(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学作用を有する光学面を少なくとも４面用いたプリズム光学系であり、
４面の光学面のうち少なくとも２面は回転非対称面であり、
透過面の第１面、
前記第１面に対向した２回の内部反射面である第２面、
前記第２面に対向した２回の内部反射面かつ透過面である第３面、
前記第３面に対向しかつ前記第２面に隣接した内部反射面である第４面、
によって構成され、
前記プリズム光学系に入射し、前記プリズム光学系から射出するまでの光の経路は、順に、
前記第１面を透過し、前記第２面で反射し、前記第３面で反射し、前記第２面で反射し、前記第３面で反射し、前記第４面で反射し、前記第３面から射出する
ことを特徴とするプリズム光学系。
【請求項２】
光学作用を有する光学面を少なくとも５面用いたプリズム光学系であり、
５面の光学面のうち少なくとも２面は回転非対称面であり、
透過面の第１面、
前記第１面に対向した内部反射面である第２面、
前記第２面に対向した２回の内部反射面かつ透過面である第３面、
前記第３面に対向しかつ前記第２面に隣接した内部反射面である第４面、
前記第４面に隣接しかつ前記第３面に対向した内部反射面である第５面、
によって構成され、
前記プリズム光学系に入射し、前記プリズム光学系から射出するまでの光の経路は、順に、
前記第１面を透過し、前記第２面で反射し、前記第３面で反射し、前記第４面で反射し、前記第３面で反射し、前記第５面で反射し、前記第３面から射出する
ことを特徴とするプリズム光学系。
【請求項３】
前記第３面の少なくとも１回の内部反射は全反射作用を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載のプリズム光学系。
【請求項４】
前記第３面は回転非対称面であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のプリズム光学系。
【請求項５】
前記第３面は中心主光線を含む面内において負のパワーを有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のプリズム光学系。
【請求項６】
前記第４面は回転非対称面であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のプリズム光学系。
【請求項７】
前記第５面は回転非対称面であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のプリズム光学系。
【請求項８】
前記第５面は中心主光線を含む面内において正のパワーを有することを特徴とする請求項１又は７のいずれか１項に記載のプリズム光学系。
【請求項９】
前記第２面は回転非対称面であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のプリズム光学系。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のプリズム光学系の前記第１面に対向して前記画像表示素子を配備し、
前記第３面の透過領域に対向して観察者の眼を配備することで、前記観察者に拡大した虚像を呈示することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１１】
射出瞳はプリズム光学系の第３面の近傍または第３面と観察者眼球の間に形成されることを特徴とする請求項１０に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のプリズム光学系の第１面に対向して撮像素子を配備し、
第３面の透過領域の前方近傍に開口絞りを配備することで、外界像を撮像することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転非対称面を用いたプリズム光学系、プリズム光学系を用いた画像表示装置及びプリズム光学系を用いた撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリズム光学系は、例えば、複数の光学面を有するプリズムであり、画像表示素子を観察する光学系として用いる場合には、表示素子から発した光がプリズム内に入射し、プリズム内部で反射してプリズムから射出し、観察者眼球に到達することにより拡大された虚像として画像を観察できるようにしたものである。この点に関する先行技術としては、例えば、少なくとも３つの反射面により１次像を形成して眼球に投影するプリズムによるもの（特許文献１参照）、ホログラム素子を眼鏡レンズ部に配置したものなどが提案されている（特許文献1、２又は３参照）。
【０００３】
また、従来のその他のプリズム光学系としては、平行四辺形柱プリズムで複数回反射して観察者眼球の前に配置し、接眼レンズによって眼球に投影するものや、導光板と接眼レンズによって眼球に投影するものなどが提案されている。（特許文献４又は５参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０７６４２９号公報
【特許文献２】特開２００７−０９４１７５号公報
【特許文献３】特開２００４−３２５９８５号公報
【特許文献４】特開２００１−２６４６８１号公報
【特許文献５】特開２００６−００３８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、３つの反射面での３回の反射により、表示素子から観察者の瞳に至る光路中で３回交差する。このような光路の折り曲げのために、表示素子側（図の上部）の素子形状が大きくなる。眼鏡のフレーム等に保持し、レンズの外側に配置する提案がされているが、導光路が外部に出っ張り、外観上好ましくない。
【０００６】
文献２及び３にはホログラム素子を利用した方法が提案されている。これによると、ホログラムによる回折を利用して光学系を薄型にしたレイアウトが可能である。しかしながら、ホログラムには別の問題もある。ホログラム素子は製造が非常に困難であり、コストも高い。
【０００７】
また、波長選択性が高いため、波長の非常に狭いレーザー光線のような光源を用いるか、またはＬＥＤの一部の波長のみを利用するといった方法が取られており、レーザー光源はまだまだ３原色の小型化されたチップは開発途上であり高コストで、消費電力も高く、眼鏡に組み込めるものではない。また、ＬＥＤ光源を利用したものは狭帯域のバンドパスフィルターを通過させるため光の利用効率が低い。
【０００８】
さらにホログラム素子の課題として、低消費電力であり、自発光タイプで照明系もいらず、小型化に有利な有機ＥＬパネルが使用できない。有機ＥＬパネルはＬＥＤよりも波長帯が比較的広く、ホログラム素子との組み合わせは効率が悪く、不要光も多くなり画質を確保できない。
【０００９】
文献４では、表示装置の射出瞳位置が使用者の眼球の瞳あるいはその回旋中心近傍にあるため、作動距離が長くなると頭部装着型表示装置の接眼窓の口径がそれにつれて比例的に大きくなり、結果、小型・軽量の頭部装着型表示装置は実現し得ず、外界視野も大きく遮蔽していた。また、外部から装着者を見たときに目を完全に覆ってしまっており、装着者の自然な表情が伝わらないといった問題も生じていた。
