JPS59154403A - 長光軸、自己心出し棒状光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は０．３〜１．０η２程度の微少絶対寸法な有
し、これに対応して微少な光学恒数を有する光学素子並
びにこれを用いた複合光学面体を提供するものである。

従来公知の光学素子は極めて小さいと言われる寸法の物
でもある程度大きい絶対寸法を有し、これに対応して光
学恒数も比較的大きく、例えば焦点距離は０．６〜２請
程度のものが限度であった。

従ってこのような微少光学系は昆虫や甲殻類に見られる
複眼のように自然界では存在しても人工的に製造する試
みは行なわれておらず、この分野の発展は末だ不充分で
あった。

本発明者等はこの点に着目し種々検討の結果、長光ｕ１
の自己心高し棒状光学素子を開発し、提供するものであ
る。

即ち、本発明の目的とするところは、第１に光学素子は
開口幅に比して比較的長寸法の光軸長を与えることによ
って、光、軸方向に長方形となり、これによって多数の
光学素子を組立てることによって多光軸面体を得、その
光軸相互の平行を保持し、精度を向上したことと、第２
に光学絞りの挿入位置を増碌選択することができ、第３
に微少屈折面とその配置によシ、光束の発散、収束の調
整、制御し得る多くの自由度を附加し、好能率の指向性
を持たせ棒状光学素子及びこれを用いた多光軸複合光学
面体性能の向上に寄与させるにある。

微小光学素子を複眼的複合光学系として多数配列して、
一つのシステムとしての機能持った製品は有用であるが
、その際に最も繁雑、困難な点は、個々の素子の組立て
並びにシステム内での素子のオリエンテーションである
。

光学素子の単一屈折面に於ても、その単一唯一の光軸の
位置づけ、方向付けは正確でなければならないし、この
ような単純な光学素子の場合でも必ず入射絞り、射出絞
りがあり、又焦点面も虚像、実像面として存在する。又
、こ些ら要素との関連拌に於て、光軸は定められねばな
らない。

現実の製作に於ては１回転軸に附属した保持具にレンズ
を取シつけ、レンズ素子を回転しっ＼レンズ面に光を旨
で、回転軸と光軸との一致条件を見出した上、外周を定
確に所定の寸法の円形に仕上ける。円筒面も、この方法
に準じて仕上げるが、回転対称でないので対象軸方向の
判定とそれに対する左右の対称を見出し、仕上ける。こ
れらは更に屈折面の増加、素子数の増加により七の彷雑
さを累加する。

不正確な素子を組立色一体の光学系と１−での機能を力
え得ないことは自明である。

本発明者は、この点を追求し一つの成案を得、既に特許
出願したが、今般更に継続研究した結果先願が、最も基
本的な単純な要件に基くものであるのに対し、現実に更
ＶＣ”ＪｒＬい要件を付加して機能を発展せしめたもの
である。

次に本発明を図面を参照しつ＼説明する。第１図は本発
明による光学素子の一例を示す斜視図で、而１００９−
１０１０−１０１２−１０１１は光軸面ケ形成し、面１
００５−１００６−１００７−１００８は参照面（基準
面）を構成し、面１００１−１００２−１００３−１０
０４は、参照面と平行な面を構成している。

又、中心軸線００′　　が面１０’０１−１００２−１
００３−１００４及び１ｏｏ５−ｉｏｏ６−１００７−
１００８にそれぞれ交る点はｏ　、　ｏ’とされ１００
９−１０１０はそれぞれ０−１００９゜０’−１０１０
を曲率半径ｒとする円弧面の中心にある。つまり面１０
０１−１００９−１００２−１００５−１［＋１０−１
００６ばｏ　ｏ’を中心軸とする円弧面を構成するもの
であって、１００９−１０１０はその円弧面の頂線に和
尚する。

又、１００１−１００５−１００８−１００４及び１０
０２−１００＜Ｓ−１００７−１０９３はそれぞれ光軸
面（００′線を含む而１［］］０９−１０１０−１０１
２−１０’１１に平行な光軸規正面（基準面）を構成し
、面１００４−１０１１−１００３−１００８−１０’
１２−１００７は面１００１−１００９−１００２−１
００５−１０１０−１００６に並行軸をもつ筒曲面で前
者は後方屈折円筒向、後者は前方屈折円筒面である。

又、ＰＩＲｌ、　ｓＩＱよ及びＰ２Ｈ４，５２Ｑ２はレ
ンズの開口絞り、ｙ　、　ＩＦ／　　は前方屈折円筒面
の焦線である。

、なお後方屈折円筒面は第１図のように前方屈折円筒面
と同方向、即ち光線入射方向を凸の筒面にする外、これ
とは反対つまり後方に突出即ち入射方向に凹の状態にし
たり又、中央部分のみ屈折円としたりすることができる
。

