JP3865906B2 - 画像表示装置 - Google Patents
画像表示装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3865906B2 JP3865906B2 JP32983597A JP32983597A JP3865906B2 JP 3865906 B2 JP3865906 B2 JP 3865906B2 JP 32983597 A JP32983597 A JP 32983597A JP 32983597 A JP32983597 A JP 32983597A JP 3865906 B2 JP3865906 B2 JP 3865906B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical system
- image display
- decentered
- axis
- display element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 395
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 claims description 153
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 51
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 17
- 210000001508 eye Anatomy 0.000 claims description 15
- 210000005252 bulbus oculi Anatomy 0.000 claims description 12
- 210000003128 head Anatomy 0.000 claims description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 38
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 29
- 210000001525 retina Anatomy 0.000 description 23
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 10
- 230000009471 action Effects 0.000 description 8
- 206010010071 Coma Diseases 0.000 description 7
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 7
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 6
- 239000010408 film Substances 0.000 description 6
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 6
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000001936 parietal effect Effects 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000005337 ground glass Substances 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
- G02B17/0856—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors
- G02B17/086—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors wherein the system is made of a single block of optical material, e.g. solid catadioptric systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
- G02B17/0804—Catadioptric systems using two curved mirrors
- G02B17/0816—Catadioptric systems using two curved mirrors off-axis or unobscured systems in which not all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry, e.g. at least one of the mirrors is warped, tilted or decentered with respect to the other elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
- G02B17/082—Catadioptric systems using three curved mirrors
- G02B17/0832—Catadioptric systems using three curved mirrors off-axis or unobscured systems in which not all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry, e.g. at least one of the mirrors is warped, tilted or decentered with respect to the other elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
- G02B17/08—Catadioptric systems
- G02B17/0856—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
- G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
- G02B2027/0178—Eyeglass type
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/30—Polarising elements
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置に関し、特に、観察者の頭部又は顔面に保持することを可能にする頭部又は顔面装着式画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、個人が大画面の画像を楽しむことを目的として、画像表示装置が、特にその中でも頭部又は顔面装着式画像表示装置の開発が盛んになされている。
【０００３】
このような中、特開平７−３３３５５１号及び特開平８−２３４１３７号において、液晶表示素子（以下、ＬＣＤと称する。）からなる画像表示素子の表示画像を観察者眼球に導く接眼光学系として、３つの光学面で囲まれた屈折率が１より大きい媒質からなる偏心光学系で構成し、液晶表示素子からの光束を第３面からその偏心光学系内に入射させ、次に、その内部で第１面で全反射させ、次いで、凹面鏡の第２面で内部反射させ、今度は第１面を経て偏心光学系外に射出させ、画像表示素子の表示像を中間像を形成することなく観察者眼球に導くようにしたものが提案されている。
【０００４】
この場合は、偏心光学系を構成する光学面は３面であり、偏心光学系内部の反射回数は２回ある。この他に、２面あるいは４面以上からなり、光学系内部で１回以上反射する種々の形態の偏心光学系が本出願人等によって提案されている。
【０００５】
ところで、特開平７−３３３５５１号及び特開平８−２３４１３７号においては、画像表示装置を構成するＬＣＤ（液晶表示素子）は透過型のものを予定しているが、顔面装着式画像表示装置の画像表示素子として反射型ＬＣＤを用いるものも特開平７−７２４４６号において提案されている。図４２はその画像表示装置の光学系を示す図であり、ランプ光源５５からの照明光はコリメート光学系５６によって平行光にされ、一部の光（Ｓ偏光）が偏光ビームスプリッタ５７によって反射されて反射型ＬＣＤ５８を正面から照明する。反射型ＬＣＤ５８で反射変調された表示像は投射光学系５９によりスクリーン５２上に投影され、その投影像が接眼光学系５３を通して観察者により拡大観察される。
【０００６】
なお、反射型画像表示素子として、反射型ＬＣＤの外に、ＤＭＤ（デジタル・マイクロ・デバイス）と呼ばれる画像表示素子も提案されている。これは図４３に示すような構成のものである。すなわち、図４３（ａ）に平面を、図４３（ｂ）に各要素の構成を示すように、各画素に対応する微小ミラー６０が２次元的に配置され、指定したアドレスのミラー６０’ を対角線を軸にして傾けることにより、ミラー６０’に一定方向から入射する光を傾いていないミラーとは異なる方向へ反射させるようにして、２次元画像を表示するようにしたものであり、ミラー６０各々は、一対の対角方向の角で基板６１に立てられた支持ポスト６２によりヒンジ６３を介して支持されており、ミラー６０の後側の基板６１に設けられた一対の電極６４の一方に電圧を印加することにより、静電力によりヒンジ６３間の対角線を軸にしてミラー６０が回転可能になっている（ＩＥＥＥ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．１１，ｐｐ．２７〜３１）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
画像表示装置の光学系として偏心光学系を用いると、高い光学性能（画角、解像力等）を維持したまま装置全体を小型・軽量に構成でき、明るい画像表示装置が可能となる利点がある。しかしながら、偏心光学系と共に用いる画像表示素子としては、従来透過型ＬＣＤしか予定していなかった。そのため、特開平７−３３３５５１号及び特開平８−２３４１３７号に示された偏心光学系は、いずれも、入射瞳を無限遠に置いたテレセントリック光学系としてしか構成されてはいなかった。
【０００８】
また、画像表示素子としての透過型ＬＣＤは、反射型ＬＣＤに比較して画素の開口率が低く、画素間のブラックマトリック部が目立ってしまうため、ローパスフィルタ等を用いてそれが目立たないようにする必要がある。これに対して、反射型ＬＣＤは画素の開口率が大きくすることが可能であり、上記のような問題は小さいが、特開平７−７２４４６号に示されているように、偏心のない光学系を用いて拡大観察する場合に、光ビームスプリッタ等の光学素子を介して照明しなければならず、特に頭部又は顔面装着式画像表示装置に用いる場合に、小型・軽量化の要求に反すると共に、表示像が暗くなってしまう問題がある。
【０００９】
本発明は従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、入射瞳を有限距離に設定した非テレセントリック光学系として構成された偏心光学系を提供することにある。また、更なる目的は、その偏心光学系に反射型ＬＣＤ、ＤＭＤ等の反射型画像表示素子を用いて高い光学性能を有しながら小型・軽量で明るい画像表示装置を提供することにである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の画像表示装置は、画像表示素子と、前記画像表示素子により形成された画像を虚像として観察できるように観察者眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系とを有する画像表示装置において、前記接眼光学系が少なくとも１面の偏心した裏面反射面を有する偏心光学系からなり、且つ前記偏心光学系が、非テレセントリック光学系に構成されており、
前記画像表示素子が照明光の反射光により画像を表示する反射型画像表示素子からなり、前記照明光を形成する照明手段が前記反射型画像表示素子から前記観察者眼球位置の間の表示光路外に配置されており、
前記偏心光学系が３つの光学面で囲まれた屈折率が１より大きい媒質からなり、射出瞳が第１面に面して位置しており、前記反射型画像表示素子が第３面に面して配置され、前記反射型画像表示素子からの表示光は、透過作用を有する前記第３面５を経て前記偏心光学系内に入射し、射出瞳に面した反射作用と透過作用を有する前記第１面の内側で反射され、次いで、前記第１面に対して射出瞳側と反対側に位置する第２面に入射してその面の内側で反射され、その反射光は今度は前記第１面を透過して前記偏心光学系から射出する構成になっており、逆光線追跡で射出瞳の中心を通り前記偏心光学系を介して前記反射型画像表示素子の画面の中心に達する光線を軸上主光線とし、前記軸上主光線が射出瞳を射出し前記第１面に交差するまでの直線によって定義される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しかつ前記偏心光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義し、かつ、前記反射型画像表示素子の表示面あるいは画素の面に垂直な法線ｎのＹ−Ｚ面への投影像を法線ｎ' とし、前記軸上主光線とその法線ｎ' とのなす角度をΘとするとき、
前記偏心光学系の前記第３面と反対側で前記第１面と前記第２面が交差する部分が切り取られ、その切り取り面前方に前記照明手段が配置され、前記照明手段からの照明光がこの切り取り面を介して前記偏心光学系内部に入射され、前記偏心光学系を横断して前記第３面から射出され、前記反射型画像表示素子の表示面あるいは画素の面が照明され、かつ、
１５°＜Θ＜２５° ・・・（１）
を満足することを特徴とするものである。
本発明のもう１つの画像表示装置は、画像表示素子と、前記画像表示素子により形成された画像を虚像として観察できるように観察者眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系とを有する画像表示装置において、前記接眼光学系が少なくとも１面の偏心した裏面反射面を有する偏心光学系からなり、且つ前記偏心光学系が、非テレセントリック光学系に構成されており、
前記画像表示素子が照明光の反射光により画像を表示する反射型画像表示素子からなり、前記照明光を形成する照明手段が前記反射型画像表示素子から前記観察者眼球位置の間の表示光路外に配置されており、
前記偏心光学系が３つの光学面で囲まれた屈折率が１より大きい媒質からなり、射出瞳が第１面に面して位置しており、前記反射型画像表示素子が第３面に面して配置され、前記反射型画像表示素子からの表示光は、透過作用を有する前記第３面５を経て前記偏心光学系内に入射し、射出瞳に面した反射作用と透過作用を有する前記第１面の内側で反射され、次いで、前記第１面に対して射出瞳側と反対側に位置する第２面に入射してその面の内側で反射され、その反射光は今度は前記第１面を透過して前記偏心光学系から射出する構成になっており、逆光線追跡で射出瞳の中心を通り前記偏心光学系を介して前記反射型画像表示素子の画面の中心に達する光線を軸上主光線とし、前記軸上主光線が射出瞳を射出し前記第１面に交差するまでの直線によって定義される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しかつ前記偏心光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義し、かつ、前記反射型画像表示素子の表示面あるいは画素の面に垂直な法線ｎのＹ−Ｚ面への投影像を法線ｎ' とし、前記軸上主光線とその法線ｎ' とのなす角度をΘとするとき、
前記照明手段が前記第１面の前の射出瞳側であって前記第３面との交差部近傍に配置され、前記照明手段からの照明光が前記第１面の前記第３面との交差部近傍から前記偏心光学系内部に入り、前記偏心光学系を横断して前記第３面から外に出て前記反射型画像表示素子の表示面あるいは画素の面を照明するように配置され、かつ、
８°＜Θ＜２０° ・・・（３）
を満足することを特徴とするものである。
【００１１】
この場合、照明光の反射型画像表示素子の表示面あるいは画素の面への入射角と反射型画像表示素子からの表示光束の主光線の射出角が略等しくなるように照明手段が配置されていることが望ましい。
【００１２】
また、照明手段が偏心光学系の入射瞳位置と略共役な位置に配置されていることが望ましい。
また、偏心光学系を構成する反射面の少なくとも１面の面形状がその面内及び面外共に回転対称軸を有さない回転非対称面からなることが望ましい。その場合、その回転非対称面が、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面からなることが望ましい。
【００１３】
また、反射型画像表示素子の表示面と偏心光学系の表示光が入射する面との間のスペース及びそれを取り巻くスペースであって表示光を遮断しない光路外の位置、又は、偏心光学系の一部であって反射型画像表示素子からの表示光束が通らない部分又は方向を透過させて反射型画像表示素子の表示面あるいは画素の面を照明できる位置に、照明手段を配置することが望ましい。
【００１４】
本発明においては、接眼光学系が少なくとも１面の偏心した裏面反射面を有する偏心光学系からなり、画像表示素子が照明光の反射光により画像を表示する反射型画像表示素子からなり、照明光を形成する照明手段が反射型画像表示素子から観察者眼球位置の間の表示光路外に配置されているので、反射型ＬＣＤ等と偏心光学系とを用いて高い光学性能を有しながら小型・軽量で明るい画像表示装置を達成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の画像表示装置をいくつかの実施例に基づいて説明する。
図１は、画像表示装置の接眼光学系として、特開平７−３３３５５１号及び特開平８−２３４１３７号に示されたような３つの光学面３、４、５で囲まれた屈折率が１より大きい媒質からなる偏心光学系１０を用いた場合の本発明の実施例の画像表示装置の光路図である。この偏心光学系１０の射出瞳１は、第１面３に面して位置しており、反射型ＬＣＤ（液晶表示素子）８は第３面５に面して配置される。そして、逆光線追跡で、射出瞳１の中心を通り偏心光学系１０を介して反射型ＬＣＤ８の画面の中心に達する光線を偏心光学系１０の軸上主光線とし、その軸上主光線を光軸２とする。
【００１６】
この画像表示装置において、反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射型ＬＣＤ８に対向した透過面の第３面５を経て偏心光学系１０内に入射し、射出瞳１に面した第１面３の内側で反射され、次いで、第１面３に対して射出瞳１側と反対側に位置する第２面４に入射してその面の内側で反射され、その反射光は今度は第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。そして、少なくとも２つの反射面は光軸２に対して偏心している。
【００１７】
ここで、偏心光学系１０の接眼光学系の作用を行う正パワーを主として偏心光学系１０を構成する反射面３、４の何れかあるいは全てが担っており、かつ、その反射面の少なくとも１面は回転非対称な面形状を有していることが、面の偏心に基づく収差を補正するために望ましい。以下、この点を説明する。
【００１８】
まず、以下の説明において用いる座標系について説明する。なお、光線追跡は、遠方の物点からの光が射出瞳１を通過し、反射型ＬＣＤ８の画面を像面として結像する逆追跡で考える。
【００１９】
図１に示すように、射出瞳１中心を通過し、反射型ＬＣＤ８の画面の中心に達する光線を軸上主光線とし、偏心光学系１０の第１面３に交差するまでの直線によって定義される光軸をＺ軸とし、そのＺ軸と直交しかつ撮像光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸とする。
【００２０】
一般に、球面レンズのみで構成された球面レンズ系では、球面により発生する球面収差と、コマ収差、像面湾曲等の収差をいくつかの面でお互いに補正しあい、全体として収差を少なくする構成になっている。一方、少ない面数で収差を良好に補正するためには非球面等が用いられる。これは、球面で発生する各種収差自体を少なくするためである。しかし、偏心した光学系においては、偏心により発生する回転非対称な収差を回転対称光学系で補正することは不可能である。
