JPS6348323B2 - - 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、物体の一画素すなわち一部領域を像面上
の所定一部領域に投影する要素レンズ系を複数
個、光軸と直角面内で所定方向すなわちスリツト
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の光軸方向３つのレ
ンズから成るものが、特公昭49―8893、特公昭44
―30544に知られている。光軸方向３つのレンズ
のうち真中の１つはフイールドレンズとして働
き、フイールドレンズを挾む２枚のレンズの結像
作用により物体の一部領域が像面上の所定一部領
域へ投影され、全体として物体のスリツト領域が
像面上の対応するスリツト領域へ正立等倍に投影
されている。ここで結像作用を簡単にふれておく
と、物点は、物体側に一番近いレンズ（第１レン
ズという）により、要素レンズ系の光軸長の丁度
中央部に反転した中間像として結像され、その
後、像面側のレンズ（第３レンズという）により
像面に再結像されて、最終的に正立等倍像が形成
される。即ち一般的に対称光学系となつている。
結像系としては第１レンズと第３レンズで充分で
あるが光量損失を防ぐため中間像近傍にフイール
ド作用をもつ第２レンズが配される。ここで中間
像面には各要素レンズ系における視野を制限する
為にマスクが設けられており、最終像面上には、
マスク視野内に相当する領域が結像され、これが
スリツト長手方向に重畳されて、走査される際、
走査方向に積分される露光量分布のスリツト長手
方向における一様性を計つている。 ところが、この装置ではマスクの形状及び大き
さ、及びスリツト長手方向での配列ピツチ更には
要素レンズ系でのレンズとの相対位置等を、各要
素レンズ系のスリツト長手方向のレンズの配列と
併せて、精度良く設定することが必要であり、実
際には相等困難である。 このマスクの出来具合及び設定に際するマスク
とレンズとの相対関係によつてスリツト長手方向
での露光量むらが定まり、装置全体の光学性能が
このマスクによるところが大きい。 ここで従来のマスクを省いてかつ前述同様の機
能をもたせることができれば製造的観点から非常
に望ましいものとなる。 本発明は要素レンズ系が３つのレンズから成
り、従来のマスクが省略された新規な投影装置を
提供することを目的とする。この目的は要素レン
ズ系の各レンズ間に光吸収部材を設け、これを光
軸方向に伸びた絞りとして作用させて像面上にガ
ウス分布状の光強度分布を形成させ、更に中間像
位置を従来のフイールドレンズ位置から偏位させ
た非対称光学系とし、この要素レンズ系をスリツ
ト長手方向に所定間隔で配列することによつて達
成される。本発明では同一形状のレンズを３つ用
いる要素レンズ系においても、像面上の光強度分
布がガウス分布状となるよう、対称光学系ではな
く、非対称光学系としている。 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図は本発明における要素レンズ系を示す。
レンズ１とレンズ３は通常の結像レンズである。
物体面８上の光軸外の物点１１からの光束はレン
ズ１により中間結像面６の中間像点１１′へ収れ
んされた後、発散光束となつてレンズ２へ向か
う。その際、１３，１４で示される範囲内の光束
はレンズ２、レンズ３を透過して像面９へ向い最
終像点１１″へ収れんされる。最終像点１１″は物
点１１の共役点であり正立等倍像となつている。
１３，１４で示される範囲の光束の中心光線はレ
ンズ１，２，３の有効径が等しい系であると、い
わゆるテレセントリツク系となるため、光軸と平
行となつて、中間像面をよぎる。ここでレンズ２
の役割を説明すると、従来のフイールドレンズの
ように所要視野内の光量伝達率を100％とする替
わりに、その作用を弱めて、所要視野内の光量伝
達効率が視野の中心では100％であるが、視野の
中心から外側に向けて適宜低下するようにし最大
視野部でゼロとなるような役割をもつ。いわばレ
ンズ２は、ある意味で結像レンズとして作用す
る。 次に図中１４と１５で示される範囲内の光束
は、１１′から発散して行く時、光吸収部材４、
更には光吸収部材５に突き当たり吸収消滅し像点
１１″へ収れんしない。ここで光吸収部材４，５
はいわば光軸７の方向に伸びた絞りとして作用す
るものでレンズの有効径を超える光線を消滅させ
る。これによつて物点１１から第１レンズ１へ入
射する光束のうち像点１１″への結像に寄与する
光束は符号１３，１４で示される範囲の立体角内
のものである。この立体角の大きさは軸上から軸
外へ行くに従つて小さくなり、最大視野部１２に
おいて大きさがゼロとなる。光軸７上の物点１０
でこの立体角は最大であり、その大きさはレンズ
１の瞳が物点１０に対して張る大きさとなり、光
吸収部材４，５によるケラレがゼロとなる。 第２図は要素レンズ系の像面９上での光強度分
布（即ち前述の立体角に比例する）を示したもの
で縦軸は光強度、横軸は像高を示す。この光強度
分布はほぼガウス分布状となる。これは同一形状
のレンズを用いた対称光学系では生じない効果
で、非対称光学系とすることによつて達成される
ものである。このような要素レンズ系を光軸と直
角な面内で所定の間隔をもつてアレー状に配列す
ると、第３図に示されるように像面上での最終的
な光強度分布は要素レンズ系の光強度分布が重畳
されたものとなる。これを走査方向に積分すると
その露光量分布はAA′で示されるように配列方向
に渡つてほぼ一様となる。 次に本発明における光学系の諸元を説明する。 レンズ１、レンズ２、レンズ３を屈折力を各々
₁，₂，₃とし、レンズ１，２，３の有効径を
各々φ₁，φ₂，φ₃とし、レンズ１と２の間隔をe₁′，
レンズ２と３の間隔をe₂′とし、レンズ１と物体
面の距離をS₁、有効物体視野の最大径をφ₀、レ
ンズ３と像面の距離をS₃′、物界側Ｆ値をFeとし
薄肉系として考える。 Fe，S₁，φ₀は予め設定でき、これらの設定量
及び近軸結像理論より光学系の必要諸元が定ま
る。まずＦナンバの定義より 正立等倍系での近軸結像理論より ₁h₁＋〔h₁−（α₁＋₁h₁）e₁′〕×（₂＋₃）
＋｛（α₁＋₁h₁）＋₂×〔h₁−（α₁＋₁h₁）×e₁
′〕｝×₃e₂′＝０(2) ここでα₁は物界側の換算傾角でありα₁≡h₁／S₁であ る。またh₁は近軸量計算時の光線のレンズ１への
入射高を示す。 ここで加工性を考慮してレンズ１，２，３の屈
折力が全て等しいとすると(2)式は次式のように簡
略化される。 3h₁−2e₁′×（α₁＋h₁）＋〔α₁＋2−×
（α₁＋h₁）×e₁′〕×e₂′＝０(3) また中間結線倍率M₁より M₁＝α₁／α₁′＝−φ₁／φ₀ (4) ここでα₁′はレンズ１に関する像界側換算傾角
でα₁′≡h₁／S₁′である。また中間結像面がレンズ１ と２の間にあることにより、 S₁′＜e₁′ (5) ここでS₁′はレンズ１から中間結像面までの距
離である。式(1)乃至(5)より次式のように光学系の
諸元が設定される。 e₁′＞S₁′＝−φ₁／φ₀×S₁ (7) e₂′＝３−2e₁′×（１／S₁＋）／１／S₁＋2−
（１／S₁＋）×e₁′(8) １／S₃′＝１／１−（１／S₁＋）×e₁′−〔１／S₁
＋2−×（１／S₁＋）×e₁′〕×e₂′ ×〔１／S₁＋2−×（１／S₁＋）×e₁′＋
×｛１−（１／S₁＋）×e₁′ −e₂′×〔１／S₁＋2−×（１／S₁＋）×e
₁′〕｝〕(9) ここで(8)式においてe₂′を適宜与えてレンズの
屈折力を導出してもその逆でも良い。 式(7)，(8)で示されるe₁′，e₂′の値を適宜選ぶこ
とによりレンズ２による所要視野内での光量伝達
効率を適宜変化させることができる。実施例では
設計上e₁′＞1.02e₂′とされる。ここで光の可逆性
を考慮するとe₁′＜0.98e₂′でも良い。 なお上記述において光学系は薄肉系として論じ
たが実際の光学系においては適当な肉厚とする
為、e₁′，e₂′等は厚肉時にもそのまま各レンズ間
の主点を基準に計られた量として用いられること
は勿論である。 次に屈折率ｎ、レンズ肉厚ｄを既知量として屈
折力の定義よりレンズの曲率半径r₁，r₂は次式を
満足する。 ＝（ｎ−１）×（１／r₁−１／r₂） ＋ｄ／r₁×r₂×（ｎ−１）²／ｎ (10) 加工性を考慮しレンズは同曲率の両凸レンズと
すると、次式のようになる。 ＝（ｎ−１）×２／ｒ−ｄ／r²×（ｎ−１）²／ｎ(
11) 次に本発明の実施例におけるレンズデータを示
す。ここでＰは配列間隔であり、d₂′はレンズ１
の第２面とレンズ２の第１面の距離、d₄′はレン
ズ２の第２面とレンズ３の第１面の距離である。
またｄはレンズ１，２，３の共通肉厚、r₁，r₃，
r₅はレンズ１，２，３の物界側の曲率半径、r₂，
r₄，r₆はレンズ１，２，３の像界側の曲率半径、
ｌは物体面から中間像面までの距離である。

【表】 次に第４図Ａ，Ｂにレンズ配列を示す。第４図
Ａは、要素レンズ系の配列の斜視図であり、第４
図Ｂは光軸方向から眺めた要素レンズ系の配列図
である。要素レンズ系は光軸方向の端面を揃え、
光軸と直角面内のスリツト長手方向に２列に互い
に半ピツチ１／２Ｐずれるいわゆる千鳥状配列とす ることにより露光量むらが数パーセント以下にお
さまる。勿論１列のみでも所定の光学性能は得ら
れる。 次に第５図Ａ，Ｂに要素レンズ系の配列方向の
断面図を示す。要素レンズ系の各レンズは第５図
Ａに示されるように配列方向に離散していてもよ
いし、第５図Ｂに示されるように配列方向に連続
していて、いわゆるレンチキユラーシート状とな
つていてもよい。 またレンズ材質とレンズ保持部材質の相違によ
る熱膨張の違いから生ずる偏心等の誤差からの影
響を避けるためレンチキユラーシートを分割し、
複数個のレンズ素子を含むレンチキユラー領域を
複数個、互いに微小間隙をつくつて設けても良
い。温度による部材の伸縮はこの微小間隙によつ
て吸収される。 以上の各要素レンズ系の保持部材（ハツチング
部）は、有効径領域のみを規制するいわば光軸方
向に長い絞りの作用をする光吸収部材となつてい
る。 第５図Ｂにおいてレンズ肉厚配列間隔及びレン
ズ画角を適宜選択することにより光学設計上、各
レンズの有効径を越えて隣りの要素レンズ系に入
射するような不要光線は除去される。次に第６図
に本発明を適用した複写機の全体プロセスを示
す。図中１６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１７を有している。この感光
体１７はまずコロナ放電器１８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１７は、ドラム１６の回転に同期して矢
印方向にドラム１６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１９上に載置された
原稿２０の像露光を受けるが、この像は投影レン
ズアレイ２１によつて感光体１７上に結像される
ものである。上記原稿２０のアレイ２１が対向す
る領域、即ち感光体１７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２２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１７に対する露光量が調整できるも
のである。 感光体１７は上記アレイ２１による像露光を受
けると同時にACコロナ放電器１８と逆極性のコ
ロナ放電器２３により除電作業を受け、これによ
つて感光体１７上に原稿２０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
１７は更にランプ２４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２５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２６，２７によつて
感光体１７に接しめられて感光体１７と同速で送
られる転写紙２８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２８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２９によつてなされる。
転写紙２８に転写されたトナー像は、転写紙に圧
接した対のローラ３０，３１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３２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２３は光像露光と同時に感光
体１７表面を除電するように設置されているが、
帯電器１８と結像系の間に配置されて光像露光前
に感光体１７表面を除電するようにしてもよい。
この場合はランプ２４は不要である。また、感光
体１７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２３とランプ２４は不要で
ある。 なお本発明は前述したように光の可逆性を考慮
すれば、第１図における物体面及び像面を逆にし
た系、即ち、物体側に近い第１レンズと第２のレ
ンズの間隔が、第２のレンズと像面側に近い第３
のレンズの間隔より小さく、中間像面が第２のレ
ンズと第３のレンズの間となる系でも成立するこ
とは明らかであり、実施例に示されたものに限ら
ない。以上、本発明によれば要素レンズ系が３つ
のレンズから成り、従来のマスクが省略された非
対称型の新規な複眼光学系より成るコンパクトな
投影装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における要素レンズ系の光軸方
向の説明図、第２図は要素レンズ系の像面上の光
強度分布の図、第３図は要素レンズ系の配列方向
に重畳された光強度分布の図、第４図Ａは要素レ
ンズ系の配列の斜視図、第４図Ｂは光軸方向から
眺めた要素レンズ系の配列の説明図、第５図Ａ，
Ｂは要素レンズ系の配列方向の断面図、第６図は
本発明を適用した複写機の全体図である。 図中、１，２，３はレンズ、４，５は光吸収部
材、６は中間結像面、７は光軸、８は物体面、９
は像面、１０，１１，１２は物点、１０″，１
１″，１２″は像点、１１′は中間像点、１３，１
４は結像に寄与する光線、１５は結像に寄与しな
い光線、２１はレンズアレイ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 物体面の一部領域を像面上の所定一部領域に
   投影する光軸方向の要素レンズ系を複数個、光軸
   に垂直な面内で所定方向に少なくとも一列以上に
   等間隔に配列した複眼光学系からなる投影装置に
   おいて、 前記要素レンズ系は、物体面から像面までの中
   間点より偏位して中間像が形成される非対称型で
   あつて、各々が物体側から光軸方向に順に配され
   た屈折力の等しい薄肉の第１，第２及び第３のレ
   ンズと、これらレンズの間に設けられたレンズ有
   効径領域を越える光線を消滅させる光軸方向に伸
   びた光吸収部材とから成り、 該光吸収部材によつて前記要素レンズ系の像面
   上の光強度分布がガウス分布状に規制されるよう
   に、レンズ系の諸元が以下の条件式 e₁′＞−φ₁／φ₀×S₁ e₂′＝３−2e₁′×（１／S₁＋）／１／S₁＋2−
   （１／S₁＋）×e₁′ １／S₃′＝１／１−（１／S₁＋）×e₁′−〔１／
   S₁＋2−×（１／S₁＋）×e₁′〕×e₂′ ×〔１／S₁＋2−×（１／S₁＋）×e₁′
   ＋×｛１−（１／S₁＋）×e₁′ −e₂′×〔１／S₁＋2−×（１／S₁＋）
   ×e₁′〕｝〕 e₁′＞1.02e₂′又はe₁′＜0.98e₂′ 但し、φ₁，φ₂及びφ₃は夫々第１，第２及び第
   ３のレンズの有効径、はこれらのレンズの屈折
   力、e₁′は第１のレンズと第２のレンズとの間隔、
   e₂′は第２のレンズと第３のレンズとの間隔、S₁
   は物体面と第１のレンズとの距離、S₃′は第３の
   レンズと像面との距離、φ₀は有効物体視野の最
   大径、Feは物界側Ｆナンバーを満足することを
   特徴とする投影装置。