(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原画を形成する画像形成素子と、
入射面、複数の反射面および出射面により囲まれた内部が光学媒質で満たされた光学素子により形成され、前記原画からの光束を射出瞳に導く表示光学系とを有する画像表示装置であって、
前記表示光学系は、前記原画から出て前記入射面を透過して前記内部に入射し前記複数の反射面のうち一部の反射面で反射した後に該表示光学系の内部で中間像を形成した前記光束を、前記複数の反射面のうち他の反射面で反射させて前記出射面から第１の方向に位置する前記射出瞳に出射させるように構成されており、
前記光学素子は、
前記入射面と前記一部の反射面とが形成された第１の光学部と、
該第１の光学部に対して前記第１の方向に直交する第２の方向に設けられ、前記他の反射面と前記出射面とが形成された第２の光学部と、
該光学素子を該画像表示装置内にて保持させるための保持部とを有し、
前記第１の光学部の最大幅が前記第２の光学部の前記最大幅よりも小さく、
前記保持部は、前記第１の光学部の前記第１および第２の方向に直交する幅方向における側面と、前記第２の光学部の前記幅方向における側面とに跨るように設けられており、且つ前記第２の光学部の前記幅方向での最大幅内に収まるように形成されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記表示光学系は、前記複数の反射面として４つ以上の反射面を有す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】
前記光学素子において、前記第２の光学部は前記第１の光学部に対して前記幅方向に直交する垂直方向に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記出射面は、複数の前記他の反射面の１つを兼ねていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記表示光学系の前記幅方向の画角が５０°以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
２つの前記表示光学系が、観察者の両眼のそれぞれに対して設けられており、
前記幅方向が前記両眼が並ぶ方向に対応することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記第１の光学部の前記幅方向での最大幅をＷ１とし、前記第２の光学部の前記幅方向での最大幅をＷ２とするとき、
０．５０≦Ｗ１／Ｗ２≦０．９５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記表示光学系は、
前記出射面および前記反射面である第１面と、前記反射面である第２面、第３面および第４面と、前記入射面である第５面とを有し、
前記第５面から前記第４面に向かう光束の光路と前記第３面から前記第１面に向かう光束の光路の少なくとも一部同士が互いに交差するように構成されており、
前記画像形成素子における前記原画を形成する領域の中心から発して前記射出瞳の中心を通る中心画角主光線の前記第１から第５面でのヒットポイント間の距離をヒットポイント距離として、前記第４面と前記第５面との間の前記ヒットポイント距離をＬ４５とし、前記第１面と前記第２面との間の前記ヒットポイント距離をＬ１２とし、
前記表示光学系の焦点距離をｆとするとき、
０．６２≦Ｌ１２／ｆ≦５．００
１．８０≦Ｌ４５／Ｌ１２≦５．００
なる２つの条件のうち少なくとも一方を満足することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）等の画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＣＤ等の画像形成素子により形成された原画を表示光学系により拡大して観察者に提示する画像表示装置には、小型で広画角であることが望まれる。特に、観察者が頭部に装着して左右の眼で画像を観察するＨＭＤでは、左右一対の画像形成素子および表示光学系を有するために、より小型化が重要である。
【０００３】
特許文献１および特許文献２には、それぞれパワーを有して偏心配置された複数の反射面を有する偏心プリズムを表示光学系として用いた画像表示装置が開示されている。また、特許文献３には、表示光学系を構成するプリズムを画像表示装置内で位置決め保持するための保持構造が開示されている。
【０００４】
ＨＭＤにおいて表示光学系を広画角化すると最大光学有効面積（光学的作用を有する光学面の必要面積）が増加して表示光学系のサイズが大きくなる。このため、左右の表示光学系同士の物理的な干渉が問題になる。人間の両眼の間の距離（眼間距離）は一般には６０ｍｍ程度であり、表示光学系の水平方向（両眼が並ぶ眼間方向）の大きさを少なくとも眼間距離よりも小さくする必要がある。
【０００５】
また、左右の表示光学系の間隔を観察者の眼間距離に合わせて調整する眼幅調整機構を画像表示装置に搭載する場合には、各表示光学系の眼間方向幅が調整可能な眼間距離の下限を決めることになるため、各表示光学系の眼間方向幅は極力小さいことが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１５３７４８号公報
【特許文献２】特開２０００−１０５３３８号公報
【特許文献３】米国特許第５，８６１，９９５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、表示光学系を構成するプリズム（光学素子）にはそれ自体を画像表示装置内の支持部材に固定して保持させるための保持部が必要である。この保持部が、画像観察に必要な光学部の眼間方向の最大幅よりも外側に突出していると、その突出分だけ表示光学系を配置するために必要な眼間方向スペースが大きくなり、装置が大型化したり眼幅調整量が制限されたりする。
【０００８】
本発明は、広画角な画像観察が可能であり、かつ表示光学系を構成する光学素子の保持部を含めた眼間方向での幅を小さく抑えることができるようにした画像観察装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面としての画像表示装置は、原画を形成する画像形成素子と、入射面、複数の反射面および出射面により囲まれた内部が光学媒質で満たされた光学素子により形成され、原画からの光束を射出瞳に導く表示光学系とを有する。表示光学系は、原画から出て入射面を透過して内部に入射し複数の反射面のうち一部の反射面で反射した後に該表示光学系の内部で中間像を形成した前記光束を、複数の反射面のうち他の反射面で反射させて出射面から第１の方向に位置する射出瞳に出射させるように構成されている。光学素子は、入射面と上記一部の反射面とが形成された第１の光学部と、該第１の光学部に対して第１の方向に直交する第２の方向に設けられ、他の反射面と出射面とが形成された第２の光学部と、該光学素子を該画像表示装置内にて保持させるための保持部とを有する。第１の光学部の最大幅は第２の光学部の最大幅よりも小さい。保持部は、第１の光学部の第１および第２の方向に直交する幅方向における側面と、第２の光学部の幅方向における側面とに跨るように設けられており、且つ第２の光学部の幅方向での最大幅内に収まるように形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、広画角な画像観察が可能でありながらも、表示光学系を構成する光学素子の保持部を含めた幅方向（眼間方向）での幅が小さい画像観察装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例における座標系の説明図。
【図２】実施例である画像表示装置および中心画角主光線を示す図。
【図３】実施例の画像表示装置における光束および中間像を示す図。
【図４】実施例の画像表示装置における光学面間の距離を説明する図。
【図５】実施例（数値例１）におけるプリズムの外観を示す図。
【図６】実施例（数値例１）におけるプリズムの幅を示す図。
【図７】数値例１の画像表示装置を示す図。
【図８】数値例２の画像表示装置を示す図。
【図９】数値例２におけるプリズムの外観を示す図。
【図１０】数値例２におけるプリズムの幅を示す図。
【図１１】数値例３の画像表示装置を示す図。
【図１２】数値例４の画像表示装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
