JPH0485513A - 光学部品 - 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〕 本発明は、ファクシミリや電子複写機、ＬＥＤプリンタ
等に使われる投影光学部品に関する。

〔従来技術ゴ ファクシミリや電子複写機、ＬＥＤプリンタ等には、ラ
イン上の被写体を等倍率でセンサや感光ドラＡ上に投影
する光学部品が使われている。

従来、この様な光学部品としては、 ■　中心から半径方向に屈折率が連続的に変化する円柱
状の透明体をアレイにした、いわゆるロッドレンズアレ
イ、 ■　球面レンズのアレイを形成した板を多層（三層にす
ることが多い）に重ね合わせたもの、例えば、特公昭４
９−８８９３号公報、特開昭５７−１０４９２３号公報
、特開昭５７−６６４１４号公報など■　ダハプリズム
とレンズの組み合わせによる正立等倍光学系をアレイ状
に配列したもの、例えば特開昭６１−２１０３１９号公
報、特開昭５６−１１７２０１号公報、特開昭５６−１
２６８０１号公報、特開昭５６−１４０３０１号公報、
特開昭５６−１４９００２号公報、特開昭６０−２５４
０１８号公報、特開昭６０−２５４０１９号公報号公報
、特開昭６０−２５４０２０号公報、特開昭６１−２３
３７１４号公報、特開昭１５２−９１９０２号公報、特
開昭６２−２０１４１７号公報などがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の光学部品■では、円柱状の透明体に屈折率の
分布を形成すること、またこれを精密に制御することが
必要であるが、これには特殊なノウハウを必要とし、容
易でない。また特に径の大きなロ、゛ドレンズを作るこ
とは特に困難であるため、レンズと被写体との距離を大
きくとりたいときにはＦ値が低下し、暗い光学系になっ
てしまう。

次に上記従来の光学部品■では、レンズアレイの各層の
単レンズの光軸を十分な精度で合わせることが難しく、
特に長いアレイを作ることは困難である。

加えて上記従来の光学部品■と■では、光線の屈折角の
積算が大きくなるため、色収差が大きくなり易いという
不都合がある。

一方、上記従来の光学部品■は、像の反転にダハプリズ
ム（或いはルーフミラー）を使うために屈折角の積算は
小さく、色収差は小さい。しかしながらプリズム（ルー
フミラー）とレンズの軸合わせを精度良く行うことが難
しい。

更に、上記従来の光学部品■〜■に共通して、レンズの
光軸上と周辺での明るさの違いによって、周期的な光量
ムラを生じる恐れがある。

本発明の解決しようとする課題は、特に難しいノウハウ
を必要とせず、製作が容易で、色収差が小さく、光量ム
ラを生じない投影光学部品を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の請求項１記載の投影光学部品は、頂角がπ／２
の谷をなすように置かれた反射面の対が、平面上に反射
面の交わる谷線に垂直な方向に多数配列してなる反射面
群と、反射面対の配列方向と平行な母線をもつ少なくと
も一つのシリンドリカルレンズからなり、被写体からの
光は反射面群に反射する前ないしは後の少なくとも一方
で、少なくとも一つのシリンドリカルレンズを通過する
ことによって像を結ぶことを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の投影光学部品は、頂角が９０°
より狭い場合であって、 頂角がθの谷をなすように置かれた反射面の対が、平面
上に反射面の交わる谷線に垂直な方向に多数配列してな
る反射面群と、反射面対の配列方向と平行な母線をもつ
少なくとも一つのシリンドリカルレンズからなり、被写
体からの光は該反射面群に反射する前ないしは後の少な
くとも一方で、少なくとも一つのシリンドリカルレンズ
を通過することによって像を結ぶ光学部品であって、被
写体から反射面群の光路について１式のγが、反射面群
から像の光路について１式のγと近似し、かつシリンド
リカルレンズによる像が得られ、角度θは■式を満たす
ことを特徴とするものである。

