JP2000180783A - Image display device - Google Patents
Image display deviceInfo
- Publication number
- JP2000180783A JP2000180783A JP35726698A JP35726698A JP2000180783A JP 2000180783 A JP2000180783 A JP 2000180783A JP 35726698 A JP35726698 A JP 35726698A JP 35726698 A JP35726698 A JP 35726698A JP 2000180783 A JP2000180783 A JP 2000180783A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- image display
- light beam
- prism
- image
- 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.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
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】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。2. Description of the Related Art In recent years, image display apparatuses, particularly, head or face-mounted image display apparatuses have been actively developed for the purpose of individuals enjoying large-screen images.
【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。Under such circumstances, in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 7-333551 and Hei 8-234137, eyepiece optics for guiding a display image of an image display element comprising a liquid crystal display element (hereinafter, referred to as LCD) to an observer's eyeball. The system is constituted by a decentered optical system composed of a medium having a refractive index larger than 1 and surrounded by three optical surfaces, and a light beam from the liquid crystal display element is made to enter the decentered optical system from the third surface. Inside, the light is totally reflected by the first surface, then internally reflected by the second surface of the concave mirror, and is then emitted out of the decentered optical system via the first surface to form an intermediate image on the display image of the image display device. There has been proposed one that leads the eyeball to the observer's eyeball without any problem.
【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。ところで、特開平7−33
3551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15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5
5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5
7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。In this case, the decentered optical system has three optical surfaces, and the number of reflections inside the decentered optical system is two.
In addition, various types of decentered optical systems having two or four or more surfaces and reflecting at least once inside the optical system have been proposed by the present applicant. By the way, JP-A-7-33
No. 3551 and JP-A-8-234137,
The LCD (Liquid Crystal Display) constituting the image display device is planned to be of a transmissive type, but a device using a reflective LCD as the image display device of the face-mounted image display device is also proposed in JP-A-7-72446. Have been. FIG. 15 is a view showing the optical system of the image display device, and the lamp light source 5
5 is collimated by a collimating optical system 56, and a part of the light (S-polarized light) is
7 illuminates the reflective LCD 58 from the front. The display image reflected and modulated by the reflective LCD 58 is projected onto a screen 52 by a projection optical system 59, and the projected image is magnified and observed by an observer through an eyepiece optical system 53.
【0005】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16に示すような構成のものである。すなわち、図1
6(a)に平面を、図16(b)に各要素の構成を示す
ように、各画素に対応する微小ミラー60が2次元的に
配置され、指定したアドレスのミラー60' を対角線を
軸にして傾けることにより、ミラー60' に一定方向か
ら入射する光を傾いていないミラーとは異なる方向へ反
射させるようにして、2次元画像を表示するようにした
ものであり、ミラー60各々は、一対つの対角方向の角
で基板61に立てられた支持ポスト62によりヒンジ6
3を介して支持されており、ミラー60の後側の基板6
1に設けられた一対の電極64の一方に電圧を印加する
ことにより、静電力によりヒンジ63間の対角線を軸に
してミラー60が回転可能になっている(IEEE S
pectrum Vol.30,No.11,pp.2
7〜31)。As a reflection type image display device, an image display device called a DMD (digital micro device) has been proposed in addition to the reflection type LCD. This has a configuration as shown in FIG. That is, FIG.
As shown in FIG. 6A, a plane is shown, and as shown in FIG. 16B, the configuration of each element is such that micromirrors 60 corresponding to each pixel are two-dimensionally arranged. By tilting the mirror 60 ′, light incident on the mirror 60 ′ from a certain direction is reflected in a direction different from that of the mirror that is not tilted, so that a two-dimensional image is displayed. A hinge 6 is provided by a support post 62 erected on the substrate 61 at a pair of diagonal corners.
3 and the substrate 6 on the rear side of the mirror 60
By applying a voltage to one of the pair of electrodes 64 provided on the mirror 1, the mirror 60 can be rotated about the diagonal line between the hinges 63 by electrostatic force (IEEE S).
vector Vol. 30, no. 11, pp. 2
7-31).
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】画像表示装置の光学系
として偏心光学系を用いると、高い光学性能(画角、解
像力等)を維持したまま装置全体を小型・軽量に構成で
き、明るい画像表示装置が可能となる利点がある。しか
しながら、偏心光学系と共に用いる画像表示素子として
は、従来透過型LCDしか予定していなかった。そのた
め、特開平7−333551号及び特開平8−2341
37号に示された偏心光学系は、いずれも、入射瞳を無
限遠に置いたテレセントリック光学系としてしか構成さ
れてはいなかった。When an eccentric optical system is used as an optical system of an image display device, the entire device can be configured to be small and lightweight while maintaining high optical performance (angle of view, resolution, etc.), and a bright image display can be achieved. There is an advantage that the device becomes possible. However, as the image display element used with the decentered optical system, only a transmission type LCD has been conventionally planned. Therefore, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 7-333551 and Hei 8-2341 are disclosed.
Each of the decentered optical systems shown in No. 37 was configured only as a telecentric optical system having an entrance pupil at infinity.
【0007】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。A transmission type LCD as an image display device
However, since the aperture ratio of the pixels is lower than that of the reflection type LCD, and the black matrix portion between the pixels becomes conspicuous, it is necessary to use a low-pass filter or the like to make it inconspicuous. On the other hand, the reflection type LCD can increase the aperture ratio of the pixel, and the above problem is small. However, as shown in JP-A-7-72446, an optical system without eccentricity is used. In the case of magnifying observation using, it is necessary to illuminate through an optical element such as a light beam splitter, especially when used for a head or face-mounted image display device, contrary to the demand for miniaturization and weight reduction However, there is a problem that a display image becomes dark.
【0008】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、内面反射する偏心
プリズムと反射型LCD、DMD等の反射型画像表示素
子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提供することにである。The present invention has been made in view of such a situation in the prior art, and an object of the present invention is to provide a high optical system using an eccentric prism that internally reflects light and a reflective image display device such as a reflective LCD or DMD. An object of the present invention is to provide a small, lightweight, and bright image display device having performance.
【0009】[0009]
【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、照明光源と、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観察者眼球位置
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、屈折率が1よりも大きい媒質を挟んだ
プリズム部材を有し、前記プリズム部材が、前記画像表
示素子から射出された像光をプリズム内に入射させる第
4面と、前記第4面から入射した光束を反射させる第3
面と、前記第3面で反射された光束を全反射させる第1
面と、前記第1面で反射された光束を反射させると共に
光束に光学的パワーを与えかつ偏心収差を補正する回転
非対称な曲面形状に形成された第2面とからなり、前記
第2面で反射された光束を前記第1面からプリズム外に
射出させるように構成され、前記画像表示素子が、反射
光によって画像を表示する反射型画像表示素子により構
成され、前記照明光源が、前記プリズム部材の前記第3
面を介して照明光を前記画像表示素子に照明可能に配置
されていることを特徴とするものである。According to the present invention, there is provided an image display apparatus, comprising: an illumination light source; an image display element; and an eyepiece optical system for guiding an image formed by the image display element to an observer's eyeball position. Wherein the eyepiece optical system has a prism member sandwiching a medium having a refractive index greater than 1 and the prism member transmits image light emitted from the image display element into the prism. A fourth surface for incidence, and a third surface for reflecting a light beam incident from the fourth surface.
A first surface for totally reflecting the light beam reflected by the third surface
And a second surface formed into a rotationally asymmetric curved surface shape that reflects the light beam reflected by the first surface, applies optical power to the light beam, and corrects eccentric aberration. The reflected light is emitted from the first surface to the outside of the prism; the image display element is configured by a reflective image display element that displays an image by reflected light; and the illumination light source is the prism member. The third of
The image display device is characterized by being arranged so that illumination light can be illuminated on the image display element via a surface.
【0010】本発明のもう1つの画像表示装置は、照明
光源と、画像表示素子と、前記画像表示素子により形成
された画像を観察者眼球位置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、屈折率が
1よりも大きい媒質を挟んだプリズム部材を有し、前記
プリズム部材が、前記画像表示素子から射出された像光
をプリズム内に入射させる第4面と、前記第4面から入
射した光束を反射させる第3面と、前記第3面で反射さ
れた光束を全反射させる第1面と、前記第1面で反射さ
れた光束を反射させると共に光束に光学的パワーを与え
かつ偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状に形成さ
れた第2面とからなり、前記第2面で反射された光束を
前記第1面からプリズム外に射出させるように構成さ
れ、前記画像表示素子が、反射光によって画像を表示す
る反射型画像表示素子により構成され、前記プリズム部
材の前記第3面がハーフミラーコーティングされたハー
フミラー面にて形成されていることを特徴とするもので
ある。According to another aspect of the present invention, there is provided an image display apparatus comprising: an illumination light source; an image display element; and an eyepiece optical system for guiding an image formed by the image display element to an observer's eyeball position. The eyepiece optical system has a prism member sandwiching a medium having a refractive index larger than 1, the prism member has a fourth surface that causes image light emitted from the image display element to enter the prism, and A third surface for reflecting the light beam incident from the fourth surface, a first surface for totally reflecting the light beam reflected on the third surface, and an optical device for reflecting the light beam reflected on the first surface and optically converting the light beam; A second surface formed into a rotationally asymmetric curved surface shape that gives power and corrects eccentric aberration, and is configured to emit a light beam reflected by the second surface out of the prism from the first surface; The image display element But is constituted by a reflection type image display device for displaying an image by reflected light, it said third surface of said prism member is characterized in that it is formed by the half-mirror surface which is a half mirror coating.
【0011】本発明のさらにもう1つの画像表示装置
は、照明光源と、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観察者眼球位置に導く接眼光学系
とを有する画像表示装置において、前記接眼光学系が、
屈折率が1よりも大きい媒質を挟んだプリズム部材を有
し、前記プリズム部材が、前記画像表示素子から射出さ
れた像光をプリズム内に入射させる第4面と、前記第4
面から入射した光束を反射させる第3面と、前記第3面
で反射された光束を全反射させる第1面と、前記第1面
で反射された光束を反射させると共に光束に光学的パワ
ーを与えかつ偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状
に形成された第2面とからなり、前記第2面で反射され
た光束を前記第1面からプリズム外に射出させるように
構成され、前記画像表示素子が、反射光によって画像を
表示する反射型画像表示素子により構成され、前記プリ
ズム部材の前記第3面が全反射面にて形成され、前記第
4面から入射した光束を全反射作用によって反射させる
ように構成されていることを特徴とするものである。Still another image display apparatus according to the present invention is an image display apparatus having an illumination light source, an image display element, and an eyepiece optical system for guiding an image formed by the image display element to an observer's eyeball position. The eyepiece optical system comprises:
A prism member sandwiching a medium having a refractive index greater than 1; wherein the prism member has a fourth surface on which image light emitted from the image display element enters the prism;
A third surface for reflecting the light beam incident from the surface, a first surface for totally reflecting the light beam reflected on the third surface, and reflecting the light beam reflected on the first surface and applying optical power to the light beam. And a second surface formed in a rotationally asymmetric curved surface shape for giving the eccentric aberration and correcting the eccentric aberration, wherein the light beam reflected by the second surface is emitted from the first surface to the outside of the prism, and the image is formed. The display element is constituted by a reflection type image display element for displaying an image by reflected light, wherein the third surface of the prism member is formed by a total reflection surface, and a light beam incident from the fourth surface is subjected to total reflection. It is characterized by being configured to reflect light.
【0012】以下、本発明において上記の構成をとる理
由と作用について説明する。本発明においては、照明光
源と、画像表示素子と、前記画像表示素子により形成さ
れた画像を観察者眼球位置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、屈折率が1
よりも大きい媒質を挟んだプリズム部材を有し、前記プ
リズム部材が、前記画像表示素子から射出された像光を
プリズム内に入射させる第4面と、前記第4面から入射
した光束を反射させる第3面と、前記第3面で反射され
た光束を全反射させる第1面と、前記第1面で反射され
た光束を反射させると共に光束に光学的パワーを与えか
つ偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状に形成され
た第2面とからなり、前記第2面で反射された光束を前
記第1面からプリズム外に射出させるように構成され、
前記画像表示素子が、反射光によって画像を表示する反
射型画像表示素子により構成されているので、反射型L
CD等と3つの反射面を有するプリズム部材とを用いて
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。Hereinafter, the reason and operation of the above-described configuration in the present invention will be described. In the present invention, in an image display device having an illumination light source, an image display element, and an eyepiece optical system that guides an image formed by the image display element to an observer's eyeball position, the eyepiece optical system has a refractive index. 1
A prism member sandwiching a larger medium, the prism member reflecting a fourth surface on which image light emitted from the image display element enters the prism, and reflecting a light beam incident from the fourth surface. A third surface, a first surface that totally reflects the light beam reflected by the third surface, and a rotation that reflects the light beam reflected by the first surface, applies optical power to the light beam, and corrects eccentric aberration. A second surface formed into an asymmetric curved surface shape, and configured to emit the light beam reflected by the second surface from the first surface to outside the prism;
Since the image display element is constituted by a reflection type image display element for displaying an image by reflected light, the reflection type L
Using a CD or the like and a prism member having three reflecting surfaces, a small, lightweight, and bright image display device having high optical performance can be achieved.
【0013】また、接眼光学系を構成するプリズム部材
(偏心光学系)として、上記のように、4つの面を持
ち、その4つの面によって形成される空間が屈折率が1
より大きい媒質で満たされており、観察者眼球から画像
表示素子に到る逆光線追跡に従って光線が通過する順
に、屈折面かつ内部反射面である第1面、第1面に対向
し、観察者視軸に対して偏心するかあるいは傾いた反射
面である第2面、第1面に対向し、第2面に隣接した反
射面である第3面、画像表示素子に最も近接している屈
折面である第4面で構成され、観察者眼球から画像表示
素子に到るまでに反射回数を3回としており、画像表示
素子より発した光線を接眼光学系内部にてこのように3
回反射させることによって、光線が折り畳まれる効果が
絶大となり、接眼光学系の厚さを極力抑え、小型軽量化
を実現し、さらに、広い射出瞳径と広い観察画角を持
ち、明瞭な観察像を観察者に提供することができる。As described above, the prism member (eccentric optical system) constituting the eyepiece optical system has four surfaces, and the space formed by the four surfaces has a refractive index of one.
It is filled with a larger medium and faces the first surface, which is a refraction surface and an internal reflection surface, in the order in which light rays pass according to the reverse ray tracing from the observer's eyeball to the image display element, and faces the first surface. A second surface that is a reflecting surface that is eccentric or inclined with respect to the axis, a third surface that is a reflecting surface adjacent to the second surface, and a refracting surface closest to the image display element; The number of reflections from the observer's eyeball to the image display element is set to three, and the light beam emitted from the image display element is set to 3 in the eyepiece optical system.
By reflecting the light twice, the effect of folding the light rays is enormous, the thickness of the eyepiece optical system is minimized, the size and weight are reduced, and the wide exit pupil diameter and wide observation angle of view provide a clear observation image. Can be provided to the observer.
【0014】また、接眼光学系を4つの面で構成したた
めに、第1面のみで透過と反射が同一面で行われ、他の
反射、屈折作用はそれぞれ独立した面で行われ、それぞ
れの面で互いに収差を補正することができるため、収差
補正上大変有利に作用する。Since the eyepiece optical system is composed of four surfaces, transmission and reflection are performed on the same surface only on the first surface, and other reflection and refraction operations are performed on independent surfaces. Can correct aberrations with each other, which is very advantageous in correcting aberrations.
【0015】一方、画像表示素子を観察者の上方又は側
方どちらかに配置する場合においても、画像表示素子は
近接する第4面の前方に斜めに位置させることで、装置
全体として小型で観察者に干渉しない配置となる。ま
た、観察者顔面の向かい側で観察者側へ反射する面が2
つになるため、各面の曲率に依存することなく、好まし
い方向にそれぞれの反射後の光路方向をとることが可能
となる。そのため、光学系をコンパクトに構成し、画像
表示素子が観察者顔面と干渉することなく、良好な方向
に設定することが可能となる。On the other hand, even when the image display element is arranged above or to the side of the observer, the image display element is positioned obliquely in front of the adjacent fourth surface, so that the entire apparatus is small in size for observation. Is arranged so as not to interfere with the user. In addition, the surface that reflects toward the observer on the opposite side of the observer face is 2
Therefore, it is possible to take the direction of the optical path after each reflection in a preferred direction without depending on the curvature of each surface. Therefore, it is possible to configure the optical system compactly and set the image display element in a favorable direction without interfering with the observer's face.
【0016】そして、プリズム部材の第3面を介して照
明光を画像表示素子に照明可能になるように照明光源を
配置することにより、照明系を含めて画像表示装置の光
学系のコンパクト化の達成をできるようになるものであ
る。By arranging the illumination light source so that the illumination light can be illuminated on the image display element through the third surface of the prism member, the optical system of the image display device including the illumination system can be made compact. It will enable you to achieve it.
【0017】この場合に、反射型LCD等の反射型画像
表示素子を用いて明るく小型・軽量の画像表示装置を達
成することができる効果に加えて、第3面が反射コート
されているときには照明光入射ための開口を、第3面が
ハーフミラー面や全反射面の場合はそのままで、第3反
射面を通して照明できるため、反射型画像表示素子と第
4面の間から照明するよりも、反射型画像表示素子と第
4面の間の間隔を小さくでき、コンパクト化が可能とな
る。なお、照明光を第1面側から入射させようとする場
合は、観察者の顔や頭とプリズム部材との間に照明用の
光路を必要とするため、配置上難しく、光源熱による影
響も考慮が必要になり、実際上困難である。なお、光源
と第3面の間にはミラーを介してもよい。In this case, in addition to the effect that a bright, small and lightweight image display device can be achieved by using a reflection type image display device such as a reflection type LCD, the illumination is performed when the third surface is coated with reflection. If the third surface is a half mirror surface or a total reflection surface, the opening for light incidence can be illuminated through the third reflection surface as it is, so that it is possible to illuminate the opening from between the reflection type image display element and the fourth surface. The distance between the reflection type image display device and the fourth surface can be reduced, and the size can be reduced. In the case where the illumination light is to be incident from the first surface side, an optical path for illumination is required between the face or head of the observer and the prism member. This requires consideration and is practically difficult. Note that a mirror may be provided between the light source and the third surface.
【0018】また、プリズム部材の第3面(第3反射
面)をハーフミラーコーティングされたハーフミラー面
にて形成することにより、照明光を反射型LCD等の画
像表示素子へと導き、また、反射型LCD等の画像表示
素子からの反射光も観察者眼球へと導くことを両立さ
せ、反射型LCD等の画像表示素子からの反射光が第3
反射面で反射される角度を小さくして、偏心収差の発生
を抑えることができる。Further, by forming the third surface (third reflecting surface) of the prism member with a half mirror surface coated with a half mirror, the illumination light is guided to an image display device such as a reflection type LCD. The reflected light from an image display device such as a reflection type LCD can also be guided to the observer's eyeball.
By reducing the angle reflected by the reflecting surface, the occurrence of decentering aberration can be suppressed.
【0019】この場合にも、反射型LCD等の反射型画
像表示素子を用いて明るく小型・軽量の画像表示装置を
達成することができる。また、3回反射の折り畳み光路
を使用するため、第3面を反射面とすると、反射型画像
表示素子側にその反射面で遮られて観察者には閉塞感が
生じる。そこで、第3面をハーフミラーコートをするこ
とによって、第3面を通して外界光を入射させ、第1面
を介して少しでも外界を見えるようにし、その閉塞感を
和らげることができる。Also in this case, a bright, compact and lightweight image display device can be achieved by using a reflection type image display device such as a reflection type LCD. In addition, since a folded optical path of three reflections is used, if the third surface is a reflective surface, the reflective image display element will be blocked by the reflective surface, causing a sense of obstruction to the observer. Therefore, by applying a half mirror coat to the third surface, external light can be made to enter through the third surface and the outside can be seen through the first surface even slightly, so that the feeling of blockage can be reduced.
【0020】また、第3面(第3反射面)にミラー、ハ
ーフミラー等を用いず、反射型LCD等の画像表示素子
からの光を全反射させるようにすることで、ハーフミラ
ー等を用いる場合に比較して照明光の利用効率を向上さ
せ、明るい像形成を達成することができる。Also, a mirror or a half mirror is not used on the third surface (third reflecting surface), and light from an image display element such as a reflection type LCD is totally reflected, so that a half mirror or the like is used. As compared with the case, the utilization efficiency of the illumination light can be improved, and a bright image can be formed.
【0021】この場合には、反射型LCD等の反射型画
像表示素子を用いて明るく小型・軽量の画像表示装置を
達成することができ効果に加えて、第3面にハーフミラ
ーコートをするよりも、反射型画像表示素子からの光量
や外界からの光量損失をなくすことができ、より明るい
像形成ができる。In this case, a bright, small and lightweight image display device can be achieved by using a reflection type image display device such as a reflection type LCD, and in addition to the effect, a half mirror coat is applied to the third surface. Also, loss of light amount from the reflective image display element and light amount from the outside can be eliminated, and a brighter image can be formed.
【0022】ここで、接眼光学系を内部反射のプリズム
部材で構成することのメリットについて説明する。レン
ズのような屈折光学素子は、その境界面に曲率を付ける
ことにより始めてパワーを持たせることができる。その
ため、レンズの境界面で光線が屈折する際に、屈折光学
素子の色分散特性による色収差の発生が避けられない。
その結果、色収差を補正する目的で別の屈折光学素子が
付加されるのが一般的である。Here, the merits of forming the eyepiece optical system with an internally reflecting prism member will be described. A refractive optical element such as a lens can be given power only by giving a curvature to its boundary surface. Therefore, when a light beam is refracted at the boundary surface of the lens, chromatic aberration due to the chromatic dispersion characteristics of the refractive optical element is inevitably generated.
As a result, another refractive optical element is generally added for the purpose of correcting chromatic aberration.
【0023】一方、ミラーやプリズム等のような反射光
学素子は、その反射面にパワーを持たせても原理的に色
収差の発生はなく、色収差を補正する目的だけのために
別の光学素子を付加する必要はない。そのため、反射光
学素子を用いた光学系は、屈折光学素子を用いた光学系
に比べて、色収差補正の観点から光学素子の構成枚数の
削減が可能である。On the other hand, a reflective optical element such as a mirror or a prism does not generate chromatic aberration in principle even if its reflecting surface has power, and another optical element is used only for the purpose of correcting chromatic aberration. No need to add. Therefore, in the optical system using the reflective optical element, the number of constituent optical elements can be reduced from the viewpoint of chromatic aberration correction, as compared with the optical system using the refractive optical element.
【0024】同時に、反射光学素子を用いた反射光学系
は、光路を折り畳むことになるために、屈折光学系に比
べて光学系自身を小さくすることが可能である。At the same time, since the reflection optical system using the reflection optical element folds the optical path, the size of the optical system itself can be reduced as compared with the refractive optical system.
【0025】また、反射面は屈折面に比して偏心誤差感
度が高いため、組み立て調整に高い精度を要求される。
しかし、反射光学素子の中でも、プリズムはそれぞれの
面の相対的な位置関係が固定されているので、プリズム
単体として偏心を制御すればよく、必要以上の組み立て
精度、調整工数が不要である。Further, since the reflection surface has higher sensitivity to eccentricity error than the refraction surface, high accuracy is required for assembly adjustment.
However, among the reflective optical elements, since the relative positional relationship between the surfaces of the prisms is fixed, the eccentricity may be controlled as a single prism, and unnecessary assembly accuracy and adjustment man-hours are unnecessary.
【0026】さらに、プリズムは、屈折面である入射面
と射出面、それと反射面を有しており、反射面しかもた
ないミラーに比べて、収差補正の自由度が大きい。特
に、反射面に所望のパワーの大部分を分担させ、屈折面
である入射面と射出面のパワーを小さくすることで、ミ
ラーに比べて収差補正の自由度を大きく保ったまま、レ
ンズ等のような屈折光学素子に比べて、色収差の発生を
非常に小さくすることが可能である。また、プリズム内
部は空気よりも屈折率の高い透明体で満たされているた
めに、空気に比べ光路長を長くとることができ、空気中
に配置されるレンズやミラー等よりは、光学系の薄型
化、小型化が可能である。Further, the prism has an entrance surface, an exit surface, and a reflection surface, which are refraction surfaces, and has a greater degree of freedom for aberration correction than a mirror having only a reflection surface. In particular, by allowing the reflection surface to share most of the desired power and reducing the power of the entrance surface and the exit surface, which are refraction surfaces, the degree of freedom in correcting aberrations is larger than that of a mirror, while maintaining the degree of freedom for aberrations. Compared with such a refractive optical element, the occurrence of chromatic aberration can be extremely reduced. Further, since the inside of the prism is filled with a transparent body having a higher refractive index than air, the optical path length can be made longer than that of air. Thinning and miniaturization are possible.
【0027】また、接眼光学系は、中心性能はもちろん
のこと周辺まで良好な結像性能を要求される。そこで、
本発明では、上記のように、プリズム部材を1個用い
て、画像表示素子から射出された像光をプリズム内に入
射させる第4面と、その第4面から入射した光束を反射
させる第3面と、その第3面で反射された光束を全反射
させる第1面と、その第1面で反射された光束を反射さ
せると共に光束に光学的パワーを与えかつ偏心収差を補
正する回転非対称な曲面形状に形成された第2面とから
なり、第2面で反射された光束を第1面からプリズム外
に射出させるように構成して、中心ばかりでなく軸外収
差も良好に補正することを可能にしている。The eyepiece optical system is required to have good imaging performance not only at the center but also at the periphery. Therefore,
In the present invention, as described above, by using one prism member, the fourth surface for causing the image light emitted from the image display element to enter the prism, and the third surface for reflecting the light beam incident from the fourth surface. Surface, a first surface that totally reflects the light beam reflected by the third surface, and a rotationally asymmetric that reflects the light beam reflected by the first surface, applies optical power to the light beam, and corrects eccentric aberration. A second surface formed into a curved surface, and a light beam reflected by the second surface is emitted from the first surface to the outside of the prism, so that not only the center but also off-axis aberrations are satisfactorily corrected. Is possible.
