JPH09219832A - Image display - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[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。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an image display device, and more particularly to a head or face-mounted image display device capable of being held on the head or face of an observer.
【0002】[0002]
【従来の技術】頭部又は顔面装着式画像表示装置の従来
の周知なものとして、特開平3ー101709号のもの
がある。図20に光学系を示すように、この画像表示装
置は、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。2. Description of the Related Art As a conventional well-known head- or face-mounted image display device, there is JP-A-3-101709. As shown in the optical system in FIG. 20, in this image display device, the display image of the image display element is transmitted as an aerial image by a relay optical system including a positive lens, and the aerial image is transmitted by an eyepiece optical system including a concave reflecting mirror. Is magnified and projected in the eyeball of the observer.
【0003】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21(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。Another conventional type of image display device is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 214782/1987. As shown in FIGS. 21 (a) and 21 (b), this apparatus is an apparatus in which an image display element is magnified by an eyepiece lens and can be directly observed.
【0004】さらに、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22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。Further, another conventional type of image display device is disclosed in US Pat. No. 4,026,641. As shown in FIG. 22, this device transmits an image of an image display element to a curved object surface by a transmission element and projects the object surface in the air by a toric reflection surface.
【0005】また、従来の他のタイプの画像表示素子と
して、米国再発行特許第27,356号のものがある。
この装置は、図23に示すように、半透過凹面鏡と半透
過平面鏡によって物体面を射出瞳に投影する接眼光学系
である。Another type of conventional image display device is US Pat. No. 27,356.
As shown in FIG. 23, this device is an eyepiece optical system that projects an object plane onto an exit pupil by a semitransparent concave mirror and a semitransparent plane mirror.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図20
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、接眼光学系の形式によらず、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。However, FIG.
In the image display device of the type that relays the image of such an image display element, regardless of the format of the eyepiece optical system, several lenses must be used as a relay optical system other than the eyepiece optical system, so the optical path length is long. , The optical system becomes large and heavy.
【0007】また、図21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がその突出した部分に
取り付けられることになり、装置はますます大きく、重
量も重くなってしまう。Further, in the layout as shown in FIG. 21, the amount of projection of the device from the observer's face becomes large. Further, the image display element and the illumination optical system are attached to the protruding portion, so that the apparatus becomes larger and heavier.
【0008】頭部装着式画像表示装置は、人間の身体、
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おそれも生じる。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。The head-mounted image display device is a human body,
In particular, since the device is worn on the head, if the amount of the device protruding from the face is large, the distance from the point supported by the head to the center of gravity of the device becomes longer, and the balance when worn becomes poor. Further, there is a possibility that the apparatus may hit an object when the apparatus is mounted, moved, rotated, or the like. That is, it is important that the head-mounted image display device is small and lightweight.
A major factor that determines the size and weight of this device is the configuration of the optical system.
【0009】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、そ
れを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できても、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22に示すよう
に、発生した像面湾曲に合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)によってこれを補正する
という手段を用いなければならない。However, if only a normal magnifying glass is used as the eyepiece optical system, the generated aberration is very large and there is no means for correcting it. Even if spherical aberration can be corrected to some extent by making the concave surface of the magnifying glass aspherical, coma aberration, field curvature, etc. remain, so increasing the observation angle of view may be a practical device. Absent. Alternatively, when only a concave mirror is used as the eyepiece optical system, not only a normal optical element (lens or mirror) but also a transmission element (as shown in FIG. 22) having a curved surface in accordance with the generated field curvature ( A means of correcting this by means of a fiber plate) must be used.
【0010】一方、図23に示すような、半透過凹面鏡
と半透過平面鏡を用いて物体面を観察者の瞳に投影する
共軸系の接眼光学系においては、半透過面を2枚用いて
いるために、理論値でも像の明るさは1/16にまで低
下してしまう。さらに、半透過凹面鏡によって発生する
像面湾曲を物体面自体を湾曲させて補正を行っているた
め、LCD(液晶表示素子)等のいわゆるフラットディ
スプレイを画像表示素子として用いることが困難であ
る。On the other hand, as shown in FIG. 23, in the coaxial eyepiece optical system for projecting the object surface onto the observer's pupil using a semi-transmissive concave mirror and a semi-transmissive plane mirror, two semi-transmissive surfaces are used. Therefore, the brightness of the image is reduced to 1/16 even with the theoretical value. Further, since the curvature of field generated by the semi-transmissive concave mirror is corrected by bending the object surface itself, it is difficult to use a so-called flat display such as an LCD (liquid crystal display element) as an image display element.
【0011】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、広い画角におい
て明瞭に観察が可能であり、像の明るさの低下がほとん
ど生じることがなく、さらに、非常に小型軽量であるた
めに疲労し難い画像表示装置を提供することである。The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object of the present invention is that clear observation is possible in a wide angle of view, and a decrease in brightness of an image almost occurs. Furthermore, it is an object of the present invention to provide an image display device that is less fatigued because it is extremely small and lightweight.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の第1の画像装置は、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、前記画像表示素子から
発した光線が前記観察者眼球に到るまでの反射回数が3
回以上の奇数回であり、前記接眼光学系の前記観察者眼
球の直前の面は、内部反射をすると共に、前記接眼光学
系を射出する屈折面であることを特徴とするものであ
る。A first image device of the present invention that achieves the above-mentioned object projects an image display element for displaying an image and an image formed by the image display element, and projects the image on an eyeball of an observer. In the image display device including the guiding eyepiece optical system, the eyepiece optical system has a number of reflections of 3 times until the light beam emitted from the image display element reaches the observer's eyeball.
The number of times is an odd number of times or more, and the surface of the eyepiece optical system immediately in front of the observer's eye is a refracting surface that emits light from the eyepiece optical system while performing internal reflection.
【0013】本発明の第2の画像装置は、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、前記画像
表示素子から発した光線が前記観察者眼球に到るまでの
反射回数が3回であり、前記接眼光学系の前記観察者眼
球の直前の面は、内部反射をすると共に、前記接眼光学
系を射出する屈折面であることを特徴とするものであ
る。A second image device of the present invention is an image display device comprising an image display element for displaying an image and an eyepiece optical system for projecting the image formed by the image display element and guiding it to the observer's eyeball. In the eyepiece optical system, the number of reflections of a light beam emitted from the image display element until reaching the observer's eyeball is 3, and the surface of the eyepiece optical system immediately before the observer's eyeball is internally reflected. And a refracting surface that exits the eyepiece optical system.
【0014】本発明の第3の画像装置は、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
3つの面を持ち、前記の少なくとも3つの面によって形
成される空間が屈折率が1より大きい媒質で満たされて
おり、前記観察者眼球から前記画像表示素子に到る逆光
線追跡に従って光線が通過する順に、屈折面かつ内部反
射面である第1面、前記第1面に対向し、観察者視軸に
対して偏心するかあるいは傾いた反射面である第2面、
前記画像表示素子に最も近接している屈折面である第3
面で構成され、前記観察者眼球から前記画像表示素子に
到るまでに反射回数が3回であることを特徴とするもの
である。A third image device of the present invention is an image display device comprising an image display element for displaying an image and an eyepiece optical system for projecting the image formed by the image display element and guiding it to the observer's eyeball. The eyepiece optical system has at least three surfaces, the space formed by the at least three surfaces is filled with a medium having a refractive index larger than 1, and reaches from the observer eyeball to the image display element. A first surface which is a refracting surface and an internal reflecting surface in the order of passage of light rays according to the reverse ray tracing, and a second surface which is a reflecting surface which is opposed to the first surface and is eccentric or inclined with respect to the observer's visual axis,
A third refraction surface closest to the image display device
It is constituted by a surface, and the number of reflections from the observer's eyeball to the image display element is three times.
【0015】本発明の第4の画像装置は、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
4つの面を持ち、前記の少なくとも4つの面によって形
成される空間が屈折率が1より大きい媒質で満たされて
おり、前記観察者眼球から前記画像表示素子に到る逆光
線追跡に従って光線が通過する順に、屈折面かつ内部反
射面である第1面、前記第1面に対向し、観察者視軸に
対して偏心するかあるいは傾いた反射面である第2面、
前記第1面に対向し、前記第2面に隣接した反射面であ
る第3面、前記画像表示素子に最も近接している屈折面
である第4面で構成され、前記観察者眼球から前記画像
表示素子に到るまでに反射回数が3回であることを特徴
とするものである。A fourth image device of the present invention is an image display device comprising an image display element for displaying an image and an eyepiece optical system for projecting the image formed by the image display element and guiding it to the observer's eyeball. The eyepiece optical system has at least four surfaces, the space formed by the at least four surfaces is filled with a medium having a refractive index larger than 1, and the eyeball reaches the image display element. A first surface which is a refracting surface and an internal reflecting surface in the order of passage of light rays according to the reverse ray tracing, and a second surface which is a reflecting surface which is opposed to the first surface and is eccentric or inclined with respect to the observer's visual axis,
It is composed of a third surface which is a reflection surface facing the first surface and is adjacent to the second surface, and a fourth surface which is a refraction surface closest to the image display element. It is characterized in that the number of reflections is three before reaching the image display element.
【0016】以下に、本発明において上記の構成をとっ
た理由とその作用効果について説明する。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
に基づいて説明する。Hereinafter, the reason why the above configuration is adopted in the present invention and the function and effect thereof will be described. In the following description, for convenience in designing the optical system, the description will be given based on the backward ray tracing that traces a ray from the observer's pupil position toward the image display element.
【0017】本発明の第1の画像表示装置は、接眼光学
系は、画像表示素子から発した光線が観察者眼球に到る
までの反射回数が3回以上の奇数回であり、接眼光学系
の観察者眼球の直前の面は、内部反射をすると共に、接
眼光学系を射出する屈折面であることを特徴とするもの
であり、後記の実施例1〜10のものが対応する。In the first image display apparatus of the present invention, the eyepiece optical system is an eyepiece optical system in which the number of reflections of a light beam emitted from the image display element to the observer's eye is an odd number of three or more. The surface immediately before the observer's eye is characterized by being a refracting surface that reflects internal light and emits from the eyepiece optical system, and corresponds to Examples 1 to 10 described later.
【0018】この装置においては、画像表示素子より発
した光線を接眼光学系内部にて3回以上反射させること
によって、光線が折り畳まれる効果が絶大となり、接眼
光学系の厚さを極力抑え、小型軽量化を実現することに
成功したものである。さらに、反射回数を奇数とするこ
とで、画像表示素子は観察者に対して表示面の裏側を向
けて配備される。また、LCD(液晶表示素子)等の画
像表示素子の後側から照明をする画像表示素子の場合、
バックライト等の付属部品が画像表示素子の後方に配置
されるが、これらの部品が観察者顔面に沿うように配置
されるため、接眼光学系よりも前方に突出することがな
い。つまり、画像表示装置全体を構成する上で観察者顔
面からの突出量が極めて少ない小型の軽量の頭部装着式
画像表示装置を実現することができる。In this apparatus, the light rays emitted from the image display device are reflected three or more times inside the eyepiece optical system, so that the effect of folding the light rays becomes great, the thickness of the eyepiece optical system is suppressed to the minimum, and the size is reduced. It has succeeded in achieving weight reduction. Furthermore, by setting the number of reflections to an odd number, the image display element is arranged with the back side of the display surface facing the observer. Further, in the case of an image display element that illuminates from the rear side of the image display element such as an LCD (liquid crystal display element),
Although accessory parts such as a backlight are arranged behind the image display element, since these parts are arranged along the observer's face, they do not project forward of the eyepiece optical system. In other words, it is possible to realize a small and lightweight head-mounted image display device in which the amount of protrusion from the observer's face is extremely small in configuring the entire image display device.
【0019】また、この場合、観察者顔面の直前に配置
された面が屈折と反射を同一面で行わせることで、接眼
光学系を構成する面数を削減でき、製作性を向上するこ
とができる。さらに、第1面での内部反射における反射
角が臨界角以上になるように設定することによって、第
1面には反射コーティングをする必要がなくなるため、
第1面における透過と反射の領域がオーバーラップして
も、画像表示素子の画像は問題なく観察者眼球に達す
る。したがって、接眼光学系をコンパクトに構成でき、
観察画角も広くとることが可能となる。Further, in this case, the surface arranged immediately in front of the observer's face is refracted and reflected on the same surface, whereby the number of surfaces constituting the eyepiece optical system can be reduced and the manufacturability can be improved. it can. Further, by setting the reflection angle in the internal reflection on the first surface to be equal to or greater than the critical angle, it is not necessary to apply a reflective coating to the first surface,
Even if the transmission and reflection areas on the first surface overlap, the image on the image display element reaches the observer's eyeball without any problem. Therefore, the eyepiece optical system can be configured compactly,
A wide viewing angle can be obtained.
【0020】本発明の第2の画像表示装置は、接眼光学
系は、画像表示素子から発した光線が観察者眼球に到る
までの反射回数が3回であり、接眼光学系の観察者眼球
の直前の面は、内部反射をすると共に、接眼光学系を射
出する屈折面であることを特徴とするものであり、後記
の実施例1〜10のものが対応する。In the eyepiece optical system of the second image display apparatus of the present invention, the light beam emitted from the image display element is reflected three times before reaching the observer's eyeball. The surface immediately before is a refracting surface that reflects internal light and emits from the eyepiece optical system, and corresponds to Examples 1 to 10 described later.
【0021】この装置においては、画像表示素子より発
した光線を接眼光学系内部にて3回反射させることによ
って、光線が折り畳まれる効果が絶大となり、接眼光学
系の厚さを極力抑え、小型軽量化を実現することに成功
したものである。観察者瞳から射出した光線は、まず1
回目の反射は観察者顔面に向かって反射され、2回目は
顔面側から前方へ反射され、3回目は再び観察者顔面側
に反射されて画像表示素子に到達するため、画像表示素
子は観察者側であり、表示面の裏面を観察者に向けて配
置することができる。したがって、上述した本発明の第
2の画像表示装置について述べた理由により、観察者顔
面からの突出量が極めて少ない頭部装着式画像表示装置
を実現することができる。また、5回以上の反射でも同
様の効果を得られるのだが、反射回数が増えることによ
って、画像表示素子から観察者瞳位置までの距離が非常
に長くなるため、光学素子が長く大きなものになる。さ
らに、接眼光学系の焦点距離が長くなるため、広い画角
を確保することが困難になる。したがって、3回の反射
で画像表示素子の画像を観察者眼球に到達させる接眼光
学系を用いることによりバランスの良い画像表示装置を
実現できる。In this device, the light rays emitted from the image display element are reflected three times inside the eyepiece optical system, so that the effect of folding the light rays becomes great, the thickness of the eyepiece optical system is suppressed as much as possible, and the size and weight are reduced. It has succeeded in realizing this. The light ray emitted from the observer's pupil is 1
The second reflection is reflected toward the observer's face, the second time is reflected from the face side to the front side, and the third time is reflected again to the observer's face side, and reaches the image display element. It is the side, and the rear surface of the display surface can be arranged facing the observer. Therefore, for the reason described above regarding the second image display device of the present invention, it is possible to realize a head-mounted image display device in which the amount of protrusion from the observer's face is extremely small. Although the same effect can be obtained with five or more reflections, as the number of reflections increases, the distance from the image display element to the observer's pupil position becomes very long, and the optical element becomes long and large. . Furthermore, since the focal length of the eyepiece optical system becomes long, it becomes difficult to secure a wide angle of view. Therefore, a well-balanced image display device can be realized by using the eyepiece optical system that allows the image of the image display element to reach the observer's eye with three reflections.
【0022】また、この場合、観察者顔面の直前に配置
された面が屈折と反射を同一面で行うことで、接眼光学
系を構成する面数を削除でき、製作性を向上することが
できる。さらに、第1面での内部反射における反射角が
臨界角以上になるように設定することによって、第1面
には反射コーティングをする必要がなくなるため、第1
面における透過と反射の領域がオーバーラップしても、
画像表示素子の画像は問題なく観察者眼球に達する。し
たがって、接眼光学系をコンパクトに構成でき、観察画
角も広くとることが可能となる。Further, in this case, since the surface arranged immediately in front of the observer's face refracts and reflects on the same surface, the number of surfaces constituting the eyepiece optical system can be eliminated and the manufacturability can be improved. . Furthermore, by setting the reflection angle in the internal reflection on the first surface to be equal to or greater than the critical angle, it is not necessary to apply a reflective coating to the first surface.
Even if the transmission and reflection areas on the surface overlap,
The image of the image display element reaches the observer's eyeball without any problem. Therefore, the eyepiece optical system can be made compact and the observation angle of view can be widened.
【0023】本発明の第3の画像表示装置は、接眼光学
系が少なくとも3つの面を持ち、その少なくとも3つの
面によって形成される空間が屈折率が1より大きい媒質
で満たされており、観察者眼球から画像表示素子に到る
逆光線追跡に従って光線が通過する順に、屈折面かつ内
部反射面である第1面、第1面に対向し、観察者視軸に
対して偏心するかあるいは傾いた反射面である第2面、
画像表示素子に最も近接している屈折面である第3面で
構成され、観察者眼球から画像表示素子に到るまでに反
射回数が3回であることを特徴とするものであり、後記
の実施例1〜5のものが対応する。In the third image display apparatus of the present invention, the eyepiece optical system has at least three surfaces, and the space formed by the at least three surfaces is filled with a medium having a refractive index larger than 1. According to the reverse ray tracing from the human eye to the image display element, the first and second surfaces, which are the refracting surface and the internal reflecting surface, are opposed to each other in the order in which the light rays pass, and are decentered or inclined with respect to the observer's visual axis. The second surface, which is the reflective surface,
It is composed of a third surface which is a refracting surface closest to the image display element, and is characterized in that the number of reflections is 3 times from the eyeball of the observer to the image display element. Examples 1 to 5 correspond.
