JP2003149593A - Display optical system, image display unit, and optical system and device for imaging - Google Patents

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

Info

Publication number
JP2003149593A
JP2003149593A JP2001349353A JP2001349353A JP2003149593A JP 2003149593 A JP2003149593 A JP 2003149593A JP 2001349353 A JP2001349353 A JP 2001349353A JP 2001349353 A JP2001349353 A JP 2001349353A JP 2003149593 A JP2003149593 A JP 2003149593A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical system
reflection
light
reflected
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2001349353A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3870076B2 (en
Inventor
Shoichi Yamazaki
章市 山崎
Tomomi Matsunaga
智美 松永
Kazutaka Inoguchi
和隆 猪口
Akinari Takagi
章成 高木
Hideki Morishima
英樹 森島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2001349353A priority Critical patent/JP3870076B2/en
Priority to US10/292,014 priority patent/US7019909B2/en
Priority to DE60224635T priority patent/DE60224635T2/en
Priority to AT02257804T priority patent/ATE384280T1/en
Priority to EP02257804A priority patent/EP1312968B1/en
Priority to CNB021504857A priority patent/CN1231787C/en
Publication of JP2003149593A publication Critical patent/JP2003149593A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3870076B2 publication Critical patent/JP3870076B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Studio Devices (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make a display optical system and an imaging optical system have a wide angle of view by increasing the power of the optical system to constitute the display optical system or imaging optical system by using a small-sized image display element. SOLUTION: The display optical system which guides light from an original picture 3 to the eye of an observer or a projected surface is provided with 1st, 2nd, and 3rd surfaces as optical surfaces and has a 1st surface A which has at least reflecting operation and a 2nd surface C which reflects a light beam reflected by the 1st surface toward the 1st surface again, and a center view angle main light beam which is made incident on the 1st surface again is reflected to travel to the opposite side from the last time about the normal of the surface at its hit point. The imaging optical system which guides light from a subject to an imaging surface has a 1st surface which has at least operating and a 2nd surface which reflects the light beam reflected by the 1st surface to the 1st surface again, and the center field angle main light beam which is made incident on the 1st surface again is reflected to travel to the opposite side from the last time about the normal of the surface at its hit point.

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内部全反射
面114と反射面115との間で光束が折り畳まれ、そ
の後、面114より偏心プリズム112から射出して観
察者の眼Eに導かれる。これによって表示素子(LC
D)111に表示された画像の虚像が形成され、この虚
像を観察者が観察する。
FIG. 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 light flux is folded between the internal total reflection surface 114 having a curvature formed on the prism 112 and the reflection surface 115, and then emitted from the decentered prism 112 through the surface 114 and guided to the eye E of the observer. As a result, the display element (LC
D) A virtual image of the image displayed on 111 is formed, and an observer observes this virtual image.

【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表示
広画角を達成でき、しかも全体として小型の表示光学
系、および小型で撮影広画角を達成できる撮像光学系を
提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a display optical system that can achieve a wide display angle of view while using a small display element, and a compact display optical system as a whole, and an image pickup optical system that can achieve a wide image capturing wide 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であって、少なくとも反
射作用を有する第1の面と、この第1の面で反射した光
線を再度第1の面に向けて反射する第2の面とを有し、
第1の面に再度入射した中心画角主光線はそのヒットポ
イント上での面の法線に対し、前回とは反対側に反射し
て進むことを特徴としている。
In order to achieve the above-mentioned object, in the first invention of the present application, a display optical system for guiding light from an original image to an observer's eye or a projected surface, at least a reflection function is provided. And a second surface that reflects the light ray reflected by the first surface toward the first surface again,
It is characterized in that the central angle-of-view chief ray re-incident on the first surface is reflected and travels to the side opposite to the previous side with respect to the normal line of the surface on the hit point.

【0015】すなわち、第1の面と第2の面との間で光
を略往復させて光路をほぼ重複させる(往復光路とす
る)ことにより、小型の光学系でありながらも光路長を
長く確保できるようにしている。このため、小型の原画
(画像表示素子に表示された画像等)を用いつつ表示広
画角を達成でき、しかも全体として小型の表示光学系を
実現することが可能となる。
That is, the light path is made to reciprocate between the first surface and the second surface so that the light paths are substantially overlapped (the light path is a reciprocating light path). I am able to secure it. Therefore, it is possible to achieve a wide display angle of view while using a small original image (an image displayed on the image display element or the like), and it is possible to realize a small display optical system as a whole.

【0016】また、原画からの光線は、第2の面での反
射、第1の面での再反射の後、光線に対し偏心した別の
第3の面で眼又は被投射面側に反射することを特徴とし
ている。これは第1の面と第2の面で形成された往復行
路から射出する光線を、第3の面で、往復行路に入射す
る光線とは異なる方向(眼又は被投射面側)に設定し、
往復光路への入射光との干渉を避けるためのものであ
る。
A light ray from the original image is reflected on the second surface, re-reflected on the first surface, and then reflected on the eye or the projection surface side by another third surface decentered from the light ray. It is characterized by doing. This is to set a light beam emitted from the reciprocating path formed by the first surface and the second surface in a different direction (eye or projection surface side) from the light beam entering the reciprocating path on the third surface. ,
This is for avoiding interference with incident light on the round-trip optical path.

【0017】本発明の表示光学系は、原画からの中心画
角主光線がほぼ反対側に折り返し反射する、反射作用の
みを有する折り返し面があることを特徴とする。これは
マラソンの折り返し地点に相当するものであり、折り返
し反射面を境に往路と復路がぼぼ重複し、第1の面また
は第2の面以外の面も含んだ長い往復光路が形成され、
更なる光学系の小型化が可能になる。
The display optical system of the present invention is characterized in that it has a turning-back surface having only a reflecting action, in which the central angle-of-view principal ray from the original image is reflected back to substantially the opposite side. This is equivalent to the turning point of the marathon, the forward path and the return path overlap each other with the turning reflection surface as a boundary, and a long round-trip optical path including a surface other than the first surface or the second surface is formed.
Further miniaturization of the optical system becomes possible.

【0018】更に折り返し反射面は、前記第1の面また
は前記第2の面であることを特徴とする。こうすると必
要最小限の面数で光学系を構成できるので、小型化を図
ることが可能となる。
Further, the folding reflection surface is the first surface or the second surface. In this case, the optical system can be configured with the minimum number of surfaces, and it is possible to reduce the size.

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

【0020】また、この表示光学系を構成する光学面を
光線に対して偏心させることにより、さらなる薄型化を
図ることが可能となり、光学面に曲率を持たせることで
表示光学系における不要な面を取り除き、小型化を図る
ことが可能となる。さらに、光学曲面を回転非対称面
(自由曲面)とすることにより、諸収差を良好に補正で
き、自由曲面を複数面採用すると原画のアスペクト比と
表示画像のアスペクト比とを近いものにすることが可能
となり、高品位な表示画像を得ることが可能となる。
Further, by making the optical surface constituting this display optical system eccentric with respect to the light beam, it is possible to achieve further thinning, and by giving the optical surface a curvature, unnecessary surfaces in the display optical system can be obtained. It is possible to eliminate the above and reduce the size. Furthermore, by making the optical curved surface a rotationally asymmetric surface (free curved surface), various aberrations can be corrected well, and if multiple free curved surfaces are adopted, the aspect ratio of the original image and the aspect ratio of the display image can be made close. It becomes possible to obtain a high quality display image.

【0021】なお、この表示光学系は、観察者が頭部に
装着して画像を観察するためのヘッドマウントディスプ
レイ(HMD)やスクリーン等の被投射面に画像を拡大
投射する投射型画像表示装置(プロジェクタ)等の画像
表示装置に好適である。
This display optical system is a projection type image display device for enlarging and projecting an image on a projection surface such as a head mounted display (HMD) or a screen for an observer to wear on the head to observe the image. It is suitable for image display devices such as (projectors).

【0022】また、本願第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であって、少なくとも反射
作用を有する第1の面と、この第1の面で反射した光線
を再度第1の面に向けて反射する第2の面とを有し、第
1の面に再度入射した中心画角主光線はそのヒットポイ
ント上での面の法線に対し、前回とは反対側に反射して
進むことを特徴とする。
In the second aspect of the present invention, the imaging optical system that guides the light from the subject to the imaging surface, has at least the first surface having a reflecting action and the light beam reflected by the first surface again. The central angle-of-view chief ray re-incident on the first surface has a second surface that reflects toward the first surface, and is opposite to the previous time with respect to the normal line of the surface on the hit point. It is characterized in that it reflects and advances.

【0023】すなわち、第1の面と第2の面との間で光
を略往復させて光路をほぼ重複させる(往復光路)こと
により、小型の光学系でありながらも光路長を長く確保
できるようにしている。このため、小型でありながらも
撮影広画角を達成することが可能となる。
That is, by making the light substantially reciprocate between the first surface and the second surface to substantially overlap the optical path (reciprocal optical path), it is possible to secure a long optical path in spite of a small optical system. I am trying. For this reason, it is possible to achieve a wide shooting angle of view while being compact.

【0024】また被写体からの光線は、光線に対し偏心
した第3の面で反射後、前記第1の面で反射、前記第2
の面で反射後、再度前記第1の反射面で反射して進み撮
像面に導かれることを特徴としている。これは第3の面
での反射により、第1の面と第2の面で形成された往復
行路への、被写体からの入射光線と撮像面に導かれる射
出光線との干渉を避けている。
The light ray from the subject is reflected by the third surface eccentric to the light ray, and then by the first surface, and then by the second surface.
After being reflected by the surface (1), it is reflected again by the first reflecting surface and is guided to the imaging surface. This avoids interference between an incident light ray from a subject and an outgoing light ray guided to the imaging surface on the reciprocating path formed by the first surface and the second surface due to the reflection on the third surface.

【0025】本発明の撮像光学系は、被写体からの中心
画角主光線がほぼ反対側に折り返し反射する、反射作用
のみを有する折り返し面があることを特徴とする。これ
はマラソンの折り返し地点に相当するものであり、折り
返し反射面を境に往路と復路がほぼ重複し、第1の面ま
たは第2の面以外の面も含んだ長い往復光路が形成さ
れ、更なる光学系の小型化が可能になる。
The image pickup optical system of the present invention is characterized in that it has a turn-back surface having only a reflecting action, in which the central field angle principal ray from the subject is reflected back to substantially the opposite side. This is equivalent to the turning point of the marathon, and the returning path and the returning path almost overlap with each other at the turning reflection surface, forming a long round-trip optical path including the surfaces other than the first surface or the second surface. It becomes possible to downsize the optical system.

【0026】更に折り返し反射面は、第1の面または第
2の面であることを特徴とする。こうすると必要最小限
の面数で光学系を構成できるので、小型化を図ることが
可能となる。
Further, the folding reflection surface is characterized by being the first surface or the second surface. In this case, the optical system can be configured with the minimum number of surfaces, and it is possible to reduce the size.

【0027】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.

【0028】また、この撮像光学系を構成する光学面を
光に対し光線に対して偏心させることにより、さらなる
薄型化を図ることが可能となり、光学面に曲率を持たせ
ることで撮像光学系における不要な面を取り除き、小型
化を図ることが可能となる。さらに、光学曲面を回転非
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、自由曲面を複数面採用すると被写体のアスペ
クト比と撮影画像のアスペクト比とを近いものにするこ
とが可能となり、高品位な撮影画像を得ることが可能と
なる。
Further, by decentering the optical surface constituting the image pickup optical system with respect to the light rays, it becomes possible to achieve further thinning, and by giving the optical surface a curvature, It becomes possible to reduce the size by removing unnecessary surfaces. Furthermore, by making the optical curved surface a rotationally asymmetric surface (free curved surface), it is possible to satisfactorily correct various aberrations, and if multiple free curved surfaces are used, the aspect ratio of the subject and the aspect ratio of the captured image can be made close. It becomes possible to obtain a high-quality photographed image.

【0029】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.

【0030】また、第1および第2の発明において、回
転非対称面はローカル母線断面を唯一の対称面として持
つ面対称形状が好ましい。これにより、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可能と
なる。
Further, in the first and second inventions, the rotationally asymmetric surface is preferably a plane symmetric shape having a local generatrix section as the only symmetric surface. As a result, it becomes possible to facilitate processing and production as compared with the case where there is no symmetry.

【0031】また、透明体上に光学面を形成し、いずれ
かの光学面で光を内部全反射させるようにすることによ
り、長い光路長でも光量ロスを少なくすることが可能で
ある。特に第1の面を内部反射面とすると、表示光学
系、撮像光学系をコンパクにまとめられる。
Further, by forming an optical surface on the transparent body and totally reflecting the light internally by any one of the optical surfaces, it is possible to reduce the light quantity loss even with a long optical path length. In particular, when the first surface is the internal reflection surface, the display optical system and the image pickup optical system can be compactly assembled.

【0032】さらに、表示光学系および撮像光学系のい
ずれにおいても、光学的屈折力を有した面におけるロー
カル母線断面焦点距離が、原画からの光を第1の面で複
数回反射し、眼又は被投射面側に反射させる第3の面の
反射面又は被写体からの光を第1の面に向けて反射する
第3の面の反射面において最も正で短くなるようにする
とよい。これは、偏心した面に強い屈折力を持たせる
と、光の往路と復路とがあるためにローカル母線断面で
2倍の偏心収差が発生してしまうため、1回しか反射し
ない第3の面に強い正のパワーを持たせることにより、
ローカル母線断面での偏心収差発生を抑制することが可
能となる。
Further, in both the display optical system and the image pickup optical system, the focal length of the local meridional cross section on the surface having optical refractive power reflects light from the original image a plurality of times on the first surface, and It is preferable that the reflection surface of the third surface that is reflected toward the projection surface side or the reflection surface of the third surface that reflects light from the subject toward the first surface is the most positive and shortest. This is because if an eccentric surface is given a strong refractive power, a double decentering aberration occurs in the local generatrix cross section due to the forward and backward paths of light, so the third surface that reflects only once By giving a strong positive power to
It becomes possible to suppress the occurrence of decentering aberration in the local generatrix cross section.

【0033】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 both 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.

【0034】ここで、折り返し反射面は、反射作用のみ
の面であり、ほぼ100%近く光を反射する金属ミラー
コーティングをして光量ロスをできるだけ少なくするこ
とが望ましい。
Here, the return reflection surface is a surface having only a reflection effect, and it is desirable to reduce the light amount loss by applying a metal mirror coating that reflects light by almost 100%.

【0035】また、折り返し反射面において、光がほぼ
反対側に反射される場合、後述する中心画角主光線にお
いて、入射光線と反射光線の成す角度θは下記の値を満
足することが望ましい。
Further, when the light is reflected to the opposite side on the return reflection surface, it is desirable that the angle θ formed by the incident ray and the reflected ray satisfies the following value in the central angle-of-view principal ray described later.

【0036】|θ|<60° …(1) この条件式(1)の上限を超えると、折り返し反射後の
光路(復路)が往路を逆戻りせず、往復光路というより
ジグザク光路になってしまい光学系が大型する。
│θ│ <60 ° (1) When the upper limit of this conditional expression (1) is exceeded, the optical path (return path) after the reflected reflection does not return in the forward path, and becomes a zigzag optical path rather than a round-trip optical path. The optical system becomes large.

【0037】|θ|<30° …(2) この条件式(2)の条件を外れると、逆戻りはできる
が、往路と復路が重ならず光学系が大型化し、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。
│θ│ <30 ° (2) If the condition of the conditional expression (2) is not satisfied, a backward movement is possible, but the forward path and the return path do not overlap, the optical system becomes large, and the entire optical system becomes small. This is not preferable because it becomes difficult.

【0038】|θ|<20° …(3) この条件式(3)を満たすと、光学系の更なる小型化が
可能になる。
| Θ | <20 ° (3) If this conditional expression (3) is satisfied, the size of the optical system can be further reduced.

【0039】なお、表示光学系および撮像光学系中の折
り返し反射面を、偏心した反射面と兼用してもよい。こ
の場合、光学面を削減できるため光学系を小型化でき
る。特に第1の面または第2の面を折り返し反射面と兼
用させると、もっとも小型化が可能となる。
The folded reflection surface in the display optical system and the image pickup optical system may also be used as the decentered reflection surface. In this case, since the number of optical surfaces can be reduced, the optical system can be downsized. In particular, if the first surface or the second surface is also used as the folding reflection surface, the size can be reduced most.

【0040】また、上記第1の発明の表示光学系をヘッ
ドマウントディスプレイ(HMD)として使用する場合
は、左右の目に対し、各々独立した原画(画像表示素
子)と表示光学系とを設けるのがよい。つまり、2つの
原画(同一のもの)とそれに合わせた2つの表示光学系
(同一のもの)とを有することにより、1つの原画で左
右の表示光学系に光を分けるようなHMDよりも明るい
表示画像が得られる。
When the display optical system of the first invention is used as a head mounted display (HMD), an original image (image display element) and a display optical system which are independent of each other are provided for the left and right eyes. Is good. In other words, by having two original images (the same one) and two display optical systems (the same one) matching them, a brighter display than an HMD in which light is split into the left and right display optical systems with one original image An image is obtained.

【0041】また、上記第1の発明の表示光学系は、左
眼用も右眼用も偏心断面であるローカル母線断面を人間
の顔の上下方向に配置する(上下に光線を折り畳む)の
がよい。通常、表示拡大像は人間の左右方向に画角が広
く、上下方向に画角が狭い(左右4:上下3または1
6:9ぐらいの比)ため、偏心断面であり偏心収差の発
生が大きいローカル母線断面を、画角の小さい上下に設
定すれば、表示拡大像での偏心収差の発生を少なくで
き、好ましい。
In the display optical system according to the first aspect of the present invention, the local meridional section, which is an eccentric section for both the left eye and the right eye, is arranged in the vertical direction of the human face (folding the light beam up and down). Good. In general, the enlarged display image has a wide field of view in the left-right direction of the human and a narrow field of view in the up-down direction (left / right 4: up / down 3 or 1
Therefore, it is preferable to set the local generatrix cross section which is an eccentric cross section and has a large occurrence of eccentric aberration above and below with a small angle of view because the occurrence of eccentric aberration in a display enlarged image can be reduced.

【0042】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 is, 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.

【0043】[0043]

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

【0044】偏心系に対応していない従来系の定義で
は、各面頂点座標系でz軸を光軸とすると、yz断面が
従来の母線断面(メリジオナル断面)、xz断面が子線
断面(サジタル断面)となる。
In the definition of the conventional system that does not correspond to the eccentric system, if the z axis is the optical axis in each surface vertex coordinate system, the yz section is the conventional meridional section (meridional section) and the xz section is the sagittal section (sagittal section). Cross section).

【0045】本実施形態の光学系は偏心系であるので、
偏心系に対応したローカル母線断面、ローカル子線断面
を新たに定義する。
Since the optical system of this embodiment is a decentered system,
Local busbar cross section and local sagittal cross section corresponding to the eccentric system are newly defined.

【0046】中心画角主光線(表示光学系においては表
示素子の画像中心から表示光学系の射出瞳中心に至る光
線であり、撮像光学系においては撮像光学系の入射瞳中
心を通り撮像素子の画像中心に至る光線である)と各面
とのヒットポイント上で、中心画角主光線の入射光と射
出光を含む面をローカル母線断面とし、ヒットポイント
を含みローカル母線断面と垂直で、各面頂点座標系の子
線断面(通常の子線断面)と平行な面をローカル子線断
面として定義する。ローカル母線断面焦点距離とローカ
ル子線断面焦点距離については後述の各実施形態にて説
明する。
Central view angle principal ray (in the display optical system, it is a light ray from the image center of the display element to the exit pupil center of the display optical system, and in the imaging optical system, it passes through the entrance pupil center of the imaging optical system. The ray that reaches the center of the image) and the hit points of each surface are the local meridional section that includes the incident light and the exit light of the central angle of view principal ray, and each of them is perpendicular to the local meridional section that includes the hit point. A plane parallel to the sagittal section (normal sagittal section) of the surface vertex coordinate system is defined as a local sagittal section. The local meridian cross-section focal length and the local sagittal cross-section focal length will be described in each embodiment described later.

【0047】(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、屈折率が1より大きいガラスやプラスチック等の
光学媒質で満たされた透明体により構成される第1の光
学系1と、第2の光学系2とから構成されている。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
1 illustrates a display optical system that is an embodiment. This display optical system is composed of a first optical system 1 and a second optical system 2, which are made of a transparent body filled with an optical medium such as glass or plastic having a refractive index larger than 1.

【0048】第1の光学系1の透明体(以下、第1の光
学素子1ともいう)上には3つの光学面が形成されてお
り、面A(第1の面),面B(第3の面)はともに透過
面および反射面として作用する透過反射兼用面であり、
面C(第2の面)は反射面である。
Three optical surfaces are formed on the transparent body of the first optical system 1 (hereinafter, also referred to as the first optical element 1), and a surface A (first surface) and a surface B (first surface) are formed. 3) is a transmission / reflection combined surface that acts as a transmission surface and a reflection surface.
The surface C (second surface) is a reflecting surface.

【0049】面Aの一部(上部)と面Cには反射膜が形
成されており、面Bには半透過反射膜(ハーフミラー)
が形成されている。
A reflection film is formed on a part of the surface A (upper part) and the surface C, and on the surface B, a semi-transmissive reflection film (half mirror).
Are formed.

【0050】面Aの上部は折り返し反射作用を持つ領域
である。面Aの下部は光束が面Aを射出する領域であ
る。
The upper part of the surface A is an area having a reflection function. The lower part of the surface A is a region where the light flux exits the surface A.

【0051】なお、反射膜およびハーフミラーは金属膜
によるものが好ましい。金属膜は分光反射率特性がフラ
ットで色が目立ちにくく、偏光方向が異なる光に対する
反射率の差がほとんどないためである。
The reflection film and the half mirror are preferably made of a metal film. This is because the metal film has a flat spectral reflectance characteristic, a color is less noticeable, and there is almost no difference in reflectance with respect to light having different polarization directions.

【0052】図中の3は画像を表示する画像表示素子
(LCD等)である。本実施形態においては、面Bは画
像表示素子3からの光の入射面および反射面として作用
し、面Aは反射面および射出面として作用し、面Cは反
射面として作用する。
Reference numeral 3 in the figure denotes an image display element (LCD or the like) for displaying an image. In the present embodiment, the surface B functions as an incident surface and a reflection surface of light from the image display element 3, the surface A functions as a reflection surface and an emission surface, and the surface C functions as a reflection surface.

【0053】画像表示素子3から発せられた光は、第2
の光学系2を介して第1の光学素子1に導かれる。面B
から第1の光学素子1内に入射した光は、面Aで反射し
た後、面Cで反射し、面Aの上部に導かれる。そして、
面Aの上部で折り返し反射した後、面Cで再反射し、面
Aにおける最初の光の反射領域付近に戻される。そし
て、面Aで再反射し、さらに面Bで反射して面Aの下部
を透過して第1の光学素子1を射出し、射出瞳Sに到達
する。
The light emitted from the image display element 3 is
Is guided to the first optical element 1 via the optical system 2. Surface B
The light that has entered the first optical element 1 from is reflected by the surface A, is then reflected by the surface C, and is guided to the upper portion of the surface A. And
After being reflected back on the upper part of the surface A, it is reflected again on the surface C and returned to the vicinity of the first light reflection area on the surface A. Then, the light is re-reflected by the surface A, further reflected by the surface B, transmitted through the lower portion of the surface A, emitted from the first optical element 1, and reaches the exit pupil S.

【0054】この図では、画像表示素子3から発した光
の例として、画像表示素子3の表示面中心を射出し、射
出瞳Sの中心に至る中心画角主光線を示している。
In this figure, as an example of the light emitted from the image display element 3, a central angle-of-view chief ray that emerges from the center of the display surface of the image display element 3 and reaches the center of the exit pupil S is shown.

【0055】本実施形態においては、射出瞳Sの位置付
近に観察者が眼を置くことにより、画像表示素子3上に
表示された画像の拡大像を視認することが可能となる。
In the present embodiment, the observer puts his eyes near the position of the exit pupil S so that an enlarged image of the image displayed on the image display element 3 can be visually recognized.

【0056】また、第1の光学素子1において、光は、
面B(透過)→面A(反射)→面C(反射)→面A(折
り返し反射)→面C(再反射)→面A(再反射)→面B
(反射)(→面A(透過))の順で各面を通過し、面A
での折り返し反射を境に最終反射面Bに至るまでそれま
での光路を逆にたどる。
In the first optical element 1, the light is
Surface B (transmission) → surface A (reflection) → surface C (reflection) → surface A (return reflection) → surface C (rereflection) → surface A (rereflection) → surface B
(Reflection) (→ Surface A (Transmittance))
The optical path up to that point is traced in reverse until the final reflection surface B is reached after the return reflection at.

【0057】ここでは、面B(透過)→面A(反射)→
面C(反射)→面A(折り返し反射)までを往路と、面
A(折り返し反射)→面C(再反射)→面A(再反射)
→面B(反射)の光路を復路と称し、往路と復路を合わ
せて往復光路と呼ぶ。
Here, surface B (transmission) → surface A (reflection) →
Surface C (reflection) → surface A (return reflection), and surface A (return reflection) → surface C (rereflection) → surface A (rereflection)
→ The optical path of the surface B (reflection) is called a return path, and the forward path and the return path are collectively called a round-trip optical path.

【0058】特に面Aでの再反射は、中心画角主光線が
そのヒットポイント上での面の法線に対し、面Aでの最
初の反射とは反対側に反射して進むようにして往復光路
を形成している。
In particular, the re-reflection on the surface A is such that the central angle-of-view chief ray is reflected and travels on the side opposite to the first reflection on the surface A with respect to the normal line of the surface on the hit point. Is formed.

【0059】このように、面Aに折り返し反射面として
の作用を持たせ、第1の光学素子1内に往復光路を形成
することで、光路をほぼ重複させ、長い光路を第1の光
学素子1内に収めることができる。これにより、第2の
光学系2を含む表示光学系全体を小型化できる。
As described above, by making the surface A act as a reflection reflection surface and forming a reciprocal optical path in the first optical element 1, the optical paths are almost overlapped and a long optical path is formed. It can fit in one. As a result, the entire display optical system including the second optical system 2 can be downsized.

【0060】また、画像表示素子3からの光線は最終反
射面Bでの反射によって往復光路を抜け、画像表示素子
3側には行かず、眼球側に導かれる。
The light rays from the image display element 3 pass through the reciprocal optical path due to the reflection on the final reflection surface B, and are guided to the eyeball side instead of going to the image display element 3 side.

【0061】面Aでの折り返し反射以外の反射を内部全
反射とすると、光量の損失が少なくなり好ましい。また
少なくとも、面Aでの反射光束と射出光束とが共用する
領域(面Aの下部)で光を内部全反射させ、共用領域以
外は反射膜による反射とすると、面Aでの折り返し反射
以外の反射光束の全てを内部全反射させた場合に対し
て、設計の自由度を上げつつ同程度の明るさを確保でき
る。
It is preferable to use total internal reflection as the reflection other than the return reflection on the surface A, because the loss of the amount of light is reduced. Further, at least when the light is totally internally reflected in a region where the reflected light flux on the surface A and the emitted light flux are shared (the lower part of the surface A), and the reflection is performed by the reflection film in the area other than the common area, other than the return reflection on the surface A. It is possible to secure the same degree of brightness while increasing the degree of freedom in design as compared with the case where the total reflection light flux is totally internally reflected.

【0062】また、反射膜領域と共用領域の境界は反射
膜の境界がはっきり目に見え好ましくないので、境界付
近(面Aの上部と下部の間)は下部から上部に向かって
徐々に反射率を上げて境界を目立たなくすることが望ま
しい。なお、反射膜は前述した理由より金属膜が好まし
い。
Since the boundary between the reflective film area and the common area is not clearly visible because the boundary between the reflective films is not visible, the reflectance near the boundary (between the upper part and the lower part of the surface A) gradually decreases from the lower part to the upper part. It is desirable to raise the to make the boundary inconspicuous. The reflective film is preferably a metal film for the reason described above.

【0063】本実施形態において、最終反射面として作
用するときの面Bは、面A(反射、折り返し反射、再反
射、透過)および面C(反射、再反射)に対して非常に
強い光学的パワー(1/焦点距離)を有した凹面鏡とな
っており、第1の光学系1の主パワーを担っている。
In this embodiment, the surface B, which acts as the final reflection surface, is an optical that is very strong with respect to the surface A (reflection, return reflection, rereflection, transmission) and the surface C (reflection, rereflection). It is a concave mirror having a power (1 / focal length) and bears the main power of the first optical system 1.

【0064】第1の光学系1では、往復光路を形成する
ために面A,面Cにて光が2回以上反射するため、面B
にパワーを持たせて面A,Cのパワーを弱く設定して収
差の発生を抑制している。
In the first optical system 1, since the light is reflected twice or more on the surfaces A and C to form the round-trip optical path, the surface B is not reflected.
To have a low power on surfaces A and C to suppress the occurrence of aberration.

【0065】特に、ローカル母線断面が偏心断面である
ため、中心画角主光線におけるこの断面上での面Bのパ
ワーを強く、面A,Cのパワーを弱く設定すると、偏心
収差発生を抑制できる。また、面Bのみパワーを持ち、
面A,Cを平面としてもよい。
Particularly, since the local generatrix cross section is an eccentric cross section, if the power of the surface B and the powers of the surfaces A and C on this cross section in the central field angle chief ray are set to be weak and the powers of the surfaces A and C are set to be weak, the occurrence of decentration aberration can be suppressed. . Also, only the surface B has power,
The surfaces A and C may be flat surfaces.

【0066】面Bは偏心した曲面であるため、回転非対
称な形状の面(いわゆる自由曲面)を用いることで、偏
心収差の発生を極力抑えることが望ましい。また、面B
以外の面をもう1面自由曲面とすると、画像表示素子3
のアスペクト比と拡大表示画面のアスペクト比を近いも
のに設定可能となる。
Since the surface B is a decentered curved surface, it is desirable to minimize the occurrence of decentration aberrations by using a rotationally asymmetric surface (so-called free curved surface). Also, surface B
If the other surface is a free-form surface, the image display element 3
It is possible to set the aspect ratio of and the aspect ratio of the enlarged display screen to be close to each other.

【0067】また面A,B,Cをそれぞれ曲面で構成し
た場合は、すべての面が集光ないし発散または収差補正
に寄与することになり、コスト削減の効果が期待でき
る。
When each of the surfaces A, B, and C is formed of a curved surface, all the surfaces contribute to condensing or diverging or aberration correction, and a cost reduction effect can be expected.

【0068】さらに好ましくは、第1の光学系1を構成
する3つの面A,B,Cの全てを回転非対称形状とする
ことで、偏心収差補正の自由度が増し、良好な画質での
画像表示が可能になる。
More preferably, by making all three surfaces A, B and C constituting the first optical system 1 rotationally asymmetrical, the degree of freedom of decentering aberration correction is increased and an image of good quality is obtained. Can be displayed.

【0069】このとき、各回転非対称面を、ローカル母
線断面を唯一の対称面とするローカル子線断面方向に面
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。
At this time, if each rotationally asymmetric surface has a shape that is plane-symmetric in the direction of the local sagittal cross-section with the local generatrix cross section as the only symmetry plane, machining and fabrication are easier than when there is no symmetry. It is possible to do so, which is preferable.

【0070】以上のように表示光学系を構成することに
より、画像表示素子3に表示された画像を、良好な光学
性能で拡大像として表示する画像表示装置を提供でき
る。
By configuring the display optical system as described above, it is possible to provide an image display device which displays the image displayed on the image display element 3 as a magnified image with good optical performance.

【0071】また、透明体内で1回中間結像させること
で、画像表示素子3の表示サイズに対する表示画角の自
由度を向上させて、より広画角化(高倍率提示)を可能
にするとともに、長い光路長の往復光路をほぼ重複させ
ることで第1の光学系1の全長を短く抑え、非常にコン
パクトな表示光学系を構成できる。
Further, by forming an intermediate image once in the transparent body, the degree of freedom of the display angle of view with respect to the display size of the image display element 3 is improved, and a wider angle of view (high magnification presentation) is made possible. At the same time, the total length of the first optical system 1 is suppressed to be short by substantially overlapping the round-trip optical paths having a long optical path length, and a very compact display optical system can be configured.

【0072】(第2実施形態)図2には、本発明の第2
実施形態である撮像光学系を示している。図中の11は
図1に示したものと同様の第1の光学系であり、2は第
2の光学系、4は撮像素子である。
(Second Embodiment) FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention.
1 illustrates an imaging optical system that is an embodiment. Reference numeral 11 in the figure is a first optical system similar to that shown in FIG. 1, 2 is a second optical system, and 4 is an image sensor.

【0073】Sは第1の光学系(以下、第1の光学素子
ともいう)11および第2の光学系2からなる撮像光学
系の入射瞳であり、この位置に絞りを置いて不要光の入
射を防いでいる。
S is an entrance pupil of an image pickup optical system including a first optical system (hereinafter also referred to as a first optical element) 11 and a second optical system 2, and a stop is placed at this position to suppress unnecessary light. It prevents the incidence.

【0074】本実施形態において、面A(第1の面)は
被写体からの光の入射面および反射面として作用し、面
B(第3の面)は反射面および射出面として作用し、面
C(第2の面)は反射面としてのみ作用する。
In this embodiment, the surface A (first surface) acts as an incident surface and a reflection surface of light from the subject, and the surface B (third surface) acts as a reflection surface and an exit surface. C (second surface) acts only as a reflecting surface.

【0075】絞りSを通過した外界の被写体からの光
は、第1の光学素子11に面Aから入射し、面Bで反射
して、面Aで反射し、面Cで反射して面Aの上部に導か
れる。そして、上部が折り返し反射作用を持つ面Aで折
り返し反射した後、面Cで再反射して面Aにおける最初
の光の反射領域付近で再反射し、面Bを透過して第1の
光学素子11を射出し、第2の光学系2に向かう。
The light from the external object that has passed through the diaphragm S enters the first optical element 11 from the surface A, is reflected by the surface B, is reflected by the surface A, is reflected by the surface C, and is reflected by the surface A. Be guided to the top of. Then, after the upper part is reflected back on the surface A having a reflected reflection effect, it is reflected again on the surface C, is reflected again near the first light reflection area on the surface A, and is transmitted through the surface B to the first optical element. 11 is emitted, and heads for the second optical system 2.

【0076】第2の光学系2を通過した光は撮像素子4
に導かれて結像する。この際、所望の外界像からの光束
が撮像素子4の撮像面に結像し、外界像を取得すること
を可能としている。
The light that has passed through the second optical system 2 is imaged by the image pickup device 4.
And is imaged. At this time, a light beam from a desired external image is formed on the image pickup surface of the image pickup element 4, and the external image can be acquired.

【0077】以上のように撮像光学系を構成することに
より、外界の被写体を撮像素子4上に良好な光学性能で
結像させる撮像装置を提供することができる。また、第
1の光学素子11内で1回中間結像させることで、撮像
素子4のサイズに対して撮影画角の自由度を向上させ、
広画角化を可能にしているとともに、長い光路長をほぼ
重複させて第1の光学素子11内に形成することで第1
の光学系11の全長を短く抑え、非常にコンパクトな撮
像光学系を構成できる。
By configuring the image pickup optical system as described above, it is possible to provide an image pickup apparatus which forms an image of a subject in the external world on the image pickup element 4 with good optical performance. In addition, by forming an intermediate image once in the first optical element 11, the degree of freedom of the photographing field angle with respect to the size of the image sensor 4 is improved,
A wide angle of view is made possible, and long optical path lengths are almost overlapped and formed in the first optical element 11, so that
The overall length of the optical system 11 can be suppressed to be short, and a very compact imaging optical system can be configured.

【0078】(第3実施形態)図3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。この表示光学
系は、第1の光学系21と、第2の光学系2とから構成
されている。第1の光学系21を構成する透明体(以
下、第1の光学素子21ともいう)上には、3つの光学
面が形成されており、面A(第1の面),面B(第3の
面)はともに透過面および反射面として作用する透過反
射兼用面であり、折り返し反射面C(第2の面)は反射
作用のみの面である。
(Third Embodiment) FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention.
1 illustrates a display optical system that is an embodiment. This display optical system is composed of a first optical system 21 and a second optical system 2. Three optical surfaces are formed on a transparent body (hereinafter, also referred to as the first optical element 21) that constitutes the first optical system 21, and a surface A (first surface) and a surface B (first surface) are formed. The surface 3) is a surface for both transmission and reflection that acts as a transmission surface and a reflection surface, and the return reflection surface C (second surface) is a surface only for reflection.

【0079】折り返し反射面Cには、反射膜が形成され
ており、面Bには半透過反射膜(ハーフミラー)が形成
されている。
A reflection film is formed on the return reflection surface C, and a semi-transmissive reflection film (half mirror) is formed on the surface B.

【0080】なお、反射膜およびハーフミラーは金属膜
によるものが好ましい。金属膜は分光反射率特性がフラ
ットで色が目立ちにくく、偏光方向が異なる光に対する
反射率の差がほとんどないためである。
The reflective film and the half mirror are preferably made of a metal film. This is because the metal film has a flat spectral reflectance characteristic, a color is less noticeable, and there is almost no difference in reflectance with respect to light having different polarization directions.

【0081】図中、3は画像を表示する画像表示素子
(LCD等)である。本実施形態においては、面Bは画
像表示素子3からの光の入射面および反射面として作用
し、面Aは反射面および射出面として作用し、面Cは反
射面として作用する。
In the figure, 3 is an image display element (LCD or the like) for displaying an image. In the present embodiment, the surface B functions as an incident surface and a reflection surface of light from the image display element 3, the surface A functions as a reflection surface and an emission surface, and the surface C functions as a reflection surface.

【0082】画像表示素子3から発せられた光は、第2
の光学系2を介して第1の光学素子21に導かれる。光
は面Bより第1の光学素子21に入射し、面Aで反射し
て折り返し反射面Cに導かれる。折り返し反射面Cで
は、入射した光を入射方向に対して略逆向きに戻すよう
に反射する。そして、面Aにおける最初の光の反射領域
付近に戻された光は面Aで再反射し、面Bで反射した
後、面Aを透過して第1の光学素子21から射出し、射
出瞳Sに到達する。
The light emitted from the image display element 3 is
Is guided to the first optical element 21 via the optical system 2. The light enters the first optical element 21 from the surface B, is reflected by the surface A, and is guided to the return reflection surface C. The return reflection surface C reflects the incident light so as to return it in a direction substantially opposite to the incident direction. Then, the light returned to the vicinity of the first light reflection area on the surface A is re-reflected on the surface A, reflected on the surface B, transmitted through the surface A, emitted from the first optical element 21, and exit pupil. Reach S.

【0083】この図では、画像表示素子3から発した光
の例として、画像表示素子3の表示面中心を射出して射
出瞳Sの中心に至る中心画角主光線を示している。
In this figure, as an example of the light emitted from the image display element 3, a central angle-of-view chief ray that exits the center of the display surface of the image display element 3 and reaches the center of the exit pupil S is shown.

【0084】本実施形態においては、射出瞳Sの位置付
近に観察者が眼を置くことにより、画像表示素子3上に
表示した画像の拡大像を視認することが可能となる。
In this embodiment, the observer puts his eyes near the position of the exit pupil S, so that an enlarged image of the image displayed on the image display element 3 can be visually recognized.

【0085】また、第1の光学素子21において、光は
B面入射→A面反射→折り返し反射面C→A面再反射→
B面反射→A面射出の順で各面を通過し、折り返し反射
面C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 21, light is incident on the B surface → A surface reflection → return reflection surface C → A surface re-reflection →
The light is passed through each surface in the order of B-side reflection → A-side emission, and the optical path up to that point is traced in reverse, with the reflection at the reflecting surface C as the boundary.

【0086】面B→面A→折り返し反射面Cまでが往
路、折り返し反射面C→面A→面Bまでが復路であり、
往路と復路を合わせて往復光路が形成される。
The surface B → the surface A → the return reflection surface C is the outward path, and the return reflection surface C → the surface A → the surface B is the return path,
A round-trip optical path is formed by combining the forward and return paths.

【0087】特に面Aでの再反射は、中心画角主光線が
そのヒットポイント上での面の法線に対し、面Aでの最
初の反射とは反対側に反射して進むようにして往復光路
を形成している。
In particular, the re-reflection on the surface A is a reciprocal optical path in which the central angle-of-view chief ray is reflected and advances to the side opposite to the first reflection on the surface A with respect to the normal line of the surface on the hit point. Is formed.

【0088】このように、第1の光学素子21内に往復
光路を形成することで光路をほぼ重複させ、第1の光学
素子21内を有効に利用し、光路長に対して第1の光学
素子21のサイズを小さくしている。これにより、表示
光学系全体をも小型化できる。
As described above, by forming the reciprocal optical path in the first optical element 21, the optical paths are almost overlapped, the inside of the first optical element 21 is effectively used, and the first optical element is used with respect to the optical path length. The size of the element 21 is reduced. As a result, the entire display optical system can be downsized.

【0089】折り返し反射面Cでの反射は反射膜による
ものである。また、画像表示素子3からの光は面Bでの
反射により往復光路を抜け、画像表示素子3側には行か
ず、眼球側に導かれる。
The reflection on the return reflection surface C is due to the reflection film. Further, the light from the image display element 3 passes through the round-trip optical path due to the reflection on the surface B and is guided to the eyeball side instead of going to the image display element 3 side.

【0090】面Aでの反射を内部全反射とすると、光量
の損失が少なくなり好ましい。また、少なくとも面Aで
の反射光束と射出光束とが共用する領域(面Aの下部)
で光を全反射内部全反射させ、共用領域以外は反射膜に
よる反射とすると、面Aでの反射光束の全てを内部全反
射させた場合に対して、設計の自由度を上げつつ同程度
の明るさを確保できる。
If the reflection on the surface A is total internal reflection, the loss of the amount of light is reduced, which is preferable. Further, at least a region where the reflected light beam and the emitted light beam on the surface A are shared (the lower part of the surface A)
If the light is totally internally reflected by and the light is reflected by the reflective film except for the common area, the same degree of freedom can be achieved as in the case where the total reflection of the light flux reflected on the surface A is performed. Brightness can be secured.

【0091】また、反射膜領域と共用領域の境界は反射
膜の境界がはっきり目に見え好ましくないので、境界付
近(反射膜領域内の下部側)は下部から上部に向かって
徐々に反射率を上げて境界を目立たなくすることが望ま
しい。この反射膜は、金属膜によるものが好ましい。金
属膜は分光反射率特性がフラットで色が目立ちにくく、
偏光方向が異なる光に対する反射率の差がほとんどない
ためである。
Since the boundary between the reflective film area and the common area is not clearly visible because the boundary of the reflective film is not preferable, the reflectance near the boundary (lower side in the reflective film area) gradually increases from the lower part to the upper part. It is desirable to raise it to make the boundary inconspicuous. The reflective film is preferably a metal film. The metal film has a flat spectral reflectance characteristic and the color is not noticeable,
This is because there is almost no difference in reflectance with respect to light having different polarization directions.

【0092】本実施形態において、最終反射面として作
用するときの面Bは、面A(反射、再反射、透過)に対
して非常に強い光学的パワー(1/焦点距離)を有した
凹面鏡となっており、第1の光学系21の主パワーを担
っている。これは、往復光路により面Aで光が2回反射
するため、面Bにパワーを持たせて面Aのパワーを弱く
設定することにより収差の発生を抑制するためである。
In this embodiment, the surface B when acting as the final reflection surface is a concave mirror having a very strong optical power (1 / focal length) with respect to the surface A (reflection, rereflection, transmission). And plays the main power of the first optical system 21. This is because the light is reflected twice on the surface A by the reciprocating optical path, so that the surface B is provided with power and the power of the surface A is set to be weak to suppress the occurrence of aberration.

【0093】特に、ローカル母線断面は偏心断面である
ため、中心画角主光線に対してこの断面上での面Bのパ
ワーを強く、面Aのパワーを弱く設定すると、偏心収差
発生を抑制できる。
In particular, since the local generatrix cross section is an eccentric cross section, if the power of the surface B is set to be strong and the power of the surface A is set to be weak on this cross section with respect to the central ray of view, it is possible to suppress the occurrence of eccentric aberration. .

【0094】また、面Bのみパワーを持ち、面Aを平面
としてもよい。さらに、面Bは偏心した曲面であるた
め、回転非対称な形状の面(いわゆる自由曲面)を用い
ることで、偏心収差の発生を極力抑えることが望まし
い。
Alternatively, only the surface B may have power and the surface A may be a flat surface. Further, since the surface B is a decentered curved surface, it is desirable to suppress the occurrence of decentering aberration as much as possible by using a rotationally asymmetric surface (so-called free curved surface).

【0095】また、面B以外の反射面をもう1面自由曲
面とすると、画像表示素子3に表示された画像のアスペ
クト比と拡大表示画面のアスペクト比とを近いものに設
定可能となる。
If the reflecting surface other than the surface B is another free-form curved surface, the aspect ratio of the image displayed on the image display element 3 and the aspect ratio of the enlarged display screen can be set close to each other.

【0096】また、面A,B,Cをそれぞれ曲面で構成
した場合は、すべての面が集光ないし発散または収差補
正に寄与することになり、コスト削減の効果が期待でき
る。
Further, when the surfaces A, B, and C are each formed by a curved surface, all the surfaces contribute to converging or diverging or aberration correction, and a cost reduction effect can be expected.

【0097】更に好ましくは、第1の光学系21を構成
する3つの面A,B,Cの全てを回転非対称形状とする
ことで、偏心収差補正の自由度が増し、良好な画質での
画像表示が可能になる。このとき、各回転非対称面はロ
ーカル母線断面を唯一の対称面とするローカル子線断面
方向に面対称な形状とすると、対称性のない場合に比較
して加工および製作を容易にすることができるため、好
ましい。
More preferably, by making all three surfaces A, B and C forming the first optical system 21 rotationally asymmetrical, the degree of freedom of decentering aberration correction is increased, and an image with good image quality is obtained. Can be displayed. At this time, if each rotationally asymmetric surface has a shape symmetrical with respect to the local sagittal cross section with the local symmetric cross section as the only symmetric surface, machining and manufacturing can be facilitated as compared with the case where there is no symmetry. Therefore, it is preferable.

【0098】(第4実施形態)図4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。この表示光学
系は、第1の光学系31と、第2の光学系2とから構成
されている。第1の光学系(以下、第1の光学素子とも
いう)31は4つの光学面を有した透明体からなり、面
A(第1の面)は透過面および反射面として作用する透
過反射兼用面であり、折り返し反射面C(第2の面)お
よび面B(第3の面)は反射作用のみの面、入射面Dは
透過面である。
(Fourth Embodiment) FIG. 4 shows the fourth embodiment of the present invention.
1 illustrates a display optical system that is an embodiment. This display optical system is composed of a first optical system 31 and a second optical system 2. A first optical system (hereinafter, also referred to as a first optical element) 31 is made of a transparent body having four optical surfaces, and a surface A (first surface) is used both as a transmission surface and a reflection surface for both transmission and reflection. The reflection reflection surface C (second surface) and the surface B (third surface) are reflection-only surfaces, and the incidence surface D is a transmission surface.

【0099】折り返し反射面Cおよび面Bには反射膜が
形成されている。なお、反射膜は金属膜によるものが好
ましい。金属膜は分光反射率特性がフラットで色が目立
ちにくく、偏光方向が異なる光に対する反射率の差がほ
とんどないためである。
Reflecting films are formed on the return reflection surfaces C and B. The reflective film is preferably a metal film. This is because the metal film has a flat spectral reflectance characteristic, a color is less noticeable, and there is almost no difference in reflectance with respect to light having different polarization directions.

【0100】図中の3は画像を表示する画像表示素子
(LCD等)である。本実施形態においては、面Dは画
像表示素子3からの光の入射面として、面Aは反射面お
よび射出面として、面B,面Cは反射面として作用す
る。
Reference numeral 3 in the figure denotes an image display element (LCD or the like) for displaying an image. In the present embodiment, the surface D acts as an incident surface of the light from the image display element 3, the surface A acts as a reflecting surface and an exit surface, and the surfaces B and C act as reflecting surfaces.

【0101】画像表示素子3から発せられた光は、第2
の光学系2を介して第1の光学素子31に導かれる。光
は入射面Dより第1の光学素子31に入射し、面Aで反
射して折り返し反射面Cに導かれる。折り返し反射面C
では、入射した光を面Aにおける最初の光の反射領域寄
りの領域に戻すよう反射するが、中心画角主光線の折り
返し反射面Cへの入射光と反射光の成す角度がθで反射
している。
The light emitted from the image display element 3 is
Is guided to the first optical element 31 via the optical system 2. The light enters the first optical element 31 through the incident surface D, is reflected by the surface A, and is guided to the return reflection surface C. Folded reflective surface C
Then, the incident light is reflected so as to be returned to the area near the first light reflection area on the surface A, but the angle between the incident light and the reflected light of the central view angle principal ray on the return reflection surface C is reflected at θ. ing.

【0102】その後、光は面Aで再反射し、面Bで反射
した後、面Aを透過して第1の光学素子31を射出し、
射出瞳Sに到達する。
Thereafter, the light is again reflected on the surface A, reflected on the surface B, transmitted through the surface A, and emitted from the first optical element 31,
The exit pupil S is reached.

【0103】この図では、画像表示素子3から発した光
の例として、画像表示素子33の表示面中心を射出して
射出瞳Sの中心に至る中心画角主光線を示している。
In this figure, as an example of the light emitted from the image display element 3, a central angle-of-view chief ray that exits the center of the display surface of the image display element 33 and reaches the center of the exit pupil S is shown.

【0104】本実施形態においては、射出瞳Sの位置付
近に観察者が眼を置くことにより、画像表示素子3上に
表示された画像の拡大像を視認することが可能となる。
In the present embodiment, the observer can place an eye near the position of the exit pupil S to visually recognize an enlarged image of the image displayed on the image display element 3.

【0105】第1の光学素子31において、光は入射面
D→A面反射→折り返し反射面C→A面再反射→B面反
射→A面射出の順で各面を通過し、折り返し反射面C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 31, the light passes through the respective surfaces in the order of the incident surface D → A surface reflection → return reflection surface C → A surface rereflection → B surface reflection → A surface emission, and the return reflection surface. After the reflection at C, the optical path up to that point is reversed.

【0106】A面→折り返し反射面Cまでが往路、折り
返し反射面C→A面までが復路、往路と復路合わせて往
復光路が形成される。
A forward path is formed from the surface A to the return reflection surface C, a return path is formed from the return reflection surface C to the surface A, and a reciprocal optical path is formed by combining the return path and the return path.

【0107】特に面Aでの再反射は、中心画角主光線が
そのヒットポイント上での面の法線に対し、面Aでの最
初の反射とは反対側に反射して進むようにして往復光路
を形成している。
In particular, the re-reflection on the surface A is such that the central angle-of-view principal ray is reflected and travels on the side opposite to the first reflection on the surface A with respect to the normal of the surface on the hit point. Is formed.

【0108】このように第1の光学素子31内に往復光
路を形成することで光路をほぼ重複させ、第1の光学素
子31内を有効に利用して、光路長に対して第1の光学
系31のサイズを小さくすることができる。これによ
り、表示光学系全体をも小型化できる。
By forming the reciprocating optical path in the first optical element 31 as described above, the optical paths are substantially overlapped, and the inside of the first optical element 31 is effectively used, and the first optical element with respect to the optical path length is used. The size of the system 31 can be reduced. As a result, the entire display optical system can be downsized.

【0109】また、画像表示素子3からの光線は面Bの
反射により、往復光路を抜け、その後は画像表示素子3
側には行かず、眼球側に導かれる。
Further, the light rays from the image display element 3 pass through the round-trip optical path due to the reflection on the surface B, and thereafter, the image display element 3
It is guided to the eyeball side instead of going to the side.

【0110】本実施形態の表示光学系は、第1および第
3実施形態の表示光学系と比べ明るさの点でメリットが
ある。第1および第3実施形態では、画像表示素子から
の光が第1の光学系の面Bから入射し、かつ面Bは第1
の光学系の光路中で反射作用も持っていたため、ハーフ
ミラーとする必要がある。従って、画像表示素子からの
光量は第1の光学系に入るときにほぼ半分になってしま
う。
The display optical system of this embodiment has an advantage in terms of brightness as compared with the display optical systems of the first and third embodiments. In the first and third embodiments, the light from the image display element is incident from the surface B of the first optical system, and the surface B is the first surface.
Since it also had a reflection effect in the optical path of the optical system of, it is necessary to use a half mirror. Therefore, the amount of light from the image display element is almost halved when entering the first optical system.

【0111】これに対し、本実施形態では、折り返し反
射面Cへの中心画角主光線の入射光と反射光の成す角度
θを比較的大きな値にして、復路を面Aまでとし、その
後の光は入射面Dとは別の面Bに行くように設定してい
る。このように入射面Dと面B(反射作用のみの面)と
を分けることにより、第1の光学系への入射時の光量ロ
スをなくし、明るい表示光学系を実現している。
On the other hand, in this embodiment, the angle θ formed by the incident light and the reflected light of the central angle-of-view principal ray on the return reflection surface C is set to a relatively large value, and the return path is set to the surface A, and thereafter The light is set to go to a surface B different from the incident surface D. In this way, by dividing the incident surface D and the surface B (surfaces having only a reflection effect), a light amount loss at the time of incidence on the first optical system is eliminated and a bright display optical system is realized.

【0112】面Aでの反射を内部全反射とすると、光量
の損失が少なくなり好ましい。また、少なくとも面Aで
の反射光束と射出光束とが共用する領域(面Aの下部)
で光を内部全反射させ、共用領域以外は反射膜による反
射とすると、面Aでの反射光束の全てを内部全反射させ
た場合に対して、設計の自由度を上げつつ同程度の明る
さを確保できる。
It is preferable that the reflection on the surface A is total internal reflection, because the loss of the amount of light is reduced. Further, at least a region where the reflected light beam and the emitted light beam on the surface A are shared (the lower part of the surface A)
If the light is totally internally reflected by and the light is reflected by the reflective film in areas other than the common area, the same degree of brightness can be achieved while increasing the degree of freedom in design as compared with the case of totally internally reflecting all the light flux reflected on the surface A. Can be secured.

【0113】また、反射膜領域と共用領域の境界は反射
膜の境界がはっきり目に見え好ましくないので、境界付
近(反射膜領域内の下部側)は下部から上部に向かって
徐々に反射率を上げて境界を目立たなくすることが望ま
しい。この反射膜は金属膜によるものが好ましい。金属
膜は分光反射率特性がフラットで色が目立ちにくく、偏
向偏光方向が異なる光に対する反射率の差がほとんどな
いためである。
Since the boundary between the reflective film area and the common area is not clearly visible because the boundary of the reflective film is undesired, the reflectance near the boundary (the lower side in the reflective film area) gradually increases from the lower part to the upper part. It is desirable to raise it to make the boundary inconspicuous. The reflective film is preferably a metal film. This is because the metal film has a flat spectral reflectance characteristic, a color is less noticeable, and there is almost no difference in reflectance with respect to light having different polarization directions.

【0114】本実施形態では、最終反射面として作用す
るときの面Bは、面A(反射、再反射、透過)に対して
非常に強い光学的パワー(1/焦点距離)を有した凹面
鏡となっており、第1の光学系31の主パワーを担って
いる。これは、往復光路により面Aで光が2回反射する
ため、面Bにパワーを持たせ、面Aのパワーを弱く設定
して収差の発生を抑制するためである。
In the present embodiment, the surface B when acting as the final reflecting surface is a concave mirror having a very strong optical power (1 / focal length) with respect to the surface A (reflection, re-reflection, transmission). And is responsible for the main power of the first optical system 31. This is because the light is reflected twice on the surface A by the reciprocating optical path, so that the surface B has power and the power of the surface A is set to be weak to suppress the occurrence of aberration.

【0115】特に、ローカル母線断面は偏心断面である
ため、中心画角主光線に対してこの断面上での面Bパワ
ーを強く、面Aのパワーを弱く設定すると、偏心収差発
生を抑制できる。
In particular, since the local generatrix section is an eccentric section, setting the surface B power on this section to be strong and the surface A power to be weak with respect to the central angle-of-view chief ray suppresses the occurrence of eccentric aberration.

【0116】また、面Bのみパワーを持ち、面Aを平面
としてもよい。面Bは偏心した曲面であるため、回転非
対称な形状の面(いわゆる自由曲面)を用いることで、
偏心収差の発生を極力抑えることが望ましい。
Alternatively, only the surface B may have power and the surface A may be a flat surface. Since the surface B is an eccentric curved surface, by using a surface having a rotationally asymmetric shape (so-called free curved surface),
It is desirable to suppress the occurrence of decentration aberrations as much as possible.

【0117】また、面B以外の反射面をもう1面自由曲
面とすると、画像表示素子3に表示される画像のアスペ
クト比と拡大表示画面のアスペクト比とを近いものに設
定可能となる。
If the reflecting surface other than the surface B is another free-form curved surface, the aspect ratio of the image displayed on the image display element 3 and the aspect ratio of the enlarged display screen can be set close to each other.

【0118】また、面A,B,C,Dをそれぞれ曲面で
構成した場合は、すべての面が集光ないし発散または収
差補正に寄与することになり、コスト削減の効果が期待
できる。
When each of the surfaces A, B, C, and D is formed by a curved surface, all the surfaces contribute to converging or diverging or aberration correction, and a cost reduction effect can be expected.

【0119】更に好ましくは、第1の光学系31を構成
する4つの面A,B,C,Dの全てを回転非対称形状と
することで、偏心収差補正の自由度が増し、良好な画質
での画像表示が可能になる。
More preferably, by making all four surfaces A, B, C and D forming the first optical system 31 rotationally asymmetrical, the degree of freedom of eccentric aberration correction is increased and good image quality is obtained. It becomes possible to display images.

【0120】このとき、各回転非対称面をローカル母線
断面を唯一の対称面とするローカル子線断面方向に面対
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。
At this time, if each rotationally asymmetric surface has a shape that is plane-symmetric in the direction of the local sagittal cross-section with the local generatrix cross section as the only symmetrical plane, machining and fabrication are easier than in the case where there is no symmetry. It is preferable because it is possible.

【0121】(第5実施形態)図5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。この表示光学
系は、透明体である光学素子41−aと反射部材41−
bとからなる第1の光学系41と、第2の光学系2とか
ら構成されている。
(Fifth Embodiment) FIG. 5 shows a fifth embodiment of the present invention.
1 illustrates a display optical system that is an embodiment. The display optical system includes a transparent optical element 41-a and a reflecting member 41-a.
It is composed of a first optical system 41 composed of b and a second optical system 2.

【0122】光学素子41−aは、3つの光学面を有
し、面A(第1の面)、面B(第3の面)は透過面およ
び反射面として作用する透過反射兼用面、面C(第2の
面)は反射作用のみの面ある。反射部材41−bは、中
心画角主光線に対して偏心した透過面Dと裏面反射の折
り返し反射面Eとを有している。
The optical element 41-a has three optical surfaces, and the surface A (first surface) and the surface B (third surface) are both transmissive and reflective surfaces acting as a transmissive surface and a reflective surface. C (second surface) is a surface only for reflection. The reflecting member 41-b has a transmitting surface D that is decentered with respect to the central angle of view principal ray and a folded back reflecting surface E that is back-reflected.

【0123】面Cおよび反射部材41−bの折り返し反
射面Eには反射膜が形成され、面Bはハーフミラーで構
成されている。なお、反射膜およびハーフミラーは金属
膜によるものが好ましい。金属膜は分光反射率特性がフ
ラットで色が目立ちにくく、偏光方向が異なる光に対す
る反射率の差がほとんどないためである。
A reflecting film is formed on the surface C and the return reflecting surface E of the reflecting member 41-b, and the surface B is composed of a half mirror. The reflective film and the half mirror are preferably made of a metal film. This is because the metal film has a flat spectral reflectance characteristic, a color is less noticeable, and there is almost no difference in reflectance with respect to light having different polarization directions.

【0124】図中、3は画像を表示する画像表示素子
(LCD等)である。本実施形態においては、面Bは画
像表示素子3からの光の入射面および反射面として作用
し、面Aは射出面(反射部材41−bに向かう射出と射
出瞳Sに向かう射出)および反射面として作用する。
In the figure, 3 is an image display element (LCD or the like) for displaying an image. In the present embodiment, the surface B acts as an incident surface and a reflection surface for light from the image display element 3, and the surface A is an emission surface (emission toward the reflection member 41-b and emission toward the exit pupil S) and reflection. Acts as a surface.

【0125】画像表示素子3から発せられた光は、第2
の光学系2を介して第1の光学系41の光学素子41−
aに導かれる。光は面Bより光学素子41−aに入射し
た後、面A、面Cと順に反射し、面Aに臨界角度以下で
入射および射出する。そして光学素子41−aを射出し
た後、反射部材41−bの透過面Dを透過し、折り返し
反射面Eで反射される。折り返し反射面では、入射した
光を入射方向に対して略逆向きに戻すように反射する
が、中心画角主光線の折り返し反射面への入射光と反射
光の成す角度がθで反射している。
The light emitted from the image display element 3 is
The optical element 41 of the first optical system 41 through the optical system 2 of
led to a. The light enters the optical element 41-a from the surface B, is then reflected in the order of the surface A and the surface C, and enters and exits the surface A at a critical angle or less. Then, after being emitted from the optical element 41-a, it is transmitted through the transmission surface D of the reflection member 41-b and is reflected by the folded reflection surface E. On the return reflection surface, the incident light is reflected so as to be returned in a direction substantially opposite to the incident direction. There is.

【0126】その後、光は光学素子41−aに面Aから
再入射し、面Cでの反射により面Aにおける最初の光の
反射領域寄りの領域に戻されて反射し、面Bで射出瞳S
(眼球)側に反射した後、面Aを透過して光学素子41
−aを射出し、射出瞳Sに到達する。
Then, the light is re-incident on the optical element 41-a from the surface A, is reflected by the surface C, is returned to the area near the first reflection area of the light on the surface A, is reflected, and is exited by the surface B. S
After being reflected to the (eyeball) side, the light passes through the surface A and the optical element 41.
-E is emitted, and it reaches the exit pupil S.

【0127】この図では、画像表示素子3から発した光
の例として、画像表示素子3の表示面中心を射出し射出
瞳Sの中心に至る中心画角主光線を示している。
In this figure, as an example of the light emitted from the image display element 3, the central angle-of-view chief ray that exits the center of the display surface of the image display element 3 and reaches the center of the exit pupil S is shown.

【0128】本実施形態においては、射出瞳Sの位置付
近に観察者が眼を置くことにより、画像表示素子3上に
表示された画像の拡大像を視認することが可能となる。
In the present embodiment, the observer puts his eyes near the position of the exit pupil S, so that an enlarged image of the image displayed on the image display element 3 can be visually recognized.

【0129】第1の光学系41おいて、光は面B(透
過)→面A(反射)→面C(反射)→面A(透過)→反
射部材41−bの透過面D(透過)→反射部材41−b
の折り返し反射面E(折り返し反射)→反射部材41−
bの透過面D(再透過)→面A(再透過)→面C(再反
射)→面A(再反射)→面B(反射)(→面A(再々透
過))の順で各面を通過し、折り返し反射面での反射を
境に、それまでの光路を逆にたどる。
In the first optical system 41, the light is the surface B (transmission) → the surface A (reflection) → the surface C (reflection) → the surface A (transmission) → the transmission surface D (transmission) of the reflection member 41-b. → Reflecting member 41-b
Return reflection surface E (return reflection) → reflection member 41-
Each surface in the order of the transmission surface D of b (retransmission) → the surface A (retransmission) → the surface C (rereflection) → the surface A (rereflection) → the surface B (reflection) (→ the surface A (retransmission)). After passing through, the optical path up to that point is traced in reverse, with the reflection on the reflection surface as the boundary.

【0130】面B(透過)→折り返し反射面Eまでが往
路、折り返し反射面E→面B(反射)までが復路、往路
と復路合わせて往復光路が形成される。
A forward path is formed from the surface B (transmission) to the return reflection surface E, a return path is formed from the reflection reflection surface E to the surface B (reflection), and a reciprocal optical path is formed by combining the return path and the return path.

【0131】特に面Aでの再反射は、中心画角主光線が
そのヒットポイント上での面の法線に対し、面Aでの最
初の反射とは反対側に反射して進むようにして往復光路
を形成している。
In particular, the re-reflection on the surface A is such that the principal ray of the central angle of view is reflected and travels on the side opposite to the first reflection on the surface A with respect to the normal of the surface on the hit point. Is formed.

【0132】このように第1の光学系41内に往復光路
を形成することで、光路をほぼ重複させ、第1の光学系
41内を有効に利用して、光路長に対して第1の光学系
41のサイズを小さくすることができる。これにより、
表示光学系全体をも小型化できる。
By forming the reciprocating optical path in the first optical system 41 as described above, the optical paths are substantially overlapped, and the inside of the first optical system 41 is effectively used to make the first optical path length longer than the optical path length. The size of the optical system 41 can be reduced. This allows
The entire display optical system can be downsized.

【0133】また、画像表示素子3からの光線は、面B
での反射により往復光路を抜け、その後は画像表示素子
3側には行かず、眼球側に導かれる。
The light rays from the image display element 3 are directed to the surface B
The light passes through the reciprocating optical path due to the reflection at 1, and then is guided to the eyeball side instead of going to the image display element 3 side.

【0134】本実施形態では、折り返し反射面(反射部
材41−bの折り返し反射面E)への入射光線が図上で
やや下側に反射するようにθを設定している。これによ
り、第1の光学系41に対して第2の光学系2または画
像表示素子3を比較的上側に配置できるため、上下をコ
ンパクト化することができる。
In the present embodiment, θ is set so that the incident light beam on the return reflection surface (return reflection surface E of the reflection member 41-b) is reflected slightly downward in the figure. Accordingly, the second optical system 2 or the image display element 3 can be arranged relatively above the first optical system 41, and thus the top and bottom can be made compact.

【0135】また、第1の光学系41では、折り返し反
射面を含む反射部材41−bを光学素子41−aとは別
部材とすることにより、光路中の有効面を増やし、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。
In addition, in the first optical system 41, the reflecting member 41-b including the folded reflecting surface is a member different from the optical element 41-a, so that the effective surface in the optical path is increased and the degree of freedom in design is increased. To improve the optical performance.

【0136】面Aでの反射を内部全反射とすると、光量
の損失が少なくなり好ましい。また、少なくとも面Aで
の反射光束と射出光束とが共用する領域(射出瞳Sに向
かう射出の面Aの下部と反射部材41−bへ向かう射出
の面Aの上部)で光を内部全反射させ、共用領域以外は
反射膜による反射とすると、面Aでの反射光束の全てを
内部全反射させる場合に対して、設計の自由度を上げつ
つ同程度の明るさを確保できる。
If the reflection on the surface A is the total internal reflection, the loss of the amount of light is reduced, which is preferable. In addition, the light is totally internally reflected at least in a region where the reflected light flux and the outgoing light flux on the surface A are shared (the lower part of the outgoing surface A toward the exit pupil S and the upper part of the outgoing surface A toward the reflecting member 41-b). When the reflection film is used to reflect the light other than the common area, the same degree of brightness can be secured while increasing the degree of freedom in design as compared with the case where the total reflection light flux on the surface A is totally internally reflected.

【0137】また、反射膜領域と共用領域の境界は反射
膜の境界がはっきり目に見え好ましくないので、境界付
近(反射膜領域内の下部側と上部側)は共有領域から遠
ざかるにつれて徐々に反射率を上げて境界を目立たなく
することが望ましい。この反射膜は金属膜によるものが
好ましい。金属膜は分光反射率特性がフラットで色が目
立ちにくく、偏光方向が異なる光に対する反射率の差が
ほとんどないためである。
Since the boundary between the reflective film area and the common area is not clearly visible and undesirable, the vicinity of the boundary (the lower side and the upper side in the reflective film area) is gradually reflected as the distance from the shared area increases. It is desirable to increase the rate to make the boundaries inconspicuous. The reflective film is preferably a metal film. This is because the metal film has a flat spectral reflectance characteristic, a color is less noticeable, and there is almost no difference in reflectance with respect to light having different polarization directions.

【0138】本実施形態では、最終反射面として作用す
るときの面Bは、面A(反射、透過、再透過、再反射、
再々透過)、面C(反射、再反射)に対して非常に強い
光学的パワー(1/焦点距離)を有した凹面鏡となって
おり、第1の光学系41の主パワーを担っている。第1
の光学系41では往復光路により面A、Cで光が2回以
上反射するため、面Bにパワーを持たせて面A、Cのパ
ワーを弱く設定して収差の発生を抑制している。
In the present embodiment, the surface B when acting as the final reflection surface is the surface A (reflection, transmission, re-transmission, re-reflection,
It is a concave mirror having very strong optical power (1 / focal length) with respect to (re-transmission) and surface C (reflection, re-reflection), and plays the main power of the first optical system 41. First
In the optical system 41, since the light is reflected twice or more on the surfaces A and C by the reciprocal optical path, the power is given to the surface B and the powers of the surfaces A and C are set weak to suppress the occurrence of aberration.

【0139】特に、ローカル母線断面は偏心断面である
ため、中心画角主光線におけるこの断面上での面Bのパ
ワーを強く、面A、Cのパワーを弱く設定すると、偏心
収差発生を抑制できる。
In particular, since the local generatrix section is an eccentric section, setting the power of surface B and the power of surfaces A and C on this section in the central field angle chief ray to be strong and eccentric aberration can be suppressed. .

【0140】また、面Bのみパワーを持ち、面A、Cを
平面としてもよい。面Bは偏心した曲面であるため、回
転非対称な形状の面(いわゆる自由曲面)を用いること
で、偏心収差の発生を極力抑えることが望ましい。
Alternatively, only the surface B may have power, and the surfaces A and C may be flat surfaces. Since the surface B is a decentered curved surface, it is desirable to suppress the occurrence of decentering aberration as much as possible by using a rotationally asymmetric surface (so-called free curved surface).

【0141】また、面B以外の面をもう1面自由曲面と
すると、画像表示素子3に表示される画像のアスペクト
比と拡大表示画面のアスペクト比とを近いものに設定可
能となる。
If another surface other than the surface B is a free-form surface, the aspect ratio of the image displayed on the image display element 3 and the aspect ratio of the enlarged display screen can be set close to each other.

【0142】また、光学素子41−aの面A,B,Cお
よび反射部材41−bの両面D,Eをそれぞれ曲面で構
成した場合は、すべての面が集光ないし発散または収差
補正に寄与することになり、コスト削減の効果が期待で
きる。
When the surfaces A, B, C of the optical element 41-a and the both surfaces D, E of the reflecting member 41-b are curved surfaces, all the surfaces contribute to converging or diverging or correcting aberrations. Therefore, the effect of cost reduction can be expected.

【0143】更に好ましくは、第1の光学系41を構成
する面A,B,C、反射部材41−bの両面D,Eの全
てを回転非対称形状とすることで、偏心収差補正の自由
度が増し、良好な画質での画像表示が可能になる。
More preferably, all of the surfaces A, B, C constituting the first optical system 41 and both surfaces D, E of the reflecting member 41-b have a rotationally asymmetric shape, so that the degree of freedom of decentering aberration correction can be improved. And an image can be displayed with good image quality.

【0144】このとき、各回転非対称面をローカル母線
断面を唯一の対称面とするローカル子線断面方向に面対
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。
At this time, if each rotationally asymmetric surface has a plane symmetric shape in the local sagittal section direction with the local generatrix section as the only symmetric surface, machining and manufacturing are facilitated as compared with the case where there is no symmetry. It is preferable because it is possible.

【0145】(第6実施形態)図6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。この表示光学
系は、第1の光学系51と、第2の光学系2とから構成
されている。第1の光学系(以下、第1の光学素子とも
いう)51は、4つの光学面を有した透明体により構成
され、面A(第1の面)、面B(第3の面)は透過面お
よび反射面として作用する透過反射兼用面、面C(第2
の面)は反射作用のみの面である。さらに、透明体には
折り返し反射面Dが形成されている。
(Sixth Embodiment) FIG. 6 shows the sixth embodiment of the present invention.
1 illustrates a display optical system that is an embodiment. This display optical system is composed of a first optical system 51 and a second optical system 2. The first optical system (hereinafter, also referred to as a first optical element) 51 is composed of a transparent body having four optical surfaces, and the surface A (first surface) and the surface B (third surface) are A transmissive / reflective surface acting as a transmissive surface and a reflective surface, a surface C (second
Surface) is a surface only for reflection. Further, a folded reflection surface D is formed on the transparent body.

【0146】面C、折り返し反射面Dには反射膜が形成
され、面Bはハーフミラーである。なお、反射膜および
ハーフミラーは金属膜によるものが好ましい。金属膜は
分光反射率特性がフラットで色が目立ちにくく、偏光方
向が異なる光に対する反射率の差がほとんどないためで
ある。
A reflection film is formed on the surface C and the return reflection surface D, and the surface B is a half mirror. The reflective film and the half mirror are preferably made of a metal film. This is because the metal film has a flat spectral reflectance characteristic, a color is less noticeable, and there is almost no difference in reflectance with respect to light having different polarization directions.

【0147】図中の3は画像を表示する画像表示素子
(LCD等)である。本実施形態においては、面Bは画
像表示素子3からの入射面および反射面として作用し、
面Aは反射面および射出面として作用する。
Reference numeral 3 in the figure denotes an image display element (LCD or the like) for displaying an image. In this embodiment, the surface B acts as an entrance surface and a reflection surface from the image display element 3,
The surface A acts as a reflection surface and an exit surface.

【0148】画像表示素子3から発せられた光は、第2
の光学系2を介して第1光学素子51に導かれる。光は
面Bから第1の光学素子51に入射した後、面A、面C
と順に反射し、折り返し反射面Dで反射する。その後、
面Cでの反射により面Aにおける最初の光の反射領域に
戻されて反射し、面Bで射出瞳S(眼球)側に反射した
後、面Aを透過して第1の光学素子51を射出し、射出
瞳Sに到達する。
The light emitted from the image display element 3 is
Is guided to the first optical element 51 via the optical system 2. After the light enters the first optical element 51 from the surface B, the surface A, the surface C
Then, the reflected light is reflected by the reflection surface D. afterwards,
By the reflection on the surface C, the light is returned to the first reflection area of the light on the surface A, reflected on the surface B, reflected on the exit pupil S (eyeball) side, and then transmitted through the surface A to pass the first optical element 51. Ejects and reaches the exit pupil S.

【0149】この図では、画像表示素子3から発した光
の例として、画像表示素子3の表示面中心を射出し、射
出瞳Sの中心に至る中心画角主光線を示している。
In this figure, as an example of the light emitted from the image display element 3, the central angle-of-view chief ray that exits the center of the display surface of the image display element 3 and reaches the center of the exit pupil S is shown.

【0150】本実施形態においては、射出瞳Sの位置付
近に観察者が眼を置くことにより、画像表示素子3上に
表示された画像の拡大像を視認することが可能となる。
In the present embodiment, the observer can view the enlarged image of the image displayed on the image display element 3 by placing the eyes near the position of the exit pupil S.

【0151】第1の光学素子51おいて、光は面B(透
過)→面A(反射)→面C(反射)→折り返し反射面D
(折り返し反射)→面C(再反射)→面A(再反射)→
面B(反射)(→面A(透過))の順で各面を通過し、
折り返し反射面D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 51, the light is a surface B (transmission) → a surface A (reflection) → a surface C (reflection) → a folded reflection surface D.
(Return reflection) → Surface C (re-reflection) → Surface A (re-reflection) →
Pass each surface in the order of surface B (reflection) (→ surface A (transmission)),
The optical path up to that point is followed in reverse, with the reflection on the reflection surface D as the boundary.

【0152】面B(透過)→折り返し反射面Dまでが往
路、折り返し反射面D→面B(反射)までが復路、往路
と復路を合わせて往復光路が形成される。
A forward path is formed from the surface B (transmission) to the return reflection surface D, a return path is formed from the reflection reflection surface D to the surface B (reflection), and a reciprocal optical path is formed by combining the return path and the return path.

【0153】特に面Aでの再反射は、中心画角主光線が
そのヒットポイント上での面の法線に対し,面Aでの最
初の反射とは反対側に反射して進むようにして往復光路
を形成している。
In particular, the re-reflection on the surface A is performed by making the central angle of view chief ray reflect on the side opposite to the first reflection on the surface A with respect to the normal line of the surface on the hit point and make a round trip optical path. Is formed.

【0154】このように第1の光学素子51内に往復光
路を形成することで光路をほぼ重複させ、第1の光学素
子51内を有効に利用して、光路長に対して第1の光学
系51のサイズを小さくすることができる。これによ
り、表示光学系全体をも小型化できる。
By thus forming the reciprocating optical path in the first optical element 51, the optical paths are almost overlapped, and the inside of the first optical element 51 is effectively used, and the first optical element with respect to the optical path length. The size of the system 51 can be reduced. As a result, the entire display optical system can be downsized.

【0155】また、画像表示素子3からの光線は面Bの
反射により、往復光路を抜けた後は画像表示素子側には
行かず、眼球側に導かれる。
Further, the light rays from the image display element 3 are reflected by the surface B and are not directed to the image display element side after passing through the reciprocating optical path, but are guided to the eyeball side.

【0156】本実施形態では、図1に示した第1実施形
態の構成に対し、折り返し反射面Dを面Aから独立した
面としている。これにより、面を1面増やして設計の自
由度を上げている。
In the present embodiment, in addition to the structure of the first embodiment shown in FIG. 1, the folding reflection surface D is a surface independent of the surface A. As a result, the number of faces is increased by one to increase the degree of freedom in design.

【0157】また、第1実施形態の構成では、面Aの折
り返し反射領域の上部に反射膜が必要であり、部分的な
反射膜蒸着をしなければならないが、本実施形態では折
り返し反射面Dが面Aから独立しているため、反射膜蒸
着が容易である。
Further, in the structure of the first embodiment, the reflection film is required above the folded reflection area of the surface A, and partial reflection film vapor deposition has to be performed, but in the present embodiment, the folded reflection surface D is formed. Is independent of the surface A, the vapor deposition of the reflective film is easy.

【0158】さらに、本実施形態において、面Aでの反
射を内部全反射とすると、光量の損失が少なくなり好ま
しい。この他に、少なくとも面Aでの反射光束と射出光
束とが共用する領域(面Aの下部)で光を内部全反射さ
せ、共用領域以外は反射膜による反射とすると、面Aで
の反射光束の全てを内部全反射させる場合に対して、設
計の自由度を上げつつ同程度の明るさを確保できる。
Further, in the present embodiment, it is preferable that the reflection on the surface A is the total internal reflection because the loss of the light quantity is reduced. In addition to this, the light is totally internally reflected at least in a region where the reflected light beam on the surface A and the emitted light beam are shared (the lower part of the surface A), and the light is reflected by the reflection film except the common region. It is possible to secure the same brightness while increasing the degree of freedom in design as compared with the case where all of the above are totally internally reflected.

【0159】また、反射膜領域と共用領域の境界は反射
膜の境界がはっきり目に見え好ましくないので、境界付
近(反射膜領域内の下部側)は共有領域から遠ざかるに
つれて徐々に反射率を上げて境界を目立たなくすること
が望ましい。この反射膜は金属膜によるものが好まし
い。金属膜は分光反射率特性がフラットで色が目立ちに
くく、偏光方向が異なる光に対する反射率の差がほとん
どないためである。
Further, since the boundary between the reflective film area and the common area is not clearly visible because the boundary of the reflective film is undesired, the reflectance near the boundary (the lower side in the reflective film area) gradually increases as the distance from the shared area increases. It is desirable to make the boundaries inconspicuous. The reflective film is preferably a metal film. This is because the metal film has a flat spectral reflectance characteristic, a color is less noticeable, and there is almost no difference in reflectance with respect to light having different polarization directions.

【0160】本実施形態において、最終反射面として作
用するときの面Bは、面A(反射、再反射、透過)、面
C(反射、再反射)に対して非常に強い光学的パワー
(1/焦点距離)を有した凹面鏡となっており、第1の
光学系51の主パワーを担っている。
In this embodiment, the surface B, which acts as the final reflecting surface, has a very strong optical power (1) with respect to the surface A (reflection, re-reflection, transmission) and the surface C (reflection, re-reflection). / Focal length), and is responsible for the main power of the first optical system 51.

【0161】第1の光学系1では、往復光路により面
A、面Cで光が2回以上反射するため、面Bにパワーを
持たせ、面A,Cのパワーを弱く設定して収差の発生を
抑制している。特に、ローカル母線断面は偏心断面であ
るため、中心画角主光線におけるこの断面上での面Bの
パワーを強く、面A,Cのパワーを弱く設定すると、偏
心収差発生を抑制できる。また、面Bのみパワーを持
ち、面A,Cを平面としてもよい。
In the first optical system 1, since the light is reflected twice or more on the surfaces A and C by the reciprocating optical path, the power is given to the surface B, and the powers of the surfaces A and C are set to be weak so as to reduce the aberration. The occurrence is suppressed. In particular, since the local generatrix cross section is an eccentric cross section, setting the power of the surface B and the power of the surfaces A and C on this cross section in the central ray at the central angle of view to be strong and eccentric aberration can be suppressed. Further, only the surface B may have power, and the surfaces A and C may be flat surfaces.

【0162】面Bは偏心した曲面であるため,回転非対
称な形状の面(いわゆる自由曲面)を用いることで、偏
心収差の発生を極力抑えることが望ましい。また、面B
以外の面をもう1面自由曲面とすると、画像表示素子5
3に表示された画像のアスペクト比と拡大表示画面のア
スペクト比とを近いものに設定可能となる。
Since the surface B is a decentered curved surface, it is desirable to suppress the occurrence of decentration aberrations as much as possible by using a rotationally asymmetric surface (so-called free curved surface). Also, surface B
If the other surface is a free-form surface, the image display element 5
It is possible to set the aspect ratio of the image displayed in 3 and the aspect ratio of the enlarged display screen to be close to each other.

【0163】また、第1の光学系51の面A,B,Cお
よび折り返し反射面Dをそれぞれ曲面で構成した場合
は、すべての面が集光ないし発散または収差補正に寄与
することになり、コスト削減の効果が期待できる。
When the surfaces A, B, C of the first optical system 51 and the reflection reflection surface D are each formed by a curved surface, all the surfaces contribute to condensing or diverging or correcting aberrations. The effect of cost reduction can be expected.

【0164】更に好ましくは、第1の光学系51を構成
する面A,B,C,Dの全てを回転非対称形状とするこ
とで、偏心収差補正の自由度が増し、良好な画質での画
像表示が可能になる。
More preferably, by making all the surfaces A, B, C and D forming the first optical system 51 rotationally asymmetrical, the degree of freedom of eccentric aberration correction is increased and an image with good image quality is obtained. Can be displayed.

【0165】このとき、各回転非対称面をローカル母線
断面を唯一の対称面とするローカル子線断面方向に面対
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。
At this time, if each rotationally asymmetric surface is plane-symmetrical in the local sagittal cross-section direction with the local generatrix cross section as the only symmetry plane, machining and fabrication are easier than in the case where there is no symmetry. Therefore, it is preferable.

【0166】(第7実施形態)図9には、本発明の第7
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、透明体である2つの光学素子61−a1,61−
a2と反射部材61−bとからなる第1の光学系61に
より構成される。光学素子61−a1,61−a2はと
もに3つの光学面を有し、面A(第1の面)、面B(第
3の面)、面Eは透過面および反射面として作用する透
過反射兼用面、面C(第2の面)は反射作用のみの面、
面D、面Fは透過作用のみの面である。
(Seventh Embodiment) FIG. 9 shows a seventh embodiment of the present invention.
1 illustrates a display optical system that is an embodiment. This display optical system includes two optical elements 61-a1 and 61- which are transparent bodies.
The first optical system 61 includes a2 and a reflecting member 61-b. Each of the optical elements 61-a1 and 61-a2 has three optical surfaces, and a surface A (first surface), a surface B (third surface), and a surface E are transmissive and reflective acting as a transmissive surface and a reflective surface. The dual-purpose surface, the surface C (second surface) is a surface only for reflection,
The surface D and the surface F are surfaces having only a transmission effect.

【0167】反射部材61−bは反射膜による表面反射
面である折り返し反射面Gを有している。面Cと反射部
材61−bの折り返し反射面Gには反射膜が形成され、
面Bはハーフミラーである。なお、反射膜、ハーフミラ
ーは金属膜によるものが好ましい。金属膜は分光反射率
特性がフラットで色が目立ちにくく、偏光方向が異なる
光に対する反射率の差がほとんどないためである。
The reflection member 61-b has a folded reflection surface G which is a surface reflection surface formed of a reflection film. A reflection film is formed on the surface C and the reflection reflection surface G of the reflection member 61-b.
Surface B is a half mirror. The reflective film and the half mirror are preferably made of a metal film. This is because the metal film has a flat spectral reflectance characteristic, a color is less noticeable, and there is almost no difference in reflectance with respect to light having different polarization directions.

【0168】図中の3は画像を表示する画像表示素子
(LCD等)である。本実施形態では、面Bは画像表示
素子3からの光の入射面および反射面として作用し、面
Aは反射面および射出面として作用し、面Cは反射面と
して、面Eは入射面、反射面および射出面として作用す
る。
Reference numeral 3 in the figure denotes an image display element (LCD or the like) for displaying an image. In the present embodiment, the surface B acts as an incident surface and a reflecting surface of the light from the image display element 3, the surface A acts as a reflecting surface and an emitting surface, the surface C serves as a reflecting surface, and the surface E serves as an incident surface. It acts as a reflecting surface and an emitting surface.

【0169】画像表示素子3から発せられた光は、直
接、第1の光学系61の光学素子61−a1に導かれ
る。光は面Bから光学素子61−a1に入射した後、面
Aで反射し、光学素子61−a1の面Dから射出する。
次に、光学素子61−a2に面Eから入射し、面Cと面
Eで反射した後、光学素子61−a2の面Fから射出す
る。そして、反射部材61−bの表面の反射膜(面G)
で折り返し反射される。その後、光学素子61−a2に
面Fから入射し、面E、面Cで再反射されて光学素子6
1−a2の面Eから射出する。さらに、光学素子61−
a1に面Dから入射し、面Aにおける最初の光の反射領
域に戻されて再反射し、反射面Bで射出瞳S(眼球)側
に反射した後、面Aを透過して光学素子61−a1を射
出し、射出瞳Sに到達する。
The light emitted from the image display element 3 is directly guided to the optical element 61-a1 of the first optical system 61. The light enters the optical element 61-a1 from the surface B, is reflected by the surface A, and exits from the surface D of the optical element 61-a1.
Next, the light enters the optical element 61-a2 from the surface E, is reflected by the surfaces C and E, and then exits from the surface F of the optical element 61-a2. Then, the reflection film (surface G) on the surface of the reflection member 61-b.
It is reflected back at. After that, the light enters the optical element 61-a2 from the surface F, and is reflected again by the surfaces E and C to generate the optical element 6-a2.
Eject from the surface E of 1-a2. Further, the optical element 61-
The light is incident on the surface a1 from the surface D, is returned to the first light reflection area on the surface A, is reflected again, is reflected by the reflection surface B toward the exit pupil S (eyeball) side, and then is transmitted through the surface A to form the optical element 61. Emit −a1 and reach the exit pupil S.

【0170】この図では、画像表示素子3から発した光
の例として、画像表示素子3の表示面中心を射出し、射
出瞳Sの中心に至る中心画角主光線を示している。
In this figure, as an example of the light emitted from the image display element 3, a central angle-of-view chief ray that exits the center of the display surface of the image display element 3 and reaches the center of the exit pupil S is shown.

【0171】本実施形態においては、射出瞳Sの位置付
近に観察者が眼を置くことにより、画像表示素子3上に
表示された画像の拡大像を視認することが可能となる。
In the present embodiment, the observer can view the enlarged image of the image displayed on the image display element 3 by placing the eyes near the position of the exit pupil S.

【0172】第1の光学系61おいて、光は面B(透
過)→面A(反射)→面D(透過)→面E(透過)→面
C(反射)→面E(反射)→面F(透過)→反射部材6
1−bの折り返し反射面G(折り返し反射)→面F(再
透過)→面E(再反射)→面C(再反射)→面E(再透
過)→面D(再透過)→面A(再反射)→面B(反射)
(→面A(透過))の順で面を通過し、折り返し反射面
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 61, the light is surface B (transmission) → surface A (reflection) → surface D (transmission) → surface E (transmission) → surface C (reflection) → surface E (reflection) → Surface F (transmissive) → reflective member 6
1-b return reflection surface G (return reflection) → surface F (retransmission) → surface E (rereflection) → surface C (rereflection) → surface E (retransmission) → surface D (retransmission) → surface A (Re-reflection) → Surface B (reflection)
The light passes through the surfaces in the order of (→ surface A (transmission)), and the optical path up to that point is traced in reverse, with the reflection at the folding reflection surface as the boundary.

【0173】面B(透過)→折り返し反射面Gまでが往
路、折り返し反射面G→面B(反射)までが復路、往路
と復路を合わせて往復光路が形成される。
A forward path is formed from the surface B (transmission) to the return reflection surface G, a return path is formed from the reflection reflection surface G to the surface B (reflection), and a reciprocal optical path is formed by combining the return path and the return path.

【0174】特に面Aでの再反射は、中心画角主光線が
そのヒットポイント上での面の法線に対し、面Aでの最
初の反射とは反対側に反射して進むようにして往復光路
を形成している。
In particular, the re-reflection on the surface A is performed by making the central angle-of-view chief ray reflect and travel on the side opposite to the first reflection on the surface A with respect to the normal of the surface on the hit point. Is formed.

【0175】このように第1の光学系61内に往復光路
を形成することで光路をほぼ重複させ、第1の光学系6
1内を有効に利用して、光路長に対して第1の光学系6
1のサイズを小さくすることができる。これにより、表
示光学系全体をも小型化できる。
By forming the reciprocating optical path in the first optical system 61 in this way, the optical paths are almost overlapped, and the first optical system 6
1 is effectively used, and the first optical system 6 with respect to the optical path length is used.
The size of 1 can be reduced. As a result, the entire display optical system can be downsized.

【0176】また、画像表示素子3からの光線は面Bの
反射により、往復光路を抜けた後は画像表示素子側には
行かず、眼球側に導かれる。
Further, the light rays from the image display element 3 are reflected by the surface B, and after passing through the reciprocating optical path, do not go to the image display element side but are guided to the eyeball side.

【0177】本実施形態では、第1の光学系61が2つ
の光学素子により構成されているため、往復光路を長く
することができ、非常に長い光路長を第1光学系61内
に収めることができる。このため、前述した各実施形態
のように、画像表示素子と第1の光学系の間に、別の第
2の光学系を挿入する必要がなく、表示光学系が下側に
大型化しない。
In this embodiment, since the first optical system 61 is composed of two optical elements, the round-trip optical path can be lengthened, and a very long optical path length can be accommodated in the first optical system 61. You can Therefore, unlike the above-described embodiments, it is not necessary to insert another second optical system between the image display element and the first optical system, and the display optical system does not increase in size downward.

【0178】本実施形態において、面A、面Eでの反射
を内部全反射とすると、光量の損失が少なくなり好まし
い。また少なくとも、面A、面Eでの反射光束と射出光
束とが共用する領域(面A、面Eの下部)で光を内部全
反射させ、共用領域以外は反射膜による反射とすると、
面A、面Eでの反射光束の全てを内部全反射させた場合
に対して、設計の自由度を上げつつ同程度の明るさを確
保できる。
In the present embodiment, it is preferable that the reflection on the surface A and the surface E is total internal reflection because the loss of the light quantity is reduced. Further, at least when the light is totally internally reflected in a region where the reflected light flux on the surfaces A and E and the emitted light flux are shared (the lower part of the surfaces A and E), and the reflection is performed by the reflective film except the common region,
It is possible to increase the degree of freedom in design and secure the same degree of brightness as in the case of totally internally reflecting all the reflected light beams on the surfaces A and E.

【0179】また、反射膜領域と共用領域の境界は反射
膜の境界がはっきり目に見え好ましくないので、境界付
近(反射膜領域内の下部側)は共有領域から遠ざかるに
つれて徐々に反射率を上げて境界を目立たなくすること
が望ましい。この反射膜は金属膜によるものが好まし
い。金属膜は分光反射率特性がフラットで色が目立ちに
くく、偏光方向が異なる光に対する反射率の差がほとん
どないためである。
Since the boundary between the reflective film area and the common area is not clearly visible because the boundary between the reflective films is not visible, the reflectance near the boundary (lower side in the reflective film area) gradually increases as the distance from the shared area increases. It is desirable to make the boundaries inconspicuous. The reflective film is preferably a metal film. This is because the metal film has a flat spectral reflectance characteristic, a color is less noticeable, and there is almost no difference in reflectance with respect to light having different polarization directions.

【0180】また、本実施形態では、最終反射面として
作用するときの面Bと反射面として作用する面Cの凹面
鏡の光学的パワー(1/焦点距離)が他の反射面に対し
て強い。その中でも反射面として作用する面Cの凹面鏡
パワーの方が強い。面Bの凹面鏡パワーのほうを弱めな
いと、第1の光学系61と表示素子3の間隔を十分に取
れなくなるためである。特に、ローカル母線断面上でそ
の傾向が強く出る。
Further, in this embodiment, the optical power (1 / focal length) of the concave mirror of the surface B acting as the final reflecting surface and the surface C acting as the reflecting surface is stronger than that of the other reflecting surfaces. Among them, the power of the concave mirror of the surface C that acts as a reflecting surface is stronger. This is because the space between the first optical system 61 and the display element 3 cannot be sufficiently secured unless the power of the concave mirror on the surface B is weakened. In particular, the tendency is strong on the cross section of the local bus.

【0181】また、面B、面Cのみパワーを持ち、面
A、面Eを平面としてもよい。面B、面Cは偏心した曲
面であるため,回転非対称な形状の面(いわゆる自由曲
面)を用いることで、偏心収差の発生を極力抑えること
が望ましい。
Further, only the surfaces B and C may have power, and the surfaces A and E may be flat surfaces. Since the surfaces B and C are decentered curved surfaces, it is desirable to suppress the occurrence of decentering aberration as much as possible by using a rotationally asymmetric surface (so-called free curved surface).

【0182】また、光学素子61−a1,61−a2の
面A,B,C、面Eおよび反射部材61−bの折り返し
反射面Gをそれぞれ曲面で構成した場合は、すべての面
が集光ないし発散または収差補正に寄与することにな
り、コスト削減の効果が期待できる。
When the surfaces A, B and C, the surface E of the optical elements 61-a1 and 61-a2 and the folded reflection surface G of the reflection member 61-b are curved surfaces, all the surfaces are focused. It also contributes to divergence or aberration correction, and a cost reduction effect can be expected.

【0183】更に好ましくは、第1の光学系61を構成
する面A,B,C,E,Gを回転非対称形状とすること
で、偏心収差補正の自由度が増し、良好な画質での画像
表示が可能になる。また、全ての面を自由曲面とすると
更に良好な画質が得られる。
More preferably, by making the surfaces A, B, C, E and G forming the first optical system 61 rotationally asymmetrical, the degree of freedom of eccentric aberration correction is increased and an image with good image quality is obtained. Can be displayed. Further, if all the surfaces are free-form surfaces, even better image quality can be obtained.

【0184】このとき,各回転非対称面をローカル母線
断面を唯一の対称面とするローカル子線断面方向に面対
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。
At this time, if each rotationally asymmetric surface has a plane symmetric shape in the local sagittal section direction in which the local generatrix section is the only symmetric surface, machining and manufacturing are facilitated as compared with the case where there is no symmetry. Therefore, it is preferable.

【0185】(第8実施形態)図8には、本発明の第8
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、反射部材71−b1,71−b2,71−b3に
よる3面反射ミラー構成の第1の光学系71と、第2の
光学系2とから構成されている。
(Eighth Embodiment) FIG. 8 shows an eighth embodiment of the present invention.
1 illustrates a display optical system that is an embodiment. This display optical system is composed of a first optical system 71 having a three-faced reflection mirror configuration of reflecting members 71-b1, 71-b2, 71-b3, and a second optical system 2.

【0186】3つの反射部材71−b1,71−b2,
71−b3の表面には、反射膜が形成されている。反射
部材71−b2の反射面は折り返し反射面である。な
お、反射膜は金属膜によるものが好ましい。金属膜は分
光反射率特性がフラットで色が目立ちにくく、偏光方向
が異なる光に対する反射率の差がほとんどないためであ
る。
The three reflecting members 71-b1, 71-b2,
A reflective film is formed on the surface of 71-b3. The reflection surface of the reflection member 71-b2 is a folded reflection surface. The reflective film is preferably a metal film. This is because the metal film has a flat spectral reflectance characteristic, a color is less noticeable, and there is almost no difference in reflectance with respect to light having different polarization directions.

【0187】図中の3は画像を表示する画像表示素子
(LCD等)である。画像表示素子73から発せられた
光は、第2の光学系2を介して第1の光学系71の反射
部材71−b1に導かれる。光は反射部材71−b1の
反射ミラー面である面A(第1の面)から第1の光学系
71に入射し、面Aで反射して、反射部材71−b2の
ミラー面である折り返し反射面C(第2の面)に導かれ
る。折り返し反射面Cでは、入射した光を面Aにおける
最初の光の反射領域寄りの領域に戻すように反射する
が、中心画角主光線の折り返し反射面Cへの入射光と反
射光の成す角度がθとなるように反射している。
Reference numeral 3 in the figure denotes an image display element (LCD or the like) for displaying an image. The light emitted from the image display element 73 is guided to the reflecting member 71-b1 of the first optical system 71 via the second optical system 2. The light enters the first optical system 71 from the surface A (first surface) that is the reflection mirror surface of the reflection member 71-b1, is reflected by the surface A, and is folded back that is the mirror surface of the reflection member 71-b2. It is guided to the reflection surface C (second surface). On the return reflection surface C, the incident light is reflected so as to return to the area closer to the first light reflection area on the surface A, but the angle formed by the incident light and the reflected light on the return reflection surface C of the central view angle principal ray. Is reflected so that it becomes θ.

【0188】その後、光は面Aで再反射し、反射部材7
1−b3のミラー面である面B(第3の面)で反射した
後、第1の光学系71から射出して、射出瞳Sに到達す
る。
After that, the light is reflected again on the surface A, and the reflection member 7
After being reflected by the surface B (third surface) which is the mirror surface of 1-b3, the light exits from the first optical system 71 and reaches the exit pupil S.

【0189】この図では、画像表示素子3から発した光
の例として、画像表示素子3の表示面中心を射出し射出
瞳Sの中心に至る中心画角主光線を示している。
In this figure, as an example of the light emitted from the image display element 3, the central angle-of-view chief ray that exits the center of the display surface of the image display element 3 and reaches the center of the exit pupil S is shown.

【0190】本実施形態においては、射出瞳Sの位置付
近に観察者が眼を置くことにより、画像表示素子3上に
表示された画像の拡大像を視認することが可能となる。
In the present embodiment, the observer puts his eyes near the position of the exit pupil S, so that an enlarged image of the image displayed on the image display element 3 can be visually recognized.

【0191】第1の光学系71において、光は面A(反
射)→反射部材71−b2のミラー面C(折り返し反
射)→面A(再反射)→面B(反射)の順で各面を通過
し、折り返し反射面C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 71, light is in the order of surface A (reflection) → mirror surface C of the reflection member 71-b2 (return reflection) → surface A (rereflection) → surface B (reflection). , And the optical path up to that point is traced in reverse, with the reflection on the reflection surface C as the boundary.

【0192】A(反射)→折り返し反射面Cまでが往
路、折り返し反射面C→A(再反射)までが復路、往路
と復路を合わせて往復光路が形成される。
A forward reflection path is formed from A (reflection) to the return reflection surface C, a return path is formed from the reflection reflection surface C to A (re-reflection), and a reciprocal optical path is formed by combining the return and return paths.

【0193】特に面Aでの再反射は、中心画角主光線が
そのヒットポイント上での面の法線に対し、面Aでの最
初の反射とは反対側に反射して進むようにして往復光路
を形成している。
In particular, the re-reflection on the surface A is such that the central view angle principal ray is reflected and travels on the side opposite to the first reflection on the surface A with respect to the normal of the surface on the hit point. Is formed.

【0194】このように第1の光学系71内に往復光路
を形成することで光路をほぼ重複させ、第1の光学系7
1内を有効に利用して、光路長に対して第1の光学系7
1のサイズを小さくすることができる。これにより、表
示光学系全体を小型化できる。
By thus forming the reciprocating optical path in the first optical system 71, the optical paths are almost overlapped, and the first optical system 7
The first optical system 7 with respect to the optical path length
The size of 1 can be reduced. Thereby, the entire display optical system can be downsized.

【0195】また、画像表示素子3からの光線は面Bの
反射により、往復光路を抜けた後、画像表示素子側には
行かず、眼球側に導かれる。
Further, the light beam from the image display element 3 is reflected by the surface B, and after passing through the reciprocal optical path, does not go to the image display element side but is guided to the eyeball side.

【0196】本実施形態は、上記第6実施形態のものと
同様に明るさの点でメリットがある。本実施形態では、
折り返し反射面への中心画角主光線の入射光と反射光と
のなす角度θを比較的大きな値にして、復路を面Aまで
とし、第1の光学系71に入射してきた光線とはややず
れたところに別の面Bを配置し、面Bに光線が行くよう
に設定している。これにより、3面(面A、面B、折り
返し反射面C)の反射ミラーを光をほぼ100%反射可
能な反射膜で形成し、明るい第1の光学系71を実現し
ている。なお、反射膜は金属膜によるものが好ましい。
金属膜は分光反射率特性がフラットで色が目立ちにく
く、偏光方向が異なる光に対する反射率の差がほとんど
ないためである。
The present embodiment has a merit in terms of brightness as in the sixth embodiment. In this embodiment,
The angle θ between the incident light of the central angle-of-view principal ray on the return reflection surface and the reflected light is set to a relatively large value, the return path is set to the surface A, and the light ray incident on the first optical system 71 is slightly different. Another surface B is arranged at a deviated position, and light rays are set to reach the surface B. Thereby, the reflection mirror having three surfaces (the surface A, the surface B, and the reflection reflection surface C) is formed of the reflection film capable of reflecting almost 100% of the light, and the bright first optical system 71 is realized. The reflective film is preferably a metal film.
This is because the metal film has a flat spectral reflectance characteristic, a color is less noticeable, and there is almost no difference in reflectance with respect to light having different polarization directions.

【0197】また、本実施形態において、最終反射面と
して作用するときの面Bは面A(反射、再反射)に対し
て非常に強い光学的パワー(1/焦点距離)を有した凹
面鏡となっており、第1の光学系71の主パワーを担っ
ている。これは、往復光路により面Aで光が2回反射す
るため、面Bにパワーを持たせ、面Aのパワーを弱く設
定して収差の発生を抑制するためである。
Further, in this embodiment, the surface B when acting as the final reflecting surface is a concave mirror having a very strong optical power (1 / focal length) with respect to the surface A (reflection, re-reflection). And is responsible for the main power of the first optical system 71. This is because the light is reflected twice on the surface A by the reciprocating optical path, so that the surface B has power and the power of the surface A is set to be weak to suppress the occurrence of aberration.

【0198】特に、ローカル母線断面は偏心断面である
ため、中心画角主光線に対してこの断面上での面Bパワ
ーを強く、面Aのパワーを弱く設定すると、偏心収差発
生を抑制できる。また、面Bのみパワーを持ち、面Aを
平面としてもよい。
In particular, since the local generatrix section is an eccentric section, setting the surface B power on this section to be strong and the surface A power to be weak with respect to the central angle of view principal ray suppresses the occurrence of eccentric aberration. Alternatively, only the surface B may have power and the surface A may be a flat surface.

【0199】面Bは偏心した曲面であるため,回転非対
称な形状の面(いわゆる自由曲面)を用いることで、偏
心収差の発生を極力抑えることが望ましい。
Since the surface B is a decentered curved surface, it is desirable to suppress the occurrence of decentering aberration as much as possible by using a rotationally asymmetric surface (so-called free curved surface).

【0200】また、面B以外の反射面をもう1面自由曲
面とすると、画像表示素子73に表示される画像のアス
ペクト比と拡大表示画面のアスペクト比とを近いものに
設定可能となる。
If the reflecting surface other than the surface B is another free-form curved surface, the aspect ratio of the image displayed on the image display element 73 and the aspect ratio of the enlarged display screen can be set to be close to each other.

【0201】また、面A,B,折り返し反射面Cをそれ
ぞれ曲面で構成した場合は、すべての面が集光ないし発
散または収差補正に寄与することになり、コスト削減の
効果が期待できる。
Further, when the surfaces A and B and the reflection reflection surface C are each formed by a curved surface, all the surfaces contribute to converging or diverging or aberration correction, and a cost reduction effect can be expected.

【0202】更に好ましくは、第1の光学系71を構成
する3つの面A,B,折り返し反射面Cの全てを回転非
対称形状とすることで、偏心収差補正の自由度が増し、
良好な画質での画像表示が可能になる。このとき、各回
転非対称面をローカル母線断面を唯一の対称面とするロ
ーカル子線断面方向に面対称な形状とすると、対称性の
ない場合に比較して加工および製作を容易にすることが
できるため、好ましい。
More preferably, all the three surfaces A and B and the folded reflection surface C that form the first optical system 71 have a rotationally asymmetric shape, so that the degree of freedom of decentering aberration correction increases.
It is possible to display an image with good image quality. At this time, if each rotationally asymmetric surface has a plane symmetric shape in the local sagittal cross-section direction in which the local generatrix cross section is the only symmetric plane, machining and manufacturing can be facilitated as compared with the case where there is no symmetry. Therefore, it is preferable.

【0203】(第9実施形態)図9には、本発明の第9
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、透明体としての光学素子81−aと反射部材81
−bとからなる第1の光学系81と、2つの光学系82
−1,82−2からなる第2の光学系とから構成されて
いる。
(Ninth Embodiment) FIG. 9 shows a ninth embodiment of the present invention.
1 illustrates a display optical system that is an embodiment. This display optical system includes an optical element 81-a as a transparent body and a reflecting member 81.
A first optical system 81 composed of -b and two optical systems 82
-1, 82-2 and a second optical system.

【0204】光学素子81−aは、3つの光学面を有
し、面A(第1の面),B(第3の面)は透過面および
反射面として作用する透過反射兼用面であり、面Dは透
過面として作用する。また、反射部材81−bは、表面
に反射膜を形成した折り返し反射面C(第2の面)を有
する。面Bはハーフミラーである。なお、反射膜および
ハーフミラーは金属膜によるものが好ましい。金属膜は
分光反射率特性がフラットで色が目立ちにくく、偏光方
向が異なる光に対する反射率の差がほとんどないためで
ある。
The optical element 81-a has three optical surfaces, and the surfaces A (first surface) and B (third surface) are both transmission and reflection surfaces which serve as a transmission surface and a reflection surface. The surface D acts as a transmission surface. The reflection member 81-b also has a folded reflection surface C (second surface) having a reflection film formed on its surface. Surface B is a half mirror. The reflective film and the half mirror are preferably made of a metal film. This is because the metal film has a flat spectral reflectance characteristic, a color is less noticeable, and there is almost no difference in reflectance with respect to light having different polarization directions.

【0205】図中の3は画像を表示する画像表示素子
(LCD等)である。本実施形態においては、面Bは画
像表示素子3からの光の入射面および反射面として作用
し、面Aは反射面および射出面として作用する。
Reference numeral 3 in the figure denotes an image display element (LCD or the like) for displaying an image. In the present embodiment, the surface B acts as an incident surface and a reflecting surface of the light from the image display element 3, and the surface A acts as a reflecting surface and an emitting surface.

【0206】画像表示素子3から発せられた光は、第2
の光学系のうち光学系82−aを介して第1の光学系8
1の光学素子81−aに導かれる。光は面Bより光学素
子81−aに入射した後、面Aで反射し、面Dから射出
する。そして、反射部材81−bの表面の折り返し反射
面Cで反射する。その後、光学素子81−aの面Dから
入射し、面Aにおける最初の光の反射領域に戻されて再
反射し、面Bで射出瞳S(眼球)側に反射した後、面A
を透過して光学素子81−aを射出し、第2の光学系8
2のうちもう1つの光学系82−bで光学的パワーが調
節されて射出瞳Sに到達する。
The light emitted from the image display element 3 emits the second light.
The first optical system 8 via the optical system 82-a
No. 1 optical element 81-a. The light enters the optical element 81-a from the surface B, is reflected by the surface A, and exits from the surface D. Then, the light is reflected by the return reflection surface C on the surface of the reflection member 81-b. After that, the light enters from the surface D of the optical element 81-a, is returned to the first light reflection area on the surface A, is reflected again, and is reflected on the surface B toward the exit pupil S (eyeball), and then the surface A.
Through the second optical system 8-a.
The optical power is adjusted by the other optical system 82-b of 2 and reaches the exit pupil S.

【0207】この図では、画像表示素子3から発した光
の例として、画像表示素子3の表示面中心を射出し、射
出瞳Sの中心に至る中心画角主光線を示している。
In this figure, as an example of the light emitted from the image display element 3, a central angle-of-view chief ray that emerges from the center of the display surface of the image display element 3 and reaches the center of the exit pupil S is shown.

【0208】本実施形態においては、射出瞳Sの位置付
近に観察者が眼を置くことにより、画像表示素子3上に
表示された画像の拡大像を視認することが可能となる。
In the present embodiment, the observer puts his eyes near the position of the exit pupil S, so that an enlarged image of the image displayed on the image display element 3 can be visually recognized.

【0209】第1の光学系81おいて、光は面B(透
過)→面A(反射)→面D(透過)→反射部材81−b
の折り返し反射面C(折り返し反射)→面D(再透過)
→面A(再反射)→面B(反射)(→面A(透過))の
順で各面を通過し、折り返し反射面での反射を境に、そ
れまでの光路を逆にたどる。
In the first optical system 81, the light is the surface B (transmission) → the surface A (reflection) → the surface D (transmission) → the reflection member 81-b.
Return reflection surface C (return reflection) → surface D (retransmission)
The light passes through each surface in the order of → surface A (re-reflection) → surface B (reflection) (→ surface A (transmission)), and the optical path up to that point is traced in reverse, with the reflection at the return reflection surface as the boundary.

【0210】面B(透過)→折り返し反射面Cまでが往
路、折り返し反射面C→面B(反射)までが復路、往路
と復路を合わせて往復光路が形成される。
A forward path is formed from the surface B (transmission) to the return reflection surface C, a return path is formed from the reflection reflection surface C to the surface B (reflection), and a reciprocal optical path is formed by combining the return path and the return path.

【0211】特に面Aでの再反射は、中心画角主光線が
そのヒットポイント上での面の法線に対し、面Aでの最
初の反射とは反対側に反射して進むようにして往復光路
を形成している。
In particular, the re-reflection on the surface A is such that the central angle-of-view chief ray is reflected and travels on the side opposite to the first reflection on the surface A with respect to the normal line of the surface on the hit point. Is formed.

【0212】このように第1の光学系81内に往復光路
を形成することで光路をほぼ重複させ、第1の光学系8
1内を有効に利用して、光路長に対して第1の光学系8
1のサイズを小さくすることができる。これにより、表
示光学系全体をも小型化できる。
By forming the reciprocating optical path in the first optical system 81 as described above, the optical paths are substantially overlapped, and the first optical system 8
1 is effectively used, and the first optical system 8 with respect to the optical path length is used.
The size of 1 can be reduced. As a result, the entire display optical system can be downsized.

【0213】また、画像表示素子3からの光線は面Bの
反射により、往復光路を抜けた後、画像表示素子側には
行かず、眼球側に導かれる。
The light rays from the image display element 3 are reflected by the surface B, and after passing through the reciprocating optical path, do not go to the image display element side but are guided to the eyeball side.

【0214】本実施形態では、光学素子81−aの3面
を平面で構成しているため、光学素子81−a自体は光
学的パワーを持たず、反射部材81−bの折り返し反射
面が光学的パワーを持っている。これにより、光学素子
81−aのコストをかなり安くでき、光学素子81−a
での収差発生も抑制される。
In this embodiment, since the three surfaces of the optical element 81-a are flat, the optical element 81-a itself has no optical power, and the folded reflection surface of the reflecting member 81-b is optical. Have the power As a result, the cost of the optical element 81-a can be considerably reduced, and the optical element 81-a
Also, the occurrence of aberration is suppressed.

【0215】面Aでの反射を内部全反射とすると、光量
の損失が少なくなり好ましい。また、少なくとも面Aで
の反射光束と射出光束とが共用する領域(面Aの下部)
で光を内部全反射させ、共用領域以外は反射膜による反
射とすると、面Aでの反射光束の全てを内部全反射させ
る場合に対して、設計の自由度を上げつつ同程度の明る
さを確保できる。
It is preferable that the reflection on the surface A is the total internal reflection because the loss of the amount of light is reduced. Further, at least a region where the reflected light beam and the emitted light beam on the surface A are shared (the lower part of the surface A)
If the light is totally internally reflected by and the light is reflected by the reflective film except for the common area, the same degree of brightness can be obtained while increasing the degree of freedom in design as compared with the case of totally totally reflecting the light flux reflected on the surface A. Can be secured.

【0216】また、反射膜領域と共用領域の境界は反射
膜の境界がはっきり目に見え好ましくないので、境界付
近(反射膜領域内の下部側)は共有領域から遠ざかるに
つれて徐々に反射率を上げて境界を目立たなくすること
が望ましい。この反射膜は金属膜によるものが好まし
い。金属膜は分光反射率特性がフラットで色が目立ちに
くく、偏光方向が異なる光に対する反射率の差がほとん
どないためである。
Since the boundary between the reflective film area and the common area is not clearly visible because the boundary between the reflective films is not preferable, the reflectance near the boundary (lower side in the reflective film area) gradually increases as the distance from the shared area increases. It is desirable to make the boundaries inconspicuous. The reflective film is preferably a metal film. This is because the metal film has a flat spectral reflectance characteristic, a color is less noticeable, and there is almost no difference in reflectance with respect to light having different polarization directions.

【0217】以下、上記各実施形態を、数値実施例を用
いて説明する。
The above embodiments will be described below with reference to numerical examples.

【0218】[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での光路断面図を示してい
る。図中、1は表示光学系を構成する第1の光学系であ
り、3つの光学面を有したプリズム形状の透明体(光学
素子)により構成されている。S2,S4,S6,S8
は同一面、S3,S9は同一面、S5,S7は同一面で
あり、これら3面はそれぞれ第1実施形態において説明
した面A,B,Cに相当する。
[Numerical Example 1] FIG. 10 shows an optical path sectional view in a numerical example of the first embodiment shown in FIG. In the figure, reference numeral 1 is a first optical system that constitutes a display optical system, and is constituted by a prism-shaped transparent body (optical element) having three optical surfaces. S2, S4, S6, S8
Are the same surface, S3 and S9 are the same surface, and S5 and S7 are the same surface, and these three surfaces respectively correspond to the surfaces A, B and C described in the first embodiment.

【0219】2は第2の光学系であり、ここではS1
0,S11,S12の3面を有した同一媒質からなる透
明体により構成されている。
Reference numeral 2 denotes a second optical system, here S1.
The transparent body is composed of the same medium and has three surfaces of 0, S11, and S12.

【0220】SIは画像表示面、S1は表示光学系の射
出瞳Sである。また、折り返し反射面A(S6)と面C
(S5,S7)には反射膜が形成され、面B(S3,S
9)にはハーフミラーが形成されている。
SI is the image display surface, and S1 is the exit pupil S of the display optical system. In addition, the folded reflection surface A (S6) and the surface C
A reflective film is formed on (S5, S7) and the surface B (S3, S
A half mirror is formed in 9).

【0221】本数値実施例において、全ての光学面は回
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, all the optical surfaces are rotationally asymmetrical surfaces and have a plane symmetric shape having the paper surface (yz section) as the only symmetric surface.

【0222】本数値実施例の光学データを表1に示す。
この数値実施例は射出瞳径φ10mm,画像表示サイズ
10mm×7.5mm程度で水平画角50°の画像をz
軸の正方向無限遠方に表示する表示光学系である。
Table 1 shows optical data of this numerical example.
In this numerical example, an image with an exit pupil diameter of φ10 mm, an image display size of about 10 mm × 7.5 mm, and a horizontal angle of view of 50 ° is z.
It is a display optical system that displays in the positive infinity direction of the axis.

【0223】なお、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。
The leftmost item SURF in the optical data in Table 1 indicates the surface number. Further, X, Y, Z, and A are coordinate systems in which the center of the first surface S1 is the origin (0, 0, 0), and the y-axis and z-axis shown in the figure and the x-axis in the depth direction of the paper are taken. Is the position (x, y, z) of the surface apex of each surface and the rotation angle A (unit: degree) about the x axis with the counterclockwise direction as the positive direction on the drawing.

【0224】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.

【0225】[0225]

【数1】 [Equation 1]

【0226】TYPの欄でFFSの横に記された数値
は、その面形状が同表の下側に記載された非球面係数k
およびciに対応する回転非対称形状であることを示し
ている。
The numerical value written next to FFS in the TYP column is the aspherical coefficient k whose surface shape is shown at the bottom of the table.
And ci have a rotationally asymmetric shape corresponding to ci.

【0227】Nd,νd(但し、表ではvdと記す)は
それぞれ、その面以降の媒質のd線波長での屈折率とア
ッベ数を示しており、屈折率Nの符号の変化はその面で
光が反射されることを示している。また、媒質が空気層
の場合は、屈折率Ndのみを1.000として表示し、
アッベ数νdは省略している。
Nd and νd (however, indicated as vd in the table) respectively indicate the refractive index and the Abbe number at the d-line wavelength of the medium after that surface, and the change in the sign of the refractive index N on that surface. It shows that the light is reflected. When the medium is an air layer, only the refractive index Nd is displayed as 1.000,
Abbe number νd is omitted.

【0228】また、折り返し反射面での中心画角主光線
の入射光線と反射光線とのなす角度θの絶対値を|θ|
として記載している。以上の表の項目は、以降の数値実
施例においても同様である。
Further, the absolute value of the angle θ formed by the incident ray and the reflected ray of the central angle-of-view principal ray on the return reflecting surface is | θ |
It has been described as. The items in the above table are the same in the following numerical examples.

【0229】[0229]

【表1】 [Table 1]

【0230】なお、本数値実施例に示した光学系は、z
軸負方向における無限遠方の物点からの光束を、絞りS
1を通過させて第1の光学系1に導き、第1の光学系1
を射出した後、第2の光学系2を経て撮像面SIに結像
させる撮像光学系(第2実施形態)としても利用でき
る。
The optical system shown in this numerical example has a z
The light flux from an object point at infinity in the negative axis direction
1 to lead to the first optical system 1, and the first optical system 1
Can also be used as an image pickup optical system (second embodiment) that forms an image on the image pickup surface SI through the second optical system 2 after the injection.

【0231】[数値実施例2]図11には、図3に示し
た第3実施形態(やや図4の第4実施形態に近いもの)
の数値実施例での光路断面図を示している。
[Numerical Example 2] FIG. 11 shows a third embodiment shown in FIG. 3 (slightly similar to the fourth embodiment shown in FIG. 4).
3 is a sectional view of the optical path in the numerical example of FIG.

【0232】図中、21は表示光学系を構成する第1の
光学系であり、S2,S4,S6が面A,S3,S7が
面B、S5が折り返し反射面Cである。折り返し反射面
C(S5)には反射膜が形成され、面B(S3,S7)
にはハーフミラーが形成されている。SIは画像表示
面、S1は表示光学系の射出瞳Sである。
In the figure, reference numeral 21 denotes a first optical system constituting the display optical system, S2, S4 and S6 are surfaces A, S3 and S7 are surfaces B, and S5 is a folded reflection surface C. A reflection film is formed on the return reflection surface C (S5), and the surface B (S3, S7)
Is formed with a half mirror. SI is an image display surface, and S1 is an exit pupil S of the display optical system.

【0233】2は第2の光学系であり、それぞれが2面
構成の2つのレンズ2−1,2−2からなり、レンズ2
−1の一方の面は第1の光学系21を構成する透明体と
接合されており、この面はS7として表記している。
Reference numeral 2 denotes a second optical system, which comprises two lenses 2-1 and 2-2 each having a two-sided structure.
One surface of -1 is joined to the transparent body that constitutes the first optical system 21, and this surface is indicated as S7.

【0234】また、第1の光学系21におけるS1から
S10までの光学面は、本数値実施例においては全て回
転非対称面であり、紙面(yz断面)を唯一の対称面と
して持つ面対称形状をしている。本数値実施例の光学デ
ータを表2に示す。
Further, the optical surfaces from S1 to S10 in the first optical system 21 are all rotationally asymmetrical surfaces in this numerical example, and have a plane symmetric shape having the paper surface (yz section) as the only symmetric surface. is doing. Table 2 shows optical data of this numerical example.

【0235】[0235]

【表2】 [Table 2]

【0236】なお、図4に示した第4実施形態は、本数
値実施例の面S7と面S3の有効面が重ならないように
θを設定し、面S7を入射面として別面とし、S3面は
反射のみの面、S7面は接合面で透過作用のみの面とす
ることによって実施できる。またS7とS3の有効面を
重ならないようにθを設定し、S7とS3を同一面のま
まとし、S3面は反射のみの面、S7面は接合面で透過
作用のみの面としてもよい。
In the fourth embodiment shown in FIG. 4, θ is set so that the effective surfaces of the surface S7 and the surface S3 of this numerical example do not overlap each other, and the surface S7 is defined as the incident surface, and another surface is defined as S3. The surface can be implemented by making the surface only a reflection surface and the surface S7 a bonding surface which is only a transmission function. Further, θ may be set so that the effective surfaces of S7 and S3 do not overlap, S7 and S3 may remain the same surface, the S3 surface may be a reflection-only surface, and the S7 surface may be a cemented surface that is only a transmission function.

【0237】これにより、1面分減らすことができ、か
つ明るさのメリットも残る。また透過作用のみのS7の
接合面をなくし、光学系21とレンズ2−1を同一部材
の一体物(一体成形品など)とすると、部品が1個減り
光学系のコストダウンが可能になる。また、透過作用の
みのS7の接合面をなくし、光学系21とレンズ2−1
を微小間隔の空気層をおいて配置してもよい。
As a result, the surface area can be reduced and the brightness remains. If the optical interface 21 and the lens 2-1 are integrated into one member (integrally molded product or the like) by eliminating the S7 cemented surface only for the transmission action, the number of parts is reduced by one and the cost of the optical system can be reduced. Further, the cemented surface of S7, which only has a transmission function, is eliminated, and the optical system 21 and the lens 2-1 are removed.
May be arranged with an air layer at a minute interval.

【0238】本数値実施例の長さのディメンジョンを有
する数値をmmとして考えると、射出瞳径φ6mm、画
像表示サイズ10mm×7.5mm程度で、水平約50
°,垂直約39°の画角で、画像をz軸の正方向無限遠
方に表示する表示光学系となる。
Considering the numerical value having the dimension of the length in this numerical example as mm, the exit pupil diameter is φ6 mm, the image display size is about 10 mm × 7.5 mm, and the horizontal is about 50 mm.
The display optical system displays an image at an infinity in the positive direction of the z-axis at an angle of view of 90 ° and a vertical angle of about 39 °.

【0239】また、本数値実施例も、数値実施例1と同
様に撮像光学系として利用することもできる。
Also, this numerical example can be used as an image pickup optical system similarly to the numerical example 1.

【0240】[数値実施例3]図12には、図5に示し
た第5実施形態の数値実施例での光路断面図を示してい
る。
[Numerical Example 3] FIG. 12 shows an optical path sectional view in a numerical example of the fifth embodiment shown in FIG.

【0241】図中、41は第1の光学系を示し、41−
aは少なくとも3つの面を有する透明体としての光学素
子、41−bは反射ミラー部材である。S2,S4,S
6,S8,S10は同一面、S3,S11は同一面、S
5,S9は同一面であり、それぞれ図5にて説明した面
A,面B,面Cに相当する。
In the figure, 41 indicates a first optical system, and 41-
Reference numeral 41-b is a reflection mirror member, and a is an optical element as a transparent body having at least three surfaces. S2, S4, S
6, S8, S10 are on the same plane, S3, S11 are on the same plane, S
Reference numerals 5 and S9 are the same surface and correspond to the surface A, the surface B, and the surface C described in FIG. 5, respectively.

【0242】S7は折り返し反射面である。この折り返
し反射面(S7)と面C(S5,S9)には反射膜が、
面B(S3,S11)にはハーフミラーが形成されてい
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 S7 is a return reflection surface. A reflection film is formed on the folded reflection surface (S7) and the surfaces C (S5, S9).
A half mirror is formed on the surface B (S3, S11). SI is an image display surface, and S1 is an exit pupil S of the display optical system.

【0243】図中、2は第2の光学系であり、S12,
S13を有するレンズにより構成されている。
In the figure, 2 is a second optical system,
It is composed of a lens having S13.

【0244】図5では、ある程度の大きさの角度θを設
定していたが、本数値実施例ではθの値をかなり小さく
して表示光学系の光学性能を優先させている。本数値実
施例の光学データを表3に示す。
In FIG. 5, the angle θ is set to a certain degree, but in the present numerical example, the value of θ is made considerably small to give priority to the optical performance of the display optical system. Table 3 shows the optical data of this numerical example.

【0245】[0245]

【表3】 [Table 3]

【0246】本数値実施例は、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。
This numerical example is a display optical system having specifications substantially equal to those of the numerical example 1 when the numerical value having the dimension of length is considered as mm.

【0247】また、本数値実施例も、数値実施例1と同
様に撮像光学系として利用することもできる。
Also, this numerical example can be used as an image pickup optical system similarly to the numerical example 1.

【0248】[数値実施例4]図13には、図6に示し
た第6実施形態の数値実施例での光路断面図を示してい
る。図中,51は表示光学系を構成する第1の光学系で
あり、4つの光学面を有した透明体としての光学素子に
より構成されている。
[Numerical Example 4] FIG. 13 shows an optical path sectional view in a numerical example of the sixth embodiment shown in FIG. In the figure, reference numeral 51 denotes a first optical system which constitutes a display optical system, and is constituted by an optical element as a transparent body having four optical surfaces.

【0249】S2,S4,S8は同一面、S3,S9は
同一面、S5,S7は同一面であり、これら3面はそれ
ぞれ第6実施形態にて説明した面A,B,Cに相当す
る。
S2, S4 and S8 are the same surface, S3 and S9 are the same surface, S5 and S7 are the same surface, and these three surfaces correspond to the surfaces A, B and C described in the sixth embodiment. .

【0250】S6は折り返し反射面Dである。折り返し
反射面D(S6)と面C(S5,S7)には反射膜が、
面B(S3,S9)にはハーフミラーが形成されてい
る。
[0250] S6 is the return reflection surface D. A reflection film is formed on the return reflection surface D (S6) and the surfaces C (S5, S7).
A half mirror is formed on the surface B (S3, S9).

【0251】2は第2の光学系であり、それぞれ2面を
有する2つのレンズ2−1,2−2から構成されてい
る。レンズ2−1の一方の面S10は第1の光学系51
(光学素子)の面S9と同一面で接合されている。SI
は画像表示面、S1は表示光学系の射出瞳Sである。
A second optical system 2 is composed of two lenses 2-1 and 2-2 each having two surfaces. One surface S10 of the lens 2-1 is the first optical system 51.
They are bonded on the same surface as the surface S9 of (optical element). SI
Is an image display surface, and S1 is an exit pupil S of the display optical system.

【0252】本数値実施例において、全ての光学面は回
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。本数値実施例の光学デ
ータを表4に示す。
In this numerical example, all the optical surfaces are rotationally asymmetrical surfaces and have a plane symmetric shape having the paper surface (yz section) as the only symmetric surface. Table 4 shows optical data of this numerical example.

【0253】[0253]

【表4】 [Table 4]

【0254】本数値実施例は、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2とほぼ
同等の仕様の表示光学系となる。
This numerical example is a display optical system having substantially the same specifications as Numerical example 2 when a numerical value having a length dimension is considered as mm.

【0255】また、本数値実施例も、数値実施例1と同
様に撮像光学系として利用することもできる。
Also, this numerical example can be used as an image pickup optical system similarly to the numerical example 1.

【0256】[数値実施例5]図14には、図7に示し
た第7実施形態に類似の実施形態における数値実施例で
の光路断面図を示している。図中、61は表示光学系を
構成する第1の光学系であり、2つの光学素子61−a
1,61−a2からなる。両光学素子61−a1,61
−a2とも3つの光学面を有している。
[Numerical Example 5] FIG. 14 shows an optical path sectional view in a numerical example in an embodiment similar to the seventh embodiment shown in FIG. In the figure, reference numeral 61 denotes a first optical system which constitutes a display optical system, and two optical elements 61-a.
1, 61-a2. Both optical elements 61-a1, 61
Both -a2 have three optical surfaces.

【0257】S2,S4,S14は同一面、S3,S1
5は同一面、S7,S11は同一面、S6,S8,S1
0,S12は同一面であり、これら4面はそれぞれ第7
実施形態に説明した面A,B,C,Eに相当する。
S2, S4 and S14 are the same plane, S3 and S1
5 is the same surface, S7, S11 are the same surface, S6, S8, S1
0 and S12 are the same plane, and these four planes are the seventh plane, respectively.
It corresponds to the surfaces A, B, C, E described in the embodiment.

【0258】S9は折り返し反射面Gである。この折り
返し反射面G(S9)と面C(S7,S11)には反射
膜が、面B(S3,S15)にはハーフミラーが形成さ
れている。
Reference numeral S9 is a return reflection surface G. A reflection film is formed on the folded reflection surface G (S9) and the surface C (S7, S11), and a half mirror is formed on the surface B (S3, S15).

【0259】なお、本数値実施例5は図7に示した第7
実施形態と若干異なり、第1の光学系61に折り返し反
射面Gを有する反射部材を用いず、光学素子61−a2
内のS9面を折り返し反射面として光学調整を簡単なも
のにしたものである。また、第1の光学系61に光学素
子を2つ採用したため、第1の光学系61と画像表示素
子63(SI)との間に第2の光学系を必要としない。
The fifth numerical embodiment is the seventh numerical example shown in FIG.
Unlike the embodiment, the first optical system 61 does not include a reflection member having the folded reflection surface G, and the optical element 61-a2 is not provided.
The inner surface S9 is used as a return reflection surface to simplify the optical adjustment. Moreover, since the two optical elements are used for the first optical system 61, the second optical system is not required between the first optical system 61 and the image display element 63 (SI).

【0260】SIは画像表示面、S1は表示光学系の射
出瞳Sである。本数値実施例では、面B(S3,S1
5)、面C(S7,S11)、折り返し反射面G(S
9)に回転非対称面を採用し、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。なお、全て
の光学面に回転非対称面を採用したほうが、より良好な
光学性能が得られる。本数値実施例の光学データを表5
に示す。
SI is the image display surface, and S1 is the exit pupil S of the display optical system. In this numerical example, the surface B (S3, S1
5), surface C (S7, S11), folded reflection surface G (S
A rotationally asymmetric surface is adopted for 9) and has a plane symmetric shape having the paper surface (yz section) as the only symmetric surface. It should be noted that better optical performance can be obtained by adopting rotationally asymmetric surfaces for all the optical surfaces. Table 5 shows optical data of this numerical example.
Shown in.

【0261】[0261]

【表5】 [Table 5]

【0262】本数値実施例は、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。
This numerical example provides a display optical system having specifications substantially equivalent to those of the numerical example 1 when the numerical value having the dimension of length is considered as mm.

【0263】また、本数値実施例は、数値実施例1と同
様に撮像光学系として利用することもできる。
Also, this numerical example can be used as an image pickup optical system similarly to the numerical example 1.

【0264】[0264]

【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の面と第2の面との間で光を略往復させて
光路をほぼ重複させる(往復光路)ようにしているので、
小型の光学系でありながらも光路長を長く確保できる。
このため、小型の原画を用いつつ表示広画角を達成で
き、しかも全体として小型の表示光学系を実現すること
ができる。
As described above, according to the first invention of the present application, the light is substantially reciprocated between the first surface and the second surface so that the optical paths are substantially overlapped (reciprocal optical path). Because
Even though it is a small optical system, a long optical path can be secured.
Therefore, a wide display angle of view can be achieved while using a small original image, and a small display optical system as a whole can be realized.

【0265】なお、表示光学系内で光を中間結像させる
ようにすれば、レイアウトの自由度が増え、原画を大画
面表示させることができるとともに、光路長をかなり長
くしても表示光学系を小型に構成することができる。
If the light is formed into an intermediate image in the display optical system, the degree of freedom in layout is increased and the original image can be displayed on a large screen, and the display optical system can be displayed even if the optical path length is considerably long. Can be made small.

【0266】また、本願第2の発明によれば、第1の面
と第2の面との間で光を略往復させて光路をほぼ重複さ
せる(往復光路)ようにしているので、小型の光学系であ
りながらも光路長を長く確保できる。このため、小型で
ありながらも撮影広画角を達成することができる。
Further, according to the second invention of the present application, since the light is substantially reciprocated between the first surface and the second surface so that the optical paths are substantially overlapped (reciprocal optical path), the size is small. Even though it is an optical system, a long optical path can be secured. For this reason, it is possible to achieve a wide shooting angle of view while being compact.

【0267】なお、撮像光学系内で光を中間結像させる
ようにすれば、レイアウトの自由度が増え、広画角の被
写体像を十分縮小して撮像面に導くことができるととも
に、光路長をかなり長くしても撮像光学系を小型に構成
することができる。
If light is formed as an intermediate image in the image pickup optical system, the degree of freedom in layout is increased, a subject image having a wide angle of view can be sufficiently reduced and guided to the image pickup surface, and the optical path length can be increased. The imaging optical system can be made compact even when the length is considerably long.

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

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

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

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

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

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

【図8】本発明の第8実施形態である表示光学系の構成
図。
FIG. 8 is a configuration diagram of a display optical system that is an eighth embodiment of the present invention.

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

【図10】本発明の数値実施例1(第1実施形態の実施
形)の光学系断面図。
FIG. 10 is a sectional view of an optical system according to Numerical Example 1 (implementation form of the first embodiment) of the present invention.

【図11】本発明の数値実施例3(第3実施形態の実施
形)の光学系断面図。
FIG. 11 is a sectional view of an optical system according to Numerical Example 3 (implementation form of the third embodiment) of the present invention.

【図12】本発明の数値実施例4(第4実施形態の実施
形)の光学系断面図。
FIG. 12 is a sectional view of an optical system according to Numerical Example 4 of the present invention (an embodiment of the fourth embodiment).

【図13】本発明の数値実施例5(第5実施形態の実施
形)の光学系断面図。
FIG. 13 is a sectional view of an optical system according to Numerical Example 5 (implementation form of the fifth embodiment) of the present invention.

【図14】本発明の数値実施例6(第6実施形態の実施
形)の光学系断面図。
FIG. 14 is a sectional view of an optical system according to Numerical Example 6 (embodiment of the sixth embodiment) 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]

1,11,21,31,41,51,61,71,81
第1の光学系 2,22,52,82 第2の光学系 3 画像像表示素子 4 撮像素子
1, 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81
First optical system 2, 22, 52, 82 Second optical system 3 Image image display element 4 Imaging 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17】 請求項16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。
17. An image pickup apparatus comprising the image pickup optical system according to claim 16 .

【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】0028[Correction target item name] 0028

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0028】また、この撮像光学系を構成する光学面を
光線に対して偏心させることにより、さらなる薄型化を
図ることが可能となり、光学面に曲率を持たせることで
撮像光学系における不要な面を取り除き、小型化を図る
ことが可能となる。さらに、光学曲面を回転非対称面
(自由曲面)とすることにより、諸収差を良好に補正で
き、自由曲面を複数面採用すると被写体のアスペクト比
と撮影画像のアスペクト比とを近いものにすることが可
能となり、高品位な撮影画像を得ることが可能となる。
In addition, the optical surfaces forming the image pickup optical system are
By making the light beam eccentric, it is possible to further reduce the thickness, and by giving the optical surface a curvature, it is possible to remove an unnecessary surface in the image pickup optical system and achieve size reduction. Furthermore, by making the optical curved surface a rotationally asymmetric surface (free curved surface), it is possible to satisfactorily correct various aberrations, and if multiple free curved surfaces are used, the aspect ratio of the subject and the aspect ratio of the captured image can be made close. It becomes possible to obtain a high-quality photographed image.

【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】0036[Correction target item name] 0036

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0036】|θ|<60° …(1) この条件式(1)の上限を超えると、折り返し反射後の
光路(復路)が往路を逆戻りせず、往復光路というより
ジグザク光路になってしまい光学系が大型する。
| Θ | <60 ° (1) If the upper limit of this conditional expression (1) is exceeded, the optical path (return path) after the reflected reflection does not return in the forward path, and becomes a zigzag optical path rather than a round-trip optical path. optical system is increased in size.

【手続補正5】[Procedure Amendment 5]

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

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

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0090】面Aでの反射を内部全反射とすると、光量
の損失が少なくなり好ましい。また、少なくとも面Aで
の反射光束と射出光束とが共用する領域(面Aの下部)
で光を内部全反射させ、共用領域以外は反射膜による反
射とすると、面Aでの反射光束の全てを内部全反射させ
た場合に対して、設計の自由度を上げつつ同程度の明る
さを確保できる。
If the reflection on the surface A is total internal reflection, the loss of the amount of light is reduced, which is preferable. Further, at least a region where the reflected light beam and the emitted light beam on the surface A are shared (the lower part of the surface A)
If the light is totally internally reflected by and the light is reflected by the reflective film in areas other than the common area, the same degree of brightness can be achieved while increasing the degree of freedom in design as compared with the case of totally internally reflecting all the light flux reflected on the surface A. Can be secured.

【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】0103[Correction target item name] 0103

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0103】この図では、画像表示素子3から発した光
の例として、画像表示素子の表示面中心を射出して射
出瞳Sの中心に至る中心画角主光線を示している。
In this drawing, as an example of the light emitted from the image display element 3 , a central angle-of-view chief ray that exits the center of the display surface of the image display element 3 and reaches the center of the exit pupil S is shown.

【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】0113[Name of item to be corrected] 0113

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0113】また、反射膜領域と共用領域の境界は反射
膜の境界がはっきり目に見え好ましくないので、境界付
近(反射膜領域内の下部側)は下部から上部に向かって
徐々に反射率を上げて境界を目立たなくすることが望ま
しい。この反射膜は金属膜によるものが好ましい。金属
膜は分光反射率特性がフラットで色が目立ちにくく、
方向が異なる光に対する反射率の差がほとんどないた
めである。
Since the boundary between the reflective film area and the common area is not clearly visible because the boundary of the reflective film is undesired, the reflectance near the boundary (the lower side in the reflective film area) gradually increases from the lower part to the upper part. It is desirable to raise it to make the boundary inconspicuous. The reflective film is preferably a metal film. Metal film spectral reflectance characteristic is hardly noticeable color flat, polarized
This is because there is almost no difference in reflectance for light having different light directions.

【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】0161[Correction target item name] 0161

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0161】第1の光学系51では、往復光路により面
A、面Cで光が2回以上反射するため、面Bにパワーを
持たせ、面A,Cのパワーを弱く設定して収差の発生を
抑制している。特に、ローカル母線断面は偏心断面であ
るため、中心画角主光線におけるこの断面上での面Bの
パワーを強く、面A,Cのパワーを弱く設定すると、偏
心収差発生を抑制できる。また、面Bのみパワーを持
ち、面A,Cを平面としてもよい。
In the first optical system 51 , the light is reflected twice or more on the surfaces A and C by the reciprocal optical path. Therefore, the surface B is made to have a power, and the powers of the surfaces A and C are set to be weak so as to reduce the aberration. The occurrence is suppressed. In particular, since the local generatrix cross section is an eccentric cross section, setting the power of the surface B and the power of the surfaces A and C on this cross section in the central ray at the central angle of view to be strong and eccentric aberration can be suppressed. Further, only the surface B may have power, and the surfaces A and C may be flat surfaces.

【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】0162[Correction target item name] 0162

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0162】面Bは偏心した曲面であるため,回転非対
称な形状の面(いわゆる自由曲面)を用いることで、偏
心収差の発生を極力抑えることが望ましい。また、面B
以外の面をもう1面自由曲面とすると、画像表示素子
に表示された画像のアスペクト比と拡大表示画面のアス
ペクト比とを近いものに設定可能となる。
Since the surface B is a decentered curved surface, it is desirable to suppress the occurrence of decentration aberrations as much as possible by using a rotationally asymmetric surface (so-called free curved surface). Also, surface B
If the other surface is a free-form surface, the image display element 3
It is possible to set the aspect ratio of the image displayed in and the aspect ratio of the enlarged display screen to be close to 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】0166[Name of item to be corrected] 0166

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0166】(第7実施形態)図には、本発明の第7
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、透明体である2つの光学素子61−a1,61−
a2と反射部材61−bとからなる第1の光学系61に
より構成される。光学素子61−a1,61−a2はと
もに3つの光学面を有し、面A(第1の面)、面B(第
3の面)、面Eは透過面および反射面として作用する透
過反射兼用面、面C(第2の面)は反射作用のみの面、
面D、面Fは透過作用のみの面である。
(Seventh Embodiment) FIG. 7 shows a seventh embodiment of the present invention.
1 illustrates a display optical system that is an embodiment. This display optical system includes two optical elements 61-a1 and 61- which are transparent bodies.
The first optical system 61 includes a2 and a reflecting member 61-b. Each of the optical elements 61-a1 and 61-a2 has three optical surfaces, and a surface A (first surface), a surface B (third surface), and a surface E are transmissive and reflective acting as a transmissive surface and a reflective surface. The dual-purpose surface, the surface C (second surface) is a surface only for reflection,
The surface D and the surface F are surfaces having only a transmission effect.

【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】0187[Name of item to be corrected] 0187

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0187】図中の3は画像を表示する画像表示素子
(LCD等)である。画像表示素子から発せられた光
は、第2の光学系2を介して第1の光学系71の反射部
材71−b1に導かれる。光は反射部材71−b1の反
射ミラー面である面A(第1の面)から第1の光学系7
1に入射し、面Aで反射して、反射部材71−b2のミ
ラー面である折り返し反射面C(第2の面)に導かれ
る。折り返し反射面Cでは、入射した光を面Aにおける
最初の光の反射領域寄りの領域に戻すように反射する
が、中心画角主光線の折り返し反射面Cへの入射光と反
射光の成す角度がθとなるように反射している。
Reference numeral 3 in the figure denotes an image display element (LCD or the like) for displaying an image. The light emitted from the image display element 3 is guided to the reflecting member 71-b1 of the first optical system 71 via the second optical system 2. Light is transmitted from the surface A (first surface), which is the reflection mirror surface of the reflection member 71-b1, to the first optical system 7.
1 is incident on the surface A, is reflected by the surface A, and is guided to the return reflection surface C (second surface) which is the mirror surface of the reflection member 71-b2. On the return reflection surface C, the incident light is reflected so as to return to the area closer to the first light reflection area on the surface A, but the angle formed by the incident light and the reflected light on the return reflection surface C of the central view angle principal ray. Is reflected so that it becomes θ.

【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】0200[Correction target item name] 0200

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0200】また、面B以外の反射面をもう1面自由曲
面とすると、画像表示素子に表示される画像のアスペ
クト比と拡大表示画面のアスペクト比とを近いものに設
定可能となる。
If the reflecting surface other than the surface B is another free-form curved surface, the aspect ratio of the image displayed on the image display element 3 and the aspect ratio of the enlarged display screen can be set close to each other.

【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】0206[Correction target item name] 0206

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0206】画像表示素子3から発せられた光は、第2
の光学系のうち光学系82−1を介して第1の光学系8
1の光学素子81−aに導かれる。光は面Bより光学素
子81−aに入射した後、面Aで反射し、面Dから射出
する。そして、反射部材81−bの表面の折り返し反射
面Cで反射する。その後、光学素子81−aの面Dから
入射し、面Aにおける最初の光の反射領域に戻されて再
反射し、面Bで射出瞳S(眼球)側に反射した後、面A
を透過して光学素子81−aを射出し、第2の光学系8
2のうちもう1つの光学系82−2で光学的パワーが調
節されて射出瞳Sに到達する。
The light emitted from the image display element 3 emits the second light.
The first optical system 8 via the optical system 82-1 of the optical system
No. 1 optical element 81-a. The light enters the optical element 81-a from the surface B, is reflected by the surface A, and exits from the surface D. Then, the light is reflected by the return reflection surface C on the surface of the reflection member 81-b. After that, the light enters from the surface D of the optical element 81-a, is returned to the first light reflection area on the surface A, is reflected again, and is reflected on the surface B toward the exit pupil S (eyeball), and then the surface A.
Through the second optical system 8-a.
The optical power is adjusted by the other optical system 82-2 out of 2, and reaches the exit pupil S.

【手続補正14】[Procedure Amendment 14]

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

【補正対象項目名】0224[Correction target item name] 0224

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0224】Rは曲率半径である。FFSの項(数値実
施例2以降はTYPの項)は面形状の種類を表し、SP
Hは球面であり、数字(数値実施例2以降はFFS)
以下の式に従う回転非対称面である.
R is the radius of curvature. FFS term (Numerical value
In the second and subsequent examples, the term TYP) indicates the type of surface shape, and SP
H is a spherical surface, and the numeral (FFS after Numerical Example 2) is a rotationally asymmetric surface according to the following formula.

【手続補正15】[Procedure Amendment 15]

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

【補正対象項目名】0226[Name of item to be corrected] 0226

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0226】FFSの項の数字又はTYPの欄でFFS
の横に記された数値は、その面形状が同表の下側に記載
された非球面係数kおよびciに対応する回転非対称形
状であることを示している。
Numbers in the FFS section or FFS in the TYP column
The numerical value beside the item indicates that the surface shape is a rotationally asymmetric shape corresponding to the aspherical coefficients k and ci described in the lower part of the table.

【手続補正16】[Procedure Amendment 16]

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

【補正対象項目名】0227[Name of item to be corrected] 0227

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0227】Nd,νd(但し、表ではvdと記す)は
それぞれ、その面以降の媒質のd線波長での屈折率とア
ッベ数を示しており、屈折率Ndの符号の変化はその面
で光が反射されることを示している。また、媒質が空気
層の場合は、屈折率Ndのみを1.000として表示
し、アッベ数νdは省略している。
Nd and νd (however, indicated as vd in the table) respectively indicate the refractive index and the Abbe number at the d-line wavelength of the medium after that surface, and the change in the sign of the refractive index Nd at that surface. It shows that the light is reflected. When the medium is an air layer, only the refractive index Nd is shown as 1.000 and the Abbe number νd is omitted.

【手続補正17】[Procedure Amendment 17]

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

【補正対象項目名】0233[Correction target item name] 0233

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0233】22は第2の光学系であり、それぞれが2
面構成の2つのレンズ22−122−2からなり、レ
ンズ22−1の一方の面は第1の光学系21を構成する
透明体と接合されており、この面はS7として表記して
いる。
Reference numeral 22 denotes a second optical system, each of which is 2
Two lenses 22-1 surface structure consists 22-2, one surface of Les <br/> lens 22-1 is bonded to the transparent member constituting the first optical system 21, this surface Notated as S7.

【手続補正18】[Procedure 18]

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

【補正対象項目名】0234[Correction target item name] 0234

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0234】また、第1の光学系21および第2の光学
系22におけるS1からS10までの光学面は、本数値
実施例においては全て回転非対称面であり、紙面(yz
断面)を唯一の対称面として持つ面対称形状をしてい
る。本数値実施例の光学データを表2に示す。
In addition, the first optical system 21 and the second optical system
The optical surfaces from S1 to S10 in the system 22 are all rotationally asymmetrical surfaces in this numerical example, and are the paper surface (yz
It has a plane-symmetric shape with a cross-section) as the only plane of symmetry. Table 2 shows optical data of this numerical example.

【手続補正19】[Procedure Amendment 19]

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

【補正対象項目名】0235[Correction target item name] 0235

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0235】[0235]

【表2】 [Table 2]

【手続補正20】[Procedure amendment 20]

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

【補正対象項目名】0237[Name of item to be corrected] 0237

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0237】これにより、1面分減らすことができ、か
つ明るさのメリットも残る。また透過作用のみのS7の
接合面をなくし、光学系21とレンズ22−1を同一部
材の一体物(一体成形品など)とすると、部品が1個減
り光学系のコストダウンが可能になる。また、透過作用
のみのS7の接合面をなくし、光学系21とレンズ22
−1を微小間隔の空気層をおいて配置してもよい。
As a result, the surface area can be reduced and the brightness remains. Further, if the optical system 21 and the lens 22-1 are integrated into a single member (integrally molded product, etc.) by eliminating the joining surface of S7, which only has a transmission effect, the number of parts is reduced by one and the cost of the optical system can be reduced. In addition, the optical system 21 and the lens 22 are eliminated by eliminating the cemented surface of S7, which only has a transmission effect.
-1 may be arranged with an air layer having a minute interval.

【手続補正21】[Procedure correction 21]

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

【補正対象項目名】0251[Correction target item name] 0251

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0251】52は第2の光学系であり、それぞれ2面
を有する2つのレンズ52−152−2から構成され
ている。レンズ52−1の一方の面S10は第1の光学
系51(光学素子)の面S9と同一面で接合されてい
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 52 denotes a second optical system, which is composed of two lenses 52-1 and 52-2 each having two surfaces. One surface S10 of the lens 52-1 is cemented on the same surface as the surface S9 of the first optical system 51 (optical element). SI is an image display surface, and S1 is an exit pupil S of the display optical system.

【手続補正22】[Procedure correction 22]

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

【補正対象項目名】0259[Name of item to be corrected] 0259

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0259】なお、本数値実施例5は図7に示した第7
実施形態と若干異なり、第1の光学系61に折り返し反
射面Gを有する反射部材を用いず、光学素子61−a2
内のS9面を折り返し反射面として光学調整を簡単なも
のにしたものである。また、第1の光学系61に光学素
子を2つ採用したため、第1の光学系61と画像表示素
(SI)との間に第2の光学系を必要としない。
The fifth numerical embodiment is the seventh numerical example shown in FIG.
Unlike the embodiment, the first optical system 61 does not include a reflection member having the folded reflection surface G, and the optical element 61-a2 is not provided.
The inner surface S9 is used as a return reflection surface to simplify the optical adjustment. Moreover, since the two optical elements are used for the first optical system 61, the second optical system is not required between the first optical system 61 and the image display element 3 (SI).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 猪口 和隆 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 高木 章成 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (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 LA12 RA34 TA01 TA02 TA06 5C022 AC54 AC55    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Kazutaka Inoguchi             3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo             Non non corporation (72) Inventor Akinari Takagi             3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo             Non non corporation (72) Inventor Hideki Morishima             3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo             Non non corporation F-term (reference) 2H087 KA03 LA12 RA34 TA01 TA02                       TA06                 5C022 AC54 AC55

Claims (30)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 原画からの光を観察者の眼又は被投射面
に導く表示光学系であって、 少なくとも反射作用を有する第1の面と、 この第1の面で反射した光線を再度前記第1の面に向け
て反射する第2の面とを有し、 前記第1の面に再度入射した中心画角主光線はそのヒッ
トポイント上での面の法線に対し、前回とは反対側に反
射して進むことを特徴とする表示光学系。
1. A display optical system for guiding light from an original image to an observer's eye or a projection surface, wherein a first surface having at least a reflecting action and a light beam reflected by the first surface are re-described. A second surface reflecting toward the first surface, and the central angle-of-view chief ray re-incident on the first surface is opposite to the normal to the surface on the hit point. A display optical system characterized in that the light is reflected to the side and proceeds.
【請求項2】 前記原画からの光線は、第2の面で反射
し、第1の面で再反射した後、光線に対し偏心した別の
第3の面で眼又は被投射面側に反射することを特徴とす
る請求項1に記載の表示光学系。
2. The light beam from the original image is reflected by the second surface, re-reflected by the first surface, and then reflected by the third surface decentered with respect to the eye or the projection surface side. The display optical system according to claim 1, wherein:
【請求項3】 この表示光学系に、原画からの中心画角
主光線がほぼ反対側に折り返し反射する、反射作用のみ
を有する折り返し面があることを特徴とする請求項1又
は2に記載の表示光学系。
3. The display optical system according to claim 1, wherein the display optical system has a turn-back surface having only a reflecting action, which returns the central angle-of-view chief ray from the original image to the opposite side. Display optics.
【請求項4】 前記折り返し反射面は、前記第1の面又
は前記第2の面であることを特徴とする請求項3に記載
の表示光学系。
4. The display optical system according to claim 3, wherein the folding reflection surface is the first surface or the second surface.
【請求項5】 この表示光学系内で光が中間結像するこ
とを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の表示
光学系。
5. The display optical system according to claim 1, wherein light forms an intermediate image in the display optical system.
【請求項6】 この表示光学系が、内部が光学媒質で満
たされた透明体を用いて構成されており、前記透明体内
で光が中間結像することを特徴とする請求項5に記載の
表示光学系。
6. The display optical system according to claim 5, wherein a transparent body whose inside is filled with an optical medium is used, and light forms an intermediate image in the transparent body. Display optics.
【請求項7】 前記第1の面および前記第2の面の少な
くとも一方が、入射する光線に対して偏心していること
を特徴とする請求項5に記載の表示光学系。
7. The display optical system according to claim 5, wherein at least one of the first surface and the second surface is decentered with respect to an incident light ray.
【請求項8】 前記第1の面および前記第2の面の少な
くとも一方が、曲率を有することを特徴とする請求項7
に記載の表示光学系。
8. The method according to claim 7, wherein at least one of the first surface and the second surface has a curvature.
The display optical system described in 1.
【請求項9】 前記第1の面および前記第2の面の少な
くとも一方が、回転非対称面であることを特徴とする請
求項8に記載の表示光学系。
9. The display optical system according to claim 8, wherein at least one of the first surface and the second surface is a rotationally asymmetric surface.
【請求項10】 少なくとも前記第1の面が、内部が光
学媒質で満たされた透明体上に形成されていることを特
徴とする請求項5に記載の表示光学系。
10. The display optical system according to claim 5, wherein at least the first surface is formed on a transparent body whose inside is filled with an optical medium.
【請求項11】 前記透明体上に形成された光学面のい
ずれかで光が内部全反射することを特徴とする請求項1
0に記載の表示光学系。
11. The light is totally internally reflected on any one of the optical surfaces formed on the transparent body.
The display optical system according to 0.
【請求項12】 前記第3の面が、曲率を有することを
特徴とする請求項2に記載の表示光学系。
12. The display optical system according to claim 2, wherein the third surface has a curvature.
【請求項13】 前記第3の面が、回転非対称面である
ことを特徴とする請求項12に記載の表示光学系。
13. The display optical system according to claim 12, wherein the third surface is a rotationally asymmetric surface.
【請求項14】 前記第3の面の反射におけるローカル
母線断面焦点距離が、前記第1の面または前記第2の面
のうち、複数回反射または複数回透過する面のローカル
母線断面焦点距離より、正で最も短いことを特徴とする
請求項2に記載の表示光学系。
14. The focal length of the local generatrix section in the reflection of the third surface is greater than the focal length of the local generatrix section of the first surface or the second surface that is reflected or transmitted a plurality of times. The positive and shortest display optical system according to claim 2.
【請求項15】 請求項1から14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。
15. An image display device comprising the display optical system according to claim 1.
【請求項16】 被写体からの光を撮像面に導く撮像光
学系であって、 少なくとも反射作用を有する第1の面と、 この第1の面で反射した光線を再度前記第1の面に向け
て反射する第2の面とを有し、 前記第1の面に再度入射した中心画角主光線はそのヒッ
トポイント上での面の法線に対し、前回とは反対側に反
射して進むことを特徴とする撮像光学系。
16. An imaging optical system for guiding light from a subject to an imaging surface, comprising: a first surface having at least a reflecting action; and a light beam reflected by the first surface, which is directed to the first surface again. And a second surface that is reflected by the first surface, and the central angle-of-view chief ray that re-enters the first surface is reflected and travels to the opposite side to the normal line of the surface on the hit point. An imaging optical system characterized by the above.
【請求項17】 被写体からの光線は、光線に対し偏心
した第3の面で反射した後、前記第1の面で反射し、前
記第2の面で反射した後、再度前記第1の反射面で反射
して進み撮像面に導かれることを特徴とする請求項16
に記載の撮像光学系。
17. A light ray from a subject is reflected by a third surface eccentric to the light ray, is then reflected by the first surface, is reflected by the second surface, and is then again reflected by the first reflection surface. 17. The light is reflected by the surface and travels to be guided to the imaging surface.
The image pickup optical system described in 1.
【請求項18】 この撮像光学系に、被写体からの中心
画角主光線がほぼ反対側に折り返し反射する、反射作用
のみを有する折り返し面があることを特徴とする請求項
16又は17に記載の撮像光学系。
18. The image pickup optical system according to claim 16 or 17, wherein the central field angle chief ray from the subject is reflected back to substantially the opposite side and has a folding surface having only a reflecting action. Imaging optics.
【請求項19】 前記折り返し反射面は、前記第1の面
または前記第2の面であることを特徴とする請求項18
に記載の撮像光学系。
19. The return reflection surface is the first surface or the second surface.
The image pickup optical system described in 1.
【請求項20】 この撮像光学系内で光が中間結像する
ことを特徴とする請求項16から18のいずれかに記載
の撮像光学系。
20. The image pickup optical system according to claim 16, wherein the light forms an intermediate image in the image pickup optical system.
【請求項21】 この撮像光学系が、内部が光学媒質で
満たされた透明体を用いて構成されており、前記透明体
内で光が中間結像することを特徴とする請求項20に記
載の撮像光学系。
21. The imaging optical system according to claim 20, wherein a transparent body whose inside is filled with an optical medium is used, and light is intermediately imaged in the transparent body. Imaging optics.
【請求項22】 前記第1の面および前記第2の面の少
なくとも一方が、入射する光線に対して偏心しているこ
とを特徴とする請求項20に記載の撮像光学系。
22. The image pickup optical system according to claim 20, wherein at least one of the first surface and the second surface is decentered with respect to an incident light ray.
【請求項23】 前記第1の面および前記第2の面の少
なくとも一方が、曲率を有することを特徴とする請求項
22に記載の撮像光学系。
23. The imaging optical system according to claim 22, wherein at least one of the first surface and the second surface has a curvature.
【請求項24】 前記第1の面および前記第2の面の少
なくとも一方が、回転非対称面であることを特徴とする
請求項23に記載の撮像光学系。
24. The image pickup optical system according to claim 23, wherein at least one of the first surface and the second surface is a rotationally asymmetric surface.
【請求項25】 少なくとも前記第1の面が、内部が光
学媒質で満たされた透明体上に形成されていることを特
徴とする請求項20に記載の撮像光学系。
25. The imaging optical system according to claim 20, wherein at least the first surface is formed on a transparent body whose inside is filled with an optical medium.
【請求項26】 前記透明体上に形成された光学面のい
ずれかで光が内部全反射することを特徴とする請求項2
5に記載の撮像光学系。
26. The light is totally internally reflected by any one of the optical surfaces formed on the transparent body.
5. The imaging optical system according to item 5.
【請求項27】 前記第3の面が、曲率を有することを
特徴とする請求項17に記載の撮像光学系。
27. The image pickup optical system according to claim 17, wherein the third surface has a curvature.
【請求項28】 前記第3の面が、回転非対称面である
ことを特徴とする請求項27に記載の撮像光学系。
28. The image pickup optical system according to claim 27, wherein the third surface is a rotationally asymmetric surface.
【請求項29】 前記第3の面の反射におけるローカル
母線断面焦点距離が、前記第1の面または前記第2の面
のうち、複数回反射または複数回透過する面のローカル
母線断面焦点距離より、正で最も短いことを特徴とする
請求項17に記載の撮像光学系。
29. The focal length of the local generatrix section in the reflection of the third surface is greater than the focal length of the local generatrix section of the surface of the first surface or the second surface that is reflected or transmitted a plurality of times. The imaging optical system according to claim 17, wherein the imaging optical system is positive and shortest.
【請求項30】 請求項16から29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。
30. An image pickup apparatus comprising the image pickup optical system according to any one of claims 16 to 29.
JP2001349353A 2001-11-14 2001-11-14 Image display device and imaging device Expired - Fee Related JP3870076B2 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001349353A JP3870076B2 (en) 2001-11-14 2001-11-14 Image display device and imaging device
US10/292,014 US7019909B2 (en) 2001-11-14 2002-11-12 Optical system, image display apparatus, and image taking apparatus
DE60224635T DE60224635T2 (en) 2001-11-14 2002-11-13 Optical system, image display device and image capture device
AT02257804T ATE384280T1 (en) 2001-11-14 2002-11-13 OPTICAL SYSTEM, IMAGE DISPLAY DEVICE AND IMAGE RECORDING APPARATUS
EP02257804A EP1312968B1 (en) 2001-11-14 2002-11-13 Optical system, image display apparatus, and image taking apparatus
CNB021504857A CN1231787C (en) 2001-11-14 2002-11-14 Optics system, image display device and camera

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001349353A JP3870076B2 (en) 2001-11-14 2001-11-14 Image display device and imaging device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003149593A true JP2003149593A (en) 2003-05-21
JP3870076B2 JP3870076B2 (en) 2007-01-17

Family

ID=19162034

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001349353A Expired - Fee Related JP3870076B2 (en) 2001-11-14 2001-11-14 Image display device and imaging device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3870076B2 (en)

Cited By (5)

* 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
US7391575B2 (en) 2005-10-03 2008-06-24 Canon Kabushiki Kaisha Image display apparatus
US7525740B2 (en) 2007-07-04 2009-04-28 Canon Kabushiki Kaisha Display optical system and image display apparatus
JP2009204846A (en) * 2008-02-27 2009-09-10 Ricoh Co Ltd Projection optical system image display
JP2017134141A (en) * 2016-01-26 2017-08-03 富士フイルム株式会社 Head-up display device

Cited By (5)

* 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
US7391575B2 (en) 2005-10-03 2008-06-24 Canon Kabushiki Kaisha Image display apparatus
US7525740B2 (en) 2007-07-04 2009-04-28 Canon Kabushiki Kaisha Display optical system and image display apparatus
JP2009204846A (en) * 2008-02-27 2009-09-10 Ricoh Co Ltd Projection optical system image display
JP2017134141A (en) * 2016-01-26 2017-08-03 富士フイルム株式会社 Head-up display device

Also Published As

Publication number Publication date
JP3870076B2 (en) 2007-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7012756B2 (en) Display optical system, image display apparatus, image taking optical system, and image taking apparatus
US7081999B2 (en) Image display apparatus and head mounted display using it
US7019909B2 (en) Optical system, image display apparatus, and image taking apparatus
JP4926432B2 (en) Display optical system and image display apparatus having the same
JP2000066106A (en) Image forming optical system and observation optical system
JP2002258208A (en) Optical element and composite display device utilizing it
JP2000199853A (en) Image-formation optical system and observation optical system
JP2000171717A (en) Image-formation optical system
JP2000231060A (en) Image-formation optical system
JP2000171714A (en) Image-formation optical system
JP4323822B2 (en) Image display device and imaging device
JP2004184773A (en) Image display device and image display system
JP2002228970A (en) Optical system and picture display device using the same
JP4072456B2 (en) Display optical system, image display device, and image display system
JP4847055B2 (en) Image display device and imaging device
JP2000241706A (en) Prism optical system
JP3870076B2 (en) Image display device and imaging device
JP2000227554A (en) Image-formation optical system
JP3870071B2 (en) Image display device and imaging device
JP3870073B2 (en) Image display device and imaging device
JP3870074B2 (en) Image display device and imaging device
JP3870075B2 (en) Image display device and imaging device
JP3870072B2 (en) Image display device and imaging device
JP3870070B2 (en) Image display device and imaging device
JP2000111800A (en) Image-forming optical system

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050104

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050329

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050530

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060926

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20061016

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 3870076

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091020

Year of fee payment: 3

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101020

Year of fee payment: 4

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101020

Year of fee payment: 4

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111020

Year of fee payment: 5

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111020

Year of fee payment: 5

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121020

Year of fee payment: 6

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131020

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees