【手続補正書】
【提出日】平成22年12月8日(2010.12.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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、  前記画像形成素子からの光を射出瞳に導く光学系と、  前記画像形成素子と前記光学系との間又は前記光学系と前記射出瞳との間に配置された回折光学素子とを有し、  前記回折光学素子は、互いに異なる材料により形成され、互いに間隔をあけて配置された複数の回折格子部を有し、  前記各回折格子部には、それぞれ格子面と格子側面を有する複数の格子輪帯が形成され、  前記各格子輪帯において、前記格子側面は、前記複数の格子輪帯の頂部を通る包絡面の法線に対して前記格子面とは反対側に傾いており、  前記回折光学素子は、前記複数の回折格子部のうちｊ番目の回折格子部における前記複数の格子輪帯のうちｋ番目の格子輪帯に関し、少なくともｋ＝ｋＥにおいて、以下の条件を満足することを特徴とする画像観察装置。  θｄ(ｊ，ｋ)  ＝ｓｉｎ−１［｛ｎｉ・ｓｉｎθｉ(ｊ，ｋ)−ｍ(ｊ，ｋ)・λ／Ｐ(ｊ，ｋ)｝／ｎｄ］  ≦θｉ(ｊ，ｋ)    ｓ   Ｍ(ｋ)＝Σ｛ｍ(ｊ，ｋ)｝＝ｃｏｎｓｔ．         ｊ＝１  θｄ(ｊ，ｋ)≦θ≦θｉ(ｊ，ｋ)  ただし、λは、前記回折光学素子の設計波長、  θｉ(ｊ，ｋ)は、前記ｊ番目の回折格子部において前記ｋ番目の格子輪帯と前記射出瞳を通る光線の前記包絡面の法線に対してなす角度であり、｜θｉ(ｊ，ｋ)｜は前記光学系の最大画角よりも小さい、  θｄ(ｊ，ｋ)は、前記ｊ番目の回折格子部における前記ｋ番目の格子輪帯での設計回折次数光の回折角、  ｍ(ｊ，ｋ)は、前記ｊ番目の回折格子部における前記ｋ番目の格子輪帯の設計回折次数、  Ｐ(ｊ，ｋ)は、前記ｋ番目とｋ−１番目の格子輪帯間のピッチ、  ｋＥは、前記格子輪帯のピッチが最小となる又はθｉ(ｊ，ｋ)が最大となる前記格子輪帯の番号、  Ｍ(ｋ)は、前記回折光学素子の回折次数、  ｎｉ及びｎｄはそれぞれ、前記ｊ番目の回折格子部における入射側媒質と回折側媒質の屈折率、  ｓは、前記ｊ番目の回折格子部における前記複数の格子輪帯の総数、  θは、前記格子側面が前記包絡面の法線に対してなす角度、である。
【請求項２】
前記回折光学素子は、さらに以下の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の画像観察装置。  ｄ(ｊ，ｋ)  ≦ｍ(ｊ，ｋ)・λ／｛ｎｉ・ｃｏｓθｉ(ｊ，ｋ)−ｎｄ・ｃｏｓθｄ(ｊ，ｋ)｝  ただし、ｄ（ｊ，ｋ）は、前記ｊ番目の回折格子部における前記ｋ番目の格子輪帯の前記法線に沿った方向での高さである。
【請求項３】
原画を形成する画像形成素子と、  前記画像形成素子からの光を射出瞳に導く光学系と、  前記画像形成素子と前記光学系との間又は前記光学系と前記射出瞳との間に配置された回折光学素子とを有し、  前記回折光学素子は、互いに異なる材料により形成され、互いに間隔をあけて配置された複数の回折格子部を有し、  前記各回折格子部には、それぞれ格子面と格子側面を有する複数の格子輪帯が形成され、  前記各格子輪帯において、前記格子側面は、前記複数の格子輪帯の頂部を通る包絡面の法線に対して前記格子面と同じ側に傾いており、  前記回折光学素子は、前記複数の回折格子部のうちｊ番目の回折格子部における前記複数の格子輪帯のうちｋ番目の格子輪帯に関し、少なくともｋ＝ｋＥにおいて、以下の条件を満足することを特徴とする画像観察装置。  θｄ(ｊ，ｋ)  ＝ｓｉｎ−１［｛ｎｉ・ｓｉｎθｉ(ｊ，ｋ)−ｍ(ｊ，ｋ)・λ／Ｐ(ｊ，ｋ)｝／ｎｄ］  ≧θｉ(ｊ，ｋ) ｓ   Ｍ(ｋ)＝Σ｛ｍ(ｊ，ｋ)｝＝ｃｏｎｓｔ．         ｊ＝１  θｉ (ｊ，ｋ)≦θ≦θｄ(ｊ，ｋ)  ただし、λは、前記回折光学素子の設計波長、  θｉ(ｊ，ｋ)は、前記ｊ番目の回折格子部において前記ｋ番目の格子輪帯と前記射出瞳を通る光線の前記包絡面の法線に対してなす角度であり、｜θｉ(ｊ，ｋ)｜は前記光学系の最大画角よりも小さい、  θｄ(ｊ，ｋ)は、前記ｊ番目の回折格子部における前記ｋ番目の格子輪帯での設計回折次数光の回折角、  ｍ(ｊ，ｋ)は、前記ｊ番目の回折格子部における前記ｋ番目の格子輪帯の設計回折次数、  Ｐ(ｊ，ｋ)は、前記ｋ番目とｋ−１番目の格子輪帯間のピッチ、  ｋＥは、前記格子輪帯のピッチが最小となる又はθｉ(ｊ，ｋ)が最大となる前記格子輪帯の番号、  Ｍ(ｋ)は、前記回折光学素子の回折次数、  ｎｉ及びｎｄはそれぞれ、前記ｊ番目の回折格子部における入射側媒質と回折側媒質の屈折率、  ｓは、前記ｊ番目の回折格子部における前記複数の格子輪帯の総数、  θは、前記格子側面が前記包絡面の法線に対してなす角度、である。
【請求項４】
前記回折光学素子は、さらに以下の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の画像観察装置。  ｄ(ｊ，ｋ)  ≧ｍ(ｊ，ｋ)・λ／｛ｎｉ・ｃｏｓθｉ(ｊ，ｋ)−ｎｄ・ｃｏｓθｄ(ｊ，ｋ)｝  ただし、ｄ（ｊ，ｋ）は、前記ｊ番目の回折格子部における前記ｋ番目の格子輪帯の前記法線に沿った方向での高さである。
【請求項５】
θｉ (ｊ，ｋ)は、該回折光学素子及び前記光学系を含む観察光学系の射出瞳の位置よりも該回折光学素子から遠い位置にある光軸上の特定点を通る光線の前記回折光学素子への入射角であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の画像観察装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】  θｄ(ｊ，ｋ)  ＝ｓｉｎ−１［｛ｎｉ・ｓｉｎθｉ(ｊ，ｋ)−ｍ(ｊ，ｋ)・λ／Ｐ(ｊ，ｋ)｝／ｎｄ］  ≦θｉ(ｊ，ｋ) ｓ  Ｍ(ｋ)＝Σ｛ｍ(ｊ，ｋ)｝＝ｃｏｎｓｔ．         ｊ＝１  θｄ(ｊ，ｋ)≦θ≦θｉ(ｊ，ｋ)  ただし、λは、回折光学素子の設計波長、  θｉ(ｊ，ｋ)は、ｊ番目の回折格子部においてｋ番目の格子と射出瞳を通る光線の包絡面の法線に対してなす角度であり、｜θｉ(ｊ，ｋ)｜は光学系の最大画角よりも小さい、  θｄ(ｊ，ｋ)は、ｊ番目の回折格子部におけるｋ番目の格子輪帯での設計回折次数光の回折角、  ｍ(ｊ，ｋ)は、ｊ番目の回折格子部におけるｋ番目の格子輪帯の設計回折次数、  Ｐ(ｊ，ｋ)は、ｋ番目とｋ−１番目の格子輪帯間のピッチ、  ｋＥは、格子輪帯のピッチが最小となる又はθｉ(ｊ，ｋ)が最大となる格子輪帯の番号、  Ｍ(ｋ)は、回折光学素子の回折次数、  ｎｉ及びｎｄはそれぞれ、ｊ番目の回折格子部における入射側媒質と回折側媒質の屈折率、  ｓは、ｊ番目の回折格子部における複数の格子の総数、  θは、格子側面が包絡面の法線に対してなす角度、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】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】  θｄ(ｊ，ｋ)  ＝ｓｉｎ−１［｛ｎｉ・ｓｉｎθｉ(ｊ，ｋ)−ｍ(ｊ，ｋ)・λ／Ｐ(ｊ，ｋ)｝／ｎｄ］  ≧θｉ(ｊ，ｋ) ｓ  Ｍ(ｋ)＝Σ｛ｍ(ｊ，ｋ)｝＝ｃｏｎｓｔ．     ｊ＝１  θｉ (ｊ，ｋ)≦θ≦θｄ(ｊ，ｋ)  ただし、λは、回折光学素子の設計波長、  θｉ(ｊ，ｋ)は、ｊ番目の回折格子部においてｋ番目の格子輪帯と射出瞳を通る光線の包絡面の法線に対してなす角度であり、｜θｉ(ｊ，ｋ)｜は光学系の最大画角よりも小さい、  θｄ(ｊ，ｋ)は、ｊ番目の回折格子部におけるｋ番目の格子輪帯での設計回折次数光の回折角、  ｍ(ｊ，ｋ)は、ｊ番目の回折格子部におけるｋ番目の格子輪帯の設計回折次数、  Ｐ(ｊ，ｋ)は、ｋ番目とｋ−１番目の格子輪帯間のピッチ、  ｋＥは、格子のピッチが最小となる又はθｉ(ｊ，ｋ)が最大となる格子輪帯の番号、  Ｍ(ｋ)は、回折光学素子の回折次数、  ｎｉ及びｎｄはそれぞれ、ｊ番目の回折格子部における入射側媒質と回折側媒質の屈折率、  ｓは、ｊ番目の回折格子部における複数の格子の総数、  θは、格子側面が包絡面の法線に対してなす角度、である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】  ここで、λは、回折光学素子の設計波長であり、回折光学素子に入射する光の波長（使用波長ともいう）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】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】  θｄ(ｊ，ｋ)は、ｊ番目の回折格子部におけるｋ番目の格子輪帯での設計回折次数光の回折角である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】  Ｐ(ｊ，ｋ)は、ｋ番目とｋ−１番目の格子輪帯間のピッチであり、以下、ｋ番目の格子輪帯のピッチという。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】  ｊ番目の回折格子部におけるｋ番目の格子輪帯への入射角θｉ(ｊ，ｋ)と、設計回折次数光の回折角θｄ(ｊ，ｋ)は、設計回折次数ｍ(ｊ，ｋ)に対して、上記式（１）のように表される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】  このとき、式（１）の条件を満足せずに高い回折効率が得られる波長域が最も広くなるように各回折格子部のｍ(ｊ，ｋ)を決めた場合に比べると、式（１）の条件を満足することで短波長側と長波長側とで設計回折次数のスカラー回折効率は低下する。しかし、式（１）の条件を満足しないと、ｄ／Ｐが０．２を超える程度に大きい場合に上述したような格子構造の影響を大きく受けるため、実際の不要回折次数光はスカラー近似計算で求まるよりも大きくなる。したがって、式（１）の条件を満足する方が良好な性能を得ることができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】  格子側面が先端包絡面の法線に対して平行である場合に、ｊ番目の回折格子面において、広波長域にわたってスカラー回折効率が高くなるように、ｋ番目の格子について設計回折次数ｍ(ｊ，ｋ)を決めると、格子高さｄ０(ｊ，ｋ)は、以下のようになる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】  本実施例では、図１１Ｂに示すように、入射光線が光軸から離れる方向に向かって進む場合を想定しており、格子側面２は、光線の入射角と同じ角度（厳密に同じ角度だけでなく同じとみなせる角度も含む）だけ該法線に対して格子面１と同じ側に傾けられている。つまり、格子側面２は、格子面１とのなす角度（格子頂角）が、格子側面２を傾けない場合に比べて小さくなるように設定されている。この場合、格子溝部５の最下点は、格子側面２を傾けない場合に比べて格子先端４から遠くなる。このため、格子先端４と格子溝部５の最下点の間の距離ｄ(ｊ，ｋ)は、各格子先端位置での先端包絡面３の法線に沿った方向において、格子側面２を傾けない場合の格子高さｄ０(ｊ，ｋ)よりも大きくなる。したがって、格子高さｄ(ｊ，ｋ)の値は、式（８）の条件を満足する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】  したがって、本実施例では、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、平面状の回折光学素子７をプリズム素子８と射出瞳６との間、又は画像形成素子９とプリズム素子（接眼光学系）８との間に配置する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】  図１４Ａ及び図１４Ｂには、観察者の眼球１０と、眼球側から見た光学系の最前面との距離（アイレリーフ）をできるだけ長くとるため、光学系の射出瞳６の位置に眼球１０の瞳孔が配置されるように光学設計された例を示す。光学設計は、後述する逆光線トレースにおいて、射出瞳６の位置から射出した所定の画角を持つ各光線について行われる。射出瞳６は、回折光学素子７と前述した接眼光学系とを含む観察光学系（光学全系）の射出瞳である。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】  図１４Ａ及び図１４Ｂに示す構成は、逆光線トレースにおいて、射出瞳６の中心Ｏから回折光学素子７上のある点Ａに入射する光線の入射角をθ１として、回折効率が最大になるように格子高さｄを設定した例である。この構成では、眼球１０（観察者の視線）が光軸ＡＸＬの方向（画像の中心方向）を向いているときには、順光線トレースにおいて瞳孔を通って網膜に到達する設計回折次数光の回折効率が最大になり、不要回折次数光の回折効率が最小に抑えられる。
【手続補正１４】
【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】  格子輪帯間のピッチは、 Ｐ（ｋ）＝Ｒ（ｋ）−Ｒ（ｋ−１）となる。
【手続補正１５】
【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】  ここでは、図１８に示すように、格子輪帯間のピッチが最も小さくなる２９０番目（ｋ＝２９０）の格子輪帯について、第１及び第２の回折格子部３１，３２での回折次数ｍ１，ｍ２を求める。
【手続補正１６】
【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】  第１の回折格子部の材料の屈折率：ｎ１（λ）＝１．５２４１５（分散νｄ＝５１．５７）  第２の回折格子部の材料の屈折率：ｎ２（λ）＝１．６３５５４（分散νｄ＝２２．７５）  各回折素子層の厚み：５０μｍ  各基板の材料の屈折率：ｎ３（λ）＝１．５７０９０（分散νｄ＝３３．８１）  各基板の厚み：１．０ｍｍ  第１及び第２の回折格子部間の距離（間隔）Ｇ：１．５μｍ  この場合、２９０番目の格子輪帯について、半径Ｒ（２９０）は上記位相関数から１３．９５８［ｍｍ］となり、ピッチＰ（２９０）は２９．６６７［μｍ］となる。眼球の回転中心（特定点）が射出瞳の位置から光軸方向に１０ｍｍの位置にあるとし、２９０番目の格子輪帯に入射する光線がこの特定点からの光線とすると、画角は２４．４９７５°となり、入射角θ１は、θ１＝１５．７８７［°］となる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３０】  また、第１及び第２の回折格子部のトータルでのスカラー回折効率は、  η（ｈ，λ）  ＝ｓｉｎｃ２［π・｛（ｍ１＋ｍ２）−｛Φ１（ｈ，λ）＋Φ２（ｈ，λ）｝／λ｝］として算出される。ここで、Φ１、Φ２は第１及び第２の回折格子部３１，３２での光路差であり、実施例２ではｈ＝１３．９５８である。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４２】  一方、光軸上で射出瞳よりも回折光学素子から遠い位置を通る光線に対して不要回折次数光が発生しないように格子高さを最適化すると、眼球を回転させて光軸方向を向いたときに、画像の周辺部（２９０番目の格子輪帯）から不要回折次数光が見えることが懸念される。しかしながら、この場合は、眼球は光軸方向を向いている（凝視している）ため、周辺部からの不要光は網膜の中心窩から外れた領域に達するので、視認度は小さい。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４４】  以上のように、上記実施例によれば、格子輪帯のピッチが小さく、格子高さの格子輪帯のピッチに対する比が大きい回折光学素子が、該回折光学素子への入射角が大きくなる光学系に採用された場合でも、設計回折次数光に対する不要光を抑えることが可能である。したがって、そのような回折光学素子を採用した画像観察装置において、高品位の画像観察が可能となる。