JP2002139694A - Image display device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示装置に関
し、特に、観察者の頭部又は顔面に保持することを可能
にする頭部又は顔面装着式画像表示装置に関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an image display device, and more particularly to a head or face-mounted image display device capable of being held on the head or face of an observer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、ヘッドアップディスプレイやメガ
ネ型ディスプレイの発展に伴ってコンパクトな観察光学
系の開発が進み、特開平７−３３３５５１号や特開平８
−５０２５６号、特開平８−２３４１３７号等に記載さ
れている薄型コンパクトな偏心プリズムを用いた観察光
学系（接眼光学系）が提案されている。これらは反射面
がパワーを持ち、光路が折り畳まれたコンパクトな接眼
光学系であり、パワーを持った偏心反射面により発生し
てしまう回転非対称な偏心収差を、アナモルフィック反
射面や１つの対称面を持った回転非対称反射面を使用し
て補正している。2. Description of the Related Art In recent years, with the development of head-up displays and eyeglass-type displays, the development of compact observation optical systems has been advanced.
An observation optical system (eyepiece optical system) using a thin and compact eccentric prism described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 50256/1996 and Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-234137 has been proposed. These are compact eyepiece optical systems in which the reflecting surface has power and the optical path is folded, and the rotationally asymmetrical decentering aberration caused by the decentering reflecting surface having power is reduced by the anamorphic reflecting surface and one symmetrical one. The correction is performed using a rotationally asymmetric reflecting surface having a surface.
【０００３】一方、画像表示素子としては、液晶表示素
子以外に、近年、自己発光型の画像表示素子として有機
ＥＬ（エレックトロ・ルミネッセンス）等の画像表示素
子が実用化されつつある。そして、その有機ＥＬ画像表
示素子として、表示面を任意に自由な形状に曲げること
ができるフレキシブル有機ＥＬ画像表示素子が、「日本
経済新聞 ２０００年９月２７日 朝刊」、特開２００
０−２６８９５４等において提案されている。On the other hand, in addition to a liquid crystal display element, an image display element such as an organic EL (Electro Luminescence) has recently been put into practical use as a self-luminous type image display element. As the organic EL image display device, a flexible organic EL image display device capable of arbitrarily bending a display surface into a free shape is disclosed in "Nihon Keizai Shimbun, September 27, 2000, morning edition,"
0-268954.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】前記のような偏心プリ
ズムを用いた観察光学系は、通常、平面からなる像面
（画像表示素子の面）で良好な結像性能にするために、
球面収差、コマ収差、像面湾曲等の補正が必要になる。
しかし、各収差をバランス良く補正し、良好な性能を保
つためには限界がある。An observation optical system using an eccentric prism as described above usually has good image formation performance on a plane image plane (image display element surface).
It is necessary to correct spherical aberration, coma, curvature of field, and the like.
However, there is a limit in correcting each aberration in a well-balanced manner and maintaining good performance.
【０００５】本発明は従来技術のこのような現状に鑑み
てなされたものであり、その目的は、偏心プリズムを用
いた接眼光学系の像面湾曲を画像表示素子の湾曲に合わ
せて発生させるようにして、光学系としてはコマ収差等
の他の収差をより十分に補正することで、高性能な画像
表示装置用の観察光学系を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such a situation of the prior art, and has as its object to generate the field curvature of an eyepiece optical system using an eccentric prism in accordance with the curvature of an image display element. In addition, it is an object of the present invention to provide a high-performance observation optical system for an image display device by sufficiently correcting other aberrations such as coma as an optical system.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の画像表示装置
は、画像表示素子と、前記画像表示素子に表示された観
察像を観察するために射出瞳を形成する全体として正の
屈折力を有する接眼光学系とを有する画像表示装置にお
いて、前記接眼光学系が屈折率（ｎ）が１よりも大きい
（ｎ＞１）媒質で形成されたプリズム部材を有し、前記
プリズム部材が、前記画像表示素子から射出された光束
をプリズム内に入射する入射面と、前記光束をプリズム
内で反射する少なくとも１つの反射面と、前記光束をプ
リズム外に射出する射出面とを有し、前記少なくとも１
つの反射面が、光束にパワーを与える曲面形状を有し、
前記曲面形状が偏心によって発生する収差を補正する回
転非対称な面形状にて構成され、前記画像表示素子がフ
レキシブル画像表示素子からなり、前記接眼光学系の像
面湾曲に沿った方向に前記画像表示素子の曲面形状が湾
曲されていることを特徴とするものである。An image display device according to the present invention has an image display element and an overall positive pupil for forming an exit pupil for observing an observation image displayed on the image display element. In an image display apparatus having an eyepiece optical system, the eyepiece optical system has a prism member formed of a medium having a refractive index (n) greater than 1 (n> 1), and the prism member is configured to display the image. An incident surface for entering the light beam emitted from the element into the prism, at least one reflecting surface for reflecting the light beam inside the prism, and an exit surface for emitting the light beam outside the prism;
Two reflective surfaces have a curved surface shape that gives power to the luminous flux,
The curved surface shape is constituted by a rotationally asymmetric surface shape that corrects aberration caused by eccentricity, the image display element is a flexible image display element, and the image display is performed in a direction along the field curvature of the eyepiece optical system. The device is characterized in that the curved shape of the element is curved.
