JPS635725B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔技術分野〕 本発明は光学的な投影装置、特に物体の鏡像を
投影面上に形成する投影装置に用いられる棒状レ
ンズの作製方法に関するものである。 〔従来技術〕 物体の鏡像を投影面上に形成する投影装置は、
転写行程を有している複写装置において特に用い
られている。ところで従来の複写装置等における
投影装置は単眼レンズ系即ち１つの光軸しか有さ
ない投影レンズ系が使用されていた。しかし単眼
レンズ系を用いるとその光学的共役距離が比較的
長くなる為、単眼レンズ系を投影レンズ系として
用いた複写装置は小型化が困難であつた。従つて
複写装置の小型化の為に投影レンズ系の共役距離
を短くする努力がなされ、その結果１つの解決手
段として投影レンズ系を比較的共役距離の短いレ
ンズ系が複数個、光軸と垂直な方向に配列された
複眼レンズ系で形成する投影装置が提案されてい
る。この投影装置においては複眼レンズ系を構成
する各々の要素レンズ系（物体と投影面間に延長
する光軸に沿つて配列されたレンズ系）が投影す
べき物体の各部分の像をそれぞれ投影面上に形成
し、複眼レンズ系全体で物体全体の投影像を投影
面に形成する。 例えば昭和49年２月28日に公告された昭和49年
特許出願公告公報第8893号には複写されるべき原
稿の帯状領域をこの帯状領域の長手方向に沿つて
複数の要素レンズ系を配列し、これらの要素レン
ズ系によつて帯状領域の各部分像を感光体上に形
成する投影装置が示されている。 この投影装置の各々の要素レンズ系は３つのレ
ンズ、即ち、前側、中間、後側のレンズより構成
され、前側レンズによつて原稿の１部の中間像が
前側と後側のレンズの間に配された中間レンズ上
に形成される。そして中間レンズ上に形成された
中間像は後側レンズによつて感光材上に鏡像とし
て再結像される。この中間レンズはフイールドレ
ンズ作用を行うもので、本来の投影作用に何等関
係のないものである。しかしながらこのフイール
ドレンズは感光材上に形成される投影像の明るさ
を一様に保つ点から重要なレンズである。 そのような投影光学系に対して本出願人より投
影像の明るさを減少させる事なく、要素レンズ系
を構成するレンズの個数を少なくした投影装置が
特開昭53−122426号により開示されている。この
装置は、光軸に沿つた長さがレンズの有効径に比
べて長い棒状レンズを複数個所定方向に配列して
なるものである。 〔発明の概要〕 本発明の目的は、上記投影装置に用いられる棒
状レンズの成形型を用いて作製する際に、芯材と
型との間にずれが生じても、レンズ有効領域を損
なうことのない棒状レンズの作製方法を提供する
ことにある。 本発明の上記目的は、透明な棒状部材の端面
を、凹面部を有する型で加圧することによりレン
ズ状に成形する際に、前記棒状部材と型との間に
ずれが生じてもレンズ有効領域が損なわないよう
に、該レンズ有効領域に対応する前記型の凹面部
を、前記端面における棒状部材の外形よりも小さ
くすることによつて達成される。 〔実施例〕 まず、本発明の方法で作製された棒状レンズを
用いる投影光学系について説明を行う。その例と
して３種類の投影光学系を掲げる。 これらの投影光学系は、各々の要素レンズ系が
２つのレンズ又は実質的に２つのレンズから成る
複眼光学系を用いたものであり、第１図ａ，ｂに
その概観図を示す。ここで第１図ｂは反射型複眼
光学系で、５はハーフミラー、６が複眼レンズ、
７がミラーである。第１図ａで各々の要素レンズ
系を構成する２つのレンズは実質的に像界側テレ
セントリツクな第１レンズ１と実質的に物界側テ
レセントリツクな第２レンズ２である。ここで実
質的にテレセントリツクなレンズとは光軸に平行
にもしくはほぼ平行状態の射出又は入射主光線が
得られるレンズを意味する。そして第１レンズの
像界側の面と第２レンズの物界側の面とで視野レ
ンズ作用を持たせる事で投影像の明るさを保つた
まま、前述の特公昭49−8893号に開示されている
投影光学系に比べてレンズ個数の少ない投影光学
系が得られる。更に各レンズが実質的テレセント
リツクであることによつて前述の第１レンズの像
界側面と第２レンズの物界側面とで形成された実
質的な視野レンズの作用は最大の効率を示し、従
つて投影像を有効に明るくできる。尚このレンズ
は実質的にテレセントリツクであり、有効径に比
べて、光軸に沿つた長さが大きい。従つて以下こ
の種のレンズをバーレンズと称す。第１図ａにお
いて各要素レンズは原稿Ｄの各部分毎の像を２つ
のバーレンズの間に１度結像し更に投影面Ｐ上に
再形成し、そして２列の複眼系によつて原稿Ｄの
帯状部分３の像４を形成し、更に原稿Ｄ及び投影
面Ｐを前述の帯状部分３と垂直な方向に相対的に
移動させることにより原稿面の全体像を順次投影
面に形成するものである。また第１図ｂにおいて
は原稿Ｄの中間像がミラー７上に形成され、再び
投影面Ｐに再形成される。以下その例を述べる。 光学系１ これは前述の特開昭53−122426号明細書に詳し
く説明されている。第２図は一つの要素レンズ系
の作用を説明する為のもので、この図に於いて１
０は物体すなわち原稿の一部である。１１はバー
レンズ２１の入射瞳に置かれた明るさ絞り、１２
は第１のバーレンズ２１によつて形成された物体
１０の中間像１３が形成される面に配された視野
絞りである。この視野絞りは物体面の適用範囲を
定める作用をする。 この視野絞り１２はバーレンズ２１の像界側の
面及びバーレンズ２２の物界側の面からなるべく
離す方が、これら面に付着するゴミの像が投影面
上に形成されることを防ぐ上から好ましい。この
視野絞り１２を入れるため中間像は縮小されてい
ることが好ましい。１５は主光線を示す。第３図
のレンズ２１，２２は先に述べた様に、レンズ２
１は像界側テレセントリツクなレンズであり、レ
ンズ２２は物界側テレセントリツクなレンズであ
るため、レンズ２１，２２を射出又は入射する主
光線は光軸と平行になる。従つて、中間像を形成
した光はレンズ２２によつて光量を損失すること
なく効率良く投影面上に再結像される。すなわ
ち、レンズ２１，２２をテレセントリツクなレン
ズにすることによつて、レンズ２１の像界側の
面、及びレンズ２２の物界側の面はあたかも空気
レンズを形成する如く作用して、実質的に視野レ
ンズの役目を兼ねる。このようにして本投影光学
系は視野レンズを必要とせずレンズの個数が減ら
せる。 尚、本件発明者等の実験によれば、バーレンズ
２１，２２を同一のレンズ（但し、中間像１３に
対して面対称とすること）として、更にレンズの
有効径に対して、光軸に沿つたレンズ肉厚を２〜
60倍に構成することによつて、良好な結果が得ら
れることが判明された。 又、これらレンズ２１，２２の設計は後述する
様に、第１レンズ２１については式(6)〜(10)第２レ
ンズ２２については式（16）〜（20）を満足する
ことが望まれる。以下このことについて述べる。 まず、第１レンズ２１について説明する。第１
レンズの説明を簡単にするため第３図に付した記
号を使用する。 図中、第１レンズ２１の第１面すなわち物界側
の面の曲率半径r₁、第２面すなわち像界面側の面
の曲率半径r₂（図では負量）、第１レンズの中心厚
すなわち光軸に沿つた第１面と第２面とのレンズ
肉厚をd₁′と表記し、このレンズの材質の主屈折
率すなわち、代表的な設計波長に対する屈折率を
n₁′とする。又、このレンズの有効率をφ₁で表わ
し、物体１０の大きさをφ₀、このレンズ２１に
よつて形成される中間像１３の大きさをφ₂とし、
このレンズ２１の第１面よりはかつて物体１０ま
での距離をS₁（図では負量）、第１のレンズ２１の
第２面より中間像１３までの距離をS₂′と表記す
る。更に中間像１３の物体１０に対する横倍率を
β₁（≡−｜φ₂／φ₀｜）で表わす。そしてこのレンズ
２ １の物体側有効ＦナンバーをFeで表わすことと
する。 照明条件から定められる有効Ｆナンバー、即ち 及び部分画像のケラレがない様設定する中間像の
横倍率β₁（｜β₁｜＜１）、それに物体距離S₁及び中
間像までのレンズバツクS₂′はあらかじめ設定で
きる量である。又、材質の主屈折率n₁′は材質を
設定することによつて定められる。これらの５つ
の設定量Fe、β₁、S₁、S₂′、n₁′より、第１レンズ
２１の第１面の曲率半径r₁、第２面の曲率半径
r₂、第１レンズ中心厚d₁′、及び第１レンズの有
効径φ₁、それと物体の有効部分径φ₀を理想結像
理論を用いて次の条件により定める。 まず倍率β₁とレンズの構成データとの関係は次
式で与えられる。 β₁＝１／｛φ₁＋φ₂−φ₁e₁′φ₂｝S₂＋｛１−e₁′φ₂
｝ ………(2) ここで φ≡n₁′−１／r₁（第１面の屈折力） φ₂≡１−n₁′／r₂（第２面の屈折力） 岸吉e₁′≡d₁′／n₁′ 次に、物体からの入射光束の主光線即ち第１面
の中心を通過する光線が第２面を出た後光軸と平
行に出射する条件は、丁度第２の焦点距離（即ち
１／φ₂）がe₁′と等しいことと等価であることか
ら次の関係で表わされる。 １／φ₂＝e₁′ ………(3) 次に、有効物体径φ₀の端からレンズ２１に入
射する光束がケラレないための条件として（第２
図参照）、光束の下の光線が第１面を通過後光軸
と平行なレンズ２１の縁に沿つてゆくことから、
次の関係式が得られる。 φ₁＝−１／S₁｛１＋φ₀／φ₁｝ ………(4) 最後に、第１レンズ２１の第２面から中間像位
置までの距離S₂′をあらかじめ適正値に保つため
の条件から次の関係式が必要となる。 S₂′＝β₁×｛（１−φ₁e₁′）S₁−e₁′｝ ………(5) 以上(1)〜(5)式の条件をr₁、r₂；d₁′、φ₁；φ₀につ
いて連立して解くことによつて一意的に次の結果
を得る。 r₂＝（１−n₁′）×β₁S₁ ………(7) d₁′＝n₁′×β₁S₁ ………(8) 次に、第２レンズ２２について説明する。先と
同様に第３図に付した記号を使用する。 図中、第２レンズ２２の第１面すなわち、物界
側の面の曲率半径をr₃、第２面すなわち像界側の
面の曲率半径をr₄（図に於いては負量）、第２レン
ズの中心厚、すなわち光軸に沿つた第１面と第２
面とのレンズ肉厚をd₂′と表記し、このレンズの
材質の主屈折率、すなわち代表的な設計波長に対
する屈折率をn₂′とする。又、このレンズの有効
径をφ₃で表わし、投影面上の第２レンズに対す
る投影像の大きさをφ₄で表わし、このレンズ２
２の第１面よりはかつて中間像５３までの距離を
