【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ポータブル型視覚表示
装置に関し、特に、観察者の頭部又は顔面に保持するこ
とを可能とする頭部又は顔面装着式視覚表示装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a portable visual display device and, more particularly, to a head or face-mounted visual display device capable of being held on the head or face of an observer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、顔面装着式視覚表示装置として、
図１０に平面図を示したようなものが知られている（米
国特許第４０２６６４１号）。これは、ＣＲＴのような
画像表示素子４６の像を画像伝達素子２５で物体面１２
に伝達し、この物体面１２の像をトーリック反射面１０
によって空中に投影するようにしたものである。2. Description of the Related Art Conventionally, as a face-mounted visual display device,
FIG. 10 is a plan view showing a known example (US Pat. No. 4,026,641). This is because the image of the image display element 46 such as a CRT is transferred to the object plane 12 by the image transmission element 25.
To the toric reflecting surface 10
Is projected in the air.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
顔面装着式視覚表示装置にとって、装置全体の大きさを
小さくすることが、装着性を損なわなくするために重要
な点となる。装置全体を小さくするために、２次元画像
表示素子を観察者頭部の上部に配置するか、頭部の横に
配置する構成とする必要がある。そのためには、前方を
観察する観察者の光軸を反射させると共に、反射した光
軸を観察者眼球位置の横に屈曲（角度偏向）させる偏心
反射面を用いることが重要である。ただし、ここで言う
光軸とは、観察者眼球の虹彩中心又は眼球回旋中心を通
過する光線で、２次元画像表示素子の表示中心を射出す
る、いわゆる軸上光線を言う。By the way, in such a face-mounted type visual display device, it is important to reduce the size of the entire device so as not to impair the wearability. In order to reduce the size of the whole apparatus, it is necessary to arrange the two-dimensional image display element above the observer's head or to arrange it next to the head. To this end, it is important to use an eccentric reflecting surface that reflects the optical axis of the observer observing the front and that bends (angle-deflects) the reflected optical axis to the side of the eyeball position of the observer. However, the optical axis referred to here is a so-called on-axis light ray that passes through the display center of the two-dimensional image display element and passes through the center of the iris or the center of rotation of the eyeball of the observer.
【０００４】また、その反射面が凹面でない場合、画像
表示素子を大きなものとしないと、広い画角を確保する
ことが難しくなり、装置全体が大きなものとなってしま
う。さらに、広い画角を確保することは、画像観察時の
臨場感を上げるために必要であるため、大きな反射面を
配置する必要がある。If the reflection surface is not concave, it is difficult to secure a wide angle of view unless the size of the image display element is increased, and the entire device becomes large. Furthermore, since it is necessary to secure a wide angle of view in order to increase the sense of reality during image observation, it is necessary to arrange a large reflecting surface.
【０００５】以上２点から、顔面装着式視覚表示装置の
光学的配置は、観察者の眼球直前に比較的大きな凹面鏡
を配置することが必要となる。From the above two points, the optical arrangement of the face-mounted visual display device requires that a relatively large concave mirror be arranged immediately before the eyeball of the observer.
【０００６】しかし、上記の構成をとり、広い観察画角
を確保するために凹面鏡を大きくすると、台形の像歪み
が発生する。以下、この台形の像歪みが発生する原因に
ついて、図１を使って説明する。However, if the concave mirror is enlarged in order to secure a wide observation angle of view with the above configuration, trapezoidal image distortion occurs. Hereinafter, the cause of the occurrence of the trapezoidal image distortion will be described with reference to FIG.
【０００７】図１は、図の観察者虹彩位置から２次元画
像表示素子又は２次元画像表示素子の投影位置までの光
束の様子を鳥瞰図にしたものである。図１では、観察者
右目に対する本発明の視覚表示装置の光学的配置を示し
ており、この図において、Ｙ軸は、凹面鏡６が光軸を屈
曲させでいる方向であり、観察者にとっては水平方向に
なり、Ｙ軸正の方向は観察者頭部の中心方向すなわち左
方向に相当する。Ｘ軸は、観察者にとって上下方向に当
たり、Ｘ軸正の方向は観察者頭部下方に相当する。FIG. 1 is a bird's-eye view showing the state of the light beam from the observer's iris position to the two-dimensional image display element or the projection position of the two-dimensional image display element. FIG. 1 shows the optical arrangement of the visual display device of the present invention with respect to the observer's right eye. In this figure, the Y axis is the direction in which the concave mirror 6 bends the optical axis and is horizontal for the observer. The positive direction of the Y axis corresponds to the center direction of the observer's head, that is, the left direction. The X axis corresponds to the vertical direction for the observer, and the positive direction of the X axis corresponds to the lower part of the observer's head.
【０００８】図１中、１は観察者虹彩位置又は眼球回旋
位置である。２は観察者にとって左側水平方向１５°の
観察画角の光束であり、３は同じく左側１５°の下方１
０°の光束である。４は観察者にとって右側水平方向１
５°の観察画角の光束であり、５は同じく右側１５°の
下方１０°の光束である。６は前記接眼光学系である凹
面鏡であり、７は２次元画像表示素子又は２次元画像表
示素子の投影像を配置する凹面鏡６の焦点面でる。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an observer iris position or an eyeball rotation position. Reference numeral 2 denotes a luminous flux having an observation angle of view of 15 ° in the left horizontal direction for the observer, and 3 denotes a lower part of the left 15 ° in the same direction.
It is a light beam of 0 °. 4 is the right horizontal direction 1 for the observer
The luminous flux has an observation angle of view of 5 °, and 5 is a luminous flux of 10 ° below 15 ° on the right side. Reference numeral 6 denotes a concave mirror serving as the eyepiece optical system, and reference numeral 7 denotes a focal plane of the concave mirror 6 on which a two-dimensional image display element or a projection image of the two-dimensional image display element is arranged.
【０００９】ここで、図１では、説明のため、観察者に
とって長方形に観察される理想的光束が凹面鏡６によっ
てどのように結像されるかを示すために、観察者眼球位
置１から凹面鏡焦点７まで光線の逆追跡を行っている。Here, in FIG. 1, for the sake of explanation, in order to show how an ideal light beam observed rectangularly by the observer is imaged by the concave mirror 6, the focus of the concave mirror is shifted from the eyeball position 1 of the observer. Reverse tracing of rays is performed up to 7.
【００１０】図１の凹面鏡焦点面７では、従来の球面又
は非球面（トーリック面、アナモルフック面、放物面、
楕円面）等では、焦点面７のＹ’軸の正負によってＸ’
軸方向の像の高さが異なってくる台形の像歪みが発生す
る。これは、図１の１の観察者の眼球回旋中心又は虹彩
近傍に配置する接眼光学系６の射出瞳から凹面反射鏡６
までの光学的距離が、観察者の観察方向であるＹ軸方向
の画角によって大きく異なってくるためである。つま
り、凹面反射鏡６の光軸とその瞳１が偏心しているた
め、図１の１からＹ軸方向負の向きに観察される光束
４、５においては、同じくＹ軸方向の正の向きに観察さ
れる光束２、３に比べて、凹面反射鏡６当たって反射す
るまでの光学的距離が長いために、十分に広がってから
反射する。つまり、凹面鏡６に光束が当たる時に、光束
４と５の間隔は、光束２と３の間隔に比べ大きく広がっ
ている。In the concave mirror focal plane 7 of FIG. 1, a conventional spherical or aspherical surface (a toric surface, an anamorphic hook surface, a parabolic surface,
In the case of an elliptical surface, etc., X ′ is determined by the sign of the Y ′ axis of the focal plane 7.
A trapezoidal image distortion occurs in which the height of the image in the axial direction differs. This is because the eyepiece optical system 6 is arranged at the center of rotation of the eyeball of the observer shown in FIG.
This is because the optical distance greatly varies depending on the angle of view in the Y-axis direction, which is the viewing direction of the observer. That is, since the optical axis of the concave reflecting mirror 6 and its pupil 1 are eccentric, the light fluxes 4 and 5 observed in the negative Y-axis direction from 1 in FIG. As compared with the observed light fluxes 2 and 3, the optical distance until the light fluxes hit the concave reflecting mirror 6 and is reflected is longer, so that the light is reflected after being sufficiently spread. That is, when the light beam impinges on the concave mirror 6, the interval between the light beams 4 and 5 is wider than the interval between the light beams 2 and 3.
【００１１】以上の理由により、光軸を傾けて配置した
接眼光学系である凹面鏡６によって光軸を屈曲させてい
る偏心光学系では、光軸を屈曲させる方向と直交する方
向（図１においては、Ｘ軸方向）の像高が光軸を屈曲さ
せる方向（Ｙ軸の正と負）によって異なってくる。この
ため、観察者にとっては、台形の像歪みとして観察され
る。For the above reasons, in an eccentric optical system in which the optical axis is bent by the concave mirror 6, which is an eyepiece optical system in which the optical axis is inclined, a direction perpendicular to the direction in which the optical axis is bent (in FIG. 1, , X-axis direction) differs depending on the direction in which the optical axis is bent (Y axis positive and negative). For this reason, the image is observed as trapezoidal image distortion for the observer.
