JP2007292843A

JP2007292843A - 光学装置

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Publication number: JP2007292843A
Application number: JP2006117803A
Authority: JP
Inventors: Kokichi Kenno; 孝吉研野
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2007-11-08

Abstract

【課題】反射型表示素子に斜めから照明光を入射させても瞳収差の発生が少ないフィールドレンズを用いることにより、反射型表示素子を用いた投影光学装置や拡大観察装置を小型、高コントラストで、安価に提供する。
【解決手段】反射型表示素子６と、反射型表示素子６に表示された画像を投影する投影光学系又は該反射型表示素子に表示された画像の拡大虚像を結像する拡大観察光学系と、反射型表示素子６を照明する照明光源と、反射型表示素子６の近傍に配置されるフィールドレンズ５とを備えた光学装置であり、フィールドレンズ６の少なくとも１つの面５１は光束にパワーを与える曲面形状であって、反射型表示素子６の表示面の中心を通る垂線の周りの方位角によりパワーの異なる曲面にて構成されている光学装置。
【選択図】図５

Description

本発明は、光学装置に関し、特に、ＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）等の反射型表示素子の表示像を壁面又はスクリーンに投影する投影光学装置や拡大観察装置等の光学装置に関するものである。

従来のＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）等の反射型表示素子の表示像を投影するプロジェクターとしては回転対称なレンズ系を使用していた（特許文献１）。この場合、照明光路の配置が難しく、小型の装置として構成することは容易ではなかった。
特開２０００−９８２７２号公報「光学」（vol.25,No.6,p.313 〜314,1996年）

本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、反射型表示素子に斜めから照明光を入射させても瞳収差の発生が少ないフィールドレンズを用いることにより、反射型表示素子を用いた投影光学装置や拡大観察装置等の光学装置を小型、高コントラストで、安価に提供することである。

上記目的を達成する本発明の光学装置は、反射型表示素子と、該反射型表示素子に表示された画像を投影する投影光学系又は該反射型表示素子に表示された画像の拡大虚像を結像する拡大観察光学系と、前記反射型表示素子を照明する照明光源と、前記反射型表示素子の近傍に配置されるフィールドレンズとを備えた光学装置において、
前記フィールドレンズの少なくとも１つの面は光束にパワーを与える曲面形状であって、前記反射型表示素子の表示面の中心を通る垂線の周りの方位角によりパワーの異なる曲面にて構成されていることを特徴とするものである。

この場合に、前記フィールドレンズの少なくとも１つの面の曲面形状は、前記投影光学系又は前記拡大観察光学系の光軸と照明光束の光軸とを含む平面に対して面対称であって回転非対称な形状であることが望ましい。

また、前記反射型表示素子は、２次元的に配置された多数の画素の微小ミラーの傾きを変化させて反射光の射出角度を変化させることによりオン／オフ状態を作る反射型表示素子からなることが望ましい。

また、前記フィールドレンズの少なくとも１つの面は自由曲面からなることが望ましい。

また、前記フィールドレンズは、前記反射型表示素子の表示面を照明する照明光束を入射させる照明光学系の射出瞳の像を前記投影光学系又は前記拡大観察光学系の入射瞳に投影する際の偏心収差を補正する作用を持つことが望ましい。

本発明によると、反射型表示素子の表示面に斜めから照明光を入射させても、瞳収差の発生が少ないフィールドレンズを用いることで、反射型表示素子を用いた投影光学装置等を小型、高コントラストで、安価に提供することが可能となる。

以下、実施例に基づいて本発明の光学装置について説明する。

本発明の光学装置は、投影光学装置や拡大観察装置にＤＭＤあるいは反射型液晶表示素子等の反射型表示素子を用い場合に、照明光又は投影光を反射型表示素子に斜めから入射又は射出する構成をとっても、瞳収差の発生を少なくし、高コントラストで小型に構成するようにするものである。

まず、本発明において使用する反射型表示素子としてＤＭＤを用いる場合の照明光と投影光の関係を説明する。

ＤＭＤは、非特許文献１に記載されているように、２次元的に配列した各ピクセルが微小なミラーから構成され、各ピクセル毎にその直下に配置されたメモリー素子による静電界作用によって上記微小ミラーの傾きを制御し、反射光の反射角度を変化させることによってオン／オフ状態を作る反射型表示素子である。

