(57)【要約】【課題】  小型化、特に偏心面内で光学素子を細くすることが可能で、広い観察画角を鮮明に且つ遠方の映像として観察することが可能な小型の接眼光学系を提供する。【解決手段】  映像表示素子５の映像を観察者瞳位置Ｅに表示する接眼光学系１であって、任意の２断面で結像回数が異なることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像表示素子の映像を観察者瞳位置に表示する接眼光学系であって、
任意の２断面で結像回数が異なることを特徴とする接眼光学系。
【請求項２】
前記接眼光学系は、少なくとも５つの光学作用面からなることを特徴とする請求項１に記載の接眼光学系。
【請求項３】
前記少なくとも５つの光学作用面によって形成される空間が、屈折率が１より大きい透明媒質で満たされた光学素子からなり、
前記少なくとも５つの光学作用面は、前記映像表示素子側から光線の進む順番に、第１の透過面、第１の反射面、第２の反射面、第３の反射面、第２の透過面が配置された
ことを特徴とする請求項２に記載の接眼光学系。
【請求項４】
前記少なくとも５つの光学面は、
前記映像表示素子側に前記映像表示素子側から数えて偶数番目の反射面が配置され、
前記偶数番目の反射面を挟んで前記映像表示素子と反対側に奇数番目の反射面が配置された
ことを特徴とする請求項３項記載の接眼光学系。
【請求項５】
任意の１断面において、前記観察者瞳位置と共役な瞳投影位置を、前記反射面のうちの任意の反射面近傍に配置し、
前記任意の反射面に前記任意の１断面で有効な開口を配置した
ことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１つに記載の接眼光学系。
【請求項６】
前記第１透過面と前記第２反射面が同一形状、同一位置に配置されている
ことを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１つに記載の接眼光学系。
【請求項７】
前記反射面のうち前記映像素子側で前記映像素子に最も近い反射面と第２透過面が同一形状、同一位置に配置されている
ことを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれか１つに記載の接眼光学系。
【請求項８】
前記偶数番目の反射面が同一形状、同一位置に配置されている
ことを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか１つに記載の接眼光学系。
【請求項９】
前記偶数番目の反射面は平面であることを特徴とする請求項８に記載の接眼光学系。
【請求項１０】
前記接眼光学系の物体面に前記映像表示素子を配置し、前記観察者瞳位置に観察者眼球を配置するように位置決めする位置決め手段を有し、
前記位置決め手段は、観察者頭部に装着可能である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１つに記載の接眼光学系。
【請求項１１】
前記映像表示素子に代えて、該位置に撮像手段を配置し、前記接眼光学系の瞳位置に絞りを設けて撮像光学系として使用可能にしたことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１つに記載の接眼光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は接眼光学系に関し、特に、広い観察画角を表示することが可能な接眼光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、広い観察画角を表示することが可能な接眼光学系としては、特許文献１、２に開示されたような光学系が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許３６７６４７２号公報
【特許文献２】特開２０００−２１４３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１は、光学素子中に結像することなく映像表示素子の映像を虚像として観察者に表示するものである。結像無しの場合は光束径を絞ることが出来ない為すべての反射面を大きく取る必要があり、光学素子を小型化することが難しかった。
【０００５】
また、特許文献２は撮像光学系であるが、光学素子内で結像する構成のものである。１回結像の場合は表示素子の投影像を光学素子内に１回結像させる構成の為、物像間距離を長く取る必要があり、小型で広画角な光学系を構成することが難しかった。
【０００６】
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、小型化、特に偏心面内で光学素子を細くすることが可能で、広い観察画角を鮮明に且つ遠方の映像として観察することが可能な小型の接眼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】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の接眼光学系は、映像表示素子の映像を観察者瞳位置に表示する接眼光学系であって、任意の２断面で結像回数が異なることを特徴とする。
