JPH0983908A - Picture display device - Google Patents
Picture display deviceInfo
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- JPH0983908A JPH0983908A JP23281695A JP23281695A JPH0983908A JP H0983908 A JPH0983908 A JP H0983908A JP 23281695 A JP23281695 A JP 23281695A JP 23281695 A JP23281695 A JP 23281695A JP H0983908 A JPH0983908 A JP H0983908A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical system
- image display
- observer
- image
- display device
- Prior art date
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- Withdrawn
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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】従来より、テレビジョン、コンピュータ
の画像を表示するCRT、LCD(液晶表示装置)等の
ディスプレイは、観察者の没入感、臨場感をより大きく
体感したいという要求のために、表示画面はより大き
く、より高解像のものが要求されている。また、近年で
は、人工現実感(バーチャルリアリティ)の効果を得る
ために、大型ディスプレイが種々開発されており、その
条件としてもまた、広画角、高解像があげられる。2. Description of the Related Art Conventionally, a display such as a television, a CRT for displaying an image of a computer, an LCD (liquid crystal display device) or the like is displayed in order to make the observer more immersive and realistic. Larger screens and higher resolution are required. Further, in recent years, various large-sized displays have been developed in order to obtain the effect of artificial reality (virtual reality), and the conditions are also a wide angle of view and high resolution.
【0003】他方、小さいディスプレイであっても、画
面を拡大視して観察することができれば、観察画角は大
きくなり、没入感、臨場感が増大し、さらに、バーチャ
ルリアリティの効果を得ることができるため、頭部装着
式の小型の画像表示装置が種々開発されている。On the other hand, even with a small display, if the screen can be observed by enlarging it, the observation angle of view becomes large, the immersive feeling and the realistic feeling increase, and the effect of virtual reality can be obtained. Therefore, various head-mounted compact image display devices have been developed.
【0004】頭部装着式画像表示装置の従来技術とし
て、偏心して配置した接眼凹面鏡とリレー光学系を使用
した本出願人の特開平5−134208号の実施例の断
面図を図58に示す。図58において、Pは観察者眼球
33の回旋中心、Cは観察者にとって正面に相当する観
察者視軸、Q1 は観察者瞳位置、S8 はOを回転中心と
する回転楕円体、16はその回転楕円体の反射面、17
はリレー光学系の光軸、Q2 は回転楕円体の焦点、15
はリレー光学系、14は2次元画像表示素子である。As a prior art of a head-mounted image display device, a cross-sectional view of an embodiment of Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-134208 of the present applicant, which uses an eccentrically arranged ocular concave mirror and a relay optical system, is shown in FIG. In FIG. 58, P is the center of rotation of the observer's eyeball 33, C is the observer's visual axis corresponding to the front of the observer, Q 1 is the observer pupil position, S 8 is a spheroid with O as the rotation center, 16 Is the reflecting surface of the spheroid, 17
Is the optical axis of the relay optical system, Q 2 is the focus of the spheroid, 15
Is a relay optical system, and 14 is a two-dimensional image display element.
【0005】さらに、偏心して配置した、接眼凹面鏡、
リレー光学系と、偏心補正光学系を使用した本出願人の
先願(特願平5−21208号)の実施例の断面図を図
59に示す。図59において、22は観察者瞳位置、2
3は接眼凹面鏡、24は観察者視軸、28は偏心補正光
学系、34は2次元画像表示素子、35はリレー光学系
である。Further, an eccentric eyepiece concave mirror,
FIG. 59 shows a cross-sectional view of an embodiment of the applicant's prior application (Japanese Patent Application No. 5-21208) using a relay optical system and a decentering correction optical system. In FIG. 59, 22 is the observer pupil position, 2
Reference numeral 3 is an ocular concave mirror, 24 is an observer's visual axis, 28 is an eccentricity correction optical system, 34 is a two-dimensional image display element, and 35 is a relay optical system.
【0006】この画像表示装置は、画像表示素子34の
画像をリレー光学系35で空中に実像を形成し、偏心補
正光学系28を介して接眼光学系23によってその実像
を観察者眼球に投影することで、接眼光学系23で発生
する像面の傾きと湾曲が補正されて、観察者にはフラッ
トな観察者像を提供できるものである。In this image display apparatus, a relay optical system 35 forms a real image in the air by an image display element 34, and an eyepiece optical system 23 projects the real image on an observer's eyeball through a decentering correction optical system 28. As a result, the inclination and curvature of the image plane generated by the eyepiece optical system 23 are corrected, and the observer can be provided with a flat observer image.
【0007】さらに、従来の周知なものとして、特開平
3−101709号のものがある。図60に示すよう
に、この画像表示装置は、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。Further, as a well-known conventional one, there is one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-101709. As shown in FIG. 60, this image display device transmits the display image of the two-dimensional image display element 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. The image is magnified and projected into the eyeball of the observer.
【0008】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61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. 61, 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.
【0009】また、従来の他のタイプのものとして、米
国特許第5,287,218号のものがある。この装置
は、図62に示すように、第1ミラーによって形成され
た観察者物体の中間像を、第2ミラーと、屈折要素と回
折要素を有するリレー光学系とによって像面に再結像す
るものである。Another conventional type is US Pat. No. 5,287,218. As shown in FIG. 62, this device reimages the intermediate image of the observer object formed by the first mirror on the image plane by the second mirror and the relay optical system having the refractive element and the diffractive element. It is a thing.
【0010】一方、画像表示素子を2枚用い、リレー光
学系を2種類使用して、注視点を高解像にする従来の画
像表示装置として、本出願人による特開平5−1342
08号の実施例の断面図を図63に示す。2枚の2次元
画像表示素子と、2種類のリレー光学系と、接眼光学系
とからなる画像表示装置において、接眼光学系の射出瞳
位置と共役なリレー光学系の近傍位置に光路を分割する
ハーフミラーを配備している。On the other hand, as a conventional image display device that uses two image display elements and two types of relay optical systems to make the gazing point have a high resolution, the applicant of the present invention has disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1342/1993.
A cross-sectional view of the No. 08 embodiment is shown in FIG. In an image display device including two two-dimensional image display elements, two types of relay optical systems, and an eyepiece optical system, an optical path is divided into a position near a relay optical system which is conjugate with an exit pupil position of the eyepiece optical system. Has a half mirror.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】頭部に装着するタイプ
の画像表示装置において、広い画角を確保することは画
像観察時の臨場感を高めるために必要な条件である。水
平画角40°程度から強く感じ始め、画角が広くなれば
なる程その心理効果は増大することが知られている。さ
らに、臨場感等を得るための画像表示装置には、広い画
角と共に、高い解像力を有すること、また、画面周辺を
観察するときに眼球の回旋運動によって視野がケラレな
いために、観察者の瞳位置を光学系の射出瞳とした場合
の瞳径をできるだけ大きくすることが重要である。In an image display device of the type worn on the head, ensuring a wide angle of view is a necessary condition for enhancing the realistic sensation during image observation. It is known that the psychological effect increases as the horizontal angle of view starts to feel strongly from about 40 ° and the wider the angle of view becomes. Furthermore, an image display device for obtaining a sense of presence and the like has a wide angle of view and a high resolving power, and when observing the periphery of the screen, the visual field does not vignetting due to the rotational movement of the eyeballs, When the pupil position is the exit pupil of the optical system, it is important to maximize the pupil diameter.
【0012】上記した課題に対して、従来の技術による
画像表示装置においては、まず、図58及び図60の画
像表示装置では、凹面鏡の接眼光学系とリレー光学系の
みであるため、収差補正上の制限から観察画角を大きく
することが困難である。また、図59の画像表示装置で
は、偏心補正光学系によって上記課題を解決している
が、偏心補正光学系は偏心したプリズムであるため、そ
の効果は限定されたものである。To solve the above-mentioned problems, in the image display device according to the prior art, first, in the image display devices of FIGS. 58 and 60, only the eyepiece optical system and the relay optical system of the concave mirror are used, so that aberration correction is not performed. It is difficult to increase the observation angle of view due to the limitation of. Further, in the image display device of FIG. 59, the above problem is solved by the eccentricity correction optical system, but since the eccentricity correction optical system is a decentered prism, its effect is limited.
【0013】さらに、図61及び図62の光学系では、
ホログラフィック素子又は回折光学素子を用いている。
これらの素子のパワーは回折角によって決まり、回折角
は素子のピッチに依存するため、素子自体のパワーは制
限を受ける。したがって、接眼光学系に用いる場合には
広い画角を設定することが難しくなる。また、リレー光
学系に用いる場合においても、波長による回折効率が異
なるいわゆる素子の分光透過率の差が大きい現象とな
り、観察像の色のバランスが悪化する。Further, in the optical system shown in FIGS. 61 and 62,
A holographic element or a diffractive optical element is used.
The power of these elements is determined by the diffraction angle, and the diffraction angle depends on the pitch of the elements, so that the power of the elements themselves is limited. Therefore, when used in an eyepiece optical system, it becomes difficult to set a wide angle of view. Further, even when used in a relay optical system, a phenomenon in which there is a large difference in spectral transmittance between so-called elements having different diffraction efficiencies depending on wavelengths, and the color balance of the observed image deteriorates.
【0014】他方、画像表示素子を複数枚使用し、光学
系の中でそれぞれの光路を結合して観察者の瞳に画像を
投影するタイプである図63のものにおいては、光路を
分割するためのハーフミラーの位置がリレー光学系のレ
ンズ群の中に配置されていること、光路を分割するため
の素子が別に必要であることから、リレー光学系自体が
長くなる。したがって、装置全体が大型化する。On the other hand, in the case of FIG. 63, which is a type in which a plurality of image display elements are used and the respective optical paths are combined in the optical system to project an image on the observer's pupil, the optical paths are divided. Since the position of the half mirror is arranged in the lens group of the relay optical system and an element for splitting the optical path is separately required, the relay optical system itself becomes long. Therefore, the entire device becomes large.
【0015】本発明は従来技術の上記の問題点を解決す
るためになされたものであり、その目的は、小型、軽量
で、単眼観察時の観察画角80°以上を可能にし、か
つ、画面全体において鮮明な画像が観察でき、さらに、
大きい射出瞳径を有する画像表示装置を提供することで
ある。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and its object is to be small and lightweight, to enable an observation angle of view of 80 ° or more during monocular observation, and to display a screen. A clear image can be observed in the whole, and further,
An object of the present invention is to provide an image display device having a large exit pupil diameter.
【0016】本発明の別の発明の目的は、小型、軽量
で、単眼観察時の観察画角80°以上を可能にし、か
つ、画面全体において鮮明な画像が観察でき、さらに、
大きい射出瞳径を有する画像表示装置において、選択的
に観察画像の解像力あるいは画像を変えることが可能な
画像表示装置を提供することである。Another object of the present invention is to be compact and lightweight, to enable an observation angle of view of 80 ° or more during monocular observation, and to be able to observe a clear image on the entire screen.
An object of the present invention is to provide an image display device having a large exit pupil diameter, which can selectively change the resolution or the image of an observed image.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の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、前記画像の実像を空中に投影するリレー光学系
と、前記実像を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、前記リレー光学系と前記接眼光
学系の間に、少なくとも1つの反射面を有し、かつ、観
察者視軸に対して傾いた、又は、偏心した少なくとも2
面で構成された偏心光学素子を具備し、前記接眼光学系
は凹面で構成された反射鏡であり、前記観察者視軸に対
して傾いて、又は、偏心していることを特徴とするもの
である。An image display apparatus of the present invention for achieving the above object comprises an image display element for displaying an image, a relay optical system for projecting a real image of the image in the air, and the real image. In an image display device comprising an eyepiece optical system that guides the observer's eyeball, between the relay optical system and the eyepiece optical system, at least one reflecting surface, and tilted with respect to the observer's visual axis, Or at least 2 eccentric
A decentered optical element configured by a surface, the eyepiece optical system is a reflecting mirror configured by a concave surface, inclined with respect to the observer's visual axis, or decentered. is there.
【0018】もう1つの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、前記画像の実像を空中に投
影するリレー光学系と、前記実像を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、前記リレー
光学系と前記接眼光学系の間に、少なくとも1つの反射
面を有し、かつ、観察者視軸に対して傾いた、又は、偏
心した少なくとも2面で構成された偏心光学素子を具備
し、前記接眼光学系は、少なくとも2面を有し、観察者
側から第1面、第2面とした場合、第1面は透過面であ
り、第2面は観察者に対して凹面を向けた反射面又は半
透過面であり、前記観察者視軸に対して傾いて、又は、
偏心していることを特徴とするものである。Another image display device of the present invention comprises an image display element for displaying an image, a relay optical system for projecting a real image of the image into the air, and an eyepiece optical system for guiding the real image to an observer's eye. In the image display device, the image display device has at least one reflecting surface between the relay optical system and the eyepiece optical system, and is composed of at least two surfaces that are inclined or decentered with respect to the observer's visual axis. And a decentered optical element, the eyepiece optical system has at least two surfaces. When the first surface and the second surface are viewed from the observer side, the first surface is a transmission surface and the second surface is an observation surface. Is a reflective surface or a semi-transmissive surface with a concave surface facing the person, inclined with respect to the observer's visual axis, or
It is characterized by being eccentric.
【0019】本発明の別の画像表示装置は、画像を表示
する画像表示素子と、前記画像の実像を空中に投影する
リレー光学系と、前記実像を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、前記リレー光学系
と前記接眼光学系の間に、少なくとも1つの半透過面を
有し、かつ、観察者視軸に対して傾いた、又は、偏心し
た少なくとも2面で構成された偏心光学素子を具備し、
前記偏心光学素子の前記少なくとも半透過面に対して、
反射側と透過側それぞれに第1リレー光学系及び第2リ
レー光学系を具備し、前記第1リレー光学系及び前記第
2リレー光学系の物体面近傍にそれぞれ第1画像表示素
子及び第2画像表示素子を具備することを特徴とするも
のである。Another image display device of the present invention comprises an image display element for displaying an image, a relay optical system for projecting a real image of the image into the air, and an eyepiece optical system for guiding the real image to an observer's eyeball. The image display device has at least one semi-transmissive surface between the relay optical system and the eyepiece optical system, and is composed of at least two surfaces inclined or decentered with respect to the observer's visual axis. Equipped with a decentered optical element,
With respect to the at least semi-transmissive surface of the decentered optical element,
A first relay optical system and a second relay optical system are provided on the reflection side and the transmission side, respectively, and a first image display element and a second image are provided near the object plane of the first relay optical system and the second relay optical system, respectively. It is characterized by comprising a display element.
【0020】以下に、上記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、特に指定し
ない限り、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
によって行う。The operation of the image display device of the present invention will be described below. In the following description, unless otherwise specified, reverse ray tracing is performed for tracing a ray from the observer's pupil position toward the image display element, for convenience in designing the optical system.
【0021】本発明による装置全体の構成について、図
を用いて説明する。図53は、観察者右眼に本発明の画
像表示装置を装着した状態を観察者の上方より観察した
図である。図53において、1は観察者の瞳、8は観察
者の眼球、2は観察者が正面を向いたときの視軸、12
は観察者の鼻、13は観察者の耳である。The structure of the entire apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 53 is a diagram of a state in which the image display device of the present invention is attached to the right eye of an observer as observed from above the observer. In FIG. 53, 1 is the observer's pupil, 8 is the observer's eyeball, 2 is the visual axis when the observer faces the front, 12
Is the observer's nose and 13 is the observer's ear.
