JPH10333042A

JPH10333042A - 照明光学系

Info

Publication number: JPH10333042A
Application number: JP9141237A
Authority: JP
Inventors: Koichi Takahashi; 高橋浩一; Kazunari Hanano; 花野和成
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 1998-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】少ない構成枚数の光学素子１つによって、装
置全体は小型軽量であっても、広い照射面を均一性良く
照明することを可能にする照明光学系。【解決手段】光源１から放射する光を照射面４に照明
させる照明光学系であり、光源１から放射された発散光
を集光させる作用を持ち、３面からなり屈折率が１より
大きい媒質からなるプリズム３を備えており、プリズム
３内に形成された光路が、光源１から射出された光束が
入射面１１からプリズム３内部に入射され、その入射光
がプリズム３内部を通過して透過作用と反射作用とを有
する面１２で反射され、その反射光がプリズム３内部を
通過して反射面１３で反射され、その反射光が最終的に
透過作用と反射作用とを有する面１２からプリズム３外
部に射出されることにより、光路を折りたたみコンパク
ト化を図った照明光学系。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、照明光学系に関
し、特に、照射面を略均一に照明することを可能にする
小型軽量な照明光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、照明光学系の周知なものとして実
開平７−１４４３４号のものがある。この照明光学系
は、図１２に全体の光学系を示すように、凹面鏡２１の
焦点位置に配置された光源２２のからの光を表示デバイ
ス２３の表示面を照射するようにしたものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実開平
７−１４４３４号のものでは、光源２２に対して傾いた
反射面２１を１面用いているため、この反射面２１にお
いて発生するディストーションが大きく、照射面におけ
る光量むらが大きく発生する。

【０００４】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、少ない構成枚数
の光学素子１つによって、装置全体は小型軽量であって
も、広い照射面を均一性良く照明することを可能にする
照明光学系を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の照明光学系は、光源から放射する光を照射面に照明
させる照明光学系において、前記照明光学系は少なくと
も２面を有し、その少なくとも２面で形成された空間を
屈折率が１より大きい媒質からなるプリズム部材を少な
くとも備えて構成され、前記照明光学系の照明光を射出
する面の少なくとも一部は透過作用と反射作用とを有す
る面であり、前記照明光を射出する面に対向した面は、
軸上主光線に対して偏心するかあるいは傾いており、か
つ、正のパワーを有する反射面であることを特徴とする
ものである。

【０００６】本発明のもう１つの照明光学系は、光源か
ら放射する光を照射面に照明させる照明光学系におい
て、前記照明光学系は少なくとも２面を有し、その少な
くとも２面で形成された空間を屈折率が１より大きい媒
質からなるプリズム部材を少なくとも備えて構成され、
前記照明光学系を構成する少なくとも１面は回転非対称
な面であり、前記照明光学系の照明光を射出する面の少
なくとも一部は透過作用と反射作用とを有する面であ
り、前記照明光を射出する面に対向した面は、軸上主光
線に対して偏心するかあるいは傾いており、かつ、正の
パワーを有する反射面であることを特徴とするものであ
る。

【０００７】本発明のさらにもう１つの照明光学系は、
光源から放射する光を照射面に照明させる照明光学系に
おいて、前記照明光学系は少なくとも３面を有し、その
少なくとも３面で形成された空間を屈折率が１より大き
い媒質からなるプリズム部材を少なくとも備えて構成さ
れ、前記照明光学系の照明光を射出する面の少なくとも
一部は透過作用と反射作用とを有する面であり、前記照
明光を射出する面に対向した面は、軸上主光線に対して
偏心するかあるいは傾いており、かつ、フレネル面を有
する反射面であることを特徴とするものである。

【０００８】本発明のさらに別の照明光学系は、光源か
ら放射する光を照射面に照明させる照明光学系におい
て、前記照明光学系は、前記光源から放射された発散光
を集光させる作用を持ち、少なくとも入射面と、反射面
と、透過作用と反射作用とを有する面の３面を含み、屈
折率が１より大きい媒質からなるプリズム部材を少なく
とも備えて構成され、かつ、前記プリズム部材内に形成
された光路が、前記光源から射出された光束が入射面か
ら前記プリズム部材内部に入射され、その入射光が前記
プリズム部材内部を通過して前記透過作用と反射作用と
を有する面で反射され、その反射光が前記プリズム部材
内部を通過して前記反射面で反射され、その反射光が最
終的に前記透過作用と反射作用とを有する面から前記プ
リズム部材外部に射出されるように構成することによ
り、光路を折りたたみコンパクト化を図ったことを特徴
とするものである。

【０００９】この場合、反射面が、正のパワーを有する
ように媒質側に凹面を向けた形状に構成されていること
が望ましい。

【００１０】また、以上の照明光学系において、透過作
用と反射作用とを有する面が、プリズム部材における折
りたたみ光路によって発生する偏心収差により生じる照
明光量のむらを補正する作用を持った回転非対称面形状
に構成されていることが望ましい。

【００１１】以下に、本発明において、上記のような構
成をとる理由と作用について説明する。本発明による照
明光学系の代表的なものの断面図を図１に例示する。図
１において、照明光学系３は、光源１から射出した光が
入射する面である第１面１１、第１面１１に対向した反
射作用と透過作用を有する面である第２面１２、反射面
である第３面１３によって構成される空間を屈折率が
１．５の光学的に略透明な媒質で満たされている。

【００１２】また、図１において、照明光学系３を構成
する各面の形状は、第１面１１は球面である。第２面１
２、第３面１３は以下に記述される（ａ）式で表される
回転非対称な非球面である自由曲面である。

【００１３】実際の光線経路は、光源１から発した光
は、照明光学系３の入射面である第１面１１から入射
し、第２面１２で内部反射する。この際、照明光が射出
する領域Ｓｔにおける反射角は臨界角以上になるように
設定されており、全反射することになる。一方、照明光
が射出しない部分Ｓｎでは臨界角より小さい反射角で反
射する光も存在するため、その表面にはアルミニウム等
の反射率の高いコーティングが施されている。第２面１
２で内部反射した後は第３面１３において反射され、再
び第２面１２において屈折して照明光学系３から射出
し、照射面４を照明する。

【００１４】以下の説明において用いる座標系について
説明する。光線の追跡方向を光源１から照射面４に向か
う順光線追跡で考える場合、図１に示すように、光源１
中心を通り、照射面４の中心に到達する軸上主光線２が
光源１を射出し照明光学系３の第１面１１に交差するま
での直線によって定義される軸（光軸）２をＺ軸とし、
光源１中心を通りこのＺ軸と直交し、かつ、照明光学系
３を構成する各面の偏心面内の軸をＹ軸と定義する。ま
た、光源１中心を通り光軸２と直交し、かつ、Ｙ軸と直
交する軸をＸ軸とする。そして、光源１から第１面１１
に向かう方向をＺ軸の正方向、第２面１２で反射されて
第３面１３に向かう方向をＹ軸の負方向とし、Ｙ軸、Ｚ
軸と右手直交座標系を構成するＸ軸の方向をＸ軸の正方
向とする。

【００１５】本発明の照明光学系は、少なくとも２面
（図１に示した実施例においては３面）で形成された空
間を屈折率が１よりも大きい（例えば１．５の）光学媒
質で満たされているため、光源１から射出した光は第１
面１１から照明光学系３に入射する際にスネルの法則に
従って屈折する。したがって、ある角度で射出した光は
第１面１１において屈折されて照明光学系３に入射され
るため、光学系３の主な正のパワーを有する第３面１３
に入射する光線高を低く設定することが可能となる。そ
のため、光学系３をコンパクトに構成することと同時
に、大きな開口数（ＮＡ）を実現することができる。

【００１６】さて、一般にカメラ等で用いられる球面レ
ンズ系では、球面で発生する球面収差とコマ収差、像面
湾曲等の収差を他の面で補正する構成になっている。そ
こで、レンズ系を構成する面に非球面を用いることによ
って、このレンズ系で発生する各種収差を少なくし、構
成する面数を少なくすることが可能となる。これは非球
面による収差補正の効果が絶大であるためであり、１面
で球面数枚の収差補正効果が得られるためである。

【００１７】一方、本発明の照明光学系のように、軸上
主光線２に対して傾くかあるいは偏心した面を用いた光
学系においては、従来の回転対称非球面では補正できな
い偏心による収差が発生する。偏心により発生する収差
には、コマ収差、非点収差、像歪み、像面湾曲等があ
る。

【００１８】本発明は、光源１から射出した光を照射面
４に照射する照明光学系３を、少なくとも２面で構成さ
れた偏心プリズム（プリズム部材）で構成し、上記した
偏心による諸収差を同時にしかも良好に補正するため
に、非回転対称な面である自由曲面を使用したことを特
徴としている。

【００１９】ここで、本発明の照明光学系において用い
ている自由曲面とは、例えば以下の式で定義されるもの
である。Ｚ＝Ｃ₂ ＋Ｃ₃Ｙ＋Ｃ₄Ｘ＋Ｃ₅Ｙ²＋Ｃ₆ＹＸ＋Ｃ₇Ｘ² ＋Ｃ₈Ｙ³＋Ｃ₉Ｙ²Ｘ＋Ｃ₁₀ＹＸ²＋Ｃ₁₁Ｘ³ ＋Ｃ₁₂Ｙ⁴＋Ｃ₁₃Ｙ³Ｘ＋Ｃ₁₄Ｙ²Ｘ²＋Ｃ₁₅ＹＸ³＋Ｃ₁₆Ｘ⁴ ＋Ｃ₁₇Ｙ⁵＋Ｃ₁₈Ｙ⁴Ｘ＋Ｃ₁₉Ｙ³Ｘ²＋Ｃ₂₀Ｙ²Ｘ³＋Ｃ₂₁ＹＸ⁴ ＋Ｃ₂₂Ｘ⁵ ＋Ｃ₂₃Ｙ⁶＋Ｃ₂₄Ｙ⁵Ｘ＋Ｃ₂₅Ｙ⁴Ｘ²＋Ｃ₂₆Ｙ³Ｘ³＋Ｃ₂₇Ｙ²Ｘ⁴ ＋Ｃ₂₈ＹＸ⁵＋Ｃ₂₉Ｘ⁶ ＋Ｃ₃₀Ｙ⁷＋Ｃ₃₁Ｙ⁶Ｘ＋Ｃ₃₂Ｙ⁵Ｘ²＋Ｃ₃₃Ｙ⁴Ｘ³＋Ｃ₃₄Ｙ³Ｘ⁴ ＋Ｃ₃₅Ｙ²Ｘ⁵＋Ｃ₃₆ＹＸ⁶＋Ｃ₃₇Ｘ⁷ ・・・・・・・（ａ）さて、以下に偏心プリズムを構成する各面の働きについ
て説明する。

【００２０】（第１面）本発明の照明光学系３において
は、入射面である第１面１１を光源に対して凸面にする
ことが望ましい。光源１から照射面４に到る光線追跡に
おいて、光源１から射出した光線は照明光学系３の第１
面１１に屈折して入射する。この第１面１１が凸面であ
れば、正のパワーを有することになり、光源１から大き
なＮＡで射出した軸外光線が正のパワーを有する内部反
射面である第３面１３に入射する光線高を低く抑えるこ
とができる。したがって、大きなＮＡを確保すると共
に、小型軽量の光学系を実現することができる。さら
に、偏心した凹面鏡である第３面１３で発生する偏心に
よる収差、特に軸上も含めたコマ収差の発生を抑えるこ
とが可能となる。

【００２１】（第２面）照明光学系３の照明光を射出す
る面である第２面１２は、光源１から射出した光を第３
面１３側に内部反射させる反射作用と、第３面１３で反
射した後照射面４へ射出する透過作用を有する。図１に
示したＳｎ部においては、透過領域と反射領域が重なら
ないため、反射コーティングを施してもよい。したがっ
て、その領域における光の反射角に条件は必要ない。し
かし、図１のＳｔ部においては、透過領域と反射領域が
重ね合っているため、反射コーティングを施すことがで
きない。したがって、この透過領域と反射領域が重ねあ
った領域Ｓｔにおける内部反射は全反射とする必要があ
るため、反射角は臨界角以上が必要となる。つまり、Ｓ
ｔ部における光の反射角をθ、光学系の媒質の屈折率を
ｎとした場合、 θ≧ｓｉｎ^-1（１／ｎ）・・・（１）なる条件を満たしていることが重要となる。

【００２２】また、上記した設定によって、光源１から
射出した光線の照明光学系３における内部反射面と、照
明光学系３から射出する射出面とを、第２面１２の同一
面で構成していることが、照明光学系３を小型化、低コ
スト化、広画角にすることに有効に作用する。光源１か
ら射出した光線が照明光学系３に入射した後反射する反
射面と、照明光学系３から射出する射出面とを１面で構
成しているため、２面における作用を１面で行うことに
なる。したがって、光学系を構成する面数を削減するこ
とになり、製造コストを低くすることが可能である。

【００２３】さらに、１面１２で反射と射出を同時に行
うことによって、広い画角を達成し、偏心による収差の
補正を有効に行うことが可能となる。一般に、凹面鏡に
入射する光線の入射角が大きくなればなる程偏心による
コマ収差が大きく発生する。反射面と射出面を１面で構
成することで、反射面と射出面を分離する必要がなくな
るため、１回目の反射面である第２面１２と２回目の反
射面である第３面１３のなす角度を余り大きくする必要
がなく、第２面１２は射出面でもあるため、第３面１３
に近接して配置することができる。したがって、第３面
１３での反射角を余り大きくすることがなくなり、第３
面１３における偏心収差、特にコマ収差の発生を低減す
ることが可能となる。

【００２４】また、第２面１２は、照射面４に対して凹
面であることが好ましい。光源１から射出した光は第２
面１２の一部において全反射をする必要がある。第２面
１２の形状が照射面３に対して凹面であれば、内部反射
角を大きくとることができるため、全反射に有利に作用
する。

【００２５】さらに、第２面１２は軸上主光線２に対し
て偏心するかあるいは傾いた非球面であることが望まし
い。図１に示すように、本発明の照明光学系３において
は、構成する各面が光源１から出た軸上主光線２に対し
て偏心あるいは傾いている。したがって、それぞれの面
で偏心による収差が大きく発生することになる。この場
合、第２面１２をＹ−Ｚ面内（図１の面内）において非
対称なパワーを有するように設定することで、偏心によ
る収差の補正に有利に作用する。

【００２６】さらに、第２面１２は軸上主光線２に対し
て偏心するかあるいは傾いた非回転対称な非球面である
ことが望ましい。非回転対称な非球面によれば、Ｙ−Ｚ
面内におけるパワーの非対称性をより適切に設定するこ
とが可能となる。したがって、偏心による収差の補正を
一層良好に行うことが可能となる。

【００２７】また、第２面１２を上記の（ａ）式で表さ
れる自由曲面で構成することによって、偏心によるコマ
収差の発生を抑えることができる。これは、第２面１２
で光線が屈折作用する場合に、軸上主光線２に対して面
を傾いて配置することで、偏心によるコマ収差を補正す
ることが可能となるためである。

【００２８】さらに、本発明において第２面１２は照射
面４に面した面でもある。照射面４に近接した屈折面で
ある第２面１２を自由曲面にすることによって、像歪み
の発生を補正することができる。これは、屈折面が照射
面４に近接して配置されているために、他の収差を悪化
させることなく像歪みを補正するのに良い結果を与える
ためである。

【００２９】（第３面）本発明の照明光学系３におい
て、主な正のパワーを有するのは凹面鏡の作用を有する
第３面１３である。この面は軸上主光線２に対して偏心
するか傾いて配備されているため、軸上においてもコマ
収差が発生する。また、同様に偏心による非点収差、デ
ィストーション等の収差も発生する。偏心によるコマ収
差に対しては、第３面１３を偏心した非球面とするか、
あるいは、偏心した非回転対称非球面とすることによっ
て、第３面１３のＹ−Ｚ面内の非対称性を適切に設定し
て補正することが可能となる。また、軸上でも発生する
非点隔差の補正には、非回転対称な非球面とすること
で、Ｙ−Ｚ面内のパワーとＹ−Ｚ面に直交する面である
Ｘ−Ｚ面内のパワーを適切に変化させて補正が可能とな
る。さらに、偏心によるディストーションは、第３面１
３を（ａ）式で表される自由曲面に設定することによっ
て、第３面１３における光線高の差によって適切に面の
傾きが設定され、補正することが可能となる。

【００３０】さらに好ましくは、光学部品製作性を考慮
すると、自由曲面は必要最小限にすることが望ましい。
そこで、照明光学系３を構成する面の中で少なくとも１
つの面を平面若しくは球面又は偏心した回転対称面にす
ることによって、製作性を上げることが可能となる。

【００３１】本発明のもう１つの発明の照明光学系は、
少なくとも３面を有し、この少なくとも３面で形成され
た空間を屈折率が１より大きい媒質で満たされており、
照明光学系の照明光を射出する面の少なくとも一部は透
過作用と反射作用とを有する面であり、照明光を射出す
る面に対向した面は、軸上主光線に対して偏心するかあ
るいは傾いており、かつ、フレネル面を有する反射面で
あるものである。

【００３２】このような本発明の照明光学系の代表的な
ものを図４に例示する。図４において、照明光学系３
は、光源１から射出した光が入射する面である第１面１
１、第１面１１に対向した反射作用と透過作用を有する
面である第２面１２、フレネル反射面である第３面１３
によって構成される空間が屈折率が１．５の光学的に略
透明な媒質で満たされている。図４において、光源１か
ら発した光が照射面４に達する光線経路は前記図１のも
のと同様である。また、図２において、照明光学系３を
構成する各面の形状は、第１面１１は球面である。第２
面１２は回転対称非球面、第３面１３はフレネル反射面
である。ここで、フレネル反射面とは、フレネル面から
なる反射面であり、フレネル面とは、フレネルレンズの
ように、基礎となる曲面を細い輪状に切断してその曲面
を平らに潰したように接続してなる複合面であって、基
礎となる曲面と同様の反射作用をなす面である。

【００３３】本発明の照明光学系３において、反射面で
ある第３面１３は照明光学系３の主な正のパワーを有す
る面である。つまり、強いパワーを持つ必要がある。し
かしながら、強いパワーを持たせるためには、通常の球
面又は非球面等を用いると、その曲率が強くなり、照射
面４の反対側に光学系３が張り出してしまい大型化する
ことになる。そこで、反射面である第３面１３をフレネ
ル面に設定することによって、強い正のパワーを持ちな
がらこの反射面を平坦に形成することができる。したが
って、照明光学系３は照射面４と反対側に張り出すこと
なく、コンパクトでありながら所望のパワーを有するた
め、高いＮＡを得ることが可能となる。

【００３４】さらに、光源１からの光を入射する面であ
る第１面１１、あるいは、照明光を射出する面である第
２面１２は偏心した非球面であることが好ましい。上述
したように、Ｙ−Ｚ面内におけるパワーの非対称性を適
切に設定することで、第３面１３の偏心による収差の補
正、特にコマ収差の補正が可能となる。

【００３５】さらに、第１面１１あるいは第２面１２を
非回転対称非球面とすることで、上述したように、偏心
による諸収差をより良好に補正することが可能となる。

【００３６】さらに、本発明の照明光学系３によって照
射される照射面４は、別の光学系である投影光学系によ
って観察者眼球に投影される画像表示素子としてももち
ろんよい。また、この画像表示素子は液晶表示素子であ
ってももちろんよい。

