JPS635739B2 - - 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
べて長い第１及び第２の棒状レンズより成る要素
レンズ系を複数個、光軸と垂直面内で所定の方向
に少なくとも一列以上配列し、全体として物体の
像を投影面上に投影するものである。 〔発明の概要〕 本発明の目的は、上記棒状レンズを用いた投影
装置において、各要素レンズ系を構成する第１及
び第２の棒状レンズを互いに共軸となるように正
確に配置し、高い光学性能を得ることにある。 本発明の上記目的は、光軸に沿つた長さがレン
ズの有効径に比べて長い第１及び第２の棒状レン
ズより成る要素レンズ系を複数個、光軸と垂直面
内で所定の方向に少なくとも一列以上配列し、全
体として物体の像を投影面上に投影する投影装置
において、前記第１及び第２の棒状レンズを、各
要素レンズ系毎に共通の支持部材によつて、互い
に共軸となるように保持することによつて達成さ
れる。 〔実施例〕 まず、本発明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
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
ツクである事によつて前述の第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
動させる事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のレバーレンズ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
レンズを形成するが如く作用して、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の表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 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、次の関係式が得られる。 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強度分布を
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
４１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
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４
０、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）としてレンズの有効径に比べ光軸に
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、殆んど透過しクラツド材に入射
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。ここでグラツド材の内径が
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６９，
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
の光吸収量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）×β₁
S₁ 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×K₂ 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列以上の互いに平行
な並列配列したとき、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₁′、レンズの有効
径をφ₁、物体視野領域の大きさをφ₀₁、中間像５
３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
から次の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ればならないこ
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具
体的に組み立て構成した本発明の実施例である投
影装置を示す。 さて、以上の説明で本願発明が適用可能な投影
光学系について理解されたと思うので、以下本発
明について詳細に説明する。 本発明は前述の投影光学系に係わる各要素レン
ズ系（即ち、光軸方向２個より成るレンズ系）に
於けるバーレンズの構成に関する。 バーレンズより成る要素レンズ系に於いては、
光学性能上次のことが必要とされる。 (1) 各要素レンズ系を構成する２つのバーレンズ
