JPH075391A - 投影光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の正立実像系を有する複眼系を用いて物
体面を像面上に高い光学性能を有しつつ微小又は拡大し
て投影する投影光学系を得ること。 【構成】 複数の正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、物体面と該複眼系との間及び該複眼系と像面との間
の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、該複数の
正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。

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。図２は例えば特開昭５
５−８３００１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。
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。

【０００３】しかしながら図２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。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】

【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。

【００１３】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。

【００１４】

【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、物体面と
該複眼系との間及び該複眼系と像面との間の光路中に光
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、該複数の正立実像系を
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。

【００１５】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。

【００１６】この他、本発明の特徴は実施例において記
載されている。

【００１７】

【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
正立実像系１１，１２，１３，‥‥より成っている。

【００１８】点Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，‥‥と点Ａ３，Ｂ
３，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。

【００１９】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。

【００２０】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１１，１２，１３，‥‥の光軸上の光線Ｌ
１，Ｌ２，Ｌ３，‥‥が各々交わう位置である。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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Ｄ_A1,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。

【００２６】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。

【００２７】このとき、点Ｂ２，Ｂ３のＺ軸方向の座標
点ｈ₁ ，ｈ₂ はＬを１つの正立実像系の光軸長とすると

【００２８】

【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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】これにより図４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。 図７はこ
のときの図１の点Ａ１〜Ｅ１の１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Ｃ１と点Ｈ１を
含む側面図である。

【００３２】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。

【００３３】図７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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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、あとは正立実像系の特性により順次
決めることができる。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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の反射鏡まで
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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】

【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

【符号の説明】

１ 物体面 ２ 像面 １０，２０−１，３０，５０，６０ 複眼系 １１〜２０，２１，３１，５１，６１ 正立実像系 Ａ２〜Ｊ２，Ａ３〜Ｊ３ 光学部材の配置されている位
置 Ｌ１〜Ｌ１０ 正立実像系の光軸上の光線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の正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、物体面と該複眼系との間及び該複眼系と像面との
   間の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、該複数
   の正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。