(57)【要約】  【課題】  少ないレンズ枚数で高い光学性能を保持しながら、大きなアナモ比を有するアナモフィック光学系を提供する。  【解決手段】  互いに垂直な方向の倍率が異なるアナモフィック光学系ＡＰは、光軸ＡＸに対して回転対称な回転対称レンズｔ１，…と、互いに垂直な方向の曲率が異なる面を含むアナモフィックレンズａ１，…とを有し、倍率の絶対値の大きい方向を長軸方向、倍率の絶対値の小さい方向を短軸方向とするとき、条件式：1.90＜｜fXall／fsym｜＜20.00(fXall：アナモフィック光学系の長軸方向の焦点距離、fsym：全回転対称レンズのみから成るレンズ群の焦点距離)を満たす。【選択図】      図１
2005091660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸に対して回転対称な回転対称レンズと、互いに垂直な方向の曲率が異なる面を含むアナモフィックレンズと、をそれぞれ１枚以上有するとともに、互いに垂直な方向の倍率が異なるアナモフィック光学系であって、倍率の絶対値の大きい方向を長軸方向、倍率の絶対値の小さい方向を短軸方向とするとき、以下の条件式(1)を満足することを特徴とするアナモフィック光学系；
1.90＜｜fXall／fsym｜＜20.00  …(1)
ただし、
fXall：アナモフィック光学系の長軸方向の焦点距離、
fsym：全回転対称レンズのみから成るレンズ群の焦点距離、
である。
【請求項２】
以下の条件式(2)を満足することを特徴とする請求項１記載のアナモフィック光学系；
6.4＜｜βlong／βshort｜＜30.0  …(2)
ただし、
βlong：アナモフィック光学系の長軸方向の倍率、
βshort：アナモフィック光学系の短軸方向の倍率、
である。
【請求項３】
光軸に対して回転対称な回転対称レンズと、互いに垂直な方向の曲率が異なる面を含むアナモフィックレンズと、をそれぞれ１枚以上有するとともに、互いに垂直な方向の倍率が異なるアナモフィック光学系であって、倍率の絶対値の大きい方向を長軸方向、倍率の絶対値の小さい方向を短軸方向とするとき、以下の条件式(2)を満足することを特徴とするアナモフィック光学系；
6.4＜｜βlong／βshort｜＜30.0  …(2)
ただし、
βlong：アナモフィック光学系の長軸方向の倍率、
βshort：アナモフィック光学系の短軸方向の倍率、
である。
【請求項４】
以下の条件式(1)を満足することを特徴とする請求項３記載のアナモフィック光学系；
1.90＜｜fXall／fsym｜＜20.00  …(1)
ただし、
fXall：アナモフィック光学系の長軸方向の焦点距離、
fsym：全回転対称レンズのみから成るレンズ群の焦点距離、
である。
【請求項５】
光源からの光を被照射面に導く照明光学系であって、前記光源が第１焦点近傍に位置するように配置された楕円面鏡と、その楕円面鏡の第２焦点近傍に入射端面を持つオプティカルインテグレータと、そのオプティカルインテグレータの射出端面の像を被照射面上に形成する結像光学系とを有し、前記結像光学系が請求項１〜４のいずれか１項に記載のアナモフィック光学系から成ることを特徴とする照明光学系。
【請求項６】
楕円面鏡と、その楕円面鏡の第１焦点近傍に配置された光源と、前記楕円面鏡の第２焦点近傍に入射端面を持つオプティカルインテグレータと、そのオプティカルインテグレータの射出端面の像を被照射面上に形成する結像光学系とを有し、前記結像光学系が請求項１〜４のいずれか１項に記載のアナモフィック光学系から成ることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアナモフィック光学系に関するものであり、特に、安価で高性能・高アナモ比のアナモフィック光学系、並びにそれを有する照明光学系及び照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アナモフィック光学系は様々な分野で利用されており、例えば、縦横の拡大率を変えた像の観察、矩形形状の物体面や光学素子面(例えば表示素子面)に対する効率的な照明等に用いられている。このため、従来より提案されているアナモフィック光学系のタイプも様々であり(例えば、特許文献１，２参照。)、回転対称光学系を含んだタイプのアナモフィック光学系も提案されている(例えば、特許文献３参照。)。
【特許文献１】特開平３−３９９２２号公報
【特許文献２】特開平３−２１０５１５号公報
【特許文献３】特開平１１−６９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、アナモフィック光学系で矩形形状の物体面を照明する場合を考えてみる。光源からの光を楕円面鏡で集光したときの光束の断面形状は、円形又は楕円形である。このため、そこからそのまま矩形形状に光束を切り出したのでは、矩形形状の物体面を効率良く照明することができない。特に、矩形形状の縦横比が大きければ、なおさらその傾向は強くなる。使用するアナモフィック光学系を、矩形形状の短辺方向には縮小倍率(又は等倍より低い拡大倍率)とし、矩形形状の長辺方向には大きな拡大倍率とすれば、円形の光束からの光の利用効率を高くすることができる。
【０００４】
しかしながら、特許文献１〜３で提案されているような従来のアナモフィック光学系では、この縦横の拡大率の比(すなわちアナモ比)があまり大きくないため、縦横比の非常に大きな物体面や光学素子面の照明には対応することができない。さらに、縦横の大きさの比が大きく歪んだ像を元の歪みのない像として観察する場合、逆に像の縦横の大きさの比を大きく歪ませて観察する場合には、従来のアナモフィック光学系では対応することができない。また、単純にアナモ比を大きくしようとすると、同等のレンズ枚数では性能が著しく低下してしまい、逆に、アナモ比が大きく高性能なアナモフィック光学系を実現しようとすると、レンズ枚数が極端に多くなってしまう。そしてレンズ枚数が多くなると、アナモフィック光学系は非常に高価なものとなり、さらに全長が大きくなってコンパクト化が困難になる。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、少ないレンズ枚数で高い光学性能を保持しながら、大きなアナモ比を有するアナモフィック光学系を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、第１の発明のアナモフィック光学系は、光軸に対して回転対称な回転対称レンズと、互いに垂直な方向の曲率が異なる面を含むアナモフィックレンズと、をそれぞれ１枚以上有するとともに、互いに垂直な方向の倍率が異なるアナモフィック光学系であって、倍率の絶対値の大きい方向を長軸方向、倍率の絶対値の小さい方向を短軸方向とするとき、以下の条件式(1)を満足することを特徴とする。
