专利名称:遮光装置及使用遮光装置的光学装置的制作方法
本发明涉及供光学系统使用的遮光装置和使用这种遮光装置的光学装置，更具体地说，它涉及只对弧矢光线遮拦的遮光装置和具有这种遮光装置的光学装置。
在此以前，作为改善透镜象差的手段，在与光轴垂直的平面内设置中心位于光轴上的圆形或近似圆形的开孔光栏。(例如光学概论Ⅰ，第123页，朝仓书店出版)。
在很多类型的透镜系统中，例如在高斯型中，其轴外弧矢光线的象差明显地变坏。为了改善象差，在其中插入圆形光栏，把口径变小遮拦弧矢光线。但这种光栏由于口径变小也遮拦一部分轴上光线和子午光线。
本发明的目的在于提供一种只对弧矢光线遮拦的遮光装置和具有这种遮光装置的光学装置。
本发明的遮光装置具有在包含光轴的多个子午面上分别设置的多个遮光面。
一般来说，轴外弧矢光线与子午截面垂直并与含有光轴的平面相交。因此，与子午截面大体垂直的遮光面遮拦弧矢光线。子午光线处于子午截面内。因此，处在子午截面附近的遮光面大致与子午截面平行，它对子午光线不遮拦。而对子午光线和弧矢光线以外的普通光线来说，越接近弧矢光线则被遮拦的光就越多，而越接近子午光线，则通过的光通量越增加。结果，就能够仅对弧矢光线及接近弧矢光线的光线进行遮拦。
遮光面可由用保持机构保持的多个薄板(遮光板)构成。或者也可以用在透明的固体中形成遮光面的办法构成。
把上述的遮光板或遮光面与透镜组成一体，就能构成只遮拦弧矢光线的光学装置。
本发明的上述目的及其他的目的和其特征，从下面用的几个最佳实施例的叙述中将会得到清楚的理解。
图1是本发明的一个实施中的遮光装置的斜视图;
图2是用来说明轴外弧矢光线和遮光装置之间的关系的示图;
图3是遮光板形状的例示图;
图4(a)～(d)是本发明其他实施例中的遮光装置的斜视图;
图5是另外一个实施例中遮光装置的斜视图;
图6是装有第一个实施例中的遮光装置的视频投影仪用的投影镜头的剖面图;
图7(a)～(c)是说明在视频投影仪中本发明的遮光装置效果的原理图;
图8是在透镜中构成遮光面的光学元件的斜视图;
图9是表示具有可动功能的遮光装置的可动机构的分解斜视图;
图10是本发明的另外一个实施例中遮光装置的斜视图;
图11(a)、(b)是表示图10的遮光装置构成方法的部分斜视图。
首先参照附图，对本发明的第一个实施例的遮光装置进行说明。
图1是本发明第一个实施中遮光装置的斜视图。在图1中，1是具有遮光性的薄板(下称遮光板)，2是用来保持遮光板1的圆筒形保持架。遮光板1与保持架2的内圆周面垂直地在保持架内按等角度间隔配置。即遮光板1配置在包含光轴(保持架2的中心轴)的子午面上。另外，遮光板1的表面和保持架2的内圆周面均涂成能吸收光的颜色，例如黑色，以防止光反射。图1是共计用18块遮光板构成的遮光装置的例子。
图2示出了轴外弧矢光线和遮光板装置的关系。在图2中，yoo′面是子午截面，zoo′面是与子午截面垂直并包含光轴oo′的一个平面。直线4表示弧矢光线3在zoo′平面上的投影。现在考虑有一块遮光板位于zoo′面内的情形。Q，R是投影4与遮光板的前沿及后沿的交点。D表示DR的长度。S表示QR的中点，它位于投影4上。L表示从S向光轴oo′所引垂线的长度(下称平均距离)。β表示投影4与光轴oo′的夹角。设主光线5与光轴oo′的夹角为ω，而遮光板1的块数为N。对全部遮光的弧矢光线来说，D、β、ω、L和N需满足下列关系式Dcosβtanω
Lsin(2π/N)。
对上述结构的遮光装置的作用，进行下列的说明。
对于轴上光束来说，遮光装置中只有遮光板1的截面积遮拦光束，由于遮光板很薄，所以它对光通量的减弱作用很小。
对于轴外的子午光束来说，遮光板1的作用与对轴上光束的作用情况相同，只有其截面积遮光，所以光束的光通量减弱也很小。
