JPH10260357A - 偏心プリズム光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 偏心プリズムの瞳に近い側の透過作用と反射
作用を有する第１面の有効域の広い面を回転対称な球面
又は非球面で構成した偏心プリズム光学系。 【解決手段】 偏心プリズム７は３つの面３、４、５か
らなっており、それらの面３〜５の間が屈折率が１より
大きい透明媒質で埋められており、第１面３の入射側に
正レンズ９が配置されていて、物体から発した光線束は
光軸２に沿って光学系１０の瞳１を通過し、正レンズ９
を介して偏心プリズム７の第１面３に入射してプリズム
７内に入り、その入射光線は第２面４で瞳１に近づく方
向に反射され、今度は第１面３で瞳１から遠ざかる方向
に再び反射され、その反射光線は第３面５を透過して像
面６に到達し、結像する。そして、第１面３は球面等の
回転対称面にて、第２面４が回転非対称面にて構成され
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、偏心プリズム光学
系に関し、特に、接眼光学系又は撮像光学系に利用でき
る製作性の良い偏心プリズム光学系に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】偏心プリズム光学系として従来の周知な
ものとして、特開平７−３３３５５１号と特開平８−２
３４１３７号のものがある。また、本出願人の特開平８
−３２０４５２号、特開平８−３１３８２９号のものが
ある。これらのものは、何れも反射作用を有する面に回
転非対称な面形状を使用したものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来技術では、透過と反射作用を有する瞳側の第１面を
回転非対称面で構成すると同時に、反射作用のみを有す
る瞳から遠い側の第２面も共に回転非対称面であるアナ
モルフィック面やトーリック面等で構成している。この
ために、光学系を製作する上で設計値通りの形状が出来
ているかどうかの測定を行う場合、回転非対称であるた
めに干渉計等の方法により面の精度を測定することがで
きず、３次元座標測定器で測定する必要がある。しか
し、３次元座標測定器は点の座標を１点１点測定するた
めに、測定精度が不足することと、測定に非常に時間が
かかる問題点があった。

【０００４】また、透過作用のみを有する第３面を回転
対称に設計することが、上記の従来技術に示されている
が、この透過作用のみを有する面は面の有効領域か狭
く、光学系全体が正しい形状に作製されているかをこの
面だけを基準として推定することは難しい。上記の瞳に
近い方の反射と透過作用を有する第１面は、その有効面
積が大きいことから、光学系全体に歪みがあるかどうか
を推定する場合に基準とすると都合が良い。特に、プラ
スチックの射出成形（モールド成形）を行う場合は、光
学系全体の形状の変化を少なくすることが重要であり、
有効面（面の全領域中で光束が透過あるいは反射の少な
くとも一方を行う領域）の大きい面を測定し、光学系全
体の形状を推定することが、量産を行う場合に有効な手
段となる。

【０００５】本発明は従来技術のこ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、偏心プリズムの
瞳に近い側の透過作用と反射作用を有する第１面の有効
域の広い面を回転対称な球面又は非球面で構成した偏心
プリズム光学系を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の偏心プリズム光学系は、少なくとも３つの面が互い
に偏心して配置され、その３つの面の間が屈折率が１．
３以上の透明媒質で埋められた構成の偏心プリズムを備
えた偏心プリズム光学系において、前記偏心プリズム
は、少なくとも２回の内部反射を行うように、前記３つ
の面の中の少なくとも２つの面を反射作用を有する面で
形成すると共に、前記の２つの反射作用を有する面によ
って反射された光線が前記偏心プリズム内部で交差しな
いような位置に前記の２つの反射作用を有する面を配置
し、前記反射作用を有する２つの面の中、１つの面の形
状は面内及び面外共に回転対称軸を有さない回転非対称
面にて形成され、他の１つの面の少なくとも有効面（面
の全領域中で光束が透過及び／又は反射をする領域）の
形状が有効面内に回転対称軸を有する回転対称面にて構
成されており、前記偏心プリズムの入射側あるいは射出
側に正屈折力を有するレンズが配置されていることを特
徴とするものである。

【０００７】この場合、偏心プリズムの回転対称面が、
前記偏心プリズムを通過する光束を入射若しくは射出さ
せる透過作用と偏心プリズムの内部でその光束を折り曲
げる反射作用とを併せ持つ第１面として形成され、偏心
プリズムの回転非対称面が第１面と対向配置された第２
面として形成され、さらに、偏心プリズムを通過する光
束を射出若しくは入射させる透過作用を有する第３面
が、第１面と第２面との対向方向に対して略垂直方向の
位置に配置され、少なくともその偏心プリズムが第１面
と第２面と第３面とを含む構成であり、レンズが第１面
の入射側若しくは射出側に配置されているようにするこ
とができる。

【０００８】その際、偏心プリズムの第１面が有効面内
にてその透過作用と反射作用とが少なくとも一部の領域
で重なり合うように形成されていると共に、少なくとも
第１面の有効面内の透過作用と反射作用との重なり合う
領域での反射作用が全反射作用によるように構成するこ
とができる。

【０００９】以下に、本発明において、上記のような構
成をとる理由と作用について説明する。まず、最初に、
本発明の偏心プリズム光学系の原理を説明する。その説
明に際し、内容をより理解しやすいものとするために、
本発明の光学系の主要部である偏心プリズムを最も単純
な３面構成プリズムとした場合の光路図を図１に例示
し、これを用いて説明する。図１の場合は、偏心プリズ
ム７の光路上に配置された面は、３つの面３、４、５か
らなっている。この偏心プリズム７は、不図示の物体か
ら発した光線束がまず偏心プリズム７の瞳１を通過し、
透過作用と反射作用を有する偏心プリズム７の第１面３
に入射する。そして、その入射光線は、瞳１から遠い側
の反射作用のみを有する反射面である第２面４で瞳１に
近づく方向に反射され、瞳１の近い方に配置されている
透過作用と反射作用を有する第１面３で今度は瞳１から
遠ざかる方向に再び反射される。そして、その反射光線
は、第１面３と第２面４の対向方向（図のＺ軸方向）に
対して略垂直方向（図のＹ軸方向）の位置に配置され透
過作用のみを有する第３面５を透過して像面６に到達
し、結像する。なお、符号２は光軸である。このよう
に、本発明における偏心プリズム７の面番号は、原則と
して瞳１から像面６に到る順番で追跡を行っている。

【００１０】ただし、上記図１は例示であり、本発明に
おける偏心プリズム７は、図２に示すように光学面が４
面あるものや、反射回数が２回より多いものであっても
よい。図２（ａ）は、第１面３、第２面４、第３面５に
加えて第４面８の面が４つある偏心プリズム７であり、
反射作用を有する第４面８は回転対称球面や回転対称非
球面でもよいが、望ましくはアナモルフィック面や対称
面を１つのみ有する回転非対称非球面で構成する。ま
た、図２（ｂ）は、第１面３と第３面５とが同一面で兼
用されている例である。

【００１１】さて、このような偏心プリズムを構成する
少なくとも３つの面の中、瞳側に配置された透過作用と
反射作用を有する第１面を回転対称な面で構成し、瞳か
ら遠い反射作用のみを有する第２面を回転非対称な面で
構成することが好ましい。

【００１２】これは、物体中心を射出して瞳中心を通過
し、像面中心に到達する光線を軸上主光線とするとき、
透過と反射作用を有する第１面の軸上主光線が反射する
点は、反射作用のみを有する第２面で軸上主光線が反射
する点より屈折力（パワー）が弱いためである。このた
め、基本的に第１面で偏心により発生する偏心収差が少
なく、この面を回転対称面で構成しても偏心収差を他の
面で補正することが可能なためである。

【００１３】さらに、本発明においては、図１に破線で
示したように、偏心プリズム７を上記構成とすると共
に、偏心プリズム７の物体側に屈折レンズ系９を付加す
ることにより、広画角の光学系を構成することができ
る。屈折レンズ系９を物体と瞳１の間に配置する場合
は、負の屈折力を持つ光学系を配置し、物体からの主光
線を偏心プリズム７に入射する光線高を低くすることに
より、偏心プリズム７を小型にできると同時に、広画角
な光学系を構成することが可能となる。

【００１４】また、瞳１と偏心プリズム７の間に正の屈
折力を有する屈折レンズ系９を配置することにより（図
１に図示の場合）瞳１を通過した主光線を収束して偏心
プリズム７に入射することにより、偏心プリズム７を小
型にできると同時に、広画角な光学系を構成することが
可能となる。

【００１５】さらに、本発明において、偏心プリズム７
の物体側に屈折レンズ系９を配置すると、屈折レンズ系
９にカバーガラスの作用を兼用させることができ、カバ
ーガラスを別に設ける必要がなくなる。これは上記のよ
うな偏心プリズム７を用いる光学系において重要なこと
である。偏心プリズム７は偏心した回転非対称面と回転
対称面にて構成されているので、通常、ポリオレフィン
系樹脂（例えば、（株）日本ゼオン製“ＺＥＯＮＥ
Ｘ”）等の低吸湿性の比較的柔らかいプラスチックから
作製されるため、特に入射側の面の前にカバーガラスを
設ける必要がある。また、偏心プリズム７の入射側の面
である第１面３は全反射面とすることが多いため、その
面にコーティングを設けることができないので、その面
の前にカバーガラスを設ける必要がある。しかし、屈折
レンズ系９を付加した本発明の偏心プリズム光学系にお
いては、屈折レンズ系９にカバーガラスの作用を兼用さ
せてカバーガラスを省くことができるため、光学系を軽
くすることができる。

【００１６】以下の説明において用いる座標系について
説明する。図１に示すように、偏心プリズム光学系１０
の瞳１の中心を通り、像面６（接眼光学系として用いる
場合は、画像表示素子）中心に到達する軸上主光線が瞳
１を射出し偏心プリズム光学系１０の第１面（屈折レン
ズ系９の第１面）に交差するまでの直線（光軸２と一
致。接眼光学系として用いる場合は、観察者視軸とな
る。）によって定義される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直
交しかつ偏心プリズム光学系１０を構成する各面の偏心
面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交
する軸をＸ軸とする。また、瞳１の中心をこの座標系の
原点とする。そして、軸上主光線がが物点から像面に到
る方向をＺ軸の正方向、像面６が位置する方向を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
軸の正方向とする。

