JP3541576B2

JP3541576B2 - 結像光学系

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Publication number: JP3541576B2
Application number: JP24195296A
Authority: JP
Inventors: 彰佐藤; 聡大澤; 勝裕高本
Original assignee: ミノルタ株式会社
Priority date: 1995-10-25
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 2004-07-14
Anticipated expiration: 2016-09-12
Also published as: JPH09179064A; US5716118A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、画像投影装置や画像読み取り装置に好適な、１次像を２次像に伝達する結像光学系に関し、更に詳しくは、像面に対して結像光学系の光軸が直角以外の角度をなす結像光学系（以下、斜め結像光学系と記す）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、フィルムや液晶ディスプレイ等により提供される画像をスクリーン上に拡大投影する画像投影装置が、種々提案されている。このような画像投影装置では、近年、スクリーンの大画面化に伴い装置が大型化することが問題となっており、特に装置において最も大きなスペースを占める結像光学系の光路空間を小さくする必要が生じている。結像光学系の光路空間を小さくする方法の１つとして、スクリーンに対して斜め方向から画像を投影する方法がある。
【０００３】
このような結像光学系について、図３１を参照して説明する。図３１（ａ）は、従来の画像を正面から投影する結像光学系を用いた画像投影装置、図３１（ｂ）は、スクリーンに対して斜め方向から投影する結像光学系を用いた画像投影装置の概略図である。
【０００４】
従来の、図３１（ａ）に記載された装置においては、スクリーン１０１を大画面化しようとすると、結像光学系１００の占める光路空間が大きくなり、装置全体を小さくするには限界がある。
【０００５】
一方、図３１（ｂ）の如く、斜め結像光学系を用いた装置では、結像光学系１００'をスクリーン１０１'の近傍に配置することが可能である。そのため、斜め結像光学系を用いた装置を使用すると、スクリーンの大画面化と結像光学系の小型化とを両立することができ、特に画像投影装置の薄型化に対して効果的である。そして、この場合、投射光学系１００'からスクリーン１０１'に入射する光束の入射角が大きければ大きいほど、望ましくは４５度以上であれば、薄型化に対して有効である。
【０００６】
また、この斜め結像光学系は、拡大光学系として用いた画像投影装置とは逆に、縮小光学系として用いて画像読み取り装置の光学系としても使用することができる。図３２は、このような、画像読み取り装置の一例を示した模式図である。図３２の装置は、画像読み取り面２０２の画像を、斜め結像光学系２００を用いてＣＣＤ２０１に縮小投影している。このような画像読み取り装置においても画像読み取り面２０２の法線から４５度以上斜め方向から読み取るのであれば、画像読み取り装置を薄型化し、読み取り面積を大きくするのに有効である。
【０００７】
以上、具体例で説明したように、斜め結像光学系は光学系を有する装置の薄型化と画像の大面積化を両立できるので効果的である。ところが、斜め結像光学系においては、像面と入射光線の光軸のなす角が大きくなるほどkeystone歪と呼ばれる台形状の歪曲の影響が顕著となる。このため、従来より歪曲を除去するために様々な斜め結像光学系が提案されている。
【０００８】
例えば、特開平４−１０７５２１号公報は、第１及び第２のアフォーカル光学系と、それら両光学系の間に配置されたフレネル反射ミラーとからなる投射光学系を採用している。この光学系において、原画像を第１のアフォーカル光学系でフレネル反射ミラー上に拡大結像させて中間像を得て、この中間像を第２のアフォーカル光学系でさらに所定角度傾いたスクリーン上に拡大投影することで最終投影画像の歪曲を補正できるとしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報記載の従来技術は、光学系の途中で、一旦実像を結像させるため、第１及び第２投射光学系が非常に複雑なレンズ構成となっている。また、一旦実像を形成する構成によって光学系の全長も長くなり、斜め投影光学系を用いるメリットを十分活かしているとは言い難い。さらに、中間で実像を投影するフレネル反射ミラーは非常に特殊な光学素子であり、その製造も容易ではない。これらの問題は、このような結像光学系を画像読み取り装置に用いた場合も、同様に発生する。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑み、特殊な光学素子を使用することなく簡単な構成にて良好に歪曲収差を除去するとともに、コンパクトな結像光学系を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の結像光学系は、光路の途中で中間像を形成することなく、１次像を２次像に拡大あるいは縮小して伝達する結像光学系であって、縮小側から順に、投影光学系と、正のパワーを有し、拡大側面に対してその光軸が直角以外の角度をなして配置された反射光学系と、から構成され、前記反射光学系と拡大側面との間の何れの主光線も、拡大側面とのなす角が一定であるとともに、前記反射光学系の反射面に入射する光軸光線と反射光学系にて反射された光軸光線のなす角が９０度以下であり、縮小側面を前記投影光学系の光軸に対して前記反射光学系と同一の方向に傾けた構成であることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２記載の結像光学系は、請求項１記載の結像光学系において、前記投影光学系を構成する光学素子が、軸対称であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３記載の結像光学系は、請求項１記載の結像光学系において、前記投影光学系と縮小側面との間の何れの主光線も、縮小側面とのなす角が常に一定であることを特徴とする。
【００１５】
なお、本明細書の説明において、「主光線」とは任意の物点からの光束においてその光束の中心を通る光線として定義し、「光軸光線」とは縮小側面の原点と拡大側面の原点とを通る光束の中心を通る光線として定義する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る結像光学系の歪曲収差の補正原理を説明する。なお、以下の説明では、簡単のため縮小側を物面，拡大側を像面とした拡大投影光学系の例を示す。
【００１７】
図１３は、大きく偏心した面を含まない投影光学系を用いて、斜め方向から物面の画像を像面に投影した様子を示す概略図である。図示の如く、大きく傾いた方向から像面に主光線が入射するとき、物面では物面と投影光学系の光軸との交点から距離が等しい物点も、像面では像面と投影光学系の光軸との交点から像点までの距離ａ，ａ'が大きく異なってしまう。このようにして発生する倍率の差が、keystone歪と呼ばれる歪曲収差の発生原因である。
【００１８】
図１４は、本発明の結像光学系の歪曲収差の補正の基本的な考え方を示す概略図である。図１４の光学系では先に説明した投影光学系と像面との間に、新たに正のパワーを有する光学系を配置している。このとき、正のパワーを有する光学系を、主光線と像面とのなす角が一定となるように配置すれば、前述の距離ａ，ａ'を、概略等しくすることができる。
【００１９】
このように、正のパワーを有する光学系を配置することによって、keystone歪を効果的に補正することができる。本発明に係る結像光学系の歪曲収差の補正原理によれば、光路の途中で中間像を形成する必要がないので結像光学系の全長を短くすることができ、投影光学系に用いられるレンズ枚数を少なくすることができる。
【００２０】
また、本発明に係る結像光学系は、前述のように像面に配置されるスクリーンへ入射する主光線と像面とのなす角が一定となる。そのため、全面にわたって同一方向から入射する光線を観察者の方向に拡散することができ、特定の方向からのみ画像を観察できるような指向性スクリーンの製作が容易になる。
【００２１】
さらに、本発明に係る結像光学系は、図１５の如く、歪曲収差の補正のために付加した正のパワーを有する光学系を反射光学系とすることによって、光学系全体が占有するスペースを小さくしている。しかしながら、正のパワーを有する光学系として、単純に反射光学系を配置するだけでは、新たな歪曲収差が発生してしまい、好ましくない。
【００２２】
この新たな歪曲収差の発生について、図１５，１６を参照して説明する。図１５は、正のパワーを有する光学系を反射光学系とした配置を表わす概略図、図１６は、図１５の光学系において、説明のため正のパワーを有する反射光学系を光学的に等価な透過系に置換した図である。反射光学系を付加した場合、反射光学系は投影光学系の光軸に対して傾けて配置する必要がある。すなわち、反射光学系を所定の角度だけ傾けて配置しなければ、画像を投影光学系と重ならない位置に導くことができない。ところが、図１６からも分かるように、正のパワーを有する光学系を投影光学系の光軸に対して傾けて配置すると、物面で投影光学系の光軸から等距離にある２つ物点に対応する主光線は、異なる入射高さで反射光学系に入射する。その結果、像面と投影光学系の光軸との交点から像点までの距離ａ，ａ'は、異なってしまう。
【００２３】
本発明に係る結像光学系では、以上説明したような正のパワーを有する反射光学系を用いたことに起因する歪曲収差を、以下に示す２つの構成を単独であるいは組み合わせて採用することにより補正している。新たな歪曲収差の補正のための第１の構成は、図１７の如く、投影光学系を複数の互いに回転偏心を有するレえンズ群に分割する構成である（ただし、図１７では、簡単のため、反射光学系を透過系として図示）。すなわち、投影光学系のうち、一部のレンズ群（この場合、像側群）を、物体面で光軸からの距離が同一である主光線の反射光学系への入射高さが揃うように回転偏心させる。このように投影光学系を構成することによって、物体面で光軸からの距離が同一である主光線の反射光学系へ入射高さが略同一になり、新たな歪曲収差を補正することができる（後述する実施例１，２，３，４）。
【００２４】
また、新たな歪曲収差の補正のための第２の構成は、図１８の如く、物体面を投影光学系の光軸に対して反射光学系と同一の方向に傾ける構成である（ただし、図１８では、簡単のため、反射光学系を透過系として図示）。このように構成することによって、反射光学系への入射高さを補正することができ、歪曲収差が補正される（後述する実施例２，３，４，５，６）。
【００２５】
さらに、図１７の如く、物面から投影光学系に主光線を略平行に入射させる構成を採用すると、投影光学系の構成を簡単にすることができるとともに、結像性能がさらに向上し好ましい（後述する実施例３，４）。
【００２６】
また、本発明にかかる結像光学系では、光軸光線が正のパワーを有する反射光学系で反射するときの光軸光線のなす角φが、９０度以下となるように配置することが望ましい。図３３は、光軸光線が正のパワーを有する反射光学系に反射するときの角φが９０度以下となる場合（ａ）、９０度以上となる場合（ｂ）のそれぞれの配置の様子を表す概略図である。（ａ）図と（ｂ）図の構成を比較すると、像面に配置されるスクリーンへ入射する主光線と像面とのなす角を一定にする場合、（ｂ）図よりも（ａ）図の構成の方が、より反射光学系の有効径を小さくすることができることがわかる。すなわち、（ａ）図のように角φを９０度より小さくすると、反射光学系はより小さな有効面積でよく、結像光学系全体のコンパクト化に有利な構成となる。さらに、角φを９０度以下にした（ａ）図の構成では、各光線の反射光学系の反射面上での反射点と、拡大側像面と、をより接近させることができ、装置の薄型化にも寄与することができる。また、一般に正のパワーを有する反射面で光軸光線が反射されるときの反射角は小さいほど、反射面で発生する非点収差とコマ収差の発生量を小さくすることができ、（ａ）図の構成は（ｂ）図の構成よりも収差補正の観点からも有利な構成となる。
【００２７】
以上、詳述したように、本発明に係る結像光学系は、中間像を形成することなく歪曲収差を良好に補正できるとともに、反射光学系を用いているため、コンパクトで高性能な結像光学系を提供することができる。
【００２８】
【実施例】
以下の表１〜表６は、本発明に係る結像光学系の実施例１〜６のコンストラクションデータである。各実施例は、何れも、縮小側を１次像面、拡大側を２次像面として配置し、結像光学系を画像投影装置に適用されるような拡大光学系として用いた例を示している。
【００２９】
ただし、各記号は、ｇｒｐｉ：縮小側からｉ番目のレンズ（ミラー）群、ｒｉ：縮小側から数えてｉ番目の面と、その曲率半径の値、ｄｉ：縮小側から数えてｉ番目の間隔と、その軸上面間隔の値、Ｎｉ：Ｔｉの媒質のｄ線に対する屈折率で、空欄の場合は空気の屈折率１．０００００に相当、ＯＢＪ：縮小側像面（１次像面）、ＩＭＧ：拡大側像面（２次像面）、である。
【００３０】
各実施例の結像光学系では、記号ｇｒｐｉで示された各群に属する光学素子同士は互いに偏心することなく共通の光軸を共有する一方、それぞれの群同士は互いに所定の回転角をもって配置されている。
【００３１】
また、ｇｒｐｉ，ＯＢＪ，ＩＭＧの後に記された小括弧の中の４つの値は、左から順に、光学系が配置されている空間に対して定義された３次元絶対座標系のｘ，ｙ，ｚ（単位はｍｍ）の値、及びｚ軸回りの回転角（単位は度）を表わしている。
【００３２】
ここで、ｇｒｐｉの座標値は、縮小側からｉ番目のレンズ群の最も縮小側に配置された面の中心の座標を表わし、ＯＢＪ，ＩＭＧの座標値は、各像面の有効画像エリアの中心の座標を表わす。この３次元絶対座標系は、実施例１では、第２群ｇｒｐ２の光軸方向がｘ軸方向、実施例２〜６では、第１群ｇｒｐ１の光軸方向がｘ軸方向である。
【００３３】
また、ｇｒｐｉの回転角は、縮小側からｉ番目のレンズ群が共有する光軸が、ｘ軸を基準としてｚ軸まわりに回転した角を表わし、ＯＢＪ，ＩＭＧの回転角は、各像面の法線がｘ軸を基準としてｚ軸まわりに回転した角を表わす。なお、回転角は、ｘ軸を基準に時計回りを正符号としている。
【００３４】
なお、縮小側像面ＯＢＪにおいて、ｙｍａｘ，ｙｍｉｎ，ｘｍａｘ，ｘｍｉｎは、縮小側面のエリアが、（ｘｍａｘ，ｙｍａｘ），（ｘｍｉｎ，ｙｍａｘ），（ｘｍａｘ，ｙｍｉｎ），（ｘｍｉｎ，ｙｍｉｎ）の４点で囲まれる領域であることを示す。
【００３５】
さらに、一部の面に付されたｒの後の記号＊は、その面がトーリック面あるいは自由曲面であることを示す記号で、これらの面形状は以下の式により定義される。
【００３６】
【数１】

【００３７】
ただし、上記式において、▲１▼はトーリック面の形状、▲２▼は自由曲面（２次曲面からのズレを表わす付加項）である。各項は、以下の意味を有する。
トーリック面の形状トーリック面の形状は、以下の関数方程式の解として定義される。
【００３８】
【数２】

【００３９】
自由曲面モＡij・ｙi・ｚjの項は、２次曲面からのズレを表わす項である。ただし、Ａij：自由曲面係数、ｙi：ｙのi乗を表わす記号、ｚj：ｚのj乗を表わす記号、である。
【００４０】
コンストラクションデータのうち、実施例２のｒ16*及び実施例４のｒ10*に示されたマトリックスは上記自由曲面係数を表わし、横欄はiの値、縦欄はjの値に対応する。例えば、i=3,j=2の欄に記載されている値は、自由曲面係数Ａ23の値を表わす。さらに、各係数にあるＥの文字は、各係数の指数部分に相当し、例えば、１．０Ｅ＋０２であれば、１．０ラ１０²であることを示す。
【００４１】
【表１】

【００４２】
【表２】

【００４３】
【表３】

【００４４】
【表４】

【００４５】
【表５】

【００４６】
【表６】

【００４７】
［実施例１］
図１は実施例１の結像光学系のｘｙ平面に平行な方向から見た光路図、図２は実施例１の結像光学系の投影光学系Ｌ１の拡大図である。実施例１の結像光学系は、縮小側面から順に、正のパワーを有する第１群ｇｒｐ１と、負のパワーを有する第２群ｇｒｐ２と、負のパワーを有する第３群ｇｒｐ３と、負のパワー第４群ｇｒｐ４と、第５群ｇｒｐ５とからなり、これらの群のうち第１群ｇｒｐ１乃至第４群ｇｒｐ４で、投影光学系Ｌ１を構成している。
【００４８】
第１群ｇｒｐ１は、縮小側面が縮小側に凹面を向けたトーリック面である正メニスカス形状の第１レンズｇ１、１枚からなる。第２群ｇｒｐ２は、縮小側から、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第２レンズｇ２と、両凹形状の第３レンズｇ３と、縮小側面が開口絞りを付した平面で拡大側面が拡大側に凸面を向けたトーリック面である平凸レンズ形状の第４レンズｇ４と、両凹形状の第５レンズｇ５と、第５レンズｇ５の縮小側面に拡大側面を接合させてなる両凸形状の第６レンズｇ６とからなる。第３群ｇｐｒ３は、縮小側に凹面を向けた負メニスカス形状の第７レンズｇ７、１枚からなる。第４群ｇｐｒ４は、縮小側に凹面を向け、拡大側面が拡大側に凸面を向けたトーリック面である負メニスカス形状の第８レンズｇ８、１枚からなる。第５群ｇｒｐ５は、正のパワーを有し、トーリック面である凹面形状の反射面ｍ１、１枚からなる。実施例１の結像光学系において、拡大側像面ＩＭＧに入射する主光線は、互いに略平行であり、光軸光線の拡大側像面ＩＭＧへの入射角θは５６°、反射面での光軸光線のなす角φは１９°である。また、拡大側像面ＩＭＧに形成される像の縦横の倍率比は略１と等しく、縮小側像面ＯＢＪの画像を偏倍することなく伝達する。
【００４９】
［実施例２］
図３は実施例２の結像光学系のｘｙ平面に平行な方向から見た光路図、図４は実施例２の結像光学系の投影光学系Ｌ１の拡大図である。実施例２の結像光学系は、縮小側面から順に、正のパワーを有する第１群ｇｒｐ１と、負のパワーを有する第２群ｇｒｐ２と、負のパワーを有する第３群ｇｒｐ３と、第４群ｇｒｐ４とからなり、これらの群のうち第１群ｇｒｐ１乃至第３群ｇｒｐ３で、投影光学系Ｌ１を構成している。
【００５０】