が共軸であること、即ち偏心が無いこと。 (2) 各要素レンズ系を構成する２つのバーレンズ
が光軸方向、所定の位置に精度良く設定される
こと。 (3) 各要素レンズ系に於いて内面反射をなくし、
外部迷光を遮光すること。 ところでバーレンズを光軸と直角面内で所定の
方向に配列し、複写機の投影装置等に適用する場
合、本願出願人の先願である昭和53年12月18日出
願の明細書（発明の名称 投影装置）等に記載さ
れるような光軸と直角方向に第１のバーレンズ、
即ち物体側レンズを複数個配列して第１レンズブ
ロツクを形成し、更にそれとは別に第２のバーレ
ンズ、即ち像界側レンズを複数個配列して第２レ
ンズブロツクを形成し、その後２つのレンズブロ
ツクを結合させて投影装置を構成した場合は、相
互のピツチ誤差から一般に各要素レンズ系全てに
亘つて共軸とするのは非常に精度の高い技術を要
する。本発明を適用する投影装置の１実施例にお
いてはレンズの外径、レンズ面の偏心を管理して
各要素レンズ系毎を共軸に初期設定するものであ
る。これによつて各要素レンズ系全てに亘つて必
然的に２つのバーレンズが共軸となり、光学性能
は向上する。また光軸方向の位置の設定に関して
は工具により若しくはレンズ自体に基準位置をも
うけることにより精度良く抑えられる。 ところで内面反射防止に関しては、バーレンズ
の光軸と並行な外周面を粗面とし、粗面部を光吸
収材で埋める方法があるが、この方法によると、
レンズ成形、粗面加工、光吸収物質の塗布と工程
が多くコスト高になるという問題点がある。本発
明を適用する投影装置の１実施例においては第１
１図ａ，ｂ，ｃに関し前に述べられたようにバー
レンズを構成する光透過物質とほぼ同一の屈折率
を有する光吸収材等をバーレンズの外側に被覆
し、バーレンズの外周部に於ける内面反射を防止
するものである。即ち、バーレンズ外周部に達す
る光は、屈折率差のない光吸収部へ全て透過し、
吸収減衰せられる。また、この光吸収部は外部か
らの迷光を遮光する効果もある。遮光の効果は光
吸収層の厚みｄ及び吸収係数μに関係し、透過率
Ｔとの関係式は次式で与えられる。 Ｔ∝e^-〓^d 本投影装置に係る要素レンズ系に於いては黒色
顔料を混入したアクリルを用いた場合ｄ＝0.2mm
でＴ＝８％となり、十分内面反射防止の効果を得
る。 ここで光透過物質（レンズ材質）として、透明
アクリル樹脂、光吸収物質として黒色アクリル樹
脂の組合わせがあるが、その他、光透過物質とし
てスチロール、ポリカーボネート等の透明プラス
チツク、光吸収物質として着色プラスチツク等を
用いても良い。又、一般にプラスチツクレンズ等
では静電的にゴミ等が付着し易いためレンズ材質
として静電防止剤を混入したものを使うか、成形
したレンズ表面に静電防止剤を塗布すると更に良
い。 以下、第１４図から第３０図までの図面を用い
て詳細に説明する。 第１４図ａは丸形若しくは多角形のパイプ１０
３に一様な径を有するバーレンズ１０１，１０２
を挿入し、バーレンズ１０１，１０２の間に中間
視野絞り１０４を設定する構成である。投影面上
の光強度分布は中間視野絞り１０４で規制され
る。ここでパイプ１０３はレンズ保持及び外光の
遮光が主たる機能である。この構成は前述の光学
系１に適用されるものである。ところでパイプ１
０３内面若しくはバーレンズの外周部に内面反射
防止が施されれば良いが、挿入時に剥がれ易く、
内面反射防止を更に完全なものにするには第１４
図ｂ，ｃに示されるような光吸収層１０６をバー
レンズ１０１，１０２に被覆させると良い。光軸
方向の位置は基準面からレンズ面までの距離等を
工具によつて管理することにより精度良く抑えら
れる。断面が多角形のパイプに於いては、パイプ
内接円径がレンズ外径に相当し、パイプ内面とレ
ンズ側面間を光吸収層で充填する。第１４図ｂに
はパイプは１０３を単なるレンズ保持、外光の遮
光という機能として作用させるにとどまらず、い
わば光軸方向に伸びた絞りとして作用させるもの
である。投影面上の光強度分布はレンズ有効径に
よつて規制される。即ちレンズ有効径領域を越え
る光は、全て減衰されることにより所望の光強度
分布が投影面上に得られる。レンズ有効径領域を
越える光を完全に減衰させるため、バーレンズ１
０１，１０２の外周部にはバーレンズの屈折率と
ほぼ同一の屈折率を有する光吸収層１０６が被覆
され、この光吸収層１０６がパイプ１０３の内径
にカン合する構成をとる。これによりバーレンズ
の有効径領域を越える光は殆んど全て光吸収層１
０６に入射し減衰する。 バーレンズ１０１，１０２の中間部１０５に於
いて、パイプ１０３の内面には反射防止がされて
いる。即ち、例えばツヤ消し塗料等による光吸収
面となつている。光軸方向の位置は基準面からレ
ンズ面までの距離等を工具によつて管理すること
により精度良く抑えられる。 第１４図ｃは一様な径を有するバーレンズ１０
１，１０２の中間部において、中間リング１０７
が配置され、この中間リング１０７が塗料等の塗
布されている光吸収面若しくは粗面等により光散
