JP3482396B2 - Video display device - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、映像表示装置に関し、
特に、使用者の頭部若しくは顔面に保持して眼球に映像
を投影する小型の頭部又は顔面装着式の映像表示装置に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a video display device,
In particular, the present invention relates to a small-sized head- or face-mounted image display device that holds an image on the user's head or face and projects an image on the eyeball.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、バーチャルリアリティー用、ある
いは、個人的に大画面の映像を楽しむことを目的とし
て、ヘルメット型、ゴーグル型の頭部又は顔面に保持す
る映像表示装置が開発されている。2. Description of the Related Art In recent years, a helmet-type or goggle-type image display device held on the head or face has been developed for virtual reality or for the purpose of personally enjoying a large-screen image.

【０００３】例えば、特開平３−１９１３８９号におい
ては、図２４に示すように、映像を表示する２次元表示
素子１と、その映像を眼球４に拡大投影するために表示
素子１と対向して設けられた凹面鏡２と、両者の間に配
置されたハーフミラー３とを備えることにより、良好な
結像性能を保ったまま光学系を小型化する方法が開示さ
れている。また、米国特許第４，２６９，４７６号で
は、上記のハーフミラーの代わりに、図２５に示すよう
に、ハーフミラーを有するビームスプリッタプリズム５
を使用している。For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 3-191389, as shown in FIG. 24, a two-dimensional display element 1 for displaying an image and a display element 1 facing the display element 1 for enlarging and projecting the image on an eyeball 4 are provided. There is disclosed a method of downsizing an optical system while maintaining good imaging performance by providing a concave mirror 2 provided and a half mirror 3 arranged between the concave mirror 2 and the half mirror 3. Further, in U.S. Pat. No. 4,269,476, a beam splitter prism 5 having a half mirror, as shown in FIG.
Are using.

【０００４】[0004]

【発明の解決しようとする課題】図２４、図２５に示し
たような従来の接眼光学系を広画角化するには、２次
元表示素子１を大きくするか、光学系の焦点距離ｆを
小さくすればよい。In order to widen the angle of view of the conventional eyepiece optical system as shown in FIGS. 24 and 25, the size of the two-dimensional display element 1 is increased or the focal length f of the optical system is changed. You can make it smaller.

【０００５】の方法は、２次元表示素子だけでなく、
ハーフミラーあるいはプリズムも大型化するので、装置
の大きさ・重量が増加し、頭部装着式映像表示装置とし
て好ましくない。また、特に両眼視の場合に、上述の素
子同士が干渉することから、広画角化に限界がある。The method of not only the two-dimensional display element,
Since the half mirror or prism also becomes large, the size and weight of the device increase, which is not preferable as a head-mounted image display device. Further, particularly in the case of binocular vision, there is a limit to widening the angle of view because the above-mentioned elements interfere with each other.

【０００６】一方、の方法で図２４の構成の光学系を
広画角化すると、凹面鏡による像面湾曲（負のペッツバ
ール和）や外コマ収差が問題となる。そこで、凹面鏡の
代わりに裏面鏡を使用し、像面湾曲・コマ収差等の収差
補正能力を増すと共に、ミラーの耐久性も向上させる方
法が考えられるが、屈折系レンズにより色収差が発生す
る。On the other hand, if the angle of view of the optical system configured as shown in FIG. 24 is widened by the above method, the field curvature (negative Petzval sum) due to the concave mirror and the outer coma aberration become problems. Therefore, a rear surface mirror may be used in place of the concave surface mirror to increase the ability to correct aberrations such as field curvature and coma and to improve the durability of the mirror, but chromatic aberration occurs due to the refraction system lens.

【０００７】この点に関しては、図２６のように、屈折
系レンズをダブレット８とし、色収差を補正すればよい
が、重量が増加するので、頭部装着式映像表示装置とし
て好ましくなくなる。このダブレット８を構成するレン
ズは、効果的に色収差を補正するために、例えば、凹レ
ンズはフリント系ガラス、凸レンズはクラウン系ガラス
としていることから、特に凹レンズの重量が大きい。In this respect, as shown in FIG. 26, the doublet 8 may be used as the refraction system lens to correct the chromatic aberration, but the weight increases, which is not preferable as a head-mounted image display device. In order to effectively correct chromatic aberration, for example, the concave lens is made of flint-type glass and the convex lens is made of crown-type glass in order to effectively correct chromatic aberration, so that the concave lens is particularly heavy.

【０００８】また、の方法は、２次元表示素子１の大
きさを一定に保ったまま光学系の焦点距離を小さくする
と、眼球４とハーフミラー３の間隔（光学系の作動距
離）が減少し、眼鏡を着けたままの使用が困難になる等
の問題が発生する。また、広画角化にも限界がある。In the method (1), when the focal length of the optical system is reduced while keeping the size of the two-dimensional display element 1 constant, the distance between the eyeball 4 and the half mirror 3 (the working distance of the optical system) is reduced. However, there arises a problem that it becomes difficult to use while wearing the glasses. There is also a limit to widening the angle of view.

【０００９】そこで、光学系を大幅に大きくすることな
く広画角化する方法として、眼球とハーフミラーの間に
正の屈折力を有する面若しくは正の屈折力を持つレンズ
を配置することが考えられる。しかし、この場合は、眼
球とハーフミラーの間の正の屈折力を有する面若しくは
正の屈折力を持つレンズにおいて色収差が発生するた
め、この色収差を補正する必要が生ずる。Therefore, as a method for widening the angle of view without significantly enlarging the optical system, it is considered to dispose a surface having a positive refractive power or a lens having a positive refractive power between the eyeball and the half mirror. To be However, in this case, chromatic aberration occurs in the surface having a positive refracting power or the lens having a positive refracting power between the eyeball and the half mirror, and therefore it becomes necessary to correct this chromatic aberration.

【００１０】このような光学系の一例の光路図を図２７
に示す。この光学系は、眼球４の瞳Ｅとハーフミラー３
の間隔を大きくするためにプリズム５を使用し、広画角
化に伴う歪曲収差の増加の補正とテレセントリック性の
確保のために、プリズム５の映像表示素子１側の面７を
非球面としている。An optical path diagram of an example of such an optical system is shown in FIG.
Shown in. This optical system includes a pupil E of an eyeball 4 and a half mirror 3
The prism 5 is used to increase the distance between the two, and the surface 7 of the prism 5 on the image display element 1 side is an aspherical surface in order to correct an increase in distortion aberration due to a wider angle of view and to secure telecentricity. .

【００１１】この構成の光学系は、４０°×３０°とい
う広画角光学系であるにも関わらず、小型で良好な性能
である。しかし、色収差を補正するために反射鏡付近に
ガラスレンズのダブレット８を使用していることから、
プリズム５をプラスチックとして重量の増加を抑えて
も、上記で例示したように、全体の重量が大きく増加し
てしまう。The optical system of this construction is compact and has good performance, despite being a wide-angle optical system of 40 ° × 30 °. However, since the glass lens doublet 8 is used near the reflecting mirror to correct chromatic aberration,
Even if the prism 5 is made of plastic and the increase in weight is suppressed, the total weight is significantly increased as exemplified above.

【００１２】何れにしても、ガラスレンズで色消し光学
系を構成しようとすると、このように重量が大きく増加
するので、この重量を減少させることが非常に重要であ
る。In any case, when an achromatic optical system is constructed with a glass lens, the weight is greatly increased as described above. Therefore, it is very important to reduce the weight.

【００１３】本発明は、このような従来技術の問題点を
解決するためになされたものであり、その目的は、色収
差が良好に補正されたコンパクトで軽量な広画角頭部装
着式映像表示装置を提供することである。The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art, and its object is a compact and lightweight wide-angle head-mounted image display in which chromatic aberration is well corrected. It is to provide a device.

【００１４】[0014]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の映像表示装置は、映像を表示する映像表
示手段と、前記映像を観察者眼球位置に導く投影光学系
とからなる映像表示装置において、前記投影光学系が、
少なくとも、光束を透過する作用と反射する作用とを兼
用する透過反射作用面と、光束を反射する反射面と、色
収差補正機能を有するように構成された回折光学部材と
を有し、前記透過反射作用面と前記反射面とは、光学系
をコンパクト化するために、前記透過反射作用面と前記
反射面との間で折り返し光路を形成するように、前記反
射面を前記透過反射作用面を基準に前記観察者眼球位置
とは反対側の位置に設置し、かつ、前記映像表示手段か
ら射出された光束を前記透過反射作用面にて反射させ、
前記透過反射作用面から反射された光束を前記反射面に
て反射させ、前記反射面にて反射された光束を前記透過
反射作用面を透過させて、前記観察者眼球位置に光束を
導くように光路を形成し、前記回折光学部材が、前記映
像表示手段と前記観察者眼球位置との間の光路中に配置
されていることを特徴とするものである。In order to solve the above problems, an image display device of the present invention comprises an image display means for displaying an image and a projection optical system for guiding the image to the observer's eyeball position. In the image display device, the projection optical system is
At least a transmissive / reflective functioning surface that both functions to transmit and reflect a light flux, a reflective surface that reflects the light flux, and a diffractive optical member configured to have a chromatic aberration correction function, In order to make the optical system compact, the working surface and the reflecting surface have the reflecting surface as a reference with respect to the transmitting and reflecting working surface so as to form a folded optical path between the transmitting and reflecting working surface and the reflecting surface. Is installed at a position opposite to the observer's eyeball position, and the luminous flux emitted from the image display means is reflected by the transmissive / reflecting surface,
The light flux reflected from the transflective surface is reflected by the reflective surface, the light flux reflected by the reflective surface is transmitted through the transflective surface, and the light flux is guided to the observer's eyeball position. An optical path is formed, and the diffractive optical member is arranged in the optical path between the image display means and the observer's eyeball position.

【００１５】この場合に、投影光学系は、少なくともプ
リズム部材を含み、そのプリズム部材は、少なくとも、
映像表示手段からの映像光束をプリズム内に入射させる
入射面と、透過反射作用面と、反射面とを含んで構成さ
れているものとすることができる。In this case, the projection optical system includes at least a prism member, and the prism member has at least:
It may be configured to include an incident surface on which the image light flux from the image display means is incident into the prism, a transmissive / reflective surface, and a reflective surface.

【００１６】また、そのプリズム部材は、映像表示手段
からの映像光束を入射面より入射させ、入射面より入射
した光束を透過反射作用面にて反射させ、透過反射作用
面にて反射された光束を反射面にて反射させ、反射面に
て反射された光束を透過反射作用面を透過させて、プリ
ズム外に射出するように構成されたものとすることがで
きる。Further, the prism member allows the image light flux from the image display means to enter from the incident surface, reflects the light flux incident from the incident surface on the transflective working surface, and reflects the light flux reflected on the transflective working surface. May be configured to be reflected by the reflecting surface, the light flux reflected by the reflecting surface is transmitted through the transflective surface, and is emitted to the outside of the prism.

【００１７】また、回折光学部材は、プリズム部材で発
生した色収差を少なくとも一部相殺するように形成され
ていることができる。Further, the diffractive optical member may be formed so as to at least partially cancel the chromatic aberration generated in the prism member.

【００１８】また、プリズム部材が、少なくとも正の色
収差を発生させる構成であると共に、回折光学部材が少
なくとも負の色収差を発生させる構成であるようにする
ことができる。The prism member may be configured to generate at least positive chromatic aberration, and the diffractive optical member may be configured to generate at least negative chromatic aberration.

【００１９】また、プリズム部材の入射面は、収差補正
機能を有した非球面形状にて構成されていてもよい。Further, the entrance surface of the prism member may be formed in an aspherical shape having an aberration correcting function.

【００２０】また、回折光学部材は、投影光学系の有す
る光学面に構成されていてもよい。The diffractive optical member may be formed on the optical surface of the projection optical system.

【００２１】また、投影光学系は、少なくとも曲面形状
の透過面を有し、回折光学部材は、その曲面形状の透過
面上に構成されていてもよい。The projection optical system may have at least a curved transmission surface, and the diffractive optical member may be formed on the curved transmission surface.

【００２２】また、投影光学系は、少なくとも曲面形状
の反射面を有し、回折光学部材は、その曲面形状の反射
面上に構成されていてもよい。The projection optical system may have at least a curved reflecting surface, and the diffractive optical member may be formed on the curved reflecting surface.

【００２３】[0023]

【作用】以下、上記構成を採用する理由とその作用につ
いて説明する。The reason why the above-mentioned structure is adopted and its function will be described below.

【００２４】ゾーンプレートに代表される回折光学素子
（以下、ＤＯＥ）は、アッベ数ν_d＝−３．４５という
大きな逆分散特性を持ち、色収差補正能力が大きい。し
たがって、従来技術の問題点で述べた広画角化に伴う色
収差の発生を効果的に補正することができる。A diffractive optical element (hereinafter referred to as DOE) represented by a zone plate has a large inverse dispersion characteristic of Abbe number ν _d = −3.45 and has a large chromatic aberration correction capability. Therefore, it is possible to effectively correct the occurrence of chromatic aberration due to the widening of the angle of view described in the problems of the conventional technique.

【００２５】さらに、非球面作用を持つＤＯＥの製法は
球面作用を持つＤＯＥの製法と同じであるので、ＤＯＥ
に積極的に非球面作用を持たすことができ、広画角化に
伴う軸外収差の増加を効果的に補正することができる。
この場合、光軸から離れるに従い近軸的な球面系のパワ
ーより弱いパワーとなるような非球面作用（ピッチ分
布）をＤＯＥに持たせると、収差補正能力が大きくな
る。また、このようなピッチ配列は、ＤＯＥの有効径周
辺のピッチを大きくするので、その製作性も向上する。
また、屈折系レンズと異なり、ＤＯＥは、基板の表面に
回折面を加工するだけなので、実質上、体積・重量の増
加は伴わず、頭部装着式映像表示装置の光学系としては
好ましい。Furthermore, the manufacturing method of the DOE having the aspherical surface effect is the same as the manufacturing method of the DOE having the spherical surface effect.
It is possible to positively have an aspherical surface action, and it is possible to effectively correct an increase in off-axis aberration that accompanies a wide angle of view.
In this case, if the DOE has an aspherical action (pitch distribution) such that the power becomes weaker than the power of the paraxial spherical system as the distance from the optical axis increases, the aberration correction capability increases. Further, since such a pitch arrangement increases the pitch around the effective diameter of the DOE, its manufacturability is also improved.
Further, unlike the refraction system lens, the DOE only processes a diffractive surface on the surface of the substrate, so that the volume and weight are not substantially increased and the DOE is preferable as an optical system of a head-mounted image display device.

【００２６】光学系の大型化を伴わずに効果的に広画角
化するには、正パワーの面あるいは正パワーの素子を眼
球と光軸屈折屈曲手段の間に配置するとよい。この場
合、ＤＯＥを使用した効果的な色消し光学系には、次の
３通りの構成が考えられる。In order to effectively widen the angle of view without increasing the size of the optical system, a positive power surface or a positive power element may be arranged between the eyeball and the optical axis refracting / bending unit. In this case, the following three configurations are conceivable for an effective achromatic optical system using DOE.

【００２７】正パワーを持つ屈折面あるいは屈折レン
ズを眼球と光軸屈曲手段の間に配置し、正パワーのＤＯ
Ｅを光軸屈曲手段と映像表示素子の間、好ましくは、反
射鏡付近に配置する。A refracting surface or a refracting lens having a positive power is disposed between the eyeball and the optical axis bending means, and a DO having a positive power is used.
E is arranged between the optical axis bending means and the image display element, preferably near the reflecting mirror.

【００２８】屈折系とＤＯＥで構成される全体として
正パワーを持つの色消し光学系を眼球と光軸屈曲手段の
間に配置する。An achromatic optical system having a positive power as a whole and composed of a refracting system and a DOE is arranged between the eyeball and the optical axis bending means.

【００２９】正のパワーを持つＤＯＥを眼球と光軸屈
曲手段の間に配置し、正のパワーの屈折面あるい屈折レ
ンズを光軸屈曲手段と映像表示素子の間、好ましくは、
反射鏡付近に配置する。A DOE having a positive power is arranged between the eyeball and the optical axis bending means, and a positive power refracting surface or a refracting lens is provided between the optical axis bending means and the image display element, preferably,
Place it near the reflector.

【００３０】上述の〜の各光学系の色収差補正具合
を表１に示す。Table 1 shows the degree of chromatic aberration correction of each of the above-mentioned optical systems.

【００３１】 表１に示すように、〜の構成により、光学系が大型
化するのを防止すると共に、屈折系＋ＤＯＥで効果的に
色消し光学系が構成できる。[0031] As shown in Table 1, with the configurations 1 to 3, it is possible to prevent the optical system from becoming large and to effectively configure the achromatic optical system with the refraction system + DOE.

【００３２】さらに、光軸屈曲手段をプリズムで構成す
ると、作動距離と広画角の確保が容易になり、好まし
い。この際の、上述〜の各光学系の色収差補正具合
を表２に示す。Further, it is preferable that the optical axis bending means is constituted by a prism, since it becomes easy to secure a working distance and a wide angle of view. Table 2 shows the degree of chromatic aberration correction of each of the above-described optical systems at this time.

【００３３】 この場合は、上述のの構成では、軸上色収差・倍率の
色収差の両方を同時に補正することは無理なので、あ
るいはの構成が好ましい。[0033] In this case, it is impossible to simultaneously correct both the axial chromatic aberration and the chromatic aberration of magnification with the above-mentioned configuration, or the configuration is preferable.

【００３４】の構成の光学系は、眼球と光軸屈曲手段
の間の正パワーを持つ屈折面あるいは屈折レンズでは正
の色収差が発生し、反射鏡付近のＤＯＥを含む光学系で
は負の色収差が発生し、映像表示素子側のプリズム端面
（射出面）で負の色収差が発生するので、軸上の色収差
・倍率の色収差共に良好に補正される。In the optical system configured as described above, positive chromatic aberration occurs in the refracting surface or the refracting lens having a positive power between the eyeball and the optical axis bending means, and negative chromatic aberration occurs in the optical system including the DOE near the reflecting mirror. Negative chromatic aberration is generated at the prism end surface (emission surface) on the image display element side, so that both axial chromatic aberration and lateral chromatic aberration are corrected well.

【００３５】また、この場合は、ＤＯＥにおける軸上光
束と軸外光束の位置が大きく異なるので、ＤＯＥは、球
面収差・軸上色収差の補正のみならず、歪曲収差・非点
収差等の軸外収差の補正や表示素子側テレセントリック
性の確保に有効である。In this case, since the positions of the on-axis light beam and the off-axis light beam in the DOE are greatly different, the DOE not only corrects spherical aberration and axial chromatic aberration, but also off-axis such as distortion and astigmatism. This is effective in correcting aberrations and ensuring telecentricity on the display element side.

【００３６】さらに、光学系全体での色収差を小さくす
るには、光軸屈曲手段として使用するプリズムの分散を
少なくするのが好ましい。プリズムの分散が小さいと、
屈折系の色収差を補正するＤＯＥのパワーが弱くて済む
ので、光学系全体の２次スペクトルが小さくなり、色収
差特性が更に向上するし、ＤＯＥのピッチも大きくな
り、製作上も好ましい。Further, in order to reduce the chromatic aberration in the entire optical system, it is preferable to reduce the dispersion of the prism used as the optical axis bending means. If the prism dispersion is small,
Since the power of the DOE that corrects the chromatic aberration of the refraction system is weak, the secondary spectrum of the entire optical system becomes small, the chromatic aberration characteristics are further improved, and the DOE pitch becomes large, which is preferable in manufacturing.

【００３７】[0037]

【実施例】以下、図面を参照にして、本発明による頭部
装着式映像表示装置の光学系の実施例１〜１０について
説明する。Embodiments 1 to 10 of an optical system of a head-mounted image display device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【００３８】まず、最初に、本発明で使用しているＤＯ
Ｅを含む光学系の設計方法について述べる。First, the DO used in the present invention.
A method of designing an optical system including E will be described.

【００３９】回折現象に基づく光学素子ＤＯＥについて
の原理的な説明は、例えば「光学デザイナーのための小
型光学エレメント」（オプトロニクス社）の第６章・第
７章に詳しいが、以下に簡単に説明する。The principle explanation of the optical element DOE based on the diffraction phenomenon is described in detail in Chapters 6 and 7 of "Small Optical Elements for Optical Designers" (Opttronics Co., Ltd.). To do.

【００４０】屈折現象に基づく光学素子では、図１に示
すように、光線はスネルの法則に基づいて曲げられ
る。In the optical element based on the refraction phenomenon, the light beam is bent according to Snell's law, as shown in FIG.

【００４１】 ｎ・sin θ＝ｎ’・sin θ’ ・・・（３） ただし、ｎ ：入射側媒質の屈折率 ｎ’：射出側媒質の屈折率 θ ：光線の入射角 θ’：光線の射出角 それに対して、ＤＯＥの場合は、図２に示すように、光
線は式（４）で表現される回折現象により曲げられ
る。N · sin θ = n ′ · sin θ ′ (3) where n: refractive index of the incident side medium n ′: refractive index of the exit side medium θ: incident angle θ ′ of the light ray: Exit Angle On the other hand, in the case of DOE, as shown in FIG. 2, the light beam is bent by the diffraction phenomenon expressed by equation (4).

【００４２】 ｎ・sin θ−ｎ’・sin θ’＝ｍλ／ｄ ・・・（４） ただし、ｎ ：入射側媒質の屈折率 ｎ’：射出側媒質の屈折率 θ ：光線の入射角 θ’：光線の射出角 ｍ ：回折次数 λ ：波長 ｄ ：ＤＯＥのピッチ なお、この際、ブレーズ化あるいはブレーズ近似を行う
と、高回折効率を維持することができる。N · sin θ−n ′ · sin θ ′ = mλ / d (4) where, n: refractive index of the incident side medium n ′: refractive index of the exit side medium θ: incident angle θ of the light beam ′: Emission angle of light beam m: Diffraction order λ: Wavelength d: Pitch of DOE At this time, if blazing or blazing approximation is performed, high diffraction efficiency can be maintained.

【００４３】ＤＯＥを含む光学系を設計する手法とし
て、Sweatt modelが知られている。これについては、
『W.C.Sweatt, "NEW METHODS OF DESIGNING HOLOGRAPHI
C OPTCALELEMENTS", SPIE, Vol.126, pp.46-53(1977)
』に詳しいが、図３を使用して、以下に簡単に説明す
る。The Sweat model is known as a method for designing an optical system including a DOE. For this,
"WCSweatt," NEW METHODS OF DESIGNING HOLOGRAPHI
C OPTCALELEMENTS ", SPIE, Vol.126, pp.46-53 (1977)
], But will be briefly described below with reference to FIG.

【００４４】図３において、はｎ≫１なる屈折系レン
ズ（超高屈折率レンズ：ultra-highindex lens ）、
は法線、ｚは光軸方向の座標、ｈは基板に沿う方向の座
標とする。In FIG. 3, n >> 1 is a refraction system lens (ultra-high index lens),
Is the normal line, z is the coordinate along the optical axis, and h is the coordinate along the substrate.

【００４５】上記の論文によれば、式（５）が成立す
る。According to the above paper, the equation (5) is established.

【００４６】 （ｎ_u −１）ｄｚ／ｄｈ＝ｎ・sin θ−ｎ’・sin θ’ ・・・（５） ただし、ｎ_u ：ultra-high index lens の屈折率（以下
に説明する設計では、ｎ_u ＝１００１とした。） ｚ ：ultra-high index lens の光軸方向の座標 ｈ ：ultra-high index lens の媒質に沿った座標 ｎ ：入射側媒質の屈折率 ｎ’：射出側媒質の屈折率 θ ：光線の入射角 θ’：光線の射出角 したがって、式（４）、（５）より、次の式（６）が成
立する。(N _u −1) dz / dh = n · sin θ−n ′ · sin θ ′ (5) where n _{u is} the refractive index of the ultra-high index lens (in the design described below, , N _u = 1001.) Z: Coordinate in the direction of the optical axis of the ultra-high index lens h: Coordinate along the medium of the ultra-high index lens n: Refractive index of the incident side medium n ': of the exit side medium Refractive index θ: incident angle of light ray θ ′: exit angle of light ray Therefore, the following equation (6) is established from the equations (4) and (5).

【００４７】 （ｎ_u −１）ｄｚ／ｄｈ＝ｍλ／ｄ ・・・（６） すなわち、「ｎ≫１なる屈折系レンズの面形状」と「Ｄ
ＯＥのピッチ」の間には、式（６）で表現される等価関
係が成立するので、Sweatt modelにより設計した ultr
a-high index lens の面形状から、ＤＯＥのピッチ分布
を求めることができる。(N _u −1) dz / dh = mλ / d (6) That is, “the surface shape of the refraction system lens with n >> 1” and “D
Since the equivalence relation expressed by the equation (6) is established between the “OE pitch”, the ultr designed by the Sweat model
The DOE pitch distribution can be obtained from the surface shape of the a-high index lens.

【００４８】具体的には、ultra-high index lens を式
（７）で定義される非球面レンズとして設計したとする
と、 ｚ＝ｃｈ² ／｛１＋〔１−ｃ² （ｋ＋１）ｈ² 〕^1/2 ｝ ＋Ａｈ⁴ ＋Ｂｈ⁶ ＋Ｃｈ⁸ ＋Ｄｈ¹⁰ ・・・（７） ただし、ｚ ：光軸でレンズに接する接平面からのずれ
（サグ値） ｃ ：曲率 ｈ ：光軸からの距離 ｋ ：円錐定数 Ａ ：４次非球面係数 Ｂ ：６次非球面係数 Ｃ ：８次非球面係数 Ｄ ：１０次非球面係数 ここで、説明を簡単にするために、ultra-high index l
ens の片面を平面にすると、式（６）、（７）より、 ｄ＝ｍλ／〔（ｎ−１）ｄｚ／ｄｈ〕 ＝［ｍλ／（ｎ−１）］×［ｃｈ／〔１−ｃ² （ｋ＋１）ｈ² 〕^1/2 ＋４Ａｈ³ ＋６Ｂｈ⁵ ＋８Ｃｈ⁷ ＋１０Ｄｈ⁹ ］^-1 ・・・（８） が得られる。この式（８）で定義されるピッチ分布をも
たせてやればよい。なお、以下に示す実施例では、ｅ線
を基準波長とし、λ＝ｅ線の場合のピッチを計算してい
る。Specifically, assuming that the ultra-high index lens is designed as an aspherical lens defined by the equation (7), z = ch ² / {1+ [1-c ² (k + 1) h ² ] ^{1 / 2} } + Ah ⁴ + Bh ⁶ + Ch ⁸ + Dh ¹⁰ (7) where, z: deviation from the tangent plane contacting the lens on the optical axis (sag value) c: curvature h: distance from the optical axis k: conical constant A: 4th-order aspherical surface coefficient B: 6th-order aspherical surface coefficient C: 8th-order aspherical surface coefficient D: 10th-order aspherical surface coefficient Here, in order to simplify description, ultra-high index l
If one side of ens is a plane, then from equations (6) and (7), d = mλ / [(n-1) dz / dh] = [mλ / (n-1)] × [ch / [1-c ² (k + 1) h ^{2] 1/2 + 4Ah 3 + 6Bh 5 +} 8Ch 7 + 10Dh 9] -1 ··· (8) is obtained. It suffices to give the pitch distribution defined by the equation (8). In the examples described below, the e-line is used as the reference wavelength, and the pitch when λ = e-line is calculated.

【００４９】また、式（６）は任意の波長で成立する必
要がある。Further, the equation (6) needs to hold at an arbitrary wavelength.

【００５０】 ∴ｎ（λ）−１＝Ｋλ ・・・（９） ただし、Ｋ＝ｍ／〔ｄ・ｄｚ／ｄｈ〕 今回は、ｎ_d ＝１００１としたので、Ｋ＝１．７０２
０。∴n (λ) −1 = Kλ (9) However, K = m / [d · dz / dh] Since n _d = 1100 this time, K = 1.702
0.

【００５１】したがって、式（９）に従い、ｎ_C ＝１１
１８．０、ｎ_e ＝９３０．３９、ｎ _F ＝８２８．３７、
ｎ_g ＝７４２．７８とすれば、ＤＯＥの分散特性を表現
できる。Therefore, according to the equation (9), n_C= 11
18.0, n_e= 93.39, n _F= 828.37,
n_g= 742.78 expresses the dispersion characteristics of DOE
it can.

【００５２】なお、以下に示す実施例では、非球面項と
して１０次までしか使用していないが、もちろん、１２
次、１４次・・の非球面項を使用してもよい。In the examples shown below, only the 10th order is used as the aspherical term, but of course 12
Next, 14th-order aspherical terms may be used.

【００５３】また、以下に示す実施例では、屈折系レン
ズを球面レンズとして扱える場合が大半であるが、屈折
系レンズを非球面レンズとすれば、更に好ましいことは
言うまでもない。In most of the following embodiments, the refraction system lens can be treated as a spherical lens, but it is needless to say that the refraction system lens is an aspherical lens.

【００５４】また、以下に示す実施例では、ＤＯＥを１
面しか使用していないが、２面以上使用してももちろん
よい。In the following embodiment, DOE is set to 1
Only one side is used, but it is of course possible to use two or more sides.

【００５５】また、以下に述べる実施例における光線追
跡は、眼球側を物点側とし、映像表示素子を像点とした
逆追跡を行っている。In ray tracing in the embodiments described below, reverse tracing is performed with the eyeball side as the object point side and the image display element as the image point.

【００５６】また、式（８）より、回折次数ｍを大きく
すると、ピッチが大きくなり、製作性が向上するが、以
下では、説明を簡単にするために、ｍ＝＋１としてい
る。Further, from the equation (8), when the diffraction order m is increased, the pitch is increased and the manufacturability is improved. However, in the following description, m = + 1 for simplification of description.

【００５７】また、ｅ線を基準波長とし、焦点距離等は
ｅ線における値である。The e-line is used as a reference wavelength, and the focal length and the like are values at the e-line.

【００５８】（第１実施例）図４に第１実施例のレンズ
断面図を示す。図４において、符号Ｅは観察者眼球の瞳
孔位置、符号１は映像表示素子、符号２は凹面鏡、符号
３はハーフミラー、符号２０はＤＯＥ（回折面）であ
り、この実施例では、片側が回折面２０で全体として正
の屈折力を持つレンズ２１を、眼球とハーフミラー３の
間に配置している。正作用のレンズ２１を使用すること
で、光学系の大型化を伴わずに広角化が達成できてい
る。(First Embodiment) FIG. 4 shows a lens cross-sectional view of the first embodiment. In FIG. 4, reference numeral E is the pupil position of the observer's eye, reference numeral 1 is an image display element, reference numeral 2 is a concave mirror, reference numeral 3 is a half mirror, and reference numeral 20 is a DOE (diffraction surface). In this embodiment, one side is A lens 21 having a positive refracting power as a whole on the diffractive surface 20 is arranged between the eyeball and the half mirror 3. By using the positive acting lens 21, a wide angle can be achieved without increasing the size of the optical system.

【００５９】図１４にこの実施例の横収差図を示す。図
１４において、（１）は画面の視軸方向（水平方向０
°、垂直方向０°）、（２）は画面の水平方向０°、垂
直方向１２．８°、（３）は画面の水平方向１７°、垂
直方向１２．８°、（４）は画面の水平方向１７°、垂
直方向０°、（５）は画面の水平方向１７°、垂直方向
−１２．８°、（６）は画面の水平方向０°、垂直方向
−１２．８°における水平方向及び垂直方向の値を示す
ものである。FIG. 14 shows a lateral aberration diagram of this embodiment. In FIG. 14, (1) is the visual axis direction of the screen (horizontal direction 0
°, vertical direction 0 °), (2) horizontal direction 0 ° screen, vertical direction 12.8 °, (3) horizontal screen direction 17 °, vertical direction 12.8 °, (4) screen horizontal direction Horizontal direction 17 °, vertical direction 0 °, (5) is horizontal direction of screen 17 °, vertical direction -12.8 °, (6) Horizontal direction of screen is 0 °, vertical direction -12.8 ° And the value in the vertical direction.

【００６０】なお、後述する本実施例の数値データおい
て、第１面が非球面で、非球面形状は上記の式（７）で
定義される。また、第２面がＤＯＥ２０を加工する基板
で、第１面〜第２面で定義されるのがＤＯＥ２０が相当
するultra-high index lensである。In the numerical data of this embodiment described later, the first surface is an aspherical surface and the aspherical surface shape is defined by the above equation (7). Further, the second surface is a substrate on which the DOE 20 is processed, and the ultra-high index lens corresponding to the DOE 20 is defined by the first surface to the second surface.

【００６１】レンズ２１のペッツバール和は正であるの
で、凹面鏡２の負のペッツバール和を補正し、像面湾曲
が良好に補正される。レンズ２１を屈折系レンズだけで
構成すると、ペッツバール和が補正過剰になりがちであ
るが、屈折率無限大の屈折系レンズと等価であるＤＯＥ
面２０はペッツバール和を発生させないので、レンズ２
１はペッツバール和が大きく過剰補正になるのを防止し
ている。Since the Petzval sum of the lens 21 is positive, the negative Petzval sum of the concave mirror 2 is corrected and the field curvature is corrected well. If the lens 21 is composed of only a refracting lens, the Petzval sum tends to be overcorrected, but a DOE equivalent to a refracting lens having an infinite refractive index is used.
Since the surface 20 does not generate Petzval sum, the lens 2
1 prevents the Petzval sum from being excessively corrected.

【００６２】また、ＤＯＥ面２０は、その逆分散作用に
より、屈折系レンズで発生する正の色収差補正してい
る。その結果、図１４に示すように、この光学系は色収
差が良好に補正されアクロマート（２色色消し）となっ
ている。Further, the DOE surface 20 corrects the positive chromatic aberration generated in the refraction system lens by its inverse dispersion action. As a result, as shown in FIG. 14, the chromatic aberration of this optical system is satisfactorily corrected, and the optical system becomes an achromat (two-color achromat).

【００６３】本実施例のように、光軸屈曲手段の後で色
収差が発生しない場合には、光軸屈曲手段の前のレンズ
系を色消しレンズ系とする必要がある。When no chromatic aberration occurs after the optical axis bending means as in this embodiment, the lens system before the optical axis bending means needs to be an achromatic lens system.

【００６４】ここで、屈折系レンズとＤＯＥの焦点距離
をそれぞれｆ_ref 、ｆ_DOE 、屈折系レンズ、ＤＯＥのア
ッベ数をそれぞれν_ref 、ν_DOE （＝−３．４５）とす
る。全体としてｆの焦点距離を持つ屈折系レンズ＋ＤＯ
Ｅの合成光学系が軸上色消しとなるためには、ガラス、
プラスチックの場合には、１５＜ν_ref ＜１００である
ことから、 ０．０３３＜ｆ／ｆ_DOE ＜０．１９ ・・・（１０） が必要となる。Here, the focal lengths of the refraction lens and DOE are f _ref and f _DOE , and the Abbe numbers of the refraction lens and DOE are ν _ref and ν _DOE (= −3.45), respectively. Refractive lens with total focal length of f + DO
In order for the synthetic optical system of E to be achromatic on-axis, glass,
In the case of plastic, since 15 <ν _ref <100, 0.033 <f / f _DOE <0.19 (10) is required.

【００６５】条件式（１０）の下限の０．０３３を越え
ると、色収差が補正不足で正の色収差が性能を悪化さ
せ、条件式（１０）の上限の０．１９を越えると、色収
差が補正過剰となり、負の色収差と大きな２次スペクト
ルが性能を悪化させる。When the lower limit of 0.033 of the conditional expression (10) is exceeded, the chromatic aberration is insufficiently corrected and the positive chromatic aberration deteriorates the performance. When the upper limit of 0.19 of the conditional expression (10) is exceeded, the chromatic aberration is corrected. Excessive, negative chromatic aberration and large second order spectra degrade performance.

【００６６】また、次の条件を満足すると、更に好まし
い。Further, it is more preferable to satisfy the following conditions.

【００６７】 １５＜ｆ＜６０ ・・・（２） 条件式（２）の下限の１５を越えると、光学系の作動距
離が小さくなり好ましくなく、条件式（２）の上限の６
０を越えると、光学系が大きくなり重量が増加するので
好ましくない。15 <f <60 (2) When the lower limit of 15 of the conditional expression (2) is exceeded, the working distance of the optical system becomes small, which is not preferable, and the upper limit of 6 of the conditional expression (2) is not satisfied.
When it exceeds 0, the optical system becomes large and the weight increases, which is not preferable.

【００６８】本実施例では、ν_ref ＝５６．２５である
ので、ｆ／ｆ_DOE ＝０．０５７となっている（ｆ＝４
４．０３）。[0068] In this embodiment, since it is [nu _ref = 56.25, and has a _{f / f DOE = 0.057 (f} = 4
4.03).

【００６９】ＤＯＥを製作する場合、ピッチの配列は自
由であるので、本実施例では、ＤＯＥ（ultra-high ind
ex lens ）２０を非球面レンズとして扱っている。本実
施例におけるＤＯＥ２０の非球面作用は、ＤＯＥ２０の
有効径周辺のピッチを大きくしている。このように、有
効径周辺に向かうにつれて近軸的に決まるピッチ配列よ
りもパワーを弱くする（ピッチを大きくする）ことによ
り、球面収差等を良好に補正する等の収差補正能力が増
すと共に、ＤＯＥ２０の有効径周辺のピッチが小さくな
って作製が困難になるのを防止している。なお、本実施
例におけるＤＯＥ２０の最小ピッチは、５２μｍと製作
上問題ない値である。In the case of manufacturing a DOE, the pitch can be arranged freely, so in this embodiment, the DOE (ultra-high ind) is used.
ex lens) 20 is treated as an aspherical lens. The aspherical function of the DOE 20 in this embodiment increases the pitch around the effective diameter of the DOE 20. As described above, by making the power weaker (increasing the pitch) than that of the pitch array that is determined paraxially toward the effective diameter periphery, the aberration correction capability such as good correction of spherical aberration and the like is increased, and the DOE 20 This prevents the manufacturing process from becoming difficult because the pitch around the effective diameter becomes small. The minimum pitch of the DOE 20 in this embodiment is 52 μm, which is a value that poses no problem in manufacturing.

【００７０】また、ＤＯＥの場合、製作誤差により着目
次数光以外の不要次数光が発生する。不要次数光の像面
を着目次数光の像面から大きく離すには、ＤＯＥのピッ
チを小さくするか、あるいは、ＤＯＥをマージナル光束
径の大きな箇所に配置すればよい。本実施例では、ＤＯ
Ｅ２０をマージナル光束径の大きな箇所に配置している
ので、色収差が効果的に補正できると共に、不要次数光
の影響を効果的に除去できる配置となっている。In the case of DOE, unnecessary order light other than the focused order light is generated due to manufacturing error. In order to separate the image plane of the unnecessary order light largely from the image plane of the noticed order light, the pitch of the DOE may be reduced, or the DOE may be arranged at a position where the marginal luminous flux diameter is large. In this embodiment, DO
Since E20 is arranged at a location where the marginal luminous flux diameter is large, the chromatic aberration can be effectively corrected and the influence of unnecessary order light can be effectively eliminated.

【００７１】（第２実施例）図５に第２実施例のレンズ
断面図を示す。図５において、符号Ｅは観察者眼球の瞳
孔位置、符号１は映像表示素子、符号３はハーフミラ
ー、符号２０はＤＯＥ（回折面）、符号２１は正の屈折
力を持つレンズであり、この実施例では、反射ミラーの
表面に回折面を加工している（反射型ＤＯＥ）。(Second Embodiment) FIG. 5 shows a lens sectional view of the second embodiment. In FIG. 5, reference numeral E is the pupil position of the observer's eye, reference numeral 1 is an image display element, reference numeral 3 is a half mirror, reference numeral 20 is a DOE (diffraction surface), and reference numeral 21 is a lens having a positive refractive power. In the embodiment, a diffractive surface is processed on the surface of the reflection mirror (reflection type DOE).

【００７２】図１５にこの実施例の横収差図を示す。図
１５において、（１）は画面の視軸方向（水平方向０
°、垂直方向０°）、（２）は画面の水平方向０°、垂
直方向１２．８°、（３）は画面の水平方向１７°、垂
直方向１２．８°、（４）は画面の水平方向１７°、垂
直方向０°、（５）は画面の水平方向１７°、垂直方向
−１２．８°、（６）は画面の水平方向０°、垂直方向
−１２．８°における水平方向及び垂直方向の値を示す
ものである。FIG. 15 shows a lateral aberration diagram for this embodiment. In FIG. 15, (1) is the visual axis direction of the screen (horizontal direction 0
°, vertical direction 0 °), (2) horizontal direction 0 ° screen, vertical direction 12.8 °, (3) horizontal screen direction 17 °, vertical direction 12.8 °, (4) screen horizontal direction Horizontal direction 17 °, vertical direction 0 °, (5) is horizontal direction of screen 17 °, vertical direction -12.8 °, (6) Horizontal direction of screen is 0 °, vertical direction -12.8 ° And the value in the vertical direction.

【００７３】なお、後述する本実施例の数値データにお
いて、第３面が非球面で、非球面形状は上記の式（７）
で定義される。また、第４面がＤＯＥ２０を加工する基
板（反射面）で、第３面〜第４面で定義されるのがＤＯ
Ｅ２０が相当するultra-highindex lens である。In the numerical data of this embodiment described later, the third surface is an aspherical surface, and the aspherical shape is expressed by the above equation (7).
Is defined by Further, the fourth surface is a substrate (reflection surface) for processing the DOE 20, and DO is defined by the third surface to the fourth surface.
E20 is an equivalent ultra-high index lens.

【００７４】本実施例では、光軸屈曲手段３の前のレン
ズ２１で発生した正の色収差を、光軸屈曲手段３の後の
ＤＯＥ２０が良好に補正している。全合成光学系の焦点
距離をｆとすると、レンズ２１とＤＯＥ２０の間隔はほ
ぼｆ／２であるので、合成光学系が色消しになるために
は、次式が成立する必要がある。In this embodiment, the DOE 20 after the optical axis bending means 3 satisfactorily corrects the positive chromatic aberration generated in the lens 21 in front of the optical axis bending means 3. If the focal length of the total synthesizing optical system is f, the distance between the lens 21 and the DOE 20 is approximately f / 2. Therefore, in order for the synthesizing optical system to be achromatic, the following formula must be established.

【００７５】 ν_ref ｆ² ／２＋（ν_DOE −ν_ref ）ｆ_DOE ｆ−ν_DOE ｆ_DOE ² ≒０ ・・・（１１） １５＜ν_ref ＜１００とすると、 ０．０３３＜ｆ／ｆ_DOE ＜０．１８ ・・・（１２） と、式（１０）とほぼ同様の結果を得る。[0075] When the ^{_{ν ref f 2/2 + (}} ν DOE -ν ref) f DOE f-ν DOE f DOE 2 ≒ 0 ··· (11) and _{15 <ν ref <100, 0.033} <f / f DOE <0.18 ... (12) and almost the same result as the equation (10) is obtained.

【００７６】本実施例では、ｆ／ｆ_DOE ＝０．０６と、
条件式（１２）を満足している。また、ｆ＝４４．６５
と、条件式（２）を満足している。In this embodiment, f / f _DOE = 0.06,
Conditional expression (12) is satisfied. Also, f = 44.65
And the conditional expression (2) is satisfied.

【００７７】また、本実施例の場合、軸上と軸外の光束
位置が大きく異なる箇所にＤＯＥ２０を使用しているの
で、ＤＯＥ２０が色収差・球面収差のみならず、歪曲収
差・非点収差等の軸外収差も良好に補正している。Further, in the case of the present embodiment, since the DOE 20 is used at the position where the axial and off-axis light beam positions are greatly different, the DOE 20 has not only chromatic aberration and spherical aberration but also distortion, astigmatism and the like. Off-axis aberrations are well corrected.

【００７８】また、本実施例におけるＤＯＥ２０も、有
効径周辺に向かうにつれ近軸的に決まるピッチより大き
くなるピッチ配列を持っているが、これは凹面鏡で発生
する負の歪曲収差を補正するのに必要な条件でもある。The DOE 20 in this embodiment also has a pitch arrangement that becomes larger than the paraxially determined pitch toward the effective diameter periphery. This is for correcting the negative distortion aberration generated in the concave mirror. It is also a necessary condition.

