WO2019082540A1 - 頭部装着型表示装置 - Google Patents

頭部装着型表示装置

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WO2019082540A1
WO2019082540A1 PCT/JP2018/033872 JP2018033872W WO2019082540A1 WO 2019082540 A1 WO2019082540 A1 WO 2019082540A1 JP 2018033872 W JP2018033872 W JP 2018033872W WO 2019082540 A1 WO2019082540 A1 WO 2019082540A1
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axis
mounted display
head mounted
head
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PCT/JP2018/033872
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田中　真人
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株式会社島津製作所
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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    • B64D10/00—Flight suits
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    • G02B2027/0134—Head-up displays characterised by optical features comprising binocular systems of stereoscopic type

Definitions

  • the present invention relates to a display device that displays image information and the like as a virtual image in front of the user's eyes, and more particularly to a head-mounted display device that a user wears on his head and uses.
  • HMD helmet mounted display
  • CTR cathode ray tube
  • LCD liquid crystal display
  • visor shield
  • the visor In helmets for aircraft (mainly military aircraft), the visor is usually spherical in shape, unlike general motorcycle helmets. This is that machining with the highest dimensional accuracy, that is, the spherical shape is the easiest when producing a visor with as small distortion as possible, and the spherical shape ensures high strength against a large external force due to acceleration. It is assumed that it is easy to do, etc. Therefore, in an HMD for aircraft, an optical system is configured to reflect display light at a visor that is a spherical shape.
  • FIG. 7 is a schematic configuration view of an optical system including a visor in a conventional HMD, in which (a) is a schematic longitudinal sectional view and (b) is a schematic transverse sectional view.
  • a sphere-shaped visor 100 whose cross section is a part of a circular shape covers the head of the user H, and slides up and down to a helmet (not shown) whose front of the user H is open. It is attached as possible.
  • An inner surface of the visor 100 facing the user H is a reflective surface 100a, and a reflective layer which reflects a part of display light and transmits a part of light coming from the outside is formed on the reflective surface 100a. ing.
  • Display light emitted from the image display unit 101 forming a display image is projected by the projection optical system 102 on a predetermined area of the reflective surface 100 a of the visor 100. Then, the reflected light reaches the eyes EL, ER of the user H. Further, part of the light from the outside that has passed through the visor 100 also reaches the eyes EL, ER of the user H. As a result, a virtual image is formed by the display image so as to be superimposed on the external scene in front of the user H (see Patent Document 1 and the like). As described in Patent Document 1, normally, the projection optical system 102 collimates the display light emitted from the image display unit 110 and projects the display light on the reflection surface of the visor 100. In FIG. 7, the optical axis of the luminous flux of the display light is indicated by an alternate long and short dash line.
  • the reflecting surface 100a of the visor 100 which has a circular cross-section, has an upper side of the visor 100 outside with respect to an axis extending horizontally forward of the line of sight of the user H. It is arranged in the inclined state to the side.
  • the occurrence of astigmatism can not be avoided, and the more the display light passes through the position away from the optical axis, that is, the farther it is from the center of the display image, the greater the influence of the aberration and the image becomes blurred. I will.
  • aberrations increase, and thus, in the HMD with such a conventional configuration, there is a problem that it is difficult to widen the field of view of the display image.
  • HMDs for aircrafts often display information that is extremely important for the user in maneuvering, and therefore high visibility is required for display images in a wide field of view. It is difficult to meet such requirements with the above-described conventional HMD.
  • the present invention has been made to solve these problems, and in a head-mounted display device for projecting a display image onto a visor disposed in front of the user's eye, astigmatism is reduced to reduce the display image.
  • the main purpose is to achieve a wide view and high visibility.
  • the present invention which has been made to solve the above-mentioned problems, includes a support mounted on the head of the user, a visor supported by the support so as to be disposed in front of the user, and a display image A display unit to be formed, and a projection optical system for projecting display light including the display image by the display unit as information onto a reflection action surface of the visor, wherein the display image is displayed in an external scene viewed through the visor A head mounted display formed by superimposing a virtual image by
  • the visor has a shape in which reflecting surfaces of aspherical shapes that bulge outward independently corresponding to the user's left and right eyes are connected between the user's left and right eyes,
  • the display unit and the projection optical system are respectively provided corresponding to the left and right reflecting surfaces of the visor.
  • the support is, for example, a helmet or a headgear.
  • Patent Document 1 the visor in the conventional general head-mounted display device is centered on a vertical line drawn to an intermediate position between the user's left and right eyes facing horizontally forward. It has a spherical shape.
  • Patent Document 2 discloses a head-mounted display using a coaxial optical system combining a visor with spherical reflecting surfaces that are independent of each other in front of the left and right eyes and a flat beam splitter. An apparatus is disclosed. It is advantageous to widen the field of view by making the reflecting surface correspond to the left and right eyes respectively.
  • two elements of a visor and a beam splitter are disposed in front of the eye, so the visibility of the scene in the outside world is reduced.
  • the display light is reflected by the beam splitter and the reflected light from the visor is transmitted, the light utilization efficiency is low, and the luminance of the display light is lowered. Furthermore, there is a method of adding a quarter-wave plate and utilizing its polarization characteristic to improve the utilization efficiency of light, but the number of elements placed in front of the eye increases and the visibility of the external world is further increased. There is a problem that it falls.
  • the reflecting surface of the visor is made independent corresponding to the front of the user's left and right eyes,
  • the shape of the reflective surface is aspheric to be connected and integrated between the left and right eyes.
  • the beam splitter disposed in front of the eye is eliminated, and the number of elements disposed in front of the eye is reduced.
  • projection light systems that are different from each other are separately provided from the display parts provided independently on the left and right. It illuminates the reflective surface of both eyes through That is, the optical paths of the display light from the display unit to the reflective surface of the visor are independent on the left and right, respectively.
  • the center position between the left and right eyes of the user facing the horizontal front is the origin O
  • the axis from the origin O to the front as viewed from the user is Z
  • An axis that is orthogonal to the axis and the Z-axis and goes upward as viewed from the user is defined as the Y-axis
  • an axis orthogonal to both the Z-axis and the Y-axis is the X-axis.
  • An intersection point between an optical axis of the incident light beam and the reflecting surface, a normal line at the intersection O ′ on the reflecting surface is orthogonal to the Z ′ axis and the Z ′ axis, and
  • An axis Y ' is defined by the plane including the optical axis and the optical axis of the outgoing light beam reflected by the reflecting surface with respect to the incident light beam and traveling toward the user's eye.
  • an axis orthogonal to both the axis and the Z 'axis is defined as an X' axis
  • An intermediate image is formed on the inside of the projection optical system corresponding to the left and right reflection acting surfaces or on the light path between the projection optical system and the reflection acting surface, and the shape of the left and right reflection acting surfaces is Y
  • the curvature in the '-Z' plane is smaller than the curvature in the X'-Z 'plane shadow plane.