乱面となつている。中間リング１０７はバーレン
ズ１０１，１０２の光軸方向の位置合わせとして
使うことができる。即ち、中間リング１０７にレ
ンズ面をならわせることにより光軸方向の位置が
設定される。内面反射に関しては第１４図ｂと同
様に光吸収層１０６がバーレンズ１０１，１０２
の外周部に被覆されている。第１４図ｂ，ｃは前
述の光学系２、３に適用されるものである。また
第１４図ａ，ｂ，ｃに於いてはバーレンズ端部が
第１２図に示されるような構成、即ちレンズ外径
がレンズ有効径より見かけ上大きく有効径領域以
外は粗面若しくは光吸収面となつているものであ
つても良い。 第１５図ａ，ｂ，ｃはバーレンズを一端部にお
いて外径を大きくし、いわゆる段付きバーレンズ
１０８，１０９とし、この段付き部で光軸方向の
レンズ位置を精度良く設定できるようにしたもの
である。これによつてバーレンズが光軸方向、逆
に挿入されることが防止される。段付きバーレン
ズの段付き下面（パイプ端面への当たり面）とパ
イプに挿入される部分の直角度は精度良く抑えな
ければならない。段付きバーレンズ１０８，１０
９の端面における有効径領域外の周辺部１１１は
粗面若しくは光吸収面となつており有害光を減衰
又は除去する。又パイプより露出する外周部には
光吸収層１１０が被覆されている。第１５図ｂ，
ｃのような前述の光学系２、３に於ける構成をと
るとき光吸収層１０６，１１０は一体化され得
る。他のことに関しては第１４図ａ，ｂ，ｃの説
明に準ずる。 第１６図ａ，ｂ，ｃに於いては、パイプの代わ
りにブロツク１１２を用いるものであり、ブロツ
ク１１２に貫通された穴に一様な径を有するバー
レンズ１０１，１０２挿入するものである。この
場合、穴を貫通させるとき穴径を精度良く抑える
必要がある。一体のブロツクでは長い貫通孔の加
工が困難な場合、穴を形成した薄板を積層してブ
ロツクを形成しても良い。ブロツク１１２は光吸
収性の材質とすることにより外光を遮光し、又第
１６図ａにおいてブロツクとレンズ間を接着剤等
で埋め込むと、レンズ側面を越えた光をほとんど
ブロツクが吸収してしまう。第１７図ａ，ｂ，ｃ
に於いては、一様な径を有するバーレンズ１０
１，１０２をパイプ１０３に挿入したものを、ブ
ロツク１１２に貫通された穴に挿入する構成をと
るものである。この場合、パイプ１０３を介する
ため第１６図の場合と異なりブロツク１１２の材
質は光吸収性、又は光遮光性という制約をうけな
い。パイプ１０３の内径、外径は傾き偏心が無い
よう管理されブロツク１１２に貫通される穴につ
いては穴径等が精度良く抑えられている必要があ
る。他のことに関しては第１６図ａ，ｂ，ｃの説
明に準ずる。 第１８図ａ，ｂ，ｃに於いてはブロツク１１２
に貫通された穴に、いわゆる段付きバーレンズ１
０８，１０９を挿入するものである。段付きとす
ることにより、レンズの光軸方向の設定が容易と
なる。又バーレンズが光軸方向、逆に挿入される
ことが防止され、ブロツク１１２が金属材の場
合、穴端部からの放電防止効果がある。ところで
ブロツク１１２の材質は光吸収性のものである。
ブロツク１１２に貫通される穴については穴径、
直角度等が精度良く抑えられる必要がある。ブロ
ツク材質が硬い場合は貫通孔をあけるのが困難の
為、穴を形成した薄板を積層してブロツクを形成
しても良い。他のことに関しては第１５図ａ，
ｂ，ｃの説明に準ずる。 第１９図ａ，ｂ，ｃに於いては段付きレバーレ
ンズ１０８，１０９をパイプ１０３に挿入したも
のをブロツク１１２の貫通された穴に挿入若しく
は設置する構成をとるものである。段つき径がパ
イプ径より大きい場合にはブロツクを光軸を含む
面で２分割し、パイプ１０３を設置した後併せ固
定する。この場合、パイプ１０３を介するためブ
ロツク１１２の材質は光吸収性又は光遮光性とい
う制約をうけない。他のことに関しては第１８図
ａ，ｂ，ｃに準ずる。第２０図から第２８図は各
要素レンズ系を光軸と直角方向に配列し、複写機
の投影装置に係わるスリツト光学系等に適用する
構成を示す。 第２０図はブロツク１１２に所定の方向に多数
の穴を貫通させ、所定の間隔をもつて各要素レン
ズ系を互いに平行に少なくとも１列以上に配列す
るものである。この場合、各要素レンズ系は一様
な径を有するバーレンズ及び一端部に於いて大き
な径を有する、いわゆる段付きバーレンズをその
まま貫通穴に挿入する構成をとつても良いし、
各々のバーレンズをパイプに挿入し、このパイプ
をブロツクの貫通穴に挿入する構成をとつても良
い。勿論、ブロツクは積層されたものでも良い。
ここでも各穴径、及び基準面にする各穴の直角度
は精度良く抑えねばならない。なお、隣り合う列
が互いに半ピツチずれるいわゆる千鳥状に配列す
ると走査方向に積分される光量分布の一様性が向
上する。 第２１図から第２７図はＶ字溝、丸溝等を有す
る溝付きブロツクの溝部に各要素レンズ系をなら
わせ配列するものに関する。 第２１図ａ，ｂはそれぞれＶ字溝、丸溝を有す
る溝付きブロツク１１３，１１４を示す。各要素
レンズ系は第２２図ａのように溝にならつて配列
され光軸方向の断面をとると第２２図ｂとなる。
溝部にならつて配列されるバーレンズは第２２図
ｃに示されるようにシー１１５等で押し付けられ
光吸収性の接着剤等で結される。このシートは各
要素レンズ系間の光の迷進を防ぐ。特に要素レン
ズ系を２列以上配列する場合に、その列間に配置
されるシートによる遮光は重要である。また、前
述した各要素レンズ系間の迷光は第１、第２レン
ズの側面に遮光手段がなされておれば、主たる対
向するレンズ端面間部より生ずる。従つてその場
合は、第１４図ｃで示した中間リングを第１、第
２レンズ端面の位置合せスペーサーとして用いる
とともに、迷光及び内面反射防止部材として利用
することが可能である。但しその場合の中間リン
グは不透明でかつその内面に内面反射防止処理が
なされている。 光軸方向のレンズ位置設定は、例えば第２３図
ａに示されるように一様な径を有する２つのバー
レンズの間を工具１１６等により規制し、バーレ
ンズ１０１，１０２を工具端面にならわせること
ができる。また別の光軸方向の位置設定手段とし
て第２３図ｂに示されるようにレンズ有効径以外
の領域に少なくとも１ケ所以上の溝を設け溝付き
ブロツク１１７にもそれに対応する突起１１８を
設け両者をハメ込むものがある。また第２４図に
示されるように段付きバーレンズ１０８，１０９
を用いると光軸方向の位置設定が容易となる。 以上はバーレンズ自体を溝部にならわせ配列す
るものであるが、第２５図に示されるように、バ
ーレンズをパイプに挿入し、このパイプを溝付き
ブロツク１１３，１１４の溝部にならわせる方法
をとつてもよい。この場合は、パイプの内径、外
径及びレンズ面の偏心が管理される必要がある。
またバーレンズをいわゆる段付きとしても良い。
さて、溝付きブロツク１１３，１１４に固定され
た要素レンズ系は一般の場合には、そのままでよ
いが、多数の場合にはこれを重ねて組み込む必要
性がある。その際に第２６図に示されるようにシ
ート１１５等を介して押し合うように組むと溝付
きブロツク１１９，１２０の反り、ひねり等によ
り生じたレンズ相互の偏心が是正される。また各
要素レンズ系間の空隙は、光吸収性の接着剤（充
填剤）により埋めることが望ましい。また溝付き
ブロツクに多段に配列するとき隣り合う列が互い
に半ピツチずれるいわゆる千鳥状の配列とする
と、走査方向に積分される光量分布の一様性は向
上する。溝付きブロツクは強度的にはアルミ等の
金属が良好であるが、複写機等では感光ドラム又
は帯電器との間の放電の問題よりフエノール樹
脂、ポリカーボネート樹脂等のプラスチツクがよ
り望ましい。またシート１１５等も柔軟性あるプ
ラスチツク等が望ましい。ところで溝抑え配列を
したとき、そのままでは所望する有効光束以外の
光が入りこんでしまうので、レンズ、溝付きブロ
ツク間の空隙からのもれ光を遮光するため第２７
図ａ，ｂに示されるような、ほぼレンズ有効径領
域だけ穴のあいたマスク１２１を溝付きブロツク
１１３，１１４の物体側端面（入射瞳面）付近若
しくは要素レンズ系の物体側又は像界側の両端面
付近に設置する必要がある。ここでマスク１２１
は薄い金属板、プラスチツクシート等であり、プ
レス、エツチング、電鋳加工、成形等によりつく
られ、取付けは接着、ビス止め、熱カシメ、融
着、スナツプハメ込み等による。 以上の配列をすると精度の良い投影光学系が得
られる。 ところで第２８図ａ，ｂに示されるように丸形
若しくは多角形のパイプにバレーレンズを挿入し
た要素レンズ系を光吸収性又は光不透明の接着剤
１２２等で結合するとコストの安い投影装置が得
られる。 即ちレンズユニツトを基準面に並べ少なくとも
１列以上に積み上げ、光軸を所定の方向に定め、
レンズ面の高さを揃えて、ほぼパイプの外径に等
しい間隔で配列するものである。第２８図ａは並
列に積み上げる構成を示し第２８図ｂは隣り合う
段が互いに半ピツチずれる千鳥状の配列（俵積
み）にする構成であり、走査方向に積分される光
量分布の一様性の向上をもたらす。 ところで光吸収性の接着剤（充填剤）としては
黒色又は黒色に近いエポキシ系樹脂、ポリエステ
ル系樹脂、アクリル系樹脂等がある。又、空隙の
広いときは接着剤（充填剤）の中に金属粉、グラ
スフアイバー等の添加物を混入させ、その固化収
縮を少なくすると更に良い。 次に、投影光学系の実施例の箇所で述べた光吸
収層を被覆したバーレンズ単体の製法の例を説明
する。 まず、第２９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２９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。 こうして出来上がつた投影装置を複写装置に適
用した例を第３０図に示す。第３０図において１
６０はドラムで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１６１を有している。この感光体１６
１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１６１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
はカスケート型、マグネツトブラシ型等の現像器
１６９によりトナー像して顕画化される。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を同速で送られる転写紙１７
２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１
７２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備されてい
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３１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３１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３１図ｃの如く絶
縁体１９２を近接又は密着させることによつて問
題を解決できる。尚、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投影装置の如き構成
を用いれば非常に精度及び投影画質の優れた、ま
た量産性の高く、コストが低い投影装置が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる投影光学系の全体図。
第２図、第３図は本発明に用いる第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の型の投影光学系
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図は本発明に用いる第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
に用いる第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図はバーレンズをパイプに挿入して
要素レンズ系を形成する実施例を示す図。第１５
図は段付きバーレンズをパイプに挿入して要素レ
ンズ系を形成する実施例を示す図。第１６図はバ
ーレンズをブロツクの貫通孔に挿入して要素レン
ズ系を形成する実施例を示す図。第１７図は第１
６図に示した実施例の変形例を示す図。第１８図
は段付きバーレンズをブロツクの貫通孔に挿入し
て要素レンズ系を形成する実施例を示す図。第１
９図は第１８図示の実施例の変形例を示す。第２
０図は光軸方向から見たレンズ配列を示す図。第
２１図は溝付きブロツク図。第２２図は溝付きブ
ロツクに配列されたバーレンズを示す図。第２３
図、第２４図は溝付きブロツクを用いる場合のバ
ーレンズ位置決め手段を示す図。第２５図はパイ
プにバーレンズが挿入された要素レンズ系を溝付
きブロツクに配列する実施例を示す図。第２６図
は溝付きブロツクを用いた実施例の光軸方向から
見た装置図。第２７図は穴あきマスクを用いる実
施例を示す図。第２８図は光軸方向から見たレン
ズの配列を示す図。第２９図は側面に光吸収層を
被覆したバーレンズの製法を示す図。第３０図は
投影装置を用いた複写装置を示す図。第３１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、１０１，１０２……バーレンズ、１０
３……パイプ、１０７……中間リング、１０８，
１０９……段付きバーレンズ、１１３……Ｖ字溝
付きブロツク、１１４……丸字溝付きブロツク、
１１５……シート、１２１……マスク、１２６…
…バーレンズ用芯材、１６１……感光体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光軸に沿つた長さがレンズの有効径に比べて
   長い第１及び第２の棒状レンズより成る要素レン
   ズ系を複数個、光軸と垂直面内で所定の方向に少
   なくとも一列以上配列し、全体として物体の像を
   投影面上に投影する投影装置において、 前記第１及び第２の棒状レンズは、各要素レン
   ズ系毎に共通の支持部材によつて、互いに共軸と
   なるように保持されていることを特徴とする投影
   装置。 ２ 前記支持部材は、丸型若しくは多角形のパイ
   プから成る特許請求の範囲第１項記載の投影装
   置。 ３ 前記支持部材は、前記所定の方向に複数の貫
   通穴が配設されたブロツクから成る特許請求の範
   囲第１項記載の投影装置。 ４ 前記支持部材は、前記所定の方向に複数の溝
   が配設され、この溝部で前記第１及び第２のレン
   ズを挾持する一対のブロツクから成る特許請求の
   範囲第１項記載の投影装置。