S₃（図では負量）、第２のレンズ２２の第２面より
投影像までの距離をS₄′と表記する。更に投影像
１４の中間像１３に対する横倍率をβ₂（≡−｜φ₄／φ
₂ ｜）で表わす。そしてこのレンズ２２の像界側有
効ＦナンバーをFe′で表わすとする。 投影像の明るさに関する条件から定められる有
効Ｆナンバー、即ち、 及び部分画像のケラレがない様、設定する投影像
の横倍率β₂（｜β₂｜＞１）、それに中間像距離S₄及
び投影面までのレンズバツクS₄′はあらかじめ設
定できる量である。又、材料の主屈折率n₂′は材
質を設定することによつて定められる。これらの
設定量Fe′、β₂、S₃、S₄′、n₂′より第２レンズ２２
の第１面の曲率半径r₃、第２面の曲率半径r₄、第
２レンズのレンズ中心厚d₂′、及び第２レンズの
有効径φ₃、それに投影像の有効部分径φ₄を理想
結像理論を用いて次の条件により定める。 まず横倍率β₂とレンズ２２の構成データーとの
関係式は次式で与えられる。 １／β₂＝１／｛φ₃＋φ₄−φ₃e₂′φ₄
｝（−S₄′）＋｛１−e₂′φ₃｝………(12) ここで φ₃≡n₂′−１／r₃（第１面の屈折力） φ₄≡１−n₂′／r₄（第２面の屈折力） e₂′≡d₂′／n₂′ 次に、光軸と平行な主光線を有する入射光束
が、この第２レンズの有効径φ₃に対して過不足
なく、この第２レンズを通過する為には、この第
２レンズの第２面に射出瞳があることが望まし
い。この要請は丁度第１面の焦点距離（即ち１／
φ₃）がe₂′に等しいことと等価であることから次
の関係を得る。 １／φ₃＝e₂′ ………（13） 次に、有効中間像径φ₂の端から第２レンズ２
２に入射する光束がケラレない為の条件として
（第２図参照）、光束の下の光線が第１面を通過後
光軸と平行なレンズ２２の縁に沿つてゆくことか
ら、次に関係式が得られる。 φ₄＝１／S₄′｛１＋φ₄／φ₃｝ ………（14） 最後に第２レンズ２２の第１面から中間像位置
までの距離S₃をあらかじめ適正値に保つ為の条件
から次の関係式が必要となる。 S₃＝１／β₂×｛（１−φ₄e₂′）S₄′＋e₂′｝
………（15） 以上(11)〜（15）式の条件式をr₃、r₄、d₂′、φ₃、
φ₄につて連立して解くことによつて一意的に次
の結果を得る。 r₃＝（１−n₂′）×S₄′／β₂ ………（16） d₂′＝−n₂′×S₄′／β₂ ………（18） φ₄＝〔S₃β₂−S₄′／S₄′／β₂〕×φ₃ ………（20） そこで、第１レンズ２１と第２レンズ２２を結
合した共軸光学系において、まず第１レンズによ
り被投影物体（物体径φ₀）の中間像（像径の大
きさφ₂）が形成され、引き続いてこの中間像が
第２レンズによつて投影像面上に投影像径φ₄の
正立像として明るさの一様性を損失することな
く、リレーされることになる。その際物体面の全
体像を第１レンズ及び第２レンズよりなる共軸光
学系を複数個配列することによつて結果として投
影面上に矛盾なく形成するには一般にβ₁×β₂＝＋
１、すなわち、等倍正立で使用されねばならない
ことに注意を要する。すなわち、 β₂＝１／β₁ ………（21） の関係を満たすように第１レンズ及び第２レンズ
の構成を配慮する必要がある。そしてこのような
配慮においては必然的に Fe′＝Fe ………（21′） は自明である。 結局、第１レンズ２１と第２レンズ２２を結合
した正立等倍の共軸光学系では、第１レンズ２１
についてβ₁及びFeを適正な条件によつて設定さ
れるとすれば、第２レンズのβ₂、Fe′は自ずと式
（21）及び（21′）によつて定められる。しかし、
第１レンズの他の設定値であるS₁、S₂′、n₁′及び
第２レンズの設定値であるS₃、S₄′、n₂′は互いに
独立に適正な条件により定めてよいことは注意さ
れねばならない。 さて、一般に第１レンズと第２レンズの構成が
異なることは二種のレンズを作ることになり、製
造上の観点からみて避けることが望ましい。 この観点からすれば、前述の第１レンズと第２
レンズを結合した正立等倍の共軸光学系の条件式
（21）及び（21′）を満たす第２レンズとして、即
座に第１レンズを中間像面に関して対称に配置し
た共軸光学系が考えられる。従つてこの考えに基
づけば第２レンズとして第１レンズを流用するこ
とが可能となる。この場合、第２レンズを構成す
る諸元は第１レンズを構成する諸元と次の関係で
得られる。すなわち、 r₃＝−r₂、r₄＝−r₁、d′₂＝d′₁、 n′₂＝n′₁、φ₃＝φ₁、φ₄＝φ₀、 β₂＝１／β₁、S₃＝−S′₂、S′₄＝−S₁、 F′e＝Feである。 ここで次表に中間像面に関して、第１レンズと
第２レンズを対称に配置した例１〜10の設計値を
挙げる。

【表】

【表】
単位：mm
このような要素レンズ系を用いた複眼レンズ及
びマスクの構成を第４〜第６図に示す。第４図は
複眼レンズを光軸方向から見た図で、２列の並列
配置になつている。ピツチａは適宜に選択される
値であり、ｂは任意量である。視野絞りは第５図
に示すように、要素レンズ系と同じピツチで配列
されたマスク２５上の開口２６によつて形成され
ていて、第３図における１２の位置に配される。
第３図で示したように要素レンズ系においては中
間像は縮小像であるため、中間像と同一平面にあ