本発明の実施例である画像表示装置としてのＨＭＤについて説明する。まず、図１を用いて、実施例（および後述する具体的な数値例）における座標系と用語について説明する。図１において、３０１は観察者の右眼であり、３０２は観察者の左眼である。観察者の視軸方向に延びる軸をｚ軸とし、該ｚ軸に直交して両眼３０１，３０２が並ぶ眼間方向に延びる軸をｘ軸とする。また、ｘ軸およびｚ軸に直交する軸をｙ軸とする。以下の説明では、眼間方向であるｘ軸の方向を水平方向といい、ｙ軸が延びる方向を垂直方向という。また、観察者が視認する画像の画角について、水平方向の画角を水平画角といい、垂直方向の画角を垂直画角という。さらに、ｘ軸回りでの回転角をａとする。
【００１４】
また、図１において、１０７は後述する表示光学系であり、観察者の左右の眼３０１，３０２に対応するように水平方向に２つ配置されている。
【００１５】
図２および図３には、実施例の画像表示装置の構成を示している。これらの図には、図１に示した左右の表示光学系１０７のうち一方のみを示している。図２には画像表示装置内を進む中心画角主光線（これについては後述する）を示しており、図３には画像表示装置内を進む光線束（以下、光束という）を示している。
【００１６】
これらの図において、１０６は画像形成素子（画像表示素子）であり、液晶表示素子（ＬＣＤ）や有機ＥＬ素子等により構成され、原画を形成する。
【００１７】
表示光学系１０７は、複数の光学面として、第１面１０１、第２面１０２、第３面１０３、第４面１０４および第５面１０５を有する。第１面１０１は、反射面かつ透過面である。第２面１０２は反射面であり、第３面１０３は反射面である。第４面１０４は反射面であり、第５面１０５は透過面である。表示光学系１０７は、第１面１０１から第５面１０５により囲まれた内部が光学媒質（ガラスまたはプラスチック）で満たされた１つのプリズム（光学素子）により構成されている。
【００１８】
プリズムにおける反射面である第２面１０２、第３面１０３および第４面１０４には、金属蒸着等によって高反射率の反射膜が形成されている。本実施例のように、互いに偏心した複数の反射面を用いる光学系では、光路を折り畳むことによって光学系全体をコンパクトにすることが可能であるが、反射面は偏心誤差に対する敏感度が屈折面に比べて高いため、高精度な位置調整が必要になる。しかし、本実施例のようにパワーを有する光学系が１つのプリズムとして構成されることで、反射面間の相対位置関係を調整するといった組み立て調整が不要になる。
【００１９】
１００は表示光学系１０７の射出瞳であり、観察者がこの射出瞳１００の位置に眼を配置することで、画像形成素子１０６において形成された原画の拡大像（提示画像）を観察することができる。
【００２０】
以上のように構成された画像表示装置において、画像形成素子１０６上の原画から発せられた中心主光線を含む光束は、第５面１０５を透過して表示光学系１０７内に入射する。ここで、中心画角主光線は、画像形成素子１０６における原画を形成する領域（原画形成領域）の中心から発して射出瞳１００の中心を通る光線である。
【００２１】
第５面１０５から表示光学系１０７に入射した光束は、第４面１０４で反射し、第３面１０３で反射し、第１面１０１で反射（内部全反射）し、第２面１０２で反射し、第１面１０１を透過して表示光学系１０７から出射し、射出瞳１００に至る。
【００２２】
なお、本実施例では、第１面１０１を光の利用効率が高い内部全反射を利用して反射面かつ透過面として機能させる場合について説明するが、半透過膜を利用して第１面１０１を反射面および透過面として機能させるようにしてもよい。
【００２３】
また、本実施例では、第５面１０５から第４面１０４に向かう光束の光路と第３面１０３から第１面１０１に向かう光束の光路のうち少なくとも一部同士が互いに交差している。このように、光路を交差させることで、必要な光路長を確保しつつ、表示光学系１０７の全体のサイズを小さくすることができる。
【００２４】
さらに、図３に示すように、表示光学系１０７は、その内部で原画からの光束に中間像（図中に破線で示す）を形成させる。図３においては、第１から第５面１０１〜１０６のうち画像形成素子１０６に近い第５面１０５、第４面１０４および第３面１０３によって中間像を形成している。そして、この中間像からの光束を、第２面１０２および第１面１０１によって射出瞳１００に導く。
【００２５】
このように、表示光学系１０７の内部で中間像を形成することで、画像形成素子１０６（原画形成領域）のサイズに対する表示画角の設定自由度を向上させることができる。また、表示光学系１０７を、中間像を形成するリレー光学系（第５面１０５、第４面１０４および第３面１０３）と、該中間像の虚像を形成する観察光学系（第２面１０２および第１面１０１）とに機能上分けることができる。これにより、広画角化した際でも観察光学系のパワーを下げることができる。この結果、観察光学系のパワー負担、特に正のパワーを有する第２面１０２に対するパワー負担が小さくなる。このため、アイレリーフ（観察者の眼と表示光学系１０７との間の距離）を確保しやすくなり、広画角でありながら快適な画像観察が可能な画像表示装置を実現することができる。
【００２６】
また、図３に示すように、リレー光学系で形成される中間像を観察光学系で発生する像面湾曲等の収差をキャンセルするように形成する。これにより、観察光学系の収差補正の負担が低減し、収差が良好に補正された高画質の画像の観察が可能な画像表示装置を実現することができる。なお、パワーを有する複数の光学面を有する一体のプリズムの内部に中間像を形成する場合には、内部での反射回数が少ないと各光学面のパワー負担が大きくなり、収差補正が困難になる。このため、光束をプリズムの内部で３回以上反射させる必要があり、本実施例のように４回以上反射させることで、より良好に収差が補正された画像の観察が可能となる。
【００２７】
そして、本実施例の表示光学系１０７は、以下の条件を満足するように構成されている。図４には、その条件において用いられる距離Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ４５の定義を示している。ここで、複数の光学面（第１面１０１〜第５面１０５）のうち２面間の距離であって該２面での中心画角主光線のヒットポイント間の距離を、その２面間のヒットポイント距離という。図４において、Ｌ１２は第１面１０１と第２面１０２との間のヒットポイント距離である。Ｌ１３は第１面１０１と第３面１０３との間のヒットポイント距離である。Ｌ４５は第４面１０４と第５面１０５との間のヒットポイント距離である。
【００２８】
まず、Ｌ１２とＬ４５は以下の式（１），（２）に示す条件を満足する。
【００２９】
０．６２≦Ｌ１２／ｆ≦５．００      （１）
１．８０≦Ｌ４５／Ｌ１２≦５．００    （２）
式（１）の条件においてＬ１２／ｆの値が下限値以上であることは、広画角の表示光学系１０７において、第１面１０１で反射した光束がプリズム内において第２面１０２で反射するために必要な条件である。この条件を満足しないと、光束がけられたり（つまり画像欠けが生じたり）、第１面１０１と第２面１０２との間の部分の形状が細くなりすぎてこの部分の機械的強度が不十分になったりする。また、Ｌ１２／ｆの値が式（１）の上限値を超えると、第２面１０２の光学有効面積が広くなりすぎ、その結果、リレー光学系のサイズが増大し、表示光学系１０７の全体を小型化することが困難となる。
【００３０】
式（２）の条件においてＬ４５／Ｌ１２の値が下限値以上であることは、式（１）の条件を満足する広画角な光学系において、前述した順序で画像表示に必要な光束を伝搬させるために必要な条件である。この条件を満足しないと、光束がけられ、画像欠けがない良好な画像の観察が困難になる。しかも、中間像を形成するリレー光学系の光路長を確保することが困難になり、この結果、各光学面のパワー負担が大きくなって、収差を良好に補正することが困難になる。また、Ｌ４５／Ｌ１２の値が式（２）の上限値を超えると、第４面１０４の光学有効面積が広くなりすぎ、その結果、リレー光学系のサイズが増大し、表示光学系１０７の全体を小型化することが困難となる。
【００３１】
なお、式（１），（２）の条件のうち少なくとも一方を以下の式（３），（４）のようにするとより好ましい。
【００３２】
０．７０≦Ｌ１２／ｆ≦３．００        （３）
２．００≦Ｌ４５／Ｌ１２≦４．００    （４）
式（３），（４）の条件のいずれかを満足すると、表示光学系１０７の全体としてコンパクトでありながら、プリズム内のスペースを十分に確保でき、収差が良好に補正された良好な画像の観察が可能なバランスが良い画像表示装置を実現することができる。
