【手続補正書】
【提出日】平成16年2月26日(2004.2.26)
【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
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３つの面が互いに偏心して配置され、その３つの面の間が屈折率が１．３以上の透明媒質で埋められた構成の偏心プリズムを備えた偏心プリズム光学系において、
前記偏心プリズムは、少なくとも２回の内部反射を行うように、前記３つの面のうちの少なくとも２つの面を反射作用を有する面で形成すると共に、前記の２つの反射作用を有する面によって反射された光線が前記偏心プリズム内部で交差しないような位置に前記の２つの反射作用を有する面を備え、
前記反射作用を有する２つの面のうち、１つの面の形状は面内及び面外共に回転対称軸を有さない回転非対称面にて形成され、他の１つの面は所定の有効面を少なくとも備え、
前記他の１つの面の全領域中で光束が透過及び／又は反射をする領域を有効面としたとき、前記所定の有効面は、該有効面内に回転対称軸を有する回転対称面にて構成されており、
前記偏心プリズムの入射側あるいは射出側に、正屈折力を有するレンズが配置されていることを特徴とする偏心プリズム光学系。
【請求項２】
請求項１記載の偏心プリズム光学系において、
前記回転対称面が形成された前記１つの面は、前記偏心プリズムを通過する光束を入射若しくは射出させる透過作用と前記偏心プリズムの内部で前記光束を折り曲げる反射作用とを併せ持つ第１面として形成され、
前記回転非対称面を含む前記他の１つの面は、前記第１面と対向配置された第２面として形成され、さらに、
前記偏心プリズムを通過する光束を射出若しくは入射させる透過作用を有する第３面が、前記第１面と前記第２面との対向方向に対して略垂直方向の位置に配置され、
少なくとも前記偏心プリズムが、前記第１面と前記第２面と前記第３面とを含む構成であり、
前記レンズが、前記第１面の入射側若しくは射出側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の偏心プリズム光学系。
【請求項３】
請求項２記載の偏心プリズム光学系において、
前記所定の有効面内にて、透過作用領域と反射作用領域とが少なくとも一部の領域で重なり合うと共に、前記少なくとも一部の領域での反射作用が全反射作用となるように、前記第１面と前記第２面とが構成されていることを特徴とする偏心プリズム光学系。
【請求項４】
請求項２又は請求項３記載の偏心プリズム光学系において、
前記回転対称面は回転対称な非球面で形成されていることを特徴とする偏心プリズム光学系。
【請求項５】
請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の偏心プリズム光学系において、
前記第２面がアナモルフィック面にて形成されていることを特徴とする偏心プリズム光学系。
【請求項６】
請求項５記載の偏心プリズム光学系において、
前記アナモルフィック面が有する２つの対称面のうち、少なくとも１つの対称面内に前記第１面の回転対称面の回転対称軸が位置するように、前記第１面と前記第２面とが配置されていることを特徴とする偏心プリズム光学系。
【請求項７】
請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の偏心プリズム光学系において、
前記第２面が、対称面を１つのみ有する回転非対称面にて形成されていることを特徴とする偏心プリズム光学系。
【請求項８】
請求項７記載の偏心プリズム光学系において、
前記対称面内に、前記第１面の回転対称面の回転対称軸が位置するように、前記第１面と前記第２面とが配置されていることを特徴とする偏心プリズム光学系。
【請求項９】
請求項２から請求項８のいずれか１項に記載の偏心プリズム光学系において、
前記偏心プリズム光学系の瞳の中心を通り、像面中心に到達する軸上主光線が瞳を射出し前記の正屈折力を有するレンズの第１面に交差するまでの直線によって定義される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しかつ前記偏心プリズム光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義するとき、次の条件を満足することを特徴とする偏心プリズム光学系。
０．７＜ＦＡ＜１．３ ・・・（Ａ−１）
ただし、前記軸上主光線と平行に瞳中心からＸ軸方向に微小量Ｈの点を通り、その軸上主光線と平行に前記光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記Ｈで割った値を光学系全体のＸ方向の焦点距離Ｆｘとし、また、瞳中心からＹ方向にＨの点を通り、その軸上主光線と平行に前記光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記Ｈで割った値を光学系全体のＹ方向の焦点距離Ｆｙと定義し、Ｆｘ／ＦｙをＦＡとする。
【請求項１０】
請求項２から請求項９のいずれか１項に記載の偏心プリズム光学系において、
前記偏心プリズム光学系の瞳の中心を通り、像面中心に到達する軸上主光線が瞳を射出し前記の正屈折力を有するレンズの第１面に交差するまでの直線によって定義される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しかつ前記偏心プリズム光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義するとき、次の条件を満足することを特徴とする偏心プリズム光学系。
０．８＜｜ＰｘＢ｜＜１．３ ・・・（Ｂ−１）
ただし、前記軸上主光線と平行に瞳中心からＸ軸方向に微小量Ｈの点を通り、その軸上主光線と平行に前記光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記Ｈで割った値を光学系全体のＸ方向の焦点距離Ｆｘとし、また、瞳中心からＹ方向にＨの点を通り、その軸上主光線と平行に前記光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記Ｈで割った値を光学系全体のＹ方向の焦点距離Ｆｙと定義し、前記軸上主光線が前記第２面に当たる位置での面のＸ方向、Ｙ方向の屈折力（パワー）をそれぞれＰｘｎ、Ｐｙｎとし、前記Ｘ方向の焦点距離Ｆｘ、Ｙ方向の焦点距離Ｆｙの逆数をそれぞれＰｘ、Ｐｙとし、Ｐｘｎ／ＰｘをＰｘＢとする。
【請求項１１】
請求項２から請求項９のいずれか１項に記載の偏心プリズム光学系において、
前記偏心プリズム光学系の瞳の中心を通り、像面中心に到達する軸上主光線が瞳を射出し前記の正屈折力を有するレンズの第１面に交差するまでの直線によって定義される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しかつ前記偏心プリズム光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義するとき、次の条件を満足することを特徴とする偏心プリズム光学系。
０．８＜｜ＰｙＣ｜＜１．３ ・・・（Ｃ−１）
ただし、前記軸上主光線と平行に瞳中心からＸ軸方向に微小量Ｈの点を通り、その軸上主光線と平行に前記光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記Ｈで割った値を光学系全体のＸ方向の焦点距離Ｆｘとし、また、瞳中心からＹ方向にＨの点を通り、その軸上主光線と平行に前記光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記Ｈで割った値を光学系全体のＹ方向の焦点距離Ｆｙと定義し、前記軸上主光線が前記第２面に当たる位置での面のＸ方向、Ｙ方向の屈折力（パワー）をそれぞれＰｘｎ、Ｐｙｎとし、前記Ｘ方向の焦点距離Ｆｘ、Ｙ方向の焦点距離Ｆｙの逆数をそれぞれＰｘ、Ｐｙとし、Ｐｙｎ／ＰｙをＰｙＣとする。
【請求項１２】
請求項２から請求項１１のいずれか１項に記載の偏心プリズム光学系において、
前記偏心プリズム光学系の瞳の中心を通り、像面中心に到達する軸上主光線が瞳を射出し前記の正屈折力を有するレンズの第１面に交差するまでの直線によって定義される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しかつ前記偏心プリズム光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義するとき、次に条件を満足することを特徴とする偏心プリズム光学系。
０．８＜ＣｘｙＤ＜１．２ ・・・（Ｄ−１）
ただし、前記軸上主光線が前記第２面に当たる位置でのその面の法線を含むＸ方向の曲率Ｃｘ２、Ｙ方向の曲率Ｃｙ２との比Ｃｘ２／Ｃｙ２をＣｘｙＤとする。
【請求項１３】
請求項２から請求項１２のいずれか１項に記載の偏心プリズム光学系において、
前記偏心プリズム光学系の瞳の中心を通り、像面中心に到達する軸上主光線が瞳を射出し前記の正屈折力を有するレンズの第１面に交差するまでの直線によって定義される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しかつ前記偏心プリズム光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義するとき、次に条件を満足することを特徴とする偏心プリズム光学系。
−０．０５＜ＣｙＥ＜０．５ ・・・（Ｅ−１）
ただし、前記軸上主光線と平行に瞳中心からＸ軸方向に微小量Ｈの点を通り、その軸上主光線と平行に前記光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記Ｈで割った値を光学系全体のＸ方向の焦点距離Ｆｘとし、また、瞳中心からＹ方向にＨの点を通り、その軸上主光線と平行に前記光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記Ｈで割った値を光学系全体のＹ方向の焦点距離Ｆｙと定義し、前記Ｘ方向の焦点距離Ｆｘ、Ｙ方向の焦点距離Ｆｙの逆数をそれぞれＰｘ、Ｐｙとし、Ｘ方向画角ゼロでＹ正方向最大画角を通る主光線が前記第２面と当たる有効領域のＹ方向の曲率Ｃｙ１と、Ｘ方向画角ゼロでＹ負方向最大画角を通る主光線が前記第２面と当たる有効領域のＹ方向の曲率Ｃｙ３との差Ｃｙ１−Ｃｙ３を前記Ｐｙで割ったものをＣｙＥとする。
【請求項１４】
請求項２から請求項１３のいずれか１項に記載の偏心プリズム光学系において、
前記偏心プリズム光学系の瞳の中心を通り、像面中心に到達する軸上主光線が瞳を射出し前記の正屈折力を有するレンズの第１面に交差するまでの直線によって定義される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しかつ前記偏心プリズム光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義するとき、次に条件を満足することを特徴とする偏心プリズム光学系。
−０．０１＜ＣｘＦ＜０．１ ・・・（Ｆ−１）
ただし、前記軸上主光線と平行に瞳中心からＸ軸方向に微小量Ｈの点を通り、その軸上主光線と平行に前記光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記Ｈで割った値を光学系全体のＸ方向の焦点距離Ｆｘとし、また、瞳中心からＹ方向にＨの点を通り、その軸上主光線と平行に前記光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記Ｈで割った値を光学系全体のＹ方向の焦点距離Ｆｙと定義し、前記Ｘ方向の焦点距離Ｆｘ、Ｙ方向の焦点距離Ｆｙの逆数をそれぞれＰｘ、Ｐｙとし、Ｘ方向画角ゼロでＹ正方向最大画角を通る主光線が前記第２面と当たる有効領域のＸ方向の曲率Ｃｘ１と、Ｘ方向画角ゼロでＹ負方向最大画角を通る主光線が前記第２面と当たる有効領域のＸ方向の曲率Ｃｘ３との差Ｃｘ１−Ｃｘ３を前記Ｐｘで割ったものをＣｘＦとする。
【請求項１５】
請求項２から請求項１４のいずれか１項に記載の偏心プリズム光学系において、
前記偏心プリズム光学系の瞳の中心を通り、像面中心に到達する軸上主光線が瞳を射出し前記の正屈折力を有するレンズの第１面に交差するまでの直線によって定義される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しかつ前記偏心プリズム光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義するとき、次に条件を満足することを特徴とする偏心プリズム光学系。
−０．１＜｜ＤＹ｜＜５ （°） ・・・（Ｇ−１）
ただし、Ｘ方向最大画角の主光線が前記第２面と交差する点におけるその面の法線と、前記軸上主光線が前記第２面と交差する点におけるその面の法線とがＹ−Ｚ面内でのなす角をＤＹとする。
【請求項１６】
請求項２から請求項１５のいずれか１項に記載の偏心プリズム光学系において、
前記偏心プリズム光学系の瞳の中心を通り、像面中心に到達する軸上主光線が瞳を射出し前記の正屈折力を有するレンズの第１面に交差するまでの直線によって定義される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しかつ前記偏心プリズム光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義するとき、次に条件を満足することを特徴とする偏心プリズム光学系。
１．１＜Ｆ／Ｆｙ＜１００００ ・・・（Ｈ−１）
ただし、前記の正屈折力を有するレンズの焦点距離をＦ、前記軸上主光線と平行に瞳中心からＹ軸方向に微小量Ｈの点を通り、その軸上主光線と平行に前記光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記Ｈで割った値を光学系全体のＹ方向の焦点距離Ｆｙとする。
【請求項１７】
請求項２から請求項１６のいずれか１項に記載の偏心プリズム光学系において、
前記偏心プリズムの前記透明媒質が、吸水線膨張率の小さい材質からなることを特徴とする偏心プリズム光学系。
【請求項１８】
請求項２から請求項１７のいずれか１項に記載の偏心プリズム光学系を有する光学装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の偏心プリズム光学系は、少なくとも３つの面が互いに偏心して配置され、その３つの面の間が屈折率が１．３以上の透明媒質で埋められた構成の偏心プリズムを備えた偏心プリズム光学系において、前記偏心プリズムは、少なくとも２回の内部反射を行うように、前記３つの面のうちの少なくとも２つの面を反射作用を有する面で形成すると共に、前記の２つの反射作用を有する面によって反射された光線が前記偏心プリズム内部で交差しないような位置に前記の２つの反射作用を有する面を備え、前記反射作用を有する２つの面のうち、１つの面の形状は面内及び面外共に回転対称軸を有さない回転非対称面にて形成され、他の１つの面は所定の有効面を少なくとも備え、前記他の１つの面の全領域中で光束が透過及び／又は反射をする領域を有効面としたとき、前記所定の有効面は、該有効面内に回転対称軸を有する回転対称面にて構成されており、前記偏心プリズムの入射側あるいは射出側に、正屈折力を有するレンズが配置されていることを特徴とするものである。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この場合、回転対称面が形成された前記１つの面が、前記偏心プリズムを通過する光束を入射若しくは射出させる透過作用と前記偏心プリズムの内部で前記光束を折り曲げる反射作用とを併せ持つ第１面として形成され、回転非対称面を含む前記他の１つの面が、第１面と対向配置された第２面として形成され、さらに、偏心プリズムを通過する光束を射出若しくは入射させる透過作用を有する第３面が、第１面と前記第２面との対向方向に対して略垂直方向の位置に配置され、少なくともその偏心プリズムが、第１面と第２面と第３面とを含む構成であり、前記レンズが、第１面の入射側若しくは射出側に配置されているようにすることができる。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
その際、所定の有効面内にて、その透過作用領域と反射作用領域とが少なくとも一部の領域で重なり合うと共に、少なくとも一部の領域での反射作用が全反射作用となるように、第１面と第２面を構成することができる。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
さらに、本発明においては、図１に破線で示したように、偏心プリズム７を上記構成とすると共に、偏心プリズム７の物体側に屈折レンズ系９を付加することにより、広画角の光学系を構成することができる。屈折レンズ系９を物体と瞳１の間に配置する場合は、負の屈折力を持つ光学系を配置し、物体からの主光線の偏心プリズム７に入射する光線高を低くすることにより、偏心プリズム７を小型にできると同時に、広画角な光学系を構成することが可能となる。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
以下の説明において用いる座標系について説明する。図１に示すように、偏心プリズム光学系１０の瞳１の中心を通り、像面６（接眼光学系として用いる場合は、画像表示素子）中心に到達する軸上主光線が瞳１を射出し偏心プリズム光学系１０の第１面（屈折レンズ系９の第１面）に交差するまでの直線（光軸２と一致。接眼光学系として用いる場合は、観察者視軸となる。）によって定義される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しかつ偏心プリズム光学系１０を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸とする。また、瞳１の中心をこの座標系の原点とする。そして、軸上主光線が物点から像面に到る方向をＺ軸の正方向、像面６が位置する方向を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軸の正方向とする。