(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示素子と、接眼光学系と、を有し、
前記接眼光学系の光軸が、一つの平面内にあり、前記接眼光学系が、該平面に対称に形成され、
前記画像表示素子が、画像表示面を備え、
前記接眼光学系が、正の屈折力を有する光学素子を備え、
前記光学素子が、入射面と、反射面と、射出面と、を備え、
前記反射面が、前記光学素子の倍率色収差とは逆向きの倍率色収差が生じるパワー分布である体積ホログラム（ＨＯＥ）を備え、
前記平面と前記画像表示面との交線における線分の中心の像位置をＦ０、線分の両端の像位置のうち前記ＨＯＥがないとした場合の、倍率色収差の大きい方の像位置をＦｂ、小さい方の像位置をＦａとしたとき、次の条件式（１）、（２）を同時に満足することを特徴とする画像観察光学系。
−１＜φｙ（ＨＯＥ，Ｆａ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜２・・・・・・（１）
−１＜φｙ（ＨＯＥ，Ｆｂ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜１・・・・・・（２）
ただし、φｙ（ＨＯＥ，Ｆａ）は前記ＨＯＥの像位置Ｆａにおけるｙ方向のパワー、φｙ（ＨＯＥ，Ｆｂ）は前記ＨＯＥの像位置Ｆｂにおけるｙ方向のパワー、φｙ（Ｔｏｔａｌ）は全系のｙ方向のパワーである。
【請求項２】
前記光学素子は、更に１面以上の反射面を持ち、前記ＨＯＥがパワーの対称面を１面又は２面有し、該パワーの対称面が前記ＨＯＥを備えている前記反射面形状の対称面と一致することを特徴とする請求項１に記載の画像観察光学系。
【請求項３】
前記画像表示素子と、前記接眼光学系の射出瞳と、の間に、少なくとも１枚のＨＯＥを更に有し、かつ、前記平面と画像表示面との交線における線分の中心の像位置をＦ０としたとき、次の条件式（７）を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の画像観察光学系。
｜φｙ（ＨＯＥ，Ｆ０）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）｜≦０．２５・・・・・・（７）
ただし、φｙ（ＨＯＥ，Ｆ０）は前記ＨＯＥの像位置Ｆ０におけるｙ方向のパワー、φｙ（Ｔｏｔａｌ）は全系のｙ方向のパワーである。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像観察光学系に関し、特に、観察者の頭部又は顔面に保持することができ、また、携帯電話や携帯情報端末に付加することができる画像表示装置に用いる画像観察光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、個人が大画面の画像を楽しむことを目的として、画像表示装置、特に、頭部や顔面に装着するタイプの画像表示装置の開発が盛んになされている。また、近年、携帯電話の普及や携帯情報端末の普及に伴い、携帯電話や携帯情報端末の画像や文字データを大画面で見たいというニーズが高まっている。
画像表示装置に用いる従来の画像観察光学系としては、特開平７−３３３５５１号や特開平８−２３４１３７号に記載のものがある。これらのものは、反射作用を有する面に例えば、アナモルフィック面やトーリック面、さらには自由曲面などの回転非対称な面形状を持つプリズムを使用して、像の歪み、像面彎曲、非点収差を補正している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のようなプリズムを用いて画像表示装置を高精細化、広画角化すると、プリズム自体の倍率色収差が大きくなり、結像性能が劣化してしまうという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、画像表示装置として携帯電話や携帯情報端末に用いることができる程度に小型化することができ、かつ、倍率色収差を抑えて高精細化、広画角化することができる画像観察光学系を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による画像観察光学系は、画像表示素子と、接眼光学系と、を有し、前記接眼光学系の光軸が、一つの平面内にあり、前記接眼光学系が、該平面に対称に形成され、前記画像表示素子が、画像表示面を備え、前記接眼光学系が、正の屈折力を有する光学素子を備え、前記光学素子が、入射面と、反射面と、射出面と、を備え、前記反射面が、前記光学素子の倍率色収差とは逆向きの倍率色収差が生じるパワー分布である体積ホログラム（ＨＯＥ）を備え、前記平面と前記画像表示面との交線における線分の中心の像位置をＦ０、線分の両端の像位置のうち前記ＨＯＥがないとした場合の、倍率色収差の大きい方の像位置をＦｂ、小さい方の像位置をＦａとしたとき、次の条件式（１）、（２）を同時に満足することを特徴とする。
−１＜φｙ（ＨＯＥ，Ｆａ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜２・・・・・・（１）
−１＜φｙ（ＨＯＥ，Ｆｂ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜１・・・・・・（２）
ただし、φｙ（ＨＯＥ，Ｆａ）は前記ＨＯＥの像位置Ｆａにおけるｙ方向のパワー、φｙ（ＨＯＥ，Ｆｂ）は前記ＨＯＥの像位置Ｆｂにおけるｙ方向のパワー、φｙ（Ｔｏｔａｌ）は全系のｙ方向のパワーである。
また、本発明は、前記光学素子は、更に１面以上の反射面を持ち、前記ＨＯＥがパワーの対称面を１面又は２面有し、該パワーの対称面が前記ＨＯＥを備えている前記反射面形状の対称面と一致することが好ましい。
また、本発明は、前記画像表示素子と、前記接眼光学系の射出瞳と、の間に、少なくとも１枚のＨＯＥを更に有し、かつ、前記平面と画像表示面との交線における線分の中心の像位置をＦ０としたとき、次の条件式（７）を満足することが好ましい。
｜φｙ（ＨＯＥ，Ｆ０）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）｜≦０．２５・・・・・・（７）
ただし、φｙ（ＨＯＥ，Ｆ０）は前記ＨＯＥの像位置Ｆ０におけるｙ方向のパワー、φｙ（Ｔｏｔａｌ）は全系のｙ方向のパワーである。
【０００８】
本発明では、接眼光学系として、反射面を用いて光軸を折り曲げた光学系を構成することでコンパクト化を達成している。
この光学系としては、正の屈折力を持つプリズムを用いる。
【０００９】
上述のように、プリズムを用いて高精細化、高画角化すると、倍率色収差が大きくなるという問題がある。本件出願人は、プリズムより発生する倍率色収差を、それとは逆の倍率色収差の作用を回折素子に持たせてキャンセルさせることを着想した。そして、先ず、回折素子としてレリーフ型ホログラム（ＤＯＥ）を用いた、プリズムより発生する倍率色収差の補正について検討した。
【００１０】
回折素子は、透明な基板の上に殆ど厚みを持つことなく設けられており、例えば、図３３に示すように、その面内におけるパワーの分布が部位により異なっている。そして回折素子のパワーの変化に伴い倍率色収差も変化するので、例えば、プリズムの所定の面上にプリズムの倍率色収差とは逆向きに倍率色収差が生じるようなパワー分布の回折素子を設ければ、光学系を大型化することなく、プリズムの倍率色収差を補正することが可能である。また、回折素子をプリズムに一体化すれば、プリズムと回折素子との位置ずれが生じない。
【００１１】
回折素子には、レリーフ型ホログラム（ＤＯＥ）と体積型ホログラム（ＨＯＥ）とがある。ＤＯＥは、入射角選択性や波長選択性が小さく、特定の入射角、波長の光を回折して必要次数光として結像させるが、それ以外の入射角、波長の光についても、回折効率が低下した状態で回折し、不要次数光として結像させてしまうという性質を有する。一方、ＨＯＥは入射角選択性や波長選択性が高く、特定の波長、入射角の光のみを回折して必要次数光として結像させ、それ以外の光については殆どを０次光として透過させ、不要次数光を結像させ難いという特性を有している。
【００１２】
量産性を考えると、ＤＯＥは、旋盤加工で作成するのが効率的である。この場合には、ＤＯＥは、必然的に回転対称となる。このため、プリズムが図３４に示すような自由曲面など回転非対称な面を有しているような場合に生じる倍率色収差を補正することができない。また、レリーフ型ホログラムを用いた場合には、必要とする回折次数光以外に、不要次数光（０次光、２次光）が発生し、画像の悪化をもたらし観察の妨げになる。
【００１３】
そこで、本件出願人は、ＤＯＥの代わりに反射型のＨＯＥを用いた、プリズムより生じる倍率色収差の補正ついて検討した。ＨＯＥは、図３５(a)に示すように、パワー分布を回転非対称に構成することができるので、自由曲面を持つプリズムに対して、そのプリズムより生ずる倍率色収差を打ち消す作用が働くように構成することが可能である。また、一般にＨＯＥを反射面に用いた場合、不要次数光としては、０次光のみしか発生しない。しかも、例えば、図１に示すような観察者の眼とは反対側に位置する面にＨＯＥを配置すれば、わずかに発生する０次光が観察者の眼には届かない方向へ放出されるので、観察の妨げにならない。このため、本発明のように回折素子としてＨＯＥを用いれば、不要次数光による像ブレの発生を防ぐことができ、鮮明な観察画像を得ることができる。
【００１４】
このＨＯＥを、図３５(a)，(b)に示すように、プリズムのある光学面Ｂ（例えば反射面）に貼る。ここで、貼るとは、シート状のＨＯＥを光学系の面に接着剤などで貼る場合はもちろんのこと、光学系の面の表面に機械的なキザミをつけたり、表面の屈折率を縞状に変化させる場合も含む。
例えば、図３５(a)の場合において、軸Ｌ１に対し、光学面Ｂの面形状が対称になっているものとする。これをＨＯＥのパワーについて考えると、図３５(c)に示すように、横からみると、ＨＯＥのパワーは上下非対称となり、図３５(d)に示すように、上からみるとＨＯＥのパワーは左右対称になる。
これに対し旋盤で加工したＤＯＥの場合は、横からみても、上からみても、対称になるので、回転非対称（即ち、上下、左右の少なくともいずれかが対称でない）面を有する光学部材の倍率色収差を補正することができない。
