JP4035374B2 - 反射型結像光学系 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型結像光学系に関し、例えば投写型表示（ディスプレー）装置等の拡大投写光学系やＣＣＤ等の撮像素子を備えたカメラ等の撮影光学系として好適な反射型結像光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
投写型ディスプレー装置等の拡大投写光学系に関しては、複数枚の反射面を用いた反射型結像光学系を用いた従来例としては国際公開番号ＷＯ９７／０１７８７の投写型ディスプレー装置の結像部があげられる。
最も基本的な構成といえる、３枚の回転対称反射鏡から構成される場合については特開平１０−１１１４５８号公報があげられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
反射型の結像系には、色収差がないので、幾何収差のみ補正すればよく、簡単な構成が可能などの多くの利点を有している。また、この様な結像系は、投写型ディスプレー装置に留まらず、ＣＣＤに代表される撮像素子を備えた監視用カメラ等の、一般のカメラ光学系への応用も可能である。
しかしながら、反射型の結像系は一般的に光路長が長く、装置の小型化が難しい、入射Ｆナンバー（以下、ＦＮＯと記す）を小さく、つまり明るくすることが難しい、という問題を有している。
【０００４】
例えば、３枚といった枚数が少ない場合、コマ収差等の収差補正が難しく、光路長を短くできなかった。その為、構成枚数が少なくても装置の小型化が難しかった。一方、収差補正の為に多数枚の反射面を用いると、高性能化には有利であるが、装置内で光束を折りたたむので、装置の小型化が難しくなるといった問題点があった。例えば、国際公開番号ＷＯ９７／０１７８７の実施例２では、３枚の反射面を用いているが、光路長は２４５０ｍｍと長く、ＦＮＯは８．９７と暗い構成であった。
【０００５】
そこで、本発明は、明るいＦＮＯと短光路長の両立が可能となる反射型結像光学系を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、次の（１）〜（６）のように構成した反射型結像光学系を提供するものである。
（１）結像面側より順に、結像面に凹面を向けた回転対称面形状を有する第１の反射鏡、該第１の反射鏡からの光束に凸面を向けた回転対称非球面形状を有する第２の反射鏡、第２の反射鏡からの光束に同じく凸面を向けた回転対称非球面形状を有する第３の反射鏡を備え、これら３枚の反射鏡で構成される結像系を有する反射型結像光学系において、
前記反射型結像光学系の全系のパワーをφ、第１、第２、第３の反射鏡のパワーをそれぞれφ１、φ２、φ３、ペッツバール和をＰとするとき、つぎの条件式
０．０１＜φ１／φ＜０．１
φ３／φ＜φ２／φ＜０
０．１＜｜Ｐ／φ｜＜０．５
を満たすことを特徴とする反射型結像光学系。
（２）前記反射型結像光学系において、入射ＦナンバーをＦＮＯとするとき、つぎの条件式
４＜ＦＮＯ＜７
を満たすことを特徴とする上記（１）に記載の反射型結像光学系。
（３）前記結像面に画像形成素子を有することを特徴とする上記（１）または上記（２）に記載の反射型結像光学系。
（４）前記結像面に撮像素子を有することを特徴とする上記（１）または上記（２）に記載の反射型結像光学系。
（５）上記（１）〜（４）のいずれかに記載の光学系と、該光学系による像を受ける感光体（銀塩フィルム、ＣＣＤなど）を支持する手段とを有することを特徴とするカメラ。
（６）上記（１）〜（４）のいずれかに記載の光学系と、該光学系によって、それによる画像が投影される表示装置（液晶素子、ＣＲＴなど）とを有することを特徴とする投射型表示装置。
【０００７】
【発明の実施の形態】
反射鏡を用いた結像光学系を構成する場合、光束の蹴られとＦＮＯとの両立が問題となってくる。つまり、光束の蹴られをないように配置するにはＦＮＯは暗いほうが配置しやすいが、本発明の上記構成における条件式
０．０１＜φ１／φ＜０．１・・・（１）
φ３／φ＜φ２／φ＜０・・・（２）
を満足することにより、ＦＮＯを明るく維持したまま（４＜ＦＮＯ＜７）、光束の蹴られを防止することが可能となる。
