JP2003149587A - Display optical system, image display unit, and optical system and device for imaging - Google Patents

Display optical system, image display unit, and optical system and device for imaging

Info

Publication number
JP2003149587A
JP2003149587A JP2001349347A JP2001349347A JP2003149587A JP 2003149587 A JP2003149587 A JP 2003149587A JP 2001349347 A JP2001349347 A JP 2001349347A JP 2001349347 A JP2001349347 A JP 2001349347A JP 2003149587 A JP2003149587 A JP 2003149587A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical system
reflected
light
display
image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2001349347A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3870070B2 (en
Inventor
Kazutaka Inoguchi
和隆 猪口
Shoichi Yamazaki
章市 山崎
Tomomi Matsunaga
智美 松永
Akinari Takagi
章成 高木
Hideki Morishima
英樹 森島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2001349347A priority Critical patent/JP3870070B2/en
Priority to US10/292,014 priority patent/US7019909B2/en
Priority to DE60224635T priority patent/DE60224635T2/en
Priority to EP02257804A priority patent/EP1312968B1/en
Priority to AT02257804T priority patent/ATE384280T1/en
Priority to CNB021504857A priority patent/CN1231787C/en
Publication of JP2003149587A publication Critical patent/JP2003149587A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3870070B2 publication Critical patent/JP3870070B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Lenses (AREA)
  • Structure And Mechanism Of Cameras (AREA)
  • Studio Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make a display optical system and an imaging optical system have a wide angle of view by increasing the power of the optical system to constitute the display optical system or imaging optical system by using a small-sized image display element. SOLUTION: The display optical system which guides light from an original picture 3 to the eye of an observer or a projected surface is provided with 1st, 2nd, and 3rd surfaces as optical surfaces; and the light which is made incident from the original picture through the 3rd surface B is reflected by the 1st surface A, reflected by the 2nd surface C, reflected by the 1st surface, reflected by the 3rd surface, transmitted through the 1st surface, and guided to the eye of the observer or the projected surface. The imaging optical system which guides light from a subject to an imaging surface is provided with 1st, 2nd, and 3rd surfaces as optical surfaces; and the light which is made incident from the subject through the 1st surface is reflected by the 3rd surface, reflected by the 1st surface, reflected by the 2nd surface, reflected by the 1st surface, transmitted by the 3rd surface, and guided to the imaging surface.

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、画像表示素子等に
表示された原画を拡大表示させるヘッドマウントディス
プレイやプロジェクタ等の画像表示装置に好適な表示光
学系および撮像装置に好適な撮像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 a display optical system suitable for an image display device such as a head mounted display or a projector for enlarging and displaying an original image displayed on an image display device or the like, and an imaging optical system suitable for the image pickup device. It is a thing.

【0002】[0002]

【従来の技術】CRTやLCD等の画像表示素子を用
い、これらの表示素子に表示された画像を光学系を介し
て拡大表示させる頭部装着型の画像表示装置(ヘッドマ
ウントディスプレイ)が良く知られている。
2. Description of the Related Art A head-mounted image display device (head-mounted display) which uses an image display device such as a CRT or LCD and enlarges an image displayed on the display device through an optical system is well known. Has been.

【0003】このヘッドマウントディスプレイ等の画像
表示装置は、これらの装置を頭部に装着するため、特に
装置全体の小型化、軽量化が要望されている。また、重
量バランスや外観等を考慮すると、観察者の視軸方向に
薄型であることが好ましい。さらに、表示される拡大像
に迫力を持たせるために、できるだけ大きな拡大像が望
まれている。
In the image display device such as the head mounted display, since these devices are mounted on the head, it is particularly required to reduce the size and weight of the entire device. Further, in consideration of weight balance, appearance and the like, it is preferable that the thickness is thin in the visual axis direction of the observer. Further, in order to give a powerful effect to the displayed enlarged image, a magnified image as large as possible is desired.

【0004】図12には、従来の共軸凹面鏡を用いた画
像表示装置を示している。同装置では、表示素子101
に表示された画像からの光束をハーフミラー102で反
射させ、凹面鏡103に入射させ、凹面鏡103で反射
した光束をハーフミラー102を介して観察者の眼Eに
導いている。表示素子101に表示した画像は、凹面鏡
103によって拡大した虚像として形成される。これに
より、観察者は表示素子101に表示した画像の拡大虚
像を観察することができる。
FIG. 12 shows an image display device using a conventional coaxial concave mirror. In the device, the display element 101
The light flux from the image displayed on is reflected by the half mirror 102, is incident on the concave mirror 103, and the light flux reflected by the concave mirror 103 is guided to the eye E of the observer through the half mirror 102. The image displayed on the display element 101 is formed as a virtual image enlarged by the concave mirror 103. Thereby, the observer can observe the enlarged virtual image of the image displayed on the display element 101.

【0005】また、例えば特開平7−333551号公
報,特開平8−50256号公報,特開平8−1603
40号公報および特開平8−179238号公報等にお
いては、画像を表示する画像表示素子としてのLCD
(液晶)と、観察光学系としての薄型プリズムとを使用
し、装置全体の薄型化を図った画像表示装置が提案され
ている。
Further, for example, JP-A-7-333551, JP-A-8-50256, and JP-A-8-1603.
No. 40 and Japanese Patent Laid-Open No. 8-179238, an LCD as an image display element for displaying an image is disclosed.
There has been proposed an image display device that uses a (liquid crystal) and a thin prism as an observation optical system to reduce the thickness of the entire device.

【0006】図13には、特開平7−333551号公
報で提案されている画像表示装置を示している。この装
置において、LCD111から発せられた光は、小型の
偏心プリズム112の入射面113に入射する。そし
て、プリズム112に形成した曲率を有した全反射面1
14と反射面115との間で光束が折り畳まれ、その
後、面114より偏心プリズム112から射出して観察
者の眼Eに導かれる。これによって表示素子(LCD)
111に表示された画像の虚像が形成され、この虚像を
観察者が観察する。
FIG. 13 shows an image display device proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-333551. In this device, the light emitted from the LCD 111 is incident on the incident surface 113 of the small decentering prism 112. Then, the total reflection surface 1 having a curvature formed on the prism 112.
The light flux is folded between the reflecting surface 115 and the reflecting surface 115, and then emitted from the eccentric prism 112 from the surface 114 and guided to the eye E of the observer. This enables the display device (LCD)
A virtual image of the image displayed on 111 is formed, and an observer observes this virtual image.

【0007】偏心プリズム112の反射面115は、偏
心非回転対称面(アジムス角度により光学的パワーの異
なる面であり、いわゆる自由曲面)で構成された偏心自
由曲面より構成されている。
The reflecting surface 115 of the decentering prism 112 is composed of a decentered free-form surface composed of a decentered non-rotationally symmetric surface (a surface having a different optical power depending on the azimuth angle, a so-called free-form surface).

【0008】図13に示す光学系のタイプは、図12に
示した従来の共軸凹面鏡を用いたタイプに比べ、装置全
体の薄型化および観察視野の広画角化が容易であるとい
う特徴を有している。
The optical system type shown in FIG. 13 is characterized in that it is easier to make the entire apparatus thinner and to widen the field of view of the observation field as compared with the type using the conventional coaxial concave mirror shown in FIG. Have

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】近年、画像を表示する
表示素子であるLCD等の高精細化が進み、従来と同程
度の画素数を有しながらも従来より小型化されたLCD
等が開発されている。このような小型化された画像表示
素子を用いると、装置の小型化には有利になるものの、
従来と同様の画角を達成するためには、光学系の倍率を
上げる必要が生じる。
In recent years, LCDs, which are display elements for displaying images, have been made finer, and LCDs having the same number of pixels as the conventional ones but smaller in size than the conventional ones.
Etc. have been developed. Using such a downsized image display element is advantageous for downsizing the device,
In order to achieve the same angle of view as the conventional one, it is necessary to increase the magnification of the optical system.

【0010】このような状況に鑑みて、特開平10−1
53748号公報には、偏心プリズムとリレーレンズ系
とを組み合わせ、リレーレンズ系により一旦中間像を形
成してから表示素子に表示された画像を観察者に導く光
学系が提案されている。これにより、図13に示すタイ
プの薄型という特徴を有しつつ、更なる倍率向上を果た
し、LCDサイズに対して広画角化を図っている。
In view of such a situation, Japanese Patent Laid-Open No. 10-1
Japanese Patent Laid-Open No. 53748 proposes an optical system in which a decentered prism and a relay lens system are combined and an intermediate image is once formed by the relay lens system and then an image displayed on a display element is guided to an observer. As a result, while having the characteristics of the thin type of the type shown in FIG. 13, the magnification is further improved and the angle of view is widened with respect to the LCD size.

【0011】また、この特開平10−153748号公
報にて提案の光学系に比べて、更なる光学性能向上を図
ったものとして、偏心プリズムの内部反射面を増加さ
せ、偏心プリズムのみで中間像を形成し、その像を観察
者に導くタイプや、第1の偏心プリズム光学系に第2の
偏心プリズムを設けたタイプ等が、特開2000−06
6106号公報,特開2000−105338号公報,
特開2000−131614号公報,特開2000−1
99853号公報,特開2000−227554号公報
および特開2000−231060号公報等に提案され
ている。
Further, in order to further improve the optical performance as compared with the optical system proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-153748, the internal reflection surface of the decentering prism is increased so that the intermediate image is formed only by the decentering prism. A type in which a second decentering prism is provided in the first decentering prism optical system, and the like in which the image is formed and the image is guided to an observer are disclosed in JP-A-2000-06.
6106, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-105338,
JP 2000-131614 A, JP 2000-1
It is proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 99853, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-227554, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-231060, and the like.

【0012】一般的に、一旦中間像を形成するタイプの
光学系は光路長が長くなり、装置が大型化するという問
題があるが、これらの各公報にて提案の光学系において
も、透過作用と反射作用とを果たす兼用面を用いたり、
光路を交差させたりする等の工夫により小型化を目指し
ている。
Generally, an optical system of the type that temporarily forms an intermediate image has a problem that the optical path length becomes long and the size of the apparatus becomes large. And using a dual-purpose surface that fulfills the reflection function,
We are aiming for miniaturization by devising ways such as intersecting the optical paths.

【0013】本発明は、小型の表示素子を用いつつ広表
示画角を達成でき、しかも全体として小型の表示光学
系、および小型で広撮影画角を達成できる撮像光学系を
提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a display optical system that can achieve a wide display angle of view while using a small-sized display element, and a compact display optical system as a whole, and a compact image pickup optical system that can achieve a wide shooting angle of view. I am trying.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本願第1の発明では、原画からの光を観察者の眼
又は被投射面に導く表示光学系において、光学面である
第1、第2および第3の面を設け、原画から第3の面を
透過して入射した光を、第1の面で反射し、第2の面で
反射し、第1の面で反射し、第3の面で反射し、第1の
面を透過させて観察者の眼又は被投射面に導くようにし
ている。
In order to achieve the above object, in the first invention of the present application, in the display optical system for guiding the light from the original image to the observer's eye or the projection surface, the display surface is an optical surface. The first, second and third surfaces are provided, and the light transmitted from the original image through the third surface and incident is reflected by the first surface, reflected by the second surface, and reflected by the first surface. , Is reflected by the third surface and transmitted through the first surface to be guided to the observer's eye or the projection surface.

【0015】すなわち、第1、第2および第3の面の間
で光を略往復させて光路を折り返すことにより、光路長
に対して小型の光学系構成が達成できるようにしてい
る。
That is, by making the light substantially reciprocate between the first, second, and third surfaces to fold the optical path, a compact optical system configuration can be achieved with respect to the optical path length.

【0016】また、第1および第3の面に透過作用と反
射作用を持たせることで、光学面数を少なくすることが
でき、より小型化を図ることが可能となる。
Further, by providing the first and third surfaces with a transmission function and a reflection function, the number of optical surfaces can be reduced and the size can be further reduced.

【0017】なお、表示光学系(例えば、透明体)内で
光を中間結像(実像形成)させるようにするとよい。す
なわち、小型の原画の中間結像された実像を拡大して表
示する中間結像タイプとすることにより、光学設計の自
由度が増え、原画を大画面表示させることが可能とな
る。
Incidentally, it is preferable to form an intermediate image (real image) of the light in the display optical system (for example, a transparent body). That is, by adopting an intermediate imaging type that enlarges and displays a small intermediate image of the original image, the degree of freedom in optical design is increased and the original image can be displayed on a large screen.

【0018】また、この表示光学系を構成する光学面を
当該面で反射する光線に対して偏心させることにより、
さらなる薄型化を図ることが可能となり、光学面に曲率
を持たせることで表示光学系における不要な面を取り除
き、小型化を図ることが可能となる。さらに、光学面を
回転非対称面(自由曲面)とすることにより、諸収差を
良好に補正でき、回転非対称面(自由曲面)を複数面採
用すると、原画のアスペクト比と表示画像のアスペクト
比とを近いものにすることが可能となり、高品位な表示
画像を得ることが可能となる。
By decentering the optical surface constituting the display optical system with respect to the light rays reflected by the surface,
It is possible to further reduce the thickness, and by providing the optical surface with a curvature, it is possible to remove an unnecessary surface in the display optical system and achieve size reduction. Furthermore, by making the optical surface a rotationally asymmetrical surface (free-form surface), various aberrations can be corrected well, and if multiple rotationally asymmetrical surfaces (free-form surface) are adopted, the aspect ratio of the original image and the aspect ratio of the display image can be It is possible to make them close to each other, and it is possible to obtain a high-quality display image.

【0019】なお、この表示光学系は、観察者が頭部に
装着して画像を観察するためのヘッドマウントディスプ
レイ(HMD)やスクリーン等の被投射面に画像を拡大
投射する投射型画像表示装置(プロジェクタ)等の画像
表示装置に好適である。
The display optical system is a projection type image display device for enlarging and projecting an image on a projection surface such as a head mounted display (HMD) or a screen for an observer to wear on the head to observe the image. It is suitable for image display devices such as (projectors).

【0020】また、本願第2の発明では、被写体からの
光を撮像面に導く撮像光学系において、光学面である第
1、第2および第3の面を設け、被写体から第1の面を
透過して入射した光を、第3の面で反射し、第1の面で
反射し、第2の面で反射し、第1の面で反射し、第3の
面を透過させて撮像面に導くようにしている。
In the second invention of the present application, in the image pickup optical system for guiding the light from the subject to the image pickup surface, the first, second and third surfaces, which are optical surfaces, are provided, and the first surface is set from the subject. The light transmitted and incident is reflected by the third surface, reflected by the first surface, reflected by the second surface, reflected by the first surface, transmitted through the third surface, and transmitted through the imaging surface. I am trying to lead to.

【0021】すなわち、第1、第2および第3の面の間
で光を略往復させて光路をほぼ重複させることにより、
光路長に対して小型の光学系を達成できるようにしてい
る。
That is, the light is substantially reciprocated between the first, second and third surfaces to substantially overlap the optical paths,
It is possible to achieve a compact optical system with respect to the optical path length.

【0022】また、第1および第3の面に透過作用と反
射作用を持たせることで、光学面数を少なくすることが
でき、より小型化を図ることが可能となる。
Further, by providing the first and third surfaces with the transmissive action and the reflective action, the number of optical surfaces can be reduced, and the size can be further reduced.

【0023】なお、撮像光学系(例えば、透明体)内で
光を中間結像させるようにするとよい。すなわち、被写
体の中間像を縮小して撮像面に導く中間結像タイプとす
ることにより、光学設計の自由度が増え、広画角の被写
体像を十分縮小して撮像面に導くことが可能となる。
Incidentally, it is preferable to form an intermediate image of light in the image pickup optical system (for example, a transparent body). That is, by adopting an intermediate imaging type that reduces the intermediate image of the subject and guides it to the imaging surface, the degree of freedom in optical design increases, and it is possible to sufficiently reduce the subject image with a wide angle of view and guide it to the imaging surface. Become.

【0024】また、この撮像光学系を構成する光学面を
反射光に対して偏心させることにより、さらなる薄型化
を図ることが可能となり、光学面に曲率を持たせること
で撮像光学系における不要な面を取り除き、小型化を図
ることが可能となる。さらに、光学面を回転非対称面
(自由曲面)とすることにより、諸収差を良好に補正で
き、回転非対称面(自由曲面)を複数面採用すると、被
写体のアスペクト比と撮影画像のアスペクト比とを近い
ものにすることが可能となり、高品位な撮影画像を得る
ことが可能となる。
Further, by decentering the optical surface constituting the image pickup optical system with respect to the reflected light, it is possible to achieve further reduction in thickness, and since the optical surface has a curvature, it is unnecessary in the image pickup optical system. It becomes possible to reduce the size by removing the surface. Furthermore, by making the optical surface a rotationally asymmetric surface (free-form surface), various aberrations can be corrected well, and if multiple rotationally asymmetric surfaces (free-form surface) are adopted, the aspect ratio of the subject and the aspect ratio of the captured image can be It is possible to make them close to each other, and it is possible to obtain a high-quality photographed image.

【0025】なお、この撮像光学系は、デジタルスチル
カメラやビデオカメラ等の撮像装置に好適である。
The image pickup optical system is suitable for an image pickup apparatus such as a digital still camera or a video camera.

【0026】また、第1および第2の発明において、内
部が光学媒質で満たされた透明体上に光学面を形成し、
いずれかの光学面で光を全反射させるようにすることに
より、光量ロスを少なくすることが可能である。
In the first and second inventions, an optical surface is formed on a transparent body whose inside is filled with an optical medium,
It is possible to reduce the light amount loss by totally reflecting the light on any one of the optical surfaces.

【0027】また、第1および第2の発明において、第
1の面で反射した中心画角主光線が第2の面で角度θを
なして折り返し反射される場合、この折り返し反射面で
の入射光線と反射光線とのなす角度θは、 |θ|<30° …(1) を満たすことが好ましい。この条件を外れると、光学系
が大型化する。
Further, in the first and second inventions, when the central angle-of-view chief ray reflected by the first surface is reflected back at the second surface at an angle θ, it is incident on the folded reflection surface. The angle θ formed by the light ray and the reflected light ray preferably satisfies | θ | <30 ° (1). If this condition is not satisfied, the optical system becomes large.

【0028】なお、上記光学系において、第1の面に最
初に入射した中心画角主光線のヒットポイントにおける
法線に対する反射角と、第2の面で反射されて第1の面
に再度入射した中心画角主光線のヒットポイントにおけ
る法線に対する反射角とが逆符号となるように構成する
とよい。即ち、第1の面で反射された光を第2の面によ
って第1の面における最初の光の反射領域側(反射領
域、反射領域付近あるいは反射領域寄りの領域)に戻す
ように反射することによって効果的に光路を重複させ、
長い光路長を小型の光学系の中に納めることができる。
In the above optical system, the reflection angle with respect to the normal line at the hit point of the central angle-of-view chief ray that first enters the first surface and the reflection angle on the second surface that is incident on the first surface again. It is preferable that the angle of reflection of the central view angle principal ray with respect to the normal line at the hit point has the opposite sign. That is, the light reflected by the first surface is reflected by the second surface so as to return to the first light reflection area side (reflection area, near the reflection area, or near the reflection area) of the first surface. Effectively overlap the optical paths,
The long optical path length can be accommodated in a small optical system.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】本発明の実施形態の説明に入る前
に、本実施形態で使用される母線断面、子線断面、ロー
カル母線断面、ローカル子線断面の定義について説明す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Before describing the embodiments of the present invention, the definitions of the busbar section, the sagittal section, the local busbar section, and the local sagittal section used in this embodiment will be described.

【0030】偏心系に対応していない従来系の定義で
は、各面頂点座標系でz軸を光軸とすると、yz断面が
従来の母線断面(メリジオナル断面)、xz断面が子線
断面(サジタル断面)となる。
In the definition of the conventional system that does not correspond to the eccentric system, when the z axis is the optical axis in each surface vertex coordinate system, the yz section is the conventional meridional section and the xz section is the sagittal section. Cross section).

【0031】本実施形態の光学系は偏心系であるので、
偏心系に対応したローカル母線断面、ローカル子線断面
を新たに定義する。
Since the optical system of this embodiment is a decentered system,
Local busbar cross section and local sagittal cross section corresponding to the eccentric system are newly defined.

【0032】中心画角主光線(表示光学系においては表
示素子の画像中心から表示光学系の射出瞳中心に至る光
線であり、撮像光学系においては撮像光学系の入射瞳中
心を通り撮像素子の画像中心に至る光線である)と各面
とのヒットポイント上で、中心画角主光線の入射光と射
出光を含む面をローカル母線断面とし、ヒットポイント
を含みローカル母線断面と垂直で、各面頂点座標系の子
線断面(通常の子線断面)と平行な面をローカル子線断
面として定義する。
Central view angle principal ray (in the display optical system, it is a ray from the image center of the display element to the center of the exit pupil of the display optical system, and in the imaging optical system, it passes through the center of the entrance pupil of the imaging optical system. The ray that reaches the center of the image) and the hit points of each surface are the local meridional section that includes the incident light and the exit light of the central angle of view principal ray, and each of them is perpendicular to the local meridional section that includes the hit point. A plane parallel to the sagittal section (normal sagittal section) of the surface vertex coordinate system is defined as a local sagittal section.

【0033】(第1実施形態)図1には、本発明の第1
実施形態である光学系(以下、第1の光学系と称す)を
示している。この第1の光学系1は、3つの光学面を有
して構成されており、面A(第1の面),面B(第3の
面)はともに透過面および反射面として作用する透過反
射兼用面であり、面C(第2の面)は反射面である。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
An optical system (hereinafter referred to as a first optical system) that is an embodiment is shown. The first optical system 1 is configured to have three optical surfaces, and the surface A (first surface) and the surface B (third surface) are both transmissive and reflective. It is a reflective / combined surface, and the surface C (second surface) is a reflective surface.

【0034】図2には、図1に示した第1の光学系1を
画像表示装置に用いる際の表示光学系全体の構成を示し
ている。第1の光学系1は、内部がガラスやプラスチッ
クなどの光学媒質で満たされた透明体(以下、第1の光
学素子1ともいう)上に上記3面の光学面A,B,Cが
形成されている。
FIG. 2 shows the configuration of the entire display optical system when the first optical system 1 shown in FIG. 1 is used in an image display device. In the first optical system 1, the above three optical surfaces A, B and C are formed on a transparent body (hereinafter also referred to as the first optical element 1) whose inside is filled with an optical medium such as glass or plastic. Has been done.

【0035】透明体上の面A,面Bはともに透過面およ
び反射面として作用する透過反射兼用面、面Cは反射面
である。
Surfaces A and B on the transparent body both serve as transmissive and reflective surfaces acting as a transmissive surface and a reflective surface, and surface C is a reflective surface.

【0036】面Cには、金属蒸着などにより高反射率を
持つ反射膜が形成されており、面Bには金属または誘電
体の蒸着による半透過反射膜が形成されている。
On the surface C, a reflective film having a high reflectance is formed by vapor deposition of metal or the like, and on the surface B, a semi-transmissive reflective film is formed by vapor deposition of metal or dielectric.

【0037】図中、2は第2の光学系、3は画像を表示
する画像表示素子(LCD等)である。本実施形態にお
いては、面Bは画像表示素子3からの光の入射面および
反射面として作用し、面Aは反射面および射出面として
作用し、面Cは反射面として作用する。
In the figure, 2 is a second optical system, and 3 is an image display element (LCD or the like) for displaying an image. In the present embodiment, the surface B functions as an incident surface and a reflection surface of light from the image display element 3, the surface A functions as a reflection surface and an emission surface, and the surface C functions as a reflection surface.

【0038】画像表示素子3により変調された光は、第
2の光学系2を介して第1の光学素子1に導かれる。面
Bから第1の光学素子1内に入射した光は、面Aで反射
した後、面Cで略逆向きに反射し、再び面Aにおける最
初の光の反射領域に導かれる。そして、面Aで反射した
後、面Bで反射して面Aから第1の光学素子1を射出
し、射出瞳Sに到達する。
The light modulated by the image display element 3 is guided to the first optical element 1 via the second optical system 2. The light that has entered the first optical element 1 from the surface B is reflected by the surface A, is then reflected in a substantially opposite direction by the surface C, and is guided to the first light reflection region of the surface A again. Then, after being reflected by the surface A, it is reflected by the surface B and exits the first optical element 1 from the surface A and reaches the exit pupil S.

【0039】この図では、画像表示素子3から発した光
の例として、画像表示素子3の表示面中心を射出し、射
出瞳Sの中心に至る中心画角主光線を示している。
In this figure, as an example of the light emitted from the image display element 3, a central angle-of-view chief ray that emerges from the center of the display surface of the image display element 3 and reaches the center of the exit pupil S is shown.

【0040】本実施形態においては、射出瞳Sの位置付
近に観察者が眼を置くことにより、画像表示素子3上に
表示された画像の拡大像を視認することが可能となる。
In this embodiment, the observer can place an eye near the position of the exit pupil S to visually recognize an enlarged image of the image displayed on the image display element 3.

【0041】また、第1の光学素子1において、光は、
面B(透過)→面A(反射)→面C(折り返し反射)→
面A(再反射)→面B(反射)(→面A(透過))の順
で各面を通過し、面Cでの折り返し反射を境に最終反射
面Bに至るまでそれまでの光路を逆にたどる。
In the first optical element 1, the light is
Surface B (transmission) → surface A (reflection) → surface C (return reflection) →
Surface A (re-reflection) → surface B (reflection) (→ surface A (transmission)) are passed through each surface in this order, and the optical path up to that point is returned to the final reflection surface B at the boundary of the return reflection at surface C. Follow in reverse.

【0042】ここでは、面B→面A→面Cまでを往路
と、面C→面A→面Bの光路を復路と称し、往路と復路
を合わせて往復光路と呼ぶ。このような往復光路を形成
するために往路から復路へと光を略逆方向に反射するこ
とを折り返し反射と呼び、また、この折り返し反射作用
を有する反射面(ここでは面C)を折り返し反射面と呼
ぶ。
Here, the surface B → the surface A → the surface C is referred to as a forward path, and the optical path of the surface C → the surface A → the surface B is referred to as a return path, and the forward path and the return path are collectively referred to as a round trip optical path. Reflecting light in a substantially reverse direction from the outward path to the return path to form such a round-trip optical path is called return reflection, and a reflection surface (here, surface C) having this return reflection function is a return reflection surface. Call.

【0043】このように面Cに折り返し反射面としての
作用を持たせ、第1の光学素子1内に往復光路を形成す
ることで、光路を重複させるように折り返し、長い光路
を小型の第1の光学素子1内に収めることができる。こ
れにより、表示光学系全体をも小型化している。
By thus providing the surface C with a function as a reflection reflection surface and forming a reciprocal optical path in the first optical element 1, the optical path is folded back so as to overlap, and the long optical path is reduced to the first small size. Can be accommodated in the optical element 1. As a result, the entire display optical system is downsized.

【0044】また、画像表示素子3からの光線は最終反
射面Bの反射によって往復光路を抜け、画像表示素子3
側には行かず、射出瞳Sに導かれる。
The light rays from the image display element 3 pass through the round-trip optical path due to the reflection on the final reflecting surface B, and the image display element 3
It is guided to the exit pupil S without going to the side.

【0045】さらに、図3に点線で示したように、画像
表示素子3の画像表示面の端を出て射出瞳Sの中心に到
る光(最大画角主光線)は、中心画角主光線と同様に、
第2の光学系2を経て第1の光学素子1に導かれ、B面
入射→A面反射→C面折り返し反射→A面反射→B面反
射→A面射出の順に通過して射出瞳Sの中心に導かれ
る。
Further, as shown by the dotted line in FIG. 3, the light (maximum field angle chief ray) that exits the edge of the image display surface of the image display element 3 and reaches the center of the exit pupil S is the center field angle principal ray. Like the rays,
The light is guided to the first optical element 1 via the second optical system 2, passes through the B-side incident → A-side reflected → C-side folded reflection → A-side reflected → B-side reflected → A-side exit, and exit pupil S Be led to the center of.

【0046】また、図4に鎖線で示したように、画像表
示素子3の画像表示面の中心より射出して射出瞳Sの両
端に到る光線も、中心画角主光線と同様に、第2の光学
系2を経て第1の光学素子1に導かれ、B面入射→A面
反射→C面折り返し反射→A面反射→B面反射→A面射
出の順に通過して射出瞳Sの両端に導かれる。
Further, as shown by the chain line in FIG. 4, the rays of light that emerge from the center of the image display surface of the image display element 3 and reach both ends of the exit pupil S are the same as the central angle-of-view chief ray. It is guided to the first optical element 1 via the optical system 2 of No. 2 and passes through the B-side entrance → A-side reflection → C-side reflected reflection → A-side reflection → B-side reflection → A-side exit in the order of exit pupil S. Guided to both ends.

【0047】この際、第1の光学素子1内で射出瞳両端
に到る光線が交わっており、画像表示素子3上に表示さ
れた画像の中間像が形成されている。第1の光学素子1
内に中間像を形成することで、第2の光学系2のパワー
を弱めてもコンパクトな構成とすることができ、第2の
光学系2における余計な収差発生を抑え、第2の光学系
2の複雑化を防止できる。
At this time, light rays reaching both ends of the exit pupil intersect in the first optical element 1, and an intermediate image of the image displayed on the image display element 3 is formed. First optical element 1
By forming an intermediate image in the inside, a compact structure can be obtained even if the power of the second optical system 2 is weakened, and the occurrence of extra aberrations in the second optical system 2 is suppressed, and the second optical system 2 is suppressed. The complication of 2 can be prevented.

【0048】なお、図4においては、C面折り返し反射
→A面反射の間に中間像が形成されているが、必ずしも
この位置に中間結像位置がある必要はなく、第1の光学
素子1内に形成されていればよい。
In FIG. 4, the intermediate image is formed between the reflection on the C surface and the reflection on the A surface. However, the intermediate image formation position does not necessarily have to be at this position, and the first optical element 1 It may be formed inside.

【0049】また、中間像を略平行光として射出瞳Sに
導くいわゆる接眼光学系部分の収差補正を容易にするた
めに、中間結像面は接眼光学系部分での像面湾曲や非点
収差の発生する状況に合わせて適宜湾曲したり非点隔差
を有したりするように形成されていてもよい。
Further, in order to facilitate the aberration correction of the so-called eyepiece optical system portion which guides the intermediate image to the exit pupil S as substantially parallel light, the intermediate image forming surface has a field curvature and astigmatism in the eyepiece optical system portion. It may be formed so as to be appropriately curved or have an astigmatic difference according to the situation in which.

【0050】図4においては、最終反射面である面Bと
面Aでの射出面として作用している箇所とが接眼光学系
部分にあたり、第1の光学系1でのそれ以外の部分と第
2の光学系2とがリレー光学系に該当している。
In FIG. 4, the surface B, which is the final reflecting surface, and the portion of the surface A, which acts as the exit surface, correspond to the eyepiece optical system portion, and the other portion of the first optical system 1 and the other portion. The optical system 2 of 2 corresponds to a relay optical system.

【0051】本実施形態において、最終反射面として作
用するときの面Bは、射出面として作用するときの面A
に対して非常に強い光学的パワーを有した凹面鏡となっ
ており、接眼光学系部分の主パワーを担っている。従っ
て、凹面鏡面Bでは偏心収差の発生が大きく、接眼光学
系としての面A,面Bのみでは収差を完全に補正するこ
とは困難であり、リレー光学系部分が接眼光学系での収
差をキャンセルするような形の中間結像面ができるよう
に中間像を形成することで、最終的な像観察における画
質を向上させることが可能になる。
In this embodiment, the surface B when acting as the final reflecting surface is the surface A when acting as the exit surface.
On the other hand, it is a concave mirror having very strong optical power and bears the main power of the eyepiece optical system part. Therefore, eccentric aberration is largely generated on the concave mirror surface B, and it is difficult to completely correct the aberration only with the surfaces A and B as the eyepiece optical system, and the relay optical system portion cancels the aberration in the eyepiece optical system. By forming an intermediate image so that an intermediate image plane of such a shape is formed, it is possible to improve the image quality in the final image observation.

【0052】以上説明した構成においては、第1の光学
系1は、少なくとも面Bを含む2つの面を曲面で構成す
ることが好ましい。結像ないし収差補正に寄与しない面
を少なくすることで、光学系全体に必要な光学面数を削
減でき、製造コスト削減の効果が期待できる。更に望ま
しくは、面A,B,Cをそれぞれ曲面で構成すること
で、更なる製造コスト削減の効果が得られる。
In the configuration described above, it is preferable that the first optical system 1 has at least two surfaces including the surface B which are curved surfaces. By reducing the number of surfaces that do not contribute to image formation or aberration correction, the number of optical surfaces required for the entire optical system can be reduced, and the effect of reducing manufacturing costs can be expected. More preferably, the surfaces A, B, and C are each formed by a curved surface, so that the effect of further reducing the manufacturing cost can be obtained.

【0053】また、第1の光学系1の面A,Bは、最終
的に射出瞳Sに導かれる有効光束がそれぞれの面で反射
する際の反射光束に対して傾いた面として、折り返し反
射面であるC面までの往路、即ちB面入射→A面反射→
C面の光路と、C面以降の復路であるC面→A面反射→
B面反射→A面射出の光路とを、ともに折り畳んだ構成
として第1の光学系1を薄型にしている。
Further, the surfaces A and B of the first optical system 1 are surfaces which are inclined with respect to the reflected light rays when the effective light rays finally guided to the exit pupil S are reflected by the respective surfaces, and are reflected back. To the C surface, which is the surface, that is, B surface incidence → A surface reflection →
Optical path of C surface and return path after C surface C surface → A surface reflection →
The first optical system 1 has a thin structure in which the B-side reflection → the A-side exit optical path is folded together.

【0054】即ち、好ましくは面Aおよび面Bはともに
有効光束に対して偏心した曲面であり、偏心収差が発生
する。従って、第1の光学系1の少なくとも1面に、回
転非対称な形状の面(いわゆる自由曲面)を用いて、偏
心収差の発生を極力抑えることが望ましい。
That is, preferably, both the surface A and the surface B are curved surfaces decentered with respect to the effective light beam, and decentering aberration occurs. Therefore, it is desirable to use a rotationally asymmetric surface (so-called free-form surface) as at least one surface of the first optical system 1 to suppress the occurrence of decentration aberrations as much as possible.

【0055】特に面Bは面Aに対してパワーの強い曲面
であるため、面Bを回転非対称な形状として偏心収差の
発生を抑制することが好ましい。
Since the surface B is a curved surface having a stronger power than that of the surface A, it is preferable to suppress the occurrence of decentering aberration by making the surface B rotationally asymmetric.

【0056】更に好ましくは、第1の光学系1を構成す
る3つの面A,B,Cの全てを回転非対称形状とするこ
とで、偏心収差補正の自由度が増し、良好な画質での画
像表示が可能になる。このとき、各回転非対称面を図の
紙面断面を唯一の対称面とする紙面垂直方向に面対称な
形状とすると、対称性のない場合に比較して加工および
製作を容易にすることができるため、好ましい。
More preferably, by making all three surfaces A, B, and C constituting the first optical system 1 rotationally asymmetrical, the degree of freedom of decentering aberration correction is increased, and an image with good image quality is obtained. Can be displayed. At this time, if each rotationally asymmetric surface has a plane-symmetrical shape in the direction perpendicular to the paper surface with the cross-section of the paper being the only plane of symmetry, processing and manufacturing can be facilitated as compared to the case where there is no symmetry. ,preferable.

【0057】また、面Aでの反射を往路、復路ともに第
1の光学素子1内での内部全反射とし、面Bで最終反射
された光束が臨界角以下の角度で面Aに入射するように
して射出させると、光量ロスが少なくなり好ましい。少
なくとも面Aでの反射光束と射出光束とが共用する領域
においては、反射光束が全反射するようにすると、反射
光束の全てを全反射とする場合に対して設計の自由度を
上げつつ同程度の明るさを確保できる。
Further, the reflection on the surface A is defined as total internal reflection in the first optical element 1 on both the forward and backward paths, and the light flux finally reflected on the surface B is incident on the surface A at an angle equal to or less than the critical angle. It is preferable to emit the light with less loss of light amount. If the reflected light flux is totally reflected at least in the area where the reflected light flux and the outgoing light flux are shared on the surface A, the degree of freedom in design is increased to the same degree as in the case where all the reflected light flux is totally reflected. The brightness of can be secured.

【0058】以上のように光学系を構成することによ
り、画像表示素子3に表示された画像を、良好な光学性
能で拡大像として表示する画像表示装置が提供可能とな
る。
By configuring the optical system as described above, it is possible to provide an image display device that displays an image displayed on the image display element 3 as a magnified image with good optical performance.

【0059】また、第1の光学素子1内で1回中間結像
を行うことで、画像表示素子3の表示サイズに対する表
示画角設定の自由度を向上させて広画角化(高倍率表
示)を可能にするとともに、それに伴い光路長が長くな
るのを第1の光学素子1内に往復光路を形成すること
で、第1の光学系1の全長を短く抑え、非常にコンパク
トな表示光学系を構成できる。
Further, by performing the intermediate image formation once in the first optical element 1, the degree of freedom in setting the display angle of view with respect to the display size of the image display element 3 is improved to widen the angle of view (high magnification display). ) Is made possible, and the optical path length is increased accordingly. By forming a reciprocal optical path in the first optical element 1, the total length of the first optical system 1 is suppressed to be short, and a very compact display optical system is provided. You can configure the system.

【0060】なお、本実施形態において、面Aにも面B
と同様に半透過反射膜を形成してもよいが、面Aでの反
射は透明体を形成するガラスなどの光学材料と空気との
間の反射であるので、面Aに入射する光が面法線に対し
て大きな角度で入射すれば全反射が起こり、反射率はほ
ぼ100%となる。一方、最後に面Aを透過する際の入
射角度を小さく設定すれば、反射率は通常4%程度であ
る。このため、光の利用効率を上げることができる。
In this embodiment, the surface A and the surface B are both
Although a semi-transmissive reflective film may be formed in the same manner as in, the reflection on the surface A is the reflection between the optical material such as glass forming the transparent body and the air, so that the light incident on the surface A is If the light enters at a large angle with respect to the normal, total reflection occurs, and the reflectance becomes almost 100%. On the other hand, if the incident angle at the time of passing through the surface A is set small, the reflectance is usually about 4%. Therefore, the light utilization efficiency can be improved.

【0061】(第2実施形態)図5には、本発明の第2
実施形態である撮像光学系を示している。図中、1は図
1に示したものと同様の第1の光学系(第1の光学素
子)であり、2は第2の光学系、4は撮像素子である。
(Second Embodiment) FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.
1 illustrates an imaging optical system that is an embodiment. In the figure, 1 is a first optical system (first optical element) similar to that shown in FIG. 1, 2 is a second optical system, and 4 is an image sensor.

【0062】Sは第1の光学系1および第2の光学系2
からなる撮像光学系の入射瞳であり、この位置に絞りを
置いて不要光の入射を防いでいる。
S is the first optical system 1 and the second optical system 2
Is an entrance pupil of the image pickup optical system, and a diaphragm is placed at this position to prevent unwanted light from entering.

【0063】本実施形態において、第1の光学素子1の
面A(第1の面)は被写体からの光の入射面および反射
面として作用し、面B(第3の面)は反射面および射出
面として作用し、面C(第2の面)は反射面としてのみ
作用する。
In this embodiment, the surface A (first surface) of the first optical element 1 acts as an incident surface and a reflection surface for light from the subject, and the surface B (third surface) is a reflection surface. It acts as an exit surface, and the surface C (second surface) acts only as a reflecting surface.

【0064】絞りSを通過した被写体からの光は、第1
の光学素子1に面Aを透過して入射し、面Bで反射し、
面Aで反射して面Cに導かれる。そして、面Cで折り返
し反射して面Aにおける最初の光の反射領域に戻され、
面Aで再反射して面Bを透過して第1の光学素子1を射
出する。ここで、面Aおよび面Bはそれぞれの面での反
射光束に対して偏心している。
The light from the subject that has passed through the diaphragm S is
Is transmitted through the surface A to the optical element 1 of, and reflected by the surface B,
It is reflected on the surface A and guided to the surface C. Then, the light is reflected back on the surface C and returned to the first light reflection area on the surface A,
The light is re-reflected on the surface A, transmitted through the surface B, and emitted from the first optical element 1. Here, the surface A and the surface B are eccentric with respect to the reflected light flux on each surface.

【0065】第1の光学素子1を射出した光は、第2の
光学系2を通過して撮像素子4に到達する。この際、所
望の被写体からの光は撮像素子4の撮像面上に結像し、
これにより、被写体の撮像を行うことができる。
The light emitted from the first optical element 1 passes through the second optical system 2 and reaches the image pickup element 4. At this time, the light from the desired subject forms an image on the image pickup surface of the image pickup device 4,
As a result, an image of the subject can be taken.

【0066】以上のように撮像光学系を構成することに
より、被写体を撮像素子4に良好な光学性能で結像させ
る撮像装置を提供することができる。
By configuring the image pickup optical system as described above, it is possible to provide an image pickup apparatus which forms an image of a subject on the image pickup element 4 with good optical performance.

【0067】また、第1の光学素子1内で1回中間結像
させることで、撮像素子4のサイズに対して撮影画角の
自由度を向上させて広画角化を可能にし、これに伴い光
路長が長くなるのを第1の光学素子1内に往復光路を形
成することで第1の光学系1の全長を短く抑え、非常に
コンパクトな撮像光学系を実現している。
Further, by forming an intermediate image once in the first optical element 1, the degree of freedom of the photographing angle of view is improved with respect to the size of the image pickup element 4 and a wide angle of view can be achieved. Along with this, the optical path length becomes longer. By forming a reciprocating optical path in the first optical element 1, the overall length of the first optical system 1 is kept short, and a very compact imaging optical system is realized.

【0068】以上説明した第1および第2実施形態にお
いては、中心画角主光線(表示光学系においては画像表
示素子の表示面中心から射出瞳S中心に至る光線であ
り、撮像光学系においては入射瞳中心を通り撮像素子の
撮像面中心に至る光線である)の面Cにおける折り返し
反射が略垂直反射であるように描かれているが、本発明
の光学系はこの構成に限るものではない。
In the first and second embodiments described above, the central angle-of-view principal ray (in the display optical system, it is a light ray from the center of the display surface of the image display element to the center of the exit pupil S, and in the image pickup optical system. Although the reflected reflection on the surface C of a light beam that passes through the center of the entrance pupil and reaches the center of the image pickup surface of the image pickup element is substantially vertical reflection, the optical system of the present invention is not limited to this configuration. .

【0069】(第3実施形態)図6および図7にはそれ
ぞれ、第1実施形態とは異なる第1の光学系を用いた第
3実施形態である表示光学系の構成を示している。これ
らの図に示した第1の光学系1’,1”では、中心画角
主光線の光路が第1実施形態のものと異なっている。
(Third Embodiment) FIGS. 6 and 7 show the configuration of a display optical system which is a third embodiment using a first optical system different from the first embodiment. In the first optical systems 1 ′ and 1 ″ shown in these figures, the optical path of the central angle-of-view chief ray is different from that of the first embodiment.

【0070】図6および図7ともに、B面入射→A面反
射→C面折り返し反射→A面反射→B面反射→A面射出
の光路が形成されている点は第1実施形態の第1の光学
系1と同様である。
In both FIGS. 6 and 7, the first embodiment of the first embodiment is that an optical path of B-side incidence → A-side reflection → C-side folded reflection → A-side reflection → B-side reflection → A-side emission is formed. The optical system 1 is the same as the optical system 1.

【0071】但し、図6の第1の光学系1’では、面A
で反射した中心画角主光線が面Cで角度θをなして折り
返し反射されて、面Aでの先の反射地点よりも高い位置
で再反射される点が第1実施形態と異なる。また、図7
の第1の光学系1”では、面Aで反射した中心画角主光
線が面Cで角度θをなして折り返し反射されて、面Aで
の先の反射地点よりも低い位置で再反射される点が第1
実施形態と異なる。
However, in the first optical system 1'of FIG.
It differs from the first embodiment in that the central view angle principal ray reflected by is reflected back at an angle θ on the surface C and is reflected again at a position higher than the previous reflection point on the surface A. Also, FIG.
In the first optical system 1 ″ of No. 1, the central angle-of-view chief ray reflected on the surface A is reflected back at the surface C at an angle θ, and is reflected again at a position lower than the previous reflection point on the surface A. The point is
Different from the embodiment.

【0072】このように折り返し反射面Cの前後で光が
所定角度θをなして入射・反射されてもよい。但し、角
度θは、 |θ|<30° を満たすことが好ましい。
As described above, the light may be incident and reflected at a predetermined angle θ before and after the return reflection surface C. However, it is preferable that the angle θ satisfies | θ | <30 °.

【0073】この条件を外れると、第1の光学系が大型
化し、表示光学系全体を小型にすることが難しくなるた
め、好ましくない。
If this condition is not satisfied, the first optical system becomes large and it becomes difficult to make the entire display optical system small, which is not preferable.

【0074】なお、本実施形態では、第1の光学系を有
する表示光学系について説明したが、第2実施形態に示
したような撮像光学系にも本実施形態と同様の考え方を
適用することができる。
Although the display optical system having the first optical system has been described in the present embodiment, the same concept as in the present embodiment can be applied to the image pickup optical system as shown in the second embodiment. You can

【0075】以下、上記各実施形態の数値実施例につい
て説明する。
Numerical examples of the above embodiments will be described below.

【0076】[数値実施例1]図8には、図2に示した
第1実施形態の数値実施例の光路断面図を示している。
図中、1は表示光学系を構成する第1の光学系であり、
3つの光学面を有したプリズム形状の透明体(第1の光
学素子)により構成されている。S2,S4,S6は同
一面、S3,S7は同一面であり、これら2面とS5は
それぞれ第1実施形態において説明した面A,B,Cに
相当する。
[Numerical Example 1] FIG. 8 shows an optical path sectional view of a numerical example of the first embodiment shown in FIG.
In the figure, 1 is a first optical system that constitutes a display optical system,
It is composed of a prism-shaped transparent body (first optical element) having three optical surfaces. S2, S4 and S6 are the same surface, S3 and S7 are the same surface, and these two surfaces and S5 respectively correspond to the surfaces A, B and C described in the first embodiment.

【0077】2は第2の光学系であり、ここではS8,
S9,S10の3面を有した同一媒質からなる透明体に
より構成されている。SIは画像表示面、S1は表示光
学系の射出瞳Sである。
Reference numeral 2 denotes a second optical system, here S8,
The transparent body is made of the same medium and has three surfaces S9 and S10. SI is an image display surface, and S1 is an exit pupil S of the display optical system.

【0078】本数値実施例において、S2からS10の
光学面は回転非対称面であり、紙面(yz断面)を唯一
の対称面として持つ面対称形状をしている。
In the present numerical example, the optical surfaces from S2 to S10 are rotationally asymmetrical surfaces and have a plane symmetric shape having the paper surface (yz section) as the only symmetric surface.

【0079】なお、図中のx,y,zは観察者の視軸方
向をz軸,紙面内でz軸に垂直な方向をy軸,紙面に垂
直な方向をx軸とした座標系定義である。
Note that x, y, and z in the figure are coordinate system definitions in which the observer's visual axis direction is the z axis, the direction perpendicular to the z axis in the paper is the y axis, and the direction perpendicular to the paper is the x axis. Is.

【0080】本数値実施例1の光学データを表1に示
す。表1の光学データのうち最も左の項目SURFは面
番号を示している。また、X,Y,ZおよびAは、第1
面S1の中心を原点(0,0,0)とし、図中に示した
y軸,z軸と紙面奥向きにx軸をとった座標系における
各面の面頂点の位置(x,y,z)並びに図面上で反時
計回り方向を正方向とするx軸回りの回転角度a(単
位:度)である。
Table 1 shows the optical data of Numerical Example 1. The leftmost item SURF in the optical data in Table 1 indicates the surface number. Also, X, Y, Z and A are the first
The center of the surface S1 is the origin (0, 0, 0), and the position of the surface apex of each surface (x, y, in the coordinate system in which the y-axis and the z-axis shown in the figure and the x-axis in the depth direction of the paper are taken). z) and the rotation angle a (unit: degree) about the x-axis with the counterclockwise direction as the positive direction on the drawing.

【0081】Rは曲率半径である。TYPの項は面形状
の種類を表し、SPHは球面であり、FFSは以下の式
に従う回転非対称面である。
R is a radius of curvature. The term TYP represents the type of surface shape, SPH is a spherical surface, and FFS is a rotationally asymmetric surface according to the following equation.

【0082】[0082]

【数1】 [Equation 1]

【0083】TYPの欄でFFSの横に記された数値
は、その面の形状が同表の下側に記載された非球面係数
kおよびci(i=2,3,4…)に対応する回転非対
称形状であることを示している。尚、表に示さない係数
ciの項は、その値が0である。
The numerical values next to FFS in the TYP column correspond to the aspherical surface coefficients k and ci (i = 2, 3, 4 ...) whose surface shape is shown at the bottom of the table. It shows that the shape is rotationally asymmetric. The value of the term of coefficient ci not shown in the table is 0.

【0084】Nd,νd(但し、表ではvdと記す)は
それぞれ、その面以降の媒質のd線波長での屈折率とア
ッベ数を示しており、屈折率Nの符号の変化はその面で
光が反射されることを示している。また、媒質が空気層
の場合は、屈折率Ndのみを1.000として表示し、
アッベ数νdは省略している。
Nd and νd (however, indicated as vd in the table) respectively indicate the refractive index and the Abbe number at the d-line wavelength of the medium after that surface, and the change in the sign of the refractive index N on that surface. It shows that the light is reflected. When the medium is an air layer, only the refractive index Nd is displayed as 1.000,
Abbe number νd is omitted.

【0085】また、折り返し反射面での中心画角主光線
の入射光線と反射光線とのなす角度θの絶対値を|θ|
として記載している。以上の表の項目は、以降の数値実
施例においても同様である。
Further, the absolute value of the angle θ formed by the incident ray and the reflected ray of the central angle-of-view principal ray on the folding reflection surface is | θ |
It has been described as. The items in the above table are the same in the following numerical examples.

【0086】[0086]

【表1】 [Table 1]

【0087】表1から分かるように、画像表示面SIか
らの光はS10より第2の光学系2を構成する透明体
(光学素子)に入射し、S9で裏面反射し、S8から射
出して第1の光学素子1に向かう。第1の光学素子1に
向かった光は、S7(面B)より第1の光学素子1の透
明体内に入射し、S6(面A)で裏面反射し、S5(面
C)で裏面反射して折り返され、S4(面A)で裏面反
射し、S3(面B)で裏面反射してS2から第1の光学
素子1を射出し、射出瞳S1(S)に導かれる。
As can be seen from Table 1, the light from the image display surface SI is incident on the transparent body (optical element) which constitutes the second optical system 2 from S10, is reflected on the back surface at S9, and is emitted from S8. Heading to the first optical element 1. The light directed to the first optical element 1 enters the transparent body of the first optical element 1 from S7 (Surface B), is back-reflected at S6 (Surface A), and is back-reflected at S5 (Surface C). It is then folded back, reflected on the back surface at S4 (Surface A), reflected on the back surface at S3 (Surface B), exits the first optical element 1 from S2, and is guided to the exit pupil S1 (S).

【0088】本数値実施例の長さのディメンジョンを有
する数値をmmとして考えると、射出瞳径φ6mm、画
像表示サイズ10mm×7.5mm程度で、水平約50
°,垂直約39°の画角で画像をz軸の正方向無限遠方
に表示する表示光学系となる。
Assuming that the numerical value having the dimension of the length in this numerical example is mm, the exit pupil diameter is φ6 mm, the image display size is about 10 mm × 7.5 mm, and the horizontal is about 50 mm.
The display optical system displays an image at an infinity in the positive direction of the z-axis at an angle of view of 90 ° and a vertical angle of 39 °.

【0089】なお、本数値実施例の光学系を撮像光学系
に利用してもよい。この場合、z軸負方向無限遠方の物
点からの光は、絞りS1を通過して第1の光学系1に導
かれる。そして、S2(面A)から第1の光学素子1に
入射した光は、S3(面B)で反射してS4(面A)で
反射し、S5(面C)で折り返し反射してS6(面A)
で反射した後、S7(面B)から第1の光学素子1を射
出して第2の光学系2に導かれる。そして、第2の光学
系2に導かれた光は、S8から光学素子に入射し、S9
で反射し、S10を射出して撮像面SIに結像する。
The optical system of this numerical example may be used as an image pickup optical system. In this case, the light from the object point at the infinity in the negative direction of the z-axis passes through the diaphragm S1 and is guided to the first optical system 1. Then, the light incident on the first optical element 1 from S2 (Surface A) is reflected by S3 (Surface B), reflected by S4 (Surface A), and reflected back by S5 (Surface C) and S6 (Surface). Surface A)
After being reflected by, the first optical element 1 is emitted from S7 (Surface B) and guided to the second optical system 2. Then, the light guided to the second optical system 2 is incident on the optical element from S8 and S9
And then exit S10 to form an image on the imaging surface SI.

【0090】尚、S4,S6における反射はいずれの場
合も内部全反射である。
The reflection at S4 and S6 is total internal reflection in both cases.

【0091】[数値実施例2]図9には、数値実施例2
の光学断面図である。また、表2には光学データを示
す。
[Numerical Embodiment 2] FIG. 9 shows a numerical embodiment 2.
It is an optical sectional view of FIG. In addition, Table 2 shows optical data.

【0092】本数値実施例2では、第2の光学系2を、
それぞれ2面を有する2つの光学素子21,22により
構成し、光学素子21の一方の面を第1の光学系1の透
明体と接合している。この接合面をS7と表記する。
In the second numerical example, the second optical system 2 is
It is composed of two optical elements 21 and 22 each having two surfaces, and one surface of the optical element 21 is joined to the transparent body of the first optical system 1. This joint surface is referred to as S7.

【0093】画像表示面SIからの光は、第2の光学系
2のS10,S9,S8を通って光学素子21と透明体
との接合面S7(面B)から透明体に入射する。そし
て、S6(面A)で裏面反射し、S5(面C)で裏面反
射して折り返され、S4(面A)で裏面反射し、S3
(面B)で裏面反射してS2から透明体を射出し、光学
系の射出瞳S1(S)に導かれる。
Light from the image display surface SI passes through S10, S9 and S8 of the second optical system 2 and enters the transparent body from the joint surface S7 (surface B) between the optical element 21 and the transparent body. Then, the back surface is reflected at S6 (Surface A), the back surface is reflected at S5 (Surface C) and folded, and the back surface is reflected at S4 (Surface A) and S3.
The back surface is reflected by (Surface B), the transparent body is emitted from S2, and is guided to the exit pupil S1 (S) of the optical system.

【0094】尚、S4,S6での反射はいずれも内部全
反射である。
The reflections at S4 and S6 are total internal reflection.

【0095】[0095]

【表2】 [Table 2]

【0096】本数値実施例では、長さのディメンジョン
を有する数値をmmとして考えると、数値実施例1とほ
ぼ同等の仕様の表示光学系となる。
In this numerical example, if a numerical value having a dimension of length is considered as mm, a display optical system having specifications substantially equivalent to those of the numerical example 1 is obtained.

【0097】また、本数値実施例2は、数値実施例1と
同様に、撮像光学系に利用することもできる。
The numerical example 2 can also be used in an image pickup optical system as in the numerical example 1.

【0098】[数値実施例3]図10は、数値実施例3
の光学断面図である。また、表3には光学データを示
す。
[Numerical Embodiment 3] FIG. 10 shows a numerical embodiment 3.
It is an optical sectional view of FIG. In addition, Table 3 shows optical data.

【0099】本数値実施例では、第2の光学系2は、3
つの光学面S8,S9,S10を同一媒質上に有するプ
リズム形状の透明体(光学素子)から構成されている。
In this numerical example, the second optical system 2 has a 3
It is composed of a prism-shaped transparent body (optical element) having two optical surfaces S8, S9 and S10 on the same medium.

【0100】画像表示面SIからの光は、第2の光学系
2のS10,S9,S8を通って第1の光学系1の透明
体(第1の光学素子)に向かい、面S7(面B)より透
明体に入射する。そして、S6(面A)で裏面反射し、
S5(面C)で裏面反射して折り返され、S4(面A)
で裏面反射し、S3(面B)で裏面反射して、S2から
第1の光学素子1を射出し、光学系の射出瞳S1(S)
に導かれる。
The light from the image display surface SI passes through S10, S9 and S8 of the second optical system 2 toward the transparent body (first optical element) of the first optical system 1 and is directed to the surface S7 (surface). B) enters the transparent body. Then, the back surface is reflected at S6 (Surface A),
The back surface is reflected at S5 (Side C) and folded back, and S4 (Side A)
Is reflected on the back surface, S3 (surface B) is reflected on the back surface, the first optical element 1 is emitted from S2, and the exit pupil S1 (S) of the optical system is emitted.
Be led to.

【0101】[0101]

【表3】 [Table 3]

【0102】本数値実施例においては、面S6での反射
光束中に全反射条件を満足していないものがあるため、
図に示したように一部に反射膜を形成して裏面反射する
ようにしている。
In this numerical example, some of the light beams reflected on the surface S6 do not satisfy the condition of total reflection.
As shown in the figure, a reflection film is formed on a part of the surface so that the back surface is reflected.

【0103】このとき、反射膜は、面S2の射出光束が
通る領域にかからないように形成されている。反射膜は
金属や誘電体などで構成されている。
At this time, the reflection film is formed so as not to cover the area of the surface S2 through which the light flux emitted. The reflective film is made of metal or dielectric.

【0104】なお、射出光束の通る領域に近い反射膜形
成領域においては、射出光束の通る領域側に近づくに従
って反射率が徐々に低下するような膜構成とすると、反
射膜形成部と非形成部との境界が観察されにくくなるた
め、好ましい。
In the reflection film forming area near the area through which the emitted light beam passes, if the film structure is such that the reflectance gradually decreases as it approaches the area through which the emitted light beam passes, the reflection film forming portion and the non-formation portion are formed. It is preferable because the boundary with is hard to be observed.

【0105】本数値実施例では、長さのディメンジョン
を有する数値をmmとして考えると、数値実施例1とほ
ぼ同等の仕様の表示光学系となる。
In this numerical example, if a numerical value having a dimension of length is considered as mm, a display optical system having substantially the same specifications as the numerical example 1 is obtained.

【0106】また、本数値実施例3は、数値実施例1と
同様に、撮像光学系に利用することもできる。
The numerical example 3 can also be used in the image pickup optical system as in the numerical example 1.

【0107】[数値実施例4]図11は、数値実施例4
の光学断面図である。また、表4には光学データを示
す。
[Numerical Embodiment 4] FIG. 11 shows a numerical embodiment 4.
It is an optical sectional view of FIG. Further, Table 4 shows optical data.

【0108】本数値実施例において、第2の光学系2の
S9とS11とは半透過反射膜が施された同一面であ
る。第2の光学系2は3つの光学面S8,S9(S11
と同一面),S10を同一媒質上に有するプリズム状の
透明体(光学素子)からなる。
In this numerical example, S9 and S11 of the second optical system 2 are the same surface provided with the semi-transmissive reflective film. The second optical system 2 has three optical surfaces S8, S9 (S11
Surface), and a prism-shaped transparent body (optical element) having S10 on the same medium.

【0109】S1からS11までの光学面は、全て回転
非対称面であり、紙面(yz断面)を唯一の対称面とし
て持つ面対称形状を有する。
The optical surfaces from S1 to S11 are all rotationally asymmetrical surfaces and have a plane symmetric shape having the paper surface (yz section) as the only symmetric surface.

【0110】画像表示面SIからの光は、ハーフミラー
面S11から第2の光学系2の光学素子に入射し、S1
0で裏面反射し、ハーフミラー面S9で反射し、S8よ
り射出して第1の光学素子1に向かう。第1の光学素子
1に向かった光は、面S7(面B)から第1の光学素子
1に入射し、S6(面A)で裏面反射し、S5(面C)
で裏面反射して折り返され、S4(面A)で裏面反射
し、S3(面B)で裏面反射してS2から第1の光学素
子1を射出し、光学系の射出瞳S1(S)に導かれる。
The light from the image display surface SI enters the optical element of the second optical system 2 through the half mirror surface S11 and S1
The light is reflected on the back surface at 0, reflected on the half mirror surface S9, and emitted from S8 toward the first optical element 1. The light directed to the first optical element 1 enters the first optical element 1 from the surface S7 (surface B), is reflected on the back surface at S6 (surface A), and is S5 (surface C).
Is reflected and folded back at S4 (Surface A), reflected at S3 (Surface B), reflected at S3 (Surface B), and emitted from the first optical element 1 from S2 to the exit pupil S1 (S) of the optical system. Be guided.

【0111】尚、S4,S6における反射はいずれも内
部全反射である。
The reflections at S4 and S6 are total internal reflection.

【0112】[0112]

【表4】 [Table 4]

【0113】本数値実施例4は、長さのディメンジョン
を有する数値をmmとして考えると、数値実施例1とほ
ぼ同等の仕様の表示光学系となる。
Numerical Example 4 is a display optical system having substantially the same specifications as Numerical Example 1 when the numerical value having the dimension of length is considered as mm.

【0114】また、本数値実施例4は、数値実施例1と
同様に、撮像光学系に利用することもできる。
The numerical example 4 can also be used for an image pickup optical system as in the numerical example 1.

【0115】なお、第2実施形態以外の実施形態では表
示光学系について説明したが、これ以外の実施形態にお
いても、画像表示素子3の位置にCCDなどの撮像素子
を配置し、射出瞳Sの位置から取り込んだ外部からの被
写体光を各実施形態で説明した逆向きの光路を通って結
像させ、撮像光学系として使うことができる。
Although the display optical system has been described in the embodiments other than the second embodiment, in the embodiments other than this, an image pickup device such as a CCD is arranged at the position of the image display device 3 and the exit pupil S is adjusted. The subject light from the outside captured from the position can be used as an image pickup optical system by forming an image through the reverse optical path described in each embodiment.

【0116】また、以上説明した全ての実施形態におい
て、第1の光学系を通過する光束の任意の光線をトレー
スしたとき、その光線は、第1の面における最初の(1
回目)の反射と2回目の反射とで、一方の反射角を基準
として他方では逆符号の反射角で反射するような光路を
とっている。
Further, in all the embodiments described above, when an arbitrary ray of the light flux passing through the first optical system is traced, the ray is first (1) on the first surface.
An optical path is set for the second reflection and the second reflection with one reflection angle as a reference and the other reflection angle with the opposite sign.

【0117】具体的には、例えば図1の紙面内におい
て、1回目の反射(A面反射)における反射角が正符号
(反射光が面法線に対して紙面内反時計周り方向に存在
する場合)であれば、2回目の反射(A面再反射)にお
ける反射角は負符号(反射光が面法線に対して紙面内時
計周り方向に存在する場合)となるような光路になって
いる。
Specifically, for example, in the paper surface of FIG. 1, the reflection angle in the first reflection (A-plane reflection) is a positive sign (the reflected light exists in the counterclockwise direction in the paper surface with respect to the surface normal). Case), the reflection angle in the second reflection (A-side re-reflection) has a negative sign (when the reflected light exists in the clockwise direction on the paper surface with respect to the surface normal). There is.

【0118】このような光路をとることによって、第1
の面と第2の面との間で光束は略往復することになるの
で、第1の光学系内の空間を有効に利用して光路長が長
くとも小型の光学系が実現できる。
By taking such an optical path, the first
Since the light beam substantially reciprocates between the first surface and the second surface, the space in the first optical system can be effectively used to realize a small optical system having a long optical path length.

【0119】また、以上説明した各実施形態では、第1
の光学系が、3つの光学面A,B,Cを有した透明体に
より構成される場合について説明したが、本発明は、上
記3つの光学面のうちいずれか又は全てがミラー部材に
よって構成される場合にも適用できる。
In each of the embodiments described above, the first
The optical system of No. 1 has been described as being composed of a transparent body having three optical surfaces A, B and C. However, in the present invention, any or all of the above three optical surfaces are composed of mirror members. It can also be applied when

【0120】[0120]

【発明の効果】以上説明したように、本願第1の発明に
よれば、第1、第2および第3の面の間で光を略往復さ
せて光路を折り返すようにしているので、光路長に対し
て小型の光学系を実現できる。このため、小型の原画を
用いつつ広表示画角を達成でき、しかも全体として小型
の表示光学系を実現することができる。
As described above, according to the first invention of the present application, the light path is made to substantially reciprocate between the first, second and third surfaces so that the light path is folded back. However, a small optical system can be realized. Therefore, it is possible to achieve a wide display angle of view while using a small original image, and it is possible to realize a small display optical system as a whole.

【0121】また、第1および第3の面に透過作用と反
射作用を持たせているので、光学面数を少なくすること
ができ、より表示光学系の小型化を図ることができる。
Further, since the first and third surfaces have the transmitting and reflecting functions, the number of optical surfaces can be reduced, and the display optical system can be further downsized.

【0122】なお、表示光学系内で光を中間結像させる
ようにすれば、光学設計の自由度が増え、原画を大画面
表示させることができる。
If the light is formed into an intermediate image in the display optical system, the degree of freedom in optical design is increased and the original image can be displayed on a large screen.

【0123】また、本願第2の発明によれば、第1、第
2および第3の面の間で光を略往復させて光路を折り返
すようにしているので、小型の光学系でありながらも光
路長を長く確保できる。このため、小型でありながらも
広撮影画角を達成することができる。
According to the second invention of the present application, since the light path is folded back by causing the light to substantially reciprocate between the first, second and third surfaces, the optical system is small in size. A long optical path can be secured. For this reason, it is possible to achieve a wide shooting angle of view while being compact.

【0124】また、第1および第3の面に透過作用と反
射作用を持たせているので、光学面数を少なくすること
ができ、より撮像光学系の小型化を図ることができる。
Further, since the first and third surfaces have the transmitting and reflecting functions, the number of optical surfaces can be reduced, and the image pickup optical system can be further downsized.

【0125】なお、撮像光学系内で光を中間結像させる
ようにすれば、光学設計の自由度が増え、広画角の被写
体像を十分縮小して撮像面に導くことができるととも
に、光路長をかなり長くしても撮像光学系を小型に構成
することができる。
If the light is formed into an intermediate image in the image pickup optical system, the degree of freedom in optical design is increased, a subject image having a wide angle of view can be sufficiently reduced and guided to the image pickup surface, and the optical path can be reduced. Even if the length is considerably long, the image pickup optical system can be made compact.

【0126】また、第1および第2の発明において、
(1)式を満足するようにすれば、光学系が大型化する
のを防止することができる。
In the first and second inventions,
If the formula (1) is satisfied, it is possible to prevent the optical system from becoming large.

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

【図1】本発明の第1実施形態である表示光学系に用い
られる第1の光学系の構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram of a first optical system used in a display optical system that is a first embodiment of the present invention.

【図2】上記表示光学系の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of the display optical system.

【図3】上記表示光学系の構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of the display optical system.

【図4】上記表示光学系の構成図。FIG. 4 is a configuration diagram of the display optical system.

【図5】本発明の第2実施形態である撮像光学系の構成
図。
FIG. 5 is a configuration diagram of an image pickup optical system that is a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3実施形態である表示光学系(1)
の構成図。
FIG. 6 is a display optical system (1) which is a third embodiment of the present invention.
Configuration diagram of.

【図7】本発明の第3実施形態である表示光学系(2)
の構成図。
FIG. 7 is a display optical system (2) which is a third embodiment of the present invention.
Configuration diagram of.

【図8】本発明の数値実施例1の光学系断面図。FIG. 8 is a sectional view of an optical system according to Numerical Example 1 of the present invention.

【図9】本発明の数値実施例2の光学系断面図。FIG. 9 is a sectional view of an optical system according to Numerical Example 2 of the present invention.

【図10】本発明の数値実施例3の光学系断面図。FIG. 10 is a sectional view of an optical system according to Numerical Example 3 of the present invention.

【図11】本発明の数値実施例4の光学系断面図。FIG. 11 is a sectional view of an optical system according to Numerical Example 4 of the present invention.

【図12】従来の表示光学系の構成図。FIG. 12 is a block diagram of a conventional display optical system.

【図13】従来の表示光学系の構成図。FIG. 13 is a configuration diagram of a conventional display optical system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1’,1” 第1の光学系 2 第2の光学系 3 画像表示素子 4 撮像素子 1,1 ', 1 "First optical system 2 Second optical system 3 image display device 4 image sensor

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成14年12月19日(2002.12.
19)
[Submission date] December 19, 2002 (2002.12.
19)

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Name of item to be amended] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【特許請求の範囲】[Claims]

【請求項11】 請求項10に記載の撮像光学系を備え
たことを特徴とする撮像装置。
11. The image pickup apparatus characterized by including an imaging optical system according to claim 10.

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0084[Correction target item name] 0084

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0084】Nd,νd(但し、表ではvdと記す)は
それぞれ、その面以降の媒質のd線波長での屈折率とア
ッベ数を示しており、屈折率Ndの符号の変化はその面
で光が反射されることを示している。また、媒質が空気
層の場合は、屈折率Ndのみを1.000として表示
し、アッベ数νdは省略している。
Nd and νd (however, indicated as vd in the table) respectively indicate the refractive index and the Abbe number at the d-line wavelength of the medium after that surface, and the change in the sign of the refractive index Nd at that surface. It shows that the light is reflected. When the medium is an air layer, only the refractive index Nd is shown as 1.000 and the Abbe number νd is omitted.

───────────────────────────────────────────────────── 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) H04N 5/225 H04N 5/225 D (72)発明者 松永 智美 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 高木 章成 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 森島 英樹 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 Fターム(参考) 2H087 KA02 KA06 KA07 KA23 LA01 LA11 RA06 RA12 RA13 RA44 RA45 TA01 TA02 TA05 TA06 2H101 FF00 5C022 AA00 AC54 AC78 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H04N 5/225 H04N 5/225 D (72) Inventor Tomomi Matsunaga 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Akinari Takagi 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Hideki Morishima 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. In-house F-term (reference) 2H087 KA02 KA06 KA07 KA23 LA01 LA11 RA06 RA12 RA13 RA44 RA45 TA01 TA02 TA05 TA06 2H101 FF00 5C022 AA00 AC54 AC78

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 原画からの光を観察者の眼又は被投射面
に導く表示光学系であって、 光学面である第1、第2および第3の面を有し、 原画から前記第3の面を透過して入射した光を、前記第
1の面で反射し、前記第2の面で反射し、前記第1の面
で反射し、前記第3の面で反射し、前記第1の面を透過
させて観察者の眼又は被投射面に導くことを特徴とする
表示光学系。
1. A display optical system for guiding light from an original image to an eye of an observer or a projection surface, the display optical system having first, second and third surfaces which are optical surfaces. Light incident on the first surface is reflected by the first surface, is reflected by the second surface, is reflected by the first surface, is reflected by the third surface, and is reflected by the first surface. A display optical system, which transmits light through the surface of the above and guides it to an observer's eye or a projection surface.
【請求項2】 この表示光学系内で光が中間結像するこ
とを特徴とする請求項1に記載の表示光学系。
2. The display optical system according to claim 1, wherein light forms an intermediate image in the display optical system.
【請求項3】 この表示光学系が、内部が光学媒質で満
たされた透明体を用いて構成されており、 前記透明体内で光が中間結像することを特徴とする請求
項2に記載の表示光学系。
3. The display optical system according to claim 2, wherein a transparent body whose inside is filled with an optical medium is used, and light forms an intermediate image in the transparent body. Display optics.
【請求項4】 前記第1から第3の面のうち少なくとも
1つが、当該面で反射する光線に対して偏心しているこ
とを特徴とする請求項1に記載の表示光学系。
4. The display optical system according to claim 1, wherein at least one of the first to third surfaces is decentered with respect to a light ray reflected by the surface.
【請求項5】 前記第1から第3の面のうち少なくとも
1つが、曲率を有することを特徴とする請求項1に記載
の表示光学系。
5. The display optical system according to claim 1, wherein at least one of the first to third surfaces has a curvature.
【請求項6】 前記第1から第3の面のうち少なくとも
1つが、回転非対称面であることを特徴とする請求項1
に記載の表示光学系。
6. The at least one of the first to third surfaces is a rotationally asymmetric surface.
The display optical system described in 1.
【請求項7】 この表示光学系が、内部が光学媒質で満
たされた透明体を用いて構成されており、 前記透明体上に形成されたいずれかの光学面で光が全反
射することを特徴とする請求項1に記載の表示光学系。
7. The display optical system is configured by using a transparent body whose inside is filled with an optical medium, wherein light is totally reflected by any optical surface formed on the transparent body. The display optical system according to claim 1, wherein the display optical system is a display optical system.
【請求項8】 前記第2の面に入射する中心画角主光線
とその反射光線とのなす角度θが、 |θ|<30° なる条件を満たすことを特徴とする請求項1に記載の表
示光学系。
8. The angle θ formed by a central angle-of-view principal ray incident on the second surface and a reflected ray thereof satisfies the condition of | θ | <30 °. Display optics.
【請求項9】 請求項1から8のいずれかに記載の表示
光学系を備えたことを特徴とする画像表示装置。
9. An image display device comprising the display optical system according to claim 1. Description:
【請求項10】 被写体からの光を撮像面に導く撮像光
学系であって、 光学面である第1、第2および第3の面を有し、 被写体から前記第1の面を透過して入射した光を、前記
第3の面で反射し、前記第1の面で反射し、前記第2の
面で反射し、前記第1の面で反射し、前記第3の面を透
過させて撮像面に導くことを特徴とする撮像光学系。
10. An imaging optical system for guiding light from an object to an imaging surface, comprising: first, second, and third surfaces that are optical surfaces, and transmitting the first surface from the object. The incident light is reflected by the third surface, reflected by the first surface, reflected by the second surface, reflected by the first surface, and transmitted through the third surface. An image pickup optical system characterized by being guided to an image pickup surface.
【請求項11】 この撮像光学系内で光が中間結像する
ことを特徴とする請求項10に記載の撮像光学系。
11. The image pickup optical system according to claim 10, wherein light forms an intermediate image in the image pickup optical system.
【請求項12】 この撮像光学系が、内部が光学媒質に
より満たされた透明体を用いて構成されており、 前記透明体内で光が中間結像することを特徴とする請求
項11に記載の撮像光学系。
12. The imaging optical system according to claim 11, wherein a transparent body whose inside is filled with an optical medium is used to form an intermediate image of light in the transparent body. Imaging optics.
【請求項13】 前記第1から第3の面のうち少なくと
も1つが、当該面で反射する光線に対して偏心している
ことを特徴とする請求項10に記載の撮像光学系。
13. The image pickup optical system according to claim 10, wherein at least one of the first to third surfaces is decentered with respect to a light ray reflected by the surface.
【請求項14】 前記第1から第3の面のうち少なくと
も1つが、曲率を有することを特徴とする請求項10に
記載の撮像光学系。
14. The imaging optical system according to claim 10, wherein at least one of the first to third surfaces has a curvature.
【請求項15】 前記第1から第3の面のうち少なくと
も1つが、回転非対称面であることを特徴とする請求項
10に記載の撮像光学系。
15. The imaging optical system according to claim 10, wherein at least one of the first to third surfaces is a rotationally asymmetric surface.
【請求項16】 この撮像光学系が、内部が光学媒質に
より満たされた透明体を用いて構成されており、 前記透明体上に形成されたいずれかの光学面で光が全反
射することを特徴とする請求項10に記載の撮像光学
系。
16. The imaging optical system is configured by using a transparent body whose inside is filled with an optical medium, wherein light is totally reflected by any optical surface formed on the transparent body. The imaging optical system according to claim 10, which is characterized in that.
【請求項17】 前記第2の面に入射する主光線とその
反射主光線とのなす角度θが、 |θ|<30° なる条件を満たすことを特徴とする請求項10に記載の
撮像光学系。
17. The imaging optics according to claim 10, wherein an angle θ formed by the chief ray incident on the second surface and its reflected chief ray satisfies the condition | θ | <30 °. system.
【請求項18】 請求項10から17のいずれかに記載
の撮像光学系を備えたことを特徴とする撮像装置。
18. An image pickup apparatus comprising the image pickup optical system according to claim 10.
JP2001349347A 2001-11-14 2001-11-14 Image display device and imaging device Expired - Fee Related JP3870070B2 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001349347A JP3870070B2 (en) 2001-11-14 2001-11-14 Image display device and imaging device
US10/292,014 US7019909B2 (en) 2001-11-14 2002-11-12 Optical system, image display apparatus, and image taking apparatus
DE60224635T DE60224635T2 (en) 2001-11-14 2002-11-13 Optical system, image display device and image capture device
EP02257804A EP1312968B1 (en) 2001-11-14 2002-11-13 Optical system, image display apparatus, and image taking apparatus
AT02257804T ATE384280T1 (en) 2001-11-14 2002-11-13 OPTICAL SYSTEM, IMAGE DISPLAY DEVICE AND IMAGE RECORDING APPARATUS
CNB021504857A CN1231787C (en) 2001-11-14 2002-11-14 Optics system, image display device and camera

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001349347A JP3870070B2 (en) 2001-11-14 2001-11-14 Image display device and imaging device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003149587A true JP2003149587A (en) 2003-05-21
JP3870070B2 JP3870070B2 (en) 2007-01-17

Family

ID=19162028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001349347A Expired - Fee Related JP3870070B2 (en) 2001-11-14 2001-11-14 Image display device and imaging device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3870070B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006292990A (en) * 2005-04-11 2006-10-26 Konica Minolta Photo Imaging Inc Shutter unit and optical unit and imaging apparatus using the shutter unit
US7212353B2 (en) 2004-03-31 2007-05-01 Canon Kabushiki Kaisha Optical element, optical system, and optical device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7212353B2 (en) 2004-03-31 2007-05-01 Canon Kabushiki Kaisha Optical element, optical system, and optical device
JP2006292990A (en) * 2005-04-11 2006-10-26 Konica Minolta Photo Imaging Inc Shutter unit and optical unit and imaging apparatus using the shutter unit

Also Published As

Publication number Publication date
JP3870070B2 (en) 2007-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3599828B2 (en) Optical device
US7012756B2 (en) Display optical system, image display apparatus, image taking optical system, and image taking apparatus
US7081999B2 (en) Image display apparatus and head mounted display using it
US7019909B2 (en) Optical system, image display apparatus, and image taking apparatus
JP4926432B2 (en) Display optical system and image display apparatus having the same
JP2002258208A (en) Optical element and composite display device utilizing it
JPH07191274A (en) Image display device
JPH07333551A (en) Observation optical system
JP2000066106A (en) Image forming optical system and observation optical system
JP3929153B2 (en) Imaging optics
JP2000171714A (en) Image-formation optical system
JP2004341411A (en) Optical system and picture display device
JP4323822B2 (en) Image display device and imaging device
US6853356B2 (en) Optical system and image displaying apparatus using the same
JP2000131614A (en) Image forming optical system and observation optical system
JP4847055B2 (en) Image display device and imaging device
JP2000241706A (en) Prism optical system
JP3870071B2 (en) Image display device and imaging device
JP3870073B2 (en) Image display device and imaging device
JP3870076B2 (en) Image display device and imaging device
JP3870072B2 (en) Image display device and imaging device
JP3870070B2 (en) Image display device and imaging device
JP3870074B2 (en) Image display device and imaging device
JP3870075B2 (en) Image display device and imaging device
JP6395674B2 (en) Image display device and imaging device

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050107

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050329

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050530

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060926

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20061016

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 3870070

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091020

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101020

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101020

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111020

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111020

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121020

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131020

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees