(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る第２光学素子と、
前記第１光学素子の第３面側に配置され、光が透過可能であって外部側に向けて凸形状を有する第１面及び光が透過可能な第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光学素子と、
を備える
ことを特徴とする偏心光学系。
【請求項２】
前記第２光学素子の第２面は、光束の通過する有効領域において回転対称な面からなる
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光学素子の第２面は、球面、非球面、又はトーリック面
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】
前記第２光学素子と前記第３光学素子は、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。
０．１  ≦  ｜Ｒ２Ｐｉ−Ｒ１Ｐｏ｜／Ｄ２Ｐｉ１Ｐｏ  ≦  １２    （１）
ただし、
Ｒ２Ｐｉは、前記第３光学素子の第１面の曲率半径、
Ｒ１Ｐｏは、前記第２光学素子の第２面の曲率半径、
Ｄ２Ｐｉ１Ｐｏは、光束の中心主光線に沿う方向における、前記第３光学素子の第１面と前記第２光学素子の第２面との距離である。
【請求項５】
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、光束の通過する有効領域における面形状が同じである
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の偏心光学系。
【請求項６】
前記第１光学素子の第２面と第３面は、対向して配置され、
前記第１光学素子の第３面は、前記第１光学素子の第２面側に凹面を向けた凹面反射面である
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１光学素子の第３面と前記第３光学素子の第２面は、接合されている
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。
【請求項８】
前記第１光学素子の第３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７のいずれか１つに記載の偏心光学系。
【請求項９】
前記第１光学素子の第２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８のいずれか１つに記載の偏心光学系。
【請求項１０】
前記第１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９のいずれか１つに記載の偏心光学系。
【請求項１１】
前記第２光学素子と前記第３光学素子は、以下の条件式（２）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つに記載の偏心光学系。
０．１５  ≦  φ２／φ１  ≦  １．３                    （２）
ただし、
φ１は、前記第２光学素子の第２面の中心主光線との交点における面のパワー、
φ２は、前記第３光学素子の第１面の中心主光線との交点における面のパワー、
である。
【請求項１２】
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１乃至１１のいずれか１つに記載の偏心光学系。
【請求項１３】
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１乃至１１のいずれか１つに記載の偏心光学系。
【請求項１４】
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１乃至１３のいずれか１つに記載の偏心光学系。
【請求項１５】
請求項１乃至１４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。
【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、及び偏心光学系を用いた画像投影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を提供することを目的としている。また、偏心光学系を眼球投影型の画像投影装置に用いた際に、収差の少ない良好な外界像を観察可能とする画像投影装置を提供することを目的とする。
【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る第２光学素子と、
前記第１光学素子の第３面側に配置され、光が透過可能であって外部側に向けて凸形状を有する第１面及び光が透過可能な第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光学素子と、
を備える
ことを特徴とする。
【０００７】
また、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面および前記第３光学素子の第１面は、光束の通過する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。
【０００８】
また、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、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。
【０００９】
また、本発明の一実施形態である偏心光学系では、
前記第２光学素子と前記第３光学素子は、以下の条件式（１）を満足する
ことを特徴とする。
０．１  ≦  ｜Ｒ２Ｐｉ−Ｒ１Ｐｏ｜／Ｄ２Ｐｉ１Ｐｏ  ≦  １２    （１）
ただし、
Ｒ２Ｐｉは、前記第３光学素子の第１面の曲率半径、
Ｒ１Ｐｏは、前記第２光学素子の第２面の曲率半径、
Ｄ２Ｐｉ１Ｐｏは、光束の中心主光線に沿う方向における、前記第３光学素子の第１面と前記第２光学素子の第２面との距離である。
【００１０】
また、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。
【００１１】
また、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面と第３面は、対向して配置され、
前記第１光学素子の第３面は、前記第１光学素子の第２面側に凹面を向けた凹面反射面である
ことを特徴とする。
【００１２】
また、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面と前記第３光学素子の第２面は、接合されている
ことを特徴とする。
【００１３】
また、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、回転非対称面である
ことを特徴とする。
【００１４】
また、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面は、回転非対称面である
ことを特徴とする。
【００１５】
また、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１面は、回転非対称面である
ことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の一実施形態である偏心光学系では、
前記第２光学素子と前記第３光学素子は、以下の条件式（２）を満足する
ことを特徴とする。
０．１５  ≦  φ２／φ１  ≦  １．３                    （２）
ただし、
φ１は、前記第２光学素子の第２面の中心主光線との交点における面のパワー、
φ２は、前記第３光学素子の第１面の中心主光線との交点における面のパワー、
である。
【００１７】
また、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
ことを特徴とする。
【００１８】
また、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
ことを特徴とする。
【００１９】
また、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
ことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の一実施形態である画像投影装置は、
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
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
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を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、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１１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１２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と、第１光学素子１０の第３面１３側に配置され、光が透過可能なであって外部側に向けて凸形状を有する第１面３１及び光が透過可能な第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光学素子と、を備えることが好ましい。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
さらに、第１光学素子１０の第３面１３側に配置され、光が透過可能であって外部側に向けて凸形状を有する第１面３１及び光が透過可能な第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を用いるので、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。
【００３１】
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。
【００３２】
また、偏心光学系１の直視光路では、図示しない像面を射出した光線は、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を射出した光線は、第１光学素子１０へ第３面１３から入射し、第２面１２から射出する。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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
また、本実施形態の偏心光学系１では、第２光学素子２０と第３光学素子３０は、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
０．１  ≦  ｜Ｒ２Ｐｉ−Ｒ１Ｐｏ｜／Ｄ２Ｐｉ１Ｐｏ  ≦  １２    （１）
ただし、
Ｒ２Ｐｉは、第３光学素子３０の第１面３１の曲率半径、
Ｒ１Ｐｏは、第２光学素子２０の第２面２２の曲率半径、
Ｄ２Ｐｉ１Ｐｏは、光束の中心主光線に沿う方向における、第３光学素子３０の第１面３１と第２光学素子２０の第２面２２との距離、
である。
【００３６】
第２光学素子２０の第２面２２に対して、第３光学素子３０の第１面の位置は全光学素子１０，２０，３０の厚さ分離れているために、観察者瞳孔位置を入射瞳として入射する外界光に対して、光学面への入射角ができるだけ小さいことが諸収差の発生を抑制し、自然な外界像を観察するための条件となる。極端な話、外光の入射角がゼロになれば、その面はアプラナティックとなり、球面収差、コマ収差、非点収差が発生しないことになる。
【００３７】
しかしながら、実際には、偏心光学系１の全体は非回転対称な自由曲面光学系であり、あまり負のパワーを大きくしたくないというパワー配置等にも関係するため、補助プリズム１の第１面は完全なアプラナティック面にはならない。そのため、補助プリズム２の第２面もアプラナティック条件よりも外界光に対する直視光路のパワーをゼロに近づけることが優先される。そのためには、条件式（１）を満たすことが望ましい。
【００３８】
なお、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、曲率半径Ｒ２Ｐｉは、Ｘ方向での曲率半径Ｒ２Ｐｉ（Ｘ）とＹ方向での曲率半径Ｒ２Ｐｉ（Ｙ）に置換えて、且つ、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、以下の条件式（１−１）及び条件式（１−２）の双方を満たすことが好ましい。
０．１  ≦  ｜Ｒ２Ｐｉ（Ｘ）−Ｒ１Ｐｏ（Ｘ）｜／Ｄ２Ｐｉ１Ｐｏ  ≦  １２
（１−１）
０．１  ≦  ｜Ｒ２Ｐｉ（Ｙ）−Ｒ１Ｐｏ（Ｙ）｜／Ｄ２Ｐｉ１Ｐｏ  ≦１２
（１−２）
【００３９】
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。
【００４０】
条件式（１）の下限値を０．３、更には０．５とすることがより好ましい。条件式（１）の上限値を１０、更には９とすることがより好ましい。前述の定義におけるＹ方向について、条件式（１−２）の下限値を０．３、更には０．５とすることがより好ましい。また、条件式（１−２）の上限値を１０、更には９、更には２とすることがより好ましい。
【００４１】
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。
【００４２】
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３面１３は、対向して配置され、第１光学素子１０の第３面１３は、第１光学素子１０の第２面１２側に凹面を向けた凹面反射面であることが好ましい。
【００４３】
第１光学素子１０の内部反射面である第２面１２は、内部反射を２回繰り返したあとに射出する面でもあり、２つの光学作用を有するために、このプリズムにおける折り畳み効果が大きくなり、光学素子自身も小さくすることに有効となる。また、第１光学素子１０の正のパワーを持つ反射面である第３面１３は、凹面形状のいわゆる裏面凹面鏡となっており、この面が全体の光学系の主な正パワーを担っている。しかし、この面には必要な正のパワーを持たせるために、球面収差、コマ収差等が発生するのだが、反射面である第２面の負パワーによって、上記収差を補正する効果を有する。
【００４４】
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と第３光学素子３０の第２面３２は、接合されていることが好ましい。接合することによって、光学素子が一体化し、調整が不要になり、組立工数の削減に繋がる。また、ハーフミラー等のコーティングを施す場合においても、コーティング面を外気にさらすことが無くなるため、耐性が向上する効果がある。
【００４５】
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、回転非対称面であることが好ましい。第１光学素子１０の第３面１３は、偏心光学系１の主な正のパワーを有する面であるため、この面を回転非対称面とすることで、この面で発生する偏心を含めた収差が補正され、光学系全体の光学性能を向上することに繋がる。
【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は、回転非対称面であることが好ましい。第１光学素子１０の第２面１２は、内部反射と共に射出透過する２つの光学作用を有する面であるため、２回の収差補正効果を有することになる。この面では第３面と同様に、偏心収差を含めた収差補正に大きく作用するため、回転非対称面とすることで、光学系全体の光学性能の向上に寄与する。
【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１面１１は、回転非対称面であることが好ましい。第１光学素子１０の第１面１１は、画像表示素子面に近接する面であり、小さい光束径において透過する面となるため、軸外収差補正に作用する。従って、この面を回転非対称面とすることで非対称な成分を補正することが可能になる。
【００４８】
また、本実施形態の偏心光学系１では、第２光学素子２０と第３光学素子３０は、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
０．１５  ≦  φ２／φ１  ≦  １．３                    （２）
ただし、
φ１は、前記第２光学素子の第２面の中心主光線との交点における面のパワー、
φ２は、前記第３光学素子の第１面の中心主光線との交点における面のパワー、
である。
【００４９】
条件式（２）は、外界像を観察する際にできるだけ自然な外界像を観察するために必要な条件である。条件式（２）の下限を超えて小さくなると、外界像のシースルー倍率が小さくなるため、裸眼による外界像との差が大きくなる。条件式（２）の上限を超えて大きくなると、前記第２光学素子の第２面の曲率が小さくなり、電子像観察における倍率色収差補正効果が得られなくなり、全体の光学性能が低下する。
【００５０】
なお、面のパワーが、アジムス方向により異なる場合がある。その場合は、面のパワーφ１は、Ｘ方向での面のパワーφ１（Ｘ）とＹ方向での面のパワーφ１（Ｙ）に置換えて、且つ、面のパワーφ２は、Ｘ方向での面のパワーφ２（Ｘ）とＹ方向での面のパワーφ２（Ｙ）に置換えて双方とも条件を満たすものを意味する。以下の条件式（２−１）及び条件式（２−２）の双方を満たすことが好ましい。
０．１５  ≦  φ２（Ｘ）／φ１（Ｘ）  ≦  １．３        （２−１）
０．１５  ≦  φ２（Ｙ）／φ１（Ｙ）  ≦  １．３        （２−２）
【００５１】
条件式（２）の下限値を０．２５、更には０．３とすることがより好ましい。また、条件式（２）の上限値を１．１、更には０．９５とすることがより好ましい。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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、外界側の仮想像面Ｉｍ2から観察眼球側の仮想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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
偏心光学系１を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。
【００８９】
偏心光学系１のシースルー光学系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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
以下に、上記実施例１〜実施例５の構成パラメータを示す。
【０１００】
ここで、本実施形態で用いる座標系について説明する。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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 
・・・・・・
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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）
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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
【０１１７】
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
【０１１８】
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
【０１１９】
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
【０１２０】
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
【０１２１】
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
【０１２２】
上記実施例１〜５について、条件式（１）〜（２）の値を下記に示しておく。
【０１２３】
実施例１        実施例２       実施例３
Ｒ２Ｐｉ（Ｘ）                 -56.5962        -75.3085       -50.3713
Ｒ２Ｐｉ（Ｙ）                 -56.5962        -75.3085       -63.194
Ｄ２Ｐｉ１Ｐｏ                  11.41458        12.46121       14.1361
｜Ｒ２Ｐｉ（Ｘ）−Ｒ１Ｐｏ（Ｘ）｜／Ｄ２Ｐｉ１Ｐｏ
0.61997         0.389262       0.525595
｜Ｒ２Ｐｉ（Ｘ）−Ｒ１Ｐｏ（Ｘ）｜／Ｄ２Ｐｉ１Ｐｏ
0.61997         0.389262       0.617208
φ２（Ｘ）                      -0.01767        -0.01328       -0.01985
φ２（Ｙ）                      -0.01767        -0.01328       -0.01582
φ１（Ｘ）                      -0.02019        -0.01419       -0.02329
φ１（Ｙ）                      -0.02019        -0.01419       -0.01836
φ２（Ｘ）／φ１（Ｘ）          -0.874962       -0.935589      -0.852498
φ２（Ｙ）／φ１（Ｙ）          -0.874962       -0.935589      -0.861934
【０１２４】
実施例４        実施例５
Ｒ２Ｐｉ（Ｘ）                -147.821        -121.719
Ｒ２Ｐｉ（Ｙ）                 -30.7342        -29.2874 
Ｄ２Ｐｉ１Ｐｏ                  11.64397        12.125
｜Ｒ２Ｐｉ（Ｘ）−Ｒ１Ｐｏ（Ｘ）｜／Ｄ２Ｐｉ１Ｐｏ
8.414891        5.287654 
｜Ｒ２Ｐｉ（Ｘ）−Ｒ１Ｐｏ（Ｘ）｜／Ｄ２Ｐｉ１Ｐｏ
0.920049        0.800132 
φ２（Ｘ）                      -0.00676        -0.00822
φ２（Ｙ）                      -0.03254        -0.03414
φ１（Ｘ）                      -0.02007        -0.01736
φ１（Ｙ）                      -0.04995        -0.05106
φ２（Ｘ）／φ１（Ｘ）          -0.337152       -0.935589 
φ２（Ｙ）／φ１（Ｙ）          -0.65143        -0.668745 
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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】
【０１２８】
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
６０…光量調整部（液晶シャッター）
【図１】
0006392066.tif 000002
【図２】
0006392066.tif 000003
【図３】
0006392066.tif 000004
【図４】
0006392066.tif 000005
【図５】
0006392066.tif 000006
【図６】
0006392066.tif 000007
【図７】
0006392066.tif 000008
【図８】
0006392066.tif 000009
【図９】
0006392066.tif 000010
【図１０】
0006392066.tif 000011
【図１１】
0006392066.tif 000012
【図１２】
0006392066.tif 000013
【図１３】
0006392066.tif 000014
【図１４】
0006392066.tif 000015
【図１５】
0006392066.tif 000016
【図１６】
0006392066.tif 000017
【図１７】
0006392066.tif 000018
【図１８】
0006392066.tif 000019
【図１９】
0006392066.tif 000020
【図２０】
0006392066.tif 000021
【図２１】
0006392066.tif 000022
【図２２】
0006392066.tif 000023
【図２３】
0006392066.tif 000024
【図２４】
0006392066.tif 000025
【図２５】
0006392066.tif 000026
【図２６】
0006392066.tif 000027
【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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