JP2002162598A - Observation optical system and imaging optical system - Google Patents

Observation optical system and imaging optical system

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JP2002162598A
JP2002162598A JP2000365778A JP2000365778A JP2002162598A JP 2002162598 A JP2002162598 A JP 2002162598A JP 2000365778 A JP2000365778 A JP 2000365778A JP 2000365778 A JP2000365778 A JP 2000365778A JP 2002162598 A JP2002162598 A JP 2002162598A
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light
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哲英 武山
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    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0081Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for altering, e.g. enlarging, the entrance or exit pupil

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an observation optical system or imaging optical system which can be made as small as, being usable for a portable telephone and portable information terminal as well as a virtual image observation apparatus of a head-worn type, is light in weight and bright, has moreover high resolution and is easily manufactured. SOLUTION: A prism 4 and a light transmitting plate 3 are arranged inclusively between a pupil plane 1 and an image plane 5. The light transmission plate 3 has holographic elements (HOEs) 61 to 64 on both surfaces respectively of an incident region and of an exit region, and totally reflect luminous fluxes >=10 times inside the light transmitting plate. The HOEs 61 and 62 are formed so as to respectively diffract the incident luminous fluxes, until the incident angles attain angles which exceed the total reflection critical angle of the light transmitting plate. HOEs 63 and 64 are formed so as to respectively diffract the luminous fluxes introduced to the exit region, until the incident angles attain the angles do not exceed the total reflection critical angle of the light transmitting plate. The prism 4 has a curved surface for correcting the eccentric aberrations of the luminous fluxes, emitted from the light transmitting plate 3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、観察光学系及び撮
像光学系に関し、特に、観察者の頭部又は顔面に保持す
ることができ、又は、携帯電話や携帯情報端末に付加す
ることができる画像表示装置及びカメラなどの撮像装置
に用いる光学系に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an observation optical system and an imaging optical system, and more particularly, to an observation optical system and an imaging optical system which can be held on the head or face of an observer, or can be added to a portable telephone or a portable information terminal. The present invention relates to an optical system used for an image display device and an imaging device such as a camera.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、個人が大画面の画像を楽しむこと
を目的として、画像表示装置、特に、頭部や顔面に装着
するタイプの画像表示装置の開発が盛んになされてい
る。また、近年、携帯電話や携帯情報端末の普及に伴
い、携帯電話や携帯情報端末の画像や文字データを大画
面で見たいというニーズが高まっている。
2. Description of the Related Art In recent years, an image display device, particularly an image display device of a type worn on the head or face, has been actively developed for the purpose of allowing individuals to enjoy a large-screen image. In recent years, with the spread of mobile phones and mobile information terminals, there has been an increasing need to view images and character data of mobile phones and mobile information terminals on a large screen.

【0003】そのような装置の一部に利用可能な導光装
置としては、従来、ホログラムを用いた導光装置が、特
開平5−224018号公報で提案されている。また、
ホログラムを用いた画像表示装置が、特開平6−250
022号や特開平8−113059号公報、米国特許第
4711512号公報で提案されている。
As a light guide device that can be used as a part of such a device, a light guide device using a hologram has been conventionally proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H5-224018. Also,
An image display device using a hologram is disclosed in
No. 022, JP-A-8-113059 and U.S. Pat. No. 4,711,512.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平5−2
24018号公報に記載の導光装置の場合、1枚のHO
E素子でもって、入射領域、又は入射領域及び射出領域
において、夫々1回づつのみしか回折させていないた
め、HOE素子1枚あたりの回折角が大きくなる。その
ためには、HOE中の縞のピッチを細かくする必要が生
じ、露光の際の許容振動幅が小さくなり、露光光学系の
位置精度が厳しくなり、HOE露光用感光材料に許容さ
れる露光可能最大周波数がより高いものが必要となるた
め、製造が困難である。
However, Japanese Patent Laid-Open Publication No.
In the case of the light guide device described in Japanese Patent No. 24018, one HO
With the E element, the diffraction angle per HOE element is increased because the light is diffracted only once each in the incident area or the incident area and the emission area. For this purpose, it is necessary to reduce the pitch of the stripes in the HOE, the allowable vibration width at the time of exposure becomes small, the positional accuracy of the exposure optical system becomes strict, and the maximum allowable exposure of the photosensitive material for HOE exposure is performed. Manufacturing is difficult because higher frequencies are required.

【0005】また、特開平6−250022号公報に記
載の画像表示装置の場合、1枚のHOE素子でもって、
入射領域及び射出領域において、夫々1回づつのみしか
回折させていないため、HOE素子1枚あたりの回折角
が大きくなり、製造が困難である。しかも、上記画像表
示装置の光学系は、非共軸光学系のため偏心収差が発生
するが、この発生した偏心収差を枚数の少ないHOE面
のみで補正することは困難である。また、全反射回数が
2回程度と少ないので、導光板を薄型に保ったまま導光
板の長さ方向に長い距離をとって導光させるためには、
導光板の厚みを厚くしなければならない。さらに、上記
画像表示装置の光学系は、リレー光学系を構成していな
い、即ち、光学系中で中間結像させないため、より小さ
な画像表示素子を用いて構成した場合には、広い観察画
角を得ることができない。
In the case of the image display device described in JP-A-6-250022, one HOE element is used.
Since the light is diffracted only once each in the incident area and the emission area, the diffraction angle per HOE element becomes large, and it is difficult to manufacture. In addition, since the optical system of the image display device has a non-coaxial optical system, an eccentric aberration is generated. However, it is difficult to correct the generated eccentric aberration only with a small number of HOE surfaces. In addition, since the number of times of total reflection is as small as about two, in order to guide light over a long distance in the length direction of the light guide plate while keeping the light guide plate thin,
The thickness of the light guide plate must be increased. Further, the optical system of the image display device does not constitute a relay optical system, that is, does not form an intermediate image in the optical system. Can not get.

【0006】また、特開平8−113059号公報や米
国特許第4711512号公報の画像表示装置の場合、
入射領域及び射出領域に夫々1枚ずつのHOE素子を配
置しているが、入射領域および射出領域において夫々1
回ずつのみしかHOE素子で回折させていないため、H
OE素子1枚あたりの回折角を大きくする必要が生じ、
製造が困難である。しかも、光学系が非共軸光学系のた
め偏芯収差が発生するが、この発生した偏心収差を少な
いHOE面のみで補正することは困難である。さらに、
米国特許第4711512号公報では、全反射を6回さ
せているが、この程度の全反射回数では、導光板を薄型
に保ったままで、導光板の長さ方向に長い距離をとって
導光させるためには、導光板の厚みを厚くしなければな
らない。さらにまた、上記画像表示装置も、リレー光学
系でないため、より小さな画像表示素子を用いて構成し
た場合には、広い観察画角を得ることができない。
In the case of the image display device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-113059 or US Pat. No. 4,711,512,
One HOE element is arranged in each of the incident area and the emission area.
Since diffraction is performed by the HOE element only every time,
It becomes necessary to increase the diffraction angle per OE element,
Difficult to manufacture. In addition, since the optical system is a non-coaxial optical system, eccentric aberration occurs. However, it is difficult to correct the generated eccentric aberration with only a small HOE surface. further,
In U.S. Pat. No. 4,711,512, total reflection is performed six times. At such a total number of times of reflection, light is guided over a long distance in the length direction of the light guide plate while keeping the light guide plate thin. Therefore, the thickness of the light guide plate must be increased. Furthermore, since the image display device is not a relay optical system, a wide viewing angle cannot be obtained if the image display device is configured using a smaller image display device.

【0007】そこで、本発明は、携帯電話や携帯情報端
末、及び頭部装着型の虚像観察装置に用いることができ
る程度に小型で、軽量、かつ明るく、さらに高解像度を
有し、且つ、製造が容易な観察光学系又は撮像光学系を
提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention provides a compact, lightweight, bright, high-resolution, and high-resolution device that can be used in portable telephones, portable information terminals, and head-mounted virtual image observation devices. It is an object of the present invention to provide an observation optical system or an imaging optical system that is easy to perform.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段及び作用】本発明による光
学系は、瞳面と像面との間に配置された光学系におい
て、前記光学系は、少なくともプリズムと、導光板とを
含み、前記導光板は、入射領域及び射出領域において夫
々両面にホログラフィック素子を有し、且つ、光束を導
光板内部で10回以上全反射して前記入射領域から前記
射出領域に至らせるように構成され、前記導光板の前記
入射領域の両面に設けられた前記ホログラフィック素子
は、夫々所定位置において所定波長で入射した光束を夫
々回折して、該光束の入射角が前記導光板の全反射臨界
角を超えた角度となるように形成され、前記導光板の前
記射出領域の両面に設けられた前記ホログラフィック素
子は、夫々所定位置において前記入射領域から前記射出
領域に導かれた光束を夫々回折して、該光束の入射角が
前記導光板の全反射臨界角を超えない角度となって、前
記導光板から光束が射出されるように形成され、前記プ
リズムは、少なくとも一つの面に前記導光板を射出した
光束の偏心収差を補正するための曲面を備えていること
を特徴とする。
An optical system according to the present invention is an optical system arranged between a pupil plane and an image plane, wherein the optical system includes at least a prism and a light guide plate. The light guide plate has holographic elements on both surfaces in the incident area and the exit area, and is configured to totally reflect the light flux 10 times or more inside the light guide plate from the incident area to the exit area, The holographic elements provided on both sides of the incident area of the light guide plate diffract light beams incident at a predetermined wavelength at predetermined positions, and the incident angle of the light beam is the total reflection critical angle of the light guide plate. The holographic elements formed so as to have an angle exceeding the angle and provided on both surfaces of the emission area of the light guide plate, the luminous flux guided from the incidence area to the emission area at a predetermined position, respectively. Each is diffracted, the incident angle of the light beam is an angle not exceeding the critical angle of total reflection of the light guide plate, and the light guide plate is formed so that the light beam is emitted from the light guide plate, and the prism is formed on at least one surface. It is characterized by having a curved surface for correcting eccentric aberration of the light beam emitted from the light guide plate.

【0009】また、本発明は、観察光学系として構成す
る場合には、前記像面に観察者が観察する画像を表示す
る画像表示素子を配置し、前記瞳面に観察者の眼球が位
置するように射出瞳を形成し、前記画像表示素子から射
出された光束が、前記プリズムを経由した後に、前記導
光板の第1の領域に入射し、前記導光板の前記プリズム
側に設けられた前記ホログラフィック素子を透過し、前
記導光板の前記プリズムとは反対側に設けられた前記ホ
ログラフィック素子で回折反射され、前記導光板の前記
プリズム側に設けられた前記回折素子で回折反射され
て、前記導光板の全反射臨界角を超えた角度となって、
前記導光板内部で10回以上全反射されながら前記導光
板の第2の領域へと向かい、前記第2の領域において前
記導光板の前記射出瞳側に設けられた前記ホログラフィ
ック素子で回折反射され、前記導光板の前記射出瞳とは
反対側に設けられた前記ホログラフィック素子で回折反
射されて、前記導光板の全反射臨界角を超えない角度と
なって、前記導光板の前記射出瞳側に設けられた前記ホ
ログラフィック素子を透過し前記導光板から射出して前
記射出瞳に導かれるようにするのが好ましい。
Further, when the present invention is configured as an observation optical system, an image display element for displaying an image to be observed by an observer is arranged on the image plane, and an eyeball of the observer is located on the pupil plane. The exit pupil is formed as described above, and the luminous flux emitted from the image display element passes through the prism, enters the first region of the light guide plate, and is provided on the prism side of the light guide plate. Permeate the holographic element, is diffracted and reflected by the holographic element provided on the opposite side of the prism of the light guide plate, is diffracted and reflected by the diffractive element provided on the prism side of the light guide plate, Become an angle exceeding the total reflection critical angle of the light guide plate,
While being totally reflected 10 times or more inside the light guide plate, it heads toward the second region of the light guide plate, and is diffracted and reflected by the holographic element provided on the exit pupil side of the light guide plate in the second region. The light is diffracted and reflected by the holographic element provided on the opposite side of the light guide plate from the exit pupil, and has an angle that does not exceed the total reflection critical angle of the light guide plate. It is preferable that the light passes through the holographic element provided in the light guide plate and exits from the light guide plate to be guided to the exit pupil.

【0010】また、本発明の光学系は、撮像光学系とし
て構成する場合には、前記像面に物体像を撮像する撮像
素子を配置し、前記瞳面に物体からの光束の明るさを絞
る明るさ絞りを配置し、前記明るさ絞りを通過した物体
からの光束が、前記導光板の第2の領域に入射し、前記
導光板の前記物体側に設けられた前記ホログラフィック
素子を透過し、前記導光板の前記物体とは反対側に設け
られた前記ホログラフィック素子で回折反射され、前記
導光板の前記物体側に設けられた前記ホログラフィック
素子で回折反射されて、前記導光板の全反射臨界角を超
えた角度となって、前記導光板内部で10回以上全反射
されながら第1の領域へと向かい、前記第1の領域にお
いて前記導光板の前記プリズム側に設けられた前記ホロ
グラフィック素子で回折反射され、前記導光板の前記プ
リズムとは反対側に設けられた前記ホログラフィック素
子で回折反射されて、前記プリズム側に設けられた前記
回折素子を透過して前記導光板から射出し、前記プリズ
ムを経由して前記撮像素子に導かれるようにするのが好
ましい。
When the optical system of the present invention is configured as an image pickup optical system, an image pickup device for picking up an object image is arranged on the image plane, and the brightness of a light beam from the object is narrowed on the pupil plane. A brightness stop is arranged, and a light flux from an object that has passed through the brightness stop is incident on a second region of the light guide plate and passes through the holographic element provided on the object side of the light guide plate. The light guide plate is diffracted and reflected by the holographic element provided on the side opposite to the object, and the light guide plate is diffracted and reflected by the holographic element provided on the object side of the light guide plate. An angle exceeding the reflection critical angle, the light is directed toward the first region while being totally reflected 10 times or more inside the light guide plate, and the hollow provided on the prism side of the light guide plate in the first region Graphic element Diffracted and reflected, diffracted and reflected by the holographic element provided on the side of the light guide plate opposite to the prism, and transmitted through the diffraction element provided on the prism side and emitted from the light guide plate, It is preferable that the light is guided to the image pickup device via a prism.

【0011】本発明の基本原理について図を用いて説明
する。図1は本発明による光学系の概念図、図2は本発
明による光学系を構成する導光板に入射する光の反射状
態を示す原理説明図、図3は図1の構成において軸上光
線が導光板内部で中間結像される状態を説明するための
概念図である。なお、説明の便宜上、図の右側から光線
追跡をすることとする。
The basic principle of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram of an optical system according to the present invention, FIG. 2 is a principle explanatory view showing a reflection state of light incident on a light guide plate constituting the optical system according to the present invention, and FIG. It is a conceptual diagram for explaining the state where an intermediate image is formed inside the light guide plate. Note that, for convenience of explanation, it is assumed that ray tracing is performed from the right side of the figure.

【0012】本発明の光学系は、図1に示すように、瞳
面1と像面5との間に導光板3と偏心プリズム4を有し
ている。導光板3は、図2に示すように、基盤ガラスの
入射領域の両面に回折素子として第1のHOE(体積型
ホログラフィック素子)、第2のHOEを夫々設けると
共に、射出領域の両面に回折素子として第3のHOE、
第4のHOEを夫々設けて構成されている。なお、基盤
としては透明ガラスの代わりに透明プラスチックを用い
てもよい。
As shown in FIG. 1, the optical system of the present invention has a light guide plate 3 and an eccentric prism 4 between a pupil plane 1 and an image plane 5. As shown in FIG. 2, the light guide plate 3 is provided with a first HOE (volume holographic element) and a second HOE as diffractive elements on both surfaces of an incident region of the base glass, and diffracts light on both surfaces of an emission region. A third HOE as an element,
Fourth HOEs are provided. Note that a transparent plastic may be used instead of the transparent glass as the base.

【0013】ここで、導光板に設けられた第2HOEに
対し臨界角以下の入射角度でもって入射する所定波長の
軸上光線の導光板内での反射状態について、第2HOE
に対し垂直に入射する光を用いて説明する。第2HOE
に垂直に入射した光は、そのまま第2HOEを透過し
て、第1HOEに入射する。第1HOEは、この入射位
置Q1においてこの第1の入射角度でもって入射した光
を回折反射するように角度選択性を有して構成されてお
り、この入射光を回折反射する。第1HOEで回折反射
された光は第2の入射角度でもって第2HOEに入射す
る。第2HOEは、この入射位置Q2において第2の入
射角度でもって入射した光を回折反射するように角度選
択性を有して構成されており、この入射光を回折反射す
る。
Here, the reflection state of the on-axis light of a predetermined wavelength incident on the second HOE provided on the light guide plate at an incident angle smaller than the critical angle in the light guide plate will be described.
This will be described using light that is perpendicularly incident on. 2nd HOE
Is vertically incident on the first HOE as it passes through the second HOE as it is. The first HOE has an angle selectivity so as to diffract and reflect the light incident at the first incident angle at the incident position Q1, and diffracts and reflects the incident light. Light diffracted and reflected by the first HOE is incident on the second HOE at a second angle of incidence. The second HOE has an angle selectivity so as to diffract and reflect light incident at the second incident angle at the incident position Q2, and diffracts and reflects the incident light.

【0014】第2HOEで回折反射された光は導光板に
対して臨界角を超えた第3の入射角度でもって、第1H
OEに入射する。第1HOEは、この入射位置Q3にお
いて臨界角を超えた第3の入射角度でもって入射した光
を全反射する。全反射された光は、同様に臨界角を超え
た第3の入射角度でもって、第2HOEに入射する。第
2HOEは、この入射位置Q4において臨界角を超えた
第3の入射角度でもって入射した光を全反射する。全反
射された光は、以下、両側のガラス又はプラスチックで
できた基盤面及び基盤面に設けられたHOEで同様の全
反射を繰り返して射出領域に設けられた第4HOEの所
定位置へと導かれる。
The light diffracted and reflected by the second HOE has a third angle of incidence exceeding the critical angle with respect to the light guide plate, and is reflected by the first HOE.
It is incident on the OE. The first HOE totally reflects light incident at a third incident angle exceeding the critical angle at the incident position Q3. The totally reflected light similarly enters the second HOE at a third angle of incidence that exceeds the critical angle. The second HOE totally reflects light incident at a third incident angle exceeding the critical angle at the incident position Q4. The totally reflected light is thereafter guided to a predetermined position of the fourth HOE provided in the emission area by repeating the same total reflection on the base surface made of glass or plastic on both sides and the HOE provided on the base surface. .

【0015】第4HOEは、所定位置Qmにおいて臨界
角を超えた第3の入射角度でもって入射した光を回折反
射するように角度選択性を有して構成されており、この
入射光を回折反射する。第4HOEで回折反射された光
は導光板に対して第4の入射角度でもって、第3HOE
に入射する。第3HOEはこの入射位置Qnにおいて第
4の入射角度でもって入射した光を回折反射するように
角度選択性を有して構成されており、この入射光を回折
反射する。第3HOEで回折反射された光は導光板に対
して臨界角以下の第5の入射角度でもって(図2におい
ては垂直、即ち、0度の入射角でもって)第4HOEに
入射し、そのまま第4HOEを透過して導光板を射出す
る。
The fourth HOE has an angle selectivity so as to diffract and reflect light incident at a predetermined position Qm at a third incident angle exceeding the critical angle, and diffracts and reflects this incident light. I do. The light diffracted and reflected by the fourth HOE has a fourth incident angle with respect to the light guide plate, and the third HOE
Incident on. The third HOE has an angle selectivity so as to diffract and reflect light incident at a fourth incident angle at the incident position Qn, and diffracts and reflects the incident light. The light diffracted and reflected by the third HOE is incident on the fourth HOE at a fifth incident angle below the critical angle with respect to the light guide plate (perpendicular in FIG. 2, that is, at an incident angle of 0 degree). The light guide plate is emitted through the 4HOE.

【0016】このように、導光板の入射領域において別
個のHOEで2回回折させると共に、射出領域において
も別個のHOEを介して2回回折させれば、1回あたり
の回折角度が大きくならずに済む。
As described above, if the light is diffracted twice by the separate HOEs in the incident area of the light guide plate and is also diffracted twice by the separate HOEs in the exit area, the diffraction angle per one time does not increase. Only

【0017】一般に回折角度の大きな回折光学素子は、
素子内部に有する格子構造のピッチが細かくなり製造が
困難となることが知られている。本発明の光学系では、
上述のように、導光板の入射領域および射出領域に夫々
複数枚以上のHOE素子を配置したので、HOE素子の
1回あたりの回折角度が大きくならないように抑えるこ
とができ、HOE中の干渉縞のピッチを大きくすること
ができる。また、露光の際の許容振動幅が軽減され、露
光光学系の位置精度も緩和される。更に、HOE露光用
感光材料に要求される露光可能最大周波数がより低いも
ので可能となる。
Generally, a diffractive optical element having a large diffraction angle is
It is known that the pitch of the lattice structure provided inside the element becomes finer, which makes production difficult. In the optical system of the present invention,
As described above, since a plurality of HOE elements are arranged in each of the incident area and the emission area of the light guide plate, it is possible to suppress the diffraction angle per one time of the HOE element from becoming large, and it is possible to suppress the interference fringe in the HOE. Pitch can be increased. Further, the allowable vibration width at the time of exposure is reduced, and the positional accuracy of the exposure optical system is also reduced. Further, it is possible to use a photosensitive material for HOE exposure which has a lower maximum exposure frequency required.

【0018】なお、図2に示すような導光板は、小型化
のために回転非対称な光学作用面が配置され、光軸が折
れ曲がっている偏心光学系として構成されており、特に
導光板に光を入射させた後に全反射させて所定位置まで
導いて射出させるために回転非対称な光学的作用を有す
るHOE素子を配置しているため、このままでは、大き
な偏心収差が発生してしまう。そこで、本発明では、図
1に示すように、導光板の外部に少なくとも1面に自由
曲面を有する偏心プリズムを配置して、導光板を介して
生じる偏心収差を補正することができるようにしてい
る。
The light guide plate as shown in FIG. 2 is configured as a decentered optical system in which a rotationally asymmetric optical action surface is disposed for miniaturization and the optical axis is bent. Since the HOE element having a rotationally asymmetric optical action is arranged to cause the light to be totally reflected, guided to a predetermined position, and emitted after the light is made incident, large eccentric aberrations will be generated as it is. Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 1, an eccentric prism having a free-form surface on at least one surface is arranged outside the light guide plate so that eccentric aberration generated via the light guide plate can be corrected. I have.

【0019】また、本発明の光学系のように、導光板内
部での全反射回数が10回以上となるように構成すれ
ば、導光板の厚さを薄型に保ち且つ長い距離を導光させ
ることができる。更に、導光板内における全反射回数が
20回以上となるように構成すればより好ましく、30
回以上となるように構成すればより一層好ましい。
If the number of total reflections inside the light guide plate is 10 or more as in the optical system of the present invention, the light guide plate is kept thin and light is guided over a long distance. be able to. Further, it is more preferable that the number of total reflections in the light guide plate is 20 or more,
It is more preferable that the number of times is equal to or more than the number of times.

【0020】また、本発明の光学系は、入射光束が導光
板内部で中間像を結像するリレー光学系として構成され
ているのが好ましい。図3は、本発明のリレー光学系の
概念を簡略化して示したものである。図3においては、
説明の便宜上、1枚の導光板を入射領域の導光板と射出
領域の導光板とが分かれているものとして示すととも
に、光線の全反射を省略している。また、右上側の導光
板に軸上光束が入射するものとして説明する。導光板の
入射領域に入射した射出瞳からの軸上光束は、導光板の
入射領域両側に設けられたHOEを介して2回回折反射
された後にその途中で中間結像位置で一旦結像し、導光
板の射出領域に入射し、導光板の射出領域両側に設けら
れたHOEを介して2回回折反射されて導光板の射出領
域より射出し、偏心プリズムに入射する。
It is preferable that the optical system of the present invention is configured as a relay optical system that forms an intermediate image in the light guide plate with the incident light beam. FIG. 3 shows a simplified concept of the relay optical system of the present invention. In FIG.
For convenience of explanation, one light guide plate is shown as having a light guide plate in an incident area and a light guide plate in an emission area, and total reflection of light rays is omitted. Further, the description will be made on the assumption that the axial light beam enters the upper right light guide plate. The axial luminous flux from the exit pupil incident on the light guide plate incident area is diffracted and reflected twice through the HOEs provided on both sides of the light guide plate incident light, and then forms an image at an intermediate image forming position on the way. The light enters the emission region of the light guide plate, is diffracted and reflected twice through the HOEs provided on both sides of the emission region of the light guide plate, exits from the emission region of the light guide plate, and enters the eccentric prism.

【0021】このように、本発明の光学系を、入射光束
が導光板の入射領域から射出領域に至るまでの間で中間
結像するリレー光学系として構成すれば、接眼側の光学
系で発生する収差をリレー光学系の中間結像位置より像
側の光学系で補正することができ、しかも、リレー光学
系により小さな画像表示素子を中間結像面に大きく投影
することで、見かけ上大きな画像表示素子を接眼光学系
に用いたものと光学的に等価になる。これにより小さな
画像表示素子を用いても広い観察画角を得ることができ
る。一方、上記従来の光学系のように、リレー光学系を
構成しないで接眼光学系だけで画像表示装置を構成しよ
うとすると、広い観察画角を達成するためには、接眼光
学系側のパワーを強くする、即ち、焦点距離を短くして
倍率を上げる必要があるが、接眼光学系のパワーを強く
しすぎると収差が悪くなる。従って、本発明の光学系
は、リレー光学系方式で構成するのが、これらの諸問題
を防ぐために有用である。なお、中間像を結像すること
ができれば、リレー光学系を構成するための光学要素
は、プリズム、レンズなどどのようなものであってもよ
い。
As described above, if the optical system of the present invention is configured as a relay optical system that forms an intermediate image of the incident light beam from the incident area to the emission area of the light guide plate, the optical system on the eyepiece side generates Can be corrected by the optical system closer to the image than the intermediate image position of the relay optical system, and the relay optical system projects a large image display element onto the intermediate image plane, which results in an apparently large image. It becomes optically equivalent to one using the display element in the eyepiece optical system. Thus, a wide viewing angle can be obtained even when a small image display element is used. On the other hand, if the image display device is configured with only the eyepiece optical system without configuring the relay optical system as in the above-described conventional optical system, in order to achieve a wide viewing angle of view, the power of the eyepiece optical system must be reduced. It is necessary to increase the magnification, that is, shorten the focal length, and increase the power of the eyepiece optical system. Therefore, configuring the optical system of the present invention by a relay optical system is useful for preventing these problems. As long as an intermediate image can be formed, any optical element such as a prism or a lens may be used to configure the relay optical system.

【0022】このように、図1に示す本発明の光学系
は、導光板3内部に入射した光束が、入射領域で少なく
とも2回回折反射された後に全反射を繰り返して導光板
内部の中間結像位置で結像した後、全反射を繰り返しな
がら射出領域に導かれ、射出領域で少なくとも2回回折
反射されて射出領域から射出して、自由曲面プリズム4
に第1面41より入射し、第2面42、第3面43で反射
されて、第4面44より射出した後、像面位置で結像す
るように構成されている。
As described above, in the optical system of the present invention shown in FIG. 1, the light beam incident on the inside of the light guide plate 3 is repeatedly reflected at least twice in the incident area, and is repeatedly subjected to total reflection. After forming an image at the image position, the light is guided to the emission area while repeating total reflection. The light is diffracted and reflected at least twice in the emission area and emitted from the emission area.
The incident from the first surface 4 1, the second surface 4 2, is reflected by the third surface 4 3, after emitted from the fourth surface 4 4, is configured to image at the image plane position.

【0023】また、本発明の光学系は、瞳径をPD(P
upil Diamater)、アイリリーフをER
(Eye Relief)とした時、次の条件式(1)を
満足することが望ましい。 0.1 ≦ PD ≦ ER×0.9 ……(1) 瞳径PDが下限を超えて小さくなると、回折の影響によ
り高解像度な画像を観察、撮像等をすることが困難とな
る。一方、瞳径PDが上限を超えて大きくなると瞳径が
大きくなりすぎ収差補正が困難となり、更に光学系が大
型化してしまう。
In the optical system of the present invention, the pupil diameter is set to PD (P
upil Diameter), eye relief ER
When (Eye Relief) is satisfied, it is preferable that the following conditional expression (1) is satisfied. 0.1 ≦ PD ≦ ER × 0.9 (1) When the pupil diameter PD becomes smaller than the lower limit and becomes small, it becomes difficult to observe and capture a high-resolution image due to the influence of diffraction. On the other hand, if the pupil diameter PD becomes larger than the upper limit, the pupil diameter becomes too large, and it becomes difficult to correct aberrations, and the optical system is further enlarged.

【0024】また、本発明の光学系は、次の条件式(2)
を満足することがより望ましい。 1.0 ≦ PD ≦ ER×0.6 ……(2) 条件式(2)の上限及び下限の意味は上記条件式(1)と同様
である。
The optical system according to the present invention provides the following conditional expression (2):
It is more desirable to satisfy 1.0 ≦ PD ≦ ER × 0.6 (2) The meanings of the upper and lower limits of conditional expression (2) are the same as in conditional expression (1).

【0025】更に、本発明の光学系は、次の条件式(3)
を満足することがより一層望ましい。 1.0 ≦ PD ≦ ER×0.3 ……(3) 条件式の上限及び下限の意味は上記条件式(1)と同様で
ある。
Further, the optical system according to the present invention provides the following conditional expression (3):
It is even more desirable to satisfy 1.0 ≦ PD ≦ ER × 0.3 (3) The meanings of the upper and lower limits of the conditional expression are the same as those of the conditional expression (1).

【0026】また、本発明の光学系は、導光板内におけ
る軸上主光線の入射位置から射出位置までの距離をLと
したとき、次の条件式(4)を満足することが望ましい。 30.0mm ≦ L ≦ 200.0mm ……(4) 下限を超えて距離Lが短いと、導光板における、観察者
の顔面側に偏心プリズムなどの光学系が設けられている
場合、観察者の顔面にその光学系が干渉してしまい、ま
た、導光板における、観察者の顔面とは対向する側に偏
心プリズムなどの光学系が設けられている場合、その光
学系がシースルー観察を遮断してしまう。一方、上限を
超えて距離Lが長くなると、装置が大きくなりすぎ、ま
た重量も重くなり頭部への装着が困難となる。
It is preferable that the optical system of the present invention satisfies the following conditional expression (4), where L is the distance from the incident position to the exit position of the axial chief ray in the light guide plate. 30.0 mm ≦ L ≦ 200.0 mm (4) If the distance L is less than the lower limit and the optical system such as an eccentric prism is provided on the light guide plate on the face side of the observer, the distance of the observer may be reduced. If the optical system interferes with the face, and if an optical system such as an eccentric prism is provided on the light guide plate on the side facing the observer's face, the optical system blocks see-through observation. I will. On the other hand, when the distance L is longer than the upper limit, the device becomes too large, the weight becomes heavy, and it becomes difficult to mount it on the head.

【0027】また、本発明の光学系は、次の条件式(5)
を満足することがより望ましい。 35.0mm ≦ L ≦ 140.0mm ……(5) 条件式(5)の上限及び下限の意味は上記条件式(4)と同様
である。
The optical system according to the present invention provides the following conditional expression (5):
It is more desirable to satisfy 35.0 mm ≦ L ≦ 140.0 mm (5) The meanings of the upper and lower limits of conditional expression (5) are the same as those of conditional expression (4).

【0028】更に、本発明の光学系は、次の条件式(6)
を満足することがより一層望ましい。 40.0mm ≦ L ≦ 70.0mm ……(6) 条件式(6)の上限及び下限の意味は上述と同様である。
Further, the optical system of the present invention provides the following conditional expression (6):
It is even more desirable to satisfy 40.0 mm ≦ L ≦ 70.0 mm (6) The meanings of the upper and lower limits of conditional expression (6) are the same as described above.

【0029】なお、本発明の光学系は、瞳面と像面とが
導光板の同一面側に位置する場合と瞳面と像面とが導光
板を隔てて位置する場合のいずれにも適用可能である。
The optical system of the present invention is applicable to both cases where the pupil plane and the image plane are located on the same plane side of the light guide plate and where the pupil plane and the image plane are located with the light guide plate separated. It is possible.

【0030】また、本発明の観察光学系に用いる画像表
示素子は、透過型と反射型のいずれのタイプのものもで
あってもよい。
The image display device used in the observation optical system of the present invention may be of either a transmission type or a reflection type.

【0031】そして、本発明の光学系において、前記画
像表示素子を前記反射型の画像表示素子で構成する場
合、照明光源を備え、前記プリズムを前記照明光源から
の照明光を前記反射型の画像表示素子に導き、更に、前
記反射型の画像表示素子で反射した光束を前記導光板の
入射領域に導くようにするのが好ましい。
In the optical system according to the present invention, when the image display device is constituted by the reflection type image display device, an illumination light source is provided, and the illumination light from the illumination light source is transmitted to the reflection type image display device. It is preferable that the light is guided to a display element, and further, the light flux reflected by the reflective image display element is guided to an incident area of the light guide plate.

【0032】なお、本発明の光学系では、図2に示すよ
うに、ホログラフフィク素子を、前記導光板の夫々の側
において入射領域と射出領域とで夫々別体に設けて構成
しているが、ホログラフィック素子を、前記導光板の夫
々の側において入射領域から射出領域に至るまで一体に
形成し、且つ、入射領域の所定位置から射出領域の所定
位置に至るまでの領域において光束が、全反射臨界角を
超えた角度でもって前記導光板内を10回以上全反射す
るように構成してもよい。
Incidentally, in the optical system of the present invention, as shown in FIG. 2, the holographic fixture elements are provided separately in the incident area and the emission area on each side of the light guide plate. A holographic element is integrally formed on each side of the light guide plate from the incident area to the emission area, and the luminous flux in the area from the predetermined position of the incidence area to the predetermined position of the emission area is completely The light guide plate may be totally reflected 10 times or more at an angle exceeding the reflection critical angle.

【0033】また、本発明の観察光学系は、前記導光板
を隔てて前記射出瞳とは反対側に撮像素子を設け、前記
射出瞳位置に眼球が位置したときの観察者の像が前記導
光板を透過して撮像されるように構成してもよい。
Further, in the observation optical system of the present invention, an image pickup device is provided on the opposite side of the light guide plate from the exit pupil, and an image of an observer when an eyeball is located at the exit pupil position is provided. You may comprise so that it may image through a light plate.

【0034】また、本発明の光学系では、前記ホログラ
フィック素子は上述のように体積型ホログラム(HO
E)で構成されているのが好ましい。
In the optical system according to the present invention, the holographic element is a volume hologram (HO) as described above.
It is preferable to comprise E).

【0035】また、本発明の光学系は、前記導光板の面
形状が平面形状に形成されているのが好ましい。なお、
前記導光板の面形状が曲面形状に形成されていてもよ
い。
In the optical system according to the present invention, it is preferable that the light guide plate is formed in a planar shape. In addition,
The surface shape of the light guide plate may be formed in a curved shape.

【0036】また、本発明において、導光板の板面形状
を一方向へ曲率を持つ曲面形状に形成すれば、光学系全
体をより小型化することができる。
In the present invention, if the light guide plate is formed in a curved shape having a curvature in one direction, the entire optical system can be further reduced in size.

【0037】ところで、平面フィルム状に供給された体
積型ホログラム素子用の感光材料は、シリンドリカル形
状への湾曲加工は比較的容易であるが、X方向およびY
方向の両方向に同時に曲率を持つ基盤形状に加工するこ
とは困難である。そこで、導光板の板面形状を平面形状
に形成し、その平面基盤上に体積型ホログラムを配置す
れば、生産も容易な構成をとることができる。
Incidentally, the photosensitive material for a volume hologram element supplied in the form of a flat film can be relatively easily bent into a cylindrical shape, but can be bent in the X and Y directions.
It is difficult to machine into a base shape having a curvature in both directions at the same time. Therefore, if the plate surface of the light guide plate is formed in a planar shape and the volume hologram is arranged on the planar base, a configuration that can be easily manufactured can be obtained.

【0038】なお、体積型ホログラムは、基盤面に貼り
つけるか、又は、基盤面に埋め込んで基盤面と面一にな
るようにする。
The volume hologram is attached to the base surface or embedded in the base surface so as to be flush with the base surface.

【0039】また、前記プリズムの前記偏心収差を補正
する面は、回転非対称なディストーション補正やテレセ
ントリック性の良好な光学系とするために自由曲面など
の回転非対称な面が望ましいが、球面、非球面、アナモ
ルフィック面などの回転対称な面で構成することも可能
である。
The surface of the prism for correcting the eccentric aberration is desirably a rotationally asymmetric surface such as a free-form surface in order to achieve rotationally asymmetric distortion correction and an optical system having good telecentricity. , A rotationally symmetric surface such as an anamorphic surface.

【0040】また、本発明の観察光学系は、体積型ホロ
グラムは、上述のような反射型HOEに限定されるもの
ではなく、例えば、図2において、入射領域の第2HO
E又は射出領域の第4HOEに透過型HOEを用いて、
回折透過させてもよい。
In the observation optical system of the present invention, the volume hologram is not limited to the above-mentioned reflection type HOE. For example, in FIG.
E or using a transmission type HOE for the fourth HOE in the emission area,
The light may be transmitted by diffraction.

【0041】なお、本発明の光学系のこれらの構成は、
上述のように、観察系だけでなく撮像系への適用も可能
である。即ち、本発明の観察光学系における、観察者が
観察する画像を表示する画像表示素子、及び射出瞳を、
本発明の撮像光学系では、物体像を撮像する撮像素子、
及び物体からの光束の明るさを絞る明るさ絞りに、夫々
置き換えて構成する。そして、撮像光学系においても、
上述の条件式など観察光学系に順じた構成とすると好ま
しい。
Incidentally, these configurations of the optical system of the present invention are as follows.
As described above, application to not only the observation system but also the imaging system is possible. That is, in the observation optical system of the present invention, an image display element for displaying an image observed by an observer, and an exit pupil,
In the imaging optical system of the present invention, an imaging element that captures an object image,
And a brightness stop for reducing the brightness of the light beam from the object. And also in the imaging optical system,
It is preferable to adopt a configuration according to the observation optical system such as the above-mentioned conditional expression.

【0042】その他、本発明の光学系は、防塵部材で覆
われていることが好ましい。このように構成すれば、ゴ
ミ等が拡大観察されてしまうのを防ぐことができる。ま
た、ホログラフィック素子を有する導光板にあっては、
防塵部材により外部からのホログラフィック素子への水
分の侵入によりホログラフィック素子が膨張して回折の
ピーク波長が変化してしまうのを防ぐことができる。な
お、その場合、防塵部材は、外部を覆う箱体と、導光板
と瞳面との間を通る光を透過させる透明カバーとを備え
ているのが好ましい。また、その場合、透明カバーは、
ガラス又はプラスチックなどを材料として形成された透
明部材で構成してもよい。
In addition, the optical system of the present invention is preferably covered with a dustproof member. With such a configuration, it is possible to prevent dust and the like from being enlarged and observed. In the light guide plate having a holographic element,
The dustproof member can prevent the holographic element from expanding due to the intrusion of moisture from the outside into the holographic element and changing the peak wavelength of diffraction. In this case, the dustproof member preferably includes a box body that covers the outside and a transparent cover that transmits light passing between the light guide plate and the pupil surface. In that case, the transparent cover
It may be constituted by a transparent member formed of glass or plastic or the like.

【0043】また、画像表示素子と、以上のような本発
明の何れかの観察光学系を接眼光学系として配置した本
体部と、前記観察光学系の射出瞳を観察者の眼球位置に
保持するように前記本体部を観察者頭部に支持する支持
部材と、前記観察者の耳に音声を与えるスピーカー部材
とを有して頭部装着型画像表示装置を構成することがで
きる。
Further, an image display element, a main body in which any of the above-described observation optical systems according to the present invention is arranged as an eyepiece optical system, and an exit pupil of the observation optical system is held at an eyeball position of an observer. As described above, the head-mounted image display device can be configured to include the support member that supports the main body portion on the observer's head and the speaker member that provides sound to the observer's ear.

【0044】その場合の頭部装着型画像表示装置は、前
記本体部が、右眼用の観察光学系と左眼用の観察光学系
とを備え、前記スピーカー部材が、右耳用スピーカー部
材と左耳用スピーカー部材とを有するように構成しても
よい。
In this case, in the head mounted image display device, the main body includes an observation optical system for the right eye and an observation optical system for the left eye, and the speaker member includes a speaker member for the right ear. You may comprise so that it may have a speaker member for left ears.

【0045】また、この頭部装着型画像表示装置は、前
記スピーカー部材がイヤホンで構成されていてもよい。
Further, in this head-mounted image display device, the speaker member may be constituted by an earphone.

【0046】なお、本発明の光学系において、プリズム
は、観察光学系では逆光線追跡、撮像光学系では順光線
追跡で、物点中心を通り、観察光学系では射出瞳、撮像
光学系では明るさ絞りの中心を通過して像面の中心に到
達する光線を軸上主光線としたとき、少なくとも1つの
反射面が軸上主光線に対して偏心していないと、軸上主
光線の入射光線と反射光線が同一の光路を通ることとな
り、軸上主光線が光学系中で遮断されてしまう。その結
果、中心部が遮光された光束のみで像を形成することに
なり、中心が暗くなったり、中心では全く像を結ばなく
なったりしてしまう。そこで、本発明に用いるプリズム
には偏心プリズムを用いている。
In the optical system according to the present invention, the prism passes through the center of the object point through the backward ray tracing in the observation optical system, the forward ray tracing in the imaging optical system, the exit pupil in the observation optical system, and the brightness in the imaging optical system. When a light ray passing through the center of the stop and reaching the center of the image plane is defined as an axial chief ray, if at least one reflecting surface is not decentered with respect to the axial chief ray, the incident ray of the axial chief ray is The reflected light rays pass through the same optical path, and the axial chief rays are blocked in the optical system. As a result, an image is formed only by the light flux whose central portion is shielded, and the center becomes dark or the image is not formed at the center at all. Therefore, an eccentric prism is used as the prism used in the present invention.

【0047】また、パワーを付けた反射面を軸上主光線
に対して偏心させた場合、本発明で用いられるプリズム
部材を構成する面のうち、少なくとも1つの面は回転非
対称な面であることが望ましい。その中でも、特に、プ
リズム部材の少なくとも1つの反射面を回転非対称な面
にすることが収差補正上は好ましい。
When the reflecting surface with power is decentered with respect to the axial principal ray, at least one of the surfaces constituting the prism member used in the present invention is a rotationally asymmetric surface. Is desirable. Among them, it is particularly preferable that at least one reflecting surface of the prism member is a rotationally asymmetric surface in terms of aberration correction.

【0048】光路を折り曲げて、共通領域の光路を重複
して利用するために光学系を偏心配置する必要がある。
しかし、このように光路を折り曲げるために光学系を偏
心光学系とすると、回転非対称なディストーションや回
転非対称な像面湾曲などの偏心収差が発生する。この偏
心収差を補正するために回転非対称な面を上述のように
用いる。
It is necessary to decenter the optical system in order to bend the optical path and use the optical path of the common area redundantly.
However, if the optical system is an eccentric optical system in order to bend the optical path in this way, eccentric aberrations such as rotationally asymmetric distortion and rotationally asymmetric field curvature are generated. To correct this eccentric aberration, a rotationally asymmetric surface is used as described above.

【0049】また、本発明で用いられるホログラフィッ
ク素子の面が回転非対称な面であることが同様の理由で
望ましい。なお、ホログラフィック素子を設けるベース
面は、上述のように平面形状が望ましいが、シリンドリ
カル面、球面、非球面、アナモルフィック面、トーリッ
ク面、対称面を1面のみ有する面、面対称自由曲面形状
のいずれの形状に形成されていてもよい。
It is desirable that the surface of the holographic element used in the present invention is a rotationally asymmetric surface for the same reason. The base surface on which the holographic element is provided is desirably a planar shape as described above. However, a cylindrical surface, a spherical surface, an aspheric surface, an anamorphic surface, a toric surface, a surface having only one symmetric surface, and a plane-symmetric free-form surface It may be formed in any of the shapes.

【0050】また、本発明で用いる回転非対称な面は、
アナモルフィック面、トーリック面、対称面を1面のみ
有する面対称自由曲面で構成することができる。なお、
好ましくは、対称面を1面のみ有する自由曲面で構成す
るとよい。
The rotationally asymmetric surface used in the present invention is:
It can be constituted by a plane-symmetric free-form surface having only one anamorphic surface, toric surface and symmetry surface. In addition,
Preferably, a free-form surface having only one plane of symmetry may be used.

【0051】なお、本発明では、軸上主光線を、観察光
学系においては、射出瞳の中心を通り画像表示素子の中
心に到達する光線で逆光線追跡で、撮像光学系において
は、明るさ絞りの中心を通り撮像素子の中心に到達する
光線で順光線追跡で定義する。そして、軸上主光線が射
出瞳又は明るさ絞りの中心から導光板の入射領域のHO
E面に交差するまでの直線によって定義される光軸をZ
軸と定義し、また、このZ軸と直交し、かつ、導光板を
構成する各面の偏心面内の軸をY軸と定義し、さらに、
Z軸と直交し、かつ、Y軸と直交する軸をX軸と定義す
る。また、射出瞳又は明るさ絞りの中心を本発明の観察
光学系又は撮像光学系における座標系の原点とする。ま
た、本発明においては、上述のように射出瞳から画像表
示素子に向かう逆光線追跡、又は明るさ絞りから撮像素
子に向かう順光線追跡で面番号をつけることとし、軸上
主光線が、射出瞳から画像表示素子に至る方向又は明る
さ絞りから撮像素子に至る方向をZ軸の正方向、画像表
示素子に向かうY軸の方向又は撮像素子に向かうY軸の
方向をY軸の正方向、Y軸とZ軸と右手系を構成するX
軸の方向をX軸の正方向と夫々定義する。ここで、本発
明で使用する自由曲面は、次式(7)により定義する。な
お、その定義式のZ軸が自由曲面の軸となる。
In the present invention, the on-axis principal ray is traced by a ray that passes through the center of the exit pupil and reaches the center of the image display element in the observation optical system, and is traced by the reverse ray. Are defined by forward ray tracing with rays reaching the center of the image sensor through the center of the image sensor. Then, the axial chief ray moves from the center of the exit pupil or the aperture stop to the HO of the incident area of the light guide plate.
Let the optical axis defined by the straight line to intersect the E plane be Z
An axis, and an axis perpendicular to the Z axis and within an eccentric plane of each surface constituting the light guide plate is defined as a Y axis.
An axis orthogonal to the Z axis and orthogonal to the Y axis is defined as an X axis. The center of the exit pupil or the aperture stop is the origin of the coordinate system in the observation optical system or the imaging optical system of the present invention. Also, in the present invention, surface numbers are assigned by reverse ray tracing from the exit pupil to the image display element as described above, or by forward ray tracing from the aperture stop to the image pickup element, and the axial chief ray is the exit pupil. A direction from the aperture to the image display element or a direction from the aperture stop to the image sensor is the positive direction of the Z axis; the direction of the Y axis toward the image display element or the direction of the Y axis toward the image sensor is the positive direction of the Y axis; X that constitutes the right-handed system with the axis, Z axis
The direction of the axis is defined as the positive direction of the X axis. Here, the free-form surface used in the present invention is defined by the following equation (7). Note that the Z axis of the definition formula is the axis of the free-form surface.

【0052】 ……(7) ただし、(7)式の第1項は球面項、第2項は自由曲面項
である。また球面項中、Cは頂点の曲率、kはコーニッ
ク定数(円錐定数)、r=√(X2+Y2)である。
[0052] (7) where the first term in the equation (7) is a spherical term, and the second term is a free-form surface term. In the spherical term, C is the curvature of the vertex, k is the conic constant (cone constant), and r = √ (X 2 + Y 2 ).

【0053】自由曲面項は次式(8)のように展開するこ
とができる。 ……(8) ただし、Cj(jは2以上の整数)は係数である。
The free-form surface term can be expanded as in the following equation (8). (8) where C j (j is an integer of 2 or more) is a coefficient.

【0054】上記自由曲面は、一般的には、X−Z面、
Y−Z面とも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。
このような自由曲面は、例えば、上記定義式(7)におい
ては、C2、C5、C7、C9、C12、C14、C16、C18
20、C23、C25、C27、C29、C31、C33、C35・・
・の各項の係数を0にすることによって達成することが
可能である。
The free-form surface is generally an XZ surface,
Although neither YZ plane has a symmetry plane, in the present invention, by setting all odd-order terms of X to 0, YZ
It is a free-form surface having only one symmetric surface parallel to the surface.
Such a free-form surface is, for example, C 2 , C 5 , C 7 , C 9 , C 12 , C 14 , C 16 , C 18 ,
C 20, C 23, C 25 , C 27, C 29, C 31, C 33, C 35 ··
It can be achieved by setting the coefficient of each term of 0 to 0.

【0055】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。このような自由曲面は、例えば、上記定
義式(7)においては、C3、C5、C8、C10、C12
14、C17、C19、C21、C23、C25、C27、C30、C
32、C34、C36・・・の各項の係数を0にすることによ
って達成することが可能である。
By setting all odd-numbered terms of Y to 0, a free-form surface having only one symmetric surface parallel to the XZ plane is obtained. Such a free-form surface is, for example, C 3 , C 5 , C 8 , C 10 , C 12 ,
C 14, C 17, C 19 , C 21, C 23, C 25, C 27, C 30, C
32, the coefficient of each term of C 34, C 36 · · · can be achieved by zero.

【0056】また上記対称面の方向の何れか一方を対称
面とし、それに対応する方向の偏心、例えば、Y−Z面
と平行な対称面に対して光学系の偏心方向はY軸方向
に、X−Z面と平行な対称面に対しては光学系の偏心方
向はX軸方向にすることで、偏心により発生する回転非
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
させることが可能となる。
Further, any one of the directions of the above-mentioned symmetry plane is defined as a symmetry plane, and the eccentricity in the direction corresponding thereto, for example, the eccentric direction of the optical system with respect to the symmetry plane parallel to the YZ plane is in the Y-axis direction. By setting the eccentric direction of the optical system to the X-axis direction with respect to a symmetric plane parallel to the XZ plane, it is possible to effectively correct rotationally asymmetric aberrations caused by the eccentricity while improving productivity. It becomes possible.

【0057】また、上記定義式(7)は、上述のように1
つの例として示したものであり、本発明において、対称
面を1面のみ有する回転非対称面を用いることで偏心に
より発生する回転非対称な収差を補正し、同時に製作性
も向上させるという特徴を有しているが、上記定義式
(7)以外の他のいかなる定義式に対しても同様の効果が
得られることは言うまでもない。
Further, the above-mentioned definition equation (7) is obtained by
In the present invention, a rotationally asymmetric surface having only one plane of symmetry is used to correct rotationally asymmetric aberrations caused by eccentricity, and at the same time improve the manufacturability. But the above defined expression
It goes without saying that the same effect can be obtained for any other definition formula other than (7).

【0058】本発明において、プリズム部材に設けられ
た反射面の形状を、唯一の対称面を1面のみ有した面対
称自由曲面形状にて構成することができる。
In the present invention, the shape of the reflecting surface provided on the prism member may be a plane-symmetric free-form surface having only one symmetric surface.

【0059】また、アナモルフィック面の形状は次の式
(9)により定義される。なお、面形状の原点を通り、光
学面に垂直な直線がアナモルフィック面の軸となる。 Z=(Cx・X2+Cy・Y2)/[1+{1−(1+Kx)Cx2・X2 −(1+Ky)Cy2・Y21/2] +ΣRn{(1−Pn)X2 +(1+Pn)Y2(n+1) ……(9)
The shape of the anamorphic surface is given by the following equation.
Defined by (9). Note that a straight line passing through the origin of the surface shape and perpendicular to the optical surface is the axis of the anamorphic surface. Z = (Cx · X 2 + Cy · Y 2) / [1+ {1- (1 + Kx) Cx 2 · X 2 - (1 + Ky) Cy 2 · Y 2} 1/2] + ΣRn {(1-Pn) X 2 + (1 + Pn) Y 2(n + 1) (9)

【0060】ここで、例としてn=4(4次項)を考え
ると、上記式(9)は、展開したとき、次式(10)で表わす
ことができる。 Z=(Cx・X2+Cy・Y2)/[1+{1−(1+Kx)Cx2・X2 −(1+Ky)Cy2・Y21/2] +R1{(1−P1)X2+(1+P1)Y22 +R2{(1−P2)X2+(1+P2)Y23 +R3{(1−P3)X2+(1+P3)Y24 +R4{(1−P4)X2+(1+P4)Y25 ……(10) ただし、Zは面形状の原点に対する接平面からのずれ
量、CxはX軸方向曲率、CyはY軸方向曲率、Kxは
X軸方向円錐係数、KyはY軸方向円錐係数、Rnは球
面項回転対称成分、Pnは非球面項回転非対称成分であ
る。なお、X軸方向曲率半径Rx、Y軸方向曲率半径R
yと曲率Cx,Cyとは、 Rx=1/Cx,Ry=1/Cy の関係にある。
Here, assuming that n = 4 (fourth-order term) as an example, the above equation (9) can be expressed by the following equation (10) when expanded. Z = (Cx · X 2 + Cy · Y 2) / [1+ {1- (1 + Kx) Cx 2 · X 2 - (1 + Ky) Cy 2 · Y 2} 1/2] + R1 {(1-P1) X 2 + (1 + P1) Y 2} 2 + R2 {(1-P2) X 2 + (1 + P2) Y 2} 3 + R3 {(1-P3) X 2 + (1 + P3) Y 2} 4 + R4 {(1-P4) X 2 + (1 + P4) Y 25 (10) where Z is the deviation from the tangent plane to the origin of the surface shape, Cx is the curvature in the X-axis direction, Cy is the curvature in the Y-axis direction, and Kx is the cone coefficient in the X-axis direction. , Ky are the Y-axis direction conical coefficients, Rn is the rotationally symmetric component of the spherical term, and Pn is the rotationally asymmetric component of the aspherical term. The radius of curvature Rx in the X-axis direction and the radius of curvature R in the Y-axis direction
y and the curvatures Cx, Cy have a relationship of Rx = 1 / Cx, Ry = 1 / Cy.

【0061】また、トーリック面にはXトーリック面と
Yトーリック面があり、夫々次の式(11),(12)により定
義される。面形状の原点を通り、光学面に垂直な直線が
トーリック面の軸となる。Xトーリック面は、次の式(1
1)で定義される。 F(X)=Cx・X2/[1+{1−(1+K)Cx2・X21/2] +AX4+BX6+CX8+DX10・・・・・・ Z=F(X)+(1/2)Cy{Y2+Z2−F(X)2} ……(11) Yトーリック面は、次の式(12)で定義される。 F(Y)=Cy・Y2/[1+{1−(1+K)Cy2・Y21/2] +AY4+BY6+CY8+DY10・・・・・・ Z=F(Y)+(1/2)Cx{X2+Z2−F(Y)2} ……(12) ただし、Zは面形状の原点に対する接平面からのずれ
量、CxはX軸方向曲率、CyはY軸方向曲率、Kは円
錐係数、A,B,C,Dは非球面係数である。なお、X
軸方向曲率半径Rx、Y軸方向曲率半径Ryと曲率C
x,Cyとは、 Rx=1/Cx,Ry=1/Cy の関係にある。
The toric surface includes an X toric surface and a Y toric surface, which are defined by the following equations (11) and (12), respectively. A straight line passing through the origin of the surface shape and perpendicular to the optical surface is the axis of the toric surface. The X toric surface is given by the following equation (1
Defined in 1). F (X) = Cx · X 2 / [1+ {1- (1 + K) Cx 2 · X 2} 1/2] + AX 4 + BX 6 + CX 8 + DX 10 ······ Z = F (X) + ( 1/2) Cy {Y 2 + Z 2 −F (X) 2 } (11) The Y toric surface is defined by the following equation (12). F (Y) = Cy · Y 2 / [1+ {1− (1 + K) Cy 2 · Y 21/2 ] + AY 4 + BY 6 + CY 8 + DY 10 ... Z = F (Y) + ( 1/2) Cx {X 2 + Z 2 −F (Y) 2 } (12) where Z is the amount of deviation of the surface shape from the tangent plane to the origin, Cx is the curvature in the X-axis direction, and Cy is the Y-axis direction. The curvature, K is a conical coefficient, and A, B, C, and D are aspherical coefficients. Note that X
Axial radius of curvature Rx, Y-axis radius of curvature Ry and curvature C
x and Cy have a relationship of Rx = 1 / Cx and Ry = 1 / Cy.

【0062】ホログラフィック素子には、レリーフ型ホ
ログラムと体積型ホログラムがある。レリーフ型ホログ
ラムは、入射角選択性や波長選択性が小さく、特定の入
射角、波長の光を回折して必要次数光として結像させる
が、それ以外の入射角、波長の光についても、回折効率
が低下した状態で回折してしまい、不要次数光として結
像させてしまうという性質を有する。一方、体積型ホロ
グラムは入射角選択性や波長選択性が高く、特定の波
長、入射角の光のみを回折して必要次数光として結像さ
せ、それ以外の光については殆どを0次光として透過又
は反射させてしまい、不要次数光を結像させ難いという
特性を有している。従って、本発明のように第1プリズ
ムに用いるホログラフィック素子として反射型体積ホロ
グラムを用いれば、不要次数光による像ブレの発生を防
ぐことができ、鮮明な観察画像を得ることができる。
The holographic element includes a relief hologram and a volume hologram. Relief-type holograms have low incident angle selectivity and wavelength selectivity, and diffract light at a specific incident angle and wavelength to form an image as the required order light. It has the property that it is diffracted in a state where the efficiency is reduced, and forms an image as unnecessary-order light. On the other hand, volume holograms have high incidence angle selectivity and wavelength selectivity, diffract only light of a specific wavelength and incident angle to form an image as a required order light, and most other light is assumed to be a zero order light. It has the property of being transmitted or reflected and making it difficult to image unnecessary order light. Therefore, if a reflection type volume hologram is used as the holographic element used for the first prism as in the present invention, it is possible to prevent the occurrence of image blur due to unnecessary order light, and to obtain a clear observation image.

