JPS5945421A - 変倍光学像投影装置 - 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】 本発明は変倍光学像投影装置に関するものである。

例えば複写装置においては、原稿像を受像面上に投影す
るための光学装置として、球面レンズを用いた投影光学
系や、屈折率分布型ファインズアレーが用いられている
。特に後者の屈折率分布型ファイバーレンズアレーは、
セルフォックレンズアレー（商品名：日本板硝子株式会
社製）として知られており、光学系が小形、軽量化され
る利点を有している。また、セルフォックレンズアレー
に類似した光学系として、球面レンズを多段に組合わせ
た正立実像光学系を多数個並列に配列して画幅の大きい
正立実像を得るマイクロレンズアレーも実用化の例があ
り、多くの研究がなされている。

上述したセルフォックレンズアレーやマイクロレンズア
レーは、複数の正立正像投影光学系を並列して用い、単
一の光学系ではカバーしきれない広い画幅の投影画像を
形成するものである。しかし、これら投影装置は等倍像
の投影においては各投影光学系による投影像がずれを起
さずに重なり合って良好な投影像が得られるが、縮小像
や拡大像の変倍像の投影においては単に物体距離および
像距離を変えただけでは各投影像の重なりがずれて良好
な投影像が得られないため、専ら等倍像の投影の目的に
用いられ、変倍投影装置としては画面全域をカバーする
一組の球面レンズが用いられていた。このため、従来の
変倍投影装置は構成が複雑かつ大形化する欠点があった
。

本発明の目的は上述した欠点を除去し、ファイバレンズ
アレー、マイクロレンズアレー等の正立正像投影光学素
子を用い、簡単かつ小形な構成により良好な変倍像が得
られるよう適切に構成配置した変倍光学像投影装置を提
供しようとするものである。

本発明の変倍光学像投影装置は、正立正像を投影する複
数の投影光学系を各々の光軸が互いに平行となるように
配列したレンズアレーを、変倍の正立正像を投影する結
像条件を満たすように配置し、このレンズアレーの物体
側端面および／または像側端面側に変倍の正立正像の投
影に伴なう前記各々の投影光学系による投影像の重なり
のずれを補正し得るような偏向角を有する光束偏向部材
を配置すると共に、この光束偏向部材の色収差を補正す
るように前記レンズアレーに色収差を持たせたことを特
徴とするものである。

以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１図Ａはセルフフォックレンズにより等倍の正立正像
が投影されるときの状況を示す図であり、Ｌ＿１はセル
フォックレンズ、Ｏ＿１は原稿、■＿１は投影像、Ｉ＿
３は中間像をそれぞれ示している。等倍像が投影される
条件下では原稿Ｏ＿１の中間像（倒立逆像）Ｉ＿３がセ
ルフォックレンズＬ＿１の中央部に形成され、更に中間
像Ｉ＿３の倒立逆像すなわち原稿Ｏ＿１の正立正像が投
影像Ｉ＿１として形成される。このセルフォックレンズ
Ｌ＿１を用いて第１図Ｂに示すように原稿Ｏ＿２の位置
をセルフォックレンズＬ＿１から遠ざけると、セルフォ
ックレンズＬ＿１の中には原稿Ｏ＿２の倒立逆像である
中間像Ｉ＿４が形成されるが、その位置は第１図Ａのよ
うにセルフォックレンズＬ＿１の中央部ではなく、入射
端面側に移動し、この中間像Ｉ＿４の倒立逆像すなわち
原稿Ｏ＿２の正立正像である投影像Ｉ＿２が、第１図Ａ
の場合よりもセルフォックレンズＬ＿１の出射端面に近
い位置に縮小像として形成される。また、第１図Ｃに示
すように、中間像Ｉ＿４および投影像Ｉ＿２の作像位置
が第１図Ａと同じになるように、セルフォックレンズＬ
＿１の長さを入射側においてΔＬだけ短くすると共に、
原稿Ｏ＿２の位置を入射端から遠ざけて縮小された正立
正像の投影像Ｉ＿２を得ることもできるし、同様の原理
に基き、セルフォックレンズＬ＿１の長さを出射側にお
いて伸ばして第１図Ａと同じ位置に正立正像の縮小投影
像Ｉ＿２を得ることもできる。なお、以上の説明におい
て、原稿位置と投影像形成位置とを入れ替えれば、正立
正像の拡大投影像を得ることができる。

このように、一本のセルフォックレンズを用いた場合に
は拡大および縮小の変倍投影像を得るのに何ら問題はな
いが、後述するようにセルフォックレンズをアレー化し
た場合には各レンズによる像が異なった位置に出来るた
めそれらが重なり合わず、正常な投影像を得ることがで
きない。

第１図ＤおよびＥはセルフォックレンズにかえてマイク
ロレンズを用いて正立正像の投影像を得る光学系の構成
を示す図であり、Ｌ＿２は原稿Ｏ＿１、Ｏ＿２側に配置
したレンズ、Ｌ＿３は中間像Ｉ＿３、Ｉ＿４が形成され
る位置に配置したレンズ、Ｌ＿４は投影像Ｉ＿１、Ｉ＿
２側に配置したレンズをそれぞれ示している。

すなわち、レンズＬ＿８は原稿Ｏ＿１、Ｏ＿２の倒立逆
像である中間像Ｉ＿３、Ｉ＿４の像面に配置されるから
、レンズＬ＿２からの光束をレンズＬ＿４に有効に導く
作用を有し、結像機能には直接関与しない。この光学系
で第１図Ｄに示すように、レンズＬ＿２、Ｌ＿３、Ｌ＿
４と原稿Ｏ＿１、投影像Ｉ＿１の位置関係を、レンズＬ
＿３を中心に対称な距離関係に設定すれば、投影像Ｉ＿
１として中間像Ｉ＿３の倒立逆像すなわち原稿Ｏ＿１の
等倍の正立正像を得ることができる。また、第１図Ｅに
示すように、原稿Ｏ＿２をレンズＬ＿２から遠ざけた位
置に配置すれば、その倒立逆像である中間像Ｉ＿４はレ
ンズＬ＿２により近い側に形成されると共に、この中間
像Ｉ＿３の倒立逆像すなわち原稿Ｏ＿２の正立正像の投
影像Ｉ＿２はレンズＬ＿４により近い側に縮小されて形
成される。また、第１図Ｆに示すように、レンズＬ＿３
およびＬ＿４、投影像Ｉ＿２の大きさおよびその形成位
置が第１図Ｄと同じになるように、レンズＬ＿２をレン
ズＬ＿３に近ずけると共に、原稿Ｏ＿２の位置をレンズ
Ｌ＿２から遠ざけて縮小された正立正像の投彫像■＿２
を得ることもできるし、同様の原理に基き、レンズＬ＿
４を投影像側に移動させて第１図Ｄと同じ位置に正立正
像の縮小投影像Ｉ＿２を得ることもできる。なお、以上
の説明において、原稿位置と投影像形成位置とを入れ替
えれば、正立正像の拡大投影像を得ることができる。

このように、一組のマイクロレンズ系を用いても、一本
のセルフォックレンズを用いる場合と同様に任意の倍率
の正立正像を得ることができるが、この場合もこのよう
なマイクロレンズ系を複数組並列にならべて幅広の原稿
像を投影すると、第１図Ｃの等倍結像以外の条件では投
影像がそれぞれ異なった位置に形成されて重なり合わず
、正常な投影像を得ることができない。

第２図ＡおよびＢは複数の正立正像投影光学系を並列に
配列し、各光学系単独ではカバーできない幅の広い画像
を投影する場合の投影像の形成態様を示すものである。

第２図Ａは等倍の正立正像投影光学系Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ
等を各光軸が平行となるように並列に配列したときの結
像状況を示し、ｘ、ｘ′は投影光学系Ｌａの光軸、ｙ、
ｙ′は投影光学系Ｌｃの光軸をそれぞれ示している。Ｏ
＿１は原稿で前記光軸ｘ、ｙに先端と後端が接している
。■＿１は投影光学系Ｌａによる原稿Ｏ＿１の投影像で
、少くとも光軸ｘ上に位置する原稿Ｏ＿１の先端は投影
像Ｉ＿１においても光軸ｘ′上に位置し、かつ正立の等
倍像であるから光軸ｙに接する原稿Ｏ＿１の後端は投影
像Ｌ＿１においても光軸ｙ′上にある。投影光学系Ｌｃ
による投影像Ｉ′＿１は原稿Ｏ＿１の後端が光軸ｙに接
しているから、投影像Ｉ′＿１の後端が光軸ｙ′に接し
、かつ等倍像であるから原稿Ｏ＿１の先端は光軸ｘ′に
接する。すなわち投影像Ｉ′＿１およびＩ＿１は同じ位
置に形成されるから重ね合わされても単一の像として認
識される。

