(57)【要約】【課題】偏心プリズムの瞳に近い側の透過作用と反射作用を有する第１面の有効域の広い面を回転対称な球面又は非球面で構成した偏心プリズム光学系。【解決手段】偏心プリズム７は３つの面３、４、５からなっており、それらの面３〜５の間が屈折率が１より大きい透明媒質で埋められており、第１面３の入射側に正レンズ９が配置されていて、物体から発した光線束は光軸２に沿って光学系１０の瞳１を通過し、正レンズ９を介して偏心プリズム７の第１面３に入射してプリズム７内に入り、その入射光線は第２面４で瞳１に近づく方向に反射され、今度は第１面３で瞳１から遠ざかる方向に再び反射され、その反射光線は第３面５を透過して像面６に到達し、結像する。そして、第１面３は球面等の回転対称面にて、第２面４が回転非対称面にて構成されている。【選択図】図１
2006276884.tif 000002
【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２】
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３】
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４】
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５】
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６】
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７】
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８】
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９】
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１０】
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偏心プリズム光学系を有する光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏心プリズム光学系に関し、特に、接眼光学系又は撮像光学系に利用できる製作性の良い偏心プリズム光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
偏心プリズム光学系として従来の周知なものとして、特許文献１と特許文献２のものがある。また、本出願人の特許文献３、特許文献４のものがある。これらのものは、何れも反射作用を有する面に回転非対称な面形状を使用したものである。
【特許文献１】特開平７−３３３５５１号公報
【特許文献１】特開平８−２３４１３７号公報
【特許文献１】特開平８−３２０４５２号公報
【特許文献１】特開平８−３１３８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、これら従来技術では、透過と反射作用を有する瞳側の第１面を回転非対称面で構成すると同時に、反射作用のみを有する瞳から遠い側の第２面も共に回転非対称面であるアナモルフィック面やトーリック面等で構成している。このために、光学系を製作する上で設計値通りの形状が出来ているかどうかの測定を行う場合、回転非対称であるために干渉計等の方法により面の精度を測定することができず、３次元座標測定器で測定する必要がある。しかし、３次元座標測定器は点の座標を１点１点測定するために、測定精度が不足することと、測定に非常に時間がかかる問題点があった。
【０００４】
また、透過作用のみを有する第３面を回転対称に設計することが、上記の従来技術に示されているが、この透過作用のみを有する面は面の有効領域か狭く、光学系全体が正しい形状に作製されているかをこの面だけを基準として推定することは難しい。上記の瞳に近い方の反射と透過作用を有する第１面は、その有効面積が大きいことから、光学系全体に歪みがあるかどうかを推定する場合に基準とすると都合が良い。特に、プラスチックの射出成形（モールド成形）を行う場合は、光学系全体の形状の変化を少なくすることが重要であり、有効面（面の全領域中で光束が透過あるいは反射の少なくとも一方を行う領域）の大きい面を測定し、光学系全体の形状を推定することが、量産を行う場合に有効な手段となる。
【０００５】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、偏心プリズムの瞳に近い側の透過作用と反射作用を有する第１面の有効域の広い面を回転対称な球面又は非球面で構成した偏心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】
【０００６】
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つの面の中の少なくとも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配置し、前記反射作用を有する２つの面の中、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つの面の少なくとも有効面（面の全領域中で光束が透過及び／又は反射をする領域）の形状が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。
【０００７】
この場合、偏心プリズムの回転対称面が、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偏心プリズムの内部でその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、偏心プリズムの回転非対称面が第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、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。
【０００８】
その際、偏心プリズムの第１面が有効面内にてその透過作用と反射作用とが少なくとも一部の領域で重なり合うように形成されていると共に、少なくとも第１面の有効面内の透過作用と反射作用との重なり合う領域での反射作用が全反射作用によるように構成することができる。
【０００９】
以下に、本発明において、上記のような構成をとる理由と作用について説明する。
【００１０】
まず、最初に、本発明の偏心プリズム光学系の原理を説明する。その説明に際し、内容をより理解しやすいものとするために、本発明の光学系の主要部である偏心プリズムを最も単純な３面構成プリズムとした場合の光路図を図１に例示し、これを用いて説明する。図１の場合は、偏心プリズム７の光路上に配置された面は、３つの面３、４、５からなっている。この偏心プリズム７は、不図示の物体から発した光線束がまず偏心プリズム７の瞳１を通過し、透過作用と反射作用を有する偏心プリズム７の第１面３に入射する。そして、その入射光線は、瞳１から遠い側の反射作用のみを有する反射面である第２面４で瞳１に近づく方向に反射され、瞳１の近い方に配置されている透過作用と反射作用を有する第１面３で今度は瞳１から遠ざかる方向に再び反射される。そして、その反射光線は、第１面３と第２面４の対向方向（図のＺ軸方向）に対して略垂直方向（図のＹ軸方向）の位置に配置され透過作用のみを有する第３面５を透過して像面６に到達し、結像する。なお、符号２は光軸である。
【００１１】
このように、本発明における偏心プリズム７の面番号は、原則として瞳１から像面６に到る順番で追跡を行っている。
【００１２】
ただし、上記図１は例示であり、本発明における偏心プリズム７は、図２に示すように光学面が４面あるものや、反射回数が２回より多いものであってもよい。図２（ａ）は、第１面３、第２面４、第３面５に加えて第４面８の面が４つある偏心プリズム７であり、反射作用を有する第４面８は回転対称球面や回転対称非球面でもよいが、望ましくはアナモルフィック面や対称面を１つのみ有する回転非対称非球面で構成する。また、図２（ｂ）は、第１面３と第３面５とが同一面で兼用されている例である。
【００１３】
さて、このような偏心プリズムを構成する少なくとも３つの面の中、瞳側に配置された透過作用と反射作用を有する第１面を回転対称な面で構成し、瞳から遠い反射作用のみを有する第２面を回転非対称な面で構成することが好ましい。
【００１４】
これは、物体中心を射出して瞳中心を通過し、像面中心に到達する光線を軸上主光線とするとき、透過と反射作用を有する第１面の軸上主光線が反射する点は、反射作用のみを有する第２面で軸上主光線が反射する点より屈折力（パワー）が弱いためである。このため、基本的に第１面で偏心により発生する偏心収差が少なく、この面を回転対称面で構成しても偏心収差を他の面で補正することが可能なためである。
【００１５】
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、物体からの主光線を偏心プリズム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。
【００１６】
また、瞳１と偏心プリズム７の間に正の屈折力を有する屈折レンズ系９を配置することにより（図１に図示の場合）瞳１を通過した主光線を収束して偏心プリズム７に入射することにより、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。
【００１７】
さらに、本発明において、偏心プリズム７の物体側に屈折レンズ系９を配置すると、屈折レンズ系９にカバーガラスの作用を兼用させることができ、カバーガラスを別に設ける必要がなくなる。これは上記のような偏心プリズム７を用いる光学系において重要なことである。偏心プリズム７は偏心した回転非対称面と回転対称面にて構成されているので、通常、ポリオレフィン系樹脂（例えば、（株）日本ゼオン製“ＺＥＯＮＥＸ”）等の低吸湿性の比較的柔らかいプラスチックから作製されるため、特に入射側の面の前にカバーガラスを設ける必要がある。また、偏心プリズム７の入射側の面である第１面３は全反射面とすることが多いため、その面にコーティングを設けることができないので、その面の前にカバーガラスを設ける必要がある。しかし、屈折レンズ系９を付加した本発明の偏心プリズム光学系においては、屈折レンズ系９にカバーガラスの作用を兼用させてカバーガラスを省くことができるため、光学系を軽くすることができる。
【００１８】
以下の説明において用いる座標系について説明する。
【００１９】
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。
【００２０】
さて、一般に、偏心プリズムは研磨により製作することは難しく、研削により１面ずつ形成するか、プラスチックの射出成形又はガラスモールド成形により、作製することになる。このとき、偏心プリズムの面が所定の形状に作成されているかどうかを確認する必要がある。偏心プリズムの各面が３次元の回転非対称な面からなる場合、このような３次元の回転非対称な面形状の測定には一般的に３次元座標測定器が使用されるが、測定時間がかかり現実的ではない。
【００２１】
本発明では、偏心プリズムを構成する少なくとも３つの面の中、少なくとも１つの面を回転対称面で構成することが重要である。回転対称な面で構成すると、特開平８−２１７１２号に示されているような回転対称非球面の干渉測定器により簡単に短時間で面形状を測定することが可能である。
【００２２】
さらに好ましくは、最も有効面積が広く、比較的収差の劣化が大きい瞳に近い側の透過作用と内部反射作用を有する面を回転対称面として構成することにより、面形状の出来上がり具合を簡単に短時間で評価することが可能な偏心プリズムを構成することに成功したものである。
【００２３】
以下、本発明の偏心プリズム光学系を結像光学系として説明する。なお、当然、物点と像点を逆に配置して（図１の像面６に画像表示素子を配置し、瞳１に観察者の瞳孔を位置させて）、接眼光学系として利用できることはいうまでもない。もちろん、瞳１側に画像表示素子を配置し、像面６側からこの画像表示素子の像を観察する構成にもできる。
【００２４】
上述の定義に従ってＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が決まったとき、瞳位置中心を射出し、像面に入射する主光線の中、Ｘ方向画角ゼロ、Ｘ方向最大画角、Ｙ正方向最大画角、Ｙ方向画角ゼロ、Ｙ負方向最大画角のＸ方向、Ｙ方向の組み合わせにより、次の表−１のように、６つの主光線(1) 〜(6) が定まる。
表−１
┌────────┬───────┬───────┐
│                │Ｘ方向画角ゼロ│Ｘ方向最大画角│
├────────┼───────┼───────┤
│Ｙ正方向最大画角│      (1)     │      (4)     │
├────────┼───────┼───────┤
│Ｙ方向画角ゼロ  │      (2)     │      (5)     │
├────────┼───────┼───────┤
│Ｙ負方向最大画角│      (3)     │      (6)     │
└────────┴───────┴───────┘                      。
【００２５】
すなわち、上記の表−１中に記載したように、画面中心の軸上主光線を(2) とし、Ｘ方向画角ゼロ、Ｙ正方向最大画角を通る主光線を(1) 、Ｘ方向画角ゼロ、Ｙ負方向最大画角を通る主光線を(3) 、Ｘ方向最大画角、Ｙ正方向最大画角を通る主光線を(4) 、Ｘ方向最大画角、Ｙ方向画角ゼロを通る主光線を(5) 、Ｘ方向最大画角、Ｙ負方向最大画角を通る主光線を(6) とする。これらの主光線(1) 〜(6) が各面と交差する領域を有効領域と定義し、その有効領域で各面の形状を定義する式（Ｚ軸を面の軸として表した式、あるいは、その面を偏心がないとして、Ｚ＝ｆ（Ｘ，Ｙ）の形式で表した式）の面の偏心方向に当たるＹ軸と平行な方向の前記各主光線(1) 〜(6) が面に当たる位置でのその面の法線を含む面内の曲率をＣｙ１〜Ｃｙ６とする。また、Ｙ軸と直交するＸ軸方向の面の法線を含む面内の曲率をＣｘ１〜Ｃｘ６とする。
【００２６】
まず、本発明の光学系全体に対する反射作用のみを有する第２面（以下、第１面、第２面等は、特に言及しない限り偏心プリズムの第１面、第２面等を意味する。）の焦点距離に関する条件式を示す。本発明の反射作用のみを有する第２面は偏心しており、その面の形状が面内及び面外共に回転対称軸を有しない回転非対称面形状であることが特徴であるので、近軸計算から焦点距離を導くことは意味がないので、焦点距離を次のように定義する。
【００２７】
物点中心から光学系の入射瞳中心を通る軸上主光線と平行に瞳中心からＸ軸方向に微小量Ｈ（ｍｍ）の点を通り、その軸上主光線と平行に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）を上記Ｈで割った値を光学系全体のＸ方向の焦点距離Ｆｘ（ｍｍ）と定義する。また、瞳中心からＹ方向にＨ（ｍｍ）の点を通り、その軸上主光線と平行に光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線ＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を上記Ｈで割った値を光学系全体のＹ方向の焦点距離Ｆｙ（ｍｍ）と定義する。
【００２８】
Ｆｘ、Ｆｙを用いて、Ｆｘ／ＦｙをＦＡとすると
０．７＜ＦＡ＜１．３                              ・・・（Ａ−１）
なる条件式を満足することが重要となってくる。
【００２９】
本条件は像の縦横比に関する条件であり、その下限の０．７を越えると、Ｘ方向の像が小さくなり、正方形を結像した場合に縦長の画像になり、上限の１．３を越えると、横長の像になってしまう。ＦＡの値は当然１が最も好ましいが、像歪みを補正するためには、面の高次係数との関係で、１からずらした上記条件式の範囲でバランス良く補正することが重要になる。
【００３０】
さらに好ましくは、
１．０＜ＦＡ＜１．１                              ・・・（Ａ−２）
なる条件を満足することが重要である。
【００３１】
次に、物点中心を出て瞳中心を通る軸上主光線が反射作用のみを有する第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）Ｐｘｎ、Ｐｙｎと、光学系全体のＸ方向、Ｙ方向の焦点距離Ｆｘ、Ｆｙの逆数である屈折力（パワー）Ｐｘ、Ｐｙとの関係は、Ｐｘｎ／ＰｘをＰｘＢ、Ｐｙｎ／ＰｙをＰｙＣとするとき、
０．８＜｜ＰｘＢ｜＜１．３                        ・・・（Ｂ−１）
０．８＜｜ＰｙＣ｜＜１．３                        ・・・（Ｃ−１）
なる条件のどちらかを満足することが好ましい。
【００３２】
これらの条件の下限の０．８を越えると、Ｘ方向、Ｙ方向共に反射作用のみを有する第２面の反射面が有するパワーが光学系全体のパワーに比べて小さくなりすぎ、他の面にパワーを負担させることになり、収差補正上好ましくない。
【００３３】
また、上限の１．３を越えると、その第２面の反射面のパワーが強くなりすぎ、この第２面で発生する像歪みと像面湾曲収差をバランス良く補正することが不可能になる。
【００３４】
さらに好ましくは、上記条件式（Ｂ−１）と（Ｃ−１）を両方満足することが好ましい。
【００３５】
さらに好ましくは、
０．８＜｜ＰｘＢ｜＜１．２                        ・・・（Ｂ−２）
０．８＜｜ＰｙＣ｜＜１．１                        ・・・（Ｃ−２）
なる条件のどちらかを満足することが好ましい。
【００３６】
次に、反射作用のみを有する第２面に当たる位置での面曲率についての条件を説明する。この条件は第２面で発生する非点収差を少なくするために必要となる条件であり、軸上主光線が当たる位置での第２面の法線を含むＸ方向の曲率Ｃｘ２とＹ方向の曲率Ｃｙ２の比Ｃｘ２／Ｃｙ２をＣｘｙＤとするとき、
０．８＜ＣｘｙＤ＜１．２                          ・・・（Ｄ−１）
なる条件を満足することが重要となる。
【００３７】
反射作用のみを有する第２面は偏心して配置された面であり、この面を回転対称な面で構成すると、像歪みを初め、非点収差、コマ収差等が大きく発生するため、収差を良好に補正することは不可能である。そのため、この反射作用のみを有する第２面を回転非対称面で構成することが重要になってくるが、回転対称な面で構成すると、この面で発生する非点収差の発生が大きくなり、他の面で補正することが不可能になる。そこで、これらを補正するためには、対称面を１面しか持たない面で反射作用のみを有する第２面を構成し、なおかつ、上記条件式（Ｄ−１）を満足することにより、初めて各収差が良好に補正され、しかも、軸上においても非点収差のない結像を得ることあるいは観察像を観察することが可能となる。下限の０．８と上限の１．２については、非点収差が大きく発生しないための限界である。
【００３８】
さらに好ましくは、
０．９５＜ＣｘｙＤ＜１．０５                      ・・・（Ｄ−２）
なる条件を満足することが重要である。
【００３９】
次に、第２面のＹ方向の曲率の有効領域の上と下の差、Ｃｙ１−Ｃｙ３をＰｙで割ったものをＣｙＥとするとき、
−０．０５＜ＣｙＥ＜０．５                        ・・・（Ｅ−１）
なる条件を満足することが重要である。この条件は、像面の上と下の上下方向の像歪みを良好に補正するために必要となる条件で、下限の−０．０５を越えると、画面下の倍率が小さくなってしまい、上限の０．５を越えると、画面上のＹ（上下）方向の倍率が画面の他の部分に比べて小さくなってしまい、像が歪んでしまう。特に、本発明のように反射作用と透過作用を有する第１面を回転対称面で構成し、偏心プリズムの製作性を向上させた偏心プリズム光学系においては、この像歪みを他の面で補正するには、最も像に近い透過作用のみを有する第３面で補正しないと、基本的上記像歪みを補正することができない。しかし、その透過作用のみを有する第３面は、像面湾曲を主に補正するために、反射作用のみを有する第２面が本条件を満足しないと、光学系全体として像面湾曲と像歪みを同時に補正することができなくなってしまう。
【００４０】
さらに好ましくは、
０＜ＣｙＥ＜０．３                                ・・・（Ｅ−２）
なる条件を満足することが収差補正上好ましい。
【００４１】
さらに好ましくは、
０＜ＣｙＥ＜０．１５                              ・・・（Ｅ−３）
なる条件を満足することが収差補正上好ましい。
【００４２】
次に、第２面のＸ方向の曲率の有効領域の上と下の差Ｃｘ１−Ｃｘ３をＰｘで割ったものをＣｘＦとするとき、
−０．０１＜ＣｘＦ＜０．１                        ・・・（Ｆ−１）
なる条件を満足することが重要である。この条件も、像面の上と下の左右方向の像歪みを良好に補正するために必要となる条件で、下限の−０．０１を越えると、画面下の倍率が小さくなってしまい、上限０．１を越えると、画面上のＸ（左右）方向の倍率が画面の他の部分に比べて小さくなってしまい、台形に像が歪んでしまう。
【００４３】
さらに好ましくは、
−０．０１＜ＣｘＦ＜０．０５                      ・・・（Ｆ−２）
なる条件を満足することが収差補正上好ましい。
【００４４】
さらに好ましくは、
−０．００１＜ＣｘＦ＜０．０３                    ・・・（Ｆ−３）
なる条件を満足することが収差補正上好ましい。
【００４５】
次に、画面中央に直線を表示した場合に、上下に弓なりに湾曲して観察される像歪みについて説明する。以下の条件式は、例えば水平線を写したときに弓なり湾曲してしまう、弓なりな回転非対称な像歪みに関するものである。
【００４６】
図１８（ａ）の斜視図、同図（ｂ）のＹ−Ｚ面への投影図に示すように、Ｘ方向の最大画角の主光線が回転非対称面Ａと交差する点におけるその回転非対称面の法線ｎ’と、軸上主光線がその回転非対称面Ａと交差する点における回転非対称面の法線ｎとがＹ−Ｚ面内でのなす角をＤＹとするとき、
−０．１＜｜ＤＹ｜＜５  （°）                    ・・・（Ｇ−１）
なる条件を満足することが重要である。上記条件式の下限の−０．１を越えると、弓なりな像歪みを補正することができなくなる。また、上限の５を越えると、弓なりな像歪みが補正過剰となり、どちらの場合も像が弓なりに歪んでしまう。  さらに、好ましくは、
−０．０５＜｜ＤＹ｜＜１  （°）                  ・・・（Ｇ−２）
なる条件を満足することが好ましい。
【００４７】
さらに、好ましくは、
０＜｜ＤＹ｜＜０．５  （°）                      ・・・（Ｇ−３）
なる条件を満足することが好ましい。
【００４８】
次に、瞳と偏心プリズムの間に配置される正の屈折力を持ったレンズ系の焦点距離について説明する。以下の条件式は、この正の屈折力を持ったレンズ系により入射する広画角の光線を収束させ、偏心プリズムを小型に構成するために必要である。この瞳と偏心プリズムの間に配置されるレンズ系の焦点距離をＦ、偏心プリズムとこの正の屈折力を持ったレンズ系との光学系全体のＹ方向の焦点距離をＦｙとするとき、
１．１＜Ｆ／Ｆｙ＜１００００                      ・・・（Ｈ−１）
なる条件を満足することが重要である。上記条件式の下限の１．１を越えると、レンズ系が負担する屈折力が偏心プリズムが負担する屈折力に比べて大きくなりすぎ、屈折光学系である瞳と偏心プリズムの間に配置されたレンズ系で発生する収差、特に像面湾曲、コマ収差、色収差の発生が大きくなりすぎ、収差性能として良い結果を得られない。また、上限の１００００を越えると、屈折レンズ系の焦点距離が長くなりすぎ、屈折レンズ系が持つ光線の収束作用が弱くなり、偏心プリズムが大きくなったり、画角を大きく取ることができなくなってしまう。
【００４９】
さらに、好ましくは、
１．５＜Ｆ／Ｆｙ＜１００００                      ・・・（Ｈ−２）
なる条件を満足することが好ましい。
【００５０】
さらに、好ましくは、
２＜Ｆ／Ｆｙ＜１００００                          ・・・（Ｈ−３）
なる条件を満足することが好ましい。
【００５１】
また、さらに好ましくは、
２＜Ｆ／Ｆｙ＜３                                  ・・・（Ｈ−４）
の場合は、屈折レンズ系で発生する倍率の色収差が大きくなるために、倍率の色収差の補正手段と併用することが好ましい。
【００５２】
さて、以上の条件（Ａ−１）から（Ｇ−３）については、偏心プリズムの反射作用と透過作用を有する第１面を回転対称面で構成し、反射作用のみを有する第２面をその面内及び面外共に回転対称軸を有せずしかも対称面を１つのみ有する面対称自由曲面で構成することが好ましい。さらに、面対称自由曲面だけでなく、その面内及び面外共に回転対称軸を有しないアナモルフィック面で構成した場合にも、すなわち、その面内及び面外共に回転対称軸を有しない回転非対称面形状にした何れの場合にも適用できる。
【００５３】
ところで、偏心プリズムは、ガラスで作製してもよいが、頭部又は顔面に装着する画像表示装置として用いる場合には、軽量化の観点からプラスチックで作製する方が望ましい。
【００５４】
また、この偏心プリズムは内部反射面がパワーを持った曲面（非平面）で形成されているため、回転非対称な収差が発生する。本発明の偏心プリズム光学系は、偏心プリズムの反射作用を持った面形状を工夫するすることによってこの収差を良好に補正している。しかし、湿度の変化の影響を受け、媒質の屈折率が変化してしまうと、収差性能が劣化してしまうことになる。
【００５５】
そこで、偏心プリズムの材質としては、湿度の変化の影響を受け難い吸水線膨張率の小さい材質（ポリオレフィン系樹脂：例えば（株）日本ゼオン製“ＺＥＯＮＥＸ”等）を用いることが望ましい。そして、具体的には、材質の吸水率αが、
０＜α＜０．１  （％）                            ・・・（Ｉ−１）
を満たすことが望ましい。この条件式の上下限を越えると、収差性能の劣化を招き望ましくない。
【００５６】
また、このような吸水線膨張率の小さい材質は、その特性としてガラス等に比べて柔らかく傷が付きやすい。そのため、例えば頭部又は顔面に装着する画像表示装置として用いる場合、観察者眼球側である偏心プリズム第１面が外界と接する面となるときには、その面にカバーコーティングを施す必要が生じる。しかし、この第１面は、本発明の偏心プリズム光学系の特性上全反射面として用いることが光量低下の防止の上で望ましいが、この第１面にコーティングを施すと、この全反射作用が崩れてしまうこととなる。そこで、この第１面と観察者眼球との間にカバーガラスを配置するようにすることが望ましい。本発明においては、正レンズがこのニーズをも満足するものであり、この正レンズが画角を拡大させる作用の他、上記のカバーガラスの作用をも兼用しており、部品点数を減らし、軽量化にも役立っている。
【発明の効果】
【００５７】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、広い画角においても明瞭で、歪みの少ない像を得られる偏心プリズムを含む撮像光学系又は接眼光系学において、その偏心プリズムの１つの有効領域の広い面を回転対称面により構成することにより、製作時の評価が簡単に行える偏心プリズム光学系を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】
以下に、本発明の偏心プリズム光学系の実施例１〜６について説明する。後述する各実施例の構成パラメータにおいては、図１に示すように、偏心光学系１０の瞳１の中心を光学系の原点として、光軸２を物体中心から瞳１の中心（原点）を通る光線で定義し、瞳１から光軸２に進む方向をＺ軸方向、このＺ軸に直交し瞳１中心を通り、光線が光学系１０によって折り曲げられる面内の方向をＹ軸方向、Ｙ軸、Ｚ軸に直交し、瞳１中心を通る方向をＸ軸方向とし、瞳１から光学系１０に向かう方向をＺ軸の正方向、光軸２から像面６の側をＹ軸の正方向、そしてこれらＹ軸、Ｚ軸と右手系を構成する方向をＸ軸の正方向とする。なお、光線追跡は光学系１０の瞳１側の物体側から光学系１０に入射する方向としている。
【００５９】
そして、偏心が与えられている面については、その面の面頂位置の光学系１０の原点である瞳１の中心からのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の偏心量（それぞれｘ、ｙ、ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面については、以下の（ａ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸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の反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対しての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、アッベ数が慣用法に従って与えられている。
【００６０】
なお、回転非対称面の面の形状は以下の式により定義する。その定義式のＺ軸が回転非対称面の軸となる。
【００６１】
Ｚ＝Σn Σm ＣnmＸn Ｙn-m 
ただし、Σn はΣのｎが０〜ｋ、Σm はΣのｍが０〜ｎを表す。
【００６２】
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す式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。
【００６３】
ここで、例としてｋ＝７（７次項）で、Ｘ方向に対称な面対称自由曲面を上記定義式を展開した形で表すと、以下の式となる。
【００６４】
Ｚ＝Ｃ2 
＋Ｃ3 Ｙ＋Ｃ4 Ｘ
＋Ｃ5 Ｙ2 ＋Ｃ6 ＹＸ＋Ｃ7 Ｘ2 
＋Ｃ8 Ｙ3 ＋Ｃ9 Ｙ2 Ｘ＋Ｃ10ＹＸ2 ＋Ｃ11Ｘ3 
＋Ｃ12Ｙ4 ＋Ｃ13Ｙ3 Ｘ＋Ｃ14Ｙ2 Ｘ2 ＋Ｃ15ＹＸ3 ＋Ｃ16Ｘ4 
＋Ｃ17Ｙ5 ＋Ｃ18Ｙ4 Ｘ＋Ｃ19Ｙ3 Ｘ2 ＋Ｃ20Ｙ2 Ｘ3 ＋Ｃ21ＹＸ4 
＋Ｃ22Ｘ5 
＋Ｃ23Ｙ6 ＋Ｃ24Ｙ5 Ｘ＋Ｃ25Ｙ4 Ｘ2 ＋Ｃ26Ｙ3 Ｘ3 ＋Ｃ27Ｙ2 Ｘ4 
＋Ｃ28ＹＸ5 ＋Ｃ29Ｘ6 
＋Ｃ30Ｙ7 ＋Ｃ31Ｙ6 Ｘ＋Ｃ32Ｙ5 Ｘ2 ＋Ｃ33Ｙ4 Ｘ3 ＋Ｃ34Ｙ3 Ｘ4 
＋Ｃ35Ｙ2 Ｘ5 ＋Ｃ36ＹＸ6 ＋Ｃ37Ｘ7 
・・・（ａ）
そして、Ｘ奇数次項の係数Ｃ4 ，Ｃ6 ，Ｃ9 ・・・を０とする（後記の実施例）。なお、後記する構成のパラメータ中において、記載のない非球面に関する係数は０である。
【００６５】
また、面対称自由曲面の他の定義式として、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式がある。この面の形状は以下の式（ｂ）により定義する。その定義式のＺ軸がＺｅｒｎｉｋｅ多項式の軸となる。
【００６６】
Ｘ＝Ｒ×cos(A)
Ｙ＝Ｒ×sin(A)
Ｚ＝Ｄ2 
＋Ｄ3 Ｒcos(A)＋Ｄ4 Ｒsin(A)
＋Ｄ5 Ｒ2  cos(2A)＋Ｄ6 （Ｒ2 −１）＋Ｄ7 Ｒ2  sin(2A)
＋Ｄ8 Ｒ3 cos(3A) ＋Ｄ9 （３Ｒ3 −２Ｒ）cos(A)
＋Ｄ10（３Ｒ3 −２Ｒ）sin(A)＋Ｄ11Ｒ3 sin(3A) 
＋Ｄ12Ｒ4cos(4A)＋Ｄ13（４Ｒ4 −３Ｒ2 ）cos(2A) 
＋Ｄ14（６Ｒ4 −６Ｒ2 ＋１）＋Ｄ15（４Ｒ4 −３Ｒ2 ）sin(2A) 
＋Ｄ16Ｒ4 sin(4A) ＋Ｄ17Ｒ5 cos(5A) 
＋Ｄ18（５Ｒ5 −４Ｒ3 ）cos(3A) 
＋Ｄ19（１０Ｒ5 −１２Ｒ3 ＋３Ｒ）cos(A)
＋Ｄ20（１０Ｒ5 −１２Ｒ3 ＋３Ｒ）sin(A)
＋Ｄ21（５Ｒ5 −４Ｒ3 ）sin(3A) ＋Ｄ22Ｒ5 sin(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)・・・・・
・・・（ｂ）
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、Ｄm （ｍは２以上の整数）は係数である。
【００６７】
本発明において使用可能なその他の面の表現例として、上記定義式（Ｚ＝Σn Σm ＣnmＸn Ｙn-m ）を、（ａ）式と同様、Ｘ方向に対称な面で、ｋ＝７とした面を表す場合、以下の（ｃ）式のように展開することもできる。
【００６８】
Ｚ＝Ｃ2 
＋Ｃ3 Ｙ＋Ｃ4 ｜Ｘ｜
＋Ｃ5 Ｙ2 ＋Ｃ6 Ｙ｜Ｘ｜＋Ｃ7 Ｘ2 
＋Ｃ8 Ｙ3 ＋Ｃ9 Ｙ2 ｜Ｘ｜＋Ｃ10ＹＸ2 ＋Ｃ11｜Ｘ3 ｜
＋Ｃ12Ｙ4 ＋Ｃ13Ｙ3 ｜Ｘ｜＋Ｃ14Ｙ2 Ｘ2 ＋Ｃ15Ｙ｜Ｘ3 ｜＋Ｃ16Ｘ4 
＋Ｃ17Ｙ5 ＋Ｃ18Ｙ4 ｜Ｘ｜＋Ｃ19Ｙ3 Ｘ2 ＋Ｃ20Ｙ2 ｜Ｘ3 ｜
＋Ｃ21ＹＸ4 ＋Ｃ22｜Ｘ5 ｜
＋Ｃ23Ｙ6 ＋Ｃ24Ｙ5 ｜Ｘ｜＋Ｃ25Ｙ4 Ｘ2 ＋Ｃ26Ｙ3 ｜Ｘ3 ｜
＋Ｃ27Ｙ2 Ｘ4 ＋Ｃ28Ｙ｜Ｘ5 ｜＋Ｃ29Ｘ6 
＋Ｃ30Ｙ7 ＋Ｃ31Ｙ6 ｜Ｘ｜＋Ｃ32Ｙ5 Ｘ2 ＋Ｃ33Ｙ4 ｜Ｘ3 ｜
＋Ｃ34Ｙ3 Ｘ4 ＋Ｃ35Ｙ2 ｜Ｘ5 ｜＋Ｃ36ＹＸ6 ＋Ｃ37｜Ｘ7 ｜
・・・（ｃ）
さらに、本発明において使用可能なアナモルフィック面の形状は以下の式により定義する。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。
【００６９】
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) 
ここで、例としてｎ＝４（４次項）を考えると、展開したとき、以下の式（ｄ）で表すことができる。
【００７０】
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 
・・・（ｄ）
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は非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Ｒｙと曲率Ｃｘ、Ｃｙとの間には、
Ｒｘ＝１／Ｃｘ，Ｒｙ＝１／Ｃｙ
の関係にある。
【００７１】
また、回転対称非球面の形状は以下の式により定義する。その定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。
【００７２】
Ｚ＝（Ｙ2 ／Ｒ）／［１＋｛１−Ｐ（Ｙ2 ／Ｒ2 ）｝1/2 ］
＋Ａ4 Ｙ4 ＋Ａ6 Ｙ6 ＋Ａ8 Ｙ8 ＋Ａ10Ｙ10・・・
・・・（ｅ）
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。
【００７３】
なお、後記する構成パラメータにおいて、データの記載されていない非球面に関する項は０である。屈折率については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。
【００７４】
次に、図３〜図８にそれぞれ実施例１〜６の偏心プリズム光学系１０の光軸２を含むＹ−Ｚ断面図を示す。何れの実施例の偏心プリズム７も、図１の場合と同様に、３つの面３、４、５からなっており、その３つの面３〜５の間が屈折率が１より大きい透明媒質で埋められていて、不図示の物体から発した光線束が光軸２に沿って光学系１０の瞳１をまず通過し、正単レンズ９’を介して、透過作用と反射作用を有する第１面３に入射して偏心プリズム７に入り、その入射光線は瞳１から遠い側の反射作用のみを有する反射面である第２面４で瞳１に近づく方向に反射され、今度は第１面３で瞳１から遠ざかる方向に再び反射され、その反射光線は、透過作用のみを有する第３面５を透過して像面６に到達し、結像する。そして、全ての実施例において、正単レンズ９’は偏心した平凸レンズであり、偏心プリズム７は、実施例１〜２、４〜６においては、第１面３は瞳１側に凹面を向けて偏心した球面でなり、実施例３においては、第１面３は瞳１側に凹面を向けて偏心した前記の（ｅ）式で定義される回転対称非球面でなり、また、実施例１〜５においては、第２面４、第３面５は前記の（ａ）式で定義される自由曲面からなり、実施例６においては、第２面４は前記の（ａ）式で定義される自由曲面からなり、第３面は球面からなる。
【００７５】
また、実施例１は、水平画角３８°、垂直画角２９．０°、像の大きさ１４．４×１０．７ｍｍ、瞳径４ｍｍである。
【００７６】
実施例２〜４は、水平画角４０°、垂直画角３０．５°、像の大きさ１４．４×１０．７ｍｍ、瞳径４ｍｍである。
【００７７】
実施例５〜６は、水平画角４８°、垂直画角３６．９°、像の大きさ２１．１×１５．８ｍｍ、瞳径４ｍｍである。
【００７８】
なお、実施例１〜６の偏心プリズム７は全て屈折率（ｎd ）1.5254の（株）日本ゼオン製“ＺＥＯＮＥＸ”を用いている。この“ＺＥＯＮＥＸ”の吸水率αは０．０１％である。
【００７９】
以下に、上記実施例１〜６の構成パラメータを示す。
実施例１
面番号    曲率半径        間隔        偏心      屈折率    アッベ数
物体面      ∞            ∞
1         ∞                                          
2         ∞                        偏心(1)   1.4922      57.5
3        -35.963                    偏心(2)             
4       -196.457                    偏心(3)   1.5254      56.2
5       自由曲面[1]                 偏心(4)   1.5254      56.2
6       -196.457                    偏心(3)   1.5254      56.2
7       自由曲面[2]                 偏心(5)             
像  面      ∞                        偏心(6)           
自由曲面[1] 
Ｃ5  -7.2660×10-3    Ｃ7  -7.4223×10-3    Ｃ8   3.3356×10-5 
Ｃ10  1.2235×10-5    Ｃ12 -3.9327×10-7    Ｃ14 -1.2063×10-6 
Ｃ16 -7.1374×10-7    Ｃ17  1.3838×10-7    Ｃ19 -2.1827×10-8 
Ｃ21  2.9995×10-8    Ｃ23  9.7004×10-10   Ｃ25 -1.7016×10-9 
Ｃ27  2.5056×10-9    Ｃ29  2.1061×10-10   Ｃ30 -4.1940×10-10  
Ｃ32 -2.1214×10-10   Ｃ34  8.2993×10-10   Ｃ36 -3.3050×10-10  
自由曲面[2] 
Ｃ5  -1.2614×10-2    Ｃ7  -6.8925×10-4 
偏心(1) 
ｘ      0.000     ｙ     0.000    ｚ    23.000
α      8.00      β     0.00     γ     0.00 
偏心(2) 
ｘ      0.000     ｙ     0.000    ｚ    25.174
α      8.00      β     0.00     γ     0.00 
偏心(3) 
ｘ      0.000     ｙ     6.745    ｚ    24.085
α     17.36      β     0.00     γ     0.00 
偏心(4) 
ｘ      0.000     ｙ     0.840    ｚ    34.028
α    -12.70      β     0.00     γ     0.00 
偏心(5) 
ｘ      0.000     ｙ    16.738    ｚ    28.656
α     75.93      β     0.00     γ     0.00 
偏心(6) 
ｘ      0.000     ｙ    20.545    ｚ    30.873
α     60.19      β     0.00     γ     0.00                               。
【００８０】
実施例２
面番号    曲率半径        間隔        偏心      屈折率    アッベ数
物体面      ∞            ∞
1         ∞                                          
2         ∞                        偏心(1)   1.4922      57.5
3        -27.659                    偏心(2)             
4       -149.496                    偏心(3)   1.5254      56.2
5       自由曲面[1]                 偏心(4)   1.5254      56.2
6       -149.496                    偏心(3)   1.5254      56.2
7       自由曲面[2]                 偏心(5)             
像  面      ∞                        偏心(6)             
自由曲面[1] 
Ｃ5  -7.9104×10-3    Ｃ7  -7.9974×10-3    Ｃ8   3.9130×10-5 
Ｃ10  3.6289×10-6    Ｃ12 -1.0272×10-6    Ｃ14 -1.8685×10-6 
Ｃ16 -7.4081×10-7    Ｃ17  8.8993×10-8    Ｃ19 -3.7196×10-8 
Ｃ21  9.0376×10-8    Ｃ23  5.8432×10-10   Ｃ25 -3.6056×10-9 
Ｃ27  3.7493×10-9    Ｃ29 -2.0178×10-11   Ｃ30 -9.0053×10-11  
Ｃ32 -3.1608×10-10   Ｃ34  1.0947×10-9    Ｃ36 -7.0993×10-10  
自由曲面[2] 
Ｃ5  -1.2946×10-2    Ｃ7   8.9577×10-3 
偏心(1) 
ｘ      0.000     ｙ     0.000    ｚ    23.000
α      8.00      β     0.00     γ     0.00 
偏心(2) 
ｘ      0.000     ｙ     0.000    ｚ    25.544
α      8.00      β     0.00     γ     0.00 
偏心(3) 
ｘ      0.000     ｙ     6.523    ｚ    24.321
α     16.51      β     0.00     γ     0.00 
偏心(4) 
ｘ      0.000     ｙ     0.714    ｚ    33.213
α    -14.19      β     0.00     γ     0.00 
偏心(5) 
ｘ      0.000     ｙ    15.307    ｚ    28.201
α     71.70      β     0.00     γ     0.00 
偏心(6) 
ｘ      0.000     ｙ    18.987    ｚ    30.056
α     62.17      β     0.00     γ     0.00                               。
【００８１】
実施例３
面番号    曲率半径        間隔        偏心      屈折率    アッベ数
物体面      ∞            ∞
1         ∞                                          
2         ∞                        偏心(1)   1.4922      57.5
3        -23.410                    偏心(2)             
4       -143.048                    偏心(3)   1.5254      56.2
Ｐ   1                                                  
Ａ4 -0.678231 ×10-5 
Ａ6 -0.718263 ×10-8 
5       自由曲面[1]                 偏心(4)   1.5254      56.2
6       -143.048                    偏心(3)   1.5254      56.2
Ｐ   1                                                  
Ａ4 -0.678231 ×10-5 
Ａ6 -0.718263 ×10-8 
7       自由曲面[2]                 偏心(5)               
像  面      ∞                        偏心(6)               
自由曲面[1] 
Ｃ5  -7.6312×10-3    Ｃ7  -7.7867×10-3    Ｃ8   6.8800×10-5 
Ｃ10  4.9872×10-5    Ｃ12 -3.5180×10-6    Ｃ14 -6.5043×10-6 
Ｃ16 -2.2855×10-6    Ｃ17  2.8747×10-7    Ｃ19  2.2971×10-7 
Ｃ21  1.4477×10-7    Ｃ23 -1.3241×10-9    Ｃ25 -1.3282×10-8 
Ｃ27  2.8300×10-9    Ｃ29  2.0011×10-10   Ｃ30  1.8023×10-10  
Ｃ32 -4.8811×10-10   Ｃ34  1.3959×10-9    Ｃ36 -5.2773×10-10  
自由曲面[2] 
Ｃ5  -3.0658×10-2    Ｃ7   2.3240×10-3 
偏心(1) 
ｘ      0.000     ｙ     0.000    ｚ    23.000
α      8.00      β     0.00     γ     0.00 
偏心(2) 
ｘ      0.000     ｙ     0.000    ｚ    25.977
α      8.00      β     0.00     γ     0.00 
偏心(3) 
ｘ      0.000     ｙ     7.704    ｚ    25.746
α      7.07      β     0.00     γ     0.00 
偏心(4) 
ｘ      0.000     ｙ     0.278    ｚ    34.466
α    -19.70      β     0.00     γ     0.00 
偏心(5) 
ｘ      0.000     ｙ    15.617    ｚ    31.379
α     58.30      β     0.00     γ     0.00 
偏心(6) 
ｘ      0.000     ｙ    17.934    ｚ    33.152
α     53.38      β     0.00     γ     0.00                               。
【００８２】
実施例４
面番号    曲率半径        間隔        偏心      屈折率    アッベ数
物体面      ∞            ∞
1         ∞                                          
2         ∞                        偏心(1)   1.4922      57.5
3        -41.999                    偏心(2)             
4       -138.539                    偏心(3)   1.5254      56.2
5       自由曲面[1]                 偏心(4)   1.5254      56.2
6       -138.539                    偏心(3)   1.5254      56.2
7       自由曲面[2]                 偏心(5)             
像  面      ∞                        偏心(6)             
自由曲面[1] 
Ｃ5  -9.0433×10-3    Ｃ7  -9.2347×10-3    Ｃ8   5.1854×10-5 
Ｃ10  3.3087×10-6    Ｃ12  7.2992×10-6    Ｃ14  1.6139×10-5 
Ｃ16  9.6910×10-6    Ｃ17 -7.1365×10-8    Ｃ19  1.0603×10-7 
Ｃ21  1.7643×10-7    Ｃ23 -8.0046×10-9    Ｃ25 -3.8685×10-8 
Ｃ27 -3.5814×10-8    Ｃ29 -1.6736×10-8    Ｃ30  1.0570×10-9 
Ｃ32 -7.5238×10-10   Ｃ34  5.2872×10-10   Ｃ36 -7.2607×10-10  
自由曲面[2] 
Ｃ5  -1.6343×10-2    Ｃ7   3.7710×10-3 
偏心(1) 
ｘ      0.000     ｙ     0.000    ｚ    24.518
α      8.00      β     0.00     γ     0.00 
偏心(2) 
ｘ      0.000     ｙ     0.000    ｚ    27.440
α      8.00      β     0.00     γ     0.00 
偏心(3) 
ｘ      0.000     ｙ     6.782    ｚ    26.229
α     15.69      β     0.00     γ     0.00 
偏心(4) 
ｘ      0.000     ｙ     0.699    ｚ    35.260
α    -14.78      β     0.00     γ     0.00 
偏心(5) 
ｘ      0.000     ｙ    15.855    ｚ    30.393
α     71.61      β     0.00     γ     0.00 
偏心(6) 
ｘ      0.000     ｙ    19.082    ｚ    32.107
α     63.24      β     0.00     γ     0.00                               。
【００８３】
実施例５
面番号    曲率半径        間隔        偏心      屈折率    アッベ数
物体面      ∞            ∞
1         ∞                                          
2         ∞                        偏心(1)   1.4922      57.5
3        -37.874                    偏心(2)             
4       -373.356                    偏心(3)   1.5254      56.2
5       自由曲面[1]                 偏心(4)   1.5254      56.2
6       -373.356                    偏心(3)   1.5254      56.2
7       自由曲面[2]                 偏心(5)             
像  面      ∞                        偏心(6)             
自由曲面[1] 
Ｃ5  -5.3785×10-3    Ｃ7  -5.4185×10-3    Ｃ8   1.5217×10-5 
Ｃ10  1.8262×10-5    Ｃ12  4.0012×10-7    Ｃ14  7.4712×10-7 
Ｃ16  1.0251×10-7    Ｃ17  9.4919×10-8    Ｃ19  7.8271×10-8 
Ｃ21  4.6068×10-8    Ｃ23 -1.6579×10-10   Ｃ25  5.1498×10-10  
Ｃ27 -3.8477×10-9    Ｃ29 -3.6899×10-10   Ｃ30 -1.9081×10-10  
Ｃ32  5.8686×10-11   Ｃ34 -2.3984×10-10   Ｃ36 -9.6057×10-11  
自由曲面[2] 
Ｃ5  -1.8133×10-2    Ｃ7  -2.5601×10-3    Ｃ10 -2.9938×10-3 
Ｃ14  2.2287×10-4    Ｃ19 -5.8022×10-6    Ｃ21  2.5677×10-6 
偏心(1) 
ｘ      0.000     ｙ     0.000    ｚ    23.000
α      8.00      β     0.00     γ     0.00 
偏心(2) 
ｘ      0.000     ｙ     0.000    ｚ    25.777
α      8.00      β     0.00     γ     0.00 
偏心(3) 
ｘ      0.000     ｙ     7.743    ｚ    24.367
α     20.08      β     0.00     γ     0.00 
偏心(4) 
ｘ      0.000     ｙ     1.861    ｚ    37.783
α     -9.45      β     0.00     γ     0.00 
偏心(5) 
ｘ      0.000     ｙ    18.771    ｚ    36.281
α     59.55      β     0.00     γ     0.00 
偏心(6) 
ｘ      0.000     ｙ    24.346    ｚ    31.737
α     57.60      β     0.00     γ     0.00                               。
【００８４】
実施例６
面番号    曲率半径        間隔        偏心      屈折率    アッベ数
物体面      ∞            ∞
1         ∞                                          
2         ∞                        偏心(1)   1.4922      57.5
3        -39.148                    偏心(2)             
4       -339.060                    偏心(3)   1.5254      56.2
5       自由曲面[1]                 偏心(4)   1.5254      56.2
6       -339.060                    偏心(3)   1.5254      56.2
7       -128.561                    偏心(5)             
像  面      ∞                        偏心(6)             
自由曲面[1] 
Ｃ5  -5.7696×10-3    Ｃ7  -5.7406×10-3    Ｃ8  -3.5694×10-6 
Ｃ10  4.7342×10-6    Ｃ12  4.5764×10-7    Ｃ14 -6.5090×10-7 
Ｃ16 -9.7442×10-8    Ｃ17  1.4161×10-7    Ｃ19 -1.9916×10-8 
Ｃ21  4.6421×10-8    Ｃ23 -3.4757×10-9    Ｃ25  3.9046×10-10  
Ｃ27  8.9761×10-10   Ｃ29 -6.0018×10-10   Ｃ30 -3.5136×10-10  
Ｃ32 -5.3507×10-11   Ｃ34  2.8835×10-10   Ｃ36 -2.0588×10-10  
偏心(1) 
ｘ      0.000     ｙ     0.000    ｚ    23.000
α      8.00      β     0.00     γ     0.00 
偏心(2) 
ｘ      0.000     ｙ     0.000    ｚ    25.694
α      8.00      β     0.00     γ     0.00 
偏心(3) 
ｘ      0.000     ｙ     5.987    ｚ    25.006
α     21.21      β     0.00     γ     0.00 
偏心(4) 
ｘ      0.000     ｙ     2.685    ｚ    37.406
α     -8.92      β     0.00     γ     0.00 
偏心(5) 
ｘ      0.000     ｙ    18.085    ｚ    41.200
α     74.27      β     0.00     γ     0.00 
偏心(6) 
ｘ      0.000     ｙ    24.298    ｚ    30.742
α     66.38      β     0.00     γ     0.00                               。
【００８５】
以上の実施例１の像歪みを表す収差図を図９に示す。この収差図中、縦軸はＸ方向の像高、横軸はＹ方向の像高を表す。また、実施例１の横収差図を図１０に示す。この横収差図において、括弧内に示された数字は（水平（Ｘ方向）画角、垂直（Ｙ方向）画角）を表し、その画角における横収差を示す。
【００８６】
以下に、本発明の実施例１〜６における前記条件式（Ａ−１）〜（Ｈ−１）に関するパラメータの値を示す。
【００８７】
実施例１  実施例２  実施例３  実施例４  実施例５  実施例６
（Ａ−１）1.03591   1.03451   1.04142   1.01647   1.02169   1.02889 
（Ｂ−１）0.96941   0.99303   0.93780   1.09170   0.81502   0.87536 
（Ｃ−１）0.91610   0.94946   0.88252   1.05176   0.79386   0.85141 
（Ｄ−１）1.02151   1.011     1.02038   1.02116   1.00486   0.99926 
（Ｅ−１）0.09459   0.10135   0.25116   0.10847   0.09464   0.07108 
（Ｆ−１）0.00650  -0.00009   0.04298  -0.00424   0.02633   0.00185 
（Ｇ−１）0.00114   0.00056   0.00578   0.00149   0.00234   0.00138 
（Ｈ−１）3.32809   2.79477   2.45676   4.37771   3.12714   3.20561 
。
【００８８】
以上のような本発明の偏心プリズム光学系は、画像表示装置に利用することができる。その一例として、図１１に頭部装着型の画像表示装置を観察者頭部に装着した状態を、図１２にその断面図を示す。この構成は、本発明の偏心プリズム光学系を図１２に示すように接眼光学系１００として用いており、接眼光学系１００と画像表示素子１０１からなる組みを左右一対用意し、それらを眼輻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。
【００８９】
すなわち、表示装置本体１０２には、上記のような接眼光学系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１０１が配置されている。そして、表示装置本体１０２には、図１１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、表示装置本体１０２を観察者の眼前に保持できるようになっている。
【００９０】
また、側頭フレーム１０３にはスピーカ１０４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１０４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が接続されているので、観察者はこの再生装置１０６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１１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、表示装置本体１０２の内部に映像処理、音声処理回路等の電子部品を内蔵させてある。
【００９１】
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。
【００９２】
さらに、本発明の偏心プリズム光学系は、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。
【００９３】
また、本発明の偏心プリズム光学系は、撮影光学装置や観察光学装置にも利用できる。その例として、図１３に示したような撮影光学系とファインダー光学系とを有するカメラへの利用があげられる。まず、図１４に光路図を示すように、瞳位置（絞り又は仮想絞り位置）１５２を挟んで前群１５１と後群１５３からなる対物レンズ１５０の後群１５３として本発明の偏心プリズム光学系を配置する。こうすることにより、従来の撮影光学系では光軸Ｌｂに対して垂直にしか配置できなかったフィルム１５４を光軸Ｌｂに対して斜めに配置でき、配置の自由度が増し、コンパクト化が図れる。なお、フィルム１５４の代わりにＣＣＤ等の電子受光素子を配置すれば、電子カメラにも利用できる。次に、図１５に光路図を示すように、ファインダー光学系の対物レンズ群２００により形成される像を正立させる手段として偏心プリズム光学系２０１とダハ面２０２を有するダハプリズム２０３とを配置し、正立した像を接眼レンズ２０４により観察者眼球２０５に導く構成とする。この構成により、従前のポロプリズムよりも高さ方向が低くでき、コンパクト化が図れる。なお、図中、Ｌｅはファインダー光学系の光軸である。
【００９４】
さらに、リレーレンズを用いて接眼レンズに像を伝達する硬性型内視鏡の対物レンズや、光ファイバー束を用いて像を接眼レンズに伝達する軟性型内視鏡の対物レンズ、ＣＣＤによって像を受光する電子内視鏡の対物レンズにも利用できる。その一例を図１６、図１７に示す。図１６は、硬性型内視鏡（いわゆる硬性鏡）を用いた内視鏡装置の全体の構成図である。図１６に示す内視鏡装置３０は対物レンズ及び照明光学系を内装する挿入部２２を有する内視鏡２０とカメラ２４とモニター２５と光源装置２７とを有している。上記内視鏡２０は、その挿入部２２の先端部２１には、図１７に示すように、本発明の偏心プリズム光学系３１（ただし、偏心プリズムの入射側には負レンズを配置してある。）を用いた対物レンズ３２とその視野方向を照射するライトガイド３３とが組み込まれている。上記挿入部２２には、対物レンズ３２に続き、像や瞳の伝達光学系であるリレーレンズ系が設けられている。内視鏡２０の基部２３には、図示しない接眼光学系が配置され、その接続光学系の後には、撮像手段としてのカメラ２４を取り付けることが可能である。ここで、内視鏡２０の基部２３及びカメラ２４は一体式又は脱着式で構成されている。カメラ２４で撮像された被写体は、最終的にモニター２５で内視鏡画像として観察者に観察可能に表示される。上記光源装置２７からの照明光は、ライトガイドケーブル２６を通し、上記基部２３、挿入部２２及び先端部２１を経て視野方向を照明する。
【００９５】
以上の本発明の偏心プリズム光学系は、例えば次のように構成することができる。
【００９６】
〔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つの面の中の少なくとも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配置し、前記反射作用を有する２つの面の中、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つの面の少なくとも有効面（面の全領域中で光束が透過及び／又は反射をする領域）の形状が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。
【００９７】
〔２〕  上記〔１〕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回転対称面が、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、前記偏心プリズムの前記回転非対称面が前記第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。
【００９８】
〔３〕  上記〔２〕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第１面が有効面内にてその透過作用と反射作用とが少なくとも一部の領域で重なり合うように形成されていると共に、少なくとも前記第１面の有効面内の透過作用と反射作用との重なり合う領域での反射作用が全反射作用によるように構成されていることを特徴とする偏心プリズム光学系。
【００９９】
〔４〕  上記〔２〕又は〔３〕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第１面の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。
【０１００】
〔５〕  上記〔２〕から〔４〕の何れか１項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。
【０１０１】
〔６〕  上記〔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の有する２つの対称面の中、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。
【０１０２】
〔７〕  上記〔２〕から〔４〕の何れか１項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。
【０１０３】
〔８〕  上記〔７〕記載の偏心プリズム光学系において、前記の対称面を１つのみ有する回転非対称面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。
【０１０４】
〔９〕  上記〔２〕から〔８〕の何れか１項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第３面から光束が入射し、その入射した光束が前記光学系内部を通過して前記第１面で反射され、その第１面で反射された光束が前記第２面で反射され、その第２面で反射された光束が前記第１面から射出するように、前記第１面と前記第２面と前記第３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。
【０１０５】
〔１０〕  上記〔９〕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第３面は画像を表示する手段からの光束が入射する位置に配置されると共に、前記第１面は前記第１面から射出された光束が前記の正屈折力を有するレンズを介して観察者眼球に導かれるような位置に配置され、前記光束の形成する画像を観察できるようにした画像観察装置用に用いられることを特徴とする偏心プリズム光学系。
【０１０６】
〔１１〕  上記〔２〕から〔８〕の何れか１項記載の偏心プリズム光学系において、前記の正屈折力を有するレンズを介して、前記第１面から光束が前記偏心プリズムへ入射し、その入射した光束が前記第２面で反射され、その第２面で反射された光束が前記第１面で反射され、その第１面で反射された光束が前記光学系内部を通過して前記第３面から射出するように、前記第１面と前記第２面と前記第３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。
【０１０７】
〔１２〕  上記〔１１〕記載の偏心プリズム光学系において、前記第１面は前記の正屈折力を有するレンズを介して物体からの光束が入射する位置に配置されると共に、前記第３面は前記第３面から射出された光束が観察者眼球に導かれるような位置に配置され、前記光束の形成する画像を観察できるようにした画像観察装置用に用いられることを特徴とする偏心プリズム光学系。
【０１０８】
〔１３〕  上記〔１１〕記載の偏心プリズム光学系において、前記第１面は前記の正屈折力を有するレンズを介して物体からの光束が入射する位置に配置されると共に、前記第３面は前記第３面から射出された光束が物体像を受光する手段に導かれるような位置に配置され、前記光束の形成する物体像を撮影できるようにした撮影光学装置用に用いられることを特徴とする偏心プリズム光学系。
【０１０９】
〔１４〕  上記〔２〕から〔８〕の何れか１項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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
〔１５〕  上記〔２〕から〔８〕、〔１４〕の何れか１項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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
〔１６〕  上記〔２〕から〔８〕、〔１４〕の何れか１項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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
〔１７〕  上記〔２〕から〔８〕、〔１４〕から〔１６〕の何れか１項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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
〔１８〕  上記〔２〕から〔８〕、〔１４〕から〔１７〕の何れか１項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。
【０１１８】
−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。
【０１１９】
〔１９〕  上記〔２〕から〔８〕、〔１４〕から〔１８〕の何れか１項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。
【０１２０】
−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。
【０１２１】
〔２０〕  上記〔２〕から〔８〕、〔１４〕から〔１９〕の何れか１項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。
【０１２２】
−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。
【０１２３】
〔２１〕  上記〔２〕から〔８〕、〔１４〕から〔２０〕の何れか１項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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
〔２２〕  上記〔１〕から〔２１〕の何れか１項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。
【０１２６】
〔２３〕  上記〔２２〕記載の偏心プリズム光学系において、前記透明媒質の吸水率αが、
０＜α＜０．１  （％）                            ・・・（Ｉ−１）
を満たすことを特徴とする偏心プリズム光学系。
【０１２７】
〔２４〕  上記〔２２〕又は〔２３〕記載の偏心プリズム光学系において、前記透明媒質がポリオレフィン系樹脂からなることを特徴とする偏心プリズム光学系。
【０１２８】
〔２５〕  上記〔２２〕から〔２４〕の何れか１項記載の偏心プリズム光学系において、前記の正屈折力を有するレンズは、前記偏心プリズムが傷付くのを防止する作用と画角を拡大する作用とを併せ持つように形成されていることを特徴とする偏心プリズム光学系。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】本発明の偏心プリズム光学系の主要部である偏心プリズムを最も単純な３面構成プリズムとした場合の光路図である。
【図２】本発明の光学系に利用可能な偏心プリズムの別の構成を例示するための光路図である。
【図３】本発明の実施例１の偏心プリズム光学系の断面図である。
【図４】本発明の実施例２の偏心プリズム光学系の断面図である。
【図５】本発明の実施例３の偏心プリズム光学系の断面図である。
【図６】本発明の実施例４の偏心プリズム光学系の断面図である。
【図７】本発明の実施例５の偏心プリズム光学系の断面図である。
【図８】本発明の実施例６の偏心プリズム光学系の断面図である。
【図９】実施例１の像歪みを表す収差図である。
【図１０】実施例１の横収差図である。
【図１１】本発明の偏心プリズム光学系を用いた頭部装着型画像表示装置を観察者頭部に装着した状態を示す図である。
【図１２】図１１の頭部近傍の断面図である。
【図１３】本発明の偏心プリズム光学系を用いたカメラの構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明の偏心プリズム光学系を用いた撮影光学系の光路図である。
【図１５】本発明の偏心プリズム光学系を用いたファインダー光学系の光路図である。
【図１６】内視鏡装置の全体の構成図である。
【図１７】本発明の偏心プリズム光学系を用いた硬性型内視鏡の先端部の断面図である。
【図１８】本発明において用いるパラメータＤＹを説明するための図である。
【符号の説明】
【０１３０】
１…瞳
２…光軸
３…偏心プリズムの第１面
４…偏心プリズムの第２面
５…偏心プリズムの第３面
６…像面
７…偏心プリズム
８…偏心プリズムの第４面
９…屈折レンズ系
９’…正単レンズ
１０…偏心プリズム光学系
２０…内視鏡
２１…先端部
２２…挿入部
２３…基部
２４…カメラ
２５…モニター
２６…ライトガイドケーブル
２７…光源装置
３０…内視鏡装置
３１…偏心プリズム光学系
３２…対物レンズ
３３…ライトガイド
１００…接眼光学系
１０１…画像表示素子
１０２…画像表示装置（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
１５０…対物レンズ
１５１…前群
１５２…瞳位置
１５３…後群
１５４…フィルム
２００…対物レンズ群
２０１…偏心プリズム光学系
２０２…ダハ面
２０３…ダハプリズム
２０４…接眼レンズ
２０５…観察者眼球
Ｌａ…ファインダー光学系のの光軸
Ｌｂ…撮影光学系の光軸
【図１】
2006276884.tif 000003
【図２】
2006276884.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006276884.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【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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