JP2004361651A - テレセントリックレンズ系および走査光学系・画像表示装置及び画像撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ライン型デバイスを用いる画像表示装置や画像撮影装置に適したテレセントリックレンズ系を実現する。
【解決手段】１方向に長いスリット状の物体画像を変倍して結像するレンズ系であって、瞳が全系の拡大側に設定され、拡大側から縮小側へ向かって前群、後群を配してなり、前群は、少なくとも１枚の凹レンズを含む３枚以上のレンズで構成されて正の屈折力を有し、後群は１枚もしくは２枚の正レンズから成り正の屈折力を有し、全系の焦点距離：ｆ、全系のＦＮＯ．：Ｆ、上記前群の焦点距離：ｆｆ、瞳から前群の最も拡大側のレンズ面までの光軸上の距離：ｄ０が、条件：（１） ２ ＜ ｆｆ／ｆ ＜ １０ （２） Ｆ×ｄ０／ｆ ＞ ０．８
を満足する。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、テレセントリックレンズ系および走査光学系・画像表示装置及び画像撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から知られたデジタルプロジェクタは、ＬＣＤのようなエリア型変調デバイスを用い、エリア型変調デバイスに表示された２次元画像を投射することにより２次元の画像表示を行っている。また、デジタルビデオのような画像撮影装置ではＣＣＤなどのエリア型撮像デバイスを使用し、エリア型撮像デバイスの受光面上に２次元の画像を結像させて撮像を行っている。
このような２次元的なデバイス（ＬＣＤやＣＣＤ等）に代えて、１列もしくは複数列のライン型変調デバイスやライン型撮像デバイスを用い、光束をこれらライン型変調デバイスやライン型撮像デバイスの「長手方向に直交する方向」へ走査することにより、２次元画像を表示したり撮像したりすることが意図されている（特許文献１等）。
【０００３】
１列又は数列のライン型変調デバイスやライン型撮像デバイスは、製造が容易で歩留まりが良く低コストで製造でき、画素の高密度化も容易であるため、画像表示装置や画像撮影装置の小型化・低コスト化が可能である。
【０００４】
このようなライン型変調デバイスやライン型撮像デバイスを用いる画像表示装置や画像撮影装置に用いられるレンズは「デバイス側がテレセントリック」であることが好ましい。「テレセントリックレンズ系」は、デフォーカス量が変化しても結像倍率が変わらないという性質があり、従来から測定器や投影機、観察装置などのレンズ系として使用されてきた。
【０００５】
このようなテレセントリックレンズ系で、この発明のものと同様に「瞳を拡大側に設定したもの」としては、特許文献２等に記載のものが知られている。
【０００６】
ライン型のデバイスを用いる画像表示装置や画像撮影装置では、光束を偏向させる光偏向手段が必要であるが、光偏向手段による光束偏向のためのエネルギを少なくするには、光偏向手段の可動部を小型化するのがよく、このようにすると、結像レンズ系は光偏向手段に近接して配置可能である必要がある。結像レンズ系はまた、良好な光学諸特性を有し、最周辺まで開口効率がほぼ１００％であることが当然に要求され、小型・低コストに実現できることが好ましい。
【０００７】
【特許文献１】
特開平 ９−２３６７４７号公報
【特許文献２】
特開平１０−１２３４１８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、ライン型デバイスを用いる画像表示装置や画像撮影装置の結像レンズ系に適したテレセントリックレンズ系、このレンズ系を用いる光走査装置、この光走査装置を用いる画像表示装置、画像撮影装置の実現を課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明のテレセントリックレンズ系は「１方向に長いスリット状の物体画像を変倍して結像するレンズ系」で、以下のごとき特徴を有する（請求項１）。 即ち、「瞳」が全系の拡大側に設定され、拡大側から縮小側へ向かって前群、後群を配してなる。即ち、瞳との関係では「瞳側にあるのが前群」であり、瞳は前群よりも拡大側に設定される。
【００１０】
「前群」は、少なくとも１枚の凹レンズを含む３枚以上のレンズで構成されて正の屈折力を有する。
「後群」は、１枚もしくは２枚の正レンズから成り、正の屈折力を有する。
【００１１】
全系の焦点距離：ｆ、全系のＦＮＯ．：Ｆ、前群の焦点距離：ｆｆ、瞳から前群の最も拡大側のレンズ面までの光軸上の距離：ｄ０は、条件：