その際、（１）の上限は、ＦＮＯを明るく維持したまま、光束の蹴られを防止する配置上の制約から決まる値であり、下限は良好な収差補正の為に決まる値である。
また、（２）は、第３の反射鏡の負のパワーが第２の反射鏡の負のパワーより強いように構成することにより、光束の蹴られを防止している。
また、本発明の上記構成における条件式
０．１＜｜Ｐ／φ｜＜０．５・・・（３）
については、ペッツバール和に関する条件である。屈折を用いた結像光学系は軸上光束を用いるので、ペッツバール和の絶対値をゼロ近傍の一定の値にする必要があるが、反射鏡を用いた結像光学系では、配置上軸上光束は使わないので、その必要はない。光学系全体の光学長を短く、かつ良好な収差補正をするために条件式（３）は必要である。下限は、配置上、光束の蹴られとＦＮＯの両立させる為に決まった値であり、上限は収差補正上の制限から決まった値である。
【０００８】
【実施例】
本発明の実施例の側面図を図１、上面図を図２、光学系の詳細側面図を図３に示す。本実施例は、投写型ディスプレーヘの応用例である。
これらの図において、１は光軸、２は照明装置、３は画像形成素子、４は合成プリズム、５、６、７はそれぞれ第１の反射面、第２の反射面、第３の反射面であり、８は折り返しミラー、９はスクリーン面である。
図中、詳細に書かれてはいないが、照明装置２、画像形成素子３はＲＧＢの３色あり、合成プリズム４で合成され結像光学素子へ入射するよう構成されている。合成プリズム４の厚さは本実施例では２５ミリである。
【０００９】
照明装置２からの光束は画像形成素子３を通り、合成プリズム４でＲＧＢ３色が合成され、反射結像光学系を構成する３枚の反射鏡５、６、７で順次反射され、折り返しミラー８で反射されてから、スクリーン面９上に画像形成素子３の拡大像が形成される。
本実施例では、透過型の画像形成素子３を用い、合成プリズム４でＲＧＢ３色を合成する構成であるが、反射型の画像形成素子を用いてもよいし、合成プリズム４を用いずカラー画像形成素子を用いてもよい。
【００１０】
つぎに、本実施例の要である反射型結像光学系の構成を説明する。
第１の反射面５、第２の反射面６、第３の反射面７は同一の光軸１を有しており、折り返しミラー８、スクリーン面９は光軸１と直交するよう配置されている。第１の反射鏡５は球面、第２、第３の反射鏡は軸対称の非球面である。
【００１１】
図４にスクリーン面９と光軸１との配置を示す。当該図に示すように、スクリーン面は縦７４７ミリ、横１３２８ミリのサイズであり、光軸とスクリーンの中央が８７６ミリずれている。
図５に、本実施例のディストーションを示す。当該図に示すように、０．６％以下と良好な値を示している。
図６に、本実施例のスポットダイヤグラムを示す。一番上がスクリーン上の角、中央がスクリーン下の角、一番下がスクリーン中央のスポットである。
【００１２】
数値実施例を以下の表１に示す。なお、表中の係数はレンズ設計において一般的に用いられている非球面に関する係数に対応するものである。
β＝−５７．６５０
【００１３】
【表１】
φｌ＝０．００８６
φ２＝−０．００７８
φ３＝−０．０２８１
φ＝０．１２７９
Ｐ＝−０．０２７２
φ１／ψ＝０．０６８
φ２／ψ＝−０．０６１
φ３／ψ＝−０．２２０
Ｐ／ψ＝−０．２１３
よって、
０．０１＜φ１／φ＜０．１
φ３／φ＜φ２／φ＜０
０．１＜｜Ｐ／φ｜＜０．５
【００１４】
以上の実施例は、投写型ディスプレーヘの応用例であったが、本発明は、銀塩カメラ、ビデオカメラ、デジタルカメラなどへも応用できる。これらのカメラの結像光学系以外の構成は周知であるので、ここでは説明を省略する。
【００１５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、明るいＦＮＯと短光路長の両立が可能となる反射型結像光学系を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における構成の側面図である。
【図２】本発明の実施例における構成の上面図である。
【図３】本発明の実施例における構成の詳細側面図である。
【図４】本発明の実施例におけるスクリーン面と光軸との配置を示す図である。