【００３７】次に、本発明の照明光学系に関するいくつ
かの条件について説明する。照射面３を画像表示素子と
し、投影光学系によって観察者眼球にその画像表示素子
の画像を投影する場合、投影光学系としてマイクロレン
ズアレイを用いた場合の構成図を図１０に例示する。図
１０において、光源１から発した光（軸上主光線２のみ
を図示してある。）は、照明光学系３を介して画像表示
素子４を照明する。投影光学系５は、マイクロレンズア
レイ３１と接眼光学系３２によって構成されている。照
明光学系３から射出した光は、画像表示素子４を構成し
ている各画素を略垂直に照明し、投影光学系５によって
観察者の虹彩又は眼球の回旋中心近傍を射出瞳７として
観察者眼球６内に投影される。画像表示素子４とマイク
ロレンズアレイ３１の拡大図を図１１に示す。画像表示
素子４に垂直に入射した光Ｌ１は画素Ｇ１を通過し、マ
イクロレンズＭ１を透過する。一方、照明光Ｌ２が画像
表示素子４の法線に対して角度βを持っていた場合、画
像表示素子４からマイクロレンズアレイ３１までの距離
Ｌとすると、マイクロレンズアレイ３１上ではＤ＝Ｌ×
ｔａｎβだけずれた位置に光線Ｌ２が到達する。この位
置に隣のマイクロレンズＭ２があった場合、観察者の眼
球７には多重像が形成され所謂クロストークが生じるた
め、鮮明な観察像を提示することが困難となる。したが
って、このような各画素毎に光学素子（マイクロレン
ズ）を対応させるタイプの投影光学系の設定において
は、画像表示素子を照射する照明光はその光線傾角が小
さいことが必要となる。照射面４の法線に対して照明光
の光線傾角をγとした場合、 γ≦１０° ・・・（２）なる条件を満たすことが好ましい。

【００３８】上述したような現象は、画像表示素子の画
素の大きさ、ピッチ等によって照明光の光線傾角の許容
値は異なるため、画素ピッチが小さい場合には、照射面
の法線に対して記照明光の光線傾角をγとした場合、 γ≦５° ・・・（３）なる条件を満たすことが好ましい。

【００３９】さらに、照射面の法線に対して照明光の光
線傾角をγとした場合、 γ≦２° ・・・（４）なる条件を満たすことがより好ましい。

【００４０】通常、照射面における照明むらはできるだ
け少ない方が望ましい。例えば、照射面が画像表示素子
である場合には、観察者が観察している全領域にわたっ
て明るい画像を提示することが望ましい。本発明の照明
光学系においては、光源からある広がりを持って射出し
た光線を照射面に照明するが、この広がりを持った光線
それぞれを主光線として考えた場合、照射面におけるそ
れらの光線高のばらつきはディストーションとして捉え
ることができる。照明光学系の照射面におけるディスト
ーションをＤとした場合、 −４０％≦Ｄ≦４０％・・・（５）なる条件を満たすことが重要である。

【００４１】この条件の上限及び下限を越えて±４０％
より大きいディストーションが発生すると、照射面にお
ける照明むらが大きくなり、例えば照射面が画像表示素
子の場合には、提示している画像の部分によって光量が
異なり、観察者に疲労感を与える等の危惧が生じる。

【００４２】さらに好ましくは、照明光学系の照射面に
おけるディストーションをＤとした場合、 −２０％≦Ｄ≦２０％・・・（６）なる条件を満たすことが重要である。

【００４３】そして、本発明の全ての発明の照明光学系
においては、照明光学系を構成する面の形状を、その面
内及び面外共に回転対称軸を有せず、しかも、対称面を
１つのみ有する例えば（ａ）式で表される自由曲面とし
ている。これは、例えば図１のように座標系をとった場
合に、偏心して配置される面の偏心方向を含む面である
Ｙ−Ｚ面が対称面となるような自由曲面とすることで、
逆光線追跡における結像面の像も、そのＹ−Ｚ面が対称
面として両側で対称にすることができ、収差補正の労力
が大幅に削減できるためである。

【００４４】なお、本発明における反射作用を有する反
射面には、全反射面、ミラーコート面、半透過反射面等
の反射作用を有する全ての反射面が含まれる。

【００４５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の照明光学系の実
施例１〜６について説明する。後述する各実施例の構成
パラメータにおいては、図１に示すように、光源１中心
を照明光学系３の原点として、光軸２を照射面３の中心
と光源１の中心（原点）とを通る光線で定義し、光源１
から光軸２に進む方向をＺ軸方向、このＺ軸に直交し光
源１中心を通り、光線が照明光学系２によって折り曲げ
られる面内の方向をＹ軸方向、Ｚ軸、Ｙ軸に直交し光源
１中心を通る方向をＸ軸方向とし、光源１から照明光学
系２に向かう方向をＺ軸の正方向、第２面１２で反射さ
れて第３面１３に向かう方向をＹ軸の負方向とし、そし
て、これらＺ軸、Ｙ軸と右手系を構成する方向をＸ軸の
正方向とする。なお、光線追跡は光源１側を物体側とし
て、照射面３側を像面側とした順追跡により行ってい
る。

【００４６】なお、後記する構成パラメータにおいて、
偏心が与えられている面については、その面の面頂位置
の照明光学系３の原点である光源１の中心からのＸ軸方
向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の偏心量（それぞれｘ、ｙ、
ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面については、前記の
（ａ）式のＺ軸、アナモルフィック面については、下記
の（ｂ）式のＺ軸、回転対称非球面については、下記の
（ｃ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心と
する傾き角（°）（それぞれα、β、γ）とが与えられ
ている。なお、その場合、αとβの正はそれぞれの軸の
正方向に対しての反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向
に対しての時計回りを意味する。その他、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。面間隔
は意味がない。

【００４７】また、自由曲面の形状は前記の（ａ）式に
より定義する。その定義式のＺ軸が自由曲面の軸とな
る。無論、自由曲面を表す式はこれに限らず、面内面外
に対称面を有しない面として、又は、面内面外共に対称
面を１面のみ有する面として構成できる式であればよ
い。

【００４８】また、アナモルフィック面の形状は以下の
（ｂ）式により定義する。面形状の原点を通り、光学面
に垂直な直線がアナモルフィック面の軸となる。Ｚ＝（ＣＸ・ｘ²＋ＣＹ・ｙ²）／［１＋｛１−（１＋Ｋ_x）ＣＸ²・ｘ² −（１＋Ｋ_y）ＣＹ²・ｙ²｝^1/2］＋Σ Ｒ_m｛（１−Ｐ_m）ｘ²＋（１＋Ｐ_m）ｙ²｝^m+1 ^m=1 例として、ｍ＝４（４次項）までを考えると、展開した
ときに以下の式で表せる。

【００４９】Ｚ＝（ＣＸ・ｘ²＋ＣＹ・ｙ²）／［１＋｛１−（１＋Ｋ_x）ＣＸ²・ｘ² −（１＋Ｋ_y）ＣＹ²・ｙ²｝^1/2］Ｒ₁｛（１−Ｐ₁）ｘ²＋（１＋Ｐ₁）ｙ²｝² Ｒ₂｛（１−Ｐ₂）ｘ²＋（１＋Ｐ₂）ｙ²｝³ Ｒ₃｛（１−Ｐ₃）ｘ²＋（１＋Ｐ₃）ｙ²｝⁴ Ｒ₄｛（１−Ｐ₄）ｘ²＋（１＋Ｐ₄）ｙ²｝⁵ ・・・（ｂ）ただし、Ｚは面形状の原点に対する接平面からのずれ
量、ＣＸはＸ軸方向曲率、ＣＹはＹ軸方向曲率、Ｋ_xは
Ｘ軸方向円錐係数、Ｋ_yはＹ軸方向円錐係数、Ｒ_mは非
球面項回転対称成分、Ｐ_mは非球面項回転非対称成分で
ある。なお、後記する実施例の構成パラメータでは、Ｒ_x：Ｘ軸方向曲率半径Ｒ_y：Ｙ軸方向曲率半径を用いており、曲率ＣＸ、ＣＹとの間には、Ｒ_x＝１／ＣＸ，Ｒ_y＝１／ＣＹの関係にある。

【００５０】また、回転対称非球面の形状は以下の式に
より定義する。その定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸
となる。Ｚ＝（Ｙ²／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋Ｋ）（Ｙ²／Ｒ²）｝^1/2］＋Ａ₄Ｙ⁴＋Ａ₆Ｙ⁶＋Ａ₈Ｙ⁸＋Ａ₁₀Ｙ¹⁰・・・・・・（ｃ）ただし、ＹはＺに垂直な方向であり、Ｒは近軸曲率半
径、Ｋは円錐係数、Ａ₄、Ａ₆、Ａ₈、Ａ₁₀は非球面係
数である。

【００５１】なお、後記の構成パラメータ中、データの
記載されていない非球面に関する項は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。

【００５２】実施例１〜６の照明光学系３は、それぞれ
図１〜図６に断面図を示すように、光源１に対向して光
軸２に偏心配置された透過面である第１面１１を経て光
学系３に入射した光源１からの光は、第２面１２で内部
反射し、第３面１３で内部反射し、再び透過面である第
２面１２を透過して照明光学系３から射出して、照射面
４を照明する。

【００５３】以下に、上記実施例１〜６の構成パラメー
タを示す。なお、表中、アナモルフィク面は"ANAM0"
と、フレネル面は"FRESNEL" と、回転対称非球面は"RSA
SF" と表記してある。実施例１ＮＡ＝０．４５面番号曲率半径間隔偏心屈折率アッベ数物体面 ∞ 1 37.792 偏心(1) 1.4922 57.5 2 自由曲面[1] 偏心(2) 1.4922 57.5 3 自由曲面[2] 偏心(3) 1.4922 57.5 4 自由曲面[1] 偏心(2) 像面 ∞ 偏心(4) 自由曲面[1] Ｃ₅ 1.2280×10^-3 Ｃ₇ 4.7616×10^-3 Ｃ₈ 2.3358×10^-5 Ｃ₁₀ 1.0287×10^-4 Ｃ₁₂ 1.7439×10^-7 Ｃ₁₄ -8.8309×10^-8 Ｃ₁₆ 9.8510×10^-7 Ｃ₁₇ -2.4542×10^-9 Ｃ₁₉ -4.0075×10^-8 Ｃ₂₁ -1.8690×10^-7 自由曲面[2] Ｃ₅ 3.6258×10^-3 Ｃ₇ 6.7712×10^-3 Ｃ₈ -4.0025×10^-5 Ｃ₁₀ -1.6145×10^-4 Ｃ₁₂ 2.8569×10^-7 Ｃ₁₄ -5.4790×10^-6 Ｃ₁₆ -2.8775×10^-6 Ｃ₁₇ 9.0539×10^-9 Ｃ₁₉ -5.4949×10^-8 Ｃ₂₁ -1.0711×10^-7 偏心(1) ｘ 0.000 ｙ 4.219 ｚ 13.344 α -16.39 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) ｘ 0.000 ｙ -9.236 ｚ 35.857 α 47.41 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) ｘ 0.000 ｙ -5.210 ｚ 7.766 α 54.76 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) ｘ 0.000 ｙ -9.330 ｚ 42.737 α 40.70 β 0.00 γ 0.00 。

【００５４】実施例２ＮＡ＝０．５３面番号曲率半径間隔偏心屈折率アッベ数物体面 ∞ 1 33.029 偏心(1) 1.4922 57.5 2 ANAM0[1] 偏心(2) 1.4922 57.5 3 ANAM0[2] 偏心(3) 1.4922 57.5 4 ANAM0[1] 偏心(2) 像面 ∞ 偏心(4) ANAM0[1] Ｒ_y 2971.151 Ｒ_x 149.734 Ｋ_y 0.0000 Ｋ_x 0.0000 Ｒ₁ 5.0893×10^-10 Ｒ₂ 2.3129×10^-9 Ｒ₃ 0.0000 Ｒ₄ 0.0000 Ｐ₁ 1.3780×10¹ Ｐ₂ -2.0652×10^-1 Ｐ₃ 0.0000 Ｐ₄ 0.0000 ANAM0[2] Ｒ_y 58.678 Ｒ_x 68.462 Ｋ_y -0.7420 Ｋ_x -1.6878 Ｒ₁ -1.4132×10^-6 Ｒ₂ 2.8415×10^-9 Ｒ₃ -2.1868×10^-12 Ｒ₄ 6.3915×10^-16 Ｐ₁ 6.5176×10^-1 Ｐ₂ 7.9619×10^-2 Ｐ₃ -5.2488×10^-2 Ｐ₄ -1.2490×10^-1 偏心(1) ｘ 0.000 ｙ 7.845 ｚ 8.304 α -17.15 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) ｘ 0.000 ｙ -9.041 ｚ 33.527 α 46.28 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) ｘ 0.000 ｙ -7.156 ｚ 7.302 α 55.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) ｘ 0.000 ｙ -8.064 ｚ 37.672 α 49.29 β 0.00 γ 0.00 。

【００５５】実施例３ＮＡ＝０．４５面番号曲率半径間隔偏心屈折率アッベ数物体面 ∞ 1 ∞ 2 自由曲面[1] 偏心(1) 1.4922 57.5 3 自由曲面[2] 偏心(2) 1.4922 57.5 4 自由曲面[3] 偏心(3) 1.4922 57.5 5 自由曲面[2] 偏心(2) 6 ∞ 偏心(4) 像面 ∞ 自由曲面[1] Ｃ₅ 1.2984×10^-2 Ｃ₇ 1.4418×10^-2 Ｃ₈ -2.0655×10^-4 Ｃ₁₀ 4.5828×10^-5 Ｃ₁₂ 2.5101×10^-6 Ｃ₁₄ 4.8495×10^-6 Ｃ₁₆ -3.2836×10^-6 自由曲面[2] Ｃ₅ 1.5103×10^-3 Ｃ₇ 4.8247×10^-3 Ｃ₈ 7.7747×10^-6 Ｃ₁₀ 5.4438×10^-5 Ｃ₁₂ 2.0450×10^-7 Ｃ₁₄ 5.8998×10^-7 Ｃ₁₆ 3.3063×10^-7 Ｃ₁₇ -1.0887×10^-8 Ｃ₁₉ -3.9061×10^-8 Ｃ₂₁ -9.5993×10^-8 自由曲面[3] Ｃ₅ 1.6380×10^-3 Ｃ₇ 6.2212×10^-3 Ｃ₈ -1.1013×10^-4 Ｃ₁₀ -1.5952×10^-4 Ｃ₁₂ -1.5805×10^-6 Ｃ₁₄ -5.3799×10^-6 Ｃ₁₆ -1.7957×10^-6 Ｃ₁₇ -1.0894×10^-8 Ｃ₁₉ -7.1797×10^-8 Ｃ₂₁ -6.5336×10^-8 偏心(1) ｘ 0.000 ｙ -0.846 ｚ 11.791 α -13.10 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) ｘ 0.000 ｙ -11.077 ｚ 37.397 α 45.77 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) ｘ 0.000 ｙ -5.625 ｚ 10.102 α 54.76 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) ｘ 0.000 ｙ -5.827 ｚ 43.081 α 35.09 β 0.00 γ 0.00 。

【００５６】実施例４ＮＡ＝０．４７面番号曲率半径間隔偏心屈折率アッベ数物体面 ∞ 1 ∞ 2 2461.546 偏心(1) 1.4922 57.5 3 RSASF[1] 偏心(2) 1.4922 57.5 4 FRESNEL[1] 偏心(3) 1.4922 57.5 5 RSASF[1] 偏心(2) 像面 ∞ 偏心(4) RSASF[1] Ｒ -348.386 Ｋ 4.1670 Ａ₄ 1.3970×10^-7 Ａ₆ -1.8199×10^-11 Ａ₈ 1.7598×10^-15 Ａ₁₀ -6.6360×10^-20 FRESNEL [1] Ｒ 108.662 Ｋ 0.0000 Ａ₄ -1.4987×10^-7 Ａ₆ -3.1844×10^-11 Ａ₈ 4.4315×10^-15 Ａ₁₀ -3.2296×10^-19 偏心(1) ｘ 0.000 ｙ -18.962 ｚ 8.162 α -14.05 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) ｘ 0.000 ｙ -49.849 ｚ 81.356 α 42.41 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) ｘ 0.000 ｙ -3.995 ｚ -3.647 α 67.97 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) ｘ 0.000 ｙ 4.227 ｚ 40.097 α 81.66 β 0.00 γ 0.00 。

【００５７】実施例５ＮＡ＝０．６面番号曲率半径間隔偏心屈折率アッベ数物体面 ∞ 1 ∞ 偏心(1) 1.5168 64.1 2 ANAM0[1] 偏心(2) 1.5168 64.1 3 FRESNEL[1] 偏心(3) 1.5168 64.1 4 ANAM0[1] 偏心(2) 像面 ∞ 偏心(4) ANAM0[1] Ｒ_y -326.028 Ｒ_x -674.203 Ｋ_y 10.2667 Ｋ_x 20.0000 Ｒ₁ 1.5001×10^-7 Ｒ₂ -1.6118×10^-11 Ｒ₃ 1.9722×10^-15 Ｒ₄ -2.0286×10^-20 Ｐ₁ 1.5835×10^-1 Ｐ₂ 9.6782×10^-4 Ｐ₃ -3.7274×10^-2 Ｐ₄ 7.9944×10^-2 FRESNEL[1] Ｒ 100.155 Ｋ 0.0000 Ａ₄ -1.0169×10^-7 Ａ₆ -4.1230×10^-11 Ａ₈ 1.5680×10^-15 Ａ₁₀ -2.9531×10^-19 偏心(1) ｘ 0.000 ｙ -7.564 ｚ 5.323 α -25.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) ｘ 0.000 ｙ -47.942 ｚ 66.428 α 39.59 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) ｘ 0.000 ｙ -5.387 ｚ 2.326 α 64.10 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) ｘ 0.000 ｙ 0.086 ｚ 34.604 α 64.34 β 0.00 γ 0.00 。

【００５８】実施例６ＮＡ＝０．５面番号曲率半径間隔偏心屈折率アッベ数物体面 ∞ 1 ∞ 2 197.608 偏心(1) 1.5168 64.1 3 自由曲面[1] 偏心(2) 1.5168 64.1 4 FRESNEL[1] 偏心(3) 1.5168 64.1 5 自由曲面[1] 偏心(2) 像面 ∞ 偏心(4) 自由曲面[1] Ｃ₅ -3.3999×10^-4 Ｃ₇ -2.8566×10^-5 Ｃ₈ 2.1946×10^-5 Ｃ₁₀ 7.2290×10^-5 Ｃ₁₂ -3.1151×10^-8 Ｃ₁₄ 2.0686×10^-7 Ｃ₁₆ -1.5105×10^-6 Ｃ₁₇ -2.9699×10^-9 Ｃ₁₉ -5.7440×10^-9 Ｃ₂₁ -3.5562×10^-8 FRESNEL[1] Ｒ 104.086 Ｋ 0.0000 Ａ₄ -6.3744×10^-7 Ａ₆ -1.1700×10^-11 Ａ₈ 1.3038×10^-14 Ａ₁₀ -5.9921×10^-19 偏心(1) ｘ 0.000 ｙ 5.551 ｚ 14.310 α -20.35 β 0.00 γ 0.00 偏心(2) ｘ 0.000 ｙ 4.798 ｚ 21.552 α 47.43 β 0.00 γ 0.00 偏心(3) ｘ 0.000 ｙ -8.281 ｚ 7.255 α 68.00 β 0.00 γ 0.00 偏心(4) ｘ 0.000 ｙ 0.373 ｚ 40.339 α 67.91 β 0.00 γ 0.00 。

【００５９】以上の実施例では、前記定義式（ａ）の自
由曲面を用いて構成したが、あらゆる定義の曲面が使え
ることは言うまでもない。しかし、どのような定義式を
用いようとも、本発明に示されている何れかの条件を満
足することにより、また、そのいくつかのものを満足す
ることにより、収差のよく補正された照明光学系が得ら
れることは言うまでもない。なお、偏心を無視した面の
定義座標系の中心で規定される面の曲率、面の焦点距離
等の従来の共軸系で使われる条件式は、本発明のように
各面が大きく偏心して配置されている場合には、何らの
意味も持たない。

【００６０】以上、実施例１〜６は何れも光学系作用面
が３面形態のものを示したが、図７〜図９のように、本
発明の照明光学系は４面以上の作用面を有するものであ
ってもよい。

【００６１】図７の照明光学系３は、第１面１１である
入射面と透過作用と反射作用とを有する第２面１２との
間の光路中に第４面１４である第２の反射面を配置した
例である。この形態の採用によって、正のパワーを与え
る反射作用面が１面増えることになり、照明光の集光作
用と収差補正作用の相方のバランスを調整し得る構成要
素が増加でき、設計上の自由度が増える点で優れてい
る。

【００６２】また、図８は、透過作用と反射作用とを有
する第２面１２からの反射光を受けて再びその第２面１
２に反射光を入射させるように、第２の反射面を形成す
る第４面１４を配置し、透過作用と反射作用とを有する
第２面１２を２回の反射と１回の透過をなすように形成
している。そして、２枚の反射面１３、１４は共に媒質
側に凸面を向けた形状としている。

【００６３】さらに、図９は、３面構成であるが、第１
面１１を経て光学系３に入射した光源１からの光は、第
３面１３で内部反射し、再び第１面１１へ入射し今度は
その面で内部反射し、第２面１２で内部反射し、再度第
１面１１へ入射して内部反射し、再び第２面１２へ入射
し今度はその面を透過して照明光学系３から射出して、
照射面４を照明する構成で、入射面の第１面１１が入射
面としての透過作用と２回の反射作用を併せ持つ構成で
ある。

【００６４】このように、図８、図９の構成においては
設計の自由度を増すことと共に、長い光路長が必要な照
明光学系の光路にあっても、光路を折りたたむ回数を増
加させることができコンパクト化が実現可能となる。

【００６５】なお、図７〜図９の構成から離れて、本発
明の優位点を、簡易な構成（生産性の向上）とコンパク
ト化のバランスという点に置くとすると、実施例１〜６
に示した３面構成が最も優れている。

【００６６】以上の本発明の照明光学系は、例えば次の
ように構成することができる。〔１〕光源から放射する光を照射面に照明させる照明
光学系において、前記照明光学系は少なくとも２面を有
し、その少なくとも２面で形成された空間を屈折率が１
より大きい媒質からなるプリズム部材を少なくとも備え
て構成され、前記照明光学系の照明光を射出する面の少
なくとも一部は透過作用と反射作用とを有する面であ
り、前記照明光を射出する面に対向した面は、軸上主光
線に対して偏心するかあるいは傾いており、かつ、正の
パワーを有する反射面であることを特徴とする照明光学
系。

【００６７】〔２〕光源から放射する光を照射面に照
明させる照明光学系において、前記照明光学系は少なく
とも２面を有し、その少なくとも２面で形成された空間
を屈折率が１より大きい媒質からなるプリズム部材を少
なくとも備えて構成され、前記照明光学系を構成する少
なくとも１面は回転非対称な面であり、前記照明光学系
の照明光を射出する面の少なくとも一部は透過作用と反
射作用とを有する面であり、前記照明光を射出する面に
対向した面は、軸上主光線に対して偏心するかあるいは
傾いており、かつ、正のパワーを有する反射面であるこ
とを特徴とする照明光学系。

【００６８】〔３〕光源から放射する光を照射面に照
明させる照明光学系において、前記照明光学系は少なく
とも３面を有し、その少なくとも３面で形成された空間
を屈折率が１より大きい媒質からなるプリズム部材を少
なくとも備えて構成され、前記照明光学系の照明光を射
出する面の少なくとも一部は透過作用と反射作用とを有
する面であり、前記照明光を射出する面に対向した面
は、軸上主光線に対して偏心するかあるいは傾いてお
り、かつ、フレネル面を有する反射面であることを特徴
とする照明光学系。

【００６９】〔４〕光源から放射する光を照射面に照
明させる照明光学系において、前記照明光学系は、前記
光源から放射された発散光を集光させる作用を持ち、少
なくとも入射面と、反射面と、透過作用と反射作用とを
有する面の３面を含み、屈折率が１より大きい媒質から
なるプリズム部材を少なくとも備えて構成され、かつ、
前記プリズム部材内に形成された光路が、前記光源から
射出された光束が入射面から前記プリズム部材内部に入
射され、その入射光が前記プリズム部材内部を通過して
前記透過作用と反射作用とを有する面で反射され、その
反射光が前記プリズム部材内部を通過して前記反射面で
反射され、その反射光が最終的に前記透過作用と反射作
用とを有する面から前記プリズム部材外部に射出される
ように構成することにより、光路を折りたたみコンパク
ト化を図ったことを特徴とする照明光学系。

【００７０】〔５〕前記反射面が、正のパワーを有す
るように前記媒質側に凹面を向けた形状に構成されてい
ることを特徴とする上記〔４〕記載の照明光学系。

【００７１】〔６〕前記透過作用と反射作用とを有す
る面が、前記プリズム部材における折りたたみ光路によ
って発生する偏心収差により生じる照明光量のむらを補
正する作用を持った回転非対称面形状に構成されている
ことを特徴とする上記〔１〕〜〔５〕の何れか１項記載
の照明光学系。

【００７２】〔７〕前記照明光を射出する面の前記照
明光を射出する領域において、前記光源から射出した光
が前記プリズム部材に入射した後、前記照明光を射出す
る面で内部反射する際の光の入射角をθとする場合、 θ≧ｓｉｎ^-1（１／ｎ）・・・（１）（ただし、ｎは媒質の屈折率）を満たすことを特徴とす
る上記〔１〕〜〔６〕の何れか１項記載の照明光学系。

【００７３】〔８〕前記照明光を射出する面の前記照
明光を射出する領域より前記光源側の反射領域の少なく
とも一部は反射コーティングがされていることを特徴と
する上記〔１〕〜〔７〕の何れか１項記載の照明光学
系。

【００７４】

〔９〕前記照明光を射出する面は非球面
であることを特徴とする上記〔１〕〜〔８〕の何れか１
項記載の照明光学系。

【００７５】〔１０〕前記照明光を射出する面は非回
転対称非球面であることを特徴とする上記

〔９〕記載の
照明光学系。

【００７６】〔１１〕前記照明光を射出する面はアナ
モルフィック非球面であることを特徴とする上記〔６〕
記載の照明光学系。

【００７７】〔１２〕前記照明光を射出する面は対称
となる面を面内面外共に複数有しない面であることを特
徴とする上記〔６〕記載の照明光学系。

【００７８】〔１３〕前記光源から発した光が前記プ
リズム部材に入射する面は、前記光源に対して凸面であ
ることを特徴とする上記〔１〕〜

〔９〕の何れか１項記
載の照明光学系。

【００７９】〔１４〕前記照明光を射出する面は、前
記照射面に対して凹面であることを特徴とする上記
〔１〕〜〔３〕の何れか１項記載の照明光学系。

【００８０】〔１５〕前記照射面は画像表示素子であ
ることを特徴とする上記〔１〕〜〔１４〕の何れか１項
記載の照明光学系。

【００８１】〔１６〕前記照射面は投影光学系を介し
て観察者の眼球に投影される画像表示素子であることを
特徴とする上記〔１５〕記載の照明光学系。

【００８２】〔１７〕前記画像表示素子は液晶表示素
子であることを特徴とする上記〔１５〕に記載の照明光
学系。。

【００８３】〔１８〕前記照射面の法線に対して前記
照明光の光線傾角をγとした場合、 γ≦１０° ・・・（２）なる条件を満たすことを特徴とする上記〔１〕〜〔１
７〕の何れか１項記載の照明光学系。

【００８４】〔１９〕前記照射面の法線に対して前記
照明光の光線傾角をγとした場合、 γ≦５° ・・・（３）なる条件を満たすことを特徴とする上記〔１８〕記載の
照明光学系。

【００８５】〔２０〕前記照射面の法線に対して前記
照明光の光線傾角をγとした場合、 γ≦２° ・・・（４）なる条件を満たすことを特徴とする上記〔１９〕記載の
照明光学系。

【００８６】〔２１〕前記照明光学系の前記照射面に
おけるディストーションをＤとした場合、 −４０％≦Ｄ≦４０％・・・（５）なる条件を満たすことを特徴とする上記〔１〕〜〔７〕
の何れか１項記載の照明光学系。

【００８７】〔２２〕前記照明光学系の前記照射面に
おけるディストーションをＤとした場合、 −２０％≦Ｄ≦２０％・・・（６）なる条件を満たすことを特徴とする上記〔２１〕記載の
照明光学系。

【００８８】〔２３〕上記〔１８〕〜〔２２〕の何れ
か１項記載の照明光学系と前記照射面を投影するマイク
ロレンズを含む光学系とを有することを特徴とする画像
表示装置。

【００８９】〔２４〕上記〔１〕〜〔２２〕の何れか
１項記載の照明光学系と、その照明光学系に光を放射す
る照明光源と、前記照明光学系の照射面上に配置された
画像表示面と、前記画像表示面に表示された画像を投影
する投影光学系とを有することを特徴とする画像表示装
置。

【００９０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、広い開口数を有し、照明むらの少ない照明光
を与える照明光学系を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の照明光学系の断面図であ
る。

【図２】本発明の実施例２の照明光学系の断面図であ
る。

【図３】本発明の実施例３の照明光学系の断面図であ
る。

【図４】本発明の実施例４の照明光学系の断面図であ
る。

【図５】本発明の実施例５の照明光学系の断面図であ
る。

【図６】本発明の実施例６の照明光学系の断面図であ
る。

【図７】本発明の照明光学系の可能な変形例を示す概略
断面図である。

【図８】本発明の照明光学系の可能な別の変形例を示す
概略断面図である。

【図９】本発明の照明光学系の可能なさらに別の変形例
を示す概略断面図である。

【図１０】本発明による照明光学系を用いて画像表示装
置を形成した１例の全体の構成を示す図である。

【図１１】本発明による照明光学系を用いて画像表示装
置を形成した１例の画像表示部を示す図である。

【図１２】従来の１つの照明光学系を示す図である。

【符号の説明】

１…光源２…光軸（軸上主光線）３…照明光学系４…照射面５…投影光学系６…観察者眼球７…投影光学系の射出瞳位置１１…照明光学系の第１面１２…照明光学系の第２面１３…照明光学系の第３面１４…照明光学系の第４面３１…マイクロレンズアレイ３２…接眼光学系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から放射する光を照射面に照明させ
る照明光学系において、前記照明光学系は少なくとも２面を有し、その少なくと
も２面で形成された空間を屈折率が１より大きい媒質か
らなるプリズム部材を少なくとも備えて構成され、前記照明光学系の照明光を射出する面の少なくとも一部
は透過作用と反射作用とを有する面であり、前記照明光を射出する面に対向した面は、軸上主光線に
対して偏心するかあるいは傾いており、かつ、正のパワ
ーを有する反射面であることを特徴とする照明光学系。
【請求項２】光源から放射する光を照射面に照明させ
る照明光学系において、前記照明光学系は少なくとも２面を有し、その少なくと
も２面で形成された空間を屈折率が１より大きい媒質か
らなるプリズム部材を少なくとも備えて構成され、前記照明光学系を構成する少なくとも１面は回転非対称
な面であり、前記照明光学系の照明光を射出する面の少なくとも一部
は透過作用と反射作用とを有する面であり、前記照明光を射出する面に対向した面は、軸上主光線に
対して偏心するかあるいは傾いており、かつ、正のパワ
ーを有する反射面であることを特徴とする照明光学系。
【請求項３】光源から放射する光を照射面に照明させ
る照明光学系において、前記照明光学系は少なくとも３面を有し、その少なくと
も３面で形成された空間を屈折率が１より大きい媒質か
らなるプリズム部材を少なくとも備えて構成され、前記照明光学系の照明光を射出する面の少なくとも一部
は透過作用と反射作用とを有する面であり、前記照明光を射出する面に対向した面は、軸上主光線に
対して偏心するかあるいは傾いており、かつ、フレネル
面を有する反射面であることを特徴とする照明光学系。
【請求項４】光源から放射する光を照射面に照明させ
る照明光学系において、前記照明光学系は、前記光源から放射された発散光を集
光させる作用を持ち、少なくとも入射面と、反射面と、
透過作用と反射作用とを有する面の３面を含み、屈折率
が１より大きい媒質からなるプリズム部材を少なくとも
備えて構成され、かつ、前記プリズム部材内に形成された光路が、前記光
源から射出された光束が入射面から前記プリズム部材内
部に入射され、その入射光が前記プリズム部材内部を通
過して前記透過作用と反射作用とを有する面で反射さ
れ、その反射光が前記プリズム部材内部を通過して前記
反射面で反射され、その反射光が最終的に前記透過作用
と反射作用とを有する面から前記プリズム部材外部に射
出されるように構成することにより、光路を折りたたみ
コンパクト化を図ったことを特徴とする照明光学系。