(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明用光源と、前記照明用光源からの光束を反射して画像を表示する反射型画像表示素子と、前記反射型画像表示素子の表示した画像を観察者に導く観察光学系とを有する画像表示装置において、
前記観察光学系が、第１プリズムを有し、前記照明用光源と前記反射型画像表示素子とが、前記照明用光源から射出された照明光束が前記第１プリズムの少なくとも一部を通過して前記反射型画像表示素子の表示面に照射される位置にそれぞれ配置され、
前記第１プリズムが、前記反射型画像表示素子から反射された映像表示光束を前記第１プリズム内に入射する第１プリズム入射面と、前記プリズム内に入射した光束を反射する少なくとも１つの第１プリズム第１反射面と、前記プリズム内に入射した光束を射出する第１プリズム射出面とを有し、
前記第１プリズム入射面と前記第１プリズム射出面と前記第１プリズム第１反射面との中の少なくとも１つの面が光束にパワーを与える作用を持った曲面形状にて構成され、
前記照明用光源から射出された光束のうち、前記第１プリズム内に入射する際に、前記照明用光源から前記反射型画像表示素子に至る前記照明光路から前記第１プリズム外に分岐することによって発生する有害光を前記観察光学系に入射しないように除去する有害光除去部材を備え、
前記観察光学系が前記第１プリズムとは分離され、観察者側に配置された第１光学素子を有し、
前記第１光学素子が、プリズム内で光束を反射する少なくとも１つの反射面を有し、前記反射面が光束にパワーを与えかつ回転非対称な偏心収差を補正する作用を持った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画像表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像表示装置において、前記第１光学素子が、前記第１プリズムから射出された前記映像表示光束を入射させる第２プリズム入射面と、プリズム外に光束を射出する第２プリズム射出面とを有する第２プリズムから構成され、
前記第２プリズム入射面と前記第２プリズム射出面との少なくとも１つの面が、光束にパワーを与える曲面形状にて構成されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
請求項１記載の画像表示装置において、前記第１プリズムの前記第１プリズム第１反射面が、前記反射型画像表示素子からの映像光束を観察者に導く観察光路では反射作用を有し、前記照明用光源から前記反射型画像表示素子に至る照明光路では照明光束を入射させる透過作用を有するように、透過作用と反射作用とを併せ持つように構成され、
前記有害光除去部材が、前記照明用光源からの照明光束が、前記第１プリズムの前記第１プリズム第１反射面からプリズム内に入射する際に、前記第１プリズム外に反射する光束を有害光束として除去す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４】
照明用光源と、前記照明用光源からの光束を反射して画像を表示する反射型画像表示素子と、前記反射型画像表示素子の表示した画像を観察者に導く観察光学系とを有する画像表示装置において、
前記観察光学系が、第１プリズムを有し、前記照明用光源と前記反射型画像表示素子とが、前記照明用光源から射出された照明光束が前記第１プリズムの少なくとも一部を通過して前記反射型画像表示素子の表示面に照射される位置にそれぞれ配置され、
前記第１プリズムが、前記反射型画像表示素子から反射された映像表示光束を前記第１プリズム内に入射する第１プリズム入射面と、前記プリズム内に入射した光束を反射する少なくとも１つの第１プリズム第１反射面と、前記プリズム内に入射した光束を射出する第１プリズム射出面とを有し、
前記第１プリズム入射面と前記第１プリズム射出面と前記第１プリズム第１反射面との中の少なくとも１つの面が光束にパワーを与える作用を持った曲面形状にて構成され、
前記照明用光源から射出された光束のうち、前記第１プリズム内に入射する際に、前記照明用光源から前記反射型画像表示素子に至る前記照明光路から前記第１プリズム外に分岐することによって発生する有害光を前記観察光学系に入射しないように除去する有害光除去部材を備え、
前記第１プリズムの前記第１プリズム第１反射面が、前記反射型画像表示素子からの映像光束を観察者に導く観察光路では反射作用を有し、前記照明用光源から前記反射型画像表示素子に至る照明光路では照明光束を入射させる透過作用を有するように、透過作用と反射作用とを併せ持つように構成され、
前記有害光除去部材が、前記照明用光源からの照明光束が、前記第１プリズムの前記第１プリズム第１反射面からプリズム内に入射する際に、前記第１プリズム外に反射する光束を有害光束として除去するように構成されており、
前記有害光除去部材が、前記照明光束が前記第１プリズム第１反射面から前記第１プリズム外に反射された有害光束を、前記観察光学系に入射しない方向に向って反射させるような傾斜面になっている壁面にて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】
照明用光源と、前記照明用光源からの光束を反射して画像を表示する反射型画像表示素子と、前記反射型画像表示素子の表示した画像を観察者に導く観察光学系とを有する画像表示装置において、
前記観察光学系が、第１プリズムを有し、前記照明用光源と前記反射型画像表示素子とが、前記照明用光源から射出された照明光束が前記第１プリズムの少なくとも一部を通過して前記反射型画像表示素子の表示面に照射される位置にそれぞれ配置され、
前記第１プリズムが、前記反射型画像表示素子から反射された映像表示光束を前記第１プリズム内に入射する第１プリズム入射面と、前記プリズム内に入射した光束を反射する少なくとも１つの第１プリズム第１反射面と、前記プリズム内に入射した光束を射出する第１プリズム射出面とを有し、
前記第１プリズム入射面と前記第１プリズム射出面と前記第１プリズム第１反射面との中の少なくとも１つの面が光束にパワーを与える作用を持った曲面形状にて構成され、
前記照明用光源から射出された光束のうち、前記第１プリズム内に入射する際に、前記照明用光源から前記反射型画像表示素子に至る前記照明光路から前記第１プリズム外に分岐することによって発生する有害光を前記観察光学系に入射しないように除去する有害光除去部材を備え、
前記第１プリズムの前記第１プリズム第１反射面が、前記反射型画像表示素子からの映像光束を観察者に導く観察光路では反射作用を有し、前記照明用光源から前記反射型画像表示素子に至る照明光路では照明光束を入射させる透過作用を有するように、透過作用と反射作用とを併せ持つように構成され、
前記有害光除去部材が、前記照明用光源からの照明光束が、前記第１プリズムの前記第１プリズム第１反射面からプリズム内に入射する際に、前記第１プリズム外に反射する光束を有害光束として除去するように構成されており、
前記有害光除去部材が、前記照明光束が前記第１プリズム第１反射面から前記第１プリズム外に反射された有害光束の強度を低下させるように乱反射させる遮光線を刻んだ部材にて構成されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
照明用光源と、前記照明用光源からの光束を反射して画像を表示する反射型画像表示素子と、前記反射型画像表示素子の表示した画像を観察者に導く観察光学系とを有する画像表示装置において、
前記観察光学系が、第１プリズムを有し、前記照明用光源と前記反射型画像表示素子とが、前記照明用光源から射出された照明光束が前記第１プリズムの少なくとも一部を通過して前記反射型画像表示素子の表示面に照射される位置にそれぞれ配置され、
前記第１プリズムが、前記反射型画像表示素子から反射された映像表示光束を前記第１プリズム内に入射する第１プリズム入射面と、前記プリズム内に入射した光束を反射する少なくとも１つの第１プリズム第１反射面と、前記プリズム内に入射した光束を射出する第１プリズム射出面とを有し、
前記第１プリズム入射面と前記第１プリズム射出面と前記第１プリズム第１反射面との中の少なくとも１つの面が光束にパワーを与える作用を持った曲面形状にて構成され、
前記照明用光源から射出された光束のうち、前記第１プリズム内に入射する際に、前記照明用光源から前記反射型画像表示素子に至る前記照明光路から前記第１プリズム外に分岐することによって発生する有害光を前記観察光学系に入射しないように除去する有害光除去部材を備え、
前記第１プリズムの前記第１プリズム第１反射面が、前記反射型画像表示素子からの映像光束を観察者に導く観察光路では反射作用を有し、前記照明用光源から前記反射型画像表示素子に至る照明光路では照明光束を入射させる透過作用を有するように、透過作用と反射作用とを併せ持つように構成され、
前記有害光除去部材が、前記照明用光源からの照明光束が、前記第１プリズムの前記第１プリズム第１反射面からプリズム内に入射する際に、前記第１プリズム外に反射する光束を有害光束として除去するように構成されており、
前記有害光除去部材が、前記照明用光源と前記第１プリズム第１反射面との間に設けられた第１偏光板と、前記第１プリズム第１反射面に形成された偏光ビームスプリッタとから構成され、前記照明光束が前記第１偏光板を通過することによりＰ偏光又はＳ偏光の何れかの偏光光束にし、前記偏光ビームスプリッタが前記第１偏光板を通過した偏光光束を透過する偏光作用を有するように構成されており、前記第１プリズム第１反射面から前記第１プリズム外に反射される有害光束を発生させないようになっていることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置に関し、特に、観察者の頭部又は顔面に保持することを可能にする頭部又は顔面装着式画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反射型液晶表示素子（反射型ＬＣＤ）等の反射型画像表示素子を用いた頭部又は顔面装着式画像表示装置の公知のものとして、特開平１１−１２５７９１号のものがある。この特開平１１−１２５７９１号においては、反射型画像表示素子を用いることを想定し、光源を含めた光学系の提案がなされている。しかしながら、ゴースト光の対策に関しては一切考慮されていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図１３に示した具体的な画像表示装置の例を用いて、ゴースト光について説明する。図１３は、２つの偏心プリズム１０、２０と反射型ＬＣＤ３とを用いた画像表示装置の光路を示す図であり、光源５から出た光が眼Ｅに到達するまでの正規観察光の経路を示す。この例の場合は、偏心プリズム１０は４つの光学面１１〜１４からなり、偏心プリズム２０は光学面２１〜２３からなり、光源５を出た光は、偏心プリズム１０の面１３に設けられたハーフミラー面を通してプリズム１０内に入射し、その面１３で屈折した光線は、面１２で内部反射し、面１１で屈折して反射型ＬＣＤ３を照明する。反射型ＬＣＤ３で反射された光は、面１１から入射し、面１２、１３で順に内部反射し、面１４で屈折してプリズム１０から出て、偏心プリズム２０に面２１から屈折して入射し、面２３で全反射し、面２２で内部反射し、面２３で屈折してプリズム２０から出て眼Ｅに到達し、反射型ＬＣＤ３の表示像が拡大して観察される。
【０００４】
しかし、図１４に示すように、光源５から出た光が面１３のハーフミラー面で反射され、外装６内壁に到達し、その外装６内壁からの反射光が図１３に示した本来の正規観察光の経路を通らずに、例えば、プリズム１０の面１３、面１４で屈折して透過し、プリズム２０の面２１から屈折して入射し、面２３で全反射し、面２２で内部反射し、面２３で屈折してプリズム２０から出て、眼Ｅに到達し、ゴースト光７が発生してしまう。
【０００５】
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、反射型画像表示素子と偏心プリズムを用いた観察光学系において、照明系と観察系を兼用し光源からの光が入射する面にハーフミラーを用い、反射型画像素子を略テレセントリックな光束で照明する場合において、ハーフミラーで反射した光が外装内壁等で反射してゴースト光が発生することを防ぐようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の画像表示装置は、照明用光源と、前記照明用光源からの光束を反射して画像を表示する反射型画像表示素子と、前記反射型画像表示素子の表示した画像を観察者に導く観察光学系とを有する画像表示装置において、
前記観察光学系が、第１プリズムを有し、前記照明用光源と前記反射型画像表示素子とが、前記照明用光源から射出された照明光束が前記第１プリズムの少なくとも一部を通過して前記反射型画像表示素子の表示面に照射される位置にそれぞれ配置され、
前記第１プリズムが、前記反射型画像表示素子から反射された映像表示光束を前記第１プリズム内に入射する第１プリズム入射面と、前記プリズム内に入射した光束を反射する少なくとも１つの第１プリズム第１反射面と、前記プリズム内に入射した光束を射出する第１プリズム射出面とを有し、
前記第１プリズム入射面と前記第１プリズム射出面と前記第１プリズム第１反射面との中の少なくとも１つの面が光束にパワーを与える作用を持った曲面形状にて構成され、
前記照明用光源から射出された光束のうち、前記第１プリズム内に入射する際に、前記照明用光源から前記反射型画像表示素子に至る前記照明光路から前記第１プリズム外に分岐することによって発生する有害光を前記観察光学系に入射しないように除去する有害光除去部材を備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
この場合に、前記観察光学系が前記第１プリズムとは分離され、観察者側に配置された第１光学素子を有し、
前記第１光学素子が、プリズム内で光束を反射する少なくとも１つの反射面を有し、前記反射面が光束にパワーを与えかつ回転非対称な偏心収差を補正する作用を持った回転非対称な曲面形状にて構成されていることが望ましい。
【０００８】
その場合、前記第１光学素子が、前記第１プリズムから射出された前記映像表示光束を入射させる第２プリズム入射面と、プリズム外に光束を射出する第２プリズム射出面とを有する第２プリズムから構成され、
前記第２プリズム入射面と前記第２プリズム射出面との少なくとも１つの面が、光束にパワーを与える曲面形状にて構成されていることが望ましい。
【０００９】