第１群ｇｒｐ１は、縮小側面がｚｘ平面に平行な断面（図３の紙面に平行な面）が凹面，ｘｙ平面に平行な断面（図３の紙面に垂直な面）が凸面である鞍状面を有する第１面ｒ１と、拡大側に凸面を向けた球面の第２面ｒ２とを有する第１レンズｇ１、１枚からなる。第２群ｇｒｐ２は、縮小側から、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第２レンズｇ２と、両凹形状の第３レンズｇ３と、縮小側面が開口絞りを付した平面で拡大側面が拡大側に凸面を向けたトーリック面である平凸レンズ形状の第４レンズｇ４と、両凹形状の第５レンズｇ５と、第５レンズｇ５の縮小側面に拡大側面を接合させてなる両凸形状の第６レンズｇ６と、縮小側に凹面を向けた負メニスカス形状の第７レンズｇ７とからなる。第３群ｇｒｐ３は、縮小側に凹面を向け、拡大側面が拡大側に凸面を向けたトーリック面である正メニスカス形状の第８レンズｇ８、１枚からなる第４群ｇｒｐ４は、正のパワーを有し、自由曲面である反射面ｍ１、１枚からなる。実施例２の結像光学系において、拡大側像面ＩＭＧに入射する主光線は、互いに略平行であり、光軸光線の拡大側像面ＩＭＧへの入射角θは６５°、反射面での光軸光線のなす角φは１３°である。また、拡大側像面ＩＭＧに形成される像の縦横の倍率比は略１に等しく、縮小側像面ＯＢＪの画像を偏倍することなく伝達する。
【００５１】
［実施例３］
図５は実施例３の結像光学系のｘｙ平面に平行な方向から見た光路図、図６は実施例３の結像光学系の投影光学系Ｌ１の拡大図である。実施例３の結像光学系は、縮小側面から順に、正のパワーを有する第１群ｇｒｐ１と、第２群ｇｒｐ２とからなり、これらの群のうち第１群ｇｒｐ１と第２群ｇｒｐ２の一部で、投影光学系Ｌ１を構成している。このように、実施例３の結像光学系は、共軸系を２つ組み合わせた非常にシンプルな構成となっている。
【００５２】
第１群ｇｒｐ１は、縮小側から、両凸形状の第１レンズｇ１と、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第２レンズｇ２と、両凹形状の第３レンズｇ３とからなる。第２群ｇｒｐ２は、縮小側から、開口絞りＳと、縮小側に凹面を向けた弱い正メニスカス形状の第４レンズｇ４と、正のパワーを有し自由曲面である反射面ｍ１とからなる。実施例３の結像光学系において、縮小側像面ＯＢＪから第１レンズｇ１に入射する主光線、及び拡大側像面ＩＭＧに入射する主光線は、互いに略平行であり、光軸光線の拡大側像面ＩＭＧへの入射角θは７０°である。
【００５３】
［実施例４］
図７は実施例４の結像光学系のｘｙ平面に平行な方向から見た光路図、図８は実施例４の結像光学系の投影光学系Ｌ１の拡大図である。実施例４の結像光学系は、縮小側面から順に、正のパワーを有する第１群ｇｒｐ１と、負のパワーを有する第２群ｇｒｐ２と、第３群ｇｒｐ３とからなり、これらの群のうち第１群ｇｒｐ１及び第２群ｇｒｐ２で、投影光学系Ｌ１を構成している。
【００５４】
第１群ｇｒｐ１は、縮小側から、両凸形状の第１レンズｇ１と、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第２レンズｇ２と、両凹形状の第３レンズｇ３とからなる。第２群ｇｒｐ２は、縮小側から、開口絞りＳと、縮小側に凹面を向けた弱い負メニスカス形状の第４レンズｇ４とからなる。第３群ｇｒｐ３は、正のパワーを有し、自由曲面である反射面ｍ１、１枚からなる。このように、実施例４の投影光学系は、すべて回転対称な面から構成されている。そのため、各光学素子は製造が容易で安価な光学系を提供することができる。
【００５５】
実施例４の結像光学系において、縮小側像面ＯＢＪから第１レンズｇ１に入射する主光線、及び拡大側像面ＩＭＧに入射する主光線は、互いに略平行であり、光軸光線の拡大側像面ＩＭＧへの入射角θは７４°、反射面での光軸光線のなす角φは１６°である。
【００５６】
［実施例５］
図９は実施例５の結像光学系のｘｙ平面に平行な方向から見た光路図、図１０は実施例５の結像光学系の投影光学系Ｌ１の拡大図である。実施例５の結像光学系は、縮小側面から順に、正のパワーを有する第１群ｇｒｐ１と、第２群ｇｒｐ２とからなり、これらの群のうち第１群ｇｒｐ１は、投影光学系Ｌ１を構成している。
【００５７】
第１群ｇｒｐ１は、縮小側から、縮小側に凹面を向けた正メニスカス形状の第１レンズｇ１と、両凸形状の第２レンズｇ２と、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第３レンズｇ３と、縮小側に凸面を向けた負メニスカス形状の第４レンズｇ４と、開口絞りＳと、縮小側に凹面を向けた負メニスカス形状の第５レンズｇ５と、縮小側に凹面を向けた正メニスカス形状の第６レンズｇ６と、縮小側に凹面を向けた正メニスカス形状の第７レンズｇ７と、縮小側に凹面を向けた正メニスカス形状の第８レンズｇ８とからなる。第２群ｇｒｐ３は、正のパワーを有する球面の反射面ｍ１、１枚からなる。このように、実施例５の投影光学系は、すべて回転対称な面から構成されている。そのため、各光学素子は製造が容易で安価な光学系を提供することができる。
【００５８】
実施例５の結像光学系において、縮小側像面ＯＢＪから第１レンズｇ１に入射する主光線、及び拡大側像面ＩＭＧに入射する主光線は、互いに略平行であり、光軸光線の拡大側像面ＩＭＧへの入射角θは５５°、反射面での光軸光線のなす角φは２４°である。さらに、実施例５の結像光学系では、縮小側像面ＯＢＪは、光軸光線に対して反射面ｍ１と同じ方向に傾いて配置されている。
【００５９】
［実施例６］
図１１は実施例６の結像光学系のｘｙ平面に平行な方向から見た光路図、図１２は実施例６の結像光学系の投影光学系Ｌ１の拡大図である。実施例６の結像光学系は、縮小側面から順に、正のパワーを有する第１群ｇｒｐ１と、第２群ｇｒｐ２とからなり、これらの群のうち第１群ｇｒｐ１は、投影光学系Ｌ１を構成している。
【００６０】
第１群ｇｒｐ１は、縮小側から、縮小側に凸面を向けた正メニスカス形状の第１レンズｇ１と、両凸形状の第２レンズｇ２と、第２レンズｇ２の拡大側面に縮小側面を接合させてなる両凹形状の第３レンズｇ３と、開口絞りＳと、両凹形状の第４レンズｇ４と、第４レンズｇ４の拡大側面に縮小側面を接合させてなる両凸形状の第５レンズｇ５と、縮小側に凹面を向けた弱い負メニスカス形状の第６レンズｇ６と、縮小側に凹面を向けた正メニスカス形状の第７レンズｇ７とからなる。第２群ｇｒｐ２は、正のパワーを有する球面反射面ｍ１、１枚からなる。このように、実施例６の投影光学系も、すべて回転対称な面から構成されている。そのため、各光学素子は製造が容易で安価な光学系を提供することができる。
【００６１】
実施例６の結像光学系において、縮小側像面ＯＢＪから第１レンズｇ１に入射する主光線、及び拡大側像面ＩＭＧに入射する主光線は、互いに略平行であり、光軸光線の拡大側像面ＩＭＧへの入射角θは５３°、反射面での光軸光線のなす角φは２３°である。さらに、実施例６の結像光学系では、縮小側像面ＯＢＪは、光軸光線に対して反射面ｍ１と同じ方向に傾いて配置されている。
【００６２】
［各実施例の収差］
図１９〜２４は、各実施例の結像光学系の歪曲収差の様子を示す図である。各図は、縮小側像面ＯＢＪに、実施例１，２，５では６０ｍｍラ４８ｍｍ，実施例３，４では４０ｍｍラ４０ｍｍ，実施例６では３６ｍｍラ２４ｍｍのエリアを格子状に区切った画像を配置した場合の拡大側像面ＩＭＧの様子を示している。各図において、実線は実際の画像，点線は歪曲が全く発生していない参照画像を示す。
【００６３】
また、図２５〜３０は、それぞれ、実施例１〜６の結像光学系のスポットダイヤグラムである。各図中、座標で示された値は、縮小側像面上での対応するｙｚ座標を表わす。
【００６４】
［変形例］
本発明に係る結像光学系は、上記各実施例に限定されることなく、発明の趣旨を変更しない範囲で適宜、変更可能である。例えば、上記各実施例では反射光学系として凹面ミラーを用いた例を示したが、屈折系と組み合わせる構成、すなわち正レンズと平面ミラーや正レンズあるいは負レンズと凹面ミラー等の組合せとしてもよい。
【００６５】
また、上記各実施例の結像光学系を、拡大側を１次像面とし、縮小側を２次像面として、画像読み取り装置の光学系として使用してもよいことは言うまでもない。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る結像光学系は、フレネル反射ミラーなどの特殊な光学素子を用いることなく、簡単な構成によって良好に歪曲収差を除去することができる。また、光路の途中で中間像を形成しないので、光学系全体をコンパクトに構成することができる。
【００６７】
本発明の結像光学系を、画像投影装置や画像読み取り装置に適用すれば、形成される画像の品質を劣化させることなく、当該装置の大画面化，薄型化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の光路図
【図２】実施例１の投影光学系のレンズ配置図
【図３】実施例２の光路図
【図４】実施例２の投影光学系のレンズ配置図
【図５】実施例３の光路図
【図６】実施例３の投影光学系のレンズ配置図
【図７】実施例４の光路図
【図８】実施例４の投影光学系のレンズ配置
【図９】実施例５の光路図
【図１０】実施例５の投影光学系のレンズ配置図
【図１１】実施例６の光路図
【図１２】実施例６の投影光学系のレンズ配置図
【図１３】歪曲収差の原因を説明する概略図
【図１４】本発明の結像光学系の歪曲収差の補正を説明する概略図
【図１５】本発明の結像光学系の歪曲収差の補正を説明する概略図
【図１６】本発明の結像光学系の歪曲収差の補正を説明する概略図
【図１７】本発明の結像光学系の歪曲収差の補正を説明する概略図
【図１８】本発明の結像光学系の歪曲収差の補正を説明する概略図
【図１９】実施例１の歪曲収差を表わす図
【図２０】実施例２の歪曲収差を表わす図
【図２１】実施例３の歪曲収差を表わす図
【図２２】実施例４の歪曲収差を表わす図
【図２３】実施例５の歪曲収差を表わす図
【図２４】実施例６の歪曲収差を表わす図
【図２５】実施例１のスポットダイヤグラム
【図２６】実施例２のスポットダイヤグラム
【図２７】実施例３のスポットダイヤグラム
【図２８】実施例４のスポットダイヤグラム
【図２９】実施例５のスポットダイヤグラム
【図３０】実施例６のスポットダイヤグラム
【図３１】従来の結像光学系及び本発明に係る結像光学系を適用した画像投影装置の概略図
【図３２】結像光学系を適用した画像読み取り装置の概略図
【図３３】投影光学系と投影光学系の配置を示す概略図
【符号の説明】
ＯＢＪ：物体面
ＩＭＧ：像面
Ｌ１：投影光学系
ｍ１：反射面

Claims

光路の途中で中間像を形成することなく、１次像を２次像に拡大あるいは縮小して伝達する結像光学系であって、縮小側から順に、
投影光学系と、
正のパワーを有し、拡大側面に対してその光軸が直角以外の角度をなして配置された反射光学系と、から構成され、
前記反射光学系と拡大側面との間の何れの主光線も、拡大側面とのなす角が一定であるとともに、前記反射光学系の反射面に入射する光軸光線と反射光学系にて反射された光軸光線のなす角が９０度以下であり、
縮小側面を前記投影光学系の光軸に対して前記反射光学系と同一の方向に傾けた構成であることを特徴とする結像光学系。
前記投影光学系を構成する光学素子が、軸対称であることを特徴とする請求項１記載の結像光学系。
前記投影光学系と縮小側面との間の何れの主光線も、縮小側面とのなす角が一定であることを特徴とする請求項１記載の結像光学系。