【００２１】
回転対称な光学系が偏心した場合、回転非対称な収差が発生し、これを回転対称な光学系でのみ補正することは不可能である。この偏心により発生する回転非対称な収差は、像歪、像面湾曲、さらに、軸上でも発生する非点収差、コマ収差がある。図３６は偏心して配置された凹面鏡Ｍにより発生する像面湾曲、図３７は偏心して配置された凹面鏡Ｍにより発生する非点収差、図３８は偏心して配置された凹面鏡Ｍにより発生する軸上コマ収差を示す図である。本発明の偏心光学系は、上記のような偏心により発生する回転非対称な収差の補正のために、回転非対称な面を光学系中に配置して、その回転非対称な収差を補正している。
【００２２】
偏心して配置された凹面鏡により発生する回転非対称な収差に、回転非対称な像面湾曲がある。例えば、無限遠の物点から偏心した凹面鏡に入射した光線は、凹面鏡に当たって反射結像されるが、光線が凹面鏡に当たって以降、像面（反射型ＬＣＤ８）までの後側焦点距離は、光線が当たった部分の曲率の半分になる。すると、図３６に示すように、軸上主光線に対して傾いた像面を形成する。このような回転非対称な像面湾曲を補正することは、回転対称な光学系では不可能であった。この傾いた像面湾曲を補正するには、凹面鏡Ｍを回転非対称な面で構成し、この例ではＹ軸正の方向（図の上方向）に対して曲率を強く（屈折力を強く）し、Ｙ軸負の方向（（図の下方向）に対して曲率を弱く（屈折力を弱く）することにより補正することができる。また、上記構成と同様な効果を持つ回転非対称な面を凹面鏡Ｍとは別に光学系中に配置することにより、少ない構成枚数でフラットの像面を得ることが可能となる。
【００２３】
次に、回転非対称な非点収差について説明する。前記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡Ｍでは軸上光線に対しても、図３７に示すような非点収差が発生する。この非点収差を補正するためには、前記説明と同様に、回転非対称面のＸ軸方向の曲率とＹ軸方向の曲率を適切に変えることによって可能となる。
【００２４】
さらに、回転非対称なコマ収差について説明する。前記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡Ｍでは、軸上光線に対しても図３８に示すようなコマ収差が発生する。このコマ収差を補正するためには、回転非対称面のＸ軸の原点から離れるに従って面の傾きを変えると共に、Ｙ軸の正負によって面の傾きを適切に変えることによって可能となる。
【００２５】
さらに、偏心光学系を折り曲げ光路を有するように構成すると、反射面にパワーを持たせることが可能となり、透過型レンズを省略することが可能となる。さらに、光路を折り曲げたことにより偏心光学系を小型に構成することが可能となる。
【００２６】
また、その反射面は、臨界角を越えて光線が入射するように、光線に対して傾いて配置された全反射面で構成することにより、高い反射率にすることが可能となり、また、反射作用と透過作用とを併せ持たすことが可能となる。また、反射面を構成する面にアルミニウム又は銀等の金属薄膜を表面に形成した反射面、又は、誘電体多層膜で形成された反射面又は半透過反射面で構成することが好ましい。金属薄膜で反射作用を有する場合は、手軽に高反射率を得ることが可能となる。また、誘電体反射膜の場合は、波長選択性や吸収の少ない反射膜を形成する場合に有利となる。
【００２７】
さらに好ましくは、反射面に回転非対称面を用いると、透過面に用いる場合と比べて、色収差は全く発生しない。また、面の傾きが少なくても光線を屈曲させることができるために、他の収差発生も少ない。つまり、同じ屈折力を得る場合に、反射面の方が屈折面に比べて収差の発生が少なくてすむ。
【００２８】
ここで、回転非対称面には、アナモルフィック面、トーリック面、自由曲面がある。アナモルフィック面の面形状は以下の式（ａ）で表される。
ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ量、ＣＸはＸ軸方向曲率、ＣＹはＹ軸方向曲率、Ｋｘ はＸ軸方向円錐係数、Ｋｙ はＹ軸方向円錐係数、Ｒｎ は非球面項回転対称成分、Ｐｎ は非球面項回転非対称成分である。
【００２９】
トリーック面の面形状は以下の式（ｂ）で表される。
Ｚ＝−Ｓｉｇｎ（Ｒｘ）・｛（Ｒｘ−Ｇ（ｙ））2 −ｘ2 ｝1/2 ＋Ｒｘ
・・・（ｂ）
ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ量、ＲｘはＸ軸方向曲率半径、Ｓｉｇｎ（Ｒｘ）はＸ軸方向曲率半径の符号、Ｇ（ｙ）は、
であり、ここで、ＣＹはＹ軸方向曲率、ａｋは円錐係数、ａｃ（ｎ）は非球面係数である。
【００３０】
自由曲面の面形状は以下の式（ｃ）で表される。
ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ量、Ｃｍ （ｍは２以上の整数）は係数である。
【００３１】
また、本発明の偏心光学系においては、偏心した回転非対称面形状を有する反射作用面の少なくとも１面は、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面を使用することが望ましい。上記式（ｃ）で表される自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、本発明ではｘの奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面（図１の面）と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例えば、上記定義式（ａ）においては、Ｃ4 ，Ｃ6 ，Ｃ9 ，Ｃ11，Ｃ13，Ｃ15，Ｃ18，Ｃ20，Ｃ22，Ｃ24，Ｃ26，Ｃ28，Ｃ31，Ｃ33，Ｃ35，Ｃ37，・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。
【００３２】
また、ｙの奇数次項を全て０にすることによって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。
例えば、上記定義式（ｃ）においては、Ｃ3 ，Ｃ6 ，Ｃ8 ，Ｃ10，Ｃ13，Ｃ15，Ｃ17，Ｃ19，Ｃ21，Ｃ24，Ｃ26，Ｃ28，Ｃ30，Ｃ32，Ｃ34，Ｃ36，・・・の各項の係数を０にすることによって可能であり、また、以上のような対称面を持つことにより製作性を向上することが可能となる。
【００３３】
上記Ｙ−Ｚ面と平行な対称面、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面の何れか一方を対称面とすることにより、偏心により発生する回転非対称な収差を効果的に補正することが可能となる。上記定義式は、１つの例として示したものであり、他のいかなる定義式に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。
【００３４】
また、一般に、偏心した回転非対称反射面を有する偏心光学系（偏心プリズム光学系）は研磨により製作することは難しく、研削により１面ずつ形成するか、プラスチックの射出成形又はガラスモールド成形により作製することになる。このとき、偏心プリズム光学系の面が所定の形状に作製されているかどうかを確認する必要がある。このような３次元の回転非対称な形状の測定には、一般的に３次元座標測定器が使用されるが、測定時間がかかりすぎてしまう。
【００３５】
そこで、偏心プリズム光学系を構成する面の中、少なくとも１面を球面又は回転対称非球面からなる回転対称面で構成することがより望ましい。
さて、図１の本発明の実施例においては、画像表示素子として反射型ＬＣＤ８を用いているため、その表示面に照明光１３を照射する必要がある。そのために、この実施例の場合、点状の光源１２を、第３面５と反射型ＬＣＤ８の間のスペース及びそれを取り巻くスペースであって表示光を遮断しない光路外の位置に配置してある。
【００３６】
しかも、反射型ＬＣＤ８の表示面（画素の面が表示面に平行に配置されていない場合は画素の面）に対して偏心光学系１０の入射瞳位置１１と鏡像関係にある位置に光源１２が配置されている。このような位置関係に配置すると、光源１２からの照明光１３の入射角αと反射型ＬＣＤ８からの表示光束の主光線の射出角β（表示面あるいは画素の面に垂直な法線ｎに対して表示光束の主光線がなす角）が略等しくなり、明るい表示が可能になる。なお、入射瞳位置１１は偏心光学系１０に関して射出瞳１と共役な位置である。
【００３７】
光源１２の配置位置としては、図１のように第３面５と反射型ＬＣＤ８の間のスペース及びそれを取り巻くスペースであって表示光を遮断しない光路外の位置以外に、図２、図３に示すように、偏心光学系１０の一部であって反射型ＬＣＤ８からの表示光束が通らない部分を透過させて反射型ＬＣＤ８の表示面（画素の面）を照明できる位置に配置することもできる。
【００３８】
図２の場合は、第３面５と反対側で第１面３と第２面４が交差する偏心光学系１０の部分を切り取り、その切り取り面１４前方に光源１２を配置し、光源１２からの照明光１３がこの切り取り面１４を介して偏心光学系１０内部に入り、偏心光学系１０を横断して第３面５から外に出て、反射型ＬＣＤ８の表示面を照明するようにしている。
【００３９】
図３の場合は、第１面３の前であって第３面５との交差部近傍に光源１２を配置し、光源１２からの照明光１３を第１面３の第３面５との交差部近傍から偏心光学系１０内部に入れ、偏心光学系１０を横断して第３面５から外に出るようにして、反射型ＬＣＤ８の表示面を照明するようにしている。
【００４０】
何れの場合も偏心光学系１０内部を照明光１３が通過するが、反射型ＬＣＤ８からの表示光束が通らない部分あるいは方向を透過させるので、光源１３は表示の邪魔にならず、また、照明光１３はフレア等にならない。
【００４１】
ところで、図１のように、３つの光学面３、４、５で囲まれた屈折率が１より大きい媒質からなり、射出瞳１が第１面３に面して位置しており、反射型ＬＣＤ８が第３面５に面して配置され、反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射型ＬＣＤ８に対向した透過面の第３面５を経て偏心光学系１０内に入射し、射出瞳１に面した第１面３の内側で反射され、次いで、第１面３に対して射出瞳１側と反対側に位置する第２面４に入射してその面の内側で反射され、その反射光は今度は第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する偏心光学系１０を接眼光学系として用いる場合について、座標系を前記のように定め、逆光線追跡で射出瞳１の中心を通り偏心光学系１０を介して反射型ＬＣＤ８の画面の中心に達する光線を軸上主光線とし、反射型ＬＣＤ８の表示面あるいは画素の面に垂直な法線ｎのＹ−Ｚ面への投影像を法線ｎ' とし、上記軸上主光線とその法線ｎ' とのなす角度をΘとするとき、照明光源１２がそれぞれ図１、図２、図３の位置に配置される場合のこの角度Θの条件について検討する。
【００４２】
まず、図２のように、偏心光学系１０の第３面５と反対側で第１面３と第２面４が交差する部分を切り取り、その切り取り面１４前方に光源１２を配置し、光源１２からの照明光１３をこの切り取り面１４を介して偏心光学系１０内部に入射させ、偏心光学系１０を横断して第３面５から射出した光で反射型ＬＣＤ８の表示面を照明する場合には、
１５°＜Θ＜２５° ・・・（１）
を満足することが望ましい。
【００４３】
上記条件式（１）の上限の２５°を越えると、反射型ＬＣＤ８を照明するためには、逆光線追跡での第１反射面４で照明光線を反射させる必要があり、照明むらが発生しやすく、第１反射面４が結像系以外に照明系としてのパワーも併せ持つことになるので、収差補正上好ましくない。また、下限の１５°を越えると、反射型ＬＣＤ８を照明するためには、逆光線追跡での第２反射面３で照明光線を反射させる必要があり、図２のように光源１２を偏心光学系１０の下側（反射型ＬＣＤ８とは反対側）に配置すること自体が困難になってしまう。
【００４４】
次に、図１のように、光源１２を偏心光学系１０の第３面５と反射型ＬＣＤ８の間のスペース及びそれを取り巻くスペースであって表示光を遮断しない光路外の位置に配置する場合には、
２０°＜Θ＜３３° ・・・（２）
を満足することが望ましい。
【００４５】
上記条件式（２）の上限の３３°を越えると、偏心光学系１０の像面のＹ方向の曲がりが大きくなり結像光学系として補正しきれなくなり、収差補正上好ましくない。また、下限の２０°を越えると、照明系の光路と逆光線追跡での第２透過面５がオーバラップしてしまい、図１のように光源１２を第３面５と反射型ＬＣＤ８の間のスペース及びそれを取り巻くスペースであって表示光を遮断しない光路外の位置に配置すること自体が困難になってしまう。
【００４６】
次に、図３のように、光源１２を第１面３の前の射出瞳１側であって第３面５との交差部近傍に配置し、光源１２からの照明光１３を第１面３の第３面５との交差部近傍から偏心光学系１０内部に入れ、偏心光学系１０を横断して第３面５から外に出るようにして照明する場合には、
８°＜Θ＜２０° ・・・（３）
を満足することが望ましい。
【００４７】
上記条件式（３）の上限の２０°を越えると、照明系の光路は逆光線追跡での第２透過面５の物理的な有効径の外となってしまい、図３のような照明配置をとることが困難になってしまう。また、下限の８°を越えると、照明用光源１２が射出瞳１の面と第１面３とを結ぶ光路内に配置されてしまい、本来の目的である空中像が光源１２に遮られて観察できなくなってしまう。
【００４８】
さて、以上の実施例においては、図１に示すように、偏心光学系１０は、３つの光学面３、４、５で囲まれた屈折率が１より大きい媒質からなり、反射型ＬＣＤ８からの表示光が、反射型ＬＣＤ８に対向した透過面の第３面５を経て偏心光学系１０内に入射し、射出瞳１に面した第１面３の内側で反射され、次いで、第１面３に対して射出瞳１側と反対側に位置する第２面４に入射してその面の内側で反射され、その反射光は今度は第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像するものであったが、それ以外に種々の形態の偏心光学系１０を本発明の接眼光学系として用いることができる。以下にそれらを説明するが、これらの偏心光学系１０においても、少なくとも１つの反射面は光軸に対して偏心しており、偏心光学系１０を構成する反射面の何れかあるいは全てが接眼光学系の作用を行う正パワーを主としてが担っており、かつ、その反射面の少なくとも１面は前記のアナモルフィック面、トーリック面、又は、自由曲面からなる回転非対称な面形状を有している。そして、偏心した回転非対称面形状を有する反射作用面の少なくとも１面は、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面を使用することが望ましい。また、偏心光学系１０を構成する面の中、少なくとも１面を球面又は回転対称非球面からなる回転対称面で構成することがより望ましい。
【００４９】
図４の偏心光学系１０は、４つの面３、４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射され、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された反射面の第２面４に入射して反射され、その反射光は、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００５０】
図５の偏心光学系１０は、４つの面３、４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された反射面の第２面４に入射して反射され、その反射後、反射面の第４面６で反射され、次に、第２面４に入射して反射され、その反射光は、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００５１】
図６の偏心光学系１０は、４つの面３、４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射され、次に、第３面５に入射して今度は反射され、次いで、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された反射面の第２面４に入射して反射され、その反射後、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００５２】
図７の偏心光学系１０は、３つの面３、４、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され、かつ、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第２面４を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射され、次に、第２面４に入射して今度は反射され、再び第４面６で反射され、次いで、第２面４に入射して再度反射され、その反射後、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００５３】
図８の偏心光学系１０は、４つの面３、４、６、７からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され、かつ、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第２面４を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第５面７で反射され、次に、第２面４に入射して今度は反射され、次いで、反射面の第４面６で反射され、再び第２面４に入射して再度反射され、その反射後、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００５４】
図９の偏心光学系１０は、３つの面３、４、５からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された反射面の第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００５５】
図１０の偏心光学系１０は、３つの面３、４、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され、かつ、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第２面４を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射され、次に、第２面４に入射して今度は反射され、その反射後、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００５６】
図１１の偏心光学系１０は、３つの面３、４、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され、かつ、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第２面４を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３で反射され、反射面の第４面６で反射され、次に、第２面４に入射して今度は反射され、その反射後、今度は第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００５７】
図１２の偏心光学系１０は、２つの裏面鏡２１、２２からなり、その中、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第２の裏面鏡２２の表面を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、第２の裏面鏡２２の表面、裏面、表面の順で透過、反射、透過し、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第１の裏面鏡２１の表面、裏面、表面の順で透過、反射、透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００５８】
