JP5227095B2 - 縮小結像光学系、照明光学系、面発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、縮小結像光学系、照明光学系、面発光装置に関し、より特定的には、光源部から出射された光を中継して対象物の被照明エリアに導くリレー光学系として利用できる縮小結像光学系、並びに、当該縮小結像光学系を用いた照明光学系及び面発光装置に関するものである。

近年、テレビやコンピュータ用表示装置として、液晶ディスプレイが広く利用されている。ただし、液晶自体は発光しないため、液晶ディスプレイは、表示面を照明するための面発光装置（バックライト）を備えている。

面発光装置に用いられる光源は、不均一な配光特性を有している。そこで、被照明領域の明るさを均一にするために、光源の光を一旦ロッドインテグレーター等の均一化光学系に入射させ、ロッドインテグレーターから出射された光をリレー光学系で中継して被照明領域に導く構成が知られている。
特開２００２−２０７１６７号公報

このような照明光学系に用いられるリレー光学系には、次のような特性が要求される。

第１に、リレー光学系は、インテグレーターから出射された光を有効に取り込むために、テレセントリックな光学系であることが求められる。第２に、均一な照明光を得るためには、光学系の中心部から周辺部まで同じ強度の光を出射できる必要があり、周辺部でも光線を絞らない光学系とする必要がある。第３に、歪曲が少ないことが求められる。歪曲がある場合、光学系の周辺部と中心部とで倍率が変化するため、明るさが変化してしまう。また、歪曲がある場合、照明エリアを歪曲分だけ大きくする必要あり、照明の効率が低下する。

また、ディスプレイの画面サイズが大型化する一方で、装置サイズの薄型化に対する要請がある。そのため、照明光学系の照明エリアが大きい場合でも光学系全体をコンパクトに構成できることが求められる。光学系全体のコンパクト化のためには、発光部やロッドインテグレーター等の均一化光学系は小さいことが望ましいので、リレー光学系の倍率を大きくすることで照明エリアの増大に対応することが必要となる。ただし、リレー光学系の倍率を大きくしようとするとリレー光学系の全長が長くなるので、画角を大きく、すなわち、リレー光学系を広角化することでその全長を短くする必要がある。

しかしながら、リレー光学系に求められる上記の各特性、すなわち、縮小側においてテレセントリックであること、明るいこと、歪曲の少ないことを同時に満足し、かつ、広角な光学系を構成しようとすると、リレー光学系を構成するレンズ素子の枚数が多くなるので、コスト高に繋がるという問題が生じる。したがって、リレー光学系に要するレンズ素子の数は少ないことが望ましい。

それ故に、本発明の目的の一つは、歪曲収差が少なく、明るく、かつ、テレセントリックな縮小結像光学系を提供することである。

また、本発明の目的の他の一つは、大きな照明領域を明るく、均一に照明できるコンパクトな照明光学系及び面発光装置を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明に係る縮小結像光学系は、共役距離の長い側の物点の像を、共役距離の短い側の結像面上に結ぶ縮小結像光学系であって、共役距離の長い側から順に、光線を制限する絞りと、光軸近傍において少なくとも光軸と直交する第１の方向に正の屈折力を有し、共役距離の短い側に曲率の大きい方の凸面を向けた両凸形状の第１レンズ素子と、光軸近傍において少なくとも第１の方向に正の屈折力を有し、共役距離の長い側に凸面を向けた第２レンズ素子とを備える。

このように構成すると、少ないレンズ素子数で、明るく、画角が大きい広角レンズが得られる。また、広角レンズで問題となる歪曲収差が小さく抑えられる。

上記の縮小結像光学系は、少なくとも第１の方向において、以下の条件を満足することが好ましい。
−０．４５＜Ｐ₅／Ｐ_all＜０．０５ ・・・（１）
０．８＜Ｐ₃₄／Ｐ_all＋０．４×Ｐ₅／Ｐ_all＜１．２ ・・・（２）
ここで、
Ｐ₃₄：第１レンズ素子での共役距離の短い側における面パワーと、第２レンズ素子での共役距離の長い側における面パワーとの合成パワー
Ｐ₅：第２レンズ素子での共役距離の短い側における面パワー
Ｐ_all：縮小結像光学系の全パワー
である。

