JPH06331930A

JPH06331930A - ライン結像素子

Info

Publication number: JPH06331930A
Application number: JP5118634A
Authority: JP
Inventors: Noriji Ooishi; 則司大石
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1993-05-20
Filing date: 1993-05-20
Publication date: 1994-12-02

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、かつ、色収差が小さく、より高性能なライン結像
素子を提供する。【構成】反射面が外側になるように対称に置かれた二
つのダブプリズム３、３と、これらの入・出射面に置か
れた二枚の焦点距離が等しい凸レンズを構成単位とし、
その構成単位をダブプリズムの反射面が互いに面するよ
うに直線上に複数個配列したライン結像素子において、
その凸レンズとして、片面が平面で一方の面のみが凸面
である平凸レンズ１、２を用い、その凸面が外側になる
ように配置して、または、両凸レンズを配置して、ライ
ン結像素子を構成する。更に、ダブプリズムの配列を、
帯状の板の上に反射面と垂直な方向に所定の間隔を置い
て同じ向きにダブプリズムを配列したものの二個を、互
いに他方のダブプリズムが所定の間隔中に嵌入するよう
に重ね合わせて構成する。

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、電子複
写機、ＬＥＤプリンタ等に用いられるライン結像素子に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ファクシミリ、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ライン結像素子が用いられている。
このようなライン結像素子としては、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49-889
3 号公報、特開昭57-104923 号公報、特開昭57-66414号
公報等参照）、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61-21031
9 号公報、特開昭56-117201 号公報、特開56-126801 昭
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60-254019 号公
報、特開昭60-254020 号公報、特開昭61-233714 号公
報、特開昭62-91902号公報、特開昭62-201417 号公報等
参照）等がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記したのライン結
像素子においては、円柱状の透明体に屈折率の分布を形
成し、また、これを制御することが必要であるが、その
ためには特殊なノウハウが必要であり、容易ではない。
加えて、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る
とＦ値が低下し、暗い光学系となってしまうという問題
がある。

【０００４】次に、のライン結像素子においては、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
せることが困難であるという問題がある。更に、およ
びのライン結像素子においては、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、のライン結像素子においては、像の反転に
ダハプリズム（あるいはルーフミラー）を用いるている
ので、屈折角の積算は小さく、色収差は小さいが、ダハ
プリズム（あるいはルーフミラー）とレンズとの軸合わ
せを精度良く実現することが難しいという問題がある。

【０００５】本発明者は、これらの問題点を解決し、特
に難しいノウハウを必要とせず、製作が容易で、かつ、
色収差が小さいライン結像素子を提供するべく、特願平
4-336834号のダブプリズムと凸レンズとの組み合わせか
らなるライン結像素子を案出したが、更に検討を進める
ことによって、そのようなライン結像素子の好ましい形
態が明らかになり、より高性能で、かつ、作り易いレン
ズアレイを完成するに至った。

【０００６】そこで、本発明は、上記した従来のライン
結像素子の問題点を解決し、特に難しいノウハウを必要
とせず、製作が容易で、かつ、色収差が小さく、より高
性能なライン結像素子を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記特願平4-336834号と
して提案した、反射面が外側になるように対称に置かれ
た二つのダブプリズムと、これらの入・出射面に置かれ
た二枚の焦点距離が等しい凸レンズを構成単位とし、そ
の構成単位をダブプリズムの反射面が互いに面するよう
に直線上に複数個配列したライン結像素子において、本
願第１の発明によれば、その凸レンズとして、片面が平
面で一方の面のみが凸面である平凸レンズを用い、その
凸面が外側になるように配置してライン結像素子を構成
し、また、本願第２の発明によれば、両凸レンズを配置
してライン結像素子を構成する。

【０００８】更に、本願第３の発明によれば、ダブプリ
ズムの配列を、帯状の板の上に反射面と垂直な方向に所
定の間隔を置いて同じ向きにダブプリズムを配列したも
のの二個を、互いに他方のダブプリズムが所定の間隔中
に嵌入するように重ね合わせて構成する。