【０００８】
また、前記接眼光学系は、少なくとも５つの光学作用面からなることを特徴とする。
【０００９】
また、前記少なくとも５つの光学作用面によって形成される空間が、屈折率が１より大きい透明媒質で満たされた光学素子からなり、前記少なくとも５つの光学作用面は、前記映像表示素子側から光線の進む順番に、第１の透過面、第１の反射面、第２の反射面、第３の反射面、第２の透過面が配置されたことを特徴とする。
【００１０】
また、前記少なくとも５つの光学面は、前記映像表示素子側に前記映像表示素子側から数えて偶数番目の反射面が配置され、前記偶数番目の反射面を挟んで前記映像表示素子と反対側に奇数番目の反射面が配置されたことを特徴とする。
【００１１】
また、任意の１断面において、前記観察者瞳位置と共役な瞳投影位置を、前記反射面のうちの任意の反射面近傍に配置し、前記任意の反射面に前記任意の１断面で有効な開口を配置したことを特徴とする。
【００１２】
また、前記第１透過面と前記第２反射面が同一形状、同一位置に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
また、前記反射面のうち前記映像素子側で前記映像素子に最も近い反射面と第２透過面が同一形状、同一位置に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
また、前記偶数番目の反射面が同一形状、同一位置に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
また、前記偶数番目の反射面は平面であることを特徴とする。
【００１６】
また、前記接眼光学系の物体面に前記映像表示素子を配置し、前記観察者瞳位置に観察者眼球を配置するように位置決めする位置決め手段を有し、前記位置決め手段は、観察者頭部に装着可能であることを特徴とする。
【００１７】
また、前記映像表示素子に代えて、該位置に撮像手段を配置し、前記接眼光学系の瞳位置に絞りを設けて撮像光学系として使用可能にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上の本発明の光学系においては、簡単な構成で広い観察視野を確保しつつ、遠方の映像としてコントラストの良い映像を観察することが可能な小型の接眼光学系を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の光学系の座標系を説明するための図である。
【図２】本発明の実施例１の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図３】本発明の実施例１の光学系の平面図である。
【図４】実施例１の光学系の横収差図を示す図である。
【図５】実施例１の光学系の横収差図を示す図である。
【図６】本発明の実施例２の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図７】本発明の実施例２の光学系の平面図である。
【図８】実施例２の光学系の横収差図を示す図である。
【図９】実施例２の光学系の横収差図を示す図である。
【図１０】本発明の実施例３の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図１１】本発明の実施例３の光学系の平面図である。
【図１２】実施例３の光学系の横収差図を示す図である。
【図１３】実施例３の光学系の横収差図を示す図である。
【図１４】本発明の実施例４の光学系の中心軸に沿ってとった断面図である。
【図１５】本発明の実施例４の光学系の平面図である。
【図１６】実施例４の光学系の横収差図を示す図である。
【図１７】実施例４の光学系の横収差図を示す図である。
【図１８】本発明による接眼光学系を用いたポータブル型の映像表示装置の一例の全体構成を示す図である。
【図１９】図１８の一方の光学系を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、実施例に基づいて本発明にかかる接眼光学系について説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態の接眼光学系である。
【００２２】
本実施形態の接眼光学系は、任意の２断面で結像回数が異なる。また、任意の断面でのみ光学系内で１回結像する構成にすることにより、その断面での光束径を細くすることが可能となり、光学系の小型化に成功したものである。
【００２３】
さらに、任意の２断面において結像回数は０回と１回であることが望ましい。これは無闇に結像回数を多くすると、物像間距離が短くなり反射面のパワーを強くせざるおえなくなり、収差が悪化するからである。
【００２４】
さらに、１回結像する断面と偏心面を一致させることが好ましい。偏心面では反射面同士が近接して配置される為に光束径が制限され、観察画角を広く取ることが難しい。この断面内で１回結像することにより、反射面の有効径が小さくなり広画角化に有利である。
【００２５】
また、接眼光学系は、少なくとも５つの光学作用を有する面からなる。５つ以上の光学作用面で構成し、光路長を長くすることにより任意の１断面で１回結像をしても収差補正が良好に行え、コントラストの良い鮮明な映像を観察できる。
【００２６】
また、接眼光学系は、少なくとも５つの光学作用を有する面によって形成される空間が、屈折率が１より大きい透明媒質で満たされた光学素子からなり、少なくとも５つの光学作用を有す面は映像表示素子側から光線の進む順番に、第１の透過面、第１の反射面、第２の反射面、第３の反射面、第２の透過面の順に配置されるものである。
【００２７】
５つの光学作用面の内２つは透過作用を有し、残りは反射作用を有する面で構成し、反射作用を有する面を裏面鏡として構成することにより反射面で発生する特に偏心収差の発生を表面鏡に比べて少なくするこが可能となる。
【００２８】
少なくとも５つの光学面は、映像表示素子側に映像表示素子側から数えて偶数番目の反射面が配置され、偶数番目の反射面を挟んで映像表示素子と反対側に奇数番目の反射面が配置されるものである。
【００２９】
観察者前方に光学素子を配置してその光学素子内で映像表示素子から出た光束を繰り返し反射させながら、観察者の前方に虚像を観察させる為には、本構成が必要で、細い光学素子を得る為に重要である。これ以外の構成では光学素子の観察者顔面からの突出量が増えてしまい小型の観察装置を構成することが難しくなる。
【００３０】
また、任意の１断面において、前記観察者瞳位置と共役な瞳投影位置を、前記反射面のうちの任意の反射面近傍に配置し、前記任意の反射面に前記任意の１断面で有効な開口を配置したものである。
【００３１】
接眼光学系、特に偏心した複数枚の反射面で構成されている光学系の場合、反射面が近接して配置される為に、設計された順番に反射面で反射される光線以外の光線がゴーストとして発生する問題がある。そのため光学素子の反射面の内少なくとも一つに偏心面内に有効な開口を配置することによりこの不要光をカットすることが可能となり、コントラストの良い映像を観察することが可能となる。
【００３２】
さらに好ましくは、観察者眼球位置に当る接眼光学系の射出瞳と共役な位置を反射面近傍にすることにより、不要光のカットに効果的となる。
【００３３】
以下に、本発明にかかる接眼光学系の実施例１〜実施例４を説明する。これら接眼光学系の構成パラメータは後記する。光線追跡は、観察者眼球から投影光学系の映像表示素子（像面）に向かう逆光線追跡で追跡する。
【００３４】
座標系は、図１に示すように、図示しない物体面から接眼光学系１に入射する主光線の通る観察者瞳位置を光学系の原点Ｏとし、中心軸２の方向をＺ軸方向とし、図１の紙面内をＹ−Ｚ平面とする。そして、図１の像面５のある上方向をＹ軸正方向とし、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。
【００３５】
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１の原点Ｏ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１の原点Ｏ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。
【００３６】
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。
【００３７】
また、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。
【００３８】
また、本発明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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
実施例１の接眼光学系１の中心軸２に沿ってとった断面図を図２、接眼光学系１の平面図を図３に示す。また、この実施例の接眼光学系全体の横収差図を図４及び図５に示す。この横収差図において、中央に示された角度は、（水平方向画角、垂直方向の画角）を示し、その画角におけるＹ方向（メリジオナル方向）とＸ方向（サジタル方向）の横収差を示す。
【００４７】
実施例１の接眼光学系１は、第１透過面１１と、第１透過面１１に対してＺ軸方向で像面５と反対側に配置された第１反射面２１と、第１反射面２１に対してＺ軸方向で像面５側にＹ軸方向で像面５側に配置された第２反射面２２と、第２反射面２２に対してＺ軸方向で像面５と反対側にＹ軸方向で像面５側に配置された第３反射面２３と、第３反射面２３に対してＺ軸方向で像面５側に配置された第２透過面１２と、を有する透明媒体Ｌからなる。第２反射面２２には、ゴースト等の不要光をカットする開口Ｓを形成してもよい。
【００４８】
また、透明媒体Ｌの第１透過面１１と第２反射面２２が同一形状、同一位置に配置されている。第１透過面１１と第２反射面２２を同一にすることにより、接眼光学系１を製作する上で加工する面形状が少なくなり、製作が簡単になる。
【００４９】
実施例１の接眼光学系１において、物体面から入射する光束は、透明媒体Ｌの第１透過面１１から入射し、第１反射面２１においてＺ軸方向で像面５側にＹ軸方向で像面５側に内部反射され、第２反射面２２においてＺ軸方向で像面５と反対側にＹ軸方向で像面５側に内部反射され、第３反射面２３においてＺ軸方向で像面５側に内部反射され、第２透過面１２を経て、透明媒体Ｌから外に出て、像面５に結像する。
【００５０】
この実施例１の仕様は、
画角              Ｙ15°Ｘ20°
入射瞳径          2.0mm
表示素子          4.88mm〜3.66mm
である。
【００５１】
実施例２の接眼光学系１の中心軸２に沿ってとった断面図を図６、接眼光学系１の平面図を図７に示す。また、この実施例の接眼光学系全体の横収差図を図８及び図９に示す。この横収差図において、中央に示された角度は、（水平方向画角、垂直方向の画角）を示し、その画角におけるＹ方向（メリジオナル方向）とＸ方向（サジタル方向）の横収差を示す。
【００５２】
実施例２の接眼光学系１は、第１透過面１１と、第１透過面１１に対してＺ軸方向で像面側に配置された第１反射面２１と、第１反射面２１に対してＺ軸方向で像面と反対側にＹ軸方向で像面側に配置された第２反射面２２と、第２反射面２２に対してＺ軸方向で像面側にＹ軸方向で像面側に配置された第３反射面２３と、第３反射面２３に対してＺ軸方向で像面と反対側にＹ軸方向で像面側に配置された第４反射面２４と、第４反射面２４に対してＺ軸方向で像面側に配置された第２透過面１２と、を有する透明媒体Ｌからなる。第３反射面２３には、ゴースト等の不要光をカットする開口Ｓを形成してもよい。
【００５３】
また、透明媒体Ｌの第１透過面１１と第２反射面１３が同一形状、同一位置に配置されている。第１透過面１１と第２反射面１３を同一にすることにより、接眼光学系１を製作する上で加工する面形状が少なくなり、製作が簡単になる。
【００５４】
さらに、第３反射面２３と第２透過面１２が同一形状、同一位置に配置されている。第３反射面２３と第２透過面１２を同一にすることにより、接眼光学系１を製作する上で加工する面形状が少なくなり、製作が簡単になる。
【００５５】
実施例２の接眼光学系１において、物体面から入射する光束は、透明媒体Ｌの第１透過面１１から入射し、第１反射面２１においてＺ軸方向で像面５と反対側にＹ軸方向で像面５側に内部反射され、第２反射面２２においてＺ軸方向で像面５側にＹ軸方向で像面５側に内部反射され、第３反射面２３においてＺ軸方向で像面５と反対側にＹ軸方向で像面５側に内部反射され、第４反射面２４においてＺ軸方向で像面５側に内部反射され、第２透過面１２を経て、透明媒体Ｌから外に出て、像面５に結像する。
【００５６】
この実施例２の仕様は、
画角              Ｙ20°Ｘ30°
入射瞳径          1.0mm
表示素子          4.88mm〜3.66mm
である。
【００５７】
実施例３の接眼光学系１の中心軸２に沿ってとった断面図を図１０、接眼光学系１の平面図を図１１に示す。また、この実施例の接眼光学系全体の横収差図を図１２及び図１３に示す。この横収差図において、中央に示された角度は、（水平方向画角、垂直方向の画角）を示し、その画角におけるＹ方向（メリジオナル方向）とＸ方向（サジタル方向）の横収差を示す。
【００５８】
実施例３の接眼光学系１は、第１透過面１１と、第１透過面１１に対してＺ軸方向で像面と反対側に配置された第１反射面２１と、第１反射面２１に対してＺ軸方向で像面側にＹ軸方向で像面側に配置された第２反射面２２と、第２反射面２２に対してＺ軸方向で像面と反対側にＹ軸方向で像面側に配置された第３反射面２３と、第３反射面２３に対してＺ軸方向で像面側にＹ軸方向で像面側に配置された第４反射面２４と、第４反射面２４に対してＺ軸方向で像面と反対側にＹ軸方向で像面側に配置された第５反射面２５と、第５反射面２５に対してＺ軸方向で像面側に配置された第２透過面１２と、を有する透明媒体Ｌからなる。第３反射面２３には、ゴースト等の不要光をカットする開口Ｓを形成してもよい。
【００５９】
また、透明媒体Ｌの第１透過面１１と第２反射面２２と第４反射面２４が平面からなり、同一形状、同一位置に配置されている。第１透過面１１と第２反射面２２と第４反射面２４を同一にすることにより、接眼光学系１を製作する上で加工する面形状が少なくなり、製作が簡単になる。
【００６０】
実施例３の接眼光学系１において、物体面から入射する光束は、透明媒体Ｌの第１透過面１１から入射し、第１反射面２１においてＺ軸方向で像面５側にＹ軸方向で像面５側に内部反射され、第２反射面２２においてＺ軸方向で像面５と反対側にＹ軸方向で像面５側に内部反射され、第３反射面２３においてＺ軸方向で像面５側にＹ軸方向で像面５側に内部反射され、第４反射面２４においてＺ軸方向で像面５と反対側にＹ軸方向で像面５側に内部反射され、第５反射面２５においてＺ軸方向で像面５側に内部反射され、第２透過面１２を経て、透明媒体Ｌから外に出て、像面５に結像する。
【００６１】
この実施例３の仕様は、
画角              Ｙ11.25°Ｘ15°
入射瞳径          1.0mm
表示素子          4.88mm〜3.66mm
である。
【００６２】
実施例４の接眼光学系１の中心軸２に沿ってとった断面図を図１４、接眼光学系１の平面図を図１５に示す。また、この実施例の接眼光学系全体の横収差図を図１６及び図１７に示す。この横収差図において、中央に示された角度は、（水平方向画角、垂直方向の画角）を示し、その画角におけるＹ方向（メリジオナル方向）とＸ方向（サジタル方向）の横収差を示す。
【００６３】
実施例４の接眼光学系１は、第１透過面１１と、第１透過面１１に対してＺ軸方向で像面と反対側に配置された第１反射面２１と、第１反射面２１に対してＺ軸方向で像面側にＹ軸方向で像面側に配置された第２反射面２２と、第２反射面２２に対してＺ軸方向で像面と反対側にＹ軸方向で像面側に配置された第３反射面２３と、第３反射面２３に対してＺ軸方向で像面側にＹ軸方向で像面側に配置された第４反射面２４と、第４反射面２４に対してＺ軸方向で像面と反対側にＹ軸方向で像面側に配置された第５反射面２５と、第５反射面２５に対してＺ軸方向で像面側にＹ軸方向で像面側に配置された第６反射面２６と、第６反射面２６に対してＺ軸方向で像面と反対側にＹ軸方向で像面側に配置された第７反射面２７と、第７反射面２７に対してＺ軸方向で像面側に配置された第２透過面１２と、を有する透明媒体Ｌからなる。第４反射面２４には、ゴースト等の不要光をカットする開口Ｓを形成してもよい。
【００６４】
また、透明媒体Ｌの第１透過面１１と第２反射面１３が平面からなり、同一形状、同一位置に配置されている。第１透過面１１と第２反射面１３を同一にすることにより、接眼光学系１を製作する上で加工する面形状が少なくなり、製作が簡単になる。
【００６５】
さらに、第６反射面２６と第２透過面１２が平面からなり、同一形状、同一位置に配置されている。第６反射面２６と第２透過面１２を同一にすることにより、接眼光学系１を製作する上で加工する面形状が少なくなり、製作が簡単になる。
【００６６】
実施例４の接眼光学系１において、物体面から入射する光束は、透明媒体Ｌの第１透過面１１から入射し、第１反射面２１においてＺ軸方向で像面５側にＹ軸方向で像面５側に内部反射され、第２反射面２２においてＺ軸方向で像面５と反対側にＹ軸方向で像面５側に内部反射され、第３反射面２３においてＺ軸方向で像面５側にＹ軸方向で像面５側に内部反射され、第４反射面２４においてＺ軸方向で像面５と反対側にＹ軸方向で像面５側に内部反射され、第５反射面２５においてＺ軸方向で像面５側に内部反射され、第６反射面２６においてＺ軸方向で像面５と反対側にＹ軸方向で像面５側に内部反射され、第７反射面２７においてＺ軸方向で像面５側に内部反射され、第２透過面１２を経て、透明媒体Ｌから外に出て、像面５に結像する。
【００６７】
この実施例４の仕様は、
画角              Ｙ11.25°Ｘ15°
入射瞳径          1.0mm
表示素子          4.88mm〜3.66mm
である。
【００６８】
以下に、上記実施例１から実施例４の構成パラメータを示す。なお、以下の表中の “ＲＥ”は反射面、“ＦＦＳ”は自由曲面を示す。
【００６９】
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
1        ∞（射出瞳）            0.00
2    FFS[1]                      0.00  偏心(1)   1.5254    56.2
3    FFS[2]                      0.00  偏心(2)   1.5254    56.2
4    FFS[1]                      0.00  偏心(1)   1.5254    56.2
5    FFS[3]                      0.00  偏心(3)   1.5254    56.2
6        ∞                      0.00  偏心(4) 
像  面      ∞                            偏心(5) 
FFS[1]
Ｃ4    2.3455E-002    Ｃ6    1.2312E-002    Ｃ8   -6.4786E-005
Ｃ10   7.6524E-004    Ｃ68   1.0000E+000
FFS[2]
Ｃ4    4.1214E-003    Ｃ6   -1.3850E-002    Ｃ8    2.7213E-004
Ｃ10   2.7044E-005
FFS[3]
Ｃ4    2.2982E-002    Ｃ6   -3.6646E-002    Ｃ8   -3.3281E-003
Ｃ10   8.5783E-004
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ   10.73  Ｚ   27.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   36.00
α  -25.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ   21.45  Ｚ   36.00
α   25.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ   21.45  Ｚ   27.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ   21.45  Ｚ   26.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
【００７０】
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
1        ∞（射出瞳）            0.00
2    FFS[1]                      0.00  偏心(1)   1.5254    56.2
3    FFS[2]                      0.00  偏心(2)   1.5254    56.2
4    FFS[1]                      0.00  偏心(1)   1.5254    56.2
5    FFS[3]                      0.00  偏心(3)   1.5254    56.2
6    FFS[4]                      0.00  偏心(4)   1.5254    56.2
7    FFS[3]                      0.00  偏心(3) 
像  面      ∞                            偏心(5) 
FFS[1]
Ｃ4   -4.5960E-003    Ｃ6   -2.6232E-003    Ｃ8    8.3430E-004
Ｃ68   1.0000E+000
FFS[2]
Ｃ4   -5.5664E-003    Ｃ6   -1.5147E-002    Ｃ8    6.6584E-004
Ｃ10  -9.9722E-005
FFS[3]
Ｃ4   -2.2025E-002    Ｃ6   -1.2737E-002    Ｃ68   1.0000E+000
FFS[4]
Ｃ4   -1.8609E-002    Ｃ6    4.1942E-002    Ｃ8    4.0017E-003
Ｃ10  -6.0766E-004
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ    4.91  Ｚ   27.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   33.00
α  -20.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ   12.38  Ｚ   36.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ   19.02  Ｚ   28.00
α  -20.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ   18.83  Ｚ   37.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
【００７１】
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
1        ∞（射出瞳）            0.00
2        ∞                      0.00  偏心(1)   1.5254    56.2
3    FFS[1]                      0.00  偏心(2)   1.5254    56.2
4        ∞                      0.00  偏心(3)   1.5254    56.2
5    FFS[2]                      0.00  偏心(4)   1.5254    56.2
6        ∞                      0.00  偏心(5)   1.5254    56.2
7    FFS[3]                      0.00  偏心(6)   1.5254    56.2
8        ∞                      0.00  偏心(7) 
像  面      ∞                            偏心(8) 
FFS[1]
Ｃ4   -4.6496E-003    Ｃ6   -2.3087E-002    Ｃ8    5.4908E-004
Ｃ10  -7.7673E-004
FFS[2]
Ｃ4   -1.3797E-002    Ｃ6   -2.4189E-002
FFS[3]
Ｃ4    6.6393E-003    Ｃ6   -1.3941E-002    Ｃ8   -3.2612E-003
Ｃ10   2.6835E-003
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   28.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   31.00
α  -30.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ    5.20  Ｚ   28.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ   13.86  Ｚ   33.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ   22.52  Ｚ   28.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[6] 
Ｘ    0.00  Ｙ   27.71  Ｚ   31.00
α   30.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[7] 
Ｘ    0.00  Ｙ   27.71  Ｚ   28.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[8] 
Ｘ    0.00  Ｙ   27.71  Ｚ   27.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
【００７２】
実施例４
面番号  曲率半径                  面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                  -1000.00
1        ∞（射出瞳）            0.00
2        ∞                      0.00  偏心(1)   1.5254    56.2
3    FFS[1]                      0.00  偏心(2)   1.5254    56.2
4        ∞                      0.00  偏心(1)   1.5254    56.2
5    FFS[2]                      0.00  偏心(3)   1.5254    56.2
6    FFS[3]                      0.00  偏心(4)   1.5254    56.2
7    FFS[4]                      0.00  偏心(5)   1.5254    56.2
8        ∞                      0.00  偏心(6)   1.5254    56.2
9    FFS[5]                      0.00  偏心(7)   1.5254    56.2
10        ∞                      0.00  偏心(6) 
像  面      ∞                            偏心(8) 
FFS[1]
Ｃ4   -6.4613E-004    Ｃ6   -1.0117E-002    Ｃ8    6.1721E-004
Ｃ10  -2.5508E-004
FFS[2]
Ｃ4   -8.2750E-003    Ｃ6   -2.4639E-003
FFS[3]
Ｃ4   -7.1295E-003    Ｃ6    1.2740E-002
FFS[4]
Ｃ4   -2.1947E-002    Ｃ6   -1.1349E-002
FFS[5]
Ｃ4    1.1945E-002    Ｃ6   -3.7421E-003
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ    5.20  Ｚ   28.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   31.00
α  -30.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ   13.86  Ｚ   33.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ   22.52  Ｚ   28.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ   31.18  Ｚ   33.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[6] 
Ｘ    0.00  Ｙ   39.84  Ｚ   28.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[7] 
Ｘ    0.00  Ｙ   45.03  Ｚ   31.00
α   30.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[8] 
Ｘ    0.00  Ｙ   45.03  Ｚ   27.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
【００７３】
また、接眼光学系１の物体面に映像表示素子５が配置され、瞳位置に観察者眼球を配置するようにする位置決め手段を有し、観察者瞳位置に観察者眼球を配置するように位置決めする位置決め手段を有し、位置決め手段は、観察者頭部に装着可能である。
【００７４】
映像表示素子５と接眼光学系１を観察者頭部に対して位置決めする手段を設け、観察者頭部に装着できるようにすることによって、観察者は自由な観察姿勢や観察者方向で映像を観察することが可能となる。つまり、楽な姿勢をとって映像を観察することができる。例えば、ベッドに寝たままの病人でも頭部に映像表示装置を装着して、寝たままの姿勢で映像を観察することができる。こうして小型の頭部装着式映像表示装置を構成することが可能となる。さらに好ましくは、前記位置決め手段はヘッドフォンや眼鏡でも良い。
【００７５】
例えば、上記のような本発明による接眼光学系１を用い、この接眼光学系１と映像表示素子５からなる組を左右一対用意し、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式映像表示装置のようなポータブル型の映像表示装置として構成することができる。なお、片眼にのみ接眼光学系１を配置した片眼用の映像表示装置として構成してもよい。
【００７６】
このようなポータブル型の映像表示装置の１例の全体の構成を図１８に、また、観察者の一方の眼球に対する一方の組の断面を図１９に示す。表示装置本体５０には、図１９に示すように、上記のような接眼光学系１が左右１対備えられ、それらに対応して像面にＬＣＤからなる映像表示素子５が配置されている。本体５０に左右に連続して、図１８に示すような側頭フレーム５１が設けられ、両側の側頭フレーム５１は頭頂フレーム５２でつながれており、また、両側の側頭フレーム５１の中間には板バネ５３を介してリアフレーム５４が設けてあり、リアフレーム５４を眼鏡のツルのように観察者の両耳の後部に当て、また、頭頂フレーム５２を観察者の頭頂に載せることにより、表示装置本体５０を観察者の眼前に保持できるようになっている。なお、頭頂フレーム５２の内側には海綿体のような弾性体からなる頭頂パッド５５が取り付けてあり、同様にリアフレーム５４の内側にも同様なパッドが取り付けられており、この表示装置を頭部に装着したときに違和感を感じないようにしてある。
【００７７】
また、リアフレーム５４にはスピーカ５６が付設されており、映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５６を有する表示装置本体５０には、映像音声伝達コード５７を介してボータブルビデオカセット等の再生装置５８が接続されているので、観察者はこの再生装置５８を、図１８に示すように、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。図示の５９は再生装置５８のスイッチ、ボリューム等の調節部である。なお、頭頂フレーム５２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。
【００７８】
なお、コード５７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観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。
【００７９】
さらに、映像表示素子５に代えて、該位置に図示しない撮像手段を配置し、接眼光学系１の瞳位置に絞りを設けて撮像光学系として使用可能にしてもよい。
【００８０】
接眼光学系１の物体面に撮像手段を配置し、瞳位置に絞りを設けると、小型の撮像光学系を提供することが可能となり、無限遠の物体を結像させるように構成することで、ビデオカメラのファインダー光学系等の結像光学系として利用することが可能となる。
【００８１】
もちろん、本発明に係る接眼光学系は、顕微鏡、望遠鏡、内視鏡等の接眼光学系として使用可能なことは言うまでもない。また、反射作用を有する光学面は反射膜例えばアルミや銀を利用してもよく、臨界角を超える角度で入射させて、全反射を利用してもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１…光学系
２…中心軸（Ｚ軸）
５…映像表示素子（像面）
Ｅ…観察者瞳位置（射出瞳）
Ｌ…透明媒体
Ｓ…開口
【図１】
2011017823.tif 000003
【図２】
2011017823.tif 000004
【図３】
2011017823.tif 000005
【図４】
2011017823.tif 000006
【図５】
2011017823.tif 000007
【図６】
2011017823.tif 000008
【図７】
2011017823.tif 000009
【図８】
2011017823.tif 000010
【図９】
2011017823.tif 000011
【図１０】
2011017823.tif 000012
【図１１】
2011017823.tif 000013
【図１２】
2011017823.tif 000014
【図１３】
2011017823.tif 000015
【図１４】
2011017823.tif 000016
【図１５】
2011017823.tif 000017
【図１６】
2011017823.tif 000018
【図１７】
2011017823.tif 000019
【図１８】
2011017823.tif 000020
【図１９】
2011017823.tif 000021