JP2003149593A - 表示光学系、画像表示装置、撮像光学系および撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化された画像表示素子を用いて表示光学
系や撮像光学系を構成する場合、光学系の倍率を上げて
広画角化する必要がある。 【解決手段】 原画３からの光を観察者の眼又は被投射
面に導く表示光学系において、少なくとも反射作用を有
する第１の面Ａと、この面で反射した光線を再度第１の
面に向けて反射する第２の面Ｃとを有し、第１の面に再
度入射した中心画角主光線はそのヒットポイント上での
面の法線に対し、前回とは反対側に反射して進む。ま
た、被写体からの光を撮像面に導く撮像光学系におい
て、少なくとも反射作用を有する第１の面と、この第１
の面で反射した光線を再度第１の面に向けて反射する第
２の面とを有し、第１の面に再度入射した中心画角主光
線はそのヒットポイント上での面の法線に対し、前回と
は反対側に反射して進む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示素子等に
表示された原画を拡大表示させるヘッドマウントディス
プレイやプロジェクタ等の画像表示装置に好適な表示光
学系および撮像装置に好適な撮像光学系に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】ＣＲＴやＬＣＤ等の画像表示素子を用
い、これらの表示素子に表示された画像を光学系を介し
て拡大表示させる頭部装着型の画像表示装置（ヘッドマ
ウントディスプレイ）が良く知られている。

【０００３】このヘッドマウントディスプレイ等の画像
表示装置は、これらの装置を頭部に装着するため、特に
装置全体の小型化、軽量化が要望されている。また、重
量バランスや外観等を考慮すると、観察者の視軸方向に
薄型であることが好ましい。さらに、表示される拡大像
に迫力を持たせるために、できるだけ大きな拡大像が望
まれている。

【０００４】図１５には、従来の共軸凹面鏡を用いた画
像表示装置を示している。同装置では、表示素子１０１
に表示された画像からの光束をハーフミラー１０２で反
射させ、凹面鏡１０３に入射させ、凹面鏡１０３で反射
した光束をハーフミラー１０２を介して観察者の眼Ｅに
導びいている。表示素子１０１に表示した画像は、凹面
鏡１０３によって拡大した虚像として形成される。これ
により、観察者は表示素子１０１に表示した画像の拡大
虚像を観察することができる。

【０００５】また、例えば特開平７−３３３５５１号公
報，特開平８−５０２５６号公報，特開平８−１６０３
４０号公報および特開平８−１７９２３８号公報等にお
いては、画像を表示する画像表示素子としてのＬＣＤ
（液晶）と、観察光学系としての薄型プリズムとを使用
し、装置全体の薄型化を図った画像表示装置が提案され
ている。

【０００６】図１６には、特開平７−３３３５５１号公
報で提案されている画像表示装置を示している。この装
置において、ＬＣＤ１１１から発せられた光は、小型の
偏心プリズム１１２の入射面１１３に入射する。そし
て、プリズム１１２に形成した曲率を有した内部全反射
面１１４と反射面１１５との間で光束が折り畳まれ、そ
の後、面１１４より偏心プリズム１１２から射出して観
察者の眼Ｅに導かれる。これによって表示素子（ＬＣ
Ｄ）１１１に表示された画像の虚像が形成され、この虚
像を観察者が観察する。

【０００７】偏心プリズム１１２の反射面１１５は、偏
心非回転対称面（アジムス角度により光学的パワーの異
なる面であり、いわゆる自由曲面）で構成された偏心自
由曲面より構成されている。

【０００８】図１６に示す光学系のタイプは、図１５に
示した従来の共軸凹面鏡を用いたタイプに比べ、装置全
体の薄型化および観察視野の広画角化が容易であるとい
う特徴を有している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】近年、画像を表示する
表示素子であるＬＣＤ等の高精細化が進み、従来と同程
度の画素数を有しながらも従来より小型化されたＬＣＤ
等が開発されている。このような小型化された画像表示
素子を用いると、装置の小型化には有利になるものの、
従来と同様の画角を達成するためには、光学系の倍率を
上げる必要が生じる。

【００１０】このような状況に鑑みて、特開平１０−１
５３７４８号公報には、偏心プリズムとリレーレンズ系
とを組み合わせ、リレーレンズ系により一旦中間像を形
成してから表示素子に表示された画像を観察者に導く光
学系が提案されている。これにより、図１６に示すタイ
プの薄型という特徴を有しつつ、更なる倍率向上を果た
し、ＬＣＤサイズに対して広画角化を図っている。

【００１１】また、この特開平１０−１５３７４８号公
報にて提案の光学系に比べて、更なる光学性能向上を図
ったものとして、偏心プリズムの内部反射面を増加さ
せ、偏心プリズムのみで中間像を形成し、その像を観察
者に導くタイプや、第１の偏心プリズム光学系に第２の
偏心プリズムを設けたタイプ等が、特開２０００−０６
６１０６号公報，特開２０００−１０５３３８号公報，
特開２０００−１３１６１４号公報，特開２０００−１
９９８５３号公報，特開２０００−２２７５５４号公報
おゆよび特開２０００−２３１０６０号公報等に提案さ
れている。

【００１２】一般的に、一旦中間像を形成するタイプの
光学系は光路長が長くなり、装置が大型化するという問
題があるが、これらの各公報にて提案の光学系において
も、透過作用と反射作用とを果たす兼用面を用いたり、
光路を交差させたりする等の工夫により小型化を目指し
ている。

【００１３】本発明は、小型の表示素子を用いつつ表示
広画角を達成でき、しかも全体として小型の表示光学
系、および小型で撮影広画角を達成できる撮像光学系を
提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本願第１の発明では、原画からの光を観察者の眼
又は被投射面に導く表示光学系であって、少なくとも反
射作用を有する第１の面と、この第１の面で反射した光
線を再度第１の面に向けて反射する第２の面とを有し、
第１の面に再度入射した中心画角主光線はそのヒットポ
イント上での面の法線に対し、前回とは反対側に反射し
て進むことを特徴としている。

【００１５】すなわち、第１の面と第２の面との間で光
を略往復させて光路をほぼ重複させる（往復光路とす
る）ことにより、小型の光学系でありながらも光路長を
長く確保できるようにしている。このため、小型の原画
（画像表示素子に表示された画像等）を用いつつ表示広
画角を達成でき、しかも全体として小型の表示光学系を
実現することが可能となる。

【００１６】また、原画からの光線は、第２の面での反
射、第１の面での再反射の後、光線に対し偏心した別の
第３の面で眼又は被投射面側に反射することを特徴とし
ている。これは第１の面と第２の面で形成された往復行
路から射出する光線を、第３の面で、往復行路に入射す
る光線とは異なる方向（眼又は被投射面側）に設定し、
往復光路への入射光との干渉を避けるためのものであ
る。

【００１７】本発明の表示光学系は、原画からの中心画
角主光線がほぼ反対側に折り返し反射する、反射作用の
みを有する折り返し面があることを特徴とする。これは
マラソンの折り返し地点に相当するものであり、折り返
し反射面を境に往路と復路がぼぼ重複し、第１の面また
は第２の面以外の面も含んだ長い往復光路が形成され、
更なる光学系の小型化が可能になる。

【００１８】更に折り返し反射面は、前記第１の面また
は前記第２の面であることを特徴とする。こうすると必
要最小限の面数で光学系を構成できるので、小型化を図
ることが可能となる。

【００１９】なお、表示光学系（例えば、透明体）内で
光を中間結像させるようにするとよい。すなわち、小型
の原画の中間結像面を拡大して表示する中間結像タイプ
とすることにより、レイアウトの自由度が増え、原画を
大画面表示させることが可能となるとともに、光路長を
かなり長くしても表示光学系を小型に構成することが可
能である。

【００２０】また、この表示光学系を構成する光学面を
光線に対して偏心させることにより、さらなる薄型化を
図ることが可能となり、光学面に曲率を持たせることで
表示光学系における不要な面を取り除き、小型化を図る
ことが可能となる。さらに、光学曲面を回転非対称面
（自由曲面）とすることにより、諸収差を良好に補正で
き、自由曲面を複数面採用すると原画のアスペクト比と
表示画像のアスペクト比とを近いものにすることが可能
となり、高品位な表示画像を得ることが可能となる。

【００２１】なお、この表示光学系は、観察者が頭部に
装着して画像を観察するためのヘッドマウントディスプ
レイ（ＨＭＤ）やスクリーン等の被投射面に画像を拡大
投射する投射型画像表示装置（プロジェクタ）等の画像
表示装置に好適である。

【００２２】また、本願第２の発明では、被写体からの
光を撮像面に導く撮像光学系であって、少なくとも反射
作用を有する第１の面と、この第１の面で反射した光線
を再度第１の面に向けて反射する第２の面とを有し、第
１の面に再度入射した中心画角主光線はそのヒットポイ
ント上での面の法線に対し、前回とは反対側に反射して
進むことを特徴とする。

【００２３】すなわち、第１の面と第２の面との間で光
を略往復させて光路をほぼ重複させる（往復光路）こと
により、小型の光学系でありながらも光路長を長く確保
できるようにしている。このため、小型でありながらも
撮影広画角を達成することが可能となる。

【００２４】また被写体からの光線は、光線に対し偏心
した第３の面で反射後、前記第１の面で反射、前記第２
の面で反射後、再度前記第１の反射面で反射して進み撮
像面に導かれることを特徴としている。これは第３の面
での反射により、第１の面と第２の面で形成された往復
行路への、被写体からの入射光線と撮像面に導かれる射
出光線との干渉を避けている。

【００２５】本発明の撮像光学系は、被写体からの中心
画角主光線がほぼ反対側に折り返し反射する、反射作用
のみを有する折り返し面があることを特徴とする。これ
はマラソンの折り返し地点に相当するものであり、折り
返し反射面を境に往路と復路がほぼ重複し、第１の面ま
たは第２の面以外の面も含んだ長い往復光路が形成さ
れ、更なる光学系の小型化が可能になる。

【００２６】更に折り返し反射面は、第１の面または第
２の面であることを特徴とする。こうすると必要最小限
の面数で光学系を構成できるので、小型化を図ることが
可能となる。

【００２７】なお、撮像光学系（例えば、透明体）内で
光を中間結像させるようにするとよい。すなわち、被写
体の中間結像面を縮小して撮像面に導く中間結像タイプ
とすることにより、レイアウトの自由度が増え、広画角
の被写体像を十分縮小して撮像面に導くことが可能とな
るとともに、光路長をかなり長くしても撮像光学系を小
型に構成することが可能である。

【００２８】また、この撮像光学系を構成する光学面を
光に対し光線に対して偏心させることにより、さらなる
薄型化を図ることが可能となり、光学面に曲率を持たせ
ることで撮像光学系における不要な面を取り除き、小型
化を図ることが可能となる。さらに、光学曲面を回転非
対称面（自由曲面）とすることにより、諸収差を良好に
補正でき、自由曲面を複数面採用すると被写体のアスペ
クト比と撮影画像のアスペクト比とを近いものにするこ
とが可能となり、高品位な撮影画像を得ることが可能と
なる。

【００２９】なお、この撮像光学系は、デジタルスチル
カメラやビデオカメラ等の撮像装置に好適である。

【００３０】また、第１および第２の発明において、回
転非対称面はローカル母線断面を唯一の対称面として持
つ面対称形状が好ましい。これにより、対称性のない場
合に比較して加工および製作を容易にすることが可能と
なる。

【００３１】また、透明体上に光学面を形成し、いずれ
かの光学面で光を内部全反射させるようにすることによ
り、長い光路長でも光量ロスを少なくすることが可能で
ある。特に第１の面を内部反射面とすると、表示光学
系、撮像光学系をコンパクにまとめられる。

【００３２】さらに、表示光学系および撮像光学系のい
ずれにおいても、光学的屈折力を有した面におけるロー
カル母線断面焦点距離が、原画からの光を第１の面で複
数回反射し、眼又は被投射面側に反射させる第３の面の
反射面又は被写体からの光を第１の面に向けて反射する
第３の面の反射面において最も正で短くなるようにする
とよい。これは、偏心した面に強い屈折力を持たせる
と、光の往路と復路とがあるためにローカル母線断面で
２倍の偏心収差が発生してしまうため、１回しか反射し
ない第３の面に強い正のパワーを持たせることにより、
ローカル母線断面での偏心収差発生を抑制することが可
能となる。

【００３３】また、表示光学系および撮像光学系のいず
れにおいても、光を反射して折り返す面を曲面とすると
よい。折り返し反射面が平面であると、反射時に周辺画
像の光線の方向を個々に制御できないため、光学系が大
型化してしまう。折り返し反射面が回転非対称面である
と、周辺画像の光線方向を自由に制御できるため、曲面
の場合よりも更に小型化可能となる。

【００３４】ここで、折り返し反射面は、反射作用のみ
の面であり、ほぼ１００％近く光を反射する金属ミラー
コーティングをして光量ロスをできるだけ少なくするこ
とが望ましい。

【００３５】また、折り返し反射面において、光がほぼ
反対側に反射される場合、後述する中心画角主光線にお
いて、入射光線と反射光線の成す角度θは下記の値を満
足することが望ましい。

【００３６】｜θ｜＜６０° …（１） この条件式（１）の上限を超えると、折り返し反射後の
光路（復路）が往路を逆戻りせず、往復光路というより
ジグザク光路になってしまい光学系が大型する。

【００３７】｜θ｜＜３０° …（２） この条件式（２）の条件を外れると、逆戻りはできる
が、往路と復路が重ならず光学系が大型化し、光学系全
体を小型にすることが難しくなるため好ましくない。

【００３８】｜θ｜＜２０° …（３） この条件式（３）を満たすと、光学系の更なる小型化が
可能になる。

【００３９】なお、表示光学系および撮像光学系中の折
り返し反射面を、偏心した反射面と兼用してもよい。こ
の場合、光学面を削減できるため光学系を小型化でき
る。特に第１の面または第２の面を折り返し反射面と兼
用させると、もっとも小型化が可能となる。

【００４０】また、上記第１の発明の表示光学系をヘッ
ドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）として使用する場合
は、左右の目に対し、各々独立した原画（画像表示素
子）と表示光学系とを設けるのがよい。つまり、２つの
原画（同一のもの）とそれに合わせた２つの表示光学系
（同一のもの）とを有することにより、１つの原画で左
右の表示光学系に光を分けるようなＨＭＤよりも明るい
表示画像が得られる。

【００４１】また、上記第１の発明の表示光学系は、左
眼用も右眼用も偏心断面であるローカル母線断面を人間
の顔の上下方向に配置する（上下に光線を折り畳む）の
がよい。通常、表示拡大像は人間の左右方向に画角が広
く、上下方向に画角が狭い（左右４：上下３または１
６：９ぐらいの比）ため、偏心断面であり偏心収差の発
生が大きいローカル母線断面を、画角の小さい上下に設
定すれば、表示拡大像での偏心収差の発生を少なくで
き、好ましい。

【００４２】なお、上記光学系は、言い換えれば、第１
の面に最初に入射した中心画角主光線のヒットポイント
における法線に対する反射角と、第２の面で反射されて
第１の面に再度入射した中心画角主光線のヒットポイン
トにおける法線に対する反射角とが逆符号となるように
構成されている。即ち、第１の面で反射された光を第２
の面によって第１の面における最初の光の反射領域側
（反射領域、反射領域付近あるいは反射領域寄りの領
域）に戻すように反射することによって効果的に光路を
重複させ、長い光路長を小型の光学系の中に納めること
ができるようにしている。

【００４３】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態の説明に入る前
に、本実施形態で使用される母線断面、子線断面、ロー
カル母線断面、ローカル子線断面の定義について説明す
る。

【００４４】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
従来の母線断面（メリジオナル断面）、ｘｚ断面が子線
断面（サジタル断面）となる。

【００４５】本実施形態の光学系は偏心系であるので、
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。

【００４６】中心画角主光線（表示光学系においては表
示素子の画像中心から表示光学系の射出瞳中心に至る光
線であり、撮像光学系においては撮像光学系の入射瞳中
心を通り撮像素子の画像中心に至る光線である）と各面
とのヒットポイント上で、中心画角主光線の入射光と射
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。ローカル母線断面焦点距離とローカ
ル子線断面焦点距離については後述の各実施形態にて説
明する。

【００４７】（第１実施形態）図１には、本発明の第１
実施形態である表示光学系を示している。この表示光学
系は、屈折率が１より大きいガラスやプラスチック等の
光学媒質で満たされた透明体により構成される第１の光
学系１と、第２の光学系２とから構成されている。

【００４８】第１の光学系１の透明体（以下、第１の光
学素子１ともいう）上には３つの光学面が形成されてお
り、面Ａ（第１の面），面Ｂ（第３の面）はともに透過
面および反射面として作用する透過反射兼用面であり、
面Ｃ（第２の面）は反射面である。

【００４９】面Ａの一部（上部）と面Ｃには反射膜が形
成されており、面Ｂには半透過反射膜（ハーフミラー）
が形成されている。

【００５０】面Ａの上部は折り返し反射作用を持つ領域
である。面Ａの下部は光束が面Ａを射出する領域であ
る。

【００５１】なお、反射膜およびハーフミラーは金属膜
によるものが好ましい。金属膜は分光反射率特性がフラ
ットで色が目立ちにくく、偏光方向が異なる光に対する
反射率の差がほとんどないためである。

【００５２】図中の３は画像を表示する画像表示素子
（ＬＣＤ等）である。本実施形態においては、面Ｂは画
像表示素子３からの光の入射面および反射面として作用
し、面Ａは反射面および射出面として作用し、面Ｃは反
射面として作用する。

【００５３】画像表示素子３から発せられた光は、第２
の光学系２を介して第１の光学素子１に導かれる。面Ｂ
から第１の光学素子１内に入射した光は、面Ａで反射し
た後、面Ｃで反射し、面Ａの上部に導かれる。そして、
面Ａの上部で折り返し反射した後、面Ｃで再反射し、面
Ａにおける最初の光の反射領域付近に戻される。そし
て、面Ａで再反射し、さらに面Ｂで反射して面Ａの下部
を透過して第１の光学素子１を射出し、射出瞳Ｓに到達
する。

【００５４】この図では、画像表示素子３から発した光
の例として、画像表示素子３の表示面中心を射出し、射
出瞳Ｓの中心に至る中心画角主光線を示している。

【００５５】本実施形態においては、射出瞳Ｓの位置付
近に観察者が眼を置くことにより、画像表示素子３上に
表示された画像の拡大像を視認することが可能となる。

【００５６】また、第１の光学素子１において、光は、
面Ｂ（透過）→面Ａ（反射）→面Ｃ（反射）→面Ａ（折
り返し反射）→面Ｃ（再反射）→面Ａ（再反射）→面Ｂ
（反射）（→面Ａ（透過））の順で各面を通過し、面Ａ
での折り返し反射を境に最終反射面Ｂに至るまでそれま
での光路を逆にたどる。

【００５７】ここでは、面Ｂ（透過）→面Ａ（反射）→
面Ｃ（反射）→面Ａ（折り返し反射）までを往路と、面
Ａ（折り返し反射）→面Ｃ（再反射）→面Ａ（再反射）
→面Ｂ（反射）の光路を復路と称し、往路と復路を合わ
せて往復光路と呼ぶ。

【００５８】特に面Ａでの再反射は、中心画角主光線が
そのヒットポイント上での面の法線に対し、面Ａでの最
初の反射とは反対側に反射して進むようにして往復光路
を形成している。

【００５９】このように、面Ａに折り返し反射面として
の作用を持たせ、第１の光学素子１内に往復光路を形成
することで、光路をほぼ重複させ、長い光路を第１の光
学素子１内に収めることができる。これにより、第２の
光学系２を含む表示光学系全体を小型化できる。

【００６０】また、画像表示素子３からの光線は最終反
射面Ｂでの反射によって往復光路を抜け、画像表示素子
３側には行かず、眼球側に導かれる。

【００６１】面Ａでの折り返し反射以外の反射を内部全
反射とすると、光量の損失が少なくなり好ましい。また
少なくとも、面Ａでの反射光束と射出光束とが共用する
領域（面Ａの下部）で光を内部全反射させ、共用領域以
外は反射膜による反射とすると、面Ａでの折り返し反射
以外の反射光束の全てを内部全反射させた場合に対し
て、設計の自由度を上げつつ同程度の明るさを確保でき
る。

【００６２】また、反射膜領域と共用領域の境界は反射
膜の境界がはっきり目に見え好ましくないので、境界付
近（面Ａの上部と下部の間）は下部から上部に向かって
徐々に反射率を上げて境界を目立たなくすることが望ま
しい。なお、反射膜は前述した理由より金属膜が好まし
い。

【００６３】本実施形態において、最終反射面として作
用するときの面Ｂは、面Ａ（反射、折り返し反射、再反
射、透過）および面Ｃ（反射、再反射）に対して非常に
強い光学的パワー（１／焦点距離）を有した凹面鏡とな
っており、第１の光学系１の主パワーを担っている。

【００６４】第１の光学系１では、往復光路を形成する
ために面Ａ，面Ｃにて光が２回以上反射するため、面Ｂ
にパワーを持たせて面Ａ，Ｃのパワーを弱く設定して収
差の発生を抑制している。

【００６５】特に、ローカル母線断面が偏心断面である
ため、中心画角主光線におけるこの断面上での面Ｂのパ
ワーを強く、面Ａ，Ｃのパワーを弱く設定すると、偏心
収差発生を抑制できる。また、面Ｂのみパワーを持ち、
面Ａ，Ｃを平面としてもよい。

【００６６】面Ｂは偏心した曲面であるため、回転非対
称な形状の面（いわゆる自由曲面）を用いることで、偏
心収差の発生を極力抑えることが望ましい。また、面Ｂ
以外の面をもう１面自由曲面とすると、画像表示素子３
のアスペクト比と拡大表示画面のアスペクト比を近いも
のに設定可能となる。

【００６７】また面Ａ，Ｂ，Ｃをそれぞれ曲面で構成し
た場合は、すべての面が集光ないし発散または収差補正
に寄与することになり、コスト削減の効果が期待でき
る。

【００６８】さらに好ましくは、第１の光学系１を構成
する３つの面Ａ，Ｂ，Ｃの全てを回転非対称形状とする
ことで、偏心収差補正の自由度が増し、良好な画質での
画像表示が可能になる。

【００６９】このとき、各回転非対称面を、ローカル母
線断面を唯一の対称面とするローカル子線断面方向に面
対称な形状とすると、対称性のない場合に比較して加工
および製作を容易にすることができるため好ましい。

【００７０】以上のように表示光学系を構成することに
より、画像表示素子３に表示された画像を、良好な光学
性能で拡大像として表示する画像表示装置を提供でき
る。

【００７１】また、透明体内で１回中間結像させること
で、画像表示素子３の表示サイズに対する表示画角の自
由度を向上させて、より広画角化（高倍率提示）を可能
にするとともに、長い光路長の往復光路をほぼ重複させ
ることで第１の光学系１の全長を短く抑え、非常にコン
パクトな表示光学系を構成できる。

【００７２】（第２実施形態）図２には、本発明の第２
実施形態である撮像光学系を示している。図中の１１は
図１に示したものと同様の第１の光学系であり、２は第
２の光学系、４は撮像素子である。

【００７３】Ｓは第１の光学系（以下、第１の光学素子
ともいう）１１および第２の光学系２からなる撮像光学
系の入射瞳であり、この位置に絞りを置いて不要光の入
射を防いでいる。

【００７４】本実施形態において、面Ａ（第１の面）は
被写体からの光の入射面および反射面として作用し、面
Ｂ（第３の面）は反射面および射出面として作用し、面
Ｃ（第２の面）は反射面としてのみ作用する。

【００７５】絞りＳを通過した外界の被写体からの光
は、第１の光学素子１１に面Ａから入射し、面Ｂで反射
して、面Ａで反射し、面Ｃで反射して面Ａの上部に導か
れる。そして、上部が折り返し反射作用を持つ面Ａで折
り返し反射した後、面Ｃで再反射して面Ａにおける最初
の光の反射領域付近で再反射し、面Ｂを透過して第１の
光学素子１１を射出し、第２の光学系２に向かう。

【００７６】第２の光学系２を通過した光は撮像素子４
に導かれて結像する。この際、所望の外界像からの光束
が撮像素子４の撮像面に結像し、外界像を取得すること
を可能としている。

【００７７】以上のように撮像光学系を構成することに
より、外界の被写体を撮像素子４上に良好な光学性能で
結像させる撮像装置を提供することができる。また、第
１の光学素子１１内で１回中間結像させることで、撮像
素子４のサイズに対して撮影画角の自由度を向上させ、
広画角化を可能にしているとともに、長い光路長をほぼ
重複させて第１の光学素子１１内に形成することで第１
の光学系１１の全長を短く抑え、非常にコンパクトな撮
像光学系を構成できる。

【００７８】（第３実施形態）図３には、本発明の第３
実施形態である表示光学系を示している。この表示光学
系は、第１の光学系２１と、第２の光学系２とから構成
されている。第１の光学系２１を構成する透明体（以
下、第１の光学素子２１ともいう）上には、３つの光学
面が形成されており、面Ａ（第１の面），面Ｂ（第３の
面）はともに透過面および反射面として作用する透過反
射兼用面であり、折り返し反射面Ｃ（第２の面）は反射
作用のみの面である。

【００７９】折り返し反射面Ｃには、反射膜が形成され
ており、面Ｂには半透過反射膜（ハーフミラー）が形成
されている。

【００８０】なお、反射膜およびハーフミラーは金属膜
によるものが好ましい。金属膜は分光反射率特性がフラ
ットで色が目立ちにくく、偏光方向が異なる光に対する
反射率の差がほとんどないためである。

【００８１】図中、３は画像を表示する画像表示素子
（ＬＣＤ等）である。本実施形態においては、面Ｂは画
像表示素子３からの光の入射面および反射面として作用
し、面Ａは反射面および射出面として作用し、面Ｃは反
射面として作用する。

【００８２】画像表示素子３から発せられた光は、第２
の光学系２を介して第１の光学素子２１に導かれる。光
は面Ｂより第１の光学素子２１に入射し、面Ａで反射し
て折り返し反射面Ｃに導かれる。折り返し反射面Ｃで
は、入射した光を入射方向に対して略逆向きに戻すよう
に反射する。そして、面Ａにおける最初の光の反射領域
付近に戻された光は面Ａで再反射し、面Ｂで反射した
後、面Ａを透過して第１の光学素子２１から射出し、射
出瞳Ｓに到達する。

【００８３】この図では、画像表示素子３から発した光
の例として、画像表示素子３の表示面中心を射出して射
出瞳Ｓの中心に至る中心画角主光線を示している。

【００８４】本実施形態においては、射出瞳Ｓの位置付
近に観察者が眼を置くことにより、画像表示素子３上に
表示した画像の拡大像を視認することが可能となる。

【００８５】また、第１の光学素子２１において、光は
Ｂ面入射→Ａ面反射→折り返し反射面Ｃ→Ａ面再反射→
Ｂ面反射→Ａ面射出の順で各面を通過し、折り返し反射
面Ｃでの反射を境に、それまでの光路を逆にたどる。

【００８６】面Ｂ→面Ａ→折り返し反射面Ｃまでが往
路、折り返し反射面Ｃ→面Ａ→面Ｂまでが復路であり、
往路と復路を合わせて往復光路が形成される。

【００８７】特に面Ａでの再反射は、中心画角主光線が
そのヒットポイント上での面の法線に対し、面Ａでの最
初の反射とは反対側に反射して進むようにして往復光路
を形成している。

【００８８】このように、第１の光学素子２１内に往復
光路を形成することで光路をほぼ重複させ、第１の光学
素子２１内を有効に利用し、光路長に対して第１の光学
素子２１のサイズを小さくしている。これにより、表示
光学系全体をも小型化できる。

【００８９】折り返し反射面Ｃでの反射は反射膜による
ものである。また、画像表示素子３からの光は面Ｂでの
反射により往復光路を抜け、画像表示素子３側には行か
ず、眼球側に導かれる。

【００９０】面Ａでの反射を内部全反射とすると、光量
の損失が少なくなり好ましい。また、少なくとも面Ａで
の反射光束と射出光束とが共用する領域（面Ａの下部）
で光を全反射内部全反射させ、共用領域以外は反射膜に
よる反射とすると、面Ａでの反射光束の全てを内部全反
射させた場合に対して、設計の自由度を上げつつ同程度
の明るさを確保できる。

【００９１】また、反射膜領域と共用領域の境界は反射
膜の境界がはっきり目に見え好ましくないので、境界付
近（反射膜領域内の下部側）は下部から上部に向かって
徐々に反射率を上げて境界を目立たなくすることが望ま
しい。この反射膜は、金属膜によるものが好ましい。金
属膜は分光反射率特性がフラットで色が目立ちにくく、
偏光方向が異なる光に対する反射率の差がほとんどない
ためである。

【００９２】本実施形態において、最終反射面として作
用するときの面Ｂは、面Ａ（反射、再反射、透過）に対
して非常に強い光学的パワー（１／焦点距離）を有した
凹面鏡となっており、第１の光学系２１の主パワーを担
っている。これは、往復光路により面Ａで光が２回反射
するため、面Ｂにパワーを持たせて面Ａのパワーを弱く
設定することにより収差の発生を抑制するためである。

【００９３】特に、ローカル母線断面は偏心断面である
ため、中心画角主光線に対してこの断面上での面Ｂのパ
ワーを強く、面Ａのパワーを弱く設定すると、偏心収差
発生を抑制できる。

【００９４】また、面Ｂのみパワーを持ち、面Ａを平面
としてもよい。さらに、面Ｂは偏心した曲面であるた
め、回転非対称な形状の面（いわゆる自由曲面）を用い
ることで、偏心収差の発生を極力抑えることが望まし
い。

【００９５】また、面Ｂ以外の反射面をもう１面自由曲
面とすると、画像表示素子３に表示された画像のアスペ
クト比と拡大表示画面のアスペクト比とを近いものに設
定可能となる。

【００９６】また、面Ａ，Ｂ，Ｃをそれぞれ曲面で構成
した場合は、すべての面が集光ないし発散または収差補
正に寄与することになり、コスト削減の効果が期待でき
る。

【００９７】更に好ましくは、第１の光学系２１を構成
する３つの面Ａ，Ｂ，Ｃの全てを回転非対称形状とする
ことで、偏心収差補正の自由度が増し、良好な画質での
画像表示が可能になる。このとき、各回転非対称面はロ
ーカル母線断面を唯一の対称面とするローカル子線断面
方向に面対称な形状とすると、対称性のない場合に比較
して加工および製作を容易にすることができるため、好
ましい。

【００９８】（第４実施形態）図４には、本発明の第４
実施形態である表示光学系を示している。この表示光学
系は、第１の光学系３１と、第２の光学系２とから構成
されている。第１の光学系（以下、第１の光学素子とも
いう）３１は４つの光学面を有した透明体からなり、面
Ａ（第１の面）は透過面および反射面として作用する透
過反射兼用面であり、折り返し反射面Ｃ（第２の面）お
よび面Ｂ（第３の面）は反射作用のみの面、入射面Ｄは
透過面である。

【００９９】折り返し反射面Ｃおよび面Ｂには反射膜が
形成されている。なお、反射膜は金属膜によるものが好
ましい。金属膜は分光反射率特性がフラットで色が目立
ちにくく、偏光方向が異なる光に対する反射率の差がほ
とんどないためである。

【０１００】図中の３は画像を表示する画像表示素子
（ＬＣＤ等）である。本実施形態においては、面Ｄは画
像表示素子３からの光の入射面として、面Ａは反射面お
よび射出面として、面Ｂ，面Ｃは反射面として作用す
る。

【０１０１】画像表示素子３から発せられた光は、第２
の光学系２を介して第１の光学素子３１に導かれる。光
は入射面Ｄより第１の光学素子３１に入射し、面Ａで反
射して折り返し反射面Ｃに導かれる。折り返し反射面Ｃ
では、入射した光を面Ａにおける最初の光の反射領域寄
りの領域に戻すよう反射するが、中心画角主光線の折り
返し反射面Ｃへの入射光と反射光の成す角度がθで反射
している。

【０１０２】その後、光は面Ａで再反射し、面Ｂで反射
した後、面Ａを透過して第１の光学素子３１を射出し、
射出瞳Ｓに到達する。

【０１０３】この図では、画像表示素子３から発した光
の例として、画像表示素子３３の表示面中心を射出して
射出瞳Ｓの中心に至る中心画角主光線を示している。

【０１０４】本実施形態においては、射出瞳Ｓの位置付
近に観察者が眼を置くことにより、画像表示素子３上に
表示された画像の拡大像を視認することが可能となる。

【０１０５】第１の光学素子３１において、光は入射面
Ｄ→Ａ面反射→折り返し反射面Ｃ→Ａ面再反射→Ｂ面反
射→Ａ面射出の順で各面を通過し、折り返し反射面Ｃで
の反射を境に、それまでの光路を逆にたどる。

【０１０６】Ａ面→折り返し反射面Ｃまでが往路、折り
返し反射面Ｃ→Ａ面までが復路、往路と復路合わせて往
復光路が形成される。

【０１０７】特に面Ａでの再反射は、中心画角主光線が
そのヒットポイント上での面の法線に対し、面Ａでの最
初の反射とは反対側に反射して進むようにして往復光路
を形成している。

【０１０８】このように第１の光学素子３１内に往復光
路を形成することで光路をほぼ重複させ、第１の光学素
子３１内を有効に利用して、光路長に対して第１の光学
系３１のサイズを小さくすることができる。これによ
り、表示光学系全体をも小型化できる。

【０１０９】また、画像表示素子３からの光線は面Ｂの
反射により、往復光路を抜け、その後は画像表示素子３
側には行かず、眼球側に導かれる。

【０１１０】本実施形態の表示光学系は、第１および第
３実施形態の表示光学系と比べ明るさの点でメリットが
ある。第１および第３実施形態では、画像表示素子から
の光が第１の光学系の面Ｂから入射し、かつ面Ｂは第１
の光学系の光路中で反射作用も持っていたため、ハーフ
ミラーとする必要がある。従って、画像表示素子からの
光量は第１の光学系に入るときにほぼ半分になってしま
う。

【０１１１】これに対し、本実施形態では、折り返し反
射面Ｃへの中心画角主光線の入射光と反射光の成す角度
θを比較的大きな値にして、復路を面Ａまでとし、その
後の光は入射面Ｄとは別の面Ｂに行くように設定してい
る。このように入射面Ｄと面Ｂ（反射作用のみの面）と
を分けることにより、第１の光学系への入射時の光量ロ
スをなくし、明るい表示光学系を実現している。

【０１１２】面Ａでの反射を内部全反射とすると、光量
の損失が少なくなり好ましい。また、少なくとも面Ａで
の反射光束と射出光束とが共用する領域（面Ａの下部）
で光を内部全反射させ、共用領域以外は反射膜による反
射とすると、面Ａでの反射光束の全てを内部全反射させ
た場合に対して、設計の自由度を上げつつ同程度の明る
さを確保できる。

【０１１３】また、反射膜領域と共用領域の境界は反射
膜の境界がはっきり目に見え好ましくないので、境界付
近（反射膜領域内の下部側）は下部から上部に向かって
徐々に反射率を上げて境界を目立たなくすることが望ま
しい。この反射膜は金属膜によるものが好ましい。金属
膜は分光反射率特性がフラットで色が目立ちにくく、偏
向偏光方向が異なる光に対する反射率の差がほとんどな
いためである。

【０１１４】本実施形態では、最終反射面として作用す
るときの面Ｂは、面Ａ（反射、再反射、透過）に対して
非常に強い光学的パワー（１／焦点距離）を有した凹面
鏡となっており、第１の光学系３１の主パワーを担って
いる。これは、往復光路により面Ａで光が２回反射する
ため、面Ｂにパワーを持たせ、面Ａのパワーを弱く設定
して収差の発生を抑制するためである。

【０１１５】特に、ローカル母線断面は偏心断面である
ため、中心画角主光線に対してこの断面上での面Ｂパワ
ーを強く、面Ａのパワーを弱く設定すると、偏心収差発
生を抑制できる。

【０１１６】また、面Ｂのみパワーを持ち、面Ａを平面
としてもよい。面Ｂは偏心した曲面であるため、回転非
対称な形状の面（いわゆる自由曲面）を用いることで、
偏心収差の発生を極力抑えることが望ましい。

【０１１７】また、面Ｂ以外の反射面をもう１面自由曲
面とすると、画像表示素子３に表示される画像のアスペ
クト比と拡大表示画面のアスペクト比とを近いものに設
定可能となる。

【０１１８】また、面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄをそれぞれ曲面で
構成した場合は、すべての面が集光ないし発散または収
差補正に寄与することになり、コスト削減の効果が期待
できる。

【０１１９】更に好ましくは、第１の光学系３１を構成
する４つの面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの全てを回転非対称形状と
することで、偏心収差補正の自由度が増し、良好な画質
での画像表示が可能になる。

【０１２０】このとき、各回転非対称面をローカル母線
断面を唯一の対称面とするローカル子線断面方向に面対
称な形状とすると、対称性のない場合に比較して加工お
よび製作を容易にすることができるため好ましい。

【０１２１】（第５実施形態）図５には、本発明の第５
実施形態である表示光学系を示している。この表示光学
系は、透明体である光学素子４１−ａと反射部材４１−
ｂとからなる第１の光学系４１と、第２の光学系２とか
ら構成されている。

【０１２２】光学素子４１−ａは、３つの光学面を有
し、面Ａ（第１の面）、面Ｂ（第３の面）は透過面およ
び反射面として作用する透過反射兼用面、面Ｃ（第２の
面）は反射作用のみの面ある。反射部材４１−ｂは、中
心画角主光線に対して偏心した透過面Ｄと裏面反射の折
り返し反射面Ｅとを有している。

【０１２３】面Ｃおよび反射部材４１−ｂの折り返し反
射面Ｅには反射膜が形成され、面Ｂはハーフミラーで構
成されている。なお、反射膜およびハーフミラーは金属
膜によるものが好ましい。金属膜は分光反射率特性がフ
ラットで色が目立ちにくく、偏光方向が異なる光に対す
る反射率の差がほとんどないためである。

【０１２４】図中、３は画像を表示する画像表示素子
（ＬＣＤ等）である。本実施形態においては、面Ｂは画
像表示素子３からの光の入射面および反射面として作用
し、面Ａは射出面（反射部材４１−ｂに向かう射出と射
出瞳Ｓに向かう射出）および反射面として作用する。

【０１２５】画像表示素子３から発せられた光は、第２
の光学系２を介して第１の光学系４１の光学素子４１−
ａに導かれる。光は面Ｂより光学素子４１−ａに入射し
た後、面Ａ、面Ｃと順に反射し、面Ａに臨界角度以下で
入射および射出する。そして光学素子４１−ａを射出し
た後、反射部材４１−ｂの透過面Ｄを透過し、折り返し
反射面Ｅで反射される。折り返し反射面では、入射した
光を入射方向に対して略逆向きに戻すように反射する
が、中心画角主光線の折り返し反射面への入射光と反射
光の成す角度がθで反射している。

【０１２６】その後、光は光学素子４１−ａに面Ａから
再入射し、面Ｃでの反射により面Ａにおける最初の光の
反射領域寄りの領域に戻されて反射し、面Ｂで射出瞳Ｓ
（眼球）側に反射した後、面Ａを透過して光学素子４１
−ａを射出し、射出瞳Ｓに到達する。

【０１２７】この図では、画像表示素子３から発した光
の例として、画像表示素子３の表示面中心を射出し射出
瞳Ｓの中心に至る中心画角主光線を示している。

【０１２８】本実施形態においては、射出瞳Ｓの位置付
近に観察者が眼を置くことにより、画像表示素子３上に
表示された画像の拡大像を視認することが可能となる。

【０１２９】第１の光学系４１おいて、光は面Ｂ（透
過）→面Ａ（反射）→面Ｃ（反射）→面Ａ（透過）→反
射部材４１−ｂの透過面Ｄ（透過）→反射部材４１−ｂ
の折り返し反射面Ｅ（折り返し反射）→反射部材４１−
ｂの透過面Ｄ（再透過）→面Ａ（再透過）→面Ｃ（再反
射）→面Ａ（再反射）→面Ｂ（反射）（→面Ａ（再々透
過））の順で各面を通過し、折り返し反射面での反射を
境に、それまでの光路を逆にたどる。

【０１３０】面Ｂ（透過）→折り返し反射面Ｅまでが往
路、折り返し反射面Ｅ→面Ｂ（反射）までが復路、往路
と復路合わせて往復光路が形成される。

【０１３１】特に面Ａでの再反射は、中心画角主光線が
そのヒットポイント上での面の法線に対し、面Ａでの最
初の反射とは反対側に反射して進むようにして往復光路
を形成している。

【０１３２】このように第１の光学系４１内に往復光路
を形成することで、光路をほぼ重複させ、第１の光学系
４１内を有効に利用して、光路長に対して第１の光学系
４１のサイズを小さくすることができる。これにより、
表示光学系全体をも小型化できる。

【０１３３】また、画像表示素子３からの光線は、面Ｂ
での反射により往復光路を抜け、その後は画像表示素子
３側には行かず、眼球側に導かれる。

【０１３４】本実施形態では、折り返し反射面（反射部
材４１−ｂの折り返し反射面Ｅ）への入射光線が図上で
やや下側に反射するようにθを設定している。これによ
り、第１の光学系４１に対して第２の光学系２または画
像表示素子３を比較的上側に配置できるため、上下をコ
ンパクト化することができる。

【０１３５】また、第１の光学系４１では、折り返し反
射面を含む反射部材４１−ｂを光学素子４１−ａとは別
部材とすることにより、光路中の有効面を増やし、設計
の自由度を増加させ、光学性能の向上を実現している。

【０１３６】面Ａでの反射を内部全反射とすると、光量
の損失が少なくなり好ましい。また、少なくとも面Ａで
の反射光束と射出光束とが共用する領域（射出瞳Ｓに向
かう射出の面Ａの下部と反射部材４１−ｂへ向かう射出
の面Ａの上部）で光を内部全反射させ、共用領域以外は
反射膜による反射とすると、面Ａでの反射光束の全てを
内部全反射させる場合に対して、設計の自由度を上げつ
つ同程度の明るさを確保できる。

【０１３７】また、反射膜領域と共用領域の境界は反射
膜の境界がはっきり目に見え好ましくないので、境界付
近（反射膜領域内の下部側と上部側）は共有領域から遠
ざかるにつれて徐々に反射率を上げて境界を目立たなく
することが望ましい。この反射膜は金属膜によるものが
好ましい。金属膜は分光反射率特性がフラットで色が目
立ちにくく、偏光方向が異なる光に対する反射率の差が
ほとんどないためである。

【０１３８】本実施形態では、最終反射面として作用す
るときの面Ｂは、面Ａ（反射、透過、再透過、再反射、
再々透過）、面Ｃ（反射、再反射）に対して非常に強い
光学的パワー（１／焦点距離）を有した凹面鏡となって
おり、第１の光学系４１の主パワーを担っている。第１
の光学系４１では往復光路により面Ａ、Ｃで光が２回以
上反射するため、面Ｂにパワーを持たせて面Ａ、Ｃのパ
ワーを弱く設定して収差の発生を抑制している。

【０１３９】特に、ローカル母線断面は偏心断面である
ため、中心画角主光線におけるこの断面上での面Ｂのパ
ワーを強く、面Ａ、Ｃのパワーを弱く設定すると、偏心
収差発生を抑制できる。

【０１４０】また、面Ｂのみパワーを持ち、面Ａ、Ｃを
平面としてもよい。面Ｂは偏心した曲面であるため、回
転非対称な形状の面（いわゆる自由曲面）を用いること
で、偏心収差の発生を極力抑えることが望ましい。

【０１４１】また、面Ｂ以外の面をもう１面自由曲面と
すると、画像表示素子３に表示される画像のアスペクト
比と拡大表示画面のアスペクト比とを近いものに設定可
能となる。

【０１４２】また、光学素子４１−ａの面Ａ，Ｂ，Ｃお
よび反射部材４１−ｂの両面Ｄ，Ｅをそれぞれ曲面で構
成した場合は、すべての面が集光ないし発散または収差
補正に寄与することになり、コスト削減の効果が期待で
きる。

【０１４３】更に好ましくは、第１の光学系４１を構成
する面Ａ，Ｂ，Ｃ、反射部材４１−ｂの両面Ｄ，Ｅの全
てを回転非対称形状とすることで、偏心収差補正の自由
度が増し、良好な画質での画像表示が可能になる。

【０１４４】このとき、各回転非対称面をローカル母線
断面を唯一の対称面とするローカル子線断面方向に面対
称な形状とすると、対称性のない場合に比較して加工お
よび製作を容易にすることができるため好ましい。

【０１４５】（第６実施形態）図６には、本発明の第６
実施形態である表示光学系を示している。この表示光学
系は、第１の光学系５１と、第２の光学系２とから構成
されている。第１の光学系（以下、第１の光学素子とも
いう）５１は、４つの光学面を有した透明体により構成
され、面Ａ（第１の面）、面Ｂ（第３の面）は透過面お
よび反射面として作用する透過反射兼用面、面Ｃ（第２
の面）は反射作用のみの面である。さらに、透明体には
折り返し反射面Ｄが形成されている。

【０１４６】面Ｃ、折り返し反射面Ｄには反射膜が形成
され、面Ｂはハーフミラーである。なお、反射膜および
ハーフミラーは金属膜によるものが好ましい。金属膜は
分光反射率特性がフラットで色が目立ちにくく、偏光方
向が異なる光に対する反射率の差がほとんどないためで
ある。

【０１４７】図中の３は画像を表示する画像表示素子
（ＬＣＤ等）である。本実施形態においては、面Ｂは画
像表示素子３からの入射面および反射面として作用し、
面Ａは反射面および射出面として作用する。

【０１４８】画像表示素子３から発せられた光は、第２
の光学系２を介して第１光学素子５１に導かれる。光は
面Ｂから第１の光学素子５１に入射した後、面Ａ、面Ｃ
と順に反射し、折り返し反射面Ｄで反射する。その後、
面Ｃでの反射により面Ａにおける最初の光の反射領域に
戻されて反射し、面Ｂで射出瞳Ｓ（眼球）側に反射した
後、面Ａを透過して第１の光学素子５１を射出し、射出
瞳Ｓに到達する。

【０１４９】この図では、画像表示素子３から発した光
の例として、画像表示素子３の表示面中心を射出し、射
出瞳Ｓの中心に至る中心画角主光線を示している。

【０１５０】本実施形態においては、射出瞳Ｓの位置付
近に観察者が眼を置くことにより、画像表示素子３上に
表示された画像の拡大像を視認することが可能となる。

【０１５１】第１の光学素子５１おいて、光は面Ｂ（透
過）→面Ａ（反射）→面Ｃ（反射）→折り返し反射面Ｄ
（折り返し反射）→面Ｃ（再反射）→面Ａ（再反射）→
面Ｂ（反射）（→面Ａ（透過））の順で各面を通過し、
折り返し反射面Ｄでの反射を境に、それまでの光路を逆
にたどる。

【０１５２】面Ｂ（透過）→折り返し反射面Ｄまでが往
路、折り返し反射面Ｄ→面Ｂ（反射）までが復路、往路
と復路を合わせて往復光路が形成される。

【０１５３】特に面Ａでの再反射は、中心画角主光線が
そのヒットポイント上での面の法線に対し，面Ａでの最
初の反射とは反対側に反射して進むようにして往復光路
を形成している。

【０１５４】このように第１の光学素子５１内に往復光
路を形成することで光路をほぼ重複させ、第１の光学素
子５１内を有効に利用して、光路長に対して第１の光学
系５１のサイズを小さくすることができる。これによ
り、表示光学系全体をも小型化できる。

【０１５５】また、画像表示素子３からの光線は面Ｂの
反射により、往復光路を抜けた後は画像表示素子側には
行かず、眼球側に導かれる。

【０１５６】本実施形態では、図１に示した第１実施形
態の構成に対し、折り返し反射面Ｄを面Ａから独立した
面としている。これにより、面を１面増やして設計の自
由度を上げている。

【０１５７】また、第１実施形態の構成では、面Ａの折
り返し反射領域の上部に反射膜が必要であり、部分的な
反射膜蒸着をしなければならないが、本実施形態では折
り返し反射面Ｄが面Ａから独立しているため、反射膜蒸
着が容易である。

【０１５８】さらに、本実施形態において、面Ａでの反
射を内部全反射とすると、光量の損失が少なくなり好ま
しい。この他に、少なくとも面Ａでの反射光束と射出光
束とが共用する領域（面Ａの下部）で光を内部全反射さ
せ、共用領域以外は反射膜による反射とすると、面Ａで
の反射光束の全てを内部全反射させる場合に対して、設
計の自由度を上げつつ同程度の明るさを確保できる。

【０１５９】また、反射膜領域と共用領域の境界は反射
膜の境界がはっきり目に見え好ましくないので、境界付
近（反射膜領域内の下部側）は共有領域から遠ざかるに
つれて徐々に反射率を上げて境界を目立たなくすること
が望ましい。この反射膜は金属膜によるものが好まし
い。金属膜は分光反射率特性がフラットで色が目立ちに
くく、偏光方向が異なる光に対する反射率の差がほとん
どないためである。

【０１６０】本実施形態において、最終反射面として作
用するときの面Ｂは、面Ａ（反射、再反射、透過）、面
Ｃ（反射、再反射）に対して非常に強い光学的パワー
（１／焦点距離）を有した凹面鏡となっており、第１の
光学系５１の主パワーを担っている。

【０１６１】第１の光学系１では、往復光路により面
Ａ、面Ｃで光が２回以上反射するため、面Ｂにパワーを
持たせ、面Ａ，Ｃのパワーを弱く設定して収差の発生を
抑制している。特に、ローカル母線断面は偏心断面であ
るため、中心画角主光線におけるこの断面上での面Ｂの
パワーを強く、面Ａ，Ｃのパワーを弱く設定すると、偏
心収差発生を抑制できる。また、面Ｂのみパワーを持
ち、面Ａ，Ｃを平面としてもよい。

【０１６２】面Ｂは偏心した曲面であるため，回転非対
称な形状の面（いわゆる自由曲面）を用いることで、偏
心収差の発生を極力抑えることが望ましい。また、面Ｂ
以外の面をもう１面自由曲面とすると、画像表示素子５
３に表示された画像のアスペクト比と拡大表示画面のア
スペクト比とを近いものに設定可能となる。

【０１６３】また、第１の光学系５１の面Ａ，Ｂ，Ｃお
よび折り返し反射面Ｄをそれぞれ曲面で構成した場合
は、すべての面が集光ないし発散または収差補正に寄与
することになり、コスト削減の効果が期待できる。

【０１６４】更に好ましくは、第１の光学系５１を構成
する面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの全てを回転非対称形状とするこ
とで、偏心収差補正の自由度が増し、良好な画質での画
像表示が可能になる。

【０１６５】このとき、各回転非対称面をローカル母線
断面を唯一の対称面とするローカル子線断面方向に面対
称な形状とすると、対称性のない場合に比較して加工お
よび製作を容易にすることができるため、好ましい。

【０１６６】（第７実施形態）図９には、本発明の第７
実施形態である表示光学系を示している。この表示光学
系は、透明体である２つの光学素子６１−ａ１，６１−
ａ２と反射部材６１−ｂとからなる第１の光学系６１に
より構成される。光学素子６１−ａ１，６１−ａ２はと
もに３つの光学面を有し、面Ａ（第１の面）、面Ｂ（第
３の面）、面Ｅは透過面および反射面として作用する透
過反射兼用面、面Ｃ（第２の面）は反射作用のみの面、
面Ｄ、面Ｆは透過作用のみの面である。

【０１６７】反射部材６１−ｂは反射膜による表面反射
面である折り返し反射面Ｇを有している。面Ｃと反射部
材６１−ｂの折り返し反射面Ｇには反射膜が形成され、
面Ｂはハーフミラーである。なお、反射膜、ハーフミラ
ーは金属膜によるものが好ましい。金属膜は分光反射率
特性がフラットで色が目立ちにくく、偏光方向が異なる
光に対する反射率の差がほとんどないためである。

【０１６８】図中の３は画像を表示する画像表示素子
（ＬＣＤ等）である。本実施形態では、面Ｂは画像表示
素子３からの光の入射面および反射面として作用し、面
Ａは反射面および射出面として作用し、面Ｃは反射面と
して、面Ｅは入射面、反射面および射出面として作用す
る。

【０１６９】画像表示素子３から発せられた光は、直
接、第１の光学系６１の光学素子６１−ａ１に導かれ
る。光は面Ｂから光学素子６１−ａ１に入射した後、面
Ａで反射し、光学素子６１−ａ１の面Ｄから射出する。
次に、光学素子６１−ａ２に面Ｅから入射し、面Ｃと面
Ｅで反射した後、光学素子６１−ａ２の面Ｆから射出す
る。そして、反射部材６１−ｂの表面の反射膜（面Ｇ）
で折り返し反射される。その後、光学素子６１−ａ２に
面Ｆから入射し、面Ｅ、面Ｃで再反射されて光学素子６
１−ａ２の面Ｅから射出する。さらに、光学素子６１−
ａ１に面Ｄから入射し、面Ａにおける最初の光の反射領
域に戻されて再反射し、反射面Ｂで射出瞳Ｓ（眼球）側
に反射した後、面Ａを透過して光学素子６１−ａ１を射
出し、射出瞳Ｓに到達する。

【０１７０】この図では、画像表示素子３から発した光
の例として、画像表示素子３の表示面中心を射出し、射
出瞳Ｓの中心に至る中心画角主光線を示している。

【０１７１】本実施形態においては、射出瞳Ｓの位置付
近に観察者が眼を置くことにより、画像表示素子３上に
表示された画像の拡大像を視認することが可能となる。

【０１７２】第１の光学系６１おいて、光は面Ｂ（透
過）→面Ａ（反射）→面Ｄ（透過）→面Ｅ（透過）→面
Ｃ（反射）→面Ｅ（反射）→面Ｆ（透過）→反射部材６
１−ｂの折り返し反射面Ｇ（折り返し反射）→面Ｆ（再
透過）→面Ｅ（再反射）→面Ｃ（再反射）→面Ｅ（再透
過）→面Ｄ（再透過）→面Ａ（再反射）→面Ｂ（反射）
（→面Ａ（透過））の順で面を通過し、折り返し反射面
での反射を境に、それまでの光路を逆にたどる。

【０１７３】面Ｂ（透過）→折り返し反射面Ｇまでが往
路、折り返し反射面Ｇ→面Ｂ（反射）までが復路、往路
と復路を合わせて往復光路が形成される。

【０１７４】特に面Ａでの再反射は、中心画角主光線が
そのヒットポイント上での面の法線に対し、面Ａでの最
初の反射とは反対側に反射して進むようにして往復光路
を形成している。

【０１７５】このように第１の光学系６１内に往復光路
を形成することで光路をほぼ重複させ、第１の光学系６
１内を有効に利用して、光路長に対して第１の光学系６
１のサイズを小さくすることができる。これにより、表
示光学系全体をも小型化できる。

【０１７６】また、画像表示素子３からの光線は面Ｂの
反射により、往復光路を抜けた後は画像表示素子側には
行かず、眼球側に導かれる。

【０１７７】本実施形態では、第１の光学系６１が２つ
の光学素子により構成されているため、往復光路を長く
することができ、非常に長い光路長を第１光学系６１内
に収めることができる。このため、前述した各実施形態
のように、画像表示素子と第１の光学系の間に、別の第
２の光学系を挿入する必要がなく、表示光学系が下側に
大型化しない。

【０１７８】本実施形態において、面Ａ、面Ｅでの反射
を内部全反射とすると、光量の損失が少なくなり好まし
い。また少なくとも、面Ａ、面Ｅでの反射光束と射出光
束とが共用する領域（面Ａ、面Ｅの下部）で光を内部全
反射させ、共用領域以外は反射膜による反射とすると、
面Ａ、面Ｅでの反射光束の全てを内部全反射させた場合
に対して、設計の自由度を上げつつ同程度の明るさを確
保できる。

【０１７９】また、反射膜領域と共用領域の境界は反射
膜の境界がはっきり目に見え好ましくないので、境界付
近（反射膜領域内の下部側）は共有領域から遠ざかるに
つれて徐々に反射率を上げて境界を目立たなくすること
が望ましい。この反射膜は金属膜によるものが好まし
い。金属膜は分光反射率特性がフラットで色が目立ちに
くく、偏光方向が異なる光に対する反射率の差がほとん
どないためである。

【０１８０】また、本実施形態では、最終反射面として
作用するときの面Ｂと反射面として作用する面Ｃの凹面
鏡の光学的パワー（１／焦点距離）が他の反射面に対し
て強い。その中でも反射面として作用する面Ｃの凹面鏡
パワーの方が強い。面Ｂの凹面鏡パワーのほうを弱めな
いと、第１の光学系６１と表示素子３の間隔を十分に取
れなくなるためである。特に、ローカル母線断面上でそ
の傾向が強く出る。

【０１８１】また、面Ｂ、面Ｃのみパワーを持ち、面
Ａ、面Ｅを平面としてもよい。面Ｂ、面Ｃは偏心した曲
面であるため，回転非対称な形状の面（いわゆる自由曲
面）を用いることで、偏心収差の発生を極力抑えること
が望ましい。

【０１８２】また、光学素子６１−ａ１，６１−ａ２の
面Ａ，Ｂ，Ｃ、面Ｅおよび反射部材６１−ｂの折り返し
反射面Ｇをそれぞれ曲面で構成した場合は、すべての面
が集光ないし発散または収差補正に寄与することにな
り、コスト削減の効果が期待できる。

【０１８３】更に好ましくは、第１の光学系６１を構成
する面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｇを回転非対称形状とすること
で、偏心収差補正の自由度が増し、良好な画質での画像
表示が可能になる。また、全ての面を自由曲面とすると
更に良好な画質が得られる。

【０１８４】このとき，各回転非対称面をローカル母線
断面を唯一の対称面とするローカル子線断面方向に面対
称な形状とすると、対称性のない場合に比較して加工お
よび製作を容易にすることができるため、好ましい。

【０１８５】（第８実施形態）図８には、本発明の第８
実施形態である表示光学系を示している。この表示光学
系は、反射部材７１−ｂ１，７１−ｂ２，７１−ｂ３に
よる３面反射ミラー構成の第１の光学系７１と、第２の
光学系２とから構成されている。

【０１８６】３つの反射部材７１−ｂ１，７１−ｂ２，
７１−ｂ３の表面には、反射膜が形成されている。反射
部材７１−ｂ２の反射面は折り返し反射面である。な
お、反射膜は金属膜によるものが好ましい。金属膜は分
光反射率特性がフラットで色が目立ちにくく、偏光方向
が異なる光に対する反射率の差がほとんどないためであ
る。

【０１８７】図中の３は画像を表示する画像表示素子
（ＬＣＤ等）である。画像表示素子７３から発せられた
光は、第２の光学系２を介して第１の光学系７１の反射
部材７１−ｂ１に導かれる。光は反射部材７１−ｂ１の
反射ミラー面である面Ａ（第１の面）から第１の光学系
７１に入射し、面Ａで反射して、反射部材７１−ｂ２の
ミラー面である折り返し反射面Ｃ（第２の面）に導かれ
る。折り返し反射面Ｃでは、入射した光を面Ａにおける
最初の光の反射領域寄りの領域に戻すように反射する
が、中心画角主光線の折り返し反射面Ｃへの入射光と反
射光の成す角度がθとなるように反射している。

【０１８８】その後、光は面Ａで再反射し、反射部材７
１−ｂ３のミラー面である面Ｂ（第３の面）で反射した
後、第１の光学系７１から射出して、射出瞳Ｓに到達す
る。

【０１８９】この図では、画像表示素子３から発した光
の例として、画像表示素子３の表示面中心を射出し射出
瞳Ｓの中心に至る中心画角主光線を示している。

【０１９０】本実施形態においては、射出瞳Ｓの位置付
近に観察者が眼を置くことにより、画像表示素子３上に
表示された画像の拡大像を視認することが可能となる。

【０１９１】第１の光学系７１において、光は面Ａ（反
射）→反射部材７１−ｂ２のミラー面Ｃ（折り返し反
射）→面Ａ（再反射）→面Ｂ（反射）の順で各面を通過
し、折り返し反射面Ｃでの反射を境に、それまでの光路
を逆にたどる。

【０１９２】Ａ（反射）→折り返し反射面Ｃまでが往
路、折り返し反射面Ｃ→Ａ（再反射）までが復路、往路
と復路を合わせて往復光路が形成される。

【０１９３】特に面Ａでの再反射は、中心画角主光線が
そのヒットポイント上での面の法線に対し、面Ａでの最
初の反射とは反対側に反射して進むようにして往復光路
を形成している。

【０１９４】このように第１の光学系７１内に往復光路
を形成することで光路をほぼ重複させ、第１の光学系７
１内を有効に利用して、光路長に対して第１の光学系７
１のサイズを小さくすることができる。これにより、表
示光学系全体を小型化できる。

【０１９５】また、画像表示素子３からの光線は面Ｂの
反射により、往復光路を抜けた後、画像表示素子側には
行かず、眼球側に導かれる。

【０１９６】本実施形態は、上記第６実施形態のものと
同様に明るさの点でメリットがある。本実施形態では、
折り返し反射面への中心画角主光線の入射光と反射光と
のなす角度θを比較的大きな値にして、復路を面Ａまで
とし、第１の光学系７１に入射してきた光線とはややず
れたところに別の面Ｂを配置し、面Ｂに光線が行くよう
に設定している。これにより、３面（面Ａ、面Ｂ、折り
返し反射面Ｃ）の反射ミラーを光をほぼ１００％反射可
能な反射膜で形成し、明るい第１の光学系７１を実現し
ている。なお、反射膜は金属膜によるものが好ましい。
金属膜は分光反射率特性がフラットで色が目立ちにく
く、偏光方向が異なる光に対する反射率の差がほとんど
ないためである。

【０１９７】また、本実施形態において、最終反射面と
して作用するときの面Ｂは面Ａ（反射、再反射）に対し
て非常に強い光学的パワー（１／焦点距離）を有した凹
面鏡となっており、第１の光学系７１の主パワーを担っ
ている。これは、往復光路により面Ａで光が２回反射す
るため、面Ｂにパワーを持たせ、面Ａのパワーを弱く設
定して収差の発生を抑制するためである。

【０１９８】特に、ローカル母線断面は偏心断面である
ため、中心画角主光線に対してこの断面上での面Ｂパワ
ーを強く、面Ａのパワーを弱く設定すると、偏心収差発
生を抑制できる。また、面Ｂのみパワーを持ち、面Ａを
平面としてもよい。

【０１９９】面Ｂは偏心した曲面であるため，回転非対
称な形状の面（いわゆる自由曲面）を用いることで、偏
心収差の発生を極力抑えることが望ましい。

【０２００】また、面Ｂ以外の反射面をもう１面自由曲
面とすると、画像表示素子７３に表示される画像のアス
ペクト比と拡大表示画面のアスペクト比とを近いものに
設定可能となる。

【０２０１】また、面Ａ，Ｂ，折り返し反射面Ｃをそれ
ぞれ曲面で構成した場合は、すべての面が集光ないし発
散または収差補正に寄与することになり、コスト削減の
効果が期待できる。

【０２０２】更に好ましくは、第１の光学系７１を構成
する３つの面Ａ，Ｂ，折り返し反射面Ｃの全てを回転非
対称形状とすることで、偏心収差補正の自由度が増し、
良好な画質での画像表示が可能になる。このとき、各回
転非対称面をローカル母線断面を唯一の対称面とするロ
ーカル子線断面方向に面対称な形状とすると、対称性の
ない場合に比較して加工および製作を容易にすることが
できるため、好ましい。

【０２０３】（第９実施形態）図９には、本発明の第９
実施形態である表示光学系を示している。この表示光学
系は、透明体としての光学素子８１−ａと反射部材８１
−ｂとからなる第１の光学系８１と、２つの光学系８２
−１，８２−２からなる第２の光学系とから構成されて
いる。

【０２０４】光学素子８１−ａは、３つの光学面を有
し、面Ａ（第１の面），Ｂ（第３の面）は透過面および
反射面として作用する透過反射兼用面であり、面Ｄは透
過面として作用する。また、反射部材８１−ｂは、表面
に反射膜を形成した折り返し反射面Ｃ（第２の面）を有
する。面Ｂはハーフミラーである。なお、反射膜および
ハーフミラーは金属膜によるものが好ましい。金属膜は
分光反射率特性がフラットで色が目立ちにくく、偏光方
向が異なる光に対する反射率の差がほとんどないためで
ある。

【０２０５】図中の３は画像を表示する画像表示素子
（ＬＣＤ等）である。本実施形態においては、面Ｂは画
像表示素子３からの光の入射面および反射面として作用
し、面Ａは反射面および射出面として作用する。

【０２０６】画像表示素子３から発せられた光は、第２
の光学系のうち光学系８２−ａを介して第１の光学系８
１の光学素子８１−ａに導かれる。光は面Ｂより光学素
子８１−ａに入射した後、面Ａで反射し、面Ｄから射出
する。そして、反射部材８１−ｂの表面の折り返し反射
面Ｃで反射する。その後、光学素子８１−ａの面Ｄから
入射し、面Ａにおける最初の光の反射領域に戻されて再
反射し、面Ｂで射出瞳Ｓ（眼球）側に反射した後、面Ａ
を透過して光学素子８１−ａを射出し、第２の光学系８
２のうちもう１つの光学系８２−ｂで光学的パワーが調
節されて射出瞳Ｓに到達する。

【０２０７】この図では、画像表示素子３から発した光
の例として、画像表示素子３の表示面中心を射出し、射
出瞳Ｓの中心に至る中心画角主光線を示している。

【０２０８】本実施形態においては、射出瞳Ｓの位置付
近に観察者が眼を置くことにより、画像表示素子３上に
表示された画像の拡大像を視認することが可能となる。

【０２０９】第１の光学系８１おいて、光は面Ｂ（透
過）→面Ａ（反射）→面Ｄ（透過）→反射部材８１−ｂ
の折り返し反射面Ｃ（折り返し反射）→面Ｄ（再透過）
→面Ａ（再反射）→面Ｂ（反射）（→面Ａ（透過））の
順で各面を通過し、折り返し反射面での反射を境に、そ
れまでの光路を逆にたどる。

【０２１０】面Ｂ（透過）→折り返し反射面Ｃまでが往
路、折り返し反射面Ｃ→面Ｂ（反射）までが復路、往路
と復路を合わせて往復光路が形成される。

【０２１１】特に面Ａでの再反射は、中心画角主光線が
そのヒットポイント上での面の法線に対し、面Ａでの最
初の反射とは反対側に反射して進むようにして往復光路
を形成している。

【０２１２】このように第１の光学系８１内に往復光路
を形成することで光路をほぼ重複させ、第１の光学系８
１内を有効に利用して、光路長に対して第１の光学系８
１のサイズを小さくすることができる。これにより、表
示光学系全体をも小型化できる。

【０２１３】また、画像表示素子３からの光線は面Ｂの
反射により、往復光路を抜けた後、画像表示素子側には
行かず、眼球側に導かれる。

【０２１４】本実施形態では、光学素子８１−ａの３面
を平面で構成しているため、光学素子８１−ａ自体は光
学的パワーを持たず、反射部材８１−ｂの折り返し反射
面が光学的パワーを持っている。これにより、光学素子
８１−ａのコストをかなり安くでき、光学素子８１−ａ
での収差発生も抑制される。

【０２１５】面Ａでの反射を内部全反射とすると、光量
の損失が少なくなり好ましい。また、少なくとも面Ａで
の反射光束と射出光束とが共用する領域（面Ａの下部）
で光を内部全反射させ、共用領域以外は反射膜による反
射とすると、面Ａでの反射光束の全てを内部全反射させ
る場合に対して、設計の自由度を上げつつ同程度の明る
さを確保できる。

【０２１６】また、反射膜領域と共用領域の境界は反射
膜の境界がはっきり目に見え好ましくないので、境界付
近（反射膜領域内の下部側）は共有領域から遠ざかるに
つれて徐々に反射率を上げて境界を目立たなくすること
が望ましい。この反射膜は金属膜によるものが好まし
い。金属膜は分光反射率特性がフラットで色が目立ちに
くく、偏光方向が異なる光に対する反射率の差がほとん
どないためである。

【０２１７】以下、上記各実施形態を、数値実施例を用
いて説明する。

【０２１８】［数値実施例１］図１０には、図１に示し
た第１実施形態の数値実施例での光路断面図を示してい
る。図中、１は表示光学系を構成する第１の光学系であ
り、３つの光学面を有したプリズム形状の透明体（光学
素子）により構成されている。Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８
は同一面、Ｓ３，Ｓ９は同一面、Ｓ５，Ｓ７は同一面で
あり、これら３面はそれぞれ第１実施形態において説明
した面Ａ，Ｂ，Ｃに相当する。

【０２１９】２は第２の光学系であり、ここではＳ１
０，Ｓ１１，Ｓ１２の３面を有した同一媒質からなる透
明体により構成されている。

【０２２０】ＳＩは画像表示面、Ｓ１は表示光学系の射
出瞳Ｓである。また、折り返し反射面Ａ（Ｓ６）と面Ｃ
（Ｓ５，Ｓ７）には反射膜が形成され、面Ｂ（Ｓ３，Ｓ
９）にはハーフミラーが形成されている。

【０２２１】本数値実施例において、全ての光学面は回
転非対称面であり、紙面（ｙｚ断面）を唯一の対称面と
して持つ面対称形状をしている。

【０２２２】本数値実施例の光学データを表１に示す。
この数値実施例は射出瞳径φ１０ｍｍ，画像表示サイズ
１０ｍｍ×７．５ｍｍ程度で水平画角５０°の画像をｚ
軸の正方向無限遠方に表示する表示光学系である。

【０２２３】なお、表１の光学データのうち最も左の項
目ＳＵＲＦは面番号を示している。また、Ｘ，Ｙ，Ｚお
よびＡは、第１面Ｓ１の中心を原点（０，０，０）と
し、図中に示したｙ軸，ｚ軸と紙面奥向きにｘ軸をとっ
た座標系における各面の面頂点の位置（ｘ，ｙ，ｚ）並
びに図面上で反時計回り方向を正方向とするｘ軸回りの
回転角度Ａ（単位：度）である。

【０２２４】Ｒは曲率半径である。ＴＹＰの項は面形状
の種類を表し、ＳＰＨは球面であり、ＦＦＳは以下の式
に従う回転非対称面である．

【０２２５】

【数１】

【０２２６】ＴＹＰの欄でＦＦＳの横に記された数値
は、その面形状が同表の下側に記載された非球面係数ｋ
およびｃｉに対応する回転非対称形状であることを示し
ている。

【０２２７】Ｎｄ，νｄ（但し、表ではｖｄと記す）は
それぞれ、その面以降の媒質のｄ線波長での屈折率とア
ッベ数を示しており、屈折率Ｎの符号の変化はその面で
光が反射されることを示している。また、媒質が空気層
の場合は、屈折率Ｎｄのみを１．０００として表示し、
アッベ数νｄは省略している。

【０２２８】また、折り返し反射面での中心画角主光線
の入射光線と反射光線とのなす角度θの絶対値を｜θ｜
として記載している。以上の表の項目は、以降の数値実
施例においても同様である。

【０２２９】

【表１】

【０２３０】なお、本数値実施例に示した光学系は、ｚ
軸負方向における無限遠方の物点からの光束を、絞りＳ
１を通過させて第１の光学系１に導き、第１の光学系１
を射出した後、第２の光学系２を経て撮像面ＳＩに結像
させる撮像光学系（第２実施形態）としても利用でき
る。

【０２３１】［数値実施例２］図１１には、図３に示し
た第３実施形態（やや図４の第４実施形態に近いもの）
の数値実施例での光路断面図を示している。

【０２３２】図中、２１は表示光学系を構成する第１の
光学系であり、Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６が面Ａ，Ｓ３，Ｓ７が
面Ｂ、Ｓ５が折り返し反射面Ｃである。折り返し反射面
Ｃ（Ｓ５）には反射膜が形成され、面Ｂ（Ｓ３，Ｓ７）
にはハーフミラーが形成されている。ＳＩは画像表示
面、Ｓ１は表示光学系の射出瞳Ｓである。

【０２３３】２は第２の光学系であり、それぞれが２面
構成の２つのレンズ２−１，２−２からなり、レンズ２
−１の一方の面は第１の光学系２１を構成する透明体と
接合されており、この面はＳ７として表記している。

【０２３４】また、第１の光学系２１におけるＳ１から
Ｓ１０までの光学面は、本数値実施例においては全て回
転非対称面であり、紙面（ｙｚ断面）を唯一の対称面と
して持つ面対称形状をしている。本数値実施例の光学デ
ータを表２に示す。

【０２３５】

【表２】

【０２３６】なお、図４に示した第４実施形態は、本数
値実施例の面Ｓ７と面Ｓ３の有効面が重ならないように
θを設定し、面Ｓ７を入射面として別面とし、Ｓ３面は
反射のみの面、Ｓ７面は接合面で透過作用のみの面とす
ることによって実施できる。またＳ７とＳ３の有効面を
重ならないようにθを設定し、Ｓ７とＳ３を同一面のま
まとし、Ｓ３面は反射のみの面、Ｓ７面は接合面で透過
作用のみの面としてもよい。

【０２３７】これにより、１面分減らすことができ、か
つ明るさのメリットも残る。また透過作用のみのＳ７の
接合面をなくし、光学系２１とレンズ２−１を同一部材
の一体物（一体成形品など）とすると、部品が１個減り
光学系のコストダウンが可能になる。また、透過作用の
みのＳ７の接合面をなくし、光学系２１とレンズ２−１
を微小間隔の空気層をおいて配置してもよい。

【０２３８】本数値実施例の長さのディメンジョンを有
する数値をｍｍとして考えると、射出瞳径φ６ｍｍ、画
像表示サイズ１０ｍｍ×７．５ｍｍ程度で、水平約５０
°，垂直約３９°の画角で、画像をｚ軸の正方向無限遠
方に表示する表示光学系となる。

【０２３９】また、本数値実施例も、数値実施例１と同
様に撮像光学系として利用することもできる。

【０２４０】［数値実施例３］図１２には、図５に示し
た第５実施形態の数値実施例での光路断面図を示してい
る。

【０２４１】図中、４１は第１の光学系を示し、４１−
ａは少なくとも３つの面を有する透明体としての光学素
子、４１−ｂは反射ミラー部材である。Ｓ２，Ｓ４，Ｓ
６，Ｓ８，Ｓ１０は同一面、Ｓ３，Ｓ１１は同一面、Ｓ
５，Ｓ９は同一面であり、それぞれ図５にて説明した面
Ａ，面Ｂ，面Ｃに相当する。

【０２４２】Ｓ７は折り返し反射面である。この折り返
し反射面（Ｓ７）と面Ｃ（Ｓ５，Ｓ９）には反射膜が、
面Ｂ（Ｓ３，Ｓ１１）にはハーフミラーが形成されてい
る。ＳＩは画像表示面、Ｓ１は表示光学系の射出瞳Ｓで
ある。

【０２４３】図中、２は第２の光学系であり、Ｓ１２，
Ｓ１３を有するレンズにより構成されている。

【０２４４】図５では、ある程度の大きさの角度θを設
定していたが、本数値実施例ではθの値をかなり小さく
して表示光学系の光学性能を優先させている。本数値実
施例の光学データを表３に示す。

【０２４５】

【表３】

【０２４６】本数値実施例は、長さのディメンジョンを
有する数値をｍｍとして考えると、数値実施例１とほぼ
同等の仕様の表示光学系となる。

【０２４７】また、本数値実施例も、数値実施例１と同
様に撮像光学系として利用することもできる。

【０２４８】［数値実施例４］図１３には、図６に示し
た第６実施形態の数値実施例での光路断面図を示してい
る。図中，５１は表示光学系を構成する第１の光学系で
あり、４つの光学面を有した透明体としての光学素子に
より構成されている。

【０２４９】Ｓ２，Ｓ４，Ｓ８は同一面、Ｓ３，Ｓ９は
同一面、Ｓ５，Ｓ７は同一面であり、これら３面はそれ
ぞれ第６実施形態にて説明した面Ａ，Ｂ，Ｃに相当す
る。

【０２５０】Ｓ６は折り返し反射面Ｄである。折り返し
反射面Ｄ（Ｓ６）と面Ｃ（Ｓ５，Ｓ７）には反射膜が、
面Ｂ（Ｓ３，Ｓ９）にはハーフミラーが形成されてい
る。

【０２５１】２は第２の光学系であり、それぞれ２面を
有する２つのレンズ２−１，２−２から構成されてい
る。レンズ２−１の一方の面Ｓ１０は第１の光学系５１
（光学素子）の面Ｓ９と同一面で接合されている。ＳＩ
は画像表示面、Ｓ１は表示光学系の射出瞳Ｓである。

【０２５２】本数値実施例において、全ての光学面は回
転非対称面であり、紙面（ｙｚ断面）を唯一の対称面と
して持つ面対称形状をしている。本数値実施例の光学デ
ータを表４に示す。

【０２５３】

【表４】

【０２５４】本数値実施例は、長さのディメンジョンを
有する数値をｍｍとして考えると、数値実施例２とほぼ
同等の仕様の表示光学系となる。

【０２５５】また、本数値実施例も、数値実施例１と同
様に撮像光学系として利用することもできる。

【０２５６】［数値実施例５］図１４には、図７に示し
た第７実施形態に類似の実施形態における数値実施例で
の光路断面図を示している。図中、６１は表示光学系を
構成する第１の光学系であり、２つの光学素子６１−ａ
１，６１−ａ２からなる。両光学素子６１−ａ１，６１
−ａ２とも３つの光学面を有している。

【０２５７】Ｓ２，Ｓ４，Ｓ１４は同一面、Ｓ３，Ｓ１
５は同一面、Ｓ７，Ｓ１１は同一面、Ｓ６，Ｓ８，Ｓ１
０，Ｓ１２は同一面であり、これら４面はそれぞれ第７
実施形態に説明した面Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｅに相当する。

【０２５８】Ｓ９は折り返し反射面Ｇである。この折り
返し反射面Ｇ（Ｓ９）と面Ｃ（Ｓ７，Ｓ１１）には反射
膜が、面Ｂ（Ｓ３，Ｓ１５）にはハーフミラーが形成さ
れている。

【０２５９】なお、本数値実施例５は図７に示した第７
実施形態と若干異なり、第１の光学系６１に折り返し反
射面Ｇを有する反射部材を用いず、光学素子６１−ａ２
内のＳ９面を折り返し反射面として光学調整を簡単なも
のにしたものである。また、第１の光学系６１に光学素
子を２つ採用したため、第１の光学系６１と画像表示素
子６３（ＳＩ）との間に第２の光学系を必要としない。

【０２６０】ＳＩは画像表示面、Ｓ１は表示光学系の射
出瞳Ｓである。本数値実施例では、面Ｂ（Ｓ３，Ｓ１
５）、面Ｃ（Ｓ７，Ｓ１１）、折り返し反射面Ｇ（Ｓ
９）に回転非対称面を採用し、紙面（ｙｚ断面）を唯一
の対称面として持つ面対称形状をしている。なお、全て
の光学面に回転非対称面を採用したほうが、より良好な
光学性能が得られる。本数値実施例の光学データを表５
に示す。

【０２６１】

【表５】

【０２６２】本数値実施例は、長さのディメンジョンを
有する数値をｍｍとして考えると、数値実施例１とほぼ
同等の仕様の表示光学系となる。

【０２６３】また、本数値実施例は、数値実施例１と同
様に撮像光学系として利用することもできる。

【０２６４】

【発明の効果】以上説明したように、本願第１の発明に
よれば、第１の面と第２の面との間で光を略往復させて
光路をほぼ重複させる(往復光路)ようにしているので、
小型の光学系でありながらも光路長を長く確保できる。
このため、小型の原画を用いつつ表示広画角を達成で
き、しかも全体として小型の表示光学系を実現すること
ができる。

【０２６５】なお、表示光学系内で光を中間結像させる
ようにすれば、レイアウトの自由度が増え、原画を大画
面表示させることができるとともに、光路長をかなり長
くしても表示光学系を小型に構成することができる。

【０２６６】また、本願第２の発明によれば、第１の面
と第２の面との間で光を略往復させて光路をほぼ重複さ
せる(往復光路)ようにしているので、小型の光学系であ
りながらも光路長を長く確保できる。このため、小型で
ありながらも撮影広画角を達成することができる。

【０２６７】なお、撮像光学系内で光を中間結像させる
ようにすれば、レイアウトの自由度が増え、広画角の被
写体像を十分縮小して撮像面に導くことができるととも
に、光路長をかなり長くしても撮像光学系を小型に構成
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である表示光学系の構成
図。

【図２】本発明の第２実施形態である撮像光学系の構成
図。

【図３】本発明の第３実施形態である表示光学系の構成
図。

【図４】本発明の第４実施形態である表示光学系の構成
図。

【図５】本発明の第５実施形態である表示光学系の構成
図。

【図６】本発明の第６実施形態である表示光学系の構成
図。

【図７】本発明の第７実施形態である表示光学系の構成
図。

【図８】本発明の第８実施形態である表示光学系の構成
図。

【図９】本発明の第９実施形態である表示光学系の構成
図。

【図１０】本発明の数値実施例１（第１実施形態の実施
形）の光学系断面図。

【図１１】本発明の数値実施例３（第３実施形態の実施
形）の光学系断面図。

【図１２】本発明の数値実施例４（第４実施形態の実施
形）の光学系断面図。

【図１３】本発明の数値実施例５（第５実施形態の実施
形）の光学系断面図。

【図１４】本発明の数値実施例６（第６実施形態の実施
形）の光学系断面図。

【図１５】従来の表示光学系の構成図。

【図１６】従来の表示光学系の構成図。

【符号の説明】

１，１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１
第１の光学系 ２，２２，５２，８２ 第２の光学系 ３ 画像像表示素子 ４ 撮像素子

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年１２月１９日（２００２．１２．
１９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【請求項１７】 請求項１６に記載の撮像光学系を備え
たことを特徴とする撮像装置。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】また、この特開平１０−１５３７４８号公
報にて提案の光学系に比べて、更なる光学性能向上を図
ったものとして、偏心プリズムの内部反射面を増加さ
せ、偏心プリズムのみで中間像を形成し、その像を観察
者に導くタイプや、第１の偏心プリズム光学系に第２の
偏心プリズムを設けたタイプ等が、特開２０００−０６
６１０６号公報，特開２０００−１０５３３８号公報，
特開２０００−１３１６１４号公報，特開２０００−１
９９８５３号公報，特開２０００−２２７５５４号公報
および特開２０００−２３１０６０号公報等に提案され
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】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２８】また、この撮像光学系を構成する光学面を
光線に対して偏心させることにより、さらなる薄型化を
図ることが可能となり、光学面に曲率を持たせることで
撮像光学系における不要な面を取り除き、小型化を図る
ことが可能となる。さらに、光学曲面を回転非対称面
（自由曲面）とすることにより、諸収差を良好に補正で
き、自由曲面を複数面採用すると被写体のアスペクト比
と撮影画像のアスペクト比とを近いものにすることが可
能となり、高品位な撮影画像を得ることが可能となる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３６】｜θ｜＜６０° …（１） この条件式（１）の上限を超えると、折り返し反射後の
光路（復路）が往路を逆戻りせず、往復光路というより
ジグザク光路になってしまい光学系が大型化する。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９０】面Ａでの反射を内部全反射とすると、光量
の損失が少なくなり好ましい。また、少なくとも面Ａで
の反射光束と射出光束とが共用する領域（面Ａの下部）
で光を内部全反射させ、共用領域以外は反射膜による反
射とすると、面Ａでの反射光束の全てを内部全反射させ
た場合に対して、設計の自由度を上げつつ同程度の明る
さを確保できる。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１０３】この図では、画像表示素子３から発した光
の例として、画像表示素子３の表示面中心を射出して射
出瞳Ｓの中心に至る中心画角主光線を示している。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１１３】また、反射膜領域と共用領域の境界は反射
膜の境界がはっきり目に見え好ましくないので、境界付
近（反射膜領域内の下部側）は下部から上部に向かって
徐々に反射率を上げて境界を目立たなくすることが望ま
しい。この反射膜は金属膜によるものが好ましい。金属
膜は分光反射率特性がフラットで色が目立ちにくく、偏
光方向が異なる光に対する反射率の差がほとんどないた
めである。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１６１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１６１】第１の光学系５１では、往復光路により面
Ａ、面Ｃで光が２回以上反射するため、面Ｂにパワーを
持たせ、面Ａ，Ｃのパワーを弱く設定して収差の発生を
抑制している。特に、ローカル母線断面は偏心断面であ
るため、中心画角主光線におけるこの断面上での面Ｂの
パワーを強く、面Ａ，Ｃのパワーを弱く設定すると、偏
心収差発生を抑制できる。また、面Ｂのみパワーを持
ち、面Ａ，Ｃを平面としてもよい。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１６２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１６２】面Ｂは偏心した曲面であるため，回転非対
称な形状の面（いわゆる自由曲面）を用いることで、偏
心収差の発生を極力抑えることが望ましい。また、面Ｂ
以外の面をもう１面自由曲面とすると、画像表示素子３
に表示された画像のアスペクト比と拡大表示画面のアス
ペクト比とを近いものに設定可能となる。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１６６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１６６】（第７実施形態）図７には、本発明の第７
実施形態である表示光学系を示している。この表示光学
系は、透明体である２つの光学素子６１−ａ１，６１−
ａ２と反射部材６１−ｂとからなる第１の光学系６１に
より構成される。光学素子６１−ａ１，６１−ａ２はと
もに３つの光学面を有し、面Ａ（第１の面）、面Ｂ（第
３の面）、面Ｅは透過面および反射面として作用する透
過反射兼用面、面Ｃ（第２の面）は反射作用のみの面、
面Ｄ、面Ｆは透過作用のみの面である。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１８７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１８７】図中の３は画像を表示する画像表示素子
（ＬＣＤ等）である。画像表示素子３から発せられた光
は、第２の光学系２を介して第１の光学系７１の反射部
材７１−ｂ１に導かれる。光は反射部材７１−ｂ１の反
射ミラー面である面Ａ（第１の面）から第１の光学系７
１に入射し、面Ａで反射して、反射部材７１−ｂ２のミ
ラー面である折り返し反射面Ｃ（第２の面）に導かれ
る。折り返し反射面Ｃでは、入射した光を面Ａにおける
最初の光の反射領域寄りの領域に戻すように反射する
が、中心画角主光線の折り返し反射面Ｃへの入射光と反
射光の成す角度がθとなるように反射している。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０２００

【補正方法】変更

【補正内容】

【０２００】また、面Ｂ以外の反射面をもう１面自由曲
面とすると、画像表示素子３に表示される画像のアスペ
クト比と拡大表示画面のアスペクト比とを近いものに設
定可能となる。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０２０６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０２０６】画像表示素子３から発せられた光は、第２
の光学系のうち光学系８２−１を介して第１の光学系８
１の光学素子８１−ａに導かれる。光は面Ｂより光学素
子８１−ａに入射した後、面Ａで反射し、面Ｄから射出
する。そして、反射部材８１−ｂの表面の折り返し反射
面Ｃで反射する。その後、光学素子８１−ａの面Ｄから
入射し、面Ａにおける最初の光の反射領域に戻されて再
反射し、面Ｂで射出瞳Ｓ（眼球）側に反射した後、面Ａ
を透過して光学素子８１−ａを射出し、第２の光学系８
２のうちもう１つの光学系８２−２で光学的パワーが調
節されて射出瞳Ｓに到達する。

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０２２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０２２４】Ｒは曲率半径である。ＦＦＳの項（数値実
施例２以降はＴＹＰの項）は面形状の種類を表し、ＳＰ
Ｈは球面であり、数字（数値実施例２以降はＦＦＳ）は
以下の式に従う回転非対称面である．

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０２２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０２２６】ＦＦＳの項の数字又はＴＹＰの欄でＦＦＳ
の横に記された数値は、その面形状が同表の下側に記載
された非球面係数ｋおよびｃｉに対応する回転非対称形
状であることを示している。

【手続補正１６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０２２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０２２７】Ｎｄ，νｄ（但し、表ではｖｄと記す）は
それぞれ、その面以降の媒質のｄ線波長での屈折率とア
ッベ数を示しており、屈折率Ｎｄの符号の変化はその面
で光が反射されることを示している。また、媒質が空気
層の場合は、屈折率Ｎｄのみを１．０００として表示
し、アッベ数νｄは省略している。

【手続補正１７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０２３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０２３３】２２は第２の光学系であり、それぞれが２
面構成の２つのレンズ２２−１，２２−２からなり、レ
ンズ２２−１の一方の面は第１の光学系２１を構成する
透明体と接合されており、この面はＳ７として表記して
いる。

【手続補正１８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０２３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０２３４】また、第１の光学系２１および第２の光学
系２２におけるＳ１からＳ１０までの光学面は、本数値
実施例においては全て回転非対称面であり、紙面（ｙｚ
断面）を唯一の対称面として持つ面対称形状をしてい
る。本数値実施例の光学データを表２に示す。

【手続補正１９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０２３５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０２３５】

【表２】

【手続補正２０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０２３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０２３７】これにより、１面分減らすことができ、か
つ明るさのメリットも残る。また透過作用のみのＳ７の
接合面をなくし、光学系２１とレンズ２２−１を同一部
材の一体物（一体成形品など）とすると、部品が１個減
り光学系のコストダウンが可能になる。また、透過作用
のみのＳ７の接合面をなくし、光学系２１とレンズ２２
−１を微小間隔の空気層をおいて配置してもよい。

【手続補正２１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０２５１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０２５１】５２は第２の光学系であり、それぞれ２面
を有する２つのレンズ５２−１，５２−２から構成され
ている。レンズ５２−１の一方の面Ｓ１０は第１の光学
系５１（光学素子）の面Ｓ９と同一面で接合されてい
る。ＳＩは画像表示面、Ｓ１は表示光学系の射出瞳Ｓで
ある。

【手続補正２２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０２５９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０２５９】なお、本数値実施例５は図７に示した第７
実施形態と若干異なり、第１の光学系６１に折り返し反
射面Ｇを有する反射部材を用いず、光学素子６１−ａ２
内のＳ９面を折り返し反射面として光学調整を簡単なも
のにしたものである。また、第１の光学系６１に光学素
子を２つ採用したため、第１の光学系６１と画像表示素
子３（ＳＩ）との間に第２の光学系を必要としない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 猪口 和隆 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 高木 章成 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 森島 英樹 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H087 KA03 LA12 RA34 TA01 TA02 TA06 5C022 AC54 AC55

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原画からの光を観察者の眼又は被投射面
   に導く表示光学系であって、 少なくとも反射作用を有する第１の面と、 この第１の面で反射した光線を再度前記第１の面に向け
   て反射する第２の面とを有し、 前記第１の面に再度入射した中心画角主光線はそのヒッ
   トポイント上での面の法線に対し、前回とは反対側に反
   射して進むことを特徴とする表示光学系。
2. 【請求項２】 前記原画からの光線は、第２の面で反射
   し、第１の面で再反射した後、光線に対し偏心した別の
   第３の面で眼又は被投射面側に反射することを特徴とす
   る請求項１に記載の表示光学系。
3. 【請求項３】 この表示光学系に、原画からの中心画角
   主光線がほぼ反対側に折り返し反射する、反射作用のみ
   を有する折り返し面があることを特徴とする請求項１又
   は２に記載の表示光学系。
4. 【請求項４】 前記折り返し反射面は、前記第１の面又
   は前記第２の面であることを特徴とする請求項３に記載
   の表示光学系。
5. 【請求項５】 この表示光学系内で光が中間結像するこ
   とを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の表示
   光学系。
6. 【請求項６】 この表示光学系が、内部が光学媒質で満
   たされた透明体を用いて構成されており、前記透明体内
   で光が中間結像することを特徴とする請求項５に記載の
   表示光学系。
7. 【請求項７】 前記第１の面および前記第２の面の少な
   くとも一方が、入射する光線に対して偏心していること
   を特徴とする請求項５に記載の表示光学系。
8. 【請求項８】 前記第１の面および前記第２の面の少な
   くとも一方が、曲率を有することを特徴とする請求項７
   に記載の表示光学系。
9. 【請求項９】 前記第１の面および前記第２の面の少な
   くとも一方が、回転非対称面であることを特徴とする請
   求項８に記載の表示光学系。
10. 【請求項１０】 少なくとも前記第１の面が、内部が光
    学媒質で満たされた透明体上に形成されていることを特
    徴とする請求項５に記載の表示光学系。
11. 【請求項１１】 前記透明体上に形成された光学面のい
    ずれかで光が内部全反射することを特徴とする請求項１
    ０に記載の表示光学系。
12. 【請求項１２】 前記第３の面が、曲率を有することを
    特徴とする請求項２に記載の表示光学系。
13. 【請求項１３】 前記第３の面が、回転非対称面である
    ことを特徴とする請求項１２に記載の表示光学系。
14. 【請求項１４】 前記第３の面の反射におけるローカル
    母線断面焦点距離が、前記第１の面または前記第２の面
    のうち、複数回反射または複数回透過する面のローカル
    母線断面焦点距離より、正で最も短いことを特徴とする
    請求項２に記載の表示光学系。
15. 【請求項１５】 請求項１から１４のいずれかに記載の
    表示光学系を備えたことを特徴とする画像表示装置。
16. 【請求項１６】 被写体からの光を撮像面に導く撮像光
    学系であって、 少なくとも反射作用を有する第１の面と、 この第１の面で反射した光線を再度前記第１の面に向け
    て反射する第２の面とを有し、 前記第１の面に再度入射した中心画角主光線はそのヒッ
    トポイント上での面の法線に対し、前回とは反対側に反
    射して進むことを特徴とする撮像光学系。
17. 【請求項１７】 被写体からの光線は、光線に対し偏心
    した第３の面で反射した後、前記第１の面で反射し、前
    記第２の面で反射した後、再度前記第１の反射面で反射
    して進み撮像面に導かれることを特徴とする請求項１６
    に記載の撮像光学系。
18. 【請求項１８】 この撮像光学系に、被写体からの中心
    画角主光線がほぼ反対側に折り返し反射する、反射作用
    のみを有する折り返し面があることを特徴とする請求項
    １６又は１７に記載の撮像光学系。
19. 【請求項１９】 前記折り返し反射面は、前記第１の面
    または前記第２の面であることを特徴とする請求項１８
    に記載の撮像光学系。
20. 【請求項２０】 この撮像光学系内で光が中間結像する
    ことを特徴とする請求項１６から１８のいずれかに記載
    の撮像光学系。
21. 【請求項２１】 この撮像光学系が、内部が光学媒質で
    満たされた透明体を用いて構成されており、前記透明体
    内で光が中間結像することを特徴とする請求項２０に記
    載の撮像光学系。
22. 【請求項２２】 前記第１の面および前記第２の面の少
    なくとも一方が、入射する光線に対して偏心しているこ
    とを特徴とする請求項２０に記載の撮像光学系。
23. 【請求項２３】 前記第１の面および前記第２の面の少
    なくとも一方が、曲率を有することを特徴とする請求項
    ２２に記載の撮像光学系。
24. 【請求項２４】 前記第１の面および前記第２の面の少
    なくとも一方が、回転非対称面であることを特徴とする
    請求項２３に記載の撮像光学系。
25. 【請求項２５】 少なくとも前記第１の面が、内部が光
    学媒質で満たされた透明体上に形成されていることを特
    徴とする請求項２０に記載の撮像光学系。
26. 【請求項２６】 前記透明体上に形成された光学面のい
    ずれかで光が内部全反射することを特徴とする請求項２
    ５に記載の撮像光学系。
27. 【請求項２７】 前記第３の面が、曲率を有することを
    特徴とする請求項１７に記載の撮像光学系。
28. 【請求項２８】 前記第３の面が、回転非対称面である
    ことを特徴とする請求項２７に記載の撮像光学系。
29. 【請求項２９】 前記第３の面の反射におけるローカル
    母線断面焦点距離が、前記第１の面または前記第２の面
    のうち、複数回反射または複数回透過する面のローカル
    母線断面焦点距離より、正で最も短いことを特徴とする
    請求項１７に記載の撮像光学系。
30. 【請求項３０】 請求項１６から２９のいずれかに記載
    の撮像光学系を備えたことを特徴とする撮像装置。