第１及び第２レンズ素子の各々は、光軸と直交する第１の方向のみに正の屈折力を有するアナモフィックレンズであり、光軸及び第１の方向と直交する第２の方向には屈折力を有していないことが好ましい。

第２レンズ素子は、メニスカス形状を有することが好ましい。

このように構成すると、広い被照明領域を照明する照明光学系に利用できる。

上記の縮小結像光学系は、以下の条件を満足することが好ましい。
−２．０＜（Ｄ０＋Ｄ１）／Ｒ３＜−１．２ ・・・（３）
ここで、
Ｄ０：光軸上における絞りと第１レンズ素子との間隔
Ｄ１：第１レンズ素子の中心厚
Ｒ３：第１レンズ素子の共役距離の短い側における曲率半径
である。

このように構成すると、コンセントリック性が良好となり、収差補正に有利となる。

第１レンズ素子は、少なくとも１面の非球面を含むことが好ましい。

このように構成すると、球面収差を良好に補正できる。

第１レンズ素子は、少なくとも１つの変曲点を有する非球面を少なくとも１面含むことがより好ましい。

このように構成すると、球面収差をより良好に補正できる。

第２レンズ素子は、少なくとも１面の非球面を含むことが好ましい。

このように構成すると、歪曲収差を良好に補正できる。

第２レンズ素子は、少なくとも１つの変曲点を有する非球面を少なくとも１面含むことがより好ましい。

このように構成すると、歪曲収差をより良好に補正できる。

第１レンズ素子は、共役距離の長い側に非球面を含み、第２レンズ素子は、共役距離の短い側に非球面を含むことが好ましい。

このように構成すると、球面収差と歪曲収差の両方を良好に補正できる。

第１レンズ素子は、共役距離の長い側に少なくとも１つの変曲点を有する非球面を含み、第２レンズ素子は、共役距離の短い側に非球面を含むことが好ましい。

このように構成すると、球面収差と歪曲収差の両方をより良好に補正できる。

上記の縮小結像光学系は、共役距離の短い側がテレセントリック性を有することが好ましい。

上記の目的を達成するために、本発明に係る照明光学系は、光源から出射される光を導いて対象物の被照明領域を照明する照明光学系であって、光源から出射される光を均一化し、均一な強度分布を有する光を出射する均一化光学系と、均一化光学系から出射される光を中継して被照明領域に導く、上記の縮小結像光学系とを備える。

このように構成すると、リレー光学系として機能する縮小結像光学系の物像間距離を小さくできるので、照明光学系をコンパクトに構成することが可能となる。

縮小結像光学系の共役距離の長い側の焦点位置近傍に配置されるフレネルレンズを更に備えていても良い。

このように構成すると、共役距離の長い側にもテレセントリック性を持たせることができるので、両側にテレセントリックな照明光学系を構成できる。

また、上記の目的を達成するために、本発明に係る面発光装置は、入射面から入射した光を出射面から面発光させる面発光パネルと、均一な強度分布を有する光を出射する光源部と、光源部から出射された光を中継して入射面に導く、上記の縮小結像光学系とを備える。

このように構成すると、リレー光学系として機能する縮小結像光学系の物像間距離を小さくできるので、面発光装置をコンパクトに構成することが可能となる。

本発明によれば、歪曲収差が良く補正され、周辺まで明るく、テレセントリックな広角レンズを少ないレンズ素子で構成することができる。また、このような広角レンズを用いることで、大きな照明領域を明るく、均一に照明できるコンパクトな照明光学系及び面発光装置を実現できる。

（実施の形態１〜４）
図１、３、５及び７は、実施の形態１、２、３及び４に係る広角レンズの構成図である。各図において、特定の面に付されたアスタリスク「＊」は、その面が非球面であることを示している。また、各図において、「Ａ」は絞りを表し、「Ｓ」は像面を表す。尚、像面Ｓは、撮像装置においてはフィルムやＣＣＤに相当し、投写装置においては空間変調素子であるＬＣＤに相当し、照明装置においてはロッドインテグレーターの射出端面に相当する。

実施の形態１〜４に係る広角レンズは、共役距離の長い側の物点の像を、共役距離の短い側の像面Ｓ上に結ぶ縮小結像光学系であり、共役距離の長い側から順に、光線を制限する絞りＡと、正の屈折力を有する第１レンズ素子Ｌ１と、正の屈折力を有する第２レンズ素子Ｌ２とから構成される。第１レンズ素子Ｌ１は、共役距離の短い側に曲率が大きい方の凸面を向けた両凸形状を有している。また、実施の形態１〜４に係る広角レンズにおいて、第２レンズ素子Ｌ２は、共役距離の長い側に凸面を向けた正メニスカス形状を有している。

第１レンズ素子は、主に球面収差を補正し、第２レンズ素子は、主に歪曲収差を補正する。また、共役距離の短い側にテレセントリック性を持たせるために、最も共役距離が短い側に配置される正の第２レンズ素子Ｌ２は、主にパワーを調整している。

更に、実施の形態１〜４に係る広角レンズは、以下の条件を満足する。
−０．４５＜Ｐ₅／Ｐ_all＜０．０５ ・・・ （１）
０．８＜Ｐ₃₄／Ｐ_all＋０．４×Ｐ₅／Ｐ_all＜１．２ ・・・（２）
ここで、
Ｐ₃₄：第１レンズ素子での共役距離の短い側における面パワーと、第２レンズ素子での共役距離の長い側における面パワーとの合成パワー
Ｐ₅：第２レンズ素子での共役距離の短い側における面パワー
Ｐ_all：縮小結像光学系の全パワー
である。

条件（１）は、第２レンズ素子での共役距離の短い側における面パワーを規定している。Ｐ₅／Ｐ_allの値が条件（１）の下限を下回ると、第２レンズ素子Ｌ２での共役距離の短い側における面パワーが負の大きな値となり、光学系の全パワーを確保するためには第１レンズ素子Ｌ１が大きな正のパワーを持つため、第１レンズ素子Ｌ１の曲率半径が小さくなり球面収差の補正が困難となる。一方、Ｐ₅／Ｐ_allの値が条件（１）の上限を超えると、第２レンズ素子Ｌ２での共役距離の短い側における面パワーが正の大きな値となるため、像面湾曲や歪曲収差の補正が困難となる。

条件（２）は、第１レンズ素子での共役距離の短い側における面パワーと、第２レンズ素子での共役距離の長い側における面パワーとの合成パワー、及び第２レンズ素子での共役距離の短い側における面パワーとの関係を規定している。Ｐ₃₄／Ｐ_all＋０．４×Ｐ₅／Ｐ_allの値が条件（１）の範囲のもとで条件（２）の下限を下回ると、Ｐ₅を一定としたときＰ₃₄が小さくなり、第１レンズ素子での共役距離の長い側における面パワーが大きくなるため、周辺光量の確保が困難となる。一方、Ｐ₃₄／Ｐ_all＋０．４×Ｐ₅／Ｐ_allの値が条件（１）の範囲のもとで条件（２）の上限を超えると、Ｐ₅を一定としたときＰ₃₄が大きくなり、第１レンズ素子Ｌ１の共役距離の短い側における面の曲率半径と、第２レンズ素子Ｌ２の共役距離の長い側における面の曲率半径が小さくなるため、球面収差の補正が困難となる。

尚、実施の形態１〜４に係る広角レンズは、以下の条件を満足することがより好ましい。
−０．４＜Ｐ₅／Ｐ_all＜０ ・・・（１’）
０．９＜Ｐ₃₄／Ｐ_all＋０．４×Ｐ₅／Ｐ_all＜１．１ ・・・（２’）

このような構成により、少ないレンズ素子数で、明るい広角レンズが実現できる。

また、実施の形態１〜４においては、光学性能を向上させるために、第１レンズ素子Ｌ１の共役距離が長い側の面が非球面である。第１レンズ素子Ｌ１が少なくとも１面の非球面を含むことにより、球面収差を良好に補正することができる。より好ましくは、第１レンズ素子Ｌ１の非球面が少なくとも１つの変曲点を有していると良い。この場合、球面収差をより良好に補正することができる。

更に、実施の形態１〜４においては、第２レンズ素子Ｌ２の共役距離が短い側の面が非球面である。第２レンズ素子Ｌ２が少なくとも１面の非球面を含むことにより、歪曲収差を良好に補正することができる。より好ましくは、第２レンズ素子Ｌ２の非球面が少なくとも１つの変曲点を有していると良い。この場合、歪曲収差をより良好に補正することができる。

尚、非球面は、第１レンズ素子Ｌ１または第２レンズ素子Ｌ２のいずれか一方にのみ形成しても良い。ただし、実施の形態１〜４のように、第１レンズ素子Ｌ１及び第２レンズ素子Ｌ２の両方に非球面を形成しておけば、球面収差と歪曲収差とを同時に補正することができるので好ましい。この場合、第１レンズ素子Ｌ１の共役距離の長い側と、第２レンズ素子Ｌ２の共役距離の短い側とに非球面を形成すれば、球面収差と歪曲収差を良好に補正することができる。

更に、本発明に係る広角レンズは、以下の条件を満足することが好ましい。
−２．０＜（Ｄ０＋Ｄ１）／Ｒ３＜−１．２ ・・・（３）
ここで、
Ｄ０：光軸上における絞りと第１レンズ素子との間隔
Ｄ１：第１レンズ素子の中心厚
Ｒ３：第１レンズ素子の共役距離の短い側における曲率半径
である。

条件（３）は、第１レンズ素子Ｌ１のコンセントリック性を規定している。（Ｄ０＋Ｄ１）／Ｒ３の値が条件（３）の下限を下回ると、必要な画角を得るために第２レンズ素子Ｌ２の正のパワーを大きくすることが必要となり、この結果、第１レンズ素子Ｌ１で発生する収差を第２レンズ素子Ｌ２で補正することができなくなる。また、大きな画角での光線が通過できなくなるので、周辺部の明るさが低下する。一方、（Ｄ０＋Ｄ１）／Ｒ３の値が条件（３）の上限を超えると、レンズの全長が大きくなり、コンパクト化の妨げとなる。

尚、実施の形態１〜４に係る広角レンズは、以下の条件を満足することがより好ましい。
−１．８＜（Ｄ０＋Ｄ１）／Ｒ３＜−１．４ ・・・（３’）

（実施の形態５）
図９は、本発明の実施の形態５に係る照明光学系の概略構成図である。

実施の形態５に係る照明光学系１０は、光源となる発光素子３から出射される光を受光する均一化光学系２と、均一化光学系２から出射される光を対象物の被照明領域５に導く広角レンズ１とを備える。

発光素子３は、例えば、レーザー素子やＬＥＤ、冷陰極管であり、不均一な配光特性を有する。均一化光学系２は、発光素子３から出射された光の強度を均一化し、その出射端面から均一な強度分布を有する光を出射する。したがって、均一化光学系２の出射端面には、光源ムラのない均一な２次光源面が形成される。均一化光学系２には、例えば、ロッドインテグレーターを利用できる。

尚、本実施の形態では、発光素子３と均一化光学系２とを組み合わせることによって、一様な強度分布を有する光を出射する光源部４が構成されている。ただし、光源部４は、均一な配光特性を有していれば、他の構成であっても良い。

広角レンズ１は、上記の構成を備える縮小結像光学系であり、光源部４から出射された光を中継して前記入射面に導くリレー光学系として機能する。広角レンズ１は、均一化光学系２の出射端面に形成された２次光源面を被照明エリア５に拡大投写する。

本実施の形態に係る照明光学系１０は、上述した構成を有する広角レンズ１を備えているため、広い被照明エリアを均一に明るく照明することが可能となる。また、広角レンズ１を用いることにより、リレー光学系の物像間距離を小さくできるので、照明光学系をコンパクト化することができる。更に、少ないレンズ素子で照明光学系１０を構成できるので、低コスト化を実現することもできる。

本実施の形態では、広角レンズ１と均一化光学系２とからなる照明光学系１０を説明したが、上記の光源部４及び広角レンズ１と、入射面から入射した光を出射面から面発光させる面発光パネルとを組み合わせることによって面発光装置を構成しても良い。面発光パネルは、導光板あるいは拡散板に相当し、その入射面が図７の被照明エリア５に位置するように配置される。広角レンズ１は、光源部４から出射された光を中継して面発光パネルの入射面を照明する。

このように構成された面発光装置においても、上記の広角レンズがリレー光学系として用いられているので、大きく、明るい照明エリアを有する面発光装置を、コンパクトに実現することができる。

尚、上記の各実施の形態に係る広角レンズ、照明光学系及び面発光装置において、共役距離が長い側の焦点位置近傍にフレネルレンズを配置しても良い。このように構成することで、共役距離の長い側にもテレセントリック性を持たせることができるので、本発明に係る広角レンズを用いて、両側にテレセントリックなリレー光学系を構成することが可能となる。

また、上記の各実施の形態に係る広角レンズ、照明光学系及び面発光装置において、第１レンズ素子Ｌ１及び第２レンズ素子Ｌ２の一方または両方が、光軸と直交する所定方向にのみ正の屈折力を有し、光軸及び当該所定方向の両方と直交する方向には屈折力を有しないアナモフィックレンズであっても良い。より特定的には、広角レンズを構成する全てのレンズ素子を、その延伸方向には屈折力を持たないシリンドリカルレンズとしても良い。このように構成すれば、均一化光学系の出射端面からの面状光束を、広角レンズによって線状光束に効率よく変換し、面発光パネルの入射端面に照射することができるので、明るい面発光装置を実現できる。

以下、実施の形態１〜４に係る広角レンズを具体的に実施した数値実施例を示す。数値実施例１〜４は、それぞれ実施の形態１〜４に対応する。

各数値実施例において、表中の長さの単位はすべて「ｍｍ」であり、画角の単位は「°」である。また、各数値実施例の面データにおいて、ｒは曲率半径、ｄは面間隔または厚み、ｎｄはｄ線に対する屈折率、ｖｄはｄ線に対するアッベ数である。また、各数値実施例において、＊印を付した面は非球面であり、非球面形状は次式で定義される。

ただし、数式中の各符号の意味は以下の通りである。
Ｘ：光軸からの高さがｈの非球面上の点から、非球面頂点の接平面までの距離
ｈ：光軸からの高さ
Ｃｊ：第ｊ面の非球面頂点の曲率（Ｃｊ＝１／Ｒｊ）
Ｋｊ：第ｊ面の円錐定数
Ａｊ，ｎ：第ｊ面のｎ次の非球面係数

また、各数値実施例の各種データにおいて、レンズ全長は、第１面と像面との間隔を表す。入射瞳位置は、第１面からの距離を表し、射出瞳位置は、最終面からの距離を表す。前側主点位置及び後側主点位置は、第１面からの距離を表す。

また、各数値実施例の各種データにおいて、Ｐ₃₄は以下のように計算される。
Ｐ₃₄＝Ｐ₃＋Ｐ₄−ｄ₃₄×Ｐ₃×Ｐ₄
ただし、
ｄ₃₄：第１レンズ素子と第２レンズ素子との間隔
Ｐ₃：第１レンズ素子での共役距離の短い側における面パワー
Ｐ₄：第２レンズ素子での共役距離の長い側における面パワー
である。

図２、４、６、及び８は、それぞれ数値実施例１、２、３、及び４に係る広角レンズの縦収差図である。各縦収差図は、左側から順に、球面収差（ＳＡ（ｍｍ））、非点収差（ＡＳＴ（ｍｍ））、歪曲収差（ＤＩＳ（％））を示す。球面収差図において、縦軸はＦナンバー（図中、Ｆで示す）を表し、実線はｄ線（ｄ−ｌｉｎｅ）、短破線はＦ線（Ｆ−ｌｉｎｅ）、長破線はＣ線（Ｃ−ｌｉｎｅ）の特性を表す。非点収差図において、縦軸は像高（図中、Ｈで示す）を表し、実線はサジタル平面（図中、ｓで示す）、破線はメリディオナル平面（図中、ｍで示す）の特性を表す。歪曲収差図において、縦軸は像高（図中、Ｈで示す）を表す。

（数値実施例１）
数値実施例１の広角レンズは、図１に示した実施の形態１に対応する。数値実施例１のズームレンズ系の面データを表１に、非球面データを表２に、各種データを表３に示す。

表１ （面データ）

面番号 r d nd vd
物面 ∞ 500
1(絞り) ∞ 1.42300
2* 9.68900 5.92800 1.49178 57.2
3 -4.32500 0.80000
4 4.37600 2.00900 1.49178 57.2
5* 9.48100 0.00000
6 ∞ 2.00851
像面 ∞ 0.00000

表２ （非球面データ）

第2面
K=-6.42090E+01, A4= 3.80284E-03, A6=-9.02436E-04
第5面
K=-2.84486E+01, A4= 9.25453E-03, A6= 2.00770E-04

表３ （各種データ）

焦点距離 5.0442
Ｆナンバー 1.66584
半画角 20.0000
像高 1.8363
レンズ全長 12.1313
ＢＦ 0.00026
入射瞳位置 0.0000
射出瞳位置 -1862.1647
前側主点位置 5.0305
後側主点位置 7.0871

（数値実施例２）
数値実施例２の広角レンズは、図３に示した実施の形態２に対応する。数値実施例２のズームレンズ系の面データを表４に、非球面データを表５に、各種データを表６に示す。

表４ （面データ）

面番号 r d nd vd
物面 ∞ 500
1(絞り) ∞ 1.42300
2* 6.09800 5.72200 1.49178 57.2
3 -4.76300 1.20000
4 3.42100 1.00200 1.49178 57.2
5* 6.61500 0.00000
6 ∞ 1.83724
像面 ∞ 0.00000

表５ （非球面データ）

第2面
K=-8.43571E+00, A4= 2.40212E-03, A6=-3.78711E-04
第5面
K=-1.88688E+01, A4= 1.35310E-02, A6=-1.19183E-04

表６ （各種データ）

焦点距離 5.0384
Ｆナンバー 1.66613
半画角 20.0000
像高 1.8360
レンズ全長 11.1466
ＢＦ -0.00045
入射瞳位置 0.0000
射出瞳位置 -2086.7772
前側主点位置 5.0262
後側主点位置 6.1082

（数値実施例３）
数値実施例３の広角レンズは、図５に示した実施の形態３に対応する。数値実施例３のズームレンズ系の面データを表７に、非球面データを表８に、各種データを表９に示す。

表７ （面データ）

面番号 r d nd vd
物面 ∞ 500
1(絞り) ∞ 1.42300
2* 10.65400 5.26100 1.49178 57.2
3 -4.08600 2.34200
4 4.69700 1.00000 1.49178 57.2
5* 2500.00000 0.00000
6 ∞ 1.86451
像面 ∞ 0.00000

表８ （非球面データ）

第2面
K= 1.68737E+01, A4=-5.17321E-03, A6=-5.88669E-04
第5面
K=-1.77529E+03, A4= 4.60295E-03, A6=-9.78945E-05

表９ （各種データ）

焦点距離 5.0382
Ｆナンバー 1.73354
画角 20.0526
像高 1.8350
レンズ全長 11.8905
ＢＦ 0.01451
入射瞳位置 0.0000
射出瞳位置 23.2561
前側主点位置 6.1280
後側主点位置 6.8016

（数値実施例４）
数値実施例４の広角レンズは、図７に示した実施の形態４に対応する。数値実施例４のズームレンズ系の面データを表１０に、非球面データを表１１に、各種データを表１２に示す。

表１０ （面データ）

面番号 r d nd vd
物面 ∞ 500
1(絞り) ∞ 1.42300
2* 13.56200 5.41500 1.49178 57.2
3 -4.02700 2.63300
4 4.25100 1.00000 1.49178 57.2
5* 191.25500 0.00000
6 ∞ 1.86426
像面 ∞ 0.00000

表１１ （非球面データ）

第2面
K= 3.05779E+01, A4=-5.13649E-03, A6=-6.40470E-04
第5面
K=-5.00000E+03, A4= 4.44826E-03, A6=-1.21236E-04

表１２ （各種データ）

焦点距離 5.0379
Ｆナンバー 1.73195
画角 20.0695
像高 1.8350
レンズ全長 12.3353
ＢＦ 0.00026
入射瞳位置 0.0000
射出瞳位置 16.6207
前側主点位置 6.5604
後側主点位置 7.2467

各数値実施例に係る広角レンズにおける条件（１）、（２）及び（３）の対応値を以下の表１３に示す。

表１３ （条件の対応値）

本発明に係る広角レンズは、例えば、面発光装置に用いられるリレー光学系として利用できる。

実施の形態１（実施例１）に係る広角レンズの構成図 実施例１に係る広角レンズの縦収差図 実施の形態２（実施例２）に係る広角レンズの構成図 実施例２に係る広角レンズの縦収差図 実施の形態３（実施例３）に係る広角レンズの構成図 実施例３に係る広角レンズの縦収差図 実施の形態４（実施例４）に係る広角レンズの構成図 実施例４に係る広角レンズの縦収差図 実施の形態５に係る照明光学系の概略構成図

符号の説明

１ 広角レンズ
２ 均一化光学系
３ 発光素子
４ 光源部
５ 被照明エリア
１０ 照明光学系

Claims (14)

1. 共役距離の長い側の物点の像を、共役距離の短い側の結像面上に結ぶ縮小結像光学系であって、
   共役距離の長い側から順に、
   光線を制限する絞りと、
   光軸近傍において少なくとも光軸と直交する第１の方向に正の屈折力を有し、共役距離の短い側に曲率の大きい方の凸面を向けた両凸形状の第１レンズ素子と、
   光軸近傍において少なくとも前記第１の方向に正の屈折力を有し、共役距離の長い側に凸面を向けた第２レンズ素子とを備え、
   前記第１及び第２レンズ素子の各々は、光軸と直交する第１の方向のみに正の屈折力を有するアナモフィックレンズであり、光軸及び前記第１の方向と直交する第２の方向には屈折力を有していないことを特徴とする、縮小結合光学系。
2. 少なくとも前記第１の方向において、以下の条件を満足することを特徴とする、請求項１記載の縮小結像光学系：
   −０．４５＜Ｐ₅／Ｐ_all＜０．０５ ・・・（１）
   ０．８＜Ｐ₃₄／Ｐ_all＋０．４×Ｐ₅／Ｐ_all＜１．２ ・・・（２）
   ここで、
   Ｐ₃₄：第１レンズ素子での共役距離の短い側における面パワーと、第２レンズ素子での共役距離の長い側における面パワーとの合成パワー
   Ｐ₅：第２レンズ素子での共役距離の短い側における面パワー
   Ｐ_all：縮小結像光学系の全パワー
   である。
3. 前記第２レンズ素子は、メニスカス形状を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の縮小結像光学系。
4. 以下の条件を満足す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縮小結像光学系：
   −２．０＜（Ｄ１＋Ｄ２）／Ｒ３＜−１．２ ・・・（３）
   ここで、
   Ｄ１：光軸上における絞りと第１レンズ素子との間隔
   Ｄ２：第１レンズ素子の中心厚
   Ｒ３：第１レンズ素子の共役距離の短い側における曲率半径
   である。
5. 前記第１レンズ素子は、少なくとも１面の非球面を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の縮小結像光学系。
6. 前記第１レンズ素子は、少なくとも１つの変曲点を有する非球面を少なくとも１面含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の縮小結像光学系。
7. 前記第２レンズ素子は、少なくとも１面の非球面を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の縮小結像光学系。
8. 前記第２レンズ素子は、少なくとも１つの変曲点を有する非球面を少なくとも１面含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の縮小結像光学系。
9. 前記第１レンズ素子は、共役距離の長い側に非球面を含み、
   前記第２レンズ素子は、共役距離の短い側に非球面を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の縮小結像光学系。
10. 前記第１レンズ素子は、共役距離の長い側に少なくとも１つの変曲点を有する非球面を含み、
    前記第２レンズ素子は、共役距離の短い側に非球面を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の縮小結像光学系。
11. 共役距離の短い側がテレセントリック性を有することを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載の縮小結像光学系。
12. 光源から出射される光を導いて対象物の被照明領域を照明する照明光学系であって、
    前記光源から出射される光を均一化し、均一な強度分布を有する光を出射する均一化光学系と、
    前記均一化光学系から出射される光を中継して前記被照明領域に導く、請求項１から１１のいずれかに記載の縮小結像光学系とを備える、照明光学系。
13. 前記縮小結像光学系の共役距離の長い側の焦点位置近傍に配置されるフレネルレンズを更に備える、請求項１２に記載の照明光学系。
14. 面発光装置であって、
    入射面から入射した光を出射面から面発光させる面発光パネルと、
    均一な強度分布を有する光を出射する光源部と、
    前記光源部から出射された光を中継して前記入射面に導く、請求項１から１１のいずれかに記載の縮小結像光学系とを備える、面発光装置。

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