專利名稱:遮光裝置及使用遮光裝置的光學裝置的制作方法
本發(fā)明涉及供光學系統(tǒng)使用的遮光裝置和使用這種遮光裝置的光學裝置，更具體地說，它涉及只對弧矢光線遮攔的遮光裝置和具有這種遮光裝置的光學裝置。
在此以前，作為改善透鏡象差的手段，在與光軸垂直的平面內(nèi)設(shè)置中心位于光軸上的圓形或近似圓形的開孔光欄。(例如光學概論Ⅰ，第123頁，朝倉書店出版)。
在很多類型的透鏡系統(tǒng)中，例如在高斯型中，其軸外弧矢光線的象差明顯地變壞。為了改善象差，在其中插入圓形光欄，把口徑變小遮攔弧矢光線。但這種光欄由于口徑變小也遮攔一部分軸上光線和子午光線。
本發(fā)明的目的在于提供一種只對弧矢光線遮攔的遮光裝置和具有這種遮光裝置的光學裝置。
本發(fā)明的遮光裝置具有在包含光軸的多個子午面上分別設(shè)置的多個遮光面。
一般來說，軸外弧矢光線與子午截面垂直并與含有光軸的平面相交。因此，與子午截面大體垂直的遮光面遮攔弧矢光線。子午光線處于子午截面內(nèi)。因此，處在子午截面附近的遮光面大致與子午截面平行，它對子午光線不遮攔。而對子午光線和弧矢光線以外的普通光線來說，越接近弧矢光線則被遮攔的光就越多，而越接近子午光線，則通過的光通量越增加。結(jié)果，就能夠僅對弧矢光線及接近弧矢光線的光線進行遮攔。
遮光面可由用保持機構(gòu)保持的多個薄板(遮光板)構(gòu)成?；蛘咭部梢杂迷谕该鞯墓腆w中形成遮光面的辦法構(gòu)成。
把上述的遮光板或遮光面與透鏡組成一體，就能構(gòu)成只遮攔弧矢光線的光學裝置。
本發(fā)明的上述目的及其他的目的和其特征，從下面用的幾個最佳實施例的敘述中將會得到清楚的理解。
圖1是本發(fā)明的一個實施中的遮光裝置的斜視圖;
圖2是用來說明軸外弧矢光線和遮光裝置之間的關(guān)系的示圖;
圖3是遮光板形狀的例示圖;
圖4(a)～(d)是本發(fā)明其他實施例中的遮光裝置的斜視圖;
圖5是另外一個實施例中遮光裝置的斜視圖;
圖6是裝有第一個實施例中的遮光裝置的視頻投影儀用的投影鏡頭的剖面圖;
圖7(a)～(c)是說明在視頻投影儀中本發(fā)明的遮光裝置效果的原理圖;
圖8是在透鏡中構(gòu)成遮光面的光學元件的斜視圖;
圖9是表示具有可動功能的遮光裝置的可動機構(gòu)的分解斜視圖;
圖10是本發(fā)明的另外一個實施例中遮光裝置的斜視圖;
圖11(a)、(b)是表示圖10的遮光裝置構(gòu)成方法的部分斜視圖。
首先參照附圖，對本發(fā)明的第一個實施例的遮光裝置進行說明。
圖1是本發(fā)明第一個實施中遮光裝置的斜視圖。在圖1中，1是具有遮光性的薄板(下稱遮光板)，2是用來保持遮光板1的圓筒形保持架。遮光板1與保持架2的內(nèi)圓周面垂直地在保持架內(nèi)按等角度間隔配置。即遮光板1配置在包含光軸(保持架2的中心軸)的子午面上。另外，遮光板1的表面和保持架2的內(nèi)圓周面均涂成能吸收光的顏色，例如黑色，以防止光反射。圖1是共計用18塊遮光板構(gòu)成的遮光裝置的例子。
圖2示出了軸外弧矢光線和遮光板裝置的關(guān)系。在圖2中，yoo′面是子午截面，zoo′面是與子午截面垂直并包含光軸oo′的一個平面。直線4表示弧矢光線3在zoo′平面上的投影。現(xiàn)在考慮有一塊遮光板位于zoo′面內(nèi)的情形。Q，R是投影4與遮光板的前沿及后沿的交點。D表示DR的長度。S表示QR的中點，它位于投影4上。L表示從S向光軸oo′所引垂線的長度(下稱平均距離)。β表示投影4與光軸oo′的夾角。設(shè)主光線5與光軸oo′的夾角為ω，而遮光板1的塊數(shù)為N。對全部遮光的弧矢光線來說，D、β、ω、L和N需滿足下列關(guān)系式Dcosβtanω
Lsin(2π/N)。
對上述結(jié)構(gòu)的遮光裝置的作用，進行下列的說明。
對于軸上光束來說，遮光裝置中只有遮光板1的截面積遮攔光束，由于遮光板很薄，所以它對光通量的減弱作用很小。
對于軸外的子午光束來說，遮光板1的作用與對軸上光束的作用情況相同，只有其截面積遮光，所以光束的光通量減弱也很小。
相鄰遮光板的夾角為2π/N(弧度)。因此在弧矢光線通過的位置，相鄰遮光板的半徑方向的平均間隔(以下稱為平均間隔)近似等于Lsin(2π/N)?；∈腹饩€的投影4在光軸方向上的長度為D·Cosβ。在通過遮光裝置的過程中，弧矢光線沿半徑方向只前進DCosβtanω。因此，若弧矢光線沿半徑方向前進的距離等于或大于遮光板的平均間隔，即DCosβtanω
Lsin(2π/N)成立，則弧矢光線被遮攔。遮光的弧矢光束就是上述弧矢光線的集合。而且，通常視場角內(nèi)的大部分弧矢光線被遮攔。因此取β，ω，L做變量，對全部遮光弧矢光線上式都成立。
遮光板1不必以等角度間隔配置。設(shè)相鄰遮光板所成的角度為α，對于β＝β1，ω＝ω1，L＝L1的弧矢光線來說，如果使D，α滿足Dcosβ1·tanω1
L1sinα的關(guān)系，則可望得到與等角度間隔配置情況相同的效果。也就是說，對某一弧矢光線來說，若D/Sinα有相同值，則產(chǎn)生相同的效果。
遮光板1的形狀如果滿足前述的關(guān)系式，則也可以不用圖1所示的形狀。例如也可以用圖3所示的(a)四邊形，(b)梯形，(c)平行四邊形和(d)長方形。但越是偏離前述關(guān)系式等號的情況，不必要遮攔的光線越被遮攔。
遮光板1的保持機構(gòu)，不用圖1所示的形狀也可以。例如，也可以采用把圓錐體的一部分切去后的形狀?；蛘卟挥帽３旨埽捎脠D4(a)，(b)所示的保持體6、7，以及圖4(c)所示的其他光學元件例如透鏡8(oo′表示光軸)也可以。另外圖4(d)所示的在至少一塊透明板50的周圍保持遮光板1也是可以的。
如上所述，本發(fā)明的遮光裝置對軸外的子午光線不遮攔，而對弧矢光線遮攔。
此外，通過本發(fā)明的遮光裝置代替原來為遮攔軸外弧矢光束而配置的光攔，原來被遮攔的子午光線變得可以通過象透鏡一類的光學裝置，其結(jié)果可以獲得成象亮度高的光學裝置。
以下參照附圖對本發(fā)明的第二個遮光裝置實施例進行說明。
圖5是本發(fā)明第二個遮光裝置實施例的斜視圖。在圖5中，1是遮光板，2是用來保持遮光板的圓筒形保持架，9是遮光板1的加強環(huán)。與第一實施例相同，它也用圖2表示決定遮光板形狀的各個參量。對于遮光的全部弧矢光線，D、β、ω、L和N需滿足下述關(guān)系式Dcosβtanω
Lsin(2π/N)。
上述結(jié)構(gòu)的遮光裝置，其作用與第一個實施例的作用相同。
遮光板越薄，越不遮攔軸上光束，因此令人滿意。然而，如果遮光板過薄則產(chǎn)生彎曲不平，等效截面積反而變大。這樣，至少用一個加強環(huán)支持就可以得到彎曲不平度較小的更理想的遮光板。
以下參照附圖，對采用本發(fā)明的遮光裝置的光學裝置進行說明。
