JPH0614149B2 - 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小若しくは拡大
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。投影方法としては物体面を正立実像と
して像面上に投影する正立実像系による方法と倒立実像
として像面上に投影する倒立実像系による方法の２つの
方法が用いられている。このうち倒立実像系は正立実像
系の２回結像に比べて１回結像で良い為、光学全長を短
くすることが出来、光学系全体が簡素化され装置全体が
小型化しやすい等の特長を有している。

この為、倒立実像系は多くの電子写真複写機に用いられ
ている。しかしながら倒立実像系では物体像が像面上で
１８０度回転する為、複眼系を用いる場合、各々の倒立
実像系による物体像を反射鏡等を用いて各々像面上で所
定の関係を維持しつつ重ね合わす必要がある。

又、前述の１８０度の回転ずれを適当な手段で補正した
としても変倍の場合には複眼系の結像性能を決定するも
のとして変倍特有で生じる像の『像ずれ』と『倍ずれ』
があす。これらの生じる原因は原理的には同じである
為、以下の説明では従来の正立実像系を例にとり説明す
る。

正立実像系において投影倍率が等倍の所謂正立等倍系が
例えば実公昭４８−１８２０４号公報等で提案されてい
る。同公報では第２図に示すように微少レンズより成る
複数の正立実像系２１より複眼系２０を構成し、物体面
１の所定範囲の部分像を像面２上に投影し、重ね合わせ
て一体像を形成している。これにより１つの正立実像系
ではカバー出来ない大きな物体面を像面上に投影してく
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。

一般に複眼系を有する投影光学系を微少系若しくは拡大
系とする為に等倍系の状態より物体距離を変化させると
各正立実像系の倍率は変化するのに対し、各正立実像系
の光軸間隔は等倍のままなので、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
れを起してくる。このときの像ずれ現状は投影像の光学
性能を著しく低下させる原因となっている。複数の正立
実像系から成る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５７−１６４１５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を構成する複数の成立
実像系３１をその光軸が中央の正立実像系３１０の光軸
３１１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、屈折力の付加させたり
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。

以上の倍率ずれは複眼系を倒立実像系で構成した場合も
正立実像系の場合と同じ原因により同様に生じてくる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は複数の倒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、物体面の一方向に対する倒立実
像系の配列密度を上げることにより、各々の倒立実像系
による光量分布の重ね合わせにより生じる光量ムラを軽
減させ、全体的に良好なる投影像を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、複数の倒立実像系を有する複眼
系により物体面の一方向を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配置した光学部材列を複数
個段状に設けた偏向手段を配置し、該複数の倒立実像系
をその光軸上の各光線が互いに空間内で交差するように
構成し、該複数の倒立実像系の光軸上の各光線が物体面
若しくは像面の少なくとも一方の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倒立実像系
毎に対向させた複数の反射鏡より構成し、該複数の反射
鏡の角度を各々該倒立実像系毎に変化させて配置したこ
とや、 前記偏向手段を物体面と前記複眼系との間若しくは像面
と該複眼系との間の少なくとも一方に設けたこと そして、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倒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、複数の倒立実像
系１１，１２，１３より成っている。

点Ａ２，Ｂ２，Ｃ２と点Ａ３，Ｂ３，Ｃ３は各々倒立実
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
では光学部材の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
射したときの各倒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１，Ｂ１，Ｃ１及び像面２上にお
ける点Ａ４，Ｂ４，Ｃ４は倒立実像系１１，１２，１３
の光軸上の光線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が各々交わう位置であ
る。

本実施例では物体面の各点を１つおきにとった点Ａ２，
Ｃ２の列状の反射点を点Ｂ２（本実施例では１つである
が実際には倒立実像系が３つ以上存在する為、複数個あ
る。）の列状の反射点に比べ、物体面方向から離れて配
置している。そしてこれに対応させて複数の倒立実像系
の配列を１つおきに物体面１に対して上下方向に２段に
配置している。

そして点Ａ２，Ｃ２に列状に配置した２つ光学部材で１
つの光学部材列を構成し、同様に点Ｂ２に列状に配置し
た光学部材で他の光学部材列を構成し、これら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
の各点Ａ３，Ｂ３，Ｃ３の配置状態も、物体側の各点Ａ
２，Ｂ２，ＣＤと同様である。そして点Ａ３とＣ３に列
状に配置した光学部材列と点Ｂ３に列状に配置した光学
部材列より１つの偏向手段を構成している。

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の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
反射鏡で反射された後、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。
これによって倒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倒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
ことは他の倒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つの倒立実像系の光軸長とすると 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倒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、各倒立実像系
の光軸が空間内で交差するように、即ち各光軸を一平面
上に投影したとき互いに交わるように構成することによ
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倒立実像系の光軸上の光線Ｌ１
〜Ｌ３が物体面１及び像面２と垂直に交わうように各倒
立実像系と各反射鏡の傾きを設定している。即ち各倒立
実像系の光軸上の光線Ｌ１〜Ｌ３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図の上面
図、第８図は第１図の側面図である。

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，Ｂ１，Ｃ１を結
ぶ直線Ｄ１と像面２上の各点Ａ４，Ｂ４，Ｃ４を結ぶ直
線Ｄ４は平行になっている。そして複数の倒立実像系１
１，１２，１３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倒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、各々の倒立実像系を各々異
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。これにより全ての倒立実像系を
同一条件で投影させて各倒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Ａ３，Ｂ
３，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
とは倒立実像系の特性により順次決めることができる。

本実施例では、このような構成をとることにより複眼系
を構成する際、一方向に配置する倒立実像系の配置密度
を上げ、光学性能の向上を図っている。

尚、本実施例において光学部材列を上下方向に２段以上
複数段に配置しても良く、これによれば更に一方向の配
置密度を向上させることが出来る。

又、本実施例において複数の倒立実像系を各々異った光
学特性を有するレンズ素子より構成し、各々の光学部材
列に相当する複数の倒立実像系を各々同一平面内に位置
させ各々の光軸長を変えて構成しても良い。これによれ
ば光学部材及び倒立実像系の配置上の簡素化を図ること
ができるので好ましい。

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
を用いて倒立実像系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
像ずれよ倍率ずれの発明を防止することができる。

第１図に示す実施例においては倒立実像系の光軸上の光
線が物体面及び像面といずれも垂直に交わうようにして
倍率ずれを完全を補正した場合について説明したが、多
少の倍率ずれが許容されるならば光軸上の光線が物体面
若しくは像面の少なくとも一方と垂直に交わうようにし
ても良い。

以上の実施例において各倒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倒立実像系を通り、反
射面が別個になっている最後の反射鏡までは各倒立実像
系のクロストークの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
系全体を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倒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３つの倒立実像系より成る場合に
ついて示したが、倒立実像系を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が各々の倒立実像系により
像面２上に投影させる際、各物体面の線分１０１の像が
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。

又、第１１図(A)，(B)に示すように複数の倒立実像系よ
り成る複眼系１１１を投影倍率及び物像間距離に応じて
は物体面１と偏向手段との間若しくは像面２と偏向手段
との間のいずれか一方向に設けるようにしても良い。

これによれば全ての倒立実像系の光軸をそろえることが
出来、構成上簡素化されるので好ましい。

本実施例において倒立実像系がマイクロレンズ等のよう
に光学系中に空間を有する場合には第１２図(A)，(B)，
(C)に示すように、その空間位置に偏向手段を設けても
良い。尚、同図において１２１はマイクロレンズであ
る。

（発明の効果） 本発明によれば複数の倒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系を達成することができ
る。

更に複数の光学部材列を用いることにより光学性能及び
投影効率の向上を図った投影光学系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図の上面図、第８図は第１図の一部側面図、第９
図，第１０図(A)，(B)、第１１図(A)，(B)、第１２図
(A)，(B)，(C)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、１０，２０，３０，５０，
６０は各々複眼系、１１，１２，１３は各々倒立実像
系、Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ａ３，Ｂ３，Ｃ３は各々光学部
材の配置されている位置、Ｌ１〜Ｌ３は各々倒立実像系
の光軸上の光線である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の倒立実像系を有する複眼系により物
   体面の一方向を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
   を一方向に列状に配置した光学部材列を複数個段状に設
   けた偏向手段を配置し、該複数の倒立実像系をその光軸
   上の各光線が互いに空間内で交差するように構成し、該
   複数の倒立実像系の光軸上の各光線が物体面若しくは像
   面の少なくとも一方の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倒立
   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倒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】前記偏向手段を物体面と前記複眼系との間
   若しくは像面と該複眼系との間の少なくとも一方に設け
   たことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の投影光
   学系。
4. 【請求項４】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倒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１項記載の投影光学系。