JP7086581B2 - 観察光学系及びそれを有する観察装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば液晶等の画像表示素子に表示された原画像を拡大表示し、観察するヘッドマウントディスプレイ等に好適な観察光学系に関するものである。

従来より、CRTやLCD等の画像表示素子を用いて表示された原画像を、観察光学系を介して拡大表示し、大画面画像を使用者に与えることで、臨場感のある観察ができるようにしたヘッドマウントディスプレイ等の観察装置が提案されている。

近年、観察装置に関しては、さらなる高臨場感が得られることが望まれており、そのために観察装置に用いられる観察光学系には広視野角に対応し、且つ高い光学性能を有することが求められている。更に頭部に装着する、或いは手で持つタイプの観察装置に用いるときには観察光学系が小型であり、かつ軽量であることが求められている。

従来、広視野角且つ軽量化を図った観察光学系として光路中にフレネルレンズを配した接眼映像表示装置が知られている（特許文献１）。また、観察光学系の軽量化のために樹脂レンズを用い、このとき樹脂レンズの温度変動によるピント位置ずれの抑制のために、レンズの周辺部分に回折レンズ構造を設け一次回折作用を利用した光ヘッド用対物レンズが知られている（特許文献２）。

特開平０７－２４４２４６号公報 特開２００２－１２２７８０号公報

広視野角でありながら、高い光学性能を有し、且つ全体が軽量な観察光学系を得るには、レンズ構成、特にフレネルレンズを用いるときにはフレネルレンズの形状やレンズ構成等を適切に設定する必要がある。

特許文献１の接眼光学系は、最も眼（観察面）に近い位置に、鋸歯形状を有し、凹面を観察側に向けたフレネルレンズを配している。そして、広視野角且つ全系の軽量化を図っている。特許文献１に係るフレネルレンズのフレネル格子は、その壁面、或いは突起部の成形不良（面ダレ）等に光が入射すると、入射した光が不要光（ゴースト）となり、画質を劣化させる傾向があった。また、特許文献１のフレネルレンズは、フレネルレンズの中心域からフレネル面を形成しているため、観察者が特に注視しやすい観察画面中心域において観察像の画質が劣化しやすい傾向があった。

特許文献２の対物レンズは、レンズの中心領域を連続形状のレンズ面として屈折作用とし、周辺部分を鋸歯形状の回折レンズ構成として一次回折作用を利用している。これにより、温度変動によるピント位置ずれの抑制を図っている。特許文献２の対物レンズは、１枚のレンズより構成されているため、高い光学性能を得るのが難しい傾向があった。

本発明は、画像表示面に表示される画像情報を、全系の小型化及び軽量化を図りつつ、広視野角でありながら高い光学性能で観察することができる観察光学系及びそれを有する観察装置の提供を目的とする。

本発明の観察光学系は、画像表示面に表示された画像を観察するための観察光学系であって、前記観察光学系は、フレネルレンズ、正レンズＬＰを有し、前記フレネルレンズの中心輪帯の面頂点から該中心輪帯の端部までの光軸方向の長さをｈ０、前記中心輪帯に隣接する第１輪帯の格子壁面の光軸方向の長さをｈ１、前記正レンズＬＰと前記フレネルレンズの中で、最も観察面側に位置するレンズの観察面側のレンズ面から最も画像表示面側に位置するレンズの画像表示面側のレンズ面までの光軸上の距離をｄ、最も観察面側に位置するレンズの観察面側のレンズ面から、画像表示面までの光軸上の距離をＬとするとき、
０．０１＜ｈ１／ｈ０＜０．８０
０．１＜ｄ／Ｌ＜０．４
なる条件式を満足することを特徴とする。

また、本発明の他の観察光学系は、画像表示面に表示された画像を観察するための観察光学系であって、前記観察光学系は、フレネルレンズ、正レンズＬＰを有し、前記フレネルレンズの中心輪帯の直径をΦ０、前記フレネルレンズの有効径をΦ１、前記正レンズＬＰと前記フレネルレンズの中で、最も観察面側に位置するレンズの観察面側のレンズ面から最も画像表示面側に位置するレンズの画像表示面側のレンズ面までの光軸上の距離をｄ、最も観察面側に位置するレンズの観察面側のレンズ面から、画像表示面までの光軸上の距離をＬとするとき、
０．３＜Φ０／Φ１＜０．７
０．１＜ｄ／Ｌ＜０．４
なる条件式を満足することを特徴とする。

本発明によれば、画像表示面に表示される画像情報を、全系の小型化及び軽量化を図りつつ、広視野角でありながら高い光学性能で観察することができる観察光学系及びそれを有する観察装置が得られる。

実施例１のレンズ断面図である。 （Ａ）、（Ｂ） 本発明の実施例１のアイレリーフ１０ｍｍとアイレリーフ２０ｍｍにおける縦収差図である。 実施例２のレンズ断面図である。 （Ａ）、（Ｂ） 本発明の実施例２のアイレリーフ１０ｍｍとアイレリーフ２０ｍｍにおける縦収差図である。 実施例３のレンズ断面図である。 （Ａ）、（Ｂ） 本発明の実施例３のアイレリーフ１０ｍｍとアイレリーフ２０ｍｍにおける縦収差図である。 実施例４のレンズ断面図である。 （Ａ）、（Ｂ） 本発明の実施例４のアイレリーフ１０ｍｍとアイレリーフ２０ｍｍにおける縦収差図である。 実施例５のレンズ断面図である。 （Ａ）、（Ｂ） 本発明の実施例５のアイレリーフ１０ｍｍとアイレリーフ２０ｍｍにおける縦収差図である。 フレネルレンズの中心輪帯の面頂点から、端部までの光軸方向の長さとフレネル格子の壁面の長さ、及びフレネルレンズの中心輪帯の面頂点から、端部までの直径、フレネルレンズの有効径等の定義説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ） フレネルレンズの説明図である。 半視野角４５°で入射した主光線に関する像高の説明図である。

以下に、本発明の好ましい実施例を添付の図面に基づいて説明する。各実施例の観察光学系は、画像表示面に表示された画像を観察するための観察光学系であって、フレネルレンズＬＦ、正の屈折力のレンズ（正レンズ）ＬＰを有している。

なお、本願明細書において、フレネルレンズとは、フレネル格子を有する光学素子を言う。フレネルレンズの光入射側の光学面および光出射側の光学面の面形状（光学面がフレネル格子を有する場合にはフレネル格子の頂点を結んだ包絡面）は平面であっても曲面であっても良い。フレネルレンズが曲面状の光学面を有する場合、曲面状の光学面は球面形状に限らず自由曲面形状であっても良い。

図１は本発明の実施例１の観察光学系を有する観察装置のレンズ断面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例１の観察光学系のアイレリーフ１０ｍｍとアイレリーフ２０ｍｍにおける縦収差図である。

図３は本発明の実施例２の観察光学系を有する観察装置のレンズ断面図である。図４（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例２の観察光学系のアイレリーフ１０ｍｍとアイレリーフ２０ｍｍにおける縦収差図である。

図５は本発明の実施例３の観察光学系を有する観察装置のレンズ断面図である。図６（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例３の観察光学系のアイレリーフ１０ｍｍとアイレリーフ２０ｍｍにおける縦収差図である。

図７は本発明の実施例４の観察光学系を有する観察装置のレンズ断面図である。図８（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例４の観察光学系のアイレリーフ１０ｍｍとアイレリーフ２０ｍｍにおける縦収差図である。

図９は本発明の実施例５の観察光学系を有する観察装置のレンズ断面図である。図１０（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例５の観察光学系のアイレリーフ１０ｍｍとアイレリーフ２０ｍｍにおける縦収差図である。

図１１は本願明細書におけるフレネルレンズの中心輪帯の面頂点から中心輪帯の端部までの光軸方向の長さと、格子壁面の光軸方向の長さの定義を説明する説明図である。図１２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はフレネルレンズの説明図である。

図１３は半視野角４５°で入射した主光線と像高との関係を示す説明図である。

レンズ断面図において、Ｌ０は観察光学系であり、正の屈折力のレンズ（正レンズ）ＬＰと、フレネルレンズＬＦを有する。ＦｒｅはフレネルレンズＬＦのフレネル面である。正レンズＬＰは観察光学系Ｌ０が複数の正レンズを有するときは、最も屈折力の大きい正レンズである。

ここで正レンズＬＰはレンズ面が曲率を有した曲面であり、該曲面で屈折作用のあるレンズであって、フレネルレンズは含まれない。ＩＤは画像表示面であり、画像情報を表示する画像表示素子として、例えば液晶表示素子ＩＤ１が配置される。ＳＰは観察面であり、観察者の瞳が位置する。観察面ＳＰには絞り（ＳＰ１）が配置される場合もある。

各実施例のレンズ断面図において、アイレリーフは、光軸上におけるアイポイントと最も観察面ＳＰ側のレンズ面の間隔を表す。

各収差図は、左から順に、球面収差、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示している。

球面収差図では、ｄ線（波長５８７．６ｎｍ）、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ）に対する球面収差を示している。非点収差図において、Ｓ、Ｍはそれぞれ、サジタル像面、メリディオナル像面における非点収差を示している。歪曲収差はｄ線について示している。色収差図ではｇ線における色収差を示している。

なお、収差の評価においては、画像表示面ＩＤから光線を飛ばした観察面ＳＰ側での収差と、観察面ＳＰ側から光線を飛ばした画像表示面ＩＤ上での収差は一対一で対応するため、便宜上、画像表示面ＩＤでの収差を評価している。また、各実施例の絞りＳＰ１の開口絞り径は、人間の瞳径の一例として３．５ｍｍに設定している。

また、アイレリーフが観察者によって異なったり、眼鏡をかけた状態に対応するため、アイレリーフによる収差の変動を抑えている。よって、収差図には代表的にアイレリーフ１０ｍｍとアイレリーフ２０ｍｍの際の収差について図示している。

図１１（Ａ）、（Ｂ）は本発明に係るフレネルレンズＬＦの各要素を定義するための説明図である。

Ｆｒｅはフレネル面であり、同心円状の複数のフレネル格子ＦＰが所定の格子ピッチで配列されている。Ｆ０は中心輪帯であり、連続した面であり、球面や非球面等からなっている。Ｌａは光軸である。Φ１はフレネルレンズＬＦの有効径である。Φ０はフレネルレンズＬＦの中心輪帯Ｆ０の有効径である。即ち中心輪帯Ｆ０の一方の端部ＦＬ２から他方の端部ＦＬ２までの直径である。Ｆｒはフレネル格子が形成されたフレネル輪帯である。

図１１（Ａ）、（Ｂ）ではフレネルレンズＬＦの中心輪帯Ｆ０の面頂点ＦＬ１から、端部ＦＬ２までの光軸Ｌａ方向の長さをｈ０、光軸Ｌａから数えたときの第ｎ番目のフレネル格子（輪帯）の壁面の長さをｈｎとしている。

次に本発明の観察光学系Ｌ０の構成について説明する。本発明の観察光学系Ｌ０は、正レンズＬＰと、フレネルレンズＬＦを有する。観察光学系Ｌ０を複数のレンズで構成している。これによって、フレネルレンズＬＦが正の屈折力を有する場合、各面の曲率を緩めることができ、各面での収差発生量を減らし、全体としての収差量も減らしている。また、フレネルレンズＬＦが負の屈折力を有する場合、全体としてのペッツバール和を減らすことができ、像面湾曲を減らすことができる。また、倍率色収差も低減している。

フレネルレンズＬＦの中心輪帯Ｆ０の面頂点ＦＬ１から、中心輪帯Ｆ０の端部ＦＬ２までの光軸方向の長さをｈ０とする。フレネルレンズＬＦのフレネル輪帯Ｆｒの光軸中心から順に数えたときの第１輪帯の格子壁面の光軸方向の長さ（中心輪帯Ｆ０に隣接する第１輪帯の格子壁面の光軸方向の長さ）をｈ１とする。このとき、
０．０１＜ｈ１／ｈ０＜０．８０ ・・・（１）
なる条件式を満足する。

条件式（１）はフレネルレンズＬＦのフレネル輪帯Ｆｒの第１輪帯の格子壁面の光軸方向の長さｈ１とフレネルレンズＬＦの中心輪帯Ｆ０の面頂点ＦＬ１から端部ＦＬ２までの光軸方向の長さｈ０の比を規定している。フレネルレンズＬＦの中心輪帯Ｆ０の面頂点ＦＬ１から端部ＦＬ２までの光軸方向の長さをフレネルレンズＬＦの第１輪帯の格子壁面の光軸方向の長さに対して大きくしている。

それにより、フレネルレンズＬＦの径方向の連続的な形状の領域（中心輪帯）Ｆ０の割合を増加させ、フレネルレンズＬＦの鋸歯形状による画質劣化要素を観察者が注視しやすい画面中心域で軽減し、光学性能を向上させている。

条件式（１）の下限を超えると、中心輪帯Ｆ０の面頂点ＦＬ１から、端部ＦＬ２までの光軸方向の長さが長くなりすぎて、重量が増大する。或いは、フレネルレンズＬＦの第１輪帯の格子壁面の光軸方向の長さが短くなりすぎ、回折によるフレアが増大して光学性能が低下してくる。

逆に条件式（１）の上限を超えると、フレネルレンズＬＦの屈折力が強い場合、中心輪帯Ｆ０の面頂点ＦＬ１から端部ＦＬ２までの光軸方向の長さが短くなりすぎる。この結果、観察者が注視しやすい画面中心域にフレネルレンズＬＦの鋸歯形状が形成され、光学性能が低下してくる。

フレネルレンズＬＦの屈折力が弱い場合、構成する他のレンズの屈折力が強くなりすぎて、軸外の諸収差が増加してくる。

逆に、フレネルレンズＬＦの第１輪帯の格子壁面の光軸方向の長さが長くなりすぎて、壁面で反射した不要光（ゴースト）が増加し、光学性能が低下してくる。

さらに好ましくは、条件式（１）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
０．０２＜ｈ１／ｈ０＜０．６５ ・・・（１ａ）
さらに好ましくは、条件式（１ａ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
０．０３＜ｈ１／ｈ０＜０．５０ ・・・（１ｂ）
以上の構成により、広視野でありながら高い光学性能を有し、且つ全系が軽量な観察光学系を得ている。

なお、観察光学系Ｌ０は上述した式（１）に代えて、以下の式（２）を満足しても良い。式（２）を満たすことによっても広視野でありながら高い光学性能を有し、且つ全系が軽量な観察光学系を得ることができる。

０．３＜Φ０／Φ１＜０．７ ・・・（２）
式（２）において、Φ０はフレネルレンズＬＦの中心輪帯Ｆ０の直径、Φ１はフレネルレンズＬＦの有効径である。

条件式（２）はフレネルレンズＬＦの中心輪帯Ｆ０の有効径（直径）Φ０とフレネルレンズＬＦの有効径Φ１との比を規定している。条件式（２）の下限を超えると観察者が注視しやすい画面中心域にフレネルレンズＬＦの鋸歯形状が形成され、光学性能が低下してくる。反対に上限を超えると、連続形状を形成する領域（レンズ面）が大きくなりすぎ全系の重量が増大する。

さらに好ましくは、条件式（２）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

０．３２＜Φ０／Φ１＜０．６５ ・・・（２ａ）
さらに好ましくは、条件式（２ａ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。

０．３４＜Φ０／Φ１＜０．６２ ・・・（２ｂ）
なお、観察光学系Ｌ０は式（１）と式（２）を共に満たしていても良い。

さらに、次の条件式のうち１つ以上を満足するのが良い。ここで、フレネルレンズＬＦの焦点距離をｆｈ、観察光学系Ｌ０の焦点距離をＦとする。観察光学系Ｌ０が１つ以上の正の屈折力のレンズを有するときは、最も屈折力の大きいレンズを正レンズＬＰとし、正レンズＬＰの焦点距離をｆｐとする。正レンズＬＰとフレネルレンズＬＦの中で、最も観察側に位置するレンズの観察面側のレンズ面から最も画像表示面側に位置するレンズの画像表示面側のレンズ面までの光軸上の距離をｄとする。

また、観察光学系Ｌ０の最も観察面側に位置するレンズの観察面側のレンズ面から、画像表示面までの光軸上の距離をＬとする。フレネルレンズＬＦが正の屈折力を有するとき、フレネルレンズＬＦの観察面側の面の曲率半径をＲｐ１１、フレネルレンズＬＦの画像表示面側の面の曲率半径をＲｐ１２とする。フレネルレンズＬＦが負の屈折力を有するとき、フレネルレンズＬＦの観察面側の面の曲率半径をＲｎ１１、フレネルレンズＬＦの画像表示面側の面の曲率半径をＲｎ１２とする。正レンズＬＰの観察面側のレンズ面の曲率半径をＲ２１、正レンズＬＰの画像表示面側のレンズ面の曲率半径をＲ２２とする。

また、フレネルレンズＬＦの有効面内における格子壁面の光軸方向の長さの平均値をｈａｖｅ（ｍｍ）、ｄ線の波長の長さをλ（ｍｍ）とする。フレネルレンズＬＦの第１輪帯の格子ピッチをｗ１、フレネルレンズＬＦの有効面内の最も外側の輪帯の格子ピッチをｗｅとする。

また、アイレリーフ１０ｍｍで、半視野角４５度における画像表示面の理想像高をｙ０、アイレリーフ１０ｍｍで、半視野角４５度における画像表示面の実際の像高をｙとする。

このとき、次の条件式のうち１つ以上を満足するのが良い。なお、アイレリーフ１０ｍｍ、半視野角４５度における理想像高ｙ０は、ｙ０＝Ｆ×ｔａｎ４５°で与えられる値である。また、「実際の像高ｙ」とは、観察光学系Ｌ０にアイレリーフ１０ｍｍ、半視野角４５度で入射した主光線の近軸結像位置での光軸と垂直方向の高さである。図１３は観察光学系Ｌ０におけるｙを説明する図である。図１３では、絞りＳＰから観察光学系Ｌ０に入射した視野角θ（＝４５°）の主光線が、観察光学系Ｌ０の近軸結像位置上で高さｙの位置に到達していることが表されている。

１．５＜｜ｆｈ｜／Ｆ＜５．０ ・・・（３）
１．２＜ｆｐ／Ｆ＜２．０ ・・・（４）
０．１＜ｄ／Ｌ＜０．４ ・・・（５）
－１．６＜（Ｒｐ１２＋Ｒｐ１１）／（Ｒｐ１２－Ｒｐ１１）＜－０．５ ・・・（６）
０．８＜（Ｒｎ１２＋Ｒｎ１１）／（Ｒｎ１２－Ｒｎ１１）＜１．７ ・・・（７）
－１．６＜（Ｒ２２＋Ｒ２１）／（Ｒ２２－Ｒ２１）＜－０．４ ・・・（８）
５０．０＜ｈａｖｅ／λ＜５００．０ ・・・（９）
１．２＜ｗ１／ｗｅ＜１０．０ ・・・（１０）
－０．３５＜（ｙ－ｙ０）／ｙ０＜－０．１０ ・・・（１１）
０．５＜ｙ／Ｆ＜１．１ ・・・（１２）

次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。条件式（３）はフレネルレンズＬＦの焦点距離と観察光学系Ｌ０の焦点距離の比を規定している。条件式（３）の下限を超えてフレネルレンズＬＦの屈折力が強く（屈折力の絶対値が大きく）なりすぎると、鋸歯形状を形成する各フレネル格子の格子ピッチが細かくなりすぎる。その結果、回折光の回折する角度が大きくなりすぎて、フレアが増大する。逆に上限を超えると、構成しているその他のレンズの枚数が少ない場合、各々のレンズの屈折力が強くなりすぎ、軸外の諸収差が増大する。構成しているその他のレンズの枚数が多い場合、全系の重量が増大する。

条件式（４）は正レンズＬＰの焦点距離と観察光学系Ｌ０の焦点距離の比を規定している。条件式（４）の下限を超えると正レンズＬＰの屈折力が強くなりすぎて、主に、像面湾曲、非点収差が増大する。逆に上限を超えると、構成しているその他のレンズの枚数が少ない場合、各々のレンズの屈折力が強くなりすぎ、軸外の諸収差が増大する。構成しているその他のレンズの枚数が多い場合、全系の重量が増大する。

条件式（５）は正レンズＬＰとフレネルレンズＬＦの中で、最も観察面ＳＰ側に位置するレンズの観察面側のレンズ面から最も画像表示面ＩＤ側に位置するレンズの画像表示面側のレンズ面までの光軸上の距離をｄとする。このとき距離ｄに対する最も観察面ＳＰ側のレンズの観察面側のレンズ面から画像表示面ＩＤまでの距離の比を規定している。

条件式（５）の下限を超えると、レンズ間の間隔が短くなりすぎ、各レンズをメカで保持することが困難となる。或いは、レンズの厚みが薄くなりすぎて、レンズ面が変形しやすくなり、光学性能が低下しやすい。逆に上限を超えると、レンズ間の間隔が長くなりすぎて、画像表示面側に位置するレンズの有効径が大きくなり、重量が増大する。或いは、レンズの厚みが厚くなりすぎて、重量が増大する。

条件式（６）はフレネルレンズＬＦが正の屈折力を有する場合のフレネルレンズＬＦの形状因子を規定している。条件式（６）の下限を超えると、フレネルレンズＬＦの画像表示面側の面の曲率が強くなりすぎて主に像面湾曲、非点収差が増大する。逆に上限を超えると、フレネルレンズＬＦの観察面側の面の曲率が強くなりすぎて、主に歪曲収差が増大する。

条件式（７）はフレネルレンズＬＦが負の屈折力を有する場合のフレネルレンズＬＦの形状因子を規定している。条件式（７）の下限を超えると、フレネルレンズＬＦの画像表示面側の面の曲率が強くなりすぎて主に像面湾曲、非点収差が増大する。逆に上限を超えると、フレネルレンズＬＦの観察面側の面の曲率が強くなりすぎて、主に像面湾曲、非点収差が増大する。

条件式（８）は正レンズＬＰの形状因子を規定している。条件式（８）の下限を超えると、正レンズＬＰの画像表示面側の面の曲率が強くなりすぎて主に像面湾曲、非点収差が増大する。逆に上限を超えると、正レンズＬＰの観察面側の面の曲率が強くなりすぎて、主に歪曲収差が増大する。

条件式（９）は、フレネルレンズＬＦの有効系内におけるフレネル格子の壁面高さの平均値とｄ線の波長の長さの比を規定している。条件式（９）の下限を超えると、フレネルレンズＬＦの有効系内におけるフレネル格子の壁面高さが小さくなりすぎて、回折光の強度が増し、光学性能が低下してくる。逆に上限を超えると、フレネルレンズＬＦのフレネル格子の壁面の長さが長くなりすぎ、壁面で反射した不要光（ゴースト）が増加し、光学性能が低下してくる。

条件式（１０）は、フレネルレンズＬＦの第１輪帯部のフレネル格子の格子ピッチとフレネルレンズＬＦの光線有効径Φ１内の最も外側の輪帯部のフレネル格子の格子ピッチの比を規定している。条件式（１０）の下限を超えると、第１輪帯部のフレネル格子の格子ピッチが小さくなりすぎ、回折する光の回折角が大きくなりすぎ、画面中心にフレアの影響が及び、光学性能が低下してくる。

逆に条件式（１０）の上限を超えると、光線有効径Φ１内の最も外側の輪帯部のフレネル格子の格子ピッチが小さくなりすぎ、回折する光の回折角が大きくなりすぎ、画面中心にフレアの影響が及び、光学性能が低下してくる。

条件式（１１）は、アイレリーフ１０ｍｍ、半視野角４５度における画像表示面ＩＤでの歪曲量を規定している。条件式（１１）の下限を超えると、正の屈折力が強すぎるため、画面周辺の光線を強く光軸方向に曲げることになり、軸外の諸収差が増大する。逆に上限を超えると、正の屈折力が小さすぎるため、各レンズ位置における画面周辺光線の入射高が高くなりすぎ、有効径が増すので、全系の重量が増大する。

条件式（１２）は、アイレリーフ１０ｍｍ、観察光学系Ｌ０において、半視野角４５度の主光線の実際の像高（近軸結像位置上での光軸と垂直方向の高さ）ｙと観察光学系Ｌ０の焦点距離Ｆの比を規定している。これは、観察光学系Ｌ０の視野角４５度に相当する周辺部の屈折力を表したものである。周辺部の屈折力が強いほどｙは小さくなるため、条件式（１２）を満足することで、画像表示素子を小型に構成しながら広視野角化することができる。

条件式（１２）の下限を超えて観察光学系Ｌ０の焦点距離Ｆが長くなりすぎると、観察光学系Ｌ０の全長が伸び、大型化してしまう。あるいは、観察光学系の周辺部の屈折力が強くなりすぎて、特に非点収差と像面湾曲が増大してしまう。

反対に、条件式（１２）の上限を超えてｙが大きくなりすぎると、画像表示面が大きくなりすぎ、画像表示素子が大型化してしまう。

以上の構成により、広視野でありながら、高い光学性能を有し、且つ全系が軽量な観察光学系が得られる。

さらに好ましくは、条件式（３）乃至（１２）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
１．６＜｜ｆｈ｜／Ｆ＜４．８ ・・・（３ａ）
１．２３＜ｆｐ／Ｆ＜１．９５ ・・・（４ａ）
０．１２＜ｄ／Ｌ＜０．３５ ・・・（５ａ）
－１．５＜（Ｒｐ１２＋Ｒｐ１１）／（Ｒｐ１２－Ｒｐ１１）＜－０．６・・・（６ａ）
０．９＜（Ｒｎ１２＋Ｒｎ１１）／（Ｒｎ１２－Ｒｎ１１）＜１．６ ・・・（７ａ）
－１．５＜（Ｒ２２＋Ｒ２１）／（Ｒ２２－Ｒ２１）＜－０．５ ・・・（８ａ）
７５．０＜ｈａｖｅ／λ＜４００．０ ・・・（９ａ）
１．４＜ｗ１／ｗｅ＜８．０ ・・・（１０ａ）
－０．３４＜（ｙ－ｙ０）／ｙ０＜－０．１５ ・・・（１１ａ）
０．６＜ｙ／Ｆ＜１．０ ・・・（１２ａ）

さらに好ましくは、条件式（３ａ）乃至（１２ａ）の数値範囲を次の如く設定するのが良い。
１．７＜｜ｆｈ｜／Ｆ＜４．６ ・・・（３ｂ）
１．２５＜ｆｐ／Ｆ＜１．９０ ・・・（４ｂ）
０．１４＜ｄ／Ｌ＜０．３３ ・・・（５ｂ）
－１．４＜（Ｒｐ１２＋Ｒｐ１１）／（Ｒｐ１２－Ｒｐ１１）＜－０．７・・・（６ｂ）
０．９５＜（Ｒｎ１２＋Ｒｎ１１）／（Ｒｎ１２－Ｒｎ１１）＜１．５５・・・（７ｂ）
－１．４＜（Ｒ２２＋Ｒ２１）／（Ｒ２２－Ｒ２１）＜－０．６ ・・・（８ｂ）
１００．０＜ｈａｖｅ／λ＜３００．０ ・・・（９ｂ）
１．６＜ｗ１／ｗｅ＜７．０ ・・・（１０ｂ）
－０．３３＜（ｙ－ｙ０）／ｙ０＜－０．１９ ・・・（１１ｂ）
０．７＜ｙ／Ｆ＜０．９ ・・・（１２ｂ）

次に各実施例の観察光学系Ｌ０について説明する。

［実施例１］
以下、図１を参照して、本発明の観察光学系Ｌ０の実施例１について説明する。実施例１の観察光学系Ｌ０は、観察面側より画像表示面側へ順に、正の屈折力のフレネルレンズＬＦ、正の屈折力のレンズ（正レンズ）ＬＰから構成されている。２枚のレンズが正の屈折力を分担することにより、各面での曲率を緩めて、これにより諸収差の発生を軽減している。正の屈折力のフレネルレンズＬＦは、画像表示面ＩＤ側をフレネル面としている。

そして条件式（１）を満足する適切な範囲で、フレネルレンズＬＦの中心輪帯の面頂点ＦＬ１から端部ＦＬ２までの光軸方向の長さｈ０を長くしている。これによって、フレネルレンズＬＦの径方向の連続的な形状の領域の割合を増加させ、観察者が注視しやすい画面範囲の光学性能を向上させている。

さらに、条件式（２）を満足する適切な範囲で、連続的な形状の領域を設定し、光学性能の向上と軽量化を図っている。

さらに、条件式（３）を満足する適切な範囲で、フレネルレンズＬＦの焦点距離を緩め、フレネル格子の格子ピッチが小さくなりすぎることを防ぎ、回折によるフレアを低減している。さらに、条件式（４）を満足する適切な範囲で、正レンズＬＰの焦点距離を緩め、主に像面湾曲や非点収差の発生を軽減している。さらに、条件式（５）を満足する適切な範囲で、フレネルレンズＬＦと正レンズＬＰの各々の厚みを薄くすることによって、全系の軽量化を図っている。

さらに、条件式（６）を満足するように、フレネルレンズＬＦの観察面ＳＰ側の面の曲率に比して画像表示面側の面の曲率を強め、画像表示面側に凸形状を向けることによって、観察面ＳＰに対してコンセントリックな形としている。これにより、軸外の光線の入射角を緩くし、軸外の諸収差の発生を軽減している。

さらに、条件式（８）を満足するように、正レンズＬＰの観察面ＳＰ側の面の曲率に比して画像表示面ＩＤ側の面の曲率を強め、画像表示面ＩＤに凸形状を向けることによって、観察面ＳＰに対してコンセントリックな形となっている。これにより、軸外の光線の入射角を緩くし、軸外の諸収差の発生を軽減している。

さらに、条件式（９）を満足する適切な範囲で、フレネルレンズＬＦの有効系内におけるフレネル格子の壁面高さの平均値を大きくすることで、不要光である回折光の発生を防ぎ、光学性能の向上を図っている。さらに、条件式（１０）を満足するように、フレネルレンズＬＦの第１輪帯部のフレネル格子の格子ピッチと光線有効径Φ１内の最も外側の輪帯部のフレネル格子の格子ピッチを設定することで、画面全体での回折光の発生を防ぎ、光学性能の向上を図っている。

さらに、条件式（１１）を満足するように、歪曲量を適切に設定することで、画面周辺の光線を強く光軸方向に曲げることを防ぎ、光学性能の向上を達成している。さらに、条件式（１２）を満足するように、屈折力を適切に設定することで、画像表示素子を小型化と観察光学系Ｌ０の広視野角化を達成している。

［実施例２］
以下、図３を参照して、本発明の観察光学系Ｌ０の実施例２について説明する。実施例２の観察光学系Ｌ０は、観察面側より画像表示面側へ順に、正の屈折力のレンズ（正レンズ）ＬＰ、負の屈折力のレンズ（負レンズ）Ｌ３、正の屈折力のフレネルレンズＬＦから構成されている。正の屈折力を２枚のレンズが分担することにより、各面での曲率を緩めて、これにより諸収差の発生を軽減している。

また、負レンズＬ３を配すことで、倍率色収差や像面湾曲を軽減している。また、正の屈折力のフレネルレンズＬＦを前述した３枚レンズの中で、最も画像表示面側に位置、つまり有効径が大きくなる位置に配置させることで、全系の軽量化を図っている。この他の構成は実施例１と同じである。

［実施例３］
以下、図５を参照して、本発明の観察光学系Ｌ０の実施例３について説明する。実施例３の観察光学系Ｌ０は、観察面側より画像表示面側へ順に、平行平板（光学部材）Ｌｔ、正の屈折力のレンズ（正レンズ）ＬＰ、正の屈折力のフレネルレンズＬＦから構成されている。正レンズＬＰが、剥き出し（外界にさらした）状態であると、油等が触れた場合、レンズに変形・亀裂が生じる可能性がある。平板のレンズＬｔは正レンズＬＰを保護する役割を担っている。

また、正の屈折力のフレネルレンズＬＦを前述した３枚レンズの中で、最も画像表示面側に位置、つまり有効径が大きくなる位置に配置させることで、全系の軽量化を図っている。この他の構成は実施例１と同じである。

［実施例４］
以下、図７を参照して、本発明の観察光学系Ｌ０の実施例４について説明する。実施例４の観察光学系Ｌ０は、観察面側より画像表示面側へ順に、負の屈折力のフレネルレンズＬＦ、正の屈折力のレンズ（正レンズ）ＬＰ、正の屈折力のレンズＬ３から構成されている。正の屈折力を２枚のレンズが分担することにより、各面での曲率を緩めて、これにより、諸収差の発生を軽減している。また、負の屈折力のフネルレンズＬＦを配すことで、倍率色収差や像面湾曲を軽減している。

条件式（７）を満足するように、フレネルレンズＬＦの画像表示面側の面の曲率に比して観察面側の面の曲率を強め、観察面ＳＰに凹形状を向けている。これによって、観察面ＳＰに対してコンセントリックな形として、軸外の光線の入射角を緩くし、軸外の諸収差の発生を軽減している。この他の構成は実施例１と同じである。

［実施例５］
以下、図９を参照して、本発明の観察光学系Ｌ０の実施例５について説明する。実施例５の観察光学系Ｌ０は、観察面側より画像表示面側へ順に、正の屈折力のレンズ（正レンズ）ＬＰ、負の屈折力のフレネルレンズＬＦ、正の屈折力のレンズ（正レンズ）Ｌ３、正の屈折力のレンズ（正レンズ）Ｌ４から構成されている。正の屈折力を３枚のレンズが分担することにより、より各面での曲率を緩めて、これにより、諸収差の発生を軽減している。また、負の屈折力のフネルレンズＬＦを配すことで、倍率色収差や像面湾曲を軽減している。

条件式（７）を満足するように、フレネルレンズＬＦの画像表示面側の面の曲率に比して観察面側の面の曲率を強め、観察面ＳＰに凹形状を向けることによって、観察面ＳＰに対してコンセントリックな形としている。これによって軸外の光線の入射角を緩くし、軸外の諸収差の発生を軽減している。この他の構成は実施例１と同じである。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、ＣＲＴやＬＣＤ等の画像表示素子と組み合わせた際、歪曲収差量や倍率色収差量によっては電気的な処理を画像表示素子に加えても良い。

次に図１２を用いてフレネルレンズについて説明する。一般にフレネルレンズは、図１２（Ａ）に示すように、曲率半径ｒのレンズ面を同心円状の複数の領域に分割した形状を有する。このとき曲率半径ｒの値に応じて断面形状が鋸歯型のフレネル格子（プリズム）ＦＰを平面上に同心円状に並べた形状よりなっている。同心円状の複数のフレネル格子は角度が異なるか、又は同一である。またフレネル格子の格子ピッチは中心（光軸）から周辺に従って異なるか又は同一である。

フレネルレンズ面Ｆｒｅにおける曲率半径ｒは図１２（Ａ）に示すレンズ面の曲率半径ｒに相当する。フレネルレンズ面の焦点距離を求めるときのパラメータの１つは通常のレンズの焦点距離を求めるのと同様に曲率半径ｒを用いている。フレネルレンズの焦点距離ｆと板厚（中心厚）、有効径Φ１等は図１２（Ｂ）、（Ｃ）に示すとおりである。後述する条件式におけるフレネルレンズ面の曲率半径はフレネル形状とする前のレンズ面の曲率半径（すなわち中心輪帯の曲率半径）を用いている。

次に、各実施例における数値データを以下に示す。数値データにおいてｉは観察面からの面の順序を示し、ｒｉは第ｉ番目の光学面の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間のレンズ肉厚および空気間隔、ｎｉ，νｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の屈折率およびアッベ数を表す。

また、非球面に記載されている、Ｋ，Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０などは非球面係数である。非球面形状は光軸からの高さｈの位置での光軸方向の変位を、面頂点を基準にしてｘとするとき以下の式で定義される。

ｘ＝（ｈ²／Ｒ）／［１＋｛１－（１＋ｋ）（ｈ／Ｒ）²｝^1/2］＋A4ｈ⁴＋A6ｈ⁶＋A8ｈ⁸＋A10ｈ¹⁰
ただし、ここでＲは曲率半径である。フレネル面は非球面効果を有する理想的な薄肉状態を表しており、実形状としては、表記した中心厚ｄ内でフレネル形状とする。フレネル面は面番号の右隣に＊Ｆｒｅと表記している。

各数値データの面番号において１は観察面（絞り）、像面は画像表示面に相当している。数値データ１において面番号２、３はフレネルレンズＬＦ、面番号４、５は正レンズＬＰに相当している。数値データ２において面番号２、３は正レンズＬＰ、面番号６、７はフレネルレンズＬＦに相当している。数値データ３において面番号４、５は正レンズＬＰ、面番号６、７はフレネルレンズＬＦに相当している。

数値データ４において面番号２、３はフレネルレンズＬＦ、面番号４、５は正レンズＬＰに相当している。数値データ５において面番号２、３は正レンズＬＰ、面番号４、５はフレネルレンズＬＦに相当している。

レンズ全長は観察面側の第１レンズ面から画像表示面ＩＤまでの距離である。ＢＦは画像表示面ＩＤの面から画像表示面までの距離である。また前述した数値データに基づくパラメータと各条件式との関係を表１、表２に示す。

（数値データ1）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1(絞り) ∞ (可変) 3.50
2 100000.000 3.50 1.53110 56.0 48.76
3*Fre -80.546 0.70 52.00
4* 237.548 15.00 1.53110 56.0 53.30
5* -36.019 40.89 55.34
像面 ∞

非球面データ
第3面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.35561e-005 A 6= 2.66207e-008 A 8=-1.06533e-011

第4面
K = 0.00000e+000 A 4=-2.18599e-005 A 6= 4.07744e-008 A 8=-2.04247e-011 A10= 1.57785e-015

第5面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.20301e-006 A 6=-7.68945e-009 A 8= 1.19113e-011

各種データ
ズーム比 1.00

焦点距離 44.99 44.99
Fナンバー 12.85 12.85
半画角（度） 55.00 45.00
像高 43.00 36.35
レンズ全長 70.09 70.09
BF 40.89 40.89

d 1 10.00 20.00

入射瞳位置 0.00 0.00
射出瞳位置 -37.93 -88.19
前側主点位置 19.31 29.31
後側主点位置 -4.10 -4.10

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 ∞ 0.00 0.00 -0.00
2 2 44.99 19.20 9.31 -4.10

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 151.54
2 4 60.03

（数値データ2）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1(絞り) ∞ (可変) 3.50
2* ∞ 11.72 1.48749 70.4 47.52
3* -39.013 0.50 49.92
4 -104.408 3.20 1.63400 23.9 55.12
5 -550.468 0.50 61.09
6 -550.000 5.00 1.53110 56.0 62.00
7*Fre -55.766 60.66 68.33
像面 ∞

非球面データ
第2面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.89729e-006 A 6=-8.84019e-010 A 8=-1.25103e-012 A10= 1.57785e-015

第3面
K = 0.00000e+000 A 4= 8.01465e-006 A 6=-1.13123e-008 A 8= 6.33741e-012

第7面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.82721e-006 A 6= 2.98900e-009 A 8=-7.03142e-013

各種データ
ズーム比 1.00

焦点距離 63.48 63.48
Fナンバー 18.14 18.14
半画角（度） 60.00 47.00
像高 66.68 53.16
レンズ全長 91.58 91.58
BF 60.66 60.66

d 1 10.00 20.00

入射瞳位置 0.00 0.00
射出瞳位置 -35.24 -65.18
前側主点位置 21.46 31.46
後側主点位置 -2.82 -2.82

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 ∞ 0.00 0.00 -0.00
2 2 63.48 20.92 11.46 -2.82

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 80.00
2 4 -203.79
3 6 116.44

（数値データ3）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1(絞り) ∞ (可変) 3.50
2 ∞ 0.80 1.49000 55.0 47.43
3 ∞ 1.00 48.00
4* -265.909 13.39 1.53110 56.0 49.38
5* -36.393 0.20 54.33
6 1964.346 3.00 1.53110 56.0 67.88
7*Fre -105.000 54.56 69.90
像面 ∞

非球面データ
第4面
K = 0.00000e+000 A 4=-6.79879e-007 A 6= 4.81597e-009 A 8=-1.81252e-012

第5面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.76286e-006 A 6=-4.27243e-009 A 8= 8.19904e-012

各種データ
ズーム比 1.00

焦点距離 55.16 55.16
Fナンバー 15.76 15.76
半画角（度） 57.50 47.50
像高 55.41 47.21
レンズ全長 82.96 82.96
BF 54.56 54.56

d 1 10.00 20.00

入射瞳位置 0.00 0.00
射出瞳位置 -36.31 -75.00
前側主点位置 21.68 31.68
後側主点位置 -0.60 -0.60

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 ∞ 0.00 0.00 -0.00
2 2 55.16 18.39 11.68 -0.60

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 0.00
2 4 77.81
3 6 187.76

（数値データ4）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1(絞り) ∞ (可変) 3.50
2*Fre -129.970 1.20 1.63400 23.9 49.15
3 ∞ 0.46 50.00
4* 976.710 20.02 1.53110 56.0 51.22
5 -37.804 1.00 58.00
6 1140.401 17.35 1.53110 56.0 73.16
7* -58.000 47.34 75.91
像面 ∞

非球面データ
第4面
K = 0.00000e+000 A 4= 3.80662e-006 A 6=-1.60330e-008 A 8= 1.45886e-011

第7面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.75248e-006 A 6=-1.49902e-009 A 8= 1.96913e-013

各種データ
ズーム比 1.00

焦点距離 51.11 51.11
Fナンバー 14.60 14.60
半画角（度） 50.00 40.00
像高 45.06 37.39
レンズ全長 97.38 97.38
BF 47.34 47.34

d 1 10.00 20.00

入射瞳位置 0.00 0.00 0.00
射出瞳位置 -88.54 -235.84 3414.02
前側主点位置 31.88 41.88 51.88
後側主点位置 -3.77 -3.77 -3.77

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 ∞ 0.00 0.00 -0.00
2 2 51.11 40.04 21.88 -3.77

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -204.97
2 4 69.00
3 6 104.45

（数値データ5）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1(絞り) ∞ (可変) 3.50
2* 4627.206 11.83 1.53110 56.0 48.02
3 -45.008 1.00 49.95
4*Fre -102.526 2.50 1.64000 23.5 57.04
5 -500.000 1.20 58.01
6* 122.504 9.67 1.53110 56.0 61.38
7 -129.021 1.00 64.47
8 239.832 17.55 1.53110 56.0 71.66
9* -72.370 31.51 73.45
像面 ∞

非球面データ
第2面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.61041e-006 A 6= 1.21044e-008 A 8=-3.52960e-012

第4面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.17893e-006 A 6=-2.20791e-010

第6面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.56415e-006 A 6= 1.72159e-009 A 8=-2.99784e-012

第9面
K = 0.00000e+000 A 4= 6.74838e-007 A 6=-9.11601e-010 A 8= 6.34371e-014

各種データ
ズーム比 1.00

焦点距離 45.59 45.59
Fナンバー 13.03 13.03
半画角（度） 50.00 41.00
像高 38.30 30.80
レンズ全長 86.26 86.26
BF 31.51 31.51

d 1 10.00 20.00

入射瞳位置 0.00 0.00
射出瞳位置 -89.84 -260.05
前側主点位置 28.46 38.46
後側主点位置 -14.08 -14.08

ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 ∞ 0.00 0.00 -0.00
2 2 45.59 44.75 18.46 -14.08

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 84.00
2 4 -202.01
3 6 119.92
4 8 106.76

Ｌ０ 観察光学系 ＬＰ 正レンズ ＬＦ フレネルレンズ
ＳＰ 観察面 ＩＤ 画像表示面 Ｆｒｅ フレネル面

Claims (15)

1. 画像表示面に表示された画像を観察するための観察光学系であって、前記観察光学系は、フレネルレンズ、正レンズＬＰを有し、
   前記フレネルレンズの中心輪帯の面頂点から該中心輪帯の端部までの光軸方向の長さをｈ０、前記中心輪帯に隣接する第１輪帯の格子壁面の光軸方向の長さをｈ１、前記正レンズＬＰと前記フレネルレンズの中で、最も観察面側に位置するレンズの観察面側のレンズ面から最も画像表示面側に位置するレンズの画像表示面側のレンズ面までの光軸上の距離をｄ、最も観察面側に位置するレンズの観察面側のレンズ面から、画像表示面までの光軸上の距離をＬとするとき、
   ０．０１＜ｈ１／ｈ０＜０．８０
   ０．１＜ｄ／Ｌ＜０．４
   なる条件式を満足することを特徴とする観察光学系。
2. 前記中心輪帯の直径をΦ０、前記フレネルレンズの有効径をΦ１とするとき、
   ０．３＜Φ０／Φ１＜０．７
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１に記載の観察光学系。
3. 画像表示面に表示された画像を観察するための観察光学系であって、前記観察光学系は、フレネルレンズ、正レンズＬＰを有し、
   前記フレネルレンズの中心輪帯の直径をΦ０、前記フレネルレンズの有効径をΦ１、前記正レンズＬＰと前記フレネルレンズの中で、最も観察面側に位置するレンズの観察面側のレンズ面から最も画像表示面側に位置するレンズの画像表示面側のレンズ面までの光軸上の距離をｄ、最も観察面側に位置するレンズの観察面側のレンズ面から、画像表示面までの光軸上の距離をＬとするとき、
   ０．３＜Φ０／Φ１＜０．７
   ０．１＜ｄ／Ｌ＜０．４
   なる条件式を満足することを特徴とする観察光学系。
4. 前記フレネルレンズの焦点距離をｆｈ、前記観察光学系の焦点距離をＦとするとき、
   １．５＜｜ｆｈ｜／Ｆ＜５．０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の観察光学系。
5. 前記観察光学系が１つ以上の正の屈折力のレンズを有するときは、最も屈折力の大きいレンズを正レンズＬＰとし、前記正レンズＬＰの焦点距離をｆｐ、前記観察光学系の焦点距離をＦとするとき、
   １．２＜ｆｐ／Ｆ＜２．０
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の観察光学系。
6. 前記フレネルレンズは、前記観察光学系に含まれるレンズの中で、最も観察面側に配置されたレンズ、または観察面側から数えて２番目に配置されたレンズであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の観察光学系。
7. 前記フレネルレンズは正の屈折力を有し、前記フレネルレンズの観察面側の面の曲率半径をＲｐ１１、前記フレネルレンズの画像表示面側の面の曲率半径をＲｐ１２とするとき、
   －１．６＜（Ｒｐ１２＋Ｒｐ１１）／（Ｒｐ１２－Ｒｐ１１）＜－０．５
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の観察光学系。
8. 前記フレネルレンズは負の屈折力を有し、前記フレネルレンズの観察面側の面の曲率半径をＲｎ１１、前記フレネルレンズの画像表示面側の面の曲率半径をＲｎ１２とするとき、
   ０．８＜（Ｒｎ１２＋Ｒｎ１１）／（Ｒｎ１２－Ｒｎ１１）＜１．７
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の観察光学系。
9. 前記正レンズＬＰの観察面側のレンズ面の曲率半径をＲ２１、前記正レンズＬＰの画像表示面側のレンズ面の曲率半径をＲ２２とするとき、
   －１．６＜（Ｒ２２＋Ｒ２１）／（Ｒ２２－Ｒ２１）＜－０．４
   なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の観察光学系。
10. 前記フレネルレンズの有効面内における格子壁面の光軸方向の長さの平均値をｈａｖｅ、ｄ線の波長の長さをλとするとき、
    ５０．０＜ｈａｖｅ／λ＜５００．０
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の観察光学系。
11. 前記フレネルレンズの第１輪帯の格子ピッチをｗ１、前記フレネルレンズの有効面内の最も外側の輪帯の格子ピッチをｗｅとするとき、
    １．２＜ｗ１／ｗｅ＜１０．０
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の観察光学系。
12. 前記中心輪帯は連続した面より構成されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の観察光学系。
13. 画像情報を表示する画像表示素子と、前記画像表示素子に表示される前記画像情報を観察するための請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の観察光学系を有することを特徴とする観察装置。
14. アイレリーフ１０ｍｍで、半視野角４５度における画像表示面の理想像高をｙ０、アイレリーフ１０ｍｍで、半視野角４５度における画像表示面の実際の像高をｙとするとき、
    －０．３５＜（ｙ－ｙ０）／ｙ０＜－０．１０
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１３に記載の観察装置。
15. 前記光学系の焦点距離をＦ、アイレリーフ１０ｍｍで半視野角４５度における画像表示面の実際の像高をｙとするとき、
    ０．５＜ｙ／Ｆ＜１．１
    なる条件式を満足することを特徴とする請求項１３または１４に記載の観察装置。

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