ε　；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１　・
　　　■２ｎｏγＯ 但し　９．：光路の媒質（屈折率ｎ、）の厚さｎｌ：光
路媒質の屈折率 ｄ：反射面対の幅 ｎ、：反射面を含む領域の屈折率 γ０：γ（反射面群−像） さらに、この発明の好ましい態様において、反射面群に
対して被写体側及び像側のシリンドリカルレンズの位置
と構成を、等しく対称にすることができる。

また、この発明の別の好ましい態様において、光学部品
の反射面群の前に、反射面対の配列方向に垂直な遮光面
を配列することもできる。

〔作　用〕

本発明の投影光学部品は、ライン上の像を投影するに際
し、長平方向には微小な反射面対の列が示す結像作用を
利用し、垂直方向にはシリンドリカルレンズの結像作用
を利用するものである。

まず、反射面対の列が示す結像作用を図面を用いて説明
する。

第１図は、直角に交わる二つの反射面の横断面図である
。この図から両反射面に垂直な面内で光の反射の様子を
見ると、反射光は、入射光と平行かつ逆開きに進むこと
が分がる。

次に、この様な反射面対が短いピッチで並んだ反射面群
による反射を、第２図を参照して説明する。

第２図は、被写体の点２がら発した光が反射面群ｌによ
って反射する様子を示している。上述のように、゛反射
光は点２の付近に帰って（る。反射面群１を構成する反
射面対の幅が十分小さければ、これは反射面対の列が結
像作用を示しているといえる。

この結像作用を三次元で考えれば、これは第３図のよう
に点２の像が線分３となる。

この発明では、更に、垂直方向にシリンドリカルレンズ
の結像作用を利用し、反射面対の稜線と平行な方向の結
像のためにシリンドリカルレンズを設ける。シリンドリ
カルレンズ４を導入して、投影作用を完全にしたものの
例を第４図に示す。

この例は、本発明の基本的な実施例のひとつである。こ
の例では、反射面群の反射の前後でシリンドリカルレン
ズ４を通過する。

第２６図には、シリンドリカルレンズ４の位置を変えて
、反射面群の反射の後でシリンドリカルレンズ４を通過
する実施例を示す。

第４図の結像素子のＸ方向の結像条件は、被写体と像が
反射面群ｌから等しい距離にあることである。この場合
、被写体と像は、シリンドリカルレンズ４からも等しい
距離にあり、Ｘ方向には倒立の等倍像となる。

一方、第２６図は、シリンドリカルレンズ４の位置が第
４図と異なる例であり、この場合には、像の側にだけ屈
折率が１でないシリンドリカルレンズ４が入るために、
像を結ぶ位置が移動する。

このように光路中に屈折率の異なる媒質が入るときには
、Ｘ方向の結像に関する像と被写体の位置関係は、以下
の結像条件を満たす。

すなわち、被写体から反射面群の光路について１式のγ
が、反射面群から像の光路について１式のγと近似する
。

ｎ、：光路媒質の屈折率 これは、第２２図（ｂ）に示すように、光路中におかれ
た屈折率の異なる媒質ｌＯによって像位置がずれること
を考慮する結像条件であり、１式は近軸光線の取扱いか
ら容易に得られるものである。例えば、第２２図（ｂ）
に示すように、像３と反射面群との間の空気空間に媒質
１０を置いたとすれば、像と媒質１０との間の空気の厚
さ９□を空気の屈折率ｎで割った値γ、と、媒質１０の
厚さＱ２を媒質の屈折率ｎ８で割った値γ３と、媒質１
０と反射面群の間の空気の厚さ９．を空気の屈折率ｎで
割った値γ、との総和が、γ（＝７１＋γ、十γ、）と
なる。

第４図および第２６図のように反射面群に対して斜めに
光を反射させる場合には、反射位置によって１の値が異
なり、上記の条件において、被写体から反射面群の光路
について１式のγが、反射面群から像の光路について１
式のγと等しくすることを厳密に成立させることは難し
い。上述の結像条件の中でγが近似するという表現を使
ったのはこのためであり、また厳密に等しくなくともズ
レが小さければ、結像素子として十分な性能が得られる
。

また第２６図で、上記の結像条件を満たし、かつシリン
ドリカルレンズの結像条件を満たす条件では、Ｘ方向に
像は縮小されることになる。逆にもしシリンドリカルレ
ンズが被写体側に入っていたとすればＸ方向に像は拡大
される。