【００７９】（第３実施例）図６に第３実施例のレンズ
断面図を示す。図６において、符号Ｅは観察者眼球の瞳
孔位置、符号１は映像表示素子、符号５はビームスプリ
ッタリズム、符号３はハーフミラー、符号２０はＤＯＥ
（回折面）、符号２２は正の屈折力を持つビームスプリ
ッタリズムの入射面（逆追跡で）であり、この実施例で
も、反射ミラーの表面に回折面を加工している（反射型
ＤＯＥ）。この実施例は、より大きな作動距離と画角を
得るために、光軸屈曲手段としてビームスプリッタリズ
ム５を使用している。また、このプリズム５の眼球側の
面２２に正のパワーを持たせることで、プリズム５の大
型化を伴わないで、広画角化を達成している。(Third Embodiment) FIG. 6 shows a lens sectional view of the third embodiment. 6, reference numeral E is the pupil position of the observer's eye, reference numeral 1 is an image display element, reference numeral 5 is a beam splitter rhythm, reference numeral 3 is a half mirror, and reference numeral 20 is a DOE.
(Diffraction surface), reference numeral 22 is an incident surface (by reverse tracing) of the beam splitter rhythm having a positive refractive power, and in this embodiment as well, a diffractive surface is processed on the surface of the reflection mirror (reflection type DOE). . This embodiment uses the beam splitter rhythm 5 as the optical axis bending means in order to obtain a larger working distance and angle of view. Further, by providing the eyeball side surface 22 of the prism 5 with a positive power, a wide field angle is achieved without increasing the size of the prism 5.

【００８０】図１６にこの実施例の横収差図を示す。図
１６において、（１）は画面の視軸方向（水平方向０
°、垂直方向０°）、（２）は画面の水平方向０°、垂
直方向９°、（３）は画面の水平方向１２°、垂直方向
９°、（４）は画面の水平方向１２°、垂直方向０°、
（５）は画面の水平方向１２°、垂直方向−９°、
（６）は画面の水平方向０°、垂直方向−９°における
水平方向及び垂直方向の値を示すものである。FIG. 16 shows a lateral aberration diagram for this embodiment. In FIG. 16, (1) is the visual axis direction of the screen (horizontal direction 0
°, vertical direction 0 °), (2) horizontal direction of screen 0 °, vertical direction 9 °, (3) horizontal direction of screen 12 °, vertical direction 9 °, (4) horizontal direction of screen 12 ° , Vertical 0 °,
(5) is 12 ° in the horizontal direction of the screen, −9 ° in the vertical direction,
(6) shows the values in the horizontal and vertical directions at 0 ° in the horizontal direction and -9 ° in the vertical direction.

【００８１】なお、後述する本実施例の数値データにお
いて、第２面が非球面で、非球面形状は上記の式（７）
で定義される。また、第３面がＤＯＥ２０を加工する基
板（反射面）で、第２面〜第３面で定義されるのがＤＯ
Ｅ２０が相当するultra-highindex lens である。In the numerical data of this embodiment, which will be described later, the second surface is an aspherical surface, and the aspherical shape is expressed by the above equation (7).
Is defined by Further, the third surface is a substrate (reflection surface) for processing the DOE 20, and DO is defined by the second surface to the third surface.
E20 is an equivalent ultra-high index lens.

【００８２】本実施例の場合は、第２実施例と異なり、
プリズム５に収束光が入射し、収束光が射出するので、
プリズム５による正の色収差が発生するが、ＤＯＥ２０
のパワーを適切に設定することで、軸上の色収差・倍率
の色収差共に補正することができる。正パワーの面２２
で発生する正の色収差とプリズム５射出端で発生する正
の色収差を補正するために、第２実施例の場合よりもＤ
ＯＥ２０のパワーを強くする必要がある。In the case of this embodiment, unlike the second embodiment,
Since the convergent light enters the prism 5 and the convergent light exits,
Positive chromatic aberration occurs due to the prism 5, but the DOE 20
It is possible to correct both the axial chromatic aberration and the chromatic aberration of magnification by properly setting the power of. Positive power surface 22
In order to correct the positive chromatic aberration that occurs at the exit end of the prism 5 and the positive chromatic aberration that occurs at the exit end of the prism 5, D is more than that in the second embodiment.
It is necessary to increase the power of OE20.

【００８３】本実施例の場合、ｆ／ｆ_DOE ＝０．１０７
５、ｆ＝２０．９０と、条件式（２）、（１２）を満足
している。In the case of this embodiment, f / f _DOE = 0.107
5, f = 20.90 and the conditional expressions (2) and (12) are satisfied.

【００８４】また、プリズム５の分散をより小さくする
と、２次スペクトルを含め光学系全体の色収差をより小
さくすることができるので好ましい。Further, it is preferable to make the dispersion of the prism 5 smaller so that the chromatic aberration of the entire optical system including the secondary spectrum can be made smaller.

【００８５】本実施例の場合、軸上と軸外の光束位置が
大きく異なる箇所にＤＯＥ２０を使用しているので、Ｄ
ＯＥ２０が色収差・球面収差のみならず、コマ収差・非
点収差・歪曲収差等の軸外収差も良好に補正している。In the case of the present embodiment, since the DOE 20 is used at a position where the on-axis and off-axis light beam positions greatly differ, D
The OE 20 satisfactorily corrects not only chromatic aberration and spherical aberration but also off-axis aberrations such as coma, astigmatism, and distortion.

【００８６】また、本実施例におけるＤＯＥ２０も、有
効径周辺に向かうにつれ近軸的に決まるピッチより大き
くなるピッチ配列を持っている。有効径の中心から有効
径の５６％程度の箇所まではピッチがだんだん小さくな
り、この箇所を過ぎ有効径の９０％まではピッチがだん
だん大きくなり、有効径の９０％の箇所でノーパワーと
なり、ここを過ぎると負パワーがだんだん強くなる。Further, the DOE 20 in this embodiment also has a pitch arrangement that becomes larger than the paraxially determined pitch toward the periphery of the effective diameter. The pitch is gradually reduced from the center of the effective diameter to about 56% of the effective diameter, and the pitch gradually increases up to 90% of the effective diameter past this point, and there is no power at 90% of the effective diameter. After passing, the negative power becomes stronger.

【００８７】（第４実施例）図７に第４実施例のレンズ
断面図を示す。図７において、符号Ｅは観察者眼球の瞳
孔位置、符号１は映像表示素子、符号５はビームスプリ
ッタリズム、符号３はハーフミラー、符号７はビームス
プリッタリズムの射出面（逆追跡で）、符号２０はＤＯ
Ｅ（回折面）、符号２２は正の屈折力を持つビームスプ
リッタリズムの入射面（逆追跡で）であり、この実施例
は、第３実施例におけるビームスプリッタプリズム５の
映像表示素子１側の面７を非球面とし、歪曲収差の補正
とテレセントリック性の確保を行っている。(Fourth Embodiment) FIG. 7 shows a lens sectional view of the fourth embodiment. In FIG. 7, reference numeral E is the pupil position of the observer's eye, reference numeral 1 is an image display element, reference numeral 5 is a beam splitter rhythm, reference numeral 3 is a half mirror, reference numeral 7 is an exit surface of the beam splitter rhythm (in reverse tracking), reference numeral 20 is DO
E (diffraction surface), reference numeral 22 is an incident surface (in reverse tracing) of the beam splitter rhythm having a positive refractive power. In this embodiment, the beam splitter prism 5 on the image display element 1 side in the third embodiment is arranged. The surface 7 is an aspherical surface to correct distortion and ensure telecentricity.

【００８８】図１７にこの実施例の横収差図を示す。図
１７において、（１）は画面の視軸方向（水平方向０
°、垂直方向０°）、（２）は画面の水平方向０°、垂
直方向１５°、（３）は画面の水平方向２０°、垂直方
向１５°、（４）は画面の水平方向２０°、垂直方向０
°、（５）は画面の水平方向２０°、垂直方向−１５
°、（６）は画面の水平方向０°、垂直方向−１５°に
おける水平方向及び垂直方向の値を示すものである。FIG. 17 shows a lateral aberration diagram for this example. In FIG. 17, (1) is the visual axis direction of the screen (horizontal direction 0
°, vertical direction 0 °), (2) horizontal screen 0 °, vertical 15 °, (3) horizontal screen 20 °, vertical 15 °, (4) horizontal screen 20 ° , Vertical 0
°, (5) is 20 ° in the horizontal direction of the screen, −15 in the vertical direction
° and (6) indicate values in the horizontal direction and the vertical direction at 0 ° in the horizontal direction and −15 ° in the vertical direction of the screen.

【００８９】なお、後述する本実施例の数値データにお
いて、第２面、第５面が非球面で、非球面形状は上記の
式（７）で定義される。また、第３面がＤＯＥ２０を加
工する基板（反射面）で、第２面〜第３面で定義される
のがＤＯＥ２０が相当するultra-high index lens であ
る。In the numerical data of this embodiment described later, the second and fifth surfaces are aspherical surfaces, and the aspherical surface shape is defined by the above equation (7). Further, the third surface is a substrate (reflection surface) for processing the DOE 20, and the ultra-high index lens corresponding to the DOE 20 is defined by the second surface to the third surface.

【００９０】本実施例の場合、ｆ／ｆ_DOE ＝０．０７４
０、ｆ＝２９．５６と、条件式（２）、（１２）を満足
している。In the case of this embodiment, f / f _DOE = 0.074
0, f = 29.56 and the conditional expressions (2) and (12) are satisfied.

【００９１】ここでは、非球面７を近軸的にノーパワー
としているが、非球面７に近軸的パワーを持たせると色
収差が発生する。しかし、面７は像面に近く近軸光線高
が低いので、発生色収差は少なく、この場合も条件式
（１２）でほぼ代用できる。Although the aspherical surface 7 has a paraxial no power here, chromatic aberration occurs when the aspherical surface 7 has a paraxial power. However, since the surface 7 is close to the image plane and the paraxial ray height is low, the chromatic aberration generated is small, and in this case also, the conditional expression (12) can be substituted.

【００９２】本実施例におけるＤＯＥ２０も、有効径周
辺に向かうにつれて近軸的に決まるピッチ配列よりも大
きくなるピッチ配列を持っている。有効径中心から有効
径７５％の位置までは徐々にピッチが小さくなるが、有
効径の７５％の位置から外側に向かうにつれてピッチは
だんだん大きくなる。広画角光学系の場合は、このよう
なピッチ配列とすると、ＤＯＥ２０の収差補正能力がよ
り大きくなる。The DOE 20 in this embodiment also has a pitch arrangement that becomes larger than the paraxially determined pitch arrangement toward the periphery of the effective diameter. The pitch gradually decreases from the center of the effective diameter to the position of 75% of the effective diameter, but the pitch gradually increases from the position of 75% of the effective diameter toward the outside. In the case of a wide-angle optical system, such a pitch arrangement enhances the aberration correction capability of the DOE 20.

【００９３】また、本実施例は図２７のダブレット８を
ＤＯＥ２０に置き換えた構成であるが、図２７と比較す
ると、観察者眼球の瞳孔位置Ｅと映像表示素子１の間隔
が小さく、広画角化に有効である。In this embodiment, the doublet 8 in FIG. 27 is replaced by the DOE 20, but as compared with FIG. 27, the distance between the pupil position E of the observer's eye and the image display element 1 is small and the wide angle of view is wide. It is effective for

【００９４】（第５実施例）図８に第５実施例のレンズ
断面図を示す。図８において、符号Ｅは観察者眼球の瞳
孔位置、符号１は映像表示素子、符号５はビームスプリ
ッタリズム、符号３はハーフミラー、符号２０はＤＯＥ
（回折面）、符号２１は正の屈折力を持つレンズであ
り、この実施例は、第３実施例におけるビームスプリッ
タプリズム５の眼球側の正パワーの面２２の代わりに、
正パワーのレンズ２１をプリズム５から独立して使用
し、収差を小さくして更に広画角化を行っている。(Fifth Embodiment) FIG. 8 shows a lens sectional view of the fifth embodiment. In FIG. 8, reference numeral E is the pupil position of the observer's eye, reference numeral 1 is an image display element, reference numeral 5 is a beam splitter rhythm, reference numeral 3 is a half mirror, and reference numeral 20 is a DOE.
(Diffraction surface), reference numeral 21 is a lens having a positive refractive power, and in this embodiment, instead of the eyeball side positive power surface 22 of the beam splitter prism 5 in the third embodiment,
The positive power lens 21 is used independently of the prism 5 to reduce aberrations and further widen the angle of view.

【００９５】図１８にこの実施例の横収差図を示す。図
１８において、（１）は画面の視軸方向（水平方向０
°、垂直方向０°）、（２）は画面の水平方向０°、垂
直方向１１．３°、（３）は画面の水平方向１５°、垂
直方向１１．３、（４）は画面の水平方向１５°、垂直
方向０°、（５）は画面の水平方向１５°、垂直方向−
１１．３°、（６）は画面の水平方向０°、垂直方向−
１１．３°における水平方向及び垂直方向の値を示すも
のである。FIG. 18 shows a lateral aberration diagram for this example. In FIG. 18, (1) is the visual axis direction of the screen (horizontal direction 0
°, vertical direction 0 °), (2) screen horizontal direction 0 °, vertical direction 11.3 °, (3) screen horizontal direction 15 °, vertical direction 11.3, (4) screen horizontal 15 ° in the direction, 0 ° in the vertical direction, (5) is 15 ° in the horizontal direction of the screen, −
11.3 °, (6) is horizontal 0 ° of screen, vertical-
It shows the values in the horizontal and vertical directions at 11.3 °.

【００９６】なお、後述する本実施例の数値データにお
いて、第４面が非球面で、非球面形状は上記の式（７）
で定義される。また、第５面がＤＯＥ２０を加工する基
板（反射面）で、第４面〜第５面で定義されるのがＤＯ
Ｅ２０が相当するultra-highindex lens である。In the numerical data of this embodiment described later, the fourth surface is an aspherical surface, and the aspherical shape is expressed by the above formula (7).
Is defined by Further, the fifth surface is a substrate (reflection surface) for processing the DOE 20, and DO is defined by the fourth surface to the fifth surface.
E20 is an equivalent ultra-high index lens.

【００９７】本実施例の場合、ｆ／ｆ_DOE ＝０．０８０
２、ｆ＝２４．７６と、条件式（２）、（１２）を満足
している。In the case of this embodiment, f / f _DOE = 0.080
2, f = 24.76 and the conditional expressions (2) and (12) are satisfied.

【００９８】本実施例におけるＤＯＥ２０も、有効径周
辺に向かうにつれて近軸的に決まるピッチ配列よりも大
きくなるピッチ配列を持っている。有効径中心から有効
径の７５％（８．８ｍｍ）の位置までは徐々にピッチが
小さくなるが、有効径の７５％の位置から外側に向かう
につれてピッチはだんだん大きくなる。The DOE 20 in this embodiment also has a pitch arrangement that becomes larger than the pitch arrangement that is determined paraxially toward the periphery of the effective diameter. The pitch gradually decreases from the center of the effective diameter to the position of 75% (8.8 mm) of the effective diameter, but the pitch gradually increases from the position of 75% of the effective diameter toward the outside.

