JPH0614145B2 - 投影光学系 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電子写真複写機、ファクシミリ等の光学機器に
おいて原画である物体面を像面上に投影する際に好適な
投影光学系に関し、特に集光性光伝送体若しくはマイク
ロレンズ等から成るレンズ素子を複数個、列状に配置し
た所謂複眼系を用い物体面を像面上に縮少若しくは拡大
等各種の倍率で投影させる際に好適な投影光学系に関す
るものである。

（従来の技術） 従来より電子写真複写機やファクシミリ等の光学機器に
おいては複眼系を利用して物体面を所定の倍率で像面上
に投影している。第２図は例えば特開昭５５−８３００
１号公報で提案されている正立等倍における複眼系の概
略図である。同図において２０−１は複眼系であり集光
性光伝送体若しくはマイクロレンズ等から成る複数の正
立実像系２１より成っている。そして個々の正立実像系
２１により物体面１の所定範囲を像面２上に正立等倍像
として投影し、重ね合わせることにより一体像を形成し
ている。これにより単独の正立実像系ではカバー出来な
い大きな物体面を像面上に投影している。第２図に示す
複眼系は投影倍率が等倍である為各々の正立実像系２１
の光軸が平行となるように構成され、かつ光軸上の各光
線が物体面１及び像面２と垂直に交わうように構成され
ている。これにより各々の正立実像系２１による像面上
の投影像、所謂多重像を像面上で互いに重ね合わせて一
体像を形成するのを可能としている。

しかしながら第２図において投影光学系を縮少系若しく
は拡大系とする為に物体距離を変化させると各々の正立
実像系による多重像が像面上で重ならず、ずれてしまい
所謂『像ずれ』を起こしてくる。このときの像ずれ現象
は投影像の光学性能を著しく低下させる原因となってい
る。

これに対し複眼系を用い縮少投影若しくは拡大投影した
ときの多重像の像ずれを補正する方法が例えば特開昭５
７−１６４１５号公報で提案されている。同公報では第
３図に示すように複眼系３０を構成する複数の正立実像
系３１をその光軸が中央の正立実像系３１０の光軸３１
１に対して序々に傾くように配置し、これによって多重
像のずれを補正している。しかしながらこの複眼系では
正立実像系毎にその光学性能や光軸長（物体面から像面
までの光軸の光学的な長さ）が異っており、又この複眼
系では物体面周辺の投影を行う正立実像系の光軸上の光
線が物体面と像面に交わう際、垂直から大きく外れてく
る。この為第４図に示すようにその傾きが大きくなって
いる正立実像系４１では、投影倍率が等しくなる物体面
が正規の物体面１より傾いて物体面４２の如くになって
くる。

一方、投影倍率の等しくなる像面も同様に正規の像面２
に対して傾いて像面４３の如くになってくる。この結
果、物体面周辺では第４図に示す光路長ｌ41とｌ42の長
さの差に相当する量だけ同一視野範囲内において部分的
に結像倍率が異ってくる所謂『倍率ずれ』が生じてく
る。

このように従来の複眼系を用いた投影光学系では多重像
のずれを補正しても倍率ずれが生じており、等倍以外の
投影では高い光学性能を有した投影像を得るのが難しく
なっている。

又、同公報では必要に応じて各正立実像系の入射端面若
しくは射出端面を偏芯させたり、屈折力を付加させたり
して、倍率ずれを軽減しようとしているが、これでは投
影光学系全体が複雑になってくる。そして原理的にも、
各正立実像系の光軸は物体面、像面に垂直になり得ない
ので、こういう補正には限度があり、こうした手段では
倍率ずれを大幅に除去することが困難である。

この他、複数の正立実像系より成る複眼系を用い縮少投
影若しくは拡大投影を行った際の多重像の像ずれを補正
したものが、例えば特開昭５９−４５４２０号公報、特
開昭５９−２１６１１５号公報等で提案されている。

特開昭５９−４５４２０号公報では第５図に示すように
複数の正立実像系５１より成る複眼系５０の物体面１側
若しくは像面２側の少なくとも一方に各々の正立実像系
毎に偏向角の異なるフレネルレンズ等から成る光束偏向
部材５２、５３を配置することによって多重像の像ずれ
を補正した投影光学系を提案している。

又、特開昭５９−２１６１１５号公報では第６図に示す
ように複数の正立実像系６１より成る複眼系６０の物体
面１側若しくは像面２側の少なくとも一方に複数の球面
レンズ６２，６３を配置して多重像の像ずれを補正した
投影光学系を提案している。

しかしながら前記２つの公報で提案されている投影光学
系はいずれも各々の正立実像系の光軸長が異っており、
しかも物体面周辺を投影する正立実像系の光軸が物体面
と像面に対して大きく傾いている。この為、前述の如く
多重像の像ずれを補正することはできるが倍率ずれが生
じ、投影像の光学性能を大きく低下させる原因となって
いる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は複数の正立実像系より成る複眼系を用いて物体
面を縮少若しくは拡大等の等倍以外の倍率を含んで投影
する際、多重像の像ずれを補正すると共に倍率ずれを同
時に減少あるいは除去させることにより投影像の光学性
能の向上を図った投影光学系の提供を目的とする。

本発明の更なる目的は各々の正立実像系による像面上で
の光量分布の重ね合わせより生ずる光量ムラを軽減さ
せ、全体的に良好なる投影像の得られる投影光学系の提
供にある。

（課題を解決するための手段） 本発明の投影光学系は、複数の正立実像系より成る複眼
系により物体面の複数方向を各方向毎に縮小又は拡大倍
率で像面上に投影し重ね合わせる際、光路中に光束を偏
向させる複数の光学部材を一方向に列状に設けた光学部
材列を物体面の一方向に対して各々１つずつ複数個段状
に設けた偏向手段を配置し、該複数の正立実像系の光軸
上の各光線が物体面及び像面と垂直となるように構成し
たことを特徴としている。

特に、前記複数の光学部材を各々前記複数の正立実像系
毎に対向させた複数の反射鏡より構成し、該複数の反射
鏡の角度を各々該正立実像系毎に変化させて配置したこ
とや、 前記光学部材を反射鏡より構成し、該１つの反射鏡によ
り前記複数の正立実像系のうちの少なくとも２つを通過
する光束を偏向させるようにしたこと等を特徴としてい
る。

この他、本発明の特徴は実施例において記載されてい
る。

（実施例） 第１図は本発明の投影光学系を縮少系で構成したときの
一実施例の光学系の概略図である。同図において１は物
体面、２は像面、１０は複眼系であり、複数の正立実像
系１１，１２，１３，‥‥より成っている。

点Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，‥‥と点Ａ３，Ｂ３，Ｃ３，‥‥
は各々正立実像系を通過した光束を各々所定方向に偏向
させる為の光学部材を列状に配置している位置である。
特に本実施例では光学部材を反射鏡より構成し所定の傾
きを有して配置している。

尚、本実施例では反射鏡は簡単の為省略し、反射鏡で反
射したときの各正立実像系の光軸上の光線の光路のみを
示している。

物体面１上における点Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，‥‥及び像面
２上における点Ａ４，Ｂ４，Ｃ４，‥‥は正立実像系１
１，１２，１３，‥‥の光軸上の光線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ
３，‥‥が各々交わう位置である。

本実施例では物体面１上の点Ａ１〜Ｅ１の１方向に対し
て点Ａ２〜Ｅ２に各々光学部材を配置し、１つの光学部
材列を構成している。物体面１上の他の１方向の点Ｆ１
〜Ｊ１に対しても同様に点Ｆ２〜Ｊ２に各々光学部材を
配置し、１つの光学部材列を構成している。そして２つ
の光学部材列を物体面１に対して上下方向に段状に配置
している。本実施例では２つの光学部材列より１つの偏
向手段を構成している。

像面２側においても物体面１側と同様に点Ａ３〜Ｅ３に
配置した複数の光学部材より１つの光学部材列を構成
し、点Ｆ３〜Ｊ３に配置した複数の光学部材より１つの
光学部材列を構成し、これら２つの光学部材列を像面２
に対して上下方向に段状に設けている。これにより像面
側の偏向手段を構成している。

又、本実施例では物体側及び像面側の複数の光学部材列
を各々段状に設けることにより各々の光学部材に対する
複数の正立実像系が空間内において互いに干渉しないよ
うに構成している。

本実施例では物体面１の所定範囲を、例えば点Ｃ１近傍
の物体面を位置Ｃ２に所定の傾きをもって配置した反射
鏡を介し、正立実像系１３により点Ｃ３に配置している
反射鏡で反射させた後、像面２上の点Ｃ４近傍に縮少投
影させている。このとき本実施例では点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ
３，Ｃ４が同一平面上に位置するように構成している。
これによって正立実像系の光軸の軌跡が同一平面上に存
在するようにして各正立実像系の投影像が相対的に回転
して『回転ぶれ』を起さないようにしている。これらの
ことは他の正立実像系についても全く同様であり、各々
物体面１の所定範囲を像面上に縮少投影させている。

尚、投影倍率をｍとしたとき物体面１上の点Ａ１と点Ｂ
１との間隔 と像面２上の点Ａ４と点Ｂ４との間隔 との比がｍ倍となるようにしている。他の各点における
間隔についても同様である。

第１図に示す座標系において、例えば点Ｂ１，Ｂ２，Ｂ
３，Ｂ４の座標を表わすと Ｂ１＝（ｘ，ｌ／２，ｈ／２） Ｂ２＝（ｘ，ｌ／２，−ｈ_１） Ｂ３＝（ｍｘ，−ｌ／２，ｈ_２） Ｂ４＝（ｍｘ，−ｌ／２，−ｈ／２） となる。

このとき、点Ｂ２，Ｂ３のＺ軸方向の座標点ｈ_１，ｈ_２
はＬを１つの正立実像系の光軸画とすると となるように構成されている。尚、ここで光軸長Ｌは投
影倍率ｍの関数として表わされ、投影倍率ｍにより種々
変化する値である。

本実施例では各々の正立実像系によって形成された像面
上の投影像、所謂多重像を物体面１及び像面２側に設け
た複数の反射鏡の形状、傾きを各々変えることにより互
いに重なり合わせて全体として一体像を形成し、像ずれ
を防止している。

又、本実施例では各々の正立実像系の光軸上の光線Ｌ１
〜Ｌ１０が物体面１及び像面２と垂直に交わうように各
正立実像系と各反射鏡の傾きを設定している。即ち各正
立実像系の光軸上の光線Ｌ１〜Ｌ１０が反射鏡で反射し
た後、互いに平行となり物体面１及び像面２に垂直に交
わうように構成している。

これにより第４図で説明した正立実像系の光軸上の光線
が物体面若しくは像面と傾いて交ったときに生ずる『倍
率ずれ』の発生を防止している。

第７図はこのときの第１図の点Ａ１〜Ｅ１の１方向に相
当する一部分の上面図、第８図は第１図の物体面１上の
点Ｃ１と点Ｈ１を含む側面図である。

第７，第８図において各符番は第１図で示したものと全
く同様である。

第７図において物体面１上の各点Ａ１〜Ｅ１を結ぶ直線
Ｄ１１と像面２上の各点Ａ４〜Ｅ４を結ぶ直線Ｄ４１は
平行になっている。そして複数の正立実像系１１〜１５
の光軸を各々延長させたときに空間内において一点Ｏで
立体交差若しくは単に交差する各要素が設定されてい
る。

尚、このときの投影光学系の投影倍率ｍを第７図に示す
各要素間の距離Ｄ７１，Ｄ７２を用いて表わすと ｍ＝Ｄ７２／Ｄ７１ となっている。

本実施例では複数の正立実像系を各々同一のレンズ素子
より構成している。この為、各々の正立実像系を各々異
った平面上に３次元的に配置させて各々の光軸長が同じ
になるようにしている。これにより全ての正立実像系を
同一条件で投影させて各正立実像系における光学諸特性
の均一化を図っている。

各々の反射鏡の位置Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，‥‥と位置Ａ
３，Ｂ３，Ｃ３‥‥は(1)式を満たす範囲で任意に設定
することが出来るが、一度一方の反射面の各位置を決定
すれば、あとは正立実像系の特性により順次決めること
ができる。

尚、本実施例において複数の正立実像系を各々異ったレ
ンズ素子より構成し、各々の正立実像系を同一平面上に
配置し、かつそれらの光軸長を変えて構成しても良い。

本実施例において光学部材列を２つ以上段状に設けて構
成しても良いことは言うまでもない。

以上の構成により本実施例では物体面１の複数の方向に
対する広い面積を同時に像面２上に投影し投影効率の向
上を図ると共に各々の正立実像系による光量分布の重ね
合わせより生ずる光量ムラを軽減させ良好なる投影像を
得ている。

