(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡筒の入射口から入射した光を、開口絞りを通過させた後、鏡筒の出射口から出射させて記録面上に結像する結像光学装置において、
前記開口絞りは、その中央部に結像に寄与すべき光束を通過させるための開口部が形成され、当該開口部の外側に遮光されるべき光束を屈折させて鏡筒の出射口から外部に出射させるための屈折部が形成された光学部材から構成され、
前記屈折部は、ここで屈折した光束が鏡筒の内壁に到達することなく、かつ、前記記録面における結像に寄与すべき光束の結像点の周りの領域に、当該結像点におけるエネルギー密度に対して小さいエネルギー密度で、結像かつ集光しない状態で到達するような形状とされることを特徴とする結像光学装置。
【請求項２】
請求項１に記載の結像光学装置において、
前記光学部材は、その中央に開口部を有するレンズである結像光学装置。
【請求項３】
請求項１に記載の結像光学装置において、
前記光学部材は、その中央に開口部を有するプリズムである結像光学装置。
【請求項４】
鏡筒の入射口から入射した光を、開口絞りを通過させた後、鏡筒の出射口から出射させて記録面上に結像する結像光学装置において、
前記開口絞りは、その中央部に結像に寄与すべき光束を透過させるための平行平板部が形成され、当該平行平板部の外側に遮光されるべき光束を屈折させて鏡筒の出射口から外部に出射させるための屈折部が形成された光学部材から構成され、
前記屈折部は、ここで屈折した光束が鏡筒の内壁に到達することなく、かつ、前記記録面における結像に寄与すべき光束の結像点の周りの領域に、当該結像点におけるエネルギー密度に対して小さいエネルギー密度で、結像かつ集光しない状態で到達するような形状とされることを特徴とする結像光学装置。
【請求項５】
鏡筒の入射口から入射した光を、開口絞りを通過させた後、鏡筒の出射口から出射させて記録面上に結像する結像光学装置において、
前記開口絞りは、その中央部に結像に寄与すべき光束を通過させるための開口部が形成され、当該開口部の外側には、前記鏡筒の入射口から入射した光のうち、前記記録面に対して遮光されるべき光束を反射させて鏡筒の入射口から外部に出射させるための反射部が形成された光学部材から構成されることを特徴とする結像光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、物体側の光を記録面上に結像する結像光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような結像光学装置においては、良好な結像性能を確保し、あるいは、必要な焦点深度を確保する目的から、一般的に、結像に寄与する光束を制限するための開口絞りが光学系内に配置されている。このような開口絞りは、円形もしくは多角形の開口部を有する金属製または樹脂製の遮光性薄板から構成され、レンズを保持する鏡筒により、レンズと鏡筒とにより形成された密閉空間内において固定される構成となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、光源として高出力レーザ等を使用し、この光源から出射された光を記録面上に結像する場合等のように、物体側から高いエネルギーを持つ光が入射する場合には、開口絞りにより遮蔽される光のエネルギーが大きくなり、開口絞りの温度が高温となる。
【０００４】
このため、開口絞りの熱が熱伝導により鏡筒に到達し、鏡筒が局部的に熱変形することによりレンズの相対的位置関係が崩れて結像性能が低下するという現象や、開口絞りの熱が熱対流により鏡筒内に充満し、鏡筒全体の温度が上昇して鏡筒が伸張することで結像位置が光軸方向に変化するという現象が発生する。また、開口絞りの温度がさらに上昇した場合には、開口絞り自身が融解または気化し、遮光機能を失うと共に、遮光性物質がレンズ面に付着して光学効率が低下するという現象も発生する。
【０００５】
このような問題に対応するため、開口絞りを鏡筒から独立した状態で保持することも考えられるが、このような構成を採用した場合においては、開口絞りの前後に配置されるレンズ面が鏡筒外雰囲気にさらされることから、鏡筒外雰囲気中の塵埃等が開口絞りの前後に配置されたレンズのレンズ面に付着し、光学効率が低下するという問題が発生する。
【０００６】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、開口絞りの温度上昇を有効に防止することができる結像光学装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、鏡筒の入射口から入射した光を、開口絞りを通過させた後、鏡筒の出射口から出射させて記録面上に結像する結像光学装置において、前記開口絞りは、その中央部に結像に寄与すべき光束を通過させるための開口部が形成され、当該開口部の外側に遮光されるべき光束を屈折させて鏡筒の出射口から外部に出射させるための屈折部が形成され、前記屈折部は、ここで屈折した光束が鏡筒の内壁に到達することなく、かつ、前記記録面における結像に寄与すべき光束の結像点の周りの領域に、当該結像点におけるエネルギー密度に対して小さいエネルギー密度で、結像かつ集光しない状態で到達するような形状とされた光学部材から構成されることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光学部材は、その中央に開口部を有するレンズである。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光学部材は、その中央に開口部を有するプリズムである。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、鏡筒の入射口から入射した光を、開口絞りを通過させた後、鏡筒の出射口から出射させて記録面上に結像する結像光学装置において、前記開口絞りは、その中央部に結像に寄与すべき光束を透過させるための平行平板部が形成され、当該平行平板部の外側に遮光されるべき光束を屈折させて鏡筒の出射口から外部に出射させるための屈折部が形成され、前記屈折部は、ここで屈折した光束が鏡筒の内壁に到達することなく、かつ、前記記録面における結像に寄与すべき光束の結像点の周りの領域に、当該結像点におけるエネルギー密度に対して小さいエネルギー密度で、結像かつ集光しない状態で到達するような形状とされた光学部材から構成されることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、鏡筒の入射口から入射した光を、開口絞りを通過させた後、鏡筒の出射口から出射させて記録面上に結像する結像光学装置において、前記開口絞りは、その中央部に結像に寄与すべき光束を通過させるための開口部が形成され、当該開口部の外側には、前記鏡筒の入射口から入射した光のうち、前記記録面に対して遮光されるべき光束を反射させて鏡筒の入射口から外部に出射させるための反射部が形成された光学部材から構成されることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はこの発明の第１実施形態に係る結像光学装置の側面概要図である。
【００１３】
この結像光学装置は、物体側に配置された複数の光源２から出射された光を、感光材料または感熱材料等の記録面８上に結像するためのものであり、鏡筒３の入射口付近に配設されたレンズ４と鏡筒３の出射口付近に配設されたレンズ５とから成る両側テレセントリック光学系６と、開口絞り７とを備える。この結像光学系は、例えば、画像信号によって変調された光束を感光材料または感熱材料上で走査することにより画像を記録する画像記録装置に使用される。
【００１４】
上記光源２は、例えば、半導体レーザや発光ダイオード等から構成される。また、上記光源として、半導体レーザや発光ダイオード等と接続された複数の光ファイバーの端縁や、半導体レーザや発光ダイオード等により照明される開口群等を使用してもよい。これらの光源２は、そこから出射される光の光量重心の伝播方向が互いに平行で、好ましくはその伝播方向が両側テレセントリック光学系６の光軸と平行となるように配置されている。
【００１５】
なお、上述した実施形態においては複数個の光源２を使用しているが、光源２は複数である必要はなく、単一の光源２を使用するようにしてもよい。
【００１６】
上記両側テレセントリック光学系６は、最も簡単には２枚の正のパワーを有するレンズ４、５を、これらのレンズ４、５の焦点距離の和だけ互いに離隔して配置した構成を有する。複数の光源２の配列は、両側テレセントリック光学系６により拡大または縮小結像され、記録面８に所望の解像度で画像を記録しうる光点の配列に変換される。このとき、各光源２から出射された光束の主光線は互いに平行となるため、記録面８が結像面より前後方向にずれた場合であっても光点の配列は変更されないことから、画像の記録を高精度に実行することが可能となる。
【００１７】
上記開口絞り７は、レンズ４の後ろ側焦点とレンズ５の前側焦点とが重なる点の近傍に配置されている。
【００１８】
図２は、各種の実施形態に係る開口絞り７ａ、７ｂ、７ｃ（必要に応じ、これらを総称して「開口絞り７」という）を模式的に示す説明図である。なお、図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）においては、その左側に側面図を、その右側に正面図を各々示している。また、図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）においては、その形状を誇張して表現している。
【００１９】