【０００９】

【作用】上記した構成によれば、ダブプリズム列の入・
出射面に凸面が外側になるように平凸レンズを配置する
ことによって、解像度の指標であるＭＴＦ(ModulationT
ransfer Function)が均一に高い値を示すライン結像素
子を得ることができ、また、両凸レンズを配置すること
によって、より高いＭＴＦを示すライン結像素子を得る
ことができる。

【００１０】更に、本発明によるライン結像素子を製作
する際、直線上に多数のダブプリズムを精度良く並べる
必要があるが、個々のダブプリズムを別々に作って並べ
ると手間がかかり、製作コストが高くなって好ましくな
いが、上記第３の発明におけるように、ダブプリズムの
配列を二つのダブプリズム列に分けて、それぞれを一体
成形し、重ね合わせて製作しうるようにすれば、ダブプ
リズムを一つずつ並べる手間を省くことが可能となる。

【００１１】

【実施例】図１は、本願第１の発明によるライン結像素
子における構成単位の一例を示す斜視図であり、図２
（ａ）はそのｙｚ面、同図（ｂ）はｘｚ面の平面図であ
る。図中、１および２は平凸レンズ、３、３はダブプリ
ズム、３’、３’はダブプリズム３、３の反射面、４は
遮光部材、５は黒色接着剤、６は物体面、７は像面であ
る。物体面６および像面７はそれぞれの側の平凸レンズ
１および２から焦点距離だけ離れた位置にあり、構成単
位の光軸と物体面６および像面７の交点をそれぞれの原
点Ｏ、Ｏとし、そして、点ｘ₁および点±ｙ₁はそれぞ
れｘ軸上およびｙ軸上で原点Ｏから距離ｘ₁および±ｙ
₁の点である。

【００１２】図３は、ダブプリズムの作用を説明するた
めの説明図であり、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
で出射する特徴を有しており、入・出射面が反射面と鋭
角をなしているため、屈折により光軸に沿った光に対し
て効率よく作用する。このようなダブプリズムの作用か
ら、本構成単位は、図２（ａ）に示すように、ｙ方向に
は倒立像を投影するが、図２（ｂ）に示すように、ｘ方
向にはダブプリズム３の働きで正立像を投影することと
なる。

【００１３】ｘｚ面内で本構成単位の作用を説明すれ
ば、物体面６の点ｘ₁から平凸レンズ１に入った光は、
まず、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
レンズ１および２の焦点距離を表す。次いで、上記のダ
ブプリズムの作用によって、この光は光軸と角度ｔａｎ
^-1（ｘ₁／ｆ）をなす平行光に変換され、平凸レンズ２
の作用で像面７上の座標ｘ₁の点に集束する。すなわ
ち、（１）レンズ１による位置ー角度変換、（２）ダブ
プリズムによる角度の反転、（３）レンズ２による角度
ー位置変換、によってｘ方向の正立等倍像が得られる。

【００１４】図４は、本願第１の発明によるライン結像
素子の実施例の構成を示す斜視図であり、本構成単位
を、ダブプリズム３の反射面３’が互いに面するよう
に、直線上に複数個配列してアレイ化したものである。
上記したように各構成単位の像はｘ方向に正立している
ため、図示したようにアレイ化したときに、隣合う構成
単位の像は連続的につながり、ライン上の像の投影が実
現されることとなる。

【００１５】図５は、平凸レンズ１および２をその凸面
が内側に向くように配置した比較例を示す平面図であ
り、上記した特願平4-336834号における一実施例を示し
ている。図中、図１および図２における構成要素と同等
のものには同一の符号を付し、説明は省略する。このよ
うに凸面を内側に向けることによって、図１および図２
に示されている本構成単位におけるように、外側に向け
るものよりもレンズ面をダブプリズムの入・出射面に近
づけることができるため、光線の利用率が高く、かつ、
外側が平面であるので扱い易い等のメリットがあるが、
その後の検討により、この形態はＭＴＦの面で不利であ
ることが判明し、これを凸面を外側に向けることや、両
凸レンズを採用することによって改善することができる
ことを発見した。

【００１６】図６は、本願第２の発明によるライン結像
素子における構成単位を示す平面図であり、本構成単位
は、図１および図２に示した本願第１の発明によるライ
ン結像素子における構成単位の平凸レンズ１および２を
両凸レンズ１’および２’に置き換えたものである。本
構成単位の作用は、上記した図１および図２の場合と同
様であるが、改善されたＭＴＦを有し、高解像度の像投
影を実現することができる。

【００１７】図７は、本願第３の発明によるライン結像
素子の実施例の構成を示す分解斜視図であり、本実施例
においては、図１および図２に示した構成単位をアレイ
化したライン結像素子と光学的には同等であるが、別の
構成を有するライン結像素子が示されている。本実施例
のライン結像素子は、上記した本願第１によるライン結
像素子におけるダブプリズムの列を、図示したように、
二つの同形のダブプリズム・アレイ８に分解することが
できることに着目して構成されたものである。

【００１８】すなわち、図示されているように、帯状の
板８’ー１の上にダブプリズム３ー１、３ー１、・・・
をそれらの反射面と垂直な方向に、所定の間隔、すなわ
ち、ほぼダブプリズムの厚さ（図１あるいは図３のｂ）
ほど間隔を置いて、同じ向きに並べてダブプリズム列部
材８ー１を構成する。同様に、帯状の板８’ー２の上に
ダブプリズム３ー２、３ー２、・・・を並べてダブプリ
ズム列部材８ー２を構成する。そして、両ダブプリズム
列部材８ー１および８ー２を、上下左右を逆向きにし
て、それぞれのダブプリズム３ー１および３ー２が互い
にその反射面を接して嵌まり合うように重ね合わせて、
ダブプリズム列を形成する。こうして形成されたダブプ
リズム列の入・出射面に、それぞれ平凸レンズ１および
２が配列された凸レンズ列部材９ー１および９ー２を配
設する。こうして、結果として、図１および図２に示し
た構成単位のアレイからなるライン結像素子が構成され
る。

【００１９】このように構成された本願第３の発明によ
るライン結像素子においては、ダブプリズム列部材（プ
リズムアレイ）８ー１および８ー２と凸レンズ列部材
（凸レンズシート）９ー１および９ー２とをプラスチッ
クス等の透明材料により一体成型して製造することがで
きる。これらを一体成型品とすることで、ライン結像素
子製作の際におけるダブプリズムを並べる手間を省くこ
とができ、コストの低減を図ることができる。また、こ
れによって、ダブプリズムの配列精度を常に一定に保つ
ことが可能となり、不良品の発生率を低く抑えることが
可能となる。

【００２０】具体的な実例についての検討において、θ
＝４５°、ａ＝１１．８ｍｍ、ｂ＝２．８ｍｍ、プリズ
ムの高さｃ＝６ｍｍで材質ＢＫ７のダブプリズムと、曲
率半径８ｍｍで６ｍｍ x ６ｍｍの正方形のポリメチル
メタクリレート製平凸レンズとを用いて、図５の構成単
位の４ lp/mmの格子のＭＴＦを測定したところ、像面の
原点Ｏの付近で約５０％を示したのに対して、Ｏからｘ
方向に３ｍｍ離れた点では１０％未満と低く、レンズ間
に対応する部分でＭＴＦが著しく低下するという問題点
が明らかになった。これに対して、同じ平凸レンズを用
いた図１の構成単位によりＭＴＦを測定したところ、い
ずれの測定点においても５０％以上を記録し、これを図
４のようにアレイ化したものも、全体的に４０％以上の
ＭＴＦを示した。