本実施例では光学部材として反射鏡を用いた場合を示し
たが、例えば第９図に示すようにプリズム材９０，９１
を用いて正立実像系１３の光軸上の光線Ｌ３が物体面１
と像面２に各々垂直に交わうように構成しても、同様に
像ずれや倍率ずれの発生を防止することができる。

以上の実施例において各正立実像系に対する反射面が別
個になっている最初の反射鏡から正立実像系を通り、反
射面が別個になっている最後も反射鏡までは各正立実像
系のクロストークを防ぐ為に遮光部材を配置するのが良
い。

又、以上の実施例では投影光学系を縮少系に適用した場
合について説明したが、拡大系に適用する場合には縮少
系全体に逆にした構成とすれば全く同様に本発明を適用
することができる。

尚、本実施例において物体面と偏向手段との間若しくは
像面と偏向手段との間の少なくとも一方に、単に光束を
偏向させる為の共通反射面を設けて投影光学系全体の構
成上の配置を任意に設定しても良い。

こうした設定は物体面と像面の相対関係を所定の位置関
係にもってくる場合や像の表裏関係の補正に有効であ
る。

本実施例において多少の像ずれや倍率ずれが許容されれ
ば１つの反射鏡で複数の正立実像系からの光束を偏向さ
せるように構成しても良い。

本実施例では複眼系を１０個の正立実像系より成る場合
について示したが、正立実像系を２つ以上設ければ本発
明の目的を達成することができる。

本実施例では２つの偏向手段を用い、１つの偏向手段と
して１枚の反射鏡を用いた場合を示したが前述の如く
『回転ぶれ』、『像ずれ』、『倍率ずれ』等を補正する
構成と物体面、像面部分で各々独立に等価構成にすれば
複数枚の反射鏡又は屈折部材を用いて構成しても良い。
例えば第１０図(A)に示すように物体面１からの光線を
一平面内に限らず一度他の平面内に導光し、再び元の平
面内に戻すように構成しても良い。又、第１０図(B)の
ように偏向手段を構成する反射鏡の数を増加させて、物
体面１の一方向の線分１０１が各々の正立実像系により
像面２上に投影させる際、各物体面の線分１０１の線が
像面２上で一方の線分１０２にして、所謂回転ずれがな
いようにすれば物体面と像面の相対的位置関係に応じた
任意の構成をとることができる。

これによれば配置上の自由度を増し、物体面と像面の相
対位置関係に応じた任意の構成をとることができるので
好ましい。

（発明の効果） 本発明によれば複数の正立実像系より成る複眼系を用い
て物体面を縮少投影若しくは拡大投影する際、光束を偏
向させる複数の光学部材より成る偏向手段を用いること
により像面上における多重像の像ずれ及び倍率ずれの双
方を良好に補正した投影光学を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光学系の概略図、第７図は
第１図の一部分の上面図、第８図は第１図の一部側面
図、第９図，第１０図(A)，(B)は各々本発明の他の実施
例の一部側面図、第２，第３，第５，第６図は各々従来
の投影光学系の一部分の説明図、第４図は第３図の一部
分の投影像の説明図である。 図中１は物体面、２は像面、１０，２０−１，３０，５
０，６０は各々複眼系、１１〜２０，２１，３１，５
１，６１は各々正立実像系、Ａ２〜Ｊ２，Ａ３〜Ｊ３は
各々光学部材の配置されている位置、Ｌ１〜Ｌ１０は各
々正立実像系の光軸上の光線である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の正立実像系より成る複眼系により物
   体面の複数方向を各方向毎に縮小又は拡大倍率で像面上
   に投影し重ね合わせる際、光路中に光束を偏向させる複
   数の光学部材を一方向に列状に設けた光学部材列を物体
   面の一方向に対して各々１つずつ複数個段状に設けた偏
   向手段を配置し、該複数の正立実像系の光軸上の各光線
   が物体面及び像面と垂直となるように構成したことを特
   徴とする投影光学系。
2. 【請求項２】前記複数の光学部材を各々前記複数の正立
   実像系毎に対向させた複数の反射鏡より構成し、該複数
   の反射鏡の角度を各々該正立実像系毎に変化させて配置
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の投影
   光学系。
3. 【請求項３】前記光学部材を反射鏡より構成し、該１つ
   の反射鏡により前記複数の正立実像系のうちの少なくと
   も２つを通過する光束を偏向させるようにしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の投影光学系。