JPH11125791A - 画像表示装置 - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
- G02B17/0856—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors
- G02B17/086—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors wherein the system is made of a single block of optical material, e.g. solid catadioptric systems
-
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- G02B17/0804—Catadioptric systems using two curved mirrors
- G02B17/0816—Catadioptric systems using two curved mirrors off-axis or unobscured systems in which not all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry, e.g. at least one of the mirrors is warped, tilted or decentered with respect to the other elements
-
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- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
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- G02B17/082—Catadioptric systems using three curved mirrors
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- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 非テレセントリック光学系、又は反射型ＬＣ
Ｄ等と偏心光学系とを用いて高い光学性能を有しながら
小型・軽量で明るい画像表示装置。 【解決手段】 画像表示素子と、その画像表示素子によ
り形成された画像を虚像として観察できるように観察者
眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系
とを有する画像表示装置において、接眼光学系が少なく
とも１面の偏心した裏面反射面を有する偏心光学系１０
からなり、画像表示素子が照明光の反射光により画像を
表示する反射型画像表示素子８からなり、照明光１３を
形成する照明手段１２が反射型画像表示素子８から観察
者眼球位置１の間の表示光路外に配置されている。
Ｄ等と偏心光学系とを用いて高い光学性能を有しながら
小型・軽量で明るい画像表示装置。 【解決手段】 画像表示素子と、その画像表示素子によ
り形成された画像を虚像として観察できるように観察者
眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系
とを有する画像表示装置において、接眼光学系が少なく
とも１面の偏心した裏面反射面を有する偏心光学系１０
からなり、画像表示素子が照明光の反射光により画像を
表示する反射型画像表示素子８からなり、照明光１３を
形成する照明手段１２が反射型画像表示素子８から観察
者眼球位置１の間の表示光路外に配置されている。
Description
【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。
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】近年、個人が大画面の画像を楽しむこと
を目的として、画像表示装置が、特にその中でも頭部又
は顔面装着式画像表示装置の開発が盛んになされてい
る。
を目的として、画像表示装置が、特にその中でも頭部又
は顔面装着式画像表示装置の開発が盛んになされてい
る。
【０００３】このような中、特開平７−３３３５５１号
及び特開平８−２３４１３７号において、液晶表示素子
（以下、ＬＣＤと称する。）からなる画像表示素子の表
示画像を観察者眼球に導く接眼光学系として、３つの光
学面で囲まれた屈折率が１より大きい媒質からなる偏心
光学系で構成し、液晶表示素子からの光束を第３面から
その偏心光学系内に入射させ、次に、その内部で第１面
で全反射させ、次いで、凹面鏡の第２面で内部反射さ
せ、今度は第１面を経て偏心光学系外に射出させ、画像
表示素子の表示像を中間像を形成することなく観察者眼
球に導くようにしたものが提案されている。
及び特開平８−２３４１３７号において、液晶表示素子
（以下、ＬＣＤと称する。）からなる画像表示素子の表
示画像を観察者眼球に導く接眼光学系として、３つの光
学面で囲まれた屈折率が１より大きい媒質からなる偏心
光学系で構成し、液晶表示素子からの光束を第３面から
その偏心光学系内に入射させ、次に、その内部で第１面
で全反射させ、次いで、凹面鏡の第２面で内部反射さ
せ、今度は第１面を経て偏心光学系外に射出させ、画像
表示素子の表示像を中間像を形成することなく観察者眼
球に導くようにしたものが提案されている。
【０００４】この場合は、偏心光学系を構成する光学面
は３面であり、偏心光学系内部の反射回数は２回ある。
この他に、２面あるいは４面以上からなり、光学系内部
で１回以上反射する種々の形態の偏心光学系が本出願人
等によって提案されている。
は３面であり、偏心光学系内部の反射回数は２回ある。
この他に、２面あるいは４面以上からなり、光学系内部
で１回以上反射する種々の形態の偏心光学系が本出願人
等によって提案されている。
【０００５】ところで、特開平７−３３３５５１号及び
特開平８−２３４１３７号においては、画像表示装置を
構成するＬＣＤ（液晶表示素子）は透過型のものを予定
しているが、顔面装着式画像表示装置の画像表示素子と
して反射型ＬＣＤを用いるものも特開平７−７２４４６
号において提案されている。図４２はその画像表示装置
の光学系を示す図であり、ランプ光源５５からの照明光
はコリメート光学系５６によって平行光にされ、一部の
光（Ｓ偏光）が偏光ビームスプリッタ５７によって反射
されて反射型ＬＣＤ５８を正面から照明する。反射型Ｌ
ＣＤ５８で反射変調された表示像は投射光学系５９によ
りスクリーン５２上に投影され、その投影像が接眼光学
系５３を通して観察者により拡大観察される。
特開平８−２３４１３７号においては、画像表示装置を
構成するＬＣＤ（液晶表示素子）は透過型のものを予定
しているが、顔面装着式画像表示装置の画像表示素子と
して反射型ＬＣＤを用いるものも特開平７−７２４４６
号において提案されている。図４２はその画像表示装置
の光学系を示す図であり、ランプ光源５５からの照明光
はコリメート光学系５６によって平行光にされ、一部の
光（Ｓ偏光）が偏光ビームスプリッタ５７によって反射
されて反射型ＬＣＤ５８を正面から照明する。反射型Ｌ
ＣＤ５８で反射変調された表示像は投射光学系５９によ
りスクリーン５２上に投影され、その投影像が接眼光学
系５３を通して観察者により拡大観察される。
【０００６】なお、反射型画像表示素子として、反射型
ＬＣＤの外に、ＤＭＤ（デジタル・マイクロ・デバイ
ス）と呼ばれる画像表示素子も提案されている。これは
図４３に示すような構成のものである。すなわち、図４
３（ａ）に平面を、図４３（ｂ）に各要素の構成を示す
ように、各画素に対応する微小ミラー６０が２次元的に
配置され、指定したアドレスのミラー６０' を対角線を
軸にして傾けることにより、ミラー６０' に一定方向か
ら入射する光を傾いていないミラーとは異なる方向へ反
射させるようにして、２次元画像を表示するようにした
ものであり、ミラー６０各々は、一対つの対角方向の角
で基板６１に立てられた支持ポスト６２によりヒンジ６
３を介して支持されており、ミラー６０の後側の基板６
１に設けられた一対の電極６４の一方に電圧を印加する
ことにより、静電力によりヒンジ６３間の対角線を軸に
してミラー６０が回転可能になっている（ＩＥＥＥ Ｓ
ｐｅｃｔｒｕｍ Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．１１，ｐｐ．２
７〜３１）。
ＬＣＤの外に、ＤＭＤ（デジタル・マイクロ・デバイ
ス）と呼ばれる画像表示素子も提案されている。これは
図４３に示すような構成のものである。すなわち、図４
３（ａ）に平面を、図４３（ｂ）に各要素の構成を示す
ように、各画素に対応する微小ミラー６０が２次元的に
配置され、指定したアドレスのミラー６０' を対角線を
軸にして傾けることにより、ミラー６０' に一定方向か
ら入射する光を傾いていないミラーとは異なる方向へ反
射させるようにして、２次元画像を表示するようにした
ものであり、ミラー６０各々は、一対つの対角方向の角
で基板６１に立てられた支持ポスト６２によりヒンジ６
３を介して支持されており、ミラー６０の後側の基板６
１に設けられた一対の電極６４の一方に電圧を印加する
ことにより、静電力によりヒンジ６３間の対角線を軸に
してミラー６０が回転可能になっている（ＩＥＥＥ Ｓ
ｐｅｃｔｒｕｍ Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．１１，ｐｐ．２
７〜３１）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】画像表示装置の光学系
として偏心光学系を用いると、高い光学性能（画角、解
像力等）を維持したまま装置全体を小型・軽量に構成で
き、明るい画像表示装置が可能となる利点がある。しか
しながら、偏心光学系と共に用いる画像表示素子として
は、従来透過型ＬＣＤしか予定していなかった。そのた
め、特開平７−３３３５５１号及び特開平８−２３４１
３７号に示された偏心光学系は、いずれも、入射瞳を無
限遠に置いたテレセントリック光学系としてしか構成さ
れてはいなかった。
として偏心光学系を用いると、高い光学性能（画角、解
像力等）を維持したまま装置全体を小型・軽量に構成で
き、明るい画像表示装置が可能となる利点がある。しか
しながら、偏心光学系と共に用いる画像表示素子として
は、従来透過型ＬＣＤしか予定していなかった。そのた
め、特開平７−３３３５５１号及び特開平８−２３４１
３７号に示された偏心光学系は、いずれも、入射瞳を無
限遠に置いたテレセントリック光学系としてしか構成さ
れてはいなかった。
【０００８】また、画像表示素子としての透過型ＬＣＤ
は、反射型ＬＣＤに比較して画素の開口率が低く、画素
間のブラックマトリック部が目立ってしまうため、ロー
パスフィルタ等を用いてそれが目立たないようにする必
要がある。これに対して、反射型ＬＣＤは画素の開口率
が大きくすることが可能であり、上記のような問題は小
さいが、特開平７−７２４４６号に示されているよう
に、偏心のない光学系を用いて拡大観察する場合に、光
ビームスプリッタ等の光学素子を介して照明しなければ
ならず、特に頭部又は顔面装着式画像表示装置に用いる
場合に、小型・軽量化の要求に反すると共に、表示像が
暗くなってしまう問題がある。
は、反射型ＬＣＤに比較して画素の開口率が低く、画素
間のブラックマトリック部が目立ってしまうため、ロー
パスフィルタ等を用いてそれが目立たないようにする必
要がある。これに対して、反射型ＬＣＤは画素の開口率
が大きくすることが可能であり、上記のような問題は小
さいが、特開平７−７２４４６号に示されているよう
に、偏心のない光学系を用いて拡大観察する場合に、光
ビームスプリッタ等の光学素子を介して照明しなければ
ならず、特に頭部又は顔面装着式画像表示装置に用いる
場合に、小型・軽量化の要求に反すると共に、表示像が
暗くなってしまう問題がある。
【０００９】本発明は従来技術のこのような状況に鑑み
てなされたものであり、その目的は、入射瞳を有限距離
に設定した非テレセントリック光学系として構成された
偏心光学系を提供することにある。また、更なる目的
は、その偏心光学系に反射型ＬＣＤ、ＤＭＤ等の反射型
画像表示素子を用いて高い光学性能を有しながら小型・
軽量で明るい画像表示装置を提供することにである。
てなされたものであり、その目的は、入射瞳を有限距離
に設定した非テレセントリック光学系として構成された
偏心光学系を提供することにある。また、更なる目的
は、その偏心光学系に反射型ＬＣＤ、ＤＭＤ等の反射型
画像表示素子を用いて高い光学性能を有しながら小型・
軽量で明るい画像表示装置を提供することにである。
【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、画像表示素子と、前記画像表示素
子により形成された画像を虚像として観察できるように
観察者眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼
光学系とを有する画像表示装置において、前記接眼光学
系が少なくとも１面の偏心した裏面反射面を有する偏心
光学系からなり、前記画像表示素子が照明光の反射光に
より画像を表示する反射型画像表示素子からなり、前記
照明光を形成する照明手段が前記反射型画像表示素子か
ら前記観察者眼球位置の間の表示光路外に配置されてい
ることを特徴とするものである。
明の画像表示装置は、画像表示素子と、前記画像表示素
子により形成された画像を虚像として観察できるように
観察者眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼
光学系とを有する画像表示装置において、前記接眼光学
系が少なくとも１面の偏心した裏面反射面を有する偏心
光学系からなり、前記画像表示素子が照明光の反射光に
より画像を表示する反射型画像表示素子からなり、前記
照明光を形成する照明手段が前記反射型画像表示素子か
ら前記観察者眼球位置の間の表示光路外に配置されてい
ることを特徴とするものである。
【００１１】この場合、照明光の反射型画像表示素子の
表示面あるいは画素の面への入射角と反射型画像表示素
子からの表示光束の主光線の射出角が略等しくなるよう
に照明手段が配置されていることが望ましい。
表示面あるいは画素の面への入射角と反射型画像表示素
子からの表示光束の主光線の射出角が略等しくなるよう
に照明手段が配置されていることが望ましい。
【００１２】また、照明手段が偏心光学系の入射瞳位置
と略共役な位置に配置されていることが望ましい。ま
た、偏心光学系を構成する反射面の少なくとも１面の面
形状がその面内及び面外共に回転対称軸を有さない回転
非対称面からなることが望ましい。その場合、その回転
非対称面が、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面か
らなることが望ましい。
と略共役な位置に配置されていることが望ましい。ま
た、偏心光学系を構成する反射面の少なくとも１面の面
形状がその面内及び面外共に回転対称軸を有さない回転
非対称面からなることが望ましい。その場合、その回転
非対称面が、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面か
らなることが望ましい。
【００１３】また、反射型画像表示素子の表示面と偏心
光学系の表示光が入射する面との間のスペース及びそれ
を取り巻くスペースであって表示光を遮断しない光路外
の位置、又は、偏心光学系の一部であって反射型画像表
示素子からの表示光束が通らない部分又は方向を透過さ
せて反射型画像表示素子の表示面あるいは画素の面を照
明できる位置に、照明手段を配置することが望ましい。
光学系の表示光が入射する面との間のスペース及びそれ
を取り巻くスペースであって表示光を遮断しない光路外
の位置、又は、偏心光学系の一部であって反射型画像表
示素子からの表示光束が通らない部分又は方向を透過さ
せて反射型画像表示素子の表示面あるいは画素の面を照
明できる位置に、照明手段を配置することが望ましい。
【００１４】本発明においては、接眼光学系が少なくと
も１面の偏心した裏面反射面を有する偏心光学系からな
り、画像表示素子が照明光の反射光により画像を表示す
る反射型画像表示素子からなり、照明光を形成する照明
手段が反射型画像表示素子から観察者眼球位置の間の表
示光路外に配置されているので、反射型ＬＣＤ等と偏心
光学系とを用いて高い光学性能を有しながら小型・軽量
で明るい画像表示装置を達成することができる。
も１面の偏心した裏面反射面を有する偏心光学系からな
り、画像表示素子が照明光の反射光により画像を表示す
る反射型画像表示素子からなり、照明光を形成する照明
手段が反射型画像表示素子から観察者眼球位置の間の表
示光路外に配置されているので、反射型ＬＣＤ等と偏心
光学系とを用いて高い光学性能を有しながら小型・軽量
で明るい画像表示装置を達成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、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する。図１は、画像表示
装置の接眼光学系として、特開平７−３３３５５１号及
び特開平８−２３４１３７号に示されたような３つの光
学面３、４、５で囲まれた屈折率が１より大きい媒質か
らなる偏心光学系１０を用いた場合の本発明の実施例の
画像表示装置の光路図である。この偏心光学系１０の射
出瞳１は、第１面３に面して位置しており、反射型ＬＣ
Ｄ（液晶表示素子）８は第３面５に面して配置される。
そして、逆光線追跡で、射出瞳１の中心を通り偏心光学
系１０を介して反射型ＬＣＤ８の画面の中心に達する光
線を偏心光学系１０の軸上主光線とし、その軸上主光線
を光軸２とする。
くつかの実施例に基づいて説明する。図１は、画像表示
装置の接眼光学系として、特開平７−３３３５５１号及
び特開平８−２３４１３７号に示されたような３つの光
学面３、４、５で囲まれた屈折率が１より大きい媒質か
らなる偏心光学系１０を用いた場合の本発明の実施例の
画像表示装置の光路図である。この偏心光学系１０の射
出瞳１は、第１面３に面して位置しており、反射型ＬＣ
Ｄ（液晶表示素子）８は第３面５に面して配置される。
そして、逆光線追跡で、射出瞳１の中心を通り偏心光学
系１０を介して反射型ＬＣＤ８の画面の中心に達する光
線を偏心光学系１０の軸上主光線とし、その軸上主光線
を光軸２とする。
【００１６】この画像表示装置において、反射型ＬＣＤ
８からの表示光は、反射型ＬＣＤ８に対向した透過面の
第３面５を経て偏心光学系１０内に入射し、射出瞳１に
面した第１面３の内側で反射され、次いで、第１面３に
対して射出瞳１側と反対側に位置する第２面４に入射し
てその面の内側で反射され、その反射光は今度は第１面
３を透過して偏心光学系１０から射出して、中間像を形
成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射
し、観察者の網膜上に表示像を結像する。そして、少な
くとも２つの反射面は光軸２に対して偏心している。
８からの表示光は、反射型ＬＣＤ８に対向した透過面の
第３面５を経て偏心光学系１０内に入射し、射出瞳１に
面した第１面３の内側で反射され、次いで、第１面３に
対して射出瞳１側と反対側に位置する第２面４に入射し
てその面の内側で反射され、その反射光は今度は第１面
３を透過して偏心光学系１０から射出して、中間像を形
成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射
し、観察者の網膜上に表示像を結像する。そして、少な
くとも２つの反射面は光軸２に対して偏心している。
【００１７】ここで、偏心光学系１０の接眼光学系の作
用を行う正パワーを主として偏心光学系１０を構成する
反射面３、４の何れかあるいは全てが担っており、か
つ、その反射面の少なくとも１面は回転非対称な面形状
を有していることが、面の偏心に基づく収差を補正する
ために望ましい。以下、この点を説明する。
用を行う正パワーを主として偏心光学系１０を構成する
反射面３、４の何れかあるいは全てが担っており、か
つ、その反射面の少なくとも１面は回転非対称な面形状
を有していることが、面の偏心に基づく収差を補正する
ために望ましい。以下、この点を説明する。
【００１８】まず、以下の説明において用いる座標系に
ついて説明する。なお、光線追跡は、遠方の物点からの
光が射出瞳１を通過し、反射型ＬＣＤ８の画面を像面と
して結像する逆追跡で考える。
ついて説明する。なお、光線追跡は、遠方の物点からの
光が射出瞳１を通過し、反射型ＬＣＤ８の画面を像面と
して結像する逆追跡で考える。
【００１９】図１に示すように、射出瞳１中心を通過
し、反射型ＬＣＤ８の画面の中心に達する光線を軸上主
光線とし、偏心光学系１０の第１面３に交差するまでの
直線によって定義される光軸をＺ軸とし、そのＺ軸と直
交しかつ撮像光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ
軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸
とする。
し、反射型ＬＣＤ８の画面の中心に達する光線を軸上主
光線とし、偏心光学系１０の第１面３に交差するまでの
直線によって定義される光軸をＺ軸とし、そのＺ軸と直
交しかつ撮像光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ
軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸
とする。
【００２０】一般に、球面レンズのみで構成された球面
レンズ系では、球面により発生する球面収差と、コマ収
差、像面湾曲等の収差をいくつかの面でお互いに補正し
あい、全体として収差を少なくする構成になっている。
一方、少ない面数で収差を良好に補正するためには非球
面等が用いられる。これは、球面で発生する各種収差自
体を少なくするためである。しかし、偏心した光学系に
おいては、偏心により発生する回転非対称な収差を回転
対称光学系で補正することは不可能である。
