JPH09181999A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い画角において明瞭に観察が可能であり、
さらに、非常に小型軽量であるために疲労し難い頭部装
着式画像表示装置等の画像表示装置。 【解決手段】 画像表示素子６とその表示像を観察者眼
球１に導く接眼光学系７とからなり、画像表示素子６が
観察者顔面の前方に、表示面が観察者の略前方を向いて
配置され、接眼光学系７は眼球１側の第１面３とこれに
続く第２面４とを有し、第１面３と第２面４の間を屈折
率１以上の媒質で満たすと同時に、２つの面は視軸２に
対して同じ方向に偏心して配備され、第２面４は反射又
は半透過面で構成され、第２面４は観察者眼球側に凹面
を向けた曲面で構成され、かつ、第１面３と第２面４は
異なる曲率を持ち、画像表示素子６から出た光線は、第
１面３、第２面４、第１面３の順で進み、その一次像が
観察者眼球１に入射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示装置に関
し、特に、観察者の頭部又は顔面に保持することを可能
にする頭部又は顔面装着式画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、頭部装着式画像表示装置の周知な
ものとして、特開平３ー１０１７０９号のものがある。
この画像表示装置は、図４１に光路図を示すように、２
次元画像表示素子の表示画像を正レンズよりなるリレー
光学系にて空中像として伝達し、凹面反射鏡からなる接
眼光学系でこの空中像を拡大して観察者の眼球内に投影
するものである。

【０００３】また、従来の他のタイプのものとして、米
国特許第４，６６９，８１０号のものがある。この装置
は、図４２に示すように、ＣＲＴの画像をリレー光学系
を介して中間像を形成し、反射型ホログラフィック素子
とホログラム面を有するコンバイナによって観察者の眼
に投影するものである。

【０００４】また、従来の他のタイプの画像表示装置と
して、特開昭６２ー２１４７８２号のものがある。この
装置は、図４３（ａ）、（ｂ）に示すように、画像表示
素子を接眼レンズで拡大して直接観察できるようにした
ものである。

【０００５】また、従来の他のタイプの画像表示装置と
して、米国特許第４，０２６，６４１号のものがある。
この装置は、図４４に示すように、画像表示素子の像を
伝達素子で湾曲した物体面に伝達し、その物体面をトー
リック反射面で空中に投影するようにしたものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４
１、図４２ような画像表示素子の映像をリレーするタイ
プの画像表示装置では、接眼光学系によらず、接眼光学
系以外にリレー光学系として数枚のレンズを用いなけれ
ばならないため、光路長が長く、光学系は大型になり、
重量も重くなる。また、図４３のようなレイアウトで
は、観察者の顔面からの装置突出量が大きくなってしま
う。さらに、画像表示素子と照明光学系をその突出した
部分に取り付けることになり、装置はますます大きく、
重量も重くなる。

【０００７】頭部装着式画像表示装置は、人間の体、特
に頭部に装着する装置であるため、装置が顔面から突出
する量が大きいと、頭部で支持している点から装置の重
心までの距離が長くなり、装着時のバランスが悪く、疲
労が大きくなる。さらに、装置を装着して移動、回転等
を行うときに、装置が物にぶつかる恐れも生じる。つま
り、頭部装着式画像表示装置は、小型軽量であることが
重要である。そして、この装置の大きさ、重量を決定す
る大きな要因は光学系の構成にある。

【０００８】しかしながら、接眼光学系として通常の拡
大鏡のみを用いると、発生する収差は非常に大きく、補
正する手段がない。拡大鏡の凹面の形状を非球面にする
ことである程度球面収差が補正されても、コマ収差、像
面湾曲等が残存するため、観察画角を大きくすると、実
用的な装置にはなり得ない。あるいは、接眼光学系とし
て凹面鏡のみを用いる場合には、通常の光学素子（レン
ズやミラー）のみではなく、図４４に示すように、発生
した像面湾曲にあわせて湾曲した面を有する伝達素子
（ファイバープレート）によって補正するという手段を
用いなければならない。

【０００９】本発明は従来のこのような問題点に鑑みて
なされたものであり、その目的は、広い画角において明
瞭に観察が可能であり、さらに、非常に小型軽量である
ために疲労し難い頭部装着式画像表示装置等の画像表示
装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の画像表示装置は、画像を表示する画像表示素子と、
前記画像表示素子によって形成された画像を投影し、観
察者眼球に導く接眼光学系とからなる画像表示装置にお
いて、前記接眼光学系は少なくとも２つの面を持ち、前
記少なくとも２つの面の中、観察者眼球側の面を第１
面、これに続く面を第２面とし、第１面と第２面の間を
屈折率１以上の媒質で満たすと同時に、前記の少なくと
も２つの面は、観察者が観察する投影画像の中心方向と
なる視軸に対して２つとも同じ方向に偏心して配備さ
れ、さらに、前記第２面は、反射又は半透過面で構成さ
れ、前記第２面は観察者眼球側に凹面を向けた曲面で構
成され、かつ、前記第１面と前記第２面は異なる曲率を
持ち、前記画像表示素子から出た光線は前記第１面で屈
折し、前記第２面によって反射され、前記第１面でさら
に屈折し、前記画像表示素子の前記接眼光学系による一
次像を観察者眼球に入射するように構成され、前記画像
表示素子が観察者顔面の前方に、かつ、表示面が観察者
の略前方を向いて配置されていることを特徴とするもの
である。

【００１１】この場合、画像表示装置は、１つの画像表
示素子と２つの接眼光学系とから構成されたものとする
ことができる。

【００１２】以下に、本発明の画像表示装置の作用につ
いて説明する。以下の説明においては、光学系の設計上
の利便性から、観察者の瞳位置から画像表示素子に向け
て光線を追跡する逆光線追跡に従って行う。本発明にお
いては、接眼光学系に２つの面を持たせ、その第１面と
第２面に異なる曲率を持たせることによって、偏心して
傾いた第２面で発生する球面収差とコマ収差の補正を行
うことが可能となり、広い射出瞳径と広い観察画角を持
ち、明瞭な観察像を観察者に提供できるようにしたこと
に成功したものである。

【００１３】そして、本発明では、画像表示素子を画像
表示装置内にコンパクトに配置するために必要な光学系
のレイアウトに関するものである。画像表示素子を視軸
に対して斜めに傾けて配置する構成にすると、傾いた画
像表示素子を画像表示装置内に収納するために、観察者
前方に当たる視軸方向の厚さが厚くなるため、画像表示
装置の体積が大きくなり、重くなってしまう。そのた
め、本発明では、画像表示素子の表示面の垂線を視軸と
略平行に配置するようにすることによって、画像表示装
置の小型軽量化に成功したものである。

【００１４】また、本発明のもう１つの画像表示装置
は、左右両眼にそれぞれ必要となる画像表示素子を１つ
の画像表示素子で構成し、装置全体を小型化することに
成功したものである。

【００１５】まず、画像表示素子の表示面の垂線を視軸
と略平行に配置したものの説明をする。画像表示素子と
して、例えば液晶表示素子を利用する場合に、表示面の
画素の明るさをコントロールするための電極を液晶表示
素子基板より取り出すことが必要となる。この配線の処
理のために、表示領域より大きい電気基板の上に液晶表
示素子を配置し、基板上で配線を処理し、その基板から
フレキシブル基板等を使用してコントローラー等に接続
する構成が一般的である。

【００１６】この構成で画像表示素子を視軸に対して斜
めに傾けて配置する構成だと、大きい電気基板を斜めに
配置するために、画像表示装置の体積が大きくなり、重
くなってしまう。そのため、本発明では、画像表示素子
の表示面の垂線を視軸と略平行に配置することによっ
て、画像表示装置を小型軽量化に成功したものである。

【００１７】一般に、傾いた凹面鏡の第２面で光路を曲
げると、画像表示素子の表示面の方向は、第２面の方向
を向き、観察者前方に当たる視軸と交差することとな
り、画像表示素子６を図１５の点線のように傾けて配置
しないと、観察する画像が傾いてしまい、明瞭に観察す
ることができない。なお、図１５において、観察者視軸
を２で、裏面凹面鏡からなる接眼光学系を７で示してあ
る。

【００１８】そこで、本発明では、画像表示素子６の垂
線と視軸２を略平行にしても、観察像が傾かないように
している。図１５の実線に示す位置に画像表示素子６を
配置しても、観察画像が傾いて観察されないようにする
ことが重要である。

【００１９】次に、観察像が傾かずに観察するために必
要となる条件について説明する。まず、第２面の視軸に
対する傾き角を少なくして、画像表示素子の視軸に対す
る傾き角の発生が少ないようにしている。さらに好まし
くは、観察者視軸上の逆光線追跡の光線が第２面で反射
するときの反射角をθ₂ とするとき、θ₂ が以下に示す
範囲にあることが重要である。

【００２０】 ５°＜θ₂ ＜２５° ・・・（１） 上記の式の下限の５°を越えると、画像表示素子が視軸
に近付きすぎてしまい、観察像の水平画角を３０°以上
にとる場合に、観察像と画像表示素子が干渉してしま
い、広い観察画角をとることができなくなる。

【００２１】また、上記の式の上限の２５°を越える
と、接眼光学系の第２面で反射する場合に発生する収差
が大きくなると共に、画像表示素子を配置する物体面の
傾きが左右の接眼光学系で傾いてしまい、観察像の傾き
が左右の眼で異なってしまい、左右両眼で観察すること
が不可能となる。

【００２２】さらに好ましくは、 ７°＜θ₂ ＜１５° ・・・（２） なる条件を満足することが好ましい。この条件を満足す
ることによって、観察画角の広い光学系を構成すること
ができる。この式の上限と下限の意味は前記の条件式
（１）と同じである。

【００２３】次に、接眼光学系の凹面鏡で発生する像面
の傾きを少なくするために、観察者眼球側から第１面の
透過面の視軸上の光線に対する傾きを適切に設定するこ
とが重要となる。逆光線追跡で第１面に入射するときの
角度と、第１面に第２面側から入射するときの光線をバ
ランス良く屈折させることが本発明の場合は重要にな
る。

【００２４】第１面に観察者視軸上の軸上光線が入射す
るときに、第１面と軸上光線がなす角をθ₁ とし、第２
面で反射し第１面に入射するときの観察者視軸上の軸上
光線が第１面となす角をθ₃ とするとき、以下の条件式
を満足することが重要となる。 ０．６＜（θ₁ ／θ₃ ）×ｎ＜１．６ ・・・（３） ただし、ｎは第１面と第２面との間の媒質の屈折率であ
る。

【００２５】上記条件式の下限の０．６を越えると、第
２面で反射した後に第１面に入射する入射角が大きくな
り、偏心による収差の発生が大きくなりすぎ、他の面で
補正することが難しくなる。また、上限の１．６を越え
ると、第１面に入射する入射角が大きくなりすぎ、下限
を越える場合と同様に、偏心による収差の発生が大きく
なりすぎ、他の面で補正することが困難になる。

【００２６】さらに好ましくは、以下の条件を満足する
ことにより、より高解像の接眼光学系を構成することが
可能となる。 ０．８＜（θ₁ ／θ₃ ）×ｎ＜１．６ ・・・（４） 下限については、上記条件式（３）と同じで、特に、偏
心して配置された第２面で反射するときに発生するコマ
収差の発生を少なくするために設定したものである。

【００２７】次に、本発明において、１つの画像表示素
子で、観察者左右の眼に対応した２つの接眼光学系に画
像を供給する方法について説明する。本発明の上記の場
合と同じく、画像表示素子の表示面の垂線と観察者視軸
が略平行にすることが重要となる。画像表示面が傾いた
まま１つの画像表示素子で２つの接眼光学系に画像を供
給すると、画像表示面が左右の接眼光学系に対して同一
面にないために、観察する画像が傾いて観察されてしま
う。つまり、傾いた凹面鏡を用いて１つの画像表示素子
に表示される画像を両眼に導いても、左右の画像は傾い
て観察者に観察されるために、両眼で融像できない像に
なってしまう。

【００２８】さらに、本発明では、画像表示素子の表示
面の中心と観察者視軸との距離をｄ（ｍｍ）とすると
き、以下の条件式を満足することが重要である。 ２５＜ｄ＜３５ ・・・（５） この条件式の上限と下限は、観察者の両眼に合わせて眼
幅調整をする必要から設定されたものであり、下限を越
えると、眼幅５０ｍｍ以下の人に鮮明な画像を供給する
ことが不可能となる。上限を越えると、眼幅７０ｍｍ以
上の人が鮮明な画像を観察することができなくなる。

【００２９】また、本発明においては、前記したよう
に、接眼光学系に２つの面を持たせ、その第１面と第２
面に異なる曲率を持たせることによって、偏心して傾い
た第２面で発生する球面収差とコマ収差の補正を行うこ
とが可能となり、広い射出瞳径と広い観察画角を持ち、
明瞭な観察像を観察者に提供できるようにしたことに成
功したものである。

【００３０】一般に、凹面鏡では、瞳位置が凹面鏡の反
射面から見て、曲率中心より遠くにある場合には、強い
内コマ収差が発生する。この強い内コマ収差を補正する
ために、本発明では、凹面鏡となる第１面と第２面の間
を屈折率１以上の媒質で満たすと同時に、第１面と第２
面の曲率を異ならせることによって、第１面での光線の
屈折作用を利用して、第２面に入射する光線高を低くす
ることが可能となる。この作用によって、凹面鏡で発生
する強い内コマ収差の発生を比較的小さくすることに成
功したものである。

【００３１】また、本発明においては、画像表示素子の
観察像をリレー光学系によって中間像として空中に実像
を結像させるのではなく、画像表示素子をそのまま拡大
して観察者の眼球に投影することによって、観察者は拡
大された画像表示素子の画像を虚像として観察できるた
め、少ない光学素子で光学系を構成することができる。
また、拡大投影する光学素子は、観察者の顔面の直前に
顔面のカーブに沿った形状で配備される凹面鏡（拡大
鏡）のみであるため、顔面からの突出量は非常に小さく
でき、小型で軽量な画像表示装置を実現することができ
る。

【００３２】この接眼光学系の第１面が観察者眼球側に
凹面を向けた負の屈折力を持つ面とすることが重要であ
る。第１面に負の屈折力を持たせることによって、第１
面では負の球面収差が発生する。これは、凹面鏡で発生
する正の球面収差と打ち消し合って、球面収差の発生を
補正する効果がある。

【００３３】この場合、コマ収差の発生は比較的大きく
なってしまうが、収差全体としてのまとまりは良くな
り、良い結果を得られる。しかし、第１面の曲率が第２
面の曲率と概略等しくなってしまうと、コマ収差、球面
収差共、補正効果が低減してしまう。

【００３４】また、接眼光学系の第１面の曲率半径Ｒ_y1
と第２面の曲率半径Ｒ_y2とが以下の条件式を満足するこ
とが重要となる。 Ｒ_y1／Ｒ_y2＜２ ・・・（６） （６）式は、傾いて配置される第２面で発生するコマ収
差、特に高次のコマ収差又はコマフレアーの発生を補正
するために重要な条件である。特に、第２面の傾き角が
大きくなると、この条件を満足することが重要となる。

【００３５】本発明のように、観察者眼球の前方に傾い
た凹面鏡を配置する接眼光学系を用いる画像表示装置で
は、凹面鏡に入射する光線が斜めであるため、凹面鏡の
中心軸に対称ではない複雑なコマ収差が発生する。この
複雑なコマ収差は、凹面鏡の傾き角が大きくなるに従っ
て大きくなる。小型で広画角の画像表示装置を実現しよ
うとすると、この傾き角を大きくしないと、画像表示素
子と観察光路が干渉するため、広画角な観察像を確保す
ることが困難になる。そのため、広画角で小型の画像表
示装置になればなる程凹面鏡の傾き角が大きくなり、高
次コマ収差の発生をいかに補正するかが重要になる。し
たがって、条件式（６）に示されたコマ収差の補正条件
を満足することが重要となる。

【００３６】さらに、接眼光学系の第１面の曲率半径Ｒ
_y1と第２面の曲率半径Ｒ_y2とが以下の条件式を満足する
ことが重要となる。 Ｒ_y1／Ｒ_y2＜１ ・・・（７） （７）式も、傾いて配置される第２面で発生するコマ収
差、特に高次コマ収差又はコマフレアーの発生を補正す
るために重要な条件である。観察画角を略３０°以上に
確保するときに重要となる。（７）式の上限の１を越え
ると、第２面で発生する高次コマ収差の補正が第１面で
補正し切れなくなり、周辺まで明瞭な観察像を観察する
ことが難しくなる。

【００３７】さらにまた、接眼光学系の第１面の曲率半
径Ｒ_y1と第２面の曲率半径Ｒ_y2とが以下の条件式を満足
することが重要となる。 Ｒ_y1／Ｒ_y2＜０．８ ・・・（８） （８）式も、傾いて配置される第２面で発生するコマ収
差、特に高次コマ収差又はコマフレアーの発生を補正す
るために重要な条件であり、観察画角を略３５°以上に
確保するときに重要となる。（８）式の上限の０．８を
越えると、広画角においては、特に第２面で発生する高
次コマ収差の補正が困難となり、周辺まで明瞭な観察像
を観察することが難しくなる。

【００３８】観察者視軸を含み画像表示素子の中心を含
む面内の接眼光学系の第２面の曲率半径をＲ_y2とし、こ
の面に直交し、観察者視軸を含む面内の第２面の曲率半
径をＲ_x2とするとき、Ｒ_y2とＲ_x2が異なることが重要で
ある。この条件は、第２面が視軸に対して傾いているた
めに起こる収差を補正するための条件である。一般に、
球面が傾いていると、その面に入射する光線は、入射面
と入射面に直交する面内で、光線に対する曲率が異な
る。このため、本発明のように視軸に対して偏心して配
置されている接眼光学系では、観察画像中心に当たる視
軸上の観察像も上記理由により非点収差が発生する。こ
の軸上の非点収差を補正するために、第２面の反射面の
入射面内とこれと直交する面内において曲率半径の異な
るものとすることが重要になる。

【００３９】接眼光学系の第２面の曲率半径Ｒ_y2とＲ_x2
の関係は、以下の条件を満足することが重要となる。 Ｒ_y2／Ｒ_x2≦１ ・・・（９） （９）の条件式の上限の１を越えると、上記の説明と同
様に、入射面内と入射面と直交する面内の光線に対する
曲率半径の違いにより発生する非点収差を補正すること
が困難になる。

【００４０】また、接眼光学系の第２面の曲率半径Ｒ_y2
とＲ_x2の関係は、以下の条件を満足することが重要とな
る。 Ｒ_y2／Ｒ_x2＜０．８ ・・・（10） （１０）の条件式の上限の０．８を越えると、上記の非
点収差を補正することが不十分になり、観察画面周辺の
観察像が不鮮明になったり、広い観察画角を観察できな
くなる。また、第２面の傾き角が小さくなり、小型の画
像表示装置を実現できなくなる。

【００４１】接眼光学系と観察者眼球の間に正の屈折力
を有する光学素子を配備することによって、接眼光学系
の第２面での光束径が小さくなるため、高次のコマ収差
の発生が少なくなり、画像表示画面周辺まで鮮明に画像
を観察することができる。また、画像周辺での主光線は
正の屈折力を有する光学素子によって屈折されるため
に、接眼光学系に入射する光線高を低くすることがで
き、接眼光学系のみの場合よりもさらに観察画角を大き
く設定することが可能となる。

【００４２】また、正の屈折力を有する光学素子として
レンズを用いることによって、製作性が良く、安価で広
画角であり、画面周辺まで鮮明な画像表示装置を提供す
ることができる。

【００４３】また、この正の屈折力を有する光学素子を
視軸に対して偏心して配備することによって、偏心した
第２面で発生した高次コマ収差の補正に良い結果を得る
ことができる。

【００４４】また、この正の屈折力を有する光学素子を
接合レンズで構成することによって、その正の屈折力を
有するレンズで発生する倍率の色収差を補正することが
でき、さらに鮮明で広画角な観察像を確保する場合に有
効である。

【００４５】また、接眼光学系の第２面をアナモルフィ
ックアスフェリカル面で構成することによって、視軸上
の非点収差だけでなく、周辺画像の非点収差やコマ収差
の補正も可能となる。

【００４６】また、接眼光学系の第２面は、視軸上にな
く視軸に対してティルトしていると同時にディセンタリ
ングして配置されていることが望ましい。第２面の面頂
をディセンタリングすることにより、視軸に対して画像
表示素子側の画像とその反対側の画像とに非対称に発生
するコマ収差の補正や、画像表示素子を配置する面を第
２面での反射後の光軸に対して略垂直に配置することが
可能となる。これは視野角特性の良くない液晶表示素子
を用いるときに有効となる。

【００４７】なお、本発明においては、画像表示素子と
接眼光学系を観察者頭部に対して位置決めする手段を有
することによって、観察者は安定した観察像を観察する
ことが可能となる。

【００４８】さらに、画像表示素子と接眼光学系を観察
者頭部に対して位置決めする手段を有し、観察者頭部に
装着できるようにすることによって、観察者は自由な観
察姿勢や、観察方向で画像を観察することが可能とな
る。

【００４９】さらにまた、少なくとも２組の画像表示装
置を一定の間隔で支持する支持手段を有することによっ
て、観察者は左右両眼で楽に観察することが可能とな
る。また、左右の画像表示面に視差を与えた画像を表示
し、両眼でそれらを観察することによって立体像を楽し
むことが可能となる。

【００５０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の画像表示装置の
実施例１から１３について、図面を参照して説明する。
各実施例の構成パラメータは後記するが、以下の説明に
おいて、面番号は、観察者の瞳位置１から画像表示素子
６へ向う逆追跡の面番号として示してある。そして、座
標の取り方は、図１〜図１３に示すように、観察者の瞳
位置１中心から視軸方向をＺ軸とし、紙面に垂直な方向
に紙面表面から裏面に向かう方向を正としてＸ軸をと
り、Ｘ軸、Ｚ軸に垂直で右手系を構成するＹ軸を紙面内
にとり、光軸は紙面のＹ−Ｚ面内で折り曲げられるもの
とする。

【００５１】そして、後記する構成パラメータ中におい
て、偏心量Ｙ，Ｚと傾き角θが記載されている面につい
ては、基準軸（Ｚ軸）あるいは基準面（１面）に対して
のその面のＹ軸方向、Ｚ軸方向の偏心量、及び、その面
の中心軸のＺ軸からの傾き角を意味し、その場合、θが
正は反時計回りを意味する。なお、偏心量Ｙ，Ｚと傾き
角θの記載のない面は、その前の面と同軸であることを
意味する。

【００５２】また、面間隔は、２面に関しては１面から
のＺ軸に沿う距離であり、その位置が基準点になり、そ
の基準点から偏心量Ｙの点が２面の面頂になる。同軸系
部分（正のパワーを有する光学素子８）についてはその
面から次の面までの軸上間隔である。なお、面間隔は、
光軸に沿って逆追跡の方向を正として示してある。ただ
し、反射面以後では符号は反転する。

【００５３】また、各面において、アナモルフィック面
の面形状は、その面を規定する座標上で、Ｒ_y 、Ｒ_x は
それぞれＹ−Ｚ面（紙面）内の近軸曲率半径、Ｘ−Ｚ面
内での近軸曲率半径、Ｋ_x 、Ｋ_y はそれぞれＸ−Ｚ面、
Ｙ−Ｚ面内の円錐係数、ＡＲ、ＢＲはそれぞれＺ軸に対
して回転対称な４次、６次の非球面係数、ＡＰ、ＢＰは
それぞれＺ軸に対して回転非対称な４次、６次の非球面
係数とすると、非球面式は以下に示す通りである。