圖6是把本發(fā)明第一個實施例的遮光裝置裝在視頻投影儀鏡頭中時的側(cè)面剖視圖。作為例子，我們考慮一種軸外弧矢光線邊緣光線象差很大的投影鏡頭的情況。在圖6中，10是第一實施例中的遮光裝置，11、12、13是用以構(gòu)成視頻投影儀的投影鏡頭的透鏡，14是透鏡鏡筒。最好把遮光裝置10配置在進行遮光的弧矢光束的主光線與光軸相交的位置上。
以下對裝有如上構(gòu)成的遮光裝置的光學裝置的作用進行說明。
圖7(a)是視頻投影儀的原理圖。在圖7(a)中，15是陰極線管(CRT)，16是一個屏幕，17是投影鏡頭。CRT15上的點光源P′在屏幕16上的投影是P。圖7(b)是沒有采用遮光裝置時的投影P。由于網(wǎng)狀點表示的軸外弧矢邊緣光線附近的普通光線的作用，投影象P沿弧矢方向被拉長。圖7(c)所示的情況是在采用本發(fā)明的遮光裝置的情況下，網(wǎng)狀點的弧矢邊緣光線及弧矢邊緣光線附近的普通光線被遮攔，由于弧矢光線的象差與子午光線的象差相平衡，使投影P成為良好的點象。而軸上光束和軸外子午光束幾乎不被遮攔。
如上所述，根據(jù)本實施例，可不必明顯地損失鏡頭的成象亮度，而使鏡頭的象質(zhì)得到改善。
雖然本實施例是屬于視頻投影儀中用的投影鏡頭的情況，但只要是弧矢邊緣光線象差較大的透鏡系統(tǒng)，象包括照相機等在內(nèi)的所有光學系統(tǒng)，均可以使用本發(fā)明的遮光裝置。
以下參照附圖，對在鏡頭中構(gòu)成本發(fā)明的遮光面的光學另件加以說明。
圖8是在圖6的視頻投影儀中所用投影鏡頭的透鏡11中構(gòu)成遮光面的透鏡的斜視圖。在本實施例中不用圖6中所示的遮光裝置10。在圖8中，18是遮光面，19是與透鏡11形狀相同的透鏡，20是透鏡的邊緣。遮光面18以透鏡的光軸oo′為中心在子午面上以等角度間隔配置。另外遮光面18涂成光吸收性好的顏色，例如黑色，以防止光的反射。例如，從透鏡邊緣20向塑料透鏡內(nèi)部加工切縫，在由此形成的縫隙中注入黑色涂料。圖8是總共用18塊遮光面組成的遮光裝置例子。與第一個實施例相同，它用圖2表示決定遮光面18形狀的參量。對于遮光的全部弧矢光線，D，β，ω，L和N需滿足以下的關(guān)系式Dcosβtanω
Lsin(2π/N)。
上述結(jié)構(gòu)的遮光面18，其作用與第一實施例的遮光板1的作用相同。
遮光面18不必按等角度間隔配置。把相鄰遮光面之間的夾角記為α。對于β＝β1，ω＝ω1，L＝L1的弧矢光線來說，若使D、α滿足關(guān)系式Dcosβ1tanω1
L1sinα，則可望獲得與等角度間隔配置情況相同的效果。
若使遮光面取滿足上式的形狀，則不取圖8所示的形狀也可以。例如，與第一實施例一樣，也可取圖3所示的(a)四邊形，(b)梯形，(c)平行四邊形及(d)長方形。但是，越是偏離上述等式的情況，則不需要遮攔的光線也越被遮攔。
根據(jù)以上所述，依照本實施例能夠組成在透鏡中具有不遮攔子午光線而遮攔弧矢光線的遮光面的光學元件。原來被遮攔的軸上光束及子午光束現(xiàn)在可以通過光學元件。其結(jié)果可獲得象面亮度較高的光學裝置。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明中具有可動機構(gòu)的遮光裝置進行說明。
圖9表示了本發(fā)明的一個實施例的可動機構(gòu)部分的構(gòu)造。在圖9中，1是遮光板，21是與遮光板一體的導軌，22是固定保持架，23是內(nèi)部可動保持架，24是外部可動保持架，內(nèi)部可動保持架23和外部可動保持架24是互相固定的。25是在固定保持架上開的遮光板的導孔，26和27是在兩個可動保持架23，24上開的遮光板導軌的通孔。28是把兩個可動保持架23，24環(huán)包起來的可動環(huán)。29和30是在固定保持架22及可動環(huán)28上刻的螺紋。保持架22，23，24和28全都是圓筒狀，但在圖9中只表示了一塊遮光板1的一部分。
