JP2003015041A - 光学系及びそれを用いた装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の波長で高効率に利用され、明るく色再
現性の良い表示画像観察が可能な表示装置用観察光学
系、撮像光学系。 【解決手段】 第１プリズム３と第２プリズム４との間
に接合配置された体積型ホログラム素子６を含み、ホロ
グラム素子６は、少なくとも第１波長に対応した第１格
子ベクトルと、第１より短波長の第２波長に対応した第
２格子ベクトルを含み、第１と第２波長とを含んだ光束
がホログラム素子６を透過する際に、第１波長の光束
は、第１格子ベクトルとから求められる回折効率が１０
％以上を示す第１λθ連続曲線状領域と、第２格子ベク
トルとから求められる回折効率が１０％以上を示す第２
λθ連続曲線状領域の間の領域の入射角度範囲にて透過
し、第２波長の光束は、第２λθ連続曲線状領域より短
波長側の領域の入射角度範囲を透過するように設定され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学系及びそれを
用いた装置に関し、特に、観察光学系や撮像光学系であ
って、例えば、観察者の頭部又は顔面に保持することが
でき、また、携帯電話や携帯情報端末に付加することが
できる画像表示装置等に用いる光学系に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、個人が大画面の画像を楽しむこと
を目的として、画像表示装置、特に、頭部や顔面に装着
するタイプの画像表示装置の開発が盛んになされてい
る。また、近年、携帯電話の普及や携帯情報端末の画像
や文字データを大画面で見たいというニーズが高まって
いる。

【０００３】このような中、特定の光線入射角幅の光の
みを反射回折し、それ以外の光線入射角の光を透過する
ビームスプリッターと類似する機能を有する反射型ホロ
グラム素子を用いた車両用表示装置が、特許第２，９９
３、３１９号で提案されている。この特許第２，９９
３、３１９号のものでは、反射型ホログラム素子の角度
選択性の性質を用いてビームスプリッター機能を実現す
ることで、光源からの光を高効率で観察者へ導くことが
できることが提案されている。

【０００４】また、空気中の球面基板上に形成された反
射型ホログラム素子と、同じく空気中の平面基板上に形
成された反射型ホログラムとを組み合わせた観察光学系
が、米国特許第４，８７４，２１４号で提案されてい
る。この場合に、平面基板上に形成された反射型ホログ
ラムは、角度選択性の性質を用いてビームスプリッター
機能を実現している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の特許第２，９９
３、３１９号では、緑の波長領域に対応する単色（単バ
ンド：波長帯域）の反射型ホログラム素子で、角度選択
性の性質を利用してホログラムビームスプリッターを実
現するための手段のみが提案されており、例えば、赤
（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）等の複数バンド光（３バン
ド光）において、反射型ホログラム素子の角度選択性を
利用したビームスプリッターを実現しようとする場合に
ついては考慮がなされていない。

【０００６】また、反射型ホログラム素子の角度選択性
を利用したビームスプリッター機能を実現するための光
学パワー配置等の具体的構成が記載されていない。

【０００７】また、米国特許第４，８７４，２１４号で
提案されている観察光学系は、球面に球面形状を有する
ホログラム素子を備えている。ところで、ホログラム素
子には、幾何形状による光学的パワーと、ホログラム素
子の回折効果による光学的パワーとの２種類が存在す
る。例えば、球面形状の基板部材にホログラム素子を設
けた場合の２種類のパワーを図を用いて説明すると、ホ
ログラム素子は、図２８（ａ）に示すように、ホログラ
ム素子内部の周期構造のピッチ等、干渉縞の密度の違い
によるパワーを有し、また、図２８（ｂ）に示すよう
に、その幾何形状による光学的パワーを有する。そし
て、幾何形状による光学的パワーは、ホログラム基板の
曲率半径をＲとした場合、従来の光学屈折レンズ及び反
射鏡の場合、次式により光学パワーΦを算出することが
できる。

【０００８】屈折系の場合：Φ＝（ｎ−1 ）（１／Ｒ） 表面鏡の場合：Φ＝２／Ｒ 裏面鏡の場合：Φ＝２ｎ／Ｒ ただし、Φ：幾何形状による光学パワー ｎ：媒質の屈折率 Ｒ：ホログラム基板の曲率半径 したがって、表面鏡と裏面鏡を比較した場合、幾何形状
によってある一定量の光学パワーを得るために、裏面鏡
は表面鏡に対して1 ／ｎだけ緩い曲率半径Ｒで構成でき
ることが分かる。

【０００９】すなわち、裏面鏡のように、反射型ホログ
ラム素子の内部をガラスやプラスチック等の屈折率ｎの
媒質で満たすことで、幾何形状を緩い曲率半径Ｒとして
も、大きな幾何形状による光学パワーが得られることを
意味する。

【００１０】このように、緩い曲率半径Ｒで、大きな光
学パワーを発生させられる構成を光学系に採用すること
で、このホログラム面で発生する収差を抑制することが
できるのである。

【００１１】しかし、上記米国特許第４，８７４，２１
４号に記載の観察光学系は、平面と球面との間がガラス
やプラスチック媒質で満たされていないため、球面形状
を有する幾何形状による光学パワーを必要量確保するた
めに、幾何形状をより小さな曲率半径Ｒで構成する必要
がある。

【００１２】より小さな曲率半径Ｒで幾何形状を構成す
ると、この反射面で発生する収差が増大し、良好な画像
表示が困難となってしまう。また、像面と上記曲面との
間の光路に光学面が存在しないため、ディストーション
を良好に補正することが困難となってしまう。

【００１３】本発明はこのような従来技術の問題点を解
決するためになされたものであり、その目的は、複数の
波長において高効率に利用され、明るく色再現性の良い
表示画像の観察が可能であり、組み立てが容易で、振動
等の衝撃に強く、軽く、コンパクトで、さらに、良好に
収差補正された表示画像の観察が可能な画像表示装置用
の観察光学系、さらには撮像光学系、及び、それらを用
いた装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の光学系は、像面と光学的瞳との間に配置された全
体として正のパワーを有する光学系において、前記光学
系が、屈折率が１より大きい第１のプリズムと、屈折率
が１より大きい第２のプリズムと、前記第１のプリズム
と前記第２のプリズムとの間に接合配置された体積型ホ
ログラム素子とを含み、前記体積型ホログラム素子は、
少なくとも第１の波長に対応した第１の格子ベクトル
と、前記第１より短波長の第２の波長に対応した第２の
格子ベクトルを含み、前記体積型ホログラム素子は、少
なくとも前記第１の波長における前記体積型ホログラム
素子の各位置によってそれぞれ異なる第１の入射角と第
１の反射回折角と、少なくとも前記第２の波長における
前記体積型ホログラム素子の各位置によってそれぞれ異
なる第２の入射角と第２の反射回折角とで回折効率が最
大となるように構成され（例えば、単層の体積型ホログ
ラムフィルムに複数の波長により多重露光して形成した
素子や、積層型ホログラム素子を含む。第１と第２の波
長とは、ＲＧＢの波長領域の中の少なくとも２つの波長
でもよいし、ＲＧＢの例えばＲの波長領域の中から２つ
の波長を選択し、その中の第１の波長Ｒ１と第２の波長
Ｒ２の２波長でもよい。）、前記第１のプリズムが前記
光学的瞳側に配置され、前記第２のプリズムが前記像面
側に配置され、前記第２プリズムは、前記体積型ホログ
ラム素子の配置された面とは別の面に、少なくとも１面
の反射面を備えて形成され、前記光学的瞳から前記像面
に到る順方向あるいは逆方向に進む光束であって、少な
くとも前記第１の波長の光線成分と前記第２の波長の光
線成分とを含んだ光束が、前記第１プリズム側から前記
第２プリズム側に向かって順に、前記体積型ホログラム
素子を透過し、前記第２プリズム内の前記反射面にて反
射され、前記第２プリズム内において前記体積型ホログ
ラム素子によって反射回折されるように構成され、前記
第２のプリズム媒質の屈折率と、前記体積型ホログラム
素子媒質の平均屈折率と、前記体積型ホログラム素子媒
質の屈折率変調の振幅と、前記体積型ホログラム素子の
厚さと、前記第１の入射角と、前記第１の反射回折角
と、前記第１の格子ベクトルとから求められる回折効率
が１０％以上の角度−波長空間における領域を第１のλ
θ連続曲線状領域と定義し、前記第２のプリズム媒質の
屈折率と、前記体積型ホログラム素子媒質の平均屈折率
と、前記体積型ホログラム素子媒質の屈折率変調の振幅
と、前記体積型ホログラム素子の厚さと、前記第２の入
射角と、前記第２の反射回折角と、前記第２の格子ベク
トルとから求められる回折効率が１０％以上の角度−波
長空間における領域を第２のλθ連続曲線状領域と定義
し、前記光束が前記体積型ホログラム素子を透過する際
に、前記第１の波長の透過光束は、前記第１のλθ連続
曲線状領域と前記第２のλθ連続曲線状領域の間の領域
の入射角度範囲にて透過し、前記第２の波長の透過光束
は、前記第２のλθ連続曲線状領域より短波長側の領域
の入射角度範囲を透過するように設定されているか、あ
るいは、前記第１の波長と前記第２の波長の透過光束は
共に、前記第２のλθ連続曲線状領域より短波長側の領
域の入射角度範囲を透過するように設定されていること
を特徴とするものである。

【００１５】以下、本発明において上記構成をとる理由
と作用について説明する。

【００１６】本発明の光学系は、像面と光学的瞳との間
に配置された全体として正のパワーを有する光学系であ
り、光学的瞳から像面に光束を通すときと逆光線追跡、
像面から光学的瞳に光束を通すときを順光線追跡とす
る。像面に画像表示素子を配置し、光学的瞳位置近傍に
観察者の眼の瞳を位置させる、光束を順光線追跡の方向
に通すとき、観察光学系あるいは接眼光学系として使用
でき、像面に銀塩フィルム、ＣＣＤ等の撮像素子を配置
し、光学的瞳の前方に位置する被写体からの光束を逆光
線追跡の方向に通すとき、撮像光学系として使用でき
る。

【００１７】本発明による光学系は、像面と光学的瞳と
の間に配置された全体として正のパワーを有する光学系
であり、屈折率が１より大きい第１のプリズムと、屈折
率が１より大きい第２のプリズムと、その第１のプリズ
ムと第２のプリズムとの間に接合配置された体積型ホロ
グラム素子とを含むものである。そして、第１のプリズ
ムが光学的瞳側に、第２のプリズムが像面側に配置さ
れ、さらに、第２プリズムは、体積型ホログラム素子の
配置された面とは別の面に、少なくとも１面の反射面を
備えて形成されるものである。

【００１８】また、体積型ホログラム素子は多重記録又
は多層記録されたものからなり、ホログラムの干渉縞の
回折格子ベクトルＫとして、体積形ホログラムの干渉縞
面に垂直なベクトルであって、干渉縞の周期（格子間
隔）をΛとするときに｜Ｋ｜＝２π／Λで与えられるベ
クトルとするとき、少なくとも第１の波長に対応した第
１の格子ベクトルと、第１より短波長の第２の波長に対
応した第２の格子ベクトルを含むものであり、かつ、少
なくとも第１の波長における体積型ホログラム素子の各
位置によってそれぞれ異なる第１の入射角と第１の反射
回折角と、少なくとも第２の波長における体積型ホログ
ラム素子の各位置によってそれぞれ異なる第２の入射角
と第２の反射回折角とで回折効率が最大となるように構
成されているものである。

【００１９】このような体積型ホログラム素子には、例
えば、単層の体積型ホログラムフィルムに複数の波長に
より多重露光して形成した素子（多重記録）や、積層し
た別々の層に別々の波長のホログラムを別々に記録して
なる積層型ホログラム素子を含むものであり、また、第
１の波長と第２の波長とは、ＲＧＢの波長領域の中の少
なくとも２つの波長であってもよいし、ＲＧＢの例えば
Ｒの波長領域の中から２つの波長を選択し、その中の第
１の波長Ｒ１と第２の波長Ｒ２の２波長であってもよ
い。

【００２０】そして、光学的瞳から像面に到る順方向あ
るいは逆方向に進む光束であって、少なくとも第１の波
長の光線成分と第２の波長の光線成分とを含んだ光束
が、第１プリズム側から第２プリズム側に向かって順
に、体積型ホログラム素子を透過し、第２プリズム内の
反射面にて反射され、第２プリズム内において体積型ホ
ログラム素子によって反射回折されるように構成された
光学系である。

【００２１】このように、光学系の内部を、第１のプリ
ズム、第２のプリズム、及び、体積型ホログラム素子の
ガラスやプラスチック材料等で満たすことで、各光学作
用面の面形状による光学的パワーを大きくし、球面収差
やコマ収差等の収差を良好に補正することができる。