レンズ系では、球面により発生する球面収差と、コマ収
差、像面湾曲等の収差をいくつかの面でお互いに補正し
あい、全体として収差を少なくする構成になっている。
一方、少ない面数で収差を良好に補正するためには非球
面等が用いられる。これは、球面で発生する各種収差自
体を少なくするためである。しかし、偏心した光学系に
おいては、偏心により発生する回転非対称な収差を回転
対称光学系で補正することは不可能である。
【００２１】回転対称な光学系が偏心した場合、回転非
対称な収差が発生し、これを回転対称な光学系でのみ補
正することは不可能である。この偏心により発生する回
転非対称な収差は、像歪、像面湾曲、さらに、軸上でも
発生する非点収差、コマ収差がある。図３６は偏心して
配置された凹面鏡Ｍにより発生する像面湾曲、図３７は
偏心して配置された凹面鏡Ｍにより発生する非点収差、
図３８は偏心して配置された凹面鏡Ｍにより発生する軸
上コマ収差を示す図である。本発明の偏心光学系は、上
記のような偏心により発生する回転非対称な収差の補正
のために、回転非対称な面を光学系中に配置して、その
回転非対称な収差を補正している。
対称な収差が発生し、これを回転対称な光学系でのみ補
正することは不可能である。この偏心により発生する回
転非対称な収差は、像歪、像面湾曲、さらに、軸上でも
発生する非点収差、コマ収差がある。図３６は偏心して
配置された凹面鏡Ｍにより発生する像面湾曲、図３７は
偏心して配置された凹面鏡Ｍにより発生する非点収差、
図３８は偏心して配置された凹面鏡Ｍにより発生する軸
上コマ収差を示す図である。本発明の偏心光学系は、上
記のような偏心により発生する回転非対称な収差の補正
のために、回転非対称な面を光学系中に配置して、その
回転非対称な収差を補正している。
【００２２】偏心して配置された凹面鏡により発生する
回転非対称な収差に、回転非対称な像面湾曲がある。例
えば、無限遠の物点から偏心した凹面鏡に入射した光線
は、凹面鏡に当たって反射結像されるが、光線が凹面鏡
に当たって以降、像面（反射型ＬＣＤ８）までの後側焦
点距離は、光線が当たった部分の曲率の半分になる。す
ると、図３６に示すように、軸上主光線に対して傾いた
像面を形成する。このような回転非対称な像面湾曲を補
正することは、回転対称な光学系では不可能であった。
この傾いた像面湾曲を補正するには、凹面鏡Ｍを回転非
対称な面で構成し、この例ではＹ軸正の方向（図の上方
向）に対して曲率を強く（屈折力を強く）し、Ｙ軸負の
方向（（図の下方向）に対して曲率を弱く（屈折力を弱
く）することにより補正することができる。また、上記
構成と同様な効果を持つ回転非対称な面を凹面鏡Ｍとは
別に光学系中に配置することにより、少ない構成枚数で
フラットの像面を得ることが可能となる。
回転非対称な収差に、回転非対称な像面湾曲がある。例
えば、無限遠の物点から偏心した凹面鏡に入射した光線
は、凹面鏡に当たって反射結像されるが、光線が凹面鏡
に当たって以降、像面（反射型ＬＣＤ８）までの後側焦
点距離は、光線が当たった部分の曲率の半分になる。す
ると、図３６に示すように、軸上主光線に対して傾いた
像面を形成する。このような回転非対称な像面湾曲を補
正することは、回転対称な光学系では不可能であった。
この傾いた像面湾曲を補正するには、凹面鏡Ｍを回転非
対称な面で構成し、この例ではＹ軸正の方向（図の上方
向）に対して曲率を強く（屈折力を強く）し、Ｙ軸負の
方向（（図の下方向）に対して曲率を弱く（屈折力を弱
く）することにより補正することができる。また、上記
構成と同様な効果を持つ回転非対称な面を凹面鏡Ｍとは
別に光学系中に配置することにより、少ない構成枚数で
フラットの像面を得ることが可能となる。
【００２３】次に、回転非対称な非点収差について説明
する。前記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡Ｍ
では軸上光線に対しても、図３７に示すような非点収差
が発生する。この非点収差を補正するためには、前記説
明と同様に、回転非対称面のＸ軸方向の曲率とＹ軸方向
の曲率を適切に変えることによって可能となる。
する。前記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡Ｍ
では軸上光線に対しても、図３７に示すような非点収差
が発生する。この非点収差を補正するためには、前記説
明と同様に、回転非対称面のＸ軸方向の曲率とＹ軸方向
の曲率を適切に変えることによって可能となる。
【００２４】さらに、回転非対称なコマ収差について説
明する。前記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡
Ｍでは、軸上光線に対しても図３８に示すようなコマ収
差が発生する。このコマ収差を補正するためには、回転
非対称面のＸ軸の原点から離れるに従って面の傾きを変
えると共に、Ｙ軸の正負によって面の傾きを適切に変え
ることによって可能となる。
明する。前記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡
Ｍでは、軸上光線に対しても図３８に示すようなコマ収
差が発生する。このコマ収差を補正するためには、回転
非対称面のＸ軸の原点から離れるに従って面の傾きを変
えると共に、Ｙ軸の正負によって面の傾きを適切に変え
ることによって可能となる。
【００２５】さらに、偏心光学系を折り曲げ光路を有す
るように構成すると、反射面にパワーを持たせることが
可能となり、透過型レンズを省略することが可能とな
る。さらに、光路を折り曲げたことにより偏心光学系を
小型に構成することが可能となる。
るように構成すると、反射面にパワーを持たせることが
可能となり、透過型レンズを省略することが可能とな
る。さらに、光路を折り曲げたことにより偏心光学系を
小型に構成することが可能となる。
【００２６】また、その反射面は、臨界角を越えて光線
が入射するように、光線に対して傾いて配置された全反
射面で構成することにより、高い反射率にすることが可
能となり、また、反射作用と透過作用とを併せ持たすこ
とが可能となる。また、反射面を構成する面にアルミニ
ウム又は銀等の金属薄膜を表面に形成した反射面、又
は、誘電体多層膜で形成された反射面又は半透過反射面
で構成することが好ましい。金属薄膜で反射作用を有す
る場合は、手軽に高反射率を得ることが可能となる。ま
た、誘電体反射膜の場合は、波長選択性や吸収の少ない
反射膜を形成する場合に有利となる。
が入射するように、光線に対して傾いて配置された全反
射面で構成することにより、高い反射率にすることが可
能となり、また、反射作用と透過作用とを併せ持たすこ
とが可能となる。また、反射面を構成する面にアルミニ
ウム又は銀等の金属薄膜を表面に形成した反射面、又
は、誘電体多層膜で形成された反射面又は半透過反射面
で構成することが好ましい。金属薄膜で反射作用を有す
る場合は、手軽に高反射率を得ることが可能となる。ま
た、誘電体反射膜の場合は、波長選択性や吸収の少ない
反射膜を形成する場合に有利となる。
【００２７】さらに好ましくは、反射面に回転非対称面
を用いると、透過面に用いる場合と比べて、色収差は全
く発生しない。また、面の傾きが少なくても光線を屈曲
させることができるために、他の収差発生も少ない。つ
まり、同じ屈折力を得る場合に、反射面の方が屈折面に
比べて収差の発生が少なくてすむ。
を用いると、透過面に用いる場合と比べて、色収差は全
く発生しない。また、面の傾きが少なくても光線を屈曲
させることができるために、他の収差発生も少ない。つ
まり、同じ屈折力を得る場合に、反射面の方が屈折面に
比べて収差の発生が少なくてすむ。
【００２８】ここで、回転非対称面には、アナモルフィ
ック面、トリーック面、自由曲面がある。アナモルフィ
ック面の面形状は以下の式（ａ）で表される。 ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ
量、ＣＸはＸ軸方向曲率、ＣＹはＹ軸方向曲率、Ｋｘ
はＸ軸方向円錐係数、Ｋｙ はＹ軸方向円錐係数、Ｒｎ
は非球面項回転対称成分、Ｐｎ は非球面項回転非対
称成分である。
ック面、トリーック面、自由曲面がある。アナモルフィ
ック面の面形状は以下の式（ａ）で表される。 ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ
量、ＣＸはＸ軸方向曲率、ＣＹはＹ軸方向曲率、Ｋｘ
はＸ軸方向円錐係数、Ｋｙ はＹ軸方向円錐係数、Ｒｎ
は非球面項回転対称成分、Ｐｎ は非球面項回転非対
称成分である。
【００２９】トリーック面の面形状は以下の式（ｂ）で
表される。 Ｚ＝−Ｓｉｇｎ（Ｒｘ）・｛（Ｒｘ−Ｇ（ｙ））2 −ｘ2 ｝1/2 ＋Ｒｘ ・・・（ｂ） ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ
量、ＲｘはＸ軸方向曲率半径、Ｓｉｇｎ（Ｒｘ）はＸ軸
方向曲率半径の符号、Ｇ（ｙ）は、 であり、ここで、ＣＹはＹ軸方向曲率、ａｋは円錐係
数、ａｃ（ｎ）は非球面係数である。
表される。 Ｚ＝−Ｓｉｇｎ（Ｒｘ）・｛（Ｒｘ−Ｇ（ｙ））2 −ｘ2 ｝1/2 ＋Ｒｘ ・・・（ｂ） ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ
量、ＲｘはＸ軸方向曲率半径、Ｓｉｇｎ（Ｒｘ）はＸ軸
方向曲率半径の符号、Ｇ（ｙ）は、 であり、ここで、ＣＹはＹ軸方向曲率、ａｋは円錐係
数、ａｃ（ｎ）は非球面係数である。
【００３０】自由曲面の面形状は以下の式（ｃ）で表さ
れる。 Ｚ＝Ｃ2 ＋Ｃ3 ｙ＋Ｃ4 ｘ ＋Ｃ5 ｙ2 ＋Ｃ6 ｙｘ＋Ｃ7 ｘ2 ＋Ｃ8 ｙ3 ＋Ｃ9 ｙ2 ｘ＋Ｃ10ｙｘ2 ＋Ｃ11ｘ3 ＋Ｃ12ｙ4 ＋Ｃ13ｙ3 ｘ＋Ｃ14ｙ2 ｘ2 ＋Ｃ15ｙｘ3 ＋Ｃ16ｘ4 ＋Ｃ17ｙ5 ＋Ｃ18ｙ4 ｘ＋Ｃ19ｙ3 ｘ2 ＋Ｃ20ｙ2 ｘ3 ＋Ｃ21ｙｘ4 ＋Ｃ22ｘ5 ＋Ｃ23ｙ6 ＋Ｃ24ｙ5 ｘ＋Ｃ25ｙ4 ｘ2 ＋Ｃ26ｙ3 ｘ3 ＋Ｃ27ｙ2 ｘ4 ＋Ｃ28ｙｘ5 ＋Ｃ29ｘ6 ＋Ｃ30ｙ7 ＋Ｃ31ｙ6 ｘ＋Ｃ32ｙ5 ｘ2 ＋Ｃ33ｙ4 ｘ3 ＋Ｃ34ｙ3 ｘ4 ＋Ｃ35ｙ2 ｘ5 ＋Ｃ36ｙｘ6 ＋Ｃ37ｘ7 ・・・・・（ｃ） ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ
量、Ｃｍ （ｍは２以上の整数）は係数である。
れる。 Ｚ＝Ｃ2 ＋Ｃ3 ｙ＋Ｃ4 ｘ ＋Ｃ5 ｙ2 ＋Ｃ6 ｙｘ＋Ｃ7 ｘ2 ＋Ｃ8 ｙ3 ＋Ｃ9 ｙ2 ｘ＋Ｃ10ｙｘ2 ＋Ｃ11ｘ3 ＋Ｃ12ｙ4 ＋Ｃ13ｙ3 ｘ＋Ｃ14ｙ2 ｘ2 ＋Ｃ15ｙｘ3 ＋Ｃ16ｘ4 ＋Ｃ17ｙ5 ＋Ｃ18ｙ4 ｘ＋Ｃ19ｙ3 ｘ2 ＋Ｃ20ｙ2 ｘ3 ＋Ｃ21ｙｘ4 ＋Ｃ22ｘ5 ＋Ｃ23ｙ6 ＋Ｃ24ｙ5 ｘ＋Ｃ25ｙ4 ｘ2 ＋Ｃ26ｙ3 ｘ3 ＋Ｃ27ｙ2 ｘ4 ＋Ｃ28ｙｘ5 ＋Ｃ29ｘ6 ＋Ｃ30ｙ7 ＋Ｃ31ｙ6 ｘ＋Ｃ32ｙ5 ｘ2 ＋Ｃ33ｙ4 ｘ3 ＋Ｃ34ｙ3 ｘ4 ＋Ｃ35ｙ2 ｘ5 ＋Ｃ36ｙｘ6 ＋Ｃ37ｘ7 ・・・・・（ｃ） ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ
量、Ｃｍ （ｍは２以上の整数）は係数である。
【００３１】また、本発明の偏心光学系においては、偏
心した回転非対称面形状を有する反射作用面の少なくと
も１面は、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面を使
用することが望ましい。上記式（ｃ）で表される自由曲
面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面共に対称面を持
つことはないが、本発明ではｘの奇数次項を全て０にす
ることによって、Ｙ−Ｚ面（図１の面）と平行な対称面
が１つだけ存在する自由曲面となる。例えば、上記定義
式（ａ）においては、Ｃ4 ，Ｃ6 ，Ｃ9 ，Ｃ11，Ｃ13，
Ｃ15，Ｃ18，Ｃ20，Ｃ22，Ｃ24，Ｃ26，Ｃ28，Ｃ31，Ｃ
33，Ｃ35，Ｃ37，・・・の各項の係数を０にすることに
よって可能である。
心した回転非対称面形状を有する反射作用面の少なくと
も１面は、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面を使
用することが望ましい。上記式（ｃ）で表される自由曲
面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面共に対称面を持
つことはないが、本発明ではｘの奇数次項を全て０にす
ることによって、Ｙ−Ｚ面（図１の面）と平行な対称面
が１つだけ存在する自由曲面となる。例えば、上記定義
式（ａ）においては、Ｃ4 ，Ｃ6 ，Ｃ9 ，Ｃ11，Ｃ13，
Ｃ15，Ｃ18，Ｃ20，Ｃ22，Ｃ24，Ｃ26，Ｃ28，Ｃ31，Ｃ
33，Ｃ35，Ｃ37，・・・の各項の係数を０にすることに
よって可能である。
【００３２】また、ｙの奇数次項を全て０にすることに
よって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自
由曲面となる。例えば、上記定義式（ｃ）においては、
Ｃ3 ，Ｃ6 ，Ｃ8 ，Ｃ10，Ｃ13，Ｃ15，Ｃ17，Ｃ19，Ｃ
21，Ｃ24，Ｃ26，Ｃ28，Ｃ30，Ｃ32，Ｃ34，Ｃ36，・・
・の各項の係数を０にすることによって可能であり、ま
た、以上のような対称面を持つことにより製作性を向上
することが可能となる。
よって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自
由曲面となる。例えば、上記定義式（ｃ）においては、
Ｃ3 ，Ｃ6 ，Ｃ8 ，Ｃ10，Ｃ13，Ｃ15，Ｃ17，Ｃ19，Ｃ
21，Ｃ24，Ｃ26，Ｃ28，Ｃ30，Ｃ32，Ｃ34，Ｃ36，・・
・の各項の係数を０にすることによって可能であり、ま
た、以上のような対称面を持つことにより製作性を向上
することが可能となる。
【００３３】上記Ｙ−Ｚ面と平行な対称面、Ｘ−Ｚ面と
平行な対称面の何れか一方を対称面とすることにより、
偏心により発生する回転非対称な収差を効果的に補正す
ることが可能となる。上記定義式は、１つの例として示
したものであり、他のいかなる定義式に対しても同じ効
果が得られることは言うまでもない。
平行な対称面の何れか一方を対称面とすることにより、
偏心により発生する回転非対称な収差を効果的に補正す
ることが可能となる。上記定義式は、１つの例として示
したものであり、他のいかなる定義式に対しても同じ効
果が得られることは言うまでもない。
【００３４】また、一般に、偏心した回転非対称反射面
を有する偏心光学系（偏心プリズム光学系）は研磨によ
り製作することは難しく、研削により１面ずつ形成する
か、プラスチックの射出成形又はガラスモールド成形に
より作製することになる。このとき、偏心プリズム光学
系の面が所定の形状に作製されているかどうかを確認す
る必要がある。このような３次元の回転非対称な形状の
測定には、一般的に３次元座標測定器が使用されるが、
測定時間がかかりすぎてしまう。
を有する偏心光学系（偏心プリズム光学系）は研磨によ
り製作することは難しく、研削により１面ずつ形成する
か、プラスチックの射出成形又はガラスモールド成形に
より作製することになる。このとき、偏心プリズム光学
系の面が所定の形状に作製されているかどうかを確認す
る必要がある。このような３次元の回転非対称な形状の
測定には、一般的に３次元座標測定器が使用されるが、
測定時間がかかりすぎてしまう。
【００３５】そこで、偏心プリズム光学系を構成する面
の中、少なくとも１面を球面又は回転対称非球面からな
る回転対称面で構成することがより望ましい。さて、図
１の本発明の実施例においては、画像表示素子として反
射型ＬＣＤ８を用いているため、その表示面に照明光１
３を照射する必要がある。そのために、この実施例の場
合、点状の光源１２を、第３面５と反射型ＬＣＤ８の間
のスペース及びそれを取り巻くスペースであって表示光
を遮断しない光路外の位置に配置してある。
の中、少なくとも１面を球面又は回転対称非球面からな
る回転対称面で構成することがより望ましい。さて、図
１の本発明の実施例においては、画像表示素子として反
射型ＬＣＤ８を用いているため、その表示面に照明光１
３を照射する必要がある。そのために、この実施例の場
合、点状の光源１２を、第３面５と反射型ＬＣＤ８の間
のスペース及びそれを取り巻くスペースであって表示光
を遮断しない光路外の位置に配置してある。
【００３６】しかも、反射型ＬＣＤ８の表示面（画素の
面が表示面に平行に配置されていない場合は画素の面）
に対して偏心光学系１０の入射瞳位置１１と鏡像関係に
ある位置に光源１２が配置されている。このような位置
関係に配置すると、光源１２からの照明光１３の入射角
αと反射型ＬＣＤ８からの表示光束の主光線の射出角β
（表示面あるいは画素の面に垂直な法線ｎに対して表示
光束の主光線がなす角）が略等しくなり、明るい表示が
可能になる。なお、入射瞳位置１１は偏心光学系１０に
関して射出瞳１と共役な位置である。
面が表示面に平行に配置されていない場合は画素の面）
に対して偏心光学系１０の入射瞳位置１１と鏡像関係に
ある位置に光源１２が配置されている。このような位置
関係に配置すると、光源１２からの照明光１３の入射角
αと反射型ＬＣＤ８からの表示光束の主光線の射出角β
（表示面あるいは画素の面に垂直な法線ｎに対して表示
光束の主光線がなす角）が略等しくなり、明るい表示が
可能になる。なお、入射瞳位置１１は偏心光学系１０に
関して射出瞳１と共役な位置である。
【００３７】光源１２の配置位置としては、図１のよう
に第３面５と反射型ＬＣＤ８の間のスペース及びそれを
取り巻くスペースであって表示光を遮断しない光路外の
位置以外に、図２、図３に示すように、偏心光学系１０
の一部であって反射型ＬＣＤ８からの表示光束が通らな
い部分を透過させて反射型ＬＣＤ８の表示面（画素の
面）を照明できる位置に配置することもできる。
に第３面５と反射型ＬＣＤ８の間のスペース及びそれを
取り巻くスペースであって表示光を遮断しない光路外の
位置以外に、図２、図３に示すように、偏心光学系１０
の一部であって反射型ＬＣＤ８からの表示光束が通らな
い部分を透過させて反射型ＬＣＤ８の表示面（画素の
面）を照明できる位置に配置することもできる。
【００３８】図２の場合は、第３面５と反対側で第１面
３と第２面４が交差する偏心光学系１０の部分を切り取
り、その切り取り面１４前方に光源１２を配置し、光源
１２からの照明光１３がこの切り取り面１４を介して偏
心光学系１０内部に入り、偏心光学系１０を横断して第
３面５から外に出て、反射型ＬＣＤ８の表示面を照明す
るようにしている。
３と第２面４が交差する偏心光学系１０の部分を切り取
り、その切り取り面１４前方に光源１２を配置し、光源
１２からの照明光１３がこの切り取り面１４を介して偏
心光学系１０内部に入り、偏心光学系１０を横断して第
３面５から外に出て、反射型ＬＣＤ８の表示面を照明す
るようにしている。
【００３９】図３の場合は、第１面３の前であって第３
面５との交差部近傍に光源１２を配置し、光源１２から
の照明光１３を第１面３の第３面５との交差部近傍から
偏心光学系１０内部に入れ、偏心光学系１０を横断して
第３面５から外に出るようにして、反射型ＬＣＤ８の表
示面を照明するようにしている。
面５との交差部近傍に光源１２を配置し、光源１２から
の照明光１３を第１面３の第３面５との交差部近傍から
偏心光学系１０内部に入れ、偏心光学系１０を横断して
第３面５から外に出るようにして、反射型ＬＣＤ８の表
示面を照明するようにしている。
【００４０】何れの場合も偏心光学系１０内部を照明光
１３が通過するが、反射型ＬＣＤ８からの表示光束が通
らない部分あるいは方向を透過させるので、光源１３は
表示の邪魔にならず、また、照明光１３はフレア等にな
らない。
１３が通過するが、反射型ＬＣＤ８からの表示光束が通
らない部分あるいは方向を透過させるので、光源１３は
表示の邪魔にならず、また、照明光１３はフレア等にな
らない。
【００４１】ところで、図１のように、３つの光学面
３、４、５で囲まれた屈折率が１より大きい媒質からな
り、射出瞳１が第１面３に面して位置しており、反射型
ＬＣＤ８が第３面５に面して配置され、反射型ＬＣＤ８
からの表示光は、反射型ＬＣＤ８に対向した透過面の第
３面５を経て偏心光学系１０内に入射し、射出瞳１に面
した第１面３の内側で反射され、次いで、第１面３に対
して射出瞳１側と反対側に位置する第２面４に入射して
その面の内側で反射され、その反射光は今度は第１面３
を透過して偏心光学系１０から射出して、中間像を形成
することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射
し、観察者の網膜上に表示像を結像する偏心光学系１０
を接眼光学系として用いる場合について、座標系を前記
のように定め、逆光線追跡で射出瞳１の中心を通り偏心
光学系１０を介して反射型ＬＣＤ８の画面の中心に達す
る光線を軸上主光線とし、反射型ＬＣＤ８の表示面ある
いは画素の面に垂直な法線ｎのＹ−Ｚ面への投影像を法
線ｎ' とし、上記軸上主光線とその法線ｎ' とのなす角
度をΘとするとき、照明光源１２がそれぞれ図１、図
２、図３の位置に配置される場合のこの角度Θの条件に
ついて検討する。
３、４、５で囲まれた屈折率が１より大きい媒質からな
り、射出瞳１が第１面３に面して位置しており、反射型
ＬＣＤ８が第３面５に面して配置され、反射型ＬＣＤ８
からの表示光は、反射型ＬＣＤ８に対向した透過面の第
３面５を経て偏心光学系１０内に入射し、射出瞳１に面
した第１面３の内側で反射され、次いで、第１面３に対
して射出瞳１側と反対側に位置する第２面４に入射して
その面の内側で反射され、その反射光は今度は第１面３
を透過して偏心光学系１０から射出して、中間像を形成
することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射
し、観察者の網膜上に表示像を結像する偏心光学系１０
を接眼光学系として用いる場合について、座標系を前記
のように定め、逆光線追跡で射出瞳１の中心を通り偏心
光学系１０を介して反射型ＬＣＤ８の画面の中心に達す
る光線を軸上主光線とし、反射型ＬＣＤ８の表示面ある
いは画素の面に垂直な法線ｎのＹ−Ｚ面への投影像を法