內(nèi)部可動保持架23的外表面和內(nèi)部可動保持架24的內(nèi)表面上開有導溝。導溝是向中心軸(光軸)oo′傾斜設(shè)置的。如果轉(zhuǎn)動可動環(huán)28，則可動環(huán)28由于螺紋29和30的作用而前后運動?？蓜颖３旨?3、24伴隨可動環(huán)的運動沿固定保持架22做前后(光軸方向)移動。隨著可動保持架23、24的運動，遮光板1可沿上下方向進出。固定保持架22上的導孔25在限制遮光板1沿上下方向運動的同時，還起到使遮光板1保持向心的作用。
圖10表示本發(fā)明的遮光裝置的另一個實施例。在透明體41中設(shè)置有遮光面40。透明體41可用玻璃或塑料等制作。遮光面40可用與前述遮光板相同的方式配置。圖10所示的遮光裝置具有能把遮光面40的厚度做得特別薄的優(yōu)點?？梢杂迷谌鐖D11(a)所示的透明體41上開出縫隙42，并在這種縫隙42中灌入遮光性材料的方法，也可以如圖11(b)所示，采用把側(cè)面涂有遮光膜44的透明體元件43沿其側(cè)面貼合方法來構(gòu)成遮光面。當然，如果在圖10實施例中把透明體41做成透鏡的形狀，也能得到圖8所示的光學元件。
權(quán)利要求
1.一種遮光裝置具有多個遮光面，這些遮光面對光軸向心地分別在多個包含光軸的子午平面上配置，這種遮光裝置能讓子午光線及其附近的光線通過，而對弧矢光線及其附近的光線則進行遮攔。
2.按照權(quán)利要求
1所述的遮光裝置，其特征在于當弧矢光線的主光線與光軸間的夾角標為ω，弧矢光線在與子午面垂直并包含上述光軸的平面上的投影被遮光面截斷的長度為D，在上述投影被遮光面截斷的區(qū)間里該投影與上述光軸的平均距離為L，上述投影與光軸的夾角為β，而包括相鄰遮光面的子午截面間的夾角為α時，對遮光的全部弧矢光線來說，遮光面的構(gòu)成滿足下列關(guān)系式Dcosβtanω
Lsinα。
3.按照權(quán)利要求
2所述的遮光裝置，其特征在于遮光面沿光軸的四周等角度間隔地配置，如果把遮光面的塊數(shù)用N表示，則它們滿足下列關(guān)系式α＝2π/N。
4.按照權(quán)利要求
2所述的遮光裝置，其特征在于遮光面的內(nèi)緣開關(guān)按以下原則來確定，即在遮攔的弧矢光線向垂直于子午截面并包含光軸的平均上的投影中，沿著最靠近光軸的投影取其形狀。
5.按照權(quán)利要求
2所述的遮光裝置，其特征在于遮光面為滿足Dcosβtanω
Lsinα的四邊形。
6.按照權(quán)利要求
2所述的遮光裝置，其特征在于遮光面為滿足Dcosβtanω
Lsinα的長方形。
7.按照權(quán)利要求
2所述的遮光裝置，其特征在于遮光面是滿足Dcosβtanω
Lsinα的梯形。
8.按照權(quán)利要求
2所述的遮光裝置，其特征在于遮光面是滿足Dcosβtanω
Lsinα的平行四邊形。
9.按照權(quán)利要求
1所述的遮光裝置，其特征在于遮光面具有能吸收光的顏色。
10.一種遮光裝置，該遮光裝置由對光軸向心地分別配置在包含光軸的多個子午面上的多個遮光板和保持上述遮光板的保持機構(gòu)組成，該裝置讓子午光線和靠近子午光線通過，而對弧矢光線及其附近的光線進行遮攔。
11.按照權(quán)利要求
