JP2003149591A - 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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JP2003149591A JP2001349351A JP2001349351A JP2003149591A JP 2003149591 A JP2003149591 A JP 2003149591A JP 2001349351 A JP2001349351 A JP 2001349351A JP 2001349351 A JP2001349351 A JP 2001349351A JP 2003149591 A JP2003149591 A JP 2003149591A
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章市 山崎
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智美 松永
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和隆 猪口
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英樹 森島
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make a display optical system and 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 10 to the eye of an observer or a projected surface is provided with a 1st optical system 30 having a 1st surface 31b, a 2nd surface 31C which reflects a center view angle main light beam made incident on the 1st surface again so that the light beam travels to the opposite side from the last time about the normal of the surface at its hit point, and a 3rd surface 31a 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 and a 2nd optical element 20 which guides the light from the original picture to the 3rd surface; and an air gap is provided between the 3rd surface and the projection surface of the 2nd optical system.

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15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. 15 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16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. 16 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16に示す光学系のタイプは、図15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. 16 is characterized in that it is easier to make the entire apparatus thinner and to widen the angle 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16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 a thin type of the type shown in FIG. 16, 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
おゆよび特開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. 99853/2000, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-227554 and Japanese Patent Laid-Open No. 2000-231060.

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

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

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本願第1の発明では、原画からの光を観察者の眼
又は被投射面に導く表示光学系において、少なくとも3
つの面を有する第1の光学系を設け、この第1の光学系
は、少なくとも反射作用を有する第1の面、この第1の
面で反射した光を再度第1の面に向けて反射する第2の
面および原画からの光を透過させ第1の光学系に入射さ
せるとともに第2の面から第1の面に戻されて反射した
光を反射して観察者の眼又は被投射面に導く第3の面を
有し、かつ原画からの光を上記第3の面に導く第2の光
学系を設け、上記第3の面と第2の光学系の射出面とを
空気間隔を空けて配置するとともに第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-mentioned object, in the first invention of the present application, in the display optical system for guiding the light from the original image to the observer's eye or the projected surface, at least 3
A first optical system having two surfaces is provided, and the first optical system reflects at least a first surface having a reflecting action, and the light reflected by the first surface is reflected again toward the first surface. The light from the second surface and the original image is transmitted and made incident on the first optical system, and the light reflected from the second surface and returned to the first surface is reflected to the observer's eye or the projection surface. A second optical system which has a third surface for guiding and which guides light from the original image to the third surface is provided, and an air gap is provided between the third surface and the exit surface of the second optical system. The central angle-of-view principal ray that is re-incident on the first surface is reflected and travels to the opposite side to the normal of the surface on the hit point.

【0015】すなわち、第1の光学系において、第1、
第2および第3の面の間で光を略往復させて光路を折り
返すことにより、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)を用いつつ広表示
画角を達成でき、しかも第2の光学系を含む表示光学系
全体として小型化を図ることが可能となる。
That is, in the first optical system, the first,
By making the light path substantially reciprocate between the second and third surfaces and returning the light path, it is possible to secure a long light path length in spite of the small optical system. 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 reduce the size of the entire display optical system including the second optical system. .

【0016】そして、第1の光学系の第3の面と第2の
光学系の射出面との間に空気間隔を設けることにより、
光学面数を多く確保でき、光学設計の自由度を高くする
ことができるため、表示光学系としての光学性能の向上
やさらなる小型化を図ることが可能となる。
By providing an air gap between the third surface of the first optical system and the exit surface of the second optical system,
Since a large number of optical surfaces can be secured and the degree of freedom in optical design can be increased, it is possible to improve the optical performance of the display optical system and further downsize it.

【0017】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.

【0018】また、第1の光学系および第2の光学系を
構成する光学面を入射する光に対して偏心させることに
より、さらなる薄型化を図ることが可能となり、光学面
に曲率を持たせることで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、複数の回転非対称面(自由曲
面)を採用すると、原画のアスペクト比と表示画像のア
スペクト比とを近いものにすることが可能となり、高品
位な表示画像を得ることが可能となる。
Further, by making the optical surfaces constituting the first optical system and the second optical system eccentric with respect to the incident light, it is possible to achieve further thinning and to give the optical surfaces a curvature. This makes it possible to eliminate unnecessary surfaces in the display optical system and achieve miniaturization. Furthermore, by making the optical surface a rotationally asymmetric surface (free-form surface), various aberrations can be corrected well, and if multiple rotational asymmetric surfaces (free-form surface) are adopted, the aspect ratio of the original image and the aspect ratio of the display image can be improved. It is possible to make them close to each other, and it is possible to obtain a high-quality display image.

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

【0020】また、本願第2の発明では、被写体からの
光を撮像面に導く撮像光学系において、少なくとも三つ
の面を有する第1の光学系を有し、この第1の光学系
は、少なくとも反射作用を有する第1の面、この第1の
面で反射した光を再度第1の面に向けて反射する第2の
面および被写体から第1の光学系に入射した光を反射す
るとともに第2の面から第1の面に戻されて反射した光
を撮像面側に透過させる第3の面を有する第1の光学系
と、第3の面から射出した光を撮像面に導く第2の光学
系とを設け、上記第3の面と第2の光学系の入射面とを
空気間隔を空けて配置するとともに第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 the second invention of the present application, the imaging optical system for guiding the light from the subject to the imaging surface has a first optical system having at least three surfaces, and the first optical system is at least The first surface having a reflecting action, the second surface that reflects the light reflected by the first surface toward the first surface again, and the light that has entered the first optical system from the subject and A first optical system having a third surface for transmitting the light reflected back from the second surface to the first surface to the imaging surface side; and a second optical system for guiding the light emitted from the third surface to the imaging surface Optical system is provided, and the third surface and the incident surface of the second optical system are arranged with an air gap, and the central angle-of-view chief ray incident on the first surface again is on the hit point. With respect to the normal of the surface of, it is reflected on the side opposite to the previous time and proceeds.

【0021】すなわち、第1の光学系において、第1、
第2および第3の面の間で光を略往復させて光路を折り
返すことにより、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、第2の光学
系を含む撮像光学系全体として小型でありながらも広撮
影画角を達成することが可能となる。
That is, in the first optical system, the first,
By making light reciprocate between the second and third surfaces to fold the optical path, it is possible to secure a long optical path length even with a small optical system. Therefore, it is possible to achieve a wide shooting angle of view while the size of the entire imaging optical system including the second optical system is small.

【0022】そして、第1の光学系の第3の面と第2の
光学系の入射面との間に空気間隔を設けることにより、
光学面数を多く確保でき、光学設計の自由度を高くする
ことができるため、撮像光学系としての光学性能の向上
やさらなる小型化を図ることが可能となる。
Then, by providing an air gap between the third surface of the first optical system and the incident surface of the second optical system,
Since a large number of optical surfaces can be secured and the degree of freedom in optical design can be increased, it is possible to improve the optical performance of the image pickup optical system and further downsize it.

【0023】なお、撮像光学系(例えば、透明体)内で
光を中間結像させるようにするとよい。すなわち、被写
体の中間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.

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

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

【0026】また、第1および第2の発明において、透
明体上に光学面を形成し、いずれかの光学面で光を全反
射させるようにすることにより、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。
Further, in the first and second inventions, an optical surface is formed on the transparent body, and light is totally reflected by any one of the optical surfaces, so that the light quantity loss is reduced even with a long optical path length. It is possible.

【0027】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 any 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.

【0028】さらに、第2の面(折り返し反射面)を第
1および第2の面を有する光学素子とは別の反射部材と
することにより、表示光学系および撮像光学系の大きさ
に影響を与えずに光路中の有効面を増やすことができる
ため、設計の自由度を増加させ、光学性能の向上を図る
ことが可能となる。
Further, the size of the display optical system and the image pickup optical system is influenced by forming the second surface (folded reflection surface) as a reflecting member different from the optical element having the first and second surfaces. Since the number of effective surfaces in the optical path can be increased without giving them, it is possible to increase the degree of freedom in design and improve the optical performance.

【0029】さらに、反射部材を透過面および反射面を
有する裏面鏡とすることにより、透過面も光学面として
使えるため、光学系の大きさに影響を与えずにさらに結
像性能を向上させることができる。
Further, by forming the reflecting member as a rear surface mirror having a transmitting surface and a reflecting surface, the transmitting surface can also be used as an optical surface, so that the imaging performance can be further improved without affecting the size of the optical system. You can

【0030】また、第1の光学系および第2の光学系を
正のパワーとすることにより、光学系全体での正のパワ
ーを分散させることができるため、収差補正が容易とな
り、結像性能を向上させることができる。
Further, by making the first optical system and the second optical system have positive power, it is possible to disperse the positive power in the entire optical system, so that aberration correction is facilitated and imaging performance is improved. Can be improved.

【0031】なお、上記光学系は、言い換えれば、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.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】(第1実施形態)図1には、本発
明の第1実施形態である表示光学系を示している。この
表示光学系は、観察者の眼E側から画像表示素子(LC
D等)10に向かって順に、全体として正の光学的パワ
ー(1/焦点距離)を有する第1の光学系30と、全体
として正の光学的パワーを有する第2の光学系20とを
有して構成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) FIG. 1 shows a display optical system according to a first embodiment of the present invention. This display optical system includes an image display element (LC
D etc.) in order, a first optical system 30 having a positive optical power (1 / focal length) as a whole and a second optical system 20 having a positive optical power as a whole are provided. Is configured.

【0033】本実施形態では、第1の光学系30および
第2の光学系20のいずれも、内部がガラスやプラスチ
ックなどの光学媒質で満たされた透明体(以下、それぞ
れ光学素子という)31,21上に光学面が形成されて
構成されている。
In the present embodiment, both the first optical system 30 and the second optical system 20 have a transparent body (hereinafter referred to as an optical element) 31, the inside of which is filled with an optical medium such as glass or plastic. An optical surface is formed on 21.

【0034】画像表示素子10にて変調され発せられた
光は、第2の光学素子21に面21aから入射し、面2
1bで反射し、面21cを透過して第2の光学素子21
を射出する。射出面21cから第2の光学素子21を射
出した光は、面31a(第3の面)を透過して第1の光
学素子31に入射する。
The light modulated and emitted by the image display element 10 is incident on the second optical element 21 from the surface 21a, and the surface 2a.
The second optical element 21 is reflected by 1b and transmitted through the surface 21c.
Inject. The light emitted from the second optical element 21 from the emission surface 21c passes through the surface 31a (third surface) and enters the first optical element 31.

【0035】入射面31aから第1の光学素子31に入
射した光は、面31b(第1の面)で反射し、面31c
(第2の面)でほぼ逆方向に折り返し反射し、面31b
において、そのヒットポイント上での面の法線に対し前
回とは反対側に再反射し、面31aで反射し、面31b
を透過して第1の光学素子31を射出し、観察者の眼E
に導かれる。なお、面31aにはハーフミラーコーティ
ングが施されている。
Light incident on the first optical element 31 from the incident surface 31a is reflected by the surface 31b (first surface), and the surface 31c
The light is reflected back in the substantially opposite direction on the (second surface), and the surface 31b
At the hit point, the surface is re-reflected on the side opposite to the previous side with respect to the normal of the surface, reflected on the surface 31a,
The first optical element 31 passes through the
Be led to. The surface 31a is provided with a half mirror coating.

【0036】この図では、画像表示素子10から発した
光束の例として、画像表示素子10の表示面中心を射出
して表示光学系の射出瞳(観察者の眼Eの位置に相当)
の中心に至る中心画角主光線を実線で示している。
In this figure, as an example of the luminous flux emitted from the image display element 10, the exit pupil of the display optical system is emitted by exiting the center of the display surface of the image display element 10 (corresponding to the position of the observer's eye E).
The central ray of the central angle of view reaching the center of is indicated by a solid line.

【0037】第1の光学素子31および第2の光学素子
21を正の光学的パワーを有するように構成することに
より、観察者は画像表示素子10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。
By constructing the first optical element 31 and the second optical element 21 to have a positive optical power, the observer visually recognizes an enlarged image of the image displayed on the image display element 10. It becomes possible.

【0038】図1に示すように、第1の光学素子31上
の反射面を、中心画角主光線に対して偏心させて配置す
ることにより、光路を斜めに折り畳み,第1の光学素子
31の薄型化を実現している。
As shown in FIG. 1, by arranging the reflecting surface on the first optical element 31 so as to be decentered with respect to the central angle-of-view chief ray, the optical path is obliquely folded and the first optical element 31 is arranged. It has been made thinner.

【0039】この際、光学的パワーを有した面を偏心し
て配置することにより生じる偏心収差を補正するため
に、第1の光学素子31上の光学面のうち少なくとも1
つの面をアジムス角度により光学的パワーの異なる回転
非対称面(いわゆる自由曲面)で構成することが好まし
い。
At this time, at least one of the optical surfaces on the first optical element 31 is corrected in order to correct the decentering aberration caused by the decentered arrangement of the surface having optical power.
It is preferable that the two surfaces are rotationally asymmetrical surfaces (so-called free-form surfaces) having different optical powers depending on the azimuth angle.

