(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原画を形成する画像形成素子と、
複数の光学面である第１面、第２面、第３面、第４面および第５面により囲まれた内部が光学媒質で満たされた光学素子により形成され、前記原画からの光束を射出瞳に導く表示光学系とを有し、
前記表示光学系は、
前記原画から前記第５面を透過して入射した光束を、前記第４面で反射させ、前記第３面で反射させ、前記第１面で反射させ、前記第２面で反射させ、前記第１面を透過させて前記射出瞳に出射させ、
前記表示光学系の内部で前記光束に中間像を形成させ、
前記第５面から前記第４面に向かう光束の光路と前記第３面から前記第１面に向かう光束の光路の少なくとも一部同士が互いに交差するように構成されており、
前記画像形成素子における前記原画を形成する領域の中心から発して前記射出瞳の中心を通る中心画角主光線の前記複数の光学面でのヒットポイント間の距離をヒットポイント距離として、前記第４面と前記第５面との間の前記ヒットポイント距離をＬ４５とし、前記第１面と前記第２面との間の前記ヒットポイント距離をＬ１２とし、前記第１面と前記第３面との間の前記ヒットポイント距離をＬ１３とし、
前記表示光学系の焦点距離をｆとするとき、
０．６２≦Ｌ１２／ｆ≦５．００
１．８０≦Ｌ４５／Ｌ１２≦５．００
０．４８≦Ｌ４５／Ｌ１３≦５．００
なる条件を満足することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
原画を形成する画像形成素子と、
複数の光学面である第１面、第２面、第３面、第４面および第５面により囲まれた内部が光学媒質で満たされた光学素子により形成され、前記原画からの光束を射出瞳に導く表示光学系とを有し、
前記表示光学系は、
前記原画から前記第５面を透過して入射した光束を、前記第４面で反射させ、前記第３面で反射させ、前記第１面で反射させ、前記第２面で反射させ、前記第１面を透過させて前記射出瞳に出射させ、
前記表示光学系の内部で前記光束に中間像を形成させ、
前記第５面から前記第４面に向かう光束の光路と前記第３面から前記第１面に向かう光束の光路の少なくとも一部同士が互いに交差するように構成されており、
前記画像形成素子における前記原画を形成する領域の中心から発して前記射出瞳の中心を通る中心画角主光線の前記複数の光学面でのヒットポイント間の距離をヒットポイント距離として、前記第４面と前記第５面との間の前記ヒットポイント距離をＬ４５とし、前記第１面と前記第２面との間の前記ヒットポイント距離をＬ１２とし、
前記表示光学系の焦点距離をｆとするとき、
０．７７４≦Ｌ１２／ｆ≦５．００
１．８０≦Ｌ４５／Ｌ１２≦５．００
なる条件を満足することを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
前記第２面が正のパワーを有することを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記第１から第５面のうち少なくとも１つの光学面が、回転非対称面であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記第１面は、
前記第３面からの光束を前記第１面にて内部全反射させ、
前記第２面からの光束を内部全反射させずに透過させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記表示光学系の水平画角が５０°以上であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項７】
被写体像を撮像する撮像素子と、
複数の光学面である第１面、第２面、第３面、第４面および第５面により囲まれた内部が光学媒質で満たされた光学素子により形成され、被写体からの光束を結像させて前記被写体像を前記撮像素子上に形成する撮像光学系とを有し、
前記撮像光学系は、
前記被写体から前記第１面を透過して入射した光を、前記第２面で反射させ、前記第１面で反射させ、前記第３面で反射させ、前記第４面で反射させ、前記第５面を透過させて前記撮像素子に出射させ、