【０００７】この場合、その画像表示素子としては、例
えばフレキシブル有機エレックトロ・ルミネッセンス画
像表示素子からなっている。In this case, the image display device is, for example, a flexible organic electroluminescence image display device.
【０００８】なお、その画像表示素子を曲面形状に保つ
ためのバックアップ部材が配置されていてもよい。A backup member for keeping the image display element in a curved shape may be provided.
【０００９】プリズム部材の１つの具体的な形状として
は、逆光線追跡の順に、第１面１１から第３面１３で構
成された屈折率が１より大きい透明媒質からなり、その
第１面１１は射出瞳側からの光束をプリズム内に入射さ
せると共に第２面で反射された光束をプリズム内で反射
し、第２面は第１面から入射した光束をプリズム内で反
射し、第３面は第１面で反射された光束をプリズム外へ
射出するように構成されており、第１面は透過作用と反
射作用を併せ持つ同一の光学作用面となっているものと
することができる。One specific shape of the prism member is, in the order of reverse ray tracing, a transparent medium composed of a first surface 11 to a third surface 13 and having a refractive index greater than 1, and the first surface 11 is The luminous flux from the exit pupil side is made to enter the prism, the luminous flux reflected by the second surface is reflected by the prism, the second surface reflects the luminous flux incident from the first surface by the prism, and the third surface is reflected by the prism. The light beam reflected by the first surface is emitted to the outside of the prism, and the first surface may be the same optically active surface having both a transmitting effect and a reflecting effect.
【００１０】本発明においては、画像表示素子と、それ
に表示された観察像を観察するために射出瞳を形成する
全体として正の屈折力を有する接眼光学系とを有する画
像表示装置において、接眼光学系として少なくとも１つ
の反射面を持つ偏心プリズムを用いる場合に、画像表示
素子としてフレキシブル画像表示素子を用いて、接眼光
学系の像面湾曲に沿った方向に画像表示素子の曲面形状
を湾曲させているので、偏心プリズムが補正を担う収差
から像面湾曲をほとんど外すことができ、コマ収差等の
他の収差をより十分に補正するようにすることができる
ことになり、より高性能な画像表示装置用の観察光学系
を得ることができる。According to the present invention, in an image display apparatus having an image display element and an eyepiece optical system having an overall positive refracting power for forming an exit pupil for observing an observation image displayed thereon, When an eccentric prism having at least one reflecting surface is used as a system, a flexible image display element is used as an image display element, and the curved shape of the image display element is curved in a direction along the field curvature of the eyepiece optical system. Therefore, the curvature of field can be almost excluded from the aberration that the eccentric prism is responsible for correcting, and other aberrations such as coma can be corrected more sufficiently, and a higher performance image display device Observation optical system can be obtained.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明の画像表示装置を図
面を参照しながら実施例に基づいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an image display device according to the present invention will be described based on embodiments with reference to the drawings.
【００１２】本発明の代表的な構成は、被観察像を形成
する画像表示素子と、その表示像を観察者眼球に導くた
めに設けられた接眼光学系とを備えた画像表示装置にお
いて、画像表示素子の表示面が曲面で形成され、接眼光
学系が、３つの光学面で囲まれた屈折率が１より大きい
媒質からなる偏心プリズムからなり、画像表示素子から
反射された表示光束をプリズム内に入射させる入射面
と、その入射面から入射した光束を反射する第１反射面
と、第１反射面で反射した光束を反射する第２反射面
と、第２反射面で反射した光束をプリズム外に光束を射
出する射出面とを有し、第１反射面と射出面とが屈折反
射兼用面からなる偏心プリズムであり、その少なくとも
１面、好ましくは、少なくとも第２反射面が偏心収差を
補正する回転非対称面からなるものである。A typical configuration of the present invention is an image display device including an image display element for forming an image to be observed and an eyepiece optical system provided to guide the display image to an observer's eyeball. The display surface of the display element is formed of a curved surface, and the eyepiece optical system is formed of an eccentric prism made of a medium having a refractive index larger than 1 and surrounded by three optical surfaces, and the display light flux reflected from the image display element is passed through the prism. , A first reflecting surface that reflects the light beam incident from the incident surface, a second reflecting surface that reflects the light beam reflected by the first reflecting surface, and a prism that reflects the light beam reflected by the second reflecting surface An eccentric prism having an exit surface for emitting a light beam to the outside, wherein the first reflection surface and the exit surface are both refraction and reflection surfaces, and at least one surface thereof, preferably at least the second reflection surface, has an eccentric aberration. Rotationally asymmetric surface to correct It is Ranaru thing.
【００１３】以下、２つの実施例について具体的に説明
する。Hereinafter, two embodiments will be specifically described.
