JP2003149590A - 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

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JP2003149590A JP2001349350A JP2001349350A JP2003149590A JP 2003149590 A JP2003149590 A JP 2003149590A JP 2001349350 A JP2001349350 A JP 2001349350A JP 2001349350 A JP2001349350 A JP 2001349350A JP 2003149590 A JP2003149590 A JP 2003149590A
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Shoichi Yamazaki
章市 山崎
Tomomi Matsunaga
智美 松永
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和隆 猪口
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章成 高木
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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 a 1st surface A which has at least reflecting operation, a 2nd surface C which reflects a light beam reflected by the 1st surface to return it to the 1st surface, and a 3rd surface which transmits light traveling from the original picture to the 1st surface and reflects the light returned from the 2nd surface to the 1st surface and then reflected to guide the light to the eye of the observer or the projected surface. Then a center view angle main light beam which is made incident on the 1st surface again is reflected to the opposite side from the last time about the normal of a surface at its hit point to travel.

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19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
導びいている。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. 19 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 the half mirror 102 is reflected by the half mirror 102 to enter 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20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. 20 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20に示す光学系のタイプは、図19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 type of optical system shown in FIG. 20 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20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 characteristic of the thin type of the type shown in FIG. 20, 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表示
広画角を達成でき、しかも全体として小型の表示光学
系、および小型で撮像広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 which can achieve a wide display angle of view while using a small display element, and a small display optical system as a whole, and an imaging optical system which is small and can achieve a wide imaging 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、少なくとも反
射作用を有する第1の面と、この第1の面で反射した光
線を再度第1の面に向けて反射する第2の面と、原画か
ら第1の面に向かう光を透過させるとともに、第2の面
から第1の面に戻されて再度反射した光を反射して観察
者の眼又は被投射面に導く第3の面とを有し、第1の面
に再度入射した中心画角主光線はそのヒットポイント上
での面の法線に対し、前回とは反対側に反射して進むよ
うにしている。
In order to achieve the above object, the first invention of the present application has at least a reflecting action in a display optical system for guiding light from an original image to an observer's eye or a projection surface. The first surface, the second surface that reflects the light rays reflected by the first surface back toward the first surface, and the light that goes from the original image to the first surface, and the second surface From the center surface angle chief ray re-incident on the first surface. The normal of the surface on that hit point is reflected on the side opposite to the previous time and proceeds.

【0015】また、本願第2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、
少なくとも第1、第2および第3の面を持つ第1の光学
系を有し、少なくとも第2および第3の面は曲面とし、
光は第3の面を透過して第1の光学系に入射し、この第
1光学系内で第1および第2の面で少なくとも1回ずつ
反射し、第1および第2の面で計3回以上反射して第3
面に戻り、第3の面で反射されて第1の面を透過し、第
1の光学系から射出するようにしている。
Further, in the second 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,
A first optical system having at least first, second and third surfaces, at least second and third surfaces being curved surfaces,
The light passes through the third surface, enters the first optical system, is reflected at least once each by the first and second surfaces in the first optical system, and is reflected by the first and second surfaces. 3rd reflection from 3 times or more
After returning to the surface, the light is reflected by the third surface, transmitted through the first surface, and emitted from the first optical system.

【0016】これら発明では、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、小型の光学系でありながらも光路長を長く確保で
きるようにしている。このため、小型の原画(画像表示
素子に表示された画像等)を用いつつ表示広画角を達成
でき、しかも全体として小型の表示光学系を実現するこ
とが可能となる。
In these inventions, the light is substantially reciprocated between the first, second and third surfaces to substantially overlap the optical paths, so that a long optical path can be secured even with a small optical system. ing. Therefore, it is possible to achieve a wide display angle of view while using a small original image (an image displayed on the image display element or the like), and it is possible to realize a small display optical system as a whole.

【0017】さらに、第1の面で複数回反射した光を、
最初に第1の面に入射する光と異なる方向に向ける第3
の面を設けることで、この光が最初に第1の面に入射す
る光と干渉することを避けることが可能となる。
Further, the light reflected by the first surface a plurality of times is
First, the light is directed in a direction different from that of the light incident on the first surface.
By providing this surface, it is possible to prevent this light from interfering with the light that first enters the first surface.

【0018】また、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 third surface with a transmitting function and a reflecting function, the number of optical surfaces can be reduced, and the size can be further reduced.

【0019】なお、表示光学系(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、小型
の原画の中間結像面を拡大して表示する中間結像タイプ
とすることにより、レイアウトの自由度が増え、原画を
大画面表示させることが可能となるとともに、光路長を
かなり長くしても表示光学系を小型に構成することが可
能である。
Incidentally, it is preferable to form an intermediate image of light in the display optical system (for example, a transparent body). That is, by adopting an intermediate image-forming type in which the intermediate image-forming surface of a small original image is enlarged and displayed, the degree of freedom in layout is increased, the original image can be displayed on a large screen, and the optical path length is considerably long. However, the display optical system can be made compact.

【0020】また、この表示光学系を構成する光学面を
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、
複数面の自由曲面採用により、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。
Further, by making the optical surface constituting this display optical system eccentric with respect to the light beam, it is possible to achieve further thinning, and by giving the optical surface a curvature, unnecessary surfaces in the display optical system can be obtained. It is possible to eliminate the above and reduce the size. Furthermore, by making the optical surface a rotationally asymmetric surface (free-form surface), various aberrations can be corrected well,
By adopting a plurality of free curved surfaces, the aspect ratio of the original image and the aspect ratio of the display image can be made close to each other, and a high quality display image can be obtained.

【0021】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。
This 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).

【0022】また、本願第3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、少なくとも反射
作用を有する第1の面と、この第1の面で反射した光線
を再度第1の面に向けて反射する第2の面と、被写体か
らの光を第1の面に向って反射するとともに、第2の面
から第1の面に戻されて再度反射した光を撮像面側に透
過させる第3の面を有し、第1の面に再度入射した中心
画角主光線はそのヒットポイント上での面の法線に対
し、前回とは反対側に反射して進むようにしている。
According to the third aspect of the present invention, in the image pickup optical system for guiding the light from the subject to the image pickup surface, at least the first surface having a reflecting action and the light beam reflected by the first surface are again reflected by the first surface. And a second surface that reflects toward the first surface, and the light from the subject that is reflected toward the first surface, and the light that is reflected from the second surface back to the first surface and reflected again is on the imaging surface side. It has a third surface that is transmitted to the first surface, and the central angle-of-view chief ray that re-enters the first surface is reflected and travels on the opposite side to the normal of the surface on the hit point. .

【0023】また、本願第4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、少なくとも第
1、第2および第3の面を持つ第1の光学系を有し、少
なくとも第2および第3の面は曲面であり、光は第1の
面を透過して該第1の光学系に入射し、第1の光学系内
で第1,第2および第3面で少なくとも1回ずつ反射
し、第1および第2の面で計3回以上反射して,第3の
面に戻り、第3の面を透過して第1の光学系から射出す
るようになっている。
Further, in the fourth invention of the present application, in the image pickup optical system for guiding the light from the object to the image pickup surface, there is provided a first optical system having at least first, second and third surfaces, and at least the first optical system. The second and third surfaces are curved surfaces, light passes through the first surface and enters the first optical system, and at least one of the first, second and third surfaces in the first optical system. The light is reflected once, reflected three times or more in total on the first and second surfaces, returned to the third surface, transmitted through the third surface, and emitted from the first optical system.

【0024】これら第3および第4の発明では、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、小型の光学系でありながらも光
路長を長く確保できるようにしている。このため、小型
でありながらも撮像広画角を達成することが可能とな
る。
In these third and fourth inventions, the first,
By making the light substantially reciprocate between the second and third surfaces to substantially overlap the optical paths, it is possible to secure a long optical path length even though it is a small optical system. For this reason, it is possible to achieve a wide image angle of view while being compact.

【0025】また、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 third surface with the transmitting function and the reflecting function, the number of optical surfaces can be reduced, and the size can be further reduced.

【0026】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
体の中間結像面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、レイアウトの自由度が増え、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可能である。
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 image formation type in which the intermediate image formation surface of the subject is reduced and guided to the image pickup surface, the degree of freedom in layout is increased, and it is possible to sufficiently reduce the object image having a wide angle of view and lead it to the image pickup surface. In addition, the image pickup optical system can be made compact even if the optical path length is considerably lengthened.

【0027】また、この撮像光学系を構成する光学面を
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
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、
複数面の自由曲面採用により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 light beam, it is possible to further reduce the thickness, and by giving the optical surface a curvature, an unnecessary surface in the image pickup optical system. It is possible to eliminate the above and reduce the size. Furthermore, by making the optical surface a rotationally asymmetric surface (free-form surface), various aberrations can be corrected well,
By adopting a plurality of free curved surfaces, the aspect ratio of the subject and the aspect ratio of the captured image can be made close to each other, and a high quality captured image can be obtained.

【0028】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.

【0029】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内部全反射させるようにするこ
とにより、長い光路長でも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,
By causing the light to be totally internally reflected by one of the optical surfaces, it is possible to reduce the light amount loss even with a long optical path length.

【0030】また、表示光学系および撮像光学系のいず
れにおいても、光を反射して折り返す面を曲面とすると
よい。折り返し反射面が平面であると、反射時に周辺画
像の光線の方向を個々に制御できないため、光学系が大
型化してしまう。折り返し反射面が回転非対称面である
と、周辺画像の光線方向を自由に制御できるため、曲面
の場合よりも更に小型化可能となる。
In each of the display optical system and the image pickup optical system, it is preferable that the surface that reflects and returns light is a curved surface. If the folding reflection surface is a flat surface, the directions of the light rays of the peripheral image cannot be individually controlled at the time of reflection, so that the optical system becomes large. If the folding reflection surface is a rotationally asymmetric surface, the light ray direction of the peripheral image can be freely controlled, and therefore the size can be further reduced as compared with the case of a curved surface.

【0031】ここで、折り返し反射面は反射作用のみの
面であり、ほぼ100%近く光を反射する金属ミラーコ
ーティングをして光量ロスをできるだけ少なくすること
が望ましい。
Here, the return reflection surface is a surface only for the reflection action, and it is desirable to reduce the light amount loss as much as possible by applying a metal mirror coating that reflects almost 100% of the light.