【0024】この装置においては、接眼光学系の第1
面、第2面及び第3面によって形成される空間を屈折率
が1より大きい媒体で満たし、画像表示素子より発した
光線を接眼光学系内部にて3回反射させることによっ
て、光線が折り畳まれる効果が絶大となり、接眼光学系
の厚さを極力抑え、小型軽量化を実現し、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す
ることに成功したものである。In this device, the first eyepiece optical system is used.
The space formed by the first surface, the second surface, and the third surface is filled with a medium having a refractive index larger than 1, and the light beam emitted from the image display element is reflected three times inside the eyepiece optical system, whereby the light beam is folded. The effect was tremendous, the thickness of the eyepiece optical system was suppressed as much as possible, the size and weight were reduced, and it had a wide exit pupil diameter and a wide observation angle of view, providing a clear observation image to the observer. is there.
【0025】第1面、第2面及び第3面によって形成さ
れる空間を屈折率が1より大きい媒体で満たすことによ
って、瞳からの光線が第1面において屈折されるため、
軸外光線の主光線及び従属光線の第2面に入射する高さ
を低く抑える効果が得られる。それによって、第2面に
おける主光線の高さが低くなるため、第2面が大きくな
らず、接眼光学系を小型にすることができる。あるい
は、画角を広くとることが可能になる。また、従属光線
高が低くなるために、第2面で発生するコマ収差、特に
高次コマ収差の発生を抑えることが可能となる。By filling the space formed by the first surface, the second surface and the third surface with a medium having a refractive index of greater than 1, the light rays from the pupil are refracted at the first surface,
It is possible to obtain the effect of suppressing the heights of the principal ray and the dependent rays of the off-axis rays incident on the second surface to be low. This reduces the height of the chief ray on the second surface, so that the second surface does not become large and the eyepiece optical system can be downsized. Alternatively, it is possible to widen the angle of view. Further, since the height of the dependent rays is low, it is possible to suppress the occurrence of coma aberration, especially high-order coma aberration, which occurs on the second surface.
【0026】また、実際の光路長は、見かけの光路長の
媒質の屈折率(例えば、1.5)倍になるため、観察者
眼球から接眼光学系までの距離、あるいは、接眼光学系
から画像表示素子までの距離を確保することが容易とな
る。Further, since the actual optical path length is the refractive index (for example, 1.5) times the medium having the apparent optical path length, the distance from the observer's eyeball to the eyepiece optical system or the image from the eyepiece optical system. It becomes easy to secure the distance to the display element.
【0027】さらに、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、接眼
光学系によって眼球に拡大投影するのではなく、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、接眼光学系の反射面である
第2面が観察者の顔面の直前のカーブに沿った形状で配
備されるため、構成する光学素子の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。Further, the observation image of the image display device is not formed by the relay optical system as an intermediate image to form a real image in the air, and the eyepiece optical system does not enlarge and project it on the eyeball, but the image display device is enlarged as it is. By projecting the image on the eyeball, the observer can observe the magnified image of the image display element as a virtual image, so that the optical system can be configured with a small number of optical elements. In addition, since the second surface, which is the reflecting surface of the eyepiece optical system, is arranged in a shape that follows the curve immediately in front of the observer's face, the amount of projection of the optical element to be formed from the face can be made extremely small, and the size is small. It is possible to realize a lightweight image display device.
【0028】また、接眼光学系を3面という少ない面数
で構成したために、機械的な設計が容易になり、光学素
子を加工する際の製作性に優れる等のメリットが生じ、
安価で生産性の高い光学系を実現することができる。Further, since the eyepiece optical system is composed of a small number of surfaces of three, mechanical design is facilitated, and there are advantages such as excellent manufacturability when processing an optical element.
An inexpensive and highly productive optical system can be realized.
【0029】本発明の第4の画像表示装置は、接眼光学
系が少なくとも4つの面を持ち、その少なくとも4つの
面によって形成される空間が屈折率が1より大きい媒質
で満たされており、観察者眼球から画像表示素子に到る
逆光線追跡に従って光線が通過する順に、屈折面かつ内
部反射面である第1面、第1面に対向し、観察者視軸に
対して偏心するかあるいは傾いた反射面である第2面、
第1面に対向し、第2面に隣接した反射面である第3
面、画像表示素子に最も近接している屈折面である第4
面で構成され、観察者眼球から画像表示素子に到るまで
に反射回数が3回であることを特徴とするものであり、
後記の実施例6〜10のものが対応する。In the fourth image display device of the present invention, the eyepiece optical system has at least four surfaces, and the space formed by the at least four surfaces is filled with a medium having a refractive index larger than 1. According to the reverse ray tracing from the human eye to the image display element, the first and second surfaces, which are the refracting surface and the internal reflecting surface, are opposed to each other in the order in which the light rays pass, and are decentered or inclined with respect to the observer's visual axis. The second surface, which is the reflective surface,
The third reflecting surface that faces the first surface and is adjacent to the second surface
Surface, which is a refraction surface closest to the image display element
And the number of reflections from the observer's eye to the image display element is three.
Examples 6 to 10 described later correspond to this.
【0030】この場合も第3の画像表示装置と同様に、
画像表示素子より発した光線を接眼光学系内部にて3回
反射させることによって、光線が折り畳まれる効果が絶
大となり、接眼光学系の厚さを極力抑え、小型軽量化を
実現し、さらに、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することに成功したもので
ある。Also in this case, like the third image display device,
By reflecting the light rays emitted from the image display element three times inside the eyepiece optical system, the effect of folding the light rays becomes great, the thickness of the eyepiece optical system is suppressed as much as possible, and the size and weight are reduced. Has an exit pupil diameter and a wide viewing angle,
It succeeded in providing a clear observation image to the observer.
【0031】接眼光学系を4つの面で構成したために、
第1面のみで透過と反射が同一面で行われ、他の反射、
屈折作用はそれぞれ独立した面で行われ、それぞれの面
で互いに収差を補正することができるため、収差補正上
大変有利に作用する。Since the eyepiece optical system is composed of four surfaces,
Transmission and reflection are performed on the same surface only on the first surface, and other reflection,
The refraction action is performed on each independent surface, and the aberrations can be mutually corrected on the respective surfaces, which is very advantageous for aberration correction.
【0032】一方、図6に示されるように、画像表示素
子4を観察者の上方又は側方どちらかに配置する場合に
おいても、画像表示素子4は近接する第4面14の前方
に斜めに位置させることで、装置全体として小型で観察
者に干渉しない配置となる。3面で構成した本発明の画
像表示装置の場合には、第2面で2回反射させるため、
曲率半径を小さくすると画像表示素子が観察者側に配置
されやすい。特に、画像表示素子がLCD等の場合は、
バックライト、駆動基板等が張り出してしまい、顔面と
装置が干渉する恐れが生じる。また、曲率半径を大きく
すると、第2面における2回の反射位置が離れるため、
第2面が長くなる。それに伴って第1面も長くなり、光
学系自体が大型化してしまう。On the other hand, as shown in FIG. 6, even when the image display element 4 is arranged either above or on the side of the observer, the image display element 4 is obliquely forward of the adjacent fourth surface 14. By positioning it, the entire device is compact and does not interfere with the observer. In the case of the image display device of the present invention having three surfaces, the second surface reflects the light twice,
When the radius of curvature is reduced, the image display element is likely to be arranged on the viewer side. Especially when the image display device is an LCD,
The backlight, the drive substrate, and the like may overhang, which may cause the face to interfere with the device. If the radius of curvature is increased, the two reflection positions on the second surface are separated,
The second surface becomes longer. As a result, the first surface also becomes long, and the optical system itself becomes large.
【0033】これに対して、接眼光学系を4面で構成し
た場合には、3面構成の場合の第2面の働きを第2面、
第4面に分けたことになる。したがって、観察者顔面の
向かい側で観察者側へ反射する面が2つになるため、各
面の曲率に依存することなく、好ましい方向にそれぞれ
の反射後の光路方向をとることが可能である。つまり、
光学系をコンパクトに構成し、画像表示素子4が観察者
顔面と干渉することなく、良好な方向に設定することが
可能となる。On the other hand, when the eyepiece optical system is composed of four surfaces, the function of the second surface in the case of three surfaces is the second surface,
It is divided into the 4th side. Therefore, since there are two surfaces on the side opposite to the observer's face and reflected to the observer's side, it is possible to set the optical path direction after each reflection to a preferable direction without depending on the curvature of each surface. That is,
The optical system can be made compact, and the image display element 4 can be set in a favorable direction without interfering with the observer's face.
【0034】以上において、接眼光学系を構成する面の
中、少なくとも1面を平面とすることができる。これは
後記の実施例5、6のものが対応する。In the above, at least one of the surfaces forming the eyepiece optical system can be a flat surface. This corresponds to Examples 5 and 6 described later.
【0035】すなわち、接眼光学系の少なくとも1面を
平面とすることで、この面を基準として他の面を定義で
きるため、接眼光学系の機械的な設計、製作を容易にす
ることができる。これによって、加工時間の短縮、装置
全体の容易なレイアウト等も可能となり、大幅なコスト
削減を実現できる。That is, by making at least one surface of the eyepiece optical system a plane, the other surface can be defined with this surface as a reference, so that the mechanical design and manufacture of the eyepiece optical system can be facilitated. As a result, the processing time can be shortened, the layout of the entire apparatus can be easily performed, and the cost can be significantly reduced.
【0036】第3、第4の画像表示装置において、第1
面の内部反射を全反射とすることが望ましい。これは後
記の実施例1、2、3、6、7、8のものが対応する。
すなわち、第2面で反射した後第1面での内部反射は全
反射とすることが、光学素子の大きさ、性能上大変有効
に作用する。以下に詳しく説明する。In the third and fourth image display devices, the first
It is desirable that the internal reflection of the surface be total reflection. This corresponds to Examples 1, 2, 3, 6, 7, and 8 described later.
That is, it is very effective in terms of size and performance of the optical element that the internal reflection on the first surface is the total reflection after the reflection on the second surface. This will be described in detail below.
【0037】図14に本発明による画像表示装置の光路
図を示す。図14(a)は第1面5が全反射しない場合
の接眼光学系、図14(b)は第1面5で全反射する場
合の接眼光学系を示している。それぞれの断面図におい
て、図中、1は観察者瞳位置、2は観察者視軸、3は接
眼光学系、4は画像表示素子、5は接眼光学系3の第1
面、6は接眼光学系3の第2面、7は接眼光学系3の第
3面である。また、図14(a)において、第1面の内
部反射領域Mにはミラーコートが施してあり、その他の
領域は屈折する領域である。FIG. 14 shows an optical path diagram of the image display device according to the present invention. FIG. 14A shows an eyepiece optical system when the first surface 5 is not totally reflected, and FIG. 14B shows an eyepiece optical system when the first surface 5 is totally reflected. In each sectional view, in the drawings, 1 is the observer pupil position, 2 is the observer's visual axis, 3 is the eyepiece optical system, 4 is an image display element, and 5 is the first eyepiece optical system 3.
The surface, 6 is the second surface of the eyepiece optical system 3, and 7 is the third surface of the eyepiece optical system 3. Further, in FIG. 14A, the internal reflection region M of the first surface is mirror-coated, and the other regions are refraction regions.
【0038】瞳1から出た光線は、接眼光学系3の第1
面5に入射して屈折され、凹面鏡である第2面6で反射
し、再び第1面5で内部反射する構成であるが、図14
(a)のように、上側軸外光線Uの第2面6の反射高さ
と第2面6で反射した後の第1面5での反射高さの差が
大きければ、それだけ接眼光学系3自体が長くなり、大
型化する。つまり、反射点の高さの差が小さければ小さ
い程接眼光学系3の大きさは小型にできる。言い換えれ
ば、同じ大きさの接眼光学系ならば、その反射点の高さ
の差が小さい程観察画角を広くとることが可能になる。The light rays emitted from the pupil 1 are the first rays of the eyepiece optical system 3.
The light is incident on the surface 5, is refracted, is reflected by the second surface 6 which is a concave mirror, and is internally reflected again by the first surface 5.
As shown in (a), if the difference between the reflection height of the upper off-axis ray U on the second surface 6 and the reflection height on the first surface 5 after being reflected by the second surface 6 is large, the eyepiece optical system 3 It becomes longer and larger. That is, the smaller the height difference between the reflection points, the smaller the size of the eyepiece optical system 3 can be made. In other words, if the eyepiece optical systems have the same size, the observation angle of view can be made wider as the difference in height between the reflection points is smaller.
【0039】しかしながら、本発明の接眼光学系におい
て、図14(b)のように、上側光線Uの第2面6と第
1面5の反射高さの差を小さくすると、第1面5に入射
する下側光線Lよりも上で反射するため、第1面5が全
反射でない場合には、第1面5の屈折領域がミラーコー
ト領域M’と重なり、下側の光線Lが遮られてしまう。However, in the eyepiece optical system of the present invention, when the difference in reflection height between the second surface 6 and the first surface 5 of the upper ray U is reduced as shown in FIG. Since the incident light is reflected above the lower light ray L, when the first surface 5 is not totally reflected, the refraction area of the first surface 5 overlaps the mirror coat area M ′, and the lower light ray L is blocked. Will end up.
【0040】第1面5での内部反射が全反射をする条件
を満たしていれば、第1面5にミラーコートを施す必要
がないため、第2面6で反射後の上側光線Uと第1面5
に入射する下側光線Lが第1面5で干渉しても、それぞ
れの光線は本来の作用ができることになる。また、偏心
した反射面である第2面6ではその反射角が大きくなれ
ばなる程コマ収差が大きく発生するが、第1面5で全反
射する場合には、第2面6における反射角を小さくする
ことができるため、第2面6でのコマ収差の発生を抑制
する効果を得ることができる。なお、上記に説明した効
果は、接眼光学系を構成する面数には依存しない。If the internal reflection on the first surface 5 satisfies the condition of total reflection, it is not necessary to apply a mirror coat to the first surface 5, so that the second upper surface ray U and the upper light ray U after the reflection on the second surface 6 are not necessary. 1 side 5
Even if the lower light ray L incident on the first surface 5 interferes with each other, each light ray can perform its original action. Further, the larger the reflection angle of the second surface 6 which is a decentered reflection surface, the larger the coma aberration. However, when the first surface 5 is totally reflected, the reflection angle of the second surface 6 is changed. Since it can be reduced, the effect of suppressing the occurrence of coma on the second surface 6 can be obtained. The effects described above do not depend on the number of surfaces forming the eyepiece optical system.
【0041】また、第2面を第1面に対して凹面を向け
た反射面として構成することが望ましい。これは後記の
実施例1、2、3、4、6、7、8のものが対応する。
第2面が第1面に対して凹面を向けた反射面である場
合、この面が接眼光学系の主な正のパワーを有すること
となる。瞳からある角度(画角)で広がってきた主光線
は、パワーを有する第2面によってその角度を小さくす
ることができる。したがって、第2面で反射した後の第
1面から第3面までの全ての面の大きさを小さくでき、
光学系全体を小型軽量に構成することが可能となる。Further, it is desirable that the second surface is constructed as a reflecting surface with a concave surface facing the first surface. This corresponds to Examples 1, 2, 3, 4, 6, 7, and 8 described later.
When the second surface is a reflecting surface having a concave surface facing the first surface, this surface has the main positive power of the eyepiece optical system. The chief ray diverging from the pupil at a certain angle (angle of view) can be made smaller by the second surface having power. Therefore, the size of all the surfaces from the first surface to the third surface after being reflected by the second surface can be reduced,
The entire optical system can be made compact and lightweight.
【0042】一方、一般に、光軸に対して偏心した凹面
鏡では、軸上、軸外共偏心によるコマ収差が発生する。
また、面のパワーが大きくなると、収差の発生量も増大
する。しかしながら、本発明の接眼光学系では、第2面
にて2回反射されるため、この面自体のパワーを強くし
なくても系全体の正のパワーを十分得ることが可能とな
る。したがって、1回の反射において発生する収差量を
抑えることが可能となる。On the other hand, generally, in a concave mirror that is decentered with respect to the optical axis, coma aberration occurs due to axial and off-axis co-eccentricity.
Further, as the power of the surface increases, the amount of aberration generated also increases. However, in the eyepiece optical system of the present invention, since the light is reflected twice on the second surface, it is possible to obtain a sufficient positive power of the entire system without increasing the power of this surface itself. Therefore, it is possible to suppress the amount of aberration generated in one reflection.
【0043】また、第1面は第2面に対して凸面を向け
た透過面かつ反射面であることが望ましい。これは後記
の実施例1、2、3、4、7、8のものが対応する。第
1面は第2面に対して凸面を向けた負のパワーを有する
透過面かつ反射面であり、第2面が正のパワーを有する
場合には、第2面で反射した後、再び第1面で内部反射
するときに、第2面で発生するコマ収差及び像面湾曲の
補正に有効な手段となる。Further, it is desirable that the first surface is a transmission surface and a reflection surface with a convex surface facing the second surface. This corresponds to those of Examples 1, 2, 3, 4, 7, 8 described later. The first surface is a transmitting surface and a reflecting surface having a negative power with a convex surface facing the second surface, and when the second surface has a positive power, after being reflected by the second surface, the first surface is again reflected. It becomes an effective means for correcting the coma aberration and the curvature of field generated on the second surface when the light is internally reflected by the first surface.
【0044】第2面が正のパワーを有する反射面である
場合、第1面を負のパワーを持つ面とすることで、第2
面で発生する内コマ収差とは逆のコマ収差をこの面で発
生させて収差補正をすることが可能である。さらに、第
2面で発生する正の像面湾曲に対して第1面で負の像面
湾曲を発生させて像面湾曲の補正も同時に行うことが可
能となる。When the second surface is a reflecting surface having a positive power, the first surface is a surface having a negative power, so that the second surface
It is possible to correct the aberration by generating a coma aberration opposite to the inner coma aberration generated on the surface on this surface. Further, it is possible to simultaneously correct the field curvature by generating the negative field curvature on the first surface with respect to the positive field curvature generated on the second surface.
