JP2000199853A - 結像光学系及び観察光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２つの偏心プリズムにより偏心収差を相互に
補正することにより、観察画角が広く焦点距離の短い中
間像１回結像タイプの観察光学系、結像光学系。 【解決手段】 第１プリズム１０とその像側の第２プリ
ズム２０とを有し、第２プリズムが第１面２１〜第４面
２４を有し、第１面は入射面、第２面２２、第３面２３
は反射面、第４面は射出面で、第２プリズム２０内で光
路が交差し、第２面と第３面の少なくとも一方が光束に
パワーを与えかつ偏心により発生する収差を補正する回
転非対称な面形状にて構成され、第１プリズムは、反射
面１２と入射面１１と射出面１３を有すると共に、その
反射面が光束にパワーを与えかつ偏心により発生する収
差を補正する回転非対称な面形状にて構成され、第１プ
リズムの第１面１１と第２プリズムの射出面２４との間
に中間像面４を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、結像光学系及び観
察光学系に関し、その中でも特に、ビデオカメラやデジ
タルスチルカメラ、フィルムスキャナー、内視鏡等、小
型の撮像素子を用いた光学装置、並びに、頭部装着型画
像表示装置等の小型の画像表示素子を用いた光学装置に
用いられる反射面にパワーを有する偏心光学系に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、個人が大画面の画像を楽しむこと
を目的として、頭部又は顔面装着式画像表示装置が開発
されている。

【０００３】このような中、特開平７−３３３５５１号
において、画像表示素子の表示画像を観察者眼球に導く
接眼光学系として、３つの光学面で囲まれた屈折率が１
より大きい媒質からなる偏心プリズム光学系で構成し、
液晶表示素子からの光束を第３面からその偏心プリズム
光学系内に入射させ、次に、その内部で第１面で全反射
させ、次いで、凹面鏡の第２面で内部反射させ、今度は
第１面を経て偏心プリズム光学系外に射出させ、画像表
示素子の表示像を中間像を形成することなく観察者眼球
に導くようにしたものが提案されている。

【０００４】この場合は、偏心プリズム光学系を構成す
る光学面は３面であり、偏心プリズム光学系内部の反射
回数は２回ある。この他に、２面あるいは４面以上から
なり、光学系内部で１回以上反射する種々の形態の偏心
プリズム光学系が本出願人等によって提案されている。
また、このような偏心プリズム光学系をカメラの対物光
学系等の結像光学系として用いることも本出願人によっ
て提案されている。

【０００５】また、特開平１０−１５３７４８号におい
て、リレーレンズ系と偏心プリズム光学系とを組み合わ
せ、リレーレンズ系により一旦中間像を形成してから画
像表示素子の表示画像を観察者眼球に導く接眼光学系を
提案している。この偏心プリズム光学系は３つの光学面
からなり、内部で３回反射するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、画像表示装
置において、画像表示素子が小型になると、接眼光学系
の焦点距離を短くしないと観察画角を広く取ることがで
きない。一方、射出瞳位置は焦点距離を短くすると光学
系に近づいてしまうため、アイポイントを取りつつ焦点
距離の短い接眼光学系を構成することは不可能であっ
た。

【０００７】特開平１０−１５３７４８号においては、
中間像を形成するリレー光学系に回転対称な光学系を使
用している。しかし、特開平１０−１５３７４８号のよ
うに、その中間像を遠方へ投影する光学系に偏心プリズ
ム光学系を用いた接眼光学系では、偏心プリズムにより
偏心収差が発生する。特に、画像表示素子の表示密度が
上がった場合には、非常に高解像な光学性能が接眼光学
系に要求されるが、偏心により発生する収差の中でも、
特に主光線に対して１次結像面の傾きや非回転対称な像
面湾曲、非回転対称な非点収差の発生を少なくすること
は非常に難しく、特開平１０−１５３７４８号のように
回転対称なリレー光学系を傾けただけでは補正すること
は不可能である。この偏心収差は自由曲面を使うことに
よりある程度補正することは可能であるが、偏心収差を
完全に補正することは不可能である。

【０００８】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、２つの偏心プリ
ズムにより偏心収差をお互いに補正することにより、観
察画角が広く焦点距離の短い中間像１回結像タイプの観
察光学系及び結像光学系を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような要求
に対応するためになされたものであり、観察光学系（接
眼光学系）あるいは結像光学系として第１プリズムと第
２プリズムの２つの偏心プリズム光学系を用いることに
より、偏心収差を略完全に補正しあうことが可能となる
ものである。

【００１０】すなわち、上記目的を達成する本発明の結
像光学系は、物体像を形成する結像光学系において、前
記結像光学系が屈折率（ｎ）が１．３よりも大きい（ｎ
＞１．３）媒質で形成された第１プリズムと第２プリズ
ムを有し、前記第１プリズムは前記第２プリズムよりも
物体側に配置され、前記第２プリズムが、光束を透過又
は反射させる光学作用面を４面を有し、その第１面を第
２−１面、第２面を第２−２面、第３面を第２−３面、
第４面を第２−４面とするとき、前記第２−１面が物体
側からの光束をプリズム内に入射させ、第２−２面が前
記第２−１面から入射した光束をプリズム内で反射し、
第２−３面が前記第２−２面で反射された光束をプリズ
ム内で反射し、第２−４面は前記第２−３面で反射され
た光束をプリズム外へ射出するように構成されると共
に、前記第２−１面と前記第２−２面とが前記媒質を挟
んで対向配置され、前記第２−３面と前記第２−４面と
が前記媒質を挟んで対向配置され、前記第２−１面と前
記第２−２面を結ぶ光路が前記第２−３面と前記第２−
４面を結ぶ光路と交差するように構成され、前記第２−
２面と前記第２−３面の少なくとも一方の面が、光束に
パワーを与える曲面形状を有し、前記曲面形状が偏心に
よって発生する収差を補正する回転非対称な面形状を有
し、前記第１プリズムが、曲面形状を有し前記媒質内で
光束を内部反射させる偏心配置された反射面と、光束を
プリズム内に入射させる入射面と、光束をプリズム外に
射出させる射出面とを少なくとも有すると共に、前記反
射面が光束にパワーを与えかつ偏心により発生する収差
を補正する回転非対称な面形状にて構成され、かつ、前
記第１プリズムの入射面と前記第２プリズムの射出面で
ある前記第２−４面との間に中間像面を形成するように
構成されていることを特徴とするものである。

【００１１】本発明の観察光学系は、観察像を観察する
ために射出瞳を形成する観察光学系において、前記観察
光学系が屈折率（ｎ）が１．３よりも大きい（ｎ＞１．
３）媒質で形成された第１プリズムと第２プリズムを有
し、前記第１プリズムは前記第２プリズムよりも前記射
出瞳側に配置され、前記第２プリズムが、光束を透過又
は反射させる光学作用面を４面を有し、その第１面を第
２−１面、第２面を第２−２面、第３面を第２−３面、
第４面を第２−４面とするとき、 前記第２−４面が前
記観察像から射出された光束をプリズム内に入射させ、
前記第２−３面が前記第２−４面から入射した光束をプ
リズム内で反射し、前記第２−２面が前記第２−３面で
反射した光束をプリズム内で反射し、前記第２−１面が
前記第２−２面で反射された光束をプリズム外へ射出す
るように構成されると共に、前記第２−１面と前記第２
−２面とが前記媒質を挟んで対向配置され、前記第２−
３面と前記第２−４面とが前記媒質を挟んで対向配置さ
れ、前記第２−１面と前記第２−２面を結ぶ光路が前記
第２−３面と前記第２−４面を結ぶ光路と交差するよう
に構成され、前記第２−２面と前記第２−３面の少なく
とも一方の面が、光束にパワーを与える曲面形状を有
し、前記曲面形状が偏心によって発生する収差を補正す
る回転非対称な面形状を有し、前記第１プリズムが、曲
面形状を有し前記媒質内で光束を内部反射させる偏心配
置された反射面と、光束をプリズム内に入射させる入射
面と、光束をプリズム外に射出させる射出面とを少なく
とも有すると共に、前記反射面が光束にパワーを与えか
つ偏心により発生する収差を補正する回転非対称な面形
状にて構成され、かつ、前記第２プリズムの入射面であ
る前記第２−４面と前記第１プリズムの射出面との間に
中間像面を形成するように構成されていることを特徴と
するものである。

【００１２】以下、本発明において上記の構成をとる理
由と作用について説明する。

【００１３】まず、本発明の結像光学系と観察光学系の
関係を説明する。観察光学系はその入射面近傍に位置す
る画像表示素子等の表示像を遠方に投影して観察者眼球
で拡大観察可能にするものであり、結像光学系は遠方に
位置する物体の像を結像光学系の射出面近傍に位置する
像面に結像させて、その像を接眼光学系で拡大観察する
か、撮像素子等で画像信号に変換するか記録するもので
ある。光学系としては両者は共通するもので、光路を反
対にすることにより何れにも使用可能である。すなわ
ち、結像光学系の像面に画像表示素子等を配置し、その
物体光入射側に観察者の眼球を配置することにより観察
光学系として用いることができる。以下の本発明の説明
においては、特に断らない限り、本発明の結像光学系を
観察光学系（接眼光学系）として説明するが、上記のよ
うに、本発明の観察光学系は光路を逆にすることにより
結像光学系として用いることができる。

【００１４】本発明は、１個の偏心プリズムからなるリ
レー光学系（第２プリズム）と、１個の偏心プリズムか
らなる接眼光学系（第１プリズム）を組み合わせて、焦
点距離で１０ｍｍ前後で、観察画角３０°を取ることが
できる光学系を構成することに成功したものである。そ
の特徴は、２つの偏心プリズムにより偏心収差をお互い
に補正することにより、焦点距離が短く観察画角が広
く、かつ、アイポイントを十分にとった中間像結像タイ
プの接眼光学系である。

【００１５】この場合、さらに好ましくは、第２プリズ
ムから構成されるリレー光学系は画像表示素子の１次投
影像を湾曲させて投影し、第１プリズムにより構成され
るアフォーカル光学系部で前記湾曲した１次像を平面の
虚像として拡大する構成にすることが好ましい。

【００１６】さらに好ましくは、その１次像を主光線に
対して第２プリズムで傾けて投影することが好ましい。
これは、第１プリズムの観察者眼球と対向して配置され
大きく偏心した反射作用のみを有する面が主光線に対し
て傾いて配置されているために発生する１次像面の主光
線に対する傾きの補正を、第２プリズムで像面の傾きを
予め発生させておいて行うことにより、第１プリズムに
対する偏心収差の補正の負担を軽減することが可能とな
るからである。

【００１７】より具体的には、本発明の観察光学系は、
観察像を観察するために射出瞳を形成する観察光学系に
おいて、前記観察光学系が屈折率（ｎ）が１．３よりも
大きい（ｎ＞１．３）媒質で形成された第１プリズムと
第２プリズムを有し、前記第１プリズムは前記第２プリ
ズムよりも前記射出瞳側に配置され、第２プリズムが、
光束を透過又は反射させる光学作用面を４面を有し、そ
の第１面を第２−１面、第２面を第２−２面、第３面を
第２−３面、第４面を第２−４面とするとき、前記第２
−４面が前記観察像から射出された光束をプリズム内に
入射させ、前記第２−３面が前記第２−４面から入射し
た光束をプリズム内で反射し、前記第２−２面が前記第
２−３面で反射した光束をプリズム内で反射し、前記第
２−１面が前記第２−２面で反射された光束をプリズム
外へ射出するように構成されると共に、前記第２−１面
と前記第２−２面とが前記媒質を挟んで対向配置され、
前記第２−３面と前記第２−４面とが前記媒質を挟んで
対向配置され、前記第２−１面と前記第２−２面を結ぶ
光路が前記第２−３面と前記第２−４面を結ぶ光路と交
差するように構成され、前記第２−２面と前記第２−３
面の少なくとも一方の面が、光束にパワーを与える曲面
形状を有し、前記曲面形状が偏心によって発生する収差
を補正する回転非対称な面形状を有し、前記第１プリズ
ムが、曲面形状を有し前記媒質内で光束を内部反射させ
る偏心配置された反射面と、光束をプリズム内に入射さ
せる入射面と、光束をプリズム外に射出させる射出面と
を少なくとも有すると共に、前記反射面が光束にパワー
を与えかつ偏心により発生する収差を補正する回転非対
称な面形状にて構成され、かつ、前記第２プリズムの入
射面である前記第２−４面と前記第１プリズムの射出面
との間に中間像面を形成するように構成されていること
を特徴とするものである。

【００１８】また、本発明の結像光学系は、物体像を形
成する結像光学系において、前記結像光学系が屈折率
（ｎ）が１．３よりも大きい（ｎ＞１．３）媒質で形成
された第１プリズムと第２プリズムを有し、前記第１プ
リズムは前記第２プリズムよりも物体側に配置され、第
１プリズム、第２プリズムは上記観察光学系と同様であ
り、第１プリズムの入射面と第２プリズムの射出面であ
る第２−４面との間に中間像面を形成するように構成さ
れているものである。

【００１９】レンズのような屈折光学素子は、その境界
面に曲率を付けることにより始めてパワーを持たせるこ
とができる。そのため、レンズの境界面で光線が屈折す
る際に、屈折光学素子の色分散特性による色収差の発生
が避けられない。その結果、色収差を補正する目的で別
の屈折光学素子が付加されるのが一般的である。

【００２０】一方、ミラーやプリズム等のような反射光
学素子は、その反射面にパワーを持たせても原理的に色
収差の発生はなく、色収差を補正する目的だけのために
別の光学素子を付加する必要はない。そのため、反射光
学素子を用いた光学系は、屈折光学素子を用いた光学系
に比べて、色収差補正の観点から光学素子の構成枚数の
削減が可能である。

【００２１】同時に、反射光学素子を用いた反射光学系
は、光路を折り畳むことになるために、屈折光学系に比
べて光学系自身を小さくすることが可能である。

【００２２】また、反射面は屈折面に比して偏心誤差感
度が高いため、組み立て調整に高い精度を要求される。
しかし、反射光学素子の中でも、プリズムはそれぞれの
面の相対的な位置関係が固定されているので、プリズム
単体として偏心を制御すればよく、必要以上の組み立て
精度、調整工数が不要である。

【００２３】さらに、プリズムは、屈折面である入射面
と射出面、それと反射面を有しており、反射面しかもた
ないミラーに比べて、収差補正の自由度が大きい。特
に、反射面に所望のパワーの大部分を分担させ、屈折面
である入射面と射出面のパワーを小さくすることで、ミ
ラーに比べて収差補正の自由度を大きく保ったまま、レ
ンズ等のような屈折光学素子に比べて、色収差の発生を
非常に小さくすることが可能である。また、プリズム内
部は空気よりも屈折率の高い透明体で満たされているた
めに、空気に比べ光路長を長くとることができ、空気中
に配置されるレンズやミラー等よりは、光学系の薄型
化、小型化が可能である。

【００２４】また、観察光学系、結像光学系は、中心性
能はもちろんのこと周辺まで良好な結像性能を要求され
る。一般の共軸光学系の場合、軸外光線の光線高の符号
は絞りの前後で反転するため、光学素子の絞りに対する
対称性が崩れることにより軸外収差は悪化する。そのた
め、絞りを挟んで屈折面を配置することで絞りに対する
対称性を十分満足させ、軸外収差の補正を行っているの
が一般的である。

【００２５】本発明では、２つのプリズムを配置し、２
つのプリズムにより偏心収差をお互いに補正することに
より、中心ばかりでなく軸外収差も良好に補正すること
を可能にしている。１つのプリズムのみの配置だと、前
記のように、偏心収差を完全に補正することは不可能で
ある。

【００２６】本発明は、以上の理由から、第１プリズム
と第２プリズムを有し、第１プリズムは第２プリズムよ
りも射出瞳側に配置され、かつ、第２プリズムの入射面
である第２−４面と第１プリズムの射出面との間に中間
像面を形成するように構成されているものである（観察
光学系の場合）。

【００２７】以上説明したように、本発明の基本構成を
とることで、屈折光学系あるいは回転対称なリレー光学
系と偏心プリズムを用いた光学系に比べて光学素子の構
成枚数が少なく、中心から周辺まで性能の良好な、小型
の観察光学系及び結像光学系を得ることが可能である。

【００２８】ところで、本発明の第２プリズムは、光束
を透過又は反射させる光学作用面を４面を有し、その第
１面を第２−１面、第２面を第２−２面、第３面を第２
−３面、第４面を第２−４面とするとき、 第２−４面
が観察像から射出された光束をプリズム内に入射させ、
第２−３面が第２−４面から入射した光束をプリズム内
で反射し、第２−２面が第２−３面で反射した光束をプ
リズム内で反射し、第２−１面が第２−２面で反射され
た光束をプリズム外へ射出するように構成されると共
に、第２−１面と２−２面とが前記媒質を挟んで対向配
置され、第２−３面と２−４面とが媒質を挟んで対向配
置され、第２−１面と第２−２面を結ぶ光路が第２−３
面と第２−４面を結ぶ光路と交差するように構成され、
第２−２面と第２−３面の少なくとも一方の面が、光束
にパワーを与える曲面形状を有し、前記曲面形状が偏心
によって発生する収差を補正する回転非対称な面形状を
有しているものである。

【００２９】また、第１プリズムは、曲面形状を有し媒
質内で光束を内部反射させる偏心配置された反射面と、
光束をプリズム内に入射させる入射面と、光束をプリズ
ム外に射出させる射出面とを少なくとも有すると共に、
その反射面が光束にパワーを与えかつ偏心により発生す
る収差を補正する回転非対称な面形状にて構成されてい
るものである。

【００３０】このような形状の第２プリズムは、収差補
正の自由度が高くなり、収差の発生が少ない。さらに、
２つの反射面の配置の対称性が高いので、この２つの反
射面で発生する収差が２つの反射面相互で補正し合い、
収差発生が少ない。また、光路がプリズム内で交差する
構成のために、単に光路を折り返す構造のプリズムに比
較して光路長を長く取ることが可能で、光路長の長さの
割にプリズムを小型化することができ、また、物像間距
離が大きく取ることが可能となり、各反射面のパワーを
比較的弱くすることが可能なため、収差の発生が少な
い。さらに好ましくは、２つの反射面が異なる符号のパ
ワーを持つことにより、収差の相互の補正効果を大きく
することが可能となり、高い解像力を得ることが可能と
なる。

【００３１】また、第２プリズムとして、上記のように
プリズム内で光路が交差するプリズムを用いることによ
り、第２プリズムを小型に構成することが可能となる。
これは、同じ光路長をとる場合に、同じ２回反射タイプ
であってプリズム内でＺ字型光路をとるプリズムよりス
ペースの利用効率が良いからである。Ｚ字型光路をとる
プリズムではプリズム内の光線は必ず別の領域を通過し
て進んで行くが、プリズム内で光路が交差するプリズム
では、同じ領域を２回通過することになり、プリズムを
小型にすることが可能であるからである。このような形
状の第２プリズムと上記のような構成の第１プリズムと
を組み合わせた場合に、観察光学系の場合に射出光軸に
沿う方向の厚さを薄くできるだけでなく、その光軸に直
交する上下方向の大きさを小さくでき、観察光学系（結
像光学系）全体のコンパクト化を図ることができる。

【００３２】そして、観察光学系の場合に、第１プリズ
ムは、観察者の眼球位置つまり接眼光学系の射出瞳位置
を光学系の外に配置するために、プリズムの中でも射出
面に最も近い反射面に正のパワーを配置できるタイプの
プリズム光学系を使用することが好ましい。

【００３３】ここで、観察光学系においては逆光線追跡
で、結像光学系においては順光線追跡で物点中心を通
り、絞り中心を通過して像面中心に到達する光線を軸上
主光線としたとき、各プリズムの少なくとも１つの反射
面が軸上主光線に対して偏心していないと、軸上主光線
の入射光線と反射光線が同一の光路をとることとなり、
軸上主光線が光学系中で遮断されてしまう。その結果、
中心部が遮光された光束のみで像を形成することにな
り、中心が暗くなったり、中心では全く像を結ばなくな
ったりしてしまう。

【００３４】また、パワーを付けた反射面を軸上主光線
に対し偏心させることも当然可能である。

【００３５】また、パワーを付けた反射面を軸上主光線
に対して偏心させた場合、本発明で用いられる各プリズ
ムを構成する面の中、少なくとも１つの面は回転非対称
な面であることが望ましい。その中でも、特に、各プリ
ズムの少なくとも１つの反射面を回転非対称な面にする
ことが収差補正上は好ましい。

【００３６】その理由を以下に詳述する。

【００３７】まず、用いる座標系、回転非対称な面につ
いて説明する。

【００３８】軸上主光線が、光学系の第１面に交差する
までの直線によって定義される光軸をＺ軸とし、そのＺ
軸と直交し、かつ、撮像光学系を構成する各面の偏心面
内の軸をＹ軸と定義し、前記光軸と直交し、かつ、前記
Ｙ軸と直交する軸をＸ軸とする。光線の追跡方向は、物
体から像面に向かう順光線追跡で説明する。

【００３９】一般に、球面レンズでのみ構成された球面
レンズ系では、球面により発生する球面収差と、コマ収
差、像面湾曲等の収差をいくつかの面でお互いに補正し
あい、全体として収差を少なくする構成になっている。

【００４０】一方、少ない面数で収差を良好に補正する
ためには、回転対称非球面等が用いられる。これは、球
面で発生する各種収差自体を少なくするためである。

【００４１】しかし、偏心した光学系においては、偏心
により発生する回転非対称な収差を回転対称光学系で補
正することは不可能である。この偏心により発生する回
転非対称な収差は、歪曲収差、像面湾曲、さらに、軸上
でも発生する非点収差、コマ収差がある。

【００４２】まず、回転非対称な像面湾曲について説明
する。例えば、無限遠の物点から偏心した凹面鏡に入射
した光線は、凹面鏡に当たって反射結像されるが、光線
が凹面鏡に当たって以降、像面までの後側焦点距離は、
像界側が空気の場合、光線が当たった部分の曲率半径の
半分になる。すると、図２５に示すように、軸上主光線
に対して傾いた像面を形成する。このように、回転非対
称な像面湾曲を補正するには回転対称な光学系では不可
能である。

【００４３】この傾いた像面湾曲をその発生源である凹
面鏡Ｍ自身で補正するには、凹面鏡Ｍを回転非対称な面
で構成し、この例ではＹ軸正の方向に対して曲率を強く
（屈折力を強く）し、Ｙ軸負の方向に対して曲率を弱く
（屈折力を弱く）すれば、補正することができる。ま
た、上記構成と同様な効果を持つ回転非対称な面を、凹
面鏡Ｍとは別に光学系中に配置することにより、少ない
構成枚数でフラットの像面を得ることが可能となる。

【００４４】また、回転非対称な面は、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の面とす
ることが、自由度が増え収差補正上は好ましい。

【００４５】次に、回転非対称な非点収差について説明
する。

【００４６】上記説明と同様に、偏心して配置された凹
面鏡Ｍでは、軸上光線に対しても図２６に示すような非
点収差が発生する。この非点収差を補正するためには、
上記説明と同様に、回転非対称面のＸ軸方向の曲率とＹ
軸方向の曲率を適切に変えることによって可能となる。

【００４７】さらに、回転非対称なコマ収差について説
明する。

【００４８】上記説明と同様に、偏心して配置された凹
面鏡Ｍでは、軸上光線に対しても図２７に示すようなコ
マ収差が発生する。このコマ収差を補正するためには、
回転非対称面のＸ軸の原点から離れるに従って面の傾き
を変えると共に、Ｙ軸の正負によって面の傾きを適切に
変えることによって可能となる。

【００４９】また、本発明の結像光学系では、前述の反
射作用を有する少なくとも１つの面が軸上主光線に対し
偏心し、回転非対称な面形状でパワーを有する構成も可
能である。このような構成をとれば、その反射面にパワ
ーを持たせることで発生する偏心収差をその面自体で補
正することが可能となり、プリズムの屈折面のパワーを
緩めることで、色収差の発生自体を小さくすることがで
きる。

【００５０】また、本発明で用いる上記の回転非対称面
は、対称面を１面のみ有する面対称自由曲面であること
が好ましい。ここで、本発明で使用する自由曲面とは、
以下の式（ａ）で定義されるものである。なお、その定
義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。

【００５１】 ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面
項である。

【００５２】球面項中、 ｃ：頂点の曲率 ｋ：コーニック定数（円錐定数） ｒ＝√（Ｘ² ＋Ｙ² ） である。

【００５３】自由曲面項は、 ただし、Ｃ_j （ｊは２以上の整数）は係数である。

【００５４】上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、
Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、本発明ではＸ
の奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平
行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例え
ば、上記定義式（ａ）においては、Ｃ₂ 、Ｃ₅ 、Ｃ₇ 、
Ｃ₉ 、Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₆、Ｃ₁₈、Ｃ₂₀、Ｃ₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ
₂₇、Ｃ₂₉、Ｃ₃₁、Ｃ₃₃、Ｃ₃₅・・・の各項の係数を０に
することによって可能である。

【００５５】また、Ｙの奇数次項を全て０にすることに
よって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自
由曲面となる。例えば、上記定義式においては、Ｃ₃ 、
Ｃ₅、Ｃ₈ 、Ｃ₁₀、Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₇、Ｃ₁₉、Ｃ₂₁、Ｃ
₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ₂₇、Ｃ₃₀、Ｃ₃₂、Ｃ₃₄、Ｃ₃₆・・・の各項
の係数を０にすることによって可能である。

【００５６】また上記対称面の方向の何れか一方を対称
面とし、それに対応する方向の偏心、例えば、Ｙ−Ｚ面
と平行な対称面に対して光学系の偏心方向はＹ軸方向
に、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面に対しては光学系の偏心方
向はＸ軸方向にすることで、偏心により発生する回転非
対称な収差を効果的に補正しながら同時に製作性をも向
上させることが可能となる。

【００５７】また、上記定義式（ａ）は、前述のように
１つの例として示したものであり、本発明は、対称面を
１面のみ有する回転非対称面を用いることで偏心により
発生する回転非対称な収差を補正し、同時に製作性も向
上させるということが特徴であり、他のいかなる定義式
に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。

【００５８】さて、第２プリズムを前記のように透過面
２面、反射面２面からなり、プリズム内で光路が交差す
る構成とする場合に、第２プリズムの第２−２面と第２
−３面の両方が、光束にパワーを与えかつ偏心により発
生する収差を補正する回転非対称な面形状を有するよう
に構成することができる。

【００５９】また、２プリズムの第２−２面と第２−３
面の少なくとも一方の回転非対称な面形状を、唯一の対
称面を１面のみ有した面対称自由曲面形状にて構成する
ことができる。

【００６０】その場合に、第２−２面と第２−３面の両
方の回転非対称な面形状を、唯一の対称面を１面のみ有
した面対称自由曲面形状にて構成することができる。

【００６１】そして、第２−２面の面対称自由曲面の唯
一の対称面と、第２−３面の面対称自由曲面の唯一の対
称面とを、同一面内に形成するように第２プリズムを構
成することができる。

【００６２】また、第２プリズムの第２−１面を、光束
にパワーを与えかつ偏心により発生する収差を補正する
回転非対称な面形状を有するように構成することができ
る。偏心により発生する収差を補正するために、屈折面
にこのような面形状をとることは有効である。

【００６３】その場合に、第２−１面の回転非対称な面
形状を、唯一の対称面を１面のみ有した面対称自由曲面
形状にて構成することができる。

【００６４】そして、第２−１面の面対称自由曲面の唯
一の対称面が、第２プリズム内部の反射によって形成さ
れる軸上主光線の折り返し光路を結ぶ面と一致するよう
に構成することができる。

【００６５】また、第２プリズムの第２−４面を、光束
にパワーを与えかつ偏心により発生する収差を補正する
回転非対称な面形状を有するように構成することができ
る。偏心により発生する収差を補正するために、屈折面
にこのような面形状をとることは有効である。

【００６６】その場合に、第２−４面の回転非対称な面
形状を、唯一の対称面を１面のみ有した面対称自由曲面
形状にて構成することができる。

【００６７】そして、第２−４面の面対称自由曲面の唯
一の対称面が、第２プリズム内部の反射によって形成さ
れる軸上主光線の折り返し光路を結ぶ面と一致するよう
に構成することができる。

【００６８】また、第１プリズム内の配置された反射面
の回転非対称な面形状が、唯一の対称面を１面のみ有し
た面対称自由曲面形状にて構成することができる。

【００６９】そして、第１プリズムと第２プリズムと
が、少なくとも１面ずつ唯一の対称面が同一平面上に配
置されるように構成された面対称自由曲面を備えている
ようにすることができる。

【００７０】さて、本発明の光学系においては、第１プ
リズムは、曲面形状を有し媒質内で光束を内部反射させ
る偏心配置された反射面と、光束をプリズム内に入射さ
せる入射面と、光束をプリズム外に射出させる射出面と
を少なくとも有すると共に、その反射面が光束にパワー
を与えかつ偏心により発生する収差を補正する回転非対
称な面形状にて構成されるが、光束にパワーを与える曲
面形状の反射面を２面以上有するように構成することが
望ましい。

【００７１】その中の１つとして、第１プリズムが、第
２プリズムから射出された光束をプリズム内に入射させ
る第１−３面と、プリズム内で光束を反射する第１−２
面と、反射面と射出面とを兼用した第１−１面との少な
くとも３つの光学作用面から構成することができる。

【００７２】このように、第１プリズムを第１−１面が
反射面と射出面を共有するタイプとすると（観察光学系
の場合）、入射光線をその反射面では大きな屈曲角で第
１−２面の反射面へと反射し、第１−２面で少ない屈曲
角で屈曲させるために、プリズムの射出光線方向の厚さ
を薄くすることが可能である。

【００７３】このような構成のプリズムを第１プリズム
に用いる場合、さらに好ましくは、第１−２面の反射面
を正のパワー（局所的には負のパワーが存在していても
よい）にすることが好ましい。

【００７４】また、第１プリズムの第１−１面がプリズ
ム内での反射作用を全反射作用により達成することによ
って、射出作用の透過作用と反射作用とを兼用するよう
に構成されていることが望ましい。

【００７５】また、このように第１−１面が反射面と射
出面を共有するタイプの場合に、第１−２面と第１−３
面とが共に、光束にパワーを与えかつ偏心により発生す
る収差を補正する回転非対称な面形状を有するように構
成されているものとすることができる。

【００７６】また、第１−１面と第１−２面とが共に、
光束にパワーを与えかつ偏心により発生する収差を補正
する回転非対称な面形状を有するように構成されている
ものとすることができる。

【００７７】また、第１プリズムを第１−１面が反射面
と射出面を共有するタイプとすると場合に、第１−３面
の入射光路と第１−１面の反射光路との間に、プリズム
内で光束を反射する第１−４面を備えるように構成する
こともできる。

【００７８】このように、入射面の第１−３面と反射面
の第１−１面の間に反射面の第１−４面を配置したタイ
プの場合に、第１−４面の反射面として独立した光学作
用面を用いているため、その反射面の配置の自由度が高
くなり、プリズムの射出瞳とは反対側への出っ張りを小
さくでき、観察光学系の場合に射出光軸に沿う方向の厚
さをより薄くできると共に第２プリズムからの入射方向
を自由に設定できる。さらに、光学作用面が４面である
ため、収差補正の自由度が高く、良好に収差補正が可能
になる。

【００７９】この場合に、第１−４面が、光束にパワー
を与えかつ偏心により発生する収差を補正する回転非対
称な面形状を有するように構成することができる。

【００８０】なお、以上において、第１プリズムの回転
非対称な面形状を、何れも唯一の対称面を１面のみ有し
た面対称自由曲面形状にて構成し、かつ、その各面の唯
一の対称面を同一面内に形成するように構成することが
できる。

【００８１】なお、本発明において、第１プリズムとし
ては、以上の形態の他、種々のタイプの偏心プリズムを
用いることができる。

【００８２】なお、本発明の第１プリズム中の透過作用
と反射作用を併せ持つ光学作用面において、反射作用は
全反射によるものとすることが望ましい。全反射条件を
満たさなければ、反射作用と透過作用を併せ持つことが
できず、プリズム自体の小型化が困難になってしまう。

【００８３】また、本発明の第１プリズム、第２プリズ
ムの全反射面以外の反射面は、アルミニウム又は銀等の
金属薄膜を表面に形成した反射面、又は、誘電体多層膜
の形成された反射面で構成することが好ましい。金属薄
膜で反射作用を有する場合は、手軽に高反射率を得るこ
とが可能となる。また、誘電体反射膜の場合は、波長選
択性や吸収の少ない反射膜を形成する場合に有利とな
る。

【００８４】これにより、プリズムの製作精度が緩和さ
れた低コストな小型の結像光学系、観察光学系を得るこ
とが可能である。

【００８５】また、本発明の光学系において、中間像面
が、第１プリズムの第１−１面と第２プリズムの第２−
２面との間に形成されるように、第１プリズムと第２プ
リズムとが構成されていることが望ましく、例えば、第
１プリズムの第１−３面と第２プリズムの第２−１面と
の間に形成されていてもよく、また、中間像面の一部あ
るいは全部が第１プリズム内部に埋設するように形成さ
れていてもよい。。

【００８６】そして、観察光学系の場合は、観察光学系
の射出瞳面と観察像面とが略平面となると共に、射出瞳
面と結像面との間に形成される中間像面が非平面な湾曲
した形状となるように、また、結像光学系の場合は、結
像光学系の入射瞳面と結像面とが略平面となると共に、
入射瞳面と結像面との間に形成される中間像面が非平面
な湾曲した形状となるように、第１プリズムと第２プリ
ズムの偏心収差を補正する光学作用面の面形状が構成さ
れていることが望ましい。

【００８７】また、本発明の観察光学系は、第１プリズ
ムの第１−１面をカバーするためのカバー部材が第１−
１面と射出瞳との間に設けられていてもよい。

【００８８】その場合に、カバー部材は、光束にパワー
を与えない平行平面板形状、光束に収斂作用を与える正
レンズ形状、あるいは、光束に発散作用を与える負レン
ズ形状にて構成される。

【００８９】また、本発明の結像光学系の入射瞳は、第
１プリズムよりも物体側に形成されるように、第１プリ
ズムと第２プリズムとが構成されていることが望まし
い。そして、その入射瞳上に絞りが配置される。

【００９０】さて、ここで偏心光学系及び光学面のパワ
ーを定義する。図２８に示すように、偏心光学系Ｓの偏
心方向をＹ軸方向に取った場合に、偏心光学系Ｓの軸上
主光線と平行なＹ−Ｚ面内の微小な高さｄの光線を物体
側から入射し、偏心光学系Ｓから射出したその光線と軸
上主光線のＹ−Ｚ面に投影したときのなす角をδｙと
し、δｙ／ｄをＹ方向の偏心光学系ＳのパワーＰｙ、偏
心光学系の軸上主光線と平行でＹ−Ｚ面と直交するＸ方
向の微小な高さｄの光線を物体側から入射し、偏心光学
系Ｓから射出したその光線と軸上主光線のＹ−Ｚ面に直
交する面であって軸上主光線を含む面に投影したときの
なす角をδｘとし、δｘ／ｄをＸ方向の偏心光学系Ｓの
パワーＰｘとする。同様に偏心光学系Ｓを構成する偏心
光学面ｎのＹ方向のパワーＰｙｓｎ、Ｘ方向のパワーＰ
ｘｓｎが定義される。

【００９１】さらに、これらのパワーの逆数がそれぞれ
偏心光学系のＹ方向の焦点距離Ｆｙ、偏心光学系のＸ方
向の焦点距離Ｆｘ、偏心光学面ｎのＹ方向の焦点距離Ｆ
ｙｓｎ、Ｘ方向の焦点距離Ｆｘｓｎと定義される。

【００９２】本発明の観察光学系において、さらに好ま
しくは、接眼光学系の射出瞳から第１プリズムの射出面
までの距離（アイポイント）をＥＰとし（結像光学系の
場合は、入射瞳から第１プリズムの入射面までの距
離）、接眼光学系全体のＸ方向のパワー（焦点距離の逆
数）をＰｘとするとき、 １００≦ＥＰ／Ｐｘ≦１０００ ・・・（１） なる条件を満足することが重要である。

【００９３】この条件は観察画角をある程度以上確保し
つつ、アイポイントを長くとるために必要な条件であ
り、上限の１０００を越えると、アイポイントが長くな
りすぎ、像観察装置として大きくなりすぎたり、パワー
が弱くなりすぎ、観察画角を広くとることが不可能にな
る。また、下限の１００を越えると、今度はアイポイン
トを長く取れなくなり、眼鏡を着用した観察が困難にな
ったり、睫毛が光学系に当たって観察し難くなってしま
う。

【００９４】さらに好ましくは、 １００≦ＥＰ／Ｐｘ≦６００ ・・・（１−１） を満たすことが望ましい。この条件の下限と上限の意味
は上記と同様である。

【００９５】さらに好ましくは、 １４０≦ＥＰ／Ｐｘ≦５００ ・・・（１−２） を満たすことが望ましい。この条件の下限と上限の意味
は上記と同様である。

【００９６】さらに好ましくは、 ２００≦ＥＰ／Ｐｘ≦４００ ・・・（１−３） 次に、第１プリズムのパワーについて説明する。第１プ
リズムのＸ方向のパワーをＰｘ１、Ｙ方向のパワーをＰ
ｙ１、接眼光学系全体のＸ方向のパワーをＰｘ、Ｙ方向
のパワーをＰｙとすると、 ｜Ｐｘ１／Ｐｘ｜≦２， ｜Ｐｙ１／Ｐｙ｜≦２ ・・・（２） なる条件を満足することが重要である。この条件は接眼
光学系全体のパワーに対する第１プリズムのパワーを限
定しているものである。これらの条件の上限の２を越え
ると、第１プリズムのパワー負担が大きくなりすぎ、第
１プリズムで発生する偏心収差が第２プリズムで補正で
きなくなると同時に、第１プリズムのパワーが光学系全
体に対して大きくなりすぎ、アイポイントを確保するこ
とが難しくなる。

【００９７】さらに好ましくは、 ０．２≦｜Ｐｘ１／Ｐｘ｜≦１．５， ０．２≦｜Ｐｙ１／Ｐｙ｜≦１．５ ・・・（２−１） なる条件を満たすことが望ましい。この条件の上限の意
味は上記と同様である。これらの条件の下限の０．２を
越えると、大きな観察画角を取るために、１次結像面の
投影像を大きくしなければならなくなり、第１プリズム
が大きくなり、光学系全体を小型にすることができなく
なってしまう。

【００９８】さらに、画像表示素子が対角長７ｍｍ以上
のときには、 ０．５≦｜Ｐｘ１／Ｐｘ｜≦１．５， ０．５≦｜Ｐｙ１／Ｐｙ｜≦１．５ ・・・（２−２） なる条件を満足することが重要である。アイポイントを
十分確保し、大きな観察画角を取り、なおかつ光学系全
体を小型にするためには、接眼光学系全体のパワーに対
する第１プリズムのパワーの大きさの比を等倍前後にす
ることが、偏心収差を補正する上でも望ましい。表示素
子がこれより小さくなる場合は、第１プリズムのパワー
は小さくなり、接眼光学系全体のパワーに対する第１プ
リズムのパワーの大きさの比は、等倍を下回る。

【００９９】次に、第２プリズムの射出面側の反射面で
ある第２−２面のＸ方向のパワーをＰｘｓ１１、Ｙ方向
のパワーをＰｙｓ１１とすると、 −３≦Ｐｘｓ１１／Ｐｘ≦６， −３≦Ｐｙｓ１１／Ｐｙ≦６ ・・・（３） なる条件を満足することが重要である。この条件は接眼
光学系全体のパワーに対する第２プリズムの第２−２面
のパワーを限定しているものである。これらの条件の下
限値の−３を越えると、第２プリズムの射出面側の反射
面（第２−２面）のパワーが負に強くなりすぎ、この面
で発生する偏心収差の補正ができなくなる。上限値の６
を越えると、第２プリズムの射出面側の反射面のパワー
が正に強くなりすぎ、この面で発生する偏心収差の補正
ができなくなる。

【０１００】さらに好ましくは、 −１．５≦Ｐｘｓ１１／Ｐｘ≦３， −１．５≦Ｐｙｓ１１／Ｐｙ≦３ ・・・（３−１） なる条件を満足することが重要である。

【０１０１】さらに好ましくは、 ０≦Ｐｘｓ１１／Ｐｘ≦１．５， ０≦Ｐｙｓ１１／Ｐｙ≦１．５ ・・・（３−２） なる条件を満足することが重要である。

【０１０２】次に、第２プリズムの入射面側の反射面で
ある第２−３面のＸ方向のパワーをＰｘｓ１２、Ｙ方向
のパワーをＰｙｓ１２とすると、 −１≦Ｐｘｓ１２／Ｐｘ≦８， −１≦Ｐｙｓ１２／Ｐｙ≦８ ・・・（４） なる条件を満足することが重要である。この条件は接眼
光学系全体のパワーに対する第２プリズムの第２−３面
のパワーを限定しているものである。これらの条件の下
限値の−１を越えると、第２プリズムの入射面側の反射
面（第２−３面）のパワーが負に強くなりすぎ、この面
で発生する偏心収差の補正ができなくなる。上限値の８
を越えると、第２プリズムの入射面側の反射面のパワー
が正に強くなりすぎ、この面で発生する偏心収差の補正
ができなくなる。

【０１０３】さらに好ましくは、 ０≦Ｐｘｓ１２／Ｐｘ≦４， ０≦Ｐｙｓ１２／Ｐｙ≦４ ・・・（４−１） なる条件を満足することが重要である。

【０１０４】さらに好ましくは、 ０．５≦Ｐｘ１２／Ｐｘ≦２， ０．５≦Ｐｙ１２／Ｐｙ≦２ ・・・（４−２） なる条件を満足することが重要である。

【０１０５】次に、第２プリズムの射出面側の反射面で
ある第２−２面のＸ方向のパワーをＰｘｓ１１、Ｙ方向
のパワーをＰｙｓ１１、入射面側の反射面である第２−
３面のＸ方向のパワーをＰｘｓ１２、Ｙ方向のパワーを
Ｐｙｓ１２とすると、 −３≦Ｐｘｓ１１／Ｐｘｓ１２≦６， −３≦Ｐｙｓ１１／Ｐｙｓ１２≦６ ・・・（５） なる条件を満足することが重要である。この条件は第２
プリズムの２つの反射面の中のどちらが主なパワーを持
つかの条件で、下限の−３を越えると、射出面側の反射
面（第２−２面）のパワーが入射面側の反射面（第２−
３面）に対して小さくなりすぎ、プリズム内の主点が画
像表示素子側に近くなりすぎ、最適な１次投影倍率を得
ることができなくなる。逆に、上限の６を越えると、今
度は射出面側の反射面のパワーが比較的強くなりすぎ、
主点が１次結像面側に近くなりすぎ、画像表示素子の１
次投影像への投影倍率を大きく取ることができない。

【０１０６】さらに好ましくは、 −１．５≦Ｐｘｓ１１／Ｐｘｓ１２≦３， −１．５≦Ｐｙｓ１１／Ｐｙｓ１２≦３ ・・・（５−１） なる条件を満足することが重要である。

【０１０７】さらに好ましくは、 ０≦Ｐｘｓ１１／Ｐｘｓ１２≦１．５， ０≦Ｐｙｓ１１／Ｐｙｓ１２≦１．５ ・・・（５−２） なる条件を満足することが重要である。

【０１０８】次に、前記条件（１）と関連するが、接眼
光学系の射出瞳から第１プリズムの射出面までの距離
（アイポイント）をＥＰとし（結像光学系の場合は、入
射瞳から第１プリズムの入射面までの距離）、接眼光学
系全体のＸ方向のパワー（焦点距離の逆数）をＰｘと
し、画像表示素子の対角長をＩＬとする（結像光学系の
場合は、撮像素子の対角長）とき、 １０≦ＥＰ／（Ｐｘ×ＩＬ）≦１００ ・・・（６） なる条件を満足することが重要である。

【０１０９】この条件は観察画角をある程度以上確保し
つつ、アイポイントを長く取るために必要な条件であ
り、上限の１００を越えると、アイポイントが長くなり
すぎ、像観察装置としては大きくなりすぎたり、パワー
が弱くなりすぎ、観察画角を広く取ることが不可能にな
る。また、下限の１０を越えると、今度はアイポイント
が長く取れなくなり、眼鏡を着用した観察が困難になっ
たり、睫毛が光学系に当たって観察し難くなってしま
う。

【０１１０】さらに好ましくは、 ３０≦ＥＰ／（Ｐｘ×ＩＬ）≦６０ ・・・（６−１） を満たすことが望ましい。この条件の下限と上限の意味
は上記と同様である。

【０１１１】さらに好ましくは、 ３０≦ＥＰ／（Ｐｘ×ＩＬ）≦５０ ・・・（６−２） を満たすことが望ましい。この条件の下限と上限の意味
は上記と同様である。

【０１１２】なお、以上の本発明の観察光学系、結像光
学系において、その焦点距離は３０ｍｍよりも小さいよ
うに形成することが望ましい。

【０１１３】また、本発明の結像光学系において、結像
光学系のフォーカシングは、全体繰り出しやプリズムを
１つだけ移動することにより可能なのは言うまでもない
が、最も像側の面から射出した軸上主光線の方向に結像
面を移動させることによりフォーカシングすることが可
能である。これにより、結像光学系が偏心することで物
体からの軸上主光線の入射方向と最も像側の面から射出
する軸上主光線の方向とが一致していなくても、フォー
カシングによる軸上主光線の入射側のずれを防ぐことが
できる。また、平行平面板を複数の楔状のプリズムに分
割し、それをＺ軸と垂直方向に移動させることでフォー
カシングすることも可能である。この場合も、結像光学
系の偏心にはよらずフォーカシングが可能である。

【０１１４】また、本発明の観察光学系においては、観
察光学系の視度調節は、同様に全体繰り出しやプリズム
を１つだけ移動することにより可能なのは言うまでもな
いが、最も画像表示素子側の面に入射する軸上主光線の
方向に画像表示面を移動させることにより可能である。

【０１１５】また、本発明の観察光学系、結像光学系に
おいて、少なくともプリズムの１つをプラスチック等の
ような有機材料を用いて構成すれば、コストダウンが図
れる。また、アモルファスポリオレフィン等のような低
吸湿材料を用いれば、湿度変化に対しても結像性能の変
化が少なくて望ましい。

【０１１６】また、本発明において、複数のプリズムは
光学作用を有さない面にそれぞれの相対的位置決め部を
設けていることが望ましい。特に、本発明のような反射
面にパワーを持たせたプリズムを複数配置する場合、そ
の相対的な位置精度のずれが性能劣化の原因となる。そ
こで、本発明では、プリズムの光学作用を有さない面に
相対的位置決め部を設けることで、位置精度の確保を行
い、所望の性能を確保することが可能となる。特に、そ
の位置決め部を用い、連結部材により複数のプリズムを
一体化すれば、組み立て調整が不要となり、さらに、コ
ストダウンが図られる。

【０１１７】また、本発明の結像光学系の入射面より物
体側にミラー等の反射光学部材を用いて、本発明の結像
光学系の偏心方向とは異なった向きに光路を折り畳むこ
とも可能である。これにより、さらに結像光学系のレイ
アウトの自由度が増え、結像光学装置全体の小型化が図
られる。

【０１１８】また、本発明において、観察光学系、結像
光学系をプリズムのみから構成することも可能である。
これにより部品点数が減り、コストダウンが図られる。
さらに、複数のプリズムを一体化し、１つのプリズムと
することも当然可能である。これにより、さらなるコス
トダウンが可能である。

【０１１９】また、本発明において、第１プリズムと第
２プリズム以外に、その物体側、２つのプリズムの間、
あるいは、２つのプリズムの像側の何れかあるいは複数
の位置に他のレンズ（正レンズ、負レンズ）を構成要素
として含んでいてもよい。

【０１２０】また、本発明の観察光学系、結像光学系
は、明るい単焦点レンズであることが可能である。ま
た、２つのプリズムの間隔、２つのプリズムの物体側、
あるいは、像側に単数あるいは複数の屈折光学系を組み
合わせてズームレンズ（変倍光学系）とすることもでき
る。

【０１２１】また、本発明において、光学系の屈折面、
反射面を球面あるいは回転対称非球面で構成することも
当然可能である。

【０１２２】なお、本発明の以上の結像光学系を撮像装
置の撮像部に配置する場合、あるいは、その撮影装置が
カメラ機構を備えいる場合に、前群中に配置されたプリ
ズム部材を光学作用を持つ光学素子の中で最も物体側に
配置し、そのプリズム部材の入射面を光軸に対して偏心
して配置し、そのプリズム部材よりも物体側に光軸に対
して垂直に配置したカバー部材を配置する構成にするこ
とができ、また、前群中に配置されたプリズム部材が物
体側に光軸に対して偏心配置された入射面を備えるよう
に構成し、その入射面と空気間隔を挟んで光軸と同軸上
に配置されたパワーを有するカバーレンズをその入射面
よりも物体側に配置する構成にすることができる。

【０１２３】このように、プリズム部材が最も物体側に
配置され、偏心入射面が撮影装置前面に備えられると、
被写体からは斜めに傾いた入射面が見えるため、被写体
からずれた位置を中心に撮影しているかのような違和感
を与えてしまうことになる。そこで、光軸に垂直なカバ
ー部材又はカバーレンズを配置して、一般の撮影装置と
同様、撮影する被写体に違和感を感じない撮影ができ
る。

【０１２４】以上のような本発明の何れかの結像光学系
をファインダー対物光学系として配置し、さらに、その
ファインダー対物光学系によって形成された物体像を正
立正像させる像正立光学系と、接眼光学系とからファイ
ンダー光学系を構成することができる。

【０１２５】また、そのファインダー光学系と、それと
併設された撮影用対物光学系とを備えてカメラ装置を構
成することができる。

【０１２６】また、以上のような本発明の何れかの結像
光学系と、その結像光学系によって形成される像面上に
配置された撮像素子とを備えて撮像光学系を構成するこ
とができる。

【０１２７】また、以上のような本発明の何れかの結像
光学系と、その結像光学系によって形成される像面上に
配置された撮像素子と、その撮像素子で受光された像情
報を記録する記録媒体と、その記録媒体又は撮像素子か
らの像情報を受けて観察像を形成する画像表示素子とを
備えて電子カメラ装置を構成することができる。

【０１２８】また、以上のような本発明の何れかの結像
光学系と、その結像光学系によって形成される像を長軸
方向に沿って伝達する像伝達部材とを有する観察系と、
照明光源及びその照明光源からの照明光を前記長軸方向
に沿って伝達する照明光伝達部材を有する照明系とを備
えて内視鏡装置を構成することができる。

【０１２９】また、観察像を形成する電子画像表示素子
と、その画像表示素子の表示面上の像を観察する本発明
の何れかの観察光学系とを配置して電子ファインダー光
学系を構成することができる。

【０１３０】また、結像光学系と、その結像光学系によ
って形成される像面上に配置された撮像素子と、その撮
像素子で受光された像情報を記録する記録媒体と、その
記録媒体又は撮像素子からの像情報を受けて観察像を形
成する画像表示素子と、その画像表示素子の表示面上の
像を観察する本発明の何れかの観察光学系とを備えて電
子カメラ装置を構成することができる。

【０１３１】まが、結像光学系と、その結像光学系によ
って形成される像を長軸方向に沿って伝達する像伝達部
材とを有する観察系と、照明光源と、その照明光源から
の照明光をその長軸方向に沿って伝達する照明光伝達部
材とを有する照明系とを備え、その観察系の像伝達部材
によって構成された像面を観察するために配置された本
発明の何れかの観察光学系とを備えて内視鏡装置を構成
することができる。

【０１３２】また、観察像を画面上に形成する画像表示
素子と、その観察像を観察する接眼光学系として配置し
た本発明の何れかの観察光学系とを備えた本体部と、そ
の本体部を観察者顔面に保持するために観察者側頭部に
装着されるように頭部装着型画像表示装置を構成するこ
とができる。

【０１３３】その場合に、画像表示素子と接眼光学系と
がそれぞれ左右１組ずつ並設され両眼視用に構成するこ
とができる。

【０１３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の観察光学系、結像
光学系の実施例１〜５について説明する。これらの実施
例は結像光学系として説明するが、結像光学系の像面に
画像表示素子を配置し、その絞り位置に観察者の眼球の
瞳（射出瞳）を配置することにより観察光学系として用
いることができる。すなわち、実施例１〜５の結像光学
系の光路を逆にすることにより観察光学系として用いる
ことができる。なお、各実施例の構成パラメータは後に
示す。

【０１３５】各実施例において、図１に示すように、軸
上主光線１を物体中心を出て、絞り２の中心を通り、像
面３中心に到る光線で定義する。そして、軸上主光線１
と絞り２の面、第１プリズム１０の射出面（第３面）１
３、第２プリズム２０の入射面（第１面）２１、射出面
（第４面）２４との交点を通り、絞り２の面及び入射面
についてはその面に入射する軸上主光線１に垂直に、射
出面についてはその面から射出する軸上主光線１に垂直
に、それぞれ仮想面をとる。各仮想面の交点を、その交
点を通る光学面から次の仮想面（最後の仮想面について
像面）までの間の偏心光学面の原点として、入射面（絞
り面を含む）の交点について定められた仮想面の場合
は、入射する軸上主光線１、射出面の交点について定め
られた仮想面の場合は、射出する軸上主光線１に沿う方
向をＺ軸方向とし、軸上主光線１と絞り面との交点を通
る第１仮想面に関しては、軸上主光線１の進行方向に沿
った方向をＺ軸正方向とし、その他の仮想面について
は、第１仮想面からその仮想面に到る光路中の反射回数
が偶数回の場合には軸上主光線１の進行方向に沿った方
向をＺ軸正方向とし、反射回数が奇数回の場合には軸上
主光線１の進行方向と反対方向をＺ軸正方向とし、この
Ｚ軸と像面中心を含む平面をＹ−Ｚ平面とし、原点を通
りＹ−Ｚ平面に直交し、紙面の手前から裏面側に向かう
方向をＸ軸正方向とし、Ｘ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を
構成する軸をＹ軸とする。図１には、各仮想面と絞り２
の面の交点について定められた第１仮想面に関する座標
系とを図示してある。図２以下については、これら仮想
面と座標系の図示は省く。

【０１３６】実施例１〜５では、このＹ−Ｚ平面内で各
面の偏心を行っており、また、各回転非対称自由曲面の
唯一の対称面をＹ−Ｚ面としている。

【０１３７】偏心面については、対応する座標系の原点
から、その面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方
向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心
軸（自由曲面については、前記（ａ）式のＺ軸、回転対
称非球面については、下記（ｂ）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反時計回り
を、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味す
る。

【０１３８】また、各実施例の光学系を構成する光学作
用面の中、特定の面（仮想面を含む。）とそれに続く面
が共軸光学系を構成する場合には、面間隔が与えられて
おり、その他、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。なお、面間隔の符号については、第
１仮想面からその基準の光学面（仮想面を含む。）に到
る光路中の反射回数が偶数回の場合には正の値、奇数回
の場合には負の値として示されているが、軸上主光線１
の進行方向に沿っての距離は、何れも正の値である。

【０１３９】また、本発明で用いられる自由曲面の面の
形状は前記（ａ）式により定義し、その定義式のＺ軸が
自由曲面の軸となる。

【０１４０】また、非球面は、以下の定義式で与えられ
る回転対称非球面である。

【０１４１】 Ｚ＝（ｙ² ／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）ｙ² ／Ｒ² ｝^{1 /2}］ ＋Ａｙ⁴ ＋Ｂｙ⁶ ＋Ｃｙ⁸ ＋Ｄｙ¹⁰＋…… ・・・（ｂ） ただし、Ｚを光の進行方向を正とした光軸（軸上主光
線）とし、ｙを光軸と垂直な方向にとる。ここで、Ｒは
近軸曲率半径、Ｋは円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、…はそ
れぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。
この定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。

【０１４２】なお、自由曲面の他の定義式として、以下
の（ｃ）式で与えられるＺｅｒｎｉｋｅ多項式がある。
こ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Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の軸となる。回転非対称面
の定義は、Ｘ−Ｙ面に対するＺの軸の高さの極座標で定
義され、ＡはＸ−Ｙ面内のＺ軸からの距離、ＲはＺ軸回
りの方位角で、Ｚ軸から測った回転角で表せられる。

【０１４３】 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)・・・・・ ・・・（ｃ） なお、Ｘ軸方向に対称な光学系として設計するには、Ｄ
₄ ，Ｄ₅ ，Ｄ₆ 、Ｄ₁₀０，Ｄ₁₁，Ｄ₁₂，Ｄ₁₃，Ｄ₁₄，Ｄ
₂₀，Ｄ₂₁，Ｄ₂₂…を利用する。

【０１４４】その他の面の例として、次の定義式（ｄ）
があげられる。

【０１４５】Ｚ＝ΣΣＣ_nmＸＹ 例として、ｋ＝７（７次項）を考えると、展開したと
き、以下の式で表せる。

【０１４６】 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 ｜ ・・・（ｄ） なお、本発明の実施例では、前記（ａ）式を用いた自由
曲面で面形状が表現されているが、上記（ｃ）式、
（ｄ）式を用いても同様の作用効果を得られるのは言う
までもない。

【０１４７】実施例１〜４は、観察光学系とした場合
に、観察画角は、水平半画角１５°、垂直半画角１１．
５６°、画像表示素子の大きさは５．８９×４．４２ｍ
ｍであり、瞳径４ｍｍ、焦点距離１１ｍｍに相当する。
また、実施例５は、観察光学系とした場合に、観察画角
は、水平半画角１５°、垂直半画角１１．３６°、画像
表示素子の大きさは８．９４×６．７１ｍｍであり、瞳
径４ｍｍ、焦点距離１６ｍｍに相当する。

【０１４８】実施例１、２、５の光軸を含むＹ−Ｘ断面
図をそれぞれ図１、図２、図５に示す。実施例１、２、
５は何れも、物体側から光の通る順に、絞り２、第１プ
リズム１０、中間像面４、第２プリズム２０、像面（結
像面）３からなり（中間像面４は一部あるいは全部第１
プリズム１０又は第２プリズム２０の内部に埋設してい
る場合もある（実施例５）。）、第１プリズム１０は第
１面１１から第３面１３で構成され、その第１面１１は
物体側からの光束を第１プリズム１０内に入射させると
共に第２面１２で反射された光束をプリズム内で反射
し、第２面１２は第１面１１から入射した光束をプリズ
ム内で反射し、第３面１３は第１面１１で反射された光
束をプリズム外へ射出するように構成されている。ま
た、第２プリズム２０は第１面２１から第４面２４で構
成され、その第１面２１は物体側からの光束を第２プリ
ズム２０内に入射させ、第２面２２は第１面２１から入
射した光束をプリズム内で反射し、第３面２３は第２面
２２で反射された光束をプリズム内で反射し、第４面２
４は第３面２３で反射された光束をプリズム外へ射出す
るように構成されている。そして、第１プリズム１０の
第１面１１は透過作用と反射作用を併せ持つ同一の光学
作用面としている。また、第２プリズム２０の第１面２
１と第２面２２、第３面２３と第４面２４はそれぞれ対
向配置され、第１面２１と第２面２２を結ぶ光路は第３
面２３と第４面２４を結ぶ光路と交差するようになって
いる。なお、実施例１と２、５の違いは、第２プリズム
２０中の第２面２２で反射する方向が相互に逆になって
いる点である。

【０１４９】また、後記する構成パラメータの第２面か
ら第６面までは第１面の仮想面１を基準とした偏心量で
表されており、第７面（仮想面３）の面頂位置は第６面
の仮想面２からの軸上主光線に沿った面間隔のみによっ
て表されており、第８面から第１２面までは第７面の仮
想面３を基準とした偏心量で表されており、像面は第１
２面の仮想面４からの軸上主光線に沿った面間隔のみに
よって表されている。

【０１５０】実施例３、４の光軸を含むＹ−Ｘ断面図を
それぞれ図３、図４に示す。実施例３、４は何れも、物
体側から光の通る順に、絞り２、第１プリズム１０、中
間像面４、第２プリズム２０、像面（結像面）３からな
り（中間像面４は一部あるいは全部第１プリズム１０又
は第２プリズム２０の内部に埋設している場合もあ
る。）、第１プリズム１０は第１面１１から第４面１４
で構成され、その第１面１１は物体側からの光束を第１
プリズム１０内に入射させると共に第２面１２で反射さ
れた光束をプリズム内で反射し、第２面１２は第１面１
１から入射した光束をプリズム内で反射し、第３面１３
は第１面１１で反射された光束をプリズム内で反射し、
第４面１４は第３面１３で反射された光束をプリズム外
へ射出するように構成されている。また、第２プリズム
２０は第１面２１から第４面２４で構成され、その第１
面２１は物体側からの光束を第２プリズム２０内に入射
させ、第２面２２は第１面２１から入射した光束をプリ
ズム内で反射し、第３面２３は第２面２２で反射された
光束をプリズム内で反射し、第４面２４は第３面２３で
反射された光束をプリズム外へ射出するように構成され
ている。そして、第１プリズム１０の第１面１１は透過
作用と反射作用を併せ持つ同一の光学作用面としてい
る。また、第２プリズム２０の第１面２１と第２面２
２、第３面２３と第４面２４はそれぞれ対向配置され、
第１面２１と第２面２２を結ぶ光路は第３面２３と第４
面２４を結ぶ光路と交差するようになっている。なお、
実施例３と４の違いは、第２プリズム２０中の第２面２
２で反射する方向が相互に逆になっている点である。

【０１５１】また、後記する構成パラメータの第２面か
ら第７面までは第１面の仮想面１を基準とした偏心量で
表されており、第８面（仮想面３）の面頂位置は第７面
の仮想面２からの軸上主光線に沿った面間隔のみによっ
て表されており、第９面から第１３面までは第８面の仮
想面３を基準とした偏心量で表されており、像面は第１
３面の仮想面４からの軸上主光線に沿った面間隔のみに
よって表されている。

【０１５２】本発明の観察光学系、結像光学系は、もち
ろん、以上の他のサイズの場合でも適用できるのは言う
までのない。また、本発明は、本発明の観察光学系、結
像光学系を用いた撮像光学系、表示光学系のみならず、
その光学系を組み込んだ撮像装置等も含むものである。

【０１５３】以下に上記実施例１〜５の構成パラメータ
を示す。これら表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＡＳ
Ｓ”は回転対称非球面、“ＨＲＰ”は仮想面を示す。

【０１５４】 実施例１ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（絞り面） （ＨＲＰ１） 2 ＦＦＳ 偏心(1) 1.4924 57.6 3 ＦＦＳ 偏心(2) 1.4924 57.6 4 ＦＦＳ 偏心(1) 1.4924 57.6 5 ＦＦＳ 偏心(3) 6 ∞（ＨＲＰ２） 7.07 偏心(4) 7 ∞（ＨＲＰ３） 8 ＦＦＳ 偏心(5) 1.4924 57.6 9 ＦＦＳ 偏心(6) 1.4924 57.6 10 ＦＦＳ 偏心(7) 1.4924 57.6 11 ＦＦＳ 偏心(8) 12 ∞（ＨＲＰ４） 0.33 偏心(9) 像 面 ∞ ＦＦＳ Ｃ₄ -1.3577×10^-2 Ｃ₆ -8.7508×10^-3 Ｃ₈ -2.7884×10^-4 Ｃ₁₀ -1.3395×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.6539×10^-2 Ｃ₆ -1.4924×10^-2 Ｃ₈ -1.0765×10^-5 Ｃ₁₀ 3.1326×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.9097×10^-2 Ｃ₆ -1.1262×10^-2 Ｃ₈ 4.6261×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ 1.1323×10^-2 Ｃ₆ 3.9904×10^-2 Ｃ₈ 4.8170×10^-3 Ｃ₁₀ -3.9103×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.8180×10^-2 Ｃ₆ -1.2034×10^-2 Ｃ₈ 2.6424×10^-4 Ｃ₁₀ -2.9623×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ 2.0414×10^-2 Ｃ₆ 1.8330×10^-2 Ｃ₈ -6.5656×10^-4 Ｃ₁₀ -1.1074×10^-3 ＦＦＳ Ｃ₄ -7.4810×10^-2 Ｃ₆ -1.6377×10^-1 Ｃ₈ 1.9374×10^-4 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 7.30 Ｚ 27.08 α 10.44 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.16 Ｚ 34.31 α -21.61 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 14.34 Ｚ 30.28 α 76.53 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 14.34 Ｚ 30.28 α 60.02 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 7.59 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 0.49 Ｚ 11.09 α -23.49 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ 5.58 Ｚ 6.74 α -70.69 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) Ｘ 0.00 Ｙ -5.08 Ｚ 6.38 α -90.53 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) Ｘ 0.00 Ｙ -5.08 Ｚ 6.38 α -92.57 β 0.00 γ 0.00 。

【０１５５】 実施例２ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（絞り面） （ＨＲＰ１） 2 ＦＦＳ 偏心(1) 1.4924 57.6 3 ＦＦＳ 偏心(2) 1.4924 57.6 4 ＦＦＳ 偏心(1) 1.4924 57.6 5 ＦＦＳ 偏心(3) 6 ∞（ＨＲＰ２） 2.60 偏心(4) 7 ∞（ＨＲＰ３） 8 ＦＦＳ 偏心(5) 1.4924 57.6 9 ＦＦＳ 偏心(6) 1.4924 57.6 10 ＦＦＳ 偏心(7) 1.4924 57.6 11 ＦＦＳ 偏心(8) 12 ∞（ＨＲＰ４） 1.00 偏心(9) 像 面 ∞ ＦＦＳ Ｃ₄ -6.4966×10^-3 Ｃ₆ -1.5566×10^-3 Ｃ₈ -7.7556×10^-5 Ｃ₁₀ -3.3897×10^-6 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.5340×10^-2 Ｃ₆ -1.0626×10^-2 Ｃ₈ 2.4381×10^-5 Ｃ₁₀ -4.0704×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ 1.1904×10^-2 Ｃ₆ 3.1783×10^-3 Ｃ₈ -2.2871×10^-3 Ｃ₁₀ 2.5457×10^-3 ＦＦＳ Ｃ₄ 8.1524×10^-2 Ｃ₆ 7.5173×10^-2 Ｃ₈ -1.0261×10^-2 Ｃ₁₀ 1.7590×10^-3 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.2499×10^-2 Ｃ₆ -8.5831×10^-3 Ｃ₈ -9.4105×10^-4 Ｃ₁₀ 5.9688×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ 2.7540×10^-2 Ｃ₆ 2.7273×10^-2 Ｃ₈ -8.2210×10^-4 Ｃ₁₀ 1.1426×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ -8.5715×10^-2 Ｃ₆ -8.3949×10^-2 Ｃ₈ 6.7085×10^-4 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 10.93 Ｚ 27.84 α 1.80 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 35.07 α -28.27 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 18.08 Ｚ 31.95 α 74.11 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 18.08 Ｚ 31.95 α 52.97 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α -7.11 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ -0.38 Ｚ 9.35 α 20.15 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ -5.74 Ｚ 3.54 α 63.51 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) Ｘ 0.00 Ｙ 3.75 Ｚ 4.47 α 86.48 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) Ｘ 0.00 Ｙ 3.75 Ｚ 4.47 α 83.33 β 0.00 γ 0.00 。

【０１５６】 実施例３ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（絞り面） （ＨＲＰ１） 2 ＦＦＳ 偏心(1) 1.5254 56.2 3 ＦＦＳ 偏心(2) 1.5254 56.2 4 ＦＦＳ 偏心(1) 1.5254 56.2 5 ＦＦＳ 偏心(3) 1.5254 56.2 6 ＦＦＳ 偏心(4) 7 ∞（ＨＲＰ２） -2.43 偏心(5) 8 ∞（ＨＲＰ３） 9 ＦＦＳ 偏心(6) 1.4924 57.6 10 ＦＦＳ 偏心(7) 1.4924 57.6 11 ＦＦＳ 偏心(8) 1.4924 57.6 12 ＦＦＳ 偏心(9) 13 ∞（ＨＲＰ４） -1.00 偏心(10) 像 面 ∞ ＦＦＳ Ｃ₄ -1.0638×10^-2 Ｃ₆ -6.9011×10^-4 Ｃ₈ -1.4418×10^-4 Ｃ₁₀ 1.5504×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.4149×10^-2 Ｃ₆ -8.1826×10^-3 Ｃ₈ 1.5320×10^-5 Ｃ₁₀ 1.8228×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ -3.6438×10^-3 Ｃ₆ -3.0000×10^-3 Ｃ₈ 2.3360×10^-4 Ｃ₁₀ -1.4190×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ 1.9435×10^-2 Ｃ₆ 5.4140×10^-2 Ｃ₈ -2.9190×10^-3 Ｃ₁₀ 1.3755×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ -3.4538×10^-2 Ｃ₆ 3.4020×10^-2 Ｃ₈ -6.1380×10^-3 Ｃ₁₀ 2.7253×10^-3 ＦＦＳ Ｃ₄ 9.7079×10^-3 Ｃ₆ 1.3042×10^-2 Ｃ₈ -5.1343×10^-4 Ｃ₁₀ 3.7383×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.7271×10^-2 Ｃ₆ -1.5657×10^-2 Ｃ₈ -2.0576×10^-4 Ｃ₁₀ 2.7989×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ 1.1330×10^-1 Ｃ₆ 4.0208×10^-2 Ｃ₈ -1.4570×10^-2 Ｃ₁₀ 3.3936×10^-3 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 8.30 Ｚ 27.93 α 0.84 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 34.58 α -25.65 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 23.87 Ｚ 39.68 α -0.02 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 35.31 Ｚ 31.05 α -48.97 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 35.31 Ｚ 31.05 α -55.13 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 6.17 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ -0.32 Ｚ -9.04 α -17.96 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) Ｘ 0.00 Ｙ -5.14 Ｚ -2.86 α -58.96 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) Ｘ 0.00 Ｙ 3.76 Ｚ -4.44 α -82.11 β 0.00 γ 0.00 偏心(10) Ｘ 0.00 Ｙ 3.76 Ｚ -4.44 α -78.90 β 0.00 γ 0.00 。

【０１５７】 実施例４ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ -1000.00 1 ∞（絞り面） （ＨＲＰ１） 2 ＦＦＳ 偏心(1) 1.5254 56.2 3 ＦＦＳ 偏心(2) 1.5254 56.2 4 ＦＦＳ 偏心(1) 1.5254 56.2 5 ＦＦＳ 偏心(3) 1.5254 56.2 6 ＦＦＳ 偏心(4) 7 ∞（ＨＲＰ２） -2.55 偏心(5) 8 ∞（ＨＲＰ３） 9 ＦＦＳ 偏心(6) 1.4924 57.6 10 ＦＦＳ 偏心(7) 1.4924 57.6 11 ＦＦＳ 偏心(8) 1.4924 57.6 12 ＦＦＳ 偏心(9) 13 ∞（ＨＲＰ４） -1.00 偏心(10) 像 面 ∞ ＦＦＳ Ｃ₄ -6.1446×10^-3 Ｃ₆ -6.5496×10^-3 Ｃ₈ -2.4789×10^-4 Ｃ₁₀ -1.3001×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.2360×10^-2 Ｃ₆ -1.1879×10^-2 Ｃ₈ -4.7913×10^-5 Ｃ₁₀ -2.8408×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ 3.8613×10^-3 Ｃ₆ -1.2607×10^-3 Ｃ₈ 2.9802×10^-4 Ｃ₁₀ 7.8685×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ 3.3454×10^-2 Ｃ₆ 4.4465×10^-2 Ｃ₈ -4.1923×10^-3 Ｃ₁₀ -8.1639×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.3750×10^-2 Ｃ₆ -1.4913×10^-2 Ｃ₈ -8.1269×10^-3 Ｃ₁₀ -1.6922×10^-3 ＦＦＳ Ｃ₄ 1.4353×10^-2 Ｃ₆ 4.5162×10^-3 Ｃ₈ -4.3223×10^-4 Ｃ₁₀ -2.2328×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.2387×10^-2 Ｃ₆ -2.0159×10^-2 Ｃ₈ 5.5463×10^-4 Ｃ₁₀ 3.5757×10^-4 ＦＦＳ Ｃ₄ 1.1143×10^-1 Ｃ₆ 1.1347×10^-1 Ｃ₈ -1.8307×10^-2 Ｃ₁₀ -1.6991×10^-2 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 7.37 Ｚ 27.75 α 4.31 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 34.04 α -24.76 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 23.60 Ｚ 37.84 α -1.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 36.11 Ｚ 30.66 α -69.12 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 36.11 Ｚ 30.66 α -55.34 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α -16.08 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ 1.03 Ｚ -10.88 α 18.89 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) Ｘ 0.00 Ｙ 6.07 Ｚ -5.51 α 63.49 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) Ｘ 0.00 Ｙ -3.26 Ｚ -6.52 α 74.52 β 0.00 γ 0.00 偏心(10) Ｘ 0.00 Ｙ -3.26 Ｚ -6.52 α 88.47 β 0.00 γ 0.00 。

【０１５８】 実施例５ 面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数 物体面 ∞ ∞ 1 ∞（絞り面） （ＨＲＰ１） 2 ＡＳＳ 偏心(1) 1.5163 64.1 3 ＦＦＳ 偏心(2) 1.5163 64.1 4 ＡＳＳ 偏心(1) 1.5163 64.1 5 ＦＦＳ 偏心(3) 6 ∞（ＨＲＰ２） 3.21 偏心(4) 7 ∞（ＨＲＰ３） 8 ＦＦＳ 偏心(5) 1.5163 64.1 9 ＦＦＳ 偏心(6) 1.5163 64.1 10 ＦＦＳ 偏心(7) 1.5163 64.1 11 ＦＦＳ 偏心(8) 12 ∞（ＨＲＰ４） 5.08 偏心(9) 像 面 ∞ ＡＳＳ Ｒ -43.73 Ｋ 0.0000 Ａ 5.8995×10^-6 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.5740×10^-2 Ｃ₆ -1.6078×10^-2 Ｃ₈ -2.6302×10^-5 Ｃ₁₀ 9.6979×10^-5 Ｃ₁₁ -2.4613×10^-6 Ｃ₁₃ -6.0731×10^-6 Ｃ₁₅ -1.2304×10^-6 Ｃ₁₇ 8.0611×10^-8 Ｃ₁₉ 9.4092×10^-8 Ｃ₂₁ 3.4275×10^-7 ＦＦＳ Ｃ₄ -6.1512×10^-3 Ｃ₆ -5.3247×10^-2 Ｃ₈ 1.4029×10^-3 Ｃ₁₀ 4.5670×10^-4 Ｃ₁₁ 9.7407×10^-5 Ｃ₁₃ 1.1917×10^-4 Ｃ₁₅ 4.5195×10^-4 Ｃ₁₇ -9.3623×10^-6 Ｃ₁₉ 2.2154×10^-5 Ｃ₂₁ -4.2455×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ 1.4729×10^-2 Ｃ₆ 3.9289×10^-2 Ｃ₈ -1.1320×10^-3 Ｃ₁₀ 2.1976×10^-4 Ｃ₁₁ 1.0537×10^-4 Ｃ₁₃ 2.0802×10^-4 Ｃ₁₅ 3.3228×10^-4 Ｃ₁₇ 1.0840×10^-5 Ｃ₁₉ 2.2509×10^-5 Ｃ₂₁ 3.8019×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ -1.3063×10^-2 Ｃ₆ -3.3718×10^-3 Ｃ₈ -8.8680×10^-4 Ｃ₁₀ -1.8837×10^-3 Ｃ₁₁ 3.1099×10^-5 Ｃ₁₃ 2.2016×10^-4 Ｃ₁₅ 3.2281×10^-4 Ｃ₁₇ -5.7131×10^-6 Ｃ₁₉ -2.7253×10^-5 Ｃ₂₁ 3.0255×10^-5 ＦＦＳ Ｃ₄ 1.7183×10^-2 Ｃ₆ 1.5456×10^-2 Ｃ₈ -1.5376×10^-4 Ｃ₁₀ -8.2523×10^-4 Ｃ₁₁ -3.0879×10^-7 Ｃ₁₃ 4.5452×10^-5 Ｃ₁₅ 6.4141×10^-5 Ｃ₁₇ -5.1681×10^-7 Ｃ₁₉ 1.7978×10^-6 Ｃ₂₁ 2.8177×10^-6 ＦＦＳ Ｃ₄ -2.1129×10^-2 Ｃ₆ -4.3618×10^-2 Ｃ₈ -9.4498×10^-4 Ｃ₁₀ 5.8450×10^-4 Ｃ₁₁ 5.7699×10^-5 Ｃ₁₃ 7.1690×10^-4 Ｃ₁₅ 2.7486×10^-4 Ｃ₁₇ 1.0295×10^-4 Ｃ₁₉ 9.2900×10^-6 Ｃ₂₁ 3.8394×10^-5 偏心(1) Ｘ 0.00 Ｙ 6.53 Ｚ 28.60 α 16.37 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) Ｘ 0.00 Ｙ 0.33 Ｚ 36.88 α -17.04 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) Ｘ 0.00 Ｙ 15.66 Ｚ 32.01 α 67.25 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) Ｘ 0.00 Ｙ 15.66 Ｚ 32.01 α 70.74 β 0.00 γ 0.00 偏心(5) Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00 α 36.47 β 0.00 γ 0.00 偏心(6) Ｘ 0.00 Ｙ 3.16 Ｚ 13.29 α 36.25 β 0.00 γ 0.00 偏心(7) Ｘ 0.00 Ｙ -3.56 Ｚ 9.27 α 89.73 β 0.00 γ 0.00 偏心(8) Ｘ 0.00 Ｙ 6.81 Ｚ 3.19 α 111.87 β 0.00 γ 0.00 偏心(9) Ｘ 0.00 Ｙ 6.81 Ｚ 3.19 α 124.78 β 0.00 γ 0.00 。

【０１５９】次に、上記実施例１、５の横収差図をそれ
ぞれ図６、図７に示す。これら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。

【０１６０】次に上記実施例１〜５の前記条件式（１）
〜（６）に関する値は次の通りである。

【０１６１】 実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５ （１） 293.2 307.4 298.5 302.4 491.0 （２）Ｘ 0.68 0.77 0.40 0.36 1.04 Ｙ 0.66 0.72 0.23 0.27 0.92 （３）Ｘ 1.14 0.82 0.62 0.93 1.30 Ｙ 0.78 0.55 0.83 0.31 0.34 （４）Ｘ 1.28 1.80 1.10 0.80 1.72 Ｙ 1.19 1.75 0.99 1.40 1.54 （５）Ｘ 0.89 0.45 0.56 1.16 0.76 Ｙ 0.66 0.31 0.83 0.22 0.22 （６） 39.8 41.7 40.7 41.1 43.9 。

【０１６２】ところで、以上の実施例の本発明の結像光
学系、観察光学系を構成する第１プリズム１０として
は、上記の実施例１〜５の内部反射回数２〜３回のタイ
プのプリズムを用いたが、本発明の結像光学系、観察光
学系において第１プリズム１０として用いるプリズムは
これに限られるものではない。図８〜図１５にその例を
示す。

【０１６３】図８の場合は、プリズムＰは第１面３２、
第２面３３、第３面３４からなり、入射瞳３１を通って
入射した光は、第１面３２で屈折してプリズムＰに入射
し、第２面３３で内部反射し、第３面３４に入射して屈
折されて、像面３６に結像する。

【０１６４】図９の場合は、プリズムＰは第１面３２、
第２面３３、第３面３４、第４面３５からなり、入射瞳
３１を通って入射した光は、第１面３２で屈折してプリ
ズムＰに入射し、第２面３３で内部反射し、第３面３４
で内部反射し、第４面３５に入射して屈折されて、像面
３６に結像する。

【０１６５】図１０の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３４、第４面３５からなり、入
射瞳３１を通って入射した光は、第１面３２で屈折して
プリズムＰに入射し、第２面３３で内部反射し、第３面
３４に入射して全反射し、第４面３５に入射して内部反
射し、再び第３面３４に入射して今度は屈折されて、像
面３６に結像する。

【０１６６】図１１の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３４からなり、入射瞳３１を通
って入射した光は、第１面３２で屈折してプリズムＰに
入射し、第２面３３で内部反射し、第３面３４で内部反
射し、再び第１面３２に入射して今度は全反射し、再び
第２面３３に入射して今度は屈折されて、像面３６に結
像する。

【０１６７】図１２の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３４、第４面３５からなり、入
射瞳３１を通って入射した光は、第１面３２で屈折して
プリズムＰに入射し、第２面３３で内部反射し、第３面
３４に入射して内部反射し、第２面３３に再度入射して
内部反射し、第４面３５に入射して屈折されて、像面３
６に結像する。

【０１６８】図１３の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３４、第４面３５からなり、入
射瞳３１を通って入射した光は、第１面３２で屈折して
プリズムＰに入射し、第２面３３で内部反射し、第３面
３４に入射して内部反射し、第２面３３に再度入射して
内部反射し、第４面３５に入射して内部反射し、第２面
３３に再度入射して今度は屈折されて、像面３６に結像
する。

【０１６９】図１４の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３４からなり、入射瞳３１を通
って入射した光は、第１面３２で屈折してプリズムＰに
入射し、第２面３３で内部反射し、再び第１面３２に入
射して今度は全反射し、第３面３４で内部反射し、三た
び第１面３２に入射して全反射し、第３面３４に再度入
射して今度は屈折されて、像面３６に結像する。

【０１７０】図１５の場合は、プリズムＰは第１面３
２、第２面３３、第３面３４からなり、入射瞳３１を通
って入射した光は、第１面３２で屈折してプリズムＰに
入射し、第２面３３で内部反射し、再び第１面３２に入
射して今度は全反射し、第３面３４で内部反射し、三た
び第１面３２に入射して全反射し、再び第３面３４に入
射して内部反射し、四たび第１面３２に入射して今度は
屈折されて、像面３６に結像する。

【０１７１】以上のような本発明による結像光学系、観
察光学系は、物体像を形成しその像をＣＣＤや銀塩フィ
ルムといった撮像素子に受光させて撮影を行う撮影装置
や、物体像を接眼レンズを通して観察する観察装置とし
ても用いることが可能である。具体的には、銀塩カメ
ラ、デジタルカメラ、ＶＴＲカメラ、顕微鏡、頭部装着
型画像表示装置、内視鏡、プロジェクター等がある。以
下に、その実施形態を例示する。

【０１７２】その一例として、まず、図１６に頭部装着
型で両眼装着用の画像表示装置を観察者頭部に装着した
状態を、図１７にその断面図を示す。この構成は、本発
明による観察光学系を図１７に示すように接眼光学系１
００として用いており（この場合は、実施例１のような
形状の観察光学系の像面３に画像表示素子１０１を配置
している。）、この接眼光学系１００と画像表示素子１
０１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。

【０１７３】すなわち、表示装置本体１０２には、前記
のような観察光学系が接眼光学系１００として用いら
れ、その接眼光学系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１６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。なお、各
画像表示装置１０２の接眼光学系１００の第１プリズム
１０の第１面１１（図１〜図４参照）を保護するため
に、図１７に示すように、接眼光学系１００の射出瞳と
第１面１１の間にカバー部材９１が配置されている。こ
のカバー部材９１としては、平行平面板、正レンズある
いは負レンズの何れを用いてもよい。

【０１７４】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１６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。

【０１７５】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。

【０１７６】さらに、本発明による観察光学系は、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。図１８にその片眼
装着用の画像表示装置を観察者頭部に装着（この場合
は、左眼に装着）した状態を示す。この構成では、接眼
光学系１００と画像表示素子１０１からなる組み１つか
らなる表示装置本体１０２が前フレーム１０８の対応す
る眼の前方位置に取り付けられ、その前フレーム１０８
には左右に連続して図示のような側頭フレーム１０３が
設けられており、表示装置本体１０２を観察者の片眼前
に保持できるようになっている。その他の構成は図１６
の場合と同様であり、説明は省く。

【０１７７】また、図１９〜図２１は、本発明による結
像光学系を電子カメラのファインダー部の対物光学系に
組み込んだ構成の概念図を示す。図１９は電子カメラ４
０の外観を示す前方斜視図、図２０は同後方斜視図、図
２１は電子カメラ４０の構成を示す断面図である。電子
カメラ４０は、この例の場合、撮影用光路４２を有する
撮影光学系４１、ファインダー用光路４４を有するファ
インダー光学系４３、シャッター４５、フラッシュ４
６、液晶表示モニター４７等を含み、カメラ４０の上部
に配置されたシャッター４５を押圧すると、それに連動
して撮影用対物光学系４８を通して撮影が行われる。撮
影用対物光学系４８によって形成された物体像が、ロー
パスフィルター、赤外カットフィルター等のフィルター
５１を介してＣＣＤ４９の撮像面５０上に形成される。
このＣＣＤ４９で受光された物体像は、処理手段５２を
介し、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶表示
モニター４７に表示される。また、この処理手段５２に
はメモリ等が配置され、撮影された電子画像を記録する
こともできる。なお、このメモリは処理手段５２と別体
に設けらてもよいし、フロッピーディスク等により電子
的に記録書込を行うように構成してもよい。また、ＣＣ
Ｄ４９に代わって銀塩フィルムを配置した銀塩カメラと
して構成してもよい。

【０１７８】さらに、ファインダー用光路４４上には、
ファインダー用対物光学系５３が配置されており、この
ファインダー用対物光学系５３は、カバーレンズ５４、
絞り２、第１プリズム１０、第２プリズム２０、フォー
カス用レンズ９２からなり、絞り２から第２プリズム２
０までの結像光学系として実施例１と同様のタイプの光
学系を用いている。また、カバー部材として用いられて
いるカバーレンズ５４は、負のパワーを有するレンズで
あり、画角を拡大している。また、第２プリズム２０の
後方に配置されているフォーカス用レンズ９２は光軸の
前後方向へ位置調節可能になっており、ファインダー用
対物光学系５３のピント調節に用いられる。このファイ
ンダー用対物光学系５３によって結像面９０上に形成さ
れた物体像は、像正立部材であるポロプリズム５５の視
野枠５７上に形成される。なお、視野枠５７は、ポロプ
リズム５５の第１反射面５６と第２反射面５８との間を
分離し、その間に配置されている。このポリプリズム５
５の後方には、正立正像にされた像を観察者眼球Ｅに導
く接眼光学系５９が配置されている。

【０１７９】このように構成されたカメラ４０は、ファ
インダー用対物光学系５３を少ない光学部材で構成で
き、高性能・低コスト化が実現できると共に、対物光学
系５３の光路自体を折り曲げて構成できるため、カメラ
内部での配置の自由度が増し、設計上有利となる。

【０１８０】なお、図２１の構成において、撮影用対物
光学系４８の構成については言及しなかったが、撮影用
対物光学系４８としては屈折型同軸光学系の他に、本発
明の２つのプリズム１０、２０からなる何れかのタイプ
の結像光学系を用いることも当然可能である。

【０１８１】次に、図２２は、本発明の結像光学系を電
子カメラ４０の撮影部の対物光学系４８に、本発明の観
察光学系を電子カメラ４０の接眼光学系５９に組み込ん
だ構成の概念図を示す。この例の場合は、撮影用光路４
２上に配置された撮影用対物光学系４８は、実施例１と
同様の結像光学系を用いている。そして、その結像光学
系の第１プリズム１０と第２プリズム２０の間と、第２
プリズム２０とＣＣＤ４９の間にローパスフィルター、
赤外カットフィルター等のフィルター５１が配置されて
おり、この撮影用対物光学系４８により形成された物体
像はＣＣＤ４９の撮像面５０上に形成される。このＣＣ
Ｄ４９で受光された物体像は、処理手段５２を介し、液
晶表示素子（ＬＣＤ）６０上に電子像として表示され
る。また、この処理手段５２は、ＣＣＤ４９で撮影され
た物体像を電子情報として記録する記録手段６１の制御
も行う。ＬＣＤ６０に表示された画像は、接眼光学系５
９を介して観察者眼球Ｅに導かれる。この接眼光学系５
９は、本発明の実施例１の観察光学系と同様の形態を持
つ偏心プリズム光学系からなる。また、この撮影用対物
光学系４８は他のレンズ（正レンズ、負レンズ）を２つ
のプリズム１０、２０の物体側、それらの間あるいは像
側にその構成要素として含んでいてもよい。

【０１８２】このように構成されたカメラ４０は、撮影
用対物光学系４８、接眼光学系５９を少ない光学部材で
構成でき、高性能・低コスト化が実現できると共に、光
学系全体を同一平面上に並べて配置できるため、この配
置平面と垂直方向の厚みの簿型化が実現できる。

【０１８３】なお、本例では、撮影用対物光学系４８の
カバー部材６５はとして、平行平面板を配置している
が、前例と同様に、パワーを持ったレンズを用いてもよ
い。

【０１８４】ここで、カバー部材を設けずに、本発明の
結像光学系中の最も物体側に配置された面をカバー部材
と兼用することもできる。本例ではその最も物体側の面
はプリズム１０の入射面となる。しかし、この入射面が
光軸に対して偏心配置されているため、この面がカメラ
前面に配置されてしまうと、被写体側から見た場合、カ
メラ４０の撮影中心が自分からずれているように錯覚し
てしまい（一般的なカメラ同様、入射面の垂直方向を撮
影していると感じるのが通常である。）、違和感を与え
てしまう。そこで、本例のように、結像光学系の最も物
体側の面が偏心面である場合には、カバー部材６５（又
は、カバーレンズ５４）を設けることが、被写体側から
見た場合に違和感を感じずに、既存のカメラと同じ感覚
で撮影を受けることができ望ましい。

【０１８５】次に、図２３は、本発明による結像光学系
を電子内視鏡の観察系の対物光学系８２に、本発明によ
る観察光学系を電子内視鏡の観察系の接眼光学系８７に
組み込んだ構成の概念図を示す。この例の場合、観察系
の対物光学系８２は実施例１３と同様の形態の光学系を
用いており、接眼光学系８７も実施例１と同様の形態の
光学系を用いている。この電子内視鏡は、図２３（ａ）
に示すように、電子内視鏡７１と、照明光を供給する光
源装置７２と、その電子内視鏡７１に対応する信号処理
を行うビデオプロセッサ７３と、このビデオプロセッサ
７３から出力される映像信号を表示するモニター７４
と、このビデオブロセッサ７３と接続され映像信号等に
記録するＶＴＲデッキ７５、及び、ビデオディスク７６
と、映像信号を映像としてプリントアウトするビデオプ
リンタ７７と、例えば図１６に示したような頭部装着型
画像表示装置（ＨＭＤ）７８と共に構成されており、電
子内視鏡７１の挿入部７９の先端部８０と、その接眼部
８１は、図２３（ｂ）に示すように構成されている。光
源装置７２から照明さた光束は、ライトガイドファイバ
ー束８８を通って照明用対物光学系８９により、観察部
位を照明する。そして、この観察部位からの光が、カバ
ー部材８５を介して、観察用対物光学系８２によって物
体像として形成される。この物体像は、ローパスフィル
ター、赤外カットフィルター等のフィルター８３を介し
てＣＣＤ８４の撮像面上に形成される。さらに、この物
体像は、ＣＣＤ８４によって映像信号に変換され、その
映像信号は、図２３（ａ）に示すビデオプロセッサ７３
により、モニター７４上に直接表示されると共に、ＶＴ
Ｒデッキ７５、ビデオディスク７６中に記録され、ま
た、ビデオプリンタ７７から映像としてプリントアウト
される。また、ＨＭＤ７８の画像表示素子１０１（図１
７）に表示されＨＭＤ７８の装着者に表示される。同時
に、ＣＣＤ８４によって変換された映像信号は接眼部８
１の液晶表示素子（ＬＣＤ）８６上に電子像として表示
され、その表示像は本発明の観察光学系からなる接眼光
学系８７を経て観察者眼球Ｅに導かれる。

【０１８６】このように構成された内視鏡は、少ない光
学部材で構成でき、高性能・低コスト化が実現できると
共に、対物光学系８０が内視鏡の長軸方向に並ぶため、
細径化を阻害することなく上記効果を得ることができ
る。

【０１８７】次に、本発明による結像光学系をＣＣＤや
フィルター等の撮像素子前方に配置するときの望ましい
構成を図２４に示す。図中、偏心プリズムＰは、本発明
の結像光学系中に含まれる第１プリズムである。いま、
撮像素子の撮像面Ｃが、図のように四角形を形成すると
き、偏心プリズムＰに配置された面対称自由曲面の対称
面Ｄが、この撮像面Ｃの四角形を形成する辺の少なくと
も１つと平行になるように配置することが、美しい像形
成の上で望ましい。

【０１８８】さらに、この撮像面Ｃが正方形や長方形と
いった４つの内角がそれぞれ略９０°にて形成されてい
る場合には、面対称自由曲面の対称面Ｄは、撮像面Ｃの
互いに平行関係にある２辺に対して平行に配置され、よ
り望ましくは、この２辺の中間に配置され、この対称面
Ｄが撮像面Ｃを左右又は上下対称にする位置に一致して
いる構成であることが好ましい。このように構成すれ
ば、装置に組み込むときの組み込み精度が出しやすく、
量産性に効果的である。

【０１８９】さらに、偏心プリズムＰを構成する光学面
である第１面、第２面、第３面、第４面の中、複数の面
又は全ての面が面対称自由曲面の場合には、複数の面又
は全ての面の対称面が同一面Ｄ上に配置されるように構
成することが、設計上も、収差性能上も望ましい。そし
て、この対称面Ｄと撮像面Ｃとの関係は、上述と同様の
関係にあることが望ましい。

【０１９０】以上の本発明の結像光学系及び接眼光学系
は、例えば次のように構成することができる。

【０１９１】〔１〕 物体像を形成する結像光学系にお
いて、前記結像光学系が屈折率（ｎ）が１．３よりも大
きい（ｎ＞１．３）媒質で形成された第１プリズムと第
２プリズムを有し、前記第１プリズムは前記第２プリズ
ムよりも物体側に配置され、前記第２プリズムが、光束
を透過又は反射させる光学作用面を４面を有し、その第
１面を第２−１面、第２面を第２−２面、第３面を第２
−３面、第４面を第２−４面とするとき、前記第２−１
面が物体側からの光束をプリズム内に入射させ、第２−
２面が前記第２−１面から入射した光束をプリズム内で
反射し、第２−３面が前記第２−２面で反射された光束
をプリズム内で反射し、第２−４面は前記第２−３面で
反射された光束をプリズム外へ射出するように構成され
ると共に、前記第２−１面と前記第２−２面とが前記媒
質を挟んで対向配置され、前記第２−３面と前記第２−
４面とが前記媒質を挟んで対向配置され、前記第２−１
面と前記第２−２面を結ぶ光路が前記第２−３面と前記
第２−４面を結ぶ光路と交差するように構成され、前記
第２−２面と前記第２−３面の少なくとも一方の面が、
光束にパワーを与える曲面形状を有し、前記曲面形状が
偏心によって発生する収差を補正する回転非対称な面形
状を有し、前記第１プリズムが、曲面形状を有し前記媒
質内で光束を内部反射させる偏心配置された反射面と、
光束をプリズム内に入射させる入射面と、光束をプリズ
ム外に射出させる射出面とを少なくとも有すると共に、
前記反射面が光束にパワーを与えかつ偏心により発生す
る収差を補正する回転非対称な面形状にて構成され、か
つ、前記第１プリズムの入射面と前記第２プリズムの射
出面である前記第２−４面との間に中間像面を形成する
ように構成されていることを特徴とする結像光学系。

【０１９２】〔２〕 前記第２プリズムの第２−２面と
第２−３面の両方が、光束にパワーを与えかつ偏心によ
り発生する収差を補正する回転非対称な面形状を有する
ように構成されていることを特徴とする上記１記載の結
像光学系。

【０１９３】〔３〕 前記第２プリズムの第２−２面と
第２−３面の少なくとも一方の回転非対称な面形状が、
唯一の対称面を１面のみ有した面対称自由曲面形状にて
構成されていることを特徴とする上記１記載の結像光学
系。

【０１９４】〔４〕 前記第２プリズムの第２−２面と
第２−３面の両方の回転非対称な面形状が、唯一の対称
面を１面のみ有した面対称自由曲面形状にて構成されて
いることを特徴とする上記２記載の結像光学系。

【０１９５】〔５〕 前記第２プリズムの第２−２面の
面対称自由曲面の唯一の対称面と、前記第２プリズムの
第２−３面の面対称自由曲面の唯一の対称面とが、同一
面内に形成されるように前記第２プリズムが構成されて
いることを特徴とする上記４記載の結像光学系。

【０１９６】〔６〕 前記第２プリズムの第２−１面
が、光束にパワーを与えかつ偏心により発生する収差を
補正する回転非対称な面形状を有するように構成されて
いることを特徴とする上記１から５の何れか１項記載の
結像光学系。

【０１９７】〔７〕 前記第２プリズムの第２−１面の
回転非対称な面形状が、唯一の対称面を１面のみ有した
面対称自由曲面形状にて構成されていることを特徴とす
る上記６記載の結像光学系。

【０１９８】〔８〕 前記第２プリズムの第２−１面の
面対称自由曲面の唯一の対称面が、前記第２プリズム内
部の反射によって形成される軸上主光線の折り返し光路
を結ぶ面と一致するように構成されていることを特徴と
する上記７記載の結像光学系。

【０１９９】

〔９〕 前記第２プリズムの第２−４面
が、光束にパワーを与えかつ偏心により発生する収差を
補正する回転非対称な面形状を有するように構成されて
いることを特徴とする上記１から８の何れか１項記載の
結像光学系。

【０２００】〔１０〕 前記第２プリズムの第２−４面
の回転非対称な面形状が、唯一の対称面を１面のみ有し
た面対称自由曲面形状にて構成されていることを特徴と
する上記９記載の結像光学系。

【０２０１】〔１１〕 前記第２プリズムの第２−４面
の面対称自由曲面の唯一の対称面が、前記第２プリズム
内部の反射によって形成される軸上主光線の折り返し光
路を結ぶ面と一致するように構成されていることを特徴
とする上記１０記載の結像光学系。

【０２０２】〔１２〕 前記第１プリズム内の配置され
た反射面の回転非対称な面形状が、唯一の対称面を１面
のみ有した面対称自由曲面形状にて構成されていること
を特徴とする上記１から１１の何れか１項記載の結像光
学系。

【０２０３】〔１３〕 前記第１プリズムと前記第２プ
リズムとが、少なくとも１面ずつ唯一の対称面が同一平
面上に配置されるように構成された面対称自由曲面を備
えていることを特徴とする上記１２記載の結像光学系。

【０２０４】〔１４〕 前記第１プリズムが、光束にパ
ワーを与える曲面形状の反射面を２面以上有するように
構成されていることを特徴とする上記１から１３の何れ
か１項記載の結像光学系。

【０２０５】〔１５〕 前記第１プリズムの光学作用面
が、入射面と反射面とを兼用した第１−１面と、プリズ
ム内で光束を反射する第１−２面と、射出面である第１
−３面との少なくとも３つの光学作用面から構成されて
いることを特徴とする上記１４記載の結像光学系。

【０２０６】〔１６〕 前記第１−２面と前記第１−３
面とが共に、光束にパワーを与えかつ偏心により発生す
る収差を補正する回転非対称な面形状を有するように構
成されていることを特徴とする上記１５記載の結像光学
系。

【０２０７】〔１７〕 前記第１−１面と前記第１−２
面とが共に、光束にパワーを与えかつ偏心により発生す
る収差を補正する回転非対称な面形状を有するように構
成されていることを特徴とする上記１５記載の結像光学
系。

【０２０８】〔１８〕 前記第１プリズムが、前記第１
−１面の反射光路と前記第１−３面の射出光路との間
に、プリズム内で光束を反射する第１−４面を備えて構
成されていることを特徴とする上記１５から１７の何れ
か１項記載の結像光学系。

【０２０９】〔１９〕 前記第１−４面が、光束にパワ
ーを与えかつ偏心により発生する収差を補正する回転非
対称な面形状を有するように構成されていることを特徴
とする上記１８記載の結像光学系。

【０２１０】〔２０〕 前記第１プリズムの回転非対称
な面形状が、何れも唯一の対称面を１面のみ有した面対
称自由曲面形状にて構成され、かつ、前記各面の唯一の
対称面が同一面内に形成されるように構成されているこ
とを特徴とする上記１６から１９の何れか１項記載の結
像光学系。

【０２１１】〔２１〕 前記中間像面が、前記第１プリ
ズムの第１−１面と前記第２プリズムの第２−２面との
間に形成されるように、前記第１プリズムと前記第２プ
リズムとが構成されていることを特徴とする上記１から
２０の何れか１項記載の結像光学系。

【０２１２】〔２２〕 前記中間像面が、前記第１プリ
ズムの第１−３面と前記第２プリズムの第２−１面との
間に形成されるように、前記第１プリズムと前記第２プ
リズムとが構成されていることを特徴とする上記２１記
載の結像光学系。

【０２１３】〔２３〕 前記結像光学系の入射瞳面と結
像面とが略平面となると共に、前記入射瞳面と前記結像
面との間に形成される中間像面が非平面な湾曲した形状
となるように、前記第１プリズムと前記第２プリズムの
偏心収差を補正する光学作用面の面形状が構成されてい
ることを特徴とする上記１から２２の何れか１項記載の
結像光学系。

【０２１４】〔２４〕 前記結像光学系の入射瞳が、前
記第１プリズムよりも物体側に形成されるように、前記
第１プリズムと前記第２プリズムとが構成されているこ
とを特徴とする上記１から２３の何れか１項記載の結像
光学系。

【０２１５】〔２５〕 前記入射瞳上に絞りを配置した
ことを特徴とする上記２０記載の結像光学系。

【０２１６】〔２６〕 全光学系の偏心方向がＹ軸方向
で、軸上主光線と平行な面をＹ−Ｚ面とし、そのＹ−Ｚ
面と直交する方向をＸ方向とするとき、全系のＸ方向の
パワーをＰｘ、入射瞳から第１プリズムの入射面までの
距離をＥＰとするとき、 １００≦ＥＰ／Ｐｘ≦１０００ ・・・（１） の条件式を満足することを特徴とする上記１から２５の
何れか１項記載の結像光学系。

【０２１７】〔２７〕 全光学系の偏心方向がＹ軸方向
で、軸上主光線と平行な面をＹ−Ｚ面とし、そのＹ−Ｚ
面と直交する方向をＸ方向とするとき、全系のＸ方向の
パワーをＰｘ、Ｙ方向のパワーをＰｙ、第１プリズムの
Ｘ方向のパワーをＰｘ１、Ｙ方向のパワーをＰｙ１とす
ると、 ｜Ｐｘ１／Ｐｘ｜≦２， ｜Ｐｙ１／Ｐｙ｜≦２ ・・・（２） の条件式の少なくとも一方を満足することを特徴とする
上記１から２６の何れか１項記載の結像光学系。

【０２１８】〔２８〕 全光学系の偏心方向がＹ軸方向
で、軸上主光線と平行な面をＹ−Ｚ面とし、そのＹ−Ｚ
面と直交する方向をＸ方向とするとき、全系のＸ方向の
パワーをＰｘ、Ｙ方向のパワーをＰｙ、第２プリズムの
第２−２面の軸上主光線が当たる位置でのＸ方向のパワ
ーをＰｘｓ１１、Ｙ方向のパワーをＰｙｓ１１とする
と、 −３≦Ｐｘｓ１１／Ｐｘ≦６， −３≦Ｐｙｓ１１／Ｐｙ≦６ ・・・（３） の条件式の少なくとも一方を満足することを特徴とする
上記１から２７の何れか１項記載の結像光学系。

【０２１９】〔２９〕 全光学系の偏心方向がＹ軸方向
で、軸上主光線と平行な面をＹ−Ｚ面とし、そのＹ−Ｚ
面と直交する方向をＸ方向とするとき、全系のＸ方向の
パワーをＰｘ、Ｙ方向のパワーをＰｙ、第２プリズムの
第２−３面の軸上主光線が当たる位置でのＸ方向のパワ
ーをＰｘｓ１２、Ｙ方向のパワーをＰｙｓ１２とする
と、 −１≦Ｐｘｓ１２／Ｐｘ≦８， −１≦Ｐｙｓ１２／Ｐｙ≦８ ・・・（４） の条件式の少なくとも一方を満足することを特徴とする
上記１から２８の何れか１項記載の結像光学系。

【０２２０】〔３０〕 全光学系の偏心方向がＹ軸方向
で、軸上主光線と平行な面をＹ−Ｚ面とし、そのＹ−Ｚ
面と直交する方向をＸ方向とするとき、全系のＸ方向の
パワーをＰｘ、Ｙ方向のパワーをＰｙ、第２プリズムの
第２−２面の軸上主光線が当たる位置でのＸ方向のパワ
ーをＰｘｓ１１、Ｙ方向のパワーをＰｙｓ１１、第２プ
リズムの第２−３面の軸上主光線が当たる位置でのＸ方
向のパワーをＰｘｓ１２、Ｙ方向のパワーをＰｙｓ１２
とすると、 −３≦Ｐｘｓ１１／Ｐｘｓ１２≦６， −３≦Ｐｙｓ１１／Ｐｙｓ１２≦６ ・・・（５） の条件式の少なくとも一方を満足することを特徴とする
上記１から２９の何れか１項記載の結像光学系。

【０２２１】〔３１〕 全光学系の偏心方向がＹ軸方向
で、軸上主光線と平行な面をＹ−Ｚ面とし、そのＹ−Ｚ
面と直交する方向をＸ方向とするとき、全系のＸ方向の
パワーをＰｘ、入射瞳から第１プリズムの入射面までの
距離をＥＰ、結像面の対角長をＩＬとするとき、 １０≦ＥＰ／（Ｐｘ×ＩＬ）≦１００ ・・・（６） の条件式を満足することを特徴とする上記１から３０の
何れか１項記載の結像光学系。

【０２２２】〔３２〕 上記１から３１の何れか１項記
載の結像光学系をファインダー対物光学系として配置
し、さらに、前記ファインダー対物光学系によって形成
された物体像を正立正像させる像正立光学系と、接眼光
学系とから構成されていることを特徴とするファインダ
ー光学系。

【０２２３】〔３３〕 上記３２記載のファインダー光
学系と、前記ファインダー光学系と併設された撮影用対
物光学系とを備えて構成されていることを特徴とするカ
メラ装置。

【０２２４】〔３４〕 上記１から３１の何れか１項記
載の結像光学系と、前記結像光学系によって形成される
像面上に配置された撮像素子とを備えて構成されている
ことを特徴とする撮像光学系。

【０２２５】〔３５〕 上記１から３１の何れか１項記
載の結像光学系と、前記結像光学系によって形成される
像面上に配置された撮像素子と、前記撮像素子で受光さ
れた像情報を記録する記録媒体と、前記記録媒体又は前
記撮像素子からの像情報を受けて観察像を形成する画像
表示素子とを備えて構成されていることを特徴とする電
子カメラ装置。

【０２２６】〔３６〕 上記１から３１の何れか１項記
載の結像光学系と、前記結像光学系によって形成される
像を長軸方向に沿って伝達する像伝達部材とを有する観
察系と、照明光源及び前記照明光源からの照明光を前記
長軸方向に沿って伝達する照明光伝達部材を有する照明
系とを備えて構成されていることを特徴とする内視鏡装
置。

【０２２７】〔３７〕 観察像を観察するために射出瞳
を形成する観察光学系において、前記観察光学系が屈折
率（ｎ）が１．３よりも大きい（ｎ＞１．３）媒質で形
成された第１プリズムと第２プリズムを有し、前記第１
プリズムは前記第２プリズムよりも前記射出瞳側に配置
され、前記第２プリズムが、光束を透過又は反射させる
光学作用面を４面を有し、その第１面を第２−１面、第
２面を第２−２面、第３面を第２−３面、第４面を第２
−４面とするとき、 前記第２−４面が前記観察像から
射出された光束をプリズム内に入射させ、前記第２−３
面が前記第２−４面から入射した光束をプリズム内で反
射し、前記第２−２面が前記第２−３面で反射した光束
をプリズム内で反射し、前記第２−１面が前記第２−２
面で反射された光束をプリズム外へ射出するように構成
されると共に、前記第２−１面と前記第２−２面とが前
記媒質を挟んで対向配置され、前記第２−３面と前記第
２−４面とが前記媒質を挟んで対向配置され、前記第２
−１面と前記第２−２面を結ぶ光路が前記第２−３面と
前記第２−４面を結ぶ光路と交差するように構成され、
前記第２−２面と前記第２−３面の少なくとも一方の面
が、光束にパワーを与える曲面形状を有し、前記曲面形
状が偏心によって発生する収差を補正する回転非対称な
面形状を有し、前記第１プリズムが、曲面形状を有し前
記媒質内で光束を内部反射させる偏心配置された反射面
と、光束をプリズム内に入射させる入射面と、光束をプ
リズム外に射出させる射出面とを少なくとも有すると共
に、その反射面が光束にパワーを与えかつ偏心により発
生する収差を補正する回転非対称な面形状にて構成さ
れ、かつ、前記第２プリズムの入射面である前記第２−
４面と前記第１プリズムの射出面との間に中間像面を形
成するように構成されていることを特徴とする観察光学
系。

【０２２８】〔３８〕 前記第２プリズムの第２−２面
と第２−３面の両方が、光束にパワーを与えかつ偏心に
より発生する収差を補正する回転非対称な面形状を有す
るように構成されていることを特徴とする上記３７記載
の観察光学系。

【０２２９】〔３９〕 前記第２プリズムの第２−２面
と第２−３面の少なくとも一方の回転非対称な面形状
が、唯一の対称面を１面のみ有した面対称自由曲面形状
にて構成されていることを特徴とする上記３７記載の観
察光学系。

【０２３０】〔４０〕 前記第２プリズムの第２−２面
と第２−３面の両方の回転非対称な面形状が、唯一の対
称面を１面のみ有した面対称自由曲面形状にて構成され
ていることを特徴とする上記３８記載の観察光学系。

【０２３１】〔４１〕 前記第２プリズムの第２−２面
の面対称自由曲面の唯一の対称面と、前記第２プリズム
の第２−３面の面対称自由曲面の唯一の対称面とが、同
一面内に形成されるように前記第２プリズムが構成され
ていることを特徴とする上記４０記載の観察光学系。

【０２３２】〔４２〕 前記第２プリズムの第２−１面
が、光束にパワーを与えかつ偏心により発生する収差を
補正する回転非対称な面形状を有するように構成されて
いることを特徴とする上記３７から４１の何れか１項記
載の観察光学系。

【０２３３】〔４３〕 前記第２プリズムの第２−１面
の回転非対称な面形状が、唯一の対称面を１面のみ有し
た面対称自由曲面形状にて構成されていることを特徴と
する上記４２記載の観察光学系。

【０２３４】〔４４〕 前記第２プリズムの第２−１面
の面対称自由曲面の唯一の対称面が、前記第２プリズム
内部の反射によって形成される軸上主光線の折り返し光
路を結ぶ面と一致するように構成されていることを特徴
とする上記４３記載の観察光学系。

【０２３５】〔４５〕 前記第２プリズムの第２−４面
が、光束にパワーを与えかつ偏心により発生する収差を
補正する回転非対称な面形状を有するように構成されて
いることを特徴とする上記３７から４４の何れか１項記
載の観察光学系。

【０２３６】〔４６〕 前記第２プリズムの第２−４面
の回転非対称な面形状が、唯一の対称面を１面のみ有し
た面対称自由曲面形状にて構成されていることを特徴と
する上記４５記載の観察光学系。

【０２３７】〔４７〕 前記第２プリズムの第２−４面
の面対称自由曲面の唯一の対称面が、前記第２プリズム
内部の反射によって形成される軸上主光線の折り返し光
路を結ぶ面と一致するように構成されていることを特徴
とする上記４６記載の観察光学系。

【０２３８】〔４８〕 前記第１プリズム内の配置され
た反射面の回転非対称な面形状が、唯一の対称面を１面
のみ有した面対称自由曲面形状にて構成されていること
を特徴とする上記３７から４７の何れか１項記載の観察
光学系。

【０２３９】〔４９〕 前記第１プリズムと前記第２プ
リズムとが、少なくとも１面ずつ唯一の対称面が同一平
面上に配置されるように構成された面対称自由曲面を備
えていることを特徴とする上記４８記載の観察光学系。

【０２４０】〔５０〕 前記第１プリズムが、光束にパ
ワーを与える曲面形状の反射面を２面以上有するように
構成されていることを特徴とする上記３７から４９の何
れか１項記載の観察光学系。

【０２４１】〔５１〕 前記第１プリズムの光学作用面
が、第２プリズムから射出された光束をプリズム内に入
射させる第１−３面と、プリズム内で光束を反射する第
１−２面と、反射面と射出面とを兼用した第１−１面と
の少なくとも３つの光学作用面から構成されていること
を特徴とする上記５０記載の観察光学系。

【０２４２】〔５２〕 前記第１−２面と前記第１−３
面とが共に、光束にパワーを与えかつ偏心により発生す
る収差を補正する回転非対称な面形状を有するように構
成されていることを特徴とする上記５１記載の観察光学
系。

【０２４３】〔５３〕 前記第１−１面と前記第１−２
面とが共に、光束にパワーを与えかつ偏心により発生す
る収差を補正する回転非対称な面形状を有するように構
成されていることを特徴とする上記５１記載の観察光学
系。

【０２４４】〔５４〕 前記第１プリズムが、前記第１
−３面の入射光路と前記第１−１面の反射光路との間
に、プリズム内で光束を反射する第１−４面を備えて構
成されていることを特徴とする上記５１から５３の何れ
か１項記載の観察光学系。

【０２４５】〔５５〕 前記第１−４面が、光束にパワ
ーを与えかつ偏心により発生する収差を補正する回転非
対称な面形状を有するように構成されていることを特徴
とする上記５４記載の観察光学系。

【０２４６】〔５６〕 前記第１プリズムの回転非対称
な面形状が、何れも唯一の対称面を１面のみ有した面対
称自由曲面形状にて構成され、かつ、前記各面の唯一の
対称面が同一面内に形成されるように構成されているこ
とを特徴とする上記５２から５５の何れか１項記載の観
察光学系。

【０２４７】〔５７〕 前記中間像面が、前記第１プリ
ズムの第１−１面と前記第２プリズムの第２−２面との
間に形成されるように、前記第１プリズムと前記第２プ
リズムとが構成されていることを特徴とする上記３７か
ら５６の何れか１項記載の観察光学系。

【０２４８】〔５８〕 前記中間像面が、前記第１プリ
ズムの第１−３面と前記第２プリズムの第２−１面との
間に形成されるように、前記第１プリズムと前記第２プ
リズムとが構成されていることを特徴とする上記５７記
載の観察光学系。

【０２４９】〔５９〕 前記観察光学系の射出瞳面と観
察像面とが略平面となると共に、前記射出瞳面と前記観
察像面との間に形成される中間像面が非平面な湾曲した
形状となるように、前記第１プリズムと前記第２プリズ
ムの偏心収差を補正する光学作用面の面形状が構成され
ていることを特徴とする上記３７から５８の何れか１項
記載の観察光学系。

【０２５０】〔６０〕 前記観察光学系は、前記第１プ
リズムの第１−１面をカバーするためのカバー部材が前
記第１−１面と射出瞳との間に設けられていることを特
徴とする上記３７から５９の何れか１項記載の観察光学
系。

【０２５１】〔６１〕 前記カバー部材が、光束にパワ
ーを与えない平行平面板形状にて構成されていることを
特徴とする上記６０記載の観察光学系。

【０２５２】〔６２〕 前記カバー部材が、光束に収斂
作用を与える正レンズ形状にて構成されていることを特
徴とする上記６０記載の観察光学系。

【０２５３】〔６３〕 前記カバー部材が、光束に発散
作用を与える負レンズ形状にて構成されていることを特
徴とする上記６０記載の観察光学系。

【０２５４】〔６４〕 全光学系の偏心方向がＹ軸方向
で、軸上主光線と平行な面をＹ−Ｚ面とし、そのＹ−Ｚ
面と直交する方向をＸ方向とするとき、全系のＸ方向の
パワーをＰｘ、射出瞳から第１プリズムの射出面までの
距離をＥＰとするとき、 １００≦ＥＰ／Ｐｘ≦１０００ ・・・（１） の条件式を満足することを特徴とする上記３７から６３
の何れか１項記載の観察光学系。

【０２５５】〔６５〕 全光学系の偏心方向がＹ軸方向
で、軸上主光線と平行な面をＹ−Ｚ面とし、そのＹ−Ｚ
面と直交する方向をＸ方向とするとき、全系のＸ方向の
パワーをＰｘ、Ｙ方向のパワーをＰｙ、第１プリズムの
Ｘ方向のパワーをＰｘ１、Ｙ方向のパワーをＰｙ１とす
ると、 ｜Ｐｘ１／Ｐｘ｜≦２， ｜Ｐｙ１／Ｐｙ｜≦２ ・・・（２） の条件式の少なくとも一方を満足することを特徴とする
上記３７から６４の何れか１項記載の観察光学系。

【０２５６】〔６６〕 全光学系の偏心方向がＹ軸方向
で、軸上主光線と平行な面をＹ−Ｚ面とし、そのＹ−Ｚ
面と直交する方向をＸ方向とするとき、全系のＸ方向の
パワーをＰｘ、Ｙ方向のパワーをＰｙ、第２プリズムの
第２−２面の軸上主光線が当たる位置でのＸ方向のパワ
ーをＰｘｓ１１、Ｙ方向のパワーをＰｙｓ１１とする
と、 −３≦Ｐｘｓ１１／Ｐｘ≦６， −３≦Ｐｙｓ１１／Ｐｙ≦６ ・・・（３） の条件式の少なくとも一方を満足することを特徴とする
上記３７から６５の何れか１項記載の観察光学系。

【０２５７】〔６７〕 全光学系の偏心方向がＹ軸方向
で、軸上主光線と平行な面をＹ−Ｚ面とし、そのＹ−Ｚ
面と直交する方向をＸ方向とするとき、全系のＸ方向の
パワーをＰｘ、Ｙ方向のパワーをＰｙ、第２プリズムの
第２−３面の軸上主光線が当たる位置でのＸ方向のパワ
ーをＰｘｓ１２、Ｙ方向のパワーをＰｙｓ１２とする
と、 −１≦Ｐｘｓ１２／Ｐｘ≦８， −１≦Ｐｙｓ１２／Ｐｙ≦８ ・・・（４） の条件式の少なくとも一方を満足することを特徴とする
上記３７から６６の何れか１項記載の観察光学系。

【０２５８】〔６８〕 全光学系の偏心方向がＹ軸方向
で、軸上主光線と平行な面をＹ−Ｚ面とし、そのＹ−Ｚ
面と直交する方向をＸ方向とするとき、全系のＸ方向の
パワーをＰｘ、Ｙ方向のパワーをＰｙ、第２プリズムの
第２−２面の軸上主光線が当たる位置でのＸ方向のパワ
ーをＰｘｓ１１、Ｙ方向のパワーをＰｙｓ１１、第２プ
リズムの第２−３面の軸上主光線が当たる位置でのＸ方
向のパワーをＰｘｓ１２、Ｙ方向のパワーをＰｙｓ１２
とすると、 −３≦Ｐｘｓ１１／Ｐｘｓ１２≦６， −３≦Ｐｙｓ１１／Ｐｙｓ１２≦６ ・・・（５） の条件式の少なくとも一方を満足することを特徴とする
上記３７から６７の何れか１項記載の観察光学系。

【０２５９】〔６９〕 全光学系の偏心方向がＹ軸方向
で、軸上主光線と平行な面をＹ−Ｚ面とし、そのＹ−Ｚ
面と直交する方向をＸ方向とするとき、全系のＸ方向の
パワーをＰｘ、射出瞳から第１プリズムの射出面までの
距離をＥＰ、表示面の対角長をＩＬとするとき、 １０≦ＥＰ／（Ｐｘ×ＩＬ）≦１００ ・・・（６） の条件式を満足することを特徴とする上記３７から６８
の何れか１項記載の観察光学系。

【０２６０】〔７０〕 観察像を形成する電子画像表示
素子と、前記画像表示素子の表示面上の像を観察する上
記３７から６９の何れか１項記載の観察光学系とを配置
して構成したことを特徴とする電子ファインダー光学
系。

【０２６１】〔７１〕 結像光学系と、前記結像光学系
によって形成される像面上に配置された撮像素子と、前
記撮像素子で受光された像情報を記録する記録媒体と、
前記記録媒体又は前記撮像素子からの像情報を受けて観
察像を形成する画像表示素子と、前記画像表示素子の表
示面上の像を観察する上記３７から６９の何れか１項記
載の観察光学系とを備えて構成されたことを特徴とする
電子カメラ装置。

【０２６２】〔７２〕 結像光学系と、前記結像光学系
によって形成される像を長軸方向に沿って伝達する像伝
達部材とを有する観察系と、照明光源と、前記照明光源
からの照明光を前記長軸方向に沿って伝達する照明光伝
達部材とを有する照明系とを備え、前記観察系の像伝達
部材によって構成された像面を観察するために配置され
た上記３７から６９の何れか１項記載の観察光学系とを
備えて構成されたことを特徴とする内視鏡装置。

【０２６３】〔７３〕 観察像を画面上に形成する画像
表示素子と、前記観察像を観察する接眼光学系として配
置した上記３７から６９の何れか１項記載の観察光学系
とを備えた本体部と、前記本体部を観察者顔面に保持す
るために観察者側頭部に装着されるように構成された支
持部材とを備えたことを特徴とする頭部装着型画像表示
装置。

【０２６４】〔７４〕 前記画像表示素子と前記接眼光
学系とがそれぞれ左右１組ずつ並設され両眼視用に構成
されたことを特徴とする上記７３記載の頭部装着型画像
表示装置。

【０２６５】

【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、２つの偏心プリズムにより偏心収差をお互い
に補正することにより、観察画角が広く焦点距離の短い
中間像１回結像タイプの観察光学系及び結像光学系を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の結像光学系及び観察光学系
の断面図である。

【図２】本発明の実施例２の結像光学系及び観察光学系
の断面図である。

【図３】本発明の実施例３の結像光学系及び観察光学系
の断面図である。

【図４】本発明の実施例４の結像光学系及び観察光学系
の断面図である。

【図５】本発明の実施例５の結像光学系及び観察光学系
の断面図である。

【図６】実施例１の横収差図である。

【図７】実施例５の横収差図である。

【図８】本発明の結像光学系及び観察光学系の第１プリ
ズムに適用可能な偏心プリズムの１例を示す図である。

【図９】本発明の結像光学系及び観察光学系の第１プリ
ズムに適用可能な偏心プリズムの別の例を示す図であ
る。

【図１０】本発明の結像光学系及び観察光学系の第１プ
リズムに適用可能な偏心プリズムの別の例を示す図であ
る。

【図１１】本発明の結像光学系及び観察光学系の第１プ
リズムに適用可能な偏心プリズムの別の例を示す図であ
る。

【図１２】本発明の結像光学系及び観察光学系の第１プ
リズムに適用可能な偏心プリズムの別の例を示す図であ
る。

【図１３】本発明の結像光学系及び観察光学系の第１プ
リズムに適用可能な偏心プリズムの別の例を示す図であ
る。

【図１４】本発明の結像光学系及び観察光学系の第１プ
リズムに適用可能な偏心プリズムの別の例を示す図であ
る。

【図１５】本発明の結像光学系及び観察光学系の第１プ
リズムに適用可能な偏心プリズムの別の例を示す図であ
る。

【図１６】本発明の観察光学系を用いる頭部装着型で両
眼装着用の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１７】図１６の断面図である。

【図１８】本発明の観察光学系を用いる頭部装着型で片
眼装着用の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１９】本発明の結像光学系及び観察光学系を適用し
た電子カメラの外観を示す前方斜視図である。

【図２０】図１９の電子カメラの後方斜視図である。

【図２１】図１９の電子カメラの１つの構成を示す断面
図である。

【図２２】本発明の結像光学系及び観察光学系を適用し
た別の電子カメラの概念図である。

【図２３】本発明の結像光学系及び観察光学系を適用し
た電子内視鏡の概念図である。

【図２４】本発明による結像光学系を撮像素子前方に配
置するときの望ましい構成を示す図である。

【図２５】偏心した反射面により発生する像面湾曲を説
明するための概念図である。

【図２６】偏心した反射面により発生する非点収差を説
明するための概念図である。

【図２７】偏心した反射面により発生するコマ収差を説
明するための概念図である。

【図２８】偏心光学系及び光学面のパワーの定義を説明
するための図である。

【符号の説明】

１…軸上主光線 ２…絞り ３…像面 ４…中間像面 １０…第１プリズム １１…第１面 １２…第２面 １３…第３面 １４…第４面 ２０…第２プリズム ２１…第１面 ２２…第２面 ２３…第３面 ２４…第４面 ３１…瞳 ３２…第１面 ３３…第２面 ３４…第３面 ３５…第４面 ３６…像面 ４０…電子カメラ ４１…撮影光学系 ４２…撮影用光路 ４３…ファインダー光学系 ４４…ファインダー用光路 ４５…シャッター ４６…フラッシュ ４７…液晶表示モニター ４８…撮影用対物光学系 ４９…ＣＣＤ ５０…撮像面 ５１…フィルター ５２…処理手段 ５３…ファインダー用対物光学系 ５４…カバーレンズ ５５…ポロプリズム ５６…第１反射面 ５７…視野枠 ５８…第２反射面 ５９…接眼光学系 ６０…液晶表示素子（ＬＣＤ） ６１…記録手段 ６５…カバー部材 ７１…電子内視鏡 ７２…光源装置 ７３…ビデオプロセッサ ７４…モニター ７５…ＶＴＲデッキ ７６…ビデオディスク ７７…ビデオプリンタ ７８…頭部装着型画像表示装置（ＨＭＤ） ７９…挿入部 ８０…先端部 ８１…接眼部 ８２…観察用対物光学系 ８３…フィルター ８４…ＣＣＤ ８５…カバー部材 ８６…液晶表示素子（ＬＣＤ） ８７…接眼光学系 ８８…ライトガイドファイバー束 ８９…照明用対物光学系 ９０…結像面 ９１…カバー部材 ９２…フォーカス用レンズ 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 １０８…前フレーム Ｍ…凹面鏡 Ｅ…観察者眼球 Ｓ…偏心光学系 Ｐ…偏心プリズム Ｃ…撮像面 Ｄ…面対称自由曲面の対称面

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体像を形成する結像光学系において、 前記結像光学系が屈折率（ｎ）が１．３よりも大きい
   （ｎ＞１．３）媒質で形成された第１プリズムと第２プ
   リズムを有し、前記第１プリズムは前記第２プリズムよ
   りも物体側に配置され、 前記第２プリズムが、光束を透過又は反射させる光学作
   用面を４面を有し、その第１面を第２−１面、第２面を
   第２−２面、第３面を第２−３面、第４面を第２−４面
   とするとき、前記第２−１面が物体側からの光束をプリ
   ズム内に入射させ、第２−２面が前記第２−１面から入
   射した光束をプリズム内で反射し、第２−３面が前記第
   ２−２面で反射された光束をプリズム内で反射し、第２
   −４面は前記第２−３面で反射された光束をプリズム外
   へ射出するように構成されると共に、前記第２−１面と
   前記第２−２面とが前記媒質を挟んで対向配置され、前
   記第２−３面と前記第２−４面とが前記媒質を挟んで対
   向配置され、前記第２−１面と前記第２−２面を結ぶ光
   路が前記第２−３面と前記第２−４面を結ぶ光路と交差
   するように構成され、 前記第２−２面と前記第２−３面の少なくとも一方の面
   が、光束にパワーを与える曲面形状を有し、前記曲面形
   状が偏心によって発生する収差を補正する回転非対称な
   面形状を有し、 前記第１プリズムが、曲面形状を有し前記媒質内で光束
   を内部反射させる偏心配置された反射面と、光束をプリ
   ズム内に入射させる入射面と、光束をプリズム外に射出
   させる射出面とを少なくとも有すると共に、前記反射面
   が光束にパワーを与えかつ偏心により発生する収差を補
   正する回転非対称な面形状にて構成され、かつ、 前記第１プリズムの入射面と前記第２プリズムの射出面
   である前記第２−４面との間に中間像面を形成するよう
   に構成されていることを特徴とする結像光学系。
2. 【請求項２】 前記第２プリズムの第２−２面と第２−
   ３面の両方が、光束にパワーを与えかつ偏心により発生
   する収差を補正する回転非対称な面形状を有するように
   構成されていることを特徴とする請求項１記載の結像光
   学系。
3. 【請求項３】 観察像を観察するために射出瞳を形成す
   る観察光学系において、 前記観察光学系が屈折率（ｎ）が１．３よりも大きい
   （ｎ＞１．３）媒質で形成された第１プリズムと第２プ
   リズムを有し、前記第１プリズムは前記第２プリズムよ
   りも前記射出瞳側に配置され、 前記第２プリズムが、光束を透過又は反射させる光学作
   用面を４面を有し、その第１面を第２−１面、第２面を
   第２−２面、第３面を第２−３面、第４面を第２−４面
   とするとき、 前記第２−４面が前記観察像から射出さ
   れた光束をプリズム内に入射させ、前記第２−３面が前
   記第２−４面から入射した光束をプリズム内で反射し、
   前記第２−２面が前記第２−３面で反射した光束をプリ
   ズム内で反射し、前記第２−１面が前記第２−２面で反
   射された光束をプリズム外へ射出するように構成される
   と共に、前記第２−１面と前記第２−２面とが前記媒質
   を挟んで対向配置され、前記第２−３面と前記第２−４
   面とが前記媒質を挟んで対向配置され、前記第２−１面
   と前記第２−２面を結ぶ光路が前記第２−３面と前記第
   ２−４面を結ぶ光路と交差するように構成され、 前記第２−２面と前記第２−３面の少なくとも一方の面
   が、光束にパワーを与える曲面形状を有し、前記曲面形
   状が偏心によって発生する収差を補正する回転非対称な
   面形状を有し、 前記第１プリズムが、曲面形状を有し前記媒質内で光束
   を内部反射させる偏心配置された反射面と、光束をプリ
   ズム内に入射させる入射面と、光束をプリズム外に射出
   させる射出面とを少なくとも有すると共に、その反射面
   が光束にパワーを与えかつ偏心により発生する収差を補
   正する回転非対称な面形状にて構成され、かつ、 前記第２プリズムの入射面である前記第２−４面と前記
   第１プリズムの射出面との間に中間像面を形成するよう
   に構成されていることを特徴とする観察光学系。
4. 【請求項４】 前記第２プリズムの第２−２面と第２−
   ３面の両方が、光束にパワーを与えかつ偏心により発生
   する収差を補正する回転非対称な面形状を有するように
   構成されていることを特徴とする請求項３記載の観察光
   学系。