【0022】本発明の画像表示装置は、観察像を表示す
る画像表示素子6と、この画像表示素子6の実像を空中
に形成するリレー光学系5と、その実像を眼球に投影す
ると共に、光軸を屈曲させる働きを有する接眼光学系3
と、上記リレー光学系5と接眼光学系3の間に配備され
た偏心光学素子4とからなる。The image display device of the present invention includes an image display element 6 for displaying an observation image, a relay optical system 5 for forming a real image of the image display element 6 in the air, and a projection of the real image on an eyeball while Eyepiece optical system 3 having a function of bending a shaft
And the decentering optical element 4 arranged between the relay optical system 5 and the eyepiece optical system 3.
【0023】偏心光学素子4は、少なくとも1つの反射
面を有し、観察者視軸に対して傾いた、又は、偏心した
少なくとも2面で構成されている。また、接眼光学系3
は、凹面で構成された反射鏡であることを特徴とする。The decentering optical element 4 has at least one reflecting surface, and is composed of at least two surfaces inclined or decentered with respect to the observer's visual axis. Also, the eyepiece optical system 3
Is a reflecting mirror having a concave surface.
【0024】以下に、このような構成をとる理由と作用
を説明する。接眼光学系は、凹面で構成された反射鏡で
あることが重要である。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、屈折系の
接眼光学系を用いた場合は、装置が顔面から突出する量
が大きく、装着時のバランスが悪い。また、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。凹面の反射鏡であれば、顔面からの突出量
が少ないものとなるため、装置の構成上有利となる。さ
らに、この反射鏡が観察者視軸に対して傾いて、又は、
偏心していることが望ましい。凹面鏡を観察者眼球の正
面に配置すると、瞳から出た光線はそのまま観察者顔面
側に反射するため、他の光学素子が顔面と干渉してしま
い、配備することができない。凹面鏡を観察者視軸に対
して傾ける、又は、偏心させることで、凹面鏡で反射後
の視軸が屈曲し、顔面の側方、上方等に他の光学素子を
配備することができる。Hereinafter, the reason and operation of adopting such a configuration will be described. It is important that the eyepiece optical system is a reflecting mirror having a concave surface. Since the head-mounted image display device is a device worn on the human body, particularly on the head, when a refraction eyepiece optical system is used, the amount of projection of the device from the face is large, and the balance at the time of wearing is high. bad. In addition, there is a possibility that the device may bump into an object when the device is mounted and moved or rotated. With a concave reflecting mirror, the amount of protrusion from the face is small, which is advantageous in the configuration of the device. Furthermore, this reflecting mirror is tilted with respect to the observer's visual axis, or
Eccentricity is desirable. When the concave mirror is arranged in front of the observer's eyeball, the light rays emitted from the pupil are reflected to the observer's face side as they are, so that other optical elements interfere with the face and cannot be arranged. By tilting or eccentricizing the concave mirror with respect to the observer's visual axis, the visual axis after reflection by the concave mirror bends, and other optical elements can be arranged laterally or upwardly of the face.
【0025】さらに、観察者視軸と反射後の観察者視軸
のなす角をαとすると、次式を満足することが望まし
い。 30°<α<60° ・・・(1) (1)式の下限の30°よりも小さい場合は、接眼光学
系によって反射した光線と観察者顔面が干渉してしま
う。(1)式の上限の60°を越えると、接眼光学系に
おける反射角が大きくなりすぎ、収差が他の光学系で補
正できないものとなる。Further, when the angle formed by the observer's visual axis and the reflected visual axis of the observer is α, it is desirable to satisfy the following equation. 30 ° <α <60 ° (1) When it is smaller than the lower limit of 30 ° in the equation (1), the light beam reflected by the eyepiece optical system interferes with the observer's face. When the upper limit of 60 ° in the equation (1) is exceeded, the reflection angle in the eyepiece optical system becomes too large, and the aberration cannot be corrected by other optical systems.
【0026】また、偏心光学素子は少なくとも1つの反
射面を有し、接眼光学系で反射後の観察者視軸に対して
傾いた、又は、偏心した少なくとも2面で構成されてい
ることが重要である。このとき、接眼光学系で反射後の
視軸と偏心光学系の第2面のなす角をβとするとき、次
式を満足することが望ましい。Further, it is important that the decentering optical element has at least one reflecting surface and is composed of at least two surfaces which are inclined or decentered with respect to the observer's visual axis after being reflected by the eyepiece optical system. Is. At this time, when the angle between the visual axis after reflection by the eyepiece optical system and the second surface of the decentering optical system is β, it is desirable to satisfy the following equation.
【0027】 40°<β<80° ・・・(2) (2)式の下限の40°よりも小さい場合は、偏心光学
素子による反射角が非常に大きくなり、上側(鼻側)の
軸外光線が視軸から大きく離れてしまう。(2)式の上
限の80°を越えると、偏心光学素子によって反射した
光線は接眼光学系側に戻ってしまうため、リレー光学系
と接眼光学系が干渉してしまう。40 ° <β <80 ° (2) If the lower limit of 40 ° of the formula (2) is less than 40 °, the angle of reflection by the decentered optical element becomes very large, and the upper (nose side) axis External rays are far away from the visual axis. When the upper limit of 80 ° in the equation (2) is exceeded, the light beam reflected by the decentering optical element returns to the eyepiece optical system side, so that the relay optical system and the eyepiece optical system interfere with each other.
【0028】瞳を出た光線は、接眼光学系によって反射
されるが、接眼光学系が偏心した凹面鏡であるために、
傾いて湾曲した像面を形成する。この傾いて湾曲した像
面をリレー光学系において非球面等を用いて補正しよう
とすると、リレー光学系が大型で非常に複雑なものにな
ってしまう。そこで、本発明においては、少なくとも1
つの反射面を有し、観察者視軸に対して傾いた、又は、
偏心した2面で構成された偏心光学素子を接眼光学系と
リレー光学系の間に配備することによって、像面の傾き
と湾曲を同時に補正することに成功したものである。The light rays exiting the pupil are reflected by the eyepiece optical system, but because the eyepiece optical system is a decentered concave mirror,
It forms a tilted and curved image plane. If an attempt is made to correct this tilted and curved image plane by using an aspherical surface or the like in the relay optical system, the relay optical system becomes large and very complicated. Therefore, in the present invention, at least 1
Has two reflective surfaces and is inclined with respect to the observer's visual axis, or
By arranging a decentering optical element composed of two decentered surfaces between the eyepiece optical system and the relay optical system, it has succeeded in simultaneously correcting the tilt and the curvature of the image plane.
【0029】この点を図54を用いて詳しく説明する。
図54において、1は観察者の瞳位置、2は正面を向い
た場合の観察者の視軸、3は接眼光学系、4は偏心光学
素子、4aは偏心光学素子の接眼光学系側の面(第1
面)、4bは偏心光学素子の観察者側の面(第2面)で
ある。接眼光学系3によって形成される像面30は、視
軸2に対して図のように傾いて湾曲している。以下に、
画像表示素子のフラットな物体面が接眼光学系3で形成
される像面30に変換される作用を順追跡によって説明
する。This point will be described in detail with reference to FIG.
In FIG. 54, 1 is the pupil position of the observer, 2 is the observer's visual axis when facing the front, 3 is an eyepiece optical system, 4 is a decentered optical element, and 4a is a surface of the decentered optical element on the eyepiece optical system side. (First
Surface) 4b is a surface (second surface) on the viewer side of the decentered optical element. The image plane 30 formed by the eyepiece optical system 3 is inclined and curved with respect to the visual axis 2 as illustrated. less than,
The action of converting the flat object plane of the image display element into the image plane 30 formed by the eyepiece optical system 3 will be described by the forward tracking.
【0030】リレー光学系のみによって形成される像面
は、図54に示すように、上側光線Jは略無限遠に結像
し、下側光線SはK点に結像している。このような結像
状態を偏心光学素子4によって、接眼光学系3で形成さ
れる像面30に変換することができる。On the image plane formed by only the relay optical system, as shown in FIG. 54, the upper ray J is imaged at approximately infinity and the lower ray S is imaged at point K. Such an image formation state can be converted into the image plane 30 formed by the eyepiece optical system 3 by the decentering optical element 4.
【0031】まず、像面の傾きの補正について説明す
る。画像表示素子からの上側光線Jはリレー光学系を介
して偏心光学系4に大きな入射角を持って入射し、偏心
光学素子4の中での長い光路を有して接眼光学系3側に
射出される。逆に、下側光線Sは偏心光学系4に対して
略垂直に入射し、短い光路を有して接眼光学系3側に射
出される。つまり、偏心光学素子4は、光学的には、図
において上側は長く、下側は短い楔形状を有することに
なる。この効果によって、上側光線Jの結像位置は近い
位置になり、下側光線Sの結像位置はほとんど変化しな
いために、像面の傾きを大幅に補正することができる。
さらに、像面の湾曲補正については、偏心光学素子4の
第1面4aが接眼光学系3に対して凸面を向けた曲面で
あり、強い正のパワーを有しているため、リレー光学系
によって投影され、事実上楔形状をした偏心光学素子4
によって傾き補正された像面を接眼光学系3によって形
成された像面30のような湾曲した像面に変換すること
ができる。First, the correction of the inclination of the image plane will be described. The upper ray J from the image display element enters the decentered optical system 4 through the relay optical system with a large incident angle, and has a long optical path in the decentered optical element 4 and exits to the eyepiece optical system 3 side. To be done. On the contrary, the lower ray S enters the decentered optical system 4 substantially perpendicularly and has a short optical path and is emitted to the eyepiece optical system 3 side. That is, the decentering optical element 4 has an optically long wedge shape on the upper side and a shorter wedge shape on the lower side in the drawing. Due to this effect, the image forming position of the upper ray J becomes a close position, and the image forming position of the lower ray S hardly changes, so that the inclination of the image plane can be largely corrected.
Further, regarding the correction of the curvature of the image plane, since the first surface 4a of the decentering optical element 4 is a curved surface having a convex surface facing the eyepiece optical system 3 and has a strong positive power, the relay optical system is used. Decentered optical element 4 which is projected and has a substantially wedge shape
The tilt-corrected image plane can be converted into a curved image plane such as the image plane 30 formed by the eyepiece optical system 3.
【0032】一方、偏心光学素子4は、光学系全体の瞳
収差の補正に有効である。以下に、その説明をする。図
55(a)に偏心光学素子がない場合の瞳1の結像状態
を示す。上側光線Jは画像表示素子の近傍JGに結像
し、下側光線Sはリレー光学系よりも接眼光学系側SG
に結像しており、非常に大きな瞳収差が示されている。
この瞳収差は、偏心光学素子4によって有効に補正され
る。偏心光学素子4によって補正された瞳の結像状態を
図55(b)に示す。偏心光学素子4の第1面4aが接
眼光学系に対して凸面を向けた曲面であるため、強い正
のパワーを有しており、特に上側の曲率が強い構成であ
る。上側光線Jは第1面4aに入射し、第2面4bで反
射して再び第1面4aで屈折されるため、上側光線Jに
対するパワーは非常に強く、上側光線Jの瞳結像位置は
偏心光学素子4に近くなり、反対に、第1面4aの下側
は比較的曲率の弱い形状であるため、下側光線Sの瞳結
像位置は偏心光学素子4の光路差によって若干変化する
程度である。したがって、瞳収差が補正され、偏心光学
素子4とリレー光学系5の間のGの位置に瞳共役位置が
形成される。On the other hand, the decentered optical element 4 is effective for correcting the pupil aberration of the entire optical system. The description is given below. FIG. 55A shows the image formation state of the pupil 1 when there is no decentered optical element. The upper ray J is imaged in the vicinity JG of the image display element, and the lower ray S is closer to the eyepiece optical system SG than the relay optical system.
The image is formed at, and a very large pupil aberration is shown.
This pupil aberration is effectively corrected by the decentering optical element 4. The image formation state of the pupil corrected by the decentering optical element 4 is shown in FIG. 55 (b). Since the first surface 4a of the decentering optical element 4 is a curved surface having a convex surface facing the eyepiece optical system, it has a strong positive power, and in particular, has a configuration in which the upper side curvature is strong. The upper ray J is incident on the first surface 4a, is reflected by the second surface 4b, and is refracted again by the first surface 4a. Therefore, the power for the upper ray J is very strong, and the pupil image forming position of the upper ray J is Since it is close to the decentered optical element 4 and, conversely, the lower side of the first surface 4a has a relatively weak curvature, the pupil image formation position of the lower ray S slightly changes depending on the optical path difference of the decentered optical element 4. It is a degree. Therefore, the pupil aberration is corrected, and the pupil conjugate position is formed at the position G between the decentering optical element 4 and the relay optical system 5.
【0033】接眼光学系として、少なくとも2面を有
し、観察者側から第1面、第2面とした場合、第1面は
透過面であり、第2面は観察者に対して凹面を向けた反
射面又は半透過面であり、観察者視軸に対して傾いた、
又は、偏心したものであることが画像表示装置に有効に
作用する。When the eyepiece optical system has at least two surfaces and the first surface and the second surface are from the observer side, the first surface is a transmission surface and the second surface is a concave surface for the observer. It is a reflective surface or a semi-transmissive surface, and is inclined with respect to the viewer's visual axis.
Alternatively, the eccentricity effectively acts on the image display device.
【0034】より広画角な小型の画像表示装置において
は、接眼光学系の最初の反射面である第2面の傾き角が
大きくなり、高次コマ収差の発生が増える。また、面の
傾きによって発生する非点収差も増大するため、接眼光
学系が通常の表面鏡ではこれらの収差補正を十分に行う
ことが困難になってしまう場合がある。そこで、接眼光
学系である凹面鏡に入射する前に、屈折作用を有する第
1面を配備することによって、反射面である第2面での
光束径を小さくできる。したがって、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第
1面によって屈折されるために、反射面である第2面に
入射する光線高を低くすることができるため、表面鏡の
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。上述した本発明の構成による画像表示装置にお
いては、水平画角90°を達成している(後記の実施例
6、7参照)。In a small-sized image display device having a wider angle of view, the inclination angle of the second surface, which is the first reflecting surface of the eyepiece optical system, becomes large, and the occurrence of high-order coma aberration increases. In addition, astigmatism generated by the inclination of the surface also increases, and it may be difficult for the eyepiece optical system to sufficiently correct these aberrations with a normal surface mirror. Therefore, by disposing the first surface having a refracting action before entering the concave mirror which is the eyepiece optical system, it is possible to reduce the light beam diameter on the second surface which is the reflecting surface. Therefore, the occurrence of high-order coma aberration is reduced, and the image can be clearly observed up to the periphery of the image display screen. In addition, since the chief ray around the image is refracted by the first surface, the height of the ray incident on the second surface, which is the reflecting surface, can be lowered, so that the observation angle of view can be further increased as compared with the case of the surface mirror. It is possible to set a large value. The horizontal angle of view of 90 ° is achieved in the image display device having the above-described configuration of the present invention (see Examples 6 and 7 described later).
【0035】また、接眼光学系の少なくとも1面は非球
面であることが収差補正上有効である。これは、観察者
視軸方向をZ方向、このZ方向に直交する左右方向をY
方向と定義する場合、Y方向に偏心又は視軸から傾いて
配置される接眼光学系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。It is effective for aberration correction that at least one surface of the eyepiece optical system is an aspherical surface. This is because the observer's visual axis direction is the Z direction and the left-right direction orthogonal to this Z direction is
When defined as a direction, it is an important condition for correcting coma aberration, particularly high-order coma aberration and coma flare, which occur in the eyepiece optical system which is eccentric in the Y direction or is inclined with respect to the visual axis.
【0036】本発明のように、観察者眼球の前方に偏心
した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、観察者視軸上におい
ても反射面に入射する光線が斜めになるため、コマ収差
が発生する。この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観察者顔面と光路が干渉する
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、広画角の画像表示装置になればなる程反射面の
傾き角が大きくなり、高次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 the image display device using the eyepiece optical system of the type having the eccentric or inclined reflecting surface in front of the observer's eyeball, the light rays incident on the reflecting surface even on the observer's visual axis. Is oblique, so coma aberration occurs. This coma increases as the angle of inclination of the reflecting surface increases. However, when attempting to realize a small-sized image display device with a wide angle of view, it is difficult to secure an observation image with a wide angle of view because the observer's face and the optical path interfere unless the amount of eccentricity or the tilt angle is increased to some extent. Become. Therefore, the wider the angle of view of the image display device, the larger the inclination angle of the reflecting surface, and how to correct the occurrence of high-order coma aberration becomes an important issue.
【0037】このような複雑なコマ収差を補正するため
には、接眼光学系を構成する少なくとも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 complicated coma aberration, at least one surface constituting the eyepiece optical system is made an eccentric aspherical surface so that the power of the optical system is asymmetric with respect to the visual axis. Further, since the effect of the aspherical surface can be utilized off-axis, it is possible to effectively correct coma aberration including on-axis.
【0038】また、接眼光学系の少なくとも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。この条件は、接眼光
学系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、入射面内と入
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。It is important that at least one surface of the eyepiece optical system is an anamorphic surface. That is, YZ
That is, the radius of curvature in the plane is different from the radius of curvature in the XZ plane orthogonal to this plane. This condition is a condition for correcting an aberration caused by the eyepiece optical system being decentered or tilted with respect to the visual axis. In general, when the spherical surface is decentered, the light rays incident on the surface have different curvatures with respect to the light rays in the plane of incidence and in the plane perpendicular to the plane of incidence. Therefore, in the eyepiece optical system in which the reflecting surface is arranged in front of the observer's eyeball in a decentered or inclined manner with respect to the visual axis as in the present invention, the observation image on the visual axis, which is the center of the observation image, is not Point aberration occurs. In order to correct this astigmatism on the axis, the radius of curvature of any one of the first surface and the second surface of the eyepiece optical system may be different between the entrance surface and the surface orthogonal to the entrance surface. Becomes important.
【0039】観察者視軸を含む上下方向の面をX−Z
面、観察者視軸を含む左右方向の面をY−Z面と定義す
る場合、アナモフィック面である接眼光学系の少なくと
も1面のY−Z面内における曲率半径をRy 、X−Z面
内における曲率半径をRx とするとき、 Ry /Rx >1 ・・・(3) を満たすことが望ましい。The plane in the vertical direction including the observer's visual axis is XZ.
Surface, the surface in the left-right direction including the observer's visual axis is defined as the YZ surface, the radius of curvature of at least one surface of the eyepiece optical system that is an anamorphic surface in the YZ surface is Ry , the XZ surface. When the radius of curvature inside is R x , it is desirable that R y / R x > 1 (3) be satisfied.
【0040】(3)式は、接眼光学系が視軸に対して傾
いているために起こる収差、特に軸上を含む非点収差を
補正するための条件である。一般的に、画角が大きくな
ると、高次の非点収差が現れ、凸レンズ系では子午像は
画角が大きくなると負の方向に大きくなり、球欠像は正
の方向に大きくなる。これらの非点収差を補正するため
には、子午面内のパワーを小さくし、球欠面内のパワー
を大きくするような光学系の構成にすることが必要とな
る。したがって、少なくとも1つのアナモフィック面に
おける曲率半径はY方向を大きく、X方向を小さくする
ことが収差補正上好ましい。Expression (3) is a condition for correcting aberrations caused by the inclination of the eyepiece optical system with respect to the visual axis, in particular, astigmatism including on-axis. Generally, as the angle of view increases, higher-order astigmatism appears, and in a convex lens system, the meridional image increases in the negative direction and the aspherical image increases in the positive direction as the angle of view increases. In order to correct these astigmatisms, it is necessary to configure the optical system so that the power in the meridional plane is made small and the power in the spherical surface is made large. Therefore, it is preferable for aberration correction that the radius of curvature of at least one anamorphic surface is large in the Y direction and small in the X direction.
【0041】また、偏心光学素子の少なくとも1面は非
球面であることが収差補正上有効である。これは、Y方
向に偏心又は視軸から傾いて配置される接眼光学系で発
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。上述した接眼光学系の
少なくとも1面が非球面であることと同様に、コマ収差
の補正の効果を得ることができる。また、偏心光学素子
においては、光束は斜めに入射し、屈折され、第2面で
反射して再び第1面で屈折されるため、第2面で発生す
るコマ収差の補正を偏心した非球面である第1面で行う
ことができる。Further, it is effective for aberration correction that at least one surface of the decentered optical element is an aspherical surface. This is an important condition for correcting coma aberration, especially high-order coma aberration and coma flare, which occur in the eyepiece optical system which is decentered in the Y direction or inclined with respect to the visual axis. Similar to the case where at least one surface of the eyepiece optical system is an aspherical surface, the effect of correcting coma can be obtained. Further, in the decentered optical element, since the light beam is obliquely incident, refracted, reflected on the second surface and refracted again on the first surface, the aspheric surface decentered to correct the coma aberration generated on the second surface. Can be performed on the first surface.
【0042】その場合、偏心光学素子の少なくとも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。この条件も上
述した接眼光学系の何れか1面がアナモフィック面であ
ることと同様に、接眼光学系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、特に軸上を含めた非点
収差を補正するための条件である。In that case, it is important that at least one surface of the decentered optical element is an anamorphic surface. That is,
That is, the radius of curvature in the YZ plane is different from the radius of curvature in the XZ plane orthogonal to this plane. This condition is similar to the case where any one surface of the eyepiece optical system described above is an anamorphic surface, and aberrations caused by the eyepiece optical system being eccentric or inclined with respect to the visual axis, particularly astigmatism including the axis. This is a condition for correcting aberration.
【0043】また、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。Further, 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.
【0044】また、リレー光学系の少なくとも1面は、
観察者視軸に対してティルトあるいはディセンタリング
していることが望ましい。リレー光学系の少なくとも1
面がティルトあるいはディセンタリングすることによ
り、観察者視軸に対して画像表示素子側の画像とその反
対側の画像での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、偏心光学素子の第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。At least one surface of the relay optical system is
It is desirable to tilt or decenter the observer's visual axis. At least one of relay optics
By tilting or decentering the surface, the image on the image display element side with respect to the observer's visual axis and the image on the opposite side are corrected for asymmetrical coma aberration, and the surface on which the image display element is arranged is eccentric. The optical element can be arranged substantially perpendicular to the optical axis after reflection on the second surface.
【0045】また、リレー光学系の全ての光学素子が同
軸上に配備されていると、装置全体の製作性が良好にな
り、それに伴ってコストダウンにも繋がる。リレー光学
系の全ての光学素子が同軸上に配備されていれば、偏心
光学素子から画像表示素子までの光学系を通常用いられ
る鏡胴に装填できるため、リレー光学系自体の製作性は
向上し、装置全体の組立が容易となるため、装置のコス
トダウンが可能となる。Further, if all the optical elements of the relay optical system are arranged coaxially, the manufacturability of the entire apparatus is improved, and the cost is reduced accordingly. If all the optical elements of the relay optical system are coaxially arranged, the optical system from the eccentric optical element to the image display element can be mounted on the normally used lens barrel, which improves the manufacturability of the relay optical system itself. Since the entire device is easily assembled, the cost of the device can be reduced.
【0046】図56は、観察者右眼に本発明の第2発明
の画像表示装置を装着した状態を観察者の上方より観察
した図である。図56において、1は観察者の瞳、8は
観察者の眼球、2は観察者が正面を向いたときの視軸、
12は観察者の鼻、13は観察者の耳である。FIG. 56 is a diagram of a state in which the image display device of the second invention of the present invention is attached to the right eye of an observer as observed from above the observer. In FIG. 56, 1 is the observer's pupil, 8 is the observer's eyeball, 2 is the visual axis when the observer faces the front,
Reference numeral 12 is the observer's nose, and 13 is the observer's ear.
【0047】第2発明の画像表示装置は、観察像を表示
する画像表示素子を2つ6a、6b用い、これらの画像
表示素子6a、6bの実像を空中に形成する2つのリレ
ー光学系5a、5bと、その実像を眼球8に投影すると
共に、光軸を屈曲させる働きを有する接眼光学系3と、
上記リレー光学系5a、5bと接眼光学系3の間に配備
された偏心光学素子4とからなる。The image display device of the second invention uses two image display elements 6a and 6b for displaying an observation image, and two relay optical systems 5a for forming real images of these image display elements 6a and 6b in the air. 5b, and an eyepiece optical system 3 having a function of projecting a real image thereof on the eyeball 8 and bending the optical axis,
It is composed of the relay optical systems 5a and 5b and the decentering optical element 4 arranged between the eyepiece optical system 3.
【0048】偏心光学素子4は、少なくとも1つの半透
過面を有し、観察者視軸に対して傾いた、又は、偏心し
た少なくとも2面で構成されている。また、接眼光学系
3は、凹面で構成された反射鏡であることを特徴とす
る。The decentering optical element 4 has at least one semi-transmissive surface, and is composed of at least two surfaces inclined or decentered with respect to the observer's visual axis. Further, the eyepiece optical system 3 is characterized by being a reflecting mirror having a concave surface.
【0049】実際に上記した構成で使用した場合を、後
記の実施例8を例にとって説明する。偏心光学素子4の
第2面4bを半透過面とすることによって、接眼光学系
3で反射された光線は、半透過面である偏心光学素子4
の第2面4bで反射したものと、透過したものとに分割
される。偏心光学素子4で反射した側の光学系の仕様
は、水平画角80°、射出瞳径12mmとし、透過側の
光学系の仕様は、水平画角40°、射出瞳径8mmとし
ている。反射側の光学系による提示画面は全体を表示す
るものとし、透過側の画像表示素子6bは画素密度の高
いものとすることで、提示画面は中心部のみを高解像に
して観察者に提供することとする。The case of actually using the above-mentioned structure will be described by way of example 8 described later. By making the second surface 4b of the decentering optical element 4 a semi-transmissive surface, the light beam reflected by the eyepiece optical system 3 is a semi-transmissive surface.
The second surface 4b is divided into one that is reflected and one that is transmitted. The optical system on the side reflected by the decentered optical element 4 has a horizontal field angle of 80 ° and an exit pupil diameter of 12 mm, and the optical system on the transmissive side has a horizontal field angle of 40 ° and an exit pupil diameter of 8 mm. By presenting the entire presentation screen by the reflection side optical system and by making the transmission side image display element 6b have a high pixel density, the presentation screen is provided to the observer with a high resolution only in the central portion. I decided to.
【0050】別の使用法としては、反射側の光学系によ
って画面全体を表示しており、観察者の眼球8の視線を
検知する手段あるいは観察者の頭部の動きを検知する手
段を設けているものとする。それらの検知手段による信
号によって観察者の注視している部分又は観察者の見た
い部分を選択し、その選択された部分の画像のみを透過
側の光学系で高解像に表示させる。又は、別の画像を表
示させることが可能となる。As another usage, the entire screen is displayed by the optical system on the reflection side, and means for detecting the line of sight of the eyeball 8 of the observer or means for detecting the movement of the observer's head is provided. Be present. A portion that the observer is gazing or a portion that the observer wants to see is selected by the signals from the detection means, and only the image of the selected portion is displayed with high resolution by the transmission-side optical system. Alternatively, another image can be displayed.
【0051】これらの構成による画像表示装置を用いる
ことによって、例えば、観察者は観察画面中央部あるい
は注視する領域は高解像で観察できるため、大きな臨場
感を得ることができ、解像が高いために疲労を低減する
ことができる。一方、別の使用法によれば、注視した領
域に全体の画像とは異なる画像を表示することで、強い
立体感が得られる等の効果が期待できる。By using the image display device having these configurations, for example, the observer can observe the central part of the observation screen or the region to be watched with high resolution, so that a large sense of realism can be obtained and the resolution is high. Therefore, fatigue can be reduced. On the other hand, according to another usage method, by displaying an image different from the entire image in the gazed region, an effect such as a strong stereoscopic effect can be expected.
【0052】この場合、第1リレー光学系又は第2リレ
ー光学系の少なくとも1面は、観察者視軸に対してティ
ルトあるいはディセンタリングしていることが望まし
い。第1、第2それぞれのリレー光学系の少なくとも1
面が観察者視軸に対してティルトあるいはディセンタリ
ングすることにより、観察者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での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偏心光学素
子の第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。In this case, it is desirable that at least one surface of the first relay optical system or the second relay optical system is tilted or decentered with respect to the observer's visual axis. At least one of the first and second relay optical systems
By tilting or decentering the surface with respect to the observer's visual axis, correction of 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 observer's visual axis, and image display The surface on which the element is arranged can be arranged substantially perpendicular to the optical axis after the reflection on the second surface of the decentered optical element.
【0053】また、第1リレー光学系及び第2リレー光
学系それぞれの光学素子が同軸上に配備されていると、
装置全体の製作性が良好になり、それに伴ってコストダ
ウンにも繋がる。第1、第2リレー光学系の全ての光学
素子が同軸上に配備されていれば、偏心光学素子から画
像表示素子までの光学系を通常用いられる鏡胴に装填で
きるため、リレー光学系自体の製作性は向上し、さらに
装置全体の組立が容易となるため、装置のコストダウン
が可能となる。If the optical elements of the first relay optical system and the second relay optical system are coaxially arranged,
The manufacturability of the entire device is improved, which leads to cost reduction. If all the optical elements of the first and second relay optical systems are arranged coaxially, the optical system from the decentered optical element to the image display element can be mounted on the normally used lens barrel, and therefore the relay optical system itself Since the manufacturability is improved and the assembly of the entire device is facilitated, the cost of the device can be reduced.
【0054】また、第1リレー光学系及び第2リレー光
学系と接眼光学系によって形成されるそれぞれの射出瞳
位置が異なるものとすることが望ましい。通常、観察者
が画面中心を観察している場合の光学系の射出瞳位置は
観察者の虹彩位置近傍に設定される。一方、観察者が画
面周辺に注視しているとき、光学系の射出瞳の位置が眼
球の虹彩近傍に設定されていたならば、眼球自体が回転
するため眼球に入射する光束はケラレやすくなる。そこ
で、光学系の射出瞳位置を観察者の眼球の回旋中心近傍
とすることで、この光束のケラレを解消することができ
る。Further, it is desirable that the exit pupil positions formed by the first relay optical system and the second relay optical system and the eyepiece optical system are different from each other. Normally, the position of the exit pupil of the optical system when the observer is observing the center of the screen is set near the iris position of the observer. On the other hand, when the observer is gazing at the periphery of the screen, if the position of the exit pupil of the optical system is set in the vicinity of the iris of the eyeball, the light flux incident on the eyeball is likely to be vignetted because the eyeball itself rotates. Therefore, by setting the exit pupil position of the optical system near the rotation center of the observer's eyeball, it is possible to eliminate the vignetting of the light flux.
【0055】また、第1画像表示素子と第2画像表示素
子は、それぞれ異なった画像を表示することによって、
本発明を有効に利用することになる。上述したように、
偏心光学素子によって透過と反射に分割され、一方には
画面全体の画像を表示できるように画像表示素子に画像
を表示し、もう一方にはある部分のみの画像を表示する
ことによって、ある部分の画像のみを高解像にする、又
は、スポット的に別の画像を表示することができる。こ
のような効果を得るためには、第1、第2の画像表示素
子には別の画像を表示することが必要となる。Further, the first image display element and the second image display element display different images,
The present invention can be effectively used. As mentioned above,
It is divided into transmission and reflection by an eccentric optical element, one of which displays an image on the image display element so that an image of the entire screen can be displayed, and the other displays only an image of a certain portion. Only the image can be set to a high resolution, or another image can be displayed spotwise. In order to obtain such an effect, it is necessary to display another image on the first and second image display elements.
