JPH08234137A - 画像観察光学系及び撮像光学系 - Google Patents

画像観察光学系及び撮像光学系

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JPH08234137A
JPH08234137A JP7066995A JP6699595A JPH08234137A JP H08234137 A JPH08234137 A JP H08234137A JP 7066995 A JP7066995 A JP 7066995A JP 6699595 A JP6699595 A JP 6699595A JP H08234137 A JPH08234137 A JP H08234137A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 極めてシンプルな構成で、諸収差が良好に補
正され、広画角で、表示素子の表示面に対してテレセン
トリック条件を満たす観察光学系を得ること。 【構成】 画像表示手段の表示面の画像を、すべて非回
転対称の第１、第２、第３の面で構成される１つの光学
素子によって像を形成し、観察者に視認せしめる際、該
光学素子は１つの対称面に対して対称な形状で、該第３
の面は表示画像からの光束を透過し、該第２の面は第３
の面からの光束を全反射し、その光束を第１の面が反射
して該第２の面へ向け、該光束は第２の面を透過して観
察者の瞳に達する。該第２の面は対称面に平行な平面と
交わる箇所において、光学パワーρLxが該表示面に遠い
側から近い側へかけて正から負又は小さい負の値から大
きい負の値へと変化し、光学パワーρLyは該表示面に遠
い側から近い側へかけて正から負へと変化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は画像観察光学系及び撮像
光学系に関し、特にカメラのファインダーや所謂ヘッド
マウントディスプレイなどの画像観察装置及びカメラな
どの撮像装置に使用する場合に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ヘッドマウントディスプレイなど
においては、装置全体を小型化するための光学系がいろ
いろ考案されている。
【０００３】例えば特開昭58-78116号公報においては、
観察者の眼に対して傾けて設けた凹の球面反射面を持つ
プリズム形状の光学素子により撮影光学系で得られた１
次結像面上の物体像を観察する光学装置が開示されてい
る。
【０００４】この従来例においては、反射面が傾いた球
面であるので、そこで発生する非点収差等の光学収差を
良好に補正することが難しい。同公報中にはこれらを改
善する為に新たにレンズ系を追加する必要があることが
記載されている。
【０００５】特開平5-303055号公報ではこのようなレン
ズ系（リレーレンズ系）を追加したものが開示されてい
る。しかし、このようなリレーレンズ系を付加すること
は、光学系の全長が長くなり光学系のコンパクト化を損
なうという欠点がある。
【０００６】特開平5-303054号公報, 特開平5-303056号
公報, 特開平5-323229号公報等ではコンパクト化及び光
学系の収差を改善する目的で、反射面に高次の非球面項
を有する一般的な回転非球面、円錐係数で定義される円
錐関数による回転放物面や回転楕円面、直交する座標軸
においてそれぞれ異なる非球面関数で表現されるトーリ
ック非球面（またはアナモフィック非球面）からなる一
つの反射面を観察者の眼の光軸に対して傾けて設けた光
学系が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな光学系では、画像の歪み（ディストーション）、像
面の弯曲、直交する方向のピント（非点収差）が補正さ
れている必要がある。また、このように反射面を傾けた
所謂偏心光学系のピント調整（視度調整）の方法として
は、光学系を移動して行うと光学性能の変化が大きいの
で、光学系のピント面（画像表示素子や撮像素子）を移
動して行うのが望ましく、そのためには光学系をピント
面に対してテレセントリックな光学系にするのが望まし
い。
【０００８】このような観点で、先の従来例をみると、
特開平5-303054号公報では像面弯曲とディストーション
の補正を行っているが、非点収差が補正されないまま残
っている。
【０００９】又、特開平5-303056号公報では非点収差と
ディストーションの補正を行っているが、像面の弯曲が
補正されないまま残っている。
【００１０】又、特開平5-323229号公報では像面弯曲と
非点収差とディストーションの補正を行っているが、ピ
ント面に対して光線の角度が大きく傾いており液晶パネ
ルやＣＣＤ等の表示素子あるいは撮像素子をピント面に
配する場合はこれらの素子の特性の角度依存性により性
能が大幅に劣化する欠点がある。
【００１１】また、これらで提案されている光学系にお
いては、ディストーションは補正されているとはいえ、
画像の歪みが一見して判別できる程度なので不十分であ
る。
【００１２】このように、一つの非球面の反射面の構成
では全ての収差を十分に補正することができない欠点が
あった。
【００１３】また、特開平3-180810号公報では、観察者
の視点を遠ざけて光学系に対するFNo. を大きくし、光
学系の焦点深度を大きくとることで像面の弯曲と非点収
差を補正し、画像の歪みを直交する座標系(x,y,z) のク
ロスターム(xy など）を有する非球面で補正した光学系
が開示されている。
【００１４】しかしながら、この光学系は視点を離して
画像を観察する方法であるので、広角化や大画面化を行
うことができず、また凸のミラーと凹のミラーを組み合
わせてテレフォトタイプの光学系にしているものの全体
としての大きさが大きくコンパクト化を計れないという
欠点があった。
【００１５】本発明は、極めてシンプルな構成でありな
がら、諸収差が良好に補正され、広画角であって、観察
系として用いたときは画像表示手段の表示面に対して主
光線が略垂直に出射するというテレセントリック条件を
満たす光学系を利用した画像観察光学系及び撮像光学系
の提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の画像観察光学系
は、 （１−１） 画像表示手段の表示面に表示した画像を、
少なくとも第１の光学作用面と第２の光学作用面により
拡大した拡大像として形成し、該拡大像を観察者に視認
せしめる画像観察光学系において、該第２の光学作用面
は１つの対称面に対して対称な非球面反射面であって、
該表示面の中心から該表示面に対して略垂直に該対称面
内に出射する基準軸光線に対して傾斜して配置してお
り、該第２の光学作用面の局所的な光学パワーは該対称
面に平行な平面と交わる箇所において、xz面の局所的な
光学パワーρLxは該表示面に遠い側から近い側へかけて
正から負又は小さい負の値から大きい負の値へと変化
し、yz面の局所的な光学パワーρLyは該表示面に遠い側
から近い側へかけて正から負へと変化し、該第１の光学
作用面は前記対称面に対して対称で全体として強い凹面
の非球面反射面であって、該第２の光学作用面で反射さ
れた基準軸光線に対して傾斜して配置している。 （１−２） 画像表示手段の表示面に表示した画像を、
１つの光学素子により拡大した拡大像として形成し、該
拡大像を観察者に視認せしめる画像観察光学系にして、
該光学素子は共通の対称面を有する第１の光学作用面、
第２の光学作用面、第３の光学作用面を有しており、該
第３の光学作用面の形状は該対称面に対して対称な非球
面であって、該表示面の中心から該表示面に対して略垂
直に該対称面内に出射する基準軸光線に対し略直交して
配置しており、該第２の光学作用面の形状は該対称面に
対して対称な非球面であって、該第３の光学作用面を屈
折した該基準軸光線を全反射する角度に傾斜して配置し
ており、該第２の光学作用面の局所的な光学パワーは該
対称面に平行な平面と交わる箇所において、xz面の局所
的な光学パワーρLxは該表示面に遠い側から近い側へか
けて正から負又は小さい負の値から大きい負の値へと変
化し、yz面の局所的な光学パワーρLyは該表示面に遠い
側から近い側へかけて正から負へと変化し、該第１の光
学作用面は該対称面に対して対称で全体として強い凹面
の非球面反射面であって、該第２の光学作用面で全反射
された基準軸光線に対して傾斜して配置しており、該第
１の光学作用面で反射された基準軸光線は該第２の光学
作用面を透過する。こと等を特徴としている。
【００１７】又、本発明の撮像光学系は、 （１−３） 物体よりの光を絞りを介して取り込んだ後
に、第１の光学作用面及び第２の光学作用面によって撮
像手段の記録面に該物体の像を形成し記録する撮像光学
系において、該第１の光学作用面及び該第２の光学作用
面は１つの対称面に対して対称な形状をしており、該絞
りの中心を通り該対称面内を屈曲して該記録面の中心に
至る光線を基準軸光線として、該絞りの略中心を通る基
準軸光線は該第１の光学作用面に向かい、該第１の光学
作用面は前記対称面に対して対称で全体として強い凹面
の非球面反射面であって、該絞りを通って入射する基準
軸光線に対して傾斜して配置しており、該第２の光学作
用面は該対称面に対して対称な非球面反射面であって、
該第１の光学作用面を反射した該基準軸光線に対して傾
斜して配置しており、該第２の光学作用面の局所的な光
学パワーは該対称面に平行な平面と交わる箇所におい
て、xz面の局所的な光学パワーρLxは該表示面に遠い側
から近い側へかけて正から負又は小さい負の値から大き
い負の値へと変化し、yz面の局所的な光学パワーρLyは
該表示面に遠い側から近い側へかけて正から負へと変化
する。 （１−４） 物体よりの光を絞りを介して取り込んだ後
に、１つの光学素子によって撮像手段の記録面に該物体
の像を形成し記録する撮像光学系において、該光学素子
は共通の対称面を有する第１の光学作用面、第２の光学
作用面、第３の光学作用面を有しており、該絞りの中心
を通り該対称面内を屈曲して該記録面の中心に至る光線
を基準軸光線として、該絞りの略中心を通る基準軸光線
は該第２の光学作用面を透過して該第１の光学作用面に
向かい、該第１の光学作用面は前記対称面に対して対称
で全体として強い凹面の非球面反射面であって、該第２
の反射面を透過した基準軸光線に対して傾斜して配置し
ており、該第２の光学作用面は該対称面に対して対称な
非球面であって、該第１の光学作用面を反射した該基準
軸光線を全反射する角度に傾斜して配置しており、該第
２の光学作用面の局所的な光学パワーは該対称面に平行
な平面と交わる箇所において、xz面の局所的な光学パワ
ーρLxは該表示面に遠い側から近い側へかけて正から負
又は小さい負の値から大きい負の値へと変化し、yz面の
局所的な光学パワーρLyは該表示面に遠い側から近い側
へかけて正から負へと変化し、該第３の光学作用面の形
状は該対称面に対して対称な非球面であって、該第２の
光学作用面を全反射した基準軸光線に対し略直交して配
置している。こと等を特徴としている。
【００１８】
【実施例】本発明の光学系の基本構成の光学的作用につ
いて図１及び図２を用いて説明する。図１及び図２は光
学系を画像観察光学系として用いた場合を示している。
図中、 Sは観察者の望ましき瞳孔位置、S1は第1 の反射
面（光学作用面）、S2は第2 の反射面（光学作用面）、
P は画像表示手段の表示面である。以下、光学系の説明
は便宜上瞳孔S 側から光が入射し、表示面P に至る系で
説明するが、画像観察光学系などの場合は、表示面P か
ら光が発し、瞳孔S 側から光が射出する系となる。
【００１９】本発明の光学系において、表示面P の中心
Poから該表示面P に対して略垂直に出射し、瞳孔S の中
心に至る光線を基準軸光線Loとする。又、表示面P 上の
各点から射出して瞳孔S の中心に至る光線を主光線L と
する。
【００２０】第1 の反射面S1の形状は瞳孔S からの主光
線L が第1 の反射面S1における反射により表示面P に対
してほぼテレセントリックとなり、さらに表示面P に表
示した画像の平均像面QQが基準軸光線Loに垂直な平面 H
に略重なるように決定している。
【００２１】ここで、平均像面QQとは略無限遠の物体か
ら発し、瞳孔S を通る光束を紙面内で基準軸光線Loに直
交する方向( 後述 y方向) と紙面に垂直な方向( 後述 x
方向) の断面に分けて考え、それぞれの光線の結像位置
の中間点を含む面のことである。図１においては、或る
画角の光束において点Meが主光線上でx 方向の結像点で
あり、点Saがy 方向の結像点である。このとき主光線 L
における点Meと点Saとの中点 Qが平均像面 H上の点とな
り、点Meと点Saの差が非点収差である。主光線のテレセ
ントリック性と像の歪みは反射面の全体的な形状に影響
され、各光束の結像状態（像面、非点収差）は面の局所
的な形状に影響される。
【００２２】従来例で記したようにこれらの収差の補正
を１つの反射面で達成することは困難であるので、第1
の反射面S1においては、その形状を主光線のテレセント
リック性と像の歪みを補正し、且つ像面においては非点
収差が図１に示すように発生するものの、この面では平
均像面QQを前記平面 Hに揃えることを主眼とし、残存す
る非点収差は容易に補正できる第2 の反射面S2で補正を
おこなうのである。
【００２３】第2 の反射面S2は図２に示すような主に光
束の非点収差を補正する形状をとる。具体的には、x 方
向の面の局所的な面の結像倍率が第1 の反射面S1に近い
側(A) から遠い側(B) に向かって小さくなるように、y
方向の面の局所的な面の結像倍率が第1 の反射面に近い
側(A) から遠い側(B) に向かって大きくなるようにすれ
ばよい。局所的な面の倍率とは、図２に示すように当該
面の物体距離b'に対する像距離b"の比b'/b''のことであ
る。
【００２４】第2 の反射面S2の形状はy 方向の断面では
第1 の反射面に近い側(A) から遠い側(B) に向かって局
所的なパワー（ρL ＝ -2N/rL ）が正から強い負へ変化
し、x 方向の断面では第1 の反射面に近い側(A) から遠
い側(B) に向かって局所的なパワーが正または弱い負か
ら強い負へ変化する形状である。
【００２５】ここで示したような形状を有する２つの反
射面により、像の歪み、像面、非点収差、テレセントリ
ック性を補正することが可能となるが、第2 の反射面S2
と表示面P の間の表示面の近傍に、第3 の光学作用面S3
（不図示）を配置することにより、第2 の反射面S2の形
状により変化する僅かな像の歪みやテレセントリック性
のずれ、部分的な像面の変動をさらに良くすることがで
きる。
【００２６】第3 の光学作用面S3は屈折面でも良いし反
射面でも良い。表示面P の近傍に第3 の光学作用面S3を
設けると、表示面P の各点（像点）に至る光束の重なり
が減少し、面の局所的な形状の変化で、像点の部分的な
補正が可能となり、さきに述べた第1 の反射面S1、第2
の反射面S2により補正しきれない収差を容易に補正でき
る。
【００２７】さらに、ガラスやプラスチックなどを媒質
として第1 の反射面S1、第2 の反射面S2、第3 の光学作
用面S3をその上に形成すれば、本発明の光学系を一つの
光学素子で実現することができ、コンパクト化、ローコ
スト化において非常に有利である。このとき第2 の反射
面S2での反射を全反射とし、表示面P から射出する光束
はまず第3 の光学作用面S3を透過して第2 の反射面S2へ
向かい、この面で全反射して第1 の反射面S1へ向かい、
この面で反射して再び第2 の反射面へ向かい、今度はこ
の面を透過して観察者の瞳孔に達する。このような構成
をとれば、さらなるコンパクト化が実現できる。
【００２８】図３は本発明の画像観察光学系の実施例１
の要部概略図である。図中、B1は光学素子であり、第1
、第2 、第3 の光学作用面S1,S2,S3を有している。な
お、いずれの面も１つの平面(Z-Y平面）に対して対称な
形状をしている。S は観察者の望ましき瞳孔位置、P は
画像表示手段の表示面である。
【００２９】第3 の光学作用面S3の形状は該対称面に対
して対称な非球面であって、表示面P の中心から表示面
P に対して略垂直に該対称面上に出射する基準軸光線Lo
に対し略直交して配置しており、第2 の光学作用面S2の
形状は該対称面に対して対称な非球面であって、第3 の
光学作用面S3を屈折した基準軸光線Loを全反射する角度
に傾斜して配置しており、第1 の光学作用面S1は該対称
面に対して対称で全体として強い凹面の非球面反射面
（面上に反射膜を着けている）であって、第2 の光学作
用面S2で全反射された基準軸光線Loに対して傾斜して配
置しており、第1の光学作用面S1で反射された基準軸光
線Loは第2 の光学作用面S2を透過して瞳孔S に達してい
る。
【００３０】本実施例の光学的作用について説明する。
表示面P で表示した画像から射出する光束はまず第3 の
光学作用面S3を透過して第2 の光学作用面S2へ向かい、
この面S2で全反射して第1 の光学作用面S1へ向かい、こ
の面S1で反射して収束光となり、再び第2 の光学作用面
S2へ向かい、今度はこの面S2を透過して画像の虚像を形
成すると共に観察者の瞳孔S に達して観察者に虚像を視
認させる。
【００３１】本実施例の光学系は偏心面で構成している
ので、光学系の形状を表す為に絶対座標系とローカル座
標系を設定する。図１８は絶対座標系とローカル座標系
の説明図である。これについて説明する。
【００３２】絶対座標系の原点は観察者の望ましき瞳孔
位置S の中心O に設定し、Z 軸は点O を通り瞳孔面に垂
直な直線であり、前記平面上にある。Y 軸は原点O を通
り前記平面上でZ 軸に対して反時計回りに90°の角度を
なす直線である。X 軸は原点O を通り、Y,Z 軸に対して
直交する直線である。なお、Z 軸は画像表示手段の表示
面P の中心から表示面P に対して略垂直に発し、瞳孔S
の中心に至る基準軸光線Loと重なっている。
【００３３】ローカル座標の原点Oiは絶対座標(SXi,SY
i,SZi) で各面毎に設定する。ローカル座標のz 軸はYZ
平面内で原点Oiを通り、絶対座標系のZ 軸と角度Aiをな
す直線である。y 軸は原点Oiを通りz 軸に対して反時計
回りに90°の角度をなす直線である。x 軸は原点Oiを通
り、y 軸及びz 軸に直交する直線である。
【００３４】各面の形状はローカル座標で表す。本発明
の各実施例において光学作用面の形状は、円錐係数で定
義される円錐関数にゼルニケ多項式による非球面項を有
する形状をしており、以下に示す関数により表す。
【００３５】
【数１】 +c1 (x2-y2) +c2 (-1+2x2+2y2) +c3 (-2y+3x2y+3y3) +c4 (3x2y-y3) +c5 (x4-6x2y2+y4) +c6 (-3x2+4x4+3y2-4y4) +c7 (1-6x2+6x4-6y2+12x2y2+6y4) +c8 (3y-12x2y+10x4y-12y3+20x2y3+10y5) +c9 (-12x2y+15x4y+4y3+10x2y3-5y5) +c10(5x4y-10x2y3+y5) ここにc は曲率であり、 c＝1/r 、ただしr は各面の基
本曲率半径である。
【００３６】又、k は各面の円錐係数、cjは各面におけ
るj 番目のゼルニケ多項式の非球面係数である。
【００３７】表１は、実施例１の構成データーである。
ただし、f は光学素子B1の焦点距離に相当する値で、無
限遠物体からの入射光の入射角度θと、その光線が表示
面Pで結像する像高ymから f = ym /tan(θ) として算出したものであり、ここでは単に焦点距離と呼
ぶこととする。
【００３８】
【表１】 表２には第2 の光学作用面S2の局所的な曲率半径rLx 及
びrLy を該作用面の６点において表す。表中の座標は面
のローカル座標である。
【００３９】局所的な曲率半径rLx 及びrLy について説
明する。図１９は局所的な曲率半径rLx 及びrLy の説明
図である。
【００４０】局所的な曲率半径rLx とは図１９(A) に示
すように面Siとx-z 面に平行な平面（図ではy=yTだけ離
れている）との交線上における局所的な曲率半径であ
る。
【００４１】又、局所的な曲率半径rLy とは図１９(B)
に示すように面Siとy-z 面に平行な平面（図ではx=xTだ
け離れている）との交線上における局所的な曲率半径で
ある。ただし、局所的な曲率半径rLx,rLy は該光学作用
面において光が入射する側に凹のとき負の値をとる。
【００４２】そしてxz面の局所的な光学パワーρLxは、
局所的な曲率半径rLx と光の進む媒質の屈折率N から
式： ρLx＝ -2N/rLx により求められる。
【００４３】又、yz面の局所的な光学パワーρLyは、局
所的な曲率半径rLy と光の進む媒質の屈折率N から式： ρLy＝ -2N/rLy により求められる。
【００４４】
【表２】 図４は実施例１の収差図である。収差図は基準軸光線Lo
上の像点、基準軸光線Loに対してy 方向に±ωの像点、
x 方向に+ ηの像点における横収差を示す。
【００４５】又、図５は瞳孔S から表示面P へ光線追跡
した際の像の歪みをを碁盤目状の物体について示してい
る。仮に表示面P における像の歪みが糸巻き型であると
き、その光学系を表示面P から瞳孔S へ光線を追跡すれ
ば、像の歪みは逆の形のたる型になる。
【００４６】図６は本発明の画像観察光学系の実施例２
の要部概略図である。本実施例は実施例１よりも全系の
焦点距離を短くして広角化を図っている。表３は実施例
２の構成データーである。
【００４７】
【表３】 表４には本実施例の第2 の光学作用面S2の局所的な曲率
半径rLを該作用面の６点において表す。
【００４８】
【表４】 図７は実施例２の収差図である。収差図は基準軸光線Lo
上の像点、基準軸光線Loに対してy 方向に±ωの像点、
x 方向に+ ηの像点における横収差を示す。
【００４９】又、図８は瞳孔S から表示面P へ光線追跡
した際の像の歪みをを碁盤目状の物体について示してい
る。
【００５０】図９は本発明の実施例３の要部概略図であ
る。本実施例は光学素子B1の屈折率を実施例１より高く
したものである。表５は実施例３の構成データーであ
る。
【００５１】
【表５】 表６には本実施例の第2 の光学作用面S2の局所的な曲率
半径rLを該作用面の６点において表す。
【００５２】
【表６】 図１０は実施例３の収差図である。収差図は基準軸光線
Lo上の像点、基準軸光線Loに対してy 方向に±ωの像
点、x 方向に+ ηの像点における横収差を示す。
【００５３】又、図１１は瞳孔S から表示面P へ光線追
跡した際の像の歪みをを碁盤目状の物体について示して
いる。
【００５４】図１２は本発明の画像観察光学系の実施例
４の要部概略図である。本実施例はではz-x 面内の焦点
距離fxとz-y 面内の焦点距離fyを異なるように設定し
た、所謂アナモフィックな光学系となっている。表７は
本実施例の構成データである。
【００５５】
【表７】 表８には本実施例の第2 の光学作用面S2の局所的な曲率
半径rLを該作用面の６点において表す。
【００５６】
【表８】 図１３は実施例４の収差図である。収差図は基準軸光線
Lo上の像点、基準軸光線Loに対してy 方向に±ωの像
点、x 方向に+ ηの像点における横収差を示す。
【００５７】又、図１４は瞳孔S から表示面P へ光線追
跡した際の像の歪みをを碁盤目状の物体について示して
いる。z-y 面内の焦点距離fyに対してz-x 面内の焦点距
離fxが短いので表示面P に表示された画像の虚像はy 方
向に対してx 方向に1.32倍伸長される。
【００５８】図１５は本発明の画像観察光学系の実施例
５の要部概略図である。本実施例は今までの実施例と異
なって光学系を第1 の部材C1及び第2 の部材C2で構成
し、第1 の部材C1は１つの対称面に対して対称な非球面
の第1 の反射面（第1 の光学作用面）S1を有し、その面
を基準軸光線Loに対して傾けて設置している。第2 の部
材C2は前記対称面に対して対称な非球面の第2 の反射面
（第2 の光学作用面）S2を有し、その面を第1 の反射面
S1で反射された基準軸光線Loに対して傾けて設置してい
る。
【００５９】本実施例の作用を説明する。画像表示手段
の表示面P に表示した画像から射出する光束は第2 の反
射面S2で反射して第1 の反射面S1に向かい、この面S1で
反射・収束して画像の拡大虚像を形成するとともに観察
者の瞳孔(S) に入射して観察者に画像の拡大虚像を視認
させる。
【００６０】表９は本実施例の構成データである。
【００６１】
【表９】 表１０は本実施例の第2 の光学作用面S2の局所的なパワ
ーを該作用面の６点において表す。
【００６２】
【表１０】 図１６は実施例５の収差図である。収差図は基準軸光線
上の像点、基準軸光線に対してy 方向に±ωの像点、x
方向に+ ηの像点における横収差を示す。
【００６３】又、図１７は瞳孔S から表示面P へ光線追
跡した際の像の歪みをを碁盤目状の物体について示して
いる。
【００６４】そして本実施例は特に簡単な構成でありな
がら、像の歪み（ディストーション）、像面弯曲、非点
収差が良好に補正され、表示面に対してテレセントリッ
ク条件が略満たされた光学系を得ている。
【００６５】以上の各実施例は画像観察光学系について
示したが、瞳孔S の位置に絞りを設置し、画像表示手段
の表示面P に替えて撮像手段の記録面を設置すると撮像
光学系を構成することができる。その場合は、諸収差が
良好に補正され、広画角で撮像面に対してテレセントリ
ック条件を満たす撮像光学系を達成できる。
【００６６】本発明は以上の構成により、簡単な構成で
ありながら良好な光学性能を示す画像観察光学系又は画
像撮像光学系を達成できる。
【００６７】特に、ガラスやプラスチックス等を媒質と
して第1 の光学作用面、第2 の光学作用面、第3 の光学
作用面をその上に形成すれば、１つの光学素子で画像観
察光学系を構成することができるので高性能な画像観察
光学系を安価に製造することが可能となる。
【００６８】
【発明の効果】本発明は以上の構成により、極めてシン
プルな構成でありながら、諸収差が良好に補正され、広
画角であって、観察系として用いたときは画像表示手段
の表示面に対して主光線が略垂直に出射するというテレ
セントリック条件を満たす光学系を利用した画像観察光
学系及び撮像光学系を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光学作用を説明する図
【図２】 本発明の光学作用を説明する図
【図３】 本発明の画像観察光学系の実施例１の要部概
略図
【図４】 実施例１の光学系の収差図
【図５】 実施例１の光学系の像の歪みを表す図
【図６】 本発明の画像観察光学系の実施例２の要部概
略図
【図７】 実施例２の光学系の収差図
【図８】 実施例２の光学系の像の歪みを表す図
【図９】 本発明の画像観察光学系の実施例３の要部概
略図
【図１０】 実施例３の光学系の収差図
【図１１】 実施例３の光学系の像の歪みを表す図
【図１２】 本発明の画像観察光学系の実施例４の要部
概略図
【図１３】 実施例４の光学系の収差図
【図１４】 実施例４の光学系の像の歪みを表す図
【図１５】 本発明の画像観察光学系の実施例５の要部
概略図
【図１６】 実施例５の光学系の収差図
【図１７】 実施例５の光学系の像の歪みを表す図
【図１８】 各実施例の絶対座標系とローカル座標系の
説明図
【図１９】 局所的な曲率半径rLx 及びrLy の説明図
【符号の説明】
S 瞳孔、 Lo 基準軸光線 S1 第1 の反射面（第1 の光学作用面） S2 第2 の反射面（第2 の光学作用面） S3 第3 の光学作用面 P 表示面 Po 表示面の中心 B1 光学素子

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像表示手段の表示面に表示した画像
    を、少なくとも第１の光学作用面と第２の光学作用面に
    より拡大した拡大像として形成し、該拡大像を観察者に
    視認せしめる画像観察光学系において、 該第２の光学作用面は１つの対称面に対して対称な非球
    面反射面であって、該表示面の中心から該表示面に対し
    て略垂直に該対称面内に出射する基準軸光線に対して傾
    斜して配置しており、 該第２の光学作用面の局所的な光学パワーは該対称面に
    平行な平面と交わる箇所において、xz面の局所的な光学
    パワーρLxは該表示面に遠い側から近い側へかけて正か
    ら負又は小さい負の値から大きい負の値へと変化し、yz
    面の局所的な光学パワーρLyは該表示面に遠い側から近
    い側へかけて正から負へと変化し、 該第１の光学作用面は前記対称面に対して対称で全体と
    して強い凹面の非球面反射面であって、該第２の光学作
    用面で反射された基準軸光線に対して傾斜して配置して
    いることを特徴とする画像観察光学系。
  2. 【請求項２】 画像表示手段の表示面に表示した画像
    を、１つの光学素子により拡大した拡大像として形成
    し、該拡大像を観察者に視認せしめる画像観察光学系に
    して、 該光学素子は共通の対称面を有する第１の光学作用面、
    第２の光学作用面、第３の光学作用面を有しており、 該第３の光学作用面の形状は該対称面に対して対称な非
    球面であって、該表示面の中心から該表示面に対して略
    垂直に該対称面内に出射する基準軸光線に対し略直交し
    て配置しており、 該第２の光学作用面の形状は該対称面に対して対称な非
    球面であって、該第３の光学作用面を屈折した該基準軸
    光線を全反射する角度に傾斜して配置しており、 該第２の光学作用面の局所的な光学パワーは該対称面に
    平行な平面と交わる箇所において、xz面の局所的な光学
    パワーρLxは該表示面に遠い側から近い側へかけて正か
    ら負又は小さい負の値から大きい負の値へと変化し、yz
    面の局所的な光学パワーρLyは該表示面に遠い側から近
    い側へかけて正から負へと変化し、 該第１の光学作用面は該対称面に対して対称で全体とし
    て強い凹面の非球面反射面であって、該第２の光学作用
    面で全反射された基準軸光線に対して傾斜して配置して
    おり、 該第１の光学作用面で反射された基準軸光線は該第２の
    光学作用面を透過することを特徴とする画像観察光学
    系。
  3. 【請求項３】 物体よりの光を絞りを介して取り込んだ
    後に、第１の光学作用面及び第２の光学作用面によって
    撮像手段の記録面に該物体の像を形成し記録する撮像光
    学系において、 該第１の光学作用面及び該第２の光学作用面は１つの対
    称面に対して対称な形状をしており、 該絞りの中心を通り該対称面内を屈曲して該記録面の中
    心に至る光線を基準軸光線として、該絞りの略中心を通
    る基準軸光線は該第１の光学作用面に向かい、 該第１の光学作用面は前記対称面に対して対称で全体と
    して強い凹面の非球面反射面であって、該絞りを通って
    入射する基準軸光線に対して傾斜して配置しており、 該第２の光学作用面は該対称面に対して対称な非球面反
    射面であって、該第１の光学作用面を反射した該基準軸
    光線に対して傾斜して配置しており、 該第２の光学作用面の局所的な光学パワーは該対称面に
    平行な平面と交わる箇所において、xz面の局所的な光学
    パワーρLxは該表示面に遠い側から近い側へかけて正か
    ら負又は小さい負の値から大きい負の値へと変化し、yz
    面の局所的な光学パワーρLyは該表示面に遠い側から近
    い側へかけて正から負へと変化することを特徴とする撮
    像光学系。
  4. 【請求項４】 物体よりの光を絞りを介して取り込んだ
    後に、１つの光学素子によって撮像手段の記録面に該物
    体の像を形成し記録する撮像光学系において、 該光学素子は共通の対称面を有する第１の光学作用面、
    第２の光学作用面、第３の光学作用面を有しており、 該絞りの中心を通り該対称面内を屈曲して該記録面の中
    心に至る光線を基準軸光線として、該絞りの略中心を通
    る基準軸光線は該第２の光学作用面を透過して該第１の
    光学作用面に向かい、 該第１の光学作用面は前記対称面に対して対称で全体と
    して強い凹面の非球面反射面であって、該第２の反射面
    を透過した基準軸光線に対して傾斜して配置しており、 該第２の光学作用面は該対称面に対して対称な非球面で
    あって、該第１の光学作用面を反射した該基準軸光線を
    全反射する角度に傾斜して配置しており、 該第２の光学作用面の局所的な光学パワーは該対称面に
    平行な平面と交わる箇所において、xz面の局所的な光学
    パワーρLxは該表示面に遠い側から近い側へかけて正か
    ら負又は小さい負の値から大きい負の値へと変化し、yz
    面の局所的な光学パワーρLyは該表示面に遠い側から近
    い側へかけて正から負へと変化し、 該第３の光学作用面の形状は該対称面に対して対称な非
    球面であって、該第２の光学作用面を全反射した基準軸
    光線に対し略直交して配置していることを特徴とする撮
    像光学系。
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