図１に示す開口絞り７は、図２（ａ）に示す開口絞り７ａに相当するものであり、図２（ａ）の左側側面図中に仮想線で示すような平凸レンズを穴加工することにより作成されるものであり、その中央部に開口部７２が形成され、この開口部７２の外側に光を屈折する屈折部７１が形成された構成を有する。このとき、開口部７２の内径は、開口絞り７ａにおいて必要とされる開口径と一致している。この開口径は画像の記録に使用される光束のＮＡ（開口数）を規定するものであり、光学効率と焦点深度を考慮して決定される。
【００２０】
以上のような構成を有する結像光学装置においては、光源２から出射された光束のうちの結像に寄与すべき光束は、開口絞り７ａにおける開口部７２をそのまま通過する。このため、これらの光束は両側テレセントリック光学系６の作用により結像し、記録面８上には光源２の像が形成される。
【００２１】
一方、光源２から出射された光束のうちの遮光されるべき光束（すなわち、結像に寄与すべきでない光束）は、開口絞り７ａにおける屈折部７１の作用により屈折され、図１においてハッチングを付して示すように、鏡筒３における出射口を通過した後、上述した結像点の周りの領域に結像かつ集光しない状態で到達する。なお、この領域の光エネルギーの密度は、屈折部７１の形状を適当な形状とすることにより開口絞り７ａの開口部７２を通過して記録面８上に結像した光点部分の光エネルギーの密度に対して桁違いに小さくすることができることから、結像点の周りに結像かつ集光しない状態で到達した光束が画像の記録に影響を与えることはない。
【００２２】
このとき、この結像光学装置においては、開口絞り７ａが不要光を遮光することなく鏡筒３の出射口から外部に出射させることから、従来のような遮光に伴う熱の発生を有効に防止することが可能となる。
【００２３】
なお、開口絞り７ａにおける屈折部７１の形状（すなわち、母体となる平凸レンズの形状）は、そこで屈折した光束が鏡筒３の内壁に到達することなく、かつ、記録面８における結像に寄与すべき光束の結像点の周りの領域に結像かつ集光しない状態で到達するような形状とする必要がある。すなわち、この屈折部７１の屈折力が過度に小さいと、屈折部７１を通過した光束は、記録面８における結像に寄与すべき光束の結像点付近の小さな領域に到達し、この部分の光エネルギー密度が十分に低くならないため画像の記録に悪影響を及ぼすことになる。ここで、屈折部７１を通過した光束が画像の記録に悪影響を及ぼさないための光エネルギーの許容量は、主に記録面８に設置される記録媒体の特性によって決定される。一方、屈折部７１の屈折力が過度に大きいと、屈折部７１を通過した光束は鏡筒３の内面に到達し、この部分で吸収されて熱に変換されることにより、結像性能の劣化や結像位置のずれなどの問題を発生することになる。
【００２４】
また、開口絞り７ａにおける屈折部７１は高い面精度が不要であり、開口絞り７ａを安価な平凸レンズ等を利用して製作することができる。このとき、結像点の周りに結像かつ集光しない状態で到達する光束のエネルギー密度をより小さくするため、より大きな収差を発生させる構成であることが好ましい。
【００２５】
なお、上述した開口絞り７ａのかわりに、図２（ｂ）に示す開口絞り７ｂや図２（ｃ）に示す開口絞り７ｃを使用することもできる。
【００２６】
図２（ｂ）に示す開口絞り７ｂは、図２（ｂ）の左側側面図中に仮想線で示すようなコーンプリズムに穴加工を施すことにより作成されるべきものであり、その中央部に開口部７５が形成され、この開口部７５の外側に光を屈折する屈折部７４が形成された構成を有する。このとき、開口部７５の内径は、開口絞り７ｂにおいて必要とされる開口径と一致している。
【００２７】
この開口絞り７ｂを使用した場合においては、上述した開口絞り７ａを使用した場合と同様、光源２から出射された光束のうちの結像に寄与すべき光束は、開口絞り７ｂにおける開口部７５をそのまま通過する。このため、これらの光束は両側テレセントリック光学系６の作用により結像し、記録面８上には光源２の像が形成される。一方、光源２から出射された光束のうちの遮光されるべき光束は、開口絞り７ｂにおける屈折部７４の作用により屈折され、結像点の周りの領域に結像かつ集光しない状態で到達する。
【００２８】
このとき、図１に示す両側テレセントリック光学系６においては、開口絞り７が設置される部分の光束は平行光束に近い状態となっている。このため、コーンプリズムを穴加工して得た開口絞り７ｂを使用した場合には、入射角および出射角のバラツキを小さくすることが可能となり、通常この種の光学部品に施される減反射コーティングの最適化が容易となるとともにより高い減反射効果が得られることから、上述した開口絞り７ａに比べて、開口絞り７ａ付近で発生する熱量をより低く押さえることが可能となる。
【００２９】
図２（ｃ）に示す開口絞り７ｃは、図２（ｃ）の右側側面図中に仮想線で示すような平凸レンズの表面領域７９を切削および研磨加工することにより作成されるべきものであり、その中央部に平行平板部７８が形成され、この平行平板部７８の外側に光を屈折する屈折部７７が形成された構成を有する。このとき、平行平板部７８の直径は、開口絞り７ｃにおいて必要とされる開口径と一致している。
