特許 6392066 偏心光学系、及び偏心光学系を用いた画像投影装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6392066

(24)【登録日】2018年8月31日

(45)【発行日】2018年9月19日

(54)【発明の名称】偏心光学系、及び偏心光学系を用いた画像投影装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20180910BHJP

   H04N 5/64 20060101ALI20180910BHJP

   G02B 17/08 20060101ALI20180910BHJP

   G02B 25/00 20060101ALI20180910BHJP

   G02B 13/18 20060101ALI20180910BHJP

【ＦＩ】

   G02B27/02 Z

   H04N5/64 511A

   G02B17/08 A

   G02B25/00 A

   G02B13/18

【請求項の数】15

【全頁数】42

(21)【出願番号】特願2014-207381(P2014-207381)

(22)【出願日】2014年10月8日

(65)【公開番号】特開2016-75849(P2016-75849A)

(43)【公開日】2016年5月12日

【審査請求日】2017年8月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000376

【氏名又は名称】オリンパス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100139103

【弁理士】

【氏名又は名称】小山 卓志

(74)【代理人】

【識別番号】100097777

【弁理士】

【氏名又は名称】韮澤 弘

(74)【代理人】

【識別番号】100139114

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 貞嗣

(72)【発明者】

【氏名】高橋 浩一

【審査官】 鈴木 俊光

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−０３３７２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０１７７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０７５４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１４６０３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０８３４５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１６０５７６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２７／０１ − ２７／０２

Ｈ０４Ｎ ５／６４

Ｈ０４Ｎ １３／３４４

Ｇ０２Ｂ １７／０８

(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 Ｃ_j Ｘ^m 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 Ｃ_j Ｘ^m Ｙ^n
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】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】