【0028】このような基本構成をとることで、屈折光
学系あるいは回転対称なリレー光学系と偏心プリズムを
用いた光学系に比べて光学素子の構成枚数が少なく、中
心から周辺まで性能の良好な、小型の画像表示装置を得
ることが可能である。By adopting such a basic structure, the number of constituent optical elements is smaller than that of a refractive optical system or a rotationally symmetric relay optical system and an optical system using an eccentric prism, and the performance from the center to the periphery is excellent. It is possible to obtain a small-sized image display device.
【0029】ここで、逆光線追跡で、瞳中心を通過して
画像表示素子の表示面の中心に到達する光線を軸上主光
線としたとき、プリズム部材の少なくとも1つの反射面
が軸上主光線に対して偏心していないと、軸上主光線の
入射光線と反射光線が同一の光路をとることとなり、軸
上主光線が光学系中で遮断されてしまう。その結果、中
心部が遮光された光束のみで像を形成することになり、
中心が暗くなったり、中心では全く像を結ばなくなった
りしてしまう。Here, in the reverse ray tracing, when a light beam passing through the center of the pupil and reaching the center of the display surface of the image display element is defined as an axial principal ray, at least one reflecting surface of the prism member is defined as an axial principal ray. If the optical axis is not decentered, the incident ray and the reflected ray of the axial chief ray take the same optical path, and the axial chief ray is blocked in the optical system. As a result, an image is formed only with the light flux whose central portion is shielded,
The center is darkened, or the image is not formed at the center at all.
【0030】また、パワーを付けた反射面を軸上主光線
に対し偏心させることも当然可能である。また、パワー
を付けた反射面を軸上主光線に対して偏心させた場合、
プリズム部材を構成する面の中、少なくとも1つの面は
回転非対称な面であることが望ましい。その中でも、特
に、第1反射面(第2面)を回転非対称な面にすること
が収差補正上は好ましい。Further, it is naturally possible to decenter the powered reflecting surface with respect to the axial principal ray. When the reflecting surface with power is decentered with respect to the axial chief ray,
It is preferable that at least one of the surfaces constituting the prism member is a rotationally asymmetric surface. Among them, it is particularly preferable to make the first reflection surface (second surface) a rotationally asymmetric surface for aberration correction.
【0031】その理由を以下に詳述する。まず、用いる
座標系、回転非対称な面について説明する。軸上主光線
が、光学系の第1面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、
前記光軸と直交し、かつ、前記Y軸と直交する軸をX軸
とする。光線の追跡方向は、上記のように瞳から画像表
示素子に向かう逆光線追跡で説明する。The reason will be described in detail below. First, a coordinate system to be used and a rotationally asymmetric surface will be described. An optical axis defined by a straight line until the on-axis principal ray intersects the first surface of the optical system is defined as a Z axis, and is orthogonal to the Z axis and within an eccentric plane of each surface constituting the imaging optical system. Is defined as the Y axis,
An axis orthogonal to the optical axis and orthogonal to the Y axis is defined as an X axis. The ray tracing direction will be described with the reverse ray tracing from the pupil to the image display element as described above.
【0032】一般に、球面レンズでのみ構成された球面
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。In general, in a spherical lens system composed of only spherical lenses, spherical aberration caused by a spherical surface and aberrations such as coma and field curvature are mutually corrected on several surfaces, so that the aberration is reduced as a whole. Configuration.
【0033】一方、少ない面数で収差を良好に補正する
ためには、回転対称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。この偏心により発生する回転非対称な収差
は、歪曲収差、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。On the other hand, in order to favorably correct aberrations with a small number of surfaces, a rotationally symmetric aspherical surface or the like is used. This is to reduce various aberrations generated on the spherical surface. However, in a decentered optical system, it is impossible to correct rotationally asymmetric aberration generated by decentering by a rotationally symmetric optical system. The rotationally asymmetric aberrations caused by this eccentricity include distortion, field curvature, astigmatism and coma which also occur on the axis.
【0034】まず、回転非対称な像面湾曲について説明
する。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、像面までの後側焦点距離は、
像界側が空気の場合、光線が当たった部分の曲率半径の
半分になる。すると、図12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。このように、回転非対
称な像面湾曲を補正するには回転対称な光学系では不可
能である。First, the rotationally asymmetric field curvature will be described. For example, light rays incident on a concave mirror decentered from an object point at infinity are reflected and imaged on the concave mirror, but after the light rays hit the concave mirror, the rear focal length to the image plane is
When the image field side is air, the radius of curvature becomes half of the radius of curvature of the portion hit by the light beam. Then, as shown in FIG. 12, an image plane inclined with respect to the axial principal ray is formed. As described above, it is impossible to correct rotationally asymmetric curvature of field with a rotationally symmetric optical system.
【0035】この傾いた像面湾曲をその発生源である凹
面鏡M自身で補正するには、凹面鏡Mを回転非対称な面
で構成し、この例ではY軸正の方向に対して曲率を強く
(屈折力を強く)し、Y軸負の方向に対して曲率を弱く
(屈折力を弱く)すれば、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。ま
た、回転非対称な面は、その面内及び面外共に回転対称
軸を有しない回転非対称面形状の面とすることが、自由
度が増え収差補正上は好ましい。In order to correct the tilted curvature of field by the concave mirror M itself, which is the source, the concave mirror M is constituted by a rotationally asymmetric surface. In this example, the curvature is strong in the positive Y-axis direction ( If the refractive power is increased) and the curvature is decreased (the refractive power is decreased) in the negative direction of the Y axis, the correction can be made. In addition, by arranging a rotationally asymmetric surface having the same effect as the above configuration in the optical system separately from the concave mirror M, a flat image surface can be obtained with a small number of components. In addition, the rotationally asymmetric surface is preferably a rotationally asymmetric surface shape having no rotationally symmetric axis both inside and outside the surface, which is preferable in terms of increasing the degree of freedom and correcting aberrations.
【0036】次に、回転非対称な非点収差について説明
する。上記説明と同様に、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13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、上記説
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。Next, rotationally asymmetric astigmatism will be described. As described above, the eccentrically arranged concave mirror M
In this case, astigmatism as shown in FIG. 13 also occurs for axial rays. Astigmatism can be corrected by appropriately changing the curvature in the X-axis direction and the curvature in the Y-axis direction of the rotationally asymmetric surface, as described above.
【0037】さらに、回転非対称なコマ収差について説
明する。上記説明と同様に、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14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。Further, rotationally asymmetric coma will be described. Similarly to the above description, in the concave mirror M arranged eccentrically, coma as shown in FIG. 14 also occurs for axial rays. To correct the coma aberration, the inclination of the surface can be changed as the distance from the origin of the X axis of the rotationally asymmetric surface increases, and the inclination of the surface can be appropriately changed depending on the sign of the Y axis.
【0038】また、本発明の結像光学系では、前述の反
射作用を有する少なくとも1つの面が軸上主光線に対し
偏心し、回転非対称な面形状でパワーを有する構成も可
能である。このような構成をとれば、その反射面にパワ
ーを持たせることで発生する偏心収差をその面自体で補
正することが可能となり、プリズムの屈折面のパワーを
緩めることで、色収差の発生自体を小さくすることがで
きる。In the image forming optical system according to the present invention, it is also possible that at least one surface having the above-mentioned reflecting action is decentered with respect to the axial principal ray, and has a rotationally asymmetric surface shape having power. With such a configuration, it becomes possible to correct the eccentric aberration caused by giving power to the reflecting surface by the surface itself, and by relaxing the power of the refracting surface of the prism, the occurrence of chromatic aberration itself can be reduced. Can be smaller.
【0039】また、本発明で用いる上記の回転非対称面
は、対称面を1面のみ有する面対称自由曲面であること
が好ましい。ここで、本発明で使用する自由曲面とは、
以下の式(a)で定義されるものである。なお、その定
義式のZ軸が自由曲面の軸となる。The rotationally asymmetric surface used in the present invention is preferably a plane-symmetric free-form surface having only one plane of symmetry. Here, the free-form surface used in the present invention is:
It is defined by the following equation (a). Note that the Z axis of the definition formula is the axis of the free-form surface.
【0040】 ここで、(a)式の第1項は球面項、第2項は自由曲面
項である。[0040] Here, the first term of the equation (a) is a spherical term, and the second term is a free-form surface term.
【0041】球面項中、 c:頂点の曲率 k:コーニック定数(円錐定数) r=√(X2 +Y2 ) である。In the spherical term, c: curvature of the vertex k: conic constant (conical constant) r = √ (X 2 + Y 2 ).
【0042】自由曲面項は、 ただし、Cj (jは2以上の整数)は係数である。The free-form surface term is Here, C j (j is an integer of 2 or more) is a coefficient.
【0043】上記自由曲面は、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、C2 、C5 、C7 、
C9 、C12、C14、C16、C18、C20、C23、C25、C
27、C29、C31、C33、C35・・・の各項の係数を0に
することによって可能である。The free-form surface generally includes an XZ plane,
Although neither YZ plane has a plane of symmetry, in the present invention, X
By setting all the odd-order terms to 0, a free-form surface having only one symmetry plane parallel to the YZ plane is obtained. For example, in the above definition formula (a), C 2 , C 5 , C 7 ,
C 9, C 12, C 14 , C 16, C 18, C 20, C 23, C 25, C
27 , C 29 , C 31 , C 33 , C 35 ...
【0044】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、上記定義式においては、C3 、
C5、C8 、C10、C12、C14、C17、C19、C21、C
23、C25、C27、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る。By setting all odd-numbered terms of Y to 0, a free-form surface having only one symmetry plane parallel to the XZ plane is obtained. For example, in the above definition formula, C 3 ,
C 5, C 8, C 10 , C 12, C 14, C 17, C 19, C 21, C
23 , C 25 , C 27 , C 30 , C 32 , C 34 , C 36 ...
【0045】また上記対称面の方向の何れか一方を対称
面とし、それに対応する方向の偏心、例えば、Y−Z面
と平行な対称面に対して光学系の偏心方向はY軸方向
に、X−Z面と平行な対称面に対しては光学系の偏心方
向はX軸方向にすることで、偏心により発生する回転非
対称な収差を効果的に補正しながら同時に製作性をも向
上させることが可能となる。One of the directions of the symmetry plane is a symmetry plane, and the eccentricity in the direction corresponding thereto, for example, the eccentricity direction of the optical system with respect to the symmetry plane parallel to the YZ plane is in the Y-axis direction. By making the eccentric direction of the optical system the X-axis direction with respect to the symmetric plane parallel to the XZ plane, it is possible to effectively correct rotationally asymmetric aberrations caused by the eccentricity while improving the productivity. Becomes possible.
【0046】また、上記定義式(a)は、前述のように
1つの例として示したものであり、本発明は、対称面を
1面のみ有する回転非対称面を用いることで偏心により
発生する回転非対称な収差を補正し、同時に製作性も向
上させるということが特徴であり、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。Further, the above-mentioned definition formula (a) is shown as one example as described above, and the present invention uses a rotationally asymmetric surface having only one symmetric surface to produce a rotation generated by eccentricity. It is characterized by correcting asymmetric aberrations and at the same time improving productivity, and it goes without saying that the same effect can be obtained for any other definitional expressions.
【0047】さて、以上のような本発明のプリズム部材
の第3面の軸上主光線が折り畳まれる断面(Y−Z面)
内及びその断面に垂直な断面(X−Z面)内の双方の面
形状を瞳側に凹面を向けた曲面にて形成すると共に、第
1面の軸上主光線が折り畳まれる断面内及びその断面に
垂直な断面内の双方の面形状を瞳側に凹面を向けた曲面
にて形成して、第3面及び第1面を透過する外界から入
射する光束の歪みが少なくなるように構成することが望
ましい(後記の実施例1、2参照)。Now, the cross section (YZ plane) where the axial principal ray of the third surface of the prism member of the present invention is folded as described above.
Inside and in a cross section perpendicular to the cross section (XZ plane) are formed by curved surfaces with the concave surface facing the pupil side, and in the cross section where the axial principal ray of the first surface is folded and its Both surface shapes in a cross section perpendicular to the cross section are formed by curved surfaces with the concave surface facing the pupil side, so that distortion of a light beam incident from the outside passing through the third surface and the first surface is reduced. It is desirable (see Examples 1 and 2 described later).
【0048】第3面と第1面をこのように構成すると、
第3面と第1面は同じ瞳側に凹面を向けた曲面となり、
第3面と第1面を通して外界を見るときに外界像の歪み
が少しでも少なくなり、望ましい配置となる。When the third surface and the first surface are configured as described above,
The third surface and the first surface are curved surfaces with the concave surface facing the same pupil side,
When the outside world is viewed through the third and first planes, the distortion of the outside world image is reduced as much as possible, resulting in a desirable arrangement.
【0049】また、第3面がハーフミラーコーティング
されたハーフミラー面にて形成されている場合に、照明
光源は、そのハーフミラーコーティングされた第3面を
介して照明光を画像表示素子に照明可能にする配置にす
ることが望ましい。When the third surface is formed by a half mirror surface coated with a half mirror, the illumination light source illuminates the image display element with the illumination light through the third surface coated with the half mirror. It is desirable to make the arrangement possible.
