JP2011209732A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で明るく均一に照明可能な画像表示装置を提供する。
【解決手段】観察するための画像を形成する表示面の前側から入射した照明光束を反射することによって画像を表示する反射型画像表示手段と、反射型画像表示手段の表示面に照明光を入射させる光分割素子と、反射型画像表示手段の表示面に表示された画像を観察者の眼球が位置すべき瞳位置に導く接眼光学系とを備えた画像表示装置において、接眼光学系と反射型画像表示手段と光分割素子を介して瞳位置と共役な位置よりも光分割素子に近い位置に照明光源を配置するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置に関し、特に、反射型液晶表示素子等の反射光によって画像を表示するタイプの表示素子の明るい画像を、小型で光量ロスを極力抑えた接眼光学系を通して観察し得るように工夫された頭部装着型ディスプレイ等の画像表示装置に関するものである。

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接眼光学系の開発が進み、特許文献１や特許文献２、特許文献３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。

また、観察画像を表示する液晶表示素子に関しても、より明るく観察しやすい画像形成のために、反射型液晶表示素子が開発され、その照明形態をも含んだものとして、特許文献４のものが公開されている。

さらに、反射型液晶表示素子等の透過型よりも明るい反射型画像表示素子を用いた接眼光学系として、特許文献５のものが知られている。

しかし、特許文献５に開示された接眼光学系は、光学部材を全てガラスで構成しなければならず重たくなり、また、構成自体も部品点数が多く大きい構成になっている。また、反射型画像表示素子への照明光が像面の垂直方向からかなり大きく傾いて入射しているため、明るさを犠牲にしてしまっている。

そこで、反射型画像表示素子の表示面に略垂直な方向から照明するようにすることが考えられるが、従来は、特許文献６、特許文献７に記載されているように、観察光路中に４５°傾けたハーフミラー、偏光ビームスプリッター等の光分割素子を挿入し、観察光路に対して、直交する方向から照明光を導入していた。また、反射型画像表示素子の表示面に当たる光線を垂直に近づけるために、光源部から発散する照明光束を略平行光束とする光収束素子を用いていた。

また、画像表示装置とは別だが、内視鏡、顕微鏡、投影露光装置等の光源装置として、発光部からの光束を収束させるのにパワーを持つ回転非対称な曲面からなる反射面を用いることが特許文献８において提案されている。

特開平７−３３３５５１号公報 特開平８−５０２５６号公報 特開平８−２３４１３７号公報 特開平１０−２６８３０６号公報 米国特許第５，７７１，１２４号明細書 特開平７−１２８６１４号公報 特開２０００−８１５９１号公報 特開平１１−２３７５５３号公報

しかしながら、反射型画像表示素子を用いた画像表示装置において、観察光路中に４５°傾けたハーフミラー、偏光ビームスプリッター等の光分割素子を挿入して照明光を導入すると、光分割素子の光軸方向の厚みがそこでの光束の幅と同じぐらいになり、さらに、光収束素子のスペースも必要となり、光学系を小型化できない。

本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、反射型画像表示素子の表示面に略垂直に照明するための光分割素子のハーフミラー面の形状に工夫を施して光分割素子の光軸方向の厚みを薄くすると共に、光収束素子を省くことを可能にし、さらには、光源を光分割素子に近接して配置することができる小型で明るく均一に照明可能な画像表示装置を提供することである。

上記目的を達成する本発明の第１発明の画像表示装置は、観察するための画像を形成する表示面の前側から入射した照明光束を反射することによって画像を表示する反射型画像表示手段と、前記反射型画像表示手段の表示面に照明光を入射させる光分割素子と、前記反射型画像表示手段の表示面に表示された画像を観察者の眼球が位置すべき瞳位置に導く接眼光学系とを備えた画像表示装置において、
前記光分割素子が観察光路と照明光路を分離する半透過反射面を備え、前記半透過反射面が照明光源からの照明光束に対して正のパワーを与える回転非対称な曲面形状にて形成されていることを特徴とするものである。

本発明の第２発明の画像表示装置は、観察するための画像を形成する表示面の前側から入射した照明光束を反射することによって画像を表示する反射型画像表示手段と、前記反射型画像表示手段の表示面に照明光を入射させる光分割素子と、前記反射型画像表示手段の表示面に表示された画像を観察者の眼球が位置すべき瞳位置に導く接眼光学系とを備えた画像表示装置において、
前記接眼光学系と前記反射型画像表示手段と前記光分割素子を介して前記瞳位置と共役な位置よりも前記光分割素子に近い位置に照明光源が配置されていることを特徴とするものである。

本発明の第３発明の画像表示装置は、観察するための画像を形成する表示面の前側から入射した照明光束を反射することによって画像を表示する反射型画像表示手段と、前記反射型画像表示手段の表示面に照明光を入射させる光分割素子と、前記反射型画像表示手段の表示面に表示された画像を観察者の眼球が位置すべき瞳位置に導く接眼光学系とを備えた画像表示装置において、
前記光分割素子がプリズム部材からなり、前記照明光源面を前記プリズム部材の照明光入射面に対して傾けて配置したことを特徴とするものである。

以下、本発明において上記の構成をとる理由と作用について説明する。

まず、主光線を定義しておく、反射型画像表示素子の中心を射出して観察者眼球の瞳の中心に到る光線を主光線とする。この主光線を反射型画像表示素子から反対方向に延長し、光源を出て光分割素子の半透過反射面で反射して反射型画像表示素子の中心に入射し、表示面で反射後、上記の主光線に一致する光線も主光線とする。

さて、上記の第１発明について、反射型画像表示手段の表示面に照明光を入射させる光分割素子に光収束素子の役割を持たせるために、平面ではなく、凹面反射面として作用す
るの傾いた光分割面（半透過反射面あるいはハーフミラー面）を用いることを考える。このように、反射面を傾いた凹面にすると、非対称収差が発生するが、これを補正するために、この反射面を回転非対称な非球面とする。主光線がこの凹面反射面からなる光分割面に入射する点での光分割面の法線を考えると、この回転非対称面は、この法線と主光線とを含む平面に対して対称として構成するのが普通である。その製作性を考慮して、対称面が２つある回転非対称面を分割反射面に用いてもよい。

ここで、本発明で用いる上記の回転非対称面は、対称面を１面のみ又は２面有する面対称自由曲面であることが好ましい。ここで、本発明で使用する自由曲面とは、以下の式（ａ）で定義されるものである。なお、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。

₆₆
Ｚ＝ｃｒ² ／［１＋√｛１−（１＋ｋ）ｃ² ｒ² ｝］＋Σ Ｃ_j Ｘ^m Ｙ^n
j=2
・・・（ａ）
ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。

球面項中、
ｃ：頂点の曲率
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ² ＋Ｙ² ）
である。

自由曲面項は、
₆₆
Σ Ｃ_j Ｘ^m Ｙ^n
j=2
＝Ｃ₂ Ｘ＋Ｃ₃ Ｙ
＋Ｃ₄ Ｘ² ＋Ｃ₅ ＸＹ＋Ｃ₆ Ｙ²
＋Ｃ₇ Ｘ³ ＋Ｃ₈ Ｘ² Ｙ＋Ｃ₉ ＸＹ² ＋Ｃ₁₀Ｙ³
＋Ｃ₁₁Ｘ⁴ ＋Ｃ₁₂Ｘ³ Ｙ＋Ｃ₁₃Ｘ² Ｙ² ＋Ｃ₁₄ＸＹ³ ＋Ｃ₁₅Ｙ⁴
＋Ｃ₁₆Ｘ⁵ ＋Ｃ₁₇Ｘ⁴ Ｙ＋Ｃ₁₈Ｘ³ Ｙ² ＋Ｃ₁₉Ｘ² Ｙ³ ＋Ｃ₂₀ＸＹ⁴
＋Ｃ₂₁Ｙ⁵
＋Ｃ₂₂Ｘ⁶ ＋Ｃ₂₃Ｘ⁵ Ｙ＋Ｃ₂₄Ｘ⁴ Ｙ² ＋Ｃ₂₅Ｘ³ Ｙ³ ＋Ｃ₂₆Ｘ² Ｙ⁴
＋Ｃ₂₇ＸＹ⁵ ＋Ｃ₂₈Ｙ⁶
＋Ｃ₂₉Ｘ⁷ ＋Ｃ₃₀Ｘ⁶ Ｙ＋Ｃ₃₁Ｘ⁵ Ｙ² ＋Ｃ₃₂Ｘ⁴ Ｙ³ ＋Ｃ₃₃Ｘ³ Ｙ⁴
＋Ｃ₃₄Ｘ² Ｙ⁵ ＋Ｃ₃₅ＸＹ⁶ ＋Ｃ₃₆Ｙ⁷
・・・・・・
ただし、Ｃ_j （ｊは２以上の整数）は係数である。

上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、本発明ではＸの奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例えば、上記定義式（ａ）においては、Ｃ₂ 、Ｃ₅ 、Ｃ₇ 、Ｃ₉ 、Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₆、Ｃ₁₈、Ｃ₂₀、Ｃ₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ₂₇、Ｃ₂₉、Ｃ₃₁、Ｃ₃₃、Ｃ₃₅・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。

また、Ｙの奇数次項を全て０にすることによって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例えば、上記定義式においては、Ｃ₃ 、Ｃ₅ 、Ｃ₈ 、Ｃ₁₀、Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₇、Ｃ₁₉、Ｃ₂₁、Ｃ₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ₂₇、Ｃ₃₀、Ｃ₃₂、Ｃ₃₄、Ｃ₃₆・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。

また上記対称面の方向の何れか一方を対称面とし、それに対応する方向の偏心、例えば、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面に対して光学系の偏心方向はＹ軸方向に、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面に対しては光学系の偏心方向はＸ軸方向にすることで、偏心により発生する回転非対称な収差を効果的に補正しながら同時に製作性をも向上させることが可能となる。

また、上記定義式（ａ）は、前述のように１つの例として示したものであり、本発明は、対称面を１面のみ又は２面有する回転非対称面を用いることで偏心により発生する回転非対称な収差を補正し、同時に製作性も向上させるということが特徴であり、他のいかなる定義式に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。

さて、上記の回転非対称な分割反射面のパワー（反射パワー）を考える。対称面内の方向をＹ方向、これと直交する面内の方向をＸ方向とする。Ｙ方向とＸ方向とでパワーが異なるが、それぞれφ_y 、φ_x とする。また、反射型画像表示素子の大きさ（画面サイズ）をＹ方向、Ｘ方向に対し、Ｗ_y 、Ｗ_x とする。

