JPH04310913A - 光分割器を有する結像光学系 - Google Patents

光分割器を有する結像光学系

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JPH04310913A
JPH04310913A JP3103300A JP10330091A JPH04310913A JP H04310913 A JPH04310913 A JP H04310913A JP 3103300 A JP3103300 A JP 3103300A JP 10330091 A JP10330091 A JP 10330091A JP H04310913 A JPH04310913 A JP H04310913A
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JP
Japan
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light
plate type
dichroic mirror
parallel plane
thickness
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Pending
Application number
JP3103300A
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English (en)
Inventor
Yasuhiro Aono
青野 康廣
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は結像光学系に関するもの
である。なかでもダイクロイックミラー又はハーフミラ
ーを用いて光束を分割し、分割された光束ごとに複数の
結像面を有する結像光学系に関するものである。特にラ
イトバルブを画像表示デバイスとして用いスクリーンに
画像を投写結像させる結像光学系に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近時赤、緑及び青(以下それぞれR、G
、Bという)の三色の画像表示用ライトバルブとして3
枚の液晶板(LCD)を用いたプロジェクタが開発使用
されている。この液晶投写型プロジェクタに用いられる
結像光学系は、例えばテレビジョン学会技術報告Vol
.13 N0.53、P49〜54に開示された技術に
おいては、3枚の画像を合成するために2枚のダイクロ
イックミラーが用いられている。
【0003】図2に示すようにその結像光学系の光路は
、光源Sからの照明光はダイクロイックミラーM23、
M24によってR、G及びBの三色に分割され、それぞ
れ画像表示用ライトバルブEr、Eg、Ebを照明する
。 ここに、ライトバルブEr、Eg、Ebは各色の画像用
の画像表示デバイスであって、画像表示デバイスが液晶
板であれば、画素ごとに印加電圧の有無により画素が透
明又は不透明になって光源からの光を通過または遮断し
、画像を表示するものである。ライトバルブEr、Eg
、Ebの光源S側に配置されたレンズは照明光を投写レ
ンズLの瞳に導くためのコンデンサーレンズCである。 ダイクロイックミラーM22によって、R、Bの画像が
重ね合わされ、さらにダイクロイックミラーM21によ
ってGの画像が重ね合わされ、三色重ね合わされたフル
カラーの画像が1本の投写レンズLによってスクリーン
に拡大投写される構造になっている。ここに、ダイクロ
イックミラーM21、M22は波長の差異により光束を
分割する光分割膜が施された平行平面板からなる光分割
器である。なお、反射ミラーM25、M26は単に光軸
を折り曲げるための反射ミラーであり光分割機能を有し
ない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来のよう
に、ダイクロイックミラーM21、M22を用いて分割
されたR、G、Bの画像を重ね合わせようとすると以下
の問題点があった。すなわち、光軸に対して傾斜して配
置された平行平面板を光路中に挿入すると非点収差が発
生するため、ダイクロイックミラーM21、M22の透
過光を利用する色の画質が劣化する。非点収差発生量は
ダイクロイックミラーM21、M22の厚さに比例する
ので、画質劣化を軽減させようとするとダイクロイック
ミラーM21、M22を薄くしなければならない。一方
、ダイクロイックミラーM21、M22を薄くするとダ
イクロイックミラーM21、M22の平面度を維持する
ことが困難になり、ダイクロイックミラーM21、M2
2の反射光を利用する色の画質が劣化してしまう。この
画質の劣化は、ライトバルブの画素数が多くなり高精細
度の画像を扱う場合に極めて顕著になる。
【0005】本発明は、上記問題点に鑑み、各ライトバ
ルブの画像を良好な画質で投写することができる結像光
学系を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、結像レンズと
2枚の斜設平行平面板型光分割器とを有する結像光学系
において、該2枚の斜設平行平面板型光分割器は光軸と
各斜設平行平面板型光分割器の法線のなす平面が互いに
直交するように配置され、該結像レンズに近い側に配置
された第1の斜設平行平面板型光分割器は該結像レンズ
側の面に光分割膜が施され、該結像レンズに遠い側に配
