JPH08184780A - Picture display device - Google Patents
Picture display deviceInfo
- Publication number
- JPH08184780A JPH08184780A JP7000034A JP3495A JPH08184780A JP H08184780 A JPH08184780 A JP H08184780A JP 7000034 A JP7000034 A JP 7000034A JP 3495 A JP3495 A JP 3495A JP H08184780 A JPH08184780 A JP H08184780A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- image display
- optical system
- observer
- display device
- face
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 141
- 210000005252 bulbus oculi Anatomy 0.000 claims abstract description 40
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims abstract description 29
- 210000000887 face Anatomy 0.000 abstract description 3
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 41
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 32
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 23
- 206010010071 Coma Diseases 0.000 description 22
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 10
- 210000001508 eye Anatomy 0.000 description 7
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 7
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 6
- 206010073261 Ovarian theca cell tumour Diseases 0.000 description 4
- 208000001644 thecoma Diseases 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 208000032765 Device extrusion Diseases 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image display device,
In particular, it relates to a head- or face-mounted image display device that can be held on the head or face of an observer.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、頭部装着式画像表示装置の周知な
ものとして、特開平3ー101709号のものがある。
この画像表示装置は、図19に光路図を示すように、2
次元画像表示素子の表示画像を正レンズよりなるリレー
光学系にて空中像として伝達し、凹面反射鏡からなる接
眼光学系でこの空中像を拡大して観察者の眼球内に投影
するものである。2. Description of the Related Art Conventionally, a known head-mounted image display device is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-101709.
This image display device, as shown in the optical path diagram in FIG.
The display image of the three-dimensional image display element is transmitted as an aerial image by the relay optical system consisting of a positive lens, and the aerial image is enlarged and projected into the observer's eyeball by the eyepiece optical system consisting of a concave reflecting mirror. .
【0003】また、従来の他のタイプのものとして、米
国特許第4,669,810号のものがある。この装置
は、図20に示すように、CRTの画像をリレー光学系
を介して中間像を形成し、反射型ホログラフィック素子
とホログラム面を有するコンバイナによって観察者の眼
に投影するものである。Another conventional type is US Pat. No. 4,669,810. As shown in FIG. 20, this device forms an intermediate image of a CRT image through a relay optical system and projects the image on a viewer's eye by a combiner having a reflective holographic element and a hologram surface.
【0004】また、従来の他のタイプの画像表示装置と
して、特開昭62ー214782号のものがある。この
装置は、図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 JP-A-62-214782. 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.
【0005】また、従来の他のタイプの画像表示装置と
して、米国特許第4,026,641号のものがある。
この装置は、図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。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.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図1
9、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、接眼光学系によらず、接眼光学
系以外にリレー光学系として数枚のレンズを用いなけれ
ばならないため、光路長が長く、光学系は大型になり、
重量も重くなる。また、図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をその突出した
部分に取り付けることになり、装置はますます大きく、
重量も重くなる。However, as shown in FIG.
9. In an image display device of a type that relays an image of an image display device as shown in FIG. 20, several lenses must be used as a relay optical system other than the eyepiece optical system regardless of the eyepiece optical system. Is long, the optical system becomes large,
The weight becomes heavy. Further, in the layout as shown in FIG. 21, the amount of device protrusion from the observer's face becomes large. In addition, the image display device and the illumination optical system will be attached to the protruding part, and the device will become larger and larger.
The weight becomes heavy.
【0007】頭部装着式画像表示装置は、人間の体、特
に頭部に装着する装置であるため、装置が顔面から突出
する量が大きいと、頭部で支持している点から装置の重
心までの距離が長くなり、装着時のバランスが悪く、疲
労が大きくなる。さらに、装置を装着して移動、回転等
を行うときに、装置が物にぶつかる恐れも生じる。つま
り、頭部装着式画像表示装置は、小型軽量であることが
重要である。そして、この装置の大きさ、重量を決定す
る大きな要因は光学系の構成にある。The head-mounted image display device is a device to be mounted on the human body, especially on the head. Therefore, if the amount of the device protruding from the face is large, the head-supported image display device is supported by the head and the center of gravity of the device is supported. Distance becomes longer, the balance at the time of wearing is poor, and fatigue increases. Furthermore, when the device is mounted and moved, rotated, or the like, the device may collide with an object. 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.
【0008】しかしながら、接眼光学系として通常の拡
大鏡のみを用いると、発生する収差は非常に大きく、補
正する手段がない。拡大鏡の凹面の形状を非球面にする
ことである程度球面収差が補正されても、コマ収差、像
面湾曲等が残存するため、観察画角を大きくすると、実
用的な装置にはなり得ない。あるいは、接眼光学系とし
て凹面鏡のみを用いる場合には、通常の光学素子(レン
ズやミラー)のみではなく、図22に示すように、発生
した像面湾曲にあわせて湾曲した面を有する伝達素子
(ファイバープレート)によって補正するという手段を
用いなければならない。However, when only an ordinary 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 is corrected to some extent by making the concave surface of the magnifying glass aspherical, coma, field curvature, etc. remain, so increasing the observation angle of view does not make it a practical device. . 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 (which has a curved surface according to the generated field curvature as shown in FIG. Fiber plate) must be used to compensate.
【0009】本発明は従来のこのような問題点に鑑みて
なされたものであり、その目的は、広い画角において明
瞭に観察が可能であり、さらに、非常に小型軽量である
ために疲労し難い頭部装着式画像表示装置等の画像表示
装置を提供することである。The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object thereof is to enable clear observation in a wide angle of view, and also to be fatigued because it is very small and lightweight. An object is to provide an image display device such as a difficult head-mounted image display device.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の画像表示装置は、画像を表示する画像表示素子と、
前記画像表示素子によって形成された画像を投影し、観
察者眼球に導く接眼光学系とからなる画像表示装置にお
いて、前記接眼光学系は少なくとも2つの面を持ち、前
記少なくとも2つの面の中、観察者眼球側の面を第1
面、これに続く面を第2面とし、第1面と第2面の間を
屈折率1以上の媒質で満たすと同時に、前記の少なくと
も2つの面は、観察者が観察する投影画像の中心方向と
なる視軸に対して2つとも同じ方向に偏心して配備さ
れ、さらに、前記第2面は、反射又は半透過面で構成さ
れ、前記第2面は観察者眼球側に凹面を向けた曲面で構
成され、かつ、前記第1面と前記第2面は異なる曲率を
持ち、前記画像表示素子から出た光線は前記第1面で屈
折し、前記第2面によって反射され、前記第1面でさら
に屈折し、前記画像表示素子の前記接眼光学系による一
次像を観察者眼球に入射するように構成されたことを特
徴とするものである。An image display device of the present invention that achieves the above object comprises an image display element for displaying an image,
In an image display device comprising an eyepiece optical system for projecting an image formed by the image display element and guiding the image to an observer's eyeball, the eyepiece optical system has at least two surfaces, and the observation of the at least two surfaces is performed. First side of the eyeball side
Surface, and the surface following this surface is the second surface, and the space between the first surface and the second surface is filled with a medium having a refractive index of 1 or more, and at the same time, the at least two surfaces are the centers of the projected images observed by the observer. Both are eccentrically arranged in the same direction with respect to the visual axis that is the direction, and further, the second surface is constituted by a reflective or semi-transmissive surface, and the second surface has a concave surface facing the observer's eyeball side. The first surface and the second surface have different curvatures, and light rays emitted from the image display element are refracted by the first surface and reflected by the second surface, It is characterized in that it is further refracted on the surface and is made to enter the primary image of the image display element by the eyepiece optical system into the observer's eyeball.
【0011】本発明のもう1つの画像表示装置は、画像
を表示する画像表示素子と、前記画像表示素子によって
形成された画像を投影し、観察者眼球に導く接眼光学系
とからなる画像表示装置において、前記接眼光学系は少
なくとも2つの面を持ち、前記少なくとも2つの面の
中、観察者眼球側の面を第1面、これに続く面を第2面
とし、第1面と第2面の間を屈折率1以上の媒質で満た
すと同時に、前記の少なくとも2つの面は、観察者が観
察する投影画像の中心方向となる視軸に対して2つとも
同じ方向に偏心して配備され、さらに、前記第2面は、
反射又は半透過面で構成され、前記第2面は観察者眼球
側に凹面を向けた曲面で構成され、かつ、前記第1面と
前記第2面は異なる曲率を持ち、前記画像表示素子から
出た光線は前記第1面で屈折し、前記第2面によって反
射され、前記第1面でさらに屈折し、前記画像表示素子
の前記接眼光学系による一次像を観察者眼球に入射する
ように構成され、さらに、前記接眼光学系と前記観察者
眼球の間に、正の屈折力を有する光学素子が配備されて
いることを特徴とするものである。Another image display device according to the present invention comprises an image display device for displaying an image and an eyepiece optical system for projecting the image formed by the image display device and guiding it to the observer's eyeball. In the above, the eyepiece optical system has at least two surfaces, and of the at least two surfaces, the surface on the eyeball side of the observer is the first surface, and the surface following this is the second surface, and the first surface and the second surface. The space between the two is filled with a medium having a refractive index of 1 or more, and at the same time, the at least two surfaces are eccentrically arranged in the same direction with respect to the visual axis which is the central direction of the projection image observed by the observer. Further, the second surface is
It is composed of a reflective or semi-transmissive surface, the second surface is composed of a curved surface with a concave surface facing the viewer's eyeball side, and the first surface and the second surface have different curvatures. The emitted light is refracted by the first surface, reflected by the second surface, further refracted by the first surface, and the primary image by the eyepiece optical system of the image display element is incident on the observer's eyeball. It is characterized in that an optical element having a positive refractive power is arranged between the eyepiece optical system and the observer's eyeball.
【0012】この場合、正の屈折力を有する光学素子と
しては、正の屈折力を有するレンズを用いることができ
る。In this case, a lens having a positive refractive power can be used as the optical element having a positive refractive power.