る開口２６は投影面上に拡大して投影される。第
６図ａにその状態を示してあるが、矢印で示した
走査方向と垂直な方向において、隣り合う開口像
は互いに一部分が適宜に重なり合い、投影装置が
走査方向に原稿に対して相対的に移動した場合に
投影面に一様な照明を与える。マスク２５の開口
２６の像は第６図ｂに示される様な６角形の開口
を有し適宜な間隔に配列され走査方向に積分され
る光量は配列方向で一定となる。尚この視野絞り
により投影面上の光強度分布は第６図ｃに示され
るような矩形状の分布となる。 光学系２ 光学系１の投影光学系の特徴は有効物体視野に
対応する最終像面の光強度分布がほぼフラツトで
ある点である。即ち例えば中間像面部において視
野絞りをもうけることにより言い換えればレンズ
と独立した絞りによつて最終像面の光速度分布を
ほぼフラツトとしているのである。一方、光学系
２においては中間像面部における視野絞りを設け
ることなく、２つのレンズを結合する鏡筒を単な
る保持としてでなく、いわば光軸方向に伸びた絞
りとして使用することにより、最終像面における
光強度分布を有限な中心部領域においてフラツト
（即ち口径蝕ゼロ）として、周辺部領域において
徐々に口径蝕を増すような独特の光学系を特徴と
している。即ち光学系２においては光軸方向に延
びた鏡筒内径面を投影面における光強度分布を左
右するものとして位置付け、これをもつて特徴と
するものである。更に曲率半径等の諸元に許容範
囲を与え、また千鳥状２列に配列することにより
フラツト性が増すこと及び安定した反射防止をと
ることにより光学性能を上げることを開示するも
のである。 第７図に光学系２における要素レンズ系の光軸
方向の断面図を示す。ここで鏡筒１０１の内径と
レンズ４０，４１の外径は一致しており、その内
面は反射防止がほどこされている。また第８図
ａ、第８図ｂにはレンズ４０，４１の構成、作用
が説明されている。この図に於いて５０は物体即
ち原稿の一部である。５４は主光線（第１面の中
心に入射する光線）を示す。レンズ４０，４１は
先に述べた様に、レンズ４０に於いては像界側テ
レセントリツク、レンズ４１に於いては物界側テ
レセントリツクであるためレンズ４０を出射す
る。又はレンズ４１に入射する主光線は光軸と平
行になる。従つて中間像を形成した光はレンズ４
１によつて光量を損失することなく効率良く投影
面上に再結像される。即ちレンズ４０，４１をテ
レセントリツクなレンズにすることによつてレン
ズ４０の像界側の面及びレンズ４１の物界側の面
はあたかも空気レンズ（レンズ内部の屈折率が外
部の屈折率より小さい凹レンズは通常の凸レンズ
に等価である。）を形成するが如く作用してフイ
ールドレンズの作用を兼ねる。但し、ここで注意
すべきは光量損失なく投影面上に再結像される像
体領域は中央部における有限領域φ₀の範囲内で
ある。即ち中間像面上の領域φ₂の範囲内である。
いま鏡筒１０１の内径をφ₂₁とするとき中間像面
上のφ₂を越えφ₂₁領域内に結像される物体領域即
ち物体面上のφ₀からφ₀₁に相当する領域内からの
光束はレンズ４０の鏡筒内面即ちレンズ外径面及
び２つのレンズ中間部における内面により欠けら
れることにより口径蝕を生ずる。その度合はφ₀
からφ₀₁へ向けて大きくなり、φ₀₁においてこの口
径蝕は100％即ち投影面内へ正規に伝達される光
束はゼロとなる。このようなときの投影面上での
光強度分布の断面図を示したのが第９図である。
縦軸は光強度であり、横軸は像高（画角）であ
る。ここでφ₄、φ₄₁はそれぞれ物体面上のφ₀、φ₀₁
に投影面で共役に対応している。投影面上でこの
ような光強度分布をもたせることができる光学系
を等間隔に１列のアレー状として配列すると、ア
レー方向に対して直角方向に積分された光量に関
するアレー方向での分布は正弦状となる。正弦状
の光強度分布でも許容され得る（アレーは１列の
みでなく複数列を含む）が、更に第１０図に示さ
れるように共軸的に配された第１レンズ４０、第
２レンズ４１によつて構成された要素レンズ系を
２列千鳥状（各投影光学系の間隔すなわちピツチ
をａとするとき第２列を第１列に対し、半ピツチ
即ちａ／２ずらせた配列）に配列すると配列方向
と直角方向に積分された投影像光量の配列方向で
の分布はほぼフラツトとなる。ここで千鳥状２列
配列を１組として更に多くの配列であつてもよ
い。なお第１列と第２列の間隔ｌは任意量であ
る。 上記述時でのフラツト性はピツチａと有効物体
視野φ₀₁との関係が次の条件を満たすとき数パー
セント内の範囲で得られる。 K₁／２×φ₀₁ａK₂／２×φ₀₁（K₁＝0.9、K₂＝1.1） このようにして本光学系は投影像の光強度を均
一なものとし、かつ光軸方向のレンズの個数が２
個と調整の容易な光学系としている。即ちレンズ
個数が２個のための光軸方向及び光軸と直角の方
向での相対関係の調整は１回で済む。ところで本
発明者等の実験によればレンズ４０、レンズ４１
を同一のレンズ（但し中間像５３に対して面対称
とすること）としてレンズの直効径に比べ光軸に
沿つたレンズの長さを２〜60倍にすることにより
良好な結果が得られることが判明された。 又、これらレンズ４０，４１の設計は光学系１
と同様に第１レンズ４０については式(6)〜(10)第２
レンズ４０については式（16）〜（20）を満足す
ることが望まれる。 ところで光学系２においては、鏡筒内径面をい
わば光軸方向に伸びた絞りとして使用すること
が、基本思想であるが投影面上の照度が一定とな
る物体視野φ₀以外からレンズに入射する光につ
いての鏡筒内径面からの反射光は迷光となつて像
面上の光強度分布に悪影響を与えるため充分な反
射防止策をとる必要性がある。ここで通常行われ
るように、レンズ外径面を墨付けすることは次の
点より芳しくない。即ち、光学系２においてはレ
ンズ外径と鏡筒内径を精度良く抑えるためレンズ
を鏡筒にカン合させるものであり、挿入時にハガ
レ等生じさせる可能性があるからである。即ち光
学系２においては鏡筒内径面が単なる反射防止並
びにレンズ保持という機能にとどまらず、有効物
体視野を規制する絞りとして、光軸方向にかなり
長い範囲を有するため安定した反射防止策が望ま
れる為である。そこで安定した反射防止策として
第１１図ａに示されるように、レンズ外径面と鏡
筒内径面の間にレンズとほぼ同一の屈折率をも
ち、入射光量を減衰させるいわば鏡筒に準ずる物
質６２及び２つのレンズの中間部に６２と同様の
効果をもたらす物質６３を挿入することが考えら
れる。例えば透明なプラスチツクの材質からなる
レンズに対し光吸収材として黒色のプラスチツク
のクラツド材を用いることができる。この機能に
ついて第１１図ｂにて説明すると投影面上の照度
が一定となる物体視野φ₀以外から物体側レンズ
第１面に入射する光線６４はクラツド材とレンズ
の境界部に達する。レンズとクラツド材は、ほぼ
同一の屈折率であるため、この境界部で反射され
る光６５は無く、殆んど透過しラツド材に入射す
る。クラツド材は吸収拡散により入射光を減衰さ
せる材質であり、クラツド材の中を透過して更に
境界部において反射し、再びレンズに入射する光
６６及びクラツド材から鏡筒側へ透過するような
光６７は無くなる。ここでクラツド材の内径が
φ₂₁となる。また第１１図ｃに示されるように物
体側レンズの第２面通過後鏡筒内面へ向かつて入
射する光線６８も同様に減衰される必要性があ
る。しかし物体側レンズと像側レンズの中間部は
空気層であり、レンズ外径に嵌合する前記クラツ
ド材６２を同様に用いると屈折率の違いによる反
射光６９が存在し、しかも斜入射すると反射光量
が増加するという問題点があり、前記クラツド材
とは異なり屈折率が空気に近い別の光吸収材６３
を使用する必要性がある。これにより不要光線６
９，７０，７１が除かれる。ここでも光吸収クラ
ツド材の内径はレンズ外径と等しくなることが必
要とされる。即ちφ₀₁に対応するφ₂₁が必要とな
る。これらにより有効光束のみを伝達させ設計上
望まれる光強度分布をつくりだすことができる。
またこの光吸収層であるクラツド材は外部からの
迷光をも遮蔽する効果もある。 ところで透明芯材としてアクリル樹脂、スチロ
ール等のプラスチツクやガラス等が使用可能であ
り、光吸収層の材質として着色されたプラスチツ
クや塗料等も使用可能である。ところで以上、レ
ンズ有効径とレンズ外径が等しいとして述べてき
たが、例えば第１２図に示されるようにレンズ７
３の外径φ′₂₁が有効径φ₂₁と異なつていても実質
的に有効径と外径が等しければ構わない。但し第
１２図に示すように第１面、第２面における有効
径以外の部分７２を粗面若しくは光吸収面として
光をレンズ内に入射させない事が必要である。 このように光学系２は、レンズ有効径即ちレン
ズ外径を投影面上の光強度分布の基礎とすること
によりまた安定した反射防止をすることにより画
像性能の良いコンパクトな投影装置としている。 更に本件発明者は光学系１及び２において第１
レンズ及び第２レンズが先の条件式(6)〜(10)、（16）
〜（20）から±10％程度すなわち、 K₁×（１−n′₁）×β₁S₁≧r₂≧K₂×（１−n′₁） ×β₁S₁ K₁×n′₁×β₁S₁≦d′₁≦K₂×n′₁×β₁S₁ K₁×（１−n′₂）×S′₄／β₂≦r₃≦K₂
×（１−n′₂）×S′₄／β₂ −n′₂×S′₄／β₂×K₁≦d′₂≦K₂×（−n′₂）×S′₄
／β₂ 〔S₃β₂−S′₄／S′₄／β₂〕×φ₃×K₁≦φ₄≦〔S₃β₂
−S′₄／S′₄／β₂〕 ×φ₃×K₃ 但し、K₁＝0.9、K₂＝1.1 で表わされる程度のものであつても良いことを実
際設計し確認した。 光学系３ 光学系２においては視野絞りの必要ない投影光
学系を示したが、しかし反面原稿面を走査した時
に全体で一様な明るさの投影をする為には各要素
レンズ系を少なくとも２列の千鳥状配列すること
が望ましかつた。光学系３では視野絞りが必要な
く、かつ一列の複眼系でも原稿全体で一様な明る
さの投影が可能な光学系を示す。光学系３では投
影面上でガウス分布状の光強度分布をもたせるこ
とができる光学系を等間隔に１例以上の互いに平
行な並列配置したとき、各構成レンズ系における
有効物体視野は多重に重なり合い、アレー方向に
対して直角方向に積分された光量に関するアレー
方向での分布はほぼフラツトである光学系を示
す。光学系３では要素レンズ系を構成するレンズ
の横倍率を小さくすることにより有効物体視野を
大きくとり、又各部分投影像の重なり部分におけ
る光量が一様になるように像面上の光強度が各要
素レンズ系の光軸を中心として第１３図に示すよ
うなガウス分布になるように設計される。 そして１列以上の互いに平行な並列アレーに関
し、後述するレンズにおいてその有効径をφ₁、
ピツチをａとするとき次の条件を満たすことによ
り数パーセント内のフラツト性が得られる。 M₁×φ₁＜ａ＜M₂×φ₁ （M₁＝1.18、M₂＝1.36） 光学系２における第８図ａを用いて、光学系３
の光学的特徴を述べる。光学系２と同様に第１レ
ンズ４０について第１面即ち物界側の面の曲率半
径をr₁、第２面即ち像界側の面の曲率半径をr₂
（図では負量）中心厚即ち光軸に沿つた第１面と
第２面との間隔をd₁′、屈折率をn₁′、レンズの有
効径をφ₁、物体視野領域の大きさをφ₀₁、中間像
５３の大きさをφ₂としこのレンズ４０の第１面
より物体５０までの距離をS₁（図では負量）、第１
のレンズ４０の第２面より中間像５３までの距離
をS₂′、中間像５３の物体５０に対する横倍率を
β₁（≡−｜φ₂／φ₀｜）物体側有効ＦナンバーをFe
とする。 Fe、S₁、β₁、S₂′、n₁′はあらかじめ設定でき、
これら５つの設定量よりr₁、r₂、d₁′、φ₁、φ₀が理
想結像理論より算出される。 ここで、本光学系の基本となる主光線の意味が
光学系１、２と異なる為、それを説明しておく。
有効物体視野端から物体側レンズの第１面の上方
端に入射する光線と有効物体視野端から物体側レ
ンズの第２面の下方端を通過する光線を考えると
き、両光線の第２面射出高さのちようど真中を射
出し光軸と平行となつて像界側レンズに向かう光
線を主光線としこれをもつて本光学系を特徴づけ
る。 さて以下r₁、r₂、d₁′、φ₁、φ₀を算出するがまず
Ｆナンバーの定義より また近軸追跡より β₁＝１／（φ₁＋φ₂−φ₁e₁′φ₂）S₁＋（１−e₁′φ₂
） ………（23） 但し φ₁≡n₁′−１／r₁（第１面の屈折力） φ₂≡１−n₁′／r₂（第２面の屈折力） e₁′≡d₁′／n₁′ 次に物体からの有効入射光束の主光線が第２面
を出た後光軸と平行に出射する条件より次の関係
が示される。 φ₂＝２／e₁′ ……（24） φ₁＝−１／S₁ ………（25） また所要最大画角での開口効率がゼロになる条
件より次の関係式が必要となる。 φ₀＝−２×S₁×φ₁／e₁′ ………（26） 最後に第１レンズ４０の第２面から中間位置ま
での距離S₂′をあらかじめ適正値に保つ為の条件
から次の関係式が必要となる。 S₂′＝１／φ₂ ………（27） 以上（22）〜（27）式の条件をr₁、r₂、d₁′、
φ₁、φ₀について解くことによつて一意的に次の
結果を得る。 r₁＝−（n′₁−１）S₁ ………（28） r₂＝S₁×β₁×（１−n₁′） ………（29） d₁′＝２×n₁′×S₁×β₁ ………（30） φ₀＝−φ₁／β₁ ………（32） 次に、第２レンズ４１について説明する。先と
同様に第８図ａに付した記号を使用する。 図中、第２レンズ４１の第１面すなわち、物界
側の面の曲率半径をr₃、第２面すなわち像界側の
面の曲率半径をr₄（図においては負量）第２レン
ズの中心厚、すなわち光軸に沿つた第１面と第２
面とのレンズ肉厚をd₂′と表記し、このレンズの
材質の主屈折率、すなわち代表的な設計波長に対
する屈折率をn₂′とする。又、このレンズの有効
径をφ₃で表わし、投影面上の第２レンズに対す
る投影像の大きさをφ₄で表わし、このレンズ４
１の第１面よりはかつて中間像５３までの距離を
S₃（図では負量）、第２レンズ４１の第２面より投
影像までの距離をS₄′と表記する。 像５３に対する横倍率をβ₂（≡−｜φ₄／φ₂｜）で
表 わす。そしてこのレンズ４１の像界側有効Ｆナン
バーをFe′で表わすとする。 投影像の明るさに関する条件から定められる有
効Ｆナンバー、即ち、 投影像の横倍率β₂（｜β₂｜＞１）、それに中間像
から物体側面までの距離S₃及び投影面までのレン
ズバツクS₄′はあらかじめ設定できる量である。
又、材料の主屈折率n₂′は材質を設定することに
よつて定められる。これらの設定量Fe′、β₂、S₃、
S₄′、n₂′より第２レンズ４１の第１面の曲率半径
r₃、第２面の曲率半径r₄、第２レンズのレンズ中
心厚d₂′、及び第２レンズの有効径φ₃、それに投
影像の有効部分径φ₄を理想結像理論を用いて次
の条件より定める。 まず横倍率β₂とレンズ４１の構成データとの関
係は次式で与えられる。 １／β₂＝１／（φ₃＋φ₄−φ₃e₂′φ₄）
（−S₄′）＋（１−e₂′φ₃）………（34） 但し φ₃≡n₂′−１／r₃（第１面の屈折力） φ₄≡１−n₂′／r₄（第２面の屈折力） e₂′≡d₂′／n₂′ 次に物体からの有効入射光束の主光線が第２レ
ンズの第１面へ入射するとき光軸に平行である条
件より φ₃＝２／e₂′ ………（35） φ₄＝１／S₄′ ………（36） 所要最大画角で開口効率ゼロなる条件より次の
関係式が必要となる。 φ₄＝２×S₄′×φ₃／e₂′ ………（37） 最後に第２レンズ４１の第１面から中間像位置
までの距離S₃をあらかじめ適正値に保つ為の条件
から次に関係式が必要となる。 S₃＝−１／φ₃ ………（38） 以上（33）〜（38）式の条件式をr₃、r₄、d₂′、
φ₃、φ₄について連立して解くことによつて一意
的に次の結果を得る。 r₃＝S₄′×１／β₂×（１−n₂′） ………（39） r₄＝（１−n₂′）×S₄′ ………（40） d₂′＝−２×n₂′×S₄′×１／β₂ ………（41） φ₄＝−β₂×φ₃ ………（43） そこで第１レンズ４０と第２レンズ４１を結合
した共軸光学系においてまず第１レンズにより被
投影物体（物体径φ₀）の中間像（像径の大きさ
φ₂）が形成され引き続いて中間像が第２レンズ
によつて投影像面上に投影像径φ₄の正立像とし
てリレーされることになる。その際物体面の全体
像を第１レンズ及び第２レンズよりなる共軸光学
系を複数個配列することによつて結果として投影
面上に矛盾なく形成するには一般にβ₁×β₂＝＋
１、即ち正立等倍で使用されなけねばならないこ
とに注意を要する。 即ち β₂＝１／β₁ ………（44） の関係を満たすように第１レンズ及び第２レンズ
の構成を配慮する必要がある。 そしてこのような配慮においては必然的に Fe′＝Fe ………（45） が自明となる。 結局、第１レンズ４０と第２レンズ４１を結合
した正立等倍の共軸光学系では、第１レンズ４０
についてβ₁及びFeを適正な条件によつて設定さ
れるとすれば、第２レンズのβ₂、Fe′は自ずと式
（44）及び（45）によつて定められる。しかし、
第１レンズの他の設定値であるS₁、S₂′、n₁′及び
第２レンズの設定値であるS₃、S₄′、n₂′は互に独
立に適正な条件より定めてよいことは注意されな
ければならない。 さて、一般に第１レンズと第２レンズの構成が
異なることは二種のレンズを作ることになり、製
造上の観点からみて避けることは望ましい。 この観点からすれば、前述の第１レンズと第２
レンズを結合した正立等倍の共軸光学系の条件式
（44）及び（45）を満たす第２レンズとして、即
座に第１レンズを中間像面に関して対称に配置し
た共軸光学系が考えられる。従つて、この考えに
基づけば第２レンズとしては第１レンズを流用す
ることが可能となる。この場合、第２レンズを構
成する諸元は第１レンズを構成する諸元と次の関
係で得られる。即ち r₃、＝−r₂、r₄＝−r₁、d₂′＝d₁′、 n₂′＝n₁′、φ₃＝φ₁、φ₄＝φ₀、 β₂＝１／β₁、S₃＝−S₂′、S₄′＝−S₁、 Fe′＝Fe である。これにより投影光学系は簡潔なものとな
る。 更に本発明者は第１レンズ及び第２レンズが先
の条件式（28）〜（32）及び（39）〜（43）から
±10％程度のものであつても良いことを実験設計
し確認した。即ち、 −K₁×S₁×（n₁′−１）r₁−K₂×S₁ ×（n₁′−１） K₂×S₁×β₁×（１−n₁′）r₂−K₁×S₁×β₁ ×（１−n₁′） ２×K₁×n₁′×S₁×β₁d₁′２×K₂×n₁′ ×S₁×β₁ −K₁×φ₁／β₁φ₀−K₂×φ₁／β₁ K₁×S₄′×１／β₂×（１−n₂′）r₃K₂
×S₄′×１／β₂（１−n₂′） K₂×S₄′×（１−n₂′）r₄K₁×S₄′ ×（１−n₂′） −２×K₁×n₂′×S₄′×１／β₂d₂′−２
×K₂×n₂′×S₄′×１／β₂ −K₁×β₂×φ₃φ₄−K₂×β₂×φ₃ 但し、K₁＝0.9、K₂＝1.1である。 これらの条件を考慮し次表にデータを示す。

【表】
単位：mm
ところで光学系３においても光学系２と同様に
鏡筒内径面をいわば光軸方向に伸びた絞りとして
使用することが、基本思想であるが有効物体視野
以外からレンズに入射する光についての鏡筒内径
面からの反射光は迷光となつて像面上の光強度分
布に悪影響を与えるため充分な反射防止策をとる
必要性がある。その反射防止策については光学系
２でも述べたものと同様である。 この様に光学系３ではレンズ有効径即ちレンズ
外径を投影面上の光強度分布の基礎とすることに
より、また安定した反射防止をすることにより画
像性能の良いコンパクトな投影装置としている。 次に、光学系１、２、３で示した投影光学系を
構成する棒状レンズの本発明に基づく作製方法の
実施例を説明する。 本発明に係る棒状レンズは、第１２図に関し前
に述べられたようにレンズ有効径より見かけ上、
レンズ外形を大きくしている。これはバーレンズ
の製造上、バーレンズ用芯材と型の凹部との平行
ずれによりレンズ有効領域がケラれることを防
ぐ、即ち加工上の誤差を許容するものである。 レンズの作製に際しては、まず、第１４図ａに
示されるように型１２３内に透明アクリル１２４
を中央部に、黒色アクリル１２５を周辺部に流し
込み、押し出し法によりバーレンズ用芯材１２６
を形成する。この二重構造を有するバーレンズ用
芯材１２６（例えば棒状アクリル）を所定の寸法
に切断し、第１４図ｂに示されるように型１２７
内に入れ、型１２７にスライドする型１２９を適
当な温度環境下で、受け型１２８に加圧し両端部
に球面部を有するバーレンズを形成する。ここで
型１２８，１２９は中央部に凹面部をもち、これ
がレンズ有効径領域に対応し、その周辺部１３０
は粗面となつており、バーレンズの対応する箇所
に粗面を形成する。 この実施例において、芯材の径をレンズ有効径
に対して大きくしておけば、型１２７内で芯材の
少々の遊びが生じてもレンズ有効領域がそこなわ
れるようなバーレンズが形成される事はなく、所
定の実質的有効径を有するバーレンズを得る事が