【００１７】さて、一般に、偏心プリズムは研磨により
製作することは難しく、研削により１面ずつ形成する
か、プラスチックの射出成形又はガラスモールド成形に
より、作製することになる。このとき、偏心プリズムの
面が所定の形状に作成されているかどうかを確認する必
要がある。偏心プリズムの各面が３次元の回転非対称な
面からなる場合、このような３次元の回転非対称な面形
状の測定には一般的に３次元座標測定器が使用される
が、測定時間がかかり現実的ではない。

【００１８】本発明では、偏心プリズムを構成する少な
くとも３つの面の中、少なくとも１つの面を回転対称面
で構成することが重要である。回転対称な面で構成する
と、特開平８−２１７１２号に示されているような回転
対称非球面の干渉測定器により簡単に短時間で面形状を
測定することが可能である。

【００１９】さらに好ましくは、最も有効面積が広く、
比較的収差の劣化が大きい瞳に近い側の透過作用と内部
反射作用を有する面を回転対称面として構成することに
より、面形状の出来上がり具合を簡単に短時間で評価す
ることが可能な偏心プリズムを構成することに成功した
ものである。

【００２０】以下、本発明の偏心プリズム光学系を結像
光学系として説明する。なお、当然、物点と像点を逆に
配置して（図１の像面６に画像表示素子を配置し、瞳１
に観察者の瞳孔を位置させて）、接眼光学系として利用
できることはいうまでもない。もちろん、瞳１側に画像
表示素子を配置し、像面６側からこの画像表示素子の像
を観察する構成にもできる。

【００２１】上述の定義に従ってＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が決
まったとき、瞳位置中心を射出し、像面に入射する主光
線の中、Ｘ方向画角ゼロ、Ｘ方向最大画角、Ｙ正方向最
大画角、Ｙ方向画角ゼロ、Ｙ負方向最大画角のＸ方向、
Ｙ方向の組み合わせにより、次の表−１のように、６つ
の主光線〜が定まる。

【００２２】

【００２３】すなわち、上記の表−１中に記載したよう
に、画面中心の軸上主光線をとし、Ｘ方向画角ゼロ、
Ｙ正方向最大画角を通る主光線を、Ｘ方向画角ゼロ、
Ｙ負方向最大画角を通る主光線を、Ｘ方向最大画角、
Ｙ正方向最大画角を通る主光線を、Ｘ方向最大画角、
Ｙ方向画角ゼロを通る主光線を、Ｘ方向最大画角、Ｙ
負方向最大画角を通る主光線をとする。これらの主光
線〜が各面と交差する領域を有効領域と定義し、そ
の有効領域で各面の形状を定義する式（Ｚ軸を面の軸と
して表した式、あるいは、その面を偏心がないとして、
Ｚ＝ｆ（Ｘ，Ｙ）の形式で表した式）の面の偏心方向に
当たるＹ軸と平行な方向の前記各主光線〜が面に当
たる位置でのその面の法線を含む面内の曲率をＣｙ１〜
Ｃｙ６とする。また、Ｙ軸と直交するＸ軸方向の面の法
線を含む面内の曲率をＣｘ１〜Ｃｘ６とする。

【００２４】まず、本発明の光学系全体に対する反射作
用のみを有する第２面（以下、第１面、第２面等は、特
に言及しない限り偏心プリズムの第１面、第２面等を意
味する。）の焦点距離に関する条件式を示す。本発明の
反射作用のみを有する第２面は偏心しており、その面の
形状が面内及び面外共に回転対称軸を有しない回転非対
称面形状であることが特徴であるので、近軸計算から焦
点距離を導くことは意味がないので、焦点距離を次のよ
うに定義する。

【００２５】物点中心から光学系の入射瞳中心を通る軸
上主光線と平行に瞳中心からＸ軸方向に微小量Ｈ（ｍ
ｍ）の点を通り、その軸上主光線と平行に光学系に入射
する光線を光線追跡したときの射出光線のＮＡ（軸上主
光線となす角のｓｉｎの値）を上記Ｈで割った値を光学
系全体のＸ方向の焦点距離Ｆｘ（ｍｍ）と定義する。ま
た、瞳中心からＹ方向にＨ（ｍｍ）の点を通り、その軸
上主光線と平行に光学系に入射する光線を光線追跡した
ときの射出光線ＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの
値）を上記Ｈで割った値を光学系全体のＹ方向の焦点距
離Ｆｙ（ｍｍ）と定義する。

【００２６】Ｆｘ、Ｆｙを用いて、Ｆｘ／ＦｙをＦＡと
すると ０．７＜ＦＡ＜１．３ ・・・（Ａ−１） なる条件式を満足することが重要となってくる。

【００２７】本条件は像の縦横比に関する条件であり、
その下限の０．７を越えると、Ｘ方向の像が小さくな
り、正方形を結像した場合に縦長の画像になり、上限の
１．３を越えると、横長の像になってしまう。ＦＡの値
は当然１が最も好ましいが、像歪みを補正するために
は、面の高次係数との関係で、１からずらした上記条件
式の範囲でバランス良く補正することが重要になる。

【００２８】さらに好ましくは、 １．０＜ＦＡ＜１．１ ・・・（Ａ−２） なる条件を満足することが重要である。

【００２９】次に、物点中心を出て瞳中心を通る軸上主
光線が反射作用のみを有する第２面に当たる位置での面
のＸ方向、Ｙ方向の屈折力（パワー）Ｐｘｎ、Ｐｙｎ
と、光学系全体のＸ方向、Ｙ方向の焦点距離Ｆｘ、Ｆｙ
の逆数である屈折力（パワー）Ｐｘ、Ｐｙとの関係は、
Ｐｘｎ／ＰｘをＰｘＢ、Ｐｙｎ／ＰｙをＰｙＣとすると
き、 ０．８＜｜ＰｘＢ｜＜１．３ ・・・（Ｂ−１） ０．８＜｜ＰｙＣ｜＜１．３ ・・・（Ｃ−１） なる条件のどちらかを満足することが好ましい。

【００３０】これらの条件の下限の０．８を越えると、
Ｘ方向、Ｙ方向共に反射作用のみを有する第２面の反射
面が有するパワーが光学系全体のパワーに比べて小さく
なりすぎ、他の面にパワーを負担させることになり、収
差補正上好ましくない。

【００３１】また、上限の１．３を越えると、その第２
面の反射面のパワーが強くなりすぎ、この第２面で発生
する像歪みと像面湾曲収差をバランス良く補正すること
が不可能になる。さらに好ましくは、上記条件式（Ｂ−
１）と（Ｃ−１）を両方満足することが好ましい。

【００３２】さらに好ましくは、 ０．８＜｜ＰｘＢ｜＜１．２ ・・・（Ｂ−２） ０．８＜｜ＰｙＣ｜＜１．１ ・・・（Ｃ−２） なる条件のどちらかを満足することが好ましい。

【００３３】次に、反射作用のみを有する第２面に当た
る位置での面曲率についての条件を説明する。この条件
は第２面で発生する非点収差を少なくするために必要と
なる条件であり、軸上主光線が当たる位置での第２面の
法線を含むＸ方向の曲率Ｃｘ２とＹ方向の曲率Ｃｙ２の
比Ｃｘ２／Ｃｙ２をＣｘｙＤとするとき、 ０．８＜ＣｘｙＤ＜１．２ ・・・（Ｄ−１） なる条件を満足することが重要となる。

【００３４】反射作用のみを有する第２面は偏心して配
置された面であり、この面を回転対称な面で構成する
と、像歪みを初め、非点収差、コマ収差等が大きく発生
するため、収差を良好に補正することは不可能である。
そのため、この反射作用のみを有する第２面を回転非対
称面で構成することが重要になってくるが、回転対称な
面で構成すると、この面で発生する非点収差の発生が大
きくなり、他の面で補正することが不可能になる。そこ
で、これらを補正するためには、対称面を１面しか持た
ない面で反射作用のみを有する第２面を構成し、なおか
つ、上記条件式（Ｄ−１）を満足することにより、初め
て各収差が良好に補正され、しかも、軸上においても非
点収差のない結像を得ることあるいは観察像を観察する
ことが可能となる。下限の０．８と上限の１．２につい
ては、非点収差が大きく発生しないための限界である。

【００３５】さらに好ましくは、 ０．９５＜ＣｘｙＤ＜１．０５ ・・・（Ｄ−２） なる条件を満足することが重要である。

【００３６】次に、第２面のＹ方向の曲率の有効領域の
上と下の差、Ｃｙ１−Ｃｙ３をＰｙで割ったものをＣｙ
Ｅとするとき、 −０．０５＜ＣｙＥ＜０．５ ・・・（Ｅ−１） なる条件を満足することが重要である。この条件は、像
面の上と下の上下方向の像歪みを良好に補正するために
必要となる条件で、下限の−０．０５を越えると、画面
下の倍率が小さくなってしまい、上限の０．５を越える
と、画面上のＹ（上下）方向の倍率が画面の他の部分に
比べて小さくなってしまい、像が歪んでしまう。特に、
本発明のように反射作用と透過作用を有する第１面を回
転対称面で構成し、偏心プリズムの製作性を向上させた
偏心プリズム光学系においては、この像歪みを他の面で
補正するには、最も像に近い透過作用のみを有する第３
面で補正しないと、基本的上記像歪みを補正することが
できない。しかし、その透過作用のみを有する第３面
は、像面湾曲を主に補正するために、反射作用のみを有
する第２面が本条件を満足しないと、光学系全体として
像面湾曲と像歪みを同時に補正することができなくなっ
てしまう。

【００３７】さらに好ましくは、 ０＜ＣｙＥ＜０．３ ・・・（Ｅ−２） なる条件を満足することが収差補正上好ましい。

【００３８】さらに好ましくは、 ０＜ＣｙＥ＜０．１５ ・・・（Ｅ−３） なる条件を満足することが収差補正上好ましい。

【００３９】次に、第２面のＸ方向の曲率の有効領域の
上と下の差Ｃｘ１−Ｃｘ３をＰｘで割ったものをＣｘＦ
とするとき、 −０．０１＜ＣｘＦ＜０．１ ・・・（Ｆ−１） なる条件を満足することが重要である。この条件も、像
面の上と下の左右方向の像歪みを良好に補正するために
必要となる条件で、下限の−０．０１を越えると、画面
下の倍率が小さくなってしまい、上限０．１を越える
と、画面上のＸ（左右）方向の倍率が画面の他の部分に
比べて小さくなってしまい、台形に像が歪んでしまう。

【００４０】さらに好ましくは、 −０．０１＜ＣｘＦ＜０．０５ ・・・（Ｆ−２） なる条件を満足することが収差補正上好ましい。

【００４１】さらに好ましくは、 −０．００１＜ＣｘＦ＜０．０３ ・・・（Ｆ−３） なる条件を満足することが収差補正上好ましい。

【００４２】次に、画面中央に直線を表示した場合に、
上下に弓なりに湾曲して観察される像歪みについて説明
する。以下の条件式は、例えば水平線を写したときに弓
なり湾曲してしまう、弓なりな回転非対称な像歪みに関
するものである。

【００４３】図１８（ａ）の斜視図、同図（ｂ）のＹ−
Ｚ面への投影図に示すように、Ｘ方向の最大画角の主光
線が回転非対称面Ａと交差する点におけるその回転非対
称面の法線ｎ’と、軸上主光線がその回転非対称面Ａと
交差する点における回転非対称面の法線ｎとがＹ−Ｚ面
内でのなす角をＤＹとするとき、 −０．１＜｜ＤＹ｜＜５ （°） ・・・（Ｇ−１） なる条件を満足することが重要である。上記条件式の下
限の−０．１を越えると、弓なりな像歪みを補正するこ
とができなくなる。また、上限の５を越えると、弓なり
な像歪みが補正過剰となり、どちらの場合も像が弓なり
に歪んでしまう。さらに、好ましくは、 −０．０５＜｜ＤＹ｜＜１ （°） ・・・（Ｇ−２） なる条件を満足することが好ましい。

【００４４】さらに、好ましくは、 ０＜｜ＤＹ｜＜０．５ （°） ・・・（Ｇ−３） なる条件を満足することが好ましい。

【００４５】次に、瞳と偏心プリズムの間に配置される
正の屈折力を持ったレンズ系の焦点距離について説明す
る。以下の条件式は、この正の屈折力を持ったレンズ系
により入射する広画角の光線を収束させ、偏心プリズム
を小型に構成するために必要である。この瞳と偏心プリ
ズムの間に配置されるレンズ系の焦点距離をＦ、偏心プ
リズムとこの正の屈折力を持ったレンズ系との光学系全
体のＹ方向の焦点距離をＦｙとするとき、 １．１＜Ｆ／Ｆｙ＜１００００ ・・・（Ｈ−１） なる条件を満足することが重要である。上記条件式の下
限の１．１を越えると、レンズ系が負担する屈折力が偏
心プリズムが負担する屈折力に比べて大きくなりすぎ、
屈折光学系である瞳と偏心プリズムの間に配置されたレ
ンズ系で発生する収差、特に像面湾曲、コマ収差、色収
差の発生が大きくなりすぎ、収差性能として良い結果を
得られない。また、上限の１００００を越えると、屈折
レンズ系の焦点距離が長くなりすぎ、屈折レンズ系が持
つ光線の収束作用が弱くなり、偏心プリズムが大きくな
ったり、画角を大きく取ることができなくなってしま
う。

【００４６】さらに、好ましくは、 １．５＜Ｆ／Ｆｙ＜１００００ ・・・（Ｈ−２） なる条件を満足することが好ましい。

【００４７】さらに、好ましくは、 ２＜Ｆ／Ｆｙ＜１００００ ・・・（Ｈ−３） なる条件を満足することが好ましい。

【００４８】また、さらに好ましくは、 ２＜Ｆ／Ｆｙ＜３ ・・・（Ｈ−４） の場合は、屈折レンズ系で発生する倍率の色収差が大き
くなるために、倍率の色収差の補正手段と併用すること
が好ましい。

【００４９】さて、以上の条件（Ａ−１）から（Ｇ−
３）については、偏心プリズムの反射作用と透過作用を
有する第１面を回転対称面で構成し、反射作用のみを有
する第２面をその面内及び面外共に回転対称軸を有せず
しかも対称面を１つのみ有する面対称自由曲面で構成す
ることが好ましい。さらに、面対称自由曲面だけでな
く、その面内及び面外共に回転対称軸を有しないアナモ
ルフィック面で構成した場合にも、すなわち、その面内
及び面外共に回転対称軸を有しない回転非対称面形状に
した何れの場合にも適用できる。

【００５０】ところで、偏心プリズムは、ガラスで作製
してもよいが、頭部又は顔面に装着する画像表示装置と
して用いる場合には、軽量化の観点からプラスチックで
作製する方が望ましい。

【００５１】また、この偏心プリズムは内部反射面がパ
ワーを持った曲面（非平面）で形成されているため、回
転非対称な収差が発生する。本発明の偏心プリズム光学
系は、偏心プリズムの反射作用を持った面形状を工夫す
るすることによってこの収差を良好に補正している。し
かし、湿度の変化の影響を受け、媒質の屈折率が変化し
てしまうと、収差性能が劣化してしまうことになる。

【００５２】そこで、偏心プリズムの材質としては、湿
度の変化の影響を受け難い吸水線膨張率の小さい材質
（ポリオレフィン系樹脂：例えば（株）日本ゼオン製
“ＺＥＯＮＥＸ”等）を用いることが望ましい。そし
て、具体的には、材質の吸水率αが、 ０＜α＜０．１ （％） ・・・（Ｉ−１） を満たすことが望ましい。この条件式の上下限を越える
と、収差性能の劣化を招き望ましくない。

【００５３】また、このような吸水線膨張率の小さい材
質は、その特性としてガラス等に比べて柔らかく傷が付
きやすい。そのため、例えば頭部又は顔面に装着する画
像表示装置として用いる場合、観察者眼球側である偏心
プリズム第１面が外界と接する面となるときには、その
面にカバーコーティングを施す必要が生じる。しかし、
この第１面は、本発明の偏心プリズム光学系の特性上全
反射面として用いることが光量低下の防止の上で望まし
いが、この第１面にコーティングを施すと、この全反射
作用が崩れてしまうこととなる。そこで、この第１面と
観察者眼球との間にカバーガラスを配置するようにする
ことが望ましい。本発明においては、正レンズがこのニ
ーズをも満足するものであり、この正レンズが画角を拡
大させる作用の他、上記のカバーガラスの作用をも兼用
しており、部品点数を減らし、軽量化にも役立ってい
る。

【００５４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の偏心プリズム光
学系の実施例１〜６について説明する。後述する各実施
例の構成パラメータにおいては、図１に示すように、偏
心光学系１０の瞳１の中心を光学系の原点として、光軸
２を物体中心から瞳１の中心（原点）を通る光線で定義
し、瞳１から光軸２に進む方向をＺ軸方向、このＺ軸に
直交し瞳１中心を通り、光線が光学系１０によって折り
曲げられる面内の方向をＹ軸方向、Ｙ軸、Ｚ軸に直交
し、瞳１中心を通る方向をＸ軸方向とし、瞳１から光学
系１０に向かう方向をＺ軸の正方向、光軸２から像面６
の側をＹ軸の正方向、そしてこれらＹ軸、Ｚ軸と右手系
を構成する方向をＸ軸の正方向とする。なお、光線追跡
は光学系１０の瞳１側の物体側から光学系１０に入射す
る方向としている。

【００５５】そして、偏心が与えられている面について
は、その面の面頂位置の光学系１０の原点である瞳１の
中心からのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の偏心量（そ
れぞれｘ、ｙ、ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面につ
いては、以下の（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。なお、その場合、αとβの正はそれぞ
れの軸の正方向に対しての反時計回りを、γの正はＺ軸
の正方向に対しての時計回りを意味する。その他、球面
の曲率半径、面間隔、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。

【００５６】なお、回転非対称面の面の形状は以下の式
により定義する。その定義式のＺ軸が回転非対称面の軸
となる。 Ｚ＝Σ_n Σ_m Ｃ_nmＸⁿ Ｙ^n-m ただし、Σ_n はΣのｎが０〜ｋ、Σ_m はΣのｍが０〜ｎ
を表す。

【００５７】また、面対称自由曲面（対称面を１つのみ
有する回転非対称面）を、この回転非対称面を表す式に
より定義する場合は、その対称面により生ずる対称性を
Ｘ方向に求める場合は、Ｘの奇数次項を０に（例えばＸ
奇数次項の係数を０にする）、その対称面により生ずる
対称性をＹ方向に求める場合は、Ｙの奇数次項を０に
（例えばＹ奇数次項の係数を０にする）すればよい。

【００５８】ここで、例としてｋ＝７（７次項）で、Ｘ
方向に対称な面対称自由曲面を上記定義式を展開した形
で表すと、以下の式となる。

【００５９】 Ｚ＝Ｃ₂ ＋Ｃ₃ Ｙ＋Ｃ₄ Ｘ ＋Ｃ₅ Ｙ² ＋Ｃ₆ ＹＸ＋Ｃ₇ Ｘ² ＋Ｃ₈ Ｙ³ ＋Ｃ₉ Ｙ² Ｘ＋Ｃ₁₀ＹＸ² ＋Ｃ₁₁Ｘ³ ＋Ｃ₁₂Ｙ⁴ ＋Ｃ₁₃Ｙ³ Ｘ＋Ｃ₁₄Ｙ² Ｘ² ＋Ｃ₁₅ＹＸ³ ＋Ｃ₁₆Ｘ⁴ ＋Ｃ₁₇Ｙ⁵ ＋Ｃ₁₈Ｙ⁴ Ｘ＋Ｃ₁₉Ｙ³ Ｘ² ＋Ｃ₂₀Ｙ² Ｘ³ ＋Ｃ₂₁ＹＸ⁴ ＋Ｃ₂₂Ｘ⁵ ＋Ｃ₂₃Ｙ⁶ ＋Ｃ₂₄Ｙ⁵ Ｘ＋Ｃ₂₅Ｙ⁴ Ｘ² ＋Ｃ₂₆Ｙ³ Ｘ³ ＋Ｃ₂₇Ｙ² Ｘ⁴ ＋Ｃ₂₈ＹＸ⁵ ＋Ｃ₂₉Ｘ⁶ ＋Ｃ₃₀Ｙ⁷ ＋Ｃ₃₁Ｙ⁶ Ｘ＋Ｃ₃₂Ｙ⁵ Ｘ² ＋Ｃ₃₃Ｙ⁴ Ｘ³ ＋Ｃ₃₄Ｙ³ Ｘ⁴ ＋Ｃ₃₅Ｙ² Ｘ⁵ ＋Ｃ₃₆ＹＸ⁶ ＋Ｃ₃₇Ｘ⁷ ・・・（ａ） そして、Ｘ奇数次項の係数Ｃ₄ ，Ｃ₆ ，Ｃ₉ ・・・を０
とする（後記の実施例）。なお、後記する構成のパラメ
ータ中において、記載のない非球面に関する係数は０で
ある。

【００６０】また、面対称自由曲面の他の定義式とし
て、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式がある。この面の形状は以下
の式（ｂ）により定義する。その定義式のＺ軸がＺｅｒ
ｎｉｋｅ多項式の軸となる。 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)・・・・・ ・・・（ｂ） なお、上記においてＸ方向に対称な面として表した。た
だし、Ｄ_m （ｍは２以上の整数）は係数である。

【００６１】本発明において使用可能なその他の面の表
現例として、上記定義式（Ｚ＝Σ_nΣ_m Ｃ_nmＸ
ⁿ Ｙ^n-m ）を、（ａ）式と同様、Ｘ方向に対称な面で、
ｋ＝７とした面を表す場合、以下の（ｃ）式のように展
開することもできる。

【００６２】 Ｚ＝Ｃ₂ ＋Ｃ₃ Ｙ＋Ｃ₄ ｜Ｘ｜ ＋Ｃ₅ Ｙ² ＋Ｃ₆ Ｙ｜Ｘ｜＋Ｃ₇ Ｘ² ＋Ｃ₈ Ｙ³ ＋Ｃ₉ Ｙ² ｜Ｘ｜＋Ｃ₁₀ＹＸ² ＋Ｃ₁₁｜Ｘ³ ｜ ＋Ｃ₁₂Ｙ⁴ ＋Ｃ₁₃Ｙ³ ｜Ｘ｜＋Ｃ₁₄Ｙ² Ｘ² ＋Ｃ₁₅Ｙ｜Ｘ³ ｜＋Ｃ₁₆Ｘ⁴ ＋Ｃ₁₇Ｙ⁵ ＋Ｃ₁₈Ｙ⁴ ｜Ｘ｜＋Ｃ₁₉Ｙ³ Ｘ² ＋Ｃ₂₀Ｙ² ｜Ｘ³ ｜ ＋Ｃ₂₁ＹＸ⁴ ＋Ｃ₂₂｜Ｘ⁵ ｜ ＋Ｃ₂₃Ｙ⁶ ＋Ｃ₂₄Ｙ⁵ ｜Ｘ｜＋Ｃ₂₅Ｙ⁴ Ｘ² ＋Ｃ₂₆Ｙ³ ｜Ｘ³ ｜ ＋Ｃ₂₇Ｙ² Ｘ⁴ ＋Ｃ₂₈Ｙ｜Ｘ⁵ ｜＋Ｃ₂₉Ｘ⁶ ＋Ｃ₃₀Ｙ⁷ ＋Ｃ₃₁Ｙ⁶ ｜Ｘ｜＋Ｃ₃₂Ｙ⁵ Ｘ² ＋Ｃ₃₃Ｙ⁴ ｜Ｘ³ ｜ ＋Ｃ₃₄Ｙ³ Ｘ⁴ ＋Ｃ₃₅Ｙ² ｜Ｘ⁵ ｜＋Ｃ₃₆ＹＸ⁶ ＋Ｃ₃₇｜Ｘ⁷ ｜ ・・・（ｃ） さらに、本発明において使用可能なアナモルフィック面
の形状は以下の式により定義する。面形状の原点を通
り、光学面に垂直な直線がアナモルフィック面の軸とな
る。

【００６３】Ｚ＝（Ｃｘ・Ｘ² ＋Ｃｙ・Ｙ² ）／［１＋
｛１−（１＋Ｋｘ）Ｃｘ² ・Ｘ²−（１＋Ｋｙ）Ｃｙ²
・Ｙ² ｝^1/2 ］＋ΣＲｎ｛（１−Ｐｎ）Ｘ² ＋（１＋Ｐ
ｎ）Ｙ² ｝⁽ⁿ⁺¹⁾ ここで、例としてｎ＝４（４次項）を考えると、展開し
たとき、以下の式（ｄ）で表すことができる。

【００６４】 Ｚ＝（Ｃｘ・Ｘ² ＋Ｃｙ・Ｙ² ）／［１＋｛１−（１＋Ｋｘ）Ｃｘ² ・Ｘ² −（１＋Ｋｙ）Ｃｙ² ・Ｙ² ｝^1/2 ］ ＋Ｒ１｛（１−Ｐ１）Ｘ² ＋（１＋Ｐ１）Ｙ² ｝² ＋Ｒ２｛（１−Ｐ２）Ｘ² ＋（１＋Ｐ２）Ｙ² ｝³ ＋Ｒ３｛（１−Ｐ３）Ｘ² ＋（１＋Ｐ３）Ｙ² ｝⁴ ＋Ｒ４｛（１−Ｐ４）Ｘ² ＋（１＋Ｐ４）Ｙ² ｝⁵ ・・・（ｄ） ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ
量、ＣｘはＸ軸方向曲率、ＣｙはＹ軸方向曲率、Ｋｘは
Ｘ軸方向円錐係数、ＫｙはＹ軸方向円錐係数、Ｒｎは非
球面項回転対称成分、Ｐｎは非球面項回転非対称成分で
ある。なお、Ｘ軸方向曲率半径Ｒｘ、Ｙ軸方向曲率半径
Ｒｙと曲率Ｃｘ、Ｃｙとの間には、 Ｒｘ＝１／Ｃｘ，Ｒｙ＝１／Ｃｙ の関係にある。

【００６５】また、回転対称非球面の形状は以下の式に
より定義する。その定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸
となる。 Ｚ＝（Ｙ² ／Ｒ）／［１＋｛１−Ｐ（Ｙ² ／Ｒ² ）｝^1/2 ］ ＋Ａ₄ Ｙ⁴ ＋Ａ₆ Ｙ⁶ ＋Ａ₈ Ｙ⁸ ＋Ａ₁₀Ｙ¹⁰・・・ ・・・（ｅ） ただし、ＹはＺに垂直な方向であり、Ｒは近軸曲率半
径、Ｐは円錐係数、Ａ₄、Ａ₆ 、Ａ₈ 、Ａ₁₀は非球面係
数である。

【００６６】なお、後記する構成パラメータにおいて、
データの記載されていない非球面に関する項は０であ
る。屈折率についてはｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に
対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。

【００６７】次に、図３〜図８にそれぞれ実施例１〜６
の偏心プリズム光学系１０の光軸２を含むＹ−Ｚ断面図
を示す。何れの実施例の偏心プリズム７も、図１の場合
と同様に、３つの面３、４、５からなっており、その３
つの面３〜５の間が屈折率が１より大きい透明媒質で埋
められていて、不図示の物体から発した光線束が光軸２
に沿って光学系１０の瞳１をまず通過し、正単レンズ
９’を介して、透過作用と反射作用を有する第１面３に
入射して偏心プリズム７に入り、その入射光線は瞳１か
ら遠い側の反射作用のみを有する反射面である第２面４
で瞳１に近づく方向に反射され、今度は第１面３で瞳１
から遠ざかる方向に再び反射され、その反射光線は、透
過作用のみを有する第３面５を透過して像面６に到達
し、結像する。そして、全ての実施例において、正単レ
ンズ９’は偏心した平凸レンズであり、偏心プリズム７
は、実施例１〜２、４〜６においては、第１面３は瞳１
側に凹面を向けて偏心した球面でなり、実施例３におい
ては、第１面３は瞳１側に凹面を向けて偏心した前記の
（ｅ）式で定義される回転対称非球面でなり、また、実
施例１〜５においては、第２面４、第３面５は前記の
（ａ）式で定義される自由曲面からなり、実施例６にお
いては、第２面４は前記の（ａ）式で定義される自由曲
面からなり、第３面は球面からなる。

【００６８】また、実施例１は、水平画角３８°、垂直
画角２９．０°、像の大きさ１４．４×１０．７ｍｍ、
瞳径４ｍｍである。実施例２〜４は、水平画角４０°、
垂直画角３０．５°、像の大きさ１４．４×１０．７ｍ
ｍ、瞳径４ｍｍである。実施例５〜６は、水平画角４８
°、垂直画角３６．９°、像の大きさ２１．１×１５．
８ｍｍ、瞳径４ｍｍである。

【００６９】なお、実施例１〜６の偏心プリズム７は全
て屈折率（ｎ_d ）1.5254の（株）日本ゼオン製“ＺＥＯ
ＮＥＸ”を用いている。この“ＺＥＯＮＥＸ”の吸水率
αは０．０１％である。

【００７０】以下に、上記実施例１〜６の構成パラメー
タを示す。 実施例１ 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 2 ∞ 偏心(1) 1.4922 57.5 3 -35.963 偏心(2) 4 -196.457 偏心(3) 1.5254 56.2 5 自由曲面[1] 偏心(4) 1.5254 56.2 6 -196.457 偏心(3) 1.5254 56.2 7 自由曲面[2] 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) 自由曲面[1] Ｃ₅ -7.2660×10^-3 Ｃ₇ -7.4223×10^-3 Ｃ₈ 3.3356×10^-5 Ｃ₁₀ 1.2235×10^-5 Ｃ₁₂ -3.9327×10^-7 Ｃ₁₄ -1.2063×10^-6 Ｃ₁₆ -7.1374×10^-7 Ｃ₁₇ 1.3838×10^-7 Ｃ₁₉ -2.1827×10^-8 Ｃ₂₁ 2.9995×10^-8 Ｃ₂₃ 9.7004×10^-10 Ｃ₂₅ -1.7016×10^-9 Ｃ₂₇ 2.5056×10^-9 Ｃ₂₉ 2.1061×10^-10 Ｃ₃₀ -4.1940×10^-10 Ｃ₃₂ -2.1214×10^-10 Ｃ₃₄ 8.2993×10^-10 Ｃ₃₆ -3.3050×10^-10 自由曲面[2] Ｃ₅ -1.2614×10^-2 Ｃ₇ -6.8925×10^-4 偏心(1) ｘ 0.000 ｙ 0.000 ｚ 23.000 α 8.00 β 0.00 γ ０．００ 偏心（２） ｘ 0.000 ｙ 0.000 ｚ 25.174 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) ｘ 0.000 ｙ 6.745 ｚ 24.085 α 17.36 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) ｘ 0.000 ｙ 0.840 ｚ 34.028 α -12.70 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) ｘ 0.000 ｙ 16.738 ｚ 28.656 α 75.93 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) ｘ 0.000 ｙ 20.545 ｚ 30.873 α 60.19 β 0.00 γ 0.00 。

【００７１】 実施例２ 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 2 ∞ 偏心(1) 1.4922 57.5 3 -27.659 偏心(2) 4 -149.496 偏心(3) 1.5254 56.2 5 自由曲面[1] 偏心(4) 1.5254 56.2 6 -149.496 偏心(3) 1.5254 56.2 7 自由曲面[2] 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) 自由曲面[1] Ｃ₅ -7.9104×10^-3 Ｃ₇ -7.9974×10^-3 Ｃ₈ 3.9130×10^-5 Ｃ₁₀ 3.6289×10^-6 Ｃ₁₂ -1.0272×10^-6 Ｃ₁₄ -1.8685×10^-6 Ｃ₁₆ -7.4081×10^-7 Ｃ₁₇ 8.8993×10^-8 Ｃ₁₉ -3.7196×10^-8 Ｃ₂₁ 9.0376×10^-8 Ｃ₂₃ 5.8432×10^-10 Ｃ₂₅ -3.6056×10^-9 Ｃ₂₇ 3.7493×10^-9 Ｃ₂₉ -2.0178×10^-11 Ｃ₃₀ -9.0053×10^-11 Ｃ₃₂ -3.1608×10^-10 Ｃ₃₄ 1.0947×10^-9 Ｃ₃₆ -7.0993×10^-10 自由曲面[2] Ｃ₅ -1.2946×10^-2 Ｃ₇ 8.9577×10^-3 偏心(1) ｘ 0.000 ｙ 0.000 ｚ 23.000 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) ｘ 0.000 ｙ 0.000 ｚ 25.544 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) ｘ 0.000 ｙ 6.523 ｚ 24.321 α 16.51 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) ｘ 0.000 ｙ 0.714 ｚ 33.213 α -14.19 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) ｘ 0.000 ｙ 15.307 ｚ 28.201 α 71.70 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) ｘ 0.000 ｙ 18.987 ｚ 30.056 α 62.17 β 0.00 γ 0.00 。

【００７２】 実施例３ 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 2 ∞ 偏心(1) 1.4922 57.5 3 -23.410 偏心(2) 4 -143.048 偏心(3) 1.5254 56.2 Ｐ 1 Ａ₄ -0.678231 ×10^-5 Ａ₆ -0.718263 ×10^-8 5 自由曲面[1] 偏心(4) 1.5254 56.2 6 -143.048 偏心(3) 1.5254 56.2 Ｐ 1 Ａ₄ -0.678231 ×10^-5 Ａ₆ -0.718263 ×10^-8 7 自由曲面[2] 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) 自由曲面[1] Ｃ₅ -7.6312×10^-3 Ｃ₇ -7.7867×10^-3 Ｃ₈ 6.8800×10^-5 Ｃ₁₀ 4.9872×10^-5 Ｃ₁₂ -3.5180×10^-6 Ｃ₁₄ -6.5043×10^-6 Ｃ₁₆ -2.2855×10^-6 Ｃ₁₇ 2.8747×10^-7 Ｃ₁₉ 2.2971×10^-7 Ｃ₂₁ 1.4477×10^-7 Ｃ₂₃ -1.3241×10^-9 Ｃ₂₅ -1.3282×10^-8 Ｃ₂₇ 2.8300×10^-9 Ｃ₂₉ 2.0011×10^-10 Ｃ₃₀ 1.8023×10^-10 Ｃ₃₂ -4.8811×10^-10 Ｃ₃₄ 1.3959×10^-9 Ｃ₃₆ -5.2773×10^-10 自由曲面[2] Ｃ₅ -3.0658×10^-2 Ｃ₇ 2.3240×10^-3 偏心(1) ｘ 0.000 ｙ 0.000 ｚ 23.000 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) ｘ 0.000 ｙ 0.000 ｚ 25.977 α 8.00 β 0.00 γ ０．００ 偏心（３） ｘ 0.000 ｙ 7.704 ｚ 25.746 α 7.07 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) ｘ 0.000 ｙ 0.278 ｚ 34.466 α -19.70 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) ｘ 0.000 ｙ 15.617 ｚ 31.379 α 58.30 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) ｘ 0.000 ｙ 17.934 ｚ 33.152 α 53.38 β 0.00 γ 0.00 。

【００７３】 実施例４ 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 2 ∞ 偏心(1) 1.4922 57.5 3 -41.999 偏心(2) 4 -138.539 偏心(3) 1.5254 56.2 5 自由曲面[1] 偏心(4) 1.5254 56.2 6 -138.539 偏心(3) 1.5254 56.2 7 自由曲面[2] 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) 自由曲面[1] Ｃ₅ -9.0433×10^-3 Ｃ₇ -9.2347×10^-3 Ｃ₈ 5.1854×10^-5 Ｃ₁₀ 3.3087×10^-6 Ｃ₁₂ 7.2992×10^-6 Ｃ₁₄ 1.6139×10^-5 Ｃ₁₆ 9.6910×10^-6 Ｃ₁₇ -7.1365×10^-8 Ｃ₁₉ 1.0603×10^-7 Ｃ₂₁ 1.7643×10^-7 Ｃ₂₃ -8.0046×10^-9 Ｃ₂₅ -3.8685×10^-8 Ｃ₂₇ -3.5814×10^-8 Ｃ₂₉ -1.6736×10^-8 Ｃ₃₀ 1.0570×10^-9 Ｃ₃₂ -7.5238×10^-10 Ｃ₃₄ 5.2872×10^-10 Ｃ₃₆ -7.2607×10^-10 自由曲面[2] Ｃ₅ -1.6343×10^-2 Ｃ₇ 3.7710×10^-3 偏心(1) ｘ 0.000 ｙ 0.000 ｚ 24.518 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) ｘ 0.000 ｙ 0.000 ｚ 27.440 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) ｘ 0.000 ｙ 6.782 ｚ 26.229 α 15.69 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) ｘ 0.000 ｙ 0.699 ｚ 35.260 α -14.78 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) ｘ 0.000 ｙ 15.855 ｚ 30.393 α 71.61 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) ｘ 0.000 ｙ 19.082 ｚ 32.107 α 63.24 β 0.00 γ 0.00 。

【００７４】 実施例５ 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 2 ∞ 偏心(1) 1.4922 57.5 3 -37.874 偏心(2) 4 -373.356 偏心(3) 1.5254 56.2 5 自由曲面[1] 偏心(4) 1.5254 56.2 6 -373.356 偏心(3) 1.5254 56.2 7 自由曲面[2] 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) 自由曲面[1] Ｃ₅ -5.3785×10^-3 Ｃ₇ -5.4185×10^-3 Ｃ₈ 1.5217×10^-5 Ｃ₁₀ 1.8262×10^-5 Ｃ₁₂ 4.0012×10^-7 Ｃ₁₄ 7.4712×10^-7 Ｃ₁₆ 1.0251×10^-7 Ｃ₁₇ 9.4919×10^-8 Ｃ₁₉ 7.8271×10^-8 Ｃ₂₁ 4.6068×10^-8 Ｃ₂₃ -1.6579×10^-10 Ｃ₂₅ 5.1498×10^-10 Ｃ₂₇ -3.8477×10^-9 Ｃ₂₉ -3.6899×10^-10 Ｃ₃₀ -1.9081×10^-10 Ｃ₃₂ 5.8686×10^-11 Ｃ₃₄ -2.3984×10^-10 Ｃ₃₆ -9.6057×10^-11 自由曲面[2] Ｃ₅ -1.8133×10^-2 Ｃ₇ -2.5601×10^-3 Ｃ₁₀ -2.9938×10^-3 Ｃ₁₄ 2.2287×10^-4 Ｃ₁₉ -5.8022×10^-6 Ｃ₂₁ 2.5677×10^-6 偏心(1) ｘ 0.000 ｙ 0.000 ｚ 23.000 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) ｘ 0.000 ｙ 0.000 ｚ 25.777 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) ｘ 0.000 ｙ 7.743 ｚ 24.367 α 20.08 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) ｘ 0.000 ｙ 1.861 ｚ 37.783 α -9.45 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) ｘ 0.000 ｙ 18.771 ｚ ３６．２８１ α ５９．５５ β 0.00 γ 0.00 偏心(6) ｘ 0.000 ｙ 24.346 ｚ 31.737 α 57.60 β 0.00 γ 0.00 。

【００７５】 実施例６ 面番号 曲率半径 間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞ 2 ∞ 偏心(1) 1.4922 57.5 3 -39.148 偏心(2) 4 -339.060 偏心(3) 1.5254 56.2 5 自由曲面[1] 偏心(4) 1.5254 56.2 6 -339.060 偏心(3) 1.5254 56.2 7 -128.561 偏心(5) 像 面 ∞ 偏心(6) 自由曲面[1] Ｃ₅ -5.7696×10^-3 Ｃ₇ -5.7406×10^-3 Ｃ₈ -3.5694×10^-6 Ｃ₁₀ 4.7342×10^-6 Ｃ₁₂ 4.5764×10^-7 Ｃ₁₄ -6.5090×10^-7 Ｃ₁₆ -9.7442×10^-8 Ｃ₁₇ 1.4161×10^-7 Ｃ₁₉ -1.9916×10^-8 Ｃ₂₁ 4.6421×10^-8 Ｃ₂₃ -3.4757×10^-9 Ｃ₂₅ 3.9046×10^-10 Ｃ₂₇ 8.9761×10^-10 Ｃ₂₉ -6.0018×10^-10 Ｃ₃₀ -3.5136×10^-10 Ｃ₃₂ -5.3507×10^-11 Ｃ₃₄ 2.8835×10^-10 Ｃ₃₆ -2.0588×10^-10 偏心(1) ｘ 0.000 ｙ 0.000 ｚ 23.000 α 8.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) ｘ 0.000 ｙ 0.000 ｚ 25.694 α 8.00 β 0.00 γ ０．００ 偏心（３） ｘ 0.000 ｙ 5.987 ｚ 25.006 α 21.21 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) ｘ 0.000 ｙ 2.685 ｚ 37.406 α -8.92 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) ｘ 0.000 ｙ 18.085 ｚ 41.200 α 74.27 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) ｘ 0.000 ｙ 24.298 ｚ 30.742 α 66.38 β 0.00 γ 0.00 。

【００７６】以上の実施例１の像歪みを表す収差図を図
９に示す。この収差図中、縦軸はＸ方向の像高、横軸は
Ｙ方向の像高を表す。また、実施例１の横収差図を図１
０に示す。この横収差図において、括弧内に示された数
字は（水平（Ｘ方向）画角、垂直（Ｙ方向）画角）を表
し、その画角における横収差を示す。

【００７７】以下に、本発明の実施例１〜６における前
記条件式（Ａ−１）〜（Ｈ−１）に関するパラメータの
値を示す。 実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５ 実施例６ （Ａ−１）1.03591 1.03451 1.04142 1.01647 1.02169 1.02889 （Ｂ−１）0.96941 0.99303 0.93780 1.09170 0.81502 0.87536 （Ｃ−１）0.91610 0.94946 0.88252 1.05176 0.79386 0.85141 （Ｄ−１）1.02151 1.011 1.02038 1.02116 1.00486 0.99926 （Ｅ−１）0.09459 0.10135 0.25116 0.10847 0.09464 0.07108 （Ｆ−１）0.00650 -0.00009 0.04298 -0.00424 0.02633 0.00185 （Ｇ−１）0.00114 0.00056 0.00578 0.00149 0.00234 0.00138 （Ｈ−１）３．３２８０９ ２．７９４７７ ２．４５６７６
４．３７７７１ ３．１２７１４ ３．２０５６１ 。

【００７８】以上のような本発明の偏心プリズム光学系
は、画像表示装置に利用することができる。その一例と
して、図１１に頭部装着型の画像表示装置を観察者頭部
に装着した状態を、図１２にその断面図を示す。この構
成は、本発明の偏心プリズム光学系を図１２に示すよう
に接眼光学系１００として用いており、接眼光学系１０
０と画像表示素子１０１からなる組みを左右一対用意
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。

【００７９】すなわち、表示装置本体１０２には、上記
のような接眼光学系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１
０１が配置されている。そして、表示装置本体１０２に
は、図１１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、表示装置本体１０２を
観察者の眼前に保持できるようになっている。

【００８０】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が接続されているので、観察者はこの再生装
置１０６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１１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、表示装置本体１０
２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。

【００８１】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。
さらに、本発明の偏心プリズム光学系は、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。

【００８２】また、本発明の偏心プリズム光学系は、撮
影光学装置や観察光学装置にも利用できる。その例とし
て、図１３に示したような撮影光学系とファインダー光
学系とを有するカメラへの利用があげられる。まず、図
１４に光路図を示すように、瞳位置（絞り又は仮想絞り
位置）１５２を挟んで前群１５１と後群１５３からなる
対物レンズ１５０の後群１５３として本発明の偏心プリ
ズム光学系を配置する。こうすることにより、従来の撮
影光学系では光軸Ｌｂに対して垂直にしか配置できなか
ったフィルム１５４を光軸Ｌｂに対して斜めに配置で
き、配置の自由度が増し、コンパクト化が図れる。な
お、フィルム１５４の代わりにＣＣＤ等の電子受光素子
を配置すれば、電子カメラにも利用できる。次に、図１
５に光路図を示すように、ファインダー光学系の対物レ
ンズ群２００により形成される像を正立させる手段とし
て偏心プリズム光学系２０１とダハ面２０２を有するダ
ハプリズム２０３とを配置し、正立した像を接眼レンズ
２０４により観察者眼球２０５に導く構成とする。この
構成により、従前のポロプリズムよりも高さ方向が低く
でき、コンパクト化が図れる。なお、図中、Ｌｅはファ
インダー光学系の光軸である。

【００８３】さらに、リレーレンズを用いて接眼レンズ
に像を伝達する硬性型内視鏡の対物レンズや、光ファイ
バー束を用いて像を接眼レンズに伝達する軟性型内視鏡
の対物レンズ、ＣＣＤによって像を受光する電子内視鏡
の対物レンズにも利用できる。その一例を図１６、図１
７に示す。図１６は、硬性型内視鏡（いわゆる硬性鏡）
を用いた内視鏡装置の全体の構成図である。図１６に示
す内視鏡装置３０は対物レンズ及び照明光学系を内装す
る挿入部２２を有する内視鏡２０とカメラ２４とモニタ
ー２５と光源装置２７とを有している。上記内視鏡２０
は、その挿入部２２の先端部２１には、図１７に示すよ
うに、本発明の偏心プリズム光学系３１（ただし、偏心
プリズムの入射側には負レンズを配置してある。）を用
いた対物レンズ３２とその視野方向を照射するライトガ
イド３３とが組み込まれている。上記挿入部２２には、
対物レンズ３２に続き、像や瞳の伝達光学系であるリレ
ーレンズ系が設けられている。内視鏡２０の基部２３に
は、図示しない接眼光学系が配置され、その接続光学系
の後には、撮像手段としてのカメラ２４を取り付けるこ
とが可能である。ここで、内視鏡２０の基部２３及びカ
メラ２４は一体式又は脱着式で構成されている。カメラ
２４で撮像された被写体は、最終的にモニター２５で内
視鏡画像として観察者に観察可能に表示される。上記光
源装置２７からの照明光は、ライトガイドケーブル２６
を通し、上記基部２３、挿入部２２及び先端部２１を経
て視野方向を照明する。

【００８４】以上の本発明の偏心プリズム光学系は、例
えば次のように構成することができる。 〔１〕 少なくとも３つの面が互いに偏心して配置さ
れ、その３つの面の間が屈折率が１．３以上の透明媒質
で埋められた構成の偏心プリズムを備えた偏心プリズム
光学系において、前記偏心プリズムは、少なくとも２回
の内部反射を行うように、前記３つの面の中の少なくと
も２つの面を反射作用を有する面で形成すると共に、前
記の２つの反射作用を有する面によって反射された光線
が前記偏心プリズム内部で交差しないような位置に前記
の２つの反射作用を有する面を配置し、前記反射作用を
有する２つの面の中、１つの面の形状は面内及び面外共
に回転対称軸を有さない回転非対称面にて形成され、他
の１つの面の少なくとも有効面（面の全領域中で光束が
透過及び／又は反射をする領域）の形状が有効面内に回
転対称軸を有する回転対称面にて構成されており、前記
偏心プリズムの入射側あるいは射出側に正屈折力を有す
るレンズが配置されていることを特徴とする偏心プリズ
ム光学系。

【００８５】〔２〕 上記〔１〕記載の偏心プリズム光
学系において、前記偏心プリズムの前記回転対称面が、
前記偏心プリズムを通過する光束を入射若しくは射出さ
せる透過作用と前記偏心プリズムの内部で前記光束を折
り曲げる反射作用とを併せ持つ第１面として形成され、
前記偏心プリズムの前記回転非対称面が前記第１面と対
向配置された第２面として形成され、さらに、前記偏心
プリズムを通過する光束を射出若しくは入射させる透過
作用を有する第３面が、前記第１面と前記第２面との対
向方向に対して略垂直方向の位置に配置され、少なくと
も前記偏心プリズムが前記第１面と前記第２面と前記第
３面とを含む構成であり、前記レンズが前記第１面の入
射側若しくは射出側に配置されていることを特徴とする
請求項１記載の偏心プリズム光学系。

【００８６】〔３〕 上記〔２〕記載の偏心プリズム光
学系において、前記偏心プリズムの前記第１面が有効面
内にてその透過作用と反射作用とが少なくとも一部の領
域で重なり合うように形成されていると共に、少なくと
も前記第１面の有効面内の透過作用と反射作用との重な
り合う領域での反射作用が全反射作用によるように構成
されていることを特徴とする偏心プリズム光学系。

【００８７】〔４〕 上記〔２〕又は〔３〕記載の偏心
プリズム光学系において、前記偏心プリズムの前記第１
面の回転対称面は回転対称な非球面で形成されているこ
とを特徴とする偏心プリズム光学系。

【００８８】〔５〕 上記〔２〕から〔４〕の何れか１
項記載の偏心プリズム光学系において、前記偏心プリズ
ムの前記第２面がアナモルフィック面にて形成されてい
ることを特徴とする偏心プリズム光学系。

【００８９】〔６〕 上記〔５〕記載の偏心プリズム光
学系において、前記アナモルフィック面の有する２つの
対称面の中、少なくとも１つの対称面内に前記第１面の
回転対称面の回転対称軸が位置するように、前記第１面
と前記第２面とが配置されていることを特徴とする偏心
プリズム光学系。

【００９０】〔７〕 上記〔２〕から〔４〕の何れか１
項記載の偏心プリズム光学系において、前記偏心プリズ
ムの前記第２面が対称面を１つのみ有する回転非対称面
にて形成されていることを特徴とする偏心プリズム光学
系。

【００９１】〔８〕 上記〔７〕記載の偏心プリズム光
学系において、前記の対称面を１つのみ有する回転非対
称面の対称面内に前記第１面の回転対称面の回転対称軸
が位置するように、前記第１面と前記第２面とが配置さ
れていることを特徴とする偏心プリズム光学系。

【００９２】

〔９〕 上記〔２〕から〔８〕の何れか１
項記載の偏心プリズム光学系において、前記偏心プリズ
ムの前記第３面から光束が入射し、その入射した光束が
前記光学系内部を通過して前記第１面で反射され、その
第１面で反射された光束が前記第２面で反射され、その
第２面で反射された光束が前記第１面から射出するよう
に、前記第１面と前記第２面と前記第３面とが配置され
ていることを特徴とする偏心プリズム光学系。

【００９３】〔１０〕 上記

〔９〕記載の偏心プリズム
光学系において、前記偏心プリズムの前記第３面は画像
を表示する手段からの光束が入射する位置に配置される
と共に、前記第１面は前記第１面から射出された光束が
前記の正屈折力を有するレンズを介して観察者眼球に導
かれるような位置に配置され、前記光束の形成する画像
を観察できるようにした画像観察装置用に用いられるこ
とを特徴とする偏心プリズム光学系。

【００９４】〔１１〕 上記〔２〕から〔８〕の何れか
１項記載の偏心プリズム光学系において、前記の正屈折
力を有するレンズを介して、前記第１面から光束が前記
偏心プリズムへ入射し、その入射した光束が前記第２面
で反射され、その第２面で反射された光束が前記第１面
で反射され、その第１面で反射された光束が前記光学系
内部を通過して前記第３面から射出するように、前記第
１面と前記第２面と前記第３面とが配置されていること
を特徴とする偏心プリズム光学系。

【００９５】〔１２〕 上記〔１１〕記載の偏心プリズ
ム光学系において、前記第１面は前記の正屈折力を有す
るレンズを介して物体からの光束が入射する位置に配置
されると共に、前記第３面は前記第３面から射出された
光束が観察者眼球に導かれるような位置に配置され、前
記光束の形成する画像を観察できるようにした画像観察
装置用に用いられることを特徴とする偏心プリズム光学
系。

【００９６】〔１３〕 上記〔１１〕記載の偏心プリズ
ム光学系において、前記第１面は前記の正屈折力を有す
るレンズを介して物体からの光束が入射する位置に配置
されると共に、前記第３面は前記第３面から射出された
光束が物体像を受光する手段に導かれるような位置に配
置され、前記光束の形成する物体像を撮影できるように
した撮影光学装置用に用いられることを特徴とする偏心
プリズム光学系。

【００９７】〔１４〕 上記〔２〕から〔８〕の何れか
１項記載の偏心プリズム光学系において、前記偏心プリ
ズム光学系の瞳の中心を通り、像面中心に到達する軸上
主光線が瞳を射出し前記の正屈折力を有するレンズの第
１面に交差するまでの直線によって定義される軸をＺ軸
とし、このＺ軸と直交しかつ前記偏心プリズム光学系を
構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直
交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義するとき、次に
条件を満足することを特徴とする偏心プリズム光学系。 ０．７＜ＦＡ＜１．３ ・・・（Ａ−１） ただし、前記軸上主光線と平行に瞳中心からＸ軸方向に
微小量Ｈの点を通り、その軸上主光線と平行に前記光学
系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のＮＡ
（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記Ｈで割った
値を光学系全体のＸ方向の焦点距離Ｆｘとし、また、瞳
中心からＹ方向にＨの点を通り、その軸上主光線と平行
に前記光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出
光線のＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記
Ｈで割った値を光学系全体のＹ方向の焦点距離Ｆｙと定
義し、Ｆｘ／ＦｙをＦＡとする。

【００９８】〔１５〕 上記〔２〕から〔８〕、〔１
４〕の何れか１項記載の偏心プリズム光学系において、
前記偏心プリズム光学系の瞳の中心を通り、像面中心に
到達する軸上主光線が瞳を射出し前記の正屈折力を有す
るレンズの第１面に交差するまでの直線によって定義さ
れる軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しかつ前記偏心プリ
ズム光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義
し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義す
るとき、次に条件を満足することを特徴とする偏心プリ
ズム光学系。 ０．８＜｜ＰｘＢ｜＜１．３ ・・・（Ｂ−１） ただし、前記軸上主光線と平行に瞳中心からＸ軸方向に
微小量Ｈの点を通り、その軸上主光線と平行に前記光学
系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のＮＡ
（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記Ｈで割った
値を光学系全体のＸ方向の焦点距離Ｆｘとし、また、瞳
中心からＹ方向にＨの点を通り、その軸上主光線と平行
に前記光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出
光線のＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記
Ｈで割った値を光学系全体のＹ方向の焦点距離Ｆｙと定
義し、前記軸上主光線が前記第２面に当たる位置での面
のＸ方向、Ｙ方向の屈折力（パワー）をそれぞれＰｘ
ｎ、Ｐｙｎとし、前記Ｘ方向の焦点距離Ｆｘ、Ｙ方向の
焦点距離Ｆｙの逆数をそれぞれＰｘ、Ｐｙとし、Ｐｘｎ
／ＰｘをＰｘＢとする。

【００９９】〔１６〕 上記〔２〕から〔８〕、〔１
４〕の何れか１項記載の偏心プリズム光学系において、
前記偏心プリズム光学系の瞳の中心を通り、像面中心に
到達する軸上主光線が瞳を射出し前記の正屈折力を有す
るレンズの第１面に交差するまでの直線によって定義さ
れる軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しかつ前記偏心プリ
ズム光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義
し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸をＸ軸と定義す
るとき、次に条件を満足することを特徴とする偏心プリ
ズム光学系。 ０．８＜｜ＰｙＣ｜＜１．３ ・・・（Ｃ−１） ただし、前記軸上主光線と平行に瞳中心からＸ軸方向に
微小量Ｈの点を通り、その軸上主光線と平行に前記光学
系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のＮＡ
（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記Ｈで割った
値を光学系全体のＸ方向の焦点距離Ｆｘとし、また、瞳
中心からＹ方向にＨの点を通り、その軸上主光線と平行
に前記光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出
光線のＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記
Ｈで割った値を光学系全体のＹ方向の焦点距離Ｆｙと定
義し、前記軸上主光線が前記第２面に当たる位置での面
のＸ方向、Ｙ方向の屈折力（パワー）をそれぞれＰｘ
ｎ、Ｐｙｎとし、前記Ｘ方向の焦点距離Ｆｘ、Ｙ方向の
焦点距離Ｆｙの逆数をそれぞれＰｘ、Ｐｙとし、Ｐｙｎ
／ＰｙをＰｙＣとする。

【０１００】〔１７〕 上記〔２〕から〔８〕、〔１
４〕から〔１６〕の何れか１項記載の偏心プリズム光学
系において、前記偏心プリズム光学系の瞳の中心を通
り、像面中心に到達する軸上主光線が瞳を射出し前記の
正屈折力を有するレンズの第１面に交差するまでの直線
によって定義される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しか
つ前記偏心プリズム光学系を構成する各面の偏心面内の
軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸
をＸ軸と定義するとき、次に条件を満足することを特徴
とする偏心プリズム光学系。 ０．８＜ＣｘｙＤ＜１．２ ・・・（Ｄ−１） ただし、前記軸上主光線が前記第２面に当たる位置での
その面の法線を含むＸ方向の曲率Ｃｘ２、Ｙ方向の曲率
Ｃｙ２との比Ｃｘ２／Ｃｙ２をＣｘｙＤとする。

【０１０１】〔１８〕 上記〔２〕から〔８〕、〔１
４〕から〔１７〕の何れか１項記載の偏心プリズム光学
系において、前記偏心プリズム光学系の瞳の中心を通
り、像面中心に到達する軸上主光線が瞳を射出し前記の
正屈折力を有するレンズの第１面に交差するまでの直線
によって定義される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しか
つ前記偏心プリズム光学系を構成する各面の偏心面内の
軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸
をＸ軸と定義するとき、次に条件を満足することを特徴
とする偏心プリズム光学系。 −０．０５＜ＣｙＥ＜０．５ ・・・（Ｅ−１） ただし、前記軸上主光線と平行に瞳中心からＸ軸方向に
微小量Ｈの点を通り、その軸上主光線と平行に前記光学
系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のＮＡ
（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記Ｈで割った
値を光学系全体のＸ方向の焦点距離Ｆｘとし、また、瞳
中心からＹ方向にＨの点を通り、その軸上主光線と平行
に前記光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出
光線のＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記
Ｈで割った値を光学系全体のＹ方向の焦点距離Ｆｙと定
義し、前記Ｘ方向の焦点距離Ｆｘ、Ｙ方向の焦点距離Ｆ
ｙの逆数をそれぞれＰｘ、Ｐｙとし、Ｘ方向画角ゼロで
Ｙ正方向最大画角を通る主光線が前記第２面と当たる有
効領域のＹ方向の曲率Ｃｙ１と、Ｘ方向画角ゼロでＹ負
方向最大画角を通る主光線が前記第２面と当たる有効領
域のＹ方向の曲率Ｃｙ３との差Ｃｙ１−Ｃｙ３を前記Ｐ
ｙで割ったものをＣｙＥとする。

【０１０２】〔１９〕 上記〔２〕から〔８〕、〔１
４〕から〔１８〕の何れか１項記載の偏心プリズム光学
系において、前記偏心プリズム光学系の瞳の中心を通
り、像面中心に到達する軸上主光線が瞳を射出し前記の
正屈折力を有するレンズの第１面に交差するまでの直線
によって定義される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しか
つ前記偏心プリズム光学系を構成する各面の偏心面内の
軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸
をＸ軸と定義するとき、次に条件を満足することを特徴
とする偏心プリズム光学系。 −０．０１＜ＣｘＦ＜０．１ ・・・（Ｆ−１） ただし、前記軸上主光線と平行に瞳中心からＸ軸方向に
微小量Ｈの点を通り、その軸上主光線と平行に前記光学
系に入射する光線を光線追跡したときの射出光線のＮＡ
（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記Ｈで割った
値を光学系全体のＸ方向の焦点距離Ｆｘとし、また、瞳
中心からＹ方向にＨの点を通り、その軸上主光線と平行
に前記光学系に入射する光線を光線追跡したときの射出
光線のＮＡ（軸上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記
Ｈで割った値を光学系全体のＹ方向の焦点距離Ｆｙと定
義し、前記Ｘ方向の焦点距離Ｆｘ、Ｙ方向の焦点距離Ｆ
ｙの逆数をそれぞれＰｘ、Ｐｙとし、Ｘ方向画角ゼロで
Ｙ正方向最大画角を通る主光線が前記第２面と当たる有
効領域のＸ方向の曲率Ｃｘ１と、Ｘ方向画角ゼロでＹ負
方向最大画角を通る主光線が前記第２面と当たる有効領
域のＸ方向の曲率Ｃｘ３との差Ｃｘ１−Ｃｘ３を前記Ｐ
ｘで割ったものをＣｘＦとする。

【０１０３】〔２０〕 上記〔２〕から〔８〕、〔１
４〕から〔１９〕の何れか１項記載の偏心プリズム光学
系において、前記偏心プリズム光学系の瞳の中心を通
り、像面中心に到達する軸上主光線が瞳を射出し前記の
正屈折力を有するレンズの第１面に交差するまでの直線
によって定義される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しか
つ前記偏心プリズム光学系を構成する各面の偏心面内の
軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸
をＸ軸と定義するとき、次に条件を満足することを特徴
とする偏心プリズム光学系。 −０．１＜｜ＤＹ｜＜５ （°） ・・・（Ｇ−１） ただし、Ｘ方向最大画角の主光線が前記第２面と交差す
る点におけるその面の法線と、前記軸上主光線が前記第
２面と交差する点におけるその面の法線とがＹ−Ｚ面内
でのなす角をＤＹとする。

【０１０４】〔２１〕 上記〔２〕から〔８〕、〔１
４〕から〔２０〕の何れか１項記載の偏心プリズム光学
系において、前記偏心プリズム光学系の瞳の中心を通
り、像面中心に到達する軸上主光線が瞳を射出し前記の
正屈折力を有するレンズの第１面に交差するまでの直線
によって定義される軸をＺ軸とし、このＺ軸と直交しか
つ前記偏心プリズム光学系を構成する各面の偏心面内の
軸をＹ軸と定義し、Ｚ軸と直交しかつＹ軸と直交する軸
をＸ軸と定義するとき、次に条件を満足することを特徴
とする偏心プリズム光学系。 １．１＜Ｆ／Ｆｙ＜１００００ ・・・（Ｈ−１） ただし、前記の正屈折力を有するレンズの焦点距離を
Ｆ、前記軸上主光線と平行に瞳中心からＹ軸方向に微小
量Ｈの点を通り、その軸上主光線と平行に前記光学系に
入射する光線を光線追跡したときの射出光線のＮＡ（軸
上主光線となす角のｓｉｎの値）を前記Ｈで割った値を
光学系全体のＹ方向の焦点距離Ｆｙとする。

【０１０５】〔２２〕 上記〔１〕から〔２１〕の何れ
か１項記載の偏心プリズム光学系において、前記偏心プ
リズムの前記透明媒質が吸水線膨張率の小さい材質から
なることを特徴とする偏心プリズム光学系。

【０１０６】〔２３〕 上記〔２２〕記載の偏心プリズ
ム光学系において、前記透明媒質の吸水率αが、 ０＜α＜０．１ （％） ・・・（Ｉ−１） を満たすことを特徴とする偏心プリズム光学系。

【０１０７】〔２４〕 上記〔２２〕又は〔２３〕記載
の偏心プリズム光学系において、前記透明媒質がポリオ
レフィン系樹脂からなることを特徴とする偏心プリズム
光学系。

【０１０８】〔２５〕 上記〔２２〕から〔２４〕の何
れか１項記載の偏心プリズム光学系において、前記の正
屈折力を有するレンズは、前記偏心プリズムが傷付くの
を防止する作用と画角を拡大する作用とを併せ持つよう
に形成されていることを特徴とする偏心プリズム光学
系。

【０１０９】

【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、広い画角においても明瞭で、歪みの少ない像
を得られる偏心プリズムを含む撮像光学系又は接眼光系
学において、その偏心プリズムの１つの有効領域の広い
面を回転対称面により構成することにより、製作時の評
価が簡単に行える偏心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】本発明の偏心プリズム光学系の主要部である偏
心プリズムを最も単純な３面構成プリズムとした場合の
光路図である。

【図２】本発明の光学系に利用可能な偏心プリズムの別
の構成を例示するための光路図である。

【図３】本発明の実施例１の偏心プリズム光学系の断面
図である。

【図４】本発明の実施例２の偏心プリズム光学系の断面
図である。

【図５】本発明の実施例３の偏心プリズム光学系の断面
図である。

【図６】本発明の実施例４の偏心プリズム光学系の断面
図である。

【図７】本発明の実施例５の偏心プリズム光学系の断面
図である。

【図８】本発明の実施例６の偏心プリズム光学系の断面
図である。

【図９】実施例１の像歪みを表す収差図である。

【図１０】実施例１の横収差図である。

【図１１】本発明の偏心プリズム光学系を用いた頭部装
着型画像表示装置を観察者頭部に装着した状態を示す図
である。

【図１２】図１１の頭部近傍の断面図である。

【図１３】本発明の偏心プリズム光学系を用いたカメラ
の構成を示す斜視図である。

【図１４】本発明の偏心プリズム光学系を用いた撮影光
学系の光路図である。

【図１５】本発明の偏心プリズム光学系を用いたファイ
ンダー光学系の光路図である。

【図１６】内視鏡装置の全体の構成図である。

【図１７】本発明の偏心プリズム光学系を用いた硬性型
内視鏡の先端部の断面図である。

【図１８】本発明において用いるパラメータＤＹを説明
するための図である。

【符号の説明】

１…瞳 ２…光軸 ３…偏心プリズムの第１面 ４…偏心プリズムの第２面 ５…偏心プリズムの第３面 ６…像面 ７…偏心プリズム ８…偏心プリズムの第４面 ９…屈折レンズ系 ９’…正単レンズ １０…偏心プリズム光学系 ２０…内視鏡 ２１…先端部 ２２…挿入部 ２３…基部 ２４…カメラ ２５…モニター ２６…ライトガイドケーブル ２７…光源装置 ３０…内視鏡装置 ３１…偏心プリズム光学系 ３２…対物レンズ ３３…ライトガイド １００…接眼光学系 １０１…画像表示素子 １０２…画像表示装置（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 １５０…対物レンズ １５１…前群 １５２…瞳位置 １５３…後群 １５４…フィルム ２００…対物レンズ群 ２０１…偏心プリズム光学系 ２０２…ダハ面 ２０３…ダハプリズム ２０４…接眼レンズ ２０５…観察者眼球 Ｌａ…ファインダー光学系のの光軸 Ｌｂ…撮影光学系の光軸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも３つの面が互いに偏心して配
   置され、その３つの面の間が屈折率が１．３以上の透明
   媒質で埋められた構成の偏心プリズムを備えた偏心プリ
   ズム光学系において、 前記偏心プリズムは、少なくとも２回の内部反射を行う
   ように、前記３つの面の中の少なくとも２つの面を反射
   作用を有する面で形成すると共に、前記の２つの反射作
   用を有する面によって反射された光線が前記偏心プリズ
   ム内部で交差しないような位置に前記の２つの反射作用
   を有する面を配置し、前記反射作用を有する２つの面の
   中、１つの面の形状は面内及び面外共に回転対称軸を有
   さない回転非対称面にて形成され、他の１つの面の少な
   くとも有効面（面の全領域中で光束が透過及び／又は反
   射をする領域）の形状が有効面内に回転対称軸を有する
   回転対称面にて構成されており、 前記偏心プリズムの入射側あるいは射出側に正屈折力を
   有するレンズが配置されていることを特徴とする偏心プ
   リズム光学系。
2. 【請求項２】 請求項１記載の偏心プリズム光学系にお
   いて、前記偏心プリズムの前記回転対称面が、前記偏心
   プリズムを通過する光束を入射若しくは射出させる透過
   作用と前記偏心プリズムの内部で前記光束を折り曲げる
   反射作用とを併せ持つ第１面として形成され、前記偏心
   プリズムの前記回転非対称面が前記第１面と対向配置さ
   れた第２面として形成され、さらに、前記偏心プリズム
   を通過する光束を射出若しくは入射させる透過作用を有
   する第３面が、前記第１面と前記第２面との対向方向に
   対して略垂直方向の位置に配置され、少なくとも前記偏
   心プリズムが前記第１面と前記第２面と前記第３面とを
   含む構成であり、 前記レンズが前記第１面の入射側若しくは射出側に配置
   されていることを特徴とする請求項１記載の偏心プリズ
   ム光学系。
3. 【請求項３】 請求項２記載の偏心プリズム光学系にお
   いて、前記偏心プリズムの前記第１面が有効面内にてそ
   の透過作用と反射作用とが少なくとも一部の領域で重な
   り合うように形成されていると共に、少なくとも前記第
   １面の有効面内の透過作用と反射作用との重なり合う領
   域での反射作用が全反射作用によるように構成されてい
   ることを特徴とする偏心プリズム光学系。