このような素子の１００１−１００２−１００３−１０
０４部分の断面区は第２図（イ）、仲）及び（ハ）に示
すとおシである。

即ち、第２図（イ）では前方曲線１００１−１００２、
後方曲線１０Ｃ１−１００４は同じ方向の断面曲線でそ
の曲率半径も同じである。

又１００−１　’−１００４，１００２−１００３はそ
れぞれ平行な光軸規正線である。

セしてＦは光学素子内にある前方曲線ＡＢ　の焦点でＦ
２　は特に第２図（ハ）に示されるが後方曲線Ｎ＋　Ｎ
−による共役焦点である。各光学素子内ではいづれもそ
の焦点Ｆよシ前方に光学絞ｐＰＲ，ＥｉＱ、を設けＲ８
を開口しである。

前方曲線中の中心１００９と後方曲線中の中心１０１１
とは、焦点Ｆを通る中心軸線上にあり、ここを通る光は
中心を矢印方向に直進し又、１００１−一００２両点を
通る光は１００１−　Ｆ。

１００２−Ｆを通って後方曲線上のの点Ｍｌ、　Ｎ２で
外方に屈折しレンズ素子系外に出る。

な第１００９−Ｆ　＋ｉ焦点距離ｆ、１００９−１（）
１１の光学素子の厚みはＬで表わす。

第２図（ロ）は後方曲線１００３−１００４が前方曲線
１００１〜１００２に対し反対側にカーブした両面凸レ
ンズ型の光学素子で、第２図（イ）と同一部分は同一符
号を付しである。従って前方曲線１００１．１００２よ
りの入射光は後方曲線１００４−１００３中の屈折点Ｍ
１１　”２　テ僅かな角度で屈折して光学素子の系外に
発散する。

この、光学素子は第２図（イ）よりもＬが長く、っ寸り
光軸長が長くなる。

第２図（ハ）は第２図（ロ）の光学素子の後方曲線１０
０４−１００３が長いｆ７］Ｃ対（７、光の透過にｍｌ
、ｍ係ｒ、ｃ＆、ｌ１辺１分１．００４−　Ｎ□、１０
０３　　Ｎ２を光軸に垂直とし、中央の開口部ＮｌＮ２
　　のみを後方につき興した凸レンズとした場合で、そ
の曲率を強ぐすると発散光は再び収束して第２の焦線（
Ｆ２）を結ぶので焦線の位置を０）、（ロ）とは異ナリ
空間に出すことになる。よってここに別個の光学素子を
置くことによって、更に別の光学機能を付与することが
できるので、一層複雑な光学製品を提供することができ
る。第２焦線に収束した後は又、発散光束となるので、
この段階で望呼しい分布の発散光束を作らせるようにし
て、利用することもできる。

更に光学絞り而ばはソ光束の収束焦線付近におかれるの
で第２図（イ）、←）及（ハ）の如く大きｂが、設計に
よっては後方屈折円筒面上に光学絞り面をおくことも可
能である。

以上第２図は断面図について示しであるのが各断面図に
ついても全く同様で、立体的に見れば曲線は曲面に、光
軸規正線は光軸規正面に、又焦点は焦線に読み変えるこ
とにより容易に理解されるであろう。

次に本発明による光学素子の具体的応用例を第６図（イ
）、←）及び０・）により説明する。

本図は第２図同様な部分の断面図で、各側とも光の入射
方向は曲線１００１−１００９−１００２であり、光の
発散方向は曲線１００４ｂ−１０１１−１００３１）で
あり、１００１−１００４ａ。

１００２−１００３ａが光軸規正線である。

又焦点はＦで示しである。この場合、光学絞りの開口の
最外縁と円筒屈折面の最外縁部とを連ねた面と、光軸規
正面との三面により四重れた三角柱部は、入射光束がい
づれも全く入射、透過することのない部分であるから、
仮りに欠落しても全く支障がない部分である。

本発明ではこの部分を利用して本発明の素子を多数並列
させて組立るために使用することができ、これを例示し
たのが第６図（イ）、（ロ）及び（ハ）である。

即ち（イ）は光軸線１００９−１０１１の両側の前記三
角形の部分２エ　を切欠するようにし、かつ焦点Ｆより
後方の部分に残存する光軸規正線ｘ−１ｏｏ４ａ。

Ｘ−１００３ａの表面層な不透明黒色に構成し。

その部分では閉面として光をトラップし、不要有害な外
部の迷走光を除去するとともに、素子内部の乱反射も効
果的に吸収するブラックボックスとして作用せしめ、所
要の投射光だけが効率よく濾過されることにより、良好
なコントラストの照明が得られるようになってｂる。（
ロ）及び（ハ）は、（イ）のように光学的不要部分を切
欠するだけでなくこの部分を素子の組立に利用するよう
に変型した構造を示しである。即ち、（ロ）は下部側で
は階段状に切欠し凹部Ｚ２　　とし、上部側では下部（
１ｊの切欠部分ｚ２　　と同じ構造のものを突出させ凸
部ｚ２　　とすること（Ｃより、複数の素子の凹部と凸
部を嵌着することによシ複合、面体を容易に製造できる
ようにしである。

その他（イ）と同一部分は同じ符号を伺し説明は省略し
ている。更に（ハ）素子の光学的不要部分即ち絞シをＰ
Ｒ，ＳＱ、とじたとぎにできる三角形１００１−Ｐ−Ｒ
１１００２−Ｑ、−８＋１（イ）（７）ｊ　ウＫｔＴＩ
欠することなしにその僅か後方に１、一方に矩形状の四
部ｚ３を、又、他方に同一の矩形状の凸部ｚ３を設けて
複数の素子の凹凸部相互を嵌着することによ＃）複合面
体を容易Ｋｍ造できることを示１−でいる。

−例として素子の開口幅を２　ｍｙｙとすると、上記の
凸部Ｚ３は高さを０．ｔ５ｍｙにとり、これに対る凹部
Ｚ３の深さはＱ、’７＋＋＋ｒｎにとることによって嵌
合させることができる。

以上は特定の断面について説明したが、どの断面も同じ
で立体的に見て評価すべきことは第２図の場合と同様で
ある。

又、光軸長は開口幅の数倍にとることができ例えば５ｘ
〜８ｘ程度が作り易い。もとよりこれは前方屈折円筒面
の焦線距離に直接関係するので、伸縮は容易にかつ任意
に設泪することができる。

例えば光軸方向の長さを延長により、同時に光軸規正面
の光軸方向の幅も増加することとなり、光軸規正面の面
積が増加し、・規正精度を向上することができる。

又、光線の状態により各種の屈折面を選択することもで
きる。

以上の図示説明から理解されるように光学素子の焦線付
近は光束が、収束、収納又は発散する状態変化が最も大
きい個所であり、本発明はこれらを効率的に活用してｂ
るものである。即ち、光の入射方１りに前方屈折円筒面
つまり凸レンズにすることにより光束は素子内で焦線を
構成１〜、後方部分の構造で光学的機能を異にする。こ
の状態は第２図及びその説明で明らかに１〜た通りで複
雑多岐な機能の光学素子を得ることができるし、又、第
６図から明らかにしたようにこの素子を用いた新しい複
合光学面体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光学素子の一例と原理を示す斜視
図、第２図は本発明による光学素子の実施例の光軸の垂
直なｌ新面図、第６図は本発明による光学素子の具体的
応用例の断面図である。 １００９−１０１０−１０１２−１０１１　；光軸面 １００５−１００６−１００７−１００８　；基準面（
参照面） １００１−１０［Ｊ２−１００３−１００４；参照面に
平行な面 １００１−１００９−１００２．１００５−１０１０−
１００６　ｉ　００’を中心軸とする円弧面１００９−
１’０１０；頂線 １００１−１００５−１００８−１００４　。 １［］］０２−１００６−１００７−１００３光軸面に
平行な光軸規正面（基準面） １００４−１０１１−１（１０３−１００８−１０１２
−１００７；後方屈折円筒面 １００１１００９−１００２１００５−１０１０−１０
０６；闘方屈折円筒面 ＰＩＲ１、ＳＩＱ、、及びＰ２Ｈ４、Ｓ２Ｑ、：レンズ
の開口絞り Ｆ、Ｆ’　　；前方屈折円筒面の′Ａ線代理人　弁理士
　竹　内　　守 第１図 第２図 （イ） （ロ） （）く）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）互に直交する二平面のその一方の面を光軸面とし
   、他方の面を基準面とし、この直交する二面の交線並び
   に光軸面内でこれに平行な線をすべて光軸とし、これら
   に垂直な一軸を中心軸とし、任意の曲率半径の前方屈折
   円筒面を設け、これと光軸面との交線を頂線とし、これ
   に−より前記光軸上に光軸長を一前方屈折円筒面の焦線
   距離より大にとり、−ｔ：の終端個所に凸又は凹レンズ
   を形成する後方屈折円筒面を設け、これに発散又は収束
   する任意の曲率半径を与え、更に開口部を有する光学絞
   りを焦線付近の光軸に垂直な面上又は後方屈折円筒面上
   におき、光軸面より等距離に、光軸面に平行な光軸規正
   面を有することを特徴とする自己心高し棒状光学素子。