【0013】[0013]
【作用】以下に、本発明の画像表示装置の作用について
説明する。以下の説明においては、光学系の設計上の利
便性から、観察者の瞳位置から画像表示素子に向けて光
線を追跡する逆光線追跡に従って行う。本発明において
は、接眼光学系に2つの面を持たせ、その第1面と第2
面に異なる曲率を持たせることによって、偏心して傾い
た第2面で発生する球面収差とコマ収差の補正を行うこ
とが可能となり、広い射出瞳径と広い観察画角を持ち、
明瞭な観察像を観察者に提供できるようにしたことに成
功したものである。The operation of the image display device of the present invention will be described below. In the following description, for the convenience of designing the optical system, the reverse ray tracing for tracing the ray from the observer's pupil position toward the image display element is performed. In the present invention, the eyepiece optical system has two surfaces, the first surface and the second surface.
By giving different curvatures to the surfaces, it becomes possible to correct the spherical aberration and the coma aberration generated on the decentered and tilted second surface, which has a wide exit pupil diameter and a wide observation angle of view.
It succeeded in providing a clear observation image to the observer.
【0014】一般に、凹面鏡では、瞳位置が凹面鏡の反
射面から見て、曲率中心より遠くにある場合には、強い
内コマ収差が発生する。この強い内コマ収差を補正する
ために、本発明では、凹面鏡となる第1面と第2面の間
を屈折率1以上の媒質で満たすと同時に、第1面と第2
面の曲率を異ならせることによって、第1面での光線の
屈折作用を利用して、第2面に入射する光線高を低くす
ることが可能となる。この作用によって、凹面鏡で発生
する強い内コマ収差の発生を比較的小さくすることに成
功したものである。Generally, in a concave mirror, when the pupil position is far from the center of curvature as viewed from the reflecting surface of the concave mirror, strong inner coma aberration occurs. In order to correct this strong internal coma aberration, in the present invention, the space between the first surface and the second surface, which is a concave mirror, is filled with a medium having a refractive index of 1 or more, and at the same time, the first surface and the second surface.
By making the curvatures of the surfaces different, it is possible to lower the height of the light rays incident on the second surface by utilizing the refraction effect of the light rays on the first surface. By this action, the occurrence of strong inner coma aberration generated by the concave mirror has been successfully made relatively small.
【0015】また、本発明においては、画像表示素子の
観察像をリレー光学系によって中間像として空中に実像
を結像させるのではなく、画像表示素子をそのまま拡大
して観察者の眼球に投影することによって、観察者は拡
大された画像表示素子の画像を虚像として観察できるた
め、少ない光学素子で光学系を構成することができる。
また、拡大投影する光学素子は、観察者の顔面の直前に
顔面のカーブに沿った形状で配備される凹面鏡(拡大
鏡)のみであるため、顔面からの突出量は非常に小さく
でき、小型で軽量な画像表示装置を実現することができ
る。Further, in the present invention, the observation image of the image display element is not formed as an intermediate image by the relay optical system to form a real image in the air, but the image display element is directly magnified and projected on the eyeball of the observer. As a result, the observer can observe the magnified image of the image display element as a virtual image, and thus the optical system can be configured with a small number of optical elements.
In addition, the optical element for magnifying and projecting is only a concave mirror (magnifying mirror) that is placed in a shape that follows the curve of the face immediately in front of the observer's face, so the amount of projection from the face can be extremely small, and it is compact. It is possible to realize a lightweight image display device.
【0016】この接眼光学系の第1面が観察者眼球側に
凹面を向けた負の屈折力を持つ面とすることが重要であ
る。第1面に負の屈折力を持たせることによって、第1
面では負の球面収差が発生する。これは、凹面鏡で発生
する正の球面収差と打ち消し合って、球面収差の発生を
補正する効果がある。It is important that the first surface of this eyepiece optical system is a surface having a negative refractive power with a concave surface facing the viewer's eyeball side. By giving the first surface a negative refractive power,
On the surface, negative spherical aberration occurs. This has the effect of canceling out the positive spherical aberration generated by the concave mirror and correcting the generation of spherical aberration.
【0017】この場合、コマ収差の発生は比較的大きく
なってしまうが、収差全体としてのまとまりは良くな
り、良い結果を得られる。しかし、第1面の曲率が第2
面の曲率と概略等しくなってしまうと、コマ収差、球面
収差共、補正効果が低減してしまう。In this case, the coma aberration is relatively large, but the coherence of the entire aberration is improved, and a good result is obtained. However, the curvature of the first surface is the second
If the curvature is approximately equal to the curvature of the surface, the correction effect will be reduced for both coma aberration and spherical aberration.
【0018】また、接眼光学系の第1面の曲率半径Ry1
と第2面の曲率半径Ry2とが以下の条件式を満足するこ
とが重要となる。 Ry1/Ry2<2 ・・・(1) (1)式は、傾いて配置される第2面で発生するコマ収
差、特に高次のコマ収差又はコマフレアーの発生を補正
するために重要な条件である。特に、第2面の傾き角が
大きくなると、この条件を満足することが重要となる。Also, the radius of curvature R y1 of the first surface of the eyepiece optical system
It is important that the radius of curvature R y2 of the second surface satisfy the following conditional expression. R y1 / R y2 <2 (1) The formula (1) is important for correcting coma aberration generated on the second surface that is inclined, particularly high-order coma aberration or coma flare. It is a condition. Especially, when the inclination angle of the second surface becomes large, it is important to satisfy this condition.
【0019】本発明のように、観察者眼球の前方に傾い
た凹面鏡を配置する接眼光学系を用いる画像表示装置で
は、凹面鏡に入射する光線が斜めであるため、凹面鏡の
中心軸に対称ではない複雑なコマ収差が発生する。この
複雑なコマ収差は、凹面鏡の傾き角が大きくなるに従っ
て大きくなる。小型で広画角の画像表示装置を実現しよ
うとすると、この傾き角を大きくしないと、画像表示素
子と観察光路が干渉するため、広画角な観察像を確保す
ることが困難になる。そのため、広画角で小型の画像表
示装置になればなる程凹面鏡の傾き角が大きくなり、高
次コマ収差の発生をいかに補正するかが重要になる。し
たがって、条件式(1)に示されたコマ収差の補正条件
を満足することが重要となる。As in the present invention, in an image display apparatus using an eyepiece optical system in which a concave mirror tilted in front of the observer's eyeball is arranged, the light rays incident on the concave mirror are oblique and therefore not symmetrical with respect to the central axis of the concave mirror. Complex coma occurs. This complicated coma increases as the tilt angle of the concave mirror increases. In order to realize a compact image display device having a wide angle of view, it is difficult to secure an observation image with a wide angle of view because the image display element and the observation optical path interfere unless the tilt angle is increased. Therefore, the tilt angle of the concave mirror becomes larger as the image display device becomes wider and has a smaller size, and it becomes important to correct the occurrence of high-order coma aberration. Therefore, it is important to satisfy the coma aberration correction condition expressed by the conditional expression (1).
【0020】さらに、接眼光学系の第1面の曲率半径R
y1と第2面の曲率半径Ry2とが以下の条件式を満足する
ことが重要となる。 Ry1/Ry2<1 ・・・(2) (2)式も、傾いて配置される第2面で発生するコマ収
差、特に高次コマ収差又はコマフレアーの発生を補正す
るために重要な条件である。観察画角を略30°以上に
確保するときに重要となる。(2)式の上限の1を越え
ると、第2面で発生する高次コマ収差の補正が第1面で
補正し切れなくなり、周辺まで明瞭な観察像を観察する
ことが難しくなる。Further, the radius of curvature R of the first surface of the eyepiece optical system
It is important that y1 and the radius of curvature R y2 of the second surface satisfy the following conditional expression. R y1 / R y2 <1 (2) Equation (2) is also important for correcting coma aberration generated on the second surface that is inclined, particularly high-order coma aberration or coma flare. It is a condition. This is important when ensuring an observation angle of view of approximately 30 ° or more. When the upper limit of 1 of the equation (2) is exceeded, the correction of high-order coma aberration generated on the second surface cannot be completely corrected on the first surface, and it becomes difficult to observe a clear observation image up to the periphery.
【0021】さらにまた、接眼光学系の第1面の曲率半
径Ry1と第2面の曲率半径Ry2とが以下の条件式を満足
することが重要となる。 Ry1/Ry2<0.8 ・・・(3) (3)式も、傾いて配置される第2面で発生するコマ収
差、特に高次コマ収差又はコマフレアーの発生を補正す
るために重要な条件であり、観察画角を略35°以上に
確保するときに重要となる。(3)式の上限の0.8を
越えると、広画角においては、特に第2面で発生する高
次コマ収差の補正が困難となり、周辺まで明瞭な観察像
を観察することが難しくなる。Furthermore, it is important that the radius of curvature R y1 of the first surface and the radius of curvature R y2 of the second surface of the eyepiece optical system satisfy the following conditional expressions. R y1 / R y2 <0.8 (3) The formula (3) is also used to correct coma aberration generated on the second surface that is inclined, especially high-order coma aberration or coma flare. This is an important condition, and is important when ensuring an observation angle of view of approximately 35 ° or more. When the upper limit of 0.8 in the formula (3) is exceeded, it becomes difficult to correct high-order coma aberration particularly on the second surface in a wide angle of view, and it becomes difficult to observe a clear observation image up to the periphery. .
【0022】観察者視軸を含み画像表示素子の中心を含
む面内の接眼光学系の第2面の曲率半径をRy2とし、こ
の面に直交し、観察者視軸を含む面内の第2面の曲率半
径をRx2とするとき、Ry2とRx2が異なることが重要で
ある。この条件は、第2面が視軸に対して傾いているた
めに起こる収差を補正するための条件である。一般に、
球面が傾いていると、その面に入射する光線は、入射面
と入射面に直交する面内で、光線に対する曲率が異な
る。このため、本発明のように視軸に対して偏心して配
置されている接眼光学系では、観察画像中心に当たる視
軸上の観察像も上記理由により非点収差が発生する。こ
の軸上の非点収差を補正するために、第2面の反射面の
入射面内とこれと直交する面内において曲率半径の異な
るものとすることが重要になる。Let R y2 be the radius of curvature of the second surface of the eyepiece optical system in the plane including the observer's visual axis and including the center of the image display element, and it is orthogonal to this plane and is the first in the plane including the observer's visual axis. the radius of curvature of the two surfaces when the R x2, it is important that R y2 and R x2 are different. This condition is a condition for correcting aberration that occurs because the second surface is tilted with respect to the visual axis. In general,
When the spherical surface is tilted, the light rays incident on the surface have different curvatures with respect to the light rays in the plane of incidence and the plane orthogonal to the plane of incidence. Therefore, in the eyepiece optical system which is arranged eccentrically with respect to the visual axis as in the present invention, astigmatism also occurs in the observation image on the visual axis which is the center of the observation image for the above reason. In order to correct this astigmatism on the axis, it is important to make the radius of curvature different between the entrance surface of the second reflecting surface and the surface orthogonal to the entrance surface.
