【手続補正書】
【提出日】平成21年2月5日(2009.2.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ画像情報を形成する一対の画像形成素子と、該一対の画像形成素子からの光束を一対の観察領域に導く光学系とを有し、
該光学系は、複数の反射曲面を有し、該一対の観察領域の中間を通る面を対称面とする面対称で、かつ該対称面に対して一方の側に配置された該画像形成素子からの光束が、該一方の側に配置された反射曲面と、該対称面に対して他方の側に配置された反射曲面で反射して該一方の側に戻り、該対称面に対して一方の側に配置された反射曲面で反射した後に面ＳＬａを透過して該一方の側の観察領域に導くよう構成されており、
該面ＳＬａの領域のうち、該面ＳＬａを通過して、該観察領域に到る有効光束のうち、該対称面に最も近い光路を通る光線ＬＬａが通過する領域は正の屈折力の形状より成ることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記光学系は、複数の反射曲面間を屈折率が１より大きい媒質で満たしたプリズムを有し、前記面ＳＬａは、前記光線ＬＬａが該プリズムを出射し、前記観察領域に入射するときの面であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記プリズムは、反射作用と透過作用とを兼用する反射透過兼用面を有し、該反射透過兼用面は、前記光線ＬＬａが正の反射作用を受ける形状で、かつ前記面ＳＬａの一部を構成していることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
それぞれ画像情報を形成する一対の画像形成素子と、該一対の画像形成素子からの光束を一対の観察領域に導く光学系とを有し、
該光学系は、複数の反射曲面を有し、該一対の観察領域の中間を通る面を対称面とする面対称で、かつ該対称面に対して一方の側に配置された該画像形成素子からの光束が、該一方の側に配置された反射曲面と、該対称面に対して他方の側に配置された反射曲面で反射して該一方の側に戻り、該対称面に対して一方の側に配置された反射曲面で反射した後に、一方の側の観察領域に導くよう構成されており、
該観察領域に到る有効光束のうち、該光学系を通過した後の、該対称面に最も近い光路を通る光線が正の透過屈折力を受けるように構成されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
前記光学系は、複数の反射曲面間を屈折率が１より大きい媒質で満たしたプリズムを有し、該プリズムの射出面は、前記対称面に最も近い光路を通る光線が正の透過屈折力を受ける面であることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記プリズムの射出面は、前記対称面に最も近い光路を通る光線が正の反射作用を受ける反射透過兼用面であることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記光学系は、前記観察領域の光入射側に正の屈折力の光学素子を有していることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１つに記載の画像表示装置と、
該画像表示装置に画像情報を供給する画像情報供給装置と、を有することを特徴とする画像表示システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
図１は、本発明の実施例１の画像表示装置の要部概略図である。図１は、本発明をヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）（画像表示システム）に適用したときの構成を示している。図１は、ＨＭＤを上方から見た概略図である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
図１において、２１は一対の左右眼用の光学系に共用されるプリズム（光学素子）である。プリズム２１は、面ＳＬ１（ＳＬａ），面ＳＬ２，面ＳＬ３，面ＳＲ１（ＳＬａ），面ＳＲ２，面ＳＲ３が屈折率が１より大きい媒質上に形成された構成より成っている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
１は一対の画像形成素子のうち左眼ＥＬ用の画像形成素子であり、液晶表示素子（以下、ＬＣＤと記す）より成っている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
２は左眼ＥＬ用の光学系の偏心反射曲面群を含むプリズム部分である。プリズム部分２は偏心反射曲面群の一部の反射面であり、且つ透過面でもある反射透過（反射作用と透過作用）の兼用の面（反射透過兼用面）ＳＬ１，面ＳＬ３と、偏心反射曲面である面ＳＬ２，面ＳＬ４と、透過面である面ＳＬ５とで構成されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
本実施例での光路について、まず左眼光学系ＯＬから説明する。平面Ｃに対して一方の左眼側にあるＬＣＤ１を射出した光束は、レンズ３により集光されてプリズム２２の透過面ＳＬ５に導かれる。透過面ＳＬ５からプリズム２２内に入射した光は、面ＳＬ１，面ＳＬ２，面ＳＬ３，面ＳＬ４の４つの偏心反射曲面群によって囲まれた領域に入射する。該領域に導かれた光束は、平面Ｃよりも左眼側にある面ＳＬ４によって反射されてハーフミラーである接合面ＳＬ３からプリズム２１内に入射する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
プリズム２１に入射した光束は、プリズム２１の媒質の屈折率（即ち反射曲面間の屈折率）をｎとするとき、平面Ｃよりも左眼ＥＬ側にある面（第１の反射面）ＳＬ１に、臨界角であるａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）以上の入射角で入射する。これにより、光束は、面ＳＬ１において内部全反射され、平面Ｃよりも他方の右眼ＥＲ側にある面（第２の反射面）ＳＬ２に向かう。面ＳＬ２で反射されて平面Ｃよりも左眼側に戻された光束は、面ＳＬ１にａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）以上の入射角で入射することで再度内部全反射され、面（第３の反射面）ＳＬ３に向かう。ハーフミラー面ＳＬ３で反射された光束は、面ＳＬ１にａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）より小さい入射角で入射してプリズム２１から射出（出射）した後、観察者の左眼ＥＬに導かれる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
本実施例の光学系は、面ＳＬ１と対向する側に面ＳＲ２と面ＳＬ３とを配置している。射出瞳の中心位置ＳＣＬから対称面Ｃまでの距離ＤＬは、人間の眼間距離の半分程度である必要がある。このため、図で左右方向のサイズの制約を大幅に受ける。従って、これら２つの面ＳＲ２と面ＳＬ３との有効径をいかに小さく抑えられるかで光学系の広画角化が可能か否かが決まってくる。ＬＬ１（ＬＬａ）は図の断面上において、面ＳＬ３での対称面Ｃ側の有効径を決める光線である。観察領域である射出瞳ＰＬを形成する有効光束のうち対称面Ｃに最も近い光線ＬＬ１（光線ＬＬａ）は対称面Ｃに対して最も右側（内側）の画角で射出瞳ＰＬの最も右側（内側）を通るマージナル光線である。光線ＬＬ１が正の透過屈折力を受けるよう構成することで、反射曲面ＳＬ３の有効径を削減している。より具体的には、面ＳＬ３で偏心反射曲面群として最後の反射をした対称面Ｃに最も近い光線ＬＬ１が射出面としての面ＳＬ１（面ＳＬａ）を透過（通過）して射出瞳ＰＬに到る際に、正の屈折力、即ち中心画角主光線側に曲がる作用（正レンズ作用）を受けるようにしている。これにより面ＳＬ３の有効径を小さくし、且つ広画角化が図れるようにしている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
本実施例と実施例１との主たる違いは、プリズム２１と左右の射出瞳ＰＬ、ＰＲとの間、即ち観察領域の光入射側に左眼光学系ＯＬの一部となる正の屈折力のレンズ（光学素子）４，右眼光学系ＯＲの一部となる正の屈折力のレンズ（光学素子）４´を配置したことである。その他の構成は実施例１と同様である。実施例１と同様の構成部分については、実施例１と同じ符号を付して説明を省略する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
その際に、複数の反射曲面間による反射を終えて観察領域に到る光路に、有効光束のうち対称面Ｃに最も近い光線ＬＬ１（対称面に対して最も内側の画角で観察領域の内側を通るマージナル光線）が正の透過屈折力を受けるような面乃至光学素子を配置している。これにより、右側に配置された画像形成素子からの光束を反射させる右側に配置した反射面並びに左側に配置された画像形成素子からの光束を反射させる右側に配置した反射面の両方の有効径を小さくすることが出来る。そして対称面Ｃに対して右側に配置する少なくとも２つの反射面の配置の自由度を上げ、小型化と広画角化との両立を図った画像表示装置を実現している。
［数値実施例］
次に本発明に係わる光学系の数値実施例を示す。