  • the shapes of the left and right reflecting surfaces in the visor are such that the curvature in the Y'-Z 'plane is X as much as the difference in the optical power due to the difference in the incident angle of the display light with respect to the reflecting surface. It is better to have an aspheric shape smaller than the curvature in the '-Z' plane.
  • the vertical direction and the horizontal direction of each reflecting surface can be determined by appropriately determining the vertical curvature and the horizontal curvature of the left and right reflecting surfaces of the visor.
  • the difference in optical power of can be reduced.
  • the Y'-Z 'plane on the reflective surface is such as to cancel out a relatively small difference in optical power due to the difference in the incident angle of display light.
  • the curvatures in the in and X'-Z 'planes can be adjusted respectively.
  • the optical power in the vertical direction and the horizontal direction in the light path until the display light reaches the user's eye can be approximately aligned, and the astigmatism occurs when the reflective surface is spherical. Aberration can be reduced.
  • an intermediate image is formed on the optical path inside the projection optical system or between the projection optical system and the reflecting surface in any of the vertical direction and the horizontal direction.
  • the reflective surface Before reaching the reflective surface, light that has been focused is reflected on the reflective surface and reflected to reach the user's eye. Therefore, a wide observation field can be realized in any of the vertical direction and the horizontal direction.
  • the luminous flux of the display light is narrowed on the inside of the projection optical system or on the optical path between the projection optical system and the reflecting surface, the user's head can be seen inside the support part worn by the head. It becomes easy to avoid the interference of the part or face and the light flux.
  • the optical design of the display unit and the projection optical system becomes easy because the degree of freedom in the arrangement of the optical components constituting the projection optical system is increased.
  • the visor may have a surface layer of a material different from the base material of the visor formed on the inner surface or the outer surface. This makes it possible to form a reflective surface that can achieve appropriate reflection and transmission of external light regardless of the type and thickness of the substrate of the visor itself.
  • a surface layer of a material different from the substrate of the visor on a surface different from the reflective surface, and to make the surface a surface to reduce reflection.
  • the support to which the visor is attached such as a helmet or headgear, is generally curved.
  • the projection optical system needs to irradiate the visor with display light from an oblique direction avoiding the head and face of the user, which causes an asymmetric blur.
  • An added blurred image is formed.
  • optical correction of this blurred image is required.
  • the projection optical systems corresponding to the left and right reflecting surfaces each include at least one reflecting mirror, and the reflecting surface of the reflecting mirror is not It is good to set it as the structure which is spherical shape.
  • the reflecting surface of the reflecting mirror may be concave.
  • the reflecting mirror may be a back surface reflecting mirror, and may have a refracting function in addition to the reflecting function.
  • the surface having the refracting action may be aspheric.
  • each of the projection optical systems corresponding to the left and right reflecting surfaces includes at least one lens having a tropism on both surfaces, At least one surface may be configured to be aspheric.
  • the lens may have a refractive index nd of 1.58 or more.
  • optical power can be increased, the number of lenses can be reduced, and the weight, size, cost and the like of the present apparatus can be reduced.
  • the display unit may perform display in two or more colors. According to this configuration, for example, by displaying the display of the general information and the display of the information requiring the emergency in different colors, it is possible to transmit the information to the user more accurately.
  • the chief ray serving as the view field center of the display light emitted from the display unit is emitted at a non-orthogonal angle with respect to the display surface of the display unit.
  • the display unit and the projection optical system can be arranged.
  • the principal ray serving as the view center of the display light emitted from the display unit is emitted so as to be emitted from a position off the center of the display surface of the display unit.
  • the unit and the projection optical system may be arranged. With such a configuration, it is possible to realize a non-coaxial optical system in which the optical path of the display light avoids the head and face of the user.
  • the display unit can have various configurations.
  • the display unit includes a transmissive display element, and a backlight illumination unit that irradiates the display element with illumination light from the back side. can do.
  • the display unit includes a reflective display element, an illumination unit that emits illumination light, and the illumination light on the display surface side of the display element. It may be configured to include a reflective optical system that emits light and guides light reflected by the display surface.
  • the display unit may include a self-luminous display element such as an organic EL display. According to this configuration, since the illumination unit for illuminating the display element is not necessary, the configuration of the display unit is simplified, which is advantageous for downsizing and weight reduction.
  • the display unit may include a small projector and a small screen.
  • the display unit may include a transmissive display element, and a backlight illumination unit that irradiates the display element with illumination light from the back side and at least a portion of which is a small projector. it can.
  • the head-mounted display device it is possible to reduce astigmatism generated on the reflective surface of the visor and to make it possible to observe a display image having a wide field of view. Further, high visibility can be realized for both a display image which is a virtual image and a scene of the outside world. Furthermore, the freedom and the like of the arrangement of the projection optical system for projecting the display image to the visor are increased, so that the miniaturization and weight reduction of the apparatus can be achieved.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of a display unit in the HMD of the present embodiment.
  • FIG. 7 is a view showing another configuration example of the display unit in the HMD of the present embodiment.
  • FIG. 7 is a view showing another configuration example of the display unit in the HMD of the present embodiment.
  • It is a schematic block diagram of the optical system containing the visor in the conventional HMD, (a) is a schematic longitudinal cross-sectional view, (b) is a schematic cross-sectional view.
  • FIG. 1 is a schematic external view of the HMD of this embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic configuration view of an optical system in the HMD of the present embodiment, (a) is a schematic longitudinal sectional view, and (b) is a schematic transverse sectional view. Also, FIG. 3 is a more detailed optical path configuration diagram in FIG. 2 (a).
  • the HMD 1 of the present embodiment is typically used by a pilot operating an aircraft on a head and used to cover the head of the user H while the front of the face is open.
  • the visor 10 is attached to the helmet 2 that is.
  • the visor 10 is attached to the helmet 2 so as to be rotatable about an axis parallel to the X-axis described later and slidable up and down.
  • the HMD 1 of the present embodiment includes an image display unit 11 that forms a display image based on image data input from an image processing unit (not shown), and display light including the display image as information.
  • a projection optical system 12 for projecting a predetermined area of the visor 10.
  • the visor 10 has toroidal surface shaped portions 10R and 10L corresponding to the left and right eyes ER and EL of the user, and the toroidal surface shaped portions 10R and 10L are between the left and right eyes ER and EL. It is connected and integrated in the approximate center.
  • the surface of the toroidal surface shaped portions 10R and 10L facing the user H is a reflection acting surface 10a, and the reflection acting surface 10a reflects part of the display light and light coming from the outside world
  • the coating layer is formed to transmit part of the This coating layer is made of a material different from the base material of the visor 10 itself.
  • the base material of the visor 10 is polycarbonate
  • the coating layer forming the reflective surface 10a is SiO, SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, Ta It consists of 1 type or multiple types of combinations, such as 2 O 5 and TiO 2 .
  • the thickness of the visor 10 varies depending on the type of the substrate, but is in the range of approximately 0.1 to 10 mm.
