KR910008066B1

KR910008066B1 - 피조사면의 주변부의 조도를 증가시키는 광학계

Info

Publication number: KR910008066B1
Application number: KR1019880008903A
Authority: KR
Inventors: 엔도켄지; 신이치 나가타; 하루오 우에무라
Original assignee: 다이닛뽕스쿠링세이소오 가부시키가이샤; 이시다 도쿠지로오
Priority date: 1987-07-17
Filing date: 1988-07-16
Publication date: 1991-10-07
Also published as: US4878745A; EP0299475B1; EP0299475A3; DE3851485D1; EP0299475A2; KR890002689A; DE3851485T2

Abstract

내용 없음.

Description

피조사면의 주변부의 조도를 증가시키는 광학계

제1도는 종래의 광학계의 개략 설명도.

제2도는 종래의 광학계의 조도분포를 나타낸 그래프.

제3도 내지 제5도는 종래의 광학계를 사용할 때에 피조사면의 조도분포를 각각 나타낸 그래프.

제6도는 종래의 광학계의 개략 설명도.

제7도는 입사고와 조사고 사이에 관계를 나타낸 그래프.

제8도는 본 발명에 연관된 조명장치의 개략도.

제9도는 본 발명에 연관된 조명장치의 개략도.

제10도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제11a도 내지 제11c도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제12도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제13a도 내지 제13c도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제14도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제15a도 내지 제15c도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제16도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제17a도 내지 제17c도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제18도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제19a도 내지 제19c도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제20도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제21a도 내지 제21c도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제22도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제23도 및 제24도는 광학계를 투과하는 광선을 설명적으로 나타낸 측면도.

제25도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제26도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제27도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제28도는 광학계를 구성하는 렌즈를 나타낸 측면도.

제29도는 피조사면의 조도불포를 나타낸 그래프.

제30도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제31도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제32도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제33도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제34도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제35도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제36도는 광학계를 구성하는 랜즈의 측면도.

제37도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제38도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제39도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제40도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제41도 내지 제42도는 광학계를 투과하는 광선을 설명적으로 나타낸 측면도.

제43도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제44도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제45도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제46도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제47도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제48도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제49도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제50도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제51도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제52도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제53도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제54도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제55도 및 제56도는 광학계를 투과하는 광선을 설명적으로 나타낸 측면도.

제57도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제58도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제59도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제60도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제61도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제62도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제63도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제64도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제65도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제66도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제67도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제68도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제69도 및 제70도는 광학계를 투과하는 광선을 설명적으로 나타낸 측면도.

제71도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제72도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제73도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제74도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제75도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제76도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제77도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제78도는 광학계를 구성하는 렌즈의 측면도.

제79도는 피조사면의 조도분포를 나타낸 그래프.

제80도는 감광재상의 조도분포를 나타낸 그래프.

제81도는 본 발명의 연관된 조명장치의 개략 측면도.

제82도는 감광재상의 조도분포를 나타낸 그래프.

제83도는 투명렌즈의 비넷트 인자를 나타낸 그래프.

제84도는 감광재상의 조도분포를 나타낸 그래프.

본 발명은 새로운 광학계에 관한 것으로, 특히, 프린트회로기판, 직접회로 등의 조사에 적용할 수 있는 조명계 또는 투영계나, 제판 및 식판기 등의 밀착인화장치에 적용할 수 있는 노광계나, 복사기 등에 적용할 수 있는 조명계에서 사용하기가 적합하도록 피조사면의 주변부의 조도를 증가시키는 광을 제공하는 광학계에 관한 것이다.

제1도에 나타낸 바와 같이 종래의 릴레이 콘덴서형 광학계는 피조사면 전영역을 균일하고 유효하게 광을 조사하기 위한 조명계에서 사용되어 왔으며 이는 공지된 것이다.

이 종래의 콘덴서형 광학계는 제1도에서 나타낸 바와 같이, 콘덴서 렌즈 C와 휠드렌즈 F로 구성되고, 이 콘덴서형 광학계는 콘덴서 렌즈 C의 전방에 배치된 광원 LS의 실상이 휠드렌즈 F의 근방에 형성하고, 콘덴서 렌즈 C의 입사동공의 실상이 휠드렌즈 F의 후방으로 배치된 피조사면 S상에 결상하도록 구성된 것이다.

그러나, 이와 같은 콘덴서형 광학계는 제2도에 나타낸 바와 같이, 피조사면의 주변부의 조도가 코싸인 4승법칙에 따라서 저하되는 심각한 문제점을 야기시키게 되는 것이다.

예컨대, 제1도에서 출사각도 θ가 이 광학계에 대하여 27°의 위치에서의 조도는 광축상의 위치, 즉 출사각도θ가 0°인 위치의 조도보다 저하하는 것이다.

피조사면의 주변부에 있어서의 조도저하의 발생 이유로서는 전술한 코싸인 4승법칙 뿐만 아니라 그 외의 요인이 있으며, 이를 이하에서 기술한다.

실제로, 피조사면의 주변부에 있어서의 조도는 코싸인 4승법칙으로 상풀한 수치보다도 더 저하되어진다.

제1도에서 나타낸 광학계에 있어서 도표 1의 렌즈 데이터를 적용한 모의 계산에 의하면, 출사각도 θ가 27°되는 위치에서의 조도는 중앙부의 조도와 비교하여 약 50퍼센트 저하하는 것이다.

[표 1]

f=1

광원거리=50

피조사면거리=100

제3도는 제1도에서 나타낸 광학계를 사용하여 얻어진 피조사면 P상의 조도분포를 나타낸 것이며, 이경우에 점광원은 이 광학계의 전방으로 50의 거리의 광축상에 위치된 것이다.

제4도는 피조사면 P상의 메리디오널 광(Meridional Pay)의 조도분포를 나타낸 것이며, 제5도는 피조사면 P상의 서짓탈 광(Sagittal Ray)의 조도분포를 나타낸 것으로, 각각의 점광원은 광학계로부터 50의 거리와 광축으로부터 축외로 14의 거리에 위치되어진 것이다.

제3도 내지 제5도의 각 종축은 점광원이 광축상에 위치될시에 피조사면 P의 중심부의 조도를 100퍼센트로 할시에 상대조도를 나타낸 것이다.

한편, 제3도 내지 제5도의 각 횡축은 피조사면 P상의 위치를 나타낸 것이다.

제3도 내지 제5도에서 50으로 나타낸 위치는 광학계로부터 출사광이 조사되는 위치에 해당하는 것이다.

전술한 바와 같이 피조사면 P의 주변부의 조도는 코싸인 4승법칙으로 산출한 수치보다 실제로 저하한다. 그 원인의 하나로서 수차이며, 코싸인 4승법칙은 광학계가 무수차를 전제로 한 것이기 때문이며, 실제 광학계는 필연적으로 수차를 갖는 것이다.

따라서, 가능한한 수차를 제거하도록 광학계를 구성하는 것은 종래부터 행하여져 왔으며, 환언하면 싸인(Sine)조건을 만족하도록 광학계를 구성하는 것이 일반적으로 행해져 왔었다.

이에 따라, 조명용 광학계의 구성에 있어서도 상기 사실을 이 분야의 당업자로서는 당연한 것으로 여겨져 왔기 때문에 조명용 광학계는 싸인조건을 만족하도록 통상적으로 제작하여 왔었다.

그러나, 광학계가 싸인조건을 만족하도록 구성하는 것은 피조사면의 주변부에 있어서 조도 저하의 요인이 된다는 것을 발명자는 알게 된 것이다.

이하에서 피조사면의 주변부에서 조도 저하가 왜 생기는지 그 원인에 대하여 설명한다.

제6도는 전형적인 광학계의 개략 설명도로서, 광원 LS로부터 발산하는 광은 입사고 h로서 광학계로 입사되며, 이 경우에 광원 LS의 위치는 광학계의 초점거리에 비하여 원방으로 배치되기 때문에 광원 LS는 광학계로부터 무한거리에 배치되어진 것으로 생각한다.

광원 LS의 실상은 점 I에 형성되고, 광은 출사각도 θ로서 출사동공을 통과한다.

싸인조건을 만족시키는 것은 출사각도 θ가 입사고 h에 비례한다는 것을 의미하며, 따라서 관계는 다음식(1)으로 표시된다.

여거서 k₁은 비례계수

입사고 h로서 광학계에 입사된 광은 피조사면 P의 점 Q에 투사된다.

그러면 sinθ는 다음 식(2)으로 표시된다.

여기서, H는 점 Q와 피조사면 P의 중심사이의 거리(이하, 조사고라 한다.), a는 점 I와 점 Q 사이의 거리이다.

따라서, 식(1)과 식(2)로부터 다음과 같이 변형된다.

제6도로 이해할 수 있는 바와 같이, 입사고 h가 커질시 출사각도 θ는 커지게 되고, 이에 따라서 조사고 H는 커지게 되며, 동일하게 점 I와 점 Q 사이의 거리 a는 또한 커지게 된다.

식(3)에서 나타낸 바와 같이, 조사고 H는 거리 a와 입사고 h의 적에 비례하기 때문에 입사고 h의 일정한 변화율로서 커지는 경우에는 조사고 H는 입사고 h의 변화율보다 더 급격한 변화율로 커지게 된다.

따라서, 입사동공 A의 광축을 중심으로 입사되는 광 반경 Ao와 피조사면 P의 조사영역의 반경 Po 사이에 관계는 입사고 h와 조사고 H 사이에 관계와 동일하게 반경 Ao가 커지는 비율보다 더 큰 비율로 반경 Po는 커지게 되며, 이것으로부터 피조사면 P의 조도분포는 입사동공 A에서의 조도 분포에 비교해서 광축으로부터 떨어질수록 저하되는 것이 명백하게 되어진다.

결상용 광학계의 구성에 있어서, 수차를 극소화하는 것이 중요하기 때문에 싸인 조건을 만족하도록 광학계를 구성할 필요가 있지만, 조명용의 광학계의 구성에서는 그렇게 할 필요가 없는 것이다.

더욱이, 싸인조건을 만족하도록 하는 구성이 전술한 바와 같이 피조사면의 주변부에 있어서의 조도 저하의 요인이 되는 것이다.

종래의 조명용 광학계는 피조사면의 주변부에서이 조도저하를 보정하기 위하여 광로상에 그레디언트 휠터(중앙부에 갈수록 투과도가 낮은 휠터)를 개재시키던지, 또는 광원을 피조사면에서 충분한 거리를 두고 배치하여 왔었다.

그러나, 전자의 방법에 있어서는 광량이 피조사면의 전 영역에 걸쳐서 현저하게 저하되며, 후자의 방법에 있어서는 조명장치가 필연적으로 대형화되는 결점이 있는 것이었다.

또한, 피조사면의 주변부에 있어서의 조도를 중심부의 조도와 비교하여 증가시킬 필요성도 요망되어진다. 예컨대, 투영렌즈를 채용한 조명장치에서 투영랜즈가 재투사되는 원본의 후방에 광학적으로 배치되고 상기 원본의 전체에 균일한 조사를 행할지라도, 감광재에 투영되는 상은 코싸인 4승법칙에 영향을 받게 되는 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 특히 조명용광학계로서 이용할 수 있는 새로운 광학계를 제공하는데 있는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 피조사면의 주변부에서의 조도를 증가시킬 수 있도록 피조사면으로 조명할 수 있는 광학계를 제공하는데 있는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 예컨대, 900mm×900mm 정도의 대형 조사면으로 조명할 수 있는 광학계를 제공하는데 있는 것이다.

본 발명은 상기 한 목적을 수행하기 위하여, 광학계는 광원과, 광원으로부터 수광하기 위한 입사동공과, 피조사면으로 조사하도록 광을 투과시키는 출사동공과, 이 광학계를 통하여 광원과 피조사면으로 각각 연장된 광축으로 구성되며, 입사동공에 대한 입사고 h, 피조사면상의 조사고 H, 입사고와 조사고의 변화율(dh/dH) 사이의 관계가 함수 f(H) : f(H)=(h/H)(dh/dH)에 의하여 규정되고, 피조사면의 주변부에서 다음식을 만족하도록 구성된 광학계인 것이다.

f(O)는 식 : f(O)=[fa'/{(a'-f)b'}]²으로 표시된다.

여기서, a'는 광원과 광학계의 주점사이의 거리, b'는 광원의 실상과 조사면 사이의 거리이다.

본 발명의 다른 특징에 연관된 광학계는 후면이 볼록면인 정의 렌즈로 된 제1광학유니트와, 전면이 볼록면인 정의 렌즈로 된 제2광학유니트와, 후면이 볼록면으로 되고 정의 렌즈나 부의 렌즈로 된 제3유니트로 구성된 3군의 광학유니트와 다음식을 만족하는 광학계로 구성된 것이다.

여기서, f는 광학계의 합성초점; f_F는 제1광학유니트의 전면과 광학계의 제1의 초점사이의 거리; f_B는 제3광학유니트의 후면과 광학계의 제2의 초점사이의 거리; n₁, n₃, 및 n₅는 각각 제1, 제2 및 제3광학유니트의 굴절율; r₂와 r₄는 각각 제1과 제2광학유니트의 후면 곡률반경; r₅와 r₆는 각각 제3광학유니트의 전후면의 곡률반경이다.

본 발명의 또 다른 특징에 연관된 광학계는 후면이 볼록면인 정의 렌즈로 된 제1광학유니트와, 후면이 볼록면인 정의 또는 부의 렌즈로 된 제2광학유니트와, 전면이 볼록면인 정의 렌즈로 된 제3광학유니트와, 후면이 볼록면인 정의 렌즈로 된 제4광학 유니트로 구성된 4군의 광학유니트와, 제1과 제2광학유니트의 합성초점거리가 정(正)으로 되고, 다음식을 만족하는 광학계로 구성된 것이다.

여기서 f는 광학계의 합성초점거리; f_3.4는 제3과 제4광학유니트의 합성초점거리; n₅와 n₇은 각각 제3과 제4광학유니트의 굴절율; r₅와 r₈은 각각 제3과 제4광학유니트의 곡률반경이다.

본 발명의 또 다른 특징에 연관된 광학계는 후면이 볼록면인 정의 렌즈로 된 제1광학유니트와 전후면이 볼록면인 정의 렌즈로 된 제2광학유니트로 구성된 2군의 광학유니트로 구성되고, 다음식을 만족하는 광학계인 것이다.

여기서, f는 광학계의 합성초점거리; f₂는 제2광학유니트의 초점거리; d₃은 제2광학유니트의 두께 r₄는 제2광학유니트이 후면의 곡률반경이다.

본 발명의 또 다른 특징에 연관된 광학계는 후면이 블록면인 정의 렌즈로 된 제일 광학유니트와, 전면이 오목면이고 후면이 볼록면인 정의 렌즈로 된 제2광학유니트로 구성된 2군의 광학유니트로 구성되고, 다음 식을 만족하는 광학계인 것이다.

여기서, f는 광학계의 합성초점거리; r₂, r₃칭 r₄는 각각 제1광학유니트의 후면과 제2광학유니트의 전후면의 곡률반경; n₁과 n₃은 제1 및 제2광학유니트의 굴절율이다.

본 광학계는 소위 플라이 아이 형상으로 구성하는 것이 바람직스러운 것이다.

본 발명은 전술한 특징을 가진 것이어서 다음과 같은 장점이 있는 것이다.

본 발명에 연관된 광학계는 피조사면의 주변부에서의 코싸인 4승법칙 그리고/또는 구경식(口徑食)에 의하여 야기되는 조도저하를 효과적으로 해결시킨 것이다.

본 광학계는 피조사면의 주변부에서 오히려 조도가 증가되어, 피조사면의 상을 순차적으로 예컨대, 감광재로 투영하는 경우에 특히 유용하게 사용할 수가 있는 것이다.

따라서, 감광재상의 조도분포가 전 표면에 걸쳐서 균일화시킬 수가 있는 것이다.

이에 따라, 본 발명에 연관된 광학계는 대형 조사면으로 조명하는데 적합한 것이다.

본 발명의 또 다른 특징과 장점은 다음에 첨부도면에 따라서 설명하는 실시예로부터 명백해질 것이며, 이는 본 발명의 범위를 제한할려는 의도는 아니며, 단지 설명을 하기 위한 것이다.

제8도에서, 광원 LS를 광축 Z상에 위치시켜서 광원 LS의 중심 LSo으로 발산되는 광선 b₁은 입사고 h로서 렌즈 L의 입사동공 A로 입사될시에 광선 b₁은 렌즈 L을 통과하여 출산동공 B로부터 출사되어 조사고 H로서 피조사면에 도달된다.

따라서, 입사고 h+△h로서 입사동공으로 입사되는 광선은 조사고 H+△H로서 피조사면에 도달된다.

이 경우에 광이 렌즈를 통과하는 동안에 그 광도가 손실되지 않는다고 가정한다면, 반경 h인 원과 반경 h+△H인 원사이의 면적 S₁을 투과한 광속은 반경 H인 원과 반경 H+△H인 원사이의 면적 △S₂에 도달한다.

이 면적 △S₁과 △S₂는 다음식으로 표시된다.

입사동공 A에서 입사고 h에서의 조도를 e라 하고 피조사면 P에서 조사고 H에서의 조도를 E라 하면, 다음식으로 표시된다.

그리고, △H를 O에 국한으로 근접시키면, 다음식이 얻어진다.

또한, 식(6)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서 f(H)=(dh/dH)(h/H).

피조사면의 주변부에서의 조도를 증가시키기 위하여, 본 발명에 연관된 광학계는 다음식을 만족할 수 있도록 구성한다.

입사동공 A에서 조도 e가 입사고 h에 대하여 일정하다고 생각할 수 있는 경우에, 환언하면 입사동공 A에서의 조도분포가 균일하다고 생각하는 경우에 전술한 함수 f(H)는 조도 e에 연관되어서 피조사면 P상에 상대조도를 나타낸다.

피조사면 P상의 조사고 H=O에서의 상대조도는 함수 f(O)로서 나타내고, 또한 근축지역에 있어서의 조사고 H는 다음과 같이 표시된다.

그리고, 함수 f(O)는 다음과 같이 표시된다.

여기서, a'는 광원과 제일주점 사이의 거리, f는 초점거리, b'는 광원의 실상과 조사면 사이의 거리이다.

제1실시태양

제9도는 본 발명의 연관된 조명장치의 개략도를 나타낸 것으로, 본 조명장치는 광원(1), 광원(1)에 설치된 타원경(2), 예컨대 플라이 아이 형상으로 구성된 광학계(3), 확산판(4), 확산판(4) 직후방에 배치된 피사체로 되는 원본(5) 및 감광재(7)로 순차적으로 구성된 것이다. 광원(1)은 수은 램프이며, 타원경(2)의 중심부에 설치된다. 타원경(2)은 반사되는 광원 최외단부의 반경이 170mm가 되도록 구성한다.

광학계(3)는 광원(1)의 반사되는 최외단부에서 500mm떨어져서 배치하고, 타원경(2)의 최외단부에서 반사되는 광이 광학계(3)에 의하여 수광될시에 광축에 대하여 18.8도 되도록하며, 광학계(3)를 통과한 광은 확산판(4)에 도달된다.

이 확산판(4)은 피사체인 원본(5)으로 균일하게 광이 투사되도록 하기 위하여 설치한 것이며, 이 확산판(4)은 광학계(3)의 출구 끝단부에서 1000mm이간시켜서 배치한다.

피사체인 원본(5)은 예컨대, 투명체로 되어 있으며, 확산판(4)의 직후방에 배치한다.

초점거리가 600mm인 투영렌즈(6)는 원본(5)으로부터 1200mm 이간시켜서 배치한다.

감광재(7)는 투영렌즈(6)의 출구 끝단부에서 1200mm 이간시켜서 배치한다.

상기 경우에 있어서, 대각선이 900mm인 원본(5)의 전영역을 조사하여, 이 조사된 상이 1:1 배율로서 감광재(7)상에 누사되었다.

전술한 바와 같이, 광학계(3)는 플라이 아이 형상으로 구성되고 이는 광학계가 단위 구성요소로서 복수의 광학계로 2차원적으로 배설된 것이다.

이후에 기술하는 실시태양에서는 상기와 같은 복수의 광학계를 단지 하나만 도시한다.

이후, 제9도에서 나타낸 조명장치에서 채용되는 광학계(3)의 실시예를 설명하고, 다음의 실시예에서는 제8도에서 나타낸 각각의 광학구성요소를 랜즈 L(제9도의 광학계(3))의 초점거리가 1.0; 광원 LS과 광학계(제9도의 광학계(3))사이의 거리가 50; 광원 LS의 크기가 2a°, tanω가 되도록 구성한다.

또한, 랜즈의 표면을 비구면으로 하는 경우에는 이 비구면이 광축에 대하여 Z-좌표와 광축으로부터 높이에 대하여 Y-좌표로 규정할 수 있으며, Z-좌표의 값을 다음식으로 표시할 수 있게 된다.

여기서 C=1/r(r은 곡률 반경); K는 구면상수; A₁,A₂,A₃및 A₄는 비구면 상수이다.

[제1실시예]

제10도는 본 실시예의 광학계(3)를 구성하는 렌즈의 측면도를 나타낸 것으로, 이 광학계는 2개의 렌즈 L₁과 L₂로 되는 2군의 광학유니트로 구성되고 이 렌즈 L₁의 제2면(r₂)이 비구면으로 형성된 것이다.

본 광학계의 렌즈 데이터는 도표 2에 기재되어 있다.

[표 2]

제2면(r₂)의 구면상수와 비구면 상수는 도표 3에 기재되어 있다.

[표 3]

본 실시예에서는 입사동공 A의 유효경이 1.24, 입사동공 A의 중심에서의 유효화각이 37.6도이다.

제11a도 내지 제11c도는 피조사면상의 조도분포를 나타낸 그래프이고, 이 조도분포는 광원의 점 LS₀, LS₁및 LS₂로부터 각각 발산되는 광선에 의하여 수행된 것이며, 점 LS₀은 광축상에 있는 점이고, 점 LS₁은 광원 70퍼센트의 높이에 있어서의 점이며, 점 LS₂는 광원의 최상단부에 있어서의 점이다.

상기 도면에서, 수평축은 피조사면상의 광축으로부터의 높이를 나타내고, 수직축은 피조사면의 중심부에 있어서의 조도를 100(%)으로 할 때에 상대 조도(%)를 나타낸 것이다.

상기 도면으로부터 조도가 주변부로 갈수록 점차적으로 증가됨을 알 수 있다.

점 LS₀로부터 발산되는 광선이 피조사면으로 투사되는 경우에 주변부의 조도는 150퍼센트 이상으로 되어진다.

본 실시예는 굴절율이 상대적으로 작기 때문에 보통의 광학유리를 사용할 수 있는 장점을 가진 것이다.

[제2실시예]

제2도는 본 실시예의 광학계(3)를 구성하는 렌즈의 측면도를 나타낸 것으로, 본 광학계는 3장의 렌즈 L₁, L₂및 L₃로 구성된 3군의 광학유니트로 구성된 것이다.

상기 렌즈의 모든 표면은 구면으로 형성되고 이들의 렌즈데이터는 도표 4에 기재되어 있다.

[표 4]

여기서, 렌즈의 유효경은 1.2; 유효화각은 2ω=43.6도이다.

제13a도 내지 제13c도는 피조사면상의 조도분포를 나타낸 그래프이며, 이 조도분포는 광원의 점 LS₀, LS₁및 LS₂로부터 각각 발산되는 광선에 의하여 행해진 것이다.

상기 도면에서 피조사면상의 조도가 주변부로 갈수록 점차적으로 증가됨을 알 수 있다.

본 실시예는 광학계가 3장의 구면렌즈로 구성된 것이지만, 유효화각이 상대적으로 넓게 되는 장점이 있는 것이다.

[제3실시예]

제14도는 본 실시예의 광학계(3)를 구성하는 렌즈의 측면도를 나타낸 것으로, 이 광학계는 2장의 렌즈 L₁과 L₂로 구성된 2군의 광학유니트로 구성된 것이며, 상기 렌즈의 모든 표면은 구면으로 형성되고 이들의 렌즈 데이터는 도표 5에 기재되어 있다.

[표 5]

여기서, 렌즈의 유효경이 1.06; 유효화각이 2ω=27.0도이다.

제15a도 내지 제15c도는 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것으로, 조도분포가 광원의점 LS₀, LS₁및 LS₂로부터 각각 발산되는 광선에 의하여 행해진 것이다.

상기 도면으로부터 피조사면상의 조도가 주변부로 갈수록 점차적으로 증가됨을 알 수 있다.

본 실시예는 단지 2장의 렌즈로 구성되었기 때문에 그 제작비를 절감할 수 있는데에 장점이 있는 것이다.

[제4실시예]

제16도는 광학계(3)를 구성하는 렌즈의 측면도를 나타낸 것으로, 본 광학계는 4장의 랜즈 L₁에서 L₄로 구성된 4군의 광학유니트로 구성된 것이며, 이 렌즈의 모든 표면은 구면으로 형성되고, 이들의 렌즈 데이터는 도표 6에 기재되어 있다.

[표 6]

여기서, 렌즈의 유효경은 1.04; 유효화각은 2ω=40.2도 이다.

제17a도 내지 제17c도는 피조사면상의 조도분포를 나타낸 그래프이며, 이 조도분포는 광원의 점 LS₀, LS₁및 LS₂로부터 각각 발산되는 광선에 의하여 행해진 것이다.

본 실시예는 모든 렌즈의 굴절율이 낮아서 보통의 광학유리를 사용할 수 있는데에 그 특징이 있는 것이다.

[제5실시예]

제18도는 본 실시예의 광학계(3)를 구성하는 렌즈의 측면도를 나타낸 것으로, 본 광학계는 2장의 렌즈 L₁과 L₂로 구성된 2군의 광학유니트로 구성된 것이다.

상기 렌즈의 제2 및 제3면은 비구면으로 형성된 것이며, 이들의 렌즈 데이터는 도표 7 및 8에 기재되어 있다.

[표 7]

[표 8]

여기서, 렌즈의 유효경이 1.12; 유효화각이 2ω=43.6도 이다.

제19a도 내지 제19c도는 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것으로, 조도분포는 광원의 점 LS₀, LS₁및 LS₂로부터 각각 발산되는 광선에 의하여 행해진 것이다.

상기 도면으로부터 피조사면상의 조도는 주변부로 갈수록 점차적으로 증가됨을 알 수 있다.

본 실시예는 광학계가 단지 2장의 렌즈로 구성된 것이지만, 넓은 화각을 갖는데에 갖는데에 그 장점이 있는 것이다.

[제6실시예]

제20도는 본 실시예의 광학계(3)를 구성하는 렌즈의 측면도이며, 본 광학계는 하나의 렌즈로 구성된 단일 광학유니트로 구성된 것으로, 이 렌즈의 모든 표면은 비구면으로 형성되고, 이 렌즈의 렌즈데이터는 도표 9 및 도표 10에 기재되어 있다.

[표 9]

[표 10]

여기서, 렌즈의 유효경이 1.02; 유효화각이 2ω=39.6도; 유효조사고가 직경으로 2H=80이다.

제21a도 내지 제21c도는 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것이며, 이 조도분포는 광원의 점 LS₀, LS₁및 LS₂로부터 각각 발산되는 광선에 의하여 수행된 것이다.

본 실시예는 광학계가 단지 하나의 렌즈로 구성되어서 비구면 표면은 형틀제조로 제조할 수 있는 장점이 있는 것이다.

또한, 렌즈의 양 표면사이의 거리를 조절할 필요가 없기 때문에 대량생산 할 수 있는 이점이 있는 것이다.

제2실시태양

본 발명의 다른 특징에 의하여 제9도로서 나타낸 조명장치에서 채용되는 광학계(3)는 후면이 볼록면인 하나의 정의 렌즈와, 전면이 볼록면인 하나의 정의 렌즈로 구성된 제2의 광학유니트와, 후면이 볼록면이고 정의 렌즈 또는 부의 렌즈로 구성된 제3의 광학유니트로 구성된 것이다.

이 광학계는 다음 식을 만족시키는 것이다.

여기서, f는 전체 광학계의 합성초점이고; f_F는 제1의 광학유니트와 광학계의 제1의 광학유니트 사이의 거리이고; f_B는 제3의 광학유니트와 광학계의 제2의 초점사이의 거리이며; n₁, n₃및 n₅는 각각 제1, 제2 및 제3의 광학유니트의 굴절율이고; r₂와 r₄는 각각 제1 및 제2의 광학유니트의 후면의 곡률반경이며; r₅및 r₆은 각각 제3의 광학유니트의 전후면의 곡률반경이다.

제8도, 제22도 내지 제24도에 나타낸 바와 같이 본 실시태양의 광학계는 각각 하나의 렌즈로 구성된 3군의 광학유니트로 구성된 것이다.

광원 LS와 렌즈 L 사이의 거리 a와 렌즈 L과 피조사면 P사이의 거리 b는 렌즈 L₁, L₂및 L₃의 합성초점 거리에 비하여 상당히 크게 구성된 것이다.

또한, 본 광학계는 입사동공 A가 제1의 렌즈 L₁의 전면 근방에 위치된다.

본 실시태양의 광학계는 식(13)을 만족하도록 구성된 것이다.

제1의 렌즈의 전면과 광학계의 합성초점이 상대적으로 상호 근접되어 있어서, 이에 따라 피조사면 P는 제1의 렌즈의 전면과 공역으로 되어서 입사광이 광축에 대하여 형성하는 각도는 제24도에 나타낸 바와 같이, 피조사면 P에 유효하게 도달된다.

본 실시태양의 광학계는 식(14)을 만족하도록 구성된 것이다.

식(14)은 표면 r₆(제3의 렌즈의 후면)의 굴절력을 규정하고, 이에 의하여 입사고 h로서 광학계로 입사되는 광선 Q₁의 출사각 θ를 과도하게 크지 않도록 조절된다.

제23도에서 나타낸 바와 같이, 평행광으로 형성된 입사광은 렌즈 L₁및 L₂에 의해서 굴절되고, 입사고가 크게 입사되는 광은 구면수차 때문에 굴절이 크게 되어진다.

최외곽 광선 Q₁이 광축 Z와 교차되는 교점 I₁은 근축광선 Q₂가 광축 Z와 교차되는 교점 I₂의 전방에 위치된다.

한편, 식(15)에 의하여 한정되는 바와 같이, 표면 r₆(즉, 제3의 렌즈의 후면)은 교점 I₁및 I₂의 후방에 위치되어서 식(14)에 의하여 규정되는 바와 같이 큰 굴절력을 갖게 된다.

표면 r₆의 굴절력은 최외곽 광선 Q₁에게는 충분하게 작용하지 못하지만, 그러나, 표면 r₆은 낮은 입사고로서 입사되는 근축광선 Q₂에게 작용하여 이를 확산시켜서 곡률 C₆의 중심 후방으로 광축과 교차시킨다.

따라서, 광학계는 상대적으로 높은 입사고 h로서 입사되는 최외곽 광선의 출사각 θ를 최소화시켜서 피조 사면의 주변부의 조도를 불필요하게 저하시키지 못하게 한다.

또한, 본 실시태양의 광학계는 다음 식(15)을 만족시키도록 구성한다.

상기 식은 후방 초점거리가 약간 정(Positive)으로 구성되지만 부(Negative)로 구성하는 것이 바람직스러운 것을 나타내고 있다.

본 광학계는 광축이외의 지점에서 발산하는 광선이 광의 상실이 일어나지 않는 범위만큼의 충분한 길이를 갖고 있으며, 여기서 표면 r₆(즉, 제3의 렌즈의 후면)은 교점 I₁및 I₂의 후방에 위치되고, 후방초점 f_B는 식(15)에 의하여 제한되는 범위내로 한정되어 있다.

또한 본 실시태양의 광학계는 다음식(16)을 만족시키도록 구성한다.

상기 식은 표면 r₆(즉, 제3의 렌즈의 후면)의 굴절력을 한정하고 있으며, 이에 따라 식(14)에 의하여 규정된 표면 r₆의 기능이 유효하게 수행된다.

굴절력이 식(16)의 최저치보다 더 작게 되는 경우에는 구면수차는 아주 작게 되어서 표면 r₆의 기능이 충분하게 수행될 수 없게 된다.

반대로, 굴절율이 식(16)의 최고치 보다 더 크게되는 경우에는 광원의 최하위로부터 발산되는 광선 Q₄의 입사고 h로 표면 r₆로 입사될시에 너무 높게되어서 이를 통과하여 나오는 출사각 θ가 너무 작게 되어서, 이에 따라 광선은 피조사면의 주변부에 도달할 수가 없게 된다.

또한, 본 실시태양의 다음 식(17)을 만족시키도록 구성한다.

상기, 식은 표면 r₄의 굴절력과 표면 r₅의 굴절력이 부(Negative)가 되도록 규정하고 있다.

표면 r₄와 표면 r₅사이에 형성된 공기렌즈는 확산기능을 갖고 있어서, 광원의 최하위부로부터 발산되는 광선 Q₄가 표면 r₆을 통과하여 나올 때 출사각 θ을 얻을 수 있을 정도로 높게 출사된다.

이후 기술하는 실시예의 광학계는 식(13) 내지 식(17)에 의하여 규정된다.

다음의 실시예에서, 광학계 L(즉, 제9도의 광학계(3))은 반경 y=15인 광원으로부터 a=50의 거리에 배치하고, 피조사면 P는 광학계의 후방면으로부터 b=100의 거리에 배치한다.

[제1실시예]

제22도는 본 실시예의 광학계(3)의 측면도를 나타낸 것이며, 본 광학계는 3장의 렌즈 L₁내지 L₃으로 구성된 3군의 광학 유니트로 구성된 것으로 다음식을 만족시켜야 한다.

본 광학계의 렌즈 데이터는 도표 11에 기재되어 있다.

[표 11]

여기서, 합성초점거리 : f=1

유효경 : 1

광원의 반경 : y=15.

본 실시예에서는 광학계가 식(13) 내지 식(17)에 의하여 규정괸 한정치가 중간값으로 되독록 구성된 것이다.

제25도는 본 실시예에 의하여 수행된 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것이다.

상기 도면으로부터 피조사면상의 조도분포가 +2 퍼센트 범위내에 있음을 알 수 있다.

[제2실시예]

제26도는 본 실시예의 광학계(3)를 구성하는 측면도를 나타낸 것이며, 이 광학계는 3장의 렌즈 L₁내지 L₃로 구성된 3군의 광학유니트로 구성된다.

본 광학계는 다음식을 만족하도록 구성된다.

본 광학계의 렌즈데이터는 도표 12에 기재되어 있다.

[표 12]

여기서, 합성초점거리 : f=1

유효경 : 1

광원의 반경 : y=10

본 실시예에서, 광학계는 식(13) 내지 식(17)에 의하여 규정된 조건을 만족시킬 수 있도록 구성된 것이다.

제27도는 본 실시예의 광학계에 의하여 수행된 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것이다.

이 도면으로부터 피조사면상의 조도분포는 ±4퍼센트 범위내에 있음을 알 수 있는 것이다.

[제3실시예]

제28도는 본 실시예의 광학계(3)의 측면도를 나타낸 것이며, 본 광학계는 3장의 렌즈 L₁내지 L₃로 구성된 3군의 광학유니트로 구성되고, 다음식을 만족하도록 구성된 것이다.

본 광학계의 렌즈 데이터는 도표 13에 기재되어 있다.

[표 13]

여기서, 합성초점거리 : f=1

유효경 : 1

광원의 반경 : y-15

본 실시예에서는 광학계가 식(13) 내지 식(17)에 의하여 규정된 조건을 만족하도록 구성된 것이다.

제29도는 본 실시예의 광학계에 의하여 수행된 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것이며, 상기 도면으로부터 피조사면상의 조도분포가 ±3퍼센트 범위내에 있음을 알 수 있다.

[제4실시예]

제30도는 본 실시예의 광학계(3)의 측면도를 나타낸 것으로, 본 광학계는 3장의 렌즈 L₁내지 L₃으로 구성된 3군의 광학유니트로 구성된 것이며, 다음식을 만족하도록 구성된 것이다.

본 광학계의 렌즈 데이터는 도표 14에 기재되어 있다.

[표 14]

여기서, 합성초점거리 : f=1

유효경 : 1

광원의 반경 : y=15

제31도는 본 실시예의 광학계에 의하여 수행된 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것이며, 이 도면으로부터 피조사면상의 조도분포가 ±2 퍼센트의 범위내에 있음을 알 수 있는 것이다.

[제5실시예]

제32도는 본 실시예의 광학계(3)의 측면도를 나타낸 것으로, 본 광학계는 3장의 렌즈 L₁내지 L₃로 구성된 3군의 광학유니트로 구성되고, 다음 식을 만족하도록 구성된 것이다.

본 광학계의 렌즈 데이터는 도표 15에 기재되어 있다.

[표 15]

여기서, 합성초점거리 : f=1

유효경 : -1

광원의 반경 : y=10.

제33도는 본 실시예의 광학계에 의하여 수행된 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것이며, 상기 도면으로부터 피조사면상의 조도분포가 ±4퍼센트의 범위내에 있음을 알 수 있는 것이다.

[제6실시예]

제34도는 본 실시예의 광학계의 측면도를 나타낸 것으로, 본 광학계는 3장의 렌즈 L₁내지 렌즈 L₃으로 구성된 3군의 광학유니트로 구성되고, 다음 식을 만족하도록 구성된 것이다.

본 광학계의 렌즈 데이터가 도표 16에 기재되어 있다.

[표 16]

여기서, 합성초점거리 : f=1

유효경 : 1

광원의 반경 : y=15

본 실시예에서는 광학계가 식(13) 내지 식(17)에 의하여 규정하는 조건을 만족하도록 구성된 것이다.

제35도는 본 실시예의 광학계에 의하여 수행된 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것이며, 상기 도면으로부터 피조사면의 주변부의 조도가 약 20퍼센트 증가된 것을 알 수 있는 것이다.

[제7실시예]

제36도는 본 실시예의 광학계(3)의 측면도를 나타낸 것으로, 본 광학계는 3장의 렌즈 L₁내지 렌즈 L₃으로 구성된 3군의 광학유니트로 구성되고, 다음 식을 만족하도록 구성된 것이다.

본 광학계의 렌즈 데이터는 도표 17에 기재되어 있다.

[표 17]

여기서, 합성큰점거리 : f=1

유효경 : 1

광원의 반경 : y=14

제37도는 본 실시예의 광학계에 의하여 수행된 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것이며, 상기 도면으로부터 피조사면상의 조도분포가 ±5퍼센트 범위내에 있음을 알 수 있다.

[제8실시예]

제38도는 본 실시예의 광학계(3)의 측면도를 나타낸 것으로, 본 광학계는 3장의 렌즈 L₁내지 렌즈 K₃으로 구성된 3군의 광학유니트로 구성되고 다음 식을 만족하도록 구성된 것이다.

본 실시예의 렌즈 데이터는 도표 18에 기재되어 있다.

[표 18]

여기서, 합성초점거리 : f=1

유효경 : 1

광원 반경 : y=14

제39도는 본 실시예의 광학계에 의하여 수행된 피조면상의 조도분포를 나타낸 것이며, 상기 도면으로부터 피조사면상의 조도분포가 ±5퍼센트 범위내에 있음을 알 수 있는 것이다.

식(13) 내지 식(17)에 의하여 규정된 본 실시태양에 의하여 광학계의 조도를 피조사면의 직경으로 80 내지 90의 범위내에서 균일하게 할 수 있으며, 또는 그 주변부의 조도를 유효하게 증가시킬 수가 있는 것이며, 상기 범위에 상응하는 출사각은 22 내지 27도이다.

또한, 종래의 조명장치와 비교하면, 피조사면상의 ±5퍼센트의 범위로되는 균일한 조도분포를 단지 출사각 10도정도에서 수행할 수 있고, 광학계와 피조사면사이의 거리를 동일한 면적에 거의 동일한 조도분포로 투사할시에 1/2 내지 1/3정도를 단축시킬 수가 있는 것이다.

제3실시태양

본 발명의 또 다른 특징에 의하여, 조명장치에서 채용되는 광학계는 4장의 렌즈로 4군의 광학유니트를 구성하되, 후면이 블록면인 하나의 정의 렌즈로 구성된 제1의 광학유니트와, 후면이 블록면이고 하나의 정의 또는 부의 렌즈로 구성된 제2의 광학유니트와, 전면이 블록면인 하나의 정의 렌즈로 구성된 제3의 광학유니트와, 후면이 블록면인 하나의 정의 렌즈로 구성된 제4의 광학유니트로 구성되고, 제1 및 제2의 렌즈의 합성초점거리가 정으로 되며, 이 광학계가 다음 식을 만족하도록 구성된 것이다.

여기서, f는 광하계의 전체로서 합성초점거리이고; f_3.4는 제3 및 제4의 렌즈의 합성초점검거리이며, n₅및 n₇은 각각 제3 및 제4의 렌즈의 굴절율; r₅와 r₈은 각각 제3 및 제4의 곡률반경이다.

본 실시태양에서 상기 광학계의 합성초점거리가 정으로 되기 때문에 제1 및 제2의 광학유니트 L₁과 L₂는 컨덴서(집광)렌즈의 기능을 수행하게 된다.

제1의 광학유니트는 후면이 블록면인 하나의 광학유니트로 구성되고, 제2의 광학유니트는 후면이 볼록면인 하나의 정의 또는 부의 렌즈로 구성된 것이어서 상기 광학유니트는 구면수차와 코마(비대칭수차)가 크게되어 진다.

구면수차 때문에 최외곽 광선 Q₁과 광축 Z와의 교차점이 근축광선 Q₂와 광축 Z와의 교차점의 전방에 위치된다.

최외곽 광선 Q₃의 출사각 θ가 비대칭수차(코마) 때문에 과도하게 커지지않도록 조절된다.

한편, 제3의 광학유니트 L₃은 전면이 볼록면인 하나의 정의렌즈로 구성되어서 이 제3의 광학유니트는 컨덴서 렌즈의 기능을 갖는다. 상기 광학계는 상호결합하여 휠드 렌즈의 기능을 수행하여 피조사면의 주변부의 조도를 균일하게 하고 또는 증가시키게 되는 것이다.

제41도에 나타낸 바와 같이, 제4의 렌즈 L₄의 후면 r₈은 결상점 I₁및 I₂의 후방에 위치된다. 후면 r₈의 굴절력이 최외곽 광선 Q₁에 유효하게 작용하지 못하여 높은 입사고로 입사되어 결상점 I₁에서 광축과 교차되고, 오히려 확산기능은 근축광선 Q₂에 작용하여 작은 입사고로서 입사되어 결상점 P₂에서 광축과 교차된다.

환언하면, 렌즈 L₃및 L₄는 상대적으로 큰 입사고로서 입사되는 광선의 출사각을 조절하여 피조사면의 주변부에서의 조도저하를 방지하게 되는 것이다.

상기 광학계가 출사각을 조절하여 피조사면의 조도저하를 방지하기 위하여 제3의 렌즈의 전면과 제4의 렌즈의 후면을 굴절율을 크게하는 것이 가장 효과적이다.

그 이유로서는 다음 조건이 주어진다.

식(58)은 식(58)의 우변이 0.8보다 작을시에는 조도저하를 보정할 수 없게 되는 것을 의미한다. 랜즈 L₃및 L₄는 또한 다음 식을 만족시키는 것이다.

식(59)는 렌즈 L₃및 L₄가 휠드 렌즈의 기능을 가져서 구경식(Vignetting)에의하여 발생되는 광의 상실을 방지할 수 있도록 구성되어야 하는 것을 의미한다.

합성초점길이 f_3.4값이 0.75f보다 작을시에 최외곽 광선 Q3에 작용하는 굴절률은 과도하게 강하게 되어서 출사각이 너무 작게 되어진다. 따라서, 피조사면상에 있어서의 유효조사영역이 작게 되어진다.

이와 반대로, 합성초점길이 f_3.4가 1.52f보다 클시에는 입사동공과 결상면 사이의 공역관계로 인하여 배율이 합성초점길이 f_3.4에 역비례 되기 때문에 입사동공의 공역면에 결상된 상은 작게 되어진다.

또한, 렌즈 L₃및 L₄의 굴절력이 작게 되어서 광원의 크기와는 관계없이 큰 입사고로서 입사되는 광선의 출사각을 극소화시키는 것이 불가능하여 이에 따라 피조사면의 주변부에 있어서의 심각한 조도저하가 발생하게 되는 것이다.

상기한 사실에 비추어볼 때, 식(59)는 합성초점길이의 범위를 가장 바람직하게 규정한 것이어서 피조사면 상의 주변부에 있어서의 조도저하의 보정을 만족스럽게 성취시킬 수가 있게 된다.

이후 기술하는 광학계의 실시예는 식(58) 및 식(59)에 의하여 규정된 것이다.

다음의 실시예에서는 광학계 L(즉, 제9도에서의 광학계(3))은 광원의 직경 : 20(최대 입사각 W_max=11.3도); 광원과 입사동공사이의 거리 : 50; 제4의 렌즈의 후면과 피조사면 사이의 거리 : 100; 피조사면의 직경 : 80(최대 출사각 θ_max=21.8도); 각 렌즈의 유효경 : 1.0; 광학계의 전체로서의 합성초점길이 : 1.0으로 구성된 것이다.

또한, 광학계는 입사동공 A가 제1의 렌즈 L₁의 전면에 배치되고, 입사동공의 상이 피조사면상에서 결상되도록 구성된 것이다.

[제1실시예]

제40도는 본 실시예의 광학계(3)의 측면도를 나타낸 것으로, 본 실시예는 4장의 렌즈 L₁내지 L₄로 구성된 4군의 광학유니트로 구성되고, 다음 식을 만족하도록 구성된 것이다.

본 광학계의 렌즈 데이터는 도표 19에 기재되어 있다.

[표 19]

제43도는 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것으로, 상기 도면으로부터 조도는 주변부로 갈수록 점차적으로 증가됨을 알 수 있는 것이다.

[제2실시예]

제44도는 본 실시예의 광학계(3)의 측면도를 나타낸 것이며, 본 광학계는 4장의 렌즈 L₁내지 L₄로 구성된 4군의 광학유니트로 구성되고, 다음 식을 만족하도록 구성된 것이다.

본 광학계의 렌즈 데이터는 도표 20에 기재되어 있다.

[표 20]

제45도는 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것이다.

본 실시예에서는 광학계가 최대조사고가 직경으로 97.6(최대출사각 : θ_max=26)이 되게 하고, 피조사면의 중간 영역에서의 조도저하를 조절하여 피조사면상의 주변부에 있어서의 조도를 증가시킬 수 있도록 구성된 것이다.

[제3실시예]

제46도는 본 실시예의 광학계(3)의 측면도를 나타낸 것이며, 본 광학계는 4장의 렌즈 L₁내지 L₄로 구성된 4군의 광학유니트로 구성되고, 다음 식을 만족하도록 구성된 것이다.

본 광학계의 렌즈 데이터는 도표 21에 기재되어 있다.

[표 21]

제47도는 본 실시예에 의하여 수행된 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것이다.

본 실시예는 합성초점거리 f_3.4가 최소의 값인 경우이다.

[제4실시예]

제48도는 본 실시예의 광학계(3)의 측면도를 나타낸 것이며, 본 광학계는 4장의 렌즈 L₁내지 L₄로 구성된 4군의 광학유니트로 구성되고, 다음 식을 만족하도록 구성된 것이다.

본 광학계의 렌즈 데이터는 도표 22에 기재되어 있다.

[표 22]

제49도는 광학계에 의하여 수행된 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것이다.

본 실시예는 합성초점길이 f_3.4의 값이 최대치로 되는 경우인 것이다.

[제5실시예]

제50도는 본 실시예의 광학계(3)의 측면도를 나타낸 것이며, 본 광학계는 4장의 렌즈 L₁내지 L₄로 구성된 4군의 광학유니트로 구성되고, 다음 식을 만족하도록 구성된 것이다.

본 광학계의 렌즈 데이터는 도표 23에 기재되어 있다.

[표 23]

제51도는 본 실시예에 의하여 수행된 조도분포를 나타낸 것이다.

본 실시예는 제3의 렌즈의 전면의 굴절력과 제4의 렌즈의 후면의 굴절력의 합계가 최소치로 되는 경우인 것이다.

[제6실시예]

제52도는 본 실시예의 광학계(3)의 측면도를 나타낸 것으로, 본 광학계는 4장의 렌즈 L₁내지 L₄로 구성된 4군의 광학유니트로 구성되고, 다음 식을 만족하도록 구성된 것이다.

본 광학계의 렌즈 데이터는 도표 24에 기재되어 있다.

[표 24]

제53도는 본 실시예에 의하여 수행된 조도분포를 나타낸 것으로, 상기 도면으로부터 조도는 피조사면을 통하여 93퍼센트 이상으로 되는 것임이 명백한 것이다.

제4실시태양

본 발명의 또 다른 특징에 연관되고, 제9도에서 나타낸 조면장치에서 채용되는 광학계(3)는 2장의 렌즈로 된 2군의 광학유니트로 구성하되, 후면이 볼록면인 하나의 정의 렌즈로 구성된 제1의 광학유니트와 전후 양면이 볼록면인 하나의 정의 렌즈로 구성된 제2의 광학유니트로 구성되고, 다음 식을 만족하도록 구성된 것이다.

여기서, f는 전체 광학계로서의 합성초점이고, f₂는 제2의 광학유니트의 초점길이; d₃은 제2의 광학유니트의 두께; r₄는 제2의 광학유니트의 곡률반경이다.

본 실시태양에 의하여, 광학계로 입사된 입사광은 제1의 렌즈 L₁의 후면의 굴절력에 영향을 받게되고, 구면수차로 인하여 제1의 렌즈의 후면에서 더욱 강한 굴절력이 작용하게 된다.

제55도에 나타낸 바와 같이, 최외곽 광선 Q₁과 광축 Z와의 교차점 I₁이 근축광선 Q₂와 광축 Z와의 교차점 I₂의 전방에 위치 되어진다.

제2의 렌즈 L₂의 후면 r₄은 교차점 I₁및 I₂의 후방에 위치되고 강한 굴절력을 갖게 된다. 후면 r₄의 굴절력은 최외곽 광선 Q₁에는 작용하지 않게 되고, 오히려 확산작용이 근축광선 Q₂에 작용하게 된다.

본 실시태양의 광학계는 상대적으로 큰 입사고로서 입사되는 광의 출사각을 조절하여 피조사면의 주변부에 있어서의 조도저하를 효과적으로 해결한 것이다.

제1의 렌즈 L₁의 후면(r₂)이 정의 비대칭 수차(Coma)에 영향을 미치게 되기 때문에 제1의 렌즈 L₁의 후면 r₂을 제56도에 나타낸 바와 같이, 제2의 렌즈 L₂의 후면 r₄으로 입사되는 최외곽 광선 Q₁의 입사고가 과대하게 크지 않게 되는 범위내로 규정하여야 한다는 것을 의미한다.

왜냐하면, 제2의 렌즈 L₂의 후면 r₄로 입사되는 입사고가 과대하게 클시에는 이를 통과하여 나오는 출사각 θ가 후면 r₄의 굴절력 때문에 오히려 너무 작게되어 이에 따라 유효조사영역이 작게되기 때문인 것이다.

본 실시태양의 광학계는 다음 식(76)을 만족하도록 구성 되어진다.

식(76)에 의하여 규정된 조건은 제2의 렌즈 L₂의 후면 r₄에 의하여 굴절된 광의 경통(Lens barrel)에 의하여 발생되는 구경식(Vignetting)에는 작용하지 않게 되고, 또한 후면 r₄을 통과하여 나오는 광의 출사각이 지나치게 작게 되지 않음을 보증한 것이다.

(d₃/r₄)의 값이 -3.0보다 작을시에는 후면 r₄의 곡률반경이 부(Negative)가 되기 때문에 후면 r₄의 굴절력은 크게 되고, 이에 따라 최외곽 광선 Q₁및 Q₃의 출사각은 지나치게 작게되어 결과적으로 피조사면의 유효조사영역이 작게 되어 지는 것이다.

상기 경우에 제2의 렌즈 L₂의 두께 d₃은 상대적으로 두껍게 되고, 이에 따라 구경식이 발생하여 광밀도의 손실을 가져오게 되는 것이다.

이와 반대로, (d₃/r₄)의 값이 -0.3보다 클시에는 제2의 렌즈 L₂의 굴절력을 증가시키기 위하여 제2의 렌즈 L₂의 전면의 곡률반경 r₃를 제56도에서 가상선으로 나타낸 바와 같이 작게할 필요가 있고, 또한 렌즈간 거리 d₂를 크게할 필요가 있는 것이다.

그리고, 제1의 렌즈 L₁의 하단부를 입사되는 최외곽 광선 Q₃는 제2의 렌즈 L₂의 전면으로 큰 입사고로 입사되고, 따라서 제2의 전면의 굴절력 작용하여 이 결과로 출사각 θ가 지나치게 작게 되어서 이에 의하여 피조사면의 유효조사 영역이 작게되는 결과를 초래하게 되는 것이다.

또한, 본 실시태양의 광학계는 다음 식(77)을 만족하도록 구성된다.

제2의 렌즈 L₂의 초점길이 f₂가 1.0f보다 작게 되면, 제2의 렌즈 L₂의 굴절력이 최외곽 광선 Q₃에 강하게 작용하기 때문에 이의 출사각이 작게되어서 이 결과로 유효조사 영역이 작게 되어 진다.

이와 반대로, 초점길이 f₂가 1.55f보다 클시에는 입사동공과 피조사면 사이의 공역관계에 기인으로 배율이 초점길이 f₂의 값에 반비례하기 때문에 피조사면에 공역위치에 배치된 입사동공의 상이 작게 되어진다.

상기 경우에서, 제2의 렌즈의 굴절력이 작기 때문에 상대적으로 큰 입사고로 입사된 광의 출사각이 광원의 크기에 관계없이 작게되는 것을 조절할 수 없게 되고, 이에 의하여 피조사면상의 조도는 피조사면의 주변부를 통하여 특히 중간영역에서 급격하게 저하되어 진다.

이하, 본 실시태양의 광학계의 실시예를 설명한다.

다음의 실시예에서 광학계 L(즉, 제9도의 광학계(3))은 광원의 직경 : 17.64(최대 입사각 W_max=10도); 광원과 입사동공 A사이의 거리 : 50; 제2의 렌즈의 후면과 피조사면 사이의 거리 : 100; 피조사면의 직경 : 90(최대 출사각 θ_max=24.2도); 렌즈의 유효경 : 1.0; 전체광학게의 합성초점길이 : f=1.0이다.

또한, 광학계는 입사동공 A가 제1의 렌즈 L₁의 전면에 배치되고, 입사동공의 상이 피조사면상에 결상되도록 구성된 것이다.

[제1실시예]

제54도는 본 실시예의 광학계(3)의 측면도를 나타낸 것이며, 본 광학계는 2장의 렌즈 L₁과 L₂로 구성된 2군의 광학유니트로 구성되고, 다음 식을 만족하도록 구성된 것이다.

본 광학계의 렌즈 데이터는 도표 25에 기재되어 있다

[표 25]

제57도는 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것이며, 상기 도면으로부터 상기 조도분포는 ±4퍼센트 범위내에 있음을 알 수 있는 것이다.

본 실시예는 초점거리 f₂가 대략 최대치로 되는 경우인 것이다.

[제2실시예]

제58도는 본 실시예의 광학계(3)의 측면도를 나타낸 것이며, 본 광학계는 2장의 렌즈 L₁과 L₂로 구성된 2군의 광학유니트로 구성되고, 다음 식을 만족하도록 구성한다

본 광학계의 렌즈 데이터는 도표 26에 기재되어 있다.

[표 26]

제59도는 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것이다.

상기 도면으로부터 주도분포가 ±퍼센트 범위내에 있음을 알 수 있는 것이다.

본 실시예는 (d₃/d₄)의 값이 최소치로 되는 경우인 것이다.

[제3실시예]

제60도는 본 실시예의 광학계(3)의 측면도를 나타낸 것이며, 본 광학계는 2장의 렌즈 L₁과 L₂로 구성된 2군의 광학유니틀 구성되고, 다음 식을 만족하도록 구성된 것이다.

[표 27]

제61도는 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것으로, 상기 도면으로부터 중간 영역에서의 조도저하가 수퍼센트 범위 내에 있고, 주변부의 조도가 오히려 수 퍼센트 증가됨을 알 수 있는 것이다.

본 실시예는 (d₃/r₄)의 값의 최대치로 되는 경우인 것이다.

[제4실시예]

제62도는 본 실시예의 광학계의 측면도를 나타낸 것으로, 본 광학계는 2장의 렌즈 L₁과 L₂로 구성된 2군의 광학유니트로 구성되고, 다음 식을 만족하도록 구성된 것이다.

본 광학계의 렌즈 데이터는 도표 28에 기재되어 있다

[표 28]

제63도는 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것으로, 상기 도면으로부터 주변부의 조도는 충분히 증가된 것이다.

본 실시예는 초점길이 f₂가 실시예중에서 가장 짧은 경우인 것이다.

[제5실시예]

제64도는 본 실시예의 광학계의 측면도를 나타낸 것이며, 본 광학계는 2장의 렌즈 L₁과 L₂로 구성된 군의 광학유니트로 구성되고, 다음 식을 만족하도록 구성된다.

본 광학계의 렌즈 데이터는 도표 29에 기재되어 있다.

[표 29]

제65도는 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것으로, 상기 도면으로부터 주변부의 조도가 충분히 증가됨을 알 수 있는 것이다.

[제6실시예]

제66도는 본 실시예의 광학계(3)의 측면도를 나타낸 것이며, 본 광학계는 2장의 렌즈 L₁과 L₂로 구성된 2군의 광학유니트로 구성되고 다음 식을 만족하도록 구성된다.

본 광학계의 렌즈 데이터는 도표 30에 기재되어 있다.

[표 30]

제67도는 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것으로, 상기 도면으로부터 중간영역 내에서의 조도저하가 수퍼센트 범위내에 있고, 주변부에 있어서의 조도는 근소하게 증가됨을 알 수 있는 것이다.

제5실시태양

본 발명의 또 다른 특징에 연관되고, 제9도에서 나타낸 조명장치에서 채용되는 광학계(3)는 2장의 렌즈로 된 2군의 광학유니트로 구성하되, 후면이 볼록면인 하나의 정의 렌즈로 구성된 제1의 광학유니트와, 전면은 오목면이고 후면은 볼록면인 하나의 정의 렌즈로 구성된 제2의 광학유니트로 구성되고, 다음 식을 만족하도록 구성된 것이다.

여기서, f는 전체 광학계의 합성초점길이이고; r₂, r₃및 r₄는 각각 제1의 광학유니트의 후면, 제2의 광학유니트의 전면 및 후면이고; n₁및 n₃은 제1 및 제2의 광학유니트의 굴절율이다.

본 실시태양에서는 광원과 광학계의 전면 사이의 거리 a에 광학계의 후면과 피조사면 사이의 거리 b'는 합성초점길이 f에 비하여 상당히 큰 것이다.

광원의 중간상이 제2의 렌즈의 근방에서 결상되어, 입사동공 A의 상이 제2의 렌즈에 의하여 피조사면상에 결상된다.

본 실시태양은 제4실시태양과 그 기능이 본질적으로 동일한 것이다.

예컨대, 제69도에 나타낸 바와 같이, 광학계로 입사되는 입사광은 제1의 렌즈 L₁의 후면의 굴절력에 영향을 받게되어 입사광의 입사고가 크면 클수록, 구면수차 때문에 제1의 렌즈의 후면의 굴절율이 더욱 강하게 작용하게 된다.

따라서, 최외곽 광선 Q₁과 광축 Z와의 교차점 I₁이 근축광선 Q₂와 광축 Z와의 교차점 I₂의 전방에 위치된다.

제2의 렌즈 L₂의 후면 r₄가 교차점 I₁과 I₂의 후방에 위치되어 강한 굴절력을 갖게 된다.

후면 r₄의 굴절력은 최외곽 광선 Q₁에는 작용하지 않게 되어 확산작용은 오히려 근축광선 Q₂에 작용하게 된다.

본 실시태양의 광학계는 상대적으로 큰 입사고로 입사되는 광의 출사각을 조절하여 피조사면상의 주변부에 있어서의 조도저하를 효과적으로 해결한 것이다.

제1의 렌즈 L₁의 후면이 정의 비대칭수차에 영향을 미치게 되는데, 이는 제1의 렌즈 L₁의 후면 r₂가 제 70도에 나타낸 바와 같이, 제2의 렌즈 L₂의 후면 r₄로 입사되는 최외곽 광선 Q₃의 입사고가 너무 크게되지 않는 범위내로 규제하고 있음을 의미하는 것이다.

왜냐하면, 제2의 렌즈의 후면 r₄로 입사되는 광의 입사고가 너무 클시에는 이를 통과하여 나오는 광의 출사각이 후면 r₄의 굴절력에 의하여 너무 작게 되어, 이에 따라 유효 조사영역도 작게되기 때문인 것이다.

따라서, 본 실시태양의 광학계는 식(90)과 식(91)을 만족시키도록 구성된 것이다.

식(91)은 피조사면상의 조도분포를 균일하게 또는 주변부에서 조도를 증가시킬 수 있는 조건인 동시에 넓은 조사영역을 확보하기 위한 조건인 것이다.

제1의 렌즈 L₁의 후면의 굴절력과 제2의 렌즈 L2의 전면의 굴절력의 합계와 제2의 렌즈의 후면의 굴절력이 입사동공과 피조사면 사이의 공역관계에 영향을 미치게 된다.

{(1-n₁)/r₂+(n₃-1)/r₃}f의 값이 -0.68보다 작을시에는 입사동공에서의 중간상이 지나치게 작게 되게 때문에 유효조사영역이 작게되는 것이다.

이와 반대로, {(1-n₁)/r₂+(n₃-1)/r₃}f의 값이 0.90보다 클시에는 제2의 후면의 굴절력이 공역관계를 유지하기 위하여 작게되는 것이다. 제2의 렌즈의 후면 r₄이 조도분포에 효율적으로 영향을 미치지 않게 되어서, 이에 따라 {(1-n₁)/r+(n₃-1)/r₃}f의 값이 0.90보다 클시와 {(1-n₃)/r₄}f의 값이 0.67보다 작을시에는 중간영역에서의 조도저하가 현저하게 크게되고, 또한 에서의 조도 저하되는 것이다.

본 실시태양의 광학계의 실시예를 이하에서 설명한다.

다음의 실시예에서, 광학계 L(즉, 제9도의 광학계(3))는 광원의 직경 : 17.64(최대입사각 : ω_amx=10도); 광원과 입사동공 사이의 거리 a : 50; 광학계의 후면과 피조사면 사이의 거리 : 100; 피조사면의 직경 : 90(최대 출사각 : θ_MAX=24.5도); 렌즈의 유효경 : 1.0; 전체 광학계의 합성초점길이 : 1.0이다.

[제1실시예]

제68도는 본 실시예의 광학계(3)의 측면도를 나타낸 것이며, 본 광학계는 2장의 렌즈 L₁과 L₂로 구성된 2군의 광학유니트로 구성되고, 다음 식을 만족하도록 구성된 것이다.

본 광학계의 렌즈 데이터가 도표 31에 기재되어 있다.

[표 31]

제71도는 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것으로, 상기 도면으로부터 중간영역에서의 조도저하는 3퍼센트 이내이고, 주변부에 있어서의 조도는 효과적으로 증가함을 알 수 있는 것이다.

본 실시예는 실시예중에서 표준상태의 경우를 나타낸 것이다.

[제2실시예]

제72도는 본 실시예의 광학계(3)의 측면도를 나타낸 것이며, 본 광학계는 2장의 렌즈 L₁과 L₂로 구성된 2군의 광학유니트로 구성된 것이고, 다음 식을 만족하도록 구성된 것이다.

본 광학계의 렌즈 데이터는 도표 32에 기재되어 있다.

[표 32]

제73도는 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것으로, 이 도면으로부터 피조사면상의 중간영역에서의 조도저하는 수 퍼센트이내이고, 주변부에서의 조도는 오히려 수 퍼센트 증가함을 알 수 있는 것이다.

본 실시예는 {(1-n₁)/r₂+(n₃-1)/r₃}f의 값이 조건식인 식(90)의 최대치에 근접되고, {(1-n₃)/r₄}f의 값은 식(91)의 최소치에 근접된 경우인 것이다.

[제3실시예]

제74도는 본 실시예의 광학계의 측면도를 나타낸 것이며, 본 광학계는 2장의 렌즈 L₁과 L₂로 구성된 2군의 광학유니트로 구성되고, 다음 식을 만족하도록 구성된 것이다.

본 광학계의 렌즈 데이터는 도표 33에 기재되어 있다.

[표 33]

제75도는 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것으로, 상기 도면으로부터 중간영역에 있어서의 조도저하는 수 퍼센트내에 있고, 주변부에 있어서의 조도는 현저하게 증가됨을 알 수 있는 것이다.

[제4실시예]

제76도는 본 실시예의 광학계(3)의 측면도를 나타낸 것으로, 본 광학계는 2장의 렌즈 L₁과 L₂로 구성된 제2군의 광학유니트로 구성되고, 다음 식을 만족하도록 구성된 것이다.

본 광학계의 렌즈 데이터는 도표 34에 기재되어 있다.

[표 34]

제77도는 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것으로, 이 도면으로부터 중간영역에서의 조도저하는 수 퍼센트내에 있고, 주변부의 조도는 현저하게 증가됨을 알 수 있는 것이다.

[제5실시예]

제78도는 본 실시예의 과학계(3)의 측면도를 나타낸 것이며, 본 광학계는 2장의 렌즈 L₁과 L₂로 구성된 2군의 광학유니트로 구성되고, 다음 식을 만족하도록 구성된 것이다.

본 광학계의 렌즈 데이터는 도표 35에 기재되어 있다.

[표 35]

제79도는 피조사면상의 조도분포를 나타낸 것으로, 이 도면으로부터 조도가 피조사면에 걸쳐서 ±3퍼센트 이내로 된 것임을 알 수 있는 것이다.

전술한 실시태양에서 광학계(3)는 소위 플라이 아이 형상으로 구성된 것이며, 이는 다수의 구성요소로 되는 렌즈가 2차원적으로 배열된 것이다.

이러한 플라이 아이 형상은 특히 조명장치에서 유용하게 사용되는 것이다.

본 발명에 의하여, 제9도에 나타낸 바와 같이, 투영렌즈(6)를 피조사면(즉, 원본(5))의 하방에 배치할 경우에는 감광재(7)상의 조도분포는 투영렌즈에 의하여 발생되는 코싸인 4승법칙에 불구하고 전영역에 걸쳐서 균일하게 되는 것이다.

조도가 피조사면상의 주변부에서의 점차적으로 증가되는실시예는 감광재상에 균일한 조도를 얻는데 특히 적합한 것이다.

예컨대, 제10도와 제11a도 내지 제11c도에 나타낸 실시예를 제9도에 나타낸 광학계(3)로 채용시의 조도분포는 제80도에 나타낸 조도분포와 같이 감광재(7)상으로 균일하게 되어지는 것이다.

이형 실시태양

제81도는 본 발명에 연관된 다른 조명장치를 나타낸 것으로, 조명장치의 구성은 프레넬 렌즈(Fresnellens)를 사용한 것 이외에는 제9도로서 나타낸 것과 근본적으로 동일한 것이다.

상기 프레넬 렌즈(81)는 전술한 방식으로 배설되어 감광재(7)상의 주변부에서의 조도는 코싸인 4승법칙에 의하여 저하될 것이지만, 광학계(3)의 적용으로 감광재(7)상의 조도분포는 보정되어, 그 조도분포의 결과가 제82도에 나타나 있으며, 이는 제81도에서 나타낸 광학계(3)에 제10도로서 나타낸 실시예를 적용시켜서 얻어진 것이다.

따라서, 감광재(7)상의 조도분포는 우수하게 보정되어 ±5퍼센트 이내로 된 것임을 알 수 있다.

전술한 실시형태는 구경식(Vignetting)이 발생되지 않는 경우에 것이다.

투영렌즈는 휠드 각 θ₁이 증가하면 때에 따라서 구경식이 발생한다. 이 경우에는 피조사면상의 조도는 cos⁴θ₁과 사용되는 투영렌즈의 구경식 인자의 적으로 표시된다.

제83도는 투영렌즈의 구경식 인자의 일례를 나타낸 것이다.

제81도에 나타낸 조명장치를 사용하는 경우에는 코싸인 3승법칙에 의하여 조도저하게 발생하지만, 감광재(7)상의 조도분포의 결과는 제84도에 나타낸 바와 같이, 조도분포는 ±5퍼센트 이내로 되어진다.

본 발명은 조명장치를 구체화시키는 것으로서 도시 및 설명을 한 것이지, 도시된 부분을 제한할려는 의도는 아닌 것이며, 본 발명의 다양한 유형과 구조적인 변경을 만들 수 있으나, 이는 본 발명의 기술적 사상에 귀속되는 것이다.

전술한 내용은 본 발명의 요지를 충분히 개시한 것이어서 그 이상의 해석이 없이도 현지식을 적용하여 본 발명의 포괄적이거나 또는 특이한 특징의 요체를 생략됨이 없이 선행기술의 견지에서 다양한 적용예를 만들 수 있는 것이다.

특허로서 신규성을 보호받고저 하는 청구 사항은 다음의 청구범위에 기재되어 있는 것이다.

Claims

광원과 광원으로부터 수광하기 위한 입사동공과 피조사면에서 수광되는 광을 투과시키기 위한 출사동공과 상기 광원과 상기 피조사면으로 연장되는 광축을 각각 구비한 광학계를 통하여, 상기 입사동공에 대한 입사고 h와 상기 피조사면상의 조사고 H와 상기 입사고와 상기 조사고 사이의 변화율(dh/dH)과의 관계를 함수 f(H) :

에 의하여 규정되고, 상기 피조사면의 주변부에서는 다음의 식

을 만족하도록 구성되며, 상기 함수 f(0)는 다음의 식

으로 표시되어 구성된 피조사면의 주변부의 조도를 증가시키는 광학계.

상기 식에서, a'는 광원과 광학계의 제1의 주점 사이의 거리, b'는 광원의 실상과 피조사면 사이의 거리이다.
후면이 볼록면인 정의 렌즈를 가진 제1의 광학유니트와 전면이 볼록면인 정의 렌즈를 가진 제2의 광학유니트와 후면이 볼록면인 정의 또는 부의 렌즈를 가진 제3의 광학유니트로 된 3군의 광학유니트로 구성되고, 다음의 식

을 만족하도록 구성된 피조사면의 주변부의 조도를 증가시키는 광학계.

상기 식에서, f는 광학계의 합성초점길이; f_F는 제1의 광학유니트의 전면과 광학계의 제1의 초점 사이의 거리; f_B는 제3의 광학뉴니트의 후면과 광학계의 제2의 초점 사이의 거리; n₁, n₃및 n₅는 제1, 제2 및 제3의 광학유니트 각각의 굴절율; r₂와 r₄는 제1 및 제2의 광학유니트 각각의 후면의 곡률반경; r₅와 r₆은 제3의 광학유니트 전면 및 후면 각각의 곡률반경이다.
후면이 볼록면인 정의 렌즈를 가진 제1의 광학유니트와 후면이 볼록면이고 정의 또는 부의 렌즈를 가진 제2의 광학유니트와 전면이 볼록면인 정의 렌즈를 가진 제3의 광학유니트와 후면이 볼록면인 정의 랜즈를 가진 제4의 광학 유니트로 된 3군의 광학유니트로 구성되고, 다음의 식

을 만족하도록 구성된 피조사면의 주변부의 조도를 증가시키는 광학계.

상기 식에서, f는 광학계의 합성초점길이; f_3.4는 제3과 제4의 광학유니트의 합성초점길이; n₅와 n₇은 제3 및 제4의 광학유니트 각각의 굴절율; r₅와 r₈은 제3 및 제4의 광학유니트 각각의 곡률반경이다.
후면이 볼록면인 정의 렌즈를 가진 제1의 광학유니트와 전후면이 볼록면인 정의 렌즈를 가진 제2의 광학유니트로 된 2군의 광학유니트로 구성되고, 다음의 식

을 만족하도록 구성된 피조사면의 주변부의 조도를 증가시키는 광학계.

상기 식에서, f는 광학계의 합성초점길이; f₂는 제2의 광학유니트의 초점길이; d₃은 제2의 광학유니트의 두께; r₄는 제2의 광학유니트의 후면의 곡률반경이다.
후면이 볼록면인 정의 렌즈를 가진 제1의 광학유니트와 전면은 오목면이고 후면은 볼록면인 정의 렌즈를 가진 제2의 광학유니트로 된 2군의 광학유니트로 구성되고, 다음의 식

을 만족하도록 구성된 피조사면의 주변부의 조도를 증가시키는 광학계.

상기 식에서, f는 광학계의 합성초점길이; r₂, r₃및 r₄는 제1의 광학유니트의 후면, 제2의 광학유니트의 전후면 각각의 곡률반경; n₁과 n₂는 제1 및 제2의 광학유니트 각각의 굴절율이다.
광원과 피사체인 원본과 상기 광원으로부터 상기 피사체인 원본으로 광을 투과시키고 플라이 아이 형상으로 되는 다수의 구성 요소로 되는 렌즈를 가진 제1의 광학계와 상기 원본을 통과한 광을 투과시키는 제2의 광학계와 상기 원본의 상을 기록하는 기록매체와, 상기 광원으로부터 수광하기 위한 입사동공과 피조사면에서 수광되는 광을 투과시키기 위한 출사동공과 상기 광원과 상기 기록매체로 연장되는 광축을 각각 가진 상기 제1의 광학계를 구비한 광학계를 통하여, 상기 입사동공에 대한 입사고 h와 상기 피조사면상의 조사고 H와 상기 입사고와 상기 조사고 사이의 변화율(dh/dH)과의 관계를 함수 f(H) :

에 의하여 규정되고, 상기 피조사면의 주변부에서는 다음의 식

을 만족하도록 구성되며, 상기 함수 f(0)는 다음의 식

으로 표시되어 구성된 것을 특징으로 하는 조명장치.

상기 식에서, a'는 광원과 광학계의 제1의 주점 사이의 거리, b'는 광원의 실상과 피조사면 사이의 거리이다.