(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察者が観察する画像を表示する画像表示素子と、前記画像を右眼用光路と左眼用光路とに振分ける光路振分けミラーと、前記光路振分けミラーの右側に配置された右眼用接眼プリズムと、前記光路振分けミラーの左側に配置された左眼用接眼プリズムとを有し、
前記光路振分けミラーが、前記画像表示素子に対向配置され前記画像表示素子から射出された表示光束を、前記右眼用接眼プリズムと前記左眼用プリズムとに振分けて反射するミラー面を有し、前記ミラー面が、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、
前記右眼用接眼プリズムが、前記光路振分けミラーで反射された右眼用光路の光束をプリズム内に入射させる第１面と、プリズム内で右眼用光路の光束を反射する第２面と、プリズム外に右眼用光路の光束を射出する第３面とを有し、
前記左眼用接眼プリズムが、前記光路振分けミラーで反射された左眼用光路の光束をプリズム内に入射させる第１面と、プリズム内で左眼用光路の光束を反射する第２面と、プリズム外に左眼用光路の光束を射出する第３面とを有し、
少なくとも、前記右眼用接眼プリズムの反射作用面である第２面と、前記左眼用接眼プリズムの反射作用面である第２面とが、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画像表示装置。
【請求項２】
前記光路振分けミラーの有する回転非対称な曲面形状が、唯一の対称面を備えた自由曲面にて構成されていることを特徴とする上記１記載の画像表示装置。
【請求項３】
観察者が観察する画像を表示する画像表示素子と、前記画像を右眼用光路と左眼用光路とに振分ける光路振分けプリズムと、前記光路振分けプリズムの右側に配置された右眼用接眼プリズムと、前記光路振分けプリズムの左側に配置された左眼用接眼プリズムとを有し、
前記光路振分けプリズムが、前記画像表示素子に対向配置され前記画像表示素子から射出された表示光束をプリズム内部に入射させる第１面と、前記第１面から入射した前記右眼用光路を反射する第２１面と、前記第１面から入射した前記左眼用光路を反射する第２２面と、前記右眼用光路の光束をプリズム外に射出させる第３１面と、前記左眼用光路の光束をプリズム外に射出させる第３２面と、を少なくとも有し、
前記光路振分けプリズムは、前記右眼用光路中に前記画像表示素子の表示した像から右眼用リレー像を形成し、かつ、前記左眼用光路中に前記画像表示素子の表示した像から左眼用リレー像を形成するために、少なくとも前記第２１面と前記第２２面とが、光束にパワーを与える曲面形状にて構成されると共に、前記第２１面と前記第２２面とが同一の面形状を有するように構成され、
前記右眼用接眼プリズムが、前記光路振分けプリズムの前記第３１面から射出された右眼用光路の光束をプリズム内に入射させる第１面と、プリズム内で右眼用光路の光束を反射する第２面と、プリズム外に右眼用光路の光束を射出する第３面とを有し、
前記左眼用接眼プリズムが、前記光路振分けプリズムの前記第３２面から射出された左眼用光路の光束をプリズム内に入射させる第１面と、プリズム内で左眼用光路の光束を反射する第２面と、プリズム外に左眼用光路の光束を射出する第３面とを有し、
少なくとも、前記右眼用接眼プリズムの反射作用面である第２面と、前記左眼用接眼プリズムの反射作用面である第２面とが、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】
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５−１７６２６０号、特開平９−６１７４８号、特開平９−１８１９９８号、特開平９−１８１９９９号において知られている。
【０００３】
また、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の照明方法としては、例えば特開平７−３１８８５１号において知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この中、特開平５−１７６２６０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。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。また、特開平９−１８１９９８号、特開平９−１８１９９９号のものは、プリズムが１体化であるため非常に大きく、射出成形で製作する場合、非常に時間がかかりコスト高になる。また偏心収差の補正が不充分である。
【０００５】
また、単一の表示素子からの表示像を両眼で観察する場合の照明方法では、特開平７−３１８８５１号のような構成をとった場合、左右の眼に導かれる画像が右左逆になってしまうため、表示素子等で電気的に表示を切り換える必要がある。
【０００６】
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、両眼の中央に配置する光路振り分け手段にパワーを持たせることで、諸収差の補正を容易にした、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。また、表示画像を左右で切り換えずに使用できる単板（単一の画像表示素子）両眼視に最適な照明方法を提供することである。
【０００７】
【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、観察者が観察する画像を表示する画像表示素子と、前記画像を右眼用光路と左眼用光路とに振分ける光路振分けミラーと、前記光路振分けミラーの右側に配置された右眼用接眼プリズムと、前記光路振分けミラーの左側に配置された左眼用接眼プリズムとを有し、
前記光路振分けミラーが、前記画像表示素子に対向配置され前記画像表示素子から射出された表示光束を、前記右眼用接眼プリズムと前記左眼用プリズムとに振分けて反射するミラー面を有し、前記ミラー面が、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、
前記右眼用接眼プリズムが、前記光路振分けミラーで反射された右眼用光路の光束をプリズム内に入射させる第１面と、プリズム内で右眼用光路の光束を反射する第２面と、プリズム外に右眼用光路の光束を射出する第３面とを有し、
前記左眼用接眼プリズムが、前記光路振分けミラーで反射された左眼用光路の光束をプリズム内に入射させる第１面と、プリズム内で左眼用光路の光束を反射する第２面と、プリズム外に左眼用光路の光束を射出する第３面とを有し、
少なくとも、前記右眼用接眼プリズムの反射作用面である第２面と、前記左眼用接眼プリズムの反射作用面である第２面とが、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ものである。
【０００８】
本発明のもう１つの画像表示装置は、観察者が観察する画像を表示する画像表示素子と、前記画像を右眼用光路と左眼用光路とに振分ける光路振分けプリズムと、前記光路振分けプリズムの右側に配置された右眼用接眼プリズムと、前記光路振分けプリズムの左側に配置された左眼用接眼プリズムとを有し、
前記光路振分けプリズムが、前記画像表示素子に対向配置され前記画像表示素子から射出された表示光束をプリズム内部に入射させる第１面と、前記第１面から入射した前記右眼用光路を反射する第２１面と、前記第１面から入射した前記左眼用光路を反射する第２２面と、前記右眼用光路の光束をプリズム外に射出させる第３１面と、前記左眼用光路の光束をプリズム外に射出させる第３２面と、を少なくとも有し、
前記光路振分けプリズムは、前記右眼用光路中に前記画像表示素子の表示した像から右眼用リレー像を形成し、かつ、前記左眼用光路中に前記画像表示素子の表示した像から左眼用リレー像を形成するために、少なくとも前記第２１面と前記第２２面とが、光束にパワーを与える曲面形状にて構成されると共に、前記第２１面と前記第２２面とが同一の面形状を有するように構成され、
前記右眼用接眼プリズムが、前記光路振分けプリズムの前記第３１面から射出された右眼用光路の光束をプリズム内に入射させる第１面と、プリズム内で右眼用光路の光束を反射する第２面と、プリズム外に右眼用光路の光束を射出する第３面とを有し、
前記左眼用接眼プリズムが、前記光路振分けプリズムの前記第３２面から射出された左眼用光路の光束をプリズム内に入射させる第１面と、プリズム内で左眼用光路の光束を反射する第２面と、プリズム外に左眼用光路の光束を射出する第３面とを有し、
少なくとも、前記右眼用接眼プリズムの反射作用面である第２面と、前記左眼用接眼プリズムの反射作用面である第２面とが、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ものである。
【０００９】
本発明においては、以上のような構成であるので、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、両眼の中央に配置する光路振分けミラーあるいは光路振分けプリズムを持たせることで、諸収差の補正を容易にして、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ができる。また、このような構成において、表示画像を左右で切り換えずに使用できる単板両眼視に最適な照明配置を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の画像表示装置を実施例に基づいて説明する。図１〜図１５にそれぞれ本発明による実施例１〜１６の画像表示装置の光路図を示す。
【００１１】
図１の実施例１において、観察者の右眼をＥＲで、左眼をＥＬで、画像表示装置の画像表示素子を符号３で、右眼用の射出瞳を４Ｒで、左眼用の射出瞳を４Ｌで示し、右眼用の光学系で右眼前に配置する偏心プリズム体を２Ｒ、左眼用の光学系で左眼前に配置する偏心プリズム体を２Ｌで示す。さらに、両眼の中央に配置する光路振分けミラーを１で示す。偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌは屈折率が１より大きい透明媒体からなっている。また、下記の説明において、反射面と説明している面は、全反射面以外は偏心プリズム体の対象の面にミラーコートを施してミラー面としたものである。
【００１２】
この実施例１は、図１に水平断面（Ｙ−Ｚ断面）を示すような構成になっており、中央の光路振分けミラー１は、両眼の対称面（右眼用射出瞳４Ｒと左眼用射出瞳４Ｌの中心間を結んだ線分の中心を通りその線分に垂直な平面）に対して面対称な形状の右光路用反射面１Ｒと左光路用反射面１Ｌとからなる。
【００１３】
右眼用の光学系を構成する偏心プリズム体２Ｒと左眼用の光学系を構成する偏心プリズム体２Ｌとは同一形状のもので、両眼の対称面に対して面対称に配置され、それぞれ光線が通る順番で、第１面２１Ｒ（２１Ｌ）、第２面２２Ｒ（２２Ｌ）、第３面２３Ｒ（２３Ｌ）、第４面２４Ｒ（２４Ｌ）から構成されており、第２面２２Ｒ（２２Ｌ）と第４面２４Ｒ（２４Ｌ）は同一面からなり、その同一面は全反射面と透過面を兼ねている。
【００１４】
画像表示素子３は、光路振分けミラー１に面してその観察者側に配置される。
偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌの第４面２４Ｒ、２４Ｌそれぞれに面して略同一面上に射出瞳４Ｒ、４Ｌが位置している。そして、各偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌ、光路振分けミラー１の各面２１Ｒ〜２４Ｒ、２１Ｌ〜２４Ｌ、１Ｒ、１Ｌは、後記の式（ａ）で表される自由曲面から構成されている。また、各自由曲面は、平面を含む球面、非球面、アナモフィック面、アナモフィック非球面に置き換えることも可能である。
【００１５】
上記の構成において、破線で示す左右の光路は、両眼の対称面に対して面対称であるので、右眼用の光路を代表的に説明する。共通の１枚の画像表示素子３からの表示光は、まず、光路振分けミラー１の反射面１Ｒに入射して反射され、偏心プリズム体２Ｒに入射する。入射光は第１面２１Ｒを透過してプリズム内に入射し、第２面２２Ｒに臨界角以上の入射角で入射して全反射され、第３面２３Ｒに入射して裏面反射され、第４面２４Ｒに臨界角以下の入射角で入射して屈折されて偏心プリズム体２Ｒから射出し、右眼用の射出瞳４Ｒへ導かれ、観察者の右眼に画像表示素子３の拡大像を投影する。なお、画像表示素子３から射出瞳４Ｒへ到る光路中には中間像は結像されない。左眼用の光路は、右眼用の光学系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の光路と面対称な関係になる。
【００１６】
以上のような構成であるので、左右の光路何れにおいても、画像表示素子３からの表示光は、３回の反射を経て眼球に導かれるので、左右共相互に鏡像でなく同じ配置の画像を見ることができ、しかも、偏心あるいは光軸に対して傾けて配置された少なくとも１面が正パワーを有する反射面及び透過面を経て画像表示素子３の画像が投影されるので、像面湾曲、色収差等の諸収差が良好に補正された画像を投影することができる。また、左右の光路振分けのために光路振分けミラー１の１面にすることで、多数面あるプリズムより製造が簡単で表示装置を軽量化できる利点がある。また、画像表示素子３が観察者側に位置するため、表示装置全体が前へ大きく出っ張らない。さらに、特開平９−６１７４８号のようにハーフミラーを利用せず、共通の１枚の画像表示素子３からの表示画像を両眼に明るく導くことが可能である。また、光路振分けミラー１の反射面１Ｒ、１Ｌに自由曲面を用いることにより、偏心収差を非常に良好に補正することが可能になる。
【００１７】
さらに、偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌは面対称な位置に配置されるが、その形状は同一なものである、同じ形状の２つの偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌを用意し、中央の光路振分けミラー１に対して面対称な位置に配置すればよい。
【００１８】
実施例２は、図２に水平断面（Ｙ−Ｚ断面）を示すように、実施例１の配置において、画像表示素子３から光路振分けミラー１の右光路用反射面１Ｒと左光路用反射面１Ｌに至る光路中に共通の負レンズ５を挿入したもので、その他の配置、光路は実施例１と同じであり、同様に中間像は結像されない。この負レンズ５の代わりにあるいはそれに加えて回折光学素子やレンチキュラーレンズを用いてもよい。画像表示素子３から光路振分けミラー１の間に負レンズ５等を挿入することにより、収差補正がさらに良好になる。また、回折光学素子やレンチキュラーレンズを用いることにより、左右の光路分割がよりしやすくなる。
【００１９】
実施例３は、図３に水平断面（Ｙ−Ｚ断面）を示すように、実施例１〜２の両眼の中央に配置する光路振分けミラー１の代わりに、５面の偏心プリズム体からなる光路振分けプリズム１０を用いたものである。左右の眼用の偏心プリズム体２Ｌ、２Ｒは実施例１〜２と同様である。
【００２０】
中央の光路振分けプリズム１０は、両眼の対称面に対して面対称な形状であり、画像表示素子３の観察者側に位置する第１面１１が透過面、その第１面１１の両側で観察者側に位置する右光路用反射面の第２面１２Ｒと左光路用反射面の第２面１２Ｌ、さらにそれら第２面１２Ｒ、１２Ｌの観察者側に位置する左光路用透過面１３Ｌ、右光路用透過面１３Ｒの５面からなる。第１面１１は両眼の対称面に対して面対称な形状、第２面１２Ｒと１２Ｌは両眼の対称面に対して面対称な形状、第３面１３Ｌと１３Ｒは両眼の対称面に対して面対称な形状である。画像表示素子３は、光路振分けプリズム１０の第１面１１に面して、光路振分けプリズム１０の観察者とは反対側に配置される。
【００２１】
上記の構成において、破線で示す左右の光路は、両眼の対称面に対して面対称であるので、右眼用の光路を代表的に説明する。共通の１枚の画像表示素子３からの表示光は、まず、光路振分けプリズム１０の第１面１１に入射し、その右光路用反射面の第２面１２Ｒに入射して反射され、右光路用透過面１３Ｒを透過して、偏心プリズム体２Ｒに入射する。入射光は第１面２１Ｒを透過してプリズム内に入射し、第２面２２Ｒに臨界角以上の入射角で入射して全反射され、第３面２３Ｒに入射して裏面反射され、第４面２４Ｒに臨界角以下の入射角で入射して屈折されて偏心プリズム体２Ｒから射出し、右眼用の射出瞳４Ｒへ導かれ、観察者の右眼に画像表示素子３の拡大像を投影する。この場合に、画像表示素子３から射出瞳４Ｒへ到る光路中に１回中間像が結像される。左眼用の光路は、右眼用の光学系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の光路と面対称な関係になる。
【００２２】
以上のような構成であるので、左右の光路何れにおいても、画像表示素子３からの表示光は、３回の反射を経て眼球に導かれるので、左右共相互に鏡像でなく同じ配置の画像を見ることができ、しかも、偏心あるいは光軸に対して傾けて配置された少なくとも１面が正パワーを有する反射面及び透過面を経て画像表示素子３の画像が投影されるので、像面湾曲、色収差等の諸収差が良好に補正された画像を投影することができる。また、中間結像がない場合はバックフォーカスの確保が難しく、また、広い画角が取れなかったが、この例の場合は中間像を１回結像するようにしたので、広い画角においても良好な収差補正が可能となる。また、光路振分けプリズム１０の射出面と反射面が共有ではないため、偏心収差を良好に補正することができる。また、光路振分けプリズム１０の反射面１２Ｒ、１２Ｌは全反射を用いていないため、面に対する入射角を小さくすることができ、面の製造精度を緩くすることが可能である。さらに、画像表示素子３が観察者から離れて位置するので、観察者の鼻との干渉を受けない。さらに、特開平９−６１７４８号のようにハーフミラーを利用せず、共通の１枚の画像表示素子３からの表示画像を両眼に明るく導くことが可能である。また、光路振分けプリズム１０の反射面１２Ｒ、１２Ｌに自由曲面を用いることにより、偏心収差を非常に良好に補正することが可能になる。
【００２３】
さらに、左右何れの光路も大部分、屈折率が１より大きい透明媒体で満たされた偏心プリズム体１０、２Ｒ、２Ｌ中を通過し、かつ、その中で光路が折り曲げられるので、接眼光学系全体をコンパクトなものとすることができる。また、偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌは面対称な位置に配置されるが、その形状は同一なものである、同じ形状の２つの偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌを用意し、中央の偏心プリズム体１０に対して面対称な位置に配置すればよい。
【００２４】
実施例４は、図４に水平断面（Ｙ−Ｚ断面）を示すように、実施例１〜２の両眼の中央に配置する光路振分けミラー１の代わりに、５面の偏心プリズム体からなる光路振分けプリズム１０を用いたものである。左右の眼用の偏心プリズム体２Ｌ、２Ｒは実施例１〜２と同様である。実施例３との大きな違いは、画像表示素子３が、光路振分けプリズム１０の観察者側に配置されている点である。
【００２５】
中央の光路振分けプリズム１０は、両眼の対称面に対して面対称な形状であり、画像表示素子３の観察者と反対側に位置する第１面１１が透過面、その第１面１１の両側で観察者と反対側に位置する右光路用透過面の第３面１３Ｒ、左光路用透過面の第３面１３Ｌ、さらにそれら第３面１３Ｒ、１３Ｌの観察者と反対側に位置する左光路用反射面の第２面１２Ｌと右光路用反射面の第２面１２Ｒの５面からなる。第１面１１は両眼の対称面に対して面対称な形状、第３面１３Ｒと１３Ｌ、第２面１２Ｌと１２Ｒは両眼の対称面に対して面対称な形状である。画像表示素子３は、光路振分けプリズム１０の第１面１１に面して、光路振分けプリズム１０の観察者側に配置される。
【００２６】
上記の構成において、破線で示す左右の光路は、両眼の対称面に対して面対称であるので、右眼用の光路を代表的に説明する。共通の１枚の画像表示素子３からの表示光は、まず、光路振分けプリズム１０の第１面１１に入射し、その右光路用反射面の第２面１２Ｒに入射して反射され、右光路用透過面１３Ｒを透過して、偏心プリズム体２Ｒに入射する。入射光は第１面２１Ｒを透過してプリズム内に入射し、第２面２２Ｒに臨界角以上の入射角で入射して全反射され、第３面２３Ｒに入射して裏面反射され、第４面２４Ｒに臨界角以下の入射角で入射して屈折されて偏心プリズム体２Ｒから射出し、右眼用の射出瞳４Ｒへ導かれ、観察者の右眼に画像表示素子３の拡大像を投影する。この場合に、画像表示素子３から射出瞳４Ｒへ到る光路中に１回中間像が結像される。左眼用の光路は、右眼用の光学系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の光路と面対称な関係になる。
【００２７】
以上のような構成であるので、左右の光路何れにおいても、画像表示素子３からの表示光は、３回の反射を経て眼球に導かれるので、左右共相互に鏡像でなく同じ配置の画像を見ることができ、しかも、偏心あるいは光軸に対して傾けて配置された少なくとも１面が正パワーを有する反射面及び透過面を経て画像表示素子３の画像が投影されるので、像面湾曲、色収差等の諸収差が良好に補正された画像を投影することができる。また、中間結像がない場合はバックフォーカスの確保が難しく、また、広い画角が取れなかったが、この例の場合は中間像を１回結像するようにしたので、広い画角においても良好な収差補正が可能となる。また、光路振分けプリズム１０の射出面と反射面が共有ではないため、偏心収差を良好に補正することができる。また、光路振分けプリズム１０の反射面１２Ｒ、１２Ｌは全反射を用いていないため、面に対する入射角を小さくすることができ、面の製造精度を緩くすることが可能である。また、画像表示素子３が観察者側に位置するため、表示装置全体が前へ大きく出っ張らない。さらに、特開平９−６１７４８号のようにハーフミラーを利用せず、共通の１枚の画像表示素子３からの表示画像を両眼に明るく導くことが可能である。また、光路振分けプリズム１０の反射面１２Ｒ、１２Ｌに自由曲面を用いることにより、偏心収差を非常に良好に補正することが可能になる。
【００２８】
さらに、左右何れの光路も大部分、屈折率が１より大きい透明媒体で満たされた偏心プリズム体１０、２Ｒ、２Ｌ中を通過し、かつ、その中で光路が折り曲げられるので、接眼光学系全体をコンパクトなものとすることができる。また、偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌは面対称な位置に配置されるが、その形状は同一なものである、同じ形状の２つの偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌを用意し、中央の偏心プリズム体１０に対して面対称な位置に配置すればよい。
【００２９】
実施例５は、図５に水平断面（Ｙ−Ｚ断面）を示すように、実施例３〜４の５面の偏心プリズム体からなる光路振分けプリズム１０の代わりに３面の偏心プリズム体からなる光路振分けプリズム１０を用いたものである。左右の眼用の偏心プリズム体２Ｌ、２Ｒは実施例１〜４と同様である。
【００３０】
中央の光路振分けプリズム１０は、両眼の対称面に対して面対称な形状であり、画像表示素子３の観察者側に位置する第１面１１が透過面、その第１面１１の両側で観察者側に位置する全反射面として作用する右光路用反射面の第２面１２Ｒと左光路用反射面の第２面１２Ｌ、右光路用反射面の第２面１２Ｒと同一面の左光路用透過面１３Ｌ、左光路用反射面の第２面１２Ｌと同一面の右光路用透過面１３Ｒの３面からなる。第１面１１は両眼の対称面に対して面対称な形状、第２面１２Ｒ（１３Ｌ）と１２Ｌ（１３Ｒ）は両眼の対称面に対して面対称な形状である。画像表示素子３は、光路振分けプリズム１０の第１面１１に面して、光路振分けプリズム１０の観察者とは反対側に配置される。
【００３１】
上記の構成において、破線で示す左右の光路は、両眼の対称面に対して面対称であるので、右眼用の光路を代表的に説明する。共通の１枚の画像表示素子３からの表示光は、まず、光路振分けプリズム１０の第１面１１に入射し、その右光路用反射面の第２面１２Ｒに入射して全反射され、右光路用透過面１３Ｒ（１２Ｌ）を透過して、偏心プリズム体２Ｒに入射する。入射光は第１面２１Ｒを透過してプリズム内に入射し、第２面２２Ｒに臨界角以上の入射角で入射して全反射され、第３面２３Ｒに入射して裏面反射され、第４面２４Ｒに臨界角以下の入射角で入射して屈折されて偏心プリズム体２Ｒから射出し、右眼用の射出瞳４Ｒへ導かれ、観察者の右眼に画像表示素子３の拡大像を投影する。この場合に、画像表示素子３から射出瞳４Ｒへ到る光路中に１回中間像が結像される。左眼用の光路は、右眼用の光学系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の光路と面対称な関係になる。
【００３２】
以上のような構成であるので、左右の光路何れにおいても、画像表示素子３からの表示光は、３回の反射を経て眼球に導かれるので、左右共相互に鏡像でなく同じ配置の画像を見ることができ、しかも、偏心あるいは光軸に対して傾けて配置された少なくとも１面が正パワーを有する反射面及び透過面を経て画像表示素子３の画像が投影されるので、像面湾曲、色収差等の諸収差が良好に補正された画像を投影することができる。また、中間結像がない場合はバックフォーカスの確保が難しく、また、広い画角が取れなかったが、この例の場合は中間像を１回結像するようにしたので、広い画角においても良好な収差補正が可能となる。また、光路振分けプリズム１０の射出面と反射面が兼用面であるため、光路振分けプリズム１０の有効面が３面のみであるため、製造が非常に簡単である。さらに、画像表示素子３が観察者から離れて位置するので、観察者の鼻との干渉を受けない。さらに、特開平９−６１７４８号のようにハーフミラーを利用せず、共通の１枚の画像表示素子３からの表示画像を両眼に明るく導くことが可能である。
また、光路振分けプリズム１０の反射面１２Ｒ、１２Ｌに自由曲面を用いることにより、偏心収差を非常に良好に補正することが可能になる。
【００３３】
さらに、左右何れの光路も大部分、屈折率が１より大きい透明媒体で満たされた偏心プリズム体１０、２Ｒ、２Ｌ中を通過し、かつ、その中で光路が折り曲げられるので、接眼光学系全体をコンパクトなものとすることができる。また、偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌは面対称な位置に配置されるが、その形状は同一なものである、同じ形状の２つの偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌを用意し、中央の偏心プリズム体１０に対して面対称な位置に配置すればよい。
【００３４】
実施例６は、図６に水平断面（Ｙ−Ｚ断面）を示すように、実施例３〜４の５面の偏心プリズム体からなる光路振分けプリズム１０の代わりに６面の偏心プリズム体からなる光路振分けプリズム１０を用いたものである。左右の眼用の偏心プリズム体２Ｌ、２Ｒは実施例１〜５と同様である。
【００３５】
中央の光路振分けプリズム１０は、両眼の対称面に対して面対称な形状であり、画像表示素子３の観察者側に位置する第１面１１が透過面、その第１面１１に面していて観察者に面する反射面の第２面１２、第１面１１の観察者側両側に配置された右光路用反射面の第３面１３Ｒと左光路用反射面の第３面１３Ｌ、第３面１３Ｒ、１３Ｌと第２面１２の間の両側に配置された左光路用透過面の第４面１４Ｌ、右光路用透過面の第４面１４Ｒの６面からなる。第１面１１、第２面１２は両眼の対称面に対して面対称な形状、第３面１３Ｒと１３Ｌ、第４面１４Ｌと１４Ｒは両眼の対称面に対して面対称な形状である。画像表示素子３は、光路振分けプリズム１０の第１面１１に面して、光路振分けプリズム１０の観察者とは反対側に配置される。
【００３６】
上記の構成において、破線で示す左右の光路は、両眼の対称面に対して面対称であるので、右眼用の光路を代表的に説明する。共通の１枚の画像表示素子３からの表示光は、まず、光路振分けプリズム１０の左右共通の第１面１１に入射し、左右共通の第２面１２で反射され、右光路用反射面の第３面１３Ｒに入射して反射され、右光路用透過面１４Ｒを透過して、偏心プリズム体２Ｒに入射する。
入射光は第１面２１Ｒを透過してプリズム内に入射し、第２面２２Ｒに臨界角以上の入射角で入射して全反射され、第３面２３Ｒに入射して裏面反射され、第４面２４Ｒに臨界角以下の入射角で入射して屈折されて偏心プリズム体２Ｒから射出し、右眼用の射出瞳４Ｒへ導かれ、観察者の右眼に画像表示素子３の拡大像を投影する。この場合に、画像表示素子３から射出瞳４Ｒへ到る光路中に１回中間像が結像される。左眼用の光路は、右眼用の光学系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の光路と面対称な関係になる。
【００３７】
以上のような構成であるので、左右の光路何れにおいても、画像表示素子３からの表示光は、４回の反射を経て眼球に導かれるので、左右共相互に鏡像でなく同じ配置の画像を見ることができ、しかも、偏心あるいは光軸に対して傾けて配置された少なくとも１面が正パワーを有する反射面及び透過面を経て画像表示素子３の画像が投影されるので、像面湾曲、色収差等の諸収差が良好に補正された画像を投影することができる。また、中間結像がない場合はバックフォーカスの確保が難しく、また、広い画角が取れなかったが、この例の場合は中間像を１回結像するようにしたので、広い画角においても良好な収差補正が可能となる。また、光路振分けプリズム１０が２回反射の構成であるので、非常に良好に偏心収差の補正が可能である。さらに、画像表示素子３が観察者から離れて位置するので、観察者の鼻との干渉を受けない。さらに、特開平９−６１７４８号のようにハーフミラーを利用せず、共通の１枚の画像表示素子３からの表示画像を両眼に明るく導くことが可能である。また、光路振分けプリズム１０の反射面１２、１３Ｒ、１３Ｌに自由曲面を用いることにより、偏心収差を非常に良好に補正することが可能になる。
【００３８】
さらに、左右何れの光路も大部分、屈折率が１より大きい透明媒体で満たされた偏心プリズム体１０、２Ｒ、２Ｌ中を通過し、かつ、その中で光路が折り曲げられるので、接眼光学系全体をコンパクトなものとすることができる。また、偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌは面対称な位置に配置されるが、その形状は同一なものである、同じ形状の２つの偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌを用意し、中央の偏心プリズム体１０に対して面対称な位置に配置すればよい。
【００３９】
実施例７は、図７に水平断面（Ｙ−Ｚ断面）を示すように、右眼用の光学系を構成する偏心プリズム体２Ｒと左眼用の光学系を構成する偏心プリズム体２Ｌとは同一形状のもので、両眼の対称面に対して面対称に配置され、それぞれ光線が通る順番で、第１面２１Ｒ（２１Ｌ）、第２面２２Ｒ（２２Ｌ）、第３面２３Ｒ（２３Ｌ）、第４面２４Ｒ（２４Ｌ）、第５面２５Ｒ（２５Ｌ）から構成されており、第３面２３Ｒ（２３Ｌ）と第５面２５Ｒ（２５Ｌ）は同一面からなり、その同一面は全反射面と透過面を兼ねている。
【００４０】
中央の光路振分けプリズム１０は、実施例４（図４）と同様に、両眼の対称面に対して面対称な形状であり、画像表示素子３の観察者側に位置する第１面１１が透過面、その第１面１１の両側で観察者側に位置する右光路用透過面の第３面１３Ｒ、左光路用透過面の第３面１３Ｌ、さらにそれら第３面１３Ｒ、１３Ｌの観察者側に位置する左光路用反射面の第２面１２Ｌと右光路用反射面の第２面１２Ｒの５面からなる。第１面１１は両眼の対称面に対して面対称な形状、第３面１３Ｒと１３Ｌ、第２面１２Ｌと１２Ｒは両眼の対称面に対して面対称な形状である。画像表示素子３は、光路振分けプリズム１０の第１面１１に面して、光路振分けプリズム１０の観察者と反対側に配置される。
【００４１】
上記の構成において、破線で示す左右の光路は、両眼の対称面に対して面対称であるので、右眼用の光路を代表的に説明する。共通の１枚の画像表示素子３からの表示光は、まず、光路振分けプリズム１０の第１面１１に入射し、その右光路用反射面の第２面１２Ｒに入射して反射され、右光路用透過面１３Ｒを透過して、偏心プリズム体２Ｒに入射する。入射光は第１面２１Ｒを透過してプリズム内に入射し、第２面２２Ｒで反射され、その反射光は第３面２３Ｒに臨界角以上の入射角で入射して全反射され、第４面２４Ｒに入射して裏面反射され、第５面２５Ｒに臨界角以下の入射角で入射して屈折されて偏心プリズム体２Ｒから射出し、右眼用の射出瞳４Ｒへ導かれ、観察者の右眼に画像表示素子３の拡大像を投影する。この場合に、画像表示素子３から射出瞳４Ｒへ到る光路中に１回中間像が結像される。左眼用の光路は、右眼用の光学系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の光路と面対称な関係になる。
【００４２】
以上のような構成であるので、左右の光路何れにおいても、画像表示素子３からの表示光は、４回の反射を経て眼球に導かれるので、左右共相互に鏡像でなく同じ配置の画像を見ることができ、しかも、偏心あるいは光軸に対して傾けて配置された少なくとも１面が正パワーを有する反射面及び透過面を経て画像表示素子３の画像が投影されるので、像面湾曲、色収差等の諸収差が良好に補正された画像を投影することができる。また、中間結像がない場合はバックフォーカスの確保が難しく、また、広い画角が取れなかったが、この例の場合は中間像を１回結像するようにしたので、広い画角においても良好な収差補正が可能となる。また、光路振分けプリズム１０の射出面と反射面が共有ではないため、偏心収差を良好に補正することができる。また、光路振分けプリズム１０の反射面１２Ｒ、１２Ｌは全反射を用いていないため、面に対する入射角を小さくすることができ、面の製造精度を緩くすることが可能である。さらに、画像表示素子３が観察者から離れて位置するので、観察者の鼻との干渉を受けない。さらに、特開平９−６１７４８号のようにハーフミラーを利用せず、共通の１枚の画像表示素子３からの表示画像を両眼に明るく導くことが可能である。また、光路振分けプリズム１０の反射面１２Ｒ、１２Ｌに自由曲面を用いることにより、偏心収差を非常に良好に補正することが可能になる。
【００４３】
さらに、左右何れの光路も大部分、屈折率が１より大きい透明媒体で満たされた偏心プリズム体１０、２Ｒ、２Ｌ中を通過し、かつ、その中で光路が折り曲げられるので、接眼光学系全体をコンパクトなものとすることができる。また、偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌは面対称な位置に配置されるが、その形状は同一なものである、同じ形状の２つの偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌを用意し、中央の偏心プリズム体１０に対して面対称な位置に配置すればよい。
【００４４】
実施例８は、図８に水平断面（Ｙ−Ｚ断面）を示すように、実施例７の５面の偏心プリズム体からなる光路振分けプリズム１０の代わりに、実施例５（図５）と同様の３面の偏心プリズム体からなる光路振分けプリズム１０を用いたものである。左右の眼用の偏心プリズム体２Ｌ、２Ｒは実施例７と同様である。
【００４５】
中央の光路振分けプリズム１０は、実施例５（図５）と同様に、両眼の対称面に対して面対称な形状であり、画像表示素子３の観察者と反対側に位置する第１面１１が透過面、その第１面１１の両側で観察者側に位置する全反射面として作用する右光路用反射面の第２面１２Ｒと左光路用反射面の第２面１２Ｌ、右光路用反射面の第２面１２Ｒと同一面の左光路用透過面１３Ｌ、左光路用反射面の第２面１２Ｌと同一面の右光路用透過面１３Ｒの３面からなる。第１面１１は両眼の対称面に対して面対称な形状、第２面１２Ｒ（１３Ｌ）と１２Ｌ（１３Ｒ）は両眼の対称面に対して面対称な形状である。画像表示素子３は、光路振分けプリズム１０の第１面１１に面して、光路振分けプリズム１０の観察者側に配置される。
【００４６】
上記の構成において、破線で示す左右の光路は、両眼の対称面に対して面対称であるので、右眼用の光路を代表的に説明する。共通の１枚の画像表示素子３からの表示光は、まず、光路振分けプリズム１０の第１面１１に入射し、その右光路用反射面の第２面１２Ｒに入射して全反射され、右光路用透過面１３Ｒ（１２Ｌ）を透過して、偏心プリズム体２Ｒに入射する。入射光は第１面２１Ｒを透過してプリズム内に入射し、第２面２２Ｒで反射され、その反射光は第３面２３Ｒに臨界角以上の入射角で入射して全反射され、第４面２４Ｒに入射して裏面反射され、第５面２５Ｒに臨界角以下の入射角で入射して屈折されて偏心プリズム体２Ｒから射出し、右眼用の射出瞳４Ｒへ導かれ、観察者の右眼に画像表示素子３の拡大像を投影する。この場合に、画像表示素子３から射出瞳４Ｒへ到る光路中に１回中間像が結像される。左眼用の光路は、右眼用の光学系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の光路と面対称な関係になる。
【００４７】
以上のような構成であるので、左右の光路何れにおいても、画像表示素子３からの表示光は、４回の反射を経て眼球に導かれるので、左右共相互に鏡像でなく同じ配置の画像を見ることができ、しかも、偏心あるいは光軸に対して傾けて配置された少なくとも１面が正パワーを有する反射面及び透過面を経て画像表示素子３の画像が投影されるので、像面湾曲、色収差等の諸収差が良好に補正された画像を投影することができる。また、中間結像がない場合はバックフォーカスの確保が難しく、また、広い画角が取れなかったが、この例の場合は中間像を１回結像するようにしたので、広い画角においても良好な収差補正が可能となる。また、光路振分けプリズム１０の射出面と反射面が兼用面であるため、光路振分けプリズム１０の有効面が３面のみであるため、製造が非常に簡単である。また、画像表示素子３が観察者側に位置するため、表示装置全体が前へ大きく出っ張らない。さらに、特開平９−６１７４８号のようにハーフミラーを利用せず、共通の１枚の画像表示素子３からの表示画像を両眼に明るく導くことが可能である。
また、光路振分けプリズム１０の反射面１２Ｒ、１２Ｌに自由曲面を用いることにより、偏心収差を非常に良好に補正することが可能になる。
【００４８】
さらに、左右何れの光路も大部分、屈折率が１より大きい透明媒体で満たされた偏心プリズム体１０、２Ｒ、２Ｌ中を通過し、かつ、その中で光路が折り曲げられるので、接眼光学系全体をコンパクトなものとすることができる。また、偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌは面対称な位置に配置されるが、その形状は同一なものである、同じ形状の２つの偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌを用意し、中央の偏心プリズム体１０に対して面対称な位置に配置すればよい。
【００４９】
実施例９は、図９に水平断面（Ｙ−Ｚ断面）を示すように、実施例７の５面の偏心プリズム体からなる光路振分けプリズム１０の代わりに、実施例６（図６）と同様の６面の偏心プリズム体からなる光路振分けプリズム１０を用いたものである。左右の眼用の偏心プリズム体２Ｌ、２Ｒは実施例７と同様である。
【００５０】
中央の光路振分けプリズム１０は、実施例６（図６）と同様に、両眼の対称面に対して面対称な形状であり、画像表示素子３の観察者と反対側に位置する第１面１１が透過面、その第１面１１に面していて観察者と反対側の反射面の第２面１２、第１面１１の観察者と反対側両側に配置された右光路用反射面の第３面１３Ｒと左光路用反射面の第３面１３Ｌ、第３面１３Ｒ、１３Ｌと第２面１２の間の両側に配置された左光路用透過面の第４面１４Ｌ、右光路用透過面の第４面１４Ｒの６面からなる。第１面１１、第２面１２は両眼の対称面に対して面対称な形状、第３面１３Ｒと１３Ｌ、第４面１４Ｌと１４Ｒは両眼の対称面に対して面対称な形状である。画像表示素子３は、光路振分けプリズム１０の第１面１１に面して、光路振分けプリズム１０の観察者側に配置される。
【００５１】
上記の構成において、破線で示す左右の光路は、両眼の対称面に対して面対称であるので、右眼用の光路を代表的に説明する。共通の１枚の画像表示素子３からの表示光は、まず、光路振分けプリズム１０の左右共通の第１面１１に入射し、左右共通の第２面１２で反射され、右光路用反射面の第３面１３Ｒに入射して反射され、右光路用透過面１４Ｒを透過して、偏心プリズム体２Ｒに入射する。
入射光は第１面２１Ｒを透過してプリズム内に入射し、第２面２２Ｒで反射され、その反射光は第３面２３Ｒに臨界角以上の入射角で入射して全反射され、第４面２４Ｒに入射して裏面反射され、第５面２５Ｒに臨界角以下の入射角で入射して屈折されて偏心プリズム体２Ｒから射出し、右眼用の射出瞳４Ｒへ導かれ、観察者の右眼に画像表示素子３の拡大像を投影する。この場合に、画像表示素子３から射出瞳４Ｒへ到る光路中に１回中間像が結像される。左眼用の光路は、右眼用の光学系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の光路と面対称な関係になる。
【００５２】
以上のような構成であるので、左右の光路何れにおいても、画像表示素子３からの表示光は、５回の反射を経て眼球に導かれるので、左右共相互に鏡像でなく同じ配置の画像を見ることができ、しかも、偏心あるいは光軸に対して傾けて配置された少なくとも１面が正パワーを有する反射面及び透過面を経て画像表示素子３の画像が投影されるので、像面湾曲、色収差等の諸収差が良好に補正された画像を投影することができる。また、中間結像がない場合はバックフォーカスの確保が難しく、また、広い画角が取れなかったが、この例の場合は中間像を１回結像するようにしたので、広い画角においても良好な収差補正が可能となる。また、光路振分けプリズム１０が２回反射の構成であるので、非常に良好に偏心収差の補正が可能である。また、画像表示素子３が観察者側に位置するため、表示装置全体が前へ大きく出っ張らない。さらに、特開平９−６１７４８号のようにハーフミラーを利用せず、共通の１枚の画像表示素子３からの表示画像を両眼に明るく導くことが可能である。また、光路振分けプリズム１０の反射面１２、１３Ｒ、１３Ｌに自由曲面を用いることにより、偏心収差を非常に良好に補正することが可能になる。
【００５３】
さらに、左右何れの光路も大部分、屈折率が１より大きい透明媒体で満たされた偏心プリズム体１０、２Ｒ、２Ｌ中を通過し、かつ、その中で光路が折り曲げられるので、接眼光学系全体をコンパクトなものとすることができる。また、偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌは面対称な位置に配置されるが、その形状は同一なものである、同じ形状の２つの偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌを用意し、中央の偏心プリズム体１０に対して面対称な位置に配置すればよい。
【００５４】
実施例１０は、図１０に水平断面（Ｙ−Ｚ断面）を示すように、実施例８（図８）の４面の偏心プリズム体からなる右眼用の偏心プリズム体２Ｒと左眼用の偏心プリズム体２Ｌの代わりに、３面の同一形状の偏心プリズム体からなる右眼用の偏心プリズム体２Ｒと左眼用の偏心プリズム体２Ｌとを、両眼の対称面に対して面対称に配置したもので、光路振分けプリズム１０は同様である。偏心プリズム体２Ｒの第１面２１Ｒを透過してプリズム内に入射した光は、第２面２２Ｒで反射され、その反射光は第３面２３Ｒで屈折されて偏心プリズム体２Ｒから射出し、右眼用の射出瞳４Ｒへ導かれ、観察者の右眼に画像表示素子３の拡大像を投影する。この場合に、画像表示素子３から射出瞳４Ｒへ到る光路中に１回中間像が結像される。左眼用の光路は、右眼用の光学系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の光路と面対称な関係になる。その他は、実施例８と同じである。
【００５５】
実施例１１は、図１１に水平断面（Ｙ−Ｚ断面）を示すように、実施例７（図７）の４面の偏心プリズム体からなる右眼用の偏心プリズム体２Ｒと左眼用の偏心プリズム体２Ｌの代わりに、３面の同一形状の偏心プリズム体からなる右眼用の偏心プリズム体２Ｒと左眼用の偏心プリズム体２Ｌとを、両眼の対称面に対して面対称に配置したもので、光路振分けプリズム１０は同様である。偏心プリズム体２Ｒの第１面２１Ｒを透過してプリズム内に入射した光は、第２面２２Ｒで反射され、その反射光は第３面２３Ｒで屈折されて偏心プリズム体２Ｒから射出し、右眼用の射出瞳４Ｒへ導かれ、観察者の右眼に画像表示素子３の拡大像を投影する。この場合に、画像表示素子３から射出瞳４Ｒへ到る光路中に１回中間像が結像される。左眼用の光路は、右眼用の光学系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の光路と面対称な関係になる。その他は、実施例７と同じである。
【００５６】
実施例１２は、図１２に水平断面（Ｙ−Ｚ断面）を示すように、７面の偏心プリズム体からなる光路振分けプリズム１０を用いたものである。また、右眼用の光学系を構成する偏心プリズム体２Ｒと左眼用の光学系を構成する偏心プリズム体２Ｌとは同一形状のもので、両眼の対称面に対して面対称に配置され、それぞれ光線が通る順番で、第１面２１Ｒ（２１Ｌ）、第２面２２Ｒ（２２Ｌ）、第３面２３Ｒ（２３Ｌ）、第４面２４Ｒ（２４Ｌ）から構成されているものである。
【００５７】
中央の光路振分けプリズム１０は、両眼の対称面に対して面対称な形状であり、観察者と反対側に位置する第１面１１が透過面、その第１面１１の両側で観察者と反対側に位置する右光路用反射面の第３面１３Ｒ、左光路用反射面の第３面１３Ｌ、さらにそれら第３面１３Ｒ、１３Ｌの観察者側に位置する左光路用透過面の第４面１４Ｌと右光路用透過面の第４面１４Ｒ、さらにそれら第４面１４Ｒ、１４Ｌの観察者側に位置する左光路用反射面の第２面１２Ｌと右光路用反射面の第２面１２Ｒの７面からなる。第１面１１は両眼の対称面に対して面対称な形状、第３面１３Ｒと１３Ｌ、第４面１４Ｌと１４Ｒ、第２面１２Ｌと１２Ｒは両眼の対称面に対して面対称な形状である。画像表示素子３は、光路振分けプリズム１０の第１面１１に面して、光路振分けプリズム１０の観察者とは反対側に配置される。
【００５８】
上記の構成において、破線で示す左右の光路は、両眼の対称面に対して面対称であるので、右眼用の光路を代表的に説明する。共通の１枚の画像表示素子３からの表示光は、まず、光路振分けプリズム１０の第１面１１に入射し、その右光路用反射面の第２面１２Ｒに入射して反射され、次の右光路用反射面の第３面１３Ｒに入射して反射され、右光路用透過面１４Ｒを透過して、偏心プリズム体２Ｒに入射する。入射光は第１面２１Ｒを透過してプリズム内に入射し、第２面２２Ｒに入射して裏面反射され、第３面２３Ｒに入射して裏面反射され、第４面２４Ｒで屈折されて偏心プリズム体２Ｒから射出し、右眼用の射出瞳４Ｒへ導かれ、観察者の右眼に画像表示素子３の拡大像を投影する。この場合に、画像表示素子３から射出瞳４Ｒへ到る光路中に１回中間像が結像される。左眼用の光路は、右眼用の光学系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の光路と面対称な関係になる。
【００５９】
