本发明专利技术提供偏心光学系统、使用偏心光学系统的图像显示装置及摄像装置。偏心光学系统能通过非常小、轻并且形状自由度高的1个光学元件，将图像显示元件的图像作为虚像投影到观察者眼球。偏心光学系统的特征在于：具有5个光学面，光学面在XYZ坐标空间的Y-Z面内相对于轴上主光线偏心，并且，至少1个面是在与Y-Z面正交的X-Z面内偏心的面，多个光学面中的至少2个面是旋转非对称面，至少2个旋转非对称面中的至少1个面是具有X的奇数次数项的旋转非对称面。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及使用旋转非对称面的偏心光学系统、使用该偏心光学系统的图像显示装置以及摄像装置这样的光学装置。
技术介绍
以往，公知有将具有多个光学面的棱镜用作观察图像显示元件的光学系统。在这样的棱镜中，从显示元件发出的光入射到棱镜内，在棱镜内部反射后从棱镜射出，到达观察者眼球，由此，就能作为放大后的虚像来观察图像。作为观察这样的图像的光学系统，在专利文献1中提出有基于经由至少3个反射面形成1次像后投影到眼球的棱镜的光学系统，在专利文献2、3中提出有将全息元件配置于眼镜镜片部的光学系统等。此外，作为其他图像显示装置的光学系统，在专利文献4中提出了通过导光板和目镜投影到眼球的光学系统，而且，在专利文献5中提出有如下方案，具备用折射率大于1 的介质填满被3个面夹着的空间、由至少一个面不具有对称面的曲面构成的偏心光学系统，2个图像显示元件排列在一条直线上进行配置，因此，当为具有两眼视差角(辐辏角)的配置时，即使图像显示元件和偏心光学系统的轴上主光线扭曲配置也能校正像差等。专利文献1 日本特开2008-764 号公报专利文献2 日本特开2007-94175号公报专利文献3 日本特开2004-325985号公报专利文献4 日本特开2006-3879号公报专利文献5 日本特许第39M348号公报在专利文献1中，通过3个反射面的3次反射，在从显示元件11至观察者的瞳孔的光路上3次交叉。为了使这种光路弯折，显示元件侧(图的上部)的元件形状变大。虽然提出有保持于眼镜框等上、配置于镜片的外侧的方案，但是导光通路突出到外部，在外观上不优选。在专利文献2、3中提出有利用全息元件的方案。由此，就有可能形成利用基于全息元件的衍射使光学系统变薄的布局。但是，在全息元件中还有其他问题。全息元件在制造上非常困难，成本也高。进而，由于波长选择性高，所以采取使用波长非常窄的激光光线这样的光源或者仅使用LED的一部分波长的方法，激光光源还是3原色的小型化的芯片还处在开发过程中， 成本高，耗费电力也高，无法嵌入到眼镜。此外，因为使用了 LED光源的装置通过狭窄频带的带通滤波器，因此光的利用效率低。进而，作为全息元件的课题，无法使用低消耗电力、无需自发光型照明系统、有利于小型化的有机EL面板。有机EL面板的波长带比LED宽，与全息元件的组合效率低，无用光变多，无法确保画质。在专利文献4中，需要对导光板或棱镜和目镜进行组合，使多个光学元件配置于框体内。因此，由于配置有棒状的光学部件支撑部件，所以有外观上的问题。进而，组装、调整耗费工时，在耐水性等装置的耐性上也有问题。在专利文献5中，以3面构成偏心光学系统，因此，光学系统成为三角棱镜的截面形状，图像显示元件与观察者眼球配置成相反方向。在该配置中显示元件部配置在观察者的脸部前方，因此，不是眼镜型的图像显示装置。
技术实现思路
本专利技术鉴于现有技术的这种状况而完成，其主要目的是提供一种偏心光学系统， 其能通过非常小的、轻并且形状自由度高的一个光学元件将图像显示元件的图像作为虚像投影到观察者眼球。为了解决上述课题，本专利技术的偏心光学系统是具有至少5个光学面的偏心光学系统，其特征在于，上述光学面在CTZ坐标空间的Y-Z面内相对于轴上主光线偏心，并且至少1 个面是在与上述Y-Z面正交的X-Z面内偏心的面，上述多个光学面中的至少2个面是旋转非对称面，上述至少2个旋转非对称面中的至少1个面是具有X的奇数次数项的旋转非对称面。进而，其特征在于，当将入射到上述偏心光学系统的轴上主光线和从上述偏心光学系统射出的轴上主光线在X-Z面内的角度设为α时，满足5° < α <45°。进而，在上述偏心光学系统中，由上述至少5个光学面形成的空间由折射率1. 3以上的光学介质填满。进而，上述偏心光学系统具有5个光学面，从显示图像的图像显示面射出的光入射到上述偏心光学系统，之后从上述偏心光学系统射出，形成出瞳而投影到观察者的眼球， 并且，沿着从入射到上述偏心光学系统到从上述偏心光学系统射出的光的线路，上述偏心光学系统依次由下述面构成作为入射面的透射面的第1面、与上述第1面相对的作为内部反射面的第2面、与上述第2面相对的作为内部反射面和透射面的第3面、与上述第3面相对并且与上述第2面相邻的作为内部反射面的第4面、与上述第4面相邻且与上述第3面相对的作为内部反射面的第5面。进而，上述偏心光学系统的特征在于，在上述第3面，至少1次内部反射具有全反射作用。进而，上述偏心光学系统的特征在于，上述第3面是旋转非对称面。进而，上述偏心光学系统的特征在于，上述第3面在Y-Z面内具有负屈光度。进而，上述偏心光学系统的特征在于，上述第4面是旋转非对称面。进而，上述偏心光学系统的特征在于，上述第5面是旋转非对称面。进而，上述偏心光学系统的特征在于，上述第5面在Y-Z面内具有正屈光度。进而，上述偏心光学系统的特征在于，上述第2面是旋转非对称面。进而，上述偏心光学系统的特征在于，上述第2面是在X-Z面内倾斜或移位过的 进而，上述偏心光学系统的特征在于，上述第5面是在X-Z面内倾斜或移位过的 进而，上述偏心光学系统的特征在于，上述第1面是在X-Z面内倾斜或移位过的进而，上述偏心光学系统的特征在于，上述第3面是具有X奇数次数项的旋转非对称面。进而，上述偏心光学系统的特征在于，上述第5面是具有X奇数次数项的旋转非对称面。进而，上述偏心光学系统的特征在于，上述第2面是具有X奇数次数项的旋转非对称面。进而，上述偏心光学系统的特征在于，上述第4面是具有X奇数次数项的旋转非对称面。此外，本专利技术的图像显示装置的特征在于，具有上述偏心光学系统，并与上述第1 面相对地配备有上述图像显示元件，当观察者的眼球与上述第3面的透射区域相对时，对上述观察者呈现放大后的虚像。进而，上述图像显示装置的特征在于，上述偏心光学系统的出瞳形成于上述第3 面的射出窗附近、或者上述第3面和观察者的眼球之间。进而，上述图像显示装置的特征在于，当从上述偏心光学系统的入射面取入来自上述图像显示元件的图像、并从上述偏心光学系统的射出面作为大致平行光射出、投影到观察者的眼球时，上述图像显示元件绕轴上主光线(Y)旋转地进行配置。此外，本专利技术的摄像装置具有上述偏心光学系统，并与上述第1面相对地配备有摄像元件，在上述第3面的透射区域的前方附近配备有开口光圈，并对外界像进行摄像。进而，在上述摄像装置中，当将大致平行光从入瞳入射到上述偏心光学系统、并通过上述偏心光学系统的外部的摄像元件进行摄像时，上述摄像元件绕轴上主光线(Y)旋转地进行配置。以上，根据本专利技术，能提供一种偏心光学系统，其光学系统的配置自由度高，入射光轴和射出光轴在Y-Z平面内、X-Z平面内各个平面内不在同一轴上而是具有一定角度，所述偏心光学系统能将图像显示元件的图像作为虚像投影到观察者眼球。附图说明图1是表示本专利技术的实施方式的偏心光学系统的结构的图。 图2是实施例1的偏心光学系统的Y-Z剖面上的光路图。 图3是实施例1的偏心光学系统的X-Z剖面上的光路图。 图4是表示实施例1的光学系统整体的横像差图的图。 图5是表示实施例1的光学系统整体的横像差图的图。 图6是实施例2的偏心光学系统的Y-Z剖面上的光路图。 图7是实施例2的偏心光学系统的X-Z本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：高桥浩一，
申请(专利权)人：奥林巴斯株式会社，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。