(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像信号に応じて映像を表示させるための光を発する映像表示素子と、前記映像表示素子の発する前記光を走査する走査手段と、前記走査手段により前記光を走査して得られた映像を投影する投影光学系とからなる映像表示装置において、
前記投影光学系は、１より大きな屈折率の媒質で構成された１個又は２個のプリズム部材からなる偏心プリズムであり、
前記偏心プリズムは、前記走査手段からの前記光を入射させる透過面と、前記光をプリズム部材内に反射させる反射面と、前記光を射出瞳に射出する透過面と、の少なくとも３面を有し、かつ、前記光を合計で３回以上反射させるものであり、前記反射面の少なくとも１面が、光学的パワーを有し、かつ、射出瞳の中心を通り走査手段を経て映像表示素子中心に至る光線により定義される光軸に対して偏心しており、
前記射出瞳と映像表示素子との間に、前記投影光学系と、加えて前記射出瞳と共役な位置になるように前記走査手段と、が配置され、
前記射出瞳から前記映像表示素子に向かう逆光線追跡で、前記射出瞳からの光線は少なくとも前記偏心プリズムに入射し、一度中間像として結像した後に、前記走査手段に至り、前記映像表示素子に結像すると共に、
前記走査手段の走査方向における前記射出瞳から前記投影光学系に入射する半画角θと、前記走査手段の走査方向における片側振れ角φが次式を満たすことを特徴とする映像表示装置。
０．１≦φ／θ≦１．８                                ・・・（１）
【請求項２】
前記投影光学系の有する、前記反射面の少なくとも１面と前記透過面の少なくとも１面が、同一の関数によって定義される１つの面にて形成されていることを特徴とする請求項１記載の映像表示装置。
【請求項３】
前記射出瞳から前記映像表示素子に向かう逆光線追跡で、前記射出瞳からの光線は、少なくとも、前記偏心プリズムに入射する第１透過面、光学的パワーを有し、かつ、射出瞳の中心を通り走査手段を経て映像表示素子中心に至る光線により定義される光軸に対して偏心した第１反射面、第２反射面、第３反射面、第４反射面、前記偏心プリズムから射出する第２透過面を通って前記走査手段に至ると共に、前記第１透過面と前記第２反射面、前記第３反射面と前記第２透過面が同一の関数によって定義される１つの面であり、前記射出瞳から前記映像表示素子に向かう光線は、前記第２反射面と前記第４反射面の間に中間像を形成することを特徴とする請求項１記載の映像表示装置。
【請求項４】
映像信号に応じて映像を表示させるための光を発する映像表示素子と、前記映像表示素子の発する前記光を走査する走査手段と、前記走査手段により前記光を走査して得られた映像を投影する投影光学系とからなる映像表示装置において、
前記投影光学系は、１より大きな屈折率の媒質で構成された１個又は２個のプリズム部材からなる偏心プリズムであり、
前記偏心プリズムは、前記走査手段からの前記光を入射させる透過面と、前記光をプリズム部材内に反射させる反射面と、前記光を射出瞳に射出する透過面と、の少なくとも３面を有し、かつ、前記光を合計で３回以上反射させるものであり、前記反射面の少なくとも１面が、光学的パワーを有し、かつ、射出瞳の中心を通り走査手段を経て映像表示素子中心に至る光線により定義される光軸に対して偏心しており、
前記射出瞳と映像表示素子との間に、前記偏心プリズムと、前記走査手段と、が配置され、
前記射出瞳から前記映像表示素子に向かう逆光線追跡で、前記射出瞳からの光線は、少なくとも、前記偏心プリズムに入射する第１透過面、光学的パワーを有し、かつ、射出瞳の中心を通り走査手段を経て映像表示素子中心に至る光線により定義される光軸に対して偏心した第１反射面、第２反射面、第３反射面、第４反射面、前記偏心プリズムから射出する第２透過面を通って前記走査手段に至ると共に、前記第１透過面と前記第２反射面、前記第３反射面と前記第２透過面が同一の関数によって定義される１つの面であり、前記射出瞳から前記映像表示素子に向かう光線は、前記第２反射面と前記第４反射面の間に中間像を形成することを特徴とする映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像表示装置に関し、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映像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査型の映像表示装置の中、走査型の頭部装着式映像表示装置（いわゆるＨＭＤ）の従来技術には次のものがある。
【０００３】
従来技術１（特開平８−５４５７８号）：図３３に示すように、レーザからの光束をＡ−Ｏ変調器で変調し、その変調光は多角形走査装置（ポリゴンミラー）で１次元方向に走査され、２枚の中継ミラーを経て光ファイバリボンの入射端に入射され、その出射端からその１次元走査像が出射する際に光ファイバリボンの出射端が振動されて２次元走査像が形成され、その走査像が投影光学系と凹面鏡を経て観察者眼球内に投影されることにより、映像が表示される。
【０００４】
従来技術２（特開平９−５９０３号）：図３４に示すように、ＬＥＤアレイからの光束が対物レンズを経て回転反射鏡（ポリゴンミラー）でＬＥＤアレイの配置方向と直角な方向に走査され、かつ、左右の観察光路に分けられ、それぞれ固定反射鏡を経て中間実像を形成して接眼レンズにより観察者の左右の眼球に走査像が投影されることにより、両眼に映像が表示される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３３の従来技術１の場合、光学系は、凹面鏡１個＋光ファイバリボンの後のレンズ５個（投影光学系）＋光ファイバリボン１個＋中継ミラー２個＋ポリゴンミラー１個＋レンズ１個（リレーレンズ）＋光源１個（レーザ）の計１２個以上の光学部品が必要である。
【０００６】
また、図３４の従来技術２の場合、片眼用には、光源１個＋レンズ５個＋ミラー１個＋ポリゴンミラー１個の計８個の光学部品が必要で、両眼用には、光源１個＋レンズ７個＋ミラー２個＋ポリゴンミラー１個の計１１個の光学部品が必要となる。
【０００７】
このように、従来技術においては光学系を構成する部品点数が非常に多いので、各部品の位置調整が大変である。
【０００８】
また、映像表示素子、レンズ、スキャンミラー等で構成される光学系全体の大きさが大きいので、顔面に装着するＨＭＤ光学系としては不適切である。
【０００９】
本発明はこのような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、少ない光学素子によって構成された小型な走査型映像表示装置用の光学系を提供することである。
【００１０】
【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第１の映像表示装置は、映像を表示する映像表示素子と、前記映像表示素子を発する光を走査する走査手段と、前記映像表示素子によって形成され前記走査手段により走査された映像を投影する投影光学系とからなる映像表示装置において、
前記投影光学系が、１より大きな屈折率の媒質で構成されたプリズム部材を少なくとも１個有し、
前記プリズム部材は、光束をプリズム部材に入射させる透過面と、光束をプリズム部材内で反射させる反射面、光束をプリズムから射出する透過面の少なくとも３面を有しており、前記投影光学系が含む前記プリズム部材での反射回数の合計が３回以上で、前記プリズム部材の反射面の少なくとも１面が光学的パワーを有し、光軸に対して偏心しており、
逆光線追跡で、瞳と像面である映像表示素子の間に前記投影光学系と前記走査手段が配置され、瞳からの光線は少なくとも前記プリズム部材を経て前記走査手段に至ることを特徴とするものである。
【００１１】
なお、複数のプリズム部材がある場合、反射回数の合計が３以上ということであり、各プリズム部材で各３回以上反射するということではない。
【００１２】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【００１３】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。３回以上の反射による折り畳みの効果で、光学系を小型化することができる。また、光学的パワーを有し光軸に対して偏心（displacementあるいはtilt）した反射面は、レンズ作用とミラー作用を持つので、光学系を構成する部品点数を削減することができる。なお、ここでの光軸とは、射出瞳の中心を通り、走査手段を経て映像表示素子中心に至る光線により定義される。これは他の実施例においても同様である。
【００１４】
この場合、光学的パワーを有し光軸に対して偏心した反射面をプリズム部材の１面として構成すると、瞳からの光線が透過面で屈折されるので、光学的パワーを有し光軸に対して偏心した反射面以降への軸外光線の入射光線高を低く設定することができる。そのため、光学系を小型にできると共に、より大きな画角を実現することができる。また、軸外光線の従属光線高も低くなるので、コマ収差等の発生を抑制することもできる。
【００１５】
一般に、反射面は屈折面より偏心誤差を厳しく制御しなければならないので、組み立て調整作業が大変になる。しかし、反射面をプリズム部材の１面として構成すれば、この反射面の調整作業が削減できる。
【００１６】
本発明の第２の映像表示装置は、第１の映像表示装置において、投影光学系が含むプリズム部材での反射回数の合計が４回以上であることを特徴とするものである。なお、複数のプリズム部材がある場合、反射回数の合計が４以上ということであり、各プリズム部材で各４回以上反射するということではない。
【００１７】
この映像表示装置は後記の実施例１、３〜１１が対応する。
【００１８】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。反射回数を４回以上とすることで、折り畳みによる光学系の小型化の効果を更に大きくすることができるし、収差補正上も好ましい。
【００１９】
本発明の第３の映像表示装置は、第１の映像表示装置において、投影光学系の反射面が光学的パワーを有することを特徴とするものである。
【００２０】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【００２１】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。レンズ作用とミラー作用の両方を持つ反射面が３面以上あると、光学系の小型化の効果が更に大きくなる。また、投影光学系のパワーの主体を反射作用に持たせるので、投影光学系での色収差の発生が少なくなる。
【００２２】
本発明の第４の映像表示装置は、第１の映像表示装置において、投影光学系が、反射面の少なくとも１面と透過面の少なくとも１面が同一面にて形成された透過と反射の兼用面を備えていることを特徴とするものである。
【００２３】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【００２４】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。透過と反射という２つの作用を同一面で行うので、光学系を構成する面数を削減し、光学系を単純で小型なものにすることができる。
【００２５】
本発明の第５の映像表示装置は、第４の映像表示装置において、少なくとも１つのプリズム部材が、瞳から映像表示素子に向かう逆光線追跡で、少なくとも、プリズム部材へ入射する第１透過面、光学的パワーを有し光軸に対して偏心した第１反射面、第２反射面、プリズム部材から射出する第２透過面を含み、少なくとも第１透過面と第２反射面が同一の兼用面であることを特徴とするものである。
【００２６】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【００２７】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。第１透過面と第２反射面を別の面として構成すると、次の不具合が発生する。すなわち、第１透過面と第２反射面を別の面として構成するには、第２反射面を第１透過面から離れた別の位置に形成する必要がある。このため、第１反射面と第２反射面の間隔を大きくしたり、第１反射面での反射角度を大きくする必要がある。その結果、光学系が大型化したり、他の面で補正しきれないような大きな偏心収差が第１反射面で発生する。この第１透過面と第２反射面を兼用面とすることで、この不具合を解消できる。
【００２８】
本発明の第６の映像表示装置は、第５の映像表示装置において、逆光線追跡で、第２反射面における反射が全反射であることを特徴とするものである。
【００２９】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【００３０】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。第２反射面における反射を全反射ではなく、反射膜での反射により行おうとすると、以下の不具合が生ずる。すなわち、第１透過面と第２反射面は兼用面であるので、第２反射面用の反射膜を第１透過面用の透過領域と離れた別の位置に形成する必要がある。このため、第１反射面と第２反射面の間隔を大きくしたり、第１反射面での反射角度を大きくする必要がある。その結果、光学系が大型化したり、他の面で補正しきれないような大きな偏心収差が第１反射面で発生する。この第２反射面での反射を全反射とすることで、この不具合を解消することができる。また、反射膜を作製する必要がなくなり、コストが削減できる。
【００３１】
本発明の第７の映像表示装置は、第１の映像表示装置において、投影光学系が、瞳から映像表示素子に向かう逆光線追跡で、少なくとも、プリズム部材へ入射する第１透過面、光学的パワーを有し光軸に対して偏心した第１反射面、第２反射面、第３反射面、プリズム部材から射出して走査手段に至る第２透過面を含み、第１透過面と第２反射面が同一の兼用面であり、第２反射面と第３反射面の間に中間像を形成することを特徴とするものである。
【００３２】
この映像表示装置は後記の実施例１〜２が対応する。
【００３３】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。少なくとも、第１透過面、第１反射面、第２反射面の少なくとも３面の光学作用により瞳からの光を中間像として結像する光学系を構成し、第３反射面、第２透過面の少なくとも２面の光学作用で中間像を走査手段に導く光学系を構成するので、それぞれの光学系の収差補正を良好に行うことができる。また、第１透過面と第２反射面が兼用面なので、少なくとも４面構成で瞳からの光を中間像として結像する光学系と中間像を走査手段に導く光学系とを構成することができる。光学系を構成する面が少ないので、光学系を小型化できる。また、光学系を成形で製作する際の型が少なくて済むので、製作コストが下がる。また、逆光線追跡で、瞳から走査手段に至る光学系が、反射作用を主体に構成されているので、色収差の発生が少ない。
【００３４】
本発明の第８の映像表示装置は、第７の映像表示装置において、投影光学系が、瞳から映像表示素子に向かう逆光線追跡で、走査手段で反射した後、プリズム部材の第４反射面を経て映像表示素子に結像することを特徴とするものである。
【００３５】
この映像表示装置は後記の実施例１が対応する。
【００３６】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。逆光線追跡で、映像表示素子に結像する投影光学系が反射作用を中心に構成されているので、色収差の発生が少ない。また、少なくとも４回の反射による折り畳みの効果で投影光学系を小型化できる。また、逆光線追跡で、走査手段の前の透過面と走査手段の後の反射面をプリズム部材に形成する際に、１つの型で形成することができる。また、走査手段と映像表示素子を近い位置に配置することができるので、光学系の突出量が減る。また、本発明の光学系をＨＭＤ光学系として使用する場合、走査手段と映像表示素子をプリズム部材の上に配置することができるので、光学系全体の重量バランスが良くなる。
【００３７】