また、第１プリズムが、少なくとも、第１プリズム入射面と第１プリズム第１反射面との間の光路中に第１プリズム第２反射面を有し、第１プリズム第２反射面が、光束にパワーを与えかつ回転非対称な偏心収差を補正する作用を持った回転非対称な曲面形状にて構成されているものとすることもできる。
【００１０】
以下に、本発明において上記の構成をとった理由とその作用効果について説明する。
【００１１】
本発明の画像表示装置は、観察光学系として、少なくとも、照明用光源と反射型画像表示素子との間の光路中に少なくとも一部分を介在させるように配置した第１プリズムを有し、その照明用光源と反射型画像表示素子とが、照明用光源から射出された照明光束が第１プリズムの少なくとも一部を通過して反射型画像表示素子の表示面に照射される位置にそれぞれ配置されているものである。すなわち、反射型ＬＣＤ等の反射型画像表示素子とそれを照明する照明用光源とが観察光学系の第１プリズムの少なくとも一部を挟んで配置され、照明光束が第１プリズムの少なくとも一部を通過して反射型画像表示素子の表示面を照射するように配置されている。
【００１２】
そして、その第１プリズムが、反射型画像表示素子から反射された映像表示光束を第１プリズム内に入射する第１プリズム入射面と、プリズム内に入射した光束を反射する少なくとも１つの第１プリズム第１反射面と、プリズム内に入射した光束を射出する第１プリズム射出面とを有し、第１プリズム入射面と第１プリズム射出面と第１プリズム第１反射面との中の少なくとも１つの面が光束にパワーを与える作用を持った曲面形状にて構成されている。そのため、反射型画像表示素子の表示面に表示された画像を観察者が拡大観察できる。
【００１３】
そして、本発明に基づき、照明用光源から反射型画像表示素子に至る照明光路中で、照明用光源から射出された光束の中、第１プリズムを通過する際に、照明光路から分岐することによって発生する有害光を除去するための有害光除去部材が照明用光源近傍に設けられている。そのため、その有害光が外装内壁等で反射してゴースト光が発生するのが防止される。
【００１４】
本発明の観察光学系としては、少なくとも、上記第１プリズムと、それから分離され、観察者側に配置された第１光学素子とを有し、その第１光学素子としては、少なくとも１つの第１光学素子第１反射面を有し、第１光学素子第１反射面が光束にパワーを与えかつ回転非対称な偏心収差を補正する作用を持った回転非対称な曲面形状にて構成されているものとして構成することもできる。
【００１５】
すなわち、第１プリズムの観察者側に配置される第１光学素子は、偏心配置の反射鏡でも偏心プリズムでもよい。そして、その反射面（第１反射面）が光束にパワーを与えかつ回転非対称な偏心収差を補正する作用を持った回転非対称な曲面形状にて構成されていることが望ましい。
【００１６】
ここで、本発明における第１プリズム、第１光学素子、及び、後記する第２プリズムは、基本的に、偏心光学系であり、回転非対称面であって回転対称軸を持たない曲面からなり正パワーを有する光学面を少なくとも１面含むものとして構成するのが望ましい。
【００１７】
偏心光学系を例えば頭部装着式の画像表示装置の観察光学系として用いる場合、デッドスペースをなくし、装置全体をより小型化するためには、画像表示素子の位置、並びに、偏心光学系を構成する光学面の配置位置を、装置内部でなるべくコンパクトに収まる位置に配置する必要がある。そうなると、光学系は必然的に３次元的に偏心した配置とならざるを得ず、回転非対称な収差が発生し、これを回転対称な光学系でのみ補正することは不可能であり、この３次元的な偏心により発生する回転非対称な収差を補正する最良な面形状は回転非対称面である。
したがって、本発明の画像表示装置おいては、少なくとも、第１光学素子の反射面に光束にパワーを与えかつ回転非対称な偏心収差を補正する作用を持った回転非対称な曲面形状を用いることが望ましい。
【００１８】
ここで、回転対称軸を持たない回転非対称な面として、本発明で使用する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。
【００１９】
0004560160.tif 000002
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。
【００２０】
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。
【００２１】
自由曲面項は、
0004560160.tif 000003
ただし、Ｃj （ｊは２以上の整数）は係数である。
【００２２】
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。したがって、本発明で使用する自由曲面の少なくも１面は、Ｘの奇数次項の少なくとも１項、Ｙの奇数次項の少なくとも１項は０でないものとする。
【００２３】
また、上記回転対称軸を持たない回転非対称な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Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の軸となる。回転非対称面の定義は、Ｘ−Ｙ面に対するＺの軸の高さの極座標で定義され、ＡはＸ−Ｙ面内のＺ軸からの距離、ＲはＺ軸回りの方位角で、Ｚ軸から測った回転角で表せられる。
【００２４】
0004560160.tif 000004
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，Ｄ20，Ｄ21，Ｄ22…を利用する。
【００２５】
上記定義式は、回転対称軸を持たない回転非対称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。  本発明において、第１光学素子としては、上記のように、偏心配置の反射鏡でも偏心プリズムでもよい。偏心プリズムで構成する場合には、例えば、第１プリズムから射出された映像光束を入射させる第２プリズム入射面と、プリズム内で光束を反射する第２プリズム第１反射面と、プリズム外に光束を射出する第２プリズム射出面とを有する第２プリズムから構成することができ、その場合に、第２プリズム入射面と第２プリズム射出面との少なくとも１つの面が、光束にパワーを与える曲面形状にて構成されていることが望ましい。
【００２６】
なお、第１プリズムとして、少なくとも、第１プリズム入射面と第１プリズム第１反射面との間の光路中に第１プリズム第２反射面を有し、第１プリズム第２反射面が、光束にパワーを与えかつ回転非対称な偏心収差を補正する作用を持った回転非対称な曲面形状にて構成するようにしても、偏心配置に基づく偏心収差を補正しながら、反射型画像表示素子の表示面に表示された画像を観察者が拡大観察できるようにすることができる。
【００２７】
ところで、第１プリズムを通過する際に、照明光路から分岐することによって発生する有害光を除去するための有害光除去部材は、観察光学系の光路外に設け、第１プリズムから分岐した有害光を再び観察光学系内に入射しないように除去する作用を持つように構成すればよい。
【００２８】
具体的な１つの配置として、第１プリズムの第１プリズム第１反射面が、反射型画像表示素子からの映像光束を観察者に導く観察光路では反射作用を有し、照明用光源から反射型画像表示素子に至る照明光路では照明光束を入射させる透過作用を有するように、透過作用と反射作用とを併せ持つように構成し、有害光除去部材が、照明用光源からの照明光束が、第１プリズムの第１プリズム第１反射面からプリズム内に入射する際に、第１プリズム外に反射する光束を有害光束として除去するように構成する。
【００２９】
その場合、有害光除去部材は、照明光束が第１プリズム第１反射面から第１プリズム外に反射された有害光束を、観察光学系に入射しない方向に向って反射させるような傾斜面になっている壁面にて構成することができる。
【００３０】
また、照明光束が第１プリズム第１反射面から第１プリズム外に反射された有害光束の強度を低下させるように乱反射させる遮光線を刻んだ部材にて構成することもできる。
【００３１】
さらに、照明用光源と第１プリズム第１反射面との間に設けられた第１偏光板と、第１プリズム第１反射面に形成された偏光ビームスプリッタとから有害光除去部材を構成し、照明光束が第１偏光板を通過することによりＰ偏光又はＳ偏光の何れかの偏光光束にし、偏光ビームスプリッタが第１偏光板を通過した偏光光束を透過する偏光作用を有するように構成し、第１プリズム第１反射面から第１プリズム外に反射される有害光束を発生させないようすることができる。
【００３２】
また、第１プリズムの第１プリズム第１反射面をハーフミラー面にて構成し、有害光除去部材として、照明用光源と第１プリズムの第１プリズム第１反射面との間に設けられた第１偏光板と、第１偏光板を通過した光束の中の第１プリズム第１反射面のハーフミラー作用によってプリズム外に反射された光束を受光する位置に配置された第２偏光板とから構成し、第２偏光板が第１偏光板とは偏光作用がクロスニコルの関係になるように配置することによっても、有害光を再び観察光学系内に入射しないようすることができる。
【００３３】
さらに、照明光束の中の第１プリズム第１反射面からプリズム外に反射された光束を受光する位置に配置された光吸収部材により有害光除去部材を構成してもよい。
【００３４】
次に、本発明の画像表示装置の観察光学系を第１プリズムとその観察者側に配置された第２プリズムとで構成する場合、第２プリズム第１反射面を、唯一の面対称面を有した回転非対称な自由曲面にて構成することが望ましい。
【００３５】
また、本発明の画像表示装置の観察光学系を第１反射面と第２反射面を持つ第１プリズムで構成する場合、第１プリズム第２反射面を、唯一の面対称面を有した回転非対称な自由曲面にて構成することが望ましい。
【００３６】
さらに、照明光源から射出されたの光束が、少なくとも、第１プリズムの第１プリズム第１反射面から入射し、第１プリズム入射面から反射型画像表示素子に向って照明光束が照射される照明光路を形成し、反射型画像表示素子に表示された映像光束が、少なくとも、第１プリズム入射面から入射し、第１プリズム第１反射面で反射する観察光路を形成し、その照明光路と観察光路とが、光束の進む方向を逆転させた略同一光路（光束の幅は一致せず）を形成するようにすることが、反射型画像表示素子を略垂直に照明できるので、望ましい。
【００３７】
また、本発明の画像表示装置の観察光学系を第１プリズムとその観察者側に配置された第２プリズムとで構成する場合、第１プリズムとして、第１プリズム入射面と第１プリズム第１反射面との間の光路に第１プリズム第２反射面を有し、第１プリズム第２反射面を、唯一の面対称面を有した回転非対称な自由曲面にて構成することが望ましい。
【００３８】
この場合に、第１プリズムが、第１プリズム入射面と第１プリズム第２反射面とを結ぶ光路と、第１プリズム第１反射面と第１プリズム射出面とを結ぶ光路とが、プリズム内で交差するように構成することができる。
【００３９】
このような形状の第１プリズムは、収差補正の自由度が高くなり、収差の発生が少ない。さらに、２つの反射面の配置の対称性が高いので、この２つの反射面で発生する収差が２つの反射面相互で補正し合い、収差発生が少ない。また、光路がプリズム内で交差する構成のために、単に光路を折り返す構造のプリズムに比較して光路長を長く取ることが可能で、光路長の長さの割にプリズムを小型化することができ、また、物像間距離が大きく取ることが可能となり、各反射面のパワーを比較的弱くすることが可能なため、収差の発生が少ない。
【００４０】
また、この場合に、第２プリズムが、第２プリズム入射面と第２プリズム第１反射面との間の観察光路中に第２プリズム第２反射面を有し、第２プリズム第２反射面が、光束にパワーを与える曲面形状にて構成されていることが望ましい。
【００４１】
また、その第２プリズム第２反射面が、第２プリズム射出面と同一面にて兼用され、第２プリズム入射面から入射した光束が、第２プリズム射出面で全反射して、第２プリズム第１反射面で反射され、第２プリズム射出面を透過するように構成することができる。
【００４２】
このように、第２プリズムを第２反射面と射出面と兼用するタイプとすると、入射光線をその反射面では大きな屈曲角で第１反射面へと反射し、第１反射面で少ない反射角で屈曲させるために、プリズムの射出光線方向の厚さを薄くすることが可能である。
【００４３】
また、第１プリズムとして第１反射面、第２反射面を有する偏心プリズムで構成する場合、第１プリズムが、少なくとも、第１プリズム入射面と第１プリズム第１反射面との間の光路中に第１プリズム第２反射面を有し、第１プリズム第２反射面が、唯一の面対称面を有した回転非対称な自由曲面にて構成することが望ましい。
【００４４】
この場合にも、第１プリズムが、第１プリズム入射面と第１プリズム第２反射面とを結ぶ光路と、第１プリズム第１反射面から反射された光束が次の光学作用面に至るまでの光路とが、プリズム内で交差するように構成することができる。
【００４５】
このような形状の第１プリズムは、前記のように、収差補正の自由度が高くなり、収差の発生が少ない。さらに、２つの反射面の配置の対称性が高いので、この２つの反射面で発生する収差が２つの反射面相互で補正し合い、収差発生が少ない。また、光路がプリズム内で交差する構成のために、単に光路を折り返す構造のプリズムに比較して光路長を長く取ることが可能で、光路長の長さの割にプリズムを小型化することができ、また、物像間距離が大きく取ることが可能となり、各反射面のパワーを比較的弱くすることが可能なため、収差の発生が少ない。
【００４６】
また、第１プリズムとして、第１プリズム第１反射面と第１プリズム射出面との間の観察光路中に第１プリズム第３反射面と第１プリズム第４反射面とを有し、第１プリズム第３反射面と第１プリズム第４反射面の中の少なくとも一方の面が、唯一の面対称面を有した回転非対称な自由曲面にて構成されていることが望ましい。
【００４７】
その場合、第１プリズム第３反射面が、第１プリズム射出面と同一面にて兼用され、第１プリズム第１反射面から反射された光束が、第１プリズム射出面（第１プリズム第３反射面）で全反射して、第１プリズム第４反射面で反射され、第１プリズム射出面から透過するように構成することができる。
【００４８】
なお、本発明は、以上のような画像表示装置において、前記照明用光源と、前記反射型画像表示素子と、前記観察光学系と、前記有害光除去部材とを内蔵した本体部と、前記本体部を観察者の顔面に装着するように支持する支持部材とを備えたことを特徴とする頭部装着型画像表示装置を含むものであり、かつ、その場合に、照明用光源と、右眼用反射型画像表示素子と、右眼用観察光学系と、左眼用反射型画像表示素子と、左眼用観察光学系と、有害光除去部材とを内蔵した本体部と、前記本体部を観察者の顔面に装着するように支持する支持部材とを備えた両眼用頭部装着型画像表示装置を含むものである。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の画像表示装置を実施例に基づいて説明する。
【００５０】
まず、図１〜図５を用いて有害光であるゴースト光の除去のための配置について例示する。何れの例も、２つの偏心プリズム１０、２０と反射型ＬＣＤ３とを用いた画像表示装置であり、正規観察光の経路は、図１に示した通りである。
【００５１】
図１に例について説明する。図１の画像表示装置は、２つの偏心プリズム１０、２０と反射型ＬＣＤ３とを用いたものであり、偏心プリズム１０は４つの光学面１１〜１４からなり、偏心プリズム２０は光学面２１〜２３からなり、光源５を出た照明光は、偏光板３２を通って偏心プリズム１０の面１３に設けられた偏光ビームスプリット面３１を反射なしに通過する直線偏光、例えばＰ偏光に偏光され、面１３の偏光ビームスプリット面３１を通してプリズム１０内に入射し、その面１３で屈折した光線は、面１２で内部反射し、面１１で屈折して反射型ＬＣＤ３を照明する。反射型ＬＣＤ３で反射された光は、面１１から入射し、面１２、１３で順に内部反射し、面１４で屈折してプリズム１０から出て、偏心プリズム２０に面２１から屈折して入射し、面２３で全反射し、面２２で内部反射し、面２３で屈折してプリズム２０から出て眼Ｅに到達し、反射型ＬＣＤ３の表示像が拡大して観察される。
【００５２】
この例の場合は、光源５の前方に配置れた偏光板３２の透過軸方向と偏心プリズム１０の面１３に設けられた偏光ビームスプリット面３１の透過軸方向が一致するように設定されているので、面１３からは何らゴースト光が発生しないため、観察者の眼Ｅにはゴースト光が到達せず、ゴースト光を防止することができる。
【００５３】
図２に例の場合は、偏心プリズム１０に光源５からの照明光が入射する面１３をハーフミラー面３３とした例であり、光源５を出た照明光の一部はハーフミラー面３３で反射され、外装６の内壁に到達する。しかし、外装６のその反射光が入射する領域６’の内壁は図示のように傾斜されており、その領域６’の内壁で反射されたゴースト光７は偏心プリズム１０、２０や観察者の眼Ｅの方向とは反対方向に反射するような傾斜になっているので、観察者の眼Ｅにはゴースト光７は到達せず、ゴースト光を防止することができる。
【００５４】
図３に例の場合は、偏心プリズム１０に光源５からの照明光が入射する面１３をハーフミラー面３３となっており、光源５を出た照明光の一部はハーフミラー面３３で反射され、外装６の内壁に到達する。しかし、外装６のその反射光が入射する内壁には、入射光を乱反射、吸収するように遮光線（溝）３４が刻まれており、偏心プリズム１０方向にはゴースト光７はほとんど戻らず、ゴースト光を防止することができる。
【００５５】
図４に例の場合は、光源５と偏心プリズム１０の面１３のハーフミラー面３３との間に偏光板３２を配置し、光源５を出た照明光のハーフミラー面３３で反射された光が到達する外装６の内壁上には別の偏光板３５が、偏光板３２の透過軸方向と偏光板３５の透過軸方向が直交するクロスニコルの状態で配置されており、ハーフミラー面３３で反射された光源５を出た照明光は、クロスニコル状態の偏光板３５で吸収され（透過型の偏光板は入射光の偏光方向がその透過軸方向と直交する場合、ほとんど反射せず吸収してしまう。）、観察者の眼Ｅにはゴースト光７は到達せず、ゴースト光を防止することができる。
【００５６】
図５に例の場合は、偏心プリズム１０に光源５からの照明光が入射する面１３をハーフミラー面３３となっており、光源５を出た照明光の一部はハーフミラー面３３で反射され、外装６の内壁に到達する。しかし、外装６のその反射光が入射する内壁には、入射光を吸収する吸収型ＮＤフィルター３６が配置されており、偏心プリズム１０方向にはゴースト光７はほとんど戻らず、ゴースト光を防止することができる。
【００５７】
ところで、本発明の画像表示装置の観察光学系の構成としては、図１〜図５のような面構成の偏心プリズム１０、２０を用いるものに限定されない。以下、本発明の画像表示装置に使用可能ないくつかの観察光学系の例を示す。
【００５８】
図６（ａ）は、図１〜図５で用いている２つのプリズムを一体化したものに相当する偏心プリズム１０を用いる例であり、この偏心プリズム１０は５つの光学面１１〜１５からなり、反射型ＬＣＤ３からの表示光は、面１１からプリズム内に入射し、面１２、１３で順に内部反射し、面１５で全反射し、面１４で内部反射し、面１５で屈折してプリズム１０から出て観察者の眼を位置させる射出瞳１に到達し、反射型ＬＣＤ３の表示像を拡大観察可能にする。なお、符号２は軸上主光線を示す。この例の場合も、照明光源５は面１３の前に配置し、そこから出た照明光は、面１３に設けられた偏光ビームスプリット面（図１）あるいはハーフミラー面（図２〜図５）を経てプリズム１０内に入射し、その面１３で屈折した光線は、面１２で内部反射し、面１１で屈折して反射型ＬＣＤ３を照明する。
ゴースト光除去手段として、図１〜図５の何れかの手段を用いる。なお、図１〜図５等の場合も同様であるが、照明光源５を面１２の前に配置し、そこから出た照明光を面１２、面１１を経て反射型ＬＣＤ３に達するようにしてもよい（図６（ｂ））。
【００５９】
図６（ｂ）は、図１〜図５で用いている２つの偏心プリズム１０、２０の間の光路中にレンズ４１を配置し、また、偏心プリズム２０と射出瞳１の間の光路中に別のレンズ４２を配置した例であり、正規観察光の経路は図１の場合と同様である。なお、レンズ４１、４２の何れか一方だけを配置するようにしてもよい。
ゴースト光除去手段として、図１〜図５の何れかの手段を用いる。
【００６０】
図７は、図１〜図５で用いている２つの偏心プリズム１０、２０の中、偏心プリズム２０を４つの光学面２１〜２４からなる別のタイプの偏心プリズムとした例である。この観察光学系においては、反射型ＬＣＤ３からの表示光は、面１１からプリズム内に入射し、面１２、１３で順に内部反射し、面１４で屈折してプリズム１０から出て、偏心プリズム２０に面２１から屈折して入射し、面２２で内部反射し、面２３で全反射し、面２４で内部反射し、面２３で屈折してプリズム２０から出て観察者の眼を位置させる射出瞳１に到達し、反射型ＬＣＤ３の表示像を拡大観察可能にする。ゴースト光除去手段として、図１〜図５の何れかの手段を用いる。
【００６１】
図８は、図７で用いている２つのプリズムを一体化したものに相当する偏心プリズム１０を用いる例であり、この偏心プリズム１０は６つの光学面１１〜１６からなり、反射型ＬＣＤ３からの表示光は、面１１からプリズム内に入射し、面１２、１３で順に内部反射し、面１４で内部反射し、面１５で全反射し、面１６で内部反射し、面１５で屈折してプリズム１０から出て観察者の眼を位置させる射出瞳１に到達し、反射型ＬＣＤ３の表示像を拡大観察可能にする。ゴースト光除去手段として、図１〜図５の何れかの手段を用いる。
【００６２】
図９（ａ）は、図１〜図５で用いている２つの偏心プリズム１０、２０の中、偏心プリズム２０を３つの光学面２１〜２３からなる別のタイプの偏心プリズムとした例である。この観察光学系においては、反射型ＬＣＤ３からの表示光は、面１１からプリズム内に入射し、面１２、１３で順に内部反射し、面１４で屈折してプリズム１０から出て、偏心プリズム２０に面２１から屈折して入射し、面２２で内部反射し、面２３で屈折してプリズム２０から出て観察者の眼を位置させる射出瞳１に到達し、反射型ＬＣＤ３の表示像を拡大観察可能にする。ゴースト光除去手段として、図１〜図５の何れかの手段を用いる。
【００６３】
図９（ｂ）は、図９（ａ）で用いている２つのプリズムを一体化したものに相当する偏心プリズム１０を用いる例であり、この偏心プリズム１０は５つの光学面１１〜１５からなり、反射型ＬＣＤ３からの表示光は、面１１からプリズム内に入射し、面１２、１３で順に内部反射し、面１４で内部反射し、面１５で屈折してプリズム１０から出て観察者の眼を位置させる射出瞳１に到達し、反射型ＬＣＤ３の表示像を拡大観察可能にする。ゴースト光除去手段として、図１〜図５の何れかの手段を用いる。
【００６４】
図１０（ａ）は、図１〜図５で用いている２つの偏心プリズム１０、２０の中、偏心プリズム２０の代わりに偏心配置の曲面鏡２０’を用いた例である。この観察光学系においては、反射型ＬＣＤ３からの表示光は、面１１からプリズム内に入射し、面１２、１３で順に内部反射し、面１４で屈折してプリズム１０から出て、曲面鏡２０’に入射し、そこで反射されて観察者の眼を位置させる射出瞳１に到達し、反射型ＬＣＤ３の表示像を拡大観察可能にする。ゴースト光除去手段として、図１〜図５の何れかの手段を用いる。
【００６５】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）で用いている偏心プリズム１０と曲面鏡２０’を一体化したものに相当する偏心プリズム１０を用いる例であり、この偏心プリズム１０は４つの光学面１１〜１４からなり、反射型ＬＣＤ３からの表示光は、面１１からプリズム内に入射し、面１２、１３で順に内部反射し、面１４で屈折してプリズム１０から出て観察者の眼を位置させる射出瞳１に到達し、反射型ＬＣＤ３の表示像を拡大観察可能にする。ゴースト光除去手段として、図１〜図５の何れかの手段を用いる。
【００６６】
次に、図１の画像表示光学系と図８の画像表示光学系の具体的な数値実施例（それぞれ実施例１、２とする。）について説明する。実施例１、２の構成パラメータは下記に示すが、面番号は、射出瞳１の位置から観察光学系へ向う逆光線追跡の面番号として示してある。座標の取り方に関しては、図１、図８に示すように、逆光線追跡で、軸上主光線２を、観察光学系の射出瞳１の中心を通り、像面（反射型画像表示素子）３中心に到る光線で定義する。そして、軸上主光線２と射出瞳１の面の交点を偏心光学面の原点として、軸上主光線２に沿う方向をＺ軸正方向とし、このＺ軸と像面３中心を含む平面をＹ−Ｚ平面とし、原点を通りＹ−Ｚ平面に直交し、紙面の手前から裏面側に向かう方向を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。また、光軸は紙面のＹ−Ｚ面内で折り曲げられるものとする。
【００６７】
そして、後記する構成パラメータ中において、各面の偏心面については、瞳１の中心について定められた座標系の原点から、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（ｃ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。なお、その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。
【００６８】
実施例１、２では、瞳１の中心について定められた座標系のＹ−Ｚ平面内で各面の偏心を行っており、また、その各回転非対称自由曲面の唯一の対称面をＹ−Ｚ面としている。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
0004560160.tif 000005
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。
【００７３】
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。
【００７４】
また、自由曲面の他の定義式として、前記の（ｂ）式で与えられるＺｅｒｎｉｋｅ多項式がある。
【００７５】
その他の面の例として、次の定義式（ｄ）があげられる。
【００７６】
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。
【００７７】
0004560160.tif 000006
なお、本発明の実施例では、前記（ａ）式を用いた自由曲面で面形状が表現されているが、上記（ｂ）式、（ｄ）式を用いても同様の作用効果を得られるのは言うまでもない。
【００７８】
以下に上記実施例１、２の構成パラメータを示す。以下の表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＡＳＳ”は非球面をそれぞれ示す。
【００７９】
0004560160.tif 000007
0004560160.tif 000008
0004560160.tif 000009
【００８０】
0004560160.tif 000010
0004560160.tif 000011
0004560160.tif 000012
【００８１】
さて、以上に説明したような画像表示装置を１組用意し、片眼装着用に構成しても、また、そのような組を左右一対用意し、それらを眼輻距離だけ離して支持することにより、両眼装着用に構成してもよい。そのようにして、片眼あるいは両眼で観察できる据え付け型又はポータブル型の画像表示装置として構成することができる。
【００８２】
片眼に装着する構成にした場合の様子を図１１に（この場合は、左眼に装着）、両眼に装着する構成にした場合の様子を図１２にそれぞれ示す。図１１、図１２中、１３１は表示装置本体部を示し、図１１の場合は観察者の顔面の左眼の前方に、図１２の場合は観察者の顔面の両眼の前方に保持されるよう支持部材が頭部を介して固定している。その支持部材としては、一端を表示装置本体部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とから（図１１の場合）、あるいは、さらに、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（図１２の場合）構成されている。
【００８３】
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（図１２の場合）。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。
【００８４】
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（図１２の場合）、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１４０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。
【００８５】
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。
【００８６】
以上の本発明の画像表示装置は例えば次のように構成することができる。
【００８７】
〔１〕  照明用光源と、前記照明用光源からの光束を反射して画像を表示する反射型画像表示素子と、前記反射型画像表示素子の表示した画像を観察者に導く観察光学系とを有する画像表示装置において、
前記観察光学系が、少なくとも、前記照明用光源と前記反射型画像表示素子との間の光路中に少なくとも一部分を介在させるように配置した第１プリズムを有し、
前記照明用光源と前記反射型画像表示素子とが、前記照明用光源から射出された照明光束が前記第１プリズムの少なくとも一部を通過して前記反射型画像表示素子の表示面に照射される位置にそれぞれ配置され、
前記第１プリズムが、前記反射型画像表示素子から反射された映像表示光束を前記第１プリズム内に入射する第１プリズム入射面と、前記プリズム内に入射した光束を反射する少なくとも１つの第１プリズム第１反射面と、前記プリズム内に入射した光束を射出する第１プリズム射出面とを有し、前記第１プリズム入射面と前記第１プリズム射出面と前記第１プリズム第１反射面との中の少なくとも１つの面が光束にパワーを与える作用を持った曲面形状にて構成され、
前記照明用光源から前記反射型画像表示素子に至る照明光路中で、前記照明用光源から射出された光束の中、前記第１プリズムを通過する際に、前記照明光路から分岐することによって発生する有害光を除去するための有害光除去部材を、前記照明用光源近傍に設けたことを特徴とする画像表示装置。
【００８８】
〔２〕  上記１において、
前記観察光学系が、少なくとも、前記照明用光源と前記反射型画像表示素子との間の照明光路を通過させる第１プリズムと、前記第１プリズムとは分離され、観察者側に配置された第１光学素子とを有し、
前記第１光学素子が、少なくとも１つの第１光学素子第１反射面を有し、前記第１光学素子第１反射面が光束にパワーを与えかつ回転非対称な偏心収差を補正する作用を持った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画像表示装置。
【００８９】
〔３〕  上記２において、
前記第１光学素子が、前記第１プリズムから射出された映像光束を入射させる第２プリズム入射面と、プリズム内で光束を反射する第２プリズム第１反射面と、プリズム外に光束を射出する第２プリズム射出面とを有する第２プリズムから構成され、
前記第２プリズム入射面と前記第２プリズム射出面との少なくとも１つの面が、光束にパワーを与える曲面形状にて構成されていることを特徴とする画像表示装置。
【００９０】
〔４〕  上記１において、
前記第１プリズムが、少なくとも、前記第１プリズム入射面と前記第１プリズム第１反射面との間の光路中に第１プリズム第２反射面を有し、
前記第１プリズム第２反射面が、光束にパワーを与えかつ回転非対称な偏心収差を補正する作用を持った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画像表示装置。
【００９１】
〔５〕  上記１から４の何れか１項において、
前記有害光除去部材が、前記観察光学系の光路外に設けられ、前記第１プリズムから分岐した有害光を再び前記観察光学系内に入射しないように除去する作用を持つように構成されていることを特徴とする画像表示装置。
【００９２】
〔６〕  上記５において、
前記第１プリズムの前記第１プリズム第１反射面が、前記反射型画像表示素子からの映像光束を観察者に導く観察光路では反射作用を有し、前記照明用光源から前記反射型画像表示素子に至る照明光路では照明光束を入射させる透過作用を有するように、透過作用と反射作用とを併せ持つように構成され、
前記有害光除去部材が、前記照明用光源からの照明光束が、前記第１プリズムの前記第１プリズム第１反射面からプリズム内に入射する際に、前記第１プリズム外に反射する光束を有害光束として除去す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。
【００９３】
〔７〕  上記６において、
前記有害光除去部材が、前記照明光束が前記第１プリズム第１反射面から前記第１プリズム外に反射された有害光束を、前記観察光学系に入射しない方向に向って反射させるような傾斜面になっている壁面にて構成されていることを特徴とする画像表示装置。
【００９４】
〔８〕  上記６において、
前記有害光除去部材が、前記照明光束が前記第１プリズム第１反射面から前記第１プリズム外に反射された有害光束の強度を低下させるように乱反射させる遮光線を刻んだ部材にて構成されていることを特徴とする画像表示装置。
【００９５】
〔９〕  上記６において、
前記有害光除去部材が、前記照明用光源と前記第１プリズム第１反射面との間に設けられた第１偏光板と、前記第１プリズム第１反射面に形成された偏光ビームスプリッタとから構成され、
前記照明光束が前記第１偏光板を通過することによりＰ偏光又はＳ偏光の何れかの偏光光束にし、前記偏光ビームスプリッタが前記第１偏光板を通過した偏光光束を透過する偏光作用を有するように構成されており、前記第１プリズム第１反射面から前記第１プリズム外に反射される有害光束を発生させないようになっていることを特徴とする画像表示装置。
【００９６】
〔１０〕  上記６において、
前記第１プリズムの前記第１プリズム第１反射面がハーフミラー面にて構成され、
前記有害光除去部材が、前記照明用光源と前記第１プリズムの前記第１プリズム第１反射面との間に設けられた第１偏光板と、前記第１偏光板を通過した光束の中の前記第１プリズム第１反射面のハーフミラー作用によってプリズム外に反射された光束を受光する位置に配置された第２偏光板とから構成され、
前記第２偏光板が前記第１偏光板とは偏光作用がクロスニコルの関係になるように配置されていることを特徴とする画像表示装置。
【００９７】
〔１１〕  上記６において、
前記有害光除去部材が、前記照明光束の中の前記第１プリズム第１反射面からプリズム外に反射された光束を受光する位置に配置された光吸収部材から構成されていることを特徴とする画像表示装置。
【００９８】
〔１２〕  上記３及び上記３に従属する上記５〜１１の何れか１項において、
前記第２プリズム第１反射面が、唯一の面対称面を有した回転非対称な自由曲面にて構成されていることを特徴とする画像表示装置。
【００９９】
〔１３〕  上記４及び上記４に従属する上記５〜１１の何れか１項において、
前記第１プリズム第２反射面が、唯一の面対称面を有した回転非対称な自由曲面にて構成されていることを特徴とする画像表示装置。
【０１００】
〔１４〕  上記１〜１３の何れか１項において、
前記照明光源から射出されたの光束が、少なくとも、前記第１プリズムの前記第１プリズム第１反射面から入射し、前記第１プリズム入射面から前記反射型画像表示素子に向って照明光束が照射される照明光路を形成し、
前記反射型画像表示素子に表示された映像光束が、少なくとも、前記第１プリズム入射面から入射し、前記第１プリズム第１反射面で反射する観察光路を形成し、
前記照明光路と前記観察光路とが、光束の進む方向を逆転させた略同一光路（光束の幅は一致せず）を形成することを特徴とする画像表示装置。
【０１０１】
〔１５〕  上記３及び上記３に従属する上記５〜１４の何れか１項において、
前記第１プリズムが、前記第１プリズム入射面と前記第１プリズム第１反射面との間の光路に第１プリズム第２反射面を有し、
前記第１プリズム第２反射面が、唯一の面対称面を有した回転非対称な自由曲面にて構成されていることを特徴とする画像表示装置。
【０１０２】
〔１６〕  上記１５において、
前記第１プリズムが、前記第１プリズム入射面と前記第１プリズム第２反射面とを結ぶ光路と、前記第１プリズム第１反射面と前記第１プリズム射出面とを結ぶ光路とが、プリズム内で交差す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。
【０１０３】
〔１７〕  上記１５又は１６において、
前記第２プリズムが、前記第２プリズム入射面と前記第２プリズム第１反射面との間の観察光路中に第２プリズム第２反射面を有し、
前記第２プリズム第２反射面が、光束にパワーを与える曲面形状にて構成されていることを特徴とする画像表示装置。
【０１０４】
〔１８〕  上記１７において、
前記第２プリズム第２反射面が、前記第２プリズム射出面と同一面にて兼用され、前記第２プリズム入射面から入射した光束が、前記第２プリズム射出面で全反射して、前記第２プリズム第１反射面で反射され、前記第２プリズム射出面を透過す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。
【０１０５】
〔１９〕  上記４及び上記４に従属する上記５〜１４の何れか１項において、
前記第１プリズムが、前記第１プリズム入射面と前記第１プリズム第１反射面との間の光路に前記第１プリズム第２反射面を有し、
前記第１プリズム第２反射面が、唯一の面対称面を有した回転非対称な自由曲面にて構成されていることを特徴とする画像表示装置。
【０１０６】
〔２０〕  上記１９において、
前記第１プリズムが、前記第１プリズム入射面と前記第１プリズム第２反射面ととを結ぶ光路と、前記第１プリズム第１反射面から反射された光束が次の光学作用面に至るまでの光路とが、プリズム内で交差す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。
【０１０７】
〔２１〕  上記１９又は２０において、
前記第１プリズムが、前記第１プリズム第１反射面と前記第１プリズム射出面との間の観察光路中に第１プリズム第３反射面と第１プリズム第４反射面とを有し、
前記第１プリズム第３反射面と前記第１プリズム第４反射面の中の少なくとも一方の面が、唯一の面対称面を有した回転非対称な自由曲面にて構成されていることを特徴とする画像表示装置。
【０１０８】
〔２２〕  上記２１において、
前記第１プリズム第３反射面が、前記第１プリズム射出面と同一面にて兼用され、前記第１プリズム第１反射面から反射された光束が、前記第１プリズム射出面（前記第１プリズム第３反射面）で全反射して、前記第１プリズム第４反射面で反射され、前記第１プリズム射出面から透過す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。
【０１０９】
〔２３〕  上記１〜２２の何れか１項において、
前記照明用光源と、前記反射型画像表示素子と、前記観察光学系と、前記有害光除去部材とを内蔵した本体部と、前記本体部を観察者の顔面に装着するように支持する支持部材とを備えたことを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【０１１０】
〔２４〕  上記２３において、
照明用光源と、右眼用反射型画像表示素子と、右眼用観察光学系と、左眼用反射型画像表示素子と、左眼用観察光学系と、有害光除去部材とを内蔵した本体部と、前記本体部を観察者の顔面に装着するように支持する支持部材とを備えたことを特徴とする両眼用頭部装着型画像表示装置。
【０１１１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の画像表示装置によると、照明用光源から反射型画像表示素子に至る照明光路中で、照明用光源から射出された光束の中、第１プリズムを通過する際に、照明光路から分岐することによって発生する有害光を除去するための有害光除去部材を照明用光源近傍に設けたので、外装内壁等で反射してゴースト光が発生することが防がれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像表示装置の実施例１における正規光の経路と第１のゴースト光防止段を説明するための図である。
【図２】本発明の画像表示装置の実施例１における正規光の経路と第２のゴースト光防止段を説明するための図である。
【図３】本発明の画像表示装置の実施例１における正規光の経路と第３のゴースト光防止段を説明するための図である。
【図４】本発明の画像表示装置の実施例１における正規光の経路と第４のゴースト光防止段を説明するための図である。
【図５】本発明の画像表示装置の実施例１における正規光の経路と第５のゴースト光防止段を説明するための図である。
【図６】本発明の画像表示装置に利用可能な観察光学系の別の例を示す図である。
【図７】本発明の画像表示装置に利用可能な観察光学系のさらに別の例を示す図である。
【図８】本発明の画像表示装置の実施例２における正規光の光路図である。
【図９】本発明の画像表示装置に利用可能な観察光学系のさらに別の例を示す図である。
【図１０】本発明の画像表示装置に利用可能な観察光学系のさらに別の例を示す図である。
【図１１】本発明の画像表示装置を片眼装着の構成にした場合の様子を示す図である。
【図１２】本発明の画像表示装置を両眼装着の構成にした場合の様子を示す図である。
【図１３】画像表示装置の１例における正規光の経路を示す図である。
【図１４】図１３の画像表示装置においてゴースト光が発生する様子を示す図である。
【符号の説明】
Ｅ…観察者の眼
１…射出瞳
２…軸上主光線
３…反射型液晶表示素子（反射型ＬＣＤ）
５…光源
６…外装
６’…外装の傾斜領域
７…ゴースト光
１０、２０…偏心プリズム
１１〜１６、２１〜２４…光学面
２０’…曲面鏡
３１…偏光ビームスプリット面
３２…偏光板
３３…ハーフミラー面
３４…遮光線（溝）
３５…偏光板
３６…吸収型ＮＤフィルター
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
【図１】
0004560160.tif 000013
【図２】
0004560160.tif 000014
【図３】
0004560160.tif 000015
【図４】
0004560160.tif 000016
【図５】
0004560160.tif 000017
【図６】
0004560160.tif 000018
【図７】
0004560160.tif 000019
【図８】
0004560160.tif 000020
【図９】
0004560160.tif 000021
【図１０】
0004560160.tif 000022
【図１１】
0004560160.tif 000023
【図１２】
0004560160.tif 000024
【図１３】
0004560160.tif 000025
【図１４】
0004560160.tif 000026