【0045】また、第1面の内部反射を全反射とするた
めには、第1面での全ての光線の反射角が臨界角θr =
sin-1(1/n)よりも大きいことが条件となる(た
だし、nは光学系の媒質の屈折率である。)。例えばn
=1.5の場合は、θr =41.81°であり、それ以
上の反射角が必要である。以下、図15を参照にして説
明する。図15に、第2面6で反射した後第1面5で内
部反射する部分の説明図を示す。図の(a)は第1面5
が第2面6に向かって凹面の場合、図の(b)は第1面
5が第2面6に向かって凸面の場合である。Further, in order to make the internal reflection of the first surface to be the total reflection, the reflection angles of all the light rays on the first surface are the critical angle θ r =
The condition is that it is larger than sin −1 (1 / n) (where n is the refractive index of the medium of the optical system). For example, n
= 1.5, θ r = 41.81 °, and a reflection angle larger than that is required. Hereinafter, description will be given with reference to FIG. FIG. 15 shows an explanatory diagram of a portion that is internally reflected by the first surface 5 after being reflected by the second surface 6. (A) of the figure shows the first surface 5
Is a concave surface toward the second surface 6, and (b) of the drawing is a case where the first surface 5 is a convex surface toward the second surface 6.
【0046】第2面6で反射後の光線はそれぞれある角
度をもって下側に反射される。図15(a)に示すよう
に、第1面5が第2面6に対して凹面を向けた反射面の
場合、第1面5の法線Sは第2面に対して相互に内側に
向かう方向になる。第2面6で反射した下側光線Lは第
1面5の法線に沿う方向から反射するため、第1面5で
反射角γを大きくすることができない。つまり、第1面
5で反射した光線全てに対して全反射条件を満たすこと
は困難である。逆に、図15(b)のように、第1面5
が第2面6に対して凸面の形状をしている場合には、第
1面5の法線S’は第2面6に対して相互に外側に発散
する方向になるため、下側光線Lに対しても反射角γ’
を大きくする効果が得られ、広い画角において第1面5
におけ全反射条件を満たすことが容易となる。The light rays reflected by the second surface 6 are reflected downward at a certain angle. As shown in FIG. 15 (a), when the first surface 5 is a reflecting surface having a concave surface with respect to the second surface 6, the normal line S of the first surface 5 is inward with respect to the second surface. It will be the direction to go. Since the lower ray L reflected by the second surface 6 is reflected from the direction along the normal line of the first surface 5, the reflection angle γ cannot be increased on the first surface 5. That is, it is difficult to satisfy the total reflection condition for all the light rays reflected by the first surface 5. On the contrary, as shown in FIG.
Is convex with respect to the second surface 6, the normal line S ′ of the first surface 5 diverges outward with respect to the second surface 6, so that the lower ray Reflection angle γ'for L
It is possible to obtain an effect of increasing the
It becomes easy to satisfy the condition of total internal reflection.
【0047】また、第1面を平面の透過面かつ反射面と
することができる。この構成は、後記の実施例6のもの
が対応する。第1面を平面とすることで、この面を基準
として他の面を定義できるため、接眼光学系の機械的な
設計、製作を容易にすることができる。これによって、
加工時間の短縮、装置全体の容易なレイアウト等も可能
となり、大幅なコスト削減を実現できる。さらに、接眼
光学系を介して外界像を観察する場合、第2面の外側に
外界視用の補償光学系を配置し、外界光に対して光学系
全体のパワーが略ゼロになるように構成する必要がある
が、この際、第1面が平面であれば、光学系の入射面と
射出面の何れも平面となるため、第1面が傾いていて
も、容易に外界視することが可能となる。また、第2面
に補償光学系を接合することで、外界光に対しては単純
な平行平板になるため、完全なパワーレスで倍率1倍に
なり、自然な外界を観察することができる。Further, the first surface may be a flat transmission surface and a reflection surface. This configuration corresponds to that of Example 6 described later. By making the first surface a flat surface, other surfaces can be defined with this surface as a reference, so that mechanical design and manufacture of the eyepiece optical system can be facilitated. by this,
The processing time can be shortened, the layout of the entire device can be easily done, and the cost can be significantly reduced. Furthermore, when observing an external image through the eyepiece optical system, an adaptive optical system for external vision is arranged outside the second surface so that the power of the entire optical system with respect to external light becomes substantially zero. However, at this time, if the first surface is a flat surface, both the entrance surface and the exit surface of the optical system are flat surfaces, so that even if the first surface is inclined, it is possible to easily view the outside world. It will be possible. Further, by joining the adaptive optical system to the second surface, a simple parallel plate is formed with respect to the external light, so that the magnification is 1 × without complete power, and the natural external environment can be observed.
【0048】また、第1面の内部反射領域を反射コーテ
ィングするようにすることもできる。この構成は、後記
の実施例4、5、9、10のものが対応する。第1面の
内部反射が全反射条件を満足しない場合には、第1面の
内部反射する領域においてアルミニウム等の反射コート
を行う必要がある。Further, the internal reflection area of the first surface may be reflectively coated. This configuration corresponds to those of Examples 4, 5, 9 and 10 described later. If the internal reflection of the first surface does not satisfy the total reflection condition, it is necessary to apply a reflection coat of aluminum or the like on the area of the internal reflection of the first surface.
【0049】また、第1面を第2面に対して凹面を向け
た透過面かつ反射面とすることもできる。この構成は、
後記の実施例5、9、10のものが対応する。第1面が
正のパワーを有する場合には、光線が第1面で屈折する
効果が大きいため、第2面に入射する光線高をより低く
することが可能となる。この作用によって、第2面以降
の反射面において発生する偏心コマ収差の発生を小さく
することができる。Further, the first surface may be a transmission surface and a reflection surface with a concave surface facing the second surface. This configuration,
The following Examples 5, 9, and 10 correspond. When the first surface has a positive power, the effect of refraction of the light rays on the first surface is great, so that the height of the light rays incident on the second surface can be made lower. By this action, it is possible to reduce the occurrence of decentering coma that occurs on the second and subsequent reflecting surfaces.
【0050】また、第2面を第1面に対して凸面を向け
た反射面とすることもできる。この構成は、後記の実施
例9、10のものが対応する。第1面が正のパワーを有
する場合には、第2面は負のパワーを有することが、光
学系の光路長を確保するために必要な条件である。本発
明のような広画角の接眼光学系の場合、射出瞳に近い位
置に正のパワーを配備することで、光学系を小さく構成
できるが、第1面では屈折と共に、第2面で反射後再び
反射する面である。同じ曲率の面において反射によるパ
ワーは屈折によるパワーに比べて大きいものになる。つ
まり、焦点距離が非常に短くなる。そこで、第2面に負
のパワーを与えることで適当な焦点距離になり、所定の
位置に画像表示素子を配置することが容易となる。Further, the second surface may be a reflecting surface having a convex surface facing the first surface. This configuration corresponds to those of Examples 9 and 10 described later. When the first surface has positive power, the second surface has negative power, which is a necessary condition for securing the optical path length of the optical system. In the case of an eyepiece optical system with a wide angle of view as in the present invention, the optical system can be made small by providing a positive power at a position close to the exit pupil, but the first surface refracts and the second surface reflects. It is a surface that will be reflected again later. On a surface having the same curvature, the power due to reflection becomes larger than the power due to refraction. That is, the focal length becomes very short. Therefore, by applying negative power to the second surface, an appropriate focal length is obtained, and it becomes easy to arrange the image display element at a predetermined position.
【0051】また、第2面における逆光線追跡での第1
回目の反射時の軸上主光線の入射角をθ2 とするとき、 0°<θ2 <50° ・・・(1) であることが望ましい。The first ray in the backward ray tracing on the second surface
When the incident angle of the axial chief ray at the time of the second reflection is θ 2 , it is desirable that 0 ° <θ 2 <50 ° (1).
【0052】これは、後記の実施例1〜10のものが対
応する。図16に、本発明の画像表示装置の接眼光学系
3において、瞳1の中心を出て画像表示素子4の中心に
到る軸上主光線が画像表示素子4から観察者の瞳1に到
達する様子と、各面4〜7において設定した入射角θ1
〜θ5 及びθi を示す。また、角度の符号は反射点での
垂線Sからの図16に示した方向を正とする。This corresponds to Examples 1 to 10 described later. In FIG. 16, in the eyepiece optical system 3 of the image display device of the present invention, the axial chief ray that exits the center of the pupil 1 and reaches the center of the image display element 4 reaches the pupil 1 of the observer from the image display element 4. And the incident angle θ 1 set on each surface 4 to 7.
~ Θ 5 and θ i are shown. The sign of the angle is positive in the direction shown in FIG. 16 from the perpendicular line S at the reflection point.
【0053】これは、本発明の画像表示装置の接眼光学
系と画像表示素子を適切な位置に配備するための条件で
ある。上記(1)式の下限の0°を越えて小さくなる
と、第2面の反射後の光線はそのまま観察者に戻ってし
まい、観察不能となる。逆に、上限の50°を越えて大
きくなると、第1面の反射位置までの距離が大きくな
り、それに伴って第2面も長くなるため、光学系が巨大
化する。This is a condition for disposing the eyepiece optical system and the image display element of the image display device of the present invention at appropriate positions. When the value becomes smaller than the lower limit of 0 ° in the above formula (1), the light ray after the reflection on the second surface returns to the observer as it is, making it impossible to observe. On the other hand, when the angle exceeds the upper limit of 50 °, the distance to the reflection position of the first surface increases, and the second surface also increases accordingly, which makes the optical system huge.
【0054】さらに、第2面における逆光線追跡での第
1回目の反射時の軸上主光線の入射角をθ2 とすると
き、 10°<θ2 <40° ・・・(2) であることがより好ましい。Further, when the incident angle of the axial chief ray at the first reflection in the backward ray tracing on the second surface is θ 2 , 10 ° <θ 2 <40 ° (2) Is more preferable.
【0055】これは、後記の実施例1〜10のものが対
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系と
画像表示素子を適切な位置に配置するための条件であ
る。上記(2)式の下限の10°を越えて小さくなる
と、第2面において全反射させる場合には、第2面で反
射後の光線の第1面への入射角が臨界角の条件を満足で
きなくなり、光学系を透過して光線が観察者に戻ってし
まうため、観察不能となる。逆に、下限の40°を越え
て大きくなると、反射角が大きくなるため、他の面では
補正し切れない程の偏心によるコマ収差が発生し、鮮明
な画像を観察することが困難になる。This corresponds to Examples 1 to 10 described later. This is a condition for arranging the eyepiece optical system and the image display element of the image display device of the present invention at appropriate positions. When the value becomes smaller than the lower limit of 10 ° of the above formula (2), in the case of total reflection on the second surface, the incident angle of the light ray after being reflected on the second surface on the first surface satisfies the condition of the critical angle. It is no longer possible, and the light rays pass through the optical system and return to the observer, making it impossible to observe. On the other hand, when the angle becomes larger than the lower limit of 40 °, the reflection angle becomes large, so that coma aberration due to decentering that cannot be corrected on other surfaces occurs, and it becomes difficult to observe a clear image.
【0056】また、第1面における軸上主光線の入射角
をθ1 とするとき、 −20°<θ1 <40° ・・・(3) であることが望ましい。When the incident angle of the axial chief ray on the first surface is θ 1 , it is desirable that -20 ° <θ 1 <40 ° (3).
【0057】これは、後記の実施例1〜10のものが対
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系を
適切な位置あるいは適切な角度に配備するための条件で
ある。上記の(3)式の下限の−20°を越えて小さく
なると、接眼光学系が観察者側に倒れてくるため、装置
と頭部が干渉する恐れが生じる。逆に、上限の40°を
越えて大きくなると、接眼光学系が前方に張り出してし
まい、重量バランスの悪い装置になってしまう。This corresponds to Examples 1 to 10 described later. This is a condition for disposing the eyepiece optical system of the image display device of the present invention at an appropriate position or an appropriate angle. If the value becomes smaller than the lower limit of −20 ° of the above formula (3), the eyepiece optical system falls down to the observer side, and there is a possibility that the device and the head interfere with each other. On the other hand, if it exceeds the upper limit of 40 ° and becomes large, the eyepiece optical system protrudes forward, resulting in a device with poor weight balance.
【0058】さらに、第1面における軸上主光線の入射
角をθ1 とするとき、 −10°<θ1 <25° ・・・(4) であることがより好ましい。Further, when the incident angle of the axial chief ray on the first surface is θ 1 , it is more preferable that -10 ° <θ 1 <25 ° (4).
【0059】これは、後記の実施例1〜10のものが対
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系を
適切な位置あるいは適切な角度に配備するための条件で
ある。上記の(4)式の下限の−10°を越えて小さく
なると、接眼光学系が観察者側に倒れてくるため、装置
と頭部が干渉する恐れが生じる。逆に、上限の25°を
越えて大きくなると、第1面で発生する色収差が増大す
る。特に、軸外における倍率色収差が顕著に現れ、鮮明
な画像を観察することが困難になってしまう。This corresponds to Examples 1 to 10 described later. This is a condition for disposing the eyepiece optical system of the image display device of the present invention at an appropriate position or an appropriate angle. When the value becomes smaller than the lower limit of −10 ° of the above formula (4), the eyepiece optical system falls down to the observer side, which may cause the device and the head to interfere. On the other hand, when it exceeds the upper limit of 25 °, the chromatic aberration generated on the first surface increases. In particular, off-axis chromatic aberration of magnification appears remarkably, and it becomes difficult to observe a clear image.
【0060】また、第1面の内部反射における軸上主光
線の入射角をθ3 とするとき、 20°<θ3 <70° ・・・(5) であることが望ましい。When the incident angle of the axial chief ray in the internal reflection of the first surface is θ 3 , it is desirable that 20 ° <θ 3 <70 ° (5).
【0061】これは、後記の実施例1〜10のものが対
応する。これは、本発明の画像表示素子の接眼光学系が
観察可能で小型軽量に構成するための条件である。上記
(5)式の下限の20°を越えて小さくなると、第1面
の内部反射後第2面に戻り、第1面で反射して観察者顔
面に戻ってしまうため、観察不能となる。上限の70°
を越えて大きくなると、第1面で反射後、第2面又は第
3面(4面構成の場合)に到達する位置が非常に離れて
しまい、光学系が大型化してしまう。This corresponds to Examples 1 to 10 described later. This is a condition for making the eyepiece optical system of the image display device of the present invention observable and compact and lightweight. When the value is smaller than the lower limit of 20 ° in the above formula (5), the internal surface is internally reflected by the first surface, then returns to the second surface, and then is reflected by the first surface to return to the observer's face. 70 ° of the upper limit
If it becomes larger than, the positions reaching the second surface or the third surface (in the case of a four-sided structure) after the reflection on the first surface are very far apart, and the optical system becomes large.
【0062】さらに、第1面の内部反射における軸上主
光線の入射角をθ3 とするとき、 30°<θ3 <55° ・・・(6) であることがより好ましい。Further, when the incident angle of the axial chief ray in the internal reflection on the first surface is θ 3 , it is more preferable that 30 ° <θ 3 <55 ° (6).
【0063】これは、後記の実施例1〜10のものが対
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系が
観察可能で小型軽量に構成するための条件である。上記
(6)式の下限の30°を越えて小さくなると、この面
における臨界角を満たすことが困難となり、観察不能と
なる。逆に、上限の55°を越えて大きくなると、第1
面で反射後、第2面又は第3面(4面構成の場合)に到
達する位置が離れてしまい、光学系が大型化してしま
う。This corresponds to Examples 1 to 10 described later. This is a condition for making the eyepiece optical system of the image display device of the present invention observable and small and lightweight. When the value becomes smaller than the lower limit of 30 ° of the above formula (6), it becomes difficult to satisfy the critical angle on this surface, and it becomes impossible to observe. On the contrary, if it becomes larger than the upper limit of 55 °, the first
After the light is reflected by the surface, the positions reaching the second surface or the third surface (in the case of the four-surface configuration) are separated, and the optical system becomes large.
【0064】また、3面構成の場合の第2面における逆
光線追跡での第2回目の反射時の、又は、4面構成の場
合の第3面における軸上主光線の入射角をθ4 とすると
き、 20°<θ4 <80° ・・・(7) であることが望ましい。The incident angle of the axial chief ray at the second reflection in the backward ray tracing on the second surface in the case of the three-sided structure or on the third surface in the case of the four-sided structure is θ 4 . In this case, it is desirable that 20 ° <θ 4 <80 ° (7).
【0065】これは、後記の実施例1〜10のものが対
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系に
よって画像表示素子の画像を隅々まで観察するための条
件である。上記の(7)式の下限の20°を越えて小さ
くなると、光線が第1面に戻ってしまうため、反射後の
光線が観察者顔面に到達し、観察不能となる。逆に、上
限の80°を越えて大きくなると、第1面での内部反射
位置との距離が非常に長いものとなり、光学系が図16
において下方に長いものとなり巨大化してしまう。This corresponds to Examples 1 to 10 described later. This is a condition for observing every corner of the image of the image display element by the eyepiece optical system of the image display device of the present invention. When the value becomes smaller than the lower limit of 20 ° of the above formula (7), the light ray returns to the first surface, so that the reflected light ray reaches the observer's face and becomes unobservable. On the other hand, when the value exceeds the upper limit of 80 °, the distance from the internal reflection position on the first surface becomes very long, and the optical system moves to the position shown in FIG.
At the bottom, it becomes long and becomes huge.
【0066】さらに、3面構成の場合の第2面における
逆光線追跡での第2回目の反射時の、又は、4面構成の
場合の第3面における軸上主光線の入射角をθ4 とする
とき、 30°<θ4 <65° ・・・(8) であることがより好ましい。Further, the incident angle of the axial chief ray at the time of the second reflection in the backward ray tracing on the second surface in the case of the three-side structure or on the third surface in the case of the four-side structure is set to θ 4 . In this case, it is more preferable that 30 ° <θ 4 <65 ° (8).
【0067】これは、後記の実施例1〜10のものが対
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系に
よって画像表示素子の画像を隅々まで鮮明に観察するた
めの条件である。上記の(8)式の下限の30°を越え
て小さくなると、光線か瞳方向(図16において上方)
に反射するため、接眼光学系の屈折面である第3面又は
第4面(4面構成の場合)において、軸外光線が第1面
と干渉してしまい、画面の隅々まて明瞭に観察すること
が困難になる。逆に、上限の65°を越えて大きくなる
と、ここでの反射角が大きくなり過ぎてしまい、他の面
では補正し切れない程の偏心によるコマ収差が発生し、
鮮明な画像を観察することが困難になる。This corresponds to those in Examples 1 to 10 described later. This is a condition for observing the image of the image display element clearly in every corner by the eyepiece optical system of the image display device of the present invention. When the value goes below the lower limit of 30 ° in the above equation (8) and becomes smaller, the ray or pupil direction (upward in FIG. 16).
The off-axis rays interfere with the first surface on the third surface or the fourth surface (in the case of a four-surface configuration), which is the refracting surface of the eyepiece optical system, so that it is clearly visible in every corner of the screen. It becomes difficult to observe. On the other hand, if it exceeds the upper limit of 65 °, the reflection angle here becomes too large, and coma aberration occurs due to decentering that cannot be corrected by other surfaces.
It becomes difficult to observe a clear image.
【0068】また、3面構成の場合の第3面、又は、4
面構成の場合の第4面における軸上主光線の入射角をθ
5 とするとき、 −30°<θ5 <40° ・・・(9) であることが望ましい。The third surface in the case of a three-sided structure, or 4
The incident angle of the axial chief ray on the fourth surface in the case of the surface configuration is θ
When it is 5 , it is desirable that -30 ° <θ 5 <40 ° (9).
【0069】これは、後記の実施例1〜10のものが対
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系と
画像表示素子を適切な位置に配備するための条件であ
る。上記の(9)式の下限の−30°を越えて小さくな
ると、光線が瞳方向と反対方向(図16において下方)
に屈折するため、画像表示素子が瞳から離れてしまい、
装置全体が大きなものになってしまう。逆に、上限の4
0°を越えて大きくなると、光線が瞳方向(図16にお
いて上方)に反射するため、画像表示素子が顔面側に配
置され、観察者顔面と干渉する恐れが生じる。This corresponds to those in Examples 1 to 10 described later. This is a condition for disposing the eyepiece optical system and the image display element of the image display device of the present invention at appropriate positions. When the value becomes smaller than the lower limit of −30 ° of the above expression (9), the light ray is directed in the direction opposite to the pupil direction (downward in FIG. 16).
The image display element moves away from the pupil because it refracts to
The entire device becomes large. Conversely, the upper limit of 4
When it exceeds 0 ° and becomes large, the light ray is reflected in the pupil direction (upward in FIG. 16), so that the image display element is arranged on the face side, and there is a risk of interference with the observer's face.
【0070】また、画像表示素子面における軸上主光線
の入射角をθi とするとき、 −40°<θi <40° ・・・(10) であることが望ましい。When the incident angle of the axial chief ray on the image display element surface is θ i , it is desirable that -40 ° <θ i <40 ° (10).
【0071】これは、後記の実施例1〜10のものが対
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系に
よって画像表示素子の画像を隅々まで鮮明に観察するた
めの条件である。上記の(10)式の下限の−40°を
越えて小さくなるか、あるいは、上限の40°を越えて
大きくなると、画像表示素子から発する光量を十分に観
察者の瞳に到達させることができず、明るいクリアーな
画面を観察することが困難になる。This corresponds to Examples 1 to 10 described later. This is a condition for observing the image of the image display element clearly in every corner by the eyepiece optical system of the image display device of the present invention. When the lower limit of −40 ° of the formula (10) is decreased or the upper limit of 40 ° is increased, the amount of light emitted from the image display device can sufficiently reach the observer's pupil. It becomes difficult to observe a bright and clear screen.
【0072】さらに、画像表示素子面における軸上主光
線の入射角をθi とするとき、 −25°<θi <25° ・・・(11) であることがより好ましい。Further, when the incident angle of the axial chief ray on the image display element surface is θ i , it is more preferable that -25 ° <θ i <25 ° (11).
【0073】これは、後記の実施例1〜10のものが対
応する。これは、本発明の画像表示装置の接眼光学系に
よって画像表示素子の画像を隅々まで鮮明に観察するた
めの条件である。上記の(11)式の下限の−25°を
越えて小さくなるか、あるいは、上限の25°を越えて
大きくなると、画像表示素子の視野角特性が小さい角度
を持つ場合には、コントラストの低い画像になってしま
う。特に、LCD(液晶表示素子)の場合には、視野角
特性が小さいために画像の反転現象を起こし、画面を明
瞭に視察することが困難にある。This corresponds to Examples 1 to 10 described later. This is a condition for observing the image of the image display element clearly in every corner by the eyepiece optical system of the image display device of the present invention. When the lower limit of −25 ° of the above formula (11) is exceeded or the upper limit of 25 ° is exceeded, the contrast is low when the viewing angle characteristic of the image display element is small. It becomes an image. In particular, in the case of an LCD (liquid crystal display element), since the viewing angle characteristic is small, an image inversion phenomenon occurs, and it is difficult to clearly observe the screen.
【0074】また、屈折率が1より大きい媒質のd線の
屈折率をNd とするとき、 1.45<Nd <2.0 ・・・(12) であることが望ましい。When the d-line refractive index of a medium having a refractive index greater than 1 is N d , it is desirable that 1.45 <N d <2.0 (12).
【0075】これは、後記の実施例1〜10のものが対
応する。これは、少なくとも3面で形成される空間を満
たす媒質の屈折率に関する条件である。本発明の画像表
示装置の接眼光学系は、光学ガラス又は光学プラスチッ
クと呼ばれる透明度の高い透明媒質で形成されることが
望ましい。その場合、媒質のd線の屈折率は上記(1
2)式を満たしていることが条件となる。(12)式の
下限、下限共越えると、透明度が低くなり、また、加工
性が悪いものになる。This corresponds to Examples 1 to 10 described later. This is a condition regarding the refractive index of the medium that fills the space formed by at least three surfaces. The eyepiece optical system of the image display device of the present invention is preferably formed of a highly transparent transparent medium called optical glass or optical plastic. In that case, the refractive index of the d-line of the medium is (1
The condition is that the formula 2) is satisfied. When the lower limit or the lower limit of the expression (12) is exceeded, the transparency becomes low and the workability becomes poor.
【0076】さらに、屈折率が1より大きい媒質のd線
の屈折率をNd とするとき、 1.5<Nd <2.0 ・・・(13) であることがより好ましい。Further, when the d-line refractive index of the medium having a refractive index larger than 1 is N d , it is more preferable that 1.5 <N d <2.0 (13).
【0077】これは、後記の実施例1〜5、7〜10の
ものが対応する。本発明画像表示装置の接眼光学系は、
第1面においての内部反射の条件を満たすために、屈折
率はできるだけ大きい方が有利である。そのため、(1
3)式の条件を満たす媒質を使用することが望ましい。
(13)式の条件の下限の1.5を越えて小さくなる
と、特に広画角の場合には、軸外光線が第1面での全反
射条件を満たすことができず、周辺画像の観察が困難に
なる場合がある。This corresponds to Examples 1 to 5 and 7 to 10 described later. The eyepiece optical system of the image display device of the present invention,
In order to satisfy the condition of internal reflection on the first surface, it is advantageous that the refractive index is as large as possible. Therefore, (1
It is desirable to use a medium that satisfies the condition of equation 3).
If the lower limit of 1.5 in the condition of the equation (13) is exceeded, especially in the case of a wide angle of view, the off-axis ray cannot satisfy the condition of total reflection on the first surface, and the peripheral image is observed. Can be difficult.
【0078】また、接眼光学系を構成する少なくとも1
つの面は非球面であることが望ましい。Further, at least one constituting the eyepiece optical system.
It is desirable that the two surfaces are aspherical surfaces.
【0079】これは、後記の実施例1〜10のものが対
応する。接眼光学系の第1面、第2面及び第3面の何れ
か1面は非球面であることが収差補正上有効である。後
記するように、観察者の虹彩位置1を原点とし、観察者
視軸2を原点から接眼光学系3に向かう方向を正とする
Z軸、観察者視軸2に直交し、観察者眼球から見て上下
方向の下から上を正とするY軸、観察者視軸2に直交
し、観察者眼球からみて左右方向の右から左を正とする
X軸と定義する場合(図1参照)、Y方向に偏心又は視
軸2から傾いて配置される第2面6で発生するコマ収
差、特に高次コマ収差やコマフレアーを補正するために
重要な条件である。This corresponds to Examples 1 to 10 described later. It is effective for aberration correction that any one of the first surface, the second surface and the third surface of the eyepiece optical system is an aspherical surface. As will be described later, the observer's iris position 1 is the origin, and the observer's visual axis 2 is orthogonal to the Z axis that is positive in the direction from the origin to the eyepiece optical system 3 and the observer's visual axis 2. In the case of defining the Y axis that is positive from the bottom to the top in the vertical direction and the X axis that is orthogonal to the observer's visual axis 2 and is positive from the right to the left in the observer's eye (see FIG. 1) , Is an important condition for correcting coma aberration generated in the second surface 6 which is eccentric in the Y direction or inclined with respect to the visual axis 2, particularly high-order coma aberration and coma flare.
【0080】本発明のように、観察者眼球の前方に偏心
するかあるいは傾いた反射面を有するタイプの接眼光学
系を用いる画像表示装置においては、軸上においても反
射面に入射する光線が斜めになるため、反射鏡の中心軸
に複雑なコマ収差が発生する。この複雑なコマ収差は、
反射面の傾き角が大きくなるに従って大きくなる。しか
しながら、小型で広画角の画像表示装置を実現しようと
すると、偏心量又は傾き角をある程度大きくしないと画
像表示素子と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反射面の傾きが大きくなり、
偏心コマ収差の発生を如何に補正するかが重要な問題と
なる。As in the present invention, in an image display apparatus using an eyepiece optical system of a type having a reflecting surface which is decentered or inclined in front of the observer's eyeball, the light rays incident on the reflecting surface are oblique even on the axis. Therefore, complicated coma is generated on the central axis of the reflecting mirror. This complicated coma is
It increases as the tilt angle of the reflecting surface increases. However, in order to realize a small-sized image display device having a wide angle of view, it is difficult to secure a wide-angle observation image because the image display element and the optical path interfere with each other unless the eccentricity or the tilt angle is increased to some extent. Become. Therefore, the smaller the image display device with a wide angle of view, the larger the inclination of the reflecting surface,
How to correct the occurrence of decentering coma is an important issue.
【0081】このような複数なコマ収差を補正するため
には、接眼光学系を構成する第1面、第2面、第3面の
何れか1面を偏心した非球面とすることで、光学系のパ
ワーを視軸に対して非対称な構成にすることができ、さ
らに、軸外においては非球面の効果を利用することがで
きるため、軸上を含めたコマ収差の補正を有効に行うこ
とが可能となる。In order to correct such a plurality of coma aberrations, any one of the first surface, the second surface, and the third surface of the eyepiece optical system is made an eccentric aspherical surface, and The power of the system can be made asymmetric with respect to the visual axis, and the effect of the aspherical surface can be used off-axis, so that the coma aberration including on-axis can be effectively corrected. Is possible.
【0082】また、接眼光学系を構成する少なくとも1
つの面はアナモフィック面であることが望ましい。At least one component of the eyepiece optical system
It is desirable that the two surfaces are anamorphic surfaces.
【0083】これは、後記の実施例1〜10のものが対
応する。接眼光学系の第1面、第2面及び第3面の何れ
か1面はアナモフィック面であることが重要である。つ
まり、Y−Z面内の曲率半径とこの面と直交するX−Z
面内の曲率半径が異なる面であることである。This corresponds to Examples 1 to 10 described later. It is important that any one of the first surface, the second surface and the third surface of the eyepiece optical system is an anamorphic surface. That is, the radius of curvature in the YZ plane and XZ which is orthogonal to this plane.
That is, the surfaces have different in-plane radii of curvature.
【0084】この条件は、第2面が視軸に対して偏心あ
るいは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、球面が偏心していると、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、観察
者眼球の前に反射面が視軸に対して偏心あるいは傾いて
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、接眼光学系の第
1面、第2面及び第3面の何れか1面の曲率半径は、入
射面内とこれと直交する面内において異なるものとする
ことが重要になる。This condition is a condition for correcting an aberration caused by the eccentricity or inclination of the second surface with respect to the visual axis. In general, when the spherical surface is decentered, the light ray incident on the surface has different curvatures with respect to the light ray in the plane of incidence and the plane orthogonal to the plane of incidence. Therefore, as in the present invention, in the eyepiece optical system in which the reflecting surface is arranged eccentric or inclined with respect to the visual axis in front of the observer's eyeball, the observation image on the visual axis corresponding to the observation image center is also due to the above reason. Astigmatism occurs.
In order to correct the astigmatism on this axis, the radius of curvature of any one of the first surface, the second surface, and the third surface of the eyepiece optical system is different between the incident surface and the surface orthogonal to this. It becomes important to do things.
【0085】また、接眼光学系を構成する少なくとも1
つの面は自由曲面であってもよい。接眼光学系を構成す
る少なくとも3面の中、上記の少なくとも1面が自由曲
面であれば、上述した非球面又はアナモフィック面によ
る効果を満足することができるため、接眼光学系で発生
する収差を有効に補正することができる。At least one component of the eyepiece optical system
The two surfaces may be free-form surfaces. If at least one of the three surfaces forming the eyepiece optical system is a free-form surface, the effect of the aspherical surface or anamorphic surface described above can be satisfied, so that the aberration generated in the eyepiece optical system is effective. Can be corrected to.
【0086】ここで、自由曲面は下記式で表現される曲
面である。 ただし、x,y,zは直交座標を表し、Cnmは任意の係
数、k,k’も任意とする。Here, the free curved surface is a curved surface expressed by the following equation. However, x, y, and z represent Cartesian coordinates, C nm is an arbitrary coefficient, and k and k ′ are also arbitrary.
【0087】また、画像表示素子の表示面は軸上主光線
に対して傾いて配置傾いて配置されていることが望まし
い。Further, it is desirable that the display surface of the image display element is arranged so as to be inclined with respect to the axial principal ray.
【0088】これは、後記の実施例1〜10のものが対
応する。画像表示素子の表示面は視軸に対して傾いて配
備されていることが重要である。光学素子を構成する屈
折面あるいは反射面が偏心又は傾いている場合、瞳から
の光線は屈折面あるいは反射面での屈折角又は反射角が
像高によって異なり、像面が視軸に対して傾くことがあ
る。その場合、画像表示素子面を視軸に対して傾いて配
備することで、像面の傾きを補正することが可能とな
る。This corresponds to Examples 1 to 10 described later. It is important that the display surface of the image display element is arranged so as to be inclined with respect to the visual axis. When the refracting surface or the reflecting surface forming the optical element is decentered or tilted, the light ray from the pupil has a refraction angle or a reflection angle depending on the image height on the refraction surface or the reflection surface, and the image surface is tilted with respect to the visual axis. Sometimes. In that case, it is possible to correct the tilt of the image plane by disposing the image display element surface so as to be tilted with respect to the visual axis.
【0089】また、画像表示素子は、観察者に対して画
像表示素子の表示面の裏側を向けて配備されていること
が望ましい。Further, it is desirable that the image display element is arranged with the back side of the display surface of the image display element facing the observer.
【0090】これは、後記の実施例1〜10のものが対
応する。画像表示素子は観察者側には表示面の裏側に向
けて配備されることが、装置全体をコンパクトにするの
に有効である。画像表示素子が表示素子の後方にバック
ライト等を付属させるタイプのものである場合、これら
の部品が観察者顔面に沿うように配置されるため、接眼
光学系よりも前方に突出するものがない。つまり、画像
表示装置全体を構成する上で、観察者顔面からの突出量
が極めて少ないものを実現することができる。This corresponds to Examples 1 to 10 described later. It is effective to make the entire device compact in that the image display element is arranged on the observer side toward the back side of the display surface. When the image display element is of a type in which a backlight or the like is attached to the back of the display element, these parts are arranged along the observer's face, so there is nothing that projects forward of the eyepiece optical system. . In other words, it is possible to realize the one in which the amount of protrusion from the observer's face is extremely small in configuring the entire image display device.
【0091】なお、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。By providing a means for positioning the image display element and the eyepiece optical system with respect to the observer's head,
The observer can observe a stable observation image.
【0092】また、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。Further, the image display device and the eyepiece optical system have a positioning means with respect to the observer's head and can be mounted on the observer's head, so that the observer can freely observe the posture and direction. It is possible to observe the image.
【0093】また、少なくとも2組の本発明の画像表示
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。Further, by having the supporting means for supporting at least two sets of the image display device of the present invention at regular intervals, the observer can enjoy a stereoscopic image by observing them with both left and right eyes. Become.
【0094】さらに、接眼光学系における画像表示面を
像面として、無限遠の物体を結像させるように構成する
ことで、後記するように、図19に示すようなカメラの
ファインダー光学系等の結像光学系として利用すること
が可能である。Furthermore, by constructing the image display surface in the eyepiece optical system as an image plane so as to form an image of an object at infinity, as will be described later, such as a finder optical system of a camera as shown in FIG. It can be used as an imaging optical system.
【0095】[0095]
【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10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から接眼光学系3
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に示すように、観察者の虹彩位置1を
原点とし、観察者視軸2を原点から接眼光学系3に向か
う方向を正とするZ軸、観察者視軸2に直交し、観察者
眼球から見て上下方向の下から上を正とするY軸、観察
者視軸2に直交し、観察者眼球からみて左右方向の右か
ら左を正とするX軸と定義する。つまり、後記する図1
の紙面内をYーZ面とし、紙面と垂直方向の面をX−Z
面とする。また、光軸は紙面のY−Z面内で折り曲げら
れるものとする。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments 1 to 10 of an image display device of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Although constituent parameters of each example will be described later, in the following description, the surface numbers are from the pupil position 1 of the observer to the eyepiece optical system 3.
