JP2000221442A - 結像光学装置 - Google Patents

結像光学装置

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JP2000221442A
JP2000221442A JP11020803A JP2080399A JP2000221442A JP 2000221442 A JP2000221442 A JP 2000221442A JP 11020803 A JP11020803 A JP 11020803A JP 2080399 A JP2080399 A JP 2080399A JP 2000221442 A JP2000221442 A JP 2000221442A
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Japan
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lens
optical device
lens array
rod lens
imaging optical
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JP11020803A
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Shigeo Kikko
重雄 橘高
Hiroyuki Nemoto
浩之 根本
Shinji Kawamoto
真司 河本
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0056—Arrays characterized by the distribution or form of lenses arranged along two different directions in a plane, e.g. honeycomb arrangement of lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0062—Stacked lens arrays, i.e. refractive surfaces arranged in at least two planes, without structurally separate optical elements in-between
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0087—Simple or compound lenses with index gradient

Abstract

(57)【要約】 【課題】 像面湾曲の大きい部分の像を取り除いて、解
像力を向上させることのできる結像光学装置を提供す
る。 【解決手段】 半径方向に屈折率分布を有する円柱状の
ロッドレンズ１を、その光軸が互いに平行となるように
１列に複数本配列した等倍結像のロッドレンズアレイ２
を用い、このロッドレンズアレイ２の両側に原稿面３と
像面４とを配置して、結像光学装置を作製する。各ロッ
ドレンズ１の両端面に、各ロッドレンズ１のＹ軸方向
（ロッドレンズアレイ２の長手方向）における両端部を
覆うような矩形状の開口絞り５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ファクシミリ装置
や複写機などの画像伝送部に用いられる結像光学装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】半径方向に屈折率分布を有する複数本の
ロッドレンズがアレイ状に配列されたロッドレンズアレ
イを備えた結像光学装置、あるいは表裏面に所望の曲率
を有する微小凸レンズが規則正しく配列された均質レン
ズアレイを備えた結像光学装置等は、ファクシミリ装置
や複写機などの画像転送部に広く用いられている。
【０００３】ロッドレンズアレイとしては、各レンズの
外径が０．６〜１．１ｍｍ、解像力が空間周波数４〜６
line-pair/mm（略２００dpi〜３００dpi）に対してＭＴ
Ｆ（Modulation Transfer Function）６０％以上、とい
ったレベルのものがよく使用されている。
【０００４】ロッドレンズの屈折率分布は、例えば、下
記（数２）によって表記される。
【０００５】
【数２】ｎ（r）2 ＝ｎ0 2・｛１−（ｇ・ｒ）2 ＋ｈ4
・（ｇ・ｒ）4＋ｈ6 ・（ｇ・ｒ）6 ｝ 但し、上記（数２）において、ｒはロッドレンズの光軸
から測った径方向の距離、ｎ（r） はロッドレンズの光
軸から測った径方向の距離ｒの位置での屈折率、ｎ0 は
ロッドレンズの光軸上での屈折率（中心屈折率）、ｇ、
ｈ4 、ｈ6 は屈折率分布係数である。
【０００６】ロッドレンズの明るさは、主として開口角
によって規定され、開口角θ（°）は、下記（数３）に
よって表記される。
【０００７】
【数３】θ＝（ｎ0 ・ｇ・ｒ0 ）／（π／１８０） 開口角θが大きいほど明るい像を得ることができ、走査
に要する時間を短縮することができる。現在市販されて
いるロッドレンズにおける開口角θの最大値は２３°で
ある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】等倍結像に用いられる
ロッドレンズの場合、解像力を劣化させる収差は、主と
して球面収差と像面湾曲である。光軸上の球面収差は、
屈折率分布を最適化することによって補正することがで
きる。しかし、ロッドレンズは基本的に凸レンズのみに
よって構成されるため、ペッツファール和が大きくな
り、像面湾曲を補正することはできない。そして、ロッ
ドレンズアレイにおいては、複数のレンズの像が重なる
ため、像面湾曲があると、ピンボケ像の重ね合わせとな
り、解像力が著しく悪化してしまう。尚、像面湾曲は、
開口角θの２乗にほぼ比例するため、開口角θの大きい
レンズ（すなわち、明るいレンズ）ほど像面湾曲の影響
が大きく現れる。
【０００９】最近、プリンタやスキャナの高画質化に伴
って、１２line-pair/mm（略６００dpi ）以上の解像力
が上記ロッドレンズアレイに要求されるようになってき
ており、解像力を向上させるためには像面湾曲を極力小
さく抑えることが必要である。
【００１０】像面湾曲を減少させて解像力を向上させる
方法としては、２種類の方法がある。１つ目の方法は、
開口角θの小さいロッドレンズを用いる方法である。例
えば、外径が０．６ｍｍのロッドレンズの場合、開口角
θが１０°以下であれば、像面湾曲の影響は無視できる
ほど小さくなる。しかし、開口角θを小さくすると、像
が暗くなって、走査時間が長くなるという問題が生じ
る。
【００１１】像面湾曲を減少させて解像力を向上させる
２つ目の方法は、ロッドレンズの径を小さくする方法で
ある。像面湾曲による焦点のズレ量は、ロッドレンズの
径に比例して小さくなるため、開口角θの大きい明るい
ロッドレンズを使用しても解像力を向上させることがで
きる。しかし、ロッドレンズの径を小さくすると、ロッ
ドレンズと像面との距離（ＷＤ）も小さくなるので、照
明系やセンサー装置を設置するためのスペースが狭くな
るという問題が生じる。また、ロッドレンズアレイの組
み立て時に要求される精度も厳しくなり、コストアップ
の要因となる。
【００１２】ロッドレンズアレイ以外の等倍結像用の光
学素子としては、凸レンズと反射鏡を組み合わせたルー
フレンズアレイ、あるいは屈折率が均一な素材による透
明基板の表裏面に微小凸レンズが規則正しく配列された
２枚のレンズアレイ板を重ね合わせた均質レンズアレイ
等が知られている。しかし、これらの光学系も基本的に
は凸レンズのみによって構成されるため、上記したよう
にペッツファール和が大きくなり、屈折率分布ロッドレ
ンズアレイと同様に像面湾曲による解像力の低下が問題
となる。
【００１３】また、均質レンズアレイを用いて正立等倍
結像を得る場合、１つの光軸に並ぶレンズ面に隣接する
レンズから迷光が進入することによって生じる転送画像
の劣化を防止するために、隣接するレンズ間を隔離する
ようにされている。この場合、例えば、特開昭５５−９
０９０８号公報等に開示されているように、光軸上に並
ぶレンズをロッド状にし、ロッドレンズ間を異種材によ
って隔離する方法が採られている。
【００１４】しかし、ロッドレンズを用いた均質正立等
倍レンズアレイは、構成が複雑であり、また、アッセン
ブルによる性能のばらつき、工程の複雑さから、コスト
アップは避けられない。
【００１５】本発明は、従来技術における前記課題を解
決するためになされたものであり、像面湾曲の大きい部
分の像を取り除いて、解像力を向上させることのできる
結像光学装置を提供することを目的とする。また、本発
明は、容易にレンズアレイを成型することができる均質
素材を用い、隣接するレンズに迷光が進入することのな
い正立等倍の結像光学装置を提供することを目的とす
る。
【００１６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る結像光学装置の構成は、光学レンズ系
を、その光軸が互いに平行となるように１列もしくは複
数列に複数本配列したレンズアレイと、前記レンズアレ
イの両側に配置された原稿面及び像面とを備えた結像光
学装置であって、前記レンズアレイの少なくとも長手方
向において前記各光学レンズ系の光軸と一定以上の角度
で前記各光学レンズ系のレンズ面に入射し、あるいは前
記レンズ面から出射する光線を遮断する手段が設けられ
たことを特徴とする。この結像光学装置の構成によれ
ば、レンズアレイの長手方向において前記各光学レンズ
系の光軸と一定以上の角度で前記各光学レンズ系のレン
ズ面に入射し、あるいは前記レンズ面から出射する光線
が遮断されて開口角が小さくなるので、像面湾曲の大き
い部分の像が除かれ、レンズアレイとして用いた場合の
解像力が向上する。
【００１７】また、前記本発明の結像光学装置の構成に
おいては、レンズアレイの長手方向と直交する方向にお
いては、各光学レンズ系のレンズ面に入射し、あるいは
前記レンズ面から出射する光線が遮断されないのが好ま
しい。
【００１８】また、前記本発明の結像光学装置の構成に
おいては、光学レンズ系が、半径方向に屈折率分布を有
するロッドレンズであるのが好ましい。また、ロッドレ
ンズを用いる場合には、ロッドレンズのレンズアレイの
長手方向における両端部が前記ロッドレンズの光軸に沿
って削り取られているのが好ましい。この好ましい例に
よれば、レンズアレイの長手方向において前記各光学レ
ンズ系の光軸と一定以上の角度で前記各光学レンズ系の
レンズ面に入射し、あるいは前記レンズ面から出射する
光線が遮断されて開口角が小さくなるので、像面湾曲の
大きい部分の像が除かれ、レンズアレイとして用いた場
合の解像力が向上する。この場合にはさらに、ロッドレ
ンズのレンズ作用をなす部分の半径をｒ0 、前記ロッド
レンズのレンズアレイの長手方向における両端部が前記
ロッドレンズの光軸に沿って削り取られた後の前記ロッ
ドレンズの前記レンズアレイの長手方向における長さを
２ｒy としたとき、ｒy ／ｒ0 が、０．１≦ｒy ／ｒ0
≦０．８の範囲にあるのが好ましい。ｒy ／ｒ0 が０．
１未満の場合には、各ロッドレンズ１の幅が狭くなっ
て、ロッドレンズアレイ２の長手方向に必要なロッドレ
ンズ１の本数が多くなりすぎてしまい、また、ｒy ／ｒ
0 が０．８を超えると、像面湾曲の残存量が大きくなっ
て、解像力が低下してしまうからである。また、ロッド
レンズを用いる場合には、ロッドレンズの光軸方向の略
中央部に相対向する一対の切り欠きが設けられ、前記一
対の切り欠きの対向面の法線がレンズアレイの長手方向
を向いているのが好ましい。この好ましい例によれば、
レンズアレイとして組み立てる際には、各ロッドレンズ
の切り欠きに樹脂など、不透明な物質が充填されるた
め、レンズアレイの長手方向において前記各光学レンズ
系の像面湾曲の大きい部分の結像に関わる光線が遮断さ
れて開口角が小さくなる。その結果、像面湾曲の大きい
部分の像が除かれ、レンズアレイとして用いた場合の解
像力が向上する。この場合にはさらに、ロッドレンズの
レンズ作用をなす部分の半径をｒ0 、一対の切り欠きの
対向面間の距離を２ｒy としたとき、ｒy ／ｒ0 が、
０．１≦ｒy ／ｒ 0 ≦０．８の範囲にあるのが好まし
い。
【００１９】また、等倍結像光学系として屈折率分布ロ
ッドレンズを使用する場合には、ロッドレンズの光軸か
ら測った径方向の距離をｒ、前記ロッドレンズの光軸上
での屈折率をｎ0 、屈折率分布係数をｇ、ｈ4 、ｈ6 と
したとき、前記ロッドレンズの屈折率分布が下記（数
４）によって表記されるのが好ましい。
【００２０】
【数４】ｎ（r）2 ＝ｎ0 2・｛１−（ｇ・ｒ）2 ＋ｈ4
・（ｇ・ｒ）4＋ｈ6 ・（ｇ・ｒ）6 ｝ また、この場合には、θ＝ｎ0 ・ｇ・ｒ0 ／（π／１８
０）の式によって定義されるロッドレンズの開口角θ
が、４゜≦θ≦４０゜の範囲にあるのが好ましい。ま
た、この場合には、ロッドレンズの光軸上での屈折率ｎ
0 が、１．４≦ｎ0 ≦１．９の範囲にあるのが好まし
い。また、この場合には、ロッドレンズの長さをＺ0 、
前記ロッドレンズの周期長をＰ＝２π／ｇとしたとき、
Ｚ0 ／Ｐが、０．５≦Ｚ0 ／Ｐ≦１．０の範囲にあるの
が好ましい。この好ましい例によれば、正立結像させる
ことができる。また、ロッドレンズのレンズアレイ長手
方向における両端部がロッドレンズ光軸に沿って削り取
られている場合を除くと、ロッドレンズのレンズ作用を
なす部分の半径をｒ0 、隣接する前記ロッドレンズの光
軸間距離を２Ｒとしたとき、ｒ0 ／Ｒが、０．５≦ｒ0
／Ｒ≦１．０の範囲にあるのが好ましい。
【００２１】また、前記本発明の結像光学装置の構成に
おいては、光線を遮断する手段が、レンズアレイと原稿
面との間、前記レンズアレイと像面との間の少なくとも
一方の空間に設けられた開口絞りであるのが好ましい。
この好ましい例によれば、レンズアレイの長手方向にお
いて前記各光学レンズ系の光軸と一定以上の角度で前記
各光学レンズ系のレンズ面に入射し、あるいは前記レン
ズ面から出射する光線が遮断されて開口角が小さくなる
ので、像面湾曲の大きい部分の像が除かれ、レンズアレ
イとして用いた場合の解像力が向上する。また、この場
合には、開口絞りの形状が略矩形状であるのが好まし
い。また、この場合には、開口絞りの形状が略楕円形状
であるのも好ましい。また、この場合には、開口絞りが
光学レンズ系の端面から離して設けられているのが好ま
しい。この好ましい例によれば、レンズの有効面積を大
きくとりながら、像面湾曲の大きい光線を遮断すること
ができる。また、この場合には、開口絞りの各レンズ光
軸方向の厚みがｒ0 〜５ｒ0の範囲にあるのが好まし
い。また、この場合には、開口絞りが多段に設けられて
いるのが好ましい。この好ましい例によれば、開口絞り
に厚みを持たせた場合と同じ効果が得られると共に、各
段の開口絞りを薄くすることができるので、より精密な
穴開け加工が可能となる。また、この場合には、開口絞
りが、透明な平板の表面を印刷パターンによって黒色に
加工することによって形成されているのが好ましい。こ
の好ましい例によれば、穴の開いた薄板を用いた場合よ
りも寸法精度の高いパターンを低コストで作ることがで
きる。この場合にはさらに、光学レンズ系が、半径方向
に屈折率分布を有するロッドレンズであり、前記ロッド
レンズのレンズ作用をなす部分の半径をｒ0 、開口絞り
によって制限された前記ロッドレンズのレンズアレイの
長手方向における有効半径をｒy としたとき、ｒy ／ｒ
0 が、０．１≦ｒy ／ｒ0 ≦０．９の範囲にあるのが好
ましい。さらにこの場合には、ロッドレンズの光軸から
測った径方向の距離をｒ、前記ロッドレンズの光軸上で
の屈折率をｎ0 、屈折率分布係数をｇ、ｈ4 、ｈ6 とし
たとき、前記ロッドレンズの屈折率分布が下記（数５）
によって表記されるのが好ましい。
【００２２】
【数５】ｎ（r）2 ＝ｎ0 2・｛１−（ｇ・ｒ）2 ＋ｈ4
・（ｇ・ｒ）4＋ｈ6 ・（ｇ・ｒ）6 ｝ さらにこの場合には、ロッドレンズの開口角θが、４゜
≦θ≦４０゜の範囲にあるのが好ましい。さらにこの場
合には、ロッドレンズの光軸上での屈折率ｎ0 が、１．
４≦ｎ0 ≦１．９の範囲にあるのが好ましい。さらにこ
の場合には、ロッドレンズの長さをＺ0、前記ロッドレ
ンズの周期長をＰ＝２π／ｇとしたとき、Ｚ0 ／Ｐが、
０．５≦Ｚ0 ／Ｐ≦１．０の範囲にあるのが好ましい。
また、ロッドレンズのレンズアレイ長手方向における両
端部がロッドレンズ光軸に沿って削り取られている場合
を除くと、ロッドレンズのレンズ作用をなす部分の半径
をｒ 0 、隣接する前記ロッドレンズの光軸間距離を２Ｒ
としたとき、ｒ0 ／Ｒが、０．５≦ｒ0 ／Ｒ≦１．０の
範囲にあるのが好ましい。
【００２３】また、前記本発明の結像光学装置の構成に
おいては、レンズアレイが、表裏面に所望の曲率を有
し、全体として凸レンズ作用をなす微小レンズが規則正
しく配列された２枚の均質レンズアレイ板を重ね合わせ
た均質正立等倍レンズアレイであるのが好ましい。
【００２４】また、前記本発明の結像光学装置の構成に
おいては、光線を遮断する手段が、レンズアレイと原稿
面との間、前記レンズアレイと像面との間の少なくとも
一方の空間に設けられた遮光板であるのが好ましい。こ
の好ましい例によれば、レンズアレイの長手方向におい
て前記各光学レンズ系の光軸と一定以上の角度で前記各
光学レンズ系のレンズ面に入射し、あるいは前記レンズ
面から出射する光線が遮断されて開口角が小さくなるの
で、像面湾曲の大きい部分の像が除かれ、レンズアレイ
として用いた場合の解像力が向上する。また、この場合
には、遮光板が、レンズアレイの長手方向に周期的な構
造を有するのが好ましい。構造が不規則であると、光量
のムラが発生するからである。この場合にはさらに、遮
光板が平板状であり、複数の前記遮光板がレンズアレイ
の長手方向に一定の間隔で配置されているのが好まし
く、さらには、隣接する遮光板の間が透明な媒質で満た
されているのが好ましい。この好ましい例によれば、遮
光板の厚さを極めて薄くすることができるだけでなく、
遮光板の曲がりや間隔の変動を防止することができる。
さらには、遮光板が光学レンズ系の端面から離して設け
られているのが好ましい。この好ましい例によれば、遮
光板の間隔ピッチに起因する光量ムラを緩和することが
できる。さらには、遮光板のレンズアレイ長手方向の厚
みが、前記遮光板の間隔ピッチ長の１／５以下の範囲に
あるのが好ましい。さらには、遮光板のピッチが光学レ
ンズ系のピッチよりも小さいのが好ましい。この好まし
い例によれば、像の明るさの周期的なむらを防止するこ
とができる。この場合にはさらに、レンズアレイが、表
裏面に所望の曲率を有し、全体として凸レンズ作用をな
す微小レンズが規則正しく配列された２枚の均質レンズ
アレイ板を重ね合わせた均質正立等倍レンズアレイであ
り、射出成型によって作製されたものであるのが好まし
い。この好ましい例によれば、均質正立等倍レンズアレ
イに入射する、あるいは均質正立等倍レンズアレイから
出射する開口角よりも大きい角度の光線を排除すること
によって迷光を防止することができる。その結果、コン
トラストが向上するので、高品位な画像の伝送が可能と
なる。また、一体成型によって作製された均質正立等倍
レンズアレイに、遮光板をセットするだけで、円柱状の
ロッドレンズを、その光軸が互いに平行となるように複
数本配列して作製した均質正立等倍レンズアレイと同等
以上の性能を得ることができるので、製造コストを大幅
に抑えることができる。
【００２５】また、前記本発明の結像光学装置の構成に
おいては、レンズアレイの長手方向及び長手方向と直交
する方向において各光学レンズ系の光軸と一定以上の角
度で前記各光学レンズ系のレンズ面に入射し、あるいは
前記レンズ面から出射する光線を遮断する手段が設けら
れているのが好ましい。また、この場合には、光線を遮
断する手段が、レンズアレイと原稿面との間、前記レン
ズアレイと像面との間の少なくとも一方の空間に設けら
れた遮光板であり、前記遮光板が、原稿面及び像面と平
行な方向に２次元的に周期的な構造を有するのが好まし
い。さらには、隣接する遮光板の間が透明な媒質で満た
されているのが好ましい。さらには、遮光板が光学レン
ズ系の端面から離して設けられているのが好ましい。さ
らには、遮光板の形状が蜂の巣状であるのが好ましい。
蜂の巣状は、向きによる制限角度の差が小さく、板厚を
薄くすることができ、かつ、作り易い形状だからであ
る。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態を用いて本発明
をさらに具体的に説明する。
【００２７】〈第１の実施の形態〉本実施の形態におい
ては、図１、図２に示すように、半径方向に屈折率分布
を有する円柱状のロッドレンズ１を、その光軸１ａが互
いに平行となるように１列に複数本配列した等倍結像の
ロッドレンズアレイ２を用い、このロッドレンズアレイ
２の両側に原稿面３と像面４とを配置して、結像光学装
置を作製した。
【００２８】さらに、図３（Ｂ）に示すように、各ロッ
ドレンズ１の両端面には、各ロッドレンズ１のＹ軸方向
（ロッドレンズアレイ２の長手方向）における両端部を
覆うような矩形状の開口絞り５が設けられている。
【００２９】ところで、図３（Ａ）に示すように、各ロ
ッドレンズ１に開口絞り５が設けられていない場合に
は、ロッドレンズアレイ２の長手方向（Ｙ軸方向）に沿
って大きな像面湾曲が生じる。そして、ロッドレンズア
レイ２の結像においては、複数のロッドレンズ１の像が
重なるため、このような像面湾曲があると、ピンボケ像
の重ね合わせとなり、解像度が著しく悪化してしまう。
【００３０】しかし、図３（Ｂ）に示すように、各ロッ
ドレンズ１の両端面に開口絞り５を設けた場合には、Ｙ
軸方向において各ロッドレンズ１の光軸１ａと一定以上
の角度で各ロッドレンズ１のレンズ面に入射し、あるい
は前記レンズ面から出射する光線が遮断されて開口角θ
が小さくなるので（開口絞り５が設けられていない場合
の開口角をθA 、開口絞り５を設けた場合の開口角をθ
B としたとき、θB ＜θA ）、像面湾曲の大きい部分の
像が除かれ、ロッドレンズアレイ２として用いた場合の
解像力が向上する。この場合、Ｘ軸方向（ロッドレンズ
アレイ２の長手方向と直交する方向）の開口と像面湾曲
は、開口絞り５が設けられていない図３（Ａ）の場合と
変わらないが、走査装置等で利用される像はＹ軸方向の
線状部分に限定されるので、Ｘ軸方向の像面湾曲の影響
は無視することができる。また、開口絞り５を設けるこ
とによってロッドレンズ１のレンズ面の面積はＹ軸方向
に幾分減少するが、Ｘ軸方向についてはそのままである
ので、明るさの減少は全体として小さく抑えることがで
きる。
【００３１】尚、本実施の形態においては、開口絞り５
として矩形状の開口絞りを例に挙げて説明したが、開口
絞り５の形状は必ずしも矩形状に限定されるものではな
い。例えば、図４に示すように、Ｘ軸方向に長軸を持つ
楕円形状の開口絞り６を各ロッドレンズ１に設けた場合
であっても、本実施の形態と同様の効果が得られる。
【００３２】また、本実施の形態においては、各ロッド
レンズ１の両端面に開口絞り５が設けられているが、必
ずしもこの構成に限定されるものではなく、図５に示す
ように、各ロッドレンズ１の一方の端面のみに開口絞り
５を設けて、構成を簡略化することもできる。また、レ
ンズの有効面積を大きくとりながら、像面湾曲の大きい
光線を遮断するために、開口絞り５を各ロッドレンズ１
の端面から離して設けた構成（図６）、開口絞り５の厚
みを厚くした構成（図７）、開口絞り５を多段にした構
成（図８）を、単独であるいは組み合わせて用いてもよ
い。
【００３３】開口絞り５又は６を厚くすると、光軸方向
の両端で開口絞りの効果がある。この効果を十分に発揮
させるためには、ロッドレンズ１の有効なレンズ部分の
半径、すなわち、レンズ作用をなす部分の半径ｒ0 以上
の厚みを持たせるのが望ましい。但し、厚みが５ｒ0 を
超えると、像が暗くなりすぎるため好ましくない。
【００３４】また、開口絞り５を各ロッドレンズ１の端
面から離して設ける場合、開口絞り５と各ロッドレンズ
