JP2004234015A - 結像光学系 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 一方の共役面Aから10°以上の開き角を持って発する光束が,その基準軸近傍において光束の収束作用を有する第1光学系(30)と,その基準軸近傍において光束の発散作用を有する第2光学系(31)とを順次通過し,もう一方の共役面B上に収束する。第1光学系(30)を通過する光束に関し,その通過位置に応じて,主光線を含む光束断面の各収束点の収束距離に一定の条件を課すことで,使用する光学素子の種類に関わらず,半角60°以上の斜入射光学系を比較的簡単な構成で実現することが可能となる。
【選択図】 図1
Description
(1)ディセンタ方式
(2)ティルト方式
である。
・広い視野角(大きな拡大像)
・装置が小型である
・軽いこと
等が上げられる。視野角に関して言えば,瞳の大きさがほぼ決まっているため,必要な視野角が決まれば,画像素子からの取り込み角度との関係で必要な画像素子の大きさがほぼ決まってしまう。図41はその標準的な方式を示している。画像素子2からの光束は,リレ−光学系30により一旦中間像4を作り,それを凹面鏡31で拡大し,303に置かれた眼で観察する。凹面鏡31は,瞳に主光線を集める役割も果たす。この例の場合,基本的に共軸系であるため,設計しやすい光学系である。但し,眼と凹面鏡31との間に間隔が必要なのと,リレー部30を格納する空間も合わせると,かなり大きくなってしまう。
S1≦L21≦S1+S2
L11/L1n<0.25
0<L21/L2n<1.5
更に,共役面A上の所定の範囲から発し,共役面B上に集光する任意の光束に関し,第1光学系から第2光学系迄のこの光束に沿う距離をD1,第2光学系から共役面B迄の同じ光束に沿う距離をD2とする時,
D1<D2
を満足する。
S1/L11>0.6
(S1+S2)/L2n<1
ΔSL>0.6
の少なくとも一つの条件を満たすのが良い。
S1≦L11≦S1+S2
S1≦L21≦S1+S2
の条件を満足することで,第2光学系の基準軸側の発散作用とのバランスを保ち,以下の基準軸から離れた光束に関する条件と併せ,大きな角度を有する斜入射結像光学系が可能となる。上記2つの条件は,第1光学系の基準軸に最も近い光束に関し,そのすべての光束断面における収束点が,第2光学系と共役面Bとの間にあることを意味している。
この条件は,第1光学系の基準軸に近い光束と比較し,基準軸から離れた光束の収束点迄の距離L1を第1光学系からより遠くに形成することで,第2光学系の基準軸より離れた位置での光学系の収差補正条件との整合性を保つためのものである。なお,L1,L2等の距離は,第1光学系の基準軸に沿うものであるが,光束断面に於ける光束が収束から発散に転じ,第1光学系の入射側に虚の収束点を有する(距離が負となる)場合は,∞より更に遠い収束点(距離)として扱う。これにより,条件式が矛盾なく構成できる。
0<L21/L2n<1.5
を満足する。
(S1+S2)/L2n<1
ΔSL>0.6
特に,非常に近い位置からの投写を可能とする投写装置や,極端に薄型の背面投写装置等を実現する上で重要となる条件である。これらの装置を実現する場合,上記3条件の少なくとも1つの条件を満たすことが望ましい。
S1≦L11≦S1+S2
の条件式については,上記表4のS1/L11が1より小さいこと,及び(S1+S2)/L11が1より大きい事で確認できる。他の条件式も同様である。以上で第1の実施形態に関する基本的な説明を終えるが,第1光学系と第2光学系の基本構成を定め,光束の収束位置を制御することで,比較的簡単な構成ながら目的の斜入射結像光学系を実現することが出来る。考え方の基本は,第1光学系の役割を,第2光学系に関する光束の整合系と位置づけたことである。
S1/L11>0.6
(S1+S2)/L2n<1
ΔSL>0.6
を満たす最初の事例でもある。実際の数値としては,表4から,それぞれ
S1/L11=0.69
(S1+S2)/L2n=0.95
ΔSL=0.87
となっており,上記全ての条件を満たしている。本実施形態のように斜入射角度が大きくなると,結像特性のバランスを取るために,通常の条件に加えて,より厳しい条件を課することも必要になる。上記最初の条件は,第1光学系の基準軸の最も近くから射出する光束の,最も遠くにある収束点を第2光学系のより近傍に近づける事を意味する。第2の条件は,第1光学系の基準軸から最も離れた位置から射出する光束の,最も近くにある収束点が,共役面Bを越えた位置で収束することを意味する。最後の条件は,第2光学系の基準軸の最も近くから射出する光束と最も離れて射出する光束の収束点に関し,最も遠くにある収束点の距離差を一定以上確保することを意味している。大きな斜入射角を実現する各光学系の構成要素は,この様な条件の少なくとも1つを満たすような,構造,並びに形状を有することが望ましい。以下に説明する残りの実施形態は,上記3つのうち少なくとも1つの条件を満たす例となっている。