【００１０】
文献５では、導光板あるいはプリズムと接眼レンズを組合せる必要があり、複数の光学素子を筐体内に配置させる。したがって、棒状の光学部材支持部材が配置されるため外観上問題があった。さらに、組立、調整の工数がかかり、耐水性などの装置の耐性にも問題があった。
【００１１】
本発明は、従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、非常に小さく、軽量でかつ形状の自由度が高い１個の光学素子によって、画像表示素子の画像を虚像として観察者眼球に投影することが可能なプリズム光学系を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のプリズム光学系は、光学作用を有する光学面を少なくとも４面用いたプリズム光学系であり、４面の光学面のうち少なくとも２面は回転非対称面であり、透過面の第１面、前記第１面に対向した２回の内部反射面である第２面、前記第２面に対向した２回の内部反射面かつ透過面である第３面、前記第３面に対向しかつ前記第２面に隣接した内部反射面である第４面、によって構成され、前記プリズム光学系に入射し、前記プリズム光学系から射出するまでの光の経路は、順に、前記第１面を透過し、前記第２面で反射し、前記第３面で反射し、前記第２面で反射し、前記第３面で反射し、前記第４面で反射し、前記第３面から射出することを特徴とする。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、本発明のプリズム光学系は、光学作用を有する光学面を少なくとも５面用いたプリズム光学系であり、５面の光学面のうち少なくとも２面は回転非対称面であり、透過面の第１面、前記第１面に対向した内部反射面である第２面、前記第２面に対向した２回の内部反射面かつ透過面である第３面、前記第３面に対向しかつ前記第２面に隣接した内部反射面である第４面、前記第４面に隣接しかつ前記第３面に対向した内部反射面である第５面、によって構成され、前記プリズム光学系に入射し、前記プリズム光学系から射出するまでの光の経路は、順に、前記第１面を透過し、前記第２面で反射し、前記第３面で反射し、前記第４面で反射し、前記第３面で反射し、前記第５面で反射し、前記第３面から射出することを特徴とする。
【００１５】
また、前記第３面の少なくとも1回の内部反射は全反射作用を用いることを特徴とする。
【００１６】
また、前記プリズム光学系において、第３面は回転非対称面であることを特徴とする。
【００１７】
また、前記プリズム光学系において、第３面は中心主光線を含む面内において負のパワーを有することを特徴とする。
【００１８】
また、前記プリズム光学系において、第４面は回転非対称面であることを特徴とする。
【００１９】
また、前記プリズム光学系において、第５面は回転非対称面であることを特徴とする。
【００２０】
また、前記プリズム光学系において、第５面は中心主光線を含む面内において正のパワーを有することを特徴とする。
【００２１】
また、前記プリズム光学系において、第２面は回転非対称面であることを特徴とする。
【００２２】
さらに、本発明の画像表示装置は、前記プリズム光学系の前記第１面に対向して前記画像表示素子を配備し、前記第３面の透過領域に対向して観察者の眼を配備することで、前記観察者に拡大した虚像を呈示することを特徴とする。
【００２３】
また、射出瞳はプリズム光学系の第３面の近傍または第３面と観察者眼球の間に形成されることを特徴とする。
【００２４】
さらに、本発明の撮像装置は、前記プリズム光学系の第１面に対向して撮像素子を配備し、第３面の透過領域に前方近傍に開口絞りを配備することで、外界像を撮像することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
以上の本発明のプリズム光学系においては、非常に小さく、軽量でかつ形状の自由度が高い１個の光学素子であって、画像表示素子の画像を虚像として観察者眼球に投影することが可能なプリズム光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態のプリズム光学系の構成を示す図である。
【図２】プリズム光学系の実施例１のＹ−Ｚ断面での光路図である。
【図３】プリズム光学系の実施例１のＸ−Ｚ断面での光路図である。
【図４】実施例１の光学系全体の横収差図を示す図である。
【図５】実施例１の光学系全体の横収差図を示す図である。
【図６】プリズム光学系の実施例２のＹ−Ｚ断面での光路図である。
【図７】プリズム光学系の実施例２のＸ−Ｚ断面での光路図である。
【図８】実施例２の光学系全体の横収差図を示す図である。
【図９】実施例２の光学系全体の横収差図を示す図である。
【図１０】第２実施形態のプリズム光学系の構成を示す図である。
【図１１】プリズム光学系の実施例３のＹ−Ｚ断面での光路図である。
【図１２】プリズム光学系の実施例３のＸ−Ｚ断面での光路図である。
【図１３】実施例３の光学系全体の横収差図を示す図である。
【図１４】実施例３の光学系全体の横収差図を示す図である。
【図１５】プリズム光学系を用いた画像表示装置の基本構成図である。
【図１６】プリズム光学系を用いた画像表示装置の側面図である。
【図１７】プリズム光学系を用いた画像表示装置の側面図である。
【図１８】プリズム光学系を用いた眼鏡型画像表示装置の全体図である。
【図１９】プリズム光学系を用いた眼鏡型画像表示装置の正面図である。
【図２０】本実施形態のプリズム光学系を撮像装置であるデジタルカメラに適用した場合の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明にかかるプリズム光学系１は、光学作用を有する光学面を少なくとも４面用いたプリズム光学系１であり、４面の光学面のうち少なくとも２面は回転非対称面であり、光が入射或いは射出する２面のうち１面は１回の透過作用と２回の内部反射作用を有することが好ましい。
【００２８】
このような構成により、光学面を４面用いたプリズム光学系１として各面の光学的な機能を有効に使うことができ、画像表示素子２の画像を複数回反射させて観察者眼球に導くことができるため、プリズム光学系１の形状の自由度が増し、画像表示素子２と射出瞳Ｓの相対的な位置、光線の入射角、射出角を所望の状態にすることができる。さらに、画像表示装置Ｐとして用いるときは光の射出面、図示しない撮像装置として用いるときには、入射面は、入出力面であるので、透過作用を有するが、その面は内部で反射する作用も同時に有する面とすることで、その透過領域とプリズム光学系１の内部における反射領域をオーバーラップすることができ、さらに内部反射を２回とすることで、１つの面で２回の反射をさせるため、面のつなぎ目を意識せずに２つの反射領域をオーバーラップさせることも可能である。したがって、プリズム光学系１自体をコンパクトにすることが可能であり、装置の小型軽量化に有効に作用する。
【００２９】
この結果、プリズム光学素子がコンパクトな形状となり、画像表示装置Ｐの場合には装着者の違和感や煩わしさを軽減する。また、撮像装置の場合には、装置全体の小型軽量化に貢献する。
【００３０】
また、プリズム光学系１は、光学作用を有する光学面を少なくとも５面用いたプリズム光学系１であり、５面の光学面のうち少なくとも２面は回転非対称面であり、光が入射或いは射出する２面のうち１面は１回の透過作用と２回の内部反射作用を有することが好ましい。
【００３１】
このような構成によれば、光学面を４面用いたプリズム光学系１よりも１面多いため、光学的な機能をさらに有効に使うことができ、さらに、入射面に対向する側にある反射面を３面とし、それぞれの面が１回の反射となり、反射する方向の制御が容易となるため、プリズム光学系１の形状の自由度が増し、画像表示素子２と射出瞳Ｓの相対的な位置、光線の入射角、射出角を所望の状態にすることができる。したがって、プリズム光学系１の性能を向上させ、かつ自体をコンパクトにすることが可能であり、装置の小型軽量化に有効に作用する。
【００３２】
また、プリズム光学系１に入射し、プリズム光学系１から射出するまでの光の経路に沿って順に、入射面である透過面の第１面１１、第１面に対向した内部反射面である第２面１２、第２面１２に対向した内部反射面かつ透過面である第３面１３、第３面１３に対向しかつ第２面１２に隣接した内部反射面である第４面１４、第４面１４に隣接しかつ第３面１３に対向した内部反射面である第５面１５によって構成されていることが好ましい。
【００３３】
上記のような光学面の構成のプリズム光学系１によれば、第３面１３は、第２面１２と第４面１４と第５面１５に対向した面となるためプリズムは左右の面内で多重反射をすることになり、非常に小さいプリズム光学系１としてのプリズム光学素子でありながら実際の光路長は長くできる。また、プリズム形状は曲面を有する略棒状になり、後述する眼鏡のガラスの外形状に沿った形状にすることも可能である。さらに、眼鏡のガラス枠の一部として使用することも可能である。
【００３４】
このように、プリズム光学素子が小さく、略棒状にしたために、画像表示装置を観察者の眼球前方に配備する場合には、観察者の外界視野の妨げる面積を小さくすることができる。
【００３５】
さらに、プリズム光学系１は第３面１３にて２回の内部反射を行い、その前後で、第２面１２、第４面１４、第５面１５で内部反射を行うようにしたため、第２面１２の傾きを適切な角度にすることで画像表示素子２を所望の角度に配置することができる。また、第５面１５の傾きを適切な角度にすることによって観察者眼球の設定を所望の位置、角度にすることができる。したがって、このような構成のプリズム光学系１によると観察者に対して邪魔にならないように、ある程度自由な相対位置、相対角度で画像表示素子２を設置できる。
【００３６】
この結果、ユーザーはシースルー表示により死角をなくすことができ、画像表示素子２が邪魔にならないように出来るため、より快適に装着して使用することができる。さらに、形状の自由度が高いことで、本発明のプリズム光学系１を眼鏡のフレームの一部として用いることができ、画像表示装置Ｐを装着した人を客観的に見て違和感の無いものにすることが可能である。
【００３７】
また、第３面１３の少なくとも1回の内部反射は全反射作用を用いることが好ましい。
【００３８】
このように、第３面１３の内部反射を全反射面とすることで、第３面１３は反射コートをしなくても内部反射をすることができる。全反射する領域は透明なため、光は透過できるので、第３面１３を入射面または射出面として用いる場合に、ハーフミラーコーティング、ＨＯＥなどの特殊な手段を講じる必要がない。さらに、全反射なので、反射率は略100％であり、金属コートに比べて反射率が高いため、全体の効率の低下を抑制する。
【００３９】
この結果、プリズム光学系１を製造する場合に特殊なコーティング等が必要無く、低いコストで製造できる。さらに、反射率が高いため、効率がよく、省エネルギーな装置となる。
【００４０】
また、プリズム光学系１において、第３面１３は回転非対称面であることが好ましい。
【００４１】
第３面１３は、透過面、かつ２回の内部反射を行う面のため、透過作用、及び反射作用を受ける際にこの面による大きな収差補正効果が得られる。
【００４２】
この結果、収差が良好に補正された像を得ることができる。したがって、画像表示装置Ｐとして用いる場合には、歪みの少なく、鮮明な映像を観察できる。撮像装置として用いる場合にも同様に、歪みが少なく、高い解像の画像を撮影できる。
【００４３】
また、プリズム光学系１において、第３面１３は中心主光線を含む面内において負のパワーを有することが好ましい。
【００４４】
第３面１３は、２回の内部反射を行う面であり、その内部反射は全反射であることが望ましい。全反射条件は、反射点における入射角が臨界角以上である必要がある。プリズムの硝材の屈折率ｎの場合には、臨界角θｃは  θｃ＝arcsin(1/n)で与えられる。例えば、ｎ＝1.5の場合には、θｃ＝41.81°となる。したがって、第３面１３への入射角が41.81°以上の角度であれば、全反射するのだが、第３面１３が正パワーを持った面であれば、斜め上方からの入射光に対してある部分では面の法線の方向が入射光の方向に向くため、入射角は小さい傾向になり、全ての光束が臨界角以上の入射角にすることは難しい。第３面１３が、中心主光線Ａを含むＹＺ面内において、入射光に対して凸面を向けた負のパワーを持っていれば、全ての光束に対して入射角は大きくなる傾向を示し、全反射条件を満たすのに有効となる。
【００４５】
この結果、プリズム光学系１を製造する場合に通常の反射コーティング以外、特殊なコーティング等が必要無く、低いコストで製造できる。さらに、全反射は反射コートよりも反射率が高いため、効率がよく、省エネルギーな装置となる。
【００４６】
また、プリズム光学系１において、第４面１４は回転非対称面であることが好ましい。
【００４７】
第４面１４は内部反射を行う面であり、さらに、この面はプリズム光学系１の中間位置にあるため、第３面１３の透過及び内部反射による負のパワーによって各光束が比較的大きい断面積になるため、反射作用を受ける際にこの面における偏心による球面収差やコマ収差が発生しやすい。この偏心による収差を大きく発生させないようにすることは、プリズム光学系１全体の性能向上に望ましいことである。
【００４８】
この結果、収差が良好に補正された像を得ることができる。したがって、画像表示装置Ｐとして用いる場合には、歪みの少なく、鮮明な映像を観察できる。撮像装置として用いる場合にも同様に、歪みが少なく、高い解像の画像を撮影できる。
【００４９】
また、プリズム光学系１において、第５面１５は回転非対称面であることが好ましい。
【００５０】
第５面１５は内部反射面である。撮像装置の場合を考えると、この面は光学系の入射瞳および入射面の直後に位置するため、入射角の異なる各光束の断面積は略同等で比較的大きく、この面の偏心（チルト）によるコマ収差が発生しやすい。偏心収差が発生する面でその収差補正を行うこと、つまり、偏心収差を大きく発生させないようにすることが光学系全体の性能向上に望ましい。
【００５１】
この結果、収差が良好に補正された像を得ることができる。したがって、画像表示装置Ｐとして用いる場合には、歪みの少なく、鮮明な映像を観察できる。撮像装置として用いる場合にも同様に、歪みが少なく、高い解像の画像を撮影できる。
【００５２】
また、プリズム光学系１において、第５面１５は中心主光線を含む面内において正のパワーを有することが好ましい。
【００５３】
第５面１５は、中心主光線を含むＹＺ面内において、内部反射を行う正のパワーを有する面であることが有効である。第３面１３を負のパワーを有する面とするならば、光学系が結像系にするためには第１面１１、第２面１２、第４面１４、第５面１５のいずれか、または複数面を正のパワーを有する面とする必要があるが、射出瞳から略並行光を入射して像面を形成する場合で考えると、第５面１５を正のパワーとすることにより、プリズム光学系１のパワー配置は、物体側から像面に向かって負、正、負、（正か負かゼロ）、負となり、入射光は入射後に負の後すぐに正のパワーが得られるため、プリズム光学系１全体のパワーを正にする作用が得られる。
【００５４】
この結果、収差が良好に補正された像を得ることができる。したがって、画像表示装置Ｐとして用いる場合には、歪みの少なく、鮮明な映像を観察できる。撮像装置として用いる場合にも同様に、歪みが少なく、高い解像の画像を撮影できる。
【００５５】
また、プリズム光学系１において、第２面１２は回転非対称面であることが好ましい。
【００５６】
第２面１２は内部反射面であり、プリズム光学系１の像面近くに位置するため、光束は比較的小さくなった状態となる。この面を回転非対称面とすることで、軸外収差の補正に有効に作用する。特に、画角が大きい場合にはディストーションの補正に有効である。
【００５７】
この結果、収差が良好に補正された像を得ることができる。したがって、画像表示装置Ｐとして用いる場合には、歪みの少なく、鮮明な映像を観察できる。撮像装置として用いる場合にも同様に、歪みが少なく、高い解像の画像を撮影できる。
【００５８】
さらに、本発明にかかる画像表示装置Ｐは、プリズム光学系１の第１面１１に対向して画像表示素子２を配備し、第３面１３の透過領域に対向して観察者の眼を配備することで、観察者に拡大した虚像を呈示することが好ましい。
【００５９】
画像表示素子２から発した光は、プリズム光学系１の第１面１１から入射し、第２面１２、第３面１３、第４面１４、第３面１３、第５面１５で５回の内部反射した後、第３面１３から光は略平行光となって射出し、観察者眼球の瞳孔に入射する。
【００６０】
このような構成の画像表示装置Ｐによれば、観察者は拡大された虚像を観察することができる。
【００６１】
また、射出瞳はプリズム光学系１の第３面の射出窓近傍または第３面１３と観察者眼球の間に形成されることが好ましい。
【００６２】
画像表示素子２の射出瞳をプリズム光学系１の第３面１３の近傍または第３面１３と観察者眼球の間に形成されることで、観察画像周縁の光束のケラレを小さくできる。
【００６３】
このような構成の画像表示装置によれば、観察者は画面の周辺まで鮮明な画像を観察することができる。
【００６４】
さらに、本発明にかかる図示しない撮像装置は、プリズム光学系１の第１面１１に対向して撮像素子を配備し、第３面１３の透過領域に前方近傍に開口絞りを配備することで、外界像を撮像することができる。
【００６５】
プリズム光学系１の第３面１３の下側近傍に円形の開口を持つ開口絞りを配備し、第１面１１に対向してＣＣＤ等の撮像素子を配備することで、開口絞りを通過しプリズムの第３面１３から入射した光は、第５面１５、第３面１３、第４面１４、第３面１３、第２面１２で５回の内部反射をして第１面１１から射出して撮像素子に到達し、光は集光する。
【００６６】
このような構成によれば、小型軽量化された撮像装置を実現することができる。
【００６７】
以下、実施例に基づいて本実施形態のプリズム光学系１について説明する。
【００６８】
これら光学系の構成パラメータは後記するが、例えば図１及び図１０に示すように、観察者の観察する位置をプリズム光学系１の逆光線追跡における物体面とし、物体面を通る光線が、プリズム光学系１を経て画像表示素子２に向かう逆光線追跡の結果に基づくものである。
【００６９】
座標系は、図１及び図１０に示すように、物体面と中心主光線Ａとの交点Ｏを偏心光学系の偏心光学面の原点Ｏとし、原点Ｏからプリズム光学系１側へ向かう中心主光線の方向をＺ軸正方向とし、原点Ｏから画像表示素子２側でＺ軸に直交する方向をＹ軸正方向とし、図１及び図１０の紙面内をＹ−Ｚ平面とする。そして、Ｙ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＸ軸正方向とする。
【００７０】
偏心面については、その面が定義される座標系の上記光学系の原点の中心からの偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、光学系の原点に定義される座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする各面を定義する座標系の傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、各面を定義する座標系を光学系の原点に定義される座標系のまずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その回転した別の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。
【００７１】
また、各実施例の光学系を構成する光学作用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成する場合には面間隔が与えられており、その他、面の曲率半径、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。
【００７２】
また、後記の構成パラメータ中にデータの記載されていない係数項は０である。屈折率、アッベ数については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。各面の偏心は、上記のように、基準面からの偏心量で表わす。
【００７３】
また、本発明にかかる実施形態で用いられる自由曲面の面の形状は、以下の式（ａ）で定義されるものである。なお、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸とする。
【００７４】
Ｚ＝（ｒ2 ／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（ｒ／Ｒ）2 ｝］
∞
＋Σ Ｃj Ｘm Ｙn                             ・・・（ａ）
j=1
ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。
【００７５】
球面項中、
Ｒ：頂点の曲率半径
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ2 ＋Ｙ2 ）
である。
【００７６】
自由曲面項は、
66
Σ Ｃj Ｘm Ｙn 
j=1 
＝Ｃ1 
＋Ｃ2 Ｘ＋Ｃ3 Ｙ
＋Ｃ4 Ｘ2 ＋Ｃ5 ＸＹ＋Ｃ6 Ｙ2 
＋Ｃ7 Ｘ3 ＋Ｃ8 Ｘ2 Ｙ＋Ｃ9 ＸＹ2 ＋Ｃ10Ｙ3 
＋Ｃ11Ｘ4 ＋Ｃ12Ｘ3 Ｙ＋Ｃ13Ｘ2 Ｙ2 ＋Ｃ14ＸＹ3 ＋Ｃ15Ｙ4 
＋Ｃ16Ｘ5 ＋Ｃ17Ｘ4 Ｙ＋Ｃ18Ｘ3 Ｙ2 ＋Ｃ19Ｘ2 Ｙ3 ＋Ｃ20ＸＹ4 
＋Ｃ21Ｙ5 
＋Ｃ22Ｘ6 ＋Ｃ23Ｘ5 Ｙ＋Ｃ24Ｘ4 Ｙ2 ＋Ｃ25Ｘ3 Ｙ3 ＋Ｃ26Ｘ2 Ｙ4 
＋Ｃ27ＸＹ5 ＋Ｃ28Ｙ6 
＋Ｃ29Ｘ7 ＋Ｃ30Ｘ6 Ｙ＋Ｃ31Ｘ5 Ｙ2 ＋Ｃ32Ｘ4 Ｙ3 ＋Ｃ33Ｘ3 Ｙ4 
＋Ｃ34Ｘ2 Ｙ5 ＋Ｃ35ＸＹ6 ＋Ｃ36Ｙ7 
・・・・・・
ただし、Ｃj （ｊは１以上の整数）は係数である。
【００７７】
上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面共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。例えば、上記定義式（ａ）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可能である。
【００７８】
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。例えば、上記定義式においては、Ｃ3 、Ｃ5 、Ｃ8 、Ｃ10、Ｃ12、Ｃ14、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可能である。
【００７９】
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をも向上させることが可能となる。
【００８０】
また、上記定義式（ａ）は、前述のように１つの例として示したものであり、本発明の自由曲面は、対称面を１面のみ有する回転非対称な面を用いることで偏心により発生する回転非対称な収差を補正し、同時に製作性も向上させるということが特徴であり、他のいかなる定義式に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。
【００８１】
図１は第１実施形態のプリズム光学系１を用いた画像表示装置Ｐの概念図である。
【００８２】
第１実施形態のプリズム光学系１は、図１に示すように、光学作用を有する光学面を５面用いたプリズム光学系１であり、５面の光学面のうち少なくとも３面は回転非対称面であり、光が入射或いは射出する２面のうち１面は１回の透過作用と２回の内部反射作用を有する。
【００８３】
また、画像表示装置Ｐは、プリズム光学系１に光が入射する入射面としての第１面１１に対向して画像表示素子２を配置し、光が射出する面の透過領域としての第３面１３に対向して観察者の眼球３を配備することで、観察者に拡大した虚像を呈示する。
【００８４】
次に、第１実施形態に関する実施例１及び実施例２について説明する。
【００８５】
実施例１のプリズム光学系１を備えた画像表示装置ＰのＹ−Ｚ断面図を図２に、Ｘ−Ｚ断面図を図３に、光学系全体の横収差図を図４及び図５に示す。
【００８６】
実施例１の画像表示装置Ｐは、プリズム光学系１と、画像表示素子２と、を有する。
【００８７】
プリズム光学系１は、光学作用を有する光学面を５面用いて形成されている。第１面１１は、画像表示素子２に対向して配置され、１回の透過作用を有する。また、第２面１２は、第１面１１に対して画像表示素子２とは反対側に配置され、１回の内部反射作用を有する。第３面１３は、第２面１２、後述する第４面１４及び第５面１５の画像表示素子２側に対向して配置され、１回の透過作用と２回の内部反射作用を有する。第４面１４は、第３面１３に対して画像表示素子２と反対側に配置され、１回の内部反射作用を有する。
第５面１５は、第３面１３に対して画像表示素子２と反対側に配置され、１回の内部反射作用を有する。また、第３面１３の透過面付近には射出瞳Ｓが設けられている。
【００８８】
回転非対称面としての自由曲面は、第３面１３、第４面１４及び第５面１５である。
【００８９】
逆光線追跡において、射出瞳Ｓから入射した光束は、第３面１３を透過してプリズム光学系１に入射し、第５面１５で内部反射し、第３面１３で内部反射し、第４面１４で内部反射し、第３面１３で内部反射し、第２面１２で内部反射し、第１面１１を透過してプリズム光学系１から射出する。プリズム光学系１を射出した光束は、画像表示素子２に入射する。
【００９０】
実施例２のプリズム光学系１を備えた画像表示装置ＰのＹ−Ｚ断面図を図６に、Ｘ−Ｚ断面図を図７に、光学系全体の横収差図を図８及び図９に示す。
【００９１】
実施例２の画像表示装置Ｐは、プリズム光学系１と、画像表示素子２と、を有する。
【００９２】
プリズム光学系１は、光学作用を有する光学面を５面用いて形成されている。第１面１１は、画像表示素子２に対向して配置され、１回の透過作用を有する。また、第２面１２は、第１面１１に対して画像表示素子２とは反対側に配置され、１回の内部反射作用を有する。第３面１３は、第２面１２、後述する第４面１４及び第５面１５に対して画像表示素子２側に対向して配置され、１回の透過作用と２回の内部反射作用を有する。第４面１４は、第３面１３に対して画像表示素子２と反対側に配置され、１回の内部反射作用を有する。第５面１５は、第３面１３に対して画像表示素子２と反対側に配置され、１回の内部反射作用を有する。また、第３面１３の透過面付近には射出瞳Ｓが設けられている。
【００９３】
回転非対称面としての自由曲面は、第１面１１、第２面１２、第３面１３、第４面１４及び第５面１５である。
【００９４】
逆光線追跡において、射出瞳から入射した光束は、第３面１３を透過してプリズム光学系１に入射し、第５面１５で内部反射し、第３面１３で内部反射し、第４面１４で内部反射し、第３面１３で内部反射し、第２面１２で内部反射し、第１面１１を透過してプリズム光学系１から射出する。プリズム光学系１を射出した光束は、画像表示素子２に入射する。
【００９５】
以下、実施例に基づいて本実施形態のプリズム光学系１について説明する。図１０は第２実施形態のプリズム光学系１の概念図である。
【００９６】
第２実施形態のプリズム光学系１は、図１０に示すように、光学作用を有する光学面を４面用いたプリズム光学系１であり、４面の光学面のうち少なくとも２面は回転非対称面であり、光が入射或いは射出する２面のうち１面は１回の透過作用と２回の内部反射作用を有する
【００９７】
また、画像表示装置Ｐは、プリズム光学系１に光が入射する入射面としての第１面１１に対向して画像表示素子２を配置し、光が射出する面の透過領域としての第３面１３に対向して観察者の眼球３を配備することで、観察者に拡大した虚像を呈示する。
【００９８】
次に、第２実施形態に関する実施例３について説明する。
【００９９】
実施例３のプリズム光学系１を備えた画像表示装置ＰのＹ−Ｚ断面図を図１１に、Ｘ−Ｚ断面図を図１２に、光学系全体の横収差図を図１３及び図１４に示す。
【０１００】
実施例３の画像表示装置Ｐは、プリズム光学系１と、画像表示素子２と、を有する。
【０１０１】
プリズム光学系１は、光学作用を有する光学面を４面用いて形成されている。第１面１１は、画像表示素子２に対向して配置され、１回の透過作用を有する。また、第２面１２は、第１面１１に対して画像表示素子２とは反対側に配置され、２回の内部反射作用を有する。第３面１３は、第２面１２及び後述する第４面１４に対して画像表示素子２側に対向して配置され、１回の透過作用と２回の内部反射作用を有する。第４面１４は、第３面１３に対して画像表示素子２と反対側に配置され、１回の内部反射作用を有する。また、第３面１３の透過面付近には射出瞳Ｓが設けられている。
【０１０２】
回転非対称面としての自由曲面は、第１面１１、第２面１２、第３面１３及び第４面１４である。
【０１０３】
逆光線追跡において、射出瞳から出射した光束は、第３面１３を透過してプリズム光学系１に入射し、第４面１４で内部反射し、第３面１３で内部反射し、第２面１２で内部反射し、第３面１３で内部反射し、第２面１２で内部反射し、第１面１１を透過してプリズム光学系１から射出する。プリズム光学系１を射出した光束は、画像表示素子２に入射する。
【０１０４】
以下に、上記実施例１〜３の構成パラメータを示す。なお、以下の表中の“ＦＦＳ”は自由曲面を示す。
【０１０５】
実施例１
面番号        曲率半径            面間隔      偏心      屈折率  アッベ数
物体面        ∞                -1000.00
r1          ∞（ダミー面）        0.00
r2          ∞（射出瞳）          0.00      偏心(1) 
r3          FFS[1]                0.00      偏心(2)   1.5254    56.2
r4          FFS[2]                0.00      偏心(3)   1.5254    56.2
r5          FFS[1]                0.00      偏心(2)   1.5254    56.2
r6          FFS[3]                0.00      偏心(4)   1.5254    56.2
r7          FFS[1]                0.00      偏心(2)   1.5254    56.2
r8          ∞                    0.00      偏心(5)   1.5254    56.2
r9          ∞                    0.00      偏心(6) 
像面          ∞                    0.00      偏心(7) 
FFS[1]
Ｃ4   -2.291E-002    Ｃ6   -6.249E-003    Ｃ8    2.241E-003 
Ｃ10   1.034E-004    Ｃ11  -6.807E-005    Ｃ13   8.403E-006 
Ｃ15  -3.302E-005    Ｃ17   1.808E-006    Ｃ19  -5.266E-006 
Ｃ21   2.248E-006    Ｃ22  -1.361E-007    Ｃ24   6.973E-008 
Ｃ26   1.498E-007    Ｃ28  -4.946E-008 
FFS[2]
Ｃ4   -1.797E-002    Ｃ6   -4.669E-003    Ｃ8    1.382E-003 
Ｃ10  -6.738E-005    Ｃ11  -1.528E-005    Ｃ13  -4.124E-005 
Ｃ15   2.689E-007 
FFS[3]
Ｃ4   -6.685E-003    Ｃ6   -1.107E-002    Ｃ8    1.276E-003 
Ｃ10  -5.050E-005    Ｃ11  -1.994E-005    Ｃ13   1.201E-005 
Ｃ15  -1.569E-005    Ｃ17   8.582E-007    Ｃ19  -2.122E-007 
Ｃ21   3.093E-007 
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ    8.73  Ｚ   20.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ   10.13  Ｚ   20.11
α   -4.10  β    0.00  γ    0.00
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ    6.49  Ｚ   22.60
α  -29.54  β    0.00  γ    0.00
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ   18.61  Ｚ   26.42
α    1.78  β    0.00  γ    0.00
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ   34.56  Ｚ   23.28
α   23.03  β    0.00  γ    0.00
偏心[6] 
Ｘ    0.00  Ｙ   35.83  Ｚ   18.73
α   -7.11  β    0.00  γ    0.00
偏心[7] 
Ｘ    0.00  Ｙ   38.95  Ｚ   10.17
α  -20.15  β    0.00  γ    0.00
【０１０６】
実施例２
面番号        曲率半径            面間隔      偏心      屈折率  アッベ数
物体面        ∞                -1000.00
r1          ∞（ダミー面）        0.00
r2          ∞（射出瞳）          0.00      偏心(1) 
r3          FFS[1]                0.00      偏心(2)   1.5254    56.2
r4          FFS[2]                0.00      偏心(3)   1.5254    56.2
r5          FFS[1]                0.00      偏心(2)   1.5254    56.2
r6          FFS[3]                0.00      偏心(4)   1.5254    56.2
r7          FFS[1]                0.00      偏心(2)   1.5254    56.2
r8          FFS[4]                0.00      偏心(5)   1.5254    56.2
r9          FFS[5]                0.00      偏心(6) 
像  面        ∞                    0.00      偏心(7) 
FFS[1]
Ｃ4    1.088E-003    Ｃ6   -5.718E-003    Ｃ8   -2.729E-004 
Ｃ10   1.762E-004    Ｃ11  -5.057E-005    Ｃ13   4.190E-006 
Ｃ15  -3.474E-005    Ｃ17  -8.264E-006    Ｃ19  -1.217E-006 
Ｃ21   1.883E-006    Ｃ22  -1.446E-006    Ｃ24   7.462E-007 
Ｃ26   3.155E-008    Ｃ28  -3.487E-008 
FFS[2]
Ｃ4   -7.189E-003    Ｃ6   -5.584E-003    Ｃ8   -1.761E-004 
Ｃ10  -1.127E-004    Ｃ11  -3.659E-005    Ｃ13   7.966E-006 
Ｃ15   2.689E-007 
FFS[3]
Ｃ4    7.890E-003    Ｃ6   -1.030E-002    Ｃ8   -7.428E-005 
Ｃ10   6.409E-006    Ｃ11   7.616E-005    Ｃ13   1.487E-005 
Ｃ15  -1.450E-005    Ｃ17  -4.131E-007    Ｃ19  -9.396E-007 
Ｃ21   2.538E-007 
FFS[4]
Ｃ4   -8.047E-003    Ｃ6   -6.341E-004    Ｃ8   -1.116E-003 
Ｃ10  -2.146E-005    Ｃ11  -3.318E-004    Ｃ13  -5.037E-005 
Ｃ15   1.909E-005 
FFS[5]
Ｃ4    2.450E-002    Ｃ6   -7.855E-003    Ｃ8   -3.415E-003 
Ｃ10  -3.106E-004    Ｃ11  -2.479E-003    Ｃ13  -4.335E-004 
Ｃ15   4.757E-004 
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   20.01
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ    1.15  Ｚ   20.14
α   -5.50  β    0.00  γ    0.00
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.10  Ｚ   23.65
α  -31.12  β    0.00  γ    0.00
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ   10.01  Ｚ   25.85
α    0.53  β    0.00  γ    0.00
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ   25.69  Ｚ   23.00
α   20.69  β    0.00  γ    0.00
偏心[6] 
Ｘ    0.00  Ｙ   27.79  Ｚ   18.00
α  -23.66  β    0.00  γ    0.00
偏心[7] 
Ｘ    0.00  Ｙ   31.01  Ｚ   10.04
α  -22.00  β    0.00  γ    0.00
【０１０７】
実施例３
面番号        曲率半径            面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面        ∞                -1000.00
r1          ∞（ダミー面）        0.00
r2          ∞（射出瞳）          0.00  偏心(1) 
r3          FFS[1]                0.00  偏心(2)   1.5254    56.2
r4          FFS[2]                0.00  偏心(3)   1.5254    56.2
r5          FFS[1]                0.00  偏心(2)   1.5254    56.2
r6          FFS[3]                0.00  偏心(4)   1.5254    56.2
r7          FFS[1]                0.00  偏心(2)   1.5254    56.2
r8          FFS[3]                0.00  偏心(4)   1.5254    56.2
r9          FFS[4]                0.00  偏心(5) 
像  面        ∞                    0.00  偏心(6) 
FFS[1]
Ｃ4    6.402E-004    Ｃ6   -6.128E-003    Ｃ8   -4.180E-004 
Ｃ10   1.481E-004    Ｃ11  -1.265E-004    Ｃ13  -3.191E-006 
Ｃ15  -3.615E-005    Ｃ17  -2.987E-005    Ｃ19  -1.416E-006 
Ｃ21   1.835E-006    Ｃ22  -2.344E-006    Ｃ24   1.589E-006 
Ｃ26  -2.149E-009    Ｃ28  -3.604E-008 
FFS[2]
Ｃ4   -7.740E-003    Ｃ6   -8.267E-003    Ｃ8   -2.655E-004 
Ｃ10  -1.101E-004    Ｃ11  -9.852E-005    Ｃ13  -3.129E-006 
Ｃ15   2.689E-007 
FFS[3]
Ｃ4    3.446E-003    Ｃ6   -9.360E-003    Ｃ8   -6.945E-004 
Ｃ10  -7.879E-005    Ｃ11  -2.149E-004    Ｃ13   1.145E-005 
Ｃ15  -1.478E-005    Ｃ17  -1.040E-006    Ｃ19  -1.398E-006 
Ｃ21   4.4022E-007
FFS[4]
Ｃ4    2.431E-002    Ｃ6   -4.411E-002    Ｃ8   -2.427E-003 
Ｃ10   7.360E-003    Ｃ11  -4.808E-003    Ｃ13   2.438E-004 
Ｃ15  -1.651E-003 
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   20.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ   -2.34  Ｚ   19.81
α   -5.50  β    0.00  γ    0.00
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ   -3.66  Ｚ   21.92
α  -30.32  β    0.00  γ    0.00
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ    6.42  Ｚ   26.23
α    0.54  β    0.00  γ    0.00
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ   26.07  Ｚ   17.62
α    3.18  β    0.00  γ    0.00
偏心[6] 
Ｘ    0.00  Ｙ   27.24  Ｚ   14.42
α  -20.00  β    0.00  γ    0.00
【０１０８】
図１５はプリズム光学系を用いた画像表示装置の基本構成を示す図である。
【０１０９】
本実施形態の画像表示装置Ｐは、プリズム光学系１と画像表示素子２とを用いることで、小型軽量、低コスト化が可能でかつ、装着した人が客観的に違和感の少ない画像表示装置Ｐを提供することを目的としている。
【０１１０】
本実施形態の画像表示装置Ｐは、画像表示素子２として液晶表示素子を用いている。液晶表示素子を用いる場合、光源としてのバックライトＢＬを必要とする。本実施形態では、バックライトＢＬと画像表示素子２との間に照明レンズＬを有する。
【０１１１】
本実施形態の画像表示装置Ｐは、このような構成により、画像表示素子２から射出された画像光を正のパワーを持つプリズム光学系１によって眼球方向に屈曲させるとともに、観察者が虚像として画像を観察することを可能とする。
【０１１２】
また、射出部の近傍を開口絞りＳとなるよう機能させることで、プリズム自体を薄く細くしても映像を観察することができる。
【０１１３】
さらに、画像表示素子２が液晶表示素子である場合には、バックライトＢＬが必要であり、照明の効率上、光源の像を射出窓近傍に位置させることが望ましい
【０１１４】
また、画像表示装置から出射する軸上主光線を眼球の正面方向よりもやや外側になるように配置することが好ましい。これにより、視界の正面を表示画面や反射部で邪魔することがない。また、光路を短くすることができ、プリズム光学系をよりコンパクトにすることができる。
【０１１５】
図１６はプリズム光学系を用いた画像表示装置の側面図、図１７はプリズム光学系を用いた画像表示装置の側面図である。
【０１１６】
図１６に示すように、プリズム光学系１の観察者の瞳Ｅに対向する部分の垂直方向の幅を人間の平均的な瞳孔径である４ｍｍ未満に設定すると、プリズム光学系１の上下から観察者の瞳Ｅにプリズム光学系１の後ろの風景を見ることが可能となり、シースルー効果を出すことができる。
【０１１７】
また、図１７に示すように、プリズム光学系１の観察者の瞳Ｅに対向する部分の垂直方向の幅を４ｍｍ以上にすると、長い縦幅により、上下方向のズレに対して許容範囲を広くすることができる。
【０１１８】
図１８は、プリズム光学系１を用いた眼鏡型の画像表示装置Ｐを示す図、図１９はプリズム光学系１を用いた眼鏡型の画像表示装置Ｐの正面図である。
【０１１９】
本実施形態の画像表示装置Ｐは、外界視界を遮ることなく外界と電子画像を同時に観察すること（シースルー機能）を可能とするとともに、小型軽量・低コスト化が可能な眼鏡型画像表示装置を提案する。
【０１２０】
図１８に示すように、プリズム光学系１は、眼鏡Ｇに装着することが可能である。正面方向を向いた画像表示素子２から射出された画像光は、プリズム光学系１により瞳孔へ向けて射出される。プリズム光学系１は正のパワーを持ち、画像表示素子２の画像を拡大し、装着者は虚像として観察することができる。また、画像表示素子２を略テンプル部Ｇ１に沿った方向（矢印Ｔ方向）に沿って前後することで観察者の視度に合わせて調整できる。なお、画像表示素子２の中心から射出する第１の軸上主光線Ｂ１とプリズムから射出し、観察者瞳孔中心に到達する第２の軸上主光線Ｂ２によって出来る角度は０°〜４０°であることが望ましい。
【０１２１】
図１及び図１０で示した画像表示装置Ｐは、図１９に示すように、正面から見ると、プリズム光学系１が観察者の瞳Ｅに対向して配置され、観察者に拡大した虚像を呈示することが可能となる。
【０１２２】
本実施形態のプリズム光学系１は、画像表示素子２に代えて、撮像素子とともに用いることで、小型軽量で低コスト化が可能な撮像装置を提供することが可能である。
【０１２３】
図２０に本実施形態のプリズム光学系１を撮像装置２１であるデジタルカメラに適用した場合の概念図を示す。撮像装置２１に本発明のプリズム光学系１を適用する場合には、画像表示装置における射出瞳が入射瞳として作用し、瞳位置近傍に開口絞り２２を設ける。この絞りの開口を拡縮して明るさの調整を行う。さらに、表示素子の代わりに撮像素子２３を配備する。
【０１２４】
カメラ本体２４には、光を取り入れ、内部の汚れを防ぐことにもなる入射窓２５、スイッチ２６、シャッター２７、及び操作、撮像の様子を確認するための背面パネル２８が装備されている。スイッチ２６をＯＮにしてシャッター２７を押すと、撮像素子２３に付属したシャッター（図示せず）が作動し、シャッタースピードで設定された時間の静止画を撮像素子（CCD）２３で撮像し、画像記録メモリー２９に画像データが蓄積される。動画像の場合は、静止画と同様の動作だがシャッターを開放にして撮像素子２３で取り込んだ動画像をメモリーに蓄積する。
【符号の説明】
【０１２５】
１…プリズム光学系
２…画像表示素子
Ｐ…画像表示装置
【図１】
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【図２】
0005567924.tif 000003
【図３】
0005567924.tif 000004
【図４】
0005567924.tif 000005
【図５】
0005567924.tif 000006
【図６】
0005567924.tif 000007
【図７】
0005567924.tif 000008
【図８】
0005567924.tif 000009
【図９】
0005567924.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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