前記撮像光学系の内部で前記光束に中間像を形成させ、
前記第１面から前記第３面に向かう光束の光路と前記第４面から前記第５面に向かう光束の光路の少なくとも一部同士が互いに交差するように構成されており、
入射瞳の中心を通り前記撮像素子における撮像領域の中心に至る中心画角主光線の前記複数の光学面でのヒットポイント間の距離をヒットポイント距離として、前記第４面と前記第５面との間の前記ヒットポイント距離をＬ４５とし、前記第１面と前記第２面との間の前記ヒットポイント距離をＬ１２とし、前記第１面と前記第３面との間の前記ヒットポイント距離をＬ１３とし、
前記撮像光学系の焦点距離をｆとするとき、
０．６２≦Ｌ１２／ｆ≦５．００
１．８０≦Ｌ４５／Ｌ１２≦５．００
０．４８≦Ｌ４５／Ｌ１３≦５．００
なる条件を満足することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）やプロジェクタ等の画像表示装置およびビデオカメラやスチルカメラ等の撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＣＤ等の画像形成素子により形成された原画を表示光学系により拡大して観察者に提示する画像表示装置や、ＣＭＯＳセンサ等の撮像素子により被写体を撮像する撮像装置には、小型で広画角であることが望まれる。特許文献１および特許文献２には、それぞれパワーを有して偏心配置された複数の反射面を有する偏心プリズムを表示光学系として用いた画像表示装置が開示されている。
【０００３】
小型化された画像表示装置や撮像装置にて広画角化を達成するためには、光学系の倍率を上げる必要があり、これには光学系の内部に中間像を形成する方法が効果的である。特許文献２にて開示された画像表示装置では、１つの偏心プリズムの内部で中間像を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１５３７４８号公報
【特許文献２】特開２０００−１０５３３８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２に開示された画像表示装置では十分に広画角とは言えず（水平画角が３０°程度、垂直画角が２３°程度）、より広画角化を、光学系（偏心プリズム）の大型化を抑制しつつ実現することが望ましい。しかも、提示される画像または撮像により取得される画像は、画像欠けがなく収差も良好に補正された高画質な画像である必要がある。
【０００６】
本発明は、小型でありながらも、従来より広画角であって、高画質な画像を提示したり撮像したりすることができるようにした画像表示装置および撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての画像表示装置は、原画を形成する画像形成素子と、複数の光学面である第１面、第２面、第３面、第４面および第５面により囲まれた内部が光学媒質で満たされた光学素子により形成され、原画からの光束を射出瞳に導く表示光学系とを有する。表示光学系は、原画から第５面を透過して該表示光学系に入射した光束を、第４面で反射させ、第３面で反射させ、第１面で反射させ、第２面で反射させ、第１面を透過させて射出瞳に出射させ、表示光学系の内部で光束に中間像を形成させ、第５面から第４面に向かう光束の光路と第３面から第１面に向かう光束の光路の少なくとも一部同士が互いに交差するように構成されている。画像形成素子における原画を形成する領域の中心から発して射出瞳の中心を通る中心画角主光線の複数の光学面でのヒットポイント間の距離をヒットポイント距離として、第４面と第５面との間のヒットポイント距離をＬ４５とし、第１面と第２面との間のヒットポイント距離をＬ１２とし、前記第１面と前記第３面との間の前記ヒットポイント距離をＬ１３とし、表示光学系の焦点距離をｆとする。このとき、
０．６２≦Ｌ１２／ｆ≦５．００
１．８０≦Ｌ４５／Ｌ１２≦５．００
０．４８≦Ｌ４５／Ｌ１３≦５．００
なる条件を満足することを特徴とする。
