JP2002107658A - 画像観察光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】画像表示装置として携帯電話や携帯情報端末に
用いることができる程度に小型化することができ、か
つ、倍率色収差を抑えて高精細化、広画角化することが
できる画像観察光学系を提供する。 【解決手段】画像表示素子５と、画像表示素子５により
形成された画像を虚像として観察できるように観察者の
眼球中心位置に中間像を形成することなく導く接眼光学
系とを有し、接眼光学系が、該光学系をコンパクト化す
るために反射面を用いて光軸を折り曲げて構成されてい
て、光軸が一つの平面内にあり、光学系が該平面に対称
に形成され、入射面３₃と複数の曲面反射面３₁，３₂と
射出面３₁とを持つプリズム３を有し、反射面３₂に体積
型ホログラム（ＨＯＥ）４を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像観察光学系に
関し、特に、観察者の頭部又は顔面に保持することがで
き、また、携帯電話や携帯情報端末に付加することがで
きる画像表示装置に用いる画像観察光学系に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、個人が大画面の画像を楽しむこと
を目的として、画像表示装置、特に、頭部や顔面に装着
するタイプの画像表示装置の開発が盛んになされてい
る。また、近年、携帯電話の普及や携帯情報端末の普及
に伴い、携帯電話や携帯情報端末の画像や文字データを
大画面で見たいというニーズが高まっている。画像表示
装置に用いる従来の画像観察光学系としては、特開平７
−３３３５５１号や特開平８−２３４１３７号に記載の
ものがある。これらのものは、反射作用を有する面に例
えば、アナモルフィック面やトーリック面、さらには自
由曲面などの回転非対称な面形状を持つプリズムを使用
して、像の歪み、像面歪曲、非点収差を補正している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
プリズムを用いて画像表示装置を高精細化、広画角化す
ると、プリズム自体の倍率色収差が大きくなり、結像性
能が劣化してしまうという問題がある。

【０００４】そこで、本発明は、画像表示装置として携
帯電話や携帯情報端末に用いることができる程度に小型
化することができ、かつ、倍率色収差を抑えて高精細
化、広画角化することができる画像観察光学系を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明による画
像観察光学系は、画像表示素子と、前記画像表示素子に
より形成された画像を虚像として観察できるように観察
者の眼球中心位置に中間像を形成することなく導く接眼
光学系とを有し、前記接眼光学系が、該光学系をコンパ
クト化するために反射面を用いて光軸を折り曲げて構成
されていて、光軸が一つの平面内にあり、光学系が該平
面に対称に形成され、入射面と複数の曲面反射面と射出
面とを持つ光学素子を有し、少なくとも１つの反射面に
体積型ホログラム（ＨＯＥ）を備えたことを特徴として
いる。ここで、好ましくは、光学素子の屈折率が１．７
を超えているとよい。素子の屈折率が高くなると、同じ
パワーを得たときに、収差の発生量が小さくなるからで
ある。

【０００６】また、本発明においては、正の屈折力を持
つプリズムとＨＯＥを有し、かつ、対称面と画像表示面
との交線における線分の中心の像位置をＦ０、線分の両
端の像位置のうちＨＯＥが無いときには倍率色収差の大
きい方の像位置をＦｂ、小さい方の像位置をＦａとした
とき、次の条件式(1)，(2)を同時に満足することが好ま
しい。 −１＜φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜２ ……(1) −１＜φｙ（ＨＯＥ、Ｆｂ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜１ ……(2) ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）はＨＯＥの像位置Ｆａに
おけるｙ方向のパワー、φｙ（ＨＯＥ、Ｆｂ）はＨＯＥ
の像位置Ｆｂにおけるｙ方向のパワー、φｙ（Ｔｏｔａ
ｌ）は全系のｙ方向のパワーである。

【０００７】また、本発明は、２面以上の反射面を持つ
プリズム光学系において、前記ＨＯＥがパワーの対称面
を１面又は２面有し、該パワーの対称面が前記ＨＯＥを
備えている基板形状の対称面と一致することが好まし
い。

【０００８】本発明では、接眼光学系として、反射面を
用いて光軸を折り曲げた光学系を構成することでコンパ
クト化を達成している。この光学系としては、正の屈折
力を持つプリズムを用いる。

【０００９】上述のように、プリズムを用いて高精細
化、高画角化すると、倍率色収差が大きくなるという問
題がある。本件出願人は、プリズムより発生する倍率色
収差を、それとは逆の倍率色収差の作用を回折素子に持
たせてキャンセルさせることを着想した。そして、先
ず、回折素子としてレリーフ型ホログラム（ＤＯＥ）を
用いた、プリズムより発生する倍率色収差の補正につい
て検討した。

【００１０】回折素子は、透明な基板の上に殆ど厚みを
持つことなく設けられており、例えば、図３３に示すよ
うに、その面内におけるパワーの分布が部位により異な
っている。そして回折素子のパワーの変化に伴い倍率色
収差も変化するので、例えば、プリズムの所定の面上に
プリズムの倍率色収差とは逆向きに倍率色収差が生じる
ようなパワー分布の回折素子を設ければ、光学系を大型
化することなく、プリズムの倍率色収差を補正すること
が可能である。また、回折素子をプリズムに一体化すれ
ば、プリズムと回折素子との位置ずれが生じない。

【００１１】回折素子には、レリーフ型ホログラム（Ｄ
ＯＥ）と体積型ホログラム（ＨＯＥ）とがある。ＤＯＥ
は、入射角選択性や波長選択性が小さく、特定の入射
角、波長の光を回折して必要次数光として結像させる
が、それ以外の入射角、波長の光についても、回折効率
が低下した状態で回折し、不要次数光として結像させて
しまうという性質を有する。一方、ＨＯＥは入射角選択
性や波長選択性が高く、特定の波長、入射角の光のみを
回折して必要次数光として結像させ、それ以外の光につ
いては殆どを０次光として透過させ、不要次数光を結像
させ難いという特性を有している。

【００１２】量産性を考えると、ＤＯＥは、旋盤加工で
作成するのが効率的である。この場合には、ＤＯＥは、
必然的に回転対称となる。このため、プリズムが図３４
に示すような自由曲面など回転非対称な面を有している
ような場合に生じる倍率色収差を補正することができな
い。また、レリーフ型ホログラムを用いた場合には、必
要とする回折次数光以外に、不要次数光（０次光、２次
光）が発生し、画像の悪化をもたらし観察の妨げにな
る。

【００１３】そこで、本件出願人は、ＤＯＥの代わりに
反射型のＨＯＥを用いた、プリズムより生じる倍率色収
差の補正ついて検討した。ＨＯＥは、図３５(a)に示す
ように、パワー分布を回転非対称に構成することができ
るので、自由曲面を持つプリズムに対して、そのプリズ
ムより生ずる倍率色収差を打ち消す作用が働くように構
成することが可能である。また、一般にＨＯＥを反射面
に用いた場合、不要次数光としては、０次光のみしか発
生しない。しかも、例えば、図１に示すような観察者の
眼とは反対側に位置する面にＨＯＥを配置すれば、わず
かに発生する０次光が観察者の眼には届かない方向へ放
出されるので、観察の妨げにならない。このため、本発
明のように回折素子としてＨＯＥを用いれば、不要次数
光による像ブレの発生を防ぐことができ、鮮明な観察画
像を得ることができる。

【００１４】このＨＯＥを、図３５(a)，(b)に示すよう
に、プリズムのある光学面Ｂ（例えば反射面）に貼る。
ここで、貼るとは、シート状のＨＯＥを光学系の面に接
着剤などで貼る場合はもちろんのこと、光学系の面の表
面に機械的なキザミをつけたり、表面の屈折率を縞状に
変化させる場合も含む。例えば、図３５(a)の場合にお
いて、軸Ｌ１に対し、光学面Ｂの面形状が対称になって
いるものとする。これをＨＯＥのパワーについて考える
と、図３５(c)に示すように、横からみると、ＨＯＥの
パワーは上下非対称となり、図３５(d)に示すように、
上からみるとＨＯＥのパワーは左右対称になる。これに
対し旋盤で加工したＤＯＥの場合は、横からみても、上
からみても、対称になるので、回転非対称（即ち、上
下、左右の少なくともいずれかが対称でない）面を有す
る光学部材の倍率色収差を補正することができない。

【００１５】例えば、図３４に示すような、自由曲面成
分で偏心収差を補正していた偏心プリズムを備えた画像
観察光学系において、その面にカラーＨＯＥを配置す
る。その際に、図１に示すように、ＨＯＥを設けるプリ
ズム３の基板面（Ｂ面）の形状を球面とし、偏心収差を
主に補正していた面（Ｂ面）の自由曲面成分をカラーＨ
ＯＥのＸＹ多項式パワー成分、Ａ面の自由曲面成分、Ｃ
面の自由曲面成分の３箇所に負担させる。これにより、
従来どおりのプリズムの偏心補正能力を維持することが
でき、かつ、ＨＯＥのパワーにより、プリズムの持つ面
の形状より発生する倍率色収差を補正することが可能と
なる。

【００１６】なお、一つのＨＯＥにプリズムの倍率色収
差補正のためのパワーを大きく負担させると、却って大
きな倍率色収差の発生を招くことになる。そこで、図１
に示すように、両面がほぼ平面で、かつ平行でない面か
らなる光学素子５（くさび型プリズム、ウェッジプリズ
ム）を配置して、ＨＯＥ面で分散された光束をくさび型
プリズムの持つ分光作用でキャンセルして、光学系全体
で倍率色収差を補正するようにするとよい。なお、一つ
のＨＯＥにプリズムの倍率色収差補正のためのパワーを
大きく負担させすぎると、くさび型プリズムの持つ分光
作用を介しても倍率色収差を十分にキャンセルすること
ができない。

【００１７】ここで、ＨＯＥのパワーについて図を用い
て説明する。瞳の中心から、各像位置に至る光線を考え
（これを主光線と呼ぶ）、この光線位置における各面の
パワーを計算する。例えば、図１に示す画像観察光学系
では、光軸が、一つの平面内にあり、プリズム光学系
は、この平面に対称になっている。ここで、本発明の説
明においては、対称面に平行（即ち、図１においては紙
面に平行）な方向をＹ方向、各面のローカル座標面上で
これと直交する方向をＸ方向とする。なお、パワーは、
方位角に依存するので、Ｘ方向のパワーと、Ｙ方向のパ
ワーとを別々に計算する。

【００１８】また、本発明の説明においては、対称面
と、画像表示面の交線において、線分の中心の像位置を
Ｆ０、線分の両端の像位置をＦａ，Ｆｂとする。ＨＯＥ
が無いと、偏心光学系の影響で、ＦａとＦｂの倍率色収
差の出方に非対称性が出る。この時、倍率色収差が大き
い方の像位置をＦｂとし、倍率色収差が小さい方の像位
置をＦａとする。

【００１９】ＨＯＥを設けた面では、基板の面の形状に
よるパワーと、ＨＯＥによるパワーとを分けて考える。
ＨＯＥ反射面におけるＨＯＥだけが持つパワーを各像位
置での主光線の位置で計算してφｙ（ＨＯＥ，Ｆｂ），
φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ），を計算する。その場合、次の条
件式(1),(2)を同時に満たすことが好ましい。 −１＜φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜２ ……(1) −１＜φｙ（ＨＯＥ，Ｆｂ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜１ ……(2) ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）はＨＯＥの像位置Ｆａに
おけるｙ方向のパワー、φｙ（ＨＯＥ、Ｆｂ）はＨＯＥ
の像位置Ｆｂにおけるｙ方向のパワー、φｙ（Ｔｏｔａ
ｌ）は全系のｙ方向のパワーである。

【００２０】条件式(1)，(2)の下限を超えると、プリズ
ムで発生する倍率色収差を補正するＨＯＥの倍率色収差
補正能力が不足し、倍率色収差が補正不足になる。条件
式(1),(2)の上限を超えると、プリズムで発生する倍率
色収差を補正するＨＯＥの倍率色収差補正能力が大きく
なりすぎ、倍率色収差が補正過剰になる。

【００２１】また、この場合、次の条件式(3)，(4)を満
足するとより好ましい。 ０＜φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜１ ……(3) −０．５＜φｙ（ＨＯＥ，Ｆｂ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜０．５ ……(4) ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）はＨＯＥの像位置Ｆａに
おけるｙ方向のパワー、φｙ（ＨＯＥ、Ｆｂ）はＨＯＥ
の像位置Ｆｂにおけるｙ方向のパワー、φｙ（Ｔｏｔａ
ｌ）は全系のｙ方向のパワーである。

【００２２】さらに、この場合、次の条件式(5)，(6)を
満足するとより一層好ましい。 ０．００５＜φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜０．４ ……(5) −０．２＜φｙ（ＨＯＥ，Ｆｂ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜０．２ ……(6) ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）はＨＯＥの像位置Ｆａに
おけるｙ方向のパワー、φｙ（ＨＯＥ、Ｆｂ）はＨＯＥ
の像位置Ｆｂにおけるｙ方向のパワー、φｙ（Ｔｏｔａ
ｌ）は全系のｙ方向のパワーである。

【００２３】また、光線の有効径内における領域でのＨ
ＯＥのＸ方向のパワーがすべて正（局所領域におけるパ
ワーが負にならないこと）であることが望ましい。プリ
ズム全体が正のパワーを持つため、ＨＯＥのパワーとし
ても全面正のパワーを持つことが倍率色収差を補正する
上で望ましいからである。

【００２４】なお、本発明は、正の屈折力を持つプリズ
ムが反射面を１面以上持ち、ＨＯＥが前記プリズムの面
上に形成されているとよい。

【００２５】また、本発明は、正の屈折力を持つプリズ
ムが、反射面を１面以上持ち、ＨＯＥが、画像表示素子
と観察者の眼との間に、回転非対称な倍率の色収差を補
正するように回転非対称なパワーで形成されているとよ
い。

【００２６】ＨＯＥのパワーが大きくなると、それに応
じて倍率色収差発生量が増加する傾向にある。そして、
プリズム光学系で発生する倍率色収差が大きい場合、そ
れを補正するためのパワーを１枚のＨＯＥに負担させる
と、ＨＯＥにより発生する倍率色収差が大きくなってし
まう。そこで、本発明は、正の屈折力を持つプリズムを
有し、かつ、画像表示素子から射出瞳位置までの間に、
少なくとも２枚のＨＯＥを用い、次の条件式(7)を満足
することが好ましい。 ｜φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）｜≦０．２５ ……(7) ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）はＨＯＥの像位置Ｆ０に
おけるｙ方向のパワー、、φｙ（Ｔｏｔａｌ）は全系の
ｙ方向のパワーである。

【００２７】本発明のように、ＨＯＥを２枚設ければ、
第２のＨＯＥを、第１のＨＯＥが発生する倍率色収差と
は逆向きの倍率色収差が発生するように構成することが
でき、第２のＨＯＥが持つ倍率色収差の作用で、第１の
ＨＯＥが持つ倍率色収差をキャンセルすることができ
る。

【００２８】また、この場合、次の条件式(8)を満足す
るとより好ましい。 ｜φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）｜≦０．１０ ……(8) ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）はＨＯＥの像位置Ｆ０に
おけるｙ方向のパワー、、φｙ（Ｔｏｔａｌ）は全系の
ｙ方向のパワーである。

【００２９】さらに、この場合、次の条件式(9)を満足
するとより一層好ましい。 ｜φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）｜≦０．０２５ ……(9) ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）はＨＯＥの像位置Ｆ０に
おけるｙ方向のパワー、、φｙ（Ｔｏｔａｌ）は全系の
ｙ方向のパワーである。

【００３０】また、ＨＯＥにより発生する倍率色収差を
補正するために、正の屈折力を持つプリズムと、ＨＯＥ
に加えて、さらにクサビ型プリズム（ウェッジプリズ
ム）のような、両面がほぼ平面で、かつ平行でない面か
らなる光学素子を加えて構成してもよい。なお、上述の
ように、クサビ型プリズムの代わりに、ＨＯＥをさらに
設けて複数のＨＯＥでプリズムの倍率色収差補正のため
のパワーを分担させれば、クサビ型プリズムを設ける場
合に比べて、省スペース、軽量化を図ることができる。
なお、その場合、複数のＨＯＥのいずれもプリズムの面
に貼りつければ、より省スペース化を図ることができ
る。

【００３１】なお、本発明では、前記正の屈折力を有す
るプリズムが偏心プリズムであり、前記画像表示素子か
ら射出された光束をプリズム内に入射させる入射面と、
前記光束をプリズム内で反射させる複数の反射面と、前
記光束をプリズム外に射出させる射出面とを有してい
る。

【００３２】なお、逆光線追跡で物点中心を通り、瞳の
中心を通過して像面の中心に到達する光線を軸上主光線
としたとき、少なくとも１つの反射面が軸上主光線に対
して偏心していないと、軸上主光線の入射光線と反射光
線が同一の光路を通ることとなり、軸上主光線が観察光
学系中で遮断されてしまう。その結果、中心部が遮光さ
れた光束のみで像を形成することになり、中心が暗くな
ったり、中心では全く像を結ばなくなったりしてしま
う。

【００３３】また、パワーを付けた反射面を軸上主光線
に対して偏心させた場合、本発明で用いられるプリズム
を構成する面のうち、少なくとも１つの面は回転非対称
な面であることが望ましい。その中でも、特に、プリズ
ム部材の少なくとも１つの反射面を回転非対称な面にす
ることが収差補正上は好ましい。また、本発明で用いら
れるＨＯＥのパワー分布は、回転非対称である。なお、
ＨＯＥを設けるベース面は、シリンドリカル面、球面、
非球面、アナモルフィック面、トーリック面、対称面を
１面のみ有する面、面対称自由曲面形状のいずれの形状
に形成されていてもよい。

【００３４】また、本発明で用いる回転非対称な面は、
アナモルフィック面、トーリック面、対称面を１面のみ
有する面対称自由曲面で構成することができる。なお、
好ましくは、対称面を１面のみ有する自由曲面で構成す
るとよい。

【００３５】なお、本発明の画像観察光学系において
は、軸上主光線を、射出瞳中心を通り画像表示素子の中
心に到達する光線で定義する。そして、軸上主光線が射
出瞳の中心から最初の光学系の面に交差するまでの直線
によって定義される光軸をＺ軸と定義し、また、このＺ
軸と直交し、かつ、第１群のプリズム部材を構成する各
面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、さらに、Ｚ軸と直交
し、かつ、各面のローカル座標面上でＹ軸と直交する軸
をＸ軸と定義する。また、射出瞳の中心を本発明の観察
光学系における座標系の原点とする。また、本発明にお
いては、上述のように射出瞳から画像表示素子に向かう
逆光線追跡で面番号をつけることとし、軸上主光線が射
出瞳から画像表示素子に至る方向をＺ軸の正方向、画像
表示素子に向かうＹ軸の方向をＹ軸の正方向、Ｙ軸とＺ
軸と右手系を構成するＸ軸の方向をＸ軸の正方向とそれ
ぞれ定義する。ここで、本発明で使用する自由曲面は、
次式(10)により定義する。なお、その定義式のＺ軸が自
由曲面の軸となる。

【００３６】 ただし、(10)式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項
である。また球面項中、Ｃは頂点の曲率、ｋはコーニッ
ク定数（円錐定数）、ｒ＝√（Ｘ²＋Ｙ²）である。

【００３７】自由曲面項は次式(11)のように展開するこ
とができる。 ……(11) ただし、Ｃ_j（ｊは２以上の整数）は係数である。

【００３８】上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、
Ｙ−Ｚ面ともに対称面を持つことはないが、本発明で
は、Ｘの奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ
面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。
このような自由曲面は、例えば、上記定義式(11)におい
ては、Ｃ₂、Ｃ₅、Ｃ₇、Ｃ₉、Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₆、Ｃ₁₈、
Ｃ₂₀、Ｃ₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ₂₇、Ｃ₂₉、Ｃ₃₁、Ｃ₃₃、Ｃ₃₅・・
・の各項の係数を０にすることによって達成することが
可能である。

【００３９】また、Ｙの奇数次項を全て０にすることに
よって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自
由曲面となる。このような自由曲面は、例えば、上記定
義式(11)においては、Ｃ₃、Ｃ₅、Ｃ₈、Ｃ₁₀、Ｃ₁₂、Ｃ
₁₄、Ｃ₁₇、Ｃ₁₉、Ｃ₂₁、Ｃ₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ₂₇、Ｃ₃₀、
Ｃ₃₂、Ｃ₃₄、Ｃ₃₆・・・の各項の係数を０にすることに
よって達成することが可能である。

【００４０】また上記対称面の方向の何れか一方を対称
面とし、それに対応する方向の偏心、例えば、Ｙ−Ｚ面
と平行な対称面に対して光学系の偏心方向はＹ軸方向
に、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面に対しては光学系の偏心方
向はＸ軸方向にすることで、偏心により発生する回転非
対称な収差を効果的に補正しながら同時に製作性も向上
させることが可能となる。

【００４１】また、上記定義式(10)は、上述のように１
つの例として示したものであり、上記定義式(10)以外の
他のいかなる定義式に対しても同様の効果が得られるこ
とは言うまでもない。

【００４２】本発明において、プリズムに設けられた反
射面の形状を、唯一の対称面を１面のみ有した面対称自
由曲面形状にて構成することができる。

【００４３】また、アナモルフィック面の形状は次の式
(12)により定義される。なお、面形状の原点を通り、光
学面に垂直な直線がアナモルフィック面の軸となる。 Ｚ＝（Ｃｘ・Ｘ²＋Ｃｙ・Ｙ²）／［１＋｛１−（１＋Ｋｘ）Ｃｘ²・Ｘ² −（１＋Ｋｙ）Ｃｙ²・Ｙ²｝^1/2] ＋ΣＲｎ｛（１−Ｐｎ）Ｘ² ＋（１＋Ｐｎ）Ｙ²｝⁽ⁿ⁺¹⁾ ……(12)

【００４４】ここで、例としてｎ＝４（４次項）を考え
ると、上記式(12)は、展開したとき、次式(13)で表わす
ことができる。 Ｚ＝（Ｃｘ・Ｘ²＋Ｃｙ・Ｙ²）／［１＋｛１−（１＋Ｋｘ）Ｃｘ²・Ｘ² −（１＋Ｋｙ）Ｃｙ²・Ｙ²｝^1/2] ＋Ｒ１｛（１−Ｐ１）Ｘ²＋（１＋Ｐ１）Ｙ²｝² ＋Ｒ２｛（１−Ｐ２）Ｘ²＋（１＋Ｐ２）Ｙ²｝³ ＋Ｒ３｛（１−Ｐ３）Ｘ²＋（１＋Ｐ３）Ｙ²｝⁴ ＋Ｒ４｛（１−Ｐ４）Ｘ²＋（１＋Ｐ４）Ｙ²｝⁵ ……(13) ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ
量、ＣｘはＸ軸方向曲率、ＣｙはＹ軸方向曲率、Ｋｘは
Ｘ軸方向円錐係数、ＫｙはＹ軸方向円錐係数、Ｒｎは球
面項回転対称成分、Ｐｎは非球面項回転非対称成分であ
る。なお、Ｘ軸方向曲率半径Ｒｘ、Ｙ軸方向曲率半径Ｒ
ｙと曲率Ｃｘ，Ｃｙとは、 Ｒｘ＝１／Ｃｘ，Ｒｙ＝１／Ｃｙ の関係にある。

【００４５】また、トーリック面にはＸトーリック面と
Ｙトーリック面があり、それぞれ次式(14)，(15)により
定義される。面形状の原点を通り、光学面に垂直な直線
がトーリック面の軸となる。Ｘトーリック面は、次式(1
4)で定義される。 Ｆ（Ｘ）＝Ｃｘ・Ｘ²／[１＋｛１−（１＋Ｋ）Ｃｘ²・Ｘ²｝^1/2] ＋ＡＸ⁴＋ＢＸ⁶＋ＣＸ⁸＋ＤＸ¹⁰・・・・・・ Ｚ＝Ｆ（Ｘ）＋（１／２）Ｃｙ｛Ｙ²＋Ｚ²−Ｆ（Ｘ）²｝ ……(14) Ｙトーリック面は、次式(15)で定義される。 Ｆ（Ｙ）＝Ｃｙ・Ｙ²／[１＋｛１−（１＋Ｋ）Ｃｙ²・Ｙ²｝^1/2] ＋ＡＹ⁴＋ＢＹ⁶＋ＣＹ⁸＋ＤＹ¹⁰・・・・・・ Ｚ＝Ｆ（Ｙ）＋（１／２）Ｃｘ｛Ｘ²＋Ｚ²−Ｆ（Ｙ）²｝ ……(15) ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ
量、ＣｘはＸ軸方向曲率、ＣｙはＹ軸方向曲率、Ｋは円
錐係数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは非球面係数である。なお、Ｘ
軸方向曲率半径Ｒｘ、Ｙ軸方向曲率半径Ｒｙと曲率Ｃ
ｘ，Ｃｙとは、 Ｒｘ＝１／Ｃｘ，Ｒｙ＝１／Ｃｙ の関係にある。

【００４６】また、本発明における回折素子（ＨＯＥ）
は以下のように定義する。図３６は本発明におけるＨＯ
Ｅを定義するための原理図である。まず、ＨＯＥ面に入
射し、さらに射出する波長λの光線追跡は、基準波長λ
₀＝ＨＷＬに対して定義されるＨＯＥ面上での光路差関
数Φ₀を用いて、次式(16)で与えられる。 ｎ_dＱ_d・Ｎ＝ｎ_iＱ_i・Ｎ＋ｍ（λ／λ₀）∇Ф₀・Ｎ ……(16) ただし、ＮはＨＯＥ面の法線ベクトル、ｎ_i（ｎ_d）は入
射側（射出側）の屈折率、Ｑ_i（Ｑ_d）は入射（射出）ベ
クトル（単位ベクトル）である。また、ｍ＝ＨＯＲは射
出光の回折次数である。

【００４７】ＨＯＥが基準波長λ₀の２点光源、すなわ
ち図３６に示すような点Ｐ₁＝（ＨＸ１，ＨＹ１，ＨＺ
１）を光源とする物体光、および点Ｐ₂＝（ＨＸ２，Ｈ
Ｙ２，ＨＺ２）を光源とする参照光の干渉によって製造
される（定義される）とすれば、 Φ₀＝Φ₀ ^2P ＝ｎ₂・ｓ₂・ｒ₂−ｎ₁・ｓ₁・ｒ₁ となる。ただし、ｒ₁（ｒ₂）は点Ｐ₁（点Ｐ₂）からＨＯ
Ｅ面の所定の座標までの距離（＞０）、ｎ₁（ｎ₂）は製
造時（定義時）にＨＯＥを置く媒質の、点Ｐ₁（点Ｐ₂）
を配置した側の屈折率であり、ｓ₁＝ＨＶ１、およびｓ₂
＝ＨＶ２は光の進行方向を考慮する符号である。この符
号は光源が発散光源（実点光源）である場合に、ＲＥＡ
＝＋１、逆に光源が収束する光源（仮想点光源）の場合
にＶＩＲ＝−１となる。なお、レンズデータ中における
ＨＯＥの定義として、製造時（定義時）にＨＯＥを置く
媒質の屈折率ｎ₁（ｎ₂）は、レンズデータ中でＨＯＥ面
が接している媒質の、点Ｐ₁（点Ｐ₂）が存在する側の屈
折率とする。

【００４８】一般的な場合、ＨＯＥを製造する際の参照
光と物体光は球面波とは限らない。この場合のＨＯＥの
光路差関数Φ₀は、多項式で表した付加的な位相項Φ₀
^Poly（基準波長λ₀における光路差関数）を加えて次式
(17)で表わすことができる。 Φ₀＝Φ₀ ^2P＋Φ₀ ^Poly ……(17) ここで、多項式は、 であり、一般には ｊ＝｛（ｍ＋ｎ）²＋ｍ＋３ｎ｝／２ で定義することができる。ただし、Ｈ_jは各項の係数で
ある。

【００４９】さらに光学設計の便宜から、光路差関数Φ
₀を Φ₀＝Φ₀ ^Poly のように付加項のみで表し、それによってＨＯＥを定義
することもできる。例えば、２点光源Ｐ₁（点Ｐ₂）を一
致させると光路差関数Φ₀の干渉による成分Φ₀ ^2Pはゼロ
となるので、この場合は実質的に付加項（多項式）のみ
で光路差関数を表示したことに相当する。以上のＨＯＥ
に関する説明は、すべてＨＯＥ原点を基準とするローカ
ル座標に対するものである。

【００５０】以下に、ＨＯＥを定義する構成パラメータ
の例を示す。 面番号 曲率半径 間隔 物体面 ∞ ∞ 絞り ∞ １００ ２ １５０ −７５ ＨＯＥ： ＨＶ１（ｓ₁）＝ＲＥＡ（＋１） ＨＶ２（ｓ₂）＝ＶＩＲ（−１） ＨＯＲ（ｍ） ＝１ ＨＸ１＝０ ，ＨＹ１＝-3.40×10⁹ ，ＨＺ１＝-3.
40×10⁹ ＨＸ２＝０ ，ＨＹ２＝ 2.50×10 ，ＨＺ２＝-7.
04×10 ＨＷＬ（λ₀）＝５４４ Ｈ１＝ -1.39×10^-21， Ｈ２＝ -8.57×10^-5， Ｈ
３＝ -1.50×10^-4

【００５１】次に、ＨＯＥ面のローカルパワーについて
説明する。図３７は本発明におけるＨＯＥのローカルパ
ワーを説明するための説明図である。ＨＯＥは屈折率ｎ
→∞の超高屈折率レンズで表現することができる（Ｓｗ
ｅａｔｔ Ｍｏｄｅｌ）。波長λ₀における光路差関数
Φ₀で定義されたＨＯＥを、この超高屈折率レンズで表
現すれば、そのザグ量Ｓ（ｘ，ｙ）は、図３７に示すよ
うな空気（ｎ＝１）との境界面で、 Ｓ（ｘ，ｙ）・（ｎ（λ）−１）＝ｍ（λ／λ₀）Φ₀ である。

【００５２】ザグ量がＳ（ｘ，ｙ）で与えられる面のロ
ーカル曲率Ｃｘ（面法線とｘ軸を含む面で切った曲率）
は、一般に、 Ｃｘ＝（∂²Ｓ／∂ｘ²）／［｛１＋（∂Ｓ／∂ｘ）²＋
（∂Ｓ／∂ｙ）²｝^1/2・｛１＋（∂Ｓ／∂ｘ）²｝］ であり、一方、そのときのパワー（ｘ成分の屈折力）
は、 １／ｆ_x＝−（ｎ（λ）−１）・Ｃ_x と書けるから、ｎ→∞とすることによりＨＯＥのｘ成分
のパワーとして、 φ_x＝１／ｆ_x＝−ｍ（λ／λ₀）（∂²Φ₀／∂ｘ²） を得る。同様に、ＨＯＥのｙ成分のパワーとして、 φ_y＝１／ｆ_y＝−ｍ（λ／λ₀）（∂²Φ₀／∂ｙ²） を得る。

【００５３】次に、全系の焦点距離の求め方を説明す
る。光学系全体にＸ方向に高さ０．０１ｍｍの光軸に平
行な光線を物体側から入射させ、結像面側で、光学系を
射出する光線のＸ方向の軸上主光線とのなす角を開口数
ＮＡ_ixとし、０．０１／ＮＡ_ixをＸ方向の焦点距離ＦＸ
＝１／φ_xとし、光学系全体にＹ方向に高さ０．０１ｍ
ｍの光軸に平行な光線を物体側から入射させ、結像面側
で、光学系を射出する光線のＹ方向の軸上主光線とのな
す角を開口数ＮＡ_iyとし、０．０１／ＮＡ_iyをＹ方向の
焦点距離ＦＹ＝１／φ_yとする。

【００５４】また、本発明では、ＨＯＥを防塵部材で覆
うことが望ましい。ＨＯＥを外気にさらしておくと、Ｈ
ＯＥが吸湿して膨張し、回折効率のピーク波長が変化し
てしまい、回折力に悪影響を及ぼしやすいので、それを
防ぐためである。なお、画像観察光学系全体を防塵部材
で覆ってもよい。防塵部材は、外部を覆う箱体と、該箱
体に光が入射又は出射するための透明カバーを備えてい
るのが好ましい。また、その場合、透明カバーは、ガラ
ス又はプラスチックなどを材料として形成された透明部
材で構成し、防塵部材の内側において、透明カバーの面
を基板にしてＨＯＥを設けてもよい。このように構成す
れば、ゴミ等が拡大観察されてしまうのを防ぐことがで
きることに加えて、外部からの回折素子への水分の侵入
により回折素子が膨張して回折のピーク波長が変化して
しまうのを防ぐことができる。

【００５５】また、その場合、クサビ状の光学部材が透
明カバーを兼ねていると好ましい。さらに、その場合、
ＨＯＥがクサビ状の光学部材に貼りつけられていると好
ましい。また、ＨＯＥが２枚のクサビ状の光学部材の間
に挟まれていてもよい。なお、その場合には、ＨＯＥの
クサビ状の光学部材に挟まれていない面を接着剤等で封
止するとよい。

【００５６】また、画像表示素子と、以上のような本発
明の何れかの観察光学系を接眼光学系として配置した本
体部と、本体部を観察者の顔面に保持するために観察者
の側頭部に装着されるように構成された支持部材とを備
えて頭部装着型画像表示装置を構成することができる。

【００５７】その場合、本体部に、観察光学系と、眼鏡
のレンズとを一体的に備えて頭部装着型画像表示装置を
構成してもよい。

【００５８】あるいは、支持部材を、眼鏡の側頭フレー
ムに着脱可能となるように構成して頭部装着型画像表示
装置を構成してもよい。

【００５９】また、観察光学系をそれぞれ左右１組ずつ
並設して両眼視用の頭部装着型画像表示装置を構成する
ことができる。

【００６０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の観察光学系の実施
例について説明する。各実施例においては、例えば図１
に示すように、軸上主光線２を、射出瞳１の中心（観察
者眼球の旋回中心位置）からプリズム３などの光学部
材、画像表示素子として設けられたＬＣＤ５の中心に至
る光線で定義する。そして、軸上主光線２が射出瞳１か
ら最初の光学部材であるプリズム３の入射面と交差する
までの直線によって定義される光軸をＺ軸とし、このＺ
軸と直交し、かつ、プリズム３を構成する各面の偏心面
内の軸をＹ軸と定義し、前記光軸と直交し、かつ、前記
Ｙ軸と直交する軸をＸ軸と定義する。また、射出瞳１の
中心をこの座標系の原点とする。そして、軸上主光線２
が射出瞳１からＬＣＤ５に至る方向をＺ軸の正方向、Ｌ
ＣＤ５に向かうＹ軸の方向をＹ軸の正方向、Ｙ軸とＺ軸
と右手系を構成するＸ軸の方向をＸ軸の正方向とそれぞ
れ定義する。

【００６１】本発明の各実施例では、プリズム３はこの
Ｙ−Ｚ平面内で偏心を行なっており、また、プリズム３
に設けられる各回転非対称な面の唯一の対称面をＹ−Ｚ
面としている。

【００６２】偏心面については、対応する座標系の原点
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、上記式(10)のＺ軸）のＸ
軸，Ｙ軸，Ｚ軸の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。なお、その
場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して半時
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。その他、球面の曲率半径、面間隔、媒質の屈折
率、アッベ数は慣用法によって与えるものとする。

【００６３】また、本発明で用いられる自由曲面の面の
形状は上記(10)式により定義し、その定義式のＺ軸が自
由曲面の軸となる。

【００６４】また、自由曲面の他の定義式として、Ｚｅ
ｒｎｉｋｅ多項式がある。この面の形状は次式(18)によ
り定義する。その定義式(18)のＺ軸がＺｅｒｎｉｋｅ多
項式の軸となる。回転非対称面の定義は、Ｘ−Ｙ面に対
するＺ軸の高さの極座標で定義され、ＲはＸ−Ｙ面内の
Ｚ軸からの距離、ＡはＺ軸周りの方位角でＹ軸から測っ
た回転角で表わされる。

【００６５】 Ｘ＝Ｒ×ｃｏｓ(A) Ｙ＝Ｒ×ｓｉｎ(A) Ｚ＝Ｄ₂ ＋Ｄ₃Ｒｃｏｓ(A)＋Ｄ₄Ｒｓｉｎ(A) ＋Ｄ₅Ｒ²ｃｏｓ(2A)＋Ｄ₆（Ｒ²−１）＋Ｄ₇Ｒ²ｓｉｎ(2A) ＋Ｄ₈Ｒ³ｃｏｓ(3A)＋Ｄ₉（３Ｒ³−２Ｒ）ｃｏｓ(A) ＋Ｄ₁₀（３Ｒ³−２Ｒ）ｓｉｎ(A)＋Ｄ₁₁Ｒ³ｓｉｎ(3A) ＋Ｄ₁₂Ｒ⁴ｃｏｓ(4A)＋Ｄ₁₃（４Ｒ⁴−３Ｒ²）ｃｏｓ(2A) ＋Ｄ₁₄（６Ｒ⁴−６Ｒ²＋１）＋Ｄ₁₅（４Ｒ⁴−３Ｒ²）ｓｉｎ(2A) ＋Ｄ₁₆Ｒ⁴ｓｉｎ(4A) ＋Ｄ₁₇Ｒ⁵ｃｏｓ(5A)＋Ｄ₁₈（５Ｒ⁵−４Ｒ³）ｃｏｓ(3A) ＋Ｄ₁₉（１０Ｒ⁵−１２Ｒ³＋３Ｒ）ｃｏｓ(A) ＋Ｄ₂₀（１０Ｒ⁵−１２Ｒ³＋３Ｒ）ｓｉｎ(A) ＋Ｄ₂₁（５Ｒ⁵−４Ｒ³）ｓｉｎ(3A)＋Ｄ₂₂Ｒ⁵ｓｉｎ(5A) ＋Ｄ₂₃Ｒ⁶ｃｏｓ(6A)＋Ｄ₂₄（６Ｒ⁶−５Ｒ⁴）ｃｏｓ(4A) ＋Ｄ₂₅（１５Ｒ⁶−２０Ｒ⁴＋６Ｒ²）ｃｏｓ(2A) ＋Ｄ₂₆（２０Ｒ⁶−３０Ｒ⁴＋１２Ｒ²−１） ＋Ｄ₂₇（１５Ｒ⁶−２０Ｒ⁴＋６Ｒ²）ｓｉｎ(2A) ＋Ｄ₂₈（６Ｒ⁶−５Ｒ⁴）ｓｉｎ(4A)＋Ｄ₂₉Ｒ⁶ｓｉｎ(6A)・・・ ……(18) なお、上記においてＸ方向に対称な面として表した。た
だし、Ｄ_m（ｍは２以上の整数）は係数である。

【００６６】また、回転非対称面な自由曲面の形状は次
式(19)により定義することもできる。その定義式(19)の
Ｚ軸が回転非対称面の軸となる。 Ｚ＝Σ_nΣ_mＣ_nmＸⁿＹ^n-m ……(19) ただし、Σ_nはΣのｎが０〜ｋ、Σ_mはΣのｍが０〜ｎを
表わす。

【００６７】また、面対称自由曲面（対称面を１つのみ
有する回転非対称面）を、この回転非対称面を表わす式
(19)により定義する場合は、その対称面により生ずる対
称性をＸ方向に求める場合は、Ｘの奇数次項を０に（例
えばＸ奇数次項の係数を０にする）、その対称面により
生ずる対称性をＹ方向に求める場合は、Ｙの奇数次項を
０に（例えば、Ｙ奇数次項の係数を０にする）すればよ
い。

【００６８】また、回転対称非球面の形状は次式(20)に
より定義する。その定義式(20)のＺ軸が回転対称非球面
の軸となる。 Ｚ＝（Ｙ₂／Ｒ）／[１＋｛１−Ｐ(Ｙ²／Ｒ²)｝^1/2] ＋Ａ₄Ｙ⁴＋Ａ₆Ｙ⁶＋Ａ₈Ｙ⁸＋Ａ₁₀Ｙ¹⁰・・・ ……(20) ただし、ＹはＺに垂直な方向であり、Ｒは近軸曲率半
径、Ｐは円錐係数、Ａ₄、Ａ₆、Ａ₈、Ａ₁₀は非球面係数
である。

【００６９】なお、本発明の各実施例では、自由曲面の
面形状を上記(10)式を用いて表現しているが、上記(18)
式、(19)式を用いても同様の作用効果が得られるのは言
うまでもない。

【００７０】

【実施例】本発明の各実施例に係る画像観察光学系の光
軸を含むＹ−Ｚ断面図、及び横収差図を図１〜図８に夫
々示す。各実施例の画像観察光学系は、画像表示素子と
してＬＣＤ５と、ＬＣＤ５により形成された画像を虚像
として観察できるように観察者の眼球中心位置に中間像
を形成することなく導いて射出瞳１を形成する接眼光学
系とを有している。接眼光学系は、正の屈折力を有する
プリズム３を有している。なお、各実施例の説明におい
て、光学系の面番号は原則として射出瞳１からＬＣＤ５
に至る順番で追跡（逆光線追跡）し、プリズム３におけ
る各面の順番も逆光線追跡に合わせて表すこととする。
また、各実施例の画像観察光学系の横収差を示す図にお
いて、夫々(a)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ方向画角がゼロ
を通る主光線のＹ方向の横収差、(b)はＸ方向画角がゼ
ロ、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＸ方向の横収差、
(c)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ負方向最大画角を通る主光
線のＹ方向の横収差、(d)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ負方
向最大画角を通る主光線のＸ方向の横収差、(e)はＸ正
方向最大画角、Ｙ負方向最大画角を通る主光線のＹ方向
の横収差、(f)はＸ正方向最大画角、Ｙ負方向最大画角
を通る主光線のＸ方向の横収差、(g)はＸ正方向最大画
角、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＹ方向の横収差、
(h)はＸ正方向最大画角、Ｙ方向画角がゼロを通る主光
線のＸ方向の横収差、(i)はＸ正方向最大画角、Ｙ正方
向最大画角を通る主光線のＹ方向の横収差、(j)はＸ正
方向最大画角、Ｙ正方向最大画角を通る主光線のＸ方向
の横収差、(k)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ正方向最大画角
を通る主光線のＹ方向の横収差、(l)はＸ方向画角がゼ
ロ、Ｙ正方向最大画角を通る主光線のＸ方向の横収差を
示している。その他、各実施例の画像観察光学系におい
ては、ＨＯＥが、Ｒ，Ｇ，Ｂの３層を貼り合わせて構成
されており、カラー像を観察することができるようにな
っている。

【００７１】第１実施例 図３は本発明の第１実施例の画像観察光学系の光軸を含
むＹ−Ｚ断面図、図４は本実施例の画像観察光学系の横
収差図である。第１実施例の画像観察光学系は、接眼光
学系が、正の屈折力を有するプリズム３と、反射型のＨ
ＯＥ４とで構成されている。プリズム３は、第１面３₁
〜第３面３₃を備え、第１面３₁及び第３面３₃がそれぞ
れ回転非対称な自由曲面に、第２面３₂が球面に形成さ
れている。そして、第１面３₁が同一面上の異なる位置
に第１の反射面と射出面とを備えた面として、第２面３
₂が第２の反射面として、第３面３₃が入射面としてそれ
ぞれ構成されている。ＨＯＥ４は、プリズム３の第２面
３₂に貼り付けられている。

【００７２】そして、本実施例では、ＬＣＤ５から射出
した光がプリズム３の第３面３₃よりプリズム内に入射
し、第１面３₁で反射した後、第２面３₂に貼られたＨＯ
Ｅ４で回折されて反射し、第１面３₁よりプリズム外に
射出し、プリズム外に射出した後に途中で結像すること
なく射出瞳１の位置においた図示しない観察者の眼球の
網膜上に結像するように構成されている。なお、本実施
例では、ＬＣＤは、大きさが０．５５インチタイプのも
のを使用している。また、観察画角は、水平画角３０
°、垂直画角２２．８°、瞳径４．０ｍｍである。ま
た、観察波長範囲は、Ｂ：４７０ｎｍ、Ｇ：５２０ｎ
ｍ、Ｒ：６３０ｎｍに対してそれぞれ±２０ｎｍであ
る。

【００７３】次に、第１実施例の数値データを示す。数
値データ中、“ＦＦＳ”は自由曲面を示している。な
お、ＦＦＳは以下の各実施例においても同じく自由曲面
を示している。

【００７４】数値データ１ 半画角 Ｘ方向15.0° Ｙ方向11.4° 入射瞳径 φ4 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 １ 絞り面 0.00 偏心(1) ２ ＦＦＳ 0.00 偏心(2) 1.5163 64.1 ３ -49.22 0.00 偏心(3) ４ -49.22 反射面 0.00 偏心(3) ＨＯＥ面(1) ５ -49.22 0.00 偏心(3) 1.5163 64.1 ６ ＦＦＳ反射面 0.00 偏心(2) 1.5163 64.1 ７ ＦＦＳ 0.00 偏心(4) 像 面 ∞ 偏心(5) ＦＦＳ Ｃ４＝-4.9543×10^-3 Ｃ６＝-5.4926×10^-3 Ｃ８＝5.4405×10^-5 Ｃ10＝ 1.7452×10^-4 Ｃ11＝-6.2412×10^-6 Ｃ13＝-1.2786×10^-5 Ｃ15＝-1.0849×10^-5 ＦＦＳ Ｃ４＝-3.3299×10^-2 Ｃ６＝-5.1135×10^-2 Ｃ８＝2.2467×10^-4 Ｃ11＝ 2.7366×10^-5 Ｃ13＝ 1.7180×10^-4 Ｃ15＝-3.8530×10^-5

【００７５】 偏心(1) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00 α＝ 0.00 β＝ 0.00 γ＝ 0.00 偏心(2) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 33.00 α＝ 3.00 β＝ 0.00 γ＝ 0.00 偏心(3) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 43.14 α＝-17.50 β＝ 0.00 γ＝ 0.00 偏心(4) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 19.16 Ｚ＝ 41.50 α＝ 51.81 β＝ 0.00 γ＝ 0.00 偏心(5) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 20.81 Ｚ＝ 42.90 α＝ 49.67 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

【００７６】 ＨＯＥ面(1) ＨＶ１＝ＲＥＡ ＨＶ２＝ＲＥＡ ＨＯＲ＝1 ＨＸ１＝0.0 ＨＹ１＝0.0 ＨＺ１＝0.0 ＨＸ２＝0.0 ＨＹ２＝0.0 ＨＺ２＝0.0 ＨＷＬ（第一層）＝630 ＨＷＬ（第二層）＝520 ＨＷＬ（第三層）＝470 Ｈ２＝ 7.9895×10^-4 Ｈ３＝ -2.7217×10^-4 Ｈ５＝ 1.4189×10^-4 Ｈ７＝ -2.7388×10^-5 Ｈ９＝ -2.7535×10^-5 Ｈ10＝ -3.0718×10^-7 Ｈ12＝ -6.2875×10^-7 Ｈ14＝ -7.4767×10^-6 Ｈ16＝ 6.8373×10^-8 Ｈ18＝ 1.7870×10^-7 Ｈ20＝ 3.1375×10^-7 Ｈ21＝ -8.1294×10^-10 Ｈ23＝ 3.8647×10^-9 Ｈ25＝ -8.0227×10^-9 Ｈ27＝ 3.6816×10^-8 全系のパワー Ｘ方向 Ｙ方向 0.048 0.046 条件式 条件式(1)，(3)，(5) 0.062818 条件式(2)，(4)，(6) -0.06343 条件式(7)，(8)，(9) -0.00545 ＨＯＥのＸ方向のパワーの符号： 正

【００７７】第２実施例 図１は本発明の第２実施例の画像観察光学系の光軸を含
むＹ−Ｚ断面図、図２は本実施例の画像観察光学系の横
収差図である。第２実施例の画像観察光学系では、接眼
光学系は、正の屈折力を有するプリズム３と、反射型の
ＨＯＥ４と、クサビ型プリズム（ウェッジプリズム）６
とで構成されている。プリズム３は、第１面３₁〜第３
面３₃を備え、第１面３₁及び第３面３₃がそれぞれ回転
非対称な自由曲面に、第２面３₂が球面に形成されてい
る。そして、第１面３₁が同一面上の異なる位置に第１
の反射面と射出面とを備えた面として、第２面３₂が第
２の反射面として、第３面３₃が入射面としてそれぞれ
構成されている。ＨＯＥ４は、プリズム３の第２面３₂
に貼り付けられている。クサビ型プリズム６は、両面が
平面で、かつ平行でない面に形成されており、ＬＣＤ５
とプリズム３の第３面３₃との間に設けられている。

【００７８】そして、本実施例では、ＬＣＤ５から射出
した光が、クサビ型プリズム６を経て屈折して、第３面
３₃よりプリズム内に入射し、第１面３₁で反射した後、
第２面３₂に貼られたＨＯＥ４で回折されて反射し、第
１面３₁よりプリズム外に射出し、プリズム外に射出し
た後に途中で結像することなく射出瞳１の位置においた
図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するように構成
されている。なお、本実施例では、ＬＣＤは、大きさが
０．７インチタイプのものを使用している。また、観察
画角は、水平画角２８°、垂直画角２１．２°、瞳径
４．０ｍｍである。また、観察波長範囲は、Ｂ：４７０
ｎｍ、Ｇ：５２０ｎｍ、Ｒ：６３０ｎｍに対してそれぞ
れ±２０ｎｍである。

【００７９】次に、第２実施例の数値データを示す。数値データ２ 半画角 Ｘ方向14.0° Ｙ方向10.6° 入射瞳径 φ4 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 １ 絞り面 0.00 偏心(1) ２ ＦＦＳ 0.00 偏心(2) 1.5163 64.1 ３ -61.24 0.00 偏心(3) ４ -61.24 反射面 0.00 偏心(3) ＨＯＥ面(1) ５ -61.24 0.00 偏心(3) 1.5163 64.1 ６ ＦＦＳ反射面 0.00 偏心(2) 1.5163 64.1 ７ ＦＦＳ 0.00 偏心(4) ８ ∞ 0.00 偏心(5) 1.5163 64.1 ９ ∞ 0.00 偏心(6) 像 面 ∞ 0.00 偏心(7) ＦＦＳ Ｃ４＝-4.1902×10^-3 Ｃ６＝-4.2904×10^-3 Ｃ８＝-3.3364×10^-5 Ｃ10＝-2.2208×10^-5 Ｃ11＝-7.8524×10^-7 Ｃ13＝ 1.9353×10^-6 Ｃ15＝-5.4505×10^-7 ＦＦＳ Ｃ４＝-6.5417×10^-3 Ｃ６＝-2.9521×10^-2 Ｃ８＝4.9017×10^-4 Ｃ11＝-1.3186×10^-5 Ｃ13＝ 8.5736×10^-5 Ｃ15＝4.0290×10^-5

【００８０】 偏心(1) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00 α＝ 0.00 β＝ 0.00 γ＝ 0.00 偏心(2) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 34.00 α＝ 2.09 β＝ 0.00 γ＝ 0.00 偏心(3) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 44.37 α＝-18.02 β＝ 0.00 γ＝ 0.00 偏心(4) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 19.80 Ｚ＝ 43.21 α＝ 45.85 β＝ 0.00 γ＝ 0.00 偏心(5) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 20.97 Ｚ＝ 44.15 α＝ 40.40 β＝ 0.00 γ＝ 0.00 偏心(6) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 22.70 Ｚ＝ 45.73 α＝ 53.18 β＝ 0.00 γ＝ 0.00 偏心(7) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 26.18 Ｚ＝ 49.24 α＝ 44.70 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

【００８１】 ＨＯＥ面(1) ＨＶ１＝ＲＥＡ ＨＶ２＝ＲＥＡ ＨＯＲ＝1 ＨＸ１＝0.0 ＨＹ１＝0.0 ＨＺ１＝0.0 ＨＸ２＝0.0 ＨＹ２＝0.0 ＨＺ２＝0.0 ＨＷＬ（第一層）＝630 ＨＷＬ（第二層）＝520 ＨＷＬ（第三層）＝470 Ｈ２＝ -1.3521×10^-4 Ｈ３＝ -1.9729×10^-4 Ｈ５＝ -3.6827×10^-4 Ｈ７＝ 7.1422×10^-6 Ｈ９＝ -1.6569×10^-6 Ｈ10＝ -2.9477×10^-7 Ｈ12＝ 1.1841×10^-6 Ｈ14＝ 7.7644×10^-7 Ｈ16＝ -1.4507×10^-8 Ｈ18＝ -3.5455×10^-8 Ｈ20＝ 6.1354×10^-8 Ｈ21＝ -3.3323×10^-10 Ｈ23＝ 2.1818×10^-9 Ｈ25＝ -1.1143×10^-8 Ｈ27＝ -1.4457×10^-9 全系のパワー Ｘ方向 Ｙ方向 0.034 0.036 条件式 条件式(1)，(3)，(5) 0.02352 条件式(2)，(4)，(6) -0.01062 条件式(7)，(8)，(9) 0.020574 ＨＯＥのＸ方向のパワーの符号： 正

【００８２】第３実施例 図５は本発明の第３実施例の画像観察光学系の光軸を含
むＹ−Ｚ断面図、図６は本実施例の画像観察光学系の横
収差図である。第３実施例の画像観察光学系では、接眼
光学系は、正の屈折力を有するプリズム３と反射型のＨ
ＯＥ４と、透過型のＨＯＥ７とで構成されている。プリ
ズム３は、第１面３₁〜第３面３₃を備え、第１面３₁及
び第３面３₃がそれぞれ回転非対称な自由曲面に、第２
面３₂が球面に形成されている。そして、第１面３₁が同
一面上の異なる位置に第１の反射面と射出面とを備えた
面として、第２面３₂が第２の反射面として、第３面３₃
が入射面としてそれぞれ構成されている。ＨＯＥ４は、
プリズム３の第２面３₂に貼り付けられている。ＨＯＥ
７は、射出瞳１とプリズム３の第１面３₁との間に設け
られている。

【００８３】そして、本実施例では、ＬＣＤ５から射出
した光が、第３面３₃よりプリズム内に入射し、第１面
３₁で反射した後、第２面３₂に貼られたＨＯＥ４で回折
されて反射し、第１面３₁よりプリズム外に射出し、Ｈ
ＯＥ７で回折されて透過した後、途中で結像することな
く射出瞳１の位置においた図示しない観察者の眼球の網
膜上に結像するように構成されている。なお、本実施例
では、ＬＣＤは、大きさが０．５５インチタイプのもの
を使用している。また、観察画角は、水平画角３０°、
垂直画角２２．８°、瞳径４．０ｍｍである。また、観
察波長範囲は、Ｂ：４７０ｎｍ、Ｇ：５２０ｎｍ、Ｒ：
６３０ｎｍに対してそれぞれ±２０ｎｍである。

【００８４】次に、第３実施例の数値データを示す。数値データ３ 半画角 Ｘ方向15.0° Ｙ方向11.4° 入射瞳径 φ4 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 １ 絞り面 0.00 偏心(1) ２ ∞ 0.00 偏心(2) ＨＯＥ面(1) ３ ＦＦＳ 0.00 偏心(3) 1.5163 64.1 ４ -55.35 0.00 偏心(4) ５ -55.35 反射面 0.00 偏心(4) ＨＯＥ面(2) ６ -55.35 0.00 偏心(4) 1.5163 64.1 ７ ＦＦＳ反射面 0.00 偏心(3) 1.5163 64.1 ８ ＦＦＳ 0.00 偏心(5) 像 面 ∞ 0.00 偏心(6) ＦＦＳ Ｃ４＝-3.5961×10^-3 Ｃ６＝-2.0707×10^-3 Ｃ８＝-2.1572×10^-5 Ｃ10＝-3.3973×10^-5 Ｃ11＝-3.6209×10^-6 Ｃ13＝-8.8721×10^-6 Ｃ15＝-2.3582×10^-6 ＦＦＳ Ｃ４＝-3.1505×10^-2 Ｃ６＝-2.4449×10^-2 Ｃ８＝ 2.2680×10^-4 Ｃ11＝ 2.9376×10^-5 Ｃ13＝ 1.4803×10^-5 Ｃ15＝-4.2578×10^-6

【００８５】 偏心(1) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00 α＝ 0.00 β＝ 0.00 γ＝ 0.00 偏心(2) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 3.18 Ｚ＝ 31.00 α＝ -3.00 β＝ 0.00 γ＝ 0.00 偏心(3) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 33.18 α＝ 3.00 β＝ 0.00 γ＝ 0.00 偏心(4) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 43.37 α＝-18.23 β＝ 0.00 γ＝ 0.00 偏心(5) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 19.15 Ｚ＝ 42.13 α＝ 56.93 β＝ 0.00 γ＝ 0.00 偏心(6) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 22.20 Ｚ＝ 45.24 α＝ 44.33 β＝ 0.00 γ＝ 0.00

【００８６】 ＨＯＥ面(1) ＨＶ１＝ＲＥＡ ＨＶ２＝ＲＥＡ ＨＯＲ＝1 ＨＸ１＝0.0 ＨＹ１＝0.0 ＨＺ１＝0.0 ＨＸ２＝0.0 ＨＹ２＝0.0 ＨＺ２＝0.0 ＨＷＬ（第一層）＝630 ＨＷＬ（第二層）＝520 ＨＷＬ（第三層）＝470 Ｈ２＝ 2.8092×10^-2 Ｈ３＝ 1.5220×10^-3 Ｈ５＝ 6.4269×10^-3 Ｈ７＝ -2.0851×10^-4 Ｈ９＝ -1.3663×10^-4 Ｈ10＝ 2.7969×10^-6 Ｈ12＝ 3.0519×10^-5 Ｈ14＝ 2.0315×10^-5 Ｈ16＝ 1.3880×10^-6 Ｈ18＝ 3.1198×10^-6 Ｈ20＝ 5.6693×10^-8 Ｈ21＝ 7.8767×10^-8 Ｈ23＝ 6.4495×10^-8 Ｈ25＝ 4.4701×10^-8 Ｈ27＝ -3.3360×10^-8 ＨＯＥ面(2) ＨＶ１＝ＲＥＡ ＨＶ２＝ＲＥＡ ＨＯＲ＝1 ＨＸ１＝0.0 ＨＹ１＝0.0 ＨＺ１＝0.0 ＨＸ２＝0.0 ＨＹ２＝0.0 ＨＺ２＝0.0 ＨＷＬ（第一層）＝630 ＨＷＬ（第二層）＝520 ＨＷＬ（第三層）＝470 Ｈ２＝ 1.6204×10^-2 Ｈ３＝ -2.1630×10^-3 Ｈ５＝ -4.9648×10^-3 Ｈ７＝ 8.6587×10^-5 Ｈ９＝ 8.7901×10^-5 Ｈ10＝ 2.1618×10^-6 Ｈ12＝ -1.3028×10^-6 Ｈ14＝ -3.0085×10^-6 Ｈ16＝ -8.2023×10^-8 Ｈ18＝ -1.7863×10^-7 Ｈ20＝ 3.7760×10^-8 Ｈ21＝ -1.9525×10^-8 Ｈ23＝ -1.7408×10^-8 Ｈ25＝ -1.1208×10^-8 Ｈ27＝ 2.8284×10^-9 全系のパワー Ｘ方向 Ｙ方向 0.047 0.047 条件式 条件式(1)，(3)，(5) 0.380181 条件式(2)，(4)，(6) 0.145371 条件式(7) 0.210195 ＨＯＥのＸ方向のパワーの符号： 正

【００８７】第４実施例 図７は本発明の第４実施例の画像観察光学系の光軸を含
むＹ−Ｚ断面図、図８は本実施例の画像観察光学系の横
収差図である。第４実施例の画像観察光学系では、接眼
光学系は、正の屈折力を有するプリズム３と反射型のＨ
ＯＥ４と、透過型のＨＯＥ８とで構成されている。プリ
ズム３は、第１面３₁〜第３面３₃を備え、第１面３₁及
び第３面３₃がそれぞれ回転非対称な自由曲面に、第２
面３₂が球面に形成されている。そして、第１面３₁が同
一面上の異なる位置に第１の反射面と射出面とを備えた
面として、第２面３₂が第２の反射面として、第３面３₃
が入射面としてそれぞれ構成されている。ＨＯＥ４は、
プリズム３の第２面３₂に貼り付けられている。ＨＯＥ
８は、ＬＣＤ５とプリズム３の第３面３₃との間に設け
られている。

【００８８】そして、ＬＣＤ５から射出した光が、ＨＯ
Ｅ８で回折されて透過した後、第３面３₃よりプリズム
内に入射し、第１面３₁で反射し、第２面３₂に貼られた
ＨＯＥ４で回折されて反射し、第１面３₁よりプリズム
外に射出した後、途中で結像することなく射出瞳３１の
位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像す
るように構成されている。なお、本実施例では、ＬＣＤ
は、大きさが０．５５インチタイプのものを使用してい
る。また、観察画角は、水平画角３０°、水平画角２
２．８°、瞳径４．０ｍｍである。また、観察波長範囲
は、Ｂ：４７０ｎｍ、Ｇ：５２０ｎｍ、Ｒ：６３０ｎｍ
に対してそれぞれ±２０ｎｍである。

【００８９】次に、第４実施例の数値データを示す。数値データ４ 半画角 Ｘ方向15.0° Ｙ方向11.4° 入射瞳径 φ4 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 １ 絞り面 0.00 偏心(1) ２ ＦＦＳ 0.00 偏心(2) 1.5163 64.1 ３ -60.08 0.00 偏心(3) ４ -60.08 反射面 0.00 偏心(3) ＨＯＥ面(1) ５ -60.08 0.00 偏心(3) 1.5163 64.1 ６ ＦＦＳ反射面 0.00 偏心(2) 1.5163 64.1 ７ ＦＦＳ 0.00 偏心(4) ８ 0.00 0.00 偏心(5) ＨＯＥ面(2) 像 面 0.00 0.00 偏心(6) ＦＦＳ Ｃ４＝-1.9551×10^-3 Ｃ６＝-2.4158×10^-3 Ｃ８＝-1.8284×10^-5 Ｃ10＝ 1.0142×10^-4 Ｃ11＝-2.5199×10^-6 Ｃ13＝-5.8263×10^-6 Ｃ15＝-5.0628×10^-6 ＦＦＳ Ｃ４＝-3.2163×10^-2 Ｃ６＝-2.5384×10^-2 Ｃ８＝-4.3281×10^-4 Ｃ11＝ 4.5846×10^-5 Ｃ13＝ 1.0823×10^-4 Ｃ15＝-1.2862×10^-4

【００９０】 偏心(1) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00 α＝ 0.00 β＝ 0.00 γ＝ 0.00 偏心(2) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 33.00 α＝ 2.92 β＝ 0.00 γ＝ 0.00 偏心(3) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 43.14 α＝-18.21 β＝ 0.00 γ＝ 0.00 偏心(4) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 19.39 Ｚ＝ 42.14 α＝ 47.28 β＝ 0.00 γ＝ 0.00 偏心(5) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00 α＝ 27.12 β＝ 33.90 γ＝ 50.92 偏心(6) Ｘ＝ 0.00 Ｙ＝ 0.00 Ｚ＝ 0.00 α＝ 21.56 β＝ 44.92 γ＝ 35.05

【００９１】 ＨＯＥ面(1) ＨＶ１＝ＲＥＡ ＨＶ２＝ＲＥＡ ＨＯＲ＝1 ＨＸ１＝0.0 ＨＹ１＝0.0 ＨＺ１＝0.0 ＨＸ２＝0.0 ＨＹ２＝0.0 ＨＺ２＝0.0 ＨＷＬ（第一層）＝630 ＨＷＬ（第二層）＝520 ＨＷＬ（第三層）＝470 Ｈ２＝ 3.4766×10^-2 Ｈ３＝ -7.2076×10^-4 Ｈ５＝ 1.4877×10^-3 Ｈ７＝ -9.4600×10^-5 Ｈ９＝ -1.5510×10^-5 Ｈ10＝ 2.1671×10^-6 Ｈ12＝ 1.8003×10^-6 Ｈ14＝ -5.3603×10^-6 Ｈ16＝ 2.5751×10^-7 Ｈ18＝ 4.0221×10^-7 Ｈ20＝ 4.1907×10^-7 Ｈ21＝ 3.0352×10^-9 Ｈ23＝ 2.4963×10^-10 Ｈ25＝ 1.6647×10^-8 Ｈ27＝ 3.1432×10^-8 ＨＯＥ面(2) ＨＶ１＝ＲＥＡ ＨＶ２＝ＲＥＡ ＨＯＲ＝1 ＨＸ１＝0.0 ＨＹ１＝0.0 ＨＺ１＝0.0 ＨＸ２＝0.0 ＨＹ２＝0.0 ＨＺ２＝0.0 ＨＷＬ（第一層）＝630 ＨＷＬ（第二層）＝520 ＨＷＬ（第三層）＝470 Ｈ２＝ -2.3406×10^-1 Ｈ３＝ -1.5776×10^-3 Ｈ５＝ 2.1827×10^-3 Ｈ７＝ -2.8696×10^-3 Ｈ９＝ -9.2219×10^-5 Ｈ10＝ -5.7504×10^-5 Ｈ12＝ -2.8604×10^-4 Ｈ14＝ -1.5310×10^-7 Ｈ16＝ -5.4533×10^-6 Ｈ18＝ -4.8180×10^-6 Ｈ20＝ 5.8645×10^-7 Ｈ21＝ -6.0080×10^-7 全系のパワー Ｘ方向 Ｙ方向 0.047 0.047 条件式 条件式(1)，(3)，(5) 0.019461 条件式(2)，(4)，(6) -0.18002 条件式(7)，(8)，(9) -0.0627 ＨＯＥのＸ方向のパワーの符号： 正負

【００９２】

【比較例】次に、本発明の比較例を示す。なお、比較例
における断面図及び横収差図は、上記各実施例に準じて
いる。第１比較例 図９は本発明の第１比較例の画像観察光学系の光軸を含
むＹ−Ｚ断面図、図１０は本比較例の画像観察光学系の
横収差図である。第１比較例の画像観察光学系では、接
眼光学系は、正の屈折力を有するプリズム３だけで構成
されている。プリズム３は、第１面３₁〜第３面３₃を備
え、いずれの面もそれぞれ回転非対称な自由曲面に形成
されている。そして、第１面３₁が同一面上の異なる位
置に第１の反射面と射出面とを備えた面として、第２面
３₂が第２の反射面として、第３面３₃が入射面としてそ
れぞれ構成されている。

【００９３】そして、本比較例では、ＬＣＤ５から射出
した光が、第３面３₃よりプリズム内に入射し、第１面
３₁、第２面３₂で反射した後、途中で結像することなく
射出瞳１の位置においた図示しない観察者の眼球の網膜
上に結像するように構成されている。なお、本比較例で
は、ＬＣＤは、大きさが０．７インチタイプのものを使
用している。また、観察画角は、水平画角２８°、垂直
画角２１．２°、瞳径４．０ｍｍである。また、観察波
長範囲は４３５ｎｍ〜６５６ｎｍである。

【００９４】第２比較例 図１１は本発明の第２比較例の画像観察光学系の光軸を
含むＹ−Ｚ断面図、図１２は本比較例の画像観察光学系
の横収差図である。第２比較例の画像観察光学系では、
接眼光学系は、正の屈折力を有するプリズム３とＤＯＥ
９とで構成されている。プリズム３は、第１面３₁〜第
３面３₃を備え、いずれの面もそれぞれ回転非対称な自
由曲面に形成されている。そして、第１面３₁が同一面
上の異なる位置に第１の反射面と射出面とを備えた面と
して、第２面３₂が第２の反射面として、第３面３₃が入
射面としてそれぞれ構成されている。ＤＯＥ９は、ＬＣ
Ｄ５とプリズム３の第３面３₃との間に設けられてい
る。

【００９５】そして、本比較例では、ＬＣＤ５から射出
した光が、ＤＯＥ９で回折されて透過し、第３面３₃よ
りプリズム内に入射し、第１面３₁、第２面３₂で反射し
た後、途中で結像することなく射出瞳１の位置においた
図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するように構成
されている。なお、本比較例では、ＬＣＤは、大きさが
０．７インチタイプのものを使用している。また、観察
画角は、水平画角２８°、瞳径４．０ｍｍである。ま
た、観察波長範囲は４３５ｎｍ〜６５６ｎｍである。

【００９６】第１比較例のように、自由曲面を有するプ
リズムのみで接眼光学系を構成した場合は、図１０に示
すように、大きな横収差が残存する。第２比較例のよう
に、ＤＯＥを付加した場合は、図１２に示すように、横
収差量は第１実施例に比べて改善してはいるものの依然
として多く残存している。それに対し、本発明の第１〜
第４実施例の場合には、図２，４，６，８に示すよう
に、それぞれ各Ｒ（４７０±２０ｎｍ）、Ｇ（５２０±
２０ｎｍ）、Ｂ（４７０±２０ｎｍ）の波長帯域内にお
いて良好に横収差が補正されており、しかも、各波長帯
域の主波長同士も良好に横収差が補正されていることが
わかる。

【００９７】なお、上記各実施例におけるＨＯＥは、防
塵部材で覆われているとよい。また、図５の実施例のよ
うな構成の場合、図１３に示すように、防塵部材１０の
一部を構成するガラス、プラスチックなどの透明部材で
構成されたカバー部材１１の内側にＨＯＥ７を貼りつけ
てもよい。また、図１の実施例のような構成に用いられ
るクサビ型プリズムは、射出瞳１とプリズム３との間に
配置してもよく、その場合は図１４に示すように、クサ
ビ型プリズム６に防塵カバー１１を兼用させてもよい。
さらに、本発明で用いるＨＯＥは、プリズムに貼りつけ
る以外に、図１５(a)に示すようにクサビ型プリズムの
面を平らに近づけて、そこに貼りつけてもよい。また、
図１５(b)に示すように、ＨＯＥを２つのクサビ型プリ
ズムで挟んで上下を封止材で封着してもよい。

【００９８】また、本発明の画像観察光学系に用いるプ
リズムは、上記実施例のタイプのものに限定されるもの
ではなく、図１６〜図２６に示すようなプリズムを用い
てもよい。

【００９９】図１６の場合は、プリズムＰは、第１面３
２と、第２面３３と、第３面３４とを備え、第１面３２
が射出面として、第２面３３が反射面として、第３面３
４が入射面としてそれぞれ構成されている。そして、プ
リズムＰは、ＬＣＤ３６から射出した光が第３面３４で
屈折してプリズム内に入射し、第２面３３で反射し、第
１面３２で屈折してプリズム外に射出し、射出瞳３１の
位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像す
るように構成されている。

【０１００】図１７の場合は、プリズムＰは、第１面３
２と、第２面３３と、第３面３４とを備え、第１面３２
が第１の反射面と射出面とを兼ね備えた面として、第２
面３３が第３の反射面と入射面とを兼ね備えた面とし
て、第３面３４が第２の反射面としてそれぞれ構成され
ている。そして、プリズムＰは、ＬＣＤ３６から射出し
た光が第２面３３で屈折してプリズム内に入射し、第１
面３２で反射し、第３面３４で反射した後、第２面３３
で反射し、第１面３２で屈折してプリズム外に射出し、
射出瞳３１の位置においた図示しない観察者の眼球の網
膜上に結像するように構成されている。

【０１０１】図１８の場合は、プリズムＰは、第１面３
２と、第２面３３と、第３面３４と、第４面３５とを備
え、第１面３２が射出面として、第２面３３が第３の反
射面として、第３面３４が入射面と第２の反射面とを兼
ね備えた面として、第４面３５が第１の反射面としてそ
れぞれ構成されている。そして、プリズムＰは、ＬＣＤ
３６から射出した光が第３面３４で屈折してプリズム内
に入射し、第４面３５で反射した後、第３面３４で反射
し、第２面３３で反射し、第１面３２で屈折してプリズ
ム外に射出し、射出瞳３１の位置においた図示しない観
察者の眼球の網膜上に結像するように構成されている。

【０１０２】図１９の場合は、プリズムＰは、第１面３
２と、第２面３３と、第３面３４と、第４面３５とを備
え、第１面３２が射出面として、第２面３３が同一面上
の異なる位置に第１の反射面と第３の反射面とを備えた
面として、第３面３４が第２の反射面として、第４面３
５が入射面としてそれぞれ構成されている。そして、プ
リズムＰは、ＬＣＤ３６から射出した光が第４面３５で
屈折してプリズム内に入射し、第２面３３に備わる第１
の反射面で反射し、第３面３４で反射した後、第２面３
３に備わる第３の反射面で反射し、第１面３２で屈折し
てプリズム外に射出し、射出瞳３１の位置においた図示
しない観察者の眼球の網膜上に結像するように構成され
ている。

【０１０３】図２０の場合は、プリズムＰは、第１面３
２と、第２面３３と、第３面３４と、第４面３５とを備
え、第１面３２が射出面として、第２面３３が入射面と
第２の反射面とを兼ね備えた面と、第４の反射面とを同
一面上の異なる位置に備えた面として、第３面３４が第
３の反射面として、第４面３５が第１の反射面としてそ
れぞれ構成されている。そして、プリズムＰは、ＬＣＤ
３６から射出した光が第２面３３に備わる入射面で屈折
してプリズム内に入射し、第４面３５で反射した後、第
２面３３に備わる第２の反射面で反射し、第３面３４で
反射した後、第２面３３に備わる第４の反射面で反射
し、第１面３２で屈折してプリズム外に射出し、射出瞳
３１の位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に
結像するように構成されている。

【０１０４】図２１の場合は、プリズムＰは、第１面３
２と、第２面３３と、第３面３４とを備え、第１面３２
が第１の反射面と、第３の反射面と射出面とを兼ね備え
た面とを同一面上の異なる位置に備えた面として、第２
面３３が第４の反射面として、第３面３４が入射面と第
２の反射面とを兼ね備えた面としてそれぞれ構成されて
いる。そして、プリズムＰは、ＬＣＤ３６から射出した
光が第３面３４に備わる入射面で屈折してプリズム内に
入射し、第１面３２に備わる第１の反射面で反射した
後、第３面３４に備わる第２の反射面で反射し、第１面
３２に備わる第３の反射面で反射し、第２面３３で反射
した後、第１面３２に備わる射出面で屈折してプリズム
外に射出し、射出瞳３１の位置においた図示しない観察
者の眼球の網膜上に結像するように構成されている。

【０１０５】図２２の場合は、プリズムＰは、第１面３
２と、第２面３３と、第３面３４とを備え、第１面３２
が入射面と第２の反射面とを兼ね備えた面と、第４の反
射面と射出面とを兼ね備えた面とを同一面上の異なる位
置に備えた面として、第２面３３が第５の反射面とし
て、第３面３４が第１の反射面と第３の反射面とを兼ね
備えた面としてそれぞれ構成されている。そして、プリ
ズムＰは、ＬＣＤ３６から射出した光が第１面３２に備
わる入射面で屈折してプリズム内に入射し、第３面３４
に備わる第１の反射面で反射した後、第１面３２に備わ
る第２の反射面で反射し、第３面３４に備わる第３の反
射面で反射した後、第１面３２に備わる第４の反射面で
反射し、第２面３３で反射した後、第１面３２に備わる
射出面で屈折してプリズム外に射出し、射出瞳３１の位
置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像する
ように構成されている。

【０１０６】図２３の場合は、プリズムＰは第１面３２
と、第２面３３と、第３面３４、第４面３５とを備え、
第１面３２が第２の反射面と射出面とを兼ね備えた面と
して、第２面３３が第３の反射面として、第３面３４が
第１の反射面として、第４面３５が入射面としてそれぞ
れ構成されている。そして、プリズムＰは、ＬＣＤ３６
から射出した光が第４面３５で屈折してプリズム内に入
射し、第３面３４で反射した後、第１面３２に備わる第
２の反射面で反射し、第２面３３で反射した後、第１面
に備わる射出面で屈折してプリズム外に射出し、射出瞳
３１の位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に
結像するように構成されている。

【０１０７】図２４の場合は、プリズムＰは第１プリズ
ムＰ１と第２プリズムＰ２とで構成されている。第１プ
リズムＰ１は、第１面３２と、第２面３３と、第３面３
４と、第４面３５とを備え、第１面３２が第１プリズム
Ｐ１における第２の反射面と射出面とを兼ね備えた面と
して、第２面３３が第１プリズムＰ１における第３の反
射面として、第３面３４が第１プリズムＰ１における第
１の反射面として、第４面３５が第１プリズムＰ１にお
ける入射面としてそれぞれ構成されている。また、第２
プリズムＰ２は、第１面４１と、第２面４２と、第３面
４３とを備え、第１面４１が第２プリズムＰ２における
第１の反射面と射出面を兼ね備えた面として、第２面４
２が第２プリズムＰ２における第２の反射面として、第
３面４３が第２プリズムＰ２における入射面としてそれ
ぞれ構成されている。

【０１０８】そして、プリズムＰは、ＬＣＤ３６から射
出した光が第２プリズムＰ２の第３面４３で屈折してプ
リズム内に入射し、第３面４３に備わる第１の反射面で
反射し、第２面４２で反射した後、第１面４１で屈折し
てプリズム外に射出し、さらに、第１プリズムＰ１の第
４面３５で屈折してプリズム内に入射し、第３面３４で
反射した後、第１面３２に備わる第２の反射面で反射
し、第２面３３で反射した後、第１面３２に備わる射出
面で屈折してプリズム外に射出し、射出瞳３１の位置に
おいた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するよう
に構成されている。

【０１０９】図２５の場合は、プリズムＰは第１プリズ
ムＰ１と第２プリズムＰ２とで構成されている。第１プ
リズムＰ１は、第１面３２と、第２面３３と、第３面３
４と、第４面３５とを備え、第１面３２が第１プリズム
Ｐ１における第２の反射面と射出面とを兼ね備えた面と
して、第２面３３が第１プリズムＰ１における第３の反
射面として、第３面３４が第１プリズムＰ１における第
１の反射面として、第４面３５が第１プリズムＰ１にお
ける入射面としてそれぞれ構成されている。また、第２
プリズムＰ２は、第１面４１と、第２面４２と、第３面
４３と、第４面４４とを備え、第１面４１が第２プリズ
ムＰ２における射出面として、第２面４２が第２プリズ
ムＰ２における第２の反射面として、第３面４３が第２
プリズムＰ２における第１の反射面として、第４面４４
が第２プリズムＰ２における入射面としてそれぞれ構成
されている。

【０１１０】そして、プリズムＰは、ＬＣＤ３６から射
出した光が第２プリズムＰ２の第４面４４で屈折してプ
リズム内に入射し、第３面４３で反射し、第２面４２で
反射し、第１面４１で屈折してプリズム外に射出し、さ
らに、第１プリズムＰ１の第４面３５で屈折してプリズ
ム内に入射し、第３面３４で反射した後、第１面３２に
備わる第２の反射面で反射し、第２面３３で反射した
後、第１面３２に備わる射出面で屈折してプリズム外に
射出し、射出瞳３１の位置においた図示しない観察者の
眼球の網膜上に結像するように構成されている。

【０１１１】図２６の場合は、プリズムＰは第１プリズ
ムＰ１と第２プリズムＰ２とで構成されている。第１プ
リズムＰ１は、第１面３２と、第２面３３と、第３面３
４と、第４面３５とを備え、第１面３２が第１プリズム
Ｐ１における第２の反射面と射出面とを兼ね備えた面と
して、第２面３３が第１プリズムＰ１における第３の反
射面として、第３面３４が第１プリズムＰ１における第
１の反射面として、第４面３５が第１プリズムＰ１にお
ける入射面としてそれぞれ構成されている。また、第２
プリズムＰ２は、第１面４１と、第２面４２と、第３面
４３と、第４面４４とを備え、第１面４１が第２プリズ
ムＰ２における射出面として、第２面４２が第２プリズ
ムＰ２における第２の反射面として、第３面４３が第２
プリズムＰ２における第１の反射面として、第４面４４
が第２プリズムＰ２における入射面としてそれぞれ構成
されている。

【０１１２】そして、プリズムＰは、ＬＣＤ３６から射
出した光が第２プリズムＰ２の第４面４４で屈折してプ
リズム内に入射し、第３面４３で反射し、第２面４２で
反射し、第１面４１で屈折してプリズム外に射出し、さ
らに、第１プリズムＰ１の第４面３５で屈折してプリズ
ム内に入射し、第３面３４で反射した後、第１面３２に
備わる第２の反射面で反射し、第２面３３で反射した
後、第１面３２に備わる射出面で屈折してプリズム外に
射出し、射出瞳３１の位置においた図示しない観察者の
眼球の網膜上に結像するように構成されている。なお、
図２５と図２６のプリズムとは、第２プリズムＰ２の第
３面と第４面とを結ぶ光路と第１面と第２面とを結ぶ光
路とが図２５では、交差しないのに対し、図２６では交
差するようになっている点で構成が異なっている。

【０１１３】次に、以上のような本発明による画像観察
光学系を具体化した画像表示装置の実施形態を以下に例
示する。

【０１１４】その一例として、図２７に頭部装着型で両
眼装着用の画像表示装置を観察者の頭部に装着した状態
を、図２８にその断面図を示す。この構成は、本発明に
よる観察光学系を図２８に示すように接眼光学系として
用いており、この接眼光学系１００と画像表示素子５か
らなる組を左右一対用意し、それらを眼幅距離だけ離し
て支持することにより、両眼で観察できる据え付け型又
は頭部装着型画像表示装置のようなポータブル型の画像
表示装置１０２として構成されている。

【０１１５】すなわち、画像表示装置本体１０２には、
上記のような観察光学系が接眼光学系１００として用い
られ、その接眼光学系１００が左右一対備えられ、それ
らに対応して像面に液晶表示素子からなる画像表示素子
５が配置されている。そして、画像表示装置本体１０２
には、図２７に示すように、左右に連続して図示のよう
な側頭フレーム１０３が設けられ、画像表示装置本体１
０２を観察者の眼前に保持できるようになっている。な
お、図２８では、眼鏡用レンズを画像表示装置１０２本
体の内部に一体的に組み込んで構成していないが、眼鏡
用のレンズを組み込んで画像表示装置１０２を構成して
もよい。

【０１１６】また、側頭フレーム１０３にはスピーカ１
０４が付設されており、画像観察と共に立体音響を聞く
ことができるようになっている。このようにスピーカ１
０４を有する表示装置本体１０２には、映像音声伝達コ
ード１０５を介してポータブルビデオカセット等の再生
装置１０６が接続されており、観察者はこの再生装置１
０６を図示のようにベルト箇所等の任意の位置に保持し
て、映像音響を楽しむことができるようになっている。
図２７の符号１０７は再生装置１０６のスイッチ、ボリ
ューム等の調節部である。なお、画像表示装置本体１０
２の内部には映像処理、音声処理回路等の電子部品を内
蔵させてある。

【０１１７】なお、コード１０５は先端をジャックにし
て、既存のビデオデッキ等に取り付け可能としてもよ
い。さらに、ＴＶ電波受信用チューナーに接続してＴＶ
鑑賞用としてもよいし、コンピュータに接続してコンピ
ュータグラフィックスの映像や、コンピュータからのメ
ッセージ映像等を受信するようにしてもよい。また、邪
魔なコードを排斥するために、アンテナを接続して外部
からの信号を電波によって受信するようにしてもよい。

【０１１８】さらに、本発明による観察光学系は、接眼
光学系を左右何れか一方の眼前に配置した片眼用の頭部
装着型画像表示装置に用いてもよい。図２９にその片眼
装着用の画像表示装置を観察者の頭部に装着（この場合
は、左眼に装着）した状態を示す。この構成では、接眼
光学系１００と画像表示素子５からなる組１つからなる
表示装置本体１０２が前フレーム１０８の対応する眼の
前方位置に取り付けられ、その前フレーム１０８には左
右に連続して図示のような側頭フレーム１０３が設けら
れており、表示装置本体１０２を観察者の片眼前に保持
できるようになっている。その他の構成は図２７，２８
の場合と同様であり、説明は省く。

【０１１９】次に、図３０に本発明の画像観察光学系を
電子カメラ４０の接眼光学系５９に組み込んだ構成の概
念図を示す。この例の場合は、撮影光路上に配置された
撮影用対物光学系４８により形成された物体像がフィル
ター５１を経てＣＣＤ４９の撮像面５０上に形成され
る。このＣＣＤ４９で受光された物体像は、処理手段５
２を介し、液晶表示素子（ＬＣＤ）５上に電子像として
表示される。また、この処理手段５２は、ＣＣＤ４９で
撮影された物体像を電子情報として記録する記録手段６
１の制御も行なう。ＬＣＤ５に表示された画像は、接眼
光学系５９を介して観察者の眼球Ｅに導かれる。この接
眼光学系５９は、本発明の上記各実施例と同様の構成
（ここでは図１と同様の構成）を持つ偏心プリズム光学
系とその射出瞳側に配置されたカバーレンズ９１とから
なる。またＬＣＤの背後にはそれを照明するバックライ
ト９２が配置されている。

【０１２０】このように構成されたカメラ４０は、撮影
用対物光学系４８、接眼光学系５９を少ない光学部材で
構成でき、高性能・低コスト化が実現できると共に、光
学系全体を同一平面上に並べて配置できるため、この配
置平面と垂直方向の厚みの薄型化が実現できる。

【０１２１】次に、図３１に本発明による画像観察光学
系を電子内視鏡の観察系の接眼光学系８７に組み込んだ
構成の概念図を示す。この例の場合、接眼光学系８７
は、本発明の上記各実施例と同様の形態（ここでは図１
と同様の形態）の光学系を用いている。この電子内視鏡
は、図３１(a)に示すように、電子内視鏡７１と、照明
光を供給する光源装置７２と、その電子内視鏡７１に対
応する信号処理を行なうビデオプロセッサ７３と、この
ビデオプロセッサ７３から出力される映像信号を表示す
るモニター７４と、このビデオプロセッサ７３と接続さ
れ映像信号等に記録するＶＴＲデッキ７５、及び、ビデ
オディスク７６と、映像信号を映像としてプリントアウ
トするビデオプリンタ７７と、例えば、図２７に示した
ような頭部装着型画像表示装置（ＨＭＤ）７８と共に構
成されており、電子内視鏡７１の挿入部７９の先端部８
０と、その接眼部８１は、図３１(b)に示すように構成
されている。

【０１２２】光源装置７２から照明された光束は、ライ
トガイドファイバー束８８を通って照明用対物光学系８
９により、観察部位を照明する。そして、この観察部位
からの光が、カバー部材８５を介して、観察用対物光学
系８２によって物体像として形成される。この物体像
は、ローパスフィルター、赤外カットフィルター等のフ
ィルター８３を介してＣＣＤ８４の撮像面上に形成され
る。さらに、この物体像は、ＣＣＤ８４によって映像信
号に変換され、その映像信号は、図３１(a)に示すビデ
オプロセッサ７３により、モニター７４上に直接表示さ
れると共に、ＶＴＲデッキ７５、ビデオディスク７６中
に記録され、また、ビデオプリンタ７７から映像として
プリントアウトされる。また、ＨＭＤ７８の画像表示素
子１０１（図２８）に表示されＨＭＤ７８の装着者に表
示される。同時に、ＣＣＤ８４によって変換された映像
信号は画像信号導伝手段９３を介して接眼部８１の液晶
表示素子（ＬＣＤ）５上に電子像として表示され、その
表示像は本発明の画像観察光学系を構成する接眼光学系
８７を経て観察者の眼球Ｅに導かれる。

【０１２３】このように構成された内視鏡は、少ない光
学部材で構成することができ、高性能・低コスト化が実
現できる。

【０１２４】次に、本発明による画像観察光学系のＨＯ
Ｅとして用いる回折素子とプリズムを配置するときの望
ましい構成を図３２に示す。図中、偏心プリズムＰは、
本発明の画像観察光学系中に含まれるプリズムである。
いま、回折素子の面Ｃが、図のように四角形を形成する
とき、偏心プリズムＰに配置された面対称自由曲面の対
称面Ｄが、この回折素子の面Ｃの四角形を形成する辺の
少なくとも１つと平行になるように配置することが、美
しい像形成の上で望ましい。

【０１２５】さらに、この回折素子の面Ｃが正方形や長
方形といった４つの内角がそれぞれ略９０°にて形成さ
れている場合には、面対称自由曲面の対称面Ｄは、回折
素子の面Ｃの互いに平行関係にある２辺に対して平行に
配置され、この対称面Ｄが回折素子６の面Ｃを左右又は
上下対称にさせる位置に一致するように構成することが
好ましい。このように構成すれば、装置に組み込むとき
の組み込み精度が出しやすく、量産性に効果的である。

【０１２６】さらに、偏心プリズムＰを構成する光学面
である第１面、第２面、第３面等の中、複数の面又は全
ての面が面対称自由曲面の場合には、複数の面又は全て
の面の対称面が同一面Ｄの上に配置されるように構成す
ることが、設計上も、収差性能上も望ましい。そして、
この対称面Ｄと回折素子のパワーの対称面との関係は、
上述と同様の関係にあることが望ましい。

【０１２７】以上説明したように、本発明の画像観察光
学系は、特許請求の範囲に記載された特徴のほかに下記
に示すような特徴も備えている。

【０１２８】（１）次の条件式(3)，(4)を同時に満足す
ることを特徴とする請求項２に記載の画像観察光学系。 ０＜φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜１ ……(3) −０．５＜φｙ（ＨＯＥ、Ｆｂ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜０．５ ……(4) ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）はＨＯＥの像位置Ｆａに
おけるｙ方向のパワー、φｙ（ＨＯＥ、Ｆｂ）はＨＯＥ
の像位置Ｆｂにおけるｙ方向のパワー、φｙ（Ｔｏｔａ
ｌ）は全系のｙ方向のパワーである。

【０１２９】（２）次の条件式(5)，(6)を同時に満足す
ることを特徴とする上記（１）に記載の画像観察光学
系。 ０．００５＜φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜０．４……(5) −０．２＜φｙ（ＨＯＥ、Ｆｂ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜０．２……(6) ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）はＨＯＥの像位置Ｆａに
おけるｙ方向のパワー、φｙ（ＨＯＥ、Ｆｂ）はＨＯＥ
の像位置Ｆｂにおけるｙ方向のパワー、φｙ（Ｔｏｔａ
ｌ）は全系のｙ方向のパワーである。

【０１３０】（３）プリズム光学系において、前記ＨＯ
ＥのＸ方向のパワーがすべて正であることを特徴とする
請求項１〜３、上記（１），（２）のいずれかに記載の
画像観察光学系。

【０１３１】（４）反射面を１面以上持ちかつ正の屈折
力を持つプリズムを有するとともに、前記ＨＯＥが該プ
リズムの面上に形成されていることを特徴とする請求項
１〜３、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の画像観
察光学系。

【０１３２】（５）反射面を１面以上持ちかつ正の屈折
力を持つプリズムを有するとともに、前記ＨＯＥが前記
画像表示素子と観察者の瞳との間において回転非対称な
倍率の色収差を補正するように回転非対称なパワーで形
成されていることを特徴とする請求項１〜３、上記
（１）〜（４）のいずれかに記載の画像観察光学系。

【０１３３】（６）正の屈折力を持つプリズムを有する
とともに、前記画像表示素子と射出瞳位置との間に、少
なくとも２枚のＨＯＥを有し、かつ、対称面と画像表示
面との交線における線分の中心の像位置をＦ０としたと
き、次の条件式(7)を満足することを特徴とする請求項
１〜３、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の画像観
察光学系。 ｜φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）｜≦０．２５ ……(7) ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）はＨＯＥの像位置Ｆ０に
おけるｙ方向のパワー、φｙ（Ｔｏｔａｌ）は全系のｙ
方向のパワーである。

【０１３４】（７）次の条件式(8)を満足することを特
徴とする上記（６）に記載の画像観察光学系。 ｜φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）｜≦０．１０ ……(8) ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）はＨＯＥの像位置Ｆ０に
おけるｙ方向のパワー、φｙ（Ｔｏｔａｌ）は全系のｙ
方向のパワーである。

【０１３５】（８）次の条件式(9)を満足することを特
徴とする上記（７）に記載の画像観察光学系。 ｜φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）｜≦０．０２５ ……(9) ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）はＨＯＥの像位置Ｆ０に
おけるｙ方向のパワー、φｙ（Ｔｏｔａｌ）は全系のｙ
方向のパワーである。

【０１３６】（９）前記接眼光学系が、正の屈折力を持
つプリズムと、ＨＯＥと、両面がほぼ平面で、かつ平行
でない面からなる光学素子とを有することを特徴とする
請求項１〜３、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の
画像観察光学系。

【０１３７】（１０）前記両面がほぼ平面で、かつ平行
でない面からなる光学素子が、前記画像表示素子と前記
正の屈折力を持つプリズムとの間に配置されていること
を特徴とする上記（９）に記載の画像観察光学系。

【０１３８】（１１）前記両面がほぼ平面で、かつ平行
でない面からなる光学素子が、観察者の瞳と前記正の屈
折力を持つプリズムとの間に配置されていることを特徴
とする上記（９）に記載の画像観察光学系。

【０１３９】（１２）前記ＨＯＥが防塵部材で覆われて
いることを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（１
１）のいずれかに記載の画像観察光学系。

【０１４０】（１３）前記防塵部材が、画像観察光学系
を収納する箱体と、画像観察光学系からの射出光を透過
させるカバーを備えていることを特徴とする上記（１
２）に記載の画像観察光学系。

【０１４１】（１４）上記（９）〜（１１）のいずれか
に記載の前記両面がほぼ平面で、かつ平行でない面から
なる光学素子が上記（１３）に記載のカバーを兼ねてい
ることを特徴とする画像観察光学系。

【０１４２】（１５）前記ＨＯＥが前記両面がほぼ平面
で、かつ平行でない面からなる光学素子に貼りつけられ
ていることを特徴とする上記（９）又は（１４）に記載
の画像観察光学系。

【０１４３】（１６）前記ＨＯＥが２枚の前記両面がほ
ぼ平面で、かつ平行でない面からなる光学素子の間に挟
まれていることを特徴とする上記（９）又は（１４）に
記載の画像観察光学系。

【０１４４】（１７）請求項１〜３、上記（１）〜（１
６）のいずれかに記載の前記画像観察光学系を備えた本
体部と、前記本体部を観察者の顔面に保持するために観
察者の側頭部に装着されるように構成された支持部材と
を備えたことを特徴とする頭部装着型画像表示装置。

【０１４５】（１８）前記本体部は、請求項１〜３、上
記（１）〜（１７）のいずれかに記載の前記画像観察光
学系と、眼鏡用の光学系とを一体的に備えていることを
特徴とする頭部装着型画像表示装置。

【０１４６】（１９）前記支持部材が、眼鏡の側頭フレ
ームに着脱可能に構成されていることを特徴とする上記
（１７）に記載の頭部装着型画像表示装置。

【０１４７】（２０）前記観察光学系が、それぞれ左右
１組ずつ並設され両眼視用に構成されていることを特徴
とする上記（１７）〜（１９）に記載の頭部装着型画像
表示装置。

【０１４８】

【発明の効果】以上、本発明によれば、画像表示装置と
して携帯電話や携帯情報端末に用いることができる程度
に小型化することができ、かつ、倍率色収差を抑えて高
精細化、広画角化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第２実施例の画像観察光学系の光軸を
含むＹ−Ｚ断面図である。

【図２】第２実施例の画像観察光学系の横収差図であ
る。

【図３】本発明の第１実施例の画像観察光学系の光軸を
含むＹ−Ｚ断面図である。

【図４】第１実施例の画像観察光学系の横収差図であ
る。

【図５】本発明の第３実施例の画像観察光学系の光軸を
含むＹ−Ｚ断面図である。

【図６】第３実施例の画像観察光学系の横収差図であ
る。

【図７】本発明の第４実施例の画像観察光学系の光軸を
含むＹ−Ｚ断面図である。

【図８】第４実施例の画像観察光学系の横収差図であ
る。

【図９】本発明の各実施例の画像観察光学系に対する第
１比較例にかかる従来の画像観察光学系の光軸を含むＹ
−Ｚ断面図である。

【図１０】第１比較例の画像観察光学系の横収差図であ
る。

【図１１】本発明の各実施例の画像観察光学系に対する
第２比較例にかかる従来の画像観察光学系の光軸を含む
Ｙ−Ｚ断面図である。

【図１２】第２比較例の画像観察光学系の倍率色収差図
である。

【図１３】本発明の画像観察光学系に防塵部材を設けた
一例を示す断面図である。

【図１４】本発明の画像観察光学系に防塵部材を設けた
一例を示す断面図である。

【図１５】本発明の画像観察光学系にクサビ型プリズム
を用いる場合の変形例を示す要部説明図であり、(a)は
クサビ型プリズムの片面にＨＯＥを貼りつけた形態、
(b)はＨＯＥを２つのクサビ型プリズムで挟んだ形態を
示す。

【図１６】本発明の画像観察光学系のプリズム部材に適
用可能なプリズムの一例を示す図である。

【図１７】本発明の観察光学系のプリズム部材に適用可
能なプリズムの他の例を示す図である。

【図１８】本発明の観察光学系のプリズム部材に適用可
能なプリズムのさらに他の例を示す図である。

【図１９】本発明の観察光学系のプリズム部材に適用可
能なプリズムのさらに他の例を示す図である。

【図２０】本発明の観察光学系のプリズム部材に適用可
能なプリズムのさらに他の例を示す図である。

【図２１】本発明の観察光学系のプリズム部材に適用可
能なプリズムのさらに他の例を示す図である。

【図２２】本発明の観察光学系のプリズム部材に適用可
能なプリズムのさらに他の例を示す図である。

【図２３】本発明の観察光学系のプリズム部材に適用可
能なプリズムのさらに他の例を示す図である。

【図２４】本発明の観察光学系のプリズム部材に適用可
能なプリズムのさらに他の例を示す図である。

【図２５】本発明の観察光学系のプリズム部材に適用可
能なプリズムのさらに他の例を示す図である。

【図２６】本発明の観察光学系のプリズム部材に適用可
能なプリズムのさらに他の例を示す図である。

【図２７】本発明の観察光学系を用いた頭部装着型で両
眼装着用の画像表示装置を観察者の頭部に装着した状態
を示す図である。

【図２８】図２７の断面図である。

【図２９】本発明の観察光学系を用いた頭部装着型で片
眼装着用の画像表示装置を観察者の頭部に装着した状態
を示す図である。

【図３０】本発明の画像観察光学系を適用した電子カメ
ラの概念図である。

【図３１】本発明の画像観察光学系を適用した電子内視
鏡の概念図である。

【図３２】本発明によるＨＯＥとプリズムを配置すると
きの望ましい構成を示す図である。

【図３３】回折素子のパワー分布を示す説明図である。

【図３４】自由曲面を示す説明図である。

【図３５】本発明に用いるＨＯＥの説明図であり、(a)
はプリズムに貼った状態、(b)は横方向からみたときの
パワー、(c)は上からみたときのパワーを示す。

【図３６】本発明におけるＨＯＥを定義するための原理
図である。

【図３７】本発明におけるＨＯＥのローカルパワーを説
明するための説明図である。

【符号の説明】

１，３１ 射出瞳 ２ 軸上主光線 ３ プリズム ３₁ 第１面 ３₂ 第２面 ３₃ 第３面 ４ （反射型）ＨＯＥ ５，１０１ ＬＣＤ ６ クサビ型プリズム ７，８ 透過型ＨＯＥ ９ ＤＯＥ １０ 防塵部材 １１ カバー部材 ３２，４１ 第１面 ３３，４２ 第２面 ３４，４３ 第３面 ３５，４４ 第４面 ４８ 撮影用対物光学系 ４９，８４ ＣＣＤ ５０ 撮像面 ５１ フィルター ５２ 処理手段 ５９ 接眼光学系 ７１ 電子内視鏡 ７２ 光源装置 ７３ ビデオプロセッサ ７４ モニター ７５ ＶＴＲデッキ ７６ ビデオディスク ７７ ビデオプリンタ ７８ 頭部装着型画像表示装置（ＨＭＤ） ７９ 挿入部 ８０ 先端部 ８１ 接眼部 ８２ 観察用対物光学系 ８３ フィルター ８７，１００ 接眼光学系 ８８ ライトガイドファイバー束 ８９ 照明用対物光学系 ９０ 結像面 ９２ バックライト ９３ 画像信号導伝手段 １０２ 画像表示装置（本体） １０３ 側頭フレーム １０４ スピーカ １０５ 映像音声伝達コード １０６ 再生装置 １０７ 調節部 １０８ 前フレーム Ｃ ＨＯＥの面 Ｄ 面対称自由曲面の対称面 Ｅ 観察者の眼球 Ｐ 偏心プリズム Ｐ１ 第１プリズム Ｐ２ 第２プリズム

【手続補正書】

【提出日】平成１２年１２月１４日（２０００．１２．
１４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【従来の技術】近年、個人が大画面の画像を楽しむこと
を目的として、画像表示装置、特に、頭部や顔面に装着
するタイプの画像表示装置の開発が盛んになされてい
る。また、近年、携帯電話の普及や携帯情報端末の普及
に伴い、携帯電話や携帯情報端末の画像や文字データを
大画面で見たいというニーズが高まっている。画像表示
装置に用いる従来の画像観察光学系としては、特開平７
−３３３５５１号や特開平８−２３４１３７号に記載の
ものがある。これらのものは、反射作用を有する面に例
えば、アナモルフィック面やトーリック面、さらには自
由曲面などの回転非対称な面形状を持つプリズムを使用
して、像の歪み、像面彎曲、非点収差を補正している。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７１】第１実施例 図３は本発明の第１実施例の画像観察光学系の光軸を含
むＹ−Ｚ断面図、図４は本実施例の画像観察光学系の横
収差図である。第１実施例の画像観察光学系は、接眼光
学系が、正の屈折力を有するプリズム３と、反射型のＨ
ＯＥ４とで構成されている。プリズム３は、第１面３₁
〜第３面３₃を備え、第１面３₁及び第３面３₃がそれぞ
れ回転非対称な自由曲面に、第２面３₂が球面に形成さ
れている。そして、第１面３₁が同一面上に第１の反射
面と射出面とを備えた面として、第２面３₂が第２の反
射面として、第３面３₃が入射面としてそれぞれ構成さ
れている。ＨＯＥ４は、プリズム３の第２面３₂に貼り
付けられている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７７】第２実施例 図１は本発明の第２実施例の画像観察光学系の光軸を含
むＹ−Ｚ断面図、図２は本実施例の画像観察光学系の横
収差図である。第２実施例の画像観察光学系では、接眼
光学系は、正の屈折力を有するプリズム３と、反射型の
ＨＯＥ４と、クサビ型プリズム（ウェッジプリズム）６
とで構成されている。プリズム３は、第１面３₁〜第３
面３₃を備え、第１面３₁及び第３面３₃がそれぞれ回転
非対称な自由曲面に、第２面３₂が球面に形成されてい
る。そして、第１面３₁が同一面上に第１の反射面と射
出面とを備えた面として、第２面３₂が第２の反射面と
して、第３面３₃が入射面としてそれぞれ構成されてい
る。ＨＯＥ４は、プリズム３の第２面３₂に貼り付けら
れている。クサビ型プリズム６は、両面が平面で、かつ
平行でない面に形成されており、ＬＣＤ５とプリズム３
の第３面３₃との間に設けられている。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８２】第３実施例 図５は本発明の第３実施例の画像観察光学系の光軸を含
むＹ−Ｚ断面図、図６は本実施例の画像観察光学系の横
収差図である。第３実施例の画像観察光学系では、接眼
光学系は、正の屈折力を有するプリズム３と反射型のＨ
ＯＥ４と、透過型のＨＯＥ７とで構成されている。プリ
ズム３は、第１面３₁〜第３面３₃を備え、第１面３₁及
び第３面３₃がそれぞれ回転非対称な自由曲面に、第２
面３₂が球面に形成されている。そして、第１面３₁が同
一面上に第１の反射面と射出面とを備えた面として、第
２面３₂が第２の反射面として、第３面３₃が入射面とし
てそれぞれ構成されている。ＨＯＥ４は、プリズム３の
第２面３₂に貼り付けられている。ＨＯＥ７は、射出瞳
１とプリズム３の第１面３₁との間に設けられている。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８７】第４実施例 図７は本発明の第４実施例の画像観察光学系の光軸を含
むＹ−Ｚ断面図、図８は本実施例の画像観察光学系の横
収差図である。第４実施例の画像観察光学系では、接眼
光学系は、正の屈折力を有するプリズム３と反射型のＨ
ＯＥ４と、透過型のＨＯＥ８とで構成されている。プリ
ズム３は、第１面３₁〜第３面３₃を備え、第１面３₁及
び第３面３₃がそれぞれ回転非対称な自由曲面に、第２
面３₂が球面に形成されている。そして、第１面３₁が同
一面上に第１の反射面と射出面とを備えた面として、第
２面３₂が第２の反射面として、第３面３₃が入射面とし
てそれぞれ構成されている。ＨＯＥ４は、プリズム３の
第２面３₂に貼り付けられている。ＨＯＥ８は、ＬＣＤ
５とプリズム３の第３面３₃との間に設けられている。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８８】そして、ＬＣＤ５から射出した光が、ＨＯ
Ｅ８で回折されて透過した後、第３面３₃よりプリズム
内に入射し、第１面３₁で反射し、第２面３₂に貼られた
ＨＯＥ４で回折されて反射し、第１面３₁よりプリズム
外に射出した後、途中で結像することなく射出瞳１の位
置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像する
ように構成されている。なお、本実施例では、ＬＣＤ
は、大きさが０．５５インチタイプのものを使用してい
る。また、観察画角は、水平画角３０°、水平画角２
２．８°、瞳径４．０ｍｍである。また、観察波長範囲
は、Ｂ：４７０ｎｍ、Ｇ：５２０ｎｍ、Ｒ：６３０ｎｍ
に対してそれぞれ±２０ｎｍである。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９２】

【比較例】次に、本発明の比較例を示す。なお、比較例
における断面図及び横収差図は、上記各実施例に準じて
いる。第１比較例 図９は本発明の第１比較例の画像観察光学系の光軸を含
むＹ−Ｚ断面図、図１０は本比較例の画像観察光学系の
横収差図である。第１比較例の画像観察光学系では、接
眼光学系は、正の屈折力を有するプリズム３だけで構成
されている。プリズム３は、第１面３₁〜第３面３₃を備
え、いずれの面もそれぞれ回転非対称な自由曲面に形成
されている。そして、第１面３₁が同一面上に第１の反
射面と射出面とを備えた面として、第２面３₂が第２の
反射面として、第３面３₃が入射面としてそれぞれ構成
されている。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９４】第２比較例 図１１は本発明の第２比較例の画像観察光学系の光軸を
含むＹ−Ｚ断面図、図１２は本比較例の画像観察光学系
の横収差図である。第２比較例の画像観察光学系では、
接眼光学系は、正の屈折力を有するプリズム３とＤＯＥ
９とで構成されている。プリズム３は、第１面３₁〜第
３面３₃を備え、いずれの面もそれぞれ回転非対称な自
由曲面に形成されている。そして、第１面３₁が同一面
上に第１の反射面と射出面とを備えた面として、第２面
３₂が第２の反射面として、第３面３₃が入射面としてそ
れぞれ構成されている。ＤＯＥ９は、ＬＣＤ５とプリズ
ム３の第３面３₃との間に設けられている。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９７】なお、上記各実施例におけるＨＯＥは、防
塵部材で覆われているとよい。また、図５の実施例のよ
うな構成の場合、図１３に示すように、防塵部材１０の
一部を構成するガラス、プラスチックなどの透明部材で
構成されたカバー部材１１の内側にＨＯＥ７を貼りつけ
てもよい。また、図１の実施例のような構成に用いられ
るクサビ型プリズムは、射出瞳１とプリズム３との間に
配置してもよく、その場合は図１４に示すように、クサ
ビ型プリズム６に防塵カバー１１を兼用させてもよい。
さらに、本発明で用いるＨＯＥは、プリズムに貼りつけ
る以外に、図１５(a)に示すようにクサビ型プリズムの
平らな面に貼りつけてもよい。また、図１５(b)に示す
ように、ＨＯＥを２つのクサビ型プリズムで挟んで上下
を封止材で封着してもよい。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１０４】図２１の場合は、プリズムＰは、第１面３
２と、第２面３３と、第３面３４とを備え、第１面３２
が、第１の反射面と第３の反射面と射出面とを兼ね備え
た面として、第２面３３が第４の反射面として、第３面
３４が入射面と第２の反射面とを兼ね備えた面としてそ
れぞれ構成されている。そして、プリズムＰは、ＬＣＤ
３６から射出した光が第３面３４に備わる入射面で屈折
してプリズム内に入射し、第１面３２に備わる第１の反
射面で反射した後、第３面３４に備わる第２の反射面で
反射し、第１面３２に備わる第３の反射面で反射し、第
２面３３で反射した後、第１面３２に備わる射出面で屈
折してプリズム外に射出し、射出瞳３１の位置においた
図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するように構成
されている。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１０５】図２２の場合は、プリズムＰは、第１面３
２と、第２面３３と、第３面３４とを備え、第１面３２
が入射面と第２の反射面と、第４の反射面と射出面とを
兼ね備えた面として、第２面３３が第５の反射面とし
て、第３面３４が第１の反射面と第３の反射面とを兼ね
備えた面としてそれぞれ構成されている。そして、プリ
ズムＰは、ＬＣＤ３６から射出した光が第１面３２に備
わる入射面で屈折してプリズム内に入射し、第３面３４
に備わる第１の反射面で反射した後、第１面３２に備わ
る第２の反射面で反射し、第３面３４に備わる第３の反
射面で反射した後、第１面３２に備わる第４の反射面で
反射し、第２面３３で反射した後、第１面３２に備わる
射出面で屈折してプリズム外に射出し、射出瞳３１の位
置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像する
ように構成されている。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１１９】次に、図３０に本発明の画像観察光学系を
電子カメラ４０の接眼光学系５９に組み込んだ構成の概
念図を示す。この例の場合は、撮影光路上に配置された
撮影用対物光学系４８により形成された物体像がフィル
ター５１を経てＣＣＤ４９の撮像面５０上に形成され
る。このＣＣＤ４９で受光された物体像は、処理手段５
２を介し、液晶表示素子（ＬＣＤ）５上に電子像として
表示される。また、この処理手段５２は、ＣＣＤ４９で
撮影された物体像を電子情報として記録する記録手段６
１の制御も行なう。ＬＣＤ５に表示された画像は、接眼
光学系５９を介して観察者の眼球Ｅに導かれる。この接
眼光学系５９は、本発明の上記各実施例と同様の構成
（ここでは図１と同様の構成）を持つ偏心プリズム光学
系とその射出瞳側に配置されたカバーレンズ１１とから
なる。またＬＣＤの背後にはそれを照明するバックライ
ト９２が配置されている。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１２２】光源装置７２から照明された光束は、ライ
トガイドファイバー束８８を通って照明用対物光学系８
９により、観察部位を照明する。そして、この観察部位
からの光が、カバー部材を介して、観察用対物光学系８
２によって物体像として形成される。この物体像は、ロ
ーパスフィルター、赤外カットフィルター等のフィルタ
ー８３を介してＣＣＤ８４の撮像面上に形成される。さ
らに、この物体像は、ＣＣＤ８４によって映像信号に変
換され、その映像信号は、図３１(a)に示すビデオプロ
セッサ７３により、モニター７４上に直接表示されると
共に、ＶＴＲデッキ７５、ビデオディスク７６中に記録
され、また、ビデオプリンタ７７から映像としてプリン
トアウトされる。また、ＨＭＤ７８の画像表示素子１０
１（図２８）に表示されＨＭＤ７８の装着者に表示され
る。同時に、ＣＣＤ８４によって変換された映像信号は
画像信号導伝手段９３を介して接眼部８１の液晶表示素
子（ＬＣＤ）５上に電子像として表示され、その表示像
は本発明の画像観察光学系を構成する接眼光学系８７を
経て観察者の眼球Ｅに導かれる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０９Ｆ 9/00 ３５８ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３５８ ５Ｇ４３５ Ｈ０４Ｎ 5/225 Ｈ０４Ｎ 5/225 Ｄ Ｂ 5/64 ５１１ 5/64 ５１１Ａ 7/18 7/18 Ｍ Ｆターム(参考） 2H042 CA01 CA12 CA17 2H049 CA06 CA09 CA11 CA17 2H087 KA23 LA11 RA41 RA45 RA46 TA01 5C022 AA08 AA13 AC02 AC09 AC51 5C054 AA01 CA04 EA01 GA01 GA02 GA05 GB01 HA12 5G435 AA01 AA18 BB00 BB16 DD02 GG01 GG03 LL07

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像表示素子と、前記画像表示素子によ
   り形成された画像を虚像として観察できるように観察者
   の眼球中心位置に中間像を形成することなく導く接眼光
   学系とを有し、 前記接眼光学系が、該光学系をコンパクト化するために
   反射面を用いて光軸を折り曲げて構成されていて、光軸
   が一つの平面内にあり、光学系が該平面に対称に形成さ
   れ、入射面と複数の曲面反射面と射出面とを持つ光学素
   子を有し、少なくとも１つの反射面に体積型ホログラム
   （ＨＯＥ）を備えたことを特徴とする画像観察光学系。
2. 【請求項２】 正の屈折力を持つプリズムとＨＯＥを有
   し、かつ、対称面と画像表示面との交線における線分の
   中心の像位置をＦ０、線分の両端の像位置のうち倍率色
   収差の大きい方の像位置をＦｂ、小さい方の像位置をＦ
   ａとしたとき、次の条件式(1)，(2)を同時に満足するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の画像観察光学系。 −１＜φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜２ ……(1) −１＜φｙ（ＨＯＥ、Ｆｂ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜１ ……(2) ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）はＨＯＥの像位置Ｆａに
   おけるｙ方向のパワー、φｙ（ＨＯＥ、Ｆｂ）はＨＯＥ
   の像位置Ｆｂにおけるｙ方向のパワー、φｙ（Ｔｏｔａ
   ｌ）は全系のｙ方向のパワーである。
3. 【請求項３】 ２面以上の反射面を持つプリズム光学系
   において、前記ＨＯＥがパワーの対称面を１面又は２面
   有し、該パワーの対称面が前記ＨＯＥを備えている基板
   形状の対称面と一致することを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の画像観察光系。