【００２１】また、凸レンズを焦点距離１８ｍｍの両凸
レンズ１’、２’に変えた図６の構成単位は、原点Ｏの
付近で約８５％、原点Ｏからｘ方向に３ｍｍ離れた点で
６５％を示し、アレイ化した場合にも、全体的に６０％
以上とＭＴＦが改善された。両凸レンズは平凸レンズに
比べて高価であるため、特に高い解像度が要求される場
合に使用することとし、比較的低い解像度でもよいケー
スにおいて平凸レンズを用いたライン結像素子を使用す
るなどのように両者を使い分ければ、広い用途に対応す
ることが可能となる。

【００２２】更に、上記のダブプリズム（θ＝４５°、
ａ＝１１．８ｍｍ、ｂ＝２．８ｍｍ、ｃ＝６ｍｍ）を幅
１２ｍｍの板の上に６ｍｍの周期で並べて、図７のプリ
ズムアレイ８ー１および８ー２の形状の原型を作り、こ
れをシリコン樹脂で型どりし、そのシリコン型に透明ポ
リウレタン樹脂を真空中で流し込んでダブプリズム列部
材を作成し、入・出射面と反射面以外の部分には黒色塗
装を施した。また、上記平凸レンズと同じものが配列さ
れた構成の平凸レンズシート９ー１および９ー２を作成
して、図４と同等のライン結像素子を組み立て、これに
より連続した投影像が得られることを確認した。

【００２３】なお、プリズムアレイ８の作成のために射
出成型を用いれば、本具体例より更に精度良くプリズム
アレイを作ることが可能であり、より高性能なライン結
像素子を得ることができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明のライン結像
素子によれば、ダブプリズムと凸レンズとを組み合わせ
た構成単位の配列されたライン結像素子において、凸レ
ンズとして平凸レンズを用い、その凸面を外側に向けて
配置することによってＭＴＦが均一に高い値を示すこと
を可能にし、また、両凸レンズを用いることによってさ
らに高いＭＴＦを実現することが可能になった。

【００２５】更に、ライン上にダブプリズムが並ぶよう
に一体成型したプリズムアレイを用いてライン結像素子
を製作することにより、組み立てが大幅に簡易化され
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願第１の発明によるライン結像素子における
構成単位の一例を示す斜視図である。

【図２】本願第１の発明によるライン結像素子における
構成単位の一例を示す平面図である。

【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】本願第１の発明によるライン結像素子の実施例
の構成を示す斜視図である。

【図５】比較例の構成を示す平面図である。

【図６】本願第２の発明によるライン結像素子における
構成単位を示す平面図である。

【図７】本願第３の発明によるライン結像素子の実施例
の構成を示す分解斜視図である。

【符号の説明】

１、２…平凸レンズ１’、２’…両凸レンズ３、３ー１、３ー２…ダブプリズム４…遮光部材５…黒色接着剤６…物体面７…像面８ー１、８ー２…ダブプリズム列部材（プリズムアレ
イ）９ー１、９ー２…平凸レンズ列部材（平凸レンズシー
ト）

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
た二つのダブプリズムと、これらの入・出射面に、その
凸部が外側となるように置かれた二枚の焦点距離が等し
い平凸レンズとを構成単位とし、該ダブプリズムの反射
面が互いに面するように該構成単位が直線上に複数個配
列されているライン結像素子。
【請求項２】反射面が外側になるように対称に置かれ
た二つのダブプリズムと、これらの入・出射面に置かれ
た二枚の焦点距離が等しい両凸レンズとを構成単位と
し、該ダブプリズムの反射面が互いに面するように該構
成単位が直線上に複数個配列されているライン結像素
子。
【請求項３】帯状の板の上に、反射面と垂直な方向に
所定の間隔を置いて同じ向きに並んだダブプリズムを持
つダブプリズム列部材の二個を、上下左右を逆向きにし
て、各ダブプリズム列部材のダブプリズムが交互に並ぶ
ように重ね合わせて形成したダブプリズム列と、該ダブ
プリズム列の入・出射面のそれぞれに面して配置され、
該ダブプリズム列と同じ間隔で直線上に凸レンズの並ん
だ帯状レンズシートとを有する請求項１あるいは請求項
２に記載のライン結像素子。