【0056】第1画像表示素子と第2画像表示素子の何
れか一方を移動可能にすることで有効に作用させること
が可能となる。例えば、偏心光学素子の反射側の第1画
像表示素子を固定にし、透過側の第2画像表示素子を移
動できるようにする。この場合、例えば観察者の視線を
検知した情報によって観察者の注視している領域を選択
し、その部分のみを高解像とする場合、高解像とする領
域を提示する画角は全体の表示画角に比べて狭いもので
よい。さらに、注視点は全体の画像の中を動き回るた
め、その注視点の移動に伴って透過側の画像表示素子を
移動させることが必要となる。By making one of the first image display element and the second image display element movable, it becomes possible to effectively operate the element. For example, the first image display element on the reflection side of the decentered optical element is fixed, and the second image display element on the transmission side is movable. In this case, for example, when a region in which the observer is gazing is selected based on the information obtained by detecting the line of sight of the observer and only that part is set to high resolution, the angle of view for presenting the region to be high resolution is It may be narrower than the display angle of view. Furthermore, since the gazing point moves around in the entire image, it is necessary to move the image display element on the transmission side along with the movement of the gazing point.
【0057】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位置決め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 the image display element and the eyepiece optical system with positioning means for positioning the head with respect to the observer's head, the observer can observe a stable observation image.
【0058】画像表示素子と接眼光学系を観察者頭部に
対して支持する支持手段を有し、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。By providing a supporting means for supporting the image display element and the eyepiece optical system with respect to the observer's head so that the observer's head can be mounted on the observer's head, the observer can freely observe the observation posture and the observation direction. The image can be observed with.
【0059】また、少なくとも2組の以上のような画像
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、左右の組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。Further, by providing the supporting means for supporting at least two sets of the above image display devices at regular intervals, the observer can easily observe with both the left and right eyes. Further, it is possible to enjoy a stereoscopic image by displaying images with parallax on the left and right sets of image display surfaces and observing them with both eyes.
【0060】[0060]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の画像表示の実施
例1から13について、それぞれの単眼用の画像表示装
置の断面図である図1〜図13を参照して説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments 1 to 13 of image display according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 13 which are sectional views of respective monocular image display devices.
【0061】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ある
いは回旋中心位置1’から画像表示素子6、6b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あるいは
回旋中心位置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X軸、観察者視軸2に直交し、観察者眼球から
みて左右方向の左から右を正とするY軸と定義する。つ
まり、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。The constituent parameters of each embodiment will be described later,
In the following description, the surface number is shown as the surface number for reverse tracking from the observer's pupil position 1 or the rotation center position 1'to the image display elements 6 and 6b. As shown in FIG. 1, the coordinates are taken with the iris position 1 or the rotation center position 1'of the observer as the origin, and the observer visual axis 2 from the origin toward the eyepiece optical system 3 as a positive direction. The Z axis is orthogonal to the observer's visual axis 2, and the X axis is positive from below in the vertical direction when viewed from the observer's eye. It is defined as the Y axis with the right as positive. In other words, the inside of the paper is the YZ plane, and the plane perpendicular to the paper is X
-Set to the Z plane. It is assumed that the optical axis is bent in the YZ plane of the drawing.
【0062】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、特にことわりのないかぎり基準面である1面(瞳
位置1又は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。また、(前の面に対して)ことわりのある面に関し
ては、その前の面の中心軸に沿ってその前の面で与えら
れている面間隔の点が基準点になり、その前の面の中心
軸を新たなZ軸方向とし、新たなY軸方向、Z軸方向の
偏心量、及び、その面の中心軸の新たなZ軸からの傾き
角を意味する。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。In the constituent parameters to be described later, the surfaces on which the eccentricity amounts Y and Z and the tilt angle θ are described are from the one surface (pupil position 1 or 1 ') which is the reference surface unless otherwise specified. Means the amount of eccentricity of the apex of the surface in the Y-axis direction and the Z-axis direction, and the inclination angle of the central axis of the surface from the Z-axis. In this case, θ means positive counterclockwise. Also, for a surface that is different (relative to the front surface), the point of the surface spacing given by the front surface along the central axis of the front surface becomes the reference point, and the front surface A new Z-axis direction is defined as the central axis of, and a new Y-axis direction, an eccentric amount in the Z-axis direction, and an inclination angle of the central axis of the surface from the new Z-axis. 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.
【0063】また、面間隔は、同軸系部分についてのみ
与えられ、その面から次の面又は次の面の基準点までの
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 given only for the coaxial system portion, and is the axial spacing from that surface to the next surface or the reference point of the next surface. The surface spacing is shown as positive in the direction of reverse tracking along the optical axis.
【0064】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 radius of curvature 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.
【0065】 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 なお、面と面の間の媒質の屈折率はd線の屈折率で表
す。アッベ数はd線のアッベ数で表す。長さの単位はm
m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 + BR [(1-BP) X 2 + (1 + BP) Y 2 ] 3 The refractive index of the medium between the surfaces is expressed by the d-line refractive index. The Abbe number is represented by the Abbe number on the d line. Unit of length is m
m.
【0066】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Y−
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 examples are all image display devices for the right eye, and all the optical elements for the left eye are Y-type.
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.
【0067】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は偏
心光学素子、5、5a、5bはリレー光学系、6、6
a、6bは画像表示素子である。In each of the sectional views, 1 is the observer pupil position, 2 is the observer visual axis, 3 is the eyepiece optical system, 4 is a decentering optical element, 5 5a and 5b are relay optical systems, 6, 6
Image display elements a and 6b are provided.
【0068】各実施例における実際の光線経路は、実施
例1を例にとると次のようになる。すなわち、画像表示
素子6から発した光線束はリレー光学系5に入射し、さ
らに偏心光学素子4の第1面4aに入射し、第2面4b
で反射されて再び第1面4aで屈折されて、接眼光学系
3に入射し、反射されて観察者の瞳の虹彩位置又は眼球
の回旋中心を射出瞳1として観察者の眼球内に投影され
る。なお、偏心光学素子4の第2面4bが半透過面であ
る場合(実施例8〜13)は、第2の画像表示素子6b
から発した光線束は第2のリレー光学系5bに入射し、
さらに偏心光学素子4の第2面4bに入射して屈折さ
れ、次いでその第1面4aで屈折されて接眼光学系3に
入射し、反射されて観察者の瞳の虹彩位置又は眼球の回
旋中心を射出瞳として観察者の眼球内に投影される。第
1の画像表示素子6aから発した光線束については、実
施例1と同様である。The actual light ray paths in the respective embodiments are as follows, taking the first embodiment as an example. That is, the light flux emitted from the image display element 6 enters the relay optical system 5, further enters the first surface 4a of the decentering optical element 4, and the second surface 4b.
And is refracted again by the first surface 4a, is incident on the eyepiece optical system 3, and is reflected and projected into the observer's eyeball by using the iris position of the observer's pupil or the center of rotation of the eyeball as the exit pupil 1. It When the second surface 4b of the decentered optical element 4 is a semi-transmissive surface (Examples 8 to 13), the second image display element 6b is used.
The light beam emitted from the laser beam enters the second relay optical system 5b,
Further, it is incident on the second surface 4b of the eccentric optical element 4 to be refracted, then is refracted on the first surface 4a thereof, is incident on the eyepiece optical system 3, and is reflected, and then is reflected and the iris position of the observer's pupil or the center of rotation of the eyeball. Is projected into the observer's eyeball as an exit pupil. The light flux emitted from the first image display element 6a is the same as that in the first embodiment.
【0069】〔実施例1〕本実施例は、図1に断面図を
示すが、水平画角80°、垂直画角64.3°、瞳径1
2mmである。後記する構成パラメータにおいて、2、
3、4、5面はアナモフィック非球面であり、他の面は
球面である。接眼光学系3は表面反射の凹面鏡である。
リレー光学系5は2枚の球面レンズで構成されており、
同軸上に配備されている。[Embodiment 1] In this embodiment, a sectional view is shown in FIG. 1, where a horizontal field angle is 80 °, a vertical field angle is 64.3 °, and a pupil diameter is 1.
2 mm. In the configuration parameters described below, 2,
Surfaces 3, 4, and 5 are anamorphic aspherical surfaces, and the other surfaces are spherical surfaces. The eyepiece optical system 3 is a surface-reflecting concave mirror.
The relay optical system 5 is composed of two spherical lenses,
It is deployed coaxially.
【0070】〔実施例2〕本実施例は、図2に断面図を
示すが、水平画角80°、垂直画角64.3°、瞳径1
2mmである。後記する構成パラメータにおいて、2、
3、4、5面はアナモフィック非球面であり、他の面は
球面である。接眼光学系3は表面反射の凹面鏡である。
リレー光学系5は3枚の球面レンズで構成されており、
同軸上に配備されている。[Embodiment 2] A sectional view of this embodiment is shown in FIG. 2, in which a horizontal field angle is 80 °, a vertical field angle is 64.3 °, and a pupil diameter is 1.
2 mm. In the configuration parameters described below, 2,
Surfaces 3, 4, and 5 are anamorphic aspherical surfaces, and the other surfaces are spherical surfaces. The eyepiece optical system 3 is a surface-reflecting concave mirror.
The relay optical system 5 is composed of three spherical lenses,
It is deployed coaxially.
【0071】〔実施例3〕本実施例は、図3に断面図を
示すが、水平画角80°、垂直画角64.3°、瞳径1
2mmである。後記する構成パラメータにおいて、2、
3、4、5面はアナモフィック非球面であり、他の面は
球面である。接眼光学系3は表面反射の凹面鏡である。
リレー光学系5は4枚の球面レンズで構成されており、
同軸上に配備されている。[Embodiment 3] A sectional view of this embodiment is shown in FIG. 3, in which a horizontal field angle is 80 °, a vertical field angle is 64.3 °, and a pupil diameter is 1.
2 mm. In the configuration parameters described below, 2,
Surfaces 3, 4, and 5 are anamorphic aspherical surfaces, and the other surfaces are spherical surfaces. The eyepiece optical system 3 is a surface-reflecting concave mirror.
The relay optical system 5 is composed of four spherical lenses,
It is deployed coaxially.
【0072】〔実施例4〕本実施例は、図4に断面図を
示すが、水平画角80°、垂直画角64.3°、瞳径1
2mmである。後記する構成パラメータにおいて、2、
3、4、5面はアナモフィック非球面であり、他の面は
球面である。接眼光学系3は表面反射の凹面鏡である。
リレー光学系5は3枚の球面レンズで構成されており、
それぞれが偏心して配備されている。[Embodiment 4] In this embodiment, a sectional view is shown in FIG. 4, in which a horizontal field angle is 80 °, a vertical field angle is 64.3 °, and a pupil diameter is 1.
2 mm. In the configuration parameters described below, 2,
Surfaces 3, 4, and 5 are anamorphic aspherical surfaces, and the other surfaces are spherical surfaces. The eyepiece optical system 3 is a surface-reflecting concave mirror.
The relay optical system 5 is composed of three spherical lenses,
Each is eccentrically deployed.
【0073】〔実施例5〕本実施例は、図5に断面図を
示すが、水平画角80°、垂直画角64.3°、瞳径1
2mmである。後記する構成パラメータにおいて、2、
3、4、5面はアナモフィック非球面であり、他の面は
球面である。接眼光学系3は表面反射の凹面鏡である。
リレー光学系5は4枚の球面レンズで構成されており、
それぞれが偏心して配備されている。[Embodiment 5] A sectional view of this embodiment is shown in FIG. 5, in which a horizontal field angle is 80 °, a vertical field angle is 64.3 °, and a pupil diameter is 1.
2 mm. In the configuration parameters described below, 2,
Surfaces 3, 4, and 5 are anamorphic aspherical surfaces, and the other surfaces are spherical surfaces. The eyepiece optical system 3 is a surface-reflecting concave mirror.
The relay optical system 5 is composed of four spherical lenses,
Each is eccentrically deployed.
【0074】〔実施例6〕本実施例は、図6に断面図を
示すが、水平画角90°、垂直画角73.7°、瞳径1
2mmである。後記する構成パラメータにおいて、3、
5、6、7面はアナモフィック非球面であり、他の面は
球面である。接眼光学系3は裏面反射の凹面鏡である。
リレー光学系5は1枚の球面レンズで構成されており、
偏心して配備されている。[Embodiment 6] A sectional view of this embodiment is shown in FIG. 6, with a horizontal angle of view of 90 °, a vertical angle of view of 73.7 °, and a pupil diameter of 1
2 mm. In the configuration parameters described below, 3,
Surfaces 5, 6, and 7 are anamorphic aspherical surfaces, and the other surfaces are spherical surfaces. The eyepiece optical system 3 is a back-reflection concave mirror.
The relay optical system 5 is composed of one spherical lens,
It is eccentrically deployed.
【0075】〔実施例7〕本実施例は、図7に断面図を
示すが、水平画角90°、垂直画角73.7°、瞳径1
2mmである。後記する構成パラメータにおいて、2、
3、4、5、6、7面はアナモフィック非球面であり、
他の面は球面である。接眼光学系3は裏面反射の凹面鏡
である。リレー光学系5は2枚の球面レンズで構成され
ており、それぞれ偏心して配備されている。[Embodiment 7] In this embodiment, a sectional view is shown in FIG. 7, with a horizontal angle of view of 90 °, a vertical angle of view of 73.7 °, and a pupil diameter of 1
2 mm. In the configuration parameters described below, 2,
Surfaces 3, 4, 5, 6, and 7 are anamorphic aspherical surfaces,
The other surface is a spherical surface. The eyepiece optical system 3 is a back-reflection concave mirror. The relay optical system 5 is composed of two spherical lenses, which are eccentrically arranged.
【0076】〔実施例8〕本実施例は、図8に実施例3
と本実施例を組み合わせた場合の断面図を示すが、実施
例3において偏心光学素子4を透過した場合のリレー光
学系5bである。水平画角40°、垂直画角30.6
°、瞳径8mmであり、射出瞳1’位置は実施例3の場
合よりも10mm眼球内部側に設定されている。つま
り、実施例3の偏心光学系4で反射して眼球に投影する
光学系の射出瞳1位置は観察者虹彩位置とし、本実施例
の射出瞳1’位置は観察者眼球の回旋中心位置を想定し
いてる。後記する構成パラメータにおいては、偏心光学
素子4の第2面4bを半透過面とした場合の透過後のリ
レー光学系5b及び画像表示素子6bについてのみの構
成パラメータを示す。2、3面はアナモフィック面であ
り、他の面は球面である。リレー光学系5bは偏心した
2枚のレンズで構成されている。[Embodiment 8] In this embodiment, FIG.
And a cross-sectional view of a case where the present embodiment is combined, showing a relay optical system 5b in the case where the decentered optical element 4 is transmitted in the third embodiment. Horizontal angle of view 40 °, vertical angle of view 30.6
°, the pupil diameter is 8 mm, and the position of the exit pupil 1 ′ is set on the inner side of the eyeball by 10 mm as compared with the case of the third embodiment. That is, the position of the exit pupil 1 of the optical system that reflects the light by the decentered optical system 4 of Example 3 and projects it on the eyeball is the observer's iris position, and the position of the exit pupil 1'of this embodiment is the center of rotation of the observer's eyeball. It's supposed. In the configuration parameters to be described later, configuration parameters only for the relay optical system 5b and the image display element 6b after transmission when the second surface 4b of the decentered optical element 4 is a semi-transmissive surface are shown. The second and third surfaces are anamorphic surfaces, and the other surfaces are spherical surfaces. The relay optical system 5b is composed of two decentered lenses.
【0077】〔実施例9〕本実施例は、図9に実施例3
と本実施例を組み合わせた場合の断面図を示すが、実施
例3において偏心光学素子4を透過した場合のリレー光
学系5bである。水平画角40°、垂直画角30.6
°、瞳径8mmであり、射出瞳1’位置は実施例3の場
合よりも10mm眼球内部側に設定されている。つま
り、実施例3の偏心光学系4で反射して眼球に投影する
光学系の射出瞳1位置は観察者虹彩位置とし、本実施例
の射出瞳1’位置は観察者眼球の回旋中心位置を想定し
ている。後記する構成パラメータにおいては、偏心光学
素子4の第2面4bを半透過面とした場合の透過後のリ
レー光学系5b及び画像表示素子6bについてのみの構
成パラメータを示す。全ての面は球面である。リレー光
学系5bは偏心した4枚のレンズで構成されている。[Embodiment 9] In this embodiment, FIG.
And a cross-sectional view of a case where the present embodiment is combined, showing a relay optical system 5b in the case where the decentered optical element 4 is transmitted in the third embodiment. Horizontal angle of view 40 °, vertical angle of view 30.6
°, the pupil diameter is 8 mm, and the position of the exit pupil 1 ′ is set on the inner side of the eyeball by 10 mm as compared with the case of the third embodiment. That is, the position of the exit pupil 1 of the optical system that reflects the light by the decentered optical system 4 of Example 3 and projects it on the eyeball is the observer's iris position, and the position of the exit pupil 1'of this embodiment is the center of rotation of the observer's eyeball. I am assuming. In the configuration parameters to be described later, configuration parameters only for the relay optical system 5b and the image display element 6b after transmission when the second surface 4b of the decentered optical element 4 is a semi-transmissive surface are shown. All surfaces are spherical. The relay optical system 5b is composed of four decentered lenses.
【0078】〔実施例10〕本実施例は、図10に実施
例1と本実施例を組み合わせた場合の断面図を示すが、
実施例1において偏心光学素子4を透過した場合のリレ
ー光学系5bである。水平画角40°、垂直画角30.
6°、瞳径8mmである。後記する構成パラメータにお
いては、偏心光学素子4の第2面4bを半透過面とした
場合の透過後のリレー光学系5b及び画像表示素子6b
についてのみの構成パラメータを示す。2、3面はアナ
モフィック面であり、他の面は球面である。リレー光学
系5bは偏心した2枚のレンズで構成されている。[Embodiment 10] This embodiment shows a cross-sectional view of the combination of Embodiment 1 and this embodiment in FIG.
It is the relay optical system 5b when the light is transmitted through the decentering optical element 4 in the first embodiment. Horizontal angle of view 40 °, vertical angle of view 30.
The angle is 6 ° and the pupil diameter is 8 mm. In the configuration parameters described below, when the second surface 4b of the decentering optical element 4 is a semi-transmissive surface, the relay optical system 5b and the image display element 6b after transmission are transmitted.
The configuration parameters are shown only for. The second and third surfaces are anamorphic surfaces, and the other surfaces are spherical surfaces. The relay optical system 5b is composed of two decentered lenses.
【0079】〔実施例11〕本実施例は、図11に実施
例1と本実施例を組み合わせた場合の断面図を示すが、
実施例1において偏心光学素子4を透過した場合のリレ
ー光学系5bである。水平画角60°、垂直画角46.
8°、瞳径4mmである。後記する構成パラメータにお
いては、偏心光学素子4の第2面4bを半透過面とした
場合の透過後のリレー光学系5b及び画像表示素子6b
についてのみの構成パラメータを示す。2、3面はアナ
モフィック面であり、他の面は球面である。リレー光学
系5bは偏心した3枚のレンズで構成されている。[Embodiment 11] This embodiment shows a sectional view in the case where Embodiment 1 and this embodiment are combined in FIG.
It is the relay optical system 5b when the light is transmitted through the decentering optical element 4 in the first embodiment. Horizontal angle of view 60 °, vertical angle of view 46.
It is 8 ° and the pupil diameter is 4 mm. In the configuration parameters described below, when the second surface 4b of the decentering optical element 4 is a semi-transmissive surface, the relay optical system 5b and the image display element 6b after transmission are transmitted.
The configuration parameters are shown only for. The second and third surfaces are anamorphic surfaces, and the other surfaces are spherical surfaces. The relay optical system 5b is composed of three decentered lenses.
【0080】〔実施例12〕本実施例は、図12に実施
例1と本実施例を組み合わせた場合の断面図を示すが、
実施例1において偏心光学素子4を透過した場合のリレ
ー光学系5bである。水平画角60°、垂直画角46.
8°、瞳径4mmである。後記する構成パラメータにお
いては、偏心光学素子4の第2面4bを半透過面とした
場合の透過後のリレー光学系5b及び画像表示素子6b
についてのみの構成パラメータを示す。全ての面は球面
である。リレー光学系5bは偏心した4枚のレンズで構
成されている。[Embodiment 12] This embodiment shows a sectional view of a combination of Embodiment 1 and this embodiment in FIG.
It is the relay optical system 5b when the light is transmitted through the decentering optical element 4 in the first embodiment. Horizontal angle of view 60 °, vertical angle of view 46.
It is 8 ° and the pupil diameter is 4 mm. In the configuration parameters described below, when the second surface 4b of the decentering optical element 4 is a semi-transmissive surface, the relay optical system 5b and the image display element 6b after transmission are transmitted.
The configuration parameters are shown only for. All surfaces are spherical. The relay optical system 5b is composed of four decentered lenses.
【0081】〔実施例13〕本実施例は、図13に実施
例1と本実施例を組み合わせた場合の断面図を示すが、
実施例1において偏心光学素子4を透過した場合のリレ
ー光学系5bである。水平画角60°、垂直画角46.
8°、瞳径12mmである。後記する構成パラメータに
おいては、偏心光学素子4の第2面4bを半透過面とし
た場合の透過後のリレー光学系5b及び画像表示素子6
bについてのみの構成パラメータを示す。9面はアナモ
フィック面であり、他の面は球面である。リレー光学系
5bは偏心した5枚のレンズで構成されている。[Embodiment 13] This embodiment shows a sectional view of the combination of Embodiment 1 and this embodiment in FIG.
It is the relay optical system 5b when the light is transmitted through the decentering optical element 4 in the first embodiment. Horizontal angle of view 60 °, vertical angle of view 46.
The angle is 8 ° and the pupil diameter is 12 mm. In the configuration parameters described below, the relay optical system 5b and the image display element 6 after transmission when the second surface 4b of the decentered optical element 4 is a semi-transmissive surface
Configuration parameters for b only are shown. Nine surfaces are anamorphic surfaces and the other surfaces are spherical surfaces. The relay optical system 5b is composed of five decentered lenses.
【0082】以下に、上記実施例1〜13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) 2 Ry -111.388 Y -64.014 θ -12.78° Rx -86.545 Z 58.000 Ky 0.459 Kx 0.192096 AR 1.36748×10-9 BR -1.4175 ×10-14 AP 4.38595 BP 5.4541 3 Ry -77.957 1.5163 64.10 Rx -52.428 Y -56.150 θ 8.10° Ky 1.434719 Z 1.258 Kx -1.374891 AR 1.67809×10-8 BR 1.12419×10-9 AP -3.33644 BP -0.0794838 4 Ry 695.598 1.5163 64.10 Rx 485.520 Y -86.093 θ 8.69° Ky 0 Z -18.794 Kx 0 AR -2.20897×10-9 BR -1.22261×10-10 AP 2.23678 BP -0.480876 5 Ry -77.957 Y -56.150 θ 8.10° Rx -52.428 Z 1.258 Ky 1.434719 Kx -1.374891 AR 1.67809×10-8 BR 1.12419×10-9 AP -3.33644 BP -0.0794838 6 58.359 15.137 1.6200 60.30 Y -87.854 θ -20.00° Z 17.781 7 -47.862 2.725 8 33.696 18.082 1.6200 60.30 9 -172.352 10 (画像表示素子) Y -104.726 θ -40.31° Z 59.103 (1)α = 45.92° (2)β = 64.54° (3)Ry /Rx = 1.287 。The constituent parameters of Examples 1 to 13 are shown below. Example 1 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (eccentricity) (tilt angle) 1 ∞ (pupil) 2 R y -111.388 Y -64.014 θ -12.78 ° R x -86.545 Z 58.000 K y 0.459 K x 0.192096 AR 1.36748 × 10 -9 BR -1.4175 × 10 -14 AP 4.38595 BP 5.4541 3 R y -77.957 1.5163 64.10 R x -52.428 Y -56.150 θ 8.10 ° K y 1.434719 Z 1.258 K x -1.374891 AR 1.67809 × 10 -8 BR 1.12419 × 10 -9 AP -3.33644 BP -0.0794838 4 R y 695.598 1.5163 64.10 R x 485.520 Y -86.093 θ 8.69 ° K y 0 Z -18.794 K x 0 AR -2.20897 × 10 -9 BR -1.22261 × 10 -10 AP 2.23678 BP -0.480876 5 R y -77.957 Y -56.150 θ 8.10 ° R x -52.428 Z 1.258 K y 1.434719 K x -1.374891 AR 1.67809 × 10 -8 BR 1.12419 × 10 -9 AP -3.33644 BP -0.0794838 6 58.359 15.137 1.6200 60.30 Y -87.854 θ -20.00 ° Z 17.781 7 -47.862 2.725 8 33.696 18.082 1.6200 60.30 9 -172.352 10 (Image display device) Y -104.726 θ -40.31 ° Z 59.103 (1) α = 45.92 ° (2) β = 64.54 ° (3) R y / R x = 1.287.
【0083】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 -112.203 Y -53.425 θ -8.16° Rx -90.880 Z 61.039 Ky 0.451178 Kx -0.101448 AR 3.88648×10-8 BR -9.06912×10-16 AP 0.0861223 BP 9.22942 3 Ry -81.167 1.5163 64.10 Rx -81.265 Y -76.922 θ 10.73° Ky 0 Z -29.869 Kx 0 AR 6.88835×10-7 BR -7.81868×10-17 AP -0.0769981 BP -61.8293 4 Ry 1330.917 1.5163 64.10 Rx 501.536 Y -98.239 θ 10.29° Ky 0 Z -45.058 Kx 0 AR -2.07833×10-7 BR -2.56955×10-12 AP 0.0781516 BP -1.40503 5 Ry -81.167 Y -76.922 θ 10.73° Rx -81.265 Z -29.869 Ky 0 Kx 0 AR 6.88835×10-7 BR -7.81868×10-17 AP -0.0769981 BP -61.8293 6 77.096 5.769 1.5156 67.48 Y -103.000 θ -0.20° Z 2.925 7 -245.058 0.104 8 45.547 8.576 1.4904 70.01 9 384.615 8.997 10 52.418 9.844 1.7440 44.70 11 -260.865 12 (画像表示素子) Y -112.269 θ -26.72° Z 47.392 (1)α = 40.12° (2)β = 69.07° (3)Ry /Rx = 1.234 。 Example 2 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (eccentricity) (tilt angle) 1 ∞ (pupil) 2 R y -112.203 Y -53.425 θ -8.16 ° R x -90.880 Z 61.039 K y 0.451178 K x -0.101448 AR 3.88648 × 10 -8 BR -9.06912 × 10 -16 AP 0.0861223 BP 9.22942 3 R y -81.167 1.5163 64.10 R x -81.265 Y -76.922 θ 10.73 ° K y 0 Z -29.869 K x 0 AR 6.88835 × 10 -7 BR -7.81868 x 10 -17 AP -0.0769981 BP -61.8293 4 R y 1330.917 1.5163 64.10 R x 501.536 Y -98.239 θ 10.29 ° K y 0 Z -45.058 K x 0 AR -2.07833 x 10 -7 BR -2.56955 x 10 -12 AP 0.0781516 BP -1.40503 5 R y -81.167 Y -76.922 θ 10.73 ° R x -81.265 Z -29.869 K y 0 K x 0 AR 6.88835 × 10 -7 BR -7.81868 × 10 -17 AP -0.0769981 BP- 61.8293 6 77.096 5.769 1.5156 67.48 Y -103.000 θ -0.20 ° Z 2.925 7 -245.058 0.104 8 45.547 8.576 1.4904 70.01 9 384.615 8.997 10 52.418 9.844 1.7440 44.70 11 -260 .865 12 (image display device) Y -112.269 θ -26.72 ° Z 47.392 (1) α = 40.12 ° (2) β = 69.07 ° (3) R y / R x = 1.234.
【0084】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 -105.401 Y -61.929 θ -12.18° Rx -82.442 Z 58.871 Ky 0.32259 Kx -0.300804 AR 8.96399×10-8 BR -1.32457×10-11 AP -0.153282 BP -0.759759 3 Ry -67.34402 1.5163 64.10 Rx -73.913 Y -101.890 θ 0.30° Ky 0 Z -21.088 Kx 0 AR 4.69582×10-7 BR 1.45754×10-17 AP 0.416985 BP 79.5618 4 Ry 3743.526 1.5163 64.10 Rx 524.001 Y -93.251 θ 13.90° Ky 0 Z -43.646 Kx 0 AR -5.00425×10-7 BR -3.17601×10-18 AP -0.0496521 BP-225.626 5 Ry -67.34402 Y -101.890 θ 0.30° Rx -73.913 Z -21.088 Ky 0 Kx 0 AR 4.69582×10-7 BR 1.45754×10-17 AP 0.416985 BP 79.5618 6 67.892 6.321 1.6222 59.85 Y -108.096 θ 7.97° Z 8.892 7 2208.561 0.100 8 63.733 14.798 1.5413 65.28 9 -37.410 1.500 1.7492 27.84 10 -136.209 5.690 11 78.917 7.308 1.7071 41.54 12 -145.382 13 (画像表示素子) Y -113.106 θ -27.06° Z 57.453 (1)α = 44.64° (2)β = 68.48° (3)Ry /Rx = 1.278 。Example 3 Surface Number Curvature Radius Spacing Refractive Index Abbe Number (Eccentricity) (Tilt Angle) 1 ∞ (Pupil) 2 R y -105.401 Y -61.929 θ -12.18 ° R x -82.442 Z 58.871 K y 0.32259 K x -0.300804 AR 8.96399 × 10 -8 BR -1.32457 × 10 -11 AP -0.153282 BP -0.759759 3 R y -67.34402 1.5163 64.10 R x -73.913 Y -101.890 θ 0.30 ° K y 0 Z -21.088 K x 0 AR 4.69582 × 10 -7 BR 1.45754 × 10 -17 AP 0.416985 BP 79.5618 4 R y 3743.526 1.5163 64.10 R x 524.001 Y -93.251 θ 13.90 ° K y 0 Z -43.646 K x 0 AR -5.00425 × 10 -7 BR -3.17601 × 10 -18 AP -0.0496521 BP -225.626 5 R y -67.34402 Y -101.890 θ 0.30 ° R x -73.913 Z -21.088 K y 0 K x 0 AR 4.69582 × 10 -7 BR 1.45754 × 10 -17 AP 0.416985 BP 79.5618 6 67.892 6.321 1.6222 59.85 Y -108.096 θ 7.97 ° Z 8.892 7 2208.561 0.100 8 63.733 14.798 1.5413 65.28 9 -37.410 1.500 1.7492 27.84 10 -136.209 5.690 11 78.9 17 7.308 1.7071 41.54 12 -145.382 13 (Image display element) Y -113.106 θ -27.06 ° Z 57.453 (1) α = 44.64 ° (2) β = 68.48 ° (3) R y / R x = 1.278.
