JPH0485516A - 結像素子 - 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
等に使われる結像素子に関する。

〔従来技術〕

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ム上に投影
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６２−９１９０２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２、つを必要とし、
容易でない。また特に径の大きなロッドレンズを作るこ
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〕

本発明による結像素子は、 頂角がπ／２の谷をなす反射面の対が、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、この
反射面群に平行に配列した焦点距離の互い゛に等しい多
数のレンズ素子とを有する光学素子であって、レンズ素
子の幅は、反射面対の並ぶ間隔の１．５以上の半整数倍
、好ましくは、３倍以上であることを特徴とするもので
ある。

また、この発明の好ましい態様において、上記結像素子
に、被写体からの入射光と像を結ぶ出射光を分けるため
の反射手段を設けて、利用することができる。

さらに請求項４記載の好ましい態様において、上記の光
学部品の反射面群の前に、反射面対の配列方向に垂直な
遮光面を配列して、コントラストを改善することができ
る。

〔作　用〕

本発明の結像素子は、レンズ素子とその背後に置かれた
微小な反射面対の列によって、一方向に成立した等倍結
像単位を、多数配列してライン上の像を投影するもので
ある。

上記構成による作用を、図面を参照して詳細に説明する
。

第１図は、反射面対に断面図であって、直角に交わる二
つの反射面による反射を示したものである。この図から
両度射面に垂直な面内でこの様子を見ると、反射光は入
射光と平行逆向きに進むことが分かる。

次に第４図のように、上述の反射面対が短いピッチで並
んだ反射面群ｌとこの前に置かれたレンズ素子４による
反射を説明する。

第２図はレンズの焦点２から発した光が反射面群１によ
って反射する様子を、反射面対の稜線に垂直な面内でみ
たものである。これらの光線はレンズで平行光にされ、
反射面群で平行逆向きに反射するため、レンズで再び点
２の位置に集光する。

次に第３図はこれを反射面対の配列方向に垂直な面内で
みたもので、反射面対は平面鏡と同等な機能を果たし、
被写体の点２の像は３の位置に結ばれる。

この結果、第４図に於いて焦点面上の点２の像３が得ら
れ、この像はＸ方向には成立等倍像、ｙ方向には倒立等
倍像である。

第４図は本発明による実施例に一つである。

この様な極めて単純な構成によって、本発明の結像素子
は ■前記レンズアレイ■■で必要だった、面倒な軸合わせ
が不要となり、かつ ０色収差はレンズ−枝分にすぎない、 という性質を持つ。

先ず、上記■について説明する。

本発明の反射面群１を、レンズ素子と等しい間隔の、頂
角がπ／２の谷をなす反射面対の配列で置き換え、各レ
ンズ素子に一つの反射面対を対応させると、前述の従来
の光学部品■と同様の結像素子になる。これらの結像素
子はレンズと反射面対の位置を正しく合わせる必要があ
り、これらの位置関係がずれると明るさのムラ等の性能
の低下を生じることになる。特にこのずれが半周期にな
ると、はとんど像は得られない。

本発明では、レンズ素子の幅を、反射面対の並ぶ間隔の
１．５以上の半整数倍にすることによってこの問題を解
決している。

この様子を第１９図で説明する。ここではレンズの幅が
反射面対のピッチの１．５倍の場合を示しているが、他
の半整数倍の場合についても同様の推論が成り立つ。

同図では反射面対とレンズの位置関係を三つに分類しで
ある。同図（ａ）に於いて、反射面対のピッチを１とす
るとき ｐ−＋−＋；ｒ＝０．５ 、゛、　２　ｐ　＋　２　ｑ　＝　１ となり、有効な反射面の幅は１となる。

また（ｔ））　　（Ｃ）の場合も明らかに有効な反射面
の幅は１となるから、すべての場合について１になるこ
とがわかる。

従って、後述する第５図以降の実施例にあるように、矩
形のレンズ素子を使った場合には、反射面とレンズ素子
の位置のずれからくる明るさムラは生じないことになる
。なお、第４図のように円形のレンズを使う場合には、
若干のムラを生じることになる。

次に、請求項２に記載する好ましい態様においては、反
射面対のピッチをレンズ素子の幅に比べて十分小゛さく
とることによって、この位置合わせの必要を省くもので
ある。反射面とレンズ素子の位置のずれからくる明るさ
ムラは、せいぜい反射面一対外が有効になるか無効にな
るかの変動である。従ってレンズ素子当たりの反射面対
数が多（なればこの変動の割合は減少する。実用的には
明るさムラは少なくとも５０％以内であることが望まれ
るが、そのためにはレンズ素子の幅は、反射面対の並ぶ
間隔の３倍以上であることが望ましい。

更に望ましくは、５〜１０倍以上である。このようにレ
ンズ素子に比較して反射面対の幅が十分小さい場合には
、第４図のように円形レンズを使う場合にも反射面とレ
ンズ素子の位置のずれからくる明るさムラはほとんど生
じない。

いずれの場合にも、あるレンズ素子に入射した光が、反
射後に隣のレンズ素子に入って迷光とならないよう、遮
光手段１３を各レンズ間に設けると良い。この様子を第
９図（ａ）の平面図および第１８図の斜視図に示す。こ
れは黒色塗装で十分である。

本結像素子では、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。請求項４に記載する好ましい態様にお
いては、第１５図（１））のように遮光面６をおくこと
によって、この様な迷光を取り除くものである。

遮光面６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。図のように反射面
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（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。

東１３図（ａ）のように、屈折率がＪ２　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。＝＝−’　（１／　ｎ　） 但し　ｎ：屈折率 で表される臨界角θ６以下でプリズム面に入射した光が
ほとんど透過してしまうために、第１４図に示すように
、龜に−ｎ　ｓｉｎ　（π／４−θ。）を満たすに以上
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。但
しこれによってレンズ列の各レンズ素子の視野角が限ら
れるために、像位置が東１６図の位置８よりレンズ列に
近いと、各レンズ間に像が極端に暗い部分ができる。こ
れを避けるためには同図の位置９にように、８の位置よ
り遠い位置に像位置を置かなければならない。

言い替えれば ２ＬｔａｎｌＣ≧Ｔ （但し、Ｌはレンズ列と像面の距離） となるように、設定すれば良い。

いずれにせよこの場合は像に周期Ｔの明るさムラを生じ
易いため、Ｔの値の決定には注意が必要である。反射面
を金Ｒミラー等にする場合はこのようなムラは生じにく
いが、レンズの収差の点からもＴは小さい方がよい。

このようにプリズムを使う場合には、遮光面を設置する
場合も、第１３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θ、（＜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／２ 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。

以上は遮光面を反射面群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、反射面群の直前に置く
ことが最も好ましい。

〔実施例〕

以下、実施例を使って本発明をより具体的に説明する。

第５図〜第７図、第１０図に示す態様は本発明請求項３
に記載する実施例であり、反射面対のピッチの選び方に
よって請求項１あるいは２記載の実施例をとなる。全て
反射面群１をプリズム列として形成しており、プリズム
面には金属蒸着による増反射処理がなされている。

第５図に示す態様は、レンズアレイ６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、点２の像が３の位
置に得られる。

第６図に示す態様は、ハーフミラ−の面７を持つビーム
スプリッタ−を反射手段として使ったもので、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。

第７図に示す態様はレンズアレイ４とビームスプリッタ
−を一体にしたもので、被写体面と像面とは垂直′にな
る。

第８図に示す態様は像側と被写体側に別々にレンズアレ
イを設けた比較例で、原理的には結像するが、両レンズ
アレイの軸を正確に合わせることが困難であり、またＸ
方向の明るさムラを生じ易く、好ましくない。

第１０図に示す態様はレンズアレイ４と反射面５を一体
にしたものである。

第６図、第７図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×ビームスプリッ
タ−の透過率×反射率］だけであり、被写体からの光の
十以下である。第１１図に示す態様は第６図にレンズア
レイとプリズム列をもう一列追加したもので、これによ
って第６図の倍の明るさが得られる。ここで両レンズア
レイのレンズ素子の位置をＸ方向にずらすことによって
、第６図で生じる明るさムラを減じることも可能である
。

次に請求項４に記載した遮光面を導入する反射面群例を
第１２図（ｂ）に、これとレンズアレイを組み合わせた
ものを同図（ａ）に示す。また第９図（＋））の様にレ
ンズ間の遮光手段１３を深く切れ込んだものとすること
によって、遮光面とすることもできる。

本結像素子が実際に使われる場合の例を第１０図のタイ
プを例にとり、第１７図に示した。必要な長さの結像素
子部品を用いて、原稿１１の等倍像をイメージセンサ１
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〕

本発明はレンズアレイと反射面対の列を組み合せという
構成により、本発明の結像素子は■　前記従来レンズア
レイ■や■で必要だった、面倒な軸合わせを不要し、 ■　色収差をレンズ−枝分にするという性質を持つ。

従って、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製作が容易な投影光学系を構成する
ことができる。

【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７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８図は比
較例であり、それぞれ（ａ）は斜視図、（ｂ）はＸ軸に
垂直な断面図、 第９図は本発明の実施例の部分図、 第１０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１１図は第６図
の態様にレンズアレイとプリズム列をもう一列追加した
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１２図は本発明の実施例の部分図、 第１３図は本発明による遮光面の効果を示す原理図、 第１４図はプリズム列を反射面群に使用する説明図、 第１５図は本発明による遮光面の効果を示す原理図、 第１６図はプリズム列を反射面群に使用する説明図、 第１７図は本発明の応用例を示す斜視図、第１８図は本
発明の実施例の部分図、 第１９図は本発明によるレンズアレイと反射面群の関係
を示す説明図である。 ９　　　・ 被写体（像）の位置 結像素子 原稿 イメージセンサ 遮光部材 特許出願人　三菱レイヨン株式会社 反射面群 被写体く点） 像 レンズ素子 反射面 遮光面 ハーフミラ−面 つながった像が得られる位置 ′Ｈ２図 く２丸〉 （ｂ） 第６図 第３図 第４図 ＜ａ） （ｂ） 第７図 第９図 第１０図 （ａ） ＜ｂ＞ ｗ１１３図 ）Ｉｎ２図 （ａ） （ｂ） 第１２図 ＜ｂ＞ 第」５図 ｗ１１６図 第１７図 １ｉ１８図 ｗｉ１９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、頂角がπ／２の谷をなす反射面の対が、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
   、これに平行に配列した焦点距離の互いに等しい多数の
   レンズ素子とを有する光学素子であって、該レンズ素子
   の幅は、該反射面対の並ぶ間隔の１．５以上の半整数倍
   であることを特徴とする結像素子。 ２、頂角がπ／２の谷をなす反射面の対が、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
   、これに平行に配列した焦点距離の互いに等しい多数の
   レンズ素子とを有する光学素子であって、該レンズ素子
   の幅は、該反射面対の並ぶ間隔の３倍以上であることを
   特徴とする結像素子。 ３、請求項１、２のいずれかに記載の光学部品の反射面
   群の前に、反射面対の配列方向に垂直な遮光面を配列し
   てなる結像素子。 ４、請求項１〜３の結像素子に、レンズ素子及び反射面
   対の配列方向と平行な少なくとも一つの反射手段を有す
   る光学素子。