It is shown as the face number of the reverse trace towards. Then, as shown in FIG. 1, the coordinates are taken in such a manner that the observer's iris position 1 is the origin, and the observer's visual axis 2 is the Z axis in which the direction from the origin to the eyepiece optical system 3 is positive. A Y-axis that is orthogonal to the axis 2 and that is positive from the bottom to the top in the vertical direction when viewed from the observer's eye, and a axis that is orthogonal to the observer's visual axis 2 and that is positive from the right to the left in the left-right direction when viewed from the observer's eye Define as an axis. That is, FIG.
The inside of the paper is the YZ plane, and the plane perpendicular to the paper is XZ
Face. It is assumed that the optical axis is bent in the YZ plane of the drawing.
【0096】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、基準面である1面(瞳位置1)からのその面の面
頂の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、面間隔に意味はない。Then, in the constituent parameters described later, regarding the surface on which the eccentricity amounts Y and Z and the tilt angle θ are described, the Y of the surface apex from the one surface (pupil position 1) which is the reference surface. It means the amount of eccentricity in the axial direction, the Z-axis direction, and the angle of inclination of the central axis of the surface from the Z-axis, and in this case, θ means counterclockwise. It should be noted that the distance between the surfaces has no meaning.
【0097】また、各面において、非回転対称な非球面
形状は、その面を規定する座標上で、Ry 、Rx 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、Kx 、Ky 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。Further, in each surface, an aspherical shape which is non-rotationally symmetric has coordinates R y and R x which are paraxial curvature radii in the YZ plane (paper surface) and X- Paraxial radii of curvature in the Z plane, K x and K y are the X-Z plane and Y-, respectively.
The conic coefficients AR and BR in the Z plane are the fourth-order and sixth-order aspherical coefficients rotationally symmetric with respect to the Z axis, respectively, and AP and BP are the fourth-order and sixth-order non-spherical coefficients rotationally asymmetric with respect to the Z axis, respectively. Assuming a spherical coefficient, the aspherical expression is as shown below.
【0098】Z =[( X2/Rx )+ (Y2/Ry ) ]/[1+
{ 1-(1+Kx ) ( X2/Rx 2)-(1+Ky ) ( Y2/Ry 2)}
1/2 ]+AR[ (1-AP) X2+( 1+AP) Y2 ]2+B
R[ (1-BP) X2+( 1+BP) Y2 ]3 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。Z = [(X 2 / R x ) + (Y 2 / R y )] / [1+
{1- (1 + K x ) (X 2 / R x 2 )-(1 + K y ) (Y 2 / R y 2 )}
1/2] + AR [(1- AP) X 2 + (1 + AP) Y 2] 2 + B
R [(1-BP) X 2 + (1 + BP) Y 2] 3 The refractive index of the medium between the surfaces is expressed by the refractive index of the d-line. The unit of the length is mm.
【0099】図1〜図10にそれぞれ実施例1〜10の
単眼用の画像表示装置の断面図を示す。図1〜図5それ
ぞれの断面図においては、図中、1は観察者の瞳位置、
2は観察者視軸、3は接眼光学系、4は画像表示素子、
5は接眼光学系3の第1面、6は接眼光学系3の第2
面、7は接眼光学系3の第3面である。1 to 10 are sectional views of the monocular image display devices of Examples 1 to 10, respectively. In each of the sectional views of FIGS. 1 to 5, 1 is the pupil position of the observer,
2 is an observer's visual axis, 3 is an eyepiece optical system, 4 is an image display element,
5 is the first surface of the eyepiece optical system 3, and 6 is the second surface of the eyepiece optical system 3.
Surface 7, is the third surface of the eyepiece optical system 3.
【0100】図6〜図10それぞれの断面図において
は、図中、1は観察者の瞳位置、2は観察者視軸、3は
接眼光学系、4は画像表示素子、11は接眼光学系3の
第1面、12は接眼光学系3の第2面、13は接眼光学
系3の第3面、14は接眼光学系3の第4面である。In each of the sectional views of FIGS. 6 to 10, 1 is the position of the observer's pupil, 2 is the observer's visual axis, 3 is an eyepiece optical system, 4 is an image display element, and 11 is an eyepiece optical system. 3 is a first surface, 12 is a second surface of the eyepiece optical system 3, 13 is a third surface of the eyepiece optical system 3, and 14 is a fourth surface of the eyepiece optical system 3.
【0101】これらの実施例における実際の光線経路
は、実施例1〜5においては、画像表示素子4から発し
た光線束は、接眼光学系3の第3面7で屈折して接眼光
学系3に入射し、第2面6で反射されて、第1面5で内
部反射し、第2面6で再び反射され、第1面5に入射し
て屈折されて接眼光学系3を射出し、観察者の瞳の虹彩
位置又は眼球の回旋中心を射出瞳lとして観察者の眼球
内に投影される。The actual ray paths in these examples are as follows. In Examples 1 to 5, the ray bundle emitted from the image display element 4 is refracted by the third surface 7 of the eyepiece optical system 3 to be reflected. , Is reflected by the second surface 6, is internally reflected by the first surface 5, is reflected again by the second surface 6, is incident on the first surface 5, is refracted, and exits the eyepiece optical system 3, The iris position of the observer's pupil or the center of rotation of the eyeball is projected into the observer's eyeball as the exit pupil l.
【0102】実施例6〜10においては、画像表示素子
4から発した光線束は、接眼光学系3の第4面14で屈
折して接眼光学系3に入射し、第3面13で反射され
て、第1面11で内部反射し、第2面12で反射され、
第1面11に入射して屈折されて接眼光学系3を射出
し、観察者の瞳の虹彩位置又は眼球の回旋中心を射出瞳
lとして観察者の眼球内に投影される。In Examples 6 to 10, the ray bundle emitted from the image display element 4 is refracted by the fourth surface 14 of the eyepiece optical system 3, enters the eyepiece optical system 3, and is reflected by the third surface 13. Internal reflection on the first surface 11 and reflection on the second surface 12,
The light is incident on the first surface 11 and is refracted to be emitted from the eyepiece optical system 3, and is projected into the eyeball of the observer as the exit pupil 1 at the iris position of the observer's pupil or the center of rotation of the eyeball.
【0103】以下に示す実施例は右眼用の画像装置であ
り、左眼用は構成する光学要素を全てY−Z面に対称に
構成することで実現できる。また、実際の装置の配置に
おいては、接眼光学系によって反射する方向は、観察者
の上方でも横方向でもよいことは言うまでもない。The embodiment shown below is an image device for the right eye, and for the left eye, it can be realized by structuring all the constituent optical elements in the YZ plane. Also, in the actual arrangement of the device, it goes without saying that the direction reflected by the eyepiece optical system may be above the observer or in the lateral direction.
【0104】以下、各実施例の画角、瞳径、各面の面形
状、各面の入射角及び透明媒質の屈折率を説明する。実
施例1は、図1の断面図に示すように3面構成による接
眼光学系の1例であり、水平画角30°、垂直画角2
2.8°、瞳径4mm、第1面(面番号2、4)5、第
2面(面番号3、5)6、第3面(面番号6)7共アナ
モフィック面である。第1面5の内面反射は全反射であ
る。条件式(1)〜(13)に関する値は、 θ1 =11.14° θ2 =22.64° θ3 =41.71° θ4 =48.13° θ5 = 6.53° θi =30.00° Nd =1.6481 である。The angle of view, the pupil diameter, the surface shape of each surface, the incident angle of each surface, and the refractive index of the transparent medium in each embodiment will be described below. Example 1 is an example of an eyepiece optical system having a three-sided structure as shown in the sectional view of FIG.
2.8 °, pupil diameter 4 mm, first surface (surface numbers 2, 4) 5, second surface (surface numbers 3, 5) 6, and third surface (surface number 6) 7 are all anamorphic surfaces. The internal reflection of the first surface 5 is total reflection. The values relating to the conditional expressions (1) to (13) are θ 1 = 11.14 ° θ 2 = 22.64 ° θ 3 = 41.71 ° θ 4 = 48.13 ° θ 5 = 6.53 ° θ i = 30.00 ° N d = 1.6481.
【0105】実施例2は、図2の断面図に示すように3
面構成による接眼光学系の1例であり、水平画角30
°、垂直画角22.8°、瞳径4mm、第1面(面番号
2、4)5、第2面(面番号3、5)6はアナモフィッ
ク面であり、第3面(面番号6)7は球面である。第1
面5の内面反射は全反射である。条件式(1)〜(1
3)に関する値は、 θ1 =10.68° θ2 =24.93° θ3 =46.20° θ4 =55.63° θ5 = 7.30° θi =30.00° Nd =1.5163 である。The second embodiment is the same as that shown in the sectional view of FIG.
It is an example of an eyepiece optical system having a surface configuration, and a horizontal angle of view of 30
°, vertical angle of view 22.8 °, pupil diameter 4 mm, first surface (surface numbers 2 and 4) 5, second surface (surface numbers 3 and 5) 6 are anamorphic surfaces, and third surface (surface number 6) ) 7 is a spherical surface. First
The internal reflection of the surface 5 is total internal reflection. Conditional expressions (1) to (1
The value of 3) is θ 1 = 10.68 ° θ 2 = 24.93 ° θ 3 = 46.20 ° θ 4 = 55.63 ° θ 5 = 7.30 ° θ i = 30.00 ° N d = 1.5163.
【0106】実施例3は、図3の断面図に示すように3
面構成による接眼光学系の1例であり、水平画角30
°、垂直画角22.8°、瞳径4mm、第1面(面番号
2、4)5、第2面(面番号3、5)6はアナモフィッ
ク面であり、第3面(面番号6)7は球面である。第1
面5の内面反射は全反射である。条件式(1)〜(1
3)に関する値は、 θ1 =11.78° θ2 =18.45° θ3 =40.59° θ4 =38.85° θ5 =−7.49° θi =30.09° Nd =1.7433 である。In the third embodiment, as shown in the sectional view of FIG.
It is an example of an eyepiece optical system having a surface configuration, and a horizontal angle of view of 30
°, vertical angle of view 22.8 °, pupil diameter 4 mm, first surface (surface numbers 2 and 4) 5, second surface (surface numbers 3 and 5) 6 are anamorphic surfaces, and third surface (surface number 6) ) 7 is a spherical surface. First
The internal reflection of the surface 5 is total internal reflection. Conditional expressions (1) to (1
The value for 3) is θ 1 = 1.78 ° θ 2 = 18.45 ° θ 3 = 40.59 ° θ 4 = 38.85 ° θ 5 = −7.49 ° θ i = 30.09 ° N d = 1.7433.
【0107】実施例4は、図4の断面図に示すように3
面構成による接眼光学系の1例であり、水平画角28
°、垂直画角21.2°、瞳径4mm、第1面(面番号
2、4)5、第2面(面番号3、5)6はアナモフィッ
ク面であり、第3面(面番号6)7は球面である。第1
面5の内面反射はミラーコーティングによる。条件式
(1)〜(13)に関する値は、 θ1 =14.75° θ2 =25.72° θ3 =44.37° θ4 =48.25° θ5 =−3.61° θi =23.58° Nd =1.5163 である。In the fourth embodiment, as shown in the sectional view of FIG.
It is an example of an eyepiece optical system having a surface configuration, and a horizontal angle of view 28
°, vertical angle of view 21.2 °, pupil diameter 4 mm, first surface (surface numbers 2 and 4) 5, second surface (surface numbers 3 and 5) 6 are anamorphic surfaces, and third surface (surface number 6) ) 7 is a spherical surface. First
The internal reflection of the surface 5 is due to the mirror coating. The values relating to the conditional expressions (1) to (13) are as follows: θ 1 = 14.75 ° θ 2 = 25.72 ° θ 3 = 44.37 ° θ 4 = 48.25 ° θ 5 = −3.61 ° θ i = 23.58 ° N d = 1.5163.
【0108】実施例5は、図5の断面図に示すように3
面構成による接眼光学系の1例であり、水平画角28
°、垂直画角21.2°、瞳径4mm、第1面(面番号
2、4)5はアナモフィック面であり、第2面(面番号
3、5)6は平面であり、第3面(面番号6)7は球面
である。第1面5の内面反射はミラーコーティングによ
る。条件式(1)〜(13)に関する値は、 θ1 =21.92° θ2 =29.66° θ3 =37.39° θ4 =45.13° θ5 =−2.36° θi =23.58° Nd =1.5163 である。In the fifth embodiment, as shown in the sectional view of FIG.
It is an example of an eyepiece optical system having a surface configuration, and a horizontal angle of view 28
°, vertical angle of view 21.2 °, pupil diameter 4 mm, first surface (surface numbers 2 and 4) 5 is an anamorphic surface, second surface (surface numbers 3 and 5) 6 is a flat surface, and third surface (Surface number 6) 7 is a spherical surface. The inner surface reflection of the first surface 5 is due to mirror coating. The values relating to the conditional expressions (1) to (13) are θ 1 = 21.92 ° θ 2 = 29.66 ° θ 3 = 37.39 ° θ 4 = 45.13 ° θ 5 = −2.36 ° θ i = 23.58 ° N d = 1.5163.
【0109】実施例6は、図6の断面図に示すように4
面構成による接眼光学系の1例であり、水平画角30
°、垂直画角22.8°、瞳径4mm、第1面(面番号
2、4)11は平面であり、第2面(面番号3)12、
第3面(面番号5)13、第4面(面番号6)14はア
ナモフィック面である。第1面11の内面反射は全反射
である。条件式(1)〜(13)に関する値は、 θ1 = 7.7° θ2 =25.23° θ3 =45.29° θ4 =48.31° θ5 = 0.76° θi =14.41° Nd =1.4870 である。In the sixth embodiment, as shown in the sectional view of FIG.
It is an example of an eyepiece optical system having a surface configuration, and a horizontal angle of view of 30
°, vertical angle of view 22.8 °, pupil diameter 4 mm, first surface (surface number 2, 4) 11 is a plane, second surface (surface number 3) 12,
The third surface (surface number 5) 13 and the fourth surface (surface number 6) 14 are anamorphic surfaces. The internal reflection of the first surface 11 is total reflection. The values relating to the conditional expressions (1) to (13) are θ 1 = 7.7 ° θ 2 = 25.23 ° θ 3 = 45.29 ° θ 4 = 48.31 ° θ 5 = 0.76 ° θ i = 14.41 ° N d = 1.4870.
【0110】実施例7は、図7の断面図に示すように4
面構成による接眼光学系の1例であり、水平画角30
°、垂直画角22.8°、瞳径4mm、第1面(面番号
2、4)11は球面であり、第2面(面番号3)12、
第3面(面番号5)13はアナモフィック面であり、第
4面(面番号6)14は球面である。第1面11の内面
反射は全反射である。条件式(1)〜(13)に関する
値は、 θ1 = 1.81 θ2 =20.61° θ3 =43.42° θ4 =43.88° θ5 = 0.28° θi =17.20° Nd =1.5163 である。In the seventh embodiment, as shown in the sectional view of FIG.
It is an example of an eyepiece optical system having a surface configuration, and a horizontal angle of view of 30
°, vertical angle of view 22.8 °, pupil diameter 4 mm, first surface (surface number 2, 4) 11 is a spherical surface, second surface (surface number 3) 12,
The third surface (surface number 5) 13 is an anamorphic surface, and the fourth surface (surface number 6) 14 is a spherical surface. The internal reflection of the first surface 11 is total reflection. The values relating to the conditional expressions (1) to (13) are θ 1 = 1.81 θ 2 = 20.61 ° θ 3 = 43.42 ° θ 4 = 43.88 ° θ 5 = 0.28 ° θ i = 17.20 ° N d = 1.5163.
【0111】実施例8は、図8の断面図に示すように4
面構成による接眼光学系の1例であり、水平画角40
°、垂直画角30.6°、瞳径4mm、第1面(面番号
2、4)11、第2面(面番号3)12、第3面(面番
号5)13、第4面(面番号6)14共アナモフィック
面である。第1面11の内面反射は全反射である。条件
式(1)〜(13)に関する値は、 θ1 = 1.28 θ2 =23.53° θ3 =49.91° θ4 =41.12° θ5 = 9.02° θi =10.85° Nd =1.5338 である。In the eighth embodiment, as shown in the sectional view of FIG.
It is an example of an eyepiece optical system having a surface configuration, and a horizontal angle of view of 40
°, vertical angle of view 30.6 °, pupil diameter 4 mm, first surface (surface number 2, 4) 11, second surface (surface number 3) 12, third surface (surface number 5) 13, fourth surface ( Surface number 6) 14 are anamorphic surfaces. The internal reflection of the first surface 11 is total reflection. The values relating to the conditional expressions (1) to (13) are θ 1 = 1.28 θ 2 = 23.53 ° θ 3 = 49.91 ° θ 4 = 41.12 ° θ 5 = 9.02 ° θ i = 10.85 ° N d = 1.5338.
【0112】実施例9は、図9の断面図に示すように4
面構成による接眼光学系の1例であり、水平画角30
°、垂直画角22.6°、瞳径4mm、第1面(面番号
2、4)11は球面であり、第2面(面番号3)12、
第3面(面番号5)13はアナモフィック面であり、第
4面(面番号6)14は球面である。第1面11の内面
反射はミラーコーティングによる。条件式(1)〜(1
3)に関する値は、 θ1 =10.90 θ2 =30.73° θ3 =34.05° θ4 =53.95° θ5 =−6.61° θi =23.58° Nd =1.5163 である。In the ninth embodiment, as shown in the sectional view of FIG.
It is an example of an eyepiece optical system having a surface configuration, and a horizontal angle of view of 30
°, vertical angle of view 22.6 °, pupil diameter 4 mm, first surface (surface number 2, 4) 11 is a spherical surface, second surface (surface number 3) 12,
The third surface (surface number 5) 13 is an anamorphic surface, and the fourth surface (surface number 6) 14 is a spherical surface. The internal reflection of the first surface 11 is due to mirror coating. Conditional expressions (1) to (1
The value for 3) is θ 1 = 10.90 θ 2 = 30.73 ° θ 3 = 34.05 ° θ 4 = 53.95 ° θ 5 = −6.61 ° θ i = 23.58 ° N d = 1.5163.
【0113】実施例10は、図10の断面図に示すよう
に4面構成による接眼光学系の1例であり、水平画角2
8°、垂直画角21.2°、瞳径4mm、第1面(面番
号2、4)11は球面であり、第2面(面番号3)1
2、第3面(面番号5)13はアナモフィック面であ
り、第4面(面番号6)14は球面である。第1面11
の内面反射はミラーコーティングによる。条件式(1)
〜(13)に関する値は、 θ1 =22.80 θ2 =32.25° θ3 =30.96° θ4 =35.41° θ5 =−4.20° θi =23.58° Nd =1.5163 である。The tenth embodiment is an example of an eyepiece optical system having a four-sided structure as shown in the sectional view of FIG.
8 °, vertical angle of view 21.2 °, pupil diameter 4 mm, first surface (surface numbers 2 and 4) 11 is a spherical surface, and second surface (surface number 3) 1
The second and third surfaces (surface number 5) 13 are anamorphic surfaces, and the fourth surface (surface number 6) 14 is a spherical surface. First side 11
The internal reflection of is due to mirror coating. Conditional expression (1)
The values relating to (13) are as follows: θ 1 = 22.80 θ 2 = 32.25 ° θ 3 = 30.96 ° θ 4 = 35.41 ° θ 5 = −4.20 ° θ i = 23.58 ° it is a N d = 1.5163.
【0114】以下に、上記実施例1〜10の逆光線追跡
での構成パラメータの値を示す。The values of the constituent parameters in the backward ray tracing of Examples 1 to 10 are shown below.
【0115】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) 2 Ry -210.566 1.6481 55.28 Rx -616.660 Y -26.631 θ 34.36° Ky 0 Z 3.827 Kx 0 AR 0 BR 0 AP 0 BP 0 3 Ry -130.170 1.6481 55.28 Rx -131.141 Y 41.547 θ 10.87° Ky 0 Z 50.217 Kx 0 AR -2.8856 ×10-10 BR -2.3366 ×10-15 AP -4.1410 BP 5.4988 4 Ry -210.566 1.6481 55.28 Rx -616.660 Y -26.631 θ 34.36° Ky 0 Z 3.827 Kx 0 AR 0 BR 0 AP 0 BP 0 5 Ry -130.170 1.6481 55.28 Rx -131.141 Y 41.547 θ 10.87° Ky 0 Z 50.217 Kx 0 AR -2.8856 ×10-10 BR -2.3366 ×10-15 AP -4.1410 BP 5.4988 6 Ry -139.371 Y -39.978 θ 49.40° Rx 339.330 Z 67.618 Ky 0 Kx 0 AR 0 BR 0 AP 0 BP 0 7 (画像表示素子) Y -46.520 θ 28.24° Z 41.317 。Example 1 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (eccentricity) (tilt angle) 1 ∞ (pupil) 2 R y -210.566 1.6481 55.28 R x -616.660 Y -26.631 θ 34.36 ° K y 0 Z 3.827 K x 0 AR 0 BR 0 AP 0 BP 0 3 R y -130.170 1.6481 55.28 R x -131.141 Y 41.547 θ 10.87 ° K y 0 Z 50.217 K x 0 AR -2.8856 × 10 -10 BR -2.3366 × 10 -15 AP -4.1410 BP 5.4988 4 R y -210.566 1.6481 55.28 R x -616.660 Y -26.631 θ 34.36 ° K y 0 Z 3.827 K x 0 AR 0 BR 0 AP 0 BP 0 5 R y -130.170 1.6481 55.28 R x -131.141 Y 41.547 θ 10.87 ° K y 0 Z 50.217 K x 0 AR -2.8856 × 10 -10 BR -2.3366 × 10 -15 AP -4.1410 BP 5.4988 6 R y -139.371 Y -39.978 θ 49.40 ° R x 339.330 Z 67.618 K y 0 K x 0 AR 0 BR 0 AP 0 BP 0 7 (image display device) Y −46.520 θ 28.24 ° Z 41.317.
【0116】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) 2 Ry -161.656 1.5163 64.15 Rx -1301.410 Y 3.977 θ 26.73° Ky 0 Z 12.107 Kx 0 AR 1.9502 ×10-7 BR -1.0740 ×10-11 AP 1.1334 BP 2.0740 3 Ry -136.884 1.5163 64.15 Rx -147.084 Y 4.315 θ 35.86° Ky -0.4474 Z 30.348 Kx -1.1088 AR 5.6195 ×10-8 BR -8.8973 ×10-15 AP 2.6626 ×10-1 BP 7.2753 4 Ry -161.656 1.5163 64.15 Rx -1301.410 Y 3.977 θ 26.73° Ky 0 Z 12.107 Kx 0 AR 1.9502 ×10-7 BR -1.0740 ×10-11 AP 1.1334 BP 2.0740 5 Ry -136.884 1.5163 64.15 Rx -147.084 Y 4.315 θ 35.86° Ky -0.4474 Z 30.348 Kx -1.1088 AR 5.6195 ×10-8 BR -8.8973 ×10-15 AP 2.6626 ×10-1 BP 7.2753 6 192.794 Y -47.076 θ 79.13° Z 41.366 7 (画像表示素子) Y -56.120 θ 38.58° Z 39.788 。Example 2 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Inclination angle) 1 ∞ (Pupil) 2 R y -161.656 1.5163 64.15 R x -1301.410 Y 3.977 θ 26.73 ° K y 0 Z 12.107 K x 0 AR 1.9502 × 10 -7 BR -1.0740 × 10 -11 AP 1.1334 BP 2.0740 3 R y -136.884 1.5163 64.15 R x -147.084 Y 4.315 θ 35.86 ° K y -0.4474 Z 30.348 K x -1.1088 AR 5.6195 × 10 - 8 BR -8.8973 × 10 -15 AP 2.6626 × 10 -1 BP 7.2753 4 R y -161.656 1.5163 64.15 R x -1301.410 Y 3.977 θ 26.73 ° K y 0 Z 12.107 K x 0 AR 1.9502 × 10 -7 BR -1.0740 × 10 -11 AP 1.1334 BP 2.0740 5 R y -136.884 1.5163 64.15 R x -147.084 Y 4.315 θ 35.86 ° K y -0.4474 Z 30.348 K x -1.1088 AR 5.6195 × 10 -8 BR -8.8973 × 10 -15 AP 2.6626 × 10 -1 BP 7.2753 6 192.794 Y -47.076 θ 79.13 ° Z 41.366 7 (image display device) Y -56.120 θ 38.58 ° Z 39.788.
【0117】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) 2 Ry -51.348 1.7433 44.75 Rx -45.397 Y -8.790 θ 29.67° Ky -0.0909 Z 1.764 Kx 1.6087 AR -2.7583 ×10-8 BR -2.8974 ×10-10 AP -2.4093 BP 1.9705 3 Ry -57.489 1.7433 44.75 Rx -53.053 Y 15.378 θ 32.14° Ky -0.1177 Z 40.450 Kx 0.1510 AR -5.1413 ×10-9 BR 4.8987 ×10-11 AP -7.1903 BP -4.2086 ×10-1 4 Ry -51.348 1.7433 44.75 Rx -45.397 Y -8.790 θ 29.67° Ky -0.0909 Z 1.764 Kx 1.6087 AR -2.7583 ×10-8 BR -2.8974 ×10-10 AP -2.4093 BP 1.9705 5 Ry -57.489 1.7433 44.75 Rx -53.053 Y 15.378 θ 32.14° Ky -0.1177 Z 40.450 Kx 0.1510 AR -5.1413 ×10-9 BR 4.8987 ×10-11 AP -7.1903 BP -4.2086 ×10-1 6 -17.021 Y -21.771 θ 72.83° Z 27.458 7 (画像表示素子) Y -35.479 θ 14.03° Z 30.627 。Example 3 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (amount of eccentricity) (tilt angle) 1 ∞ (pupil) 2 R y -51.348 1.7433 44.75 R x -45.397 Y -8.790 θ 29.67 ° K y -0.0909 Z 1.764 K x 1.6087 AR -2.7583 × 10 -8 BR -2.8974 × 10 -10 AP -2.4093 BP 1.9705 3 R y -57.489 1.7433 44.75 R x -53.053 Y 15.378 θ 32.14 ° K y -0.1177 Z 40.450 K x 0.1510 AR- 5.1413 × 10 -9 BR 4.8987 × 10 -11 AP -7.1903 BP -4.2086 × 10 -1 4 R y -51.348 1.7433 44.75 R x -45.397 Y -8.790 θ 29.67 ° K y -0.0909 Z 1.764 K x 1.6087 AR -2.7583 × 10 -8 BR -2.8974 × 10 -10 AP -2.4093 BP 1.9705 5 R y -57.489 1.7433 44.75 R x -53.053 Y 15.378 θ 32.14 ° K y -0.1177 Z 40.450 K x 0.1510 AR -5.1413 × 10 -9 BR 4.8987 × 10 -11 AP -7.1903 BP -4.2086 × 10 -1 6 -17.021 Y -21.771 θ 72.83 ° Z 27.458 7 (image display device) Y -35.479 θ 14.03 ° Z 30.627.
【0118】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) 2 Ry -408.985 1.5163 64.15 Rx -283.326 Y -14.922 θ 24.30° Ky 0 Z 12.616 Kx 0 AR -6.5368 ×10-8 BR 2.6628 ×10-11 AP -4.2799 ×10-2 BP 1.0453 3 Ry -137.122 1.5163 64.15 Rx -109.735 Y 5.062 θ 35.80° Ky -3.3707 Z 32.532 Kx -2.6799 AR 9.0123 ×10-8 BR 5.8457 ×10-14 AP -3.5746 ×10-2 BP -9.1012 4 Ry -408.985 1.5163 64.15 Rx -283.326 Y -14.922 θ 24.30° Ky 0 Z 12.616 Kx 0 AR -6.5368 ×10-8 BR 2.6628 ×10-11 AP -4.2799 ×10-2 BP 1.0453 5 Ry -137.122 1.5163 64.15 Rx -109.735 Y 5.062 θ 35.80° Ky -3.3707 Z 32.532 Kx -2.6799 AR 9.0123 ×10-8 BR 5.8457 ×10-14 AP -3.5746 ×10-2 BP -9.1012 6 39.708 Y -49.190 θ 66.30° Z 52.374 7 (画像表示素子) Y -50.195 θ 42.57° Z 47.677 。Example 4 Surface Number Curvature Radius Spacing Refractive Index Abbe Number (Eccentricity) (Tilt Angle) 1 ∞ (Pupil) 2 R y -408.985 1.5163 64.15 R x -283.326 Y -14.922 θ 24.30 ° K y 0 Z 12.616 K x 0 AR -6.5368 × 10 -8 BR 2.6628 × 10 -11 AP -4.2799 × 10 -2 BP 1.0453 3 R y -137.122 1.5163 64.15 R x -109.735 Y 5.062 θ 35.80 ° K y -3.3707 Z 32.532 K x- 2.6799 AR 9.0123 × 10 -8 BR 5.8457 × 10 -14 AP -3.5746 × 10 -2 BP -9.1012 4 R y -408.985 1.5163 64.15 R x -283.326 Y -14.922 θ 24.30 ° K y 0 Z 12.616 K x 0 AR- 6.5368 × 10 -8 BR 2.6628 × 10 -11 AP -4.2799 × 10 -2 BP 1.0453 5 R y -137.122 1.5163 64.15 R x -109.735 Y 5.062 θ 35.80 ° K y -3.3707 7 Z 32.532 K x -2.6799 AR 9.0123 × 10 -8 BR 5.8457 × 10 -14 AP -3.5746 × 10 -2 BP -9.1012 6 39.708 Y -49.190 θ 66.30 ° Z 52.374 7 (image display element) Y -50.195 θ 42.57 ° Z 47.677.
【0119】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) 2 Ry 155.857 1.5163 64.15 Rx 108.364 Y -20.000 θ 30.81° Ky 0 Z 30.000 Kx 0 AR -1.1508 ×10-7 BR 1.1468 ×10-10 AP -1.3330 BP -1.7019 3 ∞ 1.5163 64.15 Y -1.565 θ 37.32° Z 42.461 4 Ry 155.857 1.5163 64.15 Rx 108.364 Y -20.000 θ 30.81° Ky 0 Z 30.000 Kx 0 AR -1.1508 ×10-7 BR 1.1468 ×10-10 AP -1.3330 BP -1.7019 5 ∞ 1.5163 64.15 Y -1.565 θ 37.32° Z 42.461 6 70.244 Y -33.253 θ 62.66° Z 36.315 7 (画像表示素子) Y -44.749 θ 60.09° Z 55.961 。Example 5 Surface Number Curvature Radius Spacing Refractive Index Abbe Number (Eccentricity) (Tilt Angle) 1 ∞ (Pupil) 2 R y 155.857 1.5163 64.15 R x 108.364 Y -20.000 θ 30.81 ° K y 0 Z 30.000 K x 0 AR -1.1508 × 10 -7 BR 1.1468 × 10 -10 AP -1.3330 BP -1.7019 3 ∞ 1.5163 64.15 Y -1.565 θ 37.32 ° Z 42.461 4 R y 155.857 1.5163 64.15 R x 108.364 Y -20.000 θ 30.81 ° K y 0 Z 30.000 K x 0 AR -1.1508 × 10 -7 BR 1.1468 × 10 -10 AP -1.3330 BP -1.7019 5 ∞ 1.5163 64.15 Y -1.565 θ 37.32 ° Z 42.461 6 70.244 Y -33.253 θ 62.66 ° Z 36.315 7 (Image display Element) Y -44.749 θ 60.09 ° Z 55.961.
【0120】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) 2 ∞ 1.4870 70.40 Y 0.000 θ 7.70° Z 33.232 3 Ry -92.681 1.4870 70.40 Rx -91.368 Y 10.225 θ 37.34° Ky 2.9442 Z 34.669 Kx -6.4492 AR 6.7868 ×10-9 BR 1.2064 ×10-12 AP 1.1032 ×10 BP -3.6642 4 ∞ 1.4870 70.40 Y 0.000 θ 7.70° Z 33.232 5 Ry -227.431 1.4870 70.40 Rx -73.582 Y 30.000 θ 48.36° Ky 0 Z 2.395 Kx 0 AR 4.6395 ×10-7 BR 1.1004 ×10-11 AP 5.1263 ×10-1 BP -3.0762 6 Ry 66.981 Rx 16.415 Y -36.765 θ 57.28° Ky 0 Z 69.400 Kx 0 AR 2.2637 ×10-6 BR -7.3017 ×10-8 AP -3.7748 ×10-1 BP -6.6901 ×10-1 7 (画像表示素子) Y -33.673 θ 45.00° Z 44.201 。Example 6 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Tilt angle) 1 ∞ (pupil) 2 ∞ 1.4870 70.40 Y 0.000 θ 7.70 ° Z 33.232 3 R y -92.681 1.4870 70.40 R x -91.368 Y 10.225 θ 37.34 ° K y 2.9442 Z 34.669 K x -6.4492 AR 6.7868 × 10 -9 BR 1.2064 × 10 -12 AP 1.1032 × 10 BP -3.6642 4 ∞ 1.4870 70.40 Y 0.000 θ 7.70 ° Z 33.232 5 R y -227.431 1.4870 70.40 R x -73.582 Y 30.000 θ 48.36 ° K y 0 Z 2.395 K x 0 AR 4.6395 × 10 -7 BR 1.1004 × 10 -11 AP 5.1263 × 10 -1 BP -3.0762 6 R y 66.981 R x 16.415 Y -36.765 θ 57.28 ° K y 0 Z 69.400 K x 0 AR 2.2637 × 10 -6 BR -7.3017 × 10 -8 AP -3.7748 × 10 -1 BP -6.6901 × 10 -1 7 (image display element) Y -33.673 θ 45.00 ° Z 44.201.
【0121】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) 2 -542.306 1.5163 64.15 Y 70.778 θ 5.68° Z 30.533 3 Ry -105.705 1.5163 64.15 Rx -89.941 Y 10.014 θ 39.19° Ky -0.1753 Z 25.954 Kx -0.8315 AR 3.6313 ×10-9 BR 6.1440 ×10-18 AP -8.7199 ×10-2 BP -5.0996 ×10 4 -542.306 1.5163 64.15 Y 70.778 θ 5.68° Z 30.533 5 Ry -180.609 1.5163 64.15 Rx -1143.935 Y 40.198 θ 41.35° Ky 0.1463 Z 16.177 Kx -1488.0941 AR 2.0564 ×10-8 BR 5.2529 ×10-14 AP -3.7942 ×10-2 BP 3.6207 6 -74.701 Y -39.077 θ 34.94° Z 47.282 7 (画像表示素子) Y -36.693 θ 24.18° Z 36.463 。Example 7 Surface Number Curvature Radius Spacing Refractive Index Abbe Number (Eccentricity) (Tilt Angle) 1 ∞ (Pupil) 2 -542.306 1.5163 64.15 Y 70.778 θ 5.68 ° Z 30.533 3 R y -105.705 1.5163 64.15 R x- 89.941 Y 10.014 θ 39.19 ° K y -0.1753 Z 25.954 K x -0.8315 AR 3.6313 × 10 -9 BR 6.1440 × 10 -18 AP -8.7199 × 10 -2 BP -5.0996 × 10 4 -542.306 1.5163 64.15 Y 70.778 θ 5.68 ° Z 30.533 5 R y -180.609 1.5163 64.15 R x -1143.935 Y 40.198 θ 41.35 ° K y 0.1463 Z 16.177 K x -1488.0941 AR 2.0564 × 10 -8 BR 5.2529 × 10 -14 AP -3.7942 × 10 -2 BP 3.6207 6- 74.701 Y -39.077 θ 34.94 ° Z 47.282 7 (Image display element) Y -36.693 θ 24.18 ° Z 36.463.