相邻遮光板的夹角为2π/N(弧度)。因此在弧矢光线通过的位置，相邻遮光板的半径方向的平均间隔(以下称为平均间隔)近似等于Lsin(2π/N)。弧矢光线的投影4在光轴方向上的长度为D·Cosβ。在通过遮光装置的过程中，弧矢光线沿半径方向只前进DCosβtanω。因此，若弧矢光线沿半径方向前进的距离等于或大于遮光板的平均间隔，即DCosβtanω
Lsin(2π/N)成立，则弧矢光线被遮拦。遮光的弧矢光束就是上述弧矢光线的集合。而且，通常视场角内的大部分弧矢光线被遮拦。因此取β，ω，L做变量，对全部遮光弧矢光线上式都成立。
遮光板1不必以等角度间隔配置。设相邻遮光板所成的角度为α，对于β＝β1，ω＝ω1，L＝L1的弧矢光线来说，如果使D，α满足Dcosβ1·tanω1
L1sinα的关系，则可望得到与等角度间隔配置情况相同的效果。也就是说，对某一弧矢光线来说，若D/Sinα有相同值，则产生相同的效果。
遮光板1的形状如果满足前述的关系式，则也可以不用图1所示的形状。例如也可以用图3所示的(a)四边形，(b)梯形，(c)平行四边形和(d)长方形。但越是偏离前述关系式等号的情况，不必要遮拦的光线越被遮拦。
遮光板1的保持机构，不用图1所示的形状也可以。例如，也可以采用把圆锥体的一部分切去后的形状。或者不用保持架，而采用图4(a)，(b)所示的保持体6、7，以及图4(c)所示的其他光学元件例如透镜8(oo′表示光轴)也可以。另外图4(d)所示的在至少一块透明板50的周围保持遮光板1也是可以的。
如上所述，本发明的遮光装置对轴外的子午光线不遮拦，而对弧矢光线遮拦。
此外，通过本发明的遮光装置代替原来为遮拦轴外弧矢光束而配置的光拦，原来被遮拦的子午光线变得可以通过象透镜一类的光学装置，其结果可以获得成象亮度高的光学装置。
以下参照附图对本发明的第二个遮光装置实施例进行说明。
图5是本发明第二个遮光装置实施例的斜视图。在图5中，1是遮光板，2是用来保持遮光板的圆筒形保持架，9是遮光板1的加强环。与第一实施例相同，它也用图2表示决定遮光板形状的各个参量。对于遮光的全部弧矢光线，D、β、ω、L和N需满足下述关系式Dcosβtanω
Lsin(2π/N)。
上述结构的遮光装置，其作用与第一个实施例的作用相同。
遮光板越薄，越不遮拦轴上光束，因此令人满意。然而，如果遮光板过薄则产生弯曲不平，等效截面积反而变大。这样，至少用一个加强环支持就可以得到弯曲不平度较小的更理想的遮光板。
以下参照附图，对采用本发明的遮光装置的光学装置进行说明。
图6是把本发明第一个实施例的遮光装置装在视频投影仪镜头中时的侧面剖视图。作为例子，我们考虑一种轴外弧矢光线边缘光线象差很大的投影镜头的情况。在图6中，10是第一实施例中的遮光装置，11、12、13是用以构成视频投影仪的投影镜头的透镜，14是透镜镜筒。最好把遮光装置10配置在进行遮光的弧矢光束的主光线与光轴相交的位置上。
以下对装有如上构成的遮光装置的光学装置的作用进行说明。
图7(a)是视频投影仪的原理图。在图7(a)中，15是阴极线管(CRT)，16是一个屏幕，17是投影镜头。CRT15上的点光源P′在屏幕16上的投影是P。图7(b)是没有采用遮光装置时的投影P。由于网状点表示的轴外弧矢边缘光线附近的普通光线的作用，投影象P沿弧矢方向被拉长。图7(c)所示的情况是在采用本发明的遮光装置的情况下，网状点的弧矢边缘光线及弧矢边缘光线附近的普通光线被遮拦，由于弧矢光线的象差与子午光线的象差相平衡，使投影P成为良好的点象。而轴上光束和轴外子午光束几乎不被遮拦。
如上所述，根据本实施例，可不必明显地损失镜头的成象亮度，而使镜头的象质得到改善。
虽然本实施例是属于视频投影仪中用的投影镜头的情况，但只要是弧矢边缘光线象差较大的透镜系统，象包括照相机等在内的所有光学系统，均可以使用本发明的遮光装置。
以下参照附图，对在镜头中构成本发明的遮光面的光学另件加以说明。
图8是在图6的视频投影仪中所用投影镜头的透镜11中构成遮光面的透镜的斜视图。在本实施例中不用图6中所示的遮光装置10。在图8中，18是遮光面，19是与透镜11形状相同的透镜，20是透镜的边缘。遮光面18以透镜的光轴oo′为中心在子午面上以等角度间隔配置。另外遮光面18涂成光吸收性好的颜色，例如黑色，以防止光的反射。例如，从透镜边缘20向塑料透镜内部加工切缝，在由此形成的缝隙中注入黑色涂料。图8是总共用18块遮光面组成的遮光装置例子。与第一个实施例相同，它用图2表示决定遮光面18形状的参量。对于遮光的全部弧矢光线，D，β，ω，L和N需满足以下的关系式Dcosβtanω
Lsin(2π/N)。
上述结构的遮光面18，其作用与第一实施例的遮光板1的作用相同。
遮光面18不必按等角度间隔配置。把相邻遮光面之间的夹角记为α。对于β＝β1，ω＝ω1，L＝L1的弧矢光线来说，若使D、α满足关系式Dcosβ1tanω1
L1sinα，则可望获得与等角度间隔配置情况相同的效果。
若使遮光面取满足上式的形状，则不取图8所示的形状也可以。例如，与第一实施例一样，也可取图3所示的(a)四边形，(b)梯形，(c)平行四边形及(d)长方形。但是，越是偏离上述等式的情况，则不需要遮拦的光线也越被遮拦。
根据以上所述，依照本实施例能够组成在透镜中具有不遮拦子午光线而遮拦弧矢光线的遮光面的光学元件。原来被遮拦的轴上光束及子午光束现在可以通过光学元件。其结果可获得象面亮度较高的光学装置。
以下结合附图对本发明中具有可动机构的遮光装置进行说明。
图9表示了本发明的一个实施例的可动机构部分的构造。在图9中，1是遮光板，21是与遮光板一体的导轨，22是固定保持架，23是内部可动保持架，24是外部可动保持架，内部可动保持架23和外部可动保持架24是互相固定的。25是在固定保持架上开的遮光板的导孔，26和27是在两个可动保持架23，24上开的遮光板导轨的通孔。28是把两个可动保持架23，24环包起来的可动环。29和30是在固定保持架22及可动环28上刻的螺纹。保持架22，23，24和28全都是圆筒状，但在图9中只表示了一块遮光板1的一部分。
内部可动保持架23的外表面和内部可动保持架24的内表面上开有导沟。导沟是向中心轴(光轴)oo′倾斜设置的。如果转动可动环28，则可动环28由于螺纹29和30的作用而前后运动。可动保持架23、24伴随可动环的运动沿固定保持架22做前后(光轴方向)移动。随着可动保持架23、24的运动，遮光板1可沿上下方向进出。固定保持架22上的导孔25在限制遮光板1沿上下方向运动的同时，还起到使遮光板1保持向心的作用。
图10表示本发明的遮光装置的另一个实施例。在透明体41中设置有遮光面40。透明体41可用玻璃或塑料等制作。遮光面40可用与前述遮光板相同的方式配置。图10所示的遮光装置具有能把遮光面40的厚度做得特别薄的优点。可以用在如图11(a)所示的透明体41上开出缝隙42，并在这种缝隙42中灌入遮光性材料的方法，也可以如图11(b)所示，采用把侧面涂有遮光膜44的透明体元件43沿其侧面贴合方法来构成遮光面。当然，如果在图10实施例中把透明体41做成透镜的形状，也能得到图8所示的光学元件。
权利要求
1.一种遮光装置具有多个遮光面，这些遮光面对光轴向心地分别在多个包含光轴的子午平面上配置，这种遮光装置能让子午光线及其附近的光线通过，而对弧矢光线及其附近的光线则进行遮拦。
2.按照权利要求
1所述的遮光装置，其特征在于当弧矢光线的主光线与光轴间的夹角标为ω，弧矢光线在与子午面垂直并包含上述光轴的平面上的投影被遮光面截断的长度为D，在上述投影被遮光面截断的区间里该投影与上述光轴的平均距离为L，上述投影与光轴的夹角为β，而包括相邻遮光面的子午截面间的夹角为α时，对遮光的全部弧矢光线来说，遮光面的构成满足下列关系式Dcosβtanω