【0032】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
の入射中心画角主光線と反射中心画角主光線とのなす角
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。
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, the light is incident on the returning reflection surface. The angle θ formed by the central ray of principal angle of view and the principal ray of reflected central angle of view preferably satisfies | θ | <30 ° (1). If this condition is not satisfied, the optical system becomes large.

【0033】本発明の表示光学系をヘッドマウントディ
スプレイ(HMD)として使用する場合は、左右の目に
対し、各々独立した原画(画像表示素子)と表示光学系
とを設けるのがよい。
When the display optical system of the present invention is used as a head mounted display (HMD), it is preferable to provide an independent original image (image display element) and a display optical system for the left and right eyes.

【0034】つまり、2つの原画(同一のもの)とそれ
に合わせた2つの表示光学系(同一のもの)とを有する
ことにより、1つの原画で左右の表示光学系に光を分け
るようなHMDよりも明るい表示画像が得られる。
That is, by having two original images (the same one) and two display optical systems (the same one) matching them, it is possible to divide the light into the left and right display optical systems by one original image. A bright display image can be obtained.

【0035】また、本発明の表示光学系は、左眼用も右
眼用も偏心断面であるローカル母線断面を人間の顔の上
下方向に配置する(上下に光線を折り畳む)のがよい。
Further, in the display optical system of the present invention, it is preferable that the local meridional section, which is an eccentric section for both the left eye and the right eye, is arranged in the vertical direction of the human face (folding the light beam up and down).

【0036】通常、表示拡大像は人間の左右方向に画角
が広く、上下方向に画角が狭い(左右4:上下3または
16:9ぐらいの比)ため、偏心断面であり偏心収差の
発生が大きいローカル母線断面を画角の小さい上下に設
定すれば、表示拡大像での偏心収差の発生を少なくで
き、好ましい。
Usually, the enlarged display image has a wide angle of view in the left-right direction of the human and a narrow angle of view in the up-down direction (right / left 4: up / down 3 or 16: 9 ratio), so that it is an eccentric section and eccentric aberration occurs. It is preferable to set the local generatrix cross section having a large angle at the top and bottom with a small angle of view because the occurrence of eccentric aberration in the enlarged display image can be reduced.

【0037】なお、上記光学系は、言い換えると、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
構成されている。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
ができるようにしている。
The above optical system, in other words, the first optical system
Angle with respect to the normal to the hit point of the central angle of view chief ray that first entered the surface of, and the normal to the hit point of the central angle of view chief ray that is reflected by the second surface and re-enters the first surface The reflection angle with respect to is the opposite sign. That is, the light reflected from the first surface
The surface of the first surface reflects the light so that it returns to the first light reflection area side (reflection area, near the reflection area, or near the reflection area), thereby effectively overlapping the light paths and reducing the long light path length. It is designed to be housed in the optical system of.

【0038】[0038]

【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.

【0039】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 (meridional section), and the xz section is the sagittal section (sagittal). Cross section).

【0040】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.

【0041】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, this is a ray from the image center of the display element to the exit pupil center of the display optical system, and in the image pickup optical system, it passes through the entrance pupil center of the image pickup 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.

【0042】(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.

【0043】面Cには金属蒸着などによる略100%の
反射率を持つ反射膜が形成されており、面Aおよび面B
には金属蒸着または誘電体の蒸着などによる半透過反射
膜が形成されている。
On the surface C, a reflection film having a reflectance of about 100% is formed by metal deposition or the like, and the surfaces A and B are formed.
A semi-transmissive reflective film is formed on the substrate by metal vapor deposition or dielectric vapor deposition.

【0044】図2には、図1に示した第1の光学系1
を、内部が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)で構成し、画像表示装置に用いた
場合の表示光学系全体の構成を示している。
FIG. 2 shows the first optical system 1 shown in FIG.
Shows a configuration of the entire display optical system when it is used in an image display device by configuring a transparent body (hereinafter, also referred to as the first optical element 1) whose inside is filled with an optical medium.

【0045】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.

【0046】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 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.

【0047】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 light emitted from the image display element 3, a central angle-of-view chief ray that exits the center of the display surface of the image display element 3 and reaches the center of the exit pupil S is shown.

【0048】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 the present embodiment, the observer puts his eyes near the position of the exit pupil S, so that an enlarged image of the image displayed on the image display element 3 can be visually recognized.

【0049】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.

【0050】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。
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.

【0051】特に面Aでの再反射は、中心画角主光線が
そのヒットポイント上での面の法線に対し、面Aでの最
初に反射した時とは反対側に反射して進むようにして往
復光路を形成している。
In particular, the re-reflection on the surface A is performed so that the central angle-of-view principal ray is reflected on the side opposite to the first normal reflection on the surface A with respect to the normal of the surface on the hit point. It forms a round-trip optical path.

【0052】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、光路をほぼ重複させ、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 return reflection surface and forming a reciprocating optical path in the first optical element 1, the optical paths are almost overlapped and the long optical path is small in size.
Can be accommodated in the optical element 1. As a result, the entire display optical system is downsized.

【0053】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、眼球側に導かれる。
The light rays from the image display element 3 pass through the reciprocating optical path due to the reflection on the final reflecting surface B, and the image display element 3
It is guided to the eyeball side instead of going to the side.

【0054】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.

【0055】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.

【0056】この際、第1の光学系1内で両端からの光
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 from both ends intersect in the first optical system 1 to form an intermediate image of the image displayed on the image display element 3. By forming an intermediate image in the first optical element 1, a compact structure can be obtained even if the power of the second optical system 2 is weakened.
It is possible to suppress the occurrence of extra aberrations in 1) and to prevent the second optical system 2 from becoming complicated.

【0057】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, an intermediate image is formed between the reflection on the C surface and the reflection on the A surface, but the intermediate image forming position does not necessarily have to be at this position, and the first optical element 1 It may be formed inside.

【0058】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.

【0059】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 portions of the first optical system 1 and the other portions. The optical system 2 of 2 corresponds to a relay optical system.

【0060】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、非常に強い光学的パワー(1/焦
点距離)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 the present embodiment, the surface B, which acts as the final reflecting surface, is a concave mirror having a very strong optical power (1 / focal length) and bears the main power of the eyepiece optical system portion. ing. 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.

【0061】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。集光ないし発散または収差補正に寄
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 light collection, divergence, or aberration correction, the number of optical surfaces required for the entire optical system can be reduced, and the effect of manufacturing cost reduction 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.

【0062】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、ほぼ重複させた構成と
して第1の光学系1を薄型にしている。
The surfaces A and B of the first optical system 1 are surfaces that are inclined with respect to the reflected light rays when the effective light rays that are 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 optical path from the B-side reflection to the A-side exit is substantially overlapped.

【0063】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.

【0064】特に面Bは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。
Especially, since the surface B is a curved surface having a strong power,
It is preferable that the surface B has a rotationally asymmetric shape to suppress the occurrence of decentering aberration.

【0065】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, all of the three surfaces A, B, and C constituting the first optical system 1 have a rotationally asymmetric shape, so that 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.

【0066】また、面Aでの反射を第1の光学素子1内
での内部全反射とすると、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、反射光束が内部全反射するようにす
ると、反射光束の全てを内部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, it is preferable that the reflection on the surface A is the total internal reflection within the first optical element 1 since the light quantity loss is reduced. At least in a region where the reflected light flux and the outgoing light flux are shared on the surface A, if the reflected light flux is totally internally reflected, the degree of freedom in design is increased as compared with the case where all the reflected light fluxes are totally internally reflected. The same level of brightness can be secured.

【0067】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.

【0068】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、長い光路長の往復光路をほぼ重複するようにして第
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 first optical system is configured such that the reciprocal optical paths having a long optical path are substantially overlapped. It is possible to configure a very compact display optical system by suppressing the total length of 1 to be short.

【0069】(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 FIG.
First optical system (first optical element) similar to that shown in FIG.
2 is a second optical system, and 4 is an image sensor.

【0070】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.

【0071】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 the present embodiment, the surface A (first surface) of the first optical element 1 acts as an incident surface and a reflection surface of 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.

【0072】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から入射し、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
The light enters the optical element 1 from the surface A, is reflected by the surface B, is reflected by the surface A, and is guided to the surface C. Then, the light is reflected back on the surface C, returned to the surface A, 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.

【0073】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
望の外界(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、外界像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, a desired light from the outside world (subject) is imaged on the imaging surface of the imaging device 4, whereby an outside world image can be taken.

【0074】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.

【0075】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
成することで光路をほぼ重複させ、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, it is possible to increase the degree of freedom of the photographing angle of view with respect to the size of the image pickup element 4 and widen the angle of view. Along with this, the optical path length becomes longer. By forming a reciprocating optical path in the first optical element 1, the optical paths are almost overlapped, and the total length of the first optical system 1 is suppressed to be short, thereby realizing a very compact imaging optical system. is doing.

【0076】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 view angle principal ray (in the display optical system, a 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. .

【0077】(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.

【0078】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.

【0079】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
(但し、最初の光の反射領域寄りの領域)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(但し、最初の光の反射領域寄りの領
域)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.
The central angle-of-view chief ray reflected at is reflected back at surface C at an angle θ, and is re-reflected at a position higher than the previous reflection point on surface A (however, the area near the first light reflection area). This is different from the first embodiment. Further, in the first optical system 1 ″ of FIG. 7, the central angle-of-view chief ray reflected by the surface A is reflected back at the surface C at an angle θ, and is located at a position lower than the previous reflection point on the surface A. (However, it is different from the first embodiment in that it is re-reflected in a region near the first light reflection region).

【0080】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 °.

【0081】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.

【0082】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 shown in the second embodiment. You can

【0083】[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(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4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 (optical element) having three optical surfaces. S2, S4, S6 are the same surface, S3, S7 are the same surface, and these two surfaces and S5 respectively correspond to the surfaces A, B, C described in the fourth embodiment.

【0084】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 is a second optical system, and 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.

【0085】本数値実施例において、S1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 this numerical example, the optical surfaces from S1 to S10 are rotationally asymmetrical surfaces and have a plane symmetric shape having the paper surface (yz section) as the only symmetric surface.

【0086】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 with the observer's visual axis direction as the z axis, the direction perpendicular to the z axis in the paper plane as the y axis, and the direction perpendicular to the paper plane as the x axis. Is.