本発明の第９の映像表示装置は、第７の映像表示装置において、投影光学系が、瞳から映像表示素子に向かう逆光線追跡で、走査手段で反射した後、少なくとも、第３透過面、第４透過面を経て映像表示素子に結像することを特徴とするものである。
【００３８】
この映像表示装置は後記の実施例２が対応する。
【００３９】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。走査手段と映像表示素子の間隔が確保できるので、映像表示素子に必要な光束の発散角を小さくできる。また、走査手段から映像表示素子に至る光学系を、少なくとも、２面構成にできるので、映像表示素子光の配光特性を補正することができる。
【００４０】
本発明の第１０の映像表示装置は、第７の映像表示装置において、投影光学系が、第１プリズム部材と第２プリズム部材を含み、瞳から映像表示素子に向かう逆光線追跡で、
第１プリズム部材が、第１プリズム部材へ入射する第１透過面、光学的パワーを有し光軸に対して偏心した第１反射面、第２反射面、第１プリズム部材からの射出面を含み、
第２プリズム部材が、第２プリズム部材への入射面、第３反射面、第２プリズム部材から射出して走査手段に至る第２透過面、を含み、
第１透過面と第２反射面が同一面であり、
第２反射面と第３反射面の間に中間像を形成することを特徴とするものである。
【００４１】
この映像表示装置は後記の実施例１が対応する。
【００４２】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。中間像に近い位置にある第１プリズム部材の射出面と第２プリズム部材への入射面で、ディストーションや瞳収差の制御を効率良く行うことができるので、直線走査性や等速走査性を向上させることができる。
【００４３】
本発明の第１１の映像表示装置は、第７〜第１０の映像表示装置において、第２反射面での反射が全反射であることを特徴とするものである。
【００４４】
この映像表示装置は後記の実施例１〜２が対応する。
【００４５】
この映像表示装置の作用効果は第６の映像表示装置と同じである。
【００４６】
本発明の第１２の映像表示装置は、第１の映像表示装置において、投影光学系が、瞳から映像表示素子に向かう逆光線追跡で、少なくとも、プリズム部材へ入射する第１透過面、光学的パワーを有し光軸に対して偏心した第１反射面、第２反射面、第３反射面、第４反射面、プリズム部材から射出して走査手段に至る第２透過面を含み、第１透過面と第２反射面、第３反射面と第２透過面が同一面であり、第２反射面と第４反射面の間に中間像を形成することを特徴とするものである。
【００４７】
この映像表示装置は後記の実施例３〜１１が対応する。
【００４８】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。反射作用を主体に構成されているので、色収差の発生が少ない。また、少なくとも、第１透過面、第１反射面、第２反射面の３面以上で瞳からの光を中間像として結像する光学系を、少なくとも、第４反射面、第２透過面の２面以上で中間像を走査手段に導く光学系を構成するので、収差補正を良好に行うことができる。また、第１透過面と第２反射面、第３反射面と第２透過面の２個所が兼用面なので、少なくとも４面構成で６面の光学作用を持たせることができる。光学系を構成する面が少ないので、光学系を小型化できる。また、成形で製作する際の型が少なくて済むので、製作コストが下がる。また、少なくとも４回反射させているので、折り畳みの効果で光学系を小型化できる。
【００４９】
本発明の第１３の映像表示装置は、第１２の映像表示装置において、投影光学系が、瞳から映像表示素子に向かう逆光線追跡で、走査手段で反射した後、少なくともプリズム部材へ入射する第３透過面、第５反射面、プリズム部材を射出する第４透過面を経て映像表示素子に結像し、第３反射面と第２透過面と第３透過面が同一面であることを特徴とするものである。
【００５０】
この映像表示装置は後記の実施例３〜１１が対応する。
【００５１】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。第１透過面と第２反射面、第３反射面と第２透過面と第３透過面の２個所が兼用面なので、少なくとも６面構成で９面の光学作用を持たせることができる。光学系を構成する面が少ないので、光学系を小型化できる。また、成形で製作する際の型が少なくて済むので、製作コストが下がる。また、走査手段から映像表示素子に至る光学系を、少なくとも２面構成にできるので、映像表示素子光の配光特性を補正することができる。
【００５２】
本発明の第１４の映像表示装置は、第１３の映像表示装置において、投影光学系が、瞳から映像表示素子に向かう逆光線追跡で、走査手段で反射した後、少なくともプリズム部材へ入射する第３透過面、第５反射面、プリズム部材を射出する第４透過面を経て映像表示素子に結像し、第３反射面と第２透過面と第３透過面と第４透過面が同一面であることを特徴とするものである。
【００５３】
この映像表示装置は後記の実施例３、４が対応する。
【００５４】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。第１透過面と第２反射面、第３反射面と第２透過面と第３透過面と第４透過面の２個所が兼用面なので、少なくとも５面構成で９面の光学作用を持たせることができる。光学系を構成する面が少ないので、光学系を小型化できる。また、成形で製作する際の型が少なくて済むので、製作コストが下がる。
【００５５】
本発明の第１５の映像表示装置は、第１２の映像表示装置において、投影光学系が、第１プリズム部材と第２プリズム部材を含み、瞳から映像表示素子に向かう逆光線追跡で、
第１プリズム部材が、第１プリズム部材へ入射する第１透過面、光学的パワーを有し光軸に対して偏心した第１反射面、第２反射面、第１プリズム部材から射出する第２透過面を含み、
第２プリズム部材が、第２プリズム部材へ入射する第３透過面、第３反射面、第４反射面、第２プリズム部材から射出して走査手段に至る第４透過面、走査手段から第２プリズム部材に入射する第５透過面、第５反射面、第２プリズム部材から射出して映像表示素子に至る第６透過面を含むことを特徴とするものである。
【００５６】
この映像表示装置は後記の実施例９、１０が対応する。
【００５７】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。中間像付近に第１プリズム部材の射出面である第２透過面と第２プリズム部材の入射面である第３透過面を配置できるので、ディストーションや瞳収差の制御を効率良く行うことができ、直線走査性や等速走査性を向上させることができる。
【００５８】
本発明の第１６の映像表示装置は、第１の映像表示装置において、投影光学系が、瞳から映像表示素子に向かう逆光線追跡で、入射瞳と走査手段が略共役な位置関係にあり、投影光学系内で一度中間結像し、入射瞳から中間像までの光学系と、中間像から走査手段までの光学系が中間像に対して対称な構成となっていることを特徴とするものである。ここでいう、中間像に対して対称な構成とは、折り曲げ光路が、中間像に関して点対称や面対称であることや、パワー配分（正か負か）が、中間像に関して対称であること等をさす。
【００５９】
この映像表示装置は後記の実施例３〜１１が対応する。
【００６０】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。図１のように、投影光学系を接眼光学系２とリレー光学系３で構成する。走査手段４が瞳位置付近にあるので、順追跡で瞳１に投影される光がけられないし、走査手段４の大きさを小さくすることができる。なお、図１は説明のための概念図なので、説明しやすいように音響光学偏向器ＡＯＤのような透過型の走査手段の場合について説明している。また、この図は２次元走査手段を使用する場合の説明図である。
【００６１】
図１の構成において、逆光線追跡で、瞳１から中間像７までの光学系（接眼光学系２）と中間像７から走査手段４までの光学系（リレー光学系３）が対称な構成だと、それぞれの光学系で発生する収差が打ち消しあうので、投影光学系全体の収差を効果的に補正することができる。
【００６２】
本発明の第１７の映像表示装置は、第１、７〜１６の映像表示装置において、投影光学系が、映像表示素子光を集光光学系で略コリメートし、瞳と略共役な位置の走査手段に導き、走査手段で走査した光をリレー光学系で中間像として結像し、中間像を接眼光学系で瞳に導く構成で、
逆光線追跡で、投影光学系が、入射瞳と前記走査手段の間に少なくとも３面の光学的パワーを持つ反射面を有し、
逆光線追跡で、接眼光学系が少なくとも２面の反射面を有し、リレー光学系が少なくとも１面の反射面を有し、入射瞳からの光に対する２回目の反射面と、走査手段の手前の最後の反射面の間に中間像を形成することを特徴とするものである。
【００６３】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【００６４】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。図１で、収差補正上、逆光線追跡で、接眼光学系２は少なくとも３面の光学作用を受け中間像を形成し、リレー光学系３は少なくとも２面の光学作用による収束作用を受け走査手段に導かれることが望ましい。この第１７の映像表示装置の構成とすることで、逆光線追跡で、接眼光学系２は、少なくとも透過屈折面による作用と少なくとも２面の光学的パワーを有する反射面の少なくとも合計３面の光学作用面を有する。また、リレー光学系３は、少なくとも１回の光学的パワーを有する反射面と少なくとも１回の屈折透過面作用の少なくとも合計２面の光学作用面を有する。したがって、収差補正上好ましい。
【００６５】
本発明の第１８の映像表示装置は、第１７の映像表示装置において、投影光学系が、逆光線追跡で、瞳からの光を中間像として形成する接眼光学系が少なくとも２面の反射面を有し、中間像からの光を走査手段に導くリレー光学系が少なくとも２面の反射面を有することを特徴とするものである。
【００６６】
この映像表示装置は後記の実施例３〜１１が対応する。
【００６７】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。偏心収差を完全に補正するには、瞳からの光を中間像として形成する接眼光学系が少なくとも２面の反射面を有し、中間像からの光を走査手段に導くリレー光学系が少なくとも２面の反射面を有することが望ましい。これは、特に、ディストーションを制御し、電気的像歪み補正なしに直線走査・等速走査をするために重要である。
【００６８】
本発明の第１９の映像表示装置は、第１、７〜１６の映像表示装置において、逆光線追跡で、入射瞳から投影光学系に入射した光は、一度中間像として結像した後に、入射瞳と略共役な位置の走査手段を経て映像表示素子に結像し、走査手段の走査方向における入射瞳から投影光学系に入射する半画角θと、走査手段の走査方向における映像表示に必要な走査手段の片側振れ角φが次式を満たすことを特徴とするものである。
【００６９】
０．１≦φ／θ≦１．８                                ・・・（１）
ここで、必ずしも走査手段が±φ振れるという訳ではない。走査手段の振れ角の一部を利用して映像表示を行う場合は、映像表示に使うのが±φということである。  この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【００７０】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。光学系を図１のように構成するとする。このような光学系における最適な瞳倍率＝射出瞳径／入射瞳径を考える。図１の場合は、瞳収差の影響を除けば、スキャナ有効径＝瞳径である。しかし、ポリゴンミラーやガルバノミラーのような反射型の走査手段４は、一般に、図２のように、光軸（軸上主光線）と基準反射面が角度をなすために、ミラーの面積が図１の場合より大きくなってしまうし、偏心光学系の場合は瞳も偏心しているので、瞳径を定義し難い。そこで、逆追跡で、リレー光学系３から走査手段４に入射する半画角２φと、瞳１から接眼光学系２に入射する半画角θとの比を近似的瞳倍率と考える。
【００７１】
１次元スキャンの場合は、図１や図２のように、走査する面内におけるθとφを考える。２次元スキャンの場合は、主走査方向と副走査方向の直交する２つの面内でのθとφを考える。
【００７２】
式（１）の上限の１．８を越えると、走査手段からリレー光学系に入射する角度が大きくなりすぎ、リレー光学系等での収差補正が困難になる。下限の０．１を越えると、同じ中間像の大きさを得るにはリレー光学系の焦点距離を大きくする必要があり、光学系を小型化するのが困難になる。
【００７３】
本発明の第２０の映像表示装置は、第１９の映像表示装置において、次式を満たすことを特徴とするものである。
【００７４】
０．２５≦φ／θ≦１．７                          ・・・（１−１）
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【００７５】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。図１、図２の光学系では、順追跡において、リレー光学系でマイナスのディストーションが発生し、接眼光学系でプラスのディストーションが発生する。正弦波状に振動するミラーを走査手段として利用する場合、電気的像歪み補正なしに等速走査するには、投影光学系でプラスのディストーションを発生させｆアークサインθレンズとすることが必要である（２φが２０°程度以下の場合）。φが大きいと、リレー光学系で発生するマイナスのディストーションが大きくなり、投影光学系全体でプラスのディストーションを発生させるｆアークサインθレンズの設計が困難になる。よって、上記条件式の上限１．７を満足することが望ましい。また、顔面に装着するＨＭＤ用の光学系として小型化するためには、下限の０．２５を満足することが望ましい。
【００７６】
本発明の第２１の映像表示装置は、第１、７〜１６の映像表示装置において、逆光線追跡において、入射瞳から入射した光線が中間像を形成する際に、入射瞳から中間像に入射する主光線が収束状態であることを特徴とするものである。
【００７７】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１０が対応する。
【００７８】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。図３に示すように、逆光線追跡において、中間像７に入射する主光線が収束状態だと、接眼レンズ２から中間像７、リレーレンズ３を経て走査手段４に至るまでの光束の有効径を小さくすることができる。また、中間像７からリレーレンズ３に入射する主光線が収束状態なので、リレーレンズ３と走査手段４の間隔を小さくすることができる。そのため、光学系を小型化できる。
【００７９】
ここで、偏心光学系の場合、一般に、中間像が軸上主光線に対して傾斜しているので、中間像に対する主光線の入射角では収束具合は規定できない。そこで、各光束の主光線の入射角と軸上主光線の入射角の差で限定する。この場合、逆光線追跡において、入射瞳から入射した光線が中間像に入射する入射角と軸上光線の入射角の差が２０°以内であることが望ましい。逆光線追跡において、接眼光学から中間像へ２０°以上の大きな角度で入射させると、リレー光学系の収差補正が困難になる。よって、この条件を満足することが望ましい。
【００８０】
本発明の第２２の映像表示装置は、第１の映像表示装置において、投影光学系が、プリズム部材を１個含むことを特徴とするものである。
【００８１】
この映像表示装置は後記の実施例１〜８、１１が対応する。
【００８２】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。１つのプリズム部材で投影光学系を構成できれば、光学系の部品点数と位置調整作業が減るので、コストが下がり、製作時に性能を確保するのも容易になる。
【００８３】
本発明の第２３の映像表示装置は、第１、１０、１５、１６の映像表示装置において、投影光学系が、プリズム部材を少なくとも２個含み、
１≧ｙ' ／ｙ＞０．７                                  ・・・（２）