【0063】なお、本発明におけるホログラフィック素
子である体積型ホログラム(HOE)は以下のように定
義する。図36は本発明におけるHOEを定義するため
の原理図である。まず、HOE面に入射し、さらに射出
する波長λの光線追跡は、基準波長λ0=HWLに対し
て定義されるHOE面上での光路差関数Φ0を用いて、
次式(13)で与えられる。 ndd・N=nii・N+m(λ/λ0)∇Ф0・N ……(13) ただし、NはHOE面の法線ベクトル、ni(nd)は入
射側(射出側)の屈折率、Qi(Qd)は入射(射出)ベ
クトル(単位ベクトル)である。また、m=HORは射
出光の回折次数である。
The volume hologram (HOE), which is a holographic element in the present invention, is defined as follows. FIG. 36 is a principle diagram for defining the HOE in the present invention. First, ray tracing of a wavelength λ that enters and exits the HOE surface is performed by using an optical path difference function Φ 0 on the HOE surface defined with respect to a reference wavelength λ 0 = HWL.
It is given by the following equation (13). n d Q d · N = n i Q i · N + m (λ / λ 0) ∇Ф 0 · N ...... (13) However, the normal vector of N is HOE surface, n i (n d) is incident side ( The refractive index Q i (Q d ) on the exit side is an incident (exit) vector (unit vector). M = HOR is the diffraction order of the emitted light.

【0064】HOEが基準波長λ0の2点光源、すなわ
ち図36に示すように点P1=(HX1,HY1,HZ
1)を光源とする物体光、および点P2=(HX2,H
Y2,HZ2)を光源とする参照光の干渉によって製造
される(定義される)とすれば、 Φ0=Φ0 2P =n2・s2・r2−n1・s1・r1 となる。ただし、r1(r2)は点P1(点P2)からHO
E面の所定の座標までの距離(>0)、n1(n2)は製
造時(定義時)にHOEを置く媒質の、点P1(点P2
を配置した側の屈折率であり、s1=HV1、およびs2
=HV2は光の進行方向を考慮する符号である。この符
号は光源が発散光源(実点光源)である場合に、REA
=+1、逆に光源が収束する光源(仮想点光源)の場合
にVIR=−1となる。なお、レンズデータ中における
HOEの定義として、製造時(定義時)にHOEを置く
媒質の屈折率n1(n2)は、レンズデータ中でHOE面
が接している媒質の、点P1(点P2)が存在する側の屈
折率とする。
The HOE is a two-point light source having a reference wavelength λ 0 , that is, a point P 1 = (HX1, HY1, HZ) as shown in FIG.
The object light with 1) as the light source, and the point P 2 = (HX2, H
Y2, HZ2) are manufactured (defined) by interference of reference light with the light source as: Φ 0 = Φ 0 2P = n 2 s 2 · r 2 −n 1 · s 1 · r 1 Become. However, r 1 (r 2 ) is HO from point P 1 (point P 2 ).
The distance (> 0) to predetermined coordinates on the E-plane, n 1 (n 2 ) is the point P 1 (point P 2 ) of the medium on which the HOE is placed at the time of manufacture (at the time of definition).
Is the refractive index on the side where is arranged, s 1 = HV1, and s 2
= HV2 is a code that considers the traveling direction of light. This code indicates that the REA is a divergent light source (real point light source).
= + 1, and conversely, VIR = -1 when the light source converges (virtual point light source). As the definition of the HOE in the lens data, the refractive index n 1 (n 2 ) of the medium on which the HOE is placed at the time of manufacture (at the time of definition) is determined by the point P 1 ( The refractive index on the side where the point P 2 ) exists.

【0065】一般的な場合、HOEを製造する際の参照
光と物体光は球面波とは限らない。この場合のHOEの
光路差関数Φ0は、多項式で表した付加的な位相項Φ0
Poly(基準波長λ0における光路差関数)を加えて次式
(14)で表わすことができる。 Φ0=Φ0 2P+Φ0 Poly ……(14) ここで、多項式は、 であり、一般には j={(m+n)2+m+3n}/2 で定義することができる。ただし、Hjは各項の係数で
ある。
In a general case, the reference light and the object light when manufacturing the HOE are not necessarily spherical waves. The optical path difference function Φ 0 of the HOE in this case is an additional phase term Φ 0 represented by a polynomial.
Poly (optical path difference function at reference wavelength λ 0 )
(14). Φ 0 = Φ 0 2P + Φ 0 Poly (14) where the polynomial is And can be generally defined as j = {(m + n) 2 + m + 3n} / 2. Here, H j is a coefficient of each term.

【0066】さらに光学設計の便宜から、光路差関数Φ
0を Φ0=Φ0 Poly のように付加項のみで表し、それによってHOEを定義
することもできる。例えば、2点光源P1(点P2)を一
致させると光路差関数Φ0の干渉による成分Φ0 2Pはゼロ
となるので、この場合は実質的に付加項(多項式)のみ
で光路差関数を表示したことに相当する。以上のHOE
に関する説明は、すべてHOE原点を基準とするローカ
ル座標に対するものである。
Further, for convenience of optical design, the optical path difference function Φ
0 can be represented only by an additional term such as Φ 0 = Φ 0 Poly , thereby defining the HOE. For example, when the two-point light source P 1 (point P 2 ) is made coincident, the component Φ 0 2P due to the interference of the optical path difference function Φ 0 becomes zero. In this case, the optical path difference function is substantially composed only of the additional term (polynomial). Is equivalent to displaying. The above HOE
All descriptions are with respect to local coordinates with respect to the HOE origin.

【0067】以下に、HOEを定義する構成パラメータ
の例を示す。 面番号 曲率半径 間隔 物体面 ∞ ∞ 絞り ∞ 100 2 150 −75 HOE: HV1(s1)=REA(+1) HV2(s2)=VIR(−1) HOR(m) =1 HX1=0 ,HY1=-3.40×109 ,HZ1=-3.
40×109 HX2=0 ,HY2= 2.50×10 ,HZ2=-7.
04×10 HWL(λ0)=544 H1= -1.39×10-21, H2= -8.57×10-5, H
3= -1.50×10-4
The following is an example of configuration parameters defining the HOE. Surface number Curvature radius Interval Object surface ∞ 絞 り Aperture 100 1002 150 -75 HOE: HV1 (s 1 ) = REA (+1) HV2 (s 2 ) = VIR (−1) HOR (m) = 1 HX1 = 0, HY1 = -3.40 × 10 9 , HZ1 = -3.
40 × 10 9 HX2 = 0, HY2 = 2.50 × 10 , HZ2 = -7.
04 × 10 HWL (λ 0 ) = 544 H1 = −1.39 × 10 −21 , H2 = −8.57 × 10 −5 , H
3 = -1.50 × 10 -4

【0068】[0068]

【発明の実施の形態】以下、本発明の観察光学系および
撮像光学系の実施例について説明する。なお、実施例の
構成パラメータは後に示すことにする。各実施例におい
ては、例えば図4に示すように、軸上主光線2を、射出
瞳1(又は明るさ絞り14)の中心(観察者眼球の旋回
中心位置)から導光板3、プリズム4、画像表示素子と
して設けられたLCD5(又は撮像素子13)の中心に
至る光線で定義する。そして、軸上主光線2が導光板3
の射出瞳側の面と交差するまでの直線によって定義され
る光軸をZ軸とし、このZ軸と直交し、かつ、プリズム
4を構成する各面の偏心面内の軸をY軸と定義し、前記
光軸と直交し、かつ、前記Y軸と直交する軸をX軸と定
義する。また、射出瞳1(又は明るさ絞り14)の中心
をこの座標系の原点とする。そして、軸上主光線2が射
出瞳1(又は明るさ絞り14)からLCD5(又は撮像
素子13)に至る方向をZ軸の正方向、LCD5(又は
撮像素子13)に向かうY軸の方向をY軸の正方向、Y
軸とZ軸と右手系を構成するX軸の方向をX軸の正方向
と夫々定義する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the observation optical system and the image pickup optical system according to the present invention will be described below. The configuration parameters of the embodiment will be described later. In each embodiment, for example, as shown in FIG. 4, the axial principal ray 2 is moved from the center of the exit pupil 1 (or the aperture stop 14) (the center of rotation of the observer's eyeball) to the light guide plate 3, the prism 4, It is defined by a light beam reaching the center of the LCD 5 (or the imaging device 13) provided as an image display device. Then, the axial chief ray 2 is directed to the light guide plate 3
The optical axis defined by a straight line that intersects the exit pupil side surface is defined as a Z axis, and an axis orthogonal to the Z axis and within the eccentric plane of each surface constituting the prism 4 is defined as a Y axis. An axis orthogonal to the optical axis and orthogonal to the Y axis is defined as an X axis. The center of the exit pupil 1 (or the aperture stop 14) is set as the origin of this coordinate system. The direction in which the axial chief ray 2 travels from the exit pupil 1 (or the aperture stop 14) to the LCD 5 (or the image sensor 13) is defined as the positive direction of the Z axis, and the direction of the Y axis toward the LCD 5 (or the image sensor 13). Y-axis positive direction, Y
The axis, the Z axis, and the direction of the X axis forming the right-handed system are defined as the positive direction of the X axis.

【0069】各実施例では、導光板3およびプリズム4
はこのY−Z平面内で偏心を行なっており、また、導光
板3およびプリズム4に設けられる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。
In each embodiment, the light guide plate 3 and the prism 4
Is decentered in the YZ plane, and the only symmetrical plane of each rotationally asymmetric free-form surface provided in the light guide plate 3 and the prism 4 is the YZ plane.

【0070】偏心面については、対応する座標系の原点
から、その面の面頂位置の偏心量(X軸方向、Y軸方
向、Z軸方向を夫々、X,Y,Z)と、その面の中心軸
(自由曲面については、上記式(7)のZ軸)のX軸,Y
軸,Z軸の夫々を中心とする傾き角(夫々α,β,γ
(°))とが与えられている。なお、その場合、αとβ
の正は夫々の軸の正方向に対して半時計回りを、γの正
はZ軸の正方向に対して時計回りを意味する。その他、
球面の曲率半径、面間隔、媒質の屈折率、アッベ数は慣
用法によって与えるものとする。
With respect to the eccentric surface, the amount of eccentricity (X, Y, and Z in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction) at the top of the surface from the origin of the corresponding coordinate system, and the surface X axis and Y axis of the central axis (for a free-form surface, the Z axis of the above equation (7))
Tilt angles centered on the axis and the Z axis (α, β, γ, respectively)
(°)). In this case, α and β
Is positive in the positive direction of each axis, and positive in γ means clockwise in the positive direction of the Z axis. Others
The radius of curvature of the spherical surface, the spacing between the surfaces, the refractive index of the medium, and the Abbe number are given by conventional methods.

【0071】また、本発明で用いられる自由曲面の面の
形状は上記(7)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。
The shape of the surface of the free-form surface used in the present invention is defined by the above equation (7), and the Z axis of the definition expression is the axis of the free-form surface.

【0072】また、自由曲面の他の定義式として、Ze
rnike多項式がある。この面の形状は次式(15)によ
り定義する。その定義式(15)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軸の高さの極座標で定義され、RはX−Y面内の
Z軸からの距離、AはZ軸周りの方位角でY軸から測っ
た回転角で表わされる。
As another definitional expression of the free-form surface, Ze
There is an rnik polynomial. The shape of this surface is defined by the following equation (15). The Z axis of the definition equation (15) is the axis of the Zernike polynomial. The definition of the rotationally asymmetric surface is defined by polar coordinates of the height of the Z axis with respect to the XY plane, R is the distance from the Z axis in the XY plane, A is the azimuth around the Z axis and is measured from the Y axis. Angle of rotation.

【0073】 X=R×cos(A) Y=R×sin(A) Z=D2 +D3Rcos(A)+D4Rsin(A) +D52cos(2A)+D6(R2−1)+D72sin(2A) +D83cos(3A)+D9(3R3−2R)cos(A) +D10(3R3−2R)sin(A)+D113sin(3A) +D124cos(4A)+D13(4R4−3R2)cos(2A) +D14(6R4−6R2+1)+D15(4R4−3R2)sin(2A) +D164sin(4A) +D175cos(5A)+D18(5R5−4R3)cos(3A) +D19(10R5−12R3+3R)cos(A) +D20(10R5−12R3+3R)sin(A) +D21(5R5−4R3)sin(3A)+D225sin(5A) +D236cos(6A)+D24(6R6−5R4)cos(4A) +D25(15R6−20R4+6R2)cos(2A) +D26(20R6−30R4+12R2−1) +D27(15R6−20R4+6R2)sin(2A) +D28(6R6−5R4)sin(4A)+D296sin(6A)・・・ ……(15) なお、上記においてX方向に対称な面として表した。た
だし、Dm(mは2以上の整数)は係数である。
X = R × cos (A) Y = R × sin (A) Z = D 2 + D 3 Rcos (A) + D 4 Rsin (A) + D 5 R 2 cos (2A) + D 6 (R 2 −1 ) + D 7 R 2 sin ( 2A) + D 8 R 3 cos (3A) + D 9 (3R 3 -2R) cos (A) + D 10 (3R 3 -2R) sin (A) + D 11 R 3 sin (3A) + D 12 R 4 cos (4A) + D 13 (4R 4 -3R 2) cos (2A) + D 14 (6R 4 -6R 2 +1) + D 15 (4R 4 -3R 2) sin (2A) + D 16 R 4 sin (4A ) + D 17 R 5 cos ( 5A) + D 18 (5R 5 -4R 3) cos (3A) + D 19 (10R 5 -12R 3 + 3R) cos (A) + D 20 (10R 5 -12R 3 + 3R) sin (A) + D 21 (5R 5 -4R 3 ) sin (3A) + D 22 R 5 sin (5A) + D 23 R 6 cos (6A) + D 24 (6R 6 -5R 4) cos (4A) + D 25 (15R 6 -20R 4 + 6R 2 ) cos (2A) + D 26 (20R 6 -30R 4 + 12R 2 -1) + D 27 (15R 6 -20R 4 + 6R 2) sin (2A) + D 28 (6R 6 -5R 4) sin (4A) + D 29 R 6 sin ( 6A) (15) In the above description, the plane is symmetric in the X direction. Here, D m (m is an integer of 2 or more) is a coefficient.

【0074】また、回転非対称面な自由曲面の形状は次
の式(16)により定義することもできる。その定義式(16)
のZ軸が回転非対称面の軸となる。 Z=ΣnΣmnmnn-m ……(16) ただし、ΣnはΣのnが0〜k、ΣmはΣのmが0〜nを
表わす。
The shape of a free-form surface that is a rotationally asymmetric surface can also be defined by the following equation (16). Its definition formula (16)
Is the axis of the rotationally asymmetric surface. Z = Σ n Σ m C nm X n Y nm ...... (16) However, sigma n is the n of sigma 0 to k, sigma m is m the sigma represents 0 to n.

【0075】また、面対称自由曲面(対称面を1つのみ
有する回転非対称面)を、この回転非対称面を表わす式
(16)により定義する場合は、その対称面により生ずる対
称性をX方向に求める場合は、Xの奇数次項を0に(例
えばX奇数次項の係数を0にする)、その対称面により
生ずる対称性をY方向に求める場合は、Yの奇数次項を
0に(例えば、Y奇数次項の係数を0にする)すればよ
い。
Further, a plane-symmetric free-form surface (a rotationally asymmetric surface having only one symmetric surface) is expressed by an equation representing the rotationally asymmetric surface.
When the symmetry caused by the symmetry plane is determined in the X direction, the odd-order term of X is set to 0 (for example, the coefficient of the X odd-order term is set to 0), and the symmetry caused by the symmetry plane is defined. When determining the sex in the Y direction, the odd-order term of Y may be set to 0 (for example, the coefficient of the Y-odd order term may be set to 0).

【0076】また、回転対称非球面の形状は次式(19)に
より定義する。その定義式(19)のZ軸が回転対称非球面
の軸となる。 Z=(Y2/R)/[1+{1−P(Y2/R2)}1/2] +A44+A66+A88+A1010・・・ ……(19) ただし、YはZに垂直な方向であり、Rは近軸曲率半
径、Pは円錐係数、A4、A6、A8、A10は非球面係数
である。
The shape of the rotationally symmetric aspherical surface is defined by the following equation (19). The Z axis in the definition equation (19) is the axis of the rotationally symmetric aspherical surface. Z = (Y 2 / R) / [1+ {1-P (Y 2 / R 2)} 1/2] + A 4 Y 4 + A 6 Y 6 + A 8 Y 8 + A 10 Y 10 ··· ...... (19 Here, Y is a direction perpendicular to Z, R is a paraxial radius of curvature, P is a conic coefficient, and A 4 , A 6 , A 8 , and A 10 are aspherical coefficients.

【0077】なお、本発明の実施例では、上記(7)式を
用いた自由曲面で面形状が表現されているが、上記(15)
式、(16)式を用いても同様の作用効果が得られるのは言
うまでもない。
In the embodiment of the present invention, the surface shape is represented by a free-form surface using the above equation (7).
It goes without saying that the same operation and effect can be obtained by using the equation (16).

【0078】[0078]

【実施例】第1実施例 実施例1では、観察光学系として説明する。画像表示素
子としては、大きさが0.47インチタイプの縦横9.
6mm×7.2mmで、中心視度が−1.0DのLCD
を使用している。また、観察画角は、水平全画角25.
00°、垂直全画角18.88°であり、瞳径(PD)
は、Φ1.5mm、アイレリーフ(ER)は、18mm
である。本発明の実施例1に係る観察光学系の光軸を含
むY−Z断面図を図4に示す。実施例1の観察光学系
は、像面と瞳面との間に配置されており、少なくともプ
リズム4と、導光板3とを含んで構成されている。像面
側には、観察者が観察する画像を表示する画像表示素子
としてLCD5が配置されている。また、LCD5に表
示された観察像を観察するために瞳面に射出瞳1を形成
するようになっている。なお、以下の実施例の説明にお
いて、光学系の面番号は原則として射出瞳1からLCD
5に至る順番で追跡(逆光線追跡)し、プリズムにおけ
る各面の順番も逆光線追跡に合わせて表すこととする。
また、光学系を介して射出瞳1とLCD5とを結ぶ光路
内を進む光束を第1光束ということとする。
First Embodiment In the first embodiment , an observation optical system will be described. As an image display element, the size is 0.47 inch type in vertical and horizontal directions.
6mm x 7.2mm LCD with center diopter of -1.0D
You are using The observation angle of view is 25.
00 °, vertical total angle of view 18.88 °, pupil diameter (PD)
Is Φ1.5mm, eye relief (ER) is 18mm
It is. FIG. 4 is a YZ sectional view including the optical axis of the observation optical system according to the first embodiment of the present invention. The observation optical system according to the first embodiment is disposed between the image plane and the pupil plane, and includes at least the prism 4 and the light guide plate 3. On the image plane side, an LCD 5 is arranged as an image display element for displaying an image observed by an observer. Further, an exit pupil 1 is formed on a pupil plane for observing an observation image displayed on the LCD 5. In the following description of the embodiments, the surface number of the optical system is basically from the exit pupil 1 to the LCD.
5 is traced (reverse ray tracing), and the order of each surface of the prism is also represented in accordance with the reverse ray tracing.
Further, a light beam traveling in an optical path connecting the exit pupil 1 and the LCD 5 via the optical system is referred to as a first light beam.

【0079】プリズム4は、第1面41〜第4面44を有
している。導光板3には、第1の領域及び第2の領域の
夫々両面に、体積型ホログラム(HOE)61〜64が設
けられている。また、導光板3は、前記第1の領域と前
記第2の領域との間で光束を10回以上全反射させるよ
うに構成されている。なお、図4においては、第1の領
域が入射領域、第2の領域が射出領域を構成している。
導光板3の前記第1の領域の両面に設けられたHOE6
1,62は、所定波長で入射した光束を夫々回折反射させ
ることで、該光束が導光板3の全反射臨界角を超えた角
度となるように形成されている。また、導光板3の前記
第2の領域の両面に設けられたHOE63,64は、導光
板3の全反射臨界角を超えた角度で入射した光束を夫々
回折反射させることで、導光板3から光束が射出される
ように形成されている。プリズム4の第1面41〜第4
面44は、導光板3を射出した光束の偏心収差を補正す
るための面として自由曲面で構成されている。
[0079] prism 4 has a first surface 4 1 to the fourth surface 4 4. The light guide plate 3, respectively both surfaces of the first and second regions, a volume hologram (HOE) 6 1 ~6 4 is provided. Further, the light guide plate 3 is configured to totally reflect the light flux between the first region and the second region ten times or more. In FIG. 4, the first region constitutes an incident region, and the second region constitutes an emission region.
HOEs 6 provided on both sides of the first region of the light guide plate 3
Numerals 1 and 6 2 are formed so that the light flux incident at a predetermined wavelength is diffracted and reflected, so that the light flux has an angle exceeding the total reflection critical angle of the light guide plate 3. Further, provided on both surfaces of the second region of the light guide plate 3 HOE 6 3, 6 4 are a light beam incident at an angle exceeding the total reflection critical angle of the light guide plate 3 by causing respectively diffracted and reflected, the light guide plate 3 is formed so as to emit a light beam. Prism first surface 4 1 through 4 of 4
Surface 4 4 is composed of a free-form surface as a surface for correcting the decentering aberration of the light flux emitted from the light guide plate 3.

【0080】そして、本実施例の観察光学系では、LC
D5から射出された第1光束は、第4面44を透過して
プリズム4の内部に入射した後、第3面43、第2面42
で反射され、第1面41を透過して、プリズム4から射
出される。その後、第1光束は、導光板3の第1の領域
に設けられたHOE62に対し臨界角以下の入射角度で
もって入射する。
In the observation optical system of this embodiment, LC
First light beam emitted from D5 is incident transmitted through the fourth surface 4 4 inside the prism 4, the third surface 4 3, second side 4 2
In is reflected, through the first surface 4 1, and is emitted from the prism 4. Then, the first light flux, compared HOE 6 2 provided in the first region of the light guide plate 3 enters with an incidence angle of less than the critical angle.

【0081】HOE62に対し臨界角以下の第1の入射
角度で入射した光は、そのままHOE62を透過して、
HOE61に入射する。HOE61は、この入射位置にお
いてこの第1の入射角度でもって入射した光を回折反射
するように角度選択性を有して構成されており、この入
射光を回折反射する。HOE61で回折反射された光は
第2の入射角度でもってHOE62に入射する。HOE
2は、この入射位置において第2の入射角度でもって
入射した光を回折反射するように角度選択性を有して構
成されており、この入射光を回折反射する。
[0081] HOE 6 2 light incident at the first angle of incidence below the critical angle to is transmitted as it is HOE 6 2,
HOE6 incident on the 1. HOE 6 1 is configured with an angle selectivity so as to diffract and reflect light incident with a first incident angle in the incident position, diffracts and reflects the incident light. Light diffracted reflected by HOE 6 1 enters the HOE 6 2 with the second incident angle. HOE
6 2 is configured at an angle selectivity so as to diffract and reflect light incident with a second incident angle in the incident position, diffracts and reflects the incident light.

【0082】HOE62で回折反射された光は導光板3
に対して臨界角を超えた第3の入射角度でもって、HO
E61に入射する。HOE61は、この入射位置において
臨界角を超えた第3の入射角度でもって入射した光を全
反射する。全反射された光は、同様に臨界角を超えた第
3の入射角度でもって、HOE62に入射する。HOE
2は、この位置において臨界角を超えた第3の入射角
度でもって入射した光を全反射する。全反射された光
は、以下、導光板3の両側のガラス又はプラスチックで
できた基盤面の外部との界面で同様の全反射を繰り返
し、且つ、その途中の所定位置で一旦結像されて第2の
領域に設けられたHOE64の所定位置へと導かれる。
[0082] HOE 6 2 light diffracted reflected in the light guide plate 3
With a third angle of incidence exceeding the critical angle with respect to HO
Incident on the E6 1. HOE 6 1 is totally reflects the light incident with a third incident angle exceeding the critical angle in the incident position. The totally reflected light is likewise with the third incident angle exceeding the critical angle, incident on the HOE 6 2. HOE
6 2, totally reflects the light incident with a third incident angle exceeding the critical angle at this position. Hereafter, the totally reflected light repeats the same total reflection at the interface with the outside of the glass or plastic base surface on both sides of the light guide plate 3 and forms an image once at a predetermined position in the middle thereof. It is led to HOE 6 4 predetermined positions provided on the second region.

【0083】HOE64は、所定位置に臨界角を超えた
第3の入射角度でもって入射した光を回折反射するよう
に角度選択性を有して構成されており、この入射光を回
折反射する。HOE64で回折反射された光は導光板に
対して第4の入射角度でもって、HOE63に入射す
る。HOE63はこの入射位置において第4の入射角度
でもって入射した光を回折反射するように角度選択性を
有して構成されており、この入射光を回折反射する。H
OE63で回折反射された光は導光板3に対して臨界角
以下の第5の入射角度でもってHOE64に入射し、そ
のままHOE64を透過して導光板3を射出して射出瞳
1へと導かれる。
[0083] HOE 6 4 is constituted by an angle selectivity so as to diffract and reflect light incident with a third incident angle exceeding the critical angle at a predetermined position, diffracts and reflects the incident light . Light diffracted reflected by HOE 6 4 is with a fourth incident angle with respect to the light guide plate and enters the HOE 6 3. HOE 6 3 is configured to have angle selectivity so as to diffract and reflect light incident with a fourth incident angle at the incident position, diffracts and reflects the incident light. H
Enters the HOE 6 4 with an incidence angle of the 5 below the critical angle light diffracted reflected in OE6 3 for the light guide plate 3, HOE 6 4 emitted to the light guide plate 3 is transmitted through the exit pupil 1 It is led.

【0084】なお、本発明の実施例においては、観察光
学系として説明することとするが、観察光学系の像面に
LCD5に換えて撮像素子13を配置し、瞳面(射出瞳
1の位置)に物体からの光束の明るさを絞る明るさ絞り
14を配置することにより、撮像光学系として構成する
ことができる。その場合には、第1の領域が射出領域、
第2の領域が入射領域となる。そして、明るさ絞り14
を通過した物体からの光束が、導光板3の第2の領域に
入射し、HOE64を透過し、HOE63で回折反射され
た後、HOE64で回折反射されて、導光板3の全反射
臨界角を超えた角度となって、導光板3の内部で10回
以上全反射され、且つ、その途中の所定位置で一旦結像
して第1の領域へと向かい、第1の領域においてHOE
1で回折反射された後、HOE62で回折反射されて、
HOE61を透過して導光板3から射出する。導光板3
から射出した光束は、プリズム4の第1面41を透過し
てプリズム4の内部に入射した後、第2面42、第3面
3で反射され、第4面44を透過して、プリズム4を射
出し、撮像素子14に導かれるようにする。
In the embodiments of the present invention, the description will be made as an observation optical system. However, an image pickup device 13 is arranged in place of the LCD 5 on the image plane of the observation optical system, and a pupil plane (the position of the exit pupil 1) is provided. By arranging the brightness stop 14 for reducing the brightness of the luminous flux from the object in), it is possible to configure an imaging optical system. In that case, the first area is an emission area,
The second area is the incident area. And the aperture 14
The light beam from an object passed through the is incident on the second region of the light guide plate 3, transmitted through the HOE 6 4, after being diffracted and reflected by the HOE 6 3, is diffracted and reflected by the HOE 6 4, the total reflection of the light guide plate 3 The angle exceeds the critical angle, is totally reflected 10 times or more inside the light guide plate 3, and forms an image once at a predetermined position on the way to the first area, and the HOE in the first area
After being diffracted and reflected by 61, it is diffracted and reflected by the HOE 6 2,
Transmitted through the HOE 6 1 emitted from the light guide plate 3. Light guide plate 3
Light beam emitted is incident on the inside of the prism 4 through the first surface 4 1 of the prism 4, are reflected by the second surface 4 2, the third surface 4 3, passes through the fourth surface 4 4 Then, the prism 4 is emitted and guided to the image sensor 14.

【0085】その他、体積型ホログラムは、R,G,B
の3層を貼り合わせて構成されており、カラー像を観察
することができるようになっている。また、図4に示す
ように、導光板3は面形状が平面状に形成されている。
また、本実施例の光学系は導光板3の同一面側に射出瞳
1とプリズム4が位置して構成されている。
In addition, volume holograms include R, G, B
These three layers are bonded together so that a color image can be observed. Further, as shown in FIG. 4, the light guide plate 3 is formed to have a planar shape.
Further, the optical system of the present embodiment is configured such that the exit pupil 1 and the prism 4 are located on the same surface side of the light guide plate 3.

【0086】次に、第1実施例の数値データを示す。数
値データ中、“FFS”は自由曲面を示している。ま
た、本実施例の像歪みを表す収差図を図5に、横収差を
表す収差図を図6に夫々示す。図5中、縦軸はX方向の
像高、横軸はY方向の像高を示している。また、図6
中、夫々(a)はX方向画角がゼロ、Y方向画角がゼロを
通る主光線のY方向の横収差、(b)はX方向画角がゼ
ロ、Y方向画角がゼロを通る主光線のX方向の横収差、
(c)はX方向画角がゼロ、Y負方向最大画角を通る主光
線のY方向の横収差、(d)はX方向画角がゼロ、Y負方
向最大画角を通る主光線のX方向の横収差、(e)はX正
方向最大画角、Y負方向最大画角を通る主光線のY方向
の横収差、(f)はX正方向最大画角、Y負方向最大画角
を通る主光線のX方向の横収差、(g)はX正方向最大画
角、Y方向画角がゼロを通る主光線のY方向の横収差、
(h)はX正方向最大画角、Y方向画角がゼロを通る主光
線のX方向の横収差、(i)はX正方向最大画角、Y正方
向最大画角を通る主光線のY方向の横収差、(j)はX正
方向最大画角、Y正方向最大画角を通る主光線のX方向
の横収差、(k)はX方向画角がゼロ、Y正方向最大画角
を通る主光線のY方向の横収差、(l)はX方向画角がゼ
ロ、Y正方向最大画角を通る主光線のX方向の横収差を
示している。
Next, numerical data of the first embodiment will be shown. In the numerical data, “FFS” indicates a free-form surface. FIG. 5 is an aberration diagram showing image distortion of the present embodiment, and FIG. 6 is an aberration diagram showing lateral aberration. In FIG. 5, the vertical axis indicates the image height in the X direction, and the horizontal axis indicates the image height in the Y direction. FIG.
Medium, (a) is the lateral aberration of the principal ray in the Y direction where the angle of view in the X direction is zero and the angle of view in the Y direction is zero, and (b) is the angle of view in the X direction and the angle of view in the Y direction are zero. Lateral aberration of the principal ray in the X direction,
(c) is the transverse aberration in the Y direction of the principal ray passing through the maximum angle of view in the X direction and zero in the X direction, and (d) is the principal ray passing through the maximum angle of view in the X direction and zero in the Y direction. Lateral aberration in the X direction, (e) is the lateral aberration in the Y direction of the principal ray passing through the maximum angle of view in the positive X direction and maximum angle of view in the negative Y direction, and (f) is the maximum angle of view in the X positive direction and the maximum angle of view in the negative Y direction (G) is the maximum angle of view in the positive X direction and the lateral aberration in the Y direction of the chief ray passing through zero in the Y direction,
(h) is the lateral aberration in the X direction of the principal ray whose X-direction maximum field angle and Y-direction field angle pass zero, and (i) is the principal ray passing through the X-positive maximum field angle and Y positive direction maximum field angle. Lateral aberration in the Y direction, (j) X direction lateral aberration of the principal ray passing through the X positive direction maximum field angle, Y positive direction maximum field angle, (k) X direction field angle is zero, Y positive direction maximum field angle (L) shows the lateral aberration in the X direction of the principal ray passing through the angle in the Y direction, and (1) showing the principal angle passing through the maximum field angle in the positive Y direction in the X direction.

【0087】数値データ1 瞳径 :φ1.5mm 水平全画角:25.00度 垂直前画角:18.88度 波長 :525nm ER :18mm 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 HOE面 物体面 ∞ -1000.00 1 絞り面 0.00 偏心(1) 2 ∞ 0.00 偏心(1) 3 ∞ 0.00 偏心(2) 1.5163 64.1 4 ∞ 0.00 偏心(3) 1.5163 64.1 5 ∞ 反射面 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 HOE[1] 6 ∞ 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 7 ∞ 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 8 ∞ 反射面 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 HOE[2] 9 ∞ 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 10 ∞ 反射面 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 11 ∞ 反射面 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 12 ∞ 反射面 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 13 ∞ 反射面 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 14 ∞ 反射面 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 15 ∞ 反射面 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 16 ∞ 反射面 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 17 ∞ 反射面 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 18 ∞ 反射面 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 19 ∞ 反射面 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 20 ∞ 反射面 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 21 ∞ 反射面 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 22 ∞ 反射面 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 23 ∞ 反射面 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 24 ∞ 反射面 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 25 ∞ 反射面 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 26 ∞ 反射面 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 27 ∞ 反射面 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 28 ∞ 反射面 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 29 ∞ 反射面 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 30 ∞ 反射面 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 31 ∞ 反射面 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 32 ∞ 反射面 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 33 ∞ 反射面 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 34 ∞ 反射面 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 35 ∞ 反射面 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 36 ∞ 反射面 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 37 ∞ 反射面 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 38 ∞ 反射面 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 39 ∞ 反射面 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 40 ∞ 反射面 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 41 ∞ 反射面 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 42 ∞ 反射面 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 43 ∞ 反射面 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 44 ∞ 反射面 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 45 ∞ 反射面 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 46 ∞ 反射面 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 47 ∞ 反射面 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 48 ∞ 反射面 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 49 ∞ 反射面 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 HOE[3] 50 ∞ 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 51 ∞ 反射面 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 HOE[4] 52 ∞ 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 53 ∞ 0.00 偏心(5) 54 ∞ 0.00 偏心(6) 55 ∞ 0.00 偏心(6) 56 FFS[1] 0.00 偏心(7) 1.5254 56.2 57 FFS[2] 反射面 0.00 偏心(8) 1.5254 56.2 58 FFS[3] 反射面 0.00 偏心(9) 1.5254 56.2 59 FFS[4] 0.00 偏心(10) 像 面 ∞ 0.00 偏心(11) Numerical Data 1 Pupil diameter: φ1.5 mm Horizontal total angle of view: 25.00 degrees Vertical front angle of view: 18.88 degrees Wavelength: 525 nm ER: 18 mm Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number HOE surface Object Surface ∞ -1000.00 1 Aperture surface 0.00 Eccentricity (1) 2 ∞ 0.00 Eccentricity (1) 3 ∞ 0.00 Eccentricity (2) 1.5163 64.1 4 ∞ 0.00 Eccentricity (3) 1.5163 64.1 5 反射 Reflective surface 0.00 Eccentricity (4) 1.5163 64.1 HOE [ 1] 6 ∞ 0.00 Eccentricity (4) 1.5163 64.1 7 ∞ 0.00 Eccentricity (5) 1.5163 64.1 8 反射 Reflective surface 0.00 Eccentricity (5) 1.5163 64.1 HOE [2] 9 ∞ 0.00 Eccentricity (5) 1.5163 64.1 10 反射 Reflective surface 0.00 eccentricity (4) 1.5163 64.1 11 反射 Reflective surface 0.00 eccentricity (5) 1.5163 64.1 12 ∞ Reflective surface 0.00 eccentricity (4) 1.5163 64.1 13 反射 Reflective surface 0.00 eccentricity (5) 1.5163 64.1 14 ∞ Reflective surface 0.00 eccentricity (4) 1.5163 64.1 15反射 Reflective surface 0.00 Eccentricity (5) 1.5163 64.1 16 反射 Reflective surface 0.00 Eccentricity (4) 1.5163 64.1 17 ∞ Reflective surface 0.00 Eccentricity (5) 1.5163 64.1 18 ∞ Reflective surface 0.00 Eccentricity (4) 1.5163 64.1 19 Reflective surface 0.00 Eccentricity (5) 1.5163 64.1 20 反射 Reflective surface 0.00 Eccentricity (4) 1.5163 64.1 21 ∞ Reflective surface 0.00 Eccentricity (5) 1.5163 64.1 22 反射 Reflective surface 0.00 Eccentricity (4) 1.5163 64.1 23 ∞ Reflective surface 0.00 Eccentricity (5 ) 1.5163 64.1 24 ∞ Reflective surface 0.00 Eccentricity (4) 1.5163 64.1 25 ∞ Reflective surface 0.00 Eccentricity (5) 1.5163 64.1 26 ∞ Reflective surface 0.00 Eccentricity (4) 1.5163 64.1 27 ∞ Reflective surface 0.00 Eccentricity (5) 1.5163 64.1 28 反射 Reflection Surface 0.00 Eccentric (4) 1.5163 64.1 29 ∞ Reflective surface 0.00 Eccentric (5) 1.5163 64.1 30 ∞ Reflective surface 0.00 Eccentric (4) 1.5163 64.1 31 反射 Reflective surface 0.00 Eccentric (5) 1.5163 64.1 32 ∞ Reflective surface 0.00 Eccentric (4) 1.5163 64.1 33 反射 Reflective surface 0.00 Eccentricity (5) 1.5163 64.1 34 ∞ Reflective surface 0.00 Eccentricity (4) 1.5163 64.1 35 ∞ Reflective surface 0.00 Eccentricity (5) 1.5163 64.1 36 ∞ Reflective surface 0.00 Eccentricity (4) 1.5163 64.1 37 反射 Reflective surface 0.00 Eccentricity (5) 1.5163 64.1 38 ∞ Reflective surface 0.00 Eccentricity (4) 1.5163 64.1 39 ∞ Reflective surface 0.00 Eccentricity (5) 1.5163 64.1 40 反射 Reflective surface 0.00 Eccentricity (4) 1.5163 64.1 41 ∞ Reflective surface 0.00 Eccentricity (5) 1.516 3 64.1 42 ∞ Reflective surface 0.00 Eccentricity (4) 1.5163 64.1 43 反射 Reflective surface 0.00 Eccentricity (5) 1.5163 64.1 44 ∞ Reflective surface 0.00 Eccentricity (4) 1.5163 64.1 45 ∞ Reflective surface 0.00 Eccentricity (5) 1.5163 64.1 46 反射 Reflective surface 0.00 Eccentricity (4) 1.5163 64.1 47 ∞ Reflective surface 0.00 Eccentricity (5) 1.5163 64.1 48 ∞ Reflective surface 0.00 Eccentricity (4) 1.5163 64.1 49 反射 Reflective surface 0.00 Eccentricity (5) 1.5163 64.1 HOE [3] 50 ∞ 0.00 Eccentricity (5 ) 1.5163 64.1 51 ∞ Reflective surface 0.00 Eccentricity (4) 1.5163 64.1 HOE [4] 52 ∞ 0.00 Eccentricity (4) 1.5163 64.1 53 ∞ 0.00 Eccentricity (5) 54 ∞ 0.00 Eccentricity (6) 55 ∞ 0.00 Eccentricity (6) 56 FFS [1] 0.00 Eccentricity (7) 1.5254 56.2 57 FFS [2] Reflective surface 0.00 Eccentricity (8) 1.5254 56.2 58 FFS [3] Reflective surface 0.00 Eccentricity (9) 1.5254 56.2 59 FFS [4] 0.00 Eccentricity (10) Image plane ∞ 0.00 Eccentricity (11)

【0088】偏心[1] X= 0.00 Y= 0.00 Z= 0.00 α= 0.00 β= 0.00 γ= 0.00 偏心[2] X= 0.00 Y= 0.00 Z= 18.00 α= 0.00 β= 0.00 γ= 0.00 偏心[3] X= 0.00 Y= 0.00 Z= 19.00 α= 0.00 β= 0.00 γ= 0.00 偏心[4] X= 0.00 Y= 0.00 Z= 19.00 α= 0.00 β= 0.00 γ= 0.00 偏心[5] X= 0.00 Y= 0.00 Z= 18.00 α= 0.00 β= 0.00 γ= 0.00 偏心[6] X= 0.00 Y= 40.77 Z= 15.00 α= 0.00 β= 0.00 γ= 0.00 偏心[7] X= 0.00 Y= 40.77 Z= 14.50 α= 0.00 β= 0.00 γ= 0.00 偏心[8] X= 0.00 Y= 40.56 Z= -3.51 α=-22.23 β= 0.00 γ= 0.00 偏心[9] X= 0.00 Y= 30.83 Z= 6.19 α=-67.75 β= 0.00 γ= 0.00 偏心[10] X= 0.00 Y= 50.78 Z= 6.33 α=-90.40 β= 0.00 γ= 0.00 偏心[11] X= 0.00 Y= 53.78 Z= 6.33 α=-90.40 β= 0.00 γ= 0.00Eccentricity [1] X = 0.00 Y = 0.00 Z = 0.00 α = 0.00 β = 0.00 γ = 0.00 Eccentricity [2] X = 0.00 Y = 0.00 Z = 18.00 α = 0.00 β = 0.00 γ = 0.00 Eccentricity [3 ] X = 0.00 Y = 0.00 Z = 19.00 α = 0.00 β = 0.00 γ = 0.00 Eccentricity [4] X = 0.00 Y = 0.00 Z = 19.00 α = 0.00 β = 0.00 γ = 0.00 Eccentricity [5] X = 0.00 Y = 0.00 Z = 18.00 α = 0.00 β = 0.00 γ = 0.00 Eccentricity [6] X = 0.00 Y = 40.77 Z = 15.00 α = 0.00 β = 0.00 γ = 0.00 Eccentricity [7] X = 0.00 Y = 40.77 Z = 14.50 α = 0.00 β = 0.00 γ = 0.00 Eccentricity [8] X = 0.00 Y = 40.56 Z = -3.51 α = -22.23 β = 0.00 γ = 0.00 Eccentricity [9] X = 0.00 Y = 30.83 Z = 6.19 α = -67.75 β = 0.00 γ = 0.00 Eccentricity [10] X = 0.00 Y = 50.78 Z = 6.33 α = -90.40 β = 0.00 γ = 0.00 Eccentricity [11] X = 0.00 Y = 53.78 Z = 6.33 α = -90.40 β = 0.00 γ = 0.00

【0089】 HOE[1] HV1=REA HV2=REA HOR=1 HX1=0.0 HY1=0.0 HZ1=0.0 HX2=0.0 HY2=0.0 HZ2=0.0 HWL=525.00 H2= 5.8145×10-1 H3=-2.0659×10-2 H5=-2.1538×10-2 H7=-7.7619×10-3 H9= 1.5407×10-3 H10= 2.5714×10-4 H12=-3.3393×10-4 H14= 1.6631×10-5 H16=-2.7007×10-5 H18= 3.7914×10-5 H20=-1.2359×10-5 HOE[2] HV1=REA HV2=REA HOR=1 HX1=0.0 HY1=0.0 HX2=0.0 HY2=0.0 HZ2=0.0 HWL=525.0 H2= 4.9466×10-1 H3= 2.2801×10-3 H5=-1.1129×10-3 H7= 7.7762×10-3 H9=-1.5459×10-3 H10=-1.8260×10-4 H12= 4.6538×10-4 H14=-4.7170×10-5 H16= 1.9281×10-5 H18=-3.3546×10-5 H20= 1.5050×10-5 HOE[3] HV1=REA HV2=REA HOR=1 HX1=0.0 HY1=0.0 HZ1=0.0 HX2=0.0 HY2=0.0 HZ2=0.0 HWL=525.0 H2=-4.4001×10-1 H3=-1.6801×10-2 H5=-1.3627×10-3 H7=-5.1509×10-4 H9= 8.7899×10-6 H10= 1.8788×10-4 H12= 4.1180×10-6 H14= 1.6891×10-7 H16= 1.4042×10-6 H18=-1.3723×10-7 H20=-2.2827×10-9 HOE[4] HV1=REA HV2=REA HOR=1 HX1=0.0 HY1=0.0 HZ1=0.0 HX2=0.0 HY2=0.0 HZ2=0.0 HWL=525.0 H2=-5.2805×10-1 H3= 1.4959×10-3 H5=-1.0434×10-3 H7= 2.6027×10-5 H9= 8.2193×10-6 H10=-1.4081×10-4 H12= 3.9954×10-6 H14= 1.4860×10-7 H16=-2.6769×10-6 H18= 1.6153×10-7 H20=-4.8026×10-9 HOE [1] HV1 = REA HV2 = REA HOR = 1 HX1 = 0.0 HY1 = 0.0 HZ1 = 0.0 HX2 = 0.0 HY2 = 0.0 HZ2 = 0.0 HWL = 525.00 H2 = 5.8145 × 10 −1 H3 = −2.0659 × 10 -2 H5 = -2.1538 x 10 -2 H7 = -7.77619 x 10 -3 H9 = 1.5407 x 10 -3 H10 = 2.5714 x 10 -4 H12 = -3.3393 x 10 -4 H14 = 1.6631 x 10 -5 H16 =- 2.7007 × 10 -5 H18 = 3.7914 × 10 -5 H20 = -1.2359 × 10 -5 HOE [2] HV1 = REA HV2 = REA HOR = 1 HX1 = 0.0 HY1 = 0.0 HX2 = 0.0 HY2 = 0.0 HZ2 = 0.0 HWL = 525.0 H2 = 4.9466 × 10 -1 H3 = 2.2801 × 10 -3 H5 = -1.1129 × 10 -3 H7 = 7.7762 × 10 -3 H9 = -1.5459 × 10 -3 H10 = -1.8260 × 10 -4 H12 = 4.6538 × 10 -4 H14 = -4.7170 x 10 -5 H16 = 1.9281 x 10 -5 H18 = -3.3546 x 10 -5 H20 = 1.5050 x 10 -5 HOE [3] HV1 = REA HV2 = REA HOR = 1 HX1 = 0.0 HY1 = 0.0 HZ1 0.0 HX2 = 0.0 HY2 = 0.0 HZ2 = 0.0 HWL = 525.0 H2 = -4.4001 × 10 -1 H3 = -1.6801 × 10 -2 H5 = -1.3627 × 10 -3 H7 = -5.1509 × 10 -4 H9 = 8.7899 × 10 -6 H10 = 1.8788 × 10 -4 H12 = 4.1180 × 10 -6 H14 = 1.6891 × 10 -7 H16 = 1.4042 × 10 -6 H18 = -1.3723 × 10 -7 H20 = -2.2827 × 10 -9 HOE [4] HV1 = REA HV2 = REA HOR = 1 HX1 = 0.0 HY1 = 0.0 HZ1 = 0.0 HX2 = 0.0 HY2 = 0.0 HZ2 = 0.0 HWL = 525.0 H2 = -5.2805 × 10 -1 H3 = 1.4959 × 10 -3 H5 = -1.0434 × 10 -3 H7 = 2.6027 x 10 -5 H9 = 8.2193 x 10 -6 H10 = -1.4081 x 10 -4 H12 = 3.9954 x 10 -6 H14 = 1.4860 x 10 -7 H16 = -2.66769 x 10 -6 H18 = 1.6153 × 10 -7 H20 = -4.8026 × 10 -9

【0090】 FFS[1] C4=-1.7627×10-2 C6=-3.2244×10-2 C8=-1.1610×10-4 C10= 2.4210×10-4 C11= 5.6144×10-5 C13=-2.6065×10-5 C15=-4.7726×10-6 FFS[2] C4= 7.3637×10-3 C6= 6.0065×10-3 C8=-1.3464×10-4 C10=-2.2866×10-5 C11=-3.5298×10-6 C13= 4.6769×10-6 C15=-9.8837×10-7 FFS[3] C4=-9.7613×10-3 C6= 1.6680×10-2 C8=-9.2368×10-6 C10= 2.1238×10-3 C11=-6.5985×10-4 C13= 3.0115×10-5 C15= 2.9208×10-4 FFS[4] C4=-2.0292×10-2 C6=-7.4393×10-4 C8=-6.7090×10-4 C10=-7.6222×10-4 C11= 1.6262×10-3 C13= 1.5184×10-4 C15= 1.9271×10-3 FFS [1] C4 = -1.7627 × 10 -2 C6 = -3.2244 × 10 -2 C8 = -1.1610 × 10 -4 C10 = 2.4210 × 10 -4 C11 = 5.6144 × 10 -5 C13 = -2.6065 × 10 -5 C15 = -4.7726 x 10 -6 FFS [2] C4 = 7.3637 x 10 -3 C6 = 6.0065 x 10 -3 C8 = -1.3346 x 10 -4 C10 = -2.2866 x 10 -5 C11 = -3.5298 x 10 -6 C13 = 4.6769 × 10 -6 C15 = -9.8837 × 10 -7 FFS [3] C4 = -9.7613 × 10 -3 C6 = 1.6680 × 10 -2 C8 = -9.2368 × 10 -6 C10 = 2.1238 × 10 -3 C11 = -6.5985 × 10 -4 C13 = 3.0115 × 10 -5 C15 = 2.9208 × 10 -4 FFS [4] C4 = -2.0292 × 10 -2 C6 = -7.4393 × 10 -4 C8 = -6.7090 × 10 -4 C10 = -7.6222 × 10 -4 C11 = 1.6262 × 10 -3 C13 = 1.5184 × 10 -4 C15 = 1.9271 × 10 -3

【0091】第2実施例 第2実施例の光学系を図7に示す。図7は、第2実施例
にかかる観察光学系の光軸を含むY−Z断面図である。
本実施例の光学系は、導光板3が長さ方向に沿って曲面
形状に形成されている。また、プリズム4は第2面42
と第3面43の面形状が平面形状に、第1面41と第4面
4の面形状が自由曲面形状にそれぞれ形成されてい
る。その他の基本的構成は第1実施例とほぼ同じであ
る。
[0091] Figure 7 shows the optical system of the second embodiment the second embodiment. FIG. 7 is a YZ sectional view including the optical axis of the observation optical system according to the second example.
In the optical system of the present embodiment, the light guide plate 3 is formed in a curved shape along the length direction. Also, the prism 4 has a second surface 4 2
When the surface shape of the third surface 4 3 to the planar shape, the surface shape of the first surface 4 1 and the fourth surface 4 4 are formed on the free-form surface. Other basic configurations are almost the same as those of the first embodiment.

【0092】第3実施例 本発明の光学系の第3実施例を図8に示す。図8は、第
3実施例にかかる観察光学系の光軸を含むY−Z断面図
である。本実施例の光学系は、射出瞳1とプリズム4と
が導光板3を隔てて位置するように構成されている。ま
た、プリズム4は第1面41〜第3面43を有しており、
第1面41が透過面と反射面とを兼ね備えた面、第2面
2が反射面、第3面43が透過面として構成されてい
る。
[0092] The third embodiment of the optical system of the third embodiment the present invention shown in FIG. FIG. 8 is a YZ sectional view including the optical axis of the observation optical system according to the third example. The optical system of the present embodiment is configured such that the exit pupil 1 and the prism 4 are located with the light guide plate 3 therebetween. The prism 4 has a first surface 4 1 to the third surface 4 3,
Face the first surface 4 1 has both a transmitting surface and the reflective surface, the second surface 4 2 reflective surface, the third surface 4 3 is configured as a transmitting surface.

【0093】そして本実施例では、LCD5から射出さ
れた第1光束は、第3面43を透過してプリズム4の内
部に入射した後、第1面41、第2面42で反射され、第
1面41を透過して、プリズム4から射出される。その
後、第1光束は、導光板3の第1の領域に設けられたH
OE61に対し臨界角以下の入射角度でもって入射す
る。
[0093] Then, in this embodiment, the first light beam emitted from the LCD5 is incident on the inside of the prism 4 passes through the third surface 4 3, reflected by the first surface 4 1, the second surface 4 2 It is, through the first surface 4 1, and is emitted from the prism 4. After that, the first light flux is applied to the H provided on the first region of the light guide plate 3.
To OE6 1 incident with an incidence angle of less than the critical angle.

【0094】HOE61に対し臨界角以下の第1の入射
角度で入射した光は、そのままHOE61を透過して、
HOE62に入射する。HOE62は、この入射位置にお
いてこの第1の入射角度でもって入射した光を回折反射
するように角度選択性を有して構成されており、この入
射光を回折反射する。HOE62で回折反射された光は
第2の入射角度でもってHOE61に入射する。HOE
1は、この入射位置において第2の入射角度でもって
入射した光を回折反射するように角度選択性を有して構
成されており、この入射光を回折反射する。
[0094] HOE 6 1 light incident at the first angle of incidence below the critical angle to is directly transmitted through the HOE 6 1,
Incident on the HOE6 2. HOE 6 2 is configured at an angle selectivity so as to diffract and reflect light incident with a first incident angle in the incident position, diffracts and reflects the incident light. HOE 6 has light diffracted reflected by 2 enters the HOE 6 1 with the second incident angle. HOE
6 1 is constituted by an angle selectivity so as to diffract and reflect light incident with a second incident angle in the incident position, diffracts and reflects the incident light.

【0095】HOE61で回折反射された光は導光板3
に対して臨界角を超えた第3の入射角度でもって、ガラ
ス又はプラスチックでできた基盤面に入射する。以下、
導光板3の両側の基盤面の外部との界面で同様の全反射
を繰り返し、且つ、その途中の所定位置で一旦結像され
て第2の領域に設けられたHOE64の所定位置へと導
かれる。その他の作用効果は第1実施例とほぼ同じであ
る。
[0095] HOE 6 1 light diffracted reflected in the light guide plate 3
At a third incident angle exceeding the critical angle with respect to the substrate surface made of glass or plastic. Less than,
Repeating total reflection similar at the interface between the external sides of the base surface of the light guide plate 3, and, to the middle of once imaged in a predetermined position of the HOE 6 4 provided in the second region at a predetermined position guide I will Other functions and effects are almost the same as those of the first embodiment.

【0096】第4実施例 本発明の光学系の第4実施例を図9に示す。図9は、第
4実施例にかかる観察光学系の光軸を含むY−Z断面図
である。本実施例の光学系は、HOE61’と62’と
が、導光板3の夫々の側において入射領域から射出領域
に至るまで一体に形成され、且つ、入射領域の所定位置
から射出領域の所定位置に至るまでの領域において光束
が、全反射臨界角を超えた角度でもって前記導光板内部
で10回以上全反射するように構成されている。また、
本実施例では、HOE6’2は、プリズム4からの入射
光の入射位置においてこの第1の入射角度でもって入射
した光を回折透過するように角度選択性を有し、この入
射光を回折透過して第2の入射角度でもってHOE6’
1に入射するように構成されている。
[0096] A fourth embodiment of the optical system of the fourth embodiment the present invention in FIG. FIG. 9 is a YZ sectional view including the optical axis of the observation optical system according to the fourth example. In the optical system of the present embodiment, the HOEs 6 1 ′ and 6 2 ′ are integrally formed from the incident area to the emission area on each side of the light guide plate 3, and the HOEs 6 1 ′ and 6 2 ′ are formed from a predetermined position of the incidence area to the emission area. In the region up to the predetermined position, the light flux is configured to be totally reflected 10 times or more inside the light guide plate at an angle exceeding the critical angle for total reflection. Also,
In this embodiment, the HOE 6 ′ 2 has an angle selectivity such that the light incident at the first incident angle is diffracted and transmitted at the incident position of the incident light from the prism 4, and the incident light is diffracted and transmitted. HOE 6 'at the second angle of incidence
1 is configured to be incident.

【0097】また、画像表示素子5は反射型LCDで構
成されている。また、プリズム4の近傍には照明光源7
が設けられている。プリズム4は、2個のプリズム8,
9をハーフミラー10を挟んで接合して構成されてお
り、照明光源7からの照明光をハーフミラー10で反射
して、反射型LCD5に照射し、反射型LCD5で反射
された光束をハーフミラー10を透過して導光板3の入
射領域へと導くようになっている。また、プリズム9の
瞳側面には遮光部材11が設けられており、ハーフミラ
ー10を透過した照明光源7からの照明光が観察者の瞳
に入射して観察を邪魔するのを防止している。なお、プ
リズム4の第1面41〜第3面43の少なくともいずれか
が自由曲面形状に形成されている。その他の、構成及び
作用効果は第1実施例とほぼ同じである。
The image display element 5 is constituted by a reflection type LCD. An illumination light source 7 is located near the prism 4.
Is provided. The prism 4 has two prisms 8,
9 are joined together with a half mirror 10 interposed therebetween, and the illumination light from the illumination light source 7 is reflected by the half mirror 10 to irradiate the reflective LCD 5, and the light beam reflected by the reflective LCD 5 is reflected by the half mirror 10. 10 and is guided to the incident area of the light guide plate 3. A light-blocking member 11 is provided on the pupil side surface of the prism 9 to prevent illumination light from the illumination light source 7 transmitted through the half mirror 10 from entering the observer's pupil and obstructing the observation. . At least one of the first surface 4 1 to the third surface 4 3 of the prism 4 is formed in the free-form surface. The other configurations, functions and effects are almost the same as those of the first embodiment.

【0098】また、本発明の光学系に用いるプリズム
は、上記実施例のタイプのものに限定されるものではな
く、図10〜図20に示すようなプリズムを用いてもよ
い。
Further, the prism used in the optical system of the present invention is not limited to the type of the embodiment described above, and a prism as shown in FIGS. 10 to 20 may be used.

【0099】図10の場合は、プリズムPは、第1面3
2と、第2面33と、第3面34とを備え、第1面32
が射出面として、第2面33が反射面として、第3面3
4が入射面として夫々構成されている。そして、プリズ
ムPは、LCD36から射出した光が第3面34で屈折
してプリズム内に入射し、第2面33で反射し、第1面
32で屈折してプリズム外に射出し、射出瞳31の位置
においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するよ
うに構成されている。
In the case of FIG. 10, the prism P is
2, a second surface 33 and a third surface 34, and the first surface 32
Are the exit surfaces, the second surface 33 is the reflection surface, and the third surface 3
Numerals 4 are each configured as an incident surface. In the prism P, the light emitted from the LCD 36 is refracted on the third surface 34 and enters the prism, reflected on the second surface 33, refracted on the first surface 32 and emitted out of the prism, and exits the pupil. It is configured to form an image on the retina of the observer's eyeball (not shown) at the position 31.

【0100】図11の場合は、プリズムPは、第1面3
2と、第2面33と、第3面34とを備え、第1面32
が第1の反射面と射出面とを兼ね備えた面として、第2
面33が第3の反射面と入射面とを兼ね備えた面とし
て、第3面34が第2の反射面として夫々構成されてい
る。そして、プリズムPは、LCD36から射出した光
が第2面33で屈折してプリズム内に入射し、第1面3
2で反射し、第3面34で反射した後、第2面33で反
射し、第1面32で屈折してプリズム外に射出し、射出
瞳31の位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上
に結像するように構成されている。
In the case of FIG. 11, the prism P is
2, a second surface 33 and a third surface 34, and the first surface 32
Is a surface having both the first reflection surface and the emission surface,
The surface 33 is configured as a surface having both the third reflection surface and the incident surface, and the third surface 34 is configured as a second reflection surface. Then, the light emitted from the LCD 36 is refracted by the second surface 33 and enters the prism, and the first surface 3
After being reflected by the second surface 33, reflected by the third surface 34, reflected by the second surface 33, refracted by the first surface 32, and emitted out of the prism, the eyeball of the observer (not shown) at the position of the exit pupil 31. It is configured to form an image on the retina.

【0101】図12の場合は、プリズムPは、第1面3
2と、第2面33と、第3面34と、第4面35とを備
え、第1面32が射出面として、第2面33が第3の反
射面として、第3面34が入射面と第2の反射面とを兼
ね備えた面として、第4面35が第1の反射面として夫
々構成されている。そして、プリズムPは、LCD36
から射出した光が第3面34で屈折してプリズム内に入
射し、第4面35で反射した後、第3面34で反射し、
第2面33で反射し、第1面32で屈折してプリズム外
に射出し、射出瞳31の位置においた図示しない観察者
の眼球の網膜上に結像するように構成されている。
In the case of FIG. 12, the prism P is
2, a third surface 34, a third surface 34, and a fourth surface 35. The first surface 32 is an emission surface, the second surface 33 is a third reflection surface, and the third surface 34 is incident. The fourth surface 35 is configured as a first reflecting surface as a surface having both a surface and a second reflecting surface. The prism P is connected to the LCD 36
Is refracted on the third surface 34, enters the prism, is reflected on the fourth surface 35, is reflected on the third surface 34,
The light is reflected by the second surface 33, refracted by the first surface 32, exits outside the prism, and forms an image on the retina of an observer's eye (not shown) located at the exit pupil 31.

【0102】図13の場合は、プリズムPは、第1面3
2と、第2面33と、第3面34と、第4面35とを備
え、第1面32が射出面として、第2面33が同一面上
の異なる位置に第1の反射面と第3の反射面とを備えた
面として、第3面34が第2の反射面として、第4面3
5が入射面として夫々構成されている。そして、プリズ
ムPは、LCD36から射出した光が第4面35で屈折
してプリズム内に入射し、第2面33に備わる第1の反
射面で反射し、第3面34で反射した後、第2面33に
備わる第3の反射面で反射し、第1面32で屈折してプ
リズム外に射出し、射出瞳31の位置においた図示しな
い観察者の眼球の網膜上に結像するように構成されてい
る。
In the case of FIG. 13, the prism P is
2, a second surface 33, a third surface 34, and a fourth surface 35, wherein the first surface 32 is an emission surface, and the second surface 33 is at a different position on the same surface. The third surface 34 is a second reflection surface, and the fourth surface 3 is a third reflection surface.
5 are each configured as an incident surface. Then, after the light emitted from the LCD 36 is refracted by the fourth surface 35 and enters the prism, the light is reflected by the first reflection surface provided on the second surface 33, and is reflected by the third surface 34. The light is reflected by the third reflection surface provided on the second surface 33, refracted by the first surface 32, and emitted outside the prism, so that an image is formed on the retina of an observer's eye (not shown) at the position of the exit pupil 31. Is configured.

【0103】図14の場合は、プリズムPは、第1面3
2と、第2面33と、第3面34と、第4面35とを備
え、第1面32が射出面として、第2面33が入射面と
第2の反射面とを兼ね備えた面と、第4の反射面とを同
一面上の異なる位置に備えた面として、第3面34が第
3の反射面として、第4面35が第1の反射面として夫
々構成されている。そして、プリズムPは、LCD36
から射出した光が第2面33に備わる入射面で屈折して
プリズム内に入射し、第4面35で反射した後、第2面
33に備わる第2の反射面で反射し、第3面34で反射
した後、第2面33に備わる第4の反射面で反射し、第
1面32で屈折してプリズム外に射出し、射出瞳31の
位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像す
るように構成されている。
In the case of FIG. 14, the prism P is
2, a second surface 33, a third surface 34, and a fourth surface 35, the first surface 32 serving as an exit surface, and the second surface 33 serving as both an entrance surface and a second reflective surface. The third surface 34 is configured as a third reflective surface, and the fourth surface 35 is configured as a first reflective surface, as surfaces provided at different positions on the same surface with the fourth reflective surface. The prism P is connected to the LCD 36
Is refracted on the incident surface provided on the second surface 33, enters the prism, is reflected on the fourth surface 35, is reflected on the second reflecting surface provided on the second surface 33, and is reflected on the third surface. After being reflected at 34, the light is reflected at a fourth reflecting surface provided on the second surface 33, refracted at the first surface 32, and exits outside the prism. It is configured to form an image on it.

【0104】図15の場合は、プリズムPは、第1面3
2と、第2面33と、第3面34とを備え、第1面32
が第1の反射面と、第3の反射面と射出面とを兼ね備え
た面とを同一面上の異なる位置に備えた面として、第2
面33が第4の反射面として、第3面34が入射面と第
2の反射面とを兼ね備えた面として夫々構成されてい
る。そして、プリズムPは、LCD36から射出した光
が第3面34に備わる入射面で屈折してプリズム内に入
射し、第1面32に備わる第1の反射面で反射した後、
第3面34に備わる第2の反射面で反射し、第1面32
に備わる第3の反射面で反射し、第2面33で反射した
後、第1面32に備わる射出面で屈折してプリズム外に
射出し、射出瞳31の位置においた図示しない観察者の
眼球の網膜上に結像するように構成されている。
In the case of FIG. 15, the prism P is
2, a second surface 33 and a third surface 34, and the first surface 32
Is a surface provided with a first reflecting surface and a surface having both a third reflecting surface and an exit surface at different positions on the same surface.
The surface 33 is configured as a fourth reflective surface, and the third surface 34 is configured as a surface having both an incident surface and a second reflective surface. Then, after the light emitted from the LCD 36 is refracted by the incident surface provided on the third surface 34 and enters the prism, and reflected by the first reflecting surface provided on the first surface 32,
The first surface 32 is reflected by the second reflection surface provided on the third surface 34.
After being reflected on the third reflection surface provided on the first surface 32 and reflected on the second surface 33, the light is refracted on the exit surface provided on the first surface 32 and exits outside the prism. It is configured to form an image on the retina of the eyeball.

【0105】図16の場合は、プリズムPは、第1面3
2と、第2面33と、第3面34とを備え、第1面32
が入射面と第2の反射面とを兼ね備えた面と、第4の反
射面と射出面とを兼ね備えた面とを同一面上の異なる位
置に備えた面として、第2面33が第5の反射面とし
て、第3面34が第1の反射面と第3の反射面とを兼ね
備えた面として夫々構成されている。そして、プリズム
Pは、LCD36から射出した光が第1面32に備わる
入射面で屈折してプリズム内に入射し、第3面34に備
わる第1の反射面で反射した後、第1面32に備わる第
2の反射面で反射し、第3面34に備わる第3の反射面
で反射した後、第1面32に備わる第4の反射面で反射
し、第2面33で反射した後、第1面32に備わる射出
面で屈折してプリズム外に射出し、射出瞳31の位置に
おいた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するよう
に構成されている。
In the case of FIG. 16, the prism P is
2, a second surface 33 and a third surface 34, and the first surface 32
The second surface 33 is a fifth surface in which a surface having both an incident surface and a second reflection surface and a surface having both a fourth reflection surface and an emission surface are provided at different positions on the same surface. The third surface 34 is configured as a surface having both the first reflection surface and the third reflection surface. Then, after the light emitted from the LCD 36 is refracted by the incident surface provided on the first surface 32 and enters the prism, and is reflected by the first reflecting surface provided on the third surface 34, the prism P After reflecting on the second reflecting surface provided on the third surface 34 and reflecting on the third reflecting surface provided on the third surface 34, reflecting on the fourth reflecting surface provided on the first surface 32 and reflecting on the second surface 33 The light is refracted by the exit surface provided on the first surface 32, exits the prism, and forms an image on the retina of an observer's eye (not shown) located at the exit pupil 31.

【0106】図17の場合は、プリズムPは第1面32
と、第2面33と、第3面34、第4面35とを備え、
第1面32が第2の反射面と射出面とを兼ね備えた面と
して、第2面33が第3の反射面として、第3面34が
第1の反射面として、第4面35が入射面として夫々構
成されている。そして、プリズムPは、LCD36から
射出した光が第4面35で屈折してプリズム内に入射
し、第3面34で反射した後、第1面32に備わる第2
の反射面で反射し、第2面33で反射した後、第1面に
備わる射出面で屈折してプリズム外に射出し、射出瞳3
1の位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結
像するように構成されている。
In the case of FIG. 17, the prism P is the first surface 32.
, A second surface 33, a third surface 34, and a fourth surface 35,
The first surface 32 is a surface having both the second reflection surface and the emission surface, the second surface 33 is a third reflection surface, the third surface 34 is a first reflection surface, and the fourth surface 35 is incident. Each is configured as a surface. Then, after the light emitted from the LCD 36 is refracted on the fourth surface 35 and enters the prism and reflected on the third surface 34, the light emitted from the LCD 36 is reflected by the second surface 35 provided on the first surface 32.
After being reflected by the reflection surface of the first surface and reflected by the second surface 33, the light is refracted by the exit surface provided on the first surface and exits outside the prism, and the exit pupil 3
It is configured to form an image on the retina of the eyeball of an observer (not shown) at the position 1.

【0107】図18の場合は、プリズムPは第1プリズ
ムP1と第2プリズムP2とで構成されている。第1プ
リズムP1は、第1面32と、第2面33と、第3面3
4と、第4面35とを備え、第1面32が第1プリズム
P1における第2の反射面と射出面とを兼ね備えた面と
して、第2面33が第1プリズムP1における第3の反
射面として、第3面34が第1プリズムP1における第
1の反射面として、第4面35が第1プリズムP1にお
ける入射面として夫々構成されている。また、第2プリ
ズムP2は、第1面41と、第2面42と、第3面43
とを備え、第1面41が第2プリズムP2における第1
の反射面と射出面を兼ね備えた面として、第2面42が
第2プリズムP2における第2の反射面として、第3面
43が第2プリズムP2における入射面として夫々構成
されている。
In the case of FIG. 18, the prism P includes a first prism P1 and a second prism P2. The first prism P1 includes a first surface 32, a second surface 33, and a third surface 3.
4 and a fourth surface 35, the first surface 32 is a surface having both the second reflection surface and the exit surface of the first prism P1, and the second surface 33 is a third reflection surface of the first prism P1. As the surfaces, the third surface 34 is configured as a first reflecting surface in the first prism P1, and the fourth surface 35 is configured as an incident surface in the first prism P1. The second prism P2 includes a first surface 41, a second surface 42, and a third surface 43.
And the first surface 41 is the first surface of the second prism P2.
The second surface 42 is configured as a second reflective surface in the second prism P2, and the third surface 43 is configured as an incident surface in the second prism P2, as a surface having both the reflective surface and the exit surface.

【0108】そして、プリズムPは、LCD36から射
出した光が第2プリズムP2の第3面43で屈折してプ
リズム内に入射し、第3面43に備わる第1の反射面で
反射し、第2面42で反射した後、第1面41で屈折し
てプリズム外に射出し、さらに、第1プリズムP1の第
4面35で屈折してプリズム内に入射し、第3面34で
反射した後、第1面32に備わる第2の反射面で反射
し、第2面33で反射した後、第1面32に備わる射出
面で屈折してプリズム外に射出し、射出瞳31の位置に
おいた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するよう
に構成されている。
Then, the light emitted from the LCD 36 is refracted by the third surface 43 of the second prism P2, enters the prism, and is reflected by the first reflection surface provided on the third surface 43. After being reflected by the two surfaces 42, the light is refracted by the first surface 41 and exits outside the prism. Further, the light is refracted by the fourth surface 35 of the first prism P1, enters the prism, and is reflected by the third surface 34. After that, the light is reflected on the second reflection surface provided on the first surface 32, reflected on the second surface 33, refracted on the exit surface provided on the first surface 32, and exits outside the prism. It is configured to form an image on the retina of the eyeball of an observer (not shown).

【0109】図19の場合は、プリズムPは第1プリズ
ムP1と第2プリズムP2とで構成されている。第1プ
リズムP1は、第1面32と、第2面33と、第3面3
4と、第4面35とを備え、第1面32が第1プリズム
P1における第2の反射面と射出面とを兼ね備えた面と
して、第2面33が第1プリズムP1における第3の反
射面として、第3面34が第1プリズムP1における第
1の反射面として、第4面35が第1プリズムP1にお
ける入射面として夫々構成されている。また、第2プリ
ズムP2は、第1面41と、第2面42と、第3面43
と、第4面44とを備え、第1面41が第2プリズムP
2における射出面として、第2面42が第2プリズムP
2における第2の反射面として、第3面43が第2プリ
ズムP2における第1の反射面として、第4面44が第
2プリズムP2における入射面として夫々構成されてい
る。
In the case of FIG. 19, the prism P includes a first prism P1 and a second prism P2. The first prism P1 includes a first surface 32, a second surface 33, and a third surface 3.
4 and a fourth surface 35, the first surface 32 is a surface having both the second reflection surface and the exit surface of the first prism P1, and the second surface 33 is a third reflection surface of the first prism P1. As a surface, the third surface 34 is configured as a first reflecting surface in the first prism P1, and the fourth surface 35 is configured as an incident surface in the first prism P1. The second prism P2 includes a first surface 41, a second surface 42, and a third surface 43.
And a fourth surface 44, and the first surface 41 is
2, the second surface 42 is the second prism P
2, the third surface 43 is configured as a first reflective surface in the second prism P2, and the fourth surface 44 is configured as an incident surface in the second prism P2.

【0110】そして、プリズムPは、LCD36から射
出した光が第2プリズムP2の第4面44で屈折してプ
リズム内に入射し、第3面43で反射し、第2面42で
反射し、第1面41で屈折してプリズム外に射出し、さ
らに、第1プリズムP1の第4面35で屈折してプリズ
ム内に入射し、第3面34で反射した後、第1面32に
備わる第2の反射面で反射し、第2面33で反射した
後、第1面32に備わる射出面で屈折してプリズム外に
射出し、射出瞳31の位置においた図示しない観察者の
眼球の網膜上に結像するように構成されている。
The light emitted from the LCD 36 is refracted by the fourth surface 44 of the second prism P2, enters the prism, is reflected by the third surface 43, is reflected by the second surface 42, The light is refracted by the first surface 41 and exits outside the prism. Further, the light is refracted by the fourth surface 35 of the first prism P1, enters the prism, is reflected by the third surface 34, and is provided on the first surface 32. After being reflected by the second reflection surface and reflected by the second surface 33, the light is refracted by the exit surface provided on the first surface 32 and exits outside the prism. It is configured to form an image on the retina.

【0111】図20の場合は、プリズムPは第1プリズ
ムP1と第2プリズムP2とで構成されている。第1プ
リズムP1は、第1面32と、第2面33と、第3面3
4と、第4面35とを備え、第1面32が第1プリズム
P1における第2の反射面と射出面とを兼ね備えた面と
して、第2面33が第1プリズムP1における第3の反
射面として、第3面34が第1プリズムP1における第
1の反射面として、第4面35が第1プリズムP1にお
ける入射面として夫々構成されている。また、第2プリ
ズムP2は、第1面41と、第2面42と、第3面43
と、第4面44とを備え、第1面41が第2プリズムP
2における射出面として、第2面42が第2プリズムP
2における第2の反射面として、第3面43が第2プリ
ズムP2における第1の反射面として、第4面44が第
2プリズムP2における入射面として夫々構成されてい
る。
In the case of FIG. 20, the prism P includes a first prism P1 and a second prism P2. The first prism P1 includes a first surface 32, a second surface 33, and a third surface 3.
4 and a fourth surface 35, the first surface 32 is a surface having both the second reflection surface and the exit surface of the first prism P1, and the second surface 33 is a third reflection surface of the first prism P1. As the surfaces, the third surface 34 is configured as a first reflecting surface in the first prism P1, and the fourth surface 35 is configured as an incident surface in the first prism P1. The second prism P2 includes a first surface 41, a second surface 42, and a third surface 43.
And a fourth surface 44, and the first surface 41 is
2, the second surface 42 is the second prism P
2, the third surface 43 is configured as a first reflective surface in the second prism P2, and the fourth surface 44 is configured as an incident surface in the second prism P2.

【0112】そして、プリズムPは、LCD36から射
出した光が第2プリズムP2の第4面44で屈折してプ
リズム内に入射し、第3面43で反射し、第2面42で
反射し、第1面41で屈折してプリズム外に射出し、さ
らに、第1プリズムP1の第4面35で屈折してプリズ
ム内に入射し、第3面34で反射した後、第1面32に
備わる第2の反射面で反射し、第2面33で反射した
後、第1面32に備わる射出面で屈折してプリズム外に
射出し、射出瞳31の位置においた図示しない観察者の
眼球の網膜上に結像するように構成されている。なお、
図19と図20のプリズムとは、第2プリズムP2の第
3面と第4面とを結ぶ光路と第1面と第2面とを結ぶ光
路とが図19では、交差しないのに対し、図20では交
差するようになっている点で構成が異なっている。
The light emitted from the LCD 36 is refracted by the fourth surface 44 of the second prism P2, enters the prism, is reflected by the third surface 43, is reflected by the second surface 42, The light is refracted by the first surface 41 and exits outside the prism. Further, the light is refracted by the fourth surface 35 of the first prism P1, enters the prism, is reflected by the third surface 34, and is provided on the first surface 32. After being reflected by the second reflection surface and reflected by the second surface 33, the light is refracted by the exit surface provided on the first surface 32 and exits outside the prism. It is configured to form an image on the retina. In addition,
19 and 20, the optical path connecting the third and fourth surfaces of the second prism P2 and the optical path connecting the first and second surfaces do not intersect in FIG. In FIG. 20, the configuration is different in that they intersect.

【0113】次に、以上のような本発明による観察光学
系、撮像光学系は、物体像を接眼レンズを通して観察す
る観察装置や、物体像を形成しその像をCCDや銀塩フ
ィルムといった撮像素子に受光させて撮影を行なう撮影
装置として用いることが可能である。具体的には、顕微
鏡、頭部装着型画像表示装置、内視鏡、プロジェクタ
ー、銀塩カメラ、デジタルカメラ、VTRカメラ、更に
は、観察光学系や撮像光学系を付加した情報処理装置、
携帯電話等がある。以下にその実施形態を例示する。
Next, the above-described observation optical system and imaging optical system according to the present invention include an observation device for observing an object image through an eyepiece, and an imaging device such as a CCD or a silver halide film which forms an object image and converts the image. It can be used as a photographing device that performs photographing by receiving light. Specifically, a microscope, a head-mounted image display device, an endoscope, a projector, a silver halide camera, a digital camera, a VTR camera, and an information processing device to which an observation optical system and an imaging optical system are added,
There are mobile phones. The embodiment will be exemplified below.

【0114】その一例として、図21に頭部装着型で両
眼装着用の画像表示装置を観察者の頭部に装着した状態
を、図22(a)にその断面図を示す。この構成は、本発
明による観察光学系を図22(a)に示すように接眼光学
系として用いており、この接眼光学系100と画像表示
素子5からなる組を左右一対用意し、それらを眼幅距離
だけ離して支持することにより、両眼で観察できる据え
付け型又は頭部装着型画像表示装置のようなポータブル
型の画像表示装置102として構成されている。
As an example, FIG. 21 shows a state in which a head-mounted image display device for binocular mounting is mounted on the head of an observer, and FIG. 22 (a) is a sectional view thereof. In this configuration, the observation optical system according to the present invention is used as an eyepiece optical system as shown in FIG. 22 (a), and a pair consisting of the eyepiece optical system 100 and the image display element 5 is prepared as a pair of left and right eyes. A portable image display device 102 such as a stationary or head-mounted image display device that can be observed with both eyes by being supported by a width distance is provided.

【0115】すなわち、画像表示装置本体102には、
上記のような観察光学系が接眼光学系100として用い
られ、その接眼光学系100が左右一対備えられ、それ
らに対応して像面に液晶表示素子からなる画像表示素子
5が配置されている。そして、画像表示装置本体102
には、図21に示すように、左右に連続して図示のよう
な側頭フレーム103が設けられ、画像表示装置本体1
02を観察者の眼前に保持できるようになっている。な
お、図22(a)では、観察光学系と、眼鏡用レンズ15
とを画像表示装置102本体の内部に一体的に組み込ん
で構成しているが、眼鏡用のレンズ15を組み込まない
で画像表示装置102を構成してもよい。
That is, in the image display device main body 102,
The observation optical system as described above is used as the eyepiece optical system 100, and the eyepiece optical system 100 is provided as a pair of left and right, and the image display element 5 composed of a liquid crystal display element is arranged on the image plane corresponding to them. Then, the image display device main body 102
As shown in FIG. 21, a temporal frame 103 is provided continuously to the left and right as shown in FIG.
02 can be held in front of the observer's eyes. In FIG. 22A, the observation optical system and the spectacle lens 15 are shown.
Are integrated into the main body of the image display device 102, but the image display device 102 may be configured without the lens 15 for glasses.

【0116】また、側頭フレーム103にはスピーカ1
04が付設されており、画像観察と共に立体音響を聞く
ことができるようになっている。このようにスピーカ1
04を有する表示装置本体102には、映像音声伝達コ
ード105を介してポータブルビデオカセット等の再生
装置106が接続されており、観察者はこの再生装置1
06を図示のようにベルト箇所等の任意の位置に保持し
て、映像音響を楽しむことができるようになっている。
図21の符号107は再生装置106のスイッチ、ボリ
ューム等の調節部である。なお、画像表示装置本体10
2の内部には映像処理、音声処理回路等の電子部品を内
蔵させてある。
The speaker 1 is provided on the temporal frame 103.
04 is provided so that stereophonic sound can be heard together with image observation. Thus, the speaker 1
A playback device 106 such as a portable video cassette is connected to a display device main body 102 having a video playback device 105 via a video / audio transmission code 105.
06 is held at an arbitrary position such as a belt position as shown in the figure, so that video and audio can be enjoyed.
The reference numeral 107 in FIG. The image display device main body 10
2, electronic components such as a video processing circuit and an audio processing circuit are incorporated.

【0117】なお、コード105は先端をジャックにし
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よい。
The cord 105 may have a jack at the tip so that it can be attached to an existing video deck or the like. Furthermore, it is connected to a tuner for TV radio wave reception,
It may be used for viewing, or may be connected to a computer to receive computer graphics images, message images from the computer, and the like. Also, in order to reject an obstructive code, an antenna may be connected to receive an external signal by radio waves.

【0118】また、図22(b)に示すように、画像表示
装置本体102には眼鏡のレンズ15を組み込まないで
構成し、画像表示装置本体102に接続された支持部材
103’を眼鏡16のフレーム17に着脱可能に構成し
てもよい。この場合、図22(a)のスピーカ104は支
持部材103’に付設すればよい。また、図22(c)に
示すように、左右の眼ごとに接眼光学系100と画像表
示素子5とを防塵部材18で覆うと共に、防塵部材18
を眼鏡16のフレーム12に接続して構成してもよい。
As shown in FIG. 22B, the image display device main body 102 is constructed without incorporating the spectacle lens 15, and the supporting member 103 ′ connected to the image display device main body 102 is The frame 17 may be configured to be detachable. In this case, the speaker 104 in FIG. 22A may be attached to the support member 103 '. Further, as shown in FIG. 22C, the eyepiece optical system 100 and the image display element 5 are covered with the dustproof member 18 for each of the left and right eyes, and
May be connected to the frame 12 of the glasses 16.

【0119】さらに、本発明による観察光学系は、接眼
光学系を左右何れか一方の眼前に配置した片眼用の頭部
装着型画像表示装置に用いてもよい。図23に片眼に装
着(この場合は、左眼に装着)する構成にした場合の様
子を示す。図23中、111は実施例に示された、ガラ
ス又はプラスチックで構成された導光部の両面にホログ
ラフィック素子を貼り合わせて構成された導光部材を示
しており、導光部材111は、表示装置本体部114の
下部に設けられた支持部材(図示省略)が観察者112
の耳部113及び後頭部を介して固定されることによ
り、観察者112の顔面の左眼の前方に保持されてい
る。なお、図示省略した支持部材の構成としては、例え
ば、特開平10−257581号公報に記載の構成を用
いることができる。
Further, the observation optical system according to the present invention may be used in a head mounted image display device for one eye in which an eyepiece optical system is disposed in front of one of the right and left eyes. FIG. 23 shows a state where the camera is configured to be attached to one eye (in this case, attached to the left eye). In FIG. 23, reference numeral 111 denotes a light guide member configured by attaching holographic elements to both surfaces of a light guide unit made of glass or plastic, which is shown in the embodiment, and the light guide member 111 includes: A support member (not shown) provided at a lower portion of the display device main body 114 serves as a viewer 112.
Of the observer 112 in front of the left eye by being fixed via the ear 113 and the back of the head. In addition, as a configuration of a support member not shown, for example, a configuration described in JP-A-10-257581 can be used.

【0120】即ち、本実施例の画像表示装置が観察者1
12の左耳のみで支持するタイプの場合には、表示装置
本体部114の下部に設ける支持部材は、特開平10−
257581号公報に記載の「支持部、補助支持部」が
観察者112の左の耳部113の耳殻の上側付根部分か
ら下側付根部分にかけて湾曲形成されるようにして構成
する。この場合には、スピーカであるイヤホン部115
は、表示装置本体部114から音声信号を伝達するコー
ド116が接続された左耳用のイヤホン部のみのモノラ
ルタイプに構成するか、若しくは、左耳用のイヤホン部
に加えて、表示装置本体部114から長く延びた図示し
ないコードに接続された右耳用のイヤホン部を取り付け
てステレオタイプに構成する。
That is, the image display device according to the present embodiment is
In the case of the type supported only by the left ear of No. 12, the supporting member provided at the lower portion of the display device main body 114 is disclosed in
The "supporting portion, auxiliary supporting portion" described in Japanese Patent No. 257581 is configured to be curved from the upper base portion to the lower base portion of the ear shell of the left ear portion 113 of the observer 112. In this case, the earphone unit 115 which is a speaker
May be configured as a monaural type having only a left-ear earphone unit to which a cord 116 for transmitting an audio signal from the display device main unit 114 is connected, or in addition to the left-ear earphone unit, An earphone unit for the right ear connected to a cord (not shown) extending from 114 is attached to form a stereo type.

【0121】また、本実施例の画像表示装置が観察者1
12の左右の耳で支持するタイプの場合には、表示装置
本体部114の下部に設ける支持部材は、特開平10−
257581号公報に記載の「ヘッドバンド」を軸に、
左右夫々に耳部の耳殻の上側付根部分から下側付根部分
にかけて湾曲して形成される「支持部、補助支持部」を
設けることに加えて、「掛止体」若しくは長さを調整す
る構成を付加することによって、頭部の大きさ及び耳の
位置が夫々に異なる観察者の左右の耳の位置合わせに対
応可能に構成できる。この場合には、ステレオタイプの
左右のイヤホン部に夫々接続するコードを、「ヘッドバ
ンド」に接続させるか若しくは「ヘッドバンド」の内部
に埋設させ、イヤホン部近傍部分のコードのみが外部に
露出するように構成することが望ましい。
Further, the image display device of this embodiment is used for the observer 1
In the case of the type supported by the left and right ears of the display device 12, the support member provided at the lower portion of the display device main body 114 is disclosed in
With the "headband" described in US Pat.
In addition to providing “supporting parts, auxiliary supporting parts” that are formed by bending from the upper base part to the lower base part of the ear shell of the ear part on the left and right, adjust the “hook body” or the length By adding the configuration, it is possible to configure so that the size of the head and the position of the ear can be adapted to the alignment of the left and right ears of an observer different from each other. In this case, the cords respectively connected to the left and right earphone parts of the stereo type are connected to the “headband” or embedded inside the “headband”, and only the cord near the earphone part is exposed to the outside. It is desirable to configure as follows.

【0122】更に、表示装置本体部114には、インタ
ーネット接続やTV信号受信を可能にするCPU回路等
が内蔵され、また、それらの信号の送受信のためのアン
テナ119が設けられている。
Further, the display device main unit 114 has a built-in CPU circuit and the like for enabling Internet connection and TV signal reception, and is provided with an antenna 119 for transmitting and receiving those signals.

【0123】更に、映像・音声信号等を外部から送信す
るためのケーブル117が、表示装置本体部114から
外部に延びて、ビデオ再生装置118に接続されてい
る。なお、図中、118aはビデオ再生装置118のス
イッチやボリュウム調整部である。また、ケーブル11
7の先端部117aは、既存のビデオデッキ等に接続可
能なジャックとして構成してもよい。さらに、その場合
は、低価格タイプの装置として、表示装置本体部114
に内蔵されたインターネット接続やTV信号受信を可能
にするCPU回路等とアンテナ119を省略し、このジ
ャックを使って、TV電波受信用チューナーに接続して
TV鑑賞用にしたり、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、インターネットからの映
像等を受信するように構成してもよい。
Further, a cable 117 for transmitting video / audio signals and the like from outside extends from the display device main body 114 to the outside and is connected to the video reproducing device 118. In the figure, reference numeral 118a denotes a switch or a volume adjustment unit of the video playback device 118. Also, the cable 11
7 may be configured as a jack connectable to an existing video deck or the like. Further, in that case, the display device main unit 114 is used as a low-cost type device.
Omit the CPU circuit etc. and the antenna 119 that enable the Internet connection and TV signal reception built into the TV, and use this jack to connect to a TV radio reception tuner for TV viewing or to connect to a computer. You may be comprised so that the image of computer graphics, the image | video etc. from the internet may be received.

【0124】また、表示装置本体部114と導光部材1
11との間には、LCD等の画像表示素子とプリズム部
材を内蔵した画像形成ユニット部120と、観察者の顔
の大きさに合わせて位置調整可能なフレーム部121が
設けられている。このフレーム部121には、表示装置
本体部114に内蔵のCPU回路とLCD等の画像表示
素子とを電気的に接続するコードが内蔵されている。ま
た、フレーム部121を位置調整可能にするために、フ
レーム自体を弾性体で構成しても良いし、あるいは、フ
レーム部121と表示装置本体部114との接合部分を
ギヤで構成してフレーム部121を表示装置本体部11
4に対して伸縮自在となるようにしてもよい。
The display device main body 114 and the light guide member 1
An image forming unit 120 having a built-in image display element such as an LCD and a prism member, and a frame 121 that can be adjusted in position according to the size of the face of the observer are provided between the image forming device and the image forming device. The frame unit 121 has a built-in code for electrically connecting a CPU circuit built in the display device main unit 114 to an image display element such as an LCD. Further, the frame itself may be formed of an elastic body so that the position of the frame unit 121 can be adjusted, or the joint between the frame unit 121 and the display device main unit 114 may be formed of gears. 121 is the display device main body 11
4 may be made expandable and contractible.

【0125】また、図24〜図26は、本発明による撮
像光学系の要部構成を電子カメラのファインダー部の対
物光学系に組み込んだ構成の概念図を示す。図24は電
子カメラ40の外観を示す前方斜視図、図25は同後方
斜視図、図26は電子カメラ40の構成を示す断面図で
ある。
FIGS. 24 to 26 are conceptual diagrams of a configuration in which the main components of the imaging optical system according to the present invention are incorporated in the objective optical system of the finder section of the electronic camera. 24 is a front perspective view showing the appearance of the electronic camera 40, FIG. 25 is a rear perspective view of the same, and FIG. 26 is a sectional view showing the configuration of the electronic camera 40.

【0126】電子カメラ40は、この例の場合、撮影用
光路42を有する撮影光学系41、ファインダー用光路
44を有するファインダー光学系43、シャッター釦4
5、フラッシュ46、液晶表示モニター47等を含み、
カメラ40の上部に配置されたシャッター釦45を押圧
すると、それに連動して撮影用対物光学系48を通して
撮影が行なわれる。撮影用対物光学系48によって形成
された物体像が、ローパスフィルター、赤外カットフィ
ルター等のフィルター51を介してCCD49の撮像面
50上に形成される。
In this example, the electronic camera 40 includes a photographing optical system 41 having a photographing optical path 42, a finder optical system 43 having a finder optical path 44, and a shutter button 4.
5, including a flash 46, a liquid crystal display monitor 47, etc.
When the shutter button 45 disposed on the upper part of the camera 40 is pressed, the photographing is performed through the photographing objective optical system 48 in conjunction therewith. An object image formed by the photographing objective optical system 48 is formed on the imaging surface 50 of the CCD 49 via a filter 51 such as a low-pass filter or an infrared cut filter.

【0127】このCCD49で受光された物体像は、処
理手段52を介し、電子画像としてカメラ背面に設けら
れた液晶表示モニター47に表示される。また、この処
理手段52には記録素子61が配置され、撮影された電
子画像を記録することもできる。なお、この記録素子6
1は処理手段52と別体に設けられてもよいし、フロッ
ピー(登録商標)ディスク等により電子的に記録書込を
行なうように構成してもよい。また、CCD49に代わ
って銀塩フィルムを配置した銀塩カメラとして構成して
もよい。
The object image received by the CCD 49 is displayed as an electronic image on the liquid crystal display monitor 47 provided on the back of the camera via the processing means 52. In addition, a recording element 61 is disposed in the processing means 52, and can record a captured electronic image. Note that this recording element 6
1 may be provided separately from the processing means 52, or may be configured to perform recording and writing electronically using a floppy (registered trademark) disk or the like. Further, a silver halide camera in which a silver halide film is arranged in place of the CCD 49 may be configured.

【0128】さらに、ファインダー用光路44上には、
ファインダー用対物光学系53が配置されており、この
ファインダー用対物光学系53は、カバーレンズ54
と、フォーカシングのために光軸方向に位置調節可能な
正レンズ群57と、図4の実施例に示すような明るさ絞
り14と導光板3とプリズム4とを備えてなる。また、
カバー部材として用いられているカバーレンズ54は、
負のパワーを有するレンズ群であり、画角を拡大してい
る。このファインダー用対物光学系53によって結像面
90上に形成された物体像は、像正立部材であるポロプ
リズム55の視野枠上に形成される。
Further, on the optical path 44 for the finder,
A finder objective optical system 53 is provided, and the finder objective optical system 53 includes a cover lens 54.
A positive lens group 57 whose position can be adjusted in the optical axis direction for focusing, a brightness stop 14, a light guide plate 3, and a prism 4 as shown in the embodiment of FIG. Also,
The cover lens 54 used as a cover member is
This is a lens group having negative power, and has an increased angle of view. The object image formed on the image plane 90 by the finder objective optical system 53 is formed on a field frame of a Porro prism 55 which is an image erecting member.

【0129】なお、その視野枠は、ポロプリズム55の
第1反射面561と第2反射面562との間を分離し、そ
の間に配置されている。なお、ポロプリズム55は第1
反射面561から第4反射面564でなる。このポロプリ
ズム55の後方には、正立正像にされた像を観察者眼球
Eに導く接眼光学系59が配置されている。
[0129] Incidentally, the field frame is separated between the first reflecting surface 56 1 and the second reflecting surface 56 2 of the Porro prism 55 is disposed therebetween. The Porro prism 55 is the first
From the reflecting surface 56 1 formed of the fourth reflecting surface 56 4. An eyepiece optical system 59 for guiding the erect image to the observer's eyeball E is disposed behind the Porro prism 55.

【0130】このように構成されたカメラ40は、ファ
インダー用対物光学系53を少ない光学部材で構成で
き、高性能・低コスト化が実現できると共に、対物光学
系53の光路自体を折り曲げて構成できるため、カメラ
内部での配置の自由度が増し、設計上有利となる。
In the camera 40 configured as described above, the finder objective optical system 53 can be configured with a small number of optical members, high performance and low cost can be realized, and the optical path itself of the objective optical system 53 can be bent. Therefore, the degree of freedom of arrangement inside the camera increases, which is advantageous in design.

【0131】なお、図26の構成において、撮影用対物
光学系48の構成については言及しなかったが、撮影用
対物光学系48としては屈折型同軸光学系の他に、本発
明の2つのプリズム3,4からなる何れかのタイプの撮
像光学系を用いることも当然可能である。
Although the configuration of the photographing objective optical system 48 is not mentioned in the configuration of FIG. 26, the photographing objective optical system 48 is not limited to the refraction type coaxial optical system, but also includes two prisms of the present invention. Of course, it is also possible to use any type of imaging optical system consisting of 3 and 4.

【0132】次に、図27は本発明の撮像光学系を電子
カメラ40の撮影部の対物光学系48に、本発明の観察
光学系を電子カメラ40の接眼光学系59に組み込んだ
構成の概念図を示す。この例の場合は、撮影用光路42
上に配置された撮影用対物光学系48は、正レンズから
なるカバー部材65と本発明の実施例3に示すような導
光板3、プリズム4からなる撮像光学系からなる。そし
て、そのプリズム4とCCD49との間にローパスフィ
ルター、赤外カットフィルター等のフィルター51が配
置されており、この撮影用対物光学系48により形成さ
れた物体像はCCD49の撮像面50上に形成される。
このCCD49で受光された物体像は、処理手段52を
介し、液晶表示素子(LCD)60上に電子像として表
示される。また、この処理手段52は、CCD49で撮
影された物体像を電子情報として記録する記録手段61
の制御も行なう。LCD60に表示された画像は、接眼
光学系59を介して観察者眼球Eに導かれる。
FIG. 27 is a conceptual diagram showing a configuration in which the imaging optical system of the present invention is incorporated in the objective optical system 48 of the photographing section of the electronic camera 40, and the observation optical system of the present invention is incorporated in the eyepiece optical system 59 of the electronic camera 40. The figure is shown. In the case of this example, the imaging optical path 42
The photographing objective optical system 48 arranged above includes a cover member 65 made of a positive lens, and an imaging optical system made up of the light guide plate 3 and the prism 4 as shown in the third embodiment of the present invention. A filter 51 such as a low-pass filter or an infrared cut filter is disposed between the prism 4 and the CCD 49. An object image formed by the photographing objective optical system 48 is formed on an imaging surface 50 of the CCD 49. Is done.
The object image received by the CCD 49 is displayed as an electronic image on a liquid crystal display (LCD) 60 via the processing means 52. The processing means 52 includes a recording means 61 for recording an object image captured by the CCD 49 as electronic information.
Is also controlled. The image displayed on the LCD 60 is guided to the observer's eyeball E via the eyepiece optical system 59.

【0133】この接眼光学系59は、本発明の実施例3
に示すような観察光学系と同様の形態を持つ導光板3、
プリズム4とその射出瞳側に配置されたカバーレンズ9
1とからなる。また、LCD60の背後にはそれを照明
するバックライト92が配置されている。なお、この撮
影用対物光学系48は他のレンズ(正レンズ、負レン
ズ)を導光板3、プリズム4の物体側あるいは像側にそ
の構成要素として含んでいてもよい。
This eyepiece optical system 59 is used in the third embodiment of the present invention.
A light guide plate 3 having the same form as the observation optical system shown in FIG.
Prism 4 and cover lens 9 arranged on the exit pupil side
It consists of 1. A backlight 92 for illuminating the LCD 60 is provided behind the LCD 60. The objective optical system for photographing 48 may include another lens (a positive lens or a negative lens) as a component on the object side or the image side of the light guide plate 3 and the prism 4.

【0134】このように構成されたカメラ40は、撮影
用対物光学系48、接眼光学系59を少ない光学部材で
構成でき、高性能・低コスト化が実現できると共に、光
学系全体を同一平面上に並べて配置できるため、この配
置平面と垂直方向の厚みの薄型化が実現できる。
In the camera 40 thus configured, the photographing objective optical system 48 and the eyepiece optical system 59 can be composed of a small number of optical members, and high performance and low cost can be realized. The thickness in the direction perpendicular to the arrangement plane can be reduced.

【0135】なお、本例では、撮影用対物光学系48の
カバー部材65として、正レンズを配置しているが、負
レンズあるいは平行平面板を用いてもよい。
In this embodiment, a positive lens is disposed as the cover member 65 of the photographing objective optical system 48, but a negative lens or a plane parallel plate may be used.

【0136】ここで、カバー部材を設けずに、本発明の
撮像光学系の最も物体側に配置された面をカバー部材と
兼用することもできる。本例では、その最も物体側の面
は導光板3の入射面となる。しかし、この入射面が光軸
に対して偏心配置されているため、この面がカメラ前面
に配置されてしまうと、被写体側から見た場合、カメラ
40の撮影中心が自分からずれているように錯覚してし
まい(一般的なカメラ同様、入射面の垂直方向を撮影し
ていると感じるのが通常である。)、違和感を与えてし
まう。そこで、本例のように、結像光学系の最も物体側
の面が偏心面である場合には、カバー部材65(又は、
カバーレンズ54)を設けることが、被写体側から見た
場合に違和感を受けずに、既存のカメラと同じ感覚で撮
影を受けることができ望ましい。なお、導光板3の入射
面にはホログラフィック素子が設けられているため、水
分の侵入による回折のピーク波長の変化を防止するため
にも、カバー部材65、カバーレンズ91は設けること
が望ましい。
Here, without providing the cover member, the surface of the image pickup optical system according to the present invention which is disposed closest to the object can also be used as the cover member. In this example, the surface closest to the object is the incident surface of the light guide plate 3. However, since this incident surface is eccentrically arranged with respect to the optical axis, if this surface is arranged in front of the camera, the photographing center of the camera 40 is shifted from itself when viewed from the subject side. This is an illusion (similar to a general camera, it is usual to sense that the image is taken in the vertical direction of the incident surface), giving a sense of incongruity. Therefore, when the most object side surface of the imaging optical system is an eccentric surface as in this example, the cover member 65 (or
It is desirable to provide the cover lens 54) because it is possible to receive an image with the same feeling as an existing camera without feeling uncomfortable when viewed from the subject side. In addition, since the holographic element is provided on the incident surface of the light guide plate 3, it is preferable to provide the cover member 65 and the cover lens 91 in order to prevent a change in the diffraction peak wavelength due to invasion of moisture.

【0137】次に、図28は、本発明による撮像光学系
を電子内視鏡の観察系の対物光学系82に、本発明によ
る観察光学系を電子内視鏡の観察系の接眼光学系87に
組み込んだ構成の概念図を示す。この例の場合、観察系
の対物光学系82、接眼光学系87は実施例3と略同様
の形態の光学系を用いている。この電子内視鏡は、図2
8(a)に示すように、電子内視鏡71と、照明光を供給
する光源装置72と、その電子内視鏡71に対応する信
号処理を行なうビデオプロセッサ73と、このビデオプ
ロセッサ73から出力される映像信号を表示するモニタ
ー74と、このビデオプロセッサ73と接続され映像信
号等に記録するVTRデッキ75及びビデオディスク7
6と、映像信号を映像としてプリントアウトするビデオ
プリンタ77と、例えば図21に示したような頭部装着
型画像表示装置(HMD)78と共に構成されており、
電子内視鏡71の挿入部79の先端部80と、その接眼
部81は、図28(b)に示すように構成されている。
Next, FIG. 28 shows an image pickup optical system according to the present invention as an objective optical system 82 of an observation system of an electronic endoscope, and an observation optical system according to the present invention as an eyepiece optical system 87 of an observation system of an electronic endoscope. FIG. In this example, the objective optical system 82 and the eyepiece optical system 87 of the observation system use optical systems having substantially the same form as in the third embodiment. This electronic endoscope is shown in FIG.
As shown in FIG. 8A, an electronic endoscope 71, a light source device 72 for supplying illumination light, a video processor 73 for performing signal processing corresponding to the electronic endoscope 71, and an output from the video processor 73 Monitor 74 for displaying a video signal to be reproduced, a VTR deck 75 and a video disk 7 connected to the video processor 73 for recording video signals and the like.
6, a video printer 77 that prints out video signals as video, and a head-mounted image display (HMD) 78 as shown in FIG. 21, for example.
The distal end portion 80 of the insertion section 79 of the electronic endoscope 71 and the eyepiece section 81 are configured as shown in FIG.

【0138】光源装置72から照明された光束は、ライ
トガイドファイバー束88を通って照明用対物光学系8
9により、観察部位を照明する。そして、この観察部位
からの光が、カバー部材85を介して、観察用対物光学
系82によって物体像として形成される。この物体像
は、ローパスフィルター、赤外カットフィルター等のフ
ィルター83を介してCCD84の撮像面上に形成され
る。さらに、この物体像は、CCD84によって映像信
号に変換され、その映像信号は、図28(a)に示すビデ
オプロセッサ73により、モニター74上に直接表示さ
れると共に、VTRデッキ75、ビデオディスク76中
に記録され、また、ビデオプリンタ77から映像として
プリントアウトされる。また、HMD78の画像表示素
子5(図21)に表示されHMD78の装着者に表示さ
れる。同時に、CCD84によって変換された映像信号
は画像信号導伝手段93を介して接眼部81の液晶表示
素子(LCD)86上に電子像として表示され、その表
示像は本発明の観察光学系からなる接眼光学系87を経
て観察者眼球Eに導かれる。
The light beam illuminated from the light source device 72 passes through the light guide fiber bundle 88 and the illumination objective optical system 8.
9 illuminates the observation site. Then, light from this observation site is formed as an object image by the observation objective optical system 82 via the cover member 85. This object image is formed on the imaging surface of the CCD 84 via a filter 83 such as a low-pass filter or an infrared cut filter. Further, this object image is converted into a video signal by the CCD 84, and the video signal is directly displayed on the monitor 74 by the video processor 73 shown in FIG. And printed out from the video printer 77 as a video. The image is displayed on the image display element 5 (FIG. 21) of the HMD 78 and is displayed to the wearer of the HMD 78. At the same time, the video signal converted by the CCD 84 is displayed as an electronic image on the liquid crystal display element (LCD) 86 of the eyepiece section 81 via the image signal transmission means 93, and the displayed image is transmitted from the observation optical system of the present invention. Through the eyepiece optical system 87.

【0139】このように構成された内視鏡は、少ない光
学部材で構成でき、高性能・低コスト化が実現できると
共に、対物光学系80が内視鏡の長軸方向に並ぶため、
細径化を阻害することなく上記効果を得ることができ
る。
[0139] The endoscope thus configured can be configured with a small number of optical members, and can achieve high performance and low cost. In addition, since the objective optical system 80 is arranged in the longitudinal direction of the endoscope,
The above effect can be obtained without inhibiting the reduction in diameter.

【0140】次に、図29、30は本発明の結像光学系
を情報処理装置の一例であるパーソナルコンピュータ
(以下、パソコンと称する)に内蔵した構成を示す概念
図であり、図29はパソコン300の表示画面部199
を開いた状態を示す前方斜視図、図30はパソコン30
0の撮影光学系303とモニター302の概略構成を示
す表示画面部199の断面図である。なお、本実施例で
は、パソコン300として、特に、持ち運びに便利な携
帯型情報端末やノート型やブック型のパソコンを用いて
いる。
Next, FIGS. 29 and 30 are conceptual diagrams showing a configuration in which the imaging optical system of the present invention is incorporated in a personal computer (hereinafter referred to as a personal computer) as an example of an information processing apparatus. 300 display screens 199
FIG. 30 is a front perspective view showing a state in which the personal computer 30 is opened.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a display screen unit 199 showing a schematic configuration of a photographing optical system 303 and a monitor 302. In this embodiment, as the personal computer 300, a portable information terminal or a notebook-type or book-type personal computer that is particularly easy to carry is used.

【0141】図29、30に示すように、パソコン30
0は、外部から操作者が情報を入力するためのキーボー
ド301と、図示省略したCPUなどの情報処理装置や
メモリなどの記憶装置と、情報を操作者に表示するモニ
ター302と、操作者自身や周辺の像を撮影するための
撮影光学系303を有している。
As shown in FIGS. 29 and 30, the personal computer 30
Reference numeral 0 denotes a keyboard 301 for an operator to input information from the outside, an information processing device such as a CPU (not shown), a storage device such as a memory, a monitor 302 for displaying information to the operator, It has a photographing optical system 303 for photographing peripheral images.

【0142】ここで、撮影光学系303は、本発明の撮
像光学系に相当し、像面と瞳面との間にプリズム4と導
光板3とを含んで構成されている。像面には、物体像を
撮像する撮像素子としてCCD49が配置されている。
プリズム4は、第1面41〜第4面44を有している。導
光板3には、第1の領域及び第2の領域の夫々両面に、
体積型ホログラム(HOE)61〜64が設けられてい
る。また、導光板3は、前記第2の領域と前記第1の領
域との間で光束を10回以上全反射させるように構成さ
れている。なお、図30においては、第1の領域が射出
領域、第2の領域が入射領域を構成している。
Here, the photographing optical system 303 corresponds to the image pickup optical system of the present invention, and includes the prism 4 and the light guide plate 3 between the image plane and the pupil plane. On the image plane, a CCD 49 is arranged as an image pickup device for picking up an object image.
Prism 4 has a first surface 4 1 to the fourth surface 4 4. The light guide plate 3 has a first region and a second region on both surfaces, respectively.
Volume hologram (HOE) 6 1 ~6 4 is provided. Further, the light guide plate 3 is configured to totally reflect the light flux between the second region and the first region ten times or more. In FIG. 30, the first region constitutes the emission region, and the second region constitutes the incident region.

【0143】導光板3の前記第2の領域の両面に設けら
れたHOE63,64は、所定波長で入射した光束を夫々
回折反射させることで、該光束が導光板3の全反射臨界
角を超えた角度となるように形成されている。また、H
OE61〜64は、夫々導光板3の図29からみて右側角
部近傍に所定の大きさでもって設けられている。また、
導光板3の前記第1の領域の両面に設けられたHOE6
1,62は、導光板3の全反射臨界角を超えた角度で入射
した光束を夫々回折反射させることで、導光板3から光
束が射出されるように形成されている。なお本実施例で
は、導光板3の第2の領域に設けられたHOE64が物
体からの光束の明るさを絞る明るさ絞りとしての役割を
果たし、その入射面が瞳面になっている。プリズム4の
第1面41〜第4面44は、導光板3を射出した光束の偏
心収差を補正するための面として自由曲面で構成されて
いる。
The HOEs 6 3 and 6 4 provided on both sides of the second region of the light guide plate 3 diffract and reflect the light beams incident at a predetermined wavelength, respectively, so that the light beams become critical angles of total reflection of the light guide plate 3. It is formed so that it may become an angle exceeding. Also, H
The OEs 6 1 to 6 4 are provided with a predetermined size near the right corner of the light guide plate 3 as viewed in FIG. Also,
HOEs 6 provided on both sides of the first region of the light guide plate 3
1, 6 2, a light beam incident at an angle exceeding the total reflection critical angle of the light guide plate 3 by causing respectively diffracted and reflected, the light beam from the light guide plate 3 is formed so as to be emitted. In the present embodiment, it provided in the second region of the light guide plate 3 HOE 6 4 plays a role as aperture stop squeezing the brightness of the light beam from the object, the incident surface is in the pupil plane. The first surface 4 1 to the fourth surface 4 4 of the prism 4 is formed by a free curved as a surface for correcting the decentering aberration of the light flux emitted from the light guide plate 3.

【0144】そして本実施例では、導光板3の第2の領
域においてHOE64を透過した物体からの入射光束
が、HOE63で回折反射された後、HOE64で回折反
射されて、導光板3の全反射臨界角を超えた角度となっ
て、導光板3の内部で10回以上全反射され、且つ、そ
の途中の所定位置で一旦結像して第1の領域へと向か
い、第1の領域においてHOE61で回折反射された
後、HOE62で回折反射されて、HOE61を透過して
導光板3から射出する。導光板3から射出した光束は、
プリズム4の第1面41を透過してプリズム4の内部に
入射した後、第2面42、第3面43で反射され、第4面
4を透過して、プリズム4を射出し、赤外カットフィ
ルター51を介して赤外光が除去された状態でCCD4
9に導かれ、CCD49で撮像される。
[0144] Then, in this embodiment, the incident light beam from the transmitted object the HOE 6 4 in the second region of the light guide plate 3 is, after being diffracted and reflected by the HOE 6 3, it is diffracted and reflected by the HOE 6 4, the light guide plate 3 , And is totally reflected 10 times or more inside the light guide plate 3, and forms an image once at a predetermined position on the way to the first region, and the first region after being diffracted and reflected by the HOE 6 1 in the region is diffracted reflected by HOE 6 2, emitted from the light guide plate 3 is transmitted through the HOE 6 1. The luminous flux emitted from the light guide plate 3 is
After entering the interior of the prism 4 through the first surface 4 1 of the prism 4, the second surface 4 2, is reflected by the third surface 4 3, passes through the fourth surface 4 4, emits a prism 4 In a state where infrared light has been removed through the infrared cut filter 51, the CCD 4
9 and is imaged by the CCD 49.

【0145】モニター302は、導光板3と導光板3の
背面側(図30において右側)に配置された透過型のL
CD202とバックライト203とを備えて構成されて
いる。そして、バックライト203により背面から照明
されることによって透過型のLCD202に表示された
像を、導光板3を介して観察者が透過観察することがで
きるようになっている。なお、モニター302の構成要
素としての導光板3は、外部からの水分や埃の侵入を防
止するカバー部材としての役割も果たしている。
The monitor 302 includes a light guide plate 3 and a transmissive L disposed on the rear side (right side in FIG. 30) of the light guide plate 3.
It comprises a CD 202 and a backlight 203. An image displayed on the transmissive LCD 202 by being illuminated from the back by the backlight 203 can be viewed through the light guide plate 3 by the observer. Note that the light guide plate 3 as a component of the monitor 302 also plays a role as a cover member for preventing intrusion of moisture and dust from the outside.

【0146】表示画面部199の上側縁部200は、撮
影光学系303における導光板3のHOE64への光線
入射領域を遮光しない幅でもって形成されている。ま
た、表示画面部199の下側縁部201は、CCD49
やプリズム4が設けられていて、LCD202が及ばな
いモニター302の下側領域部分を覆い隠すような幅で
もって形成されている。
[0146] The upper edge 200 of the display screen unit 199 is formed with a width that does not shield the light beam incident area of the HOE 6 4 of the light guide plate 3 in the imaging optical system 303. The lower edge 201 of the display screen 199 is
And the prism 4 are provided, and have such a width as to cover a lower area portion of the monitor 302 which does not reach the LCD 202.

【0147】撮像素子であるCCD49で受光された物
体像は、パソコン300に設けられた情報処理手段(図
示省略)に入力され、電子画像として液晶パネル202
を介してモニター302の一部の領域又は全部の領域に
表示される。図29は、その一例として、HOE64
設けられた光線の入射領域より撮影光学系303を介し
て撮像された操作者の像が画像305として表示された
状態を示している。なお、撮影光学系303を介して撮
像された操作者の画像情報を情報処理手段、通信ケーブ
ル、インターネットや電話などの通信手段を用いて伝送
することにより、このパソコンに表示された画像305
と同じ画像を、遠隔地から通信先のパソコンや携帯電話
などの表示画面に表示することも可能である。
An object image received by the CCD 49 serving as an image pickup device is input to information processing means (not shown) provided in the personal computer 300, and is converted into an electronic image by the liquid crystal panel 202.
Is displayed in a partial area or the entire area of the monitor 302 via the. 29, as an example, shows a state in which the HOE 6 4 statue of the operator captured via the photographing optical system 303 than the incident area of the light provided is displayed as an image 305. The image information of the operator captured through the photographing optical system 303 is transmitted using information processing means, a communication cable, a communication means such as the Internet or a telephone, and the image 305 displayed on the personal computer is transmitted.
It is also possible to display the same image on a display screen of a communication destination personal computer or mobile phone from a remote place.

【0148】次に、情報処理装置の他の例として電話、
特に、その中でも持ち運びに便利な携帯電話に本発明の
結像光学系を内蔵した例を図31〜34に示す。図31
は携帯電話400の正面図、図32は図31の側面図、
図33はモニター404と撮影光学系405の構成を示
す断面図、図34はモニター404と観察光学系406
の構成を示す断面図である。
Next, a telephone, as another example of the information processing apparatus,
In particular, FIGS. 31 to 34 show examples in which the imaging optical system of the present invention is incorporated in a portable telephone which is convenient to carry. FIG.
Is a front view of the mobile phone 400, FIG. 32 is a side view of FIG. 31,
FIG. 33 is a sectional view showing the configuration of the monitor 404 and the photographing optical system 405, and FIG.
It is sectional drawing which shows a structure of.

【0149】図31に示すように、携帯電話400は、
操作者の声を情報として入力するマイク部401と、通
話相手の声を出力するスピーカ部402と、操作者が情
報を入力する入力ダイアル403と、操作者自身が通話
相手の撮影像と電話番号等の情報を表示するモニター4
04と、撮影光学系405と、観察光学系406と、通
信電波の送受信を行なうアンテナ412と、画像情報や
文字情報のデータ変換、通信制御、入力信号の制御等の
処理を行なうCPUなどの処理手段光学系に相当し、図
33に示すように、像面と瞳面との間にプリズム4と導
光板3とを含んで構成されている。像面には、物体像を
撮像する撮像素子としてCCD49が配置されている。
プリズム4は、第1面41〜第4面44を有している。導
光板3には、第1の領域及び第2の領域の夫々両面に、
体積型ホログラム(HOE)61〜64が設けられてい
る。また、導光板3は、前記第2の領域と前記第1の領
域との間で光束を10回以上全反射させるように構成さ
れている。なお、図33においては、第1の領域が射出
領域、第2の領域が入射領域を構成している。
As shown in FIG. 31, the portable telephone 400
A microphone unit 401 for inputting the voice of the operator as information, a speaker unit 402 for outputting the voice of the other party, an input dial 403 for the operator to input information, and a photographed image and telephone number of the other party Monitor 4 that displays information such as
04, an imaging optical system 405, an observation optical system 406, an antenna 412 for transmitting and receiving communication radio waves, and processing such as a CPU for performing processing such as data conversion of image information and character information, communication control, and control of input signals. As shown in FIG. 33, the optical system includes a prism 4 and a light guide plate 3 between an image plane and a pupil plane. On the image plane, a CCD 49 is arranged as an image pickup device for picking up an object image.
Prism 4 has a first surface 4 1 to the fourth surface 4 4. The light guide plate 3 has a first region and a second region on both surfaces, respectively.
Volume hologram (HOE) 6 1 ~6 4 is provided. Further, the light guide plate 3 is configured to totally reflect the light flux between the second region and the first region ten times or more. In FIG. 33, the first region constitutes the emission region, and the second region constitutes the incident region.

【0150】導光板3の前記第2の領域の両面に設けら
れたHOE63,64は、所定波長で入射した光束を夫々
回折反射させることで、該光束が導光板3の全反射臨界
角を超えた角度となるように形成されている。また、H
OE61〜64は、夫々導光板3の図31において右側角
部近傍の符号408,409に示す位置に所定の大きさ
でもって設けられている。また、導光板3の前記第1の
領域の両面に設けられたHOE61,62は、導光板3の
全反射臨界角を超えた角度で入射した光束を夫々回折反
射させることで、導光板3から光束が射出されるように
形成されている。なお本実施例の撮影光学系405で
は、導光板3の第2の領域に設けられたHOE64が物
体からの光束の明るさを絞る明るさ絞りとしての役割を
果たし、その入射面が瞳面になっている。プリズム4の
第1面41〜第4面44は、導光板3を射出した光束の偏
心収差を補正するための面として自由曲面で構成されて
いる。
The HOEs 6 3 and 6 4 provided on both sides of the second region of the light guide plate 3 diffract and reflect the light beams incident at a predetermined wavelength, respectively. It is formed so that it may become an angle exceeding. Also, H
The OEs 6 1 to 6 4 are provided at predetermined positions at positions indicated by reference numerals 408 and 409 in the vicinity of the right corner in FIG. 31 of the light guide plate 3. The HOEs 6 1 , 6 2 provided on both sides of the first region of the light guide plate 3 diffract and reflect light beams incident at angles exceeding the total reflection critical angle of the light guide plate 3, respectively. 3 is formed so as to emit a light beam. Note that in the photographing optical system 405 of the present embodiment, provided in the second region of the light guide plate 3 HOE 6 4 plays a role as aperture stop squeezing the brightness of the light beam from the object, the incident surface pupil plane It has become. The first surface 4 1 to the fourth surface 4 4 of the prism 4 is formed by a free curved as a surface for correcting the decentering aberration of the light flux emitted from the light guide plate 3.

【0151】そして本実施例の撮影光学系405では、
導光板3の第2の領域において、HOE64を透過した
物体からの入射光束が、HOE63で回折反射された
後、HOE64で回折反射されて、導光板3の全反射臨
界角を超えた角度となって、導光板3の内部で10回以
上全反射され、且つ、その途中の所定位置で一旦結像し
て第1の領域へと向かい、第1の領域においてHOE6
1で回折反射された後、HOE62で回折反射されて、H
OE61を透過して導光板3から射出する。導光板3か
ら射出した光束は、プリズム4の第1面41を透過して
プリズム4の内部に入射した後、第2面42、第3面43
で反射され、第4面44を透過して、プリズム4を射出
し、赤外カットフィルター51を介して赤外光が除去さ
れた状態でCCD49に導かれ、CCD49で撮像され
る。
In the photographing optical system 405 of this embodiment,
In the second region of the light guide plate 3, the incident light beam from the object transmitted through the HOE 6 4 is, after being diffracted and reflected by the HOE 6 3, is diffracted and reflected by the HOE 6 4, it exceeds a total reflection critical angle of the light guide plate 3 At an angle, the light is totally reflected 10 times or more inside the light guide plate 3, forms an image once at a predetermined position on the way, and goes to the first region, and the HOE 6 in the first region.
After being diffracted and reflected at 1, it is diffracted and reflected by the HOE 6 2, H
Through the OE6 1 emitted from the light guide plate 3. Light beam emitted from the light guide plate 3, after entering the interior of the prism 4 through the first surface 4 1 of the prism 4, the second surface 4 2, the third surface 4 3
In is reflected, passes through the fourth surface 4 4, emits a prism 4, through the infrared cut filter 51 is guided to the CCD 49 in a state where infrared light is removed, it is captured by the CCD 49.

【0152】モニター404は、導光板3と導光板3の
背面側(図33において右側)に配置された透過型のL
CD202とバックライト203とを備えて構成されて
いる。そして、バックライト203により背面から照明
されることによって透過型のLCD202に表示された
像を、導光板3を介して観察者が実像として透過観察す
ることができるようになっている。なお、モニター40
4の構成要素としての導光板3は、外部からの水分や埃
の侵入を防止するカバー部材としての役割も果たしてい
る。
The monitor 404 includes a light guide plate 3 and a transmissive L disposed on the rear side (right side in FIG. 33) of the light guide plate 3.
It comprises a CD 202 and a backlight 203. An image displayed on the transmissive LCD 202 by being illuminated from the back by the backlight 203 can be viewed through the light guide plate 3 by the observer as a real image. The monitor 40
The light guide plate 3 as a component of 4 also plays a role as a cover member for preventing intrusion of moisture and dust from the outside.

【0153】そして、撮像素子であるCCD49で受光
された物体像は、携帯電話400に設けられた情報処理
手段206に入力され、電子画像として液晶パネル20
2を介してモニター404の一部の領域又は全部の領域
に表示される。図31は、その一例として、撮影光学系
405により撮像された操作者の画像が表示された状態
を示している。なお、撮像素子(CCD)49で受光さ
れた物体像は、処理手段206に入力された後、通信相
手のモニターに、又は双方のモニターに表示されるよう
にすることも可能である。通信相手に画像を送信するに
は、撮像素子(CCD)49で受光された物体像の情報
を、送信可能な信号へと変換する信号変換処理機能を情
報処理装置に備える。
The object image received by the CCD 49 serving as the image pickup device is input to the information processing means 206 provided in the mobile phone 400, and is converted into an electronic image by the liquid crystal panel 20.
2 is displayed in a partial area or the entire area of the monitor 404. FIG. 31 shows, as an example, a state in which an image of the operator captured by the imaging optical system 405 is displayed. The object image received by the image sensor (CCD) 49 may be input to the processing unit 206 and then displayed on the monitor of the communication partner or on both monitors. To transmit an image to a communication partner, the information processing apparatus is provided with a signal conversion processing function of converting information of an object image received by the imaging device (CCD) 49 into a transmittable signal.

【0154】また、本実施例の観察光学系406は、図
34に示すように、像面と瞳面との間にプリズム4と導
光板3とを含んで構成されている。像面には、観察者が
観察する画像を表示する画像表示素子として小型のLC
D204がその背面側(図34において下側)にバック
ライト205を備えて配置されている。また、瞳面に射
出瞳を形成するようになっている。プリズム4は、第1
面41〜第4面44を有している。導光板3には、第1の
領域及び第2の領域の夫々両面に、体積型ホログラム
(HOE)6’1〜6’4が設けられている。また、導光
板3は、前記第2の領域と前記第1の領域との間で光束
を10回以上全反射させるように構成されている。な
お、図34においては、第1の領域が入射領域、第2の
領域が射出領域を構成している。
As shown in FIG. 34, the observation optical system 406 of this embodiment includes a prism 4 and a light guide plate 3 between an image plane and a pupil plane. On the image plane, a small LC is used as an image display element for displaying an image observed by the observer.
D204 is provided with a backlight 205 on the back side (the lower side in FIG. 34). An exit pupil is formed on the pupil plane. Prism 4 is the first
It has a surface 4 one to the fourth surface 4 4. The light guide plate 3 is provided with volume holograms (HOE) 6 ′ 1 to 6 ′ 4 on both surfaces of the first region and the second region, respectively. Further, the light guide plate 3 is configured to totally reflect the light flux between the second region and the first region ten times or more. In FIG. 34, the first region constitutes an incident region, and the second region constitutes an emission region.

【0155】導光板3の前記第1の領域の両面に設けら
れたHOE6’1,6’2は、所定波長で入射した光束を
夫々回折反射させることで、該光束が導光板3の全反射
臨界角を超えた角度となるように形成されている。ま
た、導光板3の前記第2の領域の両面に設けられたHO
E6’3,6’4は、導光板3の全反射臨界角を超えた角
度で入射した光束を夫々回折反射させることで、導光板
3から光束が射出されるように形成されている。また、
HOE6’1〜6’4は、夫々導光板3の図31において
左側角部近傍の符号410,411に示す位置に所定の
大きさでもって設けられている。プリズム4の第1面4
1〜第4面44は、導光板3を射出した光束の偏心収差を
補正するための面として自由曲面で構成されている。
The HOEs 6 ′ 1 , 6 ′ 2 provided on both sides of the first region of the light guide plate 3 diffract and reflect light beams incident at a predetermined wavelength, respectively, so that the light beams are totally reflected by the light guide plate 3. The angle is formed so as to exceed the critical angle. Further, HOs provided on both surfaces of the second region of the light guide plate 3 are provided.
E6 ′ 3 and 6 ′ 4 are formed so that the light fluxes incident at angles exceeding the total reflection critical angle of the light guide plate 3 are respectively diffracted and reflected, so that the light fluxes are emitted from the light guide plate 3. Also,
The HOEs 6 ′ 1 to 6 ′ 4 are provided at predetermined positions at positions indicated by reference numerals 410 and 411 near the left corner of the light guide plate 3 in FIG. First surface 4 of prism 4
1 to the fourth surface 4 4 is composed of a free-form surface as a surface for correcting the decentering aberration of the light flux emitted from the light guide plate 3.

【0156】そして、本実施例の観察光学系406で
は、バックライト205で照明されてLCD204から
射出された光束は、第4面44を透過してプリズム4の
内部に入射した後、第3面43、第2面42で反射され、
第1面41を透過して、プリズム4から射出される。そ
の後、導光板3の第1の領域に設けられたHOE6’2
に対し臨界角以下の入射角度でもって入射してHOE
6’2 を透過し、HOE6’1で回折反射された後、H
OE6’2で回折反射されて、導光板3の全反射臨界角
を超えた角度となって、導光板3の内部で10回以上全
反射され、且つ、その途中の所定位置で一旦結像して第
2の領域へと向かい、第2の領域においてHOE6’3
で回折反射された後、HOE6’4で回折反射されて、
HOE6’3を透過して導光板3から射出してモニター
404におけるHOE6’4を通る光路上に設けられた
射出瞳へと導かれる。
[0156] Then, the observation optical system 406 of the present embodiment, a light beam emitted from the illuminated LCD204 backlight 205 is incident on the inside of the prism 4 transmits through the fourth surface 4 4, 3 surface 4 3, it is reflected by the second surface 4 2,
Through the first surface 4 1, and is emitted from the prism 4. Thereafter, the HOE 6 ′ 2 provided in the first region of the light guide plate 3
Incident at an angle of incidence below the critical angle
After transmitting through 6 ′ 2 and diffracted and reflected by HOE 6 ′ 1 , H
The light is diffracted and reflected by the OE 6 ′ 2 and has an angle exceeding the total reflection critical angle of the light guide plate 3, is totally reflected 10 times or more inside the light guide plate 3, and forms an image once at a predetermined position in the middle thereof. To the second area, where the HOE 6 ′ 3
In after being diffracted and reflected, it is diffracted and reflected by the HOE 6 '4,
The light passes through the HOE 6 ′ 3 , exits from the light guide plate 3, and is guided to an exit pupil provided on the optical path of the monitor 404 passing through the HOE 6 ′ 4 .

【0157】このとき小型のLCD204とバックライ
ト205によって形成された小さな画像は、導光板3を
介して観察者の眼球Eに拡大投影されており、観察者
は、小型のLCD204の面上に形成された画像を拡大
投影された虚像として観察することになる。
At this time, the small image formed by the small LCD 204 and the backlight 205 is enlarged and projected onto the eyeball E of the observer via the light guide plate 3, and the observer forms the image on the surface of the small LCD 204. The observed image is observed as a virtual image that is enlarged and projected.

【0158】なお、この拡大投影された画像を観察する
場合、観察者は、導光板3により形成される射出瞳位置
に眼球Eを近付けなければならないため、モニター40
4の大部分の領域に表示されるLCD203の画像を見
ることができないばかりか、却ってLCD203に表示
された画像の光によって、観察光学系406による小型
のLCD204に表示された画像の拡大観察を妨げられ
てしまう場合があり得る。そこで、そのような場合に
は、CPU(処理手段)206によって、バックライト
203の照明光の光量を減少させるかもしくは消すよう
に制御することが望ましい。また、このようにすれば、
更に、消費電力の効率化という効果も期待できる。
When observing the magnified and projected image, the observer must bring the eyeball E closer to the exit pupil position formed by the light guide plate 3.
In addition to not being able to see the image of the LCD 203 displayed on most of the area of the LCD 4, the light of the image displayed on the LCD 203 rather prevents the observation optical system 406 from enlarging the image displayed on the small LCD 204. May be done. Therefore, in such a case, it is desirable that the CPU (processing means) 206 controls the amount of illumination light of the backlight 203 to be reduced or turned off. Also, if you do this,
Further, an effect of increasing power consumption can be expected.

【0159】次に、本発明による光学系を構成するプリ
ズムに対し体積型ホログラムのような回折素子を導光板
に設けるときの望ましい構成を図35に示す。図中、偏
心プリズムPは、本発明の観察光学系又は撮像光学系中
に含まれるプリズム4である。いま、回折素子の面C
が、図のように四角形を形成するとしたとき、偏心プリ
ズムPの第1面が面対称自由曲面に形成された場合その
対称面Dが、この回折素子の面Cの四角形を形成する辺
の少なくとも1つと平行になるように配置することが、
美しい像形成の上で望ましい。
Next, FIG. 35 shows a desirable configuration when a diffractive element such as a volume hologram is provided on the light guide plate with respect to the prism constituting the optical system according to the present invention. In the figure, an eccentric prism P is a prism 4 included in the observation optical system or the imaging optical system of the present invention. Now, the surface C of the diffraction element
If the first surface of the eccentric prism P is formed as a plane-symmetric free-form surface when the first surface of the decentered prism P is formed as shown in the drawing, the symmetric surface D is at least one of the sides forming the square of the surface C of the diffraction element. To be arranged in parallel with one,
Desirable for beautiful image formation.

【0160】さらに、この回折素子の面Cが正方形や長
方形といった4つの内角が夫々略90°にて形成されて
いる場合には、面対称自由曲面の対称面Dは、回折素子
の面Cの互いに平行関係にある2辺に対して平行に配置
され、この対称面Dが回折素子の面Cを左右又は上下対
称にさせる位置に一致するように構成することが好まし
い。このように構成すれば、装置に組み込むときの組み
込み精度が出しやすく、量産性に効果的である。
Further, when the surface C of the diffraction element has four interior angles of approximately 90 °, such as a square and a rectangle, the plane of symmetry D of the plane-symmetric free-form surface is the same as that of the surface C of the diffraction element. It is preferable that the planes of symmetry D are arranged in parallel to two sides that are in a parallel relationship with each other, and that the plane of symmetry D coincides with the position where the plane C of the diffraction element is symmetrical left and right or up and down. With such a configuration, it is easy to obtain the accuracy of assembling when assembling into the device, which is effective for mass production.

【0161】さらに、偏心プリズムPを構成する光学面
である第1面、第2面、第3面、第4面等の中、複数の
面又は全ての面が面対称自由曲面の場合には、複数の面
又は全ての面の対称面が同一面Dの上に配置されるよう
に構成することが、設計上も、収差性能上も望ましい。
そして、この対称面Dと回折素子のパワーの面との関係
は、上述と同様の関係にあることが望ましい。
Further, when a plurality of or all of the first, second, third and fourth optical surfaces constituting the decentered prism P are plane-symmetric free-form surfaces, It is desirable from the viewpoint of both design and aberration performance that the plurality of surfaces or the symmetrical surfaces of all surfaces are arranged on the same surface D.
It is desirable that the relationship between the symmetry plane D and the power plane of the diffraction element be the same as described above.

【0162】以上説明したように、本発明の光学系は、
特許請求の範囲に記載された特徴のほかに下記に示すよ
うな特徴も備えている。
As described above, the optical system of the present invention
In addition to the features described in the claims, the following features are provided.

【0163】(1)請求項1に記載の光学系を含んだ観
察光学系において、前記像面に観察者が観察する画像を
表示する画像表示素子を配置し、前記瞳面に観察者の眼
球が位置するように射出瞳を形成し、前記画像表示素子
から射出された光束が、前記プリズムを経由した後に、
前記導光板の第1の領域に入射し、前記導光板の前記プ
リズム側に設けられた前記ホログラフィック素子で回折
透過され、前記導光板の前記プリズムとは反対側に設け
られた前記ホログラフィック素子で回折反射されて、前
記導光板の全反射臨界角を超えた角度となって、前記導
光板内部で10回以上全反射されながら前記導光板の第
2の領域へと向かい、前記第2の領域において前記導光
板の前記射出瞳側に設けられた前記ホログラフィック素
子で回折反射され、前記導光板の前記射出瞳とは反対側
に設けられた前記ホログラフィック素子で回折反射され
て、前記導光板の全反射臨界角を超えない角度となっ
て、前記導光板の前記射出瞳側に設けられた前記ホログ
ラフィック素子を透過し前記導光板から射出して前記射
出瞳に導かれるように構成したことを特徴とする観察光
学系。
(1) In an observation optical system including the optical system according to claim 1, an image display element for displaying an image observed by an observer is arranged on the image plane, and the observer's eyeball is arranged on the pupil plane. Is formed so that the exit pupil is located, the light flux emitted from the image display element, after passing through the prism,
The holographic element which is incident on the first region of the light guide plate, is diffracted and transmitted by the holographic element provided on the prism side of the light guide plate, and is provided on the light guide plate on the side opposite to the prism Is diffracted and reflected at an angle exceeding the total reflection critical angle of the light guide plate, and heads toward the second region of the light guide plate while being totally reflected 10 times or more inside the light guide plate, In the region, the light is diffracted and reflected by the holographic element provided on the exit pupil side of the light guide plate, and is diffracted and reflected by the holographic element provided on the light guide plate on the side opposite to the exit pupil, and the light is guided by the light guide plate. An angle that does not exceed the critical angle of total reflection of the light plate, passes through the holographic element provided on the exit pupil side of the light guide plate, exits from the light guide plate, and is guided to the exit pupil. The observation optical system, characterized in that the configuration was.

【0164】(2)請求項1に記載の光学系を含んだ観
察光学系において、前記像面に観察者が観察する画像を
表示する画像表示素子を配置し、前記瞳面に観察者の眼
球が位置するように射出瞳を形成し、前記画像表示素子
から射出された光束が、前記プリズムを経由した後に、
前記導光板の第1の領域に入射し、前記導光板の前記プ
リズム側に設けられた前記ホログラフィック素子で回折
透過され、前記導光板の前記プリズムとは反対側に設け
られた前記ホログラフィック素子で回折反射されて、前
記導光板の全反射臨界角を超えた角度となって、前記導
光板内部で10回以上全反射されながら前記導光板の第
2の領域へと向かい、前記第2の領域において前記導光
板の前記射出瞳とは反対側に設けられた前記ホログラフ
ィック素子で回折反射され、前記導光板の前記射出瞳側
に設けられた前記ホログラフィック素子で回折透過され
て、前記導光板から射出して前記射出瞳に導かれるよう
に構成したことを特徴とする観察光学系。
(2) In the observation optical system including the optical system according to claim 1, an image display element for displaying an image observed by an observer is arranged on the image plane, and the observer's eyeball is arranged on the pupil plane. Is formed so that the exit pupil is located, the light flux emitted from the image display element, after passing through the prism,
The holographic element which is incident on the first region of the light guide plate, is diffracted and transmitted by the holographic element provided on the prism side of the light guide plate, and is provided on the light guide plate on the side opposite to the prism Is diffracted and reflected at an angle exceeding the total reflection critical angle of the light guide plate, and heads toward the second region of the light guide plate while being totally reflected 10 times or more inside the light guide plate, In the region, the light is diffracted and reflected by the holographic element provided on the side opposite to the exit pupil of the light guide plate, is diffracted and transmitted by the holographic element provided on the exit pupil side of the light guide plate, and An observation optical system, wherein the observation optical system is configured to emit light from a light plate and to be guided to the exit pupil.

【0165】(3)請求項1に記載の光学系を含んだ観
察光学系において、前記像面に観察者が観察する画像を
表示する画像表示素子を配置し、前記瞳面に観察者の眼
球が位置するように射出瞳を形成し、前記画像表示素子
から射出された光束が、前記プリズムを経由した後に、
前記導光板の第1の領域に入射し、前記導光板の前記プ
リズム側に設けられた前記ホログラフィック素子を透過
し、前記導光板の前記プリズムとは反対側に設けられた
前記ホログラフィック素子で回折反射され、前記導光板
の前記プリズム側に設けられた前記回折素子で回折反射
されて、前記導光板の全反射臨界角を超えた角度となっ
て、前記導光板内部で10回以上全反射されながら前記
導光板の第2の領域へと向かい、前記第2の領域におい
て前記導光板の前記射出瞳とは反対側に設けられた前記
ホログラフィック素子で回折反射され、前記導光板の前
記射出瞳側に設けられた前記ホログラフィック素子で回
折透過されて、前記導光板から射出して前記射出瞳に導
かれるように構成したことを特徴とする観察光学系。
(3) In the observation optical system including the optical system according to claim 1, an image display element for displaying an image observed by an observer is arranged on the image plane, and the observer's eyeball is arranged on the pupil plane. Is formed so that the exit pupil is located, the light flux emitted from the image display element, after passing through the prism,
The light enters the first region of the light guide plate, passes through the holographic element provided on the prism side of the light guide plate, and includes the holographic element provided on the opposite side of the light guide plate from the prism. The light is diffracted and reflected, and is diffracted and reflected by the diffraction element provided on the prism side of the light guide plate to have an angle exceeding the total reflection critical angle of the light guide plate, and is totally reflected 10 times or more inside the light guide plate While being directed toward the second region of the light guide plate, and in the second region, the light is diffracted and reflected by the holographic element provided on the opposite side of the light guide plate to the exit pupil, and the light exits the light guide plate. An observation optical system, wherein the observation optical system is configured to be diffracted and transmitted by the holographic element provided on the pupil side, to be emitted from the light guide plate, and to be guided to the exit pupil.

【0166】(4)請求項1に記載の光学系を含んだ撮
像光学系において、前記像面に物体像を撮像する撮像素
子を配置し、前記瞳面に物体からの光束の明るさを絞る
明るさ絞りを配置し、前記明るさ絞りを通過した物体か
らの光束が、前記導光板の第2の領域に入射し、前記導
光板の前記物体側に設けられた前記ホログラフィック素
子で回折透過され、前記導光板の前記物体とは反対側に
設けられた前記ホログラフィック素子で回折反射され
て、前記導光板の全反射臨界角を超えた角度となって、
前記導光板内部で10回以上全反射されながら第1の領
域へと向かい、前記第1の領域において前記導光板の前
記プリズム側に設けられた前記ホログラフィック素子で
回折反射され、前記導光板の前記プリズムとは反対側に
設けられた前記ホログラフィック素子で回折反射され
て、前記プリズム側に設けられた前記回折素子を透過し
て前記導光板から射出し、前記プリズムを経由して前記
撮像素子に導かれるように構成したことを特徴とする撮
像光学系。
(4) In the image pickup optical system including the optical system according to claim 1, an image pickup device for picking up an object image is arranged on the image plane, and the brightness of a light beam from the object is narrowed on the pupil plane. A brightness stop is arranged, and a light beam from an object that has passed through the brightness stop is incident on a second region of the light guide plate, and is diffracted and transmitted by the holographic element provided on the object side of the light guide plate. It is diffracted and reflected by the holographic element provided on the opposite side of the light guide plate from the object, and has an angle exceeding the total reflection critical angle of the light guide plate,
The light guide plate faces the first region while being totally reflected 10 times or more inside, and is diffracted and reflected by the holographic element provided on the prism side of the light guide plate in the first region. The holographic element provided on the side opposite to the prism is diffracted and reflected, passes through the diffraction element provided on the prism side, emits from the light guide plate, and passes through the prism to the image sensor. An imaging optical system characterized in that the imaging optical system is configured to be guided to the imaging device.

【0167】(5)請求項1に記載の光学系を含んだ撮
像光学系において、前記像面に物体像を撮像する撮像素
子を配置し、前記瞳面に物体からの光束の明るさを絞る
明るさ絞りを配置し、前記明るさ絞りを通過した物体か
らの光束が、前記導光板の第2の領域に入射し、前記導
光板の前記物体側に設けられた前記ホログラフィック素
子で透過され、前記導光板の前記物体とは反対側に設け
られた前記ホログラフィック素子で回折反射され、前記
導光板の前記物体側に設けられた前記ホログラフィック
素子で回折反射されて、前記導光板の全反射臨界角を超
えた角度となって、前記導光板内部で10回以上全反射
されながら第1の領域へと向かい、前記第1の領域にお
いて前記導光板の前記プリズムとは反対側に設けられた
前記ホログラフィック素子で回折反射され、前記導光板
の前記プリズム側に設けられた前記ホログラフィック素
子で回折透過されて、前記導光板から射出し、前記プリ
ズムを経由して前記撮像素子に導かれるように構成した
ことを特徴とする撮像光学系。
(5) In the image pickup optical system including the optical system according to claim 1, an image pickup device for picking up an object image is arranged on the image plane, and the brightness of a light beam from the object is narrowed on the pupil plane. A brightness stop is arranged, and a light beam from an object that has passed through the brightness stop enters a second area of the light guide plate and is transmitted by the holographic element provided on the object side of the light guide plate. The light guide plate is diffracted and reflected by the holographic element provided on the side opposite to the object, and the light guide plate is diffracted and reflected by the holographic element provided on the object side of the light guide plate. Becomes an angle exceeding the reflection critical angle, heads toward the first region while being totally reflected 10 times or more inside the light guide plate, and is provided on the opposite side of the light guide plate from the prism in the first region. Holography The light is diffracted and reflected by the light guide element, diffracted and transmitted by the holographic element provided on the prism side of the light guide plate, emitted from the light guide plate, and guided to the image pickup device via the prism. An imaging optical system, characterized in that:

【0168】(6)請求項1に記載の光学系を含んだ撮
像光学系において、前記像面に物体像を撮像する撮像素
子を配置し、前記瞳面に物体からの光束の明るさを絞る
明るさ絞りを配置し、前記明るさ絞りを通過した物体か
らの光束が、前記導光板の第2の領域に入射し、前記導
光板の前記物体側に設けられた前記ホログラフィック素
子を透過し、前記導光板の前記物体とは反対側に設けら
れた前記ホログラフィック素子で回折反射され、前記導
光板の前記物体側に設けられた前記ホログラフィック素
子で回折反射されて、前記導光板の全反射臨界角を超え
た角度となって、前記導光板内部で10回以上全反射さ
れながら第1の領域へと向かい、前記第1の領域におい
て前記導光板の前記プリズムとは反対側に設けられた前
記ホログラフィック素子で回折反射され、前記導光板の
前記プリズム側に設けられた前記ホログラフィック素子
で回折透過されて、前記導光板から射出し、前記プリズ
ムを経由して前記撮像素子に導かれるように構成したこ
とを特徴とする撮像光学系。
(6) In the image pickup optical system including the optical system according to claim 1, an image pickup device for picking up an object image is arranged on the image plane, and the brightness of a light beam from the object is narrowed on the pupil plane. A brightness stop is arranged, and a light flux from an object that has passed through the brightness stop is incident on a second region of the light guide plate and passes through the holographic element provided on the object side of the light guide plate. The light guide plate is diffracted and reflected by the holographic element provided on the side opposite to the object, and the light guide plate is diffracted and reflected by the holographic element provided on the object side of the light guide plate. Becomes an angle exceeding the reflection critical angle, heads toward the first region while being totally reflected 10 times or more inside the light guide plate, and is provided on the opposite side of the light guide plate from the prism in the first region. Holography It is configured to be diffracted and reflected by the element, diffracted and transmitted by the holographic element provided on the prism side of the light guide plate, emitted from the light guide plate, and guided to the image pickup device via the prism. An imaging optical system, characterized in that:

【0169】(7)入射光束が前記導光板内部で中間結
像するようにリレー光学系を構成したことを特徴とする
請求項1〜3、上記(1)〜(6)のいずれかに記載の
光学系。
(7) The relay optical system according to any one of (1) to (6), wherein the relay optical system is configured so that an incident light beam forms an intermediate image inside the light guide plate. Optical system.