１の端面との距離は、ｒ0 以上６ｒ0 以下の範囲にある
のが望ましい。
【００３５】開口絞り５又は６の材質としては、ステン
レス、アルミニウム、黄銅等の金属、あるいは不透明な
プラスチック等を挙げることができる。また、不要な迷
光を減らすために、開口絞り５又は６の表面は黒色艶消
し状態であるのが望ましい。
【００３６】さらに、図９に示すように、透明な平板
（例えば、ガラス板）７の片面もしくは両面の一部を、
黒色のインク又は塗料などを用いた印刷パターン８によ
って黒色に加工することにより、開口絞り９として用い
ることもできる。このように印刷パターン８によって開
口絞り９を形成すれば、穴の開いた薄板を用いた場合よ
りも寸法精度の高いパターンを低コストで作ることがで
きる。
【００３７】上記いずれの場合においても、図１０に示
すように、ロッドレンズ１の有効なレンズ部分の半径、
すなわち、レンズ作用をなす部分の半径をｒ0 、開口絞
り５（又は６、９）によって制限される各ロッドレンズ
１のＹ軸方向（ロッドレンズアレイ２の長手方向）の有
効半径をｒy としたとき、ｒy ／ｒ0 は、０．１≦ｒ y
／ｒ0 ≦０．９の範囲にあるのが望ましい。ｒy ／ｒ0
が０．１未満の場合には、レンズの明るさが極端に減少
してしまい、また、ｒy ／ｒ0 が０．９を超えると、像
面湾曲の残存量が大きくなって、解像力が低下してしま
うからである。
【００３８】図１１に示すように、ロッドレンズ１の屈
折率ｎは半径方向に分布しており、その屈折率分布は、
下記（数６）によって表記される。
【００３９】
【数６】ｎ（r）2 ＝ｎ0 2・｛１−（ｇ・ｒ）2 ＋ｈ4
・（ｇ・ｒ）4＋ｈ6 ・（ｇ・ｒ）6 ｝ 但し、上記（数６）において、ｒはロッドレンズ１の光
軸１ａから測った径方向の距離、ｎ（r）はロッドレン
ズ１の光軸１ａから測った径方向の距離ｒの位置での屈
折率、ｎ0 はロッドレンズ１の光軸１ａ上での屈折率
（中心屈折率）、ｇ、ｈ4 、ｈ6 は屈折率分布係数であ
る。
【００４０】図１２に示すように正立結像するために
は、ロッドレンズ１の長さをＺ0 、ロッドレンズ１の周
期長をＰ（＝２π／ｇ）としたとき、Ｚ0 ／Ｐが、０．
５＜Ｚ 0 ／Ｐ＜１．０の範囲にあることが必要である。
【００４１】ロッドレンズアレイ２の端面（レンズ面）
と原稿面３との間隔、及びロッドレンズアレイ２の端面
（レンズ面）と像面４との間隔Ｌ0 （図２参照）は、近
軸焦点の場合、下記（数７）によって表記される。
【００４２】
【数７】Ｌ0 ＝−｛１／（ｎ0 ・ｇ）｝・ｔａｎ（Ｚ0
π／Ｐ） しかし、ロッドレンズアレイ２全体の球面収差と像面湾
曲のバランスを考慮すると、ロッドレンズアレイ２の端
面（レンズ面）と原稿面３との間隔、及びロッドレンズ
アレイ２の端面（レンズ面）と像面４との間隔は、Ｌ0
から幾分ずれた値の方が解像力の最も良好な値となるこ
ともある。
【００４３】ロッドレンズ１の有効なレンズ部分の半
径、すなわち、レンズ作用をなす部分の半径ｒ0 は、
０．０５ｍｍ≦ｒ0 ≦０．６０ｍｍの範囲にあるのが望
ましい。
【００４４】ロッドレンズ１の諸収差による像のボケ量
はレンズ全体の大きさに比例して大きくなるため、ｒ0
が小さいレンズの方が高解像を実現し易い。しかし、ｒ
0 が０．０５ｍｍ未満のロッドレンズ１は、製造及びそ
の組立てが困難であり、また、各ロッドレンズ１の有効
なレンズ部分の半径ｒ0 が０．６０ｍｍを超えるロッド
レンズアレイ２の場合には、収差量が大きくなり過ぎて
しまう。
【００４５】ロッドレンズ１の光軸１ａ上での屈折率
（中心屈折率）ｎ0 の実現可能な値は、ロッドレンズの
材料（ガラスあるいは合成樹脂）によって決まり、１．
４≦ｎ 0 ≦１．９の範囲にある。
【００４６】ロッドレンズ１の明るさは、無次元数ｇ・
ｒ0 、あるいはレンズが光を取り込むことのできる範囲
を示す開口角によって規定される。ここで、開口角θ
（°）は、下記（数８）によって表記される。
【００４７】
【数８】θ＝（ｎ0 ・ｇ・ｒ0 ）／（π／１８０） イオン交換法等によって作製されるロッドレンズ１の開
口角θは、４゜≦θ≦４０゜の範囲にある。この中で本
発明に特に有効な範囲は、８°≦θ≦３０°である。開
口角θが８°未満の場合には、像面湾曲の影響が元々小
さいため、開口絞りによる解像力向上の効果も小さい。
また、開口角θが３０°を超えると、ロッドレンズ１の
作製が困難になると共に、像面湾曲の影響が大きくなり
すぎるために、開口絞りを設けても解像力が不足してし
まう。
【００４８】隣接するロッドレンズ１の光軸間距離２Ｒ
は、２ｒ0 （ロッドレンズ１の有効なレンズ部分の直
径）に一致させるのが、像の光量を最大にすることがで
きるため、最も望ましい。しかし、ロッドレンズ１の周
辺部分は屈折率分布が設計値から大きくずれるため、レ
ンズとして使用することができない場合が多く、また、
レンズ側面での全反射による迷光を防止するために、光
吸収層が設けられる場合もある。さらに、ロッドレンズ
アレイ２を製造する際の都合により、ロッドレンズ１同
士がある程度離れて配列される場合もある。以上のこと
を考慮して、ｒ0／Ｒは、０．５≦ｒ0 ／Ｒ≦１．０を
満たす範囲に設定されるのが望ましい。
【００４９】本発明者らは、上記構成のロッドレンズア
レイ２を以下の仕様で設計し、矩形状の開口絞り５を設
けた場合の解像力（ＭＴＦ値）を、米国Sinclair Optic
s 社製の光学設計ソフトウェア『Oslo Six』を使用して
計算した。
【００５０】 光の波長λ ５７０ｎｍ レンズ径２ｒ0 ０．５６３ｍｍ 中心屈折率ｎ0 １．６３９ 屈折率分布定数ｇ ０．８６３７ｍｍ-1 屈折率分布定数ｈ4 ０．５４ 開口角θ ２２．４° ロッドレンズの周期長Ｐ ７．２８ｍｍ ロッドレンズの長さＺ0 ４．３０ｍｍ Ｚ0 ／Ｐ ０．５９１ 隣接するロッドレンズの光軸間距離２Ｒ ０．５６３ｍｍ ｒ0 ／Ｒ １．０ Ｌ0 ２．４０ｍｍ 開口絞り５としては、図１３に示すような厚みのある矩
形状の開口絞りを用い、ロッドレンズ１の原稿面３側
（物体側）の端面にのみ開口絞り５を設けた。開口 絞
り５の幅２ｒy （ｒy ：開口絞り５によって制限された
ロッドレンズ１のＹ軸方向（ロッドレンズアレイ２の長
手方向）における有効半径）と厚さｔを変えた場合につ
いて、ロッドレンズアレイ２の端面（レンズ面）と原稿
面（物体面）３との間隔、及びロッドレンズアレイ２の
端面（レンズ面）と像面４との間隔Ｌ、図１３のＡ´点
（像面上である特定のロッドレンズ光軸上にある点）で
の像の明るさ、図１３のＢ´点（像面上である特定のロ
ッドレンズ光軸と隣接するロッドレンズ光軸との中間に
ある点）での像の明るさ、図１３のＡ´点でのＭＴＦ値
を計算した。その結果を、下記（表１）及び図１４〜図
１７に示す。尚、開口絞りを設けない場合の計算結果
を、比較例１として下記（表１）及び図１８に示してい
る。
【００５１】
【表１】 像の明るさは、スポットダイアグラム作成時に像面４ま
で到達した光線の数によって求めたものであり、開口絞
りを設けない比較例１（Ａ´点での像の明るさ：１０
０）との相対値である。尚、ロッドレンズアレイ２の端
面（レンズ面）と原稿面（物体面）３との間隔、及びロ
ッドレンズアレイ２の端面（レンズ面）と像面４との間
隔ＬはＭＴＦ値が最高となる値としたので、上記Ｌ0 と
一致するとは限らない。
【００５２】上記（表１）及び図１４〜図１８から分か
るように、開口絞り５を設けることにより、ＭＴＦ値は
格段に向上している。また、像の明るさは、設計例１〜
３では、開口絞りを設けない比較例１に対して半分程度
確保されている。一方、設計例４では、像の明るさは低
下するものの、ＭＴＦ値は非常に良好となっている。
【００５３】また、上記仕様のロッドレンズアレイ２に
実際の開口絞り５を設けた場合の解像力（ＭＴＦ値）
を、８line-pair/mmパターン、１２line-pair/mmパター
ン及び１６line-pair/mmパターンのそれぞれの場合につ
いて実測した。また、像面４のＹ軸方向の中心線上での
像の明るさの平均値も測定した。開口絞り５としては、
図１３に示すような黒色艶消し塗装によって形成した厚
みのある矩形状の開口絞りを用い、この開口絞り５はロ
ッドレンズ１の原稿面３側（物体側）の端面にのみ設け
た。また、開口絞り５の幅２ｒy は０．３ｍｍ、開口絞
り５の厚さｔは０．５ｍｍとした。ＭＴＦ値の測定に
は、焦点位置に設置した線状のＣＣＤ（素子間隔：７μ
ｍ）を用い、測定範囲約３．５ｍｍ（５１２点測定）の
ＭＴＦ平均値と明るさの平均値を測定した。また、比較
のために、同一のロッドレンズアレイで開口絞りを設け
ない場合のＭＴＦ値と像の明るさも測定した。測定結果
を下記（表２）に示す。
【００５４】
【表２】 上記（表２）から分かるように、開口絞り５を設けるこ
とにより、像の明るさは半減するものの、ＭＴＦ値を大
幅に向上させることができる。
【００５５】〈第２の実施の形態〉図１９は本発明の第
２の実施の形態における結像光学装置の構成を示す配置
図である。
【００５６】本実施の形態においても、上記第１の実施
の形態と同様に、半径方向に屈折率分布を有する円柱状
のロッドレンズ１を、その光軸１ａが互いに平行となる
ように１列に複数本配列した等倍結像のロッドレンズア
レイ２を用いて説明する（図１、図２参照）。
【００５７】図１９に示すように、ロッドレンズアレイ
２の原稿面３側と像面４側には、平板状の遮光板１０が
ロッドレンズアレイ２の長手方向（Ｙ軸方向）に周期的
に配置されている。この場合、各遮光板１０の法線はＹ
軸方向を向いている。このような遮光板１０をロッドレ
ンズアレイ２の原稿面３側と像面４側に設けることによ
り、ロッドレンズアレイ２のＹ軸方向において各ロッド
レンズ１の光軸１ａと一定の角度θmax 以上で各ロッド
レンズ１のレンズ面に入射し、あるいは前記レンズ面か
ら出射する光線が遮断されるので、像面湾曲の大きい部
分の像が除かれ、ロッドレンズアレイ２として用いた場
合の解像力が向上する。この場合、Ｘ軸方向（ロッドレ
ンズアレイ２の長手方向と直交する方向）の開口と像面
湾曲は、遮光板１０が設けられていない場合と変わらな
いが、走査装置等で利用される像はＹ軸方向の線状部分
に限定されるので、Ｘ軸方向の像面湾曲の影響は無視す
ることができる。
【００５８】また、上記構成においては、ロッドレンズ
アレイ２と原稿面３との間、及びロッドレンズアレイ２
と像面４との間の双方の空間に遮光板１０が設けられて
いるが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、
ロッドレンズアレイ２と原稿面３との間、ロッドレンズ
アレイ２と像面４との間の少なくとも一方の空間に遮光
板１０を設けて、構成を簡略化することもできる。
【００５９】光量の損失を小さくするためには、遮光板
１０の厚みはできるだけ薄い方が望ましく、例えば、遮
光板１０の間隔ピッチ長の１／５以下の範囲にあるのが
望ましい。
【００６０】遮光板１０のピッチはロッドレンズ１のピ
ッチと一致させる必要はないが、像の明るさの周期的な
むらを防止するためには、遮光板１０のピッチをロッド
レンズ１のピッチよりも小さくするのが望ましい。後述
する設計例５においては、ロッドレンズ１のピッチが
０．５６３ｍｍであるのに対して、遮光板１０のピッチ
は０．２ｍｍに設定されている。
【００６１】遮光板１０のレンズ光軸方向の長さは、遮
光板１０の間隔ピッチ長（『Ｐs 』とする）を基準とし
て、その１〜１０倍の範囲にあるのが望ましい。遮光板
１０のレンズ光軸方向の長さが１Ｐs 未満であると、像
面湾曲の大きい部分の像をカットする効果がほとんどな
い。また、遮光板１０のレンズ光軸方向の長さが１０Ｐ
s を超えると、像の光量が著しく低下してしまう。ま
た、像面光量のムラを防止するためには、遮光板１０と
ロッドレンズアレイ２との間の距離を１Ｐs 以上離すの
が望ましい。但し、この距離を大きくとると、遮光板１
０と像面４あるいは原稿面３との間隔が狭くなり、照明
装置等を設置する空間がとれなくなるおそれがあるの
で、遮光板１０と像面４あるいは原稿面３との間隔も１
Ｐs 以上確保するのが望ましい。
【００６２】本実施の形態における遮光板１０は、例え
ば、以下のような方法によって作製することができる。
１つ目の方法は、図２０に示すように、表面が黒色の例
えば金属、プラスチックからなる薄板１１を、一定の厚
みのスペーサー１２を介して重ね合わせて接着した後、
所定の厚さに切断する方法である。２つ目の方法は、図
２１に示すように、表面を黒色艶消し処理したガラスか
らなる透明板１３を多数枚重ねて接着した後、所定の厚
さに切断して両面をポリッシュ加工する方法である。
尚、この場合、ガラスの屈折率を考慮して各部分の寸法
を修正する必要がある。例えば、空気層の厚さＴの部分
を屈折率ｎのガラスに置き換える場合、ガラス層の厚さ
をｎ・Ｔに修正する必要がある。
【００６３】ロッドレンズアレイ２として上記第１の実
施の形態における上記設計例１〜４と同一のものを用
い、遮光板１０を図２２に示すように配置した。すなわ
ち、遮光板１０は、ロッドレンズ１の原稿面３側（物体
側）にのみ設けられており、かつ、ロッドレンズ１から
離して設けられている。尚、図２２中、Ｚ0 はロッドレ
ンズ１の長さ、Ｌはロッドレンズアレイ２の端面（レン
ズ面）と原稿面（物体面）３との間隔、及びロッドレン
ズアレイ２の端面（レンズ面）と像面４との間隔、ｐは
遮光板１０のピッチ、Ｄ1はロッドレンズ１の端面（レ
ンズ面）から遮光板１０の原稿面３側（物体側）端部ま
での距離、Ｄ2 は遮光板１０のロッドレンズ光軸方向の
長さである。
【００６４】下記（表３）に、本実施の形態の設計例を
示す。
【００６５】
【表３】 上記設計例について、図２２のＡ´点（像面上である特
定のロッドレンズ光軸上にある点）での像の明るさ、図
２２のＢ´点（像面上である特定のロッドレンズ光軸と
隣接するロッドレンズ光軸との中間にある点）での像の
明るさ、図２２のＡ´点でのＭＴＦ値を計算した。その
結果を、上記（表３）及び図２３に示す。
【００６６】尚、像の明るさは、スポットダイアグラム
作成時に像面４まで到達した光線の数によって求めたも
のであり、遮光板１０のない場合（Ａ´点での像の明る
さ：１００）との相対値である。
【００６７】上記（表３）及び図２３から分かるよう
に、遮光板１０を設けることにより、像の明るさは低下
するものの、ＭＴＦ値は格段に向上している（上記第１
の実施の形態の（表１）中の比較例１及び図１８を参
照）。
【００６８】〈第３の実施の形態〉図２４は本発明の第
３の実施の形態における結像光学装置の構成を示す配置
図である。
【００６９】本実施の形態においても、半径方向に屈折
率分布を有するロッドレンズ１を、その光軸１ａが互い
に平行となるように１列に複数本配列した等倍結像のロ
ッドレンズアレイ２を用いて説明する（図１、図２参
照）。但し、本実施の形態においては、各ロッドレンズ
１の形状が上記第１の実施の形態と異なっている。すな
わち、図２４に示すように、各ロッドレンズ１は、ロッ
ドレンズアレイ２の長手方向（Ｙ軸方向）における両端
部がロッドレンズ１の光軸１ａに沿って対称に削り取ら
れており、Ｙ軸方向の長さが短くなっている。そして、
各ロッドレンズ１の削り取られた面同士を接合すること
により、いわゆる１列のロッドレンズアレイ２が構成さ
れている。尚、接合面は、光の透過や全反射による迷光
を防止するために、スリ面加工や黒色ツヤ消し塗装など
が施されている。
【００７０】このように、各ロッドレンズ１のロッドレ
ンズアレイ２の長手方向（Ｙ軸方向）における両端部を
ロッドレンズ１の光軸１ａに沿って削り取ることによ
り、上記第１の実施の形態と同様に、Ｙ軸方向において
各ロッドレンズ１の光軸１ａと一定以上の角度で各ロッ
ドレンズ１のレンズ面に入射し、あるいは前記レンズ面
から出射する光線が遮断されて開口角θが小さくなるの
で、像面湾曲の大きい部分の像が除かれ、ロッドレンズ
アレイ２として用いた場合の解像力が向上する。また、
このようにロッドレンズ１の一部を削り取ることによ
り、ロッドレンズ１のレンズアレイ長手方向の密度が大
きくなるため、像の明るさの低下は小さい。さらに、開
口絞りなどの別部材を用いることなく、上記第１の実施
の形態と同様の効果が得られるため、結像光学装置の組
み立てが容易となる。尚、この場合、Ｘ軸方向（ロッド
レンズアレイ２の長手方向と直交する方向）の開口と像
面湾曲は、各ロッドレンズ１のロッドレンズアレイ２の
長手方向（Ｙ軸方向）における両端部をロッドレンズ１
の光軸１ａに沿って削り取らない場合と変わらないが、
走査装置等で利用される像はＹ軸方向の線状部分に限定
されるので、Ｘ軸方向の像面湾曲の影響は無視すること
ができる。
【００７１】ロッドレンズ１の本来の半径（レンズ作用
をなす部分の半径）をｒ0 、各ロッドレンズ１のロッド
レンズアレイ２の長手方向（Ｙ軸方向）における両端部
をロッドレンズ１の光軸１ａに沿って削り取った後のロ
ッドレンズ１のＹ軸方向における長さを２ｒy としたと
き、ｒy ／ｒ0 は、０．１≦ｒy ／ｒ0 ≦０．８の範囲
にあるのが望ましい。ｒy ／ｒ0 が０．１未満の場合に
は、各ロッドレンズ１の幅が狭くなって、ロッドレンズ
アレイ２の長手方向に必要なロッドレンズ１の本数が多
くなりすぎてしまい、また、ｒy ／ｒ0 が０．８を超え
ると、像面湾曲の残存量が大きくなって、解像力が低下
してしまうからである。
【００７２】下記（表４）に、本実施の形態の設計例を
示す。表４に示す以外のロッドレンズ等の仕様は、上記
第１の実施の形態における設計例１〜４と同じである。
【００７３】
【表４】 上記第２の実施の形態と同様に、図２２のＡ´点に対応
する点での像の明るさ、図２２のＢ´点に対応する点で
の像の明るさ、図２２のＢ´点に対応する点でのＭＴＦ
値を計算した。その結果を、上記（表４）及び図２５、
図２６に示す。
【００７４】尚、像の明るさは、スポットダイアグラム
作成時に像面４まで到達した光線の数によって求めたも
のであり、各ロッドレンズ１のロッドレンズアレイ２の
長手方向（Ｙ軸方向）における両端部をロッドレンズ１
の光軸１ａに沿って削り取らない場合（Ａ´点での像の
明るさ：１００）との相対値である。
【００７５】上記（表４）及び図２５、図２６から分か
るように、各ロッドレンズ１のロッドレンズアレイ２の
長手方向（Ｙ軸方向）における両端部をロッドレンズ１
の光軸１ａに沿って削り取ることにより、像の明るさを
高く維持しながら、ＭＴＦ値を大幅に向上させることが
できる。
【００７６】〈第４の実施の形態〉図２７は本発明の第
４の実施の形態における結像光学装置の構成を示す配置
図、図２８は当該結像光学装置に用いるロッドレンズを
示す斜視図である。
【００７７】本実施の形態においても、半径方向に屈折
率分布を有するロッドレンズ１を、その光軸１ａが互い
に平行となるように１列に複数本配列した等倍結像のロ
ッドレンズアレイ２を用いて説明する（図１、図２参
照）。但し、本実施の形態においては、各ロッドレンズ
１の形状が上記第１の実施の形態と異なっている。すな
わち、図２７、図２８に示すように、各ロッドレンズ１
には、その長手方向の中央部分に相対向する一対の切り
欠き１４が設けられている。この場合、ロッドレンズア
レイ２として組み立てる際には、各ロッドレンズ１の一
対の切り欠き１４の対向面がロッドレンズアレイ２の長
手方向（Ｙ軸方向）を向くように設定される。また、ロ
ッドレンズアレイ２として組み立てる際には、各ロッド
レンズ１の切り欠き１４に樹脂などが充填されるため、
上記第１の実施の形態と同様に、Ｙ軸方向において各ロ
ッドレンズ１の光軸１ａと一定以上の角度で各ロッドレ
ンズ１のレンズ面に入射した、像面湾曲の大きい部分の
結像に関する光線が遮断されて開口角θが小さくなる。
その結果、像面湾曲の大きい部分の像が除かれ、ロッド
レンズアレイ２として用いた場合の解像力が向上する。
【００７８】切り欠き１４の切り欠き深さは、上記第３
の実施の形態におけるロッドレンズ１の削り取り高さと
同じにするのが望ましい。すなわち、ロッドレンズ１の
本来の半径（レンズ作用をなす部分の半径）をｒ0 、一
対の切り欠き１４の対向面間の距離を２ｒy としたと
き、ｒy ／ｒ0 は、０．１≦ｒy ／ｒ0 ≦０．８の範囲
にあるのが望ましい。
【００７９】尚、上記第１〜第４の実施の形態において
は、半径方向に屈折率分布を有するロッドレンズ１を、
その光軸１ａが互いに平行となるように１列に複数本配
列した等倍結像のロッドレンズアレイ２を例に挙げて説
明したが、必ずしもこの構成のロッドレンズアレイに限
定されるものではない。例えば、図２９、図３０に示す
ように、半径方向に屈折率分布を有するロッドレンズ１
を、その光軸１ａが互いに平行となるように２列以上に
複数本配列した等倍結像のロッドレンズアレイ１５の場
合であっても、上記第１〜第３の実施の形態と同様の構
成を採用することにより、同様の効果を得ることができ
る。
【００８０】また、上記第１〜第３の実施の形態におい
ては、ロッドレンズ１を用いたロッドレンズアレイ２を
例に挙げて説明したが、本発明は必ずしもロッドレンズ
アレイ２のみに適用されるものではなく、光学レンズ系
を、その光軸が互いに平行となるように１列もしくは複
数列に複数本配列したレンズアレイの全般に適用され
る。例えば、表裏面に所望の曲率を有する微小凸レンズ
が規則正しく配列された２枚の均質レンズアレイ板を重
ね合わせた均質正立等倍レンズアレイにも、本発明を適
用することができる。
【００８１】〈第５の実施の形態〉図３１は本発明の第
５の実施の形態における結像光学装置の構成を示す配置
図、図３２は当該結像光学装置に用いられるレンズアレ
イの光学系を示す模式図である。
【００８２】図３１、図３２に示すように、射出成型に
よって一体成型された、表裏面に所望の曲率を有する微
小凸レンズ１６ａを規則正しく配列した２枚の均質レン
ズアレイ板１６が重ね合わされた状態で配置されてお
り、これにより均質正立等倍レンズアレイ１７が構成さ
れている。また、均質正立等倍レンズアレイ１７の両側
には、原稿面３と像面４とが配置されている。
【００８３】この場合、図３２に示すように、均質レン
ズアレイ板１６同士の相対するレンズ面の中心に結ぶ反
転像高、及び均質レンズアレイ板１６の厚みで決まる入
射角θが均質正立等倍レンズアレイ１７の開口角とな
る。このことは、θ以下の角度の光線が像面４に達し、
θよりも大きい角度の光線が迷光として隣接するレンズ
に移ることを意味している。
【００８４】この迷光を防止するために、図３１に示す
本実施の形態においては、均質正立等倍レンズアレイ１
７の原稿面３側の作動距離内（均質正立等倍レンズアレ
イ１７と原稿面３との間の空間内）に、平板状の複数枚
の光線角度制限板（遮光板）１８が均質正立等倍レンズ
アレイ１７の長手方向に一定の間隔で配置されている。
この場合、各光線角度制限板１８の法線は均質正立等倍
レンズアレイ１７の長手方向を向いている。これによ
り、開口角θよりも大きい角度の光線を、均質正立等倍
レンズアレイ１７に入射する前に排除することによって
迷光を防止することができる。その結果、像面４での画
像のコントラストが向上するので、高品位な画像の伝送
が可能となる。また、このような光線角度制限板１８を
均質正立等倍レンズアレイ１７の原稿面３側の、もしく
は像面４側の作動距離内に設けることにより、像面湾曲
の大きい部分の結像に関わる光線が遮断される効果もあ
るので、均質正立等倍レンズアレイ１７として用いた場
合の解像力も向上する。
【００８５】光線角度制限板１８の各光学レンズ系の光
軸方向の長さ、及び隣接する光線角度制限板１８の間隔
（ピッチ）は、開口角θによって決まり、また、光線角
度制限板１８の厚さによって透過光量が決まる。下記
（表５）〜（表７）に、入射光線角度と光線角度制限板
１８の光軸方向の長さ、隣接する光線角度制限板１８の
間隔（ピッチ）、及び光線角度制限板１８の厚さとの関
係を示す。
【００８６】
【表５】
【００８７】
【表６】
【００８８】
【表７】 光線角度制限板１８の材質は金属、樹脂など特に制限さ
れないが、できるだけ光線を吸収する材質であるのが望
ましく、反射率は１０％以下であるのが望ましい。光線
角度制限板１８としては、例えば、ステンレス、リン錆
銅、ベリリウム鋼などからなる板を用いることができ
る。
【００８９】以上のように、本実施の形態によれば、射
出成型などの一体成型によって作製された均質正立等倍
レンズアレイ１７に、光線角度制限板１８をセットする
だけで、円柱状のロッドレンズを、その光軸が互いに平
行となるように複数本配列して作製した均質正立等倍レ
ンズアレイと同等以上の性能を得ることができるので、
製造コストを大幅に抑えることができる。
【００９０】尚、本実施の形態においては、均質正立等
倍レンズアレイ１７の原稿面３側の作動距離内にのみ光
線角度制限板１８を設けているが、必ずしもこの構成に
限定されるものではなく、像面４側の作動距離内に光線
角度制限板１８を設けた場合であっても、像形成に必要
な光線を通過させつつ角度の大きい迷光をカットするの
で、同様の効果を得ることができる。さらには、均質正
立等倍レンズアレイ１７の原稿面３側の作動距離内、及
び像面４側の作動距離内の双方に光線角度制限板１８を
設けた場合であっても同様の効果を得ることができる。
また、光線角度制限板１８を作動距離中心よりも均質正
立等倍レンズアレイ１７側に設ける方が、像面４での光
量のむらを小さくすることができるため望ましい。
【００９１】また、均質レンズアレイ板１６上で微小凸
レンズ１６ａが二次元的に配列されている場合の光線角
度制限板１８の形状は、どの向きに対しても光線の角度
を制限する形状でなければならない。向きによる制限角
度の差が小さく、板厚を薄くすることができ、かつ、作
り易い形状としては、例えば、図３３に示すような蜂の
巣状がある。この場合であっても、光線角度制限板１８
の光軸方向の長さ、及び隣接する光線角度制限板１８の
間隔（ピッチ）は、開口角θによって決まり、また、光
線角度制限板１８の厚さによって透過光量が決まる。
【００９２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レンズアレイの長手方向において前記各光学レンズ系の
光軸と一定以上の角度で前記各光学レンズ系のレンズ面
に入射し、あるいは前記レンズ面から出射する光線が遮
断されて開口角が小さくなるので、像面湾曲の大きい部
分の像が除かれ、レンズアレイとして用いた場合の解像
力が向上する。また、射出成型などの一体成型によって
作製された均質正立等倍レンズアレイに、遮光板をセッ
トするだけで、円柱状のロッドレンズを、その光軸が互
いに平行となるように複数本配列して作製した均質正立
等倍レンズアレイと同等以上の性能を得ることができる
ようになるので、製造コストを大幅に抑えることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における結像光学装
置に用いられるロッドレンズを示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における結像光学装
置の構成を示す斜視図である（但し、開口絞りは省略さ
れている）。
【図３】本発明の第１の実施の形態における結像光学装
置の構成を示す配置図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における結像光学装
置の他の構成を示す配置図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における結像光学装
置の他の構成を示す配置図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における結像光学装
置の他の構成を示す配置図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における結像光学装
置の他の構成を示す配置図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における結像光学装
置の他の構成を示す配置図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における結像光学装
置の他の構成を示す配置図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における結像光学
装置に用いられる開口絞りの寸法を示す説明図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態における結像光学
装置に用いられるロッドレンズの屈折率分布曲線であ
る。
【図１２】本発明の第１の実施の形態における結像光学
装置に用いられるロッドレンズによる結像状態を示す模
式図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態における結像光学
装置の寸法を示す説明図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態における結像光学
装置の空間周波数とＭＴＦ値との関係を示すグラフであ
る。
【図１５】本発明の第１の実施の形態における結像光学
装置の空間周波数とＭＴＦ値との関係を示すグラフであ
る。
【図１６】本発明の第１の実施の形態における結像光学
装置の空間周波数とＭＴＦ値との関係を示すグラフであ
る。
【図１７】本発明の第１の実施の形態における結像光学
装置の空間周波数とＭＴＦ値との関係を示すグラフであ
る。
【図１８】本発明の第１の実施の形態における結像光学
装置の空間周波数とＭＴＦ値との関係の比較例を示すグ
ラフである。
【図１９】本発明の第２の実施の形態における結像光学
装置の構成を示す配置図である。
【図２０】本発明の第２の実施の形態における結像光学
装置に用いられる遮光板の製造方法を示す斜視図であ
る。
【図２１】本発明の第２の実施の形態における結像光学
装置に用いられる遮光板の他の製造方法を示す斜視図で
ある。
【図２２】本発明の第２の実施の形態における結像光学
装置の寸法を示す説明図である。
【図２３】本発明の第２の実施の形態における結像光学
装置の空間周波数とＭＴＦ値との関係を示すグラフであ
る。
【図２４】本発明の第３の実施の形態における結像光学
装置の構成を示す配置図である。
【図２５】本発明の第３の実施の形態における結像光学
装置の空間周波数とＭＴＦ値との関係を示すグラフであ
る。
【図２６】本発明の第３の実施の形態における結像光学
装置の空間周波数とＭＴＦ値との関係を示すグラフであ
る。
【図２７】本発明の第４の実施の形態における結像光学
装置の構成を示す配置図である。
【図２８】本発明の第４の実施の形態における結像光学
装置に用いられるロッドレンズを示す斜視図である。
【図２９】本発明の第１〜第３の実施の形態における結
像光学装置に用いられるロッドレンズアレイの他の構成
を示す斜視図である。
【図３０】本発明の第４の実施の形態における結像光学
装置に用いられるロッドレンズアレイの他の構成を示す
配置図である。
【図３１】本発明の第５の実施の形態における結像光学
装置の構成を示す配置図である。
【図３２】本発明の第５の実施の形態における結像光学
装置に用いられるレンズアレイの光学系を示す模式図で
ある。
【図３３】（Ａ）は本発明の第５の実施の形態における
結像光学装置に用いられる入射光線角度制限板の他の構
成を示す平面図、（Ｂ）はその斜視図である。
【符号の説明】
１ ロッドレンズ １ａ 光軸 ２ ロッドレンズアレイ ３ 原稿面 ４ 像面 ５ 開口絞り ６ 開口絞り ８ 印刷パターン８ ９ 開口絞り １０ 遮光板 １４ 切り欠き １５ ロッドレンズアレイ １６ 均質レンズアレイ板 １６ａ 微小凸レンズ １７ 均質正立等倍レンズアレイ １８ 光線角度制限板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河本 真司 大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号 日本板硝子株式会社内 Ｆターム(参考） 2H108 EA23 EA24 EA51 GA04

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光学レンズ系を、その光軸が互いに平行
    となるように１列もしくは複数列に複数本配列したレン
    ズアレイと、前記レンズアレイの両側に配置された原稿
    面及び像面とを備えた結像光学装置であって、前記レン
    ズアレイの少なくとも長手方向において前記各光学レン
    ズ系の光軸と一定以上の角度で前記各光学レンズ系のレ
    ンズ面に入射し、あるいは前記レンズ面から出射する光
    線を遮断する手段が設けられたことを特徴とする結像光
    学装置。
  2. 【請求項２】 レンズアレイの長手方向と直交する方向
    においては、各光学レンズ系のレンズ面に入射し、ある
    いは前記レンズ面から出射する光線が遮断されない請求
    項１に記載の結像光学装置。
  3. 【請求項３】 光学レンズ系が、半径方向に屈折率分布
    を有するロッドレンズである請求項１に記載の結像光学
    装置。
  4. 【請求項４】 ロッドレンズのレンズアレイの長手方向
    における両端部が前記ロッドレンズの光軸に沿って削り
    取られた請求項３に記載の結像光学装置。
  5. 【請求項５】 ロッドレンズのレンズ作用をなす部分の
    半径をｒ0 、前記ロッドレンズのレンズアレイの長手方
    向における両端部が前記ロッドレンズの光軸に沿って削
    り取られた後の前記ロッドレンズの前記レンズアレイの
    長手方向における長さを２ｒy としたとき、ｒy ／ｒ0
    が、０．１≦ｒy ／ｒ0 ≦０．８の範囲にある請求項４
    に記載の結像光学装置。
  6. 【請求項６】 ロッドレンズの光軸方向の略中央部に相
    対向する一対の切り欠きが設けられ、前記一対の切り欠
    きの対向面の法線がレンズアレイの長手方向を向いてい
    る請求項３に記載の結像光学装置。
  7. 【請求項７】 ロッドレンズのレンズ作用をなす部分の
    半径をｒ0 、一対の切り欠きの対向面間の距離を２ｒy
    としたとき、ｒy ／ｒ0 が、０．１≦ｒy ／ｒ 0 ≦０．
    ８の範囲にある請求項６に記載の結像光学装置。
  8. 【請求項８】 光線を遮断する手段が、レンズアレイと
    原稿面との間、前記レンズアレイと像面との間の少なく
    とも一方の空間に設けられた開口絞りである請求項１に
    記載の結像光学装置。
  9. 【請求項９】 開口絞りの形状が略矩形状である請求項
    ８に記載の結像光学装置。
  10. 【請求項１０】 開口絞りの形状が略楕円形状である請
    求項８に記載の結像光学装置。
  11. 【請求項１１】 開口絞りが光学レンズ系の端面から離
    して設けられた請求項８に記載の結像光学装置。
  12. 【請求項１２】 開口絞りの各レンズ光軸方向の厚みが
    ｒ0 〜５ｒ0 の範囲にある請求項８に記載の結像光学装
    置。
  13. 【請求項１３】 開口絞りが多段に設けられた請求項８
    に記載の結像光学装置。
  14. 【請求項１４】 開口絞りが、透明な平板の表面を印刷
    パターンによって黒色に加工することによって形成され
    た請求項８に記載の結像光学装置。
  15. 【請求項１５】 光学レンズ系が、半径方向に屈折率分
    布を有するロッドレンズであり、前記ロッドレンズのレ
    ンズ作用をなす部分の半径をｒ0 、開口絞りによって制
    限された前記ロッドレンズのレンズアレイの長手方向に
    おける有効半径をｒy としたとき、ｒy ／ｒ0 が、０．
    １≦ｒy ／ｒ0 ≦０．９の範囲にある請求項９〜１４の
    いずれかに記載の結像光学装置。
  16. 【請求項１６】 レンズアレイが、表裏面に所望の曲率
    を有し、全体として凸レンズ作用をなす微小レンズが規
    則正しく配列された２枚の均質レンズアレイ板を重ね合
    わせた正立等倍レンズアレイである請求項１に記載の結
    像光学装置。
  17. 【請求項１７】 光線を遮断する手段が、レンズアレイ
    と原稿面との間、前記レンズアレイと像面との間の少な
    くとも一方の空間に設けられた遮光板である請求項１に
    記載の結像光学装置。
  18. 【請求項１８】 遮光板が、レンズアレイの長手方向に
    周期的な構造を有する請求項１７に記載の結像光学装
    置。
  19. 【請求項１９】 遮光板が平板状であり、複数の前記遮
    光板がレンズアレイの長手方向に一定の間隔で配置され
    た請求項１８に記載の結像光学装置。
  20. 【請求項２０】 隣接する遮光板の間が透明な媒質で満
    たされた請求項１９に記載の結像光学装置。
  21. 【請求項２１】 遮光板が光学レンズ系の端面から離し
    て設けられた請求項１９に記載の結像光学装置。
  22. 【請求項２２】 遮光板のレンズアレイ長手方向の厚み
    が、前記遮光板の間隔ピッチ長の１／５以下の範囲にあ
    る請求項１９に記載の結像光学装置。
  23. 【請求項２３】 遮光板の間隔ピッチが光学レンズ系の
    ピッチよりも小さい請求項１９に記載の結像光学装置。
  24. 【請求項２４】 レンズアレイが、表裏面に所望の曲率
    を有し、全体として凸レンズ作用をなす微小レンズが規
    則正しく配列された２枚の均質レンズアレイ板を重ね合
    わせた均質正立等倍レンズアレイであり、射出成型によ
    って作製された請求項１８〜２３のいずれかに記載の結
    像光学装置。
  25. 【請求項２５】 レンズアレイの長手方向及び長手方向
    と直交する方向において各光学レンズ系の光軸と一定以
    上の角度で前記各光学レンズ系のレンズ面に入射し、あ
    るいは前記レンズ面から出射する光線を遮断する手段が
    設けられた請求項１に記載の結像光学装置。
  26. 【請求項２６】 光線を遮断する手段が、レンズアレイ
    と原稿面との間、前記レンズアレイと像面との間の少な
    くとも一方の空間に設けられた遮光板であり、前記遮光
    板が、原稿面及び像面と平行な方向に２次元的に周期的
    な構造を有する請求項２５に記載の結像光学装置。
  27. 【請求項２７】 隣接する遮光板の間が透明な媒質で満
    たされた請求項２６に記載の結像光学装置。
  28. 【請求項２８】 遮光板が光学レンズ系の端面から離し
    て設けられた請求項２６に記載の結像光学装置。
  29. 【請求項２９】 遮光板の形状が蜂の巣状である請求項
    ２６に記載の結像光学装置。
  30. 【請求項３０】 ロッドレンズの光軸から測った径方向
    の距離をｒ、前記ロッドレンズの光軸上での屈折率をｎ
    0 、屈折率分布係数をｇ、ｈ4 、ｈ6 としたとき、前記
    ロッドレンズの屈折率分布が下記（数１）によって表記
    される請求項３又は１５に記載の結像光学装置。 【数１】ｎ（r）2 ＝ｎ0 2・｛１−（ｇ・ｒ）2 ＋ｈ4
    ・（ｇ・ｒ）4＋ｈ6 ・（ｇ・ｒ）6 ｝
  31. 【請求項３１】 θ＝ｎ0 ・ｇ・ｒ0 ／（π／１８０）
    の式によって定義されるロッドレンズの開口角θが、４
    ゜≦θ≦４０゜の範囲にある請求項３又は１５に記載の
    結像光学装置。
  32. 【請求項３２】 ロッドレンズの光軸上での屈折率ｎ0
    が、１．４≦ｎ0 ≦１．９の範囲にある請求項３又は１
    ５に記載の結像光学装置。
  33. 【請求項３３】 ロッドレンズのレンズ作用をなす部分
    の半径をｒ0 、隣接する前記ロッドレンズの光軸間距離
    を２Ｒとしたとき、ｒ0 ／Ｒが、０．５≦ｒ0／Ｒ≦
    １．０の範囲にある請求項３又は１５に記載の結像光学
    装置。
  34. 【請求項３４】 ロッドレンズの長さをＺ0、前記ロッ
    ドレンズの周期長をＰ＝２π／ｇとしたとき、Ｚ0 ／Ｐ
    が、０．５≦Ｚ0 ／Ｐ≦１．０の範囲にある請求項３又
    は１５に記載の結像光学装置。
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