Claims (13)
- 共役面A上にある画像形成素子から開き角10°以上で発散された複数の光束を共役面Bに斜めから入射させて、前記共役面B上に、前記画像形成素子によって形成された画像の拡大画像を形成可能な結像光学系において、
第1光学系と、第2光学系とを有し、
前記第1光学系は、全てに共通する光軸は存在しないが、各々が回転対称軸を有する複数の光学素子からなり、前記画像形成素子から発せられた前記複数の光束をその主光線と平行な第1の光束断面及び該第1の光束断面と交差する第2光束断面の双方において収束させ、
前記第2光学系は、前記第1光学系を通過した光束を前記共役面B上において収束させ、
前記第1光学系は、前記共役面Aから前記共役面Bまでの光路が最長である光束よりも、前記光路が最短である光束に近い位置を通過し、前記共役面Aと直交する第1基準軸を有し、
前記第2光学系は、前記共役面Aから前記共役面Bまでの光路が最長である光束よりも、前記光路が最短である光束に近い位置を通過し、前記共役面Bと直交する第2基準軸を有し、
前記第1光学系の出射点から前記第2光学系の入射点までの前記第1基準軸に沿った距離をS1、前記第2光学系の出射点から前記共役面Bまでの前記第2基準軸に沿った距離をS2
前記第1光学系の前記第1基準軸に最も近い点から出射する光束の前記第1及び第2の光束断面内における収束点と、前記第1光学系の出射点との間の距離のうち、最長の距離をL11、最短の距離をL21、
前記第1光学系の前記第1基準軸から最も離れた点から出射する光束の前記第1及び第2の光束断面内における収束点と、前記第1光学系の出射点との間の距離のうち、最長の距離をL1n、最短の距離をL2n、としたとき、
S1≦L11≦S1+S2
S1≦L21≦S1+S2
L11/L1n<0.25
0<L21/L2n<1.5
の各条件を満たす結像光学系。 - 共役面A上にある画像形成素子から開き角10°以上で発散された複数の光束を共役面Bに斜めから入射させて、前記共役面B上に、前記画像形成素子によって形成された画像の拡大画像を形成可能な結像光学系であって、
第1光学系と、第2光学系とを有し、
前記第1光学系は、全てに共通する光軸は存在しないが、各々が回転対称軸を有する複数の光学素子からなり、前記画像形成素子から発せられた前記複数の光束をその主光線と平行な第1の光束断面及び該第1の光束断面と交差する第2光束断面の双方において収束させ、
前記第2光学系は、前記第1光学系を通過した光束を前記共役面B上において収束させ、
前記第1光学系は、前記共役面Aから前記共役面Bまでの光路が最長である光束よりも、前記光路が最短である光束に近い位置を通過し、前記共役面Aと直交する第1基準軸を有し、
前記第2光学系は、前記共役面Aから前記共役面Bまでの光路が最長である光束よりも、前記光路が最短である光束に近い位置を通過し、前記共役面Bと直交する第2基準軸を有し、
前記第1光学系の出射点から前記第2光学系の入射点までの前記第1基準軸に沿った距離をS1、前記第2光学系の出射点から前記共役面Bまでの前記第2基準軸に沿った距離をS2、
前記第1光学系の前記第1基準軸に最も近い点から出射する光束の前記第1及び第2光束断面内の収束点と前記第1光学系の出射点との間の距離のうち、最長の距離をL11、最短の距離をL21、
前記第1光学系の前記第1基準軸から最も離れた点から出射する光束の前記第1及び第2の光束断面内における収束点と、前記第1光学系の出射点との間の距離のうち、最長の距離をL1n、最短の距離をL2n、
前記第1光学系から前記第2光学系までの任意の光束に沿った距離をD1、前記第2光学系から前記共役面Bまでの前記任意の光束に沿った距離をD2、としたとき、
S1≦L11≦S1+S2
S1≦L21≦S1+S2
L11/L1n<0.25
0<L21/L2n<1.5
D1<D2
の各条件を満たす結像光学系。 - 共役面A上にある画像形成素子から開き角10°以上で発散された複数の光束を共役面Bに斜めから入射させて、前記共役面B上に、前記画像形成素子によって形成された画像の拡大画像を形成可能な結像光学系であって、
第1光学系と、第2光学系とを有し、
前記第1光学系は、全てに共通する光軸は存在しないが、各々が回転対称軸を有する複数の光学素子からなり、前記画像形成素子から発せられた前記複数の光束をその主光線と平行な第1の光束断面及び該第1の光束断面と交差する第2光束断面の双方において収束させ、
前記第2光学系は、前記第1光学系を通過した光束を前記共役面B上において収束させ、
前記第1光学系は、前記共役面Aから前記共役面Bまでの光路が最長である光束よりも、前記光路が最短である光束に近い位置を通過し、前記共役面Aと直交する第1基準軸を有し、
前記第2光学系は、前記共役面Aから前記共役面Bまでの光路が最長である光束よりも、前記光路が最短である光束に近い位置を通過し、前記共役面Bと直交する第2基準軸を有し、
前記第1光学系の出射点から前記第2光学系の入射点までの前記第1基準軸に沿った距離をS1、前記第2光学系の出射点から前記共役面Bまでの前記第2基準軸に沿った距離をS2、
前記第1光学系の前記第1基準軸に最も近い点から出射する光束の前記第1及び第2の光束断面内における収束点と、前記第1光学系の出射点との間の距離のうち、最長の距離をL11、最短の距離をL21、
前記第1光学系の前記第1基準軸から最も離れた点から出射する光束の前記第1及び第2の光束断面内における収束点と、前記第1光学系の出射点との間の距離のうち、最長の距離をL1n、最短の距離をL2n、
前記距離L1と前記距離S1との比S1/L1の最大値と最小値との差をΔSL、としたとき、
S1≦L11≦S1+S2
S1≦L21≦S1+S2
L11/L1n<0.25
0<L21/L2n<1.5
の各条件を満たし、さらに、
S1/L11>0.6
(S1+S2)/L2n<1
ΔSL>0.6
の各条件の少なくとも一つを満たす結像光学系。 - 共役面A上にある画像形成素子から開き角10°以上で発散された複数の光束を共役面Bに斜めから入射させて、前記共役面B上に、前記画像形成素子によって形成された画像の拡大画像を形成する結像光学系であって、
第1光学系と、第2光学系とを有し、
前記第1光学系は、全てに共通する光軸は存在しないが、各々が回転対称軸を有する複数の光学素子からなり、前記画像形成素子から発せられた前記複数の光束をその主光線と平行な第1の光束断面及び該第1の光束断面と交差する第2光束断面の双方において収束させ、
前記第2光学系は、前記第1光学系を通過した光束を前記共役面B上において収束させ、
前記第1光学系は、前記共役面Aから前記共役面Bまでの光路が最長である光束よりも、前記光路が最短である光束に近い位置を通過し、前記共役面Aと直交する第1基準軸を有し、
前記第2光学系は、前記共役面Aから前記共役面Bまでの光路が最長である光束よりも、前記光路が最短である光束に近い位置を通過し、前記共役面Bと直交する第2基準軸を有し、
前記第1光学系の出射点から前記第2光学系の入射点までの前記第1基準軸に沿った距離をS1、前記第2光学系の出射点から前記共役面Bまでの前記第2基準軸に沿った距離をS2、
前記第1光学系の前記第1基準軸に最も近い点から出射する光束の前記第1及び第2の光束断面内における収束点と、前記第1光学系の出射点との間の距離のうち、最長の距離をL11、最短の距離をL21、
前記第1光学系の前記第1基準軸から最も離れた点から出射する光束の前記第1及び第2の光束断面内における収束点と、前記第1光学系の出射点との間の距離のうち、最長の距離をL1n、最短の距離をL2n、
前記第1光学系から前記第2光学系までの任意の光束に沿った距離をD1、前記第2光学系から前記共役面Bまでの前記任意の光束に沿った距離をD2、
前記距離L1と前記距離S1との比S1/L1の最大値と最小値との差をΔSL、としたとき、
S1≦L11≦S1+S2
S1≦L21≦S1+S2
L11/L1n<0.25
0<L21/L2n<1.5
D1<D2
の各条件を満たし、さらに、
S1/L11>0.6
(S1+S2)/L2n<1
ΔSL>0.6
の各条件の少なくとも一つを満たす結像光学系。 - 前記第1光学系及び第2光学系が、前記共役面B上の画像とほぼ相似な縮小画像を前記共役面A上に形成可能な結像作用を有する請求項1から請求項4のいずれかに記載の結像光学系。
- 前記第1光学系が屈折光学素子によって構成され、前記第2光学系が反射光学素子によって構成されている請求項1から請求項4のいずれかに記載の結像光学系。
- 前記第1光学系が反射光学素子によって構成され、前記第2光学系が屈折光学素子によって構成されている請求項1から請求項4のいずれかに記載の結像光学系。
- 前記第1光学系及び前記第2光学系が、反射光学素子によって構成されている請求項1から請求項4のいずれかに記載の結像光学系。
- 前記共役面Bに入射する全ての光束が、前記共役面Bの法線に対して45°以上の傾きを有する請求項1から請求項4のいずれかに記載の結像光学系。
- 前記第2光学系が、単一の光学素子によって構成されている請求項1から請求項4のいずれかに記載の結像光学系。
- 前記第2光学系が、単一の反射光学素子によって構成されている請求項1から請求項4のいずれかに記載の結像光学系。
- 前記第2光学系が、前記第1光学系を通過した光束を前記共役面B上において収束させる作用を有する回転対称軸を備えた光学素子を有する請求項1から請求項4のいずれかに記載の結像光学系。
- 前記第1光学系を構成する全ての光学素子が互いに偏心している請求項1から請求項4のいずれかに記載の結像光学系。
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