図１は、ＤＭＤ１０を構成する微小ミラー１２の回転軸１１が表示面の短辺あるいは長辺に対して表示面内で角度４５°をなしている場合を示す図であり、（ａ）は照明光の光軸（照明光軸）１と投影光の光軸（投影光軸）２の関係を示す図であり、（ｂ）はＤＭＤ１０を構成する微小ミラー１２の回転方向を示す図である。微小ミラー１２が回転軸１１の周りで一方の端に回転した状態１２₁をオン状態、反対側の端に回転した状態１２₀をオフ状態とすると、照明光の入射方法として、回転軸１１に直交する方位角４５°の平面内で、ＤＭＤ１０の表示面の垂線方向に照明光軸１をとり、垂線に対して斜めの例えば２４°方向に投影光軸２を出す図１（ａ）の実線の場合と、逆に、図１（ａ）の破線の、回転軸１１に直交する方位角４５°の平面内で、ＤＭＤ１０の表示面の垂線に対して斜めの例えば−２４°方向から照明光軸１を入射させ、垂線方向に投影光軸２を出す場合とがある。ただし、実線、破線の光路を逆にすることも可能であるが、何れにしても回転軸１１に直交する方位角４５°の平面内で、表示面に垂直に照明光軸１を入れ、斜めの方向から投影光軸２を出すか、斜めの方向から照明光軸１を入れ、垂直方向に投影光軸２を出すことになる。なお、上記の例では、微小ミラー１２の回転角は±１２°である。

図２は、ＤＭＤ１０を構成する微小ミラー１２の回転軸１１が表示面の長辺方向にある場合を示す図１と同様の図であり、微小ミラー１２が傾いていないで表示面と平行にあるニュートラルの状態１２₁をオン状態、一方に例えば１２°回転した状態１２₀をオフ状態とする。この場合には、回転軸１１に直交する方位角０°の平面内で、下方の例えば１２°の方向から照明光軸１を入射させ、上方の例えば１２°の方向に投影光軸２を出すか、照明光軸１と投影光軸２を逆にする。

図１、図２の場合の照明光学系の射出瞳と投影光学系又は拡大観察光学系の入射瞳の関係を図３、図４に示す。図３は図１（ａ）の実線に対応する場合であり、図１（ａ）の実線の光路を逆にし、回転軸１１に直交する方位角４５°の平面内で、垂線に対して斜めの例えば２４°方向から照明光軸１を入射させ、垂線方向に投影光軸２を出している。そして、画素の微小ミラー１２は回転軸１１の周りで斜めに１２°に傾いた状態１２₁をオン状態として使うものである。この図３の場合は、投影光学系又は拡大観察光学系の入射瞳４はＤＭＤ１０の表示面の中心を通る垂線と同軸であり、照明光学系の射出瞳３はその垂線から外れて傾いている（偏心している。）。なお、微小ミラー１２が回転軸１１の周りで反対に斜めに１２°に傾いたオフ状態１２₀での画素の微小ミラー１２からの反射光（オフ光）は符号９で示してあり、投影光学系又は拡大観察光学系の入射瞳４には入射しないように構成される。

図４は図２（ａ）に対応する場合であり、画素の微小ミラー１２が回転軸１１の周りで傾いていないで表示面と平行にあるニュートラルの状態１２₁をオン状態として使うものである。この場合、上記のように、回転軸１１に直交する方位角０°の平面内で、下方の例えば１２°の方向から照明光軸１を入射させ、上方の例えば１２°の方向に投影光軸２を出しており、プロジェクターとして使う場合は、このように打ち上げ光路を用いることが好ましい。この図４の場合は、照明光学系の射出瞳３と投影光学系又は拡大観察光学系の入射瞳４はＤＭＤ１０の表示面の中心を通る垂線に対して対称の偏心位置にあり、微小ミラー１２が回転軸１１の周りで下側に１２°回転したオフ状態１２₀での画素の微小ミラー１２からの反射光（オフ光）９は、投影光学系又は拡大観察光学系の入射瞳４には入射しないように構成される。