【０００７】
1.90＜｜fXall／fsym｜＜20.00  …(1)
ただし、
fXall：アナモフィック光学系の長軸方向の焦点距離、
fsym：全回転対称レンズのみから成るレンズ群の焦点距離、
である。
【０００８】
第２の発明のアナモフィック光学系は、上記第１の発明において、以下の条件式(2)を満足することを特徴とする。
【０００９】
6.4＜｜βlong／βshort｜＜30.0  …(2)
ただし、
βlong：アナモフィック光学系の長軸方向の倍率、
βshort：アナモフィック光学系の短軸方向の倍率、
である。
【００１０】
第３の発明のアナモフィック光学系は、光軸に対して回転対称な回転対称レンズと、互いに垂直な方向の曲率が異なる面を含むアナモフィックレンズと、をそれぞれ１枚以上有するとともに、互いに垂直な方向の倍率が異なるアナモフィック光学系であって、倍率の絶対値の大きい方向を長軸方向、倍率の絶対値の小さい方向を短軸方向とするとき、以下の条件式(2)を満足することを特徴とする。
【００１１】
6.4＜｜βlong／βshort｜＜30.0  …(2)
ただし、
βlong：アナモフィック光学系の長軸方向の倍率、
βshort：アナモフィック光学系の短軸方向の倍率、
である。
【００１２】
第４の発明のアナモフィック光学系は、上記第３の発明において、以下の条件式(1)を満足することを特徴とする。
【００１３】
1.90＜｜fXall／fsym｜＜20.00  …(1)
ただし、
fXall：アナモフィック光学系の長軸方向の焦点距離、
fsym：全回転対称レンズのみから成るレンズ群の焦点距離、
である。
【００１４】
第５の発明の照明光学系は、光源からの光を被照射面に導く照明光学系であって、前記光源が第１焦点近傍に位置するように配置された楕円面鏡と、その楕円面鏡の第２焦点近傍に入射端面を持つオプティカルインテグレータと、そのオプティカルインテグレータの射出端面の像を被照射面上に形成する結像光学系とを有し、前記結像光学系が上記第１〜第４のいずれか１つの発明に係るアナモフィック光学系から成ることを特徴とする。
【００１５】
第６の発明の照明装置は、楕円面鏡と、その楕円面鏡の第１焦点近傍に配置された光源と、前記楕円面鏡の第２焦点近傍に入射端面を持つオプティカルインテグレータと、そのオプティカルインテグレータの射出端面の像を被照射面上に形成する結像光学系とを有し、前記結像光学系が上記第１〜第４のいずれか１つの発明に係るアナモフィック光学系から成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、回転対称レンズとアナモフィックレンズを共に有する特徴的な光学構成になっているため、少ないレンズ枚数で高い光学性能を保持しながら、大きなアナモ比を有する安価なアナモフィック光学系を実現することができる。そして、本発明に係るアナモフィック光学系を用いて照明光学系や照明装置を構成すれば、これらの軽量・コンパクト化，低コスト化，高性能化，光利用効率の向上等に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施したアナモフィック光学系等を、図面を参照しつつ説明する。図１〜図４に、アナモフィック光学系の第１〜第４の実施の形態のレンズ構成をそれぞれ光学断面で示す。図１〜図４において、(Ａ)は長軸方向(すなわち倍率の絶対値の大きい方向)のレンズ構成、(Ｂ)は短軸方向(すなわち倍率の絶対値の小さい方向)のレンズ構成をそれぞれ示しており、ＡＰは互いに垂直な方向(つまり長軸方向と短軸方向)の倍率が異なるアナモフィック光学系、ｔｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)は光軸ＡＸに対して回転対称な第ｉ回転対称レンズ、ａｊ(ｊ＝１，２，３，．．．)は互いに垂直な方向の曲率が異なる面を含む第ｊアナモフィックレンズ、ＳＴは絞り、ＳＸは長軸方向絞り、ＳＹは短軸方向絞りをそれぞれ示している。
【００１８】
第１の実施の形態(図１)のアナモフィック光学系ＡＰは、長軸方向の縮小側から順に、第１〜第４回転対称レンズｔ１〜ｔ４と、第１，第２アナモフィックレンズａ１，ａ２と、長軸方向絞りＳＸと、第３〜第５アナモフィックレンズａ３〜ａ５と、短軸方向絞りＳＹと、第６〜第１０アナモフィックレンズａ６〜ａ１０と、から成っている。第１回転対称レンズｔ１は正パワーを有する平凸レンズであり、第２回転対称レンズｔ２は負パワーを有する平凹レンズであり、第３，第４回転対称レンズｔ３，ｔ４は正パワーを有する平凸レンズである。第１アナモフィックレンズａ１は長軸方向に負パワーを有するシリンドリカルレンズであり、第２〜第４アナモフィックレンズａ２〜ａ４は長軸方向に正パワーを有するシリンドリカルレンズであり、第５，第６アナモフィックレンズａ５，ａ６は短軸方向に正パワーを有するシリンドリカルレンズであり、第７アナモフィックレンズａ７は短軸方向に負パワーを有するシリンドリカルレンズであり、第８〜第１０アナモフィックレンズａ８〜ａ１０は短軸方向に正パワーを有するシリンドリカルレンズである。
【００１９】
第２の実施の形態(図２)のアナモフィック光学系ＡＰは、長軸方向の縮小側から順に、第１〜第６回転対称レンズｔ１〜ｔ６と、絞りＳＴと、第１アナモフィックレンズａ１と、第７回転対称レンズｔ７と、第２〜第８アナモフィックレンズａ２〜ａ８と、から成っている。第１回転対称レンズｔ１は負パワーを有するメニスカスレンズであり、第２回転対称レンズｔ２は負パワーを有する両凹レンズであり、第３〜第６回転対称レンズｔ３〜ｔ６は正パワーを有する平凸レンズであり、第７回転対称レンズｔ７は負パワーを有するメニスカスレンズである。第１アナモフィックレンズａ１は短軸方向に負パワーを有するシリンドリカルレンズであり、第２，第３アナモフィックレンズａ２，ａ３は長軸方向に正パワーを有するシリンドリカルレンズであり、第４〜第６アナモフィックレンズａ４〜ａ６は短軸方向に正パワーを有するシリンドリカルレンズであり、第７アナモフィックレンズａ７は長軸方向に正パワーを有するシリンドリカルレンズであり、第８アナモフィックレンズａ８は短軸方向に正パワーを有するシリンドリカルレンズである。
【００２０】
第３の実施の形態(図３)のアナモフィック光学系ＡＰは、長軸方向の縮小側から順に、第１〜第３回転対称レンズｔ１〜ｔ３と、長軸方向絞りＳＸと、第４，第５回転対称レンズｔ４，ｔ５と、第１〜第３アナモフィックレンズａ１〜ａ３と、短軸方向絞りＳＹと、第４，第５アナモフィックレンズａ４，ａ５と、から成っている。第１回転対称レンズｔ１は正パワーを有するメニスカスレンズであり、第２回転対称レンズｔ２は正パワーを有する両凸レンズであり、第３回転対称レンズｔ３は正パワーを有する平凸レンズであり、第４，第５回転対称レンズｔ４，ｔ５は負パワーを有する両凹レンズである。第１，第２アナモフィックレンズａ１，ａ２は長軸方向に正パワーを有するシリンドリカルレンズであり、第３，第４アナモフィックレンズａ３，ａ４は短軸方向に正パワーを有するシリンドリカルレンズであり、第５アナモフィックレンズａ５は長軸方向に正パワーを有するシリンドリカルレンズである。
【００２１】
第４の実施の形態(図４)のアナモフィック光学系ＡＰは、長軸方向の縮小側から順に、第１〜第３回転対称レンズｔ１〜ｔ３と、長軸方向絞りＳＸと、第４，第５回転対称レンズｔ４，ｔ５と、第１〜第３アナモフィックレンズａ１〜ａ３と、短軸方向絞りＳＹと、第４，第５アナモフィックレンズａ４，ａ５と、から成っている。第１回転対称レンズｔ１は正パワーを有するメニスカスレンズであり、第２回転対称レンズｔ２は正パワーを有する両凸レンズであり、第３回転対称レンズｔ３は正パワーを有する平凸レンズであり、第４，第５回転対称レンズｔ４，ｔ５は負パワーを有する両凹レンズである。第１，第２アナモフィックレンズａ１，ａ２は長軸方向に正パワーを有するシリンドリカルレンズであり、第３，第４アナモフィックレンズａ３，ａ４は短軸方向に正パワーを有するシリンドリカルレンズであり、第５アナモフィックレンズａ５は長軸方向に正パワーを有するシリンドリカルレンズである。
【００２２】
全体としてアナモ比(＝｜長軸方向の倍率／短軸方向の倍率｜)が大きく、かつ、レンズ枚数が少ないアナモフィック光学系を構成するには、光軸に対して回転対称な回転対称レンズと、互いに垂直な方向の曲率が異なる面を含むアナモフィックレンズと、をそれぞれ１枚以上有する構成にするのが好ましい。その場合、例えば第１の実施の形態のように、１枚以上の回転対称レンズから成る回転対称レンズ群ｔ１〜ｔ４と、１枚以上のアナモフィックレンズから成るアナモフィックレンズ群ａ１〜ａ１０と、が独立して存在する配置にしてもよく、第２の実施の形態のように、１枚以上の回転対称レンズから成る回転対称レンズ群ｔ１〜ｔ７と、１枚以上のアナモフィックレンズから成るアナモフィックレンズ群ａ１〜ａ８と、が混在した配置にしてもよい。
【００２３】
アナモフィック光学系を構成する場合、すべてのレンズを長軸方向か短軸方向のどちらかにパワーを持つシリンドリカルレンズのみで構成すると、倍率の異なる２本の光学系を持つことと等価になるため、レンズ枚数が倍増してしまう。また、長軸方向と短軸方向の両方にパワーを持つトロイダルレンズを使用すると、レンズ枚数は少なくできるが、個々のトロイダルレンズは製作が難しく高価であるため、結局は高価な光学系になってしまう。さらに、倍率の異なるアナモフィック光学系の各レンズ間隔を等しくしなければならず、像面の補正や歪曲の補正に対し不利になる。
【００２４】
したがって、アナモフィック光学系のレンズ枚数を少なくしてもコストアップを招かないようにするには、回転対称レンズとアナモフィックレンズとを共に有する構成にすることが好ましい。例えば各実施の形態のように、光軸ＡＸに対して回転対称な回転対称レンズｔｉと、互いに垂直な方向の曲率が異なる面を含むアナモフィックレンズａｊと、をそれぞれ１枚以上有する構成が好ましい。こうすることにより、アナモフィックレンズのみで構成するよりも、レンズ枚数の削減を効果的に行うことができる。また、短軸方向と長軸方向の倍率に起因する収差の発生に対しても、アナモフィックレンズ部分の構成の自由度があるため、収差補正が容易になる。なお、上記アナモフィックレンズはシリンドリカルレンズに限定されない。アナモフィックレンズとしてトロイダルレンズを含む構成でもよく、その場合でも同様の効果を得ることができる。
【００２５】
回転対称レンズとアナモフィックレンズとを共に有するアナモフィック光学系においては、回転対称レンズ群(すなわち全回転対称レンズのみから成るレンズ群)とアナモフィックレンズ群(すなわち全アナモフィックレンズのみから成るレンズ群)とに対して適切にパワーを振り分けることが重要になる。全系に占める回転対称レンズ群のパワーと、全系に占めるアナモフィックレンズ群のパワーと、を適切に配分することにより、更にコンパクトかつ効率的でレンズ枚数の少ないアナモフィック光学系を実現することができる。また、両者に共通のパワーを回転対称レンズ群に負担させることにより、長軸方向だけ又は短軸方向だけで各方向のパワーを負担するよりも、効率的なパワー配置が可能となる。
【００２６】