Lsinα。
3.按照权利要求
2所述的遮光装置，其特征在于遮光面沿光轴的四周等角度间隔地配置，如果把遮光面的块数用N表示，则它们满足下列关系式α＝2π/N。
4.按照权利要求
2所述的遮光装置，其特征在于遮光面的内缘开关按以下原则来确定，即在遮拦的弧矢光线向垂直于子午截面并包含光轴的平均上的投影中，沿着最靠近光轴的投影取其形状。
5.按照权利要求
2所述的遮光装置，其特征在于遮光面为满足Dcosβtanω
Lsinα的四边形。
6.按照权利要求
2所述的遮光装置，其特征在于遮光面为满足Dcosβtanω
Lsinα的长方形。
7.按照权利要求
2所述的遮光装置，其特征在于遮光面是满足Dcosβtanω
Lsinα的梯形。
8.按照权利要求
2所述的遮光装置，其特征在于遮光面是满足Dcosβtanω
Lsinα的平行四边形。
9.按照权利要求
1所述的遮光装置，其特征在于遮光面具有能吸收光的颜色。
10.一种遮光装置，该遮光装置由对光轴向心地分别配置在包含光轴的多个子午面上的多个遮光板和保持上述遮光板的保持机构组成，该装置让子午光线和靠近子午光线通过，而对弧矢光线及其附近的光线进行遮拦。
11.按照权利要求
10所述的遮光装置，其中保持机构由沿圆筒状内表面把多个遮光板的一边加以垂直保持的保持架组成。
12.按照权利要求
11所述的遮光装置，它还具有用来对各个遮光板的另一边进行固定的加强环。
13.按照权利要求
10所述的遮光装置，其保持机构由至少一块与光轴垂直的透明板组成。
14.按照权利要求
10所述的遮光装置，它还含有能供遮光板移动的可动机构。
15.按照权利要求
10所述的遮光装置，其特征在于它将遮光板及其他光学元件作为一体加以保持。
16.按照权利要求
10所述的遮光装置，其特征在于当弧矢光线的主光线与光轴的夹角为ω，弧矢光线在与子午截面垂直并包含上述光轴的平面上的投影被遮光板截取的长度为D，在上述投影被遮光板截取区间，上述投影与上述光轴的平均距离为L，上述投影与光轴的夹角为β，包含遮光板的相邻子午截面间的夹角为α时，对于全部遮光弧矢光线来说，遮光板的构成满足下列关系式Dcosβtanω
Lsinα。
17.按照权利要求
16所述的遮光装置，其特征在于遮光板以等角度间隔沿光轴的四周配置，当遮光板的块数用N表示时，它满足下列关系式α＝2π/N。
18.按照权利要求
16所述的遮光装置，其特征在于遮光板的内缘形状做如下选取，即在遮光的弧矢光线在垂直于子午截面并包含光轴的平面上的投影中，沿最靠近光轴的投影取其形状。
19.按照权利要求
16所述的遮光装置，其特征在于遮光板为满足Dcosβtanω
Lsinα的四边形。
20.按照权利要求
16所述的遮光装置，其特征在于遮光板为满足Dcosβtanω
Lsinα的长方形。
21.按照权利要求
16所述的遮光装置，其特征在于遮光板为满足Dcosβtanω
Lsinα的梯形。
22.按照权利要求
16所述的遮光装置，其特征在于遮光板为满足Dcosβtanω
Lsinα的平行四边形。
23.一种遮光装置，它由透光性基体和在这个基体内包含光轴的多个子午面上分别向心配置的多个遮光面组成，它允许子午光线及其附近的光线通过，而对弧矢光线及其附近的光线进行遮拦。
24.按照权利要求
23所述的遮光装置，其透光性基体是圆柱体。
25.按照权利要求
23所述的遮光装置，其基体形成一个透镜。
26.按照权利要求
23所述的遮光装置，其基体具有配置在多个子午面上的缝隙，遮光面是由塞入缝隙中的光吸收媒质形成的。
27.按照权利要求
23所述的遮光装置，其特征在于当弧矢光线的主光线与光轴的夹角为ω，弧矢光线在垂直于子午面并包含前述光轴的平面上的投影被遮光面截取的长度为D，在上述投影被遮光面截取的区间里，上述投影与上述光轴的平均距离为L，上述投影与光轴的夹角为β，包含相邻遮光面的子午截面间的夹角为α时，对全部遮光弧矢光线来说，遮光面的构成满足下列关系式Dcosβtanω
Lsinα。
28.按照权利要求
27所述的遮光装置，其特征在于遮光面以等角度间隔沿光轴的四周配置，当遮光面的块数以N表示时，它满足下列关系式α＝2π/N。
29.按照权利要求
27所述的遮光装置，其特征在于遮光面的内缘形状以下述方式选取，即遮光的弧矢光线在与子午截面垂直并包含光轴的平面上的投影中，沿最靠近光轴的投影取其形状。
30.按照权利要求
27所述的遮光装置，其特征在于遮光面为满足Dcosβtanω
Lsinα的四边形。
31.按照权利要求
27所述的遮光装置，其特征在于遮光面为满足Dcosβtanω
Lsinα的长方形。
32.按照权利要求
27所述的遮光装置，其特征在于遮光面为满足Dcosβtanω
Lsinα的梯形。
33.按照权利要求
27所述的遮光装置，其特征在于遮光面为满足Dcosβtanω
Lsinα的平行四边形。
34.一种光学装置，它由光学透镜及多个遮光面构成，而这些遮光面分别以向上述透镜的光轴向心的方式配置在包含光轴的多个子午面上，这个遮光装置允许子午光线及其附近的光线通过，而对弧矢光线及其附近的光线加以遮拦。
35.按照权利要求
34所述的光学装置，其特征在于遮光面在透镜中构成。
36.按照权利要求
34所述的光学装置，其特征在于遮光面由多个遮光板组成，另外还具有用来把上述遮光板向透镜光轴保持向心配置的保持机构。
37.按照权利要求
36所述的光学装置，其特征在于它还有能使遮光板移动的可动机构。
38.按照权利要求
34所述的光学装置，其特征在于当弧矢光线的主光线与光轴的夹角为ω，弧矢光线在垂直于子午截面并包含上述光轴的平面上的投影被遮光面截取的长度为D，在上述投影为遮光面截取的区间里上述投影与上述光轴的平均距离为L，上述投影与光轴的夹角为β，包含相邻遮光面的子午截面间的夹角为α时，对全部遮光弧矢光线来说，遮光面的构成满足下列关系式Dcosβtanω
Lsinα。
39.按照权利要求
38所述的光学装置，其特征在于遮光板或遮光面沿着光轴四周做等角度间隔的配置，当它们的块数用N表示时，满足下列关系式α＝2π/N。
40.按照权利要求
38所述的光学装置，其特征在于遮光板或遮光面的内缘取下述的形状，即在遮光弧矢光线向与子午截面垂直并包含光轴的平面上的投影中，沿最靠近光轴的投影取其形状。
41.按照权利要求
38所述的光学装置，其特征在于遮光板或遮光面为满足Dcosβtanω
Lsinα的四边形。
42.按照权利要求
38所述的光学装置，其特征在于遮光板或遮光面为满足Dcosβtanω
Lsinα的长方形。
43.按照权利要求
38所述的光学装置，其特征在于遮光板或遮光面为满足Dcosβtanω
Lsinα的梯形。
44.按照权利要求
38所述的光学装置，其特征在于遮光板或遮光面为满足Dcosβtanω
Lsinα的平行四边形。
专利摘要
一种由多个遮光板或遮光面及保持机构组成的遮光装置，其中，保持机构使遮光板或遮光面对透镜光轴向心地配置。该装置不遮拦轴上光束及轴外子午光束，而对弧矢光束加以遮拦。保持机构的理想构成例子是与透镜镜筒内表面相接触的圆筒形保持架，该保持机构把多个遮光板对透镜的光轴保持向心式配置。
文档编号G02B5/00GK86103626SQ86103626
公开日1986年12月24日 申请日期1986年5月28日
发明者村尾次男, 山本义春, 池田健一, 长冈良富, 中康夫 申请人:松下电器产业株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan