JP6061551B2 - 観察光学系 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示素子（液晶パネル）などの画像形成素子に形成された複数の原画像を合成された全体画像として拡大して観察者に提示する観察光学系に関し、特にヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）に好適な観察光学系に関する。

ＨＭＤに対しては広画角化により臨場感を高める要望がある一方で、装置を小型にする要望があり、装置の重量バランスを考慮すると、特に薄型であることが望まれる。薄型の観察光学系としては特許文献１が知られる。

特開２０１０−２６６７８７号公報

しかしながら、上記従来技術は、光学系を構成する２つの光学素子を互いに離間させるものであり、薄型化と共に組立調整の手間を含む製造容易性の更なる改良が求められていた。

本発明の目的は、薄型化と共に組立調整の手間を含む製造容易性の更なる改良がなされた観察光学系を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る観察光学系は、第１、２の原画像からの光束を瞳に導くことによって、前記第１、２の原画像を合成した全体画像を観察者に提示する観察光学系であって、前記第１の原画像からの光のうち少なくとも一部の光を反射させる第１の偏心反射面を含む第１の光学素子と、前記第２の原画像からの光のうち少なくとも一部の光を反射させる第２の偏心反射面を含む第２の光学素子とを有し、前記第１、２の原画像からの光束のうち前記全体画像において同一画角となる複数の光束を前記瞳で重ねる偏心光学系を備え、前記第２の光学素子の前記第２の偏心反射面とは異なる面が前記第１の偏心反射面に接合されており、前記偏心光学系は、前記第１の偏心反射面と前記第２の光学素子との接合部に相当する接合領域が、前記第１の原画像からの光を反射し、前記第２の原画像からの光を透過する領域となるように構成されており、前記偏心光学系は、前記第２の原画像からの光束の一部を、前記接合領域を介して前記瞳に導き、且つ前記第２の原画像からの光束の他部を、前記接合領域を介することなく前記瞳に導くように構成されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、薄型化と共に組立調整の手間を含む製造容易性の更なる改良がなされた観察光学系を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る観察光学系の要部概略図である。 第１の実施形態の光学部品構成図である。 偏心光学系の射出瞳の形状（有効射出瞳サイズ）の説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る観察光学系の要部概略図である。 本発明の第３の実施形態に係る観察光学系の要部概略図である。 本発明の第４の実施形態に係る観察光学系の要部概略図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

《第１の実施形態》
（観察光学系）
図１は本発明の第１の実施形態に係る観察光学系の要部概略図、図２は第１の実施形態の光学部品構成図である。図１で、１は偏心光学系、１０は光学素子、２１は第１の原画像を表示する第１の表示素子（もしくはここに原画の像を形成しても良い）、２２は第２の原画像を表示する第２の表示素子、Ｓは偏心光学系１の瞳（射出瞳）である。ここで、表示素子２１と表示素子２２とに表示する原画像２１０、２２０のサイズは同じである。図２で、１１は第１の表示素子２１からの光を瞳Ｓに導く第１の光学素子、１２は第２の表示素子２２からの光を瞳Ｓに導く第２の光学素子であり、これらが接合されて光学素子１０を形成している。

図１に示す２１０、２２０は、夫々第１の表示素子２１に表示する第１の原画像、第２の表示素子２２に表示する第２の原画像、２００は偏心光学系１を介して観察者に提示される合成された全体画像を表している。また、３００はＸＹ断面である瞳Ｓの瞳面上で見た同一画角となる第１の原画像２１０、第２の原画像２２０の位置Ｅｃからの光束の重なる領域を示している。

（偏心光学系の光学面）
図２で、偏心光学系１を構成する各光学面を説明する。光学素子１１は、面Ａ１、面Ｂ１、面Ｃ１を屈折率ｎの媒質上に有し、光学素子１２は、面Ａ２、面Ｂ２、面Ｃ２、面Ｂ１’を屈折率ｎの媒質上に有する。本実施形態では、第１の偏心反射面としての面Ｂ１の一部（面Ｂ１と面Ｂ１’とが接合される部分内）のみに半透過反射膜を施し、面Ｂ１のそれより上の部分には不透過の反射膜を施している。また、第２の偏心反射面としての面Ｂ２にも光が不透過の反射膜を施している。

光学素子１１と光学素子１２とは、瞳Ｓに対向した面Ａ１と面Ａ２とが連続的な１つの面として繋がるように、面Ｂ１と面Ｂ１’とが接合されて、図１に示す光学素子１０を形成している。本実施形態においては、面Ａ１と面Ａ２とが繋がった光学素子１０の面Ａを一つの式で定義される１つの面として構成している。

上述のように光学素子１０を構成したことにより、面Ａは透過と反射の作用を有する面、面Ｂ１、面Ｂ２は少なくとも一部の光を反射する作用を有する面、面Ｃ１、面Ｃ２は透過面としてのみ作用する面となっている。これらの各面は、各表示素子から観察に必要な瞳径を備える瞳Ｓに至る有効光束を形成する各光線に対して、偏心した曲面として配置される。具体的には、観察画像２００の中心画角に対応する原画像２１０上の位置Ｅｃと原画像２２０上の位置Ｅｃとから出て瞳Ｓの中心に至る中心画角主光線を基準として、該中心画角主光線に対して偏心した曲面となるように配置されている。

これらの面形状は、全て図１の断面であるＹＺ断面に対称な形状をしていることが好ましい。ＹＺ断面上でのシフト偏心とチルト偏心（Ｘ軸周りの回転）のみで面の定義が可能になるため、設計，製造，検査などが容易になる。

このように光学系の各面の偏心を、ある断面上でのシフト偏心，チルト偏心のみで定義できる断面を、本発明では偏心断面と呼ぶ。また、全ての面がＹＺ断面を唯一の対称面とする非回転対称形状で定義されていると、曲面を偏心配置することにより生じる偏心収差を補正し、小型化と良好な光学性能とを両立する光学系を構成できる。これら偏心断面を共有するように光学素子１１と１２とが接合されて光学素子１０を形成することにより、不要な偏心収差の抑制や、構成の簡素化が図れるようにしている。

（瞳Ｓへの有効光束）
以下、本実施形態の偏心光学系１による各表示素子２１、２２から瞳Ｓへの有効光束の光路と作用とを説明する。図１で、第１の表示素子２１の位置Ｅａ、Ｅｃからの有効光束は、面Ｃ１より光学素子１１に入射し、面Ａに対してａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）以上の角度で入射するようにして内部全反射される。面Ａで内部全反射された有効光束は面Ｂ１で反射されて、面Ａに対してａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）以下の角度で入射し、面Ａより光学素子１１を射出して瞳Ｓに導かれる。

一方、第２の表示素子２２の位置Ｅｂ、Ｅｃからの光は、面Ｃ２より光学素子１２に入射し、面Ａに対してａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）以上の角度で入射するようにして内部全反射される。面Ａで内部全反射された有効光束は面Ｂ２で反射されて、面Ａに対してａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）以下の角度で入射し、面Ａより光学素子１１を射出して瞳Ｓに導かれる。この際に、位置Ｅｃからの有効光束は面Ｂ１のハーフミラー部分を透過し、面Ａより光学素子１２を射出する一方、位置Ｅｂからの有効光束の一部は面Ｂ１のハーフミラー部分を透過し、その他は面Ｂ１を介することなく面Ａに至り、面Ａより光学素子１２を射出する。

このため、中心画角Ｅｃ以外の位置Ｅｂからの有効光束の面Ｂ１のハーフミラー部の一部通過により、観察者が全体画像２００の上端の位置Ｅａを注目する際に明るさのばらつきが生じる。しかしながら、観察者の眼が回転して観察者が全体画像２００の上端の位置Ｅａを注目する際には、ハーフミラー通過光束が到来する全体画像２００の下端の位置Ｅｂは離間した位置となるため、あまり問題にならない。

しかしながら、これを補正するような手立てを施すと尚良い。例えば、全体画像２００の下端の位置Ｅｂからの光束のうちハーフミラーを通過する方向に射出する光束の方がハーフミラーを通過しない方向に射出する光束に対して光強度が高くなるような指向性を持たせる手立てを施せば良い。

本実施形態では、同一画角となる夫々の原画像２１０、２２０の位置Ｅｃからの光束の各光線のみならず、位置Ｅａ、Ｅｂからの光束の各光線についても、接合した面を透過あるいは反射する回数を夫々一回のみとしている。
以上のように、２つの原画像２１０、２２０からの光路を複数の偏心反射面を有する接合された偏心光学系１で折り曲げて瞳に導く構成により、光学系を薄型に構成できる。そして、光学素子１０が有する各曲面のパワーにより、表示素子２１に表示された原画像２１０と表示素子２２に表示された原画像２２０とが拡大された虚像として、瞳Ｓの位置に瞳を置いた観察者によって認識される。ここで、拡大虚像は、２００のような２つの原画像２１０、２２０が一つに繋がった全体画像として認識される。

なお、本実施形態の偏心光学系１では、面Ｂ１の接合部をハーフミラーとすることにより、全体画像２００の破線部で示される線上の任意の点に対応する原画像２１０、２２０からの光束が、瞳Ｓで重なり合うようにしている。

（瞳面上で光束の重なる領域と必要最低限の射出瞳形状）
ここで、偏心光学系１の射出瞳である瞳Ｓの観察に必要な径を、有効光束との関係において説明する。光学系の射出瞳である瞳Ｓの観察に必要な半径は、最大画角（全角）をωＤ、眼球回転半径をＲｅとした場合に、Ｒｅ×ｓｉｎ（ωＤ／２）程度あれば良い。ここで、Ｒｅは眼球回転中心から眼の入射瞳までの距離で凡そ１０ｍｍ程度である。

観察される全体画像２００に対する最大画角ωＤは、一般に対角の画角であるため、上述の半径＋適度な余裕をカバーするように、瞳面上で光束の重なる領域３００が形成されていれば良い。ここで、原画像２１０、２２０上の各点を出て、この領域３００をカバーする光が「有効光束」となる。

図３は、観察に必要最低限の偏心光学系１の射出瞳３００’の形状（有効射出瞳サイズ）を説明する図である。水平方向（ＸＺ断面方向）画角や垂直方向（ＹＺ断面方向）画角は上述の最大画角に対して小さいため、図３のような形の瞳範囲（瞳面上で光束の重なる領域３００の円に内接する矩形範囲）が有効光束により形づくられるべき必要最低限の射出瞳形状となる。該矩形範囲の大きさは、ＸＺ断面方向の画角（全角）をωＨ，ＹＺ断面方向の画角（全角）をωＶとした場合、大凡Ｙ方向に±Ｒｅ×ｓｉｎ（ωＶ／２）、Ｘ方向に±Ｒｅ×ｓｉｎ（ωＨ／２）の幅を持つ領域となる。

全体画像２００上の同一画角となる２つの原画像２１０、２２０上の対応位置Ｅｃからの光束が共に、この射出瞳３００’を覆うように光を到来させることで、第１の原画像２１０と第２の原画像２２０との同一画像表示面積をゼロにできる。即ち、同一画角となる夫々の原画像の位置Ｅｃが夫々の原画像の端部位置であって、互いに重畳する領域が無くても、欠けのない全体画像２００の観察が可能となる。

光路断面で言うと、図１の破線で示される表示素子２１の下端の位置Ｅｃからの光束は、面Ｂ１の光学素子１１と１２とを接合したハーフミラー部分で反射される。一方、破線で示される表示素子２２の上端の位置Ｅｃからの光束は、ハーフミラー部分を透過して瞳Ｓで同じ重なり領域を形成する。即ち、観察される全体画像２００上で同一画角（本実施形態では同一の中心画角）となる原画像２１０の下端の位置Ｅｃ、原画像２２０の上端の位置Ｅｃからの光束が、共に観察に有効な射出瞳３００’を覆う。

同様に、夫々の原画像２１０、２２０の同一画角となる位置Ｅｃと異なる位置であるＥａ、Ｅｂからの光束も共に観察に有効な射出瞳３００’を覆う。

このように、射出瞳３００’と等しいかそれ以上となるように光束の重なる領域３００を形成することで、観察者の瞳がこの範囲内で移動しても、常に画像の欠けが生じず自然な観察を可能とすることができる。以上のように、本実施形態では、原画像２１０と２２０との同一画像表示部分の面積を０としても、欠けのない全体画像が常に観察できるので、表示素子２１と２２との画素を有効に利用した解像度の画像観察が可能となる。

従って、従来のように２つの原画像にかなりの面積の同一画像表示を行うものと比べて、広画角を達成し易くなる。逆に言えば、従来のように２つの原画像に所定面積の同一画像表示を行うものと同一画角を達成するためには、焦点距離をより長くすることができる。即ち、収差の発生が少ないため、高い光学性能を得やすく、また敏感度も低く公差の緩い光学系とすることができる。

本実施形態では、２つの光学素子を接合してリジッドな光学系を構成しているため、組立調整の手間が少なく、製造が容易となる。また、本実施形態においては、２つの原画像の境界に相当する位置Ｅｃからの有効光束の通過領域をカバーする程度にハーフミラーを形成し、これをカバーする程度に接合領域を設定することによって、偏心光学系１をより薄型に構成できる。

なお、本実施形態では、最良の形態として以上のような構成としたが、これと異なる点を有していても良い。例えば、光学素子１１と光学素子１２とは互いに等しい屈折率ｎの素子としたが、これが互いに異なるｎ１とｎ２の素子であっても良い。互いに等しい屈折率ｎとした方が、面Ｂ２での反射後の光束のうち、直接面Ａに到達するものと、面Ｂ１を透過した後に面Ａに到達するものとの間の光の不連続が生じにくいために、より好ましいということである。

また、反射膜構成は、必ずしも上述の反射膜構成に限らず、面Ｂ１の全領域、並びに面Ａ２を半透過反射膜で覆っても良い。このようにすると、光利用効率は低下するが、面Ａでの有効光束の反射時の入射角の制限がなくなるため、設計の自由度が向上し、高い光学性能を出しやすくなる。また、本実施形態の構成で生じる面Ｂ１のハーフミラー部を通過する光束とそうでない光束との間で生じる光量差を少なくできるため、瞳位置による観察画像の明るさ変動を少なくすることが可能である。

また、表示素子２１からの光をＳ偏光、表示素子２２からの光をＰ偏光として面Ｂ１の接合部分をＰＢＳとしても良い。そうすると、面Ｂ１のハーフミラー部を通過する光束とそうでない光束との間で生じる光量差を少なくできるため、瞳位置による観察画像の明るさ変動を少なくすることが可能である。

また、本実施形態では偏心光学系１を構成する全ての面を曲面としたが、一部の面が平面であっても構わない。全ての面が曲面である方が、結像・収差補正に寄与しない面を削減でき、より高性能にし易いという利点を有するためである。

同様に、一部の面が中心画角もしくはその他の画角主光線に対して偏心しない状態の面であっても良いし、一部の面形状に回転対称面を用いても良い。全ての面が偏心面で且つ非回転対称面であった方が設計の自由度が高く高性能の光学系を構成し易いためである。逆に一部の面を非偏心面ないしは回転対称面とすると、計測の基準ができる等、光学素子の製作・評価が簡単になるという利点もある。

また、Ａ面を一つの式で定義される面としたが、面Ａ１，Ａ２が別の定義式で表される面として、境界部分で互いのＸ，Ｙ，Ｚの座標値や、１階，２階の微分が同じになるようにして、連続的に構成していても良い。

また、ＸＺ断面方向（水平方向）の中心画角がＹＺ断面上に来るようにしたが、ずれていても良い。ＸＺ断面方向（水平方向）の中心画角がＹＺ断面上にある方が、光学系を小型に構成できるため好ましいということである。

《第２の実施形態》
図４は、本発明の第２の実施形態に係る観察光学系の要部概略図である。本実施形態と第１の実施形態との違いは、光路断面であるＹＺ断面における表示素子２２の上端付近から発して射出瞳である瞳Ｓでの観察に有効な領域に到達する光束の一部が、面Ｂ１の接合ハーフミラー部を複数回通るようにしたことである。それ以外の点、並びに符号は全て第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

図２で説明したように、光学素子１１と光学素子１２とは、面Ａ１と面Ａ２とが連続的な１つの面として繋がるように、面Ｂ１と面Ｂ１’とが接合されて、光学素子１０を形成している。第１の表示素子２１からの有効光束は、面Ｃ１より光学素子１１に入射し、面Ａに対してａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）以上の角度で入射するようにして内部全反射される。面Ａで内部全反射された有効光束は面Ｂ１で反射されて、面Ａに対してａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）以下の角度で入射し、面Ａより光学素子１１を射出して瞳Ｓに導かれる。

第２の表示素子２２からの光は、面Ｃ２より光学素子１２に入射し、面Ａに対してａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）以上の角度で入射するようにして内部全反射される。この際に、原画像２２０の上端付近に相当する位置Ｅｃからの光束の一部は、面Ｃ２から面Ｂ１のハーフミラー部分を透過して面Ａで内部全反射される。面Ａで内部全反射された有効光束は面Ｂ２で反射されて、面Ａに対してａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）以下の角度で入射し、面Ａより光学素子１１を射出して瞳Ｓに導かれる。

この際に、上述した面Ｃ２から面Ｂ１のハーフミラー部分を透過（１回目の透過）して面Ａで内部全反射された光は、面Ｂ１のハーフミラー部分を透過（２回目の透過）して面Ｂ２で反射される。そして、面Ｂ１のハーフミラー部分を透過（３回目の透過）して面Ａより光学素子１２を射出する。また、原画像２２０の他の位置Ｅｂからの光束は、一部の光は面Ｂ１のハーフミラー部分を透過し、その他は面Ｂ１を介することなく面Ａに至る。

光路断面で言うと、表示素子２１の下端の位置Ｅｃからの光束は面Ｂ１の光学素子１１と１２とを接合したハーフミラー部分で反射され、また表示素子２２の上端の位置Ｅｃからの光束はハーフミラー部分を透過して、夫々が同じ瞳径に重なる。即ち、観察画像上で同一画角となる原画２１０の下端、原画２２０の上端の一点からの光束が、ともに観察に有効な瞳径を覆うように光束の重なる領域３００を形成することで、瞳がこの範囲内で移動しても、常に画像の欠けが生じず自然な観察を可能としている。

そのため、原画像２１０と２２０との同一画像表示部分の面積を０としても、欠けのない観察画像が常に得られるので、表示素子２１と２２との画素を有効に利用した解像度の画像観察が可能となる。

本実施形態においては、太い破線で示した光線のように、表示素子２２からの光の一部が、面Ｂ１の光学素子１１と１２とを接合したハーフミラー部分を３回通る構成となっている。そのため、観察者の瞳が光学系の射出瞳である瞳Ｓの上方にある場合には、原画像２１０と２２０との境界付近の明るさが低下する。しかしながら、観察者の瞳が瞳Ｓの上方にある場合は、一般に画像２００の上端部に注目している場合であるため、画角が広い場合など、画面中心付近の明るさ低下が気にならない場合もある。

本実施形態では、有効光束の一部がハーフミラー部分を３回通るようにして、面Ｂ２の配置自由度を向上させて、偏心光学系１を特に薄型にしている。また、原画像２２０の上端側から瞳面での上側に向かう光束の光強度がその他の光束に対して強くなるように、表示素子２２に場所と角度による光量分布を持たせ、これを補正しても良い。

また、表示素子２１からの光をＳ偏光、表示素子２２からの光をＰ偏光として面Ｂ１の接合部分をＰＢＳとしても良い。そうすると、面Ｂ１の接合部を透過する光の損失を少なくできるため、面Ｂ１の接合部を複数回通る光と１回のみ通る光との間の光量差を減少でき、瞳位置による観察画像の明るさ変動を少なくすることが可能である。

また、瞳位置に応じた画面内明るさのばらつきは、面Ｂ１の接合部を複数回通る光と１回のみ通る光との間の光量差によるものを含め、これを補正するような指向性を持った光が表示素子から射出するようにして補正することができる。

《第３の実施形態》
図５は、本発明の第３の実施形態に係る観察光学系の要部概略図である。本実施形態と第１の実施形態との違いは、表示素子２１と表示素子２２との原画像２１０、２２０に同一画像表示領域を持たせ、該同一画像表示領域の表示素子２１からと表示素子２２からとの光束が、瞳上で部分的に重なるようにしたことである。即ち、同一画角となる夫々の原画像２１０、２２０の位置は、夫々の原画像の端部位置より内側の位置である構成としたことである。それ以外の点は第１の実施形態と同様であり、符号も全て第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

第１の表示素子２１からの光は、面Ｃ１より光学素子１１に入射し、面Ａで反射され、面Ｂ１で反射されて、面Ａより光学素子１１を射出して瞳Ｓに導かれる。この際に、原画像２１０の下端に相当する部分からの光束は、面Ｂ１においてハーフミラー部分のみで反射されるが、他の画角の光束は、面Ｂ１において一部がミラー部分でその他がハーフミラー部分で反射される。

第２の表示素子２２からの光は、面Ｃ２より光学素子１２に入射し、面Ａで反射されて面Ｂ２へ向う。面Ｂ２に向った光は、面Ｂ２で反射されて、面Ａより光学素子１２を射出して瞳Ｓに導かれる。この際に、原画像２２０の上端に相当する部分からの光束は、面Ｂ１のハーフミラー部分を透過して面Ａに至るが、他の画角の光束は、一部の光は面Ｂ１のハーフミラー部分を透過し、その他は面Ｂ１を介することなく面Ａに至る。この際に、表示素子２２の上端から発して射出瞳Ｓの観察に有効な領域に到達する光束の各光線の全てが、面Ｂ１のハーフミラー部を１回のみ透過するようにしている。

従って、本実施形態においては、２つの原画像２１０と２２０とに一部同一画像を表示するが、同一画角となる位置からの光束の瞳上での重なりが有効射出瞳径を全体的に覆わず一部となるようにして、ハーフミラー領域をより小さくしている。このことにより、本実施形態は、第１の実施形態に対して、より薄型・小型の観察光学系を実現している。

また、第１の実施形態に比べると効果は低減するが、従来のように同一画角となる複数の原画像からの光束を瞳上で重ねないものに対しては、広画角を達成し易くなる。逆に、従来の技術と同一画角を達成するためには、それらに対して焦点距離が長くて良く、収差の発生が少ないため高い光学性能を得やすく、また敏感度も低く公差の緩い光学系とすることができる。

《第４の実施形態》
図６は、本発明の第４の実施形態に係る観察光学系の要部概略図である。本実施形態と第１の実施形態との違いは、表示素子２１と表示素子２２とに表示する原画像２１０、２２０に関し、同一画角を含むサイズが互いに異なることである。即ち、第１の実施形態では、表示素子２１と表示素子２２とに表示する原画像２１０、２２０は、同一画角を含むサイズが互いに等しいものであった。それ以外の点は第１の実施形態と同様であり、符号も全て第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

第１の表示素子２１からの光は、面Ｃ１より光学素子１１に入射し、面Ａで反射され、面Ｂ１で反射されて、面Ａより光学素子１１を射出して瞳Ｓに導かれる。この際に、原画像２１０の下端に相当する部分からの光束は、面Ｂ１においてハーフミラー部分のみで反射されるが、他の画角の光束は、面Ｂ１において一部がミラー部分でその他がハーフミラー部分で反射される。

第２の表示素子２２からの光は、面Ｃ２より光学素子１２に入射し、面Ａで反射されて面Ｂ２へ向う。面Ｂ２に向った光は、面Ｂ２で反射されて、面Ａより光学素子１２を射出して瞳Ｓに導かれる。この際に、原画像２２０の上端に相当する部分からの光束は、面Ｂ１においてハーフミラー部分を透過して面Ａに至るが、他の画角の光束は、一部の光は面Ｂ１のハーフミラー部分を透過し、その他は面Ｂ１を介することなく面Ａに至る。この際に、表示素子２２の上端から発して射出瞳Ｓの観察に有効な領域に到達する光束の各光線の全てが、面Ｂ１の接合ハーフミラー部を１回のみ透過するようにしている。

従って、本実施形態においては、第２の原画像２２０が第１の原画像２１０に対して小さくなるようにして、第２の光学素子１２を薄くしている。そのために、第１の実施形態に対して光学系全体の厚さがより薄い観察光学系を実現している。

（変形例）
上述した実施形態におけるハーフミラー部分（第１の偏心反射面としての面Ｂ１のうち第２の光学素子１２との接合部に相当する面であって、入射光の一部を反射し他部を透過する面に相当する部分）は、反射率も透過率も同じ５０％のものに限られない。反射率と透過率が異なる値（例えば反射率が６０％で透過率が４０％）であっても良いし、ハーフミラーによる吸収があっても良い。

また、全体画像２００の観察において水平方向をＸＺ断面方向、垂直方向をＹＺ断面方向として説明したが、水平方向をＹＺ断面方向、垂直方向をＸＺ断面方向としても良い。

１・・・偏心光学系、１１・・第１の光学素子、１２・・第２の光学素子、２００・・全体画像、２１０、２２０・・原画像

Claims (9)

1. 第１、２の原画像からの光束を瞳に導くことによって、前記第１、２の原画像を合成した全体画像を観察者に提示する観察光学系であって、
   前記第１の原画像からの光のうち少なくとも一部の光を反射させる第１の偏心反射面を含む第１の光学素子と、前記第２の原画像からの光のうち少なくとも一部の光を反射させる第２の偏心反射面を含む第２の光学素子とを有し、前記第１、２の原画像からの光束のうち前記全体画像において同一画角となる複数の光束を前記瞳で重ねる偏心光学系を備え、
   前記第２の光学素子の前記第２の偏心反射面とは異なる面が前記第１の偏心反射面に接合されており、
   前記偏心光学系は、前記第１の偏心反射面と前記第２の光学素子との接合部に相当する接合領域が、前記第１の原画像からの光を反射し、前記第２の原画像からの光を透過する領域となるように構成されており、
   前記偏心光学系は、前記第２の原画像からの光束の一部を、前記接合領域を介して前記瞳に導き、且つ前記第２の原画像からの光束の他部を、前記接合領域を介することなく前記瞳に導くように構成されている、
   ことを特徴とする観察光学系。
2. 前記第１の光学素子、前記第２の光学素子は、前記瞳に対向した夫々の面が連続した一つの面を形成することを特徴とする請求項１に記載の観察光学系。
3. 前記同一画角となる夫々の前記原画像の位置からの光束の各光線について、前記接合した面を透過あるいは反射する回数が夫々一回のみであることを特徴とする請求項１または２に記載の観察光学系。
4. 前記偏心光学系は夫々の前記原画像の前記同一画角となる位置と異なる位置からの光束も前記瞳で重ねることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の観察光学系。
5. 前記第１の光学素子と前記第２の光学素子とは、同じ屈折率を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の観察光学系。
6. 前記同一画角となる夫々の前記原画像の位置は、夫々の前記原画像の端部位置であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の観察光学系。
7. 前記同一画角となる夫々の前記原画像の位置は、夫々の前記原画像の端部位置より内側の位置であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の観察光学系。
8. 前記複数の原画像は、前記同一画角を含むサイズが互いに等しいことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の観察光学系。
9. 前記複数の原画像は、前記同一画角を含むサイズが互いに異なることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の観察光学系。