これに対し、第２図Ｂは同様な光学系で縮小像を投影す
る場合の状況を示すが、この場合原稿Ｏ＿２は第２図Ａ
に比べ投影光学系Ｌａ、Ｌｃの原稿側端面から遠ざかっ
た位置に配置され、また像面は投影光学系Ｌａ、Ｌｃの
投影像側端面により接近した位置に形成される。光軸ｘ
に接する原稿Ｏ＿２の先端は投影光学系Ｌａによる投影
像Ｉ＿２においては光軸ｘ′に接し、光軸ｙに接する原
槁Ｏ＿２の後端は投影光学系Ｌｃによる投影像Ｉ′＿２
においても光軸ｙ′に接する。ところが像投影倍率は１
以下の縮小像であるため、投影光学系Ｌａ、Ｌｃによる
投影像Ｉ＿２、Ｉ′＿２は図示するように重なり合わず
、正常な縮小像が形成されない。このような不具合は正
立正像の拡大投影像を得る場合にも同様に生じる。

このように、単独では最大原稿幅をカバーできない正立
正像投影光学系を複数個、光軸が互いに平行となるよう
に並列に配列して構成したレンズアレーを用いる場合に
は、等倍の正立正像投影像は正常に形成できても、変倍
の正立正像投影像はそのままでは正常に形成できない。

このため、従来は画面全域をカバーする一組の球面レン
ズを用いて変倍光学像投影装置を構成していたが、この
装置は構成が複雑であると共に、大形になる欠点があっ
た。

次に、上述したレンズアレーを用いる場合において、各
正立正像投影光学系によって形成される変倍投影像の重
なりのずれを補正する原理を第３図Ａ、ＢおよびＣを参
照して説明する。第３図ＡＢおよびＣにおいて、Ｌａ、
Ｌｃは第２図と同様の正立正像投影光学系を示し、その
各々の光軸をｘ、ｘ′およびｙ、ｙ′で示す。ｐ、ｐ′
は光束偏向素子であり、図示の例ではプリズムを用いて
いる。これらプリズムｐ、ｐ′は投影光学系Ｌｃの端面
に接近して配置され、光軸を所定角度傾ける作用をなす
。

Ｏ＿２は原稿を示し、その先端および後端は光軸ｘおよ
びｙにそれぞれ接している。第３図Ａにおいては、プリ
ズムｐ、ｐ′を投影光学系Ｌｃの両端面にそれぞれ接近
して配置する。ここで、投影光学系Ｌａによる原稿Ｏ＿
２の投影像Ｌ＿２はその先端が光輔ｘ′に接し、かつそ
の長さは投影の縮小率で決まる長さとなる、また、原稿
Ｏ＿２の後端は投影光学系Ｌｃの光軸ｙに接しているか
ら、この投影光学系Ｌｃによる投影像Ｉ′＿２の後端は
光軸ｙ′に接すると共にその長さは投影光学系Ｌａによ
って形成される投影像■＿２と同じになる。したがって
プリズムｐ、ｐ′の角度または屈折率を選択して各投影
像Ｉ＿２およびＩ′＿２が完全に重ね合わさるように設
定すれば、画像の重りのずれのない正常な縮小投影像を
得ることができる。なお拡大像については第３、図Ａに
おいて投影像■＿２を原稿と考え、原稿Ｏ＿２を投影像
と考えれば全く同じ原理で得ることができる。

第３図Ａにおいては投影光学系Ｌｃの原稿側および投影
像側の双方に光束偏向素子ｐ、ｐ′を介在させたが、第
３図ＢおよびＣにそれぞれ示すように投影光学系Ｌｃの
一方の側のみに光束偏向素子ｐまたはｐ′を介在させて
も、第３図Ａと同様に画像の重りのずれのない変倍投影
像を得ることかできる。すなわち、第３図Ｂにおいては
投影光学系（セルフォックレンズ）Ｌａ、Ｌｃの長さを
投影像側においてΔＬだけ長くして縮小像を作成するよ
うにすると共に、プリズムｐ′によってレンズＬｃの光
束を偏向させてレンズＬａおよびＬｃによるそれぞれの
縮小像Ｉ＿２およびＩ′＿２を重ね合わせるようにした
ものである。また、第３図Ｃにおいては第１図Ｃにおい
て説明したようにセルフォックレンズＬａ、Ｌｃの長さ
を原稿側の端部においてΔＬだけ短くすると共に、原稿
位置を遠ざけて原稿Ｏ＿２の縮小像を作像するようにし
、セルフォックレンズＬｃの原稿側端面にプリズムｐを
配置してレンズＬｃによる投影像Ｉ′＿２がレンズＬａ
による投影像Ｉ＿２と重なる様に構成したものである。

第４図は第３図において説明した原理に基く変倍光学像
投影装置の一例の構成を示す線図である。

第４図においてＬ＿ａ、・・・、Ｌ＿ｌ、・・・、Ｌ＿
ｎは正立正像投影光学素子で、各光軸が平行な状態とな
るように並列的に配列されて、セルフォックレンズアレ
ーあるいはマイクロレンズアレーＬを構成している。Ｐ
、Ｐ′は光束偏向板で、この例では多数のプリズムを配
列して構成したプリズム板を用いている。各プリズムの
角度は第３図において説明した条件を満すべく中央から
端部に向って偏向角が増加するように構成すると共に各
レンズＬ＿ａ、Ｌ＿ｎにひとつずつ対応して配置されて
いる。Ｏ＿２は原稿で、Ｉ＿２は投影像を示し、ｘ、ｙ
、ｚ、ｖ、ｗ及びｘ′、ｙ′、ｚ′、ｖ′、ｗ′は各レ
ンズＬ＿ｌ、Ｌ＿ｌ＿＋＿３、Ｌ＿ｌ＿＋＿６、Ｌ＿ｌ
＿＋＿９、Ｌ＿ｎの光軸を示している。

中心のレンズＬ＿ｌと最外側のレンズＬ＿ｎを結ぶ距離
をｌ、原稿面に対してＬ＿ｎの光軸ｗと光軸ｘとが交る
点を結んだ長さをｌ＿ｏ、像面に対してＬ＿ｎの光軸ｗ
′およびＬ＿ｌの光軸ｘ′が交る点を結んだ長さをｌ＿
ｉとし、ｌ＿ｏ−ｌ＝ｌ＿ａ　ｌ−ｌ＿ｉ＝ｌ＿ｂとす
る。投影倍率はｌ＿ｉ／ｌ＿ｏであり、最外側レンズＬ
＿ｎの光軸の傾をαおよびβとし、光束偏向板Ｐおよび
Ｐ′から原稿面および像面までの垂直距離をそれぞれｈ
およびｈ′とすると、ｔａｎα＝ｌ＿ａ／ｈ　ｔａｎβ
＝ｌ＿ｂ／ｈ′となる。αおよびβが小さい程プリズム
の製作は容易になり、光軸の屈曲に伴う各種の収差の発
生も少くおさえることができ好都合である。このαおよ
びβを小さくするためには、ｌ＿ａおよびｌ＿ｂを小さ
くするか、ｈおよびｈ′を大きくすればよい。

ｌ＿ａおよびｌ＿ｂは投影像の拡大又は縮小比率が大き
い程、また原稿画面幅ｌ＿ｏが大きい程大きくなるので
ｌ＿ａ、ｌ＿ｂが大きい場合には極力ｈ、ｈ′が大きく
なるようにレンズを設定することが好ましい。

光束偏向板Ｐ、Ｐ′は微少プリズムの集合体であるが、
プラスチック、ガラス等の光学材料をモールディングす
ることによって商業的に製造することができる。使用可
能な光学プラスチック材料の例としては、スチロール樹
脂、メチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレ
ート、アリルジグライコールカーボネート等をあげる事
ができ、特に色収差が少い素材としてメチルメタクリレ
ート、シクロヘキシルメタクリレートが勝れている。