を満たすことを特徴とするものである。ここで、ｙは光学系における中間像高、ｙ' は２つのプリズム部材が対向する面における最軸外光束の主光線高である。
【００８４】
この映像表示装置は後記の実施例１、９〜１０が対応する。
【００８５】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。上記条件式は、プリズム部材が中間像付近で２つのプリズム部材に分割されていることを意味する。中間像付近は、光束が細く各画角の光束の位置が異なる。この箇所で光学系を２つのプリズム部材に分割すれば、２つのプリズム部材の中間像に対する面により、ディストーションや瞳収差を効果的に補正することができる。特に、電気的像歪み補正なしに直線走査や等速走査を行うために、光学系をｆθレンズやｆアークサインθレンズにする際には、この面でのディストーションの補正が重要になる。中間像付近で２つのプリズムに分割する場合、中間像の位置に拡散板等の瞳拡大作用を持つ光学素子を置けば、順追跡で、映像表示素子から中間像までは小さな瞳径に対して光学系を構成すればよいので、光学系の設計が容易になる。
【００８６】
本発明の第２４の映像表示装置は、第２３の映像表示装置において、投影光学系が、プリズム部材を２個含み、逆光線追跡で、瞳から第１プリズム部材と第２プリズム部材を経て前記映像表示素子に至るとき、第２プリズム部材内に中間像を形成していることを特徴とするものである。
【００８７】
この映像表示装置は後記の実施例１、９〜１０が対応する。
【００８８】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。逆光線追跡で、瞳と投影光学系の間隔を確保しようとすると、接眼光学系の焦点距離をある程度大きくする必要があるので、接眼光学系と中間像の間隔はある程度必要になる。この場合に、投影光学系全体を小型化するには、第２プリズム内に中間像を形成する必要がある。本発明の光学系をＨＭＤ光学系として利用する場合、アイリリーフを確保する必要があるので、この点は特に重要となる。
【００８９】
本発明の第２５の映像表示装置は、第１、７〜１６の映像表示装置において、プリズム部材の屈折率が１より大きな媒質のｄ線（５８７．５６ｎｍ）での屈折率をＮd とするとき、
２．０＞Ｎd ＞１．４                                  ・・・（３）
ことを特徴とするものである。
【００９０】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【００９１】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。プリズム部材は、透明度が高く加工性の問題の少ない光学ガラス又は光学プラスチックで形成するのが好ましい。この条件を外れると、媒質の透明度が低く、加工性も悪くなる。
【００９２】
本発明の第２６の映像表示装置は、第２５の映像表示装置において、プリズム部材が、光学プラスチックであることを特徴とするものである。
【００９３】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【００９４】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。プリズム部材を光学プラスチックで構成すれば、コストと重量が削減できる。この場合、アモルファスポリオレフィン等のような低吸湿材料を用いれば、湿度変化に対しても結像性能の変化が少なくて望ましい。
【００９５】
本発明の第２７の映像表示装置は、第５、７〜１６の映像表示装置において、逆光線追跡における第１透過面が、第１反射面に対して凸面を向けていることを特徴とするものである。
【００９６】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【００９７】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。第１透過面が第１反射面側に凸面を向けた負パワーの場合、第１反射面で反射後に第２反射面（第１透過面との兼用面）で内部反射する際に、第１反射面で発生するコマ収差と像面湾曲の補正を行うことができる。また、第１反射面で反射後に第２反射面（第１透過面との兼用面）で内部反射する際に、この内部反射を全反射にしやすくなる。
【００９８】
本発明の第２８の映像表示装置は、第５、７〜１６の映像表示装置において、逆光線追跡における第１反射面が、正のパワーを有するように第１透過面側に凹面を向けた形状に構成されていることを特徴とするものである。
【００９９】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【０１００】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。逆光線追跡において、この第１反射面の正パワーにより、瞳からプリズム部材に発散状態で入射する主光線の発散状態を小さくすることができる。そのため、第１反射面以降の光束径を小さくし、光学系を小型化することができる。
【０１０１】
本発明の第２９の映像表示装置は、第５、７〜１６の映像表示装置において、逆光線追跡で、軸上主光線の第１透過面への入射角θ1 が、
２０＞θ1 ＞−３０  〔°〕                            ・・・（４）
を満たすことを特徴とするものである。ただし、入射角θ1 は法線に対して反時計回りが正とする。
【０１０２】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【０１０３】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。この条件式の下限の−３０°を越えると、第１透過面で発生する倍率の色収差が大きくなる。上限の２０°を越えると、第１反射面で反射後、第２反射面（第１透過面との兼用面）で全反射させるために、第１反射面の傾斜角を非常に大きくする必要が生じ大きな収差が発生するようになる。
【０１０４】
本発明の第３０の映像表示装置は、第５、７〜１６の映像表示装置において、逆光線追跡で、軸上主光線の第１反射面への入射角θ2 が、
４０＞θ2 ＞５    〔°〕                              ・・・（５）
を満たすことを特徴とするものである。ただし、入射角θ1 は法線に対して反時計回りが正とする。
【０１０５】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【０１０６】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。この条件式の上限の４０°を越えると、第１反射面の突出量が大きくなり、また、第２反射面での反射位置までの距離が大きくなるので、光学系が大型化する。また、他の面で補正しきれない程の偏心収差（特に偏心によるコマ収差）が発生するので、第２反射面で発生する収差を少ない面数で補正するには、上限を越えないことが望ましい。また、下限の５°を越えると、第１反射面での反射光が瞳方向に戻るので、光学系が構成できなくなる。
【０１０７】
本発明の第３１の映像表示装置は、第５、７〜１６の映像表示装置において、第１透過面と第２反射面との兼用面が、光学的パワーを与えかつ偏心収差を補正する非回転対称な面形状に形成されていることを特徴とするものである。
【０１０８】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【０１０９】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。軸上主光線に対して偏心している面を使用した光学系では、偏心した面に対する入射角が斜めになるため、軸上光線でも偏心によるコマ収差、非点収差等が発生する。非回転対称面により、この偏心収差、特に非点収差の補正を効果的に行うことができる。また、回転非対称な面を使用することで、主走査方向と副走査方向の両方でｆアークサインθレンズを実現するのが容易になる。
【０１１０】
本発明の第３２の映像表示装置は、第５、７〜１６の映像表示装置において、第１反射面が、光学的パワーを与えかつ偏心収差を補正する非回転対称な面形状に形成されていることを特徴とするものである。
【０１１１】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【０１１２】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。軸上主光線に対して偏心している面を使用した光学系では、偏心した面に対する入射角が斜めになるため、軸上光線でも偏心によるコマ収差、非点収差等が発生する。非回転対称面により、この偏心収差、特に非点収差の補正を効果的に行うことができる。
【０１１３】
本発明の第３３の映像表示装置は、第５、７〜１６の映像表示装置において、逆光線追跡において、走査手段の直前の反射面が、光学的パワーを与えかつ偏心収差を補正する非回転対称な面形状に形成されていることを特徴とするものである。
【０１１４】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【０１１５】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。少ない光学作用面で図１のような構成にするには、逆光線追跡で、スキャナ直前の反射面にリレー光学系の主たる光学パワーを持たせるとよい。スキャナに適切な角度で光線を入射させるために、一般にこの面は軸上主光線に対して偏心しているので、軸上光線でも偏心によるコマ収差、非点収差等が発生する。非回転対称面により、この偏心収差、特に非点収差の補正を効果的に行うことができる。
【０１１６】
本発明の第３４の映像表示装置は、第５、７〜１６の映像表示装置において、逆光線追跡において、走査手段の直後の反射面が、光学的パワーを与えかつ偏心収差を補正する非回転対称な面形状に形成されていることを特徴とするものである。
【０１１７】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【０１１８】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。少ない光学作用面で図１のような構成にするには、逆光線追跡で、スキャナ直後の反射面に集光光学系の主たる光学パワーを持たせるとよい。光学系を小型にする構成上、一般にこの面は軸上主光線に対して偏心しているので、軸上光線でも偏心によるコマ収差、非点収差等が発生する。非回転対称面により、この偏心収差、特に非点収差の補正を効果的に行うことができる。また、ＬＤのように楕円状の断面形状を持つ光を出す映像表示素子を使用する場合、ビーム整形を行うことができるので、映像表示素子光の利用効率が向上する
本発明の第３５の映像表示装置は、第３１〜３４の映像表示装置において、回転非対称な面形状が、対称面を１面のみ有する自由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。
【０１１９】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【０１２０】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。本発明で使用する自由曲面とは、以下の式（ａ）で定義されるものである。なお、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
【０１２１】
0004372891.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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
自由曲面項は、
0004372891.tif 000003
ただし、Ｃj （ｊは２以上の整数）は係数である。
【０１２４】
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、本発明では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。例えば、上記定義式（ａ）においては、Ｃ2 、Ｃ5 、Ｃ7 、Ｃ9 、Ｃ12、Ｃ14、Ｃ16、Ｃ18、Ｃ20、Ｃ23、Ｃ25、Ｃ27、Ｃ29、Ｃ31、Ｃ33、Ｃ35・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。この場合、両眼視用ＨＭＤの左眼用光学系と右眼用光学系を共通化することができ、製作性が良い。
【０１２５】
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。例えば、上記定義式においては、Ｃ3 、Ｃ5 、Ｃ8 、Ｃ10、Ｃ12、Ｃ14、Ｃ17、Ｃ19、Ｃ21、Ｃ23、Ｃ25、Ｃ27、Ｃ30、Ｃ32、Ｃ34、Ｃ36・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。
【０１２６】
上記対称面の何れか一方を対称面としその対称面方向に偏心させることで、偏心により発生する非回転対称な収差を効果的に補正しながら同時に製作性も向上させることができる。
【０１２７】
本発明の第３６の映像表示装置は、第１、７〜１６の映像表示装置において、投影光学系が回折作用を持つ面を備えていることを特徴とするものである。
【０１２８】
この映像表示装置は後記の実施例６〜８が対応する。
【０１２９】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。ＤＯＥ（回折光学素子）はスペースをとることなく各種の収差補正を行うことができるので、光学系の小型化に有効である。特に、ＤＯＥを使用せずに色収差を制御する場合は、複数の硝材から構成される複数の光学素子により補正を行う必要があるので、以下のようにいくつかの問題が生ずる：
問題▲１▼  投影光学系を複数の部材に分割できる構成にする必要があるので、光学系設計上の制約条件となり、小型な光学系の設計を困難にする，
問題▲２▼  効果的に色収差の補正を行うにはガラス材料を使用する必要があるので、光学系の重量が増加する。この重量の増加は、光学系を小型軽量にする必要があるＨＭＤ光学系の場合に、特に問題となる。
【０１３０】
単色の映像表示素子を使用する光学系の場合は、ＤＯＥで発生する色収差は全く関係ないので、ＤＯＥにより発生する色収差を気にすることなく効果的に収差補正を行うことができる。また、反射作用を主体とした光学系の場合、色収差はほとんど発生しない。
【０１３１】
しかし、白色映像表示素子を使用する場合や、図４のような構成によりダイクロイックミラー８で赤色、緑色、青色の複数波長のカラー映像表示素子の画素Ｒ，Ｇ，Ｂを合成する場合（図４は逆光線追跡の図）、投影光学系の軸上の色収差、倍率の色収差を共に良好に補正しておくことが好ましい。この場合、ＤＯＥで色収差の補正を行うのが、光学系の小型化の点で最も好ましい。
【０１３２】
また、図５のような構成により赤色、緑色、青色の複数波長のカラー映像表示素子の画素Ｒ，Ｇ，Ｂを合成する場合、逆光線追跡で、投影光学系の光軸方向の結像位置が波長により異なるようにしておくのが好ましい。この場合、ＤＯＥで色収差の制御をするのが、光学系の小型化の点で最も好ましい。
【０１３３】
また、図６のような構成により赤色、緑色、青色の複数波長のカラー映像表示素子の画素Ｒ，Ｇ，Ｂを合成する場合、逆光線追跡で、光軸と垂直な面内で投影光学系の結像位置が波長により異なる必要がある。この場合、ＤＯＥで軸上の色収差の補正と倍率の色収差の制御をするのが、光学系の小型化の点で最も好ましい。
【０１３４】
本発明の第３７の映像表示装置は、第３６の映像表示装置において、投影光学系の透過面の表面が透過型のＤＯＥを兼ねるか、あるいは、投影光学系の反射面の表面が反射型のＤＯＥを兼ねるか、あるいは、走査手段のミラー反射面が反射型のＤＯＥを兼ねるというように投影光学系あるいは走査手段の表面がＤＯＥを兼ねることを特徴とするものである。
【０１３５】
この映像表示装置は後記の実施例７、８が対応する。