この図４の場合に、照明光の入射角度を大きくとると、照明光路と投影光路の干渉が避けられ、光学装置全体をコンパクトに構成することが可能となると同時に、投影光学系又は拡大観察光学系のバックフォーカスを小さくすることが可能となり、投影光学装置又は拡大観察光学装置を広画角にする場合に好ましい。また、この配置は、投影光路を反射型表示素子垂線方向にとる必要がないので、反射型表示素子表面と投影光学系と間の繰り返し反射によるコントラスト低下を避けることが可能となる。

なお、画素の微小ミラー１２が回転軸１１の周りで傾いていないで表示面と平行にあるニュートラルの状態１２₁をオン状態とする構成（図２、図４）では、回転軸１１は表示面の長辺方向に限らず任意の方向に向いていても同様の効果を得ることが可能となる。

また、図４のように、照明光軸１と投影光軸２が表示面の垂線に対して対称に配置する構成では、反射型表示素子はＤＭＤ１０に限らず、反射型液晶表示素子の場合にも適用できる。

ところで、上記のような反射型液晶表示素子やＤＭＤ１０のような反射型表示素子に画像を表示して、その表示像を投影光学系や拡大観察光学系で拡大して観察する場合に、照明光を有効に利用するために、反射型表示素子の直前近傍にフィールドレンズ（視野レンズ）を配置するのが一般的である。本発明の光学装置においても、そのようなフィールドレンズをＤＭＤ１０等の反射型表示素子の直前近傍に配置するが、図３、図４のように、照明光学系の射出瞳３と投影光学系又は拡大観察光学系の入射瞳４の少なくとも一方がフィールドレンズの中心軸に対して偏心しており、かつ、射出瞳３と入射瞳４が空間的に分離しているので、そのフィールドレンズは射出瞳３の像を入射瞳４上に十分に収差を補正して結像することが必要である。

すなわち、反射型表示素子がＤＭＤ１０の場合は、オン状態の反射光とオフ状態の反射光とを異なる方向に反射するので、オン状態の反射光に偏心による瞳収差がある場合には、投影光学系又は拡大観察光学系の入射瞳４の径を大きくしないと、明るい投影像又観察像を結像することができなくなってしまう。投影光学系又は拡大観察光学系の入射瞳４を大きくすることは、Ｆナンバーの小さい明るい光学系を必要とすることになり、投影光学系又は拡大観察光学系の収差補正上、構成枚数が増える原因となり、好ましくない。

そこで、本発明においては、後記の具体的な数値例に示されるように、フィールドレンズの少なくとも１つの面として、光束にパワーを与える曲面形状であって、ＤＭＤ１０の表示面の中心を通る垂線の周りの方位角によりパワーの異なる曲面、より、具体的には、投影光軸２と照明光軸１とを含む平面に対して面対称であって回転非対称な形状の曲面を用いて、相互に偏心配置の射出瞳３と入射瞳４の間で、射出瞳３の像を入射瞳４上に十分に偏心収差を補正して結像させるようにする。

このようなフィールドレンズの曲面を後記の自由曲面で構成することにより、対称面を挟んで左右が対称な形状となり、その面の製作性が向上する。

また、図１〜図４のように、照明光路と投影光路が角度を有しているとき、フィールドレンズが照明光学系の射出瞳３の像を投影光学系又は拡大観察光学系の入射瞳４に投影する際の偏心収差を補正する作用を持つことで、照明光路と投影光路との間の角度を大きくとった場合の偏心による瞳収差の発生を少なくすることが可能となり、本発明の光学装置を小型化できるし、投影光学系又は拡大観察光学系の入射瞳４を大きくする必要がなくなり、投影光学系又は拡大観察光学系の負担が減り、小型の光学装置を提供することができるようになる。

次に、本発明の実施例１〜４の光学装置の光学系について説明する。各実施例の構成パラメータは後記するが、各実施例の構成パラメータにおいては、例えば図５に示すように、一方の瞳２１（射出瞳３又は入射瞳４）の中心を出て、フィールドレンズ５の第１面５１と第２面（平面）５２を通り、反射型表示素子６の中心に至り、そこで反射され、再度フィールドレンズ５の第２面５２と第１面５１を経て他方の瞳２２（入射瞳４又は射出瞳３）の中心に至る順で示してある。何れか一方あるいは双方の瞳２１、２２はフィールドレンズ５及び反射型表示装置６の中心軸（Ｚ軸）に対してＹ軸の方向に偏心しているが、構成パラメータの表記においては、中心軸（Ｚ軸）に投影した位置で示してある。

座標系は、例えば図５に示すように、反射型表示素子６の中心を原点として、瞳２１、２２と反対に向かう中心軸方向をＺ軸のプラス方向、図５の紙面の表から裏へ向かう方向をＸ軸のプラス方向、このＸ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＹ軸プラス方向とする。

また、各実施例の光学系を構成する光学作用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系を構成する場合には面間隔が与えられており、その他、面の曲率半径、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。

また、本発明で用いられる自由曲面の面の形状は、以下の式（ａ）で定義されるものである。なお、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。

Ｚ＝（ｒ²／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（ｒ／Ｒ）²｝］
∞
＋Σ Ｃ_jＸ^mＹⁿ ・・・（ａ）
^j=1
ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。

球面項中、
Ｒ：頂点の曲率半径
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ²＋Ｙ²）
である。

自由曲面項は、
₆₆
Σ Ｃ_jＸ^mＹⁿ
^j=1
＝Ｃ₁
＋Ｃ₂Ｘ＋Ｃ₃Ｙ
＋Ｃ₄Ｘ²＋Ｃ₅ＸＹ＋Ｃ₆Ｙ²
＋Ｃ₇Ｘ³＋Ｃ₈Ｘ²Ｙ＋Ｃ₉ＸＹ²＋Ｃ₁₀Ｙ³
＋Ｃ₁₁Ｘ⁴＋Ｃ₁₂Ｘ³Ｙ＋Ｃ₁₃Ｘ²Ｙ²＋Ｃ₁₄ＸＹ³＋Ｃ₁₅Ｙ⁴
＋Ｃ₁₆Ｘ⁵＋Ｃ₁₇Ｘ⁴Ｙ＋Ｃ₁₈Ｘ³Ｙ²＋Ｃ₁₉Ｘ²Ｙ³＋Ｃ₂₀ＸＹ⁴
＋Ｃ₂₁Ｙ⁵
＋Ｃ₂₂Ｘ⁶＋Ｃ₂₃Ｘ⁵Ｙ＋Ｃ₂₄Ｘ⁴Ｙ²＋Ｃ₂₅Ｘ³Ｙ³＋Ｃ₂₆Ｘ²Ｙ⁴
＋Ｃ₂₇ＸＹ⁵＋Ｃ₂₈Ｙ⁶
＋Ｃ₂₉Ｘ⁷＋Ｃ₃₀Ｘ⁶Ｙ＋Ｃ₃₁Ｘ⁵Ｙ²＋Ｃ₃₂Ｘ⁴Ｙ³＋Ｃ₃₃Ｘ³Ｙ⁴
＋Ｃ₃₄Ｘ²Ｙ⁵＋Ｃ₃₅ＸＹ⁶＋Ｃ₃₆Ｙ⁷
・・・・・・
ただし、Ｃ_j（ｊは１以上の整数）は係数である。

上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、本発明ではＸの奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例えば、上記定義式（ａ）においては、Ｃ₂、Ｃ₅、Ｃ₇、Ｃ₉、Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₆、Ｃ₁₈、Ｃ₂₀、Ｃ₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ₂₇、Ｃ₂₉、Ｃ₃₁、Ｃ₃₃、Ｃ₃₅・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。

また、Ｙの奇数次項を全て０にすることによって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例えば、上記定義式においては、Ｃ₃、Ｃ₅、Ｃ₈、Ｃ₁₀、Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₇、Ｃ₁₉、Ｃ₂₁、Ｃ₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ₂₇、Ｃ₃₀、Ｃ₃₂、Ｃ₃₄、Ｃ₃₆・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。

また上記対称面の方向の何れか一方を対称面とし、それに対応する方向の偏心、例えば、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面に対して光学系の偏心方向はＹ軸方向に、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面に対しては光学系の偏心方向はＸ軸方向にすることで、偏心により発生する回転非対称な収差を効果的に補正しながら同時に製作性をも向上させることが可能となる。

また、上記定義式（ａ）は、前述のように１つの例として示したものであり、本発明は、対称面を１面のみ有する回転非対称な面を用いることで偏心により発生する回転非対称な収差を補正し、同時に製作性も向上させるということが特徴であり、他のいかなる定義式に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。

なお、データの記載されていない自由曲面に関する項は０である。屈折率については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。

図５に実施例１の光学系を示すが、図５（ａ）は中心軸（Ｚ軸）に沿ってとった光路を同時に示す断面図、図５（ｂ）はフィールドレンズ５側からフィールドレンズ５を通して反射型表示素子６を見た光路を同時に示す正面図である。

この実施例は、反射型表示素子６としてＤＭＤ１０を用いて、ＤＭＤ１０の微小ミラー１２の回転軸１１がＸ軸と一致し、微小ミラー１２がＸ軸正方向の周りで時計方向に１２°回転した位置をオン状態とする実施例であって、照明光学系の射出瞳３と投影光学系又は拡大観察光学系の入射瞳４の一方の瞳２１がフィールドレンズ５及び反射型表示装置６の中心軸（Ｚ軸）上に位置し、他方の瞳２２が反射型表示装置６の中心を通りＹ−Ｚ面内でＺ軸に対して＋Ｙ方向に２４°をなす直線上に位置する実施例である。なお、両方の瞳２１、２２のＺ軸上に投影した位置は同じである。

この実施例において、フィールドレンズ５の第１面５１は、Ｙ−Ｚ面に対して面対称で、Ｘ−Ｚ面に対しては非対称な自由曲面で形成された正屈折力の面で形成され、フィールドレンズ５の第２面５２はＺ軸に直交する平面で構成され、このフィールドレンズ５は、ＤＭＤ１０の微小ミラー１２がオン状態で、一方の瞳２１の像を他方の瞳２２上に偏心収差を補正して結像するようにしている。

図６に実施例１のフィールドレンズ５の横収差図を示す。この横収差図において、中央に示された角度は、一方の瞳２１の円形中心からの（Ｘ軸方向像高に対応する画角、Ｙ軸方向像高に対応する画角）を示し、その画角における他方の瞳２２面上でのＹ方向とＸ方向の横収差を示す。以下、同じ。

この実施例１の仕様は、
照明範囲 φ１３．９７ｍｍ
一方の瞳径 φ２ｍｍ
である。

なお、この実施例において、反射型表示素子６として用いたＤＭＤ１０の微小ミラー１２の回転軸１１は、表示面の短辺あるいは長辺に対して表示面内で角度４５°をなしているものである。

図７に実施例２の光学系の図５と同様の図を示す。この実施例は、反射型表示素子６としてＤＭＤ１０を用いて、ＤＭＤ１０の微小ミラー１２の回転軸１１がＸ軸と一致し、微小ミラー１２がＸ軸正方向の周りで時計方向に１２°回転した位置をオン状態とする実施例であって、照明光学系の射出瞳３と投影光学系又は拡大観察光学系の入射瞳４の一方の瞳２１がフィールドレンズ５及び反射型表示装置６の中心軸（Ｚ軸）上に位置し、他方の瞳２２が反射型表示装置６の中心を通りＹ−Ｚ面内でＺ軸に対して＋Ｙ方向に２４°をなす直線上に位置する実施例である。なお、両方の瞳２１、２２のＺ軸上に投影した位置は同じである。

図８に実施例２のフィールドレンズ５の横収差図を示す。

この実施例２の仕様は、
照明範囲 φ１３．９７ｍｍ
一方の瞳径 φ２ｍｍ
である。

図９に実施例３の光学系の図５と同様の図を示す。この実施例は、反射型表示素子６としてＤＭＤ１０を用いて、ＤＭＤ１０の微小ミラー１２の回転軸１１がＸ軸と一致し、微小ミラー１２がＸ軸正方向の周りで時計方向に１２°回転した位置をオン状態とする実施例であって、照明光学系の射出瞳３と投影光学系又は拡大観察光学系の入射瞳４の一方の瞳２１がフィールドレンズ５及び反射型表示装置６の中心軸（Ｚ軸）上に位置し、他方の瞳２２が反射型表示装置６の中心を通りＹ−Ｚ面内でＺ軸に対して＋Ｙ方向に２４°をなす直線上に位置する実施例である。なお、瞳２１のＺ軸上に投影した位置は、フィールドレンズ５の第１面５１を基準にして、瞳２２のＺ軸上に投影した位置の２倍の位置である。