  • the image display unit 11 and the projection optical system 12 are provided in a left-right pair corresponding to the left and right toroidal surface shaped portions 10R and 10L of the visor 10.
  • the display unit for the right eye ER and the projection optical system are denoted by reference numerals 11R and 12R
  • the display unit for the left eye EL and the projection optical system are denoted by reference numerals 11L and 12L.
  • the display light including the display image formed by the image display unit 11L is emitted from the projection optical system 12L and projected on the reflection acting surface 10a of the toroidal surface shape portion 10L of the visor 10, and the reflected light is left of the user H Reach the eye EL.
  • the display light including the display image formed by the image display unit 11R is emitted from the projection optical system 12R and projected on the reflection acting surface 10a of the toroidal surface shape portion 10R of the visor 10 To reach the right eye ER. Further, part of the light from the outside that has passed through the visor 10 also reaches the eyes EL and ER of the user H, respectively. As a result, a virtual image of the display image is formed superimposed on the external scene in front of the user H's eyes.
  • the X axis, the Y axis, and the Z axis, and the X ′ axis, the Y ′ axis, and the Z ′ axis are defined as follows. As shown in FIG. 2 and FIG.
  • an intermediate position between the left eye EL and the right eye ER of the user H is an origin O
  • an axis from the origin O toward the front as viewed from the user H is a Z axis
  • the axis orthogonal to the Z-axis in the upward direction as viewed from the user H is the Y-axis
  • the axis orthogonal to both the Y-axis and the Z-axis is the left outward direction as viewed from the user H the X-axis, Determined.
  • intersection point of the optical axis C1 of the light beam from the projection optical system 12 (12L, 12R) to reach the visor 10 and the reflecting surface 10a of the toroidal surface shaped portions 10L, 10R of the visor 10 is an intersection point O '.
  • the axis C1 and the optical axis C2 of the light beam after reflection both lie on the Y'-Z 'plane as the Y' axis and an axis orthogonal to both the Y 'axis and the Z' axis the X 'axis Determined.
  • the intersection point O ′ exists corresponding to the left eye EL and the right eye ER
  • the X ′ axis, the Y ′ axis, and the Z ′ axis also exist respectively on the left and right.
  • the toroidal surface shape portions 10L and 10R of the visor 10 each have a toroidal surface shape defined by the following equation (1). Because of the toroidal surface shape, the curvature in the Y ′ axis direction at the intersection O ′ and the curvature in the X ′ axis direction are different, and the former is smaller than the latter (that is, the curvature in the Y ′ axis direction) as described later The radius is set to be larger than the radius of curvature in the X'-axis direction).
  • the reflecting surface of the visor 10 is a toroidal surface shape
  • any shape may be used as long as the radius of curvature in the Y′-axis direction is larger than the radius of curvature in the X′-axis direction. It may be a free-form surface or the like.
  • the visor 10 is rotatably attached to the helmet 2 in an axis parallel to the X axis. As shown in FIG. 2A and FIG. 3, when the visor 10 is completely lowered (that is, in the use state), the upper side of the toroidal surface shape portions 10R and 10L falls forward in front of the eyes of the user H It is in an inclined state.
  • the inclination angle at the intersection point O ′ (the angle between the tangent plane of the reflecting surface 10 a at the intersection point O ′ and the upright plane) is 10 ° or more.
  • the left and right axes of the visor 10 may be inclined to each other (that is, the left and right Z 'axes are not parallel), and the virtual image of the display image observed by the user H is viewed with only one eye It does not matter if there is a part that can be done.
  • the image display unit 11 includes a transmissive display device 112 such as a transmissive color liquid crystal display device and a backlight illumination unit 111, and the light emitted from the backlight illumination unit 111 is a transmissive display device By transmitting the display surface 112, an image formed on the display surface of the transmissive display element 112 is emitted as display light.
  • the projection optical system 12 includes a plurality of lenses 121, a back surface reflection type mirror 122 whose reflection surface has a concave shape, and a flat mirror 123. This is also completely symmetrical.
  • the display light emitted from the image display unit 11 passes through the lens 121 and reaches the back surface reflection type mirror 122, is refracted by the refracting surface 122a on the incident side of the back surface reflection type mirror 122, and reaches the reflection surface 122b. It is reflected while being collected by the Then, the reflected light is reflected again by the mirror 123 and travels to the reflecting surface 10 a of the toroidal surface shaped portion 10 R or 10 L of the visor 10, but is collected by the reflecting surface 122 b of the back surface reflecting mirror 122.
  • An intermediate image is once formed on the optical path between 123 and the reflective surface 10a.
  • an imaging surface on which an intermediate image is formed is indicated by a symbol Q.
  • an intermediate image is formed both in the vertical direction (that is, in a plane parallel to the YZ plane) and in the horizontal direction (in a plane parallel to the XZ plane).
  • the intermediate image may be formed inside the projection optical system 12 including the mirror 123, not on the light path between the mirror 123 and the reflecting surface 10a.
  • the optical axis of the display light emitted from the image display unit 11 and incident on the lens 121 of the projection optical system 12 is the same as that of the transmissive display element 112 of the image display unit 11. It is not orthogonal to the display surface. That is, the configuration of the non-coaxial optical system is adopted. As a result, a display image to which an asymmetric blur is added is formed. Therefore, by setting at least one of the refracting surface 122a and the reflecting surface 122b of the back surface reflection type mirror 122 or the lens 121 to be an aspheric surface, the blur of the display image as described above is corrected.
  • the display light emitted from the projection optical system 12 strictly speaking, the display light advancing while gradually spreading from the imaging surface Q of the intermediate image strikes the reflecting surface 10a of the visor 10, and is condensed by the concave surface It is reflected while.
  • the reflecting surface is temporarily The spherical shape causes a difference in optical power in both planes, which causes astigmatism.
  • the curvature in the Y'-Z 'plane is determined by the curvature in the X'-Z' plane by an amount corresponding to the difference in the incident angle of the optical axis of the incident light.
  • the optical powers in both planes are approximately equal.
  • the user H can observe a display image of a wide field of view in both the vertical direction and the horizontal direction as a virtual image.
  • the configurations of the image display unit 11 and the projection optical system 12 can be changed as appropriate.
  • 4 to 6 are schematic diagrams showing examples of different configurations of the display unit.
  • the image display unit 11A shown in FIG. 4 includes an illumination unit 11A1, a reflective display device 11A2 such as a reflective color liquid crystal display device, and a reflective optical device 11A3 including a beam splitter and the like.
  • the light emitted from the illumination unit 11A1 is reflected by the reflective optical element 11A3 and travels to the reflective display element 11A2. Then, when the light is reflected by the display surface of the reflective display element 11A2, the image information formed on the display surface is received, passes through the reflective optical element 11A3 as display light, and is emitted to the outside.
  • the image display unit 11B shown in FIG. 5 includes a self-luminous display element 11B1 such as an organic EL display.
  • a self-luminous display element 11B1 such as an organic EL display.
