JP2003004922A - 反射光学素子およびその製造方法、光学系、光学機器 - Google Patents
反射光学素子およびその製造方法、光学系、光学機器Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 ガラス製の光学部材において、必ずしも複数
の曲面反射面を滑らかに繋いて境界部の割れ等を防げる
わけではない。また、成形上の制約が多く、所望の光学
性能を得にくい。 【解決手段】 連続的な曲面部を有するベース部材Ｂ１
と、このベース部材の曲面部上に樹脂（熱硬化型樹脂や
紫外線硬化型樹脂）により一体形成され、表面にそれぞ
れ反射面Ｒ１〜Ｒ３となる互いに不連続な複数の曲面を
有する樹脂層Ａ１とを備えた反射光学素子において、ベ
ース部材を上記樹脂層を形成する樹脂よりも線膨張係数
が小さな材料（ガラス、金属、セラミック等）により形
成する。
の曲面反射面を滑らかに繋いて境界部の割れ等を防げる
わけではない。また、成形上の制約が多く、所望の光学
性能を得にくい。 【解決手段】 連続的な曲面部を有するベース部材Ｂ１
と、このベース部材の曲面部上に樹脂（熱硬化型樹脂や
紫外線硬化型樹脂）により一体形成され、表面にそれぞ
れ反射面Ｒ１〜Ｒ３となる互いに不連続な複数の曲面を
有する樹脂層Ａ１とを備えた反射光学素子において、ベ
ース部材を上記樹脂層を形成する樹脂よりも線膨張係数
が小さな材料（ガラス、金属、セラミック等）により形
成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルカメラ、
プロジェクターおよび複写機等に用いられる光学系を構
成する反射光学素子に関し、特に曲率を有した複数の反
射面を持つ反射光学素子に関するものである。
プロジェクターおよび複写機等に用いられる光学系を構
成する反射光学素子に関し、特に曲率を有した複数の反
射面を持つ反射光学素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】反射面に曲率を持たせた光学素子（反射
光学素子）が種々提案されているが、例えば米国特許
（ＵＳＰ） 4,775,217号や特開平２−２９７５１６号公
報には、反射面に曲率を持たせた光学プリズムが開示な
いし提案されている。
光学素子）が種々提案されているが、例えば米国特許
（ＵＳＰ） 4,775,217号や特開平２−２９７５１６号公
報には、反射面に曲率を持たせた光学プリズムが開示な
いし提案されている。
【０００３】米国特許 4,775,217号に係る発明は、観察
光学系における接眼鏡の構成に関するものであり、同発
明の光学プリズムは、本願図８に示すように構成されて
いる。 この図において、情報表示体２１１から発散光
として光学プリズムに入射した表示光２１５は、光学プ
リズムの平面２１２にて全反射した後、さらに凹面状の
曲率を有する凹面２１３にて反射し、この凹面２１３が
有するパワーによってほぼ平行な光として観察者の瞳２
１４に入射する。
光学系における接眼鏡の構成に関するものであり、同発
明の光学プリズムは、本願図８に示すように構成されて
いる。 この図において、情報表示体２１１から発散光
として光学プリズムに入射した表示光２１５は、光学プ
リズムの平面２１２にて全反射した後、さらに凹面状の
曲率を有する凹面２１３にて反射し、この凹面２１３が
有するパワーによってほぼ平行な光として観察者の瞳２
１４に入射する。
【０００４】また、同光学プリズムは、表示像を観察さ
せると共に、物体像の認識も合わせて行える構成となっ
ている。すなわち、物体光２１６は上記平面２１２とほ
ぼ平行な屈折面２１７に入射し、凹面２１３に至る。凹
面２１３には半透過膜等が蒸着されており、凹面２１３
を透過した物体光２１６は、平面２１２を通過して観察
者の瞳２１４に入射する。これにより、観察者は物体光
２１６と表示光２１５とが重畳した画像を観察すること
ができる。
せると共に、物体像の認識も合わせて行える構成となっ
ている。すなわち、物体光２１６は上記平面２１２とほ
ぼ平行な屈折面２１７に入射し、凹面２１３に至る。凹
面２１３には半透過膜等が蒸着されており、凹面２１３
を透過した物体光２１６は、平面２１２を通過して観察
者の瞳２１４に入射する。これにより、観察者は物体光
２１６と表示光２１５とが重畳した画像を観察すること
ができる。
【０００５】一方、非共軸光学系において、基準軸とい
う概念を導入し、光学面を非対称非球面にすることで、
十分に収差が補正された光学系を構築可能であることが
知られている。例えば、特開平９−５６５０号公報にそ
の設計法が、特開平８−２９２３７１号および特開平８
−２９２３７２号公報にその設計例が示されている。
う概念を導入し、光学面を非対称非球面にすることで、
十分に収差が補正された光学系を構築可能であることが
知られている。例えば、特開平９−５６５０号公報にそ
の設計法が、特開平８−２９２３７１号および特開平８
−２９２３７２号公報にその設計例が示されている。
【０００６】こうした非共軸光学系は、オフアキシャル
光学系と称される。オフアキシャル光学系とは、像中心
と瞳中心を通る光線に沿った基準軸を考えた時、光学面
の基準軸との交点における面法線が基準軸上にないオフ
アキシャル曲面を含む光学系として定義される光学系で
あり、基準軸は折れ曲がった形状となるものである。
光学系と称される。オフアキシャル光学系とは、像中心
と瞳中心を通る光線に沿った基準軸を考えた時、光学面
の基準軸との交点における面法線が基準軸上にないオフ
アキシャル曲面を含む光学系として定義される光学系で
あり、基準軸は折れ曲がった形状となるものである。
【０００７】このようなオフアキシャル光学系は、光学
面が一般には非共軸となり、反射面でもケラレが生じる
ことがないため、反射面を使った光学系の構築がし易
い。また、光路の引き回しが比較的自由に行なえたり、
光学面を一体成形する手法で一体型の光学系が作り易か
ったりするという特徴をも持っている。このため、スペ
ース効率が良くコンパクトで自由な形状の反射光学素子
を構成することができる。
面が一般には非共軸となり、反射面でもケラレが生じる
ことがないため、反射面を使った光学系の構築がし易
い。また、光路の引き回しが比較的自由に行なえたり、
光学面を一体成形する手法で一体型の光学系が作り易か
ったりするという特徴をも持っている。このため、スペ
ース効率が良くコンパクトで自由な形状の反射光学素子
を構成することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】前述した反射光学素子
の製作には、近年、ローコスト化の要求により、金型に
よるモールド成形が広く行われてきている。主に、ポリ
スチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネー
ト等の樹脂材料で成形が行われている。
の製作には、近年、ローコスト化の要求により、金型に
よるモールド成形が広く行われてきている。主に、ポリ
スチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネー
ト等の樹脂材料で成形が行われている。
【０００９】しかしながら、樹脂材料は熱膨張率が無機
材料よりかなり大きいため、温度による光学性能の劣化
が問題になる。
材料よりかなり大きいため、温度による光学性能の劣化
が問題になる。
【００１０】ガラスや金属等の熱膨張率が小さい材料を
用いた場合には、温度による性能の劣化はそれほど問題
にならないが、製造上の制約が多い。例えば、ガラスを
用いる場合、段差のある形状やエッジが存在すると、そ
こから割れが生じてしまうので、全体的に段差やエッジ
のない滑らかな形状にしなければならない。
用いた場合には、温度による性能の劣化はそれほど問題
にならないが、製造上の制約が多い。例えば、ガラスを
用いる場合、段差のある形状やエッジが存在すると、そ
こから割れが生じてしまうので、全体的に段差やエッジ
のない滑らかな形状にしなければならない。
【００１１】この問題に鑑み、特開平８−１２２５０５
号公報には、複数の光学部材（反射面）を１つの光学部
材（反射面）として一体に成形する際に、接合部分の繋
ぎ面形状を適切に構成することにより、その境界におい
て隣り合う２つの面を滑らかに繋ぎ、これによって成形
加工時の割れ等をなくする試みがなされている。
号公報には、複数の光学部材（反射面）を１つの光学部
材（反射面）として一体に成形する際に、接合部分の繋
ぎ面形状を適切に構成することにより、その境界におい
て隣り合う２つの面を滑らかに繋ぎ、これによって成形
加工時の割れ等をなくする試みがなされている。
【００１２】しかしながら、全ての光学部材がこの様に
滑らかに繋げると言うわけではなく、滑らかに光学部材
が繋がるように設計をすると、設計上の制約が多くなる
ため、所望の光学性能を得にくいという問題がある。
滑らかに繋げると言うわけではなく、滑らかに光学部材
が繋がるように設計をすると、設計上の制約が多くなる
ため、所望の光学性能を得にくいという問題がある。
【００１３】そこで、本発明は、隣接配置された複数の
反射曲面を有する反射光学素子において、温度による光
学性能の劣化を防ぎ、成形上の制約を緩和することがで
きるようにすることを目的としている。
反射曲面を有する反射光学素子において、温度による光
学性能の劣化を防ぎ、成形上の制約を緩和することがで
きるようにすることを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、連続的な曲面部を有するベース部材
と、このベース部材の曲面部上に樹脂（熱硬化型樹脂や
紫外線硬化型樹脂）により一体形成され、表面にそれぞ
れ反射面となる互いに不連続な複数の曲面を有する樹脂
層とを備えた反射光学素子において、上記樹脂層を形成
する樹脂よりも線膨張係数が小さな材料（ガラス、金
属、セラミック等）によりベース部材を形成している。
めに、本発明では、連続的な曲面部を有するベース部材
と、このベース部材の曲面部上に樹脂（熱硬化型樹脂や
紫外線硬化型樹脂）により一体形成され、表面にそれぞ
れ反射面となる互いに不連続な複数の曲面を有する樹脂
層とを備えた反射光学素子において、上記樹脂層を形成
する樹脂よりも線膨張係数が小さな材料（ガラス、金
属、セラミック等）によりベース部材を形成している。
【００１５】これにより、温度の影響による光学性能の
劣化が少なく、しかも成形上の制約も少ない、複数の不
連続な曲面反射面を有する反射光学素子を実現すること
が可能である。そして、複数の反射面を有する樹脂層を
一体化することにより、各反射面の位置精度を高め、部
品点数や製造工数を削減することが可能である。
劣化が少なく、しかも成形上の制約も少ない、複数の不
連続な曲面反射面を有する反射光学素子を実現すること
が可能である。そして、複数の反射面を有する樹脂層を
一体化することにより、各反射面の位置精度を高め、部
品点数や製造工数を削減することが可能である。
【００１６】なお、樹脂層における複数の曲面は、その
うちの少なくとも１つの曲率が他の曲面の曲率と異なっ
てもよいし、全ての曲面の曲率が互いに異なっていても
よい。このように各反射面の曲率を自由に設定可能であ
り、所望の光学性能を容易に得ることが可能である。
うちの少なくとも１つの曲率が他の曲面の曲率と異なっ
てもよいし、全ての曲面の曲率が互いに異なっていても
よい。このように各反射面の曲率を自由に設定可能であ
り、所望の光学性能を容易に得ることが可能である。
【００１７】また、樹脂層における複数の曲面に反射膜
を、イオンビームアシスト、蒸着、スパッタリング又は
ディッピング法等によって形成し、所望の反射率を得る
ようにしてもよい。
を、イオンビームアシスト、蒸着、スパッタリング又は
ディッピング法等によって形成し、所望の反射率を得る
ようにしてもよい。
【００１８】さらに、ベース部材における上記曲面部以
外の部分に、屈折作用を有する光学部材を保持させた
り、複数の反射光学素子を互いに反射面が対向する向き
で結合させて光学系を構成したりすることも可能であ
る。
外の部分に、屈折作用を有する光学部材を保持させた
り、複数の反射光学素子を互いに反射面が対向する向き
で結合させて光学系を構成したりすることも可能であ
る。
【００１９】そして、このような反射光学素子を製造す
る場合、樹脂層の曲面ごとに分割された金型を用いて樹
脂層を形成する（いわゆるレプリカ法）を用いることが
可能である。
る場合、樹脂層の曲面ごとに分割された金型を用いて樹
脂層を形成する（いわゆるレプリカ法）を用いることが
可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１には、本発
明の第１実施形態である反射光学素子を用いた光学系の
光路図を、図２には、上記反射光学素子Ｏ１をそれぞれ
示している。
明の第１実施形態である反射光学素子を用いた光学系の
光路図を、図２には、上記反射光学素子Ｏ１をそれぞれ
示している。
【００２１】この光学系は、絞りＳと、２枚の平面ミラ
ーＭと、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子Ｉと、上記反射
光学素子Ｏ１とから構成されている。
ーＭと、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子Ｉと、上記反射
光学素子Ｏ１とから構成されている。
【００２２】反射光学素子Ｏ１は、ガラスや金属又はセ
ラミック等、一般的な樹脂よりも線膨張係数の小さい材
料からなるベース部材Ｂ１と、このベース部材Ｂ１に形
成された滑らかに連続する曲面部上に形成された樹脂層
Ａ１とから構成されている。
ラミック等、一般的な樹脂よりも線膨張係数の小さい材
料からなるベース部材Ｂ１と、このベース部材Ｂ１に形
成された滑らかに連続する曲面部上に形成された樹脂層
Ａ１とから構成されている。
【００２３】樹脂層Ａ１の表面には、互いに不連続であ
り、それぞれ曲率が異なる曲面形状の反射面Ｒ１，Ｒ
２，Ｒ３が形成されている。このように各反射面の曲率
を自由に設定可能であるため、所望の光学性能を容易に
得ることができる。
り、それぞれ曲率が異なる曲面形状の反射面Ｒ１，Ｒ
２，Ｒ３が形成されている。このように各反射面の曲率
を自由に設定可能であるため、所望の光学性能を容易に
得ることができる。
【００２４】この光学系では、図１に示すように、不図
示の物体からの光束は、絞りＳを通り、反射光学素子Ｏ
１の反射面Ｒ１で反射して上側の平面ミラーＭに入射
し、この上側の平面ミラーＭで反射した後、さらに反射
面Ｒ２、下側の平面ミラーＭおよび反射面Ｒ３で順次反
射して、撮像素子Ｉ上に結像する。これにより、コンパ
クトであるにもかかわらず光路長を長く確保できる撮像
装置（光学機器）を構成することができる。
示の物体からの光束は、絞りＳを通り、反射光学素子Ｏ
１の反射面Ｒ１で反射して上側の平面ミラーＭに入射
し、この上側の平面ミラーＭで反射した後、さらに反射
面Ｒ２、下側の平面ミラーＭおよび反射面Ｒ３で順次反
射して、撮像素子Ｉ上に結像する。これにより、コンパ
クトであるにもかかわらず光路長を長く確保できる撮像
装置（光学機器）を構成することができる。
【００２５】ここで図２に示すように、反射光学素子Ｏ
１の反射面Ｒ１と反射面Ｒ２との境界にはエッジができ
ており、反射面Ｒ２と反射面Ｒ３との境界では段差がで
きている。
１の反射面Ｒ１と反射面Ｒ２との境界にはエッジができ
ており、反射面Ｒ２と反射面Ｒ３との境界では段差がで
きている。
【００２６】この形状をガラスで成形したとすると、そ
れぞれの境界において亀裂等が発生し割れるおそれがあ
る。
れぞれの境界において亀裂等が発生し割れるおそれがあ
る。
【００２７】また、反射光学素子全体を樹脂材料で形成
すればこのような問題は起きないが、樹脂材料の線膨張
係数がガラス等に比べて大きいため、熱（温度）による
光学性能の劣化が大きくなるという問題がある。
すればこのような問題は起きないが、樹脂材料の線膨張
係数がガラス等に比べて大きいため、熱（温度）による
光学性能の劣化が大きくなるという問題がある。
【００２８】これらに対し、本実施形態の反射光学素子
Ｏ１では、ベースとなるベース部材Ｂ１に樹脂層Ａ１を
形成する樹脂よりも線膨張係数の小さい材料を使うの
で、反射光学素子全体を樹脂材料で形成した場合に比べ
て熱による影響が少ない。しかも、反射面を形成する部
分（樹脂層Ａ１）は樹脂材料を用いているので、エッジ
や段差が生じても割れる等の問題も起きない。
Ｏ１では、ベースとなるベース部材Ｂ１に樹脂層Ａ１を
形成する樹脂よりも線膨張係数の小さい材料を使うの
で、反射光学素子全体を樹脂材料で形成した場合に比べ
て熱による影響が少ない。しかも、反射面を形成する部
分（樹脂層Ａ１）は樹脂材料を用いているので、エッジ
や段差が生じても割れる等の問題も起きない。
【００２９】また、ベース部材Ｂ１は、全体として滑ら
かな形状に形成されており、エッジや段差がないので、
ガラスなど、樹脂に比べて成形の難しい材料を用いても
割れる等の問題が起きない。
かな形状に形成されており、エッジや段差がないので、
ガラスなど、樹脂に比べて成形の難しい材料を用いても
割れる等の問題が起きない。
【００３０】ところで、３つの反射面Ｒ１〜Ｒ３を別々
に成形すればガラスであっても割れの心配は無いが、精
度の良い保持方法が必要になる。