線ｎ' とし、上記軸上主光線とその法線ｎ' とのなす角
度をΘとするとき、照明光源１２がそれぞれ図１、図
２、図３の位置に配置される場合のこの角度Θの条件に
ついて検討する。
【００４２】まず、図２のように、偏心光学系１０の第
３面５と反対側で第１面３と第２面４が交差する部分を
切り取り、その切り取り面１４前方に光源１２を配置
し、光源１２からの照明光１３をこの切り取り面１４を
介して偏心光学系１０内部に入射させ、偏心光学系１０
を横断して第３面５から射出した光で反射型ＬＣＤ８の
表示面を照明する場合には、 １５°＜Θ＜２５° ・・・（１） を満足することが望ましい。
３面５と反対側で第１面３と第２面４が交差する部分を
切り取り、その切り取り面１４前方に光源１２を配置
し、光源１２からの照明光１３をこの切り取り面１４を
介して偏心光学系１０内部に入射させ、偏心光学系１０
を横断して第３面５から射出した光で反射型ＬＣＤ８の
表示面を照明する場合には、 １５°＜Θ＜２５° ・・・（１） を満足することが望ましい。
【００４３】上記条件式（１）の上限の２５°を越える
と、反射型ＬＣＤ８を照明するためには、逆光線追跡で
の第１反射面４で照明光線を反射させる必要があり、照
明むらが発生しやすく、第１反射面４が結像系以外に照
明系としてのパワーも併せ持つことになるので、収差補
正上好ましくない。また、下限の１５°を越えると、反
射型ＬＣＤ８を照明するためには、逆光線追跡での第２
反射面３で照明光線を反射させる必要があり、図２のよ
うに光源１２を偏心光学系１０の下側（反射型ＬＣＤ８
とは反対側）に配置すること自体が困難になってしま
う。
と、反射型ＬＣＤ８を照明するためには、逆光線追跡で
の第１反射面４で照明光線を反射させる必要があり、照
明むらが発生しやすく、第１反射面４が結像系以外に照
明系としてのパワーも併せ持つことになるので、収差補
正上好ましくない。また、下限の１５°を越えると、反
射型ＬＣＤ８を照明するためには、逆光線追跡での第２
反射面３で照明光線を反射させる必要があり、図２のよ
うに光源１２を偏心光学系１０の下側（反射型ＬＣＤ８
とは反対側）に配置すること自体が困難になってしま
う。
【００４４】次に、図１のように、光源１２を偏心光学
系１０の第３面５と反射型ＬＣＤ８の間のスペース及び
それを取り巻くスペースであって表示光を遮断しない光
路外の位置に配置する場合には、 ２０°＜Θ＜３３° ・・・（２） を満足することが望ましい。
系１０の第３面５と反射型ＬＣＤ８の間のスペース及び
それを取り巻くスペースであって表示光を遮断しない光
路外の位置に配置する場合には、 ２０°＜Θ＜３３° ・・・（２） を満足することが望ましい。
【００４５】上記条件式（２）の上限の３３°を越える
と、偏心光学系１０の像面のＹ方向の曲がりが大きくな
り結像光学系として補正しきれなくなり、収差補正上好
ましくない。また、下限の２０°を越えると、照明系の
光路と逆光線追跡での第２透過面５がオーバラップして
しまい、図１のように光源１２を第３面５と反射型ＬＣ
Ｄ８の間のスペース及びそれを取り巻くスペースであっ
て表示光を遮断しない光路外の位置に配置すること自体
が困難になってしまう。
と、偏心光学系１０の像面のＹ方向の曲がりが大きくな
り結像光学系として補正しきれなくなり、収差補正上好
ましくない。また、下限の２０°を越えると、照明系の
光路と逆光線追跡での第２透過面５がオーバラップして
しまい、図１のように光源１２を第３面５と反射型ＬＣ
Ｄ８の間のスペース及びそれを取り巻くスペースであっ
て表示光を遮断しない光路外の位置に配置すること自体
が困難になってしまう。
【００４６】次に、図３のように、光源１２を第１面３
の前の射出瞳１側であって第３面５との交差部近傍に配
置し、光源１２からの照明光１３を第１面３の第３面５
との交差部近傍から偏心光学系１０内部に入れ、偏心光
学系１０を横断して第３面５から外に出るようにして照
明する場合には、 ８°＜Θ＜２０° ・・・（３） を満足することが望ましい。
の前の射出瞳１側であって第３面５との交差部近傍に配
置し、光源１２からの照明光１３を第１面３の第３面５
との交差部近傍から偏心光学系１０内部に入れ、偏心光
学系１０を横断して第３面５から外に出るようにして照
明する場合には、 ８°＜Θ＜２０° ・・・（３） を満足することが望ましい。
【００４７】上記条件式（３）の上限の２０°を越える
と、照明系の光路は逆光線追跡での第２透過面５の物理
的な有効径の外となってしまい、図３のような照明配置
がとることが困難になってしまう。また、下限の８°を
越えると、照明用光源１２が射出瞳１の面と第１面３と
を結ぶ光路内に配置されてしまい、本来の目的である空
中像が光源１２に遮られて観察できなくなってしまう。
と、照明系の光路は逆光線追跡での第２透過面５の物理
的な有効径の外となってしまい、図３のような照明配置
がとることが困難になってしまう。また、下限の８°を
越えると、照明用光源１２が射出瞳１の面と第１面３と
を結ぶ光路内に配置されてしまい、本来の目的である空
中像が光源１２に遮られて観察できなくなってしまう。
【００４８】さて、以上の実施例においては、図１に示
すように、偏心光学系１０は、３つの光学面３、４、５
で囲まれた屈折率が１より大きい媒質からなり、反射型
ＬＣＤ８からの表示光が、反射型ＬＣＤ８に対向した透
過面の第３面５を経て偏心光学系１０内に入射し、射出
瞳１に面した第１面３の内側で反射され、次いで、第１
面３に対して射出瞳１側と反対側に位置する第２面４に
入射してその面の内側で反射され、その反射光は今度は
第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して、中間
像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳
に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像するものであ
ったが、それ以外に種々の形態の偏心光学系１０を本発
明の接眼光学系として用いることができる。以下にそれ
らを説明するが、これらの偏心光学系１０においても、
少なくとも１つの反射面は光軸に対して偏心しており、
偏心光学系１０を構成する反射面の何れかあるいは全て
が接眼光学系の作用を行う正パワーを主としてが担って
おり、かつ、その反射面の少なくとも１面は前記のアナ
モルフィック面、トリーック面、又は、自由曲面からな
る回転非対称な面形状を有している。そして、偏心した
回転非対称面形状を有する反射作用面の少なくとも１面
は、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面を使用する
ことが望ましい。また、偏心光学系１０を構成する面の
中、少なくとも１面を球面又は回転対称非球面からなる
回転対称面で構成することがより望ましい。
すように、偏心光学系１０は、３つの光学面３、４、５
で囲まれた屈折率が１より大きい媒質からなり、反射型
ＬＣＤ８からの表示光が、反射型ＬＣＤ８に対向した透
過面の第３面５を経て偏心光学系１０内に入射し、射出
瞳１に面した第１面３の内側で反射され、次いで、第１
面３に対して射出瞳１側と反対側に位置する第２面４に
入射してその面の内側で反射され、その反射光は今度は
第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して、中間
像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳
に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像するものであ
ったが、それ以外に種々の形態の偏心光学系１０を本発
明の接眼光学系として用いることができる。以下にそれ
らを説明するが、これらの偏心光学系１０においても、
少なくとも１つの反射面は光軸に対して偏心しており、
偏心光学系１０を構成する反射面の何れかあるいは全て
が接眼光学系の作用を行う正パワーを主としてが担って
おり、かつ、その反射面の少なくとも１面は前記のアナ
モルフィック面、トリーック面、又は、自由曲面からな
る回転非対称な面形状を有している。そして、偏心した
回転非対称面形状を有する反射作用面の少なくとも１面
は、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面を使用する
ことが望ましい。また、偏心光学系１０を構成する面の
中、少なくとも１面を球面又は回転対称非球面からなる
回転対称面で構成することがより望ましい。
【００４９】図４の偏心光学系１０は、４つの面３、
４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質
で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され
た透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反
射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射
され、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置さ
れた反射面の第２面４に入射して反射され、その反射光
は、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された
第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２
に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位
置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像
を結像する。
４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質
で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され
た透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反
射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射
され、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置さ
れた反射面の第２面４に入射して反射され、その反射光
は、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された
第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２
に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位
置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像
を結像する。
【００５０】図５の偏心光学系１０は、４つの面３、
４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質
で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され
た透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反
射型ＬＣＤ８からの表示光は、光軸２上に射出瞳１と対
向して偏心配置された反射面の第２面４に入射して反射
され、その反射後、反射面の第４面６で反射され、次
に、第２面４に入射して反射され、その反射光は、光軸
２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３
を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って
進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある
観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像す
る。
４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質
で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され
た透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反
射型ＬＣＤ８からの表示光は、光軸２上に射出瞳１と対
向して偏心配置された反射面の第２面４に入射して反射
され、その反射後、反射面の第４面６で反射され、次
に、第２面４に入射して反射され、その反射光は、光軸
２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３
を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って
進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある
観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像す
る。
【００５１】図６の偏心光学系１０は、４つの面３、
４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質
で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され
た透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反
射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射
され、次に、第３面５に入射して今度は反射され、次い
で、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された反射
面の第２面４に入射して反射され、その反射後、光軸２
上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を
透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進
み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観
察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像す
る。
４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質
で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され
た透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反
射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射
され、次に、第３面５に入射して今度は反射され、次い
で、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された反射
面の第２面４に入射して反射され、その反射後、光軸２
上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を
透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進
み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観
察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像す
る。
【００５２】図７の偏心光学系１０は、３つの面３、
４、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満
たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され、か
つ、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第２
面４を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８か
らの表示光は、反射面の第４面６で反射され、次に、第
２面４に入射して今度は反射され、再び第４面６で反射
され、次いで、第２面４に入射して再度反射され、その
反射後、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置さ
れた第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光
軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１
の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表
示像を結像する。
４、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満
たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され、か
つ、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第２
面４を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８か
らの表示光は、反射面の第４面６で反射され、次に、第
２面４に入射して今度は反射され、再び第４面６で反射
され、次いで、第２面４に入射して再度反射され、その
反射後、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置さ
れた第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光
軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１
の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表
示像を結像する。
【００５３】図８の偏心光学系１０は、４つの面３、
４、６、７からなり、その間が屈折率１より大きい媒質
で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置さ
れ、かつ、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置され
た第２面４を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣ
Ｄ８からの表示光は、反射面の第５面７で反射され、次
に、第２面４に入射して今度は反射され、次いで、反射
面の第４面６で反射され、再び第２面４に入射して再度
反射され、その反射後、光軸２上に第２面４と射出瞳１
との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０
から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成するこ
となく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察
者の網膜上に表示像を結像する。
４、６、７からなり、その間が屈折率１より大きい媒質
で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置さ
れ、かつ、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置され
た第２面４を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣ
Ｄ８からの表示光は、反射面の第５面７で反射され、次
に、第２面４に入射して今度は反射され、次いで、反射
面の第４面６で反射され、再び第２面４に入射して再度
反射され、その反射後、光軸２上に第２面４と射出瞳１
との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０
から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成するこ
となく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察
者の網膜上に表示像を結像する。
【００５４】図９の偏心光学系１０は、３つの面３、
４、５からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満
たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透
過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型
ＬＣＤ８からの表示光は、光軸２上に射出瞳１と対向し
て偏心配置された反射面の第２面４に入射して反射さ
れ、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された
第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２
に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位
置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像
を結像する。
４、５からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満
たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透
過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型
ＬＣＤ８からの表示光は、光軸２上に射出瞳１と対向し
て偏心配置された反射面の第２面４に入射して反射さ
れ、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された
第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２
に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位
置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像
を結像する。
【００５５】図１０の偏心光学系１０は、３つの面３、
４、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満
たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され、か
つ、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第２
面４を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８か
らの表示光は、反射面の第４面６で反射され、次に、第
２面４に入射して今度は反射され、その反射後、光軸２
上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を
透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進
み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観
察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像す
る。
４、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満
たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され、か
つ、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第２
面４を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８か
らの表示光は、反射面の第４面６で反射され、次に、第
２面４に入射して今度は反射され、その反射後、光軸２
上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を
透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進
み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観
察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像す
る。
【００５６】図１１の偏心光学系１０は、３つの面３、
４、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満
たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され、か
つ、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第２
面４を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８か
らの表示光は、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に
配置された第１面３で反射され、反射面の第４面６で反
射され、次に、第２面４に入射して今度は反射され、そ
の反射後、今度は第１面３を透過して偏心光学系１０か
ら射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成すること
なく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者
の網膜上に表示像を結像する。
４、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満
たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され、か
つ、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第２
面４を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８か
らの表示光は、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に
配置された第１面３で反射され、反射面の第４面６で反
射され、次に、第２面４に入射して今度は反射され、そ
の反射後、今度は第１面３を透過して偏心光学系１０か
ら射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成すること
なく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者
の網膜上に表示像を結像する。
【００５７】図１２の偏心光学系１０は、２つの裏面鏡
２１、２２からなり、その中、反射型ＬＣＤ８に対向し
て配置された第２の裏面鏡２２の表面を経て偏心光学系
１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、第２の
裏面鏡２２の表面、裏面、表面の順で透過、反射、透過
し、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置され
た第１の裏面鏡２１の表面、裏面、表面の順で透過、反
射、透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿っ
て進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にあ
る観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像
する。
２１、２２からなり、その中、反射型ＬＣＤ８に対向し
て配置された第２の裏面鏡２２の表面を経て偏心光学系
１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、第２の
裏面鏡２２の表面、裏面、表面の順で透過、反射、透過
し、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置され
た第１の裏面鏡２１の表面、裏面、表面の順で透過、反
射、透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿っ
て進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にあ
る観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像
する。
【００５８】図１３の偏心光学系１０は、正の屈折力を
有する光学素子（接合レンズ）２３と凹面裏面鏡２１と
からなり、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された正の屈
折力を有する光学素子２３を透過して偏心光学系１０に
入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、光軸２上に射
出瞳１と対向して偏心配置された凹面裏面鏡２１の表
面、裏面、表面の順で透過、反射、透過して偏心光学系
１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成す
ることなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、
観察者の網膜上に表示像を結像する。
有する光学素子（接合レンズ）２３と凹面裏面鏡２１と
からなり、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された正の屈
折力を有する光学素子２３を透過して偏心光学系１０に
入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、光軸２上に射
出瞳１と対向して偏心配置された凹面裏面鏡２１の表
面、裏面、表面の順で透過、反射、透過して偏心光学系
１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成す
ることなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、
観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００５９】図１４の偏心光学系１０は、凹面裏面鏡２
１と正の屈折力を有する光学素子（単レンズ）２３とか
らなり、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された凹面裏面
鏡２１の表面を経て偏心光学系１０に入射した反射型Ｌ
ＣＤ８からの表示光は、凹面裏面鏡２１の表面、裏面、
表面の順で透過、反射、透過し、次に、光軸２上に射出
瞳１と対向して偏心配置された正の屈折力を有する光学
素子２３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２
に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位
置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像
を結像する。
１と正の屈折力を有する光学素子（単レンズ）２３とか
らなり、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された凹面裏面
鏡２１の表面を経て偏心光学系１０に入射した反射型Ｌ
ＣＤ８からの表示光は、凹面裏面鏡２１の表面、裏面、
表面の順で透過、反射、透過し、次に、光軸２上に射出
瞳１と対向して偏心配置された正の屈折力を有する光学
素子２３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２
に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位
置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像
を結像する。
【００６０】図１５の偏心光学系１０は、偏心配置の凹
面裏面鏡２１からなり、反射型ＬＣＤ８からの表示光
は、凹面裏面鏡２１の表面、裏面、表面の順で透過、反
射、透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿っ
て進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にあ
る観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像
する。
面裏面鏡２１からなり、反射型ＬＣＤ８からの表示光
は、凹面裏面鏡２１の表面、裏面、表面の順で透過、反
射、透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿っ
て進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にあ
る観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像
する。
【００６１】図１６の偏心光学系１０は、３つの面３、
４、５からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満
たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透
過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型
ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第２面４で反射さ
れ、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置され
た第１面３に入射して反射され、その反射光は、再び第
２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４と射出
瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系
１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成す
ることなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、
観察者の網膜上に表示像を結像する。
４、５からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満
たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透
過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型
ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第２面４で反射さ
れ、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置され
た第１面３に入射して反射され、その反射光は、再び第
２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４と射出
瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系
１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成す
ることなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、
観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６２】図１７の偏心光学系１０は、４つの面３、
４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質
で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され
た透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反
射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射
され、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置さ
れた第１面３に入射して反射され、その反射光は今度は
第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４と射
出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学
系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成
することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射
し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質
で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され
た透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反
射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射
され、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置さ
れた第１面３に入射して反射され、その反射光は今度は
第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４と射
出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学
系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成
することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射
し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６３】図１８の偏心光学系１０は、２つの面３、
４からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たさ
れており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第１面
３を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８から
の表示光は、反射面の第２面４で反射され、その反射光
は、今度は第１面３に入射して反射され、その反射光
は、再び第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２
面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して
偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間
像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳
に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
４からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たさ
れており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第１面
３を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８から
の表示光は、反射面の第２面４で反射され、その反射光
は、今度は第１面３に入射して反射され、その反射光
は、再び第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２
面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して
偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間
像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳
に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６４】図１９の偏心光学系１０は、３つの面３、
４、５からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満
たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透
過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型
ＬＣＤ８からの表示光は、光軸２上に射出瞳１と対向し
て配置された第１面３で反射され、再び第３面５に入射
して反射され、再度第１面３で反射され、その反射光は
今度は第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面
４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏
心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像
を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に
入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
４、５からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満
たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透
過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型
ＬＣＤ８からの表示光は、光軸２上に射出瞳１と対向し
て配置された第１面３で反射され、再び第３面５に入射
して反射され、再度第１面３で反射され、その反射光は
今度は第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面
４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏
心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像
を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に
入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６５】図２０の偏心光学系１０は、３つの面３、
４、５からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満
たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第
１面３を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８
からの表示光は、第３面５に入射して反射され、再び第
１面３に入射して反射され、再度第３面５で反射され、
その反射光は再度第１面３で反射され、その反射光は今
度は第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４
と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心
光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を
形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入
射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
４、５からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満
たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第
１面３を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８
からの表示光は、第３面５に入射して反射され、再び第
１面３に入射して反射され、再度第３面５で反射され、
その反射光は再度第１面３で反射され、その反射光は今
度は第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４
と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心
光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を
形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入
射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６６】図２１の偏心光学系１０は、４つの面３、
４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質
で満たされており、４つの面３、４、５、６中、第２面
４は媒質中に設けられた偏心した半透過反射面となって
いるもので、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第３
面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８か
らの表示光は、半透過反射面の第２面４を透過して、反
射面の第４面６で反射され、今度は第２面４の半透過反
射面に入射して反射され、その反射後、光軸２上に第２
面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して
偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間
像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳
に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質
で満たされており、４つの面３、４、５、６中、第２面
４は媒質中に設けられた偏心した半透過反射面となって
いるもので、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第３
面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８か
らの表示光は、半透過反射面の第２面４を透過して、反
射面の第４面６で反射され、今度は第２面４の半透過反
射面に入射して反射され、その反射後、光軸２上に第２
面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して
偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間
像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳
に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６７】図２２の偏心光学系１０は、４つの面３、
４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質
で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され
た第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣ
Ｄ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射され、そ
の反射光は、反射面の第２面４に入射して反射され、そ
の反射後、第３面５から第４面６に到る光路と交差しな
がら光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された
第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２
に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位
置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像
を結像する。
４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質
で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され
た第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣ
Ｄ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射され、そ
の反射光は、反射面の第２面４に入射して反射され、そ
の反射後、第３面５から第４面６に到る光路と交差しな
がら光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された
第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２
に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位
置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像
を結像する。
【００６８】図２３の偏心光学系１０は、４つの面３、
４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質
で満たされており、４つの面３、４、５、６中、第２面
４、第４面６は媒質中に設けられた偏心した半透過反射
面となっているもので、反射型ＬＣＤ８に対向して配置
された第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型
ＬＣＤ８からの表示光は、半透過反射面の第２面４を透
過して、半透過反射面の第４面６で反射され、今度は第
２面４の半透過反射面に入射して反射され、その反射光
は今度は半透過反射面の第４面６を透過して、光軸２上
に第４面６と射出瞳１との間に配置された第１面３を透
過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進
み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観
察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像す
る。
４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質
で満たされており、４つの面３、４、５、６中、第２面
４、第４面６は媒質中に設けられた偏心した半透過反射
面となっているもので、反射型ＬＣＤ８に対向して配置
された第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型
ＬＣＤ８からの表示光は、半透過反射面の第２面４を透
過して、半透過反射面の第４面６で反射され、今度は第
２面４の半透過反射面に入射して反射され、その反射光
は今度は半透過反射面の第４面６を透過して、光軸２上
に第４面６と射出瞳１との間に配置された第１面３を透
過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進
み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観
察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像す
る。
【００６９】次に、本発明の具体的な数値実施例１〜５
について説明する。後述する各実施例の構成パラメータ
においては、図２４に示すように、逆光線追跡で、偏心
光学系１０の射出瞳１の中心を光学系の原点として、光
軸２を射出瞳１の中心（原点）を通る軸上主光線で定義
し、射出瞳１から光軸２に沿って進む方向をＺ軸方向、
このＺ軸に直交し射出瞳１中心を通り、光線が偏心光学
系１０によって折り曲げられる面内の方向をＹ軸方向、
Ｙ軸、Ｚ軸に直交し、射出瞳１中心を通る方向をＸ軸方
向とし、射出瞳１から偏心光学系１０に向かう方向をＺ
軸の正方向、光軸２から像面（画像表示素子）８の側を
Ｙ軸の正方向、そしてこれらＹ軸、Ｚ軸と右手系を構成
する方向をＸ軸の正方向とする。なお、光線追跡は偏心
光学系１０の射出瞳１側の物体側から偏心光学系１０に
入射する方向としている。
について説明する。後述する各実施例の構成パラメータ
においては、図２４に示すように、逆光線追跡で、偏心
光学系１０の射出瞳１の中心を光学系の原点として、光
軸２を射出瞳１の中心（原点）を通る軸上主光線で定義
し、射出瞳１から光軸２に沿って進む方向をＺ軸方向、
このＺ軸に直交し射出瞳１中心を通り、光線が偏心光学
系１０によって折り曲げられる面内の方向をＹ軸方向、
Ｙ軸、Ｚ軸に直交し、射出瞳１中心を通る方向をＸ軸方
向とし、射出瞳１から偏心光学系１０に向かう方向をＺ
軸の正方向、光軸２から像面（画像表示素子）８の側を
Ｙ軸の正方向、そしてこれらＹ軸、Ｚ軸と右手系を構成
する方向をＸ軸の正方向とする。なお、光線追跡は偏心
光学系１０の射出瞳１側の物体側から偏心光学系１０に
入射する方向としている。
【００７０】そして、偏心が与えられている面について
は、その面の面頂位置の偏心光学系１０の原点である射
出瞳１の中心からのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の偏
心量と、その面の中心軸（自由曲面、回転対称非球面に
ついては、それぞれ以下の（ｃ）式、（ｆ）式のＺ軸）
のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それ
ぞれα、β、γ）とが与えられている。なお、その場
合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対しての反時
計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対しての時計回りを
意味する。その他、球面の曲率半径、面間隔、媒質の屈
折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。
は、その面の面頂位置の偏心光学系１０の原点である射
出瞳１の中心からのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の偏
心量と、その面の中心軸（自由曲面、回転対称非球面に
ついては、それぞれ以下の（ｃ）式、（ｆ）式のＺ軸）
のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それ
ぞれα、β、γ）とが与えられている。なお、その場
合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対しての反時
計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対しての時計回りを
意味する。その他、球面の曲率半径、面間隔、媒質の屈
折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。
【００７１】なお、回転非対称面である自由曲面の形状
は以下の式により定義する。その定義式のＺ軸が回転非
対称面の軸となる。 Ｚ＝Σn Σm ＣnmＸn Ｙn-m ただし、Σn はΣのｎが０〜ｋ、Σm はΣのｍが０〜ｎ
を表す。
は以下の式により定義する。その定義式のＺ軸が回転非
対称面の軸となる。 Ｚ＝Σn Σm ＣnmＸn Ｙn-m ただし、Σn はΣのｎが０〜ｋ、Σm はΣのｍが０〜ｎ
を表す。
【００７２】また、面対称自由曲面（対称面を１つのみ
有する自由曲面）を、この自由曲面を表す式により定義
する場合は、その対称面により生ずる対称性をＸ方向に
求める場合は、Ｘの奇数次項を０に（例えばＸ奇数次項
の係数を０にする）、その対称面により生ずる対称性を
Ｙ方向に求める場合は、Ｙの奇数次項を０に（例えばＹ
奇数次項の係数を０にする）すればよい。
有する自由曲面）を、この自由曲面を表す式により定義
する場合は、その対称面により生ずる対称性をＸ方向に
求める場合は、Ｘの奇数次項を０に（例えばＸ奇数次項
の係数を０にする）、その対称面により生ずる対称性を
Ｙ方向に求める場合は、Ｙの奇数次項を０に（例えばＹ
奇数次項の係数を０にする）すればよい。
【００７３】ここで、例としてｋ＝７（７次項）で、Ｘ
方向に対称な面対称自由曲面を上記定義式を展開した形
で表すと、以下の式となる。 Ｚ＝Ｃ2 ＋Ｃ3 Ｙ＋Ｃ4 Ｘ ＋Ｃ5 Ｙ2 ＋Ｃ6 ＹＸ＋Ｃ7 Ｘ2 ＋Ｃ8 Ｙ3 ＋Ｃ9 Ｙ2 Ｘ＋Ｃ10ＹＸ2 ＋Ｃ11Ｘ3 ＋Ｃ12Ｙ4 ＋Ｃ13Ｙ3 Ｘ＋Ｃ14Ｙ2 Ｘ2 ＋Ｃ15ＹＸ3 ＋Ｃ16Ｘ4 ＋Ｃ17Ｙ5 ＋Ｃ18Ｙ4 Ｘ＋Ｃ19Ｙ3 Ｘ2 ＋Ｃ20Ｙ2 Ｘ3 ＋Ｃ21ＹＸ4 ＋Ｃ22Ｘ5 ＋Ｃ23Ｙ6 ＋Ｃ24Ｙ5 Ｘ＋Ｃ25Ｙ4 Ｘ2 ＋Ｃ26Ｙ3 Ｘ3 ＋Ｃ27Ｙ2 Ｘ4 ＋Ｃ28ＹＸ5 ＋Ｃ29Ｘ6 ＋Ｃ30Ｙ7 ＋Ｃ31Ｙ6 Ｘ ＋Ｃ32Ｙ5 Ｘ2 ＋Ｃ33Ｙ4 Ｘ3 ＋Ｃ34Ｙ3 Ｘ4 ＋Ｃ35Ｙ2 Ｘ5 ＋Ｃ36ＹＸ6＋Ｃ37Ｘ7 ・・・（ｃ） そして、Ｘ奇数次項の係数Ｃ4 ，Ｃ6 ，Ｃ9 ・・・を０
とする（後記の実施例）。なお、後記する構成のパラメ
ータ中において、記載のない非球面に関する係数は０で
ある。
方向に対称な面対称自由曲面を上記定義式を展開した形
で表すと、以下の式となる。 Ｚ＝Ｃ2 ＋Ｃ3 Ｙ＋Ｃ4 Ｘ ＋Ｃ5 Ｙ2 ＋Ｃ6 ＹＸ＋Ｃ7 Ｘ2 ＋Ｃ8 Ｙ3 ＋Ｃ9 Ｙ2 Ｘ＋Ｃ10ＹＸ2 ＋Ｃ11Ｘ3 ＋Ｃ12Ｙ4 ＋Ｃ13Ｙ3 Ｘ＋Ｃ14Ｙ2 Ｘ2 ＋Ｃ15ＹＸ3 ＋Ｃ16Ｘ4 ＋Ｃ17Ｙ5 ＋Ｃ18Ｙ4 Ｘ＋Ｃ19Ｙ3 Ｘ2 ＋Ｃ20Ｙ2 Ｘ3 ＋Ｃ21ＹＸ4 ＋Ｃ22Ｘ5 ＋Ｃ23Ｙ6 ＋Ｃ24Ｙ5 Ｘ＋Ｃ25Ｙ4 Ｘ2 ＋Ｃ26Ｙ3 Ｘ3 ＋Ｃ27Ｙ2 Ｘ4 ＋Ｃ28ＹＸ5 ＋Ｃ29Ｘ6 ＋Ｃ30Ｙ7 ＋Ｃ31Ｙ6 Ｘ ＋Ｃ32Ｙ5 Ｘ2 ＋Ｃ33Ｙ4 Ｘ3 ＋Ｃ34Ｙ3 Ｘ4 ＋Ｃ35Ｙ2 Ｘ5 ＋Ｃ36ＹＸ6＋Ｃ37Ｘ7 ・・・（ｃ） そして、Ｘ奇数次項の係数Ｃ4 ，Ｃ6 ，Ｃ9 ・・・を０
とする（後記の実施例）。なお、後記する構成のパラメ
ータ中において、記載のない非球面に関する係数は０で
ある。
【００７４】また、面対称自由曲面の他の定義式とし
て、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式がある。この面の形状は以下
の式（ｄ）により定義する。その定義式のＺ軸がＺｅｒ
ｎｉｋｅ多項式の軸となる。
て、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式がある。この面の形状は以下
の式（ｄ）により定義する。その定義式のＺ軸がＺｅｒ
ｎｉｋｅ多項式の軸となる。
【００７５】 Ｘ＝Ｒ×cos(A) Ｙ＝Ｒ×sin(A) Ｚ＝Ｄ2 ＋Ｄ3 Ｒcos(A)＋Ｄ4 Ｒsin(A) ＋Ｄ5 Ｒ2cos(2A)＋Ｄ6 （Ｒ2 −１）＋Ｄ7 Ｒ2sin(2A) ＋Ｄ8 Ｒ3cos(3A)＋Ｄ9 （３Ｒ3 −２Ｒ）cos(A) ＋Ｄ10（３Ｒ3 −２Ｒ）sin(A)＋Ｄ11Ｒ3sin(3A) ＋Ｄ12Ｒ4cos(4A)＋Ｄ13（４Ｒ4 −３Ｒ2 ）cos(2A) ＋Ｄ14（６Ｒ4 −６Ｒ2 ＋１）＋Ｄ15（４Ｒ4 −３Ｒ2 ）sin(2A) ＋Ｄ16Ｒ4sin(4A)＋Ｄ17Ｒ5cos(5A) ＋Ｄ18（５Ｒ5 −４Ｒ3 ）cos(3A) ＋Ｄ19（１０Ｒ5 −１２Ｒ3 ＋３Ｒ）cos(A) ＋Ｄ20（１０Ｒ5 −１２Ｒ3 ＋３Ｒ）sin(A) ＋Ｄ21（５Ｒ5 −４Ｒ3 ）sin(3A) ＋Ｄ22Ｒ5sin(5A) ＋Ｄ23Ｒ6cos(6A)＋Ｄ24（６Ｒ6 −５Ｒ4 ）cos(4A) ＋Ｄ25（１５Ｒ6 −２０Ｒ4 ＋６Ｒ2 ）cos(2A) ＋Ｄ26（２０Ｒ6 −３０Ｒ4 ＋１２Ｒ2 −１） ＋Ｄ27（１５Ｒ6 −２０Ｒ4 ＋６Ｒ2 ）sin(2A) ＋Ｄ28（６Ｒ6 −５Ｒ4 ）sin(4A) ＋Ｄ29Ｒ6sin(6A) ・・・（ｄ） なお、上記においてＸ方向に対称な面として表した。た
だし、Ｄｍ （ｍは２以上の整数）は係数である。
だし、Ｄｍ （ｍは２以上の整数）は係数である。
【００７６】本発明において使用可能なその他の面の表
現例として、上記定義式（Ｚ＝ΣnΣm ＣnmＸ
n Ｙn-m ）を、（ｃ）式と同様、Ｘ方向に対称な面で、
ｋ＝７とした面を表す場合、以下の（ｅ）式のように展
開することもできる。
現例として、上記定義式（Ｚ＝ΣnΣm ＣnmＸ
n Ｙn-m ）を、（ｃ）式と同様、Ｘ方向に対称な面で、
ｋ＝７とした面を表す場合、以下の（ｅ）式のように展
開することもできる。
【００７７】 Ｚ＝Ｃ2 ＋Ｃ3 Ｙ＋Ｃ4 ｜Ｘ｜ ＋Ｃ5 Ｙ2 ＋Ｃ6 Ｙ｜Ｘ｜＋Ｃ7 Ｘ2 ＋Ｃ8 Ｙ3 ＋Ｃ9 Ｙ2 ｜Ｘ｜＋Ｃ10ＹＸ2 ＋Ｃ11｜Ｘ3 ｜ ＋Ｃ12Ｙ4 ＋Ｃ13Ｙ3 ｜Ｘ｜＋Ｃ14Ｙ2 Ｘ2 ＋Ｃ15Ｙ｜Ｘ3 ｜＋Ｃ16Ｘ4 ＋Ｃ17Ｙ5 ＋Ｃ18Ｙ4 ｜Ｘ｜＋Ｃ19Ｙ3 Ｘ2 ＋Ｃ20Ｙ2 ｜Ｘ3 ｜ ＋Ｃ21ＹＸ4 ＋Ｃ22｜Ｘ5 ｜＋Ｃ23Ｙ6 ＋Ｃ24Ｙ5 ｜Ｘ｜＋Ｃ25Ｙ4 Ｘ2 ＋Ｃ26Ｙ3 ｜Ｘ3 ｜＋Ｃ27Ｙ2 Ｘ4 ＋Ｃ28Ｙ｜Ｘ5 ｜＋Ｃ29Ｘ6 ＋Ｃ30Ｙ7 ＋Ｃ31Ｙ6 ｜Ｘ｜＋Ｃ32Ｙ5 Ｘ2 ＋Ｃ33Ｙ4 ｜Ｘ3 ｜ ＋Ｃ34Ｙ3 Ｘ4 ＋Ｃ35Ｙ2 ｜Ｘ5 ｜＋Ｃ36ＹＸ6 ＋Ｃ37｜Ｘ7 ｜ ・・・（ｅ） また、回転対称非球面の形状は以下の式により定義す
る。その定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。
る。その定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。
【００７８】 Ｚ＝（Ｙ2 ／Ｒ）／［１＋｛１−Ｐ（Ｙ2 ／Ｒ2 ）｝1/2 ］ ＋Ａ4 Ｙ4 ＋Ａ6 Ｙ6 ＋Ａ8 Ｙ8 ＋Ａ10Ｙ10 ・・・（ｆ） ただし、ＹはＺに垂直な方向であり、Ｒは近軸曲率半
径、Ｐは円錐係数、Ａ4、Ａ6 、Ａ8 、Ａ10は非球面係
数である。
径、Ｐは円錐係数、Ａ4、Ａ6 、Ａ8 、Ａ10は非球面係
数である。
【００７９】なお、後記する構成パラメータにおいて、
データの記載されていない非球面に関する項は０であ
る。屈折率についてはｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に
対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。
データの記載されていない非球面に関する項は０であ
る。屈折率についてはｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に
対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。
【００８０】次に、図２４〜図２８にそれぞれ数値実施
例１〜５の画像表示装置光学系の偏心光学系１０の光軸
２を含むＹ−Ｚ断面図を示す。何れの実施例の偏心プリ
ズム光学系１０も、図１の場合と同様に、３つの面３、
４、５からなっており、その３つの面３〜５の間が屈折
率が１より大きい透明媒質で埋められていて、不図示の
物体から発した光線束が光軸２に沿って偏心光学系１０
の射出瞳１をまず通過し、透過作用と反射作用を有する
第１面３に入射して偏心光学系１０内に入り、その入射
光線は射出瞳１から遠い側の反射作用のみを有する反射
面である第２面４で射出瞳１に近づく方向に反射され、
今度は第１面３で射出瞳１から遠ざかる方向に再び反射
され、その反射光線は、透過作用のみを有する第３面５
を透過して像面の位置に配置された反射型ＬＣＤ８の表
示面に到達し、その表示面で正反射して、図２４〜図２
６の場合は、図２と同様に、第３面５から偏心光学系１
０内に入り、偏心光学系１０を横断して、第３面５と反
対側の第１面３と第２面４が交差する部分の切り取り面
１４から偏心光学系１０の外へ出て、切り取り面１４の
前方に配置された面光源（例えば、点光源により背面か
ら照明されたスリガラス）１２に達する。また、図２７
の場合は、図１と同様、反射型ＬＣＤ８の表示面で正反
射した光は、第３面５と反射型ＬＣＤ８の間のスペース
の射出瞳１側に配置された面光源１２に達する。さら
に、図２８の場合は、図３と同様、反射型ＬＣＤ８の表
示面で正反射した光は、第３面５から偏心光学系１０内
に入り第３面５と第１面３交差部近傍を横切り、第１面