成型方法としては鋳造成型法、圧縮成型法、射出成型法
等を適用することができる。光学ガラスについても最近
の技術進歩によりモールディングによって従来の研磨法
に匹敵する加工精度が得られるようになり、商品化の実
績もあり上記光束偏向板として適用可能である。この光
束偏向板Ｐ、Ｐ′は第３図ＢおよびＣの説明から理解さ
れるように、いずれか一方のみに配置してもよい。この
場合には、第４図に比べて同一変倍率を得るのに角度α
またはβが約２倍の値となるから、変倍率が小さいか、
有効画面幅が小さいか、ｈ、ｈ′が長い場合で、α、β
の値が小さいときに好適に実用化できる。

なお、第４図においてはレンズアレーを一列としたが、
多数のレンズを千鳥状に最密充填して複数列のレンズア
レーを構成し、レンズアレーの方向で複数のレンズにま
たがって曲面の断面形状を有するシリンドリカルレンズ
形状あるいはフレネルレンズ形状の分割された光束偏向
板を配置して像の重なりのずれを補正したり、またその
場合にレンズアレーの厚さ方向における像の重なりのず
れを補正するために上記分割された光束偏向板をレンズ
アレーの厚さ方向にも曲率を持たせる等の種々の偏向が
可能である。

しかしながら、第３図および第４図において説明したよ
うに、単に各レンズによる像の重なりのずれを補正する
ように光束偏向板を設けただけでは以下に説明するよう
な不具合がある。

第５図は第４図においてレンズアレーの中央のレンズＬ
＿ｌからｎ番目遠ざかった位置にあるレンズＬ＿ｌ＿＋
＿ｎを示し、Ｐ＿ｌ＿＋＿ｎ、Ｐ′＿ｌ＿＋＿ｎはこの
レンズ（セルフォックレンズ）Ｌ＿ｌ＿＋＿ｎに対応し
て配置されいる光束偏向板（プリズム）でａ、ｂ、ｃ、
ｄは各プリズムの面を、またＯ＿２は原稿を、Ｉ＿２は
縮小投影像を示している。原稿Ｏ＿２の下端部から出射
した一本の光束の軌跡が実線にて示されているが、この
光束はプリズムＰ＿ｌ＿＋＿ｎのａ、ｂ面でプリズムＰ
＿ｌ＿＋＿ｎの底辺方向に屈曲されて方向をかえ、セル
フォックレンズＬ＿ｌ＿＋＿ｎに入射し、プリズムＰ＿
ｌ＿＋＿ｎがない場合に破線位置に原稿が置かれていた
場合と等価と評価される。したがってプリズムＰ′＿ｌ
＿＋＿ｎがなければ投影像Ｉ＿２は破線矢印にて示す位
置に形成されるが、プリズムＰ′＿ｌ＿＋＿ｎのｃ、ｄ
面にて光束は再度屈折して実線にて示す位置に投影像Ｉ
＿２が形成される。

上記光線の軌跡を仮にスペクトルのＤ線（５８９．６ｎ
ｍ）によるものとすると、これより短波長光、例えばス
ペクトルのＦ線（４８６．１ｎｍ）による光線軌跡を模
式的に拡大して一点鎖線にて示すと、この光線はプリズ
ムＰ＿ｌ＿＋＿ｎのａ、ｂ面でより強く屈曲するから、
セルフォックレンズＬ＿ｌ＿＋＿ｎに入射するときの光
束はあたかも一点鎖線矢印にて示す位置から出射したよ
うな方向性を有する。したがってセルフォックレンズＬ
＿ｌ＿＋＿ｎ内の光線軌跡も一点鎖線に示すように実線
光束に対してやや位相が遅れたような状態を維持したま
ま進む。この光線は出射側プリズムＰ′＿ｌ＿＋＿ｎの
ｃ、ｄ面において再び強い屈折作用を受け、実線で示す
光束からより遠ざかった軌跡で、一点鎖線にて示す矢印
位置に像を結び、結果として短波長光による結像位置と
長波長光による結像位置とにずれを生じ、すなわち色収
差が生じることになる。この色収差の発生は光束偏向の
ために配置したプリズムＰ＿ｌ＿＋＿ｎ、Ｐ′の波長に
よる屈折率の相異に基くものである。

このため、第４図に示す変倍光学像投影装置においては
、黒白の画像を再生する複写機のような使用目的に対し
ては解像力の劣化が生じ、カラー画像を再現するものに
おいては色ずれを生ずるという問題が生ずる。

第６図は本発明の作用原理を説明するための図であり、
第５図と同じ符号を附したものは第５図と同じものを示
す。本発明においてはセルフォックレンズＬ′＿ｌ＿＋
＿ｎのみが第５図に示すセルフォックレンズＬ＿ｌ＿＋
＿ｎとは異なった特性を有している。すなわち、第５図
におけるセルフォックレンズＬ＿ｌ＿＋＿ｎは等倍像の
投影に適用されるような色収差を補正したものであるが
、本発明におけるセルフォックレンズＬ′＿ｌ＿＋＿ｎ
は適度の色収差をもたせたものを適用する。第６図にお
ける実線は長波長光の軌跡を示すが、同一軌跡に従って
原稿Ｏ＿２から出射した短波長光はプリズムＰ＿ｌ＿＋
＿ｎのａ、ｂ面における屈折作用を強く受け、一点鎖線
にて示すような角度でセルフォックレンズＬ′＿ｌ＿＋
＿ｎに入射する。セルフォックレンズＬ′＿ｌ＿＋＿ｎ
に入射する光束の状況は、第５図と同じであるが、セル
フォックレンズＬ′＿ｌ＿＋＿ｎには適度な色収差をも
たせてあるのでセルフォックレンズＬ′＿ｌ＿＋＿ｎの
中を通る短波長光の軌跡は異ったものとなる。すなわち
、セルフォックレンズＬ′＿ｌ＿＋＿ｎは短波長光に対
する屈折率分布が長波長光に対する屈折率分布よりも高
い値を示すように作られており、したがって入射端にお
いて位相が遅れたような状態で入射した短波長光はセル
フォックレンズＬ′＿ｌ＿＋＿ｎの内部で遅れをとりも
どし、長波長光と同位相となり、更にセルフォックレン
ズＬ′＿ｌ＿＋＿ｎを出射する時点では長波長光よりも
位相が進んだ状態となる。セルフォックレンズＬ′＿ｌ
＿＋＿ｎを出射した光束はプリズムＰ′＿ｌ＿＋＿ｎの
ｃ、ｄ面で再び屈折作用を受けるが、短波長光は長波長
光に比べてより強い屈折作用を受けるから、最終的に結
像面においては短波長光と長波長光の結像位置は一致し
て色収差を補正することができる。この間の短波長光の
軌跡を第６図に一点鎖線で示す。

そこで、本発明の一実施例においては、レンズアレーを
構成する各レンズに、当該レンズに対応する部分の光束
偏向板の色収差を補正するような色収差を持たせる。す
なわち、本発明を第４図に示す光学系に適用する場合に
は、レンズアレーＬの中央部ではセルフォックレンズの
色収差を完全に補正し、レンズアレーＬの最外端におい
ては最も多く色収差をもたせるように各レンズの色収差
をレンズアレーＬの中央から外端に向かって連続的に変
化させる。

また、本発明の他の実施例においては、光束偏向板を第
４図のようにレンズアレーＬの中央部に対応する部分で
は偏向作用がなく、中央部から端部に向かって偏向作用
が順次増加するよう構成して、レンズアレーＬの中央部
と端部とのほぼ中間に位置するレンズに対応する部分の
光束偏向板Ｐ、Ｐ′の色収差を補正するような色収差を
レンズアレーＬを構成する全レンズに一様に持たせる。

この場合、上述したように個々のレンズに対して対応す
る光束偏向板の色収差を打消すような色収差を与える場
合に比べ、光束偏向板による色収差を完全には補正でき
ないが、このような色収差補正を施さない場合に比べれ
ば、色収差をほぼ半分に低減することができるから、そ
の効果は大きい。

また、本実施例においてはレンズアレーを構成する全て
のレンズに等しい色収差を与えるものであるから、レン
ズアレーの生産が容易であり、量産に適する。

本発明の更に他の実施例においては、上述した実施例と
同様に光束偏向板をレンズアレーの中央部に対応する部
分では偏向作用がなく、中央部から端部に向かって偏向
作用が順次増加するよう構成するが、本実施例ではレン
ズアレーをその中央部と端部との間でｎ個（ｎ≧２）の
群として、各群の全てのレンズに、当該群のほぼ中間に
位置するレンズに対応する光束偏向板の色収差を補正す
るような色収差を持たせる。すなわち、第４図に示す光
学系においてｎ＝２とする場合には、第７図に示すよう
に斜線を施したレンズ群においてはその群のほぼ中間の
レンズＬ＿ｌ＿＋＿８またはＬ＿ｌ＿＋＿９を通る光束
の色収差が補正されるような色収差をこの群の全てのレ
ンズに附与し、また斜線を施していないレンズ群におい
ては、その群のほぼ中間のレンズＬ＿ｌ＿＋＿２または
Ｌ＿ｌ＿＋＿３を通る光束の色収差が補正されるような
色収差をこの群の全てのレンズに与える。このようにす
れば、光束偏向板による色収差をほぼ１／ｎ＋１に減少
させることができると共に、レンズアレーも比較的容易
に作成することができる。

本発明を実施するにあたっては色収差を補正するために
、レンズアレーを構成するレンズの色収差をコントロー
ルすると共に、光束偏向板を構成するプリズムまたはフ
レネルレンズ等の色収差量を適当に選定する必要がある
。先ずレンズの色収差をコントロールする例としてセル
フォックレンズの色収差補正について説明する。

セルフォックレンズの色収差補正については、工業材料
Ｖｏ１２８−１０（１９８０）８９等に詳細な説明があ
る。第８図は色収差補正を行っていないセルフォックレ
ンズにおけるスペクトルのＣ線（６５６．３ｎｍ）、Ｄ
線（５８９．６ｎｍ）、Ｆ線（４８６．１ｎｍ）の光線
の軌跡を模式的に拡大して示したものであり、レンズ内
では長波長光は位相が遅れ、短波長光は位相が進む状況
が示されている。Ｐ＿Ｆ、Ｐ＿Ｄ、Ｐ＿Ｃは、セルフォ
ックレンズ内を各波長の光が進む場合に蛇行して進む光
線の蛇行の周期長を示し、蛇行周期長Ｐの波長による差
がない場合には色収差が完全に補正された状態に対応し
ており、したがって波長による蛇行周期長の差ΔＰ／Ｐ
が色収差のレベルを示す指標となり次式で表わされる。

ｎｄはレンズの中心軸および周縁部の屈折率、ν＿ｏ、
ν＿ｄはレンズの中心軸および周縁部のアッベ数を示す
。

上式の右辺を小さくする、すなわち、レンズの半径方向
の屈折率とアッベ数をコントロールすれば単体レンズで
色消しを行なうことができる。このように色収差を補正
するには、上式の右辺を小さくするようなイオン、例え
ばＣ＿Ｓ、Ｋ等を組合せてセルフォックレンズを製造す
ればよい。

第９図は色収差補正を行わないセルフォックレンズによ
る単色光でのＭＴＦ特性（１）（２）および同白色光で
のＭＴＦ特性（３）と、色収差補正を行ったセルフォッ
クレンズによる白色光でのＭＦＴ特性（４）とを比較し
て示す線図である。第９図から色収差補正の効果が理解
されると共にセルフォックレンズ製造に用いるイオンの
選択によって任意の色収差を附与し得ることが理解され
る。

上述したセルフォックレンズの色収差補正と対比して光
束偏向板として用いられるプリズムやフレネルレンズの
色収差についてもその光学材料の選択によって異った特
性を得ることができ、上述したセルフォックレンズとの
組合せにおいて色収差を補正する場合の組合せの自由度
を増すことができる。第１表、第２表および第３表はそ
れぞれモールドに適するスチロール、メチルメタクリレ
ートおよびシクロヘキシルメタクリレートの光学プラス
チック材料の波長による屈折率の相異を示す表であり、
第１０図は、プラスチック材料と無機材料との波長によ
る屈折率変化の状況を示す図である。

第１表〜第３表および第１０図から理解されるように色
収差を少くするための光束偏向板の素材としてはメチル
メタクリレートやシクロヘキシルメタクリレートが適し
ているが、このような素材を用いたときの除去しきれな
い色収差は、この色収差を打消すような色収差をセルフ
ォックレンズに附与することにより補正する。

