JP3486468B2 - プリズム光学系 - Google Patents

プリズム光学系

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JP3486468B2 JP25667694A JP25667694A JP3486468B2 JP 3486468 B2 JP3486468 B2 JP 3486468B2 JP 25667694 A JP25667694 A JP 25667694A JP 25667694 A JP25667694 A JP 25667694A JP 3486468 B2 JP3486468 B2 JP 3486468B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プリズム光学系に関
し、特に、観察像を表示する２次元画像表示素子とこの
表示画像を空中に拡大投影する接眼光学系とからなる視
覚表示装置の接眼光学系用のプリズム光学系であって、
全体のサイズがコンパクトで、接眼光学系内での光量低
下が少なく、かつ、射出瞳径の大きいプリズム光学系に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、特開平３−２２１９３４号におい
て提案されている視覚表示装置の光学系の構成を示す断
面図を図２に示す。同図において、２次元画像表示素子
を１、第１の反射平面を２、第２の反射平面を３、正の
屈折力を持つレンズを４、観察者瞳位置を５とする。こ
の場合、２次元画像表示素子１から出た表示光は、第１
の反射平面２、第２の反射平面３の順で反射され、正屈
折力レンズ４により２次元画像表示素子１に表示された
画像は遠方に結像され、観察者瞳位置５を経て眼球の網
膜上に再結像されて観察される。
【０００３】この従来技術の場合には、屈折力を持って
いるのは正の屈折力を持つレンズ４のみなので、接眼光
学系の主点位置はレンズ４近傍にくる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一般に、光学系の射出
瞳位置近傍に観察者の瞳を配置すると、最もケラレが少
なくなるので、図２の射出瞳位置５近傍に観察者瞳を配
置すると、接眼光学系の主点位置が正レンズ４近傍にあ
るので、略接眼光学系の焦点距離がそのアイポイントと
なる。
【０００５】また、２次元画像表示素子１は接眼光学系
の前側焦点位置近傍に配置しないと、観察者の観察する
画像を遠くに投影できない。つまり、２次元画像表示素
子１から正レンズ４までの反射面２、３で反射される光
路も略焦点距離と一致させる必要がある。
【０００６】したがって、アイポイントを大きくとらな
いと、２次元画像表示素子１から第１の反射平面２と第
２の反射平面３で反射され、正の屈折力を持つレンズ４
に入射するまでの空間が充分に確保できず、平面ミラー
２、３や２次元画像表示素子１で光線がケラレてしまう
問題が発生する。
【０００７】しかし、光線のケラレが発生しないように
するために、正の屈折力を持つレンズ４の焦点距離を大
きくすると、アイポイントが大きくなりすぎ、小型の接
眼光学系を実現することが難しかった。
【０００８】また、接眼光学系の射出瞳径を大きくとる
ことは、観察者の眼球の回旋に伴う画像のケラレを防ぐ
意味と、眼幅調整等の調整を必要とせず、見やすい画像
表示装置を提供するために重要なことである。しかし、
接眼光学系の射出瞳径を大きくとること、つまり、接眼
光学系のＦナンバーを小さくすることは、正レンズ系４
のみによる光学系では難しかった。
【０００９】本発明は従来技術の上記のような問題点に
鑑みてなされたものであり、その目的は、全体のサイズ
がコンパクトで、接眼光学系内での光量低下が少なく、
かつ、軸外収差が良好に補正された広画角の射出瞳径の
大きい視覚表示装置の接眼光学系用のプリズム光学系を
提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の第１のプリズム光学系は、少なくとも２つの透過面
と少なくとも２つの反射面を持ち、各々の面は、光路順
に、像面側から第１の透過面、第１の反射面、第２の反
射面、第２の透過面の順番に配置され、前記像面側から
瞳位置までの第１の透過面から第２の透過面までの間が
屈折率１．３以上の媒質で構成され、前記像面の中心を
射出し、前記の少なくとも２つの透過面と少なくとも２
つの反射面で屈曲、反射して瞳位置に垂直に入射する光
線を主光線とすると、前記の少なくとも２つの反射面
は、主光線に対して２つとも傾けて配置され、さらに、
前記の少なくとも２つの反射面は、相対的に傾いて配置
され、光軸が屈曲している面内において、前記像面又は
瞳位置が配置されている方向に開くように傾いて配置さ
れていると同時に、前記像面を射出した光線と前記第２
の透過面を射出し前記瞳位置に入射する光線が相互に略
交差するように配置され、前記第１の透過面、前記第１
の反射面、前記第２の反射面、前記第２の透過面の中、
少なくとも１面が、非回転対称な非球面形状にて構成さ
れており、前記の２つの反射面の中、少なくとも１つが
正のパワーを持つ反射面であり、かつ、前記第１の透過
面、前記第１の反射面、前記第２の反射面、前記第２の
透過面の内、少なくとも１面の形状が、球欠面内のパワ
ーを子午面内での正のパワーより強くし、球欠面内の光
束の焦点距離を短くなるように構成されていること特徴
とするものである。
【００１１】本発明の第２のプリズム光学系は、観察像
を表示する２次元画像表示素子と、前記２次元画像表示
装置の画像を空中に拡大投影する接眼光学系からなる視
覚表示装置に用いられる接眼用プリズム光学系におい
て、前記接眼プリズム光学系は、少なくとも２つの透過
面と少なくとも２つの反射面を持ち、各々の面は、前記
２次元画像表示素子側から、第１の透過面、第１の反射
面、第２の反射面、第２の透過面の順番に配置され、前
記２次元画像表示素子側から観察者眼球側までの第１の
透過面から第２の透過面までの間が屈折率１．３以上の
媒質で構成され、前記２次元画像表示素子の中心を射出
し、前記の少なくとも２つの透過面と少なくとも２つの
反射面で屈曲、反射して観察者眼球に垂直に入射する光
線を主光線とすると、前記の少なくとも２つの反射面
は、主光線に対して２つとも傾けて配置され、さらに、
前記の少なくとも２つの反射面は、相対的に傾いて配置
され、光軸が屈曲している面内において、前記２次元画
像表示素子又は観察者眼球が配置されている方向に開く
ように傾いて配置されていると同時に、前記２次元画像
表示素子を射出した光線と前記接眼光学系を射出し前記
観察者眼球に入射する光線が相互に略交差するように配
置され、前記第１の透過面、前記第１の反射面、前記第
２の反射面、前記第２の透過面の中、少なくとも１面
が、非回転対称な非球面形状にて構成されており、前記
の２つの反射面の中、少なくとも１つが正のパワーを持
つ反射面であり、かつ、前記第１の透過面、前記第１の
反射面、前記第２の反射面、前記第２の透過面の内、少
なくとも１面の形状が、球欠面内のパワーを子午面内で
の正のパワーより強くし、球欠面内の光束の焦点距離を
短くなるように構成されていること特徴とするものであ
る。
【００１２】これらのプリズム光学系において、プリズ
ム光学系を構成する前記の２つの反射面の中、少なくと
も１つが正のパワーを持つ反射面であることが望まし
い。
【００１３】
【作用】以下、上記した構成の本発明のプリズム光学系
の作用について説明する。図１に本発明によるプリズム
光学系を用いた視覚表示装置の断面図を示す。同図にお
いて、２次元画像表示素子を１、第１の透過面を６、第
１の反射面を２、第２の反射面を３、第２の透過面を
７、正の屈折力を持つレンズ系を４、瞳位置を５、プリ
ズムをＰとする。
【００１４】本発明においては、まず、第１の透過面６
から第２の透過面７までを屈折率１．３以上の媒質で満
たすことによって、光路長を伸ばすことが可能となる。
これにより、従来技術の項で説明したように、接眼光学
系の焦点距離を短くしても、接眼光学系の第１の透過面
６から第２の透過面７までの空間を大きくとることが可
能となり、光線のケラレを生ずることはなくなる。つま
り、接眼光学系の焦点距離を短くすることが可能とな
り、小型のプリズム光学系を構成することができる。
【００１５】そして、このようなプリズム光学系を接眼
光学系として使用した場合には、接眼光学系の焦点距離
を短くすることが可能となり、小型で観察画角の広い接
眼光学系を提供することができる。
【００１６】さらに好ましくは、２つの反射面２、３の
中、少なくとも１つの反射面が正の屈折力（パワー）を
持っていることが収差補正上好ましい。これを、図３の
光路図を用いて説明する。図３において、２次元画像表
示素子を１、第１の透過面を６、プリズムＰに入射した
光束が最初に反射する第１の反射面である反射平面を
２、反射平面２で反射した光束を観察者の瞳に向かって
反射する第２の反射面である反射凹面を３、プリズムＰ
から光束が射出する第２の透過面を７、観察者の瞳位置
を５とし、観察者が正面を観察しているときの視軸を
Ｚ、主光線からなる光束をＬCR、軸上及び軸外光束をＬ
MRとして示す。この構成においては、図１の正の屈折力
を持つレンズ系４を第２の透過面７に置き換えている。
【００１７】透過レンズ系では、ガラスの分散のための
色収差と球面収差が発生する。これに対し、反射面３を
凹面として正のパワーを持たせると、色収差は原理的に
発生しないし、球面収差の発生も屈折レンズ系に比較し
て少なくてすむ利点がある。
【００１８】しかし、偏心して配置された凹面鏡３で
は、偏心により光軸対称ではない収差が発生してしま
う。本発明の接眼光学系では、上記の偏心による収差を
裏面鏡にすることによって少なくすることに成功したも
のである。以下の説明では、上記したように、第２の反
射面３に正の屈折力を持たせているが、第１の反射面２
に正の屈折力を持たせても同様なことは明白である。
【００１９】接眼光学系を構成する光学エレメントの
中、パワーを持ちかつ光軸に対して偏心している反射凹
面を３とすると、この面３では光軸に回転対称ではない
像面湾曲やコマ収差が発生しやすい。つまり、広画角と
大瞳径に対応するためには、反射凹面３での軸外収差の
発生を抑えることが重要である。観察者が画角の広い像
を観るためには、２次元画像表示素子１を出る主光線光
束ＬCRの光束径が大きい必要があるわけだが、この主光
線光束ＬCRが反射平面２を経て反射凹面３に入射する
と、大量の像面湾曲が発生してしまう。また、瞳径を大
きくするためには、２次元画像表示素子１を出るそれぞ
れの像高の光束が大きい開口数を待つ必要がある。これ
は、反射凹面３での軸上及び軸外光束ＬMRの光束径が大
きくなる原因となり、反射凹面３で大量のコマ収差を発
生してしまう。
【００２０】上記の軸外収差の補正のためには、２次元
画像表示素子１と反射平面２を結ぶ光路中に透過面６を
配置し、透過面６と反射平面２との間を屈折率が１より
大きな媒質で構成することが重要である。このような構
成にすることで、軸上及び軸外光束ＬMRが透過面６を通
過後、光束の広がり角が小さくなり、反射凹面３に入射
するときの光束径が狭くなり、コマ収差の発生量を小さ
くすることが可能となる。
【００２１】また、観察者の瞳５と反射凹面３を結ぶ光
路中に透過面７を配置し、透過面７と反射凹面３との間
を空気以上の屈折率を持つ硝材で構成することも重要で
ある。このような構成にすることで、主光線光束ＬCRが
反射凹面３に入射するときの光束径が小さくても、観察
者の瞳に到達する主光線光束ＬCRは、観察者が正面を観
察しているとき視軸Ｚに対して大きな角度を持つことに
なる。つまり、観察者に充分広い観察画角を提供し、か
つ、像面湾曲の発生量を抑えることが可能となる。
【００２２】すなわち、透過面６から７の間を屈折率
１．３以上の媒質で満たし、これら光学エレメントをプ
リズムＰとして構成することで、偏心して配置された第
１の反射面２又は第２の反射面の反射凹面３では、光束
はあたかも小さい画角と瞳径を持つことになるので、反
射面での収差の悪化を回避することが可能になるのであ
る。
【００２３】さらに好ましくは、上記の媒質を１．５以
上のもので満たすことによって、反射面での光束をさら
に小さくすることが可能となり、より広画角の観察像を
観察することが可能となる。
【００２４】さらに好ましくは、第１の透過面６にパワ
ーを持たせ屈折面とすることで、透過面６は主光線光束
ＬCR、軸上及び軸外光束ＬMRの光束径を小さくする機能
を有することになる。
【００２５】同様に、第２の透過面７にパワーを持たせ
た屈折面とすることで、反射面での主光線光束ＬCRと軸
上及び軸外光束ＬMRの光束径が小さくても、透過面７で
観察者の瞳５に届く主光線光束ＬCRと軸上及び軸外光束
ＬMRの光束径を大きくすることができる。つまり、透過
面６と７はそれぞれ像面湾曲とコマ収差の両軸外収差の
補正を助けることになり、観察者はさらにクリアでフラ
ットな像を観察することができる。
【００２６】さらに、接眼光学系を構成するプリズムＰ
の２つの反射面２、３を両方正のパワーを持つ凹面で構
成した場合、さらに好ましくは、観察者の目の疲労を軽
減するために、２次元画像表示素子１の第２の反射面３
側を観察者の瞳面５側より観察者の視軸Ｚに近づけるよ
うに傾斜させることが好ましい。
【００２７】以下、この作用の説明を、図４と図５を用
いて行う。図４において、２次元画像表示素子を１、プ
リズムＰを構成する第１の透過面を６、第１の反射面を
２、第２の反射面を３、第２の透過面を７、観察者の瞳
位置を５、観察者の視軸をＺとし、観察者の瞳５から見
た上側軸外光軸をＬUP、観察者の瞳５から見た下側軸外
光束をＬLOW とする。
【００２８】図５（ａ）は、図４の上側軸外光束ＬUPの
近軸的パワー配分を図示したもので、図５（ｂ）は、そ
の下側軸外光束ＬLOW の近軸的パワー配分を図示したも
のである。図５において、２次元画像表示素子を１、第
１の反射面を２、第２の反射面を３、観察者の瞳を５と
し、光学系の主点をＨ1 とＨ2 、焦点距離をｆ、前側焦
点位置をＦO とする。
【００２９】図４から明らかなように、下側軸外光束Ｌ
LOW は上側軸外光束ＬUPと比較して、第１の反射面２か
ら第２の反射面３までの距離は短く、２次元画像表示素
子１から第１の反射面２までの距離は長くなる。下側軸
外光束ＬLOW と上側軸外光束ＬUPが受ける光学系のパワ
ー配分の違いは、図５から明らかなように、下側軸外光
束ＬLOW の前側焦点位置ＦO は、上側軸外光束ＬUPの前
側焦点位置ＦO より光学系に近づいて位置することにな
り、この結果、観察者の瞳５に至る下側軸外光束ＬLOW
は像を無限遠に投影しているように観察されず、観察者
は下側の像を観察するときには目の焦点を無限遠より近
くに合わせ直す必要が生じてしまう。これでは、観察者
が目に疲労を感じる恐れがあり、好ましくない。
【００３０】そこで、２次元画像表示素子１の第２の反
射面３側を観察者の瞳面５側より観察者の視軸Ｚに近づ
けるように傾斜させ、図４の８の位置に移動すること
で、下側軸外光束ＬLOW の前側焦点位置ＦO に近づけ、
観察者が下側の像を観察するときにも無限遠の像を観察
できるようにし、観察者の目の疲労を軽減するような構
成をとることが好ましい。
【００３１】さらに好ましくは、観察者によりクリアな
像を提供するために、プリズムＰを構成する２つの反射
面２、３又は２つの透過面６、７の中、少なくとも１つ
の面を、光軸とこれら反射面及び透過面とが交わる点を
交点とし、その交点を通るこれら反射面及び透過面の垂
線（法線）と光軸を含む平面内での曲率半径と、この平
面と直交しかつ上記垂線を含む平面内での曲率半径が異
なるような面とすることが好ましい。
【００３２】以下、説明の都合上、上記のそれぞれの平
面を反射面及び透過面の子午面と球欠面と定義する。ま
た、２次元画像表示素子１を出て観察者の瞳５の届く光
束の中、観察者の瞳５の球欠面内にのみ光束の成分を持
つものを球欠面内の光束、観察者の瞳５の子午面内にの
み光束の成分を持つものを子午面内の光束と定義する。
【００３３】以下、上記のように反射面２、３又は透過
面６、７の中の少なくとも１つの面の子午面内曲率半径
と球欠面内曲率半径とが異なるような面とすることの作
用を、図６を参照にして詳細に説明する。図６は、プリ
ズムＰを構成する反射面２、３と透過面６、７の子午面
内と球欠面内での曲率半径が等しいときの視覚表示装置
の断面図である。図６において、２次元映像表示素子を
１、プリズムＰを構成する第１の透過面を６、第１の反
射面を２、第２の反射面を３、第２の透過面を７、観察
者の瞳位置を５とし、球欠像の結像面をＩX 、子午像の
結像面をＩy として示す。
【００３４】反射面と透過面の子午面内と球欠面内での
曲率半径が同じときは、図６に示すように、球欠像の結
像面ＩX は２次元画像表示素子１の後側に位置してお
り、これは言い換えれば、２次元画像表示素子１を出る
球欠面内の光束は、観察者の瞳位置５の後側に結像する
ことになる。一方、子午像の結像面Ｉy は２次元画像表
示素子１の前側に位置しており、これは言い換えれば、
２次元画像表示素子１を出る子午面内の光束は、観察者
の瞳位置５の前側に結像することになる。すなわち、視
覚表示装置に存在する非点格差は大きく、観察者が観察
する像が高い解像度を必要とするときには、観察者は充
分クリアな像を観察できない恐れがある。
【００３５】そこで、観察者によりクリアな解像度の高
い像を提供するためには、プリズムＰを構成する反射面
及び透過面の中、少なくとも１面を、反射面及び透過面
の子午面内と球欠面内とで曲率半径が異なるような形状
にすることが好ましい。上述したように、接眼光学系に
よって受ける正のパワーは、球欠面内の光束より子午面
内の光束の方が強く、球欠面内の光束の焦点距離は子午
面内の光束の焦点距離より長くなる。より解像度の高い
クリアな像を得るためには、この焦点距離の差を小さく
する必要がある。このためには、反射面又は透過面の球
欠面内のパワーを子午面内での正のパワーより強くし、
球欠面内の光束の焦点距離を短くすることが重要とな
る。
【００３６】以上の本発明のプリズム光学系は接眼光学
系として考えているが、２次元画像表示素子の位置を結
像点とする結像光学系として利用できることは、容易に
想像ができる。つまり、観察者瞳位置５を絞り面とし
て、略無限遠の物点からの光線は、２次元画像表示素子
１を配置する場所の近傍に結像する。この位置にＣＣＤ
等の撮像素子を配置したり、フィルム等の感光性材料を
配置することによって、結像光学系として利用できるこ
とは言うまでもない。
【００３７】この場合、さらに好ましくは、ピント調整
機構を結像面に設けてもよいし、パワーのある光学素子
をプリズム光学系の前後に配置することによって、ピン
ト調整が行えるようになることは明白である。
【００３８】さらに好ましくは、観察者にさらに広い観
察画角を提供する視覚表示装置を得るために、プリズム
Ｐを構成する２つの反射面２、３の中、２つとも正のパ
ワーを持つ凹面にすることが好ましい。
【００３９】反射面２、３を２つとも凹面鏡にすること
によって、凹面鏡で発生する収差を少なくすることが可
能となるからである。
【００４０】また、接眼光学系を構成するプリズムＰの
２つの反射面２、３に両方正のパワーを持たせること
で、瞳位置と接眼光学系との距離、つまり、アイリリー
フが小さくなる。しかし、充分なアイリリーフが確保で
きないと、視覚表示装置が観察者の瞼や額に接触してし
まう。このため、充分なアイリリーフを確保し、かつ、
視覚表示装置のサイズをコンパクトにするためには、以
下の条件式を満足することが好ましい。
【００４１】３０＜ｆ＜１００ 〔ｍｍ〕 接眼光学系の合成焦点距離ｆが上記条件式の上限の１０
０ｍｍを越えると、視覚表示装置のサイズが大きくなり
すぎてしまい、上記条件式の下限の３０を越えると、充
分なアイリリーフが確保できなくなる。
【００４２】また、特に解像力や観察画角が必要とされ
る場合には、２つの反射面２、３の両方をトーリック面
とすることが重要となる。
【００４３】さらに好ましくは、２つの反射面２、３の
形状を任意に調整することによって収差補正がさらに好
ましくなり、また、２つの透過面６、７もトーリック面
や非球面、偏心した面にすることによって、収差補正に
対してより良い結果を得られることは自明である。
【００４４】本発明のプリズム光学系を、スーパーイン
ポーズ機能を持つ視覚表示装置として活用するために
は、接眼光学系を構成するプリズムＰの２つの反射面
２、３の中、少なくとも１つを半透過面とすることが必
要である。観察者が正面の外界の光景と２次元画像表示
素子１から観察者の瞳５に伝達される電子像を同時に観
察するためには、観察者の瞳５の正面に位置するプリズ
ムＰの反射面３を半透過面に置き換えればよい。
【００４５】本発明による視覚表示装置の場合、反射面
２、３の何れかを半透過面に構成要素として置き換えて
も、観察可能な画角が小さくなったり、視覚表示装置の
サイズが大きくなったりすることはない。また、視覚表
示装置がスーパーインポーズ機能を有していても、接眼
光学系の構成要素の中に半透過面は１つしか含まれてお
らず、かつ、２次元画像表示素子１と外界から観察者の
瞳５に届くそれぞれの光束は半透過面の作用を１回しか
受けないので、観察者の瞳５に届く光量の低下も従来と
比べてかなり小さくなる。
【００４６】このようなプリズム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。
【００４７】上記の面積で分割する方法を図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によって全体的（マク
ロ的）な反射率と透過率が設定される。
【００４８】次に、光量的に透過と反射の光量を分割す
る手段を図８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８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。
【００４９】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９に示す。図９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。また、ホログ
ラフィック素子で透過と反射の光量を分割する手段もあ
る。
【００５０】さて、本発明の以上のようなプリズム光学
系を２組使用することによって、片目を閉じて観察像を
観察する必要がなくなる。両眼で観察できると、観察者
にとって疲れない観察が可能となる。また、両眼に視差
のある画像を提示することによって、立体像としての観
察も可能となる。また、本発明の光学系を２組使用し、
観察者頭部に支持する支持機構を付けることによって、
楽な姿勢で観察像を観察することが可能となる。
【００５１】上記のように、本発明によるプリズム光学
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１０に示す。表示装置本体５０には、上記のようなプ
リズム光学系が左右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５１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。
【００５２】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。
【００５３】なお、コード５７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
観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。
【００５４】
【実施例】以下、本発明のプリズム光学系を接眼光学系
として用いた視覚表示装置の実施例１〜６について説明
をする。図１１に実施例１の視覚表示装置の断面図を示
す。図中、１は２次元画像表示素子、プリズムＰの構成
要素の中、６は第１の屈折面、２は第１の反射面、３は
第２の反射面、７は第２の屈折面、５は観察者瞳位置、
９は観察者が正面を観察しているときの視軸である。こ
の光学系の構成パラメータは後記するが、この実施例に
おいては、第１の反射面２がトーリック非球面になって
いる。
【００５５】なお、座標系を図示のように、観察者の左
右方向の右から左を正方向とするＸ軸、観察者の視軸９
方向の眼球側から第２の反射面３側を正方向とするＺ
軸、上下方向の下から上を正方向とするＹ軸と定義す
る。
【００５６】そして、後記する数値データ中、面番号
は、観察者瞳位置５から２次元画像表示素子１へ向かう
逆追跡の面番号として示してある。
【００５７】また、面間隔は、面と光軸の交点からその
次の面の面と光軸の交点までの軸上主光線（光軸）に沿
った距離で示している。また、傾き角は、面と光軸の交
点を通る光軸に対して垂直な直線と面と光軸の交点を通
る面の接線がなす角を示している。そして、傾き角は、
面と光軸の交点を通る面の接線の傾きが、面と光軸の交
点を通る光軸に対して垂直な直線から時計方向であれば
負として示し、反時計方向であれば正として示す。ま
た、面の曲率半径の符号は、曲率中心が面の後方にあれ
ば正、面の前方にあれが負としている。
【００５８】さらに、プリズムＰの反射面２、３及び屈
折面６、７の面形状は、近軸曲率半径を、ＸＺ平面（紙
面に垂直な面）内での曲率半径をＲX 、ＹＺ平面内での
曲率半径をＲY とすると、次式で表される。 Ｚ＝｛（Ｘ2 ／ＲX ）＋（Ｙ2 ／ＲY ）｝ ÷〔１＋｛１−（１＋ＫX ）（Ｘ2 ／ＲX 2 ） −（１＋ＫY ）（Ｙ2 ／ＲY 2 ）｝1/2 〕 ＋ＡＲ〔（１−ＡＰ）Ｘ2 ＋（１＋ＡＰ）Ｙ2 〕2 ＋ＢＲ〔（１−ＢＰ）Ｘ2 ＋（１＋ＢＰ）Ｙ2 〕3 ここで、ＫX はＸ方向の円錐係数、ＫY はＹ方向の円錐
係数、ＡＲ、ＢＲはそれぞれ回転対称な４次、６次の非
球面係数、ＡＰ、ＢＰはそれぞれ非回転対称な４次、６
次の非球面係数である。面形状が回転対称である場合に
は、ＲX 、ＫX、ＡＰ、ＢＰは特に表示しない。また、
面形状が球面の場合には、ＫX 、ＫY 、ＡＲ、ＢＲ、Ａ
Ｐ、ＢＰは特に表示しない。
【００５９】上記実施例１の画角は、左右画角が２５
°、上下画角が１９°で、瞳径８ｍｍ、焦点距離５０ｍ
ｍ、Ｆナンバー６．２５である。実施例１の収差補正状
態を示す横収差図を図１７に示す。同収差図において、
画角を表すカッコ内の数字は、長方形の画面中央の画角
（Ｘ，Ｙ）を（０．００°，０．００°）、左端中央の
画角（Ｘ，Ｙ）を（１２．５°，０．００°）、左上隅
の画角（Ｘ，Ｙ）を（１２．５°，９．４４°）、上端
中央の画角（Ｘ，Ｙ）を（０．００°，９．４４°）の
ように表している。なお、収差図の横軸は瞳径、縦軸は
２次元画像表示素子１上での逆追跡による横収差を示し
ている。
【００６０】図１２に実施例２の視覚表示装置の断面図
を示す。構成は実施例１と同様である。この光学系の構
成パラメータは後記するが、数値データ中の面番号、面
間隔、傾き角、面の曲率半径の符号、プリズムＰの反射
面２、３及び屈折面６、７の面形状の表現方法は実施例
１と同様である。実施例２の画角は、左右画角が３５
°、上下画角が２６°で、瞳径８ｍｍ、焦点距離５０ｍ
ｍ、Ｆナンバー６．２５である。この実施例の収差補正
状態を示す図１７と同様の横収差図を図１８に示す。
【００６１】図１３に実施例３の視覚表示装置の断面図
を示す。構成は実施例１と同様である。この光学系の構
成パラメータは後記するが、数値データ中の面番号、面
間隔、傾き角、面の曲率半径の符号、プリズムＰの反射
面２、３及び屈折面６、７の面形状の表現方法は実施例
１と同様である。実施例３の画角は、左右画角が２５
°、上下画角が１９°で、瞳径８ｍｍ、焦点距離５０ｍ
ｍ、Ｆナンバー６．２５である。この実施例の収差補正
状態を示す図１７と同様の横収差図を図１９に示す。
【００６２】図１４に実施例４の視覚表示装置の断面図
を示す。構成は実施例１と同様であるが、プリズムＰの
構成要素の中、第１の屈折面６、第１の反射面２、第２
の反射面３、第２の屈折面７の全てがトーリック非球面
になっている。この光学系の構成パラメータは後記する
が、数値データ中の面番号、面間隔、傾き角、面の曲率
半径の符号、プリズムＰの反射面２、３及び屈折面６、
７の面形状の表現方法は実施例１と同様である。実施例
４の画角は、左右画角が３５°、上下画角が２６°で、
瞳径８ｍｍ、焦点距離５０ｍｍ、Ｆナンバー６．２５で
ある。この実施例の収差補正状態を示す図１７と同様の
横収差図を図２０に示す。
【００６３】図１５に実施例５の視覚表示装置の断面図
を示す。図中、１は２次元画像表示素子、１０はプリズ
ムＰの第１の屈折面６２に貼り付けられた負メニスカス
レンズ、プリズムＰの構成要素の中、６２は第１の屈折
面、２は第１の反射面、３は第２の反射面、７は第２の
屈折面、５は観察者瞳位置、９は観察者が正面を観察し
ているときの視軸である。なお、６１は負メニスカスレ
ンズの２次元画像表示素子１側の屈折面である。この光
学系の構成パラメータは後記するが、この実施例におい
ては、第１の反射面２、第２の反射面３、第２の屈折面
７がトーリック非球面になっている。後記の数値データ
中の面番号、面間隔、傾き角、面の曲率半径の符号、プ
リズムＰの反射面２、３及び屈折面６、７の面形状の表
現方法は実施例１と同様である。実施例５の画角は、左
右画角が３５°、上下画角が２６°で、瞳径８ｍｍ、焦
点距離５０ｍｍ、Ｆナンバー６．２５である。この実施
例の収差補正状態を示す図１７と同様の横収差図を図２
１に示す。
【００６４】図１６に実施例６の視覚表示装置の断面図
を示す。図中、１は２次元画像表示素子、１１は２次元
画像表示素子１とプリズムＰの間に配置された貼り合わ
せレンズであり、３つの屈折面１２、１３、１４を有す
る。また、プリズムＰの構成要素の中、６は第１の屈折
面、２は第１の反射面、３は第２の反射面、７は第２の
屈折面、５は観察者瞳位置、９は観察者が正面を観察し
ているときの視軸である。この光学系の構成パラメータ
は後記するが、この実施例においては、第１の反射面２
と第２の反射面３がトーリック面になっている。後記の
数値データ中の面番号、面間隔、傾き角、面の曲率半径
の符号、プリズムＰの反射面２、３及び屈折面６、７の
面形状の表現方法は実施例１と同様である。実施例６の
画角は、左右画角が２５°、上下画角が１８．９°で、
瞳径８ｍｍ、焦点距離５０ｍｍ、Ｆナンバー６．２５で
ある。この実施例の収差補正状態を示す図１７と同様の
横収差図を図２２に示す。
【００６５】以下、上記実施例１〜６の構成パラメータ
の数値データを示す。 実施例１ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 傾き角 １(5) ∞（瞳） 30.00 ２(7) ＲY 45.25 35.00 1.516 64.1 （屈折面） ３(3) ＲY ∞ -27.00 1.516 64.1 22.5° （反射面） ４(2) ＲY 225.71 34.00 1.516 64.1 22.5° ＲX 205.32 ＡＲ -0.13973 ×10-5 ＢＲ -0.32510 ×10-1 （反射面） ５(6) ＲY -42.44 3.25 （屈折面） ６(1) ∞（画像表示素子） 。
【００６６】実施例２ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 傾き角 １(5) ∞（瞳） 20.00 ２(7) ＲY 80.64 35.00 1.516 64.1 （屈折面） ３(3) ＲY -302.68 -27.00 1.516 64.1 22.5° （反射面） ４(2) ＲY 364.35 34.00 1.516 64.1 22.5° ＲX 227.30 ＡＲ -0.21846 ×10-6 ＢＲ -0.90047 ×10-2 （反射面） ５(6) ＲY -407.58 4.56 （屈折面） ６(1) ∞（画像表示素子） 。
【００６７】実施例３ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 傾き角 １(5) ∞（瞳） 30.00 ２(7) ＲY ∞ 35.00 1.516 64.1 （屈折面） ３(3) ＲY -199.10 -27.00 1.516 64.1 22.5° （反射面） ４(2) ＲY 463.53 34.00 1.516 64.1 22.5° ＲX 237.57 ＡＲ 0.16363 ×10-8 ＢＲ 0.21103 ×10+1 （反射面） ５(6) ＲY ∞ 11.49 （屈折面） ６(1) ∞（画像表示素子） 。
【００６８】実施例４ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 傾き角 １(5) ∞（瞳） 30.00 ２(7) ＲY ∞ 35.00 1.516 64.1 ＲX 89.69 ＡＲ 0.51558 ×10-8 ＢＲ -0.14580 ×10+2 ＢＲ -0.13733 ×10-10 ＢＰ -0.31353 ×10+1 （屈折面） ３(3) ＲY -183.56 -27.00 1.516 64.1 22.5° ＲX -337.34 ＡＲ 0.20690 ×10-7 ＢＲ -0.34036 ×10+1 ＢＲ 0.84874 ×10-13 ＢＰ 0.63257 ×10+1 （反射面） ４(2) ＲY 333.88 34.00 1.516 64.1 22.5° ＲX 191.25 ＡＲ 0.22633 ×10-8 ＢＲ -0.91782 ×10+1 ＢＲ 0.38119 ×10-12 ＢＰ -0.54414 ×10+1 （反射面） ５(6) ＲY 33.96 4.48 ＲX -138.88 ＡＲ 0.10261 ×10-6 ＢＲ -0.80831 ×10+1 ＢＲ -0.37994 ×10-7 ＢＰ 0.11498 ×10+1 （屈折面） ６(1) ∞（画像表示素子） -4.4° 。
【００６９】実施例５ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 傾き角 １(5) ∞（瞳） 30.00 ２(7) ＲY ∞ 35.00 1.516 64.1 ＲX 92.74 ＡＲ 0.27732 ×10-6 ＢＲ -0.11814 ×10+1 ＢＲ -0.18692 ×10-10 ＢＰ -0.30827 ×10+1 （屈折面） ３(3) ＲY -201.18 -27.00 1.516 64.1 21.0° ＲX -406.86 ＡＲ 0.40241 ×10-7 ＢＲ -0.17440 ×10+1 ＢＲ -0.38229 ×10-10 ＢＰ 0.12038 ×10-1 （反射面） ４(2) ＲY 547.75 38.00 1.516 64.1 28.0° ＲX 269.75 ＡＲ 0.25971 ×10-8 ＢＲ -0.55345 ×10+1 ＢＲ 0.41015 ×10-17 ＢＰ -0.25581 ×10+3 （反射面） ５(61)ＲY -31.47 1.00 1.805 25.4 （屈折面） ６(62)ＲY -60.24 7.28 （屈折面） ７(1) ∞（画像表示素子） -2.6° 。
【００７０】実施例６ 面番号 曲率半径 間隔 屈折率 アッベ数 傾き角 １(5) ∞（瞳） 25.00 ２(7) ＲY 553.83 45.00 1.516 64.1 （屈折面） ３(3) ＲY -2999.68 -35.00 1.516 64.1 22.5° ＲX -736.79 （反射面） ４(2) ＲY 316.65 40.00 1.516 64.1 22.5° ＲX 388.76 （反射面） ５(6) ＲY -87.68 1.0 （屈折面） ６(14)ＲY 33.79 13.6 1.744 44.7 （屈折面） ７(13)ＲY -46.69 8.0 1.755 27.6 （屈折面） ８(12)ＲY ２５．１６ １２．０ （屈折面） ９（１） ∞（画像表示素子）
-4.1° 。
【００７１】以上、実施例１〜６では、接眼光学系を構
成する全ての構成要素を反射面もしくは屈折面として取
り扱ってきたが、第２の反射面３を半透過面とすること
で、接眼光学系にスパーインポーズ機能を持たせること
が可能である。
【００７２】また、実施例１〜６では、Ｘ軸を左右方
向、Ｙ軸を上下方向としていたが、Ｘ軸を上下方向、Ｙ
軸を左右方向としても取り扱うことができるのは言うま
でもない。
【００７３】以上の本発明のプリズム光学系は例えば以
下のように構成することができる。 〔１〕 少なくとも２つの透過面と少なくとも２つの反
射面を持ち、各々の面は、光路順に、像面側から第１の
透過面、第１の反射面、第２の反射面、第２の透過面の
順番に配置され、前記像面側から瞳位置までの第１の透
過面から第２の透過面までの間が屈折率１．３以上の媒
質で構成され、前記像面の中心を射出し、前記の少なく
とも２つの透過面と少なくとも２つの反射面で屈曲、反
射して瞳位置に垂直に入射する光線を主光線とすると、
前記の少なくとも２つの反射面は、主光線に対して２つ
とも傾けて配置され、さらに、前記の少なくとも２つの
反射面は、相対的に傾いて配置され、光軸が屈曲してい
る面内において、前記像面又は瞳位置が配置されている
方向に開くように傾いて配置されていると同時に、前記
像面を射出した光線と前記第２の透過面を射出し前記瞳
位置に入射する光線が相互に略交差するように配置され
ていること特徴とするプリズム光学系。
【００７４】〔２〕 観察像を表示する２次元画像表示
素子と、前記２次元画像表示装置の画像を空中に拡大投
影する接眼光学系からなる視覚表示装置に用いられる接
眼光学系において、前記接眼光学系は、少なくとも２つ
の透過面と少なくとも２つの反射面を持ち、各々の面
は、前記２次元画像表示素子側から、第１の透過面、第
１の反射面、第２の反射面、第２の透過面の順番に配置
され、前記２次元画像表示素子側から観察者眼球側まで
の第１の透過面から第２の透過面までの間が屈折率１．
３以上の媒質で構成され、前記２次元画像表示素子の中
心を射出し、前記の少なくとも２つの透過面と少なくと
も２つの反射面で屈曲、反射して観察者眼球に垂直に入
射する光線を主光線とすると、前記の少なくとも２つの
反射面は、主光線に対して２つとも傾けて配置され、さ
らに、前記の少なくとも２つの反射面は、相対的に傾い
て配置され、光軸が屈曲している面内において、前記２
次元画像表示素子又は観察者眼球が配置されている方向
に開くように傾いて配置されていると同時に、前記２次
元画像表示素子を射出した光線と前記接眼光学系を射出
し前記観察者眼球に入射する光線が相互に略交差するよ
うに配置されていること特徴とするプリズム光学系。 〔３〕 前記プリズム光学系を構成する前記の２つの反
射面の中、少なくとも１つが正のパワーを持つ反射面で
あることを特徴とする上記〔１〕又は〔２〕記載のプリ
ズム光学系。
【００７５】〔４〕 前記プリズム光学系を構成する前
記の２つの反射面の中、少なくとも１つがトーリック面
であることを特徴とする上記〔１〕から〔３〕の何れか
１項記載のプリズム光学系。
【００７６】〔５〕 前記像面位置に撮像素子又は感光
性材料を配置したことを特徴とする上記〔１〕記載のプ
リズム光学系。
【００７７】〔６〕 前記第１及び第２の反射面の中、
２つとも正のパワーを持つ反射面であることを特徴とす
る上記〔１〕から〔５〕の何れか１項記載のプリズム光
学系。
【００７８】〔７〕 前記第１及び第２の反射面の中、
２つともトーリック面であることを特徴とする上記
〔１〕から〔６〕の何れか１項記載のプリズム光学系。
【００７９】〔８〕 前記プリズム光学系において、前
記の第２の反射面が半透過面からなることを特徴とする
上記〔１〕から〔７〕の何れか１項記載のプリズム光学
系。
【００８０】
〔９〕 前記半透過面は２０％以上８０％
以下の透過率であることを特徴とする上記〔８〕記載の
プリズム光学系。
【００８１】〔１０〕 前記接眼光学系２組をお互いに
位置決めする支持手段を有することを特徴とする上記
〔２〕から〔４〕の何れか１項記載のプリズム光学系。
【００８２】〔１１〕 前記接眼光学系２組を観察者頭
部に支持する支持手段を有することを特徴とする上記
〔２〕から〔４〕の何れか１項記載のプリズム光学系。
【００８３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に基づいて、全体のサイズがコンパクトで、接眼光学系
内での光量低下が少なく、かつ、観察像の隅々までクリ
アな広画角の視覚表示装置を可能とする接眼光学系用の
プリズム光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプリズム光学系を用いた視覚表示
装置の断面図である。
【図２】従来の視覚表示装置の光学系の構成を示す断面
図である。
【図３】反射面を凹面で構成する場合の作用を説明する
ための光路図である。
【図４】２つの反射面を凹面で構成する場合の作用を説
明するための光路図である。
【図５】図４の上側軸外光束と下側軸外光束の近軸的パ
ワー配分を示す図である。
【図６】プリズムの反射面と透過面の曲率半径が子午面
内と球欠面内で等しいとき断面図である。
【図７】面積で透過と反射の光量を分割する手段を示す
図である。
【図８】光量的に透過と反射の光量を分割する手段を示
す図である。
【図９】偏光によって透過と反射の光量を分割する手段
を示す図である。
【図１０】本発明によるポータブル型視覚表示装置の１
例の全体の構成を示す図である。
【図１１】本発明のプリズム光学系を接眼光学系として
用いた視覚表示装置の実施例１の断面図である。
【図１２】実施例２の断面図である。
【図１３】実施例３の断面図である。
【図１４】実施例４の断面図である。
【図１５】実施例５の断面図である。
【図１６】実施例６の断面図である。
【図１７】実施例１の横収差図である。
【図１８】実施例２の横収差図である。
【図１９】実施例３の横収差図である。
【図２０】実施例４の横収差図である。
【図２１】実施例５の横収差図である。
【図２２】実施例６の横収差図である。
【符号の説明】
Ｐ…プリズム Ｚ…観察者が正面を観察しているときの視軸 １…２次元画像表示素子 ２…第１の反射面 ３…第２の反射面 ４…正の屈折力を持つレンズ系 ５…瞳位置 ６…第１の透過面 ７…第２の透過面 ８…傾斜配置の２次元画像表示素子 ９…観察者が正面を観察しているときの視軸 １０…負メニスカスレンズ １１…貼り合わせレンズ １２、１３、１４…貼り合わせレンズの屈折面 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 ６１…負メニスカスレンズの２次元画像表示素子側の屈
折面 ６２…プリズム第１の屈折面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 25/00 G02B 5/04 G03B 13/00

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも２つの透過面と少なくとも２
    つの反射面を持ち、各々の面は、光路順に、像面側から
    第１の透過面、第１の反射面、第２の反射面、第２の透
    過面の順番に配置され、前記像面側から瞳位置までの第
    １の透過面から第２の透過面までの間が屈折率１．３以
    上の媒質で構成され、 前記像面の中心を射出し、前記の少なくとも２つの透過
    面と少なくとも２つの反射面で屈曲、反射して瞳位置に
    垂直に入射する光線を主光線とすると、前記の少なくと
    も２つの反射面は、主光線に対して２つとも傾けて配置
    され、さらに、前記の少なくとも２つの反射面は、相対
    的に傾いて配置され、光軸が屈曲している面内におい
    て、前記像面又は瞳位置が配置されている方向に開くよ
    うに傾いて配置されていると同時に、前記像面を射出し
    た光線と前記第２の透過面を射出し前記瞳位置に入射す
    る光線が相互に略交差するように配置され、 前記第１の透過面、前記第１の反射面、前記第２の反射
    面、前記第２の透過面の中、少なくとも１面が、非回転
    対称な非球面形状にて構成されており、 前記の２つの反射面の中、少なくとも１つが正のパワー
    を持つ反射面であり、かつ、前記第１の透過面、前記第
    １の反射面、前記第２の反射面、前記第２の透過面の
    内、少なくとも１面の形状が、球欠面内のパワーを子午
    面内での正のパワーより強くし、球欠面内の光束の焦点
    距離を短くなるように 構成されていること特徴とするプ
    リズム光学系。
  2. 【請求項２】 観察像を表示する２次元画像表示素子
    と、前記２次元画像表示装置の画像を空中に拡大投影す
    る接眼光学系からなる視覚表示装置に用いられる接眼用
    プリズム光学系において、 前記接眼プリズム光学系は、少なくとも２つの透過面と
    少なくとも２つの反射面を持ち、各々の面は、前記２次
    元画像表示素子側から、第１の透過面、第１の反射面、
    第２の反射面、第２の透過面の順番に配置され、前記２
    次元画像表示素子側から観察者眼球側までの第１の透過
    面から第２の透過面までの間が屈折率１．３以上の媒質
    で構成され、 前記２次元画像表示素子の中心を射出し、前記の少なく
    とも２つの透過面と少なくとも２つの反射面で屈曲、反
    射して観察者眼球に垂直に入射する光線を主光線とする
    と、前記の少なくとも２つの反射面は、主光線に対して
    ２つとも傾けて配置され、さらに、前記の少なくとも２
    つの反射面は、相対的に傾いて配置され、光軸が屈曲し
    ている面内において、前記２次元画像表示素子又は観察
    者眼球が配置されている方向に開くように傾いて配置さ
    れていると同時に、前記２次元画像表示素子を射出した
    光線と前記接眼光学系を射出し前記観察者眼球に入射す
    る光線が相互に略交差するように配置され、 前記第１の透過面、前記第１の反射面、前記第２の反射
    面、前記第２の透過面の中、少なくとも１面が、非回転
    対称な非球面形状にて構成されており、 前記の２つの反射面の中、少なくとも１つが正のパワー
    を持つ反射面であり、かつ、前記第１の透過面、前記第
    １の反射面、前記第２の反射面、前記第２の透過面の
    内、少なくとも１面の形状が、球欠面内のパワーを子午
    面内での正のパワーより強くし、球欠面内の光束の焦点
    距離を短くなるように 構成されていること特徴とするプ
    リズム光学系。
  3. 【請求項３】 前記像面位置に撮像素子又は感光性材料
    を配置し、撮影用プリズム光学系に構成したことを特徴
    とする請求項１記載のプリズム光学系。
  4. 【請求項４】 前記第１の反射面と前記第２の反射面が
    共に、正のパワーを持つ反射面であることを特徴とする
    請求項１又は２記載のプリズム光学系。
  5. 【請求項５】 前記プリズム光学系が、以下の条件を満
    足するように構成されていることを特徴とする請求項４
    記載のプリズム光学系。 ３０＜ｆ＜１００ 〔ｍｍ〕 ただし、ｆはプリズム光学系の合成焦点距離である。
  6. 【請求項６】 前記第２の反射面が半透過面からなるこ
    とを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載のプリ
    ズム光学系。
  7. 【請求項７】 前記半透過面は２０％以上８０％以下の
    透過率であることを特徴とする請求項６記載のプリズム
    光学系。
  8. 【請求項８】 前記接眼光学系２組をお互いに位置決め
    する支持手段を有することを特徴とする請求項２記載の
    プリズム光学系。
  9. 【請求項９】 前記接眼光学系２組を観察者頭部に支持
    する支持手段を有することを特徴とする請求項２記載の
    プリズム光学系。
  10. 【請求項１０】 前記第１の透過面と前記第２の透過面
    がパワーを有すること特徴とする請求項６記載のプリズ
    ム光学系。
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