以上のような構成であるので、左右の光路何れにおいても、画像表示素子３からの表示光は、４回の反射を経て眼球に導かれるので、左右共相互に鏡像でなく同じ配置の画像を見ることができ、しかも、偏心あるいは光軸に対して傾けて配置された少なくとも１面が正パワーを有する反射面及び透過面を経て画像表示素子３の画像が投影されるので、像面湾曲、色収差等の諸収差が良好に補正された画像を投影することができる。また、中間結像がない場合はバックフォーカスの確保が難しく、また、広い画角が取れなかったが、この例の場合は中間像を１回結像するようにしたので、広い画角においても良好な収差補正が可能となる。また、光路振分けプリズム１０の射出面と反射面が共有ではないため、偏心収差を良好に補正することができる。また、光路振分けプリズム１０の反射面１２Ｒ、１２Ｌ、１３Ｒ、１３Ｌは全反射を用いていないため、面に対する入射角を小さくすることができ、面の製造精度を緩くすることが可能である。また、画像表示素子３が観察者から離れて位置するので、観察者の鼻との干渉を受けない。さらに、特開平９−６１７４８号のようにハーフミラーを利用せず、共通の１枚の画像表示素子３からの表示画像を両眼に明るく導くことが可能である。また、光路振分けプリズム１０の反射面１２Ｒ、１２Ｌ、１３Ｒ、１３Ｌに自由曲面を用いることにより、偏心収差を非常に良好に補正することが可能になる。
【００６０】
さらに、左右何れの光路も大部分、屈折率が１より大きい透明媒体で満たされた偏心プリズム体１０、２Ｒ、２Ｌ中を通過し、かつ、その中で光路が折り曲げられるので、接眼光学系全体をコンパクトなものとすることができる。また、偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌは面対称な位置に配置されるが、その形状は同一なものである、同じ形状の２つの偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌを用意し、中央の偏心プリズム体１０に対して面対称な位置に配置すればよい。
【００６１】
この実施例においては、光路振分けプリズム１０、偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌ何れにおいても、全反射面を用いていない。全反射面を用いる場合、全反射条件を満足させるためには光線の入射角を非常に大きくする必要がある。しかし、入射角の大きい面にパワーを持たせると偏心収差が大きく発生し、弱いパワーしか持たせることができないが、このような全反射面を用いていない本実施例においては、通常の反射を利用することで各面にパワーを均等に配分し、非常に良好に偏心収差を補正することが可能となる。また、各偏心プリズム１０、２Ｒ、２Ｌ中で光路を交差させているため、接眼プリズムの光路長を大きく取ることができる。そのため、中間結像位置が接眼プリズムの中に形成できる。したがって、中間像から表示素子までの物像間距離が長く取れ、光路振り分けプリズム１０のパワーを弱く設定することができる。そのため、良好な結像性能を確保することができる。
【００６２】
実施例１３〜１５は、画像表示素子３の照明光学系に関する実施例であり、図１３の実施例１３は、図５の実施例５の左右の光学系配置において、画像表示素子３として透過型のＬＣＤ（液晶表示素子）を用い、その背後（光路振分けプリズム１０と反対側）に左右の光路用の照明光源６Ｒ、６Ｌを配置し、光源６Ｒ、６Ｌと画像表示素子３の間に集光用フレネルレンズ７を配置した実施例である。
【００６３】
この実施例においては、左光路用の照明光源６Ｌからの照明光はフレネルレンズ７で集光されて画像表示素子３に入射し、その表示光は図５の左眼用光路を経て観察者の左眼ＥＬに達し、画像表示素子３の拡大像を投影する。また、右光路用の照明光源６Ｒからの照明光はフレネルレンズ７で集光されて画像表示素子３に入射し、その表示光は図５の右眼用光路を経て観察者の左眼ＥＲに達し、画像表示素子３の拡大像を投影する。
【００６４】
この場合、左右共通の１枚の画像表示素子（ＬＤＣ）３の左右眼用の照明光学系７と光路振分けプリズム１０を共有化することで、光学部材の削減が可能であり、また、小型軽量で明るい表示装置が可能となる。なお、この例の場合は、照明光学系にもハーフミラーを用いていないため、非常に明るい画像表示が可能になる。
【００６５】
図１４の実施例１４は、図６の実施例６の左右の光学系配置において、画像表示素子３として反射型のＬＣＤ（液晶表示素子）３’を用い、光路振分けプリズム１０を横切って照明可能に左右の光路用の照明光源６Ｒ、６Ｌを配置し、光路振分けプリズム１０の第２面１２をハーフミラー面あるいは一部光透過用の穴を空けたミラー面として、その第２面１２と第１面１１とを経て光源６Ｒ、６Ｌからの照明光で反射型ＬＣＤ３’を照明するようにした実施例である。
【００６６】
この実施例においては、左光路用の照明光源６Ｌからの照明光は、光路振分けプリズム１０の第２面１２のハーフミラー面あるいは一部光透過用の穴を空けたミラー面のその穴を経て光路振分けプリズム１０を横切ってその第１面１１を透過して反射型ＬＣＤ３’の表示面に入射し、反射した表示光は図６の左眼用光路を経て観察者の左眼ＥＬに達し、画像表示素子３の拡大像を投影する。また、右光路用の照明光源６Ｒからの照明光も、同様に光路振分けプリズム１０の第２面１２のハーフミラー面あるいは一部光透過用の穴を空けたミラー面のその穴を経て光路振分けプリズム１０を横切ってその第１面１１を透過して反射型ＬＣＤ３’の表示面に入射し、反射した表示光は図６の右眼用光路を経て観察者の右眼ＥＲに達し、画像表示素子３の拡大像を投影する。
【００６７】
この場合、左右共通の１枚の反射型ＬＣＤ３’の左右眼用の照明光学系と光路振分けプリズム１０を共有化することで、光学部材の削減が可能であり、また、小型軽量で明るい表示装置が可能となる。なお、この例の場合は、光路振分けプリズム（兼用照明プリズム）１０は有効面が６面あるため、反射型ＬＣＤ３’を均一に照明でき、さらに偏心収差を良好に補正することが可能である。
【００６８】
図１５の実施例１５は、図４の実施例４の左右の光学系配置において、画像表示素子３として反射型ＬＣＤ３’を用い、光路振分けプリズム１０を横切って照明可能に左右の光路用の照明光源６Ｒ、６Ｌを配置し、光路振分けプリズム１０の左右の光路用の第２面１２Ｌ、１２Ｒをハーフミラー面あるいは一部光透過用の穴を空けたミラー面として、その第２面１２Ｌ、１２Ｒと第１面１１とを経て光源６Ｒ、６Ｌからの照明光で反射型ＬＣＤ３’を照明するようにした実施例である。
【００６９】
この実施例においては、左光路用の照明光源６Ｌからの照明光は、光路振分けプリズム１０の右眼用光路の第２面１２Ｒのハーフミラー面あるいは一部光透過用の穴を空けたミラー面のその穴を経て光路振分けプリズム１０を横切ってその第１面１１を透過して反射型ＬＣＤ３’の表示面に入射し、反射した表示光は図４の左眼用光路を経て観察者の左眼ＥＬに達し、画像表示素子３の拡大像を投影する。また、右光路用の照明光源６Ｒからの照明光も、同様に光路振分けプリズム１０の左眼用光路の第２面１２Ｌのハーフミラー面あるいは一部光透過用の穴を空けたミラー面のその穴を経て光路振分けプリズム１０を横切ってその第１面１１を透過して反射型ＬＣＤ３’の表示面に入射し、反射した表示光は図４の右眼用光路を経て観察者の右眼ＥＲに達し、画像表示素子３の拡大像を投影する。
【００７０】
この場合、左右共通の１枚の反射型ＬＣＤ３’の左右眼用の照明光学系と光路振分けプリズム１０を共有化することで、光学部材の削減が可能であり、また、小型軽量で明るい表示装置が可能となる。なお、この例の場合は、光路振分けプリズム１０と照明光学系を共有にしながら、照明光学系の入射面及び射出面を共に共有化することで、光路振分けプリズム１０の小型軽量化が可能である。
【００７１】
なお、図１３〜図１５のような左右の光路用の照明光源６Ｒ、６Ｌ、集光用フレネルレンズ７の配置、反射面をハーフミラー面あるいは一部光透過用の穴を空けたミラー面として、透過型あるいは反射型の画像表示素子３を照明できることは、図４〜図６の以外の前記実施例においても同様である。
【００７２】
ところで、前記したように、上記のような本発明の画像表示装置用の光学系において、光路振分けミラー１の反射面１Ｒ、１Ｌ、光路振分けプリズム１０の各面１１、１２、１２Ｒ、１２Ｌ、１３Ｒ、１３Ｌ、１４Ｒ、１４Ｌ、右眼用接眼光学系の偏心プリズム体２Ｒの面２１Ｒ〜２５Ｒ、右眼用接眼光学系の偏心プリズム体２Ｌの面２１Ｌ〜２５Ｌに用いる面としては、偏心収差を補正するような回転非対称な曲面形状にて構成することが望ましい。
【００７３】
ここで、本発明における右眼用接眼プリズム２Ｒ、左眼用接眼プリズム２Ｌ、光路振分けプリズム１０、光路振分けミラー１は、基本的に、偏心光学系であり、偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状の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。
【００７４】
偏心光学系を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、光路振分けミラー１の反射面１Ｒ、１Ｌ、光路振分けプリズム１０の各面１１、１２、１２Ｒ、１２Ｌ、１３Ｒ、１３Ｌ、１４Ｒ、１４Ｌ、右眼用接眼光学系の偏心プリズム体２Ｒの面２１Ｒ〜２５Ｒ、右眼用接眼光学系の偏心プリズム体２Ｌの面２１Ｌ〜２５Ｌの中、少なくとも１面、好ましくは反射面の形状を、偏心収差を補正するような回転非対称な曲面形状にて構成することが望ましい。
【００７５】
ここで、回転非対称な曲面形状の面として、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。
【００７６】
0004573393.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。
【００７７】
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。
【００７８】
自由曲面項は、
0004573393.tif 000003
ただし、Ｃj （ｊは２以上の整数）は係数である。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
0004573393.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。
【００８２】
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。
【００８３】
そして、光路振分けプリズム光路振分けミラー１、光路振分けプリズム１０、右眼用接眼プリズム体２Ｒ、右眼用接眼プリズム体２Ｌの有する自由曲面が、画像表示素子の表示画像中心と瞳中心とを結んだ光線を光軸としたときに、プリズム内での折り返し光路中の光軸を含んだ面（Ｙ−Ｚ平面）を唯一の対称面として構成されていることが望ましい。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
0004573393.tif 000005
なお、左右眼用の接眼プリズム２Ｌ、２Ｒの最も射出瞳側の屈折面（実施例１〜６の面２４Ｌ、２４Ｒ、実施例７〜９の面２５Ｌ、２５Ｒ、実施例１０〜１１の面２３Ｌ、２３Ｒ）を回転対称非球面にて構成してもよい。この場合は、製作性が向上すると共に、この回転対称非球面を基準面にして他の面の位置出しが容易になる。
【００８７】
また、以上の実施例における左右眼用の光学系を構成する偏心プリズム体２Ｌ、２Ｒとしては、公知の他のタイプの偏心プリズム体を用いてもよい。
【００８８】
さて、次に、本発明による具体的な数値例として、実施例１６〜３０の画像表示装置について説明する。
【００８９】
図１６は、実施例１６の画像表示装置を説明するための図であり、図１６（ａ）は両眼の光学系を示す水平断面（Ｙ−Ｚ断面）であり、図１６（ｂ）は右眼用の光学系のみを示す水平断面である。以下、実施例１７〜２８については、それぞれ図１７〜図２７に、図１６（ａ）と同様の両眼の光学系を示す水平断面図を示す。
【００９０】
何れの実施例の光学系も、前記の実施例１〜１５と同様に、両眼の対称面に対して面対称な形状であるので、図１６（ｂ）のような右眼用の光学系の逆光線追跡での構成パラメータのみを後記してある。後記する実施例１６〜２８の逆光線追跡での構成パラメータは、図１６（ｂ）に示すように、軸上主光線（光軸）Ｏを、光学系の射出瞳４Ｒ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４Ｒ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Ｏに沿う方向をＺ軸方向とし、瞳４Ｒから光学系の最終面（逆光線追跡では最初の面：入射面。図１６（ｂ）では第４面２４Ｒ）に向かう方向をＺ軸正方向とし、このＺ軸と画像表示素子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。
図１６（ｂ）には、この座標系を図示してある。実施例１７〜２８を示す図１７〜図２７については、この座標系の図示は省く。
【００９１】
実施例１６〜３０では、このＹ−Ｚ平面内で各面の偏心を行っており、また、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。
【００９２】
偏心面については、上記座標系の原点から、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（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。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。
【００９３】
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、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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
0004573393.tif 000006
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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、（ｃ）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。
【０１００】
さて、図１６（ａ）に戻り、実施例１６の実施例４との大きな違いは、光路振分けプリズム１０の点にある。中央の光路振分けプリズム１０は、両眼の対称面に対して面対称な形状であり、画像表示素子３の観察者と反対側に位置する第１面１１が透過面、その第１面１１の両側で観察者と反対側に位置する右光路用透過面の第３面１４Ｒ、左光路用透過面の第３面１４Ｌ、さらにそれら第４面１４Ｒ、１４Ｌの観察者と反対側に位置する右光路用反射面の第２面１２Ｒと左光路用反射面の第２面１２Ｌの５面からなり、右光路用透過面の第４面１４Ｒ、左光路用透過面の第４面１４Ｌは、それぞれ左光路用反射面の第３面１３Ｌ、右光路用反射面の第３面１３Ｒと同一面からなり、その同一面は透過面と全反射面を兼ねている。そして、第１面１１は両眼の対称面に対して面対称な形状、第４面１４Ｒと１４Ｌ、第２面１２Ｒと１２Ｌは両眼の対称面に対して面対称な形状である。画像表示素子３は、光路振分けプリズム１０の第１面１１に面して、光路振分けプリズム１０の観察者側に配置される。
【０１０１】