【００３０】
この開口絞り７ｃを使用した場合においては、上述した開口絞り７ａ、７ｂを使用した場合と同様、光源２から出射された光束のうちの結像に寄与すべき光束は、開口絞り７ｃにおける平行平板部７８をそのまま通過する。このため、これらの光束は両側テレセントリック光学系６の作用により結像し、記録面８上には光源２の像が形成される。一方、光源２から出射された光束のうちの遮光されるべき光束は、開口絞り７ｃにおける屈折部７７の作用により屈折され、結像点の周りの領域に結像かつ集光しない状態で到達する。
【００３１】
上述した開口絞り７ａ、７ｂにおいては、軸外に配置された光源２から出射した光束の一部が、開口部７２、７５の内壁から屈折部７１、７４内に入射して吸収、散乱あるいは反射されることにより、開口絞り７ａ、７ｂ付近で温度上昇が生じたり、フレア光に起因する結像性能の悪化が生ずる可能性がある。しかしながら、開口絞り７ｃを使用した場合には、このような問題が生ずるおそれはない。但し、この開口絞り７ｃを使用する場合においては、平行平板部７８を含めた上で、全系の収差補正設計を行う必要がある。
【００３２】
なお、上述した実施形態においては、開口絞り７に平凸レンズやプリズムを利用しているが、平凸レンズやプリズムにかえて、フレネルレンズや屈折率分布型レンズ等の平板状レンズを使用してもよい。また、レンズのかわりに回折光学素子を使用するようにしてもよい。
【００３３】
次に、この発明の他の実施形態について説明する。図３はこの発明の第２実施形態に係る結像光学装置の側面概要図である。なお、上述した第１実施形態と同一の部材については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３４】
上述した第１実施形態に係る結像光学装置においては、遮光されるべき光束を屈折させて鏡筒３の出射口から外部に出射させているのに対し、この第２実施形態に係る結像光学装置においては、遮光されるべき光束を反射させて鏡筒３の入射口から外部に出射させる構成となっている。
【００３５】
すなわち、この結像光学装置においては、図２（ａ）に示す開口絞り７ａと同様、その中央部に開口部を形成した平凸レンズにおける凸面側（図３に示す記録面８側）に、反射膜７０を付設した開口絞り７を使用している。この開口絞り７における開口部の内径は、開口絞り７において必要とされる開口径と一致している。
【００３６】
この第２実施形態に係る結像光学装置においては、光源２から出射された光束のうちの結像に寄与すべき光束は、開口絞り７における開口部をそのまま通過する。このため、これらの光束は両側テレセントリック光学系６の作用により結像し、記録面８上には光源２の像が形成される。
【００３７】
一方、光源２から出射された光束のうちの遮光されるべき光束は、開口絞り７における反射膜７０の作用により反射され、図３においてハッチングを付して示すように、鏡筒３における入射口を通過して外部に出射する。
【００３８】
この第２実施形態に係る結像光学装置においても、第１実施形態に係る結像光学装置の場合と同様、開口絞り７が不要光を遮光することなく鏡筒３の入射口から外部に出射させることから、従来のような遮光に伴う熱の発生を有効に防止することが可能となる。
【００３９】
なお、開口絞り７ａにおける反射膜７０の形状（すなわち、母体となる平凸レンズの形状）は、そこで反射した光束が鏡筒３の内壁に到達することなく入射口から外部出射するような形状とする必要がある。なお、この実施形態においては、反射膜７０の形状を決定するための開口絞り７の母体として平凸レンズを使用しているが、レンズ以外のものを使用してもよい。また、反射膜７０を形成した平凸レンズを使用する代わりに、中央に開口を設けた平面鏡を使用してもよい。
【００４０】
次に、この発明のさらに他の実施形態について説明する。図４はこの発明の第３実施形態に係る結像光学装置の側面概要図であり、図５はその開口絞り９を分解して示す斜視図である。なお、上述した第１、第２実施形態と同一の部材については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４１】
上述した第１、第２実施形態に係る結像光学装置においては、遮光されるべき光束を鏡筒３の出射口または入射口から外部に出射させているのに対し、この第３実施形態に係る結像光学装置においては、遮光されるべき光束を遮光吸収する構成となっている。
【００４２】
すなわち、この第３実施形態に係る結像光学装置に採用される開口絞り９は、５枚の遮光性薄板９１、９２、９３、９４、９５を、スペーサ９６を介して鏡筒３の光軸方向に列設した構成を有する。５枚の遮光性薄板９１、９２、９３、９４、９５には、各々、その開口径がＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５の開口部が形成されている。そして、各開口部の開口径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５は、遮光性薄板９１から遮光性薄板９５に向けて順次小さくなっており、遮光性薄板９５における開口部の開口径Ｄ５は、開口絞り７において必要とされる開口径と一致している。
【００４３】
また、鏡筒３における開口絞り７の近傍には、異物除去用フィルター３１を備えた開口部が形成されており、また、鏡筒３におけるこの開口部と対向する位置には、排気ファン３２を備えた開口部が形成されている。
【００４４】
この実施形態に係る開口絞り９においては、光源２から出射された光束は複数枚の遮光性薄板９１、９２、９３、９４、９５により分担して遮光される。このため、各遮光性薄板９１、９２、９３、９４、９５が急激に温度上昇することを防止することができる。また、各遮光性薄板９１、９２、９３、９４、９５はスペーサ９６を介して列設されていることから、放熱フィンと同様の放熱効果を有することになり、各遮光性薄板９１、９２、９３、９４、９５が高温となることを防止することができる。
【００４５】
そして、各遮光性薄板９１、９２、９３、９４、９５からの放熱により上昇した鏡筒３内の空気は排気ファン３２により鏡筒外部に排出され、新たな空気が異物除去用フィルター３１を介して鏡筒３内に供給される。このため、鏡筒３の内部が高温となることを防止することができる。このとき、異物除去用フィルター３１の作用により、鏡筒３の内部に塵埃等が浸入することを有効に防止することが可能となる。
【００４６】
なお、上述した実施形態においては、いずれも、この発明に係る結像光学装置を画像記録装置に適用する場合について説明したが、この発明に係る結像光学装置は、この適用に限定されるものではない。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、開口絞りが、その中央部に結像に寄与すべき光束を通過させるための開口部が形成され、当該開口部の外側に遮光されるべき光束を屈折させて鏡筒の出射口から外部に出射させるための屈折部が形成された光学部材から構成されることから、開口絞りおよび鏡筒の温度上昇を有効に防止することが可能となる。
【００４８】
請求項２に記載の発明によれば、光学部材がその中央に開口部を有するレンズから構成されることから、この光学部材を安価に提供することが可能となる。
【００４９】
請求項３に記載の発明によれば、光学部材がその中央に開口部を有するプリズムから構成されることから、この光学部材に減反射コーティングを施す場合に、その最適化が容易となるとともにより高い減反射効果が得られることから、開口絞り付近で発生する熱量をより低く押さえることが可能となる。
【００５０】
請求項４に記載の発明によれば、開口絞りが、その中央部に結像に寄与すべき光束を透過させるための平行平板部が形成され、当該平行平板部の外側に遮光されるべき光束を屈折させて鏡筒の出射口から外部に出射させるための屈折部が形成された光学部材から構成されることから、開口絞りの温度上昇を有効に防止することができ、また、軸外に配置された光源から出射した光束に起因する悪影響を防止することが可能となる。
【００５１】
請求項５に記載の発明によれば、開口絞りが、その中央部に結像に寄与すべき光束を通過させるための開口部が形成され、当該開口部の外側に遮光されるべき光束を反射させて鏡筒の入射口から外部に出射させるための反射部が形成された光学部材から構成されることから、開口絞り及び鏡筒の温度上昇を有効に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の第１実施形態に係る結像光学装置の側面概要図である。
【図２】  開口絞り７ａ、７ｂ、７ｃを模式的に示す説明図である。
【図３】  この発明の第２実施形態に係る結像光学装置の側面概要図である。
【図４】  この発明の第３実施形態に係る結像光学装置の側面概要図である。
【図５】  開口絞り９を分解して示す斜視図である。
【符号の説明】
２      光源
３      鏡筒
４      レンズ
５      レンズ
６      両側テレセントリック光学系
７      開口絞り
９      開口絞り
７０    反射膜
７１    屈折部
７２    開口部
７４    屈折部
７５    開口部
７７    屈折部
７８    平行平板部
９１    遮光性薄板
９２    遮光性薄板
９３    遮光性薄板
９４    遮光性薄板
９５    遮光性薄板
９６    スペーサ
【図１】
0003710724.tif 000002
【図２】
0003710724.tif 000003
【図３】
0003710724.tif 000004
【図４】
0003710724.tif 000005
【図５】
0003710724.tif 000006