本発明の他の一側面としての画像表示装置は、原画を形成する画像形成素子と、複数の光学面である第１面、第２面、第３面、第４面および第５面により囲まれた内部が光学媒質で満たされた光学素子により形成され、原画からの光束を射出瞳に導く表示光学系とを有する。表示光学系は、原画から第５面を透過して該表示光学系に入射した光束を、第４面で反射させ、第３面で反射させ、第１面で反射させ、第２面で反射させ、第１面を透過させて射出瞳に出射させ、表示光学系の内部で光束に中間像を形成させ、第５面から第４面に向かう光束の光路と第３面から第１面に向かう光束の光路の少なくとも一部同士が互いに交差するように構成されている。画像形成素子における原画を形成する領域の中心から発して射出瞳の中心を通る中心画角主光線の複数の光学面でのヒットポイント間の距離をヒットポイント距離として、第４面と第５面との間のヒットポイント距離をＬ４５とし、第１面と第２面との間のヒットポイント距離をＬ１２とし、表示光学系の焦点距離をｆとする。このとき、
０．７７４≦Ｌ１２／ｆ≦５．００
１．８０≦Ｌ４５／Ｌ１２≦５．００
なる条件を満足することを特徴とする。
【０００８】
本発明の他の一側面としての撮像装置は、光学像を撮像する撮像素子と、複数の光学面である第１面、第２面、第３面、第４面および第５面により囲まれた内部が光学媒質で満たされた光学素子により形成され、被写体からの光束を結像させて被写体像を撮像素子上に形成する撮像光学系とを有する。撮像光学系は、被写体から第１面を透過して該撮像光学系に入射した光を、第２面で反射させ、第１面で反射させ、第３面で反射させ、第４面で反射させ、第５面を透過させて撮像素子に出射させる。また、表示光学系は、撮像光学系の内部において光束に中間像を形成させる。さらに、第１面から第３面に向かう光束の光路と第４面から第５面に向かう光束の光路の少なくとも一部同士が互いに交差するように構成されている。入射瞳の中心を通り撮像素子における撮像領域の中心に至る中心画角主光線の複数の光学面でのヒットポイント間の距離をヒットポイント距離として、第４面と第５面との間のヒットポイント距離をＬ４５とし、第１面と第２面との間のヒットポイント距離をＬ１２とし、前記第１面と前記第３面との間の前記ヒットポイント距離をＬ１３とし、撮像光学系の焦点距離をｆとする。このとき、
０．６２≦Ｌ１２／ｆ≦５．００
１．８０≦Ｌ４５／Ｌ１２≦５．００
０．４８≦Ｌ４５／Ｌ１３≦５．００
なる条件を満足することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来より広画角であって、高画質な画像を提示したり撮像したりすることが可能な小型の画像表示装置および撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１である画像表示装置および中心画角主光線を示す図。
【図２】実施例１の画像表示装置における光束および中間像を示す図。
【図３】実施例１の画像表示装置における光学面間の距離を説明する図。
【図４】数値例１の画像表示装置を示す図。
【図５】数値例２の画像表示装置を示す図。
【図６】数値例３の画像表示装置を示す図。
【図７】数値例４の画像表示装置を示す図。
【図８】数値例５の画像表示装置を示す図。
【図９】数値例６の画像表示装置を示す図。
【図１０】数値例７の画像表示装置を示す図。
【図１１】数値例８の画像表示装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【実施例１】
【００１２】
まず、本発明の実施例１であるＨＭＤやプロジェクタ等の画像表示装置について説明し、その後に画像表示装置の具体的な数値例について説明する。なお、図に示す座標系では、図の紙面内において観察者の視軸方向に延びる軸をｚ軸とし、図の紙面内においてｚ軸に直交する方向に延びる軸をｙ軸とし、ｚ軸およびｙ軸（図の紙面）に直交する方向に延びる軸をｘ軸とする。
【００１３】
図１および図２には、実施例の画像表示装置の構成を示している。図１には画像表示装置内を進む中心画角主光線（これについては後述する）を示しており、図２には画像表示装置内を進む光線束（以下、光束という）を示している。