【００１４】図１は、実施例１、２の画像表示装置の構
成を示す図であり、図１（ａ）は面と光路を示すＹ−Ｚ
面での断面図、図１（ｂ）は光路のＸ−Ｚ面への投影図
である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an image display device according to the first and second embodiments. FIG. 1A shows a YZ diagram showing a plane and an optical path.
FIG. 1B is a projection view of the optical path onto the XZ plane.
【００１５】何れの実施例も、逆光線追跡で、観察者の
瞳が位置すべき射出瞳１と、接眼光学系を構成する偏心
プリズム１０と、例えば有機ＥＬ画像表示素子からなる
画像表示素子３とからなり、接眼光学系を構成する偏心
プリズム１０は、逆光線追跡の順に、第１面１１から第
３面１３で構成された屈折率が１より大きい透明媒質か
らなり、その第１面１１は射出瞳１側からの光束をプリ
ズム１０内に入射させると共に第２面１２で反射された
光束をプリズム内で反射し、第２面１２は第１面１１か
ら入射した光束をプリズム内で反射し、第３面１３は第
１面１１で反射された光束をプリズム外へ射出するよう
に構成されており、第１面１１は透過作用と反射作用を
併せ持つ同一の光学作用面となっている。In any of the embodiments, the exit pupil 1 where the observer's pupil should be located, the eccentric prism 10 constituting the eyepiece optical system, and the image display element 3 composed of an organic EL image display element, for example, The decentered prism 10 constituting the eyepiece optical system is composed of a transparent medium composed of the first surface 11 to the third surface 13 and having a refractive index greater than 1 in the order of backward ray tracing, and the first surface 11 The luminous flux from the pupil 1 side enters the prism 10 and the luminous flux reflected by the second surface 12 is reflected in the prism. The second surface 12 reflects the luminous flux incident from the first surface 11 in the prism. The third surface 13 is configured to emit the light beam reflected by the first surface 11 to the outside of the prism, and the first surface 11 is the same optically active surface having both a transmitting effect and a reflecting effect.
【００１６】そして、その第３面１３側の像面には、偏
心プリズム１０の像面湾曲に沿うようなＸ軸の方向で凸
に湾曲した画像表示素子３が配置されている。なお、画
像表示素子３として、フレキシブル有機ＥＬ画像表示素
子のようなフレキシブル画像表示素子を用いる場合に
は、その面形状を所望の形状に保つために、画像表示素
子３の背面に対応する面形状を持つバックアップ部材４
を配置して、画像表示素子３の面形状を一定に保つよう
にすることが望ましい。On the image plane on the third surface 13 side, there is disposed an image display element 3 which is convexly curved in the direction of the X axis so as to follow the curvature of field of the eccentric prism 10. When a flexible image display device such as a flexible organic EL image display device is used as the image display device 3, the surface shape corresponding to the back surface of the image display device 3 is maintained in order to maintain the desired surface shape. Backup member 4 with
Is desirably arranged to keep the surface shape of the image display element 3 constant.
【００１７】本実施例の接眼光学系は、上記のように、
反射面１１、１２を用いたものであり、反射面に主たる
結像作用を持たせた場合、像面湾曲が正の方向に発生す
るため、湾曲させた画像表示素子３と反射光学系１０と
の組み合わせにより、性能の良い観察光学系が可能とな
る。The eyepiece optical system according to the present embodiment has
Since the reflective surfaces 11 and 12 are used, and when the reflective surfaces have a main image forming effect, the curvature of field occurs in a positive direction, the curved image display element 3 and the reflective optical system 10 are used. , A high-performance observation optical system becomes possible.
【００１８】なお、これら実施例は、画像表示素子３の
長手方向（Ｘ軸方向）に曲率を持たせ、短辺方向は平面
にした実施例である。特に、長手方向に曲率を持たせる
ことで、アスペクト比が１６：９の有機ＥＬ画像表示素
子等では、非常に高性能な画像表示装置を提供すること
ができる。In these embodiments, the image display element 3 has a curvature in the longitudinal direction (X-axis direction) and the plane of the short side is a plane. In particular, by providing a curvature in the longitudinal direction, a very high-performance image display device can be provided with an organic EL image display device having an aspect ratio of 16: 9.
【００１９】この画像表示素子３の曲率半径に関して、
画像表示素子３の長手方向の曲率半径をＲＤＩ、その長
手方向における観察半画角ＡＮＧとすると、 ０．５＜ＲＤＩ／ＡＮＧ＜４．０ ・・・（１） を満足することが望ましい。Regarding the radius of curvature of the image display element 3,
Assuming that the radius of curvature of the image display element 3 in the longitudinal direction is RDI and the observation half angle of view ANG in the longitudinal direction, it is desirable to satisfy the following condition: 0.5 <RDI / ANG <4.0 (1).
【００２０】条件式（１）、画像表示素子３の曲率半径
を観察半画角で規格化したものであり、接眼光学系１０
で発生した像面湾曲を画像表示素子３の面で補償するた
めの条件式である。Conditional expression (1), in which the radius of curvature of the image display element 3 is standardized by the observation half angle of view,
Is a conditional expression for compensating for the field curvature generated in step S1 on the surface of the image display element 3.