まず、
０．０５＜φ_y ×Ｗ_y ＜３ ・・・（１）
の条件を満たすような面とすることが望ましい。ここで、φ_y ×Ｗ_y はＹ方向の開口数に相当するパラメータで、φ_y ×Ｗ_y が下限値０．０５以下になると、分割反射面のパワーが弱くなりすぎ、光源を大きくしないと照明できなくなり、光学系を小さくすることができなくなる。逆に、φ_y ×Ｗ_y が上限値３以上になると、パワーが強すぎ、光源位置が分割反射面に近くなりすぎて観察光路と干渉するようになると共に、照明光学系の収差が大きくなって有効に反射型画像表示素子を照明することができなくなる。

この条件式（１）は、
０．２＜φ_y ×Ｗ_y ＜１．０ ・・・（１−１）
の条件を満たすようにすると、小型化にさらに有利になり、
０．２５＜φ_y ×Ｗ_y ＜０．８ ・・・（１−２）
にすると、さらに望ましい。

ところで、φ_y ×Ｗ_y とφ_x ×Ｗ_x との関係は、
φ_y ×Ｗ_y ＜φ_x ×Ｗ_x ・・・（２）
の条件を満たすことが望ましい。この条件（２）から外れると、照明光を折り曲げる方向（Ｙ方向）と折り曲げない方向（Ｘ方向）とで、パワーのバランスが崩れ、均一な照明が困難になる。

後記の実施例においては、
Ｗ_x Ｗ_y φ_x φ_y φ_x ×Ｗ_x φ_y ×Ｗ_y
実施例１ 11.5 7.2 0.14 0.092 1.58 0.67
実施例２ 7.2 7.2 0.058 0.039 0.41 0.28
実施例３ 11.52 7.2 0.16 0.10 1.84 0.72
実施例４ 11.52 7.2 0.16 0.10 1.84 0.72
である。

なお、上記分割反射面は、２つの透明部材の貼り合わせ面に設けたプリズム部材から構成することが望ましい。

次に、本発明の第２発明について説明する。反射型液晶表示素子のような画像表示手段の表示面に光分割素子を介して照明光を入射させる配置の場合、照明光源は、通常、観察
者の眼球が位置すべき瞳位置と共役な位置に配置されるが、光学系をより小型にするために、本発明においては、その共役な位置よりも光分割素子に近い位置に配置する。

図１は後記の実施例１の画像表示装置の光学系の主光線（光軸）を含む断面図であり、これに基づいてこの第２発明について説明する。この光学系は、逆光線追跡で光の通る順に、射出瞳１、３つの偏心プリズム１０、２０、３０からなる接眼光学系３、半透過反射面の光分割面４０を備えた光分割素子４、反射型画像表示素子の表示面５からなり、また、光分割素子４の光分割面４０の反射側（照明光入射側）には光源面６が配置され、また、射出瞳１に共役な面７が位置する。

そして、光軸（主光線）２が光分割面４０と交わる点をＮ、射出瞳１に共役な面７と交わる点をＰ、光源面６と交わる点をＬとし、光路長ＮＬを光路長ＮＰで割った値をαとするとき、
０．５＜α＜０．９ ・・・（３）
を満たすように光源面６を配置するのが望ましい。

上記αが条件（３）の下限値０．５を越えると、光源位置が観察光路に近づきすぎて、観察光路と干渉してしまう。αが上限値の０．９を越えると、光源の位置が画像表示装置の光学系から遠くなりすぎて光学系を小型化できない。

この条件は、
０．７＜α＜０．８ ・・・（３−１）
とするとなお望ましい。

後記の実施例においては、
ＮＰ ＮＬ α
実施例１ 15.18 11.82 0.78
実施例２ 17.58 13.37 0.76
実施例３ 13.19 11.41 0.87
実施例４ 13.19 11.41 0.87
である。

次に、本発明の第３発明について説明する。反射型液晶表示素子のような画像表示手段の表示面にプリズム部材からなる光分割素子を介して照明光を入射させる配置の場合、観察者の眼球側（射出瞳）から逆光線追跡で行って、反射型画像表示素子で反射した光線を考える。例えば図１において、プリズム部材からなる光分割素子４の自由曲面からなる凹面の光分割面４０で反射した光線は、射出瞳１に共役な面（入射瞳）７に収束して行くが、このとき、非対称収差が発生する。これを光分割面４０の回転非対称な面で補正するが、収差の一部は光分割素子４のプリズム部材の入射面４３を光軸２に対して傾けることにより補正できる。この傾いたプリズム入射面４３に平行に光源面６を配置すると、画像表示面５での照明光の配光が不均一になる。そこで、第３発明では、光源面６をプリズム入射面４３に対して若干傾けて配光の均一性を得るようにする。

そして、プリズム入射面４３と光源面６とのなす角をβとし、図１に示すように、プリズム入射面４３と光源面６との間隔が、プリズム入射面４３の画像表示面５に近い側でより狭くなるときをβが正と定義すると、
２°＜β＜３０° ・・・（４）
を満たすことが望ましい。

上記のように、プリズム入射面４３の角度を入射瞳７での瞳収差が小さくなるように定
めたとき、βが条件（４）の下限値の２°を越えると、反射型画像表示面５の光源６に近い側で照明光の光量が不足し、βが上限値の３０°を越えると、反射型画像表示面５の光源６から遠い側で照明光の光量が不足する。

この条件は、
４°＜β＜１８° ・・・（４−１）
とするとなお望ましい。

後記の実施例においては、
β
実施例１ １５°
実施例２ ５°
実施例３ ２０°
実施例４ １５°
である。

ところで、従来は、光源面６の中心を出た照明光の主光線２は、光分割素子４で直角に偏向されていた。画像表示装置の光学系を小型化するためには、この偏向角を９０°よりも大きくして、光源面６をより表示面５側に近づくようにすることが望ましい。この偏向角をθとするとき、
９４°＜θ＜１２０° ・・・（５）
の条件を満たしたものが、小型化に有利である。

θが条件（５）の下限値の９４°を下回ると、小型化に対してほとんど効果がなくなる。θがその上限値の１２０°を越えると、光分割面４０の画像表示面５に近い部分で反射する光線が、光源６と光分割面４０との間で反射型画像表示素子と干渉して光分割素子４を小型化することができなくなる。

θが下記の条件を満たすとさらによい。

１００°＜θ＜１１５° ・・・（５−１）
θが下記の条件を満たすとさらに好ましい。

１０５°＜θ＜１１０° ・・・（５−１）
後記の実施例においては、
θ
実施例１ １０８．２°
実施例２ １０６．０°
実施例３ １０８．２°
実施例４ １０８．２°
である。

なお、本発明の反射型画像表示素子を用いる画像表示装置において、光分割素子４と画像表示面５との間に反射率の高い面があると、画像に対する不要光となる。これを減らすために、光分割素子４と反射型画像表示素子のカバーガラス５１との間を屈折率整合作用のある光学接着剤を用いて接合し、空気接触面をなくすことにより反射率を下げ、不要光の低下を図ることができる。

本発明は、右眼用又は左眼用に以上の光学系を備えて構成されている画像表示装置を含むものである。

また、右眼用と左眼用に以上の光学系を一対備えて構成されている画像表示装置を含むものである。

また、その画像表示装置が、観察者顔面前方に位置するように、観察者頭部を支持する支持手段を有して構成されている画像表示装置を含むものである。

以上の説明から明らかなように、本発明によると、反射型画像表示素子を用いた画像表示装置において、反射型画像表示手段の表示面に照明光を入射させる光分割素子の光分割面にパワーを持たせることにより、光分割素子の光軸方向の厚みを薄くすると共に、光収束素子を省くことができ、均一な照明が可能で小型の画像表示装置を少ない部品点数で構成することが可能になり、また、その部品の精度だけで収差が決まり、画像表示装置の組立時の精度が緩くなる。

本発明の実施例１の画像表示装置の光学系の断面図である。 本発明の実施例２の画像表示装置の光学系の断面図である。 本発明の実施例３の画像表示装置の光学系の断面図である。 本発明の実施例４の画像表示装置の光学系の断面図である。 本発明の画像表示装置の接眼光学系のプリズムに適用可能な偏心プリズムの１例を示す図である。 本発明の画像表示装置の接眼光学系のプリズムに適用可能な偏心プリズムの別の例を示す図である。 本発明の画像表示装置の接眼光学系のプリズムに適用可能な偏心プリズムの別の例を示す図である。 本発明の画像表示装置の接眼光学系のプリズムに適用可能な偏心プリズムの別の例を示す図である。 本発明の画像表示装置の接眼光学系のプリズムに適用可能な偏心プリズムの別の例を示す図である。 本発明の画像表示装置の接眼光学系のプリズムに適用可能な偏心プリズムの別の例を示す図である。 本発明の画像表示装置の接眼光学系のプリズムに適用可能な偏心プリズムの別の例を示す図である。 本発明の画像表示装置の接眼光学系のプリズムに適用可能な偏心プリズムの別の例を示す図である。 本発明による頭部装着型で両眼装着用の画像表示装置を観察者頭部に装着した状態を示す図である。 図１３の断面図である。 本発明による頭部装着型で片眼装着用の画像表示装置を観察者頭部に装着した状態を示す図である。

以下、本発明の画像表示装置の光学系の実施例１〜４について説明する。この実施例は逆光線追跡で説明するが、像面に反射型画像表示素子を配置し、その瞳位置に観察者の眼球の瞳を配置することにより画像表示装置として用いることができる。なお、この実施例の構成パラメータは後に示す。

各実施例において、図１に示すように、軸上主光線２を物体中心を出て、瞳１の中心を通り、表示面５中心を通り、その表示面５の中心で反射し、光源面６の中心に到る光線で
定義する。そして、軸上主光線２が瞳１の面に入射する位置を画像表示装置の光学系を構成する光学面の原点として、瞳１の面に入射する軸上主光線２に沿う方向をＺ軸正方向とし、このＺ軸と像面中心を含む平面をＹ−Ｚ平面とし、原点を通りＹ−Ｚ平面に直交し、紙面の手前から裏面側に向かう方向を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。図１には、原点について定められた座標系を図示してある。

実施例１〜４では、瞳１の中心について定められた座標系のＹ−Ｚ平面内で面の偏心を行っており、また、その各回転非対称自由曲面の唯一の対称面をＹ−Ｚ面としている。各偏心面については、瞳１の中心について定められた座標系の原点から、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、前記（ａ）式のＺ軸、非球面にについては、後記（ｂ）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。なお、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。

また、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。

また、本発明で用いられる自由曲面の面の形状は前記（ａ）式により定義し、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。

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。

Ｚ＝（Ｙ² ／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）Ｙ² ／Ｒ² ｝^{1 /2}］
＋ＡＹ⁴ ＋ＢＹ⁶ ＋ＣＹ⁸ ＋ＤＹ¹⁰＋……
・・・（ｂ）
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。

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。

また、自由曲面の他の定義式として、以下の（ｃ）式で与えられるＺｅｒｎｉｋｅ多項式がある。この面の形状は以下の式により定義する。その定義式のＺ軸がＺｅｒｎｉｋｅ多項式の軸となる。回転非対称面の定義は、Ｘ−Ｙ面に対するＺの軸の高さの極座標で定義され、ＲはＸ−Ｙ面内のＺ軸からの距離、ＡはＺ軸回りの方位角で、Ｘ軸から測った回転角で表せられる。

ｘ＝Ｒ×cos(A)
ｙ＝Ｒ×sin(A)
Ｚ＝Ｄ₂
＋Ｄ₃ Ｒcos(A)＋Ｄ₄ Ｒsin(A)
＋Ｄ₅ Ｒ² cos(2A)＋Ｄ₆ （Ｒ² −１）＋Ｄ₇ Ｒ² sin(2A)
＋Ｄ₈ Ｒ³ cos(3A) ＋Ｄ₉ （３Ｒ³ −２Ｒ）cos(A)
＋Ｄ₁₀（３Ｒ³ −２Ｒ）sin(A)＋Ｄ₁₁Ｒ³ sin(3A)
＋Ｄ₁₂Ｒ⁴cos(4A)＋Ｄ₁₃（４Ｒ⁴ −３Ｒ² ）cos(2A)
＋Ｄ₁₄（６Ｒ⁴ −６Ｒ² ＋１）＋Ｄ₁₅（４Ｒ⁴ −３Ｒ² ）sin(2A)
＋Ｄ₁₆Ｒ⁴ sin(4A) ＋Ｄ₁₇Ｒ⁵ cos(5A)
＋Ｄ₁₈（５Ｒ⁵ −４Ｒ³ ）cos(3A)
＋Ｄ₁₉（１０Ｒ⁵ −１２Ｒ³ ＋３Ｒ）cos(A)
＋Ｄ₂₀（１０Ｒ⁵ −１２Ｒ³ ＋３Ｒ）sin(A)
＋Ｄ₂₁（５Ｒ⁵ −４Ｒ³ ）sin(3A) ＋Ｄ₂₂Ｒ⁵ sin(5A)
＋Ｄ₂₃Ｒ⁶cos(6A)＋Ｄ₂₄（６Ｒ⁶ −５Ｒ⁴ ）cos(4A)
＋Ｄ₂₅（１５Ｒ⁶ −２０Ｒ⁴ ＋６Ｒ² ）cos(2A)
＋Ｄ₂₆（２０Ｒ⁶ −３０Ｒ⁴ ＋１２Ｒ² −１）
＋Ｄ₂₇（１５Ｒ⁶ −２０Ｒ⁴ ＋６Ｒ² ）sin(2A)
＋Ｄ₂₈（６Ｒ⁶ −５Ｒ⁴ ）sin(4A) ＋Ｄ₂₉Ｒ⁶sin(6A)・・・・・
・・・（ｃ）
なお、Ｘ軸方向に対称な光学系として設計するには、Ｄ₄ ，Ｄ₅ ，Ｄ₆ 、Ｄ₁₀０，Ｄ₁₁，Ｄ₁₂，Ｄ₁₃，Ｄ₁₄，Ｄ₂₀，Ｄ₂₁，Ｄ₂₂…を利用する。

その他の面の例として、次の定義式（ｄ）があげられる。

Ｚ＝ΣΣＣ_nmＸＹ
例として、ｋ＝７（７次項）を考えると、展開したとき、以下の式で表せる。

Ｚ＝Ｃ₂
＋Ｃ₃ Ｙ＋Ｃ₄ ｜Ｘ｜
＋Ｃ₅ Ｙ² ＋Ｃ₆ Ｙ｜Ｘ｜＋Ｃ₇ Ｘ²
＋Ｃ₈ Ｙ³ ＋Ｃ₉ Ｙ² ｜Ｘ｜＋Ｃ₁₀ＹＸ² ＋Ｃ₁₁｜Ｘ³ ｜
＋Ｃ₁₂Ｙ⁴ ＋Ｃ₁₃Ｙ³ ｜Ｘ｜＋Ｃ₁₄Ｙ² Ｘ² ＋Ｃ₁₅Ｙ｜Ｘ³ ｜＋Ｃ₁₆Ｘ⁴
＋Ｃ₁₇Ｙ⁵ ＋Ｃ₁₈Ｙ⁴ ｜Ｘ｜＋Ｃ₁₉Ｙ³ Ｘ² ＋Ｃ₂₀Ｙ² ｜Ｘ³ ｜
＋Ｃ₂₁ＹＸ⁴ ＋Ｃ₂₂｜Ｘ⁵ ｜
＋Ｃ₂₃Ｙ⁶ ＋Ｃ₂₄Ｙ⁵ ｜Ｘ｜＋Ｃ₂₅Ｙ⁴ Ｘ² ＋Ｃ₂₆Ｙ³ ｜Ｘ³ ｜
＋Ｃ₂₇Ｙ² Ｘ⁴ ＋Ｃ₂₈Ｙ｜Ｘ⁵ ｜＋Ｃ₂₉Ｘ⁶
＋Ｃ₃₀Ｙ⁷ ＋Ｃ₃₁Ｙ⁶ ｜Ｘ｜＋Ｃ₃₂Ｙ⁵ Ｘ² ＋Ｃ₃₃Ｙ⁴ ｜Ｘ³ ｜
＋Ｃ₃₄Ｙ³ Ｘ⁴ ＋Ｃ₃₅Ｙ² ｜Ｘ⁵ ｜＋Ｃ₃₆ＹＸ⁶ ＋Ｃ₃₇｜Ｘ⁷ ｜
・・・（ｄ）
なお、本発明の実施例では、前記（ａ）式を用いた自由曲面で面形状が表現されているが、上記（ｃ）式、（ｄ）式を用いても同様の作用効果を得られるのは言うまでもない。

本発明の実施例１の光軸２を含むＹ−Ｚ断面図を図１に示す。この実施例の観察光学系の半画角は、Ｘ方向１８°、Ｙ方向１１．５°で、反射型画像表示素子の大きさは１１．５×７．２ｍｍである。

この実施例は、逆光線追跡で、物体側から光の通る順に、射出瞳１、偏心プリズム１０、２０、３０からなる接眼光学系３、半透過反射面の光分割面４０を備えた光分割素子４、反射型画像表示素子の表示面５からなり、また、光分割素子４の光分割面４０の反射側（照明光入射側）には光源面６が配置され、また、射出瞳１に共役な面７が位置する。

接眼光学系３の偏心プリズム１０は第１面１１から第３面１３で構成され、その第１面１１は物体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。

接眼光学系３の偏心プリズム２０は第１面２１から第３面２３で構成され、その第１面２１は偏心プリズム１０からの光束をプリズム２０内に入射させ、第２面２２は第１面２１から入射した光束をプリズム内で反射し、第３面２３は第２面２２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いる。

接眼光学系３の偏心プリズム３０は第１面３１から第４面３４で構成され、その第１面３１は偏心プリズム２０からの光束をプリズム３０内に入射させ、第２面３２は第１面３１から入射した光束をプリズム内で反射し、第３面３３は第２面３２で反射した光束を第１面３１から第２面３２に入射する光束と交差するようにプリズム内で反射し、第４面３４は第３面３３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いる。

そして、この３つの偏心プリズム１０〜３０からなる接眼光学系３は、中間像を１回結像するタイプの光学系からなっている。

光分割素子４は２つの透明媒体４１と４２が接合された接合プリズム部材からなり、その接合面に半透過反射面の光分割面４０を備えており、逆光線追跡では、その射出面４４、光分割面４０、画像表示素子対向面４５を透過し、画像表示素子対向面４５に接着されている反射型画像表示素子のカバーガラス５１を経て反射型画像表示素子の表示面５に到り、その表示面５で反射された光束は、カバーガラス５１、画像表示素子対向面４５を透過して光分割面４０で反射され、光分割素子４の照明光入射面４３からプリズム外へ射出し、光源面６に到る。なお、射出瞳１の像は、光源面６より後の射出瞳１と共役な面７に結像する。

このような配置であるので、射出瞳１と共役な面７よりも光分割素子４に近い位置に配置された光源面６からの照明光は、光分割素子４の照明光入射面４３から接合プリズム部材内に入射し、光分割面４０で反射され略平行光束になって画像表示素子対向面４５から接合プリズム部材外に出てカバーガラス５１を介して反射型画像表示素子の表示面５を略垂直に照明する。反射型液晶表示素子の表示面５からの表示光は、カバーガラス５１を介して光分割素子４の画像表示素子対向面４５から接合プリズム部材内に入射し、今度は光分割面４０を透過してその射出面４４から接合プリズム部材外に出て、接眼光学系３の偏心プリズム３０の第４面３４からプリズム３０内に入射し、第３面３３で内部反射し、第２面３２で内部反射し、第１面３１からプリズム３０外に射出し、偏心プリズム２０の第３面２３からプリズム２０内に入射し、第２面２２で内部反射し、第１面２１からプリズム２０外に射出し、プリズム１０の第３面１３からプリズム１０内に入り、第１面１１で全反射され、第２面１２で反射されて今度は第１面１１で屈折されてプリズム１０外に射出し、射出瞳１の位置にある観察者眼球内に入り、反射型液晶表示素子の表示画像の拡大像を形成する。

後記の構成パラメータの第２面から第５面までがプリズム１０であり、第６面から第８面までがプリズム２０であり、第９面から第１２面までがプリズム３０であり、第１３面から第１４面までが画像表示時の光分割素子４であり、第１４面から第１５面までがカバーガラス５１であり、第１５面が表示面５であり、第１５面から第１６面までがカバーガラス５１であり、第１７面が反射面としての光分割面４０であり、第１８面が光分割素子４の照明光入射面４３であり、第１９面が光源面６であり、像面（第２０面）が射出瞳１と共役な面７である。そして、第２面から像面（第２０面）の各面は第１面の射出瞳１の中心を基準とした偏心量で表されている。

本発明の実施例２の光軸２を含むＹ−Ｚ断面図を図２に示す。この実施例の観察光学系の半画角は、Ｘ方向８．３°、Ｙ方向８．３°で、反射型画像表示素子の大きさは７．２×７．２ｍｍである。

この実施例は、逆光線追跡で、物体側から光の通る順に、射出瞳１、偏心プリズム１０からなる接眼光学系３、半透過反射面の光分割面４０を備えた光分割素子４、反射型画像表示素子の表示面５からなり、また、光分割素子４の光分割面４０の反射側（照明光入射側）には光源面６が配置され、また、射出瞳１に共役な面７が位置する。

接眼光学系３の偏心プリズム１０は第１面１１から第３面１３で構成され、その第１面１１は物体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。

この偏心プリズム１０のみからなる接眼光学系３は、中間像を結像しないタイプの光学系からなっている。

光分割素子４は２つの透明媒体４１と４２が接合された接合プリズム部材からなり、その接合面に半透過反射面の光分割面４０を備えており、逆光線追跡では、その射出面４４、光分割面４０、画像表示素子対向面４５を透過し、画像表示素子対向面４５に接着されている反射型画像表示素子のカバーガラス５１を経て反射型画像表示素子の表示面５に到り、その表示面５で反射された光束は、カバーガラス５１、画像表示素子対向面４５を透過して光分割面４０で反射され、光分割素子４の照明光入射面４３からプリズム外へ射出し、光源面６に到る。なお、射出瞳１の像は、光源面６より後の射出瞳１と共役な面７に結像する。

このような配置であるので、射出瞳１と共役な面７よりも光分割素子４に近い位置に配置された光源面６からの照明光は、光分割素子４の照明光入射面４３から接合プリズム部材内に入射し、光分割面４０で反射され略平行光束になって画像表示素子対向面４５から接合プリズム部材外に出てカバーガラス５１を介して反射型画像表示素子の表示面５を略垂直に照明する。反射型液晶表示素子の表示面５からの表示光は、カバーガラス５１を介して光分割素子４の画像表示素子対向面４５から接合プリズム部材内に入射し、今度は光分割面４０を透過してその射出面４４から接合プリズム部材外に出て、接眼光学系３の偏心プリズム１０の第３面１３からプリズム１０内に入射し、第１面１１で全反射され、第２面１２で反射されて今度は第１面１１で屈折されてプリズム１０外に射出し、射出瞳１の位置にある観察者眼球内に入り、反射型液晶表示素子の表示画像の拡大像を形成する。

後記の構成パラメータの第２面から第５面までがプリズム１０であり、第６面から第７面までが画像表示時の光分割素子４であり、第７面から第８面までがカバーガラス５１であり、第８面が表示面５であり、第８面から第９面までがカバーガラス５１であり、第１０面が反射面としての光分割面４０であり、第１１面が光分割素子４の照明光入射面４３であり、第１２面が光源面６であり、像面（第１３面）が射出瞳１と共役な面７である。そして、第２面から像面（第１３面）の各面は第１面の射出瞳１の中心を基準とした偏心量で表されている。

本発明の実施例３の光軸２を含むＹ−Ｚ断面図を図３に示す。この実施例の観察光学系の半画角は、Ｘ方向１６°、Ｙ方向１０．２°で、反射型画像表示素子の大きさは１１．５２×７．２ｍｍである。

この実施例は、逆光線追跡で、物体側から光の通る順に、射出瞳１、偏心プリズム１０、２０、３０からなる接眼光学系３、半透過反射面の光分割面４０を備えた光分割素子４、ウォブリング素子８、反射型画像表示素子の表示面５からなり、また、光分割素子４の
光分割面４０の反射側（照明光入射側）には光源面６が配置され、また、射出瞳１に共役な面７が位置する。

ここで、ウォブリング素子８は、特開平７−３６０５４号に示されたいるように、位相変調素子と複屈折媒体とが順次配置されてなり、画像表示素子の表示面５を１次元方向又は２次元方向にウォブリング（絵素ずらし、画素シフト）して高解像化する素子であり、後記の構成パラメータ中では平行平板で表してある。 この実施例の接眼光学系３は実施例１の接眼光学系３と同様である。

そして、光分割素子４は２つの透明媒体４１と４２が接合された接合プリズム部材からなり、その接合面に半透過反射面の光分割面４０を備えており、逆光線追跡では、その射出面４４、光分割面４０、画像表示素子対向面４５を透過し、画像表示素子対向面４５に接着されているウォブリング素子８とそのウォブリング素子８の反対側に接着されている反射型画像表示素子のカバーガラス５１とを経て反射型画像表示素子の表示面５に到り、その表示面５で反射された光束は、カバーガラス５１、ウォブリング素子８、画像表示素子対向面４５を透過して光分割面４０で反射され、光分割素子４の照明光入射面４３からプリズム外へ射出し、光源面６に到る。なお、射出瞳１の像は、光源面６より後の射出瞳１と共役な面７に結像する。

このような配置であるので、射出瞳１と共役な面７よりも光分割素子４に近い位置に配置された光源面６からの照明光は、光分割素子４の照明光入射面４３から接合プリズム部材内に入射し、光分割面４０で反射され略平行光束になって画像表示素子対向面４５から接合プリズム部材外に出て、ウォブリング素子８、カバーガラス５１を介して反射型画像表示素子の表示面５を略垂直に照明する。反射型液晶表示素子の表示面５からの表示光は、カバーガラス５１とウォブリング素子８を介して光分割素子４の画像表示素子対向面４５から接合プリズム部材内に入射し、今度は光分割面４０を透過してその射出面４４から接合プリズム部材外に出て、接眼光学系３の偏心プリズム３０の第４面３４からプリズム３０内に入射し、第３面３３で内部反射し、第２面３２で内部反射し、第１面３１からプリズム３０外に射出し、偏心プリズム２０の第３面２３からプリズム２０内に入射し、第２面２２で内部反射し、第１面２１からプリズム２０外に射出し、プリズム１０の第３面１３からプリズム１０内に入り、第１面１１で全反射され、第２面１２で反射されて今度は第１面１１で屈折されてプリズム１０外に射出し、射出瞳１の位置にある観察者眼球内に入り、反射型液晶表示素子の表示画像の拡大像を形成する。

後記の構成パラメータの第２面から第５面までがプリズム１０であり、第６面から第８面までがプリズム２０であり、第９面から第１２面までがプリズム３０であり、第１３面から第１４面までが画像表示時の光分割素子４であり、第１４面から第１５面までがウォブリング素子８であり、第１５面から第１６面までがカバーガラス５１であり、第１６面が表示面５であり、第１６面から第１７面までがカバーガラス５１であり、第１７面から第１８面までがウォブリング素子８であり、第１９面が反射面としての光分割面４０であり、第２０面が光分割素子４の照明光入射面４３であり、第２１面が光源面６であり、像面（第２２面）が射出瞳１と共役な面７である。そして、第２面から像面（第２２面）の各面は第１面の射出瞳１の中心を基準とした偏心量で表されている。

本発明の実施例４の光軸２を含むＹ−Ｚ断面図を図４に示す。この実施例の観察光学系の半画角は、Ｘ方向１８°、Ｙ方向１１．５°で、反射型画像表示素子の大きさは１１．５２×７．２ｍｍである。

この実施例は、逆光線追跡で、物体側から光の通る順に、射出瞳１、偏心プリズム１０、２０、３０からなる接眼光学系３、ウォブリング素子８、半透過反射面の光分割面４０
を備えた光分割素子４、反射型画像表示素子の表示面５からなり、また、光分割素子４の光分割面４０の反射側（照明光入射側）には光源面６が配置され、また、射出瞳１に共役な面７が位置する。

この実施例は、ウォブリング素子８を光分割素子４の接眼光学系３側に一体に接着して界面反射を防止するようにした例である。

この実施例の接眼光学系３は実施例１の接眼光学系３と同様である。

そして、光分割素子４は２つの透明媒体４１と４２が接合された接合プリズム部材からなり、その接合面に半透過反射面の光分割面４０を備えており、また、光分割素子４の射出面４４にウォブリング素子８が接着されており、逆光線追跡では、そのウォブリング素子８、射出面４４、光分割面４０、画像表示素子対向面４５を透過し、画像表示素子対向面４５に接着されている反射型画像表示素子のカバーガラス５１を経て反射型画像表示素子の表示面５に到り、その表示面５で反射された光束は、カバーガラス５１、画像表示素子対向面４５を透過して光分割面４０で反射され、光分割素子４の照明光入射面４３からプリズム外へ射出し、光源面６に到る。なお、射出瞳１の像は、光源面６より後の射出瞳１と共役な面７に結像する。

このような配置であるので、射出瞳１と共役な面７よりも光分割素子４に近い位置に配置された光源面６からの照明光は、光分割素子４の照明光入射面４３から接合プリズム部材内に入射し、光分割面４０で反射され略平行光束になって画像表示素子対向面４５から接合プリズム部材外に出てカバーガラス５１を介して反射型画像表示素子の表示面５を略垂直に照明する。反射型液晶表示素子の表示面５からの表示光は、カバーガラス５１を介して光分割素子４の画像表示素子対向面４５から接合プリズム部材内に入射し、今度は光分割面４０を透過してその射出面４４から接合プリズム部材外に出て、ウォブリング素子８を経て、接眼光学系３の偏心プリズム３０の第４面３４からプリズム３０内に入射し、第３面３３で内部反射し、第２面３２で内部反射し、第１面３１からプリズム３０外に射出し、偏心プリズム２０の第３面２３からプリズム２０内に入射し、第２面２２で内部反射し、第１面２１からプリズム２０外に射出し、プリズム１０の第３面１３からプリズム１０内に入り、第１面１１で全反射され、第２面１２で反射されて今度は第１面１１で屈折されてプリズム１０外に射出し、射出瞳１の位置にある観察者眼球内に入り、反射型液晶表示素子の表示画像の拡大像を形成する。

後記の構成パラメータの第２面から第５面までがプリズム１０であり、第６面から第８面までがプリズム２０であり、第９面から第１２面までがプリズム３０であり、第１３面から第１４面までがウォブリング素子８であり、第１４面から第１５面までが画像表示時の光分割素子４であり、第１５面から第１６面までがカバーガラス５１であり、第１６面が表示面５であり、第１６面から第１７面までがカバーガラス５１であり、第１８面が反射面としての光分割面４０であり、第１９面が光分割素子４の照明光入射面４３であり、第２０面が光源面６であり、像面（第２１面）が射出瞳１と共役な面７である。そして、第２面から像面（第２１面）の各面は第１面の射出瞳１の中心を基準とした偏心量で表されている。

以下に上記実施例１〜４の構成パラメータを示す。以下の表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＡＳＳ”は非球面を示す。
（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 ∞ -1250.00
1 ∞（瞳） 偏心(1)
2 ＡＳＳ[1] 偏心(2) 1.4924 57.6
3 ＦＦＳ[1] 偏心(3) 1.4924 57.6
4 ＡＳＳ[1] 偏心(2) 1.4924 57.6
5 ＦＦＳ[2] 偏心(4)
6 ＡＳＳ[2] 偏心(5) 1.4924 57.6
7 ∞ 偏心(6) 1.4924 57.6
8 ＡＳＳ[3] 偏心(7)
9 ＦＦＳ[3] 偏心(8) 1.4924 57.6
10 ＦＦＳ[4] 偏心(9) 1.4924 57.6
11 ＦＦＳ[5] 偏心(10) 1.4924 57.6
12 ＦＦＳ[6] 偏心(11)
13 ∞ 偏心(12) 1.4924 57.6
14 ∞ 偏心(13) 1.5163 64.1
15 ∞ 偏心(14) 1.5163 64.1
16 ∞ 偏心(13) 1.4924 57.6
17 ＦＦＳ[7] 偏心(15) 1.4924 57.6
18 ∞ 偏心(16)
19 ∞ 偏心(17)
像 面 ∞ 偏心(18)
ＡＳＳ[1]
Ｒ -55.44
Ｋ 2.1396×10^-1
Ａ 3.9915×10^-6
Ｂ 2.2958×10^-9
Ｃ -3.1207×10^-12
ＡＳＳ[2]
Ｒ 18.43
Ｋ 7.4067×10^-1
Ａ 5.3964×10^-5
Ｂ 1.0832×10^-6
Ｃ -9.4725×10^-9
ＡＳＳ[3]
Ｒ 17.33
Ｋ -1.7782
Ａ -5.5187×10^-5
Ｂ -1.2987×10^-7
Ｃ -7.8713×10^-9
ＦＦＳ[1]
Ｃ₄ -1.3856×10^-2 Ｃ₆ -1.3735×10^-2 Ｃ₈ -1.0414×10^-6
Ｃ₁₀ 3.2479×10^-5 Ｃ₁₁ -2.2932×10^-6 Ｃ₁₃ -5.0980×10^-6
Ｃ₁₅ -2.9220×10^-6 Ｃ₁₇ -1.3012×10^-9 Ｃ₁₉ -2.0877×10^-8
Ｃ₂₁ 1.0984×10^-7
ＦＦＳ[2]
Ｃ₄ 2.2988×10^-2 Ｃ₆ 8.7785×10^-3 Ｃ₈ 5.5743×10^-4
Ｃ₁₀ 4.1097×10^-4 Ｃ₁₁ 2.4130×10^-4 Ｃ₁₃ 7.6633×10^-4
Ｃ₁₅ -7.3274×10^-7 Ｃ₁₇ 3.4372×10^-6 Ｃ₁₉ -3.1331×10^-5
Ｃ₂₁ -4.0687×10^-7
ＦＦＳ[3]
Ｃ₄ -5.4349×10^-3 Ｃ₆ -1.6790×10^-2 Ｃ₈ -1.9228×10^-3
Ｃ₁₀ -1.4828×10^-3 Ｃ₁₁ -8.2821×10^-5 Ｃ₁₃ -2.9887×10^-4
Ｃ₁₅ -1.6176×10^-4 Ｃ₁₇ -9.8905×10^-6 Ｃ₁₉ -1.7842×10^-5
Ｃ₂₁ -7.3258×10^-6
ＦＦＳ[4]
Ｃ₄ 3.9701×10^-3 Ｃ₆ 2.9194×10^-3 Ｃ₈ -5.4333×10^-5
Ｃ₁₀ 1.9408×10^-4 Ｃ₁₁ -1.4270×10^-6 Ｃ₁₃ -1.1644×10^-5
Ｃ₁₅ -9.9238×10^-6 Ｃ₁₇ -6.3749×10^-7 Ｃ₁₉ -1.1090×10^-6
Ｃ₂₁ -8.1133×10^-7
ＦＦＳ[5]
Ｃ₄ -1.2730×10^-2 Ｃ₆ -1.0195×10^-2 Ｃ₈ -1.0071×10^-4
Ｃ₁₀ 1.5580×10^-4 Ｃ₁₁ 2.7477×10^-6 Ｃ₁₃ 1.2945×10^-5
Ｃ₁₅ 1.0149×10^-5 Ｃ₁₇ -5.9775×10^-7 Ｃ₁₉ -5.9311×10^-7
Ｃ₂₁ 2.1818×10^-7
ＦＦＳ[6]
Ｃ₄ 5.4121×10^-3 Ｃ₆ 2.4681×10^-2 Ｃ₈ -2.2435×10^-3
Ｃ₁₀ -5.2114×10^-4 Ｃ₁₁ 2.3590×10^-5 Ｃ₁₃ 1.3835×10^-4
Ｃ₁₅ 2.4701×10^-4 Ｃ₁₇ -6.3268×10^-8 Ｃ₁₉ 2.9510×10^-5
Ｃ₂₁ 2.5078×10^-6
ＦＦＳ[7]
Ｃ₄ -2.2874×10^-2 Ｃ₆ -1.5515×10^-2 Ｃ₈ 6.0651×10^-4
Ｃ₁₀ 2.6796×10^-4 Ｃ₁₁ -3.0974×10^-5 Ｃ₁₃ 2.3913×10^-5
Ｃ₁₅ -3.7454×10^-5 Ｃ₁₇ -5.8534×10^-6 Ｃ₁₉ -4.5885×10^-6
Ｃ₂₁ -3.4778×10^-6
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 9.36 Ｚ 30.67
α 12.82 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ -0.89 Ｚ 39.29
α -23.24 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ 14.24 Ｚ 35.02
α 68.23 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ 16.56 Ｚ 35.83
α 83.43 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
Ｘ 0.00 Ｙ 24.62 Ｚ 36.31
α 125.50 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
Ｘ 0.00 Ｙ 23.36 Ｚ 44.53
α 176.05 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
Ｘ 0.00 Ｙ 22.40 Ｚ 45.39
α 174.59 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
Ｘ 0.00 Ｙ 23.87 Ｚ 58.07
α 153.85 β 0.00 γ 0.00
偏心(10)
Ｘ 0.00 Ｙ 32.07 Ｚ 52.58
α 108.38 β 0.00 γ 0.00
偏心(11)
Ｘ 0.00 Ｙ 18.76 Ｚ 51.08
α 89.86 β 0.00 γ 0.00
偏心(12)
Ｘ 0.00 Ｙ 17.76 Ｚ 50.70
α 89.58 β 0.00 γ 0.00
偏心(13)
Ｘ 0.00 Ｙ 7.76 Ｚ 50.62
α 89.58 β 0.00 γ 0.00
偏心(14)
Ｘ 0.00 Ｙ 4.48 Ｚ 50.60
α 89.58 β 0.00 γ 0.00
偏心(15)
Ｘ 0.00 Ｙ 13.86 Ｚ 50.67
α 125.47 β 0.00 γ 0.00
偏心(16)
Ｘ 0.00 Ｙ 11.73 Ｚ 56.98
α 169.38 β 0.00 γ 0.00
偏心(17)
Ｘ 0.00 Ｙ 11.04 Ｚ 58.73
α 154.38 β 0.00 γ 0.00
偏心(18)
Ｘ 0.00 Ｙ 10.78 Ｚ 62.02
α 169.38 β 0.00 γ 0.00 。

（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） 偏心(1)
2 ＡＳＳ[1] 偏心(2) 1.5254 56.2
3 ＦＦＳ[1] 偏心(3) 1.5254 56.2
4 ＡＳＳ[1] 偏心(2) 1.5254 56.2
5 ＦＦＳ[2] 偏心(4)
6 ∞ 偏心(5) 1.5254 56.2
7 ∞ 偏心(6) 1.5230 59.4
8 ∞ 偏心(7) 1.5230 59.4
9 ∞ 偏心(6) 1.5254 56.2
10 ＦＦＳ[3] 偏心(8) 1.5254 56.2
11 ∞ 偏心(9)
12 ∞ 偏心(10)
像 面 ∞ 偏心(11)
ＡＳＳ[1]
Ｒ -175.89
Ｋ -4.2384×10¹
Ａ -1.3242×10^-6
Ｂ 2.3803×10^-9
Ｃ -1.4058×10^-12
ＦＦＳ[1]
Ｃ₄ -7.0300×10^-3 Ｃ₆ -6.2313×10^-3 Ｃ₈ 5.4996×10^-5
Ｃ₁₀ 8.2785×10^-5 Ｃ₁₁ 9.6861×10^-7 Ｃ₁₃ 2.6608×10^-6
Ｃ₁₅ 2.2262×10^-6 Ｃ₁₇ -7.0463×10^-9 Ｃ₁₉ 8.5166×10^-8
Ｃ₂₁ 2.5498×10^-8
ＦＦＳ[2]
Ｃ₄ -2.4081×10^-2 Ｃ₆ -3.2942×10^-2 Ｃ₈ 1.9668×10^-4
Ｃ₁₀ 4.4387×10^-4 Ｃ₁₁ 1.5508×10^-5 Ｃ₁₃ 8.3803×10^-5
Ｃ₁₅ 3.0133×10^-5 Ｃ₁₇ -7.4980×10^-7 Ｃ₁₉ -4.5423×10^-6
Ｃ₂₁ -1.6514×10^-6
ＦＦＳ[3]
Ｃ₄ 8.3631×10^-3 Ｃ₆ 4.2922×10^-3 Ｃ₈ 7.0509×10^-4
Ｃ₁₀ 2.9488×10^-4 Ｃ₁₁ 5.6313×10^-5 Ｃ₁₃ 2.5429×10^-5
Ｃ₁₅ 6.0775×10^-5 Ｃ₁₇ -2.1308×10^-5 Ｃ₁₉ -3.0197×10^-6
Ｃ₂₁ -7.2724×10^-6
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ -2.98 Ｚ 32.35
α 5.66 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 3.25 Ｚ 42.53
α -14.81 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ 17.32 Ｚ 39.86
α 57.58 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ 20.22 Ｚ 39.33
α 49.52 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
Ｘ 0.00 Ｙ 27.82 Ｚ 45.82
α 49.52 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
Ｘ 0.00 Ｙ 28.66 Ｚ 46.53
α 49.52 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
Ｘ 0.00 Ｙ 23.34 Ｚ 43.69
α 87.52 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
Ｘ 0.00 Ｙ 30.30 Ｚ 37.51
α 125.32 β 0.00 γ 0.00
偏心(10)
Ｘ 0.00 Ｙ 30.92 Ｚ 37.00
α 120.32 β 0.00 γ 0.00
偏心(11)
Ｘ 0.00 Ｙ 34.38 Ｚ 34.62
α 125.32 β 0.00 γ 0.00 。

（実施例３）
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） 偏心(1)
2 ＡＳＳ[1] 偏心(2) 1.4924 57.6
3 ＦＦＳ[1] 偏心(3) 1.4924 57.6
4 ＡＳＳ[1] 偏心(2) 1.4924 57.6
5 ＦＦＳ[2] 偏心(4)
6 -470.07 偏心(5) 1.4924 57.6
7 ∞ 偏心(6) 1.4924 57.6
8 18.57 偏心(7)
9 ＦＦＳ[3] 偏心(8) 1.4924 57.6
10 ＦＦＳ[4] 偏心(9) 1.4924 57.6
11 ＦＦＳ[5] 偏心(10) 1.4924 57.6
12 ＦＦＳ[6] 偏心(11)
13 ∞ 偏心(12) 1.4924 57.6
14 ∞ 偏心(13) 1.5163 64.1
15 ∞ 偏心(14) 1.5163 64.1
16 ∞ 偏心(15) 1.5163 64.1
17 ∞ 偏心(14) 1.5163 64.1
18 ∞ 偏心(13) 1.4924 57.6
19 ＦＦＳ[7] 偏心(16) 1.4924 57.6
20 ∞ 偏心(17)
21 ∞ 偏心(18)
像 面 ∞ 偏心(19)
ＡＳＳ[1]
Ｒ -51.67
Ｋ 2.4332
Ａ -8.3613×10^-7
Ｂ 2.3570×10^-8
Ｃ -1.8757×10^-11
ＦＦＳ[1]
Ｃ₄ -1.4290×10^-2 Ｃ₆ -1.4176×10^-2 Ｃ₈ 1.7920×10^-5
Ｃ₁₀ 4.7202×10^-5 Ｃ₁₁ -2.7695×10^-6 Ｃ₁₃ -6.0900×10^-6
Ｃ₁₅ -3.8163×10^-6 Ｃ₁₇ -2.1081×10^-8 Ｃ₁₉ 4.1648×10^-8
Ｃ₂₁ 1.2537×10^-7
ＦＦＳ[2]
Ｃ₄ -7.3719×10^-3 Ｃ₆ -3.5314×10^-2 Ｃ₈ 8.0476×10^-4
Ｃ₁₀ -2.2967×10^-3 Ｃ₁₁ 2.7243×10^-5 Ｃ₁₃ 3.1563×10^-4
Ｃ₁₅ 2.6656×10^-4 Ｃ₁₇ -8.8980×10^-7 Ｃ₁₉ -5.4431×10^-6
Ｃ₂₁ 1.9723×10^-6
ＦＦＳ[3]
Ｃ₄ -1.0090×10^-2 Ｃ₆ -3.3258×10^-2 Ｃ₈ -5.3117×10^-4
Ｃ₁₀ -6.2650×10^-4 Ｃ₁₁ -1.1787×10^-5 Ｃ₁₃ -1.0121×10^-4
Ｃ₁₅ -1.0925×10^-4 Ｃ₁₇ -7.2895×10^-6 Ｃ₁₉ -2.1049×10^-5
Ｃ₂₁ -1.9030×10^-5
ＦＦＳ[4]
Ｃ₄ 2.0590×10^-3 Ｃ₆ -3.0456×10^-3 Ｃ₈ 2.6221×10^-4
Ｃ₁₀ 2.9679×10^-4 Ｃ₁₁ -2.3378×10^-6 Ｃ₁₃ -3.1006×10^-6
Ｃ₁₅ 1.0119×10^-5 Ｃ₁₇ -6.1910×10^-7 Ｃ₁₉ -3.9797×10^-6
Ｃ₂₁ -2.9181×10^-6
ＦＦＳ[5]
Ｃ₄ -1.4942×10^-2 Ｃ₆ -1.4187×10^-2 Ｃ₈ 6.1858×10^-5
Ｃ₁₀ 2.1856×10^-4 Ｃ₁₁ -8.7827×10^-7 Ｃ₁₃ -2.8865×10^-6
Ｃ₁₅ 4.0624×10^-6 Ｃ₁₇ -4.3121×10^-7 Ｃ₁₉ -1.2927×10^-6
Ｃ₂₁ -9.1384×10^-7
ＦＦＳ[6]
Ｃ₄ -4.0255×10^-3 Ｃ₆ 2.1274×10^-2 Ｃ₈ -2.6302×10^-3
Ｃ₁₀ -3.3418×10^-3 Ｃ₁₁ 1.0966×10^-5 Ｃ₁₃ 1.5588×10^-4
Ｃ₁₅ 4.1184×10^-4 Ｃ₁₇ -1.7475×10^-5 Ｃ₁₉ -1.8305×10^-5
Ｃ₂₁ -2.1189×10^-5
ＦＦＳ[7]
Ｃ₄ -2.7168×10^-2 Ｃ₆ -1.7403×10^-2 Ｃ₈ 3.3242×10^-4
Ｃ₁₀ 1.8083×10^-4 Ｃ₁₁ -4.2453×10^-5 Ｃ₁₃ 2.1203×10^-5
Ｃ₁₅ -3.4762×10^-5 Ｃ₁₇ -5.2645×10^-6 Ｃ₁₉ 6.0649×10^-8
Ｃ₂₁ -7.7514×10^-7
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 8.95 Ｚ 30.66
α 13.61 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.37 Ｚ 39.39
α -20.44 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ 14.51 Ｚ 35.09
α 50.13 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ 16.94 Ｚ 36.49
α 80.10 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
Ｘ 0.00 Ｙ 22.80 Ｚ 35.93
α 129.49 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
Ｘ 0.00 Ｙ 25.00 Ｚ 41.92
α -165.94 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
Ｘ 0.00 Ｙ 21.30 Ｚ 43.60
α 179.91 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
Ｘ 0.00 Ｙ 24.45 Ｚ 57.19
α 151.80 β 0.00 γ 0.00
偏心(10)
Ｘ 0.00 Ｙ 30.18 Ｚ 52.34
α 104.83 β 0.00 γ 0.00
偏心(11)
Ｘ 0.00 Ｙ 16.67 Ｚ 52.53
α 88.31 β 0.00 γ 0.00
偏心(12)
Ｘ 0.00 Ｙ 14.89 Ｚ 50.48
α 88.35 β 0.00 γ 0.00
偏心(13)
Ｘ 0.00 Ｙ 4.90 Ｚ 50.19
α 88.35 β 0.00 γ 0.00
偏心(14)
Ｘ 0.00 Ｙ 3.20 Ｚ 50.14
α 88.35 β 0.00 γ 0.00
偏心(15)
Ｘ 0.00 Ｙ 1.62 Ｚ 50.10
α 88.35 β 0.00 γ 0.00
偏心(16)
Ｘ 0.00 Ｙ 11.39 Ｚ 50.38
α 124.25 β 0.00 γ 0.00
偏心(17)
Ｘ 0.00 Ｙ 9.12 Ｚ 56.68
α 173.24 β 0.00 γ 0.00
偏心(18)
Ｘ 0.00 Ｙ 8.94 Ｚ 58.17
α 153.24 β 0.00 γ 0.00
偏心(19)
Ｘ 0.00 Ｙ 8.76 Ｚ 59.66
α 173.24 β 0.00 γ 0.00 。

（実施例４）
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） 偏心(1)
2 ＡＳＳ[1] 偏心(2) 1.4924 57.6
3 ＦＦＳ[1] 偏心(3) 1.4924 57.6
4 ＡＳＳ[1] 偏心(2) 1.4924 57.6
5 ＦＦＳ[2] 偏心(4)
6 38.63 偏心(5) 1.4924 57.6
7 ∞ 偏心(6) 1.4924 57.6
8 17.96 偏心(7)
9 ＦＦＳ[3] 偏心(8) 1.4924 57.6
10 ＦＦＳ[4] 偏心(9) 1.4924 57.6
11 ＦＦＳ[5] 偏心(10) 1.4924 57.6
12 ＦＦＳ[6] 偏心(11)
13 ∞ 偏心(12) 1.5163 64.1
14 ∞ 偏心(13) 1.4924 57.6
15 ∞ 偏心(14) 1.5163 64.1
16 ∞ 偏心(15) 1.5163 64.1
17 ∞ 偏心(14) 1.4924 57.6
18 ＦＦＳ[7] 偏心(16) 1.4924 57.6
19 ∞ 偏心(17)
20 ∞ 偏心(18)
像 面 ∞ 偏心(19)
ＡＳＳ[1]
Ｒ -49.38
Ｋ 7.3241×10^-1
Ａ -4.5432×10^-6
Ｂ 2.1489×10^-8
Ｃ -1.5676×10^-11
ＦＦＳ[1]
Ｃ₄ -1.4755×10^-2 Ｃ₆ -1.4222×10^-2 Ｃ₈ 2.1241×10^-5
Ｃ₁₀ 6.9832×10^-5 Ｃ₁₁ -3.4264×10^-6 Ｃ₁₃ -7.9043×10^-6
Ｃ₁₅ -5.2511×10^-6 Ｃ₁₇ -1.5242×10^-8 Ｃ₁₉ 6.2794×10^-8
Ｃ₂₁ 1.3664×10^-7
ＦＦＳ[2]
Ｃ₄ 7.0756×10^-3 Ｃ₆ -3.0049×10^-2 Ｃ₈ 2.4938×10^-3
Ｃ₁₀ 3.3990×10^-4 Ｃ₁₁ -1.6790×10^-5 Ｃ₁₃ 3.6129×10^-4
Ｃ₁₅ 2.7244×10^-4 Ｃ₁₇ -5.5578×10^-6 Ｃ₁₉ -1.4474×10^-5
Ｃ₂₁ -1.8818×10^-5
ＦＦＳ[3]
Ｃ₄ -4.0931×10^-3 Ｃ₆ -3.3939×10^-2 Ｃ₈ -8.9423×10^-4
Ｃ₁₀ -8.0161×10^-4 Ｃ₁₁ 1.0380×10^-5 Ｃ₁₃ -1.0052×10^-4
Ｃ₁₅ -1.4063×10^-4 Ｃ₁₇ -6.0799×10^-6 Ｃ₁₉ -1.8472×10^-5
Ｃ₂₁ -1.7630×10^-5
ＦＦＳ[4]
Ｃ₄ 2.6279×10^-3 Ｃ₆ -5.1566×10^-3 Ｃ₈ 1.9361×10^-4
Ｃ₁₀ 4.0746×10^-4 Ｃ₁₁ -1.7992×10^-7 Ｃ₁₃ -5.6199×10^-6
Ｃ₁₅ -1.5344×10^-7 Ｃ₁₇ -3.1243×10^-7 Ｃ₁₉ -4.9444×10^-6
Ｃ₂₁ -4.0163×10^-6
ＦＦＳ[5]
Ｃ₄ -1.4303×10^-2 Ｃ₆ -1.5096×10^-2 Ｃ₈ 4.7954×10^-5
Ｃ₁₀ 2.6118×10^-4 Ｃ₁₁ 2.5974×10^-7 Ｃ₁₃ 5.1685×10^-6
Ｃ₁₅ 7.2799×10^-6 Ｃ₁₇ -1.1364×10^-7 Ｃ₁₉ -7.3233×10^-7
Ｃ₂₁ -8.9366×10^-8
ＦＦＳ[6]
Ｃ₄ -3.8916×10^-3 Ｃ₆ 3.3438×10^-2 Ｃ₈ -9.4525×10^-4
Ｃ₁₀ -2.3903×10^-3 Ｃ₁₁ 5.1305×10^-5 Ｃ₁₃ 1.7649×10^-4
Ｃ₁₅ 1.6419×10^-4 Ｃ₁₇ -4.4288×10^-6 Ｃ₁₉ -4.9533×10^-6
Ｃ₂₁ 6.4161×10^-6
ＦＦＳ[7]
Ｃ₄ -2.6649×10^-2 Ｃ₆ -1.7207×10^-2 Ｃ₈ 6.5022×10^-4
Ｃ₁₀ 4.0120×10^-4 Ｃ₁₁ -4.3523×10^-5 Ｃ₁₃ 2.4539×10^-5
Ｃ₁₅ -3.5081×10^-5 Ｃ₁₇ -6.6101×10^-6 Ｃ₁₉ -1.3642×10^-6
Ｃ₂₁ -1.9252×10^-6
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α 0.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 9.33 Ｚ 30.86
α 12.62 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.63 Ｚ 39.36
α -20.96 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ 14.81 Ｚ 35.78
α 52.39 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ 17.97 Ｚ 33.43
α 74.78 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
Ｘ 0.00 Ｙ 23.85 Ｚ 37.23
α 124.04 β 0.00 γ 0.00
偏心(7)
Ｘ 0.00 Ｙ 24.60 Ｚ 44.19
α -177.49 β 0.00 γ 0.00
偏心(8)
Ｘ 0.00 Ｙ 21.12 Ｚ 45.44
α 170.38 β 0.00 γ 0.00
偏心(9)
Ｘ 0.00 Ｙ 21.31 Ｚ 58.89
α 144.17 β 0.00 γ 0.00
偏心(10)
Ｘ 0.00 Ｙ 28.58 Ｚ 55.37
α 97.73 β 0.00 γ 0.00
偏心(11)
Ｘ 0.00 Ｙ 15.06 Ｚ 53.03
α 79.22 β 0.00 γ 0.00
偏心(12)
Ｘ 0.00 Ｙ 14.26 Ｚ 51.91
α 82.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(13)
Ｘ 0.00 Ｙ 12.58 Ｚ 51.68
α 82.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(14)
Ｘ 0.00 Ｙ 2.67 Ｚ 50.29
α 82.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(15)
Ｘ 0.00 Ｙ 1.11 Ｚ 50.07
α 82.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(16)
Ｘ 0.00 Ｙ 9.11 Ｚ 51.19
α 117.90 β 0.00 γ 0.00
偏心(17)
Ｘ 0.00 Ｙ 6.15 Ｚ 57.20
α 164.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(18)
Ｘ 0.00 Ｙ 5.65 Ｚ 58.93
α 149.00 β 0.00 γ 0.00
偏心(19)
Ｘ 0.00 Ｙ 5.32 Ｚ 60.08
α 164.00 β 0.00 γ 0.00 。

ところで、以上の実施例の本発明の画像表示装置の接眼光学系を構成する単体の偏心プリズム１０〜３０としては、上記の実施例の内部反射回数１〜２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。図５〜図１２にその例を示す。なお、逆光線追跡で説明する。

図５の場合は、プリズムＰは第１面１１２、第２面１１３、第３面１１４、第４面１１５からなり、瞳１１１を通って入射した光は、第１面１１２で屈折してプリズムＰに入射し、第２面１１３で内部反射し、第３面１１４で内部反射し、第４面１１５に入射して屈折されて、像面１１６に結像する。

図６の場合は、プリズムＰは第１面１１２、第２面１１３、第３面１１４、第４面１１５からなり、瞳１１１を通って入射した光は、第１面１１２で屈折してプリズムＰに入射し、第２面１１３で内部反射し、再び第１面１１２に入射して今度は全反射し、第３面１１４で内部反射し、第４面１１５に入射して屈折されて、像面１１６に結像する。

図７の場合は、プリズムＰは第１面１１２、第２面１１３、第３面１１４、第４面１１５からなり、瞳１１１を通って入射した光は、第１面１１２で屈折してプリズムＰに入射し、第２面１１３で内部反射し、第３面１１４に入射して全反射し、第４面１１５に入射して内部反射し、再び第３面１１４に入射して今度は屈折されて、像面１１６に結像する。

図８の場合は、プリズムＰは第１面１１２、第２面１１３、第３面１１４からなり、瞳１１１を通って入射した光は、第１面１１２で屈折してプリズムＰに入射し、第２面１１３で内部反射し、第３面１１４で内部反射し、再び第１面１１２に入射して今度は全反射し、再び第２面１１３に入射して今度は屈折されて、像面１１６に結像する。

図９の場合は、プリズムＰは第１面１１２、第２面１１３、第３面１１４、第４面１１５からなり、瞳１１１を通って入射した光は、第１面１１２で屈折してプリズムＰに入射し、第２面１１３で内部反射し、第３面１１４に入射して内部反射し、第２面１１３に再度入射して内部反射し、第４面１１５に入射して屈折されて、像面１１６に結像する。

図１０の場合は、プリズムＰは第１面１１２、第２面１１３、第３面１１４、第４面１１５からなり、瞳１１１を通って入射した光は、第１面１１２で屈折してプリズムＰに入射し、第２面１１３で内部反射し、第３面１１４に入射して内部反射し、第２面１１３に再度入射して内部反射し、第４面１１５に入射して内部反射し、第２面１１３に再度入射して今度は屈折されて、像面１１６に結像する。

図１１の場合は、プリズムＰは第１面１１２、第２面１１３、第３面１１４からなり、瞳１１１を通って入射した光は、第１面１１２で屈折してプリズムＰに入射し、第２面１１３で内部反射し、再び第１面１１２に入射して今度は全反射し、第３面１１４で内部反射し、三たび第１面１１２に入射して全反射し、第３面１１４に再度入射して今度は屈折されて、像面１１６に結像する。

図１２の場合は、プリズムＰは第１面１１２、第２面１１３、第３面１１４からなり、瞳１１１を通って入射した光は、第１面１１２で屈折してプリズムＰに入射し、第２面１１３で内部反射し、再び第１面１１２に入射して今度は全反射し、第３面１１４で内部反射し、三たび第１面１１２に入射して全反射し、再び第３面１１４に入射して内部反射し、四たび第１面１１２に入射して今度は屈折されて、像面１１６に結像する。

また、図１〜図１２に示した偏心プリズム１０、２０、３０、Ｐを単体で接眼光学系３として用いてもよいが、実施例１のように、これらの偏心プリズム１０、２０、３０、Ｐを２個ないし３個以上を組み合わせて接眼光学系３として用いてもよい。その際、実施例
１のように中間像を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。

以上のような本発明による画像表示装置は、例えば頭部装着型画像表示装置として用いることができる。その例を以下に示す。

まず、図１３に頭部装着型で両眼装着用の画像表示装置を観察者頭部に装着した状態を、図１４にその断面図を示す。この構成は、本発明による光学系を図１４に示すように表示用光学系１００として用いており（実施例２の光学系を用いている。）、この表示用光学系１００と反射型画像表示素子１０１からなる組みを左右一対用意し、それらを眼輻距離だけ離して支持することにより、両眼で観察できる据え付け型又は頭部装着型画像表示装置のようなポータブル型の画像表示装置１０２として構成されている。

すなわち、表示装置本体１０２には、前記のような表示用光学系１００が観察光学系として用いられ、その表示用光学系１００が左右一対備えられ、それらに対応して像面に反射型液晶表示素子からなる反射型画像表示素子１０１が配置されている。そして、表示装置本体１０２には、図１３に示すように、左右に連続して図示のような側頭フレーム１０３が設けられ、表示装置本体１０２を観察者の眼前に保持できるようになっている。なお、各画像表示装置１０２の接眼光学系１００のプリズム１０の第１面１１（図２）を保護するために、図１４に示すように、接眼光学系１００の射出瞳と第１面１１の間にカバー部材９１が配置されている。このカバー部材９１としては、平行平面板、正レンズあるいは負レンズの何れを用いてもよい。

また、側頭フレーム１０３にはスピーカ１０４が付設されており、画像観察と共に立体音響を聞くことができるようになっている。このようにスピーカ１０４を有する表示装置本体１０２には、映像音声伝達コード１０５を介してポータブルビデオカセット等の再生装置１０６が接続されているので、観察者はこの再生装置１０６を図示のようにベルト箇所等の任意の位置に保持して、映像音響を楽しむことができるようになっている。図１３の符号１０７は再生装置１０６のスイッチ、ボリューム等の調節部である。なお、表示装置本体１０２の内部に映像処理、音声処理回路等の電子部品を内蔵させてある。

なお、コード１０５は先端をジャックにして、既存のビデオデッキ等に取り付け可能としてもよい。さらに、ＴＶ電波受信用チューナーに接続してＴＶ鑑賞用としてもよいし、コンピュータに接続してコンピュータグラフィックスの映像や、コンピュータからのメッセージ映像等を受信するようにしてもよい。また、邪魔なコードを排斥するために、アンテナを接続して外部からの信号を電波によって受信するようにしてもよい。

さらに、本発明による表示用光学系は、接眼光学系を左右何れか一方の眼前に配置した片眼用の頭部装着型画像表示装置に用いてもよい。図１５にその片眼装着用の画像表示装置を観察者頭部に装着（この場合は、左眼に装着）した状態を示す。この構成では、表示用光学系１００と反射型画像表示素子１０１からなる組み１つからなる表示装置本体１０２が前フレーム１０８の対応する眼の前方位置に取り付けられ、その前フレーム１０８には左右に連続して図示のような側頭フレーム１０３が設けられており、表示装置本体１０２を観察者の片眼前に保持できるようになっている。その他の構成は図１３の場合と同様であり、説明は省く。

ところで、以上のような本発明による両眼あるいは片眼装着用の頭部装着型画像表示装置において、外界像を表示像と同時にあるいは表示像と外界像を選択的に観察可能にするには、図１４に示すように、表示用光学系１００を構成する偏心プリズム１０の射出瞳に面する反射面１２を半透過反射面とし、その半透過反射面１２に接してあるいは若干離間
して偏心プリズム１０による偏角あるいはパワーを補償する別の偏心プリズム８０を配置し、２つの偏心プリズム１０、８０を透過して外界を観察可能に構成することが望ましい。その場合には、破線で示した外界光を遮断したり透過させる液晶シャッターのようなシャッター８１を別の偏心プリズム８０の入射側（観察者の眼とは反対の側）に配置して、シャッター８１を開いて外界像を観察（シースルー）可能にするか、外界像と表示像の重畳像を観察可能にし、シャッター８１を閉じて表示素子１０１の表示像を観察可能に構成することが望ましい。

以上の本発明の画像表示装置は例えば次のように構成することができる。

〔１〕 観察するための画像を形成する表示面の前側から入射した照明光束を反射することによって画像を表示する反射型画像表示手段と、前記反射型画像表示手段の表示面に照明光を入射させる光分割素子と、前記反射型画像表示手段の表示面に表示された画像を観察者の眼球が位置すべき瞳位置に導く接眼光学系とを備えた画像表示装置において、
前記光分割素子が観察光路と照明光路を分離する半透過反射面を備え、前記半透過反射面が照明光源からの照明光束に対して正のパワーを与える回転非対称な曲面形状にて形成されていることを特徴とする画像表示装置。

〔２〕 前記光分割素子がプリズム部材からなり、前記半透過反射面が前記プリズム部材の屈折率が１より大きい透明媒質中に設けられていることを特徴とする上記１記載の画像表示装置。

〔３〕 観察するための画像を形成する表示面の前側から入射した照明光束を反射することによって画像を表示する反射型画像表示手段と、前記反射型画像表示手段の表示面に照明光を入射させる光分割素子と、前記反射型画像表示手段の表示面に表示された画像を観察者の眼球が位置すべき瞳位置に導く接眼光学系とを備えた画像表示装置において、
前記接眼光学系と前記反射型画像表示手段と前記光分割素子を介して前記瞳位置と共役な位置よりも前記光分割素子に近い位置に照明光源が配置されていることを特徴とする画像表示装置。

〔４〕 光軸を、前記照明光源の中心から出て前記反射型画像表示手段の表示面の中心で反射し、前記瞳位置の中心に到る光線とし、光軸が前記光分割素子の光分割面と交わる点をＮ、前記瞳位置と共役な位置と交わる点をＰ、前記照明光源と交わる点をＬとし、光路長ＮＬを光路長ＮＰで割った値をαとするとき、
０．５＜α＜０．９ ・・・（３）
を満たすことを特徴とする上記３記載の画像表示装置。

〔５〕 前記光分割素子が光分割面として半透過反射面を備え、前記半透過反射面が照明光源からの照明光束に対して正のパワーを与える回転非対称な曲面形状にて形成されていることを特徴とする上記３又は４記載の画像表示装置。

〔６〕 観察するための画像を形成する表示面の前側から入射した照明光束を反射することによって画像を表示する反射型画像表示手段と、前記反射型画像表示手段の表示面に照明光を入射させる光分割素子と、前記反射型画像表示手段の表示面に表示された画像を観察者の眼球が位置すべき瞳位置に導く接眼光学系とを備えた画像表示装置において、
前記光分割素子がプリズム部材からなり、前記照明光源面を前記プリズム部材の照明光入射面に対して傾けて配置したことを特徴とする画像表示装置。

〔７〕 前記プリズム部材の照明光入射面と前記照明光源面とのなす角をβとし、前記照明光入射面と前記照明光源面との間隔が、前記照明光入射面の前記表示面に近い側で
より狭くなるときにβが正である定義したとき、
２°＜β＜３０° ・・・（４）
を満たすことを特徴とする上記６記載の画像表示装置。

〔８〕 光軸を、前記照明光源の中心から出て前記反射型画像表示手段の表示面の中心で反射し、前記瞳位置の中心に到る光線とし、光軸が前記光分割素子の光分割面と交わる点をＮ、前記接眼光学系と前記反射型画像表示手段と前記光分割素子を介して前記瞳位置と共役な位置と交わる点をＰ、前記照明光源面と交わる点をＬとし、光路長ＮＬを光路長ＮＰで割った値をαとするとき、
０．５＜α＜０．９ ・・・（３）
を満たすことを特徴とする上記６又は７記載の画像表示装置。

〔９〕 前記光分割素子が光分割面として半透過反射面を備え、前記半透過反射面が照明光源からの照明光束に対して正のパワーを与える回転非対称な曲面形状にて形成されていることを特徴とする上記６から８の何れか１項記載の画像表示装置。

〔１０〕 前記光分割素子による前記照明光源からの照明光の光軸の偏向角をθとするとき、
９４°＜θ＜１２０° ・・・（５）
を満たすことを特徴とする上記１から９の何れか１項記載の画像表示装置。

〔１１〕 前記反射型画像表示手段のカバー部材と前記光分割素子との間を光学接着剤で接合したことを特徴とする上記１から１０の何れか１項記載の画像表示装置。

〔１２〕 前記反射型画像表示手段のカバー部材と前記光分割素子との間に光学接着剤で両者に一体に、前記反射型画像表示素子の表示面を１次元方向又は２次元方向にウォブリングするウォブリング素子を接合したことを特徴とする上記１から１１の何れか１項記載の画像表示装置。

〔１３〕 前記光分割素子の前記接眼光学系側に、前記反射型画像表示素子の表示面を１次元方向又は２次元方向にウォブリングするウォブリング素子を光学接着剤で接合したことを特徴とする上記１から１１の何れか１項記載の画像表示装置。

以上の説明から明らかなように、本発明によると、反射型画像表示素子を用いた画像表示装置において、反射型画像表示手段の表示面に照明光を入射させる光分割素子の光分割面にパワーを持たせることにより、光分割素子の光軸方向の厚みを薄くすると共に、光収束素子を省くことができ、均一な照明が可能で小型の画像表示装置を少ない部品点数で構成することが可能になり、また、その部品の精度だけで収差が決まり、画像表示装置の組立時の精度が緩くなる。

１…射出瞳
２…軸上主光線（光軸）
３…接眼光学系
４…光分割素子
５…表示面
６…光源面
７…射出瞳に共役な面（入射瞳）
８…ウォブリング素子
１０、２０、３０…偏心プリズム
１１、２１、３１…第１面
１２、２２、３２…第２面
１３、２３、３３…第３面
３４…第４面
４０…光分割面（半透過反射面）
４１、４２…透明媒体
４３…照明光入射面
４４…射出面
４５…画像表示素子対向面
５１…カバーガラス
８０…偏心プリズム
８１…シャッター
９１…カバー部材
１００…表示用光学系
１０１…反射型画像表示素子
１０２…画像表示装置（表示装置本体）
１０３…側頭フレーム
１０４…スピーカ
１０５…映像音声伝達コード
１０６…再生装置
１０７…調節部
１０８…前フレーム
１１１…瞳
１１２…第１面
１１３…第２面
１１４…第３面
１１５…第４面
１１６…像面
Ｐ…偏心プリズム

Claims (2)

1. 観察するための画像を形成する表示面の前側から入射した照明光束を反射することによって画像を表示する反射型画像表示手段と、前記反射型画像表示手段の表示面に照明光を入射させる光分割素子と、前記反射型画像表示手段の表示面に表示された画像を観察者の眼球が位置すべき瞳位置に導く接眼光学系とを備えた画像表示装置において、
   前記接眼光学系と前記反射型画像表示手段と前記光分割素子を介して前記瞳位置と共役な位置よりも前記光分割素子に近い位置に照明光源が配置されていることを特徴とする画像表示装置。
2. 観察するための画像を形成する表示面の前側から入射した照明光束を反射することによって画像を表示する反射型画像表示手段と、前記反射型画像表示手段の表示面に照明光を入射させる光分割素子と、前記反射型画像表示手段の表示面に表示された画像を観察者の眼球が位置すべき瞳位置に導く接眼光学系とを備えた画像表示装置において、
   前記光分割素子がプリズム部材からなり、前記照明光源面を前記プリズム部材の照明光入射面に対して傾けて配置したことを特徴とする画像表示装置。

Images