【0050】また、第3面を全反射面とする場合には、
照明光源は、その全反射面にて形成された第3面を介し
て照明光を画像表示素子に照明可能にする配置にするこ
とが望ましい。When the third surface is a total reflection surface,
It is desirable that the illumination light source be arranged so that the illumination light can be illuminated to the image display element via the third surface formed by the total reflection surface.
【0051】第2面以外の面形状に関して、第1面を、
光束に光学的パワーを与えかつ偏心収差を補正する回転
非対称な曲面形状に形成することができる。Regarding surface shapes other than the second surface, the first surface
The light beam can be formed into a rotationally asymmetric curved surface shape that gives optical power to the light beam and corrects eccentric aberration.
【0052】また、第3面を、光束に光学的パワーを与
えかつ偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状に形成
することができる。Further, the third surface can be formed into a rotationally asymmetric curved surface shape that gives optical power to the light beam and corrects eccentric aberration.
【0053】また、第4面を、光束に光学的パワーを与
えかつ偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状に形成
することができる。偏心により発生する収差を補正する
ために、屈折面にこのような面形状をとることは有効で
ある。Further, the fourth surface can be formed into a rotationally asymmetric curved surface shape that gives optical power to the light beam and corrects eccentric aberration. It is effective to take such a surface shape on the refraction surface in order to correct aberrations caused by eccentricity.
【0054】また、回転非対称な曲面形状としては、唯
一の対称面を1面のみ有する自由曲面形状にて構成する
ことが望ましい。Further, it is desirable that the rotationally asymmetric curved surface has a free-form surface having only one symmetrical surface.
【0055】また、その場合の唯一の対称面は、軸上主
光線が折り畳まれる断面と一致するように構成すること
が望ましい。In this case, it is desirable that the only plane of symmetry be configured so as to coincide with the cross section where the axial chief ray is folded.
【0056】また、照明光源は、第3面から光束が入射
し、第4面を透過して反射型画像表示素子に照明光を照
射するように配置することが、最も効果的な配置とな
る。The most effective arrangement of the illumination light source is such that a light beam enters from the third surface and passes through the fourth surface to irradiate the reflective image display device with illumination light. .
【0057】また、本発明において、照明光源からの照
明光の反射型画像表示素子への入射角と、反射型画像表
示素子からの反射主光線の射出角とが±10%の範囲の
差を持って略等しくなるように、照明光源と反射型画像
表示素子と接眼光学系とを構成することが望ましい。こ
の範囲にあれば、明るい表示が可能になる。Further, in the present invention, the difference between the incident angle of the illumination light from the illumination light source to the reflection type image display device and the exit angle of the reflected principal ray from the reflection type image display device is within ± 10%. It is desirable to configure the illumination light source, the reflection type image display element, and the eyepiece optical system so that they are substantially equal. Within this range, bright display is possible.
【0058】また、照明光源とプリズム部材との間に、
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
ように構成することが望ましい。Further, between the illumination light source and the prism member,
It is desirable to arrange a numerical aperture reducing member so as to prevent generation of a ghost image.
【0059】ところで、反射型画像表示素子の表示面中
心から出る軸上主光線が表示素子面の法線となす角をθ
とするとき、 θ<60° ・・・(1) なる条件を満足することが重要である。この条件の上限
の60°を越えると、視野角特性の悪い反射型画像表示
素子を使う場合に、コントラストの低下等の問題が発生
し、鮮明な観察像を表示することができなくなってしま
う。By the way, the angle formed by the axial principal ray from the center of the display surface of the reflection type image display device and the normal line of the display device surface is θ.
It is important to satisfy the following condition: θ <60 ° (1) If the upper limit of 60 ° of this condition is exceeded, when a reflective image display element having a poor viewing angle characteristic is used, problems such as a decrease in contrast occur, and a clear observation image cannot be displayed.
【0060】さらに望ましくは、 θ<40° ・・・(1−1) なる条件を満足することが重要である。この条件の上限
の意味は上記と同様である。More preferably, it is important to satisfy the following condition: θ <40 ° (1-1) The meaning of the upper limit of this condition is the same as above.
【0061】さらに望ましくは、 θ<25° ・・・(1−2) なる条件を満足することが重要である。この条件の上限
の意味は上記と同様である。More desirably, it is important to satisfy the following condition: θ <25 ° (1-2) The meaning of the upper limit of this condition is the same as above.
【0062】次に、照明用の光源位置から反射型画像表
示素子までの光路長をOPとするとき、 1mm<OP<60mm ・・・(2) なる条件を満足することが重要である。この条件の上限
の60mmを越えると、照明系を含めた観察光学系全体
が大きくなりすぎ、頭部又は顔面装着式画像表示装置と
しての魅力が薄れる。下限の1mmを越えると、第3反
射面と射出面(第4面)のパワーが強くなりすぎ、画像
表示面での結像性能及び光源位置での瞳収差が大きくな
りすぎる。Next, assuming that the optical path length from the position of the light source for illumination to the reflective image display element is OP, it is important to satisfy the following condition: 1 mm <OP <60 mm (2) If the upper limit of this condition is exceeded, that is, 60 mm, the entire observation optical system including the illumination system becomes too large, and its attractiveness as a head or face-mounted image display device is diminished. If the lower limit of 1 mm is exceeded, the power of the third reflecting surface and the exit surface (fourth surface) becomes too strong, and the imaging performance on the image display surface and the pupil aberration at the light source position become too large.
【0063】さらに望ましくは、 5mm<OP<40mm ・・・(2−1) なる条件を満足することが重要である。この条件の上限
と下限の意味は上記と同様である。More preferably, it is important to satisfy the following condition: 5 mm <OP <40 mm (2-1) The meaning of the upper and lower limits of this condition is the same as above.
【0064】さらに望ましくは、 10mm<OP<20mm ・・・(2−1) なる条件を満足することが重要である。この条件の上限
と下限の意味は上記と同様である。More preferably, it is important to satisfy the following condition: 10 mm <OP <20 mm (2-1) The meaning of the upper and lower limits of this condition is the same as above.
【0065】[0065]
【発明の実施の態様】次に、まず、本発明の具体的な数
値実施例1〜2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1に示すように、逆光線
追跡で、接眼光学系を構成する偏心プリズム(プリズム
部材)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)を通り像面(画像表示素
子)7の中心に到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、光線が偏心プリズム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から偏心プリズム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)7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、光線追跡は偏心プリズム1
0の射出瞳1側から偏心プリズム10に入射する方向と
している。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, specific numerical embodiments 1 and 2 of the present invention will be described. In the configuration parameters of each embodiment described later, as shown in FIG. 1, the center of the exit pupil 1 of the decentered prism (prism member) 10 constituting the eyepiece optical system is defined as the origin of the optical system by the backward ray tracing. 2 is defined as an axial principal ray passing through the center (origin) of the exit pupil 1 and reaching the center of the image plane (image display element) 7, and the direction proceeding from the exit pupil 1 along the optical axis 2 is defined as a Z-axis direction. A direction in a plane orthogonal to the Z axis and passing through the center of the exit pupil 1 and where the light beam is bent by the eccentric prism 10 is orthogonal to the Y axis direction, the Y axis and the Z axis, and a direction passing through the center of the exit pupil 1 is the X axis direction. Where the direction from the exit pupil 1 toward the eccentric prism 10 is the positive direction of the Z axis,
The direction from the optical axis 2 to the image plane (image display element) 7 is defined as the positive direction of the Y axis, and the direction forming the right-handed system with the Y axis, the Z axis is defined as the positive direction of the X axis. The ray tracing is performed by the eccentric prism 1
0 is the direction of incidence on the eccentric prism 10 from the exit pupil 1 side.
【0066】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プリズム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(自由曲面については、前記
の(a)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。For a surface having decentering, the amount of decentering in the X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction from the center of the exit pupil 1 which is the origin of the decentered prism 10 at the top of the surface. And the inclination angles (α, β, γ (°), respectively) of the central axis of the surface (for the free-form surface, the Z-axis of the above-described equation (a)) around the X-axis, Y-axis, and Z-axis And is given. In this case, the positive α and β mean counterclockwise in the positive direction of each axis, and the positive γ means clockwise in the positive direction of the Z axis. In addition, the radius of curvature of the spherical surface, the spacing between the surfaces, the refractive index of the medium, and the Abbe number are given according to conventional methods.
【0067】また、本発明で用いられる自由曲面の面の
形状は前記(a)式により定義し、その定義式のZ軸が
自由曲面の軸となる。The shape of the surface of the free-form surface used in the present invention is defined by the above equation (a), and the Z axis of the definition expression is the axis of the free-form surface.
【0068】なお、データの記載されていない自由曲面
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。The term relating to a free-form surface on which no data is described is zero. The refractive index for d-line (wavelength 587.56 nm) is shown. The unit of the length is mm.
【0069】また、自由曲面の他の定義式として、以下
の(b)式で与えられるZernike多項式がある。
この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Zernike多項式の軸となる。回転非対称面
の定義は、X−Y面に対するZの軸の高さの極座標で定
義され、AはX−Y面内のZ軸からの距離、RはZ軸回
りの方位角で、Z軸から測った回転角で表せられる。Another defining equation of the free-form surface is a Zernike polynomial given by the following equation (b).
The shape of this surface is defined by the following equation. The Z axis of the defining equation is the axis of the Zernike polynomial. The definition of the rotationally asymmetric surface is defined by polar coordinates of the height of the Z axis with respect to the XY plane, A is the distance from the Z axis in the XY plane, R is the azimuth around the Z axis, and the Z axis It can be expressed by the rotation angle measured from.
【0070】 x=R×cos(A) y=R×sin(A) Z=D2 +D3 Rcos(A)+D4 Rsin(A) +D5 R2 cos(2A)+D6 (R2 −1)+D7 R2 sin(2A) +D8 R3 cos(3A) +D9 (3R3 −2R)cos(A) +D10(3R3 −2R)sin(A)+D11R3 sin(3A) +D12R4cos(4A)+D13(4R4 −3R2 )cos(2A) +D14(6R4 −6R2 +1)+D15(4R4 −3R2 )sin(2A) +D16R4 sin(4A) +D17R5 cos(5A) +D18(5R5 −4R3 )cos(3A) +D19(10R5 −12R3 +3R)cos(A) +D20(10R5 −12R3 +3R)sin(A) +D21(5R5 −4R3 )sin(3A) +D22R5 sin(5A) +D23R6cos(6A)+D24(6R6 −5R4 )cos(4A) +D25(15R6 −20R4 +6R2 )cos(2A) +D26(20R6 −30R4 +12R2 −1) +D27(15R6 −20R4 +6R2 )sin(2A) +D28(6R6 −5R4 )sin(4A) +D29R6sin(6A)・・・・・ ・・・(b) なお、X軸方向に対称な光学系として設計するには、D
4 ,D5 ,D6 、D100,D11,D12,D13,D14,D
20,D21,D22…を利用する。X = R × cos (A) y = R × sin (A) Z = D 2 + D 3 R cos (A) + D 4 R sin (A) + D 5 R 2 cos (2A) + D 6 (R 2 -1 ) + D 7 R 2 sin ( 2A) + D 8 R 3 cos (3A) + D 9 (3R 3 -2R) cos (A) + D 10 (3R 3 -2R) sin (A) + D 11 R 3 sin (3A) + D 12 R 4 cos (4A) + D 13 (4R 4 -3R 2) cos (2A) + D 14 (6R 4 -6R 2 +1) + D 15 (4R 4 -3R 2) sin (2A) + D 16 R 4 sin (4A ) + D 17 R 5 cos ( 5A) + D 18 (5R 5 -4R 3) cos (3A) + D 19 (10R 5 -12R 3 + 3R) cos (A) + D 20 (10R 5 -12R 3 + 3R) sin (A) + D 21 (5R 5 -4R 3 ) sin (3A) + D 22 R 5 sin (5A) + D 23 R 6 cos (6A) + D 24 (6R 6 -5R 4) cos (4A) + D 25 (15R 6 -20R 4 + 6R 2) cos (2A) + D 26 (20R 6 -30R 4 + 12R 2 -1) + D 27 (15R 6 -20R 4 + 6R 2) sin (2A) D 28 (6R 6 -5R 4) sin (4A) + D 29 R 6 sin (6A) ····· ··· (b) In addition, to design an optical system symmetric with respect to the X-axis direction, D
4, D 5, D 6, D 10 0, D 11, D 12, D 13, D 14, D
20, D 21, D 22 ... to use.
