JPH06265813A

JPH06265813A - 結像素子

Info

Publication number: JPH06265813A
Application number: JP5742393A
Authority: JP
Inventors: Noriji Ooishi; 則司大石
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1993-03-17
Filing date: 1993-03-17
Publication date: 1994-09-22

Abstract

(57)【要約】【目的】特に難しいノウハウを必要とせず、製作が容
易で、色収差が小さいライン結像素子を提供する。【構成】本発明による結像素子は、反射面３′，３′
が外側になるように対称に置かれたダブプリズムの対の
一個３，３（４，４）あるいは該ダブプリズムの対の反
射面が平行に面するように配列された複数個からなる角
度反転部を、光軸が一致し、かつ、反射面が直交するよ
う直列に接合して二段の角度反転部３，３−４，４を形
成し、該二段の角度反転部の入・出射面に二枚の焦点距
離が等しい凸レンズ１および２をそれぞれ配置したもの
を構成単位とし、該構成単位が光軸に垂直な方向に複数
個配列されて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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。

【０００２】

【従来の技術】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結像素子が使われている。この様な
結像素子としては、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４９−８８９３号公報、特開昭５７−１
０４９２３号公報、特開昭５７−６６４１４号公報参
照）、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６
１−２１０３１９号公報、特開昭５６−１１７２０１号
公報、特開昭５６−１２６８０１号公報、特開昭５６−
１４０３０１号公報、特開昭５６−１４９００２号公
報、特開昭６０−２５４０１８号公報、特開昭６０−２
５４０１９号公報、特開昭６０−２５４０２０号公報、
特開昭６１−２３３７１４号公報、特開昭６２−９１９
０２号公報、特開昭６２−２０１４１７号公報参照）な
どがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記結像素子の方式
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、容易ではない。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。

【０００４】次に、方式では、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、方式
および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欠点がある。一方、方式
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。

【０００５】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
さい結像素子を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による結像素子
は、反射面が外側になるように対称に置かれたダブプリ
ズムの対の一個あるいは該ダブプリズムの対の反射面が
平行に面するように配列された複数個からなる角度反転
部を、光軸が一致し、かつ、反射面が直交するよう直列
に接合して二段の角度反転部を形成し、該二段の角度反
転部の入・出射面に二枚の焦点距離が等しい凸レンズを
それぞれ配置したものを構成単位とし、該構成単位が光
軸に垂直な方向に複数個配列されて構成される。

【０００７】

【作用】レンズアレイを使った結像素子においては、各
構成単位が正立像を結ぶことがつながりのある像を得る
ために必要である。本発明では、上記構成のようにダブ
プリズムの角度反転作用を使って、レンズの負担を低減
し、色収差や光軸合わせの負担を減らすことを可能にし
た。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明による結像素子の実施例にお
ける構成単位の一例の斜視図であり、図２（ａ）はｙｚ
面、図２（ｂ）はｘｚ面の平面図である。図中、１およ
び２は凸レンズ、３および４はそれぞれ一対のダブプリ
ズムすなわち梯形プリズム、３′および４′はそれぞれ
ダブプリズム３および４の反射面、５は接合面の接着
剤、６は遮光部材、７は物体面、８は像面である。Ｏ，
Ｏは物体面７および像面８の原点であり、ｘ₁およびｙ
₁はそれぞれｘ軸上およびｙ軸上の原点Ｏから距離ｘ₁
およびｙ₁にある点である。

【０００９】ここで、物体面７、像面８はそれぞれの凸
レンズ１および２から焦点距離だけ離れた位置にあり、
二段の角度反転部が一対のダブプリズム３と４とにより
形成されており、ｙ方向にはダブプリズム４の働きで正
立像が得られ、ｘ方向にはダブプリズム３の働きで正立
像が得られる。図３はダブプリズムすなわち梯形プリズ
ムの作用を説明するもので、入射面に光軸となす角αで
入射した光が反射面で反射して、出射面から逆向きに同
じ角度αで出射するのがダブプリズムの特徴であり、入
・出射面が反射面と鋭角θをなしているため、屈折によ
り光軸に沿った光に対して効率よく作用する。

【００１０】ｘｚ面内で本構成単位の作用を説明すれ
ば、図２（ｂ）に示されているように、物体面７の点ｘ
₁から凸レンズ１に入った光はまず凸レンズ１の作用で
光軸（ｚ軸）と角度−ｔａｎ^-1（ｘ₁／ｆ）をなす平行
光に変換される（ただし、ｆは凸レンズ１および２の焦
点距離を表す）。次いで、一段目の角度反転部である一
対のダブプリズム３の作用によって、この光は光軸と角
度ｔａｎ^-1（ｘ₁／ｆ）をなす平行光に変換され、二段
目の角度反転部である一対のダブプリズム４を通過し
て、凸レンズ２の作用で像面上の座標ｘ₁の点に集束す
る。

【００１１】また、ｙｚ面内では、図２（ａ）に示すよ
うに、二段目の角度反転部である一対のダブプリズム４
が角度を反転する作用を持ち、物体面７の点ｙ₁は同様
に像面８上の点ｙ₁に集束する。このように、本構成単
位によれば、（１）凸レンズ１による位置−角度変換、
（２）ダブプリズムによる角度の反転、（３）凸レンズ
２による角度−位置変換によって、ｘ方向の正立等倍像
が得られることとなる。

【００１２】このことは、凸レンズ１から凸レンズ２ま
での間で位置の情報が意味を持たないことを示してお
り、これが本結像素子の光学的な安定性につながってい
る。すなわち、図２において、凸レンズ１あるいは凸レ
ンズ２の位置がｘ，ｙ方向に少しずれても、それは像の
平行移動に表れるだけで像の質自体はほとんど変わらな
い。レンズアレイを組み立てる上で最も問題になるのは
レンズ間のピッチの変動が、配列方向に積算されて無視
できない光軸ずれを起こすことであるが、本結像素子は
この配列方向の光軸ずれの影響を受けにくいという特徴
を持っている。

【００１３】上述した構成単位を複数配列して構成した
本発明による結像素子の使用例を図４に示した。図示し
たように、直線上に連続した正立等倍像を得ることがで
きる。上述した本発明による結像素子の構成単位におい
ては、一対のダブプリズム３あるいは４における接合
面、すなわち、反射面３′あるいは４′の反対側の面は
粗面とし、黒色の接着剤５で接着するのが好ましい。こ
れによって、図５の点線のように、反射面３′あるいは
４′に反射してから出射面に至らなかった光線を吸収
し、迷光の発生を防ぐ効果がある。

【００１４】黒色接着剤５を使った場合でも、図６のよ
うな迷光を生じることが考えられるが、図６のような迷
光は、θ≦９０°−ｓｉｎ^-1（１／ｎ）が満たされれば
存在しない。さらに、各構成単位から漏れた光が隣の構
成単位に入り、有害な光になって像の質を低下させない
ように、各構成単位の間には遮光部材６をはさむことが
好ましい。

【００１５】図７は、ダブプリズムの適切な長さを示し
たものである。光軸（ｚ軸）に沿った光線が損失無く伝
わる条件は

【００１６】

【数１】

【００１７】である。この場合、各構成単位では凸レン
ズ１および２の中心軸周辺の像が最も明るく、かつ、収
差の最も少ない部分を有効に使える点で有利である。具
体的な実施例として、ａ＝１１．８mm、ｂ＝２．８mm、
θ＝４５°、プリズムの高さ６mmで材質ＢＫ７のダブプ
リズム２０個と、曲率半径１６mmで６mm×６mmの正方形
の凸レンズが５個並んだポリメチルメタクリレート製レ
ンズアレイ二枚と、遮光部材６として２４mm×６mmの長
方形に切った黒色の紙６枚を使い、図４に示すようなラ
イン結像素子を組立て、明瞭な正立等倍像が得られるこ
とを確認した。

【００１８】図８は、図４に示した実施例において、ア
レイをさらにｙ方向に積み上げた変形実施例である。こ
のような結像素子は、短い距離で大面積の正立等倍像を
投影できるのが特徴である。図９は、角度反転部の各々
が二つのダブプリズム対からなるもので、本発明による
結像素子の他の実施例における構成単位の例である。こ
のように複数のダブプリズム対を使うことにより、二つ
の凸レンズの距離とレンズの幅の比が小さくなり、各構
成単位が投影しうる領域は図１の例より広くなる。この
結果、アレイ化した際の像の明るさが増すという効果が
あり、そして、この効果は角度反転部のダブプリズム対
の数がさらに増えればより大きくなる。

【００１９】これに対して、図１０は二段目の角度反転
部のみが二つのダブプリズム対からなるもので、本発明
による結像素子の更に他の実施例における構成単位の例
であるが、この場合には、ｘ方向のみ各構成単位の投影
領域が広くなる。このような構成単位は、図４のように
構成単位を一列だけ並べるアレイであって、ｙ方向に投
影範囲を広げることが必要とされない場合に有効であ
る。

【００２０】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明による結像素
子においては、ロッドレンズアレイや三層レンズアレイ
と異なり、反射を利用して像反転を行いレンズの負担を
軽減したため、屈折によって生じる色収差は他のレンズ
アレイに比較して少ない。また、本発明による結像素子
は、単純な光学部品の組み合わせで構成されておた、比
較的簡単な軸合わせで実用的な性能を得ることが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による結像素子の実施例における構成単
位の一例を示す斜視図である。

【図２】本発明による結像素子の実施例における構成単
位の一例の平面図である。

【図３】ダブプリズムの作用を説明するための説明図で
ある。

【図４】本発明による結像素子の実施例の構成を示す斜
視図である。

【図５】図１の構成単位の作用を説明するための説明図
である。

【図６】図１の構成単位の作用を説明するための説明図
である。

【図７】図１の構成単位の作用を説明するための説明図
である。

【図８】図４の結像素子の変形実施例を示す斜視図であ
る。

【図９】本発明による結像素子の他の実施例における構
成単位の一例を示す斜視図である。

【図１０】本発明による結像素子の更に他の実施例にお
ける構成単位の一例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１…凸レンズ２…凸レンズ３…ダブプリズム３′…反射面４…ダブプリズム４′…反射面５…黒色接着剤６…遮光部材７…物体面８…像面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反射面が外側になるように対称に置かれ
たダブプリズムの対の一個あるいは該ダブプリズムの対
の反射面が平行に面するように配列された複数個からな
る角度反転部を、光軸が一致し、かつ、反射面が直交す
るよう直列に接合して二段の角度反転部を形成し、該二
段の角度反転部の入・出射面に二枚の焦点距離が等しい
凸レンズをそれぞれ配置したものを構成単位とし、該構
成単位が光軸に垂直な方向に複数個配列されてなる結像
素子。