JPH0795157B2 - 投影光学系 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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。

【０００２】

【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。

【０００３】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。

【０００４】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『倍率ずれ』がある。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。

【０００５】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。同公報では図２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
投影している。

【０００６】図２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。

【０００７】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。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。同公報では図３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。この為図４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。

【０００８】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、物体面周辺では図４に示す光路長ＬＬ41
とＬＬ42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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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５９−４５４２
０号公報、特開昭５９−２１６１１５号公報等で提案さ
れている。

【００１２】特開昭５９−４５４２０号公報では図５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。

【００１３】又、特開昭５９−２１６１１５号公報では
図６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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】

【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。

【００１７】本発明の更なる目的は各々の倒立実像系に
よる像面上での光量分布の重ね合わせより生じる光量ム
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。

【００１８】

【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有する偏向手段を配
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、かつ、該複数の倒立
実像系を各々同一のレンズ素子より構成し、各々異なっ
た平面上に配置して各々の光路長が同じになるようにし
たことを特徴としている。

【００１９】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。

【００２０】この他、本発明の特徴は実施例において記
載されている。

【００２１】

【実施例】図１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。

【００２２】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を反射鏡より構成し所定の傾
きを有して配置している。

【００２３】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。

【００２４】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は倒立実像系１
１，１２，１３の光軸上の光線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が各々
交わう位置である。

【００２５】本実施例では物体面１上の点Ａ１〜Ｃ１の
１方向に対して点Ａ２〜Ｃ２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Ｄ１〜Ｆ１に対しても同様に点Ｄ２〜Ｆ２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。

【００２６】像面２側においても物体面１側と同様に点
Ａ３〜Ｃ３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Ｄ３〜Ｆ３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。

【００２７】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倒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。

【００２８】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、倒立実像系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Ｃ
１，Ｃ２，Ｃ３，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。

【００２９】尚、投影倍率をｍとしたとき物体面１上の
点Ａ１と点Ｂ１との間隔_ＤA1,B1と像面２上の点Ａ４と
点Ｂ４との間隔Ｄ_A4,B4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。

【００３０】図１に示す座標系において、例えば点Ｂ
１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の座標を表わすと Ｂ１＝（ｘ，ＬＬ／２，ｈ／２） Ｂ２＝（ｘ，ＬＬ／２，−ｈ₁) Ｂ３＝（−ｍｘ，−ＬＬ／２，ｈ₂ ） Ｂ４＝（−ｍｘ，−ＬＬ／２，−ｈ／２） となる。

【００３１】このとき、点Ｂ２，Ｂ３のＺ軸方向の座標
点ｈ₁ ，ｈ₂ はＬを１つの倒立実像系の光軸長とすると

【００３２】

【数１】 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。

【００３３】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うように構成
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。

【００３４】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。

【００３５】これにより図４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。

【００３６】図７はこのときの図１の点Ａ１〜Ｃ１の一
方向に相当する一部分の上面図、図８は図１の物体面１
上の点Ｂ１と点Ｅ１を含む側面図である。

【００３７】図７，図８において各符番は図１で示した
ものと全く同様である。

【００３８】図７において物体面１上の各点Ａ１，Ｂ
１，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１１，１２，１３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。

【００３９】尚、このときの投影光学系の投影倍率ｍを
図７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。

【００４０】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。

【００４１】各々の反射鏡の位置Ａ２，Ｂ２，Ｃ２と位
置Ａ３，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、あとは倒立実像系の特性により順次決めること
ができる。

【００４２】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。

【００４３】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倒立実像系によ
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。

【００４４】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、例えば図９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、同様に像ずれや倍率ずれの発生を防止することがで
きる。

【００４５】図１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に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。

【００４６】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を防ぐ為に遮光部材を配
置するのが良い。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】本実施例では複眼系を６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。

【００５２】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。例えば図１０(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、図１０
(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。

【００５３】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。

【００５４】又、図１１(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。

【００５５】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。

【００５６】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図１２
(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。

【００５７】

【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。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の光学系の概略図

【図２】 従来の投影光学系の一部分の説明図

【図３】 従来の投影光学系の一部分の説明図

【図４】 図３の一部分の投影像の説明図

【図５】 従来の投影光学系の一部分の説明図

【図６】 従来の投影光学系の一部分の説明図

【図７】 図１の一部分の上面図

【図８】 図１の一部側面図

【図９】 本発明の他の実施例の一部側面図

【図１０】 本発明の他の実施例の一部側面図

【図１１】 本発明の他の実施例の一部側面図

【図１２】 本発明の他の実施例の一部側面図

【符号の説明】

１ 物体面 ２ 像面 １０，２０，３０，５０，６０ 複眼系 １１〜１６ 倒立実像系 Ａ２〜Ｆ２，Ａ３〜Ｆ３ 光学部材の配置されている位
置 Ｌ１〜Ｌ６ 倒立実像系の光軸上の光線

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有す
   る偏向手段を配置し、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、か
   つ、該複数の倒立実像系を各々同一のレンズ素子より構
   成し、各々異なった平面上に配置して各々の光路長が同
   じになるように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第１項記載の投影光学系。