【００５４】Ｚ =［( Ｘ²/Ｒ_x )+ (Ｙ²/Ｒ_y ) ］／［1+
｛ 1-(1+Ｋ_x ) ( Ｘ²/Ｒ_x ²)-(1+Ｋ_y ) ( Ｙ²/Ｒ_y ²)｝
^1/2 ］＋ＡＲ［ (1-ＡＰ) Ｘ²+( 1+ＡＰ) Ｙ² ］²＋Ｂ
Ｒ［ (1-ＢＰ) Ｘ²+( 1+ＢＰ) Ｙ² ］³ また、各面において、トーリック面の面形状は、その面
を規定する座標上で、Ｒ_y 、Ｒ_x はそれぞれＹ−Ｚ面
（紙面）内の近軸曲率半径、Ｘ−Ｚ面内での近軸曲率半
径、Ｋ_y はＹ−Ｚ面内の円錐係数、Ａ、ＢはそれぞれＹ
−Ｚ面内の４次、６次の非球面係数とすると、非球面式
は以下に示す通りである。

【００５５】Ｆ（Ｙ）＝ (Ｙ²/Ｒ_y ) ／［1+｛ 1-(1+Ｋ
_y ) ( Ｙ²/Ｒ_y ²)｝^1/2 ］＋ＡＹ⁴ ＋ＢＹ⁶ Ｚ＝Ｆ（Ｙ）＋｛Ｘ² ＋Ｚ² −Ｆ² （Ｙ）｝／（２
Ｒ_x ） さらに、各面において、回転対称の非球面形状は、近軸
曲率半径をＲとすると、次の式で与えられる。

【００５６】Ｚ =（ｈ²/Ｒ) ／［1+｛ 1-(1+Ｋ) ( ｈ²/
Ｒ²)｝^1/2 ］＋Ａｈ⁴ ＋Ｂｈ⁶ （ｈ² ＝Ｘ² ＋Ｙ² ） ここで、Ｋは円錐係数、Ａ、Ｂはそれぞれ４次、６次の
非球面係数である。なお、面と面の間の媒質の屈折率は
ｄ線の屈折率で表す。長さの単位はｍｍである。

【００５７】さて、以下に示す実施例は全て右眼用の画
像表示装置であり、左眼用は構成す光学要素を全てＸ−
Ｚ面に対称に配備することで実現できる。また、実際の
装置においては、接眼光学系によって光軸が屈曲する方
向は、観察者の上方あるいは下方、側方何れの方向にあ
ってもよいことは言うまでもない。

【００５８】図１〜図１３に、それぞれ実施例１〜１３
の単眼用の画像表示装置の断面図を示す。それぞれの断
面図において、１は観察者瞳位置、２は観察者視軸、３
は接眼光学系の第１面、４は接眼光学系の第２面を構成
する凹面鏡、５は接眼光学系の第３面（第１面３と共
通）、６は画像表示素子、７は第１面３と第２面（反射
面）４と第３面５からなる接眼光学系、８は正のパワー
を有する光学系である。

【００５９】各実施例における実際の光線経路は、画像
表示素子６から発した光線束は、順に接眼光学系７の第
３面５で屈折、第２面（凹面鏡）４で反射、第１面３で
屈折されて、実施例１、２、８〜１３の場合は、直接観
察者の瞳の虹彩位置又は眼球の回旋中心を射出瞳１とし
て観察者の眼球内に投影され、実施例３〜７の場合は、
正のパワーを有する光学系８を経て観察者の瞳の虹彩位
置又は眼球の回旋中心を射出瞳１として観察者の眼球内
に投影される。なお、図９〜図１３には、画像表示素子
６からの光軸が接眼光学系７の第３面５に入射する位置
の第３面５の法線ｎ₃ 、その光軸が接眼光学系７の第２
面４に入射する位置の第２面４の法線ｎ₂ 、その光軸が
接眼光学系７の第１面３に入射する位置の第１面３の法
線ｎ₁ をそれぞれ図示してある。

【００６０】実施例１ 本実施例は、水平画角３０°、垂直画角２２．７°、瞳
経４ｍｍであり、接眼光学系７の第１面３、第２面４、
第３面５はアナモルフィク非球面である。

【００６１】実施例２ 本実施例は、水平画角３０°、垂直画角２２．７°、瞳
経４ｍｍであり、接眼光学系７の第１面３、第３面５は
トーリック面であり、第２面４はアナモルフィック非球
面である。

【００６２】実施例３ 本実施例は、水平画角３０°、垂直画角２２．７°、瞳
経４ｍｍであり、接眼光学系７の第１面３、第２面４、
第３面５はアナモルフィック非球面である。また、瞳１
と接眼光学系７の間には無偏心で球面で構成された正の
パワーを有する単レンズ８が配備されている。

【００６３】実施例４ 本実施例は、水平画角３５°、垂直画角２６．６°、瞳
経４ｍｍであり、接眼光学系７の第１面３、第２面４、
第３面５はアナモルフィック非球面である。また、瞳１
と接眼光学系７の間には球面で構成された正のパワーを
有する単レンズ８が視軸２に対して偏心して配備されて
いる。

【００６４】実施例５ 本実施例は、水平画角４０°、垂直画角３０．６°、瞳
経４ｍｍであり、接眼光学系７の第１面３、第２面４、
第３面５はアナモルフィック非球面である。また、瞳１
と接眼光学系７の間には１面が非球面、１面が球面で構
成された正のパワーを有する単レンズ８が視軸２に対し
て偏心して配備されている。

【００６５】実施例６ 本実施例は、水平画角４０°、垂直画角３０．６°、瞳
経４ｍｍであり、接眼光学系７の第１面３、第２面４、
第３面５はアナモルフィック非球面である。また、瞳１
と接眼光学系７の間にはそれぞれの面が球面であり、そ
れぞれの面が偏心して構成された正のパワーを有する単
レンズ８が配備されている。

【００６６】実施例７ 本実施例は、水平画角４０°、垂直画角３０．６°、瞳
経４ｍｍであり、接眼光学系７の第１面３、第２面４、
第３面５はアナモルフィック非球面である。また、瞳１
と接眼光学系７の間にはそれぞれの面が球面である凹レ
ンズと凸レンズの接合レンズで構成された正のパワーを
有する光学系８が視軸に対して偏心して配備されてい
る。

【００６７】実施例８ 本実施例は水平画角３０°、垂直画角２２．７°、瞳経
４ｍｍであり、接眼光学系７の第１面３、第３面５は平
面であり、第２面は球面である。

【００６８】実施例９ 本実施例は水平画角３０°、垂直画角２２．７°、瞳経
４ｍｍであり、接眼光学系７の第１面３、第２面４、第
３面５はアナモルフィック非球面である。

【００６９】実施例１０ 本実施例は水平画角３０°、垂直画角２２．７°、瞳経
４ｍｍであり、接眼光学系７の第１面３、第２面４、第
３面５はトーリック面である。

【００７０】実施例１１ 本実施例は水平画角３０°、垂直画角２２．７°、瞳経
４ｍｍであり、接眼光学系７の第１面３、第２面４、第
３面５はアナモルフィック非球面である。

【００７１】実施例１２ 本実施例は水平画角３０°、垂直画角２２．７°、瞳経
４ｍｍであり、接眼光学系７の第１面３、第２面４、第
３面５はアナモルフィック非球面である。

【００７２】実施例１３ 本実施例は水平画角３０°、垂直画角２２．７°、瞳経
４ｍｍであり、接眼光学系７の第１面３、第２面４、第
３面５はアナモルフィック非球面である。

【００７３】なお、以上の各実施例において、アナモル
フィック非球面、トーリック面の面形状にこだわらず、
回転対称な非球面、球面、さらに、次に式で定義される
自由曲面等の面形状で構成できることは言うまでもな
い。 ここで、ｘ，ｙ，ｚは直交座標を表し、Ｃ_nmは任意の係
数、ｋ，ｋ’も任意とする。

【００７４】さらに、面の曲率、パワー等を定義できな
い形状の場合は、視軸上を進み画像表示素子に到る軸上
光線に沿って、軸上光線と面とが当たる部分の面の形状
の微分値によって得られるある任意のある領域内の曲率
をその面の曲率とすることで、曲率、パワーを求めるこ
ともできる。

【００７５】次に、図１４に実施例１４の水平断面図を
示す。この実施例は両眼用の画像表示装置の断面図であ
り、実施例１３の接眼光学系を２つ用い、１つの画像表
示素子６からの画像を左右の接眼光学系７_L 、７_R に供
給している。なお、１_L 、１_R は観察者の左右の瞳位
置、２_L 、２_R は観察者の左右の視軸を示す。次に、上
記実施例１〜１３の構成パラメータを示す。

【００７６】実施例１ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞（瞳） 50.000 ２ Ｒ_y -115.364 1.5633 64.15 Ｒ_x -127.909 （Ｚ軸より） Ｋ_y -7.421305 Ｙ 0 θ 30.00 ° Ｋ_x 0 ＡＲ 8.46165×10^-8 ＢＲ -7.76339×10^-18 ＡＰ -1.87052 ＢＰ 2.58902×10² ３ Ｒ_y -70.852 1.5633 64.15 Ｒ_x -70.635 （１面より） Ｋ_y -1.36906×10^-1 Ｙ -16.545 θ 7.00 ° Ｋ_x -5.4533 ×10^-2 Ｚ 58.547 ＡＲ 3.62791×10^-12 ＢＲ 3.72459×10^-11 ＡＰ -7.25017×10 ＢＰ -1.07422 ４ Ｒ_y -115.364 （１面より） Ｒ_x -127.909 Ｙ 0 θ 30.00 ° Ｋ_y -7.421305 Ｚ 50.000 Ｋ_x 0 ＡＲ 8.46165×10^-8 ＢＲ -7.76339×10^-18 ＡＰ -1.87052 ＢＰ 2.58902×10² ５ （画像表示面） （１面より） Ｙ -16.162 θ 16.10 ° Ｚ 28.408 Ｒ_y1／Ｒ_y2＝1.63 Ｒ_y2／Ｒ_x2＝1.00 。

【００７７】実施例２ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞（瞳） 32.000 ２ Ｒ_y -36.183 1.5633 64.15 Ｒ_x 111.868 （Ｚ軸より） Ｙ 0 θ 30.00 ° ３ Ｒ_y -49.444 1.5633 64.15 Ｒ_x -97.994 （１面より） Ｋ_y 0 Ｙ -32.692 θ -11.259° Ｋ_x 0 Ｚ 39.000 ＡＲ 2.36416×10^-7 ＢＲ -5.3209 ×10^-10 ＡＰ -5.56393×10^-1 ＢＰ -1.186116 ４ Ｒ_y -36.183 （１面より） Ｒ_x 111.868 Ｙ 0 θ 30.00 ° Ｚ 32.000 ５ （画像表示面） （１面より） Ｙ -23.089 θ 37.54 ° Ｚ 17.216 Ｒ_y1／Ｒ_y2＝0.73 Ｒ_y2／Ｒ_x2＝0.50 。

【００７８】実施例３ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞（瞳） 20.000 ２ 89.043 2.000 1.4870 70.40 ３ -35.868 ４ Ｒ_y -30.763 1.5633 64.15 Ｒ_x -58.178 （Ｚ軸より） Ｋ_y 8.5269 ×10^-2 Ｙ 0 θ 30.00 ° Ｋ_x -8.323018 Ｚ 42.660 ＡＲ -8.98778×10^-8 ＢＲ 9.49781×10^-10 ＡＰ 4.09749 ＢＰ -2.00615 ５ Ｒ_y -54.312 1.5633 64.15 Ｒ_x -72.939 （１面より） Ｋ_y 0 Ｙ -21.154 θ 3.17 ° Ｋ_x 0 Ｚ 49.660 ＡＲ 4.30715×10^-7 ＢＲ 5.97047×10^-15 ＡＰ -1.87208 ＢＰ -4.75833×10 ６ Ｒ_y -30.763 （１面より） Ｒ_x -58.178 Ｙ 0 θ 30.00 ° Ｋ_y 8.5269 ×10^-2 Ｚ 42.660 Ｋ_x -8.323018 ＡＲ -8.98778×10^-8 ＢＲ 9.49781×10^-10 ＡＰ 4.09749 ＢＰ -2.00615 ７ （画像表示面） （１面より） Ｙ -13.709 θ 36.717° Ｚ 32.348 Ｒ_y1／Ｒ_y2＝0.57 Ｒ_y2／Ｒ_x2＝0.74 。

【００７９】実施例４ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞（瞳） 20.686 ２ 60.659 3.910 1.4870 70.40 （Ｚ軸より） Ｙ -1.095 θ -15.45 ° ３ -53.427 ４ Ｒ_y -27.822 1.5633 64.15 Ｒ_x -147.601 （１面より） Ｋ_y -9.2496 ×10^-1 Ｙ 0 θ 30.00 ° Ｋ_x 0 Ｚ 36.000 ＡＲ -8.97807×10^-8 ＢＲ 3.07711×10^-11 ＡＰ 1.58667×10 ＢＰ -4.11804 ５ Ｒ_y -54.141 1.5633 64.15 Ｒ_x -78.603 （１面より） Ｋ_y 0 Ｙ -16.961 θ 5.49 ° Ｋ_x 0 Ｚ 42.955 ＡＲ -1.11106×10^-7 ＢＲ 5.80094×10^-15 ＡＰ 1.95015 ＢＰ -2.90911×10 ６ Ｒ_y -27.822 （１面より） Ｒ_x -147.601 Ｙ 0 θ 30.00 ° Ｋ_y 9.2496 ×10^-1 Ｚ 36.000 Ｋ_x 0 ＡＲ -8.97807×10^-8 ＢＲ 3.07711×10^-11 ＡＰ 1.58667×10 ＢＰ -4.11804 ７ （画像表示面） （１面より） Ｙ -15.418 θ 30.699° Ｚ 24.646 Ｒ_y1／Ｒ_y2＝0.51 Ｒ_y2／Ｒ_x2＝0.69 。

【００８０】実施例５ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞（瞳） 19.865 ２ 153.020 4.000 1.4870 70.40 （Ｚ軸より） Ｋ -287.670 Ｙ -0.344 θ -21.36 ° Ａ 3.48592×10^-7 Ｂ -7.86793×10^-9 ３ -37.717 ４ Ｒ_y -29.433 1.5633 64.15 Ｒ_x ∞ （１面より） Ｋ_y -2.697475 Ｙ 0 θ 30.00 ° Ｋ_x 0 Ｚ 35.000 ＡＲ -1.38537×10^-8 ＢＲ 3.68465×10^-11 ＡＰ 2.35979×10 ＢＰ -4.34114 ５ Ｒ_y -47.976 1.5633 64.15 Ｒ_x -81.052 （１面より） Ｋ_y 0 Ｙ -18.821 θ 1.58 ° Ｋ_x 0 Ｚ 41.952 ＡＲ -7.30519×10^-7 ＢＲ 1.73135×10^-15 ＡＰ -9.32438×10^-1 ＢＰ -6.43587×10 ６ Ｒ_y -29.433 （１面より） Ｒ_x ∞ Ｙ 0 θ 30.00 ° Ｋ_y -2.697475 Ｚ 35.000 Ｋ_x 0 ＡＲ -1.38537×10^-8 ＢＲ 3.68465×10^-11 ＡＰ 2.35979×10 ＢＰ -4.34114 ７ （画像表示面） （１面より） Ｙ -14.061 θ 29.869° Ｚ 24.680 Ｒ_y1／Ｒ_y2＝0.61 R_y2／Ｒ_x2＝0.59 。

【００８１】実施例６ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞（瞳） 22.125 ２ 211.333 1.4870 70.40 （Ｚ軸より） Ｙ 5.732 θ -21.28 ° ３ -38.907 （１面より） Ｙ 3.955 θ -10.87 ° Ｚ 25.041 ４ Ｒ_y -28.926 1.4870 70.40 Ｒ_x ∞ （１面より） Ｋ_y -1.655529 Ｙ 0 θ 30.00 ° Ｋ_x 0 Ｚ 35.000 ＡＲ -1.56055×10^-8 ＢＲ 1.68174×10^-10 ＡＰ 1.74304×10 ＢＰ -2.08703 ５ Ｒ_y -46.424 1.5633 64.15 Ｒ_x -71.978 （１面より） Ｋ_y 0 Ｙ -18.891 θ 0.10 ° Ｋ_x 0 Ｚ 41.772 ＡＲ -2.25009×10^-8 ＢＲ 1.09724×10^-15 ＡＰ -4.13001 ＢＰ -6.40157×10 ６ Ｒ_y -28.926 （１面より） Ｒ_x ∞ Ｙ 0 θ 30.00 ° Ｋ_y -1.655529 Ｚ 35.000 Ｋ_x 0 ＡＲ -1.56055×10^-8 ＢＲ 1.68174×10^-10 ＡＰ 1.74304×10 ＢＰ -2.08703 ７ （画像表示面） （１面より） Ｙ -13.686 θ 28.515° Ｚ 24.461 Ｒ_y1／Ｒ_y2＝0.62 Ｒ_y2／Ｒ_x2＝0.64 。

【００８２】実施例７ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞（瞳） 22.000 ２ 79.298 6.000 1.6200 60.30 （Ｚ軸より） Ｙ -3.096 θ -15.00 ° ３ -39.864 1.000 1.7550 27.60 ４ -57.753 ５ Ｒ_y -28.332 1.5633 64.15 Ｒ_x ∞ （１面より） Ｋ_y -2.14084×10^-1 Ｙ -9.567 θ 15.00 ° Ｋ_x 0 Ｚ 46.148 ＡＲ 2.67938×10^-6 ＢＲ -2.14615×10^-9 ＡＰ 4.32917×10^-1 ＢＰ 5.86993×10^-1 ６ Ｒ_y -39.619 0 1.5633 64.15 Ｒ_x -67.799 （１面より） Ｋ_y 0 Ｙ -20.032 θ 0.98 ° Ｋ_x 0 Ｚ 50.073 ＡＲ 2.14587×10^-6 ＢＲ -3.20475×10^-10 ＡＰ -1.39488×10^-1 ＢＰ -9.57286×10^-1 ７ Ｒ_y -28.332 （１面より） Ｒ_x ∞ Ｙ -9.567 θ 15.00 ° Ｋ_y -2.14084×10^-1 Ｚ 46.148 Ｋ_x 0 ＡＲ 2.67938×10^-6 ＢＲ -2.14615×10^-9 ＡＰ 4.32917×10^-1 ＢＰ 5.86993×10^-1 ８ （画像表示面） （１面より） Ｙ -16.158 θ 37.542° Ｚ 34.338 Ｒ_y1／Ｒ_y2＝0.72 Ｒ_y2／Ｒ_x2＝0.58 。

【００８３】実施例８ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞（瞳） 37.534 ２ ∞ 1.5633 64.15 （Ｚ軸より） Ｙ 0 θ 31.31 ° ３ -71.813 1.5633 64.15 （１面より） Ｙ -14.754 θ 8.97 ° Ｚ 46.891 ４ ∞ （１面より） Ｙ 0 θ 31.31 ° Ｚ 37.534 ５ （画像表示面） （１面より） Ｙ -11.946 θ 18.429° Ｚ 21.500 Ｒ_y1／Ｒ_y2＝∞ Ｒ_y2／Ｒ_x2＝1 。

【００８４】実施例９ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞（瞳） ２ Ｒ_y -85.98 1.5163 64.15 Ｒ_x -91.46 （１面より） Ｋ_y 0 Ｙ 2.01 θ -15.60 ° Ｋ_x 0 Ｚ 74.90 ＡＲ 1.20482×10^-8 ＢＲ 1.12764×10^-10 ＡＰ -7.71054×10^-1 ＢＰ 3.41787×10^-1 ３ Ｒ_y -96.48 1.5163 64.15 Ｒ_x -93.62 （１面より） Ｋ_y 0 Ｙ -23.60 θ -31.04 ° Ｋ_x 0 Ｚ 73.96 ＡＲ 3.72286×10^-13 ＢＲ -3.64045×10^-12 ＡＰ 4.53222×10¹ ＢＰ -1.13016 ４ Ｒ_y -85.98 （１面より） Ｒ_x -91.46 Ｙ 2.01 θ -15.60 ° Ｋ_y 0 Ｚ 74.90 Ｋ_x 0 ＡＲ 1.20482×10^-8 ＢＲ 1.12764×10^-10 ＡＰ -7.71054×10^-1 ＢＰ 3.41787×10^-1 ５ （画像表示面） （１面より） Ｙ 25.00 θ -5.37 ° Ｚ 42.25 Ｒ_y1／Ｒ_y2＝0.891 Ｒ_y2／Ｒ_x2＝1.0306 θ₁ ＝16.99 ° θ₂ ＝10.45 ° θ₃ ＝12.13 ° θ₁ ／θ₃ ＝1.401 。

【００８５】実施例１０ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞（瞳） ２ Ｒ_y -79.43 1.5163 64.15 Ｒ_x -102.22 （１面より） Ｋ 0 Ｙ -8.12 θ -22.15 ° Ａ 1.7867 ×10^-6 Ｚ 34.57 Ｂ 4.10658×10^-11 ３ Ｒ_y -103.44 1.5163 64.15 Ｒ_x -96.43 （１面より） Ｋ 0 Ｙ -34.60 θ -37.01 ° Ａ 1.88097×10^-8 Ｚ 62.34 Ｂ -1.38565×10^-13 ４ Ｒ_y -79.43 （１面より） Ｒ_x -102.22 Ｙ 34.57 θ -22.15 ° Ｋ 0 Ｚ -8.12 Ａ 1.7867 ×10^-6 Ｂ 4.10658×10^-11 ５ （画像表示面） （１面より） Ｙ 25.00 θ -6.01 ° Ｚ 33.00 Ｒ_y1／Ｒ_y2＝0.768 Ｒ_y2／Ｒ_x2＝1.0726 θ₁ ＝16.21 ° θ₂ ＝12.36 ° θ₃ ＝20.46 ° θ₁ ／θ₃ ＝0.792 。

【００８６】実施例１１ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞（瞳） ２ Ｒ_y -83.15 1.5163 64.15 Ｒ_x 77.38 （１面より） Ｋ_y 0 Ｙ -1.81 θ -32.39 ° Ｋ_x 0 Ｚ 24.37 ＡＲ 0.163350 ×10^-5 ＢＲ 0.413058 ×10^-14 ＡＰ 0.488809 ＢＰ -0.233043 ×10³ ３ Ｒ_y -50.17 1.5163 64.15 Ｒ_x -85.97 （１面より） Ｋ_y 0 Ｙ -27.79 θ -66.03 ° Ｋ_x 0 Ｚ 14.10 ＡＲ 0.351273 ×10^-10 ＢＲ -0.171172 ×10^-12 ＡＰ -0.172816 ×10³ ＢＰ 0.647446 ×10¹ ４ Ｒ_y -83.15 （１面より） Ｒ_x 77.38 Ｙ -1.81 θ -32.39 ° Ｋ_y 0 Ｚ 24.37 Ｋ_x 0 ＡＲ 0.163350 ×10^-5 ＢＲ 0.413058 ×10^-14 ＡＰ 0.488809 ＢＰ -0.233043 ×10³ ５ （画像表示面） （１面より） Ｙ 15.00 θ -29.24 ° Ｚ 25.00 Ｒ_y1／Ｒ_y2＝1.657 Ｒ_y2／Ｒ_x2＝0.5836 θ₁ ＝30.93 ° θ₂ ＝16.92 ° θ₃ ＝21.79 ° θ₁ ／θ₃ ＝1.419 。

【００８７】実施例１２ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞（瞳） ２ Ｒ_y -92.41 1.5163 64.15 Ｒ_x -95.08 （１面より） Ｋ_y 0 Ｙ 1.66 θ -15.97 ° Ｋ_x 0 Ｚ 77.36 ＡＲ 1.25939×10^-8 ＢＲ 9.92316×10^-11 ＡＰ -7.86808×10^-1 ＢＰ 3.10363×10^-1 ３ Ｒ_y -93.58 1.5163 64.15 Ｒ_x -89.78 （１面より） Ｋ_y 0 Ｙ -6.90 θ -21.13 ° Ｋ_x 0 Ｚ 76.11 ＡＲ 2.0381 ×10^-17 ＢＲ -1.13394×10^-12 ＡＰ -1.25783×10⁴ ＢＰ -2.43821 ４ Ｒ_y -92.41 （１面より） Ｒ_x -95.08 Ｙ 1.66 θ -15.97 ° Ｋ_y 0 Ｚ 77.36 Ｋ_x 0 ＡＲ 1.25939×10^-8 ＢＲ 9.92316×10^-11 ＡＰ -7.86808×10^-1 ＢＰ 3.10363×10^-1 ５ （画像表示面） （１面より） Ｙ 25.00 θ -5.35 ° Ｚ 40.03 Ｒ_y1／Ｒ_y2＝0.988 Ｒ_y2／Ｒ_x2＝1.0424 θ₁ ＝17.05 ° θ₂ ＝10.87 ° θ₃ ＝10.96 ° θ₁ ／θ₃ ＝1.556 。

【００８８】実施例１３ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 （偏心量） （傾き角） １ ∞（瞳） ２ Ｒ_y -76.49 1.5163 64.15 Ｒ_x -61.44 （１面より） Ｋ_y 0 Ｙ 7.21 θ -11.13 ° Ｋ_x 0 Ｚ 56.62 ＡＲ -2.16024×10^-10 ＢＲ 5.10370×10^-10 ＡＰ -1.56237×10¹ ＢＰ 1.80284×10^-2 ３ Ｒ_y -106.25 1.5163 64.15 Ｒ_x -95.00 （１面より） Ｋ_y 0 Ｙ -7.11 θ -17.91 ° Ｋ_x 0 Ｚ 88.15 ＡＲ -1.86894×10^-16 ＢＲ -1.10252×10^-16 ＡＰ 7.00281×10³ ＢＰ -5.54612×10¹ ４ Ｒ_y -76.49 （１面より） Ｒ_x -61.44 Ｙ 7.21 θ -11.13 ° Ｋ_y 0 Ｚ 56.62 Ｋ_x 0 ＡＲ -2.16024×10^-10 ＢＲ 5.10370×10^-10 ＡＰ -1.56237×10¹ ＢＰ 1.80284×10^-2 ５ （画像表示面） （１面より） Ｙ 25.00 θ 0.00 ° Ｚ 39.71 Ｒ_y1／Ｒ_y2＝0.720 Ｒ_y2／Ｒ_x2＝1.1185 θ₁ ＝16.69 ° θ₂ ＝10.09 ° θ₃ ＝18.47 ° θ₁ ／θ₃ ＝0.904 。

【００８９】次に、上記実施例の中、実施例１、実施例
３、実施例７、実施例９〜１３の横収差図をそれぞれ図
１６〜図１８、図１９〜図２１、図２２〜図２４、図２
５〜図２７、図２８〜図３０、図３１〜図３３、図３４
〜図３６、図３７〜図３９に示す。これらの横収差図に
おいて、括弧内に示された数字は（水平画角，垂直画
角）を表し、その画角における横収差を示す。

【００９０】以上、本発明の画像表示装置をいくつかの
実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの実
施例に限定されず種々の変形が可能である。そして、本
発明の画像表示装置を頭部装着式画像表示装置（ＨＭ
Ｄ）として構成するには、例えば、図４０（ａ）に断面
図、同図（ｂ）に斜視図を示すように、左右のＨＭＤ１
３の間を眼輻距離に合わせて固定的に支持し、これに例
えばヘッドバンド１０を取り付けて、このヘッドバンド
１０により観察者の頭部に装着して使用する。この使用
例の場合に、接眼光学系の第２面を半透過ミラー（ハー
フミラー）とし、このハーフミラーの前方に液晶シヤッ
ター１１を配備し、外界像を選択的に、又は、画像表示
素子の映像と重畳して観察できるようにすることができ
る。

【００９１】以上に説明した本発明の画像表示装置は、
例えば次にように構成することができる。 〔１〕 画像を表示する画像表示素子と、前記画像表示
素子によって形成された画像を投影し、観察者眼球に導
く接眼光学系とからなる画像表示装置において、前記接
眼光学系は少なくとも２つの面を持ち、前記少なくとも
２つの面の中、観察者眼球側の面を第１面、これに続く
面を第２面とし、第１面と第２面の間を屈折率１以上の
媒質で満たすと同時に、前記の少なくとも２つの面は、
観察者が観察する投影画像の中心方向となる視軸に対し
て２つとも同じ方向に偏心して配備され、さらに、前記
第２面は、反射又は半透過面で構成され、前記第２面は
観察者眼球側に凹面を向けた曲面で構成され、かつ、前
記第１面と前記第２面は異なる曲率を持ち、前記画像表
示素子から出た光線は前記第１面で屈折し、前記第２面
によって反射され、前記第１面でさらに屈折し、前記画
像表示素子の前記接眼光学系による一次像を観察者眼球
に入射するように構成され、前記画像表示素子が観察者
顔面の前方に、かつ、表示面が観察者の略前方を向いて
配置されていることを特徴とする画像表示装置。

【００９２】〔２〕 前記画像表示装置は、１つの画像
表示素子と２つの接眼光学系とから構成されていること
を特徴とする上記〔１〕記載の画像表示装置。

【００９３】〔３〕 前記画像表示素子から出た光線が
観察者の眼球に直接投影されることを特徴とする上記
〔１〕記載の画像表示装置。

【００９４】〔４〕 前記接眼光学系の第１面は、観察
者眼球側に凹面を向けた透過面として構成されているこ
とを特徴とする上記〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載の画
像表示装置。

【００９５】〔５〕 前記観察者視軸を含み、画像表示
素子の中心を含む面の第１面及び第２面の曲率半径をＲ
_y1、Ｒ_y2とするとき、 Ｒ_y1／Ｒ_y2＜２ ・・・（６） なる条件を満足することを特徴とする上記〔１〕、
〔２〕、〔３〕又は〔４〕記載の画像表示装置。

【００９６】〔６〕 前記接眼光学系の第１面の曲率半
径Ｒ_y1と前記接眼光学系の第２面の曲率半径Ｒ_y2が Ｒ_y1／Ｒ_y2＜１ ・・・（７） なる条件を満足することを特徴とする上記〔１〕、
〔２〕、〔３〕又は〔４〕記載の画像表示装置。

【００９７】〔７〕 前記接眼光学系の第１面の曲率半
径Ｒ_y1と前記接眼光学系の第２面の曲率半径Ｒ_y2が Ｒ_y1／Ｒ_y2＜０．８ ・・・（８） なる条件を満足することを特徴とする上記〔１〕、
〔２〕、〔３〕又は〔４〕記載の画像表示装置。

【００９８】〔８〕 前記観察者視軸を含み、前記画像
表示素子の中心を含む面内の前記接眼光学系の第２面の
曲率半径をＲ_y2とし、この面に直交し、前記観察者視軸
を含む面内の前記接眼光学系の第２面の曲率半径をＲ_x2
とするとき、Ｒ_x2とＲ_y2が異なることを特徴とする上記
〔１〕、〔２〕、〔３〕又は〔４〕記載の画像表示装
置。

【００９９】

〔９〕 前記観察者視軸を含み、前記画像
表示素子の中心を含む面内の前記接眼光学系の第２面の
曲率半径をＲ_y2とし、この面に直交する面内の前記接眼
光学系の第２面の曲率半径をＲ_x2とするとき、前記接眼
光学系の第２面の曲率半径Ｒ_x2とＲ_y2は Ｒ_y2／Ｒ_x2≦１ ・・・（９） なることを特徴とする上記〔１〕、〔２〕、〔３〕又は
〔４〕記載の画像表示装置。

【０１００】〔１０〕 前記接眼光学系の第２面の曲率
半径Ｒ_x2とＲ_y2は Ｒ_y2／Ｒ_x2＜０．８ ・・・（10） なることを特徴とする上記〔１〕、〔２〕、〔３〕又は
〔４〕記載の画像表示装置。

【０１０１】〔１１〕 画像を表示する画像表示素子
と、前記画像表示素子によって形成された画像を投影
し、観察者眼球に導く接眼光学系とからなる画像表示装
置において、前記接眼光学系は少なくとも２つの面を持
ち、前記少なくとも２つの面の中、観察者眼球側の面を
第１面、これに続く面を第２面とし、第１面と第２面の
間を屈折率１以上の媒質で満たすと同時に、前記の少な
くとも２つの面は、観察者が観察する投影画像の中心方
向となる視軸に対して２つとも同じ方向に偏心して配備
され、さらに、前記第２面は、反射又は半透過面で構成
され、前記第２面は観察者眼球側に凹面を向けた曲面で
構成され、かつ、前記第１面と前記第２面は異なる曲率
を持ち、前記画像表示素子から出た光線は前記第１面で
屈折し、前記第２面によって反射され、前記第１面でさ
らに屈折し、前記画像表示素子の前記接眼光学系による
一次像を観察者眼球に入射するように構成され、さら
に、前記接眼光学系と前記観察者眼球の間に、正の屈折
力を有する光学素子が配備され、前記画像表示素子が観
察者顔面の前方に、かつ、表示面が観察者の略前方を向
いて配置されていることを特徴とする画像表示装置。

【０１０２】〔１２〕 前記正の屈折力を有する光学素
子は正の屈折力を有するレンズであることを特徴とする
上記〔１１〕記載の画像表示装置。

【０１０３】〔１３〕 前記正の屈折力を有する光学素
子は前記観察者視軸に対して偏心していることを特徴と
する上記〔１１〕記載の画像表示装置。

【０１０４】〔１４〕 前記正の屈折力を有する光学素
子は接合レンズであることを特徴とする上記〔１１〕記
載の画像表示装置。

【０１０５】〔１５〕 前記接眼光学系の第２面はアナ
モルフィックアスフェリカル面で構成されたことを特徴
とする上記〔１〕、〔２〕、〔３〕又は〔４〕記載の画
像表示装置。

【０１０６】〔１６〕 前記接眼光学系の第２面は視軸
に対してティルトしていると同時にディセンタリングし
ていることを特徴とする上記〔１〕、〔２〕、〔３〕又
は〔４〕記載の画像表示装置。

【０１０７】〔１７〕 前記画像表示素子と前記接眼光
学系を観察者頭部に対して位置決めする位置決め手段を
有すること特徴とする上記〔１〕又は〔１１〕記載の画
像表示装置。

【０１０８】〔１８〕 前記画像表示素子と前記接眼光
学系を前記観察者頭部に対して支持する支持手段を有
し、前記観察者頭部に装着できることを特徴とする上記
〔１〕又は〔１１〕記載の画像表示装置。

【０１０９】〔１９〕 前記画像表示装置の少なくとも
２組を一定の間隔で支持する支持手段を有することを特
徴とする上記〔１〕又は〔１１〕記載の画像表示装置。

【０１１０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の画像表示装置によると、広い観察画角で、非常に小型
軽量な画像表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の画像表示装置の光路図であ
る。

【図２】本発明の実施例２の画像表示装置の光路図であ
る。

【図３】本発明の実施例３の画像表示装置の光路図であ
る。

【図４】本発明の実施例４の画像表示装置の光路図であ
る。

【図５】本発明の実施例５の画像表示装置の光路図であ
る。

【図６】本発明の実施例６の画像表示装置の光路図であ
る。

【図７】本発明の実施例７の画像表示装置の光路図であ
る。

【図８】本発明の実施例８の画像表示装置の光路図であ
る。

【図９】本発明の実施例９の画像表示装置の光路図であ
る。

【図１０】本発明の実施例１０の画像表示装置の光路図
である。

【図１１】本発明の実施例１１の画像表示装置の光路図
である。

【図１２】本発明の実施例１２の画像表示装置の光路図
である。

【図１３】本発明の実施例１３の画像表示装置の光路図
である。

【図１４】本発明の実施例１４の画像表示装置の水平断
面図である。

【図１５】本発明における画像表示素子の配置を説明す
るための図である。

【図１６】本発明の実施例１の横収差図の一部である。

【図１７】本発明の実施例１の横収差図の別の部分であ
る。

【図１８】本発明の実施例１の横収差図の残りの部分で
ある。

【図１９】本発明の実施例３の横収差図の一部である。

【図２０】本発明の実施例３の横収差図の別の部分であ
る。

【図２１】本発明の実施例３の横収差図の残りの部分で
ある。

【図２２】本発明の実施例７の横収差図の一部である。

【図２３】本発明の実施例７の横収差図の別の部分であ
る。

【図２４】本発明の実施例７の横収差図の残りの部分で
ある。

【図２５】本発明の実施例９の横収差図の一部である。

【図２６】本発明の実施例９の横収差図の別の部分であ
る。

【図２７】本発明の実施例９の横収差図の残りの部分で
ある。

【図２８】本発明の実施例１０の横収差図の一部であ
る。

【図２９】本発明の実施例１０の横収差図の別の部分で
ある。

【図３０】本発明の実施例１０の横収差図の残りの部分
である。

【図３１】本発明の実施例１１の横収差図の一部であ
る。

【図３２】本発明の実施例１１の横収差図の別の部分で
ある。

【図３３】本発明の実施例１１の横収差図の残りの部分
である。

【図３４】本発明の実施例１２の横収差図の一部であ
る。

【図３５】本発明の実施例１２の横収差図の別の部分で
ある。

【図３６】本発明の実施例１２の横収差図の残りの部分
である。

【図３７】本発明の実施例１３の横収差図の一部であ
る。

【図３８】本発明の実施例１３の横収差図の別の部分で
ある。

【図３９】本発明の実施例１３の横収差図の残りの部分
である。

【図４０】本発明による頭部装着式画像表示装置の断面
図と斜視図である。

【図４１】従来の１つの画像表示装置の光学系を示す図
である。

【図４２】従来の別の画像表示装置の光学系を示す図で
ある。

【図４３】従来のさらに別の画像表示装置の光学系を示
す図である。

【図４４】従来のもう１つの画像表示装置の光学系を示
す図である。

【符号の説明】

１…観察者瞳位置 ２…観察者視軸 ３…接眼光学系の第１面 ４…接眼光学系の第２面を構成する凹面鏡 ５…接眼光学系の第３面 ６…画像表示素子 ７…接眼光学系 ８…正のパワーを有する光学系 １０…ヘッドバンド １１…液晶シヤッター １３…頭部装着式画像表示装置（ＨＭＤ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像を表示する画像表示素子と、前記画
   像表示素子によって形成された画像を投影し、観察者眼
   球に導く接眼光学系とからなる画像表示装置において、 前記接眼光学系は少なくとも２つの面を持ち、前記少な
   くとも２つの面の中、観察者眼球側の面を第１面、これ
   に続く面を第２面とし、第１面と第２面の間を屈折率１
   以上の媒質で満たすと同時に、前記の少なくとも２つの
   面は、観察者が観察する投影画像の中心方向となる視軸
   に対して２つとも同じ方向に偏心して配備され、さら
   に、前記第２面は、反射又は半透過面で構成され、前記
   第２面は観察者眼球側に凹面を向けた曲面で構成され、
   かつ、前記第１面と前記第２面は異なる曲率を持ち、前
   記画像表示素子から出た光線は前記第１面で屈折し、前
   記第２面によって反射され、前記第１面でさらに屈折
   し、前記画像表示素子の前記接眼光学系による一次像を
   観察者眼球に入射するように構成され、 前記画像表示素子が観察者顔面の前方に、かつ、表示面
   が観察者の略前方を向いて配置されていることを特徴と
   する画像表示装置。
2. 【請求項２】 前記画像表示装置は、１つの画像表示素
   子と２つの接眼光学系とから構成されていることを特徴
   とする請求項１記載の画像表示装置。