【図５】本発明の実施例におけるディストーションを示す図である。
【図６】本発明の実施例におけるスポットダイヤグラムを示す図である。
【符号の説明】
１：光軸
２：照明装置
３：画像形成素子
４：合成プリズム
５：第１の反射面
６：第２の反射面
７：第３の反射面
８：折り返しミラー
９：スクリーン面
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型結像光学系に関し、例えば投写型表示（ディスプレー）装置等の拡大投写光学系やＣＣＤ等の撮像素子を備えたカメラ等の撮影光学系として好適な反射型結像光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
投写型ディスプレー装置等の拡大投写光学系に関しては、複数枚の反射面を用いた反射型結像光学系を用いた従来例としては国際公開番号ＷＯ９７／０１７８７の投写型ディスプレー装置の結像部があげられる。
最も基本的な構成といえる、３枚の回転対称反射鏡から構成される場合については特開平１０−１１１４５８号公報があげられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
反射型の結像系には、色収差がないので、幾何収差のみ補正すればよく、簡単な構成が可能などの多くの利点を有している。また、この様な結像系は、投写型ディスプレー装置に留まらず、ＣＣＤに代表される撮像素子を備えた監視用カメラ等の、一般のカメラ光学系への応用も可能である。
しかしながら、反射型の結像系は一般的に光路長が長く、装置の小型化が難しい、入射Ｆナンバー（以下、ＦＮＯと記す）を小さく、つまり明るくすることが難しい、という問題を有している。
【０００４】
例えば、３枚といった枚数が少ない場合、コマ収差等の収差補正が難しく、光路長を短くできなかった。その為、構成枚数が少なくても装置の小型化が難しかった。一方、収差補正の為に多数枚の反射面を用いると、高性能化には有利であるが、装置内で光束を折りたたむので、装置の小型化が難しくなるといった問題点があった。例えば、国際公開番号ＷＯ９７／０１７８７の実施例２では、３枚の反射面を用いているが、光路長は２４５０ｍｍと長く、ＦＮＯは８．９７と暗い構成であった。
【０００５】
そこで、本発明は、明るいＦＮＯと短光路長の両立が可能となる反射型結像光学系を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、次の（１）〜（６）のように構成した反射型結像光学系を提供するものである。
（１）結像面側より順に、結像面に凹面を向けた回転対称面形状を有する第１の反射鏡、該第１の反射鏡からの光束に凸面を向けた回転対称非球面形状を有する第２の反射鏡、第２の反射鏡からの光束に同じく凸面を向けた回転対称非球面形状を有する第３の反射鏡を備え、これら３枚の反射鏡で構成される結像系を有する反射型結像光学系において、
前記反射型結像光学系の全系のパワーをφ、第１、第２、第３の反射鏡のパワーをそれぞれφ１、φ２、φ３、ペッツバール和をＰとするとき、つぎの条件式
０．０１＜φ１／φ＜０．１
φ３／φ＜φ２／φ＜０
０．１＜｜Ｐ／φ｜＜０．５
を満たすことを特徴とする反射型結像光学系。
（２）前記反射型結像光学系において、入射ＦナンバーをＦＮＯとするとき、つぎの条件式
４＜ＦＮＯ＜７
を満たすことを特徴とする上記（１）に記載の反射型結像光学系。
（３）前記結像面に画像形成素子を有することを特徴とする上記（１）または上記（２）に記載の反射型結像光学系。
（４）前記結像面に撮像素子を有することを特徴とする上記（１）または上記（２）に記載の反射型結像光学系。
（５）上記（１）〜（４）のいずれかに記載の光学系と、該光学系による像を受ける感光体（銀塩フィルム、ＣＣＤなど）を支持する手段とを有することを特徴とするカメラ。
（６）上記（１）〜（４）のいずれかに記載の光学系と、該光学系によって、それによる画像が投影される表示装置（液晶素子、ＣＲＴなど）とを有することを特徴とする投射型表示装置。
【０００７】
【発明の実施の形態】
反射鏡を用いた結像光学系を構成する場合、光束の蹴られとＦＮＯとの両立が問題となってくる。つまり、光束の蹴られをないように配置するにはＦＮＯは暗いほうが配置しやすいが、本発明の上記構成における条件式
０．０１＜φ１／φ＜０．１・・・（１）
φ３／φ＜φ２／φ＜０・・・（２）
を満足することにより、ＦＮＯを明るく維持したまま（４＜ＦＮＯ＜７）、光束の蹴られを防止することが可能となる。
その際、（１）の上限は、ＦＮＯを明るく維持したまま、光束の蹴られを防止する配置上の制約から決まる値であり、下限は良好な収差補正の為に決まる値である。
また、（２）は、第３の反射鏡の負のパワーが第２の反射鏡の負のパワーより強いように構成することにより、光束の蹴られを防止している。
また、本発明の上記構成における条件式
０．１＜｜Ｐ／φ｜＜０．５・・・（３）
については、ペッツバール和に関する条件である。屈折を用いた結像光学系は軸上光束を用いるので、ペッツバール和の絶対値をゼロ近傍の一定の値にする必要があるが、反射鏡を用いた結像光学系では、配置上軸上光束は使わないので、その必要はない。光学系全体の光学長を短く、かつ良好な収差補正をするために条件式（３）は必要である。下限は、配置上、光束の蹴られとＦＮＯの両立させる為に決まった値であり、上限は収差補正上の制限から決まった値である。
【０００８】
【実施例】
本発明の実施例の側面図を図１、上面図を図２、光学系の詳細側面図を図３に示す。本実施例は、投写型ディスプレーヘの応用例である。
これらの図において、１は光軸、２は照明装置、３は画像形成素子、４は合成プリズム、５、６、７はそれぞれ第１の反射面、第２の反射面、第３の反射面であり、８は折り返しミラー、９はスクリーン面である。
図中、詳細に書かれてはいないが、照明装置２、画像形成素子３はＲＧＢの３色あり、合成プリズム４で合成され結像光学素子へ入射するよう構成されている。合成プリズム４の厚さは本実施例では２５ミリである。
【０００９】
照明装置２からの光束は画像形成素子３を通り、合成プリズム４でＲＧＢ３色が合成され、反射結像光学系を構成する３枚の反射鏡５、６、７で順次反射され、折り返しミラー８で反射されてから、スクリーン面９上に画像形成素子３の拡大像が形成される。
本実施例では、透過型の画像形成素子３を用い、合成プリズム４でＲＧＢ３色を合成する構成であるが、反射型の画像形成素子を用いてもよいし、合成プリズム４を用いずカラー画像形成素子を用いてもよい。
【００１０】
つぎに、本実施例の要である反射型結像光学系の構成を説明する。
第１の反射面５、第２の反射面６、第３の反射面７は同一の光軸１を有しており、折り返しミラー８、スクリーン面９は光軸１と直交するよう配置されている。第１の反射鏡５は球面、第２、第３の反射鏡は軸対称の非球面である。
【００１１】
図４にスクリーン面９と光軸１との配置を示す。当該図に示すように、スクリーン面は縦７４７ミリ、横１３２８ミリのサイズであり、光軸とスクリーンの中央が８７６ミリずれている。
図５に、本実施例のディストーションを示す。当該図に示すように、０．６％以下と良好な値を示している。
図６に、本実施例のスポットダイヤグラムを示す。一番上がスクリーン上の角、中央がスクリーン下の角、一番下がスクリーン中央のスポットである。
【００１２】
数値実施例を以下の表１に示す。なお、表中の係数はレンズ設計において一般的に用いられている非球面に関する係数に対応するものである。
β＝−５７．６５０
【００１３】
【表１】
φ２＝−０．００７８
φ３＝−０．０２８１
φ＝０．１２７９
Ｐ＝−０．０２７２
φ１／ψ＝０．０６８
φ２／ψ＝−０．０６１
φ３／ψ＝−０．２２０
Ｐ／ψ＝−０．２１３
よって、
０．０１＜φ１／φ＜０．１
φ３／φ＜φ２／φ＜０
０．１＜｜Ｐ／φ｜＜０．５
【００１４】
以上の実施例は、投写型ディスプレーヘの応用例であったが、本発明は、銀塩カメラ、ビデオカメラ、デジタルカメラなどへも応用できる。これらのカメラの結像光学系以外の構成は周知であるので、ここでは説明を省略する。
【００１５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、明るいＦＮＯと短光路長の両立が可能となる反射型結像光学系を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における構成の側面図である。
【図２】本発明の実施例における構成の上面図である。
【図３】本発明の実施例における構成の詳細側面図である。
【図４】本発明の実施例におけるスクリーン面と光軸との配置を示す図である。
【図５】本発明の実施例におけるディストーションを示す図である。
【図６】本発明の実施例におけるスポットダイヤグラムを示す図である。
【符号の説明】
１：光軸
２：照明装置
３：画像形成素子
４：合成プリズム
５：第１の反射面
６：第２の反射面
７：第３の反射面
８：折り返しミラー
９：スクリーン面
Claims (6)
- 結像面側より順に、結像面に凹面を向けた回転対称面形状を有する第１の反射鏡、該第１の反射鏡からの光束に凸面を向けた回転対称非球面形状を有する第２の反射鏡、第２の反射鏡からの光束に同じく凸面を向けた回転対称非球面形状を有する第３の反射鏡を備え、これら３枚の反射鏡で構成される結像系を有する反射型結像光学系において、
前記反射型結像光学系の全系のパワーをφ、第１、第２、第３の反射鏡のパワーをそれぞれφ１、φ２、φ３、ペッツバール和をＰとするとき、つぎの条件式
０．０１＜φ１／φ＜０．１
φ３／φ＜φ２／φ＜０
０．１＜｜Ｐ／φ｜＜０．５
を満たすことを特徴とする反射型結像光学系。 - 前記反射型結像光学系において、入射ＦナンバーをＦＮＯとするとき、つぎの条件式
４＜ＦＮＯ＜７
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の反射型結像光学系。 - 前記結像面に画像形成素子を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の反射型結像光学系。
- 前記結像面に撮像素子を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の反射型結像光学系。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学系と、該光学系による像を受ける銀塩フィルム、ＣＣＤなどの感光体を支持する手段とを有することを特徴とするカメラ。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学系と、該光学系によって、それによる画像が投影される液晶素子、ＣＲＴなどの表示装置とを有することを特徴とする投射型表示装置。
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002154667A JP4035374B2 (ja) | 2002-05-28 | 2002-05-28 | 反射型結像光学系 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003344772A JP2003344772A (ja) | 2003-12-03 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002154667A Expired - Fee Related JP4035374B2 (ja) | 2002-05-28 | 2002-05-28 | 反射型結像光学系 |
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| JP4717480B2 (ja) | 2005-03-25 | 2011-07-06 | 富士フイルム株式会社 | ズームレンズ |
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| JP5835647B2 (ja) * | 2011-07-01 | 2015-12-24 | 株式会社ニコン | 反射屈折撮影レンズ |
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2002
- 2002-05-28 JP JP2002154667A patent/JP4035374B2/ja not_active Expired - Fee Related
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