【0071】その他の面の例として、次の定義式(d)
があげられる。 Z=ΣΣCnmXY 例として、k=7(7次項)を考えると、展開したと
き、以下の式で表せる。 Z=C2 +C3 y+C4 |x| +C5 y2 +C6 y|x|+C7 x2 +C8 y3 +C9 y2 |x|+C10yx2 +C11|x3 | +C12y4 +C13y3 |x|+C14y2 x2 +C15y|x3 |+C16x4 +C17y5 +C18y4 |x|+C19y3 x2 +C20y2 |x3 | +C21yx4 +C22|x5 | +C23y6 +C24y5 |x|+C25y4 x2 +C26y3 |x3 | +C27y2 x4 +C28y|x5 |+C29x6 +C30y7 +C31y6 |x|+C32y5 x2 +C33y4 |x3 | +C34y3 x4 +C35y2 |x5 |+C36yx6 +C37|x7 | ・・・(c) なお、本発明の実施例では、前記(a)式を用いた自由
曲面で面形状が表現されているが、上記(b)式、
(c)式を用いても同様の作用効果を得られるのは言う
までもない。As another example, the following definition formula (d)
Is raised. Z = ΣΣC nm XY As an example, when k = 7 (seventh-order term) is considered, when expanded, it can be expressed by the following equation. Z = C 2 + C 3 y + C 4 | x | + C 5 y 2 + C 6 y | x | + C 7 x 2 + C 8 y 3 + C 9 y 2 | x | + C 10 yx 2 + C 11 | x 3 | + C 12 y 4 + C 13 y 3 | x | + C 14 y 2 x 2 + C 15 y | x 3 | + C 16 x 4 + C 17 y 5 + C 18 y 4 | x | + C 19 y 3 x 2 + C 20 y 2 | x 3 | + C 21 yx 4 + C 22 | x 5 | + C 23 y 6 + C 24 y 5 | x | + C 25 y 4 x 2 + C 26 y 3 | x 3 | + C 27 y 2 x 4 + C 28 y | x 5 | + C 29 x 6 + C 30 y 7 + C 31 y 6 | x | + C 32 y 5 x 2 + C 33 y 4 | x 3 | + C 34 y 3 x 4 + C 35 y 2 | x 5 | + C 36 yx 6 + C 37 | x 7 | (C) In the embodiment of the present invention, the surface shape is expressed by a free-form surface using the above equation (a).
It goes without saying that the same operation and effect can be obtained by using the expression (c).
【0072】実施例1〜2共に、水平画角25°で0.
47インチの反射型LCDを想定しており、全ての光学
面3〜6に自由曲面を用いている。In both of the first and second embodiments, the horizontal angle of view is 25 ° and the value of 0.1 mm is satisfied.
A 47-inch reflective LCD is assumed, and free-form surfaces are used for all the optical surfaces 3 to 6.
【0073】実施例1、2の光軸を含むY−X断面図を
それぞれ図1、図2に示す。実施例1、2は何れも、4
つの光学面3〜6からなっており、その4つの面3〜6
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、逆光線追跡で、射出瞳1を通り光軸2に沿って進む
光線は、まず透過作用と反射作用を有する第1面3に入
射して偏心プリズム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
反射光線は反射面である第3面5で反射され、今度は透
過作用のみを有する第4面6を透過して像面の位置に配
置された反射型LCD7の表示面に到達し、その表示面
で正反射して、第4面6から偏心プリズム10内に入
り、偏心プリズム10を横断して、第4面6と反対側の
第3面5から偏心プリズム10の外へ出て、第3面5の
前方に配置された面光源8に達する。FIGS. 1 and 2 are sectional views taken along the line YX of the first and second embodiments including the optical axis. Examples 1 and 2 are all 4
Optical surfaces 3 to 6, and four optical surfaces 3 to 6
Are filled with a transparent medium having a refractive index of greater than 1 and, in the backward ray tracing, a ray traveling along the optical axis 2 through the exit pupil 1 first enters the first surface 3 having a transmitting action and a reflecting action. Then, the light enters the eccentric prism 10, and the incident light is reflected in the direction approaching the exit pupil 1 by the second surface 4, which is a reflecting surface having only a reflection function on the side farther from the exit pupil 1,
The light is reflected again on the surface 3 in a direction away from the exit pupil 1, and the reflected light is reflected on the third surface 5, which is a reflecting surface, and then passes through the fourth surface 6 having only a transmitting function, and is located on the image plane. The light reaches the display surface of the disposed reflective LCD 7, and is specularly reflected by the display surface, enters the eccentric prism 10 from the fourth surface 6, traverses the eccentric prism 10, and is opposite to the fourth surface 6. The light exits the decentered prism 10 from the third surface 5 and reaches a surface light source 8 disposed in front of the third surface 5.
【0074】この中、実施例1の第3反射面である第3
面5にハーフミラーを用いており、接眼光学系として用
いる場合には、実際には光源8からの光はこのハーフミ
ラー面5を経て偏心プリズム10内に入り、第4面6か
ら出て反射型LCD7を照明し、反射型LCD7から射
出された表示光は今度は第4面6で屈折して偏心プリズ
ム10内に入り、ハーフミラー面の第3面5で反射され
るので、光量低下は避けられない。ただし、第3面5が
半透過面であるので、射出瞳1の位置に眼球の瞳が位置
する観察者には、第1面3と半透過面である第3面5と
を通して外界を観察することができる。この実施例1の
X方向の焦点距離は21.23mm、Y方向の焦点距離
は20.95mmであり、射出瞳1の瞳径はφ4.0m
mである。なお、前記条件式(1)のθ=14.61
°、条件式(2)のOP=16.64mmである。The third reflecting surface of the first embodiment, ie, the third reflecting surface
When a half mirror is used for the surface 5 and it is used as an eyepiece optical system, the light from the light source 8 actually enters the eccentric prism 10 via the half mirror surface 5, exits from the fourth surface 6 and is reflected. Since the display light emitted from the reflective LCD 7 is refracted on the fourth surface 6 and enters the eccentric prism 10 and is reflected on the third surface 5 of the half mirror surface, the light amount decreases. Inevitable. However, since the third surface 5 is a semi-transmissive surface, an observer whose eye pupil is located at the position of the exit pupil 1 can observe the outside world through the first surface 3 and the third surface 5 which is a semi-transmissive surface. can do. In the first embodiment, the focal length in the X direction is 21.23 mm, the focal length in the Y direction is 20.95 mm, and the pupil diameter of the exit pupil 1 is φ4.0 m.
m. It should be noted that θ in the above conditional expression (1) is 14.61.
°, OP in the conditional expression (2) is 16.64 mm.
【0075】また、実施例2の場合は、第3反射面であ
る第3面5にはミラー、ハーフミラー等の処理を施され
ておらず、光源8からの光はこの場合に透過面の第3面
5を経て偏心プリズム10内に入り、第4面6から出て
反射型LCD7を照明し、反射型LCD7からの表示光
は今度は第4面6で屈折して偏心プリズム10内に入
り、全反射面の第3面5で反射されて第2反射面3側へ
導かれるので、実施例1に比較して光量低下は少ない。
なお、第3面5が透過面であるので、射出瞳1の位置に
眼球の瞳が位置する観察者には、実施例1と同様に、第
1面3と透過面の第3面5とを通して外界を観察するこ
とができる。この実施例2のX方向の焦点距離は20.
70mm、Y方向の焦点距離は19.57mmであり、
射出瞳1の瞳径はφ4.0mmである。なお、前記条件
式(1)のθ=21.10°、条件式(2)のOP=1
4.02mmである。以下に上記実施例1〜2の構成パ
ラメータを示す。これら表中の“FFS”は自由曲面を
示す。In the case of the second embodiment, the third surface 5, which is the third reflecting surface, is not subjected to the processing such as a mirror or a half mirror, and the light from the light source 8 is not reflected on the transmitting surface in this case. The light enters the eccentric prism 10 via the third surface 5 and exits from the fourth surface 6 to illuminate the reflective LCD 7. The display light from the reflective LCD 7 is now refracted by the fourth surface 6 and enters the eccentric prism 10. Then, the light is reflected by the third surface 5 of the total reflection surface and guided to the second reflection surface 3 side.
Since the third surface 5 is a transmission surface, an observer whose pupil of the eyeball is located at the position of the exit pupil 1 can receive the first surface 3 and the third surface 5 of the transmission surface as in the first embodiment. You can observe the outside world through. The focal length in the X direction of the second embodiment is 20.
70 mm, the focal length in the Y direction is 19.57 mm,
The pupil diameter of the exit pupil 1 is φ4.0 mm. In the conditional expression (1), θ = 21.10 °, and in the conditional expression (2), OP = 1
4.02 mm. The configuration parameters of the first and second embodiments are shown below. “FFS” in these tables indicates a free-form surface.
【0076】 実施例1 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞(絞り面) 2 FFS 偏心(1) 1.4922 57.5 3 FFS 偏心(2) 1.4922 57.5 4 FFS 偏心(1) 1.4922 57.5 5 FFS 偏心(3) 1.4922 57.5 6 FFS 偏心(4) 像 面 ∞ 偏心(5) 8 FFS 偏心(4) 1.4922 57.5 9 FFS 偏心(3) 光 源 ∞ 偏心(5) FFS C4 -1.0834×10-2 C6 -6.7379×10-3 C8 -3.5545×10-5 C10 -2.7545×10-4 C11 -4.4022×10-6 C13 -4.9598×10-6 C15 -7.6607×10-6 FFS C4 -1.2408×10-2 C6 -9.9412×10-3 C8 2.2186×10-5 C10 -9.9422×10-5 C11 -1.7014×10-6 C13 -4.9304×10-6 C15 -5.0716×10-7 FFS C4 -4.9692×10-3 C6 -7.0595×10-3 C8 1.0765×10-4 C10 -2.7022×10-4 C11 -7.2416×10-6 C13 3.8668×10-6 C15 -1.2518×10-5 FFS C4 3.0038×10-2 C6 9.9082×10-3 C8 6.1877×10-4 C10 -2.0735×10-3 C11 -7.3847×10-5 C13 -1.2648×10-4 C15 -1.5965×10-4 偏心(1) X 0.00 Y 6.84 Z 28.31 α 3.62 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y 0.00 Z 35.35 α -22.10 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 16.91 Z 36.33 α 14.49 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y 20.08 Z 28.65 α -14.84 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y 21.10 Z 26.59 α -11.64 β 0.00 γ 0.00 。Example 1 Surface Number Curvature Radius Surface Distance Eccentricity Refractive Index Abbe Number Object Surface ∞ -1000.00 1 ∞ (aperture surface) 2 FFS Eccentricity (1) 1.4922 57.5 3 FFS Eccentricity (2) 1.4922 57.5 4 FFS Eccentricity (1) 1.4922 57.5 5 FFS eccentricity (3) 1.4922 57.5 6 FFS eccentricity (4) Image plane 偏 eccentricity (5) 8 FFS eccentricity (4) 1.4922 57.5 9 FFS eccentricity (3) Light source ∞ eccentricity (5) FFS C 4 -1.0834 × 10 -2 C 6 -6.7379 × 10 -3 C 8 -3.5545 × 10 -5 C 10 -2.7545 × 10 -4 C 11 -4.4022 × 10 -6 C 13 -4.9598 × 10 -6 C 15 -7.6607 × 10 - 6 FFS C 4 -1.2408 × 10 -2 C 6 -9.9412 × 10 -3 C 8 2.2186 × 10 -5 C 10 -9.9422 × 10 -5 C 11 -1.7014 × 10 -6 C 13 -4.9304 × 10 -6 C 15 -5.0716 × 10 -7 FFS C 4 -4.9692 × 10 -3 C 6 -7.0595 × 10 -3 C 8 1.0765 × 10 -4 C 10 -2.7022 × 10 -4 C 11 -7.2416 × 10 -6 C 13 3.8668 × 10 -6 C 15 -1.2518 × 10 -5 FFS C 4 3.0038 × 10 -2 C 6 9.9082 × 10 -3 C 8 6.1877 × 10 -4 C 10 -2.0735 × 10 -3 C 11 -7.3847 × 10 -5 C 13 -1 .2648 × 10 -4 C 15 -1.5965 × 10 -4 Eccentricity (1) X 0.00 Y 6.84 Z 28.31 α 3.62 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (2) X 0.00 Y 0.00 Z 35.35 α -22.10 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (3 ) X 0.00 Y 16.91 Z 36.33 α 14.49 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (4) X 0.00 Y 20.08 Z 28.65 α -14.84 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (5) X 0.00 Y 21.10 Z 26.59 α -11.64 β 0.00 γ 0.00.
【0077】 実施例2 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞(絞り面) 2 FFS 偏心(1) 1.4922 57.5 3 FFS 偏心(2) 1.4922 57.5 4 FFS 偏心(1) 1.4922 57.5 5 FFS 偏心(3) 1.4922 57.5 6 FFS 偏心(4) 像 面 ∞ 偏心(5) 8 FFS 偏心(4) 1.4922 57.5 9 FFS 偏心(3) 光 源 ∞ 偏心(5) FFS C4 -7.6310×10-3 C6 -4.3408×10-3 C8 -1.6615×10-4 C10 -3.9070×10-5 C11 -8.2054×10-6 C13 -1.0462×10-5 C15 -1.1448×10-6 FFS C4 -1.1352×10-2 C6 -9.2838×10-3 C8 -4.0158×10-5 C10 -1.5803×10-5 C11 -2.1193×10-6 C13 -3.3963×10-6 C15 -9.7900×10-7 FFS C4 -2.2140×10-3 C6 -5.1886×10-3 C8 3.0644×10-5 C10 -7.6091×10-5 C11 -1.6505×10-5 C13 -1.2417×10-5 C15 -3.4074×10-6 FFS C4 3.8743×10-2 C6 1.7912×10-2 C8 5.6708×10-4 C10 -1.1830×10-3 C11 -1.2023×10-4 C13 -2.8052×10-4 C15 -2.8715×10-4 偏心(1) X 0.00 Y 6.80 Z 28.18 α 3.15 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y 0.00 Z 33.59 α -25.76 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 18.84 Z 35.76 α 8.59 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y 24.19 Z 29.53 α -30.35 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y 25.84 Z 27.93 α −24.72 β 0.00 γ 0.00
。Example 2 Surface Number Curvature Radius Surface Distance Eccentricity Refractive Index Abbe Number Object Surface ∞-1000.00 1 ∞ (aperture surface) 2 FFS Eccentricity (1) 1.4922 57.5 3 FFS Eccentricity (2) 1.4922 57.5 4 FFS Eccentricity (1) 1.4922 57.5 5 FFS eccentricity (3) 1.4922 57.5 6 FFS eccentricity (4) Image plane ∞ eccentricity (5) 8 FFS eccentricity (4) 1.4922 57.5 9 FFS eccentricity (3) Light source ∞ eccentricity (5) FFS C 4 -7.6310 × 10 -3 C 6 -4.3408 × 10 -3 C 8 -1.6615 × 10 -4 C 10 -3.9070 × 10 -5 C 11 -8.2054 × 10 -6 C 13 -1.0462 × 10 -5 C 15 -1.1448 × 10 - 6 FFS C 4 -1.1352 × 10 -2 C 6 -9.2838 × 10 -3 C 8 -4.0158 × 10 -5 C 10 -1.5803 × 10 -5 C 11 -2.1193 × 10 -6 C 13 -3.3963 × 10 -6 C 15 -9.7900 × 10 -7 FFS C 4 -2.2140 × 10 -3 C 6 -5.1886 × 10 -3 C 8 3.0644 × 10 -5 C 10 -7.6091 × 10 -5 C 11 -1.6505 × 10 -5 C 13 -1.2417 × 10 -5 C 15 -3.4074 × 10 -6 FFS C 4 3.8743 × 10 -2 C 6 1.7912 × 10 -2 C 8 5.6708 × 10 -4 C 10 -1.1830 × 10 -3 C 11 -1.2023 × 10 -4 C 13 -2.8052 × 10 -4 C 15 -2.8715 × 10 -4 Eccentricity (1) X 0.00 Y 6.80 Z 28.18 α 3.15 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (2) X 0.00 Y 0.00 Z 33.59 α -25.76 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (3 ) X 0.00 Y 18.84 Z 35.76 α 8.59 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (4) X 0.00 Y 24.19 Z 29.53 α -30.35 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (5) X 0.00 Y 25.84 Z 27.93 α -24.72 β 0.00 γ 0.00
.
【0078】なお、以上の実施例のように、光源8から
の光を第3面5を経て偏心プリズム10内に入れ、第4
面6から出して反射型LCD7を照明する場合に、照明
光が第3面5を透過する領域と、反射型LCD7からの
表示光を第3面5で反射する領域とを第3面5内で並列
した別々の領域となるように構成することもできる。そ
の場合には、第3面5の反射領域にのみミラーコーティ
ングあるいはハーフミラーコーティングすればよいこと
になる。As in the above embodiment, the light from the light source 8 enters the eccentric prism 10 via the third surface 5 and
When illuminating the reflective LCD 7 out of the surface 6, the region where the illumination light passes through the third surface 5 and the region where the display light from the reflective LCD 7 is reflected by the third surface 5 are defined in the third surface 5. It is also possible to configure so that separate areas are arranged in parallel. In that case, only the reflection area of the third surface 5 needs to be mirror-coated or half-mirror-coated.
【0079】また、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LCD7を用いることを前提と
していたが、その代わりに図16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。Further, in the above embodiment, it is assumed that the reflection type LCD 7 is used as the reflection type image display element. Instead, a DMD (digital micro device) shown in FIG. 16 is used. Of course, it is good.
【0080】なお、光学系の数値は省くが、照明光源8
の配置位置として、図3に示すように、第1面3の前の
射出瞳1側であって第4面6に近い位置に配置し、光源
8からの照明光を第1面3から偏心プリズム10内部に
入れ、偏心プリズム10を横断して第3面5から外に出
るように、すなわち、光源8からの照明光が偏心プリズ
ム10を射出瞳1側から反対側に突き抜けるようにし、
第3面5から外に出た照明光を凹面鏡11により反射型
LCD7の方向に向け、第3面5の第4面6との交差部
近傍から偏心プリズム10内部に再度入れ、偏心プリズ
ム10を横断させて第4面6から外に出るようにして、
反射型LCD7の表示面を照明するようにすることもで
きる。Although the numerical values of the optical system are omitted, the illumination light source 8
3, the illumination light from the light source 8 is decentered from the first surface 3 on the side of the exit pupil 1 in front of the first surface 3 and close to the fourth surface 6, as shown in FIG. So that the light enters the prism 10 and exits from the third surface 5 across the eccentric prism 10, that is, the illumination light from the light source 8 passes through the eccentric prism 10 from the exit pupil 1 side to the opposite side,
The illumination light that has exited from the third surface 5 is directed toward the reflective LCD 7 by the concave mirror 11 and re-enters the inside of the eccentric prism 10 from the vicinity of the intersection of the third surface 5 with the fourth surface 6. So that it crosses and exits from the fourth surface 6,
The display surface of the reflective LCD 7 may be illuminated.
【0081】また、上記実施例は何れも、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プリズム
に反射型LCD7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。In each of the above embodiments, the reflection type LCD 7 is used for the non-telecentric eccentric prism with the entrance pupil having a finite distance. However, a two-dimensional screen is provided as follows. It is also possible to use an image display element that is not used.
【0082】例えば、上記図2に示した画像表示装置の
反射型LCD7を単なる平面ミラーあるいは散乱面9に
置き換え、光源8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4に示す画像表示装置とすること
もできる。For example, the reflection type LCD 7 of the image display device shown in FIG. 2 is replaced with a mere plane mirror or scattering surface 9 and the image display element 24 which forms a two-dimensional image by scanning the light source 8 is provided. The image display device shown in FIG.
【0083】このとき、1次元走査を主体とした構成と
するならば、例えば図5に示すように、スキャン部材2
5はポリゴンミラー26に構成し、画像表示素子24は
1次元画像表示素子(液晶表示画素やLED等の表示画
素を1次元に配列したもの)27と光を平行光束にする
コリメータレンズ28とに構成することができる。ここ
で、偏心プリズム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。At this time, if the configuration is mainly for one-dimensional scanning, for example, as shown in FIG.
Reference numeral 5 denotes a polygon mirror 26, and an image display element 24 includes a one-dimensional image display element (one in which display pixels such as liquid crystal display pixels and LEDs are arranged one-dimensionally) 27 and a collimator lens 28 that converts light into a parallel light flux. Can be configured. Here, the position of the entrance pupil of the eccentric prism 10 is arranged so as to substantially coincide with the reflection surface formed on the rotating polygonal surface of the polygon mirror 26, and the luminous flux is directed in a direction orthogonal to the pixel array of the one-dimensional image display element 27. It is configured to form a two-dimensional image by scanning.
【0084】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6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。なお、このガルバノミラー
30は走査機能を持てばよく、ポリゴンミラー等で構成
してもかまわない。If the configuration is based on two-dimensional scanning, for example, as shown in FIG. 6, the one-dimensional image display element 27 is configured as a pixel light source 29 for displaying one pixel.
This can be realized by arranging a galvano mirror 30 having a scanning function in a direction orthogonal to the scanning direction of the polygon mirror 26. The galvanometer mirror 30 may have a scanning function, and may be constituted by a polygon mirror or the like.
【0085】また、上記実施例において、光源8、反射
型LCD7、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中、入射瞳を形成する有
効光束以外の開口数の大きな光が、偏心プリズム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
子と偏心プリズム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。In the above embodiment, among the light beams emitted from the optical elements such as the light source 8, the reflection type LCD 7, the polygon mirror 26 and the plane mirror 9, those having a large numerical aperture other than the effective light beam forming the entrance pupil. However, in order to prevent a ghost image generated by being guided to the observer's eye via the eccentric prism 10, a numerical aperture reducing element for limiting the numerical aperture of a light beam is arranged in an optical path formed by each of these elements. Is desirable. In particular, it is more effective to arrange the numerical aperture reducing element in the optical path between each of the above elements and the eccentric prism 10. Examples of the numerical aperture reducing element include a louver optical element 16a and an optical fiber plate 16b described below.
【0086】ルーバー光学素子16aの例を図7
(a)、図7(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7(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8(a)、(b)
に示す。FIG. 7 shows an example of the louver optical element 16a.
(A) and FIG. 7 (b). Louver optical element 16a
In this example, a fine light-shielding wall 18 is periodically sandwiched in a transparent film 17, and light outside a certain incident angle range is absorbed by the light-shielding wall 18 and cannot be emitted. Also, by changing the angle of the light shielding wall 18,
The angle of incidence of the maximum transmission can be varied. FIG. 7 (a),
FIGS. 8A and 8B show the transmittance distribution of the louver optical element 16a when a light beam enters from the direction of the arrow in FIG.
Shown in
【0087】このようなルーバー光学素子16aを例え
ば図1の光源8と第3面5の間に挿入すると、光源8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LCD7で反射され、偏心プリズム
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
らされるとしたとき、透過率分布が、図8(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。When such a louver optical element 16a is inserted, for example, between the light source 8 and the third surface 5 in FIG. 1, the light from the light source 8 has its numerical aperture limited by the louver optical element 16a. And is directed toward the eccentric prism 10. Here, assuming that the size of the numerical aperture for generating a ghost image is caused by a light beam larger than the incident angle α, the light beam having a transmittance distribution equal to or larger than the critical incident angle α as shown in FIG. The use of the louver optical element 16a that is configured not to transmit light can prevent the generation of a ghost image.
【0088】また、上記各実施例のように偏心プリズム
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8(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8(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。Further, in the eccentric prism 10 as in each of the above-described embodiments, each optical working surface is not in a coaxial system, and the shape of the surface itself may be formed to be rotationally asymmetric. A large number of light beams may not exist symmetrically about the incident angle 0 as shown in FIG. Therefore, in such a case, as shown in FIG. 8B, the fine light shielding wall 18 in the transparent film 17 is controlled so as to control the transmittance of the light flux centered on the light flux incident at a predetermined angle. It is desirable to use the louver optical element 16a arranged at an angle.
【0089】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9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。Instead of the louver optical element 16a, an optical fiber plate 16b in which optical fibers are bundled and cut into a plate shape can be used. FIG. 9 shows an example of the structure of the optical fiber plate 16b. As shown in the enlarged view of the figure, the optical fiber plate 16b includes a core glass 19a, a clad glass 19b surrounding the core glass 19a, and an absorbing member 20 coated on the outer periphery thereof.
The optical fiber is formed by bundling a large number of optical fibers having a predetermined numerical aperture into honey, and a light beam having a numerical aperture or more determined by the numerical aperture of the optical fiber passes through the optical fiber wall and is absorbed by the absorbing member 20. Has the same function as the louver optical element 16a.
【0090】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。Now, even if one set of the image display device described above is prepared and configured to be mounted on one eye, such a pair is prepared as a pair of left and right, and they are separated by an eye distance. By supporting, it may be configured for binocular wear. In this way, it can be configured as a stationary or portable image display device that can be observed with one eye or both eyes.
【0091】片眼に装着する構成にした場合の様子を図
10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11にそれぞれ示す。図10、
図11中、31は表示装置本体部を示し、図10の場合
は観察者の顔面の左眼の前方に、図11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10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11の
場合)構成されている。FIG. 10 shows a state where the camera is mounted on one eye (in this case, the camera is mounted on the left eye), and FIG. 11 shows a state where the camera is mounted on both eyes. FIG.
In FIG. 11, reference numeral 31 denotes a display device main body. In FIG. 10, a support member is held in front of the left eye of the observer's face, and in FIG. 11, it is held in front of both eyes of the observer's face. Is fixed through the head. One end of the support member is joined to the display device main body 31, the left and right front frames 32 extending from the temple of the observer to the upper part of the ear, and the other end of the front frame 32 is joined to the side of the observer. From the left and right rear frames 33 extending across the head (in the case of FIG. 10), or further, one end of each of them is joined one by one so as to be sandwiched between the other ends of the left and right rear frames 33 and observed. (In the case of FIG. 11).
【0092】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11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。A rear plate 35 made of an elastic body and formed of, for example, a metal plate spring is joined to the front frame 32 near the junction with the rear frame 33. The rear plate 35 is joined so that the rear cover 36, which carries one wing of the support member, is positioned behind the ear at the portion where the back cover of the observer is attached to the neck of the observer and can be supported (see FIG. 11). Case). A speaker 39 is mounted in the rear plate 35 or the rear cover 36 at a position corresponding to the ear of the observer.
【0093】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11の場合)、後フレーム33、前フレーム
32、リヤプレート35の内部を介してリヤプレート3
5あるいはリヤカバー36の後端部より外部に突出して
いる。そして、このケーブル41はビデオ再生装置40
に接続されている。なお、図中、40aはビデオ再生装
置40のスイッチやボリュウム調整部である。A cable 41 for transmitting video / audio signals and the like from the outside is transmitted from the display device main body 31 through the top frame 34 (in the case of FIG. 11), the rear frame 33, the front frame 32, and the rear plate 35. Rear plate 3
5 or the rear cover 36 projects outward from the rear end. The cable 41 is connected to the video playback device 40.
It is connected to the. In the figure, reference numeral 40a denotes a switch and a volume adjusting unit of the video reproducing device 40.
【0094】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。The cable 41 may be jacked at the end so that it can be attached to an existing video deck or the like. Furthermore, it is connected to a tuner for TV radio wave reception,
It may be used for viewing, or may be connected to a computer to receive computer graphics images, message images from the computer, and the like. Further, in order to reject an obstructive code, an antenna may be connected to receive an external signal by radio wave.
【0095】以上の本発明の画像表示装置は例えば次の
ように構成することができる。 〔1〕 照明光源と、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観察者眼球位置に導く接眼光
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、屈折率が1よりも大きい媒質を挟んだプリズム部材
を有し、前記プリズム部材が、前記画像表示素子から射
出された像光をプリズム内に入射させる第4面と、前記
第4面から入射した光束を反射させる第3面と、前記第
3面で反射された光束を全反射させる第1面と、前記第
1面で反射された光束を反射させると共に光束に光学的
パワーを与えかつ偏心収差を補正する回転非対称な曲面
形状に形成された第2面とからなり、前記第2面で反射
された光束を前記第1面からプリズム外に射出させるよ
うに構成され、前記画像表示素子が、反射光によって画
像を表示する反射型画像表示素子により構成され、前記
照明光源が、前記プリズム部材の前記第3面を介して照
明光を前記画像表示素子に照明可能に配置されているこ
とを特徴とする画像表示装置。The above-described image display device of the present invention can be configured, for example, as follows. [1] In an image display device including an illumination light source, an image display element, and an eyepiece optical system that guides an image formed by the image display element to an observer's eyeball position, the eyepiece optical system has a refractive index of 1 or more. A prism member sandwiching a large medium, the prism member having a fourth surface for causing image light emitted from the image display element to enter the prism, and a fourth surface for reflecting a light beam incident from the fourth surface. Three surfaces, a first surface that totally reflects the light beam reflected by the third surface, and a rotational asymmetry that reflects the light beam reflected by the first surface, applies optical power to the light beam, and corrects eccentric aberration And a second surface formed in a curved surface shape, and configured to emit a light beam reflected by the second surface from the first surface to outside the prism, and the image display element forms an image by reflected light. Reflective type to display An image display device comprising an image display element, wherein the illumination light source is arranged to be able to illuminate the image display element with illumination light via the third surface of the prism member.
【0096】〔2〕 照明光源と、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観察者眼球位置
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、屈折率が1よりも大きい媒質を挟んだ
プリズム部材を有し、前記プリズム部材が、前記画像表
示素子から射出された像光をプリズム内に入射させる第
4面と、前記第4面から入射した光束を反射させる第3
面と、前記第3面で反射された光束を全反射させる第1
面と、前記第1面で反射された光束を反射させると共に
光束に光学的パワーを与えかつ偏心収差を補正する回転
非対称な曲面形状に形成された第2面とからなり、前記
第2面で反射された光束を前記第1面からプリズム外に
射出させるように構成され、前記画像表示素子が、反射
光によって画像を表示する反射型画像表示素子により構
成され、前記プリズム部材の前記第3面がハーフミラー
コーティングされたハーフミラー面にて形成されている
ことを特徴とする画像表示装置。[2] In an image display apparatus having an illumination light source, an image display element, and an eyepiece optical system for guiding an image formed by the image display element to an observer's eyeball position, the eyepiece optical system has a refractive index. Has a prism member sandwiching a medium larger than 1; the prism member converts a fourth surface on which image light emitted from the image display element enters the prism; and a light beam incident from the fourth surface. Third to reflect
A first surface for totally reflecting the light beam reflected by the third surface
And a second surface formed into a rotationally asymmetric curved surface shape that reflects the light beam reflected by the first surface, applies optical power to the light beam, and corrects eccentric aberration. The reflected light beam is emitted from the first surface to the outside of the prism, the image display device is configured by a reflective image display device that displays an image by reflected light, and the third surface of the prism member is Is formed by a half mirror surface coated with a half mirror.
【0097】〔3〕 照明光源と、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観察者眼球位置
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、屈折率が1よりも大きい媒質を挟んだ
プリズム部材を有し、前記プリズム部材が、前記画像表
示素子から射出された像光をプリズム内に入射させる第
4面と、前記第4面から入射した光束を反射させる第3
面と、前記第3面で反射された光束を全反射させる第1
面と、前記第1面で反射された光束を反射させると共に
光束に光学的パワーを与えかつ偏心収差を補正する回転
非対称な曲面形状に形成された第2面とからなり、前記
第2面で反射された光束を前記第1面からプリズム外に
射出させるように構成され、前記画像表示素子が、反射
光によって画像を表示する反射型画像表示素子により構
成され、前記プリズム部材の前記第3面が全反射面にて
形成され、前記第4面から入射した光束を全反射作用に
よって反射させるように構成されていることを特徴とす
る画像表示装置。[3] In an image display apparatus having an illumination light source, an image display element, and an eyepiece optical system for guiding an image formed by the image display element to an observer's eyeball position, the eyepiece optical system has a refractive index. Has a prism member sandwiching a medium larger than 1; the prism member converts a fourth surface on which image light emitted from the image display element enters the prism; and a light beam incident from the fourth surface. Third to reflect
A first surface for totally reflecting the light beam reflected by the third surface
And a second surface formed into a rotationally asymmetric curved surface shape that reflects the light beam reflected by the first surface, applies optical power to the light beam, and corrects eccentric aberration. The reflected light beam is emitted from the first surface to the outside of the prism, the image display device is configured by a reflective image display device that displays an image by reflected light, and the third surface of the prism member is Is formed by a total reflection surface, and is configured to reflect a light beam incident from the fourth surface by a total reflection effect.
【0098】〔4〕 前記第3面の軸上主光線が折り畳
まれる断面内及びその断面に垂直な断面内の双方の面形
状が瞳側に凹面を向けた曲面にて形成されると共に、前
記第1面の軸上主光線が折り畳まれる断面内及びその断
面に垂直な断面内の双方の面形状が瞳側に凹面を向けた
曲面にて形成され、前記第3面及び前記第1面を透過す
る外界から入射する光束の歪みが少なくなるように構成
されていることを特徴とする上記2又は3記載の画像表
示装置。[4] Both the surface shape in the cross section where the axial principal ray of the third surface is folded and in the cross section perpendicular to the cross section are formed by a curved surface with the concave surface facing the pupil side. Both surface shapes in a cross section where the axial principal ray of the first surface is folded and in a cross section perpendicular to the cross section are formed by curved surfaces with the concave surface facing the pupil side, and the third surface and the first surface are formed. 4. The image display device according to the above item 2 or 3, wherein the distortion of a light beam incident from the outside world is reduced.
【0099】〔5〕 前記照明光源が、前記ハーフミラ
ーコーティングされた第3面を介して照明光を前記画像
表示素子に照明可能に配置されていることを特徴とする
上記2記載の画像表示装置。[5] The image display device according to the above item 2, wherein the illumination light source is arranged so as to be able to illuminate the image display element with the illumination light via the third surface coated with the half mirror. .
【0100】〔6〕 前記照明光源が、前記全反射面に
て形成された第3面を介して照明光を前記画像表示素子
に照明可能に配置されていることを特徴とする上記3記
載の画像表示装置。[6] The illumination light source according to the above item 3, wherein the illumination light source is arranged so as to illuminate the image display element with illumination light via a third surface formed by the total reflection surface. Image display device.
【0101】〔7〕 前記照明光源が、前記第3面を挟
んで前記プリズム媒質とは反対側に配置されていること
を特徴とする上記1から6の何れか1項記載の画像表示
装置。[7] The image display device as described in any one of [1] to [6] above, wherein the illumination light source is disposed on the opposite side of the third surface from the prism medium.
【0102】〔8〕 前記第1面が、光束に光学的パワ
ーを与えかつ偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状
に形成されていることを特徴とする上記1から7の何れ
か1項記載の画像表示装置。[8] The method according to any one of the above items 1 to 7, wherein the first surface is formed in a rotationally asymmetric curved surface shape for giving optical power to a light beam and correcting eccentric aberration. Image display device.
【0103】[0103]
〔9〕 前記第3面が、光束に光学的パワ
ーを与えかつ偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状
に形成されていることを特徴とする上記1から8の何れ
か1項記載の画像表示装置。[9] The image display according to any one of [1] to [8], wherein the third surface is formed into a rotationally asymmetric curved surface shape that applies optical power to the light beam and corrects eccentric aberration. apparatus.
【0104】〔10〕 前記第4面が、光束に光学的パ
ワーを与えかつ偏心収差を補正する回転非対称な曲面形
状に形成されていることを特徴とする上記1から9の何
れか1項記載の画像表示装置。[10] The fourth surface according to any one of the above items 1 to 9, wherein the fourth surface is formed in a rotationally asymmetric curved surface shape for giving optical power to a light beam and correcting eccentric aberration. Image display device.
【0105】〔11〕 前記回転非対称な曲面形状が、
唯一の対称面を1面のみ有する自由曲面形状にて構成さ
れていることを特徴とする上記1から10の何れか1項
記載の画像表示装置。[11] The rotationally asymmetric curved surface shape is
11. The image display device according to any one of 1 to 10, wherein the image display device is configured in a free-form surface shape having only one symmetric surface.
【0106】〔12〕 前記唯一の対称面が、軸上主光
線が折り畳まれる断面と一致するように構成されている
ことを特徴とする上記11記載の画像表示装置。[12] The image display apparatus according to the above item 11, wherein the only plane of symmetry is configured to coincide with a cross section where the axial chief ray is folded.
【0107】〔13〕 前記照明光源が、前記第3面か
ら光束を入射させ、第4面を透過させて前記反射型画像
表示素子に照明光を照射するように構成されていること
を特徴とする上記1、5又は6記載の画像表示装置。[13] The illumination light source is characterized in that a light beam is incident from the third surface and transmitted through the fourth surface to irradiate the reflective image display element with illumination light. 7. The image display device according to the above 1, 5 or 6, wherein
【0108】〔14〕 前記照明光源からの照明光の前
記反射型画像表示素子への入射角と、前記反射型画像表
示素子からの反射主光線の射出角とが±10%の範囲の
差を持って略等しくなるように、前記照明光源と前記反
射型画像表示素子と前記接眼光学系とが構成されている
ことを特徴とする上記1から13の何れか1項記載の画
像表示装置。[14] The difference between the angle of incidence of the illumination light from the illumination light source on the reflective image display device and the angle of emergence of the reflected chief ray from the reflective image display device is ± 10%. The image display device according to any one of claims 1 to 13, wherein the illumination light source, the reflection-type image display element, and the eyepiece optical system are configured to be substantially equal.
【0109】〔15〕 前記照明光源と前記プリズム部
材との間に、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ていることを特徴とする上
記1から14の何れか1項記載の画像表示装置。[15] Any of the above-mentioned items 1 to 14, wherein a numerical aperture reducing member is arranged between the illumination light source and the prism member so as to prevent generation of a ghost image. 2. The image display device according to claim 1.
【0110】〔16〕 前記反射型画像表示素子の表示
面中心から出る軸上主光線が表示素子面の法線となす角
をθとするとき、 θ<60° ・・・(1) なる条件を満足することを特徴とする上記1から15の
何れか1項記載の画像表示装置。[16] Assuming that the angle formed by the axial principal ray from the center of the display surface of the reflective image display element and the normal to the display element surface is θ, θ <60 ° (1) The image display device according to any one of the above items 1 to 15, which satisfies the following.
【0111】〔17〕 前記照明光源位置から前記反射
型画像表示素子までの光路長をOPとするとき、 1mm<OP<60mm ・・・(2) なる条件を満足することを特徴とする上記1から16の
何れか1項記載の画像表示装置。[17] When the optical path length from the position of the illumination light source to the reflective image display element is defined as OP, the following condition is satisfied: 1 mm <OP <60 mm (2) 17. The image display device according to any one of items 1 to 16.
【0112】〔18〕 前記画像表示装置が、右眼用照
明光源と左眼用照明光源と、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ていることを特徴とする上記1か
ら17の何れか1項記載の画像表示装置。[18] The image display device comprises a right-eye illumination light source, a left-eye illumination light source, a right-eye image display element, a left-eye image display element, a right-eye ocular optical system, and a left-eye image display element. 18. The image display device according to any one of 1 to 17, wherein the image display device includes an eyepiece optical system.
【0113】〔19〕 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ていることを特徴とする上記1から
18の何れか1項記載の画像表示装置。[19] The image display device according to any one of the above items 1 to 18, wherein the image display device is provided with support means for supporting an observer's head so as to be located in front of the observer's face. 2. The image display device according to claim 1.
【0114】[0114]
【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4面からなり3回内面反射の偏
心プリズムからなり、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
光を偏心プリズムの特定の反射面を介して反射型画像表
示素子に照射するので、反射型LCD等と偏心プリズム
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。また、その特
定の反射面をハーフミラーコートをするかあるいは全反
射面とすることによって同時に外界観察を可能にするこ
とができる。As is apparent from the above description, according to the present invention, the eyepiece optical system comprises four decentered prisms having three internal reflections, and the image display device displays an image by reflected light of illumination light. Illuminating light is radiated to the reflective image display element through a specific reflective surface of the eccentric prism, so that a reflective LCD or the like and the eccentric prism can be used while having high optical performance. A small, light, and bright image display device can be achieved. In addition, by making the specific reflecting surface a half mirror coating or a total reflecting surface, it is possible to simultaneously observe the outside world.
【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】図2の変形例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 modification of FIG. 2;
【図4】スキャン部材を用いて画像表示素子を構成した
他の実施例を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating another embodiment in which an image display element is configured using a scanning member.
【図5】図4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。FIG. 5 is a diagram showing an example in which the scanning member of FIG. 4 is configured for one-dimensional scanning.
【図6】図4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。FIG. 6 is a diagram showing an example in which the scanning member of FIG. 4 is configured for two-dimensional scanning.
【図7】ルーバー光学素子を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a louver optical element.
【図8】図7のルーバー光学素子の透過率分布を示す図
である。FIG. 8 is a diagram illustrating a transmittance distribution of the louver optical element of FIG. 7;
【図9】光ファイバープレートを示す図である。FIG. 9 is a view showing an optical fiber plate.
【図10】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。FIG. 10 is a diagram illustrating a state in which the image display device of the present invention is configured to be mounted on one eye.
【図11】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。FIG. 11 is a diagram illustrating a state in which the image display device of the present invention is configured to be mounted on both eyes.
【図12】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。FIG. 12 is a diagram for explaining field curvature generated by a concave mirror having an eccentric arrangement.
【図13】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。FIG. 13 is a diagram for explaining astigmatism generated by a concave mirror having an eccentric arrangement.
【図14】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。FIG. 14 is a diagram for explaining on-axis coma generated by a concave mirror having an eccentric arrangement.
【図15】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。FIG. 15 is a diagram showing an optical system of an image display device using a conventional reflective LCD.
【図16】公知のDMDの構成を説明するための図であ
る。FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of a known DMD.
1…射出瞳 2…光軸 3…第1面 4…第2面 5…第3面 6…第4面 7…像面(反射型LCD) 8…光源 9…平面ミラーあるいは散乱面 10…偏心プリズム(プリズム部材) 11…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 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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Exit pupil 2 ... Optical axis 3 ... 1st surface 4 ... 2nd surface 5 ... 3rd surface 6 ... 4th surface 7 ... Image plane (reflection type LCD) 8 ... Light source 9 ... Plane mirror or scattering surface 10 ... Eccentricity Prism (prism member) 11 ... Concave mirror 16a ... Louver optical element 16b ... Optical fiber plate 17 ... Transparent film 18 ... Light shielding wall 19a ... Core glass 19b ... Clad glass 20 ... Absorptive member 24 ... Image display element 25 ... Scan member 26 ... Polygon mirror 27 ... one-dimensional image display element 28 ... collimator lens 29 ... pixel light source 30 ... galvanometer mirror 31 ... display device main body 32 ... front frame 33 ... rear frame 34 ... crown frame 35 ... rear plate 36 ... rear cover 39 ... speaker 41 ... cable 40: video playback device 40a: volume adjusting unit M: concave mirror
Claims (3)
表示素子により形成された画像を観察者眼球位置に導く
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、屈折率が1よりも大きい媒質を挟ん
だプリズム部材を有し、前記プリズム部材が、前記画像
表示素子から射出された像光をプリズム内に入射させる
第4面と、前記第4面から入射した光束を反射させる第
3面と、前記第3面で反射された光束を全反射させる第
1面と、前記第1面で反射された光束を反射させると共
に光束に光学的パワーを与えかつ偏心収差を補正する回
転非対称な曲面形状に形成された第2面とからなり、前
記第2面で反射された光束を前記第1面からプリズム外
に射出させるように構成され、 前記画像表示素子が、反射光によって画像を表示する反
射型画像表示素子により構成され、 前記照明光源が、前記プリズム部材の前記第3面を介し
て照明光を前記画像表示素子に照明可能に配置されてい
ることを特徴とする画像表示装置。1. An image display apparatus comprising: an illumination light source; an image display element; and an eyepiece optical system that guides an image formed by the image display element to an observer's eyeball position, wherein the eyepiece optical system has a refractive index. A prism member sandwiching a medium larger than 1; the prism member reflecting a fourth surface on which image light emitted from the image display element enters the prism, and reflecting a light beam incident from the fourth surface; A third surface to be reflected, a first surface that totally reflects the light beam reflected by the third surface, and a light beam that reflects the light beam reflected by the first surface while giving optical power to the light beam and correcting eccentric aberration. A second surface formed into a rotationally asymmetric curved surface shape, and configured to emit a light beam reflected by the second surface from the first surface to the outside of the prism. Display image Reflective by the image display device is configured, the illumination source, an image display apparatus characterized by being illuminable arranging the illumination light through said third surface of said prism member to the image display device.
表示素子により形成された画像を観察者眼球位置に導く
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、屈折率が1よりも大きい媒質を挟ん
だプリズム部材を有し、前記プリズム部材が、前記画像
表示素子から射出された像光をプリズム内に入射させる
第4面と、前記第4面から入射した光束を反射させる第
3面と、前記第3面で反射された光束を全反射させる第
1面と、前記第1面で反射された光束を反射させると共
に光束に光学的パワーを与えかつ偏心収差を補正する回
転非対称な曲面形状に形成された第2面とからなり、前
記第2面で反射された光束を前記第1面からプリズム外
に射出させるように構成され、 前記画像表示素子が、反射光によって画像を表示する反
射型画像表示素子により構成され、 前記プリズム部材の前記第3面がハーフミラーコーティ
ングされたハーフミラー面にて形成されていることを特
徴とする画像表示装置。2. An image display apparatus comprising: an illumination light source; an image display element; and an eyepiece optical system that guides an image formed by the image display element to an observer's eyeball position, wherein the eyepiece optical system has a refractive index. A prism member sandwiching a medium larger than 1; the prism member reflecting a fourth surface on which image light emitted from the image display element enters the prism, and reflecting a light beam incident from the fourth surface; A third surface to be reflected, a first surface that totally reflects the light beam reflected by the third surface, and a light beam that reflects the light beam reflected by the first surface while giving optical power to the light beam and correcting eccentric aberration. A second surface formed into a rotationally asymmetric curved surface shape, and configured to emit a light beam reflected by the second surface from the first surface to the outside of the prism. Display image Reflective by the image display device is configured, an image display apparatus, wherein said third surface of said prism member is formed by the half-mirror surface which is a half mirror coating.
表示素子により形成された画像を観察者眼球位置に導く
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、屈折率が1よりも大きい媒質を挟ん
だプリズム部材を有し、前記プリズム部材が、前記画像
表示素子から射出された像光をプリズム内に入射させる
第4面と、前記第4面から入射した光束を反射させる第
3面と、前記第3面で反射された光束を全反射させる第
1面と、前記第1面で反射された光束を反射させると共
に光束に光学的パワーを与えかつ偏心収差を補正する回
転非対称な曲面形状に形成された第2面とからなり、前
記第2面で反射された光束を前記第1面からプリズム外
に射出させるように構成され、 前記画像表示素子が、反射光によって画像を表示する反
射型画像表示素子により構成され、 前記プリズム部材の前記第3面が全反射面にて形成さ
れ、前記第4面から入射した光束を全反射作用によって
反射させるように構成されていることを特徴とする画像
表示装置。3. An image display device comprising: an illumination light source; an image display element; and an eyepiece optical system that guides an image formed by the image display element to a position of an observer's eyeball, wherein the eyepiece optical system has a refractive index. A prism member sandwiching a medium larger than 1; the prism member reflecting a fourth surface on which image light emitted from the image display element enters the prism, and reflecting a light beam incident from the fourth surface; A third surface to be reflected, a first surface that totally reflects the light beam reflected by the third surface, and a light beam that reflects the light beam reflected by the first surface while giving optical power to the light beam and correcting eccentric aberration. A second surface formed into a rotationally asymmetric curved surface shape, and configured to emit a light beam reflected by the second surface from the first surface to the outside of the prism. Display image It is configured by a reflection type image display element, wherein the third surface of the prism member is formed by a total reflection surface, and is configured to reflect a light beam incident from the fourth surface by a total reflection action. Image display device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35726698A JP2000180783A (en) | 1998-12-16 | 1998-12-16 | Image display device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35726698A JP2000180783A (en) | 1998-12-16 | 1998-12-16 | Image display device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000180783A true JP2000180783A (en) | 2000-06-30 |
Family
ID=18453243
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35726698A Withdrawn JP2000180783A (en) | 1998-12-16 | 1998-12-16 | Image display device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000180783A (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000275571A (en) * | 1999-03-23 | 2000-10-06 | Minolta Co Ltd | Video forming optical system |
JP2005292308A (en) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Canon Inc | Image display device |
JP2006184726A (en) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Canon Inc | Image display apparatus |
JP2008033352A (en) * | 2007-09-25 | 2008-02-14 | Canon Inc | Scanning optical system, scanning type image display device and image display system |
WO2010044356A1 (en) * | 2008-10-14 | 2010-04-22 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | Image display device and head-mount display |
WO2015001839A1 (en) * | 2013-07-04 | 2015-01-08 | ソニー株式会社 | Display device |
CN105116547A (en) * | 2015-09-24 | 2015-12-02 | 联想(北京)有限公司 | Head display apparatus |
JP2018185547A (en) * | 2010-12-24 | 2018-11-22 | マジック リープ, インコーポレイテッドMagic Leap,Inc. | Ergonomic head mount display device and optical system |
JPWO2019171449A1 (en) * | 2018-03-06 | 2020-12-03 | 株式会社島津製作所 | Image display device |
-
1998
- 1998-12-16 JP JP35726698A patent/JP2000180783A/en not_active Withdrawn
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000275571A (en) * | 1999-03-23 | 2000-10-06 | Minolta Co Ltd | Video forming optical system |
JP4636808B2 (en) * | 2004-03-31 | 2011-02-23 | キヤノン株式会社 | Image display device |
JP2005292308A (en) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Canon Inc | Image display device |
JP2006184726A (en) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Canon Inc | Image display apparatus |
JP4689266B2 (en) * | 2004-12-28 | 2011-05-25 | キヤノン株式会社 | Image display device |
JP2008033352A (en) * | 2007-09-25 | 2008-02-14 | Canon Inc | Scanning optical system, scanning type image display device and image display system |
JP4630892B2 (en) * | 2007-09-25 | 2011-02-09 | キヤノン株式会社 | Scanning optical system, scanning image display apparatus, and image display system |
WO2010044356A1 (en) * | 2008-10-14 | 2010-04-22 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | Image display device and head-mount display |
JP2018185547A (en) * | 2010-12-24 | 2018-11-22 | マジック リープ, インコーポレイテッドMagic Leap,Inc. | Ergonomic head mount display device and optical system |
WO2015001839A1 (en) * | 2013-07-04 | 2015-01-08 | ソニー株式会社 | Display device |
CN104755994A (en) * | 2013-07-04 | 2015-07-01 | 索尼公司 | Display device |
JPWO2015001839A1 (en) * | 2013-07-04 | 2017-02-23 | ソニー株式会社 | Display device |
US10302946B2 (en) | 2013-07-04 | 2019-05-28 | Sony Corporation | Display apparatus |
CN105116547A (en) * | 2015-09-24 | 2015-12-02 | 联想(北京)有限公司 | Head display apparatus |
JPWO2019171449A1 (en) * | 2018-03-06 | 2020-12-03 | 株式会社島津製作所 | Image display device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3865906B2 (en) | Image display device | |
US6222676B1 (en) | Image display apparatus | |
US6008778A (en) | Visual display apparatus | |
US6201646B1 (en) | Image-forming optical system and viewing optical system | |
JP2000206446A (en) | Image display device | |
JPH09258104A (en) | Optical system | |
JP2000221440A (en) | Picture display device | |
JPH11326820A (en) | Observing optical system and observing device using it | |
JPH10333083A (en) | Image display device | |
JP5653816B2 (en) | Image display apparatus having decentered optical system | |
JP2002122783A (en) | Observation optical system, image pickup optical system and device using those | |
JPH10307263A (en) | Prism optical element and image observation device | |
JP2001174747A (en) | Picture display device | |
US6464361B2 (en) | Image display apparatus having three-dimensionally decentered optical path | |
JP5108966B2 (en) | Image display device | |
JP2000131614A (en) | Image forming optical system and observation optical system | |
JP2002055303A (en) | Picture display device provided with three-dimensional eccentric optical path | |
JPH0990270A (en) | Head-or face-mounted type picture display device | |
JP2000180783A (en) | Image display device | |
JP2000010041A (en) | Picture display device | |
JP2001330795A (en) | Image display device having three-dimensional eccentric optical path | |
JP2000105349A (en) | Visual display device compositing plural reflected pictures | |
JP2001033729A (en) | Observation optical system | |
JPH09197336A (en) | Picture display device | |
JP2006313365A (en) | Image display apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060307 |