上記の構成において、左右の光路は両眼の対称面に対して面対称であるので、右眼用の光路を代表的に説明する。共通の１枚の画像表示素子３からの表示光は、まず、光路振分けプリズム１０の第１面１１に入射し、その右光路用反射面の第２面１２Ｒに入射して反射され、次いで左光路用透過面１４Ｌを兼ねる右光路用反射面の第３面１３Ｒに入射して反射され、右光路用透過面１４Ｒを透過して、偏心プリズム体２Ｒに入射する。入射光は第１面２１Ｒを透過してプリズム内に入射し、第２面２２Ｒに臨界角以上の入射角で入射して全反射され、第３面２３Ｒに入射して裏面反射され、第４面２４Ｒに臨界角以下の入射角で入射して屈折されて偏心プリズム体２Ｒから射出し、右眼用の射出瞳４Ｒへ導かれ、観察者の右眼に画像表示素子３の拡大像を投影する。この場合に、画像表示素子３から射出瞳４Ｒへ到る光路中に１回中間像が結像される。左眼用の光路は、右眼用の光学系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の光路と面対称な関係になる。
【０１０２】
図１７の実施例１７は、図１の実施例１と同様であるが、中央の光路振分けミラー１の構成が異なる。この実施例の場合は、両眼の対称面に対して面対称な形状の右光路用反射面１Ｒと左光路用反射面１Ｌはそれぞれレンズ８Ｒ、８Ｌの裏面にコートされた裏面鏡からなる。その他は同様である。
【０１０３】
この構成において、左右の光路は両眼の対称面に対して面対称であるので、右眼用の光路を代表的に説明する。共通の１枚の画像表示素子３からの表示光は、まず、光路振分けミラー１の右光路用レンズ８Ｒの入射面１１Ｌから入射し、反射面１Ｒで反射され、再び入射面１１Ｌから射出し、偏心プリズム体２Ｒに入射する。入射光は第１面２１Ｒを透過してプリズム内に入射し、第２面２２Ｒに臨界角以上の入射角で入射して全反射され、第３面２３Ｒに入射して裏面反射され、第４面２４Ｒに臨界角以下の入射角で入射して屈折されて偏心プリズム体２Ｒから射出し、右眼用の射出瞳４Ｒへ導かれ、観察者の右眼に画像表示素子３の拡大像を投影する。なお、画像表示素子３から射出瞳４Ｒへ到る光路中には中間像は結像されない。左眼用の光路は、右眼用の光学系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の光路と面対称な関係になる。
【０１０４】
図１８の実施例１８は、図４の実施例４と同様である。
【０１０５】
図１９の実施例１９は、図５の実施例５と同様である。
【０１０６】
図２０の実施例２０は、図６の実施例６と同様である。
【０１０７】
図２１の実施例２１の実施例６との大きな違いは、光路振分けプリズム１０の点にある。中央の光路振分けプリズム１０は、両眼の対称面に対して面対称な形状であり、画像表示素子３の観察者側に位置する第１面１１が透過面、その第１面１１に面していて観察者に面する反射面の右光路用反射面の第２面１２Ｒと左光路用反射面の第２面１２Ｌ、第１面１１の観察者側両側に配置された右光路用反射面の第３面１３Ｒと左光路用反射面の第３面１３Ｌ、第３面１３Ｒ、１３Ｌと第２面１２Ｒ、１２Ｌの間の両側に配置された左光路用透過面の第４面１４Ｌ、右光路用透過面の第４面１４Ｒの７面からなる。第１面１１は両眼の対称面に対して面対称な形状、第２面１２Ｒと１２Ｌ、第３面１３Ｒと１３Ｌ、第４面１４Ｌと１４Ｒは両眼の対称面に対して面対称な形状である。画像表示素子３は、光路振分けプリズム１０の第１面１１に面して、光路振分けプリズム１０の観察者とは反対側に配置される。
【０１０８】
上記の構成において、左右の光路は両眼の対称面に対して面対称であるので、右眼用の光路を代表的に説明する。共通の１枚の画像表示素子３からの表示光は、まず、光路振分けプリズム１０の第１面１１に入射し、その右光路用反射面の第２面１２Ｒに入射して反射され、次いで第３面１３Ｒに入射して反射され、右光路用透過面１４Ｒを透過して、偏心プリズム体２Ｒに入射する。入射光は第１面２１Ｒを透過してプリズム内に入射し、第２面２２Ｒに臨界角以上の入射角で入射して全反射され、第３面２３Ｒに入射して裏面反射され、第４面２４Ｒに臨界角以下の入射角で入射して屈折されて偏心プリズム体２Ｒから射出し、右眼用の射出瞳４Ｒへ導かれ、観察者の右眼に画像表示素子３の拡大像を投影する。この場合に、画像表示素子３から射出瞳４Ｒへ到る光路中に１回中間像が結像される。左眼用の光路は、右眼用の光学系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の光路と面対称な関係になる。
【０１０９】
図２２の実施例２２は、図２１の実施例２１と同様であるが、接眼光学系を構成する右眼用、左眼用の偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌの射出面２４Ｒ、２４Ｌと右眼用、左眼用の射出瞳４Ｒ、４Ｌの間にそれぞれ接眼レンズ９Ｒと９Ｌを配置した点で異なる。
【０１１０】
図２３の実施例２３は、図２の実施例２と同様である。
【０１１１】
図２４の実施例２４は、図２の実施例２と同様であるが、負レンズ５を接合レンズで構成している点で異なる。
【０１１２】
図２５の実施例２５の実施例１との大きな違いは、中央の光路振分けミラー１が、両眼の対称面に対して面対称な形状の右光路用反射面１Ｒと左光路用反射面１Ｌに加えて、それらに面する第２の右光路用反射面１Ｒ’と第２の左光路用反射面１Ｌ’との４面の反射面からなり、第２の反射面１Ｒ’と１Ｌ’は両眼の対称面に対して面対称な形状であり、かつ、画像表示素子３は、光路振分けミラー１の観察者と反対側に配置される点にある。
【０１１３】
上記の構成において、左右の光路は両眼の対称面に対して面対称であるので、右眼用の光路を代表的に説明する。共通の１枚の画像表示素子３からの表示光は、まず、光路振分けミラー１の右光路用反射面１Ｒに入射して反射され、次いで第２の右光路用反射面１Ｒ’に入射して反射され、偏心プリズム体２Ｒに入射する。入射光は第１面２１Ｒを透過してプリズム内に入射し、第２面２２Ｒに臨界角以上の入射角で入射して全反射され、第３面２３Ｒに入射して裏面反射され、第４面２４Ｒに臨界角以下の入射角で入射して屈折されて偏心プリズム体２Ｒから射出し、右眼用の射出瞳４Ｒへ導かれ、観察者の右眼に画像表示素子３の拡大像を投影する。この場合に、画像表示素子３から射出瞳４Ｒへ到る光路中に１回中間像が結像される。左眼用の光路は、右眼用の光学系の配置と同様、両眼の対称面を挟んで、右眼用の光路と面対称な関係になる。
【０１１４】
図２６の実施例２６は、図１１の実施例１１と同様である。
【０１１５】
図２７の実施例２７は、図７の実施例７と同様である。ただし、右眼用、左眼用の接眼光学系を構成する偏心プリズム体２Ｌ、２Ｒの第２面２２Ｌ、２２Ｒと第４面２４Ｌ、２４Ｒはそれぞれ同一の反射面からなっている。
【０１１６】
図２８の実施例２８は、図１２の実施例１２と同様である。
【０１１７】
図２９に、本発明による実施例２９〜３０の画像表示装置の光路図を示す。図２９において、画像表示素子を構成する画像表示素子を符号３で、右眼用の射出瞳を４Ｒで、左眼用の射出瞳を４Ｌで示し、また、右眼用の光学系で右眼前に配置する偏心プリズム体を２Ｒ、左眼用の光学系で左眼前に配置する偏心プリズム体を２Ｌで示す。さらに、両眼の中央に配置する偏心プリズム体からなる光路振分けプリズムを１０で示す。これらの偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌ、１０は屈折率が１より大きい透明媒体からなっている。また、下記の説明において、反射面と説明している面は、全反射面以外は偏心プリズム体の対象の面にミラーコートを施してミラー面としたものである。
【０１１８】
この実施例２９〜３０は、図２９に水平断面（Ｙ−Ｚ断面）を示すような構成になっており、まず、右眼用の光路で説明する。中央の三角柱状の光路振分けプリズム１０は、両眼の対称面（右眼用射出瞳４Ｒと左眼用射出瞳４Ｌの中心間を結んだ線分の中心を通りその線分に垂直な平面）２０に対して面対称な形状であり、画像表示素子３の観察者側に位置する第１面１１が透過面、その第１面１１の両側で観察者側に位置する全反射面として作用する右光路用反射面の第２面１２Ｒと左光路用反射面の第２面１２Ｌ、右光路用反射面の第２面１２Ｒと同一面の左光路用透過面１３Ｌ、左光路用反射面の第２面１２Ｌと同一面の右光路用透過面１３Ｒの３面からなる。第１面１１は両眼の対称面２０に対して面対称な形状、第２面１２Ｒ（１３Ｌ）と１２Ｌ（１３Ｒ）は両眼の対称面２０に対して面対称な形状である。画像表示素子３は、光路振分けプリズム１０の第１面１１に面して、光路振分けプリズム１０の観察者とは反対側に配置される。
【０１１９】
右眼用の光学系を構成する偏心プリズム体２Ｒと左眼用の光学系を構成する偏心プリズム体２Ｌとは同一形状のもので、両眼の対称面２０に対して面対称に配置され、それぞれ光線が通る順番で、第１面２１Ｒ（２１Ｌ）、第２面２２Ｒ（２２Ｌ）、第３面２３Ｒ（２３Ｌ）、第４面２４Ｒ（２４Ｌ）から構成されており、第２面２２Ｒ（２２Ｌ）と第４面２４Ｒ（２４Ｌ）は同一面からなり、その同一面は全反射面と透過面を兼ねている。
【０１２０】
上記の構成において、左右の光路は両眼の対称面２０に対して面対称であるので、右眼用の光路を代表的に説明する。共通の１枚の画像表示素子３からの表示光は、まず、光路振分けプリズム１０の第１面１１に入射し、その右光路用反射面の第２面１２Ｒに入射して全反射され、右光路用透過面１３Ｒ（１２Ｌ）を透過して、偏心プリズム体２Ｒに入射する。入射光は第１面２１Ｒを透過してプリズム内に入射し、第２面２２Ｒに臨界角以上の入射角で入射して全反射され、第３面２３Ｒに入射して裏面反射され、第４面２４Ｒに臨界角以下の入射角で入射して屈折されて偏心プリズム体２Ｒから射出し、右眼用の射出瞳４Ｒへ導かれ、観察者の右眼に画像表示素子３の拡大像を投影する。この場合に、画像表示素子３から射出瞳４Ｒへ到る光路中に１回中間像が結像される。左眼用の光路は、右眼用の光学系の配置と同様、両眼の対称面２０を挟んで、右眼用の光路と面対称な関係になる。
【０１２１】
以上のような構成であるので、左右の光路何れにおいても、画像表示素子３からの表示光は、３回の反射を経て眼球に導かれるので、左右共相互に鏡像でなく同じ配置の画像を見ることができ、しかも、偏心あるいは光軸に対して傾けて配置された少なくとも１面が正パワーを有する反射面及び透過面を経て画像表示素子３の画像が投影されるので、像面湾曲、色収差等の諸収差が良好に補正された画像を投影することができる。
【０１２２】
さらに、左右何れの光路も大部分、屈折率が１より大きい透明媒体で満たされた偏心プリズム体１０、２Ｒ、２Ｌ中を通過し、かつ、その中で光路が折り曲げられるので、接眼光学系全体をコンパクトなものとすることができる。
【０１２３】
また、偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌは面対称な位置に配置されるが、その形状は同一なものである、同じ形状の２つの偏心プリズム体２Ｒ、２Ｌを用意し、中央の偏心プリズム体１０に対して面対称な位置に配置すればよい。
【０１２４】
以上のような光学系には、視野角特性の広い画像表示素子３を使うことが前提となる。そのため、画像表示素子３には、自家発光タイプの有機ＥＬ（図４０参照）を用いるのが望ましい。また、透過型ＬＣＤ（液晶表示素子）を用いる場合には、ＬＣＤとバックライトの間にＤＯＥ（回折光学素子）を入れて、±１次光で照明すること、あるいは、視野角が大きくなるような散乱フィルムを使うことで、視野角特性を広くしたＬＣＤを使うことが望ましい（実施例１〜３０においても同様である。）。
【０１２５】
ところで、図３０に示すように、画像表示素子３の表示画像を右眼用光路と左眼用光路とに振分ける光路振分けプリズム１０の第２面１２Ｒと１２Ｌの表示光の反射時における角度α（本発明の画像表示装置では、右眼の光路と左眼の光路は面対称な関係にあるので、図３０では、簡単のため、右眼用光路のみを示してある。）は、
３３°≦α≦７０°                                    ・・・（１）
となる条件を満たすことが望ましい。この条件式の下限の３３°を下回る場合は、光線が第２面１２Ｒと１２Ｌで反射せずに透過してしまい、像を形成しない。
上限の７０°を上回る場合は、この光学系の構成で前述の光路を通ることは難しく、像を形成しなくなる。
【０１２６】
さらに好ましくは、
４０°≦α≦６０°                                ・・・（１−１）
となる条件を満たすことが望ましい。下限と上限の意味については、上記の条件式（１）と同様である。
【０１２７】
次に、図３０に示すように、右眼用射出瞳４Ｒと左眼用射出瞳４Ｌの中心間を結んだ線分の中心を通りその線分に垂直な平面２０（両眼の対称面）と、光路振分けプリズム１０の第２面１２Ｒに右眼用光路の光軸が入射する点における第２面１２Ｒの接平面１５とがなす角β、及び、平面２０と光路振分けプリズム１０の第２面１２Ｌに左眼用光路の光軸が入射する点における第２面１２Ｌの接平面とがなす角βは、
１３°≦β≦２４°                                    ・・・（２）
となる条件を満たすことが望ましい。この条件式の下限の１３°を下回る場合は、一部の光線が反射後の第３面１３Ｒで透過せずに反射したり、偏心プリズム体２Ｒの第２面２２Ｒを反射せずに透過してしまい、前述の光路を通ることは難しく、像を形成しなくなる。上限の２４°を上回る場合は、一部の光線が第２面１２Ｒで反射せずに透過してしまい、前述の光路を通ることは難しく、像を形成しなくなる。
【０１２８】
さらに好ましくは、
１５°≦β≦２２°                                ・・・（２−１）
となる条件を満たすことが望ましい。下限と上限の意味については、上記の条件式（２）と同様である。
【０１２９】
さらに好ましくは、
１７°≦β≦２０°                                ・・・（２−２）
となる条件を満たすことが望ましい。下限と上限の意味については、上記の条件式（２）と同様である。
【０１３０】
次に、瞳側から逆光線追跡した場合に、右眼用射出瞳４Ｒ中心を通る右側最大画角の光線と右眼用の偏心プリズム体２Ｒの第４面２４Ｒとが交わる点と、左眼用射出瞳４Ｌ中心を通る左側最大画角の光線と左眼用の偏心プリズム体２Ｌの第４面２４Ｌとが交わる点との間隔を、図３１に示すように、横幅Ｌとし、また、左右の射出瞳中心を通る全画角内の光線束の中、右眼ＥＲ用の偏心プリズム体２Ｒあるいは左眼ＥＬ用の偏心プリズム体２Ｌの第４面２４Ｒ、２４Ｌを透過あるいは反射する点の中で最も左右の射出瞳側に近い点と、画像表示素子３の表示面とのその表示面に垂直な方向の距離を奥行Ｄとした場合、この横幅Ｌと奥行Ｄとの比Ｄ／Ｌが、
０．３≦Ｄ／Ｌ≦０．５                                ・・・（３）
となる条件を満たすことが望ましい。下限の０．３を下回る場合は、広い画角が取れなくなり、画面が小さくなってしまう。上限の０．５を上回る場合は、奥行が大きくなり、光学系が大型化してしまう。
【０１３１】
さらに好ましくは、
０．３５≦Ｄ／Ｌ≦０．４５                        ・・・（３−１）
となる条件を満たすことが望ましい。下限と上限の意味については、上記の条件式（３）と同様である。
【０１３２】
上記のように、実施例２９、３０では、右眼用の光学系光路と左眼用の光学系光路は面対称な関係にあるので、図３２、図３３にそれぞれ上記実施例２９、３０の右眼用の光学系のみを示す水平断面図を示す。左眼用の光学系については、両眼の対称面２０（図２９）に対して、面対称の関係となるように、左眼用の光学系の面を配置すればよい。
【０１３３】
以下に上記実施例１６〜３０の逆光線追跡での右眼用光学系の構成パラメータを示す。これらの実施例は、観察光学系とした場合に、実施例１６〜２１、２３〜２８の観察画角は、水平半画角１０°、垂直半画角７．５°、実施例２２の観察画角は、水平半画角１２°、垂直半画角９．１°であり、実施例２９の観察画角は、水平半画角７°、垂直半画角５．２６°であり、実施例３０の観察画角は、水平半画角７．５°、垂直半画角５．６４°である。また、実施例１６〜２８において、画像表示素子の大きさは、８．９×６．７ｍｍであり、実施例２９においては、８．９４×６．７１ｍｍであり、実施例３０においては、８．９４×６．７１ｍｍである。瞳径は、実施例１６〜３０全てにおいて、４ｍｍである。
なお、実施例２９は、観察光学系とした場合に、焦点距離３６ｍｍに相当し、実施例３０は、焦点距離３４ｍｍに相当する。
【０１３４】
なお、以下の表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＡＳＳ”は非球面、“ＲＥ”は反射面をそれぞれ示す。
【０１３５】
0004573393.tif 000007
0004573393.tif 000008
0004573393.tif 000009
【０１３６】
0004573393.tif 000010
0004573393.tif 000011
【０１３７】
0004573393.tif 000012
0004573393.tif 000013
【０１３８】
0004573393.tif 000014
0004573393.tif 000015
【０１３９】
0004573393.tif 000016
0004573393.tif 000017
0004573393.tif 000018
【０１４０】
0004573393.tif 000019
0004573393.tif 000020
0004573393.tif 000021
【０１４１】
0004573393.tif 000022
0004573393.tif 000023
0004573393.tif 000024
【０１４２】
0004573393.tif 000025
0004573393.tif 000026
【０１４３】
0004573393.tif 000027
0004573393.tif 000028
【０１４４】
0004573393.tif 000029
0004573393.tif 000030
【０１４５】
0004573393.tif 000031
0004573393.tif 000032
【０１４６】
0004573393.tif 000033
0004573393.tif 000034
0004573393.tif 000035
【０１４７】
0004573393.tif 000036
0004573393.tif 000037
【０１４８】
0004573393.tif 000038
0004573393.tif 000039
【０１４９】
0004573393.tif 000040
0004573393.tif 000041
【０１５０】
上記実施例１６、２０、２２、２９、３０の横収差をそれぞれ図３４、図３５、図３６、図３７、図３８に示す。これらの横収差図において、括弧内に示された数字は（水平画角，垂直画角）を表し、その画角における横収差を示す。
【０１５１】
なお、上記実施例１６〜２８の後記条件式（４）、（６）の値は次の通りである。
【０１５２】
0004573393.tif 000042
【０１５３】
次に、上記実施例２９、３０の前記条件式（１）〜（３）に関する値を下記に示す。
【０１５４】
0004573393.tif 000043
【０１５５】
なお、上記実施例１６〜３０の各自由曲面は、平面を含む球面、非球面、アナモフィック面、アナモフィック非球面に置き換えることも可能である。
【０１５６】
ところで、以上のような本発明の画像表示装置の光学系において、画像表示素子３の表示する像中心と右眼用接眼プリズム２Ｒの形成する右側瞳４Ｒ中心とを通る光線を右側光軸とし、画像表示素子３の表示する像中心と左眼用接眼プリズム２Ｌの形成する左側瞳４Ｌ中心とを通る光線を左側光軸としたときに、光路振分けミラー１又は光路振分けプリズム１０から右眼用接眼プリズム２Ｒ及び左眼用接眼プリズム２Ｌに入射する右側光軸及び左側光軸と画像表示素子３の表示面とのなす角度の絶対値をθ1 とするとき、
１０°＜θ1 ＜６０°                                  ・・・（４）
を満足するように構成されていることが望ましい。
【０１５７】
上記条件式（４）は、光路振分けミラー１又は光路振分けプリズム１０からなる光路振り分け手段から接眼プリズム２Ｒ、２Ｌに入射するときの軸上主光線と画像表示素子３とのなす角度を制限するものである。
【０１５８】
上記条件式（４）の下限の１０°を越えると、光路振り分け手段から接眼プリズムに入射する軸上主光線が画像表示素子と略平行な光路をなってしまい、左右の光路を確保することが難しくなり、１つのＬＣＤ等の画像表示素子から左右の接眼プリズムに光路を振り分けるためにはハーフミラーを使用しなければならなくなり、画像が暗くなるため好ましくない。上記条件式（４）の上限の６０°を越えると、接眼プリズムを大きく傾けるか、あるいは、プリズム自体を大きくする必要があり、光学系の小型化・軽量化が達成できなくなる。
【０１５９】
上記条件式はさらに以下の条件式（５）であることが望ましい。
【０１６０】
１５°＜θ1 ＜５０°                                  ・・・（５）
上記条件式の範囲内であれば、左右の光路を確保しながら装置の更なる小型化が達成できる。
【０１６１】
また、画像表示素子３から右眼用接眼プリズム２Ｒ及び左眼用接眼プリズム２Ｌの入射面２１Ｒ、２１Ｌまでの光軸上の距離をΣＤ1 とすると、
２０ｍｍ＜ΣＤ1 ＜１５０ｍｍ                          ・・・（６）
を満足するように構成されていることが望ましい。
【０１６２】
上記条件式（６）は、装置の小型化を達成するための条件式であり、画像表示素子３から接眼プリズム２Ｒ、２Ｌまでの軸上主光線の光路長を規定したものである。
【０１６３】
上記条件式（６）の下限の２０ｍｍを越えると、光路振り分け手段の各面のパワーが非常に強くなり、偏心収差、特に偏心コマ収差が良好に補正できなくなる。また、画像表示素子３と光線との角度（主光線傾角）が非常に大きくなり、好ましくない。また、上記条件式（６）の上限の１５０ｍｍを越えるを、光路振り分け手段が大きくなり、接眼プリズムと比較して大きく突出した形状になってしまうため好ましくない。
【０１６４】
上記条件式はさらに以下の条件式（７）であることが望ましい。
【０１６５】
３０ｍｍ＜ΣＤ1 ＜１３０ｍｍ                          ・・・（７）
上記条件式の範囲内であれば、性能を良好に保ちながら装置の更なる小型化が達成できる。
【０１６６】
上記条件式はさらに以下の条件式（８）であることが望ましい。
【０１６７】
４５ｍｍ＜ΣＤ1 ＜１２０ｍｍ                          ・・・（８）
上記条件式の範囲内であれば、性能を良好に保ちながら装置の更なる小型化が達成できる。
【０１６８】
さて、本発明の画像表示装置の以上のよう光学系において、図３９に例示するように、左右眼用の偏心プリズム体２Ｌ、２Ｒの外界側（観察者顔面側と反対側）の反射面２３Ｌ、２３Ｒ（図２６の場合は、反射面２２Ｌ、２２Ｒ。図２７の場合は、２２Ｌ、２２Ｒ、２４Ｒ、２４Ｒ。図２８の場合は、２３Ｌ、２３Ｒ。
）をハーフミラー面として、その外界側に光路の曲がりを補償する補償プリズム１６Ｌ、１６Ｒを貼り付けるか若干離間して配置し、その補償プリズム１６Ｌ、１６Ｒの外界側の面１７Ｌ、１７Ｒを左右眼用の偏心プリズム体２Ｌ、２Ｒの観察者顔面側の透過面２４Ｌ、２４Ｒ（図２６の場合は、透過面２３Ｌ、２３Ｒ。
図２７の場合は、２５Ｌ、２５Ｒ。図２８の場合は、２４Ｌ、２４Ｒ。）と略同じ形状の面とすることにより、外界からの光が略直通して外界のシースルー観察が可能になる。この場合は、補償プリズム１６Ｌ、１６Ｒの外界側に液晶シャッター等の外界光の透過率を切り換える手段を配置すれば、スーパーインポーズ機能やシースルー機能が付加できる。
【０１６９】
また、本発明において、画像表示素子３として、前記したように、透過型あるいは反射型のＬＣＤ（液晶表示素子）を用いることができるが、自己発光型パネルを使うことにより構造を簡単にして、軽量の画像表示装置を構成することができる。画像表示素子３にＬＣＤを用いると、バックライト等の照明光源が必要となる問題点と、ＬＣＤの場合は偏光板を必ず必要として、照明光の半分しか表示に使うことができない問題点がある。
【０１７０】
そこで、自己発光型パネル（ディスプレイ）を用いることが望ましい。自己発光型パネルには、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ）やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ）、図４０にその構造を例示したようなＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）パネル等がある。
【０１７１】
図４０は、３層構成の有機ＥＬの構造を示すもので、Ｓｉ基板上に設けられ各画素毎にスイッチング素子が配置された画素電極と、ガラス基板の下面に設けられた共通電極のＩＴＯ膜との間に、正孔注入層と有機ＥＬ層と電子注入層との３層からなる有機ＥＬ層が挟持され、スイッチング素子の作用で画素電極とＩＴＯ膜との間に電圧が印加されると、正孔注入層からは正孔が、電子注入層からは電子が有機ＥＬ層中に注入され、有機ＥＬ層中で再結合することにより、その画素の有機ＥＬ層が発光することになり、所要の画像が表示される。
【０１７２】
このような発光型ディスプレイを画像表示装置に使うメリットは、その視野角特性の良さにある。特に、両眼視する頭部装着式画像表示装置（ＨＭＤ）においては、観察者の眼幅の違いやＨＭＤ本体のずれ等により、光学系の瞳と観察者の瞳がずれることがある。観察者の瞳がずれても観察像が陰らないようにするには、光学系の瞳を広い範囲で収差がないようにするのが重要である。光学系の設計において、瞳を広く設計しても、瞳がずれた場合は、接眼光学系を通して見ると、画像表示素子を斜めから観察している状態となる。一般に、ＬＣＤの画像表示素子はこの斜めから見る視野角特性が良くなく、コントラストが低下したり白黒が反転した観察像しか観察することができなくなってしまう。そのため、ＨＭＤの装着位置により画面の明るさやコントラストが変化してしまい、安定した画質で観察することが難しい。発光型画像表示素子では、このような問題が発生し難く、このため、ＨＭＤ用画像表示素子として好ましいものである。
【０１７３】
さて、以上に説明したような本発明の画像表示装置を１組用意して支持することにより、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。その様子を図４１に示す。図４１中、３１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３１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３２と、前フレーム３２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３３とから、あるいは、さらに、左右の後フレーム３３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３４とから構成されている。
【０１７４】
また、前フレーム３２における上記の後フレーム３３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３５が接合されている。このリヤプレート３５は、上記支持部材の一翼を担うリヤカバー３６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３５又はリヤカバー３６内にの観察者の耳に対応する位置にスピーカー３９が取り付けられている。
【０１７５】
映像・音声信号等を外部から送信するためのケーブル４１が表示装置本体部３１から、頭頂フレーム３４、後フレーム３３、前フレーム３２、リヤプレート３５の内部を介してリヤプレート３５あるいはリヤカバー３６の後端部より外部に突出している。そして、このケーブル４１はビデオ再生装置４０に接続されている。なお、図中、４０ａはビデオ再生装置４０のスイッチやボリュウム調整部である。
【０１７６】
なお、ケーブル４１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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
〔１〕  観察者が観察する画像を表示する画像表示素子と、前記画像を右眼用光路と左眼用光路とに振分ける光路振分けミラーと、前記光路振分けミラーの右側に配置された右眼用接眼プリズムと、前記光路振分けミラーの左側に配置された左眼用接眼プリズムとを有し、
前記光路振分けミラーが、前記画像表示素子に対向配置され前記画像表示素子から射出された表示光束を、前記右眼用接眼プリズムと前記左眼用プリズムとに振分けて反射するミラー面を有し、前記ミラー面が、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、
前記右眼用接眼プリズムが、前記光路振分けミラーで反射された右眼用光路の光束をプリズム内に入射させる第１面と、プリズム内で右眼用光路の光束を反射する第２面と、プリズム外に右眼用光路の光束を射出する第３面とを有し、
前記左眼用接眼プリズムが、前記光路振分けミラーで反射された左眼用光路の光束をプリズム内に入射させる第１面と、プリズム内で左眼用光路の光束を反射する第２面と、プリズム外に左眼用光路の光束を射出する第３面とを有し、
少なくとも、前記右眼用接眼プリズムの反射作用面である第２面と、前記左眼用接眼プリズムの反射作用面である第２面とが、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画像表示装置。
【０１７９】
〔２〕  前記光路振分けミラーの有する回転非対称な曲面形状が、唯一の対称面を備えた自由曲面にて構成されていることを特徴とする上記１記載の画像表示装置。
【０１８０】
〔３〕  前記光路振分けミラーの有する自由曲面が、前記画像表示素子の表示する像中心と前記右眼用接眼プリズムの形成する右側瞳中心と前記左眼用接眼プリズムの形成する左側瞳中心とを結んだ面（Ｙ−Ｚ平面）を前記唯一の対称面として構成されていることを特徴とする上記２記載の画像表示装置。
【０１８１】
〔４〕  前記画像表示素子が、前後方向（Ｚ方向）で前記光路振分けミラーと観察者との間に配置され、かつ、左右方向（Ｙ方向）で前記右眼用接眼プリズムと前記左眼用接眼プリズムとの間に配置されて構成されていることを特徴とする上記１〜３の何れか１項記載の画像表示装置。
【０１８２】
〔５〕  前記画像表示素子と前記光路振分けミラーの間に、光束に負のパワーを与える負レンズを配置して構成されていることを特徴とする上記１〜４の何れか１項記載の画像表示装置。
【０１８３】
〔６〕  前記右眼用接眼プリズムが、前記光路振分けミラーから射出され前記第１面を透過してプリズム内に入射した光束を全反射臨界角よりも大きい角度で前記第３面に入射させることによって全反射作用によりプリズム内で前記第２面に向けて反射させ、前記第２面で反射した光束を全反射臨界角よりも小さい角度で前記第３面に入射させることによってこの第３面を透過させて光束をプリズム外に射出させるように構成され、
前記左眼用接眼プリズムが、前記光路振分けミラーから射出され前記第１面を透過してプリズム内に入射した光束を全反射臨界角よりも大きい角度で前記第３面に入射させることによって全反射作用によりプリズム内で前記第２面に向けて反射させ、前記第２面で反射した光束を全反射臨界角よりも小さい角度で前記第３面に入射させることによってこの第３面を透過させて光束をプリズム外に射出させるように構成されていることを特徴とする上記１〜５の何れか１項記載の画像表示装置。
【０１８４】
〔７〕  前記右眼用接眼プリズムの前記第１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、
前記左眼用接眼プリズムの前記第１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上記１〜６の何れか１項記載の画像表示装置。
【０１８５】
〔８〕  前記右眼用接眼プリズムの前記第１面が有する回転非対称な曲面形状が、唯一の対称面を備えた自由曲面にて構成され、
前記左眼用接眼プリズムの前記第１面が有する回転非対称な曲面形状が、唯一の対称面を備えた自由曲面にて構成されていることを特徴とする上記７記載の画像表示装置。
【０１８６】
〔９〕  前記右眼用接眼プリズムの前記第１面が有する自由曲面が、前記画像表示素子の表示する像中心と前記右眼用接眼プリズムの形成する右側瞳中心とを通る光線を光軸としたときに、プリズム内での折り返し光路中の光軸を含んだ面（Ｙ−Ｚ面）を前記唯一の対称面として構成され、
前記左眼用接眼プリズムの前記第１面が有する自由曲面が、前記画像表示素子の表示する像中心と前記左眼用接眼プリズムの形成する右側瞳中心とを通る光線を光軸としたときに、プリズム内での折り返し光路中の光軸を含んだ面（Ｙ−Ｚ面）を前記唯一の対称面として構成されていることを特徴とする上記８記載の画像表示装置。
【０１８７】
〔１０〕  前記右眼用接眼プリズムの前記第３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、
前記左眼用接眼プリズムの前記第３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上記１〜９の何れか１項記載の画像表示装置。
【０１８８】
〔１１〕  前記右眼用接眼プリズムの前記第３面が有する回転非対称な曲面形状が、唯一の対称面を備えた自由曲面にて構成され、
前記左眼用接眼プリズムの前記第３面が有する回転非対称な曲面形状が、唯一の対称面を備えた自由曲面にて構成されていることを特徴とする上記１０記載の画像表示装置。
【０１８９】
〔１２〕  前記右眼用接眼プリズムの前記第３面が有する自由曲面が、前記画像表示素子の表示する像中心と前記右眼用接眼プリズムの形成する右側瞳中心とを通る光線を光軸としたときに、プリズム内での折り返し光路中の光軸を含んだ面（Ｙ−Ｚ面）を前記唯一の対称面として構成され、
前記左眼用接眼プリズムの前記第３面が有する自由曲面が、前記画像表示素子の表示する像中心と前記左眼用接眼プリズムの形成する右側瞳中心とを通る光線を光軸としたときに、プリズム内での折り返し光路中の光軸を含んだ面（Ｙ−Ｚ面）を前記唯一の対称面として構成されていることを特徴とする上記１１記載の画像表示装置。
【０１９０】
〔１３〕  前記右眼用接眼プリズムの前記第３面が、回転対称非球面にて構成され、
前記左眼用接眼プリズムの前記第３面が、回転対称非球面にて構成されていることを特徴とする上記１〜９の何れか１項記載の画像表示装置。
【０１９１】
〔１４〕  観察者が観察する画像を表示する画像表示素子と、前記画像を右眼用光路と左眼用光路とに振分ける光路振分けプリズムと、前記光路振分けプリズムの右側に配置された右眼用接眼プリズムと、前記光路振分けプリズムの左側に配置された左眼用接眼プリズムとを有し、
前記光路振分けプリズムが、前記画像表示素子に対向配置され前記画像表示素子から射出された表示光束をプリズム内部に入射させる第１面と、前記第１面から入射した前記右眼用光路を反射する第２１面と、前記第１面から入射した前記左眼用光路を反射する第２２面と、前記右眼用光路の光束をプリズム外に射出させる第３１面と、前記左眼用光路の光束をプリズム外に射出させる第３２面と、を少なくとも有し、
前記光路振分けプリズムは、前記右眼用光路中に前記画像表示素子の表示した像から右眼用リレー像を形成し、かつ、前記左眼用光路中に前記画像表示素子の表示した像から左眼用リレー像を形成するために、少なくとも前記第２１面と前記第２２面とが、光束にパワーを与える曲面形状にて構成されると共に、前記第２１面と前記第２２面とが同一の面形状を有するように構成され、
前記右眼用接眼プリズムが、前記光路振分けプリズムの前記第３１面から射出された右眼用光路の光束をプリズム内に入射させる第１面と、プリズム内で右眼用光路の光束を反射する第２面と、プリズム外に右眼用光路の光束を射出する第３面とを有し、
前記左眼用接眼プリズムが、前記光路振分けプリズムの前記第３２面から射出された左眼用光路の光束をプリズム内に入射させる第１面と、プリズム内で左眼用光路の光束を反射する第２面と、プリズム外に左眼用光路の光束を射出する第３面とを有し、
少なくとも、前記右眼用接眼プリズムの反射作用面である第２面と、前記左眼用接眼プリズムの反射作用面である第２面とが、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画像表示装置。
【０１９２】
〔１５〕  前記光路振分けプリズムの第３１面と第３２面とが、同一形状の曲面にて構成されていることを特徴とする上記１４記載の画像表示装置。
【０１９３】
〔１６〕  前記光路振分けプリズムの第１面と第２１面と第２２面と第３１面と第３２面とが、それぞれ独立した面としてプリズムの有する光学面を形成し、
前記光路振分けプリズムの第２１面と第２２面と第３１面と第３２面との曲面形状が、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上記１４又は１５記載の画像表示装置。
【０１９４】
〔１７〕  前記光路振分けプリズムの第３１面と第３２面の曲面形状が、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上記１５記載の画像表示装置。
【０１９５】
〔１８〕  前記光路振分けプリズムの第２１面と第２２面と第３１面と第３２面の曲面形状が、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上記１５記載の画像表示装置。
【０１９６】
〔１９〕  前記画像表示素子と前記光路振分けプリズムとが対向配置され、
前記光路振分けプリズムが、前記画像表示素子から前後方向（Ｚ方向）に離れるに従って、前記第１面が配置され、媒質を挟んだ左右の位置に前記第２１面と前記第２２面とが配置され、さらに、前記第３１面と前記第３２面とが配置されるように構成され、
前記右眼用接眼プリズムの第１面と空気間隔を挟んで対向する位置に前記第３１面が配置され、かつ、前記左眼用接眼プリズムの第１面と空気間隔を挟んで対向する位置に前記第３２面が配置されるように構成されていることを特徴とする上記１５〜１８の何れか１項記載の画像表示装置。
【０１９７】
〔２０〕  前記画像表示素子と前記光路振分けプリズムとが対向配置され、
前記光路振分けプリズムが、前記画像表示素子から前後方向（Ｚ方向）に離れるに従って、前記第１面が配置され、媒質を挟んだ左右の位置に前記第３１面と前記第３２面とが配置され、さらに、前記第２１面と前記第２２面とが配置されるように構成され、
前記右眼用接眼プリズムの第１面と空気間隔を挟んで対向する位置に前記第３１面が配置され、かつ、前記左眼用接眼プリズムの第１面と空気間隔を挟んで対向する位置に前記第３２面が配置されるように構成されていることを特徴とする上記１５〜１８の何れか１項記載の画像表示装置。
【０１９８】
〔２１〕  前記光路振分けプリズムは、前記第２１面と前記第３２面とが１つの面にて兼用されて構成されると共に、前記第２２面と前記第３１面とが１つの面にて兼用されて構成され、
前記右眼用光路を全反射臨界角よりも大きい角度で前記第２１面と前記第３２面との兼用面に入射させることによって全反射作用によりプリズム内で右眼用光路の光束を反射させ、前記右眼用光路を全反射臨界角よりも小さい角度で前記第２２面と前記第３１面との兼用面に入射させることによって右眼用光路の光束をプリズム外に射出させ、
前記左眼用光路を全反射臨界角よりも大きい角度で第２２面と第３１面との兼用面に入射させることによって全反射作用によりプリズム内で左眼用光路の光束を反射させ、前記左眼用光路を全反射臨界角よりも小さい角度で第２１面と第３２面との兼用面に入射させることによって左眼用光路の光束をプリズム外に射出させ、
前記第２１面と第３２面との兼用面の曲面形状が偏心収差を補正するような回転非対称な曲面形状にて構成され、かつ、前記第２２面と第３１面との兼用面の曲面形状が偏心収差を補正するような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上記１４記載の画像表示装置。
【０１９９】
〔２２〕  前記光路振分けプリズムが、第１面から入射した左右の像の光束を第２１面と第２２面とに向けて反射する曲面形状の第４面を有し、
前記光路振分けプリズムの第１面と第２１面と第２２面と第３１面と第３２面と第４面とが、それぞれ独立した面としてプリズムの有する光学面を形成していることを特徴とする上記１４〜１８の何れか１項記載の画像表示装置。
【０２００】
〔２３〕  前記光路振分けプリズムの第４面の曲面形状が、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上記２２記載の画像表示装置。
【０２０１】
〔２４〕  前記画像表示素子と前記光路振分けプリズムとが対向配置され、
前記光路振分けプリズムが、前記画像表示素子から前後方向（Ｚ方向）に離れるに従って、前記第１面が配置され、媒質を挟んだ左右の位置に前記第２１面と前記第２２面とが配置され、媒質を挟んだ左右の位置に前記第３１面と前記第３２面とが配置され、
さらに、前記第１面と媒質を挟んで対向する位置に前記第４面が配置されるように構成され、
前記右眼用接眼プリズムの第１面と空気間隔を挟んで対向する位置に前記第３１面が配置され、かつ、前記左眼用接眼プリズムの第１面と空気間隔を挟んで対向する位置に前記第３２面が配置されるように構成されていることを特徴とする上記２３記載の画像表示装置。
【０２０２】
〔２５〕  前記光路振分けプリズムが、第１面から入射した右眼用光路を第２１面に向けて反射する第４１面と、第１面から入射した左眼用光路を第２２面に向けて反射する第４２面とを有し、
前記光路振分けプリズムの第１面と第２１面と第２２面と第３１面と第３２面と第４１面と第４２面とが、それぞれ独立した面としてプリズムの有する光学面を形成していることを特徴とする上記１４〜１８の何れか１項記載の画像表示装置。
【０２０３】
〔２６〕  前記光路振分けプリズムの第４１面と第４２面とが、同一形状の曲面にて構成されていることを特徴とする上記２５記載の画像表示装置。
【０２０４】
〔２７〕  前記光路振分けプリズムの第４１面と第４２面の曲面形状が、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上記２６記載の画像表示装置。
【０２０５】
〔２８〕  前記画像表示素子と前記光路振分けプリズムとが対向配置され、
前記光路振分けプリズムが、前記画像表示素子から前後方向（Ｚ方向）に離れるに従って、前記第１面が配置され、媒質を挟んだ左位置に第２１面が、媒質を挟んだ右位置に第２２面が配置され、媒質を挟んだ左位置に第３２面が、媒質を挟んだ右位置に第３１面が配置され、前記第１面と媒質を挟んで対向する位置に第４１面と第４２面とが隣接して配置されるように構成されていることを特徴とする上記２７記載の画像表示装置。
【０２０６】
〔２９〕  前記光路振分けプリズムの前記第１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上記１４〜２８の何れか１項記載の載の画像表示装置。
【０２０７】
〔３０〕  前記光路振分けプリズムの有する回転非対称な曲面が、唯一の対称面を備えた自由曲面にて構成されていることを特徴とする上記１６〜１８、２１、２３、２７の何れか１項記載の画像表示装置。
【０２０８】
〔３１〕  前記光路振分けプリズムの有する自由曲面が、前記画像表示素子の表示する像中心と瞳中心とを結んだ面（Ｙ−Ｚ平面）を前記唯一の対称面として構成されていることを特徴とする上記３０記載の画像表示装置。
【０２０９】
〔３２〕  前記右眼用接眼プリズムが、前記光路振分けプリズムから射出され前記第１面を透過してプリズム内に入射した光束を全反射臨界角よりも大きい角度で前記第３面に入射させることによって全反射作用によりプリズム内で前記第２面に向けて反射させ、前記第２面で反射した光束を全反射臨界角よりも小さい角度で前記第３面に入射させることによってこの第３面を透過させて光束をプリズム外に射出させるように構成され、
前記左眼用接眼プリズムが、前記光路振分けプリズムから射出され前記第１面を透過してプリズム内に入射した光束を全反射臨界角よりも大きい角度で前記第３面に入射させることによって全反射作用によりプリズム内で前記第２面に向けて反射させ、前記第２面で反射した光束を全反射臨界角よりも小さい角度で前記第３面に入射させることによってこの第３面を透過させて光束をプリズム外に射出させるように構成されていることを特徴とする上記１４〜３１の何れか１項記載の画像表示装置。
【０２１０】
〔３３〕  前記右眼用接眼プリズムが、前記光路振分けプリズムから射出され前記第１面を透過してプリズム内に入射した光束を前記第２面で反射させ、前記第２面で反射した光束を前記第３面を透過させて光束をプリズム外に射出させるように構成され、
前記左眼用接眼プリズムが、前記光路振分けプリズムから射出され前記第１面を透過してプリズム内に入射した光束を前記第２面で反射させ、前記第２面で反射した光束を前記第３面を透過させて光束をプリズム外に射出させるように構成されていることを特徴とする上記１４〜３１の何れか１項記載の画像表示装置。
【０２１１】
〔３４〕  前記右眼用接眼プリズムが、光束をプリズム内で反射する第４面を有し、
前記右眼用接眼プリズムが、前記光路振分けプリズムから射出され前記第１面を透過してプリズム内に入射した光束を前記第４面で反射し、前記第４面から反射された光束を全反射臨界角よりも大きい角度で前記第３面に入射させることによって全反射作用によりプリズム内で前記第２面に向けて反射させ、前記第２面で反射した光束を全反射臨界角よりも小さい角度で前記第３面に入射させることによってこの第３面を透過させて光束をプリズム外に射出させるように構成され、
前記左眼用接眼プリズムが、光束をプリズム内で反射する第４面を有し、
前記左眼用接眼プリズムが、前記光路振分けプリズムから射出され前記第１面を透過してプリズム内に入射した光束を前記第４面で反射し、前記第４面から反射された光束を全反射臨界角よりも大きい角度で前記第３面に入射させることによって全反射作用によりプリズム内で前記第２面に向けて反射させ、前記第２面で反射した光束を全反射臨界角よりも小さい角度で前記第３面に入射させることによってこの第３面を透過させて光束をプリズム外に射出させるように構成されていることを特徴とする上記１４〜３１の何れか１項記載の画像表示装置。
【０２１２】
〔３５〕  前記右眼用接眼プリズムの第４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、
前記左眼用接眼プリズムの第４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上記３４記載の画像表示装置。
【０２１３】
〔３６〕  前記右眼用接眼プリズムの第１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、
前記左眼用接眼プリズムの第１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上記１４〜３５の何れか１項記載の画像表示装置。
【０２１４】
〔３７〕  前記右眼用接眼プリズムの第２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、
前記左眼用接眼プリズムの第２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上記１４〜３６の何れか１項記載の画像表示装置。
【０２１５】
〔３８〕  前記右眼用接眼プリズムの有する回転非対称な曲面が、唯一の対称面を備えた自由曲面にて構成され、
前記左眼用接眼プリズムの有する回転非対称な曲面が、唯一の対称面を備えた自由曲面にて構成されていることを特徴とする上記３５〜３７の何れか１項記載の画像表示装置。
【０２１６】
〔３９〕  前記右眼用接眼プリズムの有する自由曲面が、前記画像表示素子の表示する像中心と瞳中心とを結んだ光線を光軸としたときに、プリズム内での折り返し光路中の光軸を含んだ面（Ｙ−Ｚ平面）を前記唯一の対称面として構成され、
前記左眼用接眼プリズムの有する自由曲面が、前記画像表示素子の表示する像中心と瞳中心とを結んだ光線を光軸としたときに、プリズム内での折り返し光路中の光軸を含んだ面（Ｙ−Ｚ平面）を前記唯一の対称面として構成されていることを特徴とする上記３８記載の画像表示装置。
【０２１７】
〔４０〕  前記右眼用接眼プリズムの第３面が、回転対称非球面にて構成され、
前記左眼用接眼プリズムの前記第３面が、回転対称非球面にて構成されていることを特徴とする上記１４〜３９の何れか１項記載の画像表示装置。
【０２１８】
〔４１〕  前記右眼用接眼プリズムの第３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、
前記左眼用接眼プリズムの第３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上記１４〜３９の何れか１項記載の画像表示装置。
【０２１９】
〔４２〕  前記右眼用接眼プリズムの有する前記第３面の自由曲面が、前記画像表示素子の表示する像中心と瞳中心とを結んだ光線を光軸としたときに、プリズム内での折り返し光路中の光軸を含んだ面（Ｙ−Ｚ平面）を前記唯一の対称面として構成され、
前記左眼用接眼プリズムの有する前記第３面の自由曲面が、前記画像表示素子の表示する像中心と瞳中心とを結んだ光線を光軸としたときに、プリズム内での折り返し光路中の光軸を含んだ面（Ｙ−Ｚ平面）を前記唯一の対称面として構成されていることを特徴とする上記４１記載の画像表示装置。
【０２２０】
〔４３〕  前記光路振分けプリズムは、前記右眼用リレー像を前記第３１面よりも光路上観察者の右眼側の位置に形成すると共に、前記左眼用リレー像を前記第３２面よりも光路上観察者の左眼側の位置に形成するように、全体として正のパワーを有するように構成されていることを特徴とする上記１４〜３２の何れか１項記載の画像表示装置。
【０２２１】
〔４４〕  前記光路振分けプリズムは、前記右眼用リレー像を前記第３１面と前記右眼用接眼プリズムの第１面との間の位置に形成すると共に、前記左眼用リレー像を前記第３２面と前記左眼用接眼プリズムの第１面との間の位置に形成するように構成されていることを特徴とする上記４３記載の画像表示装置。
【０２２２】
〔４５〕  前記光路振分けプリズムの第２１面からの右眼用光路の表示光の反射角α、及び、前記光路振分けプリズムの第２２面からの左眼用光路の表示光の反射角αが次の条件を満たすことを特徴とする上記１４〜４４の何れか１項記載の画像表示装置。
【０２２３】
３３°≦α≦７０°                                    ・・・（１）
〔４６〕  右眼用射出瞳と左眼用射出瞳の中心間を結んだ線分の中心を通りその線分に垂直な平面と、前記光路振分けプリズムの第２１面に右眼用光路の光軸が入射する点における前記第２１面の接平面とがなす角β、及び、右眼用射出瞳と左眼用射出瞳の中心間を結んだ線分の中心を通りその線分に垂直な平面と、前記光路振分けプリズムの第２２面に左眼用光路の光軸が入射する点における前記第２２面の接平面とがなす角βが次の条件を満たすことを特徴とする上記１４〜４４の何れか１項記載の画像表示装置。
【０２２４】
１３°≦β≦２４°                                    ・・・（２）
〔４７〕  瞳側から逆光線追跡した場合に、右眼用射出瞳中心を通る右側最大画角の光線と前記右眼用接眼プリズムの第３面とが交わる点と、左眼用射出瞳中心を通る左側最大画角の光線と前記左眼用接眼プリズムの第３面とが交わる点との間隔を横幅Ｌとし、また、左右の射出瞳中心を通る全画角内の光線束の中、前記右眼用接眼プリズムあるいは前記左眼用接眼プリズムの第３面を透過あるいは反射する点の中で最も左右の射出瞳側に近い点と、前記画像表示素子の表示面とのその表示面に垂直な方向の距離を奥行Ｄとし、横幅Ｌと奥行Ｄとの比Ｄ／Ｌが次の条件を満たすことを特徴とする上記１４〜４６の何れか１項記載の画像表示装置。
【０２２５】
０．３≦Ｄ／Ｌ≦０．５                                ・・・（３）
〔４８〕  前記右眼用接眼プリズムの第２面が半透過反射面にて構成され、その第２面の外側に右眼用シースループリズムを配置し、
前記左眼用接眼プリズムの第２面が半透過反射面にて構成され、その第２面の外側に左眼用シースループリズムを配置したことを特徴とする上記１４〜４６の何れか１項記載の画像表示装置。
【０２２６】
〔４９〕  観察者が観察する画像を表示する画像表示素子と、前記画像を右眼用光路と左眼用光路とに振分ける光路振分けプリズムと、前記光路振分けプリズムの右側に配置された右眼用接眼プリズムと、前記光路振分けプリズムの左側に配置された左眼用接眼プリズムとを有し、
前記光路振分けプリズムが、前記画像表示素子に対向配置され前記画像表示素子から射出された表示光束をプリズム内部に入射させる第１面と、前記第１面から入射した前記右眼用光路を反射する第２１面と、前記第１面から入射した前記左眼用光路を反射する第２２面と、前記右眼用光路の光束をプリズム外に射出させる第３１面と、前記左眼用光路の光束をプリズム外に射出させる第３２面と、を少なくとも有し、
前記光路振分けプリズムは、少なくとも、前記第２１面と、前記第２２面と、前記第３１面と、前記第３２面とが、光束にパワーを与える曲面形状にて構成されると共に、前記第２１面と前記第２２面とが同一の面形状を有し、前記第３１面と前記第３２面とが同一の面形状を有するように構成され、
前記画像表示素子が、光源からの光束を反射することによって画像を表示する反射型画像表示素子から構成され、
前記光路振分けプリズムの有する、前記第２１面と前記２２面とが共に、半透過反射面若しくは部分透過部分反射面の何れかにて構成され、
前記第２１面のプリズム媒質とは反対側の位置に左眼用の光路を形成するための左眼用照明光源を配置し、前記第２２面のプリズム媒質とは反対側の位置に右眼用の光路を形成するための右眼用照明光源を配置して構成されていることを特徴とする画像表示装置。
【０２２７】
〔５０〕  観察者が観察する画像を表示する画像表示素子と、前記画像を右眼用光路と左眼用光路とに振分ける光路振分けプリズムと、前記光路振分けプリズムの右側に配置された右眼用接眼プリズムと、前記光路振分けプリズムの左側に配置された左眼用接眼プリズムとを有し、
前記光路振分けプリズムが、前記画像表示素子に対向配置され前記画像表示素子から射出された表示光束をプリズム内部に入射させる第１面と、前記第１面と媒質を挟んで対向配置され前記第１面から入射した左右の像の光束を異なった方向に反射させ右眼用光路と左眼用光路とに振り分ける第４面と、前記第４面から反射された前記右眼用光路を反射する第２１面と、前記第４面から反射した前記左眼用光路を反射する第２２面と、前記右眼用光路の光束をプリズム外に射出させる第３１面と、前記左眼用光路の光束をプリズム外に射出させる第３２面と、を少なくとも有し、
前記光路振分けプリズムは、少なくとも、前記第２１面と、前記第２２面と、前記第３１面と、前記第３２面と、前記第４面とが、光束にパワーを与える曲面形状にて構成されると共に、前記第２１面と前記第２２面とが同一の面形状を有し、前記第３１面と前記第３２面とが同一の面形状を有するように構成され、
前記画像表示素子が、光源からの光束を反射することによって画像を表示する反射型画像表示素子から構成され、
前記光路振分けプリズムの有する前記第４面が、半透過反射面若しくは部分透過部分反射面の何れかにて構成され、
前記第４面のプリズム媒質とは反対側の位置に、左眼用の光路を形成するための左眼用照明光源と、右眼用の光路を形成するための右眼用照明光源とを配置して構成されていることを特徴とする画像表示装置。
【０２２８】
〔５１〕  観察者が観察する画像を表示する画像表示素子と、前記画像を右眼用光路と左眼用光路とに振分ける光路振分けプリズムと、前記光路振分けプリズムの右側に配置された右眼用接眼プリズムと、前記光路振分けプリズムの左側に配置された左眼用接眼プリズムとを有し、
前記光路振分けプリズムが、前記画像表示素子に対向配置され前記画像表示素子から射出された表示光束をプリズム内部に入射させる第１面と、前記右眼用光路を全反射臨界角よりも大きい角度で光学面に入射させることによって全反射作用によりプリズム内で右眼用光路の光束を反射させかつ前記左眼用光路を全反射臨界角よりも小さい角度で光学面に入射させることによって左眼用光路の光束をプリズム外に射出させる第２面と、前記左眼用光路を全反射臨界角よりも大きい角度で光学面に入射させることによって全反射作用によりプリズム内で左眼用光路の光束を反射させかつ前記右眼用光路を全反射臨界角よりも小さい角度で光学面に入射させることによって右眼用光路の光束をプリズム外に射出させる第３面と、を有し、
前記画像表示素子と前記第１面との間に表示用光学素子を配置し、
前記光路振分けプリズムは、前記第２面と前記第３面とが光束にパワーを与える同一形状の曲面にて構成され、かつ、前記第２面と前記第３面とをプリズム媒質を挟んで対向するように配置し、
前記画像表示素子が、光源からの光束を透過することによって画像を表示する透過型画像表示素子から構成され、
前記画像表示素子の前記表示用光学素子とは反対側の位置に、左眼用の光路を形成するための左眼用照明光源と、右眼用の光路を形成するための右眼用照明光源とを配置して構成されていることを特徴とする画像表示装置。
【０２２９】
〔５２〕  前記表示用光学素子が、フレネルレンズから構成されていることを特徴とする上記５１記載の画像表示装置。
【０２３０】
〔５３〕  前記光路振分けプリズムの第２１面と前記第２２面とが共に、透過と反射を強度的に分割するハーフミラーコーティングにて構成されていることを特徴とする上記４９記載の画像表示装置。
【０２３１】
〔５４〕  前記光路振分けプリズムの第２１面と前記第２２面とが共に、反射ミラー面内に透過孔を設けたミラーコーティングにて構成されていることを特徴とする上記４９記載の画像表示装置。
【０２３２】
〔５５〕  前記光路振分けプリズムの第４面が、透過と反射を強度的に分割するハーフミラーコーティングにて構成されたていることを特徴とする上記５０記載の画像表示装置。
【０２３３】
〔５６〕  前記光路振分けプリズムの第４面が、反射ミラー面内に透過孔を設けたミラーコーティングにて構成されていることを特徴とする上記５０記載の画像表示装置。
【０２３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、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、両眼の中央に配置する光路振分けミラーあるいは光路振分けプリズムを持たせることで、諸収差の補正を容易にして、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ができる。また、このような構成において、表示画像を左右で切り換えずに使用できる単板両眼視に最適な照明配置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施例１の画像表示装置の光路図である。
【図２】本発明による実施例２の画像表示装置の光路図である。
【図３】本発明による実施例３の画像表示装置の光路図である。
【図４】本発明による実施例４の画像表示装置の光路図である。
【図５】本発明による実施例５の画像表示装置の光路図である。
【図６】本発明による実施例６の画像表示装置の光路図である。
【図７】本発明による実施例７の画像表示装置の光路図である。
【図８】本発明による実施例８の画像表示装置の光路図である。
【図９】本発明による実施例９の画像表示装置の光路図である。
【図１０】本発明による実施例１０の画像表示装置の光路図である。
【図１１】本発明による実施例１１の画像表示装置の光路図である。
【図１２】本発明による実施例１２の画像表示装置の光路図である。
【図１３】本発明による実施例１３の画像表示装置の光路図である。
【図１４】本発明による実施例１４の画像表示装置の光路図である。
【図１５】本発明による実施例１５の画像表示装置の光路図である。
【図１６】本発明による実施例１６の画像表示装置を説明するための図である。
【図１７】本発明の実施例１７の画像表示装置の両眼の光学系を示す水平断面図である。
【図１８】本発明の実施例１８の画像表示装置の両眼の光学系を示す水平断面図である。
【図１９】本発明の実施例１９の画像表示装置の両眼の光学系を示す水平断面図である。
【図２０】本発明の実施例２０の画像表示装置の両眼の光学系を示す水平断面図である。
【図２１】本発明の実施例２１の画像表示装置の両眼の光学系を示す水平断面図である。
【図２２】本発明の実施例２２の画像表示装置の両眼の光学系を示す水平断面図である。
【図２３】本発明の実施例２３の画像表示装置の両眼の光学系を示す水平断面図である。
【図２４】本発明の実施例２４の画像表示装置の両眼の光学系を示す水平断面図である。
【図２５】本発明の実施例２５の画像表示装置の両眼の光学系を示す水平断面図である。
【図２６】本発明の実施例２６の画像表示装置の両眼の光学系を示す水平断面図である。
【図２７】本発明の実施例２７の画像表示装置の両眼の光学系を示す水平断面図である。
【図２８】本発明の実施例２８の画像表示装置の両眼の光学系を示す水平断面図である。
【図２９】本発明による実施例２９〜３０の画像表示装置の光路図である。
【図３０】パラメータαとβの定義を説明するための図である。
【図３１】パラメータＬとＤの定義を説明するための図である。
【図３２】実施例２９の右眼用の光学系の水平断面図である。
【図３３】実施例３０の右眼用の光学系の水平断面図である。
【図３４】実施例１６の光学系の横収差図である。
【図３５】実施例２０の光学系の横収差図である。
【図３６】実施例２２の光学系の横収差図である。
【図３７】実施例２９の光学系の横収差図である。
【図３８】実施例３０の光学系の横収差図である。
【図３９】本発明の画像表示装置をシースルー観察可能に構成した場合の構成を説明するための図である。
【図４０】有機ＥＬ画像表示素子の構造を例示する斜視図である。
【図４１】本発明の画像表示装置を観察者頭部に装着した場合の様子を示す図である。
【符号の説明】
ＥＲ…右眼
ＥＬ…左眼
１…光路振分けミラー
１Ｒ…右光路用反射面
１Ｌ…左光路用反射面
１Ｒ’…第２の右光路用反射面
１Ｌ’…第２の左光路用反射面
２Ｒ…右眼用接眼プリズム
２Ｌ…左眼用接眼プリズム
３…画像表示素子
３’…反射型ＬＣＤ
４Ｒ…右眼用射出瞳
４Ｌ…左眼用射出瞳
５…負レンズ
６Ｒ、６Ｌ…照明光源
７…集光用フレネルレンズ
８Ｒ、８Ｌ…レンズ
９Ｒ、９Ｌ…接眼レンズ
１０…光路振分けプリズム
１１…第１面
１１Ｒ、１１Ｌ…レンズ入射面
１２、１２Ｒ、１２Ｌ…第２面
１３Ｒ、１３Ｌ…第３面
１４Ｒ、１４Ｌ…第４面
１５…第２面の接平面
１６Ｌ、１６Ｒ…補償プリズム
１７Ｌ、１７Ｒ…補償プリズムの外界側の面
２０…両眼の対称面
２１Ｒ、２１Ｌ…第１面
２２Ｒ、２２Ｌ…第２面
２３Ｒ、２３Ｌ…第３面
２４Ｒ、２４Ｌ…第４面
２５Ｒ、２５Ｌ…第５面
３１…表示装置本体部
３２…前フレーム
３３…後フレーム
３４…頭頂フレーム
３５…リヤプレート
３６…リヤカバー
３９…スピーカー
４０…ビデオ再生装置
４０ａ…ボリュウム調整部
４１…ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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