JPH06324285A - 視覚表示装置 - Google Patents

視覚表示装置

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JPH06324285A
JPH06324285A JP5111561A JP11156193A JPH06324285A JP H06324285 A JPH06324285 A JP H06324285A JP 5111561 A JP5111561 A JP 5111561A JP 11156193 A JP11156193 A JP 11156193A JP H06324285 A JPH06324285 A JP H06324285A
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JP
Japan
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optical system
image
relay optical
magnification
display element
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JP5111561A
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Koichi Takahashi
高橋浩一
Kokichi Kenno
研野孝吉
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 観察者の意思又は再生される画像の種類によ
って観察画角を簡単な構成で二段階の可変ができる視覚
表示装置。 【構成】 映像を表示する映像表示素子５と、映像表示
素子５に表示された映像を投影して一次像を形成するリ
レー光学系４と、この一次像を眼球内に投影する接眼光
学系２とを有する視覚表示装置において、リレー光学系
４は光軸方向に移動可能な光学系４2 を有し、この移動
可能な光学系４2 を光軸に沿って移動させることにより
二段階の変倍を行い、この光学系４2 の一方の倍率をβ
とするとき、他方の倍率は略１／βとなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ポータブル型視覚表示
装置に関し、特に、観察者の頭部又は顔面に保持するこ
とを可能とする頭部又は顔面装着式視覚表示装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、頭部装着式視覚表示装置として、
図１１に平面図を示したようなものが知られている（米
国特許第４０２６６４１号）。これは、ＣＲＴのような
画像表示素子４６の像を画像伝達素子２５で物体面１２
に伝達し、この物体面１２の像をトーリック反射面１０
によって空中に投影するようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】頭部装着式視覚表示装
置において、観察像のみかけの大きさ（観察画角）は、
観察者個人の好みがあり、一人一人に自分の見易い画角
がある。さらに、観察画像の種類すなわち表示情報の種
類によっても観察画角は変わってくる。
【０００４】例えば、コンピューターの表示画像等の場
合は、細かい文字を認識する必要がある反面、画面全体
を一度に眺める必要はさほどない。そのため、画角が大
きくなって画面の隅々を見るために眼球の運動量が大き
くなっても、大きな画面で観察するのが好ましい。一
方、風景等の鑑賞用の画像の場合には、あまり細かい所
まで鮮明に見る必要はないのと同時に、眼球を動かさず
に画面全体を眺望するように観察することが好ましい。
【０００５】以上の例のように、観察画像の画角を観察
される対象によって可変にすることができれば、選択的
に細かいものをはっきり見たり、疲労感を与えずに長い
時間快適に映像を鑑賞できるという効果がある。
【０００６】しかしながら、変倍機構として一般に使わ
れているズームレンズ光学系では、その変倍のための機
構が複雑であり、多くのレンズをレンズ群毎に移動させ
るための大型で重いズームカム機構が必要となるため、
装置全体としての重量が大きくなり、高価なものになる
という問題がある。
【０００７】本発明は上記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、観察者の意思又は再生
される画像の種類によって観察画角を簡単な構成で二段
階の可変ができる視覚表示装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の視覚表示装置は、映像を表示する映像表示素子と、
前記映像表示素子に表示された映像を投影して一次像を
形成するリレー光学系と、前記一次像を眼球内に投影す
る接眼光学系とを有する視覚表示装置において、前記リ
レー光学系は光軸方向に移動可能な光学系を有し、前記
移動可能な光学系を移動させることにより二段階で変倍
可能とし、前記移動可能な光学系の一方の倍率をβとす
るとき、他方の倍率が略１／βとなることを特徴とする
ものである。
【０００９】
【作用】以下、本発明において上記構成をとる理由と作
用について説明する。本発明において、移動可能な光学
系（以下、変倍レンズ群と呼ぶ。）の一方の倍率をβ、
他方の倍率を略１／βとなるように移動することで、観
察像の一次像への投影倍率を適切に設定できるようにし
ている。つまり、非常に簡単な構造で観察画角可変手段
を実現することができる。
【００１０】そして、リレー光学系は少なくとも１つの
正の屈折力を持つように構成し、観察像を表示する映像
表示素子とこの映像表示素子を投影する少なくとも１つ
の正の屈折力を持ったリレー光学系とは次に示す条件を
満足するようにすることが肝要である。
【００１１】（１） １．１＜Ｒ＜２．２５ ここで、Ｒは、変倍機能によりリレー光学系の変倍レン
ズ群の倍率が変化した場合の倍率比であり、高い倍率を
β1 、低い倍率をβ2 とした場合、Ｒ＝β1 ／β2 で表
される。
【００１２】本発明によれば、リレー光学系の変倍機能
は、リレー光学系の少なくとも１つの光学系が光軸方向
に移動するだけの簡単な機構で行われるため、上記条件
（１）の上限を超えるような高変倍比を得ようとする
と、変倍レンズ群の移動量が非常に大きくなり、装置を
コンパクトに構成できない。さらに、倍率が大きくなり
すぎると、それぞれの倍率においての収差が補正不足に
なる。逆に、条件（１）の下限を超えると、変倍比が小
さすぎるため、変倍の効果が少なくなってしまう。
【００１３】次に、リレー光学系の光路長をＬr 、変倍
レンズ群の移動量をΔＬ、変倍レンズ群の焦点距離をｆ
i とした場合、次の条件を満たしていることが望まし
い。
【００１４】（２） ０．２＜ｆi ／Ｌr ＜０．６ （３） ０．１＜ΔＬ／Ｌr ＜０．４ 上記条件（２）は、変倍において移動する光学系（変倍
レンズ群）の焦点距離を規定したものであり、その上限
を超えると、リレー光学系の全光路長に対して移動する
光学系の焦点距離が長くなりすぎる、つまり、屈折力が
小さすぎるため、変倍比を十分大きくとることができな
い。逆に、その下限を超えると、移動する光学系の焦点
距離が短くなり屈折力が大きくなるため、移動する光学
系で発生する収差量が増大し、特に、リレー光学系にお
ける負の像面湾曲が補正しきれなくなる。
【００１５】また、条件（３）は、変倍において移動す
る光学系の移動量を規定したものであり、その上限を超
えると、移動量が大きくなり、装置をコンパクトに構成
することができなくなる。逆に、その下限を超えると、
変倍比を大きくとることができず、変倍させる効果がな
くなる。
【００１６】観察像が一次像へ投影されるときのリレー
光学系の全体の投影倍率βz1、βz2は、変倍レンズ群の
倍率β1 、β2 の係数倍として与えられる。例えば、リ
レー光学系が、観察像側から、第１群、第２群、第３群
のレンズ構成である場合、変倍レンズ群が第２群のみと
して、変倍レンズ群の倍率β1 ＝１．２５、β2 ＝０．
８であり、変倍レンズ群以外の固定レンズ群、つまり、
第１群及び第３群による倍率が２倍であるとき、リレー
光学系全体の投影倍率βz1及びβz2は、 βz1＝β1 ×２＝１．２５×２＝２．５ βz2＝β2 ×２＝０．８×２＝１．６ となる。
【００１７】
【実施例】以下に、本発明の視覚表示装置の第１〜第３
実施例について説明する。以下のそれぞれの実施例にお
いて、リレー光学系は少なくとも２群の正の屈折力を持
つレンズ群によって構成され、そのうち少なくとも１群
は接合レンズで構成されている。その接合レンズのそれ
ぞれのレンズのアッベ数をνI 、νIIとするとき、次の
条件を満たすことが望ましい。 （４） νI −νII＞２０ 上記（４）の条件を満たすことで、２次元表示素子の画
像がカラー画像の場合、色収差が補正された良好な画像
を一次像として投影することができる。
【００１８】（第１実施例）図１に、本発明の第１実施
例の視覚表示装置の観察者側から見た光学系の観察画角
５０°の場合の光路図、図２に、第１実施例のプリズム
型接眼光学系の観察画角５０°の場合の光路図を示す。
つまり、図１は、観察者の右目に装着される光学系を観
察者側から見た正面図であり、視軸は紙面の表から裏へ
向かっている。また、図２は、図１の光学系を右から見
た側面図である。
【００１９】図１、図２において、１は観察者瞳位置、
２はプリズム型接眼光学系、３は反射鏡、４はリレー光
学系であり、その中の４1 は反射鏡３より瞳位置１側の
レンズ群、４2 は反射鏡３より２次元表示素子側のレン
ズ群であり、５は２次元表示素子である。
【００２０】リレー光学系４は４群６枚の構成であり、
２次元表示素子５の画像をリレーしてプリズム接眼光学
系２の物体側の面近傍に一次像を形成する。リレー光学
系４の反射ミラー３と２次元表示素子５に挟まれた群４
2 を光軸方向に移動することによって、全光学系の物像
間距離を変化させずに、リレー光学系４の投影倍率を二
段階に変化させることができる。つまり、観察画角の異
なる２つの画面モードが非常に簡単な構成によって実現
できる。
【００２１】プリズム型接眼光学系２は、物体側から、
内部にビームスプリット面を有する接合プリズムＰが配
置されており、この面は、リレー光学系４の一次像が投
影される面に対し４５°傾斜しており、入射した光の一
部を透過し、一部を反射する。接合プリズムＰのリレー
光学系４の一次像が投影される面と反対の面には曲率が
付いており、その射出側には、プリズム側の面と反対の
面である裏面が反射面となっている接合レンズＬ１が配
置され、また、接合プリズムＰの眼球側には、眼球直前
に位置する正レンズＬ２が配置されている。
【００２２】この構成によれば、観察者の瞳１を射出瞳
として、リレー光学系４によって形成された一次像を空
中に虚像として拡大投影することができる。また、観察
者の瞳１の前に位置する接合プリズムＰを通して、外界
像を観察することが可能である。
【００２３】以下、この光学系の構成パラメータを示す
が、面番号は、観察者瞳位置１である射出瞳位置を面番
号０とし、この射出瞳位置から２次元表示素子５に向か
う逆追跡の面番号として示してあり、２次元表示素子５
は面番号２４としてある。なお、各面の曲率半径は、正
レンズＬ２の瞳位置１側の面からリレー光学系４の２次
元表示素子５側の面まで順にｒ1 〜ｒ23で示し、それら
の面間隔をｄ1 〜ｄ22で示してある。また、各硝材のｄ
線の屈折率をｎ1 〜ｎ14で、アッベ数をν1 〜ν14で示
してある。さらに、瞳位置１と正レンズＬ２の間隔をｄ
0 で、リレー光学系４と２次元表示素子５の間隔をｄ23
で示してある。
【００２４】 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 ０ （１） （射出瞳） ｄ0 = 15.000 １ ｒ1 = 149.677 ｄ1 = 3.000 ｎ1 =1.7150 ν1 =45.1 ２ ｒ2 = -178.216 ｄ2 = 0.500 ３ ｒ3 = ∞ ｄ3 = 15.000 ｎ2 =1.5163 ν2 =64.1 ４ ｒ4 = ∞ ｄ4 = -17.000 ｎ3 =1.5163 ν3 =64.1 ５ ｒ5 = 75.000 ｄ5 = -0.500 ６ ｒ6 = 1011.564 ｄ6 = -0.815 ｎ4 =1.7618 ν4 =26.6 ７ ｒ7 = -116.617 ｄ7 = -5.000 ｎ5 =1.5748 ν5 =62.9 ８ ｒ8 = 116.254 ｄ8 = 5.000 ｎ6 =1.7618 ν6 =26.6 ９ ｒ9 = -116.617 ｄ9 = 0.815 ｎ7 =1.7618 ν7 =26.6 10 ｒ10= 1011.564 ｄ10= 0.500 11 ｒ11= 75.000 ｄ11= 28.000 ｎ8 =1.5163 ν8 =64.1 12 ｒ12= ∞ ｄ12= 13.000 13 ｒ13= -22.386 ｄ13= 12.000 ｎ9 =1.7440 ν9 =44.7 14 ｒ14= -22.692 ｄ14= 10.000 15 ｒ15= ∞ ｄ15= -35.881 ( -8.419) 16 ｒ16= -16.490 ｄ16= -6.083 ｎ10=1.6441 ν10=48.4 17 ｒ17= 19.392 ｄ17= -13.000 ｎ11=1.7215 ν11=29.1 18 ｒ18= 139.272 ｄ18= -6.925 19 ｒ19= 11.589 ｄ19= -5.449 ｎ12=1.7448 ν12=42.8 20 ｒ20= -19.833 ｄ20= -9.078 ｎ13=1.4870 ν13=70.4 21 ｒ21= 19.568 ｄ21= -0.100 22 ｒ22= -46.545 ｄ22= -8.418 ｎ14=1.5745 ν14=42.3 23 ｒ23= 49.607 ｄ23= -36.069 (-63.532) 24 （５） （表示素子） 本実施例においては、左右画角５０°、上下画角３８
°、瞳径４ｍｍφであり、間隔の欄のカッコ内の数値に
変倍レンズ群４2 を移動することによって、変倍レンズ
群４2 の倍率はβ1 ＝１．３６からβ2 ＝０．７５とな
り、観察画角は５０°から３０°に切り換えることが可
能となっている。図３に上記構成の光学系における観察
画角５０°の場合の球面収差、非点収差、歪曲収差、横
収差を表す収差図を、図４に観察画角３０°の場合の同
様の収差図を示す。なお、収差図中、Ｘは画面の上下方
向、Ｙは左右方向を示す。
【００２５】また、前記したそれぞれの条件式の値は、
以下の通りである。 Ｒ ＝1.81 ｆi ／Ｌr ＝0.34 ΔＬ／Ｌr ＝0.20 βz1 ＝1.39 βz2 ＝0.77 νI −νII＝27.6
。
【００２６】（第２実施例）図５に本発明の第２実施例
の視覚表示装置の光学系の光路図を示す。図（ａ）は観
察画角５０°の場合であり、図（ｂ）は観察画角３０°
の場合である。図５において、１は観察者瞳位置、６は
接眼光学系、７はリレー光学系、８はリレー光学系の第
１群、９はリレー光学系の第２群、１１はリレー光学系
の第３群、５は２次元表示素子、１３はファイバープレ
ートである。
【００２７】この実施例のリレー光学系７は３群６枚の
構成であり、２次元表示素子５の画像をリレーして接眼
光学系６の前側焦点に対応した位置に一次像を形成す
る。２次元表示素子５からリレー光学系７により形成さ
れた一次像面までの距離は変えず、リレー光学系７内の
第２群９の位置を変えること、つまり、観察者瞳位置
１、２次元表示素子５及び接眼光学系６は固定にし、さ
らに、リレー光学系７の像面に最も近い第１群８及び像
面に最も近い第３群１１は動かさず、これらのレンズ群
８、１１に挟まれた第２群９を変倍レンズ群とし光軸方
向に移動させることにより、リレー光学系７の投影倍率
を二段階に変化させることができる。
【００２８】接眼光学系６は、リレー光学系７で形成さ
れた一次像を観察者瞳位置１を射出瞳として空中に虚像
として拡大投影するようになっていれば、どのようなレ
ンズ構成でもよい。本実施例では、接合レンズ１枚構成
のルーペタイプのものを用いている。この接眼光学系の
場合は、瞳から逆追跡して光学的評価をすると、像面湾
曲がかなり大きく発生している。そのため、リレー光学
系７と単純に組み合わせても、全光学系における軸外の
結像性能が悪くなるため、一次像を接眼光学系６の湾曲
した物体面に合わせる必要がある。そこで、画像を伝送
する一面が平面で、他の面が接眼光学系６の発生する像
面湾曲と同じ曲率で作られたファイバープレート１３を
一次像面に配置することによって、軸上から軸外までフ
ラットな画像を観察することができる。
【００２９】このような光学系の構成によれば、観察者
瞳位置１を射出瞳として、リレー光学系７によって形成
された一次像を空中に虚像として拡大投影をすることが
でき、観察画角の異なる２つの画面モードが実現でき
る。
【００３０】本実施例において、接眼光学系６に像面湾
曲がない場合は、ファイバープレート１３を使用する必
要はなく、リレー光学系７の一次像をそのまま利用すれ
ばよい。
【００３１】以下、この光学系の構成パラメータを示す
が、本実施例ではリレー光学系７部分のみを示し、その
他のパラメータは省略する。光線追跡は、２次元表示素
子５から射出瞳に向かう実際の光線の方向の追跡であ
り、面番号は、２次元表示素子５を面番号０とし、リレ
ー光学系７の一次像を面番号１２としてある。なお、各
面の曲率半径は、第１群８の入射側の面から第３群１１
の射出側の面まで順にｒ1 〜ｒ11で示し、それらの面間
隔をｄ1 〜ｄ10で示してある。また、各硝材のｄ線の屈
折率をｎ1 〜ｎ6 で、アッベ数をν1 〜ν6 で示してあ
る。さらに、２次元表示素子５と第１群８の間隔をｄ0
で、リレー光学系７とその一次像の間隔をｄ11で示して
ある。
【００３２】 ０ （５） （表示素子） ｄ0 = 25.720 １ ｒ1 = -343.355 ｄ1 = 6.000 ｎ1 =1.6968 ν1 =56.5 ２ ｒ2 = -43.237 ｄ2 = 23.346 ( 49.575) ３ ｒ3 = 28.365 ｄ3 = 10.000 ｎ2 =1.6968 ν2 =56.5 ４ ｒ4 = -115.021 ｄ4 = 8.429 ５ ｒ5 = -29.549 ｄ5 = 5.000 ｎ3 =1.5487 ν3 =45.6 ６ ｒ6 = 13.535 ｄ6 = 13.180 ７ ｒ7 = 200.000 ｄ7 = 18.145 ｎ4 =1.6968 ν4 =56.5 ８ ｒ8 = -27.430 ｄ8 = 26.329 ( 0.100) ９ ｒ9 = 176.339 ｄ9 = 3.000 ｎ5 =1.6398 ν5 =34.5 10 ｒ10= 24.047 ｄ10= 22.000 ｎ6 =1.5163 ν6 =64.1 11 ｒ11= -50.384 ｄ11= 51.008 12 （１次像） 本実施例のリレー光学系７は、物体側はテレセントリッ
クとしており、一次像側もテレセントリックに近い構成
となっているため、画面全体において光量が均一であ
り、高コントラストなより良好な画像を観察することが
できる。
【００３３】このリレー光学系７に上述のファイバープ
レート１３、接眼光学系６を配備した全光学系の場合、
左右画角５０°、上下画角３８°、瞳径４ｍｍφを実現
することが可能であり、上記の間隔の欄のカッコ内の数
値にリレー光学系７の第２レンズ群９が移動することに
よって、変倍レンズ群の倍率はβ1 ＝１．２０からβ2
＝０．８４となり、観察画角は５０°から３５°に切り
換えることが可能となっている。
【００３４】また、図６に上記構成の変倍光学系の倍率
β1 ＝１．２０の場合のリレー光学系７の球面収差、非
点収差、歪曲収差、横収差を表す収差図を、図７に倍率
β2＝０．８４の場合のリレー光学系７の同様の収差図
を示す。
【００３５】また、前記したそれぞれの条件式の値は、
以下の通りである。 Ｒ ＝1.43 ｆi ／Ｌr ＝0.49 ΔＬ／Ｌr ＝0.18 βz1 ＝1.18 βz2 ＝0.82 νI −νII＝29.6
。
【００３６】（第３実施例）図８に、第３実施例の視覚
表示装置の右目用光学系の観察画角５０°の場合の観察
者頭部上方から見た光路図を示す。同図において、１は
観察者瞳位置、１５は観察者が正面を観察している時の
視軸、１６は凹面鏡によって構成された接眼光学系、１
７はリレー光学系、１８はリレー光学系１７の第１レン
ズ群、１９はリレー光学系１７の第２レンズ群、２０は
リレー光学系１７の第３レンズ群、２１はリレー光学系
１７の第４レンズ群、５は２次元表示素子である。
【００３７】座標系を、図示のように、観察者の左右方
向の右から左を正方向とするＹ軸、観察者の視軸１５方
向の眼球側から凹面鏡１６側を正方向とするＺ軸、上下
方向の上から下を正方向とするＸ軸と定義する。
【００３８】リレー光学系１７は４群６枚の構成であ
り、２次元表示素子５の画像をリレーして、接眼光学系
１６の前側焦点に対応した位置に一次像を形成する。２
次元表示素子５からリレー光学系１７により形成された
一次像面までの距離は変えず、リレー光学系１７内の第
２レンズ群１９から第４レンズ群２１までの位置を変え
て、つまり、観察者瞳位置１、２次元表示素子５、接眼
光学系１６、リレー光学系１７の像面に最も近い第１レ
ンズ群１８は固定にし、第２レンズ群１９から第４レン
ズ群２１を変倍レンズ群として光軸方向に移動させるこ
とにより、リレー光学系１７の投影倍率を二段階に変化
させることができる。
【００３９】以下、この光学系の構成パラメータを示す
が、面番号は、射出瞳１から２次元表示素子５へ向かう
逆追跡の面番号として示してある。
【００４０】各面の偏心量と傾き角は、凹面鏡１６（面
番号：２）については、Ｙ軸方向への偏心量のみが与え
られ、その頂点が射出瞳１中心を通る視軸１５（Ｚ軸方
向）からのＹ軸方向への偏心距離であり、リレー光学系
１７の第１レンズ群１８（面番号：３、４）について
は、各面の頂点の射出瞳１中心からのＹ軸正方向及びＺ
軸正方向への偏心量と、その面の頂点を通る中心軸のＺ
軸方向からの傾き角が与えられる。面の中心軸の傾き角
は、Ｚ軸正方向からＹ軸正方向へ向かう回転角（図で
は、反時計方向）を正方向の角度として与えられる。リ
レー光学系１７の第２レンズ群１９については、その第
１面（面番号：５）の頂点位置が第１レンズ群１８の各
面と同様に与えられ、その頂点を通る中心軸が光軸にな
り、その光軸の傾き角が同様に与えられる。偏心量と傾
き角の表示のない面（面番号：６〜１２）は、その前の
面と同軸であることを表す。また、２次元表示素子５の
偏心量と傾き角も、その中心の射出瞳１中心からのＹ軸
正方向及びＺ軸正方向への偏心量と、その中心を通る法
線のＺ軸方向からの傾き角が与えられる。
【００４１】また、各面の非球面形状は、座標系を図示
のようにとり、各面の近軸曲率半径を、Ｙ−Ｚ面（紙
面）に垂直な面内での曲率半径をＲx 、Ｙ−Ｚ面内での
曲率半径をＲy とすると、次の式で表される。 Ｚ =［( Ｘ2/Ｒx )+ (Ｙ2/Ｒy ) ］／［1+｛ 1-(1+Ｋx ) ( Ｘ2/Ｒx 2) -(1+Ｋy ) ( Ｙ2/Ｒy 2)｝1/2 ］ ＋ＡＲ［ (1-ＡＰ) Ｘ2+( 1+ＡＰ) Ｙ2 ］2 ＋ＢＲ［ (1-ＢＰ) Ｘ2+( 1+ＢＰ) Ｙ2 ］3 … ここで、Ｋx はＸ方向の円錐係数、Ｋy はＹ方向の円錐
係数、ＡＲ、ＢＲはそれぞれ回転対称な４次、６次の非
球面係数、ＡＰ、ＢＰはそれぞれ非対称な４次、６次の
非球面係数である。
【００４２】また、面間隔は、射出瞳１と凹面鏡１５の
間については、射出瞳１中心と凹面鏡１５頂点間のＺ軸
方向の間隔、リレー光学系１７の第２レンズ群１９の第
１面（面番号：５）からその像面（２次元表示素子５）
に到る間隔は、光軸に沿う間隔で示してある。リレー光
学系１７の第２レンズ群１９から第４レンズ群２１につ
いては、面の曲率半径をｒ1 〜ｒ8 で、面間隔をｄ1 〜
ｄ7 で、ｄ線の屈折率をｎ1 〜ｎ5 で、アッベ数をν1
〜ν5 で示す。
【００４３】 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １（１） （射出瞳） 46.398 ２（16）Ｒy -79.876 0 Ｙ：-28.908 Ｒx -55.948 Ｋy -0.833484 Ｋx -4.339571 ＡＲ -0.169730 ×10-5 ＢＲ 0.191765 ×10-9 ＡＰ -0.195091 ＢＰ -0.367518 ３（18）Ｒy -24.621 0 ｎ =1.6204 ν = 60.3 Ｒx -49.801 Ｙ：-39.532 -10.549° Ｋy 0.134142 Ｚ： 14.664 Ｋx -4.272420 ＡＲ -0.708880 ×10-7 ＢＲ 0.564608 ×10-12 ＡＰ 0.525884 ×10+1 ＢＰ 0.451874 ×10+2 ４ Ｒy -6.478 0 Ｙ：-45.655 4.151° Ｒx -21.319 Ｚ： 0.421 Ｋy -0.825173 Ｋx -2.696884 ＡＲ 0.297414 ×10-4 ＢＲ 0.593609 ×10-7 ＡＰ 0.100676 ×10+1 ＢＰ 0.967084 ５（ｒ1 ） -32.567 （ｄ1 ） -10.312 ｎ1=1.5163 ν1= 64.1 Ｙ：-47.668 40.250° (-40.564) Ｚ：-19.476 ( -7.163) ６（ｒ2 ） 15.342 （ｄ2 ） -1.000 ｎ2=1.7487 ν2= 35.3 ８（ｒ4 ） -22.469 （ｄ4 ） -1.000 ｎ3=1.7618 ν3= 26.6 ９（ｒ5 ） -12.446 （ｄ5 ） -10.000 ｎ4=1.5163 ν4= 64.1 10（ｒ6 ） 39.504 （ｄ6 ） -9.731 11（ｒ7 ） -44.876 （ｄ7 ） -6.000 ｎ5=1.7440 ν5= 44.7 12（ｒ8 ） 125.558 13（９） （表示素子） Ｙ：-78.557 38.832° Ｚ：-66.509 本実施例の左右（Ｙ方向）画角は５０°、上下（Ｘ方
向）画角は３９°で、瞳径は４ｍｍφである。本実施例
の場合は、上記の偏心量の欄のカッコ内の数値にリレー
レンズ系１７を移動することによって、変倍レンズ群の
倍率はβ1 ＝１．４からβ2 ＝０．７となり、観察画角
は５０°から３０°に切り換えることが可能となってい
る。
【００４４】また、図９に上記構成の光学系の観察画角
５０°の場合の収差図を、図１０に観察画角３０°の場
合の収差図を示す。ただし、本実施例は複雑な偏心構造
を持つ光学系のため、横収差のみを示す。
【００４５】また、前記したそれぞれの条件式の値は、
以下の通りである。 Ｒ ＝1.86 ｆi ／Ｌr ＝0.22 ΔＬ／Ｌr ＝0.14 βz1 ＝1.9 βz2 ＝1.0 νI −νII＝37.5
。
【００４６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の視覚表示装置は、映像を表示する映像表示素子と、こ
の映像表示素子に表示された映像を投影して一次像を形
成するリレー光学系と、上記の一次像を眼球内に投影す
る接眼光学系とを有する視覚表示装置において、上記リ
レー光学系は光軸方向に移動可能な光学系を有し、この
移動可能な光学系を移動させることにより二段階で変倍
可能とし、この移動可能な光学系の一方の倍率をβとす
るとき、他方の倍率が略１／βとなるため、観察像の一
次像への投影倍率を適切に設定することができ、非常に
簡単な構造によって観察画角可変手段を実現することが
できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の視覚表示装置の光学系の
観察画角５０°の場合の光路図である。
【図２】第１実施例のプリズム型接眼光学系の観察画角
５０°の場合の光路図である。
【図３】第１実施例の観察画角５０°の場合の球面収
差、非点収差、歪曲収差、横収差を表す収差図である。
【図４】第１実施例の観察画角３０°の場合の同様の収
差図である。
【図５】第２実施例の視覚表示装置の光学系の光路図で
ある。
【図６】第２実施例の変倍光学系の倍率β1 ＝１．２０
の場合のリレー光学系の球面収差、非点収差、歪曲収
差、横収差を表す収差図である。
【図７】第２実施例の変倍光学系の倍率β2 ＝０．８４
の場合のリレー光学系の同様の収差図である。
【図８】第３実施例の視覚表示装置の光学系の観察画角
５０°の場合の光路図である。
【図９】第３実施例の観察画角５０°の場合の横収差を
表す収差図である。
【図１０】第３実施例の観察画角３０°の場合の同様の
収差図である。
【図１１】従来の１つの頭部装着式視覚表示装置の概略
の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…観察者瞳位置 ２…プリズム型接眼光学系 ３…反射鏡 ４…リレー光学系 ４1 、４2 …レンズ群 ５…２次元表示素子 Ｐ…接合プリズム Ｌ１…接合レンズ Ｌ２…正レンズ ６…接眼光学系 ７…リレー光学系 ８…第１群 ９…第２群 １１…第３群 １３…ファイバープレート １５…視軸 １６…凹面鏡（接眼光学系） １７…リレー光学系 １８…第１レンズ群 １９…第２レンズ群 ２０…第３レンズ群 ２１…第４レンズ群

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 映像を表示する映像表示素子と、前記映
    像表示素子に表示された映像を投影して一次像を形成す
    るリレー光学系と、前記一次像を眼球内に投影する接眼
    光学系とを有する視覚表示装置において、前記リレー光
    学系は光軸方向に移動可能な光学系を有し、前記移動可
    能な光学系を移動させることにより二段階で変倍可能と
    し、前記移動可能な光学系の一方の倍率をβとすると
    き、他方の倍率が略１／βとなることを特徴とする視覚
    表示装置。
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