【0170】(8)瞳径をPD、アイリリーフをERと
したとき、次の条件式(1)を満足することを特徴とする
請求項2、上記(1)〜(3)、請求項2に従属する上
記(7)のいずれかに記載の観察光学系。 0.1 ≦ PD ≦ ER×0.9 ……(1)
(8) When the pupil diameter is PD and the eye relief is ER, the following conditional expression (1) is satisfied: (2), (1) to (3), and (2). The observation optical system according to any one of the above (7), wherein 0.1 ≦ PD ≦ ER × 0.9 …… (1)

【0171】(9)瞳径をPD、アイリリーフをERと
したとき、次の条件式(2)を満足することを特徴とする
請求項2、上記(1)〜(3)、請求項2に従属する上
記(7)のいずれかに記載の観察光学系。 1.0 ≦ PD ≦ ER×0.6 ……(2)
(9) When the pupil diameter is PD and the eye relief is ER, the following conditional expression (2) is satisfied: (2), (1) to (3), and (2). The observation optical system according to any one of the above (7), wherein 1.0 ≦ PD ≦ ER × 0.6 …… (2)

【0172】(10)瞳径をPD、アイリリーフをER
としたとき、次の条件式(3)を満足することを特徴とす
る請求項2、上記(1)〜(3)、請求項2に従属する
上記(7)のいずれかに記載の観察光学系。 1.0 ≦ PD ≦ ER×0.3 ……(3)
(10) Pupil diameter is PD and eye relief is ER
Wherein the following conditional expression (3) is satisfied: the observation optics according to any one of (2), (1) to (3), and (7) subordinate to claim 2. system. 1.0 ≦ PD ≦ ER × 0.3 …… (3)

【0173】(11)前記導光板内部における軸上主光
線の入射位置から射出位置までの距離をLとしたとき、
次の条件式(4)を満足することを特徴とする請求項1〜
3、上記(1)〜(10)のいずれかに記載の光学系。 30.0mm ≦ L ≦ 200.0mm ……(4)
(11) When the distance from the incident position of the axial chief ray to the exit position within the light guide plate is L,
The following conditional expression (4) is satisfied:
3. The optical system according to any one of the above (1) to (10). 30.0 mm ≦ L ≦ 200.0 mm (4)

【0174】(12)前記導光板内部における軸上主光
線の入射位置から射出位置までの距離をLとしたとき、
次の条件式(5)を満足することを特徴とする請求項1〜
3、上記(1)〜(10)のいずれかに記載の光学系。 35.0mm ≦ L ≦ 140.0mm ……(5)
(12) Assuming that the distance from the incident position of the axial chief ray to the exit position is L in the light guide plate,
The following conditional expression (5) is satisfied:
3. The optical system according to any one of the above (1) to (10). 35.0 mm ≦ L ≦ 140.0 mm (5)

【0175】(13)前記導光板内部における軸上主光
線の入射位置から射出位置までの距離をLとしたとき、
次の条件式(6)を満足することを特徴とする請求項1〜
3、上記(1)〜(10)のいずれかに記載の光学系。 40.0mm ≦ L ≦ 70.0mm ……(6)
(13) Assuming that the distance from the incident position of the axial chief ray to the exit position is L in the light guide plate,
The following conditional expression (6) is satisfied:
3. The optical system according to any one of the above (1) to (10). 40.0 mm ≦ L ≦ 70.0 mm (6)

【0176】(14)前記瞳面と前記プリズムとが前記
導光板の同一面側に位置することを特徴とする請求項1
〜3、上記(1)〜(13)のいずれかに記載の光学
系。
(14) The pupil plane and the prism are located on the same plane side of the light guide plate.
To 3, and the optical system according to any one of the above (1) to (13).

【0177】(15)前記瞳面と前記プリズムとが前記
導光板を隔てた位置にあることを特徴とする請求項1〜
3、上記(1)〜(13)のいずれかに記載の光学系。
光学系。
(15) The pupil plane and the prism are located at positions separated by the light guide plate.
3. The optical system according to any one of the above (1) to (13).
Optical system.

【0178】(16)前記画像表示素子が透過型の画像
表示素子であることを特徴とする請求項2、上記(1)
〜(3)、請求項2に従属する上記(7)〜(15)の
いずれかに記載の観察光学系。
(16) The image display device according to (2), wherein the image display device is a transmission type image display device.
(3) The observation optical system according to any one of (7) to (15), which is dependent on claim 2.

【0179】(17)前記画像表示素子が反射型の画像
表示素子であることを特徴とする請求項2、上記(1)
〜(3)、請求項2に従属する上記(7)〜(15)の
いずれかに記載の観察光学系。
(17) The image display device according to (2), wherein the image display device is a reflection type image display device.
(3) The observation optical system according to any one of (7) to (15), which is dependent on claim 2.

【0180】(18)照明光源を備えると共に、前記プ
リズムが、前記照明光源からの照明光を前記反射型の画
像表示素子に導き、更に、前記反射型の画像表示素子で
反射された光束を前記導光板の入射領域に導くように構
成されていることを特徴とする上記(17)に記載の観
察光学系。
(18) An illumination light source is provided, and the prism guides illumination light from the illumination light source to the reflection-type image display element, and further, the light flux reflected by the reflection-type image display element is reflected by the prism. (17) The observation optical system according to (17), wherein the observation optical system is configured to be guided to an incident area of the light guide plate.

【0181】(19)前記ホログラフィック素子が、前
記導光板の夫々の側において入射領域と射出領域とで夫
々別体に設けられていることを特徴とする請求項1〜
3、上記(1)〜(18)のいずれかに記載の光学系。
(19) The holographic element is provided separately in an incident area and an emission area on each side of the light guide plate.
3. The optical system according to any one of the above (1) to (18).

【0182】(20)前記ホログラフィック素子が、前
記導光板の夫々の側において入射領域から射出領域に至
るまで一体に形成され、且つ、入射領域の所定位置から
射出領域の所定位置に至るまでの領域において光束が、
全反射臨界角を超えた角度でもって前記導光板内部で1
0回以上全反射するように構成されていることを特徴と
する請求項1〜3、上記(1)〜(18)のいずれかに
記載の光学系。
(20) The holographic elements are integrally formed on each side of the light guide plate from the incident area to the emission area, and are formed from a predetermined position of the incidence area to a predetermined position of the emission area. The luminous flux in the area,
At an angle exceeding the critical angle for total reflection, 1
The optical system according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical system is configured to perform total reflection zero or more times.

【0183】(21)前記導光板を隔てて前記射出瞳と
は反対側に撮像素子を設け、観察者が前記導光板を介し
て前記画像表示素子に表示された像を観察しているとき
に観察者の像が前記導光板を透過して撮像されるように
したことを特徴とする請求項2、上記(1)〜(3)、
請求項2に従属する上記(1)〜(20)のいずれかに
記載の観察光学系。
(21) An image pickup device is provided on the side opposite to the exit pupil with the light guide plate interposed therebetween, and when an observer is observing an image displayed on the image display device via the light guide plate. 3. An image of an observer is transmitted through the light guide plate so as to be imaged, wherein (1) to (3),
The observation optical system according to any one of (1) to (20), which is dependent on claim 2.

【0184】(22)前記導光板の面形状が平面形状に
形成されていることを特徴とする請求項1〜3、上記
(1)〜(21)のいずれかに記載の光学系。
(22) The optical system according to any one of (1) to (21), wherein the light guide plate is formed in a planar shape.

【0185】(23)前記導光板の面形状が曲面形状に
形成されていることを特徴とする請求項1〜3、上記
(1)〜(21)のいずれかに記載の光学系。
(23) The optical system according to any one of (1) to (21), wherein the light guide plate is formed in a curved shape.

【0186】(24)前記ホログラフィック素子が体積
型ホログラムで構成されていることを特徴とする請求項
1〜3、上記(1)〜(23)のいずれかに記載の光学
系。
(24) The optical system according to any one of (1) to (23), wherein said holographic element is constituted by a volume hologram.

【0187】(25)前記画像表示素子から射出された
光束が、前記導光板内部で20回以上全反射するように
したことを特徴とする請求項2、上記(1)〜(3)、
請求項2に従属する上記(7)〜(24)のいずれかに
記載の観察光学系。
(25) The light beam emitted from the image display element is totally reflected at least 20 times inside the light guide plate, according to the above items (1) to (3),
The observation optical system according to any one of the above (7) to (24), which is dependent on claim 2.

【0188】(26)前記画像表示素子から射出された
光束が、前記導光板内部で30回以上全反射するように
したことを特徴とする請求項2、上記(1)〜(3)、
請求項2に従属する上記(7)〜(24)のいずれかに
記載の観察光学系。
(26) The light beam emitted from the image display element is totally reflected at least 30 times inside the light guide plate, according to the above (1) to (3),
The observation optical system according to any one of the above (7) to (24), which is dependent on claim 2.

【0189】(27)前記明るさ絞りを通過した物体か
らの光束が、前記導光板内部で20回以上全反射するよ
うにしたことを特徴とする請求項3、上記(4)〜
(6)、請求項3に従属する上記(7)、(11)〜
(15)、(19)、(20)、(22)〜(24)の
いずれかに記載の撮像光学系。
(27) The light beam from an object that has passed through the aperture stop is totally reflected at least 20 times inside the light guide plate.
(6) The above (7), (11) to (3) dependent on claim 3
(15) The imaging optical system according to any one of (19), (20), and (22) to (24).

【0190】(28)前記明るさ絞りを通過した物体か
らの光束が、前記導光板内部で30回以上全反射するよ
うにしたことを特徴とする請求項3、上記(4)〜
(6)、請求項3に従属する上記(7)、(11)〜
(15)、(19)、(20)、(22)〜(24)の
いずれかに記載の撮像光学系。
(28) The light beam from an object passing through the aperture stop is totally reflected at least 30 times inside the light guide plate.
(6) The above (7), (11) to (3) dependent on claim 3
(15) The imaging optical system according to any one of (19), (20), and (22) to (24).

【0191】(29)前記プリズムは、前記偏心収差を
補正するための曲面が自由曲面で構成されていることを
特徴とする請求項1〜3、上記(1)〜(28)のいず
れかに記載の光学系。
(29) The prism according to any one of (1) to (28), wherein the curved surface for correcting the eccentric aberration is a free-form surface. Optical system as described.

【0192】(30)請求項2、上記(1)〜(3)、
請求項2に従属する上記(7)〜(26)、(29)の
いずれかに記載の観察光学系を内蔵した本体部と、前記
観察光学系の射出瞳を観察者の眼球位置に保持するよう
に前記本体部を観察者頭部に支持する支持部材と、前記
観察者の耳に音声を与えるスピーカー部材とを有してい
ることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
(30) Claim 2, the above (1) to (3),
A main body incorporating the observation optical system according to any one of (7) to (26) and (29) according to claim 2, and an exit pupil of the observation optical system is held at an eyeball position of an observer. A head-mounted image display device comprising a support member for supporting the main body portion on the observer's head and a speaker member for giving sound to the observer's ear.

【0193】(31)上記(30)に記載の頭部装着型
画像表示装置において、前記本体部が、右眼用の観察光
学系と左眼用の観察光学系とを備え、前記スピーカー部
材が、右耳用スピーカー部材と左耳用スピーカー部材と
を有するように構成されていることを特徴とする頭部装
着型画像表示装置。
(31) In the head mounted image display device according to the above (30), the main body comprises an observation optical system for the right eye and an observation optical system for the left eye, and the speaker member is A head-mounted image display device comprising a right-ear speaker member and a left-ear speaker member.

【0194】(32)上記(30)又は(31)に記載
の頭部装着型画像表示装置において、前記スピーカー部
材がイヤホンで構成されていることを特徴とする頭部装
着型画像表示装置。
(32) The head-mounted image display device according to the above (30) or (31), wherein the speaker member comprises an earphone.

【0195】[0195]

【発明の効果】以上、本発明によれば、携帯電話や携帯
情報端末そして頭部装着型の虚像観察装置に用いるのに
適した、小型で、軽量、かつ明るく、さらに高解像度を
有する観察光学系、撮像光学系を提供することができ
る。
As described above, according to the present invention, a small, lightweight, bright, and high-resolution observation optics suitable for use in a portable telephone, a portable information terminal, and a head-mounted virtual image observation apparatus. System and an imaging optical system can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による光学系の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of an optical system according to the present invention.

【図2】本発明による光学系を構成する導光板に入射す
る光の反射状態を示す原理説明図である。
FIG. 2 is a principle explanatory view showing a reflection state of light incident on a light guide plate constituting the optical system according to the present invention.

【図3】図1の構成において軸上光線が導光板内部で中
間結像される状態を説明するための概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining a state in which an axial ray is intermediately imaged inside a light guide plate in the configuration of FIG. 1;

【図4】本発明の第1実施例にかかる光学系の光軸を含
むY−Z断面図である。
FIG. 4 is a YZ sectional view including the optical axis of the optical system according to the first example of the present invention.

【図5】第1実施例の像歪みを表す収差図である。FIG. 5 is an aberration diagram illustrating image distortion of the first example.

【図6】第1実施例の横収差を表す収差図である。FIG. 6 is an aberration diagram showing a lateral aberration in the first example.

【図7】本発明の第2実施例にかかる光学系の光軸を含
むY−Z断面図である。
FIG. 7 is a YZ sectional view including an optical axis of an optical system according to a second example of the present invention.

【図8】本発明の第3実施例にかかる光学系の光軸を含
むY−Z断面図である。
FIG. 8 is a YZ sectional view including an optical axis of an optical system according to a third example of the present invention.

【図9】本発明の第4実施例にかかる光学系の光軸を含
むY−Z断面図である。
FIG. 9 is a YZ sectional view including an optical axis of an optical system according to a fourth example of the present invention.

【図10】本発明の光学系のプリズム部材に適用可能な
プリズムの一例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an example of a prism applicable to the prism member of the optical system according to the present invention.

【図11】本発明の光学系のプリズム部材に適用可能な
プリズムの他の例を示す図である。
FIG. 11 is a view showing another example of a prism applicable to the prism member of the optical system of the present invention.

【図12】本発明の光学系のプリズム部材に適用可能な
プリズムのさらに他の例を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing still another example of a prism applicable to the prism member of the optical system of the present invention.

【図13】本発明の光学系のプリズム部材に適用可能な
プリズムのさらに他の例を示す図である。
FIG. 13 is a view showing still another example of a prism applicable to the prism member of the optical system according to the present invention.

【図14】本発明の光学系のプリズム部材に適用可能な
プリズムのさらに他の例を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing still another example of a prism applicable to the prism member of the optical system of the present invention.

【図15】本発明の光学系のプリズム部材に適用可能な
プリズムのさらに他の例を示す図である。
FIG. 15 is a view showing still another example of a prism applicable to the prism member of the optical system of the present invention.

【図16】本発明の光学系のプリズム部材に適用可能な
プリズムのさらに他の例を示す図である。
FIG. 16 is a view showing still another example of a prism applicable to the prism member of the optical system according to the present invention.

【図17】本発明の光学系のプリズム部材に適用可能な
プリズムのさらに他の例を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing still another example of a prism applicable to the prism member of the optical system of the present invention.

【図18】本発明の光学系のプリズム部材に適用可能な
プリズムのさらに他の例を示す図である。
FIG. 18 is a view showing still another example of a prism applicable to the prism member of the optical system according to the present invention.

【図19】本発明の光学系のプリズム部材に適用可能な
プリズムのさらに他の例を示す図である。
FIG. 19 is a view showing still another example of a prism applicable to the prism member of the optical system of the present invention.

【図20】本発明の光学系のプリズム部材に適用可能な
プリズムのさらに他の例を示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing still another example of a prism applicable to the prism member of the optical system according to the present invention.

【図21】本発明の観察光学系を用いた頭部装着型で両
眼装着用の画像表示装置を観察者の頭部に装着した状態
を示す図である。
FIG. 21 is a diagram showing a state in which a head-mounted binocular image display device using the observation optical system of the present invention is mounted on the head of an observer.

【図22】本発明の観察光学系を用いた頭部装着型で両
眼装着用の画像表示装置を上側からみた図であり、(a)
は図17の断面図、(b)は(a)の一変形例を示す断面図、
(c)は(a)の他の変形例を示す断面図である。
FIG. 22 is a diagram of a head-mounted binocular image display device using the observation optical system of the present invention as viewed from above, and FIG.
Is a cross-sectional view of FIG. 17, (b) is a cross-sectional view showing a modification of (a),
(c) is a sectional view showing another modification of (a).

【図23】本発明の観察光学系を用いた頭部装着型で片
眼装着用の画像表示装置を観察者の頭部に装着した状態
を示す図である。
FIG. 23 is a diagram illustrating a state in which a head-mounted image display device for one eye mounting using the observation optical system of the present invention is mounted on the head of an observer.

【図24】本発明の撮像光学系及び観察光学系を適用し
た電子カメラの外観を示す前方斜視図である。
FIG. 24 is a front perspective view showing the appearance of an electronic camera to which the imaging optical system and the observation optical system of the present invention are applied.

【図25】図24の電子カメラの後方斜視図である。FIG. 25 is a rear perspective view of the electronic camera of FIG. 24;

【図26】図24の電子カメラの1つの構成を示す断面
図である。
26 is a cross-sectional view showing one configuration of the electronic camera in FIG.

【図27】本発明の撮像光学系及び観察光学系を適用し
た別の電子カメラの概念図である。
FIG. 27 is a conceptual diagram of another electronic camera to which the imaging optical system and the observation optical system of the present invention are applied.

【図28】本発明の撮像光学系及び観察光学系を適用し
た電子内視鏡の概念図である。
FIG. 28 is a conceptual diagram of an electronic endoscope to which the imaging optical system and the observation optical system of the present invention are applied.

【図29】本発明の結像光学系を内蔵したパーソナルコ
ンピュータの表示画面部を開いた状態を示す前方斜視図
である。
FIG. 29 is a front perspective view showing a state in which a display screen of a personal computer having an imaging optical system of the present invention built therein is opened.

【図30】図29のパーソナルコンピュータの撮影光学
系とモニターの概略構成を示す表示画面部の断面図であ
る。
30 is a cross-sectional view of a display screen part showing a schematic configuration of a photographing optical system and a monitor of the personal computer of FIG. 29.

【図31】本発明の結像光学系を内蔵した携帯電話の正
面図である。
FIG. 31 is a front view of a mobile phone incorporating the imaging optical system of the present invention.

【図32】図31の側面図である。FIG. 32 is a side view of FIG. 31.

【図33】図31の携帯電話におけるモニター404と
撮影光学系405の構成を示す断面図である。
33 is a cross-sectional view showing a configuration of a monitor 404 and a photographing optical system 405 in the mobile phone of FIG.

【図34】図31の携帯電話におけるモニター404と
観察光学系406の構成を示す断面図である
34 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a monitor 404 and an observation optical system 406 in the mobile phone of FIG.

【図35】本発明による光学系を構成するプリズムにH
OEを配置するときの好ましい構成を示す図である。
FIG. 35 shows an example in which the prism constituting the optical system according to the present invention is H-shaped.
FIG. 3 is a diagram illustrating a preferred configuration when OEs are arranged.

【図36】本発明におけるHOEを定義するための原理
図である。
FIG. 36 is a principle diagram for defining a HOE in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 射出瞳 2 軸上主光線 3 導光板 4 プリズム 41 第1面 42 第2面 43 第3面 44 第4面 5,202,204 LCD 61、62、63、64、61’、62’ 体積型ホログ
ラム(HOE) 7 照明用光源 8、9 プリズム 10 ハーフミラー 11 遮光部材 13 撮像素子 14 明るさ絞り 15 眼鏡用レンズ 16 眼鏡 17 フレーム 18 防塵部材 40 カメラ 41 撮像光学系 42 撮影用光路 43 ファインダー光学系 44 ファインダー用光路 45 シャッター 46 フラッシュ 47 液晶表示モニター 48 撮影用対物光学系 49 CCD 50 撮像面 51 フィルター 52 処理手段 53 ファインダー用対物光学系 54 負レンズ群 55 ポロプリズム 561〜564 第1〜4反射面 57 正レンズ群 59 接眼光学系 60 液晶表示素子(LCD) 61 記録素子 65 カバー部材 71 電子内視鏡 72 光源装置 73 ビデオプロセッサ 74 モニター 75 VTRデッキ 76 ビデオディスク 77 ビデオプリンタ 78 頭部装着型画像表示装置(HMD) 79 挿入部 80 先端部 81 接眼部 82 観察用対物光学系 83 フィルター 84 CCD 85 カバー部材 86 液晶表示素子(LCD) 87 接眼光学系 88 ライトガイドファイバー束 89 照明用対物光学系 90 結像面 91 カバー部材 92,203,205 バックライト 93 画像信号導伝手段 100 接眼光学系 102 画像表示装置(本体) 103 側頭フレーム 104 スピーカ 105 映像音声伝達コード 106 再生装置 107 調節部 108 前フレーム 111 導光部材 112 観察者 113 耳部 114 表示装置本体部 115 イヤホン部 116 コード 117 ケーブル 117a ケーブル先端部 118 ビデオ再生装置 118a スイッチ、ボリュウム調整部 119,412 アンテナ 120 画像形成ユニット部 199 表示画面部 200 上側縁部 201 下側縁部 206 情報処理手段 300 パーソナルコンピュータ 301 キーボード 302,404 モニター 303,405 撮影光学系 305 画像 400 携帯電話 401 マイク部 402 スピーカ部 403 入力ダイアル 406 観察光学系 P 偏心プリズム C 回折素子の面 D 面対称自由曲面の対称面
REFERENCE SIGNS LIST 1 exit pupil 2 axial principal ray 3 light guide plate 4 prism 4 1 first surface 4 2 second surface 4 3 third surface 4 4 fourth surface 5, 202, 204 LCD 6 1 , 6 2 , 6 3 , 6 4 , 6 1 ′, 6 2 ′ Volume hologram (HOE) 7 Light source for illumination 8, 9 Prism 10 Half mirror 11 Shielding member 13 Image sensor 14 Brightness aperture 15 Lens for eyeglasses 16 Glasses 17 Frame 18 Dustproof member 40 Camera 41 Imaging Optical system 42 Optical path for photographing 43 Optical path for finder 44 Optical path for finder 45 Shutter 46 Flash 47 Liquid crystal display monitor 48 Objective optical system for photographing 49 CCD 50 Imaging surface 51 Filter 52 Processing means 53 Objective optical system for viewfinder 54 Negative lens group 55 Polo prisms 56 1 to 56 4 first to fourth reflecting surface 57 the positive lens group 59 eyepiece 60 liquid crystal display device ( CD) 61 Recording element 65 Cover member 71 Electronic endoscope 72 Light source device 73 Video processor 74 Monitor 75 VTR deck 76 Video disk 77 Video printer 78 Head mounted image display device (HMD) 79 Insertion section 80 Tip section 81 Eyepiece Unit 82 Observation objective optical system 83 Filter 84 CCD 85 Cover member 86 Liquid crystal display device (LCD) 87 Eyepiece optical system 88 Light guide fiber bundle 89 Illumination objective optical system 90 Image forming surface 91 Cover member 92, 203, 205 Backlight 93 image signal transmission means 100 eyepiece optical system 102 image display device (main body) 103 temporal frame 104 speaker 105 video / audio transmission code 106 playback device 107 adjustment unit 108 front frame 111 light guide member 112 observer 113 ear 114 display Main body section 115 Earphone section 116 Cord 117 Cable 117a Cable tip section 118 Video playback device 118a Switch, volume adjustment section 119, 412 Antenna 120 Image forming unit section 199 Display screen section 200 Upper edge section 201 Lower edge section 206 Information processing means Reference Signs List 300 personal computer 301 keyboard 302,404 monitor 303,405 photographing optical system 305 image 400 mobile phone 401 microphone section 402 speaker section 403 input dial 406 observation optical system P decentered prism C surface of diffractive element D plane symmetrical surface of free-form surface

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02B 5/32 G02B 5/32 H04N 5/64 511 H04N 5/64 511A ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G02B 5/32 G02B 5/32 H04N 5/64 511 H04N 5/64 511A

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 瞳面と像面との間に配置された光学系に
おいて、 前記光学系は、少なくともプリズムと、導光板とを含
み、 前記導光板は、入射領域及び射出領域において夫々両面
にホログラフィック素子を有し、且つ、光束を導光板内
部で10回以上全反射して前記入射領域から前記射出領
域に至らせるように構成され、 前記導光板の前記入射領域の両面に設けられた前記ホロ
グラフィック素子は、夫々所定位置において所定波長で
入射した光束を夫々回折して、該光束の入射角が前記導
光板の全反射臨界角を超えた角度となるように形成さ
れ、 前記導光板の前記射出領域の両面に設けられた前記ホロ
グラフィック素子は、夫々所定位置において前記入射領
域から前記射出領域に導かれた光束を夫々回折して、該
光束の入射角が前記導光板の全反射臨界角を超えない角
度となって、前記導光板から光束が射出されるように形
成され、 前記プリズムは、少なくとも一つの面に前記導光板を射
出した光束の偏心収差を補正するための曲面を備えてい
ることを特徴とする光学系。
1. An optical system disposed between a pupil plane and an image plane, wherein the optical system includes at least a prism and a light guide plate, and the light guide plate is provided on both surfaces in an incident area and an exit area, respectively. It has a holographic element, and is configured to totally reflect the light flux 10 times or more inside the light guide plate to reach from the incident region to the emission region, and is provided on both surfaces of the incident region of the light guide plate. The holographic element is formed such that light beams incident at predetermined positions at predetermined wavelengths are respectively diffracted, and an incident angle of the light beams is an angle exceeding a total reflection critical angle of the light guide plate, and the light guide plate is formed. The holographic elements provided on both sides of the emission region diffract light beams guided from the incident region to the emission region at predetermined positions, respectively, so that the incident angle of the light beam is the light guide plate. An angle not exceeding the critical angle for total reflection is formed so that a light beam is emitted from the light guide plate, and the prism is for correcting eccentric aberration of the light beam emitted from the light guide plate to at least one surface. An optical system having a curved surface.
【請求項2】 請求項1に記載の光学系を含んだ観察光
学系において、 前記像面に観察者が観察する画像を表示する画像表示素
子を配置し、 前記瞳面に観察者の眼球が位置するように射出瞳を形成
し、 前記画像表示素子から射出された光束が、前記プリズム
を経由した後に、前記導光板の第1の領域に入射し、前
記導光板の前記プリズム側に設けられた前記ホログラフ
ィック素子を透過し、前記導光板の前記プリズムとは反
対側に設けられた前記ホログラフィック素子で回折反射
され、前記導光板の前記プリズム側に設けられた前記回
折素子で回折反射されて、前記導光板の全反射臨界角を
超えた角度となって、前記導光板内部で10回以上全反
射されながら前記導光板の第2の領域へと向かい、前記
第2の領域において前記導光板の前記射出瞳側に設けら
れた前記ホログラフィック素子で回折反射され、前記導
光板の前記射出瞳とは反対側に設けられた前記ホログラ
フィック素子で回折反射されて、前記導光板の全反射臨
界角を超えない角度となって、前記導光板の前記射出瞳
側に設けられた前記ホログラフィック素子を透過し前記
導光板から射出して前記射出瞳に導かれるように構成し
たことを特徴とする観察光学系。
2. An observation optical system including the optical system according to claim 1, wherein an image display element for displaying an image observed by an observer is arranged on the image plane, and an eyeball of the observer is arranged on the pupil plane. An exit pupil is formed so as to be located, and a light beam emitted from the image display element is incident on a first region of the light guide plate after passing through the prism, and is provided on the prism side of the light guide plate. Transmitted through the holographic element, is diffracted and reflected by the holographic element provided on the side of the light guide plate opposite to the prism, is diffracted and reflected by the diffraction element provided on the prism side of the light guide plate. The light guide plate has an angle exceeding the total reflection critical angle, and travels toward the second region of the light guide plate while being totally reflected 10 times or more inside the light guide plate. Light source Diffracted and reflected by the holographic element provided on the exit pupil side, diffracted and reflected by the holographic element provided on the side opposite to the exit pupil of the light guide plate, and sets the total reflection critical angle of the light guide plate. An observing optic, wherein the angle does not exceed, and the light is transmitted through the holographic element provided on the exit pupil side of the light guide plate, is emitted from the light guide plate, and is guided to the exit pupil. system.
【請求項3】 請求項1に記載の光学系を含んだ撮像光
学系において、 前記像面に物体像を撮像する撮像素子を配置し、 前記瞳面に物体からの光束の明るさを絞る明るさ絞りを
配置し、 前記明るさ絞りを通過した物体からの光束が、前記導光
板の第2の領域に入射し、前記導光板の前記物体側に設
けられた前記ホログラフィック素子を透過し、前記導光
板の前記物体とは反対側に設けられた前記ホログラフィ
ック素子で回折反射され、前記導光板の前記物体側に設
けられた前記ホログラフィック素子で回折反射されて、
前記導光板の全反射臨界角を超えた角度となって、前記
導光板内部で10回以上全反射されながら第1の領域へ
と向かい、前記第1の領域において前記導光板の前記プ
リズム側に設けられた前記ホログラフィック素子で回折
反射され、前記導光板の前記プリズムとは反対側に設け
られた前記ホログラフィック素子で回折反射されて、前
記プリズム側に設けられた前記回折素子を透過して前記
導光板から射出し、前記プリズムを経由して前記撮像素
子に導かれるように構成したことを特徴とする撮像光学
系。
3. An image pickup optical system including the optical system according to claim 1, wherein an image pickup element for picking up an object image is arranged on said image plane, and said pupil plane is used to reduce the brightness of a light beam from an object. A light beam from an object that has passed through the brightness stop is incident on a second region of the light guide plate, and passes through the holographic element provided on the object side of the light guide plate; Diffracted and reflected by the holographic element provided on the opposite side to the object of the light guide plate, and diffracted and reflected by the holographic element provided on the object side of the light guide plate,
It becomes an angle exceeding the total reflection critical angle of the light guide plate, heads toward the first region while being totally reflected 10 times or more inside the light guide plate, and in the first region, on the prism side of the light guide plate. Diffracted and reflected by the provided holographic element, diffracted and reflected by the holographic element provided on the side of the light guide plate opposite to the prism, and transmitted through the diffractive element provided on the prism side. An imaging optical system configured to emit light from the light guide plate and to be guided to the imaging device via the prism.
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