JP2002090691A - Image display device provided with three-dimensional eccentric optical path - Google Patents
Image display device provided with three-dimensional eccentric optical pathInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、3次元偏心光路を
備えた画像表示装置に関し、特に、観察者の頭部又は顔
面に保持することを可能にする頭部又は顔面装着式画像
表示装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image display device having a three-dimensional eccentric optical path, and more particularly to a head or face-mounted image display device capable of being held on the head or face of an observer. .
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、1つの画像表示素子の画像を両眼
で観察する画像表示装置としては、特開平6−1100
13号、特開平7−287185号、特開平9−617
48号、特開平9−181998号、特開平9−181
999号、特表平10−504115号のもの等が知ら
れている。2. Description of the Related Art Conventionally, an image display device for observing an image of one image display element with both eyes is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H6-1100.
No. 13, JP-A-7-287185, JP-A-9-617
No. 48, JP-A-9-181998, JP-A-9-181
No. 999 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-504115 are known.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】この中、特開平6−1
10013号のものでは、二等辺三角柱のプリズムとミ
ラーで光線を分割し、折り曲げているので、諸収差の補
正は、瞳の前に配置するレンズで行うことになり、補正
が難しくなると同時に、装置の大型化を招く。SUMMARY OF THE INVENTION Among them, Japanese Patent Laid-Open No.
In the device of No. 10013, light rays are split and bent by an isosceles triangular prism and a mirror, so that various aberrations are corrected by a lens arranged in front of a pupil. Causes an increase in size.
【0004】また、特開平7−287185号のもので
は、ミラーを複数使用し、凸レンズ1枚で結像作用を行
っている。そのため、組み立て調整が非常に難しく、ま
た、適切な性能を達成できない。また、画像表示素子が
3次元的に配置してあるが、左右対称の光学系であるた
め、左右の映像が逆に回転してしまう。In Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-287185, a plurality of mirrors are used, and an image is formed by one convex lens. Therefore, assembly adjustment is very difficult, and proper performance cannot be achieved. In addition, although the image display elements are arranged three-dimensionally, the left and right images are rotated in reverse because of the symmetric optical system.
【0005】また、特開平9−61748号のもので
は、LCD(液晶表示素子)の表示光をハーフミラーを
利用して分割して両眼で観察する。そのために、左右そ
れぞれの眼球へ表示光が分かれるので、観察像が弱く暗
くなる。In Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 9-61748, display light of an LCD (liquid crystal display element) is split using a half mirror and observed with both eyes. As a result, the display light is divided into the left and right eyeballs, and the observation image becomes weak and dark.
【0006】また、特開平9−181998号、特開平
9−181999号のものは、反射面が1面のみの構成
で、偏心収差の補正が不十分であり、近年の小型化、高
精細化している画像表示素子には適用できない。さら
に、画角が非常に狭い。Further, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 9-181998 and Hei 9-181999 have a configuration in which only one reflecting surface is provided, and correction of eccentric aberration is insufficient. It cannot be applied to an image display element that is in use. Furthermore, the angle of view is very narrow.
【0007】また、特表平10−504115号のもの
では、部品点数が非常に多く、組み立てが非常に複雑で
ある。また、この場合、ハーフミラーを使用しているの
で、観察像が弱く暗くなる。Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-504115 has a very large number of parts and is very complicated to assemble. In this case, since the half mirror is used, the observation image becomes weak and dark.
【0008】さらに、近年の画像表示素子の小型化によ
り、観察光学系の焦点距離も小さくする必要がある。さ
らに、広画角を確保するためには、焦点距離を短くしな
ければならない。そのためバックフォーカスの確保が難
しくなり、プリズム内の光路を長くすることができな
い。結果として、反射面を増やせず、偏心収差が十分に
補正できない。Further, with the recent miniaturization of image display elements, it is necessary to reduce the focal length of the observation optical system. Further, in order to secure a wide angle of view, the focal length must be shortened. Therefore, it is difficult to secure the back focus, and the optical path in the prism cannot be lengthened. As a result, the number of reflection surfaces cannot be increased, and eccentric aberration cannot be sufficiently corrected.
【0009】さらに、近年の画像表示素子の高精細化も
進んでいる。[0009] Furthermore, the definition of image display elements in recent years has been increasing.
【0010】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、1つの画像表示
素子からの画像を、ハーフミラーを利用せずに両眼に導
き明るく観察でき、さらに、光学系に4面以上の曲面を
有した反射面を使用することで、近年の小型・高精細化
した画像表示素子に対応できるように諸収差の補正を容
易にした、広画角でかつ安価な頭部装着式画像表示装置
等の画像表示装置を提供することである。さらには、先
に提案した特願2000−48750号のような画像表
示装置をさらに広画角化することである。The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object of the present invention is to guide an image from one image display element to both eyes without using a half mirror and to observe the image brightly. In addition, by using a reflecting surface having four or more curved surfaces in the optical system, it is possible to easily correct various aberrations in order to correspond to recent small and high-definition image display devices. An object of the present invention is to provide an image display device such as a corner-mounted and inexpensive head-mounted image display device. Another object is to further widen the angle of view of an image display device as disclosed in Japanese Patent Application No. 2000-48750.
【0011】[0011]
【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3次元偏心光路を備えた画像表示装置は、観察画像
を画像表示部に形成する画像表示素子と、前記画像表示
素子が形成した画像を観察者眼球位置に相当する瞳に導
く観察光学系とを含んだ画像表示装置において、前記画
像表示素子が、複数の画素を単板上に並設させた1枚の
画像表示素子を有して構成され、前記1枚の画像表示素
子の少なくとも中央部分に位置する各画素が、観察者の
左右の眼球に光束を導けるような射出角度で画像光束を
放射するように構成され、前記観察光学系が、少なくと
も、観察者の左眼に光束を導く左接眼部と、観察者の右
眼に光束を導く右接眼部と、前記画像表示素子から前記
射出角度を持って放射された画像光束を前記左右の接眼
部に導く光路振り分け部とを含み、前記左接眼部が、少
なくとも2面以上の反射面を有し、その中の少なくとも
1つの反射面が偏心収差補正機能を有した回転非対称な
曲面反射面にて構成され、前記右接眼部が、少なくとも
2面以上の反射面を有し、その中の少なくとも1つの反
射面が偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射
面にて構成され、前記左接眼部の有する前記2面以上の
反射面にて形成される軸上主光線の偏心光路面(Y−Z
面であり、観察者の上下方向)と、前記右接眼部の有す
る前記2面以上の反射面にて形成される軸上主光線の偏
心光路面(Y−Z面であり、観察者の上下方向)とが、
略平行(Y−Z面)に配置されるように、前記左右接眼
部が構成され、前記光路振り分け部は、前記左側接眼部
と前記右側接眼部との中心を対称面とした左右対称な光
路を形成するように、左右対称に光学面が配置され、少
なくとも左右で1組以上の反射面を有し、前記観察光学
系は、前記光路振り分け部の前記左側反射面への軸上主
光線の入射光軸と射出光軸とによって形成される第1平
面と、前記左側接眼部の前記偏心光路面とが任意の角度
で交差し、かつ、前記光路振り分け部の前記右側反射面
への軸上主光線の入射光軸と射出光軸とによって形成さ
れる第2平面と、前記右側接眼部の前記偏心光路面とが
任意の角度で交差することによって、3次元的に偏心し
た光路を形成するような光学系に構成されていることを
特徴とするものである。According to the present invention, there is provided an image display apparatus having a three-dimensional eccentric optical path for achieving the above object, comprising: an image display element for forming an observation image on an image display unit; An image display device including an observation optical system for guiding an image to a pupil corresponding to an observer's eyeball position, wherein the image display element has one image display element in which a plurality of pixels are arranged side by side on a single plate. Wherein each pixel located at least in the central portion of the one image display element emits an image light beam at an exit angle capable of guiding the light beam to the left and right eyeballs of the observer. The optical system, at least, a left eyepiece that guides the light beam to the left eye of the observer, a right eyepiece that guides the light beam to the right eye of the observer, and the light emitted from the image display element with the emission angle Light path swing that guides image light flux to the left and right eyepieces And the left eyepiece has at least two or more reflecting surfaces, and at least one of the reflecting surfaces is constituted by a rotationally asymmetric curved reflecting surface having an eccentric aberration correcting function. The right eyepiece has at least two reflecting surfaces, at least one of the reflecting surfaces being a rotationally asymmetric curved reflecting surface having an eccentric aberration correcting function, and the left eyepiece. The decentered optical path surface (YZ) of the axial chief ray formed by the two or more reflecting surfaces of the portion
Eccentric optical path plane (YZ plane) of the axial principal ray formed by the two or more reflecting surfaces of the right eyepiece, and Up and down)
The left and right eyepieces are configured so as to be arranged substantially in parallel (YZ plane), and the optical path distribution unit includes a left and right eyepiece with a center of symmetry between the left eyepiece and the right eyepiece. Optical surfaces are arranged symmetrically so as to form a symmetric optical path, and have at least one set of reflective surfaces on at least the left and right sides. The observation optical system is arranged on an axis to the left reflective surface of the optical path distribution unit. A first plane formed by the incident optical axis and the exit optical axis of the principal ray intersects the eccentric optical path surface of the left eyepiece at an arbitrary angle, and the right reflecting surface of the optical path distribution unit The second eccentric optical path surface of the right eyepiece intersects with a second plane formed by an incident optical axis and an outgoing optical axis of the on-axis principal ray at an arbitrary angle. Optical system that forms an optical path That.
【0012】以下、本発明において、上記構成をとる理
由と作用を説明する。Hereinafter, the reason and operation of the above configuration in the present invention will be described.
【0013】単一の画像表示素子を用いて左右の眼で観
察する(単板両眼視)画像表示装置であって、左右の接
眼光学系に偏心光学系を用いる場合、その接眼光学系の
偏心面を水平方向に配置しようとすると、人間の瞳の間
隔が平均約64mm程度と言われるため、広画角化でき
るスペースには限界がある。さらに、観察者の眼幅の違
いを光学系で吸収するためには、設計上光学系の瞳を横
長にする必要がある。そのため、瞳の長手方向と接眼プ
リズムの偏心方向を同一方向にすると、広画角化・高性
能化できない。In an image display apparatus for observing with the left and right eyes using a single image display element (single-plate binocular vision), when an eccentric optical system is used for the left and right eyepiece optical systems, If an eccentric surface is to be arranged in the horizontal direction, the distance between human pupils is said to be about 64 mm on average, so there is a limit to the space in which the angle of view can be widened. Furthermore, in order to absorb the difference in the interpupillary distance of the observer with the optical system, it is necessary to make the pupil of the optical system horizontal in design. Therefore, if the longitudinal direction of the pupil and the eccentric direction of the eyepiece prism are set to the same direction, it is impossible to achieve a wide angle of view and high performance.
【0014】本発明においては、観察画像を画像表示部
に形成する画像表示素子と、その画像表示素子が形成し
た画像を観察者眼球位置に相当する瞳に導く観察光学系
とを含んだ画像表示装置において、画像表示素子が、複
数の画素を単板上に並設させた1枚の画像表示素子を有
して構成され、その1枚の画像表示素子の少なくとも中
央部分に位置する各画素が、観察者の左右の眼球に光束
を導けるような射出角度で画像光束を放射するように構
成されており、観察光学系が、少なくとも、観察者の左
眼に光束を導く左接眼部と、観察者の右眼に光束を導く
右接眼部と、画像表示素子からその射出角度を持って放
射された画像光束を前記左右の接眼部に導く光路振り分
け部とを含み、左接眼部が、少なくとも2面以上の反射
面を有し、その中の少なくとも1つの反射面が偏心収差
補正機能を有した回転非対称な曲面反射面にて構成さ
れ、右接眼部が、少なくとも2面以上の反射面を有し、
その中の少なくとも1つの反射面が偏心収差補正機能を
有した回転非対称な曲面反射面にて構成されている。こ
のような観察光学系において、左接眼部の有する2面以
上の反射面にて形成される軸上主光線の偏心光路面(Y
−Z面であり、観察者の上下方向)と、右接眼部の有す
る2面以上の反射面にて形成される軸上主光線の偏心光
路面(Y−Z面であり、観察者の上下方向)とを略平行
(Y−Z面)に配置することにより、この問題を解決し
ている。According to the present invention, there is provided an image display including an image display element for forming an observation image on an image display unit, and an observation optical system for guiding an image formed by the image display element to a pupil corresponding to an observer's eyeball position. In the apparatus, the image display element is configured to have one image display element in which a plurality of pixels are arranged side by side on a single plate, and each pixel located at least at a central portion of the one image display element is Is configured to emit an image light beam at an exit angle that can guide the light beam to the left and right eyeballs of the observer, and the observation optical system, at least, a left eyepiece that guides the light beam to the left eye of the observer, A right eyepiece that guides the light beam to the right eye of the observer, and an optical path distribution unit that guides the image light beam emitted from the image display element at the exit angle to the left and right eyepieces, and a left eyepiece Has at least two or more reflective surfaces, among which At least one reflecting surface is composed of rotationally asymmetric curved reflective surface having an eccentric aberration correcting function, right eyepiece portion has at least two surfaces or reflective surfaces,
At least one of the reflecting surfaces is constituted by a rotationally asymmetric curved reflecting surface having an eccentric aberration correcting function. In such an observation optical system, an eccentric optical path plane (Y) of an axial principal ray formed by two or more reflecting surfaces of the left eyepiece unit.
-Z plane, the vertical direction of the observer), and the eccentric optical path plane of the axial chief ray formed by two or more reflecting surfaces of the right eyepiece (YZ plane, This problem is solved by arranging the vertical and horizontal directions substantially parallel (the YZ plane).
【0015】そして、本発明の画像表示装置において
は、画像表示素子が1枚で両眼視できるため、コストが
非常に安くなる。In the image display device of the present invention, the cost is very low because one image display element can be viewed with both eyes.
【0016】また、各接眼部の少なくとも1つの反射面
が偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面に
て構成されているため、良好に収差補正ができる。Also, since at least one reflecting surface of each eyepiece is constituted by a rotationally asymmetric curved reflecting surface having an eccentric aberration correcting function, it is possible to correct aberrations well.
【0017】ここで、回転非対称な曲面形状の面とし
て、本発明では代表的に自由曲面を使用するが、自由曲
面とは以下の式で定義されるものである。この定義式の
Z軸が自由曲面の軸となる。In the present invention, a free-form surface is typically used as a rotationally asymmetric curved surface. The free-form surface is defined by the following equation. The Z axis of this definition formula is the axis of the free-form surface.
【0018】 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。[0018] Here, the first term of the equation (a) is a spherical term, and the second term is a free-form surface term.
【0019】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 ).
【0020】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.
【0021】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、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。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。The free-form surface is generally an XZ surface,
Neither YZ plane has a symmetry plane, but by setting all odd-order terms of X to 0, a free-form surface having only one symmetry plane parallel to the YZ plane exists. In addition, by setting all odd-order terms of Y to 0, a free-form surface having only one symmetry plane parallel to the XZ plane is obtained.