  • the self-luminous display element 11B1 itself emits light and emits display light, it is not necessary to separately provide an illumination unit.
  • the image display unit 11C shown in FIG. 6 includes a small projector 11C1 and a small screen 11C2.
  • the display light emitted from the small projector 11C1 is projected onto the small screen 11C2, and a magnified display image is formed on the small screen 11C2. Then, the display image on the small screen 11C2 is emitted as display light as it is.
  • a monochrome display element is used as the transmissive display element 112, and a small projector that emits color or light of two or more colors is substantially used as the backlight illumination unit 111. It is also possible to form color or two or more display images.

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Abstract

航空機用のＨＭＤにおいて、バイザ（１０）は、使用者（Ｈ）の左右の眼（ＥＬ、ＥＲ）にそれぞれ対応したトロイダル面形状部（１０Ｌ、１０Ｒを）有し、そのトロイダル面形状部（１０Ｌ、１０Ｒ）が両眼の間の略中央で繋がった形状である。トロイダル面形状部（１０Ｌ、１０Ｒ）は水平方向に比べて垂直方向に曲率が小さな非球面形状である。また、画像表示部（１１）及び投射光学系（１２）は左右のトロイダル面形状部（１０Ｌ、１０Ｒ）に対応して独立に設けられている。上記曲率の差によって反射作用面（１０ａ）への入射角度の相違等に起因する光学的パワーの差をなくし、非点収差を軽減して広い視野の画像を表示する。また、投射光学系（１２）の内部又は投射光学系（１２）から反射作用面（１０ａ）に至る表示光の光路の途中で、垂直方向及び水平方向のいずれでも中間像を形成し、それにより光学素子の配置の自由度を高めるとともに小形軽量化を図る。

Description

頭部装着型表示装置
　本発明は、画像情報などを虚像として使用者の眼前に表示する表示装置に関し、さらに詳しくは、使用者が頭部に装着して使用する頭部装着型表示装置に関する。
　近年、ヘリコプタや飛行機などの航空機を操縦する際に、ヘルメットマウントディスプレイ（Helmet Mounted Display：以下「ＨＭＤ」と称す）と呼ばれる表示装置が使用されている。ＨＭＤは、ブラウン管（ＣＲＴ）や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの表示素子に表示された画像を、操縦者が頭部に着用するヘルメットに設けられたバイザ（シールド）に投影して操縦者側に反射させることにより、操縦者の眼前に、虚像による表示画像を形成するものである。
　航空機（主として軍用機）用のヘルメットでは、一般的な二輪車用ヘルメットとは異なり、通常、バイザは球面形状である。これは、寸法精度の高い、つまりは歪み等ができるだけ小さいバイザを作製する場合に球面形状とするのが最も加工が容易であること、球面形状とすると加速度による大きな外力に対して高い強度を確保し易いこと、などの理由によるものと推測される。そのため、航空機用のＨＭＤでは、球面形状であるバイザにおいて表示光を反射させるように光学系が構成されている。
　図７は従来のＨＭＤにおけるバイザを含む光学系の概略構成図であり、（ａ）は概略縦断面図、（ｂ）は概略横断面図である。
　断面が円形の一部を切り取った形状である球形状のバイザ１００は、使用者Ｈの頭部を被う一方、使用者Ｈの顔面前方が開放された形状である図示しないヘルメットに上下にスライド可能な状態で取り付けられている。バイザ１００は使用者Ｈに向いた内面が反射面１００ａであり、該反射面１００ａには、表示光の一部を反射するとともに、外界から到来する光の一部を透過する被膜層が形成されている。
　表示画像を形成する画像表示部１０１から出射された表示光は、投射光学系１０２により、バイザ１００の反射面１００ａの所定領域に投影される。そして、その反射光が使用者Ｈの眼ＥＬ、ＥＲに到達する。また、バイザ１００を通過した外界からの光の一部も使用者Ｈの眼ＥＬ、ＥＲに到達する。これにより、使用者Ｈの眼前には外界の光景に重畳して表示画像による虚像が形成される（特許文献１など参照）。
　特許文献１に記載されているように、通常、投射光学系１０２は画像表示部１１０から出射した表示光をコリメートしてバイザ１００の反射面に投影する。図７ではその表示光の光束の光軸を一点鎖線で示している。
　こうしたＨＭＤでは、図７（ａ）に示しているように、断面部分円形状であるバイザ１００の反射面１００ａは使用者Ｈの視線前方に水平に延伸する軸に対し、バイザ１００の上部側が外界側に傾斜した状態に配置されている。このような配置では、非点収差の発生が避けられず、光軸から外れた位置を通過する表示光ほど、つまりは表示画像の中心から離れるほど、収差の影響が大きくなって画像がぼけてしまう。特に表示画像の視野を広げようとすると収差が増大するため、こうした従来の構成によるＨＭＤでは、表示画像の視野を広げることが難しいという問題があった。
特開２０１５－１５４４２０号公報 特表平１０－５０４１１５号公報
　一般に航空機用のＨＭＤでは、使用者が操縦を行う上できわめて重要である情報を表示することが多いため、広い視野の表示画像について高い視認性が求められる。上述した従来のＨＭＤではこうした要求に応えることは困難である。
　本発明はこうした課題を解決するために成されたものであり、使用者の眼前に配置されるバイザに表示画像を投影する頭部装着型表示装置において、非点収差を低減して表示画像の視野を広げことが可能であるとともに高い視認性を実現することを主たる目的としている。
　上記課題を解決するために成された本発明は、使用者の頭部に装着される支持部と、使用者の眼前に配置されるように前記支持部により支持されるバイザと、表示画像を形成する表示部と、該表示部による表示画像を情報として含む表示光を前記バイザの反射作用面に投影する投射光学系と、を具備し、前記バイザを通して視認される外界の光景に前記表示画像による虚像を重畳して形成する頭部装着型表示装置であって、
　前記バイザは、使用者の左右の眼に対応してそれぞれ独立に外方に膨出した非球面形状の反射作用面が使用者の左右両眼の間で繋がった形状であり、
　前記バイザの左右の反射作用面に対応して前記表示部及び前記投射光学系をそれぞれ備えることを特徴としている。
　本発明に係る頭部装着型表示装置において、支持部は例えばヘルメット又はヘッドギアである。
　特許文献１に記載のように、従来の一般的な頭部装着型表示装置におけるバイザは、水平前方を向いている使用者の左右の眼の間の中間位置に引かれた鉛直線上に中心を有する球形状である。一方、特許文献２には、左右の眼の眼前にそれぞれ対応して左右で独立した球形状の反射作用面を有するバイザと平面ビームスプリッタとを組み合せた同軸光学系を用いた頭部装着型表示装置が開示されている。このように反射作用面を左右の眼にそれぞれ対応したものとすることで、視野を広げるには有利である。しかしながら、この特許文献２の構成では、眼前にバイザとビームスプリッタという二つの素子が配置されるため、外界の光景の視認性が低下してしまう。また、ビームスプリッタで表示光を反射するとともにバイザからの反射光を透過させるために光の利用効率が悪く、表示光の輝度が低下してしまう。さらにまた、光の利用効率を向上させるために１／４波長板を追加してその偏光特性を利用するという方法があるが、眼前に配置される素子の数が増加し、外界視認性が一層低下してしまうという問題がある。
　これに対し、本発明に係る頭部装着型表示装置では、特許文献２に記載の装置のように、バイザの反射作用面を使用者の左右の眼の眼前に対応してそれぞれ独立とし、各反射作用面の形状を非球面形状として左右両眼の間で繋げて一体化している。一方で、従来装置において眼前に配置されていたビームスプリッタを無くし、眼前に配置される素子の数を減らしている。さらにまた、一つの表示部からの表示光を二つに分配して両眼の反射作用面に照射するのではなく、左右独立に設けた表示部から出射した表示光をそれぞれ別の投射光学系を通して両眼の反射作用面に照射している。即ち、表示部からバイザの反射作用面にまで至る表示光の光路は左右でそれぞれ独立である。
　本発明に係る頭部装着型表示装置では、好ましくは、水平前方を向いた使用者の左右両眼の間の中央の位置を原点Ｏ、使用者から見て原点Ｏから前方に向かう軸をＺ軸、Ｚ軸に対し直交し使用者から見て上方向に向かう軸をＹ軸、Ｚ軸及びＹ軸に共に直交する軸をＸ軸として定義するとともに、前記バイザの左右の反射作用面においてそれぞれ、入射光線の光軸と該反射作用面との交点をＯ’、該反射作用面における前記交点Ｏ’での法線をＺ’軸、該Ｚ’軸に直交し、且つ、前記入射光線の光軸と該入射光線に対し前記反射作用面で反射して使用者の眼に向かって進行する出射光線の光軸とが含まれる平面をＺ’軸とでなす軸をＹ’軸、Ｙ’軸及びＺ’軸に共に直交する軸をＸ’軸、として定義したとき、
　左右の反射作用面にそれぞれ対応する前記投射光学系の内部又は該投射光学系と当該反射作用面との間の光路上において中間像が形成され、前記左右の反射作用面の形状はそれぞれ、Ｙ’－Ｚ’平面内の曲率がＸ’－Ｚ’平面影面内の曲率よりも小さな非球面形状である構成とするとよい。
　ここで、バイザにおける前記左右の反射作用面の形状はそれぞれ、該反射作用面に対する表示光の入射角の相違による光学的パワーの差異に相当する分だけＹ’－Ｚ’平面内の曲率がＸ’－Ｚ’平面内の曲率よりも小さな非球面形状とするとよい。
　即ち、本発明に係る頭部装着型表示装置において、バイザの左右の反射作用面の垂直方向の曲率と水平方向の曲率とを適宜に定めることで、各反射作用面における垂直方向と水平方向との光学的パワーの差を小さくすることができる。それによって、垂直方向と水平方向のいずれにおいても中間像を形成した状態で、表示光の入射角の相違による光学的パワーの比較的小さな差異を打ち消すように反射作用面におけるＹ’－Ｚ’平面内とＸ’－Ｚ’平面内の曲率をそれぞれ調整することができる。その結果、表示光が使用者の眼に到達するまでの光路における垂直方向と水平方向との光学的パワーを概ね揃えることができ、反射作用面が球面状であった場合に生じていた非点収差を小さくすることができる。
　また本発明に係る頭部装着型表示装置において、垂直方向と水平方向のいずれにおいても投射光学系の内部又は投射光学系と反射作用面との間の光路上で中間像を形成させる構成とすると、反射作用面に到達する前に一旦、絞られた光が反射作用面に当たって反射して使用者の眼に到達する。そのため、垂直方向、水平方向のいずれにおいても広い観察視野を実現することができる。また、投射光学系の内部又は投射光学系と反射作用面との間の光路上で表示光の光束が絞られるので、使用者が頭部に装着する支持部の内側での該使用者の頭部や顔面と光束との干渉を回避し易くなる。また、投射光学系を構成する光学部品の配置の自由度が大きくなることで、表示部や投射光学系の光学設計が容易になるという利点もある。
　また本発明に係る頭部装着型表示装置において、前記バイザは、その内面又は外面に該バイザの基材と異なる材料による表面層が形成されている構成とするとよい。
　これにより、バイザ自体の基材の種類や厚さに依らずに、適切な反射及び外光の透過を実現可能な反射作用面を形成することができる。
　また、この場合、反射作用面とは異なる面にバイザの基材と異なる材料による表面層を形成し、該面を、反射を低減する面とするとよい。これにより、バイザ自体の基材の種類や厚さに依らずに、反射を低減しゴースト像を抑制可能な反射低減面を形成することができる。
　バイザが取り付けられるヘルメット、ヘッドギアなどの支持部は一般に曲面形状である。また、バイザの正面には使用者の顔面が対向するため、投射光学系は使用者の頭部及び顔面を避けた斜め方向から表示光をバイザに照射する必要があり、これにより非対称なぼけが加わったぼけ画像が形成されてしまう。通常、このぼけ画像の光学的な補正が必要である。
　そこで本発明に係る頭部装着型表示装置の一態様として、前記左右の反射作用面に対応する前記投射光学系はそれぞれ、少なくとも１枚の反射鏡を含み、該反射鏡の反射作用面は非球面形状である構成とするとよい。
　また、この構成において前記反射鏡の反射作用面を凹面とするとよい。
　また上記構成において、前記反射鏡は裏面反射鏡であり、反射作用に加えて屈折作用も有するものとしてもよい。この場合、前記屈折作用を有する面は非球面形状とするとよい。
　また本発明に係る頭部装着型表示装置の別の態様として、前記左右の反射作用面に対応する前記投射光学系はそれぞれ、両面に屈性作用を有するレンズを少なくとも１枚含み、該レンズの少なくとも一面は非球面形状である構成とすることができる。
　投射光学系を上記のような構成とすることにより、表示画像の非対称なぼけを補正して、良好な虚像を使用者の眼前に表示することができる。なお、この構成において、前記レンズは屈折率ｎdが１．５８以上であるものとするとよい。
　このように屈折率が高いレンズを用いることにより、光学的パワーが増加し、レンズの枚数を少なくすることができ、本装置の重量、サイズ、コスト等を低減することができる。
　また本発明に係る頭部装着型表示装置の一態様として、前記表示部は二色以上の表示を行う構成とするとよい。
　この構成によれば、例えば、一般的な情報の表示と緊急を要する情報の表示とを異なる色で表示することで、情報をより的確に使用者に伝えることができる。
　また本発明に係る頭部装着型表示装置において、前記表示部から出射される表示光の視野中心となる主光線は、該表示部の表示面に対し非直交方向の角度で出射するように該表示部及び前記投射光学系が配置されている構成とすることができる。
　また本発明に係る頭部装着型表示装置において、前記表示部から出射される表示光の視野中心となる主光線は、該表示部の表示面の中心を外れた位置から出射するように該表示部及び前記投射光学系が配置されている構成としてもよい。
　こうした構成により、表示光の光路が使用者の頭部及び顔面を避けた非同軸光学系を実現することができる。
　また本発明に係る頭部装着型表示装置において表示部は様々な構成とすることができる。
　例えば本発明に係る頭部装着型表示装置の一態様として、前記表示部は、透過型の表示素子、及び、該表示素子に背面側から照明光を照射するバックライト照明部、を含む構成とすることができる。
　また本発明に係る頭部装着型表示装置の別の態様として、前記表示部は、反射型の表示素子、照明光を出射する照明部、及び、前記照明光を前記表示素子の表示面側に照射するとともに該表示面で反射した光を案内する反射型光学系と、を含む構成とすることもできる。
　また本発明に係る頭部装着型表示装置のさらに別の態様として、前記表示部は、有機ＥＬディスプレイなどの自発光型の表示素子を含む構成としてもよい。
　この構成によれば、表示素子を照明する照明部が不要になるので、表示部の構成が簡素になり小形化や軽量化に有利である。
　また本発明に係る頭部装着型表示装置のさらに別の態様として、前記表示部は、小型プロジェクタ及び小型スクリーンを含む構成としてもよい。
　この場合、前記表示部は、透過型の表示素子、及び、該表示素子に背面側から照明光を照射するものであって少なくとも一部が小型プロジェクタであるバックライト照明部、を含むものとすることができる。
　本発明に係る頭部装着型表示装置によれば、バイザの反射作用面で生じる非点収差を低減し、視野の広い表示画像を観察可能とすることができる。また、虚像である表示画像と外界の光景とのいずれについても高い視認性を実現することができる。さらにまた、バイザへ表示画像を投影する投射光学系の配置等の自由度が増すので、装置の小形化及び軽量化を図ることができる。
本発明の一実施例であるＨＭＤの概略外観図。 本実施例のＨＭＤにおける光学系の概略構成図であり、（ａ）は概略縦断面図、（ｂ）は概略横断面図。 本実施例のＨＭＤにおける詳細な光路構成図。 本実施例のＨＭＤにおける表示部の構成例を示す図。 本実施例のＨＭＤにおける表示部の他の構成例を示す図。 本実施例のＨＭＤにおける表示部の他の構成例を示す図。 従来のＨＭＤにおけるバイザを含む光学系の概略構成図であり、（ａ）は概略縦断面図、（ｂ）は概略横断面図。
　本発明に係る頭部装着型表示装置の一実施例であるＨＭＤについて、添付図面を参照して説明する。
　図１は本実施例のＨＭＤの概略外観図である。図２は本実施例のＨＭＤにおける光学系の概略構成図であり、（ａ）は概略縦断面図、（ｂ）は概略横断面図である。また、図３はそれぞれ図２（ａ）におけるより詳細な光路構成図である。
　本実施例のＨＭＤ１は、典型的には、航空機を操縦する操縦者が頭部に装着して使用するものであり、使用者Ｈの頭部を被う一方、その顔面前方が開放された形状であるヘルメット２にバイザ１０が取り付けられている。バイザ１０は、後述するＸ軸に平行な軸を中心に回転可能で、上下にスライド可能な状態でヘルメット２に取り付けられている。本実施例のＨＭＤ１は、ヘルメット２、バイザ１０のほかに、図示しない画像処理部から入力される画像データに基づいて表示画像を形成する画像表示部１１と、表示画像を情報として含む表示光をバイザ１０の所定領域に投影する投射光学系１２と、を備える。
　バイザ１０は後述するように、使用者の左右の眼ＥＲ、ＥＬにそれぞれ対応するトロイダル面形状部１０Ｒ、１０Ｌを有し、そのトロイダル面形状部１０Ｒ、１０Ｌは左右の眼ＥＲ、ＥＬの間の略中央で繋がって一体化されている。このトロイダル面形状部１０Ｒ、１０Ｌの使用者Ｈ側に向いた面が反射作用面１０ａとなっており、該反射作用面１０ａには、表示光の一部を反射するとともに、外界から到来する光の一部を透過する被膜層が形成されている。この被膜層はバイザ１０自体の基材とは異なる材料からなり、例えば、バイザ１０の基材はポリカーボネイト、反射作用面１０ａを形成する被膜層はＳｉＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2等の１種類又は複数種類の組合せからなる。また、バイザ１０の厚さは基材の種類によって相違するが、概ね０．１～１０mmの範囲内である。
　図２（ｂ）に示すように、画像表示部１１及び投射光学系１２はバイザ１０の左右のトロイダル面形状部１０Ｒ、１０Ｌに対応して左右一対に設けられている。ここでは、右眼ＥＲ用の表示部及び投射光学系を符号１１Ｒ及び１２Ｒ、左眼ＥＬ用の表示部及び投射光学系を符号１１Ｌ及び１２Ｌで示す。
　画像表示部１１Ｌで形成された表示画像を含む表示光は投射光学系１２Ｌから出射してバイザ１０のトロイダル面形状部１０Ｌの反射作用面１０ａ上に投影され、その反射光が使用者Ｈの左眼ＥＬに到達する。一方、画像表示部１１Ｒで形成された表示画像を含む表示光は投射光学系１２Ｒから出射してバイザ１０のトロイダル面形状部１０Ｒの反射作用面１０ａ上に投影され、その反射光が使用者Ｈの右眼ＥＲに到達する。また、バイザ１０を通過した外界からの光の一部も使用者Ｈの眼ＥＬ、ＥＲにそれぞれ到達する。これにより、使用者Ｈの眼前には外界の光景に重畳して表示画像の虚像が形成される。
　ここでは、説明の便宜上、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸、並びに、Ｘ’軸、Ｙ’軸、及びＺ’軸を以下のように定義する。