10所述的遮光裝置，其中保持機構(gòu)由沿圓筒狀內(nèi)表面把多個遮光板的一邊加以垂直保持的保持架組成。
12.按照權(quán)利要求
11所述的遮光裝置，它還具有用來對各個遮光板的另一邊進行固定的加強環(huán)。
13.按照權(quán)利要求
10所述的遮光裝置，其保持機構(gòu)由至少一塊與光軸垂直的透明板組成。
14.按照權(quán)利要求
10所述的遮光裝置，它還含有能供遮光板移動的可動機構(gòu)。
15.按照權(quán)利要求
10所述的遮光裝置，其特征在于它將遮光板及其他光學元件作為一體加以保持。
16.按照權(quán)利要求
10所述的遮光裝置，其特征在于當弧矢光線的主光線與光軸的夾角為ω，弧矢光線在與子午截面垂直并包含上述光軸的平面上的投影被遮光板截取的長度為D，在上述投影被遮光板截取區(qū)間，上述投影與上述光軸的平均距離為L，上述投影與光軸的夾角為β，包含遮光板的相鄰子午截面間的夾角為α時，對于全部遮光弧矢光線來說，遮光板的構(gòu)成滿足下列關(guān)系式Dcosβtanω
Lsinα。
17.按照權(quán)利要求
16所述的遮光裝置，其特征在于遮光板以等角度間隔沿光軸的四周配置，當遮光板的塊數(shù)用N表示時，它滿足下列關(guān)系式α＝2π/N。
18.按照權(quán)利要求
16所述的遮光裝置，其特征在于遮光板的內(nèi)緣形狀做如下選取，即在遮光的弧矢光線在垂直于子午截面并包含光軸的平面上的投影中，沿最靠近光軸的投影取其形狀。
19.按照權(quán)利要求
16所述的遮光裝置，其特征在于遮光板為滿足Dcosβtanω
Lsinα的四邊形。
20.按照權(quán)利要求
16所述的遮光裝置，其特征在于遮光板為滿足Dcosβtanω
Lsinα的長方形。
21.按照權(quán)利要求
16所述的遮光裝置，其特征在于遮光板為滿足Dcosβtanω
Lsinα的梯形。
22.按照權(quán)利要求
16所述的遮光裝置，其特征在于遮光板為滿足Dcosβtanω
Lsinα的平行四邊形。
23.一種遮光裝置，它由透光性基體和在這個基體內(nèi)包含光軸的多個子午面上分別向心配置的多個遮光面組成，它允許子午光線及其附近的光線通過，而對弧矢光線及其附近的光線進行遮攔。
24.按照權(quán)利要求
23所述的遮光裝置，其透光性基體是圓柱體。
25.按照權(quán)利要求
23所述的遮光裝置，其基體形成一個透鏡。
26.按照權(quán)利要求
23所述的遮光裝置，其基體具有配置在多個子午面上的縫隙，遮光面是由塞入縫隙中的光吸收媒質(zhì)形成的。
27.按照權(quán)利要求
23所述的遮光裝置，其特征在于當弧矢光線的主光線與光軸的夾角為ω，弧矢光線在垂直于子午面并包含前述光軸的平面上的投影被遮光面截取的長度為D，在上述投影被遮光面截取的區(qū)間里，上述投影與上述光軸的平均距離為L，上述投影與光軸的夾角為β，包含相鄰遮光面的子午截面間的夾角為α時，對全部遮光弧矢光線來說，遮光面的構(gòu)成滿足下列關(guān)系式Dcosβtanω
Lsinα。
28.按照權(quán)利要求
27所述的遮光裝置，其特征在于遮光面以等角度間隔沿光軸的四周配置，當遮光面的塊數(shù)以N表示時，它滿足下列關(guān)系式α＝2π/N。
29.按照權(quán)利要求
27所述的遮光裝置，其特征在于遮光面的內(nèi)緣形狀以下述方式選取，即遮光的弧矢光線在與子午截面垂直并包含光軸的平面上的投影中，沿最靠近光軸的投影取其形狀。
