JP2003222819A - Display optical system - Google Patents

Display optical system

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JP2003222819A
JP2003222819A JP2002021963A JP2002021963A JP2003222819A JP 2003222819 A JP2003222819 A JP 2003222819A JP 2002021963 A JP2002021963 A JP 2002021963A JP 2002021963 A JP2002021963 A JP 2002021963A JP 2003222819 A JP2003222819 A JP 2003222819A
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optical system
prism
display
display element
eccentricity
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Takahiro Amauchi
隆裕 天内
Kokichi Kenno
孝吉 研野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized, bright display optical system capable of displaying an image of high resolution by using a reflection type image display element as an image display element. <P>SOLUTION: The display optical system is constituted of the reflection type display element 3 for displaying the image, an illuminating light source 5 for illuminating the reflection type display element 3, an illumination optical system for guiding the light emitted from the illuminating light source 5 to the reflection type display element 3, a relay optical system 21 for projecting the image displayed on the reflection type display element 3, and an eyepiece optical system 22 having a convergence work of converging the luminous flux from the relay optical system 21 toward observer's eyeball 1, and an image projected by the relay optical system 21 is formed near the eyepiece optical system 22. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、表示光学系に関
し、特に、反射型表示素子を用いて小型で持ち運べて消
費電力の小さい表示装置用の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, and more particularly to an optical system for a display device which uses a reflective display element and is small in size and portable in power consumption.

【0002】[0002]

【従来の技術】小型表示装置としては、携帯電話や携帯
端末として直視型の液晶表示装置が多く用いられてい
た。しかし、画素数の多い高精細な表示や動画像を表示
するには、表示速度が速く高価なアクティブ・マトリッ
クス液晶を使う必要があり、表示装置が高価になる問題
があった。また、消費電力も大きく、長時間の表示を行
うためには大きな容量を持った電池を必要とし、大きく
重い電池を必要とした。さらに、表示内容を周りの人か
ら覗かれる心配があった。
2. Description of the Related Art As a small display device, a direct-view type liquid crystal display device has been widely used as a mobile phone or a mobile terminal. However, in order to display a high-definition display having a large number of pixels and a moving image, it is necessary to use an active matrix liquid crystal which has a high display speed and is expensive, and there is a problem that the display device becomes expensive. In addition, it consumes a large amount of power, requires a battery having a large capacity to display for a long time, and requires a large and heavy battery. Furthermore, there was a concern that the displayed contents would be seen by people around them.

【0003】一方、小型の表示素子を用いて光学系によ
り拡大表示するのもとして、特開昭48−102527
号のものや、本出願人よる特開平5−303054号の
ものがある。これらは、表示装置を凹面鏡を用いて虚像
として拡大表示するものである。特に、後者は、非回転
対称な反射面を用いて収差の少ない投影像を得るもので
ある。しかし、表示素子に必要とされる大きさが比較的
大きいものが必要であり、直視型の表示装置に比べて特
に小型の表示素子が使える訳ではなく、当初の目的を達
成することはできない。
On the other hand, as an enlarged display by an optical system using a small-sized display element, Japanese Patent Laid-Open No. 102527/1988 has been proposed.
And JP-A-5-303054 by the present applicant. These enlarge and display a display device as a virtual image using a concave mirror. In particular, the latter obtains a projected image with less aberration by using a non-rotationally symmetric reflecting surface. However, a relatively large size is required for the display element, a particularly small display element cannot be used as compared with a direct-view type display device, and the original purpose cannot be achieved.

【0004】次に、本出願人による特開平5−3030
55号、特開2000−221440に示される投影光
学系により、表示素子の映像を空中に1回投影し、その
像を凹面鏡によりさらに拡大表示する方法が提案されて
いる。装置としては、特開平7−270781号、特開
平9−139901号のものがある。
Next, JP-A-5-3030 by the present applicant
No. 55, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-221440 proposes a method of projecting an image of a display device once in the air and further magnifying and displaying the image by a concave mirror. Examples of the apparatus include those disclosed in JP-A-7-270781 and JP-A-9-139901.

【0005】さらに、本出願人は、特願2001−66
669において、表示素子に表示された映像又はその中
間像を偏心プリズム光学系からなるリレー光学系により
投影し、そのリレー光学系からの光束を接眼光学系によ
り観察者の眼球に向けて収束する小型で低消費電力の表
示装置を提案している。この表示装置は、リレー光学系
で投影像を接眼光学系近傍に投影し、リレー光学系の射
出瞳を観察者眼球に投影するものである。
Furthermore, the applicant of the present invention has filed Japanese Patent Application No. 2001-66.
In 669, a small size in which an image displayed on a display element or an intermediate image thereof is projected by a relay optical system including a decentered prism optical system, and a light flux from the relay optical system is converged toward an eyeball of an observer by an eyepiece optical system. Has proposed a low power consumption display device. In this display device, a relay optical system projects a projected image in the vicinity of an eyepiece optical system, and an exit pupil of the relay optical system is projected on an observer's eyeball.

【0006】ところで、反射型の液晶表示素子は、透過
型液晶表示素子において配線や電極等の駆動回路を表示
面内に配置していたものを、背面に配置させることがで
きるため、開口率が高い。そのため、映像が明るく、高
密度化が容易であり、高画素な表示装置を提供すること
ができている。また、反射型の表示素子として、DMD
(ディジタルマイクロミラーデバイス)があり、さらに
明るい表示装置も提供されている。
By the way, the reflection type liquid crystal display element has a large aperture ratio because the drive circuit such as wiring and electrodes in the transmission type liquid crystal display element can be arranged on the back surface. high. Therefore, it is possible to provide a display device with a bright image, easy densification, and high pixel count. In addition, as a reflective display element, DMD
(Digital Micromirror Device), and brighter display devices are also provided.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記の特願2001−
66669で提案されている、リレー光学系で投影像を
接眼光学系近傍に投影し、リレー光学系の射出瞳を観察
者眼球に投影する表示装置においては、表示素子として
透過型表示素子を使用しているため、別に照明光学系を
必要とし、必ずも十分に小型化できているとは言い難
い。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention
In a display device that projects a projection image in the vicinity of an eyepiece optical system with a relay optical system and projects the exit pupil of the relay optical system onto an observer's eye, proposed in 66669, a transmissive display element is used as a display element. Therefore, it requires an additional illumination optical system, and it is difficult to say that the size has always been sufficiently reduced.

【0008】本発明は従来技術のこのような状況に鑑み
てなされたもので、その目的は、リレー光学系とそのリ
レー光学系からの光束を接眼光学系により観察者の眼に
向けて映像観察が可能な小型で低消費電力の表示装置用
の光学系において、画像表示素子として反射型画像表示
素子を用いて明るく小型で高解像な画像を表示できるよ
うにすることである。
The present invention has been made in view of such a situation of the prior art, and its object is to observe an image by directing a relay optical system and a light beam from the relay optical system toward an observer's eye by an eyepiece optical system. In a small size and low power consumption optical system for a display device, a reflective image display element is used as an image display element so that a bright, compact, and high-resolution image can be displayed.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の表示光学系は、映像を表示する反射型表示素子と、
前記反射型表示素子を照明する照明光源と、前記照明光
源の光を前記反射型表示素子まで導く照明光学系と、前
記反射型表示素子に表示された映像を投影するリレー光
学系と、前記リレー光学系からの光束を観察者の眼球に
向けて収束する収束作用を有する接眼光学系とから構成
され、前記リレー光学系による投影像が前記接眼光学系
近傍に結像されることを特徴とするものである。
A display optical system according to the present invention which achieves the above object, comprises a reflective display element for displaying an image,
An illumination light source that illuminates the reflective display element, an illumination optical system that guides the light of the illumination light source to the reflective display element, a relay optical system that projects an image displayed on the reflective display element, and the relay. The eyepiece optical system having a converging action of converging the light flux from the optical system toward the eyeball of the observer, and the projection image by the relay optical system is formed in the vicinity of the eyepiece optical system. It is a thing.

【0010】以下、本発明において上記構成を採用する
理由と作用について説明する。
Hereinafter, the reason why the above configuration is adopted in the present invention and the operation thereof will be described.

【0011】小型の表示素子は生産性が良いことから、
安価に高画素のものを入手することが可能である。でき
れば表示画像の対角の長さが1インチ以下の表示素子を
用いることが望ましく、さらに好ましくは、0.5イン
チ以下の表示素子を使うことが、安価な表示装置を構成
する場合に有利となる。
Since small display elements have good productivity,
It is possible to obtain high-pixel ones at low cost. If possible, it is desirable to use a display element having a diagonal length of a display image of 1 inch or less, and it is more preferable to use a display element of 0.5 inch or less when constructing an inexpensive display device. Become.

【0012】このように小型の表示素子を用いる場合に
は、虫眼鏡のような光学系で拡大するだけでは拡大倍率
が不足であり、十分な大きさの映像として観察すること
はできなかった。そこで、リレー光学系で表示素子の映
像を一度拡大投影し、リレー光学系で投影された像をさ
らに接眼光学系で拡大すると同時に、リレー光学系から
の光束を観察者眼球に収束する作用を有する接眼光学系
により構成することが重要である。
When such a small display element is used, the enlargement magnification is insufficient only by enlarging with an optical system such as a magnifying glass, and it is not possible to observe as a sufficiently large image. Therefore, the relay optical system has a function of once enlarging and projecting the image of the display element, further enlarging the image projected by the relay optical system by the eyepiece optical system, and at the same time converging the light flux from the relay optical system to the observer's eyeball. It is important to construct with an eyepiece optical system.

【0013】この場合に、表示素子に表示された映像を
接眼光学系近傍に拡大投影するようにすることにより、
小型で高性能な表示光学系を構成することが可能とな
る。
In this case, by enlarging and projecting the image displayed on the display element in the vicinity of the eyepiece optical system,
It is possible to configure a compact and high-performance display optical system.

【0014】そして、表示素子として反射型表示素子を
用いることにより、透過型表示素子において配線や電極
等の駆動回路を表示面内に配置していたものを、背面に
配置させることができるため、1画素当たりの開口率が
大きくなる。そのため、映像が明るく、また、高密度化
が容易であり、高画素な表示装置を提供することができ
る。
Further, by using the reflective display element as the display element, the transmissive display element in which the drive circuits such as wirings and electrodes are arranged in the display surface can be arranged in the back surface. The aperture ratio per pixel becomes large. Therefore, it is possible to provide a display device which has a bright image, facilitates high density, and has a large number of pixels.

【0015】さらに、照明光源を面順次発光させ、反射
型表示素子の映像と同期させることによりより高画素な
映像を提供することができる。
Further, it is possible to provide an image with a higher number of pixels by causing the illumination light source to emit light in a frame sequential manner and synchronizing it with the image on the reflective display element.

【0016】この場合に、リレー光学系として、少なく
とも1つの反射面を備え、その反射面が光束にパワーを
与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回
転非対称な曲面反射面にて構成された偏心プリズム光学
系が用いられていることが望ましい。
In this case, the relay optical system is provided with at least one reflecting surface, and the reflecting surface has a curved surface shape for giving power to the luminous flux, and is a rotationally asymmetric curved reflecting surface having a decentering aberration correcting function. It is desirable to use the constructed decentered prism optical system.

【0017】ミラーやプリズム等のような反射光学素子
は、その反射面にパワーを持たせても原理的に色収差の
発生はなく、色収差を補正する目的だけのために別の光
学素子を付加する必要はない。そのため、反射光学素子
を用いた光学系は、屈折光学素子を用いた光学系に比べ
て、色収差補正の観点から光学素子の構成枚数の削減が
可能である。
A reflective optical element such as a mirror or a prism does not cause chromatic aberration in principle even if its reflecting surface has power, and another optical element is added only for the purpose of correcting chromatic aberration. No need. Therefore, the optical system using the reflective optical element can reduce the number of constituent optical elements from the viewpoint of chromatic aberration correction, as compared with the optical system using the refractive optical element.

【0018】同時に、反射光学素子を用いた反射光学系
は、光路を折り畳むことになるために、屈折光学系に比
べて光学系自身を小さくすることが可能である。
At the same time, in the reflection optical system using the reflection optical element, since the optical path is folded, the optical system itself can be made smaller than the refraction optical system.

【0019】また、反射面は屈折面に比して偏心誤差感
度が高いため、組み立て調整に高い精度を要求される。
しかし、反射光学素子の中でも、プリズムはそれぞれの
面の相対的な位置関係が固定されているので、プリズム
単体として偏心を制御すればよく、必要以上の組み立て
精度、調整工数が不要である。
Since the reflecting surface has a higher sensitivity to decentering error than the refracting surface, high precision is required for assembly and adjustment.
However, among the reflective optical elements, since the relative positional relationship of the respective surfaces of the prism is fixed, it is sufficient to control the eccentricity of the prism alone, and unnecessary assembly accuracy and adjustment man-hours are unnecessary.

【0020】さらに、プリズムは、屈折面である入射面
と射出面、それと反射面を有しており、反射面しか持た
ないミラーに比べて、収差補正の自由度が大きい。特
に、反射面に所望のパワーの大部分を分担させ、屈折面
である入射面と射出面のパワーを小さくすることで、ミ
ラーに比べて収差補正の自由度を大きく保ったまま、レ
ンズ等のような屈折光学素子に比べて、色収差の発生を
非常に小さくすることが可能である。また、プリズム内
部は空気よりも屈折率の高い透明体で満たされているた
めに、空気に比べ光路長を長くとることができ、空気中
に配置されるレンズやミラー等よりは、光学系の薄型
化、小型化が可能である。
Further, the prism has an entrance surface, an exit surface, and a reflection surface which are refracting surfaces, and has a greater degree of freedom in aberration correction than a mirror having only a reflection surface. In particular, by reflecting most of the desired power on the reflecting surface and reducing the power of the entrance surface and the exit surface, which are refracting surfaces, while maintaining a large degree of freedom in aberration correction compared to a mirror, the It is possible to make the occurrence of chromatic aberration much smaller than that of such a refracting optical element. Further, since the inside of the prism is filled with a transparent material having a higher refractive index than that of air, the optical path length can be made longer than that of air, and the optical system of the optical system can be used rather than a lens or mirror arranged in the air. It can be made thinner and smaller.

【0021】また、表示光学系は、中心性能はもちろん
のこと周辺まで良好な結像性能を要求される。一般の共
軸光学系の場合、軸外光線の光線高の符号は絞りの前後
で反転するため、光学素子の絞りに対する対称性が崩れ
ることにより軸外収差は悪化する。そのため、絞りを挟
んで屈折面を配置することで絞りに対する対称性を十分
満足させ、軸外収差の補正を行っているのが一般的であ
る。
Further, the display optical system is required to have good image forming performance not only in the center performance but also in the periphery. In the case of a general coaxial optical system, the sign of the ray height of an off-axis ray is reversed before and after the stop, so that the symmetry of the optical element with respect to the stop is broken and the off-axis aberration is deteriorated. Therefore, it is general to arrange the refracting surfaces with the diaphragm interposed therebetween to sufficiently satisfy the symmetry with respect to the diaphragm and correct the off-axis aberration.

【0022】本発明では、表示素子から射出された光束
をプリズム内に入射する入射面と、その光束をプリズム
内で反射する少なくとも1つの反射面と、光束をプリズ
ム外に射出する射出面とを有し、少なくとも1つの反射
面が、光束にパワーを与える曲面形状を有し、その曲面
形状が偏心によって発生する収差を補正する回転非対称
な面形状にて構成されているプリズム部材を用いて、偏
心収差を補正することにより、中心ばかりでなく軸外収
差も良好に補正することを可能にしている。
According to the present invention, an incident surface on which the light beam emitted from the display element is made incident on the prism, at least one reflecting surface for reflecting the light beam on the prism, and an emission surface for emitting the light beam to the outside of the prism. A prism member having at least one reflecting surface, which has a curved surface shape for giving power to a light beam, and the curved surface shape is constituted by a rotationally asymmetric surface shape for correcting an aberration generated by decentering, By correcting the eccentric aberration, it is possible to satisfactorily correct not only the center but also the off-axis aberration.

【0023】なお、回転非対称な曲面形状としては、限
定的でないが、自由曲面を用いることが望ましい。自由
曲面は、例えば米国特許第6,124,989号(特開
2000−66105号)の(a)式により定義される
自由曲面であり、その定義式のZ軸が自由曲面の軸とな
る。
The rotationally asymmetric curved surface shape is not limited, but it is preferable to use a free curved surface. The free-form surface is, for example, the free-form surface defined by the equation (a) of US Pat. No. 6,124,989 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-66105), and the Z axis of the defining expression is the axis of the free-form surface.

【0024】本発明は、以上の理由から、プリズム部材
を用いた偏心プリズム光学系をリレー光学系として用
い、表示素子に表示された映像を接眼光学系近傍に拡大
投影するようにすることにより、小型で高性能なリレー
光学系を構成することが可能となる。
For the above reason, the present invention uses the decentered prism optical system using the prism member as the relay optical system, and enlarges and projects the image displayed on the display element in the vicinity of the eyepiece optical system. It becomes possible to construct a compact and high-performance relay optical system.

【0025】この場合、そのリレー光学系によって投影
される1次像を結像する光束は、リレー光学系から発散
しながら1次像を形成する。接眼光学系は、この発散す
る光束を効率良く観察者の眼に収束させる収束作用を有
することが必要である。接眼光学系にこの収束作用がな
い場合には、1次像を形成する光束は発散しながら観察
者に届くために、眼球に入射して映像として認識される
光束は、表示素子を射出した光線の中で極一部の光束と
なってしまい、非常に暗い像しか観察できなくなってし
まう。
In this case, the light flux which forms the primary image projected by the relay optical system forms the primary image while diverging from the relay optical system. The eyepiece optical system is required to have a converging function for efficiently converging this divergent light beam to the observer's eye. If the eyepiece optical system does not have this converging action, the light flux forming the primary image reaches the observer while diverging, so that the light flux incident on the eyeball and recognized as an image is a light beam emitted from the display element. It becomes a very small part of the luminous flux in the sky, and only a very dark image can be observed.

【0026】以上の構成により、反射型表示素子を射出
し、リレー光学系を通過した光束は有効に観察者眼球に
集まるようになり、照明効率の良い表示が得られると同
時に、電車の中等でも隣りの人に表示内容を覗かれる心
配がないものとなる。
With the above construction, the luminous flux emitted from the reflection type display element and passing through the relay optical system can be effectively gathered to the observer's eyeball, so that the display with good illumination efficiency can be obtained and at the same time in the train or the like. There is no need to worry about the display being viewed by a neighbor.

【0027】このような構成の場合、照明光源の光を反
射型表示素子まで導く照明光学系は、リレー光学系の偏
心プリズム光学系の光学面の中の少なくとも1つの光学
面を共有することが望ましい。
In such a configuration, the illumination optical system that guides the light from the illumination light source to the reflective display element may share at least one optical surface of the decentered prism optical system of the relay optical system. desirable.

【0028】リレー光学系の偏心プリズム光学系を構成
する光学面の中、少なくとも1つの光学面を照明光学系
と共有することにより、部品点数を減らすことができ、
各々の光路も同一領域を重複して利用できることから、
表示光学系を小型化できて望ましい。
By sharing at least one optical surface of the decentered prism optical system of the relay optical system with the illumination optical system, the number of parts can be reduced.
Since each optical path can use the same area redundantly,
It is desirable that the display optical system can be downsized.

【0029】また、反射型表示素子から射出する軸上主
光線のその反射型表示素子の表示面の中心を通る法線か
らの傾き角度をθとするとき、次の条件式(1)を満足
することが望ましい。
When the inclination angle of the axial principal ray emitted from the reflective display element from the normal line passing through the center of the display surface of the reflective display element is θ, the following conditional expression (1) is satisfied. It is desirable to do.

【0030】 0°≦θ<45° ・・・(1) この角度がその条件式(1)の上限の45°を越えて大
きくなるときは、反射型表示素子の有効視野角を越える
ため、輝度やコントラストの反転等が原因で正常な像が
得られなくなる。
0 ° ≦ θ <45 ° (1) When this angle becomes larger than the upper limit of 45 ° of the conditional expression (1), the effective viewing angle of the reflective display element is exceeded. A normal image cannot be obtained due to inversion of brightness or contrast.

【0031】さらに好ましくは、 0°≦θ<30° ・・・(1−1) を満たすことが望ましく、さらには、 0°≦θ<20° ・・・(1−2) を満たすことがより望ましい。More preferably,     0 ° ≦ θ <30 ° (1-1) It is desirable to satisfy     0 ° ≦ θ <20 ° (1-2) It is more desirable to satisfy.

【0032】なお、後記の実施例1においては、θ=1
2.6°、実施例2においては、θ=13.4°、実施
例3においては、θ=2.3°、実施例4においては、
θ=5.4°である。
In Example 1 described later, θ = 1
2.6 °, θ = 13.4 ° in the second embodiment, θ = 2.3 ° in the third embodiment, and θ = 2.3 ° in the third embodiment.
θ = 5.4 °.

【0033】また、リレー光学系の偏心プリズム光学系
は対称面が有する場合には、プリズム加工、各々の部材
の位置合わせ等、製作組立上単純になり好ましい。
If the decentered prism optical system of the relay optical system has a symmetric surface, it is preferable in terms of manufacturing and assembling such as prism processing and alignment of each member, which is preferable.

【0034】また、その偏心プリズム光学系は対称面を
持たないものでもよい。この場合は、特に、偏心プリズ
ム光学系への照明光の入射方向を自由に設定することが
できるようになるため、表示光学系をより小型化できる
と共に、収差補正上有利になる。
The decentered prism optical system may not have a plane of symmetry. In this case, in particular, since the incident direction of the illumination light on the decentered prism optical system can be freely set, the display optical system can be further downsized, which is advantageous for aberration correction.

【0035】その場合に、照明光源からの照明光束中の
反射型表示素子の表示面の中心に至る光線であって照明
光束の中心光線を照明光光軸とし、偏心プリズム光学系
の反射型表示素子から投影光線の通る順に数えて1番目
の反射面に入射する照明光光軸が、その1番目の反射面
において反射される投影光軸上主光線と表示面の中心と
を通る平面に含まれないように、照明光源を配置するこ
とが望ましい。
In that case, a reflection type display of the decentered prism optical system, in which a central ray of the illumination light flux, which is a light ray in the illumination light flux from the illumination light source and reaches the center of the display surface, is used as the illumination light optical axis. The illumination light optical axis incident on the first reflecting surface counting from the element in the order in which the projection light rays pass is included in the plane passing through the principal ray on the projection optical axis reflected by the first reflecting surface and the center of the display surface. It is desirable to arrange the illumination light source so that it does not occur.

【0036】このような照明光光軸の意味は、リレー光
学系として構成される偏心プリズム光学系は、特別な偏
心構成の場合を除き、その反射面の偏心方向は、その反
射面において反射される投影光軸上主光線と表示面中心
とを通る平面の方向になる。この面内にその反射面に入
射する照明光光軸が存在すると、その反射面の偏心方向
の有効面は、照明光路用と投影光路用に大きくしなけれ
ばならなくなり、偏心プリズム光学系が大型化するか、
あるいは、光束の一部がケラレることになってしまい、
明るく均一の投影が困難になる。
The meaning of such an optical axis of illumination light is that the decentered prism optical system configured as a relay optical system has the decentering direction of its reflecting surface reflected by the reflecting surface, except in the case of a special decentering structure. The direction of a plane passing through the principal ray on the projection optical axis and the center of the display surface. If the illumination light optical axis incident on the reflecting surface exists in this surface, the effective surface in the decentering direction of the reflecting surface must be made large for the illumination light path and the projection light path, and the decentering prism optical system is large. Or
Or, part of the light flux will be vignetting,
Bright and uniform projection becomes difficult.

【0037】これに対して、その1番目の反射面に入射
する照明光光軸が、その反射面において反射される投影
光軸上主光線と表示面の中心とを通る平面に含まれない
ようにすると、その反射面において照明光路用と投影光
路用に大きくしなければならない有効面方向は、一般に
偏心方向と交差する方向となるため、偏心プリズム光学
系の大型化には繋がらない。
On the other hand, the illumination light optical axis incident on the first reflecting surface is not included in the plane passing through the principal ray on the projection optical axis reflected by the reflecting surface and the center of the display surface. In this case, the effective surface direction of the reflecting surface, which must be made larger for the illumination light path and the projection light path, is generally the direction intersecting the decentering direction, which does not lead to an increase in size of the decentering prism optical system.

【0038】また、このような配置により、偏心プリズ
ム光学系に照明光束が入射する屈折面と、その屈折面近
傍で投影光束が反射する反射面とが共有面である場合
に、その共有面内で分離することができ、反射面をハー
フミラーで構成する必要がなくなり、明るい表示が可能
になる。
With this arrangement, when the refracting surface on which the illumination light beam enters the decentered prism optical system and the reflecting surface on which the projection light beam reflects near the refracting surface are common surfaces, the common surface It is not necessary to form the reflecting surface with a half mirror, and bright display is possible.

【0039】次に、接眼光学系については、フレネル面
を有する光学素子で構成することが薄型・軽量化できて
好ましい。そのフレネル面は反射面であっても透過面で
あってもよい。フレネル面が反射面である光学素子はフ
レネル反射鏡、フレネル面が透過面である光学素子はフ
レネルレンズである。
Next, it is preferable that the eyepiece optical system is composed of an optical element having a Fresnel surface because it can be made thin and lightweight. The Fresnel surface may be a reflective surface or a transmissive surface. The optical element whose Fresnel surface is a reflecting surface is a Fresnel reflecting mirror, and the optical element whose Fresnel surface is a transmitting surface is a Fresnel lens.

【0040】そして、そのフレネル面が回転対称な面か
らなると、作製が容易である。また、フレネル面が自由
曲面からなる場合には、偏心によるディストーション等
が補正でき望ましい。
When the Fresnel surface is a rotationally symmetric surface, it is easy to manufacture. Further, when the Fresnel surface is a free-form surface, it is desirable that distortion and the like due to eccentricity can be corrected.

【0041】また、リレー光学系の偏心プリズム光学系
において、投影光路の反射作用と照明光路の透過作用を
兼ねる共有面には、例えば、ハーフミラー、偏光ビーム
スプリッターを用いることができる。
Further, in the decentered prism optical system of the relay optical system, for example, a half mirror or a polarization beam splitter can be used as the shared surface that has both the reflecting function of the projection optical path and the transmitting function of the illumination optical path.

【0042】また、その投影光路の反射作用と照明光路
の透過作用を兼ねる共有面において、その反射作用に全
反射作用を利用するように構成すると、照明光、投影光
のロスを少なくできて望ましい。
Further, it is desirable to use the total reflection effect for the reflecting action on the common surface that has both the reflecting action of the projection optical path and the transmitting action of the illumination optical path, because the loss of the illumination light and the projection light can be reduced. .

【0043】また、その投影光路の反射作用と照明光路
の透過作用を兼ねる共有面において、照明光束の有効径
と投影光束の有効径が重ならないように配置すれば、そ
の共有面において反射領域と透過領域を分離すること
で、照明光、投影光のロスを少なくできて望ましい。
If the effective diameter of the illumination light beam and the effective diameter of the projection light beam are arranged so as not to overlap each other on the shared surface that has both the reflection function of the projection optical path and the transmission function of the illumination optical path, a reflection area is formed on the shared surface. Separating the transmissive region is desirable because it can reduce the loss of illumination light and projection light.

【0044】さらに、表示光学系の射出瞳と光学的に共
役な位置近傍に照明光源を配置すると、表示光学系の射
出瞳位置に照明光源の像が生じるため、ケーラー照明と
なり、一様な明るさの像が観察できて好ましい。
Further, when the illumination light source is arranged in the vicinity of a position optically conjugate with the exit pupil of the display optical system, an image of the illumination light source is generated at the exit pupil position of the display optical system, which results in Koehler illumination and uniform brightness. It is preferable because it can be observed.

【0045】さらに、リレー光学系の瞳位置が偏心プリ
ズム光学系の内部にあれば、反射面の有効径が小さくな
り、そこでの偏心収差発生量が小さくなることから、光
学性能上好ましい。
Furthermore, if the pupil position of the relay optical system is inside the decentered prism optical system, the effective diameter of the reflecting surface will be small, and the amount of decentering aberration generated there will be small, which is preferable in terms of optical performance.

【0046】なお、本発明において、リレー光学系に用
いる偏心プリズム光学系としては、本発明者等がすでに
提案している内面反射回数が1回以上の種々の偏心プリ
ズム単体あるいは複数からなる偏心プリズム光学系を用
いることができる。その中、代表的なものを例示する
と、後記の実施例1〜4の偏心プリズムのように、2つ
の反射面を備え、投影光線の入射面と第1反射面と第2
反射面と投影光線の射出面からなり、入射面と第1反射
面とを結ぶ光路が第2反射面と射出面とを結ぶ光路とプ
リズム内で交差する(対称面を持たない偏心プリズムの
場合は、一方の光路を他方の光路を含む面に投影した場
合にプリズム内で両光路が交差する)ようになっている
ものを用いることができる。
In the present invention, as the decentering prism optical system used in the relay optical system, various decentering prisms having a number of internal reflections of 1 or more have been proposed by the present inventors, or decentering prisms composed of a plurality of decentering prisms. An optical system can be used. Among them, as a typical example, as in the decentering prisms of Examples 1 to 4 described later, two reflecting surfaces are provided, and the incident surface of the projection light beam, the first reflecting surface, and the second reflecting surface are provided.
An optical path consisting of a reflecting surface and an exit surface of the projection light ray, which connects the incident surface and the first reflecting surface intersects with an optical path connecting the second reflecting surface and the exit surface in the prism (in the case of a decentered prism having no symmetrical surface). Can be used as the optical path in the prism when one optical path is projected on a surface including the other optical path.

【0047】このような形状の偏心プリズムは、収差補
正の自由度が高くなり、収差の発生が少ない。さらに、
2つの反射面の配置の対称性が高いので、この2つの反
射面で発生する収差が2つの反射面相互で補正し合い、
収差発生が少ない。また、光路がプリズム内で交差光路
を形成する構成のために、単に光路を折り返す構造のプ
リズムに比較して光路長を長く取ることが可能で、光路
長の長さの割にプリズムを小型化することができる。
The decentering prism having such a shape has a high degree of freedom in aberration correction and produces less aberration. further,
Since the arrangement of the two reflecting surfaces is highly symmetrical, the aberrations generated by these two reflecting surfaces are corrected by the two reflecting surfaces,
Less aberration. In addition, because the optical path forms a crossing optical path within the prism, the optical path can be made longer than a prism with a structure that simply folds the optical path, and the prism can be made smaller for the length of the optical path. can do.

【0048】[0048]

【発明の実施形態】以下、本発明の表示光学系の実施例
に基づいて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The display optical system of the present invention will be described below based on examples.

【0049】まず、以下の実施例の座標の取り方は、図
1〜図3に示すように、表示光学系20の射出瞳1(観
察者瞳)位置から反射型表示素子3を経て照明光源5に
向う逆光線追跡で、投影光光軸2を、表示光学系20の
射出瞳1の中心を垂直に通り、反射型表示素子3の中心
に至る光線で定義する。また、照明光光軸4を、同様に
逆光線追跡で、反射型表示素子3の中心から照明光源5
の中心に至る光線で定義する。
First of all, as shown in FIGS. 1 to 3, the way of obtaining the coordinates in the following embodiments is as follows: From the exit pupil 1 (observer's pupil) position of the display optical system 20 through the reflection type display element 3 to the illumination light source. In the backward ray tracing toward 5, the projection optical axis 2 is defined by a ray that passes through the center of the exit pupil 1 of the display optical system 20 vertically and reaches the center of the reflective display element 3. In addition, the illumination light optical axis 4 is similarly traced by the backward ray tracing from the center of the reflective display element 3 to the illumination light source 5.
It is defined by the ray reaching the center of.

【0050】そして、逆光線追跡において、射出瞳1の
中心を偏心光学系の偏心光学面の原点として、その原点
から表示光学系20の射出瞳1に面した最終面(図1〜
図3では接眼光学系22の射出面31)に投影光光軸2
が向かう方向をZ軸正方向とし、図1の面をY−Z平面
とし、原点を通りY−Z平面に直交し、図1の紙面の表
から裏へ向かう方向をX軸正方向とし、X軸、Z軸と右
手直交座標系を構成する軸をY軸とする。
In the backward ray tracing, the center of the exit pupil 1 is set as the origin of the decentered optical surface of the decentered optical system, and the final surface facing the exit pupil 1 of the display optical system 20 (FIGS.
In FIG. 3, the projection optical axis 2 is projected onto the exit surface 31) of the eyepiece optical system 22.
Is the Z-axis positive direction, the plane of FIG. 1 is the YZ plane, the origin is orthogonal to the YZ plane, and the direction from the front to the back of the paper of FIG. 1 is the X-axis positive direction. An axis forming a right-handed orthogonal coordinate system with the X axis and the Z axis is defined as a Y axis.

【0051】実施例1 この実施例は、観察画角水平20°、垂直15°、射出
瞳径φ10mm、観察者眼球位置に当たる射出瞳1から
リレー光学系21により結像された映像までの距離が4
0cm、横縦3.9×2.9mmの反射型表示素子3を
使用するものである。
Example 1 In this example, the viewing angle of view is horizontal 20 °, vertical 15 °, the exit pupil diameter is φ10 mm, and the distance from the exit pupil 1 which is the observer's eyeball position to the image formed by the relay optical system 21 is: Four
The reflective display element 3 having a size of 0 cm and a length of 3.9 × 2.9 mm is used.

【0052】図1は、この実施例の射出瞳1から表示光
学系20に至る全体のY−Z面に沿った断面図(ただ
し、照明光源5からリレー光学系21の偏心プリズム1
0に至る照明光路は省いてある。)、図2は図1の表示
光学系20部分の部分拡大図、図3は表示光学系20部
分のX−Z面への投影光路図である。
FIG. 1 is a sectional view taken along the YZ plane of the whole from the exit pupil 1 of this embodiment to the display optical system 20 (however, the eccentric prism 1 from the illumination light source 5 to the relay optical system 21).
The illumination optical path leading to 0 is omitted. ), FIG. 2 is a partially enlarged view of the display optical system 20 portion in FIG. 1, and FIG. 3 is a projection optical path diagram of the display optical system 20 portion on the XZ plane.

【0053】この実施例の表示光学系20は、リレー光
学系21を構成する偏心プリズム10がY−Z面を対称
面として有する形態の実施例であり、射出瞳1側から逆
光線追跡の順に、接眼光学系22を構成するフレネル反
射鏡30、リレー光学系21を構成する偏心プリズム1
0、偏心プリズム10の第1面11に面して配置された
反射型表示素子3、偏心プリズム10の第3面13の一
部に接着された照明光導入透明体15、照明光導入透明
体15に面して配置された照明光源5からなっており、
フレネル反射鏡30は、射出瞳1側の屈折面31が自由
曲面からなり、裏面32のフレネル反射面は回転対称非
球面からなるものである。偏心プリズム10は、反射型
表示素子3に面した入射面の第1面11、第1面11か
らプリズム内に入射した表示光を反射させる第1反射面
の第2面12、第2面12で反射した表示光を反射させ
る第2反射面の第3面13、第3面13で反射した表示
光をプリズム外に射出させる射出面の第4面14の4面
からなり、第1面11から第2面12へ向かう投影光光
軸2と、第3面13から第4面14へ向かう投影光光軸
2とはプリズム内で交差する構成になっている。
The display optical system 20 of this embodiment is an embodiment in which the decentering prism 10 which constitutes the relay optical system 21 has the YZ plane as a symmetric surface, and in the order of the backward ray tracing from the exit pupil 1 side. Fresnel reflector 30 forming the eyepiece optical system 22 and decentering prism 1 forming the relay optical system 21.
0, the reflective display element 3 facing the first surface 11 of the decentering prism 10, the illumination light introducing transparent body 15 and the illumination light introducing transparent body bonded to a part of the third surface 13 of the decentering prism 10. It is composed of an illumination light source 5 arranged facing 15
In the Fresnel reflecting mirror 30, the refracting surface 31 on the exit pupil 1 side is a free-form surface, and the Fresnel reflecting surface on the back surface 32 is a rotationally symmetric aspherical surface. The eccentric prism 10 includes a first surface 11 which is an incident surface facing the reflective display element 3, and a second surface 12 and a second surface 12 which are first reflecting surfaces that reflect the display light that has entered the prism from the first surface 11. The third surface 13 of the second reflection surface that reflects the display light reflected by the third surface 13 and the fourth surface 14 that is the exit surface that emits the display light reflected by the third surface 13 out of the prism. The projection light optical axis 2 extending from the second surface 12 to the second surface 12 intersects the projection light optical axis 2 extending from the third surface 13 to the fourth surface 14 in the prism.

【0054】そして偏心プリズム10の第3面13の一
部には照明光導入透明体15が接着一体化されており、
照明光導入透明体15の照明光源5に面する面16は球
面からなるフレネル透過面になっている。
An illuminating light introducing transparent body 15 is integrally bonded to a part of the third surface 13 of the decentering prism 10.
A surface 16 of the illuminating light introducing transparent body 15 facing the illuminating light source 5 is a Fresnel transmitting surface formed of a spherical surface.

【0055】このような配置において、照明光源5から
出た照明光は、照明光導入透明体15のフレネル透過面
16を経て照明光導入透明体15を通り、偏心プリズム
10の第3面13の反射層を設けていない部分を経て偏
心プリズム10内に入り、第1反射面12で反射され、
第1面11からプリズム外に出て反射型表示素子3を照
明する。反射型表示素子3の表示状態に応じて変調され
た反射型表示素子3からの正反射光は、偏心プリズム1
0の第1面11からプリズム内に入り、第2面12、第
3面13で順に反射され、第4面14から出て、その偏
心プリズム10の正パワーにより、フレネル反射鏡30
のフレネル反射面32近傍に反射型表示素子3の表示像
を結像する。そして、接眼光学系22のフレネル反射鏡
30の正パワーにより偏心プリズム10の射出瞳の像を
射出瞳1に結像する。偏心プリズム10の射出瞳は照明
光源5と共役になるように、その間の光学系のパワーが
設定されているので、射出瞳1と照明光源5の間も共役
関係になっている。したがって、照明光源5から出て反
射型表示素子3で変調を受けた光は全て射出瞳1に収束
されるので、少ない消費電力でも明るい映像が観察可能
となる。
In such an arrangement, the illumination light emitted from the illumination light source 5 passes through the Fresnel transmitting surface 16 of the illumination light introducing transparent body 15, passes through the illumination light introducing transparent body 15, and passes through the third surface 13 of the eccentric prism 10. After entering the decentered prism 10 through the portion where the reflective layer is not provided, the light is reflected by the first reflective surface 12,
The reflective display element 3 is illuminated from the first surface 11 outside the prism. The regular reflection light from the reflective display element 3 which is modulated according to the display state of the reflective display element 3 is the decentered prism 1
0 enters the prism from the first surface 11, is reflected in order by the second surface 12 and the third surface 13 and exits from the fourth surface 14, and the positive power of the eccentric prism 10 causes the Fresnel reflecting mirror 30.
A display image of the reflective display element 3 is formed in the vicinity of the Fresnel reflection surface 32. Then, the image of the exit pupil of the decentering prism 10 is formed on the exit pupil 1 by the positive power of the Fresnel reflecting mirror 30 of the eyepiece optical system 22. Since the power of the optical system between the exit pupil of the decentering prism 10 and the illumination light source 5 is set to be conjugate, the exit pupil 1 and the illumination light source 5 are also in a conjugate relationship. Therefore, since all the light emitted from the illumination light source 5 and modulated by the reflective display element 3 is converged on the exit pupil 1, a bright image can be observed with a small power consumption.

【0056】この実施例においては、偏心プリズム10
の第1面11は照明光学系とリレー光学系の透過面とし
て共有しており、第2面12も照明光学系とリレー光学
系の反射面として共有しており、第3面13は、照明光
の透過領域と投影光の反射領域とを偏心プリズム10の
対称面(Y−Z面)方向で分離させることで透過面と反
射面を兼ねた共有面となっている。
In this embodiment, the decentered prism 10
The first surface 11 is shared as a transmission surface of the illumination optical system and the relay optical system, the second surface 12 is also shared as a reflection surface of the illumination optical system and the relay optical system, and the third surface 13 is illuminated. The light transmission region and the projection light reflection region are separated in the direction of the symmetry plane (YZ plane) of the decentering prism 10 to form a shared surface that serves both as a transmission surface and a reflection surface.

【0057】そして、照明光源5から反射型表示素子3
に至る照明光光軸4と、反射型表示素子3から射出瞳1
に至る投影光光軸2とは、対称面のY−Z面内に存在し
ている。
Then, from the illumination light source 5 to the reflection type display element 3
From the reflection type display element 3 to the exit pupil 1
The optical axis 2 of the projection light that reaches the point exists in the YZ plane of the symmetry plane.

【0058】そして、本実施例の偏心プリズム10の各
面11〜14は何れも偏心した自由曲面からなってい
る。
Each of the surfaces 11 to 14 of the decentering prism 10 of this embodiment is a decentered free-form surface.

【0059】この実施例の表示光学系20の構成パラメ
ータは後記する。
The constituent parameters of the display optical system 20 of this embodiment will be described later.

【0060】実施例2 この実施例は、観察画角水平20°、垂直15°、射出
瞳径φ10mm、観察者眼球位置に当たる射出瞳1から
リレー光学系21により結像された映像までの距離が4
0cm、横縦3.9×2.9mmの反射型表示素子3を
使用するものである。この実施例は、実施例1における
偏心プリズム10の対称面に垂直な方向にも偏心を与え
ること、すなわち、3次元的に偏心を与えることによ
り、偏心プリズム10の第3面13における照明光の光
束有効径と投影光の光束有効径とを対称面に垂直な方向
に分離させることで、第3面13を透過面と反射面を兼
ねた共有面としている例である。
Example 2 In this example, the viewing angle of view is horizontal 20 °, vertical 15 °, exit pupil diameter φ10 mm, and the distance from the exit pupil 1 which is the observer's eyeball position to the image formed by the relay optical system 21. Four
The reflective display element 3 having a size of 0 cm and a length of 3.9 × 2.9 mm is used. In this embodiment, the eccentricity is given to the third surface 13 of the eccentric prism 10 by giving the eccentricity also in the direction perpendicular to the symmetry plane of the eccentric prism 10 in the first embodiment, that is, by giving the eccentricity three-dimensionally. This is an example in which the effective diameter of the luminous flux and the effective diameter of the luminous flux of the projection light are separated in the direction perpendicular to the plane of symmetry, so that the third surface 13 is a shared surface that also serves as a transmission surface and a reflection surface.

【0061】図4は、この実施例の射出瞳1から表示光
学系20に至る全体のY−Z面への投影光路図(ただ
し、照明光源5からリレー光学系21の偏心プリズム1
0に至る照明光路は省いてある。)、図5は図4の表示
光学系20部分の部分拡大図、図6は表示光学系20部
分のX−Z面への投影光路図である。
FIG. 4 is a projection optical path diagram for the entire YZ plane from the exit pupil 1 of this embodiment to the display optical system 20 (however, the eccentric prism 1 from the illumination light source 5 to the relay optical system 21).
The illumination optical path leading to 0 is omitted. ), FIG. 5 is a partially enlarged view of the display optical system 20 portion in FIG. 4, and FIG. 6 is a projection optical path diagram of the display optical system 20 portion on the XZ plane.

【0062】この実施例の表示光学系20は、リレー光
学系21を構成する偏心プリズム10は対称面を持たな
い形態の実施例であり、射出瞳1側から逆光線追跡の順
に、接眼光学系22を構成するフレネル反射鏡30、リ
レー光学系21を構成する偏心プリズム10、偏心プリ
ズム10の第1面11に面して配置された反射型表示素
子3、偏心プリズム10の第3面13の一部に接着され
た照明光導入透明体15、照明光導入透明体15に面し
て配置された照明光源5からなっており、フレネル反射
鏡30は、射出瞳1側の屈折面31が自由曲面からな
り、裏面32のフレネル反射面は回転対称非球面からな
るものである。偏心プリズム10は、反射型表示素子3
に面した入射面の第1面11、第1面11からプリズム
内に入射した表示光を反射させる第1反射面の第2面1
2、第2面12で反射した表示光を反射させる第2反射
面の第3面13、第3面13で反射した表示光をプリズ
ム外に射出させる射出面の第4面14の4面からなり、
第1面11から第2面12へ向かう投影光光軸2と、第
3面13から第4面14へ向かう投影光光軸2とは一方
の光軸を含む面に他方の光軸を投影した場合にプリズム
内で交差する構成になっている。
The display optical system 20 of this embodiment is an embodiment in which the decentering prism 10 which constitutes the relay optical system 21 does not have a plane of symmetry, and the eyepiece optical system 22 is in the order of backward ray tracing from the exit pupil 1 side. Of the Fresnel reflecting mirror 30 constituting the above, the decentering prism 10 constituting the relay optical system 21, the reflection type display element 3 arranged facing the first surface 11 of the decentering prism 10, and the third surface 13 of the decentering prism 10. The Fresnel reflecting mirror 30 has a refracting surface 31 on the exit pupil 1 side as a free-form surface. And the Fresnel reflecting surface of the back surface 32 is a rotationally symmetric aspherical surface. The eccentric prism 10 includes a reflective display element 3
The first surface 11 of the incident surface facing the first surface, and the second surface 1 of the first reflecting surface for reflecting the display light incident on the prism from the first surface 11
2, the third surface 13 of the second reflecting surface that reflects the display light reflected by the second surface 12, and the fourth surface 14 of the exit surface that emits the display light reflected by the third surface 13 out of the prism Becomes
The projection optical axis 2 from the first surface 11 to the second surface 12 and the projection optical axis 2 from the third surface 13 to the fourth surface 14 project the other optical axis on a surface including one optical axis. When it does, it is configured to intersect within the prism.

【0063】そして偏心プリズム10の第3面13の一
部には照明光導入透明体15が接着一体化されており、
照明光導入透明体15の照明光源5に面する面16は球
面からなるフレネル透過面になっている。
An illuminating light introducing transparent body 15 is integrally bonded to a part of the third surface 13 of the decentering prism 10.
A surface 16 of the illuminating light introducing transparent body 15 facing the illuminating light source 5 is a Fresnel transmitting surface formed of a spherical surface.

【0064】このような配置において、照明光源5から
出た照明光は、照明光導入透明体15のフレネル透過面
16を経て照明光導入透明体15を通り、偏心プリズム
10の第3面13の反射層を設けていない部分を経て偏
心プリズム10内に入り、第1反射面12で反射され、
第1面11からプリズム外に出て反射型表示素子3を照
明する。反射型表示素子3の表示状態に応じて変調され
た反射型表示素子3からの正反射光は、偏心プリズム1
0の第1面11からプリズム内に入り、第2面12、第
3面13で順に反射され、第4面14から出て、その偏
心プリズム10の正パワーにより、フレネル反射鏡30
のフレネル反射面32近傍に反射型表示素子3の表示像
を結像する。そして、接眼光学系22のフレネル反射鏡
30の正パワーにより偏心プリズム10の射出瞳の像を
射出瞳1に結像する。偏心プリズム10の射出瞳は照明
光源5と共役になるように、その間の光学系のパワーが
設定されているので、射出瞳1と照明光源5の間も共役
関係になっている。したがって、照明光源5から出て反
射型表示素子3で変調を受けた光は全て射出瞳1に収束
されるので、少ない消費電力でも明るい映像が観察可能
となる。
In such an arrangement, the illumination light emitted from the illumination light source 5 passes through the Fresnel transmitting surface 16 of the illumination light introducing transparent body 15, passes through the illumination light introducing transparent body 15, and passes through the third surface 13 of the decentering prism 10. After entering the decentered prism 10 through the portion where the reflective layer is not provided, the light is reflected by the first reflective surface 12,
The reflective display element 3 is illuminated from the first surface 11 outside the prism. The regular reflection light from the reflective display element 3 which is modulated according to the display state of the reflective display element 3 is the decentered prism 1
0 enters the prism from the first surface 11, is reflected in order by the second surface 12 and the third surface 13 and exits from the fourth surface 14, and the positive power of the eccentric prism 10 causes the Fresnel reflecting mirror 30.
A display image of the reflective display element 3 is formed in the vicinity of the Fresnel reflection surface 32. Then, the image of the exit pupil of the decentering prism 10 is formed on the exit pupil 1 by the positive power of the Fresnel reflecting mirror 30 of the eyepiece optical system 22. Since the power of the optical system between the exit pupil of the decentering prism 10 and the illumination light source 5 is set to be conjugate, the exit pupil 1 and the illumination light source 5 are also in a conjugate relationship. Therefore, since all the light emitted from the illumination light source 5 and modulated by the reflective display element 3 is converged on the exit pupil 1, a bright image can be observed with a small power consumption.

【0065】この実施例においては、偏心プリズム10
の第1面11は照明光学系とリレー光学系の透過面とし
て共有しており、第2面12も照明光学系とリレー光学
系の反射面として共有しており、第3面13は、照明光
の透過領域と投影光の反射領域とを偏心プリズム10の
Y−Z面と垂直な方向で分離させることで透過面と反射
面を兼ねた共有面となっている。
In this embodiment, the decentered prism 10
The first surface 11 is shared as a transmission surface of the illumination optical system and the relay optical system, the second surface 12 is also shared as a reflection surface of the illumination optical system and the relay optical system, and the third surface 13 is illuminated. By separating the light transmission region and the projection light reflection region in the direction perpendicular to the YZ plane of the decentering prism 10, the light transmission region and the projection light serve as a common surface that serves both as a transmission surface and a reflection surface.

【0066】この実施例では、照明光源5から反射型表
示素子3に至る照明光光軸4と、反射型表示素子3から
射出瞳1に至る投影光光軸2とは、同一面内には存在し
ていない。
In this embodiment, the illumination light optical axis 4 from the illumination light source 5 to the reflection type display element 3 and the projection light optical axis 2 from the reflection type display element 3 to the exit pupil 1 are in the same plane. It doesn't exist.

【0067】そして、本実施例の偏心プリズム10の各
面11〜14は何れも偏心した自由曲面からなってい
る。
Each of the surfaces 11 to 14 of the decentering prism 10 of this embodiment is a decentered free-form surface.

【0068】この実施例の表示光学系20の構成パラメ
ータは後記する。
The constituent parameters of the display optical system 20 of this embodiment will be described later.

【0069】実施例3 この実施例は、観察画角水平20°、垂直15°、射出
瞳径φ10mm、観察者眼球位置に当たる射出瞳1から
リレー光学系21により結像された映像までの距離が4
0cm、横縦3.9×2.9mmの反射型表示素子3を
使用するものである。この実施例は、実施例1における
偏心プリズム10の第2面12をリレー光学系の反射面
と照明光学系の透過面として共有している例であり、こ
の面をハーフミラー又は偏光ビームスプリッターとする
ものである。
Example 3 In this example, the viewing angle of view is horizontal 20 °, vertical 15 °, the exit pupil diameter is φ10 mm, and the distance from the exit pupil 1 which is the observer's eyeball position to the image formed by the relay optical system 21 is: Four
The reflective display element 3 having a size of 0 cm and a length of 3.9 × 2.9 mm is used. This example is an example in which the second surface 12 of the decentering prism 10 in Example 1 is shared as a reflecting surface of the relay optical system and a transmitting surface of the illumination optical system, and this surface is used as a half mirror or a polarization beam splitter. To do.

【0070】図7は、この実施例の射出瞳1から表示光
学系20に至る全体のY−Z面に沿った断面図(ただ
し、照明光源5からリレー光学系21の偏心プリズム1
0に至る照明光路は省いてある。)、図8は図7の表示
光学系20部分の部分拡大図、図9は表示光学系20部
分のX−Z面への投影光路図である。
FIG. 7 is a sectional view taken along the YZ plane of the entire exit pupil 1 to the display optical system 20 of the present embodiment (however, the eccentric prism 1 from the illumination light source 5 to the relay optical system 21).
The illumination optical path leading to 0 is omitted. ), FIG. 8 is a partially enlarged view of the display optical system 20 portion in FIG. 7, and FIG. 9 is a projection optical path diagram of the display optical system 20 portion on the XZ plane.

【0071】この実施例の表示光学系20は、リレー光
学系21を構成する偏心プリズム10がY−Z面を対称
面として有する形態の実施例であり、射出瞳1側から逆
光線追跡の順に、接眼光学系22を構成するフレネル反
射鏡30、リレー光学系21を構成する偏心プリズム1
0、偏心プリズム10の第1面11に面して配置された
反射型表示素子3、偏心プリズム10の第2面12の一
部に接着された照明光導入透明体15、照明光導入透明
体15に面して配置された照明光源5からなっており、
フレネル反射鏡30は、射出瞳1側の屈折面31が自由
曲面からなり、裏面32のフレネル反射面は回転対称非
球面からなるものである。偏心プリズム10は、反射型
表示素子3に面した入射面の第1面11、第1面11か
らプリズム内に入射した表示光を反射させる第1反射面
の第2面12、第2面12で反射した表示光を反射させ
る第2反射面の第3面13、第3面13で反射した表示
光をプリズム外に射出させる射出面の第4面14の4面
からなり、第1面11から第2面12へ向かう投影光光
軸2と、第3面13から第4面14へ向かう投影光光軸
2とはプリズム内で交差する構成になっている。
The display optical system 20 of this embodiment is an embodiment in which the decentered prism 10 which constitutes the relay optical system 21 has the YZ plane as a symmetric surface, and the backward ray tracing is performed from the exit pupil 1 side in this order. Fresnel reflector 30 forming the eyepiece optical system 22 and decentering prism 1 forming the relay optical system 21.
0, the reflective display element 3 arranged facing the first surface 11 of the decentering prism 10, the illumination light introducing transparent body 15 and the illumination light introducing transparent body adhered to a part of the second surface 12 of the decentering prism 10. It is composed of an illumination light source 5 arranged facing 15
In the Fresnel reflecting mirror 30, the refracting surface 31 on the exit pupil 1 side is a free-form surface, and the Fresnel reflecting surface on the back surface 32 is a rotationally symmetric aspherical surface. The eccentric prism 10 includes a first surface 11 which is an incident surface facing the reflective display element 3, and a second surface 12 and a second surface 12 which are first reflecting surfaces that reflect the display light that has entered the prism from the first surface 11. The third surface 13 of the second reflection surface that reflects the display light reflected by the third surface 13 and the fourth surface 14 that is the exit surface that emits the display light reflected by the third surface 13 out of the prism. The projection light optical axis 2 extending from the second surface 12 to the second surface 12 intersects the projection light optical axis 2 extending from the third surface 13 to the fourth surface 14 in the prism.

【0072】そして偏心プリズム10の第2面12の一
部には照明光導入透明体15が接着一体化されており、
照明光導入透明体15の照明光源5に面する面16は球
面からなるフレネル透過面になっている。
An illumination light introducing transparent body 15 is integrally bonded to a part of the second surface 12 of the decentering prism 10.
A surface 16 of the illuminating light introducing transparent body 15 facing the illuminating light source 5 is a Fresnel transmitting surface formed of a spherical surface.

【0073】このような配置において、照明光源5から
出た照明光は、照明光導入透明体15のフレネル透過面
16を経て照明光導入透明体15を通り、偏心プリズム
10の第2面12の例えばハーフミラーを設けた部分を
経て偏心プリズム10内に入り、第1面11からプリズ
ム外に出て反射型表示素子3を照明する。反射型表示素
子3の表示状態に応じて変調された反射型表示素子3か
らの正反射光は、偏心プリズム10の第1面11からプ
リズム内に入り、第2面12、第3面13で順に反射さ
れ、第4面14から出て、その偏心プリズム10の正パ
ワーにより、フレネル反射鏡30のフレネル反射面32
近傍に反射型表示素子3の表示像を結像する。そして、
接眼光学系22のフレネル反射鏡30の正パワーにより
偏心プリズム10の射出瞳の像を射出瞳1に結像する。
偏心プリズム10の射出瞳は照明光源5と共役になるよ
うに、その間の光学系のパワーが設定されているので、
射出瞳1と照明光源5の間も共役関係になっている。し
たがって、照明光源5から出て反射型表示素子3で変調
を受けた光は全て射出瞳1に収束されるので、少ない消
費電力でも明るい映像が観察可能となる。
In such an arrangement, the illumination light emitted from the illumination light source 5 passes through the Fresnel transmitting surface 16 of the illumination light introducing transparent body 15, passes through the illumination light introducing transparent body 15, and passes through the second surface 12 of the decentering prism 10. For example, the light enters the decentered prism 10 through the portion provided with the half mirror, and exits the prism from the first surface 11 to illuminate the reflective display element 3. The specularly reflected light from the reflective display element 3 that is modulated according to the display state of the reflective display element 3 enters the prism from the first surface 11 of the decentering prism 10, and is reflected by the second surface 12 and the third surface 13. The light is reflected in order, goes out from the fourth surface 14, and the positive power of the decentering prism 10 causes the Fresnel reflecting surface 32 of the Fresnel reflecting mirror 30.
A display image of the reflective display element 3 is formed in the vicinity. And
The image of the exit pupil of the decentered prism 10 is formed on the exit pupil 1 by the positive power of the Fresnel reflecting mirror 30 of the eyepiece optical system 22.
Since the exit pupil of the decentering prism 10 is conjugate with the illumination light source 5, the power of the optical system therebetween is set,
The exit pupil 1 and the illumination light source 5 are also in a conjugate relationship. Therefore, since all the light emitted from the illumination light source 5 and modulated by the reflective display element 3 is converged on the exit pupil 1, a bright image can be observed with a small power consumption.

【0074】この実施例においては、偏心プリズム10
の第1面11は照明光学系とリレー光学系の透過面とし
て共有しており、第2面12は照明光学系の透過面とし
またリレー光学系の反射面として共有している。
In this embodiment, the decentering prism 10
The first surface 11 is shared by the illumination optical system and the relay optical system, and the second surface 12 is shared by the illumination optical system and the relay optical system.

【0075】そして、照明光源5から反射型表示素子3
に至る照明光光軸4と、反射型表示素子3から射出瞳1
に至る投影光光軸2とは、対称面のY−Z面内に存在し
ている。
Then, from the illumination light source 5 to the reflection type display element 3
From the reflection type display element 3 to the exit pupil 1
The optical axis 2 of the projection light that reaches the point exists in the YZ plane of the symmetry plane.

【0076】そして、本実施例の偏心プリズム10の各
面11〜14は何れも偏心した自由曲面からなってい
る。
The surfaces 11 to 14 of the decentering prism 10 of this embodiment are all decentered free-form surfaces.

【0077】この実施例の表示光学系20の構成パラメ
ータは後記する。
The constituent parameters of the display optical system 20 of this embodiment will be described later.

【0078】実施例4 この実施例は、観察画角水平20°、垂直15°、射出
瞳径φ10mm、観察者眼球位置に当たる射出瞳1から
リレー光学系21により結像された映像までの距離が4
0cm、横縦3.9×2.9mmの反射型表示素子3を
使用するものである。この実施例は、実施例1における
偏心プリズム10の対称面に垂直な方向にも偏心を与え
ること、すなわち、3次元的に偏心を与えることによ
り、偏心プリズム10の第4面14における照明光の光
束有効径と投影光の光束有効径とを対称面に垂直な方向
に分離させることで、第4面14を透過面として共有さ
せている例である。
Example 4 In this example, the viewing angle of view is horizontal 20 °, vertical 15 °, exit pupil diameter φ10 mm, and the distance from the exit pupil 1 which is the observer's eyeball position to the image imaged by the relay optical system 21. Four
The reflective display element 3 having a size of 0 cm and a length of 3.9 × 2.9 mm is used. In this embodiment, the eccentricity is given to the fourth surface 14 of the eccentric prism 10 by giving the eccentricity also in the direction perpendicular to the symmetry plane of the eccentric prism 10 in the first embodiment, that is, by giving the eccentricity three-dimensionally. In this example, the effective diameter of the luminous flux and the effective diameter of the luminous flux of the projection light are separated in the direction perpendicular to the plane of symmetry so that the fourth surface 14 is shared as the transmitting surface.

【0079】図10は、この実施例の射出瞳1から表示
光学系20に至る全体のY−Z面への投影光路図(ただ
し、照明光源5からリレー光学系21の偏心プリズム1
0に至る照明光路は省いてある。)、図11は図10の
表示光学系20部分の部分拡大図、図12は表示光学系
20部分のX−Z面への投影光路図である。
FIG. 10 is a projection optical path diagram for the entire YZ plane from the exit pupil 1 to the display optical system 20 of this embodiment (however, the decentering prism 1 of the relay optical system 21 from the illumination light source 5).
The illumination optical path leading to 0 is omitted. ), FIG. 11 is a partially enlarged view of the display optical system 20 portion of FIG. 10, and FIG. 12 is a projection optical path diagram of the display optical system 20 portion on the XZ plane.

【0080】この実施例の表示光学系20は、リレー光
学系21を構成する偏心プリズム10は対称面を持たな
い形態の実施例であり、射出瞳1側から逆光線追跡の順
に、接眼光学系22を構成するフレネル反射鏡30、リ
レー光学系21を構成する偏心プリズム10、偏心プリ
ズム10の第1面11に面して配置された反射型表示素
子3、偏心プリズム10の第4面14の一部に接着され
た照明光導入透明体15、照明光導入透明体15に面し
て配置された照明光源5からなっており、フレネル反射
鏡30は、射出瞳1側の屈折面31が自由曲面からな
り、裏面32のフレネル反射面は回転対称非球面からな
るものである。偏心プリズム10は、反射型表示素子3
に面した入射面の第1面11、第1面11からプリズム
内に入射した表示光を反射させる第1反射面の第2面1
2、第2面12で反射した表示光を反射させる第2反射
面の第3面13、第3面13で反射した表示光をプリズ
ム外に射出させる射出面の第4面14の4面からなり、
第1面11から第2面12へ向かう投影光光軸2と、第
3面13から第4面14へ向かう投影光光軸2とは一方
の光軸を含む面に他方の光軸を投影した場合にプリズム
内で交差する構成になっている。
The display optical system 20 of this embodiment is an embodiment in which the decentering prism 10 constituting the relay optical system 21 does not have a plane of symmetry, and the eyepiece optical system 22 is in the order of backward ray tracing from the exit pupil 1 side. Of the Fresnel reflecting mirror 30, the decentering prism 10 forming the relay optical system 21, the reflective display element 3 arranged facing the first surface 11 of the decentering prism 10, and the fourth surface 14 of the decentering prism 10. The Fresnel reflecting mirror 30 has a refracting surface 31 on the exit pupil 1 side as a free-form surface. And the Fresnel reflecting surface of the back surface 32 is a rotationally symmetric aspherical surface. The eccentric prism 10 includes a reflective display element 3
The first surface 11 of the incident surface facing the first surface, and the second surface 1 of the first reflecting surface for reflecting the display light incident on the prism from the first surface 11
2, the third surface 13 of the second reflecting surface that reflects the display light reflected by the second surface 12, and the fourth surface 14 of the exit surface that emits the display light reflected by the third surface 13 out of the prism Becomes
The projection optical axis 2 from the first surface 11 to the second surface 12 and the projection optical axis 2 from the third surface 13 to the fourth surface 14 project the other optical axis on a surface including one optical axis. When it does, it is configured to intersect within the prism.

【0081】そして偏心プリズム10の第4面14の一
部には照明光導入透明体15が接着一体化されており、
照明光導入透明体15の照明光源5に面する面16は球
面からなるフレネル透過面になっている。
An illuminating light introducing transparent body 15 is integrally bonded to a part of the fourth surface 14 of the decentering prism 10.
A surface 16 of the illuminating light introducing transparent body 15 facing the illuminating light source 5 is a Fresnel transmitting surface formed of a spherical surface.

【0082】このような配置において、照明光源5から
出た照明光は、照明光導入透明体15のフレネル透過面
16を経て照明光導入透明体15を通り、偏心プリズム
10の第4面14の一部を経て偏心プリズム10内に入
り、第2反射面13、第1反射面12の順で反射され、
第1面11からプリズム外に出て反射型表示素子3を照
明する。反射型表示素子3の表示状態に応じて変調され
た反射型表示素子3からの正反射光は、偏心プリズム1
0の第1面11からプリズム内に入り、第2面12、第
3面13で順に反射され、第4面14から出て、その偏
心プリズム10の正パワーにより、フレネル反射鏡30
のフレネル反射面32近傍に反射型表示素子3の表示像
を結像する。そして、接眼光学系22のフレネル反射鏡
30の正パワーにより偏心プリズム10の射出瞳の像を
射出瞳1に結像する。偏心プリズム10の射出瞳は照明
光源5と共役になるように、その間の光学系のパワーが
設定されているので、射出瞳1と照明光源5の間も共役
関係になっている。したがって、照明光源5から出て反
射型表示素子3で変調を受けた光は全て射出瞳1に収束
されるので、少ない消費電力でも明るい映像が観察可能
となる。
In such an arrangement, the illumination light emitted from the illumination light source 5 passes through the Fresnel transmitting surface 16 of the illumination light introducing transparent body 15, passes through the illumination light introducing transparent body 15, and passes through the fourth surface 14 of the decentering prism 10. After passing through a part, it enters the decentered prism 10 and is reflected in the order of the second reflecting surface 13 and the first reflecting surface 12,
The reflective display element 3 is illuminated from the first surface 11 outside the prism. The regular reflection light from the reflective display element 3 which is modulated according to the display state of the reflective display element 3 is the decentered prism 1
0 enters the prism from the first surface 11, is reflected in order by the second surface 12 and the third surface 13 and exits from the fourth surface 14, and the positive power of the eccentric prism 10 causes the Fresnel reflecting mirror 30.
A display image of the reflective display element 3 is formed in the vicinity of the Fresnel reflection surface 32. Then, the image of the exit pupil of the decentering prism 10 is formed on the exit pupil 1 by the positive power of the Fresnel reflecting mirror 30 of the eyepiece optical system 22. Since the power of the optical system between the exit pupil of the decentering prism 10 and the illumination light source 5 is set to be conjugate, the exit pupil 1 and the illumination light source 5 are also in a conjugate relationship. Therefore, since all the light emitted from the illumination light source 5 and modulated by the reflective display element 3 is converged on the exit pupil 1, a bright image can be observed with a small power consumption.

【0083】この実施例においては、偏心プリズム10
の第1面11は照明光学系とリレー光学系の透過面とし
て共有しており、第2面12、第2面13も照明光学系
とリレー光学系の反射面として共有しており、第4面1
4は、照明光の透過領域と投影光の透過領域とを偏心プ
リズム10のY−Z面と垂直な方向で分離させることで
透過面として共有している。
In this embodiment, the decentering prism 10
The first surface 11 is shared by the illumination optical system and the relay optical system, and the second surface 12 and the second surface 13 are also shared by the illumination optical system and the relay optical system. Surface 1
4 is shared as a transmission surface by separating the transmission area of the illumination light and the transmission area of the projection light in the direction perpendicular to the YZ plane of the eccentric prism 10.

【0084】この実施例では、照明光源5から反射型表
示素子3に至る照明光光軸4と、反射型表示素子3から
射出瞳1に至る投影光光軸2とは、同一面内には存在し
ていない。
In this embodiment, the illumination light optical axis 4 from the illumination light source 5 to the reflection type display element 3 and the projection light optical axis 2 from the reflection type display element 3 to the exit pupil 1 are in the same plane. It doesn't exist.

【0085】そして、本実施例の偏心プリズム10の各
面11〜14は何れも偏心した自由曲面からなってい
る。
Each of the surfaces 11 to 14 of the decentering prism 10 of this embodiment is a decentered free-form surface.

【0086】この実施例の表示光学系20の構成パラメ
ータは後記する。
The constituent parameters of the display optical system 20 of this embodiment will be described later.

【0087】次に、上記実施例1〜4の表示光学系20
の構成パラメータを示す。各実施例の構成パラメータに
おいては、図1〜図3に示すように、表示光学系20の
射出瞳1(観察者瞳)位置から反射型表示素子3を経て
照明光源5に向う逆光線追跡で、投影光光軸2を、表示
光学系20の射出瞳1の中心を垂直に通り、反射型表示
素子3の中心に至る光線で定義する。また、照明光光軸
4を、同様に逆光線追跡で、反射型表示素子3の中心か
ら照明光源5の中心に至る光線で定義する。
Next, the display optical system 20 of Examples 1 to 4 above.
Shows the configuration parameters of. In the configuration parameters of each embodiment, as shown in FIGS. 1 to 3, the back ray tracing from the position of the exit pupil 1 (observer's pupil) of the display optical system 20 to the illumination light source 5 via the reflective display element 3, The projection light optical axis 2 is defined by a light ray that passes through the center of the exit pupil 1 of the display optical system 20 perpendicularly and reaches the center of the reflective display element 3. Similarly, the optical axis 4 of the illumination light is defined by the ray traced from the center of the reflective display element 3 to the center of the illumination light source 5 by backward ray tracing.

【0088】そして、逆光線追跡において、射出瞳1の
中心を偏心光学系の偏心光学面の原点として、その原点
から表示光学系20の射出瞳1に面した最終面(図1〜
図3では接眼光学系22の射出面31)に投影光光軸2
が向かう方向をZ軸正方向とし、図1の面をY−Z平面
とし、原点を通りY−Z平面に直交し、図1の紙面の表
から裏へ向かう方向をX軸正方向とし、X軸、Z軸と右
手直交座標系を構成する軸をY軸とする。
Then, in the backward ray tracing, the center of the exit pupil 1 is set as the origin of the decentered optical surface of the decentered optical system, and the final surface facing the exit pupil 1 of the display optical system 20 (FIGS.
In FIG. 3, the projection optical axis 2 is projected onto the exit surface 31) of the eyepiece optical system 22.
Is the Z-axis positive direction, the plane of FIG. 1 is the YZ plane, the origin is orthogonal to the YZ plane, and the direction from the front to the back of the paper of FIG. 1 is the X-axis positive direction. An axis forming a right-handed orthogonal coordinate system with the X axis and the Z axis is defined as a Y axis.

【0089】偏心面については、光学系の原点の中心か
らその面の面頂位置の偏心量(X軸方向、Y軸方向、Z
軸方向をそれぞれX,Y,Z)と、その面の中心軸(自
由曲面については、後記の引用文献の(a)式のZ軸)
のX軸、Y軸、Z軸それぞれを中心とする傾き角(それ
ぞれα,β,γ(°))とが与えられている。その場
合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計
回りを、γの正はZ軸の正方向に対して時計回りを意味
する。なお、面の中心軸のα,β,γの回転のさせ方
は、面の中心軸とそのXYZ直交座標系を、まずX軸の
回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した面
の中心軸を新たな座標系のY軸の回りで反時計回りにβ
回転させると共に1度回転した座標系もY軸の回りで反
時計回りにβ回転させ、次いで、その2度回転した面の
中心軸を新たな座標系の新たな座標系のZ軸の回りで時
計回りにγ回転させるものである。
With respect to the eccentric surface, the amount of eccentricity from the center of the origin of the optical system to the top of the surface (X axis direction, Y axis direction, Z
Axial directions are X, Y, and Z, respectively, and the central axis of the surface (for the free-form surface, the Z axis of the expression (a) in the cited document below).
The tilt angles (α, β, γ (°)) about the X axis, the Y axis, and the Z axis, respectively, are given. In that case, positive α and β mean counterclockwise rotation with respect to the positive directions of the respective axes, and positive γ means clockwise rotation with respect to the positive direction of the Z-axis. The rotation of α, β, γ of the center axis of the surface is performed by rotating the center axis of the surface and its XYZ orthogonal coordinate system by α counterclockwise around the X axis, and then rotating the same. The center axis of the surface is β counterclockwise around the Y axis of the new coordinate system.
The coordinate system that is rotated by 1 degree is also rotated counterclockwise by β around the Y axis, and then the center axis of the surface that is rotated by 2 degrees is rotated around the Z axis of the new coordinate system of the new coordinate system. It rotates by γ clockwise.

【0090】また、各実施例の光学系を構成する光学作
用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成
する場合には面間隔が与えられており、その他、面の曲
率半径、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与え
られている。
Further, among the optical action surfaces forming the optical system of each embodiment, when a specific surface and the surface following the specific surface form a coaxial optical system, a surface spacing is given, and other surfaces are given. The radius of curvature, the refractive index of the medium, and the Abbe number are given according to the conventional method.

【0091】また、本発明で用いられる自由曲面の面の
形状は、例えば米国特許第6,124,989号(特開
2000−66105号)の(a)式により定義される
自由曲面であり、その定義式のZ軸が自由曲面の軸とな
る。
The surface shape of the free-form surface used in the present invention is, for example, the free-form surface defined by the equation (a) of US Pat. No. 6,124,989 (JP 2000-66105 A), The Z-axis of the defining equation becomes the axis of the free-form surface.

【0092】また、非球面は、以下の定義式で与えられ
る回転対称非球面である。
The aspherical surface is a rotationally symmetric aspherical surface given by the following defining equation.

【0093】 Z=(y2 /R)/[1+{1−(1+K)y2 /R2 1 /2] +Ay4 +By6 +Cy8 +Dy10+…… ・・・(b) ただし、Zを光の進行方向を正とした光軸(軸上主光
線)とし、yを光軸と垂直な方向にとる。ここで、Rは
近軸曲率半径、Kは円錐定数、A、B、C、D、…はそ
れぞれ4次、6次、8次、10次の非球面係数である。
この定義式のZ軸が回転対称非球面の軸となる。
Z = (y 2 / R) / [1+ {1- (1 + K) y 2 / R 2 } 1/2 ] + Ay 4 + By 6 + Cy 8 + Dy 10 + ... (b) However, Z Is an optical axis (axial principal ray) with the traveling direction of light being positive, and y is a direction perpendicular to the optical axis. Here, R is a paraxial radius of curvature, K is a conical constant, and A, B, C, D, ... Are aspherical coefficients of 4th order, 6th order, 8th order, and 10th order, respectively.
The Z axis of this defining equation is the axis of the rotationally symmetric aspherical surface.

【0094】なお、データの記載されていない自由曲
面、非球面に関する項は0である。屈折率については、
d線(波長587.56nm)に対するものを表記して
ある。長さの単位はmmである。
The term concerning the free-form surface and aspherical surface for which no data is described is 0. For the refractive index,
Those for the d-line (wavelength 587.56 nm) are shown. The unit of length is mm.

【0095】以下に上記各実施例の数値データを示す
が、以下の表中の“FFS”は自由曲面、“ASS”は
非球面、“RE”は反射面、“FR”はフレネル面をそ
れぞれ示す。なお、物体面はリレー光学系21の投影像
面、像面は反射型表示素子3の表示面である。
Numerical data of each of the above-mentioned examples are shown below. In the table below, "FFS" is a free-form surface, "ASS" is an aspherical surface, "RE" is a reflecting surface, and "FR" is a Fresnel surface. Show. The object plane is the projected image plane of the relay optical system 21, and the image plane is the display plane of the reflective display element 3.

【0096】 実施例1 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ 偏心(1) 1 ∞(瞳) 2 FFS 偏心(1) 1.5254 56.2 3 ASS(FR,RE) 偏心(2) 1.5254 56.2 4 FFS 偏心(1) 5 FFS 偏心(3) 1.5254 56.2 6 FFS(RE) 偏心(4) 1.5254 56.2 7 FFS(RE) 偏心(5) 1.5254 56.2 8 FFS 偏心(6) 像 面 ∞ 偏心(7) 10 FFS 偏心(6) 1.5254 56.2 11 FFS(RE) 偏心(5) 1.5254 56.2 12 FFS 偏心(4) 1.5254 56.2 13 3.37 (FR) 偏心(8) 光 源 ∞ 偏心(9) ASS R -201.20 K 4.6102 A 2.1348×10-7 B -2.8210×10-11 C 3.7292×10-15 FFS C4 1.5891×10-36 -1.0000×10-38 -4.8755×10-510 -4.6567×10-511 -3.6467×10-713 -4.1721×10-7 FFS C4 -1.0260×10-26 -3.5937×10-28 -9.0101×10-310 -5.3472×10-3 FFS C4 1.1368×10-26 7.5881×10-38 -3.1294×10-310 -2.5324×10-311 1.1681×10-413 -6.3376×10-615 -1.2382×10-4 FFS C4 -1.8960×10-26 -8.3411×10-38 -4.0233×10-310 -4.1624×10-311 2.4768×10-413 8.5844×10-415 4.4602×10-4 FFS C4 5.2263×10-26 6.0334×10-28 9.6523×10-310 6.3677×10-3 偏心(1) X 0.00 Y 0.00 Z 400.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y -47.41 Z 402.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y -42.28 Z 349.62 α 12.54 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y -46.05 Z 343.02 α 49.62 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y -40.81 Z 344.98 α 95.96 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y -46.59 Z 348.65 α 130.36 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) X 0.00 Y -47.35 Z 349.06 α 129.74 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) X 0.00 Y -44.96 Z -59.23 α 66.19 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) X 0.00 Y -45.87 Z -59.64 α 78.25 β 0.00 γ 0.00 。Example 1 Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Object plane ∞ Eccentricity (1) 1 ∞ (pupil) 2 FFS Eccentricity (1) 1.5254 56.2 3 ASS (FR, RE) Eccentricity (2) 1.5254 56.2 4 FFS eccentricity (1) 5 FFS eccentricity (3) 1.5254 56.2 6 FFS (RE) eccentricity (4) 1.5254 56.2 7 FFS (RE) eccentricity (5) 1.5254 56.2 8 FFS eccentricity (6) image plane ∞ eccentricity (7) 10 FFS Eccentricity (6) 1.5254 56.2 11 FFS (RE) Eccentricity (5) 1.5254 56.2 12 FFS Eccentricity (4) 1.5254 56.2 13 3.37 (FR) Eccentricity (8) Light source ∞ Eccentricity (9) ASS R -201.20 K 4.6102 A 2.1348 × 10 -7 B -2.8210 × 10 -11 C 3.7292 × 10 -15 FFS C 4 1.5891 × 10 -3 C 6 -1.0000 × 10 -3 C 8 -4.8755 × 10 -5 C 10 -4.6567 × 10 -5 C 11 -3.6467 x 10 -7 C 13 -4.1721 x 10 -7 FFS C 4 -1.0260 x 10 -2 C 6 -3.5937 x 10 -2 C 8 -9.0101 x 10 -3 C 10 -5.3472 x 10 -3 FFS C 4 1.1368 x 10 -2 C 6 7.588 1 x 10 -3 C 8 -3.1294 x 10 -3 C 10 -2.5324 x 10 -3 C 11 1.1681 x 10 -4 C 13 -6.3376 x 10 -6 C 15 -1.2382 x 10 -4 FFS C 4 -1.8960 x 10 -2 C 6 -8.3411 x 10 -3 C 8 -4.0233 x 10 -3 C 10 -4.1624 × 10 -3 C 11 2.4768 × 10 -4 C 13 8.5844 × 10 -4 C 15 4.460 2 × 10 -4 FFS C 4 5.2263 × 10 -2 C 6 6.0334 × 10 -2 C 8 9.6523 × 10 -3 C 10 6.3 677 × 10 -3 Eccentricity (1) X 0.00 Y 0.00 Z 400.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (2) X 0.00 Y -47.41 Z 402.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (3) X 0.00 Y -42.28 Z 349.62 α 12.54 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (4) X 0.00 Y -46.05 Z 343.02 α 49.62 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (5) X 0.00 Y -40.81 Z 344.98 α 95.96 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (6) X 0.00 Y -46.59 Z 348.65 α 130.36 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (7) X 0.00 Y -47.35 Z 349.06 α 129.74 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (8) X 0.00 Y -44.96 Z -59.23 α 66.19 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (9) X 0.00 Y- 45.87 Z -59.64 α 78.25 β 0.00 γ 0.00.

【0097】 実施例2 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ 偏心(1) 1 ∞(瞳) 2 FFS 偏心(1) 1.5254 56.2 3 ASS(FR,RE) 偏心(2) 1.5254 56.2 4 FFS 偏心(1) 5 FFS 偏心(3) 1.5254 56.2 6 FFS(RE) 偏心(4) 1.5254 56.2 7 FFS(RE) 偏心(5) 1.5254 56.2 8 FFS 偏心(6) 像 面 ∞ 偏心(7) 10 FFS 偏心(6) 1.5254 56.2 11 FFS(RE) 偏心(5) 1.5254 56.2 12 FFS 偏心(4) 1.5254 56.2 13 10.37 (FR) 偏心(8) 光 源 ∞ 偏心(9) ASS R -133.19 K 6.4555×10-1 A 3.3841×10-7 B -2.6319×10-11 C 2.5165×10-15 FFS C4 -1.9194×10-46 -1.0000×10-38 -3.2513×10-610 7.2414×10-611 7.4382×10-813 1.8783×10-7 FFS C4 2.1106×10-26 -5.3200×10-27 3.7839×10-48 -6.9686×10-39 -1.1751×10-510 -2.7197×10-3 FFS C4 7.9132×10-36 -2.0184×10-27 -1.6399×10-48 -2.3055×10-39 -7.4669×10-410 -1.9296×10-311 2.8401×10-413 3.0639×10-415 5.0616×10-5 FFS C4 -2.2791×10-26 -3.1161×10-27 -5.8291×10-58 -1.3962×10-39 -1.5979×10-410 -7.7693×10-411 1.0836×10-413 1.2384×10-415 3.7512×10-6 FFS C4 2.6541×10-26 -2.9069×10-27 -7.5865×10-48 -1.8137×10-39 -1.5343×10-310 9.1238×10-4 偏心(1) X 0.00 Y 0.00 Z 400.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y -32.78 Z 402.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y -36.05 Z 357.04 α 18.27 β 0.30 γ 0.00 偏心(4) X 0.02 Y -40.99 Z 349.09 α 55.65 β 3.11 γ 0.00 偏心(5) X -0.75 Y -33.22 Z 350.52 α 95.68 β 2.50 γ 0.00 偏心(6) X -0.87 Y -41.54 Z 353.83 α 119.99 β 11.82 γ 0.00 偏心(7) X -1.02 Y -42.56 Z 354.15 α 119.83 β 5.32 γ -4.11 偏心(8) X -3.46 Y -40.60 Z -52.73 α 88.97 β -14.43 γ 0.00 偏心(9) X -3.13 Y -41.74 Z -52.75 α 105.80 β 9.44 γ 0.00 。Example 2 Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Object plane ∞ Eccentricity (1) 1 ∞ (pupil) 2 FFS Eccentricity (1) 1.5254 56.2 3 ASS (FR, RE) Eccentricity (2) 1.5254 56.2 4 FFS eccentricity (1) 5 FFS eccentricity (3) 1.5254 56.2 6 FFS (RE) eccentricity (4) 1.5254 56.2 7 FFS (RE) eccentricity (5) 1.5254 56.2 8 FFS eccentricity (6) image plane ∞ eccentricity (7) 10 FFS eccentricity (6) 1.5254 56.2 11 FFS (RE) eccentricity (5) 1.5254 56.2 12 FFS eccentricity (4) 1.5254 56.2 13 10.37 (FR) eccentricity (8) light source ∞ eccentricity (9) ASS R -133.19 K 6.4555 × 10 -1 A 3.3841 x 10 -7 B -2.6319 x 10 -11 C 2.5165 x 10 -15 FFS C 4 -1.9194 x 10 -4 C 6 -1.0000 x 10 -3 C 8 -3.2513 x 10 -6 C 10 7.2 414 x 10 -6 C 11 7.438 2 x 10 -8 C 13 1.8783 x 10 -7 FFS C 4 2.1 106 x 10 -2 C 6 -5.3200 x 10 -2 C 7 3.7839 x 10 -4 C 8 -6.9686 x 10 -3 C 9 -1.1751 × 10 -5 C 10 -2.7197 × 10 -3 FFS C 4 7.9 132 × 10 -3 C 6 -2.0184 × 10 -2 C 7 -1.6399 x 10 -4 C 8 -2.3055 x 10 -3 C 9 -7.4669 x 10 -4 C 10 -1.9296 x 10 -3 C 11 2.8401 x 10 -4 C 13 3.0639 x 10 -4 C 15 5.0616 x 10 -5 FFS C 4 -2.2791 x 10 -2 C 6 -3.1161 x 10 -2 C 7 -5.8291 x 10 -5 C 8 -1.3962 x 10 -3 C 9 -1.5979 x 10 -4 C 10 -7.7693 × 10 -4 C 11 1.0836 × 10 -4 C 13 1.2384 × 10 -4 C 15 3.7512 × 10 -6 FFS C 4 2.6541 × 10 -2 C 6 -2.9069 × 10 -2 C 7 -7.5865 × 10 -4 C 8 -1.8 137 × 10 -3 C 9 -1.5343 × 10 -3 C 10 9.1238 × 10 -4 Eccentricity (1) X 0.00 Y 0.00 Z 400.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (2) X 0.00 Y -32.78 Z 402.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (3) X 0.00 Y -36.05 Z 357.04 α 18.27 β 0.30 γ 0.00 Eccentricity (4) X 0.02 Y -40.99 Z 349.09 α 55.65 β 3.11 γ 0.00 Eccentricity (5) X -0.75 Y -33.22 Z 350.52 α 95.68 β 2.50 γ 0.00 Eccentricity (6) X -0.87 Y -41.54 Z 353.83 α 119.99 β 11.82 γ 0.00 Eccentricity (7) X -1.02 Y -42.56 Z 354.15 α 119.83 β 5.32 γ -4.11 Eccentricity (8) X- 3.46 Y -40.60 Z -52.73 α 88.9 7 β -14.43 γ 0.00 Eccentricity (9) X -3.13 Y -41.74 Z -52.75 α 105.80 β 9.44 γ 0.00.

【0098】 実施例3 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ 偏心(1) 1 ∞(瞳) 2 FFS 偏心(1) 1.5254 56.2 3 ASS(FR,RE) 偏心(2) 1.5254 56.2 4 FFS 偏心(1) 5 FFS 偏心(3) 1.5254 56.2 6 FFS(RE) 偏心(4) 1.5254 56.2 7 FFS(RE) 偏心(5) 1.5254 56.2 8 FFS 偏心(6) 像 面 ∞ 偏心(7) 10 FFS 偏心(6) 1.5254 56.2 11 FFS 偏心(5) 1.5254 56.2 12 -4.17 (FR) 偏心(8) 光 源 ∞ 偏心(9) ASS R -148.96 K 2.1285 A 2.8611×10-7 B -1.5596×10-11 C 2.9945×10-15 FFS C4 5.7142×10-46 -1.0000×10-38 -1.9170×10-510 -7.0062×10-611 -2.0543×10-713 -1.0578×10-7 FFS C4 4.4129×10-26 -2.3084×10-28 -2.0324×10-210 -5.9502×10-3 FFS C4 1.3264×10-26 3.6547×10-38 -2.5516×10-310 -2.7908×10-311 -1.6791×10-513 -2.4067×10-515 -1.3790×10-4 FFS C4 -1.8378×10-26 -1.0019×10-28 -1.8146×10-310 -1.6015×10-311 3.0458×10-513 1.1324×10-415 1.2047×10-4 FFS C4 1.3484×10-26 7.7581×10-28 1.6390×10-310 -1.1533×10-3 偏心(1) X 0.00 Y 0.00 Z 400.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y -35.90 Z 402.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y -39.15 Z 353.34 α 36.66 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) X 0.00 Y -44.60 Z 346.47 α 55.53 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) X 0.00 Y -39.16 Z 348.17 α 105.86 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) X 0.00 Y -44.08 Z 353.84 α 128.13 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) X 0.00 Y -45.68 Z 356.13 α 139.99 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) X 0.00 Y -37.92 Z -51.08 α 132.81 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) X 0.00 Y -35.93 Z -53.30 α 126.76 β 0.00 γ 0.00 。Example 3 Surface number Curvature radius Surface spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Object plane ∞ Eccentricity (1) 1 ∞ (pupil) 2 FFS Eccentricity (1) 1.5254 56.2 3 ASS (FR, RE) Eccentricity (2) 1.5254 56.2 4 FFS eccentricity (1) 5 FFS eccentricity (3) 1.5254 56.2 6 FFS (RE) eccentricity (4) 1.5254 56.2 7 FFS (RE) eccentricity (5) 1.5254 56.2 8 FFS eccentricity (6) image plane ∞ eccentricity (7) 10 FFS eccentric (6) 1.5254 56.2 11 FFS eccentric (5) 1.5254 56.2 12 -4.17 ( FR) eccentric (8) light source ∞ eccentricity (9) ASS R -148.96 K 2.1285 A 2.8611 × 10 -7 B -1.5596 × 10 - 11 C 2.9945 × 10 -15 FFS C 4 5.7142 × 10 -4 C 6 -1.0000 × 10 -3 C 8 -1.9170 × 10 -5 C 10 -7.0062 × 10 -6 C 11 -2.0543 × 10 -7 C 13 - 1.0578 × 10 −7 FFS C 4 4.4129 × 10 −2 C 6 −2.3084 × 10 −2 C 8 −2.0324 × 10 −2 C 10 −5.9502 × 10 −3 FFS C 4 1.3264 × 10 −2 C 6 3.6547 × 10 -3 C 8 -2.5516 x 10 -3 C 10 -2.7908 x 10 -3 C 11 -1.6791 x 10 -5 C 13 -2.4067 x 10 -5 C 15 -1.3790 x 10 -4 FFS C 4 -1.8378 x 10 -2 C 6 -1.0019 x 10 -2 C 8 -1.8146 x 10 -3 C 10 -1.6015 x 10 -3 C 11 3.0458 x 10 -5 C 13 1.1324 × 10 -4 C 15 1.2047 × 10 -4 FFS C 4 1.3484 × 10 -2 C 6 7.7581 × 10 -2 C 8 1.6390 × 10 -3 C 10 -1.1533 × 10 -3 Eccentricity (1) X 0.00 Y 0.00 Z 400.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (2) X 0.00 Y -35.90 Z 402.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (3) X 0.00 Y -39.15 Z 353.34 α 36.66 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (4) X 0.00 Y -44.60 Z 346.47 α 55.53 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (5) X 0.00 Y -39.16 Z 348.17 α 105.86 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (6) X 0.00 Y -44.08 Z 353.84 α 128.13 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (7) X 0.00 Y- 45.68 Z 356.13 α 139.99 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (8) X 0.00 Y -37.92 Z -51.08 α 132.81 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (9) X 0.00 Y -35.93 Z -53.30 α 126.76 β 0.00 γ 0.00.

【0099】 実施例4 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ 偏心(1) 1 ∞(瞳) 2 FFS 偏心(1) 1.5254 56.2 3 ASS(FR,RE) 偏心(2) 1.5254 56.2 4 FFS 偏心(1) 5 FFS 偏心(3) 1.5254 56.2 6 FFS(RE) 偏心(4) 1.5254 56.2 7 FFS(RE) 偏心(5) 1.5254 56.2 8 FFS 偏心(6) 像 面 ∞ 偏心(7) 10 FFS 偏心(6) 1.5254 56.2 11 FFS(RE) 偏心(5) 1.5254 56.2 12 FFS(RE) 偏心(4) 1.5254 56.2 13 FFS 偏心(3) 1.5254 56.2 14 -6.69 (FR) 偏心(8) 光 源 ∞ 偏心(9) ASS R -199.86 K 2.6674 A 7.9237×10-8 B -9.9684×10-12 C 9.0846×10-16 FFS C4 1.7595×10-36 -1.0000×10-38 -6.2278×10-510 -5.9358×10-511 -5.6394×10-713 -7.2785×10-8 FFS C4 7.7494×10-26 9.7789×10-28 -3.4926×10-3 FFS C4 1.3745×10-26 2.5221×10-28 -8.6548×10-410 -1.2213×10-411 1.1546×10-5 FFS C4 -2.1064×10-26 2.0295×10-38 -5.2989×10-410 -4.5217×10-411 1.3828×10-6 FFS C4 -8.4997×10-26 -5.6269×10-28 2.2737×10-2 偏心(1) X 0.00 Y 0.00 Z 400.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) X 0.00 Y -42.90 Z 402.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) X 0.00 Y -39.07 Z 353.43 α 21.32 β -4.91 γ 0.00 偏心(4) X -0.24 Y -43.39 Z 346.79 α 58.48 β 1.17 γ 0.00 偏心(5) X -0.63 Y -37.65 Z 347.39 α 108.20 β -8.02 γ 0.00 偏心(6) X -3.54 Y -43.95 Z 353.43 α 142.72 β -5.56 γ 0.00 偏心(7) X -4.17 Y -44.99 Z 354.25 α 130.03 β -10.18 γ 4.01 偏心(8) X -2.85 Y -37.27 Z -44.92 α 31.59 β -6.87 γ 0.00 偏心(9) X -2.63 Y -36.76 Z -44.09 α 36.23 β -4.55 γ 0.00 。Example 4 Surface Number Curvature Radius Surface Spacing Eccentricity Refractive Index Abbe Number Object Surface ∞ Eccentricity (1) 1 ∞ (pupil) 2 FFS Eccentricity (1) 1.5254 56.2 3 ASS (FR, RE) Eccentricity (2) 1.5254 56.2 4 FFS eccentricity (1) 5 FFS eccentricity (3) 1.5254 56.2 6 FFS (RE) eccentricity (4) 1.5254 56.2 7 FFS (RE) eccentricity (5) 1.5254 56.2 8 FFS eccentricity (6) image plane ∞ eccentricity (7) 10 FFS eccentricity (6) 1.5254 56.2 11 FFS (RE) eccentricity (5) 1.5254 56.2 12 FFS (RE) eccentricity (4) 1.5254 56.2 13 FFS eccentricity (3) 1.5254 56.2 14 -6.69 (FR) eccentricity (8) light source ∞ Eccentricity (9) ASS R -199.86 K 2.6674 A 7.9237 × 10 -8 B -9.9684 × 10 -12 C 9.0846 × 10 -16 FFS C 4 1.7595 × 10 -3 C 6 -1.0000 × 10 -3 C 8 -6.2278 × 10 -5 C 10 -5.9358 x 10 -5 C 11 -5.6394 x 10 -7 C 13 -7.2785 x 10 -8 FFS C 4 7.7494 x 10 -2 C 6 9.7789 x 10 -2 C 8 -3.4926 x 10 -3 FFS C 4 1.3745 × 10 -2 C 6 2.5221 × 10 -2 C 8 -8.6548 × 10 - 4 C 10 -1.22 13 x 10 -4 C 11 1.1546 x 10 -5 FFS C 4 -2.10 64 x 10 -2 C 6 2.0295 x 10 -3 C 8 -5.2989 x 10 -4 C 10 -4.5217 x 10 -4 C 11 1.3828 × 10 -6 FFS C 4 -8.4997 × 10 -2 C 6 -5.6269 × 10 -2 C 8 2.2737 × 10 -2 Eccentricity (1) X 0.00 Y 0.00 Z 400.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (2) X 0.00 Y -42.90 Z 402.00 α 0.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (3) X 0.00 Y -39.07 Z 353.43 α 21.32 β -4.91 γ 0.00 Eccentricity (4) X -0.24 Y -43.39 Z 346.79 α 58.48 β 1.17 γ 0.00 Eccentricity ( 5) X -0.63 Y -37.65 Z 347.39 α 108.20 β -8.02 γ 0.00 Eccentricity (6) X -3.54 Y -43.95 Z 353.43 α 142.72 β -5.56 γ 0.00 Eccentricity (7) X -4.17 Y -44.99 Z 354.25 α 130.03 β -10.18 γ 4.01 Eccentricity (8) X -2.85 Y -37.27 Z -44.92 α 31.59 β -6.87 γ 0.00 Eccentricity (9) X -2.63 Y -36.76 Z -44.09 α 36.23 β -4.55 γ 0.00.

【0100】上記実施例1〜4の横収差をそれぞれ図1
3〜図16に示す。これらの横収差図において、括弧内
に示された数字は(水平画角,垂直画角)を表し、その
画角における横収差を示す。
The lateral aberrations of Examples 1 to 4 are shown in FIG.
3 to 16 are shown. In these lateral aberration diagrams, the numbers in parentheses represent (horizontal angle of view, vertical angle of view), and the lateral aberration at that angle of view.

【0101】ところで、実施例1〜4に例示したような
表示光学系を用いる表示装置は、例えば、図17、図1
8に示すような携帯情報端末や、図19、図20に示す
ような携帯電話の形態にも適用することができ、安価で
消費電力の少ない、極めて携帯性に優れた装置を提供す
ることができる。
By the way, the display device using the display optical system as exemplified in Examples 1 to 4 is, for example, shown in FIGS.
The present invention can be applied to the portable information terminal shown in FIG. 8 and the forms of mobile phones shown in FIGS. 19 and 20, and can provide a device which is inexpensive, consumes less power, and is extremely portable. it can.

【0102】図17の場合は、接眼光学系22をフレネ
ル反射鏡30のような反射作用を有する光学素子34で
構成する例である。この場合、表示装置の本体40上
に、観察者側から見て、操作ボタン41をリレー光学系
21より手前に配置することが望ましい。この配置によ
り、操作ボタン41のボタン操作をする手で光路を遮る
ことがなく、ボタン操作する度に映像を遮断してしまう
問題を避けることが可能となる。また、リレー光学系2
1は接眼光学系22の手前に配置することにより、接眼
光学系22で反射された映像を無理なく観察することが
可能となる。なお、図17において、観察者眼球位置を
Eで示し、この表示装置の射出瞳1の位置に観察者の両
眼あるいは片眼Eを一致させることにより、表示映像を
無理なく観察することができる。なお、反射型表示素子
3(図1〜図12)は、リレー光学系21の本体40側
に配置されるが、図示を省く。
FIG. 17 shows an example in which the eyepiece optical system 22 is composed of an optical element 34 such as a Fresnel reflecting mirror 30 having a reflecting action. In this case, it is desirable to dispose the operation button 41 on the main body 40 of the display device before the relay optical system 21 when viewed from the observer side. With this arrangement, it is possible to avoid the problem of blocking the image each time the button is operated without blocking the optical path with the hand of operating the operation button 41. In addition, the relay optical system 2
By disposing No. 1 in front of the eyepiece optical system 22, it becomes possible to reasonably observe the image reflected by the eyepiece optical system 22. It should be noted that in FIG. 17, the observer's eyeball position is indicated by E, and the display image can be reasonably observed by matching both eyes or one eye E of the observer with the position of the exit pupil 1 of this display device. . Although the reflective display element 3 (FIGS. 1 to 12) is arranged on the main body 40 side of the relay optical system 21, the illustration is omitted.

【0103】さらに、図18の場合、接眼光学系22
は、本体40から開閉する機構にすることによって、携
帯時はポケット等に収納することが可能となる。また、
このとき、電源も切断する機能を付けておくと、節電効
果が高い。
Further, in the case of FIG. 18, the eyepiece optical system 22
With a mechanism that opens and closes from the main body 40, it can be stored in a pocket or the like when being carried. Also,
At this time, if the function of cutting off the power supply is added, the power saving effect is high.

【0104】さらに、開閉は観察者側を本体40から持
ち上げて開閉する方向にすることによって、接眼光学系
22の光学面が収納時に表面に露出することがなく、光
学系の光学面に汚れ等が付着し難くなりより好ましい。
Further, by opening and closing the observer side from the main body 40 in the opening and closing direction, the optical surface of the eyepiece optical system 22 is not exposed on the surface during storage, and the optical surface of the optical system is not contaminated. Is less likely to adhere, which is more preferable.

【0105】また、図18の場合は、接眼光学系22を
少なくともフレネルレンズのような透過作用を有する光
学素子35で構成するものである。この場合、表示装置
の本体40上に、観察者側から見て、操作ボタン41を
接眼光学系22より手前に配置することが望ましい。こ
の配置により、操作ボタン41のボタン操作をする手で
光路を遮ることがなく、ボタン操作する度に映像を遮断
してしまう問題を避けることが可能となる。また、リレ
ー光学系21の手前に接眼光学系22を配置することに
より、無理なく映像を観察することが可能となる。
In the case of FIG. 18, the eyepiece optical system 22 is composed of at least an optical element 35 having a transmitting action such as a Fresnel lens. In this case, it is desirable to dispose the operation button 41 on the main body 40 of the display device before the eyepiece optical system 22 when viewed from the observer side. With this arrangement, it is possible to avoid the problem of blocking the image each time the button is operated without blocking the optical path with the hand of operating the operation button 41. Further, by disposing the eyepiece optical system 22 in front of the relay optical system 21, it becomes possible to observe the image without difficulty.

【0106】また、図18の場合は、接眼光学系22を
リレー光学系21側に倒して収納するようにすることが
好ましい。これにより、リレー光学系21を保護するカ
バーの役目を接眼光学系22表面で代用することが可能
となる。
Further, in the case of FIG. 18, it is preferable that the eyepiece optical system 22 is tilted toward the relay optical system 21 side to be housed. As a result, the surface of the eyepiece optical system 22 can be substituted for the role of the cover that protects the relay optical system 21.

【0107】さらに、図17、図18のどちらの使用形
態においても、リレー光学系21と接眼光学系22の間
に反射鏡37(図18)を配置し、光路を折り曲げるこ
とにより、リレー光学系21から接眼光学系22までの
距離を短くすることが可能となる。さらに好ましくは、
その反射鏡37にパワーを持たせることにより、接眼光
学系22の持つパワーを分散することが可能となり、よ
り大画面の映像を鮮明に表示することが可能となる。ま
た、その反射鏡37は接眼光学系22の下に収納するよ
うにすることにより、その光学素子が露出することが防
げ、防塵性が向上する。
Further, in both of the usage patterns of FIG. 17 and FIG. 18, the reflection mirror 37 (FIG. 18) is arranged between the relay optical system 21 and the eyepiece optical system 22, and the optical path is bent to thereby form the relay optical system. It is possible to shorten the distance from 21 to the eyepiece optical system 22. More preferably,
By giving the reflecting mirror 37 power, it is possible to disperse the power of the eyepiece optical system 22, and it is possible to clearly display an image on a larger screen. Further, by storing the reflecting mirror 37 under the eyepiece optical system 22, it is possible to prevent the optical element from being exposed and improve the dustproof property.

【0108】図19、図20は携帯電話38に接眼光学
系22をリレー光学系21からなる表示装置を設けてそ
の射出瞳1の位置でその表示映像を無理なく観察できる
ようにしたものであり、携帯電話38には、操作者の声
を情報として入力するマイク部51と、通話相手の声を
出力するスピーカ部52と、通信電波の送信と受信を行
うアンテナ53と、操作者が情報を入力する操作ボタン
41と、操作者自身や通話相手等の撮影像と電話番号等
の情報を投影表示する本発明の表示装置が設けられてい
る。図19は、図17に対応する構成で、接眼光学系2
2を携帯電話38に対して開閉する機構を持っており、
携帯時は折り畳んでポケット等に収納することが可能と
なる。また、図20は、図18に対応する構成である
が、接眼光学系22は携帯電話38の本体表面に固定さ
れ、その内部にリレー光学系21と反射鏡37が取り付
けられており、折り畳まずにそのままポケット等に収納
するものである。
19 and 20, a display device including an eyepiece optical system 22 and a relay optical system 21 is provided in a mobile phone 38 so that the displayed image can be observed reasonably at the position of the exit pupil 1. The mobile phone 38 has a microphone section 51 for inputting the voice of the operator as information, a speaker section 52 for outputting the voice of the other party of the call, an antenna 53 for transmitting and receiving communication radio waves, and an operator for inputting information. An operation button 41 for inputting, and a display device of the present invention for projecting and displaying a photographed image of the operator himself / herself or a communication partner and information such as a telephone number are provided. FIG. 19 shows a configuration corresponding to that of FIG.
2 has a mechanism to open and close the mobile phone 38,
When carried, it can be folded and stored in a pocket or the like. In addition, FIG. 20 shows a configuration corresponding to FIG. 18, but the eyepiece optical system 22 is fixed to the surface of the main body of the mobile phone 38, and the relay optical system 21 and the reflecting mirror 37 are attached to the inside of the eyepiece optical system 22. It is to be stored in a pocket as it is.

【0109】以上の本発明の表示光学系は例えば次のよ
うに構成することができる。
The display optical system of the present invention described above can be constructed, for example, as follows.

【0110】〔1〕 映像を表示する反射型表示素子
と、前記反射型表示素子を照明する照明光源と、前記照
明光源の光を前記反射型表示素子まで導く照明光学系
と、前記反射型表示素子に表示された映像を投影するリ
レー光学系と、前記リレー光学系からの光束を観察者の
眼球に向けて収束する収束作用を有する接眼光学系とか
ら構成され、前記リレー光学系による投影像が前記接眼
光学系近傍に結像されることを特徴とする表示光学系。
[1] A reflective display element for displaying an image, an illumination light source for illuminating the reflective display element, an illumination optical system for guiding light from the illumination light source to the reflective display element, and the reflective display. A relay optical system for projecting an image displayed on the element, and an eyepiece optical system having a converging action for converging the light flux from the relay optical system toward an eyeball of an observer, and a projected image by the relay optical system. Is imaged in the vicinity of the eyepiece optical system.

【0111】〔2〕 前記リレー光学系として、少なく
とも1つの反射面を備え、その反射面が光束にパワーを
与える曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回
転非対称な曲面反射面にて構成された偏心プリズム光学
系が用いられていることを特徴とする上記1記載の表示
光学系。
[2] In the relay optical system, at least one reflecting surface is provided, and the reflecting surface has a curved surface shape for giving power to the light flux, and is a rotationally asymmetric curved reflecting surface having a decentering aberration correcting function. 2. The display optical system according to the above 1, wherein the decentered prism optical system configured is used.

【0112】〔3〕 前記照明光学系は、前記リレー光
学系の偏心プリズム光学系の光学面の中、少なくとも1
つの光学面を共有することを特徴とする上記2記載の表
示光学系。
[3] The illumination optical system includes at least one of the optical surfaces of the decentered prism optical system of the relay optical system.
3. The display optical system according to the above 2, wherein the two optical surfaces are shared.

【0113】〔4〕 前記反射型表示素子から射出する
軸上主光線の前記反射型表示素子の表示面の中心を通る
法線からの傾き角度をθとするとき、次の条件式(1)
を満足することを特徴とする上記1から3の何れか1項
記載の表示光学系。
[4] When the inclination angle of the axial chief ray emitted from the reflective display element from the normal line passing through the center of the display surface of the reflective display element is θ, the following conditional expression (1) is given.
4. The display optical system according to any one of 1 to 3 above, wherein

【0114】 0°≦θ<45° ・・・(1) 〔5〕 前記偏心プリズム光学系は対称面を有すること
を特徴とする上記2から4の何れか1項記載の表示光学
系。
0 ° ≦ θ <45 ° (1) [5] The display optical system according to any one of 2 to 4 above, wherein the decentered prism optical system has a plane of symmetry.

【0115】〔6〕 前記偏心プリズム光学系は対称面
を持たないことを特徴とする上記2から4の何れか1項
記載の表示光学系。
[6] The display optical system described in any one of 2 to 4 above, wherein the decentered prism optical system does not have a plane of symmetry.

【0116】〔7〕 前記照明光源からの照明光束中の
前記反射型表示素子の表示面の中心に至る光線であって
照明光束の中心光線を照明光光軸とし、前記偏心プリズ
ム光学系の前記反射型表示素子から投影光線の通る順に
数えて1番目の反射面に入射する照明光光軸が、その1
番目の反射面において反射される投影光軸上主光線と前
記表示面の中心とを通る平面に含まれないように、前記
照明光源が配置されていることを特徴とする上記6記載
の表示光学系。
[7] In the illumination light flux from the illumination light source, a light ray reaching the center of the display surface of the reflection type display element and having a central light ray of the illumination light flux as an illumination light optical axis, the decentered prism optical system described above is used. The optical axis of the illumination light incident on the first reflecting surface counted from the reflective display element in the order in which the projection light beam passes is
7. The display optical system according to 6 above, wherein the illumination light source is arranged so as not to be included in a plane passing through a projection optical axis chief ray reflected on the th reflection surface and the center of the display surface. system.

【0117】〔8〕 前記偏心プリズム光学系は、2つ
の反射面を備え、投影光線の入射面と第1反射面と第2
反射面と投影光線の射出面からなり、入射面と第1反射
面とを結ぶ光路と第2反射面と射出面とを結ぶ光路とが
一方の光路を含む面に他方の光路を投影した場合にプリ
ズム内で交差する偏心プリズムからなることを特徴とす
る上記2から7の何れか1項記載の表示光学系。
[8] The decentered prism optical system is provided with two reflecting surfaces, the incident surface of the projection light beam, the first reflecting surface and the second reflecting surface.
When the other optical path is projected on a surface including one optical path, which is composed of a reflecting surface and an exit surface of the projection light beam, and an optical path connecting the incident surface and the first reflecting surface and an optical path connecting the second reflecting surface and the exit surface. 8. The display optical system according to any one of 2 to 7 above, which comprises decentered prisms intersecting each other in the prism.

【0118】[0118]

〔9〕 前記接眼光学系はフレネル面を有
する光学素子で構成されていることを特徴とする上記1
から8の何れか1項記載の表示光学系。
[9] The eyepiece optical system is composed of an optical element having a Fresnel surface.
9. The display optical system according to any one of items 1 to 8.

【0119】[0119]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、リレー光学系とそのリレー光学系からの光束
を接眼光学系により観察者の眼に向けて映像観察が可能
な小型で低消費電力の表示装置用の光学系において、画
像表示素子として反射型画像表示素子を用いて明るく小
型で高解像な画像を表示することができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the relay optical system and the light flux from the relay optical system can be directed to the observer's eye by the eyepiece optical system, and the image can be observed in a small size and low in size. In an optical system for a power consuming display device, a reflective image display device can be used as an image display device to display a bright, compact and high-resolution image.

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

【図1】本発明の実施例1の表示光学系の全体の断面図
である。
FIG. 1 is a sectional view of an entire display optical system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の表示光学系部分の部分拡大図である。FIG. 2 is a partially enlarged view of a display optical system portion of FIG.

【図3】実施例1の表示光学系部分の投影光路図であ
る。
FIG. 3 is a projection optical path diagram of a display optical system portion of the first embodiment.

【図4】本発明の実施例2の表示光学系の全体の投影光
路図である。
FIG. 4 is a projection optical path diagram of the entire display optical system of Example 2 of the present invention.

【図5】図4の表示光学系部分の部分拡大図である。5 is a partially enlarged view of a display optical system portion of FIG.

【図6】実施例2の表示光学系部分の投影光路図であ
る。
FIG. 6 is a projection optical path diagram of a display optical system portion of a second embodiment.

【図7】本発明の実施例3の表示光学系の全体の断面図
である。
FIG. 7 is a sectional view of the entire display optical system of Example 3 of the present invention.

【図8】図7の表示光学系部分の部分拡大図である。8 is a partially enlarged view of a display optical system portion of FIG.

【図9】実施例3の表示光学系部分の投影光路図であ
る。
FIG. 9 is a projection optical path diagram of a display optical system portion of a third embodiment.

【図10】本発明の実施例4の表示光学系の全体の投影
光路図である。
FIG. 10 is a projection optical path diagram of the entire display optical system of Example 4 of the present invention.

【図11】図10の表示光学系部分の部分拡大図であ
る。
11 is a partially enlarged view of the display optical system portion of FIG.

【図12】実施例4の表示光学系部分の投影光路図であ
る。
FIG. 12 is a projection optical path diagram of a display optical system portion of the fourth embodiment.

【図13】実施例1の横収差を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing lateral aberration of the first example.

【図14】実施例2の横収差を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing lateral aberration of the second embodiment.

【図15】実施例3の横収差を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing lateral aberration of the third embodiment.

【図16】実施例4の横収差を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing lateral aberration of the fourth embodiment.

【図17】本発明の表示光学系を携帯情報端末に適用し
た場合の斜視図である。
FIG. 17 is a perspective view when the display optical system of the present invention is applied to a portable information terminal.

【図18】本発明の表示光学系を携帯情報端末に適用し
た別の場合の斜視図である。
FIG. 18 is a perspective view of another case in which the display optical system of the present invention is applied to a portable information terminal.

【図19】本発明の表示光学系を携帯電話に適用した場
合の斜視図である。
FIG. 19 is a perspective view when the display optical system of the present invention is applied to a mobile phone.

【図20】本発明の表示光学系を携帯電話に適用した別
の場合の斜視図である。
FIG. 20 is a perspective view of another case where the display optical system of the present invention is applied to a mobile phone.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…射出瞳 2…投影光光軸 3…反射型表示素子 4…照明光光軸 5…照明光源 10…偏心プリズム 11…偏心プリズムの第1面 12…偏心プリズムの第2面 13…偏心プリズムの第3面 14…偏心プリズムの第4面 15…照明光導入透明体 16…フレネル透過面 20…表示光学系 21…リレー光学系 22…接眼光学系 30…フレネル反射鏡 31…フレネル反射鏡の屈折面 32…フレネル反射鏡のフレネル反射面 34…反射作用を有する光学素子 35…透過作用を有する光学素子 37…反射鏡 38…携帯電話 40…表示装置の本体 41…操作ボタン 51…マイク部 52…スピーカ部 53…アンテナ E…観察者眼球位置 1 ... Exit pupil 2 ... Projection optical axis 3 ... Reflective display element 4 ... Illumination optical axis 5 ... Illumination light source 10 ... Decentered prism 11 ... First surface of decentered prism 12 ... Second surface of decentered prism 13 ... Third surface of decentered prism 14 ... Fourth surface of decentered prism 15 ... Transparent body for introducing illumination light 16 ... Fresnel transparent surface 20 ... Display optical system 21 ... Relay optical system 22 ... Eyepiece optical system 30 ... Fresnel reflector 31 ... Refractive surface of Fresnel reflector 32 ... Fresnel reflecting surface of Fresnel reflector 34 ... Optical element having reflection action 35 ... Optical element having transmissive action 37 ... Reflector 38 ... Mobile phone 40 ... Main body of display device 41 ... Operation button 51 ... Microphone 52 ... speaker section 53 ... Antenna E ... Eyeball position of observer

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 映像を表示する反射型表示素子と、前記
反射型表示素子を照明する照明光源と、前記照明光源の
光を前記反射型表示素子まで導く照明光学系と、前記反
射型表示素子に表示された映像を投影するリレー光学系
と、前記リレー光学系からの光束を観察者の眼球に向け
て収束する収束作用を有する接眼光学系とから構成さ
れ、前記リレー光学系による投影像が前記接眼光学系近
傍に結像されることを特徴とする表示光学系。
1. A reflective display element for displaying an image, an illumination light source for illuminating the reflective display element, an illumination optical system for guiding light of the illumination light source to the reflective display element, and the reflective display element. And a relay optical system for projecting an image displayed on the display, and an eyepiece optical system having a converging action for converging the light flux from the relay optical system toward an eyeball of an observer, and a projection image by the relay optical system. A display optical system, wherein an image is formed in the vicinity of the eyepiece optical system.
【請求項2】 前記リレー光学系として、少なくとも1
つの反射面を備え、その反射面が光束にパワーを与える
曲面形状であって、偏心収差補正機能を有した回転非対
称な曲面反射面にて構成された偏心プリズム光学系が用
いられていることを特徴とする請求項1記載の表示光学
系。
2. The relay optical system comprises at least one relay optical system.
A decentered prism optical system having two reflecting surfaces, the reflecting surface having a curved surface shape for giving power to a light beam, and having a rotationally asymmetric curved reflecting surface having a decentering aberration correcting function is used. The display optical system according to claim 1, which is characterized in that:
【請求項3】 前記照明光学系は、前記リレー光学系の
偏心プリズム光学系の光学面の中、少なくとも1つの光
学面を共有することを特徴とする請求項2記載の表示光
学系。
3. The display optical system according to claim 2, wherein the illumination optical system shares at least one of the optical surfaces of the decentered prism optical system of the relay optical system.
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