　図２及び図３中に示すように、使用者Ｈの左眼ＥＬ及び右眼ＥＲの中間の位置を原点Ｏとし、使用者Ｈから見てその原点Ｏから前方へ向かう軸をＺ軸、該Ｚ軸に直交する方向で使用者Ｈから見て上方向となる軸をＹ軸、Ｙ軸及びＺ軸の両方に直交する軸で使用者Ｈから見て左外方となる軸をＸ軸、と定める。また、投射光学系１２（１２Ｌ、１２Ｒ）から出射してバイザ１０に到達するまでの光線の光軸Ｃ1とバイザ１０のトロイダル面形状部１０Ｌ、１０Ｒの反射作用面１０ａとの交点を交点Ｏ’、その交点Ｏ’におけるバイザ１０の法線方向で使用者Ｈから見て外方向に向かう軸をＺ’軸、該Ｚ’軸に直交する方向であってバイザ１０で反射する前の光線の光軸Ｃ1と反射したあとの光線の光軸Ｃ2とが共にＹ’－Ｚ’平面上に存在するような軸をＹ’軸、Ｙ’軸及びＺ’軸の両方に直交する軸をＸ’軸と定める。なお、交点Ｏ’は左眼ＥＬ、右眼ＥＲに対応してそれぞれ存在するから、Ｘ’軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸も左右それぞれ存在する。
　本実施例のＨＭＤにおいて、バイザ１０のトロイダル面形状部１０Ｌ、１０Ｒはそれぞれ、下記(1)式で定義されるトロイダル面形状である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　トロイダル面形状であるから、交点Ｏ’におけるＹ’軸方向の曲率とＸ’軸方向の曲率とは相違しており、後述するように、前者を後者より小さく（つまりはＹ’軸方向の曲率半径をＸ’軸方向の曲率半径よりも大きく）設定している。
　なお、ここではバイザ１０の反射作用面をトロイダル面形状としたが、Ｙ’軸方向の曲率半径がＸ’軸方向の曲率半径よりも大きい形状であればよく、例えば軸ずらし回転対称非球面、自由曲面等であってもよい。
　以下、本実施例のＨＭＤにおける光学系の詳細な構成について説明する。
　バイザ１０はヘルメット２に対してＸ軸と平行な軸に回転可能に取り付けられている。図２（ａ）及び図３に示すように、バイザ１０が完全におろされた状態（つまりは使用状態）では、使用者Ｈの眼前においてトロイダル面形状部１０Ｒ、１０Ｌはその上部側が前方に倒れるように傾斜した状態となっている。交点Ｏ’におけるその傾斜角（交点Ｏ’における反射作用面１０ａの接平面と直立する平面とのなす角度）は１０°以上である。
　なお、バイザ１０の左右の軸は互いに傾斜した（つまり左右のＺ’軸が非平行である）配置であってもよく、使用者Ｈが観察する表示画像の虚像は、片側の眼のみで視認できる部分があっても構わない。
　図３に示すように、画像表示部１１は、透過型カラー液晶表示素子などの透過型表示素子１１２とバックライト照明部１１１とを含み、バックライト照明部１１１から出射した光が透過型表示素子１１２の表示面を透過することで、透過型表示素子１１２の表示面上に形成された画像が表示光として出射される。これは左右全く対称（つまりはＹ－Ｚ平面について面対称）である。投射光学系１２は、複数のレンズ１２１と、反射面が凹形状である裏面反射型ミラー１２２と、平板状ミラー１２３とを含む。これも左右全く対称である。
　画像表示部１１から出射した表示光はレンズ１２１を経て裏面反射型ミラー１２２に達するが、該裏面反射型ミラー１２２の入射側の屈折面１２２ａで屈折されたあと反射面１２２ｂに達し該反射面１２２ｂで集光されつつ反射される。そして、その反射光はミラー１２３で再び反射されてバイザ１０のトロイダル面形状部１０Ｒ又は１０Ｌの反射作用面１０ａに向かうが、裏面反射型ミラー１２２の反射面１２２ｂで集光されているため、ミラー１２３と反射作用面１０ａとの間の光路上で一旦中間像を形成する。図３では中間像が形成される結像面を符号Ｑで示している。ここでは、垂直方向（つまりはＹ－Ｚ平面に平行な面内）、水平方向（Ｘ－Ｚ平面に平行な面内）のいずれにおいても中間像が形成される。ただし、ミラー１２３と反射作用面１０ａとの間の光路上でなく、ミラー１２３を含む投射光学系１２の内部で中間像を形成するようにしてもよい。
　なお、図３に示しているように、ここでは、画像表示部１１から出射して投射光学系１２のレンズ１２１に入射する表示光の光軸は、画像表示部１１の透過型表示素子１１２の表示面に直交してない。即ち、非同軸光学系の構成が採られている。そのため、非対称なぼけが加わった表示画像が形成されてしまう。そこで、裏面反射型ミラー１２２の屈折面１２２ａと反射面１２２ｂとの少なくとも一方、或いは、レンズ１２１を非球面形状とすることで、上述したような表示画像のぼけを補正する。
　また、投射光学系１２から出射された表示光、厳密に言えば、中間像の結像面Ｑから徐々に拡がりつつ進む表示光は、バイザ１０の反射作用面１０ａに当たり、その凹面で集光されつつ反射される。このとき、Ｙ’－Ｚ’平面内での入射光の光軸の入射角度とＸ’－Ｚ’平面内での入射光の光軸の入射角度とが同一ではないため、仮に、反射面が球面状であると、両平面内での光学的パワーに差が生じ、非点収差の原因となる。これに対し、本実施例のＨＭＤでは、上記入射光の光軸の入射角度の相違に対応する分だけ、Ｙ’－Ｚ’平面内での曲率をＸ’－Ｚ’平面内での曲率よりも小さくしており、それによって両平面内での光学的パワーをほぼ同程度に揃えている。
　こうしてＹ’－Ｚ’平面内とＸ’－Ｚ’平面内とで光学的パワーをほぼ等しくすることで、表示光がそれぞれ両眼ＥＬ、ＥＲに達したときに非点収差は殆ど問題にならない。それにより、使用者Ｈは、垂直方向、水平方向のいずれにも広い視野の表示画像を虚像として観測することができる。
　また、上記実施例のＨＭＤにおいて画像表示部１１や投射光学系１２の構成はそれぞれ適宜に変更することが可能である。
　図４～図６はそれぞれ、表示部について異なる構成の例を示す概略図である。
　図４に示した画像表示部１１Ａは、照明部１１Ａ１と、反射型カラー液晶表示素子などの反射型表示素子１１Ａ２と、ビームスプリッタなどを含む反射型光学素子１１Ａ３と、から成る。照明部１１Ａ１から出射した光は反射型光学素子１１Ａ３で反射されて反射型表示素子１１Ａ２へと向かう。そして、反射型表示素子１１Ａ２の表示面で反射される際に該表示面に形成されている画像情報を受け、表示光として反射型光学素子１１Ａ３を通過して外部へと出射される。
　図５に示した画像表示部１１Ｂは、有機ＥＬディスプレイなどの自発光型表示素子１１Ｂ１を含む。この構成では自発光型表示素子１１Ｂ１そのものが発光して表示光を出射するので、照明部を別途設ける必要がない。
　図６に示した画像表示部１１Ｃは、小型プロジェクタ１１Ｃ１と小型スクリーン１１Ｃ２とから成る。小型プロジェクタ１１Ｃ１から出射した表示光は小型スクリーン１１Ｃ２上に投影され、該小型スクリーン１１Ｃ２に拡大した表示画像が形成される。そして、この小型スクリーン１１Ｃ２上の表示画像がそのまま表示光として出射される。
　なお、図３に示した上記実施例の構成において、透過型表示素子１１２としてモノクロ表示素子を用い、バックライト照明部１１１にカラー又は二色以上の光を発する小型プロジェクタを用いることで、実質的にカラー又は二色以上の表示画像を形成することもできる。
　さらにまた、上記実施例は本発明の一例にすぎず、上記記載の変形例にとどまらず、本発明の趣旨の範囲で適宜、変更や修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。
２…ヘルメット
１０…バイザ
１０Ｌ、１０Ｒ…トロイダル面形状部
１０ａ…反射作用面
１１Ａ１…照明部
１１Ａ２、１１Ａ３…反射型表示素子
１１Ｂ１…自発光型表示素子
１１Ｃ１…小型プロジェクタ
１１Ｃ２…小型スクリーン
１１１…バックライト照明部
１１２…透過型表示素子
１１（１１Ｌ、１１Ｒ）、１１Ａ、１１Ｂ、１１ Ｃ…画像表示部
１２Ｌ、１２Ｒ…投射光学系
１２１…レンズ
１２２…裏面反射型ミラー
１２２ａ…屈折面
１２２ｂ…反射面
１２３…平板状ミラー
Ｈ…使用者
ＥＬ…左眼
ＥＲ…右眼

Claims (18)

  1. 　使用者の頭部に装着される支持部と、使用者の眼前に配置されるように前記支持部により支持されるバイザと、表示画像を形成する表示部と、該表示部による表示画像を情報として含む表示光を前記バイザの反射作用面に投影する投射光学系と、を具備し、前記バイザを通して視認される外界の光景に前記表示画像による虚像を重畳して形成する頭部装着型表示装置であって、
    　前記バイザは、使用者の左右の眼に対応してそれぞれ独立に外方に膨出した非球面形状の反射作用面が使用者の左右両眼の間で繋がった形状であり、
    　前記バイザの左右の反射作用面に対応して前記表示部及び前記投射光学系をそれぞれ備えることを特徴とする頭部装着型表示装置。
  2. 　請求項１に記載の頭部装着型表示装置であって、
    　水平前方を向いた使用者の左右両眼の間の中央の位置を原点Ｏ、使用者から見て原点Ｏから前方に向かう軸をＺ軸、Ｚ軸に対し直交し使用者から見て上方向に向かう軸をＹ軸、Ｚ軸及びＹ軸に共に直交する軸をＸ軸として定義するとともに、前記バイザの左右の反射作用面においてそれぞれ、入射光線の光軸と該反射作用面との交点をＯ’、該反射作用面における前記交点Ｏ’での法線をＺ’軸、該Ｚ’軸に直交し、且つ、前記入射光線の光軸と該入射光線に対し前記反射作用面で反射して使用者の眼に向かって進行する出射光線の光軸とが含まれる平面をＺ’軸とでなす軸をＹ’軸、Ｙ’軸及びＺ’軸に共に直交する軸をＸ’軸、として定義したとき、
    　左右の反射作用面にそれぞれ対応する前記投射光学系の内部又は該投射光学系と当該反射作用面との間の光路上において中間像が形成され、
    　前記左右の反射作用面の形状はそれぞれ、Ｙ’－Ｚ’平面内の曲率がＸ’－Ｚ’平面影面内の曲率よりも小さな非球面形状であることを特徴とする頭部装着型表示装置。
  3. 　請求項２に記載の頭部装着型表示装置であって、
    　前記左右の反射作用面の形状はそれぞれ、該反射作用面に対する表示光の入射角の相違による光学的パワーの差異に相当する分だけＹ’－Ｚ’平面内の曲率がＸ’－Ｚ’平面内の曲率よりも小さな非球面形状であることを特徴とする頭部装着型表示装置。
  4. 　請求項１に記載の頭部装着型表示装置であって、
    　前記バイザは、その内面又は外面に該バイザの基材と異なる材料による表面層が形成されていることを特徴とする頭部装着型表示装置。
  5. 　請求項１に記載の頭部装着型表示装置であって、
    　前記左右の反射作用面に対応する前記投射光学系はそれぞれ、少なくとも１枚の反射鏡を含み、該反射鏡の反射作用面は非球面形状であることを特徴とする頭部装着型表示装置。
  6. 　請求項５に記載の頭部装着型表示装置であって、
    　前記反射鏡の反射作用面は凹面であることを特徴とする頭部装着型表示装置。
  7. 　請求項６に記載の頭部装着型表示装置であって、
    　前記反射鏡は裏面反射鏡であり、反射作用に加えて屈折作用も有することを特徴とする頭部装着型表示装置。
  8. 　請求項７に記載の頭部装着型表示装置であって、
    　前記屈折作用を有する面は非球面形状であることを特徴とする頭部装着型表示装置。
  9. 　請求項１に記載の頭部装着型表示装置であって、
    　前記左右の反射作用面に対応する前記投射光学系はそれぞれ、両面に屈性作用を有するレンズを少なくとも１枚含み、該レンズの少なくとも一面は非球面形状であることを特徴とする頭部装着型表示装置。
  10. 　請求項９に記載の頭部装着型表示装置であって、
    　前記レンズは屈折率ｎdが１．５８以上であることを特徴とする頭部装着型表示装置。
  11. 　請求項１に記載の頭部装着型表示装置であって、
    　前記表示部は二色以上の表示を行うものであることを特徴とする頭部装着型表示装置。
  12. 　請求項１に記載の頭部装着型表示装置であって、
    　前記表示部から出射される表示光の視野中心となる主光線は、該表示部の表示面に対し非直交方向の角度で出射するように該表示部及び前記投射光学系が配置されていることを特徴とする頭部装着型表示装置。
  13. 　請求項１に記載の頭部装着型表示装置であって、
    　前記表示部から出射される表示光の視野中心となる主光線は、該表示部の表示面の中心を外れた位置から出射するように該表示部及び前記投射光学系が配置されていることを特徴とする頭部装着型表示装置。
  14. 　請求項１に記載の頭部装着型表示装置であって、
    　前記表示部は、透過型の表示素子、及び、該表示素子に背面側から照明光を照射するバックライト照明部、を含んで構成されていることを特徴とする頭部装着型表示装置。
  15. 　請求項１に記載の頭部装着型表示装置であって、
    　前記表示部は、反射型の表示素子、照明光を出射する照明部、及び、前記照明光を前記表示素子の表示面側に照射するとともに該表示面で反射した光を案内する反射型光学系と、を含んで構成されていることを特徴とする頭部装着型表示装置。
  16. 　請求項１に記載の頭部装着型表示装置であって、
    　前記表示部は、自発光型の表示素子を含むことを特徴とする頭部装着型表示装置。
  17. 　請求項１に記載の頭部装着型表示装置であって、
    　前記表示部は、小型プロジェクタ及び小型スクリーンを含むことを特徴とする頭部装着型表示装置。
  18. 　請求項１７に記載の頭部装着型表示装置であって、
    　前記表示部は、透過型の表示素子、及び、該表示素子に背面側から照明光を照射するものであって少なくとも一部が小型プロジェクタであるバックライト照明部、を含むことを特徴とする頭部装着型表示装置。
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