【0022】また、上記の回転非対称な曲面形状の面で
ある自由曲面の他の定義式として、Zernike多項
式により定義できる。この面の形状は以下の式(b)に
より定義する。その定義式(b)のZ軸がZernik
e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、RはX−Y
面内のZ軸からの距離、AはZ軸回りの方位角で、X軸
から測った回転角で表せられる。As another definition of the free-form surface which is the above-mentioned rotationally asymmetric curved surface, it can be defined by a Zernike polynomial. The shape of this surface is defined by the following equation (b). The Z axis of the definition formula (b) is Zernik
e is the axis of the polynomial. The definition of a rotationally asymmetric surface is defined by polar coordinates of the height of the Z axis with respect to the XY plane, where R is XY
A in-plane distance from the Z axis, A is an azimuth around the Z axis, and can be represented by a rotation angle measured from the X axis.
【0023】 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) ただし、Dm (mは2以上の整数)は係数である。な
お、X軸方向に対称な光学系として設計するには、
D4 ,D5 ,D6 、D10,D11,D12,D13,D14,D
20,D21,D22…を利用する。X = R × cos (A) y = R × sin (A) Z = DTwo + DThreeRcos (A) + DFourRsin (A) + DFiveRTwo cos (2A) + D6(RTwo-1) + D7RTwo sin (2A) + D8RThreecos (3A) + D9(3RThree-2R) cos (A) + DTen(3RThree-2R) sin (A) + D11RThreesin (3A) + D12RFourcos (4A) + D13(4RFour-3RTwo) Cos (2A) + D14(6RFour-6RTwo+1) + DFifteen(4RFour-3RTwo) Sin (2A) + D16RFoursin (4A) + D17RFivecos (5A) + D18(5RFive -4RThree) Cos (3A) + D19(10RFive -12RThree + 3R) cos (A) + D20(10RFive-12RThree + 3R) sin (A) + Dtwenty one(5RFive -4RThree) Sin (3A) + Dtwenty twoRFive sin (5A) + Dtwenty threeR6cos (6A) + Dtwenty four(6R6-5RFour) Cos (4A) + Dtwenty five(15R6-20RFour+ 6RTwo ) Cos (2A) + D26(20R6-30RFour+ 12RTwo-1) + D27(15R6-20RFour + 6RTwo) Sin (2A) + D28(6R6-5RFour) Sin (4A) + D29R6sin (6A) ········ (b) where Dm(M is an integer of 2 or more) is a coefficient. What
To design an optical system symmetrical in the X-axis direction,
DFour, DFive, D6, DTen, D11, D12, D13, D14, D
20, Dtwenty one, Dtwenty twoUse….
【0024】上記定義式は、回転非対称な曲面形状の面
の例示のために示したものであり、他のいかなる定義式
に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。The above-mentioned definition formula is shown for the purpose of exemplifying a rotationally asymmetric curved surface, and it goes without saying that the same effect can be obtained for any other definition formula.
【0025】なお、自由曲面の他の定義式の例として、
次の定義式(c)があげられる。As another example of the free-form surface definition formula,
The following definition formula (c) is given.
【0026】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 = ΣΣC nm XY As an example, when k = 7 (seventh-order term) is considered, when expanded, it can be expressed by the following equation.
【0027】 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、回転非対称な曲面形状の面としては、アナモフィ
ック面、トーリック面を用いることもできる。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) Note that an anamorphic surface or a toric surface may be used as the rotationally asymmetric curved surface.
【0028】また、本発明においては、画像表示素子か
ら広がりのある射出角度を持って放射された画像光束を
左右の接眼部に導く光路振り分け部を用い、ハーフミラ
ー等の光路分割光学素子を使用していないため、明るい
画像が観察できる。Further, in the present invention, an optical path splitting section for guiding an image light beam emitted from the image display element with a wide exit angle to the left and right eyepieces is used, and an optical path splitting optical element such as a half mirror is used. Since it is not used, a bright image can be observed.
【0029】また、左右の観察光路それぞれで反射面を
4面以上有し、さらに、リレー像(中間像)を形成する
ようにすることにより、要求される短い焦点距離(広画
角)の観察光学系でもバックフォーカスの確保が可能と
なり、広画角の観察光学系が提供できると共に、画像表
示素子の高精細化に伴う高性能な観察光学系が提供でき
る。Further, by having four or more reflecting surfaces in each of the left and right observation optical paths and forming a relay image (intermediate image), observation with a required short focal length (wide field angle) is possible. The back focus can be ensured even by the optical system, so that an observation optical system having a wide angle of view can be provided, and a high-performance observation optical system accompanying high definition of the image display element can be provided.
【0030】また、左右の接眼部として各々接眼プリズ
ムを用いる場合、その偏心方向が上下方向になるため、
単板両眼視の画像表示装置でありながら非常に広い画角
が確保できる。When the eyepiece prisms are used as the left and right eyepieces, respectively, the eccentric direction is the vertical direction.
An extremely wide angle of view can be ensured even though the image display device is a single-chip binocular image display.
【0031】また、3次元光路にしているため、光路長
を長くとることができ、各面のパワーを弱く設定するこ
とができる。そのため、高性能でかつ製造公差を緩くす
ることが可能となる。Since a three-dimensional optical path is used, the optical path length can be increased, and the power of each surface can be set weak. Therefore, it is possible to achieve high performance and loose manufacturing tolerances.
【0032】また、左右の光学系の偏心収差をより良好
に補正するためには、光路振り分け部が、偏心収差補正
機能を有した回転非対称な曲面形状の反射面を少なくと
も1組備えていることが望ましい。In order to better correct the eccentric aberration of the left and right optical systems, the optical path allocating unit should have at least one set of rotationally asymmetric curved reflecting surfaces having an eccentric aberration correcting function. Is desirable.
【0033】より望ましいくは、光路振り分け部が、少
なくとも2組以上の反射面を有し、その少なくとも2組
以上の反射面が偏心収差補正機能を有した回転非対称な
曲面形状であることが望ましい。More desirably, the optical path allocating portion has at least two or more sets of reflecting surfaces, and at least two or more sets of reflecting surfaces preferably have a rotationally asymmetric curved surface shape having an eccentric aberration correcting function. .
【0034】さらには、光路振り分け部が、少なくとも
3組以上の反射面を有し、その少なくとも3組以上の反
射面が偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面形状
であることが望ましい。Furthermore, it is desirable that the optical path allocating section has at least three or more sets of reflecting surfaces, and that at least three or more sets of reflecting surfaces have a rotationally asymmetric curved surface shape having an eccentric aberration correcting function.
【0035】また、後記の実施例3のように、光路振り
分け部が、少なくとも3組以上の反射面を有し、その中
の2組以上の反射面が偏心収差補正機能を有した回転非
対称な曲面形状であり、その少なくとも3組以上の反射
面の中の1組の反射面が、光束を全反射臨界角よりも大
きい角度で入射させることによって得られる全反射作用
による反射面であるようにすることもできる。Further, as in a third embodiment described later, the optical path allocating unit has at least three or more sets of reflecting surfaces, and two or more of the reflecting surfaces have a rotationally asymmetrical function having an eccentric aberration correcting function. It is a curved surface shape, and one set of at least three or more sets of reflecting surfaces is a reflecting surface by a total reflection effect obtained by causing a light beam to enter at an angle larger than the critical angle for total reflection. You can also.
【0036】以上の観察光学系は反射鏡のみ、あるい
は、反射鏡とプリズム部材の組み合わせにより構成する
こともできるが、プリズム部材のみにて形成し、反射面
の何れもをそのプリズム部材の表面に形成された裏面反
射面にて構成することもできる。The above-mentioned observation optical system can be constituted by only a reflecting mirror or a combination of a reflecting mirror and a prism member. However, the observation optical system is formed only by a prism member, and both of the reflecting surfaces are formed on the surface of the prism member. It can also be constituted by the formed back reflection surface.
【0037】その場合に、後記の実施例のように、観察
光学系を、光路振り分け部を構成する光路振り分けプリ
ズムと、その光路振り分けプリズムと空気間隔を挟んで
分離され、左接眼部を構成する左接眼プリズムと右接眼
部を構成する右接眼プリズムとを含んで構成することが
できる。In this case, as in the embodiment described later, the observation optical system is separated from the optical path distributing prism constituting the optical path distributing unit and the optical path distributing prism with an air gap therebetween to form the left eyepiece. And a right eyepiece prism forming a right eyepiece.
【0038】その場合に、光路振り分けプリズムが、少
なくとも画像表示素子に対向し左眼用光路を形成する画
像光束と右眼用光路を形成する画像光束の両方の光束を
プリズム内に入射させる入射面と、左眼用光路の光束を
プリズム外に射出する左側射出面と、入射面と前記左側
射出面との間の光路上に配置されかつ左眼用光路の光束
を前記プリズム内で反射する少なくとも3面以上の左側
反射面と、右眼用光路の光束をプリズム外に射出する右
側射出面と、入射面と右側射出面との間の光路上に配置
されかつ右眼用光路の光束を前記プリズム内で反射する
少なくとも3面以上の右側反射面とを含んで構成され、
その少なくとも3面以上の左側反射面を通る軸上主光線
を含む第1平面と、前記少なくとも3面以上の右側反射
面を通る軸上主光線を含む第2平面とが、略同じ平面内
に形成されるように構成されていることが望ましい。こ
のように配置すると、左右の眼に投影される画像が左右
逆方向に回転した像とならず良好な画像の観察ができ
る。In this case, the light path distributing prism has at least an incident surface opposed to the image display element for entering both light beams of the image light beam forming the light path for the left eye and the image light beam forming the light path for the right eye into the prism. A left exit surface that emits a light beam in the left-eye optical path to the outside of the prism, and at least a light beam that is disposed on the optical path between the entrance surface and the left exit surface and reflects the left-eye optical path in the prism. Three or more left-side reflecting surfaces, a right-side exit surface for emitting the light beam of the right-eye optical path out of the prism, and a light beam for the right-eye optical path that is disposed on the optical path between the incident surface and the right-side exit surface. And at least three or more right-side reflecting surfaces reflecting in the prism,
A first plane including an axial principal ray passing through at least three or more left reflecting surfaces and a second plane including an axial principal ray passing through the at least three or more right reflecting faces are substantially in the same plane. Desirably, it is configured to be formed. With this arrangement, the images projected to the left and right eyes do not become images rotated left and right in opposite directions, so that good images can be observed.
【0039】そして、入射面に対して前記左眼用光路上
最も近い位置に配置された反射面と、入射面に対して右
眼用光路上最も近い位置に配置された反射面とが、共に
画像表示素子と入射面の双方に対して対向するように隣
接配置されているようにすることができる。The reflecting surface arranged closest to the incident surface on the optical path for the left eye and the reflecting surface arranged closest to the incident surface on the optical path for the right eye are both The image display device and the incident surface can be arranged adjacent to each other so as to be opposed to each other.
【0040】この場合に、光路振り分けプリズムが、入
射面に対して光路上最も近い位置に配置された左右の反
射面の境界部分を含む領域に対して、画像表示素子の中
心領域から垂直に放射された光線がゴースト光として反
射しないように反射防止部材を設けることが望ましい。In this case, the optical path distributing prism vertically radiates light from the central area of the image display element to the area including the boundary between the left and right reflecting surfaces disposed closest to the light path with respect to the incident surface. It is desirable to provide an anti-reflection member so that the reflected light is not reflected as ghost light.
【0041】また、画像表示素子と光路振り分け部との
間に、その1枚の画像表示素子の少なくとも中央部分に
位置する各画素から放射される所定の射出角度を持った
画像光束の光強度を各画素面の垂直方向に放射される光
束強度より強くするような振り分け光増強部材を配置す
ることが望ましい。Further, between the image display element and the optical path allocating section, the light intensity of the image light flux having a predetermined emission angle emitted from each pixel located at least in the central portion of the one image display element is determined. It is desirable to dispose a sorting light enhancing member that makes the intensity of the light beam emitted in the vertical direction of each pixel surface stronger.
【0042】観察光学系を光路振り分けプリズムと左右
の接眼プリズムで構成する場合、後記の実施例のよう
に、左接眼プリズムと右接眼プリズムが共に、光路振り
分けプリズム側から順に、入射面と第1反射面と第2反
射面と射出面とからなり、第1反射面と射出面は同一面
からなり、第1反射面はその面での全反射による反射面
であるように構成することができる。In the case where the observation optical system is composed of an optical path distributing prism and left and right eyepiece prisms, both the left eyepiece prism and the right eyepiece prism are arranged in order from the optical path distributing prism side as shown in the embodiment described later. The reflecting surface, the second reflecting surface, and the emitting surface can be configured such that the first reflecting surface and the emitting surface are the same surface, and the first reflecting surface is a reflecting surface by total reflection on the surface. .
【0043】その場合、左側接眼プリズムと右接眼プリ
ズムの入射面を、偏心収差を補正する回転非対称な曲面
形状にて構成することができ、その回転非対称な曲面
を、唯一対称面を1面のみの備えた自由曲面にて構成す
ることができる。In this case, the entrance surfaces of the left eyepiece prism and the right eyepiece prism can be formed in a rotationally asymmetric curved surface shape for correcting eccentric aberration, and the rotationally asymmetric curved surface has only one symmetric surface. It can be composed of a free-form surface provided with
【0044】また、左側接眼プリズムと右接眼プリズム
の第2反射面を、偏心収差を補正する回転非対称な曲面
形状にて構成することができ、その回転非対称な曲面
を、唯一対称面を1面のみの備えた自由曲面にて構成す
ることができる。Further, the second reflecting surfaces of the left eyepiece prism and the right eyepiece prism can be formed in a rotationally asymmetric curved surface shape for correcting eccentric aberration, and the rotationally asymmetric curved surface has only one symmetric surface. It can be composed of a free-form surface having only
【0045】また、観察光学系は、右側光路中に画像表
示素子の表示した像の右眼用リレー像を形成し、かつ、
左側光路中に前記画像表示素子の表示した像の左眼用リ
レー像を形成するように構成することが望ましい。The observation optical system forms a relay image for the right eye of the image displayed by the image display element in the right optical path, and
It is preferable that a left-eye relay image of the image displayed by the image display element is formed in the left optical path.
【0046】また、画像表示素子の少なくとも中央部分
に位置する各画素から観察者の眼球に導かれる左右の光
束の軸上主光線間のなす角度をθとしたときに、以下の
条件式を満足することが望ましい。When the angle between the axial principal rays of the left and right light beams guided to the observer's eyeball from each pixel located at least in the central portion of the image display element is θ, the following conditional expression is satisfied: It is desirable to do.
【0047】 20°<θ<150° ・・・(1) この条件式は、両眼に適切に画像光束を分離するための
条件式であり、下限の20°を越えると、左右の光学
面、特に、画像表示素子に最も近い位置に配置された光
路振り分け部の左右の第1反射面の有効径が重なってし
まい、その有効径を確保するためには光学系を大きくし
なければならなくなり、頭部又は顔面装着式画像表示装
置の光学系に適さないものとなってしまう。逆に、上限
の150°を越えると、非常に視野角特性の広い画像表
示素子が必要になると同時に、画像光束の立体角が小さ
くなり、結果として明るい画像を観察することができな
くなる。この角度θはさらに下記の条件式を満足すると
さらに好ましい。20 ° <θ <150 ° (1) This conditional expression is a conditional expression for appropriately separating the image luminous flux for both eyes. In particular, the effective diameters of the left and right first reflection surfaces of the optical path allocating unit arranged closest to the image display element overlap, and the optical system must be enlarged in order to secure the effective diameter. This is not suitable for the optical system of the head or face-mounted image display device. Conversely, if the upper limit of 150 ° is exceeded, an image display device having a very wide viewing angle characteristic is required, and at the same time, the solid angle of the image light beam becomes small, so that a bright image cannot be observed. This angle θ more preferably satisfies the following conditional expression.
【0048】 25°<θ<120° ・・・(1−1) また、上記のような画像表示装置は、その画像表示素子
に代えて撮像素子を配置し、瞳を被写体からの光束の通
過する入射瞳として構成し、被写体の像を撮像素子上に
形成する撮像装置として用いることもできる。25 ° <θ <120 ° (1-1) In the image display device as described above, an image sensor is arranged in place of the image display device, and the pupil passes through the luminous flux from the subject. It can also be used as an imaging device that is configured as an entrance pupil that forms an image of a subject on an imaging element.
【0049】さらには、画像表示素子に代えて投影物体
を配置し、瞳の前方にスクリーンが配置して、投影物体
の投影像をスクリーン上に形成する投影装置として用い
ることもできる。Further, a projection object may be arranged in place of the image display element, and a screen may be arranged in front of the pupil, and the projection device may be used as a projection device for forming a projection image of the projection object on the screen.
【0050】[0050]
【発明の実施の形態】以下、本発明の3次元偏心光路を
備えた画像表示装置を実施例に基づいて説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an image display device having a three-dimensional eccentric optical path according to the present invention will be described based on embodiments.
【0051】以下の実施例の座標の取り方は、観察者の
視軸方向(正面方向)をZ軸、水平方向をX軸、垂直方
向をY軸としている。In the following examples, the coordinates are taken in such a manner that the visual axis direction (front direction) of the observer is the Z axis, the horizontal direction is the X axis, and the vertical direction is the Y axis.
【0052】後記する各実施例の数値データにおいて
は、右眼用の観察光学系について示してあり、右眼用の
瞳1Rからの画像表示素子(像面)3に至る逆光線追跡
のデータで示してある。左眼用の観察光学系について
は、数値データは省いてあるが、両眼を結ぶ直線の中心
を通る対称面に対して面対称の関係である。なお、以下
の構成の説明もその逆光線追跡の順で説明する。In the numerical data of each embodiment described later, the observation optical system for the right eye is shown, and is shown by the data of the back ray tracing from the pupil 1R for the right eye to the image display element (image plane) 3. It is. Regarding the observation optical system for the left eye, although numerical data is omitted, it has a plane-symmetric relationship with respect to a symmetry plane passing through the center of a straight line connecting both eyes. The following configuration will be described in the reverse ray tracing order.
【0053】図1に実施例1の画像表示装置の光学系の
主として右眼用部分の光学面と光路を示す図を示す。図
中、(a)はX軸負方向から見た右眼用光路の側面図、
(b)はZ軸負方向から見た右眼用光路の裏面図、
(c)はY軸正方向から見た右眼用光路の平面図であ
る。また、図2に実施例1の画像表示装置のY軸正方向
から見た両眼用光路の平面図を示す。左右の光学面と軸
上主光線と瞳を区別するのに、符号の後に“L”と
“R”を付与する。また、後記の数値データの説明との
整合性をとるために、符号をとる順は逆光線追跡に基づ
いている。他の実施例においても同じ。FIG. 1 is a diagram showing mainly the optical surface and optical path of the right eye portion of the optical system of the image display apparatus according to the first embodiment. In the figure, (a) is a side view of the optical path for the right eye viewed from the negative direction of the X axis,
(B) is a rear view of the optical path for the right eye viewed from the negative direction of the Z axis,
(C) is a plan view of the optical path for the right eye as viewed from the Y-axis positive direction. FIG. 2 is a plan view of the binocular optical path of the image display device according to the first embodiment viewed from the positive direction of the Y axis. “L” and “R” are given after the reference numerals to distinguish the left and right optical surfaces, the axial chief ray, and the pupil. Also, in order to ensure consistency with the description of the numerical data described below, the order of signing is based on reverse ray tracing. The same applies to other embodiments.
【0054】この実施例の観察光学系は、頭部装着式画
像表示装置として構成する場合に、観察者の右眼の瞳が
位置すべき瞳1Rから出た逆光線追跡の軸上主光線(光
軸)2Rは、右眼用接眼プリズム10Rの第11面11
Rで屈折されて接眼プリズム10R内に入り、第12面
12Rで内部反射され、第11面11Rが兼ねる第13
面13Rに臨界角を越える角度で入射して全反射され、
第14面14Rで屈折されて右眼用接眼プリズム10R
から出て、光路振り分けプリズム20の右眼用第21面
21Rで屈折されて光路振り分けプリズム20内に入
り、右眼用第22面22Rで内部反射され、第23面2
3Rで内部反射され、第24面24Rで内部反射され、
左右の眼共用の第25面25で屈折されて光路振り分け
プリズム20から出て、画像表示素子3に至る。左眼用
の観察光学系については、左右両眼EL、ERを結ぶ直
線の中心を通る対称面に対して面対称の関係にあるの
で、上記と同様になる。ただし、符号の後の“R”の代
わりに“L”が付く。以下の説明においては、特に必要
がない限り符号の後の“R”と“L”は省く。When the observation optical system of this embodiment is configured as a head-mounted image display device, an axial chief ray (light beam) for backward ray tracing, which is emitted from the pupil 1R where the pupil of the observer's right eye should be located. Axis) 2R is the eleventh surface 11 of the right eyepiece prism 10R.
R is refracted by R, enters the eyepiece prism 10R, is internally reflected by the twelfth surface 12R, and is combined with the eleventh surface 11R.
It is incident on the surface 13R at an angle exceeding the critical angle and is totally reflected,
Right eyepiece prism 10R refracted by 14th surface 14R
Out of the optical path distributing prism 20, the light is refracted by the 21st surface 21R for the right eye, enters the optical path distributing prism 20, is internally reflected by the 22nd surface 22R for the right eye, and is reflected by the 23rd surface 2R.
Internally reflected at 3R, internally reflected at 24th surface 24R,
The light is refracted by the 25th surface 25 shared by the left and right eyes, exits from the optical path distribution prism 20, and reaches the image display element 3. The observation optical system for the left eye is similar to the above because it has a plane-symmetric relationship with respect to a symmetry plane passing through the center of a straight line connecting the left and right eyes EL and ER. However, "L" is added instead of "R" after the sign. In the following description, "R" and "L" after the sign are omitted unless otherwise required.
【0055】この実施例において、接眼プリズム10は
Y−Z面内で偏心する2次元偏心構成であり、光路振り
分けプリズム20はその第21面21に入射する軸上主
光線と第25面から射出する軸上主光線を含む平面内で
偏心する2次元偏心構成であり、光路振り分けプリズム
20の左右の光軸はその同じ平面内に含まれる。ただ
し、接眼プリズム10の面が偏心している平面と光路振
り分けプリズム20の面が偏心している平面とは直交し
ており、全体の観察光学系は3次元偏心していることに
なる。実施例2、3も同様。In this embodiment, the eyepiece prism 10 has a two-dimensional eccentric configuration decentered in the YZ plane, and the optical path distribution prism 20 has an axial principal ray incident on its 21st surface 21 and an exit from the 25th surface. The two-dimensional eccentric configuration is decentered in a plane including the on-axis principal ray, and the left and right optical axes of the optical path distribution prism 20 are included in the same plane. However, the plane in which the surface of the eyepiece prism 10 is decentered is orthogonal to the plane in which the surface of the optical path distribution prism 20 is decentered, and the entire observation optical system is three-dimensionally decentered. The same applies to the second and third embodiments.
【0056】この実施例において、画像表示素子3が1
枚で両眼視できるため、コストが非常に安くなる。ま
た、後記の数値データから明らかなように、接眼プリズ
ム10の第11面11以外は回転非対称の自由曲面を用
いているため、良好に収差補正ができる。また、ハーフ
ミラーを使用していないため、明るい画像が観察でき
る。さらに、左右の光路各々で反射面を5面使用し、さ
らに、中間像(リレー像)を光路振り分けプリズム20
の第21面21近傍に形成させることで、要求される短
い焦点距離(広画角) の観察光学系でもバックフォーカ
スの確保が可能となり、広画角の観察光学系が可能とな
ると共に、画像表示素子の高精細化に伴う高性能な観察
光学系が提供できる。In this embodiment, when the image display element 3 is 1
The cost is very low because binocular vision is possible with a single sheet. Further, as is apparent from the numerical data described later, since a rotationally asymmetric free-form surface is used except for the eleventh surface 11 of the eyepiece prism 10, the aberration can be favorably corrected. Since a half mirror is not used, a bright image can be observed. Further, five reflecting surfaces are used in each of the left and right optical paths, and further, an intermediate image (relay image) is allocated to the optical path distribution prism 20.
In the vicinity of the twenty-first surface 21, the back focus can be ensured even with the observation optical system having a required short focal length (wide angle of view), and the observation optical system with a wide angle of view can be obtained. It is possible to provide a high-performance observation optical system that accompanies higher definition of a display element.
【0057】また、接眼プリズム10の偏心方向が上下
方向(Y−Z面)であるため、単板両眼視の表示装置で
ありながら非常に広い画角が確保できる。Further, since the eccentric direction of the eyepiece prism 10 is the vertical direction (YZ plane), an extremely wide angle of view can be ensured in a single-panel binocular display device.
【0058】さらに、観察光学系が3次元光路になって
いるため、光路長を長くとることができ、各面のパワー
を弱く設定することができる。そのため、高性能でかつ
製造公差を緩くすることが可能となる。Further, since the observation optical system has a three-dimensional optical path, the optical path length can be increased, and the power of each surface can be set to be weak. Therefore, it is possible to achieve high performance and loose manufacturing tolerances.
【0059】また、この実施例では、光路振り分けプリ
ズム20に全反射面を用いていないため、各面のパワー
を適切に配分でき、偏心収差を良好に補正することが可
能である。Further, in this embodiment, since the total reflection surface is not used for the optical path distribution prism 20, the power of each surface can be appropriately distributed, and the eccentric aberration can be corrected well.
【0060】図3に実施例2の画像表示装置の光学系の
主として右眼用部分の光学面と光路を示す図を示す。図
中、(a)はX軸負方向から見た右眼用光路の側面図、
(b)はZ軸負方向から見た右眼用光路の裏面図、
(c)はY軸正方向から見た右眼用光路の平面図であ
る。また、図4に実施例2の画像表示装置のY軸正方向
から見た両眼用光路の平面図を示す。FIG. 3 is a diagram showing mainly the optical surface and optical path of the right eye portion of the optical system of the image display apparatus according to the second embodiment. In the figure, (a) is a side view of the optical path for the right eye viewed from the negative direction of the X axis,
(B) is a rear view of the optical path for the right eye viewed from the negative direction of the Z axis,
(C) is a plan view of the optical path for the right eye as viewed from the Y-axis positive direction. FIG. 4 is a plan view of the binocular optical path of the image display device according to the second embodiment as viewed from the Y-axis positive direction.
【0061】この実施例の観察光学系は、頭部装着式画
像表示装置として構成する場合に、観察者の右(左)眼
の瞳が位置すべき瞳1R(L)から出た逆光線追跡の軸
上主光線(光軸)2R(L)は、右(左)眼用接眼プリ
ズム10R(L)の第11面11R(L)で屈折されて
接眼プリズム10R(L)内に入り、第12面12R
(L)で内部反射され、第11面11R(L)が兼ねる
第13面13R(L)に臨界角を越える角度で入射して
全反射され、第14面14R(L)で屈折されて右眼用
接眼プリズム10R(L)から出て、光路振り分けプリ
ズム20の右(左)眼用第21面21R(L)で屈折さ
れて光路振り分けプリズム20内に入り、右(左)眼用
第22面22R(L)で内部反射され、第23面23R
(L)で内部反射され、第24面24R(L)で内部反
射され、左右の眼共用の第25面25で屈折されて光路
振り分けプリズム20から出て、画像表示素子3に至
る。When the observation optical system of this embodiment is configured as a head-mounted image display device, when the observer's right (left) eye pupil is located at the pupil 1R (L) where the pupil of the right (left) eye should be located, it is used to trace back rays. The axial principal ray (optical axis) 2R (L) is refracted by the eleventh surface 11R (L) of the right (left) eyepiece prism 10R (L), enters the eyepiece prism 10R (L), and enters the twelfth lens. Surface 12R
(L), the light is internally reflected, enters the thirteenth surface 13R (L) also serving as the eleventh surface 11R (L) at an angle exceeding the critical angle, is totally reflected, is refracted by the fourteenth surface 14R (L), and The light exits from the eyepiece prism 10R (L), is refracted by the right (left) eye 21st surface 21R (L) of the optical path sorting prism 20, enters the optical path sorting prism 20, and enters the right (left) eye 22nd. The surface is internally reflected by the surface 22R (L), and the 23rd surface 23R
The light is internally reflected at (L), internally reflected at the 24th surface 24R (L), refracted by the 25th surface 25 shared by the left and right eyes, exits the optical path sorting prism 20, and reaches the image display element 3.
【0062】この実施例においても、接眼プリズム10
はY−Z面内で偏心する2次元偏心構成であり、光路振
り分けプリズム20はその第21面21に入射する軸上
主光線と第25面から射出する軸上主光線を含む平面内
で偏心する2次元偏心構成であり、光路振り分けプリズ
ム20の左右の光軸はその同じ平面内に含まれる。ただ
し、接眼プリズム10の面が偏心している平面と光路振
り分けプリズム20の面が偏心している平面とは直交し
ており、全体の観察光学系は3次元偏心していることに
なる。Also in this embodiment, the eyepiece prism 10
Is a two-dimensional eccentric configuration decentered in the YZ plane, and the optical path distribution prism 20 is decentered in a plane including the axial principal ray incident on the 21st surface 21 and the axial principal ray emitted from the 25th surface. The left and right optical axes of the optical path distribution prism 20 are included in the same plane. However, the plane in which the surface of the eyepiece prism 10 is decentered is orthogonal to the plane in which the surface of the optical path distribution prism 20 is decentered, and the entire observation optical system is three-dimensionally decentered.
【0063】この実施例において、画像表示素子3が1
枚で両眼視できるため、コストが非常に安くなる。ま
た、後記の数値データから明らかなように、接眼プリズ
ム10の第11面11以外は回転非対称の自由曲面を用
いているため、良好に収差補正ができる。また、ハーフ
ミラーを使用していないため、明るい画像が観察でき
る。さらに、左右の光路各々で反射面を5面使用し、さ
らに、中間像(リレー像)を光路振り分けプリズム20
の第21面21近傍に形成させることで、要求される短
い焦点距離(広画角) の観察光学系でもバックフォーカ
スの確保が可能となり、広画角の観察光学系が可能とな
ると共に、画像表示素子の高精細化に伴う高性能な観察
光学系が提供できる。In this embodiment, the image display element 3 is 1
The cost is very low because binocular vision is possible with a single sheet. Further, as is apparent from the numerical data described later, since a rotationally asymmetric free-form surface is used except for the eleventh surface 11 of the eyepiece prism 10, the aberration can be favorably corrected. Since a half mirror is not used, a bright image can be observed. Further, five reflecting surfaces are used in each of the left and right optical paths, and further, an intermediate image (relay image) is allocated to the optical path distribution prism 20.
In the vicinity of the twenty-first surface 21, the back focus can be ensured even with the observation optical system having a required short focal length (wide angle of view), and the observation optical system with a wide angle of view can be obtained. It is possible to provide a high-performance observation optical system that accompanies higher definition of a display element.
【0064】また、接眼プリズム10の偏心方向が上下
方向(Y−Z面)であるため、単板両眼視の表示装置で
ありながら非常に広い画角が確保できる。Further, since the eccentric direction of the eyepiece prism 10 is in the vertical direction (YZ plane), a very wide angle of view can be ensured in a single-panel binocular display device.
【0065】さらに、観察光学系が3次元光路になって
いるため、光路長を長くとることができ、各面のパワー
を弱く設定することができる。そのため、高性能でかつ
製造公差を緩くすることが可能となる。Further, since the observation optical system has a three-dimensional optical path, the optical path length can be increased, and the power of each surface can be set weak. Therefore, it is possible to achieve high performance and loose manufacturing tolerances.
【0066】また、この実施例では、光路振り分けプリ
ズム20に全反射面を用いていないため、各面のパワー
を適切に配分でき、偏心収差を良好に補正することが可
能である。In this embodiment, since the optical path allocating prism 20 does not use a total reflection surface, the power of each surface can be appropriately distributed, and eccentric aberration can be corrected well.
【0067】この実施例2と実施例1とは、第24面2
4R(L)の位置を変えただけの違いであり、図4中の
右眼用光路において観察者の眼輻中心より右側(実施例
1では左側)に配置することで、光路振り分けプリズム
20を小さくすることができる点にメリットがある。The second embodiment and the first embodiment are different from the 24th surface 2
4R (L) is only changed, and by arranging it on the right side (left side in the first embodiment) of the eye radiation center of the observer in the optical path for the right eye in FIG. There is an advantage in that it can be made smaller.
【0068】図5に実施例3の画像表示装置の光学系の
主として右眼用部分の光学面と光路を示す図を示す。図
中、(a)はX軸負方向から見た右眼用光路の側面図、
(b)はZ軸負方向から見た右眼用光路の裏面図、
(c)はY軸正方向から見た右眼用光路の平面図であ
る。また、図5に実施例3の画像表示装置のY軸正方向
から見た両眼用光路の平面図を示す。FIG. 5 is a diagram showing mainly the optical surface and optical path of the right eye portion of the optical system of the image display apparatus according to the third embodiment. In the figure, (a) is a side view of the optical path for the right eye viewed from the negative direction of the X axis,
(B) is a rear view of the optical path for the right eye viewed from the negative direction of the Z axis,
(C) is a plan view of the optical path for the right eye as viewed from the Y-axis positive direction. FIG. 5 is a plan view of the binocular optical path of the image display device according to the third embodiment viewed from the positive direction of the Y axis.
【0069】この実施例の観察光学系は、頭部装着式画
像表示装置として構成する場合に、観察者の右(左)眼
の瞳が位置すべき瞳1R(L)から出た逆光線追跡の軸
上主光線(光軸)2R(L)は、右(左)眼用接眼プリ
ズム10R(L)の第11面11R(L)で屈折されて
接眼プリズム10R(L)内に入り、第12面12R
(L)で内部反射され、第11面11R(L)が兼ねる
第13面13R(L)に臨界角を越える角度で入射して
全反射され、第14面14R(L)で屈折されて右眼用
接眼プリズム10R(L)から出て、光路振り分けプリ
ズム20の右(左)眼用第21面21R(L)で屈折さ
れて光路振り分けプリズム20内に入り、右(左)眼用
第22面22R(L)で内部反射され、第21面21R
(L)が兼ねる第23面23R(L)に臨界角を越える
角度で入射して全反射され、第24面24R(L)で内
部反射され、左右の眼共用の第25面25で屈折されて
光路振り分けプリズム20から出て、画像表示素子3に
至る。When the observation optical system of this embodiment is configured as a head-mounted image display device, when the observer's right (left) eye pupil is located at the pupil 1R (L) where the pupil of the right (left) eye should be located, the ray tracing is performed. The axial principal ray (optical axis) 2R (L) is refracted by the eleventh surface 11R (L) of the right (left) eyepiece prism 10R (L), enters the eyepiece prism 10R (L), and enters the twelfth lens. Surface 12R
(L), the light is internally reflected, enters the thirteenth surface 13R (L) also serving as the eleventh surface 11R (L) at an angle exceeding the critical angle, is totally reflected, is refracted by the fourteenth surface 14R (L), and The light exits from the eyepiece prism 10R (L), is refracted by the right (left) eye 21st surface 21R (L) of the optical path sorting prism 20, enters the optical path sorting prism 20, and enters the right (left) eye 22nd. The surface is internally reflected by the surface 22R (L), and the 21st surface 21R
(L) is incident on the 23rd surface 23R (L) also serving as an angle exceeding the critical angle, is totally reflected, is internally reflected by the 24th surface 24R (L), and is refracted by the 25th surface 25 shared by the left and right eyes. The light exits from the optical path sorting prism 20 and reaches the image display element 3.
【0070】この実施例においても、接眼プリズム10
はY−Z面内で偏心する2次元偏心構成であり、光路振
り分けプリズム20はその第21面21に入射する軸上
主光線と第25面から射出する軸上主光線を含む平面内
で偏心する2次元偏心構成であり、光路振り分けプリズ
ム20の左右の光軸はその同じ平面内に含まれる。ただ
し、接眼プリズム10の面が偏心している平面と光路振
り分けプリズム20の面が偏心している平面とは直交し
ており、全体の観察光学系は3次元偏心していることに
なる。Also in this embodiment, the eyepiece prism 10
Is a two-dimensional eccentric configuration decentered in the YZ plane, and the optical path distribution prism 20 is decentered in a plane including the axial principal ray incident on the 21st surface 21 and the axial principal ray emitted from the 25th surface. The left and right optical axes of the optical path distribution prism 20 are included in the same plane. However, the plane in which the surface of the eyepiece prism 10 is decentered is orthogonal to the plane in which the surface of the optical path distribution prism 20 is decentered, and the entire observation optical system is three-dimensionally decentered.
【0071】この実施例において、画像表示素子3が1
枚で両眼視できるため、コストが非常に安くなる。ま
た、後記の数値データから明らかなように、接眼プリズ
ム10の第11面11以外は回転非対称の自由曲面を用
いているため、良好に収差補正ができる。また、ハーフ
ミラーを使用していないため、明るい画像が観察でき
る。さらに、左右の光路各々で反射面を5面使用し、さ
らに、中間像(リレー像)を光路振り分けプリズム20
の第21面21近傍に形成させることで、要求される短
い焦点距離(広画角) の観察光学系でもバックフォーカ
スの確保が可能となり、広画角の観察光学系が可能とな
ると共に、画像表示素子の高精細化に伴う高性能な観察
光学系が提供できる。In this embodiment, the image display element 3 is 1
The cost is very low because binocular vision is possible with a single sheet. Further, as is apparent from the numerical data described later, since a rotationally asymmetric free-form surface is used except for the eleventh surface 11 of the eyepiece prism 10, the aberration can be favorably corrected. Since a half mirror is not used, a bright image can be observed. Further, five reflecting surfaces are used in each of the left and right optical paths, and further, an intermediate image (relay image) is allocated to the optical path distribution prism 20.
In the vicinity of the twenty-first surface 21, the back focus can be ensured even with the observation optical system having a required short focal length (wide angle of view), and the observation optical system with a wide angle of view can be obtained. It is possible to provide a high-performance observation optical system that accompanies higher definition of a display element.
【0072】また、接眼プリズム10の偏心方向が上下
方向(Y−Z面)であるため、単板両眼視の表示装置で
ありながら非常に広い画角が確保できる。Further, since the eccentric direction of the eyepiece prism 10 is in the vertical direction (YZ plane), a very wide angle of view can be ensured in spite of the single-panel binocular display device.
【0073】さらに、観察光学系が3次元光路になって
いるため、光路長を長くとることができ、各面のパワー
を弱く設定することができる。そのため、高性能でかつ
製造公差を緩くすることが可能となる。Further, since the observation optical system has a three-dimensional optical path, the optical path length can be increased, and the power of each surface can be set weak. Therefore, it is possible to achieve high performance and loose manufacturing tolerances.
【0074】また、この実施例では、光路振り分けプリ
ズム20の屈折面の第21面21R(L)と全反射面の
第23面23R(L)の兼用面を用いて光路を折り畳ん
でいるため、Y方向(観察者の上下方向) をより小さく
することが可能となる。In this embodiment, the optical path is folded by using the dual surface of the 21st surface 21R (L) of the refraction surface and the 23rd surface 23R (L) of the total reflection surface of the optical path distribution prism 20. It is possible to make the Y direction (the vertical direction of the observer) smaller.
【0075】なお、実施例1〜3は全て光路振り分けプ
リズム20を用いて構成しているが、この変形として接
眼プリズム10からでた光線をミラーで1回同様に反射
させ、その後に光路振り分けプリズム20を用いるよう
にしてもよい。このように構成すると、光路振り分けプ
リズム20が小さくなり、装置の軽量化が可能となる。In all of the first to third embodiments, the light path distributing prism 20 is used. However, as a modification, the light beam emitted from the eyepiece prism 10 is similarly reflected once by a mirror, and thereafter the light path distributing prism 20 is used. 20 may be used. With this configuration, the size of the optical path sorting prism 20 is reduced, and the weight of the apparatus can be reduced.
【0076】次に、上記実施例1〜3の構成パラメータ
を示す。各実施例の構成パラメータにおいては、例えば
図1に示すように、逆光線追跡で、軸上主光線2を、光
学系の射出瞳1の中心を垂直に通り、画像表示素子3中
心に至る光線で定義する。そして、逆光線追跡におい
て、瞳1の中心を偏心光学系の偏心光学面の原点とし
て、軸上主光線2に沿う方向をZ軸方向とし、瞳1から
第11面11に向かう方向をZ軸正方向とし、接眼プリ
ズム10内で光軸が折り曲げられる平面をY−Z平面と
し、原点を通りY−Z平面に直交し、水平方向の右から
左へ向かう方向をX軸正方向とし、X軸、Z軸と右手直
交座標系を構成する軸をY軸とする。したがって、垂直
方向の下から上へ向かう方向がY軸正方向となる。Next, the configuration parameters of the first to third embodiments will be described. In the configuration parameters of each embodiment, for example, as shown in FIG. 1, in the reverse ray tracing, the axial principal ray 2 passes through the center of the exit pupil 1 of the optical system vertically and reaches the center of the image display element 3. Define. In the reverse ray tracing, the center of the pupil 1 is defined as the origin of the decentered optical surface of the decentered optical system, the direction along the axial principal ray 2 is defined as the Z-axis direction, and the direction from the pupil 1 toward the eleventh surface 11 is defined as the positive Z-axis. A plane in which the optical axis is bent in the eyepiece prism 10 is a YZ plane, a direction perpendicular to the YZ plane through the origin, and a direction from right to left in the horizontal direction is an X-axis positive direction, and an X-axis , The axis constituting the right-handed rectangular coordinate system with the Z axis is the Y axis. Therefore, the direction from the bottom to the top in the vertical direction is the Y-axis positive direction.
【0077】偏心面については、光学系の原点の中心か
らその面の面頂位置の偏心量(X軸方向、Y軸方向、Z
軸方向をそれぞれX,Y,Z)と、その面の中心軸(自
由曲面については、前記(a)式のZ軸、非球面につい
ては、後記の(d)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。その場合、αとβの正はそれぞれ
の軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はZ軸の正
方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸の
α,β,γの回転のさせ方は、面の中心軸とそのXYZ
直交座標系を、まずX軸の回りで反時計回りにα回転さ
せ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のY
軸の回りで反時計回りにβ回転させると共に1度回転し
た座標系もY軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次い
で、その2度回転した面の中心軸を新たな座標系の新た
な座標系のZ軸の回りで時計回りにγ回転させるもので
ある。For the eccentric surface, the amount of eccentricity from the center of the origin of the optical system to the top of the surface (X-axis direction, Y-axis direction, Z-axis direction)
The axial directions are X, Y, and Z, respectively, and the X-axis of the center axis of the surface (for a free-form surface, the Z-axis of the formula (a), and for an aspheric surface, the Z-axis of the formula (d) described later) , Y-axis, and Z-axis tilt angles (α, β, γ (°), respectively)
And is given. In this case, the positive α and β mean counterclockwise with respect to the positive direction of each axis, and the positive γ means clockwise with respect to the positive direction of the Z axis. The rotation of the center axis of the surface by α, β, γ depends on the center axis of the surface and its XYZ.
The orthogonal coordinate system is first rotated counterclockwise by α around the X axis, and then the center axis of the rotated surface is changed to Y in the new coordinate system.
The coordinate system rotated counterclockwise around the axis by β and rotated once is also rotated counterclockwise around the Y axis by β, and then the center axis of the surface rotated twice is added to the new coordinate system. This is to make a γ rotation clockwise around the Z axis of a simple coordinate system.
【0078】また、各実施例の光学系を構成する光学作
用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成
する場合には面間隔が与えられており、その他、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。Further, among the optical working surfaces constituting the optical system of each embodiment, when a specific surface and a subsequent surface constitute a coaxial optical system, a surface interval is given, and in addition, a medium spacing is given. The refractive index and Abbe number are given according to a conventional method.
【0079】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。Further, 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.
【0080】また、非球面は、以下の定義式で与えられ
る回転対称非球面である。The aspherical surface is a rotationally symmetric aspherical surface given by the following definitional expression.
【0081】 Z=(y2 /R)/[1+{1−(1+K)y2 /R2 }1 /2] +Ay4 +By6 +Cy8 +Dy10+…… ・・・(d) ただし、Zを光の進行方向を正とした光軸(軸上主光
線)とし、yを光軸と垂直な方向にとる。ここで、Rは
近軸曲率半径、Kは円錐定数、A、B、C、D、…はそ
れぞれ4次、6次、8次、10次の非球面係数である。
この定義式のZ軸が回転対称非球面の軸となる。Z = (y 2 / R) / [1+ {1− (1 + K) y 2 / R 2 } 1/2 ] + Ay 4 + By 6 + Cy 8 + Dy 10 +... (D) Is the optical axis (on-axis principal ray) where the traveling direction of light is positive, and y is a direction perpendicular to the optical axis. Here, R is a paraxial radius of curvature, K is a conic constant, and A, B, C, D,... Are fourth-order, sixth-order, eighth-order, and tenth-order aspherical coefficients, respectively.
The Z axis of this definition expression is the axis of the rotationally symmetric aspherical surface.
【0082】なお、データの記載されていない自由曲
面、非球面に関する項は0である。屈折率については、
d線(波長587.56nm)に対するものを表記して
ある。長さの単位はmmである。The term relating to a free-form surface or aspherical surface for which no data is described is zero. Regarding the refractive index,
The values for the d-line (wavelength 587.56 nm) are shown. The unit of the length is mm.
【0083】なお、実施例1〜3は、観察光学系とした
場合に、観察画角は、水平半画角17.5°、垂直半画
角13.3°、瞳径4mmある。In Examples 1 to 3, when the observation optical system is used, the observation angle of view is 17.5 ° in the horizontal half angle of view, 13.3 ° in the vertical half angle of view, and the pupil diameter is 4 mm.
【0084】なお、以下の構成パラメータの表中の“F
FS”は自由曲面、“ASS”は非球面、“RE”は反
射面をそれぞれ示す。Note that “F” in the following configuration parameter table
“FS” indicates a free-form surface, “ASS” indicates an aspherical surface, and “RE” indicates a reflective surface.
【0085】 (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 ∞(瞳) 2 ASS 偏心(1) 1.5254 56.2 3 FFS(RE) 偏心(2) 1.5254 56.2 4 ASS(RE) 偏心(1) 1.5254 56.2 5 FFS 偏心(3) 6 FFS 偏心(4) 1.5254 56.2 7 FFS(RE) 偏心(5) 1.5254 56.2 8 FFS(RE) 偏心(6) 1.5254 56.2 9 FFS(RE) 偏心(7) 1.5254 56.2 10 FFS 偏心(8) 像 面 ∞ 偏心(9) ASS R -165.42 K 0.0000 A -5.2477×10-7 B 5.9890×10-10 FFS C4 -9.0776×10-3 C6 -8.8020×10-3 C8 2.4862×10-5 C10 4.5192×10-5 C11 -1.1138×10-6 C13 -2.2393×10-6 C15 -1.4980×10-6 C17 6.2564×10-9 C19 7.3888×10-8 C21 4.9912×10-8 FFS C4 -2.5220×10-4 C6 -5.6446×10-3 C8 6.9828×10-5 C10 -2.8905×10-5 C11 7.7931×10-6 C13 1.1521×10-5 C17 -5.3841×10-8 C19 -2.0288×10-6 FFS C4 6.1642×10-3 C6 -2.0908×10-2 FFS C4 -1.6314×10-4 C6 -5.1139×10-3 C7 4.6746×10-5 C9 2.2166×10-4 FFS C4 3.1220×10-3 C6 2.5978×10-3 C7 -1.0497×10-5 C9 -3.4853×10-5 FFS C4 -4.5998×10-3 C6 -6.9956×10-3 C7 2.4794×10-5 C9 6.7926×10-6 FFS C4 6.2397×10-3 C6 2.2258×10-2 偏心(1) X 0.00 Y 7.22 Z 27.80 α 18.61 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y 0.84 Z 38.64 α -12.47 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 18.30 Z 32.34 α 85.56 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y 23.38 Z 35.55 α 57.70 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y 32.53 Z 41.33 α 57.70 β 53.86 γ 0.00 偏心(6) X 54.10 Y 47.13 Z 50.57 α 57.70 β 70.96 γ 0.00 偏心(7) X 38.62 Y 66.39 Z 62.74 α 57.70 β 11.88 γ 0.00 偏心(8) X 30.00 Y 30.98 Z 40.35 α 57.70 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) X 30.00 Y 28.40 Z 38.72 α 57.70 β 0.00 γ 0.00 。(Example 1) Surface number Curvature radius Surface distance Eccentricity Refractive index Abbe number Object plane ∞-1000.00 1 ∞ (pupil) 2 ASS Eccentricity (1) 1.5254 56.2 3 FFS (RE) Eccentricity (2) 1.5254 56.2 4 ASS (RE) Eccentricity (1) 1.5254 56.2 5 FFS Eccentricity (3) 6 FFS Eccentricity (4) 1.5254 56.2 7 FFS (RE) Eccentricity (5) 1.5254 56.2 8 FFS (RE) Eccentricity (6) 1.5254 56.2 9 FFS (RE) Eccentricity (7) 1.5254 56.2 10 FFS Eccentricity (8) Image plane ∞ Eccentricity (9) ASS R -165.42 K 0.0000 A -5.2477 × 10 -7 B 5.9890 × 10 -10 FFS C 4 -9.0776 × 10 -3 C 6- 8.8020 × 10 -3 C 8 2.4862 × 10 -5 C 10 4.5 192 × 10 -5 C 11 -1.1138 × 10 -6 C 13 -2.2393 × 10 -6 C 15 -1.4980 × 10 -6 C 17 6.2564 × 10 -9 C 19 7.3888 × 10 -8 C 21 4.9912 × 10 -8 FFS C 4 -2.5 220 × 10 -4 C 6 -5.6 446 × 10 -3 C 8 6.9 828 × 10 -5 C 10 -2.8905 × 10 -5 C 11 7.7931 × 10 -6 C 13 1.1521 × 10 -5 C 17 -5.3841 × 10 -8 C 19 -2.0288 × 10 -6 FFS C 4 6.1642 10 -3 C 6 -2.0908 × 10 -2 FFS C 4 -1.6314 × 10 -4 C 6 -5.1139 × 10 -3 C 7 4.6746 × 10 -5 C 9 2.2166 × 10 -4 FFS C 4 3.1220 × 10 -3 C 6 2.5978 × 10 -3 C 7 -1.0497 × 10 -5 C 9 -3.4853 × 10 -5 FFS C 4 -4.5998 × 10 -3 C 6 -6.9956 × 10 -3 C 7 2.4794 × 10 -5 C 9 6.7926 × 10 -6 FFS C 4 6.2397 × 10 -3 C 6 2.2258 × 10 -2 Eccentricity (1) X 0.00 Y 7.22 Z 27.80 α 18.61 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (2) X 0.00 Y 0.84 Z 38.64 α -12.47 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (3) X 0.00 Y 18.30 Z 32.34 α 85.56 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (4) X 0.00 Y 23.38 Z 35.55 α 57.70 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (5) X 0.00 Y 32.53 Z 41.33 α 57.70 β 53.86 γ 0.00 Eccentricity (6) X 54.10 Y 47.13 Z 50.57 α 57.70 β 70.96 γ 0.00 Eccentricity (7) X 38.62 Y 66.39 Z 62.74 α 57.70 β 11.88 γ 0.00 Eccentricity (8) X 30.00 Y 30.98 Z 40.35 α 57.70 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity 9) X 30.00 Y 28.40 Z 38.72 α 57.70 β 0.00 γ 0.00.
【0086】 (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 ∞(瞳) 2 ASS 偏心(1) 1.5254 56.2 3 FFS(RE) 偏心(2) 1.5254 56.2 4 ASS(RE) 偏心(1) 1.5254 56.2 5 FFS 偏心(3) 6 FFS 偏心(4) 1.5254 56.2 7 FFS(RE) 偏心(5) 1.5254 56.2 8 FFS(RE) 偏心(6) 1.5254 56.2 9 FFS(RE) 偏心(7) 1.5254 56.2 10 FFS 偏心(8) 像 面 ∞ 偏心(9) ASS R -165.42 K 0.0000 A -5.2477×10-7 B 5.9890×10-10 FFS C4 -9.0776×10-3 C6 -8.8020×10-3 C8 2.4862×10-5 C10 4.5192×10-5 C11 -1.1138×10-6 C13 -2.2393×10-6 C15 -1.4980×10-6 C17 6.2564×10-9 C19 7.3888×10-8 C21 4.9912×10-8 FFS C4 -2.5220×10-4 C6 -5.6446×10-3 C8 6.9828×10-5 C10 -2.8905×10-5 C11 7.7931×10-6 C13 1.1521×10-5 C17 -5.3841×10-8 C19 -2.0288×10-6 FFS C4 -1.1136×10-2 C6 -1.4190×10-2 FFS C4 -8.9818×10-4 C6 -6.4965×10-3 C7 7.8485×10-6 C9 8.5865×10-5 FFS C4 3.7511×10-3 C6 3.1246×10-3 C7 -1.4474×10-6 C9 -1.4795×10-5 FFS C4 -4.1361×10-3 C6 -6.6819×10-3 C7 3.3746×10-5 C9 2.1533×10-5 FFS C4 2.5510×10-3 C6 7.0800×10-3 偏心(1) X 0.00 Y 7.22 Z 27.80 α 18.61 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y 0.84 Z 38.64 α -12.47 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 18.30 Z 32.34 α 85.56 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y 28.35 Z 38.69 α 57.70 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y 37.85 Z 44.70 α 57.70 β 57.67 γ 0.00 偏心(6) X 49.14 Y 57.52 Z 57.13 α 57.70 β 86.25 γ 0.00 偏心(7) X 23.75 Y 71.37 Z 65.89 α 57.70 β 32.78 γ 0.00 偏心(8) X 30.00 Y 39.43 Z 45.70 α 57.70 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) X 30.00 Y 36.96 Z 44.13 α 57.70 β 0.00 γ 0.00 。(Example 2) Surface number Curvature radius Surface distance Eccentricity Refractive index Abbe number Object plane ∞-1000.00 1 ∞ (pupil) 2 ASS Eccentricity (1) 1.5254 56.2 3 FFS (RE) Eccentricity (2) 1.5254 56.2 4 ASS (RE) Eccentricity (1) 1.5254 56.2 5 FFS Eccentricity (3) 6 FFS Eccentricity (4) 1.5254 56.2 7 FFS (RE) Eccentricity (5) 1.5254 56.2 8 FFS (RE) Eccentricity (6) 1.5254 56.2 9 FFS (RE) Eccentricity (7) 1.5254 56.2 10 FFS Eccentricity (8) Image plane ∞ Eccentricity (9) ASS R -165.42 K 0.0000 A -5.2477 × 10 -7 B 5.9890 × 10 -10 FFS C 4 -9.0776 × 10 -3 C 6- 8.8020 × 10 -3 C 8 2.4862 × 10 -5 C 10 4.5 192 × 10 -5 C 11 -1.1138 × 10 -6 C 13 -2.2393 × 10 -6 C 15 -1.4980 × 10 -6 C 17 6.2564 × 10 -9 C 19 7.3888 × 10 -8 C 21 4.9912 × 10 -8 FFS C 4 -2.5 220 × 10 -4 C 6 -5.6 446 × 10 -3 C 8 6.9 828 × 10 -5 C 10 -2.8905 × 10 -5 C 11 7.7931 × 10 -6 C 13 1.1521 × 10 -5 C 17 -5.3841 × 10 -8 C 19 -2.0288 × 10 -6 FFS C 4 -1.1136 × 10 -2 C 6 -1.4190 × 10 -2 FFS C 4 -8.9818 × 10 -4 C 6 -6.4965 × 10 -3 C 7 7.8485 × 10 -6 C 9 8.5865 × 10 -5 FFS C 4 3.7511 × 10 - 3 C 6 3.1246 × 10 -3 C 7 -1.4474 × 10 -6 C 9 -1.4795 × 10 -5 FFS C 4 -4.1361 × 10 -3 C 6 -6.6819 × 10 -3 C 7 3.3746 × 10 -5 C 9 2.1533 × 10 -5 FFS C 4 2.5510 × 10 -3 C 6 7.0 800 × 10 -3 Eccentricity (1) X 0.00 Y 7.22 Z 27.80 α 18.61 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (2) X 0.00 Y 0.84 Z 38.64 α -12.47 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (3) X 0.00 Y 18.30 Z 32.34 α 85.56 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (4) X 0.00 Y 28.35 Z 38.69 α 57.70 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (5) X 0.00 Y 37.85 Z 44.70 α 57.70 β 57.67 γ 0.00 Eccentricity (6) X 49.14 Y 57.52 Z 57.13 α 57.70 β 86.25 γ 0.00 Eccentricity (7) X 23.75 Y 71.37 Z 65.89 α 57.70 β 32.78 γ 0.00 Eccentricity (8) X 30.00 Y 39.43 Z 45.70 α 57.70 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (9) X 30.00 Y 36.96 Z 44.13 α 57.70 β 0.00 γ 0.00.
【0087】 (実施例3) 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 ∞(瞳) 2 ASS 偏心(1) 1.5254 56.2 3 FFS(RE) 偏心(2) 1.5254 56.2 4 ASS(RE) 偏心(1) 1.5254 56.2 5 FFS 偏心(3) 6 ASS 偏心(4) 1.5254 56.2 7 FFS(RE) 偏心(5) 1.5254 56.2 8 ASS(RE) 偏心(4) 1.5254 56.2 9 FFS(RE) 偏心(6) 1.5254 56.2 10 FFS 偏心(7) 像 面 ∞ 偏心(8) ASS R -165.42 K 0.0000 A -5.2477×10-7 B 5.9890×10-10 ASS R 382.62 K 0.0000 A 5.3231×10-6 B -2.0474×10-8 FFS C4 -9.0776×10-3 C6 -8.8020×10-3 C8 2.4862×10-5 C10 4.5192×10-5 C11 -1.1138×10-6 C13 -2.2393×10-6 C15 -1.4980×10-6 C17 6.2564×10-9 C19 7.3888×10-8 C21 4.9912×10-8 FFS C4 -2.5220×10-4 C6 -5.6446×10-3 C8 6.9828×10-5 C10 -2.8905×10-5 C11 7.7931×10-6 C13 1.1521×10-5 C17 -5.3841×10-8 C19 -2.0288×10-6 FFS C4 -9.6972×10-4 C6 -1.2267×10-2 C7 1.6287×10-4 C9 -8.6436×10-4 FFS C4 -1.0906×10-2 C6 -1.4106×10-2 C7 5.2490×10-5 C9 7.0531×10-5 FFS C4 1.7442×10-2 C6 3.6768×10-3 偏心(1) X 0.00 Y 7.22 Z 27.80 α 18.61 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y 0.84 Z 38.64 α -12.47 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y 18.30 Z 32.34 α 85.56 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 11.26 Y 21.18 Z 34.16 α 57.70 β -3.54 γ 0.00 偏心(5) X 0.30 Y 29.41 Z 39.36 α 57.70 β 23.22 γ 0.00 偏心(6) X 38.29 Y 36.90 Z 44.09 α 57.70 β -33.57 γ 0.00 偏心(7) X 32.00 Y 17.98 Z 32.13 α 57.70 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) X 32.00 Y 14.09 Z 29.67 α 57.70 β 0.00 γ 0.00 。(Example 3) Surface number Curvature radius Surface distance Eccentricity Refractive index Abbe number Object plane ∞-1000.00 1 ∞ (pupil) 2 ASS Eccentricity (1) 1.5254 56.2 3 FFS (RE) Eccentricity (2) 1.5254 56.2 4 ASS (RE) Eccentricity (1) 1.5254 56.2 5 FFS Eccentricity (3) 6 ASS Eccentricity (4) 1.5254 56.2 7 FFS (RE) Eccentricity (5) 1.5254 56.2 8 ASS (RE) Eccentricity (4) 1.5254 56.2 9 FFS (RE) Eccentricity (6) 1.5254 56.2 10 FFS Eccentricity (7) Image plane ∞ Eccentricity (8) ASS R -165.42 K 0.0000 A -5.2477 × 10 -7 B 5.9890 × 10 -10 ASS R 382.62 K 0.0000 A 5.3231 × 10 -6 B -2.0474 × 10 -8 FFS C 4 -9.0776 × 10 -3 C 6 -8.8020 × 10 -3 C 8 2.4862 × 10 -5 C 10 4.5 192 × 10 -5 C 11 -1.1138 × 10 -6 C 13 -2.2393 × 10 -6 C 15 -1.4 980 × 10 -6 C 17 6.2564 × 10 -9 C 19 7.3888 × 10 -8 C 21 4.9912 × 10 -8 FFS C 4 -2.5 220 × 10 -4 C 6 -5.6446 × 10 -3 C 8 6.9828 × 10 -5 C 10 -2.8905 × 10 -5 C 11 7.7931 × 10 -6 C 13 1.1521 × 10 - 5 C 17 -5.3841 × 10 -8 C 19 -2.0288 × 10 -6 FFS C 4 -9.6972 × 10 -4 C 6 -1.2267 × 10 -2 C 7 1.6287 × 10 -4 C 9 -8.6436 × 10 -4 FFS C 4 -1.0906 × 10 -2 C 6 -1.4 106 × 10 -2 C 7 5.2490 × 10 -5 C 9 7.0531 × 10 -5 FFS C 4 1.7442 × 10 -2 C 6 3.6768 × 10 -3 Eccentricity (1) X 0.00 Y 7.22 Z 27.80 α 18.61 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (2) X 0.00 Y 0.84 Z 38.64 α -12.47 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (3) X 0.00 Y 18.30 Z 32.34 α 85.56 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (4) X 11.26 Y 21.18 Z 34.16 α 57.70 β -3.54 γ 0.00 Eccentricity (5) X 0.30 Y 29.41 Z 39.36 α 57.70 β 23.22 γ 0.00 Eccentricity (6) X 38.29 Y 36.90 Z 44.09 α 57.70 β -33.57 γ 0.00 Eccentricity (7) X 32.00 Y 17.98 Z 32.13 α 57.70 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (8) X 32.00 Y 14.09 Z 29.67 α 57.70 β 0.00 γ 0.00.
【0088】以上の実施例における前記条件式(1)の
θの値は次の通りである。The value of θ in the conditional expression (1) in the above embodiment is as follows.
【0089】 実施例 θ 1 32.8° 2 25.9° 3 39.8° ところで、本発明の画像表示装置においては、単一の画
像表示素子3から射出されたある程度広がりのある射出
角度の表示光束を左右の光路に分離して光路振り分けプ
リズム20の入射面25(実施例1〜3)に入射させ、
左右の接眼プリズム10L、10Rを通して両眼で観察
可能にするものであるが、図7(a)に示すように、そ
のための左右共通の画像表示素子3としては、白色バッ
クライト32で均一に照明され、左右の光路の光軸間の
なす角度θ(条件式(1))より大きな射出角度で表示
光束を射出させる液晶表示素子31からなる画像表示素
子3が用いられる。また、表示の射出角度が大きなEL
素子のような自己発光型素子を画像表示素子3として用
いることもできる。Example θ 1 32.8 ° 2 25.9 ° 3 39.8 ° By the way, in the image display apparatus of the present invention, the display light fluxes having a certain spread of emission angles emitted from the single image display element 3 are transmitted to the left and right optical paths. And incident on the entrance surface 25 (Examples 1 to 3) of the optical path sorting prism 20;
As shown in FIG. 7A, the left and right common image display elements 3 are uniformly illuminated by a white backlight 32 as shown in FIG. 7A. Then, the image display element 3 composed of the liquid crystal display element 31 for emitting the display light beam at an emission angle larger than the angle θ (the conditional expression (1)) formed between the optical axes of the left and right optical paths is used. In addition, EL having a large display emission angle
A self-luminous element such as an element can be used as the image display element 3.
【0090】また、表示の射出角度が小さな画像表示素
子33を画像表示素子3として用いる場合には、図7
(b)に示すように、各画素34から放射される表示の
射出角度を垂直方向でなく左右の光路方向に射出角度を
増やす振り分け光増強部材として、例えば図示のような
断面の光束振り分けマイクロプリズム35を各画素34
に対応して配置することが望ましい。その代わりに、0
次透過光の強度を弱め、±1次回折光を強める構成の透
過型回折格子を画像表示素子3の表示面に近接して配置
してもよい。In the case where the image display element 33 having a small display emission angle is used as the image display element 3, FIG.
As shown in (b), as a distribution light enhancing member for increasing the emission angle of the display emitted from each pixel 34 in the left and right optical path directions instead of the vertical direction, for example, a light beam distribution microprism having a cross section as shown in the drawing 35 to each pixel 34
It is desirable to arrange them in accordance with. Instead, 0
A transmission diffraction grating configured to weaken the intensity of the second-order transmitted light and increase the ± first-order diffracted light may be arranged close to the display surface of the image display element 3.
【0091】ところで、光路振り分けプリズム20の画
像表示素子3に対して光路上最も近い位置に配置された
左右の反射面24L、24Rの境界部分29に画像表示
素子3から射出された表示光束が当たると、そこで反射
されてゴースト光となる恐れがある。そこで、図7
(c)に示すように、その境界部分29近傍にこのよう
な反射を防止する反射防止部材36として黒色塗料を塗
布するか拡散処理等をして、画像表示素子3から射出さ
れた表示光束37中の境界部分29に入射する破線で示
した光束部分を吸収等させることが望ましい。なお、表
示光束37中の実線で示した光束部分が左右の光路に導
かれ、有効に表示に使用される光束を表す。By the way, the display luminous flux emitted from the image display element 3 hits the boundary portion 29 between the left and right reflection surfaces 24L and 24R arranged on the optical path closest to the image display element 3 of the optical path distribution prism 20. Then, there is a possibility that the light is reflected there and becomes ghost light. Therefore, FIG.
As shown in (c), a black paint is applied or diffused as an anti-reflection member 36 for preventing such reflection in the vicinity of the boundary portion 29, and the display light flux 37 emitted from the image display element 3 is applied. It is desirable to absorb the light flux portion indicated by the broken line incident on the middle boundary portion 29. The light beam portion indicated by the solid line in the display light beam 37 is guided to the left and right optical paths and represents a light beam used effectively for display.
【0092】さて、以上に説明したような観察光学系を
支持することにより、両眼装着用の画像表示装置に構成
することができ、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。By supporting the observation optical system as described above, it is possible to construct an image display device to be mounted on both eyes, as a stationary or portable image display device that can be observed by both eyes. Can be configured.
【0093】その様子を図8に示す。図中、131は表
示装置本体部を示し、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131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132と、前フレーム132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133と、左右の後フレーム133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134とから構成されてい
る。FIG. 8 shows this state. In the figure, reference numeral 131 denotes a display device main body, and a support member is fixed via a head so as to be held in front of both eyes of the observer's face. As the supporting member, one end is joined to the display device main body 131, left and right front frames 132 extending from the temple of the observer to the upper part of the ears, and joined to the other end of the front frame 132 to be connected to the observer. A left and right rear frame 133 extending across the head, and a top frame 134 supporting one end of the left and right rear frames 133 by joining the two ends thereof one by one so as to be sandwiched between the other ends of the left and right rear frames 133; It is composed of
【0094】また、前フレーム132における上記の後
フレーム133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135が接合
されている。このリヤプレート135は、上記支持部材
の一翼を担うリヤカバー136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。リヤプレート135又はリ
ヤカバー136内にの観察者の耳に対応する位置にスピ
ーカー139が取り付けられている。A rear plate 135 made of an elastic material and made of, for example, a metal plate spring is joined to the front frame 132 near the joint with the rear frame 133. The rear plate 135 is joined so that the rear cover 136, which carries one wing of the support member, is positioned behind the ear at the part where the back cover of the observer is attached to the neck of the observer and can be supported. A speaker 139 is mounted in the rear plate 135 or the rear cover 136 at a position corresponding to the ear of the observer.
【0095】映像・音声信号等を外部から送信するため
のケーブル141が表示装置本体部131から、頭頂フ
レーム134、後フレーム133、前フレーム132、
リヤプレート135の内部を介してリヤプレート135
あるいはリヤカバー136の後端部より外部に突出して
いる。そして、このケーブル141はビデオ再生装置1
40に接続されている。なお、図中、140aはビデオ
再生装置140のスイッチやボリュウム調整部である。A cable 141 for transmitting a video / audio signal or the like from the outside is connected to a top frame 134, a rear frame 133, a front frame 132,
Through the inside of the rear plate 135, the rear plate 135
Alternatively, it protrudes outside from the rear end of the rear cover 136. The cable 141 is connected to the video playback device 1
40. In the figure, reference numeral 140a denotes a switch and a volume adjusting unit of the video reproducing apparatus 140.
【0096】なお、ケーブル141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 141 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. In addition, an antenna may be connected to receive an external signal by radio wave in order to reject an obstructive code.
【0097】また、本発明の画像表示装置の観察光学系
は、瞳1(1R又は1L)側から被写体からの光を導入
し、画像表示素子3の位置に撮像素子を配することによ
り結像光学系として用いることも可能である。図9に本
発明の観察光学系の左右の片側のみの光学系を電子カメ
ラ40の撮影部の撮影用対物光学系42に組み込んだ構
成の概念図を示す。もちろん、本発明の観察光学系の左
右の両方の光学系を用いてもよい(入射瞳が2個の光学
系になる。)。この例の場合は、撮影用光路41上に配
置された撮影用対物光学系42は、実施例2と同様の光
学系を光路を逆にして用いており、瞳1の位置に絞り
1’を配置している。この撮影用対物光学系42により
形成された物体像は、ローパスフィルター、赤外カット
フィルター等のフィルター44を介してCCD45の撮
像面46上に形成される。このCCD45で受光された
物体像は、処理手段51を介し、液晶表示素子(LC
D)52上に電子像として表示される。また、この処理
手段51は、CCD45で撮影された物体像を電子情報
として記録する記録手段54の制御も行う。LCD52
に表示された画像は、接眼プリズム10と同様な偏心プ
リズムからなる接眼光学系53を介して観察者眼球Eに
導かれる。この接眼光学系53としては、本発明による
片側の接眼プリズム10と光路振り分けプリズム20か
らなる3次元偏心光学系を用いてもよい。なお、この撮
影用対物光学系42は他のレンズ(正レンズ、負レン
ズ)をプリズム10の物体側あるいはプリズム20の像
側にその構成要素として含んでいてもよい。The observation optical system of the image display apparatus of the present invention forms an image by introducing light from a subject from the pupil 1 (1R or 1L) side and arranging an image sensor at the position of the image display element 3. It can also be used as an optical system. FIG. 9 shows a conceptual diagram of a configuration in which the optical system of only one of the left and right sides of the observation optical system of the present invention is incorporated in the photographing objective optical system 42 of the photographing unit of the electronic camera 40. Of course, both left and right optical systems of the observation optical system of the present invention may be used (the entrance pupil becomes two optical systems). In the case of this example, the objective optical system 42 for imaging arranged on the optical path 41 for imaging uses the same optical system as that of the second embodiment with the optical path reversed, and the stop 1 ′ is located at the position of the pupil 1. Have been placed. The object image formed by the photographing objective optical system 42 is formed on an imaging surface 46 of a CCD 45 via a filter 44 such as a low-pass filter or an infrared cut filter. The object image received by the CCD 45 is passed through a processing unit 51 to a liquid crystal display (LC).
D) Displayed on 52 as an electronic image. The processing unit 51 also controls a recording unit 54 that records an object image captured by the CCD 45 as electronic information. LCD 52
Is guided to the observer's eyeball E via an eyepiece optical system 53 composed of an eccentric prism similar to the eyepiece prism 10. As the eyepiece optical system 53, a three-dimensional decentered optical system including the one-side eyepiece prism 10 and the optical path distribution prism 20 according to the present invention may be used. The photographing objective optical system 42 may include another lens (positive lens, negative lens) on the object side of the prism 10 or on the image side of the prism 20 as a component thereof.
【0098】このように構成されたカメラ40は、撮影
用対物光学系42を少ない光学部材で構成でき、装置全
体を小型化することができ、低価格で、他の部材を考慮
してデットスペースの少ないカメラとすることができる
と共に、デザインの自由度が大きなものとなる。In the camera 40 constructed as described above, the photographing objective optical system 42 can be constituted by a small number of optical members, the whole apparatus can be reduced in size, the cost is low, and the dead space is taken into consideration with other members. And the degree of freedom of design is increased.
【0099】なお、本例では、撮影用対物光学系42の
カバー部材43はとして、平行平面板を配置している
が、パワーを持ったレンズを用いてもよい。In this embodiment, a parallel flat plate is disposed as the cover member 43 of the photographing objective optical system 42, but a lens having power may be used.
【0100】また、本発明の観察光学系の左右の片側の
みの光学系は、画像表示素子3の位置に投影用の像面を
配置し、瞳1の前方にスクリーンを配置することにより
投影光学系としても用いることができる。もちろん、こ
の場合も、本発明の観察光学系の左右の両方の光学系を
用いてもよい(射出瞳が2個の光学系になる。)。図1
0に、パソコン90と液晶プロジェクタ91とを組み合
わせたプレゼンテーションシステムの投影光学系96に
本発明による偏心プリズム光学系を用いた構成の概念図
を示す。この例の場合は、投影光学系96に実施例2と
同様の光学系を用いている。同図において、パソコン9
0上で作成された画像・原稿データは、モニタ出力から
分岐して液晶プロジェクタ91の処理制御部98に出力
される。液晶プロジェクタ91の処理制御部98では、
この入力されたデータが処理され、液晶パネル(LC
P)93に出力される。液晶パネル93では、この入力
画像データに応じた画像が表示される。そして、光源9
2からの光は、液晶パネル93に表示した画像の階調に
よってその透過量が決定された後、液晶パネル93直前
に配置したフィールドレンズ95と本発明の光学系を構
成するプリズム20、10と正レンズのカバーレンズ9
4とからなる投影光学系96を介してスクリーン97に
投影される。The optical system having only one of the left and right sides of the observation optical system according to the present invention has an image plane for projection arranged at the position of the image display element 3 and a screen arranged in front of the pupil 1 for projecting optics. It can also be used as a system. Of course, in this case, both the left and right optical systems of the observation optical system of the present invention may be used (the number of exit pupils is two). FIG.
FIG. 0 shows a conceptual diagram of a configuration using a decentered prism optical system according to the present invention as a projection optical system 96 of a presentation system in which a personal computer 90 and a liquid crystal projector 91 are combined. In this example, an optical system similar to that of the second embodiment is used as the projection optical system 96. In FIG.
The image / document data created on the screen 0 branches from the monitor output and is output to the processing control unit 98 of the liquid crystal projector 91. In the processing control unit 98 of the liquid crystal projector 91,
This input data is processed and the liquid crystal panel (LC
P) 93. The liquid crystal panel 93 displays an image corresponding to the input image data. And the light source 9
After the amount of light transmitted from the liquid crystal panel 2 is determined by the gradation of the image displayed on the liquid crystal panel 93, the field lens 95 disposed immediately before the liquid crystal panel 93 and the prisms 20 and 10 constituting the optical system of the present invention. Cover lens 9 for positive lens
4 is projected onto a screen 97 via a projection optical system 96 composed of
【0101】このように構成されたプロジェクタは、少
ない光学部材で構成でき、低コスト化が実現できると共
に、小型化が可能である。The projector configured as described above can be configured with a small number of optical members, and can realize cost reduction and downsizing.
【0102】以上の本発明の3次元偏心光路を備えた画
像表示装置は、例えば次のように構成することができ
る。The image display device having the above-described three-dimensional eccentric optical path of the present invention can be constituted, for example, as follows.
【0103】〔1〕 観察画像を画像表示部に形成する
画像表示素子と、前記画像表示素子が形成した画像を観
察者眼球位置に相当する瞳に導く観察光学系とを含んだ
画像表示装置において、前記画像表示素子が、複数の画
素を単板上に並設させた1枚の画像表示素子を有して構
成され、前記1枚の画像表示素子の少なくとも中央部分
に位置する各画素が、観察者の左右の眼球に光束を導け
るような射出角度で画像光束を放射するように構成さ
れ、前記観察光学系が、少なくとも、観察者の左眼に光
束を導く左接眼部と、観察者の右眼に光束を導く右接眼
部と、前記画像表示素子から前記射出角度を持って放射
された画像光束を前記左右の接眼部に導く光路振り分け
部とを含み、前記左接眼部が、少なくとも2面以上の反
射面を有し、その中の少なくとも1つの反射面が偏心収
差補正機能を有した回転非対称な曲面反射面にて構成さ
れ、前記右接眼部が、少なくとも2面以上の反射面を有
し、その中の少なくとも1つの反射面が偏心収差補正機
能を有した回転非対称な曲面反射面にて構成され、前記
左接眼部の有する前記2面以上の反射面にて形成される
軸上主光線の偏心光路面(Y−Z面であり、観察者の上
下方向)と、前記右接眼部の有する前記2面以上の反射
面にて形成される軸上主光線の偏心光路面(Y−Z面で
あり、観察者の上下方向)とが、略平行(Y−Z面)に
配置されるように、前記左右接眼部が構成され、前記光
路振り分け部は、前記左側接眼部と前記右側接眼部との
中心を対称面とした左右対称な光路を形成するように、
左右対称に光学面が配置され、少なくとも左右で1組以
上の反射面を有し、前記観察光学系は、前記光路振り分
け部の前記左側反射面への軸上主光線の入射光軸と射出
光軸とによって形成される第1平面と、前記左側接眼部
の前記偏心光路面とが任意の角度で交差し、かつ、前記
光路振り分け部の前記右側反射面への軸上主光線の入射
光軸と射出光軸とによって形成される第2平面と、前記
右側接眼部の前記偏心光路面とが任意の角度で交差する
ことによって、3次元的に偏心した光路を形成するよう
な光学系に構成されていることを特徴とする3次元偏心
光路を備えた画像表示装置。[1] An image display device including an image display element for forming an observation image on an image display unit and an observation optical system for guiding an image formed by the image display element to a pupil corresponding to the position of an observer's eyeball. The image display element is configured to have one image display element in which a plurality of pixels are arranged side by side on a single plate, and each pixel located at least at a central portion of the one image display element is The observation optical system is configured to emit an image light beam at an exit angle that can guide the light beam to the left and right eyeballs of the observer, and the observation optical system includes at least a left eyepiece unit that guides the light beam to the left eye of the observer; A right eyepiece that guides a light beam to the right eye of the eye, and an optical path distribution unit that guides an image light beam emitted from the image display element at the emission angle to the left and right eyepieces, and the left eyepiece. Has at least two or more reflective surfaces, among which At least one reflecting surface is formed of a rotationally asymmetric curved reflecting surface having an eccentric aberration correcting function, and the right eyepiece has at least two or more reflecting surfaces, and at least one reflecting surface therein. Is constituted by a rotationally asymmetric curved reflecting surface having an eccentric aberration correcting function, and an eccentric optical path surface (YZ) of an axial principal ray formed by the two or more reflecting surfaces of the left eyepiece. Eccentric optical path plane (YZ plane) of the axial principal ray formed by the two or more reflecting surfaces of the right eyepiece, and The left and right eyepieces are configured such that the right and left eyepieces are arranged substantially in parallel (in the YZ plane). To form a bilaterally symmetric optical path with
An optical surface is disposed symmetrically to the left and right, and at least one pair of reflection surfaces is provided on the left and right sides. The observation optical system is configured such that an incident optical axis and an emission light of an axial chief ray on the left reflection surface of the optical path distribution unit. A first plane formed by an axis and the eccentric optical path surface of the left eyepiece intersect at an arbitrary angle, and incident light of an axial principal ray on the right reflective surface of the optical path distribution unit An optical system that forms a three-dimensionally decentered optical path by intersecting a second plane formed by an axis and an emission optical axis with the eccentric optical path surface of the right eyepiece at an arbitrary angle. An image display device provided with a three-dimensional eccentric optical path, characterized in that:
【0104】〔2〕 上記1において、前記光路振り分
け部が、偏心収差補正機能を有した回転非対称な曲面形
状の反射面を少なくとも1組備えていることを特徴とす
る3次元偏心光路を備えた画像表示装置。[2] In the above item 1, the optical path allocating unit is provided with at least one pair of rotationally asymmetric curved reflecting surfaces having an eccentric aberration correcting function. Image display device.
【0105】〔3〕 上記1において、前記光路振り分
け部が、少なくとも2組以上の反射面を有し、前記少な
くとも2組以上の反射面が偏心収差補正機能を有した回
転非対称な曲面形状であることを特徴とする3次元偏心
光路を備えた画像表示装置。[3] In the above item 1, the optical path allocating portion has at least two or more sets of reflecting surfaces, and the at least two or more sets of reflecting surfaces have a rotationally asymmetric curved surface shape having an eccentric aberration correcting function. An image display device provided with a three-dimensional eccentric optical path.
【0106】〔4〕 上記1において、前記光路振り分
け部が、少なくとも3組以上の反射面を有し、前記少な
くとも3組以上の反射面が偏心収差補正機能を有した回
転非対称な曲面形状であることを特徴とする3次元偏心
光路を備えた画像表示装置。[4] In the above item 1, the optical path allocating section has at least three or more sets of reflecting surfaces, and the at least three or more sets of reflecting surfaces have a rotationally asymmetric curved surface shape having an eccentric aberration correcting function. An image display device provided with a three-dimensional eccentric optical path.
【0107】〔5〕 上記1において、前記光路振り分
け部が、少なくとも3組以上の反射面を有し、その中の
2組以上の反射面が偏心収差補正機能を有した回転非対
称な曲面形状であり、前記少なくとも3組以上の反射面
の中の1組の反射面が、光束を全反射臨界角よりも大き
い角度で入射させることによって得られる全反射作用に
よる反射面であることを特徴とする3次元偏心光路を備
えた画像表示装置。[5] In the above item 1, the optical path allocating portion has at least three or more sets of reflecting surfaces, and two or more of the reflecting surfaces have a rotationally asymmetric curved surface shape having an eccentric aberration correcting function. In one embodiment, one of the at least three or more sets of reflecting surfaces is a reflecting surface by a total reflection effect obtained by causing a light beam to enter at an angle larger than a critical angle for total reflection. An image display device having a three-dimensional eccentric optical path.
【0108】〔6〕 上記1〜5の何れか1項におい
て、前記観察光学系が、プリズム部材にて形成され、前
記反射面の何れもが前記プリズム部材の表面に形成され
た裏面反射面にて構成されていることを特徴とする3次
元偏心光路を備えた画像表示装置。[6] In any one of the above items 1 to 5, the observation optical system may be formed of a prism member, and any of the reflection surfaces may be formed on a back reflection surface formed on the surface of the prism member. An image display device provided with a three-dimensional eccentric optical path characterized by comprising:
【0109】〔7〕 上記6において、前記観察光学系
は、前記光路振り分け部を構成する光路振り分けプリズ
ムと、前記光路振り分けプリズムと空気間隔を挟んで分
離され、前記左接眼部を構成する左接眼プリズムと前記
右接眼部を構成する右接眼プリズムとを含んで構成され
ていることを特徴とする3次元偏心光路を備えた画像表
示装置。[7] In the above-mentioned item 6, the observation optical system is configured such that the optical path distributing prism constituting the optical path distributing unit is separated from the optical path distributing prism with an air gap therebetween, and the left optical part constituting the left eyepiece unit is provided. An image display device having a three-dimensional eccentric optical path, comprising: an eyepiece prism and a right eyepiece prism forming the right eyepiece.
【0110】〔8〕 上記7において、前記光路振り分
けプリズムが、少なくとも前記画像表示素子に対向し左
眼用光路を形成する画像光束と右眼用光路を形成する画
像光束の両方の光束をプリズム内に入射させる入射面
と、前記左眼用光路の光束を前記プリズム外に射出する
左側射出面と、前記入射面と前記左側射出面との間の光
路上に配置されかつ前記左眼用光路の光束を前記プリズ
ム内で反射する少なくとも3面以上の左側反射面と、前
記右眼用光路の光束を前記プリズム外に射出する右側射
出面と、前記入射面と前記右側射出面との間の光路上に
配置されかつ前記右眼用光路の光束を前記プリズム内で
反射する少なくとも3面以上の右側反射面とを含んで構
成され、前記少なくとも3面以上の左側反射面を通る軸
上主光線を含む第1平面と、前記少なくとも3面以上の
右側反射面を通る軸上主光線を含む第2平面とが、略同
じ平面内に形成されるように構成されていることを特徴
とする3次元偏心光路を備えた画像表示装置。[8] In the above-mentioned item 7, the optical path allocating prism may be configured so that at least the image light beam facing the image display element and forming the left-eye light path and the image light beam forming the right-eye light path are transmitted through the prism. Incident surface, the left exit surface for emitting the light beam of the optical path for the left eye out of the prism, and disposed on the optical path between the entrance surface and the left exit surface, and the optical path for the left eye At least three or more left reflecting surfaces for reflecting the light beam in the prism, a right exit surface for emitting the light beam of the optical path for the right eye out of the prism, and light between the incident surface and the right exit surface. At least three or more right-side reflecting surfaces that are disposed on a road and reflect the light flux of the right-eye optical path in the prism, and form an axial principal ray passing through the at least three or more left-side reflecting surfaces. 1st flat including And a second plane including an axial chief ray passing through at least the three or more right-side reflecting surfaces is formed in substantially the same plane. Image display device provided.
【0111】[0111]
〔9〕 上記8において、前記入射面に対
して前記左眼用光路上最も近い位置に配置された反射面
と、前記入射面に対して前記右眼用光路上最も近い位置
に配置された反射面とが、共に前記画像表示素子と前記
入射面の双方に対して対向するように隣接配置されてい
ることを特徴とする3次元偏心光路を備えた画像表示装
置。[9] In the above item 8, the reflection surface arranged at a position closest to the incident surface on the optical path for the left eye, and the reflection surface arranged at a position closest to the optical path for the right eye with respect to the incident surface. An image display device having a three-dimensional eccentric optical path, wherein a surface is disposed adjacent to both the image display element and the incident surface so as to oppose each other.
【0112】〔10〕 上記9において、前記光路振り
分けプリズムが、前記入射面に対して光路上最も近い位
置に配置された左右の反射面の境界部分を含む領域に対
して、前記画像表示素子の中心領域から垂直に放射され
た光線がゴースト光として反射しないように反射防止部
材を設けたことを特徴とする3次元偏心光路を備えた画
像表示装置。[10] In the above-mentioned item 9, the optical path distributing prism may be arranged such that the light path distributing prism moves the image display element to a region including a boundary portion between the left and right reflecting surfaces disposed closest to the light incident surface on the optical path. An image display device having a three-dimensional eccentric optical path, wherein an anti-reflection member is provided so that a light beam emitted vertically from a central region is not reflected as ghost light.
【0113】〔11〕 上記1〜10の何れか1項にお
いて、前記画像表示素子と前記光路振り分け部との間
に、前記1枚の画像表示素子の少なくとも中央部分に位
置する各画素から放射される所定の射出角度を持った画
像光束の光強度を前記各画素面の垂直方向に放射される
光束強度より強くするような振り分け光増強部材を配置
したことを特徴とする3次元偏心光路を備えた画像表示
装置。[11] In any one of the above items 1 to 10, light emitted from each pixel located at least in the central portion of the one image display element between the image display element and the optical path allocating section. A three-dimensional eccentric optical path characterized by arranging a distribution light enhancing member so as to make the light intensity of the image light beam having a predetermined exit angle greater than the light intensity emitted in the vertical direction of each pixel surface. Image display device.
【0114】〔12〕 上記7〜11の何れか1項にお
いて、前記左接眼プリズムと前記右接眼プリズムが共
に、前記光路振り分けプリズム側から順に、入射面と第
1反射面と第2反射面と射出面とからなり、前記第1反
射面と前記射出面は同一面からなり、前記第1反射面は
その面での全反射による反射面であることを特徴とする
3次元偏心光路を備えた画像表示装置。[12] In any one of the above-mentioned items 7 to 11, both the left eyepiece prism and the right eyepiece prism are arranged in order from the side of the optical path distribution prism, the entrance surface, the first reflection surface, and the second reflection surface. An emission surface, wherein the first reflection surface and the emission surface are made of the same surface, and the first reflection surface is a reflection surface by total reflection on the surface, and has a three-dimensional eccentric optical path. Image display device.
【0115】〔13〕 上記12において、前記左側接
眼プリズムと前記右接眼プリズムの前記入射面が、偏心
収差を補正する回転非対称な曲面形状にて構成されてい
ることを特徴とする3次元偏心光路を備えた画像表示装
置。[13] The three-dimensional decentered optical path according to the above item 12, wherein the entrance surfaces of the left eyepiece prism and the right eyepiece prism are formed in a rotationally asymmetric curved surface shape for correcting eccentric aberration. An image display device comprising:
【0116】〔14〕 上記13において、前記左側接
眼プリズムと前記右接眼プリズムの前記入射面の有する
回転非対称な曲面が、唯一対称面を1面のみの備えた自
由曲面にて構成されていることを特徴とする3次元偏心
光路を備えた画像表示装置。[14] In the above item 13, the rotationally asymmetric curved surface of the entrance surface of each of the left eyepiece prism and the right eyepiece prism is a free curved surface having only one symmetric surface. An image display device having a three-dimensional eccentric optical path characterized by the above-mentioned.
【0117】〔15〕 上記12〜14の何れか1項に
おいて、前記左側接眼プリズムと前記右接眼プリズムの
前記第2反射面が、偏心収差を補正する回転非対称な曲
面形状にて構成されていることを特徴とする3次元偏心
光路を備えた画像表示装置。[15] In any one of the above items 12 to 14, the second reflecting surfaces of the left eyepiece prism and the right eyepiece prism are formed in a rotationally asymmetric curved surface shape for correcting eccentric aberration. An image display device provided with a three-dimensional eccentric optical path.
【0118】〔16〕 上記15において、前記左側接
眼プリズムと前記右接眼プリズムの前記第2反射面の有
する回転非対称な曲面が、唯一対称面を1面のみの備え
た自由曲面にて構成されていることを特徴とする3次元
偏心光路を備えた画像表示装置。[16] In the above item 15, the rotationally asymmetric curved surface of the left reflecting surface of the left eyepiece prism and the second reflecting surface of the right eyepiece prism is a free curved surface having only one symmetric surface. An image display device having a three-dimensional eccentric optical path.
【0119】〔17〕 上記1〜16の何れか1項にお
いて、前記観察光学系は、前記右側光路中に前記画像表
示素子の表示した像の右眼用リレー像を形成し、かつ、
前記左側光路中に前記画像表示素子の表示した像の左眼
用リレー像を形成することを特徴とする3次元偏心光路
を備えた画像表示装置。[17] In any one of the above items 1 to 16, the observation optical system may form a right-eye relay image of the image displayed by the image display element in the right optical path, and
An image display device having a three-dimensional eccentric optical path, wherein a left-eye relay image of the image displayed by the image display element is formed in the left optical path.
【0120】〔18〕 上記1〜17の何れか1項にお
いて、前記画像表示素子の少なくとも中央部分に位置す
る各画素から観察者の眼球に導かれる左右の光束の軸上
主光線間のなす角度をθとしたときに、以下の条件式を
満足することを特徴とする画像表示装置。[18] In any one of the above items 1 to 17, the angle formed between the axial principal rays of the left and right light beams guided to the eyeball of the observer from each pixel located at least in the central portion of the image display element. Is an image display device satisfying the following conditional expression:
【0121】 20°<θ<150° ・・・(1) 〔19〕 上記1〜18の何れか1項に記載の3次元偏
心光路を備えた画像表示装置の前記画像表示素子に代え
て撮像素子を配置し、前記瞳を被写体からの光束の通過
する入射瞳として構成し、被写体の像を前記撮像素子上
に形成することを特徴とする撮像装置。20 ° <θ <150 ° (1) [19] Imaging is performed in place of the image display element of the image display device including the three-dimensional eccentric optical path according to any one of the above items 1 to 18. An image pickup apparatus, comprising: an element arranged; an entrance pupil through which a light beam from a subject passes; and an image of the subject formed on the image pickup element.
【0122】〔20〕 上記1〜18の何れか1項に記
載の3次元偏心光路を備えた画像表示装置の前記画像表
示素子に代えて投影物体を配置し、前記瞳の前方にスク
リーンが配置して、前記投影物体の投影像を前記スクリ
ーン上に形成することを特徴とする投影装置。[20] A projection object is arranged in place of the image display element of the image display device having the three-dimensional eccentric optical path according to any one of the above items 1 to 18, and a screen is arranged in front of the pupil. And forming a projection image of the projection object on the screen.
【0123】[0123]
【発明の効果】以上の説明から明らかに、本発明による
と、画像表示素子が1枚で両眼視できるため、コストが
非常に安くなる。また、両眼に画像を振り分ける光路振
り分けプリズムに自由曲面を用いているため、良好に収
差補正ができる。また、ハーフミラーを使用していない
ため、明るい画像が観察できる。さらに、左右の接眼プ
リズムと光路振り分けプリズムからなる全体の観察光学
系を3次元的に偏心させているため、画像表示素子が1
枚で両眼視できる非常に広い画角の表示装置を提供する
ことができる。さらに、接眼プリズムの偏心面を垂直に
しているため、単板両眼視の画像表示装置でありながら
非常に広い画角が確保できる。As is apparent from the above description, according to the present invention, since the image display element can be viewed with both eyes by one sheet, the cost is very low. In addition, since a free-form surface is used for the optical path allocating prism for allocating an image to both eyes, aberration can be corrected well. Further, since no half mirror is used, a bright image can be observed. Further, since the entire observation optical system composed of the right and left eyepiece prisms and the optical path distribution prism is decentered three-dimensionally, the image display element is 1
It is possible to provide a display device with a very wide angle of view that can be viewed with both eyes with one sheet. Further, since the eccentric surface of the eyepiece prism is made vertical, a very wide angle of view can be ensured even though the image display device is a single-plate binocular image.
【図1】本発明の実施例1の画像表示装置の光学系の主
として右眼用部分の光学面と光路を示す図である。FIG. 1 is a diagram mainly showing an optical surface and an optical path of a right eye portion of an optical system of an image display device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施例1の画像表示装置の両眼用光路
の平面図である。FIG. 2 is a plan view of a binocular optical path of the image display device according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施例2の画像表示装置の光学系の主
として右眼用部分の光学面と光路を示す図である。FIG. 3 is a diagram mainly showing an optical surface and an optical path of a right eye portion of an optical system of an image display device according to a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の実施例2の画像表示装置の両眼用光路
の平面図である。FIG. 4 is a plan view of a binocular optical path of an image display device according to a second embodiment of the present invention.
【図5】本発明の実施例3の画像表示装置の光学系の主
として右眼用部分の光学面と光路を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating mainly an optical surface and an optical path of a right eye portion of an optical system of an image display device according to a third embodiment of the present invention.
【図6】本発明の実施例3の画像表示装置の両眼用光路
の平面図である。FIG. 6 is a plan view of a binocular optical path of an image display device according to a third embodiment of the present invention.
【図7】本発明において使用可能な画像表示素子、その
ための振り分け光増強部材、反射防止部材を説明するた
めの図である。FIG. 7 is a diagram for explaining an image display element usable in the present invention, a distributed light enhancing member, and an anti-reflection member therefor.
【図8】本発明の画像表示装置を両眼に装着する構成に
した場合の様子を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a state in which the image display device of the present invention is configured to be attached to both eyes.
【図9】本発明の光学系を電子カメラの撮影部の撮影用
対物光学系に組み込んだ構成の概念図である。FIG. 9 is a conceptual diagram of a configuration in which the optical system of the present invention is incorporated in a photographing objective optical system of a photographing unit of an electronic camera.
【図10】本発明による光学系をプレゼンテーションシ
ステムの投影光学系に用いた構成の概念図である。FIG. 10 is a conceptual diagram of a configuration in which an optical system according to the present invention is used for a projection optical system of a presentation system.
E、EL、ER…観察者眼球 1、1L、1R…射出瞳 2、2L、2R…軸上主光線(光軸) 3…画像表示素子(像面) 10、10L、10R…接眼プリズム 11、11L、11R…第11面 12、12L、12R…第12面 13、13L、13R…第13面 14、14L、14R…第14面 20…光路振り分けプリズム 21、21L、21R…第21面 22、22L、22R…第22面 23、23L、23R……第23面 24、24L、24R……第23面 25…第25面 29…境界部分 30…一体プリズム 31…液晶表示素子 32…白色バックライト 33…画像表示素子 34…画素 35…光束振り分けマイクロプリズム 36…反射防止部材 37…表示光束 40…電子カメラ 41…撮影用光路 42…撮影用対物光学系 43…カバー部材 44…フィルター 45…CCD 46…撮像面 51…処理手段 52…液晶表示素子(LCD) 53…接眼光学系 54…記録手段 90…パソコン 91…液晶プロジェクタ 92…光源 93…液晶パネル(LCP) 94…カバーレンズ 95…フィールドレンズ 96…投影光学系 97…スクリーン 98…処理制御部 131…表示装置本体部 132…前フレーム 133…後フレーム 134…頭頂フレーム 135…リヤプレート 136…リヤカバー 139…スピーカー 140…ビデオ再生装置 140a…ボリュウム調整部 141…ケーブル E, EL, ER: Observer eyeball 1, 1L, 1R: Exit pupil 2, 2L, 2R: On-axis principal ray (optical axis) 3: Image display element (image plane) 10, 10L, 10R: Eyepiece prism 11, 11L, 11R: 11th surface 12, 12L, 12R: 12th surface 13, 13L, 13R: 13th surface 14, 14L, 14R: 14th surface 20: Optical path sorting prism 21, 21L, 21R: 21st surface 22, 22L, 22R 22nd surface 23, 23L, 23R 23rd surface 24, 24L, 24R 23rd surface 25 25th surface 29 Boundary part 30 Integrated prism 31 Liquid crystal display device 32 White backlight Reference Signs List 33 image display element 34 pixel 35 light beam distribution microprism 36 antireflection member 37 display light beam 40 electronic camera 41 photographing optical path 42 photographing objective optical system 43 Cover member 44 ... Filter 45 ... CCD 46 ... Imaging surface 51 ... Processing means 52 ... Liquid crystal display device (LCD) 53 ... Eyepiece optical system 54 ... Recording means 90 ... PC 91 ... Liquid crystal projector 92 ... Light source 93 ... Liquid crystal panel (LCP) 94 ... Cover lens 95 ... Field lens 96 ... Projection optical system 97 ... Screen 98 ... Processing control unit 131 ... Display device main unit 132 ... Front frame 133 ... Rear frame 134 ... Top frame 135 ... Rear plate 136 ... Rear cover 139 ... Speaker 140 ... Video playback device 140a ... Volume adjustment unit 141 ... Cable
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G09F 9/00 358 G09F 9/00 358 H04N 5/64 511 H04N 5/64 511A Fターム(参考) 2H042 CA01 CA06 CA12 CA17 2H087 KA00 LA11 RA41 RA45 TA01 5G435 AA00 AA01 BB12 GG03 GG08 LL00 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) G09F 9/00 358 G09F 9/00 358 H04N 5/64 511 H04N 5/64 511A F-term (Reference) 2H042 CA01 CA06 CA12 CA17 2H087 KA00 LA11 RA41 RA45 TA01 5G435 AA00 AA01 BB12 GG03 GG08 LL00
Claims (3)
示素子と、前記画像表示素子が形成した画像を観察者眼
球位置に相当する瞳に導く観察光学系とを含んだ画像表
示装置において、 前記画像表示素子が、複数の画素を単板上に並設させた
1枚の画像表示素子を有して構成され、 前記1枚の画像表示素子の少なくとも中央部分に位置す
る各画素が、観察者の左右の眼球に光束を導けるような
射出角度で画像光束を放射するように構成され、 前記観察光学系が、少なくとも、観察者の左眼に光束を
導く左接眼部と、観察者の右眼に光束を導く右接眼部
と、前記画像表示素子から前記射出角度を持って放射さ
れた画像光束を前記左右の接眼部に導く光路振り分け部
とを含み、 前記左接眼部が、少なくとも2面以上の反射面を有し、
その中の少なくとも1つの反射面が偏心収差補正機能を
有した回転非対称な曲面反射面にて構成され、 前記右接眼部が、少なくとも2面以上の反射面を有し、
その中の少なくとも1つの反射面が偏心収差補正機能を
有した回転非対称な曲面反射面にて構成され、 前記左接眼部の有する前記2面以上の反射面にて形成さ
れる軸上主光線の偏心光路面(Y−Z面であり、観察者
の上下方向)と、前記右接眼部の有する前記2面以上の
反射面にて形成される軸上主光線の偏心光路面(Y−Z
面であり、観察者の上下方向)とが、略平行(Y−Z
面)に配置されるように、前記左右接眼部が構成され、 前記光路振り分け部は、前記左側接眼部と前記右側接眼
部との中心を対称面とした左右対称な光路を形成するよ
うに、左右対称に光学面が配置され、少なくとも左右で
1組以上の反射面を有し、 前記観察光学系は、前記光路振り分け部の前記左側反射
面への軸上主光線の入射光軸と射出光軸とによって形成
される第1平面と、前記左側接眼部の前記偏心光路面と
が任意の角度で交差し、かつ、前記光路振り分け部の前
記右側反射面への軸上主光線の入射光軸と射出光軸とに
よって形成される第2平面と、前記右側接眼部の前記偏
心光路面とが任意の角度で交差することによって、3次
元的に偏心した光路を形成するような光学系に構成され
ていることを特徴とする3次元偏心光路を備えた画像表
示装置。1. An image display apparatus comprising: an image display element that forms an observation image on an image display unit; and an observation optical system that guides an image formed by the image display element to a pupil corresponding to an observer's eyeball position. The image display element is configured to include one image display element in which a plurality of pixels are arranged side by side on a single plate, and each pixel located at least in a central portion of the one image display element is observed. Is configured to emit an image light beam at an exit angle that can guide the light beam to the left and right eyeballs of the observer, wherein the observation optical system includes at least a left eyepiece that guides the light beam to the left eye of the observer, A right eyepiece that guides a light beam to the right eye, and an optical path distribution unit that guides an image light beam emitted from the image display element at the emission angle to the left and right eyepieces, wherein the left eyepiece is Having at least two or more reflective surfaces,
At least one of the reflecting surfaces is constituted by a rotationally asymmetric curved reflecting surface having an eccentric aberration correcting function, and the right eyepiece has at least two or more reflecting surfaces,
At least one of the reflecting surfaces is constituted by a rotationally asymmetric curved reflecting surface having an eccentric aberration correcting function, and an axial chief ray formed by the two or more reflecting surfaces of the left eyepiece. And the eccentric optical path plane (Y-Z) of the axial chief ray formed by the two or more reflecting surfaces of the right eyepiece section, which are the eccentric optical path plane (YZ plane and the vertical direction of the observer). Z
And the plane is substantially parallel (YZ)
The left and right eyepieces are configured so as to be disposed on the same plane), and the optical path distribution unit forms a left-right symmetric optical path with the center of the left eyepiece and the right eyepiece as the plane of symmetry. As described above, the optical surfaces are symmetrically arranged, and have at least one set of reflecting surfaces on the left and right sides. The observation optical system is configured such that an incident optical axis of an axial chief ray to the left reflecting surface of the optical path distribution unit. A first plane formed by the optical axis and the exit optical axis, and the eccentric optical path surface of the left eyepiece intersect at an arbitrary angle, and an axial chief ray to the right reflection surface of the optical path distribution unit A second plane formed by the input optical axis and the output optical axis of the right eyepiece and the eccentric optical path surface of the right eyepiece intersect at an arbitrary angle to form a three-dimensionally eccentric optical path. Equipped with a three-dimensional decentered optical path characterized by a simple optical system. Image display device.
射面の何れもが前記プリズム部材の表面に形成された裏
面反射面にて構成されていることを特徴とする3次元偏
心光路を備えた画像表示装置。2. The observation optical system according to claim 1, wherein the observation optical system is formed of a prism member, and each of the reflection surfaces is formed of a back reflection surface formed on a surface of the prism member. An image display device having a characteristic three-dimensional eccentric optical path.
振り分けプリズムと、前記光路振り分けプリズムと空気
間隔を挟んで分離され、前記左接眼部を構成する左接眼
プリズムと前記右接眼部を構成する右接眼プリズムとを
含んで構成されていることを特徴とする3次元偏心光路
を備えた画像表示装置。3. The observation optical system according to claim 2, wherein the observation optical system is separated from an optical path distribution prism forming the optical path distribution unit with the air path distribution prism interposed therebetween with an air gap therebetween, and configured to form the left eyepiece. An image display device provided with a three-dimensional eccentric optical path, comprising: an eyepiece prism and a right eyepiece prism forming the right eyepiece.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2000277654A JP2002090691A (en) | 2000-09-13 | 2000-09-13 | Image display device provided with three-dimensional eccentric optical path |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007531907A (en) * | 2004-04-02 | 2007-11-08 | エシロール インテルナショナル | Light pipes that make up electronic display arrangements |
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CN106324824A (en) * | 2016-11-22 | 2017-01-11 | 刘玮 | Image amplifier |
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- 2000-09-13 JP JP2000277654A patent/JP2002090691A/en not_active Withdrawn
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CN106324824A (en) * | 2016-11-22 | 2017-01-11 | 刘玮 | Image amplifier |
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