【0122】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) 2 Ry -245.203 1.5338 65.89 Rx -52.851 Y 0.000 θ 20.00° Ky 0 Z -1.281 Kx 0 AR 0 BR 0 AP 0 BP 0 3 Ry -59.102 1.5338 65.89 Rx -45.130 Y 15.989 θ 17.99° Ky -0.9559 Z 40.072 Kx -0.2970 AR 6.4446 ×10-9 BR 9.3898 ×10-14 AP 7.4590 BP -1.3817 ×10 4 Ry -245.203 1.5338 65.89 Rx -52.851 Y 0.000 θ 20.00° Ky 0 Z -1.281 Kx 0 AR 0 BR 0 AP 0 BP 0 5 Ry -92.593 1.5338 65.89 Rx -71.241 Y 29.319 θ 41.82° Ky 0 Z -4.482 Kx 0 AR 7.6834 ×10-7 BR 1.6178 ×10-11 AP 4.2887 ×10-1 BP -3.0887 6 Ry -72.841 Y -28.655 θ 22.75° Rx 81.858 Z 36.867 Ky 0 Kx 0 AR 6.7391 ×10-7 BR -4.2424 ×10-10 AP -1.1564 ×10 BP -8.0054 7 (画像表示素子) Y -28.600 θ 35.00° Z 19.053 。Example 8 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Tilt angle) 1 ∞ (Pupil) 2 R y -245.203 1.5338 65.89 R x -52.851 Y 0.000 θ 20.00 ° K y 0 Z -1.281 K x 0 AR 0 BR 0 AP 0 BP 0 3 R y -59.102 1.5338 65.89 R x -45.130 Y 15.989 θ 17.99 ° K y -0.9559 Z 40.072 K x -0.2970 AR 6.4446 × 10 -9 BR 9.3898 × 10 -14 AP 7.4590 BP -1.3817 × 10 4 R y -245.203 1.5338 65.89 R x -52.851 Y 0.000 θ 20.00 ° K y 0 Z -1.281 K x 0 AR 0 BR 0 AP 0 BP 0 5 R y -92.593 1.5338 65.89 R x -71.241 Y 29.319 θ 41.82 ° K y 0 Z -4.482 K x 0 AR 7.6834 × 10 -7 BR 1.6178 × 10 -11 AP 4.2887 × 10 -1 BP -3.0887 6 R y -72.841 Y -28.655 θ 22.75 ° R x 81.858 Z 36.867 K y 0 K x 0 AR 6.7391 × 10 -7 BR -4.2424 × 10 -10 AP -1.1564 × 10 BP -8.0054 7 (image display device) Y -28.600 θ 35.00 ° Z 19.053.
【0123】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 64.328 1.5163 64.15 Y -20.000 θ 30.00° Z 27.699 3 Ry 139.632 1.5163 64.15 Rx 277.392 Y 0.129 θ 39.41° Ky -10.6785 Z 35.000 Kx 20.0000 AR -7.5208 ×10-9 BR 9.3767 ×10-13 AP 3.6868 BP -6.5396 4 64.328 1.5163 64.15 Y -20.000 θ 30.00° Z 27.699 5 Ry 61.956 1.5163 64.15 Rx 70.808 Y -2.352 θ 36.43° Ky 0 Z 27.385 K 0 AR 3.5927 ×10-7 BR -4.9429 ×10-10 AP -1.7527 BP -9.8564 ×10-2 6 45.850 Y -33.382 θ 72.85° Z 36.018 7 (画像表示素子) Y -38.077 θ 84.87° Z 57.285 。Example 9 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Decentering amount) (Inclination angle) 1 ∞ (Pupil) 2 64.328 1.5163 64.15 Y -20.000 θ 30.00 ° Z 27.699 3 R y 139.632 1.5163 64.15 R x 277.392 Y 0.129 θ 39.41 ° K y -10.6785 Z 35.000 K x 20.0000 AR -7.5208 × 10 -9 BR 9.3767 × 10 -13 AP 3.6868 BP -6.5396 4 64.328 1.5163 64.15 Y -20.000 θ 30.00 ° Z 27.699 5 R y 61.956 1.5163 64.15 R x 70.808 Y -2.352 θ 36.43 ° K y 0 Z 27.385 K 0 AR 3.5927 × 10 -7 BR -4.9429 × 10 -10 AP -1.7527 BP -9.8564 × 10 -2 6 45.850 Y -33.382 θ 72.85 ° Z 36.018 7 ( Image display device) Y -38.077 θ 84.87 ° Z 57.285.
【0124】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 68.114 1.5163 64.15 Y -7.666 θ 30.00° Z 24.886 3 Ry 172.006 1.5163 64.15 Rx 270.352 Y 3.180 θ 39.16° Ky 20.0000 Z 40.000 Kx -20.0000 AR 1.9117 ×10-6 BR -8.7696 ×10-10 AP -7.5555 ×10-1 BP -1.2220 4 68.114 1.5163 64.15 Y -7.666 θ 30.00° Z 24.886 5 Ry -150.750 1.5163 64.15 Rx -87.182 Y 20.418 θ 31.28° Ky -79.4956 Z 32.891 Kx -334.5455 AR 8.5541 ×10-7 BR -1.7073 ×10-10 AP 4.0595 ×10-1 BP 8.1476 ×10-2 6 45.311 Y -30.000 θ 67.19° Z 44.886 7 (画像表示素子) Y -36.353 θ 60.00° Z 51.966 。Example 10 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Inclination angle) 1 ∞ (Pupil) 2 68.114 1.5163 64.15 Y -7.666 θ 30.00 ° Z 24.886 3 R y 172.006 1.5163 64.15 R x 270.352 Y 3.180 θ 39.16 ° K y 20.0000 Z 40.000 K x -20.0000 AR 1.9117 × 10 -6 BR -8.7696 × 10 -10 AP -7.5555 × 10 -1 BP -1.2220 4 68.114 1.5163 64.15 Y -7.666 θ 30.00 ° Z 24.886 5 R y -150.750 1.5163 64.15 R x -87.182 Y 20.418 θ 31.28 ° K y -79.4956 Z 32.891 K x -334.5455 AR 8.5541 × 10 -7 BR -1.7073 × 10 -10 AP 4.0595 × 10 -1 BP 8.1476 × 10 -2 6 45.311 Y -30.000 θ 67.19 ° Z 44.886 7 (Image display element) Y -36.353 θ 60.00 ° Z 51.966.
【0125】上記実施例1〜10中、実施例1の横収差
を図11から図13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。Lateral aberrations of Example 1 among Examples 1 to 10 are shown in FIGS. 11 to 13. In these lateral aberration diagrams, the numbers in parentheses represent (horizontal angle of view, vertical angle of view), and the lateral aberration at that angle of view.
【0126】なお、以上の実施例においてはアナモルフ
ィック面、球面、平面を使用したが、これらの面はその
他のトーリック面でも、回転対称な非球面、球面、さら
に、(14)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。また、ホログラフィック
面で構成できることも言うまでもない。Although the anamorphic surface, the spherical surface, and the flat surface are used in the above embodiments, these surfaces may be other toric surfaces, such as the rotationally symmetric aspherical surface, the spherical surface, and the expression (14). It goes without saying that it can be configured with a surface shape such as a free curved surface. Also, it goes without saying that it can be configured on the holographic side.
【0127】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。Further, in the case of a shape in which the curvature, power, etc. of the surface cannot be defined, the shape of the surface of the portion where the axial light ray and the surface hit along the axial light ray which advances on the visual axis and reaches the image display element. The curvature and power can also be obtained by setting the curvature within a certain arbitrary region obtained by the differential value of as the curvature of the surface.
【0128】さて、上記のような本発明による接眼光学
系を用い、この接眼光学系と画像表示素子からなる組を
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、両眼で観察できる据え付け型又は頭部装着
式画像表示装置のような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。なお、片眼にのみ接眼光学
系を配置した片眼用の画像表示装置として構成してもよ
い。By using the eyepiece optical system according to the present invention as described above, a pair of left and right eyepiece optical systems and an image display element are prepared, and they are supported by an eye radiation distance to support both eyes. It can be configured as a portable image display device such as a stationary image display device or a head-mounted image display device. The image display device for one eye may be configured by disposing the eyepiece optical system only for one eye.
【0129】本発明の画像表示装置を頭部装着式画像表
示装置(HMD)31として構成するには、図17
(a)に断面図、同図(b)に斜視図を示すように、例
えばヘッドバンド20を取り付けて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3の第
2面6を半透過ミラー(ハーフミラー)とし、このハー
フミラーの前方にシースルー補償光学系22、液晶シヤ
ッター21を配備し、外界像を選択的に又は画像表示素
子4の映像と重畳して観察できるようにしている。ここ
で、シースルー補償光学系22は、外界光に対して光学
系全体のパワーが略ゼロになるように設定されている透
明プリズム体からなるものである。To construct the image display device of the present invention as a head-mounted image display device (HMD) 31,
As shown in the sectional view of (a) and the perspective view of (b), for example, a headband 20 is attached and attached to the observer's head for use. In the case of this use example, the second surface 6 of the eyepiece optical system 3 is a semi-transmissive mirror (half mirror), and a see-through compensation optical system 22 and a liquid crystal shutter 21 are provided in front of this half mirror to selectively select an external image. In addition, the image of the image display element 4 can be superposed and observed. Here, the see-through compensation optical system 22 is composed of a transparent prism body set so that the power of the entire optical system with respect to the external light is set to substantially zero.
【0130】さらに、本発明の画像表示装置の接眼光学
系を結像光学系として用いた場合、例えば、図18に斜
視図を示すように、撮影光学系Obとファインダー光学
系Fiが別体に併設されたコンパクトカメラCaのファ
インダー光学系Fiに用いることができる。このような
結像光学系として用いた場合の光学系の構成図を図19
に示す。前側レンズ群GFと、明るさ絞りDとその後方
に配備された本発明による接眼光学系DSとで対物光学
系Ltを構成することができる。この対物光学系Ltに
よって形成された像は、この対物光学系Ltの観察者側
に設けられた4回反射のホロプリズムPによって正立さ
れ、接眼レンズOcによって観察できる。以上、本発明
の画像表示装置を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。Further, when the eyepiece optical system of the image display apparatus of the present invention is used as an image forming optical system, for example, as shown in the perspective view of FIG. 18, the photographing optical system Ob and the finder optical system Fi are separated. It can be used for the finder optical system Fi of the compact camera Ca installed side by side. FIG. 19 is a block diagram of an optical system when used as such an imaging optical system.
Shown in An objective optical system Lt can be configured by the front lens group GF, the aperture stop D, and the eyepiece optical system DS according to the present invention provided behind the aperture stop D. The image formed by the objective optical system Lt is erected by the four-reflection holographic prism P provided on the observer side of the objective optical system Lt and can be observed by the eyepiece lens Oc. The image display device of the present invention has been described above based on the embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments and various modifications can be made.
【0131】以上の本発明の画像表示装置は、例えば次
のように構成することができる。The above-described image display device of the present invention can be configured as follows, for example.
【0132】〔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、前記画像表示素子から発した
光線が前記観察者眼球に到るまでの反射回数が3回以上
の奇数回であり、前記接眼光学系の前記観察者眼球の直
前の面は、内部反射をすると共に、前記接眼光学系を射
出する屈折面であることを特徴とする画像表示装置。[1] An image display device for displaying an image,
In an image display device comprising an eyepiece optical system that projects an image formed by the image display element and guides it to an observer's eyeball, the eyepiece optical system includes a light beam emitted from the image display element reaching the observer eyeball. The number of reflections up to 3 times is an odd number of 3 or more, and the surface of the eyepiece optical system immediately in front of the observer's eye is a refracting surface that emits light from the eyepiece optical system while performing internal reflection. Image display device.
【0133】〔2〕 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、前記画像表示素子から発した
光線が前記観察者眼球に到るまでの反射回数が3回であ
り、前記接眼光学系の前記観察者眼球の直前の面は、内
部反射をすると共に、前記接眼光学系を射出する屈折面
であることを特徴とする画像表示装置。[2] An image display device for displaying an image,
In an image display device comprising an eyepiece optical system that projects an image formed by the image display element and guides it to an observer's eyeball, the eyepiece optical system includes a light beam emitted from the image display element reaching the observer eyeball. The image display characterized in that the number of reflections up to 3 times is three, and the surface of the eyepiece optical system immediately before the observer's eyeball is a refracting surface that internally reflects and emits the eyepiece optical system. apparatus.
【0134】〔3〕 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3つの面を持ち、前
記の少なくとも3つの面によって形成される空間が屈折
率が1より大きい媒質で満たされており、前記観察者眼
球から前記画像表示素子に到る逆光線追跡に従って光線
が通過する順に、屈折面かつ内部反射面である第1面、
前記第1面に対向し、観察者視軸に対して偏心するかあ
るいは傾いた反射面である第2面、前記画像表示素子に
最も近接している屈折面である第3面で構成され、前記
観察者眼球から前記画像表示素子に到るまでに反射回数
が3回であることを特徴とする画像表示装置。[3] An image display device for displaying an image,
In an image display device comprising an eyepiece optical system that projects an image formed by the image display element and guides it to an observer's eyeball, the eyepiece optical system has at least three surfaces and is formed by the at least three surfaces. A space having a refractive index larger than 1 and a first surface, which is a refraction surface and an internal reflection surface, in the order in which the light rays pass according to the reverse ray tracing from the observer's eyeball to the image display element,
The second surface is a reflecting surface that is opposed to the first surface and is eccentric or inclined with respect to the observer's visual axis, and a third surface that is a refractive surface closest to the image display element. The image display device, wherein the number of reflections is 3 times from the eyeball of the observer to the image display element.
【0135】〔4〕 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4つの面を持ち、前
記の少なくとも4つの面によって形成される空間が屈折
率が1より大きい媒質で満たされており、前記観察者眼
球から前記画像表示素子に到る逆光線追跡に従って光線
が通過する順に、屈折面かつ内部反射面である第1面、
前記第1面に対向し、観察者視軸に対して偏心するかあ
るいは傾いた反射面である第2面、前記第1面に対向
し、前記第2面に隣接した反射面である第3面、前記画
像表示素子に最も近接している屈折面である第4面で構
成され、前記観察者眼球から前記画像表示素子に到るま
でに反射回数が3回であることを特徴とする画像表示装
置。[4] An image display device for displaying an image,
In an image display device comprising an eyepiece optical system that projects an image formed by the image display element and guides it to an observer's eyeball, the eyepiece optical system has at least four surfaces and is formed by the at least four surfaces. A space having a refractive index larger than 1 and a first surface, which is a refraction surface and an internal reflection surface, in the order in which the light rays pass according to the reverse ray tracing from the observer's eyeball to the image display element,
A second surface, which is a reflecting surface that faces the first surface and is eccentric or inclined with respect to the observer's visual axis, and a third surface that faces the first surface and is adjacent to the second surface. And a fourth surface which is a refracting surface closest to the image display element, and the number of reflections is three times from the eyeball of the observer to the image display element. Display device.
【0136】〔5〕 前記接眼光学系を構成する面の
中、少なくとも1面は平面であることを特徴とする上記
〔1〕から〔4〕の何れか1項記載の画像表示装置。[5] The image display device according to any one of [1] to [4], wherein at least one of the surfaces forming the eyepiece optical system is a flat surface.
【0137】〔6〕 前記第1面の内部反射は全反射で
あることを特徴とする上記〔3〕又は〔4〕記載の画像
表示装置。[6] The image display device according to the above [3] or [4], wherein the internal reflection on the first surface is total reflection.
【0138】〔7〕 前記第2面は前記第1面に対して
凹面を向けた反射面であることを特徴とする上記〔3〕
から〔6〕の何れか1項記載の画像表示装置。[7] The above-mentioned [3], wherein the second surface is a reflecting surface having a concave surface facing the first surface.
The image display device according to any one of [6] to [6].
【0139】〔8〕 前記第1面は前記第2面に対して
凸面を向けた透過面かつ反射面であることを特徴とする
上記〔3〕から〔7〕の何れか1項記載の画像表示装
置。[8] The image according to any one of [3] to [7], wherein the first surface is a transmission surface and a reflection surface having a convex surface facing the second surface. Display device.
【0140】[0140]
〔9〕 前記第1面は平面の透過面かつ反
射面であることを特徴とする上記〔3〕から〔7〕の何
れか1項記載の画像表示装置。[9] The image display device according to any one of [3] to [7], wherein the first surface is a flat transmission surface and a reflection surface.
【0141】〔10〕 前記第1面の内部反射領域は反
射コーティングされていることを特徴とする上記〔3〕
又は〔4〕記載の画像表示装置。[10] The above-mentioned [3], wherein the internal reflection region of the first surface is reflection-coated.
Alternatively, the image display device according to [4].
【0142】〔11〕 前記第1面は前記第2面に対し
て凹面を向けた透過面かつ反射面であることを特徴とす
る上記〔3〕、〔4〕又は〔10〕記載の画像表示装
置。[11] The image display according to the above [3], [4] or [10], wherein the first surface is a transmission surface and a reflection surface with a concave surface facing the second surface. apparatus.
【0143】〔12〕 前記第2面は前記第1面に対し
て凸面を向けた反射面であることを特徴とする上記
〔3〕、〔4〕又は〔10〕記載の画像表示装置。[12] The image display device according to the above [3], [4] or [10], wherein the second surface is a reflecting surface having a convex surface facing the first surface.
