JPH11287949A - 偏心結像光学系 - Google Patents

偏心結像光学系

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JPH11287949A
JPH11287949A JP10706398A JP10706398A JPH11287949A JP H11287949 A JPH11287949 A JP H11287949A JP 10706398 A JP10706398 A JP 10706398A JP 10706398 A JP10706398 A JP 10706398A JP H11287949 A JPH11287949 A JP H11287949A
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JP
Japan
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optical system
imaging optical
plane
image
small area
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JP10706398A
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Inventor
Takashi Koyama
剛史 小山
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Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易なレンズ構成で互いに傾いた物平面上の
小領域を像平面上の小領域に結像させることができる偏
心結像光学系を得ること。 【解決手段】 物平面上の小領域を該物平面に対して傾
斜した像平面上の小領域に結像させる偏心結像光学系に
おいて、該偏心結像光学系は、該物平面上の小領域の中
心とそれに略共役な像平面上の小領域の中心とを結ぶ基
準線に対して、シャインプルーフの法則とは逆の方向に
回転配置しており、該偏心結像光学系の焦点距離を1と
正規化したときのペッツバール和Pが、 0.3<P<0.9 を満足すること。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、偏心結像光学系に
関し、特に物平面上の限られた小領域を物平面に対して
斜設された像平面上の小領域に良好に投影・結像する際
に好適な偏心結像光学系に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、物平面と像平面とが正対して
いなく、互いに傾いて設定している場合に、物平面上の
全画面にわたって良好なピント状態の画像を得る方法と
しては、斜めに置かれた物平面に対し、レンズ(結像光
学系)もしくは像平面を所定量ティルト(回転)して撮
影する方法が知られている。この時、全画面にわたっ
て、ピントの合った画像を得る為の条件は物平面、レン
ズの主平面、そして像平面の断面の延長線が一点で交わ
るように構成することであり、所謂、シャインプルーフ
の法則と呼ばれるように構成するものである。
【0003】図11は、シャインプルーフの法を適用し
た結像系の状態を表わす概略図である。図中Oは物平
面、Iは像平面、Hは結像光学系1の主平面を表わし、
Lはその光軸である。また、O0 は投影したい物平面O
の一部分の中心に相当する物点、S0 は像平面I上の一
部分O0 の像点である。物平面O、主平面H、像平面I
の図の紙面上の断面での延長線が一点Pにて交わってい
る。この時同図では前出の物点O0 と像点S0 を結ぶ線
(基準線)Laが主平面Hに対して垂直となっているの
で、結像光学系1に像面弯曲があっても、物点O0 近傍
の像は像点S0 近傍に略結像される。しかし、ここで同
図中の像平面S上に結像させる必要がある場合は、通常
は前出のシャインプルーフの法則を充すべく同図におい
て結像光学系1を反時計方向にティルトすれば良いはず
である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、結像光
学系1に著しい像面湾曲がある場合は、単に結像光学系
をティルトしても、物点O0 を像平面S上に結像させる
ことができない。
【0005】図12は結像光学系12に大きな像面弯曲
があるときの説明図である。物平面O、主平面H、及び
結像させたい像平面Sの図の紙面上の断面での延長線が
一点Pにて交わっている。尚、図中の符号は前出の図1
1のものと同じ意味である。ところがこの場合、画角の
高い領域での結像と同じことなので、もともと結像光学
系1に図中I’で示されるような像面弯曲があると、物
点S0 近傍では、かなり像面が傾いてしまうことにな
る。このことは結像光学系1が単レンズ等、簡易なレン
ズ構成の場合には顕著となる。
【0006】本発明は、結像光学系が簡易なレンズ構成
であっても、物平面上の小領域を物平面に対し傾いて設
けられた像平面上の小領域に良好に結像させることがで
きる偏心結像光学系の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の偏心結像光学系
は、 (1-1) 物平面上の小領域を該物平面に対して傾斜した像
平面上の小領域に結像させる偏心結像光学系において、
該偏心結像光学系は、該物平面上の小領域の中心とそれ
に略共役な像平面上の小領域の中心とを結ぶ基準線に対
して、シャインプルーフの法則とは逆の方向に回転配置
しており、該偏心結像光学系の焦点距離を1と正規化し
たときのペッツバール和Pが、 0.3<P<0.9 を満足することを特徴としている。
【0008】特に、 (1-1-1) 前記偏心結像光学系は単一レンズより成ってい
ることを特徴としている。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施形態1の要部
概略図、図2は本発明の偏心結像光学系の光学特性を表
す光路図である。
【0010】図1において、1は偏心結像光学系(以
下、「結像光学系」という)、2は絞りであり、結像光
学系1の前方に近接配置している。Oは物平面、Sは像
平面である。O0 は物平面の小領域の物点、S0 は像平
面Sの小領域の像点、Lは結像光学系1の光軸、Laは
物点O0 と像点S0 を結ぶ基準線である。
【0011】本実施形態の結像光学系1の光学特性を図
2の光路図に基づいて説明する。
【0012】図2の光路図は物体側の最大画角を10°
でトレースしたものである。結像光学系1の結像倍率は
約−2倍である。結像光学系1は両レンズ面が凸形状の
単レンズから成る。2は絞りマスクを示す。Oは物平
面、I’は結像光学系1の像面弯曲を示す。結像光学系
1の焦点距離は1に正規化している。
【0013】同図からも明らかなように結像光学系1は
光軸Lの中心O1 の結像状態は良好であるが、周辺にい
くに従って、大きな像面弯曲I’を伴っている。周辺で
はコマ収差は比較的良好に補正されているので、この像
面弯曲が主として問題となる。
【0014】図3に結像光学系1の縦収差図を示す。
【0015】次に、物平面Oに対し、この結像光学系1
が斜設されている場合について図4を用いて説明する。
同図において結像光学系1と絞りマスク2は物平面Oか
ら45°の方向に設けられており、傾角も45°と成っ
ている。物平面Oに対応する結像光学系1の像面はI’
のようになっているが、この場合、結像関係が略結像光
学系1の光軸L近傍である。従って、この結像光学系1
の像面弯曲による影響は十分少なく、物平面O、像面弯
曲I’、結像光学系1は前出のシャインプルーフの法則
に基づく関係に略なっている。
【0016】ここで、例えば図中Sで示されるような傾
きに結像面を設定したい場合、通常であれば結像光学系
1はシャインプルーフの法則に基づき、図中、物平面O
に対して反時計方向に回転するところである。
【0017】図5はそのように約10°だけ結像光学系
1と絞り2を物平面Oに対して反時計方向に回転させた
もので、符号は前出のものと同じものを示す。この時、
物平面Oに対応する像面弯曲I’は図4におけるものよ
りもさらに像平面Sに対して逆方向に傾いてしまってい
る。これは前出の図2で説明した像面弯曲の影響であ
る。
【0018】図1は結像光学系1と絞り2を図4に示す
位置から、図中、物平面Oに対して時計方向に15°、
すなわち物平面Oに対し60°をなすよう回転してい
る。すなわちシャインプルーフの法則とは逆方向へのテ
ィルトとなっている。この時、物平面O上の物点O0
傍の小領域は、像平面S上の像点S0 近傍へ良好に結像
している。これは、特に単レンズ等の簡易なレンズ構成
で良好な結像をさせる場合、球面収差、コマ等は収差補
正上、考慮できても像面に関してはどうしてもペッツバ
ール和が大きくなり、単純にシャインプルーフの法則が
成り立たなくなるからである。その為、本実施形態で
は、結像光学系1の焦点距離を1としたとき、ペッツバ
ール和Pが 0.3<P<0.9・・・(1) を満足するように設定している。
【0019】上式(1)の下限値を越えている場合、像
面弯曲は補正されており、本発明のようにシャインプル
ーフの法則の逆のティルトをする必然性がなくなり、
又、上限値を越えた場合は非点隔差が大きくなり、図の
紙面上に結像状態が良くても、紙面と直交する方向の結
像が良好でなくなる為好ましくない。
【0020】尚、本条件式を充たしている場合でも多少
その傾向はあるので、絞り2は紙面と垂直方向の開口が
紙面上の図の開口よりも狭いような、例えば矩形や惰円
形等の開口形状とすることが望ましい。
【0021】又、上記条件式は望ましくは下記範囲を満
たすことが望ましい。
【0022】0.6<P<0.8図13は上述の像面弯
曲とティルトの方向の関係を略図にて示した概略図であ
る。図13において、Hは結像光学系1の主平面、Lは
結像光学系1の光軸を示している。I’は結像光学系1
の物平面Oに対する像面弯曲を示している。
【0023】図6は本発明の実施形態2の要部概略図で
ある。同図は結像光学系11の特性を表す光路を示して
おり、物体側の最大画角を15°でトレースしたもので
ある。結像光学系11の結像倍率は約−0.5倍であ
る。結像光学系11は両レンズ面が凸形状の単レンズか
ら成っている。12は絞りマスクを示す。この結像光学
系11の焦点距離も1としている。この場合も同図から
明らかなように、物平面Oの中心O0 近傍の結像状態は
良好であるが、周辺にいくに従って大きな像面弯曲I’
を伴っている。画角15°近辺ではコマ収差も若干残存
している。
【0024】図7にこの結像光学系11の縦収差図を示
す。
【0025】図8は図6の物平面O上の小領域に限った
光路図である。小領域なので、この範囲での像面弯曲は
無視できる程度となっている。ここで、例えば図中、S
で示されるような傾きに結像面を設定したい場合、通常
であれば結像光学系11はシャインプルーフの法則に基
づき、図中、時計方向に回転するところである。
【0026】図9はそのように約15°、結像光学系1
1と絞り12を時計方向に回転させたもので、この場合
もかえって像面I’は結像面Sに対して逆方向に傾いて
しまっている。
【0027】一方、図10は本発明の実施形態2を示す
もので結像光学系11と、絞り12は図9とは逆方向に
約20°回転してあり、物平面O上の点O0 近傍の小領
域は像面S上のS0 近傍へ結像している。更に、絞り1
2はコマ収差補正の為、結像光学系の光軸Lと垂直の方
向(ティルト面内における)に0.075シフトしてい
る。
【0028】次に、本発明の数値実施形態1,2に係る
数値実施例を表1,2に示す。数値実施例において、r
1は絞り、r2,r3は結像光学系の物平面側と像平面
側のレンズ面の曲率半径、d1は絞りと結像光学系との
空気間隔、d2,n1,ν1は順に結像光学系の厚さ、
材質の屈折率、そして材質のアッベ数である。非球面形
状は光軸方向にX軸、光軸と垂直方向にH軸、光の進行
方向を正とし、Rを近軸曲率半径、B,C,Dを各々非
球面係数としたとき、
【0029】
【数1】 なる式で表わしている。
【0030】 表1 f=1.00000 r 1=(絞り) d 1= 0.00 r 2= 1.200 d 2= 0.27 n 1= 1.49171 ν 1= 57.4 r 3= -0.770(非球面) 非球面係数 R= -0.77 B= 6.1×10-1 C= 3.908×10-1 D= 2.025×10-1 ペッツバール和= 0.703 表2 f=1.00000 r 1=(絞り) d 1= 0.00 r 2= 0.958 d 2= 0.31 n 1= 1.49171 ν 1= 57.4 r 3= -0.901(非球面) 非球面係数 R= -0.901 B= 1.62 C= -28.3 ペッツバール和= 0.710 尚、本発明の構成は、結像系に限らず、例えばカメラの
ファインダー内の表示光学系等にも広く応用可能であ
る。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、各要素を
設定することによって、結像光学系が簡易なレンズ構成
であっても、物平面上の小領域を物平面に対し傾いて設
けられた像平面上の小領域に良好に結像させることがで
きる偏心結像光学系を達成することができる。
【0032】特に、本発明によれば、単レンズ等簡易な
結像光学系を用いて軸外の小領域を斜設された像面に対
して良好に投影・結像を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態1の要部概略図
【図2】 本発明の偏心結像光学系の実施形態1の光学
特性の説明図
【図3】 本発明の実施形態1の収差図
【図4】 本発明の偏心結像光学系の実施形態1の光学
特性の説明図
【図5】 本発明の偏心結像光学系の実施形態1の光学
特性の説明図
【図6】 本発明の実施形態2の要部概略図
【図7】 本発明の実施形態2の収差図
【図8】 本発明の偏心結像光学系の実施形態2の光学
特性の説明図
【図9】 本発明の偏心結像光学系の実施形態2の光学
特性の説明図
【図10】 本発明の偏心結像光学系の実施形態2の光
学特性の説明図
【図11】 従来のシャインプルーフの法則の説明図
【図12】 偏心結像系の説明図
【図13】 本発明の光学特性の説明図
【符号の説明】
1,11 偏心結像光学系 2,12 絞り O 物平面 O0 小領域 S 像平面 S0 小領域 L 光軸 La 基準軸 I’ 像面弯曲

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 物平面上の小領域を該物平面に対して傾
    斜した像平面上の小領域に結像させる偏心結像光学系に
    おいて、該偏心結像光学系は、該物平面上の小領域の中
    心とそれに略共役な像平面上の小領域の中心とを結ぶ基
    準線に対して、シャインプルーフの法則とは逆の方向に
    回転配置しており、該偏心結像光学系の焦点距離を1と
    正規化したときのペッツバール和Pが、 0.3<P<0.9 を満足することを特徴とする偏心結像光学系。
  2. 【請求項2】 前記偏心結像光学系は単一レンズより成
    っていることを特徴とする請求項1の偏心結像光学系。
JP10706398A 1998-04-02 1998-04-02 偏心結像光学系 Pending JPH11287949A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001337389A (ja) * 2000-05-25 2001-12-07 Olympus Optical Co Ltd 投影装置
JP2015512030A (ja) * 2012-02-07 2015-04-23 株式会社ニコン 結像光学系、撮像装置、形状測定装置、構造物製造システム、及び構造物製造方法

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