【0040】特に、第1の光学素子31の全体としての
正の光学的パワーのメインパワーを受け持つ、観察者の
眼Eに向かって凹面(つまりは、第2の光学系20に向
かって凸面)の形状を持った面31aを自由曲面で構成
することが、収差補正上からも好ましい。
In particular, a concave surface facing the eye E of the observer (that is, a convex surface facing the second optical system 20) which takes charge of the main power of the positive optical power as a whole of the first optical element 31. It is preferable from the viewpoint of aberration correction that the surface 31a having the shape is formed by a free-form surface.

【0041】さらに好ましくは、第1の光学素子31上
の全ての光学面を自由曲面で構成することにより、さら
に良好な光学性能を得ることができる。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 forming all the optical surfaces on the first optical element 31 with free-form surfaces, better optical performance can be obtained. 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.

【0042】第1の光学素子31において、光は面31
a→面31b→面31c→面31b→面31a(→面3
1b)の順に各面を通り、面31cでの反射を境にそれ
までの光路を逆にたどる。面31a→面31b→面31
cまでの光路を往路と、面31c→面31b→面31a
の光路を復路と呼び、これら往路と復路とにより往復光
路が形成される。なお、面31cを折り返し反射面と呼
ぶ。
In the first optical element 31, the light is the surface 31
a → face 31b → face 31c → face 31b → face 31a (→ face 3
1b) in order, and the optical path up to that point is traced in reverse, with the reflection at the surface 31c as the boundary. Surface 31a → surface 31b → surface 31
The optical path to c is the forward path, and the surface 31c → the surface 31b → the surface 31a
Is called a return path, and a reciprocating optical path is formed by these outward and return paths. The surface 31c is referred to as a folded reflection surface.

【0043】このように、面31cを折り返し反射面と
して第1の光学系30内で往復光路を形成することで、
第1の光学素子31内で光路を重複させるように折り畳
み、第1の光学素子31内のスペースを有効に利用し、
光路長に対して第1の光学系30を小型化することがで
きる。これにより、第2の光学系20を含む表示光学系
全体も小型化することができる。
In this way, by forming the reciprocating optical path in the first optical system 30 by using the surface 31c as a reflection reflecting surface,
The first optical element 31 is folded so as to overlap the optical path, and the space in the first optical element 31 is effectively used.
The first optical system 30 can be miniaturized with respect to the optical path length. Thereby, the entire display optical system including the second optical system 20 can be downsized.

【0044】ところで、往復光路を形成することによっ
て第1の光学系30の小型化は図れるが、光学面を重複
して利用するためにその設計の自由度が低下し、光学性
能の低下や製造許容誤差の減少などが懸念される。
By forming the reciprocating optical path, the first optical system 30 can be miniaturized, but since the optical surfaces are used redundantly, the degree of freedom in design is lowered, and the optical performance is lowered and the manufacturing is reduced. There is concern that the tolerance will decrease.

【0045】しかし、本実施形態では、第1の光学素子
31の入射面31aと第2の光学素子21の射出面21
cとを空気層(空気間隔)を挟んで対向するように配置
し、貼り合わせ面ではなく別々の面にすることによっ
て、光学系の大きさに影響を与えずに光路中の光学有効
面を増やし、設計の自由度を増加させ、光学性能の向上
を実現している。
However, in this embodiment, the entrance surface 31a of the first optical element 31 and the exit surface 21 of the second optical element 21 are used.
By disposing c and c so as to face each other with an air layer (air gap) interposed therebetween, and by using separate surfaces instead of the bonding surface, the optically effective surface in the optical path can be determined without affecting the size of the optical system. We have increased the degree of freedom in design and improved optical performance.

【0046】また、面31aおよび面21cでの入射前
後の媒質の屈折率差を大きく設定できるため、観察者の
眼Eに向かって凹面の形状(第2の光学系20に向かっ
て凸面の形状)を持った面31aおよび第1の光学系3
0に向かって凸の形状を持った面21cでの入射時の凸
レンズ作用を、同じ光学的パワーを有しながらも小さな
曲率で得ることができるため、収差の発生を抑えること
ができる。
Further, since the difference in the refractive index of the medium before and after the incidence on the surfaces 31a and 21c can be set to be large, the concave shape toward the eye E of the observer (the convex shape toward the second optical system 20). ) Has a surface 31a and the first optical system 3
Since the convex lens action upon incidence on the surface 21c having a convex shape toward 0 can be obtained with a small curvature while having the same optical power, the occurrence of aberration can be suppressed.

【0047】また、面31bでの反射を全反射とする
と、光量ロスが少なくなり、好ましい。また、少なくと
も面31bでの反射光束と射出光束とが共用する領域に
おいては、反射光束が全反射するようにすると、反射光
束の全てを全反射させる場合に対して設計の自由度を上
げることができる。
Further, if the reflection on the surface 31b is the total reflection, the light quantity loss is reduced, which is preferable. Further, if the reflected light flux is totally reflected at least in the area where the reflected light flux and the outgoing light flux are shared on the surface 31b, the degree of freedom in design can be increased as compared with the case where the entire reflected light flux is totally reflected. it can.

【0048】このように、透過作用と反射作用の両作用
を有する光学面における反射を全反射とすることによ
り、光を効率良く利用することができる。
As described above, the reflection on the optical surface having both the transmitting function and the reflecting function is the total reflection, so that the light can be efficiently used.

【0049】また、図1に点線で示したように、画像表
示素子10の画像表示面の中心より射出して表示光学系
の射出瞳の両端に至る光線も、面31a→面31b→面
31c→面31b→面31a(→面31b)と、中心画
角主光線と同様の経路をたどる。この際、第1の光学系
30の光路中で両端からの光線が交わっており、画像表
示素子10上に表示された画像の中間像が形成されてい
る。
Further, as shown by the dotted line in FIG. 1, the rays of light which are emitted from the center of the image display surface of the image display element 10 and reach both ends of the exit pupil of the display optical system are also surface 31a → surface 31b → surface 31c. → The surface 31b → the surface 31a (→ the surface 31b) and the same route as the central angle of view chief ray are traced. At this time, light rays from both ends intersect in the optical path of the first optical system 30, and an intermediate image of the image displayed on the image display element 10 is formed.

【0050】これにより、画像表示素子10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、広画角化
(高倍率表示)を可能にしている。また、中間像を略平
行光として観察者の眼E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ように、中間結像面は接眼光学
系部分での像面湾曲、非点収差や歪曲収差の発生する状
況に合わせて適宜湾曲したり非点隔差を有したり歪曲さ
せたりするように形成されていてもよい。
As a result, the degree of freedom in setting the display angle of view with respect to the display size of the image display element 10 is improved, and a wide angle of view (high-magnification display) is made possible. Further, in order to facilitate the so-called aberration correction of the so-called eyepiece optical system portion that guides the intermediate image to the observer's eye E as substantially parallel light, the intermediate image forming surface has a field curvature, astigmatism, and astigmatism in the eyepiece optical system portion. It may be formed so as to be appropriately curved, have an astigmatic difference, or be distorted in accordance with the situation in which distortion occurs.

【0051】また、第1の光学素子31と第2の光学素
子21を同じ屈折率の材料で形成することにより、これ
ら光学素子31,21の製造が容易になる。
Further, by forming the first optical element 31 and the second optical element 21 with materials having the same refractive index, the manufacture of these optical elements 31 and 21 becomes easy.

【0052】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10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を提供する
ことができる。
By configuring the display optical system as described above, it is possible to provide an image display device which displays an image displayed on the image display element 10 as a magnified image with good optical performance.

【0053】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10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、これに伴い光路長が長くなるのを第1の
光学素子31内に往復光路を形成することで光路を重複
させ、表示光学系の全長を短く抑え、非常にコンパクト
な表示光学系を構成できる。
Further, by forming an image once in the display optical system, the degree of freedom in setting the display angle of view with respect to the display size of the image display element 10 is improved and a wide angle of view (high magnification display) is made possible. At the same time, the optical path length is increased accordingly. By forming a reciprocal optical path in the first optical element 31, the optical paths are overlapped and the total length of the display optical system is suppressed to be short, thereby forming a very compact display optical system. it can.

【0054】なお、本実施形態においては、中心画角主
光線の面31c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、本発明の表示光学系はこの構
成に限るものではない。
It should be noted that in the present embodiment, the reflected reflection on the surface 31c of the central ray at the central angle of view is drawn to be substantially vertical reflection, but the display optical system of the present invention is not limited to this configuration. .

【0055】(第2実施形態)図2および図3には、本
発明の第2実施形態である表示光学系を示している。本
実施形態の表示光学系を構成する第1の光学系30’,
30”および第2の光学系20’,20”は、第1実施
形態のものとは異なるものである。
(Second Embodiment) FIGS. 2 and 3 show a display optical system according to a second embodiment of the present invention. A first optical system 30 ', which constitutes the display optical system of the present embodiment,
30 "and the second optical system 20 ', 20" are different from those of the first embodiment.

【0056】図2に示す表示光学系では、画像表示素子
10から発せられた光は、面22aから第2の光学系2
0’を構成する光学素子(第2の光学素子)22に入射
し、面22bで反射し、面22aで全反射し、面22c
から第2の光学素子22を射出する。射出面22cから
第2の光学系20’を射出した光は、面31aから第1
の光学系30’を構成する透明体(第1の光学素子)3
1に入射する。
In the display optical system shown in FIG. 2, the light emitted from the image display element 10 is transmitted from the surface 22a to the second optical system 2.
It is incident on the optical element (second optical element) 22 that constitutes 0 ′, is reflected by the surface 22b, is totally reflected by the surface 22a, and is surface 22c.
The second optical element 22 is emitted from. The light emitted from the second optical system 20 'from the emission surface 22c is first emitted from the surface 31a.
Transparent body (first optical element) 3 constituting the optical system 30 'of
Incident on 1.

【0057】入射面31aから第1の光学素子31に入
射した光は、面31bで反射し、面31cで折り返し反
射し、面31bで再反射し、面31aで反射して面31
bから第1の光学素子31を射出し、観察者の眼Eに導
かれる。
The light incident on the first optical element 31 from the incident surface 31a is reflected by the surface 31b, reflected back by the surface 31c, re-reflected by the surface 31b, and reflected by the surface 31a.
The first optical element 31 is emitted from b and guided to the eye E of the observer.

【0058】また、図3に示す表示光学系では、画像表
示素子10から発せられた光は、第2の光学系20”の
レンズ23,24,25で屈折され、射出面25aから
射出して第1の光学系30”の透明体(第1の光学素
子)31に入射する。入射面31aから第1の光学素子
31に入射した光は、面31bで反射し、面31cで折
り返し反射し、面31bで再反射し、面31aで反射し
て面31bから第1の光学素子31を射出し、観察者の
眼Eに導かれる。
In the display optical system shown in FIG. 3, the light emitted from the image display element 10 is refracted by the lenses 23, 24 and 25 of the second optical system 20 ″ and emitted from the emission surface 25a. The light enters the transparent body (first optical element) 31 of the first optical system 30 ″. The light incident on the first optical element 31 from the incident surface 31a is reflected by the surface 31b, reflected back by the surface 31c, re-reflected by the surface 31b, reflected by the surface 31a, and reflected by the surface 31b from the first optical element. 31 is emitted and guided to the observer's eye E.

【0059】図2および図3に示した表示光学系では、
ともに第1の光学系30’,30”において、面31a
→面31b→面31c→面31b→面31a→面31b
の往復光路が形成されている点は第1実施形態と同様で
ある。
In the display optical system shown in FIGS. 2 and 3,
In both of the first optical systems 30 'and 30 ", the surface 31a
→ surface 31b → surface 31c → surface 31b → surface 31a → surface 31b
The point that a round-trip optical path is formed is the same as in the first embodiment.

【0060】但し、図2においては、面31bで反射し
た中心画角主光線は、面31cで入射光線に対して角度
θをなして折り返し反射されて面31bの1回目の反射
地点よりも低い位置で再反射される点が第1実施形態と
異なる。
However, in FIG. 2, the central angle-of-view chief ray reflected by the surface 31b is reflected back at an angle θ with respect to the incident ray on the surface 31c, and is lower than the first reflection point of the surface 31b. It is different from the first embodiment in that it is re-reflected at a position.

【0061】また、図3においては、面31bで反射さ
れた中心画角主光線は、面31cで入射光線に対して角
度θをなして折り返し反射されて面31bの1回目の反
射地点よりも高い位置で再反射される点が第1実施形態
と異なっている。
Further, in FIG. 3, the central angle-of-view chief ray reflected by the surface 31b is reflected back at the surface 31c at an angle θ with respect to the incident ray, and is reflected more than at the first reflection point of the surface 31b. It is different from the first embodiment in that it is re-reflected at a high position.

【0062】このように、折り返し反射面31cの前後
で光線が所定の角度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。この条件を外れると、プリズム部材31が大型
化し、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。
As described above, the light rays may be incident and reflected at a predetermined angle θ before and after the folding reflection surface 31c. However, it is preferable that the angle θ satisfies | θ | <30 °. If this condition is not satisfied, the prism member 31 becomes large and it becomes difficult to reduce the size of the entire optical system.
Not preferable.

【0063】また、第2の光学系20’は、図2に示し
たように反射面を用いて光路を折り畳むことにより、小
さくすることができる。このとき、光学的パワーを有し
た面を偏心して配置することにより生じる偏心収差を補
正するために、第2の光学系20’,20”を構成する
光学面のうち少なくとも1つの面を偏心した回転非対称
面で構成することが好ましい。
Further, the second optical system 20 'can be made smaller by folding the optical path by using the reflecting surface as shown in FIG. At this time, in order to correct the eccentric aberration generated by arranging the surfaces having optical power eccentrically, at least one of the optical surfaces constituting the second optical system 20 ′, 20 ″ is decentered. It is preferably composed of a rotationally asymmetric surface.

【0064】また、収差補正に寄与する光学面を増やす
ために、第2の光学系を反射面を含む2つ以上の光学部
材を用いて構成してもよい。
In order to increase the number of optical surfaces that contribute to aberration correction, the second optical system may be constructed by using two or more optical members including a reflecting surface.

【0065】さらに、図3に示すように、第2の光学系
20”を屈折面のみで構成してもよく、特に凹レンズ2
4を用いることによって色収差の補正が容易となり、さ
らなる結像性能の向上が期待できる。
Further, as shown in FIG. 3, the second optical system 20 ″ may be composed of only a refracting surface, and particularly the concave lens 2
By using No. 4, it becomes easy to correct chromatic aberration, and further improvement in imaging performance can be expected.

【0066】また、屈折面を自由曲面や偏心した回転対
称非球面で構成することにより、偏心収差の補正が容易
となり、さらなる結像性能の向上が期待できる。
Further, by constructing the refracting surface with a free-form surface or a decentered rotationally symmetric aspherical surface, it becomes easy to correct decentering aberrations, and further improvement in imaging performance can be expected.

【0067】(第3実施形態)図4には、本発明の第3
実施形態である表示光学系を示している。理解を容易に
するために、第1の光学系は簡略化して示す。表示光学
系としては、図1から図3に示した第2の光学系20と
それぞれ組み合わせて構成してもよい。
(Third Embodiment) FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention.
1 illustrates a display optical system that is an embodiment. To facilitate understanding, the first optical system is shown in a simplified manner. The display optical system may be configured by combining each with the second optical system 20 shown in FIGS. 1 to 3.

【0068】本実施形態の表示光学系は、観察者の眼E
側から画像表示素子(LCD等)10に向かって順に、
全体として正の光学的パワー(1/焦点距離)を有する
第1の光学系130と、全体として正の光学的パワーを
有する第2の光学系120とを有して構成されている。
The display optical system according to the present embodiment has the eye E of the observer.
From the side toward the image display element (LCD or the like) 10,
The first optical system 130 has a positive optical power (1 / focal length) as a whole, and the second optical system 120 has a positive optical power as a whole.

【0069】本実施形態では、第1の光学系130は、
内部がガラスやプラスチックなどの光学媒質で満たされ
た透明体(第1の光学素子)32上に光学面が形成され
て構成されている。
In this embodiment, the first optical system 130 is
An optical surface is formed on a transparent body (first optical element) 32 whose inside is filled with an optical medium such as glass or plastic.

【0070】画像表示素子10にて変調され発せられた
光は、入射面20aから第2の光学系120に入射し、
射出面20bから第2の光学系20を射出し、面32a
から第1の光学素子32に入射する。
The light modulated and emitted by the image display element 10 enters the second optical system 120 through the incident surface 20a,
The second optical system 20 is emitted from the emission surface 20b, and the surface 32a
Is incident on the first optical element 32.

【0071】入射面32a(第3の面)から第1の光学
素子32に入射した光は、面32b(第1の面)で反射
し、面32c(第2の面)で反射し、面32bの上部で
折り返し反射し、面32cで再反射し、面32bにおい
て、そのヒットポイント上での面の法線に対し前回とは
反対側に再反射し、面32aで反射し、面32bを透過
して透明体32を射出し、観察者の眼Eに導かれる。な
お、面32aにはハーフミラーコーティングが施されて
いる。
The light incident on the first optical element 32 from the incident surface 32a (third surface) is reflected by the surface 32b (first surface) and reflected by the surface 32c (second surface). The light is reflected back at the upper part of 32b, re-reflected at the surface 32c, re-reflected at the surface 32b on the opposite side to the normal of the surface on the hit point, reflected at the surface 32a, and reflected at the surface 32b. The light passes through the transparent body 32 and is guided to the observer's eye E. A half mirror coating is applied to the surface 32a.

【0072】第1の光学系130および第2の光学系1
20を正の光学的パワーを有するように構成することに
より、観察者は画像表示素子10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。
First optical system 130 and second optical system 1
By configuring 20 to have a positive optical power, the observer can visually recognize an enlarged image of the image displayed on the image display element 10.

【0073】第1の光学素子32において、光は面32
a→面32b→面32c→面32b→面32c→面32
b→面32a(→面32b)の順に各面を通り、面32
bでの反射を境にそれまでの光路を逆にたどる。
In the first optical element 32, the light is the surface 32
a → plane 32b → plane 32c → plane 32b → plane 32c → plane 32
b → face 32a (→ face 32b) in order, and face 32
Following the reflection at b, the optical path up to that point is followed in reverse.

【0074】このように、面32bを折り返し反射面と
して、第1の光学系130内で往復光路を形成すること
で、第1実施形態と同様に、光路長に対して第1の光学
系130を小型化している。これにより、第2の光学系
120を含む表示光学系全体も小型化することができ
る。
In this way, by forming the reciprocating optical path in the first optical system 130 by using the surface 32b as a reflection reflecting surface, the first optical system 130 with respect to the optical path length as in the first embodiment. Is downsized. Thereby, the entire display optical system including the second optical system 120 can be downsized.

【0075】また、第1の光学素子32上の光学面を回
転非対称面で構成し、第2の光学系120の射出面20
bと第1の光学系130の入射面32aとの間に空気層
(空気間隔)を設けることにより、第1実施形態にて説
明したのと同様に、光学性能の向上を実現している。
The optical surface on the first optical element 32 is a rotationally asymmetric surface, and the exit surface 20 of the second optical system 120 is formed.
By providing an air layer (air gap) between b and the incident surface 32a of the first optical system 130, the optical performance is improved as described in the first embodiment.

【0076】(第4実施形態)図5には、本発明の第4
実施形態である表示光学系を示している。理解を容易に
するために、第1の光学系は簡略化して示す。表示光学
系としては、図1から図3に示した第2の光学系20と
それぞれ組み合わせて構成してもよい。
(Fourth Embodiment) FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention.
1 illustrates a display optical system that is an embodiment. To facilitate understanding, the first optical system is shown in a simplified manner. The display optical system may be configured by combining each with the second optical system 20 shown in FIGS. 1 to 3.

【0077】本実施形態の表示光学系は、観察者の眼E
側から画像表示素子(LCD等)10に向かって順に、
全体として正の光学的パワー(1/焦点距離)を有する
第1の光学系230と、全体として正の光学的パワーを
有する第2の光学系120とを有して構成されている。
The display optical system according to the present embodiment has the eye E of the observer.
From the side toward the image display element (LCD or the like) 10,
The first optical system 230 has a positive optical power (1 / focal length) as a whole, and the second optical system 120 has a positive optical power as a whole.

【0078】本実施形態では、第1の光学系230は、
内部がガラスやプラスチックなどの光学媒質で満たされ
た透明体(光学素子)33と、反射ミラー部材34とか
ら構成されている。
In this embodiment, the first optical system 230 is
It is composed of a transparent body (optical element) 33 whose inside is filled with an optical medium such as glass or plastic, and a reflection mirror member 34.

【0079】画像表示素子10にて変調され発せられた
光は、入射面20aから第2の光学系120に入射し、
射出面20bから第2の光学系120を射出し、面33
aから第1の光学系230の光学素子33に入射する。
The light modulated and emitted by the image display element 10 enters the second optical system 120 through the incident surface 20a,
The second optical system 120 is emitted from the emission surface 20b, and the surface 33
It is incident on the optical element 33 of the first optical system 230 from a.

【0080】入射面33a(第3の面)から光学素子3
3(第1の光学系230)に入射した光は、面33b
(第1の面)で反射し、面33cから光学素子33を射
出し、反射ミラー部材34の反射面34a(第2の面)
で折り返し反射し、再び面33cから光学素子33に入
射して面33bにおいて、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再反射し、面33aで反射
し、面33bを透過して光学素子33を射出し、観察者
の眼Eに導かれる。なお、面33aにはハーフミラーコ
ーティングが施されている。
From the entrance surface 33a (third surface) to the optical element 3
The light incident on the light source 3 (first optical system 230) is reflected by the surface 33b.
The light is reflected by the (first surface), the optical element 33 is emitted from the surface 33c, and the reflection surface 34a (second surface) of the reflection mirror member 34 is formed.
The light is reflected and reflected again at the surface 33c, enters the optical element 33 from the surface 33c again, and is reflected again on the surface 33b on the opposite side to the normal line of the surface on the hit point of the surface 33b. Is emitted through the optical element 33 and is guided to the eye E of the observer. A half mirror coating is applied to the surface 33a.

【0081】第2の光学系120を正の光学的パワーを
有するように構成し、第1の光学系230を構成する光
学面のうち少なくとも1つの面を曲面として第1の光学
系230に正の光学的パワーを持たせることにより、観
察者は画像表示素子10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。
The second optical system 120 is constructed so as to have a positive optical power, and at least one of the optical surfaces constituting the first optical system 230 is made a curved surface to the first optical system 230. With the optical power of 1, the observer can visually recognize a magnified image of the image displayed on the image display element 10.

【0082】第1の光学系230において、光は面33
a→面33b→面33c→面34a→面33c→面33
b→面33a(→面33b)の順に各面を通り、面34
aでの反射を境にそれまでの光路を逆にたどる。
In the first optical system 230, the light is reflected on the surface 33.
a → plane 33b → plane 33c → plane 34a → plane 33c → plane 33
b → face 33a (→ face 33b) in order, and face 34
The optical path up to that point is traced in reverse, with the reflection at a as the boundary.

【0083】このように、面34aを折り返し反射面と
して第1の光学系230内で往復光路を形成すること
で、第1実施形態と同様に、光路長に対して第1の光学
系230を小型化している。これにより、第2の光学系
120を含む表示光学系全体も小型化することができ
る。
As described above, by forming the reciprocating optical path in the first optical system 230 by using the surface 34a as a reflection reflecting surface, the first optical system 230 can be moved with respect to the optical path length as in the first embodiment. It is becoming smaller. Thereby, the entire display optical system including the second optical system 120 can be downsized.

【0084】また、第2の光学系120の射出面20b
と第1の光学系230の入射面33aとの間に空気層
(空気間隔)を設けることにより、第1実施形態で説明
したのと同様に、光学性能の向上を実現している。
Further, the exit surface 20b of the second optical system 120
By providing an air layer (air gap) between the light incident surface 33a and the entrance surface 33a of the first optical system 230, the optical performance is improved as described in the first embodiment.

【0085】さらに、本実施形態では、第1の光学系2
30において、折り返し反射面34aを含む反射ミラー
部材34を、透明体33とは別部材とすることにより、
光学系の大きさに影響を与えずに光路中の光学面数を増
やし、設計の自由度を増加させ、光学性能の向上を実現
している。
Further, in this embodiment, the first optical system 2
In 30, the reflection mirror member 34 including the folded reflection surface 34 a is formed as a member different from the transparent body 33,
The number of optical surfaces in the optical path is increased without affecting the size of the optical system, the degree of freedom in design is increased, and the optical performance is improved.

【0086】(第5実施形態)図6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。理解を容易に
するために、第1の光学系は簡略化して示す。表示光学
系としては、図1から図3に示した第2の光学系20と
それぞれ組み合わせて構成してもよい。
(Fifth Embodiment) FIG. 6 shows a fifth embodiment of the present invention.
1 illustrates a display optical system that is an embodiment. To facilitate understanding, the first optical system is shown in a simplified manner. The display optical system may be configured by combining each with the second optical system 20 shown in FIGS. 1 to 3.

【0087】本実施形態の表示光学系は、観察者の眼E
側から画像表示素子(LCD等)10に向かって順に、
全体として正の光学的パワー(1/焦点距離)を有する
第1の光学系330と、全体として正の光学的パワーを
有する第2の光学系120とを有して構成されている。
The display optical system according to the present embodiment has the eye E of the observer.
From the side toward the image display element (LCD or the like) 10,
The first optical system 330 has a positive optical power (1 / focal length) as a whole, and the second optical system 120 has a positive optical power as a whole.

【0088】本実施形態では、第1の光学系330は、
内部がガラスやプラスチックなどの光学媒質で満たされ
た透明体(光学素子)35と、反射ミラー部材36とか
ら構成されている。
In this embodiment, the first optical system 330 is
It is composed of a transparent body (optical element) 35 whose inside is filled with an optical medium such as glass or plastic, and a reflection mirror member 36.

【0089】画像表示素子10にて変調され発せられた
光は、入射面20aより第2の光学系120に入射し、
射出面20bより第2の光学系120を射出し、面35
aから第1の光学系330の光学素子35に入射する。
The light modulated and emitted by the image display element 10 enters the second optical system 120 through the incident surface 20a,
The second optical system 120 is emitted from the emission surface 20b, and the surface 35
It is incident on the optical element 35 of the first optical system 330 from a.

【0090】入射面35a(第3面)から光学素子35
(第1の光学系330)に入射した光束は、面35bで
反射し、面35c(第1の面)で反射し、面35bから
光学素子35を射出して反射ミラー部材36の反射面3
6a(第2の面)で折り返し反射する。そして、面35
bから再び光学素子35に入射し、面35cで再反射し
て面35bにおいて、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再反射し、さらに面35aで
反射し、面35bを透過して光学素子35を射出し、観
察者の眼Eに導かれる。なお、面35aにはハーフミラ
ーコーティングが施されている。
From the incident surface 35a (third surface) to the optical element 35
The light flux incident on the (first optical system 330) is reflected by the surface 35b, reflected by the surface 35c (first surface), emitted from the surface 35b to the optical element 35, and reflected by the reflecting surface 3 of the reflecting mirror member 36.
The light is reflected back at 6a (the second surface). And face 35
It is incident on the optical element 35 again from b, re-reflected on the surface 35c, re-reflected on the surface 35b on the opposite side to the normal of the surface on the hit point, and further reflected on the surface 35a, The light passes through the surface 35b, emerges from the optical element 35, and is guided to the eye E of the observer. A half mirror coating is applied to the surface 35a.

【0091】第2の光学系120を正の光学的パワーを
有するように構成するとともに、第1の光学系330を
構成する光学面のうち少なくとも1つの面を曲面として
第1の光学系330に正の光学的パワーを持たせること
により、観察者は画像表示素子10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。
The second optical system 120 is constructed to have a positive optical power, and at least one of the optical surfaces constituting the first optical system 330 is used as a curved surface in the first optical system 330. By giving the positive optical power, the observer can visually recognize an enlarged image of the image displayed on the image display element 10.

【0092】第1の光学系330において、光は面35
a→面35b→面35c→面35b→面36a→面35
b→面35c→面35b→面35a(→面35b)の順
に各面を通り、面36aでの折り返し反射を境にそれま
での光路を逆にたどる。
In the first optical system 330, the light is on the surface 35.
a → face 35b → face 35c → face 35b → face 36a → face 35
The path b is passed through in the order of b → surface 35c → surface 35b → surface 35a (→ surface 35b), and the optical path up to that point is traced in reverse with the return reflection at the surface 36a.

【0093】このように、面36aを折り返し反射面と
して、第1の光学系330内で往復光路を形成すること
で、第1実施形態と同様に、光路長に対して第1の光学
系330を小型化している。これにより、第2の光学系
120を含む表示光学系全体も小型化することができ
る。
As described above, by forming the reciprocating optical path in the first optical system 330 by using the surface 36a as a reflection reflecting surface, the first optical system 330 with respect to the optical path length as in the first embodiment. Is downsized. Thereby, the entire display optical system including the second optical system 120 can be downsized.

【0094】また、第2の光学系120の射出面20b
と第1の光学系330の入射面35aとの間に空気層
(空気間隔)を設けることにより、第1実施形態にて説
明したのと同じ理由により、光学性能の向上を実現して
いる。
Further, the exit surface 20b of the second optical system 120
By providing an air layer (air gap) between the light incident surface 35a of the first optical system 330 and the first optical system 330, the optical performance is improved for the same reason as described in the first embodiment.

【0095】さらに、本実施形態では、第1の光学系3
30において、折り返し反射面36aを含む反射ミラー
部材36を、光学素子35とは別部材とすることによ
り、光学系の大きさに影響を与えずに光路中の光学面数
を増やし、設計の自由度を増加させ、光学性能の向上を
実現している。
Further, in this embodiment, the first optical system 3
In 30, the reflection mirror member 36 including the folded reflection surface 36a is formed separately from the optical element 35, so that the number of optical surfaces in the optical path can be increased without affecting the size of the optical system, and the design can be freely performed. The optical performance is improved by increasing the degree.

【0096】なお、上記第4実施形態(図5)および第
5実施形態(図6)において、反射ミラー部材34,3
6の反射面34a,36aの形状は、結像作用面を増や
すという観点から曲面であることが望ましい。さらに、
これら反射面34a,36aを、偏心した回転非対称形
状とすることにより、光学素子33,35で発生する偏
心収差の補正に寄与させ、光学性能の向上を図ることが
できる。
In the fourth embodiment (FIG. 5) and the fifth embodiment (FIG. 6), the reflecting mirror members 34 and 3 are provided.
It is preferable that the reflecting surfaces 34a and 36a of No. 6 are curved surfaces from the viewpoint of increasing the number of image forming surfaces. further,
By making these reflecting surfaces 34a, 36a eccentric and rotationally asymmetric, it is possible to contribute to the correction of decentration aberrations generated in the optical elements 33, 35 and improve the optical performance.

【0097】また、第4実施形態において、反射ミラー
部材34を図7に示す変形例のように裏面鏡とすること
により、反射面34aだけでなく、透過面34bも光学
面として使えるようになるため、光学系の大きさに影響
を与えずにさらに結像性能を向上させることができる。
Further, in the fourth embodiment, the reflecting mirror member 34 is a rear surface mirror as in the modification shown in FIG. 7, so that not only the reflecting surface 34a but also the transmitting surface 34b can be used as an optical surface. Therefore, the imaging performance can be further improved without affecting the size of the optical system.

【0098】また、図8に示す変形例のように、反射ミ
ラー部材34を2つ以上の光学素子で構成することによ
り、色収差の補正が容易となり、さらなる結像性能の向
上を図ることができる。
Further, as in the modified example shown in FIG. 8, by configuring the reflection mirror member 34 with two or more optical elements, it becomes easy to correct chromatic aberration and further improve the imaging performance. .

【0099】これら図7,8に示した反射ミラー部材3
4’,34”の構成は、第5実施形態にて用いられる反
射ミラー部材36について適用することができる。
The reflection mirror member 3 shown in FIGS.
The configuration of 4 ', 34 "can be applied to the reflection mirror member 36 used in the fifth embodiment.

【0100】また、第4実施形態および第5実施形態に
おいて、第1実施形態と同様に、光学的パワーを有した
面を偏心させて配置することにより生じる偏心収差を補
正するために、第1の光学系230,330(光学素子
33,35)を構成する面のうち少なくとも1つの面を
回転非対称面で構成することが好ましい。
Further, in the fourth and fifth embodiments, similarly to the first embodiment, the first embodiment is used in order to correct the eccentric aberration caused by arranging the surface having optical power in a decentered manner. It is preferable that at least one of the surfaces forming the optical systems 230 and 330 (optical elements 33 and 35) is a rotationally asymmetric surface.

【0101】以上説明した第3〜5実施形態において
も、第1実施形態と同様に、第1の光学系の光路中に、
画像表示素子10の表示面の中間結像面を形成すること
により、広画角化(高倍率表示)が可能となる。
Also in the third to fifth embodiments described above, as in the first embodiment, in the optical path of the first optical system,
By forming the intermediate image formation surface of the display surface of the image display element 10, a wide angle of view (high-magnification display) becomes possible.

【0102】また、第1の光学系の光学素子において、
透過作用と反射作用の両作用を有する面における反射を
全反射とすることにより、光を効率良く利用することが
できる。
In the optical element of the first optical system,
By making the reflection on the surface having both the transmissive action and the reflective action the total reflection, the light can be efficiently used.

【0103】さらに、第3〜5実施形態においても、中
心画角主光線の折り返し反射面における折り返し反射は
垂直反射に限られるものではなく、第2実施形態に示し
たように、折り返し反射面の前後で光線が所定の角度θ
をなして入射・反射されてもよい。
Furthermore, also in the third to fifth embodiments, the return reflection of the central angle-of-view principal ray on the return reflection surface is not limited to the vertical reflection, and as shown in the second embodiment, the return reflection surface of the return reflection surface is not limited to the vertical reflection. The ray is at a certain angle θ before and after
May be incident and reflected.

【0104】以上の第3から第5実施形態のように表示
光学系を構成することにより、画像表示素子10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
画像表示装置を提供することができる。
By constructing the display optical system as in the above third to fifth embodiments, an image display device for displaying an image displayed on the image display element 10 as a magnified image with good optical performance is provided. can do.

【0105】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10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、これに伴い光路長が長くなるのを第1
の光学系内に往復光路を形成することで光路を重複さ
せ、表示光学系の全長を短く抑え、非常にコンパクトな
表示光学系を構成できる。
Further, by forming an image once in the display optical system, the degree of freedom in setting the display angle of view with respect to the display size of the image display element 10 is improved and a wide angle of view (high magnification display) is possible. The first is that the optical path length increases with this.
By forming a reciprocating optical path in the optical system, the optical paths are overlapped, the overall length of the display optical system is suppressed to be short, and a very compact display optical system can be configured.

【0106】(第6実施形態)図9には、本発明の第6
実施形態である表示光学系を示している。本実施形態の
表示光学系は、観察者の眼E側から画像表示素子(LC
D等)10に向かって順に、全体として正の光学的パワ
ー(1/焦点距離)を有する第1の光学系430と、全
体として正の光学的パワーを有する第2の光学系220
とを有して構成されている。
(Sixth Embodiment) FIG. 9 shows a sixth embodiment of the present invention.
1 illustrates a display optical system that is an embodiment. The display optical system of the present embodiment includes an image display element (LC
(D etc.) 10 in order, the first optical system 430 having a positive optical power (1 / focal length) as a whole and the second optical system 220 having a positive optical power as a whole.
And is configured.

【0107】本実施形態では、第1の光学系430は、
内部がガラスやプラスチックなどの光学媒質で満たされ
た透明体(第1の光学素子)37により構成され、第2
の光学系220も、同様の光学媒質で満たされた透明体
(第2の光学素子)26により構成されている。第1お
よび第2の光学系内における光の進行経路は図2に示し
たものと同様である。
In this embodiment, the first optical system 430 is
A transparent body (first optical element) 37 whose inside is filled with an optical medium such as glass or plastic;
The optical system 220 is also composed of a transparent body (second optical element) 26 filled with the same optical medium. The traveling paths of light in the first and second optical systems are the same as those shown in FIG.

【0108】本実施形態では、第1の光学素子37の入
射面(第3の面)37aと第2の光学素子26の射出面
26との間に空気層(空気間隔)を設けているが、第1
の光学素子37と第2の光学素子26とを、第1の光学
素子37の入射面37aと第2の光学素子26の射出面
26以外(光線有効範囲外)の部分で互いに接するよう
に構成している。
In this embodiment, an air layer (air gap) is provided between the entrance surface (third surface) 37a of the first optical element 37 and the exit surface 26 of the second optical element 26. , First
The optical element 37 and the second optical element 26 are configured to be in contact with each other at a portion other than the entrance surface 37a of the first optical element 37 and the exit surface 26 of the second optical element 26 (outside the light ray effective range). is doing.

【0109】これにより、上記空気層の寸法誤差(製造
誤差)を小さく抑えることができ、製造誤差に起因する
光学性能の劣化を防止できる。
As a result, the dimensional error (manufacturing error) of the air layer can be suppressed to be small, and the deterioration of the optical performance due to the manufacturing error can be prevented.

【0110】また、以上説明した各実施形態の表示光学
系と同様の光学系を、被写体からの光をCCD等の撮像
素子の撮像面に導く撮像光学系としても利用することが
できる。
An optical system similar to the display optical system of each of the embodiments described above can also be used as an image pickup optical system that guides light from a subject to the image pickup surface of an image pickup device such as a CCD.

【0111】例えば、第1実施形態に示した光学系を例
にとると、被写体から第1の面(31b)を透過して第
1の光学系30(第1の光学素子31)に入射した光
を、第3の面(31a)で反射し、第1の面(31b)
で反射し、第2の面(面31c)で反射して第1の面
(31b)において、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再反射し、第3の面(31
a)を透過させて第2の光学系20に導く。そして、面
21cから第2の光学系20に入射した光を、面21b
で反射し、面21aを透過させて画像表示素子10に代
えて配置された撮像素子に到達させる。
For example, taking the optical system shown in the first embodiment as an example, the light passes through the first surface (31b) from the subject and enters the first optical system 30 (first optical element 31). The light is reflected by the third surface (31a) and is reflected by the first surface (31b).
Reflected on the second surface (the surface 31c) and then on the first surface (31b), it is re-reflected to the opposite side to the normal of the surface on the hit point, and the third surface Surface (31
The light a) is transmitted and guided to the second optical system 20. Then, the light incident on the second optical system 20 from the surface 21c is transferred to the surface 21b.
The light is reflected by, and is transmitted through the surface 21a to reach the image pickup element arranged in place of the image display element 10.

【0112】この場合も、表示光学系と同様に、第1の
光学系30において、第1、第2および第3の面の間で
光を略往復させて光路を折り畳むことができるので、小
型の光学系でありながらも光路長を長く確保できる。こ
のため、小型でありながらも広撮影画角を達成すること
ができる。
Also in this case, similarly to the display optical system, in the first optical system 30, the light path can be folded back and forth between the first, second and third surfaces, so that the optical path can be folded down. Even though it is an optical system, it can secure a long optical path length. For this reason, it is possible to achieve a wide shooting angle of view while being compact.

【0113】さらに、撮像光学系(例えば、第1の光学
素子31)内で光を中間結像させるようにする、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。
Further, an intermediate image formation type in which light is formed into an intermediate image in the image pickup optical system (for example, the first optical element 31), that is, the intermediate image formation surface of the object is reduced and guided to the image pickup surface. By doing so, the degree of freedom of layout increases,
It is possible to sufficiently reduce an object image having a wide angle of view and guide it to the imaging surface, and it is possible to configure the imaging optical system in a small size even if the optical path length is considerably long.

【0114】なお、撮像光学系を構成する光学面を光に
対して偏心させたり、光学面に曲率を持たせたり、光学
面を回転非対称面(自由曲面)としたりすることによる
メリットは表示光学系と同様である。
The merits of decentering the optical surface constituting the image pickup optical system with respect to light, giving the optical surface a curvature, and making the optical surface a rotationally asymmetric surface (free curved surface) are It is similar to the system.

【0115】以下、上記各実施形態の数値実施例につい
て説明する。
Numerical examples of the above embodiments will be described below.

【0116】[数値実施例1]図10には、図1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、30は第1の光学系であり、3つの光学面を
有したプリズム形状の透明体(第1の光学素子)31に
より構成されている。S2,S4,S6は同一面、S
3,S7は同一面であり、これら2面とS5はそれぞれ
第1実施形態において説明した面31b,31a,31
cに相当する。
[Numerical Example 1] FIG. 10 shows an optical path sectional view of a numerical example of the first embodiment shown in FIG. In the figure, reference numeral 30 denotes a first optical system, which is composed of a prism-shaped transparent body (first optical element) 31 having three optical surfaces. S2, S4, S6 are the same surface, S
3, S7 are the same surface, and these two surfaces and S5 are the surfaces 31b, 31a, 31 described in the first embodiment, respectively.
Corresponds to c.

【0117】20は第2の光学系であり、ここではS
8,S9,S10の3面を有した同一媒質からなる透明
体(第2の光学素子)21により構成されている。これ
ら3面はそれぞれ第1実施形態において説明した面21
c,21b,21aに相当する。SIは画像表示面、S
1は表示光学系の射出瞳Sである。
Reference numeral 20 is a second optical system, and here, S
The transparent body (second optical element) 21 is composed of the same medium and has three surfaces of 8, S9, and S10. These three surfaces are the surfaces 21 described in the first embodiment.
c, 21b, 21a. SI is the image display surface, S
Reference numeral 1 is an exit pupil S of the display optical system.

【0118】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.

【0119】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.

【0120】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 Data 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.

【0121】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.

【0122】[0122]

【数1】 [Equation 1]

【0123】TYPの欄でFFSの横に記された数値
は、その面の形状が同表の下側に記載された非球面係数
kおよびci(i=1,2,3…)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 values next to FFS in the TYP column correspond to the aspherical surface coefficients k and ci (i = 1, 2, 3 ...) Described at the bottom of the table for the shape of the surface. It shows that the shape is rotationally asymmetric.

【0124】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 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.

【0125】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 items in the above table are the same in the following numerical examples.

【0126】[0126]

【表1】 [Table 1]

【0127】表1から分かるように、画像表示面SIか
らの光はS10(面21a)から第2の光学素子21に
入射し、S9(面21b)で反射し、S8(面21c)
を透過して第2の光学素子21を射出する。第2の光学
素子21の射出面(S8)から射出した光は、S7(面
31a)を透過して第1の光学素子31(第1の光学系
30)に入射し、S6(面31b)で反射し、S5(面
31c)で折り返し反射し、S4(面31b)で再反射
し、S3(面31a)で反射し、S2(面31b)を透
過して第1の光学素子31を射出し、射出瞳S1に導か
れる。観察者は射出瞳位置に眼を置くことにより、画像
表示面の拡大像を観察することができる。
As can be seen from Table 1, the light from the image display surface SI enters the second optical element 21 from S10 (surface 21a), is reflected by S9 (surface 21b), and is reflected by S8 (surface 21c).
And then the second optical element 21 is emitted. The light emitted from the exit surface (S8) of the second optical element 21 passes through S7 (surface 31a) and enters the first optical element 31 (first optical system 30), and S6 (surface 31b). Reflected by, reflected back by S5 (surface 31c), re-reflected by S4 (surface 31b), reflected by S3 (surface 31a), transmitted through S2 (surface 31b), and emitted from the first optical element 31. Then, it is guided to the exit pupil S1. The observer can observe the magnified image on the image display surface by placing his eyes at the exit pupil position.

【0128】本数値実施例1で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5
0°,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。
Considering the numerical value having the dimension of length in the present numerical value example 1 as mm, the exit pupil diameter is φ6 mm,
Image display size 10mm x 7.5mm, horizontal approximately 5
It is a display optical system that displays an image in the positive infinity direction of the z axis at an angle of view of 0 ° and a vertical angle of about 39 °.

【0129】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
学素子31に入射し、S3,S4,S5,S6で反射し
てS7から第1の光学素子31を射出する。第1の光学
素子31を射出した光は、第2の光学素子21に導か
れ、S8,S9,S10を介して撮像面SI上に外界
(被写体)像を結像する。
The optical system of this numerical example may be used as an image pickup optical system. In this case, the light from the subject at infinity in the negative direction of the z-axis passes through the diaphragm S1, enters the first optical element 31 from S2, is reflected by S3, S4, S5, and S6, and is reflected by S7 from the first. The optical element 31 is emitted. The light emitted from the first optical element 31 is guided to the second optical element 21, and forms an external (subject) image on the imaging surface SI via S8, S9, and S10.

【0130】[数値実施例2]図11は図2に示した第
2実施形態の数値実施例を示す光学断面図であり、光学
データを表2に示す。
[Numerical Example 2] FIG. 11 is an optical sectional view showing a numerical example of the second embodiment shown in FIG. 2. Optical data are shown in Table 2.

【0131】図中、30’は第1の光学系であり、3つ
の光学面を有したプリズム形状の透明体(第1の光学素
子)31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2実施形態において説明した面31b,31
a,31cに相当する。
In the figure, reference numeral 30 'denotes a first optical system, which is composed of a prism-shaped transparent body (first optical element) 31 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 are the surfaces 31b and 31 described in the second embodiment, respectively.
a, 31c.

【0132】20’は第2の光学系であり、ここではS
8,S9(S11と同一面),S10の3面を有した同
一媒質からなる透明体(第2の光学素子)22により構
成されている。これら3面はそれぞれ第1実施形態にお
いて説明した面22c,22a,22bに相当する。S
Iは画像表示面、S1は表示光学系の射出瞳Sである。
Reference numeral 20 'denotes a second optical system, here S
It is composed of a transparent body (second optical element) 22 made of the same medium and having three surfaces of 8, S9 (same surface as S11) and S10. These three surfaces correspond to the surfaces 22c, 22a, 22b described in the first embodiment, respectively. S
I is the image display surface, and S1 is the exit pupil S of the display optical system.

【0133】本数値実施例において、S1からS11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 S11 are rotationally asymmetrical surfaces and have a plane symmetric shape having the paper surface (yz section) as the only symmetric surface.

【0134】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 drawing are coordinate system definitions with the visual axis direction of the observer as the z axis, the direction perpendicular to the z axis in the paper surface as the y axis, and the direction perpendicular to the paper surface as the x axis. Is.

【0135】画像表示面SIからの光は、S11(面2
2a)から第2の光学素子22に入射し、S10(面2
2b)で反射し、S9(面22a)で反射し、S8(面
22c)を透過して第2の光学素子22から射出する。
第2の光学系20’の射出面(S8)から射出した光
は、S7(面31a)を透過して第1の光学素子31
(第1の光学系30’)に入射し、S6(面31b)で
反射し、S5(面31c)で折り返し反射し、S4(面
31b)で再反射し、S3(面31a)で反射し、S2
(面31b)を透過して第1の光学素子31を射出し、
射出瞳S1に導かれる。
The light from the image display surface SI is S11 (surface 2
2a) to enter the second optical element 22, and S10 (Surface 2)
It is reflected by 2b), reflected by S9 (surface 22a), transmitted through S8 (surface 22c), and emitted from the second optical element 22.
The light emitted from the exit surface (S8) of the second optical system 20 ′ passes through S7 (the surface 31a) and then passes through the first optical element 31.
It is incident on the (first optical system 30 ′), reflected by S6 (surface 31b), reflected back by S5 (surface 31c), re-reflected by S4 (surface 31b), reflected by S3 (surface 31a). , S2
The first optical element 31 is emitted through the (surface 31b),
It is guided to the exit pupil S1.

【0136】観察者は射出瞳位置に眼を置くことによ
り、画像表示面の拡大像を観察することができる。
The observer can observe the magnified image on the image display surface by placing his eyes at the exit pupil position.

【0137】[0137]

【表2】 [Table 2]

【0138】本数値実施例2は、長さのディメンジョン
を有する数値をmmとして考えると、数値実施例1とほ
ぼ同等の仕様の表示光学系となる。
Numerical Example 2 is a display optical system having substantially the same specifications as Numerical Example 1 when a numerical value having a dimension of length is considered as mm.

【0139】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
学素子31に入射し、S3,S4,S5,S6で反射し
てS7から第1の光学素子31を射出する。第1の光学
素子31を射出した光は、第2の光学素子22に導か
れ、S8,S9,S10,S11を介して撮像面SI上
に外界(被写体)像を結像する。
The optical system of this numerical example may be used as an image pickup optical system. In this case, the light from the subject at infinity in the negative direction of the z-axis passes through the diaphragm S1, enters the first optical element 31 from S2, is reflected by S3, S4, S5, and S6, and is reflected by S7 from the first. The optical element 31 is emitted. The light emitted from the first optical element 31 is guided to the second optical element 22 and forms an external (subject) image on the imaging surface SI via S8, S9, S10, and S11.

【0140】[数値実施例3]図12は図4に示した第
3実施形態の数値実施例を示す光学断面図であり、光学
データを表3に示す。
[Numerical Example 3] FIG. 12 is an optical sectional view showing a numerical example of the third embodiment shown in FIG. 4, and Table 3 shows optical data.

【0141】図中、130は第1の光学系であり、3つ
の光学面を有したプリズム形状の透明体(第1の光学素
子)32により構成されている。S2,S4,S6,S
8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3実施形態において説
明した面32b,32a,32cに相当する。
In the figure, reference numeral 130 denotes a first optical system, which is composed of a prism-shaped transparent body (first optical element) 32 having three optical surfaces. S2, S4, S6, S
8 is the same surface, S3, S9 are the same surface, S5, S7 are the same surface, and these three surfaces correspond to the surfaces 32b, 32a, 32c described in the third embodiment, respectively.

【0142】120は第2の光学系であり、ここではS
10,S11,S12の3面を有した同一媒質からなる
透明体(第2の光学素子)21により構成されている。
これら3面は図1の第1実施形態において説明した面2
1c,21b,21aに相当する。SIは画像表示面、
S1は表示光学系の射出瞳Sである。
Reference numeral 120 denotes a second optical system, and here, S
It is composed of a transparent body (second optical element) 21 having the three surfaces 10, S11 and S12 and made of the same medium.
These three surfaces are the surfaces 2 described in the first embodiment of FIG.
1c, 21b, 21a. SI is the image display surface,
S1 is an exit pupil S of the display optical system.

【0143】本数値実施例において、S1からS12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 S12 are rotationally asymmetrical surfaces and have a plane symmetric shape having the paper surface (yz section) as the only symmetric surface.

【0144】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 visual axis direction of the observer 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.

【0145】画像表示面SIからの光は、S12(面2
1a)から第2の光学素子21に入射し,S11(面2
1b)で反射し、S10(面21c)を透過して第2の
光学素子21から射出する。
The light from the image display surface SI is S12 (surface 2
1a) is incident on the second optical element 21 and S11 (Surface 2)
It is reflected by 1b), passes through S10 (surface 21c), and is emitted from the second optical element 21.

【0146】第2の光学素子21の射出面(S10)か
ら射出した光は、S9(面32a)を透過して第1の光
学素子32(第1の光学系130)に入射し、S8(面
32b)で反射し、S7(面32c)で反射し、S6
(面32b)で折り返し反射し、S5(面32c)で再
反射し、S4(面32b)で反射し、S3(面32a)
で反射し、S2(面32b)を透過して第1の光学素子
32を射出し、射出瞳S1に導かれる。
The light emitted from the exit surface (S10) of the second optical element 21 passes through S9 (the surface 32a) and enters the first optical element 32 (the first optical system 130), and S8 ( S6 (face 32b), S7 (face 32c), S6
The light is reflected back at (face 32b), re-reflected at S5 (face 32c), reflected at S4 (face 32b), and S3 (face 32a).
Is reflected by the first optical element 32, is transmitted through S2 (surface 32b), and is guided to the exit pupil S1.

【0147】観察者は射出瞳位置に眼を置くことによ
り、画像表示面の拡大像を観察することができる。
The observer can observe the magnified image on the image display surface by placing his eyes at the exit pupil position.

【0148】[0148]

【表3】 [Table 3]

【0149】本数値実施例3は、長さのディメンジョン
を有する数値をmmとして考えると、数値実施例1とほ
ぼ同等の仕様の表示光学系となる。
Numerical Example 3 is a display optical system having substantially the same specifications as Numerical Example 1 when a numerical value having a dimension of length is considered as mm.

【0150】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32
に導かれる。そして、S2から第1の光学素子32に入
射し、S3で反射し、S4で反射し、S5で反射し、S
6で折り返し反射した後、S7で反射し、S8で反射
し、S9から第1の光学素子32を射出して第2の光学
素子22に導かれる。第2の光学素子22に導かれた光
は、S10,S11,S12を介して撮像面SIに結像
する。
The optical system of this numerical example may be used as an image pickup optical system. In this case, the light from the object point at the infinity in the negative direction of the z-axis passes through the stop S1 and the first optical element 32.
Be led to. Then, the light enters the first optical element 32 from S2, is reflected at S3, is reflected at S4, is reflected at S5, and is reflected at S5.
After being reflected back at 6, the light is reflected at S7, reflected at S8, emitted from the first optical element 32 at S9, and guided to the second optical element 22. The light guided to the second optical element 22 forms an image on the imaging surface SI via S10, S11, and S12.

【0151】[数値実施例4]図13は図4に示した第
3実施形態の他の数値実施例を示す光学断面図であり、
光学データを表4に示す。
[Numerical Example 4] FIG. 13 is an optical sectional view showing another numerical example of the third embodiment shown in FIG.
The optical data are shown in Table 4.

【0152】図中、130は第1の光学系であり、3つ
の光学面を有したプリズム形状の透明体(第1の光学素
子)32により構成されている。S2,S4,S6,S
8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3実施形態において説
明した面32b,32a,32cに相当する。
In the figure, reference numeral 130 denotes a first optical system, which is composed of a prism-shaped transparent body (first optical element) 32 having three optical surfaces. S2, S4, S6, S
8 is the same surface, S3, S9 are the same surface, S5, S7 are the same surface, and these three surfaces correspond to the surfaces 32b, 32a, 32c described in the third embodiment, respectively.

【0153】20’は第2の光学系であり、ここではS
10,S11(S13と同一面),S12の3面を有し
た同一媒質からなる透明体(第2の光学素子)22によ
り構成されている。これら3面は図2の第2実施形態に
おいて説明した面22c,22a,22bに相当する。
SIは画像表示面、S1は表示光学系の射出瞳Sであ
る。
Reference numeral 20 'denotes a second optical system, here S
The transparent body (second optical element) 22 is made of the same medium and has three surfaces 10, S11 (same surface as S13) and S12. These three surfaces correspond to the surfaces 22c, 22a, 22b described in the second embodiment of FIG.
SI is an image display surface, and S1 is an exit pupil S of the display optical system.

【0154】本数値実施例において、S1からS13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 S13 are rotationally asymmetrical surfaces and have a plane symmetric shape having the paper surface (yz section) as the only symmetric surface.

【0155】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.

【0156】画像表示面SIからの光は、S13(面2
2a)から第2の光学素子22に入射し、S12(面2
2b)で反射し、S11(面22a)で反射し、S10
(面22c)を透過して第2の光学素子22から射出す
る。
The light from the image display surface SI is S13 (surface 2
2a) to enter the second optical element 22, and S12 (Surface 2)
2b), S11 (surface 22a), S10
The light passes through the (face 22c) and is emitted from the second optical element 22.

【0157】第2の光学素子22の射出面(S10)か
ら射出した光は、S9(面32a)を透過して第1の光
学素子32(第1の光学系130)に入射し、S8(面
32b)で反射し、S7(面32c)で反射し、S6
(面32b)で折り返し反射し、S5(面32c)で再
反射し、S4(面32b)で反射し、S3(面32a)
で反射し、S2(面32b)を透過して第1の光学素子
32を射出し、射出瞳S1に導かれる。
The light emitted from the exit surface (S10) of the second optical element 22 passes through S9 (surface 32a) and enters the first optical element 32 (first optical system 130), and S8 ( S6 (face 32b), S7 (face 32c), S6
The light is reflected back at (face 32b), re-reflected at S5 (face 32c), reflected at S4 (face 32b), and S3 (face 32a).
Is reflected by the first optical element 32, is transmitted through S2 (surface 32b), and is guided to the exit pupil S1.

【0158】観察者は射出瞳位置に眼を置くことによ
り、画像表示面の拡大像を観察することができる。
The observer can observe the magnified image on the image display surface by placing his eyes at the exit pupil position.

【0159】[0159]

【表4】 [Table 4]

【0160】本数値実施例4は、長さのディメンジョン
を有する数値をmmとして考えると、数値実施例1とほ
ぼ同等の仕様の表示光学系となる。
Numerical Example 4 is a display optical system having substantially the same specifications as Numerical Example 1 when the numerical value having the dimension of length is considered as mm.

【0161】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130
に導かれる。そして、S2から第1の光学素子32に入
射し、S3で反射し、S4で反射し、S5で反射し、S
6で折り返し反射した後、S7で反射し、S8で反射
し、S9から第1の光学素子32を射出して第2の光学
素子22に導かれる。第2の光学素子22に導かれた光
は、S10,S11,S12,S13を介して撮像面S
I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 stop S1 and then the first optical system 130.
Be led to. Then, the light enters the first optical element 32 from S2, is reflected at S3, is reflected at S4, is reflected at S5, and is reflected at S5.
After being reflected back at 6, the light is reflected at S7, reflected at S8, emitted from the first optical element 32 at S9, and guided to the second optical element 22. The light guided to the second optical element 22 passes through S10, S11, S12, and S13, and the imaging surface S
Form an image on I.

【0162】[数値実施例5]図14は図6に示した第
5実施形態の数値実施例を示す光学断面図であり、光学
データを表5に示す。
[Numerical Example 5] FIG. 14 is an optical sectional view showing a numerical example of the fifth embodiment shown in FIG. 6, and optical data are shown in Table 5.

【0163】図中、330は第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)3
5と、反射ミラー部材36とにより構成されている。S
2,S4,S6,S8,S10は同一面、S3,S11
は同一面、S5,S9は同一面であり、これら3面はそ
れぞれ第5実施形態において説明した面35b,35
a,35cに相当する。また、S7は第5実施形態にお
いて説明した面36aに相当する。
In the figure, reference numeral 330 denotes a first optical system, which is a prism-shaped transparent body (optical element) 3 having three optical surfaces.
5 and the reflection mirror member 36. S
2, S4, S6, S8 and S10 are on the same plane, S3 and S11
Is the same surface, S5 and S9 are the same surface, and these three surfaces are the surfaces 35b and 35 described in the fifth embodiment, respectively.
a, corresponding to 35c. Further, S7 corresponds to the surface 36a described in the fifth embodiment.

【0164】120は第2の光学系であり、ここではS
12,S13の2面を有した同一媒質からなる透明体
(第2の光学素子)22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 120 denotes a second optical system, and here, S
The transparent body (second optical element) 22 is made of the same medium and has two surfaces S12 and S13. SI is an image display surface, and S1 is an exit pupil S of the display optical system.

【0165】本数値実施例において、S1からS13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 S13 are rotationally asymmetrical surfaces and have a plane symmetric shape having the paper surface (yz section) as the only symmetric surface.

【0166】なお、図中のx,y,zは観察者の視軸方
向をz軸,紙面内でz軸に垂直な方向をy軸,紙面に垂
直な方向をx軸とした座標系定義である。
Note that x, y, and z in the figure are coordinate system definitions in which the observer's visual axis direction is the z axis, the direction perpendicular to the z axis in the paper is the y axis, and the direction perpendicular to the paper is the x axis. Is.

【0167】画像表示面SIからの光は、第2の光学系
120のS13を通過してS12を射出し、S11(面
35a)を透過して第1の光学系130の光学素子35
に入射する。そして、S10(面35b)で反射し、S
9(面35c)で反射し、S8(面35b)で屈折され
つつ光学素子35を射出する。
The light from the image display surface SI passes through S13 of the second optical system 120, exits S12, passes through S11 (surface 35a), and passes through the optical element 35 of the first optical system 130.
Incident on. Then, the light is reflected by S10 (surface 35b), and S
The light is emitted from the optical element 35 while being reflected by 9 (surface 35c) and refracted by S8 (surface 35b).

【0168】射出した光はS7(面36a)で折り返し
反射し、S6(面35b)を透過して再び光学素子35
に入射し、S5(面35c)で反射し、S4(面35
b)で反射し、S3(面35a)で反射し、S2(面3
5b)を透過して光学素子35を射出し、射出瞳S1に
導かれる。
The emitted light is reflected back at S7 (surface 36a), passes through S6 (surface 35b), and is again reflected by the optical element 35.
Incident on S5 (surface 35c) and reflected on S4 (surface 35c).
b), S3 (Surface 35a), S2 (Surface 3)
5b) and then exits the optical element 35 and is guided to the exit pupil S1.

【0169】観察者は射出瞳位置に眼を置くことによ
り、画像表示面の拡大像を観察することができる。
The observer can observe the magnified image on the image display surface by placing his eyes at the exit pupil position.

【0170】[0170]

【表5】 [Table 5]

【0171】本数値実施例5は、長さのディメンジョン
を有する数値をmmとして考えると、数値実施例1とほ
ぼ同等の仕様の表示光学系となる。
Numerical Example 5 is a display optical system having substantially the same specifications as Numerical Example 1 when a numerical value having a dimension of length is considered as mm.

【0172】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330
に導かれる。そして、S2から第1の光学系330の光
学素子35に入射し、S3で反射し、S4で反射し、S
5で反射し、S6を透過して光学素子35から射出す
る。その後、光はS7(反射ミラー部材36)で折り返
し反射した後、S8を透過して再び光学素子35に入射
し、S9で反射し、S10で反射し、S11を透過して
光学素子35を射出し、第2の光学系120に導かれ
る。第2の光学系120の光学素子22に導かれた光
は、S12,S13を介してCCD等の撮像素子におけ
る撮像面SIに結像する。
The optical system of this numerical example may be used as an image pickup optical system. In this case, the light from the object point at the infinity in the negative direction of the z-axis passes through the stop S1 and the first optical system 330.
Be led to. Then, the light enters the optical element 35 of the first optical system 330 from S2, is reflected at S3, is reflected at S4, and is reflected at S4.
The light is reflected at 5, passes through S6, and is emitted from the optical element 35. After that, the light is reflected back at S7 (reflection mirror member 36), passes through S8, enters the optical element 35 again, is reflected at S9, is reflected at S10, passes through S11, and exits the optical element 35. Then, it is guided to the second optical system 120. The light guided to the optical element 22 of the second optical system 120 forms an image on the image pickup surface SI of the image pickup element such as a CCD via S12 and S13.

【0173】なお、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。
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.

【0174】具体的には、例えば図1の紙面内におい
て、1回目の反射(面31bでの反射)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(面31bでの再反
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, when the reflection angle in the first reflection (reflection on the surface 31b) is a positive sign (the reflected light exists in the counterclockwise direction in the paper surface of the normal line). ), The optical path is such that the reflection angle in the second reflection (re-reflection on the surface 31b) has a negative sign (when the reflected light exists in the clockwise direction on the paper surface of the normal line).

【0175】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.

【0176】[0176]

【発明の効果】以上説明したように、本願第1の発明に
よれば、第1の光学系において、第1、第2および第3
の面の間で光を略往復させて光路を折り返すようにして
いるので、小型の光学系でありながらも光路長を長く確
保できる。このため、小型の原画を用いつつ広表示画角
を達成でき、しかも第2の光学系を含む表示光学系全体
として小型化を図ることができる。
As described above, according to the first invention of the present application, in the first optical system, the first, second and third optical systems are provided.
Since the light is substantially reciprocated between the surfaces of and the optical path is folded back, a long optical path can be ensured even though the optical system is small. For this reason, it is possible to achieve a wide display angle of view while using a small original image, and it is possible to reduce the size of the entire display optical system including the second optical system.

【0177】そして、第1の光学系の第3の面と第2の
光学系の射出面との間に空気間隔を設けることにより、
光学面数を多く確保でき、光学設計の自由度を高くする
ことができるため、表示光学系としての光学性能の向上
やさらなる小型化を図ることができる。
By providing an air gap between the third surface of the first optical system and the exit surface of the second optical system,
Since a large number of optical surfaces can be secured and the degree of freedom in optical design can be increased, it is possible to improve the optical performance of the display optical system and further downsize it.

【0178】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 (for example, a transparent body), 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.

【0179】また、本願第2の発明によれば、第1の光
学系において、第1、第2および第3の面の間で光を略
往復させて光路を折り返すようにしているので、小型の
光学系でありながらも光路長を長く確保できる。このた
め、第2の光学系を含む撮像光学系全体として小型であ
りながらも広撮影画角を達成することができる。
Further, according to the second invention of the present application, in the first optical system, since the light is substantially reciprocated between the first, second and third surfaces to return the optical path, the optical system is compact. Even though it is an optical system, it can secure a long optical path length. For this reason, it is possible to achieve a wide shooting angle of view while the size of the entire imaging optical system including the second optical system is small.

【0180】そして、第1の光学系の第3の面と第2の
光学系の入射面との間に空気間隔を設けることにより、
光学面数を多く確保でき、光学設計の自由度を高くする
ことができるため、撮像光学系としての光学性能の向上
やさらなる小型化を図ることができる。
By providing an air gap between the third surface of the first optical system and the incident surface of the second optical system,
Since a large number of optical surfaces can be secured and the degree of freedom in optical design can be increased, it is possible to improve the optical performance of the image pickup optical system and further downsize it.

【0181】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 (for example, a transparent body), the degree of freedom in layout is increased, and a subject image with a wide angle of view is sufficiently reduced and guided to the image pickup surface. In addition, the imaging optical system can be made compact even if the optical path length is considerably lengthened.

【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の構成
図。
FIG. 1 is a configuration diagram of a display optical system that is a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施形態である表示光学系(1)
の構成図。
FIG. 2 is a display optical system (1) that is a second embodiment of the present invention.
Configuration diagram of.

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

【図4】本発明の第3実施形態である表示光学系の構成
図。
FIG. 4 is a configuration diagram of a display optical system that is a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4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 fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第5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 fifth embodiment of the present invention.
Configuration diagram of.

【図7】上記第4実施形態である表示光学系の変形例の
構成図。
FIG. 7 is a configuration diagram of a modified example of the display optical system according to the fourth embodiment.

【図8】上記第4実施形態である表示光学系の変形例の
構成図。
FIG. 8 is a configuration diagram of a modified example of the display optical system according to the fourth embodiment.

【図9】本発明の第5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 fifth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の数値実施例1の光学系断面図。FIG. 10 is a sectional view of an optical system according to Numerical Example 1 of the present invention.

【図11】本発明の数値実施例2の光学系断面図。FIG. 11 is a sectional view of an optical system according to Numerical Example 2 of the present invention.

【図12】本発明の数値実施例3の光学系断面図。FIG. 12 is a sectional view of an optical system according to Numerical Example 3 of the present invention.

【図13】本発明の数値実施例4の光学系断面図。FIG. 13 is a sectional view of an optical system according to Numerical Example 4 of the present invention.

【図14】本発明の数値実施例5の光学系断面図。FIG. 14 is a sectional view of an optical system according to Numerical Example 5 of the present invention.

【図15】従来の表示光学系の構成図。FIG. 15 is a configuration diagram of a conventional display optical system.

【図16】従来の表示光学系の構成図。FIG. 16 is a block diagram of a conventional display optical system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

30,30’,30”,130,230,330,43
0 第1の光学系 20,20’,20”,120,220 第2の光学系 10 画像表示素子
30,30 ', 30 ", 130,230,330,43
0 first optical system 20, 20 ', 20 ", 120, 220 second optical system 10 image display element

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

【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23】 請求項22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。
23. An image pickup apparatus comprising the image pickup optical system according to claim 22 .

【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】0011[Correction target item name] 0011

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【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
Japanese Patent No. 99853 and Japanese Patent Laid-Open No. 2000-227554.
And Japanese Patent Laid-Open No. 2000-231060.

【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】0062[Correction target item name] 0062

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0062】このように、折り返し反射面31cの前後
で光線が所定の角度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。この条件を外れると、第1の光学素子31が大
型化し、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。
As described above, the light rays may be incident and reflected at a predetermined angle θ before and after the folding reflection surface 31c. However, it is preferable that the angle θ satisfies | θ | <30 °. If this condition is not satisfied, the first optical element 31 becomes large and it becomes difficult to make the entire optical system small, which is not preferable.

【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】0067[Correction target item name] 0067

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0067】(第3実施形態)図4には、本発明の第3
実施形態である表示光学系を示している。理解を容易に
するために、第1の光学系は簡略化して示す。表示光学
系としては、図1から図3に示した第2の光学系20
(20’、20”)とそれぞれ組み合わせて構成しても
よい。
(Third Embodiment) FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention.
1 illustrates a display optical system that is an embodiment. To facilitate understanding, the first optical system is shown in a simplified manner. As the display optical system, the second optical system 20 shown in FIGS. 1 to 3 is used.
(20 ′, 20 ″) may be combined with each other.

【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】0070[Name of item to be corrected] 0070

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0070】画像表示素子10にて変調され発せられた
光は、入射面20aから第2の光学系120に入射し、
射出面20bから第2の光学系120を射出し、面32
aから第1の光学素子32に入射する。
The light modulated and emitted by the image display element 10 enters the second optical system 120 through the incident surface 20a,
The second optical system 120 is emitted from the emission surface 20b, and the surface 32
It is incident on the first optical element 32 from a.

【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】0076[Correction target item name] 0076

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0076】(第4実施形態)図5には、本発明の第4
実施形態である表示光学系を示している。理解を容易に
するために、第1の光学系は簡略化して示す。表示光学
系としては、図1から図3に示した第2の光学系20
(20’、20”)とそれぞれ組み合わせて構成しても
よい。
(Fourth Embodiment) FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention.
1 illustrates a display optical system that is an embodiment. To facilitate understanding, the first optical system is shown in a simplified manner. As the display optical system, the second optical system 20 shown in FIGS. 1 to 3 is used.
(20 ′, 20 ″) may be combined with each other.

【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】0080[Correction target item name] 0080

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0080】入射面33a(第3の面)から光学素子3
3(第1の光学系230)に入射した光は、面33b
(第1の面)で反射し、面33cから光学素子33を射
出し、反射ミラー部材34の反射面34a(第2の面)
で折り返し反射し、再び面33cから光学素子33に入
射して面33bにおいて、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再反射し、面33aで反
射し、面33bを透過して光学素子33を射出し、観察
者の眼Eに導かれる。なお、面33aにはハーフミラー
コーティングが施されている。
From the entrance surface 33a (third surface) to the optical element 3
The light incident on the light source 3 (first optical system 230) is reflected by the surface 33b.
The light is reflected by the (first surface), the optical element 33 is emitted from the surface 33c, and the reflection surface 34a (second surface) of the reflection mirror member 34 is formed.
Then, the light is reflected back from the surface 33c, is incident on the optical element 33 again from the surface 33c, and is reflected again on the surface 33b on the opposite side to the normal of the surface on the hit point. Is emitted through the optical element 33 and is guided to the eye E of the observer. A half mirror coating is applied to the surface 33a.

【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】0086[Correction target item name] 0086

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0086】(第5実施形態)図6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。理解を容易に
するために、第1の光学系は簡略化して示す。表示光学
系としては、図1から図3に示した第2の光学系20
(20’、20”)とそれぞれ組み合わせて構成しても
よい。
(Fifth Embodiment) FIG. 6 shows a fifth embodiment of the present invention.
1 illustrates a display optical system that is an embodiment. To facilitate understanding, the first optical system is shown in a simplified manner. As the display optical system, the second optical system 20 shown in FIGS. 1 to 3 is used.
(20 ′, 20 ″) may be combined with each other.

【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】0108[Correction target item name] 0108

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0108】本実施形態では、第1の光学素子37の入
射面(第3の面)37aと第2の光学素子26の射出面
26との間に空気層(空気間隔)を設けているが、第
1の光学素子37と第2の光学素子26とを、第1の光
学素子37の入射面37aと第2の光学素子26の射出
面26以外(光線有効範囲外)の部分で互いに接する
ように構成している。
[0108] In this embodiment, an air layer (air gap) provided between the exit surface 26 a of the first entrance surface of the optical element 37 (third surface) 37a and the second optical element 26 However, the first optical element 37 and the second optical element 26 are placed in a portion other than the incident surface 37a of the first optical element 37 and the exit surface 26a of the second optical element 26 (outside the light ray effective range). It is configured to be in contact with each other.

【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】0123[Name of item to be corrected] 0123

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0123】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
ci(i=1,2,3…)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 is the aspherical coefficient whose surface shape is shown at the bottom of the table.
It shows that the shape is a rotationally asymmetrical shape corresponding to ci (i = 1, 2, 3 ...).

【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】0124[Correction target item name] 0124

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0124】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 (in the table, referred to as vd) 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】0150[Correction target item name] 0150

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0150】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32
に導かれる。そして、S2から第1の光学素子32に入
射し、S3で反射し、S4で反射し、S5で反射し、S
6で折り返し反射した後、S7で反射し、S8で反射
し、S9から第1の光学素子32を射出して第2の光学
素子21に導かれる。第2の光学素子21に導かれた光
は、S10,S11,S12を介して撮像面SIに結像
する。
The optical system of this numerical example may be used as an image pickup optical system. In this case, the light from the object point at the infinity in the negative direction of the z-axis passes through the stop S1 and the first optical element 32.
Be led to. Then, the light enters the first optical element 32 from S2, is reflected at S3, is reflected at S4, is reflected at S5, and is reflected at S5.
After being reflected back at 6, the light is reflected at S7, reflected at S8, emitted from the first optical element 32 at S9, and guided to the second optical element 21 . The light guided to the second optical element 21 forms an image on the imaging surface SI via S10, S11, and S12.

【手続補正13】[Procedure Amendment 13]

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

【補正対象項目名】0175[Correction target item name] 0175

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0175】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

───────────────────────────────────────────────────── 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) G03B 21/00 G03B 21/00 G 21/14 21/14 Z H04N 5/64 511 H04N 5/64 511A (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 森島 英樹 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 Fターム(参考) 2H087 KA03 KA06 KA23 RA41 TA01 TA02 TA06 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) G03B 21/00 G03B 21/00 G 21/14 21/14 Z H04N 5/64 511 H04N 5/64 511A ( 72) Inventor Tomomi Matsunaga 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Kazutaka Inoguchi 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Invention Person Hideki Morishima 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. F-term (reference) 2H087 KA03 KA06 KA23 RA41 TA01 TA02 TA06

Claims (42)

【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3つの面を有する第1の光学系を有し、 該第1の光学系は、 少なくとも反射作用を有する第1の面、この第1の面で
反射した光を再度前記第1の面に向けて反射する第2の
面および原画からの光を透過させ第1の光学系に入射さ
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
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の面を有し、 原画からの光を前記第3の面に導く第2の光学系を有
し、 前記第3の面と前記第2の光学系の射出面とが空気間隔
を空けて配置されており、かつ前記第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, comprising a first optical system having at least three surfaces, the first optical system comprising: At least a first surface having a reflecting action, a second surface that reflects the light reflected by the first surface toward the first surface again, and a light from the original image are transmitted to be incident on the first optical system. And has a third surface that reflects the light reflected from the second surface back to the first surface and guides it to the observer's eye or the projected surface, and the light from the original image is the third surface. Of the second optical system, and the third surface and the exit surface of the second optical system are arranged with an air space between them and are incident on the first surface again. A display characterized in that the central angle of view chief ray is reflected on the side opposite to the previous side with respect to the normal of the surface on the hit point and advances. Manabu system.
【請求項2】 前記第1の光学系は、前記第3の面を透
過して入射した光を、前記第1の面で反射し、前記第2
の面で反射し、前記第1の面で反射し、前記第3の面で
反射し、前記第1の面を透過させて観察者の眼又は被射
面に導くことを特徴とする請求項1に記載の表示光学
系。
2. The first optical system reflects the light, which is transmitted through the third surface and is incident, on the first surface,
The surface is reflected by the first surface, the first surface is reflected, the third surface is reflected, and the first surface is transmitted and guided to the observer's eye or the surface to be illuminated. 1. The display optical system described in 1.
【請求項3】 前記第1の光学系は、前記第3の面を透
過して入射した光を、前記第1の面で反射し、前記第2
の面で反射し、前記第1の面で反射し、前記第2の面で
反射し、前記第1の面で反射し、前記第3の面で反射
し、前記第1の面を透過させて観察者の眼又は被射面に
導くことを特徴とする請求項1に記載の表示光学系。
3. The first optical system reflects the light, which is transmitted through the third surface and is incident, on the first surface,
Reflected by the surface, reflected by the first surface, reflected by the second surface, reflected by the first surface, reflected by the third surface, transmitted through the first surface The display optical system according to claim 1, wherein the display optical system is guided to an observer's eye or a surface to be illuminated.
【請求項4】 前記第1の光学系内で、前記原画の中間
像が形成されていることを特徴とする請求項1から3の
いずれか1項に記載の表示光学系。
4. The display optical system according to claim 1, wherein an intermediate image of the original image is formed in the first optical system.
【請求項5】 前記第1および第2の光学系のそれぞれ
が全体として正の光学的パワーを有することを特徴とす
る請求項1から4のいずれか1項に記載の表示光学系。
5. The display optical system according to claim 1, wherein each of the first and second optical systems has a positive optical power as a whole.
【請求項6】 前記第3の面と前記第2の光学系の射出
面とが互いに他方に向かって凸となる面であることを特
徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の表示光
学系。
6. The third surface and the exit surface of the second optical system are surfaces that are convex toward each other, and the third surface and the exit surface of the second optical system are convex surfaces toward each other. Display optics.
【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、曲率を有することを特徴とする請求項1から6
のいずれか1項に記載の表示光学系。
7. The method according to claim 1, wherein at least one of the first to third surfaces has a curvature.
The display optical system according to any one of 1.
【請求項8】 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から7のいずれか1項に記載の表示光学
系。
8. The display optical system according to claim 1, wherein at least one of the first to third surfaces is eccentric with respect to an incident light beam.
【請求項9】 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
から8のいずれか1項に記載の表示光学系。
9. At least one of the first to third surfaces is a rotationally asymmetric surface.
9. The display optical system according to any one of items 1 to 8.
【請求項10】 前記第1から第3の面が透明体上に形
成されていることを特徴とする請求項1から9のいずれ
か1項に記載の表示光学系。
10. The display optical system according to claim 1, wherein the first to third surfaces are formed on a transparent body.
【請求項11】 前記第1および第3の面が透明体上に
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から9のいずれか1項に記載の表示光
学系。
11. The first and third surfaces are formed on a transparent body, and the second surface is constituted by a reflecting member, according to any one of claims 1 to 9. The display optical system according to item.
【請求項12】 前記反射部材の反射面が、曲率を有
し、かつ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11に記載の表示光学系。
12. The display optical system according to claim 11, wherein the reflecting surface of the reflecting member has a curvature and is decentered with respect to an incident light beam.
【請求項13】 前記反射部材が裏面鏡で構成されてい
る請求項11または12に記載の表示光学系。
13. The display optical system according to claim 11, wherein the reflecting member is a rear surface mirror.
【請求項14】 前記透明体上に形成された面のいずれ
かで光が全反射することを特徴とする請求項10から1
3のいずれかに記載の表示光学系。
14. The light is totally reflected on any of the surfaces formed on the transparent body.
3. The display optical system according to any one of 3 above.
【請求項15】 前記第2の光学系が屈折面のみにより
構成されていることを特徴とする請求項1から14のい
ずれか1項に記載の表示光学系。
15. The display optical system according to claim 1, wherein the second optical system includes only a refracting surface.
【請求項16】 前記第2の光学系が屈折面と反射面に
より構成されていることを特徴とする請求項1から14
のいずれか1項に記載の表示光学系。
16. The optical system according to claim 1, wherein the second optical system includes a refracting surface and a reflecting surface.
The display optical system according to any one of 1.
【請求項17】 前記第2の光学系の光学面が回転非対
称面を含むことを特徴とする請求項1から16のいずれ
か1項に記載の表示光学系。
17. The display optical system according to claim 1, wherein an optical surface of the second optical system includes a rotationally asymmetric surface.
【請求項18】 前記第2の光学系が、凹レンズを含む
ことを特徴とする請求項1から17のいずれか1項に記
載の表示光学系。
18. The display optical system according to claim 1, wherein the second optical system includes a concave lens.
【請求項19】 前記第1および第2の光学系がそれぞ
れ透明体を含んで構成されており、 これら透明体が互いに同じ屈折率を有する材料で形成さ
れていることを特徴とする請求項1から18のいずれか
1項に記載の表示光学系。
19. The first and second optical systems each include a transparent body, and the transparent bodies are made of materials having the same refractive index. 19. The display optical system according to any one of items 1 to 18.
【請求項20】 前記第1の光学系の前記第3の面を有
する光学部材と前記第2の光学系の前記射出面を有する
光学部材とが、光線有効範囲外で接していることを特徴
とする請求項1から19のいずれか1項に記載の表示光
学系。
20. The optical member having the third surface of the first optical system and the optical member having the exit surface of the second optical system are in contact with each other outside a light ray effective range. The display optical system according to any one of claims 1 to 19.
【請求項21】 請求項1から20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。
21. An image display device comprising the display optical system according to any one of claims 1 to 20.
【請求項22】 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3つの面を有する第1の光学系を有し、該第
1の光学系は、 少なくとも反射作用を有する第1の面、この第1の面で
反射した光を再度前記第1の面に向けて反射する第2の
面および被写体から第1の光学系に入射した光を反射す
るとともに前記第2の面から前記第1の面に戻されて反
射した光を撮像面側に透過させる第3の面を有し、 前記第3の面から射出した光を撮像面に導く第2の光学
系を有し、 前記第3の面と前記第2の光学系の入射面とが空気間隔
を空けて配置されており、かつ前記第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。
22. An imaging optical system for guiding light from a subject to an imaging surface, comprising: a first optical system having at least three surfaces, the first optical system having at least a reflecting action. A first surface, a second surface that reflects the light reflected by the first surface toward the first surface again, and a second surface that reflects the light that has entered the first optical system from the subject. A second optical system that guides the light emitted from the third surface to the image pickup surface, and has a third surface that transmits the light reflected back from the first surface to the image pickup surface side. , The third surface and the incident surface of the second optical system are arranged with an air gap, and the central angle-of-view chief ray incident on the first surface again is at the hit point. An imaging optical system that is characterized in that it advances toward the side opposite to the previous side with respect to the normal line of the surface.
【請求項23】 前記第1の光学系は、前記第1の面を
透過して入射した光を、前記第3の面で反射し、前記第
1の面で反射し、前記第2の面で反射し、前記第1の面
で反射し、前記第3の面を透過させることを特徴とする
請求項22に記載の撮像光学系。
23. The first optical system reflects the light incident through the first surface on the third surface, reflects the light on the first surface, and reflects the light on the second surface. 23. The image pickup optical system according to claim 22, wherein the image pickup optical system is reflected by the first surface, is reflected by the first surface, and is transmitted by the third surface.
【請求項24】 前記第1の光学系は、前記第1面を透
過して入射した光を、前記第3の面で反射し、前記第1
面で反射し、前記第2面で反射し、前記第1面で反射
し、前記第2面で反射し、前記第1面で反射し、前記第
3の面を透過させることを特徴とする請求項22に記載
の撮像光学系。
24. The first optical system reflects the light, which is transmitted through the first surface and is incident, on the third surface,
Reflecting on the surface, reflecting on the second surface, reflecting on the first surface, reflecting on the second surface, reflecting on the first surface, and transmitting through the third surface. The imaging optical system according to claim 22.
【請求項25】 前記被写体からの光が第1の光学系に
入射し、前記第2の光学系から射出するまでの光路中
で、前記被写体の中間像が形成されていることを特徴と
する請求項22から24のいずれか1項に記載の撮像光
学系。
25. An intermediate image of the subject is formed in an optical path from the light from the subject entering the first optical system to the exit from the second optical system. The imaging optical system according to any one of claims 22 to 24.
【請求項26】 前記第1および第2の光学系のそれぞ
れが全体として正の光学的パワーを有することを特徴と
する請求項22から25のいずれか1項に記載の撮像光
学系。
26. The image pickup optical system according to claim 22, wherein each of the first and second optical systems has a positive optical power as a whole.
【請求項27】 前記第3の面と前記第2の光学系の入
射面とが互いに他方に向かって凸となる面であることを
特徴とする請求項22から26のいずれか1項に記載の
撮像光学系。
27. The method according to claim 22, wherein the third surface and the incident surface of the second optical system are surfaces that are convex toward each other. Imaging optical system.
【請求項28】 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22か
ら27のいずれか1項に記載の撮像光学系。
28. The image pickup optical system according to claim 22, wherein at least one of the first to third surfaces has a curvature.
【請求項29】 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22から28のいずれか1項に記載の撮
像光学系。
29. The image pickup optical system according to claim 22, wherein at least one of the first to third surfaces is decentered with respect to an incident light ray.
【請求項30】 前記第1から第3の面のうち少なくと
も1つが、回転対称面であることを特徴とする請求項2
2から29のいずれか1項に記載の撮像光学系。
30. At least one of the first to third surfaces is a rotationally symmetric surface.
The imaging optical system according to any one of 2 to 29.
【請求項31】 前記第1から第3の面が透明体上に形
成されていることを特徴とする請求項22から30のい
ずれか1項に記載の撮像光学系。
31. The image pickup optical system according to claim 22, wherein the first to third surfaces are formed on a transparent body.
【請求項32】 前記第1および第3の面が透明体上に
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22から30のいずれか1項に記載の撮
像光学系。
32. The first and third surfaces are formed on a transparent body, and the second surface is constituted by a reflecting member, according to any one of claims 22 to 30. The imaging optical system according to the item.
【請求項33】 前記反射部材の反射面が、曲率を有
し,かつ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32に記載の撮像光学系。
33. The imaging optical system according to claim 32, wherein the reflecting surface of the reflecting member has a curvature and is decentered with respect to an incident light beam.
【請求項34】 前記反射部材が、裏面鏡で構成されて
いることを特徴とする請求項32または33に記載の撮
像光学系。
34. The image pickup optical system according to claim 32, wherein the reflecting member is a rear surface mirror.
【請求項35】 前記透明体上に形成された面のいずれ
かで光が全反射することを特徴とする請求項31から3
4のいずれかに記載の撮像光学系。
35. The light is totally reflected by any one of the surfaces formed on the transparent body.
The imaging optical system according to any one of 4 above.
【請求項36】 前記第2の光学系が屈折面のみにより
構成されていることを特徴とする請求項22から35の
いずれか1項に記載の撮像光学系。
36. The image pickup optical system according to claim 22, wherein the second optical system is composed of only a refracting surface.
【請求項37】 前記第2の光学系が屈折面と反射面に
より構成されていることを特徴とする請求項22から3
5のいずれか1項に記載の撮像光学系。
37. The method according to claim 22, wherein the second optical system is composed of a refracting surface and a reflecting surface.
The imaging optical system according to any one of 5 above.
【請求項38】 前記第2の光学系の光学面が回転非対
称面を含むことを特徴とする請求項22から37のいず
れか1項に記載の撮像光学系。
38. The image pickup optical system according to claim 22, wherein an optical surface of the second optical system includes a rotationally asymmetric surface.
【請求項39】 前記第2の光学系が、凹レンズを含む
ことを特徴とする請求項22から38のいずれか1項に
記載の撮像光学系。
39. The image pickup optical system according to claim 22, wherein the second optical system includes a concave lens.
【請求項40】 前記第1および第2の光学系がそれぞ
れ透明体を含んで構成されており、 これら透明体が互いに同じ屈折率を有する材料で形成さ
れていることを特徴とする請求項22から39のいずれ
か1項に記載の撮像光学系。
40. The first and second optical systems are each configured to include a transparent body, and the transparent bodies are formed of materials having the same refractive index. 40. The image pickup optical system according to any one of items 39 to 39.
【請求項41】 前記第1の光学系の第3の面を有する
光学部材と前記第2の光学系の入射面を有する光学部材
とが、光線有効範囲外で接していることを特徴とする請
求項22から40のいずれか1項に記載の撮像光学系。
41. The optical member having the third surface of the first optical system and the optical member having the incident surface of the second optical system are in contact with each other outside the effective light ray range. The imaging optical system according to any one of claims 22 to 40.
【請求項42】 請求項22から41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。
42. An image pickup apparatus comprising the image pickup optical system according to claim 22.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7212353B2 (en) 2004-03-31 2007-05-01 Canon Kabushiki Kaisha Optical element, optical system, and optical device
JP2008046253A (en) * 2006-08-11 2008-02-28 Canon Inc Image display device
WO2015001839A1 (en) * 2013-07-04 2015-01-08 ソニー株式会社 Display device
JP2019204092A (en) * 2014-05-30 2019-11-28 マジック リープ, インコーポレイテッドMagic Leap,Inc. Methods and systems for displaying stereoscopy with freeform optical system with addressable focus for virtual and augmented reality

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7212353B2 (en) 2004-03-31 2007-05-01 Canon Kabushiki Kaisha Optical element, optical system, and optical device
JP2008046253A (en) * 2006-08-11 2008-02-28 Canon Inc Image display device
WO2015001839A1 (en) * 2013-07-04 2015-01-08 ソニー株式会社 Display device
CN104755994A (en) * 2013-07-04 2015-07-01 索尼公司 Display device
JPWO2015001839A1 (en) * 2013-07-04 2017-02-23 ソニー株式会社 Display device
US10302946B2 (en) 2013-07-04 2019-05-28 Sony Corporation Display apparatus
JP2019204092A (en) * 2014-05-30 2019-11-28 マジック リープ, インコーポレイテッドMagic Leap,Inc. Methods and systems for displaying stereoscopy with freeform optical system with addressable focus for virtual and augmented reality

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