[發明專利]偏心光學系統、使用偏心光學系統的圖像顯示裝置及攝像裝置

有效

• 申請號: 201110262485.8
• 申請日: 2011-09-06
• 公開（公告）號: CN102385159A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 高橋浩一
• 申請（專利權）人: 奧林巴斯株式會社
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B27/02;G02B6/00;H04N5/225
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 李輝;朱麗娟

技術領域

本發明涉及使用旋轉非對稱面的偏心光學系統、使用該偏心光學系統的圖像顯示裝置以及攝像裝置這樣的光學裝置。

背景技術

以往，公知有將具有多個光學面的棱鏡用作觀察圖像顯示元件的光學系統。在這樣的棱鏡中，從顯示元件發出的光入射到棱鏡內，在棱鏡內部反射后從棱鏡射出，到達觀察者眼球，由此，就能作為放大后的虛像來觀察圖像。

作為觀察這樣的圖像的光學系統，在專利文獻1中提出有基于經由至少3個反射面形成1次像后投影到眼球的棱鏡的光學系統，在專利文獻2、3中提出有將全息元件配置于眼鏡鏡片部的光學系統等。

此外，作為其他圖像顯示裝置的光學系統，在專利文獻4中提出了通過導光板和目鏡投影到眼球的光學系統，而且，在專利文獻5中提出有如下方案，具備用折射率大于1的介質填滿被3個面夾著的空間、由至少一個面不具有對稱面的曲面構成的偏心光學系統，2個圖像顯示元件排列在一條直線上進行配置，因此，當為具有兩眼視差角(輻輳角)的配置時，即使圖像顯示元件和偏心光學系統的軸上主光線扭曲配置也能校正像差等。

專利文獻1：日本特開2008-76429號公報

專利文獻2：日本特開2007-94175號公報

專利文獻3：日本特開2004-325985號公報

專利文獻4：日本特開2006-3879號公報

專利文獻5：日本特許第3924348號公報

在專利文獻1中，通過3個反射面的3次反射，在從顯示元件11至觀察者的瞳孔的光路上3次交叉。為了使這種光路彎折，顯示元件側(圖的上部)的元件形狀變大。雖然提出有保持于眼鏡框等上、配置于鏡片的外側的方案，但是導光通路突出到外部，在外觀上不優選。

在專利文獻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學系統變薄的布局。但是，在全息元件中還有其他問題。全息元件在制造上非常困難，成本也高。

進而，由于波長選擇性高，所以采取使用波長非常窄的激光光線這樣的光源或者僅使用LED的一部分波長的方法，激光光源還是3原色的小型化的芯片還處在開發過程中，成本高，耗費電力也高，無法嵌入到眼鏡。此外，因為使用了LED光源的裝置通過狹窄頻帶的帶通濾波器，因此光的利用效率低。

進而，作為全息元件的課題，無法使用低消耗電力、無需自發光型照明系統、有利于小型化的有機EL面板。有機EL面板的波長帶比LED寬，與全息元件的組合效率低，無用光變多，無法確保畫質。

在專利文獻4中，需要對導光板或棱鏡和目鏡進行組合，使多個光學元件配置于框體內。因此，由于配置有棒狀的光學部件支撐部件，所以有外觀上的問題。進而，組裝、調整耗費工時，在耐水性等裝置的耐性上也有問題。

在專利文獻5中，以3面構成偏心光學系統，因此，光學系統成為三角棱鏡的截面形狀，圖像顯示元件與觀察者眼球配置成相反方向。在該配置中顯示元件部配置在觀察者的臉部前方，因此，不是眼鏡型的圖像顯示裝置。

發明內容

本發明鑒于現有技術的這種狀況而完成，其主要目的是提供一種偏心光學系統，其能通過非常小的、輕并且形狀自由度高的一個光學元件將圖像顯示元件的圖像作為虛像投影到觀察者眼球。

為了解決上述課題，本發明的偏心光學系統是具有至少5個光學面的偏心光學系統，其特征在于，上述光學面在XYZ坐標空間的Y-Z面內相對于軸上主光線偏心，并且至少1個面是在與上述Y-Z面正交的X-Z面內偏心的面，上述多個光學面中的至少2個面是旋轉非對稱面，上述至少2個旋轉非對稱面中的至少1個面是具有X的奇數次數項的旋轉非對稱面。

進而，其特征在于，當將入射到上述偏心光學系統的軸上主光線和從上述偏心光學系統射出的軸上主光線在X-Z面內的角度設為α時，滿足5°≤α≤45°。

進而，在上述偏心光學系統中，由上述至少5個光學面形成的空間由折射率1.3以上的光學介質填滿。

進而，上述偏心光學系統具有5個光學面，從顯示圖像的圖像顯示面射出的光入射到上述偏心光學系統，之后從上述偏心光學系統射出，形成出瞳而投影到觀察者的眼球，并且，沿著從入射到上述偏心光學系統到從上述偏心光學系統射出的光的線路，上述偏心光學系統依次由下述面構成：作為入射面的透射面的第1面、與上述第1面相對的作為內部反射面的第2面、與上述第2面相對的作為內部反射面和透射面的第3面、與上述第3面相對并且與上述第2面相鄰的作為內部反射面的第4面、與上述第4面相鄰且與上述第3面相對的作為內部反射面的第5面。