に成形すればガラスであっても割れの心配は無いが、精
度の良い保持方法が必要になる。
【００３１】これに対し、本実施形態の反射光学素子Ｏ
１では、１つのベース部材の表面に、複数の反射面を一
体的に形成することにより、複数の反射面の位置精度が
高く、部品点数や製造工数を削減することができる。
１では、１つのベース部材の表面に、複数の反射面を一
体的に形成することにより、複数の反射面の位置精度が
高く、部品点数や製造工数を削減することができる。
【００３２】また、本実施形態の反射光学素子Ｏ１で
は、ベース部材Ｂ１と樹脂層Ａ１の内部は一切光学作用
を担っていないため、必ずしもベース部材Ｂ１と樹脂層
Ａ１に透明体を使う必要は無い。但し、樹脂層Ａ１とし
て紫外線硬化型樹脂を使用する場合には、ベース部材Ｂ
１の背面から紫外線を当てるのが一般的であるので、ベ
ース部材Ｂ１に透明体を用いるのがよい。
は、ベース部材Ｂ１と樹脂層Ａ１の内部は一切光学作用
を担っていないため、必ずしもベース部材Ｂ１と樹脂層
Ａ１に透明体を使う必要は無い。但し、樹脂層Ａ１とし
て紫外線硬化型樹脂を使用する場合には、ベース部材Ｂ
１の背面から紫外線を当てるのが一般的であるので、ベ
ース部材Ｂ１に透明体を用いるのがよい。
【００３３】さらに、ベース部材Ｂ１と樹脂層Ａ１の内
部は一切光学作用を担っていないため、両方の屈折率を
合わせるなどの制限が無く、材料の選択自由度が高い。
部は一切光学作用を担っていないため、両方の屈折率を
合わせるなどの制限が無く、材料の選択自由度が高い。
【００３４】次に、反射光学素子Ｏ１の製造方法を図３
および図４を用いて簡単に説明する。図中のＣ１〜Ｃ３
は反射面Ｒ１〜Ｒ３を成型するために反射面ごとに分割
された金型であり、これら金型Ｃ１〜Ｃ３で金型ユニッ
トＣＵを構成する。
および図４を用いて簡単に説明する。図中のＣ１〜Ｃ３
は反射面Ｒ１〜Ｒ３を成型するために反射面ごとに分割
された金型であり、これら金型Ｃ１〜Ｃ３で金型ユニッ
トＣＵを構成する。
【００３５】図３に示すように、ベース部材Ｂ１の滑ら
かな表面曲面部と金型ユニットＣＵの間に樹脂層Ａ１と
なる紫外線硬化型樹脂モノマーを積層したあと、この紫
外線硬化型樹脂にベース部材Ｂ１の背面側から紫外線Ｕ
Ｖを照射して、紫外線硬化型樹脂を硬化させる。
かな表面曲面部と金型ユニットＣＵの間に樹脂層Ａ１と
なる紫外線硬化型樹脂モノマーを積層したあと、この紫
外線硬化型樹脂にベース部材Ｂ１の背面側から紫外線Ｕ
Ｖを照射して、紫外線硬化型樹脂を硬化させる。
【００３６】そして、金型ユニットＣＵを樹脂層から分
離してベース部材Ｂ１上に反射面Ｒ１〜Ｒ３の形状を持
った樹脂層Ａ１を有する反射光学素子を得る。
離してベース部材Ｂ１上に反射面Ｒ１〜Ｒ３の形状を持
った樹脂層Ａ１を有する反射光学素子を得る。
【００３７】さらに、図４に示すように、樹脂層Ａ１の
反射面Ｒ１〜Ｒ３となる表面に、低温で成膜することの
できるイオンビームアシスト法（以下、ＩＡＤという）
などを用いて反射膜Ｄを成膜し、所望の光学性能を有す
る反射光学素子を得る。
反射面Ｒ１〜Ｒ３となる表面に、低温で成膜することの
できるイオンビームアシスト法（以下、ＩＡＤという）
などを用いて反射膜Ｄを成膜し、所望の光学性能を有す
る反射光学素子を得る。
【００３８】なお、反射膜Ｄの成膜法は、ＩＡＤに限ら
ず、蒸着、スパッタリング、ディッピング法等、他の方
法を使用してもよい。
ず、蒸着、スパッタリング、ディッピング法等、他の方
法を使用してもよい。
【００３９】また、本実施形態では、３面の反射面を有
する反射光学素子について説明したが、反射面の数はこ
れに限定されない。また、各反射面の曲率は全て異なっ
ていなくてもよく、一部の反射面の曲率が同じであって
もよい。
する反射光学素子について説明したが、反射面の数はこ
れに限定されない。また、各反射面の曲率は全て異なっ
ていなくてもよく、一部の反射面の曲率が同じであって
もよい。
【００４０】また、本実施形態では、反射光学素子に２
枚の平面ミラーを組み合わせて光学系を構成した場合に
ついて説明したが、本実施形態の反射光学素子を複数組
み合わせて光学系を構成してもよい。
枚の平面ミラーを組み合わせて光学系を構成した場合に
ついて説明したが、本実施形態の反射光学素子を複数組
み合わせて光学系を構成してもよい。
【００４１】また、本実施形態では、樹脂層を紫外線硬
化型樹脂を用いて形成する場合について説明したが、熱
硬化型樹脂を用いてもよい。
化型樹脂を用いて形成する場合について説明したが、熱
硬化型樹脂を用いてもよい。
【００４２】（第２実施形態）図５には、本発明の第２
実施形態である反射光学素子を用いた光学系の構成を示
している。
実施形態である反射光学素子を用いた光学系の構成を示
している。
【００４３】本実施形態では、第１実施形態と同様にし
て作られた反射光学素子Ｏ２，Ｏ３が、それぞれの反射
面が対向する向きで配置されて結合した光学系である。
て作られた反射光学素子Ｏ２，Ｏ３が、それぞれの反射
面が対向する向きで配置されて結合した光学系である。
【００４４】反射光学素子Ｏ２は、ベース部材Ｂ２と、
このベース部材Ｂ２の滑らかで連続的な曲面部上に形成
された樹脂層Ａ２と、ベース部材Ｂ２における上記曲面
部（樹脂層）以外の部分に保持されたレンズＬ１とから
構成されており、樹脂層Ａ２の表面には所定の曲面形状
を有する反射面Ｒ２，Ｒ４が形成されている。
このベース部材Ｂ２の滑らかで連続的な曲面部上に形成
された樹脂層Ａ２と、ベース部材Ｂ２における上記曲面
部（樹脂層）以外の部分に保持されたレンズＬ１とから
構成されており、樹脂層Ａ２の表面には所定の曲面形状
を有する反射面Ｒ２，Ｒ４が形成されている。
【００４５】同様に、反射光学素子Ｏ３は、ベース部材
Ｂ３と、このベース部材Ｂ３の滑らかな曲面部上に形成
された樹脂層Ａ３と、ベース部材Ｂ３における上記曲面
部（樹脂層）以外の部分に保持されたレンズＬ２とから
構成されており、樹脂層Ａ３の表面には所定の曲面形状
を有する反射面Ｒ１，Ｒ３が形成されている。
Ｂ３と、このベース部材Ｂ３の滑らかな曲面部上に形成
された樹脂層Ａ３と、ベース部材Ｂ３における上記曲面
部（樹脂層）以外の部分に保持されたレンズＬ２とから
構成されており、樹脂層Ａ３の表面には所定の曲面形状
を有する反射面Ｒ１，Ｒ３が形成されている。
【００４６】なお、反射光学素子Ｏ２，Ｏ３はともに、
レンズＬ１，Ｌ２を保持するための穴部が形成されてい
る。また、両反射光学素子Ｏ２，Ｏ３は接合部Ｚ１，Ｚ
２において接合されている。
レンズＬ１，Ｌ２を保持するための穴部が形成されてい
る。また、両反射光学素子Ｏ２，Ｏ３は接合部Ｚ１，Ｚ
２において接合されている。
【００４７】本実施形態の光学系において、不図示の物
体からの光束は、不図示の絞りを通り、レンズＬ１を通
り、反射面Ｒ１〜Ｒ４で順次反射し、レンズＬ２を通過
して結像する。これにより、コンパクトでありながら、
光路長を長く確保できる観察光学系等を実現することが
できる。
体からの光束は、不図示の絞りを通り、レンズＬ１を通
り、反射面Ｒ１〜Ｒ４で順次反射し、レンズＬ２を通過
して結像する。これにより、コンパクトでありながら、
光路長を長く確保できる観察光学系等を実現することが
できる。
【００４８】図中、反射面Ｒ２と反射面Ｒ４との境界で
あるＸの部分では段差が生じており、また、反射面Ｒ１
と反射面Ｒ３との境界であるＹの部分ではエッジ部を有
する。
あるＸの部分では段差が生じており、また、反射面Ｒ１
と反射面Ｒ３との境界であるＹの部分ではエッジ部を有
する。
【００４９】ガラス等の堅い材料を用いれば、Ｘ，Ｙの
領域で亀裂等を生じ問題となるが、本実施形態でも第１
実施形態と同様に、反射面側は樹脂材料（樹脂層Ａ２，
Ａ３）により形成されているので、エッジや段差が生じ
ても割れる等の問題は起きない。
領域で亀裂等を生じ問題となるが、本実施形態でも第１
実施形態と同様に、反射面側は樹脂材料（樹脂層Ａ２，
Ａ３）により形成されているので、エッジや段差が生じ
ても割れる等の問題は起きない。
【００５０】また、ベースとなるベース部材Ｂ２，Ｂ３
に樹脂層Ａ２，Ａ３を形成する樹脂よりも線膨張係数の
低い材料を使うことにより、熱（温度）の影響による光
学性能の劣化も少ない。
に樹脂層Ａ２，Ａ３を形成する樹脂よりも線膨張係数の
低い材料を使うことにより、熱（温度）の影響による光
学性能の劣化も少ない。
【００５１】さらに、両反射光学素子Ｏ２，Ｏ３ではそ
れぞれ、１つのベース部材の表面に複数の反射面を一体
的に形成しているので、複数の反射面の位置精度が高
く、部品点数や製造工数を削減することができる。
れぞれ、１つのベース部材の表面に複数の反射面を一体
的に形成しているので、複数の反射面の位置精度が高
く、部品点数や製造工数を削減することができる。
【００５２】また、両反射光学素子Ｏ２，Ｏ３は表面で
の反射作用しか有さないので、ベース部材と樹脂層に必
ずしも透明体を使う必要は無く、また、ベース部材と樹
脂層の屈折率を合わせるなどの制限も無いので材料の選
択自由度が高い。
の反射作用しか有さないので、ベース部材と樹脂層に必
ずしも透明体を使う必要は無く、また、ベース部材と樹
脂層の屈折率を合わせるなどの制限も無いので材料の選
択自由度が高い。
【００５３】また、本実施形態では、ベース部材Ｂ２，
Ｂ３における樹脂層以外の部分に穴部を設け、そこでレ
ンズＬ１、Ｌ２を保持するので、反射面に対して屈折作
用を有する部材（レンズ）を精度良く保持することがで
き、部品点数の削減にもなる。
Ｂ３における樹脂層以外の部分に穴部を設け、そこでレ
ンズＬ１、Ｌ２を保持するので、反射面に対して屈折作
用を有する部材（レンズ）を精度良く保持することがで
き、部品点数の削減にもなる。
【００５４】なお、本実施形態では、反射光学素子の表
面に２面の反射面を形成した場合について説明したが、
反射面の数はこれに限定はされない。
面に２面の反射面を形成した場合について説明したが、
反射面の数はこれに限定はされない。
【００５５】また、本実施形態では、反射光学素子を２
つ組み合わせた場合について説明したが、３つ以上組み
合わせてもよい。また、ベース部材に保持させるレンズ
の枚数も任意である。
つ組み合わせた場合について説明したが、３つ以上組み
合わせてもよい。また、ベース部材に保持させるレンズ
の枚数も任意である。
【００５６】（第３実施形態）図６および図７には、本
発明の反射光学素子を背面投射型プロジェクタ（光学機
器）の投射光学系に適用した実施形態を示している。
発明の反射光学素子を背面投射型プロジェクタ（光学機
器）の投射光学系に適用した実施形態を示している。
【００５７】図６は背面投射型プロジェクタの光学系の
概略構成図である。図６において、Ｋはプロジェクタ本
体（筐体）、Ｐは原画が表示されるＬＣＤ等の表示素
子、Ｓは絞り、Ｏ４，Ｏ５はこれまで説明してきた実施
形態と同様の反射光学素子、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３は平面ミ
ラー、ＳＣはスクリーンである。
概略構成図である。図６において、Ｋはプロジェクタ本
体（筐体）、Ｐは原画が表示されるＬＣＤ等の表示素
子、Ｓは絞り、Ｏ４，Ｏ５はこれまで説明してきた実施
形態と同様の反射光学素子、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３は平面ミ
ラー、ＳＣはスクリーンである。
【００５８】表示素子Ｐから射出した画像光は、絞りＳ
で制限された後、投射光学系としての反射光学素子Ｏ
４，Ｏ５に入射し、反射光学素子Ｏ４，Ｏ５の各々が有
する反射面で順次反射し、さらに平面ミラーＭ１，Ｍ
２，Ｍ３で順次反射してスクリーンＳＣに拡大投影され
る。
で制限された後、投射光学系としての反射光学素子Ｏ
４，Ｏ５に入射し、反射光学素子Ｏ４，Ｏ５の各々が有
する反射面で順次反射し、さらに平面ミラーＭ１，Ｍ
２，Ｍ３で順次反射してスクリーンＳＣに拡大投影され
る。
【００５９】反射光学素子Ｏ４，Ｏ５について、図７を
用いてより詳細に説明する。反射光学素子Ｏ４は、ベー
ス部材Ｂ４上に、表面に複数の曲面形状の反射面Ｒ１，
Ｒ３を有する樹脂層Ａ４を設けたものである。また、反
射光学素子Ｏ５は、ベース部材Ｂ５上に、表面に複数の
曲面形状の反射面Ｒ２，Ｒ４を有する樹脂層Ａ５を設け
たものである。
用いてより詳細に説明する。反射光学素子Ｏ４は、ベー
ス部材Ｂ４上に、表面に複数の曲面形状の反射面Ｒ１，
Ｒ３を有する樹脂層Ａ４を設けたものである。また、反
射光学素子Ｏ５は、ベース部材Ｂ５上に、表面に複数の
曲面形状の反射面Ｒ２，Ｒ４を有する樹脂層Ａ５を設け
たものである。
【００６０】図７から分かるように、表示素子Ｐから射
出して絞りＳを通過した画像光は、反射面Ｒ１、反射面
Ｒ２、反射面Ｒ３、反射面Ｒ４の順に反射する。反射面
Ｒ１に入射した画像光は、凹面又は凸面であるこれら反
射面Ｒ１〜Ｒ４にて光学作用を受けて平面ミラーＭ１に
射出される。
出して絞りＳを通過した画像光は、反射面Ｒ１、反射面
Ｒ２、反射面Ｒ３、反射面Ｒ４の順に反射する。反射面
Ｒ１に入射した画像光は、凹面又は凸面であるこれら反
射面Ｒ１〜Ｒ４にて光学作用を受けて平面ミラーＭ１に
射出される。
【００６１】ここで、凹面である反射面Ｒ１と凸面であ
る反射面Ｒ３の境界には段差Ｄ１が、凹面である反射面
Ｒ２とこの反射面Ｒ２とは曲率が異なる凹面である反射
面Ｒ４との境界にはエッジＤ２が形成されている。しか
し、これら反射光学素子Ｏ４，Ｏ５では、樹脂材料によ
りこれらの面形状を形成しているので、成型不良の心配
は少ない。
る反射面Ｒ３の境界には段差Ｄ１が、凹面である反射面
Ｒ２とこの反射面Ｒ２とは曲率が異なる凹面である反射
面Ｒ４との境界にはエッジＤ２が形成されている。しか
し、これら反射光学素子Ｏ４，Ｏ５では、樹脂材料によ
りこれらの面形状を形成しているので、成型不良の心配
は少ない。
【００６２】また、ベース部材Ｂ４には樹脂層Ａ４に比
べて線膨張係数の小さい金属や硝子等の材料を用いてい
るので、温度等の環境の変化による光学性能の変化も抑
制される。
べて線膨張係数の小さい金属や硝子等の材料を用いてい
るので、温度等の環境の変化による光学性能の変化も抑
制される。
【００６３】本実施形態のように、反射光学素子をプロ
ジェクタの投射光学系として用いることによって、製造
が比較的容易で、しかも環境の変化による光学性能の劣
化が少ない薄型の背面投射型プロジェクターを実現する
ことができる。
ジェクタの投射光学系として用いることによって、製造
が比較的容易で、しかも環境の変化による光学性能の劣
化が少ない薄型の背面投射型プロジェクターを実現する
ことができる。
【００６４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ベース部材の連続的な曲面部上に、表面反射面となる不
連続な複数の曲面を樹脂により一体成形した樹脂層を備
え、ベース部材を上記樹脂層を形成する樹脂よりも線膨
張係数が小さな材料により形成したので、温度の影響に
よる光学性能の劣化が少なく、しかも成形上の制約も少
ない、反射光学素子を実現することができる。しかも、
複数の反射面を有する樹脂層を一体化することにより、
各反射面の位置精度を高め、部品点数や製造工数を削減
することができる。
ベース部材の連続的な曲面部上に、表面反射面となる不
連続な複数の曲面を樹脂により一体成形した樹脂層を備
え、ベース部材を上記樹脂層を形成する樹脂よりも線膨
張係数が小さな材料により形成したので、温度の影響に
よる光学性能の劣化が少なく、しかも成形上の制約も少
ない、反射光学素子を実現することができる。しかも、
複数の反射面を有する樹脂層を一体化することにより、
各反射面の位置精度を高め、部品点数や製造工数を削減
することができる。
【００６５】また、樹脂層における複数の曲面の曲率を
自由に設定することが可能であるため、所望の光学性能
を容易に得ることができる。
自由に設定することが可能であるため、所望の光学性能
を容易に得ることができる。
【図１】本発明の第１実施形態である反射光学素子を用
いた光学系の光路図である。
いた光学系の光路図である。
【図２】上記反射光学素子の構成を示す図である。
【図３】上記反射光学素子の製造方法を示す図である。
【図４】上記反射光学素子の製造方法を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態である反射光学素子を用
いた光学系の光路図である。
いた光学系の光路図である。
【図６】本発明の第３実施形態である反射光学素子を用
いた背面投射型プロジェクターの投射光学系の概略構成
図である。
いた背面投射型プロジェクターの投射光学系の概略構成
図である。
【図７】上記第３実施形態の反射光学素子の構成図であ
る。
る。
【図８】反射面に曲率を持った従来の観察光学系を示す
図である。
図である。
Ａ１〜Ａ５ 樹脂層
Ｂ１〜Ｂ５ ベース部材
Ｃ１〜Ｃ３ 金型
ＣＵ 金型ユニット
Ｌ１，Ｌ２ レンズ
Ｏ１〜Ｏ５ 反射光学素子
Ｒ１〜Ｒ４ 反射面
Ｚ１，Ｚ２ 反射光学素子の接合部
Ｄ 反射膜
Ｉ 撮像素子
Ｍ 平面ミラー
Ｓ 絞り
ＵＶ 紫外線
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年６月２０日（２００２．６．２
０）
０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２４】この光学系では、図１に示すように、不図
示の物体からの光束は、絞りＳを通り、反射光学素子Ｏ
１の反射面Ｒ１で反射して上側の平面ミラーＭ１に入射
し、この上側の平面ミラーＭ１で反射した後、さらに反
射面Ｒ２、下側の平面ミラーＭ２および反射面Ｒ３で順
次反射して、撮像素子Ｉ上に結像する。これにより、コ
ンパクトであるにもかかわらず光路長を長く確保できる
撮像装置（光学機器）を構成することができる。
示の物体からの光束は、絞りＳを通り、反射光学素子Ｏ
１の反射面Ｒ１で反射して上側の平面ミラーＭ１に入射
し、この上側の平面ミラーＭ１で反射した後、さらに反
射面Ｒ２、下側の平面ミラーＭ２および反射面Ｒ３で順
次反射して、撮像素子Ｉ上に結像する。これにより、コ
ンパクトであるにもかかわらず光路長を長く確保できる
撮像装置（光学機器）を構成することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】ここで図２に示すように、反射光学素子Ｏ
１の反射面Ｒ１と反射面Ｒ２との境界にはエッジEがで
きており、反射面Ｒ２と反射面Ｒ３との境界では段差D
ができている。
１の反射面Ｒ１と反射面Ｒ２との境界にはエッジEがで
きており、反射面Ｒ２と反射面Ｒ３との境界では段差D
ができている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３７】さらに、図４に示すように、樹脂層Ａ１の
反射面Ｒ１〜Ｒ３となる表面に、低温で成膜することの
できるイオンビームアシスト法（以下、ＩＡＤという）
などを用いて反射膜Fを成膜し、所望の光学性能を有す
る反射光学素子を得る。
反射面Ｒ１〜Ｒ３となる表面に、低温で成膜することの
できるイオンビームアシスト法（以下、ＩＡＤという）
などを用いて反射膜Fを成膜し、所望の光学性能を有す
る反射光学素子を得る。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３８】なお、反射膜Fの成膜法は、ＩＡＤに限ら
ず、蒸着、スパッタリング、ディッピング法等、他の方
法を使用してもよい。
ず、蒸着、スパッタリング、ディッピング法等、他の方
法を使用してもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５７】図６は背面投射型プロジェクタの光学系の
概略構成図である。図６において、Ｋはプロジェクタ本
体（筐体）、Ｐは原画が表示されるＬＣＤ等の表示素
子、Ｓは絞り、Ｏ４，Ｏ５はこれまで説明してきた実施
形態と同様の反射光学素子、Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５は平面ミ
ラー、ＳＣはスクリーンである。
概略構成図である。図６において、Ｋはプロジェクタ本
体（筐体）、Ｐは原画が表示されるＬＣＤ等の表示素
子、Ｓは絞り、Ｏ４，Ｏ５はこれまで説明してきた実施
形態と同様の反射光学素子、Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５は平面ミ
ラー、ＳＣはスクリーンである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５８】表示素子Ｐから射出した画像光は、絞りＳ
で制限された後、投射光学系としての反射光学素子Ｏ
４，Ｏ５に入射し、反射光学素子Ｏ４，Ｏ５の各々が有
する反射面で順次反射し、さらに平面ミラーＭ３，Ｍ
４，Ｍ５で順次反射してスクリーンＳＣに拡大投影され
る。
で制限された後、投射光学系としての反射光学素子Ｏ
４，Ｏ５に入射し、反射光学素子Ｏ４，Ｏ５の各々が有
する反射面で順次反射し、さらに平面ミラーＭ３，Ｍ
４，Ｍ５で順次反射してスクリーンＳＣに拡大投影され
る。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６０】図７から分かるように、表示素子Ｐから射
出して絞りＳを通過した画像光は、反射面Ｒ１、反射面
Ｒ２、反射面Ｒ３、反射面Ｒ４の順に反射する。反射面
Ｒ１に入射した画像光は、凹面又は凸面であるこれら反
射面Ｒ１〜Ｒ４にて光学作用を受けて平面ミラーＭ３に
射出される。
出して絞りＳを通過した画像光は、反射面Ｒ１、反射面
Ｒ２、反射面Ｒ３、反射面Ｒ４の順に反射する。反射面
Ｒ１に入射した画像光は、凹面又は凸面であるこれら反
射面Ｒ１〜Ｒ４にて光学作用を受けて平面ミラーＭ３に
射出される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】
Claims (14)
- 【請求項１】 連続的な曲面部を有するベース部材と、 このベース部材の曲面部上に樹脂により一体形成され、
表面にそれぞれ反射面となる互いに不連続な複数の曲面
を有する樹脂層とを備えた反射光学素子であって、 前記樹脂層を形成する樹脂よりも線膨張係数の小さな材
料により前記ベース部材を形成したことを特徴とする反
射光学素子。 - 【請求項２】 前記樹脂層における前記複数の曲面のう
ち少なくとも１つの曲面の曲率が他の曲面の曲率と異な
ることを特徴とする請求項１に記載の反射光学素子。 - 【請求項３】 前記樹脂層における前記複数の曲面の曲
率が互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の反
射光学素子。 - 【請求項４】 前記ベース部材が、ガラス、金属又はセ
ラミックにより形成されていることを特徴とする請求項
１から３のいずれかに記載の反射光学素子。 - 【請求項５】 前記樹脂層が熱硬化型樹脂により形成さ
れていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに
記載の反射光学素子。 - 【請求項６】 前記樹脂層が紫外線硬化型樹脂により形
成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれ
かに記載の反射光学素子。 - 【請求項７】 前記樹脂層における前記複数の曲面に反
射膜を形成したことを特徴とする請求項１から６のいず
れかに記載の反射光学素子。 - 【請求項８】 前記反射膜が、イオンビームアシスト、
蒸着、スパッタリング又はディッピング法により形成さ
れたことを特徴とする請求項７に記載の反射光学素子。 - 【請求項９】 前記ベース部材における前記曲面部以外
の部分に、屈折作用を有する光学部材を保持させたこと
を特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の反射光
学素子。 - 【請求項１０】 請求項１から９のいずれかに記載の反
射光学素子を用いたことを特徴とする光学系。 - 【請求項１１】 請求項１から９のいずれかに記載の複
数の反射光学素子を互いに反射面が対向する向きで相互
に結合させたことを特徴とする光学系。 - 【請求項１２】 請求項１から９のいずれかに記載の反
射光学素子又は請求項９若しくは１０に記載の光学系を
備えたことを特徴とする光学機器。 - 【請求項１３】 請求項１から９のいずれかに記載の反
射光学素子の製造方法であって、 前記樹脂層の曲面ごとに分割された金型を用いて前記樹
脂層を形成することを特徴とする反射光学素子の製造方
法。 - 【請求項１４】 前記ベース部材の連続的な曲面部上
に、表面が互いに不連続な複数の曲面である樹脂層を一
体形成する工程と、前記複数の曲面に反射膜を形成する
工程とを有することを特徴とする反射光学素子の製造方
法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001193598A JP2003004922A (ja) | 2001-06-26 | 2001-06-26 | 反射光学素子およびその製造方法、光学系、光学機器 |
| US10/176,446 US6848794B2 (en) | 2001-06-26 | 2002-06-21 | Reflecting optical element, optical system and optical apparatus using reflecting optical element, projection type image display apparatus, and method for fabricating reflecting optical element |
| DE60208633T DE60208633T2 (de) | 2001-06-26 | 2002-06-25 | Reflektierendes optisches Element, Bildprojektionsanzeigevorrichtung und Verfahren zur Herstellung des reflektierenden optischen Elementes |
| EP02254442A EP1271188B1 (en) | 2001-06-26 | 2002-06-25 | Reflecting optical element, projection type image display apparatus, and method for fabricating said reflecting optical element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001193598A JP2003004922A (ja) | 2001-06-26 | 2001-06-26 | 反射光学素子およびその製造方法、光学系、光学機器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
ID=19031854
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001193598A Pending JP2003004922A (ja) | 2001-06-26 | 2001-06-26 | 反射光学素子およびその製造方法、光学系、光学機器 |
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|---|---|
| US (1) | US6848794B2 (ja) |
| EP (1) | EP1271188B1 (ja) |
| JP (1) | JP2003004922A (ja) |
| DE (1) | DE60208633T2 (ja) |
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| JP2019184659A (ja) * | 2018-04-03 | 2019-10-24 | キヤノン株式会社 | 光学素子、及び撮像装置 |
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|---|---|---|---|---|
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| JP3838983B2 (ja) * | 2003-02-27 | 2006-10-25 | Ｎｅｃビューテクノロジー株式会社 | プロジェクター装置 |
| JP2006138882A (ja) * | 2004-11-10 | 2006-06-01 | Konica Minolta Opto Inc | 斜め投影光学系 |
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