３から射出瞳１側に出て、第１面３の前方に配置された
面光源１２に達する。
例１〜５の画像表示装置光学系の偏心光学系１０の光軸
２を含むＹ−Ｚ断面図を示す。何れの実施例の偏心プリ
ズム光学系１０も、図１の場合と同様に、３つの面３、
４、５からなっており、その３つの面３〜５の間が屈折
率が１より大きい透明媒質で埋められていて、不図示の
物体から発した光線束が光軸２に沿って偏心光学系１０
の射出瞳１をまず通過し、透過作用と反射作用を有する
第１面３に入射して偏心光学系１０内に入り、その入射
光線は射出瞳１から遠い側の反射作用のみを有する反射
面である第２面４で射出瞳１に近づく方向に反射され、
今度は第１面３で射出瞳１から遠ざかる方向に再び反射
され、その反射光線は、透過作用のみを有する第３面５
を透過して像面の位置に配置された反射型ＬＣＤ８の表
示面に到達し、その表示面で正反射して、図２４〜図２
６の場合は、図２と同様に、第３面５から偏心光学系１
０内に入り、偏心光学系１０を横断して、第３面５と反
対側の第１面３と第２面４が交差する部分の切り取り面
１４から偏心光学系１０の外へ出て、切り取り面１４の
前方に配置された面光源（例えば、点光源により背面か
ら照明されたスリガラス）１２に達する。また、図２７
の場合は、図１と同様、反射型ＬＣＤ８の表示面で正反
射した光は、第３面５と反射型ＬＣＤ８の間のスペース
の射出瞳１側に配置された面光源１２に達する。さら
に、図２８の場合は、図３と同様、反射型ＬＣＤ８の表
示面で正反射した光は、第３面５から偏心光学系１０内
に入り第３面５と第１面３交差部近傍を横切り、第１面
３から射出瞳１側に出て、第１面３の前方に配置された
面光源１２に達する。
【００８１】図２４（実施例１）、図２６（実施例
３）、図２７（実施例４）、図２８（実施例５）の場合
は、射出瞳１と面光源１２は共役になっており、したが
って、面光源１２は射出瞳１の形状に相似の円形のもの
でよく、図２５（実施例２）の場合は、Ｙ−Ｚ断面図内
でのみ射出瞳１と面光源１２は共役になっており、Ｘ−
Ｚ断面図内では共役になっていないため、実施例２の場
合は、光源１２としてＸ方向に伸びた長い面光源１２を
用いる。
３）、図２７（実施例４）、図２８（実施例５）の場合
は、射出瞳１と面光源１２は共役になっており、したが
って、面光源１２は射出瞳１の形状に相似の円形のもの
でよく、図２５（実施例２）の場合は、Ｙ−Ｚ断面図内
でのみ射出瞳１と面光源１２は共役になっており、Ｘ−
Ｚ断面図内では共役になっていないため、実施例２の場
合は、光源１２としてＸ方向に伸びた長い面光源１２を
用いる。
【００８２】そして、実施例１、２、５においては、第
１面３は瞳１側に凹面を向けて偏心した前記の（ｆ）式
で定義される回転対称非球面からなり、実施例３におい
ては、第１面３は前記の（ｃ）式で定義される自由曲面
からなり、実施例４においては、第１面３は瞳１側に凸
面を向けて偏心した前記の（ｆ）式で定義される回転対
称非球面からなる。また、実施例１〜５の何れの実施例
においても、第２面４、第３面５は前記の（ｃ）式で定
義される自由曲面からなる。
１面３は瞳１側に凹面を向けて偏心した前記の（ｆ）式
で定義される回転対称非球面からなり、実施例３におい
ては、第１面３は前記の（ｃ）式で定義される自由曲面
からなり、実施例４においては、第１面３は瞳１側に凸
面を向けて偏心した前記の（ｆ）式で定義される回転対
称非球面からなる。また、実施例１〜５の何れの実施例
においても、第２面４、第３面５は前記の（ｃ）式で定
義される自由曲面からなる。
【００８３】また、反射型ＬＣＤ８は、何れの実施例も
対角０．７インチタイプの縦横１４．４ｍｍ×１０．７
ｍｍの画面のものを使用するようになっており、画角
は、実施例１〜３は、水平画角３３°、垂直画角２５．
１°、実施例４、５は、水平画角３５°、垂直画角２
６．６°であり、瞳径は、何れの実施例も４ｍｍであ
る。
対角０．７インチタイプの縦横１４．４ｍｍ×１０．７
ｍｍの画面のものを使用するようになっており、画角
は、実施例１〜３は、水平画角３３°、垂直画角２５．
１°、実施例４、５は、水平画角３５°、垂直画角２
６．６°であり、瞳径は、何れの実施例も４ｍｍであ
る。
【００８４】以下に、上記実施例１〜５の構成パラメー
タを示す。なお、像面の次の面番号７、８は実施例１〜
３の場合は、第３面５と切り取り面１４であり、実施例
５の場合は、第３面５と第１面３である。また、光源は
面光源１２である。そして、これら実施例１〜５はいず
れも入射瞳を有限距離とした非テレセントリック光学系
に構成したものである。 実施例１ 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（瞳） 2 -167.90 （非球面） 偏心(1) 1.5254 56.2 3 自由曲面I 偏心(2) 1.5254 56.2 4 -167.90 （非球面） 偏心(1) 1.5254 56.2 5 自由曲面II 偏心(3) 像 面 ∞ 偏心(4) 7 自由曲面II 偏心(3) 1.5254 56.2 8 ∞ 偏心(5) 光 源 ∞ 偏心(6) 非球面係数 面番号：２，４ Ｐ = 1 Ａ4 = 1.3861 ×10-6 Ａ6 =-1.5957 ×10-9 自由曲面I Ｃ5 -7.5462 ×10-3 Ｃ7 -7.8676×10-3 Ｃ8 5.6453×10-5 Ｃ10 2.7553 ×10-5 Ｃ12 5.3969×10-7 Ｃ14 6.0288×10-7 Ｃ16 -3.2424 ×10-7 Ｃ17 -3.6709×10-8 Ｃ19 9.4121×10-8 Ｃ21 -5.0850 ×10-9 自由曲面II Ｃ5 -1.2220 ×10-2 Ｃ7 -1.3558×10-2 Ｃ8 -2.5977×10-4 Ｃ10 2.9678 ×10-4 Ｃ14 5.5478×10-6 Ｃ16 3.1550×10-5 Ｃ17 2.6777 ×10-6 Ｃ19 -1.7874×10-6 Ｃ21 -3.9576×10-7 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 8.59 Ｚ 27.10 α 21.17 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 1.39 Ｚ 42.54 α -9.30 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 22.01 Ｚ 32.70 α 90.03 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 24.99 Ｚ 34.86 α 74.53 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ -12.00 Ｚ 32.00 α 90.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ -13.00 Ｚ 36.50 α 90.00 β 0.00 γ 0.00 。 実施例２ 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（瞳） 2 -168.57 （非球面） 偏心(1) 1.5254 56.2 3 自由曲面I 偏心(2) 1.5254 56.2 4 -168.57 （非球面） 偏心(1) 1.5254 56.2 5 自由曲面II 偏心(3) 像 面 ∞ 偏心(4) 7 自由曲面II 偏心(3) 1.5254 56.2 8 ∞ 偏心(5) 光 源 ∞ 偏心(6) 非球面係数 面番号：２，４ Ｐ = 1 Ａ4 = 9.2941 ×10-7 Ａ6 =-1.6509 ×10-9 自由曲面I Ｃ5 -7.5328×10-3 Ｃ7 -7.8680×10-3 Ｃ8 6.1807×10-5 Ｃ10 2.1866×10-5 Ｃ12 5.9433×10-7 Ｃ14 4.5365×10-7 Ｃ16 2.4863×10-7 Ｃ17 -6.1413×10-9 Ｃ19 1.1857×10-7 Ｃ21 4.9232×10-8 自由曲面II Ｃ5 -1.2256×10-2 Ｃ7 -6.5166×10-3 Ｃ8 -2.0673×10-4 Ｃ10 5.7020×10-5 Ｃ14 -2.1224×10-6 Ｃ16 -5.9028×10-5 Ｃ17 1.7875×10-6 Ｃ19 -1.7235×10-6 Ｃ21 4.9652×10-6 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 8.19 Ｚ 27.25 α 21.22 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 1.38 Ｚ 42.43 α -8.85 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 21.93 Ｚ 33.20 α 90.05 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 25.02 Ｚ 35.56 α 73.13 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ -12.00 Ｚ 32.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ -13.00 Ｚ 36.50 α 90.00 β 0.00 γ 0.00 。 実施例３ 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（瞳） 2 自由曲面I 偏心(1) 1.5254 56.2 3 自由曲面II 偏心(2) 1.5254 56.2 4 自由曲面I 偏心(1) 1.5254 56.2 5 自由曲面III 偏心(3) 像 面 ∞ 偏心(4) 7 自由曲面III 偏心(3) 1.5254 56.2 8 ∞ 偏心(5) 光 源 ∞ 偏心(6) 自由曲面I Ｃ5 -3.0943×10-3 Ｃ7 -2.1692×10-3 Ｃ8 -4.8306×10-5 Ｃ10 -5.3490×10-5 Ｃ12 1.4200×10-6 Ｃ14 1.5139×10-6 Ｃ16 -1.0861×10-5 Ｃ17 1.5841×10-7 Ｃ19 6.9496×10-8 Ｃ21 -1.4837×10-7 自由曲面II Ｃ5 -7.6816×10-3 Ｃ7 -7.6146×10-3 Ｃ8 2.8189×10-5 Ｃ10 -3.8271×10-6 Ｃ12 -2.5770×10-8 Ｃ14 8.8906×10-7 Ｃ16 -2.7528×10-6 Ｃ17 9.4659×10-8 Ｃ19 8.1970×10-8 Ｃ21 8.5439×10-8 自由曲面III Ｃ5 -1.2314×10-2 Ｃ7 -1.3727×10-2 Ｃ8 -3.0807×10-4 Ｃ10 2.4329×10-4 Ｃ14 7.0617×10-6 Ｃ16 2.0688×10-5 Ｃ17 2.8361×10-6 Ｃ19 -1.7179×10-6 Ｃ21 -5.4413×10-7 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 8.88 Ｚ 26.99 α 21.35 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 1.43 Ｚ 42.68 α -9.43 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 21.72 Ｚ 32.14 α 89.25 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 24.52 Ｚ 34.04 α 75.94 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ -12.00 Ｚ 32.00 α 90.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ -13.00 Ｚ 36.00 α 90.00 β 0.00 γ 0.00 。 実施例４ 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（瞳） 2 465.98 偏心(1) 1.5254 56.2 3 自由曲面I 偏心(2) 1.5254 56.2 4 465.98 偏心(1) 1.5254 56.2 5 自由曲面II 偏心(3) 像 面 ∞ 偏心(4) 光 源 ∞ 偏心(5) 非球面係数 面番号：２，４ Ｐ = 1 Ａ4 =-3.5067×10-6 Ａ6 = 4.6627×10-10 自由曲面I Ｃ5 -5.9694×10-3 Ｃ7 -6.5778×10-3 Ｃ8 5.4922×10-5 Ｃ10 6.5817×10-5 Ｃ12 -2.8264×10-6 Ｃ14 -5.5724×10-6 Ｃ16 -1.0995×10-6 Ｃ17 2.0234×10-7 Ｃ19 9.3296×10-8 Ｃ21 1.4712×10-7 自由曲面II Ｃ5 -5.4431×10-4 Ｃ7 -5.9504×10-3 Ｃ8 -7.1036×10-4 Ｃ10 -3.6383×10-4 Ｃ14 4.4298×10-5 Ｃ16 -3.9713×10-6 Ｃ19 -8.8974×10-7 Ｃ21 -1.5926×10-6 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 7.27 Ｚ 27.85 α 16.12 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.89 Ｚ 38.74 α -12.19 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 18.55 Ｚ 33.70 α 76.51 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 23.92 Ｚ 37.47 α 26.70 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 24.74 Ｚ 6.23 α -34.49 β 0.00 γ 0.00 実施例５ 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（瞳） 2 -94.76 偏心(1) 1.5254 56.2 3 自由曲面I 偏心(2) 1.5254 56.2 4 -94.76 偏心(1) 1.5254 56.2 5 自由曲面II 偏心(3) 像 面 ∞ 偏心(4) 7 自由曲面II 偏心(3) 1.5254 56.2 8 -94.76 偏心(1) 光 源 ∞ 偏心(5) 非球面係数 面番号：２，４，８ Ｐ = 1 Ａ4 = 1.9079 ×10-6 Ａ6 =-1.8638 ×10-9 自由曲面I Ｃ5 -1.0488×10-2 Ｃ7 -1.0606×10-2 Ｃ8 4.0912×10-5 Ｃ10 1.2549×10-5 Ｃ14 -2.7265×10-6 Ｃ16 -1.2752×10-6 自由曲面II Ｃ5 -3.5995×10-2 Ｃ7 1.2635×10-2 Ｃ8 1.0591×10-3 Ｃ10 1.2029×10-3 Ｃ14 3.6330×10-6 Ｃ16 -7.5845×10-5 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 7.75 Ｚ 27.83 α 13.48 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.47 Ｚ 38.10 α -16.14 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 19.24 Ｚ 33.85 α 63.60 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 22.06 Ｚ 35.38 α 48.19 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 11.77 Ｚ 25.69 α 45.00 β 0.00 γ 0.00 。
タを示す。なお、像面の次の面番号７、８は実施例１〜
３の場合は、第３面５と切り取り面１４であり、実施例
５の場合は、第３面５と第１面３である。また、光源は
面光源１２である。そして、これら実施例１〜５はいず
れも入射瞳を有限距離とした非テレセントリック光学系
に構成したものである。 実施例１ 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（瞳） 2 -167.90 （非球面） 偏心(1) 1.5254 56.2 3 自由曲面I 偏心(2) 1.5254 56.2 4 -167.90 （非球面） 偏心(1) 1.5254 56.2 5 自由曲面II 偏心(3) 像 面 ∞ 偏心(4) 7 自由曲面II 偏心(3) 1.5254 56.2 8 ∞ 偏心(5) 光 源 ∞ 偏心(6) 非球面係数 面番号：２，４ Ｐ = 1 Ａ4 = 1.3861 ×10-6 Ａ6 =-1.5957 ×10-9 自由曲面I Ｃ5 -7.5462 ×10-3 Ｃ7 -7.8676×10-3 Ｃ8 5.6453×10-5 Ｃ10 2.7553 ×10-5 Ｃ12 5.3969×10-7 Ｃ14 6.0288×10-7 Ｃ16 -3.2424 ×10-7 Ｃ17 -3.6709×10-8 Ｃ19 9.4121×10-8 Ｃ21 -5.0850 ×10-9 自由曲面II Ｃ5 -1.2220 ×10-2 Ｃ7 -1.3558×10-2 Ｃ8 -2.5977×10-4 Ｃ10 2.9678 ×10-4 Ｃ14 5.5478×10-6 Ｃ16 3.1550×10-5 Ｃ17 2.6777 ×10-6 Ｃ19 -1.7874×10-6 Ｃ21 -3.9576×10-7 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 8.59 Ｚ 27.10 α 21.17 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 1.39 Ｚ 42.54 α -9.30 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 22.01 Ｚ 32.70 α 90.03 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 24.99 Ｚ 34.86 α 74.53 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ -12.00 Ｚ 32.00 α 90.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ -13.00 Ｚ 36.50 α 90.00 β 0.00 γ 0.00 。 実施例２ 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（瞳） 2 -168.57 （非球面） 偏心(1) 1.5254 56.2 3 自由曲面I 偏心(2) 1.5254 56.2 4 -168.57 （非球面） 偏心(1) 1.5254 56.2 5 自由曲面II 偏心(3) 像 面 ∞ 偏心(4) 7 自由曲面II 偏心(3) 1.5254 56.2 8 ∞ 偏心(5) 光 源 ∞ 偏心(6) 非球面係数 面番号：２，４ Ｐ = 1 Ａ4 = 9.2941 ×10-7 Ａ6 =-1.6509 ×10-9 自由曲面I Ｃ5 -7.5328×10-3 Ｃ7 -7.8680×10-3 Ｃ8 6.1807×10-5 Ｃ10 2.1866×10-5 Ｃ12 5.9433×10-7 Ｃ14 4.5365×10-7 Ｃ16 2.4863×10-7 Ｃ17 -6.1413×10-9 Ｃ19 1.1857×10-7 Ｃ21 4.9232×10-8 自由曲面II Ｃ5 -1.2256×10-2 Ｃ7 -6.5166×10-3 Ｃ8 -2.0673×10-4 Ｃ10 5.7020×10-5 Ｃ14 -2.1224×10-6 Ｃ16 -5.9028×10-5 Ｃ17 1.7875×10-6 Ｃ19 -1.7235×10-6 Ｃ21 4.9652×10-6 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 8.19 Ｚ 27.25 α 21.22 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 1.38 Ｚ 42.43 α -8.85 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 21.93 Ｚ 33.20 α 90.05 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 25.02 Ｚ 35.56 α 73.13 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ -12.00 Ｚ 32.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ -13.00 Ｚ 36.50 α 90.00 β 0.00 γ 0.00 。 実施例３ 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（瞳） 2 自由曲面I 偏心(1) 1.5254 56.2 3 自由曲面II 偏心(2) 1.5254 56.2 4 自由曲面I 偏心(1) 1.5254 56.2 5 自由曲面III 偏心(3) 像 面 ∞ 偏心(4) 7 自由曲面III 偏心(3) 1.5254 56.2 8 ∞ 偏心(5) 光 源 ∞ 偏心(6) 自由曲面I Ｃ5 -3.0943×10-3 Ｃ7 -2.1692×10-3 Ｃ8 -4.8306×10-5 Ｃ10 -5.3490×10-5 Ｃ12 1.4200×10-6 Ｃ14 1.5139×10-6 Ｃ16 -1.0861×10-5 Ｃ17 1.5841×10-7 Ｃ19 6.9496×10-8 Ｃ21 -1.4837×10-7 自由曲面II Ｃ5 -7.6816×10-3 Ｃ7 -7.6146×10-3 Ｃ8 2.8189×10-5 Ｃ10 -3.8271×10-6 Ｃ12 -2.5770×10-8 Ｃ14 8.8906×10-7 Ｃ16 -2.7528×10-6 Ｃ17 9.4659×10-8 Ｃ19 8.1970×10-8 Ｃ21 8.5439×10-8 自由曲面III Ｃ5 -1.2314×10-2 Ｃ7 -1.3727×10-2 Ｃ8 -3.0807×10-4 Ｃ10 2.4329×10-4 Ｃ14 7.0617×10-6 Ｃ16 2.0688×10-5 Ｃ17 2.8361×10-6 Ｃ19 -1.7179×10-6 Ｃ21 -5.4413×10-7 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 8.88 Ｚ 26.99 α 21.35 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 1.43 Ｚ 42.68 α -9.43 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 21.72 Ｚ 32.14 α 89.25 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 24.52 Ｚ 34.04 α 75.94 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ -12.00 Ｚ 32.00 α 90.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ -13.00 Ｚ 36.00 α 90.00 β 0.00 γ 0.00 。 実施例４ 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（瞳） 2 465.98 偏心(1) 1.5254 56.2 3 自由曲面I 偏心(2) 1.5254 56.2 4 465.98 偏心(1) 1.5254 56.2 5 自由曲面II 偏心(3) 像 面 ∞ 偏心(4) 光 源 ∞ 偏心(5) 非球面係数 面番号：２，４ Ｐ = 1 Ａ4 =-3.5067×10-6 Ａ6 = 4.6627×10-10 自由曲面I Ｃ5 -5.9694×10-3 Ｃ7 -6.5778×10-3 Ｃ8 5.4922×10-5 Ｃ10 6.5817×10-5 Ｃ12 -2.8264×10-6 Ｃ14 -5.5724×10-6 Ｃ16 -1.0995×10-6 Ｃ17 2.0234×10-7 Ｃ19 9.3296×10-8 Ｃ21 1.4712×10-7 自由曲面II Ｃ5 -5.4431×10-4 Ｃ7 -5.9504×10-3 Ｃ8 -7.1036×10-4 Ｃ10 -3.6383×10-4 Ｃ14 4.4298×10-5 Ｃ16 -3.9713×10-6 Ｃ19 -8.8974×10-7 Ｃ21 -1.5926×10-6 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 7.27 Ｚ 27.85 α 16.12 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.89 Ｚ 38.74 α -12.19 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 18.55 Ｚ 33.70 α 76.51 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 23.92 Ｚ 37.47 α 26.70 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 24.74 Ｚ 6.23 α -34.49 β 0.00 γ 0.00 実施例５ 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（瞳） 2 -94.76 偏心(1) 1.5254 56.2 3 自由曲面I 偏心(2) 1.5254 56.2 4 -94.76 偏心(1) 1.5254 56.2 5 自由曲面II 偏心(3) 像 面 ∞ 偏心(4) 7 自由曲面II 偏心(3) 1.5254 56.2 8 -94.76 偏心(1) 光 源 ∞ 偏心(5) 非球面係数 面番号：２，４，８ Ｐ = 1 Ａ4 = 1.9079 ×10-6 Ａ6 =-1.8638 ×10-9 自由曲面I Ｃ5 -1.0488×10-2 Ｃ7 -1.0606×10-2 Ｃ8 4.0912×10-5 Ｃ10 1.2549×10-5 Ｃ14 -2.7265×10-6 Ｃ16 -1.2752×10-6 自由曲面II Ｃ5 -3.5995×10-2 Ｃ7 1.2635×10-2 Ｃ8 1.0591×10-3 Ｃ10 1.2029×10-3 Ｃ14 3.6330×10-6 Ｃ16 -7.5845×10-5 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 7.75 Ｚ 27.83 α 13.48 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.47 Ｚ 38.10 α -16.14 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 19.24 Ｚ 33.85 α 63.60 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 22.06 Ｚ 35.38 α 48.19 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 11.77 Ｚ 25.69 α 45.00 β 0.00 γ 0.00 。
【００８５】上記実施例３の面光源１２の瞳収差を示す
横収差図を図２９に示す。図中、は面光源１２中心か
ら射出瞳１中心に到る光束の横収差を、は面光源１２
右端から射出瞳１上端に到る光束の横収差を、は面光
源１２左端から射出瞳１下端に到る光束の横収差をそれ
ぞれ示す。
横収差図を図２９に示す。図中、は面光源１２中心か
ら射出瞳１中心に到る光束の横収差を、は面光源１２
右端から射出瞳１上端に到る光束の横収差を、は面光
源１２左端から射出瞳１下端に到る光束の横収差をそれ
ぞれ示す。
【００８６】以上の実施例１〜５の条件式（１）〜
（３）に関する角度Θは次の通りである。 実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５ Θ（°） ２０．５ ２０．５ ２０．１ ２８．１ １３．５ なお、以上の実施例においては、反射型画像表示素子と
して反射型ＬＣＤ８を用いることを前提としていたが、
その代わりに図３７に示したＤＭＤ（デジタル・マイク
ロ・デバイス）等を用いてもよいことはもちろんであ
る。
（３）に関する角度Θは次の通りである。 実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５ Θ（°） ２０．５ ２０．５ ２０．１ ２８．１ １３．５ なお、以上の実施例においては、反射型画像表示素子と
して反射型ＬＣＤ８を用いることを前提としていたが、
その代わりに図３７に示したＤＭＤ（デジタル・マイク
ロ・デバイス）等を用いてもよいことはもちろんであ
る。
【００８７】なお、光学系の数値は省くが、図１７の偏
心光学系１０を接眼光学系に用いる場合の光源１２の配
置に関する１実施例を図３０に示す。この実施例では、
光源１２を第１面３の前の射出瞳１側であって第３面５
に近い位置に配置し、光源１２からの照明光１３を第１
面３から偏心光学系１０内部に入れ、偏心光学系１０を
横断して第４面６から外に出るように、すなわち、光源
１２からの照明光１３が偏心光学系１０を射出瞳１側か
ら反対側に突き抜けるようにし、第４面６から外に出た
照明光１３を凹面鏡１５により反射型ＬＣＤ８の方向に
向け、第４面６の第３面５との交差部近傍から偏心光学
系１０内部に再度入れ、偏心光学系１０を横断させて第
３面５から外に出るようにして、反射型ＬＣＤ８の表示
面を照明するようにしている。
心光学系１０を接眼光学系に用いる場合の光源１２の配
置に関する１実施例を図３０に示す。この実施例では、
光源１２を第１面３の前の射出瞳１側であって第３面５
に近い位置に配置し、光源１２からの照明光１３を第１
面３から偏心光学系１０内部に入れ、偏心光学系１０を
横断して第４面６から外に出るように、すなわち、光源
１２からの照明光１３が偏心光学系１０を射出瞳１側か
ら反対側に突き抜けるようにし、第４面６から外に出た
照明光１３を凹面鏡１５により反射型ＬＣＤ８の方向に
向け、第４面６の第３面５との交差部近傍から偏心光学
系１０内部に再度入れ、偏心光学系１０を横断させて第
３面５から外に出るようにして、反射型ＬＣＤ８の表示
面を照明するようにしている。
【００８８】また、上記実施例はいずれも、入射瞳を有
限距離とした非テレセントリックに形成した偏心光学系
に反射型ＬＣＤ８を使用した形態を示したが、以下のよ
うに、２次元画面を備えていない画像表示素子を用いる
ことも可能である。
限距離とした非テレセントリックに形成した偏心光学系
に反射型ＬＣＤ８を使用した形態を示したが、以下のよ
うに、２次元画面を備えていない画像表示素子を用いる
ことも可能である。
【００８９】例えば、上記図２に示した画像表示装置の
反射型ＬＣＤ８を単なる平面ミラー９に置き換え、光源
１２をスキャン（走査）することによって、２次元画像
を形成する画像表示素子２４とスキャン部材２５とに置
き換えた図３１に示す画像表示装置とすることもでき
る。
反射型ＬＣＤ８を単なる平面ミラー９に置き換え、光源
１２をスキャン（走査）することによって、２次元画像
を形成する画像表示素子２４とスキャン部材２５とに置
き換えた図３１に示す画像表示装置とすることもでき
る。
【００９０】この時、１次元走査を主体とした構成とす
るならば、例えば図３２に示すように、スキャン部材２
５はポリゴンミラー２６に構成し、画像表示素子２４は
１次元画像表示素子（液晶表示画素やＬＥＤ等の表示画
素を１次元に配列したもの）２７と光を平行光束にする
コリメータレンズ２８とに構成することができる。ここ
で、偏心光学系１０の入射瞳位置は、このポリゴンミラ
ー２６の回転多面に形成された反射面に略一致するよう
に配置し、１次元画像表示素子２７の画素列と直交する
方向に光束を走査することによって、２次元画像を形成
するように構成されている。
るならば、例えば図３２に示すように、スキャン部材２
５はポリゴンミラー２６に構成し、画像表示素子２４は
１次元画像表示素子（液晶表示画素やＬＥＤ等の表示画
素を１次元に配列したもの）２７と光を平行光束にする
コリメータレンズ２８とに構成することができる。ここ
で、偏心光学系１０の入射瞳位置は、このポリゴンミラ
ー２６の回転多面に形成された反射面に略一致するよう
に配置し、１次元画像表示素子２７の画素列と直交する
方向に光束を走査することによって、２次元画像を形成
するように構成されている。
【００９１】また、２次元走査を主体とした構成とする
ならば、例えば図３３に示すように、１次元画像表示素
子２７を１画素分の表示を行なう画素光源２９に構成
し、ポリゴンミラー２６の走査方向と直交する方向に走
査機能を持って構成されたガルバノミラー３０を配置す
る構成とすることで実現できる。猶、このガルバノミラ
ー３０は走査機能を持てば良く、ポリゴンミラー等で構
成してもかまわない。
ならば、例えば図３３に示すように、１次元画像表示素
子２７を１画素分の表示を行なう画素光源２９に構成
し、ポリゴンミラー２６の走査方向と直交する方向に走
査機能を持って構成されたガルバノミラー３０を配置す
る構成とすることで実現できる。猶、このガルバノミラ
ー３０は走査機能を持てば良く、ポリゴンミラー等で構
成してもかまわない。
【００９２】また、上記実施例において、光源１２、反
射型ＬＣＤ８ポリゴンミラー２６及び平面ミラー９等の
光学素子から射出される光束の内、入射瞳を形成する有
効光束以外の開口数の大きな光が、偏心光学系１０を介
して観察者の眼球に導かれることによって発生するゴー
スト像を防止するため、これら各素子の形成する光路中
に光束の開口数を制限する開口数低減素子を配置するこ
とが望ましい。特にこの開口数低減素子は、上記各素子
と偏心光学系１０との間の光路中に配置することがより
効果的である。この開口数低減素子としては、例えば下
記に示すルーバー光学素子１６ａや光ファイバープレー
ト１６ｂ等がある。
射型ＬＣＤ８ポリゴンミラー２６及び平面ミラー９等の
光学素子から射出される光束の内、入射瞳を形成する有
効光束以外の開口数の大きな光が、偏心光学系１０を介
して観察者の眼球に導かれることによって発生するゴー
スト像を防止するため、これら各素子の形成する光路中
に光束の開口数を制限する開口数低減素子を配置するこ
とが望ましい。特にこの開口数低減素子は、上記各素子
と偏心光学系１０との間の光路中に配置することがより
効果的である。この開口数低減素子としては、例えば下
記に示すルーバー光学素子１６ａや光ファイバープレー
ト１６ｂ等がある。
【００９３】ルーバー光学素子１６ａの例を図３４
（ａ）、図３４（ｂ）に示す。ルーバー光学素子１６ａ
は、透明フィルム１７の中に微細な遮光壁１８が周期的
に挟み込まれてなるもので、この遮光壁１８によりある
入射角範囲以外の光りは吸収されて射出できないもので
ある。また、この遮光壁１８の角度を変えることによ
り、最大透過の入射角を変えることができる。図３４
（ａ）、（ｂ）の矢印の方向から光束が入射した場合の
ルーバー光学素子１６ａの透過率分布を夫々図３５
（ａ）、（ｂ）に示す。
（ａ）、図３４（ｂ）に示す。ルーバー光学素子１６ａ
は、透明フィルム１７の中に微細な遮光壁１８が周期的
に挟み込まれてなるもので、この遮光壁１８によりある
入射角範囲以外の光りは吸収されて射出できないもので
ある。また、この遮光壁１８の角度を変えることによ
り、最大透過の入射角を変えることができる。図３４
（ａ）、（ｂ）の矢印の方向から光束が入射した場合の
ルーバー光学素子１６ａの透過率分布を夫々図３５
（ａ）、（ｂ）に示す。
【００９４】このようなルーバー光学素子１６ａを例え
ば図１の光源１２と反射型ＬＣＤ８の間に挿入すると、
光源１２からの光はルーバー光学素子１６ａにより開口
数が制限され、その後に反射型ＬＣＤ８を反射し、偏心
光学系１０に向かう。ここで、ゴースト像を発生させる
開口数の大きさが、入射角度α以上に大きい光束によっ
てもたらされるとした時、透過率分布が、図３５（ａ）
のように臨界入射角α以上の光束は透過させないように
構成されたルーバー光学素子１６ａを使用すれば、ゴー
スト像の発生を防止することができる。
ば図１の光源１２と反射型ＬＣＤ８の間に挿入すると、
光源１２からの光はルーバー光学素子１６ａにより開口
数が制限され、その後に反射型ＬＣＤ８を反射し、偏心
光学系１０に向かう。ここで、ゴースト像を発生させる
開口数の大きさが、入射角度α以上に大きい光束によっ
てもたらされるとした時、透過率分布が、図３５（ａ）
のように臨界入射角α以上の光束は透過させないように
構成されたルーバー光学素子１６ａを使用すれば、ゴー
スト像の発生を防止することができる。
【００９５】また、上記各実施例のように偏心光学系１
０では、各光学作用面が同軸系にはなく、面の形状自体
も回転非対称に形成されていることもあり、ゴースト像
を発生させる開口数の大きな光束も、図３５（ａ）のよ
うに入射角０を中心に対称に存在しない場合もある。そ
こでそのような場合は、図３４（ｂ）に示すように、所
定の角度傾いて入射する光束を中心に光束の透過率を制
御するように、透明フィルム１７中の微細な遮光壁１８
が所定角度傾いて配置されたルーバー光学素子１６ａを
用いることが望ましい。例えば、図１に示した実施例の
場合は、反射型ＬＣＤ８を射出した光束は偏心光学系１
０の第３面５に対して第１面３の方向に傾いて斜めに入
射する。そこでこの反射型ＬＣＤ８と第３面５との間に
図３４（ｂ）のルーバー光学素子１６ａを配置すれば、
図３５（ｂ）のように透過率分布がスライドし、有効光
束の光量を損失させずに、ゴースト像を形成する開口数
の大きい光束のみ低減できる。
０では、各光学作用面が同軸系にはなく、面の形状自体
も回転非対称に形成されていることもあり、ゴースト像
を発生させる開口数の大きな光束も、図３５（ａ）のよ
うに入射角０を中心に対称に存在しない場合もある。そ
こでそのような場合は、図３４（ｂ）に示すように、所
定の角度傾いて入射する光束を中心に光束の透過率を制
御するように、透明フィルム１７中の微細な遮光壁１８
が所定角度傾いて配置されたルーバー光学素子１６ａを
用いることが望ましい。例えば、図１に示した実施例の
場合は、反射型ＬＣＤ８を射出した光束は偏心光学系１
０の第３面５に対して第１面３の方向に傾いて斜めに入
射する。そこでこの反射型ＬＣＤ８と第３面５との間に
図３４（ｂ）のルーバー光学素子１６ａを配置すれば、
図３５（ｂ）のように透過率分布がスライドし、有効光
束の光量を損失させずに、ゴースト像を形成する開口数
の大きい光束のみ低減できる。
【００９６】また、このルーバー光学素子１６ａの代わ
りに、光ファイバーを束ねてプレート状に切断した光フ
ァイバープレート１６ｂを使用することもできる。この
光ファイバープレート１６ｂの構造の一例を図３６に示
す。この光ファイバープレート１６ｂは、同図の拡大図
に示すように、コアガラス１９ａとその周辺を囲むクラ
ッドガラス１９ｂとその外周に被覆された吸収部材２０
とからなり、所定の開口数を有する光ファイバーを多数
本蜜に束ねて構成されたもので、光ファイバーの開口数
で決まる開口数以上の光束は、光ファイバー壁を抜けて
吸収部材２０で吸収されるため、前記ルーバー光学素子
１６ａと同じ働きを持つものである。
りに、光ファイバーを束ねてプレート状に切断した光フ
ァイバープレート１６ｂを使用することもできる。この
光ファイバープレート１６ｂの構造の一例を図３６に示
す。この光ファイバープレート１６ｂは、同図の拡大図
に示すように、コアガラス１９ａとその周辺を囲むクラ
ッドガラス１９ｂとその外周に被覆された吸収部材２０
とからなり、所定の開口数を有する光ファイバーを多数
本蜜に束ねて構成されたもので、光ファイバーの開口数
で決まる開口数以上の光束は、光ファイバー壁を抜けて
吸収部材２０で吸収されるため、前記ルーバー光学素子
１６ａと同じ働きを持つものである。
【００９７】さて、以上に説明したような画像表示装置
を１組用意し、片眼装着用に構成しても、また、そのよ
うな組を左右一対用意し、それらを眼輻距離だけ離して
支持することにより、両眼装着用に構成してもよい。そ
のようにして、片眼あるいは両眼で観察できる据え付け
型又はポータブル型の画像表示装置として構成すること
ができる。
を１組用意し、片眼装着用に構成しても、また、そのよ
うな組を左右一対用意し、それらを眼輻距離だけ離して
支持することにより、両眼装着用に構成してもよい。そ
のようにして、片眼あるいは両眼で観察できる据え付け
型又はポータブル型の画像表示装置として構成すること
ができる。
【００９８】片眼に装着する構成にした場合の様子を図
３７に（この場合は、左眼に装着）、両眼に装着する構
成にした場合の様子を図３８にそれぞれ示す。図３７、
図３８中、３１は表示装置本体部を示し、図３７の場合
は観察者の顔面の左眼の前方に、図３８の場合は観察者
の顔面の両眼の前方に保持されるよう支持部材が頭部を
介して固定している。その支持部材としては、一端を表
示装置本体部３１に接合し、観察者のこめかみから耳の
上部にかけて延在する左右の前フレーム３２と、前フレ
ーム３２の他端に接合され、観察者の側頭部を渡るよう
に延在する左右の後フレーム３３とから（図３７の場
合）、あるいは、さらに、左右の後フレーム３３の他端
に挟まれるように自らの両端を一方づつ接合し、観察者
の頭頂部を支持する頭頂フレーム３４とから（図３８の
場合）構成されている。
３７に（この場合は、左眼に装着）、両眼に装着する構
成にした場合の様子を図３８にそれぞれ示す。図３７、
図３８中、３１は表示装置本体部を示し、図３７の場合
は観察者の顔面の左眼の前方に、図３８の場合は観察者
の顔面の両眼の前方に保持されるよう支持部材が頭部を
介して固定している。その支持部材としては、一端を表
示装置本体部３１に接合し、観察者のこめかみから耳の
上部にかけて延在する左右の前フレーム３２と、前フレ
ーム３２の他端に接合され、観察者の側頭部を渡るよう
に延在する左右の後フレーム３３とから（図３７の場
合）、あるいは、さらに、左右の後フレーム３３の他端
に挟まれるように自らの両端を一方づつ接合し、観察者
の頭頂部を支持する頭頂フレーム３４とから（図３８の
場合）構成されている。
【００９９】また、前フレーム３２における上記の後フ
レーム３３との接合近傍には、弾性体からなり例えば金
属板バネ等で構成されたリヤプレート３５が接合されて
いる。このリヤプレート３５は、上記支持部材の一翼を
担うリヤカバー３６が観察者の後頭部から首のつけねに
かかる部分で耳の後方に位置して支持可能となるように
接合されている（図３８の場合）。リヤプレート３５又
はリヤカバー３６内にの観察者の耳に対応する位置にス
ピーカー３９が取り付けられている。
レーム３３との接合近傍には、弾性体からなり例えば金
属板バネ等で構成されたリヤプレート３５が接合されて
いる。このリヤプレート３５は、上記支持部材の一翼を
担うリヤカバー３６が観察者の後頭部から首のつけねに
かかる部分で耳の後方に位置して支持可能となるように
接合されている（図３８の場合）。リヤプレート３５又
はリヤカバー３６内にの観察者の耳に対応する位置にス
ピーカー３９が取り付けられている。
【０１００】映像・音声信号等を外部から送信するため
のケーブル４１が表示装置本体部３１から、頭頂フレー
ム３４（図３８の場合）、後フレーム３３、前フレーム
３２、リヤプレート３５の内部を介してリヤプレート３
５あるいはリヤカバー３６の後端部より外部に突出して
いる。そして、このケーブル４１はビデオ再生装置４０
に接続されている。なお、図中、４０ａはビデオ再生装
置４０のスイッチやボリュウム調整部である。
のケーブル４１が表示装置本体部３１から、頭頂フレー
ム３４（図３８の場合）、後フレーム３３、前フレーム
３２、リヤプレート３５の内部を介してリヤプレート３
５あるいはリヤカバー３６の後端部より外部に突出して
いる。そして、このケーブル４１はビデオ再生装置４０
に接続されている。なお、図中、４０ａはビデオ再生装
置４０のスイッチやボリュウム調整部である。
【０１０１】なお、ケーブル４１は先端をジャックし
て、既存のビデオデッキ等に取り付け可能としてもよ
い。さらに、ＴＶ電波受信用チューナーに接続してＴＶ
鑑賞用としてもよいし、コンピュータに接続してコンピ
ュータグラフィックスの映像や、コンピュータからのメ
ッセージ映像等を受信するようにしてもよい。また、邪
魔なコードを排斥するために、アンテナを接続して外部
からの信号を電波によって受信するようにしても構わな
い。
て、既存のビデオデッキ等に取り付け可能としてもよ
い。さらに、ＴＶ電波受信用チューナーに接続してＴＶ
鑑賞用としてもよいし、コンピュータに接続してコンピ
ュータグラフィックスの映像や、コンピュータからのメ
ッセージ映像等を受信するようにしてもよい。また、邪
魔なコードを排斥するために、アンテナを接続して外部
からの信号を電波によって受信するようにしても構わな
い。
【０１０２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、接眼光学系が少なくとも１面の偏心した裏面
反射面を有する偏心光学系からなり、画像表示素子が照
明光の反射光により画像を表示する反射型画像表示素子
からなり、照明光を形成する照明手段が反射型画像表示
素子から観察者眼球位置の間の表示光路外に配置されて
いるので、反射型ＬＣＤと偏心光学系とを用いて高い光
学性能を有しながら小型・軽量で明るい画像表示装置を
達成することができる。
によると、接眼光学系が少なくとも１面の偏心した裏面
反射面を有する偏心光学系からなり、画像表示素子が照
明光の反射光により画像を表示する反射型画像表示素子
からなり、照明光を形成する照明手段が反射型画像表示
素子から観察者眼球位置の間の表示光路外に配置されて
いるので、反射型ＬＣＤと偏心光学系とを用いて高い光
学性能を有しながら小型・軽量で明るい画像表示装置を
達成することができる。
【図１】本発明の１実施例の画像表示装置の光路図であ
る。
る。
【図２】図１の変形例の画像表示装置の光路図である。
【図３】図１の別の変形例の画像表示装置の光路図であ
る。
る。
【図４】本発明の画像表示装置に適用可能な偏心光学系
の光路図である。
の光路図である。
【図５】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光
学系の光路図である。
学系の光路図である。
【図６】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光
学系の光路図である。
学系の光路図である。
【図７】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光
学系の光路図である。
学系の光路図である。
【図８】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光
学系の光路図である。
学系の光路図である。
【図９】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光
学系の光路図である。
学系の光路図である。
【図１０】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心
光学系の光路図である。
光学系の光路図である。
【図１１】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心
光学系の光路図である。
光学系の光路図である。
【図１２】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心
光学系の光路図である。
光学系の光路図である。
【図１３】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心
光学系の光路図である。
光学系の光路図である。
【図１４】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心
光学系の光路図である。
光学系の光路図である。
【図１５】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心
光学系の光路図である。
光学系の光路図である。
【図１６】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心
光学系の光路図である。
光学系の光路図である。
【図１７】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心
光学系の光路図である。
光学系の光路図である。
【図１８】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心
光学系の光路図である。
光学系の光路図である。
【図１９】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心
光学系の光路図である。
光学系の光路図である。
【図２０】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心
光学系の光路図である。
光学系の光路図である。
【図２１】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心
光学系の光路図である。
光学系の光路図である。
【図２２】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心
光学系の光路図である。
光学系の光路図である。
【図２３】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心
光学系の光路図である。
光学系の光路図である。
【図２４】本発明の数値実施例１の画像表示装置光学系
の断面図である。
の断面図である。
【図２５】本発明の数値実施例２の画像表示装置光学系
の断面図である。
の断面図である。
【図２６】本発明の数値実施例３の画像表示装置光学系
の断面図である。
の断面図である。
【図２７】本発明の数値実施例４の画像表示装置光学系
の断面図である。
の断面図である。
【図２８】本発明の数値実施例５の画像表示装置光学系
の断面図である。
の断面図である。
【図２９】本発明の数値実施例３の面光源の瞳収差を示
す横収差図である。
す横収差図である。
【図３０】図１７の偏心光学系を用いる場合の光源の配
置に関する１実施例を示す断面図である。
置に関する１実施例を示す断面図である。
【図３１】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図３２】図３１のスキャン部材を１次元走査に構成し
た例を示す図である。
た例を示す図である。
【図３３】図３１のスキャン部材を２次元走査に構成し
た例を示す図である。
た例を示す図である。
【図３４】ルーバー光学素子を示す図である。
【図３５】図３４のルーバー光学素子の透過率分布を示
す図である。
す図である。
【図３６】光ファイバープレートを示す図である。
【図３７】本発明の画像表示装置を片眼装着の構成にし
た場合の様子を示す図である。
た場合の様子を示す図である。
【図３８】本発明の画像表示装置を両眼装着の構成にし
た場合の様子を示す図である。
た場合の様子を示す図である。
【図３９】偏心配置の凹面鏡により発生する像面湾曲を
説明するための図である。
説明するための図である。
【図４０】偏心配置の凹面鏡により発生する非点収差を
説明するための図である。
説明するための図である。
【図４１】偏心配置の凹面鏡により発生する軸上コマ収
差を説明するための図である。
差を説明するための図である。
【図４２】従来の反射型ＬＣＤを用いる画像表示装置の
光学系を示す図である。
光学系を示す図である。
【図４３】公知のＤＭＤの構成を説明するための図であ
る。
る。
１ 射出瞳 ２ 光軸 ３ 第１面 ４ 第２面 ５ 第３面 ６ 第４面 ８ 反射型ＬＣＤ（液晶表示素子） ９ 平面ミラー １０ 偏心光学系 １１ 入射瞳位置 １２ 光源 １３ 照明光 １４ 切り取り面 １５ 凹面鏡 １６ａ ルーバー光学素子 １６ｂ 光ファイバープレート １７ 透明フィルム １８ 遮光壁 １９ａ コアガラス １９ｂ クラッドガラス ２０ 吸収部材 ２１、２２ 裏面鏡 ２３ 正の屈折力を有する光学素子 ２４ 画像表示素子 ２５ スキャン部材 ２６ ポリゴンミラー ２７ １次元画像表示素子 ２８ コリメータレンズ ２９ 画素光源 ３０ ガルバノメータミラー ３１ 表示装置本体部 ３２ 前フレーム ３３ 後フレーム ３４ 頭頂フレーム ３５ リヤプレート ３６ リヤカバー ３９ スピーカー ４１ ケーブル ４０ ビデオ再生装置 ４０ａ ボリュウム調整部 Ｍ 凹面鏡
Claims (16)
- 【請求項１】 画像表示素子と、前記画像表示素子によ
り形成された画像を虚像として観察できるように観察者
眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系
とを有する画像表示装置において、 前記接眼光学系が少なくとも１面の偏心した裏面反射面
を有する偏心光学系からなり、且つ前記偏心光学系が、
非テレセントリック光学系に構成されていることを特徴
とする画像表示装置。 - 【請求項２】 前記偏心光学系が、屈折率が１よりも大
きい媒質を挟んで少なくとも入射作用面と反射作用面と
射出作用面の光学作用を持った面を有し、前記反射作用
面が偏心した曲面形状を有した裏面反射鏡にて構成され
ていることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。 - 【請求項３】 前記画像表示素子が、１次元走査若しく
は２次元走査を行なうスキャン部材と前記スキャン部材
の走査によって２次元画像を形成できるように形成され
た照明手段とを備えていることを特徴とする請求項１又
は２記載の画像表示装置。 - 【請求項４】 前記画像表示素子が照明光の反射光によ
り画像を表示する反射型画像表示素子からなり、 前記照明光を形成する照明手段が前記反射型画像表示素
子から前記観察者眼球位置の間の表示光路外に配置され
ていることを特徴とする請求項１又は２記載の画像表示
装置。 - 【請求項５】 前記照明光の前記反射型画像表示素子の
表示面あるいは画素の面への入射角と前記反射型画像表
示素子からの表示光束の主光線の射出角が略等しくなる
ように前記照明手段が配置されていることを特徴とする
請求項４記載の画像表示装置。 - 【請求項６】 前記照明手段が前記偏心光学系の入射瞳
位置と略共役な位置に配置されていることを特徴とする
請求項４記載の画像表示装置。 - 【請求項７】 前記偏心光学系を構成する反射面の少な
くとも１面の面形状がその面内及び面外共に回転対称軸
を有さない回転非対称面からなることを特徴とする請求
項４乃至６の何れか１項記載の画像表示装置。 - 【請求項８】 前記回転非対称面が、対称面を１つのみ
有する面対称自由曲面からなることを特徴とする請求項
７記載の画像表示装置。 - 【請求項９】 前記反射型画像表示素子の表示面と前記
偏心光学系の表示光が入射する面との間のスペース及び
それを取り巻くスペースであって表示光を遮断しない光
路外の位置に前記照明手段が配置されていることを特徴
とする請求項４乃至８の何れか１項記載の画像表示装
置。 - 【請求項１０】 前記偏心光学系の一部であって前記反
射型画像表示素子からの表示光束が通らない部分又は方
向を透過させて前記反射型画像表示素子の表示面あるい
は画素の面を照明できる位置に前記照明手段が配置され
ていることを特徴とする請求項４乃至８の何れか１項記
載の画像表示装置。 - 【請求項１１】 前記偏心光学系が３つの光学面で囲ま
れた屈折率が１より大きい媒質からなり、射出瞳が第１
面に面して位置しており、前記反射型画像表示素子が第
３面に面して配置され、前記反射型画像表示素子からの
表示光は、透過作用を有する前記第３面５を経て前記偏
心光学系内に入射し、射出瞳に面した反射作用と透過作
用を有する前記第１面の内側で反射され、次いで、前記
第１面に対して射出瞳側と反対側に位置する第２面に入
射してその面の内側で反射され、その反射光は今度は前
記第１面を透過して前記偏心光学系から射出する構成に
なっており、逆光線追跡で射出瞳の中心を通り前記偏心
光学系を介して前記反射型画像表示素子の画面の中心に
達する光線を軸上主光線とし、前記軸上主光線が射出瞳
を射出し前記第１面に交差するまでの直線によって定義
される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しかつ前記偏心光
学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ
軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義し、か
つ、前記反射型画像表示素子の表示面あるいは画素の面
に垂直な法線ｎのＹ−Ｚ面への投影像を法線ｎ' とし、
前記軸上主光線とその法線ｎ' とのなす角度をΘとする
とき、前記偏心光学系の前記第３面と反対側で前記第１
面と前記第２面が交差する部分が切り取られ、その切り
取り面前方に前記照明手段が配置され、前記照明手段か
らの照明光がこの切り取り面を介して前記偏心光学系内
部に入射され、前記偏心光学系を横断して前記第３面か
ら射出され、前記反射型画像表示素子の表示面あるいは
画素の面が照明され、かつ、 １５°＜Θ＜２５° ・・・（１） を満足することを特徴とする請求項４乃至８及び１０の
何れか１項記載の画像表示装置。 - 【請求項１２】 前記偏心光学系が３つの光学面で囲ま
れた屈折率が１より大きい媒質からなり、射出瞳が第１
面に面して位置しており、前記反射型画像表示素子が第
３面に面して配置され、前記反射型画像表示素子からの
表示光は、透過作用を有する前記第３面５を経て前記偏
心光学系内に入射し、射出瞳に面した反射作用と透過作
用を有する前記第１面の内側で反射され、次いで、前記
第１面に対して射出瞳側と反対側に位置する第２面に入
射してその面の内側で反射され、その反射光は今度は前
記第１面を透過して前記偏心光学系から射出する構成に
なっており、逆光線追跡で射出瞳の中心を通り前記偏心
光学系を介して前記反射型画像表示素子の画面の中心に
達する光線を軸上主光線とし、前記軸上主光線が射出瞳
を射出し前記第１面に交差するまでの直線によって定義
される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しかつ前記偏心光
学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ
軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義し、か
つ、前記反射型画像表示素子の表示面あるいは画素の面
に垂直な法線ｎのＹ−Ｚ面への投影像を法線ｎ' とし、
前記軸上主光線とその法線ｎ' とのなす角度をΘとする
とき、前記反射型画像表示素子の表示面と前記偏心光学
系の表示光が入射する面との間のスペース及びそれを取
り巻くスペースであって表示光を遮断しない光路外の位
置に前記照明手段が配置されており、かつ、 ２０°＜Θ＜３３° ・・・（２） を満足することを特徴とする請求項４乃至９の何れか１
項記載の画像表示装置。 - 【請求項１３】 前記偏心光学系が３つの光学面で囲ま
れた屈折率が１より大きい媒質からなり、射出瞳が第１
面に面して位置しており、前記反射型画像表示素子が第
３面に面して配置され、前記反射型画像表示素子からの
表示光は、透過作用を有する前記第３面５を経て前記偏
心光学系内に入射し、射出瞳に面した反射作用と透過作
用を有する前記第１面の内側で反射され、次いで、前記
第１面に対して射出瞳側と反対側に位置する第２面に入
射してその面の内側で反射され、その反射光は今度は前
記第１面を透過して前記偏心光学系から射出する構成に
なっており、逆光線追跡で射出瞳の中心を通り前記偏心
光学系を介して前記反射型画像表示素子の画面の中心に
達する光線を軸上主光線とし、前記軸上主光線が射出瞳
を射出し前記第１面に交差するまでの直線によって定義
される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しかつ前記偏心光
学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ
軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義し、か
つ、前記反射型画像表示素子の表示面あるいは画素の面
に垂直な法線ｎのＹ−Ｚ面への投影像を法線ｎ' とし、
前記軸上主光線とその法線ｎ' とのなす角度をΘとする
とき、前記照明手段が前記第１面の前の射出瞳側であっ
て前記第３面との交差部近傍に配置され、前記照明手段
からの照明光が前記第１面の前記第３面との交差部近傍
から前記偏心光学系内部に入り、前記偏心光学系を横断
して前記第３面から外に出て前記反射型画像表示素子の
表示面あるいは画素の面を照明するように配置され、か
つ、 ８°＜Θ＜２０° ・・・（３） を満足することを特徴とする請求項４乃至８及び１０の
何れか１項記載の画像表示装置。 - 【請求項１４】 前記照明手段と前記偏心光学系との間
に開口数低減部材を配置してゴースト像の発生を防止す
るように構成された請求項３乃至１３の何れか１項記載
の画像表示装置。 - 【請求項１５】 前記画像表示装置が、右眼用画像表示
素子と左眼用画像表示素子と右眼用接眼光学系と左眼用
接眼光学系とを備えて構成された請求項１乃至１４の何
れか１項記載の画像表示装置。 - 【請求項１６】 前記画像表示装置が、観察者顔面前方
に位置するように、観察者頭部を支持する支持手段を有
して構成された請求項３乃至１５の何れか１項記載の頭
部装着型画像表示装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32983597A JP3865906B2 (ja) | 1997-06-27 | 1997-12-01 | 画像表示装置 |
| US09/095,809 US6333820B1 (en) | 1997-06-27 | 1998-06-11 | Image display apparatus |
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|---|---|---|---|
| JP17216997 | 1997-06-27 | ||
| JP9-172169 | 1997-06-27 | ||
| JP9-224706 | 1997-08-21 | ||
| JP22470697 | 1997-08-21 | ||
| JP32983597A JP3865906B2 (ja) | 1997-06-27 | 1997-12-01 | 画像表示装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006160619A Division JP2006313365A (ja) | 1997-06-27 | 2006-06-09 | 画像表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11125791A true JPH11125791A (ja) | 1999-05-11 |
| JP3865906B2 JP3865906B2 (ja) | 2007-01-10 |
Family
ID=27323587
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32983597A Expired - Fee Related JP3865906B2 (ja) | 1997-06-27 | 1997-12-01 | 画像表示装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6333820B1 (ja) |
| JP (1) | JP3865906B2 (ja) |
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| JP2001311907A (ja) * | 2000-04-28 | 2001-11-09 | Canon Inc | 画像表示装置および画像表示システム |
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| EP1258771A1 (fr) * | 2001-05-15 | 2002-11-20 | Thales | Architecture optique à encombrement réduit pour viseur de casque grand champ |
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| US6552854B2 (en) | 2000-04-28 | 2003-04-22 | Canon Kabushiki Kaisha | Image display apparatus and optical system |
| US6594085B2 (en) | 2000-04-28 | 2003-07-15 | Canon Kabushiki Kaisha | Image display apparatus and optical system |
| US6646809B1 (en) | 2000-05-10 | 2003-11-11 | Canon Kabushiki Kaisha | Image display apparatus, image display system, and image display element |
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