【００１５】
例えば、図３４に示すような、自由曲面成分で偏心収差を補正していた偏心プリズムを備えた画像観察光学系において、その面にカラーＨＯＥを配置する。その際に、図１に示すように、ＨＯＥを設けるプリズム３の基板面（Ｂ面）の形状を球面とし、偏心収差を主に補正していた面（Ｂ面）の自由曲面成分をカラーＨＯＥのＸＹ多項式パワー成分、Ａ面の自由曲面成分、Ｃ面の自由曲面成分の３箇所に負担させる。これにより、従来どおりのプリズムの偏心補正能力を維持することができ、かつ、ＨＯＥのパワーにより、プリズムの持つ面の形状より発生する倍率色収差を補正することが可能となる。
【００１６】
なお、一つのＨＯＥにプリズムの倍率色収差補正のためのパワーを大きく負担させると、却って大きな倍率色収差の発生を招くことになる。そこで、図１に示すように、両面がほぼ平面で、かつ平行でない面からなる光学素子６（くさび型プリズム、ウエッジプリズム）を配置して、ＨＯＥ面で分散された光束をくさび型プリズムの持つ分光作用でキャンセルして、光学系全体で倍率色収差を補正するようにするとよい。なお、一つのＨＯＥにプリズムの倍率色収差補正のためのパワーを大きく負担させすぎると、くさび型プリズムの持つ分光作用を介しても倍率色収差を十分にキャンセルすることができない。
【００１７】
ここで、ＨＯＥのパワーについて図を用いて説明する。
瞳の中心から、各像位置に至る光線を考え（これを主光線と呼ぶ）、この光線位置における各面のパワーを計算する。
例えば、図１に示す画像観察光学系では、光軸が、一つの平面内にあり、プリズム光学系は、この平面に対称になっている。
ここで、本発明の説明においては、対称面に平行（即ち、図１においては紙面に平行）な方向をＹ方向、各面のローカル座標面上でこれと直交する方向をＸ方向とする。
なお、パワーは、方位角に依存するので、Ｘ方向のパワーと、Ｙ方向のパワーとを別々に計算する。
【００１８】
また、本発明の説明においては、対称面と、画像表示面の交線において、線分の中心の像位置をＦ０、線分の両端の像位置をＦａ，Ｆｂとする。ＨＯＥが無いと、偏心光学系の影響で、ＦａとＦｂの倍率色収差の出方に非対称性が出る。
この時、倍率色収差が大きい方の像位置をＦｂとし、倍率色収差が小さい方の像位置をＦａとする。
【００１９】
ＨＯＥを設けた面では、基板の面の形状によるパワーと、ＨＯＥによるパワーとを分けて考える。ＨＯＥ反射面におけるＨＯＥだけが持つパワーを各像位置での主光線の位置で計算してφｙ（ＨＯＥ，Ｆｂ），φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ），を計算する。その場合、次の条件式(1),(2)を同時に満たすことが好ましい。
−１＜φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜２      ……(1)
−１＜φｙ（ＨＯＥ，Ｆｂ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜１      ……(2)
ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）はＨＯＥの像位置Ｆａにおけるｙ方向のパワー、φｙ（ＨＯＥ、Ｆｂ）はＨＯＥの像位置Ｆｂにおけるｙ方向のパワー、φｙ（Ｔｏｔａｌ）は全系のｙ方向のパワーである。
【００２０】
条件式(1)，(2)の下限を超えると、プリズムで発生する倍率色収差を補正するＨＯＥの倍率色収差補正能力が不足し、倍率色収差が補正不足になる。
条件式(1),(2)の上限を超えると、プリズムで発生する倍率色収差を補正するＨＯＥの倍率色収差補正能力が大きくなりすぎ、倍率色収差が補正過剰になる。
【００２１】
また、この場合、次の条件式(3)，(4)を満足するとより好ましい。
０＜φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜１      ……(3)
−０．５＜φｙ（ＨＯＥ，Ｆｂ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜０．５  ……(4)
ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）はＨＯＥの像位置Ｆａにおけるｙ方向のパワー、φｙ（ＨＯＥ、Ｆｂ）はＨＯＥの像位置Ｆｂにおけるｙ方向のパワー、φｙ（Ｔｏｔａｌ）は全系のｙ方向のパワーである。
【００２２】
さらに、この場合、次の条件式(5)，(6)を満足するとより一層好ましい。
０．００５＜φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜０．４  ……(5)
−０．２＜φｙ（ＨＯＥ，Ｆｂ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜０．２  ……(6)
ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）はＨＯＥの像位置Ｆａにおけるｙ方向のパワー、φｙ（ＨＯＥ、Ｆｂ）はＨＯＥの像位置Ｆｂにおけるｙ方向のパワー、φｙ（Ｔｏｔａｌ）は全系のｙ方向のパワーである。
【００２３】
また、光線の有効径内における領域でのＨＯＥのＸ方向のパワーがすべて正（局所領域におけるパワーが負にならないこと）であることが望ましい。
プリズム全体が正のパワーを持つため、ＨＯＥのパワーとしても全面正のパワーを持つことが倍率色収差を補正する上で望ましいからである。
【００２４】
なお、本発明は、正の屈折力を持つプリズムが反射面を１面以上持ち、ＨＯＥが前記プリズムの面上に形成されているとよい。
【００２５】
また、本発明は、正の屈折力を持つプリズムが、反射面を１面以上持ち、ＨＯＥが、画像表示素子と観察者の眼との間に、回転非対称な倍率の色収差を補正するように回転非対称なパワーで形成されているとよい。
【００２６】
ＨＯＥのパワーが大きくなると、それに応じて倍率色収差発生量が増加する傾向にある。そして、プリズム光学系で発生する倍率色収差が大きい場合、それを補正するためのパワーを１枚のＨＯＥに負担させると、ＨＯＥにより発生する倍率色収差が大きくなってしまう。
そこで、本発明は、正の屈折力を持つプリズムを有し、かつ、画像表示素子から射出瞳位置までの間に、少なくとも２枚のＨＯＥを用い、次の条件式(7)を満足することが好ましい。
｜φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）｜≦０．２５    ……(7)
ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）はＨＯＥの像位置Ｆ０におけるｙ方向のパワー、、φｙ（Ｔｏｔａｌ）は全系のｙ方向のパワーである。
【００２７】
本発明のように、ＨＯＥを２枚設ければ、第２のＨＯＥを、第１のＨＯＥが発生する倍率色収差とは逆向きの倍率色収差が発生するように構成することができ、第２のＨＯＥが持つ倍率色収差の作用で、第１のＨＯＥが持つ倍率色収差をキャンセルすることができる。
【００２８】
また、この場合、次の条件式(8)を満足するとより好ましい。
｜φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）｜≦０．１０    ……(8)
ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）はＨＯＥの像位置Ｆ０におけるｙ方向のパワー、、φｙ（Ｔｏｔａｌ）は全系のｙ方向のパワーである。
【００２９】
さらに、この場合、次の条件式(9)を満足するとより一層好ましい。
｜φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）｜≦０．０２５  ……(9)
ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）はＨＯＥの像位置Ｆ０におけるｙ方向のパワー、、φｙ（Ｔｏｔａｌ）は全系のｙ方向のパワーである。
【００３０】
また、ＨＯＥにより発生する倍率色収差を補正するために、正の屈折力を持つプリズムと、ＨＯＥに加えて、さらにクサビ型プリズム（ウェッジプリズム）のような、両面がほぼ平面で、かつ平行でない面からなる光学素子を加えて構成してもよい。なお、上述のように、クサビ型プリズムの代わりに、ＨＯＥをさらに設けて複数のＨＯＥでプリズムの倍率色収差補正のためのパワーを分担させれば、クサビ型プリズムを設ける場合に比べて、省スペース、軽量化を図ることができる。なお、その場合、複数のＨＯＥのいずれもプリズムの面に貼りつければ、より省スペース化を図ることができる。
【００３１】
なお、本発明では、前記正の屈折力を有するプリズムが偏心プリズムであり、前記画像表示素子から射出された光束をプリズム内に入射させる入射面と、前記光束をプリズム内で反射させる複数の反射面と、前記光束をプリズム外に射出させる射出面とを有している。
【００３２】
なお、逆光線追跡で物点中心を通り、瞳の中心を通過して像面の中心に到達する光線を軸上主光線としたとき、少なくとも１つの反射面が軸上主光線に対して偏心していないと、軸上主光線の入射光線と反射光線が同一の光路を通ることとなり、軸上主光線が観察光学系中で遮断されてしまう。その結果、中心部が遮光された光束のみで像を形成することになり、中心が暗くなったり、中心では全く像を結ばなくなったりしてしまう。
【００３３】
また、パワーを付けた反射面を軸上主光線に対して偏心させた場合、本発明で用いられるプリズムを構成する面のうち、少なくとも１つの面は回転非対称な面であることが望ましい。その中でも、特に、プリズム部材の少なくとも１つの反射面を回転非対称な面にすることが収差補正上は好ましい。また、本発明で用いられるＨＯＥのパワー分布は、回転非対称である。なお、ＨＯＥを設けるベース面は、シリンドリカル面、球面、非球面、アナモルフィック面、トーリック面、対称面を１面のみ有する面、面対称自由曲面形状のいずれの形状に形成されていてもよい。
【００３４】
また、本発明で用いる回転非対称な面は、アナモルフィック面、トーリック面、対称面を１面のみ有する面対称自由曲面で構成することができる。なお、好ましくは、対称面を１面のみ有する自由曲面で構成するとよい。
【００３５】
なお、本発明の画像観察光学系においては、軸上主光線を、射出瞳中心を通り画像表示素子の中心に到達する光線で定義する。そして、軸上主光線が射出瞳の中心から最初の光学系の面に交差するまでの直線によって定義される光軸をＺ軸と定義し、また、このＺ軸と直交し、かつ、第１群のプリズム部材を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、さらに、Ｚ軸と直交し、かつ、各面のローカル座標面上でＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義する。また、射出瞳の中心を本発明の観察光学系における座標系の原点とする。また、本発明においては、上述のように射出瞳から画像表示素子に向かう逆光線追跡で面番号をつけることとし、軸上主光線が射出瞳から画像表示素子に至る方向をＺ軸の正方向、画像表示素子に向かうＹ軸の方向を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軸の正方向とそれぞれ定義する。
ここで、本発明で使用する自由曲面は、次式(10)により定義する。なお、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
【００３６】
0004646374.tif 000002
ただし、(10)式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。また球面項中、Ｃは頂点の曲率、ｋはコーニック定数（円錐定数）、ｒ＝√（Ｘ2＋Ｙ2）である。
【００３７】
自由曲面項は次式(11)のように展開することができる。
0004646374.tif 000003
……(11)
ただし、Ｃj（ｊは２以上の整数）は係数である。
【００３８】
上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面とも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。このような自由曲面は、例えば、上記定義式(11)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達成することが可能である。
【００３９】
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。このような自由曲面は、例えば、上記定義式(11)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達成することが可能である。
【００４０】
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も向上させることが可能となる。
【００４１】
また、上記定義式(10)は、上述のように１つの例として示したものであり、上記定義式(10)以外の他のいかなる定義式に対しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４２】
本発明において、プリズムに設けられた反射面の形状を、唯一の対称面を１面のみ有した面対称自由曲面形状にて構成することができる。
【００４３】
また、アナモルフィック面の形状は次の式(12)により定義される。なお、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。
0004646374.tif 000004
【００４４】
ここで、例としてｎ＝４（４次項）を考えると、上記式(12)は、展開したとき、次式(13)で表わすことができる。
0004646374.tif 000005
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とは、
Ｒｘ＝１／Ｃｘ，Ｒｙ＝１／Ｃｙ
の関係にある。
【００４５】
また、トーリック面にはＸトーリック面とＹトーリック面があり、それぞれ次式(14)，(15)により定義される。面形状の原点を通り、光学面に垂直な直線がトーリック面の軸となる。
Ｘトーリック面は、次式(14)で定義される。
0004646374.tif 000006
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、Ｋは円錐係数、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは非球面係数である。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とは、
Ｒｘ＝１／Ｃｘ，Ｒｙ＝１／Ｃｙ
の関係にある。
【００４６】
また、本発明における回折素子（ＨＯＥ）は以下のように定義する。図３６は本発明におけるＨＯＥを定義するための原理図である。
まず、ＨＯＥ面に入射し、さらに射出する波長λの光線追跡は、基準波長λ0＝ＨＷＬに対して定義されるＨＯＥ面上での光路差関数Φ0を用いて、次式(16)で与えられる。
ｎdＱd・Ｎ＝ｎiＱi・Ｎ＋ｍ（λ／λ0）∇Ф0・Ｎ    ……(16)
ただし、ＮはＨＯＥ面の法線ベクトル、ｎi（ｎd）は入射側（射出側）の屈折率、Ｑi（Ｑd）は入射（射出）ベクトル（単位ベクトル）である。また、ｍ＝ＨＯＲは射出光の回折次数である。
【００４７】
ＨＯＥが基準波長λ0の２点光源、すなわち図３６に示すような点Ｐ1＝（ＨＸ１，ＨＹ１，ＨＺ１）を光源とする物体光、および点Ｐ2＝（ＨＸ２，ＨＹ２，ＨＺ２）を光源とする参照光の干渉によって製造される（定義される）とすれば、
Φ0＝Φ02P
＝ｎ2・ｓ2・ｒ2−ｎ1・ｓ1・ｒ1
となる。ただし、ｒ1（ｒ2）は点Ｐ1（点Ｐ2）からＨＯＥ面の所定の座標までの距離（＞０）、ｎ1（ｎ2）は製造時（定義時）にＨＯＥを置く媒質の、点Ｐ1（点Ｐ2）を配置した側の屈折率であり、ｓ1＝ＨＶ１、およびｓ2＝ＨＶ２は光の進行方向を考慮する符号である。この符号は光源が発散光源（実点光源）である場合に、ＲＥＡ＝＋１、逆に光源が収束する光源（仮想点光源）の場合にＶＩＲ＝−１となる。なお、レンズデータ中におけるＨＯＥの定義として、製造時（定義時）にＨＯＥを置く媒質の屈折率ｎ1（ｎ2）は、レンズデータ中でＨＯＥ面が接している媒質の、点Ｐ1（点Ｐ2）が存在する側の屈折率とする。
【００４８】
一般的な場合、ＨＯＥを製造する際の参照光と物体光は球面波とは限らない。
この場合のＨＯＥの光路差関数Φ0は、多項式で表した付加的な位相項Φ0Poly（基準波長λ0における光路差関数）を加えて次式(17)で表わすことができる。
Φ0＝Φ02P＋Φ0Poly                    ……(17)
ここで、多項式は、
0004646374.tif 000007
であり、一般には
ｊ＝｛（ｍ＋ｎ）2＋ｍ＋３ｎ｝／２
で定義することができる。ただし、Ｈjは各項の係数である。
【００４９】
さらに光学設計の便宜から、光路差関数Φ0を
Φ0＝Φ0Poly
のように付加項のみで表し、それによってＨＯＥを定義することもできる。例えば、２点光源Ｐ1（点Ｐ2）を一致させると光路差関数Φ0の干渉による成分Φ02Pはゼロとなるので、この場合は実質的に付加項（多項式）のみで光路差関数を表示したことに相当する。
以上のＨＯＥに関する説明は、すべてＨＯＥ原点を基準とするローカル座標に対するものである。
【００５０】
以下に、ＨＯＥを定義する構成パラメータの例を示す。
0004646374.tif 000008
【００５１】
次に、ＨＯＥ面のローカルパワーについて説明する。図３７は本発明におけるＨＯＥのローカルパワーを説明するための説明図である。
ＨＯＥは屈折率ｎ→∞の超高屈折率レンズで表現することができる（Ｓｗｅａｔｔ  Ｍｏｄｅｌ）。波長λ0における光路差関数Φ0で定義されたＨＯＥを、この超高屈折率レンズで表現すれば、そのザグ量Ｓ（ｘ，ｙ）は、図３７に示すような空気（ｎ＝１）との境界面で、
Ｓ（ｘ，ｙ）・（ｎ（λ）−１）＝ｍ（λ／λ0）Φ0
である。
【００５２】
ザグ量がＳ（ｘ，ｙ）で与えられる面のローカル曲率Ｃｘ（面法線とｘ軸を含む面で切った曲率）は、一般に、
0004646374.tif 000009
であり、
一方、そのときのパワー（ｘ成分の屈折力）は、
１／ｆx＝−（ｎ（λ）−１）・Ｃx
と書けるから、
ｎ→∞とすることによりＨＯＥのｘ成分のパワーとして、
φx＝１／ｆx＝−ｍ（λ／λ0）（∂2Φ0／∂ｘ2）
を得る。
同様に、ＨＯＥのｙ成分のパワーとして、
φy＝１／ｆy＝−ｍ（λ／λ0）（∂2Φ0／∂ｙ2）
を得る。
【００５３】
次に、全系の焦点距離の求め方を説明する。
光学系全体にＸ方向に高さ０．０１ｍｍの光軸に平行な光線を物体側から入射させ、結像面側で、光学系を射出する光線のＸ方向の軸上主光線とのなす角を開口数ＮＡixとし、０．０１／ＮＡixをＸ方向の焦点距離ＦＸ＝１／φxとし、光学系全体にＹ方向に高さ０．０１ｍｍの光軸に平行な光線を物体側から入射させ、結像面側で、光学系を射出する光線のＹ方向の軸上主光線とのなす角を開口数ＮＡiyとし、０．０１／ＮＡiyをＹ方向の焦点距離ＦＹ＝１／φyとする。
【００５４】
また、本発明では、ＨＯＥを防塵部材で覆うことが望ましい。
ＨＯＥを外気にさらしておくと、ＨＯＥが吸湿して膨張し、回折効率のピーク波長が変化してしまい、回折力に悪影響を及ぼしやすいので、それを防ぐためである。
なお、画像観察光学系全体を防塵部材で覆ってもよい。
防塵部材は、外部を覆う箱体と、該箱体に光が入射又は出射するための透明カバーを備えているのが好ましい。また、その場合、透明カバーは、ガラス又はプラスチックなどを材料として形成された透明部材で構成し、防塵部材の内側において、透明カバーの面を基板にしてＨＯＥを設けてもよい。
このように構成すれば、ゴミ等が拡大観察されてしまうのを防ぐことができることに加えて、外部からの回折素子への水分の侵入により回折素子が膨張して回折のピーク波長が変化してしまうのを防ぐことができる。
【００５５】
また、その場合、クサビ状の光学部材が透明カバーを兼ねていると好ましい。
さらに、その場合、ＨＯＥがクサビ状の光学部材に貼りつけられていると好ましい。また、ＨＯＥが２枚のクサビ状の光学部材の間に挟まれていてもよい。なお、その場合には、ＨＯＥのクサビ状の光学部材に挟まれていない面を接着剤等で封止するとよい。
【００５６】
また、画像表示素子と、以上のような本発明の何れかの観察光学系を接眼光学系として配置した本体部と、本体部を観察者の顔面に保持するために観察者の側頭部に装着されるように構成された支持部材とを備えて頭部装着型画像表示装置を構成することができる。
【００５７】
その場合、本体部に、観察光学系と、眼鏡のレンズとを一体的に備えて頭部装着型画像表示装置を構成してもよい。
【００５８】
あるいは、支持部材を、眼鏡の側頭フレームに着脱可能となるように構成して頭部装着型画像表示装置を構成してもよい。
【００５９】
また、観察光学系をそれぞれ左右１組ずつ並設して両眼視用の頭部装着型画像表示装置を構成することができる。
【００６０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の観察光学系の実施例について説明する。
各実施例においては、例えば図１に示すように、軸上主光線２を、射出瞳１の中心（観察者眼球の旋回中心位置）からプリズム３などの光学部材、画像表示素子として設けられたＬＣＤ５の中心に至る光線で定義する。そして、軸上主光線２が射出瞳１から最初の光学部材であるプリズム３の入射面と交差するまでの直線によって定義される光軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交し、かつ、プリズム３を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、前記光軸と直交し、かつ、前記Ｙ軸と直交する軸をＸ軸と定義する。また、射出瞳１の中心をこの座標系の原点とする。そして、軸上主光線２が射出瞳１からＬＣＤ５に至る方向をＺ軸の正方向、ＬＣＤ５に向かうＹ軸の方向を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軸の正方向とそれぞれ定義する。
【００６１】
本発明の各実施例では、プリズム３はこのＹ−Ｚ平面内で偏心を行なっており、また、プリズム３に設けられる各回転非対称な面の唯一の対称面をＹ−Ｚ面としている。
【００６２】
偏心面については、対応する座標系の原点から、その面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれ、Ｘ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面については、上記式(10)のＺ軸）のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の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半時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。その他、球面の曲率半径、面間隔、媒質の屈折率、アッベ数は慣用法によって与えるものとする。
【００６３】
また、本発明で用いられる自由曲面の面の形状は上記(10)式により定義し、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
【００６４】
また、自由曲面の他の定義式として、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式がある。この面の形状は次式(18)により定義する。その定義式(18)のＺ軸がＺｅｒｎｉｋｅ多項式の軸となる。回転非対称面の定義は、Ｘ−Ｙ面に対するＺ軸の高さの極座標で定義され、ＲはＸ−Ｙ面内のＺ軸からの距離、ＡはＺ軸周りの方位角でＹ軸から測った回転角で表わされる。
【００６５】
0004646374.tif 000010
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。
【００６６】
また、回転非対称面な自由曲面の形状は次式(19)により定義することもできる。その定義式(19)のＺ軸が回転非対称面の軸となる。
Ｚ＝ΣnΣmＣnmＸnＹn-m                             ……(19)
ただし、ΣnはΣのｎが０〜ｋ、ΣmはΣのｍが０〜ｎを表わす。
【００６７】
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わす式(19)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。
【００６８】
また、回転対称非球面の形状は次式(20)により定義する。その定義式(20)のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。
0004646374.tif 000011
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。
【００６９】
なお、本発明の各実施例では、自由曲面の面形状を上記(10)式を用いて表現しているが、上記(18)式、(19)式を用いても同様の作用効果が得られるのは言うまでもない。
【００７０】
【実施例】
本発明の各実施例に係る画像観察光学系の光軸を含むＹ−Ｚ断面図、及び横収差図を図１〜図８に夫々示す。各実施例の画像観察光学系は、画像表示素子としてＬＣＤ５と、ＬＣＤ５により形成された画像を虚像として観察できるように観察者の眼球中心位置に中間像を形成することなく導いて射出瞳１を形成する接眼光学系とを有している。接眼光学系は、正の屈折力を有するプリズム３を有している。なお、各実施例の説明において、光学系の面番号は原則として射出瞳１からＬＣＤ５に至る順番で追跡（逆光線追跡）し、プリズム３における各面の順番も逆光線追跡に合わせて表すこととする。
また、各実施例の画像観察光学系の横収差を示す図において、夫々(a)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＹ方向の横収差、(b)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＸ方向の横収差、(c)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ負方向最大画角を通る主光線のＹ方向の横収差、(d)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ負方向最大画角を通る主光線のＸ方向の横収差、(e)はＸ正方向最大画角、Ｙ負方向最大画角を通る主光線のＹ方向の横収差、(f)はＸ正方向最大画角、Ｙ負方向最大画角を通る主光線のＸ方向の横収差、(g)はＸ正方向最大画角、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＹ方向の横収差、(h)はＸ正方向最大画角、Ｙ方向画角がゼロを通る主光線のＸ方向の横収差、(i)はＸ正方向最大画角、Ｙ正方向最大画角を通る主光線のＹ方向の横収差、(j)はＸ正方向最大画角、Ｙ正方向最大画角を通る主光線のＸ方向の横収差、(k)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ正方向最大画角を通る主光線のＹ方向の横収差、(l)はＸ方向画角がゼロ、Ｙ正方向最大画角を通る主光線のＸ方向の横収差を示している。
その他、各実施例の画像観察光学系においては、ＨＯＥが、Ｒ，Ｇ，Ｂの３層を貼り合わせて構成されており、カラー像を観察することができるようになっている。
【００７１】
第１実施例
図３は本発明の第１実施例の画像観察光学系の光軸を含むＹ−Ｚ断面図、図４は本実施例の画像観察光学系の横収差図である。
第１実施例の画像観察光学系は、接眼光学系が、正の屈折力を有するプリズム３と、反射型のＨＯＥ４とで構成されている。
プリズム３は、第１面３1〜第３面３3を備え、第１面３1及び第３面３3がそれぞれ回転非対称な自由曲面に、第２面３2が球面に形成されている。そして、第１面３1が同一面上に第１の反射面と射出面とを備えた面として、第２面３2が第２の反射面として、第３面３3が入射面としてそれぞれ構成されている。
ＨＯＥ４は、プリズム３の第２面３2に貼り付けられている。
【００７２】
そして、本実施例では、ＬＣＤ５から射出した光がプリズム３の第３面３3よりプリズム内に入射し、第１面３1で反射した後、第２面３2に貼られたＨＯＥ４で回折されて反射し、第１面３1よりプリズム外に射出し、プリズム外に射出した後に途中で結像することなく射出瞳１の位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するように構成されている。
なお、本実施例では、ＬＣＤは、大きさが０．５５インチタイプのものを使用している。また、観察画角は、水平画角３０°、垂直画角２２．８°、瞳径４．０ｍｍである。また、観察波長範囲は、Ｂ：４７０ｎｍ、Ｇ：５２０ｎｍ、Ｒ：６３０ｎｍに対してそれぞれ±２０ｎｍである。
【００７３】
次に、第１実施例の数値データを示す。数値データ中、“ＦＦＳ”は自由曲面を示している。なお、ＦＦＳは以下の各実施例においても同じく自由曲面を示している。
【００７４】
0004646374.tif 000012
【００７５】
0004646374.tif 000013
【００７６】
0004646374.tif 000014
【００７７】
第２実施例
図１は本発明の第２実施例の画像観察光学系の光軸を含むＹ−Ｚ断面図、図２は本実施例の画像観察光学系の横収差図である。
第２実施例の画像観察光学系では、接眼光学系は、正の屈折力を有するプリズム３と、反射型のＨＯＥ４と、クサビ型プリズム（ウェッジプリズム）６とで構成されている。
プリズム３は、第１面３1〜第３面３3を備え、第１面３1及び第３面３3がそれぞれ回転非対称な自由曲面に、第２面３2が球面に形成されている。そして、第１面３1が同一面上に第１の反射面と射出面とを備えた面として、第２面３2が第２の反射面として、第３面３3が入射面としてそれぞれ構成されている。
ＨＯＥ４は、プリズム３の第２面３2に貼り付けられている。
クサビ型プリズム６は、両面が平面で、かつ平行でない面に形成されており、ＬＣＤ５とプリズム３の第３面３3との間に設けられている。
【００７８】
そして、本実施例では、ＬＣＤ５から射出した光が、クサビ型プリズム６を経て屈折して、第３面３3よりプリズム内に入射し、第１面３1で反射した後、第２面３2に貼られたＨＯＥ４で回折されて反射し、第１面３1よりプリズム外に射出し、プリズム外に射出した後に途中で結像することなく射出瞳１の位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するように構成されている。
なお、本実施例では、ＬＣＤは、大きさが０．７インチタイプのものを使用している。また、観察画角は、水平画角２８°、垂直画角２１．２°、瞳径４．０ｍｍである。また、観察波長範囲は、Ｂ：４７０ｎｍ、Ｇ：５２０ｎｍ、Ｒ：６３０ｎｍに対してそれぞれ±２０ｎｍである。
【００７９】
次に、第２実施例の数値データを示す。
0004646374.tif 000015
【００８０】
0004646374.tif 000016
【００８１】
0004646374.tif 000017
【００８２】
第３実施例
図５は本発明の第３実施例の画像観察光学系の光軸を含むＹ−Ｚ断面図、図６は本実施例の画像観察光学系の横収差図である。
第３実施例の画像観察光学系では、接眼光学系は、正の屈折力を有するプリズム３と反射型のＨＯＥ４と、透過型のＨＯＥ７とで構成されている。
プリズム３は、第１面３1〜第３面３3を備え、第１面３1及び第３面３3がそれぞれ回転非対称な自由曲面に、第２面３2が球面に形成されている。そして、第１面３1が同一面上に第１の反射面と射出面とを備えた面として、第２面３2が第２の反射面として、第３面３3が入射面としてそれぞれ構成されている。
ＨＯＥ４は、プリズム３の第２面３2に貼り付けられている。
ＨＯＥ７は、射出瞳１とプリズム３の第１面３1との間に設けられている。
【００８３】
そして、本実施例では、ＬＣＤ５から射出した光が、第３面３3よりプリズム内に入射し、第１面３1で反射した後、第２面３2に貼られたＨＯＥ４で回折されて反射し、第１面３1よりプリズム外に射出し、ＨＯＥ７で回折されて透過した後、途中で結像することなく射出瞳１の位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するように構成されている。
なお、本実施例では、ＬＣＤは、大きさが０．５５インチタイプのものを使用している。また、観察画角は、水平画角３０°、垂直画角２２．８°、瞳径４．０ｍｍである。また、観察波長範囲は、Ｂ：４７０ｎｍ、Ｇ：５２０ｎｍ、Ｒ：６３０ｎｍに対してそれぞれ±２０ｎｍである。
【００８４】
次に、第３実施例の数値データを示す。
0004646374.tif 000018
【００８５】
0004646374.tif 000019
【００８６】
0004646374.tif 000020
0004646374.tif 000021
【００８７】
第４実施例
図７は本発明の第４実施例の画像観察光学系の光軸を含むＹ−Ｚ断面図、図８は本実施例の画像観察光学系の横収差図である。
第４実施例の画像観察光学系では、接眼光学系は、正の屈折力を有するプリズム３と反射型のＨＯＥ４と、透過型のＨＯＥ８とで構成されている。
プリズム３は、第１面３1〜第３面３3を備え、第１面３1及び第３面３3がそれぞれ回転非対称な自由曲面に、第２面３2が球面に形成されている。そして、第１面３1が同一面上に第１の反射面と射出面とを備えた面として、第２面３2が第２の反射面として、第３面３3が入射面としてそれぞれ構成されている。
ＨＯＥ４は、プリズム３の第２面３2に貼り付けられている。
ＨＯＥ８は、ＬＣＤ５とプリズム３の第３面３3との間に設けられている。
【００８８】
そして、ＬＣＤ５から射出した光が、ＨＯＥ８で回折されて透過した後、第３面３3よりプリズム内に入射し、第１面３1で反射し、第２面３2に貼られたＨＯＥ４で回折されて反射し、第１面３1よりプリズム外に射出した後、途中で結像することなく射出瞳１の位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するように構成されている。
なお、本実施例では、ＬＣＤは、大きさが０．５５インチタイプのものを使用している。また、観察画角は、水平画角３０°、水平画角２２．８°、瞳径４．０ｍｍである。また、観察波長範囲は、Ｂ：４７０ｎｍ、Ｇ：５２０ｎｍ、Ｒ：６３０ｎｍに対してそれぞれ±２０ｎｍである。
【００８９】
次に、第４実施例の数値データを示す。
0004646374.tif 000022
【００９０】
0004646374.tif 000023
【００９１】
0004646374.tif 000024
0004646374.tif 000025
【００９２】
【比較例】
次に、本発明の比較例を示す。なお、比較例における断面図及び横収差図は、上記各実施例に準じている。
第１比較例
図９は本発明の第１比較例の画像観察光学系の光軸を含むＹ−Ｚ断面図、図１０は本比較例の画像観察光学系の横収差図である。
第１比較例の画像観察光学系では、接眼光学系は、正の屈折力を有するプリズム３だけで構成されている。
プリズム３は、第１面３1〜第３面３3を備え、いずれの面もそれぞれ回転非対称な自由曲面に形成されている。そして、第１面３1が同一面上に第１の反射面と射出面とを備えた面として、第２面３2が第２の反射面として、第３面３3が入射面としてそれぞれ構成されている。
【００９３】
そして、本比較例では、ＬＣＤ５から射出した光が、第３面３3よりプリズム内に入射し、第１面３1、第２面３2で反射した後、途中で結像することなく射出瞳１の位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するように構成されている。
なお、本比較例では、ＬＣＤは、大きさが０．７インチタイプのものを使用している。また、観察画角は、水平画角２８°、垂直画角２１．２°、瞳径４．０ｍｍである。また、観察波長範囲は４３５ｎｍ〜６５６ｎｍである。
【００９４】
第２比較例
図１１は本発明の第２比較例の画像観察光学系の光軸を含むＹ−Ｚ断面図、図１２は本比較例の画像観察光学系の横収差図である。
第２比較例の画像観察光学系では、接眼光学系は、正の屈折力を有するプリズム３とＤＯＥ９とで構成されている。
プリズム３は、第１面３1〜第３面３3を備え、いずれの面もそれぞれ回転非対称な自由曲面に形成されている。そして、第１面３1が同一面上に第１の反射面と射出面とを備えた面として、第２面３2が第２の反射面として、第３面３3が入射面としてそれぞれ構成されている。
ＤＯＥ９は、ＬＣＤ５とプリズム３の第３面３3との間に設けられている。
【００９５】
そして、本比較例では、ＬＣＤ５から射出した光が、ＤＯＥ９で回折されて透過し、第３面３3よりプリズム内に入射し、第１面３1、第２面３2で反射した後、途中で結像することなく射出瞳１の位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するように構成されている。
なお、本比較例では、ＬＣＤは、大きさが０．７インチタイプのものを使用している。また、観察画角は、水平画角２８°、瞳径４．０ｍｍである。また、観察波長範囲は４３５ｎｍ〜６５６ｎｍである。
【００９６】
第１比較例のように、自由曲面を有するプリズムのみで接眼光学系を構成した場合は、図１０に示すように、大きな横収差が残存する。第２比較例のように、ＤＯＥを付加した場合は、図１２に示すように、横収差量は第１実施例に比べて改善してはいるものの依然として多く残存している。
それに対し、本発明の第１〜第４実施例の場合には、図２，４，６，８に示すように、それぞれ各Ｒ（４７０±２０ｎｍ）、Ｇ（５２０±２０ｎｍ）、Ｂ（４７０±２０ｎｍ）の波長帯域内において良好に横収差が補正されており、しかも、各波長帯域の主波長同士も良好に横収差が補正されていることがわかる。
【００９７】
なお、上記各実施例におけるＨＯＥは、防塵部材で覆われているとよい。また、図５の実施例のような構成の場合、図１３に示すように、防塵部材１０の一部を構成するガラス、プラスチックなどの透明部材で構成されたカバー部材１１の内側にＨＯＥ７を貼りつけてもよい。
また、図１の実施例のような構成に用いられるクサビ型プリズムは、射出瞳１とプリズム３との間に配置してもよく、その場合は図１４に示すように、クサビ型プリズム６に防塵カバー１１を兼用させてもよい。
さらに、本発明で用いるＨＯＥは、プリズムに貼りつける以外に、図１５(a)に示すようにクサビ型プリズムの平らな面に貼りつけてもよい。また、図１５(b)に示すように、ＨＯＥを２つのクサビ型プリズムで挟んで上下を封止材で封着してもよい。
【００９８】
また、本発明の画像観察光学系に用いるプリズムは、上記実施例のタイプのものに限定されるものではなく、図１６〜図２６に示すようなプリズムを用いてもよい。
【００９９】
図１６の場合は、プリズムＰは、第１面３２と、第２面３３と、第３面３４とを備え、第１面３２が射出面として、第２面３３が反射面として、第３面３４が入射面としてそれぞれ構成されている。そして、プリズムＰは、ＬＣＤ３６から射出した光が第３面３４で屈折してプリズム内に入射し、第２面３３で反射し、第１面３２で屈折してプリズム外に射出し、射出瞳３１の位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するように構成されている。
【０１００】
図１７の場合は、プリズムＰは、第１面３２と、第２面３３と、第３面３４とを備え、第１面３２が第１の反射面と射出面とを兼ね備えた面として、第２面３３が第３の反射面と入射面とを兼ね備えた面として、第３面３４が第２の反射面としてそれぞれ構成されている。そして、プリズムＰは、ＬＣＤ３６から射出した光が第２面３３で屈折してプリズム内に入射し、第１面３２で反射し、第３面３４で反射した後、第２面３３で反射し、第１面３２で屈折してプリズム外に射出し、射出瞳３１の位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するように構成されている。
【０１０１】
図１８の場合は、プリズムＰは、第１面３２と、第２面３３と、第３面３４と、第４面３５とを備え、第１面３２が射出面として、第２面３３が第３の反射面として、第３面３４が入射面と第２の反射面とを兼ね備えた面として、第４面３５が第１の反射面としてそれぞれ構成されている。そして、プリズムＰは、ＬＣＤ３６から射出した光が第３面３４で屈折してプリズム内に入射し、第４面３５で反射した後、第３面３４で反射し、第２面３３で反射し、第１面３２で屈折してプリズム外に射出し、射出瞳３１の位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するように構成されている。
【０１０２】
図１９の場合は、プリズムＰは、第１面３２と、第２面３３と、第３面３４と、第４面３５とを備え、第１面３２が射出面として、第２面３３が同一面上の異なる位置に第１の反射面と第３の反射面とを備えた面として、第３面３４が第２の反射面として、第４面３５が入射面としてそれぞれ構成されている。そして、プリズムＰは、ＬＣＤ３６から射出した光が第４面３５で屈折してプリズム内に入射し、第２面３３に備わる第１の反射面で反射し、第３面３４で反射した後、第２面３３に備わる第３の反射面で反射し、第１面３２で屈折してプリズム外に射出し、射出瞳３１の位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するように構成されている。
【０１０３】
図２０の場合は、プリズムＰは、第１面３２と、第２面３３と、第３面３４と、第４面３５とを備え、第１面３２が射出面として、第２面３３が入射面と第２の反射面とを兼ね備えた面と、第４の反射面とを同一面上の異なる位置に備えた面として、第３面３４が第３の反射面として、第４面３５が第１の反射面としてそれぞれ構成されている。そして、プリズムＰは、ＬＣＤ３６から射出した光が第２面３３に備わる入射面で屈折してプリズム内に入射し、第４面３５で反射した後、第２面３３に備わる第２の反射面で反射し、第３面３４で反射した後、第２面３３に備わる第４の反射面で反射し、第１面３２で屈折してプリズム外に射出し、射出瞳３１の位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するように構成されている。
【０１０４】
図２１の場合は、プリズムＰは、第１面３２と、第２面３３と、第３面３４とを備え、第１面３２が、第１の反射面と第３の反射面と射出面とを兼ね備えた面として、第２面３３が第４の反射面として、第３面３４が入射面と第２の反射面とを兼ね備えた面としてそれぞれ構成されている。そして、プリズムＰは、ＬＣＤ３６から射出した光が第３面３４に備わる入射面で屈折してプリズム内に入射し、第１面３２に備わる第１の反射面で反射した後、第３面３４に備わる第２の反射面で反射し、第１面３２に備わる第３の反射面で反射し、第２面３３で反射した後、第１面３２に備わる射出面で屈折してプリズム外に射出し、射出瞳３１の位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するように構成されている。
【０１０５】
図２２の場合は、プリズムＰは、第１面３２と、第２面３３と、第３面３４とを備え、第１面３２が入射面と第２の反射面と、第４の反射面と射出面とを兼ね備えた面として、第２面３３が第５の反射面として、第３面３４が第１の反射面と第３の反射面とを兼ね備えた面としてそれぞれ構成されている。そして、プリズムＰは、ＬＣＤ３６から射出した光が第１面３２に備わる入射面で屈折してプリズム内に入射し、第３面３４に備わる第１の反射面で反射した後、第１面３２に備わる第２の反射面で反射し、第３面３４に備わる第３の反射面で反射した後、第１面３２に備わる第４の反射面で反射し、第２面３３で反射した後、第１面３２に備わる射出面で屈折してプリズム外に射出し、射出瞳３１の位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するように構成されている。
【０１０６】
図２３の場合は、プリズムＰは第１面３２と、第２面３３と、第３面３４、第４面３５とを備え、第１面３２が第２の反射面と射出面とを兼ね備えた面として、第２面３３が第３の反射面として、第３面３４が第１の反射面として、第４面３５が入射面としてそれぞれ構成されている。そして、プリズムＰは、ＬＣＤ３６から射出した光が第４面３５で屈折してプリズム内に入射し、第３面３４で反射した後、第１面３２に備わる第２の反射面で反射し、第２面３３で反射した後、第１面に備わる射出面で屈折してプリズム外に射出し、射出瞳３１の位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するように構成されている。
【０１０７】
図２４の場合は、プリズムＰは第１プリズムＰ１と第２プリズムＰ２とで構成されている。第１プリズムＰ１は、第１面３２と、第２面３３と、第３面３４と、第４面３５とを備え、第１面３２が第１プリズムＰ１における第２の反射面と射出面とを兼ね備えた面として、第２面３３が第１プリズムＰ１における第３の反射面として、第３面３４が第１プリズムＰ１における第１の反射面として、第４面３５が第１プリズムＰ１における入射面としてそれぞれ構成されている。また、第２プリズムＰ２は、第１面４１と、第２面４２と、第３面４３とを備え、第１面４１が第２プリズムＰ２における第１の反射面と射出面を兼ね備えた面として、第２面４２が第２プリズムＰ２における第２の反射面として、第３面４３が第２プリズムＰ２における入射面としてそれぞれ構成されている。
【０１０８】
そして、プリズムＰは、ＬＣＤ３６から射出した光が第２プリズムＰ２の第３面４３で屈折してプリズム内に入射し、第３面４３に備わる第１の反射面で反射し、第２面４２で反射した後、第１面４１で屈折してプリズム外に射出し、さらに、第１プリズムＰ１の第４面３５で屈折してプリズム内に入射し、第３面３４で反射した後、第１面３２に備わる第２の反射面で反射し、第２面３３で反射した後、第１面３２に備わる射出面で屈折してプリズム外に射出し、射出瞳３１の位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するように構成されている。
【０１０９】
図２５の場合は、プリズムＰは第１プリズムＰ１と第２プリズムＰ２とで構成されている。第１プリズムＰ１は、第１面３２と、第２面３３と、第３面３４と、第４面３５とを備え、第１面３２が第１プリズムＰ１における第２の反射面と射出面とを兼ね備えた面として、第２面３３が第１プリズムＰ１における第３の反射面として、第３面３４が第１プリズムＰ１における第１の反射面として、第４面３５が第１プリズムＰ１における入射面としてそれぞれ構成されている。また、第２プリズムＰ２は、第１面４１と、第２面４２と、第３面４３と、第４面４４とを備え、第１面４１が第２プリズムＰ２における射出面として、第２面４２が第２プリズムＰ２における第２の反射面として、第３面４３が第２プリズムＰ２における第１の反射面として、第４面４４が第２プリズムＰ２における入射面としてそれぞれ構成されている。
【０１１０】
そして、プリズムＰは、ＬＣＤ３６から射出した光が第２プリズムＰ２の第４面４４で屈折してプリズム内に入射し、第３面４３で反射し、第２面４２で反射し、第１面４１で屈折してプリズム外に射出し、さらに、第１プリズムＰ１の第４面３５で屈折してプリズム内に入射し、第３面３４で反射した後、第１面３２に備わる第２の反射面で反射し、第２面３３で反射した後、第１面３２に備わる射出面で屈折してプリズム外に射出し、射出瞳３１の位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するように構成されている。
【０１１１】
図２６の場合は、プリズムＰは第１プリズムＰ１と第２プリズムＰ２とで構成されている。第１プリズムＰ１は、第１面３２と、第２面３３と、第３面３４と、第４面３５とを備え、第１面３２が第１プリズムＰ１における第２の反射面と射出面とを兼ね備えた面として、第２面３３が第１プリズムＰ１における第３の反射面として、第３面３４が第１プリズムＰ１における第１の反射面として、第４面３５が第１プリズムＰ１における入射面としてそれぞれ構成されている。また、第２プリズムＰ２は、第１面４１と、第２面４２と、第３面４３と、第４面４４とを備え、第１面４１が第２プリズムＰ２における射出面として、第２面４２が第２プリズムＰ２における第２の反射面として、第３面４３が第２プリズムＰ２における第１の反射面として、第４面４４が第２プリズムＰ２における入射面としてそれぞれ構成されている。
【０１１２】
そして、プリズムＰは、ＬＣＤ３６から射出した光が第２プリズムＰ２の第４面４４で屈折してプリズム内に入射し、第３面４３で反射し、第２面４２で反射し、第１面４１で屈折してプリズム外に射出し、さらに、第１プリズムＰ１の第４面３５で屈折してプリズム内に入射し、第３面３４で反射した後、第１面３２に備わる第２の反射面で反射し、第２面３３で反射した後、第１面３２に備わる射出面で屈折してプリズム外に射出し、射出瞳３１の位置においた図示しない観察者の眼球の網膜上に結像するように構成されている。なお、図２５と図２６のプリズムとは、第２プリズムＰ２の第３面と第４面とを結ぶ光路と第１面と第２面とを結ぶ光路とが図２５では、交差しないのに対し、図２６では交差するようになっている点で構成が異なっている。
【０１１３】
次に、以上のような本発明による画像観察光学系を具体化した画像表示装置の実施形態を以下に例示する。
【０１１４】
その一例として、図２７に頭部装着型で両眼装着用の画像表示装置を観察者の頭部に装着した状態を、図２８にその断面図を示す。この構成は、本発明による観察光学系を図２８に示すように接眼光学系として用いており、この接眼光学系１００と画像表示素子５からなる組を左右一対用意し、それらを眼幅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。
【０１１５】
すなわち、画像表示装置本体１０２には、上記のような観察光学系が接眼光学系１００として用いられ、その接眼光学系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５が配置されている。そして、画像表示装置本体１０２には、図２７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、画像表示装置本体１０２を観察者の眼前に保持できるようになっている。なお、図２８では、眼鏡用レンズを画像表示装置１０２本体の内部に一体的に組み込んで構成していないが、眼鏡用のレンズを組み込んで画像表示装置１０２を構成してもよい。
【０１１６】
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が接続されており、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２７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、画像表示装置本体１０２の内部には映像処理、音声処理回路等の電子部品を内蔵させてある。
【０１１７】
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。
【０１１８】
さらに、本発明による観察光学系は、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。図２９にその片眼装着用の画像表示装置を観察者の頭部に装着（この場合は、左眼に装着）した状態を示す。この構成では、接眼光学系１００と画像表示素子５からなる組１つからなる表示装置本体１０２が前フレーム１０８の対応する眼の前方位置に取り付けられ、その前フレーム１０８には左右に連続して図示のような側頭フレーム１０３が設けられており、表示装置本体１０２を観察者の片眼前に保持できるようになっている。その他の構成は図２７，２８の場合と同様であり、説明は省く。
【０１１９】
次に、図３０に本発明の画像観察光学系を電子カメラ４０の接眼光学系５９に組み込んだ構成の概念図を示す。この例の場合は、撮影光路上に配置された撮影用対物光学系４８により形成された物体像がフィルター５１を経てＣＣＤ４９の撮像面５０上に形成される。このＣＣＤ４９で受光された物体像は、処理手段５２を介し、液晶表示素子（ＬＣＤ）５上に電子像として表示される。また、この処理手段５２は、ＣＣＤ４９で撮影された物体像を電子情報として記録する記録手段６１の制御も行なう。ＬＣＤ５に表示された画像は、接眼光学系５９を介して観察者の眼球Ｅに導かれる。この接眼光学系５９は、本発明の上記各実施例と同様の構成（ここでは図１と同様の構成）を持つ偏心プリズム光学系とその射出瞳側に配置されたカバーレンズ１１とからなる。またＬＣＤの背後にはそれを照明するバックライト９２が配置されている。
【０１２０】
このように構成されたカメラ４０は、撮影用対物光学系４８、接眼光学系５９を少ない光学部材で構成でき、高性能・低コスト化が実現できると共に、光学系全体を同一平面上に並べて配置できるため、この配置平面と垂直方向の厚みの薄型化が実現できる。
【０１２１】
次に、図３１に本発明による画像観察光学系を電子内視鏡の観察系の接眼光学系８７に組み込んだ構成の概念図を示す。
この例の場合、接眼光学系８７は、本発明の上記各実施例と同様の形態（ここでは図１と同様の形態）の光学系を用いている。この電子内視鏡は、図３１(a)に示すように、電子内視鏡７１と、照明光を供給する光源装置７２と、その電子内視鏡７１に対応する信号処理を行なうビデオプロセッサ７３と、このビデオプロセッサ７３から出力される映像信号を表示するモニター７４と、このビデオプロセッサ７３と接続され映像信号等に記録するＶＴＲデッキ７５、及び、ビデオディスク７６と、映像信号を映像としてプリントアウトするビデオプリンタ７７と、例えば、図２７に示したような頭部装着型画像表示装置（ＨＭＤ）７８と共に構成されており、電子内視鏡７１の挿入部７９の先端部８０と、その接眼部８１は、図３１(b)に示すように構成されている。
【０１２２】
光源装置７２から照明された光束は、ライトガイドファイバー束８８を通って照明用対物光学系８９により、観察部位を照明する。そして、この観察部位からの光が、カバー部材を介して、観察用対物光学系８２によって物体像として形成される。この物体像は、ローパスフィルター、赤外カットフィルター等のフィルター８３を介してＣＣＤ８４の撮像面上に形成される。さらに、この物体像は、ＣＣＤ８４によって映像信号に変換され、その映像信号は、図３１(a)に示すビデオプロセッサ７３により、モニター７４上に直接表示されると共に、ＶＴＲデッキ７５、ビデオディスク７６中に記録され、また、ビデオプリンタ７７から映像としてプリントアウトされる。また、ＨＭＤ７８の画像表示素子１０１（図２８）に表示されＨＭＤ７８の装着者に表示される。同時に、ＣＣＤ８４によって変換された映像信号は画像信号導伝手段９３を介して接眼部８１の液晶表示素子（ＬＣＤ）５上に電子像として表示され、その表示像は本発明の画像観察光学系を構成する接眼光学系８７を経て観察者の眼球Ｅに導かれる。
【０１２３】
このように構成された内視鏡は、少ない光学部材で構成することができ、高性能・低コスト化が実現できる。
【０１２４】
次に、本発明による画像観察光学系のＨＯＥとして用いる回折素子とプリズムを配置するときの望ましい構成を図３２に示す。図中、偏心プリズムＰは、本発明の画像観察光学系中に含まれるプリズムである。いま、回折素子の面Ｃが、図のように四角形を形成するとき、偏心プリズムＰに配置された面対称自由曲面の対称面Ｄが、この回折素子の面Ｃの四角形を形成する辺の少なくとも１つと平行になるように配置することが、美しい像形成の上で望ましい。
【０１２５】
さらに、この回折素子の面Ｃが正方形や長方形といった４つの内角がそれぞれ略９０°にて形成されている場合には、面対称自由曲面の対称面Ｄは、回折素子の面Ｃの互いに平行関係にある２辺に対して平行に配置され、この対称面Ｄが回折素子６の面Ｃを左右又は上下対称にさせる位置に一致するように構成することが好ましい。このように構成すれば、装置に組み込むときの組み込み精度が出しやすく、量産性に効果的である。
【０１２６】
さらに、偏心プリズムＰを構成する光学面である第１面、第２面、第３面等の中、複数の面又は全ての面が面対称自由曲面の場合には、複数の面又は全ての面の対称面が同一面Ｄの上に配置されるように構成することが、設計上も、収差性能上も望ましい。そして、この対称面Ｄと回折素子のパワーの対称面との関係は、上述と同様の関係にあることが望ましい。
【０１２７】
以上説明したように、本発明の画像観察光学系は、特許請求の範囲に記載された特徴のほかに下記に示すような特徴も備えている。
【０１２８】
（１）次の条件式(3)，(4)を同時に満足することを特徴とする請求項２に記載の画像観察光学系。
０＜φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜１      ……(3)
−０．５＜φｙ（ＨＯＥ、Ｆｂ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜０．５  ……(4)
ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）はＨＯＥの像位置Ｆａにおけるｙ方向のパワー、φｙ（ＨＯＥ、Ｆｂ）はＨＯＥの像位置Ｆｂにおけるｙ方向のパワー、φｙ（Ｔｏｔａｌ）は全系のｙ方向のパワーである。
【０１２９】
（２）次の条件式(5)，(6)を同時に満足することを特徴とする上記（１）に記載の画像観察光学系。
０．００５＜φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜０．４……(5)
−０．２＜φｙ（ＨＯＥ、Ｆｂ）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）＜０．２……(6)
ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆａ）はＨＯＥの像位置Ｆａにおけるｙ方向のパワー、φｙ（ＨＯＥ、Ｆｂ）はＨＯＥの像位置Ｆｂにおけるｙ方向のパワー、φｙ（Ｔｏｔａｌ）は全系のｙ方向のパワーである。
【０１３０】
（３）プリズム光学系において、前記ＨＯＥのＸ方向のパワーがすべて正であることを特徴とする請求項１〜３、上記（１），（２）のいずれかに記載の画像観察光学系。
【０１３１】
（４）反射面を１面以上持ちかつ正の屈折力を持つプリズムを有するとともに、前記ＨＯＥが該プリズムの面上に形成されていることを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の画像観察光学系。
【０１３２】
（５）反射面を１面以上持ちかつ正の屈折力を持つプリズムを有するとともに、前記ＨＯＥが前記画像表示素子と観察者の瞳との間において回転非対称な倍率の色収差を補正するように回転非対称なパワーで形成されていることを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の画像観察光学系。
【０１３３】
（６）正の屈折力を持つプリズムを有するとともに、前記画像表示素子と射出瞳位置との間に、少なくとも２枚のＨＯＥを有し、かつ、対称面と画像表示面との交線における線分の中心の像位置をＦ０としたとき、次の条件式(7)を満足することを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の画像観察光学系。
｜φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）｜≦０．２５      ……(7)
ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）はＨＯＥの像位置Ｆ０におけるｙ方向のパワー、φｙ（Ｔｏｔａｌ）は全系のｙ方向のパワーである。
【０１３４】
（７）次の条件式(8)を満足することを特徴とする上記（６）に記載の画像観察光学系。
｜φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）｜≦０．１０      ……(8)
ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）はＨＯＥの像位置Ｆ０におけるｙ方向のパワー、φｙ（Ｔｏｔａｌ）は全系のｙ方向のパワーである。
【０１３５】
（８）次の条件式(9)を満足することを特徴とする上記（７）に記載の画像観察光学系。
｜φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）／φｙ（Ｔｏｔａｌ）｜≦０．０２５    ……(9)
ただし、φｙ（ＨＯＥ、Ｆ０）はＨＯＥの像位置Ｆ０におけるｙ方向のパワー、φｙ（Ｔｏｔａｌ）は全系のｙ方向のパワーである。
【０１３６】
（９）前記接眼光学系が、正の屈折力を持つプリズムと、ＨＯＥと、両面がほぼ平面で、かつ平行でない面からなる光学素子とを有することを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の画像観察光学系。
【０１３７】
（１０）前記両面がほぼ平面で、かつ平行でない面からなる光学素子が、前記画像表示素子と前記正の屈折力を持つプリズムとの間に配置されていることを特徴とする上記（９）に記載の画像観察光学系。
【０１３８】
（１１）前記両面がほぼ平面で、かつ平行でない面からなる光学素子が、観察者の瞳と前記正の屈折力を持つプリズムとの間に配置されていることを特徴とする上記（９）に記載の画像観察光学系。
【０１３９】
（１２）前記ＨＯＥが防塵部材で覆われていることを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（１１）のいずれかに記載の画像観察光学系。
【０１４０】
（１３）前記防塵部材が、画像観察光学系を収納する箱体と、画像観察光学系からの射出光を透過させるカバーを備えていることを特徴とする上記（１２）に記載の画像観察光学系。
【０１４１】
（１４）上記（９）〜（１１）のいずれかに記載の前記両面がほぼ平面で、かつ平行でない面からなる光学素子が上記（１３）に記載のカバーを兼ねていることを特徴とする画像観察光学系。
【０１４２】
（１５）前記ＨＯＥが前記両面がほぼ平面で、かつ平行でない面からなる光学素子に貼りつけられていることを特徴とする上記（９）又は（１４）に記載の画像観察光学系。
【０１４３】
（１６）前記ＨＯＥが２枚の前記両面がほぼ平面で、かつ平行でない面からなる光学素子の間に挟まれていることを特徴とする上記（９）又は（１４）に記載の画像観察光学系。
【０１４４】
（１７）請求項１〜３、上記（１）〜（１６）のいずれかに記載の前記画像観察光学系を備えた本体部と、前記本体部を観察者の顔面に保持するために観察者の側頭部に装着されるように構成された支持部材とを備えたことを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【０１４５】
（１８）前記本体部は、請求項１〜３、上記（１）〜（１７）のいずれかに記載の前記画像観察光学系と、眼鏡用の光学系とを一体的に備えていることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【０１４６】
（１９）前記支持部材が、眼鏡の側頭フレームに着脱可能に構成されていることを特徴とする上記（１７）に記載の頭部装着型画像表示装置。
【０１４７】
（２０）前記観察光学系が、それぞれ左右１組ずつ並設され両眼視用に構成されていることを特徴とする上記（１７）〜（１９）に記載の頭部装着型画像表示装置。
【０１４８】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、画像表示装置として携帯電話や携帯情報端末に用いることができる程度に小型化することができ、かつ、倍率色収差を抑えて高精細化、広画角化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第２実施例の画像観察光学系の光軸を含むＹ−Ｚ断面図である。
【図２】第２実施例の画像観察光学系の横収差図である。
【図３】本発明の第１実施例の画像観察光学系の光軸を含むＹ−Ｚ断面図である。
【図４】第１実施例の画像観察光学系の横収差図である。
【図５】本発明の第３実施例の画像観察光学系の光軸を含むＹ−Ｚ断面図である。
【図６】第３実施例の画像観察光学系の横収差図である。
【図７】本発明の第４実施例の画像観察光学系の光軸を含むＹ−Ｚ断面図である。
【図８】第４実施例の画像観察光学系の横収差図である。
【図９】本発明の各実施例の画像観察光学系に対する第１比較例にかかる従来の画像観察光学系の光軸を含むＹ−Ｚ断面図である。
【図１０】第１比較例の画像観察光学系の横収差図である。
【図１１】本発明の各実施例の画像観察光学系に対する第２比較例にかかる従来の画像観察光学系の光軸を含むＹ−Ｚ断面図である。
【図１２】第２比較例の画像観察光学系の倍率色収差図である。
【図１３】本発明の画像観察光学系に防塵部材を設けた一例を示す断面図である。
【図１４】本発明の画像観察光学系に防塵部材を設けた一例を示す断面図である。
【図１５】本発明の画像観察光学系にクサビ型プリズムを用いる場合の変形例を示す要部説明図であり、(a)はクサビ型プリズムの片面にＨＯＥを貼りつけた形態、(b)はＨＯＥを２つのクサビ型プリズムで挟んだ形態を示す。
【図１６】本発明の画像観察光学系のプリズム部材に適用可能なプリズムの一例を示す図である。
【図１７】本発明の観察光学系のプリズム部材に適用可能なプリズムの他の例を示す図である。
【図１８】本発明の観察光学系のプリズム部材に適用可能なプリズムのさらに他の例を示す図である。
【図１９】本発明の観察光学系のプリズム部材に適用可能なプリズムのさらに他の例を示す図である。
【図２０】本発明の観察光学系のプリズム部材に適用可能なプリズムのさらに他の例を示す図である。
【図２１】本発明の観察光学系のプリズム部材に適用可能なプリズムのさらに他の例を示す図である。
【図２２】本発明の観察光学系のプリズム部材に適用可能なプリズムのさらに他の例を示す図である。
【図２３】本発明の観察光学系のプリズム部材に適用可能なプリズムのさらに他の例を示す図である。
【図２４】本発明の観察光学系のプリズム部材に適用可能なプリズムのさらに他の例を示す図である。
【図２５】本発明の観察光学系のプリズム部材に適用可能なプリズムのさらに他の例を示す図である。
【図２６】本発明の観察光学系のプリズム部材に適用可能なプリズムのさらに他の例を示す図である。
【図２７】本発明の観察光学系を用いた頭部装着型で両眼装着用の画像表示装置を観察者の頭部に装着した状態を示す図である。
【図２８】図２７の断面図である。
【図２９】本発明の観察光学系を用いた頭部装着型で片眼装着用の画像表示装置を観察者の頭部に装着した状態を示す図である。
【図３０】本発明の画像観察光学系を適用した電子カメラの概念図である。
【図３１】本発明の画像観察光学系を適用した電子内視鏡の概念図である。
【図３２】本発明によるＨＯＥとプリズムを配置するときの望ましい構成を示す図である。
【図３３】回折素子のパワー分布を示す説明図である。
【図３４】自由曲面を示す説明図である。
【図３５】本発明に用いるＨＯＥの説明図であり、(a)はプリズムに貼った状態、(b)は横方向からみたときのパワー、(c)は上からみたときのパワーを示す。
【図３６】本発明におけるＨＯＥを定義するための原理図である。
【図３７】本発明におけるＨＯＥのローカルパワーを説明するための説明図である。
【符号の説明】
１，３１  射出瞳
２        軸上主光線
３        プリズム
３1       第１面
３2       第２面
３3       第３面
４        （反射型）ＨＯＥ
５，１０１        ＬＣＤ
６        クサビ型プリズム
７，８    透過型ＨＯＥ
９        ＤＯＥ
１０      防塵部材
１１      カバー部材
３２，４１      第１面
３３，４２      第２面
３４，４３      第３面
３５，４４      第４面
４８      撮影用対物光学系
４９，８４      ＣＣＤ
５０      撮像面
５１      フィルター
５２      処理手段
５９      接眼光学系
７１      電子内視鏡
７２      光源装置
７３      ビデオプロセッサ
７４      モニター
７５      ＶＴＲデッキ
７６      ビデオディスク
７７      ビデオプリンタ
７８      頭部装着型画像表示装置（ＨＭＤ）
７９      挿入部
８０      先端部
８１      接眼部
８２      観察用対物光学系
８３      フィルター
８７，１００      接眼光学系
８８      ライトガイドファイバー束
８９      照明用対物光学系
９０      結像面
９２      バックライト
９３      画像信号導伝手段
１０２    画像表示装置（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
１０８    前フレーム
Ｃ        ＨＯＥの面
Ｄ        面対称自由曲面の対称面
Ｅ        観察者の眼球
Ｐ        偏心プリズム
Ｐ１      第１プリズム
Ｐ２      第２プリズム
【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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【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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