図１３の偏心光学系１０は、正の屈折力を有する光学素子（接合レンズ）２３と凹面裏面鏡２１とからなり、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された正の屈折力を有する光学素子２３を透過して偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された凹面裏面鏡２１の表面、裏面、表面の順で透過、反射、透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００５９】
図１４の偏心光学系１０は、凹面裏面鏡２１と正の屈折力を有する光学素子（単レンズ）２３とからなり、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された凹面裏面鏡２１の表面を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、凹面裏面鏡２１の表面、裏面、表面の順で透過、反射、透過し、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された正の屈折力を有する光学素子２３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６０】
図１５の偏心光学系１０は、偏心配置の凹面裏面鏡２１からなり、反射型ＬＣＤ８からの表示光は、凹面裏面鏡２１の表面、裏面、表面の順で透過、反射、透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６１】
図１６の偏心光学系１０は、３つの面３、４、５からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第２面４で反射され、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第１面３に入射して反射され、その反射光は、再び第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６２】
図１７の偏心光学系１０は、４つの面３、４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射され、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第１面３に入射して反射され、その反射光は今度は第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６３】
図１８の偏心光学系１０は、２つの面３、４からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第１面３を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第２面４で反射され、その反射光は、今度は第１面３に入射して反射され、その反射光は、再び第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６４】
図１９の偏心光学系１０は、３つの面３、４、５からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、光軸２上に射出瞳１と対向して配置された第１面３で反射され、再び第３面５に入射して反射され、再度第１面３で反射され、その反射光は今度は第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６５】
図２０の偏心光学系１０は、３つの面３、４、５からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第１面３を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、第３面５に入射して反射され、再び第１面３に入射して反射され、再度第３面５で反射され、その反射光は再度第１面３で反射され、その反射光は今度は第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６６】
図２１の偏心光学系１０は、４つの面３、４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、４つの面３、４、５、６中、第２面４は媒質中に設けられた偏心した半透過反射面となっているもので、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、半透過反射面の第２面４を透過して、反射面の第４面６で反射され、今度は第２面４の半透過反射面に入射して反射され、その反射後、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６７】
図２２の偏心光学系１０は、４つの面３、４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射され、その反射光は、反射面の第２面４に入射して反射され、その反射後、第３面５から第４面６に到る光路と交差しながら光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６８】
図２３の偏心光学系１０は、４つの面３、４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、４つの面３、４、５、６中、第２面４、第４面６は媒質中に設けられた偏心した半透過反射面となっているもので、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、半透過反射面の第２面４を透過して、半透過反射面の第４面６で反射され、今度は第２面４の半透過反射面に入射して反射され、その反射光は今度は半透過反射面の第４面６を透過して、光軸２上に第４面６と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６９】
次に、本発明の具体的な数値実施例１〜５について説明する。後述する各実施例の構成パラメータにおいては、図２４に示すように、逆光線追跡で、偏心光学系１０の射出瞳１の中心を光学系の原点として、光軸２を射出瞳１の中心（原点）を通る軸上主光線で定義し、射出瞳１から光軸２に沿って進む方向をＺ軸方向、このＺ軸に直交し射出瞳１中心を通り、光線が偏心光学系１０によって折り曲げられる面内の方向をＹ軸方向、Ｙ軸、Ｚ軸に直交し、射出瞳１中心を通る方向をＸ軸方向とし、射出瞳１から偏心光学系１０に向かう方向をＺ軸の正方向、光軸２から像面（画像表示素子）８の側をＹ軸の正方向、そしてこれらＹ軸、Ｚ軸と右手系を構成する方向をＸ軸の正方向とする。なお、光線追跡は偏心光学系１０の射出瞳１側の物体側から偏心光学系１０に入射する方向としている。
【００７０】
そして、偏心が与えられている面については、その面の面頂位置の偏心光学系１０の原点である射出瞳１の中心からのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の偏心量と、その面の中心軸（自由曲面、回転対称非球面については、それぞれ以下の（ｃ）式、（ｆ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれα、β、γ）とが与えられている。なお、その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対しての反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対しての時計回りを意味する。その他、球面の曲率半径、面間隔、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。
【００７１】
なお、回転非対称面である自由曲面の形状は以下の式により定義する。その定義式のＺ軸が回転非対称面の軸となる。
Ｚ＝Σn Σm ＣnmＸn Ｙn-m
ただし、Σn はΣのｎが０〜ｋ、Σm はΣのｍが０〜ｎを表す。
【００７２】
また、面対称自由曲面（対称面を１つのみ有する自由曲面）を、この自由曲面を表す式により定義する場合は、その対称面により生ずる対称性をＸ方向に求める場合は、Ｘの奇数次項を０に（例えばＸ奇数次項の係数を０にする）、その対称面により生ずる対称性をＹ方向に求める場合は、Ｙの奇数次項を０に（例えばＹ奇数次項の係数を０にする）すればよい。
【００７３】
ここで、例としてｋ＝７（７次項）で、Ｘ方向に対称な面対称自由曲面を上記定義式を展開した形で表すと、以下の式となる。
そして、Ｘ奇数次項の係数Ｃ4 ，Ｃ6 ，Ｃ9 ・・・を０とする（後記の実施例）。なお、後記する構成のパラメータ中において、記載のない非球面に関する係数は０である。
【００７４】
また、面対称自由曲面の他の定義式として、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式がある。この面の形状は以下の式（ｄ）により定義する。その定義式のＺ軸がＺｅｒｎｉｋｅ多項式の軸となる。
【００７５】
なお、上記においてＸ方向に対称な面として表した。ただし、Ｄｍ （ｍは２以上の整数）は係数である。
【００７６】
本発明において使用可能なその他の面の表現例として、上記定義式（Ｚ＝Σn Σm ＣnmＸn Ｙn-m ）を、（ｃ）式と同様、Ｘ方向に対称な面で、ｋ＝７とした面を表す場合、以下の（ｅ）式のように展開することもできる。
【００７７】
また、回転対称非球面の形状は以下の式により定義する。その定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。
【００７８】
ただし、ＹはＺに垂直な方向であり、Ｒは近軸曲率半径、Ｐは円錐係数、Ａ4 、Ａ6 、Ａ8 、Ａ10は非球面係数である。
【００７９】
なお、後記する構成パラメータにおいて、データの記載されていない非球面に関する項は０である。屈折率についてはｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。
【００８０】
次に、図２４〜図２８にそれぞれ数値実施例１〜５の画像表示装置光学系の偏心光学系１０の光軸２を含むＹ−Ｚ断面図を示す。何れの実施例の偏心プリズム光学系１０も、図１の場合と同様に、３つの面３、４、５からなっており、その３つの面３〜５の間が屈折率が１より大きい透明媒質で埋められていて、不図示の物体から発した光線束が光軸２に沿って偏心光学系１０の射出瞳１をまず通過し、透過作用と反射作用を有する第１面３に入射して偏心光学系１０内に入り、その入射光線は射出瞳１から遠い側の反射作用のみを有する反射面である第２面４で射出瞳１に近づく方向に反射され、今度は第１面３で射出瞳１から遠ざかる方向に再び反射され、その反射光線は、透過作用のみを有する第３面５を透過して像面の位置に配置された反射型ＬＣＤ８の表示面に到達し、その表示面で正反射して、図２４〜図２６の場合は、図２と同様に、第３面５から偏心光学系１０内に入り、偏心光学系１０を横断して、第３面５と反対側の第１面３と第２面４が交差する部分の切り取り面１４から偏心光学系１０の外へ出て、切り取り面１４の前方に配置された面光源（例えば、点光源により背面から照明されたスリガラス）１２に達する。また、図２７の場合は、図１と同様、反射型ＬＣＤ８の表示面で正反射した光は、第３面５と反射型ＬＣＤ８の間のスペースの射出瞳１側に配置された面光源１２に達する。さらに、図２８の場合は、図３と同様、反射型ＬＣＤ８の表示面で正反射した光は、第３面５から偏心光学系１０内に入り第３面５と第１面３交差部近傍を横切り、第１面３から射出瞳１側に出て、第１面３の前方に配置された面光源１２に達する。
【００８１】
図２４（実施例１）、図２６（実施例３）、図２７（実施例４）、図２８（実施例５）の場合は、射出瞳１と面光源１２は共役になっており、したがって、面光源１２は射出瞳１の形状に相似の円形のものでよく、図２５（実施例２）の場合は、Ｙ−Ｚ断面図内でのみ射出瞳１と面光源１２は共役になっており、Ｘ−Ｚ断面図内では共役になっていないため、実施例２の場合は、光源１２としてＸ方向に伸びた長い面光源１２を用いる。
【００８２】
そして、実施例１、２、５においては、第１面３は瞳１側に凹面を向けて偏心した前記の（ｆ）式で定義される回転対称非球面からなり、実施例３においては、第１面３は前記の（ｃ）式で定義される自由曲面からなり、実施例４においては、第１面３は瞳１側に凸面を向けて偏心した前記の（ｆ）式で定義される回転対称非球面からなる。また、実施例１〜５の何れの実施例においても、第２面４、第３面５は前記の（ｃ）式で定義される自由曲面からなる。
【００８３】
また、反射型ＬＣＤ８は、何れの実施例も対角０．７インチタイプの縦横１４．４ｍｍ×１０．７ｍｍの画面のものを使用するようになっており、画角は、実施例１〜３は、水平画角３３°、垂直画角２５．１°、実施例４、５は、水平画角３５°、垂直画角２６．６°であり、瞳径は、何れの実施例も４ｍｍである。
【００８４】
以下に、上記実施例１〜５の構成パラメータを示す。なお、像面の次の面番号７、８は実施例１〜３の場合は、第３面５と切り取り面１４であり、実施例５の場合は、第３面５と第１面３である。また、光源は面光源１２である。そして、これら実施例１〜５はいずれも入射瞳を有限距離とした非テレセントリック光学系に構成したものである。
【００８５】
上記実施例３の面光源１２の瞳収差を示す横収差図を図２９に示す。図中、▲１▼は面光源１２中心から射出瞳１中心に到る光束の横収差を、▲２▼は面光源１２右端から射出瞳１上端に到る光束の横収差を、▲３▼は面光源１２左端から射出瞳１下端に到る光束の横収差をそれぞれ示す。
【００８６】
以上の実施例１〜５の条件式（１）〜（３）に関する角度Θは次の通りである。
なお、以上の実施例においては、反射型画像表示素子として反射型ＬＣＤ８を用いることを前提としていたが、その代わりに図３７に示したＤＭＤ（デジタル・マイクロ・デバイス）等を用いてもよいことはもちろんである。
【００８７】
なお、光学系の数値は省くが、図１７の偏心光学系１０を接眼光学系に用いる場合の光源１２の配置に関する１実施例を図３０に示す。この実施例では、光源１２を第１面３の前の射出瞳１側であって第３面５に近い位置に配置し、光源１２からの照明光１３を第１面３から偏心光学系１０内部に入れ、偏心光学系１０を横断して第４面６から外に出るように、すなわち、光源１２からの照明光１３が偏心光学系１０を射出瞳１側から反対側に突き抜けるようにし、第４面６から外に出た照明光１３を凹面鏡１５により反射型ＬＣＤ８の方向に向け、第４面６の第３面５との交差部近傍から偏心光学系１０内部に再度入れ、偏心光学系１０を横断させて第３面５から外に出るようにして、反射型ＬＣＤ８の表示面を照明するようにしている。
【００８８】
また、上記実施例はいずれも、入射瞳を有限距離とした非テレセントリックに形成した偏心光学系に反射型ＬＣＤ８を使用した形態を示したが、以下のように、２次元画面を備えていない画像表示素子を用いることも可能である。
【００８９】
例えば、上記図２に示した画像表示装置の反射型ＬＣＤ８を単なる平面ミラー９に置き換え、光源１２をスキャン（走査）することによって、２次元画像を形成する画像表示素子２４とスキャン部材２５とに置き換えた図３１に示す画像表示装置とすることもできる。
【００９０】
この時、１次元走査を主体とした構成とするならば、例えば図３２に示すように、スキャン部材２５はポリゴンミラー２６に構成し、画像表示素子２４は１次元画像表示素子（液晶表示画素やＬＥＤ等の表示画素を１次元に配列したもの）２７と光を平行光束にするコリメータレンズ２８とに構成することができる。ここで、偏心光学系１０の入射瞳位置は、このポリゴンミラー２６の回転多面に形成された反射面に略一致するように配置し、１次元画像表示素子２７の画素列と直交する方向に光束を走査することによって、２次元画像を形成するように構成されている。
【００９１】
また、２次元走査を主体とした構成とするならば、例えば図３３に示すように、１次元画像表示素子２７を１画素分の表示を行なう画素光源２９に構成し、ポリゴンミラー２６の走査方向と直交する方向に走査機能を持って構成されたガルバノミラー３０を配置する構成とすることで実現できる。猶、このガルバノミラー３０は走査機能を持てば良く、ポリゴンミラー等で構成してもかまわない。
【００９２】
また、上記実施例において、光源１２、反射型ＬＣＤ８ポリゴンミラー２６及び平面ミラー９等の光学素子から射出される光束の内、入射瞳を形成する有効光束以外の開口数の大きな光が、偏心光学系１０を介して観察者の眼球に導かれることによって発生するゴースト像を防止するため、これら各素子の形成する光路中に光束の開口数を制限する開口数低減素子を配置することが望ましい。特にこの開口数低減素子は、上記各素子と偏心光学系１０との間の光路中に配置することがより効果的である。この開口数低減素子としては、例えば下記に示すルーバー光学素子１６ａや光ファイバープレート１６ｂ等がある。
【００９３】
ルーバー光学素子１６ａの例を図３４（ａ）、図３４（ｂ）に示す。ルーバー光学素子１６ａは、透明フィルム１７の中に微細な遮光壁１８が周期的に挟み込まれてなるもので、この遮光壁１８によりある入射角範囲以外の光は吸収されて射出できないものである。また、この遮光壁１８の角度を変えることにより、最大透過の入射角を変えることができる。図３４（ａ）、（ｂ）の矢印の方向から光束が入射した場合のルーバー光学素子１６ａの透過率分布を夫々図３５（ａ）、（ｂ）に示す。
【００９４】
このようなルーバー光学素子１６ａを例えば図１の光源１２と反射型ＬＣＤ８の間に挿入すると、光源１２からの光はルーバー光学素子１６ａにより開口数が制限され、その後に反射型ＬＣＤ８を反射し、偏心光学系１０に向かう。ここで、ゴースト像を発生させる開口数の大きさが、入射角度α以上に大きい光束によってもたらされるとした時、透過率分布が、図３５（ａ）のように臨界入射角α以上の光束は透過させないように構成されたルーバー光学素子１６ａを使用すれば、ゴースト像の発生を防止することができる。
【００９５】
また、上記各実施例のように偏心光学系１０では、各光学作用面が同軸系にはなく、面の形状自体も回転非対称に形成されていることもあり、ゴースト像を発生させる開口数の大きな光束も、図３５（ａ）のように入射角０を中心に対称に存在しない場合もある。そこでそのような場合は、図３４（ｂ）に示すように、所定の角度傾いて入射する光束を中心に光束の透過率を制御するように、透明フィルム１７中の微細な遮光壁１８が所定角度傾いて配置されたルーバー光学素子１６ａを用いることが望ましい。例えば、図１に示した実施例の場合は、反射型ＬＣＤ８を射出した光束は偏心光学系１０の第３面５に対して第１面３の方向に傾いて斜めに入射する。そこでこの反射型ＬＣＤ８と第３面５との間に図３４（ｂ）のルーバー光学素子１６ａを配置すれば、図３５（ｂ）のように透過率分布がスライドし、有効光束の光量を損失させずに、ゴースト像を形成する開口数の大きい光束のみ低減できる。
【００９６】
また、このルーバー光学素子１６ａの代わりに、光ファイバーを束ねてプレート状に切断した光ファイバープレート１６ｂを使用することもできる。この光ファイバープレート１６ｂの構造の一例を図３６に示す。この光ファイバープレート１６ｂは、同図の拡大図に示すように、コアガラス１９ａとその周辺を囲むクラッドガラス１９ｂとその外周に被覆された吸収部材２０とからなり、所定の開口数を有する光ファイバーを多数本蜜に束ねて構成されたもので、光ファイバーの開口数で決まる開口数以上の光束は、光ファイバー壁を抜けて吸収部材２０で吸収されるため、前記ルーバー光学素子１６ａと同じ働きを持つものである。
【００９７】
さて、以上に説明したような画像表示装置を１組用意し、片眼装着用に構成しても、また、そのような組を左右一対用意し、それらを眼輻距離だけ離して支持することにより、両眼装着用に構成してもよい。そのようにして、片眼あるいは両眼で観察できる据え付け型又はポータブル型の画像表示装置として構成することができる。
【００９８】
片眼に装着する構成にした場合の様子を図３７に（この場合は、左眼に装着）、両眼に装着する構成にした場合の様子を図３８にそれぞれ示す。図３７、図３８中、３１は表示装置本体部を示し、図３７の場合は観察者の顔面の左眼の前方に、図３８の場合は観察者の顔面の両眼の前方に保持されるよう支持部材が頭部を介して固定している。その支持部材としては、一端を表示装置本体部３１に接合し、観察者のこめかみから耳の上部にかけて延在する左右の前フレーム３２と、前フレーム３２の他端に接合され、観察者の側頭部を渡るように延在する左右の後フレーム３３とから（図３７の場合）、あるいは、さらに、左右の後フレーム３３の他端に挟まれるように自らの両端を一方づつ接合し、観察者の頭頂部を支持する頭頂フレーム３４とから（図３８の場合）構成されている。
【００９９】
また、前フレーム３２における上記の後フレーム３３との接合近傍には、弾性体からなり例えば金属板バネ等で構成されたリヤプレート３５が接合されている。このリヤプレート３５は、上記支持部材の一翼を担うリヤカバー３６が観察者の後頭部から首のつけねにかかる部分で耳の後方に位置して支持可能となるように接合されている（図３８の場合）。リヤプレート３５又はリヤカバー３６内にの観察者の耳に対応する位置にスピーカー３９が取り付けられている。
【０１００】
映像・音声信号等を外部から送信するためのケーブル４１が表示装置本体部３１から、頭頂フレーム３４（図３８の場合）、後フレーム３３、前フレーム３２、リヤプレート３５の内部を介してリヤプレート３５あるいはリヤカバー３６の後端部より外部に突出している。そして、このケーブル４１はビデオ再生装置４０に接続されている。なお、図中、４０ａはビデオ再生装置４０のスイッチやボリュウム調整部である。
【０１０１】
なお、ケーブル４１は先端をジャックして、既存のビデオデッキ等に取り付け可能としてもよい。さらに、ＴＶ電波受信用チューナーに接続してＴＶ鑑賞用としてもよいし、コンピュータに接続してコンピュータグラフィックスの映像や、コンピュータからのメッセージ映像等を受信するようにしてもよい。また、邪魔なコードを排斥するために、アンテナを接続して外部からの信号を電波によって受信するようにしても構わない。
【０１０２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、接眼光学系が少なくとも１面の偏心した裏面反射面を有する偏心光学系からなり、画像表示素子が照明光の反射光により画像を表示する反射型画像表示素子からなり、照明光を形成する照明手段が反射型画像表示素子から観察者眼球位置の間の表示光路外に配置されているので、反射型ＬＣＤと偏心光学系とを用いて高い光学性能を有しながら小型・軽量で明るい画像表示装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の画像表示装置の光路図である。
【図２】図１の変形例の画像表示装置の光路図である。
【図３】図１の別の変形例の画像表示装置の光路図である。
【図４】本発明の画像表示装置に適用可能な偏心光学系の光路図である。
【図５】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図６】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図７】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図８】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図９】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図１０】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図１１】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図１２】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図１３】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図１４】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図１５】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図１６】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図１７】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図１８】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図１９】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図２０】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図２１】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図２２】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図２３】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図２４】本発明の数値実施例１の画像表示装置光学系の断面図である。
【図２５】本発明の数値実施例２の画像表示装置光学系の断面図である。
【図２６】本発明の数値実施例３の画像表示装置光学系の断面図である。
【図２７】本発明の数値実施例４の画像表示装置光学系の断面図である。
【図２８】本発明の数値実施例５の画像表示装置光学系の断面図である。
【図２９】本発明の数値実施例３の面光源の瞳収差を示す横収差図である。
【図３０】図１７の偏心光学系を用いる場合の光源の配置に関する１実施例を示す断面図である。
【図３１】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図３２】図３１のスキャン部材を１次元走査に構成した例を示す図である。
【図３３】図３１のスキャン部材を２次元走査に構成した例を示す図である。
【図３４】ルーバー光学素子を示す図である。
【図３５】図３４のルーバー光学素子の透過率分布を示す図である。
【図３６】光ファイバープレートを示す図である。
【図３７】本発明の画像表示装置を片眼装着の構成にした場合の様子を示す図である。
【図３８】本発明の画像表示装置を両眼装着の構成にした場合の様子を示す図である。
【図３９】偏心配置の凹面鏡により発生する像面湾曲を説明するための図である。
【図４０】偏心配置の凹面鏡により発生する非点収差を説明するための図である。
【図４１】偏心配置の凹面鏡により発生する軸上コマ収差を説明するための図である。
【図４２】従来の反射型ＬＣＤを用いる画像表示装置の光学系を示す図である。
【図４３】公知のＤＭＤの構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 射出瞳
２ 光軸
３ 第１面
４ 第２面
５ 第３面
６ 第４面
８ 反射型ＬＣＤ（液晶表示素子）
９ 平面ミラー
１０ 偏心光学系
１１ 入射瞳位置
１２ 光源
１３ 照明光
１４ 切り取り面
１５ 凹面鏡
１６ａ ルーバー光学素子
１６ｂ 光ファイバープレート
１７ 透明フィルム
１８ 遮光壁
１９ａ コアガラス
１９ｂ クラッドガラス
２０ 吸収部材
２１、２２ 裏面鏡
２３ 正の屈折力を有する光学素子
２４ 画像表示素子
２５ スキャン部材
２６ ポリゴンミラー
２７ １次元画像表示素子
２８ コリメータレンズ
２９ 画素光源
３０ ガルバノメータミラー
３１ 表示装置本体部
３２ 前フレーム
３３ 後フレーム
３４ 頭頂フレーム
３５ リヤプレート
３６ リヤカバー
３９ スピーカー
４１ ケーブル
４０ ビデオ再生装置
４０ａ ボリュウム調整部
Ｍ 凹面鏡
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置に関し、特に、観察者の頭部又は顔面に保持することを可能にする頭部又は顔面装着式画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、個人が大画面の画像を楽しむことを目的として、画像表示装置が、特にその中でも頭部又は顔面装着式画像表示装置の開発が盛んになされている。
【０００３】
このような中、特開平７−３３３５５１号及び特開平８−２３４１３７号において、液晶表示素子（以下、ＬＣＤと称する。）からなる画像表示素子の表示画像を観察者眼球に導く接眼光学系として、３つの光学面で囲まれた屈折率が１より大きい媒質からなる偏心光学系で構成し、液晶表示素子からの光束を第３面からその偏心光学系内に入射させ、次に、その内部で第１面で全反射させ、次いで、凹面鏡の第２面で内部反射させ、今度は第１面を経て偏心光学系外に射出させ、画像表示素子の表示像を中間像を形成することなく観察者眼球に導くようにしたものが提案されている。
【０００４】
この場合は、偏心光学系を構成する光学面は３面であり、偏心光学系内部の反射回数は２回ある。この他に、２面あるいは４面以上からなり、光学系内部で１回以上反射する種々の形態の偏心光学系が本出願人等によって提案されている。
【０００５】
ところで、特開平７−３３３５５１号及び特開平８−２３４１３７号においては、画像表示装置を構成するＬＣＤ（液晶表示素子）は透過型のものを予定しているが、顔面装着式画像表示装置の画像表示素子として反射型ＬＣＤを用いるものも特開平７−７２４４６号において提案されている。図４２はその画像表示装置の光学系を示す図であり、ランプ光源５５からの照明光はコリメート光学系５６によって平行光にされ、一部の光（Ｓ偏光）が偏光ビームスプリッタ５７によって反射されて反射型ＬＣＤ５８を正面から照明する。反射型ＬＣＤ５８で反射変調された表示像は投射光学系５９によりスクリーン５２上に投影され、その投影像が接眼光学系５３を通して観察者により拡大観察される。
【０００６】
なお、反射型画像表示素子として、反射型ＬＣＤの外に、ＤＭＤ（デジタル・マイクロ・デバイス）と呼ばれる画像表示素子も提案されている。これは図４３に示すような構成のものである。すなわち、図４３（ａ）に平面を、図４３（ｂ）に各要素の構成を示すように、各画素に対応する微小ミラー６０が２次元的に配置され、指定したアドレスのミラー６０’ を対角線を軸にして傾けることにより、ミラー６０’に一定方向から入射する光を傾いていないミラーとは異なる方向へ反射させるようにして、２次元画像を表示するようにしたものであり、ミラー６０各々は、一対の対角方向の角で基板６１に立てられた支持ポスト６２によりヒンジ６３を介して支持されており、ミラー６０の後側の基板６１に設けられた一対の電極６４の一方に電圧を印加することにより、静電力によりヒンジ６３間の対角線を軸にしてミラー６０が回転可能になっている（ＩＥＥＥ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．１１，ｐｐ．２７〜３１）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
画像表示装置の光学系として偏心光学系を用いると、高い光学性能（画角、解像力等）を維持したまま装置全体を小型・軽量に構成でき、明るい画像表示装置が可能となる利点がある。しかしながら、偏心光学系と共に用いる画像表示素子としては、従来透過型ＬＣＤしか予定していなかった。そのため、特開平７−３３３５５１号及び特開平８−２３４１３７号に示された偏心光学系は、いずれも、入射瞳を無限遠に置いたテレセントリック光学系としてしか構成されてはいなかった。
【０００８】
また、画像表示素子としての透過型ＬＣＤは、反射型ＬＣＤに比較して画素の開口率が低く、画素間のブラックマトリック部が目立ってしまうため、ローパスフィルタ等を用いてそれが目立たないようにする必要がある。これに対して、反射型ＬＣＤは画素の開口率が大きくすることが可能であり、上記のような問題は小さいが、特開平７−７２４４６号に示されているように、偏心のない光学系を用いて拡大観察する場合に、光ビームスプリッタ等の光学素子を介して照明しなければならず、特に頭部又は顔面装着式画像表示装置に用いる場合に、小型・軽量化の要求に反すると共に、表示像が暗くなってしまう問題がある。
【０００９】
本発明は従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、入射瞳を有限距離に設定した非テレセントリック光学系として構成された偏心光学系を提供することにある。また、更なる目的は、その偏心光学系に反射型ＬＣＤ、ＤＭＤ等の反射型画像表示素子を用いて高い光学性能を有しながら小型・軽量で明るい画像表示装置を提供することにである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の画像表示装置は、画像表示素子と、前記画像表示素子により形成された画像を虚像として観察できるように観察者眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系とを有する画像表示装置において、前記接眼光学系が少なくとも１面の偏心した裏面反射面を有する偏心光学系からなり、且つ前記偏心光学系が、非テレセントリック光学系に構成されており、
前記画像表示素子が照明光の反射光により画像を表示する反射型画像表示素子からなり、前記照明光を形成する照明手段が前記反射型画像表示素子から前記観察者眼球位置の間の表示光路外に配置されており、
前記偏心光学系が３つの光学面で囲まれた屈折率が１より大きい媒質からなり、射出瞳が第１面に面して位置しており、前記反射型画像表示素子が第３面に面して配置され、前記反射型画像表示素子からの表示光は、透過作用を有する前記第３面５を経て前記偏心光学系内に入射し、射出瞳に面した反射作用と透過作用を有する前記第１面の内側で反射され、次いで、前記第１面に対して射出瞳側と反対側に位置する第２面に入射してその面の内側で反射され、その反射光は今度は前記第１面を透過して前記偏心光学系から射出する構成になっており、逆光線追跡で射出瞳の中心を通り前記偏心光学系を介して前記反射型画像表示素子の画面の中心に達する光線を軸上主光線とし、前記軸上主光線が射出瞳を射出し前記第１面に交差するまでの直線によって定義される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しかつ前記偏心光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義し、かつ、前記反射型画像表示素子の表示面あるいは画素の面に垂直な法線ｎのＹ−Ｚ面への投影像を法線ｎ' とし、前記軸上主光線とその法線ｎ' とのなす角度をΘとするとき、
前記偏心光学系の前記第３面と反対側で前記第１面と前記第２面が交差する部分が切り取られ、その切り取り面前方に前記照明手段が配置され、前記照明手段からの照明光がこの切り取り面を介して前記偏心光学系内部に入射され、前記偏心光学系を横断して前記第３面から射出され、前記反射型画像表示素子の表示面あるいは画素の面が照明され、かつ、
１５°＜Θ＜２５° ・・・（１）
を満足することを特徴とするものである。
本発明のもう１つの画像表示装置は、画像表示素子と、前記画像表示素子により形成された画像を虚像として観察できるように観察者眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系とを有する画像表示装置において、前記接眼光学系が少なくとも１面の偏心した裏面反射面を有する偏心光学系からなり、且つ前記偏心光学系が、非テレセントリック光学系に構成されており、
前記画像表示素子が照明光の反射光により画像を表示する反射型画像表示素子からなり、前記照明光を形成する照明手段が前記反射型画像表示素子から前記観察者眼球位置の間の表示光路外に配置されており、
前記偏心光学系が３つの光学面で囲まれた屈折率が１より大きい媒質からなり、射出瞳が第１面に面して位置しており、前記反射型画像表示素子が第３面に面して配置され、前記反射型画像表示素子からの表示光は、透過作用を有する前記第３面５を経て前記偏心光学系内に入射し、射出瞳に面した反射作用と透過作用を有する前記第１面の内側で反射され、次いで、前記第１面に対して射出瞳側と反対側に位置する第２面に入射してその面の内側で反射され、その反射光は今度は前記第１面を透過して前記偏心光学系から射出する構成になっており、逆光線追跡で射出瞳の中心を通り前記偏心光学系を介して前記反射型画像表示素子の画面の中心に達する光線を軸上主光線とし、前記軸上主光線が射出瞳を射出し前記第１面に交差するまでの直線によって定義される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しかつ前記偏心光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義し、かつ、前記反射型画像表示素子の表示面あるいは画素の面に垂直な法線ｎのＹ−Ｚ面への投影像を法線ｎ' とし、前記軸上主光線とその法線ｎ' とのなす角度をΘとするとき、
前記照明手段が前記第１面の前の射出瞳側であって前記第３面との交差部近傍に配置され、前記照明手段からの照明光が前記第１面の前記第３面との交差部近傍から前記偏心光学系内部に入り、前記偏心光学系を横断して前記第３面から外に出て前記反射型画像表示素子の表示面あるいは画素の面を照明するように配置され、かつ、
８°＜Θ＜２０° ・・・（３）
を満足することを特徴とするものである。
【００１１】
この場合、照明光の反射型画像表示素子の表示面あるいは画素の面への入射角と反射型画像表示素子からの表示光束の主光線の射出角が略等しくなるように照明手段が配置されていることが望ましい。
【００１２】
また、照明手段が偏心光学系の入射瞳位置と略共役な位置に配置されていることが望ましい。
また、偏心光学系を構成する反射面の少なくとも１面の面形状がその面内及び面外共に回転対称軸を有さない回転非対称面からなることが望ましい。その場合、その回転非対称面が、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面からなることが望ましい。
【００１３】
また、反射型画像表示素子の表示面と偏心光学系の表示光が入射する面との間のスペース及びそれを取り巻くスペースであって表示光を遮断しない光路外の位置、又は、偏心光学系の一部であって反射型画像表示素子からの表示光束が通らない部分又は方向を透過させて反射型画像表示素子の表示面あるいは画素の面を照明できる位置に、照明手段を配置することが望ましい。
【００１４】
本発明においては、接眼光学系が少なくとも１面の偏心した裏面反射面を有する偏心光学系からなり、画像表示素子が照明光の反射光により画像を表示する反射型画像表示素子からなり、照明光を形成する照明手段が反射型画像表示素子から観察者眼球位置の間の表示光路外に配置されているので、反射型ＬＣＤ等と偏心光学系とを用いて高い光学性能を有しながら小型・軽量で明るい画像表示装置を達成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の画像表示装置をいくつかの実施例に基づいて説明する。
図１は、画像表示装置の接眼光学系として、特開平７−３３３５５１号及び特開平８−２３４１３７号に示されたような３つの光学面３、４、５で囲まれた屈折率が１より大きい媒質からなる偏心光学系１０を用いた場合の本発明の実施例の画像表示装置の光路図である。この偏心光学系１０の射出瞳１は、第１面３に面して位置しており、反射型ＬＣＤ（液晶表示素子）８は第３面５に面して配置される。そして、逆光線追跡で、射出瞳１の中心を通り偏心光学系１０を介して反射型ＬＣＤ８の画面の中心に達する光線を偏心光学系１０の軸上主光線とし、その軸上主光線を光軸２とする。
【００１６】
この画像表示装置において、反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射型ＬＣＤ８に対向した透過面の第３面５を経て偏心光学系１０内に入射し、射出瞳１に面した第１面３の内側で反射され、次いで、第１面３に対して射出瞳１側と反対側に位置する第２面４に入射してその面の内側で反射され、その反射光は今度は第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。そして、少なくとも２つの反射面は光軸２に対して偏心している。
