DE602004000793T2

DE602004000793T2 - Optische Projektionsvorrichtung mit verkippten Spiegeln und elliptischer Pupille

Info

Publication number: DE602004000793T2
Application number: DE602004000793T
Authority: DE
Inventors: Koshi Hatakeyama; Toshihiro Sunaga
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2024-06-05
Also published as: JP2005024695A; JP4428947B2; EP1494056B1; EP1494056A1; US7016124B2; DE602004000793D1; US20040264006A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Bilderzeugungssystem, das in optischen Vorrichtungen wie Bildprojektionsvorrichtungen oder Bildaufnahmevorrichtungen verwendet wird.
In den letzten Jahren sind, um mit einem Computer erzeugte Bilder zu vergrößern und anzuzeigen, Bildprojektionsvorrichtungen wie frontprojektionsartige Projektoren (Frontprojektoren) in hohem Maße eingesetzt worden. In derartigen Bildprojektionsvorrichtungen ist selbstverständlich eine kleinere Größe und ein leichteres Gewicht erwünscht, wobei sie häufig optische Projektionssysteme verwenden, welche schräg auf einen Schirm projizieren können, um eine Bildprojektion durchzuführen, ohne das Gesichtsfeld des Betrachters zu versperren. Da mit der Schrägprojektion das auf den Schirm projizierte Bild durch eine sogenannte trapezförmige Verzeichnung verzerrt wird, wurden Verfahren zum Korrigieren dieser trapezförmigen Verzeichnung beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung, Offenlegungs-Nr. H10 (1998)-282451 vorgeschlagen.
Andererseits offenbart im Hinblick auf nicht-koaxiale optische Systeme die japanische Patentanmeldung, Offenlegungs-Nr. H09 (1997)-5650 ein Verfahren zur Konzeption eines nicht-koaxialen optischen Systems und ein Verfahren zur Berechnung paraxialer bzw. achsennaher Werte wie der Brennweite, und die japanische Patentanmeldung Offenlegungs-Nr. H08 (1996)-292371, die japanische Patentanmeldung Offenlegungs-Nr. H08 (1996)-292372 und die japanische Patentanmeldung Offenle gungs-Nr. H09 (1997)-222561 offenbaren Konstruktionsbeispiele für nicht-koaxiale optische Systeme. In diesen Druckschriften wird das Konzept der „Bezugsachse" eingeführt und sie erläutern, daß es möglich ist, ein optisches System mit ausreichend korrigierten Aberrationen zu konstruieren, indem die bildenden Oberflächen bzw. Flächen des optischen Systems zu asphärischen Flächen ausgebildet werden, welche asymmetrisch bezüglich der Bezugsachse geformt sind.
Ein derartiges nicht-koaxiales optisches System wird ebenso als ein außeraxiales optisches System bezeichnet und es wird, wenn der Weg, den ein Lichtstrahl durch das Bildzentrum durchläuft, und das Pupillenzentrum als die Bezugsachse genommen wird, als ein optisches System einschließlich gekrümmter Flächen definiert, deren Flächennormalen auf dem Schnittpunkt zwischen der Fläche und der Bezugsachse nicht mit der Bezugsachse zusammenfallen (außeraxiale gekrümmte Flächen). In diesem Fall weist die Bezugsachse eine geknickte Form auf.
Die bildenden Flächen eines derartigen außeraxialen optischen Systems sind gewöhnlich nicht-koaxial und es ist einfach, das optische System zu konstruieren, indem reflektierende Flächen verwendet werden, da keine Vignettierung an den reflektierenden Flächen auftritt. Zudem ist es durch Erzeugung eines Zwischenbilds innerhalb des optischen Systems möglich, ein kompaktes optisches System zu konfigurieren, während ein großer Feldwinkel sichergestellt wird.
Ferner ist es möglich, eine kompaktes optisches System zu konfigurieren, in welchem der optische Weg vergleichsweise frei ausgelegt werden kann, während die Aperturblende vor dem optischen System angeordnet wird.
In den optischen Systemen, die in der japanischen Patentanmeldung Offenlegungs-Nr. 2001-255462 (entsprechend dem US-Patent Nr. 6 626 541) und der japanischen Patentanmeldung Offenlegungs-Nr. 2000-89227 vorgeschlagen wurden, werden die starken Punkte von derartigen außeraxialen optischen Systemen ausgenutzt, um die trapezförmige Verzeichnung bei einem festen Projektionswinkel zu korrigieren, indem gekrümmte und rotationsasymmetrische reflektierende Flächen verwendet werden.
Andererseits sind eine kleine Größe und ein flaches Profil ebenso für optische Bildaufnahmesysteme erwünscht, die für Bildaufnahmevorrichtungen wie Kameras verwendet werden. In der oben beschriebenen japanischen Patentanmeldung Offenlegungs-Nr. H08 (1996)-292372 ist ein kleines flachprofiliertes optisches Zoom-Bildaufnahmesystem vorgeschlagen, das gekrümmte und rotationsasymmetrische reflektierende Flächen verwendet.
Jedoch sind außeraxiale optische Systeme, die derartige reflektierende Flächen verwenden, häufig sehr empfindlich für Fertigungsdiskrepanzen bei der Flächenpräzision oder der Dezentrierung oder dergleichen. Beispielsweise weicht, wenn es asymmetrische Diskrepanzen in den Flächenformen gibt, die Brennpunktposition über die gesamte Bildfläche für zwei Richtungen, die orthogonal zueinander in der Bildfläche sind, ab, das bedeutet, daß ein astigmatischer Unterschied auftritt. Es ist schwierig, dies durch mechanische Justierungen während der Fertigung in der Praxis zu überwinden.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein optisches Bilderzeugungssystem vorzusehen, das als ein außeraxiales optisches System dient, welches unter Verwendung reflektierender Flächen konfiguriert ist, in denen es eine geringe Güte verschlechterung bezüglich Fertigungsdiskrepanzen gibt, und das hinreichend kompakt ausgebildet werden kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein optisches Bilderzeugungssystem eine optische Reflexionseinheit einschließlich einer Vielzahl von reflektierenden Flächen. Jede der Flächen weist eine Krümmung und eine rotationsasymmetrische Form auf. Zudem sind die folgenden Bedingungen erfüllt: L/{Er(S – 1)} < 2.2 3 < L/{Eo(S – 1)}.
Darin stellt L eine äquivalente optische Weglänge in Luft auf einer Bezugsachse zwischen einer ersten reflektierenden Fläche der optischen Reflexionseinheit, welche einem Objekt am nächsten ist, und einer letzten reflektierenden Fläche der optischen Reflexionseinheit dar, welche einer Bildfläche am nächsten ist. Die Bezugsachse stellt einen von einem durch ein Zentrum einer Pupille durchgehenden und ein Zentrum einer Bildfläche erreichenden Hauptstrahl zurückgelegten Weg dar. Er stellt einen ersten Durchmesser eines Eintrittspupillendurchmessers der optischen Reflexionseinheit in einer ersten Richtung dar, welche senkrecht zu einer ersten Schnittebene verläuft, welche eine Ebene einschließlich der Bezugsachse ist, Eo stellt einen zweiten Durchmesser der Eintrittspupille in einer zweiten Richtung dar, welche parallel zu der ersten Schnittebene verläuft. Der zweite Durchmesser Eo ist kleiner als der erste Pupillendurchmesser Er. S stellt die Anzahl der Flächen von der ersten reflektierenden Fläche bis zu der letzten reflektierenden Fläche dar.
Diese und weitere Ziele und Merkmale des optischen Bilderzeugungssystems und der optischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden ausführli chen Beschreibung von deren bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden.
1 ist eine Querschnittansicht, die ein optisches Bilderzeugungssystem gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 veranschaulicht die Verzeichnung in dem optischen Bilderzeugungssystem der Ausführungsform 1.
3 zeigt transversale Aberrationsdiagramme für das optische Bilderzeugungssystem der Ausführungsform 1.
4 ist eine Querschnittansicht, welche die Struktur eines optischen Bilderzeugungssystems gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
5 veranschaulicht die Verzeichnung in dem optischen Bilderzeugungssystem der Ausführungsform 2.
6 zeigt transversale Aberrationsdiagramme für das optische Bilderzeugungssystem der Ausführungsform 2.
7 ist eine Querschnittansicht, welche die Struktur eines herkömmlichen optischen Bilderzeugungssystems veranschaulicht.
8 veranschaulicht die Verzeichnung in dem herkömmlichen optischen Bilderzeugungssystem.
9 zeigt transversale Aberrationsdiagramme für das herkömmliche optische Bilderzeugungssystem.
10 ist eine Querschnittansicht, welche die Struktur einer Bildprojektionsvorrichtung unter Verwendung des optischen Bilderzeugungssystems gemäß Ausführungsform 1 veranschaulicht.
11 ist eine Querschnittansicht, welche die Struktur einer Bildprojektionsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
12 zeigt die Struktur eines Beleuchtungssystems und eines Farbtrennungs-/Zusammensetzungssystems in der Bildprojektionsvorrichtung von Ausführungsform 3.
13 ist ein schematisches Schaubild des Farbtrennungs-/Zusammensetzungssystems von Ausführungsform 3.
14 ist ein schematisches Schaubild einer Strahlenbündeleintrittszone in dem Farbtrennungs-/Zusammensetzungssystem von Ausführungsform 3.
15 ist eine Querschnittansicht, welche die Struktur eines optischen Bilderzeugungssystems gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
16 veranschaulicht die Verzeichnung in dem optischen Bilderzeugungssystem von Ausführungsform 4.
17 zeigt transversale Aberrationsdiagramme für das optische Bilderzeugungssystem von Ausführungsform 4.
18 ist eine Querschnittansicht, welche die Struktur eines optischen Bilderzeugungssystems gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
19 veranschaulicht die Verzeichnung in dem optischen Bilderzeugungssystem von Ausführungsform 5.
20 zeigt transversale Aberrationsdiagramme für das optische Bilderzeugungssystem von Ausführungsform 5.
21 ist eine Querschnittansicht, welche die Struktur einer Bildaufnahmevorrichtung unter Verwendung des optischen Bilderzeugungssystems von Ausführungsform 5 veranschaulicht.
22 veranschaulicht die Verzeichnung in einem herkömmlichen optischen Bilderzeugungssystem.
23 zeigt transversale Aberrationsdiagramme für das herkömmliche optische Bilderzeugungssystem.
24 veranschaulicht die Koordinatensysteme in den vorliegenden Ausführungsformen.
25 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem absoluten Koordinatensystem, den Koordinatensystemen auf der Bezugsachse und den lokalen Koordinatensystemen in den vorliegenden Ausführungsformen.
26 veranschaulicht die Evaluierungspositionen für die transversalen Aberrationen in der vorliegenden Ausführungsform.
27(A) und 27(B) zeigen die Beziehung zwischen dem astigmatischen Unterschied und der Tiefenschärfe für Fertigungsdiskrepanzen in einem herkömmlichen optischen Bilderzeugungssystem. 27(C) und 27(D) zeigen die Beziehung zwischen dem astigmatischen Unterschied und der Tiefenschärfe für Fer tigungsdiskrepanzen in einem optischen Bilderzeugungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das folgende ist eine Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Zunächst werden, bevor in die Beschreibung der Ausführungsformen übergegangen wird, sowohl die Bezeichnung für strukturelle Aspekte in den Ausführungsformen als auch einige gemeinsame Punkte der Ausführungsformen erläutert werden.
24 ist ein Schaubild eines Koordinatensystems, in welchem die strukturellen Daten der optischen Systeme der Ausführungsformen definiert sind. In den vorliegenden Ausführungsformen wird ein Lichtstrahl, der von einer Verkleinerungsseite (beispielsweise die Seite eines ursprünglichen Bilds, das von einer Flüssigkristall-Platte oder dergleichen in einer Bildprojektionsvorrichtung erzeugt wird) in Richtung auf eine Vergrößerungsseite (beispielsweise eine Bildflächenseite, wo der Schirm in der Bildprojektionsvorrichtung angeordnet ist) oder von der Vergrößerungsseite (beispielsweise eine Objektseite in einer Bildaufnahmevorrichtung) in Richtung auf die Verkleinerungsseite (beispielsweise eine Bildflächenseite, wo ein Bildaufnahmeelement wie ein CCD-Sensor oder dergleichen in der Bildaufnahmevorrichtung angeordnet ist) und von dem Zentrum einer Objektfläche (nicht in den Zeichnungen dargestellt) durch das Zentrum einer Pupille (Aperturblende) zu dem Zentrum einer Bildfläche durchläuft, als ein „zentraler Hauptstrahl" oder „Bezugsachsenstrahl" (durch eine strichpunktierte Linie in 24 angezeigt) bezeichnet. Und der von diesem Strahl zurückgelegte Weg wird als die „Bezugsachse" bezeichnet. Überdies bedeutet eine „i- te Fläche" die i-te Fläche von der Objektseite auf der Bezugsachse.
In 24 ist eine erste Fläche R1 eine brechende Fläche, ist eine zweite Fläche R2 eine reflektierende Fläche, welche bezüglich der ersten Fläche R1 geneigt ist, sind eine dritte Fläche R3 und eine vierte Fläche R4 reflektierende Flächen, die beide versetzt und geneigt sind bezüglich der jeweils ihnen vorangegangenen Fläche, und eine fünfte Fläche R5 ist eine brechende Fläche, die bezüglich der vierten Fläche R4 versetzt und geneigt ist. Die verschiedenen Flächen von der ersten Fläche R1 bis zu der fünften Fläche R5 sind von einem einzelnen optischen Element gebildet, das aus einem Medium wie Glas oder Plastik hergestellt ist, nämlich einem in 24 dargestellten ersten optischen Element B.
Folglich ist in der Struktur in 24 das Medium von der Objektfläche (nicht in den Zeichnungen dargestellt) bis zu der ersten Fläche R1 Luft, gibt es ein gemeinsames Medium von der ersten Fläche R1 bis zu der fünften Fläche R5 und das Medium von der fünften Fläche R5 bis zu einer sechsten Fläche R6 (nicht in den Zeichnungen dargestellt) ist Luft.
Das optische System jeder Ausführungsform ist ein außeraxiales optisches System, was bedeutet, daß die das optische System bildenden verschiedenen Flächen nicht eine gemeinsame optische Achse aufweisen. Demgemäß ist in den nachfolgenden Ausführungsformen ein absolutes Koordinatensystem eingesetzt, dessen Ursprung als das Zentrum der ersten Fläche definiert ist.
Mit anderen Worten ist der Weg des Lichtstrahls, der von dem Ursprung des absoluten Koordinatensystems, welches das Zentrum der ersten Fläche ist, und durch das Zentrum der letzten Bilderzeugungsfläche durchläuft (das bedeutet der zentrale Hauptstrahl oder Bezugsachsenstrahl), als die Bezugsachse definiert. Außerdem ist diese Bezugsachse gerichtet. Die Richtung der Bezugsachse ist die Richtung, in welcher der zentrale Hauptstrahl oder Bezugsachsenstrahl während der Bilderzeugung durchläuft. Überdies gelangt in den nachfolgenden Ausführungsformen der zentrale Hauptstrahl oder Bezugsachsenstrahl durch das Zentrum (Ursprung) der ersten Fläche und wird von den brechenden Flächen und reflektierenden Flächen vor Erreichen des Zentrums der letzten Bilderzeugungsfläche gebrochen und reflektiert. Die Reihenfolge der strukturellen Flächen ist in der Reihenfolge gesetzt, in welcher der zentrale Hauptstrahl oder der Bezugsachsenstrahl gebrochen und reflektiert wird. Demgemäß ändert die Bezugsachse ihre Richtung entsprechend den Regeln für die Brechung oder Reflektion entlang den verschiedenen Flächen in der gesetzten Reihenfolge und erreicht zuletzt das Zentrum der Bildfläche.
Überdies bezeichnen in den nachfolgenden Ausführungsformen eine Verkleinerungsseite, eine Platten-Flächenseite, eine Objektflächenseite ebenso wie eine Vergrößerungsseite, eine vorbestimmte Bildflächenseite und eine Schirmseite die Seiten bezüglich der Richtung der Bezugsachse.
Es sollte vermerkt werden, daß in den nachfolgenden Ausführungsformen die Bezugsachse, die als die Bezugsachse für das optische System dient, eingestellt ist, wie oben beschrieben wurde, jedoch sollte man, wenn die Achse gewählt wird, die als der Bezug des optischen Systems dient, eine Achse wählen, welche im Hinblick auf die optische Konstruktion geeignet ist, um Aberrationen zu berücksichtigen und die Flächenformen auszudrücken, welche das optische System bilden. Typischerweise ist jedoch der Weg eines Lichtstrahls, der durch das Zentrum der Bildfläche und das Zentrum der Aperturblende oder der Eintrittspupille oder der Austrittspupille oder der ersten Fläche des optischen Systems oder das Zentrum der letzten Fläche gelangt, als die Bezugsachse eingestellt.
Die verschiedenen Achsen des absoluten Koordinatensystems der optischen Systeme gemäß den nachfolgenden Ausführungsformen sind wie folgt definiert.
Z-Achse: Eine gerade Linie, welche durch den Ursprung und das Zentrum der Objektfläche durchgeht. Die Richtung von der Objektfläche zu der ersten Fläche R1 ist positiv definiert.
Y-Achse: Eine gerade Linie, welche durch den Ursprung durchgeht und einen Winkel von 90° im Gegenuhrzeigersinn zur Z-Achse bildet in Übereinstimmung mit der Definition eines rechtshändigen Koordinatensystems.
X-Achse: Eine gerade Linie, welche durch den Ursprung und senkrecht zu der Z-Achse und der Y-Achse durchgeht.
Überdies ist, um die Flächenform und den Neigungswinkel der i-ten Fläche des optischen Systems auszudrücken, ein lokales Koordinatensystem definiert, indem der Punkt, an dem die Bezugsachse die i-te Fläche schneidet, als der Ursprung genommen wird. Indem die Flächenform in dem lokalen Koordinatensystem ausgedrückt wird und indem der Neigungswinkel als der Winkel ausgedrückt wird, der durch die Bezugsachse und das lokale Koordinatensystem definiert ist, macht die Form und den Winkel noch intuitiver als die Form und den Neigungswinkel von jener Fläche in dem absoluten Koordinatensystem zu beschreiben. Zu diesem Zweck wird die Flächenform der i-ten Fläche ausgedrückt durch das folgende lokale Koordinatensystem. Dazu wird zuerst ein Bezugsachsenkoordinatensystem be züglich eines jeden gegebenen Punkts auf der Bezugsachse wie folgt definiert:
zb-Achse: Eine gerade Linie, welche durch einen gegebenen Punkt auf der Bezugsachse durchgeht. Die Richtung der Bezugsachse wird als positiv genommen. An Punkten, wo die Bezugsachse abgelenkt wird, wird die Einfallsrichtung als positiv genommen.
yb-Achse: Eine gerade Linie, welche durch einen gegebenen Punkt auf der Bezugsachse durchgeht und einen Winkel von 90° im Gegenuhrzeigersinn zur zb-Achse bildet in Übereinstimmung mit der Definition des rechtshändigen Koordinatensystems. An dem Ursprung des absoluten Koordinatensystems fällt die yb-Achse mit der Y-Achse des absoluten Koordinatensystems zusammen und danach soll es keine Drehung bezüglich der zb-Achse geben.
xb-Achse: Eine gerade Linie, welche durch einen gegebenen Punkt auf der Bezugsachse und senkrecht zu der zb-Achse und der yb-Achse durchgeht.
Als nächstes wird das lokale Koordinatensystem definiert.
z-Achse: Eine Flächennormale durch den Ursprung des lokalen Koordinatensystems.
y-Achse: eine gerade Linie durch den Ursprung des lokalen Koordinatensystems und welche einen Winkel von 90° im Gegenuhrzeigersinn zu der z-Achse in Übereinstimmung mit der Definition des rechtshändigen Koordinatensystems bildet.
x-Achse: Eine gerade Linie durch den Ursprung des lokalen Koordinatensystems und senkrecht zu der ybzb-Ebene.
Folglich ist der Neigungswinkel in der i-ten ybzb-Ebene ein spitzer Winkel, der von der z-Achse des lokalen Koordinatensystems und der zb-Achse des Bezugsachsenkoordinatensystems gebildet wird, und ist als der Winkel θxb,i (in Grad) ausgedrückt, wobei die Gegenuhrzeigersinn-Richtung als positiv genommen wird. Überdies ist der Neigungswinkel in der i-ten xbzb-Ebene als der Winkel θyb,i (in Grad) zu der zb-Achse des Bezugsachsenkoordinatensystems ausgedrückt, wobei die Gegenuhrzeigersinn-Richtung als positiv genommen wird. Und der Neigungswinkel in der i-ten xbyb-Ebene ist als der Winkel θzb,i (in Grad) zu der yb-Achse des Bezugsachsenkoordinatensystems ausgedrückt, wobei die Gegenuhrzeigersinn-Richtung als positiv genommen wird. Gewöhnlich entspricht jedoch θzb,i einer Drehung der Fläche und existiert nicht in den folgenden Ausführungsformen. 25 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem absoluten Koordinatensystem, dem Bezugsachsenkoordinatensystem und den lokalen Koordinatensystemen.
Überdies sind in den nachfolgenden Ausführungsformen die numerischen Daten für die strukturellen Flächen als numerische Beispiele angegeben. Darin stellt Di eine skalare Größe dar, was den Abstand zwischen den Ursprüngen der lokalen Koordinatensysteme der i-ten Fläche und der (i + 1)ten Fläche ausdrückt, und Ndi und vdi stellen jeweils den Brechungsindex und die Abbesche Zahl des Mediums zwischen der i-ten Fläche und der (i + 1)ten Fläche dar. Außerdem ist E–X die Kurzbezeichnung für ×10^–x.
Hier wird die Form von sphärischen Flächen ausgedrückt durch die nachfolgende Gleichung:
Überdies weisen die optischen Systeme der vorliegenden Ausführungsformen zumindest eine asphärische Fläche auf, welche rotationsasymmetrisch ist und deren asphärische Form ausgedrückt werden kann durch die nachfolgende Gleichung: z = C02y2 + C20x2 + C03y3 + C21x2y + C04y4 + C22x2y2 + C40x4 + C05y5 + C23x2y3 + C41x4y + C06y6 + C24x2y4 + C42x4y2 + C60x6
Diese gekrümmte Flächengleichung beinhaltet lediglich gerade Terme für x, so daß die gekrümmte Fläche, die durch diese gekrümmte Flächengleichung gegeben ist, ebenensymmetrisch bezüglich der yz-Ebene als der Symmetrieebene ist.
Überdies drückt, falls die nachfolgende Bedingung erfüllt ist, dann die obige Gleichung eine Form aus, welche symmetrisch bezüglich der xz-Ebene ist: C03 = C21 = C05 = C23 = C41 = t = 0.
Überdies drückt, falls C02 = C20 C04 = C40 = C22/2 und C06 = C60 = C24/3 = C42/3erfüllt sind, dann die obige Gleichung eine rotationssymmetrische Form aus. Falls diese Bedingungen nicht erfüllt sind, dann drückt sie eine rotationsasymmetrische Form aus.
Es sollte vermerkt werden, daß in den nachfolgenden Ausführungsformen doppelte Erläuterungen weggelassen wurden und daß die Bedeutung von ähnlichen Symbolen identisch ist, außer wenn es anders bezeichnet ist.
Ausführungsform 1
1 ist eine Querschnittansicht, welche ein optisches Bilderzeugungssystem gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das optische Bilderzeugungssystem in 1 ist ein optisches Projektionssystem und wird beispielsweise in einer Bildprojektionsvorrichtung verwendet, wie in 10 dargestellt ist.
In 10 bezeichnet LO ein Beleuchtungssystem, das eine Lampe 1, die eine weiße Lichtquelle ist, einen Reflexionsspiegel 2 und ein Farbtrennungselement (nicht in 10 dargestellt) beinhaltet, welches das von der Lampe 1 emittierte weiße Licht in die drei Farblichtkomponenten rot, grün und blau trennt.
LV bezeichnet eine transmissionsartige Flüssigkristallanzeige-Platte bzw. Tafel, welche als eine Bilderzeugungseinheit dient. Diese Flüssigkristallanzeige-Platte LV ist mit einer Treiberschaltung 10 verbunden und die Treiberschaltung 10 ist mit einer Bildinformationszuführungsvorrichtung 20 verbunden, wie ein Personal-Computer, ein DVD-Spieler, ein Videorecorder (VCR), ein Fernseher, ein digitaler Videorecorder, eine digitale Stehbild-Kamera oder eine aus einem Tuner und einer Antenne hergestellte Empfangseinheit, die Videobilder von elektromagnetischen Wellen empfängt. Die Treiberschaltung 10 empfängt die Bildinformation von der Bildinformationszuführungsvorrichtung 20 und sendet Treibersignale entsprechend der Bildinformation an die Flüssigkristallanzeige-Platte LV. Die Flüssigkristall-Platte LV, welche die Treibersignale empfangen hat, erzeugt ein ursprüngliches Bild entsprechend den Treibersignalen mit Flüssigkristallen und moduliert Licht, welches von dem Beleuchtungssystem LO ausgestrahlt wird.
Auch wenn es nicht in der Figur dargestellt ist, sind in dieser Ausführungsform drei Flüssigkristallanzeige-Platten LV jeweils für rot, grün und blau vorgesehen und ursprüngliche Bilder werden jeweils für rot, grün und blau erzeugt.
Es sollte vermerkt werden, daß die vorliegende Ausführungsform für den Fall erläutert wurde, daß transmissionsartige Flüssigkristallanzeige-Platten für die Bilderzeugungseinheiten verwendet werden, jedoch gibt es keine Beschränkung darauf, und es ist ebenso möglich, eine reflexionsartige Flüssigkristallanzeige-Platte, eine digitale Mikrospiegelanordnung (DMD), selbstemittierende Elemente (elektrolumineszierende Elemente), die ein Beleuchtungssystem nicht benötigen, oder eine Bilderzeugungseinheit zu verwenden, in welcher Laserlicht zweidimensional abgelenkt bzw. gescannt wird, während es in Übereinstimmung beispielsweise mit der Bildinformation moduliert wird.
D bezeichnet ein dichroitisches Prisma, welches als ein Farbzusammensetzungselement dient, das eine Farbzusammensetzung der Farblichtkomponenten durchführt, die von den drei Flüssigkristallanzeige-Platten LV moduliert worden sind. Das dichroitische Prisma D ist mit einer Vielzahl von dichroitischen Filmen versehen und setzt die Lichtkomponenten der drei Farben aufgrund der wellenlängenabhängigen transmittierenden und reflektierenden Wirkung der dichroitischen Filme zusammen.
C bezeichnet eine optische Brechungseinheit, die als ein koaxiales optisches System dient, welches von einer Vielzahl von Linsen gebildet ist. IE bezeichnet auf der einen Seite eine Austrittspupille der optischen Brechungseinheit C und auf der anderen Seite eine Eintrittspupille einer außeraxialen optischen Reflexionseinheit R, welche von einer Vielzahl von reflektierenden Flächen R1 bis R4 gebildet ist. Eine Aperturblende SS ist an dieser Position angeordnet.
Das Licht, welches durch das dichroitische Prisma D farblich zusammengesetzt worden ist, wird vergrößert und auf einen Schirm (nicht in den Zeichnungen dargestellt), der als ein Projektionsschirm dient, projiziert, nachdem es durch die optische Brechungseinheit C und die optische Reflexionseinheit R (R1 bis R4) gelangt ist.
Zudem korrigiert das optische Projektionssystem P, welches von der optischen Brechungseinheit C und der optischen Reflexionseinheit R gebildet ist, vorteilhaft eine trapezförmige Verzeichnung mit der optischen Reflexionseinheit R, welche ein außeraxiales optisches System ist, und projiziert die Bilder schräg auf den Schirm.
Es sollte vermerkt werden, daß das optische Bilderzeugungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht auf die in 10 dargestellte Bildprojektionsvorrichtung beschränkt ist und ebenso für eine Bildprojektionsvorrichtung, wie sie in der unten beschriebenen Ausführungsform 3 dargestellt ist, verwendet werden kann. Überdies kann, indem die optische Brechungseinheit C in das optische Projektionssystem P aufgenommen wird, die optische Brechkraft, die zur Vergrößerung und Projektion auf den Schirm erforderlich ist, geeignet zwischen der optischen Brechungseinheit C und der optischen Reflexionseinheit R aufgeteilt werden, kann die Krümmung der reflektierenden Flächen R1 bis R4 der optischen Reflexionseinheit R abgeschwächt werden und eine einfachere Struktur wird möglich.
In 1 weisen alle reflektierenden Flächen R1 bis R4, welche die optische Reflexionseinheit R bilden, eine rotationsasymmetrische Form auf, was ein außeraxiales optisches System bildet, in welchem die Bezugsachse gewinkelt bzw. geknickt ist, wie oben beschrieben ist.
Außerdem wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Zwischenbild (Zwischenbildfläche M) einmal zwischen den reflektierenden Flächen R3 und R4 innerhalb der optischen Reflexionseinheit R erzeugt. Somit kann die Größe der reflektierenden Flächen kleiner gemacht werden als in Fällen, in denen die optische Reflexionseinheit R kein Zwischenbild erzeugt, was vorteilhaft hinsichtlich der Fertigung der Flächenformen mit hoher Genauigkeit ist. Es sollte vermerkt werden, daß die Position der Zwischenbildfläche M nicht auf die in 1 dargestellte Position beschränkt ist. Außerdem gibt es ebenso in den unten beschriebenen anderen Ausführungsformen eine ähnliche Zwischenbildfläche M innerhalb der optischen Reflexionseinheit R.
Als nächstes wird die Form der Eintrittspupille auf der XY-Ebene in 1 beschrieben. Hier ist die Ebene, in welcher die Bezugsachse wiederholt reflektiert wird, das bedeutet, die Ebene einschließlich der gewinkelten Bezugsachse wird definiert als die außeraxiale Schnittebene (YZ-Ebene, eine erste Schnittebene). In diesem Fall ist, wenn Eo den Durchmesser (Breite) der Eintrittspupille IE innerhalb der außeraxialen Schnittebene (in der Richtung, die parallel zu der außeraxialen Schnittebene ist) des axialen Lichtstroms auf der Bezugsachse (ebenso als ein "Bezugsachsen-Lichtstrom" bezeichnet) darstellt und Er den Durchmesser (Breite) der Eintrittspupille IE in der Richtung darstellt, die senkrecht zu der außeraxialen Schnittebene ist (im folgenden ist der Durchmesser der Eintrittspupille als der „Eintrittspupillendurchmesser" bezeichnet), dann die folgende Beziehung gegeben: Er = 2Eo.
Mit anderen Worten ist, wenn θo den divergenten Winkel innerhalb der außeraxialen Schnittebene des Bezugsachsen-Lichtstroms, der auf die optische Reflexionseinheit R einfällt, darstellt und θr den divergenten Winkel in der senkrecht zu der außeraxialen Schnittebene verlaufenden Richtung darstellt, dann die folgende Beziehung erfüllt: θr = 2θo.
Außerdem ist, wenn Fo die F-Zahl bzw. der F-Wert innerhalb der außeraxialen Schnittebene der optischen Reflexionseinheit R darstellt und Fr die F-Zahl bzw. der F-Wert in der senkrecht zu der außeraxialen Schnittebene verlaufenden Richtung darstellt, dann die folgende Beziehung gegeben: Fo = 2Fr
Außeraxiale optische Systeme, welche derart reflektierende Flächen verwenden, sind häufig sehr empfindlich für Fertigungsdiskrepanzen hinsichtlich der Flächenpräzision und Dezentrierung und dergleichen, was Probleme während der Massenfertigung verursachen kann. Beispielsweise tritt, wenn es asymmetrische Diskrepanzen in den Flächenformen gibt, dann eine Verschiebung der Brennpunktposition in den zwei sich vertikal schneidenden Richtungen auf der Bildfläche entlang der gesamten Bildfläche auf, das bedeutet, es gibt eine astigmatische Differenz, und es ist schwierig, dies durch mechanische Justierungen zu überwinden.
Jedoch ist es mit dem optischen Projektionssystem der vorliegenden Ausführungsform möglich, dieses Problem aus den folgenden Gründen zu vermeiden:
Ein erster Grund wird unter Bezugnahme auf 27(A) bis 27(D) erläutert. Die horizontale Achse in 27(A) bis 27(D) markiert Positionen nahe der Bildfläche entlang der Bezugsachse (Brennpunktposition) und die vertikale Achse markiert den Kontrast des Bilds (Projektionsbild) an diesen Positionen. In diesen Figuren ist ein höherer Kontrastwert bevorzugt. Überdies ist die Kontrastkurve für die außeraxiale Schnittrichtung durch eine unterbrochene Linie bezeichnet und die Kontrastkurve für die dazu senkrechte Richtung ist durch eine durchgezogene Linie bezeichnet. Folglich stellt die Position, wo der Wert der Kontrastkurve am höchsten ist (die Spitze der Kurve) die optimale Brennpunktposition für jene Richtung dar.
27(A) zeigt den Fall eines gewöhnlichen optischen Systems, in dem der Eintrittspupillendurchmesser Eo innerhalb der außeraxialen Schnittebene des Bezugsachsen-Lichtstroms (das bedeutet in der Richtung, die parallel zu der Schnittebene ist) und der Eintrittspupillendurchmesser Er in der dazu senkrecht verlaufenden Richtung dieselben sind (im folgenden ist dies als „(rotations-) symmetrische Eintrittspupillendurchmesser" bezeichnet). Da die Eintrittspupillendurchmesser Eo und Er der optischen Reflexionseinheit in beiden Richtungen dieselben sind, gibt es keinen richtungsabhängigen Unterschied in der Tiefenschärfe und die Kontrastkurven der zwei Richtungen überlappen im wesentlichen miteinander. In diesem Fall tritt, wenn es eine asymmetrische Diskrepanz in den Flächenformen gibt, dann ein astigmatischer Unterschied wie in 27(B) auf, bewegen sich die Brennpunktpositionen der zwei Richtungen auseinander, was zu einer Verschlechterung des Bilds führt, da dies entlang der gesamten Bildfläche auftritt.
Jedoch gibt es, falls die Eintrittspupillendurchmesser Eo und Er für die zwei Richtungen verschieden sind wie in der vorliegenden Ausführungsform (im folgenden wird dies als „rota tionsasymmetrische Eintrittspupillendurchmesser" bezeichnet), dann einen richtungsabhängigen Unterschied in der Fokustiefe bzw. Tiefenschärfe. In 27(C) ist die Fokustiefe bzw. Tiefenschärfe in der Richtung des Eintrittspupillendurchmessers Eo (in der Richtung, die parallel zu der außeraxialen Schnittebene ist), welcher der kleinere ist und durch die unterbrochene Linie bezeichnet ist, tiefer als die Fokustiefe in der Richtung des Eintrittspupillendurchmessers Er (in der Richtung, die senkrecht zu der außeraxialen Schnittebene ist), welcher der größere ist und durch die durchgezogene Linie bezeichnet ist, was zeigt, daß in dieser Richtung die Verschlechterung des Kontrasts klein ist, auch wenn die Position des Bildes fluktuiert.
In diesem Fall kann, auch wenn es eine asymmetrische Diskrepanz in den Flächenformen gibt und ein ähnlicher astigmatischer Unterschied auftritt, die Verschlechterung des Kontrasts in der parallel zu der außeraxialen Schnittebene verlaufenden Richtung mit dem kleineren Eintrittspupillendurchmesser Eo unterdrückt werden, wie in 27(D) dargestellt ist.
Überdies ist das Verhalten des astigmatischen Unterschieds entlang des gesamten Bildbereichs gleichmäßig, so daß, falls die Bildfläche an der optimalen Fokusposition für die Richtung angeordnet wird, die senkrecht zu der außeraxialen Schnittebene verläuft, was durch die durchgezogene Kurve für den gesamten Bildbereich dargestellt ist, es dann möglich ist, einen hohen Kontrast für beide Richtungen zu erhalten, da es eine geringe Verschlechterung gibt, auch wenn von der optimalen Fokusposition in der Richtung abgewichen wird, die parallel zu der außeraxialen Schnittebene verläuft, was durch die unterbrochene Kurve dargestellt ist.
Hier ist die Tatsache, daß die Eintrittspupillendurchmesser Eo und Er asymmetrisch sind, äquivalent zu der Aussage, daß die divergenten Winkel des einfallenden Lichtstroms asymmetrisch sind oder daß die F-Zahlen bzw. F-Werte verschieden sind.
Das folgende ist eine Erläuterung eines zweiten Grundes unter Bezugnahme auf 1 und 7. Die optische Reflexionseinheit R, die in 7 dargestellt ist, weist eine Objektfläche und eine Bildfläche auf, welche dieselbe Größe aufweisen wie die optische Reflexionseinheit R in 1, und unterscheidet sich von der optischen Reflexionseinheit R in 1 lediglich darin, daß deren Eintrittspupillendurchmesser in sowohl X- als auch in Y-Richtung symmetrisch sind (das bedeutet, die Durchmesser sind dieselben).
Die rotationssymmetrischen Eintrittspupillendurchmesser Eo und Er in 7 sind gleich wie Er in 1. Hier ist der Winkel, der durch die Bezugsachse, welche auf eine gegebene Reflexionsfläche einfällt, und die Bezugsachse, die nach Reflexion austritt, definiert ist, als ein „außeraxialer Bezugsachsen-Winkel" definiert.
Gewöhnlich ist es, wenn Aberrationen eines außeraxialen optischen Systems diskutiert werden, bekannt, daß die Größe dieses außeraxialen Bezugsachsen-Winkels eine Ursache für asymmetrische Aberrationen sein kann, welche aufgrund der Reflexion an jener reflektierenden Fläche auftreten.
Außerdem ist der Einfluß von Diskrepanzen in den reflektierenden Flächen auf die Aberrationen größer für Flächen, die näher an der Pupille sind. Dies ist darin begründet, daß, wenn ein Lichtstrom bei einem gegebenen Feldwinkel beobachtet wird, die Divergenz von jenem Lichtstrom größer für Flächen ist, die näher an der Pupille sind.
Tabelle 1 zeigt einen Vergleich der außeraxialen Bezugsachsen-Winkel der reflektierenden Flächen R1 bis R4 in den optischen Reflexionseinheiten (oder optischen Projektionssystemen) von 7 und 1. Es sollte vermerkt werden, daß in der vorliegenden Ausführungsform der Objektabstand von der Objektfläche bis zu der Aperturblende SS 400 mm beträgt und die Objektfläche als eine sphärische Fläche definiert ist, deren Krümmungszentrum an dem Zentrum der Apertur existiert (mit einem Krümmungsradius von 400 mm). Überdies ist der Feldwinkel x: ±7.71° und y: ±7.71°. Die Brennweite beträgt x: 127.24 mm, y: 154.87 mm. Die Größe der Bildfläche beträgt 1828.8 mm × 1828.8 mm.
Anhand Tabelle 1 kann ersehen werden, daß es, indem die Eintrittspupillendurchmesser asymmetrisch (Er = 2Eo) wie in 1 ausgebildet werden, die Tendenz gibt, daß der außeraxiale Bezugsachsen-Winkel an jeder der reflektierenden Flächen kleiner wird im Vergleich zu dem Fall, daß die Eintrittspupillendurchmesser symmetrisch sind (Er = Eo) wie in 7. Ein Abschnitt von Tabelle 1 ist nicht in Übereinstimmung damit, jedoch ist dies durch die Tatsache verursacht, daß die Objektfläche und die Bildfläche parallel gehalten sind, wie in dem Bildaufnahmesystem in 18 dargestellt ist, und wegen der Fertigungsbedingungen für das integrale Ausbilden der Vielzahl von reflektierenden Oberflächen, welche das optische System bilden, jedoch ändert dies nicht die Tatsache, daß die vorliegende Erfindung den Effekt aufweist, daß die außeraxialen Bezugsachsen-Winkel kleiner ausbildbar sind.
Dies zeigt, daß, da der Eintrittspupillendurchmesser Eo in der parallel zu der außeraxialen Schnittebene verlaufenden Richtung kleiner ist als der Eintrittspupillendurchmesser Er der dazu senkrecht verlaufenden Richtung, der Lichtstrom des gesamten Feldwinkels in der parallel zu der außeraxialen Schnittebene verlaufenden Richtung schmaler wird, und daß es möglich ist, die außeraxialen Bezugsachsen-Winkel zu reduzieren. Falls die außeraxialen Bezugsachsen-Winkel groß sind, wird dann ebenso die Güteverschlechterung aufgrund von Fertigungsdiskrepanzen groß.
Dies kann ebenso aus der Tatsache ersehen werden, daß die Abweichung der Stärke der reflektierenden Flächen bei Fertigungsdiskrepanzen in Abhängigkeit von der Größe des außeraxialen Bezugsachsen-Winkels zunimmt, wie ersichtlich ist, wenn die Brennweite der außeraxialen reflektierenden Fläche bezüglich der Verschiebungen (dx, dy, dθ) der Bezugsachse aufgrund der Fertigungsdiskrepanzen differenziert wird, in Übereinstimmung mit dem Verfahren zur Berechnung der Stärke bzw. Brechkraft des außeraxialen optischen Systems, das in der japanischen Patentanmeldung Offenlegungs-Nr. H09 (1997)-5650 offenbart ist.
Folglich ist es, indem der außeraxiale Bezugsachsen-Winkel so klein wie möglich ausgebildet wird wie in der vorliegenden Ausführungsform, möglich, ebenso die Bilderzeugungsgüte des optischen Projektionssystems zu verbessern, da es möglich ist, das Auftreten einer Güteverschlechterung aufgrund von Fertigungsdiskrepanzen zu unterdrücken. Aus diesem Grund fluktuiert, wie in 27(C) dargestellt ist, der Kontrast für die parallel zu der außeraxialen Schnittebene verlaufende Richtung (dargestellt durch die unterbrochene Linie), für welche der Eintrittspupillendurchmesser Eo klein ist, nicht in großem Maße in Abhängigkeit von der Fokusposition und ebenso nimmt dessen Maximalwert im Vergleich zu dem Fall zu, daß die Eintrittspupillendurchmesser symmetrisch sind, wie in 27(A) dargestellt ist.
Als nächstes wird ein dritter Grund unter Bezugnahme auf 1 und 7 erläutert werden. Wenn die Bildverschlechterung aufgrund von Fertigungsdiskrepanzen diskutiert wird, ist ebenso die optische Weglänge des optischen Systems ein wichtiger Faktor zusätzlich zu dem außeraxialen Bezugsachsen-Winkel. Falls es Fertigungsdiskrepanzen an der reflektierenden Fläche R1, die in 1 und 7 dargestellt ist, gibt, dann weichen die Positionen der auf die reflektierende Fläche R2 einfallenden Strahlen von ihren ursprünglichen Positionen ab.
Wenn derselbe Betrag von Diskrepanzen an der reflektierenden Fläche R1 in 1 und 2 auftritt, dann tritt eine größere Abweichung an dem Einfall auf der reflektierenden Fläche R2 in 7 auf, da der Abstand zwischen der reflektierenden Fläche R1 und R2 länger ist. Und die wiederholten Reflexionen an den reflektierenden Flächen R3 und R4 vergrößern diese Diskrepanz sogar noch weiter.
Folglich ist ein kurzes Ausbilden der optischen Weglänge vorteilhaft hinsichtlich der Unterdrückung einer Vergrößerung von Diskrepanzen. Tabelle 2 zeigt einen Vergleich der optischen Weglängen von der reflektierenden Fläche R1 bis zu der reflektierenden Fläche R4 für das optische Projektionssystem von 7, in welchem die Eintrittspupillendurchmesser symmetrisch sind, und für das optische Projektionssystem von 1, in welchem die Eintrittspupillendurchmesser asymmetrisch sind (der Eintrittspupillendurchmesser in der parallel zu der außeraxialen Schnittfläche verlaufenden Richtung ist kleiner).
Tabelle 2 zeigt einen Vergleich der Werte von L/{Er(S – 1)} und L/{Eo(S – 1)}, wobei L eine äquivalente optische Weglänge in Luft zwischen der ersten reflektierenden Fläche R1 der optischen Reflexionseinheit R, welche dem Objekt am nächsten ist, und der letzten reflektierenden Fläche R4 der optischen Reflexionseinheit R, welche der Bildfläche am nächsten ist, darstellt, Er einen Eintrittspupillendurchmesser in der senkrecht zu der außeraxialen Schnittebene verlaufenden Richtung darstellt, Eo den Eintrittspupillendurchmesser in der parallel zu der außeraxialen Schnittebene verlaufenden Richtung darstellt, und S die Anzahl von Flächen von der ersten reflektierenden Fläche R1 bis zu der letzten reflektierenden Fläche R4 darstellt. Diese Werte von L/{Er(S – 1)} und L/{Eo(S – 1)} stellen die optische Weglänge L dar, die durch den Eintrittspupillendurchmesser, das Medium und die Anzahl von reflektierenden Flächen normiert ist, welche den Maßstab der optischen Reflexionseinheit R bestimmen.
Anhand Tabelle 2 kann ersehen werden, daß die optische Weglänge dazu tendiert, kürzer zu werden, wenn die Eintrittspupillendurchmesser asymmetrisch ausgebildet werden. Dies ist darin begründet, daß der Eintrittspupillendurchmesser Eo in der parallel zu der außeraxialen Schnittebene verlaufenden Richtung kleiner ist als der Eintrittspupillendurchmesser Er in der senkrecht dazu verlaufenden Richtung, so daß der Lichtstrom der gesamten Feldwinkel in der parallel zu der außeraxialen Schnittebene verlaufenden Richtung schmaler wird, der divergente Winkel des Lichtstrahls für jeden Feldwinkel kleiner wird, und die Interferenz aufgrund der räumlichen Anordnung von Lichtstrahlen und reflektierenden Flächen verhindert werden kann, auch wenn der Flächenabstand schmaler wird.
Wie oben beschrieben wurde, kann in der vorliegenden Ausführungsform, indem die Eintrittspupillendurchmesser der opti schen Reflexionseinheit asymmetrisch ausgebildet werden, insbesondere indem der Eintrittspupillendurchmesser in der parallel zu der außeraxialen Schnittebene verlaufenden Richtung kleiner ausgebildet wird als der Eintrittspupillendurchmesser in der senkrecht dazu verlaufenden Richtung, eine optische Reflexionseinheit (und somit ein optisches Projektionssystem) und eine Bildprojektionsvorrichtung verwirklicht werden, welche sehr kompakt sind und welche eine geringe Güteverschlechterung bezüglich Fertigungsdiskrepanzen aufweisen, während die Helligkeit der Bildfläche aufrechterhalten wird.
Es sollte vermerkt werden, daß es hinsichtlich der Beleuchtungsintensität auf der Bildfläche bevorzugt ist, daß der divergente Winkel des einfallenden Lichtstroms von dem Beleuchtungssystem ebenso asymmetrisch ausgebildet wird, wenn die Eintrittspupillendurchmesser asymmetrisch ausgebildet werden.
Das folgende zeigt die strukturellen Daten einer optischen Reflexionseinheit R für ein numerisches Beispiel gemäß Ausführungsform 1. Wie oben vermerkt wurde, beträgt der Objektabstand von der Objektfläche zu der Aperturblende SS 400 mm und die Objektfläche ist als eine sphärische Fläche definiert, deren Krümmungszentrum an dem Zentrum der Aperturblende existiert (mit einem Krümmungsradius von 400 mm). Überdies beträgt der Feldwinkel x: ±7.71° und y: ±7.71°. Die Brennweite beträgt x: 137.24 mm, y: 154.87 mm. Die Größe der Bildfläche beträgt 1828.8 mm × 1828.8 mm.
Numerisches Beispiel 1
Eintrittspupillendurchmesser der außeraxialen optischen Reflexionseinheit: Eo: 13.50 mm; Er: 27.00 mm
Asphärische Flächenformen:
Fläche 2 (R1)

C02: –6.6929E–04 C03: 1.9942E–05 C04: 3.5238E–07 C05: –4.0546E–09 C06: –3.6492E–10 C20: –1.1272E–03 C21: 2.2639E–05 C22: 3.6858E–07 C23: –1.4852E–09 C24: –3.6534E–10 C40: 8.3629E–08 C41: 2.2826E–09 C42: –2.6622E–11 C60: 9.3704E–12

Fläche 3 (R2)

C02: 2.4430E–03 C03: 2.9178E–05 C04: –9.4344E–09 C05: –7.4058E–09 C06: –9.0694E–11 C20: 2.1859E–03 C21: 3.9969E–05 C22: –7.4362E–08 C23: –9.4285E–09 C24: –1.3730E–10 C40: 4.1582E–08 C41: –6.6813E–10 C42: 3.8725E–11 C60: 4.6869E–12

Fläche 4 (R3)

C02: 5.0704E–03 C03: –2.3209E–05 C04: –2.5925E–06 C05: –1.0200E–07 C06: 1.6250E–09 C20: 6.9337E–03 C21: 4.6350E–06 C22: –4.7455E–06 C23: –1.7520E–07 C24: –2.8072E–10 C40: –1.8527E–06 C41: –3.1413E–08 C42: 3.9036E–09 C60: 6.0819E–10

Fläche 5 (R4)

C02: 5.8700E–03 C03: –4.5193E–06 C04: 1.3054E–07 C05: –5.4767E–11 C06: 1.2761E–11 C20: 6.3995E–03 C21: –5.5409E–06 C22: 3.3394E–07 C23: –9.2880E–10 C24: 3.4146E–11 C40: 1.7873E–07 C41: –6.4279E–10 C42: 6.5206E–11 C60: 2.3977E–11

2 veranschaulicht die Verzeichnung des numerischen Beispiels 1 und 3 zeigt transversale Aberrationsdiagramme an den Evaluierungspositionen 1 bis 5, welche durch eingekreiste Zahlen auf der Bildfläche IMG in 26 markiert sind. Es kann aus 2 ersehen werden, daß es keine großen Verzeichnungen gibt und daß ebenso die asymmetrische Verzeichnung klein ist.
In den transversalen Aberrationsdiagrammen in 3 bezeichnet die horizontale Achse die X-Achse oder die Y-Achse auf der Pupillenebene und die vertikale Achse bezeichnet den Aberrationsbetrag auf der Bildfläche. Die Wellenlänge der Evaluierungslichtstrahlen beträgt 546.07 mm. Anhand dieser Figuren kann es ersehen werden, daß eine hervorragende Bilderzeugung für jede der axialen Richtungen erzielt wird.
Zum Vergleich veranschaulicht 8 die Verzeichnung für das in 7 dargestellte optische System, in welchem die Eintrittspupillendurchmesser symmetrisch sind, und 9 zeigt die transversalen Aberrationsdiagramme an denselben Evaluierungspositionen auf der Bildfläche. Mit symmetrischen Eintrittspupillendurchmessern ist es leichter, eine gute Güte zu erzielen, jedoch werden die reflektierenden Flächen und das gesamte optische System zum Erzielen einer guten Güte groß, was zu Fertigungsschwierigkeiten führt.
Ausführungsform 2
4 ist eine Querschnittansicht, welche die Strukturen der optischen Reflexionseinheit eines optischen Projektionssystems (optisches Bilderzeugungssystem) gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das optische Projektionssystem dieser Ausführungsform wird für eine Bildprojektionsvorrichtung verwendet ähnlich wie das optische Projektionssystem von 1, was in Ausführungsform 1 erläutert ist. Überdies ist die optische Reflexionseinheit der vorliegenden Ausführungsform aus vier reflektierenden Flächen R1 bis R4 hergestellt ähnlich wie die optische Reflexionseinheit von Ausführungsform 1. Jedoch erfüllen die Eintrittspupillendurchmesser der optischen Reflexionseinheit der vorliegenden Ausführungsform die folgende Gleichung: Er = 4Eo
Tabelle 1 zeigt die Größe der außeraxialen Bezugsachsen-Winkel der optischen Reflexionseinheit in 4 und Tabelle 2 zeigt die optische Weglänge L (äquivalenter Wert in Luft) von der ersten reflektierenden Fläche R1 bis zu der letzten reflektierenden Fläche R4, die durch den Eintrittspupillendurchmesser Er und die Anzahl S der reflektierenden Flächen normiert ist.
Indem das Verhältnis der asymmetrischen Eintrittspupillendurchmesser groß ausgebildet wird, ist es möglich, den außeraxialen Bezugsachsen-Winkel kleiner und die optische Weglänge kürzer als in Ausführungsform 1 zu machen. Somit ist es möglich, ein optisches Projektionssystem, in welchem die Güteverschlechterung aufgrund von Fertigungsdiskrepanzen klein ist und welches sehr kompakt ist, ebenso wie eine Bildprojektionsvorrichtung unter Verwendung desselben zu realisieren.
Es sollte vermerkt werden, daß in dieser Ausführungsform der Objektabstand von der Objektfläche zu der Aperturblende SS 400 mm beträgt, und die Objektfläche ist definiert als eine sphärische Fläche, deren Krümmungszentrum an dem Zentrum der Aperturblende existiert (mit einem Krümmungsradius von 400 mm). Überdies beträgt der Feldwinkel x: ±7.71° und y: ±7.71°. Die Brennweite beträgt x: 138.57 mm, y: 154.44 mm. Die Größe der Bildfläche beträgt 1828.8 mm × 1828.8 mm.
Das folgende zeigt die strukturellen Daten einer optischen Reflexionseinheit für ein numerisches Beispiel gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Numerisches Beispiel 2
Eintrittspupillendurchmesser der außeraxialen optischen Reflexionseinheit: Eo: 6.75 mm; Er: 27.00 mm
Asphärische Flächenformen:
Fläche 2 (R1)

C02: –5.9562E–04 C03: 4.8773E–05 C04: 1.1108E–06 C05: 1.0199E–08 C06: 4.5433E–10 C20: –1.1477E–03 C21: 3.5982E–05 C22: 7.7617E–07 C23: –1.4437E–08 C24: –3.4479E–09 C40: 2.5128E–07 C41: –5.76086E–09 C42: –1.6312E–10 C60: –1.0284E–11

Fläche 3 (R2)

C02: 4.8676E–03 C03: 4.7206E–05 C04: –1.1202E–07 C05: –1.0060E–08 C06: 8.1271E–10 C20: 4.4453E–03 C21: 2.8698E–05 C22: –1.0401E–07 C23: –1.8520E–08 C24: –1.5525E–09 C40: 1.4863E–07 C41: –1.7294E–08 C42: 2.2097E–10 C60: 3.9219E–12

Fläche 4 (R3)

C02: 1.1579E–02 C03: –8.9096E–05 C04: –1.9460E–05 C05: –3.2906E–07 C06: 9.5006E–08 C20: 9.3197E–03 C21: –4.1907E–04 C22: –2.1069E–05 C23: –6.2617E–07 C24: 4.6947E–09 C40: –8.2606E–06 C41: –3.2294E–07 C42: 1.1180E–07 C60: 7.5873E–09

Fläche 5 (R4)

C02: 9.1320E–03 C03: –9.7700E–06 C04: 5.0507E–07 C05: –1.4286E–09 C06: 2.5745E–10 C20: 1.0238E–02 C21: –8.4766E–06 C22: 1.0544E–06 C23: –6.4809E–09 C24: 3.1336E–10 C40: 6.4752E–07 C41: –9.1052E–10 C42: 7.8302E–10 C60: 2.5812E–10

5 veranschaulicht die Verzeichnung dieses numerischen Beispiels und 6 zeigt transversale Aberrationsdiagramme an den Evaluierungspositionen 1 bis 5, die durch die eingekreisten Zahlen auf der Bildfläche IMG in 26 markiert sind. Die Definitionen der Achsen und die Evaluierungswellenlänge in 6 sind dieselben wie für 3. Es kann aus 5 ersehen werden, daß es keine große Verzeichnung gibt und daß ebenso die asymmetrische Verzeichnung klein ist. Ferner kann es anhand 6 ersehen werden, daß eine vorteilhafte Bilderzeugung hinsichtlich sowohl der X-Achsenrichtung als auch der Y-Achsenrichtung durchgeführt wird.
Ausführungsform 3
11 ist eine Querschnittansicht, welche die Struktur einer Bildprojektionsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt. 12 zeigt die Struktur ei nes Beleuchtungssystems LO' und eines Farbtrennungs-/Zusammensetzungssystems LC, welche Teil dieser Bildprojektionsvorrichtung sind.
Wie in 12 dargestellt ist, umfaßt das Beleuchtungssystem LO' eine Lampe 11, die eine weiße Lichtquelle ist, einen Reflexionsspiegel 12 und ein Polarisationsumwandlungselement 13. Überdies umfaßt das Farbtrennungs-/Zusammensetzungssystem LC drei reflektierende Flüssigkristall-Platten PR, PG und PB für rot, grün und blau, einen dichroitischen Spiegel DM und drei Polarisationsstrahlteiler PBS1, PBS2 und PBS3 zur Farbtrennung von Licht aus dem Beleuchtungssystem LO' und zum Führen der Farblichtkomponenten zu den jeweiligen Flüssigkristall-Platten PR, PG und PB als auch zur Farbzusammensetzung der Farblichtkomponenten, die aus den Flüssigkristall-Platten PR, PG und PB kommen, ein Wellenlängenplättchen λ, einen Trimm-Filter TF und einen Farbfilter Cf wie "Color Select" (registrierte Marke), das von Color Link Co. verkauft wird.
Obgleich in den Figuren nicht dargestellt sind die reflektierenden Flüssigkristall-Platten PR, PG und PB mit einer Treiberschaltung verbunden ähnlich wie die Bildprojektionsvorrichtung in 10 und eine Bildinformationszuführungsvorrichtung 20 ist mit der Treiberschaltung verbunden.
In 11 bezeichnet C1 eine erste optische Brechungseinheit (Linseneinheit), die als ein zoombares koaxiales optisches System dient. M1 und M2 bezeichnen planare Spiegel. R bezeichnet eine außeraxiale optische Reflexionseinheit, die aus einer Vielzahl von gekrümmten und rotationsasymmetrischen reflektierenden Flächen R1 bis R4 gebildet ist. Die außeraxiale optische Reflexionseinheit R weist dieselbe Struktur auf, wie sie in Ausführungsformen 1 und 2 erläutert ist. C2 bezeichnet eine zweite optische Brechungseinheit (Linseneinheit), die als ein koaxiales optisches System dient. Die erste optische Brechungseinheit C1, die Spiegel M1 und M2, die optische Reflexionseinheit R und die zweite optische Brechungseinheit C2 bilden ein optisches Projektionssystem (optisches Bilderzeugungssystem). Überdies ist die YZ-Ebene in der Figur die außeraxiale Schnittebene der optischen Reflexionseinheit R.
Wie in 12 dargestellt ist, wird das weiße Licht von der Lichtquellenlampe 11 emittiert, die Polarisationsrichtung des weißen Lichts wird durch das Polarisationsumwandlungselement 13 ausgerichtet und dann wird das weiße Licht von dem Beleuchtungssystem LO' emittiert. Die grüne Lichtkomponente des weißen Lichts wird von dem dichroitischen Spiegel DM reflektiert, während andere Farblichtkomponenten von dem dichroitischen Spiegel DM durchgelassen werden. Die Polarisationsrichtung der grünen Lichtkomponente wird von dem Wellenlängenplättchen λ um 90° gedreht und die grüne Lichtkomponente fällt dann auf den Polarisationsstrahlteiler PBS1 ein. Die auf den Polarisationsstrahlteiler PBS1 einfallende grüne Lichtkomponente wird von einem auf dem Polarisationsstrahlteiler PBS1 vorgesehenen Polarisationsteilungsfilm SP1 reflektiert und fällt auf eine reflektierenden Flüssigkristall-Platte PG für die Farbe grün ein. Dann wird die grüne Lichtkomponente, nachdem sie von der reflektierenden Flüssigkristall-Platte PG moduliert und reflektiert wurde, von dem Polarisationsteilungsfilm SP1 durchgelassen und gelangt in Richtung auf den Polarisationsstrahlteiler PBS3.
Andererseits gelangt das Licht, welches durch den dichroitischen Spiegel DM durchgelaufen ist, durch das Wellenlängenplättchen λ, das Trimm-Filter TF und das Farbfilter CF, und fällt auf den Polarisationsstrahlteiler PBS2 ein. Von dem auf den Polarisationsstrahlteiler PBS2 einfallenden Licht wird die rote Lichtkomponente von einem auf den Polarisations strahlteiler PBS2 vorgesehenen Polarisationsteilungsfilm SP2 reflektiert und fällt auf die reflektierende Flüssigkristall-Platte PR für rot ein. Dann wird die rote Lichtkomponente, nachdem sie von der reflektierenden Flüssigkristall-Platte PR moduliert und reflektiert wurde, von dem Polarisationsteilungsfilm SP2 durchgelassen und gelangt in Richtung auf den Polarisationsstrahlteiler PBS3.
Zudem wird von dem auf den Polarisationsstrahlteiler PBS2 einfallenden Licht die blaue Lichtkomponente von dem Polarisationsteilungsfilm SP2 durchgelassen und fällt auf die reflektierende Flüssigkristall-Platte PB für blau ein. Dann wird die blaue Lichtkomponente, nachdem sie von der reflektierenden Flüssigkristall-Platte PB moduliert und reflektiert wurde, von dem Polarisationsteilungsfilm SP2 reflektiert und gelangt in Richtung auf den Polarisationsstrahlteiler PBS3.
Die grüne Lichtkomponente, die von dem Polarisationsstrahlteiler PBS1 kommt und auf den Polarisationsstrahlteiler PBS3 einfällt, wird von einem auf dem Polarisationsstrahlteiler PBS3 vorgesehenen Polarisationsteilungsfilm SP3 durchgelassen. Überdies werden die roten und blauen Lichtkomponenten, die von dem Polarisationsstrahlteiler PBS3 kommen und auf den Polarisationsstrahlteiler PBS3 über das Farbfilter CF und das Wellenlängenplättchen λ einfallen, von dem Polarisationsteilungsfilm SP3 reflektiert. Somit werden die modulierten Lichtkomponenten der drei Farben zusammengesetzt und dieses zusammengesetzte Licht fällt auf das optische Projektionssystem ein und wird vergrößert und auf einen Schirm, der als eine Projektionsfläche (nicht in den Zeichnungen dargestellt) dient, projiziert.
Hier sind, wie in 11 dargestellt ist, die Polarisationsteilungsfilme SP1 bis SP3, welche die Polarisationsteilungs flächen der Polarisationsstrahlteiler PBS1 bis PBS3 bilden, derart angeordnet, daß sie sich im wesentlichen bei einem rechten Winkel mit der außeraxialen Schnittebene in dem Bezugsachsenkoordinatensystem schneiden.
Wenn Lθo den divergenten Winkel innerhalb der außeraxialen Schnittebene des aus dem Beleuchtungssystem LO' austretenden Lichtstroms darstellt und Lθr den divergenten Winkel in der Richtung, die senkrecht zu der außeraxialen Schnittebene ist, darstellt, dann ist Lθr größer als Lθo. Hinsichtlich der Tatsache, daß die außeraxiale Schnittebene und die Polarisationsteilungsflächen senkrecht sind (schneiden sich bei einem rechten Winkel), bezeichnet 11 eine senkrechte Beziehung ebenso bei dem absoluten Koordinatensystem (X, Y, Z) in der Figur, jedoch ist es im wesentlichen hinreichend, falls es eine senkrechte Beziehung in dem Bezugsachsenkoordinatensystem gibt.
Der Grund dafür besteht darin, daß, falls die Bezugsachse geknickt ist, beispielsweise durch die Spiegel, und zwar in einer Richtung, die senkrecht zu der Papierebene von 11 ist (Richtung, die senkrecht zu der außeraxialen Schnittebene ist), dann die außeraxiale Schnittebene und die Polarisationsteilungsflächen nicht senkrecht in dem absoluten Koordinatensystem sind, sondern ihre senkrechte Beziehung noch für das Bezugsachsenkoordinatensystem aufrechterhalten wird, so daß die oben beschriebene Positionsbeziehung zwischen den Polarisationsteilungsflächen, der Aperturblende SS (Eintrittspupille IE der optischen Reflexionseinheit R) und der außeraxialen Schnittebene gehalten wird, und derselbe Effekt kann erzielt werden.
Folglich ist es, da die außeraxiale Schnittebene in der außeraxialen optischen Reflexionseinheit R in 11 die YZ-Ebene des Bezugsachsenkoordinatensystems ist, hinreichend, daß die Polarisationsteilungsflächen senkrecht zu der YZ-Ebene in dem Bezugsachsenkoordinatensystem sind, auch wenn das Bezugsachsenkoordinatensystem sich innerhalb des optischen Wegs von den Polarisationsteilungsflächen zu der außeraxialen optischen Reflexionseinheit R ändert.
13 und 14 zeigen die Beziehung zwischen Lθr und Lθo. 13 zeigt einen beispielhaften PBS von den drei Polarisationsstrahlteilern PBS1 bis PBS3 in 11 und 12. 14 zeigt einen Bereich A auf einer Einfallsfläche des Polarisationsstrahlteilers PBS, durch den der Lichtstrom durchgelassen wird. Dieser Bereich A wird durch die Asymmetrie der divergenten Winkel des auf diesen Polarisationsstrahlteiler PBS einfallenden Lichtstroms bestimmt. Die erste optische Brechungseinheit C1 in 11 ist ein rotationssymmetrisches System, so daß, soweit es die Eintrittspupillendurchmesser der außeraxialen optischen Reflexionseinheit R betrifft, der Eintrittspupillendurchmesser Er in der senkrecht zu der außeraxialen Schnittebene verlaufenden Richtung größer als der Eintrittspupillendurchmesser Eo in der parallel zu der außeraxialen Schnittebene verlaufenden Richtung wird.
Indem das optische Projektionssystem einschließlich des Beleuchtungssystems LO', der Platten und des Farbtrennungs-/Zusammensetzungssystem LC und die außeraxiale optische Reflexionseinheit R in der in 11 dargestellten Weise angeordnet werden, ist es möglich, eine Bildprojektionsvorrichtung zu realisieren, welche dieselbe Wirkung und denselben Effekt aufweist, wie in den Ausführungsformen 1 und 2 erläutert ist.
Andererseits wird durch den Übernehmen dieser Struktur der Bereichsumfang von dem maximalen Einfallswinkel zu dem minimalen Einfallswinkel des auf die Polarisationsteilungsflächen der Polarisationsstrahlteiler einfallenden Lichtstroms, wenn die Farben aufgeteilt werden, eingeschränkt. Folglich gibt es ebenso den Effekt, daß der Einfluß von Winkelabhängigkeiten der Polarisationsteilungsflächen reduziert werden kann.
Es sollte vermerkt werden, daß es ein Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung ist, daß die Eintrittspupillendurchmesser der außeraxialen optischen Reflexionseinheit durch die Asymmetrie der divergenten Winkel des Lichtstroms von dem Beleuchtungssystem asymmetrisch ausgebildet werden, und die oben beschriebenen Effekte werden insbesondere erzielt, indem sie derart angeordnet werden, daß der Eintrittspupillendurchmesser in der parallel zu der außeraxialen Schnittebene verlaufenden Richtung kleiner als der Eintrittspupillendurchmesser in der senkrecht zu der außeraxialen Schnittebene verlaufenden Richtung ist. Somit können die Einzelheiten hinsichtlich der verschiedenen Filter, der Flüssigkristall-Platten und des optischen Projektionssystems in der vorliegenden Ausführungsform modifiziert werden, und sind nicht auf die vorliegende Ausführungsform beschränkt.
Ausführungsform 4
15 ist eine Querschnittansicht, welche die Struktur eines optischen Bilderzeugungssystems gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt. Das optische Bilderzeugungssystem dieser Ausführungsform ist ein optisches Bildaufnahmesystem, das für eine Bildaufnahmevorrichtung wie eine Digitalkamera oder Videokamera verwendet wird, wie in 21 dargestellt ist.
In 21 bezeichnen G1 bis G4 optische Filter wie ein Deckglas, ein Tiefpaßfilter und ein Infrarotkantenfilter, welche frei eingesetzt oder entfernt werden können entsprechend dem beabsichtigten Zweck. IE bezeichnet eine Eintrittspupille und eine Aperturblende SS ist an der Position dieser Eintrittspupille IE vorgesehen.
R bezeichnet eine außeraxiale optische Reflexionseinheit, die in integraler Weise auf einem transparenten Material wie Glas oder Plastik ausgebildet ist, und weist durchlässige Flächen R1 und R7 und reflektierende Flächen R2 bis R6 auf. Lichtstrahlen von einem Objekt, die in den Figuren nicht dargestellt sind, welche auf die durchlässige Fläche R1 einfallen, werden wiederholt gebrochen und reflektiert und erzeugen ein Bild auf einem Bildaufnahmeelement (photoelektrisches Konversionselement) IMG, das durch einen CCD-Sensor oder einen CMOS-Sensor gebildet ist. Eine Bildverarbeitungsschaltung 30 erzeugt Bilder, die auf den Signalen von dem Bildaufnahmeelement IMG basieren, und diese Bildsignale werden auf einem Aufzeichnungsmedium 40 wie einem Halbleiterspeicher, einer optischen Disk oder einer magnetischen Disk oder dergleichen aufgezeichnet.
In 15 bezeichnen R1 bis R7 optische Flächen (durchlässige Flächen und reflektierende Flächen), wie oben angegeben wurde, und bilden ein außeraxiales optisches System, in welchem die Bezugsachse geknickt ist. R1 und R7 sind rotationssymmetrische durchlässige Flächen und R2 bis R6 sind rotationsasymmetrische reflektierende Flächen.
Die Form der Eintrittspupille IE in der XY-Ebene ist in 15 dargestellt. Wenn Eo den Eintrittspupillendurchmesser des Bezugsachsen-Lichtstroms innerhalb der außeraxialen Schnitt ebene (in der Richtung, die parallel zu der außeraxialen Schnittebene verläuft) darstellt und Er den Eintrittspupillendurchmesser in der Richtung darstellt, die senkrecht zu der außeraxialen Schnittebene verläuft, wobei die außeraxiale Schnittebene (die YZ-Ebene in 15) die Ebene ist, in welcher die Bezugsachse wiederholt reflektiert wird (die Ebene einschließlich der Bezugsachse), dann ist die folgende Beziehung gegeben: Er = 2Eo
Mit anderen Worten, wenn θo der divergente Winkel innerhalb der außeraxialen Schnittebene des auf die optische Reflexionseinheit R einfallenden Bezugsachsen-Lichtstroms ist und θr der divergente Winkel in der Richtung ist, die senkrecht zu der außeraxialen Schnittebene ist, ist dann die folgende Beziehung gegeben: θr = 2θo
Außerdem ist, wenn Fo die F-Zahl bzw. der F-Wert innerhalb der außeraxialen Schnittebene der optischen Reflexionseinheit R darstellt und Fr die F-Zahl bzw. der F-Wert in der Richtung darstellt, die senkrecht zu der außeraxialen Schnittebene ist, dann die folgende Beziehung gegeben: Fo = 2Fr
Außeraxiale optische Systeme, welche diese reflektierenden Flächen R2 bis R6 verwenden, sind häufig sehr empfindlich für Fertigungsdiskrepanzen hinsichtlich der Flächenpräzision und Dezentrierung und dergleichen, welche Probleme während der Massenfertigung verursachen können. Beispielsweise tritt, wenn es asymmetrische Diskrepanzen in den Flächenformen gibt, dann eine Verschiebung der Fokusposition in zwei sich vertikal schneidenden Richtungen auf der Bildfläche entlang der gesamten Bildfläche auf, das bedeutet, daß es einen astigmatischen Unterschied gibt, und es ist schwierig, dies durch mechanische Justierungen zu überwinden.
Jedoch ist es mit dem optischen Projektionssystem der vorliegenden Ausführungsform möglich, dieses Problem aus den in Ausführungsform 1 erläuterten Gründen zu vermeiden.
Tabelle 1 zeigt die Größe der außeraxialen Bezugsachsenwinkel an den reflektierenden Flächen. Tabelle 2 zeigt die äquivalente optische Weglänge L in Luft von der ersten reflektierenden Fläche R2 in der optischen Reflexionseinheit R, welche der Objektseite am nächsten ist, bis zu der letzten reflektierenden Fläche R6, welche der Bildfläche am nächsten ist, wobei die optische Weglänge L durch die Eintrittspupillendurchmesser Er und Eo und die Anzahl der reflektierenden Flächen S normiert ist, das bedeutet, L/{Er(S – 1)} und L/{Eo(S – 1)}.
Zum Vergleich zeigen Tabellen 1 und 2 ebenso die außeraxialen Bezugsachsenwinkel und die Werte von L/{Er(S – 1)} und L/{Eo(S – 1)} für den Fall einer optischen Reflexionseinheit, welche sich von der optischen Reflexionseinheit R in 15 lediglich darin unterscheidet, daß die Eintrittspupillendurchmesser symmetrisch sind (wobei der Eintrittspupillendurchmesser Er ist).
Anhand dieser Tabellen kann ersehen werden, das durch asymmetrisches Ausbilden der Eintrittspupillendurchmesser die außeraxialen Bezugsachsenwinkel kleiner ausgebildet werden können und die optische Weglänge kürzer ausgebildet werden kann, als wenn die Eintrittspupillendurchmesser symmetrisch sind. Somit kann ein sehr kompaktes optisches Bildaufnahmesystem, in welchem die Güteverschlechterung hinsichtlich Fertigungs diskrepanzen klein ist, ebenso wie eine dasselbe verwendende Bildaufnahmevorrichtung realisiert werden.
Es sollte vermerkt werden, daß in der vorliegenden Ausführungsform der Objektabstand von der Objektfläche zu der Aperturblende SS 1000 mm beträgt und der Feldwinkel x: ±16.80° und y: ±21.92° beträgt. Die Brennweite beträgt x: –4.79 mm, y: –4.54 mm. Die Größe der Bildfläche beträgt 2.7 mm × 3.6 mm.
Das folgende zeigt die strukturellen Daten einer optischen Reflexionseinheit für ein numerisches Beispiel gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Numerisches Beispiel 4
Die Eintrittspupillendurchmesser der außeraxialen optischen Reflexionseinheit: Eo: 1.125 mm; Er: 2.25 mm
Asphärische Flächenformen:
Fläche 2 (R1)

C02: 7.3834E–02 C03: 8.2890E–03 C03: –2.2221E–04 C20: –2.9980E–03 C22: –2.19090E–04 C24: 1.4056E–04 C40: –1.0466E–03 C42: 2.7753E–05 C60: –8.7098E–05

Fläche 3 (R2)

C02: –4.9179E–02 C03: –8.4799E–04 C04: –1.9940E–06 C05: 4.3332E–05 C06: 1.8364E–05 C20: –3.8688E–02 C21: –1.4393E–04 C22: –2.9539E–04 C23: –7.9578E–06 C24: –9.6657E–06 C40: –3.0674E–05 C41: 1.1740E–05 C42: –7.5587E–06 C60: –1.5726E–06

Fläche 4 (R3)

C02: –5.0901E–02 C03: –1.0718E–03 C04: –2.2174E–03 C05: –1.9792E–04 C06: –5.7206E–05 C20: –4.6723E–02 C21: 2.4797E–03 C22: –1.6520E–05 C23: –1.6080E–04 C24: –4.3199E–05 C40: 4.0124E–04 C41: 2.7823E–04 C42: 3.8308E–05 C60: –1.9330E–05

Fläche 5 (R4)

C02: –4.6798E–02 C03: 9.4527E–05 C04: –1.8155E–04 C05: 1.7734E–06 C06: –1.3209E–06 C20: –5.0470E–02 C21: 3.4349E–04 C22: –2.8884E–04 C23: 6.5382E–07 C24: –3.9186E–06 C40: –1.5488E–04 C41: –1.5065E–07 C42: –4.2926E–06 C60: –1.6584E–06

Fläche 6 (R5)

C02: –2.5160E–02 C03: 9.7515E–04 C04: –1.1549E–03 C05: 1.7757E–04 C06: –7.3176E–05 C20: –3.9586E–02 C21: 2.9549E–03 C22: –1.7270E–03 C23: 8.3151E–05 C24: –8.1969E–05 C40: –1.0757E–03 C41: –2.0932E–06 C42: –3.9360E–05 C60: –1.9204E–06

Fläche 7 (R6)

C02: –2.0317E–02 C03: –2.2958E–03 C04: –8.2162E–06 C05: 9.0597E–05 C06: –6.6119E–07 C20: –4.7578E–02 C21: –5.6218E–04 C22: –1.3105E–04 C23: 3.7234E–05 C24: –1.2662E–05 C40: –1.8410E–04 C41: 9.5734E–06 C42: –1.8953E–05 C60: –6.7318E–06

Fläche 8 (R7)

C02: –6.0301E–02 C04: –3.0490E–03 C04: –8.1446E–04 C20: 4.3839E–02 C22: –3.3330E–03 C24: –1.3495E–03 C40: –4.4809E–04 C42: –7.1140E–04 C60: –1.4582E–04

16 veranschaulicht die Verzeichnung der vorliegenden Ausführungsform und 17 zeigt transversale Aberrationsdiagramme an den Evaluierungspositionen 1 bis 5, die durch eingekreiste Zahlen auf der Bildfläche IMG in 26 markiert sind. Es kann aus 16 ersehen werden, daß es keine großen Verzeichnungen in dem optischen Bildaufnahmesystem gibt und daß ebenso die asymmetrische Verzeichnung klein ist.
In den transversalen Aberrationsdiagrammen in 17 markiert die horizontale Achse die X-Achse oder die Y-Achse auf der Pupillenebene und die vertikale Achse markiert den Aberrationsbetrag auf der Bildfläche. Die Wellenlänge der Evaluierungslichtstrahlen beträgt 550 nm. Aus 17 kann ersehen werden, daß eine hervorragende Bilderzeugung sowohl für die X-Achsenrichtung als auch die Y-Achsenrichtung erzielt wird. Zum Vergleich zeigt 22 die Verzeichnung eines optischen Bildaufnahmesystems, in welchem die Eintrittspupillendurchmesser symmetrisch sind, und 23 zeigt die transversalen Aberrationsdiagramme für dieselben Evaluierungspositionen. Wie durch einen Vergleich von 22 und 23 ersehen werden kann, wird ebenso eine herausragende optische Güte mit der vorliegenden Ausführungsform erzielt.
Ausführungsform 5
18 ist eine Querschnittansicht, welche die Struktur eines optischen Bildaufnahmesystems (optisches Bilderzeugungssystem) gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt. Das optische Bildaufnahmesystem dieser Ausführungsform weist eine ähnliche Struktur wie das optische Bildaufnahmesystem von Ausführungsform 4 auf, welches in 15 dargestellt ist, unterscheidet sich jedoch darin, daß die Beziehung zwischen den Eintrittspupillendurchmessern Er = 4Eo ist.
Tabelle 1 zeigt die Größe der außeraxialen Bezugsachsenwinkel der vorliegenden Ausführungsform. Tabelle 2 zeigt die äquivalente optische Weglänge L in Luft von der ersten reflektierenden Fläche R2 bis zu der letzten reflektierenden Fläche R6, die durch die Eintrittspupillendurchmesser Er und Eo und die Anzahl von reflektierenden Flächen S normiert sind.
Indem das Verhältnis zwischen den asymmetrischen Eintrittspupillendurchmessern größer ausgebildet wird, können die außeraxialen Bezugsachsenwinkel kleiner und die optische Weglänge kürzer ausgebildet werden als in Ausführungsform 4. Somit kann ein sehr kompaktes optisches Bildaufnahmesystem, in welchem die Güteverschlechterung bezüglich Fertigungsdiskrepanzen klein ist, ebenso wie eine dasselbe verwendende Bildaufnahmevorrichtung realisiert werden.
Es sollte vermerkt werden, daß in der vorliegenden Ausführungsform der Objektabstand von der Objektfläche zu der Aperturblende SS 1000 mm beträgt. Der Feldwinkel beträgt x: ±16.80° und y: ±21.93°. Die Brennweite beträgt x: –4.59 mm, y: –4.52 mm. Die Größe der Bildfläche beträgt 2.7 mm × 3.6 mm.
Das folgende zeigt die strukturellen Daten einer optischen Reflexionseinheit für ein numerisches Beispiel gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Numerisches Beispiel 5
Eintrittspupillendurchmesser der außeraxialen optischen Reflexionseinheit: Eo: 0.5625 mm; Er: 2.25 mm
Asphärische Flächenformen:
Fläche 2 (R1)

C02: 7.4157E–02 C04: –2.6406E–02 C06: 7.4282E–03 C20: 4.5492E–02 C22: 6.2179E–03 C24: –7.5080E–03 C40: 3.8284E–03 C42: 1.8029E–03 C60: –3.5711E–04

Fläche 3 (R2)

C02: –7.5000E–02 C03: –6.5903E–03 C04: –3.9579E–03 C05: 2.7355E–04 C06: 5.9804E–04 C20: –5.1119E–02 C21: 6.7277E–03 C22: 4.3932E–03 C23: 6.0264E–04 C24: 1.0961E–07 C40: 7.2899E–04 C41: –2.5603E–04 C42: –2.4049E–04 C60: –4.1259E–05

Fläche 4 (R3)

C02: –1.4528E–02 C03: –1.8996E–03 C04: –7.6474E–04 C05: –9.2529E–04 C06: –6.7299E–04 C20: –4.8410E–02 C21: 6.2769E–04 C22: 5.2285E–04 C23: –8.2181E–04 C24: –1.8281E–04 C40: –2.3298E–03 C41: –4.0312E–04 C42: 1.1398E–03 C60: –6.5743E–04

Fläche 5 (R4)

C02: –5.9767E–02 C03: –4.5045E–04 C04: –5.4766E–04 C05: 7.7316E–06 C06: 7.4592E–06 C20: –7.4774E–02 C21: 1.7832E–03 C22: –8.4390E–04 C23: –1.2937E–06 C24: –1.9115E–05 C40: –8.3465E–04 C41: 4.6856E–06 C42: –2.4736E–05 C60: –1.4092E–05

Fläche 6 (R5)

C02: –1.6446E–02 C03: 1.8073E–04 C04: –1.0377E–03 C05: 1.0306E–04 C06: –1.1044E–04 C20: –7.5000E–02 C21: 1.5627E–02 C22: –5.9695E–03 C23: 7.4043E–04 C24: –4.9497E–04 C40: –5.5919E–03 C41: 3.2764E–03 C42: –4.2575E–04 C60: –9.4428E–04

Fläche 7 (R6)

C02: –1.3906E–02 C03: –4.3973E–03 C04: –6.2549E–04 C05: 1.1125E–04 C06: –7.8622E–05 C20: –5.2599E–02 C21: 4.1726E–03 C22: –2.2744E–04 C23: –4.1580E–05 C24: –2.1938E–04 C40: 3.9094E–04 C41: –1.3277E–04 C42: 2.4949E–04 C60: 2.6720E–06

Fläche 8 (R7)

C02: 7.5000E–02 C04: –1.3451E–02 C06: 2.1452E–04 C20: 7.5000E–02 C22: 1.3895E–02 C24: –9.5705E–04 C40: 3.3842E–03 C42: –3.5249E–04 C60: –2.7690E–04

19 veranschaulicht die Verzeichnung der vorliegenden Ausführungsform und 20 zeigt transversale Aberrationsdiagramme an den Evaluierungspositionen 1 bis 5, die durch eingekreiste Zahlen auf der Bildfläche IMG in 26 markiert sind. Es kann aus 19 ersehen werden, daß es keine großen Verzeichnungen in dem optischen Bildaufnahmesystem gibt und daß ebenso die asymmetrische Verzeichnung klein ist. Die Bedeutung der transversalen Aberrationsdiagramme in 20 ebenso wie die Evaluierungswellenlänge ist dieselbe wie in Ausführungsform 5. Aus 20 kann ersehen werden, daß eine hervorragende Bilderzeugung sowohl für die X-Achsenrichtung als auch für die Y-Achsenrichtung erzielt wird.
Gemäß Tabelle 2 erfüllen die oben beschriebenen Ausführungsformen: L/{Er(S – 1)} < 2.2 (1) 3 < L/{Eo(S – 1)} (2)
Hier stellen die Ausdrücke (1) und (2) Bedingungen dar, welche durch die außeraxiale optische Reflexionseinheit erfüllt werden sollten, um die Güteverschlechterung bezüglich Fertigungsdiskrepanzen klein zu machen und die außeraxiale optische Reflexionseinheit ausreichend kompakt auszubilden. Die Bereiche (obere Grenze und untere Grenze) für L/{Er(S – 1)} und L/{Eo(S – 1)} unterscheiden sich wegen der Asymmetrie der Eintrittspupillendurchmesser.
Falls die obere Grenze von Ausdruck (1) überschritten wird, wird dann die optische Weglänge lang und die Toleranzen für Fertigungsdiskrepanzen werden strenger. Gewöhnlich wird, wenn der Abstand zwischen den optischen Flächen klein ist, dann der Krümmungsradius klein, und je kleiner der Krümmungsradius ist, desto größer ist die Empfindlichkeit für Fertigungsdiskrepanzen der Flächenformen. Falls die Flächenabstände unter Berücksichtigung der Schnittebene festgesetzt sind, in welcher der kleinere Pupillendurchmesser liegt, dann werden die Flächenabstände für die Schnittebene, in welcher der größere Pupillendurchmesser liegt, zu kurz. Somit wird es durch Sicherstellen einer optischen Weglänge, welche den Ausdruck (2) erfüllt, verhindert, daß der Krümmungsradius klein wird.
Es sollte vermerkt werden, das es ebenso möglich ist, die untere Grenze in Ausdruck (1) auf 1, 1.1 oder 1.5 zu setzen. Dieselbe Sache wie für den Ausdruck (2) kann ebenso für die untere Grenze von Ausdruck (1) ausgesagt werden, und für 1 oder weniger werden die Flächenabstände zu kurz. Vorzugsweise beträgt die untere Grenze 1.1 und noch bevorzugter 1.5.
Überdies ist es ebenso möglich, die obere Grenze in Ausdruck (2) auf 5 oder 6 zu setzen. Dieselbe Sache wie für den Ausdruck (1) kann ebenso für die obere Grenze von Ausdruck (2) ausgesagt werden und für 6 oder mehr werden die Flächenabstände zu lang. Vorzugsweise beträgt die obere Grenze 5.
Überdies können in den obigen Ausführungsformen die folgenden Beziehungen erfüllt sein: Er/Eo > 1.5 (3)oder θr/θo > 1.5
Zudem kann, wenn ωo den divergenten Winkel des axialen Lichtstroms, der aus dem optischen Bilderzeugungssystem in Richtung auf die Bildfläche innerhalb der außeraxialen Schnittebene austritt (in der Richtung, die parallel zu der außeraxialen Schnittebene verläuft), darstellt, fo die Brennweite des optischen Bilderzeugungssystems innerhalb der außeraxialen Schnittebene darstellt, ωr den divergenten Winkel des axialen Lichtstroms innerhalb der Ebene darstellt, die senkrecht zu der außeraxialen Schnittebene verläuft und den Hauptstrahl des axialen Lichtstroms beinhaltet, und fr die Brennweite des optischen Bilderzeugungssystems innerhalb der Ebene darstellt, die senkrecht zu der außeraxialen Schnittebene verläuft, dann die folgende Beziehung erfüllt sein: (ωr·fo)/(wo·fr) > 1.5 (5)
Tabelle 3 zeigt die Berechnungsergebnisse von Ausdruck (5) für die verschiedenen numerischen Beispiele.
Der Bedingungsausdruck wird erfüllt, wenn die außeraxialen optischen Systeme von Ausführungsformen 1 und 2 schräg auf die Projektionfläche projiziert werden, und für den Fall, daß die divergenten Winkel des austretenden Lichtstroms durch die Brennweite normiert werden, da die Brennweiten des optischen Systems für die zwei orthogonalen Richtungen (X-Achse und Y-Achse), die senkrecht zu der Bezugsachse (Z-Achse) sind, verschieden sind. Indem man ωr und ωo diese Bedingung erfüllen läßt, ist es möglich, ein optisches System zu realisieren, in welchem ein dadurch erzeugtes Bild sich nicht leicht verschlechtert, auch wenn es Fertigungsdiskrepanzen gibt, während die Helligkeit an der Bildfläche aufrechterhalten wird.
Es sollte vermerkt werden, daß unterhalb der unteren Grenze in Ausdruck (5) der außeraxiale Bezugsachsenwinkel, welcher der Winkel ist, der durch die Bezugsachse auf der Einfallsseite einer gekrümmten rotationsasymmetrischen reflektierenden Fläche und die Bezugsachse auf der Austrittsseite nach der Reflexion darauf definiert ist, nicht klein ausgebildet werden kann und die optische Weglänge nicht kurz ausgebildet werden kann.
Es ist bevorzugt, daß der außeraxiale Bezugsachsenwinkel gleich oder weniger als 80° ist.
Es wurde in Ausführungsform 1 erwähnt, daß, wenn der außeraxiale Bezugsachsenwinkel klein ist, dann Aberrationen reduziert werden, und daß ein kleiner außeraxialer Bezugsachsenwinkel ebenso bevorzugt hinsichtlich einer Verringerung des Einflusses von Fertigungsdiskrepanzen ist, jedoch ist in der Praxis, falls Luft den Raum zwischen den Flächen ausfüllt, dann ein bestimmter Grad des außeraxialen Bezugsachsenwinkels notwendig, um sicherzustellen, daß das auf die Flächen R1 und R3 oder auf die Flächen R2 und R4 einfallende Licht oder das von der Aperturblende SS auf die Fläche R1 einfallende Licht ebenso wie das von den Flächen R2, R3 und R4 austretende Licht in 7 nicht einer Interferenz unterworfen ist. Außerdem kann, wie in 21 dargestellt ist, falls das optische Element, welches die reflektierenden Flächen aufweist, mit Glas oder einem Plastikmaterial oder dergleichen gefüllt ist, dann das optische Element in integraler Weise ausgebildet sein, was vorteilhaft hinsichtlich derartiger Aspekte wie der Fertigungskosten oder des Haltens des Elements ist.
Jedoch kann bei Berücksichtigung benachbarter Flächen wie beispielsweise der Flächen R2 und R4, da die Flächen R2 und R4 jeweils eine bestimmte optische Brechkraft aufweisen, ein Niveauunterschied (Schritt) zwischen ihnen auftreten, wenn sie in integraler Weise ausgebildet sind, falls der Abstand zwischen ihnen klein ist. Obgleich es ebenso von dem Material abhängt, mit dem das optische Element gefüllt ist, kann dieser Niveauunterschied zum Brechen des Elements während des Ausformens führen, so daß es notwendig ist, den Abstand zu verbreitern und nicht einen scharfen Niveauunterschied herzustellen. Folglich ist ein bestimmter Grad des außeraxialen Bezugsachsenwinkels notwendig und 80° kann als eine bevorzugte obere Grenze angegeben werden.
Ferner wurden die oben beschriebenen Ausführungsformen erläutert für eine Bildprojektionsvorrichtung und eine Bildaufnahmevorrichtung wie eine optische Vorrichtung einschließlich eines optischen Bilderzeugungssystems einschließlich einer außeraxialen reflektierenden Fläche (optische Reflexionseinheit), jedoch ist das optische Bilderzeugungssystem der vorliegenden Erfindung nicht auf dieser Arten von Vorrichtungen beschränkt und kann ebenso auf andere Arten optischer Vorrichtungen angewandt werden. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung ebenso für ein Dokumentenscanner-Gerät in einer Kopiermaschine oder eine Belichtungsvorrichtung zum Belichten von Schaltungen auf Halbleitern wie ein Stepper verwendet werden.
Wie oben erläutert wurde, ist es mit den oben beschriebenen Ausführungsformen möglich, eine unter Verwendung von außeraxialen reflektierenden Flächen konfigurierte optische Reflexionseinheit vorzusehen und somit ein optisches Bilderzeugungssystem und eine optische Vorrichtung unter Verwendung desselben, welche kompakt sind und eine geringe Güteverschlechterung bezüglich Fertigungsdiskrepanzen aufweisen.
Die Erfindung kann in anderen Formen verkörpert sein, ohne von dem beanspruchten Umfang der Erfindung abzuweichen. Die in dieser Anmeldung offenbarten Ausführungsformen sollen in allen Hinsichten als veranschaulichend und nicht beschränkend betrachtet werden. Der Umfang der Erfindung wird eher durch die beigefügten Ansprüchen als durch die vorstehende Beschreibung angezeigt und alle Änderungen, welche innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzbereichs der Ansprüche gelangen, sollen darin umfaßt sein.
Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3

Claims

Optisches Bilderzeugungssystem, welches eine optische Reflexionseinheit einschließlich einer Vielzahl von reflektierenden Flächen aufweist, wobei jede der reflektierenden Flächen eine Krümmung und eine rotationsasymmetrische Form aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Bedingungen erfüllt sind: L/{Er(S – 1)} < 2.2 3 < L/{Eo(S – 1)}wobei L eine äquivalente optische Weglänge in Luft auf einer Bezugsachse zwischen der ersten reflektierenden Fläche der optischen Reflexionseinheit, welche dem Objekt am nächsten ist, und einer letzten reflektierenden Fläche der optischen Reflexionseinheit darstellt, welche der Bildfläche am nächsten ist, wobei die Bezugsachse einen von einem durch das Zentrum der Pupille durchlaufenden und das Zentrum der Bildfläche erreichenden zentralen Hauptstrahl zurückgelegten Weg darstellt, Er einen ersten Durchmesser der Eintrittspupille der optischen Reflexionseinheit in einer senkrecht zu einer ersten Schnittebene einschließlich der Bezugsachse verlaufenden ersten Richtung darstellt, Eo einen zweiten Durchmesser der Eintrittspupille in einer parallel zu der ersten Schnittebene verlaufenden zweiten Richtung darstellt, wobei der zweite Durchmesser Eo kleiner als der erste Durchmesser Er ist, und S die Anzahl von optischen Flächen von der ersten reflektierenden Fläche bis zu der letzten reflektierenden Fläche darstellt.
Optisches Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner die folgende Bedingung erfüllt ist: (ωr·fo)/(ωo·fr) > 1.5wobei ωo einen ersten divergenten Winkel eines axialen Lichtstroms darstellt, der von dem optischen Bilderzeugungssystem in Richtung auf die Bildfläche innerhalb der ersten Schnittebene austritt, fo eine erste Brennweite des optischen Bilderzeugungssystems innerhalb der ersten Schnittebene darstellt, ωr einen zweiten divergenten Winkel des axialen Lichtstroms innerhalb einer senkrecht zu der ersten Schnittebene verlaufenden und den zentralen Hauptstrahl einschließenden zweiten Schnittebene darstellt, und fr eine zweite Brennweite des optischen Bilderzeugungssystems innerhalb der zweiten Schnittebene darstellt.
Optisches Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch die Bezugsachse auf einer Einfallsseite der ersten reflektierenden Fläche und die Bezugsachse auf einer Austrittsseite nach Reflexion durch die erste reflektierende Fläche gebildeter Winkel 80° oder weniger beträgt.
Optisches Bilderzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Bilderzeugungssystem ein Zwischenbild innerhalb des optischen Bilderzeugungssystems erzeugt.
Optische Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Bilderzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4 umfaßt ist.
Bildprojektionsvorrichtung, gekennzeichnet durch folgendes: eine Bilderzeugungseinheit; ein optisches Bilderzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das Licht aus der Bilderzeugungseinheit projiziert.
Bildprojektionsvorrichtung, gekennzeichnet durch folgendes: eine Vielzahl von Bilderzeugungselementen, wobei jedes der Bilderzeugungselemente ein ursprüngliches Bild erzeugt und eine Lichtkomponente einer unterschiedlichen Farbe moduliert; ein Farbzusammensetzungselement einschließlich einer Polarisationsteilungsfläche, welches die Farblichtkomponenten aus der Vielzahl von Bilderzeugungselementen zusammensetzt durch Transmittieren oder Reflektieren der Farblichtkomponenten in Abhängigkeit von deren Polarisationsrichtung; und ein optisches Bilderzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welches das durch das Farbzusammensetzungselement zusammengesetzte Licht projiziert; wobei die Polarisationsteilungsfläche im wesentlichen senkrecht zu der ersten Schnittebene ist.
Bildaufnahmevorrichtung, gekennzeichnet durch folgendes: das optische Bilderzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4; und ein photoelektrisches Konversionselement, das ein von dem optischen Bilderzeugungssystem erzeugtes Bild photoelektrisch umwandelt.