【００３３】
また、本実施例の表示光学系１０７は、上記式（１），（２）（または式（３），（４））の条件を満足するとともに、さらに以下の式（５）の条件を満足することが望ましい。
【００３４】
０．４８≦Ｌ４５／Ｌ１３≦５．００    （５）
式（５）の条件を満足することで、リレー光学系のサイズと観察光学系のサイズとのバランスが良く、プリズム内のスペースを有効に活用することができる。このため、よりコンパクトでありながら、良好な画像の観察が可能な画像表示装置を実現することができる。Ｌ４５／Ｌ１３の値が式（５）の下限値を下回ると、リレー光学系と観察光学系との距離が離れすぎて、光路を折り畳むことによるコンパクト化のメリットが少なくなる。また、観察光学系に向かう光束が拡がりすぎて、観察光学系を小型化することが困難となり、その結果、表示光学系１０７の全体を小型化することが困難となる。Ｌ４５／Ｌ１３の値が式（５）の上限値を超えると、第４面１０４の光学有効面積が広くなり、表示光学系１０７の全体を小型化することが困難となる。
【００３５】
なお、式（５）の条件を以下の式（６）のようにするとより好ましい。
０．６０≦Ｌ４５／Ｌ１３≦３．００    （６）
式（６）の条件を満足すると、リレー光学系のサイズと観察光学系のサイズとのバランスがさらに良くなり、プリズム内のスペースをより有効に活用することができる。このため、よりコンパクトでありながら、良好な画像の観察が可能な画像表示装置を実現することができる。
【００３６】
以上説明した実施例によれば、従来より広画角であって、高画質な画像を提示することが可能な小型の画像表示装置を実現することができる。具体的には、本実施例においては、水平画角が５０°以上（より好ましくは５７°以上）で、垂直（鉛直）画角が３０°以上（より好ましくは３７°以上）としている。
【００３７】
図５および図６には、表示光学系１０７を構成するプリズムの外観構成を示している。４０１はプリズムのうちリレー光学系を構成する第５面（入射面）１０５と第４および第３面（一部の反射面）１０４，１０３が形成されたリレー光学部（第１の光学部）である。４０２はプリズムのうち観察光学系を構成する第２面（他の反射面）１０２と第１面（他の反射面および出射面）１０１が形成された観察光学部（第２の光学部）である。観察光学部４０２の第１面１０１から出射した光束は、ｚ軸が延びる方向（ただし、視軸方向とは反対方向である第１の方向）に位置する射出瞳１００に向かう。
【００３８】
２０１および２０２はプリズムを画像表示装置内にて保持させるための左右の保持部であり、各保持部には、画像表示装置内に設けられたフレーム等の支持部材に対して位置決めするための突起（ボス）および穴が形成されている。
【００３９】
図６から分かるように、観察光学部４０２は、リレー光学部４０１に対して垂直方向（第２の方向）に設けられている。さらに、原画からの光束に中間像を形成させるリレー光学部４０１の水平方向（幅方向）の最大幅Ｗ１は、中間像を拡大して観察者の眼に提示する観察光学部４０２の水平方向の最大幅Ｗ２よりも小さい。
【００４０】
例えば、
０．５０≦Ｗ１／Ｗ２≦０．９５    （７）
を満足することが望ましい。さらに、
０．６３≦Ｗ１／Ｗ２≦０．９１    （８）
を満足するとより良い。
【００４１】
このため、本実施例では、プリズムに一体の左右の保持部２０１，２０２を、リレー光学部４０１における幅方向（眼間方向）における両側面に、観察光学部４０２の幅方向での最大幅内（Ｗ２内）に収まるように形成している。つまり、右の保持部２０１，２０２を、左の保持部２０１の左端と右の保持部２０２の右端と間の幅（以下、最大幅という）Ｗ′が観察光学部４０２の最大幅Ｗ２以下となるように形成している。
【００４２】
ここで、観察光学部４０２の最大幅Ｗ２とは、画像観察に必要な光学有効幅（第１面１０１または第２面１０２の有効幅）の最大値に、プリズムの加工や反射面への金属蒸着膜の形成等を行うために必要な余裕しろを加えた幅方向寸法を意味する。
【００４３】
本実施例によれば、プリズムの内部に中間像を形成することで広画角化を実現しつつ、該プリズムを画像表示装置内で保持させるために十分な強度を有する保持部２０１，２０２を観察光学部４０２の最大幅内に収めるように設けることができる。したがって、図１に示したようにプリズム（表示光学系１０７）を左右に並べて配置した場合に、保持部２０１，２０２を含むプリズム同士が干渉し合ったり、左右のプリズムの間隔を調整可能な眼幅調整機構の調整量が制限されたりすることを回避することができる。本実施例では、左右のプリズムの間隔が０（つまりは左右の出射瞳１００間の中心間隔がＷ２）となるまで左右のプリズムを接近させることができる。
【００４４】
なお、本実施例の構成は、水平方向の画角が５０°以上である広画角な表示光学系であり、リレー光学部４０１の最大幅Ｗ１と観察光学部４０２の最大幅Ｗ２との差が保持部２０１，２０２を設けるのに十分な大きさを有する場合に特に有効である。
【００４５】
以下、数値例について説明する。
［数値例１］
数値例１の光学データを表１（ａ）に示し、光路断面図を図７に示す。本数値例において、画像形成素子の大きさは１８．４×１１．５ｍｍである。また、表示光学系１０７の射出瞳径は水平方向で約７．６ｍｍ、垂直方向で約５．２ｍｍであり、射出瞳の位置は観察者の眼球の回転中心位置に設定されている。焦点距離ｆは約１６ｍｍである。表示光学系１０７は、水平画角６０°、垂直画角４０°を有し、画像をｚ軸正方向における無限遠方に表示する。
【００４６】
表１（ａ）に示す光学データにおいては、虚像から物体（画像形成素子）に向かう方向、いわゆる逆トレース方向に順に面番号Ｓを付している。Ｓ１は絞り面（射出瞳）であり、ＳＩは画像形成素子の原画形成面（原画形成領域）である。本数値例において、Ｓ２からＳ７が付された光学面は回転非対称面であり、図７の紙面（ｙｚ断面）を唯一の対称面として持つ面対称形状を有する。
【００４７】
Ｘ，Ｙ，Ｚ（単位：ｍｍ）は、Ｓ１の中心を原点（０，０，０）として、図の紙面内に互いに直交するｙ軸およびｚ軸をとり、図の紙面に直交するようにｘ軸をとった座標系における各光学面の面頂点の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を示す。また、Ａ（単位：°）は、図中において反時計回り方向を正方向とするときのｘ軸回りでの各光学面の回転角度ａを示す。Ｒは曲率半径である。また、ＴＹＰの項は面形状の種類を表し、ＳＰＨは球面であり、ＦＦＳは以下の式に従う回転非対称面である。
【００４８】
【数１】
0006373232.tif 000002
【００４９】
ただし、
ｚ：面のサグ量
ｃ：頂点曲率＝１／Ｒ
ｋ：コーニック定数（本数値例では０）
ｒ＝√（ｘ２＋ｙ２）
である。
【００５０】
また、式（９）の右辺第２項は以下の式（１０）のようになる。Ｃｊは非球面係数である。
【００５１】
【数２】
0006373232.tif 000003
【００５２】
ＴＹＰの欄でＦＦＳの横に記された数値は、その面の形状が表１（ｂ）に記された非球面係数に対応することを示している。なお、表に示されていない係数Ｃｊの項は、その値が０であることを意味する。表１（ａ）において、Ｎｄ，νｄはそれぞれ、その面以降の媒質のｄ線波長での屈折率とアッベ数を示す。また、媒質が空気層の場合は、屈折率Ｎｄのみを１．０００として表示し、アッベ数νｄは省略している。Ｓ２は第１面（透過）に、Ｓ３は第２面にし、Ｓ４は第１面（反射）に、Ｓ５は第３面に、Ｓ６は第４面に、Ｓ７は第５面にそれぞれ相当する。すなわち、Ｓ２は透過面、Ｓ３は反射面、Ｓ４は反射面（内部全反射面）、Ｓ５は反射面、Ｓ６は反射面、Ｓ７は透過面である。
【００５３】
【表１】
0006373232.tif 000004
【００５４】
0006373232.tif 000005
【００５５】
先に説明した図５および図６は、本数値例のプリズムの外観を示している。本数値例では、観察光学部４０２の最大幅Ｗ２は第２面１０２で規定されており、Ｗ２は５４ｍｍである。また、Ｗ１は４４ｍｍである。一方、保持部２０１，２０２の最大幅Ｗ′は５３ｍｍであり、Ｗ２＝５４ｍｍ以下である。
［数値例２］
数値例２の光学データを表２（ａ）に示し、光路断面図を図８に示す。本数値例において、画像形成素子の大きさは１８．４×１１．５ｍｍである。また、表示光学系１０７の射出瞳径は水平方向で約４．６ｍｍ、垂直方向で約４．３ｍｍであり、射出瞳の位置は観察者の眼球の回転中心位置に設定されている。焦点距離ｆは約１６ｍｍである。表示光学系１０７は、水平画角６０°、垂直画角４０°を有し、画像をｚ軸正方向における無限遠方に表示する。光学データの意味については、数値例１と同じである。表２（ｂ）は非球面係数を示す。
【００５６】
【表２】
0006373232.tif 000006
【００５７】
0006373232.tif 000007
【００５８】
図９および図１０は、本数値例のプリズムの外観を示している。本数値例では、観察光学部４０２の最大幅Ｗ２は第２面１０２で規定されており、Ｗ２は５８ｍｍである。また、Ｗ１は４０ｍｍである。一方、保持部２０１，２０２の最大幅Ｗ′は４９ｍｍであり、Ｗ２＝５８ｍｍ以下である。
［数値例３］
数値例３の光学データを表３（ａ）に示し、光路断面図を図１１に示す。本数値例において、画像形成素子の大きさは１８．４×１１．５ｍｍである。また、表示光学系１０７の射出瞳径は水平方向で約５．６ｍｍ、垂直方向で約５．６ｍｍであり、射出瞳の位置は観察者の眼球の回転中心位置に設定されている。焦点距離ｆは約１６ｍｍである。表示光学系１０７は、水平画角６０°、垂直画角４０°を有し、画像をｚ軸正方向における無限遠方に表示する。光学データの意味については、数値例１と同じである。表３（ｂ）は非球面係数を示す。
【００５９】
【表３】
0006373232.tif 000008
【００６０】
0006373232.tif 000009
【００６１】
本数値例のプリズムの外観は図５および図６と同様である。本数値例では、観察光学部４０２の最大幅Ｗ２は第２面１０２で規定されており、Ｗ２は５２ｍｍである。また、Ｗ１は３５ｍｍである。一方、保持部２０１，２０２の最大幅Ｗ′は５１ｍｍであり、Ｗ２＝５２ｍｍ以下である。
［数値例４］
数値例４の光学データを表４（ａ）に示し、光路断面図を図１２に示す。本数値例において、画像形成素子の大きさは１８．４×１１．５ｍｍである。また、表示光学系１０７の射出瞳径は水平方向で約５．４ｍｍ、垂直方向で約３．７ｍｍであり、射出瞳の位置は観察者の眼球の回転中心位置に設定されている。焦点距離ｆは約１３ｍｍである。表示光学系１０７は、水平画角７０°、垂直画角４７°を有し、画像をｚ軸正方向における無限遠方に表示する。光学データの意味については、数値例１と同じである。表４（ｂ）は非球面係数を示す。
【００６２】
【表４】
0006373232.tif 000010
【００６３】
0006373232.tif 000011
【００６４】
本数値例のプリズムの外観は図５および図６と同様である。本数値例では、観察光学部４０２の最大幅Ｗ２は第２面１０２で規定されており、Ｗ２は６５ｍｍである。また、Ｗ１は５７ｍｍである。一方、保持部２０１，２０２の最大幅Ｗ′は６４ｍｍであり、Ｗ２＝６５ｍｍ以下である。
【００６５】
表５には、数値例１〜４におけるＬ１２／ｆ、Ｌ４５／Ｌ１２、Ｌ４５／Ｌ１３およびＷ１／Ｗ２の値をまとめて示す。いずれの値も対応する条件を満足しており、この結果、広画角でコンパクトな画像表示装置を実現することができる。
【００６６】
【表５】
0006373232.tif 000012
【００６７】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１００  射出瞳
１０１  第１面
１０２  第２面
１０３  第３面
１０４  第４面
１０５  第５面
１０６  画像形成素子
１０７  表示光学系（プリズム）
２０１，２０２  保持部
４０１  リレー光学部
４０２  観察光学部
【図１】
0006373232.tif 000013
【図２】
0006373232.tif 000014
【図３】
0006373232.tif 000015
【図４】
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【図５】
0006373232.tif 000017
【図６】
0006373232.tif 000018
【図７】
0006373232.tif 000019
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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