【0087】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.

【0088】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 the 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.

【0089】[0089]

【数1】 [Equation 1]

【0090】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に対応する回転非対称形状であることを示
している。
The numerical value next to FFS in the TYP column indicates that the shape of the surface is a rotationally asymmetric shape corresponding to the aspherical coefficients k and ci described at the bottom of the table. .

【0091】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, denoted 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 at 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.

【0092】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。
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.

【0093】[0093]

【表1】 [Table 1]

【0094】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を構成する透明体で
ある光学素子に入射し、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)から第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 made incident on the optical element which is a transparent body constituting the second optical system 2 at 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).

【0095】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 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 °.

【0096】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の光学素子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から透明体に入射し、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 infinite distance in the negative direction of the z-axis passes through the diaphragm S1 and is guided to the first optical element 1. Then, from S2 (Surface A) to the first optical element 1
The light incident on S3 (Surface B) is reflected by S3 (Surface A).
After being reflected by, reflected back at S5 (surface C), reflected at S6 (surface A), emitted from S7 (surface B) and guided to the second optical system 2. Then, the light guided to the second optical system 2 enters the transparent body from S8, is reflected in S9, and is reflected in S10.
Is emitted to form an image on the imaging surface SI.

【0097】(第4実施形態)図9には、本発明の第4
実施形態である表示光学系の構成を示している。なお、
本実施形態では、第1実施形態と異なる点を重点的に説
明する。本実施形態では、第1の光学系21を、3面の
光学面を有した透明体と類似した光学素子とこれとは別
に設けられた反射面Cの計4面の光学面を有して構成さ
れている。
(Fourth Embodiment) FIG. 9 shows a fourth embodiment of the present invention.
1 illustrates a configuration of a display optical system that is an embodiment. In addition,
In this embodiment, points different from the first embodiment will be mainly described. In the present embodiment, the first optical system 21 has a total of four optical surfaces including an optical element similar to a transparent body having three optical surfaces and a reflecting surface C separately provided. It is configured.

【0098】光学素子上の3つの光学面A,B,Dのう
ち面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Dは透過面、面Cは反射面であ
る。
Of the three optical surfaces A, B, and D on the optical element, surfaces A and B are both transmission / reflection surfaces that act as transmission and reflection surfaces, surface D is a transmission surface, and surface C is a reflection surface. is there.

【0099】面Cには金属蒸着などにより略100%の
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。
A reflective film having a reflectance of about 100% is formed on the surface C by metal vapor deposition or the like, and a semi-transmissive reflective film is formed on the surface B by vapor deposition of a metal or a dielectric.

【0100】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の光学系21の光学素子に導
かれる。光は面Bから第1の光学系21の光学素子に入
射し、面Aで反射して面Dを透過する。面Dを透過した
光は、面Cに入射し、入射方向に対して略逆向きに戻す
ように反射する。これにより、光は面Dを再び透過して
面Aに導かれ、面Aで再反射して面Bで反射した後、面
Aを透過して第1の光学系1の光学素子を射出し、射出
瞳Sに到達する。
The light modulated by the image display element 3 is guided to the optical element of the first optical system 21 via the second optical system 2. Light enters the optical element of the first optical system 21 from the surface B, is reflected by the surface A, and is transmitted through the surface D. The light transmitted through the surface D enters the surface C and is reflected so as to return in a direction substantially opposite to the incident direction. Thereby, the light is again transmitted through the surface D and guided to the surface A, re-reflected by the surface A and reflected by the surface B, and then transmitted through the surface A and emitted from the optical element of the first optical system 1. , Reaches the exit pupil S.

【0101】本実施形態においても、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。
Also in the present embodiment, when the observer puts his eyes near the position of the exit pupil S, it becomes possible to visually recognize a magnified image of the image displayed on the image display element 3.

【0102】また、本実施形態では、第1の光学系21
において、光はB→A→D→C→D→A→B(→A)の
順で各面を通過し、面Cでの反射を境に、それまでの光
路を逆にたどる。
In the present embodiment, the first optical system 21
In, the light passes through each surface in the order of B → A → D → C → D → A → B (→ A), and follows the optical path up to that point with the reflection at the surface C as a boundary.

【0103】面Cを挟んでそれまでの順路を逆にたどる
B→A→D→C→D→A→Bの光路で第1の光学系21
内に往復光路を形成することで、光路をほぼ重複させ、
第1の光学系21内を有効に利用して光路長に対して第
1の光学系21のサイズを小さくしている。これによ
り、表示光学系全体をも小型化できる。
The first optical system 21 is the optical path of B → A → D → C → D → A → B, which follows the previous path in reverse with the surface C interposed.
By forming a round-trip optical path inside, the optical paths are almost overlapped,
The size of the first optical system 21 is reduced with respect to the optical path length by effectively utilizing the inside of the first optical system 21. As a result, the entire display optical system can be downsized.

【0104】本実施形態では、面Dを透過面として用
い、第1の光学系21を構成する光学面が4面と、第1
実施形態よりも1面増えている。これにより、光学設計
上の自由度が増し、収差補正を更に良好に行うことがで
きる。
In the present embodiment, the surface D is used as a transmission surface, and the first optical system 21 has four optical surfaces, and the first optical system 21 has four optical surfaces.
The number is one more than that in the embodiment. As a result, the degree of freedom in optical design is increased, and aberration correction can be performed better.

【0105】特に、第1実施形態に比べて透明体と空気
との間の透過面が増えており、色収差の補正を行うため
の自由度が増えている。
In particular, as compared with the first embodiment, the transmissive surface between the transparent body and the air is increased, and the degree of freedom for correcting chromatic aberration is increased.

【0106】[数値実施例2]図10は、上記第4実施
形態の数値実施例を示す光学断面図である。図中、20
は表示光学系を示し、21は3つの光学面を有する第1
の光学系を構成する透明体(第1の光学素子)、22は
反射ミラー部材である。
[Numerical Example 2] FIG. 10 is an optical sectional view showing a numerical example of the fourth embodiment. 20 in the figure
Is a display optical system, and 21 is a first optical system having three optical surfaces.
A transparent body (first optical element) constituting the optical system of No. 22 and a reflection mirror member 22.

【0107】S2,S4,S8は同一面、S3,S9は
同一面、S5,S7は同一面であり、第5実施形態にて
説明した面A,B,Dにそれぞれ相当する。また、S6
は面Cに相当する。
S2, S4 and S8 are the same surface, S3 and S9 are the same surface, and S5 and S7 are the same surface, which correspond to the surfaces A, B and D described in the fifth embodiment. Also, S6
Corresponds to the surface C.

【0108】また、図中の30は第2の光学系であり、
S9からS12の面で構成されている。本数値実施例で
は、透明体(第1の光学系21)の1つの面と第2の光
学系30を構成する透明体(光学素子)の1つの面とを
接合しており、接合面をS9としている。
Reference numeral 30 in the drawing denotes a second optical system,
It is composed of the surfaces S9 to S12. In the present numerical example, one surface of the transparent body (first optical system 21) and one surface of the transparent body (optical element) forming the second optical system 30 are bonded to each other, and the bonding surface is It is S9.

【0109】これら第1および第2の光学系21,30
を構成する面は、本数値実施例においては全て回転非対
称面であり、紙面(yz断面)を唯一の対称面として持
つ面対称形状をしている。本実施例の光学データを表2
に示す。
These first and second optical systems 21, 30
In the present numerical example, all the surfaces that form (1) are rotationally asymmetrical surfaces, and have a plane symmetric shape having the paper surface (yz cross section) as the only symmetric surface. The optical data of this example is shown in Table 2.
Shown in.

【0110】[0110]

【表2】 [Table 2]

【0111】表2から分かるように、画像表示面SIか
らの光は、S12,S11,S10を介してS9(面
B)より第1の光学系21に入射し、S8(面A)で反
射し、S7(面D)で屈折しつつ第1の光学系21の透
明体を射出する。射出した光は、S6(面C)で反射
し、S5(面D)から再び透明体に入射し、S4(面
A)で反射し、S3(面B)で反射してS2(面A)か
ら透明体を射出し、射出瞳S1(S)に導かれる。
As can be seen from Table 2, the light from the image display surface SI enters the first optical system 21 from S9 (surface B) through S12, S11 and S10 and is reflected by S8 (surface A). Then, the transparent body of the first optical system 21 is emitted while refracting at S7 (plane D). The emitted light is reflected by S6 (Surface C), enters the transparent body again from S5 (Surface D), is reflected by S4 (Surface A), is reflected by S3 (Surface B), and is S2 (Surface A). From which a transparent body is emitted and is guided to the exit pupil S1 (S).

【0112】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 °.

【0113】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被
写体からの光は、絞りS1を通過してS2から第1の光
学系21の透明体に入射し、S3,S4で反射してS5
から透明体を射出する。そして、S6で反射し、S7か
ら再び透明体に入射してS8で反射し、S9から透明体
を射出する。透明体を射出した光は、第2の光学系30
に導かれ、S10,S11,S12を介して撮像面SI
上に外界(被写体)像を形成する。
The optical system of this numerical example may be used as an image pickup optical system. In this case, the light from the subject at infinity in the negative direction of the z-axis passes through the diaphragm S1, enters the transparent body of the first optical system 21 from S2, is reflected by S3 and S4, and is reflected by S5.
Eject a transparent body from. Then, the light is reflected in S6, again enters the transparent body from S7, is reflected in S8, and is emitted from the transparent body in S9. The light emitted from the transparent body is the second optical system 30.
To the imaging surface SI via S10, S11, S12.
An external (subject) image is formed on top.

【0114】(第5実施形態)図11には、本発明の第
5実施形態である表示光学系を示している。本実施形態
では、第1の光学系31内での反射回数が6回である点
が第1の光学系での反射回数が4回である第1〜第4実
施形態と異なる。
(Fifth Embodiment) FIG. 11 shows a display optical system according to a fifth embodiment of the present invention. The present embodiment differs from the first to fourth embodiments in that the number of reflections in the first optical system 31 is 6 and the number of reflections in the first optical system is 4.

【0115】第1の光学系31において、透明体(以
下、第1の光学素子31ともいう)上に形成された3つ
の光学面A,B,Cのうち面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。面Cには、金属蒸着などにより略100%の
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。面Aの一部(上部)には、金属蒸着などにより略1
00%の反射率を持つ反射膜が形成されている。
In the first optical system 31, of the three optical surfaces A, B and C formed on the transparent body (hereinafter also referred to as the first optical element 31), the surfaces A and B are both transparent surfaces. A surface that also serves as a transmissive and reflective surface that acts as a reflective surface, and a surface C is a reflective surface. On the surface C, a reflective film having a reflectance of about 100% is formed by metal vapor deposition or the like, and on the surface B, a semi-transmissive reflective film is formed by vapor deposition of metal or dielectric. Part of the surface A (upper part) is approximately 1 by metal deposition or the like.
A reflective film having a reflectance of 00% is formed.

【0116】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31に導かれる。
光は面Bから第1の光学素子31に入射し、面Aで1回
目の反射をして面Cに導かれる。面Cで2回目の反射を
した光は、面Aの上部に導かれ、3回目の反射をする。
この面Aでの3回目の反射は、入射した光を入射方向に
対して略逆向きに戻すような反射であり、光は再度面C
に戻されて面Cで4回目の反射をして再度面Aに導か
れ、5回目の反射をして面Bに導かれる。そして、面B
で6回目の反射をした後、面Aを透過して第1の光学素
子31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 31 via the second optical system 2.
The light enters the first optical element 31 from the surface B, is reflected by the surface A for the first time, and is guided to the surface C. The light reflected by the surface C for the second time is guided to the upper part of the surface A and reflected for the third time.
The third reflection on the surface A is such that the incident light is returned in a direction substantially opposite to the incident direction, and the light is again reflected on the surface C.
Are reflected back to the surface C, are reflected by the surface C for the fourth time, and are again guided to the surface A, and are reflected for the fifth time, and are guided to the surface B. And side B
After the sixth reflection at, the light passes through the surface A, exits the first optical element 31, and reaches the exit pupil S.

【0117】本実施形態においても、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。
Also in this embodiment, the observer can view the enlarged image of the image displayed on the image display element 3 by placing the eyes near the position of the exit pupil S.

【0118】本実施形態では、第1の光学素子31にお
いて、光は面B(透過)→面A(1回目反射)→面C
(2回目反射)→面A(3回目反射(折り返し反射))
→面C(4回目反射(再反射))→面A(5回目反射
(再反射))→面B(6回目反射(反射))(→面A
(透過))の順で各面を通過し、面A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 this embodiment, in the first optical element 31, the light is surface B (transmission) → surface A (first reflection) → surface C.
(Second reflection) → Surface A (Third reflection (return reflection))
→ surface C (fourth reflection (rereflection)) → surface A (fifth reflection (rereflection)) → surface B (sixth reflection (reflection)) (→ surface A
After passing through each surface in the order of (transmission), the optical path up to that point is traced in reverse until the final reflection surface B is reached by the return reflection on the surface A.

【0119】面Aを挟んでそれまでの順路を逆にたどる
面B→面A→面C→面A→面C→面A→面Bという往復
光路を第1の光学素子31内に形成することで、光路を
ほぼ重複させ、第1の光学素子31内のスペースを有効
に利用して光路長に対して第1の光学系31のサイズを
小さくすることができる。これにより、表示光学系全体
をも小型化できる。
A back-and-forth optical path is formed in the first optical element 31 in the order of the surface B, the surface A, the surface B, the surface A, the surface C, the surface A, the surface C, the surface A, and the surface B. Thus, the optical paths can be substantially overlapped with each other, and the space in the first optical element 31 can be effectively used to reduce the size of the first optical system 31 with respect to the optical path length. As a result, the entire display optical system can be downsized.

【0120】本実施形態によれば、上記各実施形態に比
べて更に光路長を長くとることができ、表示の拡大率を
上げる場合に有利である。
According to the present embodiment, the optical path length can be made longer than that of each of the above-mentioned embodiments, which is advantageous in the case of increasing the display enlargement ratio.

【0121】図12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、第2の光学系2を経て第1の光
学素子31に対して面B入射→面A反射→面C反射→面
A折り返し反射→面C再反射→面A再反射→面B反射→
面A射出と中心画角主光線と同様の経路をたどって射出
瞳Sの中心に導かれる。
As shown by the dotted line in FIG. 12, 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 second optical system 2. Plane B incident on the first optical element 31 → face A reflection → face C reflection → face A return reflection → face C re-reflection → face A re-reflection → face B reflection →
It is guided to the center of the exit pupil S by following the same path as the exit of the surface A and the central angle of view chief ray.

【0122】また、図13に点線で示したように、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
両端に至る光線も、第2の光学系2を経て第1の光学系
31に対して面B入射→面A反射→面C反射→面A折り
返し反射→面C再反射→面A再反射→面B反射→面A射
出と中心画角主光線と同様の経路をたどる。
Further, as shown by the dotted line in FIG. 13, a ray of light that has exited from the center of the image display surface of the image display element 3 and reaches both ends of the exit pupil S also passes through the second optical system 2 and becomes a first ray. Surface B incidence → surface A reflection → surface C reflection → surface A reflection reflection → surface C re-reflection → surface A re-reflection → surface B reflection → surface A exit and the same path as the central field angle chief ray with respect to the optical system 31. Follow

【0123】この際、第1の光学素子31内で画像表示
面の両端からの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結像面が形成されている。この
ように第1の光学素子31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 from both ends of the image display surface intersect in the first optical element 31, and an intermediate image forming surface of the image displayed on the image display element 3 is formed. By thus forming the intermediate image in the first optical element 31, a compact structure can be obtained even if the power of the second optical system 2 is weakened, and an extra aberration in the second optical system 2 is generated. It is possible to suppress the occurrence and to prevent the second optical system 2 from becoming complicated.

【0124】なお、本実施形態においては、C面再反射
→A面再反射の間に中間像が形成されているが、中間結
像面は必ずしもこの位置にある必要はない。また、中間
結像面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、中間像は、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
結像されていることが好ましい。
In the present embodiment, the intermediate image is formed during the re-reflection of the C surface → the re-reflection of the A surface, but the intermediate image plane need not necessarily be located at this position. Further, in order to facilitate the aberration correction of the so-called eyepiece optical system portion that guides the intermediate image formation surface to the exit pupil S as substantially parallel light, the intermediate image causes field curvature and astigmatism in the eyepiece optical system portion. It is preferable that the image is formed so as to be appropriately curved or have an astigmatic difference according to the situation.

【0125】また、本実施形態においては、最終反射面
である面Bと面Aでの再反射面と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3
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 the present embodiment, the surface B which is the final reflection surface, the re-reflection surface on the surface A, and the portion acting as the exit surface correspond to the eyepiece optical system portion, and the first optical system 3
The other part in 1 and the second optical system 2 correspond to the relay optical system.

【0126】最終反射面として作用するときの面Bは、
非常に強い光学的パワー(1/焦点距離)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。
The surface B when acting as the final reflecting surface is
It is a concave mirror having a very strong optical power (1 / focal length), and bears the main power of the eyepiece optical system part. Therefore, the occurrence of decentration aberration is large on the concave mirror surface B,
It is difficult to completely correct aberrations only with the surfaces A and B as the eyepiece optical system, and the relay optical system portion should form an intermediate image forming surface in a shape that cancels the aberration in the eyepiece optical system. Thus, it becomes possible to improve the image quality in the final image observation.

【0127】以上説明した実施形態において、第1の光
学系31の少なくとも面B,Cを曲面とすることで、集
光ないし発散または収差補正に寄与しない面を少なく
し、光学系に必要な面数を削減することができる。更に
面A,B,Cをそれぞれ曲面で構成することで、集光な
いし発散または収差補正に寄与しない面を更に省いた光
学素子とすることができ、コスト削減の効果が期待でき
る。
In the above-described embodiment, by making at least the surfaces B and C of the first optical system 31 curved surfaces, the surfaces that do not contribute to the light collection, divergence, or aberration correction are reduced, and the surfaces required for the optical system are reduced. The number can be reduced. Further, by forming each of the surfaces A, B, and C with a curved surface, it is possible to provide an optical element in which a surface that does not contribute to light collection or divergence or aberration correction is further omitted, and a cost reduction effect can be expected.

【0128】また、第1の光学系31の面B,Cと面A
の一部(下部)の領域は、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を構成する任意
の光線に対して傾いた面で構成されており、上述したB
面入射→A面反射→C面反射→A面反射折り返し反射→
C面再反射→A面再反射→B面反射→A面射出の光路を
形成している。
The surfaces B and C and the surface A of the first optical system 31 are
A part (lower part) of the area is formed by a surface inclined with respect to an arbitrary ray forming the reflected light flux when the effective light flux guided to the exit pupil S is reflected by each surface, and
Surface incidence → A surface reflection → C surface reflection → A surface reflection and back reflection →
An optical path of C surface re-reflection → A surface re-reflection → B surface reflection → A surface emission is formed.

【0129】即ち、面B,Cおよび面Aの一部(下部)
の領域は、反射光束を構成する任意の光線に対して偏心
した偏心反射曲面であり、ここで偏心収差が発生する。
従って、第1の光学素子31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)を用いることで、
偏心収差の発生を極力抑えることが望ましい。
That is, a part of the surfaces B and C and the surface A (lower part)
The area of is an eccentric reflection curved surface decentered with respect to an arbitrary ray forming the reflected light flux, and eccentric aberration occurs here.
Therefore, by using a rotationally asymmetric surface (so-called free-form surface) for at least one surface of the first optical element 31,
It is desirable to suppress the occurrence of decentration aberrations as much as possible.

【0130】特に、面Bは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。
In particular, since the surface B is a curved surface having a strong power, it is preferable to make the surface B rotationally asymmetrical to suppress the occurrence of decentration aberrations.

【0131】更に好ましくは、第1の光学系31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 forming the first optical system 31 rotationally asymmetrical, the degree of freedom of decentering aberration correction is increased and an image of good 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.

【0132】なお、面Aでの3回の反射のうち、第1の
光学素子31内での3回目の反射(折り返し反射)は、
面Aの上部の金属蒸着などで反射率100%に近い反射
膜が形成されている部分で行われ、それ以外の1回目の
反射および5回目の反射は、面Aの下部で行われ、入射
光と面Aの法線のなす角度が大きいため、内部全反射に
よる反射となる。
Of the three reflections on the surface A, the third reflection (return reflection) in the first optical element 31 is
It is performed on the portion where a reflection film having a reflectance close to 100% is formed on the upper portion of the surface A by metal deposition or the like, and the other first reflection and the fifth reflection are performed on the lower portion of the surface A and are incident. Since the angle formed by the light and the normal to the surface A is large, reflection is caused by total internal reflection.

【0133】面Aでの折り返し反射以外の反射に関し、
面Aでの反射を第1の光学素子31内での内部全反射と
すると、光量の損失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(面Aの
下部)において、反射光束が内部全反射するようにする
と、面Aでの折り返し反射以外の反射光束の全てを内部
全反射とする場合に比べ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。
Regarding reflections other than the return reflection on the surface A,
When the reflection on the surface A is the total internal reflection within the first optical element 31, the loss of the light amount is reduced, which is preferable. If the reflected light flux is totally internally reflected at least in the area where the reflected light flux on the surface A and the emitted light flux are shared (the lower part of the surface A), all the reflected light flux other than the return reflection on the surface A is totally internally reflected. It is possible to secure the same brightness while increasing the degree of freedom in design as compared with the case of.

【0134】以上のように表示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表示光学系を実現することが
できる。また、表示光学系内で1回結像を行うことで、
画像表示素子3の表示サイズに対する表示画角の自由度
を向上させて、より広画角化(高倍率提示)を可能にす
るとともに、長い光路長を第1の光学素子31内に往復
光路を形成することで重複させて第1の光学系31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。
By configuring the display optical system as described above, it is possible to realize a display optical system that displays an image displayed on the image display element 3 as a magnified image with good optical performance. In addition, by forming an image once in the display optical system,
The degree of freedom of the display angle of view with respect to the display size of the image display element 3 is improved to allow a wider angle of view (high magnification presentation), and a long optical path length is provided in the first optical element 31 so that a round trip optical path is formed. By forming them, the first optical system 31 can be overlapped and the overall length of the first optical system 31 can be kept short, and a very compact display optical system can be constructed.

【0135】以上説明した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A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 embodiment described above, the central ray at the central angle of view (in the display optical system, this is the light beam from the center of the display surface of the display element to the center of the exit pupil S, and in the image pickup optical system, the image is taken through the center of the entrance pupil. Although the reflected reflection on the surface A (which is a light ray reaching the center of the image pickup surface of the device) is substantially vertical reflection, the optical system of the present invention is not limited to this configuration.

【0136】(第6実施形態)図14および図15には
それぞれ、第5実施形態とは異なる第1の光学系を用い
た第6実施形態の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31’,31”では、中心
画角主光線の光路が第6実施形態のものと異なってい
る。
(Sixth Embodiment) FIGS. 14 and 15 show the structure of a display optical system of a sixth embodiment using a first optical system different from that of the fifth embodiment. In the first optical systems 31 'and 31 "shown in these figures, the optical path of the central angle-of-view chief ray is different from that of the sixth embodiment.

【0137】図14および図15ともに、面B入射→面
A反射→面C反射→面A折り返し反射→面C再反射→面
A再反射→面B反射→面A射出の光路が形成されている
点は第5実施形態と同様である。
In both FIGS. 14 and 15, an optical path of incidence of surface B → reflection of surface A → reflection of surface C → reflection of surface A → reflection of surface A → reflection of surface C → reflection of surface A → reflection of surface B → reflection of surface A is formed. The difference is similar to the fifth embodiment.

【0138】但し、図14に示す第1の光学系31’に
おいては、面Cで反射した中心画角主光線が面Aで角度
θをなして折り返し反射されて面Cの先の反射地点より
も高い位置(但し、最初の光の反射領域寄りの領域)で
再反射される点が第5実施形態と異なる。
However, in the first optical system 31 'shown in FIG. 14, the central angle-of-view chief ray reflected on the surface C is reflected back at the surface A at an angle θ and is reflected from the reflection point ahead of the surface C. Is different from the fifth embodiment in that it is re-reflected at a higher position (a region near the first light reflection region).

【0139】また、図15に示す第1の光学系31”に
おいては、面Cで反射した中心画角主光線が面Aで角度
θをなして折り返し反射されて面Cのはじめの反射地点
よりも低い位置(但し、最初の光の反射領域寄りの領
域)で再反射される点が第5実施形態と異なる。
In the first optical system 31 ″ shown in FIG. 15, the central angle-of-view chief ray reflected by the surface C is reflected back at the surface A at an angle θ, and is reflected from the first reflection point of the surface C. Is different from the fifth embodiment in that it is re-reflected at a lower position (a region near the first light reflection region).

【0140】このように、折り返し反射面Aの前後で光
が所定角度θを成して入射・反射するようにしてもよ
い。但し、角度θは、 |θ|<30° …(1) を満たすことが好ましい。
As described above, the light may enter and reflect at a predetermined angle θ before and after the folding reflection surface A. However, the angle θ preferably satisfies | θ | <30 ° (1).

【0141】この条件を外れると、第1の光学系3
1’,31”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 3
1 ′ and 31 ″ become large and it is difficult to make the entire display optical system small, which is not preferable.

【0142】[数値実施例3]図16には、図13に示
した第5実施形態の表示光学系の数値実施例の光学断面
図を示している。
[Numerical Example 3] FIG. 16 shows an optical sectional view of a numerical example of the display optical system of the fifth embodiment shown in FIG.

【0143】図中、31は表示光学系の第1の光学系を
構成する透明体(第1の光学素子)である。S2,S
4,S6,S8は同一面、S3,S9は同一面、S5,
S7は同一面であり、これら3面はそれぞれ第6実施形
態の面A,B,Cに相当する。2は第2の光学系であ
り、ここではS10,S11面からなる凸レンズとして
構成されている。また、折り返し反射面A(S6)と面
Cには反射膜が形成されている。
In the figure, reference numeral 31 denotes a transparent body (first optical element) which constitutes the first optical system of the display optical system. S2, S
4, S6, S8 are the same surface, S3, S9 are the same surface, S5
S7 is the same surface, and these three surfaces correspond to the surfaces A, B, and C of the sixth embodiment, respectively. Reference numeral 2 denotes a second optical system, which is configured as a convex lens composed of S10 and S11 surfaces. Further, a reflective film is formed on the return reflection surface A (S6) and the surface C.

【0144】本数値実施例において、S2,S4,S
6,S8の光学面は平面であり、S3,S5,S7,S
9からS11までの光学面は全て回転非対称面で構成さ
れている。これら3面は、紙面(yz断面)を唯一の対
称面として持つ面対称形状を有している。本数値実施例
の光学データを表3に、中心画角主光線に対するローカ
ルデータを表4に示す。
In this numerical example, S2, S4, S
The optical surfaces of S6, S8 are flat surfaces, and S3, S5, S7, S
All the optical surfaces from 9 to S11 are rotationally asymmetrical surfaces. These three surfaces have a plane symmetric shape having a paper surface (yz section) as the only symmetric surface. Table 3 shows optical data of this numerical example, and Table 4 shows local data for the central ray at the central angle of view.

【0145】[0145]

【表3】 [Table 3]

【0146】[0146]

【表4】 [Table 4]

【0147】表3から分かるように,画像表示面SIか
らの光はS11から第2の光学系2の凸レンズに入射
し、S10から射出して第1の光学系31に向かう。第
1の光学系(第1の光学素子)31に向かった光は、S
9(面B)から第1の光学素子31に入射し、S8(面
A)で反射し、S7(面C)で反射した後、S6(面A
−折り返し反射面)で反射し、S5(面C)で反射して
S4(面A)で反射する。そして、S3(面B)で反射
してS2から第1の光学素子31を射出し、射出瞳S1
(S)に導かれる。
As can be seen from Table 3, the light from the image display surface SI enters the convex lens of the second optical system 2 from S11, exits from S10, and goes to the first optical system 31. The light traveling toward the first optical system (first optical element) 31 is S
The light enters the first optical element 31 from 9 (face B), is reflected by S8 (face A), is reflected by S7 (face C), and then is reflected by S6 (face A).
-Reflect on the folded reflection surface), reflect on S5 (surface C) and reflect on S4 (surface A). Then, the light is reflected by S3 (surface B), exits the first optical element 31 from S2, and exit pupil S1
Guided by (S).

【0148】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φ10mm、
画像表示サイズ10mm×7.5mm程度で水平画角5
0°の画像を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 φ10 mm,
Image display size 10mm x 7.5mm and horizontal angle of view 5
This is a display optical system that displays an image at 0 ° in the infinity direction in the positive direction of the z axis.

【0149】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31の
透明体に導かれ、S2(面A)から透明体に入射してS
3(面B)で反射し、S4(面A)で反射し、S5(面
C)で反射してS6(面A―折り返し反射面)で反射す
る。さらに、S7(面B)で反射し、S8(面A)で反
射してS9(B面)から透明体を射出して第2の光学系
2の凸レンズに導かれる。凸レンズに導かれた光束は、
S10から凸レンズに入射し、S11から射出して撮像
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 infinite distance in the negative direction of the z-axis passes through the diaphragm S1, is guided to the transparent body of the first optical system 31, and is incident on the transparent body from S2 (plane A) to S.
The light is reflected by 3 (surface B), S4 (surface A), S5 (surface C), and S6 (surface A-return reflection surface). Further, the light is reflected by S7 (Surface B), reflected by S8 (Surface A), emitted from the transparent body from S9 (Surface B), and guided to the convex lens of the second optical system 2. The light flux guided to the convex lens is
The light enters the convex lens from S10, exits from S11, and forms an image on the imaging surface SI.

【0150】なお、S6(面A−折り返し反射面)で反
射する光は内部全反射を起こさないため、少なくともS
6で光が反射する部分には反射膜を形成させておくとよ
い。但し、第1の光学系31の透明体の面Aから射出す
る光の射出範囲(この数値実施例ではS2の範囲)には
反射膜を形成しておらず、S2から射出する光の妨げに
ならないようにするのがよい。
Since the light reflected by S6 (Surface A-returning reflection surface) does not cause total internal reflection, at least S
It is advisable to form a reflective film on the part where the light is reflected at 6. However, a reflection film is not formed in the emission range of the light emitted from the surface A of the transparent body of the first optical system 31 (the range of S2 in this numerical example), and the light emitted from S2 is blocked. It is better not to become.

【0151】また、S4,S8で反射する光のうち面A
から射出する光の射出範囲で反射する光束は内部全反射
するため、光量の損失は少ない。更に、面C(この数値
実施例ではS5,S7)で反射する光も内部全反射を起
こさないため、面Cには反射膜を形成させておくとよ
い。
Of the light reflected by S4 and S8, the surface A
Since the light flux reflected in the emission range of the light emitted from is totally internally reflected, the loss of the light amount is small. Further, the light reflected by the surface C (S5 and S7 in this numerical example) does not cause total internal reflection, so it is preferable to form a reflective film on the surface C.

【0152】(第7実施形態)図17には、本発明の第
7実施形態である表示光学系の構成を示している。な
お、本実施形態では、上記第5実施形態と異なる点を重
点的に説明する。
(Seventh Embodiment) FIG. 17 shows the arrangement of a display optical system according to the seventh embodiment of the present invention. In this embodiment, points different from the fifth embodiment will be mainly described.

【0153】本実施形態では、第1の光学系51を構成
する透明体(光学素子)の面Aを透過面として用い、光
学素子の外部の面Aの後ろに配置された反射面Dを折り
返し反射面として用いる点が第5実施形態と異なる。
In this embodiment, the surface A of the transparent body (optical element) forming the first optical system 51 is used as a transmission surface, and the reflection surface D disposed behind the surface A outside the optical element is folded back. It is different from the fifth embodiment in that it is used as a reflecting surface.

【0154】本実施形態において、光学素子上の光学面
A,B,Cのうち面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、面D
は反射面である。
In the present embodiment, of the optical surfaces A, B and C on the optical element, both surfaces A and B are transmission / reflection surfaces which act as a transmission surface and a reflection surface, and a surface C is a reflection surface and a surface D.
Is a reflective surface.

【0155】面C,面Dには、金属蒸着などにより略1
00%の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。
The surfaces C and D are approximately 1 by metal vapor deposition or the like.
A reflective film having a reflectance of 00% is formed, and a semi-transmissive reflective film formed by vapor deposition of a metal or a dielectric is formed on the surface B.

【0156】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51に導かれる。
光は面Bから第1の光学素子51に入射し、面Aで反射
して面Cに導かれる。面Cで反射した光は、面Aの上部
に導かれてここを透過し、面Dに入射する。面Dでは入
射した光を入射方向に対して略逆向きに戻すように反射
する。この後、光は面Aを透過して再び透明体に入射
し、面Cで反射し、面Aに戻される。そして、面Aで再
反射して面Bで反射した後、面Aを透過して第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 51 via the second optical system 2.
The light enters the first optical element 51 from the surface B, is reflected by the surface A, and is guided to the surface C. The light reflected on the surface C is guided to the upper part of the surface A, transmitted therethrough, and is incident on the surface D. On the surface D, the incident light is reflected so as to return in a direction substantially opposite to the incident direction. Then, the light passes through the surface A, enters the transparent body again, is reflected by the surface C, and is returned to the surface A. Then, after being reflected again on the surface A and reflected on the surface B, the light passes through the surface A, exits from the first optical element 1, and reaches the exit pupil S.

【0157】本実施形態においても、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。
Also in this embodiment, the observer can view the enlarged image of the image displayed on the image display element 3 by placing the eyes near the position of the exit pupil S.

【0158】本実施形態においては、第1の光学素子5
1において、光はB→A→C→A→D→A→C→A→B
(→A)の順で各面を通過し、面Dでの反射を境にそれ
までの光路を逆にたどる。面Dを挟んでそれまでの順路
を逆にたどるB→A→C→A→D→A→C→A→Bとい
う往復光路を第1の光学素子51内に形成することで、
光路をほぼ重複させ、第1の光学素子51内を有効に利
用して光路長に対して第1の光学系51のサイズを小さ
くすることができる。これにより、表示光学系全体をも
小型化することができる。
In this embodiment, the first optical element 5
In 1, light is B → A → C → A → D → A → C → A → B
After passing through each surface in the order of (→ A), the optical path up to that point is traced in reverse with the reflection on the surface D as a boundary. By forming a reciprocal optical path B → A → C → A → D → A → C → A → B in the first optical element 51, which reverses the normal path across the surface D,
The size of the first optical system 51 can be reduced with respect to the optical path length by making the optical paths substantially overlap and effectively utilizing the inside of the first optical element 51. As a result, the entire display optical system can be downsized.

【0159】本実施形態では、面Aを透過面として用い
ることで、第1の光学系51を構成する光学面が4面
と、第6実施形態のものよりも1面増えており、これに
より光学設計の自由度が増え、収差の補正が更に良好に
行われる。
In the present embodiment, by using the surface A as the transmitting surface, the number of optical surfaces forming the first optical system 51 is four, which is one more than that of the sixth embodiment. The degree of freedom in the optical design is increased, and the aberration is corrected more favorably.

【0160】特に、第6実施形態に比べて透明体と空気
の間の透過面が増えており、色収差の補正を行うための
自由度が増えている。
In particular, as compared with the sixth embodiment, the transmission surface between the transparent body and the air is increased, and the degree of freedom for correcting chromatic aberration is increased.

【0161】[数値実施例4]図18には、上記第7実
施形態の表示光学系の数値実施例の光学断面図を示して
いる。図中、50は表示光学系を示し、51は少なくと
も3つの面を有する透明体(光学素子)51aと反射ミ
ラー部材51bとからなる第1の光学系である。S2,
S4,S6,S8,S10は同一面、S3,S11は同
一面、S5,S9は同一面であり、上記第8実施形態に
て説明した面A,B,Cにそれぞれ相当する。図中、3
0は第2の光学系であり、S12,S13で構成され
る。
[Numerical Example 4] FIG. 18 shows an optical sectional view of a numerical example of the display optical system according to the seventh embodiment. In the figure, 50 denotes a display optical system, and 51 denotes a first optical system including a transparent body (optical element) 51a having at least three surfaces and a reflection mirror member 51b. S2
S4, S6, S8 and S10 are the same surface, S3 and S11 are the same surface, and S5 and S9 are the same surface and correspond to the surfaces A, B and C described in the eighth embodiment. 3 in the figure
Reference numeral 0 is a second optical system, which is composed of S12 and S13.

【0162】画像表示面SIからの光は、S13,S1
2を介してS11(面B)から第1の光学系51の光学
素子51aに入射し、S10(面A)で反射してS9
(面C)で反射し、S8(面A)で屈折しつつ光学素子
51aを射出する。射出した光はS7(反射ミラー部材
51bの反射面)で反射し、S6(面A)から再び光学
素子51aに入射し、S5(面C)で反射してS4(面
A)で反射し、S3(面B)で反射してS2(面A)か
ら光学素子51aを射出し、射出瞳S1(S)に導かれ
る。
The light from the image display surface SI is S13, S1.
2 enters the optical element 51a of the first optical system 51 from S11 (Surface B), is reflected by S10 (Surface A), and is reflected by S9.
The light is emitted from the optical element 51a while being reflected by (Surface C) and refracted by S8 (Surface A). The emitted light is reflected by S7 (reflection surface of the reflection mirror member 51b), enters the optical element 51a again from S6 (surface A), is reflected by S5 (surface C), and is reflected by S4 (surface A), The light is reflected by S3 (surface B), exits the optical element 51a from S2 (surface A), and is guided to the exit pupil S1 (S).

【0163】本数値実施例において、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、第1実施形態
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 first embodiment is obtained.

【0164】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、これ実施形態において画
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, an image pickup device such as a CCD is arranged at the position of the image display device 3 in this embodiment.
The subject light from the outside captured from the position of the exit pupil S can be used as an imaging optical system by forming an image through the reverse optical path described in each embodiment.

【0165】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.

【0166】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
(反射光が法線の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(反射光が法線の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 (when the reflected light exists in the counterclockwise direction in the paper surface of the normal line). If so, the optical path is such that 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 of the normal line).

【0167】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の光学系内の空間の有効に利用して光路長を稼
ぐことができる。しかも、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 flux substantially reciprocates between the first surface and the second surface, it is possible to effectively utilize the space in the first optical system to earn an optical path length. Moreover, a small optical system can be realized even if the optical path length is long.

【0168】[0168]

【発明の効果】以上説明したように、本願第1および第
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ほぼ重複させるようにしているの
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、小型の原画を用いつつ表示広画角を達成
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 and second aspects of the present invention, the light is substantially reciprocated between the first, second and third surfaces so that the optical paths are substantially overlapped. Since it has a small optical system, a long optical path can be secured. Therefore, a wide display angle of view can be achieved while using a small original image, and a small display optical system as a whole can be realized.

【0169】また、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 third surface has the transmitting function and the reflecting function, the number of optical surfaces can be reduced, and the display optical system can be further downsized.

【0170】なお、表示光学系内で光を中間結像させる
ようにすれば、レイアウトの自由度が増え、原画を大画
面表示させることができるとともに、光路長をかなり長
くしても表示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 display optical system, the degree of freedom in layout is increased, the original image can be displayed on a large screen, and the display optical system can be displayed even if the optical path length is considerably lengthened. Can be made small.

【0171】また、本願第3および第4の明によれば、
第1、第2および第3の面の間で光を略往復させて光路
をほぼ重複させる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
でありながらも撮像広画角を達成することができる。
According to the third and fourth aspects of the present application,
Since the light is substantially reciprocated between the first, second, and third surfaces to substantially overlap the optical paths, it is possible to secure a long optical path even with a small optical system. For this reason, it is possible to achieve a wide image angle of view while being compact.

【0172】また、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 third surface has the transmitting function and the reflecting function, the number of optical surfaces can be reduced, and the image pickup optical system can be further downsized.

【0173】なお、撮像光学系内で光を中間結像させる
ようにすれば、レイアウトの自由度が増え、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 light is formed as an intermediate image in the image pickup optical system, the degree of freedom in layout 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 length can be increased. The imaging optical system can be made compact even when the length is considerably long.

【0174】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(第1実施形態の実施
形)の光学系断面図。
FIG. 8 is a sectional view of an optical system according to Numerical Example 1 (implementation form of the first embodiment) of the present invention.

【図9】本発明の第4実施形態である表示光学系の構成
図。
FIG. 9 is a configuration diagram of a display optical system that is a fourth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の数値実施例2(第4実施形態の実施
形)の光学系断面図。
FIG. 10 is a sectional view of an optical system according to Numerical Example 2 (implementation example of the fourth embodiment) of the present invention.

【図11】本発明の第5実施形態である表示光学系の構
成図。
FIG. 11 is a configuration diagram of a display optical system that is a fifth embodiment of the present invention.

【図12】上記第5実施形態の表示光学系の構成図。FIG. 12 is a configuration diagram of a display optical system according to the fifth embodiment.

【図13】上記第5実施形態の表示光学系の構成図。FIG. 13 is a configuration diagram of a display optical system of the fifth embodiment.

【図14】本発明の第6実施形態である表示光学系
(1)の構成図。
FIG. 14 is a configuration diagram of a display optical system (1) which is a sixth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第6実施形態である表示光学系
(2)の構成図。
FIG. 15 is a configuration diagram of a display optical system (2) which is a sixth embodiment of the present invention.

【図16】本発明の数値実施例3(第6実施形態の実施
形)の光学系断面図。
FIG. 16 is a sectional view of an optical system according to Numerical Example 3 (implementation example of the sixth embodiment) of the present invention.

【図17】本発明の第7実施形態である表示光学系の構
成図。
FIG. 17 is a configuration diagram of a display optical system that is a seventh embodiment of the present invention.

【図18】本発明の数値実施例4(第7実施形態の実施
形)の光学系断面図。
FIG. 18 is a sectional view of an optical system according to Numerical Example 4 (embodiment of the seventh embodiment) of the present invention.

【図19】従来の表示光学系の構成図。FIG. 19 is a block diagram of a conventional display optical system.

【図20】従来の表示光学系の構成図。FIG. 20 is a configuration diagram of a conventional display optical system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1’,1”,11,11’,11”,21,31,
31’,31”,51 第1の光学系 2 第2の光学系 3 画像像表示素子 4 撮像素子
1, 1 ', 1 ", 11, 11', 11", 21, 31,
31 ', 31 ", 51 1st optical system 2 2nd optical system 3 Image display device 4 Imaging device

【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15】 請求項13又は14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。
15. An imaging apparatus comprising the imaging optical system according to claim 13 or 14.

【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】0006[Correction target item name] 0006

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0006】図20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、偏心プリズム112に形成した曲率を有した全反射
面114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(LC
D)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. 20 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 light flux is folded between the total reflection surface 114 and the reflection surface 115 having the curvature formed on the decentering prism 112, and then the light flux is emitted from the surface 114 from the decentering prism 112 and guided to the eye E of the observer. As a result, the display element (LC
D) A virtual image of the image displayed on 111 is formed, and an observer observes this virtual image.

【手続補正3】[Procedure 3]

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

【補正対象項目名】0083[Name of item to be corrected] 0083

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0083】[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(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 (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.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

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

【補正対象項目名】0088[Correction target item name] 0088

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0088】Rは曲率半径である。TYPの項(数値実
施例2ではFFSの項)は面形状の種類を表し、SPH
は球面であり、FFS(数値実施例2では数字)は以下
の式に従う回転非対称面である。
R is the radius of curvature. TYP term (numerical value
In the second embodiment, the FFS term) represents the type of surface shape, and SPH
Is a spherical surface, and FFS (a numerical value in Numerical Example 2) is a rotationally asymmetric surface according to the following equation.

【手続補正5】[Procedure Amendment 5]

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

【補正対象項目名】0090[Correction target item name] 0090

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0090】TYPの欄でFFSの横に記された数値
(数値実施例2では、FFSの欄に記された数字)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に対応する回転非対称形状であることを示して
いる。
Numerical value next to FFS in the TYP column
(In Numerical Example 2, the number written in the FFS column) is
It shows that the shape of the surface is a rotationally asymmetric shape corresponding to the aspherical coefficients k and ci described in the lower part of the table.

【手続補正6】[Procedure correction 6]

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

【補正対象項目名】0091[Correction target item name] 0091

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0091】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 d is the surface. Indicates that the light is reflected at. When the medium is an air layer, only the refractive index Nd is shown as 1.000 and the Abbe number νd is omitted.

【手続補正7】[Procedure Amendment 7]

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

【補正対象項目名】0100[Correction target item name] 0100

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0100】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の光学系21の光学素子に導
かれる。光は面Bから第1の光学系21の光学素子に入
射し、面Aで反射して面Dを透過する。面Dを透過した
光は、面Cに入射し、入射方向に対して略逆向きに戻す
ように反射する。これにより、光は面Dを再び透過して
面Aに導かれ、面Aで再反射して面Bで反射した後、面
Aを透過して第1の光学系21の光学素子を射出し、射
出瞳Sに到達する。
The light modulated by the image display element 3 is guided to the optical element of the first optical system 21 via the second optical system 2. Light enters the optical element of the first optical system 21 from the surface B, is reflected by the surface A, and is transmitted through the surface D. The light transmitted through the surface D enters the surface C and is reflected so as to return in a direction substantially opposite to the incident direction. Thereby, the light is again transmitted through the surface D and guided to the surface A, re-reflected by the surface A and reflected by the surface B, and then transmitted through the surface A and emitted from the optical element of the first optical system 21. , Reaches the exit pupil S.

【手続補正8】[Procedure Amendment 8]

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

【補正対象項目名】0143[Correction target item name] 0143

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0143】図中、31は表示光学系の第1の光学系を
構成する透明体(第1の光学素子)である。S2,S
4,S6,S8は同一面、S3,S9は同一面、S5,
S7は同一面であり、これら3面はそれぞれ第実施形
態の面A,B,Cに相当する。2は第2の光学系であ
り、ここではS10,S11面からなる凸レンズとして
構成されている。また、折り返し反射面A(S6)と面
Cには反射膜が形成されている。
In the figure, reference numeral 31 denotes a transparent body (first optical element) which constitutes the first optical system of the display optical system. S2, S
4, S6, S8 are the same surface, S3, S9 are the same surface, S5
S7 is the same surface, and these three surfaces correspond to the surfaces A, B, and C of the fifth embodiment, respectively. Reference numeral 2 denotes a second optical system, which is configured as a convex lens composed of S10 and S11 surfaces. Further, a reflective film is formed on the return reflection surface A (S6) and the surface C.

【手続補正9】[Procedure Amendment 9]

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

【補正対象項目名】0156[Name of item to be corrected] 0156

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0156】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51に導かれる。
光は面Bから第1の光学素子51に入射し、面Aで反射
して面Cに導かれる。面Cで反射した光は、面Aの上部
に導かれてここを透過し、面Dに入射する。面Dでは入
射した光を入射方向に対して略逆向きに戻すように反射
する。この後、光は面Aを透過して再び透明体に入射
し、面Cで反射し、面Aに戻される。そして、面Aで再
反射して面Bで反射した後、面Aを透過して第1の光学
素子51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 51 via the second optical system 2.
The light enters the first optical element 51 from the surface B, is reflected by the surface A, and is guided to the surface C. The light reflected on the surface C is guided to the upper part of the surface A, transmitted therethrough, and is incident on the surface D. On the surface D, the incident light is reflected so as to return in a direction substantially opposite to the incident direction. Then, the light passes through the surface A, enters the transparent body again, is reflected by the surface C, and is returned to the surface A. Then, after being reflected again on the surface A and reflected on the surface B, the light passes through the surface A, exits from the first optical element 51 , and reaches the exit pupil S.

【手続補正10】[Procedure Amendment 10]

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

【補正対象項目名】0161[Correction target item name] 0161

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0161】[数値実施例4]図18には、上記第7実
施形態の表示光学系の数値実施例の光学断面図を示して
いる。図中、50は表示光学系を示し、51は少なくと
も3つの面を有する透明体(光学素子)51aと反射ミ
ラー部材51bとからなる第1の光学系である。S2,
S4,S6,S8,S10は同一面、S3,S11は同
一面、S5,S9は同一面であり、上記第実施形態に
て説明した面A,B,Cにそれぞれ相当する。図中、3
0は第2の光学系であり、S12,S13で構成され
る。
[Numerical Example 4] FIG. 18 shows an optical sectional view of a numerical example of the display optical system according to the seventh embodiment. In the figure, 50 denotes a display optical system, and 51 denotes a first optical system including a transparent body (optical element) 51a having at least three surfaces and a reflection mirror member 51b. S2
S4, S6, S8, and S10 are the same surface, S3 and S11 are the same surface, and S5 and S9 are the same surface, which correspond to the surfaces A, B, and C described in the seventh embodiment. 3 in the figure
Reference numeral 0 is a second optical system, which is composed of S12 and S13.

【手続補正11】[Procedure Amendment 11]

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

【補正対象項目名】0166[Name of item to be corrected] 0166

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0166】具体的には、例えば図の紙面内におい
て、1回目の反射(A面反射)における反射角が正符号
(反射光が法線の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(反射光が法線の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. 2 , the reflection angle in the first reflection (A-plane reflection) is a positive sign (when the reflected light is in the counterclockwise direction in the paper surface of the normal line). If so, the optical path is such that 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 of the normal line).

【手続補正12】[Procedure Amendment 12]

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

【補正対象項目名】0167[Correction target item name] 0167

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0167】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の光学系内の空間有効に利用して光路長を稼
ぐことができる。しかも、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, it is possible to effectively utilize the space in the first optical system and obtain the optical path length. Moreover, a small optical system can be realized even if the optical path length is long.

【手続補正13】[Procedure Amendment 13]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図6[Name of item to be corrected] Figure 6

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図6】 [Figure 6]

【手続補正14】[Procedure Amendment 14]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図7[Name of item to be corrected] Figure 7

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図7】 [Figure 7]

【手続補正15】[Procedure Amendment 15]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図9[Correction target item name] Figure 9

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図9】 [Figure 9]

【手続補正16】[Procedure Amendment 16]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図11[Name of item to be corrected] Fig. 11

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図11】 FIG. 11

【手続補正17】[Procedure Amendment 17]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図12[Name of item to be corrected] Fig. 12

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図12】 [Fig. 12]

【手続補正18】[Procedure 18]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図13[Name of item to be corrected] Fig. 13

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図13】 [Fig. 13]

【手続補正19】[Procedure Amendment 19]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図14[Name of item to be corrected] Fig. 14

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図14】 FIG. 14

【手続補正20】[Procedure amendment 20]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図15[Correction target item name] Figure 15

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図15】 FIG. 15

【手続補正21】[Procedure correction 21]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図16[Correction target item name] Fig. 16

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図16】 FIG. 16

【手続補正22】[Procedure correction 22]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図17[Name of item to be corrected] Fig. 17

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【補正内容】[Correction content]

【図17】 FIG. 17

【手続補正23】[Procedure amendment 23]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図18[Name of item to be corrected] Fig. 18

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図18】 FIG. 18

───────────────────────────────────────────────────── 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 5/72 H04N 5/72 C 5/74 5/74 A (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 猪口 和隆 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 Fターム(参考) 2H042 CA01 CA12 CA14 2H087 KA06 KA07 RA41 RA45 TA01 TA03 TA04 5C022 AA11 AA13 AC03 AC09 AC42 AC54 AC78 5C058 AA06 BA31 DA11 EA12 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H04N 5/72 H04N 5/72 C 5/74 5/74 A (72) Inventor Tomomi Matsunaga Ota Ward, Tokyo 3-30-2 Shimomaruko Canon Inc. (72) Inventor Kazutaka Inoguchi 3-30-2 Shimomaruko Ota-ku, Tokyo Incorporated Canon Inc. (72) Akinari Takagi 3 Shimomaruko Ota-ku, Tokyo C-No. 30-2 Canon Inc. F-term (reference) 2H042 CA01 CA12 CA14 2H087 KA06 KA07 RA41 RA45 TA01 TA03 TA04 5C022 AA11 AA13 AC03 AC09 AC42 AC54 AC78 5C058 AA06 BA31 DA11 EA12

Claims (24)

【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、 少なくとも反射作用を有する第1の面と、 この第1の面で反射した光線を再度前記第1の面に向け
て反射する第2の面と、 原画から前記第1の面に向かう光を透過させるととも
に、前記第2の面から前記第1の面に戻されて再度反射
した光を反射して観察者の眼又は被投射面に導く第3の
面とを有し、前記第1の面に再度入射した中心画角主光
線はそのヒットポイント上での面の法線に対し、前回と
は反対側に反射して進む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 observer's eye or a projection surface, wherein a first surface having at least a reflecting action and a light beam reflected by the first surface are re-described. The second surface that reflects toward the first surface and the light that travels from the original image to the first surface are transmitted, and the light that is returned from the second surface to the first surface and reflected again is A third surface that has a third surface that reflects and guides to the observer's eye or the projection surface, and the central angle-of-view chief ray that re-enters the first surface is with respect to the normal line of the surface on the hit point, A display optical system characterized by reflecting on the side opposite to the previous time and proceeding.
【請求項2】 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、 少なくとも第1、第2および第3の面を持つ第1の光学
系を有し、 少なくとも前記第2および第3の面は曲面であり、光は
前記第3の面を透過して前記第1の光学系に入射し、前
記第1の光学系内で前記第1および第2の面で少なくと
も1回ずつ反射し、前記第1および第2の面で計3回以
上反射して、前記第3の面に戻り、前記第3面で反射
し、前記第1の面を透過して前記第1の光学系から射出
することを特徴とする表示光学系。
2. 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 including at least a first optical system having first, second and third surfaces, The second and third surfaces are curved surfaces, light passes through the third surface and enters the first optical system, and the light is transmitted through the first optical system to the first and second surfaces. At least once each, and then reflected on the first and second surfaces a total of three times or more, returned to the third surface, reflected on the third surface, and transmitted through the first surface. A display optical system, which emits light from the first optical system.
【請求項3】 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又は2に記載の表示光学系。
3. The display optical system according to claim 1, wherein light forms an intermediate image in the display optical system.
【請求項4】 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3に記載の表示光学系。
4. The display optical system according to claim 3, 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5】 前記第1から第3の面のうち少なくとも
1つが、入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又は2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 is decentered with respect to an incident light beam.
【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、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。
6. The display optical system according to claim 1, wherein at least one of the first to third surfaces has a curvature.
【請求項7】 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
又は2に記載の表示光学系。
7. The surface according to claim 1, wherein at least one of the first to third surfaces is a rotationally asymmetric surface.
Or the display optical system described in 2.
【請求項8】 前記第1から第3の面が、内部が光学媒
質で満たされた透明体上に形成されていることを特徴と
する請求項1又は2に記載の表示光学系。
8. The display optical system according to claim 1, wherein the first to third surfaces are formed on a transparent body whose inside is filled with an optical medium.
【請求項9】 前記第1および第3の面が、内部が光学
媒質で満たされた透明体上に形成されており、前記第2
の面が反射部材により構成されていることを特徴とする
請求項1又は2に記載の表示光学系。
9. The first and third surfaces are formed on a transparent body whose inside is filled with an optical medium, and the second and third surfaces are formed.
3. The display optical system according to claim 1 or 2, wherein the surface is formed of a reflecting member.
【請求項10】 前記透明体上に形成された光学面のい
ずれかで光が内部全反射することを特徴とする請求項8
又は9に記載の表示光学系。
10. The light is totally internally reflected by any one of the optical surfaces formed on the transparent body.
Or the display optical system according to item 9.
【請求項11】 前記第2の面に入射する中心画角主光
線とその反射中心画角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1又は2に記
載の表示光学系。
11. The angle θ formed by the central angle-of-view chief ray incident on the second surface and its reflected central angle-of-view chief ray satisfies the condition of | θ | <30 °. The display optical system according to 1 or 2.
【請求項12】 請求項1から11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。
12. An image display device comprising the display optical system according to claim 1.
【請求項13】 被写体からの光を撮像面に導く撮像光
学系であって、 少なくとも反射作用を有する第1の面と、 この第1の面で反射した光線を再度前記第1の面に向け
て反射する第2の面と、 被写体からの光を前記第1の面に向って反射するととも
に、前記第2の面から前記第1の面に戻されて再度反射
した光を撮像面側に透過させる第3の面とを有し、 前記第1の面に再度入射した中心画角主光線はそのヒッ
トポイント上での面の法線に対し、前回とは反対側に反
射して進むことを特徴とする撮像光学系。
13. An imaging optical system for guiding light from a subject to an imaging surface, the first surface having at least a reflecting action, and the light beam reflected by the first surface directed to the first surface again. And a second surface that reflects the light from the subject toward the first surface, and the light that is returned from the second surface to the first surface and then reflected again to the imaging surface side. A third surface to be transmitted, and the central angle-of-view chief ray re-incident on the first surface is reflected and travels to the opposite side to the normal of the surface on the hit point. Imaging optical system characterized by.
【請求項14】 被写体からの光を撮像面に導く撮像光
学系であって、 少なくとも第1、第2および第3の面を持つ第1の光学
系を有し、 少なくとも前記第2および第3の面は曲面であり、光は
前記第1面を透過して前記第1の光学系に入射し、前記
第1光学系内で第1、第2および第3の面で少なくとも
1回ずつ反射し、前記第1および第2の面で計3回以上
反射して前記第3の面に戻り、前記第3の面を透過して
前記第1の光学系から射出することを特徴とする撮像光
学系。
14. An imaging optical system for guiding light from a subject to an imaging surface, comprising: a first optical system having at least first, second and third surfaces, and at least the second and third surfaces. Is a curved surface, light passes through the first surface, enters the first optical system, and is reflected at least once by the first, second, and third surfaces in the first optical system. Then, the imaging is performed by reflecting the light on the first and second surfaces three times or more in total, returning to the third surface, transmitting through the third surface, and exiting from the first optical system. Optical system.
【請求項15】 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13又は14に記載の撮像光学
系。
15. The image pickup optical system according to claim 13, wherein light forms an intermediate image in the image pickup optical system.
【請求項16】 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15に記載の撮像光学系。
16. The display optical system according to claim 15, wherein a transparent body whose inside is filled with an optical medium is used, and light is intermediately imaged in the transparent body. Imaging optics.
【請求項17】 前記第1の面および前記第2の面の少
なくとも一方が、入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13又は14に記載の撮像光学
系。
17. The imaging optical system according to claim 13, wherein at least one of the first surface and the second surface is decentered with respect to an incident light ray.
【請求項18】 前記第1の面および前記第2の面の少
なくとも一方が、曲率を有することを特徴とする請求項
13に記載の撮像光学系。
18. The image pickup optical system according to claim 13, wherein at least one of the first surface and the second surface has a curvature.
【請求項19】 前記第1の面および前記第2の面の少
なくとも一方が、回転非対称面であることを特徴とする
請求項13又は14に記載の撮像光学系。
19. The image pickup optical system according to claim 13, wherein at least one of the first surface and the second surface is a rotationally asymmetric surface.
【請求項20】 前記第1から第3の面が、内部が光学
媒質で満たされた透明体上に形成されていることを特徴
とする請求項13又は14に記載の撮像光学系。
20. The imaging optical system according to claim 13, wherein the first to third surfaces are formed on a transparent body whose inside is filled with an optical medium.
【請求項21】 前記第1および第3の面が、内部が光
学媒質で満たされた透明体上に形成されており、前記第
2の面が反射部材により構成されていることを特徴とす
る請求項13又は14に記載の撮像光学系。
21. The first and third surfaces are formed on a transparent body whose inside is filled with an optical medium, and the second surface is composed of a reflecting member. The imaging optical system according to claim 13 or 14.
【請求項22】 前記透明体上に形成された光学面のい
ずれかで光が内部全反射することを特徴とする請求項2
0又は21に記載の撮像光学系。
22. Light is totally internally reflected on any one of optical surfaces formed on the transparent body.
The imaging optical system according to 0 or 21.
【請求項23】 前記第2の面に入射する中心画角主光
線とその反射中心画角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13又は14
に記載の撮像光学系。
23. The angle θ formed by the central angle-of-view chief ray incident on the second surface and its reflected central angle-of-view chief ray satisfies the condition of | θ | <30 °. 13 or 14
The image pickup optical system described in 1.
【請求項24】 請求項13から23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。
24. An image pickup apparatus comprising the image pickup optical system according to any one of claims 13 to 23.
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