【００２１】式（１）の下限の０．５を越えると、接眼
光学系１０で残存する像面湾曲量を画像表示素子３の面
形状で補償することができず、好ましくない。さらに、
接眼光学系１０自体の像面湾曲量を小さく抑える必要が
出てくるため、結果的に、コマ収差等の他の収差が悪化
してしまう。式（１）の上限の４．０を越えると、画像
表示素子３を非常に強く湾曲させてしまい、画像表示素
子３の耐性に影響を与え好ましくない。If the lower limit of 0.5 of the expression (1) is exceeded, the amount of field curvature remaining in the eyepiece optical system 10 cannot be compensated for by the surface shape of the image display element 3, which is not preferable. further,
Since it becomes necessary to suppress the amount of curvature of field of the eyepiece optical system 10 itself, other aberrations such as coma aberration deteriorate as a result. When the value exceeds the upper limit of 4.0 in the expression (1), the image display element 3 is extremely strongly curved, which undesirably affects the durability of the image display element 3.
【００２２】なお、さらに好ましくは、 １．０＜ＲＤＩ／ＡＮＧ＜３．０ ・・・（２） の条件を満たすことが好ましい。なお、下記に数値デー
タを示す実施例１、２においては、ＲＤＩ／ＡＮＧの値
は、実施例１が２．８７、実施例２が１．５６である。It is more preferable to satisfy the following condition: 1.0 <RDI / ANG <3.0 (2) In Examples 1 and 2 showing the following numerical data, the values of RDI / ANG are 2.87 in Example 1 and 1.56 in Example 2.
【００２３】次に、実施例１、２の構成パラメータを示
す。各実施例の構成パラメータにおいては、図１に示す
ように、逆光線追跡で、軸上主光線２を、光学系の射出
瞳１の中心を垂直に通り、画像表示素子３中心に至る光
線で定義する。そして、逆光線追跡において、瞳１の中
心を偏心光学系の偏心光学面の原点として、軸上主光線
２に沿う方向をＺ軸方向とし、瞳１から第１１面１１に
向かう方向をＺ軸正方向とし、プリズム１０内で光軸が
折り曲げられる平面をＹ−Ｚ平面とし、原点を通りＹ−
Ｚ平面に直交する方向をＸ軸方向とし、図１（ａ）の紙
面の表から裏へ向かう方向をＸ軸正方向とし、Ｘ軸、Ｚ
軸と右手直交座標系を構成する軸をＹ軸とする。Next, the configuration parameters of the first and second embodiments will be described. In the configuration parameters of each embodiment, as shown in FIG. 1, the axial principal ray 2 is defined by a ray that passes through the center of the exit pupil 1 of the optical system vertically and reaches the center of the image display element 3 by reverse ray tracing. I do. In the reverse ray tracing, the center of the pupil 1 is defined as the origin of the decentered optical surface of the decentered optical system, the direction along the axial principal ray 2 is defined as the Z-axis direction, and the direction from the pupil 1 toward the eleventh surface 11 is defined as the positive Z-axis. Direction, the plane on which the optical axis is bent in the prism 10 is the YZ plane, and the Y-plane passes through the origin.
The direction orthogonal to the Z plane is defined as the X-axis direction, the direction from the front to the back of the sheet of FIG.
The axis constituting the right-handed orthogonal coordinate system with the axis is defined as the Y axis.
【００２４】偏心面については、光学系の原点の中心か
らその面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ
軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸（自
由曲面については、後記の引用文献の（ａ）式のＺ軸、
非球面については、後記の（３）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ
軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれα，
β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβ
の正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γ
の正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。な
お、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、面の中
心軸とそのＸＹＺ直交座標系を、まずＸ軸の回りで反時
計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中心軸を
新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させる
と共に１度回転した座標系もＹ軸の回りで反時計回りに
β回転させ、次いで、その２度回転した面の中心軸を新
たな座標系の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ
回転させるものである。With respect to the eccentric surface, the amount of eccentricity from the center of the origin of the optical system to the top of the surface (X-axis direction, Y-axis direction, Z-axis direction)
The axis directions are X, Y, and Z, respectively, and the central axis of the surface (for the free-form surface, the Z-axis of the expression (a) in the later-cited reference,
For the aspherical surface, the X axis and Y of the following (3 axis)
Angles about the axis and Z axis (α, respectively)
β, γ (°)). In that case, α and β
Is counterclockwise with respect to the positive direction of each axis, γ
Positive means clockwise with respect to the positive direction of the Z axis. The rotation of the center axis of the surface α, β, γ is performed by first rotating the center axis of the surface and its XYZ orthogonal coordinate system α counterclockwise around the X axis, and then rotating the center axis. The center axis of the surface is rotated β counterclockwise around the Y axis of the new coordinate system, and the coordinate system rotated once is also rotated β counterclockwise around the Y axis, and then rotated twice. The center axis of the new surface in the clockwise direction around the Z axis of the new coordinate system
It is to rotate.
【００２５】また、各実施例の光学系を構成する光学作
用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成
する場合には面間隔が与えられており、その他、媒質の
屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。In the optical working surfaces constituting the optical system of each embodiment, when a specific surface and a surface following the particular surface constitute a coaxial optical system, a surface interval is given. The refractive index and Abbe number are given according to a conventional method.
【００２６】また、本発明で用いられる自由曲面の面の
形状は、例えば米国特許第６，１２４，９８９号（特開
２０００−６６１０５号）の（ａ）式により定義される
自由曲面であり、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸とな
る。The shape of the free-form surface used in the present invention is, for example, a free-form surface defined by equation (a) of US Pat. No. 6,124,989 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-66105). The Z axis of the definition is the axis of the free-form surface.
【００２７】また、非球面は、以下の定義式で与えられ
る回転対称非球面である。The aspherical surface is a rotationally symmetric aspherical surface given by the following equation.
【００２８】 Ｚ＝（ｙ2 ／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）ｙ2 ／Ｒ2 ｝1 /2］ ＋Ａｙ4 ＋Ｂｙ6 ＋Ｃｙ8 ＋Ｄｙ10＋…… ・・・（３） ただし、Ｚを光の進行方向を正とした光軸（軸上主光
線）とし、ｙを光軸と垂直な方向にとる。ここで、Ｒは
近軸曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、…はそ
れぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。
この定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。Z = (y 2 / R) / [1+ ｛1− (1 + K) y 2 / R 2 ｝ 1/2 ] + Ay 4 + By 6 + Cy 8 + Dy 10 + (3) where Z Is the optical axis (on-axis principal ray) where the traveling direction of light is positive, and y is a direction perpendicular to the optical axis. Here, R is a paraxial radius of curvature, K is a conic constant, and A, B, C, D,... Are fourth-order, sixth-order, eighth-order, and tenth-order aspherical coefficients, respectively.
The Z axis of this definition expression is the axis of the rotationally symmetric aspherical surface.
【００２９】なお、データの記載されていない自由曲
面、非球面に関する項は０である。屈折率については、
ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記して
ある。長さの単位はｍｍである。Note that terms relating to free-form surfaces and aspheric surfaces for which no data is described are zero. Regarding the refractive index,
The values for the d-line (wavelength 587.56 nm) are shown. The unit of the length is mm.
【００３０】以下の実施例は、観察光学系とした場合
に、観察画角は、実施例１は、水平半画角１５．０°、
垂直半画角１１．４°で、画像表示素子３の大きさは１
１．１８×８．３８ｍｍ、アスペクト比３：４、実施例
２は、水平半画角１７．５°、垂直半画角１０．１°
で、画像表示素子３の大きさは１２．１８×６．８５ｍ
ｍ、アスペクト比１６：９であり、各実施例共、瞳径４
ｍｍである。In the following embodiment, when an observation optical system is used, the observation angle of view is 15.0 ° in the horizontal half angle of view in the first embodiment.
At a vertical half angle of view of 11.4 °, the size of the image display element 3 is 1
1.18 × 8.38 mm, aspect ratio 3: 4, Example 2 has a horizontal half field angle of 17.5 ° and a vertical half field angle of 10.1 °
And the size of the image display element 3 is 12.18 × 6.85 m
m, and the aspect ratio was 16: 9.
mm.
【００３１】なお、以下の数値データの表中の“ＦＦ
Ｓ”は自由曲面、“ＡＳＳ”は非球面、“ＣＹＳ”はシ
リンドリカル面、“ＲＥ”は反射面をそれぞれ示す。ま
た、Ｒ(X) はシリンドリカル面のＸ方向の曲率半径、Ｒ
(Y) はシリンドリカル面のＹ方向の曲率半径である。The "FF" in the following numerical data table
“S” indicates a free-form surface, “ASS” indicates an aspherical surface, “CYS” indicates a cylindrical surface, “RE” indicates a reflective surface, and R (X) indicates the radius of curvature of the cylindrical surface in the X direction.
(Y) is the radius of curvature of the cylindrical surface in the Y direction.
【００３２】 （実施例1 ） 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（瞳） 2 ＡＳＳ 偏心(1) 1.5254 55.8 3 ＦＳＳ（ＲＥ） 偏心(2) 1.5254 55.8 4 ＡＳＳ（ＲＥ） 偏心(1) 1.5254 55.8 5 ＦＳＳ 偏心(3) 像 面 ＣＹＳ 偏心(4) ＡＳＳ Ｒ -92.25 Ｋ 0.0000 Ａ 2.7336×10-6 Ｂ -1.1061×10-9 ＦＳＳ Ｃ4 -1.1296×10-2 Ｃ6 -1.1009×10-2 Ｃ8 1.7762×10-5 Ｃ10 7.5279×10-5 Ｃ11 -5.4196×10-7 Ｃ13 -1.4821×10-6 Ｃ15 -1.1761×10-8 Ｃ17 -1.2341×10-8 Ｃ19 -1.1281×10-7 Ｃ21 -2.1475×10-8 ＦＳＳ Ｃ4 2.6241×10-3 Ｃ6 -2.1982×10-2 Ｃ8 7.0977×10-4 Ｃ10 7.7469×10-4 Ｃ11 -2.5997×10-5 Ｃ13 2.6444×10-5 Ｃ15 -3.2429×10-6 ＣＹＳ Ｒ(X) 43.066 Ｒ(Y) ∞ 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 6.70 Ｚ 28.00 α 12.83 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.35 Ｚ 35.89 α -17.90 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 16.55 Ｚ 32.70 α 78.71 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 21.12 Ｚ 35.70 α 56.69 β 0.00 γ 0.00 。(Example 1) Surface number Curvature radius Surface distance Eccentricity Refractive index Abbe number Object plane -100-1000.00 1 ∞ (pupil) 2 ASS Eccentricity (1) 1.5254 55.8 3 FSS (RE) Eccentricity (2) 1.5254 55.8 4 ASS (RE) Eccentricity (1) 1.5254 55.8 5 FSS Eccentricity (3) Image surface CYS Eccentricity (4) ASS R -92.25 K 0.0000 A 2.7336 × 10 -6 B -1.1061 × 10 -9 FSS C 4 -1.1296 × 10 -2 C 6 -1.1009 × 10 -2 C 8 1.7762 × 10 -5 C 10 7.5279 × 10 -5 C 11 -5.4196 × 10 -7 C 13 -1.4821 × 10 -6 C 15 -1.1761 × 10 -8 C 17 -1.2341 × 10 -8 C 19 -1.1281 × 10 -7 C 21 -2.1475 × 10 -8 FSS C 4 2.6 241 × 10 -3 C 6 -2.1982 × 10 -2 C 8 7.0977 × 10 -4 C 10 7.7469 × 10 -4 C 11 -2.5997 × 10 -5 C 13 2.6444 × 10 -5 C 15 -3.2429 × 10 -6 CYS R (X) 43.066 R (Y) ∞ Eccentricity (1) X 0.00 Y 6.70 Z 28.00 α 12.83 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (2) X 0.00 Y 0.35 Z 35.89 α -17.90 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (3) X 0.00 Y 16.55 Z 32.70 α 78.71 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (4) X 0.00 Y 21.12 Z 35.70 α 56.69 β 0.00 γ 0.00.
【００３３】 （実施例２） 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（瞳） 2 ＡＳＳ 偏心(1) 1.5254 55.8 3 ＦＳＳ（ＲＥ） 偏心(2) 1.5254 55.8 4 ＡＳＳ（ＲＥ） 偏心(1) 1.5254 55.8 5 ＦＳＳ 偏心(3) 像 面 ＣＹＳ 偏心(4) ＡＳＳ Ｒ -91.46 Ｋ 0.0000 Ａ 1.1447×10-6 Ｂ 6.4257×10-10 ＦＳＳ Ｃ4 -1.1935×10-2 Ｃ6 -1.1522×10-2 Ｃ8 3.5309×10-5 Ｃ10 1.0657×10-4 Ｃ11 -1.1020×10-6 Ｃ13 -1.9488×10-6 Ｃ15 -6.3709×10-7 ＦＳＳ Ｃ4 5.8102×10-4 Ｃ6 -2.4507×10-2 Ｃ8 6.1046 ×10-4 Ｃ10 7.1699×10-4 Ｃ11 -6.6668×10-6 Ｃ13 -7.5942 ×10-6 Ｃ15 7.9851×10-6 ＣＹＳ Ｒ(X) 27.338 Ｒ(Y) ∞ 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 6.32 Ｚ 28.00 α 12.26 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.32 Ｚ 35.44 α -18.01 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 15.54 Ｚ 32.62 α 79.58 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 19.60 Ｚ 35.51 α 54.45 β 0.00 γ 0.00 。(Example 2) Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Object plane -100-1000.00 1 ∞ (pupil) 2 ASS Eccentricity (1) 1.5254 55.8 3 FSS (RE) Eccentricity (2) 1.5254 55.8 4 ASS (RE) Eccentricity (1) 1.5254 55.8 5 FSS Eccentricity (3) Image surface CYS Eccentricity (4) ASS R -91.46 K 0.0000 A 1.1447 × 10 -6 B 6.4257 × 10 -10 FSS C 4 -1.1935 × 10 -2 C 6 -1.1522 × 10 -2 C 8 3.5309 × 10 -5 C 10 1.0657 × 10 -4 C 11 -1.1020 × 10 -6 C 13 -1.9488 × 10 -6 C 15 -6.3709 × 10 -7 FSS C 4 5.8102 × 10 -4 C 6 -2.4507 × 10 -2 C 8 6.1046 × 10 -4 C 10 7.1699 × 10 -4 C 11 -6.6668 × 10 -6 C 13 -7.5942 × 10 -6 C 15 7.9851 × 10 -6 CYS R (X) 27.338 R (Y) ∞ Eccentricity (1) X 0.00 Y 6.32 Z 28.00 α 12.26 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (2) X 0.00 Y 0.32 Z 35.44 α -18.01 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (3) X 0.00 Y 15.54 Z 32.62 α 79.58 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (4) X 0.00 Y 19.60 Z 35.51 α 54.45 β 0.00 γ 0.00.
【００３４】上記実施例１の横収差を図２に示す。この
横収差図において、括弧内に示された数字は（水平画
角，垂直画角）を表し、その画角における横収差を示
す。FIG. 2 shows the lateral aberration of the first embodiment. In this lateral aberration diagram, the numbers in parentheses indicate (horizontal angle of view, vertical angle of view), and indicate the lateral aberration at that angle of view.
【００３５】また、上記実施例１〜２の観察光学系の像
面湾曲量をそれぞれ図３、図６に、画像表示素子の湾曲
量をそれぞれ図４、図７に、そして、それら像面湾曲量
から画像表示素子の湾曲量を差し引いた値（実効的な残
存像面湾曲量）をそれぞれ図５、図８に示す。FIGS. 3 and 6 show the field curvature of the observation optical systems of the first and second embodiments, and FIGS. 4 and 7 show the field curvature of the image display device. 5 and 8 show values obtained by subtracting the amount of curvature of the image display element from the amount (effective residual field curvature).
【００３６】なお、以上の実施例では、画像表示素子３
をトーリック面（Ｘ方向にのみ曲率を持つ面：シリンド
リカル面）で構成したが、当然、その面をトーリック非
球面、あるいは、長手方向のみではなく、短辺方向にも
曲率を持たせたアナモルフィック面の形状にすれば、な
お偏心光学系で発生しきれない像面湾曲の補正（補償）
が可能である。In the above embodiment, the image display element 3
Is composed of a toric surface (a surface having a curvature only in the X direction: a cylindrical surface). Naturally, the surface is a toric aspherical surface or an anamorph having a curvature not only in the longitudinal direction but also in the short side direction. Correction (compensation) of curvature of field that cannot be generated by decentered optical systems if the shape of the fick surface is changed
Is possible.
【００３７】ところで、本発明の画像表示装置の接眼光
学系を構成する偏心プリズム１０としては、上記の実施
例の内部反射回数２回のものに限定されず種々の偏心プ
リズムを用いることができる。それらの例は、例えば特
願２０００−２０７８１１の図３〜図１０等に示されて
おり、また、本発明の画像表示装置の接眼光学系を構成
する偏心プリズム１０としては、これらの偏心プリズム
を単体で接眼光学系として用いてもよいが、これらの偏
心プリズムを２個ないし３個以上を組み合わせて接眼光
学系として用いてもよい。その際、中間像を１回結像す
るタイプ、あるいは中間像を結像しないタイプ、あるい
は、中間像を２回以上結像するタイプとしてもよい。The eccentric prism 10 constituting the eyepiece optical system of the image display device of the present invention is not limited to the one having two internal reflections in the above embodiment, but various eccentric prisms can be used. Examples thereof are shown in, for example, FIGS. 3 to 10 of Japanese Patent Application No. 2000-207811, and these eccentric prisms are used as the eccentric prism 10 constituting the eyepiece optical system of the image display device of the present invention. The eyepiece optical system may be used alone, or two or more of these decentered prisms may be combined and used as an eyepiece optical system. At this time, a type in which the intermediate image is formed once, a type in which the intermediate image is not formed, or a type in which the intermediate image is formed twice or more may be used.
【００３８】以上、本発明の画像表示装置を実施例に基
づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定さ
れず種々の変形が可能である。Although the image display device of the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made.
【００３９】[0039]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の画像表示装置によると、画像表示素子と、それに表示
された観察像を観察するために射出瞳を形成する全体と
して正の屈折力を有する接眼光学系とを有する画像表示
装置において、接眼光学系として少なくとも１つの反射
面を持つ偏心プリズムを用いる場合に、画像表示素子と
してフレキシブル画像表示素子を用いて、接眼光学系の
像面湾曲に沿った方向に画像表示素子の曲面形状を湾曲
させているので、偏心プリズムが補正を担う収差から像
面湾曲をほとんど外すことができ、コマ収差等の他の収
差をより十分に補正するようにすることができることに
なり、より高性能な画像表示装置用の観察光学系を得る
ことができる。As is apparent from the above description, according to the image display apparatus of the present invention, the image display element and the overall positive refractive power forming the exit pupil for observing the observation image displayed thereon are observed. When an eccentric prism having at least one reflecting surface is used as the eyepiece optical system, a flexible image display element is used as the image display element, and the image field curvature of the eyepiece optical system is provided. Since the curved surface shape of the image display element is curved in the direction along, the curvature of field can be almost excluded from the aberrations that the eccentric prism is responsible for correcting, and other aberrations such as coma can be corrected more sufficiently. Therefore, it is possible to obtain a higher-performance observation optical system for an image display device.
【図１】本発明の実施例の画像表示装置の構成を示す図
である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an image display device according to an embodiment of the present invention.
【図２】実施例１の横収差を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing lateral aberrations in Example 1.
【図３】実施例１の観察光学系の像面湾曲量を示す図で
ある。FIG. 3 is a diagram illustrating a field curvature amount of the observation optical system according to the first embodiment.
【図４】実施例１の画像表示素子の湾曲量を示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram illustrating a bending amount of the image display element according to the first embodiment.
【図５】実施例１の像面湾曲量から画像表示素子の湾曲
量を差し引いた値を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a value obtained by subtracting a curvature amount of an image display element from a curvature amount of an image surface according to the first embodiment.
【図６】実施例２の観察光学系の像面湾曲量を示す図で
ある。FIG. 6 is a diagram illustrating a field curvature amount of an observation optical system according to a second embodiment.
【図７】実施例２の画像表示素子の湾曲量を示す図であ
る。FIG. 7 is a diagram illustrating a bending amount of an image display element according to a second embodiment.
【図８】実施例２の像面湾曲量から画像表示素子の湾曲
量を差し引いた値を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a value obtained by subtracting a curvature amount of an image display element from a curvature amount of an image surface according to the second embodiment.
１…射出瞳 ２…軸上主光線 ３…画像表示素子 ４…バックアップ部材 １０…偏心プリズム １１…第１面 １２…第２面 １３…第３面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Exit pupil 2 ... On-axis principal ray 3 ... Image display element 4 ... Backup member 10 ... Eccentric prism 11 ... 1st surface 12 ... 2nd surface 13 ... 3rd surface
Claims (3)
示された観察像を観察するために射出瞳を形成する全体
として正の屈折力を有する接眼光学系とを有する画像表
示装置において、 前記接眼光学系が屈折率（ｎ）が１よりも大きい（ｎ＞
１）媒質で形成されたプリズム部材を有し、 前記プリズム部材が、前記画像表示素子から射出された
光束をプリズム内に入射する入射面と、前記光束をプリ
ズム内で反射する少なくとも１つの反射面と、前記光束
をプリズム外に射出する射出面とを有し、前記少なくと
も１つの反射面が、光束にパワーを与える曲面形状を有
し、前記曲面形状が偏心によって発生する収差を補正す
る回転非対称な面形状にて構成され、 前記画像表示素子がフレキシブル画像表示素子からな
り、前記接眼光学系の像面湾曲に沿った方向に前記画像
表示素子の曲面形状が湾曲されていることを特徴とする
画像表示装置。1. An image display device comprising: an image display element; and an eyepiece optical system having an overall positive refractive power for forming an exit pupil for observing an observation image displayed on the image display element, The eyepiece optical system has a refractive index (n) greater than 1 (n>
1) It has a prism member formed of a medium, and the prism member reflects an incident light beam emitted from the image display element into the prism and at least one reflection surface that reflects the light beam in the prism. And an exit surface for emitting the light beam out of the prism, wherein the at least one reflecting surface has a curved surface shape that gives power to the light beam, and the curved surface shape corrects aberrations caused by eccentricity. The image display element is formed of a flexible image display element, and the curved shape of the image display element is curved in a direction along the field curvature of the eyepiece optical system. Image display device.
レックトロ・ルミネッセンス画像表示素子からなってい
ることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。2. The image display device according to claim 1, wherein said image display device comprises a flexible organic electroluminescence image display device.
に、第１面１１から第３面１３で構成された屈折率が１
より大きい透明媒質からなり、その第１面１１は射出瞳
側からの光束をプリズム内に入射させると共に第２面で
反射された光束をプリズム内で反射し、第２面は第１面
から入射した光束をプリズム内で反射し、第３面は第１
面で反射された光束をプリズム外へ射出するように構成
されており、前記第１面は透過作用と反射作用を併せ持
つ同一の光学作用面となっていることを特徴とする請求
項１又は２記載の画像表示装置。3. The prism member has a refractive index of 1 from a first surface 11 to a third surface 13 in the order of reverse ray tracing.
The first surface 11 allows the light beam from the exit pupil side to enter the prism and reflects the light beam reflected by the second surface within the prism. The second surface is incident from the first surface. The reflected light beam is reflected in the prism, and the third surface is the first surface.
The light beam reflected by the surface is emitted to the outside of the prism, and the first surface is the same optically acting surface having both a transmitting effect and a reflecting effect. The image display device as described in the above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000337080A JP2002139694A (en) | 2000-11-06 | 2000-11-06 | Image display device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000337080A JP2002139694A (en) | 2000-11-06 | 2000-11-06 | Image display device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002139694A true JP2002139694A (en) | 2002-05-17 |
Family
ID=18812525
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000337080A Withdrawn JP2002139694A (en) | 2000-11-06 | 2000-11-06 | Image display device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002139694A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103364954A (en) * | 2013-06-29 | 2013-10-23 | 歌尔声学股份有限公司 | Head-mounted display and manufacturing method thereof |
-
2000
- 2000-11-06 JP JP2000337080A patent/JP2002139694A/en not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103364954A (en) * | 2013-06-29 | 2013-10-23 | 歌尔声学股份有限公司 | Head-mounted display and manufacturing method thereof |
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