30.按照權(quán)利要求
27所述的遮光裝置，其特征在于遮光面為滿足Dcosβtanω
Lsinα的四邊形。
31.按照權(quán)利要求
27所述的遮光裝置，其特征在于遮光面為滿足Dcosβtanω
Lsinα的長方形。
32.按照權(quán)利要求
27所述的遮光裝置，其特征在于遮光面為滿足Dcosβtanω
Lsinα的梯形。
33.按照權(quán)利要求
27所述的遮光裝置，其特征在于遮光面為滿足Dcosβtanω
Lsinα的平行四邊形。
34.一種光學裝置，它由光學透鏡及多個遮光面構(gòu)成，而這些遮光面分別以向上述透鏡的光軸向心的方式配置在包含光軸的多個子午面上，這個遮光裝置允許子午光線及其附近的光線通過，而對弧矢光線及其附近的光線加以遮攔。
35.按照權(quán)利要求
34所述的光學裝置，其特征在于遮光面在透鏡中構(gòu)成。
36.按照權(quán)利要求
34所述的光學裝置，其特征在于遮光面由多個遮光板組成，另外還具有用來把上述遮光板向透鏡光軸保持向心配置的保持機構(gòu)。
37.按照權(quán)利要求
36所述的光學裝置，其特征在于它還有能使遮光板移動的可動機構(gòu)。
38.按照權(quán)利要求
34所述的光學裝置，其特征在于當弧矢光線的主光線與光軸的夾角為ω，弧矢光線在垂直于子午截面并包含上述光軸的平面上的投影被遮光面截取的長度為D，在上述投影為遮光面截取的區(qū)間里上述投影與上述光軸的平均距離為L，上述投影與光軸的夾角為β，包含相鄰遮光面的子午截面間的夾角為α時，對全部遮光弧矢光線來說，遮光面的構(gòu)成滿足下列關(guān)系式Dcosβtanω
Lsinα。
39.按照權(quán)利要求
38所述的光學裝置，其特征在于遮光板或遮光面沿著光軸四周做等角度間隔的配置，當它們的塊數(shù)用N表示時，滿足下列關(guān)系式α＝2π/N。
40.按照權(quán)利要求
38所述的光學裝置，其特征在于遮光板或遮光面的內(nèi)緣取下述的形狀，即在遮光弧矢光線向與子午截面垂直并包含光軸的平面上的投影中，沿最靠近光軸的投影取其形狀。
41.按照權(quán)利要求
38所述的光學裝置，其特征在于遮光板或遮光面為滿足Dcosβtanω
Lsinα的四邊形。
42.按照權(quán)利要求
38所述的光學裝置，其特征在于遮光板或遮光面為滿足Dcosβtanω
Lsinα的長方形。
43.按照權(quán)利要求
38所述的光學裝置，其特征在于遮光板或遮光面為滿足Dcosβtanω
Lsinα的梯形。
44.按照權(quán)利要求
38所述的光學裝置，其特征在于遮光板或遮光面為滿足Dcosβtanω
Lsinα的平行四邊形。
專利摘要
一種由多個遮光板或遮光面及保持機構(gòu)組成的遮光裝置，其中，保持機構(gòu)使遮光板或遮光面對透鏡光軸向心地配置。該裝置不遮攔軸上光束及軸外子午光束，而對弧矢光束加以遮攔。保持機構(gòu)的理想構(gòu)成例子是與透鏡鏡筒內(nèi)表面相接觸的圓筒形保持架，該保持機構(gòu)把多個遮光板對透鏡的光軸保持向心式配置。
文檔編號G02B5/00GK86103626SQ86103626
公開日1986年12月24日 申請日期1986年5月28日
發(fā)明者村尾次男, 山本義春, 池田健一, 長岡良富, 中康夫 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan