【手続補正書】
【提出日】平成19年8月8日(2007.8.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
瞳面と像面との間に配置された光学系において、
前記光学系が、少なくとも第１プリズムと、第２プリズムとを含み、
前記光学系を介して前記瞳面と前記像面とを結ぶ光路内を進む光束を第１光束としたときに、
前記第１プリズムが、前記瞳面側に配置されていて前記第１光束を透過させる作用と反射する作用とを兼ね備えた第１−１面と、前記第１−１面を境に前記瞳面とは反対側に配置されていて前記第１光束を透過させる作用と反射する作用とを兼ね備えた第１−２面と、前記像面側に配置されていて前記第１光束を透過させる第１−３面とを有し、
前記第２プリズムが、前記第１−２面に対し空気間隔を空けて配置されていて前記第１光束を少なくとも２回透過させる第２−１面と、前記第２プリズムの前記第２−１面を境に前記瞳面とは反対側に配置されていて前記第１光束を反射する第２−２面とを有し、
前記第１プリズムの前記第１−１面が、ホログラフィック素子を貼り合わせて構成され、
前記ホログラフィック素子が、前記第１光束が該ホログラフィック素子に対して第１の入射角度で入射したときにはその光束を透過させ、第２の入射角度で入射したときにはその光束を回折反射するように形成することによって、前記第１光束を反射する作用と透過させる作用とを兼ね備えるように構成され、前記第１プリズムの前記第１−２面が、前記第１光束が該第１−２面に対して全反射臨界角を超えた入射角度で入射したときにはその光束を反射し、全反射臨界角を越えない入射角度で入射したときにはその光束を透過させるような全反射面となるように構成することによって、前記反射と透過の両作用を兼ね備えるように構成されていることを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記請求項１に記載の光学系を含んだ観察光学系において、
前記像面に観察者が観察する画像を表示する画像表示素子を配置し、
前記瞳面に観察者の眼球が位置するように射出瞳を形成し、
前記画像表示素子から射出された第１光束が、少なくとも、前記第１−３面を透過して前記第１プリズム内に入射し、前記第１−２面で全反射され、前記第１−１面で回折反射され、前記第１−２面を透過して前記第１プリズムから一旦射出し、前記第２−１面を透過して前記第２プリズムに入射し、前記第２−２面で反射され、前記第２−１面を透過することによって前記第２プリズムを射出し、前記第１−２面を透過して再度前記第１プリズムに入射し、前記第１−１面を透過することによって前記第１プリズムを射出して前記射出瞳側に導かれるように構成したことを特徴とする観察光学系。
【請求項３】
前記請求項１に記載の光学系を含んだ撮像光学系において、
前記像面に物体像を撮像する撮像素子を配置し、
前記瞳面に物体からの光束の明るさを絞る明るさ絞りを配置し、
前記明るさ絞りを通過した物体光が、少なくとも、前記第１−１面を透過して前記第１プリズム内に入射し、前記第１−２面を透過して前記第１プリズムから一旦射出し、前記第２−１面を透過して前記第２プリズムに入射し、前記第２−２面で反射され、前記第２−１面を透過することによって前記第２プリズムを射出し、前記第１−２面を透過して再度前記第１プリズムに入射し、前記第１−１面で回折反射され、前記第１−２面で全反射され、前記第１−３面を透過することによって前記第１プリズムを射出して前記撮像素子に導かれるように構成したことを特徴とする撮像光学系。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明による光学系は、瞳面と像面との間に配置された光学系において、前記光学系が、少なくとも第１プリズムと、第２プリズムとを含み、前記光学系を介して前記瞳面と前記像面とを結ぶ光路内を進む光束を第１光束としたときに、前記第１プリズムが、前記瞳面側に配置されていて前記第１光束を透過させる作用と反射する作用とを兼ね備えた第１−１面と、前記第１−１面を境に前記瞳面とは反対側に配置されていて前記第１光束を透過させる作用と反射する作用とを兼ね備えた第１−２面と、前記像面側に配置されていて前記第１光束を透過させる第１−３面とを有し、前記第２プリズムが、前記第１−２面に対し空気間隔を空けて配置されていて前記第１光束を少なくとも２回透過させる第２−１面と、前記第２プリズムの前記第２−１面を境に前記瞳面とは反対側に配置されていて前記第１光束を反射する第２−２面とを有し、前記第１プリズムの前記第１−１面が、ホログラフィック素子を貼り合わせて構成され、  前記ホログラフィック素子が、前記第１光束が該ホログラフィック素子に対して第１の入射角度で入射したときにはその光束を透過させ、第２の入射角度で入射したときにはその光束を回折反射するように形成することによって、前記第１光束を反射する作用と透過させる作用とを兼ね備えるように構成され、前記第１プリズムの前記第１−２面が、前記第１光束が該第１−２面に対して全反射臨界角を超えた入射角度で入射したときにはその光束を反射し、全反射臨界角を越えない入射角度で入射したときにはその光束を透過させるような全反射面となるように構成することによって、前記反射と透過の両作用を兼ね備えるように構成されていることを特徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
そして、各実施例の観察光学系では、ＬＣＤ５から射出された第１光束は、第１−３面３3を透過して第１プリズム３の内部に入射した後、第１−２面３2に全反射臨界角を超えた入射角度で入射して第１−２面３2で全反射され、体積型ホログラム６を備えた第１−１面３1に対し第１の入射角度で入射して第１−１面３1で回折反射され、第１−２面３2に全反射臨界角よりも小さい入射角度で入射して第１−２面３2を透過して、第１プリズム３から一旦射出される。その後、第１光束は、空気間隔を経て第２プリズム４の第２−１面４1を透過して第２プリズム４の内部に入射し、第２−２面４2で反射され、再び第２−１面４1を透過することによって第２プリズム４から射出される。その後、第１光束は、空気間隔を経て第１プリズム３の第１−２面３2を透過して第１プリズム３の内部に入射し、体積型ホログラム６を備えた第１−１面３1に対し第２の入射角度で入射して第１−１面３1を透過することによって第１プリズムを射出して射出瞳１側に導かれる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９３】
第２実施例
第２実施例の光学系は、図４に示すように、第１プリズム３のＬＣＤ５側の面（第１−３面）３3が自由曲面に、エアーギャップ面（第１−２面）３2が自由曲面に、体積型ホログラム６を配置した面（第１−１面）３1が平面に、第２プリズム４のエアーギャップ面（第２−１面）４1が自由曲面に、反射面（第２−２面）４2が非球面にそれぞれ形成されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１００
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１００】
第３実施例
第３実施例の光学系は、図５に示すように、第１プリズム３のＬＣＤ５側の面（第１−３面）３3が自由曲面に、エアーギャップ面（第１−２面）３2が自由曲面に、体積型ホログラム６を配置した面（第１−１面）３1が平面に、第２プリズム４のエアーギャップ面（第２−１面）４1が自由曲面に、反射面（第２−２面）４2が自由曲面にそれぞれ形成されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０８】
また、本実施例では、第１プリズム３のＬＣＤ５側の面（第１−３面）３3が自由曲面に、エアーギャップ面（第１−２面）３2が平面に、体積型ホログラム６を配置した面（第１−１面）３1が平面に、第２プリズム４のエアーギャップ面（第２−１面）４1が平面に、反射面（第２−２面）４2が自由曲面にそれぞれ形成されている。また、反射面（第２−２面）４2には、ミラーコーティングが施されている。正レンズ８は、第１プリズム３の第１−１面３1と射出瞳１との間に配置されており、第１プリズム３の第１−１面３1から射出された光像の収差を補正して射出瞳１に結像するようになっている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１０】
なお、本実施例では、第１プリズム３のＬＣＤ５側の面（第１−３面）３3が自由曲面に、エアーギャップ面（第１−２面）３2が回転対称非球面に、体積型ホログラム６を配置した面（第１−１面）３1が球面に、第１−３面３3と第１−２面３2との間の光路中においてプリズム内の第１光束を反射する面３4が自由曲面に、第２プリズム４のエアーギャップ面（第２−１面）４1が非球面に、反射面（第２−２面）４2が自由曲面にそれぞれ形成されている。また、反射面（第２−２面）４2には、ミラーコーティングが施されている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１２】
また、本実施例では、第１プリズム３のＬＣＤ５側の面（第１−３面）３3が自由曲面に、エアーギャップ面（第１−２面）３2が球面に、体積型ホログラム６を配置した面（第１−１面）３1が平面に、第２プリズム４のエアーギャップ面（第２−１面）４1が球面に、反射面（第２−２面）４2が自由曲面に、第２−２面４2と第２−１面４1との間の光路中においてプリズム内の第１光束を反射する面４3が自由曲面にそれぞれ形成されている。また、負レンズ１２が、第１プリズム３の第１−１面３1と射出瞳１との間に配置されている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１４】
第８実施例
本発明の光学系の第８実施例を図１０に示す。図１０は、第８実施例にかかる観察光学系の光軸を含むＹ−Ｚ断面図である。本実施例の観察光学系は、瞳面から、第１プリズム３を通り抜けて第２プリズム４へと向かう光束を第２光束としたときに、上記各実施例の第２プリズム４の第２面（第２−２面）４2が、第２光束が全反射臨界角を超えた入射角度で入射したときにはその光束を反射し、第１光束が全反射臨界角よりも小さい入射角度で入射したときにはその光束を透過させる全反射面で構成されている。また、第２プリズム４の第２面（第２−２面）４2側にはプリズム１６が設けられており、ＬＣＤ５からの観察像のほかに、外部の像を透過観察することができるようになっている。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１７】
本実施例によれば、バッファー部１７を押圧して、第２プリズム４に液圧を加えることで、蛇腹部１８が第２−２面４2から離れる方向に広がり、でデフォーマルミラー面４2の位置が変化する。デフォーマルミラー面４2の位置が変化すると、その面で反射されて撮像素子１３に向かう光束の光路長が変化すると共に、結像位置が変化する。したがって、本実施例によれば、第２プリズム４を撮像光学系のフォーカシング機構として用いることができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１９】
その一例として、図１２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１３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１３に示すように画像表示素子（ＬＣＤ）５を備えた接眼光学系１００として用いており、この接眼光学系１００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。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２０】
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１２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、各画像表示装置１０２の接眼光学系１００の第１プリズム３の第１−１面３1に設けられたホログラフィック素子（体積型ホログラム）６を保護するために図１３に示すように、接眼光学系１００の射出瞳１と第１−１面３1と間にカバー部材９１が配置されている。このカバー部材９１としては、平行平面板、正レンズあるいは負レンズの何れを用いてもよい。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２１】
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を有する画像表示装置本体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１２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。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２２】
なお、コード（映像音声伝達コード）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。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２３】
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１４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、画像表示素子（ＬＣＤ）５を備えた接眼光学系１００を１組備えた画像表示装置本体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、画像表示装置本体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１２の場合と同様であり、説明は省く。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２５】
電子カメラ４０は、この例の場合、撮影用光路４２を有する撮影光学系４１、ファインダー用光路４４を有するファインダー光学系４３、シャッター釦４５、フラッシュ４６、液晶表示モニター４７等を含み、電子カメラ４０の上部に配置されたシャッター釦４５を押圧すると、それに連動して撮影用対物光学系４８を通して撮影が行われる。撮影用対物光学系４８によって形成された物体像が、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５１を介してＣＣＤ４９の撮像面５０上に形成される。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２７】
さらに、ファインダー用光路４４上には、ファインダー用対物光学系５３が配置されており、このファインダー用対物光学系５３は、カバーレンズ５４と、フォーカシングのために光軸方向に位置調節可能な正レンズ群５７と、図１１の実施例に示すような明るさ絞り１４と第１プリズム３と第２プリズム４とを備えてなる。また、カバー部材として用いられているカバーレンズ５４は、負のパワーを有するレンズ群であり、画角を拡大している。このファインダー用対物光学系５３によって結像面９０上に形成された物体像は、像正立部材であるポロプリズム５５の視野枠上に形成される。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２９】
このように構成された電子カメラ４０は、ファインダー用対物光学系（対物光学系）５３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、対物光学系５３の光路自体を折り曲げて構成できるため、カメラ内部での配置の自由度が増し、設計上有利となる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３１】
次に、図１８は本発明の撮像光学系を電子カメラ４０の撮影部の対物光学系（撮影用対物光学系）４８に、本発明の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、撮影用光路４２上に配置された撮影用対物光学系４８は、正レンズからなるカバー部材６５と本発明の実施例１〜３に示すような２つのプリズム３，４からなる何れかのタイプの撮像光学系からなる。そして、その第１プリズム３とＣＣＤ４９との間に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５１が配置されており、この撮影用対物光学系４８により形成された物体像は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）６０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（記録素子）６１の制御も行う。ＬＣＤ６０に表示された画像は、接眼光学系５９を介して観察者眼球Ｅに導かれる。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３５】
ここで、カバー部材を設けずに、本発明の撮像光学系の最も物体側に配置された面をカバー部材と兼用することもできる。本例では、その最も物体側の面は第１プリズム３の入射面（第１−１面）３1となる。しかし、この入射面（第１−１面）３1が光軸に対して偏心配置されているため、この面がカメラ前面に配置されてしまうと、被写体側から見た場合、電子カメラ４０の撮影中心が自分からずれているように錯覚してしまい（一般的なカメラ同様、入射面の垂直方向を撮影していると感じるのが通常である。）、違和感を与えてしまう。そこで、本例のように、結像光学系の最も物体側の面が偏心面である場合には、カバー部材６５（又は、カバーレンズ５４）を設けることが、被写体側から見た場合に違和感を感じずに、既存のカメラと同じ感覚で撮影を受けることができ望ましい。なお、プリズム３の入射面（第１−１面）３1にはホログラフィック素子が設けられているため、水分の侵入による回折のピーク波長の変化を防止するためにも、カバー部材６５、カバーレンズ９１は設けることが望ましい。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３８】
このように構成された内視鏡は、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、対物光学系８２が内視鏡の長軸方向に並ぶため、細径化を阻害することなく上記効果を得ることができる。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【符号の説明】
１              射出瞳
２              軸上主光線
３              第１プリズム
３1             第１−１面
３2             第１−２面
３3             第１−３面
３4             第１−３面と第１−２面との間の光路中においてプリズム内の第１光束を反射する面
４              第２プリズム
４1             第２−１面
４2             第２−２面
４3             第２−２面と第２−１面との間の光路中においてプリズム内の第１光束を反射する面
５              ＬＣＤ（画像表示素子）
６              体積型ホログラム（回折素子）
７              偏光ビームスプリッタ
７’            偏光面
８              正レンズ
９              偏光板
１０            照明用光源（ＬＣＤ）
１１            カバー部材
１２            負レンズ
１３            撮像素子
１４            明るさ絞り
１５            反射防止コーティング
１６            プリズム
１７            バッファー部
１８            蛇腹部
１９            平行平板
４０            カメラ（電子カメラ）
４１            撮像光学系
４２            撮影用光路
４３            ファインダー光学系
４４            ファインダー用光路
４５            シャッター（シャッター釦）
４６            フラッシュ
４７            液晶表示モニター
４８            撮影用対物光学系（対物光学系）
４９            ＣＣＤ
５０            撮像面
５１            フィルター
５２            処理手段
５３            フィルター用対物光学系（対物光学系）
５４            負レンズ群（カバーレンズ）
５５            ポロプリズム
５６1〜５６4    第１〜４反射面
５７            正レンズ群
５９            接眼光学系
６０            液晶表示素子（ＬＣＤ）
６１            記録素子（記録手段）
６５            カバー部材
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（対物光学系）
８３            フィルター
８４            ＣＣＤ
８５            カバー部材
８６            液晶表示素子（ＬＣＤ）
８７            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
９１            カバー部材（カバーレンズ）
９２            バックライト
９３            画像信号導伝手段
１００          接眼光学系
１０２          画像表示装置（本体）
１０３          傾頭フレーム
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
Ｐ              偏心プリズム
Ｃ              回折素子の面
Ｄ              面対称自由曲面の対称面