【００１７】
ここで、偏心光学系１０の接眼光学系の作用を行う正パワーを主として偏心光学系１０を構成する反射面３、４の何れかあるいは全てが担っており、かつ、その反射面の少なくとも１面は回転非対称な面形状を有していることが、面の偏心に基づく収差を補正するために望ましい。以下、この点を説明する。
【００１８】
まず、以下の説明において用いる座標系について説明する。なお、光線追跡は、遠方の物点からの光が射出瞳１を通過し、反射型ＬＣＤ８の画面を像面として結像する逆追跡で考える。
【００１９】
図１に示すように、射出瞳１中心を通過し、反射型ＬＣＤ８の画面の中心に達する光線を軸上主光線とし、偏心光学系１０の第１面３に交差するまでの直線によって定義される光軸をＺ軸とし、そのＺ軸と直交しかつ撮像光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸とする。
【００２０】
一般に、球面レンズのみで構成された球面レンズ系では、球面により発生する球面収差と、コマ収差、像面湾曲等の収差をいくつかの面でお互いに補正しあい、全体として収差を少なくする構成になっている。一方、少ない面数で収差を良好に補正するためには非球面等が用いられる。これは、球面で発生する各種収差自体を少なくするためである。しかし、偏心した光学系においては、偏心により発生する回転非対称な収差を回転対称光学系で補正することは不可能である。
【００２１】
回転対称な光学系が偏心した場合、回転非対称な収差が発生し、これを回転対称な光学系でのみ補正することは不可能である。この偏心により発生する回転非対称な収差は、像歪、像面湾曲、さらに、軸上でも発生する非点収差、コマ収差がある。図３６は偏心して配置された凹面鏡Ｍにより発生する像面湾曲、図３７は偏心して配置された凹面鏡Ｍにより発生する非点収差、図３８は偏心して配置された凹面鏡Ｍにより発生する軸上コマ収差を示す図である。本発明の偏心光学系は、上記のような偏心により発生する回転非対称な収差の補正のために、回転非対称な面を光学系中に配置して、その回転非対称な収差を補正している。
【００２２】
偏心して配置された凹面鏡により発生する回転非対称な収差に、回転非対称な像面湾曲がある。例えば、無限遠の物点から偏心した凹面鏡に入射した光線は、凹面鏡に当たって反射結像されるが、光線が凹面鏡に当たって以降、像面（反射型ＬＣＤ８）までの後側焦点距離は、光線が当たった部分の曲率の半分になる。すると、図３６に示すように、軸上主光線に対して傾いた像面を形成する。このような回転非対称な像面湾曲を補正することは、回転対称な光学系では不可能であった。この傾いた像面湾曲を補正するには、凹面鏡Ｍを回転非対称な面で構成し、この例ではＹ軸正の方向（図の上方向）に対して曲率を強く（屈折力を強く）し、Ｙ軸負の方向（（図の下方向）に対して曲率を弱く（屈折力を弱く）することにより補正することができる。また、上記構成と同様な効果を持つ回転非対称な面を凹面鏡Ｍとは別に光学系中に配置することにより、少ない構成枚数でフラットの像面を得ることが可能となる。
【００２３】
次に、回転非対称な非点収差について説明する。前記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡Ｍでは軸上光線に対しても、図３７に示すような非点収差が発生する。この非点収差を補正するためには、前記説明と同様に、回転非対称面のＸ軸方向の曲率とＹ軸方向の曲率を適切に変えることによって可能となる。
【００２４】
さらに、回転非対称なコマ収差について説明する。前記説明と同様に、偏心して配置された凹面鏡Ｍでは、軸上光線に対しても図３８に示すようなコマ収差が発生する。このコマ収差を補正するためには、回転非対称面のＸ軸の原点から離れるに従って面の傾きを変えると共に、Ｙ軸の正負によって面の傾きを適切に変えることによって可能となる。
【００２５】
さらに、偏心光学系を折り曲げ光路を有するように構成すると、反射面にパワーを持たせることが可能となり、透過型レンズを省略することが可能となる。さらに、光路を折り曲げたことにより偏心光学系を小型に構成することが可能となる。
【００２６】
また、その反射面は、臨界角を越えて光線が入射するように、光線に対して傾いて配置された全反射面で構成することにより、高い反射率にすることが可能となり、また、反射作用と透過作用とを併せ持たすことが可能となる。また、反射面を構成する面にアルミニウム又は銀等の金属薄膜を表面に形成した反射面、又は、誘電体多層膜で形成された反射面又は半透過反射面で構成することが好ましい。金属薄膜で反射作用を有する場合は、手軽に高反射率を得ることが可能となる。また、誘電体反射膜の場合は、波長選択性や吸収の少ない反射膜を形成する場合に有利となる。
【００２７】
さらに好ましくは、反射面に回転非対称面を用いると、透過面に用いる場合と比べて、色収差は全く発生しない。また、面の傾きが少なくても光線を屈曲させることができるために、他の収差発生も少ない。つまり、同じ屈折力を得る場合に、反射面の方が屈折面に比べて収差の発生が少なくてすむ。
【００２８】
ここで、回転非対称面には、アナモルフィック面、トーリック面、自由曲面がある。アナモルフィック面の面形状は以下の式（ａ）で表される。
ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ量、ＣＸはＸ軸方向曲率、ＣＹはＹ軸方向曲率、Ｋｘ はＸ軸方向円錐係数、Ｋｙ はＹ軸方向円錐係数、Ｒｎ は非球面項回転対称成分、Ｐｎ は非球面項回転非対称成分である。
【００２９】
トリーック面の面形状は以下の式（ｂ）で表される。
Ｚ＝−Ｓｉｇｎ（Ｒｘ）・｛（Ｒｘ−Ｇ（ｙ））2 −ｘ2 ｝1/2 ＋Ｒｘ
・・・（ｂ）
ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ量、ＲｘはＸ軸方向曲率半径、Ｓｉｇｎ（Ｒｘ）はＸ軸方向曲率半径の符号、Ｇ（ｙ）は、
であり、ここで、ＣＹはＹ軸方向曲率、ａｋは円錐係数、ａｃ（ｎ）は非球面係数である。
【００３０】
自由曲面の面形状は以下の式（ｃ）で表される。
【００３１】
また、本発明の偏心光学系においては、偏心した回転非対称面形状を有する反射作用面の少なくとも１面は、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面を使用することが望ましい。上記式（ｃ）で表される自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、本発明ではｘの奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面（図１の面）と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例えば、上記定義式（ａ）においては、Ｃ4 ，Ｃ6 ，Ｃ9 ，Ｃ11，Ｃ13，Ｃ15，Ｃ18，Ｃ20，Ｃ22，Ｃ24，Ｃ26，Ｃ28，Ｃ31，Ｃ33，Ｃ35，Ｃ37，・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。
【００３２】
また、ｙの奇数次項を全て０にすることによって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。
例えば、上記定義式（ｃ）においては、Ｃ3 ，Ｃ6 ，Ｃ8 ，Ｃ10，Ｃ13，Ｃ15，Ｃ17，Ｃ19，Ｃ21，Ｃ24，Ｃ26，Ｃ28，Ｃ30，Ｃ32，Ｃ34，Ｃ36，・・・の各項の係数を０にすることによって可能であり、また、以上のような対称面を持つことにより製作性を向上することが可能となる。
【００３３】
上記Ｙ−Ｚ面と平行な対称面、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面の何れか一方を対称面とすることにより、偏心により発生する回転非対称な収差を効果的に補正することが可能となる。上記定義式は、１つの例として示したものであり、他のいかなる定義式に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。
【００３４】
また、一般に、偏心した回転非対称反射面を有する偏心光学系（偏心プリズム光学系）は研磨により製作することは難しく、研削により１面ずつ形成するか、プラスチックの射出成形又はガラスモールド成形により作製することになる。このとき、偏心プリズム光学系の面が所定の形状に作製されているかどうかを確認する必要がある。このような３次元の回転非対称な形状の測定には、一般的に３次元座標測定器が使用されるが、測定時間がかかりすぎてしまう。
【００３５】
そこで、偏心プリズム光学系を構成する面の中、少なくとも１面を球面又は回転対称非球面からなる回転対称面で構成することがより望ましい。
さて、図１の本発明の実施例においては、画像表示素子として反射型ＬＣＤ８を用いているため、その表示面に照明光１３を照射する必要がある。そのために、この実施例の場合、点状の光源１２を、第３面５と反射型ＬＣＤ８の間のスペース及びそれを取り巻くスペースであって表示光を遮断しない光路外の位置に配置してある。
【００３６】
しかも、反射型ＬＣＤ８の表示面（画素の面が表示面に平行に配置されていない場合は画素の面）に対して偏心光学系１０の入射瞳位置１１と鏡像関係にある位置に光源１２が配置されている。このような位置関係に配置すると、光源１２からの照明光１３の入射角αと反射型ＬＣＤ８からの表示光束の主光線の射出角β（表示面あるいは画素の面に垂直な法線ｎに対して表示光束の主光線がなす角）が略等しくなり、明るい表示が可能になる。なお、入射瞳位置１１は偏心光学系１０に関して射出瞳１と共役な位置である。
【００３７】
光源１２の配置位置としては、図１のように第３面５と反射型ＬＣＤ８の間のスペース及びそれを取り巻くスペースであって表示光を遮断しない光路外の位置以外に、図２、図３に示すように、偏心光学系１０の一部であって反射型ＬＣＤ８からの表示光束が通らない部分を透過させて反射型ＬＣＤ８の表示面（画素の面）を照明できる位置に配置することもできる。
【００３８】
図２の場合は、第３面５と反対側で第１面３と第２面４が交差する偏心光学系１０の部分を切り取り、その切り取り面１４前方に光源１２を配置し、光源１２からの照明光１３がこの切り取り面１４を介して偏心光学系１０内部に入り、偏心光学系１０を横断して第３面５から外に出て、反射型ＬＣＤ８の表示面を照明するようにしている。
【００３９】
図３の場合は、第１面３の前であって第３面５との交差部近傍に光源１２を配置し、光源１２からの照明光１３を第１面３の第３面５との交差部近傍から偏心光学系１０内部に入れ、偏心光学系１０を横断して第３面５から外に出るようにして、反射型ＬＣＤ８の表示面を照明するようにしている。
【００４０】
何れの場合も偏心光学系１０内部を照明光１３が通過するが、反射型ＬＣＤ８からの表示光束が通らない部分あるいは方向を透過させるので、光源１３は表示の邪魔にならず、また、照明光１３はフレア等にならない。
【００４１】
ところで、図１のように、３つの光学面３、４、５で囲まれた屈折率が１より大きい媒質からなり、射出瞳１が第１面３に面して位置しており、反射型ＬＣＤ８が第３面５に面して配置され、反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射型ＬＣＤ８に対向した透過面の第３面５を経て偏心光学系１０内に入射し、射出瞳１に面した第１面３の内側で反射され、次いで、第１面３に対して射出瞳１側と反対側に位置する第２面４に入射してその面の内側で反射され、その反射光は今度は第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する偏心光学系１０を接眼光学系として用いる場合について、座標系を前記のように定め、逆光線追跡で射出瞳１の中心を通り偏心光学系１０を介して反射型ＬＣＤ８の画面の中心に達する光線を軸上主光線とし、反射型ＬＣＤ８の表示面あるいは画素の面に垂直な法線ｎのＹ−Ｚ面への投影像を法線ｎ' とし、上記軸上主光線とその法線ｎ' とのなす角度をΘとするとき、照明光源１２がそれぞれ図１、図２、図３の位置に配置される場合のこの角度Θの条件について検討する。
【００４２】
まず、図２のように、偏心光学系１０の第３面５と反対側で第１面３と第２面４が交差する部分を切り取り、その切り取り面１４前方に光源１２を配置し、光源１２からの照明光１３をこの切り取り面１４を介して偏心光学系１０内部に入射させ、偏心光学系１０を横断して第３面５から射出した光で反射型ＬＣＤ８の表示面を照明する場合には、
１５°＜Θ＜２５° ・・・（１）
を満足することが望ましい。
【００４３】
上記条件式（１）の上限の２５°を越えると、反射型ＬＣＤ８を照明するためには、逆光線追跡での第１反射面４で照明光線を反射させる必要があり、照明むらが発生しやすく、第１反射面４が結像系以外に照明系としてのパワーも併せ持つことになるので、収差補正上好ましくない。また、下限の１５°を越えると、反射型ＬＣＤ８を照明するためには、逆光線追跡での第２反射面３で照明光線を反射させる必要があり、図２のように光源１２を偏心光学系１０の下側（反射型ＬＣＤ８とは反対側）に配置すること自体が困難になってしまう。
【００４４】
次に、図１のように、光源１２を偏心光学系１０の第３面５と反射型ＬＣＤ８の間のスペース及びそれを取り巻くスペースであって表示光を遮断しない光路外の位置に配置する場合には、
２０°＜Θ＜３３° ・・・（２）
を満足することが望ましい。
【００４５】
上記条件式（２）の上限の３３°を越えると、偏心光学系１０の像面のＹ方向の曲がりが大きくなり結像光学系として補正しきれなくなり、収差補正上好ましくない。また、下限の２０°を越えると、照明系の光路と逆光線追跡での第２透過面５がオーバラップしてしまい、図１のように光源１２を第３面５と反射型ＬＣＤ８の間のスペース及びそれを取り巻くスペースであって表示光を遮断しない光路外の位置に配置すること自体が困難になってしまう。
【００４６】
次に、図３のように、光源１２を第１面３の前の射出瞳１側であって第３面５との交差部近傍に配置し、光源１２からの照明光１３を第１面３の第３面５との交差部近傍から偏心光学系１０内部に入れ、偏心光学系１０を横断して第３面５から外に出るようにして照明する場合には、
８°＜Θ＜２０° ・・・（３）
を満足することが望ましい。
【００４７】
上記条件式（３）の上限の２０°を越えると、照明系の光路は逆光線追跡での第２透過面５の物理的な有効径の外となってしまい、図３のような照明配置をとることが困難になってしまう。また、下限の８°を越えると、照明用光源１２が射出瞳１の面と第１面３とを結ぶ光路内に配置されてしまい、本来の目的である空中像が光源１２に遮られて観察できなくなってしまう。
【００４８】
さて、以上の実施例においては、図１に示すように、偏心光学系１０は、３つの光学面３、４、５で囲まれた屈折率が１より大きい媒質からなり、反射型ＬＣＤ８からの表示光が、反射型ＬＣＤ８に対向した透過面の第３面５を経て偏心光学系１０内に入射し、射出瞳１に面した第１面３の内側で反射され、次いで、第１面３に対して射出瞳１側と反対側に位置する第２面４に入射してその面の内側で反射され、その反射光は今度は第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像するものであったが、それ以外に種々の形態の偏心光学系１０を本発明の接眼光学系として用いることができる。以下にそれらを説明するが、これらの偏心光学系１０においても、少なくとも１つの反射面は光軸に対して偏心しており、偏心光学系１０を構成する反射面の何れかあるいは全てが接眼光学系の作用を行う正パワーを主としてが担っており、かつ、その反射面の少なくとも１面は前記のアナモルフィック面、トーリック面、又は、自由曲面からなる回転非対称な面形状を有している。そして、偏心した回転非対称面形状を有する反射作用面の少なくとも１面は、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面を使用することが望ましい。また、偏心光学系１０を構成する面の中、少なくとも１面を球面又は回転対称非球面からなる回転対称面で構成することがより望ましい。
【００４９】
図４の偏心光学系１０は、４つの面３、４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射され、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された反射面の第２面４に入射して反射され、その反射光は、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００５０】
図５の偏心光学系１０は、４つの面３、４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された反射面の第２面４に入射して反射され、その反射後、反射面の第４面６で反射され、次に、第２面４に入射して反射され、その反射光は、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００５１】
図６の偏心光学系１０は、４つの面３、４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射され、次に、第３面５に入射して今度は反射され、次いで、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された反射面の第２面４に入射して反射され、その反射後、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００５２】
図７の偏心光学系１０は、３つの面３、４、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され、かつ、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第２面４を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射され、次に、第２面４に入射して今度は反射され、再び第４面６で反射され、次いで、第２面４に入射して再度反射され、その反射後、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００５３】
図８の偏心光学系１０は、４つの面３、４、６、７からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され、かつ、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第２面４を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第５面７で反射され、次に、第２面４に入射して今度は反射され、次いで、反射面の第４面６で反射され、再び第２面４に入射して再度反射され、その反射後、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００５４】
図９の偏心光学系１０は、３つの面３、４、５からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された反射面の第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００５５】
図１０の偏心光学系１０は、３つの面３、４、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され、かつ、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第２面４を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射され、次に、第２面４に入射して今度は反射され、その反射後、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００５６】
