(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が透過可能な第１面、光が透過及び内面反射可能な第２面、並びに、光が透過及び内面反射可能な第３面を含む相互に偏心した少なくとも３つの光学面を持ち、内部が屈折率１より大きい媒質で満たされ、３つの光学面のうち少なくとも１つの光学面が回転非対称な形状を有する第１光学素子と、
前記第１光学素子の第２面側に配置され、光が透過可能な第１面及び光が透過可能であって外部側に向けて凹形状を有する第２面を含む相互に偏心した少なくとも２つの光学面を持ち、内部が屈折率１より大きい媒質で満たされ、前記２つの光学面のうち少なくとも１つの光学面が回転非対称な形状を有する第２光学素子と、
を備え、
前記第１光学素子の第２面と前記第２光学素子の第１面は、光束が通過する有効領域における面形状が同じであり、
前記第１光学素子と前記第２光学素子は、前記光束が通過する有効領域において離間し、
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする偏心光学系。
０  ＜  ＤMAX／ｆ  ≦  ０．３                        （１）
ただし、
ＤMAXは、前記光束の中心主光線を含む断面上の前記光束の通過する有効領域における、前記第１光学素子の第２面と前記第２光学素子の第１面との間の前記中心主光線に平行な方向に測った距離の最大値、
ｆは、前記偏心光学系の焦点距離、
である。
【請求項２】
前記第２光学素子の前記第２面は、前記有効領域において対称な面を複数備える形状を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の偏心光学系。
【請求項３】
前記第２光学素子の前記第２面は、球面、非球面、トーリック面、又は回転非対称面
であることを特徴とする請求項２に記載の偏心光学系。
【請求項４】
以下の条件式（１’）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１つに記載の偏心光学系。
０．０００２５  ＜  ＤMAX／ｆ  ≦  ０．１            （１’）
【請求項５】
前記第１光学素子と前記第２光学素子は、以下の条件式（２）及び条件式（３）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つに記載の偏心光学系。
−２  ＜  （Ｄｃ−Ｄｕｐ）／ＤMAX  ＜  ２            （２）
−２  ＜  （Ｄｃ−Ｄｕｎ）／ＤMAX  ＜  ２            （３）
ただし、
Ｄｃは、前記第１光学素子と前記第２光学素子との前記中心主光線における間隔、
Ｄｕｐは、前記有効領域において、前記第１光学素子の第２面側の第１端での間隔、
Ｄｕｎは、前記有効領域において、前記第１端とは反対側の第２端での間隔、
である。
【請求項６】
前記第１光学素子の第２面と前記第２光学素子の第１面は、回転非対称面である
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の偏心光学系。
【請求項７】
前記第２光学素子の第２面は、以下の条件式（４）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つに記載の偏心光学系。
−４  ≦  Ｒ１Ｐｏ／ＥＲ  ≦  −０．０１              （４）
ただし、
Ｒ１Ｐｏは、前記第２光学素子の第２面の曲率半径、
ＥＲは、アイリリーフ、
である。
【請求項８】
前記第２光学素子の第２面は、以下の条件式（５）を満足する
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の偏心光学系。
−４  ≦  Ｒ１Ｐｏ／ｆ  ≦  −０．１                  （５）
ただし、
Ｒ１Ｐｏは、前記第２光学素子の第２面の曲率半径、
ｆは、前記偏心光学系全系の焦点距離、
である。
【請求項９】
前記第２光学素子の第２面は、以下の条件式（５’）を満足する
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の偏心光学系。
−４．２  ≦  Ｒ１Ｐｏ／ｆ  ≦  −０．４              （５’）
ただし、
Ｒ１Ｐｏは、前記第２光学素子の第２面の曲率半径、
ｆは、前記偏心光学系全系の焦点距離、
である。
【請求項１０】
前記第１光学素子の第３面側に配置され、光が透過可能な第１面及び第２面を含む相互に偏心した少なくとも２つの光学面を持ち、内部が屈折率１より大きい媒質で満たされる第３光学素子を備える
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の偏心光学系。
【請求項１１】
前記第１光学素子の第３面は、前記第１光学素子内部からの光を反射し、前記第１光学素子外部からの光を透過するハーフミラー構造である
ことを特徴とする請求項１０に記載の偏心光学系。
【請求項１２】
前記第１光学素子の第３面は、入射する光の角度によって特性が異なるホログラム構造である
ことを特徴とする請求項１１に記載の偏心光学系。
【請求項１３】
前記第３光学素子の第１面側の外部に光量を調整する光量調整部を有する
ことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１つに記載の偏心光学系。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の偏心光学系と、
前記第１光学素子の第１面に対向する位置に配置されて画像を表示する画像表示素子と、
を備える
ことを特徴とする画像投影装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の偏心光学系と、
前記第１光学素子の第１面に対向する位置に配置されて画像を撮像する画像撮像素子と、
前記第２光学素子の第２面に対向する所定の位置に設置される開口絞りと、
を備える
ことを特徴とする画像撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学面を偏心して配置する偏心光学系、偏心光学系を用いた画像投影装置、及び偏心光学系を用いた画像撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、小型画像表示素子を用い、これらの表示素子の原画像を光学系によって拡大した像を投影する画像投影装置が知られている（特許文献１〜３）この画像投影装置は、携帯性の高いものとするために装置全体の小型化、軽量化することが要望されている。また、画像を呈示するには、表示素子の原画像をある程度の大きさに拡大して、広い画角で投影すると共に、高い解像度で表現できる光学系が求められる。このような要求を満たすための手段として、投影光学系を観察者視軸に対して偏心した凹面鏡である偏心ミラーを配備し、画像表示素子の拡大した虚像を投影するようにしたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１４６０３７号公報
【特許文献２】特開２００２−３１８３６６号公報
【特許文献３】特許２０１３−２９７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１〜３には、少なくとも１面の回転非対称面を有する第１プリズムと、射出面が凸面又は凹面である第２プリズムと、を備える偏心光学系が開示されている。
【０００５】
本発明は、小型、且つ、簡単な構造でありながら、広視野、高解像度で、画像を投影又は撮像することが可能となる偏心光学系、偏心光学系を用いた画像投影装置、及び偏心光学系を用いた画像撮像装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態である偏心光学系は、
光が透過可能な第１面、光が透過及び内面反射可能な第２面、並びに、光が透過及び内面反射可能な第３面を含む相互に偏心した少なくとも３つの光学面を持ち、内部が屈折率１より大きい媒質で満たされ、３つの光学面のうち少なくとも１つの光学面が回転非対称な形状を有する第１光学素子と、
前記第１光学素子の第２面側に配置され、光が透過可能な第１面及び光が透過可能であって外部側に向けて凹形状を有する第２面を含む相互に偏心した少なくとも２つの光学面を持ち、内部が屈折率１より大きい媒質で満たされ、前記２つの光学面のうち少なくとも１つの光学面が回転非対称な形状を有する第２光学素子と、
を備え、
前記第１光学素子と前記第２光学素子は、光束が通過する有効領域において離間し、
以下の条件式（１）を満足することを特徴とする。
０  ＜  ＤMAX／ｆ  ≦  ０．３                        （１）
ただし、
ＤMAXは、前記光束の中心主光線を含む断面上の前記光束の通過する有効領域における、前記第１光学素子の第２面と前記第２光学素子の第１面との間の前記中心主光線に平行な方向に測った距離の最大値、
ｆは、前記偏心光学系の焦点距離、
である。
【０００７】
本発明の一実施形態である偏心光学系では、
前記第２光学素子の前記第２面は、前記有効領域において対称な面を複数備える形状を有する。
【０００８】
本発明の一実施形態である偏心光学系では、
前記第２光学素子の前記第２面は、球面、非球面、トーリック面、又は回転非対称面
である。
【０００９】
本発明の一実施形態である偏心光学系では、
以下の条件式（１’）を満足する。
０．０００２５  ＜  ＤMAX／ｆ  ≦  ０．１            （１’）
【００１０】
本発明の一実施形態である偏心光学系では、
前記第１光学素子と前記第２光学素子は、以下の条件式（２）及び条件式（３）を満足する。
−２  ＜  （Ｄｃ−Ｄｕｐ）／ＤMAX  ＜  ２            （２）
−２  ＜  （Ｄｃ−Ｄｕｎ）／ＤMAX  ＜  ２            （３）
ただし、
Ｄｃは、前記第１光学素子と前記第２光学素子との前記中心主光線における間隔、
Ｄｕｐは、前記有効領域において、前記第１光学素子の第２面側の第１端での間隔、
Ｄｕｎは、前記有効領域において、前記第１端とは反対側の第２端での間隔、
である。
【００１１】
本発明の一実施形態である偏心光学系では、
前記第１光学素子の第２面と前記第２光学素子の第１面は、前記有効領域における面形状が同じである
ことを特徴とする。
【００１２】
本発明の一実施形態である偏心光学系では、
前記第１光学素子の第２面と前記第２光学素子の第１面は、回転非対称面である。
【００１３】
本発明の一実施形態である偏心光学系では、
前記第２光学素子の前記第２面における全主光線の前記第２面に対する射出角の絶対値の最大値が１０度以下である。
【００１４】
本発明の一実施形態である偏心光学系では、
前記第２光学素子の前記第２面における全主光線の前記第２面に対する射出角の絶対値の最大値が５度以下である。
【００１５】
本発明の一実施形態である偏心光学系では、
前記第２光学素子の第２面は、以下の条件式（４）を満足する。
−４  ≦  Ｒ１Ｐｏ／ＥＲ  ≦  −０．０１              （４）
ただし、
Ｒ１Ｐｏは、前記第２光学素子の第２面の曲率半径、
ＥＲは、アイリリーフ、
である。
【００１６】
本発明の一実施形態である偏心光学系では、
前記第２光学素子の第２面は、以下の条件式（５）を満足する。
−４  ≦  Ｒ１Ｐｏ／ｆ  ≦  −０．１                  （５）
ただし、
Ｒ１Ｐｏは、前記第２光学素子の第２面の曲率半径、
ｆは、前記偏心光学系全系の焦点距離、
である。
【００１７】
本発明の一実施形態である偏心光学系では、
前記第２光学素子の第２面は、以下の条件式（５’）を満足する。
−４．２  ≦  Ｒ１Ｐｏ／ｆ  ≦  −０．４              （５’）
ただし、
Ｒ１Ｐｏは、前記第２光学素子の第２面の曲率半径、
ｆは、前記偏心光学系全系の焦点距離、
である。
【００１８】
本発明の一実施形態である偏心光学系では、
前記第１光学素子の第３面側に配置され、光が透過可能な第１面及び第２面を含む相互に偏心した少なくとも２つの光学面を持ち、内部が屈折率１より大きい媒質で満たされる第３光学素子を備える。
【００１９】
本発明の一実施形態である偏心光学系では、
前記第１光学素子の第３面は、前記第１光学素子内部からの光を反射し、前記第１光学素子外部からの光を透過するハーフミラー構造である
【００２０】
本発明の一実施形態である偏心光学系では、
前記第１光学素子の第３面は、入射する光の角度によって特性が異なるホログラム構造である。
【００２１】
本発明の一実施形態である偏心光学系では、
前記第３光学素子の第１面側の外部に光量を調整する光量調整部を有する。
【００２２】
本発明の一実施形態である画像投影装置では、
前記偏心光学系と、
前記第１光学素子の第１面に対向する位置に配置されて画像を表示する画像表示素子と、
を備える。
【００２３】
本発明の一実施形態である画像撮像装置では、
前記偏心光学系と、
前記第１光学素子の第１面に対向する位置に配置されて画像を撮像する画像撮像素子と、
前記第２光学素子の第２面に対向する所定の位置に設置される開口絞りと、
を備える
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の一実施形態である偏心光学系によれば、小型、且つ、簡単な構造でありながら、高解像度で、画像を投影又は撮像することが可能となる偏心光学系、及び偏心光学系を用いた画像投影装置、及び偏心光学系を用いた画像撮像装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る偏心光学系の断面図である。
【図２】実施例１の偏心光学系の中心主光線を含む断面図である。
【図３】実施例１の偏心光学系の平面図である。
【図４】実施例１の偏心光学系の収差図である。
【図５】実施例１の偏心光学系の収差図である。
【図６】実施例１の偏心光学系の直視光路の中心主光線を含む断面図である。
【図７】実施例１の偏心光学系の直視光路の平面図である。
【図８】実施例１の偏心光学系の直視光路の収差図である。
【図９】実施例１の偏心光学系の直視光路の収差図である。
【図１０】実施例２の偏心光学系の中心主光線を含む断面図である。
【図１１】実施例２の偏心光学系の平面図である。
【図１２】実施例２の偏心光学系の収差図である。
【図１３】実施例２の偏心光学系の収差図である。
【図１４】実施例２の偏心光学系の直視光路の中心主光線を含む断面図である。
【図１５】実施例２の偏心光学系の直視光路の平面図である。
【図１６】実施例３の偏心光学系の直視光路の収差図である。
【図１７】実施例３の偏心光学系の直視光路の収差図である。
【図１８】実施例３の偏心光学系の中心主光線を含む断面図である。
【図１９】実施例３の偏心光学系の平面図である。
【図２０】実施例３の偏心光学系の収差図である。
【図２１】実施例３の偏心光学系の収差図である。
【図２２】実施例３の偏心光学系の直視光路の中心主光線を含む断面図である。
【図２３】実施例３の偏心光学系の直視光路の平面図である。
【図２４】実施例３の偏心光学系の直視光路の収差図である。
【図２５】実施例３の偏心光学系の直視光路の収差図である。
【図２６】実施例４の偏心光学系の中心主光線を含む断面図である。
【図２７】実施例４の偏心光学系の平面図である。
【図２８】実施例４の偏心光学系の収差図である。
【図２９】実施例４の偏心光学系の収差図である。
【図３０】実施例４の偏心光学系の直視光路の中心主光線を含む断面図である。
【図３１】実施例４の偏心光学系の直視光路の平面図である。
【図３２】実施例４の偏心光学系の直視光路の収差図である。
【図３３】実施例４の偏心光学系の直視光路の収差図である。
【図３４】実施例５の偏心光学系の中心主光線を含む断面図である。
【図３５】実施例５の偏心光学系の平面図である。
【図３６】実施例５の偏心光学系の収差図である。
【図３７】実施例５の偏心光学系の収差図である。
【図３８】実施例５の偏心光学系の直視光路の中心主光線を含む断面図である。
【図３９】実施例５の偏心光学系の直視光路の平面図である。
【図４０】実施例５の偏心光学系の直視光路の収差図である。
【図４１】実施例５の偏心光学系の直視光路の収差図である。
【図４２】本実施形態の偏心光学系１を眼鏡Ｇに内蔵して用いる画像投影装置１００を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施形態に係る偏心光学系、偏心光学系を用いた画像投影装置、及び偏心光学系を用いた画像撮像装置について図面を参照して以下に説明する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施形態に係る偏心光学系の断面図である。
【００２８】
本実施形態の偏心光学系１は、光が透過可能な第１面１１、光が透過及び内面反射可能な第２面１２、並びに、光が透過及び内面反射可能な第３面１３を含む相互に偏心した少なくとも３つの光学面を持ち、内部が屈折率１より大きい媒質で満たされ、３つの光学面のうち少なくとも１つの光学面が回転非対称な形状を有する第１光学素子１０と、第１光学素子１０の第２面１２側に配置され、光が透過可能な第１面２１及び光が透過可能であって外部側に向けて凹形状を有する第２面２２を含む相互に偏心した少なくとも２つの光学面を持ち、内部が屈折率１より大きい媒質で満たされ、２つの光学面のうち少なくとも１つの光学面が回転非対称な形状を有する第２光学素子２０と、を備え、第１光学素子１０と第２光学素子２０は、光束が通過する有効領域において離間し、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
０  ＜  ＤMAX／ｆ  ≦  ０．３                        （１）
ただし、
ＤMAXは、光束Ｌの中心主光線Ｌｃを含む断面上の光束の通過する有効領域における、第１光学素子１０の第２面１２と第２光学素子２０の第１面２１との間の中心主光線Ｌｃに平行な方向に測った距離の最大値、
ｆは、偏心光学系１の焦点距離、
である。
【００２９】
ここで、このような偏心光学系１で構成することのメリットについて説明する。
【００３０】
まず、本実施形態の偏心光学系１は、光が透過可能な第１面１１、光が透過及び反射可能な第２面１２、並びに、光が透過及び内面反射可能な第３面１３を含む相互に偏心した少なくとも３つの光学面を持ち、内部が屈折率１より大きい媒質で満たされる第１光学素子１０を用いることで、偏心プリズムにより内部反射の光路をとる構成とすることができ、観察または撮影画像の色収差の発生を低減させることが可能となる。色収差補正のための光学素子の構成枚数の増大を抑えることが可能となる。光路を反射により折り畳むことができ、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となる。
【００３１】
また、第１光学素子１０は、３つの光学面のうち少なくとも１つの光学面が回転非対称な形状を有するので、構成する面の面形状として、光束に光学的パワーを与え、かつ、偏心収差を補正する上で好ましい。
【００３２】
さらに、第１光学素子１０の第２面１２側に配置され、光が透過可能な第１面２１及び光が透過可能であって第２面２２を含む相互に偏心した少なくとも２つの光学面を持ち、内部が屈折率１より大きい媒質で満たされる第２光学素子２０を用いるので、第２光学素子２０を相互に偏心した２面の屈折面で構成することができ、第１光学素子１０と第２光学素子２０の双方の向き合う面を、近くに配置することができ、且つ近似した形状にすることが可能となる。また、第２光学素子２０の第２面２２を外部、すなわち観察者眼球（撮影光学系とする場合は入射瞳（絞り））に対して、光軸上で正対する位置に凹面を配置でき、目に対して凹面の形状にできる。したがって、これらの２面の工夫によりそれぞれで収差の発生を低減でき、広視野化に有利となる。
【００３３】
ここで、偏心光学系１を画像投影装置に使用する場合の光線追跡について説明する。画像表示素子５０の表示面としての像面Ｉｍを射出した光線は、第１光学素子１０へ第１面１１から入射し、第２面１２で反射する。第２面１２で反射した光線は、第３面１３でさらに反射し、第２面１２から第１光学素子１０を射出する。第１光学素子１０を射出した光線は、第２光学素子２０へ第１面２１から入射し、第２面２２から射出する。第２光学素子２０を射出した光線は、射出瞳としての開口絞りＳを通過して、観察者の瞳Ｅに投影される。
【００３４】
また、第２光学素子２０は、２つの光学面のうち少なくとも１つの光学面が構成する面の面形状として、光束に光学的パワーを与えかつ偏心収差を補正する回転非対称な曲面形状を含んでいるので、偏心収差を含めた収差補正を行うことが可能となる。
【００３５】
第１光学素子１０と第２光学素子２０は、光束が通過する有効領域において離間しているので、第１光学素子１０の第２面１２での内部反射において、全反射領域を確保することが可能となる。
【００３６】
さらに、偏心光学系１は、条件式（１）を満足するので、２つの光学素子を適正な間隔で配備させることが可能となる。条件式（１）が最大値よりも大きいと、素子が離れることによりアイレリーフが短くなり、観察しづらい。または、装置全体が厚く、大型化する。条件式（１）を満たすことで、第１光学素子１０の第２面１２と第２光学素子２０の第１面２１との向かい合う面の形状が近くなり、諸収差の発生も低減しやすい構成となる。
【００３７】
なお、焦点距離ｆが、アジムス方向により異なる場合がある。その場合は、焦点距離ｆは、Ｘ方向での焦点距離ｆ（Ｘ）とＹ方向での焦点距離ｆ（Ｙ）に置換えて、双方とも条件式（１）を満たすものを意味する。
つまり、
０  ＜  ＤMAX／ｆ（Ｘ）  ≦  ０．３                  （１−１）
０  ＜  ＤMAX／ｆ（Ｙ）  ≦  ０．３                  （１−２）
の双方の条件式（１−１）及び条件式（１−２）を満たすとよい。
【００３８】
ここで、Ｘ方向とＹ方向について説明する。図１において、観察者の瞳Ｅに到る偏心光学系１から射出する中心主光線Ｌｃの反対の方向をＺ方向、反射により屈曲する屈曲前後の中心主光線を含む面をＹ−Ｚ面、射出する中心主光線Ｌｃを通りＹ−Ｚ面に垂直な方向をＸ−Ｚ面としたとき前記Ｘ−Ｚ面に垂直な方向をＹ方向、前記Ｙ−Ｚ面に垂直は方向をＸ方向とする。
【００３９】
条件式（１）の下限値を０．０００２、更には０．０００２５とすることで、外圧により第１光学素子１０と第２光学素子２０の接触を抑えやすくなる。また、条件式（１）の上限値を０．２、更には０．１とすることで、第１光学素子１０の第２面１２と第２光学素子２０の第１面２１の間の距離を近づけられ、諸収差の低減等にいっそう有利となる。
【００４０】
すなわち、本実施形態の偏心光学系１によれば、小型、且つ、簡単な構造でありながら、高解像度で、画像を投影又は撮像することが可能となる。
【００４１】
また、本実施形態の偏心光学系１では、第２光学素子２０の第２面２２は、有効領域において対称な面を複数備える形状を有することが好ましい。第２光学素子２０の第２面２２をアプラナティック面に近い状態を形成することができ、特に、球面、回転対称な非球面、トーリック面、又は回転非対称面等の形状とすることで、射出光は中心から周辺まで、射出角を小さくでき、この面で発生する倍率色収差の発生を抑制することが可能となる。
【００４２】
また、本実施形態の偏心光学系１では、第１光学素子１０と第２光学素子２０は、以下の条件式（２）及び条件式（３）を満足することが好ましい。
−２  ＜  （Ｄｃ−Ｄｕｐ）／ＤMAX  ＜  ２            （２）
−２  ＜  （Ｄｃ−Ｄｕｎ）／ＤMAX  ＜  ２            （３）
ただし、
Ｄｃは、前記第１光学素子と前記第２光学素子との前記中心主光線における間隔、
Ｄｕｐは、前記有効領域において、前記第１光学素子の第２面側の第１端での間隔、
Ｄｕｎは、前記有効領域において、前記第１端とは反対側の第２端での間隔、
である。
【００４３】
条件式（２）及び（３）は、上側光線と下側光線それぞれにおいて、良好な画像を観察するための条件であり、言い換えると、画面周辺まで鮮明な画像を観察するための条件である。双方の条件式を満足することで、第１光学素子１０の第２面１２と第２光学素子２０の第１面２１の形状が似た形状となり収差発生を低減させることが可能となる。
【００４４】
条件式（２）及び（３）の下限を超えて小さくなると、第１光学素子１０と第２光学素子２０が干渉する恐れがある。条件式（２）の上限を超えて大きくなると、上側光線における第１光学素子１０の第２面１２と第２光学素子２０の第１面２１での発生する収差が大きくなり、中心部に比べて上側部の画質が低下した画像になる。条件式（３）の上限を超えて大きくなると、下側光線における第１光学素子１０の第２面１２と第２光学素子２０の第１面２１での発生する収差が大きくなり、中心部に比べて下側部の画質が低下した画像になる。
【００４５】
条件式（２）及び（３）において、下限値を−０．８、さらには−０.５、さらには−０．２とするとより好ましい。条件式（２）及び（３）において上限値を０．８、さらには０．５、さらには０．２とするとより好ましい。
【００４６】
また、本実施形態の偏心光学系１では、第１光学素子１０の第２面１２と第２光学素子２０の第１面２１は、有効領域における面形状が同じであるので、収差発生を抑えることが可能となる。
【００４７】
また、本実施形態の偏心光学系１では、第１光学素子１０の第２面１２と第２光学素子２０の第１面２１は、回転非対称面であるので、収差発生を抑えることが可能となる。
【００４８】
また、本実施形態の偏心光学系１では、第２光学素子２０の第２面２２における全主光線の射出角の絶対値の最大値が１０度以下であるので、倍率色収差の発生を抑制することが可能となる。上限を越えると、他の素子では補正できないほどの色収差が発生する可能性がある。
【００４９】
また、本実施形態の偏心光学系１では、第２光学素子２０の第２面２２における全主光線の射出角の絶対値の最大値が５度以下であるので、倍率色収差の低減に、いっそう有利となる。
【００５０】
また、本実施形態の偏心光学系１では、第２光学素子２０の第２面２２は、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
−４  ≦  Ｒ１Ｐｏ／ＥＲ  ≦  −０．０１            （４）
ただし、
Ｒ１Ｐｏは、第２光学素子２０の第２面２２の曲率半径、
ＥＲは、アイリリーフ、
である。
【００５１】
第２光学素子２０の第２面２２は、条件式（４）を満たすことでアプラナティック面に近い状態を形成するため、第２面２２の射出光は中心から周辺まで、射出角を非常に小さく（好ましくは略０°）することになり、この面で発生する倍率色収差の発生を抑制することが可能となる。なお、第２光学素子２０の第２面２２の曲率半径Ｒ１Ｐｏは、−８mm≦Ｒ１Ｐｏ≦−１００mm程度、アイリリーフＥＲは、８mm≦ＥＲ≦４５mm程度が好ましい。
【００５２】
また、第２光学素子２０の第２面２２の曲率半径Ｒ１Ｐｏは、アジムス方向により異なる場合がある。その場合は、第２光学素子２０の第２面２２の曲率半径Ｒ１Ｐｏは、Ｘ方向での曲率半径Ｒ１Ｐｏ（Ｘ）とＹ方向での曲率半径Ｒ１Ｐｏ（Ｙ）に置換えて、双方とも条件を満たすものを意味する。
つまり、
−４  ≦  Ｒ１Ｐｏ（Ｘ）／  ＥＲ ≦  −０．０１    （４−１）
−４  ≦  Ｒ１Ｐｏ（Ｙ）／  ＥＲ ≦  −０．０１    （４−２）
の双方を満たすとよい。
【００５３】
さらに、条件式（４）の下限値を−３．０、さらには、−２．０とすることが好ましい。また、条件式（４）の上限値を−０．３、さらには、−０．５とすることが好ましい。
【００５４】
また、本実施形態の偏心光学系１では、第２光学素子２０の第２面２２は、以下の条件式（５）を満足することが好ましい。
−４  ≦  Ｒ１Ｐｏ／ｆ  ≦  −０．１              （５）
ただし、
Ｒ１Ｐｏは、第２光学素子２０の第２面２２の曲率半径、
ｆは、偏心光学系１全系の焦点距離、
である。
【００５５】
逆光線追跡において、負正の順番で配置されたレトロフォーカスの場合には、アイリリーフＥＲよりも焦点距離ｆが短くなり、アイリリーフＥＲ確保に有利な配置となるが、アイリリーフＥＲと焦点距離ｆはそれほど大きく異なることはない。したがって、作用効果は条件式（４）と同様で、倍率色収差の発生を抑制することが可能となる。なお、第２光学素子２０の第２面２２の曲率半径Ｒ１Ｐｏは、−８mm≦Ｒ１Ｐｏ≦−１００mm程度、焦点距離ｆは、８mm≦ＥＲ≦４５mm程度が好ましい。
【００５６】
また、第２光学素子２０の第２面２２の曲率半径が、アジムス方向により異なる場合がある。その場合は、第２光学素子２０の第２面２２の曲率半径Ｒ１Ｐｏは、Ｘ方向での曲率半径Ｒ１Ｐｏ（Ｘ）とＹ方向での曲率半径Ｒ１Ｐｏ（Ｙ）に置換えて、双方とも条件を満たすものを意味する。
つまり、
−６  ≦  Ｒ１Ｐｏ（Ｘ）／  ｆ ≦  −０．１        （５−１）
−６  ≦  Ｒ１Ｐｏ（Ｙ）／  ｆ ≦  −０．１        （５−２）
の双方を満たすとよい。
【００５７】
さらに、条件式（５）の下限値を−４．０、さらには、−３．５とすることが好ましい。また、条件式（５）の上限値を−０．４、さらには、−０．７とすることが好ましい。
【００５８】
また、本実施形態の偏心光学系１では、第２光学素子２０の第２面２２は、以下の条件式（５’）を満足することが好ましい。
−４．２  ≦  Ｒ１Ｐｏ／ｆ  ≦  −０．４          （５’）
ただし、
Ｒ１Ｐｏは、第２光学素子２０の第２面２２の曲率半径、
ｆは、偏心光学系１全系の焦点距離、
である。
【００５９】
この条件式（５’）を満たすことによって、第２面２２の射出角がさらに小さくなり、この面で発生する倍率色収差量をさらに低減することが可能となる。
【００６０】
また、本実施形態の偏心光学系１では、第１光学素子１０の第３面１３側に配置され、光が透過可能な第１面３１及び第２面３２を含む相互に偏心した少なくとも２つの光学面を持ち、内部が屈折率１より大きい媒質で満たされる第３光学素子３０を備えることが好ましい。
【００６１】
第１光学素子１０と第２光学素子２０だけでは外界を観察する場合に、不自然な観察像となる。相互に偏心した面を用いる第３光学素子３０を第１光学素子１０の外界側に配備することで、外界光に対して合成パワーを小さく（好ましくは略ゼロ）することになり、観察者は歪曲がほとんど無く、倍率略１倍に近づけた自然な光学シースルーが可能となる。
【００６２】
また、本実施形態の偏心光学系１では、第１光学素子１０の第３面１３は、第１光学素子１０の内部からの光を反射し、第１光学素子１０の外部からの光を透過するハーフミラー構造であることが好ましい。
【００６３】
第３光学素子３０に対向し、第１光学素子１０の内部反射面である第３面３３を、ハーフミラーとすることで、外界像を観察すると共に、画像表示素子等の電子像を重畳して同時に観察することが可能となる。
【００６４】
また、本実施形態の偏心光学系１では、第１光学素子１０の第３面１３は、入射する光の角度によって特性が異なるホログラム構造であることが好ましい。
【００６５】
第３光学素子３０に対向し、第１光学素子１０の内部反射面である第３面３３を、ホログラムとすることで、外界像を観察すると共に、画像表示素子等の電子像を重畳して同時に観察することが可能となる。
【００６６】
また、本実施形態の偏心光学系１では、第３光学素子３０の第１面３１側の外部に光量を調整する光量調整部６０を有することが好ましい。
【００６７】
第３光学素子３０よりも外界側に光量調整部６０を有することで、明るい環境において外界からの入射光６１を低減でき、電子像を鮮明に観察することが容易となる。なお、光量調整部６０としては、液晶シャッター、光量低減光学フィルター、偏光フィルター等を用いることができる。
【００６８】
次に、本発明の一実施形態に係る各実施例について説明する。
【００６９】
図２は、実施例１の偏心光学系の中心主光線を含む断面図である。図３は、実施例１の偏心光学系の平面図である。図４及び図５は、実施例１の偏心光学系の収差図である。
【００７０】
実施例１の偏心光学系１は、像面Ｉｍ1（投影光学系においては画像表示面、撮像光学系においては結像（撮像）面）から物体面（投影光学系においては虚像または実像の投影像面、撮像光学系においては物体面）へ向かって順に、第１光学素子１０と、第２光学素子２０と、を有し、第２光学素子２０の物体面側に射出瞳としての開口絞りＳ（観察光学系においては射出瞳または開口絞り、撮像光学系においては入射瞳または開口絞り）が形成される。像面Ｉｍ1から射出瞳の中心を通り、物体面の中心までの光線を中心主光線Ｌｃとしたとき、第１光学素子１０と第２光学素子２０の各面は、それぞれ中心主光線Ｌｃに対して偏心して配置される。
【００７１】
偏心光学系１を画像投影装置に使用する場合の光線追跡について説明する。画像表示素子５０の表示面としての像面Ｉｍ1を射出した光線は、カバーガラス５１の入射面５１ａ及び射出面５１ｂを通過し、第１光学素子１０へ第１面１１から入射する。第１面１１から入射した光線は、第２面１２で反射し、第３面１３でさらに反射し、第２面１２から第１光学素子１０を射出する。第１光学素子１０を射出した光線は、第２光学素子２０へ第１面２１から入射し、第２面２２から射出する。第２光学素子２０を射出した光線は、射出瞳としての開口絞りＳを通過して、観察者の瞳又はスクリーン等に投影される。
【００７２】
また、実施例１の偏心光学系１は、第１光学素子１０の第３面１３を透過面として使用する直視光路を有する。
【００７３】
図６は、実施例１の偏心光学系の直視光路の中心主光線を含む断面図である。図７は、実施例１の偏心光学系の直視光路の平面図である。図８及び図９は、実施例１の偏心光学系の直視光路の収差図である。
【００７４】
偏心光学系１をシースルー光学系の直視光路として使用する場合、像面Ｉｍ2から物体面へ向かって順に、第３光学素子３０と、第１光学素子１０と、第２光学素子２０と、を有し、第２光学素子２０の物体面側に射出瞳としての開口絞りＳが形成される。像面Ｉｍ2から射出瞳の中心を通り、物体面の中心までの光線を中心主光線Ｌｃとしたとき、第３光学素子３０、第１光学素子１０、及び第２光学素子２０の各面は、それぞれ中心主光線Ｌｃに対して偏心して配置される。
【００７５】
偏心光学系１の直視光路の光線追跡について説明する。像面Ｉｍ2を射出した光線は、図１に示したように、光量調整部６０を透過し、第３光学素子３０へ第１面３１から入射し、第２面３２から射出する。第３光学素子３０の第２面３２から射出した光線は、第１光学素子１０へ第３面１３から入射する。第３面１３から入射した光線は、第２面１２から第１光学素子１０を射出する。第１光学素子１０を射出した光線は、第２光学素子２０へ第１面２１から入射し、第２面２２から射出する。第２光学素子２０を射出した光線は、射出瞳としての開口絞りＳを通過して、観察者の瞳又はスクリーン等に投影される。
【００７６】
なお、実施例１の偏心光学系１は、像面Ｉｍ1に画像表示素子５０を配置した画像投影装置に使用する場合と、Ｉｍ1に画像撮像素子を配置した画像撮像装置に使用する場合と、がある。また、図６及び図７では、理想レンズＩＬを図示しているが、実際には、理想レンズＩＬが無い状態にして、像面Ｉｍ2がより遠方に存在することになる。なお、実施例の開口絞りＳの位置を結像面（撮像面）、像面Ｉｍ1の位置を開口絞りに置き換えても結像光学系として成立する。
【００７７】
図１０は、実施例２の偏心光学系の中心主光線を含む断面図である。図１１は、実施例２の偏心光学系の平面図である。図１２及び図１３は、実施例２の偏心光学系の収差図である。
【００７８】
実施例２の偏心光学系１は、像面Ｉｍ1から物体面へ向かって順に、第１光学素子１０と、第２光学素子２０と、を有し、第２光学素子２０の物体面側に射出瞳としての開口絞りＳが形成される。像面Ｉｍ1から射出瞳の中心を通り、物体面の中心までの光線を中心主光線Ｌｃとしたとき、第１光学素子１０と第２光学素子２０の各面は、それぞれ中心主光線Ｌｃに対して偏心して配置される。
【００７９】
偏心光学系１を画像投影装置に使用する場合の光線追跡について説明する。画像表示素子５０の表示面としての像面Ｉｍ1を射出した光線は、カバーガラス５１の入射面５１ａ及び射出面５１ｂを通過し、第１光学素子１０へ第１面１１から入射する。第１面１１から入射した光線は、第２面１２で反射し、第３面１３でさらに反射し、第２面１２から第１光学素子１０を射出する。第１光学素子１０を射出した光線は、第２光学素子２０へ第１面２１から入射し、第２面２２から射出する。第２光学素子２０を射出した光線は、射出瞳としての開口絞りＳを通過して、観察者の瞳又はスクリーン等に投影される。
【００８０】
また、実施例２の偏心光学系１は、第１光学素子１０の第３面１３を透過面として使用する直視光路を有する。
【００８１】
図１４は、実施例２の偏心光学系の直視光路の中心主光線を含む断面図である。図１５は、実施例２の偏心光学系の直視光路の平面図である。図１６及び図１７は、実施例２の偏心光学系の直視光路の収差図である。
【００８２】
偏心光学系１をシースルー光学系の直視光路として使用する場合、像面Ｉｍ2から物体面へ向かって順に、第３光学素子３０と、第１光学素子１０と、第２光学素子２０と、を有し、第２光学素子２０の物体面側に射出瞳としての開口絞りＳが形成される。像面Ｉｍ2から射出瞳の中心を通り、物体面の中心までの光線を中心主光線Ｌｃとしたとき、第３光学素子３０、第１光学素子１０、及び第２光学素子２０の各面は、それぞれ中心主光線Ｌｃに対して偏心して配置される。
【００８３】
偏心光学系１の直視光路の光線追跡について説明する。像面Ｉｍ2を射出した光線は、第３光学素子３０へ第１面３１から入射し、第２面３２から射出する。第３光学素子３０の第２面３２から射出した光線は、第１光学素子１０へ第３面１３から入射する。第３面１３から入射した光線は、第２面１２から第１光学素子１０を射出する。第１光学素子１０を射出した光線は、第２光学素子２０へ第１面２１から入射し、第２面２２から射出する。第２光学素子２０を射出した光線は、射出瞳としての開口絞りＳを通過して、観察者の瞳又はスクリーン等に投影される。
【００８４】
なお、実施例２の偏心光学系１は、像面Ｉｍ1に画像表示素子５０を配置した画像投影装置に使用する場合と、Ｉｍ1に画像撮像素子を配置した画像撮像装置に使用する場合と、がある。また、図１４及び図１５では、理想レンズＩＬを図示しているが、実際には、理想レンズＩＬが無い状態にして、像面Ｉｍ2がより遠方に存在することになる。
【００８５】
図１８は、実施例３の偏心光学系の中心主光線を含む断面図である。図１９は、実施例３の偏心光学系の平面図である。図２０及び図２１は、実施例３の偏心光学系の収差図である。
【００８６】
実施例３の偏心光学系１は、像面Ｉｍ1から物体面へ向かって順に、第１光学素子１０と、第２光学素子２０と、を有し、第２光学素子２０の物体面側に射出瞳としての開口絞りＳが形成される。像面Ｉｍ1から射出瞳の中心を通り、物体面の中心までの光線を中心主光線Ｌｃとしたとき、第１光学素子１０と第２光学素子２０の各面は、それぞれ中心主光線Ｌｃに対して偏心して配置される。
【００８７】
偏心光学系１を画像投影装置に使用する場合の光線追跡について説明する。画像表示素子５０の表示面としての像面Ｉｍ1を射出した光線は、カバーガラス５１の入射面５１ａ及び射出面５１ｂを通過し、第１光学素子１０へ第１面１１から入射する。第１面１１から入射した光線は、第２面１２で反射し、第３面１３でさらに反射し、第２面１２から第１光学素子１０を射出する。第１光学素子１０を射出した光線は、第２光学素子２０へ第１面２１から入射し、第２面２２から射出する。第２光学素子２０を射出した光線は、射出瞳としての開口絞りＳを通過して、観察者の瞳又はスクリーン等に投影される。
【００８８】
また、実施例３の偏心光学系１は、第１光学素子１０の第３面１３を透過面として使用する直視光路を有する。
【００８９】
図２２は、実施例３の偏心光学系の直視光路の中心主光線を含む断面図である。図２３は、実施例３の偏心光学系の直視光路の平面図である。図２４及び図２５は、実施例３の偏心光学系の直視光路の収差図である。
【００９０】
偏心光学系１をシースルー光学系の直視光路として使用する場合、像面Ｉｍ2から物体面へ向かって順に、第３光学素子３０と、第１光学素子１０と、第２光学素子２０と、を有し、第２光学素子２０の物体面側に射出瞳としての開口絞りＳが形成される。像面Ｉｍ2から射出瞳の中心を通り、物体面の中心までの光線を中心主光線Ｌｃとしたとき、第３光学素子３０、第１光学素子１０、及び第２光学素子２０の各面は、それぞれ中心主光線Ｌｃに対して偏心して配置される。
【００９１】
偏心光学系１の直視光路の光線追跡について説明する。像面Ｉｍ2を射出した光線は、第３光学素子３０へ第１面３１から入射し、第２面３２から射出する。第３光学素子３０の第２面３２から射出した光線は、第１光学素子１０へ第３面１３から入射する。第３面１３から入射した光線は、第２面１２から第１光学素子１０を射出する。第１光学素子１０を射出した光線は、第２光学素子２０へ第１面２１から入射し、第２面２２から射出する。第２光学素子２０を射出した光線は、射出瞳としての開口絞りＳを通過して、観察者の瞳又はスクリーン等に投影される。
【００９２】
なお、実施例３の偏心光学系１は、像面Ｉｍ1に画像表示素子５０を配置した画像投影装置に使用する場合と、Ｉｍ1に画像撮像素子を配置した画像撮像装置に使用する場合と、がある。また、図２２及び図２３では、理想レンズＩＬを図示しているが、実際には、理想レンズＩＬが無い状態にして、像面Ｉｍ2がより遠方に存在することになる。
【００９３】
図２６は、実施例４の偏心光学系の中心主光線を含む断面図である。図２７は、実施例４の偏心光学系の平面図である。図２８及び図２９は、実施例４の偏心光学系の収差図である。
【００９４】
実施例４の偏心光学系１は、像面Ｉｍ1から物体面へ向かって順に、第１光学素子１０と、第２光学素子２０と、を有し、第２光学素子２０の物体面側に射出瞳としての開口絞りＳが形成される。像面Ｉｍ1から射出瞳の中心を通り、物体面の中心までの光線を中心主光線Ｌｃとしたとき、第１光学素子１０と第２光学素子２０の各面は、それぞれ中心主光線Ｌｃに対して偏心して配置される。
【００９５】
偏心光学系１を画像投影装置に使用する場合の光線追跡について説明する。画像表示素子５０の表示面としての像面Ｉｍ1を射出した光線は、カバーガラス５１の入射面５１ａ及び射出面５１ｂを通過し、第１光学素子１０へ第１面１１から入射する。第１面１１から入射した光線は、第２面１２で反射し、第３面１３でさらに反射し、第２面１２から第１光学素子１０を射出する。第１光学素子１０を射出した光線は、第２光学素子２０へ第１面２１から入射し、第２面２２から射出する。第２光学素子２０を射出した光線は、射出瞳としての開口絞りＳを通過して、観察者の瞳又はスクリーン等に投影される。
【００９６】
また、実施例４の偏心光学系１は、第１光学素子１０の第３面１３を透過面として使用する直視光路を有する。
【００９７】
図３０は、実施例４の偏心光学系の直視光路の中心主光線を含む断面図である。図３１は、実施例４の偏心光学系の直視光路の平面図である。図３２及び図３３は、実施例４の偏心光学系の直視光路の収差図である。
【００９８】
偏心光学系１をシースルー光学系の直視光路として使用する場合、像面Ｉｍ2から物体面へ向かって順に、第３光学素子３０と、第１光学素子１０と、第２光学素子２０と、を有し、第２光学素子２０の物体面側に射出瞳としての開口絞りＳが形成される。像面Ｉｍ2から射出瞳の中心を通り、物体面の中心までの光線を中心主光線Ｌｃとしたとき、第３光学素子３０、第１光学素子１０、及び第２光学素子２０の各面は、それぞれ中心主光線Ｌｃに対して偏心して配置される。
【００９９】
偏心光学系１の直視光路の光線追跡について説明する。像面Ｉｍ2を射出した光線は、第３光学素子３０へ第１面３１から入射し、第２面３２から射出する。第３光学素子３０の第２面３２から射出した光線は、第１光学素子１０へ第３面１３から入射する。第３面１３から入射した光線は、第２面１２から第１光学素子１０を射出する。第１光学素子１０を射出した光線は、第２光学素子２０へ第１面２１から入射し、第２面２２から射出する。第２光学素子２０を射出した光線は、射出瞳としての開口絞りＳを通過して、観察者の瞳又はスクリーン等に投影される。
【０１００】
なお、実施例４の偏心光学系１は、像面Ｉｍ1に画像表示素子５０を配置した画像投影装置に使用する場合と、Ｉｍ1に画像撮像素子を配置した画像撮像装置に使用する場合と、がある。また、図３０及び図３１では、理想レンズＩＬを図示しているが、実際には、理想レンズＩＬが無い状態にして、像面Ｉｍ2がより遠方に存在することになる。
【０１０１】
図３４は、実施例５の偏心光学系の中心主光線を含む断面図である。図３５は、実施例５の偏心光学系の平面図である。図３６及び図３７は、実施例５の偏心光学系の収差図である。
【０１０２】
実施例５の偏心光学系１は、像面Ｉｍ1から物体面へ向かって順に、第１光学素子１０と、第２光学素子２０と、を有し、第２光学素子２０の物体面側に射出瞳としての開口絞りＳが形成される。像面Ｉｍ1から射出瞳の中心を通り、物体面の中心までの光線を中心主光線Ｌｃとしたとき、第１光学素子１０と第２光学素子２０の各面は、それぞれ中心主光線Ｌｃに対して偏心して配置される。
【０１０３】
偏心光学系１を画像投影装置に使用する場合の光線追跡について説明する。画像表示素子５０の表示面としての像面Ｉｍ1を射出した光線は、カバーガラス５１の入射面５１ａ及び射出面５１ｂを通過し、第１光学素子１０へ第１面１１から入射する。第１面１１から入射した光線は、第２面１２で反射し、第３面１３でさらに反射し、第２面１２から第１光学素子１０を射出する。第１光学素子１０を射出した光線は、第２光学素子２０へ第１面２１から入射し、第２面２２から射出する。第２光学素子２０を射出した光線は、射出瞳としての開口絞りＳを通過して、観察者の瞳又はスクリーン等に投影される。
【０１０４】
また、実施例５の偏心光学系１は、第１光学素子１０の第３面１３を透過面として使用する直視光路を有する。
【０１０５】
図３８は、実施例５の偏心光学系の直視光路の中心主光線を含む断面図である。図３９は、実施例５の偏心光学系の直視光路の平面図である。図４０及び図４１は、実施例５の偏心光学系の直視光路の収差図である。
【０１０６】
偏心光学系１をシースルー光学系の直視光路として使用する場合、像面Ｉｍ2から物体面へ向かって順に、第３光学素子３０と、第１光学素子１０と、第２光学素子２０と、を有し、第２光学素子２０の物体面側に射出瞳としての開口絞りＳが形成される。像面Ｉｍ2から射出瞳の中心を通り、物体面の中心までの光線を中心主光線Ｌｃとしたとき、第３光学素子３０、第１光学素子１０、及び第２光学素子２０の各面は、それぞれ中心主光線Ｌｃに対して偏心して配置される。
【０１０７】
偏心光学系１の直視光路の光線追跡について説明する。像面Ｉｍ2を射出した光線は、第３光学素子３０へ第１面３１から入射し、第２面３２から射出する。第３光学素子３０の第２面３２から射出した光線は、第１光学素子１０へ第３面１３から入射する。第３面１３から入射した光線は、第２面１２から第１光学素子１０を射出する。第１光学素子１０を射出した光線は、第２光学素子２０へ第１面２１から入射し、第２面２２から射出する。第２光学素子２０を射出した光線は、射出瞳としての開口絞りＳを通過して、観察者の瞳又はスクリーン等に投影される。
【０１０８】
なお、実施例５の偏心光学系１は、像面Ｉｍ1に画像表示素子５０を配置した画像投影装置に使用する場合と、Ｉｍ1に画像撮像素子を配置した画像撮像装置に使用する場合と、がある。また、図３８及び図３９では、理想レンズＩＬを図示しているが、実際には、理想レンズＩＬが無い状態にして、像面Ｉｍ2がより遠方に存在することになる。
【０１０９】
以下に、上記実施例１〜実施例５の構成パラメータを示す。
【０１１０】
ここで、本実施形態で用いる座標系について説明する。
【０１１１】
図１に示すように、中心主光線Ｌｃが、偏心光学系１の第２光学素子２０の第２面２２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、光学系を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義し、光軸と直交し、かつ、Ｙ軸と直交する軸、すなわち図１において紙面手前から奥に向かう軸をＸ軸とする。光線の追跡方向は、射出瞳側の図示しない物体面から像面Ｉｍに向かう光線追跡で説明する。
【０１１２】
また、本実施形態で用いる回転非対称面は、自由曲面であることが好ましい。
【０１１３】
本実施形態で用いられる自由曲面ＦＦＳの形状は、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が自由曲面ＦＦＳのＺ軸となる。なお、データの記載されていない係数項は０である。
【０１１４】
Ｚ＝ｃｒ2 ／［１＋√｛１−（１＋ｋ）ｃ2ｒ2 ｝］
66
＋Σ Ｃj Ｘm Ｙn         （ａ）
j=2 
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。
また、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。
【０１１５】
自由曲面項は、
66
Σ Ｃj Ｘm Ｙn 
j=2 
＝Ｃ2 Ｘ＋Ｃ3 Ｙ
＋Ｃ4 Ｘ2 ＋Ｃ5 ＸＹ＋Ｃ6 Ｙ2 
＋Ｃ7 Ｘ3 ＋Ｃ8 Ｘ2 Ｙ＋Ｃ9 ＸＹ2 ＋Ｃ10Ｙ3 
＋Ｃ11Ｘ4 ＋Ｃ12Ｘ3 Ｙ＋Ｃ13Ｘ2 Ｙ2 ＋Ｃ14ＸＹ3 ＋Ｃ15Ｙ4 
＋Ｃ16Ｘ5 ＋Ｃ17Ｘ4 Ｙ＋Ｃ18Ｘ3 Ｙ2 ＋Ｃ19Ｘ2 Ｙ3 ＋Ｃ20ＸＹ4 
＋Ｃ21Ｙ5 
＋Ｃ22Ｘ6 ＋Ｃ23Ｘ5 Ｙ＋Ｃ24Ｘ4 Ｙ2 ＋Ｃ25Ｘ3 Ｙ3 ＋Ｃ26Ｘ2 Ｙ4 
＋Ｃ27ＸＹ5 ＋Ｃ28Ｙ6 
＋Ｃ29Ｘ7 ＋Ｃ30Ｘ6 Ｙ＋Ｃ31Ｘ5 Ｙ2 ＋Ｃ32Ｘ4 Ｙ3 ＋Ｃ33Ｘ3 Ｙ4 
＋Ｃ34Ｘ2 Ｙ5 ＋Ｃ35ＸＹ6 ＋Ｃ36Ｙ7 
・・・・・・
【０１１６】
ただし、Ｃｊ（ｊは２以上の整数）は係数である。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、本実施形態では、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、Ｃ27、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。
【０１１７】
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、Ｃ23、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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
なお、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、本発明の自由曲面は、回転非対称な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。
【０１２０】
また、本実施例で用いられる非球面データには、面データ中、非球面形状としたレンズ面に関するデータが示されている。非球面形状は、ｚを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると以下の式（ｂ）にて表される。
ｚ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）・（ｙ／ｒ）2｝1/2］
＋A4ｙ4＋A6ｙ6＋A8ｙ8＋A10ｙ10…  （ｂ）
【０１２１】
ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、A4、A6、A8はそれぞれ４次、６次、８次の非球面係数である。なお、記号“ｅ”は、それに続く数値が１０を底にもつ、べき指数であることを示している。例えば「１．０ｅ−５」は「１．０×１０-5」であることを意味している。
【０１２２】
各実施例では、このＹ−Ｚ平面内で各面の偏心を行っている。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）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。
【０１２３】
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、面間隔が与えられている。また、偏心後は、偏心前の原点に戻り、面間隔で与えられたＺ軸方向に進んで次の面の原点とする。
【０１２４】
屈折率、アッベ数については、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。各面の偏心は、上記のように、基準面からの偏心量で表わす。曲率半径に記載する“∞”は、無限大であることを示している。
【０１２５】
なお、記号“ｅ”は、それに続く数値が１０を底にもつ、べき指数であることを示している。例えば「１．０ｅ−５」は「１．０×１０-5」であることを意味している。
【０１２６】
実施例１（電子像観察）
面番号  曲率半径                  面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                  -2000.00
1    絞り面                      0.00
2      -49.52                    0.00  偏心(1)   1.5254    56.2
3    FFS[1]                      0.05  偏心(2) 
4    FFS[1]                      0.00  偏心(2)   1.5254    56.2
5    FFS[2]                      0.00  偏心(3)   1.5254    56.2
6    FFS[1]                      0.00  偏心(2)   1.5254    56.2
7    FFS[3]                      0.00  偏心(4) 
8        ∞                      6.65  偏心(5) 
9        ∞                      1.10            1.5163    64.1
10        ∞                      0.00
像  面      ∞                      0.00
FFS[1]
Ｃ4   -5.5132e-003    Ｃ6   -6.4199e-004    Ｃ8   -7.8743e-006
Ｃ10  -4.5977e-005    Ｃ11   4.5125e-007    Ｃ13   8.1252e-006
Ｃ15  -1.1308e-005    Ｃ17  -5.7940e-007    Ｃ19   1.1038e-007
Ｃ21  -2.2778e-008    Ｃ22   2.8293e-009    Ｃ24  -2.3136e-008
Ｃ26   2.2774e-008    Ｃ28  -1.4599e-008    Ｃ30   3.5428e-010
Ｃ32   1.4801e-011    Ｃ34   5.0872e-011    Ｃ36   1.1148e-009
FFS[2]
Ｃ4   -1.0262e-002    Ｃ6   -1.0510e-002    Ｃ8    3.8845e-005
Ｃ10  -1.0465e-004    Ｃ11  -2.0187e-006    Ｃ13  -2.5817e-006
Ｃ15   4.1664e-006    Ｃ17  -4.6567e-008    Ｃ19  -1.7782e-007
Ｃ21   2.0718e-007    Ｃ22   6.9279e-010    Ｃ24   9.6685e-009
Ｃ26   9.5965e-009    Ｃ28  -3.0441e-008    Ｃ30  -1.6795e-010
Ｃ32  -2.3758e-010    Ｃ34  -2.1711e-010    Ｃ36   1.0468e-009
FFS[3]
Ｃ4    1.6868e-002    Ｃ6   -4.5512e-002    Ｃ8    3.2342e-003
Ｃ10   1.6585e-003    Ｃ11  -2.5331e-005    Ｃ13  -1.4313e-005
Ｃ15   4.0061e-004    Ｃ17   5.4424e-006    Ｃ19  -2.0356e-005
Ｃ21  -2.7787e-005    Ｃ22  -8.7248e-008    Ｃ24   2.3868e-006
Ｃ26   1.6112e-006    Ｃ28  -1.3068e-006    Ｃ30   1.3669e-008
Ｃ32   9.7350e-008    Ｃ34   2.5936e-007    Ｃ36   1.9096e-007
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   27.95
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ   -1.08  Ｚ   31.31
α   16.67  β    0.00  γ    0.00
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ   -1.47  Ｚ   39.32
α  -17.62  β    0.00  γ    0.00
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ   18.04  Ｚ   30.08
α   86.07  β    0.00  γ    0.00
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ   17.49  Ｚ   32.82
α   68.91  β    0.00  γ    0.00
実施例１（直視光路）
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                      0.00
2      -49.52                    0.00  偏心(1)   1.5254    56.2
3    FFS[1]                      0.05  偏心(2) 
4    FFS[1]                      0.00  偏心(2)   1.5254    56.2
5    FFS[2]                      0.00  偏心(3)   1.5254    56.2
6    FFS[2]                      0.00  偏心(3)   1.5254    56.2
7      -56.60                    0.00  偏心(4) 
8        ∞                    100.00
9    理想レンズ                102.41
像  面      ∞                      0.00
FFS[1]
Ｃ4   -5.5132e-003    Ｃ6   -6.4199e-004    Ｃ8   -7.8743e-006
Ｃ10  -4.5977e-005    Ｃ11   4.5125e-007    Ｃ13   8.1252e-006
Ｃ15  -1.1308e-005    Ｃ17  -5.7940e-007    Ｃ19   1.1038e-007
Ｃ21  -2.2778e-008    Ｃ22   2.8293e-009    Ｃ24  -2.3136e-008
Ｃ26   2.2774e-008    Ｃ28  -1.4599e-008    Ｃ30   3.5428e-010
Ｃ32   1.4801e-011    Ｃ34   5.0872e-011    Ｃ36   1.1148e-009
FFS[2]
Ｃ4   -1.0262e-002    Ｃ6   -1.0510e-002    Ｃ8    3.8845e-005
Ｃ10  -1.0465e-004    Ｃ11  -2.0187e-006    Ｃ13  -2.5817e-006
Ｃ15   4.1664e-006    Ｃ17  -4.6567e-008    Ｃ19  -1.7782e-007
Ｃ21   2.0718e-007    Ｃ22   6.9279e-010    Ｃ24   9.6685e-009
Ｃ26   9.5965e-009    Ｃ28  -3.0441e-008    Ｃ30  -1.6795e-010
Ｃ32  -2.3758e-010    Ｃ34  -2.1711e-010    Ｃ36   1.0468e-009
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   27.95
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ   -1.08  Ｚ   31.31
α   16.67  β    0.00  γ    0.00
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ   -1.47  Ｚ   39.32
α  -17.62  β    0.00  γ    0.00
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   45.35
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
【０１２７】
実施例２（電子像観察）
面番号  曲率半径                  面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                  -2000.00
1    絞り面                      0.00
2    非球面[1]                   0.00  偏心(1)   1.5254    56.2
3    FFS[1]                      0.50  偏心(2) 
4    FFS[1]                      0.00  偏心(2)   1.5254    56.2
5    FFS[2]                      0.00  偏心(3)   1.5254    56.2
6    FFS[1]                      0.00  偏心(2)   1.5254    56.2
7    FFS[3]                      0.00  偏心(4) 
8        ∞                      6.52  偏心(5) 
9        ∞                      1.10            1.5163    64.1
10        ∞                      0.00
像  面      ∞                      0.00
非球面[1]
曲率半径    -70.46
k   1.5887e+001
A4 -2.3732e-005    A6   5.6087e-008 
FFS[1]
Ｃ4   -5.2871e-003    Ｃ6   -1.4509e-003    Ｃ8    3.5115e-005
Ｃ10   1.3338e-005    Ｃ11  -4.5692e-006    Ｃ13   5.7319e-006
Ｃ15  -1.3363e-005    Ｃ17  -8.3754e-007    Ｃ19   4.0142e-008
Ｃ21   1.5252e-007    Ｃ22   1.2728e-008    Ｃ24  -7.8790e-009
Ｃ26   2.6725e-008    Ｃ28  -1.4526e-008    Ｃ30   1.0641e-009
Ｃ32   6.1387e-010    Ｃ34  -1.2952e-009    Ｃ36   8.2407e-010
FFS[2]
Ｃ4   -9.7402e-003    Ｃ6   -9.9309e-003    Ｃ8    4.5018e-005
Ｃ10  -7.1121e-005    Ｃ11  -5.1230e-006    Ｃ13  -9.1847e-006
Ｃ15   2.5867e-008    Ｃ17   4.6633e-010    Ｃ19  -1.2362e-007
Ｃ21   2.8384e-007    Ｃ22   2.4655e-009    Ｃ24   1.3393e-008
Ｃ26   1.1125e-008    Ｃ28  -3.7602e-008    Ｃ30  -1.8443e-010
Ｃ32  -5.2551e-010    Ｃ34  -2.5228e-010    Ｃ36   1.3076e-009
FFS[3]
Ｃ4    1.9748e-002    Ｃ6   -1.6475e-002    Ｃ8    2.4385e-003
Ｃ10   3.8893e-003    Ｃ11   2.3611e-005    Ｃ13  -2.8920e-004
Ｃ15  -1.0609e-004    Ｃ17   2.5550e-005    Ｃ19  -1.1488e-005
Ｃ21  -4.4715e-005    Ｃ22   6.1891e-007    Ｃ24   3.9272e-006
Ｃ26   6.3901e-006    Ｃ28   1.2107e-006    Ｃ30   8.8191e-008
Ｃ32   8.8465e-008    Ｃ34   4.3446e-007    Ｃ36   2.1566e-007
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   27.35
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ   -0.62  Ｚ   30.60
α   16.57  β    0.00  γ    0.00
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ   -1.18  Ｚ   38.75
α  -17.43  β    0.00  γ    0.00
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ   18.02  Ｚ   27.14
α   93.23  β    0.00  γ    0.00
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ   17.49  Ｚ   32.17
α   68.81  β    0.00  γ    0.00
実施例２（直視光路）
面番号  曲率半径                  面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                  -2000.00
1    絞り面                      0.00
2    非球面[1]                   0.00  偏心(1)   1.5254    56.2
3    FFS[1]                      0.50  偏心(2) 
4    FFS[1]                      0.00  偏心(2)   1.5254    56.2
5    FFS[2]                      0.00  偏心(3) 
6    FFS[2]                      0.80  偏心(3)   1.5254    56.2
7    非球面[2]                   1.00  偏心(4) 
8        ∞                    100.00
9    理想レンズ                 94.26
像  面      ∞                      0.00
非球面[1]
曲率半径    -70.46
k   1.5887e+001
A4 -2.3732e-005    A6   5.6087e-008 
非球面[2]
曲率半径    -75.31
k   6.4232e+000
A4 -9.1652e-006    A6   1.2968e-008    A8  -7.6748e-012 
FFS[1]
Ｃ4   -5.2871e-003    Ｃ6   -1.4509e-003    Ｃ8    3.5115e-005
Ｃ10   1.3338e-005    Ｃ11  -4.5692e-006    Ｃ13   5.7319e-006
Ｃ15  -1.3363e-005    Ｃ17  -8.3754e-007    Ｃ19   4.0142e-008
Ｃ21   1.5252e-007    Ｃ22   1.2728e-008    Ｃ24  -7.8790e-009
Ｃ26   2.6725e-008    Ｃ28  -1.4526e-008    Ｃ30   1.0641e-009
Ｃ32   6.1387e-010    Ｃ34  -1.2952e-009    Ｃ36   8.2407e-010
FFS[2]
Ｃ4   -9.7402e-003    Ｃ6   -9.9309e-003    Ｃ8    4.5018e-005
Ｃ10  -7.1121e-005    Ｃ11  -5.1230e-006    Ｃ13  -9.1847e-006
Ｃ15   2.5867e-008    Ｃ17   4.6633e-010    Ｃ19  -1.2362e-007
Ｃ21   2.8384e-007    Ｃ22   2.4655e-009    Ｃ24   1.3393e-008
Ｃ26   1.1125e-008    Ｃ28  -3.7602e-008    Ｃ30  -1.8443e-010
Ｃ32  -5.2551e-010    Ｃ34  -2.5228e-010    Ｃ36   1.3076e-009
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   27.35
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ   -0.62  Ｚ   30.60
α   16.57  β    0.00  γ    0.00
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ   -1.18  Ｚ   38.75
α  -17.43  β    0.00  γ    0.00
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   45.10
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
【０１２８】
実施例３（電子像観察）
面番号  曲率半径                  面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                  -2000.00
1    絞り面                      0.00
2    トロイダル面[1]             0.00  偏心(1)   1.5254    56.2
3    FFS[1]                      1.00  偏心(2) 
4    FFS[1]                      0.00  偏心(3)   1.5254    56.2
5    FFS[2]                      0.00  偏心(3)   1.5254    56.2
6    FFS[1]                      0.00  偏心(2)   1.5254    56.2
7    FFS[3]                      0.00  偏心(4) 
8        ∞                      6.83  偏心(5) 
9        ∞                      1.10            1.5163    64.1
10        ∞                      0.00
像  面      ∞                      0.00
トロイダル面[1]  Ｘ方向曲率半径    -42.94    Ｙ方向曲率半径    -54.47
FFS[1]
Ｃ4   -5.6390e-003    Ｃ6   -1.0861e-003    Ｃ8    1.7889e-005
Ｃ10  -1.0830e-004    Ｃ11  -1.4992e-007    Ｃ13   7.4484e-006
Ｃ15  -1.1482e-005    Ｃ17  -6.1449e-007    Ｃ19   2.6096e-007
Ｃ21  -4.7867e-008    Ｃ22   8.7463e-010    Ｃ24  -1.9433e-008
Ｃ26   2.1967e-008    Ｃ28  -1.1614e-009    Ｃ30   2.1797e-010
Ｃ32   2.4560e-011    Ｃ34   1.1786e-011    Ｃ36   9.6814e-010
FFS[2]
Ｃ4   -1.0601e-002    Ｃ6   -9.0828e-003    Ｃ8    3.7010e-005
Ｃ10  -1.0402e-004    Ｃ11  -1.6395e-006    Ｃ13  -9.7302e-007
Ｃ15  -6.1727e-006    Ｃ17  -1.1351e-007    Ｃ19  -2.6630e-007
Ｃ21   1.0337e-006    Ｃ22   5.6435e-010    Ｃ24   1.0488e-008
Ｃ26   1.1554e-008    Ｃ28  -5.3497e-008    Ｃ30  -1.2475e-010
Ｃ32  -2.1422e-010    Ｃ34  -2.2161e-010    Ｃ36   1.0441e-009
FFS[3]
Ｃ4    2.3425e-002    Ｃ6   -2.2409e-002    Ｃ8    2.5959e-003
Ｃ10   3.6453e-003    Ｃ11   2.3350e-005    Ｃ13  -9.2672e-005
Ｃ15  -6.7379e-005    Ｃ17   2.3715e-005    Ｃ19   1.6507e-005
Ｃ21  -4.9469e-005    Ｃ22  -6.2501e-008    Ｃ24   3.5735e-006
Ｃ26   6.0894e-006    Ｃ28   4.6625e-007    Ｃ30   1.6274e-008
Ｃ32   1.0276e-007    Ｃ34   3.3774e-007    Ｃ36   1.9100e-007
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   27.39
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.66  Ｚ   30.22
α   16.65  β    0.00  γ    0.00
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ   -4.54  Ｚ   37.81
α  -21.18  β    0.00  γ    0.00
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ   18.06  Ｚ   27.31
α   93.30  β    0.00  γ    0.00
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ   17.44  Ｚ   32.35
α   68.31  β    0.00  γ    0.00
実施例３（直視光路）
面番号  曲率半径                  面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                  -2000.00
1    絞り面                      0.00
2    トロイダル面[1]          0.00  偏心(1)   1.5254    56.2
3    FFS[1]                      1.00  偏心(2) 
4    FFS[1]                      0.00  偏心(2)   1.5254    56.2
5    FFS[2]                      0.00  偏心(3) 
6    FFS[2]                      0.00  偏心(3)   1.5254    56.2
7    トロイダル面[2]             0.00  偏心(4) 
8        ∞                    100.00
9    理想レンズ                 97.94
像  面      ∞                      0.00
トロイダル面[1]  Ｘ方向曲率半径    -42.94    Ｙ方向曲率半径    -54.47
トロイダル面[2]  Ｘ方向曲率半径    -50.37    Ｙ方向曲率半径    -63.19
FFS[1]
Ｃ4   -5.6390e-003    Ｃ6   -1.0861e-003    Ｃ8    1.7889e-005
Ｃ10  -1.0830e-004    Ｃ11  -1.4992e-007    Ｃ13   7.4484e-006
Ｃ15  -1.1482e-005    Ｃ17  -6.1449e-007    Ｃ19   2.6096e-007
Ｃ21  -4.7867e-008    Ｃ22   8.7463e-010    Ｃ24  -1.9433e-008
Ｃ26   2.1967e-008    Ｃ28  -1.1614e-009    Ｃ30   2.1797e-010
Ｃ32   2.4560e-011    Ｃ34   1.1786e-011    Ｃ36   9.6814e-010
FFS[2]
Ｃ4   -1.0601e-002    Ｃ6   -9.0828e-003    Ｃ8    3.7010e-005
Ｃ10  -1.0402e-004    Ｃ11  -1.6395e-006    Ｃ13  -9.7302e-007
Ｃ15  -6.1727e-006    Ｃ17  -1.1351e-007    Ｃ19  -2.6630e-007
Ｃ21   1.0337e-006    Ｃ22   5.6435e-010    Ｃ24   1.0488e-008
Ｃ26   1.1554e-008    Ｃ28  -5.3497e-008    Ｃ30  -1.2475e-010
Ｃ32  -2.1422e-010    Ｃ34  -2.2161e-010    Ｃ36   1.0441e-009
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   27.39
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.66  Ｚ   30.22
α   16.65  β    0.00  γ    0.00
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ   -4.54  Ｚ   37.81
α  -21.18  β    0.00  γ    0.00
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   48.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
【０１２９】
実施例４（電子像観察）
面番号  曲率半径                  面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                  -2000.00
1    絞り面                      0.00
2    FFS[1]                      0.00  偏心(1)   1.5254    56.2
3    FFS[2]                      0.02  偏心(2) 
4    FFS[2]                      0.00  偏心(2)   1.5254    56.2
5    FFS[3]                      0.00  偏心(3)   1.5254    56.2
6    FFS[2]                      0.00  偏心(2)   1.5254    56.2
7    FFS[4]                      0.00  偏心(4) 
8        ∞                      8.87  偏心(5) 
9        ∞                      1.10            1.5163    64.1
10        ∞                      0.00
像  面      ∞                      0.00
FFS[1]
Ｃ4   -1.0032e-002    Ｃ6   -2.4973e-002    Ｃ7    1.3134e-007
Ｃ8    6.9808e-004    Ｃ10  -3.4098e-004    Ｃ11  -7.8122e-006
Ｃ13   1.3709e-005    Ｃ15   1.3582e-005    Ｃ17  -2.7523e-006
Ｃ19   3.9501e-007    Ｃ21  -1.0456e-006    Ｃ22  -2.0118e-008
Ｃ24   2.1849e-008    Ｃ26  -1.7069e-007    Ｃ28  -7.6802e-009
FFS[2]
Ｃ4   -4.9345e-003    Ｃ6   -3.3074e-003    Ｃ8   -1.5802e-005
Ｃ10  -1.5178e-004    Ｃ11  -9.3793e-008    Ｃ13   3.5963e-006
Ｃ15  -8.9405e-006    Ｃ17  -1.2003e-006    Ｃ19   8.2523e-007
Ｃ21  -2.4836e-007    Ｃ22   1.2322e-008    Ｃ24  -3.2874e-008
Ｃ26   5.4685e-008    Ｃ28  -6.0686e-009    Ｃ30   2.4249e-009
Ｃ32  -5.3124e-010    Ｃ34   1.4313e-009    Ｃ36  -9.4394e-011
FFS[3]
Ｃ4   -9.1832e-003    Ｃ6   -1.1729e-002    Ｃ8    8.2873e-005
Ｃ10  -1.2215e-004    Ｃ11  -9.3058e-007    Ｃ13  -5.9052e-007
Ｃ15   1.2091e-006    Ｃ17  -3.8408e-007    Ｃ19   2.9212e-007
Ｃ21   3.0338e-008    Ｃ22  -6.7029e-010    Ｃ24   1.5016e-008
Ｃ26  -1.7688e-008    Ｃ28  -6.2540e-009    Ｃ30  -3.1860e-011
Ｃ32  -5.1604e-010    Ｃ34   1.6360e-010    Ｃ36   1.4148e-010
FFS[4]
Ｃ4    3.4486e-003    Ｃ6   -5.0960e-002    Ｃ8    2.2030e-003
Ｃ10  -2.1521e-003    Ｃ11  -4.7861e-005    Ｃ13   2.8587e-004
Ｃ15   2.0433e-004    Ｃ17   1.1697e-006    Ｃ19  -1.1528e-006
Ｃ21   2.9272e-006    Ｃ22   4.9652e-007    Ｃ24   6.4714e-007
Ｃ26  -5.7877e-007    Ｃ28  -2.4843e-006    Ｃ30   9.9781e-008
Ｃ32  -1.0223e-008    Ｃ34   2.4711e-008    Ｃ36  -1.1872e-007
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   35.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ    1.33  Ｚ   37.06
α   18.70  β    0.00  γ    0.00
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ   -2.73  Ｚ   46.61
α  -18.17  β    0.00  γ    0.00
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ   20.24  Ｚ   36.43
α   80.70  β    0.00  γ    0.00
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ   19.47  Ｚ   39.11
α   74.95  β    0.00  γ    0.00
【０１３０】
実施例４（直視光路）
面番号  曲率半径                  面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                  -2000.00
1    絞り面                      0.00
2    FFS[1]                      0.00  偏心(1)   1.5254    56.2
3    FFS[2]                      0.02  偏心(2) 
4    FFS[2]                      0.00  偏心(2)   1.5254    56.2
5    FFS[3]                      0.00  偏心(3) 
6    FFS[3]                      0.00  偏心(3)   1.5254    56.2
7    FFS[4]                      0.00  偏心(4) 
8        ∞                    100.00
9    理想レンズ                137.05
像  面      ∞                      0.00
FFS[1]
Ｃ4   -1.0032e-002    Ｃ6   -2.4973e-002    Ｃ7    1.3134e-007
Ｃ8    6.9808e-004    Ｃ10  -3.4098e-004    Ｃ11  -7.8122e-006
Ｃ13   1.3709e-005    Ｃ15   1.3582e-005    Ｃ17  -2.7523e-006
Ｃ19   3.9501e-007    Ｃ21  -1.0456e-006    Ｃ22  -2.0118e-008
Ｃ24   2.1849e-008    Ｃ26  -1.7069e-007    Ｃ28  -7.6802e-009
FFS[2]
Ｃ4   -4.9345e-003    Ｃ6   -3.3074e-003    Ｃ8   -1.5802e-005
Ｃ10  -1.5178e-004    Ｃ11  -9.3793e-008    Ｃ13   3.5963e-006
Ｃ15  -8.9405e-006    Ｃ17  -1.2003e-006    Ｃ19   8.2523e-007
Ｃ21  -2.4836e-007    Ｃ22   1.2322e-008    Ｃ24  -3.2874e-008
Ｃ26   5.4685e-008    Ｃ28  -6.0686e-009    Ｃ30   2.4249e-009
Ｃ32  -5.3124e-010    Ｃ34   1.4313e-009    Ｃ36  -9.4394e-011
FFS[3]
Ｃ4   -9.1832e-003    Ｃ6   -1.1729e-002    Ｃ8    8.2873e-005
Ｃ10  -1.2215e-004    Ｃ11  -9.3058e-007    Ｃ13  -5.9052e-007
Ｃ15   1.2091e-006    Ｃ17  -3.8408e-007    Ｃ19   2.9212e-007
Ｃ21   3.0338e-008    Ｃ22  -6.7029e-010    Ｃ24   1.5016e-008
Ｃ26  -1.7688e-008    Ｃ28  -6.2540e-009    Ｃ30  -3.1860e-011
Ｃ32  -5.1604e-010    Ｃ34   1.6360e-010    Ｃ36   1.4148e-010
FFS[4]
Ｃ4   -3.3825e-003    Ｃ6   -1.6269e-002    Ｃ7    1.3134e-007
Ｃ8    4.1389e-004    Ｃ10  -3.6798e-005    Ｃ11  -9.3113e-006
Ｃ13  -9.5964e-007    Ｃ15  -5.0830e-006    Ｃ17  -6.1637e-007
Ｃ19  -6.6776e-007    Ｃ21   1.1424e-007    Ｃ22   5.4652e-009
Ｃ24   7.3030e-009    Ｃ26  -3.4363e-008    Ｃ28   1.8505e-008
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.00  Ｚ   35.00
α    0.00  β    0.00  γ    0.00
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ    1.33  Ｚ   37.06
α   18.70  β    0.00  γ    0.00
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ   -2.73  Ｚ   46.61
α  -18.17  β    0.00  γ    0.00
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ    6.24  Ｚ   52.78
α   11.17  β    0.00  γ    0.00
【０１３１】
実施例５（電子像観察）
面番号  曲率半径                  面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                  -2000.00
1    絞り面                      0.00
2    FFS[1]                      0.00  偏心(1)   1.5254    56.2
3    FFS[2]                      1.13  偏心(2) 
4    FFS[3]                      0.00  偏心(3)   1.5254    56.2
5    FFS[4]                      0.00  偏心(4)   1.5254    56.2
6    FFS[3]                      0.00  偏心(3)   1.5254    56.2
7    FFS[5]                      0.00  偏心(5) 
8        ∞                      8.47  偏心(6) 
9        ∞                      1.10            1.5163    64.1
10        ∞                      0.00
像  面      ∞                      0.00
FFS[1]
Ｃ4   -8.6796e-003    Ｃ6   -2.5529e-002    Ｃ7   -1.6530e-007
Ｃ8    6.7268e-004    Ｃ10   5.9121e-005    Ｃ11  -2.2793e-005
Ｃ13  -1.6323e-005    Ｃ15   1.6101e-005    Ｃ67   1.4000e+001
FFS[2]
Ｃ4   -5.3895e-003    Ｃ6   -5.1377e-003    Ｃ8    3.4225e-006
Ｃ10  -1.7368e-004    Ｃ11  -4.5939e-006    Ｃ13   7.1279e-006
Ｃ15  -1.1185e-005    Ｃ17  -8.2765e-007    Ｃ19   7.4509e-007
Ｃ21  -3.6159e-007    Ｃ22   2.3648e-008    Ｃ24  -1.4669e-008
Ｃ26   3.8161e-008    Ｃ28   4.1544e-009    Ｃ30   3.1880e-009
Ｃ32  -8.1184e-010    Ｃ34   1.1538e-009    Ｃ36   9.8510e-010
FFS[3]
Ｃ4   -5.6842e-003    Ｃ6   -6.5591e-003    Ｃ8    3.6523e-005
Ｃ10  -1.1965e-004    Ｃ11  -6.9101e-006    Ｃ13   9.7335e-006
Ｃ15  -1.0542e-005    Ｃ17  -1.0018e-006    Ｃ19   4.7661e-007
Ｃ21  -2.9492e-007    Ｃ22   3.4224e-008    Ｃ24   2.5250e-009
Ｃ26   2.4623e-008    Ｃ28   9.9426e-009    Ｃ30   4.1174e-009
Ｃ32   4.5335e-010    Ｃ34   6.7243e-010    Ｃ36   6.9978e-010
FFS[4]
Ｃ4   -9.1806e-003    Ｃ6   -1.4054e-002    Ｃ8    9.8029e-005
Ｃ10  -3.2411e-007    Ｃ11  -4.4663e-006    Ｃ13  -2.5707e-006
Ｃ15  -1.5223e-006    Ｃ17  -7.9748e-008    Ｃ19   5.0967e-008
Ｃ21   1.6752e-007    Ｃ22   4.2193e-009    Ｃ24   4.1842e-009
Ｃ26   1.7881e-009    Ｃ28  -8.8281e-009    Ｃ30   1.1941e-010
Ｃ32  -3.7263e-011    Ｃ34  -2.0181e-010    Ｃ36   2.8338e-010
FFS[5]
Ｃ4   -1.4803e-004    Ｃ6   -1.2221e-002    Ｃ8   -1.2570e-004
Ｃ10  -7.2989e-004    Ｃ11  -1.1605e-006    Ｃ13   1.6267e-004
Ｃ15  -2.4753e-004    Ｃ17  -4.5311e-006    Ｃ19   1.8120e-005
Ｃ21  -1.1509e-005    Ｃ22   2.8935e-008    Ｃ24   1.6335e-006
Ｃ26  -1.8393e-006    Ｃ28   2.8200e-006    Ｃ30   8.5835e-008
Ｃ32  -1.3362e-007    Ｃ34   1.6857e-007    Ｃ36  -1.0278e-007
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ   -1.56  Ｚ   33.49
α   -3.19  β    0.00  γ    0.00
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.15  Ｚ   36.05
α   17.13  β    0.00  γ    0.00
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.12  Ｚ   35.88
α   16.02  β    0.00  γ    0.00
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ   -2.62  Ｚ   44.91
α  -18.29  β    0.00  γ    0.00
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ   17.05  Ｚ   40.66
α   58.70  β    0.00  γ    0.00
偏心[6] 
Ｘ    0.00  Ｙ   18.67  Ｚ   37.58
α   76.07  β    0.00  γ    0.00
実施例５（直視光路）
面番号  曲率半径                  面間隔  偏心      屈折率  アッベ数
物体面      ∞                  -2000.00
1    絞り面                      0.00
2    FFS[1]                      0.00  偏心(1)   1.5254    56.2
3    FFS[2]                      1.13  偏心(2) 
4    FFS[3]                      0.00  偏心(3)   1.5254    56.2
5    FFS[4]                      0.00  偏心(4) 
6    FFS[4]                      0.00  偏心(4)   1.5254    56.2
7    FFS[5]                      0.00  偏心(5) 
8        ∞                    100.00
9    理想レンズ                138.86
像  面      ∞                      0.00
FFS[1]
Ｃ4   -8.6796e-003    Ｃ6   -2.5529e-002    Ｃ7   -1.6530e-007
Ｃ8    6.7268e-004    Ｃ10   5.9121e-005    Ｃ11  -2.2793e-005
Ｃ13  -1.6323e-005    Ｃ15   1.6101e-005
FFS[2]
Ｃ4   -5.3895e-003    Ｃ6   -5.1377e-003    Ｃ8    3.4225e-006
Ｃ10  -1.7368e-004    Ｃ11  -4.5939e-006    Ｃ13   7.1279e-006
Ｃ15  -1.1185e-005    Ｃ17  -8.2765e-007    Ｃ19   7.4509e-007
Ｃ21  -3.6159e-007    Ｃ22   2.3648e-008    Ｃ24  -1.4669e-008
Ｃ26   3.8161e-008    Ｃ28   4.1544e-009    Ｃ30   3.1880e-009
Ｃ32  -8.1184e-010    Ｃ34   1.1538e-009    Ｃ36   9.8510e-010
FFS[3]
Ｃ4   -5.6842e-003    Ｃ6   -6.5591e-003    Ｃ8    3.6523e-005
Ｃ10  -1.1965e-004    Ｃ11  -6.9101e-006    Ｃ13   9.7335e-006
Ｃ15  -1.0542e-005    Ｃ17  -1.0018e-006    Ｃ19   4.7661e-007
Ｃ21  -2.9492e-007    Ｃ22   3.4224e-008    Ｃ24   2.5250e-009
Ｃ26   2.4623e-008    Ｃ28   9.9426e-009    Ｃ30   4.1174e-009
Ｃ32   4.5335e-010    Ｃ34   6.7243e-010    Ｃ36   6.9978e-010
FFS[4]
Ｃ4   -9.1806e-003    Ｃ6   -1.4054e-002    Ｃ8    9.8029e-005
Ｃ10  -3.2411e-007    Ｃ11  -4.4663e-006    Ｃ13  -2.5707e-006
Ｃ15  -1.5223e-006    Ｃ17  -7.9748e-008    Ｃ19   5.0967e-008
Ｃ21   1.6752e-007    Ｃ22   4.2193e-009    Ｃ24   4.1842e-009
Ｃ26   1.7881e-009    Ｃ28  -8.8281e-009    Ｃ30   1.1941e-010
Ｃ32  -3.7263e-011    Ｃ34  -2.0181e-010    Ｃ36   2.8338e-010
FFS[5]
Ｃ4   -4.1078e-003    Ｃ6   -1.7072e-002    Ｃ7   -2.6397e-005
Ｃ8    3.3517e-004    Ｃ10   1.3286e-004    Ｃ11  -6.8613e-006
Ｃ13  -2.3618e-006    Ｃ15   1.5688e-006
偏心[1] 
Ｘ    0.00  Ｙ   -1.56  Ｚ   33.49
α   -3.19  β    0.00  γ    0.00
偏心[2] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.15  Ｚ   36.05
α   17.13  β    0.00  γ    0.00
偏心[3] 
Ｘ    0.00  Ｙ    0.12  Ｚ   35.88
α   16.02  β    0.00  γ    0.00
偏心[4] 
Ｘ    0.00  Ｙ   -2.62  Ｚ   44.91
α  -18.29  β    0.00  γ    0.00
偏心[5] 
Ｘ    0.00  Ｙ   -1.06  Ｚ   50.90
α   -0.67  β    0.00  γ    0.00
【０１３２】
上記実施例１〜５について、条件式（１）〜（５）の値を下記に示しておく。
【０１３３】
実施例１        実施例２       実施例３
ＤMAX                            0.005           0.5            1
ｆ（Ｘ）                        22.3214         22.075         25.1256
ｆ（Ｙ）                        22.3214         22.075         25.5734
ＤMAX／ｆ（Ｘ）                  0.00224         0.02265        0.0398
ＤMAX／ｆ（Ｙ）                  0.00224         0.02265        0.0443
Ｄｃ                             0.05            0.5            1
Ｄｕｐ                           0.05            0.5            1
Ｄｕｎ                           0.05            0.5            1
（Ｄｃ−Ｄｕｐ）／ＤMAX          0               0              0
（Ｄｃ−Ｄｕｎ）／ＤMAX          0               0              0
Ｒ１Ｐｏ（Ｘ）                 -49.5195        -70.4578       -42.9415
Ｒ１Ｐｏ（Ｙ）                 -49.5195        -70.4578       -54.4691
ＥＲ                            27.9498         27.3508        27.38634
Ｒ１Ｐｏ（Ｘ）／ＥＲ            -1.77173        -2.57608       -1.56799
Ｒ１Ｐｏ（Ｙ）／ＥＲ            -1.77173        -2.57608       -1.98891
Ｒ１Ｐｏ／ｆ（Ｘ）              -2.21848        -3.19175       -1.70907
Ｒ１Ｐｏ／ｆ（Ｙ）              -2.21848        -3.19175       -2.41298
【０１３４】
実施例４        実施例５
ＤMAX                            0.02            1.129737
ｆ（Ｘ）                        28.49           28.32861 
ｆ（Ｙ）                        26.3852         28.0112
ＤMAX／ｆ（Ｘ）                  0.000702        0.03988 
ＤMAX／ｆ（Ｙ）                  0.000758        0.040332
Ｄｃ                             0.02            0.999963
Ｄｕｐ                           0.02            1.045148
Ｄｕｎ                           0.02            0.4937
（Ｄｃ−Ｄｕｐ）／ＤMAX          0              -0.04
（Ｄｃ−Ｄｕｎ）／ＤMAX          0               0.448125
Ｒ１Ｐｏ（Ｘ）                 -49.838         -57.606 
Ｒ１Ｐｏ（Ｙ）                 -20.0212        -19.5858
ＥＲ                            35              33.488 
Ｒ１Ｐｏ（Ｘ）／ＥＲ            -1.42394        -1.7202
Ｒ１Ｐｏ（Ｙ）／ＥＲ            -0.57203        -0.58486 
Ｒ１Ｐｏ／ｆ（Ｘ）              -1.74932        -2.03349 
Ｒ１Ｐｏ／ｆ（Ｙ）              -0.7588         -0.69921 
【０１３５】
図４２は、本実施形態の偏心光学系１を眼鏡Ｇに内蔵して用いる画像投影装置１００を示す。
【０１３６】
本実施形態の画像投影装置１００では、本実施形態の偏心光学系１と、第１光学素子１０の第１面１１に対向する物体面に配置されて画像を表示する画像表示素子５０と、を備えるので、小型、且つ、簡単な構造でありながら、高解像度で投影することが可能となる。
【０１３７】
さらに、本実施形態の画像撮像装置では、本実施形態の偏心光学系１と、第２光学素子２０の第２面２２に対向する位置に配置されて画像を撮像する画像撮像素子と、第２光学素子２０の第２面２２に対向する所定の位置に設置される入射瞳となる開口絞りＳと、を備えるので、小型、且つ、簡単な構造でありながら、高解像度で撮像することが可能となる。
【０１３８】
以上、本発明の種々の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のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
【符号の説明】
【０１３９】
１…偏心光学系
５０…画像表示素子（画像投影装置の場合），画像撮像素子（画像撮像装置の場合）
１０…第１光学素子
２０…第２光学素子
３０…第３光学素子
Ｉｍ…像面（画像投影装置の場合画像表示面，画像撮像装置の場合結像面）
Ｓ…開口絞り（瞳）
６０…光量調整部（液晶シャッター）
【図１】
0006529239.tif 000002
【図２】
0006529239.tif 000003
【図３】
0006529239.tif 000004
【図４】
0006529239.tif 000005
【図５】
0006529239.tif 000006
【図６】
0006529239.tif 000007
【図７】
0006529239.tif 000008
【図８】
0006529239.tif 000009
【図９】
0006529239.tif 000010
【図１０】
0006529239.tif 000011
【図１１】
0006529239.tif 000012
【図１２】
0006529239.tif 000013
【図１３】
0006529239.tif 000014
【図１４】
0006529239.tif 000015
【図１５】
0006529239.tif 000016
【図１６】
0006529239.tif 000017
【図１７】
0006529239.tif 000018
【図１８】
0006529239.tif 000019
【図１９】
0006529239.tif 000020
【図２０】
0006529239.tif 000021
【図２１】
0006529239.tif 000022
【図２２】
0006529239.tif 000023
【図２３】
0006529239.tif 000024
【図２４】
0006529239.tif 000025
【図２５】
0006529239.tif 000026
【図２６】
0006529239.tif 000027
【図２７】
0006529239.tif 000028
【図２８】
0006529239.tif 000029
【図２９】
0006529239.tif 000030
【図３０】
0006529239.tif 000031
【図３１】
0006529239.tif 000032
【図３２】
0006529239.tif 000033
【図３３】
0006529239.tif 000034
【図３４】
0006529239.tif 000035
【図３５】
0006529239.tif 000036
【図３６】
0006529239.tif 000037
【図３７】
0006529239.tif 000038
【図３８】
0006529239.tif 000039
【図３９】
0006529239.tif 000040
【図４０】
0006529239.tif 000041
【図４１】
0006529239.tif 000042
【図４２】
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