【手続補正書】
【提出日】平成20年6月27日(2008.6.27)
【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】  像面と光学的瞳との間に配置された全体として正のパワーを有する光学系において、
前記光学系が、屈折率が１より大きい第１のプリズムと、屈折率が１より大きい第２のプリズムと、前記第１のプリズムと前記第２のプリズムとの間に接合配置された体積型ホログラム素子とを含み、
前記体積型ホログラム素子は、少なくとも第１の波長に対応した第１の格子ベクトルと、前記第１より短波長の第２の波長に対応した第２の格子ベクトルを含み、
前記体積型ホログラム素子は、少なくとも前記第１の波長における前記体積型ホログラム素子の各位置によってそれぞれ異なる第１の入射角と第１の反射回折角と、少なくとも前記第２の波長における前記体積型ホログラム素子の各位置によってそれぞれ異なる第２の入射角と第２の反射回折角とで回折効率が最大となるように構成され、
前記第１のプリズムが前記光学的瞳側に配置され、前記第２のプリズムが前記像面側に配置され、
前記第２プリズムは、前記体積型ホログラム素子の配置された面とは別の面に、少なくとも１面の反射面を備えて形成され、
前記光学的瞳から前記像面に到る逆方向あるいは順方向に進む光束であって、少なくとも前記第１の波長の光線成分と前記第２の波長の光線成分とを含んだ光束が、前記第１プリズム側から前記第２プリズム側に向かって順に、前記体積型ホログラム素子を透過し、前記第２プリズム内の前記反射面にて反射され、前記第２プリズム内において前記体積型ホログラム素子によって反射回折されるように構成され、
前記第２のプリズム媒質の屈折率と、前記体積型ホログラム素子媒質の平均屈折率と、前記体積型ホログラム素子媒質の屈折率変調の振幅と、前記体積型ホログラム素子の厚さと、前記第１の入射角と、前記第１の反射回折角と、前記第１の格子ベクトルとから求められる回折効率が１０％以上の角度−波長空間における領域を第１のλθ連続曲線状領域と定義し、
前記第２のプリズム媒質の屈折率と、前記体積型ホログラム素子媒質の平均屈折率と、前記体積型ホログラム素子媒質の屈折率変調の振幅と、前記体積型ホログラム素子の厚さと、前記第２の入射角と、前記第２の反射回折角と、前記第２の格子ベクトルとから求められる回折効率が１０％以上の角度−波長空間における領域を第２のλθ連続曲線状領域と定義し、
前記光束が前記体積型ホログラム素子を透過する際に、前記第１の波長の透過光束は、前記第１のλθ連続曲線状領域と前記第２のλθ連続曲線状領域の間の領域の入射角度範囲にて透過し、前記第２の波長の透過光束は、前記第２のλθ連続曲線状領域より短波長側の領域の入射角度範囲を透過するように設定されていることを特徴とする光学系。
【請求項２】  像面と光学的瞳との間に配置された全体として正のパワーを有する光学系において、
前記光学系が、屈折率が１より大きい第１のプリズムと、屈折率が１より大きい第２のプリズムと、前記第１のプリズムと前記第２のプリズムとの間に接合配置された体積型ホログラム素子とを含み、
前記体積型ホログラム素子は、少なくとも第１の波長に対応した第１の格子ベクトルと、前記第１より短波長の第２の波長に対応した第２の格子ベクトルを含み、
前記体積型ホログラム素子は、少なくとも前記第１の波長における前記体積型ホログラム素子の各位置によってそれぞれ異なる第１の入射角と第１の反射回折角と、少なくとも前記第２の波長における前記体積型ホログラム素子の各位置によってそれぞれ異なる第２の入射角と第２の反射回折角とで回折効率が最大となるように構成され、
前記第１のプリズムが前記光学的瞳側に配置され、前記第２のプリズムが前記像面側に配置され、
前記第２プリズムは、前記体積型ホログラム素子の配置された面とは別の面に、少なくとも１面の反射面を備えて形成され、
前記光学的瞳から前記像面に到る逆方向あるいは順方向に進む光束であって、少なくとも前記第１の波長の光線成分と前記第２の波長の光線成分とを含んだ光束が、前記第１プリズム側から前記第２プリズム側に向かって順に、前記体積型ホログラム素子を透過し、前記第２プリズム内の前記反射面にて反射され、前記第２プリズム内において前記体積型ホログラム素子によって反射回折されるように構成され、
前記第２のプリズム媒質の屈折率と、前記体積型ホログラム素子媒質の平均屈折率と、前記体積型ホログラム素子媒質の屈折率変調の振幅と、前記体積型ホログラム素子の厚さと、前記第１の入射角と、前記第１の反射回折角と、前記第１の格子ベクトルとから求められる回折効率が１０％以上の角度−波長空間における領域を第１のλθ連続曲線状領域と定義し、
前記第２のプリズム媒質の屈折率と、前記体積型ホログラム素子媒質の平均屈折率と、前記体積型ホログラム素子媒質の屈折率変調の振幅と、前記体積型ホログラム素子の厚さと、前記第２の入射角と、前記第２の反射回折角と、前記第２の格子ベクトルとから求められる回折効率が１０％以上の角度−波長空間における領域を第２のλθ連続曲線状領域と定義し、
前記光束が前記体積型ホログラム素子を透過する際に、前記第１の波長と前記第２の波長の透過光束は共に、前記第２のλθ連続曲線状領域より短波長側の領域の入射角度範囲を透過するように設定されていることを特徴とする光学系。
【請求項３】  前記第１プリズム媒質と前記第２プリズム媒質とが同種の媒質で構成されていることを特徴とする請求項１又は２の何れか１項記載の光学系。
【請求項４】  前記第１プリズムの前記体積型ホログラム素子が接合される面の面形状と前記第２プリズムの前記体積型ホログラム素子が接合される面の面形状とが、略同一形状にて構成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の光学系。
【請求項５】  前記第１プリズムの前記体積型ホログラム素子が接合される面の面形状と前記第２プリズムの前記体積型ホログラム素子が接合される面の面形状とが、平面あるいはシリンドリカル面であることを特徴とする請求項４記載の光学系。
【請求項６】  前記光学的瞳から前記像面に光線が到る順に、前記第１プリズムが、少なくとも、第１プリズム媒質を間に挟んで、前記光学的瞳からの光線を前記第１プリズム内に入射させる第１入射面と、前記第１プリズム外に光線を射出させる第１射出面とを有し、
前記第２プリズムが、少なくとも、第２プリズム媒質を間に挟んで、前記第１プリズムから射出した光線を前記第２プリズム内に入射させる第２入射面と、前記第２プリズム内で光線を反射させる反射面と、前記第２プリズム外に光線を射出させる第２射出面とを有し、
前記第２プリズムの前記反射面が、反射時に光線に正のパワーを与えるような凹面形状の曲面に形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の光学系。
【請求項７】  前記第１プリズムの前記第１入射面が、透過時に光線にパワーを与えるような曲面形状に形成され、
前記第２プリズムの前記第２射出面が、透過時に光線にパワーを与えるような曲面形状に形成されていることを特徴とする請求項６記載の光学系。
【請求項８】  前記第１プリズムと前記第２プリズムの備えた光線を透過又は反射させる光学作用面以外の非光学作用面に、ゴースト光が観察者の眼球へ入射しないようなゴースト光除去部材を設けたことを特徴とする請求項１から７の何れか１項記載の光学系。
【請求項９】  前記第１プリズムの前記第１入射面の面形状が回転非対称な収差を補正する作用を持った回転非対称な曲面形状にて構成されていることを特徴とする請求項１から８の何れか１項記載の光学系。
【請求項１０】  前記回転非対称な曲面形状は、対称面が１面のみの自由曲面にて構成され、前記唯一の対称面は、光軸の折り返し面（Ｙ−Ｚ平面）に一致していることを特徴とする請求項９記載の光学系。
【請求項１１】  前記第２プリズムの第２射出面の面形状が回転非対称な曲面形状にて構成されていることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項記載の光学系。
【請求項１２】  前記回転非対称な曲面形状は、対称面が１面のみの自由曲面にて構成され、前記唯一の対称面は、光軸の折り返し面（Ｙ−Ｚ平面）に一致していることを特徴とする請求項１１記載の光学系。
【請求項１３】  前記体積型ホログラム素子が光線を反射回折により回転対称成分と回転非対称成分の両方の倍率色収差を補正するように構成されていることを特徴とする請求項１から１２の何れか１項記載の光学系。
【請求項１４】  前記第２プリズムの前記反射面が次の２つの条件式の少なくとも何れかを満足することを特徴とする請求項１から１３の何れか１項記載の光学系。
−０．２０＜ＰＸ４／ＰＸ＜０．５０                    ・・・（１）
−０．２０＜ＰＹ４／ＰＹ＜０．３０                    ・・・（２）
ただし、光学系の偏心方向をＹ軸方向とし、光軸の折り返し面に直交する方向をＸ軸方向とし、ＰＸを光学系のＸ方向のパワー、ＰＹを光学系のＹ方向のパワー、ＰＸ４を第２プリズムの反射面のＸ方向のパワー、ＰＹ４を第２プリズムの反射面のＹ方向のパワーとする。
【請求項１５】  請求項１から１４の何れか１項において、前記像面に２次元画像表示素子を配置し、前記光学的瞳側から前記２次元画像表示素子の拡大像が観察可能な観察光学系としたことを特徴とする光学系。
【請求項１６】  請求項１５記載の光学系を観察光学系として内蔵した本体部と、前記観察光学系の前記光学的瞳を観察者の眼球位置に保持するように前記本体部を観察者頭部に支持する支持部材と、前記観察者の耳に音声を与えるスピーカー部材とを有していることを特徴とする頭部装着型画像表示装置。
【請求項１７】  前記本体部が、右眼用の観察光学系と左眼用の観察光学系とを備え、前記スピーカー部材が、右耳用スピーカー部材と左耳用スピーカー部材とを有するように構成されていることを特徴とする請求項１６記載の頭部装着型画像表示装置。
【請求項１８】  前記スピーカー部材がイヤホンで構成されていることを特徴とする請求項１６又は１７記載の頭部装着型画像表示装置。
【請求項１９】  請求項１から１４の何れか１項において、前記像面に撮像素子を配置し、前記光学的瞳側から物体光を入射して物体像を撮像可能な撮像光学系としたことを特徴とする光学系。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明の光学系は、像面と光学的瞳との間に配置された全体として正のパワーを有する光学系において、
前記光学系が、屈折率が１より大きい第１のプリズムと、屈折率が１より大きい第２のプリズムと、前記第１のプリズムと前記第２のプリズムとの間に接合配置された体積型ホログラム素子とを含み、
前記体積型ホログラム素子は、少なくとも第１の波長に対応した第１の格子ベクトルと、前記第１より短波長の第２の波長に対応した第２の格子ベクトルを含み、
前記体積型ホログラム素子は、少なくとも前記第１の波長における前記体積型ホログラム素子の各位置によってそれぞれ異なる第１の入射角と第１の反射回折角と、少なくとも前記第２の波長における前記体積型ホログラム素子の各位置によってそれぞれ異なる第２の入射角と第２の反射回折角とで回折効率が最大となるように構成され（例えば、単層の体積型ホログラムフィルムに複数の波長により多重露光して形成した素子や、積層型ホログラム素子を含む。第１と第２の波長とは、ＲＧＢの波長領域の中の少なくとも２つの波長でもよいし、ＲＧＢの例えばＲの波長領域の中から２つの波長を選択し、その中の第１の波長Ｒ１と第２の波長Ｒ２の２波長でもよい。）、
前記第１のプリズムが前記光学的瞳側に配置され、前記第２のプリズムが前記像面側に配置され、
前記第２プリズムは、前記体積型ホログラム素子の配置された面とは別の面に、少なくとも１面の反射面を備えて形成され、
前記光学的瞳から前記像面に到る逆方向あるいは順方向に進む光束であって、少なくとも前記第１の波長の光線成分と前記第２の波長の光線成分とを含んだ光束が、前記第１プリズム側から前記第２プリズム側に向かって順に、前記体積型ホログラム素子を透過し、前記第２プリズム内の前記反射面にて反射され、前記第２プリズム内において前記体積型ホログラム素子によって反射回折されるように構成され、
前記第２のプリズム媒質の屈折率と、前記体積型ホログラム素子媒質の平均屈折率と、前記体積型ホログラム素子媒質の屈折率変調の振幅と、前記体積型ホログラム素子の厚さと、前記第１の入射角と、前記第１の反射回折角と、前記第１の格子ベクトルとから求められる回折効率が１０％以上の角度−波長空間における領域を第１のλθ連続曲線状領域と定義し、
前記第２のプリズム媒質の屈折率と、前記体積型ホログラム素子媒質の平均屈折率と、前記体積型ホログラム素子媒質の屈折率変調の振幅と、前記体積型ホログラム素子の厚さと、前記第２の入射角と、前記第２の反射回折角と、前記第２の格子ベクトルとから求められる回折効率が１０％以上の角度−波長空間における領域を第２のλθ連続曲線状領域と定義し、
前記光束が前記体積型ホログラム素子を透過する際に、前記第１の波長の透過光束は、前記第１のλθ連続曲線状領域と前記第２のλθ連続曲線状領域の間の領域の入射角度範囲にて透過し、前記第２の波長の透過光束は、前記第２のλθ連続曲線状領域より短波長側の領域の入射角度範囲を透過するように設定されているか、あるいは、
前記第１の波長と前記第２の波長の透過光束は共に、前記第２のλθ連続曲線状領域より短波長側の領域の入射角度範囲を透過するように設定されていることを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明の光学系は、像面と光学的瞳との間に配置された全体として正のパワーを有する光学系であり、光学的瞳から像面に光束を通すときを逆光線追跡、像面から光学的瞳に光束を通すときを順光線追跡とする。像面に画像表示素子を配置し、光学的瞳位置近傍に観察者の眼の瞳を位置させ、光束を順光線追跡の方向に通すとき、観察光学系あるいは接眼光学系として使用でき、像面に銀塩フィルム、ＣＣＤ等の撮像素子を配置し、光学的瞳の前方に位置する被写体からの光束を逆光線追跡の方向に通すとき、撮像光学系として使用できる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
また、体積型ホログラム素子は多重記録又は多層記録されたものからなり、ホログラムの干渉縞の回折格子ベクトルＫとして、体積型ホログラムの干渉縞面に垂直なベクトルであって、干渉縞の周期（格子間隔）をΛとするときに｜Ｋ｜＝２π／Λで与えられるベクトルとするとき、少なくとも第１の波長に対応した第１の格子ベクトルと、第１より短波長の第２の波長に対応した第２の格子ベクトルを含むものであり、かつ、少なくとも第１の波長における体積型ホログラム素子の各位置によってそれぞれ異なる第１の入射角と第１の反射回折角と、少なくとも第２の波長における体積型ホログラム素子の各位置によってそれぞれ異なる第２の入射角と第２の反射回折角とで回折効率が最大となるように構成されているものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
そして、光学的瞳から像面に到る逆方向あるいは順方向に進む光束であって、少なくとも第１の波長の光線成分と第２の波長の光線成分とを含んだ光束が、第１プリズム側から第２プリズム側に向かって順に、体積型ホログラム素子を透過し、第２プリズム内の反射面にて反射され、第２プリズム内において体積型ホログラム素子によって反射回折されるように構成された光学系である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
また、条件式（１）、（２）の値が上限のそれぞれ０．５０、０．３０を越えて大きくなると、偏心して配置されている反射面の光学面パワーが正に大きくなりすぎ、その反射面で発生する偏心収差が補正できなくなる。また、反射型ホログラム面における光線入射角バラツキ幅が大きくなり、多重回折が発生してしまう。その結果、高精細な画像表示が困難となり、また、体積型ホログラム素子がビームスプリッターとして機能しなくなる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
なお、本発明では、軸上主光線を、観察光学系においては順光線追跡で、２次元画像表示素子の中心から射出瞳を構成する光学的瞳中心に到達する光線で、撮像光学系においては逆光線追跡で、明るさ絞りを構成する光学的瞳中心を通り撮像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又は明るさ絞りの中心から第１プリズムの第１入射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プリズム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、Ｙ軸と直交する軸をＸ軸と定義する。また、射出瞳又は明るさ絞りの中心を本発明の観察光学系又は撮像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２次元画像表示素子に向かう順、又は、明るさ絞りから撮像素子に向かう順で面番号をつけることとし、軸上主光線が、射出瞳から２次元画像表示素子に至る方向又は明るさ絞りから撮像素子に至る方向をＺ軸の正方向、２次元画像表示素子に向かうＹ軸の方向又は撮像素子に向かう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。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５５
【補正方法】削除
【補正の内容】