JPH0434424A - 投影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、マイクロリーダ・プリンタ等の投影装置に
係り、詳しくは透過照明系を使用する投影装置において
、瞳位置と焦点距離（倍率）のそれぞれ異なる投影レン
ズ系の交換あるいはズームレンズ系を変倍して投影する
とき、照明光学系のエレメントを何ら移動することなく
ケーラー照明条件を満足させるようにして投影するよう
にした新規な投影装置に関する。

［従来の技術１ マイクロリーグ・プリンタ等の投影装置では、フィルム
の駒サイズに対応して各焦点距離の投影レンズ系を交換
したり、投影レンズ系をズームレンズ系にして変倍を行
って投影して閲読するようにしている。このため、各投
影レンズ系の瞳位置を一致させるように形成して照明光
学系と合わせるようにしているが、このようにするため
には投影レンズ系の設計上の困難が伴うとともに、レン
ズ枚数の多い投影レンズ系が必要となり、どうしても高
価格のものとなってしまう。また、投影レンズ系の瞳位
置の変動に伴い、コンデンサレンズを移動させて調節す
る照明光学系を使用するものでは、使用者の切換の手間
を増すか、自動的に移動させるように構成にしなければ
ならない不具合がある。

このように、従来は投影レンズ系の交換時あるいはズー
ムレンズ系の変倍時において、照明用光学系を移動させ
て調整する手間を省くために、各投影レンズ系の縮小側
の瞳位置を一定にしてケーラー照明条件を満足させる方
法と、各投影レンズ系の瞳位置が異なる場合に、照明用
光学系のエレメントを光軸方向に移動させてケーラー照
明の条件を維持する方法とが実施されている６［発明が
解決しようとする課題１ ところが、前者の各投影レンズ系の縮小側の瞳位置を一
定にする方法では、瞳位置を各倍率の投影レンズ系で一
定になるように設計しなければならず、レンズ設計上の
制約を増すことになり、数的にレンズ構成枚数を増さな
ければならない。

このため投影レンズ系が高価になってしまう。また、後
者の照明用光学系のエレメントを移動させて調整を行う
ものでは、投影レンズ系の交換あるいはズーミングに際
し、使用者が手動で照明用光学系のエレメントを移動し
て調整しなければならない等の操作性に不具合がある。

この発明は、このような点に鑑みてなされたもので、投
影レンズ系の瞳位置を厳密に合せることなしに投影レン
ズ系の交換あるいはズーミング時においても照明用光学
系を何ら移動させて調整を行うことな（、スクリーン上
に均一な画像照度の像を投影することができる新規な投
影装置を提供することを目的とする。

「課題を解決するための手段］ この発明では、拡大側より順に開口効率の大きい投影レ
ンズ系、フィルム等の透過画像物体、軸上からの距離が
大きくなるのに従って球面レンズよりも屈折力が弱まる
照明用収束性非球面レンズおよび照明用発散性レンズお
よび収束作用をもった反射鏡付光源とから構成され、上
記投影レンズ系が投影倍率の変更のため異なった焦点距
離の投影レンズ系あるいはズームレンズ系からなり、こ
の倍率変更に際し上記透過物体、集束性および発散性の
照明用レンズおよび反射鏡付光源のいずれの位置も異動
させることなくケーラー照明条件を満して投影するよう
にしたことを特徴とする投影装置である。

また、この発明では、照明用収束性非球面レンズをフレ
ネルレンズで構成し、このフレネルレンズは内側と外側
とで屈折力を異ならせて構成する。

さらに、発散性の照明用レンズを赤外線を減衰させる防
熱ガラスで構成したものである。

［作　　用］ したがって、この発明の投影装置は、投影レンズ系の倍
率変換あるいはズーミングにおいて、照明用光学系のエ
レメントを一切調整する必要がなくケーラー照明条件を
満す投影装置となり、操作者の取扱いが容易になるとと
もに、投影装置の構成が簡単になり部品点数の少い投影
装置となる。

［実　施、例］ 以下、図面に基づいてこの発明の詳細な説明する。第１
図ないし第３図は、この投影装置の高倍、中倍および低
倍における光路図である。即ち、左側のスクリーンＰの
拡大側から順に、高倍、中倍および低倍用の投影レンズ
系Ａ、Ｂ’。

Ｃ１透過画像物体であるフィルムＦ、照明用光学系であ
る集束性非球面レノ１１２発散性レンズＩＩおよび光源
であるレフレクタ付ランプＱから構成され、高倍の投影
レンズ系Ａを使用した場合を第１図に、中倍の投影レン
ズ系Ｂを使用した場合を第２図に、低倍の投影レンズ系
Ｃを使用した場合を第３図にそれぞれ示す。そして、フ
ィルムＦ。

照明用集束性非球面レンズ■、照明用発散性レンズＩＩ
　８よびレフレクタ付ランプＱの各面間距離をｅｒ　１
６２Ｈｅ３を照明用集束性非球面レンズ■および照明用
発散レンズ■１の焦点距離をそれぞれｆ＋　、ｆｘ　、
フィルムＦとリフレクタ付ランプＱとの間の距離なＬと
したときの一実施例の各数値を第１表に示す。

また、この実施例として、高倍投影レンズ系Ａ、中倍投
影レンズ系Ｂおよび低倍投影レンズ系Ｃの各倍率をβ、
、β５．βＣ１ 離／Ｆナンバーの値、瞳位置ＰＡ 各数値を第２表に示す。

Ｃ以下余白） それらの焦点距 、　Ｐ、　、　ＰＣの 第１区ないし第３図を対比すれば分るよりに、フィルム
面Ｆを基準にすれば、高倍投影レンズ系Ａの瞳位置Ｐａ
よりも中漬投影レンズＢの瞳位置Ｐ、が遠く、中漬投影
レンズ系Ｂの瞳位置Ｐ、よりも低倍投影レンズ系Ｃの瞳
位置ＰＣが遠くに位置している。一方、それぞれの倍率
で瞳位置を一致させることは、−数的にレンズ設計上の
制約条件となっており、この制約条件のないこの発明で
はそれだけレンズ設計の負担が軽減されることになり、
しかも投影レンズの構成レンズ枚数を少くて済むことに
なる。

次に、この照明用収束性レンズ１の作用について説明す
る。このレンズエはリフレクタ付ランプＱから射出され
た光束を高倍、中漬、低倍の投影レンズ系Ａ、Ｂ、Ｃの
各瞳位置ＰＡ、Ｐ、　　ｐｃにそれぞれ導き、ケーラー
照明の条件を保持することにある。左側の拡大側から逆
に光線追跡した場合、瞳位置が最もフィルム面Ｆに近い
高倍投影レンズ系への瞳位置ＰＡから出た軸外主光線Ｒ
ｋは、第１図に示すように照明用収束性レンズＩにより
屈折され、照明用発散性レンズＩＩの付近で光軸Ｏと交
差するようになることがら、軸外光束の全てを照明に寄
与させて拡大側のスクリーンＰ上に投影されたフィルム
Ｆの投影像の照度分布を均一にするための条件となる。

これは、照明用収束性レンズ■の位置を基準に物体距離
ＳをＳ　”　Ｐ　Ａ　十ｅ　ｌ　＋集束性レンズエのま
わりの倍率をＢＩ　とすると、像点位置Ｓ′は高倍投影
レンズ系Ａの場合が集束性レンズ■のレンズ面通過位置
り、がほぼ近軸領域であることから、これをｆ＋　と近
似して、像点距離Ｓ′はＳ′＝ｆ＋（１−ＢＡ） となり、　物体距離Ｓは ｌ β、＝ ｆ＋　　　　Ｓ となる。

したがって像点距離Ｓ′は となり、像点距離Ｓ′　とｅ２が近い値であることを条
件として上の条件式を満足させる必要がある。即ち、ｅ
２と像点距離Ｓ′が近いことを前提に次式が成立すれば
、これはこの投影装置の暉明系がケーラー照明条件を満
すための条件式となる。

この条件式（１）の上限値、下限値を外れると、高倍投
影レンズ系Ａの軸外光束がリフレクタ付ランプＱから外
れてしまい、これに伴って画面周辺の照度低下を引き起
す結果になる。

また、第２図および第３図に示す中漬投影しンズ系Ｂ、
低倍投影レンズ系Ｃの場合においても、それぞれの軸外
光束の主光線Ｒｇ、Ｒｅが発散性レンズ■１またはりフ
レフタ付うンプＱの位置でそれぞれ光軸Ｏと交差するこ
とが照明を均一にするために必要である。

さらに、第１図ないし第３区に示すように高倍、中漬、
低倍の各投影レンズ系Ａ、Ｂ、Ｃの最軸外光束の主光線
ＲＡ、Ｒ，，Ｒｃの集束性レンズ■の通過位置（高さ）
をそれぞれｈＡｌｈＢ。

ｈｃとすると、倍率の大小の関係から ｈｅ＞ｈｓ＞ｈＡ であるから、リフレクタ付ランプＱの光源収束位置を物
点としたときにＰ　ｃ　＞　Ｐ　Ｒ＞　Ｐ　Ａの投影レ
ンズ系に関して、それぞれの軸外主光線ＲＡ。

Ｒ，、Ｒｃが照明用発散レンズエのり、、ｈ。

ｈｃを通過し、それぞれＰＡ、ＰＢ、ｐｃの位置に導く
必要がある。即ち、第４図に示すように。

リフレクタ付ランプＱからの光束が収束する光源収束点
Ｘを物点として、照明用発散性レンズエの軸上からの高
さｈＡ、ｈｌ　ｈ−を通過した光線が光軸Ｏと交じわる
点を考えると、評価点Ｙは照明用発散性レンズエの近軸
像面である。評価面Ｙでは照明用発散性レンズＩの光線
通過位置がｈＡ→ｈＢ”ｈｃと高くなるにつれ球面収差
がある状態で、かつ、プラス方向に変化したものとなる
。この照明用収束性レンズ■の焦点距離を３２．０ｍｍ
、光源収束点Ｘと開明用発散性レンズエとの距離を１４
０ｍｍとしたときの球面収差曲線を第５図に示す。

従って、碩明用発散性レンズ■は、光軸上からの距離が
大きくなるに従って球面レンズよりも屈折力が弱まる非
球面効果を持つことが必要になる。このため、照明用収
束性レンズＩを非球面レンズで構成すれば、高倍、中漬
、低倍の各投影レンズ系に対応した照明光学系を有する
投影装置となる。

なお、この非球面レンズとして、内側と外側とで屈折力
を異ならせたフレネルレンズで代替すると製造が容易で
あり、その機能も何ら変わらないものが得られる。即ち
、照明用収束性レンズＩは、内側と外側とで屈折力を異
ならせて、スクリーンの周辺部からの逆に光線がでた場
合に、各投影レン、ズ系の主光１ＪＩＲＡ　、Ｒ１１，
Ｒｃが、長焦点距離（低倍）の投影レンズ系Ｃではこの
収束性レンズＩの外側を通り、短焦点距離（高倍）の投
影レンズ系Ａでは発散性レンズＩの内側を通ってリフレ
クタ付ランプＱの位置で光軸Ｏと交わるように関連させ
るのである。

次に、照明用発散性レンズＩＩの作用を説明する。この
レンズは集束作用を有するリフレクタ付ランプＱの焦点
近傍に配置して、リフレクタ付ランプＱの大立体角の光
束を投影レンズ系Ａ、Ｂ。

Ｃそれぞれの縮小側のＦナンバーに対応した小立体角の
光束に交換し、照明効果を高めるようにすることにある
。そして、この照明用発散性レンズ■は、光源に近い位
置に配設されるので、近赤外線を減衰させる防熱ガラス
を用いて構成することにより、特に照明光学系中に赤外
線除去用のフィルターを設けなくてよくなる。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明の投影装置は、投影レン
ズ系の倍率変換あるいはズーミングにおいても照明光学
系のエレメントをいっさい調整することなく、高倍から
低倍の投影レンズ系に対応したケーラー照明条件を潰す
投影装置となるので、スクリーン上の投影像は均一の照
度のものが得られる。また、操作者の手間が省けるとと
もに、投影装置の構成が簡単になり部品点数を少なくコ
ストダウンが図られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例の投影装置の高倍における
光路図、 第２図は、この発明の実施例の投影装置の中倍における
光路図、 第３図は、この発明の実施例の投影装置の低倍における
光路図である。 第４図は、照明用収束性非球面レンズの作用を説明する
ための光路図、 第５図は、照明用収束性非球面レンズの収差曲線図であ
る。 Ｐ・・・スクリーン Ａ、Ｂ、、Ｃ・・・高倍、中倍および低倍投影レンズ系
Ｆ・・・フィルム ■・・・照明用集束性非球面レンズ ＴＩ・・・照明用発散性レンズ Ｑ・・・リフレクタ付ランプ 第１図 ｆ＾ Ｉ ｆ＋＋

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）拡大側より順に開口効率の大きい投影レンズ系、
   フィルム等の透過画像物体、軸上からの距離が大きくな
   るに従って球面レンズよりも屈折力が弱まる非球面から
   なる照明用集束性レンズ、照明用発散レンズおよび収束
   作用をもつ反射鏡付光源とから構成され、上記投影レン
   ズ系が投影倍率の変更のため異なった焦点距離のレンズ
   系あるいはズームレンズ系からなり、この倍率変更ある
   いはズーミングに際し上記透過物体、集束性および発散
   性の照明用レンズおよび反射鏡付光源のいずれの位置も
   異動させることなくケーラー照明条件を満して投影する
   ようにしたことを特徴とする投影装置。 （２）上記照明用収束性レンズをフレネルレンズで構成
   したことを特徴とする請求項１記載の投影装置。 （３）上記発散性の照明用レンズは、近赤外線を減衰さ
   せる防熱ガラスから構成される請求項１記載の投影装置
   。 （４）照明用収束性レンズ I が透過画像物体からの瞳
   位置と焦点距離の異なった投影レンズ群あるいはズーム
   レンズ系の画像周辺部の各々の主光線を照明用発散性レ
   ンズIIの近傍において交差するように導くことを特徴と
   する請求項１または請求項２記載の投影装置。 （５）照明用収束レンズ I の焦点距離をｆ＿ I 、透過
   画像物体と照明用集束性レンズ系との換算間隔をｅ＿１
   、照明用収束レンズ I と照明用発散レンズIIとの換算
   面間隔をｅ＿２、投影レンズ系の最も瞳位置の近いレン
   ズ倍率の瞳と透過画像物体との距離をＰ＿Ａとするとき ０．７ｅ＿２＜（Ｐ＿Ａ＋ｅ＿１）ｆ＿１／Ｐ＿Ａ＋ｅ
   ＿１−ｆ＿１＜１．３ｅ＿２の条件式を満たす請求項１
   記載の投影装置。