図１０に実施例３のフィールドレンズ５の横収差図を示す。

この実施例３の仕様は、
照明範囲 φ１３．９７ｍｍ
一方の瞳径 φ２ｍｍ
である。

なお、この実施例において、反射型表示素子６として用いたＤＭＤ１０の微小ミラー１２の回転軸１１は、表示面の長辺と平行なものである。

図１１に実施例４の光学系の図５と同様の図を示す。この実施例は、反射型表示素子６としてＤＭＤ１０を用いて、ＤＭＤ１０の微小ミラー１２の回転軸１１がＸ軸と一致し、微小ミラー１２が傾いていないで表示面と平行にあるニュートラルの状態をオン状態とする実施例であって、照明光学系の射出瞳３と投影光学系又は拡大観察光学系の入射瞳４の一方の瞳２１と他方の瞳２２がフィールドレンズ５及び反射型表示装置６の中心軸（Ｚ軸）に対して対称で、反射型表示装置６の中心を通りＹ−Ｚ面内でＺ軸に対してそれぞれ−Ｙ方向、＋Ｙ方向に１２°をなす直線上に位置する実施例である。そして、瞳２１と瞳２２の中心を通る法線が反射型表示装置６の中心に向くように、それぞれの面は、Ｘ軸正方向の周りで反時計方向、時計方向に１０°傾いている。なお、両方の瞳２１、２２のＺ軸上に投影した位置は同じである。

この実施例において、フィールドレンズ５の第１面５１は、Ｙ−Ｚ面に対して面対称で、かつ、Ｘ−Ｚ面に対しては対称な自由曲面で形成された正屈折力の面で形成され、フィールドレンズ５の第２面５２はＺ軸に直交する平面で構成され、このフィールドレンズ５は、ＤＭＤ１０の微小ミラー１２がオン状態で、一方の瞳２１の像を他方の瞳２２上に偏心収差を補正して結像するようにしている。

図１２に実施例４のフィールドレンズ５の横収差図を示す。

この実施例４の仕様は、
照明範囲 φ１３．９７ｍｍ
一方の瞳径 φ２ｍｍ
である。

なお、この実施例において、反射型表示素子６として用いたＤＭＤ１０の微小ミラー１２の回転軸１１は、表示面の長辺と平行なものである。また、この実施例は、反射型表示素子６として反射型液晶表示素子を用いてもよい実施例である。

以下に上記実施例１〜４の構成パラメータを示すが、数値データ中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＲＤ”は反射型表示面をそれぞれ示す。なお、物体面は射出瞳３又は入射瞳４をＺ軸上に投影した位置、像面は入射瞳４又は射出瞳３をＺ軸上に投影した位置である。

実施例１
面番号曲率半径面間隔偏心屈折率アッベ数
物体面 ∞ 50.00
1 ＦＦＳ[1] 5.00 1.5163 64.1
2 ∞ 1.00
3 ＲＤ -1.00
4 ∞ -5.00 1.5163 64.1
5 ＦＦＳ[1] -50.00
像面 ∞ 0.00
ＦＦＳ[1]
Ｃ₄ 1.7664×10^-2 Ｃ₆ 1.6557×10^-2 Ｃ₈ 1.8947×10^-4
Ｃ₁₀ 1.9715×10^-4 Ｃ₁₁ -1.3459×10^-24 Ｃ₁₃ -3.1304×10^-28
Ｃ₁₅ -6.5537×10^-6 。

実施例２
面番号曲率半径面間隔偏心屈折率アッベ数
物体面 ∞ 20.00
1 ＦＦＳ[1] 5.00 1.5163 64.1
2 ∞ 1.00
3 ＲＤ -1.00
4 ∞ -5.00 1.5163 64.1
5 ＦＦＳ[1] -20.00
像面 ∞ 0.00
ＦＦＳ[1]
Ｃ₄ 3.8625×10^-2 Ｃ₆ 4.0338×10^-2 Ｃ₈ 1.0350×10^-3
Ｃ₁₀ 1.0308×10^-3 Ｃ₁₁ 8.1139×10^-15 Ｃ₁₃ -4.9755×10^-17
Ｃ₁₅ -7.3115×10^-5 。

実施例３
面番号曲率半径面間隔偏心屈折率アッベ数
物体面 ∞ 40.00
1 ＦＦＳ[1] 5.00 1.5163 64.1
2 ∞ 1.00
3 ＲＤ -1.00
4 ∞ -5.00 1.5163 64.1
5 ＦＦＳ[1] -20.00
像面 ∞ 0.00
ＦＦＳ[1]
Ｃ₄ 3.2608×10^-2 Ｃ₆ 2.9996×10^-2 Ｃ₈ 7.8192×10^-4
Ｃ₁₀ 7.7133×10^-4 Ｃ₁₁ -4.3835×10^-5 Ｃ₁₃ -8.1739×10^-5
Ｃ₁₅ -4.3991×10^-5 。

実施例４
面番号曲率半径面間隔偏心屈折率アッベ数
物体面 ∞ 20.00
1 ＦＦＳ[1] 5.00
2 ∞ 1.00 1.5163 64.1
3 ＲＤ -1.00
4 ∞ -5.00
5 ＦＦＳ[1] -20.00 1.5163 64.1
像面 ∞ 0.00
ＦＦＳ[1]
Ｃ₄ 4.7640×10^-2 Ｃ₆ 4.7754×10^-2 Ｃ₁₁ -1.0137×10^-4
Ｃ₁₃ -1.9667×10^-4 Ｃ₁₅ -1.1468×10^-4 。

ＤＭＤを構成する微小ミラーの回転軸が表示面の短辺あるいは長辺に対して表示面内で角度４５°をなしている場合の照明光軸と投影光軸の関係を示す図（ａ）と微小ミラーの回転方向を示す図（ｂ）である。ＤＭＤを構成する微小ミラーの回転軸が表示面の長辺方向にある場合の図１と同様の図である。図１の場合の照明光学系の射出瞳と投影光学系又は拡大観察光学系の入射瞳の関係を示す図である。図２の場合の照明光学系の射出瞳と投影光学系又は拡大観察光学系の入射瞳の関係を示す図である。本発明の実施例１の光学装置の光学系の中心軸に沿ってとった光路を同時に示す断面図（ａ）とフィールドレンズ側からフィールドレンズを通して反射型表示素子を見た光路を同時に示す正面図（ｂ）である。実施例１のフィールドレンズの横収差図である。本発明の実施例２の光学装置の光学系の図５と同様の図である。実施例２のフィールドレンズの横収差図である。本発明の実施例３の光学装置の光学系の図５と同様の図である。実施例３のフィールドレンズの横収差図である。本発明の実施例４の光学装置の光学系の図５と同様の図である。実施例４のフィールドレンズの横収差図である。

符号の説明

１…照明光の光軸（照明光軸）
２…投影光の光軸（投影光軸）
３…照明光学系の射出瞳
４…投影光学系又は拡大観察光学系の入射瞳
５…フィールドレンズ
６…反射型表示素子
１０…ＤＭＤ
１１…微小ミラーの回転軸
１２…微小ミラー
１２₀…オフ状態の微小ミラー
１２₁…オン状態の微小ミラー
２１…一方の瞳
２２…他方の瞳
５１…フィールドレンズの第１面
５２…フィールドレンズの第２面

Claims

反射型表示素子と、該反射型表示素子に表示された画像を投影する投影光学系又は該反射型表示素子に表示された画像の拡大虚像を結像する拡大観察光学系と、前記反射型表示素子を照明する照明光源と、前記反射型表示素子の近傍に配置されるフィールドレンズとを備えた光学装置において、
前記フィールドレンズの少なくとも１つの面は光束にパワーを与える曲面形状であって、前記反射型表示素子の表示面の中心を通る垂線の周りの方位角によりパワーの異なる曲面にて構成されていることを特徴とする光学装置。
前記フィールドレンズの少なくとも１つの面の曲面形状は、前記投影光学系又は前記拡大観察光学系の光軸と照明光束の光軸とを含む平面に対して面対称であって回転非対称な形状であることを特徴とする請求項１記載の光学装置。
前記反射型表示素子は、２次元的に配置された多数の画素の微小ミラーの傾きを変化させて反射光の射出角度を変化させることによりオン／オフ状態を作る反射型表示素子からなることを特徴とする請求項１又は２記載の光学装置。
前記フィールドレンズの少なくとも１つの面は自由曲面からなることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の光学装置。
前記フィールドレンズは、前記反射型表示素子の表示面を照明する照明光束を入射させる照明光学系の射出瞳の像を前記投影光学系又は前記拡大観察光学系の入射瞳に投影する際の偏心収差を補正する作用を持つことを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の光学装置。