図１１の偏心光学系１０は、３つの面３、４、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置され、かつ、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第２面４を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３で反射され、反射面の第４面６で反射され、次に、第２面４に入射して今度は反射され、その反射後、今度は第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００５７】
図１２の偏心光学系１０は、２つの裏面鏡２１、２２からなり、その中、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第２の裏面鏡２２の表面を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、第２の裏面鏡２２の表面、裏面、表面の順で透過、反射、透過し、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第１の裏面鏡２１の表面、裏面、表面の順で透過、反射、透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００５８】
図１３の偏心光学系１０は、正の屈折力を有する光学素子（接合レンズ）２３と凹面裏面鏡２１とからなり、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された正の屈折力を有する光学素子２３を透過して偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された凹面裏面鏡２１の表面、裏面、表面の順で透過、反射、透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００５９】
図１４の偏心光学系１０は、凹面裏面鏡２１と正の屈折力を有する光学素子（単レンズ）２３とからなり、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された凹面裏面鏡２１の表面を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、凹面裏面鏡２１の表面、裏面、表面の順で透過、反射、透過し、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された正の屈折力を有する光学素子２３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６０】
図１５の偏心光学系１０は、偏心配置の凹面裏面鏡２１からなり、反射型ＬＣＤ８からの表示光は、凹面裏面鏡２１の表面、裏面、表面の順で透過、反射、透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６１】
図１６の偏心光学系１０は、３つの面３、４、５からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第２面４で反射され、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第１面３に入射して反射され、その反射光は、再び第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６２】
図１７の偏心光学系１０は、４つの面３、４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射され、次に、光軸２上に射出瞳１と対向して偏心配置された第１面３に入射して反射され、その反射光は今度は第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６３】
図１８の偏心光学系１０は、２つの面３、４からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第１面３を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第２面４で反射され、その反射光は、今度は第１面３に入射して反射され、その反射光は、再び第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６４】
図１９の偏心光学系１０は、３つの面３、４、５からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された透過面の第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、光軸２上に射出瞳１と対向して配置された第１面３で反射され、再び第３面５に入射して反射され、再度第１面３で反射され、その反射光は今度は第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６５】
図２０の偏心光学系１０は、３つの面３、４、５からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第１面３を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、第３面５に入射して反射され、再び第１面３に入射して反射され、再度第３面５で反射され、その反射光は再度第１面３で反射され、その反射光は今度は第２面４に入射して反射され、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６６】
図２１の偏心光学系１０は、４つの面３、４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、４つの面３、４、５、６中、第２面４は媒質中に設けられた偏心した半透過反射面となっているもので、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、半透過反射面の第２面４を透過して、反射面の第４面６で反射され、今度は第２面４の半透過反射面に入射して反射され、その反射後、光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６７】
図２２の偏心光学系１０は、４つの面３、４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、反射面の第４面６で反射され、その反射光は、反射面の第２面４に入射して反射され、その反射後、第３面５から第４面６に到る光路と交差しながら光軸２上に第２面４と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６８】
図２３の偏心光学系１０は、４つの面３、４、５、６からなり、その間が屈折率１より大きい媒質で満たされており、４つの面３、４、５、６中、第２面４、第４面６は媒質中に設けられた偏心した半透過反射面となっているもので、反射型ＬＣＤ８に対向して配置された第３面５を経て偏心光学系１０に入射した反射型ＬＣＤ８からの表示光は、半透過反射面の第２面４を透過して、半透過反射面の第４面６で反射され、今度は第２面４の半透過反射面に入射して反射され、その反射光は今度は半透過反射面の第４面６を透過して、光軸２上に第４面６と射出瞳１との間に配置された第１面３を透過して偏心光学系１０から射出して光軸２に沿って進み、中間像を形成することなく射出瞳１の位置にある観察者の瞳に入射し、観察者の網膜上に表示像を結像する。
【００６９】
次に、本発明の具体的な数値実施例１〜５について説明する。後述する各実施例の構成パラメータにおいては、図２４に示すように、逆光線追跡で、偏心光学系１０の射出瞳１の中心を光学系の原点として、光軸２を射出瞳１の中心（原点）を通る軸上主光線で定義し、射出瞳１から光軸２に沿って進む方向をＺ軸方向、このＺ軸に直交し射出瞳１中心を通り、光線が偏心光学系１０によって折り曲げられる面内の方向をＹ軸方向、Ｙ軸、Ｚ軸に直交し、射出瞳１中心を通る方向をＸ軸方向とし、射出瞳１から偏心光学系１０に向かう方向をＺ軸の正方向、光軸２から像面（画像表示素子）８の側をＹ軸の正方向、そしてこれらＹ軸、Ｚ軸と右手系を構成する方向をＸ軸の正方向とする。なお、光線追跡は偏心光学系１０の射出瞳１側の物体側から偏心光学系１０に入射する方向としている。
【００７０】
そして、偏心が与えられている面については、その面の面頂位置の偏心光学系１０の原点である射出瞳１の中心からのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の偏心量と、その面の中心軸（自由曲面、回転対称非球面については、それぞれ以下の（ｃ）式、（ｆ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれα、β、γ）とが与えられている。なお、その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対しての反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対しての時計回りを意味する。その他、球面の曲率半径、面間隔、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。
【００７１】
なお、回転非対称面である自由曲面の形状は以下の式により定義する。その定義式のＺ軸が回転非対称面の軸となる。
Ｚ＝Σn Σm ＣnmＸn Ｙn-m
ただし、Σn はΣのｎが０〜ｋ、Σm はΣのｍが０〜ｎを表す。
【００７２】
また、面対称自由曲面（対称面を１つのみ有する自由曲面）を、この自由曲面を表す式により定義する場合は、その対称面により生ずる対称性をＸ方向に求める場合は、Ｘの奇数次項を０に（例えばＸ奇数次項の係数を０にする）、その対称面により生ずる対称性をＹ方向に求める場合は、Ｙの奇数次項を０に（例えばＹ奇数次項の係数を０にする）すればよい。
【００７３】
ここで、例としてｋ＝７（７次項）で、Ｘ方向に対称な面対称自由曲面を上記定義式を展開した形で表すと、以下の式となる。
【００７４】
また、面対称自由曲面の他の定義式として、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式がある。この面の形状は以下の式（ｄ）により定義する。その定義式のＺ軸がＺｅｒｎｉｋｅ多項式の軸となる。
【００７５】
【００７６】
本発明において使用可能なその他の面の表現例として、上記定義式（Ｚ＝Σn Σm ＣnmＸn Ｙn-m ）を、（ｃ）式と同様、Ｘ方向に対称な面で、ｋ＝７とした面を表す場合、以下の（ｅ）式のように展開することもできる。
【００７７】
【００７８】
【００７９】
なお、後記する構成パラメータにおいて、データの記載されていない非球面に関する項は０である。屈折率についてはｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。
【００８０】
次に、図２４〜図２８にそれぞれ数値実施例１〜５の画像表示装置光学系の偏心光学系１０の光軸２を含むＹ−Ｚ断面図を示す。何れの実施例の偏心プリズム光学系１０も、図１の場合と同様に、３つの面３、４、５からなっており、その３つの面３〜５の間が屈折率が１より大きい透明媒質で埋められていて、不図示の物体から発した光線束が光軸２に沿って偏心光学系１０の射出瞳１をまず通過し、透過作用と反射作用を有する第１面３に入射して偏心光学系１０内に入り、その入射光線は射出瞳１から遠い側の反射作用のみを有する反射面である第２面４で射出瞳１に近づく方向に反射され、今度は第１面３で射出瞳１から遠ざかる方向に再び反射され、その反射光線は、透過作用のみを有する第３面５を透過して像面の位置に配置された反射型ＬＣＤ８の表示面に到達し、その表示面で正反射して、図２４〜図２６の場合は、図２と同様に、第３面５から偏心光学系１０内に入り、偏心光学系１０を横断して、第３面５と反対側の第１面３と第２面４が交差する部分の切り取り面１４から偏心光学系１０の外へ出て、切り取り面１４の前方に配置された面光源（例えば、点光源により背面から照明されたスリガラス）１２に達する。また、図２７の場合は、図１と同様、反射型ＬＣＤ８の表示面で正反射した光は、第３面５と反射型ＬＣＤ８の間のスペースの射出瞳１側に配置された面光源１２に達する。さらに、図２８の場合は、図３と同様、反射型ＬＣＤ８の表示面で正反射した光は、第３面５から偏心光学系１０内に入り第３面５と第１面３交差部近傍を横切り、第１面３から射出瞳１側に出て、第１面３の前方に配置された面光源１２に達する。
【００８１】
図２４（実施例１）、図２６（実施例３）、図２７（実施例４）、図２８（実施例５）の場合は、射出瞳１と面光源１２は共役になっており、したがって、面光源１２は射出瞳１の形状に相似の円形のものでよく、図２５（実施例２）の場合は、Ｙ−Ｚ断面図内でのみ射出瞳１と面光源１２は共役になっており、Ｘ−Ｚ断面図内では共役になっていないため、実施例２の場合は、光源１２としてＸ方向に伸びた長い面光源１２を用いる。
【００８２】
そして、実施例１、２、５においては、第１面３は瞳１側に凹面を向けて偏心した前記の（ｆ）式で定義される回転対称非球面からなり、実施例３においては、第１面３は前記の（ｃ）式で定義される自由曲面からなり、実施例４においては、第１面３は瞳１側に凸面を向けて偏心した前記の（ｆ）式で定義される回転対称非球面からなる。また、実施例１〜５の何れの実施例においても、第２面４、第３面５は前記の（ｃ）式で定義される自由曲面からなる。
【００８３】
また、反射型ＬＣＤ８は、何れの実施例も対角０．７インチタイプの縦横１４．４ｍｍ×１０．７ｍｍの画面のものを使用するようになっており、画角は、実施例１〜３は、水平画角３３°、垂直画角２５．１°、実施例４、５は、水平画角３５°、垂直画角２６．６°であり、瞳径は、何れの実施例も４ｍｍである。
【００８４】
以下に、上記実施例１〜５の構成パラメータを示す。なお、像面の次の面番号７、８は実施例１〜３の場合は、第３面５と切り取り面１４であり、実施例５の場合は、第３面５と第１面３である。また、光源は面光源１２である。そして、これら実施例１〜５はいずれも入射瞳を有限距離とした非テレセントリック光学系に構成したものである。
上記実施例３の面光源１２の瞳収差を示す横収差図を図２９に示す。図中、▲１▼は面光源１２中心から射出瞳１中心に到る光束の横収差を、▲２▼は面光源１２右端から射出瞳１上端に到る光束の横収差を、▲３▼は面光源１２左端から射出瞳１下端に到る光束の横収差をそれぞれ示す。
【００８６】
以上の実施例１〜５の条件式（１）〜（３）に関する角度Θは次の通りである。
【００８７】
なお、光学系の数値は省くが、図１７の偏心光学系１０を接眼光学系に用いる場合の光源１２の配置に関する１実施例を図３０に示す。この実施例では、光源１２を第１面３の前の射出瞳１側であって第３面５に近い位置に配置し、光源１２からの照明光１３を第１面３から偏心光学系１０内部に入れ、偏心光学系１０を横断して第４面６から外に出るように、すなわち、光源１２からの照明光１３が偏心光学系１０を射出瞳１側から反対側に突き抜けるようにし、第４面６から外に出た照明光１３を凹面鏡１５により反射型ＬＣＤ８の方向に向け、第４面６の第３面５との交差部近傍から偏心光学系１０内部に再度入れ、偏心光学系１０を横断させて第３面５から外に出るようにして、反射型ＬＣＤ８の表示面を照明するようにしている。
【００８８】
また、上記実施例はいずれも、入射瞳を有限距離とした非テレセントリックに形成した偏心光学系に反射型ＬＣＤ８を使用した形態を示したが、以下のように、２次元画面を備えていない画像表示素子を用いることも可能である。
【００８９】
例えば、上記図２に示した画像表示装置の反射型ＬＣＤ８を単なる平面ミラー９に置き換え、光源１２をスキャン（走査）することによって、２次元画像を形成する画像表示素子２４とスキャン部材２５とに置き換えた図３１に示す画像表示装置とすることもできる。
【００９０】
この時、１次元走査を主体とした構成とするならば、例えば図３２に示すように、スキャン部材２５はポリゴンミラー２６に構成し、画像表示素子２４は１次元画像表示素子（液晶表示画素やＬＥＤ等の表示画素を１次元に配列したもの）２７と光を平行光束にするコリメータレンズ２８とに構成することができる。ここで、偏心光学系１０の入射瞳位置は、このポリゴンミラー２６の回転多面に形成された反射面に略一致するように配置し、１次元画像表示素子２７の画素列と直交する方向に光束を走査することによって、２次元画像を形成するように構成されている。
【００９１】
また、２次元走査を主体とした構成とするならば、例えば図３３に示すように、１次元画像表示素子２７を１画素分の表示を行なう画素光源２９に構成し、ポリゴンミラー２６の走査方向と直交する方向に走査機能を持って構成されたガルバノミラー３０を配置する構成とすることで実現できる。猶、このガルバノミラー３０は走査機能を持てば良く、ポリゴンミラー等で構成してもかまわない。
【００９２】
また、上記実施例において、光源１２、反射型ＬＣＤ８ポリゴンミラー２６及び平面ミラー９等の光学素子から射出される光束の内、入射瞳を形成する有効光束以外の開口数の大きな光が、偏心光学系１０を介して観察者の眼球に導かれることによって発生するゴースト像を防止するため、これら各素子の形成する光路中に光束の開口数を制限する開口数低減素子を配置することが望ましい。特にこの開口数低減素子は、上記各素子と偏心光学系１０との間の光路中に配置することがより効果的である。この開口数低減素子としては、例えば下記に示すルーバー光学素子１６ａや光ファイバープレート１６ｂ等がある。
【００９３】
ルーバー光学素子１６ａの例を図３４（ａ）、図３４（ｂ）に示す。ルーバー光学素子１６ａは、透明フィルム１７の中に微細な遮光壁１８が周期的に挟み込まれてなるもので、この遮光壁１８によりある入射角範囲以外の光は吸収されて射出できないものである。また、この遮光壁１８の角度を変えることにより、最大透過の入射角を変えることができる。図３４（ａ）、（ｂ）の矢印の方向から光束が入射した場合のルーバー光学素子１６ａの透過率分布を夫々図３５（ａ）、（ｂ）に示す。
【００９４】
このようなルーバー光学素子１６ａを例えば図１の光源１２と反射型ＬＣＤ８の間に挿入すると、光源１２からの光はルーバー光学素子１６ａにより開口数が制限され、その後に反射型ＬＣＤ８を反射し、偏心光学系１０に向かう。ここで、ゴースト像を発生させる開口数の大きさが、入射角度α以上に大きい光束によってもたらされるとした時、透過率分布が、図３５（ａ）のように臨界入射角α以上の光束は透過させないように構成されたルーバー光学素子１６ａを使用すれば、ゴースト像の発生を防止することができる。
【００９５】
また、上記各実施例のように偏心光学系１０では、各光学作用面が同軸系にはなく、面の形状自体も回転非対称に形成されていることもあり、ゴースト像を発生させる開口数の大きな光束も、図３５（ａ）のように入射角０を中心に対称に存在しない場合もある。そこでそのような場合は、図３４（ｂ）に示すように、所定の角度傾いて入射する光束を中心に光束の透過率を制御するように、透明フィルム１７中の微細な遮光壁１８が所定角度傾いて配置されたルーバー光学素子１６ａを用いることが望ましい。例えば、図１に示した実施例の場合は、反射型ＬＣＤ８を射出した光束は偏心光学系１０の第３面５に対して第１面３の方向に傾いて斜めに入射する。そこでこの反射型ＬＣＤ８と第３面５との間に図３４（ｂ）のルーバー光学素子１６ａを配置すれば、図３５（ｂ）のように透過率分布がスライドし、有効光束の光量を損失させずに、ゴースト像を形成する開口数の大きい光束のみ低減できる。
【００９６】
また、このルーバー光学素子１６ａの代わりに、光ファイバーを束ねてプレート状に切断した光ファイバープレート１６ｂを使用することもできる。この光ファイバープレート１６ｂの構造の一例を図３６に示す。この光ファイバープレート１６ｂは、同図の拡大図に示すように、コアガラス１９ａとその周辺を囲むクラッドガラス１９ｂとその外周に被覆された吸収部材２０とからなり、所定の開口数を有する光ファイバーを多数本蜜に束ねて構成されたもので、光ファイバーの開口数で決まる開口数以上の光束は、光ファイバー壁を抜けて吸収部材２０で吸収されるため、前記ルーバー光学素子１６ａと同じ働きを持つものである。
【００９７】
さて、以上に説明したような画像表示装置を１組用意し、片眼装着用に構成しても、また、そのような組を左右一対用意し、それらを眼輻距離だけ離して支持することにより、両眼装着用に構成してもよい。そのようにして、片眼あるいは両眼で観察できる据え付け型又はポータブル型の画像表示装置として構成することができる。