【0085】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 -109.904 Y -55.940 θ -6.92° Rx -83.989 Z 61.537 Ky 0.428494 Kx -0.532434 AR 3.28945×10-8 BR -1.04062×10-11 AP 0.527877 BP -0.574124 3 Ry -76.875 1.5163 64.10 Rx -65.883 Y -95.341 θ 7.88° Ky 0 Z -21.808 Kx 0 AR 3.86415×10-7 BR -2.38015×10-15 AP -0.255819 BP -48.3338 4 Ry ∞ 1.5163 64.10 Rx 1021.605 Y -100.607 θ 14.03° Ky 0 Z -39.240 Kx 0 AR -3.60578×10-7 BR -1.22311×10-12 AP 0.00340833 BP -4.6892 5 Ry -76.875 Y -95.341 θ 7.88° Rx -65.883 Z -21.808 Ky 0 Kx 0 AR 3.86415×10-7 BR -2.38015×10-15 AP -0.255819 BP -48.3338 6 60.013 6.793 1.5724 63.05 Y -105.323 θ 8.00° Z 9.850 7 -379.236 3.771 8 55.272 10.002 1.4870 70.40 (前の面に対して) Y -11.564 θ -1.22° 9 159.339 5.097 10 57.151 6.743 1.7440 44.70 (前の面に対して) Y 4.307 θ -0.40° 11 -314.604 12 (画像表示素子) Y -116.282 θ -27.86° Z 56.050 (1)α = 45.51° (2)β = 67.96° (3)Ry /Rx = 1.309 。Example 4 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Inclination angle) 1 ∞ (Pupil) 2 R y -109.904 Y -55.940 θ -6.92 ° R x -83.989 Z 61.537 K y 0.428494 K x -0.532434 AR 3.28945 x 10 -8 BR -1.04062 x 10 -11 AP 0.527877 BP -0.574124 3 R y -76.875 1.5163 64.10 R x -65.883 Y -95.341 θ 7.88 ° K y 0 Z -21.808 K x 0 AR 3.86415 x 10 -7 BR -2.38015 × 10 -15 AP -0.255819 BP -48.3338 4 R y ∞ 1.5163 64.10 R x 1021.605 Y -100.607 θ 14.03 ° K y 0 Z -39.240 K x 0 AR -3.60578 × 10 -7 BR -1.22311 × 10 -12 AP 0.00340833 BP -4.6892 5 R y -76.875 Y -95.341 θ 7.88 ° R x -65.883 Z -21.808 K y 0 K x 0 AR 3.86415 × 10 -7 BR -2.38015 × 10 -15 AP -0.255819 BP -48.3338 6 60.013 6.793 1.5724 63.05 Y -105.323 θ 8.00 ° Z 9.850 7 -379.236 3.771 8 55.272 10.002 1.4870 70.40 (relative to the front face) Y -11.564 θ -1.22 ° 9 159.339 5.097 10 57.151 6.743 1.7440 44.70 (relative to the front surface) Y 4.307 θ -0.40 ° 11 -314.604 12 (Image display element) Y -116.282 θ -27.86 ° Z 56.050 (1) α = 45.51 ° (2) β = 67.96 (3) Ry / Rx = 1.309.
【0086】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 -108.292 Y -59.495 θ -9.83° Rx -79.370 Z 60.618 Ky 0.382543 Kx -0.453369 AR 7.44552×10-8 BR -1.03433×10-11 AP-0.0465857 BP -0.728438 3 Ry -68.341 1.5163 64.10 Rx -76.363 Y -104.494 θ -2.87° Ky 0 Z -21.110 Kx 0 AR 4.20324×10-7 BR 5.21401×10-17 AP 0.348125 BP 86.8929 4 Ry 3931.564 1.5163 64.10 Rx 524.169 Y -93.134 θ 12.92° Ky 0 Z -43.016 Kx 0 AR -4.50503×10-7 BR -3.87229×10-18 AP -0.0326903 BP-246.938 5 Ry -68.341 Rx -76.363 Y -104.494 θ -2.87° Ky 0 Z -21.110 Kx 0 AR 4.20324×10-7 BR 5.21401×10-17 AP 0.348125 BP 86.8929 6 53.501 5.744 1.6213 60.04 Y -106.005 θ 7.99° Z 8.678 7 910.262 1.818 8 82.254 12.273 1.5015 68.85 (前の面に対して) Y -1.248 θ 1.71° 9 -32.255 1.500 1.7537 27.65 10 -126.971 6.201 11 80.878 8.569 1.7472 37.78 (前の面に対して) Y -5.058 θ -0.67° 12 -110.466 13 (画像表示素子) Y -113.999 θ -25.58° Z 58.114 (1)α = 44.74° (2)β = 68.11° (3)Ry /Rx = 1.364 。Example 5 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Inclination angle) 1 ∞ (Pupil) 2 R y -108.292 Y -59.495 θ -9.83 ° R x -79.370 Z 60.618 K y 0.382543 K x -0.453369 AR 7.44552 × 10 -8 BR -1.03433 × 10 -11 AP-0.0465857 BP -0.728438 3 R y -68.341 1.5163 64.10 R x -76.363 Y -104.494 θ -2.87 ° K y 0 Z -21.110 K x 0 AR 4.20324 x 10 -7 BR 5.21401 x 10 -17 AP 0.348125 BP 86.8929 4 R y 3931.564 1.5163 64.10 R x 524.169 Y -93.134 θ 12.92 ° K y 0 Z -43.016 K x 0 AR -4.50503 x 10 -7 BR -3.87229 x 10 -18 AP -0.0326903 BP -246.938 5 R y -68.341 R x -76.363 Y -104.494 θ -2.87 ° K y 0 Z -21.110 K x 0 AR 4.20324 × 10 -7 BR 5.21401 × 10 -17 AP 0.348125 BP 86.8929 6 53.501 5.744 1.6213 60.04 Y -106.005 θ 7.99 ° Z 8.678 7 910.262 1.818 8 82.254 12.273 1.5015 68.85 (relative to the front face) Y -1.248 θ 1.71 ° 9 -32.255 1.500 1.7537 27.65 10 -126.971 6.201 11 80.878 8.569 1.7472 37.78 (relative to the front surface) Y -5.058 θ -0.67 ° 12 -110.466 13 (Image display element) Y -113.999 θ -25.58 ° Z 58.114 (1) α = 44.74 ° (2) β = 68.11 ° (3) R y / R x = 1.364.
【0087】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 -233.041 1.5163 64.10 Y -22.047 θ 0.29° Z 34.302 3 Ry -114.001 1.5163 64.10 Rx -81.811 Y -36.872 θ -3.10° Ky -0.318922 Z 53.698 Kx -1.223384 AR -1.27632×10-8 BR -1.98599×10-11 AP 0.874636 BP -0.0719209 4 -233.041 Y -22.047 θ 0.29° Z 34.302 5 Ry -30.184 1.5163 64.10 Rx -35.791 Y -79.260 θ 3.45° Ky 0 Z -6.489 Kx 0 AR -1.22945×10-7 BR 2.40034×10-11 AP -4.74593 BP 4.25653 6 Ry 438.067 1.5163 64.10 Rx 183.437 Y -80.870 θ 17.97° Ky 0 Z -34.008 Kx 0 AR -2.71656×10-6 BR -5.96538×10-12 AP -0.0398252 BP -3.66615 7 Ry -30.184 Y -79.260 θ 3.45° Rx -35.791 Z -6.489 Ky 0 Kx 0 AR -1.22945×10-7 BR 2.40034×10-11 AP -4.74593 BP 4.25653 8 51.279 12.204 1.5461 64.91 Y -92.011 θ 14.56° Z 7.641 9 -70.168 10 (画像表示素子) Y -91.178 θ -21.16° Z 30.143 (1)α = 47.34° (2)β = 62.62° (3)Ry /Rx = 1.393 。Example 6 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Inclination angle) 1 ∞ (pupil) 2 -233.041 1.5163 64.10 Y -22.047 θ 0.29 ° Z 34.302 3 R y -114.001 1.5163 64.10 R x -81.811 Y -36.872 θ -3.10 ° K y -0.318922 Z 53.698 K x -1.223384 AR -1.27632 × 10 -8 BR -1.98599 × 10 -11 AP 0.874636 BP -0.0719209 4 -233.041 Y -22.047 θ 0.29 ° Z 34.302 5 R y -30.184 1.5163 64.10 R x -35.791 Y -79.260 θ 3.45 ° K y 0 Z -6.489 K x 0 AR -1.22945 × 10 -7 BR 2.40034 × 10 -11 AP -4.74593 BP 4.25653 6 R y 438.067 1.5163 64.10 R x 183.437 Y -80.870 θ 17.97 ° K y 0 Z -34.008 K x 0 AR -2.71656 × 10 -6 BR -5.96538 × 10 -12 AP -0.0398252 BP -3.66615 7 R y -30.184 Y -79.260 θ 3.45 ° R x -35.791 Z -6.489 K y 0 K x 0 AR -1.22945 × 10 -7 BR 2.40034 × 10 -11 AP -4.74593 BP 4.25653 8 51.279 12.204 1.5461 64.91 Y -92.011 θ 14.56 ° Z 7.641 9 -70.168 10 (image display device) Y -91.178 θ -21.16 ° Z 30.143 (1) α = 47.34 ° (2) β = 62.62 ° (3) R y / R x = 1.393.
【0088】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 Ry -373.183 1.5613 64.10 Rx -75.059 Y -3.825 θ -0.25° Ky 17.364969 Z 37.967 Kx 2.377611 AR -4.15168×10-8 BR -5.39101×10-12 AP 0.828229 BP 0.643677 3 Ry -132.229 1.5163 64.10 Rx -88.147 Y -36.237 θ -3.03° Ky -0.331173 Z 63.339 Kx 0.067343 AR -7.18554×10-9 BR -2.44529×10-11 AP 0.917801 BP -0.323349 4 Ry -373.183 Y -3.825 θ -0.25° Rx -75.059 Z 37.967 Ky 17.364969 Kx 2.377611 AR -4.15168×10-8 BR -5.39101×10-12 AP 0.828229 BP 0.643677 5 Ry -61.889 1.5163 64.10 Rx -49.865 Y -83.034 θ -0.72° Ky 1.699213 Z -0.828 Kx 1.143702 AR -2.48578×10-6 BR 1.66064×10-9 AP 0.534039 BP 0.0185837 6 Ry 431.270 1.5163 64.10 Rx 198.825 Y -79.884 θ 15.44° Ky 0 Z -29.714 Kx 0 AR -1.62921×10-6 BR -7.35071×10-10 AP -0.313916 BP 0.24977 7 Ry -61.889 Y -83.034 θ -0.72° Rx -49.865 Z -0.828 Ky 1.699213 Kx 1.143702 AR -2.48578×10-6 BR 1.66064×10-9 AP 0.534039 BP 0.0185837 8 38.136 8.764 1.5031 68.68 Y -85.727 θ -4.99° Z 5.788 9 -236.271 2.607 10 43.114 13.062 1.5448 65.02 (前の面に対して) Y -5.194 θ -2.17° 11 -45.856 12 (画像表示素子) Y -96.173 θ -34.64° Z 37.830 (1)α = 46.14° (2)β = 59.74° (3)Ry /Rx = 1.500 。Example 7 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Decentering amount) (Inclination angle) 1 ∞ (Pupil) 2 R y -373.183 1.5613 64.10 R x -75.059 Y -3.825 θ -0.25 ° K y 17.364969 Z 37.967 K x 2.377611 AR -4.15 168 x 10 -8 BR -5.39101 x 10 -12 AP 0.828229 BP 0.643677 3 R y -132.229 1.5163 64.10 R x -88.147 Y -36.237 θ -3.03 ° K y -0.331173 Z 63.339 K x 0.067343 AR -7.18554 x 10 -9 BR -2.44529 x 10 -11 AP 0.917801 BP -0.323349 4 R y -373.183 Y -3.825 θ -0.25 ° R x -75.059 Z 37.967 K y 17.364969 K x 2.377611 AR -4.15168 x 10 -8 BR -5.39101 x 10 -12 AP 0.828229 BP 0.643677 5 R y -61.889 1.5163 64.10 R x -49.865 Y -83.034 θ -0.72 ° K y 1.699213 Z -0.828 K x 1.143702 AR -2.48578 x 10 -6 BR 1.66064 x 10 -9 AP 0.534039 BP 0.0185837 6 R y 431.270 1.5163 64.10 R x 198.825 Y -79.884 θ 15.44 ° K y 0 Z -29.714 K x 0 AR -1.62921 × 10 -6 B -7.35071 × 10 -10 AP -0.313916 BP 0.24977 7 R y -61.889 Y -83.034 θ -0.72 ° R x -49.865 Z -0.828 K y 1.699213 K x 1.143702 AR -2.48578 × 10 -6 BR 1.66064 × 10 -9 AP 0.534039 BP 0.0185837 8 38.136 8.764 1.5031 68.68 Y -85.727 θ -4.99 ° Z 5.788 9 -236.271 2.607 10 43.114 13.062 1.5448 65.02 (against the front face) Y -5.194 θ -2.17 ° 11 -45.856 12 (image display device) Y -96.173 θ -34.64 ° Z 37.830 (1) α = 46.14 ° (2) β = 59.74 ° (3) R y / R x = 1.500.
【0089】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 -84.615 1.6902 49.71 Rx -73.913 Y -128.861 θ 17.10° Ky 0 Z -22.878 Kx 0 AR 4.69582×10-7 BR 1.45754×10-17 AP 0.416985 BP 79.5618 3 Ry 82.728 Y -103.442 θ 40.44° Rx 249.950 Z -47.206 4 -28.950 -14.985 1.5808 62.51 Y -125.678 θ 18.31° Z -62.192 5 3813.470 6 (画像表示素子) Y -144.436 θ 63.74° Z -84.700 。Example 8 Surface Number Curvature Radius Spacing Refractive Index Abbe Number (Eccentricity) (Tilt Angle) 1 ∞ (Pupil) 2 R y -84.615 1.6902 49.71 R x -73.913 Y -128.861 θ 17.10 ° K y 0 Z- 22.878 K x 0 AR 4.69582 × 10 -7 BR 1.45754 × 10 -17 AP 0.416985 BP 79.5618 3 R y 82.728 Y -103.442 θ 40.44 ° R x 249.950 Z -47.206 4 -28.950 -14.985 1.5808 62.51 Y -125.678 θ 18.31 ° Z -62.192 5 3813.470 6 (image display device) Y -144.436 θ 63.74 ° Z -84.700.
【0090】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 -323.236 -7.207 1.7042 48.23 Y -107.529 θ 29.72° Z -52.535 3 52.268 -3.498 4 -29.741 -11.298 1.5465 64.88 (前の面に対して) Y -3.367 θ 28.77° 5 40.931 -1.500 1.7550 27.60 6 -55.531 -25.228 7 -24.174 -12.307 1.7440 44.70 (前の面に対して) Y 2.885 θ -15.31° 8 -66.571 9 (画像表示素子) Y -158.100 θ 58.89° Z -100.029 。Example 9 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Inclination angle) 1 ∞ (Pupil) 2 -323.236 -7.207 1.7042 48.23 Y -107.529 θ 29.72 ° Z -52.535 3 52.268 -3.498 4- 29.741 -11.298 1.5465 64.88 (relative to the front face) Y -3.367 θ 28.77 ° 5 40.931 -1.500 1.7550 27.60 6 -55.531 -25.228 7 -24.174 -12.307 1.7440 44.70 (relative to the front face) Y 2.885 θ -15.31 ° 8 -66.571 9 (image display element) Y -158.100 θ 58.89 ° Z -100.029.