【００１２】従来のトーリック面を反射鏡に用いた例で
は、図１１に示すような像歪みが発生する。また、反射
面に楕円面を用いた場合の像歪みは、図１２に示すよう
になり、球面を用いても同じように台形になる像歪みが
発生する。そのため、従来技術では歪んだ像しか観察で
きないために、不自然な観察像となってしまう。なお、
図１１、１２において、左右１５°、下方１０°の長方
形の理想的像の大きさを破線で示し、発生した像歪みに
よる像を実線で示している。座標の取り方は図１と同じ
である。In a conventional example in which a toric surface is used as a reflecting mirror, image distortion as shown in FIG. 11 occurs. Further, the image distortion when an elliptical surface is used as the reflection surface is as shown in FIG. 12, and a trapezoidal image distortion similarly occurs when a spherical surface is used. Therefore, in the related art, only a distorted image can be observed, resulting in an unnatural observation image. In addition,
11 and 12, the size of a rectangular ideal image of 15 ° left and right and 10 ° below is indicated by a broken line, and an image due to the generated image distortion is indicated by a solid line. How to take the coordinates is the same as in FIG.
【００１３】また、両眼で同時に同じ像を観察する場合
に、右目と左目で同一方向の像を観察しようとする際、
像の大きさが異なり、像が融像し難くなったり、全く融
像できずに二重像に観察される。Further, when observing the same image with both eyes at the same time, when observing images in the same direction with the right eye and the left eye,
The size of the image differs, and the image is hardly fused, or cannot be fused at all, and is observed as a double image.
【００１４】さらに、左右で視差を持った像を観察さ
せ、立体視を行おうとした場合に、左右の像が融像しな
いと、立体感が得られなくなってしまう。Further, when an image having parallax between the left and right is observed and stereoscopic viewing is to be performed, a stereoscopic effect cannot be obtained unless the left and right images are fused.
【００１５】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたものであり、その目的は、像歪みの少ない像
を観察することができるポータブル型視覚表示装置を提
供することである。The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a portable visual display device capable of observing an image with little image distortion.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の視覚表示装置は、平面形状の観察像を表示する２次
元表示素子と、前記２次元表示素子又はその実像を空中
に拡大投影すると共に光軸を屈曲させる接眼光学系とを
備えた視覚表示装置において、前記接眼光学系が、偏心
配置された曲面形状の反射面を有し、前記曲面形状の反
射面は、観察者側に凹面を向けた回転非対称な非球面凹
面鏡にて構成され、前記非球面凹面鏡の回転非対称な形
状が、前記接眼光学系の前記曲面反射面によって反射さ
れて折り返される前後の光軸を含んだ面をＹＺ平面とし
た時に、このＹＺ平面と直交する方向（Ｘ方向）での面
の曲率が、観察者の眼球側に近い位置よりも遠い位置
（２次元表示素子側に近い位置）に行くに従って次第に
高くなるように構成したことを特徴とするものである。According to the present invention, there is provided a visual display device for displaying an observation image having a planar shape, and enlarging and projecting the two-dimensional display device or its real image into the air. A visual display device comprising an eyepiece optical system that bends the optical axis together with the eyepiece optical system, the eyepiece optical system has an eccentrically arranged curved reflecting surface, and the curved reflecting surface is concave toward the observer. The surface including the optical axes before and after being reflected and folded by the curved reflecting surface of the eyepiece optical system is constituted by YZ. When the plane is a plane, the curvature of the surface in a direction (X direction) orthogonal to the YZ plane gradually increases as the position moves closer to the position closer to the eyeball side of the observer (position closer to the two-dimensional display element side). Configured to be It is characterized in that the.
【００１７】[0017]
【作用】以下、上記構成を採用した理由と作用について
説明する。本発明では、接眼光学系である凹面反射鏡の
光軸を屈曲する面と直交する面の方向の部分的曲率が、
光軸を屈曲させる方向に沿って次第にきつくなる非球面
凹面鏡を用いることによって、前記の台形の像歪みを補
正することに成功したものである。The reason and operation of the above configuration will be described below. In the present invention, the partial curvature in the direction of the surface orthogonal to the surface that bends the optical axis of the concave reflecting mirror that is the eyepiece optical system,
By using an aspherical concave mirror gradually becoming tighter in the direction in which the optical axis is bent, the image distortion of the trapezoid was successfully corrected.
