JP2006285069A - Equi-magnification imaging optical system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an equi-magnification imaging optical system designed such that a depth range that allows an object to be imaged at an equal magnification is wide and its configuration is simple. <P>SOLUTION: The equi-magnification imaging optical system has a plurality of imaging elements and images an object at an equal magnification. The plurality of imaging elements have an equal focal distance. The plurality of imaging elements are disposed at regular intervals so that light made incident on the optical system is passed through the imaging elements n times (n is an integer of 2 or more) before emitted from the optical system. Where the focal distance of the imaging elements is f and the magnification of an image formed with the light emitted from the optical system is M<SB>n</SB>, the interval d between the imaging elements has a value that satisfies M<SB>n</SB>= 1 or -1 and does not depend on L<SB>0</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、等倍結像光学系に関し、特に、立体的な物体を等倍率で結像させる光学系に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to an equal-magnification imaging optical system, and more particularly to a technique effective when applied to an optical system for imaging a three-dimensional object at an equal magnification.

従来、物体を等倍率で結像させる等倍レンズとして、対称型テレセントリック光学系と呼ばれるものがある(たとえば、特許文献1を参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is a so-called symmetric telecentric optical system as an equal-magnification lens for imaging an object at an equal magnification (see, for example, Patent Document 1).

前記特許文献1に記載された対称型テレセントリック光学系は、両側テレセントリック性を保ちつつ、良好な結像性能を有する光学系であり、開口絞りに関して対称に配置された前群GFと後群GRとからなり、前記前群GFは、物体側から順に、開口絞り側に曲率半径の絶対値の小さい方の面を向けた正レンズL1と、開口絞り側に曲率半径の絶対値の大きい方の面を向けた正レンズL2と、開口絞り側に凹面を向けた負レンズL3とを備え、前記後群GRは、前記開口絞り側から順に、開口絞り側に凹面を向けた負レンズL4と、開口絞り側に曲率半径の絶対値の大きい方の面を向けた正レンズL5と、開口絞り側に曲率半径の絶対値の小さい方の面を向けた正レンズL6とを備え、前記前群GFの焦点距離をFとし、前記前群GFの正レンズLlの物体側の面と前記開口絞りとの間の光軸に沿った距離をDとし、前記正レンズLlと前記正レンズL2との間の軸上空気間隔をd2とし、前記正レンズL2と前記負レンズL3との間の軸上空気間隔をd4とし、前記負レンズL3と前記開口絞りとの間の軸上空気間隔をd7としたときに、1<D/F、d4<d7<d2の条件を満足する光学系である。
特開平09−080306号公報
The symmetric telecentric optical system described in Patent Document 1 is an optical system having good imaging performance while maintaining both-side telecentricity, and includes a front group GF and a rear group GR arranged symmetrically with respect to the aperture stop. The front group GF, in order from the object side, is a positive lens L1 having a surface with a smaller radius of curvature toward the aperture stop side and a surface with a larger radius of curvature toward the aperture stop side. A rear lens GR, in order from the aperture stop side, a negative lens L4 with a concave surface facing the aperture stop side, and an aperture A positive lens L5 facing the surface with the larger absolute value of the curvature radius on the aperture side, and a positive lens L6 facing the surface with the smaller absolute value of the curvature radius on the aperture stop side, and the front group GF The focal length is F, the object side surface of the positive lens Ll of the front group GF and the aperture stop A distance along the optical axis between the positive lens Ll and the positive lens L2, and an axial air space between the positive lens L2 and d2, and an axial air between the positive lens L2 and the negative lens L3. The optical system satisfies the conditions 1 <D / F and d4 <d7 <d2, where the distance is d4 and the axial air distance between the negative lens L3 and the aperture stop is d7.
JP 09-080306 A

しかしながら、前記特許文献1に記載された対称型テレセントリック光学系に限らず、複数のレンズを積層させた光学系でなる等倍レンズの場合、一般に、ある狭い奥行き範囲のみで、極めて収差の少ない良好な結像特性を示す。そのため、たとえば、奥行き方向の変化が大きい立体的な物体の像を結像させることが難しいという問題がある。   However, it is not limited to the symmetrical telecentric optical system described in Patent Document 1, and in the case of an equal magnification lens composed of an optical system in which a plurality of lenses are stacked, in general, only in a certain narrow depth range, excellent with very little aberration Image characteristics. Therefore, for example, there is a problem that it is difficult to form an image of a three-dimensional object having a large change in the depth direction.

また、前記特許文献1に記載された対称型テレセントリック光学系などの等倍レンズでは、複数の形状が異なるレンズを、前記条件を満たすように配置しなければならず、構成が複雑になる、前記条件を満たす配置位置を求めるのが難しいという問題があると本発明の発明者らは考える。   Further, in the same magnification lens as the symmetric telecentric optical system described in Patent Document 1, a plurality of lenses having different shapes must be arranged so as to satisfy the above conditions, and the configuration becomes complicated. The inventors of the present invention consider that there is a problem that it is difficult to obtain an arrangement position that satisfies a condition.

また、前記特許文献1に記載された対称型テレセントリック光学系などの等倍レンズの場合、たとえば、積層する各レンズの形状や材質が異なる、非球面等の加工が困難なレンズを多用する、各レンズの配置に敏感であり高い組み立て精度が要求されるといった点から、製造コストが高くなるという問題がある。   Further, in the case of a 1 × magnification lens such as the symmetric telecentric optical system described in Patent Document 1, for example, each lens to be laminated is different in shape and material, and a lens such as an aspherical surface that is difficult to process is frequently used. There is a problem that the manufacturing cost increases because it is sensitive to the arrangement of the lenses and requires high assembly accuracy.

本発明の目的は、物体を等倍率で結像させることのできる奥行き範囲が広く、かつ、構成が簡素な等倍結像光学系を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an equal-magnification imaging optical system having a wide depth range in which an object can be imaged at equal magnification and a simple configuration.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明の概略を説明すれば、以下の通りである。   The outline of the invention disclosed in the present application will be described as follows.

(1) 複数個の結像素子を備え、物体を等倍率で結像させる等倍結像光学系であって、前記複数個の結像素子は、焦点距離が全て同一であり、前記複数個の結像素子は、等間隔であり、かつ、前記光学系に入射した光が前記光学系から出射するまでに結像素子をn回(nは2以上の整数)通過するように配置されており、前記結像素子の間隔dは、前記結像素子の焦点距離をf、k個の前記結像素子を通過した光の結像の倍率をMkとしたときに下記数式(1)乃至数式(4)で表される漸化式において、Mk=n=1または−1を満たし、かつ、L0に依存しない値とする等倍結像光学系である。

Figure 2006285069
(1) An equal-magnification imaging optical system that includes a plurality of imaging elements and forms an object at an equal magnification. The plurality of imaging elements all have the same focal length, and the plurality of imaging elements. The imaging elements are arranged at equal intervals, and are arranged so that light incident on the optical system passes through the imaging element n times (n is an integer of 2 or more) before exiting from the optical system. The distance d between the imaging elements is expressed by the following formulas (1) to (1), where f is the focal length of the imaging elements, and M k is the magnification of the imaging of the light that has passed through the k imaging elements. This is an equal-magnification imaging optical system that satisfies M k = n = 1 or −1 in the recurrence formula represented by Expression (4) and that does not depend on L 0 .
Figure 2006285069

(2) 複数個の結像素子と、平面鏡と、光の入射方向に応じて前記光の出射方向を切り替える光学部品とを備え、物体を等倍率で結像させる等倍結像光学系であって、前記複数個の結像素子は、焦点距離が全て同一であり、前記複数個の結像素子、前記平面鏡、および前記光学部品は、前記結像素子が等間隔であり、かつ、前記光学系に入射した光が前記光学系から出射するまでに結像素子をn回(nは2以上の整数)通過するように配置されており、前記結像素子の間隔dは、前記結像素子の焦点距離をf、k個の前記結像素子を通過した光の結像の倍率をMkとしたときに前記数式(1)乃至数式(4)で表される漸化式において、Mk=n=1または−1を満たし、かつ、L0に依存しない値とする等倍結像光学系である。 (2) An equal-magnification imaging optical system that includes a plurality of imaging elements, a plane mirror, and an optical component that switches the light emission direction in accordance with the light incident direction, and forms an object at an equal magnification. The plurality of imaging elements have the same focal length, the plurality of imaging elements, the plane mirror, and the optical component have the imaging elements at equal intervals, and the optical element. It is arranged so that the light incident on the system passes through the imaging element n times (n is an integer of 2 or more) before exiting from the optical system, and the interval d between the imaging elements is the imaging element in the focal length of the f, the magnification of the imaging of the light passing through the k-number of the imaging element when the M k equation (1) to a recurrence formula represented by equation (4), M k This is an equal-magnification imaging optical system that satisfies = n = 1 or −1 and that does not depend on L 0 .

(3) 複数個の結像素子を備え、物体を等倍率で結像させる等倍結像光学系であって、前記複数個の結像素子は、n+1枚(nは1以上の整数)の焦点距離がf1のレンズと、n枚の焦点距離がf2のレンズからなり、前記焦点距離がf1のレンズと前記焦点距離がf2のレンズとが交互に配置され、かつ、前記焦点距離がf1のレンズが等間隔で配置されており、前記焦点距離f1のレンズの間隔dは、k個の前記結像素子を通過した光の結像の倍率をMkとしたときに下記数式(5)乃至数式(8)で表される漸化式において、Mk=2n+1=1または−1を満たし、かつ、L0に依存しない値とする等倍結像光学系である。

Figure 2006285069
(3) An equal-magnification imaging optical system that includes a plurality of imaging elements and forms an image of an object at an equal magnification, wherein the plurality of imaging elements are n + 1 (n is an integer of 1 or more). The lens has a focal length f 1 and n focal length f 2 lenses. The focal length f 1 lens and the focal length f 2 lens are alternately arranged, and the focal length The lenses with the distance f 1 are arranged at equal intervals, and the distance d between the lenses with the focal length f 1 is as follows when the magnification of imaging of the light that has passed through the k imaging elements is M k. This is an equal-magnification imaging optical system satisfying M k = 2n + 1 = 1 or −1 and satisfying L 0 in the recurrence formulas represented by Expressions (5) to (8). .
Figure 2006285069

本発明の等倍結像光学系は、たとえば、前記手段(1)のように、焦点距離が同一である複数個の結像素子を等間隔で配置するという非常に単純な構成である。またこのとき、前記各結像素子は、前記手段(1)に記載したような条件を満たす間隔dで配置すればよいだけである。そのため、従来の等倍レンズに比べ、簡素な構成の等倍レンズを容易に実現することができる。   The equal-magnification imaging optical system of the present invention has a very simple configuration in which a plurality of imaging elements having the same focal length are arranged at equal intervals, for example, as in the means (1). At this time, the imaging elements need only be arranged at an interval d that satisfies the conditions described in the means (1). For this reason, it is possible to easily realize an equal-magnification lens having a simple configuration as compared with a conventional equal-magnification lens.

また、前記手段(1)におけるL0は、前記物体と、前記物体側から入射した光が最初に通過する結像素子との距離に相当する。そのため、前記L0に依存しない値とすることで、あらゆる奥行き位置に存在する物体を等倍率で結像させることができる。また、立体的な物体の像を結像させるときに、前記物体の全域を等倍率で結像させることができるので、たとえば、立体表示装置(3次元表示装置)と組み合わせることでさまざまな用途に適用することができるようになると考えられる。 L 0 in the means (1) corresponds to the distance between the object and the imaging element through which light incident from the object side first passes. Therefore, by setting the value independent of L 0 , an object existing at any depth position can be imaged at equal magnification. In addition, when an image of a three-dimensional object is formed, the entire area of the object can be formed at an equal magnification. For example, it can be combined with a three-dimensional display device (three-dimensional display device) for various uses. It will be possible to apply.

なお、前記手段(1)において、前記複数個の結像素子は、たとえば、n個のレンズ、またはn個の曲面鏡であればよい。   In the means (1), the plurality of imaging elements may be, for example, n lenses or n curved mirrors.

また、前記手段(1)において、前記複数個の結像素子は焦点距離が同一であればよいので、前記レンズのみまたは前記曲面鏡のみに限らず、前記レンズおよび前記曲面鏡を組み合わせてもよい。このとき、前記レンズおよび曲面鏡の総数がn個であれば、前記レンズのみまたは前記曲面鏡のみの場合と同じ効果が得られる。   Further, in the means (1), the plurality of imaging elements only have to have the same focal length, so that the lens and the curved mirror may be combined without being limited to only the lens or the curved mirror. . At this time, if the total number of the lenses and curved mirrors is n, the same effect as the case of only the lenses or the curved mirrors can be obtained.

また、前記光学系に入射した光を、前記光学系から出射するまでに前記結像素子をn回通過させる場合、前記手段(2)のように、前記平面鏡および前記光学部品を用いれば、前記結像素子をn個未満にすることができる。前記結像素子がn個未満であっても、たとえば、ある結像素子を通過した光を前記平面鏡で反射させて前記ある結像素子を再度通過させることで、結像素子をn回通過させることができる。そのため、前記手段(2)の光学系は、前記手段(1)の光学系に比べて小型化できる。   Further, when the light incident on the optical system is allowed to pass through the imaging element n times before exiting from the optical system, if the plane mirror and the optical component are used as in the means (2), There can be less than n imaging elements. Even if the number of imaging elements is less than n, for example, the light that has passed through a certain imaging element is reflected by the plane mirror and passed again through the certain imaging element, thereby passing the imaging element n times. be able to. Therefore, the optical system of the means (2) can be downsized as compared with the optical system of the means (1).

また、前記等倍結像光学系を、前記手段(2)のような構成にする場合、たとえば、前記複数個の結像素子はn個未満のレンズとし、前記光学部品はハーフミラーとすればよい。   Further, when the equal-magnification imaging optical system is configured as in the means (2), for example, the plurality of imaging elements may be less than n lenses and the optical component may be a half mirror. Good.

また、前記等倍結像光学系を、前記手段(2)のような構成にする場合、前記光学部品は、前記ハーフミラーに限らず、たとえば、偏光ビームスプリッタおよび1/4波長板の組み合わせ、または前記偏光ビームスプリッタおよび1/4波長板ならびに偏光板の組み合わせからなる部品であってもよい。   Further, when the equal-magnification imaging optical system is configured as in the means (2), the optical component is not limited to the half mirror, for example, a combination of a polarizing beam splitter and a quarter wavelength plate, Alternatively, it may be a component composed of a combination of the polarizing beam splitter, the quarter wavelength plate, and the polarizing plate.

また、前記手段(1)または手段(2)では、前記複数個の結像素子は、焦点距離が全て同一、言い換えると焦点距離が1種類であるが、これに限らず、たとえば、前記手段(3)のように、焦点距離がf1のレンズと焦点距離がf2のレンズの、2種類のレンズを組み合わせた光学系であってもよい。前記手段(3)の構成で、たとえば、前記焦点距離f1のレンズをm枚積層させるときのレンズの間隔は、前記手段(1)の構成で前記焦点距離がf1のレンズをm枚積層させるときの間隔よりも狭くすることができる。 In the means (1) or means (2), the plurality of imaging elements have the same focal length, in other words, one type of focal length. However, the present invention is not limited to this. As in 3), the optical system may be a combination of two types of lenses, a lens having a focal length of f 1 and a lens having a focal length of f 2 . In the configuration of said means (3), for example, distance of the lens at which to the focal length f 1 of the lens is m stacked, the focal length is m laminating the lens f 1 in the configuration of the means (1) It can be made narrower than the interval at the time of making it.

また、前記手段(3)のような構成の場合、前記焦点距離f1と焦点距離f2を変化させることにより、前記物体と等倍率の像の結像位置を変化させることができる。そのため、前記レンズとして可変焦点レンズを用いれば、3次元表示装置で表示可能な奥行き表示範囲が狭い場合でも、広い奥行き範囲を表現することができる。 Further, in the case of the configuration like the means (3), by changing the focal length f 1 and the focal length f 2 , it is possible to change the imaging position of the image with the same magnification as the object. Therefore, if a variable focus lens is used as the lens, a wide depth range can be expressed even when the depth display range that can be displayed by the three-dimensional display device is narrow.

以下、本発明について、図面を参照して実施の形態(実施例)とともに詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail together with embodiments (examples) with reference to the drawings.
In all the drawings for explaining the embodiments, parts having the same function are given the same reference numerals and their repeated explanation is omitted.

本発明の等倍結像光学系では、焦点距離が同一の2個以上の結像素子をあらかじめ定められた条件を満たすように等間隔で配置することで、物体を等倍率で結像させるとともに、等倍率で結像させることができる奥行き範囲を広くする。またこのとき、n個未満の結像素子と、平面鏡およびハーフミラー等の光学部品を組み合わせることで、前記光学系に入射した光が前記光学系から出射するまでに結像素子をn回通過するようにし、前記光学系をコンパクトにする。   In the equal-magnification imaging optical system of the present invention, two or more imaging elements having the same focal length are arranged at equal intervals so as to satisfy a predetermined condition, thereby imaging an object at equal magnification. The depth range that can be imaged at the same magnification is widened. At this time, by combining less than n imaging elements and optical components such as a plane mirror and a half mirror, the light incident on the optical system passes through the imaging element n times before being emitted from the optical system. Thus, the optical system is made compact.

また、n+1枚の焦点距離がf1のレンズとn枚の焦点距離がf2のレンズを交互に積層することで、前記焦点距離f1のレンズをm枚積層させるときの間隔を、前記焦点距離がf1のレンズのみをm枚積層させるときの間隔に比べて狭くし前記光学系を小型化する。またこのとき、前記焦点距離fと焦点距離fを変化させることにより、前記物体と等倍率の像の結像位置を変化させる。 In addition, by alternately stacking n + 1 lenses having a focal length of f 1 and n lenses having a focal length of f 2 , an interval when the m lenses having the focal length f 1 are stacked is defined as the focal point. The optical system is miniaturized by making it narrower than the interval when only m lenses having a distance of f 1 are stacked. At this time, by changing the focal length f 1 and the focal length f 2 , the imaging position of the image with the same magnification as the object is changed.

図1および図2は、本発明による実施例1の等倍結像光学系の概略構成を示す模式図であり、図1は等倍率の正立像を結像させる場合の構成例を示す図、図2は等倍率の正立像を結像させる場合の構成例を示す図である。
図1において、1Aは物体、1Bは物体と等倍率の正立像、1Cは物体と等倍率の倒立像、2は等倍結像光学系、201h(h=1,2,…,n)は焦点距離がfのレンズである。
FIGS. 1 and 2 are schematic diagrams showing a schematic configuration of the equal-magnification imaging optical system of Example 1 according to the present invention, and FIG. 1 is a diagram showing a configuration example when an erect image of equal magnification is formed, FIG. 2 is a diagram showing a configuration example in the case of forming an erect image of equal magnification.
In FIG. 1, 1A is an object, 1B is an erect image having the same magnification as the object, 1C is an inverted image having the same magnification as the object, 2 is an equal magnification imaging optical system, 201 h (h = 1, 2,..., N) Is a lens with a focal length f.

本実施例1の等倍結像光学系は、たとえば、図1に示すように、物体1Aの等倍率の正立像1Bを結像させる等倍レンズであり、n枚(nは2以上の整数)の焦点距離が同一のレンズ201h(h=1,2,…,n)を間隔d1で等間隔に配置した光学系である。このとき、前記各レンズ201h(h=1,2,…,n)の間隔d1は以下で説明するような漸化式から求められる。 The equal-magnification imaging optical system according to the first embodiment is, for example, an equal-magnification lens that forms an erect image 1B having an equal magnification of an object 1A as shown in FIG. ) Is an optical system in which lenses 201 h (h = 1, 2,..., N) having the same focal length are arranged at equal intervals at a distance d1. At this time, the distance d1 between the lenses 201 h (h = 1, 2,..., N) is obtained from a recurrence formula as described below.

また、物体1Aを等倍率で結像させる場合、図1に示したような正立像1B、すなわち物体の向きと結像1Bの向きが同じになるように結像させるだけでなく、図2に示すように、物体1Aの等倍率の倒立像1C、すなわち物体1Aの向きと結像1Cの向きが反対になるように結像させることもできる。この場合、n枚の焦点距離が同一のレンズ201h(h=1,2,…,n)の間隔d2は、正立像1Bを結像させる場合の間隔d1と異なる値となるが、前記正立像1Bを結像させる場合の間隔d1を求める漸化式と同じ漸化式から求めることができる。 When the object 1A is imaged at the same magnification, not only the erect image 1B as shown in FIG. 1, that is, the object 1A and the image 1B are aligned in the same direction, but also the image shown in FIG. As shown, an inverted image 1C with the same magnification of the object 1A, that is, an image can be formed so that the direction of the object 1A is opposite to the direction of the imaging 1C. In this case, the distance d2 between the n lenses 201 h (h = 1, 2,..., N) having the same focal length is different from the distance d1 when the erect image 1B is formed. It can be obtained from the same recurrence formula as the recurrence formula for obtaining the interval d1 when forming the standing image 1B.

本実施例1の等倍結像光学系のように、n枚の焦点距離が同一のレンズ201h(h=1,2,…,n)を等間隔で配置した場合、前記レンズの焦点距離をf、レンズの間隔をdとすると、k枚のレンズを通過した光の結像の倍率Mkは、下記数式(1)から数式(4)のような漸化式で表される。

Figure 2006285069
When the lenses 201 h (h = 1, 2,..., N) having the same focal length are arranged at equal intervals as in the equal magnification imaging optical system of the first embodiment, the focal length of the lens is Where f is the distance between the lenses, and d is the distance between the lenses, the imaging magnification M k of the light that has passed through the k lenses is expressed by a recurrence formula as shown in the following formulas (1) to (4).
Figure 2006285069

前記数式(1)において、等倍率の正立像1Bを結像させる場合は、Mk=n=1である。そのため、前記数式(1)から数式(4)を用いてMn=1を満たすdを求めることで、前記各レンズ201h(h=1,2,…,n)の間隔d1が求まる。また、等倍率の倒立像1Cを結像させる場合は、Mk=n=−1である。そのため、前記数式(1)から数式(4)を用いてMn=−1を満たすdを求めることで、前記各レンズ201k(h=1,2,…,n)の間隔d2が求まる。 In the mathematical formula (1), when an erect image 1B having the same magnification is formed, M k = n = 1. Therefore, the distance d1 between the lenses 201 h (h = 1, 2,..., N) is obtained by obtaining d satisfying M n = 1 using the equations (1) to (4). When an inverted image 1C having the same magnification is formed, M k = n = −1. Therefore, the distance d2 between the lenses 201 k (h = 1, 2,..., N) is obtained by obtaining d satisfying M n = −1 using the equations (1) to (4).

ここで、各レンズ201h(h=1,2,…,n)の間隔d1,d2の求め方の一例として、焦点距離がfのレンズを2枚積層した光学系の場合を挙げ、漸化式の解き方を簡単に説明する。 Here, as an example of how to obtain the distances d1, d2 between the lenses 201 h (h = 1, 2,..., N), a case of an optical system in which two lenses having a focal length f are stacked is given as an example. A simple explanation of how to solve the equation.

図3は、本実施例1の等倍結像光学系におけるレンズの間隔の求め方を説明するための模式図である。   FIG. 3 is a schematic diagram for explaining how to obtain the lens interval in the equal magnification imaging optical system according to the first embodiment.

まず、2枚の焦点距離がfのレンズ2011,2012が、図3に示すように間隔d1で配置されているとする。このとき、1枚目のレンズ2011から物体までの距離を−L0、1枚目のレンズ2011から1枚目のレンズ2011での倍率M1の結像1Dまでの距離をL1、2枚目のレンズ2012から倍率M2の結像(正立像1B)までの距離をL2とする。このとき、前記L2は前記数式(3)および数式(4)から下記数式(9)で表され、前記M2は前記数式(1)および数式(9)から下記数式(10)で表される。

Figure 2006285069
First, it is assumed that two lenses 201 1 and 201 2 having a focal length f are arranged at a distance d 1 as shown in FIG. At this time, the distance from the first lens 201 1 to the object is −L 0 , and the distance from the first lens 2011 1 to the imaging 1D with the magnification M 1 at the first lens 2011 1 is L 1. Let L 2 be the distance from the second lens 201 2 to the image of the magnification M 2 (upright image 1B). At this time, the L 2 is represented by the following formula (9) from the formulas (3) and (4), and the M 2 is represented by the following formula (10) from the formulas (1) and (9). The
Figure 2006285069

また、前記数式(9)および数式(10)において、前記L1は前記数式(3)および数式(4)から下記数式(11)で表され、前記M1は前記数式(1)および数式(11)から下記数式(12)で表される。

Figure 2006285069
In the mathematical formula (9) and the mathematical formula (10), the L 1 is represented by the following mathematical formula (11) from the mathematical formula (3) and the mathematical formula (4), and the M 1 is represented by the mathematical formula (1) and the mathematical formula ( 11) to the following formula (12).
Figure 2006285069

そして、前記数式(11)で表されるL1および前記数式(12)で表されるM1を前記数式(10)に代入すると、M2は下記数式(13)で表される。

Figure 2006285069
When L 1 represented by the mathematical formula (11) and M 1 represented by the mathematical formula (12) are substituted into the mathematical formula (10), M 2 is represented by the following mathematical formula (13).
Figure 2006285069

こうして得られた前記数式(13)を、M2=1としてdについて解くと、dは、下記数式(14)のようになる。

Figure 2006285069
When the equation (13) obtained in this way is solved for d with M 2 = 1, d becomes the following equation (14).
Figure 2006285069

しかしながら、この場合、前記数式(14)に示したように、前記dの値は1枚目のレンズ2011から物体1Aまでの距離L0に依存する。そのため、たとえば、前記物体1Aが平面的で、前記物体の各点における距離L0がほぼ一定であれば、その距離L0に基づく間隔dでレンズを積層することで、前記物体1Aの正立像を結像させることができる。しかしながら、前記物体1Aが、たとえば、立体的な物体の場合、前記物体の各点における距離L0が異なるため、前記数式(14)に基づいてレンズの間隔d1=dを決定することができない。そのため、前記数式(14)で得られるdは、解としてはふさわしくない。 However, in this case, as shown in the equation (14), the value of d depends on the distance L 0 from the first lens 201 1 to the object 1A. Therefore, for example, if the object 1A is planar and the distance L 0 at each point of the object is substantially constant, lenses are stacked at an interval d based on the distance L 0 , so that an erect image of the object 1A is obtained. Can be imaged. However, the object 1A is, for example, the case of three-dimensional objects, the distance L 0 at each point of the object is different, it is impossible to determine the distance d1 = d of the lens on the basis of the equation (14). Therefore, d obtained by the mathematical formula (14) is not suitable as a solution.

一方、前記数式(14)を、M2=−1としてdについて解くと、dは、下記数式(15)のようになる。

Figure 2006285069
On the other hand, when Equation (14) is solved for d with M 2 = −1, d becomes Equation (15) below.
Figure 2006285069

この場合、前記dの値は1枚目のレンズ2011から物体1Aまでの距離L0に依存しないので、2枚のレンズの間隔d2=2fとすれば、前記1枚目のレンズ2011から任意の距離L0にある物体を等倍率の倒立像として結像させることができる。また、前記物体が立体的であっても、前記物体の全域を等倍率で結像させることができる。 In this case, since the value of d does not depend on the distance L 0 from the first lens 2011 1 to the object 1A, if the distance between the two lenses is d2 = 2f, the distance from the first lens 2011 1 An object at an arbitrary distance L 0 can be formed as an inverted image with the same magnification. Further, even if the object is three-dimensional, the entire area of the object can be imaged at an equal magnification.

また、n=3以上、すなわち3枚以上のレンズを積層する場合は、同様の手順で前記漸化式を解いて1枚目のレンズ2011から物体までの距離L0に依存しないdが求まれば、その値の間隔でレンズを配置することで、等倍率の正立像1Bまたは倒立像1Cを結像させることができる。このとき、詳細な計算手順は省略するが、前記漸化式を用いてn=2から8までの場合について、等倍率の正立像1Bを結像させる場合のレンズの間隔d1と等倍率の倒立像1Cを結像させる場合のレンズの間隔d2の値を求めると、下記表1のようになる。 When n = 3 or more, that is, when three or more lenses are laminated, the recurrence formula is solved in the same procedure to obtain d that does not depend on the distance L 0 from the first lens 201 1 to the object. In other words, the upright image 1B or the inverted image 1C having the same magnification can be formed by arranging the lenses at intervals of the values. At this time, although a detailed calculation procedure is omitted, in the case of n = 2 to 8 using the above recurrence formula, the lens interval d1 and the inverted magnification of the equal magnification when the erect image 1B having the same magnification is formed are formed. When the value of the lens interval d2 in the case of forming the image 1C is obtained, it is as shown in Table 1 below.