【0023】接眼光学系の第2面の曲率半径Ry2とRx2
の関係は、以下の条件を満足することが重要となる。 Ry2/Rx2≦1 ・・・(4) (4)の条件式の上限の1を越えると、上記の説明と同
様に、入射面内と入射面と直交する面内の光線に対する
曲率半径の違いにより発生する非点収差を補正すること
が困難になる。The radii of curvature R y2 and R x2 of the second surface of the eyepiece optical system
It is important that the relation of is satisfied with the following conditions. R y2 / R x2 ≦ 1 (4) When the upper limit of 1 to the conditional expression (4) is exceeded, the radius of curvature for the rays in the plane of incidence and in the plane orthogonal to the plane of incidence is the same as described above. It becomes difficult to correct the astigmatism that occurs due to the difference.
【0024】また、接眼光学系の第2面の曲率半径Ry2
とRx2の関係は、以下の条件を満足することが重要とな
る。 Ry2/Rx2<0.8 ・・・(5) (5)の条件式の上限の0.8を越えると、上記の非点
収差を補正することが不十分になり、観察画面周辺の観
察像が不鮮明になったり、広い観察画角を観察できなく
なる。また、第2面の傾き角が小さくなり、小型の画像
表示装置を実現できなくなる。The radius of curvature R y2 of the second surface of the eyepiece optical system
It is important for the relationship between R x2 and R x2 to satisfy the following conditions. R y2 / R x2 <0.8 (5) When the upper limit of 0.8 in the conditional expression (5) is exceeded, it becomes insufficient to correct the above-mentioned astigmatism, and The observation image becomes unclear, and it becomes impossible to observe a wide observation angle of view. Further, the inclination angle of the second surface becomes small, and it becomes impossible to realize a small-sized image display device.
【0025】接眼光学系と観察者眼球の間に正の屈折力
を有する光学素子を配備することによって、接眼光学系
の第2面での光束径が小さくなるため、高次のコマ収差
の発生が少なくなり、画像表示画面周辺まで鮮明に画像
を観察することができる。また、画像周辺での主光線は
正の屈折力を有する光学素子によって屈折されるため
に、接眼光学系に入射する光線高を低くすることがで
き、接眼光学系のみの場合よりもさらに観察画角を大き
く設定することが可能となる。By disposing an optical element having a positive refracting power between the eyepiece optical system and the observer's eyeball, the diameter of the light beam on the second surface of the eyepiece optical system becomes small, so that high-order coma aberration occurs. It is possible to observe the image clearly around the image display screen. Further, since the chief ray in the periphery of the image is refracted by the optical element having a positive refractive power, the height of the ray incident on the eyepiece optical system can be lowered, and the observation image can be further improved as compared with the case of only the eyepiece optical system. It is possible to set a large angle.
【0026】また、正の屈折力を有する光学素子として
レンズを用いることによって、製作性が良く、安価で広
画角であり、画面周辺まで鮮明な画像表示装置を提供す
ることができる。Further, by using a lens as an optical element having a positive refracting power, it is possible to provide an image display device which has good manufacturability, is inexpensive, has a wide angle of view, and is clear to the periphery of the screen.
【0027】また、この正の屈折力を有する光学素子を
視軸に対して偏心して配備することによって、偏心した
第2面で発生した高次コマ収差の補正に良い結果を得る
ことができる。Further, by disposing the optical element having the positive refracting power so as to be decentered with respect to the visual axis, it is possible to obtain a good result for the correction of the high-order coma aberration generated on the decentered second surface.
【0028】また、この正の屈折力を有する光学素子を
接合レンズで構成することによって、その正の屈折力を
有するレンズで発生する倍率の色収差を補正することが
でき、さらに鮮明で広画角な観察像を確保する場合に有
効である。Further, by constructing the optical element having the positive refracting power by the cemented lens, it is possible to correct the chromatic aberration of magnification which occurs in the lens having the positive refracting power, and it becomes clearer and has a wider angle of view. This is effective when securing a large observation image.
【0029】また、接眼光学系の第2面をアナモルフィ
ックアスフェリカル面で構成することによって、視軸上
の非点収差だけでなく、周辺画像の非点収差やコマ収差
の補正も可能となる。Further, by constructing the second surface of the eyepiece optical system with an anamorphic aspherical surface, not only astigmatism on the visual axis but also astigmatism and coma of the peripheral image can be corrected. .
【0030】また、接眼光学系の第2面は、視軸上にな
く視軸に対してティルトしていると同時にディセンタリ
ングして配置されていることが望ましい。第2面の面頂
をディセンタリングすることにより、視軸に対して画像
表示素子側の画像とその反対側の画像とに非対称に発生
するコマ収差の補正や、画像表示素子を配置する面を第
2面での反射後の光軸に対して略垂直に配置することが
可能となる。これは視野角特性の良くない液晶表示素子
を用いるときに有効となる。Further, it is desirable that the second surface of the eyepiece optical system is not on the visual axis but is tilted with respect to the visual axis and at the same time is decentered. By decentering the apex of the second surface, it is possible to correct the coma aberration that occurs asymmetrically between the image on the image display element side and the image on the opposite side with respect to the visual axis, and to adjust the surface on which the image display element is arranged. It is possible to dispose the optical axis substantially perpendicular to the optical axis after the reflection on the second surface. This is effective when using a liquid crystal display element having poor viewing angle characteristics.
【0031】なお、本発明においては、画像表示素子と
接眼光学系を観察者頭部に対して位置決めする手段を有
することによって、観察者は安定した観察像を観察する
ことが可能となる。In the present invention, by providing the image display element and the eyepiece optical system with respect to the head of the observer, the observer can observe a stable observation image.
【0032】さらに、画像表示素子と接眼光学系を観察
者頭部に対して位置決めする手段を有し、観察者頭部に
装着できるようにすることによって、観察者は自由な観
察姿勢や、観察方向で画像を観察することが可能とな
る。Further, by providing a means for positioning the image display element and the eyepiece optical system with respect to the observer's head so that they can be mounted on the observer's head, the observer can freely observe the posture and observe. It is possible to observe the image in the direction.
【0033】さらにまた、少なくとも2組の画像表示装
置を一定の間隔で支持する支持手段を有することによっ
て、観察者は左右両眼で楽に観察することが可能とな
る。また、左右の画像表示面に視差を与えた画像を表示
し、両眼でそれらを観察することによって立体像を楽し
むことが可能となる。Furthermore, by providing the supporting means for supporting at least two sets of image display devices at a constant interval, the observer can easily observe with both the left and right eyes. In addition, it is possible to enjoy a stereoscopic image by displaying images with parallax on the left and right image display surfaces and observing them with both eyes.
【0034】[0034]
【実施例】以下に、本発明の画像表示装置の実施例1か
ら8について、図面を参照して説明する。各実施例の構
成パラメータは後記するが、以下の説明において、面番
号は、観察者の瞳位置1から画像表示素子6へ向う逆追
跡の面番号として示してある。そして、座標の取り方
は、図1〜図8に示すように、観察者の瞳位置1中心か
ら視軸方向をZ軸とし、紙面に垂直な方向に紙面表面か
ら裏面に向かう方向を正としてX軸をとり、X軸、Z軸
に垂直で右手系を構成するY軸を紙面内にとり、光軸は
紙面のY−Z面内で折り曲げられるものとする。Embodiments 1 to 8 of an image display device of the present invention will be described below with reference to the drawings. The constituent parameters of each embodiment will be described later, but in the following description, the surface number is shown as the surface number of the backward tracking from the observer's pupil position 1 toward the image display element 6. As shown in FIG. 1 to FIG. 8, the coordinates are taken with the Z axis being the visual axis direction from the center of the observer's pupil position 1 and the positive direction being the direction from the front surface to the back surface in the direction perpendicular to the paper surface. It is assumed that the X axis is taken, the Y axis that is perpendicular to the X axis and the Z axis and constitutes the right-hand system is taken in the plane of the paper, and the optical axis is bent in the YZ plane of the paper.
【0035】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(1面、4面)に対してのその面の面頂の
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、偏心量Y,Zと傾き角θの記載
のない面は、その前の面と同軸であることを意味する。
ただし、実施例7に関しては、3面から7面まについて
は、2面の面頂を原点とし、元の座標を2面で与えられ
る傾き角θ(−15°)だけ回転して得られる座標のY
軸、Z軸が新たなY軸、Z軸となり、その新たなY軸方
向、Z軸方向の面頂の偏心量、及び、新たなZ軸からの
中心軸の傾き角θがそれらの面の偏心量Y,Zと傾き角
θとして与えられている。Then, in the constituent parameters described later, with respect to the surface on which the eccentricity amounts Y and Z and the tilt angle θ are described, the Y of the apex of the surface with respect to the reference surface (1st surface, 4th 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 a surface on which the eccentricity amounts Y and Z and the tilt angle θ are not described means that it is coaxial with the surface before it.
However, regarding Example 7, for 3 to 7 planes, the coordinates obtained by rotating the original coordinates by the inclination angle θ (−15 °) given by the 2 planes with the vertex of the 2 planes as the origin. Y
Axis and Z-axis become new Y-axis and Z-axis, and the new Y-axis direction, the amount of eccentricity of the surface apex in the Z-axis direction, and the inclination angle θ of the central axis from the new Z-axis The eccentricity amounts Y and Z and the tilt angle θ are given.
【0036】また、面間隔は、2面に関しては1面から
のZ軸に沿う距離であり、その位置が基準点になり、そ
の基準点から偏心量Yの点が2面の面頂になる。同軸系
部分(正のパワーを有する光学素子8)についてはその
面から次の面までの軸上間隔である。なお、面間隔は、
光軸に沿って逆追跡の方向を正として示してある。The surface spacing is the distance along the Z axis from one surface with respect to two surfaces, and the position becomes the reference point, and the point of the eccentricity Y from the reference point becomes the top of the two surfaces. . For the coaxial system portion (optical element 8 having a positive power), this is the axial distance from that surface to the next surface. The surface spacing is
The direction of backtracking is shown as positive along the optical axis.
【0037】また、各面において、非回転対称の非球面
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。 Z =[( X2/Rx )+ (Y2/Ry ) ]/[1+{ 1-(1+Kx ) ( X2/Rx 2) -(1+Ky ) ( Y2/Ry 2)}1/2 ] +AR[ (1-AP) X2+( 1+AP) Y2 ]2 +BR[ (1-BP) X2+( 1+BP) Y2 ]3 さらに、各面において、回転対称の非球面形状は、近軸
曲率半径をRとすると、次の式で与えられる。Further, in each surface, the aspherical shape of non-rotationally symmetric shape has coordinates R y and R x on the coordinates defining the surface, respectively, where R y and R x are the paraxial radius of curvature in the YZ plane (paper surface) and X−, respectively. Paraxial radii of curvature in the Z plane, K x and K y are the X-Z plane and Y-, respectively.
The conical coefficients in the Z plane, AR and BR, are rotationally symmetric 4th and 6th aspherical coefficients with respect to the Z axis, and AP and BP are rotationally asymmetrical 4th and 6th non-spherical coefficients with respect to the Z axis, respectively. Assuming the spherical coefficient, the aspherical expression is as shown below. 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 + BR [(1-BP) X 2 + (1 + BP) Y 2 ] 3 Further, The rotationally symmetric aspherical shape on each surface is given by the following equation, where R is the paraxial radius of curvature.
【0038】 Z =(h2/R) /[1+{ 1-(1+K) ( h2/R2)}1/2 ]+Ah4 +Bh6 (h2 =X2 +Y2 ) ここで、Kは円錐係数、A、Bはそれぞれ4次、6次の
非球面係数である。なお、面と面の間の媒質の屈折率は
d線の屈折率で表す。長さの単位はmmである。Z = (h 2 / R) / [1+ {1- (1 + K) (h 2 / R 2 )} 1/2 ] + Ah 4 + Bh 6 (h 2 = X 2 + Y 2 ) where , K are conic coefficients, and A and B are fourth-order and sixth-order aspherical coefficients, respectively. The refractive index of the medium between the surfaces is expressed by the d-line refractive index. The unit of length is mm.
【0039】さて、以下に示す実施例は全て右眼用の画
像表示装置であり、左眼用は構成す光学要素を全てX−
Z面に対称に配備することで実現できる。また、実際の
装置においては、接眼光学系によって光軸が屈曲する方
向は、観察者の上方あるいは下方、側方何れの方向にあ
ってもよいことは言うまでもない。The following embodiments are all image display devices for the right eye, and all the optical elements for the left eye are X-.
It can be realized by symmetrically arranging in the Z plane. Further, it goes without saying that in an actual device, the direction in which the optical axis is bent by the eyepiece optical system may be above, below, or lateral to the observer.
【0040】図1〜8に、それぞれ実施例1〜8の単眼
用の画像表示装置の断面図を示す。それぞれの断面図に
おいて、1は観察者瞳位置、2は観察者視軸、3は接眼
光学系の第1面、4は接眼光学系の第2面を構成する凹
面鏡、5は接眼光学系の第3面(第1面3と共通)、6
は画像表示素子、7は第1面3と第2面(反射面)4と
第3面5からなる接眼光学系、8は正のパワーを有する
光学系である。1 to 8 are sectional views of the monocular image display devices of Examples 1 to 8, respectively. In each sectional view, 1 is the observer's pupil position, 2 is the observer's visual axis, 3 is the first surface of the eyepiece optical system, 4 is a concave mirror forming the second surface of the eyepiece optical system, and 5 is the eyepiece optical system. 3rd surface (common to 1st surface 3), 6
Is an image display element, 7 is an eyepiece optical system including a first surface 3, a second surface (reflection surface) 4 and a third surface 5, and 8 is an optical system having a positive power.
【0041】各実施例における実際の光線経路は、映像
表示素子6から発した光線束は、順に接眼光学系7の第
3面5で屈折、第2面(凹面鏡)4で反射、第1面3で
屈折されて、実施例1、2、8の場合は、直接観察者の
瞳の虹彩位置又は眼球の回旋中心を射出瞳1として観察
者の眼球内に投影され、実施例3〜7の場合は、正のパ
ワーを有する光学系8を経て観察者の瞳の虹彩位置又は
眼球の回旋中心を射出瞳1として観察者の眼球内に投影
される。The actual ray path in each embodiment is that the ray bundle emitted from the image display element 6 is sequentially refracted by the third surface 5 of the eyepiece optical system 7, reflected by the second surface (concave mirror) 4, and first surface. In the case of Examples 1, 2, and 8, the light is refracted at 3, and the iris position of the observer's pupil or the center of rotation of the eyeball is directly projected as the exit pupil 1 into the observer's eyeball. In this case, the iris position of the observer's pupil or the center of rotation of the eyeball is projected as the exit pupil 1 into the observer's eyeball through the optical system 8 having a positive power.
【0042】実施例1 本実施例は、水平画角30°、垂直画角22.7°、瞳
経4mmであり、接眼光学系7の第1面3、第2面4、
第3面5はアナモルフィク非球面である。Example 1 In this example, the horizontal angle of view is 30 °, the vertical angle of view is 22.7 °, and the pupil diameter is 4 mm, and the first surface 3 and the second surface 4 of the eyepiece optical system 7 are
The third surface 5 is an anamorphic aspherical surface.
【0043】実施例2 本実施例は、水平画角30°、垂直画角22.7°、瞳
経4mmであり、接眼光学系7の第1面3、第3面5は
トーリック面であり、第2面4はアナモルフィック非球
面である。Example 2 In this example, the horizontal angle of view is 30 °, the vertical angle of view is 22.7 °, and the pupil diameter is 4 mm. The first surface 3 and the third surface 5 of the eyepiece optical system 7 are toric surfaces. , The second surface 4 is an anamorphic aspherical surface.
【0044】実施例3 本実施例は、水平画角30°、垂直画角22.7°、瞳
経4mmであり、接眼光学系7の第1面3、第2面4、
第3面5はアナモルフィック非球面である。また、瞳1
と接眼光学系7の間には無偏心で球面で構成された正の
パワーを有する単レンズ8が配備されている。Example 3 In this example, the horizontal angle of view is 30 °, the vertical angle of view is 22.7 °, and the pupil diameter is 4 mm, and the first surface 3 and the second surface 4 of the eyepiece optical system 7 are
The third surface 5 is an anamorphic aspherical surface. Also, pupil 1
Between the eyepiece optical system 7 and the eyepiece optical system 7, a single lens 8 having a positive power and formed of a spherical surface without decentering is provided.
【0045】実施例4 本実施例は、水平画角35°、垂直画角26.6°、瞳
経4mmであり、接眼光学系7の第1面3、第2面4、
第3面5はアナモルフィック非球面である。また、瞳1
と接眼光学系7の間には球面で構成された正のパワーを
有する単レンズ8が視軸2に対して偏心して配備されて
いる。Example 4 In this example, the horizontal field angle was 35 °, the vertical field angle was 26.6 °, and the pupil diameter was 4 mm, and the first surface 3 and the second surface 4 of the eyepiece optical system 7 were
The third surface 5 is an anamorphic aspherical surface. Also, pupil 1
Between the eyepiece optical system 7 and the eyepiece optical system 7, a single lens 8 having a positive power and formed of a spherical surface is provided eccentrically with respect to the visual axis 2.
【0046】実施例5 本実施例は、水平画角40°、垂直画角30.6°、瞳
経4mmであり、接眼光学系7の第1面3、第2面4、
第3面5はアナモルフィック非球面である。また、瞳1
と接眼光学系7の間には1面が非球面、1面が球面で構
成された正のパワーを有する単レンズ8が視軸2に対し
て偏心して配備されている。Example 5 In this example, the horizontal angle of view is 40 °, the vertical angle of view is 30.6 °, and the pupil diameter is 4 mm, and the first surface 3 and the second surface 4 of the eyepiece optical system 7 are
The third surface 5 is an anamorphic aspherical surface. Also, pupil 1
Between the eyepiece optical system 7 and the ocular optical system 7, a single lens 8 having a positive power, one surface of which is an aspherical surface and the other of which is a spherical surface, is arranged eccentrically with respect to the visual axis 2.
【0047】実施例6 本実施例は、水平画角40°、垂直画角30.6°、瞳
経4mmであり、接眼光学系7の第1面3、第2面4、
第3面5はアナモルフィック非球面である。また、瞳1
と接眼光学系7の間にはそれぞれの面が球面であり、そ
れぞれの面が偏心して構成された正のパワーを有する単
レンズ8が配備されている。Example 6 In this example, the horizontal angle of view is 40 °, the vertical angle of view is 30.6 °, and the pupil diameter is 4 mm, and the first surface 3 and the second surface 4 of the eyepiece optical system 7 are
The third surface 5 is an anamorphic aspherical surface. Also, pupil 1
Between the eyepiece optical system 7 and the ocular optical system 7, each surface is a spherical surface, and a single lens 8 having a positive power, which is decentered, is provided.
【0048】実施例7 本実施例は、水平画角40°、垂直画角30.6°、瞳
経4mmであり、接眼光学系7の第1面3、第2面4、
第3面5はアナモルフィック非球面である。また、瞳1
と接眼光学系7の間にはそれぞれの面が球面である凹レ
ンズと凸レンズの接合レンズで構成された正のパワーを
有する光学系8が視軸に対して偏心して配備されてい
る。Example 7 In this example, the horizontal angle of view was 40 °, the vertical angle of view was 30.6 °, and the pupil diameter was 4 mm, and the first surface 3 and the second surface 4 of the eyepiece optical system 7 were
The third surface 5 is an anamorphic aspherical surface. Also, pupil 1
Between the eyepiece optical system 7 and the eyepiece optical system 7, an optical system 8 having a positive power and composed of a cemented lens of a concave lens and a convex lens each having a spherical surface is provided eccentrically with respect to the visual axis.
【0049】実施例8 本実施例は水平画角30°、垂直画角22.7°、瞳経
4mmであり、接眼光学系7の第1面3、第3面5は平
面であり、第2面は球面である。Example 8 In this example, the horizontal angle of view is 30 °, the vertical angle of view is 22.7 °, and the pupil diameter is 4 mm, and the first surface 3 and the third surface 5 of the eyepiece optical system 7 are flat surfaces. The two surfaces are spherical surfaces.
【0050】次に、上記実施例1〜8の構成パラメータ
を示す。 実施例1 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 (偏心量) (傾き角) 1 ∞(瞳) 50.000 2 Ry -115.364 1.5633 64.15 Rx -127.909 (1面より) Ky -7.421305 Y 0 θ 30.00 ° Kx 0 AR 8.46165×10-8 BR -7.76339×10-18 AP -1.87052 BP 2.58902×102 3 Ry -70.852 1.5633 64.15 Rx -70.635 (1面より) Ky -1.36906×10-1 Y -16.545 θ 7.00 ° Kx -5.4533 ×10-2 Z 58.547 AR 3.62791×10-12 BR 3.72459×10-11 AP -7.25017×10 BP -1.07422 4 Ry -115.364 (1面より) Rx -127.909 Y 0 θ 30.00 ° Ky -7.421305 Z 50.000 Kx 0 AR 8.46165×10-8 BR -7.76339×10-18 AP -1.87052 BP 2.58902×102 5 (画像表示素子) (1面より) Y -16.162 θ 16.10 ° Z 28.408 (1)Ry1/Ry2=1.63 (4)Ry2/Rx2=1.00 。Next, the constituent parameters of Examples 1 to 8 will be shown. Example 1 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (eccentricity) (tilt angle) 1 ∞ (pupil) 50.000 2 R y -115.364 1.5633 64.15 R x -127.909 (from one surface) K y -7.421305 Y 0 θ 30.00 ° K x 0 AR 8.46165 × 10 -8 BR -7.76339 × 10 -18 AP -1.87052 BP 2.58902 × 10 2 3 R y -70.852 1.5633 64.15 R x -70.635 (from one surface) K y -1.36906 × 10 -1 Y -16.545 θ 7.00 ° K x -5.4533 × 10 -2 Z 58.547 AR 3.62791 × 10 -12 BR 3.72459 × 10 -11 AP -7.25017 × 10 BP -1.07422 4 R y -115.364 (from one surface) R x -127.909 Y 0 θ 30.00 ° K y -7.421305 Z 50.000 K x 0 AR 8.46165 × 10 -8 BR -7.76339 × 10 -18 AP -1.87052 BP 2.58902 × 10 2 5 (image display element) (from one surface) Y -16.162 θ 16.10 ° Z 28.408 (1) R y1 / R y2 = 1.63 (4) R y2 / R x2 = 1.00.
【0051】実施例2 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 (偏心量) (傾き角) 1 ∞(瞳) 32.000 2 Ry -36.183 1.5633 64.15 Rx 111.868 (1面より) Y 0 θ 30.00 ° 3 Ry -49.444 1.5633 64.15 Rx -97.994 (1面より) Ky 0 Y -32.692 θ -11.259° Kx 0 Z 39.000 AR 2.36416×10-7 BR -5.3209 ×10-10 AP -5.56393×10-1 BP -1.186116 4 Ry -36.183 (1面より) Rx 111.868 Y 0 θ 30.00 ° Z 32.000 5 (画像表示素子) (1面より) Y -23.089 θ 37.54 ° Z 17.216 (1)Ry1/Ry2=0.73 (4)Ry2/Rx2=0.50 。Example 2 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Inclination angle) 1 ∞ (pupil) 32.000 2 R y -36.183 1.5633 64.15 R x 111.868 (from one surface) Y 0 θ 30.00 ° 3 R y -49.444 1.5633 64.15 R x -97.994 (from one surface) K y 0 Y -32.692 θ -11.259 ° K x 0 Z 39.000 AR 2.36416 × 10 -7 BR -5.3209 × 10 -10 AP -5.56393 × 10 -1 BP -1.186116 4 R y -36.183 (From 1 surface) R x 111.868 Y 0 θ 30.00 ° Z 32.000 5 (Image display element) (From 1 surface) Y -23.089 θ 37.54 ° Z 17.216 (1) R y1 / R y2 = 0.73 (4) Ry2 / Rx2 = 0.50.
【0052】実施例3 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 (偏心量) (傾き角) 1 ∞(瞳) 20.000 2 89.043 2.000 1.4870 70.40 3 -35.868 4 Ry -30.763 1.5633 64.15 Rx -58.178 (1面より) Ky 8.5269 ×10-2 Y 0 θ 30.00 ° Kx -8.323018 Z 42.660 AR -8.98778×10-8 BR 9.49781×10-10 AP 4.09749 BP -2.00615 5 Ry -54.312 1.5633 64.15 Rx -72.939 (1面より) Ky 0 Y -21.154 θ 3.17 ° Kx 0 Z 49.660 AR 4.30715×10-7 BR 5.97047×10-15 AP -1.87208 BP -4.75833×10 6 Ry -30.763 (1面より) Rx -58.178 Y 0 θ 30.00 ° Ky 8.5269 ×10-2 Z 42.660 Kx -8.323018 AR -8.98778×10-8 BR 9.49781×10-10 AP 4.09749 BP -2.00615 7 (画像表示素子) (1面より) Y -13.709 θ 36.717° (1)Ry1/Ry2=0.57 (4)Ry2/Rx2=0.74 。Example 3 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (eccentricity) (tilt angle) 1 ∞ (pupil) 20.000 2 89.043 2.000 1.4870 70.40 3 -35.868 4 R y -30.763 1.5633 64.15 R x -58.178 (1 K y 8.5269 × 10 -2 Y 0 θ 30.00 ° K x -8.323018 Z 42.660 AR -8.98778 × 10 -8 BR 9.49781 × 10 -10 AP 4.09749 BP -2.00615 5 Ry -54.312 1.5633 64.15 R x -72.939 (From surface 1) K y 0 Y -21.154 θ 3.17 ° K x 0 Z 49.660 AR 4.30715 × 10 -7 BR 5.97047 × 10 -15 AP -1.87208 BP -4.75833 × 10 6 R y -30.763 (From surface 1) R x -58.178 Y 0 θ 30.00 ° K y 8.5269 × 10 -2 Z 42.660 K x -8.323018 AR -8.98778 × 10 -8 BR 9.49781 × 10 -10 AP 4.09749 BP -2.00615 7 (Image display element) Y -13.709 θ 36.717 ° (1) R y1 / R y2 = 0.57 (4) R y2 / R x2 = 0.74.
【0053】実施例4 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 (偏心量) (傾き角) 1 ∞(瞳) 20.686 2 60.659 3.910 1.4870 70.40 (1面より) Y -1.095 θ -15.45 ° 3 -53.427 4 Ry -27.822 1.5633 64.15 Rx -147.601 (1面より) Ky -9.2496 ×10-1 Y 0 θ 30.00 ° Kx 0 Z 36.000 AR -8.97807×10-8 BR 3.07711×10-11 AP 1.58667×10 BP -4.11804 5 Ry -54.141 1.5633 64.15 Rx -78.603 (1面より) Ky 0 Y -16.961 θ 5.49 ° Kx 0 Z 42.955 AR -1.11106×10-7 BR 5.80094×10-15 AP 1.95015 BP -2.90911×10 6 Ry -27.822 (1面より) Rx -147.601 Y 0 θ 30.00 ° Ky 9.2496 ×10-1 Z 36.000 Kx 0 AR -8.97807×10-8 BR 3.07711×10-11 AP 1.58667×10 BP -4.11804 7 (画像表示素子) (1面より) Y -15.418 θ 30.699° Z 24.646 (1)Ry1/Ry2=0.51 (4)Ry2/Rx2=0.69 。Example 4 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Inclination angle) 1 ∞ (pupil) 20.686 2 60.659 3.910 1.4870 70.40 (from one surface) Y -1.095 θ -15.45 ° 3 -53.427 4 R y -27.822 1.5633 64.15 R x -147.601 (from one surface) K y -9.2496 × 10 -1 Y 0 θ 30.00 ° K x 0 Z 36.000 AR -8.97807 × 10 -8 BR 3.07711 × 10 -11 AP 1.58667 × 10 BP -4.11804 5 R y -54.141 1.5633 64.15 R x -78.603 (from one surface) K y 0 Y -16.961 θ 5.49 ° K x 0 Z 42.955 AR -1.11 106 × 10 -7 BR 5.80094 × 10 -15 AP 1.95015 BP- 2.90911 × 10 6 R y -27.822 (from one surface) R x -147.601 Y 0 θ 30.00 ° K y 9.2496 × 10 -1 Z 36.000 K x 0 AR -8.97807 × 10 -8 BR 3.07711 × 10 -11 AP 1.58667 × 10 BP -4.11804 7 (image display device) (from one surface) Y-15.418 θ 30.699 ° Z 24.646 (1) R y1 / R y2 = 0.51 (4) R y2 / R x2 = 0.69.