置された第2の斜設平行平面板型光分割器は光分割膜が
施された面を対向させて接合または近接配置された2枚
の等厚の平行平面板からなり、かつ第1の斜設平行平面
板型光分割器の厚さが第2の斜設平行平面板型光分割器
の総厚と等しい構成としたものである。
【0007】
【作用】本発明の原理を図3及び図4により説明する。 図3は光束が従来の光分割器により分割される光路を示
す図、図4は光束が本発明にかかる光分割器により分割
される光路を示す図である。一般に、結像レンズと結像
面の間に光軸に対して角度αだけ傾けて、厚さt、屈折
率nの平行平面ガラスM3 を図3に示すように挿入し
たとき、光軸上の光線に関して、式(1)で表される非
点隔差Aが発生する。ただし非点隔差Aは子午像点Mと
球欠像点Sの差である。
【0008】
【数1】
【0009】ゆえに反射光路Aによる結像では非点収差
は発生しないが、透過光路Bによる結像では式(1)に
示される量Aの非点隔差が発生するため、結像面C、D
にライトバルブを配置し、投写光学系として使用すると
投写画像の画質劣化をきたすことになる。
【0010】そこで図4(a)に光路を示す如く、光分
割器M41を等しい厚さt/2の2枚の平行平面ガラス
を接合し総厚tとした構成とし、接合面にダイクロイッ
ク膜又は半透膜を蒸着すると、反射光路A及び透過光路
Bいずれも式(1)に従って等しい量の非点収差が発生
する。図4(b)は図4(a)に直交する面の光路を示
している。厚さtの平行平面ガラスからなる他の光分割
器M40が光分割器M41と互いに法線を垂直になるよ
うに配置されている。即ち子午面と球欠面とが逆になっ
ている。そして光分割器M41において発生した非点収
差を、光分割器M40において発生する符号が反対で絶
対値の等しい量の非点収差で互いに打ち消し合って消去
するのが本発明の原理である。2枚の光分割器M40、
M41は非点収差を互いに打ち消し合って消去すること
ができ、しかも厚さを厚くし平面精度を十分良好に保証
することが可能である。
【0011】
【実施例】本発明の一実施例を図1により説明する。図
1は本発明をライトバルブ投写光学系に適用した実施例
の光路を示す斜視図である。それぞれR、G、Bの3色
の画像を表示する3枚のライトバルブEr、Eg、Eb
は投写レンズLの結像面に配置されている。投写レンズ
LとライトバルブErの間には投写レンズL側より順に
、光軸上にダイクロイックミラーM11とダイクロイッ
クミラーM12が配置されている。スクリーン(不図示
)は投写レンズLの共役結像面に配置されている。
【0012】ダイクロイックミラーM11は光軸に対し
て45°傾斜して配置されている。ダイクロイックミラ
ーM12も45°傾斜して配置されているが、その法線
はダイクロイックミラーM11の法線に対し垂直である
。即ち、ダイクロイックミラーM12はダイクロイック
ミラーM11を光軸を中心として90°だけ回転した向
きに配置されている。ダイクロイックミラーM11は厚
さt、屈折率nのガラス製平行平面板で、投写レンズL
側の表面にGのみ反射するダイクロイック膜Fgが蒸着
されている。ダイクロイックミラーM12は各厚さt/
2、屈折率nの2枚のガラス製平行平面板が、Bのみ反
射するダイクロイック膜Fbが蒸着されている蒸着面に
おいて接合され、総厚はtである。
【0013】光源SとライトバルブErとの間にはGと
Bを透過しRを反射するダイクロイックミラーM13と
反射ミラーM15が、ダイクロイックミラーM13とラ
イトバルブEbの間にはGを透過しBを反射するダイク
ロイックミラーM14が、そしてダイクロイックミラー
M14とライトバルブEgとの間には反射ミラーM16
が配置されている。そしてダイクロイックミラーM13
とダイクロイックミラーM14は、それぞれダイクロイ
ックミラーM12と平行に配置されている。反射ミラー
M16と反射ミラーM17は、ダイクロイックミラーM
13とダイクロイックミラーM14を通過した光束が反
射ミラーM16において反射し、更に反射ミラーM17
において反射し、ダイクロイックミラーM11の投写レ
ンズL側の面においてダイクロイックミラーM11の入
射面内に投写レンズLの光軸に対して90°傾斜して入
射するように配置されている。各ライトバルブEr、E
b、Egの光源S側に配置されたレンズCは照明光を投
写レンズLの瞳に導くためのコンデンサーレンズである
【0014】次に光源Sより発した光束の光路について
説明する。光源Sより発した光束はダイクロイックミラ
ーM13において分割され、ダイクロイックミラーM1
3において反射したRは反射ミラーM15において反射
されライトバルブErを照明する。光源Sより発しダイ
クロイックミラーM13を透過した光束はダイクロイッ
クミラーM14において分割され、ダイクロイックミラ
ーM14において反射したBはライトバルブEbを照明
し、又ダイクロイックミラーM14において透過したG
は反射ミラーM16において反射しライトバルブEgを
照明する。
【0015】ライトバルブErより発したRはダイクロ
イックミラーM12及びダイクロイックミラーM11を
透過したのち投写レンズLによってスクリーン(不図示
)に投写される。ライトバルブEbより発したBはダイ
クロイックミラーM12のダイクロイック膜Fbが蒸着
されている接合面において反射し、ダイクロイックミラ
ーM11を透過したのち投写レンズLによってスクリー
ン(不図示)に投写される。ライトバルブEgより発し
たGは反射ミラーM17において反射し、ダイクロイッ
クミラーM11のダイクロイック膜Fgが蒸着されてい
る投写レンズL側の面において反射したのち投写レンズ
Lによってスクリーン(不図示)に投写される。
【0016】この時R、Bは両者共厚さtのダイクロイ
ックミラーM12を45°の傾斜角で透過し、その後両
者共厚さtのダイクロイックミラーM11を45°の傾
斜角で透過している。両ダイクロイックミラーM11及
びダイクロイックミラーM12は等しい厚さと屈折率を
有するから、両者で発生する非点収差量は同一となる。 しかしながら、両ダイクロイックミラーM11及びダイ
クロイックミラーM12は互いに法線が垂直であるから
、発生する非点収差量は絶対値が等しく符号が反対であ
り互いに打ち消し合い消去される。この時Gは反射ミラ
ーM17とダイクロイックミラーM11の表面で反射す
るのみであり非点収差は発生しない。
【0017】このような構成により、R、G、B三色の
画像は非点収差が補正された良好を画質で投写レンズL
によってスクリーン(不図示)上に合成、投写される。
【0018】ライトバルブEr、Eg、Ebの配置は本
実施例に限定するものではなく、ダイクロイック膜Fg
、Fbの特性を変えることで任意の配置にすることがで
きる。各ミラー、ダイクロイックミラーM11、M12
、M13、M14、反射ミラーM15、M16、M17
の傾斜角は45°に限るものではなく、ライトバルブE
r、Eg、Ebの配置、照明系の構成如何によっては4
5°以下で光軸に対して垂直に近くなるようにに設定し
、ダイクロイックミラーM11、M12による非点収差
を軽減するような構成にすることも可能である。
【0019】反射ミラーM17とダイクロイックミラー
M11で反射する光束は他の収差を受けることがなく、
全く劣化がない画質が実現できる。一般にプロジェクタ
の画像の精度信号に占めるGの画像の信号が相対的に重
要であるから、実用的には本実施例の如くM17に入射
する位置にあるチャンネルはGの画像が選択される。
【0020】なお本実施例においてはダイクロイックミ
ラーM11にダイクロイック膜が施された面において接
合された2枚の等厚の平行平面板から構成されているが
、2枚の等厚の平行平面板が何れかの平行平面板の対向
する面にダイクロイック膜が施され互いに近接して配置
されたものでも良いことは言うまでもない。
【0021】なおダイクロイックミラーM11とダイク
ロイックミラーM12との各平行平面板の厚さについて
は波長ごとに屈折率が異なるから厳密には光路長を等し
くして使用すべきであるが、本発明の範囲では誤差は無
視し得る。又両ダイクロイックミラーM11とダイクロ
イックミラーM12の平行平面板の材質が異なるときは
、屈折率が異なるから幾何的な厚さでなく光学的な厚さ
である光路長を等しくして使用することは言うまでもな
い。
【0022】さらに本発明は、ライトバルブ投写光学系
ばかりでなく、ダイクロイック膜以外の振幅の差異によ
り光束を分割する光分割膜が施された光分割器であるハ
ーフミラーを用い、異なる画像を重ね合わせて投写する
光学系や、投写レンズの代わりに撮影レンズを用い、ラ
イトバルブの代わりに撮像デバイスを配置した三色分解
撮像光学系にも適用することができる。
【0023】
【発明の効果】以上の如く本発明の結像光学系により、
ライトバルブの画像から発する光束が光軸に対して傾斜
して配置された光分割器を透過するとき発生する非点収
差を補正し消去することができる。又光分割器の面精度
を良好に維持するのに充分な厚みを確保できる。従って
各ライトバルブの画像を良好な画質で投写することが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例の光路を示す斜視図である。
【図2】従来の結像光学系の光路を示す図である。
【図3】光束が従来の光分割器により分割される光路を
示す図である。
【図4】光束が本発明にかかる光分割器により分割され
る光路を示す図である。
【符号の説明】
L        投影レンズ S        光源

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  結像レンズと2枚の斜設平行平面板型
    光分割器とを有する結像光学系において、該2枚の斜設
    平行平面板型光分割器は光軸と各斜設平行平面板型光分
    割器の法線のなす平面が互いに直交するように配置され
    、該結像レンズに近い側に配置された第1の斜設平行平
    面板型光分割器は該結像レンズ側の面に光分割膜が施さ
    れ、該結像レンズから遠い側に配置された第2の斜設平
    行平面板型光分割器は光分割膜が施された面を対向させ
    て接合または近接配置された2枚の等厚の平行平面板か
    らなり、かつ第1の斜設平行平面板型光分割器の厚さが
    第2の斜設平行平面板型光分割器の総厚と等しいことを
    特徴とする結像光学系。
JP3103300A 1991-04-09 1991-04-09 光分割器を有する結像光学系 Pending JPH04310913A (ja)

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