JP2005070804A - Composite display device - Google Patents

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JP2005070804A JP2004318200A JP2004318200A JP2005070804A JP 2005070804 A JP2005070804 A JP 2005070804A JP 2004318200 A JP2004318200 A JP 2004318200A JP 2004318200 A JP2004318200 A JP 2004318200A JP 2005070804 A JP2005070804 A JP 2005070804A
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Kazutaka Inoguchi
和隆 猪口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an optical system of a thin type, capable of observing both of the image information displayed on a display means, such as a liquid crystal display, and the image information obtained by an imaging means, and provide a composite display device using the same. <P>SOLUTION: The composite display device has a display optical system which guides the luminous flux from the display means displaying the image information to an observer's eyeball and an imaging optical system for imaging the luminous flux from the external field to an imager. The display device approximately aligns the eyeball optical axis of the incident luminous flux on the observer's eyeball of the display optical system by an optical path separating means disposed in the optical path or the virtual eyeball optical axis extending the eyeball optical axis and the external field optical axis of the luminous flux made incident from the external field of the imaging optical system. The imaging optical system has an incident surface, an exit surface and a plurality of eccentric reflective surfaces which are offcentered from a reference ray Ri and have power. At least one surface among the plurality of the eccentric reflective surfaces is a combination surface commonly used as a transmission surface and a reflective surface. The incident luminous flux from the incident surface is reflected by the plurality of the eccentric reflective surfaces. The luminous flux made incident from the incident surface is reflected by the the plurality of the eccentric reflective surfaces and the reflected luminous fluxes are emitted from the exit surfaces by folding the optical paths. The optical system has a first optical element in which the synthesized power of generator sections is negative. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光学素子及びそれを用いた複合表示装置に関する。   The present invention relates to an optical element and a composite display device using the same.

この他本発明は薄型(視軸方向が薄い)で広画角の表示及び撮像が容易で自由
曲面を有する光学素子を用いてレイアウト自由度を高めた撮像表示装置等に好適
な光学系に関する。
In addition, the present invention relates to an optical system suitable for an imaging display device or the like that is thin (thin in the visual axis direction), easy to display and capture a wide angle of view, and has a high degree of layout freedom using an optical element having a free-form surface.

この他本発明は外界の画像情報からの光を取り込み撮像素子に形成する撮像光学系と液晶等の表示手段に表示した画像情報を観察する表示光学系とを合わせ持ち全体の小型化を図った複合表示装置に関し、特にヘッドマンテッドディスプレイ(HMD)やメガネ型ディスプレイと称せられる装置に好適なものである。   In addition, the present invention combines an imaging optical system that captures light from image information of the outside world and forms it in the imaging device, and a display optical system that observes image information displayed on a display means such as a liquid crystal, thereby reducing the overall size. The composite display device is particularly suitable for a device called a head-manted display (HMD) or a glasses-type display.

従来より、HMDに小型のCCDカメラを取り付け、小型のCCDカメラから得られた画像情報をHMDにそのまま表示する装置や、小型のCCDカメラから得られた画像情報を処理して別の画像情報に変換し、それをHMDに表示する装置が提案されている。   Conventionally, a small CCD camera is attached to the HMD, and the image information obtained from the small CCD camera is displayed as it is on the HMD, or the image information obtained from the small CCD camera is processed into another image information. Devices have been proposed for converting and displaying it on the HMD.

また、HMDにおいてシースルー型のHMD(外界の光をダイレクトに角倍率略1で観察できる構成のHMD)も種々提案されている。このような形態のHMDは、HMDの表示手段で表示した画像情報を観察するための表示光学系の眼球光軸と外界の画像情報をCCD面上に結像させるCCDカメラの光軸が異なっているとこれらの間に視差(パララックス)が生じてくるため好ましくない。パララックスがなく、撮像光学系と表示光学系とを併せ持つ装置が、提案されている(特許文献1〜5)。
特開平4−22358号公報 特開平5−303053号公報 特開平10−239628号公報 特開平11−174367号公報 特開2000−75240号公報
In addition, various see-through HMDs (HMDs having a configuration in which external light can be directly observed at an angular magnification of approximately 1) have been proposed. In this form of HMD, the optical axis of the eyeball of the display optical system for observing the image information displayed on the display means of the HMD and the optical axis of the CCD camera that forms image information on the outside world on the CCD surface are different. If this is the case, parallax occurs between them, which is not preferable. Devices that have no parallax and have both an imaging optical system and a display optical system have been proposed (Patent Documents 1 to 5).
JP-A-4-22358 Japanese Patent Laid-Open No. 5-303053 JP-A-10-239628 JP 11-174367 A JP 2000-75240 A

特許文献1で提案されている表示光学系は、小型LCDから発せられた光が平面ハーフミラーを介した後、小型カメラに結像されている。   In the display optical system proposed in Patent Document 1, light emitted from a small LCD is imaged on a small camera after passing through a flat half mirror.

一方、撮像光学系は外界の光が平面ハーフミラーを介した後、小型カメラに結像されている。この平面ハーフミラーは光軸に対し45度で配置されているため、装置が大きくなる傾向があった。   On the other hand, in the imaging optical system, external light is focused on a small camera after passing through a flat half mirror. Since the flat half mirror is disposed at 45 degrees with respect to the optical axis, the apparatus tends to be large.

また、眼球の前に接眼レンズがあるため、シースルー光学系が成り立たない構成であった。   In addition, since there is an eyepiece in front of the eyeball, the see-through optical system is not realized.

特許文献2では、シースルー光学系が成り立つ構成を開示しているが、光学系が複雑で装置が非常に大きくなる傾向があった。   Patent Document 2 discloses a configuration in which a see-through optical system is realized, but the optical system is complicated and the apparatus tends to be very large.

特許文献3〜5では、これらの問題点を解決したHMDが提案されている。   Patent Documents 3 to 5 propose HMDs that solve these problems.

これらの公報で提案されている複合表示装置は、アジムス角度により異なるパワーを有する所謂自由曲面を適切に配置したプリズム状の光学素子(自由曲面プリズム)を表示光学系と撮像光学系との両方に用いて、両方の自由曲面プリズムの接合面をハーフミラー等の光路分離手段として用いることにより、小型の複合表示装置を実現している。   The composite display devices proposed in these publications include prism-like optical elements (free-form surface prisms) appropriately arranged with so-called free-form surfaces having different powers depending on the azimuth angle in both the display optical system and the imaging optical system. By using the joint surfaces of both free-form surface prisms as optical path separating means such as a half mirror, a small composite display device is realized.

本発明はこれらで提案されている光学系を更に改良し、表示光学系や撮像光学系側の自由曲面プリズム(光学素子)や結像光学系を適切に構成することで、小型で眼球光軸方向に薄型で且つ広画角化に好適な光学素子及びこれを用いた複合表示装置の提供を目的とする。   The present invention further improves the optical system proposed in these, and appropriately configures a free-form surface prism (optical element) and an imaging optical system on the display optical system and the imaging optical system side, thereby reducing the size of the optical axis of the eyeball. An object is to provide an optical element that is thin in the direction and suitable for widening the angle of view, and a composite display device using the optical element.

この他本発明は液晶ディスプレイ(LCD)等の表示手段からの光束を観察者の眼球に導光する為の複数の偏心反射面を有する表示光学系の構成及び外界の画像情報をCCD等の撮像素子面上に結像させる撮像光学系の構成を適切に設定することによって、装置全体の小型化を図りつつ、該双方の画像情報を良好なる状態で観察及び結像することができる複合表示装置の提供を目的とする。   In addition, the present invention provides a configuration of a display optical system having a plurality of eccentric reflecting surfaces for guiding a light beam from a display means such as a liquid crystal display (LCD) to an eyeball of an observer, and imaging of external image information such as a CCD. By appropriately setting the configuration of the imaging optical system that forms an image on the element surface, the composite display device can observe and image both pieces of image information in a good state while reducing the size of the entire device. The purpose is to provide.

更に前述の目的に加えて、外界の画像情報も同時に観察することができるシースル光学系を含んだ複合表示装置の提供を目的とする。   It is another object of the present invention to provide a composite display apparatus including a sheath optical system capable of simultaneously observing image information of the outside world in addition to the aforementioned object.

請求項1の発明の複合表示装置は画像情報を表示した表示手段からの光束を観察者の眼球に導光する表示光学系と、外界からの光束を撮像素子に結像させる撮像光学系とを有し、光路中に設けた光路分離手段によって該表示光学系の観察者の眼球に入射する光束の眼球光軸又は該眼球光軸を延長した仮想眼球光軸と、該撮像光学系の外界から入射してくる光束の外界光軸とを略一致させており
該撮像光学系は同一媒質上に入射面、射出面、並びに基準光線Riに対して偏心し且つパワーを有する偏心反射面を複数有し、該複数の偏心反射面のうちの少なくとも1面が透過面と反射面とを兼用した兼用面であり、該入射面から入射した光束を該複数の偏心反射面により反射させて光路を折り畳み該射出面より射出させており、かつ母線断面合成パワーが負である第1光学素子を有していることを特徴としている。
The composite display device according to the first aspect of the present invention includes a display optical system that guides a light beam from a display unit that displays image information to an eyeball of an observer, and an imaging optical system that forms an image of the light beam from the outside on an image sensor. The optical axis of the light beam incident on the eyeball of the observer of the display optical system by the optical path separating means provided in the optical path, or the virtual eyeball optical axis obtained by extending the optical axis of the eyeball, and the outside of the imaging optical system The imaging optical system has a plurality of eccentric reflecting surfaces that are decentered with respect to the incident surface, the exit surface, and the reference ray Ri and have power, on the same medium. And at least one of the plurality of eccentric reflecting surfaces is a dual-purpose surface that serves as both a transmitting surface and a reflecting surface, and the light beam incident from the incident surface is reflected by the plurality of eccentric reflecting surfaces to fold the optical path. It is emitted from the exit surface, and the bus cross-section synthesis Chromatography is characterized in that has a first optical element is negative.

請求項2の発明は請求項1の発明において前記撮像光学系はレンズの両面がそれぞれ非回転対称面と回転対称面とよりなる少なくとも1枚の非回転対称レンズと、複数の回転対称レンズとを有し、該非回転対称レンズの回転対称面の光軸と該回転対称レンズの光軸が全て略一致している複合レンズ群を有し、
外界からの光束を該第1光学素子を介した後、該複合レンズ群によって該撮像素子上に導光していることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the imaging optical system includes at least one non-rotationally symmetric lens having both a non-rotationally symmetric surface and a rotationally symmetric surface, and a plurality of rotationally symmetric lenses. And having a compound lens group in which the optical axis of the rotationally symmetric surface of the non-rotationally symmetric lens and the optical axis of the rotationally symmetric lens are all substantially coincident,
A light beam from the outside is guided through the first optical element and then guided onto the imaging element by the compound lens group.

請求項3の発明は請求項2の発明において前記第1光学素子の射出面のローカル母線断面焦点距離fypoutとローカル子線断面焦点距離fxpout及び該光学素子の母線断面合成焦点距離fyp、子線断面合成焦点距離fxpとが
|fyp/fypout|<2 ・・・・・・(1)
|fxp/fxpout|<2 ・・・・・・(2)
を満足するように構成されていることを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the local bus section cross-section focal length fypout and the local sub-section cross-section focal length fxpout of the exit surface of the first optical element, the bus section cross-section combined focal length fyp of the optical element, and the sub-section The combined focal length fxp is | fyp / fypout | <2 (1)
| Fxp / fxpout | <2 (2)
It is characterized by being comprised so that it may satisfy.

請求項4の発明は請求項3の発明において前記複合レンズ群の非回転対称面のローカル母線断面焦点距離fylとローカル子線断面fxlと前記複合レンズ群の母線断面合成焦点距離fyg及び子線断面合成焦点距離fxgが、
|fyg/fyl|<1 ・・・・・・(3)
|fxg/fxl|<1 ・・・・・・(4)
を満足するように構成されていることを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the invention, the local generating section focal length fyl and the local subsection fxl of the non-rotationally symmetric surface of the compound lens group, the combined section focal length fig and the subsection of the generating section. The combined focal length fxg is
| Fyg / fyl | <1 (3)
| Fxg / fxl | <1 (4)
It is characterized by being comprised so that it may satisfy.

請求項5の発明は請求項4の発明において前記撮像光学系の全系の母線断面合成焦点距離をfy、子線断面合成焦点距離をfxとし、前記第1光学素子の母線断面合成焦点距離をfyp、子線断面合成焦点距離をfxpとするときに、
−1<fy/fyp<0 ・・・・・・(5)
−1<fx/fxp<0 ・・・・・・(6)
を満足するように構成されていることを特徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, in the invention of the fourth aspect, the bus section combined focal length of the entire system of the imaging optical system is fy, the child section combined focal length is fx, and the bus section combined focal length of the first optical element is fyp, where the cross-sectional cross section combined focal length is fxp,
-1 <fy / fyp <0 (5)
-1 <fx / fxp <0 (6)
It is characterized by being comprised so that it may satisfy.

請求項6の発明は請求項5の発明において前記撮像光学系の入射瞳を視軸上に展開したときの展開入射瞳位置から前記表示光学系の射出瞳位置までの距離をDpp、前記表示光学系の射出面から前記表示光学系の射出瞳までの距離をerとするとき、
0.25 < Dpp/er <8.0 ・・・・・・(7)
を満足するよう構成されていることを特徴としている。
According to a sixth aspect of the invention, in the fifth aspect of the invention, the distance from the developed entrance pupil position to the exit pupil position of the display optical system when the entrance pupil of the imaging optical system is developed on the visual axis is Dpp, and the display optics When the distance from the exit surface of the system to the exit pupil of the display optical system is er,
0.25 <Dpp / er <8.0 (7)
It is characterized by being comprised so that.

本発明によれば薄型・軽量で明るく広画角の光学系を達成することが容易となり、又該光学系を用いることで小型・軽量で且つ広画角の画像表示装置や撮像装置を含む複合表示装置を達成することが容易になる。   According to the present invention, it is easy to achieve a thin, lightweight, bright and wide-angle optical system, and the use of the optical system makes it possible to combine a compact, lightweight, wide-angle image display device and imaging device. It becomes easy to achieve the display device.

図1は本発明の複合表示装置の基本構成を成す実施形態1の要部概略図である。同図において、101は表示光学系(LCD表示光学系)であり、第2光学素子7を有しており、表示手段としてのLCD8で表示した画像情報を観察者の眼球Eに導光している。RdはLCD8の表示面中心から表示光学系101の形成する射出瞳Sの中心に至る光線であり、Rdを表示基準光線と呼ぶ。第2光学素子7は、表示基準光線Rdに対して偏心し且つパワーを有する偏心反射面を複数有している。   FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of a first embodiment that constitutes a basic configuration of a composite display device of the present invention. In the figure, reference numeral 101 denotes a display optical system (LCD display optical system), which has a second optical element 7 and guides image information displayed on the LCD 8 as display means to the eyeball E of the observer. Yes. Rd is a light beam from the center of the display surface of the LCD 8 to the center of the exit pupil S formed by the display optical system 101, and Rd is referred to as a display reference light beam. The second optical element 7 has a plurality of eccentric reflecting surfaces that are decentered with respect to the display reference light beam Rd and have power.

また、Rdの第2光学素子7の射出面から射出瞳Sの中心までの光線を延長した線を眼球光軸と呼ぶ。102は撮像光学系(CCD結像光学系)であり、第1光学素子1,絞り2,複合レンズ群3,偏向手段4,ローパスフィルター5,等を有しており外界の画像情報を撮像素子であるCCD6に結像している。Riは絞り2の略中心を通り、CCD6の受光面の中心に至る光線であり、Riを撮像基準光線(基準光線)と呼ぶ。   A line obtained by extending a light beam from the exit surface of the second optical element 7 of Rd to the center of the exit pupil S is called an eyeball optical axis. Reference numeral 102 denotes an imaging optical system (CCD imaging optical system), which includes a first optical element 1, an aperture 2, a compound lens group 3, a deflecting means 4, a low-pass filter 5, and the like. The image is formed on the CCD 6. Ri is a light beam that passes through the approximate center of the diaphragm 2 and reaches the center of the light receiving surface of the CCD 6, and Ri is referred to as an imaging reference light beam (reference light beam).

又、該撮像基準光線Riの外界から第1光学素子の入射面までの光線を外界光軸と呼び、外界光軸を外界側に所定距離延長した所を外界中心と呼ぶ。   In addition, a light beam from the outside world of the imaging reference light beam Ri to the incident surface of the first optical element is called an outside optical axis, and a place where the outside optical axis is extended by a predetermined distance to the outside side is called an outside center.

本実施形態の第1光学素子1は同一媒質上に入射面、射出面、並びに基準光線Riに対して偏心し且つパワーを有する偏心反射面を複数有し、該複数の偏心反射面のうちの少なくとも1面が透過面と反射面とを兼用した兼用面であり、該入射面から入射した光束を該複数の偏心反射面により反射させて光路を折り畳み該射出面より射出させる光学素子であって、
該光学素子の母線断面合成パワーが負であることを特徴としている。
The first optical element 1 of the present embodiment has a plurality of eccentric reflection surfaces that are decentered with respect to the incident surface, the emission surface, and the reference light beam Ri and have power on the same medium, At least one surface is a dual-purpose surface that serves as both a transmissive surface and a reflective surface, and is an optical element that reflects a light beam incident from the incident surface by the plurality of eccentric reflecting surfaces, folds the optical path, and emits the light from the exit surface. ,
The optical element is characterized in that the bus cross-section combined power is negative.

本実施形態では、表示光学系101と撮像光学系102の両方に、複数の内面反射を利用したプリズム体(光学素子)を使用している。そして2つのプリズム体を光路分離手段BSを境にして接合している。光路分離手段BSは、偏心し曲率を有した偏心反射面より成り、表示光学系101の光路と撮像光学系102の光路とを分離する面となっている。光路分離手段BSは表示光学系101で一方側の反射面を使用し、撮像光学系102では他方側の反射面を使用している。本実施形態においては、光路分離手段BSはハーフミラーである。   In this embodiment, a prism body (optical element) using a plurality of internal reflections is used for both the display optical system 101 and the imaging optical system 102. The two prism bodies are joined with the optical path separation means BS as a boundary. The optical path separating means BS is formed of an eccentric reflecting surface that is decentered and has a curvature, and is a surface that separates the optical path of the display optical system 101 and the optical path of the imaging optical system 102. The optical path separation means BS uses one reflection surface in the display optical system 101 and the other reflection surface in the imaging optical system 102. In the present embodiment, the optical path separation means BS is a half mirror.

複合レンズ群3はレンズの両面がそれぞれ非回転対称面と回転対称面とよりなる少なくとも1枚の非回転対称レンズと、複数の回転対称レンズとを有し、該非回転対称レンズの回転対称面の光軸と該回転対称レンズの光軸が全て略一致している。   The compound lens group 3 has at least one non-rotationally symmetric lens, each of which has a non-rotationally symmetric surface and a rotation-symmetrical surface, and a plurality of rotation-symmetrical lenses. The optical axis and the optical axis of the rotationally symmetric lens are all substantially coincident.

尚、ここで言う光軸とは、回転対称レンズの回転軸であり、通常の共軸光学系において用いられる所謂光軸と同義である。   The optical axis referred to here is the rotational axis of the rotationally symmetric lens and is synonymous with the so-called optical axis used in a normal coaxial optical system.

103はシースルー光学系である。シースルー光学系103は撮像光学系102の入射面を外界光の入射面とし、ハーフミラーである光路分離手段BSを通過し、表示光学系101の射出面を射出面として観察者の眼球Eに導かれる。   Reference numeral 103 denotes a see-through optical system. The see-through optical system 103 uses the incident surface of the imaging optical system 102 as an incident surface for external light, passes through the optical path separation means BS that is a half mirror, and guides it to the eyeball E of the observer using the exit surface of the display optical system 101 as the exit surface. It is burned.

尚、本実施形態における偏心反射面は面頂点回りのアジムス角によって屈折力が異なるようにして良好なる光学性能を維持している。   The decentered reflecting surface in this embodiment maintains good optical performance by making the refractive power different depending on the azimuth angle around the surface apex.

本実施形態の表示光学系101はLCD(表示手段)8からの光が第2光学素子7を介して眼球Eに導かれる。このように表示光学系はLCD8からの光束を複数回反射して結像することなく眼球Eに導光している。これによってLCD8に表示した画像情報を観察している。   In the display optical system 101 of the present embodiment, light from the LCD (display unit) 8 is guided to the eyeball E via the second optical element 7. In this way, the display optical system guides the light beam from the LCD 8 to the eyeball E without being reflected and imaged a plurality of times. Thereby, the image information displayed on the LCD 8 is observed.

撮像光学系102は外界からの光が第1光学素子1を介し、絞り2、光学系3、フィルター5を経て撮像素子CCD6に結像する。これによって外界の画像情報を記録している。   In the imaging optical system 102, light from the outside world forms an image on the imaging device CCD 6 through the first optical element 1, the diaphragm 2, the optical system 3, and the filter 5. As a result, image information of the outside world is recorded.

本実施形態のシースルー光学系103は外界からの光が撮像光学系102の第1光学素子1に入射し、光路分離手段BS(ハーフミラー)を透過し、表示光学系101の第2光学素子7を介して眼球Eに導かれている。これによって外界の画像情報を観察している。   In the see-through optical system 103 of this embodiment, light from the outside enters the first optical element 1 of the imaging optical system 102, passes through the optical path separation means BS (half mirror), and is the second optical element 7 of the display optical system 101. To the eyeball E. Thereby, the image information of the outside world is observed.

本実施形態では表示光学系101と撮像光学系102とを光束分離手段BSで対向配置し、表示光学系101及び撮像光学系102及びシースルー光学系103の各基準光線がBS上の略同一点を通るようにすることによって、眼球光軸と、外界光軸が略一致するようにして、LCD8に表示された画像情報の観察と、外界の画像情報のCCD6上における結像、そして外界の画像情報の観察(シースルー光学系)をパララックスのない状態で同時に観察及び撮像できるようにしている。   In the present embodiment, the display optical system 101 and the imaging optical system 102 are arranged to be opposed to each other by the light beam separation means BS, and the reference light beams of the display optical system 101, the imaging optical system 102, and the see-through optical system 103 are substantially the same point on the BS. By passing, the optical axis of the eyeball and the optical axis of the outside world substantially coincide with each other, the image information displayed on the LCD 8 is observed, the image information of the outside world on the CCD 6 and the image information of the outside world are displayed. Observation (see-through optical system) can be simultaneously observed and imaged without parallax.

尚、光路分離手段BSのハーフミラーは透過率と反射率との比が1:1のものに限るものではなく、比率は任意である。   Note that the half mirror of the optical path separation means BS is not limited to a ratio of transmittance to reflectance of 1: 1, and the ratio is arbitrary.

本実施形態においては、第1光学素子と第2光学素子とをn>1の屈折率nの同一材質で構成し、第1光学素子1の入射面と第2光学素子7の射出面とを適切な形状とし、シースルー光学系103のパワーが略0となり、外界像が角倍率略1の状態で観察者に外界像が略歪みなく観察されるよう構成する。   In the present embodiment, the first optical element and the second optical element are made of the same material having a refractive index n of n> 1, and the incident surface of the first optical element 1 and the exit surface of the second optical element 7 are formed. An appropriate shape is set so that the power of the see-through optical system 103 is substantially 0 and the external image is observed almost without distortion by the observer in a state where the external image is approximately 1 in angular magnification.

又Rsは外界中心からシースルー光学系103を介して表示光学系101の射出瞳Sの中心に至る光線であり、Rsをシースルー基準光線と呼ぶ。   Rs is a light beam from the outside center to the center of the exit pupil S of the display optical system 101 via the see-through optical system 103, and Rs is called a see-through reference light beam.

本実施形態ではシースルー基準光線Rsと撮像基準光線Riとが外界側で略一致(即ち、RsとRiとが外界光軸に略一致)し、且つシースルー基準光線Rsと表示基準光線Rdとが眼球側で略一致(即ち、RsとRdとが眼球光軸と略一致)するようにして、コンパクトな構成でありながらLCDからの表示とCCDへの撮像と外界からのシースルーが視差なく行えるようにしている。   In the present embodiment, the see-through reference light beam Rs and the imaging reference light beam Ri substantially coincide with each other on the outside (that is, Rs and Ri substantially coincide with the external optical axis), and the see-through reference light beam Rs and the display reference light beam Rd are in the eyeball. Side so that Rs and Rd are substantially coincident with the optical axis of the eyeball, so that display from the LCD, imaging to the CCD, and see-through from the outside world can be performed without parallax, while having a compact configuration. ing.

図2は、本発明の複合表示装置における基準光線、ローカル母線断面、ローカル子線断面等を説明するための説明図である。   FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a reference light beam, a local bus bar cross section, a local bus bar cross section, and the like in the composite display device of the present invention.

図3は、本発明の複合表示装置の基本構成例の斜視図である。   FIG. 3 is a perspective view of a basic configuration example of the composite display device of the present invention.

まず、図面を用いて、本発明の複合表示装置における基準光線、ローカル母線断面、ローカル子線断面、母線断面合成焦点距離、子線断面合成焦点距離等の用語の定義を説明する。   First, definitions of terms such as a reference beam, a local bus cross section, a local bus cross section, a bus cross section combined focal length, and a bus cross section combined focal length in the composite display device of the present invention will be described with reference to the drawings.

偏心系に対応していない従来系の定義では、各面頂点座標系でz軸を光軸とすると、yz断面が従来の定義による母線断面(メリジオナル断面)、xz断面が従来の定義による子線断面(サジタル断面)となる。本発明は偏心系なので偏心系に対応したローカル母線断面、ローカル子線断面を新たに定義する。   In the definition of the conventional system that does not correspond to the eccentric system, if the z-axis is the optical axis in each surface vertex coordinate system, the yz section is the generatrix section according to the conventional definition (the meridional section), and the xz section is the slave line according to the conventional definition Cross section (sagittal cross section). Since the present invention is an eccentric system, a local bus bar cross section and a local child cross section corresponding to the eccentric system are newly defined.

まず、表示手段8の表示面上の中心より射出し、表示光学系101の形成する射出瞳Sの中心に至る光線を表示基準光線Rdと定義する。   First, a light beam emitted from the center on the display surface of the display unit 8 and reaching the center of the exit pupil S formed by the display optical system 101 is defined as a display reference light beam Rd.

また、このときの第2光学素子7の射出面S71における表示基準光線RdのヒットポイントS71aと射出瞳Sの中心とを結ぶ線を視軸と定義する。即ち、視軸は前述した眼球光軸に一致している。尚、図2に示すように、該視軸をz軸とし、紙面内でz軸に垂直な方向にy軸をとり、紙面に垂直な方向にx軸をとった座標系をグローバル座標系と呼ぶことにする。該視軸を屈折の法則に従って、第2光学素子7の面S71と第1光学素子1の面S11とで屈折するよう延長した線上を通る光線をシースルー基準光線Rsと定義する。   Further, a line connecting the hit point S71a of the display reference ray Rd and the center of the exit pupil S on the exit surface S71 of the second optical element 7 at this time is defined as a visual axis. That is, the visual axis coincides with the above-described eyeball optical axis. As shown in FIG. 2, a coordinate system in which the visual axis is the z-axis, the y-axis is perpendicular to the z-axis in the paper plane, and the x-axis is perpendicular to the paper plane is the global coordinate system. I will call it. A ray passing through the line extending so as to be refracted by the surface S71 of the second optical element 7 and the surface S11 of the first optical element 1 with the visual axis in accordance with the law of refraction is defined as a see-through reference ray Rs.

また、撮像光学系102の絞り2の中心を通り、撮像素子6の撮像面上の中心に至る光線を撮像基準光線(基準光線)Riと定義する。   A light beam that passes through the center of the diaphragm 2 of the image pickup optical system 102 and reaches the center of the image pickup surface of the image pickup device 6 is defined as an image pickup reference light beam (reference light beam) Ri.

上述のように定義した各基準光線Rd,Rs,Riと各面とのヒットポイント上で、各基準光線の入射光と射出光を含む面をローカル母線断面とし、ヒットポイントを含みローカル母線断面と垂直で、各面頂点座標系の子線断面(通常の子線断面)と平行な面をローカル子線断面として定義する。ローカル母線断面の曲率をry、ローカル子線断面の曲率をrxとして、該当する面の前後の屈折率をそれぞれnd、nd'とするときに、
fy=ry/(nd'−nd)
で与えられるfyをローカル母線断面焦点距離、
fx=rx/(nd'−nd)
で与えられるfxをローカル子線断面焦点距離と定義する。
On the hit point between each reference ray Rd, Rs, Ri defined as described above and each surface, the surface including the incident light and the emitted light of each reference ray is defined as a local bus cross section, and the local bus cross section including the hit point is defined as A surface that is perpendicular and parallel to a child cross section (normal child cross section) of each surface vertex coordinate system is defined as a local child cross section. When the curvature of the local bus cross section is ry, the curvature of the local child cross section is rx, and the refractive indices before and after the corresponding surface are nd and nd ′, respectively,
fy = ry / (nd′−nd)
Fy given by the local bus section focal length,
fx = rx / (nd′−nd)
Fx given by is defined as the local sub-section focal length.

また、
φy=1/fy、φx=1/fx
で与えられるφy、φxをそれぞれ各面のローカル母線断面パワー、ローカル子線断面パワーとする。今、第i番目のローカル母線断面パワーをφyi、第i番目の光学面と各基準光線とのヒットポイントと第i+1番目の光学面と各基準光線とのヒットポイント間の距離をその間の媒質の屈折率で割った値を換算面間隔ei’とした場合に、第m面から第n面まで通常の近軸追跡計算と同様にして求めた合成パワーを母線断面合成パワーφymnとし、φymnの逆数fymnを第m面から第n面までの母線断面合成焦点距離とする。
Also,
φy = 1 / fy, φx = 1 / fx
.Phi.y and .phi.x given by (1) are the local bus cross-sectional power and local sub-line cross-sectional power of each surface, respectively. Now, the i-th local bus cross-sectional power is φyi, the distance between the hit point between the i-th optical surface and each reference ray, and the distance between the hit point between the i + 1-th optical surface and each reference ray, When the value divided by the refractive index is the conversion surface interval ei ′, the combined power obtained in the same manner as the normal paraxial tracking calculation from the m-th surface to the n-th surface is the bus-line cross-sectional combined power φymn, and the reciprocal of φymn Let fymn be a generating section focal length of the generatrix from the m-th surface to the n-th surface.

同様に第m面から第n面までローカル子線断面パワーφxi,ヒットポイント間の換算間隔ei’について求めた合成パワーを子線断面合成パワーφxmn、その逆数を子線断面合成焦点距離fxmnとする。   Similarly, from the m-th surface to the n-th surface, the local power section cross section power φxi, the combined power obtained for the conversion interval ei ′ between hit points is the subsection cross section combined power φxmn, and the reciprocal thereof is the subsection cross section combined focal length fxmn. .

次に図1の実施形態の基本構成例における各要素の作用について説明する。   Next, the operation of each element in the basic configuration example of the embodiment of FIG. 1 will be described.

第1光学素子1及び第2光学素子7は同一形状の面S12と面S72とにおいて少なくとも一方の面に半透過の反射膜が形成された状態で接合されており、面S12及び面S72は光路分離手段BSとして機能している。   The first optical element 1 and the second optical element 7 are joined together with a surface S12 and a surface S72 having the same shape in a state where a transflective film is formed on at least one surface, and the surface S12 and the surface S72 are optical paths. It functions as the separating means BS.

表示手段8からの光は、入射面S73より第2光学素子7内に入射する。入射した光のうちの有効光束の大部分は表示基準光線Rdに対して偏心して配置されたパワーを有する面S71に向かい、第2光学素子7の媒質の屈折率をnとするとき、面S71にarcsin(1/n)以上の入射角度で入射して内部全反射する。このようにして反射された光束は、表示基準光線Rdに対して偏心したパワーを有する面S72で反射されて再度面S71に向かい、今度は面S71にarcsin(1/n)以下の入射角度で入射して面S71を透過し、表示光学系101の形成する射出瞳Sに導かれる。以上の構成により、射出瞳Sの近傍に眼球Eを置いた観察者に表示手段8上に表示された画像を拡大して提示している。以上のように表示基準光線Rdに対して偏心した複数の偏心反射面S71,S72により光路を折り畳む構成としたことにより、視軸方向に薄型の構成としている。   The light from the display means 8 enters the second optical element 7 from the incident surface S73. Most of the effective light flux of the incident light is directed to the surface S71 having power arranged eccentric with respect to the display reference light ray Rd, and when the refractive index of the medium of the second optical element 7 is n, the surface S71. Is incident at an incident angle of arcsin (1 / n) or more and totally internally reflected. The light beam reflected in this way is reflected by the surface S72 having a power decentered with respect to the display reference light ray Rd and is directed again to the surface S71. This time, the incident angle is less than arcsin (1 / n) on the surface S71. Incident light is transmitted through the surface S 71 and guided to the exit pupil S formed by the display optical system 101. With the above configuration, the image displayed on the display means 8 is enlarged and presented to an observer who has placed the eyeball E in the vicinity of the exit pupil S. As described above, the optical path is folded by the plurality of decentered reflecting surfaces S71 and S72 that are decentered with respect to the display reference ray Rd, so that the configuration is thin in the visual axis direction.

また、該複数の偏心反射面S71,S72をともにパワーを有する面としたことで、光学面数の低減を図っている。この際、少なくとも一方の偏心反射面を母線断面(紙面)を唯一の対称面とする非回転対称面とすることでパワーを有する偏心反射面により発生する偏心収差を補正することが好ましい。更に、複数の偏心反射面乃至全ての面を母線断面を唯一の対称面とする非回転対称面とすると、偏心収差をより良好に補正できるようになるため、好ましい。   Further, the plurality of eccentric reflecting surfaces S71 and S72 are both surfaces having power, so that the number of optical surfaces is reduced. At this time, it is preferable to correct the decentration aberration generated by the decentered reflecting surface having power by setting at least one of the decentering reflecting surfaces to a non-rotationally symmetric surface whose cross section (paper surface) is the only symmetric surface. Furthermore, it is preferable to use a plurality of decentered reflecting surfaces or all surfaces as non-rotationally symmetric surfaces whose cross section is the only symmetry plane, because decentration aberrations can be corrected better.

また、該偏心反射面である面S71を内部全反射及び透過の作用をする兼用面として、面数の削減並びに光量ロスの少ない表示光学系を構成している。   Further, the surface S71 which is the decentered reflecting surface is used as a dual-purpose surface which performs the internal total reflection and transmission functions, thereby constituting a display optical system with a reduced number of surfaces and a small amount of light loss.

また、第1光学素子1の入射面S11より入射した外界からの光は、光路分離手段BSの構成面である撮像基準光線Riに対して偏心したパワーを有する偏心反射面S12により一部反射され、撮像基準光線Riに対して偏心したパワーを有する偏心反射面S11に向かう。これらの光は第1光学素子1の媒質の屈折率をnとするとき、面S11に対してarcsin(1/n)以上の入射角度で入射して内部全反射し、射出面S13より射出して第1光学素子1を出て、絞り2に向かう。絞り2を通過した光は、複数の回転対称レンズ31,32,33並びに一方の面が回転対称面R8、他方の面が非回転対称面FFS1である非回転対称レンズ34を少なくとも1つ有する複合レンズ群3とローパスフィルター5を介して撮像素子6の撮像面上に外界の像を結像している。   Further, the light from the outside that is incident from the incident surface S11 of the first optical element 1 is partially reflected by the eccentric reflecting surface S12 having power decentered with respect to the imaging reference light beam Ri that is a constituent surface of the optical path separating unit BS. Then, it goes toward the decentered reflecting surface S11 having power decentered with respect to the imaging reference light beam Ri. When the refractive index of the medium of the first optical element 1 is n, these lights are incident on the surface S11 at an incident angle of arcsin (1 / n) or more and totally internally reflected, and are emitted from the exit surface S13. And exits the first optical element 1 toward the stop 2. The light that has passed through the diaphragm 2 includes a plurality of rotationally symmetric lenses 31, 32, and 33, and a composite having at least one non-rotationally symmetric lens 34 having one surface that is a rotationally symmetric surface R8 and the other surface that is a non-rotationally symmetric surface FFS1. An image of the outside world is formed on the imaging surface of the imaging device 6 via the lens group 3 and the low-pass filter 5.

この際、撮像光学系(1〜5)中の絞り2より前側の部分である第1光学素子1の母線断面(紙面内)合成パワーを負とすることにより、ネガティブリードの所謂レトロフォーカスタイプの撮像光学系とすることができ、CCD等の撮像光学素子におけるフィルター系5の入るスペース所謂バックフォーカスを十分に確保しつつ、広画角の外界像撮影に向く構成としている。更に好ましくは、第1光学素子1の子線断面(紙面と垂直面)合成パワーも負とすることで、子線断面方向にも広画角に適した光学系の構成とすることが出来る。   At this time, the negative lead is a so-called retrofocus type by setting the combined power (in the paper plane) of the first optical element 1 which is a portion in front of the stop 2 in the imaging optical system (1-5) to be negative. The imaging optical system can be used, and is configured to be suitable for photographing an external image with a wide angle of view while sufficiently ensuring a so-called back focus in which the filter system 5 enters in an imaging optical element such as a CCD. More preferably, the composite power of the first optical element 1 is also negative, so that the configuration of the optical system suitable for a wide angle of view in the direction of the cross section of the slave line can be obtained.

また、表示基準光線Riに対して偏心した複数の偏心反射面S11,S12により光路を折り畳む構成としたことにより、第1光学素子1を視軸方向に薄型の構成としている。   In addition, the first optical element 1 has a thin configuration in the visual axis direction by the configuration in which the optical path is folded by a plurality of eccentric reflecting surfaces S11 and S12 that are decentered with respect to the display reference light beam Ri.

また、該複数の偏心反射面S11,S12をともにパワーを有する面としたことで、結像に寄与しない光学面をなくし、光学面数の低減を図っている。この際、少なくとも一方の偏心反射面を母線断面を唯一の対称面とする非回転対称面とすることでパワーを有する偏心反射面により発生する偏心収差を補正することが好ましい。   In addition, since the plurality of eccentric reflecting surfaces S11 and S12 are both surfaces having power, the optical surfaces that do not contribute to image formation are eliminated, and the number of optical surfaces is reduced. At this time, it is preferable to correct the decentration aberration generated by the decentered reflecting surface having power by making at least one decentered reflecting surface a non-rotationally symmetric surface having a cross section of the generatrix as the only symmetry surface.

更に、絞り2に近い射出面S13を母線断面を唯一の対称面とする非回転対称面とすることで、瞳の偏心収差を補正することが容易になる。   Furthermore, by making the exit surface S13 close to the stop 2 a non-rotationally symmetric surface with the generatrix section as the only symmetry surface, it becomes easy to correct pupil decentration aberrations.

更に好ましくは、複数の偏心反射面乃至全ての面を母線断面を唯一の対称面とする非回転対称面とすると、偏心収差をより良好に補正できるようになる。   More preferably, when a plurality of decentered reflecting surfaces or all surfaces are non-rotationally symmetric surfaces having a cross section as a sole symmetry plane, decentration aberrations can be corrected more satisfactorily.

また、該偏心反射面である面S11を内部全反射及び透過の作用をする兼用面としたことで、面数の削減並びに光量ロスの少ない光学素子としている。ここで、第1光学素子1においては面S12が強い負のパワーを有しているが、射出面S13のローカル母線断面パワー,ローカル子線断面パワーの少なくとも一方を負として、負のパワーを分担させることで、面S12の負のパワーを必要以上に上げることなく、第1光学素子全体としての負のパワーを増大させることが容易となり、更に広画角に好適な構成とすることが出来る。更に、第1光学素子1の射出面S13におけるローカル母線断面焦点距離fypoutとローカル子線断面焦点距離fxpout及び該光学素子1の母線断面合成焦点距離fyp、子線断面合成焦点距離fxpとが以下の条件式
|fyp/fypout|<2 ・・・・・・(1)
|fxp/fxpout|<2 ・・・・・・(2)
を満足するように構成することで、第1光学素子1での母線断面合成焦点距離と子線断面合成焦点距離とをうまくバランスさせることが好ましい。
Further, the surface S11 which is the decentered reflection surface is a dual-purpose surface that performs internal total reflection and transmission, thereby reducing the number of surfaces and reducing optical loss. Here, in the first optical element 1, the surface S12 has a strong negative power, but at least one of the local bus cross-section power and the local child cross-section power of the exit surface S13 is negative, and the negative power is shared. By doing so, it becomes easy to increase the negative power of the first optical element as a whole without increasing the negative power of the surface S12 more than necessary, and a configuration suitable for a wider angle of view can be obtained. Further, the local bus section cross-section focal length fxout and the local sub-section cross-section focal length fxpout on the exit surface S13 of the first optical element 1 and the bus section cross-section combined focal length fyp and the sub-section cross-section combined focal length fxp of the optical element 1 Conditional expression | fyp / fypout | <2 (1)
| Fxp / fxpout | <2 (2)
It is preferable that the bus cross-section combined focal length and the sub-line cross-sectional combined focal length in the first optical element 1 are well balanced by configuring so as to satisfy the above.

(1)式、(2)式ともに上限を超えると、射出面S13単独で発生する偏心収差が大きくなり好ましくない。   If both the expressions (1) and (2) exceed the upper limit, the decentration aberration generated by the exit surface S13 alone becomes large, which is not preferable.

また、絞り2より後方の結像に寄与する複合レンズ群3に少なくとも1つの非回転対称レンズを用いることで、第1光学素子1において補正しきれない偏心収差を補正した高性能の撮像光学系を提供することが容易になる。   In addition, by using at least one non-rotationally symmetric lens in the compound lens group 3 that contributes to image formation behind the diaphragm 2, a high-performance imaging optical system that corrects decentration aberrations that cannot be corrected by the first optical element 1. Making it easier to provide.

また、色収差補正等を複数の回転対称レンズにより行うことで、作製の困難な非回転対称レンズの部品数を少なく抑えつつ、高い結像性能が得られるようにしている。尚、本実施形態の複合レンズ群3においては、図2に示すように、複合レンズ群3を構成している回転対称面の回転対称軸が、共軸光学系でいうところの光軸(図2の1点鎖線)3aを共有するような同軸構成としている。このように構成することで、複合レンズ群3は非回転対称面を含みながらも、通常の共軸光学系と同様の組立工程で組み立てられるようにし、組立に要する手間を省くことを容易としている。尚、非回転対称レンズの光軸周りの回転ずれ補正には、例えば円形の一部をカットした形状の非回転対称レンズを用いて鏡筒に対する方向決めを行う等の手段により行うことが可能である。   Further, by performing chromatic aberration correction and the like using a plurality of rotationally symmetric lenses, high imaging performance can be obtained while suppressing the number of parts of a non-rotationally symmetric lens that is difficult to manufacture. In the compound lens group 3 of the present embodiment, as shown in FIG. 2, the rotationally symmetric axis of the rotationally symmetric surface constituting the compound lens group 3 is the optical axis in the coaxial optical system (see FIG. 2 is a coaxial configuration that shares a one-dot chain line 3a. With this configuration, the compound lens group 3 includes a non-rotationally symmetric surface, but can be assembled in the same assembly process as that of a normal coaxial optical system, so that it is easy to save the labor required for assembly. . The rotational deviation correction around the optical axis of the non-rotationally symmetric lens can be performed by means such as determining the direction with respect to the lens barrel using a non-rotationally symmetric lens having a shape obtained by cutting a part of a circle. is there.

また、図に示すように、回転対称系の光軸3が撮像基準光線Riと必ずしも一致している必要はない。このような複合レンズ群を用いることで、第1光学素子1と複合レンズ群3を有する鏡筒、撮像素子6の3点の位置出しのみを偏心を含んだ調整とする、偏心調整の少ない撮像光学系を提供することが容易となる。更に、複合レンズ群3中の非回転対称面のローカル母線断面焦点距離fylとローカル子線断面焦点距離fxl、及び複合レンズ群3の母線断面合成焦点距離fyg及び子線断面合成焦点距離fxgとが以下の条件式
|fyg/fyl|<1 ・・・・・・(3)
|fxg/fxl|<1 ・・・・・・(4)
を満足するように構成することで、母線断面焦点距離及び子線断面焦点距離がうまくバランスするように構成している。(3)式、(4)式ともに上限を超えると、該当する非回転対称面単独で発生する偏心収差が大きくなり好ましくない。更に、撮像光学系全系での母線断面合成焦点距離fy、子線断面合成焦点距離fxと、第1光学素子1の母線断面合成焦点距離fyp、子線断面合成焦点距離fxpとの間に以下の条件式、
−1<fy/fyp<0 ・・・・・・(5)
−1<fx/fxp<0 ・・・・・・(6)
を満足させることが望ましい。(5)式及び(6)式の下限を超えると全系のパワーに対する第1光学素子のパワーが強くなりすぎ、第1光学素子1で発生した収差を複合レンズ群3で補正することが困難となる。
Further, as shown in the figure, the rotationally symmetric optical axis 3 does not necessarily coincide with the imaging reference light beam Ri. By using such a complex lens group, imaging with less decentration adjustment, in which only the positioning of the three points of the lens barrel having the first optical element 1 and the complex lens group 3 and the imaging element 6 is adjusted including decentering. It becomes easy to provide an optical system. Further, the local bus cross-section focal length fyl and local sub-section cross-section focal length fxl of the non-rotationally symmetric surface in the compound lens group 3, and the bus-bar cross-section composite focal length fyg and the sub-line cross-section composite focal length fxg of the compound lens group 3 are obtained. The following conditional expression | fyg / fyl | <1 (3)
| Fxg / fxl | <1 (4)
By satisfying the above, the bus section cross-section focal length and the child-line cross section focal length are configured to be well balanced. If both the expressions (3) and (4) exceed the upper limit, the decentration aberration generated on the corresponding non-rotationally symmetric surface alone becomes large, which is not preferable. Further, between the bus cross-section combined focal length fy and the child-line cross-section combined focal length fx in the entire imaging optical system, and the bus-bar cross-section combined focal length fyp and the child-line cross-section combined focal length fxp of the first optical element 1 Conditional expression,
-1 <fy / fyp <0 (5)
-1 <fx / fxp <0 (6)
It is desirable to satisfy If the lower limit of the expressions (5) and (6) is exceeded, the power of the first optical element with respect to the power of the entire system becomes too strong, and it is difficult to correct the aberration generated in the first optical element 1 with the compound lens group 3. It becomes.

また、上限を超えると、広画角の達成が困難になる。   If the upper limit is exceeded, it is difficult to achieve a wide angle of view.

また、撮像光学系は偏向手段4を有することが好ましい。偏向手段4は例えば図3に示すような三角プリズム柱形状で、図1,2で説明した光路の折り畳み方向である母線断面と異なる方向に光路を偏向させるようにしている。図3では、光路を母線断面に略垂直に折り返すような構成とし、グローバル座標系のy軸方向の長さ並びにz軸方向の長さが短くなるようにして、全体としてコンパクトな撮像光学系とすることが可能となる。   The imaging optical system preferably has a deflecting unit 4. The deflecting means 4 has, for example, a triangular prism column shape as shown in FIG. 3, and deflects the optical path in a direction different from the bus cross section that is the folding direction of the optical path described in FIGS. In FIG. 3, the optical path is configured to be folded substantially perpendicularly to the cross section of the generatrix, and the global coordinate system has a length in the y-axis direction and a length in the z-axis direction that are shortened. It becomes possible to do.

また、第1光学素子1の面S11より入射した外界からの光は光路分離手段BSの構成面である面S12及びS72を一部透過して第2光学素子7に入射し、面S71より射出して観察者の眼Eに導かれるようにシースルー光学系を構成しており、観察者に外界像観察を可能とさせている。この際、面S11と面S71との形状を適切に設計し、面S71から面S11へのシースルー光学系のパワーが略0になり、角倍率が略1になるように構成することにより、観察者に観察される外界像の歪みを少なくすることが可能になる。   In addition, light from the outside that is incident from the surface S11 of the first optical element 1 is partially transmitted through the surfaces S12 and S72 that are constituent surfaces of the optical path separating means BS, is incident on the second optical element 7, and is emitted from the surface S71. Thus, the see-through optical system is configured so as to be guided to the observer's eye E, and enables the observer to observe the external world image. At this time, the shapes of the surface S11 and the surface S71 are appropriately designed so that the power of the see-through optical system from the surface S71 to the surface S11 is approximately 0 and the angular magnification is approximately 1. It is possible to reduce the distortion of the external image observed by a person.

このとき、図2に示すように撮像光学系の入射瞳を視軸上に展開した展開入射瞳位置から表示光学系の射出瞳Sの位置までの距離をDppとし、表示光学系を構成する第2光学素子7の射出面S71における射出光線のヒットポイント(入射点)から射出瞳Sの位置までの距離をerとするとき、以下の条件式
0.25<Dpp/er<8.0・・・・・・(7)
を満足するように構成することが好ましい。ここで、展開入射瞳位置とは、絞り2中心を通り撮像素子6の撮像面上でのローカル母線断面上で最端の位置に入射する2つの光線のそれぞれ面S11から入射して面S12に至るものを射出瞳Sの方向に延長した光線同士の交点を視軸上に射影した位置のことである。(7)式の下限を超えると、撮像光学系が大きくなってしまう。(7)式の上限を超えると、撮像光学系の撮像画角と表示光学系の表示画角が同じであっても、近距離物体を撮像した場合に生じるずれが大きくなってしまう。
At this time, as shown in FIG. 2, the distance from the developed entrance pupil position where the entrance pupil of the imaging optical system is developed on the visual axis to the position of the exit pupil S of the display optical system is Dpp, and the display optical system is constructed. When the distance from the hit point (incident point) of the exiting ray on the exit surface S71 of the two optical element 7 to the position of the exit pupil S is er, the following conditional expression 0.25 <Dpp / er <8.0 (7)
It is preferable that the configuration is satisfied. Here, the unfolded entrance pupil position refers to the surface S12 of the two light rays that enter the extreme end position on the local bus cross section on the imaging surface of the imaging device 6 through the center of the diaphragm 2 and enter the surface S12. This is a position obtained by projecting an intersection of rays extending in the direction of the exit pupil S onto the visual axis. When the lower limit of the expression (7) is exceeded, the imaging optical system becomes large. If the upper limit of the expression (7) is exceeded, even if the imaging field angle of the imaging optical system and the display field angle of the display optical system are the same, the deviation that occurs when a short-distance object is imaged becomes large.

また、例えば、表示手段への画像表示と撮像素子の外界画像取り込みとのタイミングをずらすことによって、表示手段からの光が撮像素子に写り込まないようにして撮像素子上のノイズ除去を行うことが可能である。   In addition, for example, by shifting the timing of image display on the display unit and capturing of the external image of the image sensor, noise on the image sensor can be removed so that light from the display unit does not appear on the image sensor. Is possible.

本実施形態では以上のように構成することにより、小型で広画角の複合表示装置、及び該複合表示装置に好適な撮像光学系、並びに該撮像光学系を構成する光学素子(第1光学素子)と複合レンズ群3を提供することを容易にしている。   In the present embodiment, by configuring as described above, a compact and wide-field composite display device, an imaging optical system suitable for the composite display device, and an optical element (first optical element) constituting the imaging optical system ) And the composite lens group 3 are easily provided.

[数値実施例]
以下に本発明の数値実施例1〜5を示す。各数値実施例ともに表示光学系は表1に示した数値のものである。
[Numerical example]
Numerical examples 1 to 5 of the present invention are shown below. In each numerical example, the display optical system has the numerical values shown in Table 1.

また各数値実施例の撮像光学系の構成は表2〜6に示す通りである。   The configuration of the imaging optical system of each numerical example is as shown in Tables 2-6.

表1においては、射出瞳Sの位置を原点(0,0,0)としたグローバル座標系における位置をx,y,z及びx軸周りの回転角度(°)で表している。   In Table 1, the position in the global coordinate system with the position of the exit pupil S as the origin (0, 0, 0) is represented by x, y, z, and the rotation angle (°) around the x axis.

また、表2〜6はS2面のローカル座標(S2面の関数を定義したx、y、z座標系)によりS5面までは該S2面ローカル座標上での各面頂点の位置(x,g,z)及び各面ローカル座標軸のx軸まわりの回転角度(反時計まわりを正とする)により位置を示し、S5面以降の面においては面間隔d(S5面ローカル座標系のz軸方向の面間距離)により次の面までの間隔を示している。その為、S6面以降の各面頂点のS2面ローカル座標に対する相対位置(x,y,z)は省略した。   Tables 2 to 6 show the positions (x, g) of the surface vertices on the S2 surface local coordinates up to the S5 surface according to the local coordinates of the S2 surface (x, y, z coordinate system defining the function of the S2 surface). , Z) and the rotation angle of each surface local coordinate axis about the x-axis (counterclockwise is positive), and the surface spacing d (in the z-axis direction of the S5-surface local coordinate system) The distance to the next surface is indicated by (distance between surfaces). Therefore, the relative position (x, y, z) with respect to the S2 surface local coordinates of each surface vertex after the S6 surface is omitted.

又、S6面以降の面Siにおいては、Si−1面ローカル座標系z軸に対する各面ローカル座標系のz軸のx軸回りの回転角度をaとし、Si−1面に対してSi面が傾いていない。即ち同軸の場合にはaを省略している。   Further, in the plane Si after the S6 plane, the rotation angle around the x axis of the z axis of each plane local coordinate system with respect to the z axis of the Si-1 plane local coordinate is a, and the Si plane is relative to the Si-1 plane. Not inclined. That is, a is omitted in the case of a coaxial.

表中の他の記号はそれぞれtypeが面形状タイプを示し、FFSは非回転対称面、SPHは球面、ASPは回転対称非球面を表している。sは面番号、rは曲率半径、dは面間隔、nd及びvdは屈折率並びにアッベ数である。   In the other symbols in the table, type indicates a surface shape type, FFS indicates a non-rotation symmetric surface, SPH indicates a spherical surface, and ASP indicates a rotation symmetric aspheric surface. s is a surface number, r is a radius of curvature, d is a surface interval, nd and vd are a refractive index and an Abbe number.

また、FFS面は以下の定義式により与えられる形状である。
Z=(1/R)*(x2+y2)/(1+(1-(1+C1)*(1/R)2*(x2+y2))(1/2))+C5*(x2-y2)+C6*(-1+2*x2+2*y2)+C10*(-2*y+3*x2*y+3*y3)+C11*(3*x2*y-y3)+C12*(x4-6*x2*y2+y4)+C13*(-3*x2+4*x4+3*y2-4*y4)+C14*(1-6*x2+6*x4-6*y2+12*x2*y2+6*y4)+C20*(3*y-12*x2*y+10*x4*y-12*y3+20*x2*y3+10*y5)+C21*(-12*x2*y+15*x4*y+4*y3+10*x2*y3-5*y5)+C22*(5*x4*y-10*x2*y3+y5)+C23*(x6-15*x4*y2+15*x2*y4-y6)+C24*(-5*x4+6*x6+30*x2*y2-30*x4*y2-5*y4-30*x2*y4+6*y6)+C25*(6*x2-20*x4+15*x6-6*y2+15*x4*y2+20*y4-15*x2*y4-15*y6)+C26*(-1+12*x2- 30*x4+20*x6+12*y2-60*x2*y2+60*x4*y2-30*y4+60*x2*y4+20*y6) ……(8)
尚、表中で不指示の係数は0であるものとする。
The FFS surface has a shape given by the following definition formula.
Z = (1 / R) * (x2 + y2) / (1+ (1- (1 + C1) * (1 / R) 2 * (x2 + y2)) (1/2)) + C5 * (x2 -y2) + C6 * (-1 + 2 * x2 + 2 * y2) + C10 * (-2 * y + 3 * x2 * y + 3 * y3) + C11 * (3 * x2 * y-y3) + C12 * (x4-6 * x2 * y2 + y4) + C13 * (-3 * x2 + 4 * x4 + 3 * y2-4 * y4) + C14 * (1-6 * x2 + 6 * x4-6 * y2 + 12 * x2 * y2 + 6 * y4) + C20 * (3 * y-12 * x2 * y + 10 * x4 * y-12 * y3 + 20 * x2 * y3 + 10 * y5) + C21 * ( -12 * x2 * y + 15 * x4 * y + 4 * y3 + 10 * x2 * y3-5 * y5) + C22 * (5 * x4 * y-10 * x2 * y3 + y5) + C23 * (x6 -15 * x4 * y2 + 15 * x2 * y4-y6) + C24 * (-5 * x4 + 6 * x6 + 30 * x2 * y2-30 * x4 * y2-5 * y4-30 * x2 * y4 + 6 * y6) + C25 * (6 * x2-20 * x4 + 15 * x6-6 * y2 + 15 * x4 * y2 + 20 * y4-15 * x2 * y4-15 * y6) + C26 * (-1 + 12 * x2- 30 * x4 + 20 * x6 + 12 * y2-60 * x2 * y2 + 60 * x4 * y2-30 * y4 + 60 * x2 * y4 + 20 * y6) ...... (8)
It is assumed that the non-designated coefficient is 0 in the table.

次に本発明にかかる表示光学系と撮像光学系の実施例について説明する。   Next, examples of the display optical system and the imaging optical system according to the present invention will be described.

図4は表示光学系101の数値実施例の図である。表示光学系101を示す表1におけるs1は射出瞳Sをs2〜5は第2光学素子7の各面を構成しており、表示手段8の表示面にあたる面s8からの光を射出瞳Sに導いている。   FIG. 4 is a diagram of a numerical example of the display optical system 101. In Table 1 showing the display optical system 101, s1 constitutes the exit pupil S, and s2 to 5 constitute the surfaces of the second optical element 7. Light from the surface s8 corresponding to the display surface of the display means 8 is used as the exit pupil S. Guided.

図5は撮像光学系102の数値実施例1の図である。撮像光学系102を示す表2におけるs1〜4は第1光学素子の各面であり、面s5,6は偏向手段4を表すダミーガラスである。   FIG. 5 is a diagram of Numerical Example 1 of the imaging optical system 102. In Table 2 showing the imaging optical system 102, s1 to 4 are surfaces of the first optical element, and surfaces s5 and 6 are dummy glasses representing the deflecting means 4.

また、絞りはs6となっている。面s7〜s18は複合レンズ群3のレンズ群であり、面s7,8は第1の非回転対称レンズ、面s11,12は第2の非回転対称レンズ、面s17,18は第3の非回転対称レンズである。その他の面は球面である。表からも分るように、面s7〜s17までは同軸で構成され、面S18のみが傾いた構成である。   The aperture is s6. The surfaces s7 to s18 are the lens group of the compound lens group 3, the surfaces s7 and 8 are the first non-rotationally symmetric lenses, the surfaces s11 and 12 are the second non-rotationally symmetric lenses, and the surfaces s17 and 18 are the third non-rotationally symmetric lenses. It is a rotationally symmetric lens. The other surfaces are spherical. As can be seen from the table, the surfaces s7 to s17 are coaxial, and only the surface S18 is inclined.

面s19,s20はフィルター系のダミーガラスである。外界からの光を第1光学素子1、偏向手段4、絞り2、複合レンズ群3、フィルター系5を通して撮像面20上に結像させている。   The surfaces s19 and s20 are filter-type dummy glasses. Light from the outside is imaged on the imaging surface 20 through the first optical element 1, the deflecting means 4, the stop 2, the compound lens group 3, and the filter system 5.

図4の面s3及び図5の面s2は同一面形状(但し、z軸の向きが反転しているため、符号が逆に示されている)であり、接合されて光路分離手段として作用する。   The surface s3 of FIG. 4 and the surface s2 of FIG. 5 have the same surface shape (however, since the direction of the z axis is reversed, the sign is shown in reverse), and are joined to act as an optical path separating means. .

図6は撮像光学系102の数値実施例2の図である。本実施例の撮像光学系102を示す表3における面s1〜s4は第1光学素子1であり、面s5,s6は偏向手段4を表すダミーガラスである。   FIG. 6 is a diagram of Numerical Example 2 of the imaging optical system 102. Surfaces s1 to s4 in Table 3 showing the imaging optical system 102 of this embodiment are the first optical element 1, and surfaces s5 and s6 are dummy glasses representing the deflecting means 4.

また、絞り2は面s6となっている。面s7〜s16は複合レンズ群3の各レンズ面であり、面s9,s10は第1の非回転対称レンズ、面s13,s14は第2の非回転対称レンズ、面s15,s16は第3の非回転対称レンズである。その他の面は球面である。表からも分るように、面s7〜s15までは同軸で構成され、面s16のみが傾いた構成である。   The diaphragm 2 has a surface s6. Surfaces s7 to s16 are lens surfaces of the compound lens group 3, surfaces s9 and s10 are first non-rotationally symmetric lenses, surfaces s13 and s14 are second non-rotationally symmetric lenses, and surfaces s15 and s16 are third surfaces. It is a non-rotation symmetric lens. The other surfaces are spherical. As can be seen from the table, the surfaces s7 to s15 are coaxial, and only the surface s16 is inclined.

面s17,s18はフィルター系のダミーガラスである。外界からの光を第1光学素子1、偏向手段4、絞り2、複合レンズ群3、フィルター系5を通して撮像面18上に結像させている。   The surfaces s17 and s18 are filter-type dummy glasses. Light from the outside is imaged on the imaging surface 18 through the first optical element 1, the deflecting means 4, the stop 2, the compound lens group 3, and the filter system 5.

図4の面s3及び図6の面s2は同一面形状(但し、z軸の向きが反転しているため、符号が逆に示されている)であり、接合されて光路分離手段として作用する。   The surface s3 in FIG. 4 and the surface s2 in FIG. 6 have the same surface shape (however, since the direction of the z axis is reversed, the sign is shown in reverse), and are joined to act as optical path separating means. .

図7は撮像光学系102の数値実施例3の図である。本実施例の撮像光学系102を示す表4における面s1〜s4は第1光学素子1であり、面s5,s6は偏向手段4を表すダミーガラスである。   FIG. 7 is a diagram of Numerical Example 3 of the imaging optical system 102. Surfaces s1 to s4 in Table 4 showing the imaging optical system 102 of the present embodiment are the first optical element 1, and surfaces s5 and s6 are dummy glasses representing the deflecting means 4.

また、絞り2はs6となっている。面s7〜s18は複合レンズ群3の各レンズ面であり、面s7,s8は第1の非回転対称レンズ、面s11,s12は第2の非回転対称レンズ、s17,18は第3の非回転対称レンズである。その他の面は球面である。表からも分るように、面s7〜s17までは同軸で構成され、面s18のみが傾いた構成である。   The diaphragm 2 is s6. Surfaces s7 to s18 are lens surfaces of the compound lens group 3, surfaces s7 and s8 are first non-rotationally symmetric lenses, surfaces s11 and s12 are second non-rotationally symmetric lenses, and s17 and 18 are third non-rotation symmetric lenses. It is a rotationally symmetric lens. The other surfaces are spherical. As can be seen from the table, the surfaces s7 to s17 are coaxial, and only the surface s18 is inclined.

面s19,s20はフィルター系のダミーガラスである。外界からの光を第1光学素子1、偏向手段4、絞り2、複合レンズ群3、フィルター系5を通して撮像面20上に結像させている。   The surfaces s19 and s20 are filter-type dummy glasses. Light from the outside is imaged on the imaging surface 20 through the first optical element 1, the deflecting means 4, the stop 2, the compound lens group 3, and the filter system 5.

図4の面s3及び図7の面s2は同一面形状(但し、z軸の向きが反転しているため、符号が逆に示されている)であり、接合されて光路分離手段として作用する。   The surface s3 in FIG. 4 and the surface s2 in FIG. 7 have the same surface shape (however, since the direction of the z-axis is reversed, the sign is shown in reverse), and are joined to act as optical path separating means. .

図8は撮像光学系102の数値実施例4の図である。本実施例の撮像光学系102を示す表5における面s1〜s4は第1光学素子1であり、面s5,s6は偏向手段4を表すダミーガラスである。   FIG. 8 is a diagram of Numerical Example 4 of the imaging optical system 102. Surfaces s1 to s4 in Table 5 showing the imaging optical system 102 of the present embodiment are the first optical element 1, and surfaces s5 and s6 are dummy glasses representing the deflecting means 4.

また、絞り2は面s5となっている。面s7〜s19は複合レンズ群3の各レンズ面であり、面s7,s8は第1の非回転対称レンズ、面s18,s19は第2の非回転対称レンズである。   The diaphragm 2 is a surface s5. Surfaces s7 to s19 are lens surfaces of the complex lens group 3, surfaces s7 and s8 are first non-rotationally symmetric lenses, and surfaces s18 and s19 are second non-rotationally symmetric lenses.

また、面s11,s12,s14は回転対称非球面である。その他の面は球面である。表からも分るように、面s7〜s18までは同軸で構成され、面s19のみが傾いた構成である。   The surfaces s11, s12, and s14 are rotationally symmetric aspheric surfaces. The other surfaces are spherical. As can be seen from the table, the surfaces s7 to s18 are coaxial, and only the surface s19 is inclined.

面s20,s21はフィルター系のダミーガラスである。外界からの光を第1光学素子1、偏向手段4、絞り2、複合レンズ群3、フィルター系5を通して撮像面21上に結像させている。図4の面s3及び図8の面s2は同一面形状(但し、z軸の向きが反転しているため、符号が逆に示されている)であり、接合されて光路分離手段として作用する。   The surfaces s20 and s21 are filter-type dummy glasses. Light from the outside is imaged on the imaging surface 21 through the first optical element 1, the deflecting means 4, the stop 2, the compound lens group 3, and the filter system 5. The surface s3 in FIG. 4 and the surface s2 in FIG. 8 have the same surface shape (however, since the direction of the z-axis is reversed, the sign is shown in reverse) and are joined to act as an optical path separating means. .

図9は撮像光学系102の数値実施例5の図である。本実施例の撮像光学系102を示す表6における面s1〜s4は第1光学素子1であり、面s5,s6は偏向手段4を表すダミーガラスである。   FIG. 9 is a diagram of Numerical Example 5 of the imaging optical system 102. Surfaces s1 to s4 in Table 6 showing the imaging optical system 102 of this embodiment are the first optical element 1, and surfaces s5 and s6 are dummy glasses representing the deflecting means 4.

また、絞り2は面s5となっている。面s7〜s20は複合レンズ群3の各レンズ面であり、面s7,s8は第1の非回転対称レンズ、面s19,s20は第2の非回転対称レンズである。   The diaphragm 2 is a surface s5. The surfaces s7 to s20 are lens surfaces of the compound lens group 3, the surfaces s7 and s8 are first non-rotationally symmetric lenses, and the surfaces s19 and s20 are second non-rotationally symmetric lenses.

また、面s12は回転対称非球面である。その他の面は球面である。表からも分るように、面s7〜s19までは同軸で構成され、面s20のみが傾いた構成である。   The surface s12 is a rotationally symmetric aspheric surface. The other surfaces are spherical. As can be seen from the table, the surfaces s7 to s19 are coaxial and only the surface s20 is inclined.

面s21,s22はフィルター系のダミーガラスである。外界からの光を第1光学素子1、偏向手段4、絞り2、複合レンズ群3、フィルター系5を通して撮像面22上に結像させている。   The surfaces s21 and s22 are filter-type dummy glasses. Light from the outside is imaged on the imaging surface 22 through the first optical element 1, the deflecting means 4, the stop 2, the compound lens group 3, and the filter system 5.

図4の面s3及び図8の面s2は同一面形状(但し、z軸の向きが反転しているため、符号が逆に示されている)であり、接合されて光路分離手段として作用する。   The surface s3 in FIG. 4 and the surface s2 in FIG. 8 have the same surface shape (however, since the direction of the z-axis is reversed, the sign is shown in reverse) and are joined to act as an optical path separating means. .

いずれの構成も撮像面サイズ3.6mm×2.7mmの撮像素子に対して水平画角47°垂直画角36°の撮影画角を有している撮像光学系となっている。   Each of the configurations is an imaging optical system having a shooting field angle of a horizontal field angle of 47 ° and a vertical field angle of 36 ° with respect to an imaging device having an imaging surface size of 3.6 mm × 2.7 mm.

図10は本発明の各実施形態の複合表示装置CSを観察者SAの左右眼用に一対設けるように構成することにより、両眼式のヘッドマウントディスプレイを構成した時の説明図である。   FIG. 10 is an explanatory diagram when a binocular head-mounted display is configured by providing a pair of composite display devices CS of the embodiments of the present invention for the left and right eyes of the observer SA.

本発明において、例えば表示素子に表示する画像として両眼視差を用いれば立体視が可能な画像観察システムを構築することができる。   In the present invention, for example, if binocular parallax is used as an image to be displayed on a display element, an image observation system capable of stereoscopic viewing can be constructed.

尚、必ずしも両眼でなく、左右どちらかの眼用に1ユニットのみ設けた単眼式HMDとしてもよいことは勿論である。   Of course, a monocular HMD provided with only one unit for both the left and right eyes may be used.

本発明の複合表示装置の基本構成例を示す断面図。1 is a cross-sectional view illustrating a basic configuration example of a composite display device of the present invention. 本発明の複合表示装置における基準光線、ローカル母線断面、ローカル子線断面等を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the reference | standard light ray, the local bus-line cross section, the local child line cross section, etc. in the composite display apparatus of this invention. 本発明の複合表示装置の基本構成例の斜視図。1 is a perspective view of a basic configuration example of a composite display device of the present invention. 本発明の複合表示装置の表示光学系の数値例。6 is a numerical example of a display optical system of the composite display device of the present invention. 本発明の複合表示装置の撮像光学系の数値例1の要部断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of Numerical Example 1 of the imaging optical system of the composite display device of the present invention. 本発明の複合表示装置の撮像光学系の数値例2の要部断面図。Sectional drawing of the principal part of Numerical example 2 of the imaging optical system of the composite display device of the present invention. 本発明の複合表示装置の撮像光学系の数値例3の要部断面図。Sectional drawing of the principal part of Numerical example 3 of the imaging optical system of the composite display device of the present invention. 本発明の複合表示装置の撮像光学系の数値例4の要部断面図。Sectional drawing of the principal part of Numerical example 4 of the imaging optical system of the composite display device of the present invention. 本発明の複合表示装置の撮像光学系の数値例5の要部断面図。Sectional drawing of the principal part of Numerical example 5 of the imaging optical system of the composite display device of the present invention. 本発明のヘッドマウントディスプレイの説明図。Explanatory drawing of the head mounted display of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 第1光学素子(光学素子)
2 絞り
3 複合レンズ群
4 偏向手段
5 フィルター素子
6 撮像素子
7 第2光学素子
8 表示手段
E 観察者の眼球
S 瞳
BS 光路分離手段
101 表示光学系
102 撮像光学系
103 シースルー光学系
1 First optical element (optical element)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Diaphragm 3 Compound lens group 4 Deflection means 5 Filter element 6 Imaging element 7 2nd optical element 8 Display means E Eye of an observer S Pupil BS Optical path separation means 101 Display optical system 102 Imaging optical system 103 See-through optical system

Claims (6)

画像情報を表示した表示手段からの光束を観察者の眼球に導光する表示光学系と、外界からの光束を撮像素子に結像させる撮像光学系とを有し、光路中に設けた光路分離手段によって該表示光学系の観察者の眼球に入射する光束の眼球光軸又は該眼球光軸を延長した仮想眼球光軸と、該撮像光学系の外界から入射してくる光束の外界光軸とを略一致させており
該撮像光学系は同一媒質上に入射面、射出面、並びに基準光線Riに対して偏心し且つパワーを有する偏心反射面を複数有し、該複数の偏心反射面のうちの少なくとも1面が透過面と反射面とを兼用した兼用面であり、該入射面から入射した光束を該複数の偏心反射面により反射させて光路を折り畳み該射出面より射出させており、かつ母線断面合成パワーが負である第1光学素子を有していることを特徴とする複合表示装置。
An optical path separation provided in the optical path, having a display optical system for guiding the light flux from the display means displaying the image information to the observer's eyeball, and an imaging optical system for focusing the light flux from the outside on the image sensor An eyeball optical axis of a light beam incident on an eyeball of an observer of the display optical system by means, or a virtual eyeball optical axis obtained by extending the eyeball optical axis, and an external optical axis of a light beam incident from the outside of the imaging optical system The imaging optical system has a plurality of eccentric reflecting surfaces that are decentered with respect to the incident surface, the exit surface, and the reference ray Ri and have power on the same medium, At least one surface is a combined surface that serves as both a transmission surface and a reflection surface, the light beam incident from the incident surface is reflected by the plurality of eccentric reflection surfaces, the optical path is folded and emitted from the emission surface, and Has a first optical element with negative cross-sectional composite power Composite display device comprising has.
前記撮像光学系はレンズの両面がそれぞれ非回転対称面と回転対称面とよりなる少なくとも1枚の非回転対称レンズと、複数の回転対称レンズとを有し、該非回転対称レンズの回転対称面の光軸と該回転対称レンズの光軸が全て略一致している複合レンズ群を有し、
外界からの光束を該第1光学素子を介した後、該複合レンズ群によって該撮像素子上に導光していることを特徴とする請求項1の複合表示装置。
The imaging optical system includes at least one non-rotationally symmetric lens having both a non-rotationally symmetric surface and a rotation-symmetrical surface on both surfaces of the lens, and a plurality of rotation-symmetrical lenses. A compound lens group in which the optical axis and the optical axis of the rotationally symmetric lens are all substantially coincident,
2. The composite display device according to claim 1, wherein a light beam from the outside is guided onto the image pickup element by the composite lens group after passing through the first optical element.
前記第1光学素子の射出面のローカル母線断面焦点距離fypoutとローカル子線断面焦点距離fxpout及び該光学素子の母線断面合成焦点距離fyp、子線断面合成焦点距離fxpとが
|fyp/fypout|<2 ・・・・・・(1)
|fxp/fxpout|<2 ・・・・・・(2)
を満足するように構成されていることを特徴とする請求項2の複合表示装置。
The local bus section cross-section focal length fypout and the local sub-section cross-section focal length fxpout of the exit surface of the first optical element and the bus section cross-section combined focal length fyp and the sub-section cross-section combined focal length fxp of the optical element 2 (1)
| Fxp / fxpout | <2 (2)
The composite display device according to claim 2, wherein the composite display device is configured to satisfy the following.
前記複合レンズ群の非回転対称面のローカル母線断面焦点距離fylとローカル子線断面fxlと前記複合レンズ群の母線断面合成焦点距離fyg及び子線断面合成焦点距離fxgが、
|fyg/fyl|<1 ・・・・・・(3)
|fxg/fxl|<1 ・・・・・・(4)
を満足するように構成されていることを特徴とする請求項3の複合表示装置。
A local bus cross-section focal length fyl, a local sub-line cross-section fxl of the non-rotationally symmetric surface of the compound lens group, a bus-bar cross-section composite focal length fyg and a sub-line cross-section composite focal length fxg of the compound lens group are:
| Fyg / fyl | <1 (3)
| Fxg / fxl | <1 (4)
The composite display device according to claim 3, wherein the composite display device is configured to satisfy the following.
前記撮像光学系の全系の母線断面合成焦点距離をfy、子線断面合成焦点距離をfxとし、前記第1光学素子の母線断面合成焦点距離をfyp、子線断面合成焦点距離をfxpとするときに、
−1<fy/fyp<0 ・・・・・・(5)
−1<fx/fxp<0 ・・・・・・(6)
を満足するように構成されていることを特徴とする請求項4の複合表示装置。
The bus cross-section combined focal length of the entire imaging optical system is fy, the child cross-section combined focal length is fx, the bus cross-section combined focal length of the first optical element is fyp, and the child cross-section combined focal length is fxp. sometimes,
-1 <fy / fyp <0 (5)
-1 <fx / fxp <0 (6)
The composite display device according to claim 4, wherein the composite display device is configured to satisfy the following.
前記撮像光学系の入射瞳を視軸上に展開したときの展開入射瞳位置から前記表示光学系の射出瞳位置までの距離をDpp、前記表示光学系の射出面から前記表示光学系の射出瞳までの距離をerとするとき、
0.25 < Dpp/er <8.0 ・・・・・・(7)
を満足するよう構成されていることを特徴とする請求項5の複合表示装置。
The distance from the developed entrance pupil position to the exit pupil position of the display optical system when the entrance pupil of the imaging optical system is developed on the visual axis is Dpp, and the exit pupil of the display optical system from the exit surface of the display optical system When the distance to is er,
0.25 <Dpp / er <8.0 (7)
The composite display device according to claim 5, wherein the composite display device is configured to satisfy the following.
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