JPS6311647B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は複写機等に用いられるコンジユゲート
の短い正立等倍系の投影装置に関する。 従来、物体の一画素即ち一部領域を像面上の所
定一部領域に投影する光学系（以下、要素レンズ
系という）を複数個光軸と直角面内で所定の方向
即ちスリツト露光方式複写機におけるスリツト長
手方向に複数列に配列したいわゆる複眼光学系に
よつて物体面から像面までのコンジユゲートが短
くなり複写機等の装置全体がコンパクト化される
ことが知られている。 ここで要素レンズ系としては特公昭49―8893号
公報や特公昭44―30544号公報等に記載される光
軸方向３つのレンズから構成されるもの（中間の
レンズが視野レンズとして作用するもの）、また
特開昭53―122426号公報や特願昭53―148674、特
願昭53―148675に記載される光軸方向２つのレン
ズから構成されるもの（中間の空気層が空気レン
ズとして視野レンズの作用をするもの）等があ
る。これらは全て視野レンズ作用により光量を有
効に像画上へ伝達するという優位性を有するもの
の、レンズの個数が３個若しくは２個であるた
め、偏心等を考慮したとき、相互の光学調整が難
しく、更に視野レンズ等に付着したゴミ等が像面
上に投影されノイズとなるという問題点があつ
た。 ところで以上は透過型の光学系であるが、反射
型の要素レンズ系として、一個のレンズから構成
され装置のコンパクト化を目的としたものに特願
昭53―40053等がある。これも視野レンズ作用を
有するものの、前述同様の問題点更には光分割に
よる光量の半減化、折り返しのためのミラーの設
定の難しさといつた問題点がある。本発明は上記
問題点を解決し安定した光学性能が保証される投
影装置を提供することを目的とする。この目的は
要素レンズ系を一個のレンズによつて構成した透
過型の光学系とすることによつて達成される。こ
れによつて従来の偏心等の光学調整の問題点、視
野レンズ等に附着したゴミ等の映像化という問題
点が解決される。ところで本発明に係わる光学系
は視野レンズをもたないため光量としては多少減
少するがこれはレンズの数が減少したときに伴い
レンズ面の表面反射の減少によつて救済される。 以下本発明を添附する図面を用いて詳細に説明
する。第１図乃至第３図は従来のレンズ系の説明
図である。第１図ではレンズ１，２，３によつて
物体４が像５に正立等倍として投影される。レン
ズ２は視野レンズであり、ここに中間像が結像さ
れる。第２図ではレンズ６，７によつて物体８が
中間像９を経由して、像１０として投影される。
レンズ有効径を越える光線１２は光軸方向に伸び
た鏡筒を兼ねる絞り１１によつて吸収され消減し
像面へ伝達されない。レンズ６，７はレンズ有効
径に比べ光軸方向長さが相当長いレンズである。
第３図ではレンズ１３によつて物体１４が光分割
器１５を介してミラー１６により反射されて像１
７として投影される。レンズ１３とミラー１６は
第２図におけるレンズ６，７と等価な系をなす。 第４図は本発明に係わる光学系の断面図であ
る。レンズ１８の有効径は吸収層２２の内径と実
質的に一致している。ここでは有効径は外径と一
致する系で述べるがレンズ外径がレンズ有効径よ
り大きくても実質的に一致するものであれば同様
である。レンズ１８は第２図におけるレンズ６，
７を合わせた程度の光軸方向長さを有し、レンズ
有効径に比べ光軸方向長さの長いレンズとなつて
いる。物体１９はレンズ１８の光軸方向中間部に
倒立の中間像２０として結像され最終的に正立等
倍の像２１として投影面上に結像される。即ち物
体１９からの光束はレンズ１８の第１面により屈
折されて中間像面に一度収れんした後、発散光束
となりレンズ１８の第２面により再び屈折されて
像面へ収れんされる。像面への収れんする光束の
立体角は光軸上で最大で光軸から外れ、第４図に
おける所定物体視野φからの如く軸外に向かつて
小さくなつてゆき、有効物体視野端でゼロにな
る。要するに軸外になるに従つて口径蝕が大きく
なつて有効物体視野端即ち最大画角で100％とな
り結像に寄与する光束はゼロとなる。第５図は像
面上の光強度分布を与える図である。物体が一様
な輝度分布をもつ場合、レンズ口径蝕により、像
面上の光強度分布はガウス分布状となる。第５図
に於いて縦軸Ｉは光強度、横軸は画角、言い換え
れば像高即ち光軸からの垂直距離に対応する。 なお、左右対称性あるレンズを考えるとき結像
に寄与する光束の夾角を２等分する光線を主光線
とすると光軸と平行にレンズ１８を透過する。こ
れによつて中間像の前後即ち物界側、像界側にお
ける結像に寄与する光線は対称性のある光路を辿
る。 ところで口径蝕を完全にして像面上に所望の光
強度分布を与えるためレンズ有効径領域を越える
光線は像面へ有効に伝達されない様にしなければ
ならない。レンズ１８の有効径の外側には吸収層
２２が設定されレンズ有効径領域を越えた光線は
吸収層２２によつて消減される。ここで吸収層は
表面で光吸収を行なうものの他、内部に光を導き
入れ光が透過する過程で光吸収が行なわれるもの
を含む。前者の例としてはレンズ外周部に墨付け
するとか、鏡筒で遮光する方法があり、後者の例
としては、例えばプラスチツクレンズと黒色アク
リルの吸収層の組み合わせ等のように境界部の内
面反射を抑えるべく屈折率を、ほぼ同一としたも
のがある。なお吸収層は光散乱面でもほぼ等価的
に作用する。 次にレンズ１８の諸元について説明する。レン
ズ１８は後述する式(4)乃至(7)を満足することが望
ましい。レンズ１８の第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）、中心肉厚即ち光軸に沿つた第
１面と第２面との間隔をｄ、レンズの屈折率を
ｎ、レンズの有効径をφ₁、有効物体視野の最大
径をφ₀、このレンズ１８の第１面より物体１９
までの距離をS₁（図では負量）、物界側有効Ｆナン
バーをFeとする。Fe、S₁、ｎ、φ％はあらかじ
め設定でき、これら47の設定量よりr₁、r₂、ｄ、
φ₁が理想結像理論より算出される。 まずＦナンバーの定義より 次に、正立等倍系での近軸結像理論より次式が
得られる。 α₁e′＋₁e′＝２ ……(2) ここで加工性を考慮してレンズ第１面、第２面
の屈折力は等しいとする。α₁は物界側の換算傾
角、₁は第１面の屈折力、 e′≡ｄ／ｎ また最大画角において開口効率がゼロになる条
件より次式が得られる。 １／S₁（φ₀／２−φ₁／２）×１／φ₁／２＝₁……
(3) 但し、φ₀＞０、φ₁＜０ 式(1)、(2)、(3)よりφ₁、r₁、r₂、ｄとして次式が
得られる。 r₁＝ｎ−１／１／S₁（φ₀／２−φ₁／２）×１／φ₁
／２……(5) r₂＝−r₁ ……(6) ｄ＝2nS₁（φ₁／φ₀） ……(7) 更に本発明者は、各諸元が上記値から±10％程
度ずれても所望の光学性能が得られることを実証
した。 即ち、 K₁×ｎ−１／１／S₁（φ₀／２−φ₁／２）×１／φ₁／
２＜r₁＜K₂×ｎ−１／１／S₁（φ₀／２−φ₁／２）×１
／φ₁／２−K₂×ｎ−１／１／S₁（φ₀／２−φ₁／２）
×１／φ₁／２＜r₂＜ −K₁×ｎ−１／１／S₁（φ₀／２−φ₁／２）×１／
φ₁／２ K₁×2nS₁×（φ₁／φ₀）＜ｄ＜K₂×2nS₁×（φ₁／φ₀） 但し K₁＝0.9、K₂＝1.1 次に本発明の実施例をレンズデータにて示す。

【表】
単位はmm
ところで要素レンズ系はガウス分布状の光強度
分布となるが、これを複数個、光軸と直角面内
で、所定方向に等間隔に配列し、更に一列以上の
配列とすることにより各要素レンズ系における物
体視野が重ね合わされ像面上でほぼ一様な照度分
布とすることができる。各列が並列配列でもよい
が、とりわけ各列が互いに半ピツチずれる二列以
上の配列とすることにより像画上の照度分布の一
様性は向上される。第６図に示されるような二列
で各々が互に半ピツチずれる配列いわゆる千鳥状
配列はその一例である。 ここで配列間隔Ｐは次式で与えられる許容範囲
を有する。 M₁×φ₁＜Ｐ＜M₂×φ₁ M₁＝0.9、M₂＝1.5 ただし、M₂は更に大きな値であつてもよい。 次に本発明を複写機に適用した系のプロセスを
第７図にて説明する。 第７図には本発明に係わる投影装置の複写装置
に適用した実施例が示されている。図中２３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２４を有している。この感光体２４はまずコロ
ナ放電器２５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２４
は、ドラム２３の回転に同期して矢印方向にドラ