以上のように本発明の投影光学部品はＸ方向には成立等
倍、Ｘ方向には倍率が設定できる倒立像を写すものであ
る。

本発明の投影光学部品の長手方向の解像度は、反射面対
の幅で決まる。第１２図は、被写体の点２から発した光
が一つの直角をなした反射面対で反射して戻ってくる様
子を示したもので、光は反射面対の幅ｄのほぼ二倍だけ
広がることが分かる。

この発明の好ましい態様である反射面対の角度をπ／２
より小さくする態様では、更に解像度をあげることがで
きる。例えば、反射面対の幅ｄと反射面対と点２との距
離Ωとを考慮して、頂角を僅かにπ／２より小さくする
ことにより、第１３図に図示するように、反射面対の幅
ｄとほぼ等しい解像度にすることが出来る。

第１４図を使って、この解像度の向上について説明する
。ここではＱ＞ｄとして説明する。

第１４図（１）は、θ＝π／２の場合であり、被写体の
点２から発した光のうち、まず面Ａで反射した後面Ｂで
反射する成分を示している。この反射光は、被写体の点
２から片側に距離ｄ′までの間に戻ることになる。他方
、面Ｂ→面Ａの成分は反対側にｄ′だけ広がるから全体
の広がりは２ｄ’となる。ここでｄ’　！ｄである。

次に、第１４図（２）は としたもので、面Ａ→面Ｂの反射光はφだけ方向を変え
るため点２を中心に幅ｄ′だけ広がることになる。面Ｂ
−面Ａの成分の反射光の領域も重なるためトータルの広
がりはｄ゛で、解像度が改善される。

更に第１４図（３）は としたもので、面Ａ→面Ｂの反射光は２に対して、第１
４図（１）の時の反対側にｄ′だけ広がり、面Ｂ−面Ａ
の成分も同様であることから、解像度は第１４図（１）
の場合と同じになる。

従って解像度の同上が見込まれるθ範囲はである。

ここでは全ての光路が屈折率の等しい媒質中にあるもの
としたが、実際にはシリンドリカルレンズを通過するた
め少なくとも２種類の媒質中を通らねばならない。この
場合に上記の条件を一般化したのが上述の■と■式であ
る。

またここで９ないし２には、反射面対への光の入射角に
よって異なるため、実際には一義的には決まらない。し
かしながら入射角が大きくなるほど第１５図（ａ）のよ
うに、−面にしが反射せずに無効になる光が増え、結果
的に結像に寄与する割合が減るため、９ないし９にの値
は反射面群に垂直に入射する成分の値を採用すれば十分
である。

更に、厳密なθの最適値が必要であれば、数値計算ない
しは実験によって求めればよい。

特に電子複写機などの用途ではｘ、　　７両方向に等倍
率の像が必要である。

このためには反射面群に対してシリンドリカルレンズの
構成、配置を対称にするようにすればよい。この対称条
件を満たさなくとも等倍像を作ることは可能であるが、
この対称条件にすることが設計、製作を容易にする点で
最も優れている。

本投影光学部品では、第１５図（ａ）のように反射面対
の片面のみに反射する成分が迷光となり、コントラスト
を下げる原因となる。従って、第１５図（ｂ）のように
遮光面７をおくことによって、この様な迷光を取り除く
こともできる。

遮光面７は、光を吸収する黒色の薄い板であって、反射
面対の配列方向に垂直におかれている。

図示するように反射面群と遮光面が同じ媒質中にある場
合は、遮光面の幅ｄと間隔りはｄ　　≧　　Ｄ の関係にあれば十分である。なぜならこれによって入射
光の内の入射角がπ／４以上の成分がカットされ、π／
４以下の入射光について第１５図（ａ）のような反射光
の反射角はπ／４以上であるから、この成分も１００％
カットされることになる。

第１７図（ａ）のように、屈折率がｖ／′２　　以上の
透明板に形成された微小な直角プリズムで反射面群を構
成する場合には、 θ♂＋５ｉｎ−’　（１／　ｎ　） 但し　ｎ：屈折率 で表される臨界角θ。以下でプリズム面に入射した光が
、はとんど透過してしまうために、π／４−０６以上の
角度で入射する光の反射は少ない。従って遮光面がなく
とも第１５図の場合に比べて迷光はかなり少ない。更に
遮光面を設置する場合も、第１７図（ｂ）のように屈折
率がＪ２　以上の透明媒体中に光を吸収する遮光面７を
設けたものを、反射プリズムに光学的に接着する形をと
れば、入射光が屈折により、全て臨界角θｃ（＜π／４
）の光線になることと、媒体表面で迷光成分が反射する
効果を考えれば、遮光面の幅ｄと間隔りはｄ　≧　Ｄ の関係にあれば十分であり、第１５図の場合に比べて薄
くすることができる。

以上は遮光面をプリズムの直前に置く場合を示したが、
光路中の他の場所に置くことも可能である。しかしなが
ら反射面群からみて被写体側と像側の両方に設置するこ
とが好ましく、また遮光面が像に明るさムラを作らない
ようにするためには、被写体及び像からなるべく離れた
位置に置くことが好ましいため、プリズムの直前に置く
ことが最も好ましいといえる。

〔実施例〕

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。

第５図〜第１１図、第１６図および、第１８図〜第２０
図は、本発明の実施例であり、プリズムの頂角が直角で
あれば請求項１及び３の実施例、頂角が■式のθであれ
ば請求項２及び４の実施例である。従って得られる像は
すべて等倍像であり、全て反射面群１をプリズム列とし
て形成している。

第５図に示す態様では、シリンドリカルレンズ４とプリ
ズム列を一体成形したもので、ここでは反射面５を使っ
て被写体面と像面が平行になるようにしてあり、被写体
の点２の像が３の位置に得られる。

第６図に示す態様では、二つシリンドリカルレンズ４と
プリズム列及び反射面５を一体にしたもので、同様に被
写体面と像面が平行になるようにしである。二つのシリ
ンドリカルレンズは同じものであるが、ここに異なる焦
点距離を有するレンズを使えば、ｙ方向に拡大ないしは
縮小される。

第７図に示す態様では、二つシリンドリカルレンズ４ａ
と反射面５を一体にしたものと、シリンドリカルレンズ
４ｂとプリズム列を一体にしたものからなり、第６図の
シリンドリカルレンズ４の働きをシリンドリカルレンズ
４ａ、４ｂに分散させたものである。このようにするこ
とによってそれぞれのレンズの曲率を小さくすることは
収差の点で有利である。更に第１６図のようにシリンド
リカルレンズの数を増やすこともできる。

第８図に示す態様は、第５図同様、シリンドリカルレン
ズ４とプリズム列を一体にしたもので、ここではハーフ
ミラ−の面６を持つビームスプリッタ−を使って被写体
側と像側を分けており、被写体面と像面とは垂直になる
。ここで第１１図に示す態様のようにシリンドリカルレ
ンズ４をビームスプリッタ−の側と一体にしても機能は
変わらない。

第９図に示す態様は、二つのシリンドリカルレンズ４と
プリズム１をビームスプリッタ−と一体にしたものであ
る。

第１０図に示す態様は、シリンドリカルレンズ４と反射
面５を一体にしたものである。

第７図、第９図、第１６図に示す態様のように、被写体
側と像側で異なるレンズを通過するものは、第６図のも
のと同様それぞれの側に異なる焦点距離のものを使うこ
とでｙ方向に拡大縮小の機能を持たせることができる。

第２４図、第２８図に示す態様は、この機能を有する実
施例である。

第８図、第９図、第１１図に示す態様のようにビームス
プリッタ−を使うものでは、像を結ぶ光は［被写体から
の光×ビームスブリッターノ透過率×反射率］だけであ
り、被写体からの光の十以下である。第２３図に示す態
様は、第９図に示す態様にプリズム列をもう一列追加し
たもので、これによって第９図の倍の明るさが得られる
。

また第２５図（ｂ）のようにハーフミラ−６をスリット
状の全反射ミラーにすれば、明るさの分布は同図（ａ）
のようになり部分的に明るい部分ができる。−次元のイ
メージセンサやＬＥＤプリンタなどの用途では、像の幅
は狭くて良いため、この明るい部分を利用することがで
きる。

また第６図、第９図、第２３図、第２５図に示す態様の
ようにシリンドリカルレンズと被写体、及びシリンドリ
カルレンズと像の間にビームスプリッタ−や反射面が入
らないものは、焦点距離の短いシリンドリカルレンズを
使うことができ、ｙ方向に幅の狭い明るい像を得ること
ができる。

方、焦点伸度の深い長焦点のシリンドリカルレンズを使
う°場合には第５図、第８図、第１０図、第１１図に示
す態様のような光学系がコンパクトで都合がよい。

第１８図に示す態様は、プリズム列への入射角を大きく
して（π／４）、第９図と同様の機能を持たせるもので
あるが、このように入射角が大きくなると反射位置の違
いによる１式のγの値の違いが大きくなって収差が大き
くなる。第２１図はこの様子を示したもので、光路Ｂに
おいてγが被写体の側と像側で等しくしても、光路Ａ、
　　Ｃではずれてしまい、像がぼける原因となってしま
う。

このようなことは第５図〜第７図、第１０図、第１６図
に示す態様でも起こっているが、入射角が小さいために
あまり問題にならない。しかしながら第１８図の実施例
のように入射角が大きい場合は無視できない。

これを避けるためには第１９図に示すようにプリズム列
（反射面群）の幅を小さくしてγのズレが太き（なる光
路を除くか、あるいは第２０図に示す態様のように透明
媒体で８ａ、　　８ｂ、　　９ａ。

９ｂのように光線の通過位置によって長さが異なる導光
路を作り、第２２図に示す態様で示すように透明媒体１
０を置くことによって第２２図＜ａ＞の焦点位置が第２
２図（ｂ）のように移動する原理を利用して収差を減ら
すことなどが考えられる。

すなわち、導光路の導入でγの大きさを調整する。

また、この発明の好ましい態様に示した第１５図、第１
７図の遮光面をｄ＞Ｄとして導入し、大きな入射角の成
分をカットすることも効果がある。

遮光面を導入した反射面群の例を第３０図に、これとシ
リンドリカルレンズを組み合わせたものを第２９図に示
す。

この発明は、上記の実施例のみに限定されず、種々の変
形態様で実施することができる。

本発明による投影光学部品が実際に使われる態様例を、
第６図のタイプを例にとり、第２７図に示す。この例は
、必要な長さの結像素子部品１０を用いて、原稿１１０
等倍像をイメージセンサ−２上に投影して電気的な信号
を得る、画像読取装置の例である。

〔発明の効果〕

本発明ハシリントリカルレンズと反射面対の列を組み合
わせるという上述の構成により、本発明の投影光学部品
は、 ■　長手方向に光量ムラをほとんど持たないこと ■　従来のレンズアレイ■と■で必要だった、面倒な軸
合わせが不要であること ■　長手方向に色収差を持たないこと ■　垂直方向の色収差は従来のレンズアレイ■と同程度
に優れていること などの性質を持つ。