可能である。こうして作製した棒状レンズを配列
して成る投影装置を複写装置に適用した例を第１
５図に示す。第１５図において１６０はドラムの
不図示のモータによつて矢印方向に定速で回転駆
動されているが、周囲に導電性基層、光導電体
層、表面透明絶縁層を順に層合して成る感光体１
６１を有している。この感光体１６１は、まずコ
ロナ放電器１６２により表面に均一な帯電を受け
るが、その極性は前記光導電体がＮ型半導体の場
合は正、Ｐ型の場合は負である。次に感光体１６
１は、ドラム１６０の回転に同期して、矢印方向
にドラム１６０の周速に結像倍率の逆数を乗じた
速度で（等倍像形成の場合同速）矢印方向に移動
せしめられる透明原稿台１６３上に載置された原
稿１６４の像露光を受けるが、この像は投影装置
１６５によつて感光体１６１上に結像されるもの
である。上記原稿１６４の投影装置１６５が対向
する領域、即ち感光体１６１上に結像せしめられ
る領域はランプと反射笠より成る照明系１６６に
よつて照明されている。ここで、例えば照明光量
を調整すれば感光体１６１に対する露光量が調整
できるものである。 感光体１６１は上記投影装置１６５による像露
光を受けると同時にACコロナ放電器１６２と逆
極性のコロナ放電器１６７により除電作用を受
け、これによつて感光体１６１上に原稿１６４の
光像に対応した帯電パターンが形成されることに
なるが、この感光体１６１は更にランプ１６８に
より全面均一な露光を受けるコントラストのよい
静電潜像が形成されることになる。形成された潜
像はカスケード型、マグネツトブラシ型等の現像
器１６９によりトナー像として顕画化される。次
にこのトナー像は不図示の供給手段から送出され
ローラ１７０，１７１によつて感光体１６１に接
しめられて感光体１６１と同速で送られる転写紙
１７２に転写される。転写効率を高める為、転写
位置に於いて転写紙１７２の裏面には現像像を形
成したトナーと逆極性の帯電が与えられるが、こ
れはコロナ放電器１７３によつてなされる。転写
紙１７２に転写されたトナー像は、転写紙に圧接
した対のローラ１７４，１７５を備えた加熱定着
器等の適宜の定着器で定着され、不図示の収納手
段に搬送される。 転写終了後の感光体表面は、これに圧接した弾
性体ブレード１７６のエツジによつて残留トナー
の拭い取りクリーニングを受けて清浄面に復し、
再び上記の画像処理サイクルに投入されるもので
ある、尚、前記放電器１６７は光像露光と同時に
感光体１６１表面を除電するように設置されてい
るが、帯電器１６２と結像系の間に配置されて光
像露光前に感光体１６１表面を除電するようにし
てもよい。この場合はランプ１６８は不要であ
る。また感光体１６１は表面絶縁層を持たないも
のであつてもよい。この場合は放電器１６７とラ
ンプ１６８は不要である。 ここで投影装置を形成するブロツクが金属質の
場合は、第１６図ａで示すようなエツジ部１９
０，１９１が帯電器１６７または高電位の感光体
１６１との間で放電する可能性を有する。この欠
点に関しては第１６図ｂで示すように段付きバー
レンズを用いてエツジ部１９０を被覆するか、ま
たエツジ部１９１に対しては第１６図ｃの如く絶
縁体１９２を近接または密着させることによつて
問題を解決できる。なお、以上各要素レンズ系は
２つのバーレンズから成るとして述べてきたが、
各要素レンズ系が正立正像系であるためこれを１
組とし共軸の複数組から成る、言い換えれば各要
素レンズ系を直列に結合した投影装置であつても
当然良い。 以上述べたように本発明の如き方法を用いれ
ば、棒状レンズを作製する際の計容誤差の範囲を
広げ、量産性を高め、コストを低減するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を用いる投影光学系の全体図。
第２図、第３図は本発明を用いる第１の型の投影
光学系を示す図。第４図は第１の型の投影光学系
のレンズ配列図。第５図は第１の投影光学系のマ
スクを示す図。第６図は第５図示のマスクの投影
図。第７図、第８図は本発明を用いる第２型の投
影光学系を示す図。第９図は第２型の投影光学系
における像面光量を示す図。第１０図は第２の型
の投影光学系の望ましいレンズ配列における投影
領域を示す図。第１１図、第１２図は本発明を用
いる第３の型の投影光学系を示す図。第１３図は
第３の型の投影光学系における像面光量を示す
図。第１４図は本発明に基づくバーレンズの製法
を示す図。第１５図は投影装置を用いた複写装置
を示す図。第１６図は複写装置において放電防止
の為の実施例を示す図である。 図中で、１２６……バーレンズ用芯材、１２
７，１２８，１２９……型、１３０……周辺部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 透明な棒状部材の端面を、凹面部を有する型
   で加圧することによりレンズ状に成形する際に、
   前記棒状部材と型との間にずれが生じてもレンズ
   有効領域が損なわれないように、該レンズ有効領
   域に対応する前記型の凹面部を、前記端面におけ
   る棒状部材の外形よりも小さくしたことを特徴と
   する光軸方向に沿つた長さがレンズの有効径に比
   べて長い棒状レンズの作製方法。