【００２２】本発明の光学系は、第１のプリズムと第２
のプリズムとの間に体積型ホログラム素子が接合配置さ
れた構成となっている。

【００２３】光路を分岐するための第１のプリズムと第
２のプリズムとの境界に配置するビームスプリッターと
して体積型ホログラム素子を用いれば、透過時に損失が
ほとんどなく、反射回折時に１００％近い回折効率のも
のを得ることができ、光量損失のない明るい画像表示、
撮像が可能になる。また、光学的瞳側の第１プリズムと
像面側の第２プリズムとの２つのプリズムを体積型ホロ
グラム素子を挟んで接合させて１つの部材として構成す
れば、空気間隔の存在による組み立て時の光軸ズレやセ
ッティングの煩雑性を解消でき、組み立てが容易で、振
動等の衝撃に強い観察光学系あるいは撮像光学系を達成
することができる。

【００２４】また、体積型ホログラム素子を第１プリズ
ムと第２プリズムで挟んで接合すれば、体積ホログラム
素子を防塵できるので、別個に防塵部材を設けなくても
ゴミ等が拡大観察あるいは像面に写されてしまうのを防
ぐことができ、また、外部からの体積ホログラム素子へ
の水分の侵入により体積ホログラム素子が膨張して回折
効率のピーク波長が変化してしまうのを防ぐことができ
る。

【００２５】そして、本発明の光学系は、第２のプリズ
ム媒質の屈折率と、体積型ホログラム素子媒質の平均屈
折率と、体積型ホログラム素子媒質の屈折率変調の振幅
と、体積型ホログラム素子の厚さと、第１の入射角と、
第１の反射回折角と、第１の格子ベクトルとから求めら
れる回折効率が１０％以上の角度−波長空間における領
域を第１のλθ連続曲線状領域と定義し、同様に、第２
のプリズム媒質の屈折率と、体積型ホログラム素子媒質
の平均屈折率と、体積型ホログラム素子媒質の屈折率変
調の振幅と、体積型ホログラム素子の厚さと、第２の入
射角と、第２の反射回折角と、第２の格子ベクトルとか
ら求められる回折効率が１０％以上の角度−波長空間に
おける領域を第２のλθ連続曲線状領域と定義すると
き、光束が体積型ホログラム素子を透過する際に、第１
の波長の透過光束は、第１のλθ連続曲線状領域と第２
のλθ連続曲線状領域の間の領域の入射角度範囲にて透
過し、第２の波長の透過光束は、第２のλθ連続曲線状
領域より短波長側の領域の入射角度範囲を透過するよう
に設定されているか、あるいは、第１の波長と第２の波
長の透過光束は共に、第２のλθ連続曲線状領域より短
波長側の領域の入射角度範囲を透過するように設定され
ている、ものである。

【００２６】このような設定の意味を以下に説明する。

【００２７】まず、例えば、赤・緑・青等の複数バンド
光（３バンド光。なお、各バンドは単波長でもよい。）
において、反射型ホログラム素子（体積型ホログラム素
子）の角度選択性を利用したビームスプリッターを実現
しようとする場合について説明する。

【００２８】反射型ホログラム素子について、Kogelnik
のCoupled Wave theory （The BellSystem Technical J
ournal Vol.48,No.9,pp.2909-2947(Nov.1969)）による
と、反射型ホログラム素子の回折効率ηは、媒質での吸
収が無視できる場合に、次式（Ａ）で与えられる。

【００２９】 η＝１／［１＋（１−ξ² ／ν² ）／ｓｉｎｈ² ｛√（ν² −ξ² ）｝］ ・・・（Ａ） ここで、νとξは次式で与えられる。

【００３０】 ν＝πｔΔｎ／｛λ√（ｃｏｓθ_R ・ｃｏｓθ_S ）｝ ξ＝ｔ／２×（ｋ_Rz＋Ｋ_z −ｋ_Sz） ただし、 ｔ：感光材料の厚み λ：真空中の波長 θ_R ：入射光とホログラム面法線ベクトルのなす角 θ_S ：回折光とホログラム面法線ベクトルのなす角 ｋ_Rz：入射光の波数ベクトルのホログラム面法線方向の
成分 ｋ_Sz：回折光の波数ベクトルのホログラム面法線方向の
成分 Ｋ_z ：回折格子ベクトルのホログラム面法線方向の成分 Δｎ：ホログラム媒質の屈折率変調の振幅 ｎ：ホログラム媒質の平均屈折率 である。

【００３１】ここで、光の波数ベクトルｋは、｜ｋ｜＝
２πｎ／λで与えられ、回折格子ベクトルＫは、体積型
ホログラムの干渉縞面に垂直なベクトルで干渉縞の周期
（格子間隔）をΛとすると、｜Ｋ｜＝２π／Λで与えら
れる。なお、ブラッグの条件を満足する場合のＫ、
ｋ_R 、ｋ_S 、Ｋ_z ｋ_Rz、ｋ_Szの関係を示すベクトルダイ
アグラムを図１１に示す。

【００３２】ここで、例示として、フィルム厚さｔ＝２
５μｍ、平均屈折率ｎ＝１．５、屈折率変調の振幅Δｎ
＝０．０３の体積型ホログラム用フィルムを用いて、赤
・緑・青のそれぞれのバンド光に対応する中心波長が６
３０ｎｍ、５４３ｎｍ、４７０ｎｍで、入射角が−３０
°、反射角度が３０°の正反射するという特性を有する
積層型ホログラムミラーの回折効率ηを式（Ａ）を用い
て求めた場合の結果を図８に示す。図８の横軸は、反射
型ホログラム面の法線と入射する光線とのなす角度
（°）を示し、縦軸は波長（μｍ）をとっている。図８
中では、赤・緑・青のそれぞれのバンド光を１０％以上
の回折効率で回折する領域を黒領域で示してある。この
場合、赤・緑・青のそれぞれのバンド光用の３本の上へ
凸を向けた弓状の高回折効率領域が存在する。

【００３３】図８のように、３バンド光に対応する反射
型ホログラム素子によって角度選択性を応用したビーム
スプリッター機能を実現するためには、３バンド光を同
時に透過させるために、赤・緑・青バンド光用の３つの
弓状の高回折効率の領域外の角度のみで透過光が反射型
ホログラム面へ入射するという条件を満足させる必要が
ある。

【００３４】具体的に、図８を参照して説明する。光源
として赤バンド光が、波長０．６μｍ〜０．６４μｍ、
緑バンド光が、波長０．５１μm 〜０．５４５μｍ、青
バンド光が、波長０．４５μｍ〜０．４７μｍの発光ス
ペクトルを有するＬＥＤ等の光源を用いた場合を考え
る。図８中に、赤・緑・青の各バンド光が３つの弓状の
高回折効率で回折されることなく透過するビームスプリ
ッター機能が実現できる角度領域は、右斜線、左斜線及
び縦線でハッチを描いた四角の領域内だけに限定する必
要がある。

【００３５】さらに望ましくは、図９（回折特性は図８
と同じ）中の右斜線、左斜線および縦線で示した３つの
弓状の高回折効率の下側の角度領域のみを用いて、光線
を透過させる構成が望ましい。その理由は、赤・緑・青
の各バンド光で、共通の角度領域を利用できるため、光
学系を構成しやすいためである。

【００３６】さらに望ましくは、図１０の例のように、
右斜線、左斜線および縦線で示した３つの全ての弓状の
高回折効率の下側の角度領域である−２１．０°〜２
１．０°の範囲を用いることが望ましい。理由は、複数
のバンド光の中心波長の選択自由度が増し、光学系を構
成しやすいためである。なお、図１０の場合は、フィル
ム厚さｔ＝２５μｍ、平均屈折率ｎ＝１．５２、屈折率
変調の振幅Δｎ＝０．０１７の体積型ホログラム用フィ
ルムを用いて、赤・緑・青のそれぞれのバンド光に対応
する中心波長が６３０ｎｍ、５２５ｎｍ、４７０ｎｍ
で、ホログラムの入射側の媒質の屈折率１．５２で、入
射角が−５０．６°、反射角度が５０．７°で反射する
ものの、赤・緑・青のそれぞれのバンド光を１０％以上
の回折効率で回折する領域を示してある。

【００３７】ところで、本発明の光学系は、光学系内部
をガラスあるいはプラスチック等の屈折率が１より大き
な透明媒質で構成しているため、反射面及び反射型ホロ
グラム面による反射時の形状による光学パワーが、より
緩い曲率半径Ｒで確保できる。そのため、各反射面での
収差発生を抑制することができ、良好な収差補正がなさ
れている。また、光学系内部を屈折率が１より大きな透
明媒質で構成しているため像面の前面に屈折面を配置す
ることができ、良好なディストーション補正が可能にな
る。

【００３８】また、本発明の光学系は、第１プリズム媒
質と第２プリズム媒質とを、同種の媒質で構成するのが
好ましい。

【００３９】また、本発明の光学系は、第１プリズムの
体積型ホログラム素子が接合される面の面形状と第２プ
リズムの前記体積型ホログラム素子が接合される面の面
形状とが、略同一形状にて構成するのが好ましい。

【００４０】なお、ここで、略同一形状とは、製造誤差
の範囲での面形状の相違は許容する趣旨である。

【００４１】本発明の光学系において、体積型ホログラ
ム素子はフィルムタイプの平面のホログラム素子である
ことが一般的であり、この平面のホログラム素子を貼り
付ける基板である第１プリズムの面と第２プリズムの面
の形状は、平面及びシリンドリカル面であることが望ま
しい。

【００４２】ここで、第１プリズム、第２プリズムの面
配置の具体例としては、後記の実施例のように、光学的
瞳から像面に光線が到る順に、第１プリズムが、少なく
とも、第１プリズム媒質を間に挟んで、光学的瞳からの
光線を第１プリズム内に入射させる第１入射面と、第１
プリズム外に光線を射出させる第１射出面とを有し、第
２プリズムが、少なくとも、第２プリズム媒質を間に挟
んで、第１プリズムから射出した光線を第２プリズム内
に入射させる第２入射面と、第２プリズム内で光線を反
射させる反射面と、第２プリズム外に光線を射出させる
第２射出面とを有し、第２プリズムのその反射面が、反
射時に光線に正のパワーを与えるような凹面形状の曲面
に形成されているものとすることが望ましい。

【００４３】この場合に、本発明の光学系は、第１プリ
ズムの第１入射面を、透過時に光線にパワーを与えるよ
うな曲面形状に形成し、第２プリズムの第２射出面を、
透過時に光線にパワーを与えるような曲面形状に形成す
ることが望ましい。

【００４４】また、本発明の光学系は、第１プリズムと
第２プリズムの備えた光線を透過及び反射させる光学作
用面以外の非光学作用面に、ゴースト光が観察者の眼球
へ入射しないようなゴースト光除去部材を設けるのが好
ましい。

【００４５】ゴースト光除去部材は、第２プリズムの第
２射出面を上面と定義したときの光学部材の底面及び側
面に設けることが効果的である。さらに、第２射出面内
の光線有効径外や、第２プリズムの反射面内の光線有効
径外や、第１プリズムの第１入射面内の光線有効径外の
領域も非光学作用面に含まれ、この部分にゴースト光除
去部材を設けることも有効である。

【００４６】また、本発明の光学系は、第１プリズムの
第１入射面の面形状が回転非対称な収差を補正する作用
を持った回転非対称な曲面形状にて構成されているのが
好ましい。

【００４７】また、本発明の光学系は、第１プリズムの
第１入射面の回転非対称な曲面形状は、対称面が１面の
みの自由曲面にて構成され、前記唯一の対称面は、光軸
の折り返し面（Ｙ−Ｚ平面）に一致しているのが好まし
い。

【００４８】また、本発明の光学系は、第２プリズムの
第２射出面の面形状が回転非対称な曲面形状にて構成さ
れているのが好ましい。

【００４９】このように、画像表示素子（光学的瞳から
像面に逆方向に光束が進む場合で、像面に画像表示素子
が配置される観察光学系の場合）又は撮像素子（光学的
瞳から像面に順方向に光束が進む場合で、像面に撮像素
子が配置される場合）の前面に透過面（第２プリズムの
第２射出面）を配置すれば、ディストーションを良好に
補正することができる。なお、この画像表示素子又は撮
像素子の前面の形状は回転対称面で構成することも可能
であるが、光学系の小型化を目的として光学作用面を偏
心配置した際の偏心収差を補正するためには、自由曲面
を用いることが更に望ましい。

【００５０】また、本発明の光学系は、第２プリズムの
第２射出面の回転非対称な曲面形状が、対称面が１面の
みの自由曲面にて構成され、その唯一の対称面が、光軸
の折り返し面（Ｙ−Ｚ平面）に一致しているのが好まし
い。

【００５１】なお、本発明において、第１プリズムを構
成する面及び第２プリズムを構成する面は、回転非対称
なディストーション補正やテレセントリック性の良好な
光学系とするために自由曲面等の回転非対称な面が望ま
しいが、球面、非球面等の回転対称な面で構成すること
も可能である。また、アナモルフィック面で構成しても
よい。

【００５２】また、本発明の光学系は、体積型ホログラ
ム素子が光線を反射回折により回転対称成分と回転非対
称成分の両方の倍率色収差を補正するように構成されて
いるのが好ましい。

【００５３】反射型の体積型ホログラム素子で回転対称
成分及び回転非対称成分の倍率色収差補正を行うことで
高いコントラストが実現できる。

【００５４】また、反射型の体積型ホログラム素子の角
度選択性の性質を応用してビームスプリッター機能を実
現するためには、本発明の光学系において下記の２つの
条件式の少なくとも何れかを満足することが望ましい。

【００５５】 −０．２０＜ＰＸ４／ＰＸ＜０．５０ ・・・（１） −０．２０＜ＰＹ４／ＰＹ＜０．３０ ・・・（２） ここで、光学的瞳の中心を通る軸上主光線の方向をＺ軸
方向にとり、光学系、光学面の偏心方向をＹ軸方向と
し、Ｙ軸、Ｚ軸に直交する方向をＸ軸方向とし、光学的
瞳側から軸上主光線と平行なＹ−Ｚ面内の微小な高さｄ
の光線を入射し、光学系から射出したその光線と軸上主
光線のＹ−Ｚ面に投影したときのなす角をδｙとし、δ
ｙ／ｄをＹ方向の光学系のパワーＰＹ、光学的瞳側から
軸上主光線と平行なＸ−Ｚ面内の微小な高さｄの光線を
入射し、光学系から射出したその光線と軸上主光線のＹ
−Ｚ面に直交する面であって軸上主光線を含む面に投影
したときのなす角をδｘとし、δｘ／ｄをＸ方向の光学
系のパワーＰＸとする。同様に光学系を構成する第２プ
リズム内の反射面のＹ方向のパワーＰＹ４、Ｘ方向のパ
ワーＰＸ４とする。

【００５６】上記条件式（１）、（２）の値が下限の−
０．２０を越えて小さくなると、偏心して配置されてい
る反射面の光学面パワーが負に大きくなりすぎ、その反
射面で発生する偏心収差が補正できなくなる。また、反
射型ホログラム面における透過時の光線入射角バラツキ
幅が大きくなり、多重回折が発生してしまう。その結
果、高精細な画像表示が困難となり、また、体積型ホロ
グラム素子がビームスプリッターとして機能しなくな
る。

【００５７】また、条件式（１）、（２）の値が上限の
それぞれ０．５０、０．３０を越えて大きくなると、偏
心して配置されている反射面の光学面パワーが正に大き
くなりすぎ、その反射面で発生する偏心収差が補正しで
きなくなる。また、反射型ホログラム面における光線入
射角バラツキ幅が大きくなり、多重回折が発生してしま
う。その結果、高精細な画像表示が困難となり、また、
体積型ホログラム素子がビームスプリッターとして機能
しなくなる。

【００５８】さらに望ましくは、下記の２つの条件式の
少なくとも何れかを満足することが望ましい。

【００５９】 ０．００＜ＰＸ４／ＰＸ＜０．３５ ・・・（１−１） −０．１０＜ＰＹ４／ＰＹ＜０．２０ ・・・（２−１） これらの条件式の下限及び上限の意味は前述と同様であ
る。

【００６０】さらに望ましくは、下記の２つの条件式の
少なくとも何れかを満足することが望ましい。

【００６１】 ０．１５＜ＰＸ４／ＰＸ＜０．２５ ・・・（１−２） ０．００＜ＰＹ４／ＰＹ＜０．１０ ・・・（２−２） これらの条件式の下限及び上限の意味は前述と同様であ
る。

【００６２】なお、後記の実施例１の場合のこれらの条
件式の値は次の通りである。

【００６３】ＰＸ４／ＰＸ＝０．１９０ ＰＹ４／ＰＹ＝０．０４５ 以上の本発明の光学系は、像面に２次元画像表示素子を
配置し、光学的瞳側から２次元画像表示素子の拡大像が
観察可能な観察光学系として構成することができる。

【００６４】その場合、例えば、その観察光学系として
内蔵した本体部と、その観察光学系の光学的瞳を観察者
の眼球位置に保持するように本体部を観察者頭部に支持
する支持部材と、観察者の耳に音声を与えるスピーカー
部材とを有する頭部装着型画像表示装置として構成する
ことができる。

【００６５】そして、その本体部が、右眼用の観察光学
系と左眼用の観察光学系とを備え、スピーカー部材が、
右耳用スピーカー部材と左耳用スピーカー部材とを有す
るように構成することができる。また、そのスピーカー
部材としてイヤホンで構成することができる。

【００６６】また、本発明の光学系は、観察系だけでな
く、撮像系への適用も可能である。そのためには、像面
に撮像素子を配置し、光学的瞳側から物体光を入射して
物体像を撮像可能に構成すればよい。

【００６７】なお、本発明では、軸上主光線を、観察光
学系においては、射出瞳を構成する光学的瞳中心を通り
２次元画像表示素子の中心に到達する光線で逆光線追跡
で、撮像光学系においては、明るさ絞りを構成する光学
的瞳中心を通り撮像素子の中心に到達する光線で順光線
追跡で定義する。そして、軸上主光線が射出瞳又は明る
さ絞りの中心から第１プリズムの第１入射面に交差する
までの直線によって定義される光軸をＺ軸と定義し、ま
た、このＺ軸と直交し、かつ、第１プリズムを構成する
各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、さらに、Ｚ軸と直
交し、かつ、Ｙ軸と直交する軸をＸ軸と定義する。ま
た、射出瞳又は明るさ絞りの中心を本発明の観察光学系
又は撮像光学系における座標系の原点とする。また、本
発明においては、上述のように射出瞳から２次元画像表
示素子に向かう逆光線追跡、又は、明るさ絞りから撮像
素子に向かう順光線追跡で面番号をつけることとし、軸
上主光線が、射出瞳から２次元画像表示素子に至る方向
又は明るさ絞りから撮像素子に至る方向をＺ軸の正方
向、２次元画像表示素子に向かうＹ軸の方向又は撮像素
子に向かうＹ軸の方向をＹ軸の正方向、Ｙ軸とＺ軸と右
手系を構成するＸ軸の方向をＸ軸の正方向とそれぞれ定
義する。

【００６８】ここで、本発明で使用する自由曲面は、次
式（ａ）により定義する。なお、その定義式のＺ軸が自
由曲面の軸となる。

【００６９】 ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面
項である。

【００７０】球面項中、 ｃ：頂点の曲率 ｋ：コーニック定数（円錐定数） ｒ＝√（Ｘ² ＋Ｙ² ） である。

【００７１】自由曲面項は、 ただし、Ｃ_j （ｊは２以上の整数）は係数であり、ｊ＝
｛（ｍ＋ｎ）² ＋ｍ＋３ｎ｝／２＋１（ｍ，ｎは０以上
の整数）の関係にある。

【００７２】上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、
Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、本発明では、
Ｘの奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と
平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。この
ような自由曲面は、例えば、上記定義式においては、Ｃ
₂ 、Ｃ₅ 、Ｃ₇ 、Ｃ₉ 、Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₆、Ｃ₁₈、
Ｃ ₂₀、Ｃ₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ₂₇、Ｃ₂₉、Ｃ₃₁、Ｃ₃₃、Ｃ₃₅・・
・の各項の係数を０にすることによって達成することが
可能である。

【００７３】また、Ｙの奇数次項を全て０にすることに
よって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自
由曲面となる。このような自由曲面は、例えば、上記定
義式においては、Ｃ₃ 、Ｃ₅ 、Ｃ₈ 、Ｃ₁₀、Ｃ₁₂、
Ｃ₁₄、Ｃ₁₇、Ｃ₁₉、Ｃ₂₁、Ｃ₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ₂₇、Ｃ₃₀、Ｃ
₃₂、Ｃ₃₄、Ｃ₃₆・・・の各項の係数を０にすることによ
って達成することが可能である。

【００７４】また、上記対称面の方向の何れか一方を対
称面とし、それに対応する方向の偏心、例えば、Ｙ−Ｚ
面と平行な対称面に対して光学系の偏心方向はＹ軸方向
に、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面に対しては光学系の偏心方
向はＸ軸方向にすることで、偏心により発生する回転非
対称な収差を効果的に補正しながら同時に製作性も向上
させることが可能となる。

【００７５】また、上記定義式（ａ）は、上述のように
１つの例として示したものであり、本発明において、対
称面を１面のみ有する回転非対称面を用いることで偏心
により発生する回転非対称な収差を補正し、同時に製作
性も向上させるという特徴を有しているが、上記定義式
（ａ）以外の他のいかなる定義式に対しても同様の効果
が得られることは言うまでもない。

【００７６】本発明において、第２プリズムに設けられ
た反射面の形状を、唯一の対称面を１面のみ有した面対
称自由曲面形状にて構成することができる。

【００７７】また、本発明における体積型ホログラム素
子の体積型ホログラム（ＨＯＥ）は以下のように定義す
る。図１２は本発明におけるＨＯＥを定義するための原
理図である。

【００７８】まず、ＨＯＥ面に入射し、さらに射出する
波長λの光線追跡は、基準波長λ₀＝ＨＷＬに対して定
義されるＨＯＥ面上での光路差関数Φ₀ を用いて、次式
（ｂ）で与えられる。

【００７９】 ｎ_d Ｑ_d ×Ｎ＝ｎ_i Ｑ_i ×Ｎ＋ｍ（λ／λ₀ ）∇Ф₀ ×Ｎ ・・・（ｂ） ただし、ＮはＨＯＥ面の法線ベクトル、ｎ_i （ｎ_d ）は
入射側（射出側）の屈折率、Ｑ_i （Ｑ_d ）は入射（射
出）ベクトル（単位ベクトル）である。また、ｍ＝ＨＯ
Ｒは射出光の回折次数である。

【００８０】ＨＯＥが基準波長λ₀ の２点光源、すなわ
ち、図１２に示すように、点Ｐ₁ ＝（ＨＸ１，ＨＹ１，
ＨＺ１）を光源とする物体光、及び、点Ｐ₂ ＝（ＨＸ
２，ＨＹ２，ＨＺ２）を光源とする参照光の干渉によっ
て製造される（定義される）とすれば、 Φ₀ ＝Φ₀ ^2P ＝ｎ₂ ・ｓ₂ ・ｒ₂ −ｎ₁ ・ｓ₁ ・ｒ₁ となる。ただし、ｒ₁ （ｒ₂ ）は点Ｐ₁ （点Ｐ₂ ）から
ＨＯＥ面の所定の座標Ｐまでの距離（＞０）、ｎ₁ （ｎ
₂ ）は製造時（定義時）にＨＯＥを置く媒質の点Ｐ
₁ （点Ｐ₂ ）を配置した側の屈折率であり、ｓ₁ ＝ＨＶ
１、及び、ｓ₂ ＝ＨＶ２は光の進行方向を考慮する符号
である。この符号は、光源が発散光源（実点光源）であ
る場合に、ＲＥＡ＝＋１、逆に光源が収束する光源（仮
想点光源）の場合にＶＩＲ＝−１となる。なお、レンズ
データ中におけるＨＯＥの定義として、製造時（定義
時）にＨＯＥを置く媒質の屈折率ｎ₁ （ｎ₂ ）は、レン
ズデータ中でＨＯＥ面が接している媒質の、点Ｐ₁ （点
Ｐ₂ ）が存在する側の屈折率とする。

【００８１】一般的な場合、ＨＯＥを製造する際の参照
光と物体光は球面波とは限らない。この場合のＨＯＥの
光路差関数Φ₀ は、多項式で表した付加的な位相項Φ₀
^Poly（基準波長λ₀ における光路差関数）を加えて次式
（ｃ）で表わすことができる。

【００８２】 Φ₀ ＝Φ₀ ^2P ＋Φ₀ ^Poly ・・・（ｃ） ここで、多項式は、 であり、一般には、ｊ＝｛（ｍ＋ｎ）² ＋ｍ＋３ｎ｝／
２で定義することができる。ただし、Ｈ_j は各項の係数
である。

【００８３】さらに光学設計の便宜から、光路差関数Φ
₀ を、 Φ₀ ＝Φ₀ ^Polyのように付加項のみで表し、それによっ
てＨＯＥを定義することもできる。例えば、２点光源Ｐ
₁ （点Ｐ₂ ）を一致させると光路差関数Φ₀ の干渉によ
る成分Φ ₀ ^2P はゼロとなるので、この場合は実質的に付
加項（多項式）のみで光路差関数を表示したことに相当
する。

【００８４】以上のＨＯＥに関する説明は、全てＨＯＥ
原点を基準とするローカル座標に対するものである。

【００８５】以下に、ＨＯＥを定義する構成パラメータ
の例を示す。 面番号 曲率半径 面間隔 物体面 ∞ ∞ 1 ∞（絞り） 100 2 150（ＨＯＥ） -75 ＨＯＥ ＨＶ１（ｓ₁ ）：ＲＥＡ（＋１） ＨＶ２（ｓ₂ ）：ＶＩＲ（−１） ＨＯＲ（ｍ） ：１ ＨＸ１＝０ ＨＹ１＝-3.40 ×10⁹ ＨＺ１＝-3.40 ×10⁹ ＨＸ２＝０ ＨＹ２＝ 2.50 ×10 ＨＺ２＝-7.04 ×10 ＨＷＬ（λ₀ ）＝５４４ Ｈ₁ -1.39 ×10^-21 Ｈ₂ -8.57 ×10^-5 Ｈ₃ -1.50 ×10^-4 。

【００８６】後記の実施例１においては、波長６３０ｎ
ｍを中心とする赤バンド光を角度選択的に回折するＨＯ
Ｅ一層のみからなるように定義されているが、他の波
長５２５ｎｍを中心とする緑バンド光のＨＯＥ、波長４
７０ｎｍを中心とする青バンド光のＨＯＥについては、
ホログラム表面の干渉縞の形状、間隔が赤バンド光のＨ
ＯＥと同じになるので、式（ｃ）で表わされる光路差
関数Φ₀ は同じになるため、表記していない。ただし、
当然各ＨＯＥのホログラム媒質内の干渉縞の間隔と傾き
は異なるので、ホログラム面内の離散的な６つの点にお
ける各ＨＯＥのホログラム媒質内の干渉縞の間隔と傾き
を示して、赤・緑・青の３つの体積型ホログラムを示し
てある。

【００８７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光学系の実施例１
について説明する。

【００８８】なお、実施例１の構成パラメータは後に示
すことにする。この実施例１を観察光学系の例であり、
図１に示すように、軸上主光線２を、射出瞳１の中心
（観察者眼球の旋回中心位置）から第１プリズム３、第
２プリズム４、２次元画像表示素子として設けられたＬ
ＣＤ５の中心に至る光線で定義する。そして、軸上主光
線２が第１プリズム３の射出瞳１側の面３₁ に交差する
までの直線によって定義される光軸をＺ軸とし、このＺ
軸と直交し、かつ、プリズムを構成する各面の偏心面内
の軸をＹ軸と定義し、前記光軸と直交し、かつ、前記Ｙ
軸と直交する軸をＸ軸と定義する。また、射出瞳１の中
心をこの座標系の原点とする。そして、軸上主光線２が
射出瞳１からＬＣＤ５に至る方向をＺ軸の正方向、ＬＣ
Ｄ５に向かうＹ軸の方向をＹ軸の正方向、Ｙ軸とＺ軸と
右手系を構成するＸ軸の方向をＸ軸の正方向とそれぞれ
定義する。

【００８９】実施例１では、第１プリズム３及び第２プ
リズム４はこのＹ−Ｚ平面内で偏心を行っており、ま
た、第１プリズム３及び第２プリズム４に設けられる各
回転非対称自由曲面の唯一の対称面をＹ−Ｚ面としてい
る。

【００９０】偏心面については、光学系の原点の中心か
らその面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ
軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸（自
由曲面については、前記の（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。その場合、αとβ
の正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γ
の正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。な
お、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、面の中
心軸とそのＸＹＺ直交座標系を、まずＸ軸の回りで反時
計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中心軸を
新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させる
と共に１度回転した座標系もＹ軸の回りで反時計回りに
β回転させ、次いで、その２度回転した面の中心軸を新
たな座標系の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ
回転させるものである。

【００９１】また、実施例１の光学系を構成する光学作
用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成
する場合には面間隔が与えられており、その他、球面の
曲率半径、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。

【００９２】また、本発明で用いられる自由曲面の面の
形状は、前記の（ａ）式により定義される自由曲面であ
り、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。

【００９３】また、自由曲面の他の定義式として、Ｚｅ
ｒｎｉｋｅ多項式がある。この面の形状は次式（ｄ）に
より定義する。その定義式（ｄ）のＺ軸がＺｅｒｎｉｋ
ｅ多項式の軸となる。回転非対称面の定義は、Ｘ−Ｙ面
に対するＺの軸の高さの極座標で定義され、ＲはＸ−Ｙ
面内のＺ軸からの距離、ＡはＺ軸回りの方位角で、Ｘ軸
から測った回転角で表せられる。

【００９４】 ｘ＝Ｒ×cos(A) ｙ＝Ｒ×sin(A) Ｚ＝Ｄ₂ ＋Ｄ₃ Ｒcos(A)＋Ｄ₄ Ｒsin(A) ＋Ｄ₅ Ｒ² cos(2A)＋Ｄ₆ （Ｒ² −１）＋Ｄ₇ Ｒ² sin(2A) ＋Ｄ₈ Ｒ³ cos(3A) ＋Ｄ₉ （３Ｒ³ −２Ｒ）cos(A) ＋Ｄ₁₀（３Ｒ³ −２Ｒ）sin(A)＋Ｄ₁₁Ｒ³ sin(3A) ＋Ｄ₁₂Ｒ⁴cos(4A)＋Ｄ₁₃（４Ｒ⁴ −３Ｒ² ）cos(2A) ＋Ｄ₁₄（６Ｒ⁴ −６Ｒ² ＋１）＋Ｄ₁₅（４Ｒ⁴ −３Ｒ² ）sin(2A) ＋Ｄ₁₆Ｒ⁴ sin(4A) ＋Ｄ₁₇Ｒ⁵ cos(5A) ＋Ｄ₁₈（５Ｒ⁵ −４Ｒ³ ）cos(3A) ＋Ｄ₁₉（１０Ｒ⁵ −１２Ｒ³ ＋３Ｒ）cos(A) ＋Ｄ₂₀（１０Ｒ⁵ −１２Ｒ³ ＋３Ｒ）sin(A) ＋Ｄ₂₁（５Ｒ⁵ −４Ｒ³ ）sin(3A) ＋Ｄ₂₂Ｒ⁵ sin(5A) ＋Ｄ₂₃Ｒ⁶cos(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) ＋Ｄ₂₉Ｒ⁶sin(6A)・・・・・ ・・・・（ｄ） ただし、Ｄ_m （ｍは２以上の整数）は係数である。な
お、Ｘ軸方向に対称な光学系として設計するには、
Ｄ₄ ，Ｄ₅ ，Ｄ₆ 、Ｄ₁₀，Ｄ₁₁，Ｄ₁₂，Ｄ₁₃，Ｄ₁₄，Ｄ
₂₀，Ｄ₂₁，Ｄ₂₂…を利用する。

【００９５】また、回転非対称面な自由曲面の形状は次
の式（ｅ）により定義することもできる。その定義式
（ｅ）のＺ軸が回転非対称面の軸となる。

【００９６】 Ｚ＝Σ_n Σ_m Ｃ_nmＸⁿ Ｙ^n-m ・・・・（ｅ） ただし、Σ_n はΣのｎが０〜ｋ、Σ_m はΣのｍが０〜ｎ
を表わす。

【００９７】なお、本発明の実施例１では、前記（ａ）
式を用いた自由曲面で面形状が表現されているが、上記
（ｄ）式、（ｅ）式を用いても同様の作用効果が得られ
るのは言うまでもない。

【００９８】以下、実施例１について具体的に説明す
る。この実施例では、観察光学系を用いた画像表示装置
として説明する。

【００９９】本発明の実施例１に係る観察光学系の光軸
を含むＹ−Ｚ断面図を図１に示す。この実施例の観察光
学系は、像面側に観察者が観察する画像を表示する２次
元画像表示素子として配置されたＬＣＤ５と、２次元画
像表示素子によって形成された観察像を観察するために
観察者の眼球位置（瞳面）に形成する射出瞳１に導く接
眼光学部材を有している。

【０１００】接眼光学部材は、第１プリズム３と、第２
プリズム４を含んで構成されている。なお、この実施例
の説明において、光学系の面番号は原則として射出瞳１
からＬＣＤ５に至る順番で追跡（逆光線追跡）し、第１
及び第２プリズムにおける各面の順番も逆光線追跡に合
わせて表すこととする。

【０１０１】第１プリズム３は、ガラス又はプラスチッ
ク等の透明なプリズム媒質を挟んで、第１入射面３₁ 、
第１射出面３₂ を有している。

【０１０２】第２プリズム４は、ガラス又はプラスチッ
ク等の透明なプリズム媒質を挟んで、第２入射面４₁ 、
反射面４₂ 、第２射出面４₃ を有している。

【０１０３】第１プリズム３と第２プリズム４とは、そ
の間にホログラム素子として反射型の体積型ホログラム
（ＨＯＥ）６を挟んで接合されている。

【０１０４】なお、第１プリズム３のプリズム媒質と第
２プリズム４のプリズム媒質は、共にガラス又は共にプ
ラスチックというように、同じ媒質で構成されている。

【０１０５】第２プリズム４の第２射出面４₃ は、ＬＣ
Ｄ５側に配置されていて、観察像からの光線を透過して
第２プリズム４内に入射させる作用を有し、透過時にそ
の光線にパワーを与えるような対称面が１面のみの自由
曲面形状に形成されている。

【０１０６】反射面４₂ は、第２プリズム４内で光線を
反射させる作用を有し、反射時に光線に正のパワーを与
えるような凹面形状の曲面（ここでは自由曲面）に形成
されている。また、反射面４₂ には、ミラーコーティン
グが施されている。

【０１０７】第２入射面４₁ は、Ｘ軸方向に曲率を有
し、Ｙ軸方向では曲率を持たないシリンドリカル面で形
成され、第２プリズム４外に光線を射出させる作用を有
する。

【０１０８】第１プリズム３の第１射出面３₂ は、第２
プリズム４側に配置されていて、第２プリズム４から射
出した光線を透過して第１プリズム３内に入射させる作
用を有し、第２プリズム４の第２入射面４₁ と略同一の
形状で構成されている。

【０１０９】第１入射面３₁ は、第１プリズム３外に光
線を射出させる作用を有し、透過時に光線にパワーを与
えるような対称面が一面のみの自由曲面形状に形成され
ており、前記接眼光学部材で発生する回転非対称なコマ
収差又は非点収差の少なくとも一方の回転非対称な収差
を補正する作用を有している。

【０１１０】なお、第１プリズム３の第１入射面３₁ 、
第２プリズム４の反射面４₂ 、第２射出面４₃ の自由曲
面における唯一の対称面は、光軸の折り返し面（Ｙ−Ｚ
面）に一致している。

【０１１１】そして、実施例１の観察光学系では、ＬＣ
Ｄ５から射出された赤・緑・青それぞれのバンド光は、
第２射出面４₃ を透過して第２プリズム４の内部に入射
した後、第２入射面４₁ に貼り付けられた体積型ホログ
ラム６に対して、それぞれ第１の入射角、第２の入射
角、第３の入射角で入射する。このとき、入射した赤・
緑・青それぞれのバンド光は、体積型ホログラム６面に
おいて１００％近い反射回折効率でもってそれぞれ第１
の反射回折角、第２の反射回折角、第３の反射回折角で
回折反射され、反射面４₂ に向かい反射面４₂ で反射さ
れて、第２入射面４₁ に貼り付けられた体積型ホログラ
ム６に対して、それぞれ第１の入射角、第２の入射角、
第３の入射角以外の入射角度で入射する。このときの入
射角度は、体積型ホログラム６の高い回折効率を有する
回折効率の角度選択性より外れるため、赤・緑・青それ
ぞれのバンド光は、体積型ホログラム６を透過して、第
２プリズム４から射出する。その後、それらの光束は、
第１プリズム３の第１射出面３₂ を透過して第１プリズ
ム３の内部に入射し、第１入射面３₁ を透過することに
よって第１プリズム３から射出して射出瞳１側に導かれ
る。

【０１１２】なお、本発明の実施例１においては、観察
光学系として説明することとしているが、観察光学系の
像面にＬＣＤ５に換えて撮像素子１３を配置し、射出瞳
１に物体からの光束の明るさを絞る明るさ絞り１４を配
置することにより、撮像光学系として構成することがで
きる。

【０１１３】その場合には、第２プリズム４の第２射出
面４₃ は、第２プリズム４外に光線を射出させる面とし
て作用し、第２入射面４₁ は、第１プリズム３から射出
した光線を第２プリズム４内に入射させる面として作用
する。また、第１プリズム３の第１射出面３₂ は、第１
プリズム３外に光線を射出させる面として作用し、第１
入射面３₁ は、明るさ絞り１４を通過した物体からの光
線を第１プリズム３内に入射させる面として作用する。

【０１１４】また、体積型ホログラム６は、Ｒ，Ｇ，Ｂ
の３層を貼り合わせるか三重記録して構成されており、
前記したように、波長６３０ｎｍを中心とする赤バンド
光のホログラム、波長５２５ｎｍを中心とする緑バンド
光のホログラム、波長４７０ｎｍを中心とする青バンド
光のホログラムは何れも、ホログラム表面の干渉縞の形
状、間隔が相互に同じであり、ホログラム媒質内の干渉
縞の間隔と傾きが相互に異なるものからなる。

【０１１５】そして、体積型ホログラム６のホログラム
面の反射回折及び透過を兼用してビームスプリッターと
して用いる領域においては、反射回折時にホログラム面
の法線に対して主光線の入射角は、５０．６°〜５４．
６°の角度分布で入射する。この際、体積型ホログラム
６の回折素子としての光学パワーを利用して光学系の他
の屈折面４₃ 、３₁ により発生した色収差をキャンセル
することで、回転対称成分及び回転非対称成分の倍率色
収差の補正を行っている。この入射した光線は略正反射
に近い回折角度で射出される。また、体積型ホログラム
６のホログラム面の反射回折及び透過を兼用してビーム
スプリッターとして用いる領域において、透過時にホロ
グラム面の法線に対して主光線の入射角は、−１６．２
°〜−１８．２°の角度分布で入射する。

【０１１６】図７に、この実施例の回折効率のシミュレ
ーション用モデル図を示す。媒質ｎ１中に接合されてい
る体積型ホログラム素子６で平均屈折率ｎ、屈折率変調
の振幅Δｎ、ホログラム厚さｔのとき、反射回折させた
い光線が体積型ホログラム素子６のある座標位置Ａにお
いて、法線に対して入射角ｉ°で入射し、反射回折角ｒ
°で射出する。また、透過させたい光線が体積型ホログ
ラム素子６の座標位置Ａに、法線に対して入射角ｓ°で
入射するものとする。

【０１１７】図４に、KogelnikのCoupled Wave theory
に対して下記パラメータを適用して回折効率のシミュレ
ーションを行った結果を示す。赤・緑・青のそれぞれの
バンド光を１０％以上の回折効率で回折する領域を黒領
域で示してある。

【０１１８】媒質ｎ１＝１．５２、平均屈折率ｎ＝１．
５２、屈折率変調の振幅Δｎ＝０．０１７、厚さｔ＝２
５μｍ、入射角ｉ＝５０．６°、反射回折角ｒ＝５０．
７°、各バンドの中心波長が、赤：０．６３μｍ、緑：
０．５２５μｍ、青：０．４７μｍ実施例１の体積型ホ
ログラム６のホログラム面での入射角が５０．６°〜５
４．６°で角度分布している中の入射角ｉ＝５０．６
°、反射回折角ｒ＝５０．７°で反射回折する位置にお
いては、再入射透過光が−１６．２°で体積型ホログラ
ム６へ入射する。波長が、赤：０．６３μｍ±２０μ
ｍ、緑：０．５２５μｍ±２０μｍ、青：０．４７μｍ
±２０μｍの再入射透過光は、−１６．２°の入射角で
再入射する際に、図４から、各バンドの高回折効率領域
とは重なり合っておらず、そのまま透過できることが分
かる。

【０１１９】図５は、図４に対して、実施例１の体積型
ホログラム６のホログラム面での入射角が５０．６°〜
５４．６°で角度分布している中の入射角ｉ＝５２．４
°、反射回折角ｒ＝５２．５°で反射回折する位置にお
いての回折効率のシミュレーションを行った結果を示
す。

【０１２０】実施例１の体積型ホログラム６のホログラ
ム面での入射角が５０．６°〜５４．６°で角度分布し
ている中の入射角ｉ＝５２．４°、反射回折角ｒ＝５
２．５°で反射回折する場所においては、再入射透過光
が−１８．７°で体積型ホログラム６へ入射する。波長
が、赤：０．６３μｍ±２０μｍ、緑：０．５２５μｍ
±２０μｍ、青：０．４７μｍ±２０μｍの再入射透過
光は、−１８．７°の入射角で再入射する際に、図５か
ら、各バンドの高回折効率領域とは重なり合っておら
ず、そのまま透過できることが分かる。

【０１２１】図６は、図４に対して、実施例１の体積型
ホログラム６のホログラム面での入射角が５０．６°〜
５４．６°で角度分布している中の入射角ｉ＝５４．６
°、反射回折角ｒ＝５４．７°で反射回折する位置にお
いての回折効率のシミュレーションを行った結果を示
す。

【０１２２】実施例１の体積型ホログラム６のホログラ
ム面での入射角が５０．６°〜５４．６°で角度分布し
ている中の入射角ｉ＝５４．６°、反射回折角ｒ＝５
４．７°で反射回折する場所においては、再入射透過光
が−１８．２°で体積型ホログラム６へ入射する。波長
が、赤：０．６３μｍ±２０μｍ、緑：０．５２５μｍ
±２０μｍ、青：０．４７μｍ±２０μｍの再入射透過
光は、−１８．２°の入射角で再入射する際に、図５か
ら、各バンドの高回折効率領域とは重なり合っておら
ず、そのまま透過できることが分かる。

【０１２３】以上のことから、実施例１においては、図
４〜図６に示すように、体積型ホログラム６をＬＣＤ５
からの光束あるいは明るさ絞り１４を通った物体からの
光束が透過する際に、赤・緑・青の波長の透過光束が、
赤・緑・青のそれぞれのバンド光を１０％以上の回折効
率で回折する領域を示す高回折効率領域の中、最も波長
の短い青バンド光用の高回折効率領域より短波長側の領
域の入射角度範囲を透過するように設定することによ
り、反射回折させる角度で入射する赤・緑・青のバンド
光を高回折効率で同時に反射回折させ、また、透過させ
る角度で入射する赤・緑・青のバンド光をほとんど回折
させることなく同時に透過させることができ、複数の波
長の光を高効率に利用し、明るく色再現性の良い表示が
可能なホログラムカラービームスプリッターあるいはそ
のホログラムカラービームスプリッターを用いた画像表
示装置用の観察光学系、さらには撮像光学系を実現する
ことができる。

【０１２４】なお、実施例１の光学系は、焦点距離は２
１．２ｍｍ、アイリリーフは２８．００ｍｍ、瞳径はφ
４ｍｍ、ワーキングデスタンス（ＷＤ）は７．３４ｍ
ｍ、用いる画像表示素子は、対角長０．５５インチ、ア
スペクト比４：３であり、サイズは縦８．４４８ｍｍ×
横１１．２６４ｍｍである。また、中心視度は−１．０
Ｄであり、観察画角は水平全画角３０．０°、垂直全画
角２２．７°である。

【０１２５】以下に実施例１の数値データを示すが、以
下の表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＣＹＬ”はシリン
ドリカル面、“ＨＯＥ”は反射型ホログラム面、“Ｒ
Ｅ”は反射面をそれぞれ示す。また、シリンドリカル面
のＲｘ、ＲｙはそれぞれＸ軸方向曲率半径、Ｙ軸方向曲
率半径を示す。なお、Λはホログラム媒質中の体積型ホ
ログラムの屈折率分布の周期構造（干渉縞）の間隔、Λ
_S はホログラム媒質表面の体積型ホログラムの屈折率分
布の周期構造（干渉縞）の間隔、θはホログラム媒質中
の体積型ホログラムの屈折率分布の周期構造（干渉縞）
のホログラム媒質表面に対する傾き角である。

【０１２６】 実施例１ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（瞳面） 2 ＦＦＳ 偏心(1) 1.5254 56.2 3 ＣＹＬ 偏心(2) 1.5254 56.2 4 ＦＦＳ（ＲＥ） 偏心(3) 1.5254 56.2 5 ＣＹＬ（ＨＯＥ） 偏心(4) 1.5254 56.2 6 ＦＦＳ 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) ＣＹＬ Ｒｘ -128.44 Ｒｙ ∞ ＦＦＳ Ｃ₄ 6.4041×10^-3 Ｃ₆ 2.4142×10^-2 Ｃ₈ -7.2555×10^-6 Ｃ₁₀ 2.7801×10^-4 Ｃ₁₁ 4.9418×10^-6 Ｃ₁₃ 4.5544×10^-6 Ｃ₁₅ 9.4384×10^-6 Ｃ₁₇ -5.7579×10^-7 Ｃ₁₉ 1.1416×10^-6 Ｃ₂₁ 3.1265×10^-7 ＦＦＳ Ｃ₄ -8.6139×10^-3 Ｃ₆ -2.0278×10^-3 Ｃ₈ 1.9774×10^-5 Ｃ₁₀ 2.8876×10^-5 Ｃ₁₁ 6.1298×10^-7 Ｃ₁₃ -4.2136×10^-7 Ｃ₁₅ 3.6073×10^-6 Ｃ₁₇ -1.4625×10^-7 Ｃ₁₉ 3.6548×10^-7 Ｃ₂₁ 2.7253×10^-7 ＦＦＳ Ｃ₄ 1.0827×10^-3 Ｃ₆ -2.3537×10^-2 Ｃ₈ -5.3177×10^-4 Ｃ₁₀ -9.1443×10^-4 Ｃ₁₁ -3.6029×10^-5 Ｃ₁₃ 3.3466×10^-4 Ｃ₁₅ 1.7611×10^-4 Ｃ₁₇ 3.5504×10^-6 Ｃ₁₉ -1.9995×10^-5 Ｃ₂₁ -7.1100×10^-6 ＨＯＥ HV1 REA HV2 REA HOR 1 HX1 0.0 HY1 0.0 HZ1 0.0 HX2 0.0 HY2 0.0 HZ2 0.0 HWL: 630nm Ｈ₂ 4.7061×10^-3 Ｈ₃ -7.1036×10^-4 Ｈ₅ -7.1539×10^-4 Ｈ₇ -4.1424×10^-5 Ｈ₉ -1.0636×10^-5 Ｈ₁₀ -5.1882×10^-6 Ｈ₁₂ -8.2388×10^-7 Ｈ₁₄ 2.3705×10^-7 Ｈ₁₆ -2.2896×10^-8 Ｈ₁₈ 9.3498×10^-9 Ｈ₂₀ -9.7852×10^-8 Ｈ₂₁ 2.6510×10^-8 Ｈ₂₃ 5.2548×10^-9 Ｈ₂₅ -5.8710×10^-10 Ｈ₂₇ -3.7959×10^-9 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ -0.96 Ｚ 28.15 α 10.11 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 4.01 Ｚ 31.31 α 20.09 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 0.55 Ｚ 39.00 α -13.97 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 4.01 Ｚ 31.31 α 20.09 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 14.11 Ｚ 36.09 α 68.95 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 20.57 Ｚ 36.32 α -111.29 β 0.00 γ 0.00 ＨＯＥ中の赤（波長６３０ｎｍ）バンド光用ホログラムのホログラムデータ 光線 光線座標(mm) 入射角（°） 射出角（°） 番号 Ｘ Ｙ Ｘ Ｙ Ｘ Ｙ 1 0.000 1.357 0.000 50.608 0.000 -50.769 2 0.000 -8.268 0.000 52.659 0.000 -53.436 3 8.319 -8.478 12.547 53.819 -13.487 -54.564 4 7.533 1.159 10.722 50.697 -11.716 -50.823 5 6.822 9.892 11.376 49.642 -12.264 -48.546 6 0.000 10.418 0.000 50.053 0.000 -48.830 光線 干渉縞 番号 Λ (μm) Λ_S (μm) θ（°） 1 0.340 229.736 0.0846 2 0.360 50.430 0.4084 3 0.374 41.257 0.5195 4 0.343 38.257 0.5137 5 0.331 21.645 0.8761 6 0.330 29.966 0.6313 ＨＯＥ中の緑（波長５２５ｎｍ）バンド光用ホログラムのホログラムデータ 光線 光線座標(mm) 入射角（°） 射出角（°） 番号 Ｘ Ｙ Ｘ Ｙ Ｘ Ｙ 1 0.000 1.367 0.000 50.625 0.000 -50.756 2 0.000 -8.240 0.000 52.740 0.000 -53.378 3 8.309 -8.453 12.641 53.903 -13.415 -54.516 4 7.517 1.170 10.790 50.717 -11.605 -50.820 5 6.806 9.857 11.424 49.589 -12.154 -48.695 6 0.000 10.379 0.000 50.000 0.000 -49.003 光線 干渉縞 番号 Λ (μm) Λ_S (μm) θ（°） 1 0.282 226.683 0.7129 2 0.299 50.750 0.3376 3 0.311 40.994 0.4353 4 0.285 38.456 0.4246 5 0.275 21.738 0.7249 6 0.274 30.091 0.5225 ＨＯＥ中の青（波長４７０ｎｍ）バンド光用ホログラムのホログラムデータ 光線 光線座標(mm) 入射角（°） 射出角（°） 番号 Ｘ Ｙ Ｘ Ｙ Ｘ Ｙ 1 0.000 1.373 0.000 50.636 0.000 -50.754 2 0.000 -8.221 0.000 52.793 0.000 -53.369 3 8.302 -8.437 12.703 53.957 -13.402 -54.510 4 7.507 1.177 10.834 50.730 -11.568 -50.823 5 6.795 9.833 11.456 49.554 -12.113 -48.753 6 0.000 10.354 0.000 49.965 0.000 -49.071 光線 干渉縞 番号 Λ (μm) Λ_S (μm) θ（°） 1 0.256 235.813 0.0622 2 0.712 51.093 0.3048 3 0.283 41.438 0.3918 4 0.259 38.802 0.3821 5 0.250 21.925 0.6522 6 0.249 30.055 0.4748 。

【０１２７】次に、上記実施例１の像歪みを表す収差図
を図２に、横収差を表す収差図を図３にそれぞれ示す。
この横収差図においては、括弧内に示された数字は（水
平画角，垂直画角）を表し、その画角における横収差を
示す。

【０１２８】なお、上記表中のＨＯＥ中の赤・緑・青
バンド光用の３つのホログラムの干渉縞のホログラム媒
質表面での干渉縞間隔Λ_S が相互に完全に同じではない
のは、光線座標が波長毎に色収差によって若干ずれてい
るからであり、ホログラム媒質表面での座標が同じ場合
には、その３つのホログラムの干渉縞のホログラム媒質
表面での干渉縞間隔Λ_S は同じになっている。

【０１２９】ところで、図１４は、以上のような本発明
の光学系の光軸を含むＹ−Ｚ断面図の１つであり、体積
型ホログラム６を回折しないで透過した光がゴースト光
として悪影響を与えることを示す説明図である。

【０１３０】以上のような実施例の構成において、光束
が体積型ホログラム６に対して所定の入射角で入射した
場合であっても、所定の波長領域の光線は、１００％回
折反射するのではなく、極く僅かに回折反射しない不要
次数光が発生して透過光が発生し得る。

【０１３１】そして、その透過光が例えば、図１４に示
す接眼光学系の底面３₃ や側面（紙面に垂直な方向の
面）に光が当たり、その反射光がゴースト光として観察
者の眼球に入射するおそれがある。

【０１３２】そこで、本発明においては、図１３に示す
ように、図１のような構成に加えて、第１プリズム３の
側面及び底面３₃ や第２プリズム４の側面にゴースト光
除去部材として黒色塗料等光を吸収する性質を有する部
材をペイント処理を施す等して設けている。なお、ゴー
スト光除去部材１５を、第２プリズム４の第２射出面４
₃ 内の光線有効径外や、第２プリズムの反射面４₂ 内の
光線有効径外や、第１プリズム３の第１入射面３₁ 内の
光線有効径外の領域等の非光学作用面（第１プリズム３
と第２プリズム４において、光束を透過又は反射させる
光学作用面以外の面）に含まれる部位にも設けることが
望ましい。

【０１３３】次に、以上のような本発明による観察光学
系、撮像光学系は、物体像を接眼レンズを通して観察す
る観察装置や、物体像を形成しその像をＣＣＤや銀塩フ
ィルムといった撮像素子に受光させて撮影を行なう撮影
装置として用いることが可能である。具体的には、顕微
鏡、頭部装着型画像表示装置、内視鏡、プロジェクタ
ー、銀塩カメラ、デジタルカメラ、ＶＴＲカメラ、撮影
装置を内蔵したパソコン、携帯電話等の情報処理装置等
がある。以下にその実施形態を例示する。

【０１３４】その一例として、図１５に頭部装着型で両
眼装着用の画像表示装置を観察者の頭部に装着した状態
を、図１６にその断面図を示す。この構成は、本発明に
よる観察光学系を図１６に示すように画像表示素子５を
備えた接眼光学系１００として用いており、この接眼光
学系１００を左右一対用意し、それらを眼幅距離だけ離
して支持することにより、両眼で観察できる据え付け型
又は頭部装着型画像表示装置のようなポータブル型の画
像表示装置１０２として構成されている。

【０１３５】すなわち、画像表示装置本体１０２には、
上記のような観察光学系が接眼光学系１００として用い
られ、その接眼光学系１００が左右一対備えられ、それ
らに対応して像面に液晶表示素子からなる画像表示素子
５が配置されている。そして、画像表示装置本体１０２
には、図１５に示すように、左右に連続して図示のよう
な側頭フレーム１０３が設けられ、画像表示装置本体１
０２を観察者の眼前に保持できるようになっている。な
お、図１６に示すように、接眼光学系１００の射出瞳と
第１プリズム３の第１入射面３₁ との間にカバー部材９
１が配置されている。このカバー部材９１としては、平
行平面板、正レンズあるいは負レンズの何れを用いても
よい。

【０１３６】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が接続されており、観察者はこの再生装置１
０６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１５の符号１０７は再生装置１０６のスイッチ、ボリ
ューム等の調節部である。なお、画像表示装置本体１０
２の内部には映像処理、音声処理回路等の電子部品を内
蔵させてある。

【０１３７】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。

【０１３８】さらに、本発明による観察光学系は、接眼
光学系を左右何れか一方の眼前に配置した片眼用の頭部
装着型画像表示装置に用いてもよい。図１７にその片眼
装着用の画像表示装置を観察者の頭部に装着（この場合
は、左眼に装着）した状態を示す。この構成では、画像
表示素子５を備えた接眼光学系１００を１組備えた表示
装置本体１０２が前フレーム１０８の対応する眼の前方
位置に取り付けられ、その前フレーム１０８には左右に
連続して図示のような側頭フレーム１０３が設けられて
おり、表示装置本体１０２を観察者の片眼前に保持でき
るようになっている。その他の構成は図１５の場合と同
様であり、説明は省く。

【０１３９】また、図１８〜図２０は、本発明による撮
像光学系の要部構成を電子カメラのファインダー部の対
物光学系に組み込んだ構成の概念図を示す。図１８は電
子カメラ４０の外観を示す前方斜視図、図１９は同後方
斜視図、図２０は電子カメラ４０の構成を示す断面図で
ある。

【０１４０】電子カメラ４０は、この例の場合、撮影用
光路４２を有する撮影光学系４１、ファインダー用光路
４４を有するファインダー光学系４３、シャッター釦４
５、フラッシュ４６、液晶表示モニター４７等を含み、
カメラ４０の上部に配置されたシャッター釦４５を押圧
すると、それに連動して撮影用対物光学系４８を通して
撮影が行なわれる。撮影用対物光学系４８によって形成
された物体像が、ローパスフィルター、赤外カットフィ
ルター等のフィルター５１を介してＣＣＤ４９の撮像面
５０上に形成される。

【０１４１】このＣＣＤ４９で受光された物体像は、処
理手段５２を介し、電子画像としてカメラ背面に設けら
れた液晶表示モニター４７に表示される。また、この処
理手段５２には記録素子６１が配置され、撮影された電
子画像を記録することもできる。なお、この記録素子６
１は処理手段５２と別体に設けられてもよいし、フロッ
ピー（登録商標）ディスク等により電子的に記録書込を
行なうように構成してもよい。また、ＣＣＤ４９に代わ
って銀塩フィルムを配置した銀塩カメラとして構成して
もよい。

【０１４２】さらに、ファインダー用光路４４上には、
ファインダー用対物光学系５３が配置されており、この
ファインダー用対物光学系５３は、カバーレンズ５４
と、フォーカシングのために光軸方向に位置調節可能な
正レンズ群５７と、明るさ絞り１４と第１プリズム３と
第２プリズム４とを備えてなる。また、カバー部材とし
て用いられているカバーレンズ５４は、負のパワーを有
するレンズ群であり、画角を拡大している。なお、第２
プリズム４は、本発明の実施例１のような第２プリズム
４の構成に加えて、第２入射面４₁ に設けられたホログ
ラム６からの回折反射光が第２射出面４₃ に至る光路の
途中に反射面４₄ を有している。このファインダー用対
物光学系５３によって結像面９０上に形成された物体像
は、像正立部材であるポロプリズム５５の視野枠上に形
成される。

【０１４３】なお、その視野枠は、ポロプリズム５５の
第１反射面５６₁ と第２反射面５６ ₂ との間を分離し、
その間に配置されている。なお、ポロプリズム５５は第
１反射面５６₁ から第４反射面５６₄ でなる。このポロ
プリズム５５の後方には、正立正像にされた像を観察者
眼球Ｅに導く接眼光学系５９が配置されている。

【０１４４】このように構成されたカメラ４０は、ファ
インダー用対物光学系５３を少ない光学部材で構成で
き、高性能・低コスト化が実現できると共に、対物光学
系５３の光路自体を折り曲げて構成できるため、カメラ
内部での配置の自由度が増し、設計上有利となる。

【０１４５】なお、図２０の構成において、撮影用対物
光学系４８の構成については言及しなかったが、撮影用
対物光学系４８としては屈折型同軸光学系の他に、本発
明の本発明の実施例１に示すような２つのプリズム３、
４からなる何れかのタイプの撮像光学系を用いることも
当然可能である。

【０１４６】また、接眼光学系５９を本発明の実施例１
に示すような２つのプリズム３、４からなる何れかのタ
イプの接眼光学部材を用いて構成してもよい。

【０１４７】次に、図２１は本発明の撮像光学系を電子
カメラ４０の撮影部の対物光学系４８に、本発明の観察
光学系を電子カメラ４０の接眼光学系５９に組み込んだ
構成の概念図を示す。この例の場合は、撮影用光路４２
上に配置された撮影用対物光学系４８は、正レンズから
なるカバー部材６５と本発明の実施例１に示すような２
つのプリズム３、４からなる何れかのタイプの撮像光学
系からなる。そして、その第２プリズム４とＣＣＤ４９
との間にローパスフィルター、赤外カットフィルター等
のフィルター５１が配置されており、この撮影用対物光
学系４８により形成された物体像はＣＣＤ４９の撮像面
５０上に形成される。このＣＣＤ４９で受光された物体
像は、処理手段５２を介し、液晶表示素子（ＬＣＤ）６
０上に電子像として表示される。また、この処理手段５
２は、ＣＣＤ４９で撮影された物体像を電子情報として
記録する記録手段６１の制御も行なう。ＬＣＤ６０に表
示された画像は、接眼光学系５９を介して観察者眼球Ｅ
に導かれる。

【０１４８】この接眼光学系５９は、本発明の実施例１
に示すような観察光学系と同様の形態を持つ偏心プリズ
ム光学系３、４とその射出瞳側に配置されたカバーレン
ズ９１とからなる。また、ＬＣＤ６０の背後にはそれを
照明するバックライト９２が配置されている。なお、こ
の撮影用対物光学系４８は他のレンズ（正レンズ、負レ
ンズ）を２つのプリズム３、４の物体側あるいは像側に
その構成要素として含んでいてもよい。

【０１４９】このように構成されたカメラ４０は、撮影
用対物光学系４８、接眼光学系５９を少ない光学部材で
構成でき、高性能・低コスト化が実現できると共に、光
学系全体を同一平面上に並べて配置できるため、この配
置平面と垂直方向の厚みの薄型化が実現できる。

【０１５０】なお、本例では、撮影用対物光学系４８の
カバー部材６５として、正レンズを配置しているが、負
レンズあるいは平行平面板を用いてもよい。

【０１５１】ここで、カバー部材を設けずに、本発明の
撮像光学系の最も物体側に配置された面をカバー部材と
兼用することもできる。本例では、その最も物体側の面
は第１プリズム３の第１入射面３₁ となる。しかし、こ
の入射面３₁ が光軸に対して偏心配置されているため、
この面がカメラ前面に配置されてしまうと、被写体側か
ら見た場合、カメラ４０の撮影中心が自分からずれてい
るように錯覚してしまい（一般的なカメラ同様、入射面
の垂直方向を撮影していると感じるのが通常であ
る。）、違和感を与えてしまう。そこで、本例のよう
に、結像光学系の最も物体側の面が偏心面である場合に
は、カバー部材６５（又は、カバーレンズ５４）を設け
ることが、被写体側から見た場合に違和感を受けずに、
既存のカメラと同じ感覚で撮影を受けることができ望ま
しい。

【０１５２】次に、図２２は、本発明による撮像光学系
を電子内視鏡の観察系の対物光学系８２に、本発明によ
る観察光学系を電子内視鏡の観察系の接眼光学系８７に
組み込んだ構成の概念図を示す。この例の場合、観察系
の対物光学系８２、接眼光学系８７は実施例１と略同様
の形態の光学系を用いている。この電子内視鏡は、図２
２（ａ）に示すように、電子内視鏡７１と、照明光を供
給する光源装置７２と、その電子内視鏡７１に対応する
信号処理を行なうビデオプロセッサ７３と、このビデオ
プロセッサ７３から出力される映像信号を表示するモニ
ター７４と、このビデオプロセッサ７３と接続され映像
信号等に記録するＶＴＲデッキ７５及びビデオディスク
７６と、映像信号を映像としてプリントアウトするビデ
オプリンタ７７と、例えば図１５に示したような頭部装
着型画像表示装置（ＨＭＤ）７８と共に構成されてお
り、電子内視鏡７１の挿入部７９の先端部８０と、その
接眼部８１は、図２２（ｂ）に示すように構成されてい
る。

【０１５３】光源装置７２から照明された光束は、ライ
トガイドファイバー束８８を通って照明用対物光学系８
９により、観察部位を照明する。そして、この観察部位
からの光が、カバー部材８５を介して、観察用対物光学
系８２によって物体像として形成される。この物体像
は、ローパスフィルター、赤外カットフィルター等のフ
ィルター８３を介してＣＣＤ８４の撮像面上に形成され
る。さらに、この物体像は、ＣＣＤ８４によって映像信
号に変換され、その映像信号は、図２２（ａ）に示すビ
デオプロセッサ７３により、モニター７４上に直接表示
されると共に、ＶＴＲデッキ７５、ビデオディスク７６
中に記録され、また、ビデオプリンタ７７から映像とし
てプリントアウトされる。また、ＨＭＤ７８の画像表示
素子５（図１６）に表示されＨＭＤ７８の装着者に表示
される。同時に、ＣＣＤ８４によって変換された映像信
号は画像信号導伝手段９３を介して接眼部８１の液晶表
示素子（ＬＣＤ）８６上に電子像として表示され、その
表示像は本発明の観察光学系からなる接眼光学系８７を
経て観察者眼球Ｅに導かれる。

【０１５４】このように構成された内視鏡は、少ない光
学部材で構成でき、高性能・低コスト化が実現できると
共に、対物光学系８０が内視鏡の長軸方向に並ぶため、
細径化を阻害することなく上記効果を得ることができ
る。

【０１５５】このように構成された内視鏡は、少ない光
学部材で構成でき、高性能・低コスト化が実現できると
共に、対物光学系８０が内視鏡の長軸方向に並ぶため、
細径化を阻害することなく上記効果を得ることができ
る。

【０１５６】次に、本発明の撮像光学系を情報処理装置
の一例であるパソコンに内蔵した構成を示す概念図を図
２３〜図２５に示す。

【０１５７】図２３はパソコン３００のカバーを開いた
前方斜視図、図２４はパソコン３００の撮影光学系３０
３の断面図、図２５は図２３の状態の側面図である。図
２３〜図２５に示されるように、パソコン３００は、外
部から繰作者が情報を入力するためのキーボード３０１
と、図示を省略した情報処理手段や記録手段と、情報を
操作者に表示するモニター３０２と、操作者自身や周辺
の像を撮影するための撮影光学系３０３とを有してい
る。ここで、モニター３０２は、図示しないバックライ
トにより背面から照明する透過型液晶表示素子や、前面
からの光を反射して表示する反射型液晶表示素子や、Ｃ
ＲＴディスプレイ等であってよい。また、図中、撮影光
学系３０３は、モニター３０２の右上に内蔵されている
が、その場所に限らず、モニター３０２の周囲や、キー
ボード３０１の周囲のどこであってもよい。

【０１５８】この撮影光学系３０３は、撮影光路３０４
上に、本発明の撮像光学系からなる対物光学系２００
と、像を受光する撮像素子チップ２０４とを有してい
る。これらはパソコン３００に内蔵されている。

【０１５９】ここで、撮像素子チップ２０４上には付加
的にＩＲカットフィルター２０３が貼り付けられて撮像
ユニット２０６として一体に形成され、対物光学系２０
０の鏡枠２０１の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り
付け可能になっているため、対物光学系２００と撮像素
子チップ２０４の中心合わせや面間隔の調整が不要であ
り、組立が簡単となっている。また、鏡枠２０１の先端
には、対物光学系２００を保護するためのカバーガラス
２０２が配置されている。

【０１６０】撮像素子チップ２０４で受光された物体像
は、端子２０５を介して、パソコン３００の処理手段に
入力され、電子画像としてモニター３０２に表示され
る、図２３には、その一例として、操作者の撮影された
画像３０５が示されている。また、この画像３０５は、
処理手段を介し、インターネットや電話を介して、遠隔
地から通信相手のパソコンに表示されることも可能であ
る。

【０１６１】次に、情報処理装置の他の例として電話、
特に、その中でも持ち運びに便利な携帯電話に本発明の
撮像光学系を内蔵した例を図２６に示す。

【０１６２】図２６（ａ）は携帯電話４００の正面図、
図２６（ｂ）は側面図、図２６（ｃ）は撮影光学系４０
５の断面図である。図２６（ａ）〜（ｃ）に示されるよ
うに、携帯電話４００は、操作者の声を情報として入力
するマイク部４０１と、通話相手の声を出力するスピー
カ部４０２と、操作者が情報を入力する入力ダイアル４
０３と、操作者自身や通話相手等の撮影像と電話番号等
の情報を表示するモニター４０４と、撮影光学系４０５
と、通信電波の送信と受信を行うアンテナ４０６と、画
像情報や通信情報、入力信号等の処理を行う処理手段
（図示せず）とを有している。ここで、モニター４０４
は液晶表示素子である。また、図中、各構成の配置位置
は、特にこれらに限られない。この撮影光学系４０５
は、撮影光路４０７上に配置された本発明の撮像光学系
からなる２００と、像を受光する撮像素子チップ２０４
とを有している。これらはこれらは、携帯電話４００に
内蔵されている。

【０１６３】ここで、撮像素子チップ２０４上には付加
的にＩＲカットフィルター２０３が貼り付けられて撮像
ユニット２０６として一体に形成され、対物光学系２０
０の鏡枠２０１の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り
付け可能になっているため、対物光学系２００と撮像素
子チップ２０４の中心合わせや面間隔の調整が不要であ
り、組立が簡単となっている。また、鏡枠２０１の先端
には、対物光学系２００を保護するためのカバーガラス
２０２が配置されている。

【０１６４】撮像素子チップ２０４で受光された物体像
は、端子２０５を介して、図示していない処理手段に入
力され、電子画像としてモニター４０４に、又は、通信
相手のモニターに、又は、両方に表示される。また、通
信相手に画像を送信する場合、撮像素子チップ２０４で
受光された物体像の情報を、送信可能な信号へと変換す
る信号処理機能が処理手段には含まれている。

【０１６５】次に、本発明による光学系を構成するプリ
ズムに体積型ホログラムのような回折素子を設けるとき
の望ましい構成を図２７に示す。図中、偏心プリズムＰ
１、Ｐ２は、夫々、本発明の光学系中に含まれる第２プ
リズム４、第１プリズム３である。いま、像面Ｃ（例え
ば、画像表示素子５の表示面、撮像素子１３の撮像面）
が、図のように四角形を形成するとき、偏心プリズムＰ
１の第１−１面（第２プリズム４の第２射出面４₃ ）又
は偏心プリズムＰ２の第２−２面（第１プリズム３の第
１入射面３₁ ）が面対称自由曲面に形成された場合その
対称面Ｄが、この像面Ｃを形成する４つの辺の少なくと
も１つと平行になるように配置することが、美しい像形
成の上で望ましい。

【０１６６】さらに、この像面Ｃが正方形や長方形とい
った４つの内角がそれぞれ略９０°にて形成されている
場合には、面対称自由曲面の対称面Ｄは、像面Ｃの互い
に平行関係にある２辺に対して平行に配置され、この対
称面Ｄが像面Ｃを左右又は上下対称にさせる位置に一致
するように構成することが好ましい。このように構成す
れば、装置に組み込むときの組み込み精度が出しやす
く、量産性に効果的である。

【０１６７】さらに、偏心プリズムＰ１、Ｐ２を構成す
る光学面である第１−１面（第２プリズム４の第２射出
面４₃ ）、第１−２面（第２プリズム４の第２入射面４
₁ ）、第１−３面（第２プリズム４の反射面４₂ ）、第
２−１面（第１プリズム３の第１射出面３₂ ）、第２−
２面（第１プリズム３の第１入射面３₁ ）等の内、複数
の面又は全ての面が面対称自由曲面の場合には、複数の
面又は全ての面の対称面が同一面Ｄの上に配置されるよ
うに構成することが、設計上も、収差性能上も望まし
い。そして、この対称面Ｄと回折素子６のパワーの面と
の関係は、上述と同様の関係にあることが望ましい。

【０１６８】以上、本発明の光学系及びそれを用いた装
置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら
実施例に限定されず種々の変形が可能である。

【０１６９】なお、本発明の光学系において、像面５に
配置され２次元画像を形成する２次元画像表示素子とし
ては、ＬＣＤに限らず、例えば、ＰＤＰ、ＤＭＤ、有機
ＥＬ等を用いることもできる。さらに、ＬＣＤ、ＰＤ
Ｐ、ＤＭＤ、有機ＥＬ、ＬＥＤ等を１次元配列して形成
した１次元画像をガルバノミラーやポリゴンミラー等で
スキャニングして表示するものであってもよいし、ＬＥ
Ｄ等の点光源を２次元的にスキャニングして表示するも
のであってもよい。

【０１７０】また、体積型ホログラム素子６は、各波長
で個々に記録した体積型ホログラムを積層した積層型で
あっても、１層の体積型ホログラム記録媒体中に複数の
波長で多重露光された多重記録型のものであってもよ
い。

【０１７１】また、撮像素子は、ＣＣＤ等の電気的受光
素子や銀塩フィルム等の感光素子を含むものである。

【０１７２】

【発明の効果】以上、本発明によれば、携帯電話や携帯
情報端末そして頭部装着型の虚像観察装置に用いるのに
適しており、複数の波長において高効率に利用され、明
るく色再現性の良い表示画像の観察が可能であり、組み
立てが容易で、振動等の衝撃に強く、軽く、コンパクト
で、さらに、良好に収差補正された観察光学系及びそれ
を用いた装置、撮像光学系及びそれを用いた装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る光学系の光軸を含むＹ
−Ｚ断面図である。

【図２】実施例１の像歪みを表す収差図である。

【図３】実施例１の横収差を表す収差図である。

【図４】実施例１の光学系の体積型ホログラムの入射角
ｉ＝５０．６°、反射回折角ｒ＝５０．７°位置での赤
・緑・青バンド光の高回折効率領域の入射角波長依存性
を示す図である。

【図５】実施例１の光学系の体積型ホログラムの入射角
ｉ＝５２．４°、反射回折角ｒ＝５２．５°位置での赤
・緑・青バンド光の高回折効率領域の入射角波長依存性
を示す図である。

【図６】実施例１の光学系の体積型ホログラムの入射角
ｉ＝５４．６°、反射回折角ｒ＝５４．７°位置での赤
・緑・青バンド光の高回折効率領域の入射角波長依存性
を示す図である。

【図７】実施例１の回折効率のシミュレーション用モデ
ル図である。

【図８】特定パラメータ下における赤・緑・青バンド光
の積層型ホログラムミラーの回折効率の入射角波長依存
性を例示する図である。

【図９】図８の回折特性において赤・緑・青の各バンド
光を共通に透過させるのに利用できる角度領域を示す図
である。

【図１０】別の特定パラメータ下での回折効率の入射角
波長依存性において赤・緑・青の各バンド光を共通に透
過させるのに利用できる角度領域を示す図である。

【図１１】ブラッグの条件を満足する場合のＫ、ｋ_R 、
ｋ_S 、Ｋ_z ｋ_Rz、ｋ_Szの関係を示すベクトルダイアグラ
ムである。

【図１２】本発明におけるＨＯＥを定義するための原理
図である。

【図１３】ゴースト光除去部材を設けた構成の観察光学
系の光軸を含むＹ−Ｚ断面図である。

【図１４】体積型ホログラムを回折しないで透過した光
がゴースト光として悪影響を与えることを示す説明図で
ある。

【図１５】本発明の観察光学系を用いた頭部装着型で両
眼装着用の画像表示装置を観察者の頭部に装着した状態
を示す図である。

【図１６】図１５の断面図である。

【図１７】本発明の観察光学系を用いた頭部装着型で片
眼装着用の画像表示装置を観察者の頭部に装着した状態
を示す図である。

【図１８】本発明の撮像光学系及び観察光学系を適用し
た電子カメラの外観を示す前方斜視図である。

【図１９】図１８の電子カメラの後方斜視図である。

【図２０】図１８の電子カメラの１つの構成を示す断面
図である。

【図２１】本発明の撮像光学系及び観察光学系を適用し
た別の電子カメラの概念図である。

【図２２】本発明の撮像光学系及び観察光学系を適用し
た電子内視鏡の概念図である。

【図２３】本発明の撮像光学系が対物光学系として組み
込れたパソコンのカバーを開いた前方斜視図である。

【図２４】パソコンの撮影光学系の断面図である。

【図２５】図２３の状態の側面図である。

【図２６】本発明の撮影光学系が対物光学系として組み
込れた携帯電話の正面図、側面図、その撮影光学系の断
面図である。

【図２７】本発明による光学系を構成するプリズムにＨ
ＯＥを配置するときの好ましい構成を示す図である。

【図２８】球面形状の基板部材にホログラム素子を設け
た場合の２種類のパワーの説明するための図であり、
（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

【符号の説明】

１…射出瞳 ２…軸上主光線 ３…第１プリズム ３₁ …第１入射面 ３₂ …第１射出面 ３₃ …底面 ４…第２プリズム ４₁ …第２入射面 ４₂ …反射面 ４₃ …第２射出面 ４₄ …反射面 ５…ＬＣＤ（像面） ６…体積型ホログラム（体積型ホログラム素子）（ＨＯ
Ｅ） １３…撮像素子 １４…明るさ絞り １５…ゴースト光除去部材 ４０…カメラ ４１…撮像光学系 ４２…撮影用光路 ４３…ファインダー光学系 ４４…ファインダー用光路 ４５…シャッター ４６…フラッシュ ４７…液晶表示モニター ４８…撮影用対物光学系 ４９…ＣＣＤ ５０…撮像面 ５１…フィルター ５２…処理手段 ５３…ファインダー用対物光学系 ５４…負レンズ群 ５５…ポロプリズム ５６₁ 〜５６₄ …第１〜４反射面 ５７…レンズ群 ５９…接眼光学系 ６０…液晶表示素子（ＬＣＤ） ６１…記録素子 ６５…カバー部材 ７１…電子内視鏡 ７２…光源装置 ７３…ビデオプロセッサ ７４…モニター ７５…ＶＴＲデッキ ７６…ビデオディスク ７７…ビデオプリンタ ７８…頭部装着型画像表示装置（ＨＭＤ） ７９…挿入部 ８０…先端部 ８１…接眼部 ８２…観察用対物光学系 ８３…フィルター ８４…ＣＣＤ ８５…カバー部材 ８６…液晶表示素子（ＬＣＤ） ８７…接眼光学系 ８８…ライトガイドファイバー束 ８９…照明用対物光学系 ９０…結像面 ９１…カバー部材 ９２…バックライト ９３…画像信号導伝手段 １００…接眼光学系 １０２…画像表示装置（本体） １０３…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 １０８…前フレーム ２００…対物光学系 ２０１…鏡枠 ２０２…カバーガラス ２０３…ＩＲカットフィルター ２０４…撮像素子チップ ２０５…端子 ２０６…撮像ユニット ３００…パソコン ３０１…キーボード ３０２…モニター ３０３…撮影光学系 ３０４…撮影光路 ３０５…画像 ４００…携帯電話 ４０１…マイク部 ４０２…スピーカ部 ４０３…入力ダイアル ４０４…モニター ４０５…撮影光学系 ４０６…アンテナ ４０７…撮影光路 Ｐ１、Ｐ２…偏心プリズム Ｃ…像面 Ｄ…面対称自由曲面の対称面 Ｅ…観察者眼球

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/64 ５１１ Ｈ０４Ｎ 5/64 ５１１Ａ (72)発明者 大八木 康之 東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号 大日本印刷株式会社内 (72)発明者 武山 哲英 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H018 AA11 AA31 2H049 CA01 CA05 CA09 CA22 2H087 KA00 KA03 KA10 KA14 LA12 NA17 NA18 RA06 RA07 RA32 RA34 RA41 RA43 RA46 TA01 TA04 TA06

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 像面と光学的瞳との間に配置された全体
   として正のパワーを有する光学系において、 前記光学系が、屈折率が１より大きい第１のプリズム
   と、屈折率が１より大きい第２のプリズムと、前記第１
   のプリズムと前記第２のプリズムとの間に接合配置され
   た体積型ホログラム素子とを含み、 前記体積型ホログラム素子は、少なくとも第１の波長に
   対応した第１の格子ベクトルと、前記第１より短波長の
   第２の波長に対応した第２の格子ベクトルを含み、 前記体積型ホログラム素子は、少なくとも前記第１の波
   長における前記体積型ホログラム素子の各位置によって
   それぞれ異なる第１の入射角と第１の反射回折角と、少
   なくとも前記第２の波長における前記体積型ホログラム
   素子の各位置によってそれぞれ異なる第２の入射角と第
   ２の反射回折角とで回折効率が最大となるように構成さ
   れ、 前記第１のプリズムが前記光学的瞳側に配置され、前記
   第２のプリズムが前記像面側に配置され、 前記第２プリズムは、前記体積型ホログラム素子の配置
   された面とは別の面に、少なくとも１面の反射面を備え
   て形成され、 前記光学的瞳から前記像面に到る順方向あるいは逆方向
   に進む光束であって、少なくとも前記第１の波長の光線
   成分と前記第２の波長の光線成分とを含んだ光束が、前
   記第１プリズム側から前記第２プリズム側に向かって順
   に、前記体積型ホログラム素子を透過し、前記第２プリ
   ズム内の前記反射面にて反射され、前記第２プリズム内
   において前記体積型ホログラム素子によって反射回折さ
   れるように構成され、 前記第２のプリズム媒質の屈折率と、前記体積型ホログ
   ラム素子媒質の平均屈折率と、前記体積型ホログラム素
   子媒質の屈折率変調の振幅と、前記体積型ホログラム素
   子の厚さと、前記第１の入射角と、前記第１の反射回折
   角と、前記第１の格子ベクトルとから求められる回折効
   率が１０％以上の角度−波長空間における領域を第１の
   λθ連続曲線状領域と定義し、 前記第２のプリズム媒質の屈折率と、前記体積型ホログ
   ラム素子媒質の平均屈折率と、前記体積型ホログラム素
   子媒質の屈折率変調の振幅と、前記体積型ホログラム素
   子の厚さと、前記第２の入射角と、前記第２の反射回折
   角と、前記第２の格子ベクトルとから求められる回折効
   率が１０％以上の角度−波長空間における領域を第２の
   λθ連続曲線状領域と定義し、 前記光束が前記体積型ホログラム素子を透過する際に、
   前記第１の波長の透過光束は、前記第１のλθ連続曲線
   状領域と前記第２のλθ連続曲線状領域の間の領域の入
   射角度範囲にて透過し、前記第２の波長の透過光束は、
   前記第２のλθ連続曲線状領域より短波長側の領域の入
   射角度範囲を透過するように設定されていることを特徴
   とする光学系。
2. 【請求項２】 像面と光学的瞳との間に配置された全体
   として正のパワーを有する光学系において、 前記光学系が、屈折率が１より大きい第１のプリズム
   と、屈折率が１より大きい第２のプリズムと、前記第１
   のプリズムと前記第２のプリズムとの間に接合配置され
   た体積型ホログラム素子とを含み、 前記体積型ホログラム素子は、少なくとも第１の波長に
   対応した第１の格子ベクトルと、前記第１より短波長の
   第２の波長に対応した第２の格子ベクトルを含み、 前記体積型ホログラム素子は、少なくとも前記第１の波
   長における前記体積型ホログラム素子の各位置によって
   それぞれ異なる第１の入射角と第１の反射回折角と、少
   なくとも前記第２の波長における前記体積型ホログラム
   素子の各位置によってそれぞれ異なる第２の入射角と第
   ２の反射回折角とで回折効率が最大となるように構成さ
   れ、 前記第１のプリズムが前記光学的瞳側に配置され、前記
   第２のプリズムが前記像面側に配置され、 前記第２プリズムは、前記体積型ホログラム素子の配置
   された面とは別の面に、少なくとも１面の反射面を備え
   て形成され、 前記光学的瞳から前記像面に到る順方向あるいは逆方向
   に進む光束であって、少なくとも前記第１の波長の光線
   成分と前記第２の波長の光線成分とを含んだ光束が、前
   記第１プリズム側から前記第２プリズム側に向かって順
   に、前記体積型ホログラム素子を透過し、前記第２プリ
   ズム内の前記反射面にて反射され、前記第２プリズム内
   において前記体積型ホログラム素子によって反射回折さ
   れるように構成され、 前記第２のプリズム媒質の屈折率と、前記体積型ホログ
   ラム素子媒質の平均屈折率と、前記体積型ホログラム素
   子媒質の屈折率変調の振幅と、前記体積型ホログラム素
   子の厚さと、前記第１の入射角と、前記第１の反射回折
   角と、前記第１の格子ベクトルとから求められる回折効
   率が１０％以上の角度−波長空間における領域を第１の
   λθ連続曲線状領域と定義し、 前記第２のプリズム媒質の屈折率と、前記体積型ホログ
   ラム素子媒質の平均屈折率と、前記体積型ホログラム素
   子媒質の屈折率変調の振幅と、前記体積型ホログラム素
   子の厚さと、前記第２の入射角と、前記第２の反射回折
   角と、前記第２の格子ベクトルとから求められる回折効
   率が１０％以上の角度−波長空間における領域を第２の
   λθ連続曲線状領域と定義し、 前記光束が前記体積型ホログラム素子を透過する際に、
   前記第１の波長と前記第２の波長の透過光束は共に、前
   記第２のλθ連続曲線状領域より短波長側の領域の入射
   角度範囲を透過するように設定されていることを特徴と
   する光学系。
3. 【請求項３】 前記第１プリズム媒質と前記第２プリズ
   ム媒質とが同種の媒質で構成されていることを特徴とす
   る請求項１又は２の何れか１項記載の光学系。
4. 【請求項４】 前記第１プリズムの前記体積型ホログラ
   ム素子が接合される面の面形状と前記第２プリズムの前
   記体積型ホログラム素子が接合される面の面形状とが、
   略同一形状にて構成されていることを特徴とする請求項
   １から３の何れか１項記載の光学系。
5. 【請求項５】 前記第１プリズムの前記体積型ホログラ
   ム素子が接合される面の面形状と前記第２プリズムの前
   記体積型ホログラム素子が接合される面の面形状とが、
   平面あるいはシリンドリカル面であることを特徴とする
   請求項４記載の光学系。
6. 【請求項６】 前記光学的瞳から前記像面に光線が到る
   順に、前記第１プリズムが、少なくとも、第１プリズム
   媒質を間に挟んで、前記光学的瞳からの光線を前記第１
   プリズム内に入射させる第１入射面と、前記第１プリズ
   ム外に光線を射出させる第１射出面とを有し、 前記第２プリズムが、少なくとも、第２プリズム媒質を
   間に挟んで、前記第１プリズムから射出した光線を前記
   第２プリズム内に入射させる第２入射面と、前記第２プ
   リズム内で光線を反射させる反射面と、前記第２プリズ
   ム外に光線を射出させる第２射出面とを有し、 前記第２プリズムの前記反射面が、反射時に光線に正の
   パワーを与えるような凹面形状の曲面に形成されている
   ことを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の光
   学系。
7. 【請求項７】 前記第１プリズムの前記第１入射面が、
   透過時に光線にパワーを与えるような曲面形状に形成さ
   れ、 前記第２プリズムの前記第２射出面が、透過時に光線に
   パワーを与えるような曲面形状に形成されていることを
   特徴とする請求項６記載の光学系。
8. 【請求項８】 前記第１プリズムと前記第２プリズムの
   備えた光線を透過又は反射させる光学作用面以外の非光
   学作用面に、ゴースト光が観察者の眼球へ入射しないよ
   うなゴースト光除去部材を設けたことを特徴とする請求
   項１から７の何れか１項記載の光学系。
9. 【請求項９】 前記第１プリズムの前記第１入射面の面
   形状が回転非対称な収差を補正する作用を持った回転非
   対称な曲面形状にて構成されていることを特徴とする請
   求項１から８の何れか１項記載の光学系。
10. 【請求項１０】 前記回転非対称な曲面形状は、対称面
    が１面のみの自由曲面にて構成され、前記唯一の対称面
    は、光軸の折り返し面（Ｙ−Ｚ平面）に一致しているこ
    とを特徴とする請求項９記載の光学系。
11. 【請求項１１】 前記第２プリズムの第２射出面の面形
    状が回転非対称な曲面形状にて構成されていることを特
    徴とする請求項１から１０の何れか１項記載の光学系。
12. 【請求項１２】 前記回転非対称な曲面形状は、対称面
    が１面のみの自由曲面にて構成され、前記唯一の対称面
    は、光軸の折り返し面（Ｙ−Ｚ平面）に一致しているこ
    とを特徴とする請求項１１記載の光学系。
13. 【請求項１３】 前記体積型ホログラム素子が光線を反
    射回折により回転対称成分と回転非対称成分の両方の倍
    率色収差を補正するように構成されていることを特徴と
    する請求項１から１２の何れか１項記載の光学系。
14. 【請求項１４】 前記第２プリズムの前記反射面が次の
    ２つの条件式の少なくとも何れかを満足することを特徴
    とする請求項１から１３の何れか１項記載の光学系。 −０．２０＜ＰＸ４／ＰＸ＜０．５０ ・・・（１） −０．２０＜ＰＹ４／ＰＹ＜０．３０ ・・・（２） ただし、光学系の偏心方向をＹ軸方向とし、光軸の折り
    返し面に直交する方向をＸ軸方向とし、ＰＸを光学系の
    Ｘ方向のパワー、ＰＹを光学系のＹ方向のパワー、ＰＸ
    ４を第２プリズムの反射面のＸ方向のパワー、ＰＹ４を
    第２プリズムの反射面のＹ方向のパワーとする。
15. 【請求項１５】 請求項１から１４の何れか１項におい
    て、前記像面に２次元画像表示素子を配置し、前記光学
    的瞳側から前記２次元画像表示素子の拡大像が観察可能
    な観察光学系としたことを特徴とする光学系。
16. 【請求項１６】 請求項１５記載の光学系を観察光学系
    として内蔵した本体部と、前記観察光学系の前記光学的
    瞳を観察者の眼球位置に保持するように前記本体部を観
    察者頭部に支持する支持部材と、前記観察者の耳に音声
    を与えるスピーカー部材とを有していることを特徴とす
    る頭部装着型画像表示装置。
17. 【請求項１７】 前記本体部が、右眼用の観察光学系と
    左眼用の観察光学系とを備え、前記スピーカー部材が、
    右耳用スピーカー部材と左耳用スピーカー部材とを有す
    るように構成されていることを特徴とする請求項１６記
    載の頭部装着型画像表示装置。
18. 【請求項１８】 前記スピーカー部材がイヤホンで構成
    されていることを特徴とする請求項１６又は１７記載の
    頭部装着型画像表示装置。
19. 【請求項１９】 請求項１から１４の何れか１項におい
    て、前記像面に撮像素子を配置し、前記光学的瞳側から
    物体光を入射して物体像を撮像可能な撮像光学系とした
    ことを特徴とする光学系。