【0054】実施例5 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 (偏心量) (傾き角) 1 ∞(瞳) 19.865 2 153.020 4.000 1.4870 70.40 (1面より) K -287.670 Y -0.344 θ -21.36 ° A 3.48592×10-7 B -7.86793×10-9 3 -37.717 4 Ry -29.433 1.5633 64.15 Rx ∞ (1面より) Ky -2.697475 Y 0 θ 30.00 ° Kx 0 Z 35.000 AR -1.38537×10-8 BR 3.68465×10-11 AP 2.35979×10 BP -4.34114 5 Ry -47.976 1.5633 64.15 Rx -81.052 (1面より) Ky 0 Y -18.821 θ 1.58 ° Kx 0 Z 41.952 AR -7.30519×10-7 BR 1.73135×10-15 AP -9.32438×10-1 BP -6.43587×10 6 Ry -29.433 (1面より) Rx ∞ Y 0 θ 30.00 ° Ky -2.697475 Z 35.000 Kx 0 AR -1.38537×10-8 BR 3.68465×10-11 AP 2.35979×10 BP -4.34114 7 (画像表示素子) (1面より) Y -14.061 θ 29.869° Z 24.680 (1)Ry1/Ry2=0.61 (4)Ry2/Rx2=0.59 。Example 5 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Inclination angle) 1 ∞ (pupil) 19.865 2 153.020 4.000 1.4870 70.40 (from one surface) K -287.670 Y -0.344 θ -21.36 ° A 3.48592 × 10 -7 B -7.86793 × 10 -9 3 -37.717 4 R y -29.433 1.5633 64.15 R x ∞ ( from one side) K y -2.697475 Y 0 θ 30.00 ° K x 0 Z 35.000 AR -1.38537 × 10 - 8 BR 3.68465 × 10 -11 AP 2.35979 × 10 BP -4.34114 5 R y -47.976 1.5633 64.15 ( from one side) R x -81.052 K y 0 Y -18.821 θ 1.58 ° K x 0 Z 41.952 AR -7.30519 × 10 - 7 BR 1.73135 × 10 -15 AP -9.32438 × 10 -1 BP -6.43587 × 10 6 R y -29.433 (from one surface) R x ∞ Y 0 θ 30.00 ° K y -2.697475 Z 35.000 K x 0 AR -1.38537 × 10 -8 BR 3.68465 × 10 -11 AP 2.35979 × 10 BP -4.34114 7 (Image display element) (From one surface) Y -14.061 θ 29.869 ° Z 24.680 (1) R y1 / R y2 = 0.61 (4) R y2 / R x2 0.59.
【0055】実施例6 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 (偏心量) (傾き角) 1 ∞(瞳) 22.125 2 211.333 1.4870 70.40 (1面より) Y 5.732 θ -21.28 ° 3 -38.907 (1面より) Y 3.955 θ -10.87 ° Z 25.041 4 Ry -28.926 1.4870 70.40 Rx ∞ (1面より) Ky -1.655529 Y 0 θ 30.00 ° Kx 0 Z 35.000 AR -1.56055×10-8 BR 1.68174×10-10 AP 1.74304×10 BP -2.08703 5 Ry -46.424 1.5633 64.15 Rx -71.978 (1面より) Ky 0 Y -18.891 θ 0.10 ° Kx 0 Z 41.772 AR -2.25009×10-8 BR 1.09724×10-15 AP -4.13001 BP -6.40157×10 6 Ry -28.926 (1面より) Rx ∞ Y 0 θ 30.00 ° Ky -1.655529 Z 35.000 Kx 0 AR -1.56055×10-8 BR 1.68174×10-10 AP 1.74304×10 BP -2.08703 7 (画像表示素子) (1面より) Y -13.686 θ 28.515° Z 24.461 (1)Ry1/Ry2=0.62 (4)Ry2/Rx2=0.64 。Example 6 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Inclination angle) 1 ∞ (Pupil) 22.125 2 211.333 1.4870 70.40 (From 1 surface) Y 5.732 θ -21.28 ° 3 -38.907 (1 surface) Y) 3.955 θ -10.87 ° Z 25.041 4 R y -28.926 1.4870 70.40 R x ∞ (from one surface) K y -1.655529 Y 0 θ 30.00 ° K x 0 Z 35.000 AR -1.56055 × 10 -8 BR 1.68174 × 10 -10 AP 1.74304 × 10 BP -2.08703 5 R y -46.424 1.5633 64.15 R x -71.978 (From one surface) K y 0 Y -18.891 θ 0.10 ° K x 0 Z 41.772 AR -2.25009 × 10 -8 BR 1.09724 × 10 -15 AP -4.13001 BP -6.40157 × 10 6 R y -28.926 (from one surface) R x ∞ Y 0 θ 30.00 ° K y -1.655529 Z 35.000 K x 0 AR -1.56055 × 10 -8 BR 1.68174 × 10 -10 AP 1.74304 × 10 BP -2.08703 7 (image display element) (from one surface) Y -13.686 θ 28.515 ° Z 24.461 (1) R y1 / R y2 = 0.62 (4) R y2 / R x2 = 0.64.
【0056】実施例7 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 (偏心量) (傾き角) 1 ∞(瞳) 22.000 2 79.298 6.000 1.6200 60.30 (1面より) Y -3.096 θ -15.00 ° 3 -39.864 1.000 1.7550 27.60 4 -57.753 5 Ry -28.332 1.5633 64.15 Rx ∞ (4面より) Ky -2.14084×10-1 Y 0 θ 30.00 ° Kx 0 Z 18.000 AR 2.67938×10-6 BR -2.14615×10-9 AP 4.32917×10-1 BP 5.86993×10-1 6 Ry -39.619 0 1.5633 64.15 Rx -67.799 (4面より) Ky 0 Y -9.093 θ 15.98 ° Kx 0 Z 24.500 AR 2.14587×10-6 BR -3.20475×10-10 AP -1.39488×10-1 BP -9.57286×10-1 7 Ry -28.332 -13.113 (4面より) Rx ∞ Y 0 θ 30.00 ° Ky -2.14084×10-1 Z 18.000 Kx 0 AR 2.67938×10-6 BR -2.14615×10-9 AP 4.32917×10-1 BP 5.86993×10-1 8 (画像表示素子) (1面より) Y -16.158 θ 37.542° Z 34.338 (1)Ry1/Ry2=0.72 (4)Ry2/Rx2=0.58 。Example 7 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Inclination angle) 1 ∞ (Pupil) 22.000 2 79.298 6.000 1.6200 60.30 (From 1 surface) Y -3.096 θ -15.00 ° 3 -39.864 1.000 1.7550 27.60 4 -57.753 5 R y -28.332 1.5633 64.15 R x ∞ ( from four faces) K y -2.14084 × 10 -1 Y 0 θ 30.00 ° K x 0 Z 18.000 AR 2.67938 × 10 -6 BR -2.14615 × 10 - 9 AP 4.32917 × 10 -1 BP 5.86993 × 10 -1 6 R y -39.619 0 1.5633 64.15 R x -67.799 (from 4 sides) K y 0 Y -9.093 θ 15.98 ° K x 0 Z 24.500 AR 2.14587 × 10 -6 BR -3.20475 x 10 -10 AP -1.39 488 x 10 -1 BP -9.57286 x 10 -1 7 R y -28.332 -13.113 (from 4 surfaces) R x ∞ Y 0 θ 30.00 ° K y -2.14084 x 10 -1 Z 18.000 K x 0 AR 2.67938 × 10 -6 BR -2.14615 × 10 -9 AP 4.32917 × 10 -1 BP 5.86993 × 10 -1 8 ( image display device) (1 side than) Y -16.158 θ 37.542 ° Z 34.338 (1 ) R y1 / R y2 = 0.72 (4 R y2 / R x2 = 0.58.
【0057】実施例8 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 (偏心量) (傾き角) 1 ∞(瞳) 37.534 2 ∞ 1.5633 64.15 (1面より) Y 0 θ 31.31 ° 3 -71.813 1.5633 64.15 (1面より) Y -14.754 θ 8.97 ° Z 46.891 4 ∞ (1面より) Y 0 θ 31.31 ° Z 37.534 5 (画像表示素子) (1面より) Y -11.946 θ 18.429° Z 21.500 (1)Ry1/Ry2=∞ (4)Ry2/Rx2=1 。Example 8 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Inclination angle) 1 ∞ (Pupil) 37.534 2 ∞ 1.5633 64.15 (From one surface) Y 0 θ 31.31 ° 3 -71.813 1.5633 64.15 (1 Y -14.754 θ 8.97 ° Z 46.891 4 ∞ (From 1 surface) Y 0 θ 31.31 ° Z 37.534 5 (Image display element) (From 1 surface) Y -11.946 θ 18.429 ° Z 21.500 (1) R y1 / R y2 = ∞ (4) R y2 / R x2 = 1.
【0058】次に、上記実施例の中、実施例1、実施例
3、実施例7の横収差図をそれぞれ図9〜図11、図1
2〜図14、図15〜図17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。Next, lateral aberration charts of Example 1, Example 3, and Example 7 among the above Examples are shown in FIGS. 9 to 11 and FIG. 1, respectively.
2 to 14 and FIGS. 15 to 17. 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.
【0059】以上、本発明の画像表示装置をいくつかの
実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの実
施例に限定されず種々の変形が可能である。そして、本
発明の画像表示装置を頭部装着式画像表示装置(HM
D)として構成するには、例えば、図18(a)に断面
図、同図(b)に斜視図を示すように、左右のHMD1
3の間を眼輻距離に合わせて固定的に支持し、これに例
えばヘッドバンド10を取り付けて、このヘッドバンド
10により観察者の頭部に装着して使用する。この使用
例の場合に、接眼光学系の第2面を半透過ミラー(ハー
フミラー)とし、このハーフミラーの前方に液晶シヤッ
ター11を配備し、外界像を選択的に、又は、画像表示
素子の映像と重畳して観察できるようにすることができ
る。Although the image display device of the present invention has been described based on some embodiments, the present invention is not limited to these embodiments and various modifications can be made. Then, the image display device of the present invention is used as a head-mounted image display device (HM
For example, as shown in the sectional view of FIG. 18A and the perspective view of FIG.
3 is fixedly supported in accordance with the eye radiation distance, a headband 10 is attached to this, and the headband 10 is used by being worn on the head of an observer. In the case of this use example, the second surface of the eyepiece optical system is a semi-transmissive mirror (half mirror), and the liquid crystal shutter 11 is provided in front of this half mirror to selectively select an external image or to display an image on the image display device. It is possible to superimpose it on the image so that it can be observed.
【0060】以上に説明した本発明の画像表示装置は、
例えば次にように構成することができる。 〔1〕 画像を表示する画像表示素子と、前記画像表示
素子によって形成された画像を投影し、観察者眼球に導
く接眼光学系とからなる画像表示装置において、前記接
眼光学系は少なくとも2つの面を持ち、前記少なくとも
2つの面の中、観察者眼球側の面を第1面、これに続く
面を第2面とし、第1面と第2面の間を屈折率1以上の
媒質で満たすと同時に、前記の少なくとも2つの面は、
観察者が観察する投影画像の中心方向となる視軸に対し
て2つとも同じ方向に偏心して配備され、さらに、前記
第2面は、反射又は半透過面で構成され、前記第2面は
観察者眼球側に凹面を向けた曲面で構成され、かつ、前
記第1面と前記第2面は異なる曲率を持ち、前記画像表
示素子から出た光線は前記第1面で屈折し、前記第2面
によって反射され、前記第1面でさらに屈折し、前記画
像表示素子の前記接眼光学系による一次像を観察者眼球
に入射するように構成されたことを特徴とする画像表示
装置。The image display device of the present invention described above is
For example, it can be configured as follows. [1] In 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 it to an observer's eyeball, the eyepiece optical system has at least two surfaces. Of the at least two surfaces, the surface on the eyeball side of the observer is the first surface, the surface following the first surface is the second surface, and the space between the first surface and the second surface is filled with a medium having a refractive index of 1 or more. At the same time, said at least two faces are
The two are eccentrically arranged in the same direction with respect to the visual axis which is the central direction of the projection image observed by the observer, and the second surface is a reflective or semi-transmissive surface, and the second surface is The first surface and the second surface have different curvatures, and the light beam emitted from the image display element is refracted at the first surface, An image display device, characterized in that it is reflected by two surfaces, further refracted by the first surface, and enters a primary image of the image display element by the eyepiece optical system into an observer's eyeball.
【0061】〔2〕 前記画像表示素子から出た光線が
観察者の眼球に直接投影されることを特徴とする上記
〔1〕記載の画像表示装置。[2] The image display device according to the above [1], wherein the light beam emitted from the image display element is directly projected onto the eyeball of an observer.
【0062】〔3〕 前記接眼光学系の第1面は、観察
者眼球側に凹面を向けた透過面として構成されているこ
とを特徴とする上記〔1〕又は〔2〕記載の画像表示装
置。[3] The image display device according to the above [1] or [2], wherein the first surface of the eyepiece optical system is configured as a transmission surface having a concave surface facing the viewer's eye. .
【0063】〔4〕 前記観察者視軸を含み、画像表示
素子の中心を含む面の第1面及び第2面の曲率半径をR
y1、Ry2とするとき、 Ry1/Ry2<2 ・・・(1) なる条件を満足することを特徴とする上記〔1〕、
〔2〕又は〔3〕記載の画像表示装置。[4] The radius of curvature of the first surface and the second surface of the surface including the viewer's visual axis and including the center of the image display element is R
When y1 and R y2 are satisfied, the condition R y1 / R y2 <2 (1) is satisfied, [1],
The image display device according to [2] or [3].
【0064】〔5〕 前記接眼光学系の第1面の曲率半
径Ry1と前記接眼光学系の第2面の曲率半径Ry2が Ry1/Ry2<1 ・・・(2) なる条件を満足することを特徴とする上記〔1〕、
〔2〕又は〔3〕記載の画像表示装置。[5] The condition that the radius of curvature R y1 of the first surface of the eyepiece optical system and the radius of curvature R y2 of the second surface of the eyepiece optical system are R y1 / R y2 <1 (2) [1], which is characterized by satisfying
The image display device according to [2] or [3].
【0065】〔6〕 前記接眼光学系の第1面の曲率半
径Ry1と前記接眼光学系の第2面の曲率半径Ry2が Ry1/Ry2<0.8 ・・・(3) なる条件を満足することを特徴とする上記〔1〕、
〔2〕又は〔3〕記載の画像表示装置。[6] The radius of curvature R y1 of the first surface of the eyepiece optical system and the radius of curvature R y2 of the second surface of the eyepiece optical system are R y1 / R y2 <0.8 (3) The above [1] characterized by satisfying the condition,
The image display device according to [2] or [3].
【0066】〔7〕 前記観察者視軸を含み、前記画像
表示素子の中心を含む面内の前記接眼光学系の第2面の
曲率半径をRy2とし、この面に直交し、前記観察者視軸
を含む面内の前記接眼光学系の第2面の曲率半径をRx2
とするとき、Rx2とRy2が異なることを特徴とする上記
〔1〕、〔2〕又は〔3〕記載の画像表示装置。[7] The radius of curvature of the second surface of the eyepiece optical system in a plane including the observer's visual axis and including the center of the image display element is R y2, and is orthogonal to this plane. The radius of curvature of the second surface of the eyepiece optical system in the plane including the visual axis is R x2
The image display device according to the above [1], [2] or [3], wherein R x2 and R y2 are different.
【0067】〔8〕 前記観察者視軸を含み、前記画像
表示素子の中心を含む面内の前記接眼光学系の第2面の
曲率半径をRy2とし、この面に直交する面内の前記接眼
光学系の第2面の曲率半径をRx2とするとき、前記接眼
光学系の第2面の曲率半径Rx2とRy2は Ry2/Rx2≦1 ・・・(4) なることを特徴とする上記〔1〕、〔2〕又は〔3〕記
載の画像表示装置。[8] Let R y2 be the radius of curvature of the second surface of the eyepiece optical system in a plane including the observer's visual axis and including the center of the image display element, and set the radius of curvature in the plane orthogonal to this plane. When the radius of curvature of the second surface of the eyepiece optical system is R x2 , the radius of curvature R x2 and R y2 of the second surface of the eyepiece optical system is R y2 / R x2 ≦ 1 (4) The image display device according to the above [1], [2] or [3].
【0068】[0068]
〔9〕 前記接眼光学系の第2面の曲率半
径Rx2とRy2は Ry2/Rx2<0.8 ・・・(5) なることを特徴とする上記〔1〕、〔2〕又は〔3〕記
載の画像表示装置。[9] The radius of curvature R x2 and R y2 of the second surface of the eyepiece optical system is R y2 / R x2 <0.8 (5), [1], [2] or The image display device as described in [3].
【0069】〔10〕 画像を表示する画像表示素子
と、前記画像表示素子によって形成された画像を投影
し、観察者眼球に導く接眼光学系とからなる画像表示装
置において、前記接眼光学系は少なくとも2つの面を持
ち、前記少なくとも2つの面の中、観察者眼球側の面を
第1面、これに続く面を第2面とし、第1面と第2面の
間を屈折率1以上の媒質で満たすと同時に、前記の少な
くとも2つの面は、観察者が観察する投影画像の中心方
向となる視軸に対して2つとも同じ方向に偏心して配備
され、さらに、前記第2面は、反射又は半透過面で構成
され、前記第2面は観察者眼球側に凹面を向けた曲面で
構成され、かつ、前記第1面と前記第2面は異なる曲率
を持ち、前記画像表示素子から出た光線は前記第1面で
屈折し、前記第2面によって反射され、前記第1面でさ
らに屈折し、前記画像表示素子の前記接眼光学系による
一次像を観察者眼球に入射するように構成され、さら
に、前記接眼光学系と前記観察者眼球の間に、正の屈折
力を有する光学素子が配備されていることを特徴とする
画像表示装置。[10] In 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 it to the observer's eyeball, the eyepiece optical system is at least Of the at least two surfaces, the surface on the eyeball side of the observer is the first surface, and the surface following the second surface is the second surface, and the surface between the first surface and the second surface has a refractive index of 1 or more. At the same time as filling with the medium, the at least two surfaces are both eccentrically arranged in the same direction with respect to the visual axis which is the central direction of the projection image observed by the observer, and further, the second surface is It is composed of a reflective or semi-transmissive surface, the second surface is composed of a curved surface with a concave surface facing the viewer's eyeball side, and the first surface and the second surface have different curvatures. The emitted light beam is refracted at the first surface, and is reflected by the second surface. And is further refracted at the first surface, and is configured to enter the primary image of the image display element by the eyepiece optical system into the observer's eyeball, and further, the eyepiece optical system and the observer eyeball. An image display device, characterized in that an optical element having a positive refracting power is provided between them.
【0070】〔11〕 前記正の屈折力を有する光学素
子は正の屈折力を有するレンズであることを特徴とする
上記〔10〕記載の画像表示装置。[11] The image display device according to the above [10], wherein the optical element having a positive refractive power is a lens having a positive refractive power.
【0071】〔12〕 前記正の屈折力を有する光学素
子は前記観察者視軸に対して偏心していることを特徴と
する上記〔10〕記載の画像表示装置。[12] The image display device according to the above [10], wherein the optical element having a positive refractive power is decentered with respect to the observer's visual axis.
【0072】〔13〕 前記正の屈折力を有する光学素
子は接合レンズであることを特徴とする上記〔10〕記
載の画像表示装置。[13] The image display device according to the above [10], wherein the optical element having a positive refractive power is a cemented lens.
【0073】〔14〕 前記接眼光学系の第2面はアナ
モルフィックアスフェリカル面で構成されたことを特徴
とする上記〔1〕、〔2〕又は〔3〕記載の画像表示装
置。[14] The image display device according to the above [1], [2] or [3], wherein the second surface of the eyepiece optical system is an anamorphic aspherical surface.
【0074】〔15〕 前記接眼光学系の第2面は視軸
に対してティルトしていると同時にディセンタリングし
ていることを特徴とする上記〔1〕、〔2〕又は〔3〕
記載の画像表示装置。[15] The above-mentioned [1], [2] or [3], wherein the second surface of the eyepiece optical system is tilted and decentered at the same time with respect to the visual axis.
The image display device described.
【0075】〔16〕 前記画像表示素子と前記接眼光
学系を観察者頭部に対して位置決めする位置決め手段を
有すること特徴とする上記〔1〕又は〔10〕記載の画
像表示装置。[16] The image display device according to the above [1] or [10], further comprising positioning means for positioning the image display element and the eyepiece optical system with respect to the observer's head.
【0076】〔17〕 前記画像表示素子と前記接眼光
学系を前記観察者頭部に対して支持する支持手段を有
し、前記観察者頭部に装着できることを特徴とする上記
〔1〕又は〔10〕記載の画像表示装置。[17] The above-mentioned [1] or [1], which has a supporting means for supporting the image display element and the eyepiece optical system with respect to the observer's head and can be mounted on the observer's head. 10] The image display device as described above.
【0077】〔18〕 前記画像表示装置の少なくとも
2組を一定の間隔で支持する支持手段を有することを特
徴とする上記〔1〕又は〔10〕記載の画像表示装置。[18] The image display device according to the above [1] or [10], further comprising support means for supporting at least two sets of the image display device at a constant interval.
【0078】[0078]
【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】本発明の実施例1の画像表示装置の光路図であ
る。FIG. 1 is an optical path diagram of an image display device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施例2の画像表示装置の光路図であ
る。FIG. 2 is an optical path diagram of an image display device according to a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施例3の画像表示装置の光路図であ
る。FIG. 3 is an optical path diagram of an image display device according to a third embodiment of the present invention.
【図4】本発明の実施例4の画像表示装置の光路図であ
る。FIG. 4 is an optical path diagram of an image display device of Example 4 of the present invention.
【図5】本発明の実施例5の画像表示装置の光路図であ
る。FIG. 5 is an optical path diagram of an image display device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図6】本発明の実施例6の画像表示装置の光路図であ
る。FIG. 6 is an optical path diagram of an image display device of Example 6 of the present invention.
【図7】本発明の実施例7の画像表示装置の光路図であ
る。FIG. 7 is an optical path diagram of an image display device according to a seventh embodiment of the present invention.
【図8】本発明の実施例8の画像表示装置の光路図であ
る。FIG. 8 is an optical path diagram of an image display device of Example 8 of the present invention.
【図9】本発明の実施例1の横収差図の一部である。FIG. 9 is a part of a lateral aberration diagram of Example 1 of the present invention.
【図10】本発明の実施例1の横収差図の別の部分であ
る。FIG. 10 is another portion of the lateral aberration diagram of Example 1 of the present invention.
【図11】本発明の実施例1の横収差図の残りの部分で
ある。FIG. 11 is the remaining portion of the lateral aberration diagram for Example 1 of the present invention.
【図12】本発明の実施例3の横収差図の一部である。FIG. 12 is a part of a lateral aberration diagram of Example 3 of the present invention.
【図13】本発明の実施例3の横収差図の別の部分であ
る。FIG. 13 is another part of the transverse aberration diagram for Example 3 of the present invention.
【図14】本発明の実施例3の横収差図の残りの部分で
ある。FIG. 14 is the remaining portion of the lateral aberration diagram for Example 3 of the present invention.
【図15】本発明の実施例7の横収差図の一部である。FIG. 15 is a part of a lateral aberration diagram of Example 7 of the present invention.
【図16】本発明の実施例7の横収差図の別の部分であ
る。FIG. 16 is another portion of the lateral aberration diagram of Example 7 of the present invention.
【図17】本発明の実施例7の横収差図の残りの部分で
ある。FIG. 17 is the remaining portion of the lateral aberration diagram for Example 7 of the present invention.
【図18】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. 18 is a sectional view and a perspective view of the head-mounted image display device according to the present invention.
【図19】従来の1つの画像表示装置の光学系を示す図
である。FIG. 19 is a diagram showing an optical system of one conventional image display device.
【図20】従来の別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 another conventional image display device.
【図21】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. 21 is a diagram showing an optical system of still another conventional image display device.
【図22】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. 22 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…接眼光学系の第1面 4…接眼光学系の第2面を構成する凹面鏡 5…接眼光学系の第3面 6…画像表示素子 7…接眼光学系 8…正のパワーを有する光学系 10…ヘッドバンド 11…液晶シヤッター 13…頭部装着式画像表示装置(HMD) 1 ... Observer pupil position 2 ... Observer visual axis 3 ... First surface of eyepiece optical system 4 ... Concave mirror forming second surface of eyepiece optical system 5 ... Third surface of eyepiece optical system 6 ... Image display element 7 ... Eyepiece optical system 8 ... Optical system having positive power 10 ... Headband 11 ... Liquid crystal shutter 13 ... Head mounted image display device (HMD)
Claims (3)
像表示素子によって形成された画像を投影し、観察者眼
球に導く接眼光学系とからなる画像表示装置において、 前記接眼光学系は少なくとも2つの面を持ち、前記少な
くとも2つの面の中、観察者眼球側の面を第1面、これ
に続く面を第2面とし、第1面と第2面の間を屈折率1
以上の媒質で満たすと同時に、前記の少なくとも2つの
面は、観察者が観察する投影画像の中心方向となる視軸
に対して2つとも同じ方向に偏心して配備され、さら
に、前記第2面は、反射又は半透過面で構成され、前記
第2面は観察者眼球側に凹面を向けた曲面で構成され、
かつ、前記第1面と前記第2面は異なる曲率を持ち、前
記画像表示素子から出た光線は前記第1面で屈折し、前
記第2面によって反射され、前記第1面でさらに屈折
し、前記画像表示素子の前記接眼光学系による一次像を
観察者眼球に入射するように構成されたことを特徴とす
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 an image formed by the image display element and guiding it to an observer's eyeball, wherein the eyepiece optical system is at least 2 Of the at least two surfaces, the surface on the eyeball side of the observer is the first surface, and the surface following the first surface is the second surface, and the refractive index between the first surface and the second surface is 1
At the same time as being filled with the above medium, the at least two surfaces are arranged so as to be eccentric in the same direction with respect to the visual axis which is the central direction of the projection image observed by the observer. Is a reflective or semi-transmissive surface, and the second surface is a curved surface with a concave surface facing the eyeball of the observer,
Further, the first surface and the second surface have different curvatures, and the light ray emitted from the image display element is refracted by the first surface, reflected by the second surface, and further refracted by the first surface. An image display device, characterized in that a primary image of the image display device by the eyepiece optical system is incident on an observer's eyeball.
像表示素子によって形成された画像を投影し、観察者眼
球に導く接眼光学系とからなる画像表示装置において、 前記接眼光学系は少なくとも2つの面を持ち、前記少な
くとも2つの面の中、観察者眼球側の面を第1面、これ
に続く面を第2面とし、第1面と第2面の間を屈折率1
以上の媒質で満たすと同時に、前記の少なくとも2つの
面は、観察者が観察する投影画像の中心方向となる視軸
に対して2つとも同じ方向に偏心して配備され、さら
に、前記第2面は、反射又は半透過面で構成され、前記
第2面は観察者眼球側に凹面を向けた曲面で構成され、
かつ、前記第1面と前記第2面は異なる曲率を持ち、前
記画像表示素子から出た光線は前記第1面で屈折し、前
記第2面によって反射され、前記第1面でさらに屈折
し、前記画像表示素子の前記接眼光学系による一次像を
観察者眼球に入射するように構成され、さらに、前記接
眼光学系と前記観察者眼球の間に、正の屈折力を有する
光学素子が配備されてい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 it to an observer's eyeball, wherein the eyepiece optical system is at least 2 Of the at least two surfaces, the surface on the eyeball side of the observer is the first surface, and the surface following the first surface is the second surface, and the refractive index between the first surface and the second surface is 1
At the same time as being filled with the above medium, the at least two surfaces are arranged so as to be eccentric in the same direction with respect to the visual axis which is the central direction of the projection image observed by the observer. Is a reflective or semi-transmissive surface, and the second surface is a curved surface with a concave surface facing the eyeball of the observer,
Further, the first surface and the second surface have different curvatures, and the light ray emitted from the image display element is refracted by the first surface, reflected by the second surface, and further refracted by the first surface. , An optical element having a positive refractive power is arranged between the eyepiece optical system and the observer's eyeball so that a primary image of the image display element by the eyepiece optical system is incident on the observer's eyeball. An image display device characterized by being provided.
屈折力を有するレンズであることを特徴とする請求項2
記載の画像表示装置。3. The optical element having a positive refractive power is a lens having a positive refractive power.
The image display device described.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP00003495A JP3607736B2 (en) | 1995-01-04 | 1995-01-04 | Image display device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP00003495A JP3607736B2 (en) | 1995-01-04 | 1995-01-04 | Image display device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08184780A true JPH08184780A (en) | 1996-07-16 |
JP3607736B2 JP3607736B2 (en) | 2005-01-05 |
Family
ID=11463068
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP00003495A Expired - Fee Related JP3607736B2 (en) | 1995-01-04 | 1995-01-04 | Image display device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3607736B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10197822A (en) * | 1997-01-10 | 1998-07-31 | Fuji Photo Film Co Ltd | Surface tilt correcting optical system |
JPH10333083A (en) * | 1997-05-27 | 1998-12-18 | Olympus Optical Co Ltd | Image display device |
JP2017173573A (en) * | 2016-03-24 | 2017-09-28 | セイコーエプソン株式会社 | Image display device |
-
1995
- 1995-01-04 JP JP00003495A patent/JP3607736B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10197822A (en) * | 1997-01-10 | 1998-07-31 | Fuji Photo Film Co Ltd | Surface tilt correcting optical system |
JPH10333083A (en) * | 1997-05-27 | 1998-12-18 | Olympus Optical Co Ltd | Image display device |
JP2017173573A (en) * | 2016-03-24 | 2017-09-28 | セイコーエプソン株式会社 | Image display device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3607736B2 (en) | 2005-01-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3497607B2 (en) | Eyepiece optical system and image display device using the same | |
JP3537230B2 (en) | Eyepiece optical system and image display device using the same | |
JP3683317B2 (en) | Image display device | |
JP3599828B2 (en) | Optical device | |
JP3645618B2 (en) | Image display device | |
JP3636240B2 (en) | Optical system | |
JPH08146341A (en) | Image display device | |
JP3392929B2 (en) | Video display device | |
JPH09219832A (en) | Image display | |
JPH05303056A (en) | Vision display device | |
JP3497594B2 (en) | Image display device | |
JP3212204B2 (en) | Visual display device | |
JP3542214B2 (en) | Image display device | |
JP3542213B2 (en) | Image display device | |
JP3607736B2 (en) | Image display device | |
JPH0983908A (en) | Picture display device | |
JP3340118B2 (en) | Eccentric optical system and visual display device using it | |
JP3488223B2 (en) | Eccentric optical system | |
JP3537421B2 (en) | Imaging optics | |
JPH09166760A (en) | Picture display device | |
JP2001255489A (en) | Video display device | |
JP3504652B2 (en) | Imaging optics | |
JP3636319B2 (en) | Imaging optics | |
JPH09171151A (en) | Image display device | |
JP2004126613A (en) | Optical system for image formation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040818 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040922 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20041008 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071015 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081015 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091015 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101015 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101015 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111015 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111015 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121015 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |