JPH10260357A - Eccentric prism optical system - Google Patents

Eccentric prism optical system

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Publication number
JPH10260357A
JPH10260357A JP9064466A JP6446697A JPH10260357A JP H10260357 A JPH10260357 A JP H10260357A JP 9064466 A JP9064466 A JP 9064466A JP 6446697 A JP6446697 A JP 6446697A JP H10260357 A JPH10260357 A JP H10260357A
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JP
Japan
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optical system
eccentric prism
axis
prism
eccentric
Prior art date
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Pending
Application number
JP9064466A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kokichi Kenno
研野孝吉
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH10260357A publication Critical patent/JPH10260357A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the eccentric prism optical system which has a wide surface formed of a spherical or aspherical surface of rotational symmetry in an effective area of a 1st surface providing transmitting operation and reflecting operation nearby the pupil of an eccentric prism. SOLUTION: The eccentric prism 7 consists of three surfaces 3, 4, and 5, which are filled with a transparent medium having a >=1 refractive index; and a positive lens 9 is arranged on the incidence side of the 1st surface 3. Light beam flux emitted by a body passes through the pupil 1 of an optical system 10 along the optical axis 2 and is made incident on the 1st surface 3 of the eccentric prism 7 to enter a prism 7, the incident light beam is reflected by the 2nd surface 4 toward the pupil 1 and then reflected again by the 1st surface 3 away from the pupil 1 this time, and the reflected light beam is transmitted through the 3rd surface 5 to reach an image plane 6, thereby forming an image. The 1st surface 3 is a rotationally symmetrical surface such as a spherical surface and the 2nd surface 4 is rotationally asymmetrical.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、偏心プリズム光学
系に関し、特に、接眼光学系又は撮像光学系に利用でき
る製作性の良い偏心プリズム光学系に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an eccentric prism optical system, and more particularly to an eccentric prism optical system having good manufacturability which can be used for an eyepiece optical system or an imaging optical system.

【0002】[0002]

【従来の技術】偏心プリズム光学系として従来の周知な
ものとして、特開平7−333551号と特開平8−2
34137号のものがある。また、本出願人の特開平8
−320452号、特開平8−313829号のものが
ある。これらのものは、何れも反射作用を有する面に回
転非対称な面形状を使用したものである。
2. Description of the Related Art Conventionally known well-known decentered prism optical systems are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 7-333551 and 8-2.
No. 34137. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No.
JP-A-320452 and JP-A-8-313829. Each of these uses a rotationally asymmetric surface shape for a surface having a reflecting action.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来技術では、透過と反射作用を有する瞳側の第1面を
回転非対称面で構成すると同時に、反射作用のみを有す
る瞳から遠い側の第2面も共に回転非対称面であるアナ
モルフィック面やトーリック面等で構成している。この
ために、光学系を製作する上で設計値通りの形状が出来
ているかどうかの測定を行う場合、回転非対称であるた
めに干渉計等の方法により面の精度を測定することがで
きず、3次元座標測定器で測定する必要がある。しか
し、3次元座標測定器は点の座標を1点1点測定するた
めに、測定精度が不足することと、測定に非常に時間が
かかる問題点があった。
However, in these prior arts, the first surface on the pupil side having the transmission and reflection functions is constituted by a rotationally asymmetric surface, and the second surface on the side far from the pupil having only the reflection function is formed. Both are composed of rotationally asymmetric surfaces such as an anamorphic surface and a toric surface. For this reason, when measuring whether the shape according to the design value is made in manufacturing the optical system, the accuracy of the surface can not be measured by a method such as an interferometer because it is rotationally asymmetric, It is necessary to measure with a three-dimensional coordinate measuring device. However, since the three-dimensional coordinate measuring device measures the coordinates of points one by one, there are problems that the measurement accuracy is insufficient and the measurement takes a very long time.

【0004】また、透過作用のみを有する第3面を回転
対称に設計することが、上記の従来技術に示されている
が、この透過作用のみを有する面は面の有効領域か狭
く、光学系全体が正しい形状に作製されているかをこの
面だけを基準として推定することは難しい。上記の瞳に
近い方の反射と透過作用を有する第1面は、その有効面
積が大きいことから、光学系全体に歪みがあるかどうか
を推定する場合に基準とすると都合が良い。特に、プラ
スチックの射出成形(モールド成形)を行う場合は、光
学系全体の形状の変化を少なくすることが重要であり、
有効面(面の全領域中で光束が透過あるいは反射の少な
くとも一方を行う領域)の大きい面を測定し、光学系全
体の形状を推定することが、量産を行う場合に有効な手
段となる。
It is disclosed in the above-mentioned prior art that the third surface having only the transmitting action is designed to be rotationally symmetric. However, the surface having only the transmitting action has a narrow effective area, and the optical system has a small area. It is difficult to estimate whether or not the whole is formed in the correct shape based on only this surface. Since the first surface having the reflection and transmission functions closer to the pupil has a large effective area, it is convenient to use it as a reference when estimating whether or not the entire optical system is distorted. In particular, when performing plastic injection molding (molding), it is important to reduce the change in the shape of the entire optical system.
Estimating the shape of the entire optical system by measuring a surface having a large effective surface (a region where a light flux transmits or reflects at least one of the entire region of the surface) is an effective means for mass production.

【0005】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、偏心プリズムの
瞳に近い側の透過作用と反射作用を有する第1面の有効
域の広い面を回転対称な球面又は非球面で構成した偏心
プリズム光学系を提供することである。
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and has as its object to widen the effective area of the first surface having a transmitting action and a reflecting action near the pupil of an eccentric prism. An object of the present invention is to provide a decentered prism optical system whose surface is constituted by a rotationally symmetric spherical or aspherical surface.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の偏心プリズム光学系は、少なくとも3つの面が互い
に偏心して配置され、その3つの面の間が屈折率が1.
3以上の透明媒質で埋められた構成の偏心プリズムを備
えた偏心プリズム光学系において、前記偏心プリズム
は、少なくとも2回の内部反射を行うように、前記3つ
の面の中の少なくとも2つの面を反射作用を有する面で
形成すると共に、前記の2つの反射作用を有する面によ
って反射された光線が前記偏心プリズム内部で交差しな
いような位置に前記の2つの反射作用を有する面を配置
し、前記反射作用を有する2つの面の中、1つの面の形
状は面内及び面外共に回転対称軸を有さない回転非対称
面にて形成され、他の1つの面の少なくとも有効面(面
の全領域中で光束が透過及び/又は反射をする領域)の
形状が有効面内に回転対称軸を有する回転対称面にて構
成されており、前記偏心プリズムの入射側あるいは射出
側に正屈折力を有するレンズが配置されていることを特
徴とするものである。
The eccentric prism optical system according to the present invention, which achieves the above object, has at least three surfaces decentered from each other, and a refractive index between the three surfaces is 1.0.
In an eccentric prism optical system including an eccentric prism configured to be embedded with three or more transparent media, the eccentric prism may be configured to perform at least two internal reflections on at least two of the three surfaces so as to perform internal reflection at least twice. The two reflecting surfaces are formed at positions such that the light reflected by the two reflecting surfaces does not intersect inside the eccentric prism while being formed by the surfaces having the reflecting effect, Of the two surfaces having a reflective action, the shape of one surface is formed by a rotationally asymmetric surface having no rotationally symmetric axis both in-plane and out-of-plane, and at least the effective surface of the other one surface (the entire surface) The area where the light flux is transmitted and / or reflected in the area) is constituted by a rotationally symmetric surface having a rotationally symmetric axis in the effective plane, and a positive refracting power is applied to the entrance side or the exit side of the eccentric prism. Have Lens is characterized in that is arranged.

【0007】この場合、偏心プリズムの回転対称面が、
前記偏心プリズムを通過する光束を入射若しくは射出さ
せる透過作用と偏心プリズムの内部でその光束を折り曲
げる反射作用とを併せ持つ第1面として形成され、偏心
プリズムの回転非対称面が第1面と対向配置された第2
面として形成され、さらに、偏心プリズムを通過する光
束を射出若しくは入射させる透過作用を有する第3面
が、第1面と第2面との対向方向に対して略垂直方向の
位置に配置され、少なくともその偏心プリズムが第1面
と第2面と第3面とを含む構成であり、レンズが第1面
の入射側若しくは射出側に配置されているようにするこ
とができる。
In this case, the rotationally symmetric surface of the decentered prism is
The eccentric prism is formed as a first surface having both a transmitting function of entering or emitting a light beam passing therethrough and a reflecting function of bending the light beam inside the eccentric prism, and the rotationally asymmetric surface of the eccentric prism is disposed to face the first surface. The second
A third surface, which is formed as a surface and further has a transmissive function of emitting or entering a light beam passing through the eccentric prism, is disposed at a position substantially perpendicular to the facing direction of the first surface and the second surface, At least the eccentric prism has a configuration including a first surface, a second surface, and a third surface, and the lens can be arranged on the incident side or the exit side of the first surface.

【0008】その際、偏心プリズムの第1面が有効面内
にてその透過作用と反射作用とが少なくとも一部の領域
で重なり合うように形成されていると共に、少なくとも
第1面の有効面内の透過作用と反射作用との重なり合う
領域での反射作用が全反射作用によるように構成するこ
とができる。
At this time, the first surface of the eccentric prism is formed so that the transmission function and the reflection function thereof overlap in at least a part of the effective plane, and at least a part of the decentered prism in the effective plane is effective. The reflection function in the area where the transmission function and the reflection function overlap can be configured to be the total reflection function.

【0009】以下に、本発明において、上記のような構
成をとる理由と作用について説明する。まず、最初に、
本発明の偏心プリズム光学系の原理を説明する。その説
明に際し、内容をより理解しやすいものとするために、
本発明の光学系の主要部である偏心プリズムを最も単純
な3面構成プリズムとした場合の光路図を図1に例示
し、これを用いて説明する。図1の場合は、偏心プリズ
ム7の光路上に配置された面は、3つの面3、4、5か
らなっている。この偏心プリズム7は、不図示の物体か
ら発した光線束がまず偏心プリズム7の瞳1を通過し、
透過作用と反射作用を有する偏心プリズム7の第1面3
に入射する。そして、その入射光線は、瞳1から遠い側
の反射作用のみを有する反射面である第2面4で瞳1に
近づく方向に反射され、瞳1の近い方に配置されている
透過作用と反射作用を有する第1面3で今度は瞳1から
遠ざかる方向に再び反射される。そして、その反射光線
は、第1面3と第2面4の対向方向(図のZ軸方向)に
対して略垂直方向(図のY軸方向)の位置に配置され透
過作用のみを有する第3面5を透過して像面6に到達
し、結像する。なお、符号2は光軸である。このよう
に、本発明における偏心プリズム7の面番号は、原則と
して瞳1から像面6に到る順番で追跡を行っている。
In the following, the reason and operation of the above-described configuration in the present invention will be described. First of all,
The principle of the decentered prism optical system of the present invention will be described. In explaining, to make the content more understandable,
An optical path diagram when the decentered prism, which is a main part of the optical system of the present invention, is a simplest three-sided prism is illustrated in FIG. 1 and will be described with reference to FIG. In the case of FIG. 1, the surface arranged on the optical path of the eccentric prism 7 includes three surfaces 3, 4, and 5. In the eccentric prism 7, a light beam emitted from an object (not shown) first passes through the pupil 1 of the eccentric prism 7,
First surface 3 of eccentric prism 7 having transmission and reflection functions
Incident on. Then, the incident light is reflected in a direction approaching the pupil 1 by a second surface 4 which is a reflection surface having only a reflection effect on a side farther from the pupil 1, and has a transmission effect and a reflection arranged closer to the pupil 1. The light is reflected again in the direction away from the pupil 1 by the first surface 3 having an effect. Then, the reflected light ray is arranged at a position substantially perpendicular to the direction (Z-axis direction in the drawing) facing the first surface 3 and the second surface 4 (Y-axis direction in the drawing), and has only a transmitting action. The light passes through the three surfaces 5 and reaches the image surface 6 to form an image. Note that reference numeral 2 is an optical axis. As described above, the surface number of the eccentric prism 7 in the present invention is tracked in the order from the pupil 1 to the image plane 6 in principle.

【0010】ただし、上記図1は例示であり、本発明に
おける偏心プリズム7は、図2に示すように光学面が4
面あるものや、反射回数が2回より多いものであっても
よい。図2(a)は、第1面3、第2面4、第3面5に
加えて第4面8の面が4つある偏心プリズム7であり、
反射作用を有する第4面8は回転対称球面や回転対称非
球面でもよいが、望ましくはアナモルフィック面や対称
面を1つのみ有する回転非対称非球面で構成する。ま
た、図2(b)は、第1面3と第3面5とが同一面で兼
用されている例である。
However, FIG. 1 is merely an example, and the decentered prism 7 of the present invention has an optical surface of 4 as shown in FIG.
It may have a surface, or may have more than two reflections. FIG. 2A shows an eccentric prism 7 having four surfaces of a fourth surface 8 in addition to the first surface 3, the second surface 4, and the third surface 5,
The fourth surface 8 having a reflecting action may be a rotationally symmetric spherical surface or a rotationally symmetric aspherical surface, but is preferably constituted by an anamorphic surface or a rotationally asymmetrical aspherical surface having only one symmetrical surface. FIG. 2B is an example in which the first surface 3 and the third surface 5 are shared by the same surface.

【0011】さて、このような偏心プリズムを構成する
少なくとも3つの面の中、瞳側に配置された透過作用と
反射作用を有する第1面を回転対称な面で構成し、瞳か
ら遠い反射作用のみを有する第2面を回転非対称な面で
構成することが好ましい。
[0011] Among at least three surfaces constituting such an eccentric prism, the first surface having a transmissive action and a reflective action arranged on the pupil side is constituted by a rotationally symmetric face, and a reflective action far from the pupil is provided. It is preferable that the second surface having only the surface be a rotationally asymmetric surface.

【0012】これは、物体中心を射出して瞳中心を通過
し、像面中心に到達する光線を軸上主光線とするとき、
透過と反射作用を有する第1面の軸上主光線が反射する
点は、反射作用のみを有する第2面で軸上主光線が反射
する点より屈折力(パワー)が弱いためである。このた
め、基本的に第1面で偏心により発生する偏心収差が少
なく、この面を回転対称面で構成しても偏心収差を他の
面で補正することが可能なためである。
This is because, when a light ray that exits the center of the object, passes through the center of the pupil, and reaches the center of the image plane is defined as an axial principal ray,
The point at which the axial principal ray of the first surface having the transmitting and reflecting actions is reflected is because the refractive power is lower than the point at which the axial principal ray is reflected at the second face having only the reflecting action. For this reason, eccentric aberration generated by eccentricity on the first surface is basically small, and even if this surface is configured by a rotationally symmetric surface, eccentric aberration can be corrected by another surface.

【0013】さらに、本発明においては、図1に破線で
示したように、偏心プリズム7を上記構成とすると共
に、偏心プリズム7の物体側に屈折レンズ系9を付加す
ることにより、広画角の光学系を構成することができ
る。屈折レンズ系9を物体と瞳1の間に配置する場合
は、負の屈折力を持つ光学系を配置し、物体からの主光
線を偏心プリズム7に入射する光線高を低くすることに
より、偏心プリズム7を小型にできると同時に、広画角
な光学系を構成することが可能となる。
Further, in the present invention, as shown by a broken line in FIG. 1, the decentered prism 7 has the above-described structure, and a refracting lens system 9 is added to the object side of the decentered prism 7 to obtain a wide angle of view. Optical system can be configured. When the refractive lens system 9 is arranged between the object and the pupil 1, an optical system having a negative refractive power is arranged to reduce the height of the principal ray from the object to be incident on the eccentric prism 7, thereby achieving decentering. The prism 7 can be reduced in size, and at the same time, an optical system having a wide angle of view can be configured.

【0014】また、瞳1と偏心プリズム7の間に正の屈
折力を有する屈折レンズ系9を配置することにより(図
1に図示の場合)瞳1を通過した主光線を収束して偏心
プリズム7に入射することにより、偏心プリズム7を小
型にできると同時に、広画角な光学系を構成することが
可能となる。
Further, by disposing a refractive lens system 9 having a positive refractive power between the pupil 1 and the eccentric prism 7 (in the case shown in FIG. 1), the principal ray passing through the pupil 1 is converged to By being incident on the eccentric prism 7, the eccentric prism 7 can be reduced in size, and at the same time, an optical system with a wide angle of view can be configured.

【0015】さらに、本発明において、偏心プリズム7
の物体側に屈折レンズ系9を配置すると、屈折レンズ系
9にカバーガラスの作用を兼用させることができ、カバ
ーガラスを別に設ける必要がなくなる。これは上記のよ
うな偏心プリズム7を用いる光学系において重要なこと
である。偏心プリズム7は偏心した回転非対称面と回転
対称面にて構成されているので、通常、ポリオレフィン
系樹脂(例えば、(株)日本ゼオン製“ZEONE
X”)等の低吸湿性の比較的柔らかいプラスチックから
作製されるため、特に入射側の面の前にカバーガラスを
設ける必要がある。また、偏心プリズム7の入射側の面
である第1面3は全反射面とすることが多いため、その
面にコーティングを設けることができないので、その面
の前にカバーガラスを設ける必要がある。しかし、屈折
レンズ系9を付加した本発明の偏心プリズム光学系にお
いては、屈折レンズ系9にカバーガラスの作用を兼用さ
せてカバーガラスを省くことができるため、光学系を軽
くすることができる。
Further, in the present invention, the eccentric prism 7
When the refractive lens system 9 is disposed on the object side of the lens, the function of the cover glass can also be used for the refractive lens system 9, and it is not necessary to separately provide a cover glass. This is important in an optical system using the eccentric prism 7 as described above. Since the eccentric prism 7 is constituted by an eccentric rotationally asymmetric surface and a rotationally symmetric surface, a polyolefin resin (for example, “ZEONE” manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) is usually used.
X ") or the like, it is necessary to provide a cover glass in front of the surface on the incident side, and the first surface, which is the surface on the incident side of the eccentric prism 7, in particular. Since the surface 3 is often a total reflection surface, it is not possible to provide a coating on that surface, so a cover glass must be provided in front of that surface. In the optical system, the function of the cover glass can also be used for the refractive lens system 9 and the cover glass can be omitted, so that the optical system can be lightened.

【0016】以下の説明において用いる座標系について
説明する。図1に示すように、偏心プリズム光学系10
の瞳1の中心を通り、像面6(接眼光学系として用いる
場合は、画像表示素子)中心に到達する軸上主光線が瞳
1を射出し偏心プリズム光学系10の第1面(屈折レン
ズ系9の第1面)に交差するまでの直線(光軸2と一
致。接眼光学系として用いる場合は、観察者視軸とな
る。)によって定義される軸をZ軸とし、このZ軸と直
交しかつ偏心プリズム光学系10を構成する各面の偏心
面内の軸をY軸と定義し、Z軸と直交しかつY軸と直交
する軸をX軸とする。また、瞳1の中心をこの座標系の
原点とする。そして、軸上主光線がが物点から像面に到
る方向をZ軸の正方向、像面6が位置する方向を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
軸の正方向とする。
A coordinate system used in the following description will be described. As shown in FIG.
An axial principal ray that passes through the center of the pupil 1 and reaches the center of the image plane 6 (the image display element when used as an eyepiece optical system) exits the pupil 1 and the first surface of the eccentric prism optical system 10 (the refractive lens). An axis defined by a straight line (corresponding to the optical axis 2; when used as an eyepiece optical system, becomes an observer's visual axis) until it intersects the first surface of the system 9 is defined as a Z axis. An axis that is orthogonal and within the eccentric plane of each surface constituting the eccentric prism optical system 10 is defined as a Y axis, and an axis that is orthogonal to the Z axis and orthogonal to the Y axis is an X axis. The center of the pupil 1 is set as the origin of this coordinate system. The direction in which the on-axis principal ray reaches the image plane from the object point is the positive direction of the Z-axis, the direction in which the image plane 6 is located is the positive direction of the Y-axis, and the Y-axis and the Z-axis constitute a right-handed X. X direction of axis
The positive direction of the axis.

【0017】さて、一般に、偏心プリズムは研磨により
製作することは難しく、研削により1面ずつ形成する
か、プラスチックの射出成形又はガラスモールド成形に
より、作製することになる。このとき、偏心プリズムの
面が所定の形状に作成されているかどうかを確認する必
要がある。偏心プリズムの各面が3次元の回転非対称な
面からなる場合、このような3次元の回転非対称な面形
状の測定には一般的に3次元座標測定器が使用される
が、測定時間がかかり現実的ではない。
In general, it is difficult to manufacture an eccentric prism by polishing, and it is necessary to form one surface at a time by grinding, or to manufacture by injection molding or glass molding of plastic. At this time, it is necessary to confirm whether the surface of the eccentric prism is formed in a predetermined shape. When each surface of the eccentric prism is composed of a three-dimensional rotationally asymmetric surface, a three-dimensional coordinate measuring instrument is generally used for measuring such a three-dimensional rotationally asymmetric surface shape, but it takes a long measurement time. Not realistic.

【0018】本発明では、偏心プリズムを構成する少な
くとも3つの面の中、少なくとも1つの面を回転対称面
で構成することが重要である。回転対称な面で構成する
と、特開平8−21712号に示されているような回転
対称非球面の干渉測定器により簡単に短時間で面形状を
測定することが可能である。
In the present invention, it is important that at least one of the at least three surfaces constituting the decentered prism is a rotationally symmetric surface. With a rotationally symmetric surface, the surface shape can be measured easily and in a short time by a rotationally symmetric aspherical interference measuring device as disclosed in JP-A-8-21712.

【0019】さらに好ましくは、最も有効面積が広く、
比較的収差の劣化が大きい瞳に近い側の透過作用と内部
反射作用を有する面を回転対称面として構成することに
より、面形状の出来上がり具合を簡単に短時間で評価す
ることが可能な偏心プリズムを構成することに成功した
ものである。
More preferably, the effective area is widest,
An eccentric prism that can easily evaluate the finished shape of a surface shape in a short time by configuring a surface having a transmission function and an internal reflection function on the side close to the pupil where the deterioration of aberration is relatively large as a rotationally symmetric surface. Has been successfully constructed.

【0020】以下、本発明の偏心プリズム光学系を結像
光学系として説明する。なお、当然、物点と像点を逆に
配置して(図1の像面6に画像表示素子を配置し、瞳1
に観察者の瞳孔を位置させて)、接眼光学系として利用
できることはいうまでもない。もちろん、瞳1側に画像
表示素子を配置し、像面6側からこの画像表示素子の像
を観察する構成にもできる。
Hereinafter, the decentered prism optical system of the present invention will be described as an image forming optical system. Naturally, the object point and the image point are arranged in reverse (the image display element is arranged on the image plane 6 in FIG.
It is needless to say that the pupil of the observer can be positioned at the same time) and used as an eyepiece optical system. Of course, an image display element may be arranged on the pupil 1 side, and an image of this image display element may be observed from the image plane 6 side.

【0021】上述の定義に従ってX軸、Y軸、Z軸が決
まったとき、瞳位置中心を射出し、像面に入射する主光
線の中、X方向画角ゼロ、X方向最大画角、Y正方向最
大画角、Y方向画角ゼロ、Y負方向最大画角のX方向、
Y方向の組み合わせにより、次の表−1のように、6つ
の主光線〜が定まる。
When the X-axis, Y-axis, and Z-axis are determined according to the above definition, the center of the pupil position is emitted, and among the principal rays incident on the image plane, the angle of view in the X direction is zero, the maximum angle of view in the X direction, The maximum angle of view in the positive direction, the angle of view in the Y direction is zero, the maximum angle of view in the Y negative direction is the X direction,
Six principal rays are determined by the combination in the Y direction as shown in Table 1 below.

【0022】 [0022]

【0023】すなわち、上記の表−1中に記載したよう
に、画面中心の軸上主光線をとし、X方向画角ゼロ、
Y正方向最大画角を通る主光線を、X方向画角ゼロ、
Y負方向最大画角を通る主光線を、X方向最大画角、
Y正方向最大画角を通る主光線を、X方向最大画角、
Y方向画角ゼロを通る主光線を、X方向最大画角、Y
負方向最大画角を通る主光線をとする。これらの主光
線〜が各面と交差する領域を有効領域と定義し、そ
の有効領域で各面の形状を定義する式(Z軸を面の軸と
して表した式、あるいは、その面を偏心がないとして、
Z=f(X,Y)の形式で表した式)の面の偏心方向に
当たるY軸と平行な方向の前記各主光線〜が面に当
たる位置でのその面の法線を含む面内の曲率をCy1〜
Cy6とする。また、Y軸と直交するX軸方向の面の法
線を含む面内の曲率をCx1〜Cx6とする。
That is, as described in Table 1 above, the axial principal ray at the center of the screen is defined as,
The principal ray passing through the Y positive direction maximum angle of view is defined as the X direction angle of view zero,
The principal ray passing through the Y negative direction maximum angle of view is converted into the X direction maximum angle of view,
The principal ray passing through the Y positive direction maximum angle of view is converted into the X direction maximum angle of view,
The principal ray passing through the zero angle of view in the Y direction is defined as the maximum angle of view in the X direction, Y
Let the principal ray pass through the maximum angle of view in the negative direction. An area in which these principal rays intersect each surface is defined as an effective area, and an expression defining the shape of each surface in the effective area (an expression expressing the Z axis as an axis of the surface, or an eccentricity of the surface Not as
Z = f (X, Y)) In-plane curvature including the normal of the surface at a position where each of the principal rays 〜 hits the surface in a direction parallel to the Y-axis corresponding to the eccentric direction of the surface. To Cy1
Let it be Cy6. In addition, curvatures in a plane including a normal to a plane in the X-axis direction orthogonal to the Y-axis are defined as Cx1 to Cx6.

【0024】まず、本発明の光学系全体に対する反射作
用のみを有する第2面(以下、第1面、第2面等は、特
に言及しない限り偏心プリズムの第1面、第2面等を意
味する。)の焦点距離に関する条件式を示す。本発明の
反射作用のみを有する第2面は偏心しており、その面の
形状が面内及び面外共に回転対称軸を有しない回転非対
称面形状であることが特徴であるので、近軸計算から焦
点距離を導くことは意味がないので、焦点距離を次のよ
うに定義する。
First, a second surface having only a reflecting action on the entire optical system of the present invention (hereinafter, the first surface, the second surface, etc. means the first surface, the second surface, etc. of the decentered prism unless otherwise specified. Is shown below. The second surface having only the reflection function of the present invention is eccentric, and its shape is a rotationally asymmetric surface shape having no rotationally symmetric axis both in-plane and out-of-plane. Since it is meaningless to derive the focal length, the focal length is defined as:

【0025】物点中心から光学系の入射瞳中心を通る軸
上主光線と平行に瞳中心からX軸方向に微小量H(m
m)の点を通り、その軸上主光線と平行に光学系に入射
する光線を光線追跡したときの射出光線のNA(軸上主
光線となす角のsinの値)を上記Hで割った値を光学
系全体のX方向の焦点距離Fx(mm)と定義する。ま
た、瞳中心からY方向にH(mm)の点を通り、その軸
上主光線と平行に光学系に入射する光線を光線追跡した
ときの射出光線NA(軸上主光線となす角のsinの
値)を上記Hで割った値を光学系全体のY方向の焦点距
離Fy(mm)と定義する。
A minute amount H (m) in the X-axis direction from the center of the pupil in parallel with the axial principal ray passing from the center of the object point to the center of the entrance pupil of the optical system.
m), the NA of the emitted light (the value of the sin of the angle formed with the on-axis principal ray) when the ray incident on the optical system in parallel with the on-axis principal ray is traced by the above H. The value is defined as the focal length Fx (mm) in the X direction of the entire optical system. Also, the exit ray NA (the sin of the angle formed with the on-axis principal ray) when the ray passing through the point of H (mm) in the Y direction from the pupil center and entering the optical system in parallel with the on-axis principal ray is traced. Is defined as the focal length Fy (mm) of the entire optical system in the Y direction.

【0026】Fx、Fyを用いて、Fx/FyをFAと
すると 0.7<FA<1.3 ・・・(A−1) なる条件式を満足することが重要となってくる。
Assuming that Fx / Fy is FA using Fx and Fy, it is important to satisfy the following conditional expression: 0.7 <FA <1.3 (A-1)

【0027】本条件は像の縦横比に関する条件であり、
その下限の0.7を越えると、X方向の像が小さくな
り、正方形を結像した場合に縦長の画像になり、上限の
1.3を越えると、横長の像になってしまう。FAの値
は当然1が最も好ましいが、像歪みを補正するために
は、面の高次係数との関係で、1からずらした上記条件
式の範囲でバランス良く補正することが重要になる。
This condition relates to the aspect ratio of the image.
If the lower limit of 0.7 is exceeded, the image in the X direction will be small, and if a square is formed, the image will be vertically long. If the upper limit of 1.3 is exceeded, the image will be horizontally long. Naturally, the FA value is most preferably 1. However, in order to correct the image distortion, it is important to perform the correction in a well-balanced manner within the range of the conditional expression shifted from 1 in relation to the higher order coefficient of the surface.

【0028】さらに好ましくは、 1.0<FA<1.1 ・・・(A−2) なる条件を満足することが重要である。More preferably, it is important to satisfy the following condition: 1.0 <FA <1.1 (A-2)

【0029】次に、物点中心を出て瞳中心を通る軸上主
光線が反射作用のみを有する第2面に当たる位置での面
のX方向、Y方向の屈折力(パワー)Pxn、Pyn
と、光学系全体のX方向、Y方向の焦点距離Fx、Fy
の逆数である屈折力(パワー)Px、Pyとの関係は、
Pxn/PxをPxB、Pyn/PyをPyCとすると
き、 0.8<|PxB|<1.3 ・・・(B−1) 0.8<|PyC|<1.3 ・・・(C−1) なる条件のどちらかを満足することが好ましい。
Next, the refracting powers (powers) Pxn, Pyn in the X and Y directions of the surface at the position where the axial principal ray passing through the center of the object point and passing through the center of the pupil hits the second surface having only the reflecting action.
And the focal lengths Fx and Fy in the X and Y directions of the entire optical system.
The relationship with the refraction power (power) Px, Py, which is the reciprocal of
When Pxn / Px is PxB and Pyn / Py is PyC, 0.8 <| PxB | <1.3 (B-1) 0.8 <| PyC | <1.3 (C -1) It is preferable to satisfy one of the following conditions.

【0030】これらの条件の下限の0.8を越えると、
X方向、Y方向共に反射作用のみを有する第2面の反射
面が有するパワーが光学系全体のパワーに比べて小さく
なりすぎ、他の面にパワーを負担させることになり、収
差補正上好ましくない。
When the lower limit of 0.8 of these conditions is exceeded,
The power of the second reflecting surface, which has only a reflecting action in both the X and Y directions, is too small compared to the power of the entire optical system, causing the other surfaces to bear the power, which is not preferable for aberration correction. .

【0031】また、上限の1.3を越えると、その第2
面の反射面のパワーが強くなりすぎ、この第2面で発生
する像歪みと像面湾曲収差をバランス良く補正すること
が不可能になる。さらに好ましくは、上記条件式(B−
1)と(C−1)を両方満足することが好ましい。
If the upper limit of 1.3 is exceeded, the second
The power of the reflecting surface of the surface becomes too strong, and it becomes impossible to correct the image distortion and the field curvature occurring on the second surface in a well-balanced manner. More preferably, conditional expression (B-
It is preferable that both 1) and (C-1) be satisfied.

【0032】さらに好ましくは、 0.8<|PxB|<1.2 ・・・(B−2) 0.8<|PyC|<1.1 ・・・(C−2) なる条件のどちらかを満足することが好ましい。More preferably, 0.8 <| PxB | <1.2 (B-2) 0.8 <| PyC | <1.1 (C-2) Is preferably satisfied.

【0033】次に、反射作用のみを有する第2面に当た
る位置での面曲率についての条件を説明する。この条件
は第2面で発生する非点収差を少なくするために必要と
なる条件であり、軸上主光線が当たる位置での第2面の
法線を含むX方向の曲率Cx2とY方向の曲率Cy2の
比Cx2/Cy2をCxyDとするとき、 0.8<CxyD<1.2 ・・・(D−1) なる条件を満足することが重要となる。
Next, the condition of the surface curvature at the position corresponding to the second surface having only the reflection function will be described. This condition is a condition necessary for reducing astigmatism generated on the second surface. The X-direction curvature Cx2 including the normal of the second surface and the Y-direction curvature Cx2 at the position where the axial principal ray falls. When the ratio Cx2 / Cy2 of the curvature Cy2 is CxyD, it is important to satisfy the following condition: 0.8 <CxyD <1.2 (D-1).

【0034】反射作用のみを有する第2面は偏心して配
置された面であり、この面を回転対称な面で構成する
と、像歪みを初め、非点収差、コマ収差等が大きく発生
するため、収差を良好に補正することは不可能である。
そのため、この反射作用のみを有する第2面を回転非対
称面で構成することが重要になってくるが、回転対称な
面で構成すると、この面で発生する非点収差の発生が大
きくなり、他の面で補正することが不可能になる。そこ
で、これらを補正するためには、対称面を1面しか持た
ない面で反射作用のみを有する第2面を構成し、なおか
つ、上記条件式(D−1)を満足することにより、初め
て各収差が良好に補正され、しかも、軸上においても非
点収差のない結像を得ることあるいは観察像を観察する
ことが可能となる。下限の0.8と上限の1.2につい
ては、非点収差が大きく発生しないための限界である。
The second surface having only the reflecting function is a surface arranged eccentrically, and if this surface is constituted by a rotationally symmetric surface, large astigmatism, coma, etc., including image distortion, will occur. It is impossible to satisfactorily correct aberrations.
For this reason, it is important to form the second surface having only the reflection function as a rotationally asymmetric surface. However, if the second surface has a rotationally symmetric surface, astigmatism occurring on this surface increases, and It becomes impossible to correct in terms of Therefore, in order to correct these, a second surface having only a reflection function is constituted by a surface having only one symmetric surface, and the above condition (D-1) is satisfied. Aberration is well corrected, and it is possible to obtain an image without astigmatism or to observe an observation image even on the axis. The lower limit of 0.8 and the upper limit of 1.2 are limits at which astigmatism does not significantly occur.

【0035】さらに好ましくは、 0.95<CxyD<1.05 ・・・(D−2) なる条件を満足することが重要である。More preferably, it is important to satisfy the following condition: 0.95 <CxyD <1.05 (D-2)

【0036】次に、第2面のY方向の曲率の有効領域の
上と下の差、Cy1−Cy3をPyで割ったものをCy
Eとするとき、 −0.05<CyE<0.5 ・・・(E−1) なる条件を満足することが重要である。この条件は、像
面の上と下の上下方向の像歪みを良好に補正するために
必要となる条件で、下限の−0.05を越えると、画面
下の倍率が小さくなってしまい、上限の0.5を越える
と、画面上のY(上下)方向の倍率が画面の他の部分に
比べて小さくなってしまい、像が歪んでしまう。特に、
本発明のように反射作用と透過作用を有する第1面を回
転対称面で構成し、偏心プリズムの製作性を向上させた
偏心プリズム光学系においては、この像歪みを他の面で
補正するには、最も像に近い透過作用のみを有する第3
面で補正しないと、基本的上記像歪みを補正することが
できない。しかし、その透過作用のみを有する第3面
は、像面湾曲を主に補正するために、反射作用のみを有
する第2面が本条件を満足しないと、光学系全体として
像面湾曲と像歪みを同時に補正することができなくなっ
てしまう。
Next, the difference between the upper and lower effective areas of the curvature of the second surface in the Y direction, that is, Cy1-Cy3 divided by Py, is Cy.
When E, it is important to satisfy the following condition: -0.05 <CyE <0.5 (E-1) This condition is a condition necessary for satisfactorily correcting image distortion in the vertical direction above and below the image plane. If the lower limit of -0.05 is exceeded, the magnification below the screen becomes small, and the upper limit of 0 is set. If it exceeds 0.5, the magnification in the Y (up / down) direction on the screen will be smaller than that of other parts of the screen, and the image will be distorted. Especially,
In the eccentric prism optical system in which the first surface having the reflection function and the transmission function is constituted by a rotationally symmetric surface as in the present invention and the manufacturability of the eccentric prism is improved, it is necessary to correct this image distortion on another surface. Is the third one having only the transmission effect closest to the image.
Unless correction is performed on the surface, the above-described image distortion cannot be corrected basically. However, since the third surface having only the transmission function mainly corrects the field curvature, if the second surface having only the reflection function does not satisfy this condition, the field curvature and the image distortion as a whole of the optical system are caused. Cannot be corrected at the same time.

【0037】さらに好ましくは、 0<CyE<0.3 ・・・(E−2) なる条件を満足することが収差補正上好ましい。More preferably, it is more preferable to satisfy the following condition: 0 <CyE <0.3 (E-2) for aberration correction.

【0038】さらに好ましくは、 0<CyE<0.15 ・・・(E−3) なる条件を満足することが収差補正上好ましい。More preferably, it is more preferable to satisfy the following condition: 0 <CyE <0.15 (E-3) for aberration correction.

【0039】次に、第2面のX方向の曲率の有効領域の
上と下の差Cx1−Cx3をPxで割ったものをCxF
とするとき、 −0.01<CxF<0.1 ・・・(F−1) なる条件を満足することが重要である。この条件も、像
面の上と下の左右方向の像歪みを良好に補正するために
必要となる条件で、下限の−0.01を越えると、画面
下の倍率が小さくなってしまい、上限0.1を越える
と、画面上のX(左右)方向の倍率が画面の他の部分に
比べて小さくなってしまい、台形に像が歪んでしまう。
Next, a value obtained by dividing the difference Cx1-Cx3 between the upper and lower effective areas of the curvature in the X direction of the second surface by Px to CxF
It is important to satisfy the following condition: -0.01 <CxF <0.1 (F-1) This condition is also a condition necessary for satisfactorily correcting the image distortion in the horizontal direction above and below the image plane. If the lower limit of -0.01 is exceeded, the magnification below the screen becomes small, and the upper limit of 0. If it exceeds 1, the magnification in the X (left / right) direction on the screen becomes smaller than that of other parts of the screen, and the image is distorted into a trapezoid.

【0040】さらに好ましくは、 −0.01<CxF<0.05 ・・・(F−2) なる条件を満足することが収差補正上好ましい。More preferably, the condition of -0.01 <CxF <0.05 (F-2) is satisfied from the viewpoint of aberration correction.

【0041】さらに好ましくは、 −0.001<CxF<0.03 ・・・(F−3) なる条件を満足することが収差補正上好ましい。More preferably, -0.001 <CxF <0.03 (F-3) is satisfied from the viewpoint of aberration correction.

【0042】次に、画面中央に直線を表示した場合に、
上下に弓なりに湾曲して観察される像歪みについて説明
する。以下の条件式は、例えば水平線を写したときに弓
なり湾曲してしまう、弓なりな回転非対称な像歪みに関
するものである。
Next, when a straight line is displayed at the center of the screen,
The image distortion that is observed by bending upward and downward in a bow will be described. The following conditional expression relates to, for example, a bow-shaped rotationally asymmetric image distortion that is bowed and curved when a horizontal line is captured.

【0043】図18(a)の斜視図、同図(b)のY−
Z面への投影図に示すように、X方向の最大画角の主光
線が回転非対称面Aと交差する点におけるその回転非対
称面の法線n’と、軸上主光線がその回転非対称面Aと
交差する点における回転非対称面の法線nとがY−Z面
内でのなす角をDYとするとき、 −0.1<|DY|<5 (°) ・・・(G−1) なる条件を満足することが重要である。上記条件式の下
限の−0.1を越えると、弓なりな像歪みを補正するこ
とができなくなる。また、上限の5を越えると、弓なり
な像歪みが補正過剰となり、どちらの場合も像が弓なり
に歪んでしまう。さらに、好ましくは、 −0.05<|DY|<1 (°) ・・・(G−2) なる条件を満足することが好ましい。
FIG. 18 (a) is a perspective view, and FIG.
As shown in the projection on the Z plane, the normal line n 'of the rotationally asymmetric surface at the point where the principal ray of the maximum angle of view in the X direction intersects the rotationally asymmetric surface A, and the axial principal ray are the rotationally asymmetric surface. Assuming that the angle between the normal line n of the rotationally asymmetric surface at the point intersecting with A in the YZ plane is DY, -0.1 <| DY | <5 (°) (G-1) It is important to satisfy the following conditions. If the lower limit of -0.1 of the above conditional expression is exceeded, bow-shaped image distortion cannot be corrected. If the upper limit of 5 is exceeded, bow-shaped image distortion will be overcorrected, and in either case, the image will be bowed. More preferably, it is preferable to satisfy the following condition: -0.05 <| DY | <1 (°) (G-2)

【0044】さらに、好ましくは、 0<|DY|<0.5 (°) ・・・(G−3) なる条件を満足することが好ましい。More preferably, the following condition is satisfied: 0 <| DY | <0.5 (°) (G-3)

【0045】次に、瞳と偏心プリズムの間に配置される
正の屈折力を持ったレンズ系の焦点距離について説明す
る。以下の条件式は、この正の屈折力を持ったレンズ系
により入射する広画角の光線を収束させ、偏心プリズム
を小型に構成するために必要である。この瞳と偏心プリ
ズムの間に配置されるレンズ系の焦点距離をF、偏心プ
リズムとこの正の屈折力を持ったレンズ系との光学系全
体のY方向の焦点距離をFyとするとき、 1.1<F/Fy<10000 ・・・(H−1) なる条件を満足することが重要である。上記条件式の下
限の1.1を越えると、レンズ系が負担する屈折力が偏
心プリズムが負担する屈折力に比べて大きくなりすぎ、
屈折光学系である瞳と偏心プリズムの間に配置されたレ
ンズ系で発生する収差、特に像面湾曲、コマ収差、色収
差の発生が大きくなりすぎ、収差性能として良い結果を
得られない。また、上限の10000を越えると、屈折
レンズ系の焦点距離が長くなりすぎ、屈折レンズ系が持
つ光線の収束作用が弱くなり、偏心プリズムが大きくな
ったり、画角を大きく取ることができなくなってしま
う。
Next, the focal length of a lens system having a positive refractive power disposed between the pupil and the decentered prism will be described. The following conditional expression is necessary for converging the light beam having a wide angle of view incident by the lens system having the positive refracting power and making the decentered prism compact. When the focal length of the lens system disposed between the pupil and the eccentric prism is F, and the focal length in the Y direction of the entire optical system between the eccentric prism and the lens system having a positive refractive power is Fy, 1 It is important to satisfy the following condition: 1 <F / Fy <10000 (H-1) If the lower limit of 1.1 to the above conditional expression is exceeded, the refractive power borne by the lens system becomes too large compared to the refractive power borne by the eccentric prism,
Aberrations, particularly field curvature, coma, and chromatic aberration, which occur in the lens system disposed between the pupil, which is a refracting optical system, and the decentered prism become too large, and good results cannot be obtained as aberration performance. On the other hand, when the value exceeds the upper limit of 10,000, the focal length of the refractive lens system becomes too long, the convergence of light rays of the refractive lens system becomes weak, and the eccentric prism becomes large or the angle of view cannot be made large. I will.

【0046】さらに、好ましくは、 1.5<F/Fy<10000 ・・・(H−2) なる条件を満足することが好ましい。It is more preferable that the following condition is satisfied: 1.5 <F / Fy <10000 (H-2)

【0047】さらに、好ましくは、 2<F/Fy<10000 ・・・(H−3) なる条件を満足することが好ましい。More preferably, it is preferable to satisfy the following condition: 2 <F / Fy <10000 (H-3).

【0048】また、さらに好ましくは、 2<F/Fy<3 ・・・(H−4) の場合は、屈折レンズ系で発生する倍率の色収差が大き
くなるために、倍率の色収差の補正手段と併用すること
が好ましい。
More preferably, when 2 <F / Fy <3 (H-4), magnification chromatic aberration generated in the refractive lens system is increased. It is preferable to use them in combination.

【0049】さて、以上の条件(A−1)から(G−
3)については、偏心プリズムの反射作用と透過作用を
有する第1面を回転対称面で構成し、反射作用のみを有
する第2面をその面内及び面外共に回転対称軸を有せず
しかも対称面を1つのみ有する面対称自由曲面で構成す
ることが好ましい。さらに、面対称自由曲面だけでな
く、その面内及び面外共に回転対称軸を有しないアナモ
ルフィック面で構成した場合にも、すなわち、その面内
及び面外共に回転対称軸を有しない回転非対称面形状に
した何れの場合にも適用できる。
Now, from the above conditions (A-1) to (G-
Regarding 3), the first surface having the reflection function and the transmission function of the eccentric prism is constituted by a rotationally symmetric surface, and the second surface having only the reflection function has no rotationally symmetric axis both in-plane and out-of-plane. It is preferable to form a plane-symmetric free-form surface having only one plane of symmetry. Furthermore, not only a plane-symmetric free-form surface but also an anamorphic surface having no rotational symmetry axis both in-plane and out-of-plane, that is, a rotation having no rotational symmetry axis in-plane and out-of-plane. The present invention can be applied to any case having an asymmetric surface shape.

【0050】ところで、偏心プリズムは、ガラスで作製
してもよいが、頭部又は顔面に装着する画像表示装置と
して用いる場合には、軽量化の観点からプラスチックで
作製する方が望ましい。
Incidentally, the eccentric prism may be made of glass, but when it is used as an image display device to be mounted on the head or face, it is preferable to make it from plastic from the viewpoint of weight reduction.

【0051】また、この偏心プリズムは内部反射面がパ
ワーを持った曲面(非平面)で形成されているため、回
転非対称な収差が発生する。本発明の偏心プリズム光学
系は、偏心プリズムの反射作用を持った面形状を工夫す
るすることによってこの収差を良好に補正している。し
かし、湿度の変化の影響を受け、媒質の屈折率が変化し
てしまうと、収差性能が劣化してしまうことになる。
Further, in the decentered prism, since the internal reflection surface is formed by a curved surface (non-planar surface) having power, rotationally asymmetric aberration occurs. The eccentric prism optical system of the present invention satisfactorily corrects this aberration by devising a surface shape having a reflecting action of the eccentric prism. However, if the refractive index of the medium changes due to the influence of the change in humidity, the aberration performance will deteriorate.

【0052】そこで、偏心プリズムの材質としては、湿
度の変化の影響を受け難い吸水線膨張率の小さい材質
(ポリオレフィン系樹脂:例えば(株)日本ゼオン製
“ZEONEX”等)を用いることが望ましい。そし
て、具体的には、材質の吸水率αが、 0<α<0.1 (%) ・・・(I−1) を満たすことが望ましい。この条件式の上下限を越える
と、収差性能の劣化を招き望ましくない。
Therefore, as the material of the eccentric prism, it is desirable to use a material (polyolefin-based resin: for example, "ZEONEX" manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) which is hardly affected by a change in humidity and has a small coefficient of linear expansion. Specifically, it is desirable that the water absorption rate α of the material satisfies the following condition: 0 <α <0.1 (%) (I-1). Exceeding the upper and lower limits of this conditional expression undesirably leads to deterioration of aberration performance.

【0053】また、このような吸水線膨張率の小さい材
質は、その特性としてガラス等に比べて柔らかく傷が付
きやすい。そのため、例えば頭部又は顔面に装着する画
像表示装置として用いる場合、観察者眼球側である偏心
プリズム第1面が外界と接する面となるときには、その
面にカバーコーティングを施す必要が生じる。しかし、
この第1面は、本発明の偏心プリズム光学系の特性上全
反射面として用いることが光量低下の防止の上で望まし
いが、この第1面にコーティングを施すと、この全反射
作用が崩れてしまうこととなる。そこで、この第1面と
観察者眼球との間にカバーガラスを配置するようにする
ことが望ましい。本発明においては、正レンズがこのニ
ーズをも満足するものであり、この正レンズが画角を拡
大させる作用の他、上記のカバーガラスの作用をも兼用
しており、部品点数を減らし、軽量化にも役立ってい
る。
Further, such a material having a low coefficient of linear expansion of water is soft and easily damaged as compared with glass or the like. Therefore, for example, when used as an image display device mounted on the head or face, when the first surface of the eccentric prism on the observer's eyeball side comes into contact with the outside world, it is necessary to apply a cover coating to that surface. But,
The first surface is desirably used as a total reflection surface in view of the characteristics of the decentered prism optical system of the present invention from the viewpoint of preventing a reduction in the amount of light. However, if the first surface is coated, the total reflection effect is lost. Will be lost. Therefore, it is desirable to arrange a cover glass between the first surface and the observer's eyeball. In the present invention, the positive lens satisfies this need. In addition to the action of expanding the angle of view, the positive lens also functions as the above-mentioned cover glass, reducing the number of parts and reducing the weight. It is also useful for

【0054】[0054]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の偏心プリズム光
学系の実施例1〜6について説明する。後述する各実施
例の構成パラメータにおいては、図1に示すように、偏
心光学系10の瞳1の中心を光学系の原点として、光軸
2を物体中心から瞳1の中心(原点)を通る光線で定義
し、瞳1から光軸2に進む方向をZ軸方向、このZ軸に
直交し瞳1中心を通り、光線が光学系10によって折り
曲げられる面内の方向をY軸方向、Y軸、Z軸に直交
し、瞳1中心を通る方向をX軸方向とし、瞳1から光学
系10に向かう方向をZ軸の正方向、光軸2から像面6
の側をY軸の正方向、そしてこれらY軸、Z軸と右手系
を構成する方向をX軸の正方向とする。なお、光線追跡
は光学系10の瞳1側の物体側から光学系10に入射す
る方向としている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments 1 to 6 of the decentered prism optical system according to the present invention will be described below. In the configuration parameters of each embodiment described later, as shown in FIG. 1, the center of the pupil 1 of the decentered optical system 10 is set as the origin of the optical system, and the optical axis 2 passes from the center of the object to the center of the pupil 1 (origin). The direction from the pupil 1 to the optical axis 2 is defined as a ray, and the direction in the plane where the ray is bent by the optical system 10 is orthogonal to the Z axis and passes through the center of the pupil 1. , The direction passing through the center of the pupil 1 is defined as the X-axis direction, the direction from the pupil 1 toward the optical system 10 is defined as the positive direction of the Z-axis,
Is defined as the positive direction of the Y axis, and the direction forming the right-handed system with the Y axis, the Z axis is defined as the positive direction of the X axis. Note that the ray tracing is a direction in which the light enters the optical system 10 from the object side of the optical system 10 on the pupil 1 side.

【0055】そして、偏心が与えられている面について
は、その面の面頂位置の光学系10の原点である瞳1の
中心からのX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の偏心量(そ
れぞれx、y、z)と、その面の中心軸(自由曲面につ
いては、以下の(a)式のZ軸)のX軸、Y軸、Z軸そ
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の反時計回りを、γの正はZ軸
の正方向に対しての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、アッベ数が慣用法
に従って与えられている。
Then, for a plane with eccentricity, the amount of eccentricity in the X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction from the center of the pupil 1 which is the origin of the optical system 10 at the top of the surface ( X, y, and z) and the inclination angles (α, respectively, of the central axes of the surfaces (for free-form surfaces, the Z-axis of the following equation (a)) about the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis, respectively. β, γ) are given. In this case, the positive α and β mean counterclockwise in the positive direction of each axis, and the positive γ means clockwise in the positive direction of the Z axis. In addition, the radius of curvature of the spherical surface, the spacing between the surfaces, the refractive index of the medium, and the Abbe number are given according to conventional methods.

【0056】なお、回転非対称面の面の形状は以下の式
により定義する。その定義式のZ軸が回転非対称面の軸
となる。 Z=Σn Σm nmn n-m ただし、Σn はΣのnが0〜k、Σm はΣのmが0〜n
を表す。
The shape of the rotationally asymmetric surface is defined by the following equation. The Z axis of the definition formula is the axis of the rotationally asymmetric surface. Z = Σ n Σ m proviso C nm X n Y nm, n is 0~k of sigma n is sigma, m of sigma m is sigma is 0~n
Represents

【0057】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す式に
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。
When a plane-symmetric free-form surface (a rotationally asymmetric surface having only one plane of symmetry) is defined by an expression representing this rotationally asymmetric surface, the symmetry caused by the plane of symmetry is determined in the X direction. , X to zero (eg, X
In order to determine the symmetry caused by the plane of symmetry in the Y direction, the odd-order term of Y may be set to 0 (for example, the coefficient of the Y-odd-order term may be set to 0).

【0058】ここで、例としてk=7(7次項)で、X
方向に対称な面対称自由曲面を上記定義式を展開した形
で表すと、以下の式となる。
Here, as an example, when k = 7 (seventh-order term), X
When a plane-symmetric free-form surface symmetrical in the direction is expressed in a form in which the above-described definition expression is expanded, the following expression is obtained.

【0059】 Z=C2 +C3 Y+C4 X +C5 2 +C6 YX+C7 2 +C8 3 +C9 2 X+C10YX2 +C113 +C124 +C133 X+C142 2 +C15YX3 +C164 +C175 +C184 X+C193 2 +C202 3 +C21YX4 +C225 +C236 +C245 X+C254 2 +C263 3 +C272 4 +C28YX5 +C296 +C307 +C316 X+C325 2 +C334 3 +C343 4 +C352 5 +C36YX6 +C377 ・・・(a) そして、X奇数次項の係数C4 ,C6 ,C9 ・・・を0
とする(後記の実施例)。なお、後記する構成のパラメ
ータ中において、記載のない非球面に関する係数は0で
ある。
Z = C 2 + C 3 Y + C 4 X + C 5 Y 2 + C 6 YX + C 7 X 2 + C 8 Y 3 + C 9 Y 2 X + C 10 YX 2 + C 11 X 3 + C 12 Y 4 + C 13 Y 3 X + C 14 Y 2 X 2 + C 15 YX 3 + C 16 X 4 + C 17 Y 5 + C 18 Y 4 X + C 19 Y 3 X 2 + C 20 Y 2 X 3 + C 21 YX 4 + C 22 X 5 + C 23 Y 6 + C 24 Y 5 X + C 25 Y 4 X 2 + C 26 Y 3 X 3 + C 27 Y 2 X 4 + C 28 YX 5 + C 29 X 6 + C 30 Y 7 + C 31 Y 6 X + C 32 Y 5 X 2 + C 33 Y 4 X 3 + C 34 Y 3 X 4 + C 35 Y 2 X 5 + C 36 YX 6 + C 37 X 7 ... (A) Then, the coefficients C 4 , C 6 , C 9.
(Examples described later). In the parameters of the configuration described later, a coefficient relating to an aspheric surface not described is 0.

【0060】また、面対称自由曲面の他の定義式とし
て、Zernike多項式がある。この面の形状は以下
の式(b)により定義する。その定義式のZ軸がZer
nike多項式の軸となる。 X=R×cos(A) Y=R×sin(A) Z=D2 +D3 Rcos(A)+D4 Rsin(A) +D5 2 cos(2A)+D6 (R2 −1)+D7 2 sin(2A) +D8 3 cos(3A) +D9 (3R3 −2R)cos(A) +D10(3R3 −2R)sin(A)+D113 sin(3A) +D124cos(4A)+D13(4R4 −3R2 )cos(2A) +D14(6R4 −6R2 +1)+D15(4R4 −3R2 )sin(2A) +D164 sin(4A) +D175 cos(5A) +D18(5R5 −4R3 )cos(3A) +D19(10R5 −12R3 +3R)cos(A) +D20(10R5 −12R3 +3R)sin(A) +D21(5R5 −4R3 )sin(3A) +D225 sin(5A) +D236cos(6A)+D24(6R6 −5R4 )cos(4A) +D25(15R6 −20R4 +6R2 )cos(2A) +D26(20R6 −30R4 +12R2 −1) +D27(15R6 −20R4 +6R2 )sin(2A) +D28(6R6 −5R4 )sin(4A) +D296sin(6A)・・・・・ ・・・(b) 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。
Another definition of a plane-symmetric free-form surface is a Zernike polynomial. The shape of this surface is defined by the following equation (b). The Z axis of the definition formula is Zer
This is the axis of the Nike polynomial. X = R × cos (A) Y = R × sin (A) Z = D 2 + D 3 R cos (A) + D 4 R sin (A) + D 5 R 2 cos (2A) + D 6 (R 2 -1) + D 7 R 2 sin (2A) + D 8 R 3 cos (3A) + D 9 (3R 3 -2R) cos (A) + D 10 (3R 3 -2R) sin (A) + D 11 R 3 sin (3A) + D 12 R 4 cos (4A) + D 13 ( 4R 4 -3R 2) cos (2A) + D 14 (6R 4 -6R 2 +1) + D 15 (4R 4 -3R 2) sin (2A) + D 16 R 4 sin (4A) + D 17 R 5 cos (5A) + D 18 (5R 5 -4R 3) cos (3A) + D 19 (10R 5 -12R 3 + 3R) cos (A) + D 20 (10R 5 -12R 3 + 3R) sin (A) + D 21 ( 5R 5 -4R 3) sin (3A ) + D 22 R 5 sin (5A) + D 23 R 6 cos (6A) + D 24 (6R 6 -5R 4) cos (4A) + D 25 (15R 6 -20R 4 + 6R 2) cos (2A) + D 26 ( 20R 6 -30R 4 + 12R 2 -1) + D 27 (15R 6 -20R 4 + 6R 2) sin (2A) + D 28 (6R 6 −5R 4 ) sin (4A) + D 29 R 6 sin (6A) (b) In the above description, the plane is symmetric in the X direction. Here, D m (m is an integer of 2 or more) is a coefficient.

【0061】本発明において使用可能なその他の面の表
現例として、上記定義式(Z=ΣnΣm nm
n n-m )を、(a)式と同様、X方向に対称な面で、
k=7とした面を表す場合、以下の(c)式のように展
開することもできる。
[0061] Examples represent other surfaces usable in the present invention, the above defined formula (Z = Σ n Σ m C nm X
n Y nm ) in the same manner as in equation (a),
In the case of representing a surface where k = 7, it can be expanded as in the following equation (c).

【0062】 Z=C2 +C3 Y+C4 |X| +C5 2 +C6 Y|X|+C7 2 +C8 3 +C9 2 |X|+C10YX2 +C11|X3 | +C124 +C133 |X|+C142 2 +C15Y|X3 |+C164 +C175 +C184 |X|+C193 2 +C202 |X3 | +C21YX4 +C22|X5 | +C236 +C245 |X|+C254 2 +C263 |X3 | +C272 4 +C28Y|X5 |+C296 +C307 +C316 |X|+C325 2 +C334 |X3 | +C343 4 +C352 |X5 |+C36YX6 +C37|X7 | ・・・(c) さらに、本発明において使用可能なアナモルフィック面
の形状は以下の式により定義する。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。
Z = C 2 + C 3 Y + C 4 | X | + C 5 Y 2 + C 6 Y | X | + C 7 X 2 + C 8 Y 3 + C 9 Y 2 | X | + C 10 YX 2 + C 11 | X 3 | + C 12 Y 4 + C 13 Y 3 | X | + C 14 Y 2 X 2 + C 15 Y | X 3 | + C 16 X 4 + C 17 Y 5 + C 18 Y 4 | X | + C 19 Y 3 X 2 + C 20 Y 2 | X 3 | + C 21 YX 4 + C 22 | X 5 | + C 23 Y 6 + C 24 Y 5 | X | + C 25 Y 4 X 2 + C 26 Y 3 | X 3 | + C 27 Y 2 X 4 + C 28 Y | X 5 | + C 29 X 6 + C 30 Y 7 + C 31 Y 6 | X | + C 32 Y 5 X 2 + C 33 Y 4 | X 3 | + C 34 Y 3 X 4 + C 35 Y 2 | X 5 | + C 36 YX 6 + C 37 | X 7 | (c) Further, the shape of the anamorphic surface usable in the present invention is defined by the following equation. A straight line passing through the origin of the surface shape and perpendicular to the optical surface is the axis of the anamorphic surface.

【0063】Z=(Cx・X2 +Cy・Y2 )/[1+
{1−(1+Kx)Cx2 ・X2−(1+Ky)Cy2
・Y2 1/2 ]+ΣRn{(1−Pn)X2 +(1+P
n)Y2 (n+1) ここで、例としてn=4(4次項)を考えると、展開し
たとき、以下の式(d)で表すことができる。
Z = (Cx · X 2 + Cy · Y 2 ) / [1+
{1- (1 + Kx) Cx 2 · X 2 − (1 + Ky) Cy 2
・ Y 21/2 ] + {Rn} (1-Pn) X 2 + (1 + P
n) Y 2(n + 1) Here, when n = 4 (fourth-order term) is considered as an example, when expanded, it can be expressed by the following equation (d).

【0064】 Z=(Cx・X2 +Cy・Y2 )/[1+{1−(1+Kx)Cx2 ・X2 −(1+Ky)Cy2 ・Y2 1/2 ] +R1{(1−P1)X2 +(1+P1)Y2 2 +R2{(1−P2)X2 +(1+P2)Y2 3 +R3{(1−P3)X2 +(1+P3)Y2 4 +R4{(1−P4)X2 +(1+P4)Y2 5 ・・・(d) 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は非
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との間には、 Rx=1/Cx,Ry=1/Cy の関係にある。
Z = (Cx · X 2 + Cy · Y 2 ) / [1+ {1− (1 + Kx) Cx 2 · X 2 − (1 + Ky) Cy 2 · Y 21/2 ] + R1} (1-P1) X 2 + (1 + P1) Y 2} 2 + R2 {(1-P2) X 2 + (1 + P2) Y 2} 3 + R3 {(1-P3) X 2 + (1 + P3) Y 2} 4 + R4 {(1-P4 ) X 2 + (1 + P4) Y 25 (d) where Z is the amount of deviation of the surface shape from the tangent plane to the origin, Cx is the curvature in the X-axis direction, Cy is the curvature in the Y-axis direction, and Kx is X An axial conic coefficient, Ky is a Y-axial conic coefficient, Rn is an aspherical term rotationally symmetric component, and Pn is an aspherical term rotationally asymmetric component. The X-axis curvature radius Rx, the Y-axis curvature radius Ry, and the curvatures Cx, Cy have a relationship of Rx = 1 / Cx, Ry = 1 / Cy.

【0065】また、回転対称非球面の形状は以下の式に
より定義する。その定義式のZ軸が回転対称非球面の軸
となる。 Z=(Y2 /R)/[1+{1−P(Y2 /R2 )}1/2 ] +A4 4 +A6 6 +A8 8 +A1010・・・ ・・・(e) 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。
The shape of the rotationally symmetric aspherical surface is defined by the following equation. The Z axis in the definition formula is the axis of the rotationally symmetric aspherical surface. Z = (Y 2 / R) / [1+ {1-P (Y 2 / R 2)} 1/2] + A 4 Y 4 + A 6 Y 6 + A 8 Y 8 + A 10 Y 10 ··· ··· ( e) where Y is the direction perpendicular to Z, R is the paraxial radius of curvature, P is the conic coefficient, and A 4 , A 6 , A 8 and A 10 are the aspheric coefficients.

【0066】なお、後記する構成パラメータにおいて、
データの記載されていない非球面に関する項は0であ
る。屈折率についてはd線(波長587.56nm)に
対するものを表記してある。長さの単位はmmである。
In the configuration parameters described below,
The term relating to an aspheric surface for which no data is described is zero. The refractive index for d-line (wavelength 587.56 nm) is shown. The unit of the length is mm.

【0067】次に、図3〜図8にそれぞれ実施例1〜6
の偏心プリズム光学系10の光軸2を含むY−Z断面図
を示す。何れの実施例の偏心プリズム7も、図1の場合
と同様に、3つの面3、4、5からなっており、その3
つの面3〜5の間が屈折率が1より大きい透明媒質で埋
められていて、不図示の物体から発した光線束が光軸2
に沿って光学系10の瞳1をまず通過し、正単レンズ
9’を介して、透過作用と反射作用を有する第1面3に
入射して偏心プリズム7に入り、その入射光線は瞳1か
ら遠い側の反射作用のみを有する反射面である第2面4
で瞳1に近づく方向に反射され、今度は第1面3で瞳1
から遠ざかる方向に再び反射され、その反射光線は、透
過作用のみを有する第3面5を透過して像面6に到達
し、結像する。そして、全ての実施例において、正単レ
ンズ9’は偏心した平凸レンズであり、偏心プリズム7
は、実施例1〜2、4〜6においては、第1面3は瞳1
側に凹面を向けて偏心した球面でなり、実施例3におい
ては、第1面3は瞳1側に凹面を向けて偏心した前記の
(e)式で定義される回転対称非球面でなり、また、実
施例1〜5においては、第2面4、第3面5は前記の
(a)式で定義される自由曲面からなり、実施例6にお
いては、第2面4は前記の(a)式で定義される自由曲
面からなり、第3面は球面からなる。
Next, FIGS. 3 to 8 show Examples 1 to 6, respectively.
3 is a YZ sectional view including the optical axis 2 of the eccentric prism optical system 10 of FIG. The eccentric prism 7 of any of the embodiments includes three surfaces 3, 4, and 5, as in the case of FIG.
Between the three surfaces 3 to 5 is filled with a transparent medium having a refractive index larger than 1, and a light beam emitted from an object (not shown) is
First, the light passes through the pupil 1 of the optical system 10 through the positive single lens 9 ′, enters the first surface 3 having a transmissive action and a reflective action, and enters the decentered prism 7. Surface 4 which is a reflecting surface having only a reflecting action on the side farther from
Is reflected in the direction approaching the pupil 1, and this time the pupil 1
The reflected light is reflected again in a direction away from, and the reflected light passes through the third surface 5 having only a transmitting action, reaches the image surface 6, and forms an image. In all the embodiments, the positive single lens 9 'is a decentered plano-convex lens, and the decentered prism 7
In Examples 1-2, 4-6, the first surface 3 is the pupil 1
In the third embodiment, the first surface 3 is a rotationally symmetric aspheric surface defined by the above-described formula (e), which is decentered with the concave surface facing the pupil 1 side. In the first to fifth embodiments, the second surface 4 and the third surface 5 are composed of free-form surfaces defined by the above-described formula (a), and in the sixth embodiment, the second surface 4 is ), And the third surface is a spherical surface.

【0068】また、実施例1は、水平画角38°、垂直
画角29.0°、像の大きさ14.4×10.7mm、
瞳径4mmである。実施例2〜4は、水平画角40°、
垂直画角30.5°、像の大きさ14.4×10.7m
m、瞳径4mmである。実施例5〜6は、水平画角48
°、垂直画角36.9°、像の大きさ21.1×15.
8mm、瞳径4mmである。
In the first embodiment, the horizontal angle of view is 38 °, the vertical angle of view is 29.0 °, the image size is 14.4 × 10.7 mm,
The pupil diameter is 4 mm. Examples 2 to 4 have a horizontal angle of view of 40 °,
Vertical angle of view 30.5 °, image size 14.4 × 10.7m
m, pupil diameter 4 mm. In the fifth and sixth embodiments, the horizontal angle of view 48
°, vertical angle of view 36.9 °, image size 21.1 × 15.
8 mm, pupil diameter 4 mm.

【0069】なお、実施例1〜6の偏心プリズム7は全
て屈折率(nd )1.5254の(株)日本ゼオン製“ZEO
NEX”を用いている。この“ZEONEX”の吸水率
αは0.01%である。
[0069] Incidentally, decentered prism 7 all the refractive index of Example 1 to 6 (n d) 1.5254 of KK Nippon Zeon "ZEO
The water absorption α of this “ZEONEX” is 0.01%.

【0070】以下に、上記実施例1〜6の構成パラメー
タを示す。 実施例1 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 2 ∞ 偏心(1) 1.4922 57.5 3 -35.963 偏心(2) 4 -196.457 偏心(3) 1.5254 56.2 5 自由曲面[1] 偏心(4) 1.5254 56.2 6 -196.457 偏心(3) 1.5254 56.2 7 自由曲面[2] 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) 自由曲面[1] C5 -7.2660×10-37 -7.4223×10-38 3.3356×10-510 1.2235×10-512 -3.9327×10-714 -1.2063×10-616 -7.1374×10-717 1.3838×10-719 -2.1827×10-821 2.9995×10-823 9.7004×10-10 25 -1.7016×10-927 2.5056×10-929 2.1061×10-10 30 -4.1940×10-10 32 -2.1214×10-10 34 8.2993×10-10 36 -3.3050×10-10 自由曲面[2] C5 -1.2614×10-27 -6.8925×10-4 偏心(1) x 0.000 y 0.000 z 23.000 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) x 0.000 y 0.000 z 25.174 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) x 0.000 y 6.745 z 24.085 α 17.36 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) x 0.000 y 0.840 z 34.028 α -12.70 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) x 0.000 y 16.738 z 28.656 α 75.93 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) x 0.000 y 20.545 z 30.873 α 60.19 β 0.00 γ 0.00 。
Hereinafter, the structural parameters of the above-described first to sixth embodiments will be described. Example 1 Surface number Curvature radius Spacing Eccentricity Refractive index Abbe number Object plane ∞ ∞ 1 ∞ 2 ∞ Eccentricity (1) 1.4922 57.5 3 -35.963 Eccentricity (2) 4 -196.457 Eccentricity (3) 1.5254 56.2 5 Free-form surface [1] Eccentricity (4) 1.5254 56.2 6 -196.457 Eccentricity (3) 1.5254 56.2 7 Free-form surface [2] Eccentricity (5) Image surface ∞ Eccentricity (6) Free-form surface [1] C 5 -7.2660 × 10 -3 C 7 -7.4223 × 10 -3 C 8 3.3356 × 10 -5 C 10 1.2235 × 10 -5 C 12 -3.9327 × 10 -7 C 14 -1.2063 × 10 -6 C 16 -7.1374 × 10 -7 C 17 1.3838 × 10 -7 C 19 - 2.1827 × 10 -8 C 21 2.9995 × 10 -8 C 23 9.7004 × 10 -10 C 25 -1.7016 × 10 -9 C 27 2.5056 × 10 -9 C 29 2.1061 × 10 -10 C 30 -4.1940 × 10 -10 C 32 -2.1214 × 10 -10 C 34 8.2993 × 10 -10 C 36 -3.3050 × 10 -10 Free-form surface [2] C 5 -1.2614 × 10 -2 C 7 -6.8925 × 10 -4 Eccentricity (1) x 0.000 y 0.000 z 23.000 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (2) x 0.000 y 0.000 z 25.174 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (3) x 0.000 y 6.745 z 24.085 α 17.36 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (4) x 0.000 y 0. 840 z 34.028 α -12.70 β 0.00 γ 0.00 eccentricity (5) x 0.000 y 16.738 z 28.656 α 75.93 β 0.00 γ 0.00 eccentricity (6) x 0.000 y 20.545 z 30.873 α 60.19 β 0.00 γ 0.00.

【0071】 実施例2 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 2 ∞ 偏心(1) 1.4922 57.5 3 -27.659 偏心(2) 4 -149.496 偏心(3) 1.5254 56.2 5 自由曲面[1] 偏心(4) 1.5254 56.2 6 -149.496 偏心(3) 1.5254 56.2 7 自由曲面[2] 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) 自由曲面[1] C5 -7.9104×10-37 -7.9974×10-38 3.9130×10-510 3.6289×10-612 -1.0272×10-614 -1.8685×10-616 -7.4081×10-717 8.8993×10-819 -3.7196×10-821 9.0376×10-823 5.8432×10-10 25 -3.6056×10-927 3.7493×10-929 -2.0178×10-11 30 -9.0053×10-11 32 -3.1608×10-10 34 1.0947×10-936 -7.0993×10-10 自由曲面[2] C5 -1.2946×10-27 8.9577×10-3 偏心(1) x 0.000 y 0.000 z 23.000 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) x 0.000 y 0.000 z 25.544 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) x 0.000 y 6.523 z 24.321 α 16.51 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) x 0.000 y 0.714 z 33.213 α -14.19 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) x 0.000 y 15.307 z 28.201 α 71.70 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) x 0.000 y 18.987 z 30.056 α 62.17 β 0.00 γ 0.00 。Example 2 Surface Number Curvature Radius Interval Eccentricity Refractive Index Abbe Number Object Surface ∞ ∞ 1 ∞ 2 ∞ Eccentricity (1) 1.4922 57.5 3 -27.659 Eccentricity (2) 4 -149.496 Eccentricity (3) 1.5254 56.2 5 Free-form surface [ 1] eccentricity (4) 1.5254 56.2 6 -149.496 eccentric (3) 1.5254 56.2 7 the free curved surface [2] eccentricity (5) image surface ∞ eccentricity (6) free curved surface [1] C 5 -7.9104 × 10 -3 C 7 - 7.9974 × 10 -3 C 8 3.9 130 × 10 -5 C 10 3.6 289 × 10 -6 C 12 -1.0272 × 10 -6 C 14 -1.8685 × 10 -6 C 16 -7.4081 × 10 -7 C 17 8.8993 × 10 -8 C 19 -3.7196 × 10 -8 C 21 9.0376 × 10 -8 C 23 5.8432 × 10 -10 C 25 -3.6056 × 10 -9 C 27 3.7493 × 10 -9 C 29 -2.0178 × 10 -11 C 30 -9.0053 × 10 -11 C 32 -3.1608 × 10 -10 C 34 1.0947 × 10 -9 C 36 -7.0993 × 10 -10 Free-form surface [2] C 5 -1.2946 × 10 -2 C 7 8.9577 × 10 -3 Eccentricity (1) x 0.000 y 0.000 z 23.000 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (2) x 0.000 y 0.000 z 25.544 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (3) x 0.000 y 6.523 z 24.321 α 16.51 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (4) x 0.000 0.714 z 33.213 α -14.19 β 0.00 γ 0.00 eccentricity (5) x 0.000 y 15.307 z 28.201 α 71.70 β 0.00 γ 0.00 eccentricity (6) x 0.000 y 18.987 z 30.056 α 62.17 β 0.00 γ 0.00.

【0072】 実施例3 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 2 ∞ 偏心(1) 1.4922 57.5 3 -23.410 偏心(2) 4 -143.048 偏心(3) 1.5254 56.2 P 1 A4 -0.678231 ×10-56 -0.718263 ×10-8 5 自由曲面[1] 偏心(4) 1.5254 56.2 6 -143.048 偏心(3) 1.5254 56.2 P 1 A4 -0.678231 ×10-56 -0.718263 ×10-8 7 自由曲面[2] 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) 自由曲面[1] C5 -7.6312×10-37 -7.7867×10-38 6.8800×10-510 4.9872×10-512 -3.5180×10-614 -6.5043×10-616 -2.2855×10-617 2.8747×10-719 2.2971×10-721 1.4477×10-723 -1.3241×10-925 -1.3282×10-827 2.8300×10-929 2.0011×10-10 30 1.8023×10-10 32 -4.8811×10-10 34 1.3959×10-936 -5.2773×10-10 自由曲面[2] C5 -3.0658×10-27 2.3240×10-3 偏心(1) x 0.000 y 0.000 z 23.000 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) x 0.000 y 0.000 z 25.977 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) x 0.000 y 7.704 z 25.746 α 7.07 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) x 0.000 y 0.278 z 34.466 α -19.70 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) x 0.000 y 15.617 z 31.379 α 58.30 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) x 0.000 y 17.934 z 33.152 α 53.38 β 0.00 γ 0.00 。Example 3 Surface Number Curvature Radius Interval Eccentricity Refractive Index Abbe Number Object Surface ∞ ∞ 1 ∞ 2 ∞ Eccentricity (1) 1.4922 57.5 3 -23.410 Eccentricity (2) 4 -143.048 Eccentricity (3) 1.5254 56.2 P 1 A 4 -0.678231 × 10 -5 A 6 -0.718263 × 10 -8 5 Free-form surface [1] Eccentricity (4) 1.5254 56.2 6 -143.048 Eccentricity (3) 1.5254 56.2 P 1 A 4 -0.678231 × 10 -5 A 6 -0.718263 × 10 -8 7 Free-form surface [2] Eccentricity (5) Image surface 偏 Eccentricity (6) Free-form surface [1] C 5 -7.6312 × 10 -3 C 7 -7.7867 × 10 -3 C 8 6.8800 × 10 -5 C 10 4.9872 × 10 -5 C 12 -3.5 180 × 10 -6 C 14 -6.5043 × 10 -6 C 16 -2.2855 × 10 -6 C 17 2.8747 × 10 -7 C 19 2.2971 × 10 -7 C 21 1.4477 × 10 -7 C 23 -1.3241 × 10 -9 C 25 -1.3282 × 10 -8 C 27 2.8 300 × 10 -9 C 29 2.0011 × 10 -10 C 30 1.8023 × 10 -10 C 32 -4.8811 × 10 -10 C 34 1.3959 × 10 -9 C 36 -5.2773 × 10 -10 Free-form surface [2] C 5 -3.0658 × 10 -2 C 7 2.3240 × 10 -3 Eccentricity (1) x 0.000 y 0.000 z 23.000 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (2) x 0.000 y 0.000 z 25.977 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (3) x 0.000 y 7.704 z 25.746 α 7.07 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (4) x 0.000 y 0.278 z 34.466 α -19.70 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (5) x 0.000 y 15.617 z 31.379 α 58.30 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (6) x 0.000 y 17.934 z 33.152 α 53.38 β 0.00 γ 0.00.

【0073】 実施例4 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 2 ∞ 偏心(1) 1.4922 57.5 3 -41.999 偏心(2) 4 -138.539 偏心(3) 1.5254 56.2 5 自由曲面[1] 偏心(4) 1.5254 56.2 6 -138.539 偏心(3) 1.5254 56.2 7 自由曲面[2] 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) 自由曲面[1] C5 -9.0433×10-37 -9.2347×10-38 5.1854×10-510 3.3087×10-612 7.2992×10-614 1.6139×10-516 9.6910×10-617 -7.1365×10-819 1.0603×10-721 1.7643×10-723 -8.0046×10-925 -3.8685×10-827 -3.5814×10-829 -1.6736×10-830 1.0570×10-932 -7.5238×10-10 34 5.2872×10-10 36 -7.2607×10-10 自由曲面[2] C5 -1.6343×10-27 3.7710×10-3 偏心(1) x 0.000 y 0.000 z 24.518 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) x 0.000 y 0.000 z 27.440 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) x 0.000 y 6.782 z 26.229 α 15.69 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) x 0.000 y 0.699 z 35.260 α -14.78 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) x 0.000 y 15.855 z 30.393 α 71.61 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) x 0.000 y 19.082 z 32.107 α 63.24 β 0.00 γ 0.00 。Example 4 Surface Number Curvature Radius Interval Eccentricity Refractive Index Abbe Number Object Surface ∞ ∞ 1 ∞ 2 ∞ Eccentricity (1) 1.4922 57.5 3 -41.999 Eccentricity (2) 4 -138.539 Eccentricity (3) 1.5254 56.2 5 Free-form surface [ 1] eccentricity (4) 1.5254 56.2 6 -138.539 eccentric (3) 1.5254 56.2 7 the free curved surface [2] eccentricity (5) image surface ∞ eccentricity (6) free curved surface [1] C 5 -9.0433 × 10 -3 C 7 - 9.2347 × 10 -3 C 8 5.1854 × 10 -5 C 10 3.3087 × 10 -6 C 12 7.2992 × 10 -6 C 14 1.6 139 × 10 -5 C 16 9.6 910 × 10 -6 C 17 -7.1365 × 10 -8 C 19 1.0603 × 10 -7 C 21 1.7643 × 10 -7 C 23 -8.0046 × 10 -9 C 25 -3.8685 × 10 -8 C 27 -3.5814 × 10 -8 C 29 -1.6736 × 10 -8 C 30 1.0570 × 10 - 9 C 32 -7.5238 × 10 -10 C 34 5.2872 × 10 -10 C 36 -7.2607 × 10 -10 Free-form surface [2] C 5 -1.6343 × 10 -2 C 7 3.7710 × 10 -3 Eccentricity (1) x 0.000 y 0.000 z 24.518 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (2) x 0.000 y 0.000 z 27.440 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (3) x 0.000 y 6.782 z 26.229 α 15.69 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (4) x 0.000 y 0 . 699 z 35.260 α -14.78 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (5) x 0.000 y 15.855 z 30.393 α 71.61 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (6) x 0.000 y 19.082 z 32.107 α 63.24 β 0.00 γ 0.00.

【0074】 実施例5 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 2 ∞ 偏心(1) 1.4922 57.5 3 -37.874 偏心(2) 4 -373.356 偏心(3) 1.5254 56.2 5 自由曲面[1] 偏心(4) 1.5254 56.2 6 -373.356 偏心(3) 1.5254 56.2 7 自由曲面[2] 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) 自由曲面[1] C5 -5.3785×10-37 -5.4185×10-38 1.5217×10-510 1.8262×10-512 4.0012×10-714 7.4712×10-716 1.0251×10-717 9.4919×10-819 7.8271×10-821 4.6068×10-823 -1.6579×10-10 25 5.1498×10-10 27 -3.8477×10-929 -3.6899×10-10 30 -1.9081×10-10 32 5.8686×10-11 34 -2.3984×10-10 36 -9.6057×10-11 自由曲面[2] C5 -1.8133×10-27 -2.5601×10-310 -2.9938×10-314 2.2287×10-419 -5.8022×10-621 2.5677×10-6 偏心(1) x 0.000 y 0.000 z 23.000 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) x 0.000 y 0.000 z 25.777 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) x 0.000 y 7.743 z 24.367 α 20.08 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) x 0.000 y 1.861 z 37.783 α -9.45 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) x 0.000 y 18.771 z 36.281 α 59.55 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) x 0.000 y 24.346 z 31.737 α 57.60 β 0.00 γ 0.00 。Example 5 Surface Number Curvature Radius Interval Eccentricity Refractive Index Abbe Number Object Surface ∞ ∞ 1 ∞ 2 ∞ Eccentricity (1) 1.4922 57.5 3 -37.874 Eccentricity (2) 4 -373.356 Eccentricity (3) 1.5254 56.2 5 Free-form surface [ 1] eccentricity (4) 1.5254 56.2 6 -373.356 eccentric (3) 1.5254 56.2 7 the free curved surface [2] eccentricity (5) image surface ∞ eccentricity (6) free curved surface [1] C 5 -5.3785 × 10 -3 C 7 - 5.4185 × 10 -3 C 8 1.5217 × 10 -5 C 10 1.8 262 × 10 -5 C 12 4.0012 × 10 -7 C 14 7.4712 × 10 -7 C 16 1.0251 × 10 -7 C 17 9.4919 × 10 -8 C 19 7.8271 × 10 -8 C 21 4.6068 × 10 -8 C 23 -1.6579 × 10 -10 C 25 5.1498 × 10 -10 C 27 -3.8477 × 10 -9 C 29 -3.6899 × 10 -10 C 30 -1.9081 × 10 -10 C 32 5.8686 × 10 -11 C 34 -2.3984 × 10 -10 C 36 -9.6057 × 10 -11 Free-form surface [2] C 5 -1.8133 × 10 -2 C 7 -2.5601 × 10 -3 C 10 -2.9938 × 10 -3 C 14 2.2287 × 10 -4 C 19 -5.8022 × 10 -6 C 21 2.5677 × 10 -6 Eccentricity (1) x 0.000 y 0.000 z 23.000 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (2) x 0.000 y 0.000 z 25.777 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 Heart (3) x 0.000 y 7.743 z 24.367 α 20.08 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (4) x 0.000 y 1.861 z 37.783 α -9.45 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (5) x 0.000 y 18.771 z 36.281 α 59.55 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (6) x 0.000 y 24.346 z 31.737 α 57.60 β 0.00 γ 0.00.

【0075】 実施例6 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 2 ∞ 偏心(1) 1.4922 57.5 3 -39.148 偏心(2) 4 -339.060 偏心(3) 1.5254 56.2 5 自由曲面[1] 偏心(4) 1.5254 56.2 6 -339.060 偏心(3) 1.5254 56.2 7 -128.561 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) 自由曲面[1] C5 -5.7696×10-37 -5.7406×10-38 -3.5694×10-610 4.7342×10-612 4.5764×10-714 -6.5090×10-716 -9.7442×10-817 1.4161×10-719 -1.9916×10-821 4.6421×10-823 -3.4757×10-925 3.9046×10-10 27 8.9761×10-10 29 -6.0018×10-10 30 -3.5136×10-10 32 -5.3507×10-11 34 2.8835×10-10 36 -2.0588×10-10 偏心(1) x 0.000 y 0.000 z 23.000 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) x 0.000 y 0.000 z 25.694 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) x 0.000 y 5.987 z 25.006 α 21.21 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) x 0.000 y 2.685 z 37.406 α -8.92 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) x 0.000 y 18.085 z 41.200 α 74.27 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) x 0.000 y 24.298 z 30.742 α 66.38 β 0.00 γ 0.00 。Example 6 Surface Number Curvature Radius Interval Eccentricity Refractive Index Abbe Number Object Surface ∞ ∞ 1 ∞ 2 ∞ Eccentricity (1) 1.4922 57.5 3 -39.148 Eccentricity (2) 4 -339.060 Eccentricity (3) 1.5254 56.2 5 Free-form surface [ 1] Eccentricity (4) 1.5254 56.2 6 -339.060 Eccentricity (3) 1.5254 56.2 7 -128.561 Eccentricity (5) Image surface ∞ Eccentricity (6) Free-form surface [1] C 5 -5.7696 × 10 -3 C 7 -5.7406 × 10 -3 C 8 -3.5694 × 10 -6 C 10 4.7342 × 10 -6 C 12 4.5764 × 10 -7 C 14 -6.5090 × 10 -7 C 16 -9.7442 × 10 -8 C 17 1.4161 × 10 -7 C 19 - 1.9916 × 10 -8 C 21 4.6421 × 10 -8 C 23 -3.4757 × 10 -9 C 25 3.9046 × 10 -10 C 27 8.9761 × 10 -10 C 29 -6.0018 × 10 -10 C 30 -3.5136 × 10 -10 C 32 -5.3507 × 10 -11 C 34 2.8835 × 10 -10 C 36 -2.0588 × 10 -10 Eccentricity (1) x 0.000 y 0.000 z 23.000 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (2) x 0.000 y 0.000 z 25.694 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 Eccentricity (3) x 0.000 y 5.987 z 25.006 α 21.21 β 0.00 γ eccentricity (4) x 0.000 y 2.685 z 37.406 α -8.92 β 0.00 γ 0.00 eccentricity Heart (5) x 0.000 y 18.085 z 41.200 α 74.27 β 0.00 γ 0.00 eccentricity (6) x 0.000 y 24.298 z 30.742 α 66.38 β 0.00 γ 0.00.

【0076】以上の実施例1の像歪みを表す収差図を図
9に示す。この収差図中、縦軸はX方向の像高、横軸は
Y方向の像高を表す。また、実施例1の横収差図を図1
0に示す。この横収差図において、括弧内に示された数
字は(水平(X方向)画角、垂直(Y方向)画角)を表
し、その画角における横収差を示す。
FIG. 9 is an aberration diagram showing image distortion of the first embodiment. In this aberration diagram, the vertical axis represents the image height in the X direction, and the horizontal axis represents the image height in the Y direction. FIG. 1 is a lateral aberration diagram of the first embodiment.
0 is shown. In this lateral aberration diagram, the numbers in parentheses indicate (horizontal (X direction) angle of view, vertical (Y direction) angle of view), and indicate the lateral aberration at that angle of view.

【0077】以下に、本発明の実施例1〜6における前
記条件式(A−1)〜(H−1)に関するパラメータの
値を示す。 実施例1 実施例2 実施例3 実施例4 実施例5 実施例6 (A−1)1.03591 1.03451 1.04142 1.01647 1.02169 1.02889 (B−1)0.96941 0.99303 0.93780 1.09170 0.81502 0.87536 (C−1)0.91610 0.94946 0.88252 1.05176 0.79386 0.85141 (D−1)1.02151 1.011 1.02038 1.02116 1.00486 0.99926 (E−1)0.09459 0.10135 0.25116 0.10847 0.09464 0.07108 (F−1)0.00650 -0.00009 0.04298 -0.00424 0.02633 0.00185 (G−1)0.00114 0.00056 0.00578 0.00149 0.00234 0.00138 (H−1)3.32809 2.79477 2.45676
4.37771 3.12714 3.20561 。
Hereinafter, parameter values relating to the conditional expressions (A-1) to (H-1) in Examples 1 to 6 of the present invention will be shown. Example 1 Example 2 Example 3 Example 4 Example 5 Example 6 (A-1) 1.03591 1.03451 1.04142 1.01647 1.02169 1.02889 (B-1) 0.96941 0.99303 0.93780 1.09170 0.81502 0.87536 (C-1) 0.91610 0.94946 0.88252 1.05176 0.79386 0.85141 (D-1) 1.02151 1.011 1.02038 1.02116 1.00486 0.99926 (E-1) 0.09459 0.10135 0.25116 0.10847 0.09464 0.07108 (F-1) 0.00650 -0.00009 0.04298 -0.00424 0.02633 0.00185 (G-1) 0.00114 0.00056 0.00578 0.00149 0.00234 0.00138 (H- 1) 3.38092 2.779477 2.45676
4.37771 3.112714 3.20561.

【0078】以上のような本発明の偏心プリズム光学系
は、画像表示装置に利用することができる。その一例と
して、図11に頭部装着型の画像表示装置を観察者頭部
に装着した状態を、図12にその断面図を示す。この構
成は、本発明の偏心プリズム光学系を図12に示すよう
に接眼光学系100として用いており、接眼光学系10
0と画像表示素子101からなる組みを左右一対用意
し、それらを眼輻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。
The eccentric prism optical system of the present invention as described above can be used for an image display device. As an example, FIG. 11 shows a state in which the head-mounted image display device is mounted on the observer's head, and FIG. 12 is a cross-sectional view thereof. This configuration uses the decentered prism optical system of the present invention as the eyepiece optical system 100 as shown in FIG.
By preparing a pair consisting of 0 and the image display element 101 on the left and right, and supporting them at a distance of the eye distance,
It is configured as a portable image display device 102 such as a stationary or head mounted image display device that can be observed with both eyes.

【0079】すなわち、表示装置本体102には、上記
のような接眼光学系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1
01が配置されている。そして、表示装置本体102に
は、図11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、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。
That is, the display device main body 102 is provided with a pair of right and left eyepiece optical systems 100 as described above, and the image display element 1 comprising a liquid crystal display element on the image plane corresponding to them.
01 is arranged. Then, as shown in FIG. 11, the display device main body 102 is provided with a temporal frame 103 as shown in FIG. 11 so that the display device main body 102 can be held in front of the observer. .

【0080】また、側頭フレーム103にはスピーカ1
04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1
04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が接続されているので、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11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、表示装置本体10
2の内部に映像処理、音声処理回路等の電子部品を内蔵
させてある。
The speaker 1 is provided on the temporal frame 103.
04 is provided so that stereophonic sound can be heard together with image observation. Thus, the speaker 1
Since the playback device 106 such as a portable video cassette is connected to the display device main body 102 having the video signal 04 via the video / audio transmission code 105, the observer can attach the playback device 106 to an arbitrary portion such as a belt as shown in the figure. , So that the user can enjoy video and audio. Reference numeral 107 in FIG.
This is an adjustment unit for adjusting the volume and the like. The display device body 10
2, electronic components such as a video processing circuit and an audio processing circuit are incorporated.

【0081】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。
さらに、本発明の偏心プリズム光学系は、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。
The cord 105 may have a jack at the tip so that it can be attached to an existing video deck or the like. Furthermore, it is connected to a tuner for TV radio wave reception,
It may be used for viewing, or may be connected to a computer to receive computer graphics images, message images from the computer, and the like. Also, in order to reject an obstructive code, an antenna may be connected to receive an external signal by radio waves.
Further, the decentered prism optical system of the present invention may be used in a head mounted image display device for one eye in which an eyepiece optical system is disposed in front of one of the left and right eyes.

【0082】また、本発明の偏心プリズム光学系は、撮
影光学装置や観察光学装置にも利用できる。その例とし
て、図13に示したような撮影光学系とファインダー光
学系とを有するカメラへの利用があげられる。まず、図
14に光路図を示すように、瞳位置(絞り又は仮想絞り
位置)152を挟んで前群151と後群153からなる
対物レンズ150の後群153として本発明の偏心プリ
ズム光学系を配置する。こうすることにより、従来の撮
影光学系では光軸Lbに対して垂直にしか配置できなか
ったフィルム154を光軸Lbに対して斜めに配置で
き、配置の自由度が増し、コンパクト化が図れる。な
お、フィルム154の代わりにCCD等の電子受光素子
を配置すれば、電子カメラにも利用できる。次に、図1
5に光路図を示すように、ファインダー光学系の対物レ
ンズ群200により形成される像を正立させる手段とし
て偏心プリズム光学系201とダハ面202を有するダ
ハプリズム203とを配置し、正立した像を接眼レンズ
204により観察者眼球205に導く構成とする。この
構成により、従前のポロプリズムよりも高さ方向が低く
でき、コンパクト化が図れる。なお、図中、Leはファ
インダー光学系の光軸である。
Further, the eccentric prism optical system of the present invention can be used for a photographing optical device and an observation optical device. As an example, there is a use in a camera having a photographing optical system and a finder optical system as shown in FIG. First, as shown in the optical path diagram in FIG. 14, the decentered prism optical system of the present invention is provided as a rear group 153 of an objective lens 150 including a front group 151 and a rear group 153 with a pupil position (aperture or virtual diaphragm position) 152 interposed therebetween. Deploy. By doing so, the film 154, which can be arranged only perpendicularly to the optical axis Lb in the conventional photographing optical system, can be arranged obliquely to the optical axis Lb, so that the degree of freedom of arrangement increases and the size can be reduced. If an electronic light receiving element such as a CCD is arranged instead of the film 154, it can be used for an electronic camera. Next, FIG.
As shown in FIG. 5, an eccentric prism optical system 201 and a roof prism 203 having a roof surface 202 are arranged as means for erecting an image formed by the objective lens group 200 of the finder optical system. Is guided to the observer's eyeball 205 by the eyepiece 204. With this configuration, the height direction can be made lower than that of the conventional Porro prism, and compactness can be achieved. In the drawing, Le is the optical axis of the finder optical system.

【0083】さらに、リレーレンズを用いて接眼レンズ
に像を伝達する硬性型内視鏡の対物レンズや、光ファイ
バー束を用いて像を接眼レンズに伝達する軟性型内視鏡
の対物レンズ、CCDによって像を受光する電子内視鏡
の対物レンズにも利用できる。その一例を図16、図1
7に示す。図16は、硬性型内視鏡(いわゆる硬性鏡)
を用いた内視鏡装置の全体の構成図である。図16に示
す内視鏡装置30は対物レンズ及び照明光学系を内装す
る挿入部22を有する内視鏡20とカメラ24とモニタ
ー25と光源装置27とを有している。上記内視鏡20
は、その挿入部22の先端部21には、図17に示すよ
うに、本発明の偏心プリズム光学系31(ただし、偏心
プリズムの入射側には負レンズを配置してある。)を用
いた対物レンズ32とその視野方向を照射するライトガ
イド33とが組み込まれている。上記挿入部22には、
対物レンズ32に続き、像や瞳の伝達光学系であるリレ
ーレンズ系が設けられている。内視鏡20の基部23に
は、図示しない接眼光学系が配置され、その接続光学系
の後には、撮像手段としてのカメラ24を取り付けるこ
とが可能である。ここで、内視鏡20の基部23及びカ
メラ24は一体式又は脱着式で構成されている。カメラ
24で撮像された被写体は、最終的にモニター25で内
視鏡画像として観察者に観察可能に表示される。上記光
源装置27からの照明光は、ライトガイドケーブル26
を通し、上記基部23、挿入部22及び先端部21を経
て視野方向を照明する。
Further, an objective lens of a rigid endoscope that transmits an image to an eyepiece using a relay lens, an objective lens of a flexible endoscope that transmits an image to the eyepiece using an optical fiber bundle, and a CCD. It can also be used for an objective lens of an electronic endoscope that receives an image. One example is shown in FIGS.
FIG. FIG. 16 shows a rigid endoscope (a so-called rigid endoscope).
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an endoscope apparatus that uses an electronic device. An endoscope device 30 shown in FIG. 16 includes an endoscope 20 having an insertion section 22 in which an objective lens and an illumination optical system are provided, a camera 24, a monitor 25, and a light source device 27. Endoscope 20
As shown in FIG. 17, an eccentric prism optical system 31 according to the present invention (a negative lens is arranged on the incident side of the eccentric prism) is used at the distal end 21 of the insertion portion 22 as shown in FIG. An objective lens 32 and a light guide 33 for irradiating the visual field direction are incorporated. In the insertion portion 22,
Subsequent to the objective lens 32, a relay lens system, which is an optical system for transmitting an image or a pupil, is provided. An eyepiece optical system (not shown) is disposed on the base 23 of the endoscope 20, and a camera 24 as an imaging unit can be attached after the connection optical system. Here, the base 23 and the camera 24 of the endoscope 20 are configured as an integral type or a detachable type. The subject imaged by the camera 24 is finally displayed on the monitor 25 as an endoscope image so as to be observable to an observer. The illumination light from the light source device 27 is
To illuminate the viewing direction through the base 23, the insertion part 22, and the tip part 21.

【0084】以上の本発明の偏心プリズム光学系は、例
えば次のように構成することができる。 〔1〕 少なくとも3つの面が互いに偏心して配置さ
れ、その3つの面の間が屈折率が1.3以上の透明媒質
で埋められた構成の偏心プリズムを備えた偏心プリズム
光学系において、前記偏心プリズムは、少なくとも2回
の内部反射を行うように、前記3つの面の中の少なくと
も2つの面を反射作用を有する面で形成すると共に、前
記の2つの反射作用を有する面によって反射された光線
が前記偏心プリズム内部で交差しないような位置に前記
の2つの反射作用を有する面を配置し、前記反射作用を
有する2つの面の中、1つの面の形状は面内及び面外共
に回転対称軸を有さない回転非対称面にて形成され、他
の1つの面の少なくとも有効面(面の全領域中で光束が
透過及び/又は反射をする領域)の形状が有効面内に回
転対称軸を有する回転対称面にて構成されており、前記
偏心プリズムの入射側あるいは射出側に正屈折力を有す
るレンズが配置されていることを特徴とする偏心プリズ
ム光学系。
The above-described decentered prism optical system of the present invention can be constituted, for example, as follows. [1] An eccentric prism optical system including an eccentric prism having a configuration in which at least three surfaces are eccentrically arranged with respect to each other and a space between the three surfaces is filled with a transparent medium having a refractive index of 1.3 or more. The prism forms at least two of the three surfaces with a reflective surface so as to perform at least two internal reflections, and the light reflected by the two reflective surfaces. Are arranged such that they do not intersect inside the eccentric prism, and the two surfaces having the reflecting action are rotationally symmetric both in-plane and out-of-plane. It is formed of a rotationally asymmetric surface having no axis, and the shape of at least the effective surface of the other surface (the region through which the light beam is transmitted and / or reflected in the entire surface) has a rotationally symmetric axis within the effective surface. Rotation with An eccentric prism optical system comprising a symmetrical surface, and a lens having a positive refracting power disposed on an entrance side or an exit side of the eccentric prism.

【0085】〔2〕 上記〔1〕記載の偏心プリズム光
学系において、前記偏心プリズムの前記回転対称面が、
前記偏心プリズムを通過する光束を入射若しくは射出さ
せる透過作用と前記偏心プリズムの内部で前記光束を折
り曲げる反射作用とを併せ持つ第1面として形成され、
前記偏心プリズムの前記回転非対称面が前記第1面と対
向配置された第2面として形成され、さらに、前記偏心
プリズムを通過する光束を射出若しくは入射させる透過
作用を有する第3面が、前記第1面と前記第2面との対
向方向に対して略垂直方向の位置に配置され、少なくと
も前記偏心プリズムが前記第1面と前記第2面と前記第
3面とを含む構成であり、前記レンズが前記第1面の入
射側若しくは射出側に配置されていることを特徴とする
請求項1記載の偏心プリズム光学系。
[2] In the decentered prism optical system according to the above [1], the rotationally symmetric surface of the decentered prism is
Formed as a first surface having both a transmissive function of entering or emitting a light beam passing through the eccentric prism and a reflecting function of bending the light beam inside the eccentric prism,
The rotationally asymmetric surface of the eccentric prism is formed as a second surface opposed to the first surface, and a third surface having a transmitting function of emitting or entering a light beam passing through the eccentric prism is the third surface. The eccentric prism is disposed at a position substantially perpendicular to a direction in which one surface and the second surface oppose each other, and at least the eccentric prism includes the first surface, the second surface, and the third surface, 2. The decentered prism optical system according to claim 1, wherein a lens is disposed on an incident side or an exit side of said first surface.

【0086】〔3〕 上記〔2〕記載の偏心プリズム光
学系において、前記偏心プリズムの前記第1面が有効面
内にてその透過作用と反射作用とが少なくとも一部の領
域で重なり合うように形成されていると共に、少なくと
も前記第1面の有効面内の透過作用と反射作用との重な
り合う領域での反射作用が全反射作用によるように構成
されていることを特徴とする偏心プリズム光学系。
[3] In the eccentric prism optical system according to the above [2], the first surface of the eccentric prism is formed such that its transmission function and reflection function overlap at least in a part of the effective plane. A decentered prism optical system, wherein at least a reflection action in a region where the transmission action and the reflection action in the effective surface of the first surface overlaps is a total reflection action.

【0087】〔4〕 上記〔2〕又は〔3〕記載の偏心
プリズム光学系において、前記偏心プリズムの前記第1
面の回転対称面は回転対称な非球面で形成されているこ
とを特徴とする偏心プリズム光学系。
[4] The eccentric prism optical system according to the above [2] or [3], wherein
A decentered prism optical system, wherein the rotationally symmetric surface is formed by a rotationally symmetric aspherical surface.

【0088】〔5〕 上記〔2〕から〔4〕の何れか1
項記載の偏心プリズム光学系において、前記偏心プリズ
ムの前記第2面がアナモルフィック面にて形成されてい
ることを特徴とする偏心プリズム光学系。
[5] Any one of the above [2] to [4]
3. The decentered prism optical system according to claim 1, wherein the second surface of the decentered prism is formed by an anamorphic surface.

【0089】〔6〕 上記〔5〕記載の偏心プリズム光
学系において、前記アナモルフィック面の有する2つの
対称面の中、少なくとも1つの対称面内に前記第1面の
回転対称面の回転対称軸が位置するように、前記第1面
と前記第2面とが配置されていることを特徴とする偏心
プリズム光学系。
[6] In the decentered prism optical system according to the above [5], the rotational symmetry of the rotational symmetry plane of the first surface is included in at least one symmetry plane among the two symmetry planes of the anamorphic surface. The decentered prism optical system, wherein the first surface and the second surface are arranged so that an axis is positioned.

【0090】〔7〕 上記〔2〕から〔4〕の何れか1
項記載の偏心プリズム光学系において、前記偏心プリズ
ムの前記第2面が対称面を1つのみ有する回転非対称面
にて形成されていることを特徴とする偏心プリズム光学
系。
[7] Any one of the above [2] to [4]
3. The decentered prism optical system according to claim 1, wherein the second surface of the decentered prism is formed of a rotationally asymmetric surface having only one symmetric surface.

【0091】〔8〕 上記〔7〕記載の偏心プリズム光
学系において、前記の対称面を1つのみ有する回転非対
称面の対称面内に前記第1面の回転対称面の回転対称軸
が位置するように、前記第1面と前記第2面とが配置さ
れていることを特徴とする偏心プリズム光学系。
[8] In the decentered prism optical system according to the above [7], the rotationally symmetric axis of the first surface is located within the rotationally asymmetric surface having only one of the symmetry surfaces. The decentered prism optical system, wherein the first surface and the second surface are arranged as described above.

【0092】[0092]

〔9〕 上記〔2〕から〔8〕の何れか1
項記載の偏心プリズム光学系において、前記偏心プリズ
ムの前記第3面から光束が入射し、その入射した光束が
前記光学系内部を通過して前記第1面で反射され、その
第1面で反射された光束が前記第2面で反射され、その
第2面で反射された光束が前記第1面から射出するよう
に、前記第1面と前記第2面と前記第3面とが配置され
ていることを特徴とする偏心プリズム光学系。
[9] Any one of the above [2] to [8]
3. The eccentric prism optical system according to claim 1, wherein a light beam enters from the third surface of the eccentric prism, and the incident light beam passes through the inside of the optical system, is reflected by the first surface, and is reflected by the first surface. The first surface, the second surface, and the third surface are arranged such that the reflected light beam is reflected by the second surface, and the light beam reflected by the second surface is emitted from the first surface. An eccentric prism optical system characterized by:

【0093】〔10〕 上記[10] The above

〔9〕記載の偏心プリズム
光学系において、前記偏心プリズムの前記第3面は画像
を表示する手段からの光束が入射する位置に配置される
と共に、前記第1面は前記第1面から射出された光束が
前記の正屈折力を有するレンズを介して観察者眼球に導
かれるような位置に配置され、前記光束の形成する画像
を観察できるようにした画像観察装置用に用いられるこ
とを特徴とする偏心プリズム光学系。
[9] In the eccentric prism optical system according to [9], the third surface of the eccentric prism is arranged at a position where a light beam from a unit for displaying an image is incident, and the first surface is emitted from the first surface. The light beam is arranged at a position where it is guided to the observer's eyeball through the lens having the positive refractive power, and is used for an image observation device that enables observation of an image formed by the light beam. Decentered prism optical system.

【0094】〔11〕 上記〔2〕から〔8〕の何れか
1項記載の偏心プリズム光学系において、前記の正屈折
力を有するレンズを介して、前記第1面から光束が前記
偏心プリズムへ入射し、その入射した光束が前記第2面
で反射され、その第2面で反射された光束が前記第1面
で反射され、その第1面で反射された光束が前記光学系
内部を通過して前記第3面から射出するように、前記第
1面と前記第2面と前記第3面とが配置されていること
を特徴とする偏心プリズム光学系。
[11] In the eccentric prism optical system according to any one of [2] to [8], a light beam is transmitted from the first surface to the eccentric prism via the lens having a positive refractive power. The incident light beam is reflected by the second surface, the light beam reflected by the second surface is reflected by the first surface, and the light beam reflected by the first surface passes through the inside of the optical system. The decentered prism optical system, wherein the first surface, the second surface, and the third surface are arranged so as to emit light from the third surface.

【0095】〔12〕 上記〔11〕記載の偏心プリズ
ム光学系において、前記第1面は前記の正屈折力を有す
るレンズを介して物体からの光束が入射する位置に配置
されると共に、前記第3面は前記第3面から射出された
光束が観察者眼球に導かれるような位置に配置され、前
記光束の形成する画像を観察できるようにした画像観察
装置用に用いられることを特徴とする偏心プリズム光学
系。
[12] In the eccentric prism optical system according to the above [11], the first surface is arranged at a position where a light beam from an object enters through the lens having the positive refractive power, and The three surfaces are arranged at positions where the light beam emitted from the third surface is guided to the observer's eyeball, and are used for an image observation device that enables an image formed by the light beam to be observed. Eccentric prism optical system.

【0096】〔13〕 上記〔11〕記載の偏心プリズ
ム光学系において、前記第1面は前記の正屈折力を有す
るレンズを介して物体からの光束が入射する位置に配置
されると共に、前記第3面は前記第3面から射出された
光束が物体像を受光する手段に導かれるような位置に配
置され、前記光束の形成する物体像を撮影できるように
した撮影光学装置用に用いられることを特徴とする偏心
プリズム光学系。
[13] In the eccentric prism optical system according to the above [11], the first surface is disposed at a position where a light beam from an object enters through the lens having the positive refracting power, and The three surfaces are arranged at positions where a light beam emitted from the third surface is guided to a means for receiving an object image, and are used for a photographing optical device capable of photographing an object image formed by the light beam. An eccentric prism optical system characterized by the following.

【0097】〔14〕 上記〔2〕から〔8〕の何れか
1項記載の偏心プリズム光学系において、前記偏心プリ
ズム光学系の瞳の中心を通り、像面中心に到達する軸上
主光線が瞳を射出し前記の正屈折力を有するレンズの第
1面に交差するまでの直線によって定義される軸をZ軸
とし、このZ軸と直交しかつ前記偏心プリズム光学系を
構成する各面の偏心面内の軸をY軸と定義し、Z軸と直
交しかつY軸と直交する軸をX軸と定義するとき、次に
条件を満足することを特徴とする偏心プリズム光学系。 0.7<FA<1.3 ・・・(A−1) ただし、前記軸上主光線と平行に瞳中心からX軸方向に
微小量Hの点を通り、その軸上主光線と平行に前記光学
系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のNA
(軸上主光線となす角のsinの値)を前記Hで割った
値を光学系全体のX方向の焦点距離Fxとし、また、瞳
中心からY方向にHの点を通り、その軸上主光線と平行
に前記光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出
光線のNA(軸上主光線となす角のsinの値)を前記
Hで割った値を光学系全体のY方向の焦点距離Fyと定
義し、Fx/FyをFAとする。
[14] In the decentered prism optical system according to any one of the above [2] to [8], an axial chief ray passing through the center of a pupil of the decentered prism optical system and reaching the center of an image plane is formed. An axis defined by a straight line extending from the pupil and intersecting the first surface of the lens having the positive refracting power is defined as a Z axis, and each of the surfaces orthogonal to the Z axis and constituting the eccentric prism optical system is defined as an axis. An eccentric prism optical system characterized by satisfying the following condition when an axis in the eccentric plane is defined as a Y axis and an axis orthogonal to the Z axis and orthogonal to the Y axis is defined as an X axis. 0.7 <FA <1.3 (A-1) However, the light passes through a point of a small amount H in the X-axis direction from the pupil center in parallel with the axial principal ray and in parallel with the axial principal ray. NA of an emitted light ray when a light ray incident on the optical system is traced.
The value obtained by dividing (the value of the sine of the angle formed by the on-axis principal ray) by the above H is defined as the focal length Fx of the entire optical system in the X direction. The value obtained by dividing the NA of the exit ray (the value of the sin of the angle formed with the axial principal ray) when the ray incident on the optical system in parallel with the principal ray by the ray tracing is divided by the H is used in the Y direction of the entire optical system. The focal length is defined as Fy, and Fx / Fy is defined as FA.

【0098】〔15〕 上記〔2〕から〔8〕、〔1
4〕の何れか1項記載の偏心プリズム光学系において、
前記偏心プリズム光学系の瞳の中心を通り、像面中心に
到達する軸上主光線が瞳を射出し前記の正屈折力を有す
るレンズの第1面に交差するまでの直線によって定義さ
れる軸をZ軸とし、このZ軸と直交しかつ前記偏心プリ
ズム光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸と定義
し、Z軸と直交しかつY軸と直交する軸をX軸と定義す
るとき、次に条件を満足することを特徴とする偏心プリ
ズム光学系。 0.8<|PxB|<1.3 ・・・(B−1) ただし、前記軸上主光線と平行に瞳中心からX軸方向に
微小量Hの点を通り、その軸上主光線と平行に前記光学
系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のNA
(軸上主光線となす角のsinの値)を前記Hで割った
値を光学系全体のX方向の焦点距離Fxとし、また、瞳
中心からY方向にHの点を通り、その軸上主光線と平行
に前記光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出
光線のNA(軸上主光線となす角のsinの値)を前記
Hで割った値を光学系全体のY方向の焦点距離Fyと定
義し、前記軸上主光線が前記第2面に当たる位置での面
のX方向、Y方向の屈折力(パワー)をそれぞれPx
n、Pynとし、前記X方向の焦点距離Fx、Y方向の
焦点距離Fyの逆数をそれぞれPx、Pyとし、Pxn
/PxをPxBとする。
[15] [2] to [8], [1]
4] The decentered prism optical system according to any one of
An axis defined by a straight line passing through the center of the pupil of the decentered prism optical system and reaching the center of the image plane until the axial principal ray exits the pupil and intersects the first surface of the lens having positive refractive power. Is defined as a Z axis, an axis orthogonal to the Z axis and within the eccentric plane of each surface constituting the eccentric prism optical system is defined as a Y axis, and an axis orthogonal to the Z axis and orthogonal to the Y axis is defined as an X axis. A decentered prism optical system which satisfies the following condition when defined. 0.8 <| PxB | <1.3 (B-1) However, the light passes through a point of a small amount H in the X-axis direction from the pupil center in parallel with the on-axis principal ray, and NA of the exit ray when the ray incident on the optical system is traced in parallel
The value obtained by dividing (the value of the sine of the angle formed by the on-axis principal ray) by the above H is defined as the focal length Fx of the entire optical system in the X direction. The value obtained by dividing the NA of the exit ray (the value of the sin of the angle formed with the axial principal ray) when the ray incident on the optical system in parallel with the principal ray by the ray tracing is divided by the H is used in the Y direction of the entire optical system. The focal length Fy is defined as the refractive power (power) in the X and Y directions of the surface at the position where the axial principal ray hits the second surface, respectively, Px
n and Pyn, and the reciprocals of the focal length Fx in the X direction and the focal length Fy in the Y direction are Px and Py, respectively, and Pxn
/ Px is set to PxB.

【0099】〔16〕 上記〔2〕から〔8〕、〔1
4〕の何れか1項記載の偏心プリズム光学系において、
前記偏心プリズム光学系の瞳の中心を通り、像面中心に
到達する軸上主光線が瞳を射出し前記の正屈折力を有す
るレンズの第1面に交差するまでの直線によって定義さ
れる軸をZ軸とし、このZ軸と直交しかつ前記偏心プリ
ズム光学系を構成する各面の偏心面内の軸をY軸と定義
し、Z軸と直交しかつY軸と直交する軸をX軸と定義す
るとき、次に条件を満足することを特徴とする偏心プリ
ズム光学系。 0.8<|PyC|<1.3 ・・・(C−1) ただし、前記軸上主光線と平行に瞳中心からX軸方向に
微小量Hの点を通り、その軸上主光線と平行に前記光学
系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のNA
(軸上主光線となす角のsinの値)を前記Hで割った
値を光学系全体のX方向の焦点距離Fxとし、また、瞳
中心からY方向にHの点を通り、その軸上主光線と平行
に前記光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出
光線のNA(軸上主光線となす角のsinの値)を前記
Hで割った値を光学系全体のY方向の焦点距離Fyと定
義し、前記軸上主光線が前記第2面に当たる位置での面
のX方向、Y方向の屈折力(パワー)をそれぞれPx
n、Pynとし、前記X方向の焦点距離Fx、Y方向の
焦点距離Fyの逆数をそれぞれPx、Pyとし、Pyn
/PyをPyCとする。
[16] [2] to [8], [1]
4] The decentered prism optical system according to any one of
An axis defined by a straight line passing through the center of the pupil of the decentered prism optical system and reaching the center of the image plane until the axial principal ray exits the pupil and intersects the first surface of the lens having positive refractive power. Is defined as a Z axis, an axis orthogonal to the Z axis and within the eccentric plane of each surface constituting the eccentric prism optical system is defined as a Y axis, and an axis orthogonal to the Z axis and orthogonal to the Y axis is defined as an X axis. A decentered prism optical system which satisfies the following condition when defined. 0.8 <| PyC | <1.3 (C-1) However, the light passes through a point of a small amount H in the X-axis direction from the pupil center in parallel with the on-axis principal ray. NA of the exit ray when the ray incident on the optical system is traced in parallel
The value obtained by dividing (the value of the sine of the angle formed by the on-axis principal ray) by the above H is defined as the focal length Fx of the entire optical system in the X direction. The value obtained by dividing the NA of the exit ray (the value of the sin of the angle formed with the axial principal ray) when the ray incident on the optical system in parallel with the principal ray by the ray tracing is divided by the H is used in the Y direction of the entire optical system. The focal length Fy is defined as the refractive power (power) in the X and Y directions of the surface at the position where the axial principal ray hits the second surface, respectively, Px
n and Pyn, and the reciprocals of the focal length Fx in the X direction and the focal length Fy in the Y direction are Px and Py, respectively, and Pyn
/ Py is PyC.

【0100】〔17〕 上記〔2〕から〔8〕、〔1
4〕から〔16〕の何れか1項記載の偏心プリズム光学
系において、前記偏心プリズム光学系の瞳の中心を通
り、像面中心に到達する軸上主光線が瞳を射出し前記の
正屈折力を有するレンズの第1面に交差するまでの直線
によって定義される軸をZ軸とし、このZ軸と直交しか
つ前記偏心プリズム光学系を構成する各面の偏心面内の
軸をY軸と定義し、Z軸と直交しかつY軸と直交する軸
をX軸と定義するとき、次に条件を満足することを特徴
とする偏心プリズム光学系。 0.8<CxyD<1.2 ・・・(D−1) ただし、前記軸上主光線が前記第2面に当たる位置での
その面の法線を含むX方向の曲率Cx2、Y方向の曲率
Cy2との比Cx2/Cy2をCxyDとする。
[17] [2] to [8], [1]
The decentered prism optical system according to any one of [4] to [16], wherein an axial principal ray that passes through the center of the pupil of the decentered prism optical system and reaches the center of the image plane exits the pupil, and the positive refraction occurs. An axis defined by a straight line that intersects the first surface of the lens having power is defined as a Z axis, and an axis perpendicular to the Z axis and within an eccentric plane of each surface constituting the eccentric prism optical system is defined as a Y axis. And an axis perpendicular to the Z axis and orthogonal to the Y axis is defined as an X axis, wherein the following condition is satisfied. 0.8 <CxyD <1.2 (D-1) Here, the curvature Cx2 in the X direction including the normal of the surface at the position where the axial principal ray hits the second surface, and the curvature in the Y direction The ratio Cx2 / Cy2 to Cy2 is defined as CxyD.

【0101】〔18〕 上記〔2〕から〔8〕、〔1
4〕から〔17〕の何れか1項記載の偏心プリズム光学
系において、前記偏心プリズム光学系の瞳の中心を通
り、像面中心に到達する軸上主光線が瞳を射出し前記の
正屈折力を有するレンズの第1面に交差するまでの直線
によって定義される軸をZ軸とし、このZ軸と直交しか
つ前記偏心プリズム光学系を構成する各面の偏心面内の
軸をY軸と定義し、Z軸と直交しかつY軸と直交する軸
をX軸と定義するとき、次に条件を満足することを特徴
とする偏心プリズム光学系。 −0.05<CyE<0.5 ・・・(E−1) ただし、前記軸上主光線と平行に瞳中心からX軸方向に
微小量Hの点を通り、その軸上主光線と平行に前記光学
系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のNA
(軸上主光線となす角のsinの値)を前記Hで割った
値を光学系全体のX方向の焦点距離Fxとし、また、瞳
中心からY方向にHの点を通り、その軸上主光線と平行
に前記光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出
光線のNA(軸上主光線となす角のsinの値)を前記
Hで割った値を光学系全体のY方向の焦点距離Fyと定
義し、前記X方向の焦点距離Fx、Y方向の焦点距離F
yの逆数をそれぞれPx、Pyとし、X方向画角ゼロで
Y正方向最大画角を通る主光線が前記第2面と当たる有
効領域のY方向の曲率Cy1と、X方向画角ゼロでY負
方向最大画角を通る主光線が前記第2面と当たる有効領
域のY方向の曲率Cy3との差Cy1−Cy3を前記P
yで割ったものをCyEとする。
[18] [2] to [8], [1]
In the eccentric prism optical system according to any one of [4] to [17], an on-axis principal ray passing through the center of a pupil of the eccentric prism optical system and reaching the center of an image plane exits the pupil and is positively refracted. An axis defined by a straight line that intersects the first surface of the lens having power is defined as a Z axis, and an axis perpendicular to the Z axis and within an eccentric plane of each surface constituting the eccentric prism optical system is defined as a Y axis. And an axis perpendicular to the Z axis and orthogonal to the Y axis is defined as an X axis, wherein the following condition is satisfied. −0.05 <CyE <0.5 (E-1) However, the light passes through a point of minute amount H in the X-axis direction from the pupil center in parallel with the axial principal ray, and is parallel to the axial principal ray. The NA of the exit ray when the ray incident on the optical system is traced
The value obtained by dividing (the value of the sine of the angle formed by the on-axis principal ray) by the above H is defined as the focal length Fx of the entire optical system in the X direction. The value obtained by dividing the NA of the exit ray (the value of the sin of the angle formed with the axial principal ray) when the ray incident on the optical system in parallel with the principal ray by the ray tracing is divided by the H is used in the Y direction of the entire optical system. The focal length Fy is defined as the focal length Fx in the X direction and the focal length F in the Y direction.
Let Px and Py be the reciprocals of y, respectively, the curvature Cy1 in the Y direction of the effective area where the principal ray passing through the maximum field angle in the positive Y direction at the angle of view in the X direction and the second surface, and Y at the field angle of zero in the X direction. The difference Cy1-Cy3 from the curvature Cy3 in the Y direction of the effective area where the principal ray passing through the maximum angle of view in the negative direction hits the second surface is defined as P
The value obtained by dividing by y is CyE.

【0102】〔19〕 上記〔2〕から〔8〕、〔1
4〕から〔18〕の何れか1項記載の偏心プリズム光学
系において、前記偏心プリズム光学系の瞳の中心を通
り、像面中心に到達する軸上主光線が瞳を射出し前記の
正屈折力を有するレンズの第1面に交差するまでの直線
によって定義される軸をZ軸とし、このZ軸と直交しか
つ前記偏心プリズム光学系を構成する各面の偏心面内の
軸をY軸と定義し、Z軸と直交しかつY軸と直交する軸
をX軸と定義するとき、次に条件を満足することを特徴
とする偏心プリズム光学系。 −0.01<CxF<0.1 ・・・(F−1) ただし、前記軸上主光線と平行に瞳中心からX軸方向に
微小量Hの点を通り、その軸上主光線と平行に前記光学
系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のNA
(軸上主光線となす角のsinの値)を前記Hで割った
値を光学系全体のX方向の焦点距離Fxとし、また、瞳
中心からY方向にHの点を通り、その軸上主光線と平行
に前記光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出
光線のNA(軸上主光線となす角のsinの値)を前記
Hで割った値を光学系全体のY方向の焦点距離Fyと定
義し、前記X方向の焦点距離Fx、Y方向の焦点距離F
yの逆数をそれぞれPx、Pyとし、X方向画角ゼロで
Y正方向最大画角を通る主光線が前記第2面と当たる有
効領域のX方向の曲率Cx1と、X方向画角ゼロでY負
方向最大画角を通る主光線が前記第2面と当たる有効領
域のX方向の曲率Cx3との差Cx1−Cx3を前記P
xで割ったものをCxFとする。
[19] The above [2] to [8], [1]
In the eccentric prism optical system according to any one of [4] to [18], an axial principal ray which passes through the center of the pupil of the eccentric prism optical system and reaches the center of the image plane exits the pupil, and the positive refraction occurs. An axis defined by a straight line that intersects the first surface of the lens having power is defined as a Z axis, and an axis perpendicular to the Z axis and within an eccentric plane of each surface constituting the eccentric prism optical system is defined as a Y axis. And an axis perpendicular to the Z axis and orthogonal to the Y axis is defined as an X axis, wherein the following condition is satisfied. -0.01 <CxF <0.1 (F-1) However, the light passes through a point of minute amount H in the X-axis direction from the pupil center in parallel with the axial principal ray, and is parallel to the axial principal ray. The NA of the exit ray when the ray incident on the optical system is traced
The value obtained by dividing (the value of the sine of the angle formed by the on-axis principal ray) by the above H is defined as the focal length Fx of the entire optical system in the X direction. The value obtained by dividing the NA of the exit ray (the value of the sin of the angle formed with the axial principal ray) when the ray incident on the optical system in parallel with the principal ray by the ray tracing is divided by the H is used in the Y direction of the entire optical system. The focal length Fy is defined as the focal length Fx in the X direction and the focal length F in the Y direction.
The reciprocals of y are Px and Py, respectively. The curvature Cx1 in the X direction of the effective area where the principal ray passing through the maximum field angle in the Y positive direction at the angle of view in the X direction is zero and the Y angle at the field angle in the X direction is zero. The difference Cx1-Cx3 between the effective area where the principal ray passing through the maximum angle of view in the negative direction hits the second surface and the curvature Cx3 in the X direction is defined as P
The value obtained by dividing by x is defined as CxF.

【0103】〔20〕 上記〔2〕から〔8〕、〔1
4〕から〔19〕の何れか1項記載の偏心プリズム光学
系において、前記偏心プリズム光学系の瞳の中心を通
り、像面中心に到達する軸上主光線が瞳を射出し前記の
正屈折力を有するレンズの第1面に交差するまでの直線
によって定義される軸をZ軸とし、このZ軸と直交しか
つ前記偏心プリズム光学系を構成する各面の偏心面内の
軸をY軸と定義し、Z軸と直交しかつY軸と直交する軸
をX軸と定義するとき、次に条件を満足することを特徴
とする偏心プリズム光学系。 −0.1<|DY|<5 (°) ・・・(G−1) ただし、X方向最大画角の主光線が前記第2面と交差す
る点におけるその面の法線と、前記軸上主光線が前記第
2面と交差する点におけるその面の法線とがY−Z面内
でのなす角をDYとする。
[20] [2] to [8], [1]
In the eccentric prism optical system according to any one of [4] to [19], an axial chief ray passing through the center of the pupil of the eccentric prism optical system and reaching the center of the image plane exits the pupil and is positively refracted. An axis defined by a straight line that intersects the first surface of the lens having power is defined as a Z axis, and an axis perpendicular to the Z axis and within an eccentric plane of each surface constituting the eccentric prism optical system is defined as a Y axis. And an axis perpendicular to the Z axis and orthogonal to the Y axis is defined as an X axis, wherein the following condition is satisfied. −0.1 <| DY | <5 (°) (G-1) where the normal to the plane at the point where the principal ray having the maximum angle of view in the X direction intersects the second plane and the axis The angle between the point at which the upper principal ray intersects the second surface and the normal to that surface in the YZ plane is DY.

【0104】〔21〕 上記〔2〕から〔8〕、〔1
4〕から〔20〕の何れか1項記載の偏心プリズム光学
系において、前記偏心プリズム光学系の瞳の中心を通
り、像面中心に到達する軸上主光線が瞳を射出し前記の
正屈折力を有するレンズの第1面に交差するまでの直線
によって定義される軸をZ軸とし、このZ軸と直交しか
つ前記偏心プリズム光学系を構成する各面の偏心面内の
軸をY軸と定義し、Z軸と直交しかつY軸と直交する軸
をX軸と定義するとき、次に条件を満足することを特徴
とする偏心プリズム光学系。 1.1<F/Fy<10000 ・・・(H−1) ただし、前記の正屈折力を有するレンズの焦点距離を
F、前記軸上主光線と平行に瞳中心からY軸方向に微小
量Hの点を通り、その軸上主光線と平行に前記光学系に
入射する光線を光線追跡したときの射出光線のNA(軸
上主光線となす角のsinの値)を前記Hで割った値を
光学系全体のY方向の焦点距離Fyとする。
[21] [2] to [8], [1]
In the eccentric prism optical system according to any one of 4) to [20], an axial principal ray that passes through the center of the pupil of the eccentric prism optical system and reaches the center of the image plane exits the pupil and the positive refraction. An axis defined by a straight line that intersects the first surface of the lens having power is defined as a Z axis, and an axis perpendicular to the Z axis and within an eccentric plane of each surface constituting the eccentric prism optical system is defined as a Y axis. And an axis perpendicular to the Z axis and orthogonal to the Y axis is defined as an X axis, wherein the following condition is satisfied. 1.1 <F / Fy <10000 (H-1) where F is the focal length of the lens having a positive refractive power, and is a small amount in the Y-axis direction from the pupil center in parallel with the axial principal ray. The NA of the exit ray (the value of the sin of the angle formed with the axial principal ray) when the ray passing through the point H and entering the optical system parallel to the axial principal ray was traced was divided by the H. Let the value be the focal length Fy of the entire optical system in the Y direction.

【0105】〔22〕 上記〔1〕から〔21〕の何れ
か1項記載の偏心プリズム光学系において、前記偏心プ
リズムの前記透明媒質が吸水線膨張率の小さい材質から
なることを特徴とする偏心プリズム光学系。
[22] The eccentric prism optical system according to any one of [1] to [21], wherein the transparent medium of the eccentric prism is made of a material having a low coefficient of linear expansion of water absorption. Prism optics.

【0106】〔23〕 上記〔22〕記載の偏心プリズ
ム光学系において、前記透明媒質の吸水率αが、 0<α<0.1 (%) ・・・(I−1) を満たすことを特徴とする偏心プリズム光学系。
[23] The decentered prism optical system according to the above [22], wherein the water absorption α of the transparent medium satisfies the following condition: 0 <α <0.1 (%) (I-1) Decentered prism optical system.

【0107】〔24〕 上記〔22〕又は〔23〕記載
の偏心プリズム光学系において、前記透明媒質がポリオ
レフィン系樹脂からなることを特徴とする偏心プリズム
光学系。
[24] The eccentric prism optical system according to the above [22] or [23], wherein the transparent medium is made of a polyolefin resin.

【0108】〔25〕 上記〔22〕から〔24〕の何
れか1項記載の偏心プリズム光学系において、前記の正
屈折力を有するレンズは、前記偏心プリズムが傷付くの
を防止する作用と画角を拡大する作用とを併せ持つよう
に形成されていることを特徴とする偏心プリズム光学
系。
[25] In the eccentric prism optical system according to any one of the above [22] to [24], the lens having the positive refracting power has an effect of preventing the eccentric prism from being damaged. An eccentric prism optical system characterized by being formed so as to have a function of expanding an angle.

【0109】[0109]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、広い画角においても明瞭で、歪みの少ない像
を得られる偏心プリズムを含む撮像光学系又は接眼光系
学において、その偏心プリズムの1つの有効領域の広い
面を回転対称面により構成することにより、製作時の評
価が簡単に行える偏心プリズム光学系を提供することが
できる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, in an imaging optical system or an eyepiece optical system including an eccentric prism which can obtain an image with a clear and less distortion even at a wide angle of view, By configuring a wide surface of one effective area of the prism with a rotationally symmetric surface, it is possible to provide an eccentric prism optical system that can be easily evaluated at the time of manufacturing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の偏心プリズム光学系の主要部である偏
心プリズムを最も単純な3面構成プリズムとした場合の
光路図である。
FIG. 1 is an optical path diagram in a case where an eccentric prism which is a main part of an eccentric prism optical system of the present invention is a simplest three-sided prism.

【図2】本発明の光学系に利用可能な偏心プリズムの別
の構成を例示するための光路図である。
FIG. 2 is an optical path diagram illustrating another configuration of a decentered prism that can be used in the optical system of the present invention.

【図3】本発明の実施例1の偏心プリズム光学系の断面
図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the decentered prism optical system according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例2の偏心プリズム光学系の断面
図である。
FIG. 4 is a sectional view of an eccentric prism optical system according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例3の偏心プリズム光学系の断面
図である。
FIG. 5 is a sectional view of an eccentric prism optical system according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例4の偏心プリズム光学系の断面
図である。
FIG. 6 is a sectional view of an eccentric prism optical system according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例5の偏心プリズム光学系の断面
図である。
FIG. 7 is a sectional view of an eccentric prism optical system according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施例6の偏心プリズム光学系の断面
図である。
FIG. 8 is a sectional view of an eccentric prism optical system according to a sixth embodiment of the present invention.

【図9】実施例1の像歪みを表す収差図である。FIG. 9 is an aberration diagram illustrating image distortion of the first embodiment.

【図10】実施例1の横収差図である。FIG. 10 is a lateral aberration diagram of the first embodiment.

【図11】本発明の偏心プリズム光学系を用いた頭部装
着型画像表示装置を観察者頭部に装着した状態を示す図
である。
FIG. 11 is a diagram showing a state in which a head-mounted image display device using the eccentric prism optical system of the present invention is mounted on an observer's head.

【図12】図11の頭部近傍の断面図である。FIG. 12 is a sectional view of the vicinity of the head in FIG. 11;

【図13】本発明の偏心プリズム光学系を用いたカメラ
の構成を示す斜視図である。
FIG. 13 is a perspective view showing a configuration of a camera using the decentered prism optical system of the present invention.

【図14】本発明の偏心プリズム光学系を用いた撮影光
学系の光路図である。
FIG. 14 is an optical path diagram of a photographing optical system using the decentered prism optical system of the present invention.

【図15】本発明の偏心プリズム光学系を用いたファイ
ンダー光学系の光路図である。
FIG. 15 is an optical path diagram of a finder optical system using the decentered prism optical system of the present invention.

【図16】内視鏡装置の全体の構成図である。FIG. 16 is an overall configuration diagram of the endoscope apparatus.

【図17】本発明の偏心プリズム光学系を用いた硬性型
内視鏡の先端部の断面図である。
FIG. 17 is a sectional view of a distal end portion of a rigid endoscope using the eccentric prism optical system of the present invention.

【図18】本発明において用いるパラメータDYを説明
するための図である。
FIG. 18 is a diagram for explaining a parameter DY used in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…瞳 2…光軸 3…偏心プリズムの第1面 4…偏心プリズムの第2面 5…偏心プリズムの第3面 6…像面 7…偏心プリズム 8…偏心プリズムの第4面 9…屈折レンズ系 9’…正単レンズ 10…偏心プリズム光学系 20…内視鏡 21…先端部 22…挿入部 23…基部 24…カメラ 25…モニター 26…ライトガイドケーブル 27…光源装置 30…内視鏡装置 31…偏心プリズム光学系 32…対物レンズ 33…ライトガイド 100…接眼光学系 101…画像表示素子 102…画像表示装置(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 150…対物レンズ 151…前群 152…瞳位置 153…後群 154…フィルム 200…対物レンズ群 201…偏心プリズム光学系 202…ダハ面 203…ダハプリズム 204…接眼レンズ 205…観察者眼球 La…ファインダー光学系のの光軸 Lb…撮影光学系の光軸 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pupil 2 ... Optical axis 3 ... First surface of eccentric prism 4 ... Second surface of eccentric prism 5 ... Third surface of eccentric prism 6 ... Image plane 7 ... Eccentric prism 8 ... Fourth surface of eccentric prism 9 ... Refraction Lens system 9 '... Positive single lens 10 ... Eccentric prism optical system 20 ... Endoscope 21 ... Tip 22 ... Insertion section 23 ... Base 24 ... Camera 25 ... Monitor 26 ... Light guide cable 27 ... Light source device 30 ... Endoscope Device 31 ... Eccentric prism optical system 32 ... Objective lens 33 ... Light guide 100 ... Eyepiece optical system 101 ... Image display element 102 ... Image display device (display device main body) 103 ... Temporal frame 104 ... Speaker 105 ... Video / audio transmission code 106 ... Reproduction device 107... Adjustment unit 150... Objective lens 151... Front group 152 pupil position 153. Eccentric prism optical system 202 ... roof surface 203 ... roof prism 204 ... eyepiece 205 ... eyeball of observer La ... optical axis of viewfinder optical system Lb ... optical axis of photographing optical system

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも3つの面が互いに偏心して配
置され、その3つの面の間が屈折率が1.3以上の透明
媒質で埋められた構成の偏心プリズムを備えた偏心プリ
ズム光学系において、 前記偏心プリズムは、少なくとも2回の内部反射を行う
ように、前記3つの面の中の少なくとも2つの面を反射
作用を有する面で形成すると共に、前記の2つの反射作
用を有する面によって反射された光線が前記偏心プリズ
ム内部で交差しないような位置に前記の2つの反射作用
を有する面を配置し、前記反射作用を有する2つの面の
中、1つの面の形状は面内及び面外共に回転対称軸を有
さない回転非対称面にて形成され、他の1つの面の少な
くとも有効面(面の全領域中で光束が透過及び/又は反
射をする領域)の形状が有効面内に回転対称軸を有する
回転対称面にて構成されており、 前記偏心プリズムの入射側あるいは射出側に正屈折力を
有するレンズが配置されていることを特徴とする偏心プ
リズム光学系。
1. An eccentric prism optical system comprising an eccentric prism having at least three surfaces decentered from each other and having a configuration in which the three surfaces are filled with a transparent medium having a refractive index of 1.3 or more. The eccentric prism forms at least two of the three surfaces with reflective surfaces so as to perform at least two internal reflections, and is reflected by the two reflective surfaces. The two surfaces having the reflecting action are arranged at positions where the rays do not intersect inside the eccentric prism. Of the two surfaces having the reflecting action, the shape of one face is in-plane and out-of-plane. It is formed of a rotationally asymmetric surface having no axis of rotational symmetry, and the shape of at least the effective surface of the other surface (the region through which light flux is transmitted and / or reflected in the entire surface) rotates within the effective surface. Has symmetry axis That are composed of rotationally symmetric surface, decentered prism optical system, wherein a lens having a positive refractive power to the incident side or exit side of the decentered prism is disposed.
【請求項2】 請求項1記載の偏心プリズム光学系にお
いて、前記偏心プリズムの前記回転対称面が、前記偏心
プリズムを通過する光束を入射若しくは射出させる透過
作用と前記偏心プリズムの内部で前記光束を折り曲げる
反射作用とを併せ持つ第1面として形成され、前記偏心
プリズムの前記回転非対称面が前記第1面と対向配置さ
れた第2面として形成され、さらに、前記偏心プリズム
を通過する光束を射出若しくは入射させる透過作用を有
する第3面が、前記第1面と前記第2面との対向方向に
対して略垂直方向の位置に配置され、少なくとも前記偏
心プリズムが前記第1面と前記第2面と前記第3面とを
含む構成であり、 前記レンズが前記第1面の入射側若しくは射出側に配置
されていることを特徴とする請求項1記載の偏心プリズ
ム光学系。
2. The eccentric prism optical system according to claim 1, wherein the rotationally symmetric surface of the eccentric prism has a transmission function of causing a light beam passing through the eccentric prism to enter or exit, and the light beam inside the eccentric prism. The eccentric prism is formed as a first surface having a reflecting function to bend, and the rotationally asymmetric surface of the eccentric prism is formed as a second surface opposed to the first surface, and further emits a light beam passing through the eccentric prism. A third surface having a transmissive function to be incident is disposed at a position substantially perpendicular to a direction in which the first surface and the second surface are opposed to each other, and at least the eccentric prism includes the first surface and the second surface. 2. The eccentric prism according to claim 1, wherein the lens is disposed on an entrance side or an exit side of the first surface. 3. Optical system.
【請求項3】 請求項2記載の偏心プリズム光学系にお
いて、前記偏心プリズムの前記第1面が有効面内にてそ
の透過作用と反射作用とが少なくとも一部の領域で重な
り合うように形成されていると共に、少なくとも前記第
1面の有効面内の透過作用と反射作用との重なり合う領
域での反射作用が全反射作用によるように構成されてい
ることを特徴とする偏心プリズム光学系。
3. An eccentric prism optical system according to claim 2, wherein said first surface of said eccentric prism is formed such that its transmission and reflection overlap in at least a part of the effective plane. An eccentric prism optical system, wherein at least a reflection action in a region where the transmission action and the reflection action in the effective surface of the first surface overlap each other is based on a total reflection action.
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