【０１３６】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。新たな光学素子を追加する必要がないので、部品点数の増加に伴う光学系の大型化やコストアップがない。また、位置合わせ調整作業を複雑にすることもない。
【０１３７】
また、特開平１０−２０２２６号に開示されているようなフォトリソグラフィー工程でスキャナを作製するいわゆるマイクロマシンミラーを使用する場合、スキャンミラー作製時にスキャンミラー表面のＤＯＥも作製することができ、ＤＯＥの製作コストの増加が少ない。また、本発明の光学系をＨＭＤ光学系として利用し、シースルー機能やスーパーインポーズ機能を付加する場合、走査手段は外界光を妨げない位置にあるので、外界光に対してはＤＯＥが作用をせず外界光を明瞭に観察することができる。
【０１３８】
本発明の第３８の映像表示装置は、第３６の映像表示装置において、プリズム部材と走査手段の間にＤＯＥ作用を持つ面を追加して、色収差の制御をすることを特徴とするものである。
【０１３９】
この映像表示装置は後記の実施例６が対応する。
【０１４０】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。映像表示素子、投影光学系、スキャナで構成する光学系全体の突出量を増加させることなく、色収差等を制御する機能を付加することができる。これは、特にＨＭＤ光学系の場合に有効である。また、スキャンミラー法線に対するスキャンミラーへの入射光の入射角が小さく、スキャンミラーによる偏向角が小さい場合、同じＤＯＥをスキャンミラーへ入射する光路とスキャンミラーから反射する光路の両方で使用することができ、効果的である。また、本発明の光学系をＨＭＤ光学系として利用し、シースルー機能やスーパーインポーズ機能を付加する場合、走査手段は外界光を妨げない位置にあるので、外界光に対してＤＯＥが作用を持たない構成とするのが容易になるので、外界光を明瞭に観察することができる。
【０１４１】
本発明の第３９の映像表示装置は、第３８の映像表示装置において、プリズム部材と走査手段の間に配置した透過型ＤＯＥにより、プリズム部材射出後に走査手段に入射する光路と、走査手段射出後にプリズム部材に入射する光路の両方の光路で回折作用を受けることを特徴とするものである。
【０１４２】
この映像表示装置は後記の実施例６が対応する。
【０１４３】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。走査手段へ入射する光路と走査手段から反射する光路の両方でＤＯＥの作用を受ければ、ＤＯＥのピッチを大きくすることができ製作性が向上する。このような配置をした多くの場合、走査手段へ入射する光線がＤＯＥに入射する位置と走査手段から反射する光線がＤＯＥに入射する位置は異なる。この場合、１つのＤＯＥで複数の作用を与えることができ効果的である。
【０１４４】
本発明の第４０の映像表示装置は、第３８の映像表示装置において、ＤＯＥがスキャナと一体に保持されていることを特徴とするものである。
【０１４５】
この映像表示装置は後記の実施例６が対応する。
【０１４６】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。ＤＯＥとスキャナと一体にしておけば、映像表示素子、投影光学系、スキャナ等を保持する機械的構成を単純にすることができる。また、フォトリソグラフィー工程でスキャナを作製するいわゆるマイクロマシンミラーを使用する場合、スキャンミラー面の保護のために何らかの保護部材でスキャンミラー面を覆うことが望ましい。スキャンミラー面を覆う保護部材としてＤＯＥを利用すれば、部品点数を削減することができる。また、高速スキャナとするためにスキャナを真空パッケージあるいは減圧パッケージとする場合、ＤＯＥを密封部材と利用することができ、部品点数を削減することができる。
【０１４７】
本発明の第４１の映像表示装置は、第１、７〜１６の映像表示装置において、走査手段と投影光学系により形成される像の歪みを打ち消すような映像を映像表示素子に表示することを特徴とするものである。
【０１４８】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。ただし、実施例３〜１１は、電気的像歪み補正をしてもしなくともどちらでも使用できる。
【０１４９】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。１次元走査の場合はＸ方向に走査し、２次元走査の場合はスキャナのＹ方向の傾角を徐々に変化させながらＸ方向の走査を繰り返し２次元画像を形成するとする。図７にＢで示すように、走査により形成される像が、非直線で非等間隔であるとする。このとき、図７にＡで示すように、走査手段と投影光学系により形成される像のディストーションを打ち消すような映像を映像表示素子に表示すれば、走査手段と投影光学系により形成される像は、図７にＣで示すように、直線で等間隔となる。このような処理をすれば、投影光学系でディストーションを制御する必要がなくなるので、投影光学系の負担が減り投影光学系の設計が楽になる。その結果、光学系をより小型化しやすくなる。
【０１５０】
本発明の第４２の映像表示装置は、第４１の映像表示装置において、電気的像歪み補正が、等速走査性の補正であることを特徴とするものである。
【０１５１】
この映像表示装置は後記の実施例３〜１１が対応する。ただし、実施例３〜１１は、この補正をしてもしなくてもどちらでも使用できる。
【０１５２】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。走査手段＋投影光学系による走査像が直線走査されるのが非等速走査で、図８の実線の像が形成されるとする。この場合、各像位置の相対的スキャン速度の逆数が、その位置の相対的な映像表示間隔となるような映像を映像表示素子に表示すれば、形成される像は図８の破線の直線走査・等速走査の像である。この場合、各画素の映像表示時間は一定のまま、画素と画素の映像表示間隔を変化させてもよいし、例えば映像表示時間＝映像表示間隔となるように、各画素の映像表示時間を変化させてもよい。後者の場合、眼の感度を考慮し、画素毎に映像表示素子に表示する映像の強度を変えるとよい。
【０１５３】
図７の直線走査性と等速走査性の両方の補正に比べ、等速走査性の補正は、処理すべきデータ数が減るので、高解像走査・高速走査時のリアルタイム処理に対応しやすい。したがって、直線走査性と等速走査性の両方の補正を行う場合に比べ、高解像・高速走査ができる。
【０１５４】
本発明の第４３の映像表示装置は、第１、７〜１６の映像表示装置において、走査手段が２次元走査をすることを特徴とするものである。
【０１５５】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【０１５６】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。図９に示すように、紙面内方向を走査する１次元走査手段４’と紙面と垂直方向を走査する１次元走査手段４”という２つの１次元走査手段を利用する場合は、この２つの走査手段を共役にする光学系９が必要があるので、光学系が大型化する。２次元走査手段を利用すれば、図１、図２に示すように、光学系を小型化することができる。これは、本発明をＨＭＤ光学系として利用する場合に、特に有効である。
【０１５７】
本発明の第４４の映像表示装置は、第１、７〜１６の映像表示装置において、走査手段の法線に対する軸上主光線の入射角θｓが次式を満足することを特徴とするものである。
【０１５８】
｜θｓ｜≦６０°                                      ・・・（６）
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【０１５９】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。同じ光束径でも、走査手段に対する軸上主光線の入射角が大きくなると、走査ミラーの面積が大きくなり、高速走査が難しくなる。よって、条件式（６）を満足することが望ましい。
【０１６０】
本発明の第４５の映像表示装置は、第４４の映像表示装置において、走査手段に対する軸上主光線の入射角が次式を満足することを特徴とするものである。
【０１６１】
１０°≦｜θｓ｜≦４５°                          ・・・（６−１）
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【０１６２】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。上限の４５°を越えると、走査ミラーを反射した光の偏向度が大きくなりすぎ、光学系も大型化する。よって、条件式の上限を満足することが望ましい。また、走査手段の走査ミラーに対する軸上主光線の入射角が小さすぎると、走査ミラーに入射する光路と走査ミラーを反射する光路の差が小さく、走査ミラーに入射させる光学系と走査ミラーで反射後の光学系の構成が難しくなる。よって、条件式の下限の１０°を満足することが望ましい。
【０１６３】
本発明の第４６の映像表示装置は、第１、７〜１６の映像表示装置において、往復走査をすることを特徴とするものである。
【０１６４】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【０１６５】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。往路だけの走査ではなく、往路と復路の両方を利用する往復走査は、走査手段の走査周波数を半分にすることができるので、高速走査をすることができる。
【０１６６】
本発明の第４７の映像表示装置は、第１、７〜１６の映像表示装置において、走査手段は走査方向に正弦波状に振動する走査手段であることを特徴とするものである。
【０１６７】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【０１６８】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。高速走査をするための走査手段は共振ミラーのように正弦波状に振動する。この走査手段を使用することで高速走査に対応できる。
【０１６９】
本発明の第４８の映像表示装置は、第４７の映像表示装置において、正弦波状に振動する走査手段の振幅の９５％以下を映像表示に利用することを特徴とするものである。
【０１７０】
この映像表示装置は電気的像歪み補正を行わない場合として後記の実施例３〜１１が対応する。ただし、電気的像歪み補正を行う場合、実施例１〜１１は９５％以上の振幅に対して使用できる。
【０１７１】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。正弦波状に振動するスキャンミラーに対して、電気的像歪み補正なしに等速走査するには、投影光学系を走査方向に関してｆアークサインθレンズにする必要がある。１次元ｆアークサインθレンズに必要なディストーションを、図１０に示す。図１０は横軸にスキャンミラーから投影光学系への規格化した入射角を取り、縦軸にディストーションを取っている。図１０から次のことが分かる。
【０１７２】
▲１▼スキャンミラーの振幅φ0 が±５°、±１０°、±１５°程度の場合、光学系で＋４０％以上という非常に大きなディストーションを発生させる必要があり、設計が困難である。
【０１７３】
▲２▼φ0 が、±５°、±１０°、・・±２５°と増えるにつれ、発生させるプラスのディストーションの量が減る。したがって、φ0 が大きいと、発生させるディストーションの量が少なくて済むので、この意味では投影光学系の設計がしやすい。一方、φ0 が大きいと、広角なリレー光学系の設計を行うことになるので、設計が困難である。
【０１７４】
▲３▼ある特定のφ0 の場合、画面周辺で必要なディストーションの量が急に増加する。
【０１７５】
したがって、▲１▼、▲２▼より、振幅φ0 が小さくても大きくても、投影光学系の設計が困難であることが分かる。特に、ＨＭＤ光学系は、光学系を小型にするために使用できる光学作用面が限定されるので、正弦波の振幅を全て利用したｆアークサインθレンズの設計は困難である。
【０１７６】
そこで、▲３▼より、スキャンミラーの振れ角の正弦波の中、線形性が比較的良い部分のみで映像表示をすれば、ディストーションの制御が楽になるので、投影光学系の設計が容易になる。
【０１７７】
すなわち、図１１に示すように、振幅φ0 ／ｋで正弦波状に振動するスキャンミラーの振幅のｋ×１００％、すなわち、±φ0 の範囲のスキャンミラーの振れ角を映像表示に使用するとき、スキャンミラーの振れ角をφとする。この場合の各画角におけるφ／φ0 の関係は図１２に示すようになる。
【０１７８】
図１２より、ｋ＝０．９５以下の場合、すなわち、正弦波の振幅の９５％以下を利用すると、φ／φ0 の線形性が良くなり、ｆアークサインθレンズにするためのディストーションの制御が楽になることが分かる。
【０１７９】
また、正弦波状に振動するミラーの振幅全てを利用して映像表示を行うと、走査速度の速い画面中央部分と走査速度の遅い画面周辺部分の走査速度の差が大きくなりすぎる。その結果、電気的像歪み補正を行う場合でも精度良く補正を行うことができなくなる。
【０１８０】
以上の理由より、正弦波状に振動する走査手段の振幅の９５％以下を映像表示に利用することが望ましい。
【０１８１】
本発明の第４９の映像表示装置は、第４８の映像表示装置において、正弦波状に振動する走査手段の振幅の９０％以下を映像表示に利用することを特徴とするものである。
【０１８２】
この映像表示装置は後記の実施例３〜１１が対応する。
【０１８３】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。映像表示に利用する走査手段の振幅の割合を９０％にすると、さらに線形性が良くなり、ｆアークサインθレンズの設計が非常に楽になる。また、映像表示にブランキング期間を設ける場合、正弦波状に振動するミラーの振幅の９０％程度を利用すればよい。
【０１８４】
本発明の第５０の映像表示装置は、第１、７〜１６の映像表示装置において、主走査方向の走査を繰り返し２次元像を形成するとき、主走査方向は正弦波状に振動する走査ミラーで、副走査方向は振れ角がリニアに変化する走査ミラーであることを特徴とするものである。
【０１８５】
この映像表示装置は後記の実施例９が対応する。
【０１８６】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。ポリゴンミラーや三角波状に振動するミラーは、スキャンミラーの傾角がリニアに変化する。このようなスキャンミラーを使用して電気的像歪み補正なしに等速走査するには、投影光学系をｆθレンズにする必要がある。１次元ｆθレンズのディストーション特性を図１３に示す。画角が小さい場合はｔａｎθ≒θであることから、ミラー振れ角φ0 が±２０°以下の場合、同じミラー振れ角に対して、ｆθレンズで発生させるべきマイナスのディストーションの量は、ｆアークサインθレンズのプラスのディストーションの量より少ない。すなわち、特にφ0 が小さい場合、ｆアークサインθレンズよりもｆθレンズの方が設計が容易である。
【０１８７】
一方、垂直方向のスキャナ傾角を徐々に変化させながら水平走査を繰り返して２次元の像を形成する場合、主走査方向である水平方向は高速走査が必要であるが、副走査方向の垂直方向の走査はそれほど高速の走査ではない。
【０１８８】
したがって、主走査方向（水平方向）は正弦波状に振動するミラーで、副走査方向（垂直方向）は振れ角がリニアに変化するミラーを使用すれば、高速走査時に電気的像歪み補正なしに等速走査をするための投影光学系の設計が容易になる。この場合、投影光学系は、映像表示に利用するミラー振れ角に対して、主走査方向（水平方向）はｆアークサインθレンズ特性を持ち、副走査方向（垂直方向）はｆθレンズ特性を持つことが望ましい。
【０１８９】
本発明の第５１の映像表示装置は、第１、７〜１６の映像表示装置において、主走査方向も副走査方向も正弦波状に振動するミラーであることを特徴とするものである。
【０１９０】
この映像表示装置は後記の実施例１０が対応する。
【０１９１】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。非常に高速で走査する場合には、主走査方向（水平方向）も主走査方向と垂直な副走査方向（垂直方向）も共振ミラーのように正弦波状に振動する走査手段を使用する必要がある。この走査手段を使用することで高速走査に対応できる。この場合、投影光学系は、映像表示に利用するミラー振れ角に対して、主走査方向（水平方向）も副走査方向（垂直方向）もｆアークサインθレンズ特性を持つことが望ましい。
【０１９２】
本発明の第５２の映像表示装置は、第１、７〜１６の映像表示装置において、走査手段がフォトリソグラフィーの工程を利用して製作したマイクロマシンミラーであることを特徴とするものである。
【０１９３】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【０１９４】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。特開平１０−２０２２６号に開示されているようなマイクロマシンミラーの場合、走査手段が非常に小型にできる。これは、特に、本発明の映像表示装置をＨＭＤとして利用する場合に、有効である。
【０１９５】
また、例えば、静電駆動方式のマイクロマシンミラーの場合、バックライトと透過型ＬＣＤ（液晶表示装置）を利用したＨＭＤよりも低消費電力化できる。これは、バッテリー駆動する携帯用のＨＭＤや携帯用のプロジェクタ等の場合に有効である。
【０１９６】
本発明の第５３の映像表示装置は、第１、７〜１６の映像表示装置において、逆光線追跡で、走査手段から映像表示素子に至る光学系が、少なくとも２面の光学作用を有する面で構成され、この光学系を走査手段側と映像表示素子側に２分割する場合、走査手段側でプラスの球面収差を発生させ、映像表示素子側でマイナスの球面収差を発生させるようになっていることを特徴とするものである。
【０１９７】
この映像表示装置は後記の実施例８、９が対応する。
【０１９８】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。図１４に示すように、映像表示素子６の法線から離れるにつれて、映像表示素子６を発する光の強度が弱くなるとする。このようなむらを持つ映像表示素子６からの光を単に収束しただけでは、瞳面での強度むらとなり結像性能上好ましくない。また、本発明の光学系をＨＭＤ光学系として利用する場合、瞳面での強度むらがあると、ＨＭＤに対する眼球の位置合わせ誤差で明るさが低下するし、虚像１０の軸外観察時の明るさ低下にもなり好ましくない。
【０１９９】
そこで、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、逆光線追跡で、スキャナ４から映像表示素子６に至る光学系５を、少なくとも２面の光学作用を有する面で構成し、この光学系５のスキャナ側光学系Ｌ２でプラスの球面収差を発生させ、この光学系５の映像表示素子側光学系Ｌ１でマイナスの球面収差を発生させれば、強度むらのある光源に対して射出瞳面（スキャナ面）での強度むらを補正することができる。スキャナ４から映像表示素子６に至る光学系は、入射瞳からスキャナ４までの光学系に比べると画角が小さいので、このような球面収差の補正を最も効果的に行うことができる。なお、図１５（ａ）は光学系５を映像表示素子６側から正パワーの光学系Ｌ１と正パワーの光学系Ｌ２で構成する場合であり、図１５（ｂ）は正パワーの光学系Ｌ１と負パワーの光学系Ｌ２で構成する場合である。
【０２００】
本発明の第５４の映像表示装置は、第１、７〜１６の映像表示装置において、走査方向の面内（２次元走査の場合は、主走査方向と副走査方向のそれぞれの面内）で、
３×Ｇ＞ｆ・tan ２φ／ｄ＞Ｇ／２                      ・・・（７）
を満足することを特徴とするものである。ここで、
Ｇ：走査方向画素数
ｆ：映像表示素子から走査手段に至る集光光学系の走査方向面内での焦点距離φ：映像表示に利用する走査手段の走査方向の片側振れ角
（±φの範囲の走査手段振れ角を映像表示に利用する）
ｄ：走査方向の映像表示素子の大きさの半分
ただし、逆光線追跡において次式で定義されるｆを走査手段から映像表示素子に至る集光光学系の焦点距離とする。
【０２０１】
ｆ＝Ｙ／β tan２φ
ここで、Ｙは走査方向における中間像の大きさの半分、βは走査方向における映像表示素子から中間像に至る光学系の倍率である。
【０２０２】
なお、本発明の映像表示装置の光学系は、軸上主光線に対して偏心して配置されている面を含む偏心光学系なので、通常の近軸光線追跡では正確な焦点距離を求めることができない。そこで、集光光学系の焦点距離を上記のように定義する。
【０２０３】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１１が対応する。
【０２０４】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。光学系を図１６のように構成するとする。順追跡で、映像表示素子６からの光を集光レンズ５で平行化し、スキャナ４でスキャンした光をリレーレンズ３で中間像７として形成後、接眼レンズ２で瞳１（ＨＭＤ光学系の場合は、観察者の瞳孔又は回旋中心）に導くとする。このとき、接眼レンズ２からｆ３の位置でかつリレーレンズ３からｆ２の位置に中間像７を形成し、リレーレンズ３からｆ２の位置でかつ集光レンズ５からｆ１の位置に走査手段４を配置し、集光レンズ５からｆ１の位置に映像表示素子６を配置するとする。
【０２０５】
また、映像表示素子６に図１７（ａ）又は図１７（ｂ）のような映像を表示し、走査方向に走査方向画素数分の映像表示素子６の像を形成するとする。
【０２０６】
このとき、光学系の構成が不適切であると、次のような不具合が生ずる。例えば、映像表示素子６の大きさが大きすぎたり、光学系の倍率が大きすぎると、図１８のように形成した映像表示素子６の像１１（仮想的な画素）が大きく重なり合い、良好な像として観察することができなくなる。また、別の例として、映像表示素子６の大きさが小さすぎたり、光学系の倍率が小さすぎたり、映像表示素子６に表示する映像の間隔が大きすぎたりすると、図１９のように形成した映像表示素子６の像１１（仮想的な画素）が離れすぎ、ここの場合も、良好な像として観察することができなくなる。
【０２０７】
そこで、観察しやすい良好な像を形成するには、以下に説明するように、映像表示素子６の大きさ、投影光学系の構成、映像表示素子６に表示する映像の間隔を適切に設定する必要がある。
【０２０８】
中間像７における、画素間隔＝ｋ・画素大きさ、とすると、
走査方向の画素数Ｇ≒中間像の大きさ／仮想画素間隔
＝（中間像の大きさ／中間像での映像表示素子の像の大きさ）／ｋ
＝ｆ・tan ２φ／（ｄ・ｋ）
となる。良好な像として観察するには、２＞ｋ＞１に設定するのが好ましい。
【０２０９】
したがって、図１６の光学系で、２＞ｋ＞１とするには、次式を満足する必要がある。
【０２１０】
２・Ｇ＞ｆ・tan ２φ／ｄ＞Ｇ
この条件を満たせば、図１８や図１９のような不具合なく、良好な像として観察することができる。
【０２１１】
以上の説明は、図１６のように、接眼レンズ２からｆ３の位置でかつリレーレンズ３からｆ２の位置に中間像７を形成し、リレーレンズ３からｆ２の位置でかつ集光レンズ５からｆ１の位置に走査手段４を配置し、集光レンズ５からｆ１の位置に映像表示素子６を配置した場合の結果である。実際には、光学系の小型化のため等に中間像７やスキャナ４や映像表示素子６の位置を図１６の位置からずらしたり、電気的像歪み補正なしに等速走査をするために光学系でディストーションを発生させたりする。したがって、この点を考慮すると、以下の条件式を満足することが望ましい。
【０２１２】
３×Ｇ＞ｆ・tan ２φ／ｄ＞Ｇ／２                      ・・・（７）
なお、上記条件式を満たすように、映像表示素子６に遮蔽マスクをしてもよい。
【０２１３】
本発明の第５５の映像表示装置は、映像表示素子に表示された映像を虚像として形成し観察者眼球に導く第１〜５４の映像表示装置と、この映像表示装置を観察者顔面前方に保持する支持部とを備えて構成されたことを特徴とするものである。
【０２１４】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１０が対応する。
【０２１５】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明する。映像表示素子としてＬＣＤを用いたＨＭＤは、偏光フィルタとカラーフィルタを使用するので、光源光の利用効率が悪い。本発明の光学系の場合、光源光の利用効率が大きく向上する。また、走査手段として、例えば静電駆動方式のマイクロマシンミラーを使用すれば、低消費電力化できるので、携帯用のＨＭＤとして最適である。
【０２１６】
本発明の第５６の映像表示装置は、第５５の映像表示装置において、映像表示装置を観察者の左右の眼に対応してそれぞれ１つずつ配置していることを特徴とするものである。
【０２１７】
この映像表示装置は後記の実施例１〜１０が対応する。
【０２１８】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明すると、左右に視差のある映像を表示するようにすれば、立体視が可能となる。
【０２１９】
本発明の第５７の映像表示装置は、映像表示素子に表示された映像を実像として表示する第１〜５４の映像表示装置を備えて構成されたことを特徴とするプロジェクタ、レーザビームプリンタあるいはバーコードリーダである。
【０２２０】
この映像表示装置は後記の実施例１１が対応する。
【０２２１】
この映像表示装置の作用効果を以下に説明すると、映像表示素子としてＬＣＤを用いたプロジェクタは、偏光フィルタとカラーフィルタを使用するので、光源光の利用効率が悪い。本発明の光学系の場合、光源光の利用効率が大きく向上する。また、本発明の光学系は、上述したように、投影光学系にビーム整形機能を持たせることができるので、ＬＤを光源とする光学系のビーム整形用の光学素子を削減することができる。
【０２２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の映像表示装置の実施例１から実施例１１について図面を参照して説明する。
【０２２３】
各実施例の逆光線追跡での構成パラメータは後記するが、その各実施例の構成パラメータにおいては、図２０に示すように、逆光線追跡で、軸上主光線（観察者視軸）２２を、光学系の射出瞳（逆光線追跡では入射瞳：観察者の瞳孔あるいは回旋中心位置）２１の中心を通り、スキャンミラー２３を経て映像表示素子２４中心に至る光線で定義する。そして、瞳２１の中心を偏心光学面の原点として、軸上主光線２２に沿う方向をＺ軸方向とし、瞳２１から光学系の第１面３１に向かう方向をＺ軸正方向とし、このＺ軸と映像表示素子２４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２０には、この座標系を図示してある。その他の実施例を示す図２１〜図３２については、この座標系の図示は省く。
【０２２４】
実施例１〜１１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。
【０２２５】
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）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。
【０２２６】
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（仮想面を含む。）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。
【０２２７】
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。
【０２２８】
また、ＤＯＥについては、設計法としてSweatt法（超高屈折率法）を使用し（W.C.Sweatt,^Mathematical equivalence between a holographic optical element and an ultra-high index lens",J.Opt.Soc.Am,Vol.69,No.3(1979) ）、基準波長＝５８７．５６ｎｍ（ｄ線）とし、その基準波長における超高屈折率レンズの屈折率＝１００１、アッベ数＝−３．４５とした。
【０２２９】
なお、データの記載されていない自由曲面に関する項は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。
【０２３０】
また、自由曲面の他の定義式として、以下の（ｂ）式で与えられるＺｅｒｎｉｋｅ多項式がある。この面の形状は以下の式により定義する。その定義式の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。
【０２３１】
0004372891.tif 000004
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 、Ｄ10０，Ｄ11，Ｄ12，Ｄ13，Ｄ14，Ｄ20，Ｄ21，Ｄ22…を利用する。
【０２３２】
その他の面の例として、次の定義式（ｃ）があげられる。
【０２３３】
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。
【０２３４】
0004372891.tif 000005
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。
【０２３５】
以下の実施例１から実施例１１の全てにおいて、仕様は、水平画角３０°、垂直画角２２．７°、逆光線追跡における入射瞳径４ｍｍである。そして、実施例１〜１０が虚像を形成するＨＭＤ用光学系、実施例１１がプロジェクタ、レーザビームプリンタ、バーコードリーダ等の実像形成用光学系である。
【０２３６】
（実施例１）
この実施例は、ＨＭＤ用光学系で、観察者眼球の１ｍ先に映像表示素子２４の虚像を形成するとき、映像信号に応じて映像表示光を強度変調する。そして、この映像表示光に同期して、スキャナのＹ方向の傾角を徐々に変化させながらＸ方向のスキャンを繰り返すことで、２次元の虚像を形成する。
【０２３７】
図２０は、この実施例の光学系を観察者の横から見た図（Ｙ−Ｚ平面図）である。瞳２１に観察者眼球の瞳孔又は回旋中心を位置させて表示された映像を観察する。図１の配置の上下方向を逆方向に配置してもよい。また、これを観察者の上側から見た図（Ｘ−Ｚ平面図）となるように配置してもよい。これは以下の全ての実施例について言えるが、以下の実施例ではいちいち説明しない。また、以下の光路図では、全て分かりやすいように、スキャナ２３の大きさを必要以上に大きく描いてある。
【０２３８】
この実施例のアイリリーフは３１ｍｍであり、映像表示素子２４として、ＬＥＤ、ＬＤ等が使用できる。また、ポリゴンミラー、ガルバノミラー等を走査手段２３として使用することができる。特開平１０−２０２２６号に開示されているようなフォトリソグラフィー工程を利用して製作したいわゆるマイクロマシンスキャナは、小型、低消費電力等の利点を持つので、ＨＭＤ用としては最適である。この場合、往路だけの走査でも、往復走査でもどちらでもよい。
【０２３９】
この実施例の光学系の構成は、１個の偏心プリズム３０で投影光学系を構成している。この偏心プリズム３０は第１面３１から第５面３５の５面からなり、逆光線追跡で、瞳２１→第１透過面３１（＝第２反射面）→第１反射面３２→第２反射面３１（＝第１透過面）で全反射させ、プリズム３０内に中間像を形成する。中間像からの光を、第３反射面３３と第２透過面３４で平行光に近づけ、スキャナ２３に導く。スキャナ２３の反射光をプリズム３０に設けた第４反射面３５で収束光として映像表示素子２４に導く。
【０２４０】
なお、第１反射面３２とシースループリズム２５との接合面にＨＭ膜を形成し、シースループリズム２５の瞳２１とは反対側に液晶シャッタ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。ここで、シースループリズム２５とは、投影光学系（プリズム）３０とシースループリズムの合成パワーが外界光に対して略０となる光学素子のことである。
【０２４１】
この実施例においては、スキャナ２３と偏心プリズム３０により形成される像の歪みを打ち消すような映像を映像表示素子２４に表示して、２次元的電気的像歪み補正を行う。
【０２４２】
この実施例の変形として、図２１に示すように、偏心プリズム３０を第１プリズム３０1 と第２プリズム３０2 で構成してもよい。その場合には、逆光線追跡で、瞳２１→第１透過面３１（＝第２反射面）→第１反射面３２→第２反射面３１（＝第１透過面）で全反射させ、第３透過面３６→第４透過面３７を経て第２プリズム３０2 内に中間像を形成する。中間像からの光を、第３反射面３３と第２透過面３４で平行光に近づけ、スキャナ２３に導く。スキャナ２３の反射光を第２プリズム３０2 に設けた第４反射面３５で収束光として映像表示素子２４に導く。
【０２４３】
なお、以上及び以下の全ての実施例は、分かりやすいように、視軸を水平方向に統一しているが、観察しやすいように視軸を下向き１０°等に変更してもよい。
【０２４４】
この実施例１の利点は、投影光学系３０で４回反射、スキャナ２３で１回反射の計５回反射しているので、折り畳みの効果で光学系の小型化ができている。また、投影光学系３０を反射作用を主体に構成しているので、色収差の発生が少ない。
【０２４５】
また、逆光線追跡で、接眼光学系から中間像へ入射する主光線は、軸上主光線２２に対して１８．８°以下の収束光として入射している。そのため、接眼光学系から走査手段２３までの光束の有効径が小さくでき、光学系が小型化できている。
【０２４６】
また、プリズム部材１個で投影光学系が構成できているので、先行例に比べて大幅に部品点数を削減している。
【０２４７】
また、走査手段２３と映像表示素子２４を投影光学系３０の上に配置しているので、重量バランスが良い。
【０２４８】
また、第２透過面３４と第４反射面３５は異なる光学作用を持つが、見かけ上連続性の良い面の構成となっている。よって、プリズム部材３０を成形で製作する際に、１つの型でこの２面に対応でき、製作性が良い構成となっている。
【０２４９】
この実施例の映像表示に必要なＸ方向のミラー振れ角φｘ＝±１４．４°、Ｙ方向のスキャナミラー２３の振れ角φｙ＝±７．６８°であり、よって、φｘ／θｘ＝１４．４／１５＝０．９６、φｙ／θｙ＝７．６８／１１．３６＝０．６８となる。
【０２５０】
また、逆光線追跡で、スキャナ２３の基準面に対する軸上主光線２２の入射角θｓ＝３３．３°、第１透過面３１への軸上主光線２２の入射角θ1 ＝０°、第１反射面３２への軸上主光線２２の入射角θ2 ＝２４．９°である。
【０２５１】
（実施例２）
この実施例は、図２２に示すように、逆光線追跡で、スキャナ２３から映像表示素子２４間の構成が実施例１とは異なる。
【０２５２】
すなわち、この実施例の偏心プリズム３０は第１面３１から第４面３４、第５面３８、第６面３９の６面からなり、逆光線追跡で、瞳２１→プリズム３０の第１透過面３１（＝第２反射面）→第１反射面３２→第２反射面３１（＝第１透過面）で全反射させ、プリズム３０内に中間像を形成する。中間像からの光を、第３反射面３３と第２透過面３４で平行光に近づけ、スキャナ２３に導く。スキャナ２３の反射光をプリズム３０に設けた第３透過面３８→第４透過面３９を経てプリズム３０を横断して収束光として映像表示素子２４に導く。
【０２５３】
この実施例の映像表示に必要なＸ方向のミラー振れ角φｘ＝±８．３０°、Ｙ方向のミラー振れ角φｙ＝±１１．２°であり、よって、φｘ／θｘ＝０．５５、φｙ／θｙ＝０．９９となる。
【０２５４】
また、逆光線追跡で、スキャナ２３の基準面に対する軸上主光線２２の入射角θｓ＝２９．６°、第１透過面３１への軸上主光線２２の入射角θ1 ＝０°、第１反射面３２への軸上主光線２２の入射角θ2 ＝２８．５°である。
【０２５５】
（実施例３）
この実施例は、図２３に示すように、投影光学系を構成する１個の偏心プリズム３０は第１面３１から第３面３３、第４面４０、第５面４１の５面からなり、逆光線追跡で、瞳２１→プリズム３０の第１透過面３１（＝第２反射面）→第１反射面３２→第２反射面３１（＝第１透過面）で全反射させ、プリズム３０内に中間像を形成し、中間像→第３反射面３３で全反射→第４反射面４０→第２透過面３３（＝第３反射面）を経てスキャナ２３に導く。スキャナ２３の反射光を第３透過面３３（＝第３反射面＝第２透過面）→第５反射面４１→第４透過面３３（＝第３透過面＝第３反射面＝第２透過面）を経てプリズム３０を横断して収束光として映像表示素子２４に導く。この場合、第２反射面３１と第３反射面３３は全反射である。
【０２５６】
この実施例の構成においては、兼用面が２個所３１、３３あるので、構成する光学作用面が削減されている。この２面で６面の作用をしている。
【０２５７】
また、接眼光学系とリレー光学系を対称な構成としているので、それぞれの発生収差がキャンセルされ、全体の収差が良好に補正されている。また、特に、ディストーションが良好に補正されている。２次元走査を行った場合、逆光線追跡で、映像表示素子２４における各主光線の結像位置のずれは、Ｘ方向（主走査方向）、Ｙ方向（副走査方向）共、５μｍ以下である。これは、順光線追跡において、Ｘ方向（主走査方向）のディストーションが０．３％以下、Ｙ方向（副走査方向）のディストーションが０．５％以下であることを意味する。その結果、電気的像歪み補正なしに２次元的直線走査を行うことができる。
【０２５８】
また、正弦波状に振動するミラー２３の振幅の５５％に対してｆアークサインθレンズ特性を持たせている。そのため、正弦波状に振動するスキャンミラー２３を使用する場合、振幅の５５％を使用すれば、電気的像歪み補正なしに直線走査、等速走査を行うことができ、高速走査に対応できる。
【０２５９】
この場合に、Ｘ方向のミラー振れ角φｘ＝±１３．４°、Ｙ方向のミラー振れ角φｙ＝±１３．８°の振幅の５５％が映像表示に必要なＸ方向のミラー振れ角、φｘ＝±７．３６°、Ｙ方向のミラー振れ角φｙ＝±７．６０°となる。
【０２６０】
また、等速走査性の補正を行えば、正弦波状に振動するミラー２３の振幅全部を利用することもできるし、ミラー振れ角がリニアに変化するミラー２３を利用することもできる。
【０２６１】
また、以下の実施例でいくつか説明するように、Ｘ方向（主走査方向）、Ｙ方向（副走査方向）共、ディストーション特性をｆθ特性に変更するのは可能である。
【０２６２】
また、映像表示素子２４の大きさが４〜５μｍ角の場合、順光線追跡で形成される像において、仮想的な画素が密着した状態に近くなる。そのため、映像が観察しやすい。
【０２６３】
また、逆光線追跡で、スキャナ２３の後をプリズム３０への入射、プリズム３０からの射出という構成にしており、映像表示素子光のビーム整形が可能である。したがって、ＬＤのように楕円状の断面形状を持つ映像表示素子２４を効率良く使用することができる。本実施例の場合、映像表示素子側のＮＡ（開口数）は、ＮＡｘ＝０．３２、ＮＡｙ＝０．２３で、横長断面を持つ映像表示素子光に対するビーム整形を行っている。
【０２６４】
この実施例の映像表示に必要なＸ方向のミラー振れ角φｘ＝±７．３６°、Ｙ方向のミラー振れ角φｙ＝±７．６０°であり、よって、φｘ／θｘ＝０．４９、φｙ／θｙ＝０．６７となる。
【０２６５】
また、逆光線追跡で、スキャナ２３の基準面に対する軸上主光線２２の入射角θｓ＝１８．７°、第１透過面３１への軸上主光線２２の入射角θ1 ＝０°、第１反射面３２への軸上主光線２２の入射角θ2 ＝２３．４°である。
【０２６６】
（実施例４）
この実施例は実施例３と同様であり、図２４に示すように、逆光線追跡で、瞳２１→プリズム３０の第１透過面３１（＝第２反射面）→第１反射面３２→第２反射面３１（＝第１透過面）で全反射させ、プリズム３０内に中間像を形成し、中間像→第３反射面３３で全反射→第４反射面４０→第２透過面３３（＝第３反射面）を経てスキャナ２３に導く。スキャナ２３の反射光を第３透過面３３（＝第３反射面＝第２透過面）→第５反射面４１→第４透過面３３（＝第３透過面＝第３反射面＝第２透過面）を経てプリズム３０を横断して収束光として映像表示素子２４に導く。この場合、第２反射面３１と第３反射面３３は全反射である。
【０２６７】
この実施例は、順光線追跡における瞳倍率を大きくすることで、実施例３の映像表示素子２４から中間像までを小型化したものであり、スキャナ２３の前方への突出量が減っている。
【０２６８】
この実施例の映像表示に必要なＸ方向のミラー振れ角φｘ＝±８．７３°、Ｙ方向のミラー振れ角φｙ＝±９．８３°であり、よって、φｘ／θｘ＝０．５８、φｙ／θｙ＝０．８７となる。
【０２６９】
また、逆光線追跡で、スキャナ２３の基準面に対する軸上主光線２２の入射角θｓ＝２３．７°、第１透過面３１への軸上主光線２２の入射角θ1 ＝０°、第１反射面３２への軸上主光線２２の入射角θ2 ＝２５．５°である。
【０２７０】
（実施例５）
この実施例は実施例３の映像表示素子２４直前の第４透過面を別の面４２にした例であり、図２５に示すように、投影光学系を構成する１個の偏心プリズム３０は第１面３１から第３面３３、第４面４０、第５面４１、第６面４２の６面からなり、逆光線追跡で、瞳２１→プリズム３０の第１透過面３１（＝第２反射面）→第１反射面３２→第２反射面３１（＝第１透過面）で全反射させ、プリズム３０内に中間像を形成し、中間像→第３反射面３３で全反射→第４反射面４０→第２透過面３３（＝第３反射面）を経てスキャナ２３に導く。スキャナ２３の反射光を第３透過面３３（＝第３反射面＝第２透過面）→第５反射面４１→第４透過面４２を経てプリズム３０を横断して収束光として映像表示素子２４に導く。この場合、第２反射面３１と第３反射面３３は全反射である。
【０２７１】
この実施例において、２次元走査を行った場合、逆光線追跡で、映像表示素子２４における各主光線の結像位置のずれは、Ｘ方向（主走査方向）、Ｙ方向（副走査方向）共、３．３μｍ以下であるので、２次元的に良好な直線走査性を持つ。
【０２７２】
この実施例の映像表示に必要なＸ方向のミラー振れ角φｘ＝±７．７３°、Ｙ方向のミラー振れ角φｙ＝±９．７３°であり、よって、φｘ／θｘ＝０．５２、φｙ／θｙ＝０．８６となる。
【０２７３】
また、逆光線追跡で、スキャナ２３の基準面に対する軸上主光線２２の入射角θｓ＝２０．０°、第１透過面３１への軸上主光線２２の入射角θ1 ＝０．２３°、第１反射面３２への軸上主光線２２の入射角θ2 ＝２３．７°である。
（実施例５−１）
この実施例は実施例５と同様であり、図２６に示すように、逆光線追跡で、瞳２１→プリズム３０の第１透過面３１（＝第２反射面）→第１反射面３２→第２反射面３１（＝第１透過面）で全反射させ、プリズム３０内に中間像を形成し、中間像→第３反射面３３で全反射→第４反射面４０→第２透過面３３（＝第３反射面）を経てスキャナ２３に導く。スキャナ２３の反射光を第３透過面３３（＝第３反射面＝第２透過面）→第５反射面４１→第４透過面４２を経てプリズム３０を横断して収束光として映像表示素子２４に導く。
【０２７４】
この実施例は、実施例５の映像表示素子２４直前の第４透過面４２を第１反射面３２に近づけたものである。
【０２７５】
この実施例の映像表示に必要なＸ方向のミラー振れ角φｘ＝±７．８３°、Ｙ方向のミラー振れ角φｙ＝±１１．２°であり、よって、φｘ／θｘ＝０．５２、φｙ／θｙ＝０．９９となる。
【０２７６】
また、逆光線追跡で、スキャナ２３の基準面に対する軸上主光線２２の入射角θｓ＝２１．２°、第１透過面３１への軸上主光線２２の入射角θ1 ＝０．２６°、第１反射面３２への軸上主光線２２の入射角θ2 ＝２２．８°である。
【０２７７】
（実施例６）
この実施例は実施例５と同様の６面からなる偏心プリズム３０の第２透過面３３とスキャナ２３の間にＤＯＥ４４を追加した例であり、図２７に示すように、逆光線追跡で、瞳２１→プリズム３０の第１透過面３１（＝第２反射面）→第１反射面３２→第２反射面３１（＝第１透過面）で全反射→中間像→第３反射面３３で全反射→第４反射面４０→第２透過面３３（＝第３反射面）を経て、入射側に回折面４３を設けたＤＯＥ４４を介してスキャナ２３に導く。スキャナ２３の反射光をＤＯＥ４４を逆に介して第３透過面３３（＝第３反射面＝第２透過面）→第５反射面４１→第４透過面４２を経てプリズム３０を横断して収束光として映像表示素子２４に導く。このように、逆光線追跡で、スキャナ２３へ入射するときとスキャナ２３から反射するときの両方で、ＤＯＥ４４の作用を受けるようにしている。
【０２７８】
図２７に図示しているように、ＤＯＥ４４をスキャナ２３の保護部材や密封部材として使用するなど、スキャナ２３と一体化することができる。ここでは、ＤＯＥの回折面４３を平行平面基板のプリズム３０側に配置したが、プリズム３０とは反対側（スキャナ側）の基板面に配置すれば、回折面４３を汚れから保護することができる。
【０２７９】
この実施例では、簡単のためにＤＯＥ４４は投影光学系３０で発生する色収差を補正しているが、図４〜図６等を用いて説明したように、ＤＯＥにより投影光学系全体の特定の色収差を発生させるようにしてもよい。これは、以下のＤＯＥを使用したすべての実施例でも同様である。
【０２８０】
この実施例においては、２次元走査を行った場合、逆光線追跡で、映像表示素子２４における各主光線の結像位置のずれは、Ｘ方向（主走査方向）、Ｙ方向（副走査方向）共、１．６μｍ以下であるので、２次元的に良好な直線走査性を持っている。また、逆光線追跡における射出瞳（スキャナ）位置での瞳収差は、０．１５ｍｍ以下と良好である。
【０２８１】
この実施例の映像表示に必要なＸ方向のミラー振れ角φｘ＝±６．２５°、Ｙ方向のミラー振れ角φｙ＝±１２．４°であり、よって、φｘ／θｘ＝０．４２、φｙ／θｙ＝１．０９となる。
【０２８２】
また、逆光線追跡で、スキャナ２３の基準面に対する軸上主光線２２の入射角θｓ＝１９．５°、第１透過面３１への軸上主光線２２の入射角θ1 ＝０．０６°、第１反射面３２への軸上主光線２２の入射角θ2 ＝２３．６°である。
【０２８３】
（実施例７）
この実施例は、図２８に示すように、実施例５、実施例５−１と同様の６面からなる偏心プリズム３０の第４透過面４２に透過型のＤＯＥの回折面４３を設けた例である。すなわち、逆光線追跡で、瞳２１→プリズム３０の第１透過面３１（＝第２反射面）→第１反射面３２→第２反射面３１（＝第１透過面）で全反射させ、プリズム３０内に中間像を形成し、中間像→第３反射面３３で全反射→第４反射面４０→第２透過面３３（＝第３反射面）を経てスキャナ２３に導く。スキャナ２３の反射光を第３透過面３３（＝第３反射面＝第２透過面）→第５反射面４１で反射させ、第４透過面４２の回折面４３を経てプリズム３０を横断して収束光として映像表示素子２４に導く。
【０２８４】
この実施例の映像表示に必要なＸ方向のミラー振れ角φｘ＝±７．６３°、Ｙ方向のミラー振れ角φｙ＝±９．７２°であり、よって、φｘ／θｘ＝０．５１、φｙ／θｙ＝０．８６となる。
【０２８５】
また、逆光線追跡で、スキャナ２３の基準面に対する軸上主光線２２の入射角θｓ＝２０．６°、第１透過面３１への軸上主光線２２の入射角θ1 ＝０°、第１反射面３２への軸上主光線２２の入射角θ2 ＝２３．６°である。
【０２８６】
（実施例８）
この実施例は、図２９に示すように、実施例５、実施例５−１と同様の６面からなる偏心プリズム３０の第５反射面４１に反射型のＤＯＥの回折面４５を設けた例である。すなわち、逆光線追跡で、瞳２１→プリズム３０の第１透過面３１（＝第２反射面）→第１反射面３２→第２反射面３１（＝第１透過面）で全反射させ、プリズム３０内に中間像を形成し、中間像→第３反射面３３で全反射→第４反射面４０→第２透過面３３（＝第３反射面）を経てスキャナ２３に導く。スキャナ２３の反射光を第３透過面３３（＝第３反射面＝第２透過面）でプリズム３０内に導入し、第５反射面４１の回折面４５で回折反射させ、第４透過面４２を経てプリズム３０を横断して収束光として映像表示素子２４に導く。
【０２８７】
この実施例においては、図１５（ａ）の構成で、法線から離れると強度が弱くなる映像表示素子２４の配光特性の補正を行っている。
【０２８８】
この実施例の映像表示に必要なＸ方向のミラー振れ角φｘ＝±８．５０°、Ｙ方向のミラー振れ角φｙ＝±１３．３°であり、よって、φｘ／θｘ＝０．５７、φｙ／θｙ＝１．１７となる。
【０２８９】
また、逆光線追跡で、スキャナ２３の基準面に対する軸上主光線２２の入射角θｓ＝２１．１°、第１透過面３１への軸上主光線２２の入射角θ1 ＝０°、第１反射面３２への軸上主光線２２の入射角θ2 ＝２２．９°である。
【０２９０】
（実施例９）
この実施例は、図３０に示すように、実施例５、実施例５−１と同様の偏心プリズム３０を第１プリズム３０1 と第２プリズム３０2 に分割した例であり、第１プリズム３０1 は第１面３１、第２面３２、第３面４６の３面からなり、第２プリズム３０2 は第１面４７、第２面４８、第３面４９、第４面５０、第５面５１の５面からなり、逆光線追跡で、瞳２１→第１透過面３１（＝第２反射面）→第１反射面３２→第２反射面３１（＝第１透過面）で全反射させ、第２透過面４６→第３透過面４７を経て第２プリズム３０2 中に中間像を形成し、中間像→第３反射面４８で全反射→第４反射面４９→第４透過面４８（＝第３反射面）を経てスキャナ２３に導く。スキャナ２３の反射光を第５透過面４８（＝第３反射面＝第４透過面）→第５反射面５０で反射させ、第６透過面５１を経て第２プリズム３０2 を横断して収束光として映像表示素子２４に導く。
【０２９１】
この実施例においては、２次元走査を行った場合、逆光線追跡で、映像表示素子２４における各主光線の結像位置のずれは、Ｘ方向（主走査方向）、Ｙ方向（副走査方向）共、３μｍ以下であるので、２次元的に良好な直線走査性を持つ。したがって、電気的像歪み補正なしに２次元的直線走査を行うことができる。
【０２９２】
また、主走査方向（Ｘ方向）は、正弦波状に振動するミラー振れ角の振幅の約９０％に対してｆアークサインθレンズ特性を持たせている。また、副走査方向（Ｙ方向）は、ｆθレンズ特性を持たせている。よって、副走査方向（Ｙ方向）より高周波数が必要な主走査方向（Ｘ方向）は正弦波状に振動し、低周波数の副走査方向（Ｙ方向）はスキャンミラー振れ角がリニアに変化するスキャンミラーを使用する場合、Ｘ方向の正弦波状に振動するミラー振れ角の振幅の９０％を使用すれば、電気的像歪み補正なしに２次元的な直線走査、等速走査を行うことができる。そのため、高速走査に対応できる。なお、Ｘ方向のミラー振れ角φｘ＝±１９．１°のスキャナ２３の振幅の９０％（φｘ＝±１７．２°）を映像表示に利用する。このように、Ｘ方向の振幅の約９０％が利用できるので、非常に効率が良い。
【０２９３】
なお、等速走査性の補正を行えば、正弦波状に振動するミラーの振幅全部を利用することもできるし、ミラー振れ角がリニアに変化するミラーを利用することもできる。
【０２９４】
この実施例においては、図１５（ａ）の構成で、法線から離れると強度が弱くなる映像表示素子２４の配光特性の補正を行っている。
【０２９５】
この実施例の映像表示に必要なＸ方向のミラー振れ角φｘ＝±１７．２°、Ｙ方向のミラー振れ角φｙ＝±７．９８°であり、よって、φｘ／θｘ＝１．１５、φｙ／θｙ＝０．７０となる。
【０２９６】
また、逆光線追跡で、スキャナ２３の基準面に対する軸上主光線２２の入射角θｓ＝１８．４°、第１透過面３１への軸上主光線２２の入射角θ1 ＝０°、第１反射面３２への軸上主光線２２の入射角θ2 ＝２５．８°である。
【０２９７】
（実施例１０）
この実施例は実施例９と同様の構成で、実施例９の副走査方向（Ｙ方向）のディストーション特性を変えた例であり、図３１に示すように、逆光線追跡で、瞳２１→第１透過面３１（＝第２反射面）→第１反射面３２→第２反射面３１（＝第１透過面）で全反射させ、第２透過面４６→第３透過面４７を経て第２プリズム３０2 中に中間像を形成し、中間像→第３反射面４８で全反射→第４反射面４９→第４透過面４８（＝第３反射面）を経てスキャナ２３に導く。スキャナ２３の反射光を第５透過面４８（＝第３反射面＝第４透過面）→第５反射面５０で反射させ、第６透過面５１を経て第２プリズム３０2 を横断して収束光として映像表示素子２４に導く。
【０２９８】
この実施例においては、主走査方向（Ｘ方向）、副走査方向（Ｙ方向）共に、正弦波状に振動するミラー振れ角の振幅の約８０％に対してｆアークサインθレンズ特性を持たせている。したがって、高速走査するために、主走査方向（Ｘ方向）、副走査方向（Ｙ方向）共に正弦波状に振動するスキャンミラーを使用する場合でも、正弦波状に振動するミラー振れ角の振幅の約８０％を使用すれば、電気的像歪み補正なしに２次元的な直線走査、等速走査を行うことができる。そのため、高速走査に対応できる。なお、Ｘ方向のミラー振れ角φｘ＝±１８．１°、Ｙ方向のミラー振れ角φｙ＝±１４．３°、のスキャナの振幅の８０％（φｘ＝±１４．５°、φｙ＝±１１．４°を映像表示に利用する。
【０２９９】
また、等速走査性の補正を行えば、正弦波状に振動するミラーの振幅全部を利用することもできるし、ミラー振れ角がリニアに変化するミラーを利用することもできる。
【０３００】
この実施例の映像表示に必要なＸ方向のミラー振れ角φｘ＝±１４．５°、Ｙ方向のミラー振れ角φｙ＝±１１．４°であり、よって、φｘ／θｘ＝０．９７、φｙ／θｙ＝１．００となる。
【０３０１】
また、逆光線追跡で、スキャナ２３の基準面に対する軸上主光線２２の入射角θｓ＝１７．６°、第１透過面３１への軸上主光線２２の入射角θ1 ＝０°、第１反射面３２への軸上主光線２２の入射角θ2 ＝２５．７°である。
【０３０２】
（実施例１１）
この実施例は、前記のように、プロジェクタ、レーザビームプリンタ、バーコードリーダ等の実像形成用光学系であり、図３２に示すように、投影光学系を構成する１個の偏心プリズム３０は第１面３１から第３面３３、第４面４０、第５面４１、第６面４２の６面からなり、逆光線追跡で、瞳２１→プリズム３０の第１透過面３１（＝第２反射面）→第１反射面３２→第２反射面３１（＝第１透過面）で全反射させ、プリズム３０内に中間像を形成し、第３反射面３３で全反射→第４反射面４０→第２透過面３３（＝第３反射面）を経てスキャナ２３に導く。スキャナ２３の反射光を第３透過面３３（＝第３反射面＝第２透過面）→第５反射面４１→第４透過面４２を経てプリズム３０を横断して収束光として映像表示素子２４に導く。
【０３０３】
この実施例においては、瞳１から１ｍの位置に実像を形成している。なお、瞳１とプリズム３０の間隔＝３．６ｍｍである。
【０３０４】
映像表示素子としてＬＣＤを用いたプロジェクタは、偏光フィルタとカラーフィルタを使用するので、光源光の利用率が悪い。本発明の光学系の場合は、光源光の利用効率が大きく向上する。
【０３０５】
なお、画角、Ｆナンバー、映像表示素子光の結像位置を変更し、レーザビームプリンタ用、バーコードリーダ用等、他の用途の光学系として利用することもできる。レーザビームプリンタ用等は画角が大きくなるので、ｆアークサインθレンズとするためのディストーションの制御量が減りｆアークサインθレンズの設計がしやすくなる。
【０３０６】
この実施例の映像表示に必要なＸ方向のミラー振れ角φｘ＝±１８．２°、Ｙ方向のミラー振れ角φｙ＝φｙ＝±１０．３°であり、よって、φｘ／θｘ＝１．２１、φｙ／θｙ＝０．９１となる。
【０３０７】
また、逆光線追跡で、スキャナ２３の基準面に対する軸上主光線２２の入射角θｓ＝２２．１°、第１透過面３１への軸上主光線２２の入射角θ1 ＝０．８１°、第１反射面３２への軸上主光線２２の入射角θ2 ＝２０．８°である。
【０３０８】
以下に上記実施例１〜１１の構成パラメータを示す。これら表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＲＳ”は反射面、“ＳＭ”はスキャンミラー、“ＩＤ”は映像表示素子、“ＤＯＥ”は回折面を示す。
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【０３０９】
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【０３１０】
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【０３１１】
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【０３１２】
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【０３１３】
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【０３１４】
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【０３１５】
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【０３１６】
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【０３１７】
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【０３１８】
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【０３１９】
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【０３２０】
以上、本発明の映像表示装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されず数々の変形が可能である。
【０３２１】
以上の本発明の映像表示装置は例えば次のように構成することができる：
〔１〕  映像を表示する映像表示素子と、前記映像表示素子を発する光を走査する走査手段と、前記映像表示素子によって形成され前記走査手段により走査された映像を投影する投影光学系とからなる映像表示装置において、
前記投影光学系が、１より大きな屈折率の媒質で構成されたプリズム部材を少なくとも１個有し、
前記プリズム部材は、光束をプリズム部材に入射させる透過面と、光束をプリズム部材内で反射させる反射面、光束をプリズムから射出する透過面の少なくとも３面を有しており、前記投影光学系が含む前記プリズム部材での反射回数の合計が３回以上で、前記プリズム部材の反射面の少なくとも１面が光学的パワーを有し、光軸に対して偏心しており、
逆光線追跡で、瞳と像面である映像表示素子の間に前記投影光学系と前記走査手段が配置され、瞳からの光線は少なくとも前記プリズム部材を経て前記走査手段に至ることを特徴とする映像表示装置。
【０３２２】
〔２〕  前記投影光学系が含む前記プリズム部材での反射回数の合計が４回以上であることを特徴とする上記１記載の映像表示装置。
【０３２３】
〔３〕  前記投影光学系の反射面が光学的パワーを有することを特徴とする上記１記載の映像表示装置。
【０３２４】
〔４〕  前記投影光学系が、反射面の少なくとも１面と透過面の少なくとも１面が同一面にて形成された透過と反射の兼用面を備えていることを特徴とする上記１記載の映像表示装置。
【０３２５】
〔５〕  少なくとも１つのプリズム部材が、瞳から前記映像表示素子に向かう逆光線追跡で、少なくとも、前記プリズム部材へ入射する第１透過面、光学的パワーを有し光軸に対して偏心した第１反射面、第２反射面、前記プリズム部材から射出する第２透過面を含み、少なくとも前記第１透過面と前記第２反射面が同一の兼用面であることを特徴とする上記４記載の映像表示装置。
【０３２６】
〔６〕  逆光線追跡で、前記第２反射面における反射が全反射であることを特徴とする上記５記載の映像表示装置。
【０３２７】
〔７〕  前記投影光学系が、瞳から前記映像表示素子に向かう逆光線追跡で、少なくとも、前記プリズム部材へ入射する第１透過面、光学的パワーを有し光軸に対して偏心した第１反射面、第２反射面、第３反射面、前記プリズム部材から射出して走査手段に至る第２透過面を含み、前記第１透過面と前記第２反射面が同一の兼用面であり、前記第２反射面と前記第３反射面の間に中間像を形成することを特徴とする上記１記載の映像表示装置。
【０３２８】
〔８〕  前記投影光学系が、瞳から前記映像表示素子に向かう逆光線追跡で、前記走査手段で反射した後、前記プリズム部材の前記第４反射面を経て前記映像表示素子に結像することを特徴とする上記７記載の映像表示装置。
【０３２９】
〔９〕  前記投影光学系が、瞳から前記映像表示素子に向かう逆光線追跡で、前記走査手段で反射した後、少なくとも、第３透過面、第４透過面を経て前記映像表示素子に結像することを特徴とする上記７記載の映像表示装置。
【０３３０】
〔１０〕  前記投影光学系が、第１プリズム部材と第２プリズム部材を含み、瞳から前記映像表示素子に向かう逆光線追跡で、
前記第１プリズム部材が、前記第１プリズム部材へ入射する第１透過面、光学的パワーを有し光軸に対して偏心した第１反射面、第２反射面、前記第１プリズム部材からの射出面を含み、
前記第２プリズム部材が、前記第２プリズム部材への入射面、第３反射面、前記第２プリズム部材から射出して前記走査手段に至る第２透過面、を含み、
前記第１透過面と前記第２反射面が同一面であり、
前記第２反射面と前記第３反射面の間に中間像を形成することを特徴とする上記７記載の映像表示装置。
【０３３１】
〔１１〕  前記第２反射面での反射が全反射であることを特徴とする上記７〜１０の何れか１項記載の映像表示装置。
【０３３２】
〔１２〕  前記投影光学系が、瞳から前記映像表示素子に向かう逆光線追跡で、少なくとも、前記プリズム部材へ入射する第１透過面、光学的パワーを有し光軸に対して偏心した第１反射面、第２反射面、第３反射面、第４反射面、前記プリズム部材から射出して前記走査手段に至る第２透過面を含み、前記第１透過面と前記第２反射面、前記第３反射面と前記第２透過面が同一面であり、前記第２反射面と前記第４反射面の間に中間像を形成することを特徴とする上記１記載の映像表示装置。
【０３３３】
〔１３〕  前記投影光学系が、瞳から前記映像表示素子に向かう逆光線追跡で、前記走査手段で反射した後、少なくとも前記プリズム部材へ入射する第３透過面、第５反射面、前記プリズム部材を射出する第４透過面を経て前記映像表示素子に結像し、前記第３反射面と前記第２透過面と前記第３透過面が同一面であることを特徴とする上記１２記載の映像表示装置。
【０３３４】
〔１４〕  前記投影光学系が、瞳から前記映像表示素子に向かう逆光線追跡で、前記走査手段で反射した後、少なくとも前記プリズム部材へ入射する第３透過面、第５反射面、前記プリズム部材を射出する第４透過面を経て前記映像表示素子に結像し、前記第３反射面と前記第２透過面と前記第３透過面と前記第４透過面が同一面であることを特徴とする上記１３記載の映像表示装置。
【０３３５】
〔１５〕  前記投影光学系が、第１プリズム部材と第２プリズム部材を含み、瞳から前記映像表示素子に向かう逆光線追跡で、
前記第１プリズム部材が、前記第１プリズム部材へ入射する第１透過面、光学的パワーを有し光軸に対して偏心した第１反射面、第２反射面、前記第１プリズム部材から射出する第２透過面を含み、
前記第２プリズム部材が、前記第２プリズム部材へ入射する第３透過面、第３反射面、第４反射面、前記第２プリズム部材から射出して前記走査手段に至る第４透過面、前記走査手段から前記第２プリズム部材に入射する第５透過面、第５反射面、前記第２プリズム部材から射出して前記映像表示素子に至る第６透過面を含むことを特徴とする上記１２記載の映像表示装置。
【０３３６】
〔１６〕  前記投影光学系が、瞳から前記映像表示素子に向かう逆光線追跡で、入射瞳と前記走査手段が略共役な位置関係にあり、前記投影光学系内で一度中間結像し、入射瞳から中間像までの光学系と、中間像から前記走査手段までの光学系が中間像に対して対称な構成となっていることを特徴とする上記１記載の映像表示装置。
【０３３７】
〔１７〕  前記投影光学系が、映像表示素子光を集光光学系で略コリメートし、瞳と略共役な位置の前記走査手段に導き、前記走査手段で走査した光をリレー光学系で中間像として結像し、中間像を接眼光学系で瞳に導く構成で、
逆光線追跡で、前記投影光学系が、入射瞳と前記走査手段の間に少なくとも３面の光学的パワーを持つ反射面を有し、
逆光線追跡で、前記接眼光学系が少なくとも２面の反射面を有し、前記リレー光学系が少なくとも１面の反射面を有し、入射瞳からの光に対する２回目の反射面と、前記走査手段の手前の最後の反射面の間に中間像を形成することを特徴とする上記１、７〜１６の何れか１項記載の映像表示装置。
【０３３８】
〔１８〕  前記投影光学系が、逆光線追跡で、瞳からの光を中間像として形成する前記接眼光学系が少なくとも２面の反射面を有し、中間像からの光を前記走査手段に導く前記リレー光学系が少なくとも２面の反射面を有することを特徴とする上記１７記載の映像表示装置。
【０３３９】
〔１９〕  逆光線追跡で、入射瞳から前記投影光学系に入射した光は、一度中間像として結像した後に、入射瞳と略共役な位置の前記走査手段を経て前記映像表示素子に結像し、前記走査手段の走査方向における入射瞳から前記投影光学系に入射する半画角θと、前記走査手段の走査方向における映像表示に必要な前記走査手段の片側振れ角φが次式を満たすことを特徴とする上記１、７〜１６の何れか１項記載の映像表示装置。
【０３４０】
０．１≦φ／θ≦１．８                                ・・・（１）
〔２０〕  次式を満たすことを特徴とする上記１９記載の映像表示装置。
【０３４１】
０．２５≦φ／θ≦１．７                          ・・・（１−１）
〔２１〕  逆光線追跡において、入射瞳から入射した光線が中間像を形成する際に、入射瞳から中間像に入射する主光線が収束状態であることを特徴とする上記１、７〜１６の何れか１項記載の映像表示装置。
【０３４２】
〔２２〕  前記投影光学系が、前記プリズム部材を１個含むことを特徴とする上記１記載の映像表示装置。
【０３４３】
〔２３〕  前記投影光学系が、前記プリズム部材を少なくとも２個含み、
１≧ｙ' ／ｙ＞０．７                                  ・・・（２）
を満たすことを特徴とする上記１、１０、１５、１６の何れか１項記載の映像表示装置。ここで、ｙは光学系における中間像高、ｙ' は２つのプリズム部材が対向する面における最軸外光束の主光線高である。
【０３４４】
〔２４〕  前記投影光学系が、前記プリズム部材を２個含み、逆光線追跡で、瞳から第１プリズム部材と第２プリズム部材を経て前記映像表示素子に至るとき、前記第２プリズム部材内に中間像を形成していることを特徴とする上記２３記載の映像表示装置。
【０３４５】
〔２５〕  前記プリズム部材の屈折率が１より大きな媒質のｄ線（５８７．５６ｎｍ）での屈折率をＮd とするとき、
２．０＞Ｎd ＞１．４                                  ・・・（３）
ことを特徴とする上記１、７〜１６の何れか１項記載の映像表示装置。
【０３４６】
〔２６〕  前記プリズム部材が、光学プラスチックであることを特徴とする上記２５記載の映像表示装置。
【０３４７】
〔２７〕  逆光線追跡における前記第１透過面が、第１反射面に対して凸面を向けていることを特徴とする上記５、７〜１６の何れか１項記載の映像表示装置。
【０３４８】
〔２８〕  逆光線追跡における前記第１反射面が、正のパワーを有するように前記第１透過面側に凹面を向けた形状に構成されていることを特徴とする上記５、７〜１６の何れか１項記載の映像表示装置。
【０３４９】
〔２９〕  逆光線追跡で、軸上主光線の前記第１透過面への入射角θ1 が、
２０＞θ1 ＞−３０  〔°〕                            ・・・（４）
を満たすことを特徴とする上記５、７〜１６の何れか１項記載の映像表示装置。ただし、入射角θ1 は法線に対して反時計回りが正とする。
【０３５０】
〔３０〕  逆光線追跡で、軸上主光線の前記第１反射面への入射角θ2 が、
４０＞θ2 ＞５    〔°〕                              ・・・（５）
を満たすことを特徴とする上記５、７〜１６の何れか１項記載の映像表示装置。ただし、入射角θ1 は法線に対して反時計回りが正とする。
【０３５１】
〔３１〕  前記第１透過面と前記第２反射面との兼用面が、光学的パワーを与えかつ偏心収差を補正する非回転対称な面形状に形成されていることを特徴とする上記５、７〜１６の何れか１項記載の映像表示装置。
【０３５２】
〔３２〕  前記第１反射面が、光学的パワーを与えかつ偏心収差を補正する非回転対称な面形状に形成されていることを特徴とする上記５、７〜１６の何れか１項記載の映像表示装置。
【０３５３】
〔３３〕  逆光線追跡において、前記走査手段の直前の反射面が、光学的パワーを与えかつ偏心収差を補正する非回転対称な面形状に形成されていることを特徴とする上記５、７〜１６の何れか１項記載の映像表示装置。
【０３５４】
〔３４〕  逆光線追跡において、前記走査手段の直後の反射面が、光学的パワーを与えかつ偏心収差を補正する非回転対称な面形状に形成されていることを特徴とする上記５、７〜１６の何れか１項記載の映像表示装置。
【０３５５】
〔３５〕  前記回転非対称な面形状が、対称面を１面のみ有する自由曲面形状にて構成されていることを特徴とする上記３１〜３４の何れか１項記載の映像表示装置。
【０３５６】
〔３６〕  前記投影光学系が回折作用を持つ面を備えていることを特徴とする上記１、７〜１６の何れか１項記載の映像表示装置。
【０３５７】
〔３７〕  前記投影光学系の透過面の表面が透過型のＤＯＥを兼ねるか、あるいは、前記投影光学系の反射面の表面が反射型のＤＯＥを兼ねるか、あるいは、前記走査手段のミラー反射面が反射型のＤＯＥを兼ねるというように前記投影光学系あるいは前記走査手段の表面がＤＯＥを兼ねることを特徴とする上記３６記載の映像表示装置。
【０３５８】
〔３８〕  前記プリズム部材と前記走査手段の間にＤＯＥ作用を持つ面を追加して、色収差の制御をすることを特徴とする上記３６記載の映像表示装置。
【０３５９】
〔３９〕  前記プリズム部材と前記走査手段の間に配置した透過型ＤＯＥにより、前記プリズム部材射出後に走査手段に入射する光路と、前記走査手段射出後に前記プリズム部材に入射する光路の両方の光路で回折作用を受けることを特徴とする上記３８記載の映像表示装置。
【０３６０】
〔４０〕  前記ＤＯＥがスキャナと一体に保持されていることを特徴とする上記３８記載の映像表示装置。
【０３６１】
〔４１〕  前記走査手段と前記投影光学系により形成される像の歪みを打ち消すような映像を前記映像表示素子に表示することを特徴とする上記１、７〜１６の何れか１項記載の映像表示装置。
【０３６２】
〔４２〕  前記電気的像歪み補正が、等速走査性の補正であることを特徴とする上記４１記載の映像表示装置。
【０３６３】
〔４３〕  前記走査手段が２次元走査をすることを特徴とする上記１、７〜１６の何れか１項記載の映像表示装置。
【０３６４】
〔４４〕  前記走査手段の法線に対する軸上主光線の入射角θｓが次式を満足することを特徴とする上記１、７〜１６の何れか１項記載の映像表示装置。
【０３６５】
｜θｓ｜≦６０°                                      ・・・（６）
〔４５〕  前記走査手段に対する軸上主光線の入射角が次式を満足することを特徴とする上記４４記載の映像表示装置。
【０３６６】
１０°≦｜θｓ｜≦４５°                          ・・・（６−１）
〔４６〕  往復走査をすることを特徴とする上記１、７〜１６の何れか１項記載の映像表示装置。
【０３６７】
〔４７〕  前記走査手段は走査方向に正弦波状に振動する走査手段であることを特徴とする上記１、７〜１６の何れか１項記載の映像表示装置。
【０３６８】
〔４８〕  正弦波状に振動する前記走査手段の振幅の９５％以下を映像表示に利用することを特徴とする上記４７記載の映像表示装置。
【０３６９】
〔４９〕  正弦波状に振動する前記走査手段の振幅の９０％以下を映像表示に利用することを特徴とする上記４８記載の映像表示装置。
【０３７０】
〔５０〕  主走査方向の走査を繰り返し２次元像を形成するとき、主走査方向は正弦波状に振動する走査ミラーで、副走査方向は振れ角がリニアに変化する走査ミラーであることを特徴とする上記１、７〜１６の何れか１項記載の映像表示装置。
【０３７１】
〔５１〕  主走査方向も副走査方向も正弦波状に振動するミラーであることを特徴とする上記１、７〜１６の何れか１項記載の映像表示装置。
【０３７２】
〔５２〕  前記走査手段がフォトリソグラフィーの工程を利用して製作したマイクロマシンミラーであることを特徴とする上記１、７〜１６の何れか１項記載の映像表示装置。
【０３７３】
〔５３〕  逆光線追跡で、前記走査手段から前記映像表示素子に至る光学系が、少なくとも２面の光学作用を有する面で構成され、この光学系を走査手段側と映像表示素子側に２分割する場合、走査手段側でプラスの球面収差を発生させ、映像表示素子側でマイナスの球面収差を発生させるようになっていることを特徴とする上記１、７〜１６の何れか１項記載の映像表示装置。
【０３７４】
〔５４〕  走査方向の面内（２次元走査の場合は、主走査方向と副走査方向のそれぞれの面内）で、
３×Ｇ＞ｆ・tan ２φ／ｄ＞Ｇ／２                      ・・・（７）
を満足することを特徴とする上記１、７〜１６の何れか１項記載の映像表示装置。ここで、
Ｇ：走査方向画素数
ｆ：映像表示素子から走査手段に至る集光光学系の走査方向面内での焦点距離
φ：映像表示に利用する走査手段の走査方向の片側振れ角
（±φの走査手段振れ角を映像表示に利用する）
ｄ：走査方向の映像表示素子の大きさの半分
ただし、逆光線追跡において次式で定義されるｆを走査手段から映像表示素子に至る集光光学系の焦点距離とする。
【０３７５】
ｆ＝Ｙ／β tan２φ
ここで、Ｙは走査方向における中間像の大きさの半分、βは走査方向における映像表示素子から中間像に至る光学系の倍率である。
【０３７６】
〔５５〕  前記映像表示素子に表示された映像を虚像として形成し観察者眼球に導く上記１〜５４の何れか１項記載の映像表示装置と、この映像表示装置を観察者顔面前方に保持する支持部とを備えて構成されたことを特徴とする頭部装着式映像表示装置。
【０３７７】
〔５６〕  前記映像表示装置を観察者の左右の眼に対応してそれぞれ１つずつ配置していることを特徴とする上記５５記載の頭部装着式映像表示装置。
【０３７８】
〔５７〕  前記映像表示素子に表示された映像を実像として表示する上記１〜５４の何れか１項記載の映像表示装置を備えて構成されたことを特徴とするプロジェクタ、レーザビームプリンタあるいはバーコードリーダ。
【０３７９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の映像表示装置によると、反射作用を主体としたプリズム部材を用いて走査型映像表示装置の光学系を構成することにより、部品点数の削減と小型化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく映像表示装置の光学系の構成を模式的に示す図である。
【図２】走査手段をミラーで構成する場合の図１と同様な図である。
【図３】逆光線追跡で中間像に入射する主光線を収束状態にする場合の図１と同様な図である。
【図４】映像表示素子の可能な１つの配置を示す図である。
【図５】映像表示素子の可能な別のの配置を示す図である。
【図６】映像表示素子の可能な別のの配置を示す図である。
【図７】直線走査性と等速走査性の両方の電気的像歪み補正を説明するための図である。
【図８】等速走査性の電気的像歪み補正を説明するための図である。
【図９】１次元スキャナを２個使用する場合の図１と同様な図である。
【図１０】１次元ｆアークサインレンズのディストーションを示す図である。
【図１１】スキャンミラーの振幅を制限して映像表示する場合を説明するための図である。
【図１２】正弦波の振幅の制限とミラー傾角の線形性の関係を示す図である。
【図１３】１次元ｆθレンズのディストーションを示す図である。
【図１４】映像表示素子の配光特性による映像表示装置の光学系の不具合を説明するための図である。
【図１５】スキャナから映像表示素子に至る光学系の配置によって映像表示素子の配光特性を補正できることを説明するための図である。
【図１６】適切な画素間隔に関する説明図である。
【図１７】映像表示素子に表示する映像信号を示す図である。
【図１８】不適切な画素間隔による１つの不具合を説明するための図である。
【図１９】不適切な画素間隔による別の不具合を説明するための図である。
【図２０】本発明の実施例１の光学系の光路図である。
【図２１】実施例１の変形の光学系の光路図である。
【図２２】本発明の実施例２の光学系の光路図である。
【図２３】本発明の実施例３の光学系の光路図である。
【図２４】本発明の実施例４の光学系の光路図である。
【図２５】本発明の実施例５の光学系の光路図である。
【図２６】本発明の実施例５−１の光学系の光路図である。
【図２７】本発明の実施例６の光学系の光路図である。
【図２８】本発明の実施例７の光学系の光路図である。
【図２９】本発明の実施例８の光学系の光路図である。
【図３０】本発明の実施例９の光学系の光路図である。
【図３１】本発明の実施例１０の光学系の光路図である。
【図３２】本発明の実施例１１の光学系の光路図である。
【図３３】従来の走査型ＨＭＤの構成を示す図である。
【図３４】従来の別の走査型ＨＭＤの構成を示す図である。
【符号の説明】
１…瞳
２…接眼光学系（接眼レンズ）
３…リレー光学系（リレーレンズ）
４…走査手段
４’、４”…１次元スキャンミラー（１次元走査手段）
５…集光光学系（集光レンズ）
６…映像表示素子
７…中間像
８…ダイクロイックミラー
９…２つの走査手段と共役にする光学系
１０…虚像
１１…映像表示素子の像
２１…射出瞳（逆光線追跡の入射瞳）
２２…軸上主光線（観察者視軸）
２３…キャンミラー
２４…映像表示素子
２５…シースループリズム
３０…偏心プリズム
３０1 …第１プリズム
３０2 …第２プリズム
３１…第１面
３２…第２面
３３…第３面
３４…第４面
３５…第５面
３６…第３透過面
３７…第４透過面
３８…第５面
３９…第６面
４０…第４面
４１…第５面
４２…第４透過面
４３…回折面
４４…ＤＯＥ
４５…回折面
４６…第３面
４７…第１面
４８…第２面
４９…第３面
５０…第４面
５１…第５面
Ｌ１…映像表示素子側光学系
Ｌ２…スキャナ側光学系
【図１】
0004372891.tif 000039
【図２】
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【図３】
0004372891.tif 000041
【図４】
0004372891.tif 000042
【図５】
0004372891.tif 000043
【図６】
0004372891.tif 000044
【図７】
0004372891.tif 000045
【図８】
0004372891.tif 000046
【図９】
0004372891.tif 000047
【図１０】
0004372891.tif 000048
【図１１】
0004372891.tif 000049
【図１２】
0004372891.tif 000050
【図１３】
0004372891.tif 000051
【図１４】
0004372891.tif 000052
【図１５】
0004372891.tif 000053
【図１６】
0004372891.tif 000054
【図１７】
0004372891.tif 000055
【図１８】
0004372891.tif 000056
【図１９】
0004372891.tif 000057
【図２０】
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【図２１】
0004372891.tif 000059
【図２２】
0004372891.tif 000060
【図２３】
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【図２４】
0004372891.tif 000062
【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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