【００９８】
片眼に装着する構成にした場合の様子を図３７に（この場合は、左眼に装着）、両眼に装着する構成にした場合の様子を図３８にそれぞれ示す。図３７、図３８中、３１は表示装置本体部を示し、図３７の場合は観察者の顔面の左眼の前方に、図３８の場合は観察者の顔面の両眼の前方に保持されるよう支持部材が頭部を介して固定している。その支持部材としては、一端を表示装置本体部３１に接合し、観察者のこめかみから耳の上部にかけて延在する左右の前フレーム３２と、前フレーム３２の他端に接合され、観察者の側頭部を渡るように延在する左右の後フレーム３３とから（図３７の場合）、あるいは、さらに、左右の後フレーム３３の他端に挟まれるように自らの両端を一方づつ接合し、観察者の頭頂部を支持する頭頂フレーム３４とから（図３８の場合）構成されている。
【００９９】
また、前フレーム３２における上記の後フレーム３３との接合近傍には、弾性体からなり例えば金属板バネ等で構成されたリヤプレート３５が接合されている。このリヤプレート３５は、上記支持部材の一翼を担うリヤカバー３６が観察者の後頭部から首のつけねにかかる部分で耳の後方に位置して支持可能となるように接合されている（図３８の場合）。リヤプレート３５又はリヤカバー３６内にの観察者の耳に対応する位置にスピーカー３９が取り付けられている。
【０１００】
映像・音声信号等を外部から送信するためのケーブル４１が表示装置本体部３１から、頭頂フレーム３４（図３８の場合）、後フレーム３３、前フレーム３２、リヤプレート３５の内部を介してリヤプレート３５あるいはリヤカバー３６の後端部より外部に突出している。そして、このケーブル４１はビデオ再生装置４０に接続されている。なお、図中、４０ａはビデオ再生装置４０のスイッチやボリュウム調整部である。
【０１０１】
なお、ケーブル４１は先端をジャックして、既存のビデオデッキ等に取り付け可能としてもよい。さらに、ＴＶ電波受信用チューナーに接続してＴＶ鑑賞用としてもよいし、コンピュータに接続してコンピュータグラフィックスの映像や、コンピュータからのメッセージ映像等を受信するようにしてもよい。また、邪魔なコードを排斥するために、アンテナを接続して外部からの信号を電波によって受信するようにしても構わない。
【０１０２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、接眼光学系が少なくとも１面の偏心した裏面反射面を有する偏心光学系からなり、画像表示素子が照明光の反射光により画像を表示する反射型画像表示素子からなり、照明光を形成する照明手段が反射型画像表示素子から観察者眼球位置の間の表示光路外に配置されているので、反射型ＬＣＤと偏心光学系とを用いて高い光学性能を有しながら小型・軽量で明るい画像表示装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の画像表示装置の光路図である。
【図２】図１の変形例の画像表示装置の光路図である。
【図３】図１の別の変形例の画像表示装置の光路図である。
【図４】本発明の画像表示装置に適用可能な偏心光学系の光路図である。
【図５】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図６】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図７】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図８】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図９】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図１０】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図１１】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図１２】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図１３】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図１４】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図１５】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図１６】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図１７】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図１８】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図１９】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図２０】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図２１】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図２２】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図２３】本発明の画像表示装置に適用可能な別の偏心光学系の光路図である。
【図２４】本発明の数値実施例１の画像表示装置光学系の断面図である。
【図２５】本発明の数値実施例２の画像表示装置光学系の断面図である。
【図２６】本発明の数値実施例３の画像表示装置光学系の断面図である。
【図２７】本発明の数値実施例４の画像表示装置光学系の断面図である。
【図２８】本発明の数値実施例５の画像表示装置光学系の断面図である。
【図２９】本発明の数値実施例３の面光源の瞳収差を示す横収差図である。
【図３０】図１７の偏心光学系を用いる場合の光源の配置に関する１実施例を示す断面図である。
【図３１】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図３２】図３１のスキャン部材を１次元走査に構成した例を示す図である。
【図３３】図３１のスキャン部材を２次元走査に構成した例を示す図である。
【図３４】ルーバー光学素子を示す図である。
【図３５】図３４のルーバー光学素子の透過率分布を示す図である。
【図３６】光ファイバープレートを示す図である。
【図３７】本発明の画像表示装置を片眼装着の構成にした場合の様子を示す図である。
【図３８】本発明の画像表示装置を両眼装着の構成にした場合の様子を示す図である。
【図３９】偏心配置の凹面鏡により発生する像面湾曲を説明するための図である。
【図４０】偏心配置の凹面鏡により発生する非点収差を説明するための図である。
【図４１】偏心配置の凹面鏡により発生する軸上コマ収差を説明するための図である。
【図４２】従来の反射型ＬＣＤを用いる画像表示装置の光学系を示す図である。
【図４３】公知のＤＭＤの構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 射出瞳
２ 光軸
３ 第１面
４ 第２面
５ 第３面
６ 第４面
８ 反射型ＬＣＤ（液晶表示素子）
９ 平面ミラー
１０ 偏心光学系
１１ 入射瞳位置
１２ 光源
１３ 照明光
１４ 切り取り面
１５ 凹面鏡
１６ａ ルーバー光学素子
１６ｂ 光ファイバープレート
１７ 透明フィルム
１８ 遮光壁
１９ａ コアガラス
１９ｂ クラッドガラス
２０ 吸収部材
２１、２２ 裏面鏡
２３ 正の屈折力を有する光学素子
２４ 画像表示素子
２５ スキャン部材
２６ ポリゴンミラー
２７ １次元画像表示素子
２８ コリメータレンズ
２９ 画素光源
３０ ガルバノメータミラー
３１ 表示装置本体部
３２ 前フレーム
３３ 後フレーム
３４ 頭頂フレーム
３５ リヤプレート
３６ リヤカバー
３９ スピーカー
４１ ケーブル
４０ ビデオ再生装置
４０ａ ボリュウム調整部
Ｍ 凹面鏡
Claims (10)
- 画像表示素子と、前記画像表示素子により形成された画像を虚像として観察できるように観察者眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系とを有する画像表示装置において、前記接眼光学系が少なくとも１面の偏心した裏面反射面を有する偏心光学系からなり、且つ前記偏心光学系が、非テレセントリック光学系に構成されており、
前記画像表示素子が照明光の反射光により画像を表示する反射型画像表示素子からなり、前記照明光を形成する照明手段が前記反射型画像表示素子から前記観察者眼球位置の間の表示光路外に配置されており、
前記偏心光学系が３つの光学面で囲まれた屈折率が１より大きい媒質からなり、射出瞳が第１面に面して位置しており、前記反射型画像表示素子が第３面に面して配置され、前記反射型画像表示素子からの表示光は、透過作用を有する前記第３面５を経て前記偏心光学系内に入射し、射出瞳に面した反射作用と透過作用を有する前記第１面の内側で反射され、次いで、前記第１面に対して射出瞳側と反対側に位置する第２面に入射してその面の内側で反射され、その反射光は今度は前記第１面を透過して前記偏心光学系から射出する構成になっており、逆光線追跡で射出瞳の中心を通り前記偏心光学系を介して前記反射型画像表示素子の画面の中心に達する光線を軸上主光線とし、前記軸上主光線が射出瞳を射出し前記第１面に交差するまでの直線によって定義される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しかつ前記偏心光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義し、かつ、前記反射型画像表示素子の表示面あるいは画素の面に垂直な法線ｎのＹ−Ｚ面への投影像を法線ｎ ' とし、前記軸上主光線とその法線ｎ ' とのなす角度をΘとするとき、
前記偏心光学系の前記第３面と反対側で前記第１面と前記第２面が交差する部分が切り取られ、その切り取り面前方に前記照明手段が配置され、前記照明手段からの照明光がこの切り取り面を介して前記偏心光学系内部に入射され、前記偏心光学系を横断して前記第３面から射出され、前記反射型画像表示素子の表示面あるいは画素の面が照明され、かつ、
１５°＜Θ＜２５° ・・・（１）
を満足することを特徴とする画像表示装置。 - 画像表示素子と、前記画像表示素子により形成された画像を虚像として観察できるように観察者眼球位置に中間像を形成することなしに導く接眼光学系とを有する画像表示装置において、前記接眼光学系が少なくとも１面の偏心した裏面反射面を有する偏心光学系からなり、且つ前記偏心光学系が、非テレセントリック光学系に構成されており、
前記画像表示素子が照明光の反射光により画像を表示する反射型画像表示素子からなり、前記照明光を形成する照明手段が前記反射型画像表示素子から前記観察者眼球位置の間の表示光路外に配置されており、
前記偏心光学系が３つの光学面で囲まれた屈折率が１より大きい媒質からなり、射出瞳が第１面に面して位置しており、前記反射型画像表示素子が第３面に面して配置され、前記反射型画像表示素子からの表示光は、透過作用を有する前記第３面５を経て前記偏心光学系内に入射し、射出瞳に面した反射作用と透過作用を有する前記第１面の内側で反射され、次いで、前記第１面に対して射出瞳側と反対側に位置する第２面に入射してその面の内側で反射され、その反射光は今度は前記第１面を透過して前記偏心光学系から射出する構成になっており、逆光線追跡で射出瞳の中心を通り前記偏心光学系を介して前記反射型画像表示素子の画面の中心に達する光線を軸上主光線とし、前記軸上主光線が射出瞳を射出し前記第１面に交差するまでの直線によって定義される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しかつ前記偏心光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義し、かつ、前記反射型画像表示素子の表示面あるいは画素の面に垂直な法線ｎのＹ−Ｚ面への投影像を法線ｎ ' とし、前記軸上主光線とその法線ｎ ' とのなす角度をΘとするとき、
前記照明手段が前記第１面の前の射出瞳側であって前記第３面との交差部近傍に配置され、前記照明手段からの照明光が前記第１面の前記第３面との交差部近傍から前記偏心光学系内部に入り、前記偏心光学系を横断して前記第３面から外に出て前記反射型画像表示素子の表示面あるいは画素の面を照明するように配置され、かつ、
８°＜Θ＜２０° ・・・（３）
を満足することを特徴とする画像表示装置。 - 前記照明光の前記反射型画像表示素子の表示面あるいは画素の面への入射角と前記反射型画像表示素子からの表示光束の主光線の射出角が略等しくなるように前記照明手段が配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の画像表示装置。
- 前記照明手段が前記偏心光学系の入射瞳位置と略共役な位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の画像表示装置。
- 前記偏心光学系を構成する反射面の少なくとも１面の面形状がその面内及び面外共に回転対称軸を有さない回転非対称面からなることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の画像表示装置。
- 前記回転非対称面が、対称面を１つのみ有する面対称自由曲面からなることを特徴とする請求項５記載の画像表示装置。
- 前記偏心光学系の一部であって前記反射型画像表示素子からの表示光束が通らない部分又は方向を透過させて前記反射型画像表示素子の表示面あるいは画素の面を照明できる位置に前記照明手段が配置されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の画像表示装置。
- 前記照明手段と前記偏心光学系との間に開口数低減部材を配置してゴースト像の発生を防止するように構成された請求項１乃至７の何れか１項記載の画像表示装置。
- 前記画像表示装置が、右眼用画像表示素子と左眼用画像表示素子と右眼用接眼光学系と左眼用接眼光学系とを備えて構成された請求項１乃至８の何れか１項記載の画像表示装置。
- 前記画像表示装置が、観察者顔面前方に位置するように、観察者頭部を支持する支持手段を有して構成された請求項１乃至９の何れか１項記載の頭部装着型画像表示装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32983597A JP3865906B2 (ja) | 1997-06-27 | 1997-12-01 | 画像表示装置 |
| US09/095,809 US6333820B1 (en) | 1997-06-27 | 1998-06-11 | Image display apparatus |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17216997 | 1997-06-27 | ||
| JP9-224706 | 1997-08-21 | ||
| JP9-172169 | 1997-08-21 | ||
| JP22470697 | 1997-08-21 | ||
| JP32983597A JP3865906B2 (ja) | 1997-06-27 | 1997-12-01 | 画像表示装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006160619A Division JP2006313365A (ja) | 1997-06-27 | 2006-06-09 | 画像表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11125791A JPH11125791A (ja) | 1999-05-11 |
| JP3865906B2 true JP3865906B2 (ja) | 2007-01-10 |
Family
ID=27323587
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32983597A Expired - Fee Related JP3865906B2 (ja) | 1997-06-27 | 1997-12-01 | 画像表示装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6333820B1 (ja) |
| JP (1) | JP3865906B2 (ja) |
Families Citing this family (61)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3279265B2 (ja) * | 1998-03-26 | 2002-04-30 | 株式会社エム・アール・システム研究所 | 画像表示装置 |
| JP2000249969A (ja) * | 1999-03-04 | 2000-09-14 | Mr System Kenkyusho:Kk | 画像表示光学系及びそれを用いた画像表示装置 |
| US6480337B2 (en) | 1999-03-04 | 2002-11-12 | Mixed Reality Systems Laboratory Inc. | Image display apparatus |
| JP4174899B2 (ja) * | 1999-03-23 | 2008-11-05 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 映像形成光学系 |
| JP4372891B2 (ja) * | 1999-06-22 | 2009-11-25 | オリンパス株式会社 | 映像表示装置 |
| JP4560160B2 (ja) | 1999-12-20 | 2010-10-13 | オリンパス株式会社 | 画像表示装置 |
| US6490095B2 (en) | 2000-03-23 | 2002-12-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Image display apparatus |
| JP4581180B2 (ja) * | 2000-04-25 | 2010-11-17 | ソニー株式会社 | 虚像表示装置 |
| JP4194218B2 (ja) | 2000-04-28 | 2008-12-10 | キヤノン株式会社 | 画像表示装置および画像表示システム |
| JP4387554B2 (ja) * | 2000-04-28 | 2009-12-16 | キヤノン株式会社 | 画像表示装置および画像表示システム |
| JP2001311904A (ja) | 2000-04-28 | 2001-11-09 | Canon Inc | 画像表示装置および画像表示システム |
| JP2002118799A (ja) | 2000-05-10 | 2002-04-19 | Canon Inc | 画像表示装置、画像表示システムおよび画像表示素子 |
| KR20020005133A (ko) * | 2000-07-08 | 2002-01-17 | 고한일 | 액정디스플레이용 광학장치 |
| JP2002090694A (ja) | 2000-09-14 | 2002-03-27 | Minolta Co Ltd | 映像表示装置 |
| JP2002107655A (ja) * | 2000-09-27 | 2002-04-10 | Minolta Co Ltd | 映像表示装置 |
| JP4006179B2 (ja) | 2000-12-26 | 2007-11-14 | キヤノン株式会社 | 画像表示装置および画像表示システム |
| FR2824921B1 (fr) | 2001-05-15 | 2003-09-19 | Thomson Csf | Architecture optique a encombrement reduit pour viseur de casque grand champ |