ム２３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２６上に載置された原稿２７の
像露光を受けるが、この像は投影レンズアレイ２
８によつて感光体２４上に結像されるものであ
る。上記原稿２７のアレイ２８が対向する領域、
即ち感光体２４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２９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２４に対する露光量が調整できるものであ
る。 感光体２４は上記アレイ２８による像露光を受
けると同時にACコロナ放電器２５と逆極性のコ
ロナ放電器３０により除電作業を受け、これによ
つて感光体２４上に原稿２７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
２４は更にランプ３１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ド型、マグネ
ツトブラシ型等の現像器３２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３３，３４によつて
感光体２４に接しめられて感光体２４と同速で送
られる転写紙３５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３５の裏面には現
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３６によつてなされる。
転写紙３５に転写されたトナー像は、転写紙に圧
接した対のローラ３７，３８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３９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３０は光像露光と同時に感光
体２４表面を除電するように設置されているが、
帯電器２５と結像系の間に配置されて光像露光前
に感光体２４表面を除電するようにしてもよい。
この場合はランプ３１は不要である。また、感光
体６１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３０とランプ３１は不要で
ある。 以上、本発明によれば光学性能の安定化したコ
ンジユゲートの短いコンパクト型複写機等に適す
る光学調整の容易な投影装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は従来のレンズ系の説明図。
第４図は本発明に係わる要素レンズ系の説明図。
第５図は本発明に係わる要素レンズ系の光強度分
布の図、第６図は本発明を千鳥状に複数個配列し
た投影装置の説明図、第７図は本発明を複写機に
適用した系のプロセスの説明図である。 図中１８はレンズ、１９は物体、２０は中間
像、２１は像、２２は吸収層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも部分的に対向関係にある物体面及
   び投影面の間に前もつて定められた方向に沿つて
   配列された複数個のレンズ系によつて、前記物体
   面上の物体の像を前記投影面上に形成する投影装
   置において、 前記各々のレンズ系は、一様な屈折率を有し、
   両端面が凸状に形成されたレンズ有効径に比べ光
   軸方向の長さの長い単一の棒状レンズから成り、
   この棒状レンズはレンズの中間部に前記物体面の
   中間像を形成するとともに、この中間像を前記像
   面上に再形成し、かつ、この棒状レンズが以下の
   条件式 K₁×ｎ−１／１／S₁（φ₀／２−φ₁／２）×１／φ₁／
   ２＜r₁＜K₂×ｎ−１／１／S₁（φ₀／２−φ₁／２）×１
   ／φ₁／２−K₂×ｎ−１／１／S₁（φ₀／２−φ₁／２）
   ×１／φ₁／２＜r₂＜ −K₁×ｎ−１／１／S₁（φ₀／２−φ₁／２）×１／
   φ₁／２ K₁×2nS₁×φ₁／φ₀＜ｄ＜K₂×2nS₁×φ₁／φ₀ K₁＝0.9、K₂＝1.1 但しr₁及びr₂は夫々レンズ第１面及び第２面の
   曲率半径、ｄはレンズ中心肉厚、ｎはレンズ屈折
   率、φ₁はレンズ有効径、φ₀は有効物体視野の最
   大径、S₁はレンズ第１面より物体面までの距離を
   満足することを特徴とする投影装置。