従って、本発明は、一方向に長いライン上の像を投影し
、コンパクトかつ単純な構造でありかつ、製作容易な投
影光学系を構成することを可能にす

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明の基本原理を説明する説明図、第５
図〜第１１図は本発明の実施例であり、それぞれ（ａ’
）は斜視図、（ｂ）はＸ軸に垂直な断面図、 第１２２北第１４図は本発明によって得られる投影像の
解像度を示す説明図、 第１５図は遮光面の効果を示す原理図、第１６図は本発
明の実施例であり、それぞれ（ａ）は斜視図、（ｂ）は
Ｘ軸に垂直な断面図、第１７図は遮光面の効果を示す原
理図、第１８図〜第２０図は本発明の実施例であり、そ
れぞれ（ａ）は斜視図、（ｂ）はＸ軸に垂直な断面図、 第２１図は第１８図の実施例に伴う収差を説明する説明
図で、 第２２図は透明媒体の導入によって焦点位置がずれるこ
とを説明する説明図、 第２３図および第２４図は本発明の実施例であり、それ
ぞれ（ａ）は斜視図、くｂ）はＸ軸に垂直な断面図、 第２５図（ａ）は、格子状の反射面を有するビームスプ
リッタ−を使った実施例の位置と像の明るさとの関係を
示す線図、第２５図（ｂ）は格子状の反射面を有するビ
ームスブリ・ツタ−を使った実施例の断面図、 第２６図は本発明の基本原理を説明する説明図、第２７
図は本発明の応用例を示す斜視図、第２８図は本発明の
実施例であり、それぞれ（ａ）は斜視図、（ｂ）はＸ軸
に垂直な断面図、第２９図、第３０図は遮光面を用いる
実施例の部分斜視図である。 ｇａ、　　８ｂ、　　９ａ、　　９ｂ ・・・　導光体 １０　・・・　投影光学部品 １１　　・・・　原稿 １２　・・・　イメージセンサ １　　　・　・　・ ２　　　・　・　・ ３　　　・　φ　・ ４．４ａ。 ５　　　・　・　・ ６　　　・　・　・ ７　　　・　・　・ 反射面群 被写体（点） 像 ４ｂ、４ｃ シリンドリカルレンズ 反射面 ハーフミラ−面 遮光面 箪１図 第２図 第３図 第４図 第７図 第９図 第５図 ＃！６図 （ａ） 第１ １図 第１３図 第１６図 第１７図 第１４図 ｗ１１５図 第１９図 Ｂ （ａ） ＜ｂ＞ ｗ１２５図 （ａ） ＜ｂ＞ 第２２図 第２６図 （ｂ） 第２８図 第２９図 第３０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、頂角がπ／２の谷をなすように置かれた反射面の対
   が、平面上に該反射面の交わる谷線に垂直な方向に多数
   配列してなる反射面群と、該反射面対の配列方向と平行
   な母線をもつ少なくとも一つのシリンドリカルレンズか
   らなり、被写体からの光は該反射面群に反射する前ない
   しは後の少なくとも一方で、少なくとも一つのシリンド
   リカルレンズを通過することによって像を結ぶことを特
   徴とする投影光学部品。 ２、頂角がθの谷をなすように置かれた反射面の対が、
   平面上に該反射面の交わる谷線に垂直な方向に多数配列
   してなる反射面群と、該反射面対の配列方向と平行な母
   線をもつ少なくとも一つのシリンドリカルレンズからな
   り、被写体からの光は該反射面群に反射する前ないしは
   後の少なくとも一方で、少なくとも一つのシリンドリカ
   ルレンズを通過することによって像を結ぶ光学部品であ
   って、 被写体から反射面群の光路について I 式のγが、反射
   面群から像の光路について I 式のγと近似し、かつシ
   リンドリカルレンズによる像が得られ、角度θはII式を
   満たすことを特徴とする投影光学部品。 γ＝Σ＿ｋｌ＿ｋ／ｎ＿ｋ・・・ I π／２−ε＜θ＜π／２・・・II ε＝ｄ／２ｎ＿■γ＿■・・・III （式中、ｌ＿ｋ：光路の媒質（屈折率ｎ＿ｋ）の厚さｎ
   ＿ｋ：光路媒質の屈折率 ｄ：反射面対の幅 ｎ＿■：反射面を含む領域の屈折率 γ＿■：γ（反射面群→像）である） ３、反射面群に対して被写体側及び像側のシリンドリカ
   ルレンズの位置と構成が等しく対称であることを特徴と
   する請求項１記載の投影光学部品。 ４、反射面群に対して被写体側及び像側のシリンドリカ
   ルレンズの位置と構成が等しく対称であることを特徴と
   する請求項２記載の投影光学部品。 ５、反射面群の前に、反射面対の配列方向に垂直な遮光
   面を配列してなる請求項１又は３記載の投影光学部品。 ６、反射面群の前に、反射面対の配列方向に垂直な遮光
   面を配列してなる請求項２又は４記載の投影光学部品。