【００１４】
これらの図において、１０６は画像形成素子（画像表示素子）であり、液晶表示素子（ＬＣＤ）や有機ＥＬ素子等により構成され、原画を形成する。
【００１５】
１０７は表示光学系であり、複数の光学面として、第１面１０１、第２面１０２、第３面１０３、第４面１０４および第５面１０５を有する。第１面１０１は、反射面かつ透過面である。第２面１０２は反射面であり、第３面１０３は反射面である。第４面１０４は反射面であり、第５面１０５は透過面である。表示光学系１０７は、第１面１０１から第５面１０５により囲まれた内部が光学媒質（ガラスまたはプラスチック）で満たされた１つのプリズム（光学素子）により構成されている。
【００１６】
プリズムにおける反射面である第２面１０２、第３面１０３および第４面１０４には、金属蒸着等によって高反射率の反射膜が形成されている。本実施例のように、互いに偏心した複数の反射面を用いる光学系では、光路を折り畳むことによって光学系全体をコンパクトにすることが可能であるが、反射面は偏心誤差に対する敏感度が屈折面に比べて高いため、高精度な位置調整が必要になる。しかし、本実施例のようにパワーを有する光学系が１つのプリズムとして構成されることで、反射面間の相対位置関係を調整するといった組み立て調整が不要になる。
【００１７】
１００は表示光学系１０７の射出瞳であり、観察者がこの射出瞳１００の位置に眼を配置することで、画像形成素子１０６において形成された原画の拡大像（提示画像）を観察することができる。
【００１８】
以上のように構成された画像表示装置において、画像形成素子１０６上の原画から発せられた中心主光線を含む光束は、第５面１０５を透過して表示光学系１０７内に入射する。ここで、中心画角主光線は、画像形成素子１０６における原画を形成する領域（原画形成領域）の中心から発して射出瞳１００の中心を通る光線である。
【００１９】
第５面１０５から表示光学系１０７に入射した光束は、第４面１０４で反射し、第３面１０３で反射し、第１面１０１で反射（内部全反射）し、第２面１０２で反射し、第１面１０１を透過して表示光学系１０７から出射し、射出瞳１００に至る。
【００２０】
なお、本実施例では、第１面１０１を光の利用効率が高い内部全反射を利用して反射面かつ透過面として機能させる場合について説明するが、半透過膜を利用して第１面１０１を反射面および透過面として機能させるようにしてもよい。
【００２１】
また、本実施例では、第５面１０５から第４面１０４に向かう光束の光路と第３面１０３から第１面１０１に向かう光束の光路のうち少なくとも一部同士が互いに交差している。このように、光路を交差させることで、必要な光路長を確保しつつ、表示光学系１０７の全体のサイズを小さくすることができる。
【００２２】
さらに、図２に示すように、表示光学系１０７は、その内部で原画からの光束に中間像（図中に破線で示す）を形成させる。図２においては、第１から第５面１０１〜１０６のうち画像形成素子１０６に近い第５面１０５、第４面１０４および第３面１０３によって中間像を形成している。そして、この中間像からの光束を、第２面１０２および第１面１０１によって射出瞳１００に導く。
【００２３】
このように、表示光学系１０７の内部で中間像を形成することで、画像形成素子１０６（原画形成領域）のサイズに対する表示画角の設定自由度を向上させることができる。また、表示光学系１０７を、中間像を形成するリレー光学系（第５面１０５、第４面１０４および第３面１０３）と、該中間像の虚像を形成する観察光学系（第２面１０２および第１面１０１）とに機能上分けることができる。これにより、広画角化した際でも観察光学系のパワーを下げることができる。この結果、観察光学系のパワー負担、特に正のパワーを有する第２面１０２に対するパワー負担が小さくなる。このため、アイレリーフ（観察者の眼と表示光学系１０７との間の距離）を確保しやすくなり、広画角でありながら快適な画像観察が可能な画像表示装置を実現することができる。
【００２４】
また、図２に示すように、リレー光学系で形成される中間像を観察光学系で発生する像面湾曲等の収差をキャンセルするように形成する。これにより、観察光学系の収差補正の負担が低減し、収差が良好に補正された高画質の画像の観察が可能な画像表示装置を実現することができる。なお、パワーを有する複数の光学面を有する一体のプリズムの内部に中間像を形成する場合には、内部での反射回数が少ないと各光学面のパワー負担が大きくなり、収差補正が困難になる。このため、光束をプリズムの内部で３回以上反射させる必要があり、本実施例のように４回以上反射させることで、より良好に収差が補正された画像の観察が可能となる。
【００２５】
そして、本実施例の表示光学系１０７は、以下の条件を満足するように構成されている。図３には、その条件において用いられる距離Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ４５の定義を示している。ここで、複数の光学面（第１面１０１〜第５面１０５）のうち２面間の距離であって該２面での中心画角主光線のヒットポイント間の距離を、その２面間のヒットポイント距離という。図３において、Ｌ１２は第１面１０１と第２面１０２との間のヒットポイント距離である。Ｌ１３は第１面１０１と第３面１０３との間のヒットポイント距離である。Ｌ４５は第４面１０４と第５面１０５との間のヒットポイント距離である。
【００２６】
まず、Ｌ１２とＬ４５は以下の式（１），（２）に示す条件を満足する。
【００２７】
０．６２≦Ｌ１２／ｆ≦５．００      （１）
１．８０≦Ｌ４５／Ｌ１２≦５．００    （２）
式（１）の条件においてＬ１２／ｆの値が下限値以上であることは、広画角の表示光学系１０７において、第１面１０１で反射した光束がプリズム内において第２面１０２で反射するために必要な条件である。この条件を満足しないと、光束がけられたり（つまり画像欠けが生じたり）、第１面１０１と第２面１０２との間の部分の形状が細くなりすぎてこの部分の機械的強度が不十分になったりする。また、Ｌ１２／ｆの値が式（１）の上限値を超えると、第２面１０２の光学有効面積が広くなりすぎ、その結果、リレー光学系のサイズが増大し、表示光学系１０７の全体を小型化することが困難となる。
【００２８】
式（２）の条件においてＬ４５／Ｌ１２の値が下限値以上であることは、式（１）の条件を満足する広画角な光学系において、前述した順序で画像表示に必要な光束を伝搬させるために必要な条件である。この条件を満足しないと、光束がけられ、画像欠けがない良好な画像の観察が困難になる。しかも、中間像を形成するリレー光学系の光路長を確保することが困難になり、この結果、各光学面のパワー負担が大きくなって、収差を良好に補正することが困難になる。また、Ｌ４５／Ｌ１２の値が式（２）の上限値を超えると、第４面１０４の光学有効面積が広くなりすぎ、その結果、リレー光学系のサイズが増大し、表示光学系１０７の全体を小型化することが困難となる。
【００２９】
なお、式（１），（２）の条件のうち少なくとも一方を以下の式（３），（４）のようにするとより好ましい。
【００３０】
０．７０≦Ｌ１２／ｆ≦３．００        （３）
２．００≦Ｌ４５／Ｌ１２≦４．００    （４）
式（３），（４）の条件のいずれかを満足すると、表示光学系１０７の全体としてコンパクトでありながら、プリズム内のスペースを十分に確保でき、収差が良好に補正された良好な画像の観察が可能なバランスが良い画像表示装置を実現することができる。
【００３１】
また、本実施例の表示光学系１０７は、上記式（１），（２）（または式（３），（４））の条件を満足するとともに、さらに以下の式（５）の条件を満足することが望ましい。
【００３２】
０．４８≦Ｌ４５／Ｌ１３≦５．００    （５）
式（５）の条件を満足することで、リレー光学系のサイズと観察光学系のサイズとのバランスが良く、プリズム内のスペースを有効に活用することができる。このため、よりコンパクトでありながら、良好な画像の観察が可能な画像表示装置を実現することができる。Ｌ４５／Ｌ１３の値が式（５）の下限値を下回ると、リレー光学系と観察光学系との距離が離れすぎて、光路を折り畳むことによるコンパクト化のメリットが少なくなる。また、観察光学系に向かう光束が拡がりすぎて、観察光学系を小型化することが困難となり、その結果、表示光学系１０７の全体を小型化することが困難となる。Ｌ４５／Ｌ１３の値が式（５）の上限値を超えると、第４面１０４の光学有効面積が広くなり、表示光学系１０７の全体を小型化することが困難となる。
【００３３】
なお、式（５）の条件を以下の式（６）のようにするとより好ましい。
０．６０≦Ｌ４５／Ｌ１３≦３．００    （６）
式（６）の条件を満足すると、リレー光学系のサイズと観察光学系のサイズとのバランスがさらに良くなり、プリズム内のスペースをより有効に活用することができる。このため、よりコンパクトでありながら、良好な画像の観察が可能な画像表示装置を実現することができる。
【００３４】
以上説明した実施例によれば、従来より広画角であって、高画質な画像を提示することが可能な小型の画像表示装置を実現することができる。具体的には、本実施例においては、水平画角が５０°以上（より好ましくは５７°以上）で、垂直（鉛直）画角が３０°以上（より好ましくは３７°以上）としている。
【００３５】
以下、数値例について説明する。
［数値例１］
数値例１の光学データを表１（ａ）に示し、光路断面図を図４に示す。本数値例において、画像形成素子の大きさは１８．４×１１．５ｍｍである。また、表示光学系１０７の射出瞳径は水平方向で約７．６ｍｍ、垂直方向で約５．２ｍｍであり、射出瞳の位置は観察者の眼球の回転中心位置に設定されている。焦点距離ｆは約１６ｍｍである。表示光学系１０７は、水平画角６０°、垂直画角４０°を有し、画像をｚ軸正方向における無限遠方に表示する。
【００３６】
表１（ａ）に示す光学データにおいては、虚像から物体（画像形成素子）に向かう方向、いわゆる逆トレース方向に順に面番号Ｓを付している。Ｓ１は絞り面（射出瞳）であり、ＳＩは画像形成素子の原画形成面（原画形成領域）である。本数値例において、Ｓ２からＳ７が付された光学面は回転非対称面であり、図４の紙面（ｙｚ断面）を唯一の対称面として持つ面対称形状を有する。
【００３７】
Ｘ，Ｙ，Ｚ（単位：ｍｍ）は、Ｓ１の中心を原点（０，０，０）として、図の紙面内に互いに直交するｙ軸およびｚ軸をとり、図の紙面に直交するようにｘ軸をとった座標系における各光学面の面頂点の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を示す。また、Ａ（単位：°）は、図中において反時計回り方向を正方向とするときのｘ軸回りでの各光学面の回転角度を示す。Ｒは曲率半径である。また、ＴＹＰの項は面形状の種類を表し、ＳＰＨは球面であり、ＦＦＳは以下の式に従う回転非対称面である。
【００３８】
【数１】
0006395674.tif 000002
【００３９】
ただし、
ｚ：面のサグ量
ｃ：頂点曲率＝１／Ｒ
ｋ：コーニック定数（本数値例では０）
ｒ＝√（ｘ２＋ｙ２）
である。
また、式（７）の右辺第２項は以下の式（８）ようになる。Ｃｊは非球面係数である。
【００４０】
【数２】
0006395674.tif 000003
【００４１】
ＴＹＰの欄でＦＦＳの横に記された数値は、その面の形状が表１（ｂ）に記された非球面係数に対応することを示している。なお、表に示されていない係数Ｃｊの項は、その値が０であることを意味する。表１（ａ）において、Ｎｄ，νｄはそれぞれ、その面以降の媒質のｄ線波長での屈折率とアッベ数を示す。また、媒質が空気層の場合は、屈折率Ｎｄのみを１．０００として表示し、アッベ数νｄは省略している。Ｓ２は第１面（透過）に、Ｓ３は第２面にし、Ｓ４は第１面（反射）に、Ｓ５は第３面に、Ｓ６は第４面に、Ｓ７は第５面にそれぞれ相当する。すなわち、Ｓ２は透過面、Ｓ３は反射面、Ｓ４は反射面（内部全反射面）、Ｓ５は反射面、Ｓ６は反射面、Ｓ７は透過面である。
【００４２】
【表１】
0006395674.tif 000004
【００４３】
0006395674.tif 000005
【００４４】
［数値例２］
数値例２の光学データを表２（ａ）に示し、光路断面図を図５に示す。本数値例において、画像形成素子の大きさは１８．４×１１．５ｍｍである。また、表示光学系１０７の射出瞳径は水平方向で約４ｍｍ、垂直方向で約４ｍｍであり、射出瞳の位置は観察者の眼球の回転中心位置に設定されている。焦点距離ｆは約１６ｍｍである。表示光学系１０７は、水平画角６０°、垂直画角４０°を有し、画像をｚ軸正方向における無限遠方に表示する。光学データの意味については、数値例１と同じである。表２（ｂ）は非球面係数を示す。
【００４５】
【表２】
0006395674.tif 000006
【００４６】
0006395674.tif 000007
【００４７】
［数値例３］
数値例３の光学データを表３（ａ）に示し、光路断面図を図６に示す。本数値例において、画像形成素子の大きさは１８．４×１１．５ｍｍである。また、表示光学系１０７の射出瞳径は水平方向で約５．６ｍｍ、垂直方向で約５．６ｍｍであり、射出瞳の位置は観察者の眼球の回転中心位置に設定されている。焦点距離ｆは約１６ｍｍである。表示光学系１０７は、水平画角６０°、垂直画角４０°を有し、画像をｚ軸正方向における無限遠方に表示する。光学データの意味については、数値例１と同じである。表３（ｂ）は非球面係数を示す。
【００４８】
【表３】
0006395674.tif 000008
【００４９】
0006395674.tif 000009
【００５０】
［数値例４］
数値例４の光学データを表４（ａ）に示し、光路断面図を図７に示す。本数値例において、画像形成素子の大きさは１８．４×１１．５ｍｍである。また、表示光学系１０７の射出瞳径は水平方向で約４ｍｍ、垂直方向で約４ｍｍであり、射出瞳の位置は観察者の眼球の回転中心位置に設定されている。焦点距離ｆは約１６ｍｍである。表示光学系１０７は、水平画角６０°、垂直画角４０°を有し、画像をｚ軸正方向における無限遠方に表示する。光学データの意味については、数値例１と同じである。表４（ｂ）は非球面係数を示す。
【００５１】
【表４】
0006395674.tif 000010
【００５２】
0006395674.tif 000011
【００５３】
［数値例５］
数値例５の光学データを表５（ａ）に示し、光路断面図を図８に示す。本数値例において、画像形成素子の大きさは１８．４×１１．５ｍｍである。また、表示光学系１０７の射出瞳径は水平方向で約４ｍｍ、垂直方向で約４ｍｍであり、射出瞳の位置は観察者の眼球の回転中心位置に設定されている。焦点距離ｆは約１６ｍｍである。表示光学系１０７は、水平画角６０°、垂直画角４０°を有し、画像をｚ軸正方向における無限遠方に表示する。光学データの意味については、数値例１と同じである。表５（ｂ）は非球面係数を示す。
【００５４】
【表５】
0006395674.tif 000012
【００５５】
0006395674.tif 000013
【００５６】
［数値例６］
数値例６の光学データを表６（ａ）に示し、光路断面図を図９に示す。本数値例において、画像形成素子の大きさは１８．４×１１．５ｍｍである。また、表示光学系１０７の射出瞳径は水平方向で約４ｍｍ、垂直方向で約４ｍｍであり、射出瞳の位置は観察者の眼球の回転中心位置に設定されている。焦点距離ｆは約１６ｍｍである。表示光学系１０７は、水平画角６０°、垂直画角４０°を有し、画像をｚ軸正方向における無限遠方に表示する。光学データの意味については、数値例１と同じである。表６（ｂ）は非球面係数を示す。
【００５７】
【表６】
0006395674.tif 000014
【００５８】
0006395674.tif 000015
【００５９】
［数値例７］
数値例７の光学データを表７（ａ）に示し、光路断面図を図１０に示す。本数値例において、画像形成素子の大きさは１８．４×１１．５ｍｍである。また、表示光学系１０７の射出瞳径は水平方向で約４．６ｍｍ、垂直方向で約４．３ｍｍであり、射出瞳の位置は観察者の眼球の回転中心位置に設定されている。焦点距離ｆは約１６ｍｍである。表示光学系１０７は、水平画角６０°、垂直画角４０°を有し、画像をｚ軸正方向における無限遠方に表示する。光学データの意味については、数値例１と同じである。表７（ｂ）は非球面係数を示す。
【００６０】
【表７】
0006395674.tif 000016
【００６１】
0006395674.tif 000017
【００６２】
［数値例８］
数値例８の光学データを表８（ａ）に示し、光路断面図を図１１に示す。本数値例において、画像形成素子の大きさは１８．４×１１．５ｍｍである。また、表示光学系１０７の射出瞳径水平方向で約５．４ｍｍ、垂直方向で約３．７ｍｍであり、射出瞳の位置は観察者の眼球の回転中心位置に設定されている。焦点距離ｆは約１３ｍｍである。表示光学系１０７は、水平画角７０°、垂直画角４７°を有し、画像をｚ軸正方向における無限遠方に表示する。光学データの意味については、数値例１と同じである。表８（ｂ）は非球面係数を示す。
【００６３】
【表８】
0006395674.tif 000018
【００６４】
0006395674.tif 000019
【実施例２】
【００６５】
実施例１（数値例１〜８）の表示光学系と同じ構成の光学系を、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像装置の撮像光学系として利用することが可能である。この場合には、被写体から第１面１０１（Ｓ２）を透過して該撮像光学系に入射した光束を、第２面１０２（Ｓ３）で反射させ、第１面１０１（Ｓ４）で反射（内部前反射）させ、第３面１０３（Ｓ５）で反射させる。さらに、該光束を第４面１０４（Ｓ６）で反射させ、第５面１０５（Ｓ７）を透過させて、実施例１の画像形成素子１０６に代えて設けられた撮像素子に導く。撮像素子に導かれた光束は、撮像素子上にて結像して被写体像を形成する。
【００６６】
撮像素子は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等により構成され、その撮像面上に形成された被写体像を光電変換（撮像）する。また、撮像光学系の内部で被写体からの光束に中間像を形成させる。さらに、第１面１０１から第３面１０３に向かう光束の光路と第４面１０４から第５面１０５に向かう光束の光路の少なくとも一部同士が互いに交差する。
【００６７】
そして、撮像光学系の入射瞳（絞り）Ｓ１の中心を通り撮像素子における撮像面（撮像領域）ＳＩの中心に至る中心画角主光線の複数の光学面でのヒットポイント間の距離をヒットポイント距離とする。この場合に、第４面１０４と第５面１０５との間のヒットポイント距離をＬ４５とし、第１面１０１と第２面１０２との間のヒットポイント距離をＬ１２とし、第１面１０１と第３面１０３との間のヒットポイント距離をＬ１３とし、撮像光学系の焦点距離をｆとするとき、式（１），（２）（式（３）又は（４））および式（５）（又は（６））の条件を満足する。
【００６８】
これにより、従来より広画角であって、高画質な画像を撮像により取得することができる小型の撮像装置を実現することができる。
【００６９】
表９には、数値例１〜８におけるＬ１２／ｆ、Ｌ４５／Ｌ１２およびＬ４５／Ｌ１３の値をまとめて示す。いずれの値も対応する条件を満足しており、この結果、広画角でコンパクトな画像表示装置を実現することができる。
【００７０】
【表９】
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【００７１】
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】
【００７２】
１００  射出瞳
１０１  第１面
１０２  第２面
１０３  第３面
１０４  第４面
１０５  第５面
１０６  画像形成素子
１０７  表示光学系
【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】
0006395674.tif 000029
【図１０】
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【図１１】
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