【0091】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 Ry -42.329 1.5163 64.10 Rx -24.539 Y -91.899 θ 8.71° Z -25.000 3 Ry 134.564 Y -88.969 θ 14.86° Rx 343.377 Z -45.000 4 -36.961 -18.755 1.7440 44.70° Y -100.533 θ 22.12° Z -48.242 5 38.135 6 (画像表示素子) Y -120.450 θ 66.47° Z -70.004 。Example 10 Surface Number Curvature Radius Spacing Refractive Index Abbe Number (Eccentricity) (Tilt Angle) 1 ∞ (Pupil) 2 R y -42.329 1.5163 64.10 R x -24.539 Y -91.899 θ 8.71 ° Z -25.000 3 R y 134.564 Y -88.969 θ 14.86 ° R x 343.377 Z -45.000 4 -36.961 -18.755 1.7440 44.70 ° Y -100.533 θ 22.12 ° Z -48.242 5 38.135 6 (image display device) Y -120.450 θ 66.47 ° Z -70.004.
【0092】実施例11 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 (偏心量) (傾き角) 1 ∞(瞳) 2 Ry -81.104 1.5163 64.10 Rx -47.397 Y -79.911 θ 6.94° Z -25.155 3 Ry 42.175 Y -78.471 θ 25.08° Rx 39.364 Z -38.689 4 -22.367 -10.196 1.4870 70.40 Y -87.441 θ 44.44° Z -36.167 5 23.352 6 -42.608 -10.816 1.6200 60.30 Y -100.685 θ 37.28° Z -54.715 7 35.469 8 (画像表示素子) Y -116.293 θ 59.33° Z -77.220 。Example 11 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Decentering amount) (Inclination angle) 1 ∞ (Pupil) 2 R y -81.104 1.5163 64.10 R x -47.397 Y -79.911 θ 6.94 ° Z -25.155 3 R y 42.175 Y -78.471 θ 25.08 ° R x 39.364 Z -38.689 4 -22.367 -10.196 1.4870 70.40 Y -87.441 θ 44.44 ° Z -36.167 5 23.352 6 -42.608 -10.816 1.6200 60.30 Y -100.685 θ 37.28 ° Z -54.715 8 (Image display element) Y -116.293 θ 59.33 ° Z -77.220.
【0093】実施例12 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 (偏心量) (傾き角) 1 ∞(瞳) 2 -365.923 -3.323 1.7550 27.60 Y -83.315 θ 34.77° Z -36.028 3 41.750 -1.485 4 -17.739 -6.276 1.5860 58.90 (前の面に対して) Y -2.819 θ 18.17° 5 11.854 -1.500 1.7138 29.48 6 -17.298 -6.594 7 -307.817 -5.534 1.7440 44.70 (前の面に対して) Y 0.197 θ -0.35° 8 18.583 9 (画像表示素子) Y -119.626 θ 68.66° Z -66.719 。Example 12 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe number (Eccentricity) (Inclination angle) 1 ∞ (Pupil) 2 -365.923 -3.323 1.7550 27.60 Y -83.315 θ 34.77 ° Z -36.028 3 41.750 -1.485 4- 17.739 -6.276 1.5860 58.90 (relative to front face) Y -2.819 θ 18.17 ° 5 11.854 -1.500 1.7138 29.48 6 -17.298 -6.594 7 -307.817 -5.534 1.7440 44.70 (relative to front face) Y 0.197 θ -0.35 ° 8 18.583 9 (image display element) Y -119.626 θ 68.66 ° Z -66.719.
【0094】実施例13 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 (偏心量) (傾き角) 1 ∞(瞳) 2 -135.581 -9.980 1.5890 41.97 Y -64.929 θ 21.43° Z -29.363 3 70.448 -9.143 4 -28.619 -7.343 1.5413 65.29 (前の面に対して) Y -16.976 θ 22.75° 5 12.765 -1.500 1.7178 29.27 6 -33.973 -2.324 7 -83.265 -4.082 1.7464 39.29 (前の面に対して) Y -0.985 θ -5.19° 8 30.115 -3.845 9 Ry 81.517 -9.665 1.7440 44.70 Rx -610.184 (前の面に対して) Ky 0 Y -6.096 θ 17.36° Kx 0 Z -1.368 AR 3.63931×10-6 BR 2.57844×10-10 AP -0.58506 BP -2.19839 10 28.364 11 (画像表示素子) Y -121.221 θ 56.90° Z -74.435 。Example 13 Surface number Curvature radius Spacing Refractive index Abbe's number (eccentricity) (tilt angle) 1 ∞ (pupil) 2 -135.581 -9.980 1.5890 41.97 Y -64.929 θ 21.43 ° Z -29.363 3 70.448 -9.143 4- 28.619 -7.343 1.5413 65.29 (relative to the front surface) Y -16.976 θ 22.75 ° 5 12.765 -1.500 1.7178 29.27 6 -33.973 -2.324 7 -83.265 -4.082 1.7464 39.29 (relative to the front surface) Y -0.985 θ- 5.19 ° 8 30.115 -3.845 9 R y 81.517 -9.665 1.7440 44.70 R x -610.184 (relative to the front face) K y 0 Y -6.096 θ 17.36 ° K x 0 Z -1.368 AR 3.63931 × 10 -6 BR 2.57844 × 10 -10 AP -0.58506 BP -2.19839 10 28.364 11 (image display device) Y -121.221 θ 56.90 ° Z -74.435.
【0095】次に、上記実施例1の横収差図を図14〜
図16に、同様に実施例2〜13の横収差図をそれぞれ
図17〜図19、図20〜図22、図23〜図25、図
26〜図28、図29〜図31、図32〜図34、図3
5〜図37、図38〜図40、図41〜図43、図44
〜図46、図47〜図49、図50〜図52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)(度数表示)を表し、その画角にお
ける横収差を示す。Next, the lateral aberration diagrams for the first embodiment will be shown in FIGS.
FIG. 16 is a lateral aberration diagram of Examples 2 to 13 similarly to FIGS. 17 to 19, 20 to 22, 23 to 25, 26 to 28, 29 to 31, and 32 to 32, respectively. 34 and 3
5 to 37, 38 to 40, 41 to 43, 44
~ Fig. 46, Fig. 47 to Fig. 49, and Fig. 50 to Fig. 52. In these lateral aberration diagrams, the numbers in parentheses represent (horizontal angle of view, vertical angle of view) (in degrees), and the lateral aberration at that angle of view.
【0096】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。本発明の画像表示装置
を頭部装着式画像表示装置(HMD)20として構成す
るには、図57(a)に断面図、(b)に斜視図を示す
ように、例えば、ヘッドバンド21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の反射面を半透過ミラー(ハーフミラー)26
とし、このハーフミラー26の前方に液晶シャッター2
5を配備し、外界像を選択的に又は画像表示素子の画像
と重畳して観察できるようにしている。Although the image display apparatus of the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments and various modifications can be made. To configure the image display device of the present invention as a head-mounted image display device (HMD) 20, as shown in a sectional view in FIG. 57 (a) and a perspective view in FIG. 57 (b), for example, a headband 21 is used. Attach it to the observer's head for use. In the case of this use example, the reflecting surface of the eyepiece optical system 3 is a semi-transmissive mirror (half mirror) 26.
The liquid crystal shutter 2 is placed in front of this half mirror 26.
5 is provided so that the external image can be observed selectively or superposed on the image of the image display device.
【0097】以上の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。The above-described image display device of the present invention can be configured, for example, as follows.
【0098】〔1〕 画像を表示する画像表示素子と、
前記画像の実像を空中に投影するリレー光学系と、前記
実像を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、前記リレー光学系と前記接眼光学系の間
に、少なくとも1つの反射面を有し、かつ、観察者視軸
に対して傾いた、又は、偏心した少なくとも2面で構成
された偏心光学素子を具備し、前記接眼光学系は凹面で
構成された反射鏡であり、前記観察者視軸に対して傾い
て、又は、偏心してい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 including a relay optical system that projects a real image of the image in the air and an eyepiece optical system that guides the real image to an observer's eye, at least one reflection is provided between the relay optical system and the eyepiece optical system. Having a surface, and inclined with respect to the observer's visual axis, or comprising a decentered optical element composed of at least two surfaces decentered, the eyepiece optical system is a reflecting mirror composed of a concave surface, An image display device, which is inclined or eccentric with respect to the observer's visual axis.
【0099】〔2〕 前記接眼光学系へ入射前の観察者
視軸と反射後の観察者視軸のなす角をαとすると、 30°<α<60° ・・・(1) を満足することを特徴とする上記〔1〕記載の画像表示
装置。[2] If the angle between the observer's visual axis before entering the eyepiece optical system and the observer's visual axis after reflection is α, then 30 ° <α <60 ° (1) is satisfied. The image display device according to the above [1].
【0100】〔3〕 前記接眼光学系で反射後の視軸と
前記偏心光学系の反射面のなす角をβとするとき、 40°<β<80° ・・・(2) を満足す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] When the angle formed by the visual axis after reflection by the eyepiece optical system and the reflection surface of the decentered optical system is β, 40 ° <β <80 ° (2) The image display device according to the above [1] or [2].
【0101】〔4〕 前記偏心光学素子の接眼光学系側
の面が前記接眼光学系に対して凸面を向けた曲面からな
ることを特徴とする上記〔1〕記載の画像表示装置。[4] The image display device according to the above [1], wherein the surface of the decentered optical element on the eyepiece optical system side is a curved surface with a convex surface facing the eyepiece optical system.
【0102】〔5〕 前記偏心光学素子の接眼光学系側
の面が観察者眼球側の曲率がその反対側に比べてより強
い正パワーを有する曲面からなることを特徴とする上記
〔4〕記載の画像表示装置。[5] The above [4], wherein the surface of the decentered optical element on the eyepiece optical system side is a curved surface whose curvature on the eyeball side of the observer has a stronger positive power than that on the opposite side. Image display device.
【0103】〔6〕 画像を表示する画像表示素子と、
前記画像の実像を空中に投影するリレー光学系と、前記
実像を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、前記リレー光学系と前記接眼光学系の間
に、少なくとも1つの反射面を有し、かつ、観察者視軸
に対して傾いた、又は、偏心した少なくとも2面で構成
された偏心光学素子を具備し、前記接眼光学系は、少な
くとも2面を有し、観察者側から第1面、第2面とした
場合、第1面は透過面であり、第2面は観察者に対して
凹面を向けた反射面又は半透過面であり、前記観察者視
軸に対して傾いて、又は、偏心していることを特徴とす
る画像表示装置。[6] An image display device for displaying an image,
In an image display device including a relay optical system that projects a real image of the image in the air and an eyepiece optical system that guides the real image to an observer's eye, at least one reflection is provided between the relay optical system and the eyepiece optical system. A decentered optical element having at least two surfaces having a surface and inclined or decentered with respect to the observer's visual axis, and the eyepiece optical system has at least two surfaces. When the first surface and the second surface are arranged from the side, the first surface is a transmissive surface, and the second surface is a reflective surface or a semi-transmissive surface with a concave surface facing the observer, An image display device, which is inclined or eccentric with respect to the image display device.
【0104】〔7〕 前記接眼光学系を構成する少なく
とも1面は非球面であることを特徴とする上記〔1〕又
は〔6〕記載の画像表示装置。[7] The image display device according to the above [1] or [6], wherein at least one surface constituting the eyepiece optical system is an aspherical surface.
【0105】〔8〕 前記接眼光学系を構成する少なく
とも1面はアナモフィック面であることを特徴とする上
記〔7〕記載の画像表示装置。[8] The image display device according to the above [7], wherein at least one surface constituting the eyepiece optical system is an anamorphic surface.
【0106】[0106]
〔9〕 前記観察者視軸を含む上下方向の
面をX−Z面、前記観察者視軸を含む左右方向の面をY
−Z面と定義する場合、前記接眼光学系の少なくとも1
面のY−Z面内における曲率半径をRy 、X−Z面内に
おける曲率半径をRx とするとき、 Ry /Rx >1 ・・・(3) を満足することを特徴とする上記〔7〕又は〔8〕記載
の画像表示装置。[9] The surface in the vertical direction including the observer's visual axis is the XZ plane, and the surface in the horizontal direction including the observer's visual axis is Y.
-When defined as the Z plane, at least one of the eyepiece optical systems
When the radius of curvature of the surface in the YZ plane is R y and the radius of curvature in the XZ plane is R x , R y / R x > 1 (3) is satisfied. The image display device according to the above [7] or [8].
【0107】〔10〕 前記偏心光学系を構成する少な
くとも1面は非球面であることを特徴とする上記〔1〕
又は〔6〕記載の画像表示装置。[10] At least one surface forming the decentered optical system is an aspherical surface. [1]
Alternatively, the image display device according to [6].
【0108】〔11〕 前記偏心光学系を構成する少な
くとも1面はアナモフィック面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 at least one surface constituting the decentered optical system is an anamorphic surface.
【0109】〔12〕 前記画像表示素子の表示面は前
記観察者視軸に対して傾いて配備されていることを特徴
とする上記〔1〕又は〔6〕記載の画像表示装置。[12] The image display device according to the above [1] or [6], wherein the display surface of the image display element is arranged to be inclined with respect to the observer's visual axis.
【0110】〔13〕 前記リレー光学系は前記観察者
視軸に対して傾いてあるいは偏心して配備されているこ
とを特徴とする上記〔1〕又は〔6〕記載の画像表示装
置。[13] The image display device according to the above [1] or [6], wherein the relay optical system is arranged so as to be inclined or decentered with respect to the observer's visual axis.
【0111】〔14〕 前記リレー光学系の全ての光学
素子が同軸上に配備されていることを特徴とする上記
〔1〕又は〔6〕記載の画像表示装置。[14] The image display device according to the above [1] or [6], wherein all the optical elements of the relay optical system are arranged coaxially.
【0112】〔15〕 画像を表示する画像表示素子
と、前記画像の実像を空中に投影するリレー光学系と、
前記実像を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、前記リレー光学系と前記接眼光学系
の間に、少なくとも1つの半透過面を有し、かつ、観察
者視軸に対して傾いた、又は、偏心した少なくとも2面
で構成された偏心光学素子を具備し、前記偏心光学素子
の前記少なくとも半透過面に対して、反射側と透過側そ
れぞれに第1リレー光学系及び第2リレー光学系を具備
し、前記第1リレー光学系及び前記第2リレー光学系の
物体面近傍にそれぞれ第1画像表示素子及び第2画像表
示素子を具備することを特徴とする画像表示装置。[15] An image display element for displaying an image, a relay optical system for projecting a real image of the image in the air,
In an image display device comprising an eyepiece optical system that guides the real image to an observer's eyeball, between the relay optical system and the eyepiece optical system, there is at least one semi-transmissive surface, and with respect to the observer's visual axis. A decentered optical element having at least two surfaces that are inclined or decentered, and a first relay optical system and a first relay optical system on each of a reflective side and a transmissive side with respect to the at least semi-transmissive surface of the decentered optical element. An image display device comprising a two-relay optical system, wherein a first image display element and a second image display element are provided in the vicinity of the object planes of the first relay optical system and the second relay optical system, respectively.
【0113】〔16〕 前記第1リレー光学系又は前記
第2リレー光学系を構成する少なくとも1つの光学素子
は、観察者視軸に対しティルト又はディセンタリングし
ていることを特徴とする上記〔15〕記載の画像表示装
置。[16] At least one optical element forming the first relay optical system or the second relay optical system is tilted or decentered with respect to the observer's visual axis. ] The image display device described.
【0114】〔17〕 前記第1リレー光学系及び前記
第2リレー光学系の少なくとも一方のリレー光学系を構
成する光学素子は、同軸上に配備されていることを特徴
とする上記〔15〕記載の画像表示装置。[17] The above-mentioned [15], wherein the optical elements constituting at least one relay optical system of the first relay optical system and the second relay optical system are coaxially arranged. Image display device.
【0115】〔18〕 前記第1リレー光学系及び前記
第2リレー光学系と前記接眼光学系とによって形成され
るそれぞれの射出瞳位置が異なることを特徴とする上記
〔15〕記載の画像表示装置。[18] The image display device according to the above [15], wherein the respective exit pupil positions formed by the first relay optical system and the second relay optical system and the eyepiece optical system are different. .
【0116】〔19〕 前記第1画像表示素子と前記第
2画像表示素子には、それぞれ異なった画像が表示され
ることを特徴とする上記〔15〕記載の画像表示装置。[19] The image display device according to the above [15], wherein different images are displayed on the first image display element and the second image display element, respectively.
【0117】〔20〕 前記第1画像表示素子と前記第
2画像表示素子の何れか一方を移動可能にしたことを特
徴とする上記〔15〕記載の画像表示装置。[20] The image display device according to the above [15], wherein one of the first image display element and the second image display element is movable.
【0118】〔21〕 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
有することを特徴とする上記〔1〕から〔20〕の何れ
か1項記載の画像表示装置。[21] The image described in any one of [1] to [20] 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.
【0119】〔22〕 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支持する支持手段を有し、観
察者頭部に装着できることを特徴とする上記〔1〕から
〔21〕の何れか1項記載の画像表示装置。[22] The above-mentioned [1] to [21], wherein the image display device and the eyepiece optical system have a supporting means for supporting the head of the observer and can be mounted on the head of the observer. The image display device according to claim 1.
【0120】〔23〕 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〕から〔22〕の何れか1項記載の画
像表示装置。[23] The image display device as described in any one of [1] to [22] above, which has a supporting means for supporting at least two sets of the image display device at a constant interval.
【0121】[0121]
【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、小型、軽量で、単眼観察時の
観察画角80°以上を可能にし、かつ、画面全体におい
て鮮明な画像が観察でき、さらに、大きい射出瞳径を有
する画像表示装置を提供できる。さらに、そのような画
像表示装置において、選択的に観察画像の解像力あるい
は画像を変えることが可能な画像表示装置を提供するこ
とができる。As is clear from the above description, according to the image display device of the present invention, the image display device is small and lightweight, enables an observation angle of view of 80 ° or more during monocular observation, and has a clear image on the entire screen. Can be observed, and an image display device having a large exit pupil diameter can be provided. Further, in such an image display device, it is possible to provide an image display device capable of selectively changing the resolution or the image of the observed image.
【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9の画像表示装置の光路図であ
る。FIG. 9 is an optical path diagram of an image display device according to a ninth embodiment of the present invention.
【図10】本発明の実施例10の画像表示装置の光路図
である。FIG. 10 is an optical path diagram of an image display device according to a tenth embodiment of the present invention.
【図11】本発明の実施例11の画像表示装置の光路図
である。FIG. 11 is an optical path diagram of an image display device according to an eleventh embodiment of the present invention.
【図12】本発明の実施例12の画像表示装置の光路図
である。FIG. 12 is an optical path diagram of an image display device according to a twelfth embodiment of the present invention.
【図13】本発明の実施例13の画像表示装置の光路図
である。FIG. 13 is an optical path diagram of an image display device of Example 13 of the present invention.
【図14】本発明の実施例1の横収差図の一部である。FIG. 14 is a part of a lateral aberration diagram of Example 1 of the present invention.
【図15】本発明の実施例1の横収差図の別の部分であ
る。FIG. 15 is another portion of the lateral aberration diagram of Example 1 of the present invention.
【図16】本発明の実施例1の横収差図の残りの部分で
ある。FIG. 16 is the remaining portion of the lateral aberration diagram for Example 1 of the present invention.
【図17】本発明の実施例2の横収差図の一部である。FIG. 17 is a part of a transverse aberration diagram for Example 2 of the present invention.
【図18】本発明の実施例2の横収差図の別の部分であ
る。FIG. 18 is another portion of the lateral aberration diagram according to the second embodiment of the present invention.
【図19】本発明の実施例2の横収差図の残りの部分で
ある。FIG. 19 is the remaining portion of the lateral aberration diagram for Example 2 of the present invention.
【図20】本発明の実施例3の横収差図の一部である。FIG. 20 is a part of a transverse aberration diagram for Example 3 of the present invention.
【図21】本発明の実施例3の横収差図の別の部分であ
る。FIG. 21 is another part of the lateral aberration diagram according to the third embodiment of the present invention.
【図22】本発明の実施例3の横収差図の残りの部分で
ある。FIG. 22 is the remaining portion of the lateral aberration diagram for Example 3 of the present invention.
【図23】本発明の実施例4の横収差図の一部である。FIG. 23 is a part of a lateral aberration diagram according to Example 4 of the present invention.
【図24】本発明の実施例4の横収差図の別の部分であ
る。FIG. 24 is another portion of the lateral aberration diagram of Example 4 of the present invention.
【図25】本発明の実施例4の横収差図の残りの部分で
ある。FIG. 25 is the remaining portion of the lateral aberration diagram for Example 4 of the present invention.
【図26】本発明の実施例5の横収差図の一部である。FIG. 26 is a part of a lateral aberration diagram of Example 5 of the present invention.
【図27】本発明の実施例5の横収差図の別の部分であ
る。FIG. 27 is another portion of the lateral aberration diagram of Example 5 of the present invention.
【図28】本発明の実施例5の横収差図の残りの部分で
ある。FIG. 28 is the remaining portion of the lateral aberration diagram for Example 5 of the present invention.
【図29】本発明の実施例6の横収差図の一部である。FIG. 29 is a part of a lateral aberration diagram according to Example 6 of the present invention.
【図30】本発明の実施例6の横収差図の別の部分であ
る。FIG. 30 is another portion of the lateral aberration diagram of Example 6 of the present invention.
【図31】本発明の実施例6の横収差図の残りの部分で
ある。FIG. 31 is the remaining portion of the lateral aberration diagram for Example 6 of the present invention.
【図32】本発明の実施例7の横収差図の一部である。FIG. 32 is a part of a lateral aberration diagram according to Example 7 of the present invention.
【図33】本発明の実施例7の横収差図の別の部分であ
る。FIG. 33 is another portion of the lateral aberration diagram of Example 7 of the present invention.
【図34】本発明の実施例7の横収差図の残りの部分で
ある。FIG. 34 is the remaining portion of the lateral aberration diagram for Example 7 of the present invention.
【図35】本発明の実施例8の横収差図の一部である。FIG. 35 is a part of a lateral aberration diagram according to Example 8 of the present invention.
【図36】本発明の実施例8の横収差図の別の部分であ
る。FIG. 36 is another part of the lateral aberration diagram according to Example 8 of the present invention.
【図37】本発明の実施例8の横収差図の残りの部分で
ある。FIG. 37 is the remaining portion of the transverse aberration diagram for Example 8 of the present invention.
【図38】本発明の実施例9の横収差図の一部である。FIG. 38 is a part of a lateral aberration diagram according to Example 9 of the present invention.
【図39】本発明の実施例9の横収差図の別の部分であ
る。FIG. 39 is another part of the transverse aberration diagram for Example 9 of the present invention.
【図40】本発明の実施例9の横収差図の残りの部分で
ある。FIG. 40 is the remaining portion of the transverse aberration diagram for Example 9 of the present invention.
【図41】本発明の実施例10の横収差図の一部であ
る。FIG. 41 is a part of a lateral aberration diagram of Example 10 of the present invention.
【図42】本発明の実施例10の横収差図の別の部分で
ある。42 is another portion of the lateral aberration diagram for Example 10 of the present invention. FIG.
【図43】本発明の実施例10の横収差図の残りの部分
である。FIG. 43 is the remaining portion of the lateral aberration diagram for Example 10 of the present invention.
【図44】本発明の実施例11の横収差図の一部であ
る。FIG. 44 is a part of a lateral aberration diagram according to Example 11 of the present invention.
【図45】本発明の実施例11の横収差図の別の部分で
ある。FIG. 45 is another portion of the lateral aberration diagram of Example 11 of the present invention.
【図46】本発明の実施例11の横収差図の残りの部分
である。FIG. 46 is the remaining portion of the lateral aberration diagram for Example 11 of the present invention.
【図47】本発明の実施例12の横収差図の一部であ
る。FIG. 47 is a part of a lateral aberration diagram of Example 12 of the present invention.
【図48】本発明の実施例12の横収差図の別の部分で
ある。FIG. 48 is another part of the lateral aberration diagram according to Example 12 of the present invention.
【図49】本発明の実施例12の横収差図の残りの部分
である。FIG. 49 is the remaining portion of the lateral aberration diagram for Example 12 of the present invention.
【図50】本発明の実施例13の横収差図の一部であ
る。50 is a part of a lateral aberration diagram of Example 13 of the present invention. FIG.
【図51】本発明の実施例13の横収差図の別の部分で
ある。FIG. 51 is another portion of the lateral aberration diagram of Example 13 of the present invention.
【図52】本発明の実施例13の横収差図の残りの部分
である。FIG. 52 is the remaining portion of the lateral aberration diagram for Example 13 of the present invention.
【図53】本発明の画像表示装置を説明するための観察
者の上方から見た図である。[Fig. 53] Fig. 53 is a diagram for explaining the image display device of the present invention viewed from above the observer.
【図54】本発明の画像表示装置の光学系を説明するた
めの図である。FIG. 54 is a diagram for explaining an optical system of the image display device of the present invention.
【図55】本発明の画像表示装置において偏心光学素子
の作用を説明するための図である。FIG. 55 is a diagram for explaining the action of the decentering optical element in the image display device of the present invention.
【図56】観察者右眼に本発明の第2発明の画像表示装
置を装着した状態を観察者の上方より観察した図であ
る。FIG. 56 is a diagram of a state in which the image display device of the second invention of the present invention is attached to the right eye of an observer as observed from above the observer.
【図57】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. 57 is a sectional view and a perspective view of the head-mounted image display device according to the present invention.
【図58】従来の1つの画像表示装置の光学系を示す図
である。FIG. 58 is a diagram showing an optical system of one conventional image display device.
【図59】従来の1つの画像表示装置の光学系を示す図
である。FIG. 59 is a diagram showing an optical system of one conventional image display device.
【図60】従来の1つの画像表示装置の光学系を示す図
である。FIG. 60 is a diagram showing an optical system of one conventional image display device.
【図61】従来の1つの画像表示装置の光学系を示す図
である。FIG. 61 is a diagram showing an optical system of one conventional image display device.
【図62】従来の1つの画像表示装置の光学系を示す図
である。FIG. 62 is a diagram showing an optical system of one conventional image display device.
【図63】従来の1つの画像表示装置の光学系を示す図
である。FIG. 63 is a diagram showing an optical system of one conventional image display device.
1…観察者瞳位置 1’…透過側の射出瞳 2…観察者視軸 3…接眼光学系 4…偏心光学素子 4a…偏心光学素子の接眼光学系側の面(第1面) 4b…偏心光学素子の観察者側の面(第2面) 5、5a、5b…リレー光学系 6、6a、6b…画像表示素子 8…観察者の眼球 12…観察者の鼻 13…観察者の耳 20…頭部装着式画像表示装置(HMD) 21…ヘッドバンド 25…液晶シャッター 26…半透過ミラー(ハーフミラー) 30…接眼光学系によって形成される像面 J…上側光線 S…下側光線 K…結像点 G…瞳共役位置 JG…画像表示素子の近傍 SG…リレー光学系よりも接眼光学系側 1 ... Observer pupil position 1 '... Transmission side exit pupil 2 ... Observer visual axis 3 ... Eyepiece optical system 4 ... Decentered optical element 4a ... Decentered optical element surface (first surface) 4b ... Decentered Observer-side surface of optical element (second surface) 5, 5a, 5b ... Relay optical system 6, 6a, 6b ... Image display element 8 ... Observer's eye 12 ... Observer's nose 13 ... Observer's ear 20 ... Head-mounted image display device (HMD) 21 ... Headband 25 ... Liquid crystal shutter 26 ... Semi-transmissive mirror (half mirror) 30 ... Image plane J formed by eyepiece optical system J ... Upper ray S ... Lower ray K ... Image forming point G ... Pupil conjugate position JG ... Near image display element SG ... Eyepiece optical system side rather than relay optical system
Claims (3)
像の実像を空中に投影するリレー光学系と、前記実像を
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、 前記リレー光学系と前記接眼光学系の間に、少なくとも
1つの反射面を有し、かつ、観察者視軸に対して傾い
た、又は、偏心した少なくとも2面で構成された偏心光
学素子を具備し、 前記接眼光学系は凹面で構成された反射鏡であり、前記
観察者視軸に対して傾いて、又は、偏心していることを
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, a relay optical system for projecting a real image of the image in the air, and an eyepiece optical system for guiding the real image to an observer's eyeball. Between the system and the eyepiece optical system, at least one reflecting surface, and is inclined with respect to the observer's visual axis, or comprises a decentered optical element composed of at least two surfaces decentered, The image display device, wherein the eyepiece optical system is a reflecting mirror having a concave surface, and is inclined or decentered with respect to the observer's visual axis.
像の実像を空中に投影するリレー光学系と、前記実像を
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、 前記リレー光学系と前記接眼光学系の間に、少なくとも
1つの反射面を有し、かつ、観察者視軸に対して傾い
た、又は、偏心した少なくとも2面で構成された偏心光
学素子を具備し、 前記接眼光学系は、少なくとも2面を有し、観察者側か
ら第1面、第2面とした場合、第1面は透過面であり、
第2面は観察者に対して凹面を向けた反射面又は半透過
面であり、前記観察者視軸に対して傾いて、又は、偏心
し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, a relay optical system for projecting a real image of the image in the air, and an eyepiece optical system for guiding the real image to an observer's eyeball. Between the system and the eyepiece optical system, at least one reflecting surface, and is inclined with respect to the observer's visual axis, or comprises a decentered optical element composed of at least two surfaces decentered, The eyepiece optical system has at least two surfaces, and when the first surface and the second surface are viewed from the observer side, the first surface is a transmission surface,
The second surface is a reflecting surface or a semi-transmissive surface having a concave surface facing the viewer, and is inclined or eccentric with respect to the viewer's visual axis.
像の実像を空中に投影するリレー光学系と、前記実像を
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、 前記リレー光学系と前記接眼光学系の間に、少なくとも
1つの半透過面を有し、かつ、観察者視軸に対して傾い
た、又は、偏心した少なくとも2面で構成された偏心光
学素子を具備し、 前記偏心光学素子の前記少なくとも半透過面に対して、
反射側と透過側それぞれに第1リレー光学系及び第2リ
レー光学系を具備し、 前記第1リレー光学系及び前記第2リレー光学系の物体
面近傍にそれぞれ第1画像表示素子及び第2画像表示素
子を具備す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, a relay optical system for projecting a real image of the image in the air, and an eyepiece optical system for guiding the real image to an observer's eyeball. Between the system and the eyepiece optical system, at least one semi-transmissive surface, and is inclined with respect to the observer's visual axis, or comprises a decentered optical element composed of at least two surfaces decentered, With respect to the at least semi-transmissive surface of the decentered optical element,
A first relay optical system and a second relay optical system are provided on the reflection side and the transmission side, respectively, and a first image display element and a second image are provided near the object plane of the first relay optical system and the second relay optical system, respectively. An image display device comprising a display element.
Priority Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1995
- 1995-09-11 JP JP23281695A patent/JPH0983908A/en not_active Withdrawn
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