【００９９】（第６実施例）図９に第６実施例のレンズ
断面図を示す。図９において、符号Ｅは観察者眼球の瞳
孔位置、符号１は映像表示素子、符号２は凹面鏡、符号
５はビームスプリッタリズム、符号３はハーフミラー、
符号２０はＤＯＥ（回折面）、符号２１は正の屈折力を
持つレンズであり、この実施例は、より大きな作動距離
と画角を得るために、第１実施例におけるハーフミラー
３の代わりにビームスプリッタプリズム５を使用してい
る。(Sixth Embodiment) FIG. 9 shows a lens sectional view of the sixth embodiment. In FIG. 9, reference numeral E is the pupil position of the observer's eye, reference numeral 1 is an image display element, reference numeral 2 is a concave mirror, reference numeral 5 is a beam splitter rhythm, reference numeral 3 is a half mirror,
Reference numeral 20 is a DOE (diffraction surface), and reference numeral 21 is a lens having a positive refracting power. In this embodiment, in order to obtain a larger working distance and a wider angle of view, the half mirror 3 in the first embodiment is replaced. The beam splitter prism 5 is used.

【０１００】図１９にこの実施例の横収差図を示す。図
１９において、（１）は画面の視軸方向（水平方向０
°、垂直方向０°）、（２）は画面の水平方向０°、垂
直方向１１．３°、（３）は画面の水平方向１５°、垂
直方向１１．３、（４）は画面の水平方向１５°、垂直
方向０°、（５）は画面の水平方向１５°、垂直方向−
１１．３°、（６）は画面の水平方向０°、垂直方向−
１１．３°における水平方向及び垂直方向の値を示すも
のである。FIG. 19 shows a lateral aberration diagram for this example. In FIG. 19, (1) is the visual axis direction of the screen (horizontal direction 0
°, vertical direction 0 °), (2) screen horizontal direction 0 °, vertical direction 11.3 °, (3) screen horizontal direction 15 °, vertical direction 11.3, (4) screen horizontal 15 ° in the direction, 0 ° in the vertical direction, (5) is 15 ° in the horizontal direction of the screen, −
11.3 °, (6) is horizontal 0 ° of screen, vertical-
It shows the values in the horizontal and vertical directions at 11.3 °.

【０１０１】なお、後述する本実施例の数値データにお
いて、第１面が非球面で、非球面形状は上記の式（７）
で定義される。また、第２面がＤＯＥ２０を加工する基
板（屈折面）で、第１面〜第２面で定義されるのがＤＯ
Ｅ２０が相当するultra-highindex lens である。In the numerical data of this embodiment, which will be described later, the first surface is an aspherical surface, and the aspherical shape is expressed by the above equation (7).
Is defined by Further, the second surface is a substrate (refractive surface) for processing the DOE 20, and DO is defined by the first surface and the second surface.
E20 is an equivalent ultra-high index lens.

【０１０２】本実施例の場合、ｆ／ｆ_DOE ＝０．０５６
０、ｆ＝２４．８１と、条件式（１０）、（２）を満足
しており、良好な色収差補正がなされている。In the case of this embodiment, f / f _DOE = 0.056
0, f = 24.81 and the conditional expressions (10) and (2) are satisfied, and excellent chromatic aberration correction is performed.

【０１０３】（第７実施例）図１０に第７実施例のレン
ズ断面図を示す。図１０において、符号Ｅは観察者眼球
の瞳孔位置、符号１は映像表示素子、符号５はビームス
プリッタリズム、符号３はハーフミラー、符号２２は正
の屈折力を持つビームスプリッタリズムの入射面（逆追
跡で）、符号３０は正の屈折力を持つレンズでその片面
がＤＯＥ（回折面）２０で反対側の面が球面ミラーとな
っており、この実施例は、ビームスプリッタプリズム５
と色収差補正レンズ３０を分離したものである。(Seventh Embodiment) FIG. 10 shows a lens sectional view of the seventh embodiment. In FIG. 10, reference numeral E is the pupil position of the observer's eye, reference numeral 1 is an image display element, reference numeral 5 is a beam splitter rhythm, reference numeral 3 is a half mirror, and reference numeral 22 is a plane of incidence of a beam splitter rhythm having a positive refractive power ( In reverse tracing), reference numeral 30 is a lens having a positive refractive power, one surface of which is a DOE (diffraction surface) 20 and the other surface is a spherical mirror. In this embodiment, the beam splitter prism 5 is used.
And the chromatic aberration correction lens 30 are separated.

【０１０４】図２０にこの実施例の横収差図を示す。図
２０において、（１）は画面の視軸方向（水平方向０
°、垂直方向０°）、（２）は画面の水平方向０°、垂
直方向１２．８°、（３）は画面の水平方向１７°、垂
直方向１２．８、（４）は画面の水平方向１７°、垂直
方向０°、（５）は画面の水平方向１７°、垂直方向−
１２．８°、（６）は画面の水平方向０°、垂直方向−
１２．８°における水平方向及び垂直方向の値を示すも
のである。FIG. 20 is a lateral aberration diagram for this example. In FIG. 20, (1) is the visual axis direction of the screen (horizontal direction 0
°, vertical direction 0 °), (2) horizontal screen 0 °, vertical 12.8 °, (3) horizontal screen 17 °, vertical 12.8, (4) horizontal screen 17 ° in the direction, 0 ° in the vertical direction, (5) is the horizontal direction in the screen, 17 ° in the vertical direction, −
12.8 °, (6) is 0 ° in the horizontal direction of the screen, − in the vertical direction
It shows the values in the horizontal and vertical directions at 12.8 °.

【０１０５】なお、後述する本実施例の数値データにお
いて、第３・７面が非球面で、非球面形状は（７）式で
定義される。また、第４・６面がＤＯＥ２０を加工する
基板（屈折面）で、第３面〜第４面、第６面〜第７面で
定義されるのがＤＯＥ２０が相当するultra-high index
lens である。In the numerical data of this embodiment described later, the third and seventh surfaces are aspherical surfaces, and the aspherical surface shape is defined by the equation (7). Further, the fourth and sixth surfaces are substrates (refractive surfaces) for processing the DOE 20, and the ultra-high index corresponding to the DOE 20 is defined by the third surface to the fourth surface and the sixth surface to the seventh surface.
lens.

【０１０６】レンズ３０のような裏面鏡は、単なる凹面
反射鏡より負のペッツバール和の発生が少なく、像面湾
曲の補正上好ましい。A back-side mirror such as the lens 30 produces less negative Petzval sum than a mere concave reflecting mirror, and is preferable for correction of field curvature.

【０１０７】この実施例の場合、光束は、ＤＯＥ面２０
を透過した後にミラーで反射され、再びＤＯＥ２０を透
過するので、ＤＯＥ２０は色収差を２回補正する。した
がって、ＤＯＥ２０のパワーは、第２実施例のような場
合のＤＯＥ２０のパワーの半分程度でよい。ＤＯＥのパ
ワーが弱いと、２次スペクトルが減少するし、ＤＯＥの
ピッチも大きくなり、製作性も向上し好ましい。In the case of this embodiment, the luminous flux is the DOE surface 20.
After being transmitted, the light is reflected by the mirror and then transmitted through the DOE 20 again, so that the DOE 20 corrects the chromatic aberration twice. Therefore, the power of the DOE 20 may be about half the power of the DOE 20 in the case of the second embodiment. If the power of the DOE is weak, the secondary spectrum is decreased, the pitch of the DOE is increased, and the manufacturability is improved, which is preferable.

【０１０８】本実施例の場合、ＤＯＥ２０の焦点距離は
６５２．９ｍｍなので、 ｆ／ｆ_DOE ＝２×（３０．０８／６５２．９）＝０．０
９２ であり、ｆ＝３０．０８なので、条件式（２）、（１
２）を満足しており、良好な色収差補正がなされてい
る。In the case of this embodiment, the DOE 20 has a focal length of 652.9 mm, so f / f _DOE = 2 × (30.08 / 652.9) = 0.0
Since 92 and f = 30.08, conditional expressions (2) and (1
2) is satisfied, and good chromatic aberration correction is performed.

【０１０９】また、通常のガラスレンズを使用した場合
には、レンズ３０の代わりに「ガラスレンズ＋ガラスレ
ンズ」のダブレットを使用しなければならないので、重
量が非常に増加するが、本実施例のようにＤＯＥ２０を
使用すれば、軽量化される。また、本実施例のようにＤ
ＯＥ２０をプラスチック基板に加工すれば、大きく軽量
化される。When a normal glass lens is used, the doublet “glass lens + glass lens” must be used in place of the lens 30, so that the weight is greatly increased. If the DOE 20 is used as described above, the weight can be reduced. In addition, as in this embodiment, D
If the OE 20 is processed into a plastic substrate, it will be greatly reduced in weight.

【０１１０】また、重量よりも性能を重視するのであれ
ば、レンズ３０をＤＯＥ２０面を含むダブレットとすれ
ば、２次スペクトルが減少し、アポクロマートにするこ
とができる。この場合は、条件式（１２）の下限値はよ
り小さくなる。If the performance is more important than the weight, if the lens 30 is a doublet including the DOE20 surface, the secondary spectrum is reduced, and an apochromat can be obtained. In this case, the lower limit of conditional expression (12) becomes smaller.

【０１１１】本実施例におけるＤＯＥ２０も、有効径周
辺に向かうにつれて近軸的に決まるピッチ配列よりも大
きくなるピッチ配列を持っている。有効径中心から有効
径の６７％（１０．０８ｍｍ）の位置までは徐々にピッ
チが小さくなるが、有効径の６７％の位置から外側に向
かうにつれてピッチはだんだん大きくなる。なお、最小
ピッチは６５μｍと、第５実施例のような場合の倍程度
の値となっている。The DOE 20 in this embodiment also has a pitch arrangement that becomes larger than the pitch arrangement that is determined paraxially toward the effective diameter periphery. The pitch gradually decreases from the center of the effective diameter to the position of 67% (10.08 mm) of the effective diameter, but the pitch gradually increases from the position of 67% of the effective diameter toward the outside. The minimum pitch is 65 μm, which is about twice the value as in the fifth embodiment.

【０１１２】（第８実施例）図１１に第８実施例のレン
ズ断面図を示す。図１１において、符号Ｅは観察者眼球
の瞳孔位置、符号１は映像表示素子、符号５はビームス
プリッタリズム、符号３はハーフミラー、符号２２は正
の屈折力を持つビームスプリッタリズムの入射面（逆追
跡で）、符号７はビームスプリッタリズムの射出面（逆
追跡で）、符号３０は正の屈折力を持つレンズでその片
面がＤＯＥ（回折面）２０で反対側の面が球面ミラーと
なっており、この実施例は、第７実施例のビームスプリ
ッタプリズム５の映像表示素子１側の面７を非球面と
し、歪曲収差の補正とテレセントリック性の確保を行っ
ている。(Eighth Embodiment) FIG. 11 shows a lens cross section of an eighth embodiment. In FIG. 11, reference numeral E is the pupil position of the observer's eye, reference numeral 1 is an image display element, reference numeral 5 is a beam splitter rhythm, reference numeral 3 is a half mirror, and reference numeral 22 is a plane of incidence of a beam splitter rhythm having a positive refractive power ( In the reverse tracking), reference numeral 7 is the exit surface of the beam splitter rhythm (in reverse tracking), reference numeral 30 is a lens having a positive refractive power, one surface of which is a DOE (diffraction surface) 20, and the other surface is a spherical mirror. In this embodiment, the surface 7 of the beam splitter prism 5 of the seventh embodiment on the image display element 1 side is an aspherical surface to correct distortion and ensure telecentricity.

【０１１３】図２１にこの実施例の横収差図を示す。図
２１において、（１）は画面の視軸方向（水平方向０
°、垂直方向０°）、（２）は画面の水平方向０°、垂
直方向１６．５°、（３）は画面の水平方向２２°、垂
直方向１６．５、（４）は画面の水平方向２２°、垂直
方向０°、（５）は画面の水平方向２２°、垂直方向−
１６．５°、（６）は画面の水平方向０°、垂直方向−
１６．５°における水平方向及び垂直方向の値を示すも
のである。FIG. 21 shows a lateral aberration diagram for this example. In FIG. 21, (1) is the visual axis direction of the screen (horizontal direction 0
°, vertical direction 0 °), (2) screen horizontal direction 0 °, vertical direction 16.5 °, (3) screen horizontal direction 22 °, vertical direction 16.5, (4) screen horizontal Direction 22 °, vertical 0 °, (5) is horizontal 22 ° of screen, vertical −
16.5 °, (6) is 0 ° in the horizontal direction of the screen, − in the vertical direction
It shows the values in the horizontal and vertical directions at 16.5 °.

【０１１４】なお、後述する本実施例の数値データにお
いて、第３・７・１０面が非球面で、非球面形状は
（７）式で定義される。また、第４・６面がＤＯＥ２０
を加工する基板（屈折面）で、第３面〜第４面、第６面
〜第７面で定義されるのがＤＯＥ２０が相当するultra-
high index lens である。In the numerical data of this embodiment described later, the third, seventh, and tenth surfaces are aspherical surfaces, and the aspherical surface shape is defined by equation (7). Also, the 4th and 6th surfaces are DOE20
A substrate (refractive surface) for processing a surface is defined by the third surface to the fourth surface and the sixth surface to the seventh surface, and the ultra-corresponding to DOE20 is
It is a high index lens.

【０１１５】本実施例の場合、ｆ／ｆ_DOE ＝０．０５
０、ｆ＝３１．０４と、条件式（２）、（１２）を満足
しており、良好な色収差補正がなされている。In the case of this embodiment, f / f _DOE = 0.05
0, f = 31.04 and the conditional expressions (2) and (12) are satisfied, and good chromatic aberration correction is performed.

【０１１６】（第９実施例）図１２に第９実施例のレン
ズ断面図を示す。図１２において、符号Ｅは観察者眼球
の瞳孔位置、符号１は映像表示素子、符号５はビームス
プリッタリズム、符号３はハーフミラー、符号２１は正
の屈折力を持つレンズ、符号７はビームスプリッタリズ
ムの射出面（逆追跡で）、符号３０は正の屈折力を持つ
レンズでその片面がＤＯＥ（回折面）２０で反対側の面
が球面ミラーとなっており、この実施例は、第８実施例
のビームスプリッタプリズム５の眼球側の正パワーの面
２２の代わりに、正のパワーのレンズ２１をプリズム５
から独立して使用し、更に収差を小さくしている。(Ninth Embodiment) FIG. 12 shows a lens cross section of a ninth embodiment. In FIG. 12, reference numeral E is the pupil position of the observer's eye, reference numeral 1 is an image display element, reference numeral 5 is a beam splitter rhythm, reference numeral 3 is a half mirror, reference numeral 21 is a lens having a positive refractive power, and reference numeral 7 is a beam splitter. An exit surface of the rhythm (in reverse tracking), reference numeral 30 is a lens having a positive refractive power, one surface of which is a DOE (diffraction surface) 20 and the other surface is a spherical mirror. Instead of the positive power surface 22 on the eyeball side of the beam splitter prism 5 of the embodiment, a lens 21 of positive power is used as the prism 5.
Used independently from each other to further reduce aberrations.

【０１１７】図２２にこの実施例の横収差図を示す。図
２２において、（１）は画面の視軸方向（水平方向０
°、垂直方向０°）、（２）は画面の水平方向０°、垂
直方向１６．５°、（３）は画面の水平方向２２°、垂
直方向１６．５、（４）は画面の水平方向２２°、垂直
方向０°、（５）は画面の水平方向２２°、垂直方向−
１６．５°、（６）は画面の水平方向０°、垂直方向−
１６．５°における水平方向及び垂直方向の値を示すも
のである。FIG. 22 shows a lateral aberration diagram for this example. In FIG. 22, (1) is the visual axis direction of the screen (horizontal direction 0
°, vertical direction 0 °), (2) screen horizontal direction 0 °, vertical direction 16.5 °, (3) screen horizontal direction 22 °, vertical direction 16.5, (4) screen horizontal Direction 22 °, vertical 0 °, (5) is horizontal 22 ° of screen, vertical −
16.5 °, (6) is 0 ° in the horizontal direction of the screen, − in the vertical direction
It shows the values in the horizontal and vertical directions at 16.5 °.

【０１１８】なお、後述する本実施例の数値データにお
いて、第５・９・１２面が非球面で、非球面形状は
（７）式で定義される。また、第６・８面がＤＯＥ２０
を加工する基板（屈折面）で、第５面〜第６面、第８面
〜第９面で定義されるのがＤＯＥ２０が相当するultra-
high index lens である。In the numerical data of this embodiment described later, the fifth, ninth and twelfth surfaces are aspherical surfaces, and the aspherical surface shape is defined by the equation (7). Also, DOE20 on the 6th and 8th surfaces
A substrate (refractive surface) for processing a surface is defined by a fifth surface to a sixth surface and an eighth surface to a ninth surface, and the DOE 20 corresponds to the ultra-
It is a high index lens.

【０１１９】本実施例の場合、ｆ／ｆ_DOE ＝０．０５
５、ｆ＝３２．４２と、条件式（２）、（１２）を満足
しており、良好な色収差補正がなされている。In the case of this embodiment, f / f _DOE = 0.05
5, f = 32.42 and the conditional expressions (2) and (12) are satisfied, and good chromatic aberration correction is performed.

【０１２０】（第１０実施例）図１３に第１０実施例の
レンズ断面図を示す。図１３において、符号Ｅは観察者
眼球の瞳孔位置、符号１は映像表示素子、符号５はビー
ムスプリッタリズム、符号３はハーフミラー、符号２２
は正の屈折力を持つビームスプリッタリズムの入射面
（逆追跡で）、符号７はビームスプリッタリズムの射出
面（逆追跡で）、符号３０は正の屈折力を持つレンズで
その一面が球面ミラーとなっており、この実施例は、反
射鏡付近のプリズム５の面に回折面２０を加工したもの
である。(Tenth Embodiment) FIG. 13 shows a lens cross section of a tenth embodiment. In FIG. 13, reference numeral E is the pupil position of the observer's eye, reference numeral 1 is an image display element, reference numeral 5 is a beam splitter rhythm, reference numeral 3 is a half mirror, reference numeral 22.
Is a plane of incidence of the beam splitter rhythm having a positive refractive power (in reverse tracing), reference numeral 7 is a plane of exit of the beam splitter rhythm (in reverse tracing), reference numeral 30 is a lens having a positive refractive power, one surface of which is a spherical mirror. In this embodiment, the diffractive surface 20 is processed on the surface of the prism 5 near the reflecting mirror.

【０１２１】図２３にこの実施例の横収差図を示す。図
２３において、（１）は画面の視軸方向（水平方向０
°、垂直方向０°）、（２）は画面の水平方向０°、垂
直方向１６．５°、（３）は画面の水平方向２２°、垂
直方向１６．５、（４）は画面の水平方向２２°、垂直
方向０°、（５）は画面の水平方向２２°、垂直方向−
１６．５°、（６）は画面の水平方向０°、垂直方向−
１６．５°における水平方向及び垂直方向の値を示すも
のである。FIG. 23 shows a lateral aberration diagram for this example. In FIG. 23, (1) is the visual axis direction of the screen (horizontal direction 0
°, vertical direction 0 °), (2) screen horizontal direction 0 °, vertical direction 16.5 °, (3) screen horizontal direction 22 °, vertical direction 16.5, (4) screen horizontal Direction 22 °, vertical 0 °, (5) is horizontal 22 ° of screen, vertical −
16.5 °, (6) is 0 ° in the horizontal direction of the screen, − in the vertical direction
It shows the values in the horizontal and vertical directions at 16.5 °.

【０１２２】なお、後述する本実施例の数値データにお
いて、第３・７・１０面が非球面で、非球面形状は
（７）式で定義される。また、第２・８面がＤＯＥ２０
を加工する基板（屈折面）で、第２面〜第３面、第７面
〜第８面で定義されるのがＤＯＥ２０が相当するultra-
high index lens である。In the numerical data of this embodiment described later, the 3rd, 7th, and 10th surfaces are aspherical surfaces, and the aspherical surface shape is defined by equation (7). Also, the second and eighth surfaces are DOE20
A substrate (refractive surface) for processing a surface is defined by the second surface to the third surface and the seventh surface to the eighth surface, and the DOE 20 corresponds to the ultra-
It is a high index lens.

【０１２３】本実施例の場合、ｆ／ｆ_DOE ＝０．０５
５、ｆ＝３１．５８と、条件式（２）、（１２）を満足
しており、良好な色収差補正がなされている。In the case of this embodiment, f / f _DOE = 0.05
5, f = 31.58 and the conditional expressions (2) and (12) are satisfied, and good chromatic aberration correction is performed.

【０１２４】以上の実施例においては、例えば第１実施
例の断面図を示す図４に示すように、凹面鏡２を視軸前
方に配置し、視軸上に、視野外に配置した映像表示素子
１からの光を反射させてこの凹面鏡２に入射させ、その
反射光を透過させて瞳孔位置Ｅへ入射させるようにハー
フミラー３を配置してある。In the above embodiments, for example, as shown in FIG. 4 showing a sectional view of the first embodiment, the concave mirror 2 is arranged in front of the visual axis and is arranged outside the visual field on the visual axis. A half mirror 3 is arranged so as to reflect the light from No. 1 to enter the concave mirror 2 and to transmit the reflected light to enter the pupil position E.

【０１２５】以下、上記第１〜第１０実施例の逆追跡の
数値データを示すが、これらのデータは全て、瞳孔Ｅか
ら映像表示素子１に至る逆追跡の順で示してあり、全て
の実施例において、ｒ₀ は瞳孔Ｅを、ｄ₀ は作動距離
（アイレリーフ）を、ｒ₁ 、ｒ ₂ …は各レンズ面又は反
射面の曲率半径を、ｄ₁ 、ｄ₂ …は各面間の間隔を、ｎ
_d1、ｎ_d2…は各硝材のｄ線の屈折率、ν_d1、ν_d2…は各
硝材のアッベ数を表し、ｒ₂₀は映像表示素子１を表す。
また、これら曲率半径、面間隔、屈折率、アッベ数に、
上記したようにＤＯＥ２０を表現するultra-high index
lens を含めてある。なお、ultra-high index lens を
構成する仮想硝材（ＤＯＥ）の屈折率は、ｎ_C ＝１１１
８．０、ｎ_d ＝１００１、ｎ_e ＝９３０．３９、ｎ_F ＝
８２８．３７、ｎ_g ＝７４２．７８とした。また、非球
面形状は、前記（７）式にて表される。なお、瞳孔Ｅ位
置における有効な瞳径は、全実施例において８ｍｍφで
あり、ハーフミラー３は光軸に対して４５°に配置され
る。Hereinafter, the reverse tracking of the first to tenth embodiments will be described.
Numerical data are shown, but these data are all for pupil E
It is shown in the order of reverse tracking from the image display element 1 to
In the embodiment of₀Is the pupil E, d₀Is the working distance
(Eye relief) to r₁, R ₂... is each lens surface or the opposite
Let the radius of curvature of the projection surface be d₁, D₂... is the distance between each surface, n
_d1, N_d2... is the d-line refractive index of each glass material, ν_d1, Ν_d2… Is each
Represents the Abbe number of glass material, r₂₀Represents the image display element 1.
In addition, in these radius of curvature, surface spacing, refractive index, Abbe number,
An ultra-high index that represents DOE20 as described above
 The lens is included. In addition, the ultra-high index lens
The refractive index of the virtual glass material (DOE) that constitutes it is n_C= 111
8.0, n_d= 1001, n_e= 93.39, n_F=
828.37, n_g= 742.78. Also non-sphere
The surface shape is expressed by the equation (7). In addition, pupil E position
The effective pupil diameter in the placement is 8 mmφ in all the examples.
Yes, the half mirror 3 is placed at 45 ° to the optical axis
It

【０１２６】 第１実施例 画角：３４×２５．６° ｒ₀ = ∞ (瞳) ｄ₀ = 20.000000 ｒ₁ =773781.74121(ＤＯＥ) ｄ₁ = 0.000000 ｎ_d1 =1001 ν_d1 =-3.45 (非球面) ｒ₂ = ∞ ｄ₂ = 4.000000 ｎ_d2 =1.5254 ν_d2 =56.25 ｒ₃ = -31.87344 ｄ₃ = 24.000000 ｒ₄ = -228.38756(反射面) ｄ₄ = -12.000000 ｒ₅ = ∞ (半透面) ｄ₅ = 11.000000 ｒ₂₀= ∞ (表示面) 非球面係数 第１面 ｋ = -1.000000 Ａ = -0.763110×10^-9 Ｂ = 0.112135×10^-11 Ｃ =Ｄ =0 。Example 1 Angle of view: 34 × 25.6 ° r ₀ = ∞ (pupil) d ₀ = 20.000000 r ₁ = 773781.74121 (DOE) d ₁ = 0.000000 n _d1 = 1001 ν _d1 = -3.45 (aspherical surface) ) r ₂ = ∞ d ₂ = 4.000000 nd ₂ = 1.5254 ν _d2 = 56.25 r ₃ = -31.87344 d ₃ = 24.000000 r ₄ = -228.38756 (reflection surface) d ₄ = -12.000000 r ₅ = ∞ (semi-transparent surface) d ₅ = 11.000000 r ₂₀ = ∞ (Display surface) Aspheric surface coefficient 1st surface k = -1.000000 A = -0.763 110 × 10 ^-9 B = 0.112135 × 10 ^-11 C = D = 0.

【０１２７】 第２実施例 画角：３４×２５．６° ｒ₀ = ∞ (瞳) ｄ₀ = 20.000000 ｒ₁ = 340.15056 ｄ₁ = 4.000000 ｎ_d1 =1.5254 ν_d1 =56.25 ｒ₂ = -37.52897 ｄ₂ = 25.000000 ｒ₃ = -199.63746(ＤＯＥ) ｄ₃ = 0.000000 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 (非球面) ｒ₄ = -199.58391(反射面) ｄ₄ = -13.000000 ｒ₅ = ∞ (半透面) ｄ₅ = 12.000000 ｒ₂₀= ∞ (表示面) 非球面係数 第３面 ｋ = -1.000000 Ａ = -0.176327×10^-7 Ｂ = 0.133317×10^-10 Ｃ = -0.457458×10^-13 Ｄ = 0.580075×10^-16 。Second Embodiment Angle of View: 34 × 25.6 ° r ₀ = ∞ (pupil) d ₀ = 20.000000 r ₁ = 340.15056 d ₁ = 4.0000 n _d1 = 1.5254 ν _d1 = 56.25 r ₂ = -37.52897 d ₂ = 25.000000 r ₃ = -199.63746 (DOE) d ₃ = 0.000000 n _d2 = 1001 ν _d2 = -3.45 (aspherical surface) r ₄ = -199.58391 (reflection surface) d ₄ = -13.000000 r ₅ = ∞ (semi-transparent surface) d ₅ = 12.000000 r ₂₀ = ∞ (Display surface) Aspheric coefficient 3rd surface k = -1.000000 A = -0.176327 × 10 ^-7 B = 0.133317 × 10 ^-10 C = -0.457458 × 10 ^-13 D = 0.580075 × 10 ^-16 .

【０１２８】 第３実施例 画角：２４×１８° ｒ₀ = ∞ (瞳) ｄ₀ = 20.000000 ｒ₁ = 21.99560 ｄ₁ = 19.000000 ｎ_d1 =1.5254 ν_d1 =56.25 ｒ₂ = -104.64047(ＤＯＥ) ｄ₂ = 0.000000 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 (非球面) ｒ₃ = -104.58419(反射面) ｄ₃ = -9.000000 ｎ_d3 =1.5254 ν_d3 =56.25 ｒ₄ = ∞ (半透面) ｄ₄ = 8.000000 ｎ_d4 =1.5254 ν_d4 =56.25 ｒ₅ = ∞ ｄ₅ = 3.04 ｒ₂₀= ∞ (表示面) 非球面係数 第２面 ｋ = -1.000000 Ａ = -0.124162×10^-6 Ｂ = -0.129508×10^-10 Ｃ = -0.315499×10^-12 Ｄ = 0.151371×10^-14 。Third Example Angle of View: 24 × 18 ° r ₀ = ∞ (pupil) d ₀ = 20.000000 r ₁ = 21.99560 d ₁ = 19.000000 n _d1 = 1.5254 ν _d1 = 56.25 r ₂ = −104.64047 (DOE) d ₂ = 0.000000 n _d2 = 1001 ν _d2 = -3.45 (aspherical surface) r ₃ = -104.58419 (reflective surface) d ₃ = -9.000000 n _d3 = 1.5254 ν _d3 = 56.25 r ₄ = ∞ (semi-transparent surface) d ₄ = _{8.000000 n d4 = 1.5254 ν d4 =} 56.25 r 5 = ∞ d 5 = 3.04 r 20 = ∞ ( display surface) aspheric coefficient the second surface k = -1.000000 A = -0.124162 × 10 -6 B = -0.129508 × 10 - ¹⁰ C = -0.315499 x 10 ^-12 D = 0.151371 x 10 ^-14 .

【０１２９】 第４実施例 画角：４０×３０° ｒ₀ = ∞ (瞳) ｄ₀ = 20.000000 ｒ₁ = 43.51033 ｄ₁ = 27.000000 ｎ_d1 =1.5254 ν_d1 =56.25 ｒ₂ = -120.84016(ＤＯＥ) ｄ₂ = 0.000000 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 (非球面) ｒ₃ = -120.80362(反射面) ｄ₃ = -13.000000 ｎ_d3 =1.5254 ν_d3 =56.25 ｒ₄ = ∞ (半透面) ｄ₄ = 12.000000 ｎ_d4 =1.5254 ν_d4 =56.25 ｒ₅ = ∞ (非球面) ｄ₅ = 6.00 ｒ₂₀= ∞ (表示面) 非球面係数 第２面 ｋ = -1.000000 Ａ = -0.744292×10^-7 Ｂ = 0.765828×10^-11 Ｃ = -0.136963×10^-13 Ｄ = 0 第５面 ｋ = -1.000000 Ａ = -0.327713×10^-4 Ｂ = 0.239321×10^-6 Ｃ =Ｄ =0 。Fourth Embodiment Angle of View: 40 × 30 ° r ₀ = ∞ (pupil) d ₀ = 20.000000 r ₁ = 43.51033 d ₁ = 27.000000 n _d1 = 1.5254 ν _d1 = 56.25 r ₂ = -120.84016 (DOE) d ₂ = 0.000000 n _d2 = 1001 ν _d2 = -3.45 (aspherical surface) r ₃ = -120.80362 (reflective surface) d ₃ = -13.000000 n _d3 = 1.5254 ν _d3 = 56.25 r ₄ = ∞ (semi-transparent surface) d ₄ = _{12.000000 n d4 = 1.5254 ν d4 =} 56.25 r 5 = ∞ ( _{aspherical) d 5 = 6.00 r 20 =} ∞ ( display surface) aspheric coefficient the second surface k = -1.000000 A = -0.744292 × 10 -7 B = 0.765828 × 10 ^-11 C = -0.136963 × 10 ^-13 D = 0 Fifth surface k = -1.000000 A = -0.327713 × 10 ^-4 B = 0.239321 × 10 ^-6 C = D = 0.

【０１３０】 第５実施例 画角：３０×２２．６° ｒ₀ = ∞ (瞳) ｄ₀ = 20.000000 ｒ₁ = 39.89546 ｄ₁ = 4.000000 ｎ_d1 =1.5254 ν_d1 =56.25 ｒ₂ = -65.09032 ｄ₂ = 0.500000 ｒ₃ = ∞ ｄ₃ = 20.000000 ｎ_d2 =1.5254 ν_d2 =56.25 ｒ₄ = -120.00552(ＤＯＥ) ｄ₄ = 0.000000 ｎ_d3 =1001 ν_d3 =-3.45 (非球面) ｒ₅ = -119.95889(反射面) ｄ₅ = -10.000000 ｎ_d4 =1.5254 ν_d4 =56.25 ｒ₆ = ∞ (半透面) ｄ₆ = 10.000000 ｎ_d5 =1.5254 ν_d5 =56.25 ｒ₇ = ∞ ｄ₇ = 3.01 ｒ₂₀= ∞ (表示面) 非球面係数 第４面 ｋ = -1.000000 Ａ = -0.760676×10^-7 Ｂ = -0.180639×10^-11 Ｃ = 0 Ｄ = -0.103948×10^-15 。Fifth Example Angle of View: 30 × 22.6 ° r ₀ = ∞ (pupil) d ₀ = 20.000000 r ₁ = 39.89546 d ₁ = 4.0000 n _d1 = 1.5254 ν _d1 = 56.25 r ₂ = -65.09032 d ₂ = 0.500000 r ₃ = ∞ d ₃ = 20.000000 n _d2 = 1.5254 ν _d2 = 56.25 r ₄ = -120.00552 (DOE) d ₄ = 0.000000 n _d3 = 1001 ν _d3 = -3.45 (aspherical surface) r ₅ = -119.95889 (reflection) Surface) d ₅ = -10.000000 n _d4 = 1.5254 ν _d4 = 56.25 r ₆ = ∞ (semi-transparent surface) d ₆ = 10.000000 nd _d = 1.5254 ν _d5 = 56.25 r ₇ = ∞ d ₇ = 3.01 r ₂₀ = ∞ (display) Surface) Aspheric coefficient fourth surface k = -1.000000 A = -0.760676 × 10 ^-7 B = -0.180639 × 10 ^-11 C = 0 D = -0.103948 × 10 ^-15 .

【０１３１】 第６実施例 画角：３０×２２．６° ｒ₀ = ∞ (瞳) ｄ₀ = 20.000000 ｒ₁ = 62.89429(ＤＯＥ) ｄ₁ = 0.000000 ｎ_d1 =1001 ν_d1 =-3.45 (非球面) ｒ₂ = 62.90322 ｄ₂ = 4.000000 ｎ_d2 =1.5254 ν_d2 =56.25 ｒ₃ = -44.06188 ｄ₃ = 0.500000 ｒ₄ = ∞ ｄ₄ = 20.000000 ｎ_d3 =1.5254 ν_d3 =56.25 ｒ₅ = -112.87621(反射面) ｄ₅ = -10.000000 ｎ_d4 =1.5254 ν_d4 =56.25 ｒ₆ = ∞ (半透面) ｄ₆ = 10.000000 ｎ_d5 =1.5254 ν_d5 =56.25 ｒ₇ = ∞ ｄ₇ = 3.00 ｒ₂₀= ∞ (表示面) 非球面係数 第１面 ｋ = -1.000000 Ａ = 0.495161×10^-6 Ｂ = 0.180086×10^-9 Ｃ = -0.101225×10^-11 Ｄ = 0.322344×10^-14 。Sixth Embodiment Angle of View: 30 × 22.6 ° r ₀ = ∞ (pupil) d ₀ = 20.000000 r ₁ = 62.89429 (DOE) d ₁ = 0.000000 n _d1 = 1001 ν _d1 = -3.45 (aspherical surface) ) r ₂ = 62.90322 d ₂ = 4.000000 n _d2 = 1.5254 ν _d2 = 56.25 r ₃ = -44.06188 d ₃ = 0.500000 r ₄ = ∞ d ₄ = 20.000000 n _d3 = 1.5254 ν _d3 = 56.25 r ₅ = -112.87621 (reflection surface) _{) d 5 = -10.000000 n d4 =} 1.5254 ν d4 = 56.25 r 6 = ∞ ( _{HanTorumen) d 6 = 10.000000 n d5 =} 1.5254 ν d5 = 56.25 r 7 = ∞ d 7 = 3.00 r 20 = ∞ ( display surface ) Aspheric coefficient 1st surface k = -1.000000 A = 0.495161 × 10 ^-6 B = 0.180086 × 10 ^-9 C = -0.101225 × 10 ^-11 D = 0.322344 × 10 ^-14 .

【０１３２】 第７実施例 画角：３４×２５．５° ｒ₀ = ∞ (瞳) ｄ₀ = 20.000000 ｒ₁ = 43.97819 ｄ₁ = 29.000000 ｎ_d1 =1.5254 ν_d1 =56.25 ｒ₂ = -356.33121 ｄ₂ = 0.500000 ｒ₃ =652937.23077(ＤＯＥ) ｄ₃ = 0.000000 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 (非球面) ｒ₄ = ∞ ｄ₄ = 2.600000 ｎ_d3 =1.5254 ν_d3 =56.25 ｒ₅ = -132.98513(反射面) ｄ₅ = -2.600000 ｎ_d4 =1.5254 ν_d4 =56.25 ｒ₆ = ∞ (ＤＯＥ) ｄ₆ = 0.000000 ｎ_d5 =1001 ν_d5 =-3.45 ｒ₇ =652937.23077(非球面) ｄ₇ = -0.500000 ｒ₈ = -356.33121 ｄ₈ = -14.000000 ｎ_d6 =1.5254 ν_d6 =56.25 ｒ₉ = ∞ (半透面) ｄ₉ = 11.000000 ｎ_d7 =1.5254 ν_d7 =56.25 ｒ₁₀= ∞ ｄ₁₀= 3.01 ｒ₂₀= ∞ (表示面) 非球面係数 第３，７面 ｋ = -1.000000 Ａ = -0.274421×10^-8 Ｂ = 0.141423×10^-10 Ｃ = -0.572510×10^-13 Ｄ = 0.831347×10^-16 。Seventh Example Angle of View: 34 × 25.5 ° r ₀ = ∞ (pupil) d ₀ = 20.000000 r ₁ = 43.97819 d ₁ = 29.000000 n _d1 = 1.5254 ν _d1 = 56.25 r ₂ = -356.33121 d ₂ = 0.500000 r ₃ = 652937.23077 (DOE) d ₃ = 0.000000 n _d2 = 1001 ν _d2 = -3.45 (aspherical surface) r ₄ = ∞ d ₄ = 2.600000 n _d3 = 1.5254 ν _d3 = 56.25 r ₅ = -132.98513 (Reflecting surface) _{) d 5 = -2.600000 n d4 =} 1.5254 ν d4 = 56.25 r 6 = ∞ (DOE) d 6 = 0.000000 n d5 = 1001 ν d5 = -3.45 r 7 = 652937.23077 ( aspherical) d ₇ = -0.500000 r ₈ = _{-356.33121 d 8 = -14.000000 n d6 =} 1.5254 ν d6 = 56.25 r 9 = ∞ ( _{HanTorumen) d 9 = 11.000000 n d7 =} 1.5254 ν d7 = 56.25 r 10 = ∞ d 10 = 3.01 r 20 = ∞ ( display Surface) Aspheric coefficient third and seventh surfaces k = -1.000000 A = -0.274421 × 10 ^-8 B = 0.141423 × 10 ^-10 C = -0.572510 × 10 ^-13 D = 0.831347 × 10 ^-16 .

【０１３３】 第８実施例 画角：４４×３３° ｒ₀ = ∞ (瞳) ｄ₀ = 20.000000 ｒ₁ = 54.73019 ｄ₁ = 32.000000 ｎ_d1 =1.5254 ν_d1 =56.25 ｒ₂ = -126.01373 ｄ₂ = 0.500000 ｒ₃ =582347.91693(ＤＯＥ) ｄ₃ = 0.000000 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 (非球面) ｒ₄ = ∞ ｄ₄ = 3.000000 ｎ_d3 =1.5254 ν_d3 =56.25 ｒ₅ = -209.15616(反射面) ｄ₅ = -3.000000 ｎ_d4 =1.5254 ν_d4 =56.25 ｒ₆ = ∞ (ＤＯＥ) ｄ₆ = 0.000000 ｎ_d5 =1001 ν_d5 =-3.45 ｒ₇ =582347.91693(非球面) ｄ₇ = -0.500000 ｒ₈ = -126.01373 ｄ₈ = -15.000000 ｎ_d6 =1.5254 ν_d6 =56.25 ｒ₉ = ∞ (半透面) ｄ₉ = 15.000000 ｎ_d7 =1.5254 ν_d7 =56.25 ｒ₁₀= ∞ (非球面) ｄ₁₀= 3.000 ｒ₂₀= ∞ (表示面) 非球面係数 第３，７面 ｋ = -1.000000 Ａ = -0.166031×10^-8 Ｂ = 0.300191×10^-11 Ｃ = -0.286505×10^-14 Ｄ = 0 第１０面 ｋ = -1.000000 Ａ = -0.146847×10^-4 Ｂ = 0.102104×10^-6 Ｃ =Ｄ =0 。Eighth embodiment Angle of view: 44 × 33 ° r ₀ = ∞ (pupil) d ₀ = 20.000000 r ₁ = 54.73019 d ₁ = 32.000000 n _d1 = 1.5254 ν _d1 = 56.25 r ₂ = -126.01373 d ₂ = 0.500000 r ₃ = 582347.91693 (DOE) d ₃ = 0.000000 n _d2 = 1001 ν _d2 = -3.45 (aspherical surface) r ₄ = ∞ d ₄ = 3.000000 n _d3 = 1.5254 ν _d3 = 56.25 r ₅ = -209.15616 (reflection surface) d _{5 = -3.000000 n d4 = 1.5254 ν} d4 = 56.25 r 6 = ∞ (DOE) d 6 = 0.000000 n d5 = 1001 ν d5 = -3.45 r 7 = 582347.91693 ( _{aspherical) d 7 = -0.500000 r 8 =} -126.01373 _{d 8 = -15.000000 n d6 = 1.5254} ν d6 = 56.25 r 9 = ∞ ( _{HanTorumen) d 9 = 15.000000 n d7 =} 1.5254 ν d7 = 56.25 r 10 = ∞ ( _{aspherical) d 10 = 3.000 r 20 =} ∞ (Display surface) Aspherical coefficient 3rd and 7th surfaces k = -1.000000 A = -0.166031 × 10 ^-8 B = 0.300191 × 10 ^-11 C = -0.286505 × 10 ^-14 D = 0 10th surface k = -1.000000 A = -0.146847 × 10 ^-4 B = 0.102104 × 10 ^-6 C = D = 0.

【０１３４】 第９実施例 画角：４４×３３° ｒ₀ = ∞ (瞳) ｄ₀ = 20.000000 ｒ₁ = 79.79999 ｄ₁ = 4.000000 ｎ_d1 =1.5254 ν_d1 =56.25 ｒ₂ = 742.84061 ｄ₂ = 0.500000 ｒ₃ = ∞ ｄ₃ = 32.500000 ｎ_d2 =1.5254 ν_d2 =56.25 ｒ₄ = -86.60547 ｄ₄ = 0.500000 ｒ₅ =1270400.0000(ＤＯＥ) ｄ₅ = 0.000000 ｎ_d3 =1001 ν_d3 =-3.45 (非球面) ｒ₆ = ∞ ｄ₆ = 3.000000 ｎ_d4 =1.5254 ν_d4 =56.25 ｒ₇ = -198.13591(反射面) ｄ₇ = -3.000000 ｎ_d5 =1.5254 ν_d5 =56.25 ｒ₈ = ∞ (ＤＯＥ) ｄ₈ = 0.000000 ｎ_d6 =1001 ν_d6 =-3.45 ｒ₉ =1270400.0000(非球面) ｄ₉ = -0.500000 ｒ₁₀= -86.60547 ｄ₁₀= -16.500000 ｎ_d7 =1.5254 ν_d7 =56.25 ｒ₁₁= ∞ (半透面) ｄ₁₁= 15.000000 ｎ_d8 =1.5254 ν_d8 =56.25 ｒ₁₂= ∞ (非球面) ｄ₁₂= 4.000000 ｒ₂₀= ∞ (表示面) 非球面係数 第５，９面 ｋ = -1.000000 Ａ = -0.268430×10^-9 Ｂ = 0.518185×10^-12 Ｃ = -0.539659×10^-15 Ｄ = 0 第１２面 ｋ = -1.000000 Ａ = 0.132600×10^-4 Ｂ = 0.544729×10^-7 Ｃ =Ｄ =0 。Ninth Example Angle of View: 44 × 33 ° r ₀ = ∞ (pupil) d ₀ = 20.000000 r ₁ = 79.79999 d ₁ = 4.000000 n _d1 = 1.5254 ν _d1 = 56.25 r ₂ = 742.84061 d ₂ = 0.500000 r ₃ = ∞ d ₃ = 32.500000 n _d2 = 1.5254 ν _d2 = 56.25 r ₄ = -86.60547 d ₄ = 0.500000 r ₅ = 1270400.0000 (DOE) d ₅ = 0.000000 n _d3 = 1001 ν _d3 = -3.45 (aspherical) r ₆ = ∞ d ₆ = 3.000000 n _d4 = 1.5254 ν _d4 = 56.25 r ₇ = -198.13591 (Reflecting surface) d ₇ = -3.000000 n _d5 = 1.5254 ν _d5 = 56.25 r ₈ = ∞ (DOE) d ₈ = 0.000000 n _d6 = 1001 ν _d6 = -3.45 r ₉ = 1270400.0000 (aspherical surface) d ₉ = -0.500000 r ₁₀ = -86.60547 d ₁₀ = -16.500000 n _d7 = 1.5254 ν _d7 = 56.25 r ₁₁ = ∞ (semi-transparent surface) d ₁₁ = 15.000000 n _d8 = 1.5254 ν _d8 = 56.25 r ₁₂ = ∞ (aspherical surface) d ₁₂ = 4.000000 r ₂₀ = ∞ (display surface) aspherical surface coefficient 5th and 9th surface k = -1.000000 A = -0.268430 × 10 ^-9 B = 0.518185 x 10 ^-12 C = -0.539659 x 10 ^-15 D = 0 12th surface k = -1.000000 A = 0.132600 x 10 ^-4 B = 0.544729 × 10 ^-7 C = D = 0.

【０１３５】 第１０実施例 画角：４４×３３° ｒ₀ = ∞ (瞳) ｄ₀ = 20.000000 ｒ₁ = 78.81862 ｄ₁ = 33.000000 ｎ_d1 =1.5254 ν_d1 =56.25 ｒ₂ = -73.11829(ＤＯＥ) ｄ₂ = 0.000000 ｎ_d2 =1001 ν_d2 =-3.45 ｒ₃ = -73.11389(非球面) ｄ₃ = 0.500000 ｒ₄ = -292.23283 ｄ₄ = 3.000000 ｎ_d3 =1.5254 ν_d3 =56.25 ｒ₅ = -182.26137(反射面) ｄ₅ = -3.000000 ｎ_d4 =1.5254 ν_d4 =56.25 ｒ₆ = -292.23283 ｄ₆ = -0.500000 ｒ₇ = -73.11389(ＤＯＥ) ｄ₇ = -0.500000 ｎ_d5 =1001 ν_d5 =-3.45 (非球面) ｒ₈ = -73.11829 ｄ₈ = -16.500000 ｎ_d6 =1.5254 ν_d6 =56.25 ｒ₉ = ∞ (半透面) ｄ₉ = 14.000000 ｎ_d7 =1.5254 ν_d7 =56.25 ｒ₁₀= ∞ (非球面) ｄ₁₀= 4.000000 ｒ₂₀= ∞ (表示面) 非球面係数 第３，７面 ｋ = 0.000000 Ａ = 0.556292×10^-9 Ｂ = -0.161340×10^-11 Ｃ = 0.178046×10^-14 Ｄ = 0 第１０面 ｋ = -1.000000 Ａ = 0.177330×10^-5 Ｂ = 0.896054×10^-7 Ｃ =Ｄ =0 。Tenth Example Angle of View: 44 × 33 ° r ₀ = ∞ (pupil) d ₀ = 20.000000 r ₁ = 78.81862 d ₁ = 33.000000 n _d1 = 1.5254 ν _d1 = 56.25 r ₂ = -73.11829 (DOE) d _{2 = 0.000000 n d2 = 1001 ν} d2 = -3.45 r 3 = -73.11389 ( _{aspherical) d 3 = 0.500000 r 4 =} -292.23283 d 4 = 3.000000 n d3 = 1.5254 ν d3 = 56.25 r 5 = -182.26137 ( reflective surface _{) d 5 = -3.000000 n d4 =} 1.5254 ν d4 = 56.25 r 6 = -292.23283 d 6 = -0.500000 r 7 = -73.11389 (DOE) d 7 = -0.500000 n d5 = 1001 ν d5 = -3.45 ( aspherical) r ₈ = -73.11829 d ₈ = -16.500000 n _d6 = 1.5254 ν _d6 = 56.25 r ₉ = ∞ (semi-transparent surface) d ₉ = 14.000000 n _d7 = 1.5254 ν _d7 = 56.25 r ₁₀ = ∞ (aspherical surface) d ₁₀ = 4.000000 r ₂₀ = ∞ (Display surface) Aspherical coefficient 3rd and 7th surface k = 0.000000 A = 0.556292 × 10 ^-9 B = -0.161340 × 10 ^-11 C = 0.178046 × 10 ^-14 D = 0 10th surface k = -1.000000 A = 0.177330 x 10 ^-5 B = 0.896054 x 10 ^-7 C = D = 0.

【０１３６】[0136]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、色収差が良好に補正されたコンパクトで軽量な広
画角頭部到着式映像表示装置が得られる。As described above, according to the configuration of the present invention, it is possible to obtain a compact and lightweight wide-angle head-arrival image display device in which chromatic aberration is well corrected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明で用いる回折光学素子を説明するための
屈折の原理図である。FIG. 1 is a principle diagram of refraction for explaining a diffractive optical element used in the present invention.

【図２】本発明で用いる回折光学素子を説明するための
回折の原理図である。FIG. 2 is a principle diagram of diffraction for explaining a diffractive optical element used in the present invention.

【図３】超高屈折率レンズ（ultra-high index lens ）
の説明図である。[Fig. 3] Ultra-high index lens
FIG.

【図４】第１実施例のレンズ断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a lens according to a first example.

【図５】第２実施例のレンズ断面図である。FIG. 5 is a lens sectional view of a second example.

【図６】第３実施例のレンズ断面図である。FIG. 6 is a lens cross-sectional view of Example 3.

【図７】第４実施例のレンズ断面図である。FIG. 7 is a lens cross-sectional view of Example 4.

【図８】第５実施例のレンズ断面図である。FIG. 8 is a lens cross-sectional view of a fifth embodiment.

【図９】第６実施例のレンズ断面図である。FIG. 9 is a lens sectional view of Example 6;

【図１０】第７実施例のレンズ断面図である。FIG. 10 is a lens cross-sectional view of Example 7.

【図１１】第８実施例のレンズ断面図である。FIG. 11 is a lens sectional view of an eighth example.

【図１２】第９実施例のレンズ断面図である。FIG. 12 is a lens sectional view of Example 9;

【図１３】第１０実施例のレンズ断面図である。FIG. 13 is a lens cross-sectional view of a tenth example.

【図１４】第１実施例の横収差図である。FIG. 14 is a lateral aberration diagram for the first example.

【図１５】第２実施例の横収差図である。FIG. 15 is a lateral aberration diagram for the second example.

【図１６】第３実施例の横収差図である。FIG. 16 is a lateral aberration diagram for the third example.

【図１７】第４実施例の横収差図である。FIG. 17 is a lateral aberration diagram for Example 4.

【図１８】第５実施例の横収差図である。FIG. 18 is a lateral aberration diagram for the fifth example.

【図１９】第６実施例の横収差図である。FIG. 19 is a lateral aberration diagram for the sixth example.

【図２０】第７実施例の横収差図である。FIG. 20 is a lateral aberration diagram for Example 7.

【図２１】第８実施例の横収差図である。FIG. 21 is a lateral aberration diagram for Example 8.

【図２２】第９実施例の横収差図である。FIG. 22 is a lateral aberration diagram for Ninth Example.

【図２３】第１０実施例の横収差図である。FIG. 23 is a lateral aberration diagram for the tenth example.

【図２４】従来技術の映像表示装置の光学系の一例を示
す断面図である。FIG. 24 is a cross-sectional view showing an example of an optical system of a conventional image display device.

【図２５】別の従来例の光学系を示す断面図である。FIG. 25 is a cross-sectional view showing another conventional optical system.

【図２６】従来技術の映像表示装置を広画角化した光学
系の断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view of an optical system with a wide angle of view of a conventional image display device.

【図２７】別の従来技術の映像表示装置を広画角化した
光学系の断面図である。FIG. 27 is a cross-sectional view of an optical system in which another conventional image display device has a wider angle of view.

【符号の説明】 …光線 …法線 …超高屈折率レンズ（ultra-high index lens ） Ｅ…瞳孔位置 １…映像表示素子 ２…凹面鏡 ３…ハーフミラー ４…眼球 ５…ビームスプリッタプリズム ７…ビームスプリッタプリズムの映像表示素子側の非球
面 ２０…ＤＯＥ ２１…正レンズ ２２…ビームスプリッタリズムの射出面（逆追跡で） ３０…正レンズ[Explanation of Codes] ... Rays ... Normal ... Ultra-high index lens E ... Pupil position 1 ... Image display element 2 ... Concave mirror 3 ... Half mirror 4 ... Eye 5 ... Beam splitter prism 7 ... Beam Aspherical surface 20 on the image display element side of the splitter prism ... DOE 21 ... Positive lens 22 ... Beam splitter rhythm exit surface (in reverse tracking) 30 ... Positive lens

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｇ０２Ｂ 5/10 Ｇ０２Ｂ 5/10 Ａ 17/08 17/08 Ａ 25/00 25/00 Ａ Ｚ Ｈ０４Ｎ 5/64 ５１１ Ｈ０４Ｎ 5/64 ５１１Ａ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. ⁷ Identification code FI G02B 5/10 G02B 5/10 A 17/08 17/08 A 25/00 25/00 AZ H04N 5/64 511 H04N 5 / 64 511A

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 映像を表示する映像表示手段と、前記映
像を観察者眼球位置に導く投影光学系とからなる映像表
示装置において、 前記投影光学系が、少なくとも、光束を透過する作用と
反射する作用とを兼用する透過反射作用面と、光束を反
射する反射面と、色収差補正機能を有するように構成さ
れた回折光学部材とを有し、 前記透過反射作用面と前記反射面とは、光学系をコンパ
クト化するために、前記透過反射作用面と前記反射面と
の間で折り返し光路を形成するように、前記反射面を前
記透過反射作用面を基準に前記観察者眼球位置とは反対
側の位置に設置し、かつ、前記映像表示手段から射出さ
れた光束を前記透過反射作用面にて反射させ、前記透過
反射作用面から反射された光束を前記反射面にて反射さ
せ、前記反射面にて反射された光束を前記透過反射作用
面を透過させて、前記観察者眼球位置に光束を導くよう
に光路を形成し、 前記回折光学部材が、前記映像表示手段と前記観察者眼
球位置との間の光路中に配置されていることを特徴とす
る映像表示装置。1. An image display device comprising an image display means for displaying an image and a projection optical system for guiding the image to a position of an observer's eye, wherein the projection optical system reflects at least a function of transmitting a light beam. And a diffractive optical member configured to have a chromatic aberration correction function, and the transflective working surface and the reflecting surface are optical. In order to make the system compact, the reflection surface is formed on the side opposite to the observer's eyeball position with reference to the transmission / reflection operation surface so as to form a folded optical path between the transmission / reflection operation surface and the reflection surface. And the light flux emitted from the image display means is reflected by the transflective working surface, and the light flux reflected from the transflective working surface is reflected by the reflecting surface, Reflected in An optical path is formed so as to guide the luminous flux to the observer's eyeball position by transmitting the luminous flux to the observer's eyeball position, and the diffractive optical member is configured to provide an optical path between the image display means and the observer's eyeball position. An image display device characterized by being arranged inside. 【請求項２】 前記投影光学系は、少なくともプリズム
部材を含み、 前記プリズム部材は、少なくとも、前記映像表示手段か
らの映像光束をプリズム内に入射させる入射面と、前記
透過反射作用面と、前記反射面とを含んで構成されたこ
とを特徴とする請求項１記載の映像表示装置。2. The projection optical system includes at least a prism member, and the prism member includes at least an incident surface on which an image light flux from the image display means is incident into a prism, the transmission / reflection action surface, and The image display device according to claim 1, wherein the image display device includes a reflection surface. 【請求項３】 前記プリズム部材は、前記映像表示手段
からの映像光束を前記入射面より入射させ、前記入射面
より入射した光束を前記透過反射作用面にて反射させ、
前記透過反射作用面にて反射された光束を前記反射面に
て反射させ、前記反射面にて反射された光束を前記透過
反射作用面を透過させて、前記プリズム外に射出するよ
うに構成されたことを特徴とする請求項２記載の映像表
示装置。3. The prism member causes the image light flux from the image display means to enter through the incident surface, and reflects the light flux incident through the incident surface on the transmissive / reflecting surface.
The light flux reflected by the transmissive / reflective surface is reflected by the reflective surface, the light flux reflected by the reflective surface is transmitted through the transmissive / reflective surface, and is emitted to the outside of the prism. The video display device according to claim 2, wherein 【請求項４】 前記回折光学部材は、前記プリズム部材
で発生した色収差を少なくとも一部相殺するように形成
されていることを特徴とする請求項２記載の映像表示装
置。4. The image display device according to claim 2, wherein the diffractive optical member is formed so as to at least partially cancel the chromatic aberration generated in the prism member. 【請求項５】 前記プリズム部材が、少なくとも正の色
収差を発生させる構成であると共に、前記回折光学部材
が少なくとも負の色収差を発生させる構成であることを
特徴とする請求項４記載の映像表示装置。5. The image display device according to claim 4, wherein the prism member is configured to generate at least positive chromatic aberration, and the diffractive optical member is configured to generate at least negative chromatic aberration. . 【請求項６】 前記プリズム部材の前記入射面は、収差
補正機能を有した非球面形状にて構成されたことを特徴
とする請求項２又は３記載の映像表示装置。6. The image display device according to claim 2, wherein the incident surface of the prism member is formed in an aspherical shape having an aberration correcting function. 【請求項７】 前記回折光学部材は、前記投影光学系の
有する光学面に構成されたことを特徴とする請求項１記
載の映像表示装置。7. The image display device according to claim 1, wherein the diffractive optical member is formed on an optical surface of the projection optical system. 【請求項８】 前記投影光学系は、少なくとも曲面形状
の透過面を有し、前記回折光学部材は、前記曲面形状の
透過面上に構成されたことを特徴とする請求項７記載の
映像表示装置。8. The image display according to claim 7, wherein the projection optical system has at least a curved transmission surface, and the diffractive optical member is formed on the curved transmission surface. apparatus. 【請求項９】 前記投影光学系は、少なくとも曲面形状
の反射面を有し、前記回折光学部材は、前記曲面形状の
反射面上に構成されたことを特徴とする請求項７記載の
映像表示装置。9. The image display according to claim 7, wherein the projection optical system has at least a curved reflecting surface, and the diffractive optical member is formed on the curved reflecting surface. apparatus.