JP3441188B2 - 光学系及び視覚表示装置 - Google Patents
光学系及び視覚表示装置Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B25/00—Eyepieces; Magnifying glasses
- G02B25/001—Eyepieces
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学系及び視覚表示装
置に関し、特に、接眼光学系又は結像光学系に用いるこ
とができ、画角が広く瞳径が大きい場合にも像面湾曲と
コマ収差の両収差が少なく解像力の良い光学系、及び、
このような光学系を用いた視覚表示装置に関するもので
ある。
置に関し、特に、接眼光学系又は結像光学系に用いるこ
とができ、画角が広く瞳径が大きい場合にも像面湾曲と
コマ収差の両収差が少なく解像力の良い光学系、及び、
このような光学系を用いた視覚表示装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】一般に、天体望遠鏡用対物鏡として有名
なシュミット鏡は、凹面鏡の球面中心に、平行平面板に
近い非球面レンズを置いて球面収差を補正し、絞りを球
面中心に置いてコマ収差、非点収差を補正している。シ
ュミット鏡に代表される共心光学系は、凹面鏡の曲率中
心付近に配置される絞りのために、コマ収差と非点収差
が発生しない。しかし、像面湾曲の発生は補正できない
ために、大きな像面湾曲が発生してしまう。
なシュミット鏡は、凹面鏡の球面中心に、平行平面板に
近い非球面レンズを置いて球面収差を補正し、絞りを球
面中心に置いてコマ収差、非点収差を補正している。シ
ュミット鏡に代表される共心光学系は、凹面鏡の曲率中
心付近に配置される絞りのために、コマ収差と非点収差
が発生しない。しかし、像面湾曲の発生は補正できない
ために、大きな像面湾曲が発生してしまう。
【０００３】従来、米国再発行特許第２７３５６号のも
のは、半透過凹面鏡と半透過平面鏡を各々１枚の独立し
た構成要素としていて、物体面を遠方に投影する接眼光
学系であるが、観察画角が広画角化し、瞳径が大きくな
った場合、像面湾曲やコマ収差等の軸外収差が発生しや
すい。
のは、半透過凹面鏡と半透過平面鏡を各々１枚の独立し
た構成要素としていて、物体面を遠方に投影する接眼光
学系であるが、観察画角が広画角化し、瞳径が大きくな
った場合、像面湾曲やコマ収差等の軸外収差が発生しや
すい。
【０００４】以下、図２９を参照にして米国再発行特許
第２７３５６号のものにおける像面湾曲とコマ収差の発
生原因を説明する。同図において、半透過平面鏡を１、
半透過凹面鏡を２とする。光束が各面を通過もしくは反
射する順序は、図中の符号を用いて、１−１、１−２、
２−１、１−３、２−２、２−３である。１−１、１−
２、２−２、２−３では光束は屈折作用を、２−１と１
−３では光束は反射作用を受ける。半透過平面鏡１の前
方にはパワーを持つ光学素子が配置されていないため、
半透過平面鏡１による屈折作用では像面湾曲もコマ収差
を発生しない。また、半透過平面鏡１は全くパワーを持
たない光学素子であるため、１−３の反射作用の際にも
像面湾曲もコマ収差も発生しない。半透過凹面鏡２の各
々の面はパワーを持つため、２−１の反射作用と２−２
と２−３の屈折作用の際に像面湾曲とコマ収差の両収差
が発生するが、半透過凹面鏡２は各々の面のパワーが同
一のメニスカスレンズであるため、２−２と２−３では
符号が逆でほぼ同量の像面湾曲とコマ収差が発生して打
ち消し合ってしまい、像面での像面湾曲とコマ収差の発
生には寄与しない。つまり、像面での像面湾曲とコマ収
差は、２−１の反射作用の際に発生する正の像面湾曲と
外コマ収差が主な発生原因となるのである。
第２７３５６号のものにおける像面湾曲とコマ収差の発
生原因を説明する。同図において、半透過平面鏡を１、
半透過凹面鏡を２とする。光束が各面を通過もしくは反
射する順序は、図中の符号を用いて、１−１、１−２、
２−１、１−３、２−２、２−３である。１−１、１−
２、２−２、２−３では光束は屈折作用を、２−１と１
−３では光束は反射作用を受ける。半透過平面鏡１の前
方にはパワーを持つ光学素子が配置されていないため、
半透過平面鏡１による屈折作用では像面湾曲もコマ収差
を発生しない。また、半透過平面鏡１は全くパワーを持
たない光学素子であるため、１−３の反射作用の際にも
像面湾曲もコマ収差も発生しない。半透過凹面鏡２の各
々の面はパワーを持つため、２−１の反射作用と２−２
と２−３の屈折作用の際に像面湾曲とコマ収差の両収差
が発生するが、半透過凹面鏡２は各々の面のパワーが同
一のメニスカスレンズであるため、２−２と２−３では
符号が逆でほぼ同量の像面湾曲とコマ収差が発生して打
ち消し合ってしまい、像面での像面湾曲とコマ収差の発
生には寄与しない。つまり、像面での像面湾曲とコマ収
差は、２−１の反射作用の際に発生する正の像面湾曲と
外コマ収差が主な発生原因となるのである。
【０００５】観察画角が大きくなれば、半透過凹面鏡２
の面のパワーも強くなり、それに伴って２−１での正の
像面湾曲の発生量が増えてしまう。また、瞳径が大きく
なれば、２−１での軸外上側マージナル光線と軸外下側
マージナル光線の入射角の差異が大きくなるため、外コ
マ収差の発生量も大きくなる。
の面のパワーも強くなり、それに伴って２−１での正の
像面湾曲の発生量が増えてしまう。また、瞳径が大きく
なれば、２−１での軸外上側マージナル光線と軸外下側
マージナル光線の入射角の差異が大きくなるため、外コ
マ収差の発生量も大きくなる。
【０００６】上述したように、半透過平面鏡と半透過凹
面鏡のみからなる光学系では、像面湾曲とコマ収差を同
時に良好に補正することは困難で、広画角と大瞳径に対
しての対応は難しい。
面鏡のみからなる光学系では、像面湾曲とコマ収差を同
時に良好に補正することは困難で、広画角と大瞳径に対
しての対応は難しい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、画角１２０°前後及び瞳径１５ｍｍ前後まで像面
湾曲とコマ収差の両収差が良好に補正され、撮像・接眼
両光学系に使用できる光学系を提供することである。
従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、画角１２０°前後及び瞳径１５ｍｍ前後まで像面
湾曲とコマ収差の両収差が良好に補正され、撮像・接眼
両光学系に使用できる光学系を提供することである。
【０００８】また、本発明の別の目的は、このような光
学系を用いた視覚表示装置を提供することである。
学系を用いた視覚表示装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の光学系は、各々少なくとも１回の光線の透過と少な
くとも１回の光線の反射をするように配置された少なく
とも２つの半透過面を有する部分光学系と、パワーを有
する屈折光学素子とから構成されるていることを特徴と
するものである。
明の光学系は、各々少なくとも１回の光線の透過と少な
くとも１回の光線の反射をするように配置された少なく
とも２つの半透過面を有する部分光学系と、パワーを有
する屈折光学素子とから構成されるていることを特徴と
するものである。
【００１０】この場合、部分光学系が、瞳面に近い半透
過面が平面で、像面に近い半透過面が凹面で構成され、
部分光学系の瞳面側もしくは像面側に、空気間隔を挟ん
で屈折光学素子が配置され、屈折光学素子の焦点距離を
ｆa とするとき、 ｆa ＞０ ・・・（１） なる条件を満足するようにすることが望ましい。
過面が平面で、像面に近い半透過面が凹面で構成され、
部分光学系の瞳面側もしくは像面側に、空気間隔を挟ん
で屈折光学素子が配置され、屈折光学素子の焦点距離を
ｆa とするとき、 ｆa ＞０ ・・・（１） なる条件を満足するようにすることが望ましい。
【００１１】また、部分光学系の瞳面側もしくは像面側
に、パワーを有する屈折光学系が接合して配置され、屈
折光学素子の焦点距離をｆa 、部分光学系の焦点距離を
ｆ2とするとき、 ０．１＜ｆ2 ／ｆa ＜３ ・・・（８） なる条件を満足するようにすることが望ましい。
に、パワーを有する屈折光学系が接合して配置され、屈
折光学素子の焦点距離をｆa 、部分光学系の焦点距離を
ｆ2とするとき、 ０．１＜ｆ2 ／ｆa ＜３ ・・・（８） なる条件を満足するようにすることが望ましい。
【００１２】
【作用】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたもので
あり、その基本的な構成は、少なくとも２つの半透過面
を持ち、この少なくとも２つの半透過面は、各々少なく
とも１回の光線の透過と少なくとも１回の光線の反射を
するように配置され、この少なくとも２つの半透過面を
有する部分光学系の他に、少なくとも１つの屈折光学素
子を配置することで、広画角と広瞳径の場合でも、像面
湾曲とコマ収差の両収差をバランス良く補正し、解像力
の良い像面を得ることに成功したものである。
あり、その基本的な構成は、少なくとも２つの半透過面
を持ち、この少なくとも２つの半透過面は、各々少なく
とも１回の光線の透過と少なくとも１回の光線の反射を
するように配置され、この少なくとも２つの半透過面を
有する部分光学系の他に、少なくとも１つの屈折光学素
子を配置することで、広画角と広瞳径の場合でも、像面
湾曲とコマ収差の両収差をバランス良く補正し、解像力
の良い像面を得ることに成功したものである。
【００１３】以下、説明の都合上、本発明の光学系を結
像光学系として説明するが、本発明の光学系の像面を物
点とした接眼光学系として利用できることは自明であ
り、本発明の光学系は、構成を逆に配置して接眼光学系
としての機能も備えていることは明白である。また、像
面湾曲とコマ収差の符号の取り方は、早水良定著「光機
器の光学Ｉ」（（社）オプトメカトロニクス協会）に沿
って定義し、本発明を説明する。
像光学系として説明するが、本発明の光学系の像面を物
点とした接眼光学系として利用できることは自明であ
り、本発明の光学系は、構成を逆に配置して接眼光学系
としての機能も備えていることは明白である。また、像
面湾曲とコマ収差の符号の取り方は、早水良定著「光機
器の光学Ｉ」（（社）オプトメカトロニクス協会）に沿
って定義し、本発明を説明する。
【００１４】以下、本発明の像面湾曲とコマ収差の補正
手段について以下に示す順に説明する。すなわち、半透
過平面鏡と半透過曲面鏡から構成される光学系の像面湾
曲とコマ収差の補正手段について、（１）パワーを持つ
屈折光学素子を瞳面側もしくは像面側に接合させずに配
置する場合の像面湾曲とコマ収差の補正手段についての
説明、（２）パワーを持つ屈折光学素子を瞳面側もしく
は像面側に接合して配置する場合の像面湾曲とコマ収差
の補正手段についての説明。
手段について以下に示す順に説明する。すなわち、半透
過平面鏡と半透過曲面鏡から構成される光学系の像面湾
曲とコマ収差の補正手段について、（１）パワーを持つ
屈折光学素子を瞳面側もしくは像面側に接合させずに配
置する場合の像面湾曲とコマ収差の補正手段についての
説明、（２）パワーを持つ屈折光学素子を瞳面側もしく
は像面側に接合して配置する場合の像面湾曲とコマ収差
の補正手段についての説明。
【００１５】まず、上記（１）の説明を、図１と図２を
用いて説明する。図１は、正のパワーを持つ屈折光学素
子４を瞳面Ｅ側に配置した例で、半透過平面鏡１と半透
過凹面鏡２からなる部分光学系１０の半透過凹面鏡２の
反射面を３、瞳面Ｅ側に配置された正パワーを持つ屈折
光学素子４の瞳面Ｅ側の屈折面を５、この屈折光学素子
４の像面Ｉ側の屈折面を６とする。
用いて説明する。図１は、正のパワーを持つ屈折光学素
子４を瞳面Ｅ側に配置した例で、半透過平面鏡１と半透
過凹面鏡２からなる部分光学系１０の半透過凹面鏡２の
反射面を３、瞳面Ｅ側に配置された正パワーを持つ屈折
光学素子４の瞳面Ｅ側の屈折面を５、この屈折光学素子
４の像面Ｉ側の屈折面を６とする。
【００１６】図２は、正のパワーを持つ屈折光学素子４
を像面Ｉ側に配置した例で、半透過平面鏡１と半透過凹
面鏡２からなる部分光学系１０の半透過凹面鏡２の反射
面を３、像面Ｉ側に配置された正のパワーを持つ屈折光
学素子４の瞳面Ｅ側の屈折面を５、この屈折光学素子４
の像面Ｉ側の屈折面を６とする。
を像面Ｉ側に配置した例で、半透過平面鏡１と半透過凹
面鏡２からなる部分光学系１０の半透過凹面鏡２の反射
面を３、像面Ｉ側に配置された正のパワーを持つ屈折光
学素子４の瞳面Ｅ側の屈折面を５、この屈折光学素子４
の像面Ｉ側の屈折面を６とする。
【００１７】像面湾曲を補正するためには、図１と図２
における反射面３で発生した正の像面湾曲を打ち消すた
めに、光学系の中に負の像面湾曲を発生させる屈折光学
素子を設ける必要がある。通常、正パワーを有する凸レ
ンズでは負の、負パワーを有する凹レンズでは正の像面
湾曲が発生するから、半透過平面鏡１と半透過凹面鏡２
から構成される部分光学系１０の瞳面Ｅもしくは像面Ｉ
側に正パワーを持つ凸レンズを配置すればよいことにな
る。
における反射面３で発生した正の像面湾曲を打ち消すた
めに、光学系の中に負の像面湾曲を発生させる屈折光学
素子を設ける必要がある。通常、正パワーを有する凸レ
ンズでは負の、負パワーを有する凹レンズでは正の像面
湾曲が発生するから、半透過平面鏡１と半透過凹面鏡２
から構成される部分光学系１０の瞳面Ｅもしくは像面Ｉ
側に正パワーを持つ凸レンズを配置すればよいことにな
る。
【００１８】すなわち、瞳面Ｅ側もしくは像面Ｉ側に配
置されたパワーを持つ屈折光学素子４の焦点距離をｆa
とすると、 ｆa ＞０ ・・・（１） なる条件を満足することが重要である。
置されたパワーを持つ屈折光学素子４の焦点距離をｆa
とすると、 ｆa ＞０ ・・・（１） なる条件を満足することが重要である。
【００１９】さらに好ましくは、像面湾曲のみでなくコ
マ収差も同時にバランス良く補正するためには、配置す
る屈折光学素子４の形状を考慮することが好ましい。ま
ず、屈折光学素子４を瞳面Ｅ側に配置した場合について
説明する。屈折光学素子４の屈折面５と６の形状を凸面
にすると、屈折面５と６で負の像面湾曲が発生する。し
かし、反射面３で発生する正の像面湾曲を打ち消すよう
に屈折面５の形状を凸面にすると、屈折面５での軸外上
側マージナル光線と軸外下側マージナル光線の入射角が
大きく異なるため、屈折面５で発生する内コマ収差の発
生量が反射面３で発生する外コマ収差の発生量を越えや
すくなる。このため、屈折面５のパワーを弱くして、過
剰な内コマ収差の発生を抑えることが重要である。屈折
面５のパワーを非常に弱くすると、ほとんど軸外収差が
発生することなく、軸外光束は大きな屈折作用を受ける
ことになる。屈折面５で屈折作用を受けた軸外光束は屈
折面６では光軸となす角が小さくなっているので、過剰
な内コマ収差を発生させることなく負の像面湾曲が発生
するような凸面を持つことが可能となる。
マ収差も同時にバランス良く補正するためには、配置す
る屈折光学素子４の形状を考慮することが好ましい。ま
ず、屈折光学素子４を瞳面Ｅ側に配置した場合について
説明する。屈折光学素子４の屈折面５と６の形状を凸面
にすると、屈折面５と６で負の像面湾曲が発生する。し
かし、反射面３で発生する正の像面湾曲を打ち消すよう
に屈折面５の形状を凸面にすると、屈折面５での軸外上
側マージナル光線と軸外下側マージナル光線の入射角が
大きく異なるため、屈折面５で発生する内コマ収差の発
生量が反射面３で発生する外コマ収差の発生量を越えや
すくなる。このため、屈折面５のパワーを弱くして、過
剰な内コマ収差の発生を抑えることが重要である。屈折
面５のパワーを非常に弱くすると、ほとんど軸外収差が
発生することなく、軸外光束は大きな屈折作用を受ける
ことになる。屈折面５で屈折作用を受けた軸外光束は屈
折面６では光軸となす角が小さくなっているので、過剰
な内コマ収差を発生させることなく負の像面湾曲が発生
するような凸面を持つことが可能となる。
【００２０】次に、屈折光学素子を像面Ｉ側に配置した
場合について説明する。軸外光束は、瞳面Ｅで光軸に対
して大きな角度をなしていても、半透過平面鏡１と半透
過凹面鏡２から構成される部分光学系１０を通過した後
には、光軸に対してなす角度が小さくなっている。この
ため、屈折光学素子４の屈折面５と６に反射面３で発生
した正の像面湾曲を打ち消すような凸面の形状を持たせ
ても、屈折面５と６で充分大きな内コマ収差を発生させ
て反射面３で発生した大きな外コマ収差を打ち消すこと
が難しい恐れがある。そこで、軸外光束が比較的大きな
画角をなして入射する屈折光学素子４の瞳面Ｅ側の屈折
面５に像面Ｉ側の面６より強いパワーの凸面の形状を持
たせ、比較的大きな内コマ収差が発生しやすいような形
状にして、反射面３で発生する大きな正の像面湾曲と外
コマ収差を同時に打ち消すようにすることが望ましい。
場合について説明する。軸外光束は、瞳面Ｅで光軸に対
して大きな角度をなしていても、半透過平面鏡１と半透
過凹面鏡２から構成される部分光学系１０を通過した後
には、光軸に対してなす角度が小さくなっている。この
ため、屈折光学素子４の屈折面５と６に反射面３で発生
した正の像面湾曲を打ち消すような凸面の形状を持たせ
ても、屈折面５と６で充分大きな内コマ収差を発生させ
て反射面３で発生した大きな外コマ収差を打ち消すこと
が難しい恐れがある。そこで、軸外光束が比較的大きな
画角をなして入射する屈折光学素子４の瞳面Ｅ側の屈折
面５に像面Ｉ側の面６より強いパワーの凸面の形状を持
たせ、比較的大きな内コマ収差が発生しやすいような形
状にして、反射面３で発生する大きな正の像面湾曲と外
コマ収差を同時に打ち消すようにすることが望ましい。
【００２１】すなわち、瞳面Ｅ側もしくは像面Ｉ側に配
置された正のパワーを持つ屈折光学素子４の瞳面Ｅに近
い面５の曲率半径をＲ1 、像面Ｉに近い面６の曲率半径
をＲ2 とすると、 １／Ｒ1 ＞１／Ｒ2 ・・・（２） なる条件を満足することが重要である。
置された正のパワーを持つ屈折光学素子４の瞳面Ｅに近
い面５の曲率半径をＲ1 、像面Ｉに近い面６の曲率半径
をＲ2 とすると、 １／Ｒ1 ＞１／Ｒ2 ・・・（２） なる条件を満足することが重要である。
【００２２】さらに好ましくは、より解像力の高い像を
得るためには、瞳面Ｅ側もしくは像面Ｉ側に配置された
パワーを持つ屈折光学素子４の焦点距離をｆa 、少なく
とも２つの半透過面鏡１、２を有する部分光学系１０の
焦点距離をｆ2 とするとき、 ０．３５＜ｆ2 ／ｆa ＜３．４ ・・・（３） なる条件を満足することが好ましい。上記条件式（３）
の値が上限の３．４を越えると、瞳面Ｅ側もしくは像面
Ｉ側に配置された正のパワーを持つ屈折光学素子４のパ
ワーが、半透過凹面鏡２の反射面３のパワーと比較して
強すぎるため、像面Ｉで負の像面湾曲と内コマ収差が発
生してしまう。逆に、上記条件式（３）の値が下限０．
３５を越えると、瞳面Ｅ側もしくは像面Ｉ側に配置され
た正のパワーを持つ屈折光学素子４のパワーが、半透過
凹面鏡２の反射面３のパワーと比較して弱すぎるため、
像面Ｉで正の像面湾曲と外コマ収差が残存してしまう。
得るためには、瞳面Ｅ側もしくは像面Ｉ側に配置された
パワーを持つ屈折光学素子４の焦点距離をｆa 、少なく
とも２つの半透過面鏡１、２を有する部分光学系１０の
焦点距離をｆ2 とするとき、 ０．３５＜ｆ2 ／ｆa ＜３．４ ・・・（３） なる条件を満足することが好ましい。上記条件式（３）
の値が上限の３．４を越えると、瞳面Ｅ側もしくは像面
Ｉ側に配置された正のパワーを持つ屈折光学素子４のパ
ワーが、半透過凹面鏡２の反射面３のパワーと比較して
強すぎるため、像面Ｉで負の像面湾曲と内コマ収差が発
生してしまう。逆に、上記条件式（３）の値が下限０．
３５を越えると、瞳面Ｅ側もしくは像面Ｉ側に配置され
た正のパワーを持つ屈折光学素子４のパワーが、半透過
凹面鏡２の反射面３のパワーと比較して弱すぎるため、
像面Ｉで正の像面湾曲と外コマ収差が残存してしまう。
【００２３】また、半透過平面鏡１と半透過凹面鏡２か
ら構成される部分光学系１０の瞳面Ｅもしくは像面Ｉ側
に正パワーを持つ凸レンズを配置する場合、さらに好ま
しくは、さらに広画角の光学系を軸外収差を良好に補正
しながら得るためには、半透過平面鏡１と半透過凹面鏡
２からなる部分光学系１０の瞳面Ｅ側と像面Ｉ側の両方
に、以下に示す条件式（４）と（５）を満足する正のパ
ワーを持つ屈折光学素子を配置することが好ましい。
ら構成される部分光学系１０の瞳面Ｅもしくは像面Ｉ側
に正パワーを持つ凸レンズを配置する場合、さらに好ま
しくは、さらに広画角の光学系を軸外収差を良好に補正
しながら得るためには、半透過平面鏡１と半透過凹面鏡
２からなる部分光学系１０の瞳面Ｅ側と像面Ｉ側の両方
に、以下に示す条件式（４）と（５）を満足する正のパ
ワーを持つ屈折光学素子を配置することが好ましい。
【００２４】光軸に対して大きな画角をなしている軸外
光束は、瞳面側に配置された正のパワーを持つ屈折光学
素子によって正の屈折作用を受けるので、２つの半透過
面鏡からなる部分光学系に入射する画角が小さくなる。
これは、半透過凹面鏡のパワーを弱くし、軸外収差の発
生を抑える働きをしている。しかし、画角が特に広いと
きには、半透過凹面鏡で最初に反射するときの軸外光束
の入射角が必然的に大きくなり、軸外収差が悪化する恐
れがある。
光束は、瞳面側に配置された正のパワーを持つ屈折光学
素子によって正の屈折作用を受けるので、２つの半透過
面鏡からなる部分光学系に入射する画角が小さくなる。
これは、半透過凹面鏡のパワーを弱くし、軸外収差の発
生を抑える働きをしている。しかし、画角が特に広いと
きには、半透過凹面鏡で最初に反射するときの軸外光束
の入射角が必然的に大きくなり、軸外収差が悪化する恐
れがある。
【００２５】そこで、さらに広画角の場合にも軸外収差
の悪化を防ぐために、像面側にも正パワーを持つ屈折光
学素子を配置して、像面で軸外収差が残存しないように
することが好ましい。屈折光学素子を瞳面側と像面側の
両方に２つ配置するときは、屈折光学素子と半透過凹面
鏡のパワーのバランスを考慮することが重要で、以下の
条件式を満足することが好ましい。
の悪化を防ぐために、像面側にも正パワーを持つ屈折光
学素子を配置して、像面で軸外収差が残存しないように
することが好ましい。屈折光学素子を瞳面側と像面側の
両方に２つ配置するときは、屈折光学素子と半透過凹面
鏡のパワーのバランスを考慮することが重要で、以下の
条件式を満足することが好ましい。
【００２６】瞳面側のパワーを持つ屈折光学素子の焦点
距離をｆ1 、像面側のパワーを持つ屈折光学素子の焦点
距離をｆ3 、２つの半透過面からなる部分光学系の焦点
距離をｆ2 とするとき、 ０．１＜ｆ2 ／ｆ1 ＜１．８ ・・・（４） ０．３＜ｆ2 ／ｆ3 ＜２．４ ・・・（５） なる条件を満足することが重要である。上記条件式
（４）と（５）の上下限の説明は、上記条件式（３）と
同様である。
距離をｆ1 、像面側のパワーを持つ屈折光学素子の焦点
距離をｆ3 、２つの半透過面からなる部分光学系の焦点
距離をｆ2 とするとき、 ０．１＜ｆ2 ／ｆ1 ＜１．８ ・・・（４） ０．３＜ｆ2 ／ｆ3 ＜２．４ ・・・（５） なる条件を満足することが重要である。上記条件式
（４）と（５）の上下限の説明は、上記条件式（３）と
同様である。
【００２７】また、屈折光学素子を瞳面側と像面側の両
方に配置する場合、半透過凹面での反射の際に生じる正
の像面湾曲と外コマ収差をこの２つの屈折光学素子で打
ち消すことになるので、上記条件式（２）を絶対に満足
する必要はなくなる。
方に配置する場合、半透過凹面での反射の際に生じる正
の像面湾曲と外コマ収差をこの２つの屈折光学素子で打
ち消すことになるので、上記条件式（２）を絶対に満足
する必要はなくなる。
【００２８】次に、前記の（２）、すなわち、パワーを
持つ屈折光学素子を瞳面側もしくは像面側に接合して配
置する場合の像面湾曲とコマ収差の補正手段についての
説明を、図３と図４を用いて説明する。図３は、パワー
を持つ屈折光学素子４を瞳面Ｅ側に配置した例で、半透
過平面鏡１と半透過凹面鏡２からなる部分光学系１０の
半透過凹面鏡２の反射面を３、瞳面Ｅ側に配置されたパ
ワーを持つ屈折光学素子４の瞳面Ｅ側の屈折面を５、こ
の屈折光学素子４の像面Ｉ側の屈折面を６とする。
持つ屈折光学素子を瞳面側もしくは像面側に接合して配
置する場合の像面湾曲とコマ収差の補正手段についての
説明を、図３と図４を用いて説明する。図３は、パワー
を持つ屈折光学素子４を瞳面Ｅ側に配置した例で、半透
過平面鏡１と半透過凹面鏡２からなる部分光学系１０の
半透過凹面鏡２の反射面を３、瞳面Ｅ側に配置されたパ
ワーを持つ屈折光学素子４の瞳面Ｅ側の屈折面を５、こ
の屈折光学素子４の像面Ｉ側の屈折面を６とする。
【００２９】図４は、パワーを持つ屈折光学素子４を像
面Ｉ側に配置した例で、半透過平面鏡１と半透過凹面鏡
２からなる部分光学系１０の半透過凹面鏡２の反射面を
３、像面Ｉ側に配置されたパワーを持つ屈折光学素子４
の瞳面Ｅ側の屈折面を５、この屈折光学素子４の像面Ｉ
側の屈折面を６とする。
面Ｉ側に配置した例で、半透過平面鏡１と半透過凹面鏡
２からなる部分光学系１０の半透過凹面鏡２の反射面を
３、像面Ｉ側に配置されたパワーを持つ屈折光学素子４
の瞳面Ｅ側の屈折面を５、この屈折光学素子４の像面Ｉ
側の屈折面を６とする。
【００３０】像面湾曲を補正するためには、図３と図４
における反射面３で発生した正の像面湾曲を打ち消すた
めに、光学系の中に負の像面湾曲を発生させる屈折光学
素子を設ける必要がある。まず、パワーを持つ屈折光学
素子４を部分光学系１０の瞳面Ｅ側に配置するときにつ
いて説明する。屈折光学素子４の面６は半透過平面鏡１
に接合されているのであるから平面となり、像面湾曲の
補正能力は有さないことになり、屈折光学素子４の屈折
面５を凸面にして負の像面湾曲を発生させる必要があ
る。瞳面Ｅ側に接合されたパワーを持つ屈折光学素子４
の形状は凸平レンズであるため、正のパワーを持つこと
になる。すなわち、瞳面Ｅ側に接合されたパワーを持つ
屈折光学素子４の焦点距離をｆ1 とすると、 ｆ1 ＞０ ・・・（６） なる条件を満足することが重要である。
における反射面３で発生した正の像面湾曲を打ち消すた
めに、光学系の中に負の像面湾曲を発生させる屈折光学
素子を設ける必要がある。まず、パワーを持つ屈折光学
素子４を部分光学系１０の瞳面Ｅ側に配置するときにつ
いて説明する。屈折光学素子４の面６は半透過平面鏡１
に接合されているのであるから平面となり、像面湾曲の
補正能力は有さないことになり、屈折光学素子４の屈折
面５を凸面にして負の像面湾曲を発生させる必要があ
る。瞳面Ｅ側に接合されたパワーを持つ屈折光学素子４
の形状は凸平レンズであるため、正のパワーを持つこと
になる。すなわち、瞳面Ｅ側に接合されたパワーを持つ
屈折光学素子４の焦点距離をｆ1 とすると、 ｆ1 ＞０ ・・・（６） なる条件を満足することが重要である。
【００３１】次に、パワーを持つ屈折光学素子４を部分
光学系１０の像面Ｉ側に配置するときについて説明す
る。屈折光学素子４の面５は半透過凹面鏡２に接合され
ているのであるから、半透過凹面鏡２の像面Ｉ側の面と
面５は同じ曲率を持ち、面５はさほど軸外収差の補正能
力は有さないことになる。このため、屈折面６を凸面に
して負の像面湾曲を発生させる必要がある。像面Ｉ側に
接合されたパワーを持つ屈折光学素子４の形状はメニス
カスレンズとなり、屈折面６のパワーによって、このメ
ニスカスレンズは正か負のどちらかのパワーを持つこと
になる。屈折面６の凸面のパワーが大きくなる程、この
メニスカスレンズ４の焦点距離は負の値から正の値へと
変化する訳だが、屈折面６の凸面で充分な負の像面湾曲
を発生させるためには、屈折面６の凸面のパワーもある
程度強い必要があり、このメニスカスレンズ４が弱い負
のパワーかもしくは正のパワーを持つことが重要であ
る。すなわち、光学系全系の焦点距離をｆ、像面Ｉ側に
接合されたパワーを持つ屈折光学素子４の焦点距離をｆ
3 とすると、 ｆ／ｆ3 ＞−０．１２ ・・・（７） なる条件を満足することが重要である。上記条件（７）
の値が−０．１２より小さくなると、メニスカスレンズ
４は強い負のパワーを持つことになり、屈折面６で充分
な負の像面湾曲を発生させることが不可能になる。
光学系１０の像面Ｉ側に配置するときについて説明す
る。屈折光学素子４の面５は半透過凹面鏡２に接合され
ているのであるから、半透過凹面鏡２の像面Ｉ側の面と
面５は同じ曲率を持ち、面５はさほど軸外収差の補正能
力は有さないことになる。このため、屈折面６を凸面に
して負の像面湾曲を発生させる必要がある。像面Ｉ側に
接合されたパワーを持つ屈折光学素子４の形状はメニス
カスレンズとなり、屈折面６のパワーによって、このメ
ニスカスレンズは正か負のどちらかのパワーを持つこと
になる。屈折面６の凸面のパワーが大きくなる程、この
メニスカスレンズ４の焦点距離は負の値から正の値へと
変化する訳だが、屈折面６の凸面で充分な負の像面湾曲
を発生させるためには、屈折面６の凸面のパワーもある
程度強い必要があり、このメニスカスレンズ４が弱い負
のパワーかもしくは正のパワーを持つことが重要であ
る。すなわち、光学系全系の焦点距離をｆ、像面Ｉ側に
接合されたパワーを持つ屈折光学素子４の焦点距離をｆ
3 とすると、 ｆ／ｆ3 ＞−０．１２ ・・・（７） なる条件を満足することが重要である。上記条件（７）
の値が−０．１２より小さくなると、メニスカスレンズ
４は強い負のパワーを持つことになり、屈折面６で充分
な負の像面湾曲を発生させることが不可能になる。
【００３２】像面湾曲とコマ収差の軸外収差を良好に補
正し、より解像力の高い像を得るためには、瞳面Ｅ側も
しくは像面Ｉ側に配置された屈折光学素子４の凸面で像
面湾曲を補正しながら、同時にコマ収差もさらに良好に
バランス良く補正するために、瞳面Ｅ側もしくは像面Ｉ
側に配置されたパワーを持つ屈折光学素子４の焦点距離
をｆa 、２つの半透過面鏡１、２を有する部分光学系１
０の焦点距離をｆ2 とするとき、 ０．１＜ｆ2 ／ｆa ＜３ ・・・（８） なる条件を満足することが好ましい。上記条件式（８）
の値が上限の３を越えると、図３の屈折面５、もしく
は、図４の屈折面６の凸面のパワーが半透過凹面鏡２の
反射面３のパワーと比較して強すぎるため、像面Ｉで過
剰な負の像面湾曲と内コマ収差が発生し、逆に、上記条
件式（８）の値が下限の０．１を越えると、図３の屈折
面５、もしくは、図４の屈折面６の凸面のパワーが半透
過凹面鏡２の反射面３のパワーと比較して弱すぎるた
め、像面Ｉで正の像面湾曲と外コマ収差が残存してしま
う。
正し、より解像力の高い像を得るためには、瞳面Ｅ側も
しくは像面Ｉ側に配置された屈折光学素子４の凸面で像
面湾曲を補正しながら、同時にコマ収差もさらに良好に
バランス良く補正するために、瞳面Ｅ側もしくは像面Ｉ
側に配置されたパワーを持つ屈折光学素子４の焦点距離
をｆa 、２つの半透過面鏡１、２を有する部分光学系１
０の焦点距離をｆ2 とするとき、 ０．１＜ｆ2 ／ｆa ＜３ ・・・（８） なる条件を満足することが好ましい。上記条件式（８）
の値が上限の３を越えると、図３の屈折面５、もしく
は、図４の屈折面６の凸面のパワーが半透過凹面鏡２の
反射面３のパワーと比較して強すぎるため、像面Ｉで過
剰な負の像面湾曲と内コマ収差が発生し、逆に、上記条
件式（８）の値が下限の０．１を越えると、図３の屈折
面５、もしくは、図４の屈折面６の凸面のパワーが半透
過凹面鏡２の反射面３のパワーと比較して弱すぎるた
め、像面Ｉで正の像面湾曲と外コマ収差が残存してしま
う。
【００３３】さらに好ましくは、さらに広画角の光学系
を軸外収差を良好に補正しながら得るためには、半透過
平面鏡１と半透過曲面鏡２からなる部分光学系１０の瞳
面Ｅ側と像面Ｉ側の両方に、以下に示す条件式（９）と
（１０）を満足する屈折光学素子を配置することが好ま
しい。
を軸外収差を良好に補正しながら得るためには、半透過
平面鏡１と半透過曲面鏡２からなる部分光学系１０の瞳
面Ｅ側と像面Ｉ側の両方に、以下に示す条件式（９）と
（１０）を満足する屈折光学素子を配置することが好ま
しい。
【００３４】瞳面Ｅ側に接合して配置されるパワーを持
つ屈折光学素子の焦点距離をｆ1 、像面Ｉ側に接合して
配置されたパワーを持つ屈折光学素子の焦点距離を
ｆ3 、２つの半透過面鏡１、２を有する部分光学系１０
の焦点距離をｆ2 とするとき、 ０．２ ＜ｆ2 ／ｆ1 ＜１．２ ・・・（９） −０．１６＜ｆ2 ／ｆ3 ＜０．５ ・・・（１０） なる条件を満足することが重要である。上記条件式
（９）と（１０）の上下限の設定の意味は、上記条件式
（８）と同様である。
つ屈折光学素子の焦点距離をｆ1 、像面Ｉ側に接合して
配置されたパワーを持つ屈折光学素子の焦点距離を
ｆ3 、２つの半透過面鏡１、２を有する部分光学系１０
の焦点距離をｆ2 とするとき、 ０．２ ＜ｆ2 ／ｆ1 ＜１．２ ・・・（９） −０．１６＜ｆ2 ／ｆ3 ＜０．５ ・・・（１０） なる条件を満足することが重要である。上記条件式
（９）と（１０）の上下限の設定の意味は、上記条件式
（８）と同様である。
【００３５】なお、半透過平面鏡１と半透過凹面鏡２か
ら構成される部分光学系１０の瞳面Ｅ側と像面Ｉ側の両
方に、パワーを持つ屈折光学素子を配置し、一方の屈折
光学素子を部分光学系１０に接合して配置し、もう一方
を接合せずに空気間隔を挟んで配置する場合は、接合し
て配置する屈折光学素子は上記条件式（９）もしくは
（１０）を満足し、接合せずに配置する屈折光学素子は
上記条件式（４）もしくは（５）を満足することが好ま
しい。
ら構成される部分光学系１０の瞳面Ｅ側と像面Ｉ側の両
方に、パワーを持つ屈折光学素子を配置し、一方の屈折
光学素子を部分光学系１０に接合して配置し、もう一方
を接合せずに空気間隔を挟んで配置する場合は、接合し
て配置する屈折光学素子は上記条件式（９）もしくは
（１０）を満足し、接合せずに配置する屈折光学素子は
上記条件式（４）もしくは（５）を満足することが好ま
しい。
【００３６】さらに好ましくは、より解像力の高い像を
得るためには、部分光学系を瞳面に凹面を向けた２つの
半透過曲面から構成し、その部分光学系の瞳面側もしく
は像面側のどちらか一方に、パワーを持つ屈折光学素子
を配置するようにし、瞳面側に配置されるパワーを持つ
屈折光学素子の焦点距離をｆ1 、像面側に配置されるパ
ワーを持つ屈折光学素子の焦点距離をｆ3 、２つの半透
過曲面で構成する部分光学系の焦点距離をｆ2 とすると
き、 ０＜ｆ2 ／ｆ1 ＜０．４２ ・・・（１１） −０．４＜ｆ2 ／ｆ3 ＜０．２ ・・・（１２） なる条件を満足するようにすることが好ましい。
得るためには、部分光学系を瞳面に凹面を向けた２つの
半透過曲面から構成し、その部分光学系の瞳面側もしく
は像面側のどちらか一方に、パワーを持つ屈折光学素子
を配置するようにし、瞳面側に配置されるパワーを持つ
屈折光学素子の焦点距離をｆ1 、像面側に配置されるパ
ワーを持つ屈折光学素子の焦点距離をｆ3 、２つの半透
過曲面で構成する部分光学系の焦点距離をｆ2 とすると
き、 ０＜ｆ2 ／ｆ1 ＜０．４２ ・・・（１１） −０．４＜ｆ2 ／ｆ3 ＜０．２ ・・・（１２） なる条件を満足するようにすることが好ましい。
【００３７】上記条件式（１１）と（１２）の値がそれ
ぞれの上限の０．４２、０．２を越えると、２つの半透
過凹面鏡で構成される部分光学系で発生する負の像面湾
曲を屈折光学素子が補正し切れず、像面で負の像面湾曲
が目立つようになる。逆に、上記条件式（１１）と（１
２）の値がそれぞれの下限の０、−０．４を越えると、
２つの半透過凹面鏡で構成される部分光学系で発生する
正の像面湾曲を屈折光学素子が補正し切れず、像面で正
の像面湾曲が目立つようになる。
ぞれの上限の０．４２、０．２を越えると、２つの半透
過凹面鏡で構成される部分光学系で発生する負の像面湾
曲を屈折光学素子が補正し切れず、像面で負の像面湾曲
が目立つようになる。逆に、上記条件式（１１）と（１
２）の値がそれぞれの下限の０、−０．４を越えると、
２つの半透過凹面鏡で構成される部分光学系で発生する
正の像面湾曲を屈折光学素子が補正し切れず、像面で正
の像面湾曲が目立つようになる。
【００３８】さらに好ましくは、より広画角で解像力の
高い像を得るためには、２つの半透過凹面鏡からなる部
分光学系の瞳面側と像面側の両方に、以下に示す条件式
（１３）と（１４）を満足する屈折光学素子を配置する
事が好ましい。すなわち、瞳面側に配置されるパワーを
持つ屈折光学素子の焦点距離をｆ1 、像面側に配置され
るパワーを持つ屈折光学素子の焦点距離をｆ3 、瞳面に
凹面を向けた２つの半透過曲面で構成される部分光学系
の焦点距離をｆ2 とするとき、 ０＜ｆ2 ／ｆ1 ＜１．０ ・・・（１３） −１．２＜ｆ2 ／ｆ3 ＜０ ・・・（１４） なる条件を満足することが重要である。
高い像を得るためには、２つの半透過凹面鏡からなる部
分光学系の瞳面側と像面側の両方に、以下に示す条件式
（１３）と（１４）を満足する屈折光学素子を配置する
事が好ましい。すなわち、瞳面側に配置されるパワーを
持つ屈折光学素子の焦点距離をｆ1 、像面側に配置され
るパワーを持つ屈折光学素子の焦点距離をｆ3 、瞳面に
凹面を向けた２つの半透過曲面で構成される部分光学系
の焦点距離をｆ2 とするとき、 ０＜ｆ2 ／ｆ1 ＜１．０ ・・・（１３） −１．２＜ｆ2 ／ｆ3 ＜０ ・・・（１４） なる条件を満足することが重要である。
【００３９】上記条件式（１３）と（１４）の値がそれ
ぞれの上限の１．０、０を越えると、２つの半透過凹面
鏡からなる部分光学系で発生する負の像面湾曲を両方の
屈折光学素子が補正し切れず、像面で負の像面湾曲が目
立つようになる。逆に、上記条件式（１３）と（１４）
の値がそれぞれの下限の０、−１．２を越えると、２つ
の半透過凹面鏡からなる部分光学系で発生する正の像面
湾曲を両方の屈折光学素子が補正し切れず、像面で正の
像面湾曲が目立つようになる。
ぞれの上限の１．０、０を越えると、２つの半透過凹面
鏡からなる部分光学系で発生する負の像面湾曲を両方の
屈折光学素子が補正し切れず、像面で負の像面湾曲が目
立つようになる。逆に、上記条件式（１３）と（１４）
の値がそれぞれの下限の０、−１．２を越えると、２つ
の半透過凹面鏡からなる部分光学系で発生する正の像面
湾曲を両方の屈折光学素子が補正し切れず、像面で正の
像面湾曲が目立つようになる。
【００４０】上述したように、２つの半透過凹面鏡から
なる部分光学系の瞳面側の屈折光学素子及び像面側の屈
折光学素子は、この部分光学系のみで収差補正ができる
状態を作る役割を担っている訳だが、さらに好ましく、
このような状態を作るためには、瞳面側の屈折光学素子
に軸外光束が入射する際と、像面側の屈折光学素子から
軸外光束が射出する際に、軸外収差が発生しないことが
重要である。このためには、配置するそれぞれの屈折光
学素子の形状を考慮することが必要で、瞳面側に配置す
る屈折光学素子は平凸に近い形状を、像面側に配置する
屈折光学素子は凸平に近い形状を持つ事が重要である。
瞳面側の屈折光学素子の瞳面側の面を平面に近い形状と
することで、この面に入射する位置では軸外収差はほと
んど発生することなく軸外光束の画角を非常に小さくす
るできる。また、像面側の屈折光学素子の瞳面側の面を
平面に近い形状とすることで、光軸にほぼ平行となって
像面に至る軸外主光線は、像面側の屈折光学素子の瞳面
側の面に入射する位置での入射角が非常に小さいため、
この面ではほとんど軸外収差が発生しない。
なる部分光学系の瞳面側の屈折光学素子及び像面側の屈
折光学素子は、この部分光学系のみで収差補正ができる
状態を作る役割を担っている訳だが、さらに好ましく、
このような状態を作るためには、瞳面側の屈折光学素子
に軸外光束が入射する際と、像面側の屈折光学素子から
軸外光束が射出する際に、軸外収差が発生しないことが
重要である。このためには、配置するそれぞれの屈折光
学素子の形状を考慮することが必要で、瞳面側に配置す
る屈折光学素子は平凸に近い形状を、像面側に配置する
屈折光学素子は凸平に近い形状を持つ事が重要である。
瞳面側の屈折光学素子の瞳面側の面を平面に近い形状と
することで、この面に入射する位置では軸外収差はほと
んど発生することなく軸外光束の画角を非常に小さくす
るできる。また、像面側の屈折光学素子の瞳面側の面を
平面に近い形状とすることで、光軸にほぼ平行となって
像面に至る軸外主光線は、像面側の屈折光学素子の瞳面
側の面に入射する位置での入射角が非常に小さいため、
この面ではほとんど軸外収差が発生しない。
【００４１】また、これら屈折光学素子と２つの半透過
凹面鏡からなる部分光学系を接合しない場合でも、これ
ら屈折光学素子の部分光学系に面している各々の面の曲
率半径を部分光学系の瞳面側の面と像面側の面の曲率半
径とほぼ同じ程度にし、これら屈折光学素子の部分光学
系の間の空気間隔を小さくすることで、瞳面側の屈折光
学素子の像面側の面と部分光学系の瞳面側の面と、像面
側の屈折光学素子の瞳面側の面と部分光学系の像面側の
面で軸外収差が打ち消し合うため、上述した作用を得る
ことができる。
凹面鏡からなる部分光学系を接合しない場合でも、これ
ら屈折光学素子の部分光学系に面している各々の面の曲
率半径を部分光学系の瞳面側の面と像面側の面の曲率半
径とほぼ同じ程度にし、これら屈折光学素子の部分光学
系の間の空気間隔を小さくすることで、瞳面側の屈折光
学素子の像面側の面と部分光学系の瞳面側の面と、像面
側の屈折光学素子の瞳面側の面と部分光学系の像面側の
面で軸外収差が打ち消し合うため、上述した作用を得る
ことができる。
【００４２】さて、以上の部分光学系に使用される半透
過面の透過と反射の比は２：８から８：２の範囲で利用
される。また、このような光量を分割する手段は、面積
として分割する方法、強度を分割する方法、そして、さ
らにその両方を用いる手段がある。
過面の透過と反射の比は２：８から８：２の範囲で利用
される。また、このような光量を分割する手段は、面積
として分割する方法、強度を分割する方法、そして、さ
らにその両方を用いる手段がある。
【００４３】上記の面積で分割する方法を図５に示す。
図５において、ガラス又はプラスティック等の透明基板
４１上にアルミコーティング４２を設ける。このアルミ
コーティング４２は、数μｍから０．１ｍｍ程度の網目
状のメッシュにコーティングされ、反射する部分と反射
しないで透過する部分の面積の比よって全体的（マクロ
的）な反射率と透過率が設定される。
図５において、ガラス又はプラスティック等の透明基板
４１上にアルミコーティング４２を設ける。このアルミ
コーティング４２は、数μｍから０．１ｍｍ程度の網目
状のメッシュにコーティングされ、反射する部分と反射
しないで透過する部分の面積の比よって全体的（マクロ
的）な反射率と透過率が設定される。
【００４４】次に、光量的に透過と反射の光量を分割す
る手段を図６に示す。この方法は比較的容易に実現で
き、また、安価に製作することが可能である。図６に示
すように、半透過薄膜４３をガラス又はプラスティック
等の透明基板４１の上にコーティングして、光量を分割
することができる。半透過薄膜４３としては、Ａｌ（ア
ルミニウム）、Ｃｒ（クロム）等の金属薄膜が一般的で
ある。その他に、誘電体の多層膜としてＳｉＯ2 、Ｍｇ
Ｆ2 等の薄膜を何層も組み合わせる方法が一般的であ
る。
る手段を図６に示す。この方法は比較的容易に実現で
き、また、安価に製作することが可能である。図６に示
すように、半透過薄膜４３をガラス又はプラスティック
等の透明基板４１の上にコーティングして、光量を分割
することができる。半透過薄膜４３としては、Ａｌ（ア
ルミニウム）、Ｃｒ（クロム）等の金属薄膜が一般的で
ある。その他に、誘電体の多層膜としてＳｉＯ2 、Ｍｇ
Ｆ2 等の薄膜を何層も組み合わせる方法が一般的であ
る。
【００４５】光量的に透過と反射の光量を分割する手段
の別法として、偏光による方法を図７に示す。図７にお
いて、ガラス又はプラスティック等の透明基板４１の上
に偏光性半透過薄膜４４をコーティングして、Ｐ偏光と
Ｓ偏向を選択的に透過又は反射させて分割するものであ
り、入射光のＰ偏光とＳ偏向の割合により反射率と透過
率が設定されるものである。さらに、以上の方法を任意
に組み合せて使用することも可能である。
の別法として、偏光による方法を図７に示す。図７にお
いて、ガラス又はプラスティック等の透明基板４１の上
に偏光性半透過薄膜４４をコーティングして、Ｐ偏光と
Ｓ偏向を選択的に透過又は反射させて分割するものであ
り、入射光のＰ偏光とＳ偏向の割合により反射率と透過
率が設定されるものである。さらに、以上の方法を任意
に組み合せて使用することも可能である。
【００４６】なお、部分光学系の少なくとも２つの半透
過面で１回も反射しないで透過して像面に達してしまう
フレアー光をカットするためには、偏光を利用した偏光
光学素子を配置とすることが重要となる。例えば、部分
光学系のの瞳面側に第１偏光板と４分の１波長板を配置
して入射光を円偏光とし、第１の半透過面と第２の半透
過面の間に別の４分の１波長板を配置し、第２の半透過
面の後に第１偏光板とパラニコルの偏光面を配置した第
２偏光板を配置する。このような偏光光学素子を配置す
ると、第１の半透過面と第２の半透過面でそれぞれ１回
反射した正規の光線は、第１の半透過面と第２の半透過
面の間の４分の１波長板を３回通過することになり、正
規の光線はトータル４回、４分の１波長板を通過するこ
とになる。したがって、第１偏光板を通過した光の偏光
面は回転せずに、パラニコルに配置された第２偏光板を
通過する。しかし、第１の半透過面を反射しないで通過
した光線はトータル２回の４分の１波長板通過しかしな
いで、偏光面は９０゜回転して、第２偏光板でカットさ
れる。
過面で１回も反射しないで透過して像面に達してしまう
フレアー光をカットするためには、偏光を利用した偏光
光学素子を配置とすることが重要となる。例えば、部分
光学系のの瞳面側に第１偏光板と４分の１波長板を配置
して入射光を円偏光とし、第１の半透過面と第２の半透
過面の間に別の４分の１波長板を配置し、第２の半透過
面の後に第１偏光板とパラニコルの偏光面を配置した第
２偏光板を配置する。このような偏光光学素子を配置す
ると、第１の半透過面と第２の半透過面でそれぞれ１回
反射した正規の光線は、第１の半透過面と第２の半透過
面の間の４分の１波長板を３回通過することになり、正
規の光線はトータル４回、４分の１波長板を通過するこ
とになる。したがって、第１偏光板を通過した光の偏光
面は回転せずに、パラニコルに配置された第２偏光板を
通過する。しかし、第１の半透過面を反射しないで通過
した光線はトータル２回の４分の１波長板通過しかしな
いで、偏光面は９０゜回転して、第２偏光板でカットさ
れる。
【００４７】このように、偏光光学素子を使うことによ
って、フレアー光をカットすることが可能となる。ま
た、上に説明した以外の偏光光学素子の配置も可能であ
り、ここではほんの一例を示しただけである。
って、フレアー光をカットすることが可能となる。ま
た、上に説明した以外の偏光光学素子の配置も可能であ
り、ここではほんの一例を示しただけである。
【００４８】本発明の以上のような光学系は、瞳面を観
察者の眼球の瞳に一致させることにより、像面上の物体
あるいは空中像を拡大して観察できる接眼光学系として
使用可能であるし、瞳側から物体からの光線を入射させ
ることにより、像面上に実像を形成する結像光学系とし
て使用することも可能である。
察者の眼球の瞳に一致させることにより、像面上の物体
あるいは空中像を拡大して観察できる接眼光学系として
使用可能であるし、瞳側から物体からの光線を入射させ
ることにより、像面上に実像を形成する結像光学系とし
て使用することも可能である。
【００４９】さて、本発明による光学系を接眼光学系と
して用い、この光学系と２次元画像表示素子からなる組
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
着式視覚表示装置のようなポータブル型の視覚表示装置
として構成することができる。このようなポータブル型
の視覚表示装置の１例の全体の構成を図８に示す。表示
装置本体５０には、上記のような光学系が左右１対接眼
光学系として備えられ、それらに対応して像面に液晶表
示素子からなる２次元画像表示素子が配置されている。
本体５０に左右に連続して図示のような側頭フレーム５
１が設けられ、両側の側頭フレーム５１は頭頂フレーム
５２でつながれており、また、両側の側頭フレーム５１
の中間には板バネ５３を介してリアフレーム５４が設け
てあり、リアフレーム５４を眼鏡のツルのように観察者
の両耳の後部に当て、また、頭頂フレーム５２を観察者
の頭頂に載せることにより、表示装置本体５０を観察者
の眼前に保持できるようになっている。なお、頭頂フレ
ーム５２の内側には海綿体のような弾性体からなる頭頂
パッド５５が取り付けてあり、同様にリアフレーム５４
の内側にも同様なパッドが取り付けられており、この表
示装置を頭部に装着したときに違和感を感じないように
してある。
して用い、この光学系と２次元画像表示素子からなる組
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
着式視覚表示装置のようなポータブル型の視覚表示装置
として構成することができる。このようなポータブル型
の視覚表示装置の１例の全体の構成を図８に示す。表示
装置本体５０には、上記のような光学系が左右１対接眼
光学系として備えられ、それらに対応して像面に液晶表
示素子からなる２次元画像表示素子が配置されている。
本体５０に左右に連続して図示のような側頭フレーム５
１が設けられ、両側の側頭フレーム５１は頭頂フレーム
５２でつながれており、また、両側の側頭フレーム５１
の中間には板バネ５３を介してリアフレーム５４が設け
てあり、リアフレーム５４を眼鏡のツルのように観察者
の両耳の後部に当て、また、頭頂フレーム５２を観察者
の頭頂に載せることにより、表示装置本体５０を観察者
の眼前に保持できるようになっている。なお、頭頂フレ
ーム５２の内側には海綿体のような弾性体からなる頭頂
パッド５５が取り付けてあり、同様にリアフレーム５４
の内側にも同様なパッドが取り付けられており、この表
示装置を頭部に装着したときに違和感を感じないように
してある。
【００５０】また、リアフレーム５４にはスピーカ５６
が付設されており、映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５６を
有する表示装置本体５０には、映像音声伝達コード５７
を介してボータブルビデオカセット等の再生装置５８が
接続されているので、観察者はこの再生装置５８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。図示の５
９は再生装置５８のスイッチ、ボリューム等の調節部で
ある。なお、頭頂フレーム５２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。
が付設されており、映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５６を
有する表示装置本体５０には、映像音声伝達コード５７
を介してボータブルビデオカセット等の再生装置５８が
接続されているので、観察者はこの再生装置５８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。図示の５
９は再生装置５８のスイッチ、ボリューム等の調節部で
ある。なお、頭頂フレーム５２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。
【００５１】
【実施例】以下、本発明の光学系の実施例１〜１０につ
いて説明する。
いて説明する。
【００５２】図９〜図１８にそれぞれ実施例１〜１０の
光学系の断面図を示す。各実施例の数値データは後記す
るが、図中、Ｅは瞳位置、Ｉは像面であり、１２は第１
の半透過面１４と第２の半透過面１５によって構成され
た部分光学系、１１は部分光学系１２の瞳側に配置され
たパワーを持つ屈折光学素子、１３は部分光学系１２の
像面側に配置されたパワーを持つ屈折光学素子である。
光学系の断面図を示す。各実施例の数値データは後記す
るが、図中、Ｅは瞳位置、Ｉは像面であり、１２は第１
の半透過面１４と第２の半透過面１５によって構成され
た部分光学系、１１は部分光学系１２の瞳側に配置され
たパワーを持つ屈折光学素子、１３は部分光学系１２の
像面側に配置されたパワーを持つ屈折光学素子である。
【００５３】実施例１は、図９に示すように、第１の半
透過面１４が平面で、第２の半透過面１５が像面側に凸
の凹面であり、部分光学系１２の瞳側に像面側に凸の正
メニスカスレンズ１１を接合しないで配置した例であ
る。この実施例の画角は１２０°、瞳径は６ｍｍ、焦点
距離は４０ｍｍ、Ｆナンバーは６．７である。条件式
（３）のｆ2 ／ｆa の値は１．６４６である。なお、後
記する数値データ中、面番号は光線が通過する順に取っ
てあり、ｎｄは透明体のｄ線での屈折率、νｄはそのア
ッベ数である（以下、同じ）。
透過面１４が平面で、第２の半透過面１５が像面側に凸
の凹面であり、部分光学系１２の瞳側に像面側に凸の正
メニスカスレンズ１１を接合しないで配置した例であ
る。この実施例の画角は１２０°、瞳径は６ｍｍ、焦点
距離は４０ｍｍ、Ｆナンバーは６．７である。条件式
（３）のｆ2 ／ｆa の値は１．６４６である。なお、後
記する数値データ中、面番号は光線が通過する順に取っ
てあり、ｎｄは透明体のｄ線での屈折率、νｄはそのア
ッベ数である（以下、同じ）。
【００５４】実施例２は、図１０に示すように、第１の
半透過面１４が平面で、第２の半透過面１５が像面側に
凸の凹面であり、部分光学系１２の瞳側に両凸レンズ１
１を接合しないで配置した例である。この実施例の画角
は４０°、瞳径は１５ｍｍ、焦点距離は４０ｍｍ、Ｆナ
ンバーは２．７である。条件式（３）のｆ2 ／ｆa の値
は０．７４８である。
半透過面１４が平面で、第２の半透過面１５が像面側に
凸の凹面であり、部分光学系１２の瞳側に両凸レンズ１
１を接合しないで配置した例である。この実施例の画角
は４０°、瞳径は１５ｍｍ、焦点距離は４０ｍｍ、Ｆナ
ンバーは２．７である。条件式（３）のｆ2 ／ｆa の値
は０．７４８である。
【００５５】実施例３は、図１１に示すように、第１の
半透過面１４が平面で、第２の半透過面１５が像面側に
凸の凹面であり、部分光学系１２の像面側に両凸レンズ
１３を接合しないで配置した例である。この実施例の画
角は４０°、瞳径は６ｍｍ、焦点距離は４０ｍｍ、Ｆナ
ンバーは６．７である。条件式（３）のｆ2 ／ｆa の値
は１．５２１である。
半透過面１４が平面で、第２の半透過面１５が像面側に
凸の凹面であり、部分光学系１２の像面側に両凸レンズ
１３を接合しないで配置した例である。この実施例の画
角は４０°、瞳径は６ｍｍ、焦点距離は４０ｍｍ、Ｆナ
ンバーは６．７である。条件式（３）のｆ2 ／ｆa の値
は１．５２１である。
【００５６】実施例４は、図１２に示すように、第１の
半透過面１４が平面で、第２の半透過面１５が像面側に
凸の凹面であり、部分光学系１２の像面側に両凸レンズ
１３を接合しないで配置した例である。この実施例の画
角は９０°、瞳径は１０ｍｍ、焦点距離は４０ｍｍ、Ｆ
ナンバーは４．０である。条件式（３）のｆ2 ／ｆaの
値は１．１２５である。
半透過面１４が平面で、第２の半透過面１５が像面側に
凸の凹面であり、部分光学系１２の像面側に両凸レンズ
１３を接合しないで配置した例である。この実施例の画
角は９０°、瞳径は１０ｍｍ、焦点距離は４０ｍｍ、Ｆ
ナンバーは４．０である。条件式（３）のｆ2 ／ｆaの
値は１．１２５である。
【００５７】実施例５は、図１３に示すように、第１の
半透過面１４が平面で、第２の半透過面１５が像面側に
凸の凹面であり、部分光学系１２の瞳側に像面側に凸の
正メニスカスレンズ１１を接合しないで、さらに、部分
光学系１２の像面側に両凸レンズ１３を接合しないで配
置した例である。この実施例の画角は１２０°、瞳径は
６ｍｍ、焦点距離は４０ｍｍ、Ｆナンバーは４．０であ
る。条件式（４）のｆ 2 ／ｆ1 の値は０．８３４、条件
式（５）のｆ2 ／ｆ3 の値は０．６６７である。
半透過面１４が平面で、第２の半透過面１５が像面側に
凸の凹面であり、部分光学系１２の瞳側に像面側に凸の
正メニスカスレンズ１１を接合しないで、さらに、部分
光学系１２の像面側に両凸レンズ１３を接合しないで配
置した例である。この実施例の画角は１２０°、瞳径は
６ｍｍ、焦点距離は４０ｍｍ、Ｆナンバーは４．０であ
る。条件式（４）のｆ 2 ／ｆ1 の値は０．８３４、条件
式（５）のｆ2 ／ｆ3 の値は０．６６７である。
【００５８】実施例６は、図１４に示すように、第１の
半透過面１４が平面で、第２の半透過面１５が像面側に
凸の凹面であり、部分光学系１２の瞳側に瞳側に凸の正
メニスカスレンズ１１を接合しないで、さらに、部分光
学系１２の像面側に瞳側に凸の正メニスカスレンズ１３
を接合しないで配置した例である。この実施例の画角は
６０°、瞳径は１５ｍｍ、焦点距離は４０ｍｍ、Ｆナン
バーは２．７である。条件式（４）のｆ2 ／ｆ1 の値は
０．２９４、条件式（５）のｆ2 ／ｆ3 の値は１．１２
２である。
半透過面１４が平面で、第２の半透過面１５が像面側に
凸の凹面であり、部分光学系１２の瞳側に瞳側に凸の正
メニスカスレンズ１１を接合しないで、さらに、部分光
学系１２の像面側に瞳側に凸の正メニスカスレンズ１３
を接合しないで配置した例である。この実施例の画角は
６０°、瞳径は１５ｍｍ、焦点距離は４０ｍｍ、Ｆナン
バーは２．７である。条件式（４）のｆ2 ／ｆ1 の値は
０．２９４、条件式（５）のｆ2 ／ｆ3 の値は１．１２
２である。
【００５９】実施例７は、図１５に示すように、第１の
半透過面１４が平面で、第２の半透過面１５が像面側に
凸の凹面であり、部分光学系１２の瞳側に凸平レンズ１
１を接合して配置した例である。この実施例の画角は６
０°、瞳径は６ｍｍ、焦点距離は４０ｍｍ、Ｆナンバー
は６．７である。条件式（８）のｆ2 ／ｆa の値は０．
２５８である。
半透過面１４が平面で、第２の半透過面１５が像面側に
凸の凹面であり、部分光学系１２の瞳側に凸平レンズ１
１を接合して配置した例である。この実施例の画角は６
０°、瞳径は６ｍｍ、焦点距離は４０ｍｍ、Ｆナンバー
は６．７である。条件式（８）のｆ2 ／ｆa の値は０．
２５８である。
【００６０】実施例８は、図１６に示すように、第１の
半透過面１４が平面で、第２の半透過面１５が像面側に
凸の凹面であり、部分光学系１２の像面側に像面側に凸
の正メニスカスレンズ１３を接合して配置した例であ
る。この実施例の画角は４０°、瞳径は６ｍｍ、焦点距
離は４０ｍｍ、Ｆナンバーは６．７である。ｆ／ｆ3 の
値は０．３８６、条件式（８）のｆ2 ／ｆa の値は０．
５８０である。
半透過面１４が平面で、第２の半透過面１５が像面側に
凸の凹面であり、部分光学系１２の像面側に像面側に凸
の正メニスカスレンズ１３を接合して配置した例であ
る。この実施例の画角は４０°、瞳径は６ｍｍ、焦点距
離は４０ｍｍ、Ｆナンバーは６．７である。ｆ／ｆ3 の
値は０．３８６、条件式（８）のｆ2 ／ｆa の値は０．
５８０である。
【００６１】実施例９は、図１７に示すように、第１の
半透過面１４が平面で、第２の半透過面１５が像面側に
凸の凹面であり、部分光学系１２の瞳側に凸平レンズ１
１を接合して、さらに、部分光学系１２の像面側に像面
側に凸の負メニスカスレンズ１３を接合して配置した例
である。この実施例の画角は４０°、瞳径は６ｍｍ、焦
点距離は４０ｍｍ、Ｆナンバーは６．７である。ｆ／ｆ
3 の値は−０．０４２、条件式（９）のｆ2 ／ｆ1 の値
は０．５５４、条件式（１０）のｆ2 ／ｆ3 の値は−
０．０６０である。
半透過面１４が平面で、第２の半透過面１５が像面側に
凸の凹面であり、部分光学系１２の瞳側に凸平レンズ１
１を接合して、さらに、部分光学系１２の像面側に像面
側に凸の負メニスカスレンズ１３を接合して配置した例
である。この実施例の画角は４０°、瞳径は６ｍｍ、焦
点距離は４０ｍｍ、Ｆナンバーは６．７である。ｆ／ｆ
3 の値は−０．０４２、条件式（９）のｆ2 ／ｆ1 の値
は０．５５４、条件式（１０）のｆ2 ／ｆ3 の値は−
０．０６０である。
【００６２】実施例１０は、図１８に示すように、第１
の半透過面１４が平面で、第２の半透過面１５が像面側
に凸の凹面であり、部分光学系１２の瞳側に凸平レンズ
１１を接合して、さらに、部分光学系１２の像面側に像
面側に凸の負メニスカスレンズ１３を接合して配置した
例である。この実施例の画角は６０°、瞳径は１０ｍ
ｍ、焦点距離は４０ｍｍ、Ｆナンバーは４．０である。
ｆ／ｆ3 の値は−０．０２３、条件式（９）のｆ2 ／ｆ
1 の値は０．４０４、条件式（１０）のｆ2 ／ｆ3 の値
は−０．０３０である。
の半透過面１４が平面で、第２の半透過面１５が像面側
に凸の凹面であり、部分光学系１２の瞳側に凸平レンズ
１１を接合して、さらに、部分光学系１２の像面側に像
面側に凸の負メニスカスレンズ１３を接合して配置した
例である。この実施例の画角は６０°、瞳径は１０ｍ
ｍ、焦点距離は４０ｍｍ、Ｆナンバーは４．０である。
ｆ／ｆ3 の値は−０．０２３、条件式（９）のｆ2 ／ｆ
1 の値は０．４０４、条件式（１０）のｆ2 ／ｆ3 の値
は−０．０３０である。
【００６３】以下、上記実施例１〜１０の数値データを
示す。 実施例１ 面番号 曲率半径 面間隔 ｎｄ νｄ １ （瞳位置Ｅ） 11.820 ２ -309.8986 14.236 1.6970 48.9 ３ -37.1617 7.603 ４ ∞ 2.000 1.7535 27.6 ５ ∞ 4.196 ６ -194.7236 （反射面１５） -4.196 ７ ∞ （反射面１４） 4.196 ８ -194.7236 2.000 1.5578 60.5 ９ -194.7236 22.403 １０ （像面Ｉ） 。
示す。 実施例１ 面番号 曲率半径 面間隔 ｎｄ νｄ １ （瞳位置Ｅ） 11.820 ２ -309.8986 14.236 1.6970 48.9 ３ -37.1617 7.603 ４ ∞ 2.000 1.7535 27.6 ５ ∞ 4.196 ６ -194.7236 （反射面１５） -4.196 ７ ∞ （反射面１４） 4.196 ８ -194.7236 2.000 1.5578 60.5 ９ -194.7236 22.403 １０ （像面Ｉ） 。
【００６４】実施例２
面番号 曲率半径 面間隔 ｎｄ νｄ
１ （瞳位置Ｅ） 46.154
２ 162.2238 7.833 1.7550 27.6
３ -113.0114 0.100
４ ∞ 2.000 1.7550 27.6
５ ∞ 3.488
６ -133.0817 （反射面１５） -3.488
７ ∞ （反射面１４） 3.488
８ -133.0817 2.000 1.5433 57.6
９ -133.0817 28.899
１０ （像面Ｉ） 。
【００６５】実施例３
面番号 曲率半径 面間隔 ｎｄ νｄ
１ （瞳位置Ｅ） 8.000
２ ∞ 2.000 1.7315 28.6
３ ∞ 4.477
４ -140.8543 （反射面１５） -4.477
５ ∞ （反射面１４） 4.477
６ -140.8543 2.000 1.5710 42.8
７ -140.8543 24.438
８ 38.6309 9.506 1.7434 44.7
９ -292.4708 15.303
１０ （像面Ｉ）
実施例４
面番号 曲率半径 面間隔 ｎｄ νｄ
１ （瞳位置Ｅ） 13.562
２ ∞ 2.000 1.7550 27.6
３ ∞ 2.406
４ -148.2359 （反射面１５） -2.406
５ ∞ （反射面１４） 2.406
６ -148.2359 2.000 1.4870 70.4
７ -148.2359 10.071
８ 57.1763 19.262 1.7550 27.6
９ -335.3215 20.967
１０ （像面Ｉ） 。
【００６６】実施例５
面番号 曲率半径 面間隔 ｎｄ νｄ
１ （瞳位置Ｅ） 13.075
２ -1753.4860 16.015 1.4870 70.3
３ -48.2219 0.100
４ ∞ 2.000 1.7550 27.6
５ ∞ 5.811
６ -168.8179 （反射面１５） -5.811
７ ∞ （反射面１４） 5.811
８ -168.8179 2.000 1.6437 45.5
９ -168.8179 3.883
１０ 118.0595 15.943 1.6758 31.7
１１ -297.7776 14.287
１２ （像面Ｉ） 。
【００６７】実施例６
面番号 曲率半径 面間隔 ｎｄ νｄ
１ （瞳位置Ｅ） 7.261
２ 99.7846 5.532 1.5026 68.7
３ 448.5259 13.590
４ ∞ 2.000 1.6589 43.4
５ ∞ 2.539
６ -148.6900 （反射面１５） -2.539
７ ∞ （反射面１４） 2.539
８ -148.6900 2.000 1.7264 32.5
９ -148.6900 15.166
１０ 44.6865 12.772 1.7550 27.6
１１ 357.0748 15.355
１２ （像面Ｉ） 。
【００６８】実施例７
面番号 曲率半径 面間隔 ｎｄ νｄ
１ （瞳位置Ｅ） 37.135
２ 122.7345 5.797 1.7550 27.6
３ ∞ 2.000 1.7550 27.6
４ ∞ 4.823
５ -99.3061 （反射面１５） -4.823
６ ∞ （反射面１４） 4.823
７ -99.3061 2.000 1.4870 70.4
８ -99.3061 26.849
９ （像面Ｉ） 。
【００６９】実施例８
面番号 曲率半径 面間隔 ｎｄ νｄ
１ （瞳位置Ｅ） 16.157
２ ∞ 2.000 1.7550 27.6
３ ∞ 1.389
４ -119.5460 （反射面１５） -1.389
５ ∞ （反射面１４） 1.389
６ -119.5460 2.000 1.7550 27.6
７ -119.5460 5.000 1.7550 27.6
８ -48.1145 36.431
９ （像面Ｉ） 。
【００７０】実施例９
面番号 曲率半径 面間隔 ｎｄ νｄ
１ （瞳位置Ｅ） 46.525
２ 77.5886 5.892 1.7550 27.6
３ ∞ 2.000 1.7550 27.6
４ ∞ 3.040
５ -113.5400 （反射面１５） -3.040
６ ∞ （反射面１４） 3.040
７ -113.5400 2.000 1.4870 70.4
８ -113.5400 2.500 1.5136 61.8
９ -148.9844 28.012
１０ （像面Ｉ） 。
【００７１】実施例１０
面番号 曲率半径 面間隔 ｎｄ νｄ
１ （瞳位置Ｅ） 35.683
２ 96.6073 7.145 1.7550 27.6
３ ∞ 2.000 1.7550 27.6
４ ∞ 5.145
５ -102.9215 （反射面１５） -5.145
６ ∞ （反射面１４） 5.145
７ -102.9215 2.000 1.4870 70.4
８ -102.9215 2.402 1.4870 70.4
９ -118.1407 23.521
１０ （像面Ｉ） 。
【００７２】上記実施例１〜１０の収差図をそれぞれ図
１９〜図２８に示す。各収差図において、球面収差を
（ａ）、非点収差を（ｂ）、歪曲収差を（ｃ）、横収差
を（ｄ）に示す。なお、横収差（ｄ）において、ωは半
画角を示す。
１９〜図２８に示す。各収差図において、球面収差を
（ａ）、非点収差を（ｂ）、歪曲収差を（ｃ）、横収差
を（ｄ）に示す。なお、横収差（ｄ）において、ωは半
画角を示す。
【００７３】次に、上記実施例１〜１０におけるレンズ
１１の焦点距離をｆ1 、部分光学系１２の焦点距離をｆ
2 、レンズ１３の焦点距離をｆ3 、レンズ１１の瞳面Ｅ
に近い面の曲率半径をＲ11、像面Ｉに近い面の曲率半径
をＲ12、レンズ１３の瞳面Ｅに近い面の曲率半径を
Ｒ21、像面Ｉに近い面の曲率半径をＲ22とするとき、ｆ
1、１／Ｒ1 、１／Ｒ2 、１／Ｒ21、１／Ｒ22 、
ｆ2 、ｆ3 、ｆ2 ／ｆ1 、ｆ2／ｆ3 の値を次の表１、
表２に示す。
１１の焦点距離をｆ1 、部分光学系１２の焦点距離をｆ
2 、レンズ１３の焦点距離をｆ3 、レンズ１１の瞳面Ｅ
に近い面の曲率半径をＲ11、像面Ｉに近い面の曲率半径
をＲ12、レンズ１３の瞳面Ｅに近い面の曲率半径を
Ｒ21、像面Ｉに近い面の曲率半径をＲ22とするとき、ｆ
1、１／Ｒ1 、１／Ｒ2 、１／Ｒ21、１／Ｒ22 、
ｆ2 、ｆ3 、ｆ2 ／ｆ1 、ｆ2／ｆ3 の値を次の表１、
表２に示す。
【００７４】
【００７５】
【００７６】以上説明した本発明の光学系及び視覚表示
装置は、例えば次のように構成することができる。 〔１〕 各々少なくとも１回の光線の透過と少なくとも
１回の光線の反射をするように配置された少なくとも２
つの半透過面を有する部分光学系と、パワーを有する屈
折光学素子とから構成されるていることを特徴とする光
学系。
装置は、例えば次のように構成することができる。 〔１〕 各々少なくとも１回の光線の透過と少なくとも
１回の光線の反射をするように配置された少なくとも２
つの半透過面を有する部分光学系と、パワーを有する屈
折光学素子とから構成されるていることを特徴とする光
学系。
【００７７】〔２〕 前記部分光学系が、瞳面に近い半
透過面が平面で、像面に近い半透過面が凹面で構成さ
れ、前記部分光学系の瞳面側もしくは像面側に、空気間
隔を挟んで前記屈折光学素子が配置され、前記屈折光学
素子の焦点距離をｆa とするとき、 ｆa ＞０ ・・・（１） なる条件を満足することを特徴とする上記〔１〕記載の
光学系。
透過面が平面で、像面に近い半透過面が凹面で構成さ
れ、前記部分光学系の瞳面側もしくは像面側に、空気間
隔を挟んで前記屈折光学素子が配置され、前記屈折光学
素子の焦点距離をｆa とするとき、 ｆa ＞０ ・・・（１） なる条件を満足することを特徴とする上記〔１〕記載の
光学系。
【００７８】〔３〕 前記屈折光学素子の瞳面に近い面
の曲率半径をＲ1 、像面に近い面の曲率半径をＲ2 とす
るとき、 １／Ｒ1 ＞１／Ｒ2 ・・・（２） なる条件を満足することを特徴とする上記〔２〕記載の
光学系。
の曲率半径をＲ1 、像面に近い面の曲率半径をＲ2 とす
るとき、 １／Ｒ1 ＞１／Ｒ2 ・・・（２） なる条件を満足することを特徴とする上記〔２〕記載の
光学系。
【００７９】〔４〕 前記屈折光学素子の焦点距離をｆ
a 、前記部分光学系の焦点距離をｆ2とするとき、 ０．３５＜ｆ2 ／ｆa ＜３．４ ・・・（３） なる条件を満足することを特徴とする上記〔３〕記載の
光学系。
a 、前記部分光学系の焦点距離をｆ2とするとき、 ０．３５＜ｆ2 ／ｆa ＜３．４ ・・・（３） なる条件を満足することを特徴とする上記〔３〕記載の
光学系。
【００８０】〔５〕 前記部分光学系の瞳面側及び像面
側に、空気間隔を挟んで２枚の屈折光学素子が配置さ
れ、前記部分光学系の瞳面側に空気間隔を挟んで配置さ
れる屈折光学素子の焦点距離をｆ1 、前記部分光学系の
像面側に空気間隔を挟んで配置される屈折光学素子の焦
点距離をｆ3 、前記部分光学系の焦点距離をｆ2 とする
とき、 ０．１＜ｆ2 ／ｆ1 ＜１．８ ・・・（４） ０．３＜ｆ2 ／ｆ3 ＜２．４ ・・・（５） なる条件を満足することを特徴とする上記〔２〕記載の
光学系。
側に、空気間隔を挟んで２枚の屈折光学素子が配置さ
れ、前記部分光学系の瞳面側に空気間隔を挟んで配置さ
れる屈折光学素子の焦点距離をｆ1 、前記部分光学系の
像面側に空気間隔を挟んで配置される屈折光学素子の焦
点距離をｆ3 、前記部分光学系の焦点距離をｆ2 とする
とき、 ０．１＜ｆ2 ／ｆ1 ＜１．８ ・・・（４） ０．３＜ｆ2 ／ｆ3 ＜２．４ ・・・（５） なる条件を満足することを特徴とする上記〔２〕記載の
光学系。
【００８１】〔６〕 前記部分光学系の瞳面側もしくは
像面側に、パワーを有する屈折光学系が接合して配置さ
れ、前記屈折光学素子の焦点距離をｆa 、前記部分光学
系の焦点距離をｆ2 とするとき、 ０．１＜ｆ2 ／ｆa ＜３ ・・・（８） なる条件を満足することを特徴とする上記〔１〕記載の
光学系。
像面側に、パワーを有する屈折光学系が接合して配置さ
れ、前記屈折光学素子の焦点距離をｆa 、前記部分光学
系の焦点距離をｆ2 とするとき、 ０．１＜ｆ2 ／ｆa ＜３ ・・・（８） なる条件を満足することを特徴とする上記〔１〕記載の
光学系。
【００８２】〔７〕 前記部分光学系の瞳面側に接合し
て配置された前記屈折光学系の焦点距離をｆ1 とすると
き、 ｆ1 ＞０ ・・・（６） なる条件を満足することを特徴とする上記〔６〕記載の
光学系。
て配置された前記屈折光学系の焦点距離をｆ1 とすると
き、 ｆ1 ＞０ ・・・（６） なる条件を満足することを特徴とする上記〔６〕記載の
光学系。
【００８３】〔８〕 前記部分光学系の瞳面側及び像面
側に接合して２枚の屈折光学素子が配置され、前記部分
光学系の瞳面側に接合して配置される屈折光学素子の焦
点距離をｆ1 、前記部分光学系の像面側に接合して配置
される屈折光学素子の焦点距離をｆ3 、前記部分光学系
の焦点距離をｆ2 とするとき、 ０．２ ＜ｆ2 ／ｆ1 ＜１．２ ・・・（９） −０．１６＜ｆ2 ／ｆ3 ＜０．５ ・・・（１０） なる条件を満足することを特徴とする上記〔６〕記載の
光学系。
側に接合して２枚の屈折光学素子が配置され、前記部分
光学系の瞳面側に接合して配置される屈折光学素子の焦
点距離をｆ1 、前記部分光学系の像面側に接合して配置
される屈折光学素子の焦点距離をｆ3 、前記部分光学系
の焦点距離をｆ2 とするとき、 ０．２ ＜ｆ2 ／ｆ1 ＜１．２ ・・・（９） −０．１６＜ｆ2 ／ｆ3 ＜０．５ ・・・（１０） なる条件を満足することを特徴とする上記〔６〕記載の
光学系。
【００８４】
〔９〕 前記部分光学系の前記半透過面が
２０％以上８０％以下の透過率を有することを特徴とす
る上記〔１〕記載の光学系。
２０％以上８０％以下の透過率を有することを特徴とす
る上記〔１〕記載の光学系。
【００８５】〔１０〕 前記部分光学系の少なくとも２
つの半透過面で１回も反射しないで透過する光線を遮断
するために偏光光学素子で構成された遮断手段を光路中
に配置したことを特徴とする上記〔１〕記載の光学系。
つの半透過面で１回も反射しないで透過する光線を遮断
するために偏光光学素子で構成された遮断手段を光路中
に配置したことを特徴とする上記〔１〕記載の光学系。
【００８６】〔１１〕 接眼光学系として使用すること
を特徴とする上記〔１〕記載の光学系。
を特徴とする上記〔１〕記載の光学系。
【００８７】〔１２〕 結像光学系として使用すること
を特徴とする上記〔１〕記載の光学系。
を特徴とする上記〔１〕記載の光学系。
【００８８】〔１３〕 投影するための像からの光を透
過する第１の面と、前記第１の面を透過した光を反射す
る第２の面と、前記第２の面を反射した光を反射する第
３の面と、前記第３の面を反射した光を透過させる第４
の面とを含み、かつ、前記第１の面と前記第３の面とが
同一面にて形成され、前記第２の面と前記第４の面とが
同一面にて形成された部分光学系と、前記部分光学系の
少なくとも前後何れか一方にパワーを有する屈折光学素
子とを含むことを特徴とする虚像投影のための光学系。
過する第１の面と、前記第１の面を透過した光を反射す
る第２の面と、前記第２の面を反射した光を反射する第
３の面と、前記第３の面を反射した光を透過させる第４
の面とを含み、かつ、前記第１の面と前記第３の面とが
同一面にて形成され、前記第２の面と前記第４の面とが
同一面にて形成された部分光学系と、前記部分光学系の
少なくとも前後何れか一方にパワーを有する屈折光学素
子とを含むことを特徴とする虚像投影のための光学系。
【００８９】〔１４〕 映像表示素子と、前記映像表示
素子からの光を少なくとも１回透過すると共に、この透
過した光の進行方向とは逆向きに入ってくる光を少なく
とも１回反射する透過反射面を複数含んだ部分光学系
と、前記部分光学系を射出した光を観察者眼球内に投影
する視覚表示装置において、前記部分光学系と前記映像
表示素子との間にパワーを有する屈折光学素子を設けた
ことを特徴とする視覚表示装置。
素子からの光を少なくとも１回透過すると共に、この透
過した光の進行方向とは逆向きに入ってくる光を少なく
とも１回反射する透過反射面を複数含んだ部分光学系
と、前記部分光学系を射出した光を観察者眼球内に投影
する視覚表示装置において、前記部分光学系と前記映像
表示素子との間にパワーを有する屈折光学素子を設けた
ことを特徴とする視覚表示装置。
【００９０】〔１５〕 映像表示素子と、前記映像表示
素子からの光を少なくとも１回透過すると共に、この透
過した光の進行方向とは逆向きに入ってくる光を少なく
とも１回反射する透過反射面を複数含んだ部分光学系
と、前記部分光学系を射出した光を観察者眼球内に投影
する視覚表示装置において、前記部分光学系と観察者眼
球位置に対応する射出瞳との間にパワーを有する屈折光
学素子を設けたことを特徴とする視覚表示装置。
素子からの光を少なくとも１回透過すると共に、この透
過した光の進行方向とは逆向きに入ってくる光を少なく
とも１回反射する透過反射面を複数含んだ部分光学系
と、前記部分光学系を射出した光を観察者眼球内に投影
する視覚表示装置において、前記部分光学系と観察者眼
球位置に対応する射出瞳との間にパワーを有する屈折光
学素子を設けたことを特徴とする視覚表示装置。
【００９１】〔１６〕 前記視覚表示装置を観察者顔面
に装着するために、観察者の頭部に前記視覚表示装置を
押し当てる保持部材を設けたことを特徴とする上記〔１
４〕又は〔１５〕記載の視覚表示装置。
に装着するために、観察者の頭部に前記視覚表示装置を
押し当てる保持部材を設けたことを特徴とする上記〔１
４〕又は〔１５〕記載の視覚表示装置。
【００９２】〔１７〕 前記複数の透過反射面の中、少
なくとも２つの面は互いに空気間隔を挟んで対向するこ
とを特徴とする上記〔１４〕から〔１６〕の何れか１項
記載の視覚表示装置。
なくとも２つの面は互いに空気間隔を挟んで対向するこ
とを特徴とする上記〔１４〕から〔１６〕の何れか１項
記載の視覚表示装置。
【００９３】〔１８〕 前記対向する少なくとも２つの
面は、各々別の光学素子からなることを特徴とする上記
〔１７〕記載の視覚表示装置。
面は、各々別の光学素子からなることを特徴とする上記
〔１７〕記載の視覚表示装置。
【００９４】
【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、画角１２０°前後及び瞳径１５ｍｍ前後まで
像面湾曲とコマ収差の両収差が良好に補正され、撮像・
接眼両光学系に使用できる光学系を提供することができ
る。また、このような光学系を接眼光学系に用いて、広
い提示画角で、周辺の画角まで鮮明に観察できる頭部装
着式視覚表示装置を提供することができる。
によると、画角１２０°前後及び瞳径１５ｍｍ前後まで
像面湾曲とコマ収差の両収差が良好に補正され、撮像・
接眼両光学系に使用できる光学系を提供することができ
る。また、このような光学系を接眼光学系に用いて、広
い提示画角で、周辺の画角まで鮮明に観察できる頭部装
着式視覚表示装置を提供することができる。
【図１】本発明による光学系の第１の基本配置を説明す
るための断面図である。
るための断面図である。
【図２】第２の基本配置を説明するための断面図であ
る。
る。
【図３】第３の基本配置を説明するための断面図であ
る。
る。
【図４】第４の基本配置を説明するための断面図であ
る。
る。
【図５】半透過面に採用可能な面積で光量を分割する手
段の原理図である。
段の原理図である。
【図６】半透過面に採用可能な光量的に光量を分割する
手段の原理図である。
手段の原理図である。
【図７】半透過面に採用可能な偏光により光量を分割す
る手段の原理図である。
る手段の原理図である。
【図８】ポータブル型の視覚表示装置の１例の全体の構
成を示す図である。
成を示す図である。
【図９】本発明の実施例１の光学系の断面図である。
【図１０】本発明の実施例２の光学系の断面図である。
【図１１】本発明の実施例３の光学系の断面図である。
【図１２】本発明の実施例４の光学系の断面図である。
【図１３】本発明の実施例５の光学系の断面図である。
【図１４】本発明の実施例６の光学系の断面図である。
【図１５】本発明の実施例７の光学系の断面図である。
【図１６】本発明の実施例８の光学系の断面図である。
【図１７】本発明の実施例９の光学系の断面図である。
【図１８】本発明の実施例１０の光学系の断面図であ
る。
る。
【図１９】実施例１の収差図である。
【図２０】実施例２の収差図である。
【図２１】実施例３の収差図である。
【図２２】実施例４の収差図である。
【図２３】実施例５の収差図である。
【図２４】実施例６の収差図である。
【図２５】実施例７の収差図である。
【図２６】実施例８の収差図である。
【図２７】実施例９の収差図である。
【図２８】実施例１０の収差図である。
【図２９】従来例における像面湾曲とコマ収差の発生原
因を説明するための図である。
因を説明するための図である。
【符号の説明】
Ｅ…瞳面
Ｉ…像面
１…半透過平面鏡
２…半透過凹面鏡
３…半透過凹面鏡の反射面
４…屈折光学素子
５…屈折光学素子の瞳面側の屈折面
６…屈折光学素子の像面側の屈折面
１０…部分光学系
１１…部分光学系の瞳側に配置されたパワーを持つ屈折
光学素子 １２…部分光学系 １３…部分光学系の像面側に配置されたパワーを持つ屈
折光学素子 １４…第１の半透過面 １５…第２の半透過面 ４１…透明基板 ４２…アルミコーティング ４３…半透過薄膜 ４４…偏光性半透過薄膜 ５０…表示装置本体 ５１…側頭フレーム ５２…頭頂フレーム ５３…板バネ ５４…リアフレーム ５５…頭頂パッド ５６…スピーカ ５７…映像音声伝達コード ５８…再生装置 ５９…スイッチ、ボリューム等の調節部
光学素子 １２…部分光学系 １３…部分光学系の像面側に配置されたパワーを持つ屈
折光学素子 １４…第１の半透過面 １５…第２の半透過面 ４１…透明基板 ４２…アルミコーティング ４３…半透過薄膜 ４４…偏光性半透過薄膜 ５０…表示装置本体 ５１…側頭フレーム ５２…頭頂フレーム ５３…板バネ ５４…リアフレーム ５５…頭頂パッド ５６…スピーカ ５７…映像音声伝達コード ５８…再生装置 ５９…スイッチ、ボリューム等の調節部
Claims (17)
- 【請求項１】 各々少なくとも１回の光線の透過と少な
くとも１回の光線の反射をするように配置された少なく
とも２つの半透過面を有する部分光学系と、パワーを有
する屈折光学素子とを含んで構成され、 前記部分光学系が、瞳面に近い半透過面が平面で、像面
に近い半透過面が凹面で構成され、前記部分光学系の瞳
面側もしくは像面側に、空気間隔を挟んで前記屈折光学
素子が配置され、 前記屈折光学素子が、正の像面湾曲を打ち消すために、
光学系の中に負の像面湾曲を発生させるように構成さ
れ、 前記屈折光学素子の焦点距離をｆa とするとき、 ｆa ＞０ ・・・（１） なる条件を満足することを特徴とする光学系。 - 【請求項２】 前記屈折光学素子の瞳面に近い面の曲率
半径をＲ1 、像面に近い面の曲率半径をＲ2 とすると
き、 １／Ｒ1 ＞１／Ｒ2 ・・・（２） なる条件を満足することを特徴とする請求項１記載の光
学系。 - 【請求項３】 前記屈折光学素子の焦点距離をｆa 、前
記部分光学系の焦点距離をｆ2 とするとき、 ０．３５＜ｆ2 ／ｆa ＜３．４ ・・・（３） なる条件を満足することを特徴とする請求項２記載の光
学系。 - 【請求項４】 前記部分光学系の瞳面側及び像面側に、
空気間隔を挟んで２枚の屈折光学素子が配置され、前記
部分光学系の瞳面側に空気間隔を挟んで配置される屈折
光学素子の焦点距離をｆ1 、前記部分光学系の像面側に
空気間隔を挟んで配置される屈折光学素子の焦点距離を
ｆ3 、前記部分光学系の焦点距離をｆ2 とするとき、 ０．１＜ｆ2 ／ｆ1 ＜１．８ ・・・（４） ０．３＜ｆ2 ／ｆ3 ＜２．４ ・・・（５） なる条件を満足することを特徴とする請求項１記載の光
学系。 - 【請求項５】 前記部分光学系の瞳面側もしくは像面側
に、パワーを有する屈折光学系が接合して配置され、前
記屈折光学素子の焦点距離をｆa 、前記部分光学系の焦
点距離をｆ2 とするとき、 ０．１＜ｆ2 ／ｆa ＜３ ・・・（８） なる条件を満足することを特徴とする請求項１記載の光
学系。 - 【請求項６】 前記部分光学系の瞳面側に接合して配置
された前記屈折光学系の焦点距離をｆ1 とするとき、 ｆ1 ＞０ ・・・（６） なる条件を満足することを特徴とする請求項５記載の光
学系。 - 【請求項７】 前記部分光学系の瞳面側及び像面側に接
合して２枚の屈折光学素子が配置され、前記部分光学系
の瞳面側に接合して配置される屈折光学素子の焦点距離
をｆ1 、前記部分光学系の像面側に接合して配置される
屈折光学素子の焦点距離をｆ3 、前記部分光学系の焦点
距離をｆ2 とするとき、 ０．２ ＜ｆ2 ／ｆ1 ＜１．２ ・・・（９） −０．１６＜ｆ2 ／ｆ3 ＜０．５ ・・・（１０） なる条件を満足することを特徴とする請求項５記載の光
学系。 - 【請求項８】 前記部分光学系の前記半透過面が２０％
以上８０％以下の透過率を有することを特徴とする請求
項１記載の光学系。 - 【請求項９】 前記部分光学系の少なくとも２つの半透
過面で１回も反射しないで透過する光線を遮断するため
に偏光光学素子で構成された遮断手段を光路中に配置し
たことを特徴とする請求項１記載の光学系。 - 【請求項１０】 前記光学系を接眼光学系として使用す
ることを特徴とする請求項１記載の光学系。 - 【請求項１１】 前記光学系を結像光学系として使用す
ることを特徴とする請求項１記載の光学系。 - 【請求項１２】 投影するための像からの光を透過する
第１の面と、前記第１の面を透過した光を反射する第２
の面と、前記第２の面を反射した光を反射する第３の面
と、前記第３の面を反射した光を透過させる第４の面と
を含み、かつ、前記第１の面と前記第３の面とが同一面
にて形成され、前記第２の面と前記第４の面とが同一面
にて形成された部分光学系と、前記部分光学系の少なく
とも前後何れか一方にパワーを有する屈折光学素子とを
含むことを特徴とする虚像投影のための光学系。 - 【請求項１３】 映像表示素子と、前記映像表示素子か
らの光を少なくとも１回透過すると共に、この透過した
光の進行方向とは逆向きに入ってくる光を少なくとも１
回反射する透過反射面を複数含んだ部分光学系と、前記
部分光学系を射出した光を観察者眼球内に投影する視覚
表示装置において、前記部分光学系と前記映像表示素子
との間にパワーを有する屈折光学素子を設けたことを特
徴とする視覚表示装置。 - 【請求項１４】 映像表示素子と、前記映像表示素子か
らの光を少なくとも１回透過すると共に、この透過した
光の進行方向とは逆向きに入ってくる光を少なくとも１
回反射する透過反射面を複数含んだ部分光学系と、前記
部分光学系を射出した光を観察者眼球内に投影する視覚
表示装置において、前記部分光学系と観察者眼球位置に
対応する射出瞳との間にパワーを有する屈折光学素子を
設けたことを特徴とする視覚表示装置。 - 【請求項１５】 前記視覚表示装置を観察者顔面に装着
するために、観察者の頭部に前記視覚表示装置を押し当
てる保持部材を設けたことを特徴とする請求項１３又は
１４記載の視覚表示装置。 - 【請求項１６】 前記複数の透過反射面の中、少なくと
も２つの面は互いに空気間隔を挟んで対向することを特
徴とする請求項１３、１４又は１５の何れか１項記載の
視覚表示装置。 - 【請求項１７】 前記対向する少なくとも２つの面は、
各々別の光学素子からなることを特徴とする請求項１６
記載の視覚表示装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24405394A JP3441188B2 (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | 光学系及び視覚表示装置 |
| US08/540,088 US5654828A (en) | 1994-10-07 | 1995-10-06 | Optical system and visual display apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24405394A JP3441188B2 (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | 光学系及び視覚表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08110492A JPH08110492A (ja) | 1996-04-30 |
| JP3441188B2 true JP3441188B2 (ja) | 2003-08-25 |
Family
ID=17113034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24405394A Expired - Fee Related JP3441188B2 (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | 光学系及び視覚表示装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
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