（１） ２ ＜ ｆｆ／ｆ ＜ １０
（２） Ｆ×ｄ０／ｆ ＞ ０．８
を満足する。
【００１２】
この請求項１記載のテレセントリックレンズ系における「前群」は、瞳側に曲率の強い面を向けた凸の第１レンズ、両凹の第２レンズ、第２面が縮小側に曲率の強い凸面を向けた凸レンズである第３レンズを、拡大側から縮小側に向かって上記順序に配置した構成とすることができる（請求項２）。この場合、前群は、瞳側、即ち、拡大側から縮小側へ向かって、第１、第２、第３レンズの順に配置されるのであり、第３レンズはその縮小側の面である第２面が「縮小側に向いた曲率の強い凸面」である。
【００１３】
上述の如く、「後群」は「１枚もしくは２枚の正レンズ」で構成されるが、請求項２記載のテレセントリックレンズ系における「後群」は、両凸の単レンズであることができる（請求項３）。勿論、後群を２枚の凸レンズとし、各凸レンズに、屈折力を適切に配分することにより、広角化などの要請に応じることが可能である。
【００１４】
上記請求項２または３記載のテレセントリックレンズ系は、前群と後群の少なくとも一方に、少なくとも１面の非球面を有することが好ましい（請求項４）。
【００１５】
請求項２〜４の任意の１に記載のテレセントリックレンズ系は、焦点距離：ｆｆ、後群の焦点距離：ｆｒ、拡大側から数えて第ｊ番目のレンズの焦点距離：ｆｊ、拡大側から数えて第ｉ面の曲率半径：ｒｉ、第ｉ面と第ｉ＋１面との面間隔：ｄｉが条件：
（３） ０．０５ ＜ ｆ１／ｆｆ ＜ ０．５
（４） ０．５ ＜ （｜ｒ６｜＋ｄ６）／ｆｒ ＜ １．５
を満足することが好ましい（請求項５）。
【００１６】
請求項２〜５の任意の１に記載のテレセントリックレンズ系は、拡大側（瞳側）から数えて第ｊ番目のレンズのｄ線に対する屈折率：Ｎｊ、アッベ数：νｊが条件：
（５） （Ｎ１＋Ｎ３＋Ｎ４）／３ ＞ １．６
（６） ν２ ＜ ３０
を満足することが好ましい（請求項６）。
【００１７】
この発明の「走査光学系」は、上記請求項１〜６の任意の１に記載のテレセントリックレンズ系を用い「テレセントリックレンズ系の拡大側において、光束をスリット状の物体画像の長手方向に直交する方向に偏向させる光偏向手段を、瞳面位置に略合致させて配置した」ことを特徴とする（請求項７）。この走査光学系における光偏向手段としては、ガルバノミラーが好適である（請求項８）。
【００１８】
この発明の画像表示装置は、請求項７または８記載の走査光学系を用い、縮小側の共役位置に、微小な光変調素子を１列または複数列に配列させた１次元の光変調手段を設置し、１次元の光変調手段により変調された光束をテレセントリックレンズ系によりスリット状の拡大像として結像させ、光偏向手段による光束偏向により、拡大像の長手方向に直交する方向へ光走査を行って２次元画像を表示することを特徴とする（請求項９）
請求項９記載の画像表示装置における光変調手段を、変調信号に対応して入射光束の反射方向を変える非自己発光型の反射タイプのものとし、光変調手段の反射偏向角の正弦値が、テレセントリックレンズ系の開口数に略等しいか、やや大きく設定されているようにすることができる（請求項１０）。
【００１９】
この発明の画像撮影装置は、請求項７または８の走査光学系を用い、縮小側の共役位置に、微小な受光素子を１列または複数列に配列させた１次元の電子撮像デバイスを設置し、拡大側における２次元の被写体画像を光偏向手段により走査して、上記２次元の被写体画像を上記電子撮像デバイスで撮像することを特徴とする（請求項１１）。
【００２０】
「１次元の電子撮像デバイス」は、例えばＣＣＤラインセンサ等である。
【００２１】
上述の如く、この発明のテレセントリックレンズ系は、拡大側（瞳側）から縮小側へ向かって順に、前群、後群を配置するのであるが、「前群」は、主に結像のために光束を集束する役割を担当し、球面収差、コマ収差、色収差の補正を行うことが重要である。
【００２２】
このような前群の構成として、トリプレットタイプやテッサータイプ、エルノスタタイプ、変形ガウスタイプなど「簡単な構成でバランスの良い収差補正が可能なタイプ」を用い、各タイプが持つ特長を生かして構成することは有用であるが、瞳を拡大側に設定しているので、これに応じて「最適に変形」することは言うまでもない。
【００２３】
「後群」は、前群からの光束の主光線を「光軸とほぼ平行にしテレセントリック性を実現する」ために配置され、画角の収差である歪曲収差、像面湾曲の補正を一部分担することができる。
【００２４】
前記の条件（１）の下限を超えると、全系の焦点距離：ｆに対して、前群の焦点距離：ｆｆが相対的に小さくなり、前群の正のパワーが強くなりすぎ、上述の「前群が受け持つべき収差」である球面収差、コマ収差、色収差の補正が困難になり、良好な光学性能を実現することが難しい。
【００２５】
条件（１）の上限を超えると、前群の正のパワーが弱くなりすぎ、この弱いパワーを後群が補わねばならないため、歪曲収差、像面湾曲などの「画角の収差」を後群が有効に分担しきれなくなり、これら「画角の収差」が大きくなる。また、前群中唯一の凹レンズのパワーも小さくなり色収差が補正不足になりやすい。
【００２６】
条件（２）は、瞳面位置に偏向手段を配置し、走査を行うのに必要な条件である。条件（２）の意義を、図１を参照して説明する。
【００２７】
図１は、拡大側の「１方向に長い、スリット状の物体画像（２次元画像の一部）」をテレセントリックレンズ系により、該レンズ系の縮小側に配置したライン型の撮像手段の受光面上に結像させつつ、光偏向手段により結像光束を走査することにより、拡大側の２次元画像を撮像して２次元画像を撮影するときの説明図である。
【００２８】
符号１１は前群における第１レンズ（最も拡大側に位置するレンズ）を示し、符号１２は前群の拡大側（図の左方）に設定された瞳面（仮想的な絞り）、符号１３は光偏向手段の偏向ミラーを示している。
【００２９】
拡大側における「１方向に長いスリット状の物体画像（図示されず）」は、図面に直交する方向を長手方向とし、図１の上方に位置する。また、ライン型の撮像手段（図示されず）は、その長手方向を図面に直交させて、前群１１の縮小側（図において右方）に位置している。
【００３０】
テレセントリックレンズ系の光軸と偏向ミラー１３とが角：４５°をなすとき、「２次元画像の中心部の像（図面に直交する方向に長いスリット状の画像領域の像）」が撮像素子に結像される。
【００３１】
前記諸量を用いると、瞳が拡大側に設定されているので、光束径＝瞳径：φ＝ｆ／Ｆである。従って、Ｆ＝ｆ／φであるから、条件（２）のＦにｆ／φを代入すると、
ｄ０／φ＞０．８
が得られ、両辺を２で除して、
ｄ０／（φ／２）＞１．６
が得られる。
【００３２】
ｄ０／（φ／２）＝１．６＝ｔａｎαとすれば、
α＝Ａｒｃｔａｎ（１．６）≒５８°
であり、偏向ミラー１３が、αと４５°との差：θ＝１３°だけ回転すると、偏向ミラー１３のミラー面が、前群の第１レンズ１１のレンズ面に対する接平面１１Ａと干渉することになる。実際には、前群の鏡枠部材や偏向ミラー１３の厚さと余裕、可動に必要なスペースを考慮する必要があり、偏向ミラー１３の回転可能な角度：±θは上記１３°よりも小さい。
【００３３】
コンピュータ系の表示画面の縦横比＝３：４、ハイビジョン画面の縦横比＝９：１６の長辺を光走査で実現する場合等、広画角の走査にとって条件（２）を満足することが必要となる。
【００３４】
前群としては「諸収差の補正が可能で最も構成枚数の少ないトリプレットタイプ」を使用できる。瞳を拡大側に設定した所謂「フロント絞り」では、通常のレンズ系と異なり、絞り（瞳）に対するレンズ配置が著しく非対称であり、特にコマ収差の補正には制約が多い。即ち、下光線は比較的「レンズ中央部」を通過するため、コマ収差の発生する面を使用すると補正の手段があまりない。このため、レンズの向きが重要となる。
【００３５】
上光線は「レンズの周辺部」を通過するので、コマ収差の制御は可能であるが、大きな収差を「異符号の収差でうち消す」場合、高次の収差が残りがちであり、この場合もレンズの向きが重要となる。
【００３６】
このような点を考慮して、請求項２記載のテレセントリックレンズ系では、前群の構成を、瞳側（拡大側）に曲率の強い面を向けた凸の第１レンズ、両凹の第２レンズ、第２面が「縮小側に曲率の強い凸面を向けた凸レンズ」である第３レンズを拡大側から上記順序に配列した構成としている。
【００３７】
このとき、第１レンズの第１面は下光線が光軸から離れて通るため「瞳側を強い曲率の面」にする。第１レンズの第２面（縮小側の面）は凸面、平面、緩い凹面のいずれでも良く、明るさなどの仕様に応じて適宜設定できるが、この第２面を「曲率の大きな凹面」にすることは「集束性のパワー不足」を招来するので好ましくない。第２レンズは「上光線に発散性のコマ収差を付与する箇所」であり、両凹の形状にして発散を分担することが重要で、このようにすることによりコマ収差の色分離を低減できる。
【００３８】
第３レンズの第１面（拡大側面）はパワーのない平面か緩い凹面とし、第２面に必要なパワーを持たせる。このようにすることにより「像面湾曲の増大を抑えコマ収差のバランスを得る」ことができる。
【００３９】
請求項３記載のテレセントリックレンズ系のように、後群として「両凸の単レンズ」を用いると、請求項２の場合との組み合わせにより、機能上「最小構成枚数」である４枚構成でありながら重要な諸収差の補正が可能になる。前群と後群との配置間隔を広げ、前群のレンズ有効径をコンパクトにする場合、「後群のレンズ形状」は両凸形状が良く、上記配置間隔を狭くする場合には、曲率の強い凸面を瞳側に向けた平凸に近い形状のレンズが好適である。
【００４０】
請求項４記載のテレセントリックレンズ系のように「前群と後群の少なくとも一方に、少なくとも１面の非球面を用いる」ことは有効である。即ち、前群の瞳に近い面に非球面を用いることで、球面収差と「画角で緩やかに変動するコマ収差」とを制御でき、明るい仕様のレンズ系に対して収差補正上有効である。
【００４１】
前群で「瞳から離れた面」に非球面を用いると、上光線のコマ収差の制御ができて高性能を実現できる。後群に用いる非球面は、上光線のコマ収差補正に加え像面湾曲を低減でき、広角の仕様で特に有効である。
【００４２】
請求項５に記載された条件（３）、（４）のうちの、条件（３）は、前群第１レンズの焦点距離：ｆ１の範囲を、前群の焦点距離：ｆｆで規制する条件であり、下限を超えると前群第１レンズのパワーが強くなりすぎ、前群第１レンズで発生する球面収差が大きくなり、前群第２レンズでの補正が困難になる。上限を越えると前群第３レンズに相対的に大きなパワーが必要になり、第３レンズの第１面（拡大側面）を「パワーのない平面もしくは緩い凹面」にできなくなり、コマ収差、像面湾曲が増大する。
【００４３】
条件（４）は主光線の「第６面（前群第３レンズの縮小側面）からの射出角」を大きくすることなく、像面湾曲を低減し得る条件であり、上限・下限を何れに超えても像面湾曲補正が困難になる。
【００４４】
請求項６に記載された条件（５）、（６）のうち、条件（５）は「全系中の３枚の凸レンズ」の平均屈折率を規制し、球面収差、コマ収差、ペッツバール和を低減できる条件である。特に、第１レンズ（最も拡大側にあるレンズ）の屈折率：Ｎ１を
Ｎ１ ＞ １．６
とすることは有効である。
【００４５】
非球面などの特殊面の採用やコストダウンなどを目的に屈折率の低いプラスチックレンズを採用する場合も、条件（５）を満足することで高性能が得られる。
【００４６】
条件（６）は、全系中唯一の凹レンズである第２レンズに分散の大きな材料を用いることにより、近軸の色収差、倍率の色収差を適正化できる条件である。また第２レンズの両面の曲率を過度に強くせずに、発散性の収差を適正にするために重要である。
【００４７】
上記の如く、この発明の走査光学系は、テレセントリックレンズ系を用い、瞳面に略一致させて光偏向手段（の偏向面）を配置する。瞳面では光線有効面積が極小になるので偏向面を小面積化でき、駆動部分の負荷を低減させて高精度駆動が可能になり、作動時の省エネルギ化を実現できる（請求項７）。
【００４８】
光偏向手段としてガルバノミラーを用いる（請求項８）ことで偏向ミラーの有効寸法を小さくでき、走査光学系を小型に構成できる。また、必要な偏向角に対し、ガルバノミラーの最大振れ角を適正に設定でき、有効走査期間率を向上でき、効率が良く明るい走査光学系を達成できる。
【００４９】
この発明の画像表示装置では、光変調手段から射出する光は「光変調素子面に直交する方向に指向性」を有する場合、結像レンズがテレセントリック性を有することで中心の素子からの光も周辺も同様に効果的に取り込むことができる。
【００５０】
テレセントリックレンズ系は、所定の位置に、光変調手段の拡大したスリット状の像を結像させるが、その光路中最も光線有効面積が小さくなる瞳面の近傍に偏向面を設置する。
【００５１】
偏向面を偏向させることで「偏向面から拡大共役位置までの距離を半径とする円筒面上」に表示画像を得ることができる。このとき「偏向面と表示面との間に走査光学系を配置」し、像面湾曲を補正して「円筒状の表示面を平面状にする」ことが可能である。
【００５２】
請求項１０記載の画像表示装置のように、光変調手段として「変調信号に対応して入射光束の反射方向を変える非自己発光型の反射タイプのもの」を用い、光変調手段の反射偏向角の正弦値が「テレセントリックレンズ系の開口数に略等しいかやや大きく」なるように設定することにより、光の利用効率を最適化した画像表示装置が得られる。非自己発光型で反射タイプの光変調手段を用いると、１次元に集束する照明光源が必要であり、照明光束とＯＮ信号に対応して反射した光束を分離することが必要である。
【００５３】
【発明の実施の形態】
図２を参照して、画像表示装置の実施の１形態を説明する。
図中、符号２０は「照明光学系」、符号２４は「１次元の光変調手段」、符号２５はテレセントリックレンズ系の「前群」、符号２６は同「後群」を示し、符号２７は「光偏向手段」としてのガルバノミラー、符号２８は「走査光学系」としての走査レンズ系、符号２９は「スクリーン」を示している。
【００５４】
照明光学系２０は、線状光源２１および反射鏡２２、シリンドリカルレンズ２３を有している。線状光源２１としては、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等を使用できる。線状光源２１は、１次元の光変調素子２４より「やや長い」線状の発光源を有している。
【００５５】
反射鏡２２は、１方向にのみ有限の曲率をもつ凹面鏡であり、反射面の断面形状は、円形、楕円形状、放物線形状、あるいは「高次項を含む非円弧形状」であることができる。
【００５６】
線状光源２１、反射鏡２２、シリンドリカルレンズ２３は、長手方向を互いに平行とし、かつ、これら長手方向は１次元の光変調手段２４の長手方向と平行にされ、線状光源２１から放射される光が反射鏡２２、シリンドリカルレンズ２３の作用により、光変調手段２４における光変調領域にスリット状に集光するようになっている。図面に直交する方向が上記「長手方向」である。
【００５７】
１次元の光変調手段２４は、微小な光変調素子を図面に直交する長手方向へ３列に配列させたものである。微小な光変調素子は「反射面の向きを制御できる微小な反射素子」であり、１素子の反射面サイズ：１９μｍ×２０μｍ、素子の配列ピッチ：２０μｍで、１列ごとに７６８個の素子が直線状に配置され、配列長は略１５．３６ｍｍである。
【００５８】
光変調素子の３列の配列には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタが接合手法で一体に作製され、これらＲ・Ｇ・Ｂのカラーフィルタを形成された３列の光変調素子列は４０μｍ間隔で配列され、Ｒ・Ｇ・Ｂの３列で幅：約０．１ｍｍとなる。
【００５９】
即ち、１次元の光変調手段２４における「光変調領域」は、長さ：１５．３６ｍｍ、幅：０．１ｍｍのスリット状であり、照明光学系２０による照明光は、上記光変調領域を包含する「より広いスリット状領域」に集光する。各素子列に変調信号が印加されると、変調された光束がテレセントリックレンズ系の後群２６に入射し、前群２５を透過し、ガルバノミラー２７で反射され、走査レンズ系２８を介して、スクリーン２９上にスリット状の画像を結像投影する。
【００６０】
ガルバノミラー２７を駆動して結像光束を走査することにより、光変調手段に印加される２次元画像情報に対応するカラー画像をスクリーン２９上に表示することができる。
【００６１】
前群２５と後群２６で構成されるテレセントリックレンズ系は、焦点距離：３６ｍｍ、共役長：１．５ｍで、結像倍率：３９倍の拡大像をスクリーン２９上に結像させる。物体となる光変調手段の、幅：０．１ｍｍ、長さ：１５．３６ｍｍのスリット状画像は、スクリーン２９上において、幅：３．９ｍｍ、長さ：６００ｍｍに拡大されたスリット状のカラー画像となる。
【００６２】
テレセントリックレンズ系の前群２５の拡大側に設定された瞳面において、結像の有効光束が最も収束するので、この瞳面に近接してガルバノミラー２７のミラー面を位置させることにより、ミラー面の面積を小さく設定できる。説明中の実施の形態においては、ガルバノミラー２７として、ミラー最大振れ角：１２度で正弦波振動するものが想定され、テレセントリックレンズ系の光軸に対して４５度の位置を基準位置とし、基準位置の周りに±９°の範囲で光束を偏向させ、スクリーン２９上の８００ｍｍの表示領域を走査するようにしている。
【００６３】
走査レンズ系２８は、テレセントリックレンズ系の像面湾曲を補正して「円筒状の結像面を平面状とする」ことにより、表示画像の像面をスクリーン２９に合致させている。
【００６４】
走査レンズ系２８に「ガルバノミラー２７の振れ角：βと表示像高の関係が、Ａｒｃｓｉｎβの関係を満足する」ような歪曲収差を与えることにより、スクリーン２９上に表示された画像の走査速度を等速化することもできるが、走査レンズ系２８のレンズ構成が複雑になり易いので、むしろ、光変調手段２４に印加する変調信号を電気的に補正することが好ましい。
【００６５】
図２に示したのは画像表示装置の実施の１形態であるが、１次元の光変調手段２４の位置に、受光エレメントを１列もしくは複数列（例えば３列）に配列し、色分解機能を持たせた電子撮像デバイス（ＣＣＤカラーラインセンサ等）を設置し、スクリーン２９の位置に読取るべき画像を有する原稿を位置させ、原稿の照明走査を行えば、原稿画像を画像信号に変換する画像撮影装置（請求項１１）として構成できることは容易に理解されるであろう。このような画像撮影装置は、例えば、ブック読取タイプのスキャナなどとして実施できる。
【００６６】
【実施例】
以下、図２に示した実施の形態に使用可能なテレセントリックレンズ系の具体的な実施例を４例挙げる。
【００６７】
各実施例とも「縮小像を作る配置」で説明する。実施例１〜４に対し、全系の焦点距離：ｆ＝３４．０７、縮小倍率：Ｍ＝−０．０２５６は共通である。
【００６８】
瞳側（拡大側）から数えて、第ｉ番目のレンズ面の曲率半径（非球面にあっては近軸曲率半径）をｒｉ、拡大側から数えて第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ面の光軸上の間隔をｄｉ、拡大側から数えて第ｊ番目のレンズのｄ線に対する屈折率およびアッベ数をそれぞれ、ｎｊ、νｊとする。
「ＦＮＯ．」はＦナンバ、「ω」は半画角である。
【００６９】
「非球面」は、光軸方向の座標：Ｘ、半径方向の座標：Ｙ、近軸曲率半径：Ｒ、円錐定数：Ｋ、高次の係数：Ｍ４、Ｍ６、Ｍ８、・・として、周知の次式により表し、上記Ｒ、Ｋ、Ｍ４、Ｍ６、Ｍ８等を与えて形状を特定する。
【００７０】
Ｘ＝Ｙ^２／［Ｒ＋Ｒ√｛１−（１＋Ｋ）Ｙ^２／Ｒ^２｝］＋Ｍ４・Ｙ^４＋Ｍ６・Ｙ^６＋Ｍ８・Ｙ^８＋Ｍ１０・Ｙ^１０＋Ｍ１２・Ｙ^１２・・各実施例につき、構成図、収差図およびＭＴＦ曲線図を示す。球面収差と正弦条件の図では通例に従い正弦条件を破線で示す。像面湾曲の図で実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面を示す。
【００７１】
コマ収差の図では、下から順に像高比：ｐ＝０．０、０．５、０．８、１．０の収差曲線を示す。必要に応じてｄ線、ｇ線、Ｃ線の別を記入した。
【００７２】
ＭＴＦ曲線図（図５、図８、図１１、図１４）は、３つの波長に２：１：１のウエイトを付け波動光学的に計算したものを「横軸をデフォーカス」として記載した。受光素子や変調素子には「ピッチが２０μｍのもの」を用いるので空間周波数は２５本／ｍｍを採用している。
【００７３】
像高比はコマ収差と同じで実線はサジタル、破線はメリディオナルである。４実施例とも開口効率は最周辺の像高まで１００％である。
【００７４】

【００７５】
各条件のパラメータの値：
（１） ｆｆ／ｆ＝２．５３
（２） Ｆ・ｄ０／ｆ＝０．８４
（３） ｆ１／ｆｆ＝０．２３
（４） （｜ｒ６｜＋ｄ６）／ｆｒ＝０．８５
（５） （Ｎ１＋Ｎ３＋Ｎ４）／３＝１．７５５
レンズ構成図を図３に、収差図を図４に、ＭＴＦ曲線図を図５に示す。
【００７６】

各条件のパラメータの値：
（１） ｆｆ／ｆ＝２．３１
（２） Ｆ・ｄ０／ｆ＝０．８４
（３） ｆ１／ｆｆ＝０．３０
（４） （｜ｒ６｜＋ｄ６）／ｆｒ＝０．６４
（５） （Ｎ１＋Ｎ３＋Ｎ４）／３＝１．７３６
レンズ構成図を図６に、収差図を図７に、ＭＴＦ曲線図を図８に示す。
【００７７】

【００７８】
第１面は非球面であり、各係数の値は以下の如くである。
Ｋ＝０．０、Ｍ４＝−０．８０３Ｅ−０５、Ｍ６＝−０．１３６Ｅ−０７、Ｍ８＝−０．５６４Ｅ−１０、
Ｍ１０＝０．６６２Ｅ−１２、 Ｍ１２＝−０．８０Ｅ−１４
上の表記において例えば「−０．８０Ｅ−１４」は「−０．８０×１０^−１４」を意味する。
【００７９】
各条件のパラメータの値：
（１） ｆｆ／ｆ＝４．０９
（２） Ｆ・ｄ０／ｆ＝０．８１
（３） ｆ１／ｆｆ＝０．１３
（４） （｜ｒ６｜＋ｄ６）／ｆｒ＝１．１０
（５） （Ｎ１＋Ｎ３＋Ｎ４）／３＝１．７１６
レンズ構成図を図９に、収差図を図１０に、ＭＴＦ曲線図を図１１に示す。
【００８０】

【００８１】
第７面は非球面であり、各係数の値は以下の如くである。
Ｋ＝０．０、Ｍ４＝−０．２８４Ｅ−０４、Ｍ６＝−０．５５８Ｅ−０８、Ｍ８＝０．１９２Ｅ−０９、
Ｍ１０＝−０．３５Ｅ−１１、Ｍ１２＝０．１１７Ｅ−１３
各条件のパラメータの値：
（１） ｆｆ／ｆ＝７．９２
（２） Ｆ・ｄ０／ｆ＝１．０３
（３） ｆ１／ｆｆ＝０．０７
（４） （｜ｒ６｜＋ｄ６）／ｆｒ＝０．５７
（５） （Ｎ１＋Ｎ３＋Ｎ４）／３＝１．６６７
レンズ構成図を図１２に、収差図を図１３に、ＭＴＦ曲線図を図１４に示す。
【００８２】
実施例１〜４の収差図及びＭＴＦ曲線図は良好な特性を示している。
【００８３】
なお、レンズ構成を示す図３、図６、図９、図１２において、図の左方が拡大側であり、図中に「絞り」とあるのは、瞳面に合致させた「仮想的な絞り」を意味する。
【００８４】
上に挙げた実施例１〜４のテレセントリックレンズ系は何れも、１方向に長いスリット状の物体画像を変倍して結像するレンズ系であって、瞳が全系の拡大側に設定され、拡大側から縮小側へ向かって前群（ｊ＝１〜３）、後群（ｊ＝４）を配してなり、前群は、少なくとも１枚の凹レンズ（ｊ＝２）を含む３枚以上のレンズで構成されて正の屈折力を有し、後群（ｊ＝４）は１枚の正レンズで構成され正の屈折力を有し、全系の焦点距離：ｆ、全系のＦＮＯ．：Ｆ、上記前群の焦点距離：ｆｆ、上記瞳から前群の最も拡大側のレンズ面までの光軸上の距離：ｄ０が、条件：
（１） ２ ＜ ｆｆ／ｆ ＜ １０
（２） Ｆ×ｄ０／ｆ ＞ ０．８
を満足する（請求項１）。
【００８５】
また、実施例１〜３では、前群（ｊ＝１〜３）が、瞳側に曲率の強い面を向けた凸の第１レンズ、両凹の第２レンズ、第２面が縮小側に曲率の強い凸面を向けた凸レンズである第３レンズを、拡大側から縮小側に向かって上記順序に配置してなり（請求項２）、実施例１〜４とも後群（ｊ＝４）が、両凸の単レンズであり（請求項３）、実施例３、４は、前群と後群の少なくとも一方に、少なくとも１面の非球面を有する（請求項４）。
【００８６】
また、実施例１〜４とも、前群の焦点距離：ｆｆ、後群の焦点距離：ｆｒ、拡大側から数えて第ｊ番目のレンズの焦点距離：ｆｊ、拡大側から数えて第ｉ面の曲率半径：ｒｉ、上記第ｉ面と第ｉ＋１面との面間隔：ｄｉが条件：
（３） ０．０５ ＜ ｆ１／ｆｆ ＜ ０．５
（４） ０．５ ＜ （｜ｒ６｜＋ｄ６）／ｆｒ ＜ １．５
を満足し（請求項５）、拡大側から数えて第ｊ番目のレンズのｄ線に対する屈折率：Ｎｊ、アッベ数：νｊが条件：
（５） （Ｎ１＋Ｎ３＋Ｎ４）／３ ＞ １．６
（６） ν２ ＜ ３０
を満足する（請求項６）。
【００８７】
また、図２の実施の形態において、テレセントリックレンズ系として実施例１〜４の任意のものを用いたものは、テレセントリックレンズ系の拡大側において、光束をスリット状の物体画像の長手方向に直交する方向に偏向させる光偏向手段を瞳面位置に略合致させて配置した光走査装置（請求項７）であり、光偏向手段がガルバノミラーである（請求項８）。
【００８８】
そして、実施例１〜４の任意のものを用いた図２の実施の形態は、縮小側の共役位置に、微小な光変調素子を１列または複数列に配列させた１次元の光変調手段２４を設置し、１次元の光変調手段２４により変調された光束をテレセントリックレンズ系によりスリット状の拡大像として結像させ、光偏向手段２７による光束偏向により、拡大像の長手方向に直交する方向へ光走査を行って２次元画像を表示する画像表示装置（請求項９）であり、光変調手段２４が、変調信号に対応して入射光束の反射方向を変える非自己発光型の反射タイプのものであり、光変調手段の反射偏向角の正弦値は、テレセントリックレンズ系の開口数に略等しいかやや大きく設定されている（請求項１０）。
【００８９】
また、図２の実施の形態において、縮小側の共役位置に、光変調素子２４に代えて、微小な受光素子を１列または複数列に配列させた１次元の電子撮像デバイスを設置し、拡大側における２次元の被写体画像を光偏向手段により走査して、２次元の被写体画像を上記電子撮像デバイスで撮像する画像撮像装置を実現できる。
【００９０】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば新規なテレセントリックレンズ系および走査光学系・画像表示装置及び画像撮影装置を実現できる。この発明のテレセントリックレンズ系は実施例に示すように性能良好であり、これを走査光学系に用いることにより、良好な性能の画像表示装置・画像撮影装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】条件（２）の意義を説明するための図である。
【図２】画像表示装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図３】実施例１のテレセントリックレンズ系のレンズ構成を示す図である。
【図４】実施例１に関する収差図である。
【図５】実施例１に関するＭＴＦ曲線図である。