なお、本発明は上述した例にのみ限定されるものではな
く、幾多の変形または変更が可能である。

例えば光束偏向板はレンズアレーの入射端側および出射
端側のいずれか一方のみに配置してもよいし、またその
偏向作用がレンズアレーの一端部では偏向作用がなく、
一端部から他端部に向けて順次増加するように構成する
こともできる。また、光束偏向板の偏向作用に合わせて
レンズ長を順次短くして偏向作用による結像条件のずれ
を補正することができる。更に、上述した実施例ではセ
ルフォックレンズを用いた光学系について色収差補正の
方法を説明したが、本発明は同様な作動原理によって小
径の球面レンズを第１図に示したように多段に配列して
正立正像光学系を作成し、これを複数個並列に配列して
アレー化したマイクロレンズアレーについても同様に適
用することができる。

以上述べたように、本発明においては複数のセルフォッ
クレンズやマイクロレンズ等の正立正像投影光学系を配
列したレンズアレーを用いて、単一の正立正像投影光学
系ではカバーできない広い画面領域の変倍投影像を、各
正立正像投影光学系による投影像の重なりのずれおよび
色収差を補正して得ることができるから、小形かつ低コ
ストの変倍光学像投影装置を実現することができる。ま
た、光束偏向部材をその偏向作用がレンズアレーの中央
部では偏向作用がなく、中央部から端部に向けて順次増
加するように構成する場合においては、レンズアレーを
構成する全ての投影光学系に、レンズアレーの中央部と
端部とのほぼ中間に位置する投影光学系に対応する光束
偏向部材の色収差を補正するような色収差を持たせたり
、あるいはレンズアレーをその中央部と端部との間でｎ
個（ｎ≧２）の群として、各群の全ての投影光学系に、
当該群のほぼ中間に位置する投影光学系に対応する光束
偏向部材の色収差を補正するような色収差を持たせるこ
とにより、光束偏向部材による色収差を補正した変倍光
学像投影装置を容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ〜Ｆはセルフォックレンズおよび球面レンズを
用いる場合の正立正像投影像の形成態様を示す図、 第２図ＡおよびＢは複数の正立正像投影光学系を配列し
たレンズアレーによる投影像の形成態様を示す図、 第３図Ａ、ＢおよびＣは第２図Ｂに示す投影像の重なり
のずれを補正する原理を説明するための線図、 第４図は第３図Ａに示す原理に基く変倍光学像投影装置
の一例の構成を示す線図、 第５図は色収差による不具合を説明するための線図、 第６図は本発明の変倍光学像投影装置の原理を説明する
ための線図、 第７図は本発明の変倍光学像投影装置の一例の構成を説
明するための線図、 第８図は色収差補正を行なっていないセルフォックレン
ズ内での長波長光および短波長光の軌跡を示す線図、 第９図はセルフォックレンズの色収差補正の有無による
ＭＴＦ特性を示す線図、 第１０図はプラスチック材料と無機材料との波長による
屈折率変化を比較して示す線図である。 Ｌ・・・レンズアレー Ｌａ、Ｌｌ、Ｌｎ・・・レンズ Ｐ、Ｐ′・・・光束偏向板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、正立正像を投影する複数の投影光学系を各々の光軸
   が互いに平行となるように配列したレンズアレーを、変
   倍の正立正像を投影する結像条件を満たすように配置し
   、このレンズアレーの物体側端面および／または像側端
   面側に変倍の正立正像の投影に伴なう前記各々の投影光
   学系による投影像の重なりのずれを補正し得るような偏
   向角を有する光束偏向部材を配置すると共に、この光束
   偏向部材の色収差を補正するように前記レンズアレーに
   色収差を持たせたことを特徴とする変倍光学像投影装置
   。 ２、前記光束偏向部材を前記レンズアレーの中央部に対
   応する部分では偏向作用がなく、中央部から端部に向か
   って偏向作用が順次増加するよう構成すると共に、前記
   レンズアレーを構成する全てのの投影光学系に、前記レ
   ンズアレーの中央部と端部とのほぼ中間に位置する投影
   光学系に対応する前記光束偏向部材の色収差を補正する
   ような色収差を持たせたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の変倍光学像投影装置。 ３、前記光束偏向部材を前記レンズアレーの中央部に対
   応する部分では偏向作用がなく、中央部から端部に向か
   って偏向作用が順次増加するよう構成すると共に、前記
   レンズアレーをその中央部と端部との間でｎ個（ｎ≧２
   ）の群として、各群の全ての投影光学系に、当該群のほ
   ぼ中央に位置する投影光学系に対応する前記光束偏向部
   材の色収差を補正するような色収差を持たせたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の変倍光学像投影装
   置。