また、収差補正の観点から考えると、長軸方向と短軸方向とに共通の収差補正を回転対称レンズ群で行い、その残りの収差と倍率の差に起因する収差とについては、アナモフィックレンズ群で補正を行う方がより効率的であり好ましい。両者に共通する収差の大部分を回転対称レンズ群で行えば、アナモフィックレンズ群で長軸方向，短軸方向共に収差補正を行う必要がなくなる。したがってレンズ枚数の削減が可能となり、さらにアナモフィック光学系の高性能化が可能となる。
【００２７】
前記パワー配分に関しては、以下の条件式(1)を満足することが望ましい。
【００２８】
1.90＜｜fXall／fsym｜＜20.00  …(1)
ただし、
fXall：アナモフィック光学系の長軸方向の焦点距離、
fsym：全回転対称レンズのみから成るレンズ群の焦点距離、
である。
【００２９】
条件式(1)は、回転対称レンズ群のパワー(＝１／fsym)が長軸方向における全系のパワー(＝１／fXall)に占める割合の好ましい範囲を規定している。条件式(1)の下限を越えて回転対称レンズ群のパワーが弱くなると、アナモフィック光学系全体に占める回転対称レンズの枚数は少なくて済むが、長軸方向・短軸方向に共通のパワー配分が減るため、アナモフィックレンズの枚数が増加し、アナモフィック光学系が高価になってしまう。また、両方向に共通な収差補正が不十分になるため、やはりアナモフィックレンズの枚数が増加し、アナモフィック光学系が高価になってしまうか、あるいはコンパクト化が困難になる。逆に、条件式(1)の上限を越えて回転対称レンズ群のパワーが強くなると、両方向に共通な収差補正が過剰になるか、あるいは新たな収差が発生し、その補正のためにアナモフィックレンズの枚数が増加し、アナモフィック光学系が高価になってしまうか、あるいは高性能化が困難になる。
【００３０】
以下の条件式(1a)を満足することが更に望ましい。条件式(1a)は、上記条件式(1)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等に基づいてより一層好ましい条件範囲を規定している。
【００３１】
2.00＜｜fXall／fsym｜＜10.00  …(1a)
【００３２】
前記アナモ比に関しては、以下の条件式(2)を満足することが望ましい。また、レンズ枚数の削減及び光学性能の向上とのバランスをとりながら大きなアナモ比を得るためには、前記条件式(1)とともに条件式(2)を満足することが更に望ましい。
【００３３】
6.4＜｜βlong／βshort｜＜30.0  …(2)
ただし、
βlong：アナモフィック光学系の長軸方向の倍率、
βshort：アナモフィック光学系の短軸方向の倍率、
である。
【００３４】
条件式(2)は、レンズ枚数の削減，光学性能の向上及びアナモ比の増大を両立させる上で好ましいアナモ比の範囲を規定している。条件式(2)の下限を越えてアナモ比が小さくなると、アナモフィック光学系のメリットが少なくなる。例えば、縦横比の非常に大きな物体面や光学素子面(例えば表示素子面)の照明に対応することができなくなる。また、縦横の大きさの比が大きく歪んだ像を元の歪みのない像として観察する場合、逆に像の縦横の大きさの比を大きく歪ませて観察する場合に対応することができなくなる。条件式(2)の上限を越えてアナモ比が大きくなると、収差補正が困難になり、その補正のためにアナモフィック光学系が大型化してしまう。また、レンズ枚数も飛躍的に増えてしまうため、アナモフィック光学系は高価になってしまう。
【００３５】
以下の条件式(2a)を満足することが更に望ましい。条件式(2a)は、上記条件式(2)が規定している条件範囲のなかでも、上記観点等に基づいてより一層好ましい条件範囲を規定している。
【００３６】
10.0＜｜βlong／βshort｜＜20.0  …(2a)
【００３７】
図９に、アナモフィック光学系ＡＰとして第１の実施の形態(図１)を備えた照明光学系の概略光学構成を短軸方向について示す。この照明光学系は、光源１からの光を被照射面ＩＭに導く照明光学系であって、光源１が第１焦点Ｆ１近傍に位置するように配置された楕円面鏡２と、その楕円面鏡２の第２焦点Ｆ２近傍に入射端面３ａを持つオプティカルインテグレータ３と、そのオプティカルインテグレータ３の射出端面３ｂの像を被照射面ＩＭ上に形成するアナモフィック光学系ＡＰと、を有しており、光源１を含めた状態で照明装置の主要部を構成している。
【００３８】
集光光学系として機能する楕円面鏡２は、２つの焦点Ｆ１，Ｆ２を持つ回転楕円形状の反射面を有しており、楕円面鏡２に近い側の第１焦点Ｆ１に位置する光源１からの光を集光して、第２焦点Ｆ２位置に２次光源を形成する。光源１としては、例えば、ハロゲンランプ，水銀ランプ，レーザー光源等、様々なタイプのものが利用可能であり、特定の光源に限定されない。なお、楕円面鏡２の代わりに回転放物面鏡や球面鏡等を用いてもよいが、その場合、光源からの光を集光するために、集光レンズ等と組み合わせて集光光学系を構成する必要がある。
【００３９】
楕円面鏡２の第２焦点Ｆ２近傍にはオプティカルインテグレータ３の入射端面３ａが位置しているので、楕円面鏡２から射出した光はオプティカルインテグレータ３の入射端面３ａ近傍で結像することになる。図９に示すオプティカルインテグレータ３は、４枚の平面ミラーを貼り合わせて成る中空ロッド方式のオプティカルインテグレータ(いわゆるオプティカルインテグレータロッド)であり、入射端面３ａから入射してきた光を側面(すなわち内壁面)で何度も繰り返し反射させることによりミキシングし、光の空間的なエネルギー分布を均一化して射出端面３ｂから射出する。その射出端面３ｂと被照射面ＩＭとはアナモフィック光学系ＡＰに関して共役な関係になっているため、射出端面３ｂ位置の均一な光強度分布状態はアナモフィック光学系ＡＰにより被照射面ＩＭに転写される。したがって、上記ミキシング効果により射出端面３ｂでの光強度分布が均一化された光束は、被照射面ＩＭを効率良く均一に照明することになる。なお、被照射面ＩＭとしては、物体面，光学素子面(例えば表示素子面)等が挙げられるが、それらに限定するものではなく、照明が必要とされるものすべてが対象となる。
【００４０】
一般的なオプティカルインテグレータの形状は、加工のし易さ，均一性の確保等の観点から直方体になっている。そのため、オプティカルインテグレータの入射端面形状や射出端面形状は共に長方形であることが多い。しかし、図９に示す照明光学系の場合、第２焦点Ｆ２近傍での光束断面形状が円形に近くなることを考慮して、光利用効率を良くするために、オプティカルインテグレータ３の入射端面３ａを光束断面よりも大きい正方形としている。射出端面３ｂの形状も、加工のし易さ，均一性の確保等の観点から入射端面３ａと同様に正方形としているが、これに限定するものではない。この照明光学系では、照明を必要とする被照射面ＩＭの形状に射出端面３ｂの形状を適合させる必要がないからである。一般に、照明を必要とする被照射面の形状は様々であり、例えば、表示素子面の形状は正方形の場合もあれば長方形の場合もある。また、表示素子面を構成する画素の集まりを照明する場合も同様であり、その照明を必要とする領域が正方形の場合もあれば長方形の場合もある。いずれにしても照明を必要とする領域の縦横比は多様であり、その領域の形状がオプティカルインテグレータの射出端面の形状と相似でなければ、通常の回転対称光学系を使用した照明では光利用効率が非常に低くなってしまう。
【００４１】
図９に示す照明光学系では、照明を必要とする領域の形状とオプティカルインテグレータの射出端面の形状との不適合を、アナモフィック光学系ＡＰを用いることにより解消している。つまり、正方形の射出端面３ｂから射出した光束を、アナモフィック光学系ＡＰで被照射面ＩＭの照明を必要とする領域の形状に近づけることにより、光利用効率を高めているのである。オプティカルインテグレータ３の射出端面３ｂが被照射面ＩＭ上で結像する構成に変わりはないので、光強度分布の均一性も保たれる。このようにアナモフィック光学系を用いて照明光学系や照明装置を構成すれば、これらの軽量・コンパクト化，低コスト化，高性能化，光利用効率の向上等に寄与することができる。特に、照明を必要とする領域の形状が縦横比の大きい長方形である場合には有効である。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明を実施したアナモフィック光学系を、コンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１〜４は、前述した第１〜第４の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例であり、第１〜第４の実施の形態を表すレンズ構成図(図１〜図４)は、対応する実施例１〜４のレンズ構成をそれぞれ示している。
【００４３】
各実施例のコンストラクションデータでは、各レンズ構成図の(Ａ)に対応する長軸方向のレンズ構成データと、各レンズ構成図の(Ｂ)に対応する短軸方向のレンズ構成データと、を挙げている。各コンストラクションデータにおいて、ri(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の面の曲率半径(mm)、di(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の軸上面間隔(mm)を示しており、Ni(i=1,2,3,...),νi(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目のレンズのｄ線に対する屈折率(Ｎd),アッベ数(νd)を示している。また、全系の倍率β，開口数NA，物体距離S1{すなわち第１面(r1)から物体までの距離(mm)}及び設計波長λ(nm)を他のデータとあわせて示し、表１に各条件式規定のパラメータに対応するデータを各実施例について示す。
【００４４】
図５〜図８は、実施例１〜実施例４に対応する収差図である。図５〜図８中、(Ａ)〜(Ｃ)は長軸方向の収差図、(Ｄ)〜(Ｆ)は短軸方向の収差図であり、(Ａ)と(Ｄ)は球面収差図、(Ｂ)と(Ｅ)は非点収差図、(Ｃ)と(Ｆ)は歪曲収差図である{NA:開口数，Y':最大像高(mm)}。球面収差図において、実線は設計波長λに対する球面収差量(mm)を表しており、破線ＳＣは正弦条件不満足量(mm)を表している。非点収差図において、破線ＤＭはメリディオナル面、実線ＤＳはサジタル面でのｄ線に対する各非点収差(mm)を表している。また、歪曲収差図において実線はｄ線に対する歪曲(％)を表している。
【００４５】
《実施例１の長軸方向データ》
β=-6.6，NA=0.085，S1=-1.5，λ=435.84
[曲率半径]  [軸上面間隔]  [屈折率]    [アッベ数]
r1=   ∞
d1=  9.900  N1= 1.52667  ν1= 64.20(t1)
r2=  -18.088
d2=  0.300
r3=   ∞
d3=  3.000  N2= 1.52667  ν2= 64.20(t2)
r4=   62.016
d4=  2.633
r5=   ∞
d5= 11.400  N3= 1.52667  ν3= 64.20(t3)
r6=  -25.840
d6=  0.300
r7=   ∞
d7= 13.000  N4= 1.52667  ν4= 64.20(t4)
r8=  -36.176
d8= 11.183
r9=   ∞
d9=  3.000  N5= 1.52667  ν5= 64.20(a1)
r10=  51.680
d10= 2.865
r11=  ∞
d11= 6.000  N6= 1.52667  ν6= 64.20(a2)
r12= -77.520
d12= 7.178
r13=  ∞(SX)
d13= 0.500
r14=  ∞
d14= 5.000  N7= 1.52667  ν7= 64.20(a3)
r15=-103.360
d15=29.363
r16=  ∞
d16= 6.000  N8= 1.52667  ν8= 64.20(a4)
r17= -77.520
d17=78.749
r18=  ∞
d18= 6.000  N9= 1.52667  ν9= 64.20(a5)
r19=  ∞
d19= 0.300
r20=  ∞(SY)
d20= 0.300
r21=  ∞
d21= 6.000  N10=1.52667  ν10=64.20(a6)
r22=  ∞
d22=12.172
r23=  ∞
d23= 3.000  N11=1.52667  ν11=64.20(a7)
r24=  ∞
d24=49.527
r25=  ∞
d25= 4.000  N12=1.52667  ν12=64.20(a8)
r26=  ∞
d26=14.525
r27=  ∞
d27= 8.000  N13=1.52667  ν13=64.20(a9)
r28=  ∞
d28= 0.300
r29=  ∞
d29= 8.000  N14=1.52667  ν14=64.20(a10)
r30=  ∞
【００４６】
《実施例１の短軸方向データ》
β=-1.3，NA=0.43，S1=-1.5，λ=435.84
[曲率半径]  [軸上面間隔]  [屈折率]    [アッベ数]
r1=   ∞
d1=  9.900  N1= 1.52667  ν1= 64.20(t1)
r2=  -18.088
d2=  0.300
r3=   ∞
d3=  3.000  N2= 1.52667  ν2= 64.20(t2)
r4=   62.016
d4=  2.633
r5=   ∞
d5= 11.400  N3= 1.52667  ν3= 64.20(t3)
r6=  -25.840
d6=  0.300
r7=   ∞
d7= 13.000  N4= 1.52667  ν4= 64.20(t4)
r8=  -36.176
d8= 11.183
r9=   ∞
d9=  3.000  N5= 1.52667  ν5= 64.20(a1)
r10=  ∞
d10= 2.865
r11=  ∞
d11= 6.000  N6= 1.52667  ν6= 64.20(a2)
r12=  ∞
d12= 7.178
r13=  ∞(SX)
d13= 0.500
r14=  ∞
d14= 5.000  N7= 1.52667  ν7= 64.20(a3)
r15=  ∞
d15=29.363
r16=  ∞
d16= 6.000  N8= 1.52667  ν8= 64.20(a4)
r17=  ∞
d17=78.749
r18=  ∞
d18= 6.000  N9= 1.52667  ν9= 64.20(a5)
r19= -77.520
d19= 0.300
r20=  ∞(SY)
d20= 0.300
r21=  77.520
d21= 6.000  N10=1.52667  ν10=64.20(a6)
r22=  ∞
d22=12.172
r23= -51.680
d23= 3.000  N11=1.52667  ν11=64.20(a7)
r24=  ∞
d24=49.527
r25= 155.040
d25= 4.000  N12=1.52667  ν12=64.20(a8)
r26=  ∞
d26=14.525
r27=  51.680
d27= 8.000  N13=1.52667  ν13=64.20(a9)
r28=  ∞
d28= 0.300
r29=  51.680
d29= 8.000  N14=1.52667  ν14=64.20(a10)
r30=  ∞
【００４７】
《実施例２の長軸方向データ》
β=-6.6，NA=0.03，S1=-1.5，λ=435.84
[曲率半径]  [軸上面間隔]  [屈折率]    [アッベ数]
r1=  -15.631
d1=  2.430  N1= 1.79149  ν1= 27.51(t1)
r2= -452.227
d2=  4.010
r3=  -42.111
d3=  2.000  N2= 1.70011  ν2= 32.10(t2)
r4=   19.316
d4=  0.861
r5=   ∞
d5=  6.700  N3= 1.52667  ν3= 64.20(t3)
r6=  -12.980
d6=  0.647
r7=   ∞
d7=  5.600  N4= 1.52667  ν4= 64.20(t4)
r8=  -15.570
d8=  3.703
r9=   ∞
d9=  3.400  N5= 1.52667  ν5= 64.20(t5)
r10= -36.330
d10= 0.300
r11=  ∞
d11= 3.200  N6= 1.52667  ν6= 64.20(t6)
r12= -41.520
d12= 0.300
r13=  ∞(ST)
d13= 0.500
r14=  ∞
d14= 2.300  N7= 1.52667  ν7= 64.20(a1)
r15=  ∞
d15=17.668
r16= 452.227
d16= 2.430  N8= 1.79149  ν8= 27.51(t7)
r17=  15.631
d17= 2.920
r18=  ∞
d18= 6.000  N9= 1.52667  ν9= 64.20(a2)
r19= -77.520
d19= 1.036
r20=  51.680
d20= 8.000  N10=1.52667  ν10=64.20(a3)
r21=  ∞
d21= 5.632
r22=  ∞
d22= 7.000  N11=1.52667  ν11=64.20(a4)
r23=  ∞
d23= 0.300
r24=  ∞
d24= 8.000  N12=1.52667  ν12=64.20(a5)
r25=  ∞
d25=37.369
r26=  ∞
d26= 8.000  N13=1.52667  ν13=64.20(a6)
r27=  ∞
d27= 2.680
r28=  51.680
d28= 8.000  N14=1.52667  ν14=64.20(a7)
r29=  ∞
d29=17.837
r30=  ∞
d30= 8.000  N15=1.52667  ν15=64.20(a8)
r31=  ∞
【００４８】
《実施例２の短軸方向データ》
β=-1.0，NA=0.021，S1=-1.5，λ=435.84
[曲率半径]  [軸上面間隔]  [屈折率]    [アッベ数]
r1=  -15.631
d1=  2.430  N1= 1.79149  ν1= 27.51(t1)
r2= -452.227
d2=  4.010
r3=  -42.111
d3=  2.000  N2= 1.70011  ν2= 32.10(t2)
r4=   19.316
d4=  0.861
r5=   ∞
d5=  6.700  N3= 1.52667  ν3= 64.20(t3)
r6=  -12.980
d6=  0.647
r7=   ∞
d7=  5.600  N4= 1.52667  ν4= 64.20(t4)
r8=  -15.570
d8=  3.703
r9=   ∞
d9=  3.400  N5= 1.52667  ν5= 64.20(t5)
r10= -36.330
d10= 0.300
r11=  ∞
d11= 3.200  N6= 1.52667  ν6= 64.20(t6)
r12= -41.520
d12= 0.300
r13=  ∞(ST)
d13= 0.500
r14=  ∞
d14= 2.300  N7= 1.52667  ν7= 64.20(a1)
r15=  12.980
d15=17.668
r16= 452.227
d16= 2.430  N8= 1.79149  ν8= 27.51(t7)
r17=  15.631
d17= 2.920
r18=  ∞
d18= 6.000  N9= 1.52667  ν9= 64.20(a2)
r19=  ∞
d19= 1.036
r20=  ∞
d20= 8.000  N10=1.52667  ν10=64.20(a3)
r21=  ∞
d21= 5.632
r22=  ∞
d22= 7.000  N11=1.52667  ν11=64.20(a4)
r23= -25.950
d23= 0.300
r24=  ∞
d24= 8.000  N12=1.52667  ν12=64.20(a5)
r25= -51.680
d25=37.369
r26= 103.360
d26= 8.000  N13=1.52667  ν13=64.20(a6)
r27=  ∞
d27= 2.680
r28=  ∞
d28= 8.000  N14=1.52667  ν14=64.20(a7)
r29=  ∞
d29=17.837
r30=  51.680
d30= 8.000  N15=1.52667  ν15=64.20(a8)
r31=  ∞
【００４９】
《実施例３の長軸方向データ》
β=-7.3，NA=0.025，S1=-28.174，λ=436
[曲率半径]  [軸上面間隔]  [屈折率]    [アッベ数]
r1=  -34.868
d1=  5.800  N1= 1.76502  ν1= 44.78(t1)
r2=  -22.674
d2=  0.300
r3=   37.278
d3=  6.470  N2= 1.50036  ν2= 83.58(t2)
r4=  -50.107
d4=  3.461
r5=   15.570
d5=  5.600  N3= 1.52665  ν3= 64.20(t3)
r6=   ∞
d6=  2.071
r7=   ∞(SX)
d7=  0.822
r8=  -42.111
d8=  2.000  N4= 1.70006  ν4= 32.10(t4)
r9=   19.316
d9= 13.451
r10= -42.111
d10= 2.000  N5= 1.70006  ν5= 32.10(t5)
r11=  19.316
d11=19.225
r12=  ∞
d12= 7.000  N6= 1.52665  ν6= 64.20(a1)
r13= -25.950
d13=65.706
r14= 155.040
d14= 4.000  N7= 1.52665  ν7= 64.20(a2)
r15=  ∞
d15=44.038
r16=  ∞
d16= 5.000  N8= 1.52665  ν8= 64.20(a3)
r17=  ∞
d17=182.653
r18=  ∞(SY)
d18= 70.024
r19=  ∞
d19= 6.000  N9= 1.52665  ν9= 64.20(a4)
r20=  ∞
d20= 5.903
r21= 129.200
d21= 4.500  N10=1.52665  ν10=64.20(a5)
r22=  ∞
【００５０】
《実施例３の短軸方向データ》
β=-0.5，NA=0.025，S1=-28.174，λ=436
[曲率半径]  [軸上面間隔]  [屈折率]    [アッベ数]
r1=  -34.868
d1=  5.800  N1= 1.76502  ν1= 44.78(t1)
r2=  -22.674
d2=  0.300
r3=   37.278
d3=  6.470  N2= 1.50036  ν2= 83.58(t2)
r4=  -50.107
d4=  3.461
r5=   15.570
d5=  5.600  N3= 1.52665  ν3= 64.20(t3)
r6=   ∞
d6=  2.071
r7=   ∞(SX)
d7=  0.822
r8=  -42.111
d8=  2.000  N4= 1.70006  ν4= 32.10(t4)
r9=   19.316
d9= 13.451
r10= -42.111
d10= 2.000  N5= 1.70006  ν5= 32.10(t5)
r11=  19.316
d11=19.225
r12=  ∞
d12= 7.000  N6= 1.52665  ν6= 64.20(a1)
r13=  ∞
d13=65.706
r14=  ∞
d14= 4.000  N7= 1.52665  ν7= 64.20(a2)
r15=  ∞
d15=44.038
r16=  ∞