【００１８】本発明の作用について、図１を用いて説明
する。Ｘ軸方向の像高が小さくなってしまうＹ軸正（光
束屈曲方向と反対側）の光束２と３においては、反射鏡
６に当たってから反射鏡の焦点面７に達するまでに、光
束２と３の光軸間間隔は、光束２、３が反射する部位の
Ｘ軸方向の曲率を比較的緩くすることによって、Ｘ軸方
向の像高が小さくなるのを補正することが可能となる。The operation of the present invention will be described with reference to FIG. With respect to the light beams 2 and 3 on the positive Y-axis (opposite to the light beam bending direction) in which the image height in the X-axis direction becomes smaller, the light beams 2 and 3 reach the focal plane 7 of the reflecting mirror after hitting the reflecting mirror 6. The distance between the optical axes can be corrected by reducing the image height in the X-axis direction by making the curvature in the X-axis direction of the portion where the light fluxes 2 and 3 are reflected relatively small.
【００１９】一方、Ｘ軸方向の像高が大きくなってしま
うＹ軸負（光束屈曲方向と同方向）の光束４と５におい
ては、反射鏡６に当たってから反射鏡の焦点面７に達す
るまでに、光束４と５の光軸間間隔は、Ｘ軸方向の曲率
を比較的きつくすることによって、Ｘ軸方向の像高が大
きくなるのを補正することが可能となる。On the other hand, in the case of the light beams 4 and 5 on the Y axis negative (the same direction as the light beam bending direction) in which the image height in the X axis direction becomes large, the light beams hit the reflecting mirror 6 and reach the focal plane 7 of the reflecting mirror. The distance between the optical axes of the light beams 4 and 5 can be corrected by increasing the image height in the X-axis direction by making the curvature in the X-axis direction relatively tight.
【００２０】したがって、凹面反射鏡６の偏心配置によ
る台形の像歪みを補正することができる。Therefore, trapezoidal image distortion due to the eccentric arrangement of the concave reflecting mirror 6 can be corrected.
【００２１】[0021]
【実施例】以下、本発明の視覚表示装置の実施例１〜３
について説明する。 実施例１ 図２を参照にしてこの実施例を説明する。図２は図１の
Ｙ軸方向断面であり、凹面鏡６の観察者虹彩位置又は眼
球回旋中心位置１に対する偏心の与え方は図１の座標系
による。図中、７は２次元画像表示素子又は２次元画像
表示素子の投影像であり、６は凹面アナモフィックアス
フェリカル反射鏡であり、１は観察者虹彩位置又は眼球
回旋中心位置（以下、射出瞳と言う。）である。凹面反
射鏡６の軸を６ａとし、射出瞳１中心から反射鏡６の軸
６ａまでの距離（偏心量）をＹ1、２次元画像表示素子
７中心から軸６ａまでの距離（偏心量）をＹ2とする。
図２の座標系の場合、偏心量Ｙ1、Ｙ2は何れも負で与
えられる。また、２次元画像表示素子７中心に接する面
に対する軸６ａに垂直な面の傾き角をαとする。図の場
合、αは正である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments 1 to 3 of the visual display device of the present invention will be described.
Will be described. Embodiment 1 This embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view in the Y-axis direction of FIG. 1, and how the concave mirror 6 is decentered with respect to the observer iris position or the center of rotation of the eyeball 1 depends on the coordinate system of FIG. In the figure, reference numeral 7 denotes a two-dimensional image display element or a projection image of the two-dimensional image display element, 6 denotes a concave anamorphic aspherical reflecting mirror, and 1 denotes an observer iris position or an eyeball rotation center position (hereinafter referred to as an exit pupil). ). The axis of the concave reflecting mirror 6 is 6a, the distance (eccentricity) from the center of the exit pupil 1 to the axis 6a of the reflecting mirror 6 is Y1 , and the distance (eccentricity) from the center of the two-dimensional image display element 7 to the axis 6a is Y1. and Y2.
In the case of the coordinate system shown in FIG. 2, the eccentric amounts Y1 and Y2 are both given as negative. The angle of inclination of a plane perpendicular to the axis 6a with respect to a plane in contact with the center of the two-dimensional image display element 7 is defined as α. In the case shown, α is positive.
【００２２】以下、この光学系の構成パラメータを示す
が、面番号は、射出瞳１位置から２次元画像表示素子７
へ向かう逆追跡の面番号として示してある。非球面形状
は、座標系を図示のようにとり、凹面反射鏡６及び２次
元画像表示素子７の近軸の曲率半径を、上下方向（Ｘ−
Ｚ面）をＲx、左右方向（Ｙ−Ｚ面）をＲyとすると、
次の式で表される。 Ｚ =［( Ｘ2/Ｒx)+ (Ｙ2/Ｒy) ］／［1+｛ 1-(1+Ｋx) ( Ｘ2/Ｒx2) -(1+Ｋy) ( Ｙ2/Ｒy2)｝1/2］ ＋ＡＲ［ (1-ＡＰ) Ｘ2+( 1+ＡＰ) Ｙ2］2 ＋ＢＲ［ (1-ＢＰ) Ｘ2+( 1+ＢＰ) Ｙ2］3 ＋ＣＲ［ (1-ＣＰ) Ｘ2+( 1+ＣＰ) Ｙ2］4 ここで、ＫxはＸ方向の円錐係数、ＫyはＹ方向の円錐
係数、ＡＲ、ＢＲ、ＣＲはそれぞれ回転対称な４次、６
次、８次の非球面係数、ＡＰ、ＢＰ、ＣＰはそれぞれ非
対称な４次、６次、８次の非球面係数である。Hereinafter, the structural parameters of this optical system will be described. The surface number is determined from the position of the exit pupil 1 to the position of the two-dimensional image display element 7.
It is shown as the surface number of the reverse tracking toward. For the aspherical shape, the coordinate system is set as shown in the figure, and the paraxial radius of curvature of the concave reflecting mirror 6 and the two-dimensional image display element 7 is set in the vertical direction (X-
If the Z plane) is Rx and the left-right direction (YZ plane) is Ry ,
It is expressed by the following equation.Z = [(X 2 / R x) + (Y 2 / R y)] / [1+ {1- (1 + K x) (X 2 / R x 2) - (1 + K y) (Y 2/ R y 2)} 1/2] + AR [(1-AP) X 2 + (1 + AP) Y 2] 2 + BR [(1-BP) X 2 + (1 + BP) Y 2] 3 + CR [(1-CP) X 2 + (1 + CP) Y 2] 4 , where, Kx is a conical coefficient in the X direction, Ky is the Y-direction of the conical coefficient, AR, BR, 4 primary CR is a respective rotational symmetry , 6
The next and eighth order aspherical coefficients AP, BP and CP are asymmetric fourth, sixth and eighth order aspherical coefficients, respectively.
【００２３】 面番号 曲率半径 面間隔 偏心量 １ 射出瞳 （１） 50.0 Ｙ1 -28.285 ２ Ｒy 59.071 （６） 22.39 Ｙ2 -6.0247 Ｒx 43.981 （非球面） ３ Ｒy 36.164 （像面７） Ｒx 10.699 （非球面） 非球面係数 第２面（凹面鏡６） Ｋy＝ 0 Ｋx＝ 0 ＡＲ＝ -0.127331×10-5 ＡＰ＝ -0.585287 ＢＲ＝ 0 ＢＰ＝ 0 ＣＲ＝ 0 ＣＰ＝ 0 第３面（像面７） Ｋy＝ 0 Ｋx＝ 0 ＡＲ＝ 0 ＡＰ＝ 0 BR= 0 ＢＰ＝ 0 ＣＲ＝ 0 ＣＰ＝ 0 α＝15.8529 ° この実施例の像歪みを図４に示す。図４において、点線
は理想的像位置を示し、実線はこの光学系の実際の結像
位置を示す。また、この実施例の横収差図を図７に示
す。図中、（ａ）は瞳１中心を通り軸６ａに平行な直線
から左側（＋Ｙ方向）１５．０°にある像を見た時の左
右方向及び上下方向の収差、（ｂ）はこの直線方向にあ
る像を見た時の左右方向及び上下方向の収差、（ｃ）は
この直線から右側（−Ｙ方向）１５．０°にある像を見
た時の左右方向及び上下方向の収差である。Surface number Curvature radius Surface distance Eccentricity1 Exit pupil (1) 50.0 Y1 -28.285 2 Ry 59.071 (6) 22.39 Y2 -6.0247 Rx 43.981 (aspherical surface) 3Ry 36.164 (image surface 7) Rx 10.699 (aspherical) aspherical coefficients second surface (concave mirror6) K y = 0 K x = 0 AR = -0.127331 × 10 -5 AP = -0.585287 BR = 0 BP = 0 CR = 0 CP = 0 second 3 surface (image plane7) K y = 0 K x = 0 AR = 0 AP = 0 BR = 0 BP = 0 CR = 0 CP = 0 α = 15.8529 ° showing image distortion in this embodiment in FIG. 4, a dotted line indicates an ideal image position, and a solid line indicates an actual image forming position of the optical system. FIG. 7 shows a lateral aberration diagram of this embodiment. In the figure, (a) is an aberration in the left-right direction and the up-down direction when viewing an image at 15.0 ° on the left side (+ Y direction) from a straight line passing through the center of the pupil 1 and parallel to the axis 6a. (C) is the aberration in the horizontal and vertical directions when viewing the image at 15.0 ° to the right (-Y direction) from this straight line when viewing the image in the direction. is there.
【００２４】実施例２ この実施例は、基本的に実施例１と同じである。異なる
点は、凹面鏡６が回転対称非球面反射鏡からなる点であ
る。以下、実施例１と同様な記号を用いて光学系のパラ
メータを示す。なお、非球面形状は、座標系を図２のよ
うにとり、Ｒを近軸曲率半径とするとき、次の式で表さ
れる。 Ｚ=(ｈ2/Ｒ）／［1+｛ 1-(1+Ｋ) ( ｈ2/Ｒ2)｝1/2］＋
Ａｈ4＋Ｂｈ6 ＋Ｃｈ8 （ｈ2＝Ｘ2＋Ｙ2） ここで、Ｋは円錐係数、Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ４次、６
次、８次の非球面係数である。Embodiment 2 This embodiment is basically the same as Embodiment 1. The difference is that the concave mirror 6 is a rotationally symmetric aspherical reflecting mirror. Hereinafter, the parameters of the optical system will be described using the same symbols as in the first embodiment. The aspheric surface shape is represented by the following equation when the coordinate system is set as shown in FIG. 2 and R is a paraxial radius of curvature. Z = (h2 / R) / [1+ ｛1- (1 + K) (h2 / R2 )｝1/2 ] +
Ah4 + Bh6 + Ch8 (h2 = X2 + Y2 ) where K is a conical coefficient, A, B, and C are fourth-order, six-part, respectively.
Next are the eighth and eighth order aspheric coefficients.
【００２５】 面番号 曲率半径 面間隔 偏心量 １ 射出瞳 （１） 50.0 Ｙ1 -28.285 ２ 52.0154 （６） 22.398 Ｙ2 -6.025 （非球面） ３ 29.8172 （像面７） 非球面係数 第２面（凹面鏡６） Ｋ＝ 0 Ａ＝ -0.124395×10-5 Ｂ＝ 0 Ｃ＝ 0 α＝12.318° この実施例の像歪みを図５に示す。また、この実施例の
横収差図を図８に示す。表記方法は、それぞれ図４、図
７と同様である。Surface number Curvature radius Surface distance Eccentricity1 Exit pupil (1) 50.0 Y1 -28.285 2 52.0154 (6) 22.398 Y2 -6.025 (Aspherical surface) 3 29.8172 (Image surface 7) Aspherical surface second surface ( Concave mirror 6) K = 0 A = −0.124395 × 10−5 B = 0 C = 0 α = 12.318 ° FIG. 5 shows the image distortion of this embodiment. FIG. 8 shows a lateral aberration diagram of this embodiment. The notation is the same as in FIGS. 4 and 7, respectively.
【００２６】実施例３ この実施例は、図３に示すように、２次元画像表示素子
７の像を、リレー光学系８を用いて、凹面鏡６の物体面
（焦点面）９に空間像として結像しているものである。
凹面鏡６はアナモフィックアスフェリカル反射鏡であ
る。リレー光学系８の光軸を８ａとし、射出瞳１中心に
対する反射鏡６の軸６ａの偏心量をＹ1、リレー光学系
８の第１面中心に対する軸６ａの偏心量をＹ2、２次元
表示素子７中心からリレー光学系８の光軸８ａのＹ軸方
向の偏心量をＹ3、リレー光学系８の光軸８ａに対する
凹面鏡６の軸６ａの傾き角をα1、２次元表示素子７の
表示面に対するリレー光学系８の光軸８ａに垂直な面の
傾き角をα2とする。したがって、図３の場合、Ｙ1は
負、Ｙ2は正、Ｙ3は負であり、α1は正、α2は正で
与えられる。Embodiment 3 In this embodiment, as shown in FIG. 3, an image of a two-dimensional image display element 7 is converted into a spatial image on an object plane (focal plane) 9 of a concave mirror 6 using a relay optical system 8. It is what forms an image.
The concave mirror 6 is an anamorphic aspherical reflecting mirror. The optical axis of the relay optical system 8 and 8a, the eccentricity of the shaft 6a of the reflector 6 for the exit pupil 1 center Y1, Y2 the eccentricity of the shaft 6a with respect to the first face center of the relay optical system 8, the two-dimensional The amount of eccentricity of the optical axis 8a of the relay optical system 8 in the Y-axis direction from the center of the display element 7 is Y3 , the inclination angle of the axis 6a of the concave mirror 6 with respect to the optical axis 8a of the relay optical system 8 is α1 , and the two-dimensional display element 7 the inclination angle of the plane perpendicular to the optical axis 8a of the relay optical system 8 and alpha2 relative to the display surface. Therefore, in the case of FIG. 3, Y1 is given as negative, Y2 as positive, Y3 as negative, α1 as positive, and α2 as positive.
【００２７】以下、この光学系の構成パラメータを示す
が、面番号は、射出瞳１位置から２次元画像表示素子７
へ向かう逆追跡の面番号として示してある。また、面間
隔は、射出瞳１と凹面鏡６の間については、射出瞳１中
心と凹面鏡６中心間のＺ軸方向の間隔、リレー光学系８
の第１面からその像面（２次元画像表示素子７）に到る
間隔は、光軸８ａに沿う間隔で示してある。リレー光学
系８については、第１面から第７面のレンズ面をｒ1〜
ｒ7で、面間隔をｄ1〜ｄ7で示す。 面番号 曲率半径 間隔 偏心量 傾き角 屈折率 １（１） 射出瞳 50.0 Ｙ1-28.285 ２（６）Ｒy65.909 Ｙ2 28.2546 α1 53.1889° Ｒx39.151 （非球面） ３（ｒ1） -17.439 4.0（ｄ1） 1.72916 ４（ｒ2） -16.374 1.0（ｄ2） ５（ｒ3） 40.383 4.0（ｄ3） 1.72916 ６（ｒ4） -43.930 1.0（ｄ4） ７（ｒ5） 10.688 6.0（ｄ5） 1.51633 ８（ｒ6） -16.881 2.0（ｄ6） 1.80518 ９（ｒ7）-188.062 10.0（ｄ7） １０（７） 像面 Ｙ3 -0.19518 α2 12.94946 ° 非球面係数 第２面（凹面鏡６） Ｋy＝ 0 Ｋx＝ 0 ＡＲ＝ -0.109807×10-5 ＡＰ＝ -0.640989 ＢＲ＝ 0.281845×10-13 ＢＰ＝ 0.203281×102 ＣＲ＝ 0 ＣＰ＝ 0 この実施例の像歪みを図６に示す。また、この実施例の
横収差図を図９に示す。表記方法は、それぞれ図４、図
７と同様である。Hereinafter, the structural parameters of this optical system will be described. The surface number is determined from the position of the exit pupil 1 to the position of the two-dimensional image display element 7.
It is shown as the surface number of the reverse tracking toward. In addition, the surface distance between the exit pupil 1 and the concave mirror 6 is the distance in the Z-axis direction between the center of the exit pupil 1 and the center of the concave mirror 6, and the relay optical system 8
The distance from the first surface to the image plane (two-dimensional image display element 7) is indicated by the distance along the optical axis 8a. The relay optical system 8, the lens surface of the seventh surface r1 ~ from the first surface
In r7, showing a surface interval d1 to d7. Surface number Curvature radius Interval Eccentricity Tilt angle Refractive index 1 (1) Exit pupil 50.0 Y1 -28.285 2 (6)Ry 65.909 Y2 28.2546 α1 53.1889 ° Rx 39.151 (Aspherical surface) 3 (r1 ) -17.4394.0 (d 1) 1.72916 4 ( r 2) -16.374 1.0 (d 2) 5 (r 3) 40.383 4.0 (d 3) 1.72916 6 (r 4) -43.930 1.0 (d 4) 7 (r 5) 10.688 6.0 (d 5) 1.51633 8 (r 6 ) -16.881 2.0 (d 6) 1.80518 9 (r 7) -188.062 10.0 (d 7) 10 (7) image plane Y3 -0.19518 α2 12.94946 ° aspherical coefficients second surface ( concave mirror6) K y = 0 K x = 0 AR = -0.109807 × 10 -5 AP = -0.640989 BR = 0.281845 × 10 -13 BP = 0.203281 × 10 2 CR = 0 CP = 0 Fig image distortion in this embodiment 6 is shown. FIG. 9 shows a lateral aberration diagram of this embodiment. The notation is the same as in FIGS. 4 and 7, respectively.
【００２８】この実施例においては、２次元表示素子７
をリレー光学系８により拡大投影できるために、表示素
子７として小型のものが使用でき、装置全体を小型にで
きるメリットがある。In this embodiment, the two-dimensional display element 7
Can be enlarged and projected by the relay optical system 8, so that a small display element 7 can be used, and there is an advantage that the whole apparatus can be reduced in size.
【００２９】なお、上記各実施例において、凹面反射鏡
６は、全反射鏡のみでなく、半透過鏡で構成することも
できる。半透過鏡で構成する場合は、外界像との合成が
できることは周知の事実である。In each of the above embodiments, the concave reflecting mirror 6 can be constituted not only by a total reflecting mirror but also by a semi-transmitting mirror. It is a well-known fact that a transflective mirror can be combined with an external image.
【００３０】以上、本発明の視覚表示装置をいくつかの
実施例について説明してきたが、本発明はこれら実施例
に限定されず、種々の変形が可能である。Although the visual display device of the present invention has been described with reference to several embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications are possible.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の視覚表示装置によると、ディストーションの少ない、
鮮明で画角の広い頭部又は顔面装着型視覚表示装置を提
供することができる。As is clear from the above description, according to the visual display device of the present invention, the distortion is small.
It is possible to provide a sharp or wide-angle head or face-mounted visual display device.
【図１】本発明の視覚表示装置における光束の様子を示
す鳥瞰図である。FIG. 1 is a bird's-eye view showing a state of a light beam in a visual display device of the present invention.
【図２】本発明の実施例１の視覚表示装置の光学配置を
示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an optical arrangement of the visual display device according to the first embodiment of the present invention.
【図３】実施例３の光学配置を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an optical arrangement according to a third embodiment.
【図４】実施例１の像歪みを示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating image distortion of the first embodiment.
【図５】実施例２の像歪みを示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating image distortion of the second embodiment.
【図６】実施例３の像歪みを示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating image distortion of the third embodiment.
【図７】実施例１の横収差図である。FIG. 7 is a lateral aberration diagram of the first embodiment.
【図８】実施例２の横収差図である。FIG. 8 is a lateral aberration diagram of the second embodiment.
【図９】実施例３の横収差図である。FIG. 9 is a lateral aberration diagram of the third embodiment.
【図１０】従来の顔面装着式視覚表示装置の平面図であ
る。FIG. 10 is a plan view of a conventional face-mounted visual display device.
【図１１】従来のトーリック面による像歪みを示す図で
ある。FIG. 11 is a diagram illustrating image distortion due to a conventional toric surface.
【図１２】従来の楕円面による像歪みを示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating image distortion due to a conventional elliptical surface.
１…観察者虹彩位置又は眼球回旋位置 ２…左側水平方向１５°の観察画角の光束 ３…左側１５°、下方１０°の観察画角の光束 ４…右側水平方向１５°の観察画角の光束 ５…右側１５°、下方１０°の観察画角の光束 ６…接眼光学系（凹面鏡） ７…２次元画像表示素子又は２次元画像表示素子の投影
像 ８…リレー光学系 ９…凹面鏡の物体面（焦点面） ６ａ…凹面鏡の軸 ８ａ…リレー光学系の光軸1: Observer iris position or eyeball rotation position 2 ... Light flux with 15 ° left horizontal viewing angle of view 3 ... Light flux with 15 ° left viewing angle and 10 ° downward viewing angle 4 ... 15 ° right view horizontal viewing angle Light beam 5: Light beam with 15 ° right viewing angle and 10 ° downward viewing angle 6: Eyepiece optical system (concave mirror) 7: 2D image display device or projected image of 2D image display device 8: Relay optical system 9: Object of concave mirror Surface (focal plane) 6a: axis of concave mirror 8a: optical axis of relay optical system
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−101709（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−39924（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−297516（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−49016（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−177108（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−57314（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−78116（ＪＰ，Ａ) 特表 平３−500458（ＪＰ，Ａ) 特表 昭61−501946（ＪＰ，Ａ) 米国特許4322135（ＵＳ，Ａ) 米国特許4026641（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 27/02Continuation of front page (56) References JP-A-3-101709 (JP, A) JP-A-3-39924 (JP, A) JP-A-2-297516 (JP, A) JP-A-64-49016 (JP) JP-A-63-177108 (JP, A) JP-A-60-57314 (JP, A) JP-A-58-78116 (JP, A) JP-A-3-500458 (JP, A) JP-A 61-501946 (JP, A) U.S. Pat. No. 4,322,135 (US, A) U.S. Pat. No. 4,026,461 (US, A) (58) Fields investigated (Int. Cl.7 , DB name) G02B 27/02
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