Figure 2006285069
Figure 2006285069

図4は、本実施例1の等倍結像光学系の適用例を示す図であり、4枚のレンズを積層して等倍率の倒立像を結像させる場合の例を示す図である。   FIG. 4 is a diagram illustrating an application example of the equal-magnification imaging optical system according to the first embodiment. FIG. 4 is a diagram illustrating an example in which an inverted image with equal magnification is formed by stacking four lenses.

本実施例1の等倍結像光学系は、たとえば、タッチパネル表示装置において、図4に示すように、DFDの各表示画面301A,302Aに表示された画像をタッチパネル4の周辺に表示させる場合などに適用することができる。   The equal-magnification imaging optical system of the first embodiment, for example, in a touch panel display device, displays images displayed on the DFD display screens 301A and 302A around the touch panel 4 as shown in FIG. Can be applied to.

このとき、前記等倍結像光学系2は、図1に示したような正立像1Bを結像させる光学系であってもよいし、図2に示したような倒立像1Cを結像させる光学系であってもよいが、前記表1に示したように、同じ枚数のレンズを積層する場合、倒立像を結像させるほうがレンズの間隔を狭くでき、光学系を薄型化できる。そこで、たとえば、図4に示したように、4枚のレンズを積層して、前記タッチパネル4の近傍に等倍率の倒立像301C,302Cを結像させるとすると、前記表1から、前記各レンズ201h(h=1,2,3,4)の間隔d2は0.6fとすればよい。このとき、前記各レンズ201h(h=1,2,3,4)の焦点距離fが77mmとすると、各レンズ201h(h=1,2,3,4)の間隔は図4に示したように約46mmとなる。 At this time, the equal-magnification imaging optical system 2 may be an optical system that forms an erect image 1B as shown in FIG. 1, or an inverted image 1C as shown in FIG. Although an optical system may be used, as shown in Table 1, when the same number of lenses are stacked, forming an inverted image can narrow the distance between the lenses and reduce the thickness of the optical system. Therefore, for example, as shown in FIG. 4, when four lenses are stacked and inverted images 301C and 302C having the same magnification are formed in the vicinity of the touch panel 4, each lens is obtained from Table 1. The interval d2 of 201 h (h = 1, 2, 3, 4) may be 0.6f. At this time, assuming that the focal length f of each lens 201 h (h = 1,2,3,4) is 77 mm, the distance between the lenses 201 h (h = 1,2,3,4) is shown in FIG. As shown, it is about 46 mm.

また、前記表示装置として、たとえば、図4に示したように、2枚の表示画面301A,302Aを5mm間隔で積層したDFDを用いた場合、前記焦点距離が77mmの4枚のレンズ201h(h=1,2,3,4)を46mm間隔で配置した等倍結像光学系2を、前面の表示画面301Aにほぼ密着させるように配置したところ、前記DFDから最も遠いレンズ(紙面右端のレンズ)2014から約20mmの位置に前面の表示画面301Aの倒立像301Cが結像し、約15mmの位置に後面の表示画面302Aの倒立像302Cが結像することを、本発明の発明者らは実験により確かめた。そのため、前記前面および後面の表示画面の倒立像301C,302Cが結像した位置の近傍にタッチパネル4を設けることにより、タッチパネル4の近傍に結像した画像(倒立像301C,302C)を見ながら前記タッチパネル4の操作をすることができる。 Further, as the display device, for example, as shown in FIG. 4, when a DFD in which two display screens 301A and 302A are stacked at intervals of 5 mm is used, four lenses 201 h (having a focal length of 77 mm) When the equal-magnification imaging optical system 2 in which h = 1, 2, 3, 4 is arranged at an interval of 46 mm is arranged so as to be almost in close contact with the front display screen 301A, the lens farthest from the DFD (at the right end of the paper) lens) 201 from 4 of the front surface of the display screen 301A at a position of about 20mm inverted image 301C is imaged, that inverted image 302C of the display screen 302A of the rear surface at a position of about 15mm is imaged, the inventors of the present invention Confirmed by experiments. Therefore, by providing the touch panel 4 in the vicinity of the position where the inverted images 301C and 302C on the front and rear display screens are formed, the image formed in the vicinity of the touch panel 4 (the inverted images 301C and 302C) is viewed. The touch panel 4 can be operated.

また、図4に示した例では、2つの表示画面301A,302Aを利用して物体を3次元的に表示するDFDを用いている例を示しているが、前記DFDのような3次元表示装置に限らず、2次元表示装置でも3次元表示装置でも構わない。   In the example shown in FIG. 4, an example is shown in which a DFD that displays an object three-dimensionally using two display screens 301A and 302A is used. However, a three-dimensional display device such as the DFD is used. Not limited to this, a two-dimensional display device or a three-dimensional display device may be used.

また、積層するレンズの枚数は、図4に示したような4枚に限らず、たとえば、表1に示したように2枚以上であれば構わない。しかしながら、レンズの枚数が少ないと視野角が狭くなる。また、レンズの枚数が多いと視野角は広がるが、レンズの吸収損失や散乱などの原因により画像が劣化する。これらのことから、前記レンズの積層枚数は4枚から8枚程度とすることが好ましい。   Further, the number of lenses to be laminated is not limited to four as shown in FIG. 4, and may be two or more as shown in Table 1, for example. However, when the number of lenses is small, the viewing angle becomes narrow. In addition, when the number of lenses is large, the viewing angle is widened, but the image is deteriorated due to absorption loss or scattering of the lens. For these reasons, it is preferable that the number of laminated lenses is about 4 to 8.

また、レンズはバルクレンズ、フレネルレンズ、液晶レンズのような可変焦点レンズなどの種々のレンズを用いることが可能であるが、薄型化の観点からフレネルレンズを用いることが好ましい。   In addition, various lenses such as a variable focus lens such as a bulk lens, a Fresnel lens, and a liquid crystal lens can be used as the lens, but it is preferable to use a Fresnel lens from the viewpoint of reducing the thickness.

また、前記レンズの材料には、アクリル、ポリカーボネート、ガラスなどの種々の光学材料を用いることができるが、加工の容易さ、透明度の高さなどの観点からアクリルを用いることが好ましい。   In addition, various optical materials such as acrylic, polycarbonate, and glass can be used as the material of the lens, but it is preferable to use acrylic from the viewpoints of ease of processing and high transparency.

以上説明したように、本実施例1の等倍結像光学系によれば、n枚の焦点距離が同一のレンズを、前記数式(1)から数式(4)で表される漸化式において、Mk=n=1または−1を満たし、かつ、L0に依存しない間隔dで積層することにより、簡素な構成で等倍の正立像または倒立像を結像させることができる。 As described above, according to the equal-magnification imaging optical system according to the first embodiment, n lenses having the same focal length are represented by the recurrence formulas expressed by the formulas (1) to (4). , M k = n = 1 or −1, and stacking at an interval d that does not depend on L 0 , it is possible to form an equal-size erect image or inverted image with a simple configuration.

また、前記L0は、前記物体と、前記物体側から入射した光が最初に通過するレンズとの距離に相当する。そのため、前記L0に依存しない値とすることで、あらゆる奥行き位置に存在する物体を等倍率で結像させることができる。また、立体的な物体の像を結像させるときに、前記物体の全域を等倍率で結像させることができるので、たとえば、立体表示装置(3次元表示装置)と組み合わせることでさまざまな用途に適用することができるようになると考えられる。 L 0 corresponds to the distance between the object and the lens through which the light incident from the object side first passes. Therefore, by setting the value independent of L 0 , an object existing at any depth position can be imaged at equal magnification. In addition, when an image of a three-dimensional object is formed, the entire area of the object can be formed at an equal magnification. For example, it can be combined with a three-dimensional display device (three-dimensional display device) for various uses. It will be possible to apply.

図5乃至図8は、前記実施例1の応用例を説明するための模式図であり、図5は前記実施例1の原理を示す図、図6は図5に示した光学系と光学的に等価な光学系の第1の構成例を示す図、図7は図5に示した光学系と光学的に等価な光学系の第2の構成例を示す図、図8は図5に示した光学系と光学的に等価な光学系の第3の構成例を示す図である。   FIGS. 5 to 8 are schematic diagrams for explaining an application example of the first embodiment. FIG. 5 is a diagram showing the principle of the first embodiment. FIG. 6 is an optical system and an optical system shown in FIG. FIG. 7 is a diagram showing a second configuration example of an optical system optically equivalent to the optical system shown in FIG. 5, and FIG. 8 is a diagram showing FIG. It is a figure which shows the 3rd structural example of the optical system optically equivalent to the optical system.

前記実施例1の等倍結像光学系は、たとえば、図5に示すように、焦点距離が同一(f)の4枚のレンズ201h(h=1,2,3,4)を間隔d2で等間隔に積層している。このとき、前記レンズ201h(h=1,2,3,4)の間隔d2を、前記表1に示したように0.6fとすれば、図5に示したように、物体1Aと等倍率の倒立像1Cを結像させることができる。これは、別の言い方をすれば、図5に示したような構成、配置でなくとも、前記物体1A側から前記光学系に入射した光が、間隔d2=0.6fで配置されたレンズ(結像素子)を4回通過した後、前記光学系から出射すれば、前記物体1Aと等倍率の倒立像1Cを結像させることができるということである。そこで、図5に示した光学系と光学的に等価であり、前記物体1Aと等倍率の倒立像1Cを結像させることができる光学系の構成例を以下に説明する。 For example, as shown in FIG. 5, the equal-magnification imaging optical system of Example 1 includes four lenses 201 h (h = 1, 2, 3, 4) having the same focal length (f) at a distance d2. Are stacked at equal intervals. At this time, if the distance d2 between the lenses 201 h (h = 1, 2, 3, 4) is set to 0.6 f as shown in Table 1, as shown in FIG. An inverted image 1C having a magnification can be formed. In other words, even if the configuration and arrangement shown in FIG. 5 are not used, the light (incident on the optical system from the object 1A side) is arranged with a distance (d2 = 0.6f). This means that an inverted image 1C having the same magnification as that of the object 1A can be formed by exiting from the optical system after passing through the imaging element 4 times. Therefore, a configuration example of an optical system that is optically equivalent to the optical system shown in FIG. 5 and can form an inverted image 1C having the same magnification as the object 1A will be described below.

図5に示した光学系と光学的に等価な光学系としては、たとえば、図6に示すように、焦点距離が同一の3枚のレンズ201h(h=1,2,4)と、平面鏡202と、ハーフミラー203からなる光学系が考えられる。このとき、物体1A側から入射した光が最初に通過する1枚目のレンズ2011と2回目に通過する2枚目のレンズ2012は間隔d2(=0.6f)で配置する。また、前記ハーフミラー203は、前記1枚目のレンズ2011と前記2枚目のレンズ2012の間に配置する。またこのとき、前記ハーフミラー203は、たとえば、前記1枚目のレンズ2011から2枚目のレンズ2012に向かう光は直進し、前記2枚目のレンズ2012から1枚目のレンズ2011に向かう光は直交する方向に進路が変わるように配置する。そして、前記ハーフミラー203で進路が変わった光の進行方向に3枚目のレンズ2014を配置する。このとき、前記2枚目のレンズ2012と3枚目のレンズ2014は、図6に1点差線で示した光軸上での間隔がd2になるように配置する。 As an optical system optically equivalent to the optical system shown in FIG. 5, for example, as shown in FIG. 6, three lenses 201 h (h = 1, 2, 4) having the same focal length, and a plane mirror are used. An optical system composed of 202 and the half mirror 203 is conceivable. In this case, the light incident from the object 1A side initially passes first sheet of lens 201 1 and the second sheet of lenses 201 2 passing a second time to place at intervals d2 (= 0.6f). The half mirror 203 is disposed between the first lens 201 1 and the second lens 201 2 . At this time, for example, the half mirror 203 causes the light traveling from the first lens 201 1 to the second lens 201 2 to go straight, and from the second lens 201 2 to the first lens 201. The light traveling toward 1 is arranged so that its path changes in the orthogonal direction. Then, placing the third sheet of lens 201 4 in the traveling direction of the light path is changed by the half mirror 203. In this case, said second sheet of lenses 201 2 and 3rd lens 201 4, the spacing on the optical axis shown in 1 chain line in FIG. 6 are arranged such that d2.

また、前記平面鏡202は、前記2枚目のレンズ2012を通過した光が再び2枚目のレンズ2012を通過するように配置する。このとき、前記平面鏡202は前記2枚目のレンズ2012から距離d2/2の位置に配置する。 Also, the plane mirror 202, the light having passed through the second sheet of lenses 201 2 is arranged to pass through the second sheet of lenses 201 2 again. At this time, the plane mirror 202 is disposed at a distance d2 / 2 from the second lens 201 2 .

このような構成の光学系の場合、前記物体1A側から入射した光は、前記1枚目のレンズ2011、前記ハーフミラー203、前記2枚目のレンズ2012を通過した後、前記平面鏡202で反射され、再び2枚目のレンズ2012を通過する。そして、前記2枚目のレンズ2012を再度通過した光は、前記ハーフミラー203で進路が変更され、前記3枚目のレンズ2014を通過した後、前記光学系から出射する。 In the case of the optical system having such a configuration, the light incident from the object 1A side passes through the first lens 201 1 , the half mirror 203, and the second lens 201 2 , and then the plane mirror 202. And pass through the second lens 2012 again. Then, light passing through the second sheet of lenses 201 2 again, the route is changed by the half mirror 203, passes through the lens 201 4 of the third image, emitted from the optical system.

このとき、前記物体1A側から入射した光は、出射するまでに合計4回、焦点距離がfのレンズを通過する。そのため、前記各レンズ201h(h=1,2,4)の間隔および前記2枚目のレンズ2012と前記平面鏡202の間隔を前述のようにすると、図5に示した光学系と光学的に等価になり、前記物体1Aと等倍率の倒立像1Cを結像させることができる。 At this time, the light incident from the object 1A side passes through a lens having a focal length f four times in total before being emitted. Therefore, when the interval between the lenses 201 h (h = 1,2,4) distance and said second sheet of lenses 201 2 and the plane mirror 202 as described above, the optical system and the optical shown in FIG. 5 The inverted image 1C having the same magnification as the object 1A can be formed.

また、図6に示した光学系では、前記ハーフミラー203を用いて光の進路を変えたが、これに限らず、たとえば、偏光ビームスプリッタ204および1/4波長板205ならびに偏光板206を組み合わせて光の進路を変えることもできる。この場合、たとえば、図7に示すように、前記ハーフミラー203の代わりに前記偏光ビームスプリッタ204を前記1枚目のレンズ2011と2枚目のレンズ2012の間に配置し、前記2枚目のレンズ2012と前記平面鏡202の間に前記1/4波長板205を配置する。また、前記偏光板206は、たとえば、図7に示したように、前記1枚目のレンズ2011よりも光学的に手前の位置に、前記物体1A側から入射する光がp偏光になるように配置する。またこのとき、前記各レンズ201h(h=1,2,4)の間隔および前記2枚目のレンズ2012と前記平面鏡202の間隔は、図6に示した光学系の場合と同じとする。 In the optical system shown in FIG. 6, the light path is changed using the half mirror 203. However, the present invention is not limited to this. For example, a polarizing beam splitter 204, a quarter wavelength plate 205, and a polarizing plate 206 are combined. You can also change the course of light. In this case, for example, as shown in FIG. 7, instead of the half mirror 203, the polarizing beam splitter 204 is disposed between the first lens 201 1 and the second lens 201 2 so that the two eye lenses 201 2 and disposing the quarter-wave plate 205 between the plane mirror 202. Further, as shown in FIG. 7, for example, the polarizing plate 206 is configured such that light incident from the object 1A side becomes p-polarized light at a position optically in front of the first lens 20111. To place. At this time, the distance between the lenses 201 h (h = 1, 2, 4) and the distance between the second lens 201 2 and the plane mirror 202 are the same as those in the optical system shown in FIG. .

このような構成の光学系の場合、前記物体1A側から入射した光は、p偏光の状態で前記1枚目のレンズ2011、前記偏光ビームスプリッタ204、前記2枚目のレンズ2012を通過した後、前記1/4波長板205、前記平面鏡202、前記1/4波長板205の順に通過することで前記2枚目のレンズ2012を再度通過するときにはs偏光になっている。そのため、前記2枚目のレンズ2012を再度通過した光は、前記偏光ビームスプリッタ204で進路が変更され、前記3枚目のレンズ2014を通過した後、前記光学系から出射する。 For an optical system having such a configuration, the light incident from the object 1A side, the state of the p-polarized first sheet of lens 201 1, passes through the polarization beam splitter 204, the second sheet of lenses 201 2 After that, when the light passes through the quarter wavelength plate 205, the plane mirror 202, and the quarter wavelength plate 205 in this order, the light passes through the second lens 2012 again and becomes s-polarized light. Therefore, light passing through the second sheet of lenses 201 2 again, the polarization beam splitter 204 path is changed, passes through the lens 201 4 of the third image, emitted from the optical system.

この場合も、前記物体1A側から入射した光は、出射するまでに合計4回、焦点距離がfのレンズを通過する。そのため、前記各レンズ201h(h=1,2,4)の間隔および前記2枚目のレンズ2012と前記平面鏡202の間隔を前述のようにすると、図5に示した光学系と光学的に等価になり、前記物体1Aと等倍率の倒立像1Cを結像させることができる。 Also in this case, the light incident from the object 1A side passes through a lens having a focal length f four times in total before being emitted. Therefore, when the interval between the lenses 201 h (h = 1,2,4) distance and said second sheet of lenses 201 2 and the plane mirror 202 as described above, the optical system and the optical shown in FIG. 5 The inverted image 1C having the same magnification as the object 1A can be formed.

なお、図7に示した例では、前記光学系に前記偏光板206を設けているが、たとえば、前記物体1Aが液晶ディスプレイ等に表示された物体であり、前記液晶ディスプレイが備える偏光板であらかじめp偏光の状態になっている場合などには前記偏光板206は不要である。   In the example shown in FIG. 7, the polarizing plate 206 is provided in the optical system. For example, the object 1A is an object displayed on a liquid crystal display or the like. The polarizing plate 206 is not necessary when it is in the p-polarized state.

このように、前記平面鏡202と、前記ハーフミラー203や偏光ビームスプリッタ204などの光学部品を用いると、3枚のレンズ201h(h=1,2,4)で図5に示した光学系と光学的に等価な等倍結像光学系を構成することができる。そのため、前記実施例1で説明した光学系よりもコンパクトにすることができる。 As described above, when the plane mirror 202 and the optical components such as the half mirror 203 and the polarization beam splitter 204 are used, the optical system shown in FIG. 5 with three lenses 201 h (h = 1, 2, 4) An optically equivalent equal-magnification imaging optical system can be configured. Therefore, it can be made more compact than the optical system described in the first embodiment.

また、図5に示した光学系は、4枚のレンズ201h(h=1,2,3,4)を積層しているが、前記レンズの代わりに、前記レンズと同等の結像効果が得られる結像素子、たとえば、焦点距離がfの曲面鏡を用いることもできる。 Further, the optical system shown in FIG. 5 has four lenses 201 h (h = 1, 2, 3, 4) laminated, but instead of the lens, an imaging effect equivalent to that of the lens is obtained. The resulting imaging element, for example, a curved mirror with a focal length f can also be used.

前記曲面鏡を用いた光学系としては、たとえば、図8に示すように、3枚目のレンズ2013の代わりに焦点距離がfの曲面鏡207を配置した光学系が挙げられる。この場合、1枚目のレンズ2011と2枚目のレンズ2012の間隔、図6に一点鎖線で示した光軸上での前記2枚目のレンズ2012と前記曲面鏡207の距離および前記曲面鏡207と4枚目のレンズ2014の距離がそれぞれd2=0.6fとなるように配置すれば、図5に示した光学系と光学的に等価になり、前記物体1Aと等倍率の倒立像1Cを結像させることができる。 As an optical system using the curved mirror, for example, as shown in FIG. 8, an optical system in which a curved mirror 207 having a focal length f instead of the third lens 2013 is arranged. In this case, the distance between the first lens 201 1 and the second lens 201 2 , the distance between the second lens 201 2 and the curved mirror 207 on the optical axis indicated by the one-dot chain line in FIG. be placed so that the distance of the curved surface mirror 207 and 4th lens 201 4 respectively become d2 = 0.6f, optical system and becomes optically equivalent shown in FIG. 5, the object 1A and equivalent magnification The inverted image 1C can be formed.

なお、図8では、3枚目のレンズ2013の代わりに前記曲面鏡207を用いた例を示しているが、これに限らず、他のレンズの代わりに前記曲面鏡を用いてもよい。また、1枚のレンズだけでなく、複数枚のレンズ、あるいは全てのレンズの代わりに前記曲面鏡を用いてもよい。 Although FIG. 8 shows an example in which the curved mirror 207 is used instead of the third lens 2013, the present invention is not limited to this, and the curved mirror may be used instead of other lenses. The curved mirror may be used in place of a single lens, a plurality of lenses, or all lenses.

また、図6乃至図8に示した光学系は、図5に示した光学系と光学的に等価な光学系の一例であり、これらの構成や配置に限らず、図5に示した光学系と光学的に等価であれば他の構成や配置であってもよい。また、図6乃至図8では、レンズが4枚の場合について説明したが、4枚以外の場合も、同様に、光学的に等価であればどのような構成や配置であってもよい。   The optical system shown in FIGS. 6 to 8 is an example of an optical system that is optically equivalent to the optical system shown in FIG. 5. The optical system shown in FIG. Other configurations and arrangements may be used as long as they are optically equivalent. 6 to 8, the case where there are four lenses has been described. However, in the case where the number of lenses is not four, any configuration and arrangement may be used as long as they are optically equivalent.

図9は、本発明による実施例2の等倍結像光学系の概略構成を示す模式図である。
図9において、201h(h=1,2,…,n+1)は焦点距離がf1のレンズ、208j(j=1,2,…,n)は焦点距離がf2のレンズである。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the equal-magnification imaging optical system of Example 2 according to the present invention.
In FIG. 9, 201 h (h = 1, 2,..., N + 1) is a lens with a focal length f 1 , and 208 j (j = 1, 2,..., N) is a lens with a focal length f 2 . is there.

本実施例2の等倍結像光学系は、たとえば、図9に示すように、n+1枚の焦点距離がf1のレンズ201h(h=1,2,…,n+1)と、n枚の焦点距離がf2のレンズ208j(j=1,2,…,n)を交互に積層し、かつ、前記焦点距離がf1のレンズ201h(h=1,2,…,n+1)を間隔d3で等間隔に配置した光学系である。このとき、前記焦点距離がf1のレンズ201h(h=1,2,…,n+1)の間隔d3は、以下で説明するような漸化式から求められる。 For example, as shown in FIG. 9, the equal-magnification imaging optical system according to the second embodiment includes n + 1 lenses 201 h (h = 1, 2,..., N + 1) having a focal length f 1 , n The lenses 208 j (j = 1, 2,..., N) having a focal length of f 2 are alternately stacked, and the lenses 201 h (h = 1, 2,..., N) having the focal length of f 1 are stacked. +1) is an optical system arranged at equal intervals with an interval d3. At this time, the distance d3 between the lenses 201 h (h = 1, 2,..., N + 1) having the focal length f 1 is obtained from a recurrence formula as described below.

本実施例2の等倍結像光学系のように、n+1枚の焦点距離がf1のレンズ201h(h=1,2,…,n+1)と、m枚の焦点距離がf2のレンズ208j(j=1,2,…,n)を交互に積層した場合、前記焦点距離がf1のレンズ201h(h=1,2,…,n+1)の間隔をdとすると、k枚のレンズを通過した光の結像の倍率Mkは、下記数式(5)乃至数式(8)のような漸化式で表される。

Figure 2006285069
As the magnification imaging optical system of this embodiment 2, n + 1 sheets of focal length f 1 of the lens 201 h (h = 1,2, ... , n + 1) and the focal length of the m sheets f 2 When the lenses 208 j (j = 1, 2,..., N) are alternately stacked, the distance between the lenses 201 h (h = 1, 2,..., N + 1) having the focal length f 1 is d. Then, the magnification M k of the image formation of the light that has passed through the k lenses is expressed by a recurrence formula such as the following formulas (5) to (8).
Figure 2006285069

前記数式(5)において、等倍率の正立像を結像させる場合は、Mk=2n+1=1である。そのため、前記数式(5)乃至数式(8)を用いてM2n+1=1を満たすdを求めることで、前記焦点距離がf1のレンズ201h(h=1,2,…,n+1)の間隔d3が求まる。また、等倍率の倒立像を結像させる場合は、Mk=2n+1=−1である。そのため、前記数式(5)乃至数式(8)を用いてMk=2n+1=−1を満たすdを求めることで、前記焦点距離がf1のレンズ201h(h=1,2,…,n+1)の間隔d3が求まる。なお、前記数式(5)乃至数式(8)を用いてM2n+1=1または−1を満たすdを求める手順は、前記実施例1で説明したのと同じ手順であるので、詳細な説明は省略する。 In the equation (5), M k = 2n + 1 = 1 when an erect image of equal magnification is formed. Therefore, the lens 201 h (h = 1, 2,..., N +) having the focal length f 1 is obtained by obtaining d satisfying M 2n + 1 = 1 using the equations (5) to (8). The interval d3 of 1) is obtained. Further, when forming an inverted image of equal magnification, M k = 2n + 1 = −1. Therefore, the lens 201 h (h = 1, 2,...) Having the focal length f 1 is obtained by obtaining d satisfying M k = 2n + 1 = −1 using the equations (5) to (8). , n + 1) is obtained. The procedure for obtaining d satisfying M 2n + 1 = 1 or −1 using the formulas (5) to (8) is the same as the procedure described in the first embodiment, and therefore will not be described in detail. Is omitted.

また、本実施例2の等倍結像光学系において、前記数式(5)乃至数式(8)で表される漸化式を用いてn=1まで、すなわち焦点距離がf1のレンズが2枚の場合について、たとえば、f2=−2f1として、等倍の倒立像を結像させるときのレンズの間隔d3を求めると、d3=1.6fとなる。前記実施例1のような構成で焦点距離がf1のレンズが2枚の場合、前記表1に示したようにレンズの間隔d2は2fである。つまり、焦点距離がf1の2枚のレンズの間に、焦点距離がf2のレンズを挟むことで、前記焦点距離がf1のレンズの間隔を狭くすることができる。また、説明は省略するが、他の枚数の場合も、焦点距離がf2のレンズを挟むことで、前記焦点距離がf1のレンズの間隔を狭くすることができる。 Further, in the equal-magnification imaging optical system according to the second embodiment, up to n = 1, that is, a lens having a focal length f 1 is 2 using the recurrence formulas expressed by the equations (5) to (8). In the case of a sheet, for example, if f 2 = −2f 1 and the lens interval d3 when forming an inverted image of the same magnification is obtained, d3 = 1.6f. When there are two lenses having the focal length f 1 in the configuration as in the first embodiment, the lens interval d2 is 2f as shown in Table 1 above. In other words, while the focal length of the two lenses of f 1, that the focal length sandwich the lens f 2, can be the focal length to reduce the distance of the lens f 1. Although explanation is omitted, in the case of other numbers, the interval between the lenses having the focal length f 1 can be reduced by sandwiching the lenses having the focal length f 2 .

つまり、本実施例2のような等倍結像光学系にすると、焦点距離がf1のレンズをm枚積層させるときの間隔d3は、前記実施例1のように焦点距離がf1のレンズのみをm枚積層させるときに比べて狭くすることが可能である。そのため、等倍結像光学系を薄くすることができる。 In other words, in the same magnification imaging optical system as in the second embodiment, the distance d3 when the m lenses having the focal distance f 1 are stacked is the same as the first embodiment in which the focal distance is f 1 . It is possible to make it narrower than when only m sheets are stacked. Therefore, the equal magnification imaging optical system can be thinned.

また、本実施例2の等倍結像光学系では、焦点距離f1と焦点距離f2が独立変数なので、前記数式(5)においてM2n+1=1または−1を満たすような条件下で焦点距離f1と焦点距離f2を変化させることで、結像位置L2n+1を自由に変化させることができる。この点についての最も典型的な例として、n=2、すなわちレンズの総数が5枚の場合について考える。このとき、たとえば、前記数式(5)においてM5=−1を解くと、解の1つとして、下記数式(16)が得られる。

Figure 2006285069
Further, in the equal-magnification imaging optical system according to the second embodiment, since the focal length f 1 and the focal length f 2 are independent variables, the condition that satisfies M 2n + 1 = 1 or −1 in the equation (5) is satisfied. By changing the focal length f 1 and the focal length f 2 , the imaging position L 2n + 1 can be freely changed. As a most typical example of this point, consider a case where n = 2, that is, the total number of lenses is five. At this time, for example, when M 5 = −1 is solved in the equation (5), the following equation (16) is obtained as one of the solutions.
Figure 2006285069

このとき、前記数式(16)を満たすようにf1とf2を変えることにより、等倍関係を維持したまま結像位置L5を制御することができる。 At this time, by changing f 1 and f 2 so as to satisfy the formula (16), the imaging position L 5 can be controlled while maintaining the same magnification relationship.

また、本実施例2のような構成の等倍結像光学系の場合、前記レンズ201h,208jとして可変焦点レンズ、すなわち焦点距離を変えられるレンズを用いることが好ましい。前記可変焦点レンズとしては、たとえば、液晶レンズが挙げられる。 In the case of an equal magnification imaging optical system configured as in the second embodiment, it is preferable to use a variable focus lens, that is, a lens whose focal length can be changed, as the lenses 201 h and 208 j . An example of the variable focus lens is a liquid crystal lens.

前記レンズ201h,208jとして可変焦点レンズを用いると、たとえば、1組の光学系で、前記数式(5)においてM2n+1=1または−1を満たすような条件下で焦点距離f1と焦点距離f2を変化させることができる。言い換えると、たとえば、前記レンズの総数が5枚の場合、前記焦点距離がf1のレンズ201h(h=1,2,3)をある間隔d3で配置しているときには、前記各レンズ201h,208jの焦点距離f1,f2は、前記数式(16)を満たしていれば、どのような組み合わせであってもよい。そして、前記各レンズ201h,208jの焦点距離f1,f2の組み合わせを変えた場合、前記数式(7)から、物体の結像位置L5が変わる。そのため、たとえば、3次元表示装置で表示可能な奥行き表示範囲が狭い場合でも、前記各レンズ201h,208jの焦点距離f1,f2を変化させることで、広い奥行き範囲を表現することができる。 When a variable focus lens is used as the lenses 201 h and 208 j , for example, the focal length f 1 is satisfied under the condition that M 2n + 1 = 1 or −1 in the formula (5) in one set of optical systems. And the focal length f 2 can be changed. In other words, for example, when the total number of the lenses is 5, when the lenses 201 h (h = 1, 2, 3) having the focal length f 1 are arranged at a certain distance d3, the lenses 201 h , focal length f 1, f 2 of 208 j, the if they meet the equation (16) may be any combination. When the combination of the focal lengths f 1 and f 2 of the lenses 201 h and 208 j is changed, the imaging position L 5 of the object is changed from the equation (7). Therefore, for example, even when the depth display range that can be displayed by the three-dimensional display device is narrow, a wide depth range can be expressed by changing the focal lengths f 1 and f 2 of the lenses 201 h and 208 j. it can.

以上説明したように、本実施例2の等倍結像光学系によれば、n+1枚の焦点距離がf1のレンズとn枚の焦点距離がf2のレンズを交互に積層し、前記焦点距離がf1のレンズの間隔を前記数式(5)からから数式(8)で表される漸化式において、Mk=2n+1=1または−1を満たし、かつ、L0に依存しない間隔dで積層することにより、簡素な構成で等倍の正立像または倒立像を結像させることができる。 As described above, according to the equal-magnification imaging optical system of the second embodiment, n + 1 focal length f 1 lenses and n focal length f 2 lenses are alternately stacked, and the focal point In the recurrence formula expressed by the formulas (5) to (8), the distance between the lenses having the distance f 1 satisfies M k = 2n + 1 = 1 or −1 and does not depend on L 0. By laminating at intervals d, it is possible to form an equal-magnification erect image or an inverted image with a simple configuration.

また、焦点距離がf1のレンズの間に焦点距離がf2のレンズを配置することで、焦点距離がf1のレンズをm枚積層させたときのレンズの間隔d3は、前記実施例1のように焦点距離がf1のレンズのみをm枚積層させた場合に比べて狭くすることが可能である。そのため、等倍結像光学系を薄くすることができる。 Further, since the focal length focal length between the lens f 1 places the lens f 2, the interval d3 of lens when the focal length formed by laminating m sheets of lens f 1, the Example 1 Thus, it is possible to make it narrower than when only m lenses having a focal length of f 1 are stacked. Therefore, the equal magnification imaging optical system can be thinned.

また、本実施例2の等倍結像光学系では、焦点距離f1と焦点距離f2が独立変数なので、前記数式(5)においてM2n+1=1または−1を満たすような条件下で焦点距離f1と焦点距離f2を変化させることで、結像位置L2n+1を自由に変化させることができる。またこのとき、前記レンズとして可変焦点レンズを用いれば、3次元表示装置で表示可能な奥行き表示範囲が狭い場合でも、広い奥行き範囲を表現することができる。 Further, in the equal-magnification imaging optical system according to the second embodiment, since the focal length f 1 and the focal length f 2 are independent variables, the condition that satisfies M 2n + 1 = 1 or −1 in the equation (5) is satisfied. By changing the focal length f 1 and the focal length f 2 , the imaging position L 2n + 1 can be freely changed. At this time, if a variable focus lens is used as the lens, a wide depth range can be expressed even when the depth display range that can be displayed by the three-dimensional display device is narrow.

また、本実施例2の等倍結像光学系の場合も、積層する前記焦点距離f1のレンズの枚数は前記条件を満たせば何枚でもよい。しかしながら、前記焦点距離f1のレンズの枚数が少ないと視野角が狭くなる。また、前記焦点距離f1のレンズの枚数が多いと視野角は広がるが、レンズの吸収損失や散乱などの原因により画像が劣化する。これらのことから、前記焦点距離f1のレンズの枚数は4枚から8枚程度とすることが好ましい。 In the case of the equal-magnification imaging optical system according to the second embodiment, the number of lenses having the focal length f 1 to be stacked may be any number as long as the above condition is satisfied. However, when the number of lenses having the focal length f 1 is small, the viewing angle becomes narrow. If the number of lenses having the focal length f 1 is large, the viewing angle is widened, but the image is deteriorated due to absorption loss or scattering of the lenses. For these reasons, the number of lenses having the focal length f 1 is preferably about 4 to 8.

また、前記焦点距離f1のレンズおよび前記焦点距離f2のレンズはバルクレンズ、フレネルレンズ、液晶レンズのような可変焦点レンズなどの種々のレンズを用いることが可能である。このとき、前記光学系を薄型化するには、フレネルレンズを用いることが好ましい。 The lens having the focal length f 1 and the lens having the focal length f 2 may be various lenses such as a bulk lens, a Fresnel lens, and a variable focus lens such as a liquid crystal lens. At this time, in order to make the optical system thin, it is preferable to use a Fresnel lens.

また、前記焦点距離f1のレンズおよび前記焦点距離f2のレンズの材料は、たとえば、前記レンズの加工の容易さ、透明度の高さなどからアクリルを用いることが好ましいが、前記アクリルに限らず、ポリカーボネート、ガラスなどの種々の光学材料を用いることができる。 The material of the lens having the focal length f 1 and the lens having the focal length f 2 is preferably acrylic, for example, because of ease of processing of the lens and high transparency, but is not limited to the acrylic. Various optical materials such as polycarbonate and glass can be used.

また、本実施例2の等倍結像光学系では、前記焦点距離がf2のレンズとして凹レンズを用いているが、これに限らず、凸レンズを用いてもよい。 In the equal-magnification imaging optical system according to the second embodiment, a concave lens is used as the lens having the focal length f 2. However, the present invention is not limited to this, and a convex lens may be used.

また、詳細な説明は省略するが、前記実施例2のような構成の等倍結像光学系の場合も、図9に示したような構成や配置に限らず、図9に示したような光学系と光学的に等価であれば、どのような構成、配置の光学系であってもよい。   Although not described in detail, the same magnification imaging optical system as in the second embodiment is not limited to the configuration and arrangement as shown in FIG. 9, but as shown in FIG. As long as it is optically equivalent to the optical system, the optical system may have any configuration and arrangement.

以上、本発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることはもちろんである。   The present invention has been specifically described above based on the above-described embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. is there.

前記等倍結像光学系は、焦点距離が同一のレンズを複数枚積層することで、物体を等倍率で結像させることができる。そのため、前記実施例1で説明したようなタッチパネル表示装置の他、たとえば、銅像,花瓶,彫刻などのインテリア(オブジェ)の表示や、屋外や公共施設等に設置された表示装置で表示する広告を空間に浮遊させて表示する表示システムなどに適用することもできる。   The equal-magnification imaging optical system can image an object at equal magnification by stacking a plurality of lenses having the same focal length. Therefore, in addition to the touch panel display device described in the first embodiment, for example, display of interiors (objects) such as bronze statues, vases, sculptures, and advertisements displayed on display devices installed outdoors or in public facilities. The present invention can also be applied to a display system that displays in a floating state.

本発明による実施例1の等倍結像光学系の概略構成を示す模式図であり、等倍率の正立像を結像させる場合の構成例を示す図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the equal magnification imaging optical system according to the first exemplary embodiment of the present invention, and illustrates a configuration example when an erect image of equal magnification is formed. 本発明による実施例1の等倍結像光学系の概略構成を示す模式図であり、等倍率の倒立像を結像させる場合の構成例を示す図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of an equal magnification imaging optical system according to a first embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating a configuration example in the case of forming an inverted image of equal magnification. 本実施例1の等倍結像光学系におけるレンズの間隔の求め方を説明するための模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram for explaining how to obtain the lens interval in the equal magnification imaging optical system according to the first embodiment. 本実施例1の等倍結像光学系の適用例を示す図であり、4枚のレンズを積層して等倍の倒立像を結像させる場合の例を示す図である。It is a figure which shows the example of application of the equal magnification imaging optical system of the present Example 1, and is a figure which shows the example in the case of laminating | stacking four lenses and forming an inverted image of equal magnification. 前記実施例1の応用例を説明するための模式図であり、前記実施例1の原理を示す図である。FIG. 5 is a schematic diagram for explaining an application example of the first embodiment, and illustrates the principle of the first embodiment. 前記実施例1の応用例を説明するための模式図であり、図5に示した光学系と光学的に等価な光学系の第1の構成例を示す図である。FIG. 6 is a schematic diagram for explaining an application example of the first embodiment, and is a diagram illustrating a first configuration example of an optical system that is optically equivalent to the optical system illustrated in FIG. 5. 前記実施例1の応用例を説明するための模式図であり、図5に示した光学系と光学的に等価な光学系の第2の構成例を示す図である。FIG. 6 is a schematic diagram for explaining an application example of the first embodiment, and is a diagram illustrating a second configuration example of an optical system optically equivalent to the optical system illustrated in FIG. 5. 前記実施例1の応用例を説明するための模式図であり、図5に示した光学系と光学的に等価な光学系の第3の構成例を示す図である。FIG. 6 is a schematic diagram for explaining an application example of the first embodiment, and is a diagram illustrating a third configuration example of an optical system that is optically equivalent to the optical system illustrated in FIG. 5. 本発明による実施例2の等倍結像光学系の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the equal magnification imaging optical system of Example 2 by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1A…物体
1B…等倍率の正立像
1C…等倍率の倒立像
2011,2012,2013,201n,201n+1…焦点距離がf(f1)のレンズ
202…平面鏡
203…ハーフミラー
204…偏光ビームスプリッタ
205…1/4波長板
206…偏光板
207…曲面鏡
2081,2082,2083,208n…焦点距離がf2のレンズ
301A…DFDの前面の表示画面
302A…DFDの後面の表示画面
301C…DFDの前面の表示画面の倒立像
302C…DFDの後面の表示画面の倒立像
4…タッチパネル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A ... Object 1B ... Erect image with equal magnification 1C ... Inverted image with equal magnification 201 1 , 201 2 , 201 3 , 201 n , 201 n + 1 ... Lens with focal length f (f 1 ) 202 ... Plane mirror 203 ... Half Mirror 204 ... Polarizing beam splitter 205 ... 1/4 wavelength plate 206 ... Polarizing plate 207 ... Curved mirror 208 1 , 208 2 , 208 3 , 208 n ... Lens with focal length f 2 301A ... Display screen 302A on the front surface of DFD ... Display screen on the rear surface of the DFD 301C: Inverted image of the display screen on the front surface of the DFD 302C: Inverted image of the display screen on the rear surface of the DFD 4 ... Touch panel

Claims (8)

複数個の結像素子を備え、物体を等倍率で結像させる等倍結像光学系であって、
前記複数個の結像素子は、焦点距離が全て同一であり、
前記複数個の結像素子は、等間隔であり、かつ、前記光学系に入射した光が前記光学系から出射するまでに結像素子をn回(nは2以上の整数)通過するように配置されており、
前記結像素子の間隔dは、前記結像素子の焦点距離をf、k個の前記結像素子を通過した光の結像の倍率をMkとしたときに下記数式(1)乃至数式(4)で表される漸化式において、Mk=n=1または−1を満たし、かつ、L0に依存しない値とすることを特徴とする等倍結像光学系。
Figure 2006285069
An equal-magnification imaging optical system comprising a plurality of imaging elements and imaging an object at an equal magnification,
The plurality of imaging elements have the same focal length,
The plurality of imaging elements are equally spaced so that light incident on the optical system passes through the imaging elements n times (n is an integer of 2 or more) before exiting the optical system. Has been placed,
The distance d between the imaging elements is expressed by the following formulas (1) to (1), where f is the focal length of the imaging elements and M k is the imaging magnification of the light that has passed through the k imaging elements. 4. An equal-magnification imaging optical system characterized by satisfying M k = n = 1 or −1 in the recurrence formula represented by 4) and having a value independent of L 0 .
Figure 2006285069
前記複数個の結像素子は、n個のレンズ、またはn個の曲面鏡からなることを特徴とする請求項1に記載の等倍結像光学系。   2. The equal-magnification imaging optical system according to claim 1, wherein the plurality of imaging elements include n lenses or n curved mirrors. 前記複数個の結像素子は、レンズおよび曲面鏡からなり、前記レンズおよび曲面鏡の総数がn個であることを特徴とする請求項1に記載の等倍結像光学系。   2. The equal-magnification imaging optical system according to claim 1, wherein the plurality of imaging elements include lenses and curved mirrors, and the total number of the lenses and curved mirrors is n. 複数個の結像素子と、平面鏡と、光の入射方向に応じて前記光の出射方向を切り替える光学部品とを備え、物体を等倍率で結像させる等倍結像光学系であって、
前記複数個の結像素子は、焦点距離が全て同一であり、
前記複数個の結像素子、前記平面鏡、および前記光学部品は、前記結像素子が等間隔であり、かつ、前記光学系に入射した光が前記光学系から出射するまでに結像素子をn回(nは2以上の整数)通過するように配置されており、
前記結像素子の間隔dは、前記結像素子の焦点距離をf、k個の前記結像素子を通過した光の結像の倍率をMkとしたときに下記数式(1)乃至数式(4)で表される漸化式において、Mk=n=1または−1を満たし、かつ、L0に依存しない値とすることを特徴とする等倍結像光学系。
Figure 2006285069
An equal-magnification imaging optical system comprising a plurality of imaging elements, a plane mirror, and an optical component that switches the light emission direction in accordance with the light incident direction, and forms an object at an equal magnification,
The plurality of imaging elements have the same focal length,
The plurality of imaging elements, the plane mirror, and the optical component are arranged in such a manner that the imaging elements are arranged at equal intervals, and the imaging elements are n before the light incident on the optical system exits from the optical system. Are arranged to pass through (n is an integer of 2 or more),
The distance d between the imaging elements is expressed by the following formulas (1) to (1), where f is the focal length of the imaging elements and M k is the imaging magnification of the light that has passed through the k imaging elements. 4. An equal-magnification imaging optical system characterized by satisfying M k = n = 1 or −1 in the recurrence formula represented by 4) and having a value independent of L 0 .
Figure 2006285069
前記複数個の結像素子はn個未満のレンズからなり、
前記光学部品はハーフミラーからなることを特徴とする請求項4に記載の等倍結像光学系。
The plurality of imaging elements are composed of less than n lenses,
The equal-magnification imaging optical system according to claim 4, wherein the optical component is a half mirror.
前記複数個の結像素子はn個未満のレンズからなり、
前記光学部品は、偏光ビームスプリッタおよび1/4波長板の組み合わせ、または前記偏光ビームスプリッタおよび1/4波長板ならびに偏光板の組み合わせからなることを特徴とする請求項4に記載の等倍結像光学系。
The plurality of imaging elements are composed of less than n lenses,
5. The equal-magnification imaging according to claim 4, wherein the optical component is a combination of a polarizing beam splitter and a quarter-wave plate, or a combination of the polarizing beam splitter, a quarter-wave plate and a polarizing plate. Optical system.
複数個の結像素子を備え、物体を等倍率で結像させる等倍結像光学系であって、
前記複数個の結像素子は、n+1枚(nは1以上の整数)の焦点距離がf1のレンズと、n枚の焦点距離がf2のレンズからなり、
前記焦点距離がf1のレンズと前記焦点距離がf2のレンズとが交互に配置され、かつ、前記焦点距離がf1のレンズが等間隔で配置されており、
前記焦点距離f1のレンズの間隔dは、k個の前記結像素子を通過した光の結像の倍率をMkとしたときに下記数式(5)乃至数式(8)で表される漸化式において、Mk=2n+1=1または−1を満たし、かつ、L0に依存しない値とすることを特徴とする等倍結像光学系。
Figure 2006285069
An equal-magnification imaging optical system comprising a plurality of imaging elements and imaging an object at an equal magnification,
The plurality of imaging elements are composed of n + 1 (n is an integer of 1 or more) lenses having a focal length of f 1 and n lenses having a focal length of f 2 .
The lens having the focal length f 1 and the lens having the focal length f 2 are alternately arranged, and the lenses having the focal length f 1 are arranged at equal intervals.
The distance d between the lenses having the focal length f1 is a recurrence expressed by the following formulas (5) to (8), where M k is the imaging magnification of the light that has passed through the k imaging elements. An equal-magnification imaging optical system characterized by satisfying M k = 2n + 1 = 1 or −1 in the expression and not depending on L 0 .
Figure 2006285069
前記焦点距離がf1のレンズまたは前記焦点距離がf2のレンズのいずれか一方、または両方が、可変焦点レンズであることを特徴とする請求項7に記載の等倍結像光学系。 8. The equal-magnification imaging optical system according to claim 7, wherein one or both of the lens having the focal length f 1 and the lens having the focal length f 2 or both are variable focal length lenses.
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