d16= 5.000  N8= 1.52665  ν8= 64.20(a3)
r17= -77.850
d17=182.653
r18=  ∞(SY)
d18= 70.024
r19=  31.140
d19= 6.000  N9= 1.52665  ν9= 64.20(a4)
r20=  ∞
d20= 5.903
r21=  ∞
d21= 4.500  N10=1.52665  ν10=64.20(a5)
r22=  ∞
【００５１】
《実施例４の長軸方向データ》
β=-7.3，NA=0.025，S1=-24.105，λ=436
[曲率半径]  [軸上面間隔]  [屈折率]    [アッベ数]
r1=  -34.868
d1=  5.800  N1= 1.76502  ν1= 44.78(t1)
r2=  -22.674
d2=  3.479
r3=   37.278
d3=  6.470  N2= 1.50036  ν2= 83.58(t2)
r4=  -50.107
d4=  0.650
r5=   15.570
d5=  5.600  N3= 1.52665  ν3= 64.20(t3)
r6=   ∞
d6=  2.475
r7=   ∞(SX)
d7=  1.155
r8=  -42.111
d8=  2.000  N4= 1.70006  ν4= 32.10(t4)
r9=   19.316
d9=  7.358
r10= -42.111
d10= 2.000  N5= 1.70006  ν5= 32.10(t5)
r11=  19.316
d11=18.032
r12=  ∞
d12= 7.000  N6= 1.52665  ν6= 64.20(a1)
r13= -25.950
d13= 1.161
r14= 103.360
d14= 5.000  N7= 1.52665  ν7= 64.20(a2)
r15=  ∞
d15=105.837
r16=  ∞
d16= 5.000  N8= 1.52665  ν8= 64.20(a3)
r17=  ∞
d17=152.871
r18=  ∞(SY)
d18= 71.725
r19=  ∞
d19= 6.000  N9= 1.52665  ν9= 64.20(a4)
r20=  ∞
d20= 6.390
r21= 103.360
d21= 5.000  N10=1.52665  ν10=64.20(a5)
r22=  ∞
【００５２】
《実施例４の短軸方向データ》
β=-0.5，NA=0.025，S1=-24.105，λ=436
[曲率半径]  [軸上面間隔]  [屈折率]    [アッベ数]
r1=  -34.868
d1=  5.800  N1= 1.76502  ν1= 44.78(t1)
r2=  -22.674
d2=  3.479
r3=   37.278
d3=  6.470  N2= 1.50036  ν2= 83.58(t2)
r4=  -50.107
d4=  0.650
r5=   15.570
d5=  5.600  N3= 1.52665  ν3= 64.20(t3)
r6=   ∞
d6=  2.475
r7=   ∞(SX)
d7=  1.155
r8=  -42.111
d8=  2.000  N4= 1.70006  ν4= 32.10(t4)
r9=   19.316
d9=  7.358
r10= -42.111
d10= 2.000  N5= 1.70006  ν5= 32.10(t5)
r11=  19.316
d11=18.032
r12=  ∞
d12= 7.000  N6= 1.52665  ν6= 64.20(a1)
r13=  ∞
d13= 1.161
r14=  ∞
d14= 5.000  N7= 1.52665  ν7= 64.20(a2)
r15=  ∞
d15=105.837
r16=  ∞
d16= 5.000  N8= 1.52665  ν8= 64.20(a3)
r17= -67.470
d17=152.871
r18=  ∞(SY)
d18= 71.725
r19=  31.140
d19= 6.000  N9= 1.52665  ν9= 64.20(a4)
r20=  ∞
d20= 6.390
r21=  ∞
d21= 5.000  N10=1.52665  ν10=64.20(a5)
r22=  ∞
【００５３】
【表１】
2005091660.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１の実施の形態(実施例１)のレンズ構成図。
【図２】第２の実施の形態(実施例２)のレンズ構成図。
【図３】第３の実施の形態(実施例３)のレンズ構成図。
【図４】第４の実施の形態(実施例４)のレンズ構成図。
【図５】実施例１の収差図。
【図６】実施例２の収差図。
【図７】実施例３の収差図。
【図８】実施例４の収差図。
【図９】アナモフィック光学系(実施例１)を搭載した照明光学系の実施の形態を短軸方向について示す光学構成図。
【符号の説明】
【００５５】
ＡＰ    アナモフィック光学系(結像光学系)
ｔｉ    第ｉ回転対称レンズ
ａｊ    第ｊアナモフィックレンズ
ＳＴ    絞り
ＳＸ    長軸方向絞り
ＳＹ    短軸方向絞り
１      光源
２      楕円面鏡
Ｆ１    第１焦点
Ｆ２    第２焦点
３      オプティカルインテグレータ
３ａ    入射端面
３ｂ    射出端面
ＩＭ    被照射面
ＡＸ    光軸
【図１】
2005091660.tif 000004
【図２】
2005091660.tif 000005
【図３】
2005091660.tif 000006
【図４】
2005091660.tif 000007
【図５】
2005091660.tif 000008
【図６】
2005091660.tif 000009
【図７】
2005091660.tif 000010
【図８】
2005091660.tif 000011
【図９】
2005091660.tif 000012