、第 2の接眼光学系は、それぞれ眼球の水晶体から 1枚又は複数枚のレンズ、貼り合せレンズの順で少なくとも 2 枚のレンズで構成され、前記凸レンズのレンズ面の内少なくとも 1面がコーニック定数 K < 0のコーニック面であり、かつ、前記貼り合せレンズの貼り合せ部は前記光広散体側に凸面とされ、かつ、前記貼り合せレンズの色分散は前記光拡散体側のレンズの方が大きくされていることを特徴とする画像表示装置である。

後に発明を実施するための最良の形態の欄で詳しく説明するが、左右の眼に画像を伝達し、かつ、左右の眼用の光学系の位置が干渉しないようにするためには、第 1、第 2光拡散体像の中心間距離は 5 . 5 ~ 7 . 5. c m内とする必要がある。この条件下で、従来不可能であった視野角 ± 2 2 . 5 ° 以上の広域像で眼球内の網膜上に投影し結像させることを実現させるためには、なるべく水晶体に近い位置に凸レンズを置いて、比較的近い範囲からのそれぞれの光束の主光線が、凸レンズの作用により大きな角度差を持って水晶体に入るようにすることが必要である。よつて、本発明においては、水晶体に近い場所に、 1枚又は複数枚の凸レンズを配置する構成とし、この部分には凹レンズを設けないようにする。そして、この場合に、瞳の横シフト .（以下「キヨ口目」、「キヨ口目動作」と呼ぶことがある。）を行っても、良好な像を得るために、凸レンズの周辺で発生する非点収差を改善する必要がある。そのために、凸レンズのレンズ面の内少なくとも 1面を、コーニック定数 K < 0のコ一二ック面としている。さらにこの構成によって発生する色収差を改善するために、凸レンズの光拡散体側に貼り合わせレンズを設けている。

特に、第 1、第 2 の接眼光学系では、眼球側に非球面の凸レンズを配置して、眼球の瞳に大きな角度で各主光線が入射するようにしているので、光拡体における各光束の主光線の傾きは、比較的小さい。そこで、光拡散体に近い所に貼り合わせレンズを使用することで、貼り合せ面における入射角度も差ほど大きくなくなり、良好に色収差を補正できるようになる。

貼り合わせレンズにより色収差を改善するためには、色分散の大きなレンズ側に向かって貼り合せ面を凸とする必要があるので、本発明においては、貼り合せレンズの貼り合せ部を、前記光拡散体側に凸面し、貼り合せレンズの色分散は、前記光拡散体; ί則のレンズの方が大きくなるようにさ Lている。

これにより、光学系の大きさを大きくせず、視野角を大きくすることができ、かつ、非点収差、色収差をはじめ、各収差の小さい光学系とすることができる。又、貼り合わせレンズに入射する光を非テレセントリックとして、視野角を広げた場合に、像が観察可能なようにするために、第 1光電素子からの光を、一旦光拡散体上に結像させ、中間像から拡散した光が眼球に入るようにしている。

前記目的を達成するための第 2の発明は、光束放出方向に直交した 2 次元発光型の第 1光電素子から放出された光を、リレー光学系を介して左右両目に対し独立した第 1、第 2の光拡散体に投影し、同光拡散体の透過像をそれぞれに対応した第 1、第 2の接眼光学系を介して視野角土 2 2 . 5 ° 以上の広域像で眼球内の網膜上に投影し結像させる画像表示装置であって、前記第 1、第 2光拡散体像の中心間距離は 5 . 5〜 7 . 5 c m内であり、前記第 1、第 2の接眼光学系は、それぞれ眼球の水晶体から 1枚又は複数枚の凸レンズ、貼り合せレンズの順で少なくとも 2 " 枚のレンズで構成され、前記凸レンズのレンズ面の内少なくとも 1面がコーニック定数 K < 0のコーニック面であり、かつ、前記貼り'合せレンズの貼り合せ部は前記光拡散体側に凹面とされ、かつ、前記貼り合せレンズの色分散は前記光拡散体 ί¾のレンズの方が小さくされていることを特徴とする画像表示装置である。

本発明においては、貼り合せレンズの貼り合せ部を前記光拡散体側に凹面としているので、これに伴い、貼り合せレンズの色分散は、前記光拡散体側のレンズの方を小さくしていることが異なるのみであり、作用効果は前記第 1 の発明と同じである。

前記目的を達成するための第 3の発明は、光束放出方向に直交した 2 ' 次元発光型の第 1光電素子から放出された光を、リレー光学系を介して左右両目に対し独立した第 1、第 2の光拡散体に投影し、同光拡散体の透過像をそれぞれに対応した第 1、第 2の接眼光学系を介して視野角士 2 2 . 5。以上の広域像で眼球内の網膜上に投影し結像させる画像表示装置であって、前記第 1、第 2光拡散体像の中心間距離は 5 . 5〜 7 . 5 c m内であり、前記第 1、第 2の接眼光学系は、それぞれ眼球の水晶体から 1枚又は複数枚の凸レンズ、貼り合せレンズの順で少なくとも 2 枚のレンズで構成され、前記凸レンズのレンズ面の内少なくとも 1面がコーニック定数 Kく 0のコーユック面であり、かつ、前記貼り合せレンズの貼り合せ部は少なくとも 2箇所あり、前記光拡散体に近い貼り合せ面が、前記光拡散体側に凹面とされ、もう一方の貼り合せ面は、前記光拡散体側に凸面とされ、前記貼り合せ部真ん中のレンズの色分散は、両サイドのレンズの色分散よりも大きくされていることを特徴とする画像表示装置である。

本発明においては、色収差のさらなる改善を図るために、貼り合せレンズの貼り合せ部は少なくとも 2筒所設けているだけで、前記第 1 の発明、第 2の発明と基本的な作用効果は異ならない。この場合、貼り合せ部真ん中のレンズの色分散を、両サイドのレンズの方よりも大きくしていることに伴い、貝占り合せ面は真ん中のレンズに向かって凸面となるように、すなわち真ん中のレンズが凹レンズとなるようにされている。通常、貼り合わせレンズは 3枚十分であるが、 4枚以上を使用する場合は、両端のレンズを除くレンズの組み合わせを上記 1枚の真ん中のレンズと等価なレンズ系とすれ f よい。

前記目的を達成するための第 4の発明は、光束放出方向に直交し—た 2 次元発光型の第 1光電素子から放出された光を、リレー光学系を介して左右両目に対し独立した第 1、第 2の光拡散体に投影し、同光拡散体の透過像をそれぞれに対応した第 1、第 2.の接眼光学系を介して視野角土 2 2 . 5 ° 以上の広域像で眼球内の網膜上に投影し結像させる画像表示装置であって、前記第 1、第 2光拡散体像の中心間距離は 5 . 5〜 7 . 5 c m内であり、前記第 1、第 2の接眼光学系は、それぞれ眼球の水晶体力、ら 1枚又は複数枚の凸レンズ、貼り合せレンズの順で少なくとも 2 枚のレンズで構成され、前記凸レンズのレンズ面の内少なくとも 1面がコーニック定数 K < 0のコーニック面であり、かつ、前記貼り合せレンズの貼り合せ部は少なくとも 2箇所あり、前記光拡散体に近い贴り合せ面が、前記光拡散体側に凸面とされ、もう一方の貼り合せ面は、前記光拡散体側に凹面とされ、前記貼り合せ部真ん中のレンズの色分散は、両サイドのレンズの色分散より小さくされていることを特徴とする画像表示装置である。

本発明においては、貼り合せ部真ん中のレンズの色分散を、両サイドのレンズの色分散より小さくしているので、それに伴い、貝占り合せ面は真ん中のレンズに向かって凹面となるように、すなわち真ん中のレンズが凸レンズとなるようにされていることが、第 3の発明と異なるのみであり、作用効果は、前記第 3の発明と同じである。

前記目的を達成するための第 5の発明は、前記第 1 の発明から第 4の発明のいずれかであって、前記凸レンズのレンズ面の内少なくとも 1面がコ一二、ク定数 Κく一 1のコーニック面であることを特徴とするものである。

本発明においては、凸レンズのレンズ面の内少なくとも 1面を、コーニック定数 Κく一 1 のコーニック面としているので、. レンズ周辺での収差をさらに改善することができる。よって、凸レンズの曲率を上げることができるようになり、凸レンズとして屈折率が低いもので色分散の小さいものを使用可能となる。これにより、色消し用の貼り合わせレンズの設計が容易になる。

前記目的を達成するための第 6の発明は、光束放出方向に直交した 2 次元発光型の第 1光電素子から放出された光を、リレー光学系を介して左右両目に対し独立した第 1、第 2の光拡散体に投影し、同光拡散体の透過像をそれぞれに対応した第 1、第 2の接眼光学系を介して視野角土 2 2 . 5 ° 以上の広域像で眼球内の網膜上に投影し結像させる画像表示装置であって、前記第 1、第 2光拡散体像の中心間距離は 5 . 5〜 7 . 5 c m内であり、前記第 1、第 2の接眼光学系は、それぞれ眼球の水晶体から 1枚又は複数枚の凸レンズ、貼り合せレンズの順で少なくとも 2 枚のレンズで構成され、前 ΐ己貼り合せレンズの貼り合せ部は前記光拡散体側に凸面とされ、かつ、前記貼り合せレンズの色分散は前記光拡散体側のレンズの方が大きくされ、さらに、前記拡散体は前記貼り合せレンズ方向に凹面形状の曲面とされていることを特徴とする画像表示装置である。

本発明においては、拡散 #：が貼り合せレンズ方向のある方向から見て凹面形状の曲面とされていることが最大の特徴である。拡散体をこのような曲面とすることで、拡散体から貼り合わせレンズに向かう光束が収束方向となる場合であっても、拡散体の寸法を大きくしなくて済む。よつて、拡散体から貼り合わせレンズに向かう光束が収束方向となる 'ような光束を俾用することができ、その分、凸レンズの像倍率を小さくすることができる。これにより、デイストーションゃ収差の発生を小さくすることができ、又、屈折率が小さく色分散の小さい硝材を凸レンズとして使用することができるので、色消しも容易となる。

前記目的を達成するための第 7の発明は、光束放出方向に直交した 2 次元発光型の第 1光電素子から放出された光を、リレー光学系を介して左右両目に対し独立した第 1 、第 2の光拡散体に投影し、同光拡散体の透過像をそれぞれに対応した第 1、第 2の接眼光学系を介して視野角土 2 2 . 5 ° 以上の広域像で眼球内の網膜上に投影し結像させる画像表示装置であって、前記第 1、第 2光拡散体像の中心間距離は 5 . 5〜 7 . 5 c m内であり、前記第 1、第 2の接眼光学系は、それぞれ眼球の水晶体から 1枚又は複数枚の凸レンズ、貼り合せレンズの順で少なくとも 2 枚のレンズで構成され、前曾己貼り合せレンズの貼り合せ部は前記光拡散体側に凹面とされ、かつ、前記貼り合せレンズの色分散は前記光拡散体側のレンズの方が小さくされ、さらに、前記拡散体は前記貼り合せレンズ方向に凹面形状の曲面とされていることを特徴とした画像表示装置である。

本発明においては、貼り合わせレンズの構成が前記第 6の発明と異なるのみであり、前記第 6の発明と同じ作用効果を奏する。

前記目的を達成するための第 8 の発明は、前記第 6の発明又は第 7の発明であって、前記凸レンズのレンズ面の内少なくとも 1面がコ一-ック定数 Kく 0のコーニック面であることを特徴とするものである。

本発明においては、凸レンズのレンズ面の内少なくとも 1面がコ一二ック定数 K < 0のコーニック面とされているので、凸レンズの周辺で発生する非点収差を改善することができる。

前記目的を達成するための第 9の発明は、前記第 8の発明であって、前記凸レンのレンズ面の内少なくとも 1面がコーニック定数 Kく一 1のコーニック面であることを特徴とするものである。

本発明においては、凸レンズのレンズ面の内少なくとも 1面がコ一二ック定数 K < _ 1のコーニック面とされているので、凸レンズの周辺で発生する非点収差を、さらに改善することができる。

前記目的を達成するための第 1 0の発明は、前記第 1 の発明から第 9 の発明のいずれかであって、前記第 1、第 2の接眼光学系の光学的中心及び前記第 1、第 2の光拡散体への投画像中心の間隔が、眼幅と等しくなるように、これら 2個の接眼光学系及び投影画像中心の間隔が調整可能とされていることを特徴とするものである。

本発明においては、第 1、第 2の接眼光学系の光学的中心及ぴ第 1、第 2の光拡散体への投影画像中心の間隔が、眼幅と等しくなるように、これら 2個の接眼光学系及び投影画像中心の間隔が調整可能とされているので、使用者の眼幅に応じて調整を行うことにより、常に、使用者の両目の中心に、第 1、第 2の接眼光学系の光学的中心及ぴ第 1、第 2の光拡散体への投影画像中心を位僮させることが可能となる。なお、本明細書、請求の範囲で言う「眼幅」とは、両眼の間隔である。

前記目的を達成するための第 1 1の発明は、前記第 1の発明から第 1 0の発明のいずれかであって、前記リレー光学系が、前記第 1光電素子の像の前記拡散体への投影倍率を可変とするものであり、前記光拡散体へ入射する各光線の主光線は拡大から縮小の段階で拡散の方向から収束の方向へ変化する非テレセントリックであり、かつ、前記拡散体から射出され、前記眼球の瞳まで達する主光線は、前記拡散体から射出されるときに収束方向に傾いていることを特徴とするものである。

本発明においては、リレー光学系が、光拡散体に投影する光束の拡散体への投影倍率を可変とすることができるので、第 1光電素子の像の倍率を変えて使用者の眼に投影することができる。その際、リレー光学系の投影倍率に応じて、拡散体への各光束の主光線は、拡散方向から収束方向まで非テレセントリックに変化するが、拡散板の働きにより、接眼光学系を、拡散体から射出され、眼球の瞳まで達する主光線が、前記拡散体から射出されるときに収束方向に傾いているようにすることができる。よって、リレー光学系の主光線による制約を受けることなく、接眼光学系を設計できる。

前記目的を達成するための第 1 2の ¾明は、前記第 1の発明から第 1 1の発明のいずれかであって、前記光を拡散する光拡散体が、金属酸化物や金属炭化物のミクロングレードで精密に粒径が管理された砥粒を透過板上にコーティングした透過型拡散板であることを特徴とするものである。

このような拡散板を用いることにより、拡散角を ± 6 0 ° 以上に大きくすることができ、キヨ口眼を考慮した場合でも、 ± 2 2 . 5 ° 以上の視野角を確保することができる。又、このような砥粒をコーティングした拡散板は、 D V D映像、ハイビジョン相当の画質を観測する場合であつても、砥粒間を感じさせず、自然な画質を得ることができる。

前記目的を達成するための第 1 3の発明は、前記第 1 2の発明であつて、前記砥粒が、シリコンカーバイド、酸化クロム、酸化スズ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムのうちの少なくとも一つであり、前記透過板はポリエステルフィルムであることを特徴とするものである。

これらの物質の砥粒は、ミクロングレードの粒子とするのに都合がよく、又、ポリエステルフィルムは強靱であるので、高い耐久性が得られる。

前記目的を達成するための第 1 4の発明は、前記第 1の発明から第 1 3の発明いずれかであって、前記第 1光電素子と光束が直交するように設置された 2次元発光型の第 2光電素子を有すると共に、前記第光電素子から放出された光を前記光拡散体へ投影する前記リレー光学系の中に、前記第 1、第 2の光拡散体に光束を分割して導く光分割器を有し、前記光分割器には、前記第第 2光電素子からの光束が、前記第 1光電素子から放出された光束と直交して入射するようにされ、かつ、前記光分割器は、前記第 1光電素子、前記第 2光電素子からの光を分割すると共に、分割された前記第 1光電素子と前記第 2光電素子の光束を合成して、それぞれ、前記第 1、第 2の光拡散体に導く機能を有することを特徴とするものである。

本発明においては、光分割器が、第 1光電素子から放出された光を第 1. (右眼用）、第 2 (左眼用）の光拡散体に光束を分割して導くと共に、第 2光電素子からの光を受け、これを分割し、さらに第 1光電素子の光束とを合成させ、第 1、第 2の光拡散体に導く。よって、第 1光電素子の画像と、第 2光電素子の画像の合成画像が、左右の眼用の光拡散体に投影され、接眼光学系によって、左右の眼の網膜に投影される。

前記目的を達成するための第 1 5の発明は、 +前記第 1 4の発明であつて、前記第 1光学素子から射出された光束が、ミラーで反射されて使用者の眼に至るまでのミラーの反射回数と、前記第 2光学素子から射出された光束が、ミラーで反射されて使用者の眼に至るまでのミラーの反射回数との差が、 0又は偶数であることを特徴とするものである。

本発明においては、このような構成とすることにより、第 1光学素子と第 2光学素子から射出された光束の左右が同一の状態で使用者の眼に投影される。 ' ' 前記目的を達成するための第 1 6の発明は、前記第 1 4の発明又は第 1 5の発明であって、前記第 1光電素子から射出された光束が、ミラーで反射されて使用者の右眼に至るまでのミラーの反射回数と、ミラーで反射されて使用者の左眼に至るまでのミラーの反射回数との差が、 0又は偶数であり、かつ、前記第 2光電素子から射出された光束が、ミラーで反射されて使用者の右眼に至るまでのミラーの反射回数と、ミラーで反射されて使用者の左眼に至るまでのミラーの反射回数との差が、 0又は偶数であることを特徴とするものである。

このような構成をとることにより、第 1光電素子の画像、第 2光電素子の画像とも、右眼と左目とで左右が逆転することなく、使用者の眼に投影される。

前記目的を達成するための第 1 7の発明は、前記第 1 4の発明から第 1 6の発明のいずれかであって、前記第 1、第 2の接眼光学系の光学的中心及ぴ前記第 1、第 2の光拡散体への投影画像中心の間隔が、眼幅と等しくなるように、これら 2個の接眼光学系及ぴ投影画像中心の間隔が調整可能とされ、かつ、これら 2個の接眼光学系及ぴ投影画像中心の間隔が調整した場合に、前記第 1光電素子から使用者の眼に至る光学距離、及び前記第 2光電素子から使用者の眼に至る光学距離が、それぞれ変化しないように調整する、光学距離調整機構が設けられていることを特徴とするものである。

本発明においては、 2個の接眼光学系及ぴ投影画像中心の間隔を調整した場合でも、光学距離調整機構によって、第 1の光電素子から使用者の眼に至る光学距離、及び前記第 2の光電素子から使用者の眼に至る光学距離が、それぞれ変化しないように調整することができるので、像倍率、結像位置を変化させることなく、 2個の接眼光学系及び投影画像中心の間隔を調整することができる。

前記目的を達成するための第 1 8の発明は、前記第 1 4の発明から第 1 7の発明のいずれかであって、前記第 1光電素子から放出された光を前記光拡散体へ投影する前記リレー光学系が、前記光拡散体に投影する光束の前記拡散体への投影倍率を可変とするものであり、かつ、倍率を変化させた際の前記第 1光電素子及び、前記第 2光電素子からそれぞれ前記拡散体に投影された画面の照度をほぼ一致させるための照度可変機構を有していることを特徴とするものである。

本発明においては、倍率を変化させた際の第 1光電素子及ぴ、第 2光電素子からそれぞれ拡散体に投影された画面の照度をほぼ一致させるための照度可変機構を有しているので、像..倍率を変化させても観察される画像の照度をほぼ一定に保つことができる。

前記目的を達成するための第 1 9の発明は、前記第 1の発明から第 1 8の発明のいずれかであって、前言己第 1光電素子は透過型又は反射型の液晶デバイス素子であり、 G , B， Rの色に応じた 3枚の液晶素子と当該液晶素子を照明する照明系を有し、当該照明系は G， B , Rの発光 L E Dの出力を均一化する均一化光学系であることを特徴とするものである。

本発明においては、照明系が、 G ' B , Rの発光 L E Dの出力を均一化する均一化光学系とされているので、液晶素子が均一照明され、輝度むらが発生しない。

前記目的を達成するための第 2 0の発明は、前記第 1 9の発明であつて、前記均一化光学系は髙舞度 L E Dをそれぞれ G， B， Rの L E D毎に複数個有し、これら複数個の L E D発光部よりの光を、光ファイバ一を用いて集光し、集光した光で前記液晶素子を照明することを特徴とするものである。

本発明においては、複数個の L E Dの出力を光ファイバ一を用いて集光し、集光した光で液晶素子を照明するようにしているので、 '高照度の均一な照明が得られる。

前記目的を達成するための第 2 1の発明は、前記第 1の発明から第 1 8の発明のいずれかであって、前記第 1光電素子は透過型又は反射型の液晶デバイス素子であり、 G， B , Rの色に応じた 3枚の液晶素子と当該液晶素子を照明する照明系を有し、当該照明系は G , B , Rの冷陰極管であることを特徴とするものである。

冷陰極間は小型化が容易であり、かつ消費電力が少なく、超寿命であるので、液晶デバイスの照明光として適している。

前記目的を達成するための第 2 2の発明は、前記第 2 1の発明であつて、前記均一化光学系は冷陰極管をそれぞれ G， B , Rの色毎に複数個有し、これら複数個の冷陰極管よりの光を、光ファイバ一を用いて集光し、集光した光で前記液晶素子を照明することを特徴とするものである。 .本発明においては、複数個の冷陰極管の出力を光ファイバ一を用いて集光し、集光した光で液晶素子を照明するようにしているので、高照度の均一な照明が得られる。

前記目的を達成するための第 2 3の発明は、前記第 1の発明から第 2 2の発明のいずれかであって、前記画像表示装置の少なくとも一部が、使用者以外の部分に支持されており、前記使用者の顔面にも接触し、前記使用者の顔面の動きに応じて移動可能とされていることを特徴とするものである。

本発明においては、画像表示装置の少なくとも一部が、使用者以外の部分に支持されているので、使用者の負担を軽くすることができる。又、使用者の顔面の動きに応じて移動可會とされているので、楽な姿勢で画像を観察することができる。

前記目的を達成するための第 2 4の発明は、左右両方の眼球に対応して、少なくともそれぞれ独立した部分を有する光学系を有し、画像を前記左右のそれぞれの眼球内に投影させる画像表示装置であって、前記光学系の独^した部分は、前記眼球側カゝら 1枚又は複数枚の凸レンズ、貼り合わせレンズの順で少なくとも 2枚のレンズで構成され、前記凸レンズうち最も眼球側の凸レンズの眼球力ら遠い方の面は、コ一二ック定数 Kく 0のコーニック面とされていることを特徴とする画像表示装置である。

本発明においては、水晶体に近い湯所に、 1枚又は複数枚の凸レンズを配置する構成とし、この部分には DAレンズを設けないようにする。そして、この場合に、瞳の横シフトを,行っても、良好な像を得るために、凸レンズの周辺で発生する非点 il 差を改善する必要がある。そのために、凸レンズうち最も眼球側の凸レンズの眼球から遠い方の面はコーニック定数 κく 0のコーニック面としている。さらにこの構成によって発生する色収差を改善するために、 ώレンズの光拡散体側に貼り合わせレンズを設けている。すなわち、眼球側に非球面の凸レンズを配置して、眼球の瞳に大きな角度で各主光線が入射するようにしているので、光拡散体における各光束の主光線の傾きは、比較的小さい。そこで、光拡散体に近い側に貼り合わせレンズを使用することで、貼り合せ面における入射角度も差ほど大きくなくなり、良好に色収差を補正できるようになる。

これにより、光学系の大きさを大きくせず、視野角を大きくすることができ、かつ、非点収差、色収差をはじめ、各収差の小さい光学系とすることができる。

前記目的を達成するための第 2 5の発明は、前記第 2 4の発明であつて、前記貼り合わせレンズは、前記光学系の独立した部分の、最も前記画像を形成する画像形成面側に設けられていることを特徴とするものである。

本発明においては、貼り合わせレンズを、光学系の独立した部分の、最も画像を形成する画像形成面側に設けているので、色収差を特に効率的に補正することができる。

前記目的を達成するための第 2 6の発明は、前記第 1の発明から第 1 3の発明、及び第 1 9の発明から第 2 2の発明のいずれかの第 1光電素子の代わりに、 2個の光束放出方向に直交した 2次元発光型光電素子を有し、前記第 1光電素子から放出された光を前記リレー光学系を介して左右両目に対し独立した前記第 1、第 2の光拡散体に投影する代わりに、前記 2個の光電素子から放出された光、それぞれ前記リレー光学系を介して左右両目に対し独立した前記第 1、第 2の光拡散体に投影するようにしたことを特徴とする画像表示装置である。

本発明においては、光電素子を左右の眼に共通にせず、左右の眼毎に独立した光電素子を使用しているところが、前記第 1の発明から第 1 3 の発明、第 1 9の発明から第 2 2の発明と異なっているのみであり、本質的な作用効果は、それぞれの発明と同じである。

前記目的を達成するための第 2 7の発明は、前記第 2 6の発明であつて、前記第 1、第 2の接眼光学系の光学中心及び前記第 1、第 2の光拡散体への投影画像中心の間隔が、眼幅と等しくなるように、これら 2 つの接眼光学系及び投影画像中心の間隔が調整可能とされ、かつ、これら 2つの接眼光学系及び投影画像中心の間隔を調整した場合に、前記 2 個の光電素子から使用者の眼に至る光学 β巨離が、それぞれ変化しないように調整する、光学距離調整機構が設けられていることを特徴とするものである。

前記目的を達成する第 2 8の発明は、前記第 2 6の発明又は第 2 7の発明であって、前記 2個の光電素子から放出された光を前記光拡散体へ投影する前記リレー光学系が、前記光拡散体に投影する光束の'前記拡散体への投影倍率を、それぞれ可変とするものであり、かつ、倍率を変化させた際^)前記 2つの光電素子からそれぞれ前記拡散体に投影された画面の照度をほぼ一致させるための照度捕正機構を有していることを特徴とするものである。

本発明においては、リレー光学系の倍率によって変化する照度を一定にする照度補正機構を有しているので、像の拡大縮小を行っても常に適当な明るさの像を表示することができ、使用者を疲れさせない画像表示装置とすることができる。

前記目的を達成するための第 2 9の明は、 2個の、光束放出方向に直交した 2次元発光型の光電素子から放出された光を、それぞれリレー光学系を介して左右両目に対し独立した第 1、第 2の光拡散体に投影し、同光拡散体の透過像をそれぞれに対応した第 1、第 2の接眼光学系を介して視野角 ± 2 2 . 5 ° 以上の広域像で眼球内の網膜上に投影し結像させる画像表示装置であって、前記 2個の 2次元発光型の光電素子が反射型の液晶デバイス素子であり、 1個の光源と、当該光源より放出された光を P偏光と S偏光に分離する第 1 の偏光ビームスプリッタと、 P偏光と S偏光をそれぞれ、前記 2個の 2次元狢光型の光電素子に導いて前記 2次元発光型光電素子を照明し、その反: I†光を前記リレー光学系に導く光学系を有し、当該光学系は、前記 P偏光、 S偏光を、第 2の偏光ビームスプリッタと； L / 4板とを介して、前記 2次元発光型の光電素子に導き、その反射光を前記 λ / 4板と第 2の偏光ビームスプリッタとを介して前記リレー光学系に導くものであることを特徴とする画像表示装置でめる。

本発明においては、 2次元発光型の光電素子として反射型の液晶デバイス素子を使用している。そして、その照明用として共通に 1個の光源を使用しているが、液晶デバイス素子を照明し、その反射光を別の光路に導く際にハーフミラー等を使用すると、その都度約半分の光が失われてしまう。，

本発明においては、これを防ぐために、左右の眼用として使用する光を、それぞれ Ρ偏光、 S偏光とし、偏光ビームスプリッタとえ / 4板を使用することにより、この光量のロスを防ぐようにしている。具体的な方法については、実施の形態において説日月する。 .

前記目的を達成するための第 3 0の発日月は、 2組の、光束放出方向に直交した 2次元発光型の光電素子から放 ttlされた光を、それぞれリレー光学系を介して左右両目に対し独立した _第 1、第 2の光拡散体に投影し、同光拡散体の透過像をそれぞれに対応し fこ第 1、第 2の接眼光学系を介して視野角 ± 2 2 . 5 ° 以上の広域像で眼球内の網膜上に投影し結像させる画像表示装置であって、前記 2組の 2次元発光型の光電素子が、それぞれ R， G， B光に対応した 3個の反針型の液晶デバイス素子からなり、 1個の光源と、当該光源より放出された光を P偏光と s偏光に分離する第 1の偏光ビームスプリッタと、 P偏光と s偏光をそれぞれ、前記 2組の 2次元発光型の光電素子に導いて前記 2次元発光型光電素子を照明し、その反射光を前記リレー光学系に導く光学系を有し、当該光学系は、前記 P偏光、 S偏光を、第 2の偏光ビームスプリッタと L Z 4板と、 RGB光束分割合成プリズムを介して、 R, G, B光に対応した前記 2 次元発光型の光電素子に導き、その反射光を、前記 R GB光束分割合成プリズム、前記 LZ4板と第 2の偏光ビームスプリッタとを介して前記リレー光学系に導くものであることを特徴とする画像表示装置である。本発明においては、光源からの光を R G B光束分割合成プリズムによつて、 R、 G、 B光に分割し、それぞれの光により、反射型の液晶デバ ■イス素子を照明する。各反射型の液晶デバイス素子で反射された光は、 RGB光束分割合成プリズムによって一つの光束にされる。よって、 R、 G、 B光に対応して異なるパターンの反射光を得ることができる。

前記目的を達成するための第 3 1 の発明は、前記第 2 9の発明又は第 3 0の発明であって、前記光源が複数の白色 L EDをアレイ状に複数 2 次元配置したものである。

白色 L EDは、他の光源に比べて照度が大きく、光への変換効率が高いので、発熱が少なく、消費電力が少ないという特長を有し、光源として優れている。

前記目的を達成するための第 3 2の発明は、前記第 2 9の発明又は第 3 0の発明であって、前記光源が、そぞれアレイ状に複数 2次元配置された、 R色 L ED、 G色 L ED群、 B色 L E D群と、これらから発光される光を合成する RG B光束合成プリズムを有することを特徴とするものである。

. 白色 L E Dは簡単な光学系であり省スペース化には優れているが、 L EDの規格により色波長条件や強度が決まってしまうので、色具合の微調整を行なうには不具合が多い。そこで、本発明においては、 L E Dをそれぞれ 3つの R— L E D群、 G— L E D群、 B — L E D群に分け、 R G B光束合成プリズムにより各光束を合成するようにしている。これにより、光源の色の調整が可能となる。

前記目的を達成するための第 3 3の発明は、 til記第 2 9の発明から第 3 2の発明のいずれかであって、前記光源より放出された光を、前記 2 次元発光型の光電素子に導く光学系が、照明均一化手段を有することを特徴とするものである。

特に L E Dを 2次元に配置した場合、照明むらが発生することがある。本発明においては、光源より放出された光を、 2次元発光型の光電素子に導く光学系が、照明均一化発明を有するので、照明むらを緩和することができる。

前記目的を達成するための第 3 4の発明は、前記第 3 3の発明であつて、前記照明均一化手段が少なくとも一つの口、ンドであり、前記口ッドの最終射出面と前記 2次元発光型の光電素子の面が、ほぼ共役とされていることを特徴とするものである。

ロッドとは、内面が鏡面となっている筒である。ロッドを通過する光は、その内面で多重反射を受けることにより均一化され、その最終射出面が均一な 2次光元とみなせるようになる。この面と 2次元発光型の光電素子の面が、ほぼ共役とすることにより、次元発光型の光電素子を均 —照明できる。「ほぼ共役」とは、必要な.均一照明度が得られる程度であれば、共役である位置からずれていても良いことを意味する。図面の簡単な説明

図 1 Aは、本発明の実施形態の前提となる接眼光学系の概要を示す図である。図 I Bは、図 1 Aに示す接眼光学系の収差を示す図である。

図 1 Cは、図 1 Aに示す接眼光学系の横収差プロット出力図である。図 2 Aは、本発明の実施形態に使用される接眼光学系の概要を示す図である。

図 2 Bは、図 2 Aに示す接眼光学系の収差を示す図である。

図 2 Cは、図 2 Aに示す接眼光学系の横収差プロット出力図である。図 2 Dは、図 2 Aに示す接眼光学系の 3 0 ° キヨ口目時における光線追跡図である。 '

図 2 Eは、図 2 Aに示す接眼光学系の 3 0 ° ± 1 0° の横収差プロット出力図である。

図 3は、人間のキヨ口目動作に伴う視野中心の移動を示した図である。図 4 Aは、本発明の実施形態に使用される接眼光学系の概要を示す図である。

図 4 Bは、図 4 Aに示す接眼光学系の収差を示す図である。

図 4 Cは、図 4 Aに示す接眼光学系の 3 0 ° キヨ口目時における光線追跡図である。

図 4 Dは、図 4 Aに示す接眼光学系の 3 0 ° ± 1 0° の横収差プロット出力図である。

図 5 Aは、本発明の実施形態に使用される接眼光学系の概要を示す図である。

図 5 Bは、図 5 Aに示す接眼光学系の 3.0 ° キヨ口目時における光線追跡図である。

図 5 Cは、図 5 Aに示す接眼光学系の 3 0 ° ± 1 0° の横収差プロット出力図である。

図 6 Aは、本発明の実施形態に使用される接眼光学系の概要を示す図である。図 6 Bは、図 6 Aに示す接眼光学系の収差を示す図である。

図 6 Cは、図 6 Aに示す接眼光学系の 3 0 ° キヨ口目時における光線追跡図である。

図 6 Dは、図 6 Aに示す接眼光学系の 3 0° ± 1 0 ° の横収差プロット出力図である。

図 7 Aは、本発明の実施形態に使用される接眼光学系の概要を示す図である。

図 7 Bは、図 7 Aに示す接眼光学系の収差を示す図である。

図 7 Cは、図 7 Aに示す接眼光学系の 3 0° キヨ口目時における光線追跡図である。

図 7 Dは、図 7 Aに示す接眼光学系の 3 0。 ± 1 0° の横収差プロット出力図である。

図 7 Eは、図 7 Aに示す光学系において視野中心がある場合の、コ一二ック面と色収差捕正レンズを組み合わせた最適フオーカス位置での MT F ( b ) と、従来の光学系における最適フォーカス位置での MT F ( a ) とを比較して示した図である。

図 7 Fは、図 7 Aに示す接眼光学系の変形例の光学系の概要を示す図でめる。

図 8 Aは、本発明の実施形態に使用される接眼光学系の概要を示す図である。

図 8 Bは、図 8 Aに示す接眼光学系の収差を示す図である。

図 8 Cは、図 8 Aに示す接眼光学系の 3 0 ° キヨ口目時における光線追跡図である。

図 8 Dは、図 8 Aに示す接眼光学系の 3 0° ± 1 0。の横収差プロット出力図である。

図 8 Eは、本発明の実施形態である、高輝度 L E Dとファイバーを用

差替え用紙（規則 26) いた液晶素子照明を示す図である。

図 8 Fは、本発明の実施形態である、令陰極管とファイバーを用いた液晶素子照明を示す図である。

図 9 Aは、本発明の実施形態に使用さるズーム光学系で、画角 1 2. 4 mmのときのの光路図である。

図 9 Bは、図 9 Aの状態におけるフィールド収差出力図である。

図 9 Cは、図 9 Aの状態におけるスポントダイヤグラム出力図である。図 9 Dは、図 9 Aの状態における横収差プロット出力図である。

図 1 0 Aは、図 9 Aに示されるズーム光学系で、画角を 25.13mmとしたときの光路図である。

図 1 0 Bは、図 1 0 Aの状態におけるフィールド収差出力図である。図 1 0 Cは、図 1 O Aの状態におけるスポットダイヤグラム出力図である。

図 1 0 Dは、図 1 0 Aの状態における横収差プロット出力図である。図 1 1 Aは、図 9 Aに示されるズーム学系で、画角を 6 3. 6 mmとしたときの光路図である。

図 1 1 Bは、図 1 1 Aの状態におけるブィールド収差出力図である。図 1 1 Cは、図 1 1 Aの状態におけるスポットダイヤグラム出力図である。

図 1 1 Dは、図 1 1 Aの状態における横収差プロット出力図である。図 1 2 Aは、本発明の実施形態に使用されるズーム光学系で、画角を変ィ匕させた場合の光路図である。（ a ) ίま画角 18.5mm、 ( b ) は画角 31.92mm, ( c ) は画角 63.13mniのものであある。

図 1 2 Bは、図 1 2 Aに示すズーム光学系におけるスポットダイヤダラム出力図である。

図 1 2 Cは、図 1 2 Aの（ a ) の状態における MT Fを示す図である。

差替え用紙（規則 26) 図 1 2 Dは、図 1 2 Aの（b ) の状態における MT Fを示す図である。図 1 2 Eは、図 1 2 Aの（ c ) の状態における MT Fを示す図である。図 1 2 Fは、図 1 2 Aに示すズーム光学系のズーム条件を変化させたときの、各状態の表を示す図である。

図 1 2 Gは、図 1 2 Aに示すズーム光学系において、視野角度が 18.50° の場合の評価周波数からの周波数毎の MT Fを示した図である。

図 1 2 Hは、図 1 2 Aに示すズーム光学系において、視野角度が 31.92° の場合の評価周波数からの周波数毎の MT Fを示した図である。

図 1 3 Aは、図 1 2 Aに示すズーム光学系を、一方の眼用に配列した例を示す図である。

図 1 3 Bは、図 1 2 Aに示すズーム光学系を、他方の眼用に配列した例を示す図である。

図 1 3 Cは、図 1 3 Aに示すズーム系と、図 1 3 Bに示すズーム光学系とを組み合わせ、両眼用としたときの配列を示す図である。

図 1 3 Dは、図 1 3 Cに示すズーム系に、接眼光学系を組み合わせた全体配置を示す図である。

図 1 3 Eは、光路長を変えずに、光学系を眼幅に合わせて調整するための光学系の例を示す図である。

図 1 4は、図 9 Aに示すズーム光学系をコンパクトに収納するため、折り曲げ配置した例を示した光路側面図である。

図 1 5は、本発明による実施形態であるディスプレイ部の保持機構を示す概要図である。

図 1 6は、図 1 4に示した光学系を筐体に収納し、顔面に装着したときの光路パーツの配置の例を示す図である。

図 1 7 Aは、本発明の他の実施の形態である画像表示装置の光学素子の例を示す図である。差替え用紙（規則 26) 図 1 7 Bは、図 1 7 Aに示す画像表示装置を頭部に装着した状態を、側面から見た概要図である。

図 1 8は、本発明の実施の形態である光学系の一部を示す図である。図 1 9は、図 1 8に示した光学系の変形例を示す図である。

図 2 0は、図 1 8、図 1 9に示した光学系の後側に形成される光学系の例を示す図である。

図 2 1は、 2つの 2次元発光型の光電素子（反射型液晶素子）からの合成画像を、左右の眼に投影する光系の例を示す図である。

図 2 2は、左右の眼用にそれぞれ設けられた 2次元発光型の光電素子（反射型液晶素子）から左右の眼に画像を投影するための光学系の概要を示す図である。

図 2 3は、本発明の実施の形態である画像表示装置を座った状態で使用する状態を示す概念図である。

図 2 4は、，本発明の実施の形態である画像表示装置を寝た状態で使用する状態を示す概念図である。

図 2 5は、 2つの 2次元画像出力装置からの出力画像を、両眼に導く方式の例を示す概要図である。

図 2 6 Aは、従来技術による接眼レンズ系の構成の例を示す図である。図 2 6 Bは、図 2 6 Aに示す接眼光学系におけるフィールド収差出力図である。

図 2 6 Cは、図 2 6 Aに示す接眼光学系.の ± 1 5 ° での横収差プロット出力図である。

図 2 6 Dは、図 2 6 Aに示す接眼光学系の ± 3 0 ° での横収差プロット出力図である。

図 2 7 Aは、従来技術による接眼レンズ系の構成の例を示す図である。図 2 7 Bは、図 2 7 Aに示す接眼光学系におけるフィールド収差出力図である。

図 2 7 Cは、図 2 7 Aに示す接眼光学系の土 1 5° での横収差プロット出力図である。

図 2 8は、眼鏡型ディスプレイ及び頭部装着型ディスプレイの代表的な実施形態を示した図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明実施の形態の例を、図を用いて説明する。まず、理解を深めるために、ウェアラブルディスプレイとして、視野角 ± 2 2. 5° 以上の光学系を実現することが何故難しいかを簡単に説明していく。図 2 6 A〜図 2 6 Dは広視野角度を得るために設計された光学系の 1例を示すものである。これは、図 2 6 Aの光学系の概要図に示すように、発光画面 G (ここでは発光画面と呼んでいるが、それ自身が発光したり光を反射し： C画像を形成したりするもののみならず、スクリーンのように、画像が投影され、そこから出る光が眼に観測されるものをも含むものである。）に対し、人間の目の瞳を Hとしたとき、屈折率は低いが色分散が小さい硝材 L AC 7力、らなり、曲率力 S 2 2 0 c mの 3枚の凸レンズ L 1、 L 2、 L 3を使用した場合の例であり、図 2 6 Aの光束は、それぞれ、視野角— 6 0° 、一 4 5° 、 — 3 0° 、 — 1 5° 、 0° 、 1 5° 、 3 0° 、 4 5 ° 、 6 0 ° を示してレヽる。

図 2 6 Bでは左から順に球面収差、点収差、ディストーションを示しているが、非点収差が視野角 ± 3 0° 付近で 1 0 mm、ディストーシヨンが 1 2. 6 %発生している。更に図 2 6 Cでは色収差が視野角 ± 1 5° のところでも 1 5 0 μ m程度発生しているのが確認できる。

.一般に色収差を捕正するために、色分散の異なる 2種類以上の硝材を組み合わせて使用することが知られており、瞳の大きさを 5 mm程度に設定し、 ± 3 0 ° の範囲で色収差を含む諸収差を補正したルーペ光学系のようなものは存在する。このような光学系の設計が容易な理由は、このような光学系においては、光系と眼球の位置を固定して使用する必要が無いので、光学系の光軸と暇球の瞳の位置が常に最適になるように調整できるためである。

しかし、ディスプレイと目の位置を固定してそれぞれ別々の接眼光学系を用いて画像観察を行うウエアラブルディスプレイの接眼光学系としては、最大でも視野角 ± 2 2. 5 ° 程度のものしか無い。図 2 6 Dに、視野角が 0 ° 、 7 . 5 ° 、 1 5 ° 、 2 2 . 5 ° 、 3 0 ° の場合の、図 2 6 Aに示す光学系の諸収差を示す。レンズの組み合わせで色収差を補正したとしても、視野角 2 2. 5 ° の位置では色収差 2 0 0 μ m、諸収差 4 0 0 μ mとなっており、人間の目で確認できる大きさを 1 (Τ 0 m程度とすると、これでは不十分でることが分かる。よって、人間の目で確認でき？)程度に収差を小さくするためには、凸レンズのみの組み合わせでは不十分であり、凸レンズと凹レンズの組み合わせが必要なことが推定される。

しかし、凸レンズと凹レンズの糸且み合わせを考えると、凹レンズでは、発光画面からの各光束の主光線のそれぞれは、傾きの差を小さくし、眼球の瞳における各主光線のそれぞれの傾きを大きくするように、効率良く広視野角度で発散する光束を傭向できず、従ってレンズ径を大きくせざるを得ないことになる。一方、凸レンズのみで構成した図 2 6 Aの光束を見ても明らかなように、左右の目にそれぞれこのような接眼レンズを設置した場合、眼幅（左右の目の間隔）を 6 . 5 c mとすると、凸レンズのみを使用した場合でも、左右両方の接眼光学系が鼻側で重なってしまい、鼻側の視野として 3 0 ° 程度までしか得られないことになる。凸レンズと凹レンズの組み合わせで収差を取ることを考えると、目から出た各光束の主光線が凹レンズで広げられるので、更に鼻側の視野が取れないことになり、 2 2. 5° 程度が限界の視野角度となってしまう。次に、視野をもっと大きく取ることを考えていく。臨場感の高い画像を得るためには、人間がメガネをかけた視界と同等以上の視界を得る必要があり、接眼レンズ径に制限のある鼻側の視野角度を十分に取らなければならない。鼻側の視野角度をもっと得るためには、更に凸レンズの曲率を大きくしたり、屈折率の高い硝材を用いることになる。

ここで、より広い視野を得るために、眼球側から曲率 1 0 0 c m、 2 O O c m、 2 2 0 c mの 3枚の凸レンズ L I，、 L 2 '、 L 3 ' を用いた例を図 2 7 A〜図 2 7 Cに示す。図 2 7 Aにおいて、 Gは発光画面、 H は人間の目の瞳であり、図 2 6 Aと同じように、レンズには屈折率は低いが色分散が小さい硝材 L AC 7を使用している。図 2 7 Aの光束を見ると、鼻側に 6 5 mmの範囲内で 4 5 ° 程度の広視野が得られているのがわかる。，しかし、図 2 6 Bに対応する図 2 7 Bでは、視野角 ± 3 0 ° 付近で非点収差が 3. 5 mmと改善しているものの、ディストーションが 1 3. 5 %と大きくなつている。更に、図 2 6 Cに対応する図 2 7 C では、視野角土 1 5。のところでも、色収差が 1 5 0 z m程度発生しているのが確認できる。このように、視野角を ± 2 2. 5° 以上に広げる光学系で、色収差を含む諸収差を補正した上に、光学系の直径を眼幅以内に制限するのは非常に難しいことがわかる。

以上、従来の技術では視野角が ± 2 2_. 5° 以上ある接眼光学系を設計することが難しいことがわかったので、このような認識の下に、発明者が本発明を着想するに至る段階を説明していく。

従来の考え方で、図 2 7 Aのように収差が改善しないのは、レンズ周辺を光束路とする視野角度の大きい部分に該当する光束において、レンズの曲率が大き過ぎるることが原因であり、普通はレンズの曲率を下げたり、凹レンズとの組み合わせにより収差を改善し、更にはレンズ枚数を多くする設計を行う。しかし、両目に別々の接眼系を有する機構の場合、前述のようにレンズ径を 6 5 m m以上にすることができない。

そこで、発明者は、凸レンズの少なくとも 1枚の面をコーニック面とすることにより改善を図ることを着想した。その 1例を図 1に示す。図 1 Aに示す光学系においては、発光画面 Gからの光束を、 3枚の凸レンズ L I 1 、 L 1 2 、 L 1 3を用レヽて、人間の目の瞳 Hに集光しているが、このうち、眼球に一番近いレンズ L 1 1の裏面（目から遠い側の面）をコーニック面とし、これによりコマ収差や非点収差を抑え、キヨ口目動作により瞳位置が変わっても、良好な像を眼球内に投影できるようにしている。光軸を z軸とする X— y _ z直交座標系において、コーニック面の曲面 Z ( r ) は、 cを曲率を表す定数、 r 2 = x 2 + y 2'として、

で表される。 kはコーニック定数であり、 kく 0を用いている。その光学設計値を表 1に示す。なお、表 1をはじめ、以下の表に示す面の曲率半径は、各レンズの面の位置に対し、曲率中心が瞳側にあるときは負、発光画面 G側にあるときは正としている。又、曲率半径、光軸上の面間隔の単位は、特に断らない限り m mである。

(表 1 )

面番号面の曲率半径 (腿）光軸上での面間隔硝材

隱：無限 12.000000

1 ：無限 18.000000 F2一 SCHOTT ( L 1 1 )

2： -40.00000 2.000000

3—二ック係数 K ： -0.800000

3：無限 15.000000 -SK11一 SCHOTT ( L 1 2 )

4： -80.00000 2.000000

5： 200.00000 15.000000 SK11—SCH0TT ( L 1 3 )

6： -100.00000 22.074232

発光画面 G ：無限 0.000000

このような光学系における、球面収差、非点収差、ディストーションを図 1 Bに示す。図 1 Bを見ると分力るように、視野角 ± 3 0 ° 付近で、非点収差が 3 m mと改善されており、ディストーションも 9.5%と小さくなつている。この光学系の色収差を示す図 1 Cでは、色収差が視野角 ± 1 5 ° のところでも 200 ^ m程度発生しており、反対に悪化しているのが確認できる。

しかし、図 1 Aの接眼レンズ系は、色収差以外の収差については非常に良い特性を持っていることがわかったので、本発明の第 1の実施の形態としては、図 2 Aに示すように、光束の偏向角度が大きい眼球の瞳 H に近い凸レンズのレンズ（ L 2 1、 L 2 2 ) の 1面をコーニック定数 K < 0のコーニック面とする一方、色収差を捕正するために互いに異なる硝材を組み合わせた貼り合せレンズ（L 2 3， L 2 4 ) を設けるようにしている。貼り合わせレンズは、少なくとも 2枚のレンズで構成され、かつ、貼り合せレンズの貼り合せ部は瞳側に凹面とし、かつ、貼り合せレンズの色分散は瞳 H側のレンズの方が小さく、色収差補正効果が高い、凸凹凸の形状にしている（ここでいぅ凸と凹の定義は瞳方向に凸の形状を凸、反対方向の凸の形状を凹として表すことにする。このことは、特に断らない限り、本明細書において同じである。）。図 2 Aに示す光学系の光学設計値を表 2に示す。

(表 2)

面番号面の曲率半径光軸上の面間隔硝材

瞳： INFINITY 12.000000

1: INFINITY 13.000000 TAFD5—腿 A (L2 1)

2: -38.00000 0.200000

コ一ニック係数 K ： -0.700000

3: INFINITY 9.000000 TAFD5ー贿 A (L 22)

4: -78.00000 0.200000

5: 138.00000 18.500000 FCD1— HOYA (L23)

6: -50.00000 3.000000 EFDS1_H0YA (L 24)

7: 91.00000 15.188265

発光画面 G INFINITY 0.000000

■ このような構成にした理由は以下の通りである。すなわち、前述のように、一般の接眼レンズとは異なり、視野角度が広い上に両眼別々に接眼レンズがあるため、眼幅 6 5 m mの半分の半径以下で接眼レンズを構成する必要がある。よって、瞳 Hに近いレンズは、できるだけ曲率の大きい凸レンズで光束を光軸側に大きく偏向させ、それぞれの光束の主光線が平行に近づいている物体ィ則に近いところで色消しのための貼り合せレンズを組み込み、更に、発光画面 Gに近いレンズ面は、癸光画面 Gに向かって、発散方向に光束がィ頃くような凸面とする。

(なお、以上の説明においては、説明の都合上光束が瞳 Hから出て発光画面 Gに到達するように説明しているが、実際の光束はこの逆をたどる。今後、説明の都合上、光束が実際とは逆に瞳 Hから出ているように説明をすることがある。）

これにより、瞳 H側のコ一-ック面を有する凸レンズはレンズ周辺で発生する非点収差やコマ収差を改善し、貼り合せレンズで色収差補正を行い、貼り合わせレンズの最終面でディストーションを軽減し、かつ、レンズ径を大きくしないレンズ構成とすることができる。この構成は、レンズ径を大きくせずに諸収差を補正する大きな効果があり、ウェアラブルディスプレイのように、レンズ径に制約がある場合に有効である。この光学系の球面収差、非点収差、ディストーシヨンを図 2 Bに示す。図 2 Bでは鼻側に 4 5 ° 程度の広視野が得られており、更に非点収差が視野角 ± 3 0 ° 付近で 3 m mと図 1 Bと同様に改善しており、ディストーシヨンは図 1 Bと比べても 9 %と小さくなつている。図 2 Cに、この光学系の色収差を示すが、色収差は、！野角士 1 5 ° のところでも 8 0 m以下に大きく改善されてレ、るのが確認できる。

但し、図 2 Aの構成では、

(1) 眼幅 6 5 m mを考えると、鼻側には 4 5 ° までの視野角しか得られてなく、メガネ視界で考えら; る ± 6 0 ° には達していない。左右の目で見える領域が異なり違和感力 Sあるので、 ± 6 0 ° の広視野角度を目指す。

(2) 色収差が 8 0 μ mでは肉眼で確認できる可能性があり、もっと小さくする必要がある。人間の目の解像力を 5 0 m程度とすると、色収差も 5 0 /i m以下を目指す。

という課題がまだ残ってレ、る。

その上に、広視野画像を得るためには、人間の目で行う動作についても把握し、あくまでも自然に近い状態で画像を観察できる光学系にする必要がある。そこで人間の目で行う動作について検討してみることにした。

人間の目は、メガネ視界で士 3 0° 程度までは眼球を横シフトして周辺の物を確認することが自然に行われている。しかしながら、従来技術を調べても、土 3 0° で収差が良い光学系は、あくまでも瞳位置を動かさない ± 3 0° について良好な数値を出しているだけであり、実際の眼球の横シアト動作についての検討を行っているものは無い。そこで、人間の眼球の横シフト動作でどの程度瞳が移動し、どのような条件で収差を取る必要があるかを調べた。その方法を図 3により説明する。

調查方法としては眼球と光学系を固定し、眼球を 0〜4 5° まで動かした時の収差を調べる方、feで行った。まず、視点中心が 0° から 4 5° まで動いた時、瞳位置は、図 3に示すように眼球の真ん中を中心として回転するので、 1 5° で 3 . 8 8 mm、 3 0° で 7. 5 mm、 4 5° で 1 0. 6 mm移動した位置から所定角度方向に向けて接眼レンズを介して画面像を観察することになる。また、人間の目は視点中心では高い視力を持つが、視点中心から ± 5° の視力は 1 Z2に悪化、土 1 0° の視力は 1 /4に悪化、 ± 1 5 ° の視力は 1 Z 8に悪化することがわかっている。

よって、接眼レンズの視野角は、広視野角全てに対し、良好な収差を持つ必要は無く、視点中心移動角 ± 3 0° で視点中心の ± 1 0° の範囲を良好にしておけば良いと推定される。本発明による第 1の実施の形態 (図 2 A) では、視野角 ± 4 5° 程度までは良好な収差となるように設計していたが、これ以降は視点中心移動角を 3 0 ° とした場合の視点中心一 1 0° 、 — 5° 、 0° 、 5° 、 1 0° の収差がどのようになっているかを調べることとした。

図 2 Dは第 1の実施の形態の光学系における、 3 0° キヨ口目動作時の光束を図示したものであるが、図を見てもわかるように、画面 Gの位置で大きな収差が発生している。図 2 Eは視点中心 3 0° でそこから一 1 0° 、一 5° 、 0° 、 5 ° 、 1 0° の色収差がどのようになっているかを調べた結果を示したものであり、縦軸が横収差、横軸が絞り面（瞳位置）での光軸に対する高さを示している。色収差が 2 0 0 111、その他の収差も 2 0 0 m程度発生しており、収差のスポットダイヤグラム (諸収差をスポットでプロットした R M S値）は 4 0 0 μ mとなって、キヨ口目時には明らかに劣化した像となってしまうことがわかる。（なお、図 2 Aと図 2 Dでは、レンズ系が異なるように見えるが、これは説明の都合上、光線を図示する必要のある範囲のみレンズを図示しているためであり、両者は同じ光学系である。今後も、このように、同じレンズ系を、説明に必要な光, f泉の広がりに応じて異なった形状に図示することがあるが、レンズの符号が同じであるものは同じレンズを示す。）即ち、第 3の課題として、 .

(3) 視点中心角土 3 0° の範囲でそこから一 1 0° 、_ 5° 、 0° 、 5° 、 1 0° の収差が良好であること。視野中心での収差を 5 0 m程度とした場合、 ± 5 ° で 1 0 0 m以下、 ± 1 0° で 2 0 0 m以下の性能を出す。

という課題を加え、前記（ 1 ) 〜（ 3 ) の課題を同時にクリアすることにより、完全に人間の自然な観察像と等価の画像を提供できることになる。

そこで図 4 A〜図 4 Dに示す本発明の第 2の実施の形態においては、色収差を小さくするために、瞳近傍の凸レンズの硝材として屈折率が低いものの、色分散も低いものを使用することで色収差を改善し、コ一二ック係数を k≤一 1にすることでレンズ周辺の曲率を落とし、諸収差を改善する方法を考案した。この光学系は、図 4 Aに示すように、凸レンズし 3 1、 L 3 2と、凸レンズ L 3 3と凹レンズ L 3 4を貼り合わせた貼り合わせレンズからなる。その光学設計値を表 3に示す。

(表 3)

面番号面の曲率半径光軸上の面間隔硝材

瞳： INFINITY 10.000000

1: INFINITY 11.000000 TAC8一 HOYA (L 3 1 )

2: -36.00000 0.200000

コ一ニック係数 K ： -1,000000

3: INFINITY 8.000000 TAC8_H0YA (L32)

4: -66.00000 0.200000

5: 210.00000 17.000000 TAF3_匿 A (L 33)

6: -44.00000 3.000000 SF59一 SCHOTT (L 34)

7: 130.00000 19.067127

発光画面 G: INFINITY 0.000000

その結果、図 4 A図 4 Bを見てわかるように、瞳が中心部にある場合のレンズ周辺を通る光束の収差は、図 2 Aに示した第 1の実施の形態に比して悪化しているものの、図 4 C、図 4 Dのキヨ口目 3 0° 時の諸収差は大きく改善し、スポットダイヤグラムは 0° で 1 0 0 ^ m、 ± 5 ° で 1 5 0 m、 ± 1 0° で 2 0 0 μ m程度と明らかに改善していることが確認できる。

このような考えの下に設計された、本発明の第 3の実施の形態を図 5 A〜図 5 Cに示す。この光学系は図 5 Aに示されるように、光束の偏向角度が大きい眼球の瞳 Hに近い凸レンズのレンズ（L 5 1、 L 5 2 ) の 1面をコーニック定数 K≤— 1のコーニック面とする一方、色収差を補正するために互いに異なる硝材を組み合わせた貼り合せレンズ（L 5 3 , L 5 4) は、少なくとも 2枚のレンズで構成し、かつ、貼り合せレンズの貼り合せ部は瞳 Η側に凸面とし、さらに、貼り合せレンズの色分散は瞳 Η側のレンズの方が大きく、色収差補正効果が高い、凸凸凸の形状にしている。図 4 Αと図 5 Αを比べると分かるように、第 3の実施の形態において (ま、貼り合せレンズの貼り合せ部が瞳 H側に凸面とされている点が、第 2の実施の形態との主たる違いである。

第 3の実施の形態においても、第 2の実施の形態と同様、発光画面 G 側のコーニック面を有する凸レンズ L 5 1でレンズ周辺で発生する非点収差を改善し、貼り合せレンズ（ L 5 3 , L 5 4 ) で色収差捕正を行い、かつ、最終面を発散方向に光束が傾くような凸面とすることにより、デイストーシヨンを軽減し、キヨ口目動作時の収差の改善を図っている。表 4に、図 5 Aに示された光学系の光学設計値を示す。 (表 4)

面番号面の曲率半径光軸上の面間陽硝材

瞳： INFINITY 10.000000

1: INFINITY 11.000000 TAC8一 HOYA (L 5 1 )

2: -36.00000 0.200000

コ一ニック係数 K ： -1.000000

3: INFINITY 8.000000 TAC8_H0YA (L 52)

o

4: -66.00000

5: 210.00000 3.000000 SF59— SCHOTT (L 5 3 )

6： 44.00000 13.000000 TAF3一 HOYA ( L 54 )

7: 130.00000 22.330761

発光画面 G: INFINITY 0.000000 その結果、図 5 Aを見てわかるようこ、瞳が中心部にある場合のレンズ周辺を通る光束の収差は、図 2 Aに示す実施の形態に比して悪化しているものの、図 5 B、図 5 Cの眼球の横シフトが 3 0 ° のときの諸収差は大きく改善し、スポットダイヤグラムは 0 ° で 2 0 0 μ πι、士 5° で 2 0 0 z m, ± 1 0 ° で 2 5 0 μ m程度と第 1実施例よりは改善していることが確認できる。伹し、今回の貼り合せレンズは上記理由（最終面を発散方向に光束が傾くような凸面とする）により凸凸凸の形状にしているので、第 2の実施の形態と比べると、色収差については補正効果が低く完全に補正できず、 1 5 0 /1 m程度のオフセットが発生してしまつている。

.以上に示した本発明の第 1の実施の形態〜第 3の実施の形態により、本発明による効果を確認してきた。そして、前述の課題である (1) 眼幅 6 5 m mを考えると、鼻假 IJには 4 5 ° までの視野角しか得られてなく、メガネ視界で考えられる ± 6 0 ° には達していない。左右の目で見える領域が異なり違和感がある。

(2) 色収差が 8 0 μ mでは肉眼で確認できる可能性があり、もっと小さくする必要がある。

(3)人間の目で見たメガネ視界でのキヨ口目動作時に良好な画像を提供する。

の（ 3 ) についての改善ができることは説明してきたが、（ 1 )、 .（ 2 ) の課題については十分クリァできていない。第 1の実施の形態〜第 3の実施の形態で（ 1 ) と（2 ) が改善できない理由としては、（3 ) の課題を達成するためのコーニック面の使用及び、色収差を小さく抑えるための瞳側凸レンズに色分散の低い硝材を用いることでレンズ周辺の'光束偏向角度を小さくしてしまい、最終的な発光画面 Gの大きさを眼幅の 6 5 m m以内に抻えることができなくなつていることが挙げられる。更に、デイストーションゃ収差を抑えるための発光画面 G側レンズが凸であることも、最終的な発光画面 Gの大きさを大きくする原因の一つになっている。

そこで、本発明の第 4の実施の形態では、図 6 Aに示すように画面 G 自体を凹面にすることとした。図 6 Aに示す光学系の光学設計値を表 5 に示す。 (表 5 )

面番号面の曲率半径光軸上の面間隔硝材

瞳： INFINITY 10.000000

1 : INFINITY 11.000000 TAFD5_H0YA ( L 6 1 )

2 : -30.00000 0.200000

コ一ニック係数 K ： -1. 100000

3: INFINITY 8.000000 TAFD5_H0YA ( L 6 2 )

4: -66.00000 0.200000

5: -300.00000 12.500000 TAF5_H0YA ( L 6 3 )

6 : -45.00000 3.000000 SNPH2_0HARA ( L 6 4 )

7: 70.00000 20.190463

発光画面 G : -45.00000 0.000000

発光画面 Gを凹面にすることを前提にして諸収差を計算したところ、色収差を小さく抑えるための瞳側凸レンズ（L 6 1， L 6 2 ) に色分散の低い硝材を用いなくても、比較的大きな屈折率と色分散を持つ硝材で図 6 Bに示す良好な収差がえられ、図 6 C、図 6 Dに示すキヨ口目のときも第 3の実施の形態と同等の性能が得られることがわかった。

最も特徴的なことは、発光画面 G自体を凹面にしたことで、レンズ周辺を通る光束が広がる前に発光画面 Gに'達し、コーニック定数を一 1 . 1 と更に小さくすることで、眼球の横シフト後でも諸収差を改善することが可能となる上に、結果的に眼幅 6 5 m m以内にレンズ径及ぴ発光画面 Gを抑えられることである。この方法により、左右の両目で ± 6 0 ° の視野を確保し、その上キヨ口目時にも良好な像を得ることが可能となる。

しかしここで問題となるのが発光画面 Gの構造である。もし、発光画面 Gを液晶素子等で構成する場合は、液晶画面自体を湾曲させる必要があり、もし、発光画面 Gをスクリーンとして裏面より像を形成する場合はその投影光学系のフォーカスゃテレセン†生についても考慮する必要がでてくる。

これらの問題を解決することができる、本発明の第 5の実施の形態を図 7 A〜図 7 Eに示す。その光学系は、図 7 Aに示すように、前述の各実施の形態の貼り合せレンズによる色収差ネ甫正不足を、 2面の貼り合せレンズ（L 7 3 , L 7 4 , L 7 5 ) を導入することで解消し、それによる光学系の他の収差の悪化を、瞳側の凸レンズ（L 7 1 , L 7 2 ) に屈折率の高い硝材を用いるとともに、コーニンク定数を更に小さい k <一 1 . 1 とすることにより補正している。図 7 Aに示す光学系の光学設計値を表 6に示す。

(表 6 ) 面番号面の曲率半径光軸上の面間隔硝材

瞳： INFINITY 10.000000

1 : INFINITY 11.000000 TAFD5— H0YA ( L 7 1 )

2 : -31.00000 0.200000

コ一ニック係数 K ： - 1 45000 t0

o

3: INFINITY 7.500000 TAFD5_H0YA ( L 7 2 )

4: -66.00000 0.200000

5: INFINITY 13.000000 TAFD30_HOYA ( L 7 3 )

6 -44.00000 3.000000 SNPH2_0HARA ( L 7 4 )

7: 35.00000 TA画一 H0YA ( L 7 5 )

8: 80.00000 9.568060

発光画面 G : INFINITY 0.000000

貝占り合せレンズは L 7 3， L 7 4 , 7 5の 3枚のレンズで構成され、 L 7 3 , L 7 5のレンズ硝材より、 L 7 4のレンズ硝材の色分散を大きくし、貼り合せ面を瞳 Η側に凹面凸面の順となるように構成している。そのため、大きな色収差を補正できる。また、瞳側の凸レンズ（L 7 1， L 7 2 ) についても屈折率の高い硝材を用い、レンズ周辺を通過する光束の偏向角を大きくすることができている。

この方法で、レンズ径を眼幅の 6 5 m m以下にすることが可能となるが、このままではキヨ口目動作時の収差が悪化する。そこで、この実施の形態においては、レンズ径が 6 5 m m以上にならない範囲で、コ一二ック定数を更に小さい k =一 1 . 4 5まで下げ、ンズ L 7 5の発光画面 G側の面も凸面で構成することで、諸収差を抑える構成としている。これにより、図 7 Bに示すように良好な収差がえられ、図 7 C、図 7 Dに示すように、キヨ口目の時も視野中心 3 0 ° の位置で収差 2 5 μ πι 以内、中心から ± 5 ° でも収差 5 0 μ πι以内、 ± 1 0° でも収差 1 0 0 μ m以内に抑ることができ、かつ、 ± 6 0° の視野角度が得られる。更に、第 5の実施の形態では、 1 5° に視野中心がある場合の、コーニック面と色収差補正レンズを組み合わせた最適フォーカス位置での M T F (所定の空間周波数を有する像について空間周波数を変化させた場合のライン/スペースでの振幅の（MAX-MIN)/(MAX+MIN)を％で示したもの）と、従来技術で最適フォーカス位置での MT Fを比べている。その結果を図 7 Eに示す。図において、 Tはタンデンシャル、 Rはラディアルの理論的な最大値を示す。 Xは水平方向、 Yは垂直方向の MT F である。この例を見ても明らかなように、本実施の形態では各周波数での MT Fへの依存度が小さく、きれいな周波数特性を持っていることがわかる。これは、本実施の形態においては、画像を観察した時、像の浮き上がりや最良フォーカス位置が周波数により異なることで違和感を発生させることを防止し、良好な画像を提供することができることを意味する。

以上、図 7 Aにおいて、第 5の実施の形態の光学系を示したが、実際の製造では色々な問題が発生する。すなわち、光学素子に用いる硝材自体、大きな屈折率を持った硝材であり、安定した条件で硝材の大きさを確保したり、加工したりすることが容易ではなく、コスト増を引き起こす可能生がある。よって、非球面加工が必要なコーニック定数く 0の硝材としては T AFD 5よりは S L AH 6 6のように硬質な材料を用いた方が加工し易い。

又、 S NPH 2等の硝材は硝材の品質管理上所定の厚さを確保するのが難しいという間題がある。そこで第 5の実施の形態の第 1の変形例として、図 7 Fに示すように、非球面レンズ L 7 1の硝材を T A F D 5力、ら S L AH 6 6に変更し、貼り合せレンズ L 7 3 , L 7 4 , L 7 5の L 7 4を L 7 4 Aと L 7 4 Bの 2枚に分けた場合について以下に説明する。図 7 Fに示す光学系の光学設計値を表 7に示す。レンズ径は、 L 7 1が 51.0mm, L 7 2が 58.9mm、その他のレンズが 58.6m mである。

(表 7 )

面の曲率半径光軸上の面間隔硝材

面番号

瞳 INFINITY 10.000000

1 INFINITY 11.000000 SLAH66_H0YA

2 31.00000 0.200000

-二ヅク定数 K： -1.3

3 INFINITY 8.500000 SLAH55_H0YA

4 66.00000 0.200000

5 INFINITY 10.500000 SLAH58_H0YA

6 53.00000 0.000000

7 53.00000 3.000000 S匪 2一 HOYA

8 , INFINITY 0.000000

9 INFINITY 3.000000 SNPH2_H0YA

10 -42.00000 0.000000

11 -42.00000 11.000000 SLAH58_H0YA

12 150.00000 9.568060

発光画面 G INFINITY 0

図 7 Fに示す光学系（第 5の実施の形態の変形例）の場合、僅かにレンズ曲率を変えるだけで、第 5の実施の形態とほぼ同等の性能を得ることができる。 1^ 7 4 とし 7 4 8は共に中心厚 3 111 111でぁり、図 7 Aにおける L 7 4では硝材として 2 5 m m程度のみが必要だったのに対し、 L 7 4 A、 L 7 4 Bでは共に 1 5 m m以下の摘材厚が取れればよく、硝材の安定した供給を可能とする。

ここで L 7 4 Aと L 74 Bの間はフラット面の貼り合せであるが、同ー硝材なので、便宜上ここでは 1枚として数えることとする。なお、 L 7 4 Aと L 7 4 Bを硝材の屈折率を僅かに変えたり、 L 7 4 Aと L 74 Bの貼り合わせ面が僅かに曲面を有するようにしたり等の変形を行った場合でも、無論同様の効果が得られるので、ここではこの様な手法を用いた貼り合せレンズについても、全て 3枚貼り合せレンズとして定義するものである。

第 5の実施の形態の変形例として、貼り合せレンズの組み合わせを変えた例を第 6の実施の形態として図 8 A〜図 8 Dに示す。すなわち、図 8 Aに示すように、今まで貼り合せレンズによる色収差補正不足を 2面の貼り合せレンズ（L 8 3 , L 84 , L 8 5 ) を導入することで解消し、それによる光学系の他の収差の悪化を、瞳側の凸レンズ（L 8 1 , L 8 2 ) に屈折率の高い硝材を用いるとともに、 L 8 1の非球面のコ一二ック定数を更に小さい kく一 1. 1 とすることにより補正している。この実施の形態においても、第 5の実施の形態と同じ効果が得られる。この光学系の光学設計値を表 8に示す。

(表 8)

面番号面の曲率半径光軸上の面間隔硝材

瞳： INFINITY 10.000000

1: INFINITY 11.000000 TAFD10— HOYA (L 8 1 )

2: -32.00000 0.200000

コ一ニック係数 K ： -1. 300000

3: INFINITY 7.500000 TAFD10_H0YA (L 82)

4: -66.00000 0.200000

5: -500.00000 3.000000 SNPH2_0HARA (L83)

6: 53.00000 21.000000 TAFD30_H0YA (L 84)

7: -53.00000 3.000000 SNPH2_0HARA (L 85)

8: 200.00000 12.264784

発光画面 G: INFINITY 0.000000

貝占り合せレンズは L 8 3， L 8 4 , 8 5の 3枚のレンズで構成され、 L 8 3 , L 8 5のレンズ硝材より、 L 8 4のレンズ硝材の色分散を小さくし、貼り合せ面を瞳 Η側に凸面凹面の順となるように構成している。そのため、大きな色収差を補正できるようになり、瞳側の凸レンズ（L 8 1 , L 8 2 ) についても屈折率の高い硝材を用い、レンズ周辺を通過する光束の偏向角を大きくすることができている。この方法で、レンズ径を眼幅の 6 5 mm以下にすることが可能となる。

しかし、このままではキヨ口目動作時の収差が悪化する。そこで、レンズ径が 6 5 mm以上にならない範囲で、コーニック定数を更に小さい k =- 1. 3まで下げ、レンズ L 8 5の最終面も凸面で構成することで、諸収差を抑える構成としている。

これにより、図 8 Bに示す良好な収差がえられ、図 8 C、図 8 Dに示すように、眼球の横シフトの後も、視野中心 3 0° の位置で収差 2 5 m以内、中心から土 5° でも収差 5 0 μ m以内、 ± 1 0° でも、ほぼ収差を ΙΟΟμ m以内に抑え、かつ、土 6 0° の視野角度が得られる。

次に、発光画面 Gについて説明する。発光画面 Gとして最も理想的なものは、液晶ディスプレイ等に代表される発光型の 2次元画像出力素子である。しかしながら、現時点の技術には 6 0 mm角程度のディスプレィで上記接眼光学系により拡大されても十分な画像の分解能を得るのに必要なドットサイズを有する 2次元画像出力素子 ίま存在しない。よって、 2次元画像出力素子からの画像を、 ± 6 0° の視野角度で瞳に投影する場合、プロジェクターのような微小ドットサイズの発光型の 2'次元画像出力素子像の拡大像を得ることで、高画質とする必要がある。現在、存在してい ¾プロジェクタ一は QVGAと呼ばれる解像度縦横が 320 X 240のものから、 S X G Αと呼ばれる解像度縦横力 S 1980X1024程度のものを用いて、 GR Bの各色で合計 3枚の液晶表示素子でカラー像を別々に形成し、合成してその解像度を 3倍とするのものまでさまざまでめる。

もし、本発明の実施の形態として解像度が低いものを利用すると、映画館クラスの大きさの画面では、その液晶表示素子の画素の継ぎ目が目で見えてしまい、臨場感が失われてしま _う。よって、プロジェクター以上の画質を得る場合は、 S X G Aと呼ばれる解像度縦横が 1980X1024 以上のものを用い、 GR Bの各色で合計 3枚の液晶表示素子で各色の像を別々に形成し、それらの像を合成してその解像度を 3倍とする技術を導入することが不可欠である。

また、前述の接眼光学系としては本発明の全てが発光画面 Gに対し、非テレセントリックな構成とすることで、良好なディストーション及び、収差捕正を行つているため、前述のプロジェクターのような微小ドットサイズの発光型の 2次元画像出力素子のテレセン条件を前記接眼光学系のテレセン条件と合わせる必要がある。

しかし、例えば第 6の実施の形態で考えると、 ± 6 0。の視野角度光束の主光線が発光画面 Gの位置から接眼光学系のレンズ L 8 5に達するときに、画面 Gの法線となす角度は最大 2 0 ° であり、発光型の 2次元画像出力素子から発光画面 Gまでの拡大倍率を 3倍とすると、発光型の 2次元画像出力素子から放射される各画素の光束の N Aは、この 3倍の 6 0 ° で射出される非テレセントリック光学系でなければならない。このような 2次元画像出力素子の照明機構を設計するのは液晶表示素子等の有効照明角度から考えても厳しい条件となる。

そこで、発光画面 Gの位置にスクリーンを設け、発光型の 2次元画像出力素子ら射出された光束をリレー系にて同スクリーンに投影し、その投影像がスクリーンを透過した裏面像を前記接眼光学系にて眼球の網膜まで再投影する方法を取ることが考えられる。この方法は従来例としても特開平 7— 1 2 8 6 1 2号公報（特許文献 3 )に開示されているが、上記のような ± 22.5° 以上で発生する収差を改善するための手法については何ら記載されていない。

今回のスクリーン導入においては、前記目標を達成した非テレセントリックな接眼レンズとして 2 0 ° の傾き.を持った接眼光学系に像を提供し、且つ、 S X G Aと呼ばれる解像度縦横が 1280 X 1024の微小ドットよりも小さい粒子で形成された拡散透過型スクリーンを提供する必要がある。

.以下、上記スクリーンとして、拡散ガラスを使用した例について説明する。図 8 Cを見ると、眼球の横シフトが 3 0 ° のとき、最大士 1 0 ° 程度テレセンが傾いている（主光線が傾いている）ことがわかる。よつて、スクリーンとしては、このキヨ口目に対応して、視泉の方向が変わつても、眼球の瞳に入射する光線が存在するように、各位置の光束の発散角が、十分に大きい角度になるようにし、かつ、人間の目で見てもその荒さが見えないレベル、即ち、スリガラスでいうと荒さ 7 0 0以上の拡散角 Aタイプに相当するものを用いればよい。もちろん、人間のキヨ口目角度は土 3 0 ° 程度まで考慮する必要があるので、 ± 2 0 ° 程度で光強度分布が大きく変わらないものを使用することが望ましい。なお、図 8 Aにおいては、視野角 6 0 ° の位置でのテレセンの傾き（主光,線の傾き）はさらに大きいが、この部分は人間の眼の解像度が低い部分であるので考慮しなくてもよい。

そこで、スクリーンとして、厚みが均一で表面が平滑なポリエステルフィルムに接着剤を塗布し、そして、ミクロングレードで精密に粒径が管理されこ砥粒をクリーンルームでコーティングしたものを使用する。なお、砥粒としてはシリコンカーパイド、酸化クロム、酸化スズ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムなどの炭ィ匕物、酸化物が最適で、 0.3〜4 0 μ m程度の均一な超精密仕上げで製造したものを採用している。

このようにして形成されたスクリーンは、不透明ではあるが均一な砥粒をランダムに所定の厚さで積層させることが可能で、発散を ± 6 0 ° 以上に大きくすることができ、 D V D映像やハイビジョン映像であつても全く粒状感を感じさせず、 ± 22.5° 以上の視野角を確保することがでぎる。また、このスクリーンは安く製造できる点でも好ましい。なお、この砥粒層は投影像の焦点深度以内の厚さにすることが好ましく、照度を得るためにできるだけ薄いことが望ましい。

なお、砥粒の大きさはメッシュナンパ一 # 320〜 # 15000 までが選択可能であり、強靭なポリエステルフィルムを用いているので、耐久性が高くなる。なお、シリコンカーバイド、酸化クロム、酸ィ匕スズ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムなどは、ミクロンオーダの砥粒を使用すると、不透明に見えてしまう。この際には、スクリーンへの投影照度を高くする必要がある。

上記スクリーンを利用した場合、拡散角が広くスクリーン上の粒子も見えないので鮮明な画像を得られる効果はあるものの、光量が 1 Z 1 0 程度に低下する。よって、その分投影照度を上げる工夫が必要である。勿論、プロジェクターのようなハロゲンランプを用いれ f 十分な照度が得られるが、後述の本発明での装置概観からすると、できるだけ照明系は小さく、且つ寿命の長い光源を用いる必要がある。そこで本発明の各実施の形態では図 8 E、図 8 Fに示すような 2つの照明系を採用してい図 8 Eは青色（B )、赤色（R )、緑色（G ) を発光する高輝度 L E D 1 6 6を用いた照明光学系を示す図である。この照明光学系として、 R G Bの 3色の高輝度 L E D 1 6 6と、個々の高輝度 L E D 1 6 6毎に設けられた光ファイバ一バンドルと、光ファイバ一パンド /レの射出端を瞳位置としたバックライト照明系 1 6 3と、液晶表示素子 1 6 9 と、 3色合成プリズム 1 6 2が図示されている。

色合成プリズム 1 6 2のほかの 2つの側面には、同様に液晶表示素子、照明光学系、光ファイバ一バンドル、高輝度 L E Dが設^ "られている。しかし、それぞれの高輝度 L E Dは、それぞれ異なる色が発色するものが配置されている。そして、色合成プリズム 1 6 2の残りの一つの側面には、後述する図示するリレー光学系が設けられている。

最近の L E Dの進歩は目覚しく、 1 [ 1 m ] 程度の光出力を出すものが販売されており、将来的にはその 1 0倍程度の出力を出せる超高輝度

差替え用紙（規則 26) L EDの開発も行われている。また、消費電力及び寿命の点からも優れた性能がある。しかしながら、その光の指向性は 1 5 ° 程度であり、分布も均一では無い。その上、.液晶表示素子の像をスクリーンに投影するためのズーム光学系（後述）としては N Aが 0.02〜0.03程度の光束が望ましく、前記液晶表示素子のバックライトに高輝度 L EDの光を効率良く用いることは容易ではない。

そこで本実施の形態では、高輝度 L EDの青色（B)、赤色（R)、緑色（G) それぞれ 1個以上の高輝度 L ED 1 6 6を用意し、各 L EDの射出位置に光ファイバ一 1 6 5を設け、同光ファイバ一 1 6 5を集めて丸く束ね、前記液晶素子のバックライト照明系 1 6 3 の瞳位置から射出する構成としている。一般に L EDの発光チップの発光面積は 2 0 0 μ m程度であり、それ以上の直径のコアを持つ光ファイバ一を発光面に設置する。例えば、 L EDの照度を 1 [ 1 m] とすると、ノックライト照明 1 6 3の瞳の大きさは、設計上 4 mm ψ程度であり、この大きさの照明系を設計する場合は、 0. 8 mm ()の光ファイバ一ならば約 2 0本程度の束を瞳面に配置できる。よって、同照明系瞳位置に 2 0 [ 1 m] の照度を持つ均一面発光照明光を射出することが可能となる。

ここで光ファイバ一 1 6 5内では所定の角度を持つ光束が繰り返し全反射して光ファイバ一 1 6 5内を進むので、光ファイバ一射出部（瞳面）ではその射出角度は入射角度と一致しているる。このため、光学ロッドと同じ効果で、光ファイバ一の射出部では、光ファイバ一への入射光の NAと同じ NAの光が射出されるため、無用に光束が広がることが無く、ズーム光学系（後述）に光を供給することができる。従って、均一度が向上する照度均一光学系の役割も果たす。例えば、この瞳面での射出角度.は液晶素子 1 6 9の照射面積を決定するので、 L E Dの指向特性と照明系の倍率調整、ファイバー本数により調整が可能となる。更に、一つの L E Dから導くファイバ一は 1本である必要はなく、より径の小さいファイバーを束ねて使用することも考えられる。この場合は瞳上で束ねられたファイバー本数が多くなるので、瞳面の形を円に近づけることが可能となる。更に、ファイバ一径が小さい場合、 L E D の指向性に合わせた配置が可能となり、瞳面での射出角度を小さくすることが可能となる。

図 8 Fは青色、赤色、緑色を発光する冷陰極管 1 6 7を用い fこ照明光学系を示す図である。なお、図 8 Fにおいて、図 8 Eに示されこ構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付して説明を省略すること力 Sある。冷陰極管は熱陰極管と比べて小型化することが可能であり、消費電力、長寿命の点からも C R T等のバックライトとして用いられている。しかしこれらのディスプレイバックライトは冷陰極管からの光束を散板等で拡散することで使用するのが一般的であり、この実施の形態のように、液晶素子からスクリーンまでのズーム光学系（後述）として N Aが 0.02 〜0.03程度の光束に制限されたものに使用することは難しい。

そこで本発明では、青色、赤色、緑色それぞれ 1個以上の冷極管 1 6 7を用意し、各冷陰極管の射出位置に光ファイバ一 1 6 4を殳け、同光ファイバ一 1 6 4を集めて丸く束ね、前記液晶素子のバックヲィト照明系 1 6 3の瞳位置から射出する構成としている。冷陰極管としては一般に 2 m m φ X 4 0 m m程度が最小のものであり、同冷陰極管に指向性を持たせるための反射ミラー 1 6 8を設置し、ファイバーを 4 0 m mの間に敷き詰めるようにする。例えば 1 ιη πι φのファイバーなら 4 ◦本敷き詰め、同ファイバーをほぼ隙間無く束ねると 1 Ο ηΐ Γα φ程度円形状にでき、同照明系瞳位置から高い照度を持つ均一照明光を射出 1~ることが可能となる。光量が冷陰極管一本で足りない場合は、複数本の冷陰極管を用いることも可能となる。

訂正された用 ¾0i im このように高輝度 L E D 1 6 6や冷陰極管 1 6 7をバックライトとして使用することで消費電力を抑え、長寿命で光源交換のわずらゎしさが無くなり、ハロゲンランプを用いる場合のファン等も必要がなく、シンプルな装置構成にすることができる。

図 8 E、図 8 Fにおいては、透過型の液晶表示素子 1 6 9を用いた場合について説明しているが、反射型の液晶表示泰子を用いた場合には、高輝度 L E Dや冷陰極管共に白色光を発光するタイプを用い、図 8 E、図 8 Fで示した方法と同様にして、照明光学系の瞳位置に発光面を形成する。

透過型液晶表示素子を用いた場合も、反射型液晶表示素子を用いた場合も、白色光の光源を用いた場合には、その後 3色ビームスプリツターにより光束を赤、青、緑に分離して各反射型液晶素子にて反射された光束を再び 3色合成プリズムで合成しズーム光学系に合成光束を射出する構成となる。

このように、発光画面 Gをスクリーン Gとして置き換えた場合の照明系については問題が解決したので、この構成により、今までに無い新たな効果を出すことが可能となってくる。その一例として、図 2 5を用いて、 2つの発光型の 2次元画像出力装置（液晶表示素子部と色合成プリズムをまとめてこのように呼ぶこととする） 1 5 0 X， 1 5 0 Yから出力された画像を分割 ·合成することにより、右目 2 Rと左目 2 Lに色々な画像を提供する方法を説明する。図 2 5は、 S X G A液晶表示素子からなる 2次元画像出力装置 1 5 0 X， 1 5 0 Yの 2つを用い、それぞれの光束を合成 ·分割するビームスプリッタを設け、同ビームスプリッタをハーフプリズム 1 5 3タイプと全反射タイプ（通常の両面ミラー）又は全透過タイプ（通常の透明体）の光学部材 1 5 4 に切り替えることで、前述の合成及び、左右両目に別々の視差のある面像を投影することで立

正された体画像の提示両方ができる機構を示したものである。

図 2 5において、図 2 5の（a ) は大きさの異なる画像 x， yを合成し、左右の目に同一画像として表示（ c ) する例である。 yは高解像の出力画像であり、 Xは周辺情報や画像の出力画像である。一方、（b ) は大きさが同一の異なる画像 X , yを左右の目に異なる画像として表示 ( d ) する例であり、 X， y画像を視差のある別画像とすることで、立体画像を楽しむことができる。図 2 5の（ a ), (b ) は、 2次元画像出力装置 1 5 0 Xから出力された光束 Xと 2次元画像出力装置 1 5 0 Yから出力された光束 yを合成するハーフミラープリズム 1 5 3 と、同ハーフミラープリズム 1 5 3と光路が等しくなるように設計された光学部材 (この場合は通常の透明体） 1 5 4を切り替えた時の光束 X， yの光路を示したものである。

図 2 5の（ a ) では、 2次元画像出力装置 1 5 0 Y力ら出力された画像 yの光束は、光学リレー機構 1 5 1 Yと光学的ズーム機構 1 5 2 X， 1 5 2 Yにより、コンテンツの出力画像の解像度に対応した大きさに、スクリーン 1 4 9 L、スクリーン 1 4 9 R上でズームタ'ゥンされる。 ― 方、 2次元画像出力装置 1 5 0 Xから出力された光束： Xは、光学リレー機構 1 5 1 Xと光学的ズーム機構 1 5 2 X， 1 5 2Yによりスクリーン 1 4 9 L、スクリーン 1 4 9 R上で全視野画像にズームアップされる。これらの光束 yと光束 Xは、ハーフプリズム 1 5 3によりそれぞれ分割 ·合成され、光束 x， yとして、図示を省略した前 ¾kの接眼光学系により、それぞれ左眼球 2 Lの網膜上と、右眼球 2 Rの糸罔膜上に同一画像 ( c ) として投影される。

—方、図 2 5の（b ) では、 2次元画像出力装置 1 5 0 Yから出力された光束 yは、光学リレー機構 1 5 1 Yと光学的ズーム機構 1 5 2 Yにより、所定の画像の大きさでスクリーン 1 4 9 L上にズームアップされる。一方、 2次元画像出力装置 1 5 0 Xから出力された光束 Xは、光学リレー機構 1 5 1 Xと光学的ズーム機構 1 5 2 Xにより光束 yと同じ大きさの光束 Xでスクリーン 1 4 9 R上にズームアップされる。これらの光束 y'と光束 Xは、光学部材 1 5 4によりそれぞれ分害 ij ·合成されること無く透過し、それぞれ独立した画像（d) として、図示されていない前述の接眼光学系により、左眼球 2 Lの網膜上と、右眼球 2 Rの網膜上に別々に投影されることで、視差による立体像を楽しむことができる。なお、スクリーン 1 4 9 Lと左眼球 2 Lの間、スクリーン 1 4 9 Rと左眼球 2 Rの間には、図示されていないが例えば図 8 Aに示すような接眼光学系が配置されており、スクリーン 1 4 9 L、スクリーン 1 4 9 R は、例えば図 8 Aにおける発光画面 Gに相当すること〖こなる。 '

この例では、両方の画像は S XG A液晶表示素子を用いた高画質画像であり、（ c )のような周辺画像部分でも鮮明な画像を得ることができる。これは、例えば（ c ) の光束 yを映画館のスクリーン画像とすると、周辺画像 Xとしては映画館の視聴者を含む周辺画像として提供すれば良い。周辺の画像の画質が良いので、本当に映画館にいるような臨場感を味わうことができ、その結果、奥行きのある画像として視聴できるという効果がある。それだけでなく、 2つの S X G A液晶表示素子のみで、前述の計 4つの液晶表示素子を有する機構と同じ性能を得ることができるので、コストを下げ、大きさを小さくする点で大きな効果がある。

このように、発光型の 2次元画像表示素子から出力された画像をズーム光学系により前記スクリーン上に投影することは様々な利点がある力実際にどの程度のズーム倍率を考えれば良いかを次に述べる。

まず、土 6 0° の視野角度を確保し、スクリーン上で眼幅と同じ 6 5 mmの大きさとした場合、 2次元液晶表示素子の画面サイズは 0. 8〜 0. 9インチ程度なので、 2 0 mm〜 2 3 mmの画像を 6 5 mmに拡大する約 3倍程度の拡大ズーム機構が必要になる。一方、ハイビジョン画像対応である S X G A液晶表示素子に対し、ドットの完全に見えなくなるテレビサイズは 4 0〜 5 0ィンチのテレビを数メ一トル離れて見る場合である。よって、視野角度として ± 1 8 ° まで画面サイズを光学的に小さくできる構成とし、それ以上小さい画面は電気的な切り替えで画面サイズを小さくする構成とすれば、ドットが認識できず、 S X G A液晶素子の微細ドットを有効に使用することができる。よって、ズーム倍率としては

tan(60° )/tan(18° ) = 4〜 5倍

程度のズーム倍率が必要となる。これは画角にして 1 3〜 6 5 m mとなり、 2次元液晶表示素子の寸法から考えると、縮小〜拡大まで対応したズーム機構としなければならない。

以下、第 7の実施の形態として、第 6の実施の形態において、発光画面 Gとして 6 3 m mの大きさのスクリーン画像を視野角が ± 6 0 ° 使用者の眼に導くような接眼レンズを用いた場合に使用されるスクリーン上に液晶面の画像を投影するズーム光学系の例を、図 9〜図 1 1を用いて説明する。このズーム光学系は、 S X G A液晶表示素子の画像を、発光画面 Gでのサイズが 12.4m n！〜 63.6 m mの範囲となるように変化させることができる 5倍ズーム系である。

—般的なズーム光学系はカメラゃ写真引き伸ばし機に利用されており、物体面や投影面が離れており、且つ拡六光学系のみで利用されるものが殆どである。しかしながら、本発明に関連したズーム光学系は物体面と投影面の距離が短く、かつ、縮小〜拡大までの 5倍もの倍率変化をカバ一する必要があるため、色収差の特性が縮小系と拡大系で変化することに対応した設計とする必要がある。

この問題を解決するために、図 9 A、図 1 0 A、図 1 1 Aに示すように（これらはズーム条件が異なるだけで同じ光学系である）、液曰 ¾表示素子画像出力面 OB J側から L 9 1〜L 9 6で構成されるレンズ群に少なくとも 2つの貼り合せレンズを用い、瞳面（レンズ L 9 7の前面と同位置）までの光学系内で完全に色収差を補正する構成としている。 ¾面には開口絞り S T〇が設けられており、開閉によりスクリーン G上の照度を任意に変えることができるようになっている。貝占り合せレンズ（ L 9 1 , L 9 2) を液晶素子画像出力面 O B Jからレンズを介さない位置に配置し、貼り合せレンズ（L 9 5 , L 9 6 ) を瞳面近傍に配置することで、像高に起因する色収差を貼り合せレンズ（L 9 1 , L 9 2)にてネ正し、 ' フォーカス方向に関する色収差を貼り合せレンズ（L 9 5， L 9 6 ) で補正する構成としている。液晶素子画像出力面 O B Jから瞳面までを長い光束としているのは、各レンズの曲率を小さくし、できるだけ諸収差が大きくならないように配慮したためである。

なお、図 9 A、図 1 0 A、図 1 1 Aにおいては、液晶表示素子画像出力面 O B Jを図示しておらず、片方の眼用の光学系のみを示している。液晶表示素子が両方の眼に共通な 1個の液晶光学素子である場合には、液晶表示素子画像出力面 O B Jからの光をハーフプリズムゃハーフミラ一等を用いて、左右の眼用の光に分割し、左右の眼に別々に設けられた図 9 A、図 1 0 A、図 1 1 Aに示すような光学系に入力する。この手法は周知のものであるので、詳しい説明を要しないであろう。

次にズームを行うためのレンズ群の説明を行う。ズーム系は貼り合せレンズ（L 9 7 , L 9 8 ) 及び貼り合せレンズ（L 9 9， L 9 A) で構成され、共に凹レンズとなっている。これは 5倍の倍率変化を起こさせるには凹レンズの組み合わせが必要なためである。その理由は、ズーム系は 1枚の凹レンズで倍率を変更するが、倍率変更に応じてフォーカス位置が変化する。よって、変化したフォーカス位置を元に戻すために、もう 1枚の凹レンズが必要となる。これらの凹レンズは、倍率が可変でフォーカス位置が変わらないよう、同期して位置を移動させる。勿論、凹レンズと凸レンズの組み合わせでもこのようなことは可肯¾であるが、凹レンズ 2枚の組み合わせで行う方が、倍率の可変幅を大きくでき、設計が容易である。

前者の貼り合せレンズ（L 9 7， L 9 8 ) は、フォーカス位置の決定、後者の貼り合せレンズ（L 9 9， L 9 A) は倍率可変に使用している。これらのレンズは固定されたレンズ L 9 6〜レンズ L 9 B間を移動するので、色収差の発生条件が各場所で異なり、全倍率条件で色収差を補正することはできない。そのため、貼り合せレンズ（L 9 D、 L 9 E) を加えて、それぞれの倍率条件でうまく色収差及びその他の収差が捕正されるように貼り合せのレンズ硝材及び貼り合せ面の曲率を設定しているこの光学系の光学設計値を表 9に示す。

(表 9) 画面サイズ横 12. 4 mm

面番号面の曲率半径光軸上の面間隔 RMD 硝材

0BJ ： INFINITY 97.000000

1 ： -300.00000 3.000000 SNPH20HARA (L 91 )

2 ： 195.00000 2.000000 TAFD30—丽 A (L 92)

3 ： -300.00000 1.000000

4 ： 200.00000 5.000000 TAFD30一 H0YA (L 93)

5 ： -400.00000 1.000000

6 ： 90.00000 5.000000 TAFD30一 H0YA (L 94)

7 ： 115.00000 105.000000

8 ： 40.00000 5.000000 TAFD30 H0YA (L 95)

9 ： -31.00000 3.000000 S謂一 0HARA (L 96)

10 ： -135.00000 0.000000

ST0 ： INFINITY 0.500000

12 ： -38.00000 5.000000 TAFD30 H0YA (L 97)

13 ： 25.00000 3.000000 SNPH2一 0HARA (L 98)

14 ： 98.00000 3.430000

15 ： -38.00000 5.000000 TAFD30 H0YA (L 99)

16 ： 28.00000 3.000000 SNPH2_0HARA (L 9 A)

17 ： 86.00000 34.670000

18 ： -151.00000 3.000000 TAFD30— H0YA (L 9B.)

19 • -46.00000 1.000000

20 300.00000 6.000000 TAFD30— H0YA (L 9 C)

21 -150.00000 1.000000

22 200.00000 5.000000 TAFD30 H0YA (L 9 D)

23 -63.00000 5.000000 SNPH2一 0HARA (L 9 E)

24 200.00000 115.000000

25 INFINITY 3.000000 TAFD30 H0YA (L 9 F)

26. 180.00000 5.000000 S謂一 0HARA (L 9 G)

27: INFINITY 10.772097

発光画面 G INFINITY 0.000000

これらの設計条件で設計した第 7の実施の形態で、画像の大きさが 12.4mmで最も小さい縮小系の光学図面を図 9 Aに示している。光学系としては、スクリーン Gへの投影像の主光線は収束方向に非テレセントリックとなっている。図 9 Bには、この光学系における球面収差、 ^点収差、ディストーションを示しているが、良好な結果である。又、図 9 Cにはスポットダイヤグラム、図 9 Dには、各像高毎の横収差プロット出力図を出しているが、全像高で 3 5 m以内の収差となっており、良好.な画質が得られていることがわかる。

次に、図 1 0 Aに、画像の大きさが 25.13mmで、図 9に示した状態からはおよそ 2. 5倍のズーム状態である時の光学図面を示す。レンズ L 9 6とレンズ L 9 7間の距離を 0. 5 mm→ 8. 3 8mmとし、レンズ L 9 8 とレンズ L 9 9間の距離を 3. 4 3 mm→ 6. 5 mmに変えることで 2倍弱のズームを実現している。この光学系の光学設計値を表 1 0に示す。

(表 10) 画面サイズ横 25. 13mm

面番号面の曲率半径光軸上の面間隔 RMD . 硝材

> 0BJ ： INFINITY 97.000000

1 ： -300.00000 3.000000 SNPH2 0HARA (L 9 1 )

2 ： 195.00000 2.000000 TAFD30J0YA (L 92)

3 ： -300.00000 1.000000

4 ： 200.00000 5.000000 TAFD30— H0YA (L 93)

5 -400.00000 1.000000

6 . 90.00000 5.000000 誦 30_讓 (L 94)

7 115.00000 105.000000

8 40.00000 5.000000 TAFD30 H0YA (L 95)

9 -31.00000 3.000000 SNPH2一 0HARA (L 96)

10 -135.00000 0.000000

ST0 INFINITY 8.380000

12 -38.00000 5.000000 TAFD30 H0YA (L 97)

13 25.00000 3.000000 SNPH2_0HARA (L 98)

14 98.00000 6.500000

15 -38.00000 5.000000 TAFD30 H0YA (L 99)

16 28.00000 3.000000 SNPH2_0HARA (L 9 A)

17 86.00000 23.720000

18 -151.00000 3.000000 TAFD30一 HOYA (L 9 B)

19 -46.00000 1.000000

20 300.00000 6.000000 TAFD30一 HOYA (L 9 C)

21 -150.00000 1.000000

22 200.00000 5.000000 TAFD30 HOYA (L 9D)

23 -63.00000 5.000000 SNPH2_0HARA (L 9E)

24. 200.00000 115.000000

25 INFINITY 3.000000 TAFD30 HOYA (L 9 F)

26: 180.00000 5.000000 SNPH2_0HARA (L 9 G)

27: INFINITY 10.749815

発光画面 G: INFINITY 0.000000

光学系としては、スクリーン Gへの投影像の主光線はテレセントリツク状態に近いか僅かに拡散方向に非テレセントリックとなっている。図 1 0 Bには、この光学系における球面収差、非点収差、ディストーションを示しているが、良好な結果である。又、図 1 0 Cにはスポットダイャグラム、図 1 0 Dには横収差プロット出力図を出しているが、全像高で 5 0 m以内の収差となっており、良好な画質が得られていることがわかる。但し、図 9 Dと図 1 0 Dの横収差プロット出力図を見ると、その特性が変わっているのが良く分かる。

次に、図 1 1 Aに、画像の大きさが 6 3. 6 mmで、図 9に示した状態からはおよそ 5倍のズーム状態である時の光学図面を示す。レンズ 9 6 とレンズ L 9 7間の距離を 0. 5 mm→ 1 0. 6 8 mmとし、レンズ L 9 8とレンズ L 9 9間の距離を 3. 4 3 mm→ 2 7. O mmに変えることで 5倍のズームを実現している。光学系としては、スクリーン G への投影像の主光線は拡散方向に大きく非テレセントリックとなつており、貝占り合わせレンズ L 9 F、 L 9 Gがない場合は、今までと伺様にスポットダイヤグラムと横収差プロット出力図を出してみると、やはり収差が大きくなっており、色収差が 100 m程度残存してしまうことが判明した。

そこで、本発明では通常のカメラズームとは異なり、物体面の近傍に光学系を配置することが可能なのでそれを利用し、スクリーン Gの近傍に貼り合せレンズ（L 9 F, L 9 G) を設置し、画角が大きくなつた場合に色収差捕正が可能な構成とした。説明はしていないが、既に図 9 A と図 1 0 Aにも同貼り合せレンズ（L 9 F、 L 9 G) が入っている。画角が小さい場合、この貼り合せレンズ（L 9 F、 L 9 G) は収差に大きな影響を及ぼさないことは確認済みである。図 11Aに示した光学系の光学設計値を表 1 1に示す。 (表 1 1) 画面サイズ横 63 , り mm

面番号面の曲率半径光軸上の面間隔 RMD 硝材

0BJ ： INFINITY 97.000000

1 ： -300.00000 3.000000 SNPH2 OHARA (L 9 1 )

2 • 195.00000 2.000000 TAFD30—雇 (L 92)

3 . -300.00000 1.000000

4 ： 200.00000 5.000000 TAFD30一隱 (L 93)

5 ： -400.00000 1.000000

6 • 90.00000 5.000000 TAFD30一匿 A (L 94)

7 ： 115.00000 105.000000

8 ： 40.00000 5.000000 TAFD30 HOYA (L 95)

9: -31.00000 3.000000 SNPH2一 OHARA (L 96)

10 -135.00000 0.000000 -

ST0 INFINITY 10.680000

12 -38.00000 5.000000 TAFD30 HOYA (L 97)

> 13 25.00000 3.000000 SNPH2—0醒 (L 98)

14 98.00000 27.000000

15: -38.00000 5.000000 TAFD30 HOYA (L 99)

16: 28.00000 3.000000 SNPH2一 OHARA (L 9 A)

17: 86.00000 0.920000

18: -151.00000 3.000000 TAFD30一 HOYA (L 9 B)

19: -46.00000 1.000000

20: 300.00000 6.000000 TAFD30一 HOYA (L 9 C)

21: -150.00000 1.000000

22: 200.00000 5.000000 TAFD30 HOYA (L 9 D)

23: -63.00000 5.000000 SNPH2_0HARA (L 9 E)

24: 200.00000 115.000000

25 INFINITY 3.000000 TAFD30 HOYA (L 9 F)

26: 180.00000 5.000000 SNPH2_0HARA (L 9 G)

27: INFINITY 10.772577

発光画面 G INFINITY 0.000000

図 1 1 Bにはこの構成における球面収差、非点収差、ディストーションを示しているが、良好な結果であり、図 1 1 Cにはスポットダイヤグラム、図 1 1 Dには横収差プロット出力図を出しているが、像高 0.5 (視野角度で ± 3 0° ) 以内では、 5 0 μ m-以内の収差となっており、像高 1 (視野角度で ± 6 0° ) の条件でも 8 0 m以下のスポットダイヤグラムであり、' 良好な画質が得られていることがわかる。前述のように、図 9 Dと図 1 0 D、図 1 1 Dの横収差プロット出力図を見ると、その特性が 3段階に変わっているのが良く分かるが、前述の 5枚の貼り合せレンズによる色収差補正を実現することで、全可変倍率で良好な投影像を得られる。

以下、本発明の第 8の実施の形態に使用される、より性能の高いズーム光学系の例を、図 1 2 A〜 1 2 (h) を用いて説明する。

以前の説明においては、スポットダイヤグラムと横収差プロット図のみで説明してきたが、実際にはそれぞれ像高及び色による収差はフォーカス方向にそれぞれ異なる最適位置があり、その最適位置で評価を.行う必要がある。更に、今回のズーム系で拡大された像を更に接眼光学系で拡大して観察するため、例えば液晶スクリーンが 22.1mm φに入り、ァスぺタト比は 1 6 ： 9 と仮定して液晶部の大きさを求めると、液晶パネルの横サイズは 19.26mm、縦サイズは 10.83mmとなる。即ち、 1280 画素の場合は横に 19.26mm÷1280= 1 5 m、縦に 14.3 mの面素であり、そのピッチを解像できるにはピッチで考えて 3 mの分^^能がズーム光学系に必要となる。

周波数にして 1000÷(15+14.3)/2=34.13H zの MT Fを最適フォ一力ス位置で求めることで、収差の評価が可能となる。但し、 MT Fの場合限界解像度があり、 NA (開口数）を小さくすると、いくら横収差や色収差が良くても像自体が解像できない。よって、 NAを大きくとることが光学系にとって重要となるし、光量を得るにも都合が良い。しカゝし、 N Aを大きくするとレンズの球面収差等の影響を大きく受け、これが M T Fを悪化させる原因にもなる。

そこで、第 8の実施の形態である光学系では、前述ようにスクリーン手前に色収差補正レンズを組み込むと共に、移動ズーム光学系のすぐ後の曲率の大きレヽレンズの曲面に前述のコーニック面を入れている。これによりレンズ周辺を通る光束の球面収差が改善し、大きな NAで良好な収差特性が得られる。第 8の実施の形態の光学系の光学設計値を表 1 2、表 1 3に示す。表 1 2、表 1 3は、本来一つの表であるが、 1頁に入りきらないので分割

(表 1 2 )

レンズ

面番号曲率レンズ厚硝材有効半径寸法備芎

液晶表示レンズ、液晶表示素子

1

素子 ¾ 間距離

S1 -350 3 S腿— 0腿 11.7308

S2. S3 194 2 SLAH58一 0HAEA 11.8343 貼り合せ面

S4 -350 11.8789 25.7578

1 レンズ間距離

S5 200 5 SLAH58_0HARA 11.9231 25.8462

S6 -400 11.8654

1 レンズ間 S巨離

S7 90 4 SLAH58一 0賺 11.7667 25.5334

S8 115 11.4302

110 レンズ、瞳間距離

10 レンズ間距離

S9 40.8 3 SLAH58JHAEA 2. 931

S10. S11 -24 3. 5 SNPH2— 0瞧 2.9601 貼り合せ面

S12 -70 3.0075 8.015

可変 1 レンズ間距離

sl3 -38 5 SLAH58JHAEA 2.9937

S14. S15 23.2 3 SNPH2—0腿 3. 1501 貼り合せ面

S16 98 3.2234 8.4468

可変 1 レンズ間距離

S17 -38 5 SLAH58_0HARA 6.3685

S18, S19 30 3 S画一 0HA 7. 1443 貼り合せ面

S20 86 7.4226 16.8452

可変 50 レンズ間距離

(表 1 3 )

レンズ

面番号曲率レンズ厚硝材有効半径寸法備考

S21 -60 4 SLAH66_0HAEA 13.5593

S22 -50 14.2994 44.6 コ一ニック面： K=-0.235

0.5 レンズ間距離

S23 500 3 SLAH58— 0賺 14.7214

S24 -125 14.8457 31.6914

0.5 レンズ間距雠

S25 200 3 SNPH2JHABA 14.8804 31.7608

S26. S27 53 5 SLAH58— 0薩 14.7602 貼り合せ面

S28 -198 14.7108

0.5 プリズム間距雜

32 SLAH58_0HARA 14.5996 32 プリズム o rハーフミラー

0.5 プリズム間距雜

32 SLAH58_0HARA 14.0066 32 プリズム 0 Γハーフミラー

0.5 プリズム間距離

32 SLAH58_0HARA 15.4218 32 プリズム 0 r立方体ガラス

3 レンズ間距離

S29 -80 3 SLAH58— OHABA 15.5415

S30 -60 15.8653 33.7306

1.5 レンズ間距離

S31 -140 3 SLAH58一 OHAEA 15. 9076

S32 160 16. 1997 34.3994

4 レンズ間距離

S33 -80 3 SLAH58_0HABA 16.509

S34, S35 -61 3 SNPH2_0HAEA 16.9972 貼り合せ面

S36 -79.5 17.7256 37.4512

57 レンズ間距離

S37 -80 6 SNPH2_0HAKA 28.4376

S38, S39 -52 3 SLAH58一 OHAEA 29.0976 貼り合せ面

S40 -80 30.7272 60

2. 19623 レンズ間距離

発光画面 G : INF INITY 0

ここでは S 2 2面（レンズ L A Bの像面側の面）がコーニック定数 ■0.235のレンズを使用しており、 N Aを 0.025まで大きくした 5倍のズーム機構を実現している。

なお、以上の表において、硝材を表すのに、「商品名（コード名） —メ一力一名」で表している。各硝材の屈折率は、表 1 4に示すとおりである。このうち、 S L AH 6 6は非球面に対し加工し易い硝材として用いている。

(表 1 4)

図 1 2 Aは、このような光学系におけるズ状態を示すものであり、（ a ) は画角の大きさが 1 8. 5 mm, ( b ) は画角の大きさが 31.92 mm、 ( c ) は画角の大きさが 63.13mmのときのものである。図 1 2 A において、 LA 1 ~LAKはレンズ、 Pは、 R, B, G三色合成用プリズム、 HMはハーフミラー、 P 3は全反射プリズム、 G Lは光路長調整用ガラスである。但しハーフミラー、全反射プリズムでは、説明の都合上光路を折り曲げず、直進するように描いている。

レンズ LA 1 と LA 2、レンズ LA 5 と LA 6、レンズ LA 7 と LA 8、レンズ LA 9 と LAA、レンズ L ADと LAE、レンズ LAHと L A I、レンズ LA J と LAKは、それぞれ貼り合わせレンズであり、貼り合わせレンズ L A 7と L A 8、貝占り合わせレンズレンズ L A 9 と L A Aの位置を調整することによりズーム系を構成している。図 1 2 Bは、横収差、色収差のスポットダイヤグラムを従来通りに示すものであり、

( a )、（b )、 ( c ) は、それぞれ図 1 2 Aの（ a )、（b )、 ( c ) に対応する。

図 1 2 C、図 1 2 D、図 1 2 Eではフォーカスを振った時の像高毎の MT Fを示している。図 1 2 Cは、図 1 2 Aに示すズーム光学系と、第 5の発明の実施の形態における接眼レンズを用いた光学系を使用した場合で、フォーカス方向に可変させたときの MT Fの変化を示す。測定条件は、物側の像の空間周波数を 3 3サイクル Z 1 mmとし、 N Aは 0.025、視野方向を 18.5° とした場合である。 Xは像高方向に対して垂直な方向に光強度変化があったときの本光学系が無収差の場合の理論的な MT F 変化（限界解像度）、 Yは像高方向と同方向に光強度の変化があったときの本光学系が無収差の場合の理論的な MT F変化（限界解像度）である。そして、像高 0.25の場合の X方向（像高方向とは垂直な方向）における MT Fを細い点線で、像高 0.25の場合の Y方向（像高方向と平行方向）における MT Fを太い点線で示し、像高 0.5の場合の X方向（像高方向とは垂直な方向）における MT Fを太い実線で、像高 0.5の場合の Y方向（像高方向と平行方向）における MT Fを細い実線で示し、像高 0,75 の場合の X方向（像高方向とは垂直な方向）における MT Fを細い一点鎖線で、像高 0.75.の場合の Y方向（像高方向と平行方向）における MT Fを太い一点鎖線で示し、像高 1の場合の X方向（像高方向とは垂直な方向）における MT Fを細い二点鎖線で、像高 1の場合の Y方向（像高方向と平行方向）における MT Fを太い二点鎖線で示した。なお、横軸のスケールは、適当な基準位置から距離を示す。

同様に、図 1 2 Dの測定条件は、物側の像の空問周波数を 2 1サイクル / l mmとし、視野方向を 31.92° 賭したものであり、線の意味は、図 1 2 Cと同じである。更に図 1 2 Eの測定条件は、物側の像の空間周波数 8サイクルノ 1 mmとし、視野方向を 60.13° としたものであり、線の意味は図 1 2 Cと同じである。なお、 N Aはそれぞれ 0.025 としている。 .

このように、フォーカス位置を適宜変更すれば、どの像高も MT Fが 0. 3以上となる位置がある。ところで、 MT Fの値が 0. 3以上であれば、経験的に画像を観賞する際に十分な解像度が得られることが分かつている。したがって、本発明の第 8の実施の形態によるズーム光学系においては、あらゆる像高に対しても十分な解像度が得られていることがわかる。

これらをまとめたものが、図 1 2 Fであり、前述の液晶素子サイズ及び、 5111先の 1. 5 mmの Cの字隙間が読める視力 1. 0の人を基準に評価周波数を決定している。

これを見ると、視野角度が 18.50° の場合（条件 1 ) では、像高 1の場合でも MT Fは 31.5であり 3 0 %を超えている。視野角度が 31.92° の場合（条件 6 ) も、像高 1の場合でも MT Fは 3 1. 1であり 3 0 % を超えている。視野角度が 34.28° を超えると、像高 1の場合の MT F は 3 0 %を割り込むが、元々、前述の通り、ギヨ口目動作では視野角度が 4 5 %以上でレンズ有効径を超えてしまい、直接画像を観察することができない。人間の目は中心視野以外大きく視力が低下することがわかつているので、周辺画像となる 4 5 %以上の収差に対し、像高 0〜 0. 5の収差を 4 0 %以上に設定する構成としている。また、図 1 2 G、図 1 2 Hは、それぞれ視野角度が 18.50° の場合、視野角度が 31.92° の場合の各評価周波数毎の M T Fを示したものであるが、コーニック面を使用し、色収差補正をスクリーン近傍で使用していることにより、安定した周波数特性を得ることができている。

以上、図 1 2 A〜図 1 2 Hまでを使用して本発明による第 8の実施の形態までを説明したが、図 1 3 A〜図 1 3 Cにて、図 2 5に示した両目対応の画像表示装置に対応して、ズーム光学系 1 5 2 X、 1 5 2 Yに本発明の第 8の実施の形態のズーム光学系を適用した概略構成図を示し、図 1 3 Dにて、本発明の第 5の実施形態の接眼レンズ、本発明の第 8の実施の形態のズーム光学系 1 5 2 X、 1 5 2 Y (一部構成省略）及び、 2次元画像表示装置 1 5 0 X, 1 5 0 Y、そして、ミクロングレードで精密に粒径が管理された砥粒をクリーンルームでコーティングされたスクリーン 1 4 9 L, 1 4 9 Rを用いて、図 2 5に示した構成を実現した例を示す。

図 1 3 Αは、第 8の実施の形態のズーム光学系を折り曲げて右目出力用としたものであり、図 1 3 Bは、第 8の実施の形態のズーム光学系を折り曲げて左目出力用としたものである。これらを合成すると、第 1 3 ( c ) に示したような両目に異なる画像を提供する機構となり、分割，合成光学系としてハーフプリズム又はハーフミラー HMを用いると、図 1 3 Aに示したズーム光学系と図 1 3 Bに示したズーム光学系の倍率を

訂正された用鉱 91 変えて、両目に大きさの異なる中心高解像画像情報及び周辺情報提供面像を両目に同時に出力することが可能となる。

これらの図において、 P l、 P 2、 P 3は全反射プリズムであり、全反射プリズム P 1においては、光線は 2回反射されて、光軸が反射される前の光軸と平行になっている。全反射プリズム P 2、 P 3においては、光路は 9 0 ° 偏向されている。光路差調整用ガラス G Lは、全反射プリズム P 1 と P 3を通る光線の光路差を調整し、両眼の光学系が同じ光学系で構成できるようにするためのものである。又、 R , B , G各色の三色合成用プリズム Pは、図 1 3 C 'に示されるように、 R， B , G用の 3 つの液晶素子からの光を合成し、一つの光として光学系に送り込むためのものである。

両目に対応した光学系は全て前記ハーフプリズム、ハーフミラー H M の反射面に対し光路長が同じで、かつ、発光画面 Gでの最大像寸法が 6 5 m mになり、同一数の反射面を持つ構造となっている。そのため、少スペースな構成である上に、部品の共通化や両目に対し共通の画像を提供し易い構成にすることができている。図 1 3 Dに、図 1 2 Cに示す光学系と、図 8 Aに示す光学系を組み合わせた、全体の光学系の概要を示す。図 1 3 Dにおいて、 Eは眼球である。

上記図 1 3 Dの構成は、両目で同一画像を観察する場合、新たな効果を奏する。本件のような両目に独立したスクリーン画像を接眼レンズにより投影する装置は各接眼光学系の光学的中心間距離と眼幅を一致させることで、左右に発生したデイストーションを同じ条件にすることができるので、両目で異なる画像を見る際に引き起こされる違和感や目の疲れを完全に取り除くことができる。しかし、人間の眼幅は個人差があり、 5 . 5 c n！〜 7 . 5 c m程度変わるため、液晶表示素子から接眼光学系に至る左右眼用の光学系全体の間隔を、観察者の眼幅に合わせて変える訂正された用紙 (ffi則ことが望ましい。一部の光学系のみ移動したり、画像出力位置を電気白勺に変える場合、左右の収差条件が異なり、同一画像が得られず、両目で異なる画像を見る際に引き起こされる違和感や目の疲れを完全に取り除くことができない。

このような問題を解決する光学系の構成の例を図 1 3 Eに示す。この構成では、図 1 3 C等に示されている全反射プリズム P 1を 2つの全反射プリズム P 4と P 5に分割している。そして、全反射プリズム P 2とハーフプリズム ·ハーフミラー H Mを固定し、全反射プリズム P 3と光路差調整用ガラス G Lを組にして図の左右に移動させることができるようにすると共に、全反射プリズム P 5も図の左右に移動可能としている。 L Rは右眼用光学系、 L Lは左眼用光学系をまとめて示したものである。図で（a ) と（b ) を比較すれば明らかなように、全反射プリズム P 3 と光路差調整用ガラス G Lを組にして図の左右に移動させても、右眼用光学系 L Rまでの光路長には変化無く、光軸の位置（図で上下方向）のみを変えることができる。又、全反射プリズム P 5を図の左右に移動させても、左眼用光学系 L Lまでの光路長には変化無く、光軸の位置（図で上下方向）のみを変えることができる。

図 1 3 Dではわかり易くするために光学系を単純化して図示したが、実際の画像表示装置としては、光路長が全長で 3 5 O m mもある機構ま採用できず、できるだけ光学系を折り曲げることで小さいスペースにれることが望ましい。そこで図 1 4では反射ミラー M 1、 M 2、 M 3、 M 4、 M 5を用いて、小さいスペースに本発明による光学系を組み込んだ例を示す。この光学系は図 9 Aに示された、第 7の実施の形態におけるズーム光学系であるが、図 1 2 Aに示された、第 8の実施の形態にミけるズーム光学系でも、このような構成をとれることは言うまでもなレ、。なお、反射ミラー M 1〜M 5はそれぞれ右眼用と左眼用のために 2つず

れた用紙 S I91) つあるが、紙面と直交方向にずれて同一位置にあるので、ここでは簡単のために 1つのみを図示している。図 1 4で O B Jは、液晶表示素子面である。

図 1 4に示したように、光学系を折り曲げて小さいスペースに入れた理由としては、本光学系を図 1 5に示すようなボックス 1 1内に収納する必要があつたためである。これは前述のように、もし、本発明の実施の形態に解像度が低いものを利用すると、映画館クラスの大きさの画面では、その液晶表示素子が目で見えてしまレ、、臨場感が失われてしまう。よって、プロジェクター以上の画質を得る場合は、図 1 6に示すように、' S X G Aと呼ばれる解像度縦横が 1280 X 1024( 1 6 : 8に合わせた 1280 X 760 でも可）以上のドットを有する、 G R Bの各色毎に用意きれた 3 枚の液晶表示素子（O B J G , O B J R , O B J B ) を、緑色の照明系 L S G、赤色の照明系 L S R、青色の照明系 L S Bにより別々に照明し、各色毎にカラー像を別々に形成し、合成してその解像度を 3倍とする技術を導入することが不可欠である。更に、広視野角度による画像を得る場合、光学的にも重く複雑なものを導入せざるを得ない。どうしてもそれらを優先すると、眼鏡型ディスプレイやへッドマゥント型ディスプレィでは大きさ、重量共に許容できないものとなってしまう。

そこで本発明の実施の形態では、図 2 3に示すような広視野角度を持つた床置き型ディスプレイを採用している。椅子やベッドへの固定でもよいが、手軽に家庭内で場所を動かしたりできることに鑑みると、この床置き型タイプが最も良いと考えられる。但し、固定したディスプレイは顔の位置を容易に変えることができず、顔を固定することで新たな疲労を発生させてしまう。そのため、この機構は顔を光学部材に設けられたフィット弾性材及ぴ板パネに支えられたイヤホン 1 2 0により、柔らかく覆う形で、顔の位置に合わせて任意の状態に移動できる構成を取つている。この機構は、 D V Dやビデオプレイヤー、 T V画像出力機 1 1 4等と接続でき、従来のプロジェクターと同様にパソコン、 T Vゲーム機 1 1 3等とも接続が可能である。そして、画像合成 ·変換装置 1 2 1 により、それらの既存コンテンツ像をディスプレイ上で歪みがないようにし、複数の像を同時にディスプレイ上に表示できるように設計されてレヽる。

このデータは伸縮が可能な伸縮棒からなる支持部 1 1 5を介して、関節部を複数有する振動防止型関節棒 1 1 6に支持される全視野角度ディスプレイ装置 1 1 8により、その変換像を表示することが可能となっている。ここで、同装置には振動防止型関節棒 1 1 6及び、全視野角度デイスプレイ装置 1 1 8の重量をキャンセルするためのカウンターバランス部（ウェイトフリーバランサー） 1 1 7が取り付けられており、人間がその重量を感じず、更に顔の動きに追従するように関節機構が工夫されている。

基本的に人間は振動防止型関節棒 1 1 6及び、全視野角度ディスプレィ装置 1 1 8を動かすときの慣性力を感じるだけであり、この機構を採用することで、高画質、広視野角度の画像を得ることが可能となっている。図 2 4は本機構を用いてベット上で寝た場合であるが、このような動きが可能な機構にするには振動防止型関節棒 1 1 6の接合部分がボイントとなってくる。

図 1 5に示す例は、前述の説明においてはボックス 1 1 として示された全視野角度ディスプレイ装置 1 1の重心位置を支持部 1 3で支持するようになつている。すなわち、全視野角度ディスプレイ装置 1 1には凹部 1 2が設けられ、全視野角度ディスプレイ装置 1 1の重心位置を球面軸受 1 3 cを介して支持部 1 3で支えるようになつている。図 1 5の ( a ) は斜視図、（b ) は後部から見た立面図、（ c ) は平断面図、（ d ) は側面図である。球面軸受 1 3 cを使用しているため、図 1 5 ( a ) に示すように、全視野角度ディスプレイ装置 1 1は、支持部 1 3の周りに回転が可能である。又、支持部 1 3は、部材 1 3 aと部材 1 3 bとからなるテレスコープ構造を有しており、図 1 5 ( b ) のように上下に移動可能とされている。又、全視野角度ディスプレイ装置 1 1は、凹部 1 2 の範囲において、図 1 5 ( c ) に示すように左右方向に回動が可能であると共に、図 1 5 ( d ) に示すように前後方向にも回動が可能とされている。

すなわち、球面軸受（ュュパーサルジョイント） 1 3 cを用いているので、どのように顔を動かしても、 Θ χ、 Θ y、 Θ ζ駆動についての自由度がある構造になっている。特に、図 1 5 ( d ) に示すように、首を前後に振ったとき、特に使用者がうつむいたときに必要な角度の回動が可能となっている。

この図 5に示した全視野角度ディスプレイ装置 1 1 の内部に図 1 4 の折り曲げ光学系を入れた例を図 1 6に示す。この例においては、第 6 の実施の形態において示した図 8 Aに示す接眼光学系と、第 7の実施の形態において示した図 9 Aに示すズーム光学系を使用している。ここでは振動防止型関節棒 1 1 6の支持部 1 3が全視野角度ディスプレイ装置 1 1の重心位置に設置され、両目 Eの光学系の間で動き、光学系と干渉しないようにされている。また、重心位置はできるだけ接眼光学系の近傍にした方が良い。これは重心位置をきるだけ人間の首 H Eの位置に近づけることで、首 H Eを回転中心とした顔面の動きに沿って全視野角度ディスプレイ装置 1 1 8を動かした時の慣性が小さくなり、スムーズな追従動作を行わせることができるためである。

.ただし、慣性を 1 0 0 %無くすることはできないので、必要に応じて顔面と全視野角度ディスプレイ装置 1 1 8を密着させて動かすようにするための固定ベルト等を、併せて用いるようにしてもよい。

本発明においては、重心位置をできるだけ人間の首の位置に近づける策として、イヤホン 1 2 0部と接眼光学系の重量が重たくなるので、光学系の引き回しを工夫することで、重心位置はできるだけ接眼光学系の近傍とし、重心位置を回転中心としてイヤホン及ぴ接眼光学系の 1 8 0 度反対方向に発光液晶部及ぴ電気系等の重量物を設置することで、新たなおもりを設置しなくても図 1 6に示したような首に近い位置に重心を置くことができている。なお、図 1 6においては、鼻当て部 1 1 aを設けることにより、全視野角度ディスプレイ装置 1 1の位置決めを行うようにしている。また、図 1 6に示した 1 3，は、使用者が横になつたときにおける支持部 1 3の位置を示している。

本発明の他の実施の形態の例を、図 1 7 Aに示す。両目用の光学系は人間の顔を左右に分ける軸 yを含む紙面に垂直な面対称なので、ここでは左目用の光学系のみ説明することとする。 2次元液晶デパイス 2 0 3 gを透過した光束は、色ビーム合成プリズム 2 0 4、リレー拡大光学系 2 0 5を含む光学系により眼球 2 0 9に導かれるが、図 1 7 Aに示す光学系では、その間に 4枚のミラー（2 1 3 , 2 1 6 , 2 1 7、 2 2 1 ) により偏向することで、図示したような形状の左目画像表示装置 2 1 5 Lと、右目画像表示装置 2 1 5 Rを構成している。なお、図 1 7 Bは、本光学系のミラー 2 1 7、 2 2 1のレイアウトを示すための図面である。ミラー 2 1 7、 2 2 1は図 1 7 Bに示すように、光束を上下方向に偏向するためのものであり、この画像表示装置の重心位置 GR Aが、頭部の回動中心 CNTの近くに来るようにして、回転モーメント以外の慣性力をなるベく小さくするために用いられている。また、左目画像表示装置 2.1 5 Lと右目画像表示装置 2 1 5 Rは眼幅補正機構 2 1 4により左右に移動できる構成となっている。すなわち、本発明のような、両目に独立したスクリーン画像を接眼レンズにより投影する装置においては、接眼レンズの光学的中心と眼線の中心を一致させることで、左右に発生したディストーションを同じ条件にすることができるので、両目で異なる画像を見る際に引き起こされる違和感や目の疲れを完全に取り除くことができる。しかし、人間の両眼の間隔である眼幅は個人差があり、 5. 5 c m〜7. 5 c m程度変わるため、本来観察者の眼幅に合わせて、左目画像表示装置 2 1 5 Lと右目画像表示装置 2 1 5 Rの目に入射する光線の中心位置間の距離を、眼幅補正機構 2 1 4により、変えることができるようになつている。すなわち、眼幅補正機構 2 1 4は、ミラー 2 1 3の位置を変えることにより、左目画像表示装置 1 5 Lと右目画像表示装置 2 1 5 Rの目に入射する光線の中心位置を、それぞれ独立に変更できるような機能を有している。画像表示装置 2 1 5には耳 2 1 8を挟み込む固定機構と視聴を行うためのイヤホンを兼ねた挟み込み部材 2 1 9があり、弾性部材 2 2 0により所定の力で顔を挟み込むことで顔と画像表示装置 2 1 5が固定されるように設計されている。

又、眼球 2 0 9と接眼光学系 2 0 8の間には外界からの漏れ光を遮光し、且つ眼球 2 0 9と接眼光学系 2 0 8との接触を防止するための弾性カバー 2 1 2が設置されており、臨場感 ·没入感を向上させると共に、目を傷つけないための安全機構の役割を果たしている。

以下、前述の 4枚のミラー（2 1 3， 2 1 6， 2 1 7、 2 2 1 ) の役割について説明する。 4枚のミラー（ 2 1 3， 2 1 6 , 2 1 7、 2 2 1 ) は光学系を折り曲げて小さいスペースに入れるということだけでなく、重要な意味を持っている。

.図 1 7 Aでは頭 2 1 1及ぴ首 2 1 0の断面を合わせて示し、図 1 7 B では本画像表示装置を使用したときの顔に対する位置を側方から見たところを示している。人間の頭の動きは首 2 1 0により行われているため、首 2 1 0の断面のフィールド内に頭 2 1 1の動きの回動中心があると考えることができる。仮にその点を C NTとした場合、画像表示装置 2 1 5は頭 2 1 1に固定されているので、 C NTを中心に移動する。

画像表示装置は、 4枚のミラーで図 1 7 A、図 1 7 Bに示すように、左右対称で上下方向にも重量配分を考慮したレイァゥトとされているため、画像表示装置の重心位置 G R Aが、頭部の回動中心 C NTの近くに来るようになつている。そのため、首や頭部を容易に動かしやすくなつている。

図 1 8に、本発明の実施の形態である光学系の一部を示す。この実施の形態は、画像形成用の光学素子として反射型の液晶素子を使用し、一つの光源からの光を S偏光と P偏光に分けて、それぞれの眼用に使用することにより、光量のロスなく ^射型の液晶素子を証明し、反射光を次のリレー光学系に伝達できるようにしたものである。

まず 2. 5 mm毎に穴が設置された基板 3 0 1上に白色の L ED 3 0 2を 2次元にパネル形状 (パネルが 1 6 ： 9ならば 1 6 ： 9、 4 ： 3なら 4 ： 3) に敷き詰め、一斉に照明できるような配線が行われている。ここで L ED 3 0 2は熱に弱いので、お互いの発熱により寿命が縮まらないように、所定の空気層を設けたり、廃熱層を挿入する等の工夫が行なわれている。 L ED 3 0 2から射出された白色光束は偏光ビームスプリツター 3 0 3によって P， S偏光に分離され、ロッド 3 0 4 L 1 , 3 0 4 R 1にそれぞれの光束が入るように配置されている。ロッド 3 0 4 L 1 , 3 0 4 R 1の断面は、パネル形状と相似の形状であるが、ガラス硝材ゃプラスチック硝材、又は内面をミラーにして 4面を 2対に対向させた断面が長方形形状のもので作られており、内部を光が通過するときに、内面反射を複数回行なうことで均一照明が得られる構造となっている。

ロッド 3 0 4 L 1の射出面と次の口ッド 3 0 4 L 2の入射面が共役になり、且つ偏向できるように、レンズ 3 0 6 L 1，偏向ミラー 3 0 5 L 1がそれぞれ配置されている。一般にロッドはその長さに応じて、通過する光の均一化効果が高まるので、それぞれのロッドの合計の長さを、左右の眼用の光学系でほぼ同一にしておけば、両方の均一性はほぼ等価とすることができる。次の口ット 3 0 4 L 2により更に均一性が上がつた状態で偏向ミラー 3 0 5 L 2、 3 0 7 L 1、 3 0 5 R 1、 3 0 7 R、レンズ 3 0 6 L 2 , 3 0 6 R 1により、前記ロッド 3 0 4 L 2 , 3 0 4 R 1の射出面と、反射型液晶素子からなる各パネル 3 1 0 L ( r )、 3 1 0 L ( g )、 3 1 0 L (b )、 3 1 0 R ( r )、 3 1 0 R ( g)、 3 1 0 R (b ) 面が共役になるように設置されており、均一照明が行なわれる。ここで白い矢印方向は後に示すリレー光学系につながる。ここで、元々それぞれの光束は P偏光、 S偏光なので、所定の偏光ビームスプリッタ一 3 0 7 L、 3 0 7 Rにて偏向されるように調整されている。

この光学系の作用は、左目用と右目用について同じであるので、以下の説明は左目用について行う。なお、図において左目用の構成要素には符号 Lを、右目用の構成要素には Rを付して区別している。

L ED 3 0 2からの光は、偏光ビームスプリッタ 3 0 3により P偏光と S偏光に分離される。このうち、 P偏光が左目用に使用されるものして説明を行うが、もちろん、 S.偏光が使用されるものとしても作用効果は同じである。分離された光（P偏光）は、前述のように、ロッド 3 0 4 L 1、 3 0 4 L 2を介して均一化され、偏向ミラー 3 0 5 L 2とレンズ 3 0 6 L 2を通って、偏向ビームスプリッタ 3 0 7 Lで反射され、レンズ 3 0 6 L 2とえノ4板 3 0 8 Lを介して、 RG B光束分離合成プリズム 3 0 9 Lに入射し、 R光、 G光、 B光に分離される。分離された R光、 G光、 B光は、それぞれ、反射型液晶素子からなる各パネル 3 1 0 L ( r )、 3 1 0 L ( g )、 3 1 0 L ( b ) を照明するが、前述のように、ロッド 3 0 4 L 2の射出面と、反射型液晶素子からなる各パネル 3 1 0 L ( r )、 3 1 0 L ( g)、 3 1 0 L ( b ) の面は共役になるようにされているので、各パネルの面が均一に照明される。

各パネルには、それぞれの色に対応する反射パターンが形成されるようになつており、反射された光は、 RGB光束分離合成プリズム 3 0 9 Lを通ることにより一つの光束に合成され、 λΖ4板 3 0 8 Lとレンズ 3 0 6 L 2を介して、偏向ビームスプリツタ 3 0 7 Lに入射する。その際、光束は； L 4板 3 0 8を 2回通ることにより S偏光に変換されているので、今度は偏向ビームスプリツタ 3 0 7 Lを透過して、矢印の方向にあるリレー光学系に導かれる。

もし、偏光ビームスプリッタ 3 0 7 Lの代わりにハーフミラーやハーフブリズムを使用した場合には、約半分の光量が反射と透過の際に失われるので、もともとの光量の 1 Ζ4の光量しか使用できないが、この実施の形態では、偏光ビームスプリッタ 3 0 7 Lと； L/4板 3 0 8を組み合わせて使用することにより、ほぼ全ての光量を有効に使用することができる。

さらに、各パネル 3 1 0 L ( r )、 3 1 0 L ( g)、 3 1 0 L ( b ) と、 3 1 0 R ( r )、 3 1 0 R ( g)、 3 1 0 R ( b ) に形成されるパターンを異ならせることにより、両目に異なる画像を送り、立体画像情報を提供することや、左右の眼に到達する光量を調整することも可能となる。なお、本実施の形態では、偏向ビームスプリッタ 3 0 7 Lは、 P偏光を反射し S偏光を透過するものとし、一方、偏向ビームスプリッタ 3 0 7 Rは、 S偏光を反射し P偏光を透過するものとしているが、偏向ビームスプリッタ 3 0 7 L、偏向ビームスプリッタ 3 0 7 Rのいずれ一方の前に、 S偏光と P偏光を置換する λ/ 2板を設けるようにすれば、偏向ビームスプリッタ 3 0 7 L、偏向ビームスプリッタ 3 0 7 Rとして同じ特性のものを使用することができる。

次に、図 1 9に、図 1 8に示した光学系の変形例を示す。この図においては、偏光ビームスプリッタ 3 0 3以後の光学系は、図 1 8に示したものと同じであるので、同じ構成要素には同じ符号を付してその説明を省略し、偏光ビームスプリッタ 3 0 3に至る前の光学系についてのみ説明を行う。前述の白色の L E D 3 0 2は簡単な光学系であり、省スぺース化には優れているが、 L E Dの規格により色波長条件や強度が決まつてしまうので、色具合の微調整を行なうには不具合が多い。そこで図 1 9に示す実施の形態では、 L EDをそれぞれ 3つの、 2次元配置された R— L ED群 3 0 2 ( r )、 G— L ED群 3 0 2 ( g)、 B— L ED群 3 0 2 ( b ) に分け、 RGB光束合成プリズム 3 0 9により各光束を合成した後に口ッド 3 0 4により光束のリレー、均一照明化を行っている。そしてロッド 3 0 4の射出面と、ロッド 3 04 L 1、 3 0 4 R 1の入射面を共役にするレンズ 3 0 6、方向を変更する偏向ミラー 3 0 5を追加設置している。この機構では、電圧調整により各 L ED群の強度を任意に調整できるので、画像の色調整が行い易く、更に任意の色 L EDの組み合わせを可能とすることで、更なる良好な画像を得ることができる。図 2 0は、図 1 8、図 1 9に示した光学系の後側に形成される光学系の例を示す図である。図 2 0に示す光学系は、基本的には図 1 7 Aに示した光学系と同じであるので、同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略するが、図 1 7 Aに示すように光路の折り曲げを行っていないので、図 1 7 Aに示された偏向ミラー 2 1 7、 2 2 1は用いていない。なお、図 2 0で、 2 2 2. L、 2 2 2 Rは、結像面であり、この面に図 1 8、図 1 9におけるパネル 3 1 0 L ( r )、 3 1 0 R ( r )、 3 1 0 L ( g)、 3 1 0 R ( g)、 3 1 0 L (b), 3 1 0 R ( b ) に形成された画像が投影されて結像する。

図 2 1は、 2つの 2次元発光型の光電素子（反射型液晶素子）からの合成画像を、左右の眼に投影する光学系の例を示す図である。 4 0 1は光源装置であり、例えば図 1 8の白色発光ダイオード 3 0 2、偏光ビームスプリッタ 3 0 3が内蔵されており、 P偏光と S偏光に分離された光、 2つのロッド 4 0 2に、それぞれ入射する。一方の光学系と他方の光学系についてはほぼ同じであるので、以後の説明においては、同じ構成部品については同じ符号を付して、一方の光路（光源装置 4 0 1から' 上方に進むもの）についてのみ説明し、左右の眼で異なる部分についてはその都度説明を加える。

ロッド 4 0 2を出た光は、偏向プリズム 4 0 3で偏向され、ロッド 4 0 4を通った後、 2つの偏向プリズム 4 0 5 , 4 0 6で光束の進行方向が逆転され、ロッド 4 0 7を通った後、偏向プリズム 4 0 9で偏向されて、偏光ビームスプリッタ 4 1 0で反射されて、画像形成部 4 1 1に入射する。画像形成部 4 1 1は、例えば図 1 8の 3 0 8 L、 3 0 9 L、 3 1 0 L ( r )、 3 1 0 L ( g)、 3 1 0 L ( r ) のような光学素子からなり、入射した光を、反射型液晶素子のパターンに応じて反射する。反射された光は、偏光ビームスプリッタ 4 1 0を透過し、ズーム光学系 4 1 2により適当な倍率とされる。

一方、他方の光路にあるズーム光学系 4 1 2を出た光は偏向プリズム 4 1 3で光路を折り曲げられる。一方の光路にあるズーム光学系を出た光は直進して、共にハーフプリズム 4 1 4に入射して、他方の光路を進んできた光束と合成され、合成された光束のうち左眼用のものは、偏向プリズム 4 1 5、光路長調整機構 4 1 6を通ってスクリーン 4 1 7に投影され、接眼光学系 4 1 8を通して左眼に投影される。一方、合成された光束のうち左眼用のものは、偏向プリズム 4 1 9、 4 2 0を介してスクリーン 4 1 7に投影され、接眼光学系 4 1 8を通して左眼に投影される。

ズーム光学系 4 1 2からスクリーン 4 1 7に至る光学系は、図 1 3 C、図 1 3 Dに示した光学系と比較すると、偏向プリズムの位置が異なり、透過型液晶素子の代わりに反射型液晶素子が使用され、その結像面がズーム光学系 4 1 2の物面となっている点が異なる。しかし、その他は、図 1 3 C、図 1 3 Dに示したものと本質的に同じであり、かつ、接眼光学系は、図 1 A等において説明したものと同じであるので、その説明を省略する。

なお、ズーム光学系 4 1 2における可変倍率比は、それほど大きくしないようにすることが好ましい。すなわち、ズーム光学系においては、最大倍率と最小倍率の両方で収差を抑える必要があり、可変倍率比が大きいと、そのために開口数（N A ) を小さくする必要がある。開口数が小さくなると、スクリーン 4 1 7に投影したときに、スクリーンの粗さが目立つようになる。開口数を大きくするとスクリ一ンの粗さが目立たなくなるので、ズーム光学系 4 1 2における可変倍率比を小さくして、その分開口数を大きくすることが望ましい。これは、今まで述べたすべての光学系におけるズーム光学系について共通する事項である。

図 2 2は、左右の眼用にそれぞれ設けられた 2次元発光型の光電素子 (反射型液晶素子）から左右の眼に画像を投影するための光学系の概要を示す図であり、図 2 0に示したズーム光学系、接眼光学系に対応する光学系を有するものである。図 2 2において、図 2 1に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略する。この例においては、左右の画像形成部 4 1 1により形成された画像は、別々に対応する左右の眼に投影される。光路長調整機構 4 1 6が左右の眼用の

訂正された用紙 (H 両方に設けられていること、偏向プリズム 4 2 1が設けられていること、ハーフプリズム 4 1 4による画像の合成がないこと以外は、図 2 1に示す光学系に類似であり、特に詳しい説明を要しないであろう。

図 2 1や図 2 2に示すような光路折り曲げ、折り返し光学系を使用することにより、装置全体をコンパクトに形成できる。

以上説明したように、本発明によれば、人間が見る視界に近い、大きな視界角度を有する高解像、高輝度、良質の動画を提供することが可能となる。本発明による効果の大半は発明の形態を説明する際に行っているので、ここでは更なる効果を説明する。まず接眼光学系についてであるが、コーニック定数 kを kく 0にすること、即ち双曲面、放物線もしくは楕円面を有する凸レンズを瞳位置（水晶体）近傍に配置し、'貼り合せレンズをスクリーン近傍に配置する構造としているので、 ± 2 2 . 5。以上の広視野角画像でも色収差を含む諸収差を大幅に改善した高画質画像を提供することができている。ここではコーニック定数 kを kく 0にした場合、双曲面、放物線もしくは楕円面のように考えられるが、一般に非球面は回転対称 2次曲面であり、その曲面 Z ( r ) を回転対称 2次曲面として、 c : 曲率、 r 2 = x 2 + y 2、 A， B， C， D， E , F， G , H , Jを非球面係数（偶数次）として、

Z(r) + CV⁸

+ D-r^w + E'r¹² + FT¹⁴ + GT¹⁶ + H-r + J.r²⁰

で表し、 kはコーニック定数として、 kく 0である任意の定数 A , B， C , ひ， E， F , G， H , Jを組み込んだレンズ面も考えられる。本発明ではこれらの式を使用した回転対称 2次曲面も含めたものを指している。 .

また、上記組み合わせは眼が視界を広げるためにキヨロキヨ口する動作時にも十分であり且つ鮮明な画像を提供することが可能となる。これは、人間の眼が一つの動作を連続的に行うことで、眼の機能が次第に追従できなくなって「疲れ」を覚えることに対する回避の上で重要な動作であり、その「キヨ口キヨ口」の回避動作時に視界を提供する本発明の実施の形態は、「疲れ」を感じさせないためには重要な役割を担うことになる。

次にズーム機構であるが、これは V E酔いを改善するのにも一役買つている。通常のコンテンツは広視野画像で出力されることを想定していないので、画像を取り込むビデオカメラを固定位置に設置せず、画像効果のために、色々な方向に向けながら映像をとる力ズームを乱用することが多い。通常の 1 0〜 5 0ィンチテレビ画像相当のディスプレイならば全く問題ないが、本発明による 6 0 ° 以上（ 1 0 0インチ相当）の画面では『自己運動知覚：「自分が動いているような錯覚」を生じ，平衡の感覚に影響する。広範囲の視野に情報を与える動きのある映像は平衡感覚に影響し，映像による視覚情報と体性感覚情報のミスマッチにより不快 ·酔いを生じることがある。』症状を引き起こす可能性がある。しかし、固定されたカメラによる風景や遠方の 6 0 ° 以上（ 1 0 0ィンチ相当）の無限遠広視野画像は、実際に近い画像であり、臨場感あふれ、視差無く自然な立体感も得られるので、リラクゼーションや目の疲労回復に大きな効果がある。

よって画像表示装置としては、コンテンッの解像度のみでなく、どのような内容の画像かによつても、ズーム機構を用いて調整することで、快適な画像情報を得ることができる。そのため、ズーム機構としては自己運動知覚が発生する可能性の高い 6 0 ° 以上（ 1 0 0インチ相当）の無限遠広視野画像から自己運動知覚が発生し難い 3 0 ° 以下（5 0インチ相当）の画像まで約 2倍以上のズーム機構を有していることが望ましい。

また、現状存在する D V D、ビデオ、 B S画像等のコンテンツは画角が決まっており、広い視界ではなく、その画質に応じた画面の大きさが望ましい。すなわち、むやみに画角を拡大すると、画素の荒さが目で確認できてしまい、大画面が得られるメリットよりも、画質の悪さが気になってしまうデメリットの方が大きくなる。よって、本実施の形態においては、それらのコンテンツに対する最適な画角にズーム機構を用いて設定し高画質を常に得られるようにしている。画像のドットサイズを考慮すると、視野角で土 1 8 ° 〜土 6 0 ° 程度の約 4〜 5倍のズーム機構があることが望ましい。

更に、本発明の実施の形態では、上記の表示装置を左右眼球に対し、少なくとも.一方に配置する構造や、前記表示装置を、左右眼球に対し別々に配置し、眼球の間隔に応じて位置を調整可能とするような、あらゆる構造を提像することが可能なので、用途に合わせた幅広い活用方法が考えられる。これは前述の眼幅に合わせた光学系シフト、ズーム機構だけでなく、スクリーンと人間の目の間にある接眼光学系の一部若しくは全体をフォーカス方向に両接眼系別々に移動できる構成を取ることで、近視、遠視、乱視.の方全てにメガネゃコンタクトを付けること無く良好な無限遠像を見てもらうことが可能となる。更に、スクリーンと接眼光学系間の相対距離を近づけることで、画像内容に合わせた近い物体を見るような条件にもすることができるので、より一層の臨場感を得ることができる。この場合、スクリーン Gには、光軸方向に駆動力を与える駆動機構が設けてあればよく、更にズーム光学系は、液晶表示素子からスクリーン Gに投影する距離の変化に応じて、焦点位置を可変させるピント合わせ機構を具備していれば.よい。

更に、前記光電素子は光束方向に直交した 2次元発光型の液晶表示素子を導入しており、細かい分解能、低消費電力でより本当の視界に近い画像情報を提供することができる。発光部分については高輝度 L E D若しくは冷陰極管を使用しており、低消費電力、寿命、大きさの面で大きな効果を生む。更に、光ファイバ一を用いることで少ないスペースで輝度の高い均一照明を実現できているが、元々赤色 '緑色 '青色の光源には照度の違いや指向角度の違い等があり、これらを同じ条件の照度に整えるためにも、光ファイバ一を使用する効果は大きい。

但し、ここで 2次元発光型の液晶表示装置から出力される光量が決まつてしまった場合、ズーム光学系及ぴハーフミラーによる 2つの画面合成にて倍率の違いによる照度の差が発生してしまう可能性がある。そこで本発明としては、上述の光源に与える電流値を、画面合成時の倍率の差に応じて可変とすることで、前記高輝度 L E D若しくは冷陰極管自体の照度を倍率可変に応じて制御し、合成画像の照度に大きな差異が発生しないよにしている。但し、電流可変による照度可変は熱分布の変化になり、発光波長自体が変化し、色のバランスが取れなくなる可能性もある。そこで、光源に与える電流値を可変にするのではなく、合成するそれぞれの画像の光源を十分明るくし、それぞれの画像の照度の調整は、ズーム光学系の瞳面近傍に開口絞り S T Oを設置し、倍率可変に応じて光量を可変するように制御している。また、光量に余裕がある場合は偏光板を 2枚組み合わせて、その回転角度を変えることで倍率可変に応じて制御しても良いが、 3色ビームスプリツター 1 6 2では各色毎に偏光特性を持つので、 1 Z 4板等を用いて偏光特性を無くしておくのが望ましい。

更に、本発明では上記構成により、図 2 3の全視野角度ディスプレイ装置 1 1 8自体で大きな電力を食うことが無い。そこで外部情報を取り込む、 B S · 1 1 0度 C Sアンテナ入出力端子、電話回線端子、 V H F /UHFアンテナ入出力端子、音声入出力端子、画像入出力端子、 S画像入出力端子、 D (D 1 /D 2/D 3/D 4) 映像入出力端子、光デジタル音声出力端子、 i . L I NK端子、アナログ R G B入出力端子、 D C入力端子の付いた接続系を全て全視野角度ディスプレイ装置 1 1 8自体と切り離し、画像合成 ·変換装置 1 2 1に設置している。そして、 D VD、テレビ、コンピュータ等の外部情報からの前記端子による入力データを全て赤外線データに変換し、赤外線発信部から前記全視野角度デイスプレイ装置 1 1 8の赤外線受光部で受け、画像及び音声データに変換後にディスプレイ上に画像情報を提供する構成としている。また、全視野角度ディスプレイ装置 1 1 8への供給電力はバッテリーを組み込み、未使用時に振動防止型関節棒 1 1 6を介して充電する構成にすることで、全視野角度ディスプレイ装置 1 1 8には有線部分が無くなる。よって、本体より取り外し、全視野角度ディスプレイ装置支持機構 1 7 0を複数設置してある任意の位置に自由に持ち運びできる構成にすることもでき ¾₀

以上のように本発明では高画質の広域像を画像情報として取り込むことが可能であり、これを利用して色々な組み合わせを考えることで、ゥヱアラブルディスプレイゃゥヱアラブルコンピュータを越えた、本格的な情報入出力装置を提供することが可能となる。更に、同広域像画像を有効に利用する、新しい感覚のゲームソフトや広域像 DVD、広域像ビ ' デォテープの販売、更には、バーチャルリアリティの本格的システム提供が可能となる。

本発明は、メガネ型ディスプレイ保持方法、頭部保持型ディスプレイ保持方法は勿論、映画館や飛行機の椅子、リラクゼーション用椅子、寝たきり老人看護用ベット等に直接設置することで、重量や装着による不 • 快感を開放した機構として提供することも可能となる。特に、動きの制限を受けている病人や寝たきり老人への臨場感溢れる画像の提供は、大きなリラクゼーション効果があり、病気回復の活力や、生きる活力を与えられると言う点でもその市場性は大きい。

以上の内容を整理すると、本発明を利用する場合、それぞれ次のような市場性が期待できる。

重量、疲労感を感じさせない大画面パソコン、 C A D *映画館、プロジェクタ一に替わる大画面ディスプレイ ·臨場感溢れる 3 D大画面画像の提供 ·前記ビデオ機構からの画像をインターネット受信 ·寝たきり老人、病人への臨場感ある画像の提供，リラクゼーション画像表示ディスプレイ '新しい感覚の T Vゲーム画像の提供 '狭い空間での大画面画像の提供 ·機密性が高い情報の個人向け表示システム ·パーチヤルリァリティディスプレイ ·遠隔操作が可能な大画面ディスプレイ ·広い画面でのデジタル新聞受信システム ·飛行機等の 1 s t クラスでのリラクゼ一ションサービス ·視力の悪くならない教育教材 · アミユーズメント施設での新たなディスプレイゲーム等が考えられる。

Claims

請求の範囲

1 . 光束放出方向に直交した 2次元発光型の第 1光電素子から放出された光を、リレー光学系を介して左右両目に対し独立した第 1、第 2の光拡散体に投影し、同光拡散体の透過像をそれぞれに対応した第 1、第 2の接眼光学系を介して視野角 ± 2 2 . 5 ° 以上の広域像で眼球内の網膜上に投影し結像させる画像表示装置であって、前記第 1、第 2光拡散体像の中心間距離は 5 . 5 〜 7 . 5 c m内であり、前記第 1、第 2の接眼光学系は、それぞれ眼球の水晶体から 1枚又は複数枚の凸レンズ、貼り合せレンズの順で少なくとも 2枚のレンズで構成され、前記凸レンズのレンズ面の内少なくとも 1面がコーユック定数 K < 0のコーニック面であり、かつ、前記貼り合せレンズの貼り合せ部は前記光拡散体側に凸面とされ、かつ、前記貼り合せレンズの色分 thま前記光拡散体側のレンズの方が大きくされていることを特徴とする画像表示装置。

2 . 光束放出方向に直交した 2次元発光型の第 1光電素子から放出された光を、リレー光学系を介して左右両目に対し独立した第 1、第 2の光拡散体に投影し、同光拡散体の透過像をそれぞれに対応した第 1、第 2の接眼光学系を介して視野角土 2 2 . 5 ° 以上の広域像で眼球内の網膜上に投影し結像させる画像表示装置であって、前記第 1、第 2光拡散体像の中心間距離は 5 . 5 ~ 7 . 5 c m内であり、前記第 1、第 2の接 - 眼光学系は、それぞれ眼球の水晶体から 1枚又は複数枚の凸レンズ、貼り合せレンズの順で少なくとも 2枚のレンズで構成され、前記凸レンズのレンズ面の内少なくとも 1面がコーニック定数 K < 0のコーニック面であり、かつ、前記貼り合せレンズの貼り合せ部は前記光拡散体側に凹面とされ、かつ、前記貼り合せレンズの色分散は前記光拡散体側のレンズの方が小さくされていることを特徴とする画像表示装置。

3 . 光束放出方向に直交した 2次元発光型の第 1光電素子から放出された光を、リレー光学系を介して左右両目に対し独立した第 1、第 2の光拡散体に投影し、同光拡散体の透過像をそれぞれに対応した第 1、第 2の接眼光学系を介して視野角 ± 2 2 . 5 ° 以上の広域像で眼球内の網膜上に投影し結像させる画像表示装置であって、前記第 1、第 2光拡散体像の中心間距離は 5 . 5〜 7 . 5 c m内であり、前記第 1、第 2の接眼光学系は、それぞれ眼球の水晶体から 1枚又は複数枚の凸レンズ、貼り合せレンズの順で少なくとも 2枚のレンズで構成され、前記凸レンズのレンズ面の内少なくとも 1面がコーニック定数 Kく 0のコーユック面であり、かつ、前記貼り合せレンズの貼り合せ部は少なくとも 2箇所あり、前記光拡散体 fc近い貼り合せ面が、前記光拡散体側に四面とされ、もう一方の貼り合せ面は、前記光拡散体側に凸面とされ、前記貼り合せ部真ん中のレンズの色分散は、両サイドのレンズの色分散よりも大きくされていることを特徴とする画像表示装置。

4 . 光束放出方向に直交した 2次元発光型の第 1光電素子から放出された光を、リレー光学系を介して左右両目に対し独立した第 1、第 2の光拡散体に投影し、同光拡散体の透過像をそれぞれに対応した第 1、第 2の接眼光学系を介して視野角 ± 2 2 . 5。以上の広域像で眼球内の網膜上に投影し結像させる画像表示装置であって、前記第 1、第 2光拡散体像の中心間距離は 5 . 5〜 7 . 5 c m内であり、前記第 1、第 2の接 ' 眼光学系は、それぞれ眼球の水晶体から 1枚又は複数枚の凸レンズ、貼り合せレンズの順で少なくとも 2枚のレンズで構成され、前記凸レンズのレンズ面の内少なくとも 1面がコーニック定数 K < 0のコーニック面であり、かつ、前記貼り合せレンズの貼り合せ部は少なくとも 2箇所あり.、前記光拡散体に近い貼り合せ面が、前記光拡散体側に凸面とされ、もう一方の貼り合せ面は、前記光拡散体側に凹面とされ、前記貼り合せ部真ん中のレンズの色分散は両サイドのレンズの色分散より小さくされていることを特徴とする画像表示.装置。

5 . 前記凸レンズのレンズ面の内少なくとも 1面がコ一二ック定数 K く一 1のコーニック面であることを特徴とする請求の範囲第 1項から第 4項のうちいずれか 1項に記載の画像表示装置。

6 . 光束放出方向に直交した 2次元発光型の第 1光電素子から放出された光を、リレー光学系を介して左右両目に対し独立した第 1、第 2の光拡散体に投影し、同光拡散体の透過像をそれぞれに対応した第 1、第 2の接眼光学系を介して視野角 ± 2 2 . 5 ° 以上の広域像で眼球内の網膜上に投影し結像させる画像表示装置であって、前記第 1、第 2光拡散体像の中心間距離は 5 . 5〜 7 . 5 c m内であり、前記第 1、第 2の接眼光学系は、それぞれ眼球の水晶体から 1枚又は複数枚の凸レンズ、 .貼り合せレンズの順で少なくとも 2枚のレンズで構成され、前記貼り合せレンズの貝占り合せ部は前記光拡散体側に凸面とされ、かつ、前記貼り合せレンズの色分散は前記光拡散体側のレンズの方が大きくされ、さらに、前記拡散体は前記貼り合せレンズ方向に凹面形状の曲面とされていることを特徴とする画像表示装置。

7 . 光束放出方向に直交した 2次元発光型の第 1光電素子から放出された光を、リレー光学系を介して左右両目に対し独立した第 1、第 2の光拡散体に投影し、同光拡散体の透過像をそれぞれに対応した第 1、第 ' 2の接眼光学系を介して視野角 ± 2 2 . 5 ° 以上の広域像で眼球内の網膜上に投影し結像させる画像表示装置であって、前記第 1、第 2光拡散体像の'中心間距離は 5 . 5〜 7 . 5 c m内であり、前記第 1、第 2の接眼光学系は、それぞれ眼球の水晶体から 1枚又は複数枚の凸レンズ、貼り.合せレンズの順で少なくとも 2枚のレンズで構成され、前記貼り合せレンズの貼り合せ部は前記光拡散体側に凹面とされ、かつ、前記貼り合せレンズの色分散は前記光拡散体側のレンズの方が小さくされ、さらに、前記拡散体は前記貼り合せレンズ方向に凹面形状の曲面とされていることを特徴とした画像表示装置。

8 . 前記凸レンズのレンズ面の内少なくとも 1面がコ一二ック定数く 0のコーニック面であることを特徴とする請求の範囲第 6項又は第 7 項に記載の画像表示装置。

9 . 前記凸レンズのレンズ面の内少なくとも 1面がコーニック定数 K <一 1のコーニック面であることを特徴とする請求の範囲第 8項に記載の画像表示装置。

1 0 . 前記第 1、第 2の接眼光学系の光学的中心及び前記第 1、第 2 の光拡散体への投影画像中心の間隔が、眼幅と等しくなるように、これら 2個の接眼光学系及び投影画像中心の間隔が調整可能とされていることを特徴とする請求の範囲第 1項から第 4項、第 6項、第 7項のうちいずれか 1項に記載の画像表示装置。

1 1 . 前記リレー光学系が、前記第 1光電素子の前記拡散体への投影倍率を可変とするものであり、前記光拡散体へ入射する各光束の主光線は、は拡大からび縮小の段階で、拡散の方向から収束の方向へ変化する非テレセントリックであり、かつ、前記拡散体から放出され、前記眼球の瞳まで達する主光線は、前記拡散体から放出されるときに収束方向に傾いていることを特徴とする請求の範囲第 1項から第 4項、第 6項、第 ' 7項のうちいずれか 1項に記載の画像表示装置。

1 2 . 前記光を拡散する光拡散体が、金属酸化物や金属炭化物のミク口ングレードで精密に粒径が管理された砥粒を透過板上にコーティングした透過型拡散板であることを特徴とする請求の範囲第 1項から第 4項第 6項、第 7項のうちいずれか 1項に記載の画像表示装置。

1 3 . 前記砥粒が、シリコンカーバイド、酸化クロム、酸化スズ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムのうちの少なくとも一つであり、前記透過板はポリエステルフィルムであることを特徴とする請求の範囲第 1 2項に記載の画像表示装置。

1 4 . 前記第 1光電素子と光束が直交するように設置された 2次元発光型の第 2光電素子を有すると共に、前記第 1光電素子から放出された光を前記光拡散体へ投影する前記リレー光学系の中に、前記第 1、第 2 の光拡散体に光束を分割して導く光分割器を有し、前記光分割器には、前記第第 2光電素子からの光束が、前記第 1光電素子から放出された光束と直交して入射するようにされ、かつ、前記光分割器は、前記第 1光電素子、前記第 2光電素子からの光を分割すると共に、分割された前記第 1光電素子と前記第 2光電素子の光束を合成して、それぞれ、前記第 1、第 2の光拡散体に導く機能を有することを特徴とする請求の範囲第 1項から第 4項、第 6項、第 7項のうちいずれか 1項に記載の画像表示装置。

1 5 . 前記第 1光学素子から射出された光束が、ミラーで反射されて使用者の眼に至るまでのミラーの反射回数と、前記第 2光学素子から射出された光束が、ミラーで反射されて使用者の眼球に至るまでのミラーの反射回数との差が、 0又は偶数であることを特徴とする請求の範囲第 1 4項に記載の画像表示装置。

1 6 . 前記第 1光電素子から射出された光束が、ミラーで反射されて ' 使用者の右眼に至るまでのミラーの反射.回数と、ミラーで反射されて使用者の左眼に至るまでのミラーの反射回数との差が、 0又は偶数であり、かつ、前記第 2光電素子から射出された光束が、ミラーで反射されて使用者の右眼に至るまでのミラーの反射回数と、ミラーで反射されて使用者の左眼に至るまでのミラの反射回数との差が、 0又は偶数であることを特徴とする請求の範囲第 1 4項に記載の画像表示装置。

1 7 . 前記第 1、第 2の接眼光学系の光学的中心及び前記第 1、第 2 の光拡散体への投影画像中心の間隔が、眼幅と等しくなるように、これら 2個の接眼光学系及び投影画像中心の間隔が調整可能とされ、かつ、これら 2個の接眼光学系及び投影画像中心の間隔を調整した場合に、前記第 1光電素子から使用者の眼に至る光学距離、及び前記第の光学素子から使用者の眼に至る光学距離が、それぞれ変化しないように調整する、光学距離調整機構が設けられていることを特徴とする請求の範囲第 1 4 項に記載の画像表示装置。

1 8 . 前記第 1光電素子から放出された光を前記光拡散体へ投影する前記リレー光学系が、前記光拡散体に投影する光束の前記拡散体への投影倍率を可変とするものであり、かつ、倍率を変化させた際の前記第 1 光電素子及び、前記第 2光電素子からそれぞれ前記拡散体に投影された画面の照度をほぼ一致させるための照度可変機構を有していることを特徴とする請求の範囲第 1 4項に記載の画像表示装置。

1 9 . 前記第 1光電素子は透過型又は反射型の液晶デバイス素子であり、 G， B， Rの色に応じた 3枚の液晶素子と当該液晶素子を照明する照明系を有し、当該照明系は G， B , Rの発光 L E Dの出力を均一化する均一化光学系であることを特徴とする請求の範囲第 1項から第 4項、第 6項、第 7項のうちいずれか 1項に記載の画像表示装置。

2 0 . 前記均一化光学系は高輝度 L E Dをそれぞれ G， B , Rの L E ' D毎に複数個有し、これら複数個の L E D発光部よりの光を、光フアイバーを用いて集光し、集光した光で前記液晶素子を照明することを特徴とする請求の範囲第 1 9項に記載の画像表示装置。

2 1 . 前記第 1光電素子は透過型又は反射型の液晶デバイス素子であり.、 G , B , Rの色に応じた. 3枚の液晶素子と当該液晶素子を照明する照明系を有し、当該照明系は G， B , Rの冷陰極管であることを特徴とする請求の範囲第 1項から第 4項、第 6項、第⁷項のうちいずれか 1項に記載の画像表示装置。

2 2 . 前記均一化光学系は冷陰極管をそれぞれ G， B， Rの色毎に複数個有し、これら複数個の冷陰極管よりの光を、光ファイバ一を用いて集光し、集光した光で前記液晶素子を照明することを特徴とする請求の範囲第 2 1項に記載の画像表示装置。 '

2 3 . 前記画像表示装置の少なくとも一部が、使用者以外の部分に支持されており、前記使用者の顔面にも接触し、前記使用者の顔面の動きに応じて移動可能とされていることを特徵とする請求の範囲第 1項から第 4項、第 6項、第 7項のうちいずれか 1項に記載の画像表示装置。

2 4 . 左右両方の眼球に対応して、少なくともそれぞれ独立した部分を有する光学系を有し、画像を前記左右のそれぞれの眼球内に投影させる画像表示装置であって、前記光学系の独立した部分は、前記眼球側から 1枚又は複数枚の凸レンズ、貼り合わせレンズの順で少なくとも 2枚のレンズで構成され、前記凸レンズうち最も眼球側の凸レンズの眼球から遠い方の面は、コーニック定数 Kく 0のコーニック面とされていることを特徴とする画像表示装置。

2 5 . 前記貼り合わせレンズは、前記光学系の独立した部分の、最も前記画像を形成する画像形成面側に設けられていることを特徴とする請求の範囲第 2 4項に記載の画像表示装置。

' 2 6 . 請求の範囲第 1項から第 4項、 ^第 6項、第 7項のうちいずれか 1項に記載の第 1光電素子の代わりに、 2個の光束放出方向に直交した 2次元発光型光電素子を有し、前記第 1光電素子から放出された光を前記リレー光学系を介して左右両目に対し独立した前記第 1、第 2の光拡散体に投影する代わりに、前記 2個の光電素子から放出された光を、それぞれ前記リレー光学系を介して左右両目に対し独立した前記第 1、第 2の光拡散体に投影するようにしたことを特徴とする画像表示装置。 2 7 . 前記第 1、第 2の接眼光学系の光学的中心及び前記第 1、第 2 の光拡散体への投影画像中心の間隔が、眼幅と等しくなるように、これら 2つの接眼光学系及び投影画像中心の間隔が調整可能とされ、かつ、これら 2つの接眼光学系及び投影画像中心の間隔を調整した場合に、前 IS 2個の光電素子から使用者の眼に至る光学距離が、それぞれ変化しないように調整する、光学距離調整機構が設けられていることを特徴とする請求の範囲第 2 6項に記載の画像表示装置。

2 8 . 前記 2個の光電素子から放出された光を前記光拡散体へ投影する前記リレー光学系が、前記光拡散体に投影する光束の前記拡散体への投影倍率を、それぞれ可変とするものであり、かつ、倍率を変化させた際の前記 2つの光電素子からそれぞれ前記拡散体に投影された画面の照度をほぼ一致させるための照度補正機構を有していることを特徴とする請求の範囲第 2 6項に記載の画像表示装置。

2 9 . 2個の、光束放出方向に直交した 2次元発光型の光電素子から放出された光を、それぞれリレー光学系を介して左右両目に対し独立した第 1、第 2の光拡散体に投影し、同光拡散体の透過像をそれぞれに対応した第 1、第 2の接眼光学系を介して視野角 ± 2 2 . 5 ° 以上の広域像で眼球内の網膜上に投影し結像させる画像表示装置であって、前記 2 個の 2次元発光型の光電素子が反射型の液晶デバイス素子であり、 1個 ' の光源と、当該光源より放出された光を. P偏光と S偏光に分離する第 1 の偏光ビームスプリッタと、 P偏光と S偏光をそれぞれ、前記 2個の 2 次元発光型の光電素子に導いて前記 2次元発光型光電素子を照明し、その反射光を前記リレー光学系に導く光学系を有し、当該光学系は、前記 P偏光、 S偏光を、第 2の偏光ビームスプリッタと λ Ζ 4板とを介して、前記 2次元発光型の光電素子に導き、その反射光を前記 λ Ζ 4板と第 2 の偏光ビームスプリッタとを介して前記リレー光学系に導くものであることを特徴とする画像表示装置。

3 0. 2組の、光束放出方向に直交した 2次元発光型の光電素子から放出された光を、それぞれリレー光学系を介して左右両目に対し独立した第 1、第 2の光拡散体に投影し、同光拡散体の透過像をそれぞれに対応した第 1、第 2の接眼光学系を介して視野角 ± 2 2. 5° 以上の広域像で眼球内の網膜上に投影し結像させる画像表示装置であって、前記 2 組の 2次元発光型の光電素子が、それぞれ R, G, B光に対応した 3個の反射型の液晶デバイス素子からなり、 1個の光源と、当該光源より放出された光を P偏光と S偏光に分離する第 1の偏光ビームスプリッタと、 P偏光と S偏光をそれぞれ、前記 2組の 2次元発光型の光電素子に導いて前記 2次元発光型光電素子を照明し、その反射光を前記リレー光学系に導く光学系を有し、当該光学系は、前記 P偏光、 S偏光を、第 2の偏光ビームスプリッタとえノ 4板と、 RG B光束分割合成プリズムを介して、 R, G, B光に対応した前記 2次元発光型の光電素子に導き、その反射光を、前記 RGB光束分割合成プリズム、前記； IZ4板と第 2の偏光ビームスプリッタとを介して前記リレー光学系に導くものであることを特徴とする画像表示装置。

3 1. 前記光源が複数の白色 L EDをアレイ状に複数 2次元配置したものであることを特徴とする請求の範囲第 2 9項又は第 3 0項に記載の ' 画像表示装置。

3 2. 前記光源が、それぞれアレイ状に複数 2次元配置された、 R色 L Eひ、 G色 L ED群、 B色 L ED群と、これらから発光される光を合成する RGB光束合成プリズムを有することを特徴とする請求の範囲第 2.9項又は第 3 0項に記載の画像表示装置。

3 3. 前記光源より放出された光を、前記 2次元発光型の光電素子に導く光学系が、照明均一化手段を有することを特徴とする請求の範囲第

2 9項又は第 3 0項のうちいずれか 1項に記載の画像表示装置。

3 4 . 前記照明均一化手段が少なくとも一つのロッドであり、前記口ッドの最終射出面と前記 2次元発光型の光電素子の面が、ほぼ共役とされていることを特徴とする請求の範囲第 3 3項に記載の画像表示装置。