【0144】〔13〕 前記第2面における逆光線追跡
での第1回目の反射時の軸上主光線の入射角をθ2 とす
るとき、 0°<θ2 <50° ・・・(1) であることを特徴する上記〔3〕又は〔4〕記載の画像
表示装置。[13] When the incident angle of the axial chief ray at the first reflection in the backward ray tracing on the second surface is θ 2 , 0 ° <θ 2 <50 ° (1) The image display device according to the above [3] or [4].
【0145】〔14〕 前記第2面における逆光線追跡
での第1回目の反射時の軸上主光線の入射角をθ2 とす
るとき、 10°<θ2 <40° ・・・(2) であることを特徴する上記〔3〕又は〔4〕記載の画像
表示装置。[14] When the incident angle of the axial chief ray at the first reflection in the backward ray tracing on the second surface is θ 2 , 10 ° <θ 2 <40 ° (2) The image display device according to the above [3] or [4].
【0146】〔15〕 前記第1面における軸上主光線
の入射角をθ1 とするとき、 −20°<θ1 <40° ・・・(3) であることを特徴する上記〔3〕又は〔4〕記載の画像
表示装置。[15] When the incident angle of the axial chief ray on the first surface is θ 1 , −20 ° <θ 1 <40 ° (3), wherein [3] Alternatively, the image display device according to [4].
【0147】〔16〕 前記第1面における軸上主光線
の入射角をθ1 とするとき、 −10°<θ1 <25° ・・・(4) であることを特徴する上記〔3〕又は〔4〕記載の画像
表示装置。[16] When the incident angle of the axial chief ray on the first surface is θ 1 , then -10 ° <θ 1 <25 ° (4). [3] Alternatively, the image display device according to [4].
【0148】〔17〕 前記第1面の内部反射における
軸上主光線の入射角をθ3 とするとき、 20°<θ3 <70° ・・・(5) であることを特徴する上記〔3〕又は〔4〕記載の画像
表示装置。[17] When the incident angle of the axial chief ray in the internal reflection on the first surface is θ 3 , then 20 ° <θ 3 <70 ° (5) 3] or the image display device according to [4].
【0149】〔18〕 前記第1面の内部反射における
軸上主光線の入射角をθ3 とするとき、 30°<θ3 <55° ・・・(6) であることを特徴する上記〔3〕又は〔4〕記載の画像
表示装置。[18] When the incident angle of the axial chief ray in the internal reflection of the first surface is θ 3 , then 30 ° <θ 3 <55 ° (6) 3] or the image display device according to [4].
【0150】〔19〕 3面構成の場合の前記第2面に
おける逆光線追跡での第2回目の反射時の、又は、4面
構成の場合の前記第3面における軸上主光線の入射角を
θ4 とするとき、 20°<θ4 <80° ・・・(7) であることを特徴する上記〔3〕又は〔4〕記載の画像
表示装置。[19] The incident angle of the axial chief ray at the second reflection in the backward ray tracing on the second surface in the case of the three-sided structure or in the third surface in the case of the four-sided structure, When it is set to θ 4 , 20 ° <θ 4 <80 ° (7) The image display device according to the above [3] or [4].
【0151】〔20〕 3面構成の場合の前記第2面に
おける逆光線追跡での第2回目の反射時の、又は、4面
構成の場合の前記第3面における軸上主光線の入射角を
θ4 とするとき、 30°<θ4 <65° ・・・(8) であることを特徴する上記〔3〕又は〔4〕記載の画像
表示装置。[20] The incident angle of the axial chief ray at the second reflection in the backward ray tracing on the second surface in the case of the three-sided structure or on the third surface in the case of the four-sided structure, when the θ 4, 30 ° <θ 4 < [3] above that being a 65 ° ··· (8) or [4] the image display apparatus according.
【0152】〔21〕 3面構成の場合の前記第3面、
又は、4面構成の場合の前記第4面における軸上主光線
の入射角をθ5 とするとき、 −30°<θ5 <40° ・・・(9) であることを特徴する上記〔3〕又は〔4〕記載の画像
表示装置。[21] The third surface in the case of a three-sided structure,
Alternatively, when the incident angle of the axial chief ray on the fourth surface in the case of a four-sided structure is θ 5 , it is −30 ° <θ 5 <40 ° (9). 3] or the image display device according to [4].
【0153】〔22〕 前記画像表示素子面における軸
上主光線の入射角をθi とするとき、 −40°<θi <40° ・・・(10) であることを特徴する上記〔3〕又は〔4〕記載の画像
表示装置。[22] When the incident angle of the axial chief ray on the surface of the image display element is θ i , −40 ° <θ i <40 ° (10) ] Or [4] the image display device.
【0154】〔23〕 前記画像表示素子面における軸
上主光線の入射角をθi とするとき、 −25°<θi <25° ・・・(11) であることを特徴する上記〔3〕又は〔4〕記載の画像
表示装置。[23] When the incident angle of the axial chief ray on the image display element surface is θ i , −25 ° <θ i <25 ° (11) ] Or [4] the image display device.
【0155】〔24〕 前記の屈折率が1より大きい媒
質のd線の屈折率をNd とするとき、 1.45<Nd <2.0 ・・・(12) であることを特徴する上記〔3〕又は〔4〕記載の画像
表示装置。[24] When the d-line refractive index of the medium having a refractive index larger than 1 is N d , 1.45 <N d <2.0 (12) The image display device according to the above [3] or [4].
【0156】〔25〕 前記の屈折率が1より大きい媒
質のd線の屈折率をNd とするとき、 1.5<Nd <2.0 ・・・(13) であることを特徴する上記〔3〕又は〔4〕記載の画像
表示装置。[25] When the d-line refractive index of the medium having a refractive index larger than 1 is N d , it is 1.5 <N d <2.0 (13) The image display device according to the above [3] or [4].
【0157】〔26〕 前記接眼光学系を構成する少な
くとも1つの面は非球面であることを特徴する上記
〔1〕から〔4〕の何れか1項記載の画像表示装置。[26] The image display device according to any one of [1] to [4], wherein at least one surface constituting the eyepiece optical system is an aspherical surface.
【0158】〔27〕 前記接眼光学系を構成する少な
くとも1つの面はアナモフィック面であることを特徴す
る上記〔26〕記載の画像表示装置。[27] The image display device according to the above [26], wherein at least one surface constituting the eyepiece optical system is an anamorphic surface.
【0159】〔28〕 前記接眼光学系を構成する少な
くとも1つの面は自由曲面であることを特徴する上記
〔26〕記載の画像表示装置。[28] The image display device according to the above [26], wherein at least one surface constituting the eyepiece optical system is a free-form surface.
【0160】〔29〕 前記画像表示素子の表示面は軸
上主光線に対して傾いて配置傾いて配置されていること
を特徴する上記〔3〕又は〔4〕記載の画像表示装置。[29] The image display device according to the above [3] or [4], wherein the display surface of the image display element is arranged to be inclined with respect to the axial principal ray.
【0161】〔30〕 前記画像表示素子は、前記観察
者に対して前記画像表示素子の表示面の裏側を向けて配
備されていることを特徴する上記〔3〕、〔4〕又は
〔29〕記載の画像表示装置。[30] The above-mentioned [3], [4] or [29], wherein the image display element is arranged with the back side of the display surface of the image display element facing the observer. The image display device described.
【0162】〔31〕 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位置決めする位置決め手
段を有することを特徴する上記〔1〕から〔30〕の何
れか1項記載の画像表示装置。[31] The image described in any one of [1] to [30] above, which has a positioning means for positioning the image display element and the eyepiece optical system with respect to the observer's head. Display device.
【0163】〔32〕 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す
ることを特徴する上記〔1〕から〔31〕の何れか1項
記載の画像表示装置。[32] The image according to any one of the above [1] to [31], which has a supporting means for supporting the image display element and the eyepiece optical system with respect to the observer's head. Display device.
【0164】〔33〕 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
徴する上記〔1〕から〔32〕の何れか1項記載の画像
表示装置。[33] The image display device according to any one of the above [1] to [32], which has a supporting means for supporting at least two sets of the image display device at a constant interval.
【0165】〔33〕 前記画像表示装置における前記
接眼光学系を結像光学系として用いることを特徴する上
記〔1〕から〔30〕の何れか1項記載の結像光学系。[33] The image forming optical system according to any one of [1] to [30], wherein the eyepiece optical system in the image display device is used as an image forming optical system.
【0166】[0166]
【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。As is apparent from the above description, according to the image display device of the present invention, it is possible to provide a very small and lightweight image display device with a wide observation angle of view.
【図1】本発明の画像表示装置の接眼光学系の実施例1
の光路図である。FIG. 1 is a first embodiment of an eyepiece optical system of an image display device of the present invention.
FIG.
【図2】本発明の画像表示装置の接眼光学系の実施例2
の光路図である。FIG. 2 is a second embodiment of the eyepiece optical system of the image display device of the present invention.
FIG.
【図3】本発明の画像表示装置の接眼光学系の実施例3
の光路図である。FIG. 3 is a third embodiment of the eyepiece optical system of the image display device of the present invention.
FIG.
【図4】本発明の画像表示装置の接眼光学系の実施例4
の光路図である。FIG. 4 is a fourth embodiment of the eyepiece optical system of the image display device of the present invention.
FIG.
【図5】本発明の画像表示装置の接眼光学系の実施例5
の光路図である。FIG. 5 is a fifth embodiment of the eyepiece optical system of the image display device of the present invention.
FIG.
【図6】本発明の画像表示装置の接眼光学系の実施例6
の光路図である。FIG. 6 is a sixth embodiment of the eyepiece optical system of the image display device of the present invention.
FIG.
【図7】本発明の画像表示装置の接眼光学系の実施例7
の光路図である。FIG. 7 is a seventh embodiment of the eyepiece optical system of the image display device of the present invention.
FIG.
【図8】本発明の画像表示装置の接眼光学系の実施例8
の光路図である。FIG. 8 is an eighth embodiment of the eyepiece optical system of the image display device of the present invention.
FIG.
【図9】本発明の画像表示装置の接眼光学系の実施例9
の光路図である。FIG. 9 is a ninth embodiment of the eyepiece optical system of the image display device of the present invention.
FIG.
【図10】本発明の画像表示装置の接眼光学系の実施例
10の光路図である。FIG. 10 is an optical path diagram of Example 10 of the eyepiece optical system of the image display device of the present invention.
【図11】本発明の実施例1の横収差図の一部である。FIG. 11 is a part of a lateral aberration diagram of Example 1 of the present invention.
【図12】本発明の実施例1の横収差図の残りの一部で
ある。FIG. 12 is a remaining part of the lateral aberration diagram of Example 1 of the present invention.
【図13】本発明の実施例1の横収差図の残りの部分で
ある。FIG. 13 is the remaining portion of the lateral aberration diagram for Example 1 of the present invention.
【図14】本発明による接眼光学系の第1面の内部反射
についての説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram of internal reflection on the first surface of the eyepiece optical system according to the present invention.
【図15】本発明による接眼光学系の第1面の形状と全
反射の関係の説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram showing the relationship between the shape of the first surface and the total reflection of the eyepiece optical system according to the present invention.
【図16】軸上主光線が各面に入射する入射角を定義す
る図である。FIG. 16 is a diagram defining an incident angle at which an axial chief ray is incident on each surface.
【図17】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。FIG. 17 is a sectional view and a perspective view of a head-mounted image display device according to the present invention.
【図18】本発明による光学系を結像光学系として利用
した場合の構成図である。FIG. 18 is a configuration diagram when the optical system according to the present invention is used as an imaging optical system.
【図19】本発明による光学系を結像光学系として利用
した場合の光学系の構成図である。FIG. 19 is a configuration diagram of an optical system when the optical system according to the present invention is used as an imaging optical system.
【図20】従来の1つの画像表示装置の光学系を示す図
である。FIG. 20 is a diagram showing an optical system of one conventional image display device.
【図21】従来の別の画像表示装置の光学系を示す図で
ある。FIG. 21 is a diagram showing an optical system of another conventional image display device.
【図22】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。FIG. 22 is a diagram showing an optical system of still another conventional image display device.
【図23】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。FIG. 23 is a diagram showing an optical system of another conventional image display device.
1…観察者瞳位置 2…観察者視軸 3…接眼光学系 4…画像表示素子 5…接眼光学系の第1面 6…接眼光学系の第2面 7…接眼光学系の第3面 11…接眼光学系の第1面 12…接眼光学系の第2面 13…接眼光学系の第3面 14…接眼光学系の第4面 20…ヘッドバンド 21…液晶シヤッター 22…シースルー補償光学系 31…頭部装着式画像表示装置(HMD) Ob…撮影光学系 Fi…ファインダー光学系 Ca…コンパクトカメラ GF…前側レンズ群 D …明るさ絞り DS…接眼光学系(本発明) Lt…対物光学系 P …ホロプリズム Oc…接眼レンズ 1 ... Observer pupil position 2 ... Observer visual axis 3 ... Eyepiece optical system 4 ... Image display element 5 ... First surface of eyepiece optical system 6 ... Second surface of eyepiece optical system 7 ... Third surface of eyepiece optical system 11 ... 1st surface of eyepiece optical system 12 ... 2nd surface of eyepiece optical system 13 ... 3rd surface of eyepiece optical system 14 ... 4th surface of eyepiece optical system 20 ... headband 21 ... liquid crystal shutter 22 ... see-through compensation optical system 31 Head-mounted image display device (HMD) Ob ... Shooting optical system Fi ... Viewfinder optical system Ca ... Compact camera GF ... Front lens group D ... Brightness diaphragm DS ... Eyepiece optical system (present invention) Lt ... Objective optical system P … Holo prism Oc… Eyepiece
Claims (4)
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、前記画像表示素子から発した光線が
前記観察者眼球に到るまでの反射回数が3回以上の奇数
回であり、前記接眼光学系の前記観察者眼球の直前の面
は、内部反射をすると共に、前記接眼光学系を射出する
屈折面であることを特徴とする画像表示装置。1. An image display device comprising an image display element for displaying an image and an eyepiece optical system for projecting the image formed by the image display element and guiding the image to an observer's eyeball, wherein the eyepiece optical system comprises: The number of reflections of the light emitted from the image display element until reaching the observer's eye is an odd number of 3 or more, and the surface of the eyepiece optical system immediately before the observer's eye is internally reflected, An image display device, characterized in that the image display device is a refracting surface that exits the eyepiece optical system.
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、前記画像表示素子から発した光線が
前記観察者眼球に到るまでの反射回数が3回であり、前
記接眼光学系の前記観察者眼球の直前の面は、内部反射
をすると共に、前記接眼光学系を射出する屈折面である
ことを特徴とする画像表示装置。2. An image display device comprising an image display element for displaying an image and an eyepiece optical system for projecting the image formed by the image display element and guiding the image to an observer's eyeball. The number of reflections of the light beam emitted from the image display element before reaching the observer's eyeball is three, and the surface of the eyepiece optical system immediately before the observer's eyeball has internal reflection and the eyepiece optical system. An image display device, which is a refracting surface for emitting light.
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3つの面を持ち、前記の少
なくとも3つの面によって形成される空間が屈折率が1
より大きい媒質で満たされており、 前記観察者眼球から前記画像表示素子に到る逆光線追跡
に従って光線が通過する順に、屈折面かつ内部反射面で
ある第1面、前記第1面に対向し、観察者視軸に対して
偏心するかあるいは傾いた反射面である第2面、前記画
像表示素子に最も近接している屈折面である第3面で構
成され、前記観察者眼球から前記画像表示素子に到るま
でに反射回数が3回であることを特徴とする画像表示装
置。3. An image display device comprising an image display element for displaying an image and an eyepiece optical system for projecting the image formed by the image display element and guiding it to an observer's eyeball, wherein the eyepiece optical system is at least 3 It has one surface and the space formed by the at least three surfaces has a refractive index of 1
Filled with a larger medium, the first surface is a refraction surface and an internal reflection surface, facing the first surface, in the order in which light rays pass according to the reverse ray tracing from the observer's eyeball to the image display element, The second surface is a reflecting surface that is eccentric or inclined with respect to the observer's visual axis, and the third surface is a refracting surface that is closest to the image display element. An image display device, characterized in that the number of reflections is three before reaching an element.
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4つの面を持ち、前記の少
なくとも4つの面によって形成される空間が屈折率が1
より大きい媒質で満たされており、 前記観察者眼球から前記画像表示素子に到る逆光線追跡
に従って光線が通過する順に、屈折面かつ内部反射面で
ある第1面、前記第1面に対向し、観察者視軸に対して
偏心するかあるいは傾いた反射面である第2面、前記第
1面に対向し、前記第2面に隣接した反射面である第3
面、前記画像表示素子に最も近接している屈折面である
第4面で構成され、前記観察者眼球から前記画像表示素
子に到るまでに反射回数が3回であることを特徴とする
画像表示装置。4. An image display device comprising an image display element for displaying an image and an eyepiece optical system for projecting an image formed by the image display element and guiding the image to an observer's eyeball, wherein the eyepiece optical system is at least 4 The space formed by the at least four surfaces has a refractive index of 1
Filled with a larger medium, the first surface is a refraction surface and an internal reflection surface, in opposition to the first surface, in the order in which the light rays pass according to the reverse ray tracing from the observer's eye to the image display element, A second surface, which is a reflecting surface that is eccentric or inclined with respect to the observer's visual axis, and a third surface that faces the first surface and is adjacent to the second surface.
And a fourth surface which is a refracting surface closest to the image display element, and the number of reflections is three times from the eyeball of the observer to the image display element. Display device.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP8025138A JPH09219832A (en) | 1996-02-13 | 1996-02-13 | Image display |
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EP96105372A EP0790516B1 (en) | 1996-02-13 | 1996-04-03 | Image display apparatus |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP8025138A JPH09219832A (en) | 1996-02-13 | 1996-02-13 | Image display |
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JP (1) | JPH09219832A (en) |
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