| JP4058251B2 (ja) * | 2001-09-07 | 2008-03-05 | キヤノン株式会社 | 走査型画像表示光学系、走査型画像表示装置および画像表示システム |
| JP4012007B2 (ja) | 2002-08-09 | 2007-11-21 | キヤノン株式会社 | 走査型表示光学系、走査型画像表示装置および走査型画像表示システム |
| US6795223B2 (en) * | 2002-09-30 | 2004-09-21 | Olympus Corporation | Scanning optical system |
| JP4035476B2 (ja) * | 2003-04-23 | 2008-01-23 | キヤノン株式会社 | 走査光学系、走査型画像表示装置および画像表示システム |
| JP4371705B2 (ja) * | 2003-05-20 | 2009-11-25 | キヤノン株式会社 | 走査型画像表示装置 |
| JP4422432B2 (ja) * | 2003-05-26 | 2010-02-24 | オリンパス株式会社 | 偏心光学系およびそれを用いた光学システム |
| DE10359691A1 (de) * | 2003-12-18 | 2005-07-14 | Carl Zeiss | Beobachtungssystem und -verfahren |
| JP4637532B2 (ja) * | 2004-08-30 | 2011-02-23 | オリンパス株式会社 | 偏心光学系とそれを用いた光学システム |
| JP4689266B2 (ja) | 2004-12-28 | 2011-05-25 | キヤノン株式会社 | 画像表示装置 |
| JP4933056B2 (ja) * | 2005-05-11 | 2012-05-16 | キヤノン株式会社 | 画像表示装置及びそれを用いた撮像装置 |
| EP1946179B1 (en) * | 2005-11-10 | 2012-12-05 | BAE Systems PLC | Method of modifying a display apparatus |
| JP2007333952A (ja) * | 2006-06-14 | 2007-12-27 | Konica Minolta Holdings Inc | 映像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ |
| JP4921081B2 (ja) | 2006-09-05 | 2012-04-18 | キヤノン株式会社 | 画像表示装置 |
| JP2008070604A (ja) | 2006-09-14 | 2008-03-27 | Canon Inc | 画像表示装置 |
| DE102007015278A1 (de) * | 2007-03-29 | 2008-10-02 | Carl Zeiss Ag | Optisches Okularsystem |
| JP2009251282A (ja) * | 2008-04-07 | 2009-10-29 | Olympus Imaging Corp | 走査型画像投影装置 |
| JP2011133633A (ja) * | 2009-12-24 | 2011-07-07 | Olympus Corp | 視覚表示装置 |
| US9366862B2 (en) | 2010-02-28 | 2016-06-14 | Microsoft Technology Licensing, Llc | System and method for delivering content to a group of see-through near eye display eyepieces |
| US8482859B2 (en) | 2010-02-28 | 2013-07-09 | Osterhout Group, Inc. | See-through near-eye display glasses wherein image light is transmitted to and reflected from an optically flat film |
| US9285589B2 (en) | 2010-02-28 | 2016-03-15 | Microsoft Technology Licensing, Llc | AR glasses with event and sensor triggered control of AR eyepiece applications |
| US9134534B2 (en) | 2010-02-28 | 2015-09-15 | Microsoft Technology Licensing, Llc | See-through near-eye display glasses including a modular image source |
| US9129295B2 (en) | 2010-02-28 | 2015-09-08 | Microsoft Technology Licensing, Llc | See-through near-eye display glasses with a fast response photochromic film system for quick transition from dark to clear |
| US9182596B2 (en) | 2010-02-28 | 2015-11-10 | Microsoft Technology Licensing, Llc | See-through near-eye display glasses with the optical assembly including absorptive polarizers or anti-reflective coatings to reduce stray light |
| US9091851B2 (en) | 2010-02-28 | 2015-07-28 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Light control in head mounted displays |
| US9759917B2 (en) | 2010-02-28 | 2017-09-12 | Microsoft Technology Licensing, Llc | AR glasses with event and sensor triggered AR eyepiece interface to external devices |
| US20120249797A1 (en) | 2010-02-28 | 2012-10-04 | Osterhout Group, Inc. | Head-worn adaptive display |
| US20150309316A1 (en) | 2011-04-06 | 2015-10-29 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Ar glasses with predictive control of external device based on event input |
| US9097890B2 (en) | 2010-02-28 | 2015-08-04 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Grating in a light transmissive illumination system for see-through near-eye display glasses |
| US9097891B2 (en) | 2010-02-28 | 2015-08-04 | Microsoft Technology Licensing, Llc | See-through near-eye display glasses including an auto-brightness control for the display brightness based on the brightness in the environment |
| US9223134B2 (en) | 2010-02-28 | 2015-12-29 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Optical imperfections in a light transmissive illumination system for see-through near-eye display glasses |
| US9229227B2 (en) | 2010-02-28 | 2016-01-05 | Microsoft Technology Licensing, Llc | See-through near-eye display glasses with a light transmissive wedge shaped illumination system |
| US9128281B2 (en) | 2010-09-14 | 2015-09-08 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Eyepiece with uniformly illuminated reflective display |
| US8472120B2 (en) | 2010-02-28 | 2013-06-25 | Osterhout Group, Inc. | See-through near-eye display glasses with a small scale image source |
| US8477425B2 (en) | 2010-02-28 | 2013-07-02 | Osterhout Group, Inc. | See-through near-eye display glasses including a partially reflective, partially transmitting optical element |
| US8467133B2 (en) | 2010-02-28 | 2013-06-18 | Osterhout Group, Inc. | See-through display with an optical assembly including a wedge-shaped illumination system |
| CN102906623A (zh) | 2010-02-28 | 2013-01-30 | 奥斯特豪特集团有限公司 | 交互式头戴目镜上的本地广告内容 |
| US8488246B2 (en) | 2010-02-28 | 2013-07-16 | Osterhout Group, Inc. | See-through near-eye display glasses including a curved polarizing film in the image source, a partially reflective, partially transmitting optical element and an optically flat film |
| US9341843B2 (en) | 2010-02-28 | 2016-05-17 | Microsoft Technology Licensing, Llc | See-through near-eye display glasses with a small scale image source |
| US10180572B2 (en) | 2010-02-28 | 2019-01-15 | Microsoft Technology Licensing, Llc | AR glasses with event and user action control of external applications |
| CN103454771B (zh) * | 2012-06-01 | 2017-02-08 | 联想(北京)有限公司 | 手持电子设备和显示方法 |
| CN105093537B (zh) * | 2012-06-01 | 2017-12-29 | 联想(北京)有限公司 | 手持电子设备和显示方法 |
| US9791700B2 (en) | 2013-11-27 | 2017-10-17 | Magic Leap, Inc. | Virtual and augmented reality systems and methods |
| US10560688B2 (en) | 2017-05-22 | 2020-02-11 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Display device system with non-telecentric imaging to prevent ghost images |
| US12072614B2 (en) | 2020-04-23 | 2024-08-27 | Dolby Laboratories Licensing Corporation | Projection system and method with adjustable angle illumination |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0772446A (ja) | 1993-09-01 | 1995-03-17 | Sharp Corp | 表示システム |
| JP2911750B2 (ja) | 1994-06-13 | 1999-06-23 | キヤノン株式会社 | 観察光学系 |
| TW308647B (ja) * | 1994-12-02 | 1997-06-21 | Hitachi Ltd | |
| JP3658034B2 (ja) | 1995-02-28 | 2005-06-08 | キヤノン株式会社 | 画像観察光学系及び撮像光学系 |
| JP3599828B2 (ja) * | 1995-05-18 | 2004-12-08 | オリンパス株式会社 | 光学装置 |
| US5886822A (en) * | 1996-10-08 | 1999-03-23 | The Microoptical Corporation | Image combining system for eyeglasses and face masks |
-
1997
- 1997-12-01 JP JP32983597A patent/JP3865906B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-06-11 US US09/095,809 patent/US6333820B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6333820B1 (en) | 2001-12-25 |
| JPH11125791A (ja) | 1999-05-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3865906B2 (ja) | 画像表示装置 | |
| US6222676B1 (en) | Image display apparatus | |
| US6008778A (en) | Visual display apparatus | |
| US6201646B1 (en) | Image-forming optical system and viewing optical system | |
| US6313950B1 (en) | Image display apparatus | |
| US6310736B1 (en) | Image-forming optical system and viewing optical system | |
| JP3486468B2 (ja) | プリズム光学系 | |
| US6342871B1 (en) | Image display apparatus | |
| USRE37292E1 (en) | Optical system and optical apparatus | |
| JPH09258104A (ja) | 光学系 | |
| JPH09197337A (ja) | 接眼光学系 | |
| JP4560160B2 (ja) | 画像表示装置 | |
| JPH11326820A (ja) | 観察光学系及びそれを用いた観察装置 | |
| JP5653816B2 (ja) | 偏心光学系を有する画像表示装置 | |
| US6464361B2 (en) | Image display apparatus having three-dimensionally decentered optical path | |
| US6501602B2 (en) | Image display apparatus having three-dimensionally decentered optical path | |
| JPH0990270A (ja) | 頭部又は顔面装着式画像表示装置 | |
| US6388827B2 (en) | Image display apparatus having three-dimensionally decentered optical path | |
| JP2000180783A (ja) | 画像表示装置 | |
| JP2006313365A (ja) | 画像表示装置 | |
| JP4583625B2 (ja) | 画像表示装置 | |
| JP3212784B2 (ja) | 視覚表示装置 | |
| JPH09197336A (ja) | 画像表示装置 | |
| JP3683338B2 (ja) | 頭部装着型画像表示装置 | |
| JP4153630B2 (ja) | 観察光学系及びそれを用いた画像表示装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041102 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041102 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060323 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060411 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20060607 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060609 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060705 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060824 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060927 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20061004 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101013 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101013 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111013 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111013 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121013 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131013 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |