(57)【要約】【課題】小型でありながらも水平方向において広画角な観察光学系を提供する。【解決手段】観察光学系を構成する光学素子２は、第１面４、正のパワーを有する第２面３および第３面５を少なくとも有し、画像表示素子６からの光束を第３面での透過、第１面での内部反射、第２面での反射および第１面での透過を少なくとも経て射出瞳に導く。観察画角が広い方向を第１の方向、狭い方向を第２の方向とする。中心画角主光線に対する第１の方向および第２の方向での光学素子のパワーをそれぞれ、φｘ０およびφｙ０とするとき、０．７０≦φｙ０／φｘ０≦０．９６なる条件を満足する。【選択図】図１
2018169501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示素子からの光束を射出瞳に導く光学素子を有する観察光学系であって、
前記光学素子は、屈折面かつ内部反射面である第１面、正のパワーを有する反射面である第２面および屈折面である第３面を少なくとも有し、前記画像表示素子からの前記光束を前記第３面での透過、前記第１面での内部反射、前記第２面での反射および前記第１面での透過を少なくとも経て前記射出瞳に導き、
観察画角が広い方向を第１の方向、狭い方向を第２の方向とし、前記画像表示素子における表示領域の中心から出射して前記光学素子を介して前記射出瞳の中心を通る中心画角主光線に対する前記第１の方向および前記第２の方向での前記光学素子のパワーをそれぞれ、φｘ０およびφｙ０とするとき、
０．７０≦φｙ０／φｘ０≦０．９６
なる条件を満足することを特徴とする観察光学系。
【請求項２】
前記第１の方向において前記中心画角主光線が辿る基準軸に対する最軸外を通る最軸外主光線に対する前記第１の方向での前記光学素子のパワーをφｘｍとするとき、
１．０≦φｘｍ／φｘ０≦１．６
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の観察光学系。
【請求項３】
前記第２の方向において前記中心画角主光線が辿る基準軸に対する最軸外を通る最軸外主光線に対する前記第２の方向での前記光学素子のパワーをφｙｍとするとき、
１．４≦φｙｍ／φｙ０≦２．０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の観察光学系。
【請求項４】
画像表示素子からの光束を射出瞳に導く光学素子を有する観察光学系であって、
前記光学素子は、
屈折面かつ内部反射面である第１面、正のパワーを有する反射面である第２面および屈折面である第３面を少なくとも有し、前記画像表示素子からの前記光束を前記第３面での透過、前記第１面での内部反射、前記第２面での反射および前記第１面での透過を少なくとも経て前記射出瞳に導き、
観察画角が広い方向を第１の方向、狭い方向を第２の方向とし、前記光束に対する前記第１の方向および前記第２の方向での前記光学素子のパワーをそれぞれ、φｘTOTALおよびφｙTOTALとするとき、
０．５０≦φｙTOTAL／φｘTOTAL≦０．９５
なる条件を満足することを特徴とする観察光学系。
【請求項５】
前記第１面のうち前記光束が透過する領域の前記第１の方向および前記第２の方向での光学有効径をそれぞれＳｘおよびＳｙとするとき、
１．１≦Ｓｘ／Ｓｙ≦１．５
なる条件を満足することを特徴とする請求項４に記載の観察光学系。
【請求項６】
前記中心画角主光線が辿る基準軸上における前記射出瞳から前記第１面までの距離をＬとし、前記第１面のうち前記光束が透過する領域の前記第２の方向での光学有効径をＳｙとするとき、
０．３≦Ｌ／Ｓｙ≦１．０
なる条件を満足することを特徴とする請求項４または５に記載の観察光学系。
【請求項７】
前記中心画角主光線が辿る基準軸上における前記射出瞳から前記第１面までの距離をＬとし、前記第１面のうち前記光束が透過する領域の前記第１の方向での光学有効径をＳｘとするとき、
０．２≦Ｌ／Ｓｘ≦０．７
なる条件を満足することを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の観察光学系。
【請求項８】
前記光学素子の前記光束に対するパワーが、前記中心画角主光線が辿る基準軸側から軸外側に向かって増加していることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の観察光学系。
【請求項９】
画像表示素子と、
請求項１から８のいずれか一項に記載の観察光学系とを有することを特徴とする画像観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示素子に表示された原画を拡大して観察者（ユーザ）に観察させるヘッドマウントディスプレイ（HMD）等の画像観察装置に好適な観察光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
現実世界と仮想世界を融合した画像を観察させるＭＲ（Mixed Reality）画像観察装置として、ビデオシースルー型HMDが知られている。ビデオシースルー型HMDは、現実世界をビデオカメラ等の撮像部により撮像して得られた撮像画像とコンピュータグラフィック（ＣＧ）により生成されたＣＧ画像とを画像表示素子に重畳表示して、観察光学系を介してユーザに観察させる。
【０００３】
このような画像観察装置では、より広範囲の画像の観察が可能となるように、観察光学系の特に水平方向での広画角化が求められている。ただし、観察光学系の広画角化によって観察光学系のサイズが大きくなると、画像観察装置のサイズおよび重量が増加する。特許文献１には、自由曲面プリズムを用いた小型かつ広画角な観察光学系が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−３３３５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１にて開示された観察光学系では、全体的な焦点距離やパワーが水平方向と垂直方向とで同等である。この観察光学系において水平方向の画角をより広げることは、全反射条件等の制約によって困難である。
【０００６】
本発明は、小型でありながらも特に水平方向において広画角な観察光学系およびこれを用いた画像観察装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての観察光学系は、画像表示素子からの光束を射出瞳に導く光学素子を有する。光学素子は、屈折面かつ内部反射面である第１面、正のパワーを有する反射面である第２面および屈折面である第３面を少なくとも有し、画像表示素子からの光束を第３面での透過、第１面での内部反射、第２面での反射および第１面での透過を少なくとも経て射出瞳に導く。観察画角が広い方向を第１の方向、狭い方向を第２の方向とする。画像表示素子における表示領域の中心から出射して光学素子を介して射出瞳の中心を通る中心画角主光線に対する第１の方向および第２の方向での光学素子のパワーをそれぞれ、φｘ０およびφｙ０とする。このとき、
０．７０≦φｙ０／φｘ０≦０．９６
なる条件を満足することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の他の一側面としての観察光学系は、画像表示素子からの光束を射出瞳に導く光学素子を有する。光学素子は、屈折面かつ内部反射面である第１面、正のパワーを有する反射面である第２面および屈折面である第３面を少なくとも有し、画像表示素子からの光束を第３面での透過、第１面での内部反射、第２面での反射および第１面での透過を少なくとも経て射出瞳に導く。観察画角が広い方向を第１の方向、狭い方向を第２の方向とする。光束に対する第１の方向および第２の方向での光学素子のパワーをそれぞれ、φｘTOTALおよびφｙTOTALとするとき、
０．５≦φｙTOTAL／φｘTOTAL≦０．９５
なる条件を満足することを特徴とする。
【０００９】
なお、画像表示素子と上記観察光学系とを有する画像観察装置も、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、小型でありながらも特に第１の方向（水平方向）において広画角な観察光学系を実現することができる。そして、この観察光学系を用いることで、小型で軽量な画像観察装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例における座標系を説明する図。
【図２】実施例１の観察光学系のＹＺ断面図。
【図３】実施例１の観察光学系のＸＺ断面図。
【図４】実施例１の観察光学系の画角ごとのＭＴＦ特性を示す図。
【図５】実施例１の観察光学系のＹＺ断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。まず、後述する各実施例の観察光学系の概要について説明する。
【００１３】
［観察光学系の構成］
図１に示す観察光学系は、光学素子としてのプリズム２を用いて構成され、画像表示素子６から出射した光束を射出瞳に導く。該射出瞳の位置またはその近傍には、ユーザの眼１の瞳が配置される。観察光学系２は、画像表示素子６に表示された画像をユーザの眼に対して拡大投影する。画像表示素子６としては、液晶パネルや有機ＥＬ素子等を用いることができる。
【００１４】
プリズム２は、複数（本実施例では３つ）の光学面としての第１面４、第２面３および第３面５を有し、それら３面により囲まれた内部は１より大きい屈折率を有する透光性媒質により満たされている。第２面３は、正のパワーを有する反射面である。複数の光学面（３〜５）は、後述するＺ軸に対していずれも同一面（ＹＺ面）内でチルトしたチルト面である。
【００１５】
なお、本実施例では、プリズム２が３面を有する場合について説明するが、４面以上を有していてもよい。
［観察光学系の絶対座標系］
図１に示す観察光学系の絶対座標系のＺ軸、Ｙ軸およびＸ軸を以下のように定める。このとき、絶対座標系の原点を、観察光学系の射出瞳の位置に設定する。また、Ｚ軸は、画像表示素子６から出射して観察光学系に入射した後、該観察光学系から出射して射出瞳に向かう光束を逆トレースすることで以下のように定義する。
【００１６】
Ｚ軸：逆トレースしたときに射出瞳の中心からプリズム２を通って画像表示素子６における表示領域の中心に至る中心画角主光線が辿る基準軸のうち、射出瞳からプリズム２に向かう部分の直線。
【００１７】
Ｙ軸：Ｚ軸に対して直交し、ユーザの眼幅方向（第１の方向としての水平方向）に対して直交する方向（第２の方向としての垂直方向または鉛直方向）に延びる直線。
【００１８】
Ｘ軸：Ｚ軸およびＹ軸に対して直交し、眼幅方向に平行な方向に延びる直線。
【００１９】
なお、第１の方向は観察画角が広い方向、第２の方向は観察画角が狭い方向と言い換えることができる。また、以下の説明では、Ｙ軸およびＸ軸が延びる方向をそれぞれ、Ｙ方向およびＸ方向という。
［観察光学系のローカル座標系］
プリズム２の第ｉ面（ｉ＝１〜３）の面形状は、第ｉ面のローカル座標系を設定し、該ローカル座標系で表す。また、第ｉ面のＹＺ面内でのチルト角は、絶対座標系のＺ軸に対して反時計回り方向を正とした角度θｉ（単位は°）で表す。
【００２０】
実施例では、全ての第ｉ面のローカル座標の原点はＹＺ平面上にある。また、いずれの第ｉ面も、ＸＺ面内およびＸＹ面内での偏心はない。さらに、第ｉ面のローカル座標（ｘ，ｙ，ｚ）のｚ軸およびｙ軸は、絶対座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対してＹＺ面内でも角度θｉだけ傾いている。ｚ軸、ｙ軸およびｘ軸を以下のように設定する。
【００２１】
ｚ軸：ローカル座標の原点を通り、絶対座標系のＺ軸に対してＹＺ面内において反時計回り方向に角度θｉをなす直線。
【００２２】
ｙ軸：ローカル座標の原点を通り、ｚ軸に対してＹＺ面内において反時計回り方向に９０°をなす直線・
ｘ軸：ローカル座標系の原点を通り、ＹＺ面に対して直交する直線。
【００２３】
また、実施例における全光学面のうち少なくとも２面は自由曲面としての非球面（非回転対称面）で構成され、その非球面形状は次式（１）で表わされる。
【００２４】
【数１】
2018169501.tif 000003
【００２５】
ここで、Ｃｉ，ｊ（ｉ，ｊ＝０，１，２…）は非球面係数である。
【００２６】
上記式（１）は、ｘに関して偶数次の項のみである。このため、式（１）により表される曲面は、ｙｚ面を対称面とする面対称形状を有する。
【００２７】
また、実施例では、画像表示素子６から出射した光束に対するプリズム２のＸ方向およびＹ方向でのパワーφｘTOTALおよびφｙTOTALを以下の式で求める。
φｘTOTAL＝Ｐｘ／２・TANθｘ    （２）
φｙTOTAL＝Ｐｙ／２・TANθｙ    （３）
ただし、Ｐｘは画像表示素子６の表示領域のＸ方向での有効領域幅であり、Ｐｙは該表示領域のＹ方向での有効領域幅である。θｘは上記基準軸に対するＸ方向での最軸外を通る主光線である最軸外主光線が射出瞳に入射するときのＺ軸に対してなす角度であり、θｙはＹ方向での最軸外を通る最軸外主光線が射出瞳に入射するときのＺ軸に対してなす角度である。
【００２８】
なお、後述する各光学面のパワーは、近軸光線追跡により計算される一般的な光学パワー（焦点距離の逆数）を意味し、式（２），（３）で表されるプリズム２のトータルのパワーとは異なる。
【実施例１】
【００２９】
図２には、本発明の実施例１である観察光学系およびこれを含む画像観察装置のＹＺ断面での構成を示している。図３には、本実施例の観察光学系および画像観察装置のＸＺ断面での構成を示している。
【００３０】
画像表示素子６から出射した光束は、観察光学系であるプリズム２に屈折面である第３面５を透過して入射し、内部反射面としての第１面４で内部全反射し、蒸着反射面である第３面３で反射し、屈折面としての第１面４を透過して射出瞳に向かう。これら３面のうち少なくとも２面、より好ましくは３面を非球面で構成することで偏心収差を良好に補正することができる。２０は平行平板として形成されたカバーガラスである。
【００３１】
本実施例では、第１面４を内部反射面および屈折面（透過面）として用いることでプリズム２をコンパクト化している。第１面４で光束を内部全反射させるためには、ある程度Ｙ方向でのパワーを抑える必要がある。
【００３２】
上述したように、第１、第２および第３面４，３，５はいずれもＸ方向において対称でＹ方向において非対称な非回転対称面で構成されている。これにより、各面の偏心に起因する非対称収差を含む各種収差を良好に補正し、図４に示すように画角ごとのＭＴＦ性能も全画角において良好としている。
【００３３】
本実施例は、以下の式（４），（５）で表される２つの条件を満足する。ただし、別の実施例としては、これら２つの条件のうち一方を満足するだけでもよい。
【００３４】
本実施例は、式（２），（３）で表されるプリズム２のパワーφｘTOTALおよびφｙTOTALの比率を、
０．５０≦φｙTOTAL／φｘTOTAL≦０．９５    （４）
なる条件を満足するように設定している。
【００３５】
また、本実施例では、画像表示素子６における表示領域の中心から出射してプリズム２を介して射出瞳の中心を通る中心画角主光線に対するプリズム２のＸ方向およびＹ方向でのパワーをそれぞれ、φｘ０およびφｙ０とするとき、以下の式（５）の条件を満足する。これにより、小型かつ広画角で良好な光学性能を有する観察光学系を実現することができる。
０．７０≦φｙ０／φｘ０≦０．９６        （５）
さらに、本実施例において、式（４）の条件を満足した上で、式（６）〜（８）の条件のうち少なくとも１つを満足することが望ましい。
【００３６】
第１面４のうち、光束が透過する領域のＸ方向およびＹ方向での光学有効径をそれぞれＳｘおよびＳｙとするとき、
１．１≦Ｓｘ／Ｓｙ≦１．５        （６）
なる条件を満足することが望ましい。
【００３７】
また、基準軸上における射出瞳から第１面４までの距離をＬとするとき、
０．３≦Ｌ／Ｓｙ≦１．０          （７）
０．２≦Ｌ／Ｓｘ≦０．７          （８）
のうち少なくとも一方の条件を満足することが望ましい。
【００３８】
また、本実施例において、式（５）の条件を満足した上で、式（９）または（１０）の条件のうち少なくとも１つを満足することが望ましい。
また、Ｘ方向において基準軸に対する最軸外を通る最軸外主光線に対するＸ方向でのプリズム２のパワーをφｘｍとするとき、
１．００≦φｘｍ／φｘ０≦１．６０      （９）
なる条件を満足することが望ましい。
【００３９】
さらに、Ｙ方向において基準軸に対する最軸外を通る最軸外主光線に対するＹ方向でのプリズム２のパワーをφｙｍとするとき、
１．１０≦φｙｍ／φｙ０≦２．００      （１０）
なる条件を満足することが望ましい。
【００４０】
次に式（４）〜（１０）の条件の技術的な意味について説明する。式（４）の条件は、観察光学系のトータルのパワーのＸ方向とＹ方向の比率に関する。φｙTOTAL／φｘTOTALの値が式（４）の下限値を下回ると、Ｘ方向とＹ方向でのパワーの差が大きくなりすぎ、この結果、Ｘ方向とＹ方向での解像力の差が大きくなりすぎる。例えば、一般的な画像表示素子の各画素のＸ方向とＹ方向でサイズはほぼ同じである。この画像表示素子を用いる際にφｙTOTAL／φｘTOTALの値が式（４）の下限値を下回ると、画像表示素子に表示する画像のアスペクト比が大きくなりすぎ、該画像の一般的な電気的補正を行ったときの画質劣化が大きくなる。したがって、鮮明な観察画像を提示できなくなる。
【００４１】
一方、φｙTOTAL／φｘTOTALの値が式（４）の上限値を超えると、Ｙ方向のパワーを大きくすることが必要となり、さらにＸ方向の画角を広げる場合に屈折面と内部反射面（全反射面）を兼ねている第１面４における全反射条件を満足することが困難になる。
【００４２】
このように式（４）の条件を満足することで、広画角でコンパクトな観察光学系を実現することができる。しかも、この式（４）の条件を満足することで、特にＸ方向でのパワーを必要以上に強くすることなく、パワー増加に伴う偏心収差等の収差の発生を抑えた良好な光学性能を実現することができる。
【００４３】
式（６）の条件は、Ｘ方向とＹ方向での光学有効径の比率に関する。観察光学系の光学有効径の比率は、表示画像のＸ方向とＹ方向の画角に応じて適切に設定する必要がある。Ｓｘ／Ｓｙの値が式（６）の下限値を下回ると、Ｘ方向の観察画角が狭くなって視野角を広げることができない。また、Ｓｘ／Ｓｙの値が式（６）の上限値を超えると、Ｘ方向の観察画角とＹ方向の観察画角の差が大きくなり、Ｘ方向とＹ方向でのパワーの差が大きくなりすぎ、この結果、Ｘ方向とＹ方向での解像力の差が大きくなりすぎる。
【００４４】
式（７），（８）の条件はそれぞれ、Ｙ方向とＸ方向での観察光学系の光学有効径およびユーザの眼球と観察光学系との間のクリアランスに関する。観察光学系の光学有効径は、ユーザの眼球の回転によって観察画像が見えなくならないように、かつＨＭＤのようにユーザが画像観察装置を装着したときの装着位置誤差の影響を考慮して、ある程度大きめに設定される。また、ユーザの眼球と観察光学系との間のクリアランスは、人間の顔の特徴や眼鏡を使用するユーザ等も考慮して設定する必要があり、少なくとも１５ｍｍは確保する必要がある。
【００４５】
Ｌ／ＳｙおよびＬ／Ｓｘの値がそれぞれ式（７），（８）の下限値を下回ると、観察光学系（プリズム２）が大型化し、装置全体の大型化および重量増加を招く。一方、Ｌ／ＳｙおよびＬ／Ｓｘの値がそれぞれ式（７），（８）の上限値を超えると、観察光学系の視野角を広げることができず、小型軽量化と広画角化との両立が難しくなる。
【００４６】
このように式（７），（８）の条件を満足することで、広画角でコンパクトで軽量な観察光学系を実現することができる。
【００４７】
式（５）の条件は、観察光学系の基準軸上におけるＸ方向とＹ方向でのパワーの比率に関する。φｙ０／φｘ０の値が式（５）の下限値を下回ると、Ｘ方向とＹ方向での基準軸上のパワーの差が大きくなりすぎ、この結果、Ｘ方向とＹ方向での解像力の差が大きくなりすぎる。これにより、式（４）でも説明したように一般的な画像表示素子に表示する画像のアスペクト比が大きくなりすぎ、該画像の一般的な電気的補正を行ったときの画質劣化が大きくなって鮮明な観察画像を提示できなくなる。特にユーザが認識しやすい基準軸上での画質劣化は、観察画像の画質に関するユーザの印象を大きく下げることになり、好ましくない。一方、φｙ０／φｘ０の値が式（５）の上限値を超えると、Ｙ方向のパワーを大きくすることが必要となり、さらにＸ方向の画角を広げる場合に屈折面と内部反射面（全反射面）を兼ねている第１面４における全反射条件を満足することが困難になる。
【００４８】
このように式（５）の条件を満足することで、広画角でコンパクトな観察光学系を実現することができる。しかも、この式（５）の条件を満足することで、特にＸ方向でのパワーを必要以上に強くすることなく、パワー増加に伴う偏心収差等の収差の発生を抑えた良好な光学性能を実現することができる。
【００４９】
式（９），（１０）の条件はそれぞれ、観察光学系のＸ方向およびＹ方向での画角ごとのパワーに関する。φｘｍ／φｘ０およびφｙｍ／φｙ０の値がそれぞれ式（９），（１０）の下限値を下回ると、観察光学系の基準軸上よりも軸外の方がパワーが弱くなる。このため、画像表示素子に表示される画像に対して歪補正を行ったときの画角ごとの分解能が軸外より基準軸上においてより劣化することになる。ユーザが認識しやすい基準軸上での分解能の劣化は観察画像の解像度に関するユーザの印象を大きく下げることになり、好ましくない。一方、φｘｍ／φｘ０およびφｙｍ／φｙ０の値がそれぞれ式（９），（１０）の上限値を超えると、軸外画角での分解能が低下しすぎてしまい、観察画像の端部がぼける等の問題が生じる。
【００５０】
さらに、上記式（４）〜（１０）の下限値と上限値のうち少なくとも一方を変更した以下の式（４ａ）〜（１０ａ）を満足することがより望ましい。
０．６０≦φｙTOTAL／φｘTOTAL≦０．８５    （４ａ）
０．８０≦φｙ０／φｘ０≦０．９０              （５ａ）
１．１８≦Ｓｘ／Ｓｙ≦１．４０                  （６ａ）
０．４≦Ｌ／Ｓｙ≦０．５                        （７ａ）
０．３≦Ｌ／Ｓｘ≦０．４                        （８ａ）
１．２５≦φｘｍ／φｘ０≦１．５５              （９ａ）
１．６≦φｙｍ／φｙ０≦１．８                  （１０ａ）
また、観察光学系（プリズム２）の光束に対するパワーが、基準軸側から軸外側に向かって増加していることが望ましい。このようにすることでパワーの変化を徐々につけることができ、パワー変化による光学性能の劣化や見え方の違和感を提言することができる。
【００５１】
以下、実施例１に対する数値例１を示す。表１は各光学面に対するローカル座標系の原点の座標とチルト角を示す。表２は各光学面の非球面形状における非球面係数を示す。また、表２の下に、式（４）〜（１０）に関する数値を示す。
【００５２】
【表１】
2018169501.tif 000004
【００５３】
【表２】
2018169501.tif 000005
【００５４】
θｘ＝３５°  θｙ＝２０°  Ｐｘ＝２６．８８  Ｐｙ＝１６．８
φｘTOTAL＝０．０５２    φｘTOTAL＝０．０４３
φｙTOTAL／φｘTOTAL＝０．８３
Ｌ＝１７．５  Ｓｘ＝５０  Ｓｙ＝４０
Ｓｘ／Ｓｙ＝１．２５
Ｌ／Ｓｙ＝０．４４  Ｌ／Ｓｘ＝０．３５
φｙ０＝０．０３３  φｘ０＝０．０４
φｙ０／φｘ０＝０．８２５
φｘｍ＝０．０５０（半画角３５°）
φｙｍ＝０．０５７（半画角２０°）
φｘｍ／φｘ０＝１．５２
φｙｍ／φｙ０＝１．７３
【実施例２】
【００５５】
図５には、本発明の実施例２である観察光学系およびこれを含む画像観察装置のＹＺ断面での構成を示している。画像表示素子６から出射した光束は、観察光学系であるプリズム７に屈折面である第３面１０を透過して入射し、内部反射面としての第１面９で内部全反射し、蒸着反射面である第３面８で反射し、屈折面としての第１面９を透過して射出瞳に向かう。これら３面のうち少なくとも２面、より好ましくは３面を非球面で構成することで偏心収差を良好に補正することができる。２０は平行平板として形成されたカバーガラスである。
【００５６】
本実施例でも、第１面９を内部反射面および屈折面（透過面）として用いることでプリズム７をコンパクト化している。実施例１と同様に、第１、第２および第３面９，８，１０はいずれもＸ方向において対称でＹ方向において非対称な非回転対称面で構成されている。これにより、各面の偏心に起因する非対称収差を含む各種収差を良好に補正し、画角ごとのＭＴＦ性能も全画角において良好としている。
【００５７】
また、本実施例では、図５のＹＺ断面に示すように、第１面９が射出瞳側に凸の形状を有する。第１面９を射出瞳側に凸にすることによって、よりコンパクトな観察光学系を実現することができる。さらに、本実施例では、第１面９のうち屈折面として用いられる部分において射出瞳側に凸の形状を有し、内部反射面として用いられる部分においては射出瞳側とは反対側に凹の形状を有する。これにより、光学性能と小型化とのバランスをとることができる。
【００５８】
以下、実施例２に対する数値例２を示す。表３は各光学面に対するローカル座標系の原点の座標とチルト角を示す。表４は各光学面の非球面形状における非球面係数を示す。また、表４の下に、式（４）〜（１０）に関する数値を示す。
【００５９】
【表３】
2018169501.tif 000006
【００６０】
【表４】
2018169501.tif 000007
【００６１】
θｘ＝３２．５°  θｙ＝２０°  Ｐｘ＝２６．８８  Ｐｙ＝１６．８
φｘTOTAL＝０．０４７  φｙTOTAL＝０．０４３
φｙTOTAL／φｘTOTAL＝０．９１
Ｌ＝１７．０  Ｓｘ＝４８  Ｓｙ＝４０
Ｓｘ／Ｓｙ＝１．２
Ｌ／Ｓｙ＝０．４２５  Ｌ／Ｓｘ＝０．３５４
φｙ０＝０．０３９  φｘ０＝０．０４１
φｙ０／φｘ０＝０．９５１
φｘｍ＝０．０４７（半画角３２．５°）
φｙｍ１＝０．０４４（半画角−２０°）  φｙｍ２＝０．０３８（半画角＋２０°）
φｘｍ／φｘ０＝１．１４
φｙｍ１／φｙ０＝１．１３
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【００６２】
２，７  プリズム
３，８  第２面
４，９  第１面
５，１０  第３面
６  画像表示素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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