【図６】実施例２のテレセントリックレンズ系のレンズ構成を示す図である。
【図７】実施例２に関する収差図である。
【図８】実施例２に関するＭＴＦ曲線図である。
【図９】実施例３のテレセントリックレンズ系のレンズ構成を示す図である。
【図１０】実施例３に関する収差図である。
【図１１】実施例３に関するＭＴＦ曲線図である。
【図１２】実施例４のテレセントリックレンズ系のレンズ構成を示す図である。
【図１３】実施例４に関する収差図である。
【図１４】実施例４に関するＭＴＦ曲線図である。
【符号の説明】
１１ 前群の最も拡大側のレンズ
１２ 瞳面
１３ 光偏向手段のミラー

Claims (11)

1. １方向に長いスリット状の物体画像を変倍して結像するレンズ系であって、
   瞳が全系の拡大側に設定され、
   拡大側から縮小側へ向かって前群、後群を配してなり、
   上記前群は、少なくとも１枚の凹レンズを含む３枚以上のレンズで構成されて正の屈折力を有し、
   上記後群は、１枚もしくは２枚の正レンズから成り、正の屈折力を有し、
   全系の焦点距離：ｆ、全系のＦＮＯ．：Ｆ、上記前群の焦点距離：ｆｆ、上記瞳から前群の最も拡大側のレンズ面までの光軸上の距離：ｄ０が、条件：
   （１） ２ ＜ ｆｆ／ｆ ＜ １０
   （２） Ｆ×ｄ０／ｆ ＞ ０．８
   を満足することを特徴とするテレセントリックレンズ系。
2. 請求項１記載のテレセントリックレンズ系において、
   前群が、瞳側に曲率の強い面を向けた凸の第１レンズ、両凹の第２レンズ、第２面が縮小側に曲率の強い凸面を向けた凸レンズである第３レンズを、拡大側から縮小側に向かって上記順序に配置してなることを特徴とするテレセントリックレンズ系。
3. 請求項２記載のテレセントリックレンズ系において、
   後群が、両凸の単レンズであることを特徴とするテレセントリックレンズ系。
4. 請求項２または３の任意の１に記載のテレセントリックレンズ系において、
   前群と後群の少なくとも一方に、少なくとも１面の非球面を有することを特徴とするテレセントリックレンズ系。
5. 請求項２〜４の任意の１に記載のテレセントリックレンズ系において、
   前群の焦点距離：ｆｆ、後群の焦点距離：ｆｒ、拡大側から数えて第ｊ番目のレンズの焦点距離：ｆｊ、拡大側から数えて第ｉ面の曲率半径：ｒｉ、上記第ｉ面と第ｉ＋１面との面間隔：ｄｉが条件：
   （３） ０．０５ ＜ ｆ１／ｆｆ ＜ ０．５
   （４） ０．５ ＜ （｜ｒ６｜＋ｄ６）／ｆｒ ＜ １．５
   を満足することを特徴とするテレセントリックレンズ系。
6. 請求項２〜５の任意の１に記載のテレセントリックレンズ系において、
   拡大側から数えて第ｊ番目のレンズのｄ線に対する屈折率：Ｎｊ、アッベ数：νｊが条件：
   （５） （Ｎ１＋Ｎ３＋Ｎ４）／３ ＞ １．６
   （６） ν２ ＜ ３０
   を満足することを特徴とするテレセントリックレンズ系。
7. 請求項１〜６の任意の１に記載のテレセントリックレンズ系を用い、拡大側において、光束をスリット状の物体画像の長手方向に直交する方向に偏向させる光偏向手段を、瞳面位置に略合致させて配置したことを特徴とする走査光学系。
8. 請求項７記載の走査光学系において、
   光偏向手段がガルバノミラーであることを特徴とする走査光学系。
9. 請求項７または８記載の走査光学系を用い、縮小側の共役位置に、微小な光変調素子を１列または複数列に配列させた１次元の光変調手段を設置し、
   上記１次元の光変調手段により変調された光束をテレセントリックレンズ系によりスリット状の拡大像として結像させ、
   光偏向手段による光束偏向により、拡大像の長手方向に直交する方向へ光走査を行って２次元画像を表示することを特徴とする画像表示装置。
10. 請求項９記載の画像表示装置において、
    光変調手段が、変調信号に対応して入射光束の反射方向を変える非自己発光型の反射タイプのものであり、
    光変調手段の反射偏向角の正弦値が、テレセントリックレンズ系の開口数に略等しいかやや大きく設定されていることを特徴とする画像表示装置。
11. 請求項７または８の走査光学系を用い、縮小側の共役位置に、微小な受光素子を１列または複数列に配列させた１次元の電子撮像デバイスを設置し、拡大側における２次元の被写体画像を光偏向手段により走査して、上記２次元の被写体画像を上記電子撮像デバイスで撮像することを特徴とする画像撮影装置。

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