JP2003215450A - 画像伝達装置 - Google Patents
画像伝達装置Info
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- JP2003215450A JP2003215450A JP2002018028A JP2002018028A JP2003215450A JP 2003215450 A JP2003215450 A JP 2003215450A JP 2002018028 A JP2002018028 A JP 2002018028A JP 2002018028 A JP2002018028 A JP 2002018028A JP 2003215450 A JP2003215450 A JP 2003215450A
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Abstract
し、組み立てが容易で、低コスト化、小型化できるよう
にし、且つ明るく、解像度を高くする。 【解決手段】 両面凸のレンズ素子12を複数列に配列
した2枚又は3枚のレンズアレイ板10を、対応する各
レンズ素子の光軸が一致するように積層したレンズアレ
イ積層体を有し、該レンズアレイ積層体により正立等倍
光学系が構成される画像伝達装置である。前記レンズア
レイ積層体は、その積層中心に対して両側で対称位置に
あるレンズ面同士が対称形状をなし、少なくとも2面の
レンズ面は非球面形状をなしている。ここで、全部のレ
ンズ面を非球面形状にすることが最適であるが、一部の
レンズ面のみを非球面形状とする場合には、最も外側の
両レンズ面を非球面とすることが好ましい。
Description
子を複数列に配列したレンズアレイ板を複数枚積層した
構造のレンズアレイ積層体を有し、それによって正立等
倍光学系を構成した画像伝達装置に関し、更に詳しく述
べると、少なくとも2枚のレンズ面を非球面形状として
最適化することによって解像度を改善した画像伝達装置
に関するものである。この装置は、例えば光プリンタや
スキャナなどの線走査光学系に有用である。
いはスキャナなどの読み取り光学系用の画像伝達装置と
しては、従来、屈折率分布型ロッドレンズアレイが多用
されている。これによって光プリンタやスキャナなど各
種装置の大幅なコンパクト化が実現できた。しかし、屈
折率分布型ロッドレンズアレイを用いた場合、設計によ
っては1200dpi(dot/inch)程度の高解像度光学
系に対しては十分な解像度が得られない場合もあった。
レンズアレイの使用が提案されている(例えば特開20
00−221445公報参照)。この公報に開示されて
いる光学系の構成は、球面レンズアレイ板4n構成(n
は正の整数、従ってn=1にあたる4枚構成が最少とな
る)とし、且つレンズアレイ板間隔をレンズの焦点距離
に等しくして(従ってレンズアレイ板の間に空間が存在
する)、1200dpiの高解像度が実現できるとして
いる(但し、レンズの焦点距離、寸法は記載されていな
い)。
板の間隔をレンズ焦点距離に等しくする構成で正立等倍
光学系を実現するためには、レンズアレイ板の間隔を一
定に保持するための部材が必要であり、部品点数が多く
なり、組み立てが煩雑となる。また、高解像度化するた
めには、レンズアレイ板を薄くし、レンズアレイ板間隔
を狭くする必要があり、位置決め精度が非常に厳しくな
る。
の枚数が多くなる問題がある。上記の例では4n枚構成
であり、最少でも4枚のレンズアレイ板を必要とする。
できるだけ少なくし、それによって組み立てが容易で、
低コスト化、小型化できるようにし、且つ明るく、解像
度の高い画像伝達装置を提供することである。
きる技術として、本発明者は先に、両面凸のレンズ素子
を複数列に配列した複数枚の同一構造のレンズアレイ板
を、対応する各レンズ素子の光軸が一致するように積層
したレンズアレイ積層体を有し、該レンズアレイ積層体
により正立等倍光学系が構成される画像伝達装置を提案
した(特願2001−368488参照)。従って、こ
こでは全てのレンズ面が同一の曲率半径を持つ球面で設
計している。その後、更に鋭意検討した結果、一部もし
くは全部のレンズ面を非球面形状とすることによって、
解像度をより一層改善できることを見出し、本発明を完
成させるに至ったものである。
列に配列した2枚又は3枚のレンズアレイ板を、対応す
る各レンズ素子の光軸が一致するように積層したレンズ
アレイ積層体を有し、該レンズアレイ積層体により正立
等倍光学系が構成される画像伝達装置において、前記レ
ンズアレイ積層体は、その積層中心に対して両側で対称
位置にあるレンズ面同士が対称形状をなし、少なくとも
2面のレンズ面が非球面形状をなしていることを特徴と
する画像伝達装置である。ここで、一部のレンズ面のみ
を非球面とする場合には、最も外側のレンズ面を非球面
形状とすることが好ましい。
球面のレンズ面について、ベースとなる回転2次曲面を
規定する非球面係数CCが、 −0.6≦CC≦0 を満たすようにし、またレンズアレイ板が3枚構成の場
合には、非球面のレンズ面について、ベースとなる回転
2次曲面を規定する非球面係数CCが、 −5≦CC≦2.2 を満たすようにすることが望ましい。
ものではないが、例えば光プリンタ用の書き込み光学系
あるいはスキャナー用の読み取り光学系などに用いるこ
とができる。
1のAに示すようにレンズアレイ板10を2枚積層する
構成、もしくは図1のBに示すようにレンズアレイ板1
0を3枚積層する構成とする。いずれも両面凸のレンズ
素子12を3〜9列配列したレンズアレイ板10を、対
応するレンズ素子のレンズ光軸が一致するように積層し
たレンズアレイ積層体を有し、該レンズアレイ積層体に
よって正立等倍光学系が構成されているものである。各
レンズアレイ板10は、屈折率が1.45以上の透明材
料からなり、幅方向(図1では紙面上下方向)にレンズ
素子12が3〜5列(図1に示す例では、いずれも5
列)並び、長さ方向(図1では紙面に垂直方向)には多
数並ぶように、レンズ素子12を2次元的に配列した板
状体である。各レンズ素子12は、正方状に配列しても
よいし、稠密的に配列してもよい。このようなレンズア
レイ板は、透明樹脂を用いて一体成形によって容易に製
作できる。
板は同一構造であり、それらは積層中心に対して対称に
配置される。3枚構成の場合には、外側に位置する2枚
のレンズアレイ板は同一構造であるのに対して、中間の
レンズアレイ板はそれらと異なる構造(両レンズ面は同
一構造)であり、且つ外側の2枚のレンズアレイは積層
中心に対して対称に配置される。ここで、各レンズ面に
図面左から順に番号を付し、第1面〜第4面(2枚構成
の場合)、及び第1面〜第6面(3枚構成の場合)とす
る。すると、2枚構成の場合は、第1面と第4面、第2
面と第3面が同一形状(但し対称形)となり、3枚構成
の場合は、第1面と第6面、第2面と第5面、第3面と
第4面が同一形状(但し対称形)となる。そして本発明
では、それら4面もしくは6面のうち、少なくとも2面
のレンズ面が非球面形状をなしている。
するのはレンズ周辺部であり、レンズの光軸付近はほぼ
球面に一致する。外側のレンズ面には物体からの光が広
がってレンズ面全体に入射するため、レンズ周辺部で発
生する収差の補正に非球面化が有効で、これが解像度の
改善にも寄与する。それに対して内側のレンズ面には外
側のレンズ面で絞られた光が入射するため、レンズが利
用する範囲は外側のレンズ面に比べてレンズ光軸に近い
範囲となる。従って、非球面の効果は外側のレンズ面で
最も顕著になる。このため、一部のレンズ面を非球面と
する場合には、最も外側の両レンズ面を非球面とするこ
とが好ましい。
れる。Zはサグで、図2に示すように、レンズ面の中心
Oからの距離rの関数で与えられる。 Z=CV・r2 /[1+{1−CV2 (CC+1)・r
2 }1/2 ]+AD・r4 +AE・r6 +AF・r8 +A
G・r10 ここで、CV=1/Rであり中心曲率を表している。ま
た、CC、AD、AE、AF、AGは非球面係数で、C
Cはベースとなる回転2次曲面を規定する非球面係数、
AD、AE、AF、AGはその2次曲面からのずれを表
す非球面係数である。これらの非球面係数が全て0の場
合が球面に相当する。
に示すように、各レンズアレイ板10を互いに密着結合
する構成とすると、突き当てで位置決めができ、レンズ
アレイ板の間隔を規定する部材が不要となる利点があ
る。またレンズアレイ板を厚くでき、組み立て後の強度
も改善される。図3のAに2枚構成の場合の光路図を、
図3のBに3枚構成の場合の光路図を示す。
とにより、小型で明るくムラの少ない光学系を実現して
いる。因みに、2列以下では主走査方向の明るさムラが
大きくなるし、ムラを低減するため作動距離を長くする
と、列方向の開口が小さくなり、レンズが暗くなってし
まうため好ましくない。多列化によってムラの小さいレ
ンズアレイが実現できるが、9列を超えると光学系が著
しく大型化してしまうため好ましくない。これらのこと
から、レンズ列数は3〜5列とするのが好ましい。
ンズアレイ板を2枚及び3枚密着積層した様々な構造の
レンズアレイ積層体について、解像度MTF(Modulati
onTransfer Function )が向上するようなレンズ面形状
を光学設計シミュレーションによって求めた。
レイ積層体の仕様を、次のような一連の符号「αsβr
γ−X」で指定することとする。α、β、γはいずれも
数字であり、αはレンズアレイの枚数を、βはレンズの
列数を、γはレンズアレイ積層体の開口角を、それぞれ
示す。またXはアルファベットであり、「A」は最も外
側のレンズ面のみが非球面の場合、「B」は全てのレン
ズ面が非球面の場合、「O」は全てのレンズ面が球面の
場合(比較例)を示す。従って、例えば「3s5r16
−A」と表記されている場合は、3枚構成、レンズ素子
が5列、開口角が16度で、最も外側のレンズ面のみが
非球面のレンズアレイ積層体を示していることになる。
る。 (a)表1に示す構成のレンズアレイ積層体について、
MTFが最大になるように非球面係数を決定する。レン
ズアレイ板同士は密着しているものとする。 (b)シミュレーションは迷光を遮断できたとして、結
像に有効な光線で実施する。そのため、フレア光とゴー
スト像が生じないように、十分な遮光手段(レンズアレ
イ板表面のレンズ素子間に遮光膜を設けたり、レンズア
レイ板の外側に隔壁を設けるなど)が講じられているも
のとする。 (c)各構成のレンズアレイ板の基本寸法(曲率半径
R、レンズアレイ板厚t、レンズ素子半径r、作動距離
L)を表2に示す。なお、Rの符号は奇数面で正、偶数
面で負とする。各レンズ素子は互いに接して配列されて
いるものとするが、六方対称や四方対称など配列方法は
いずれであってもよい。また稠密配列であってもよい。 (d)レンズアレイとしての開口は、明るくするために
主走査方向と副走査方向で等しく略円形とする。 (e)パラメータ数値は、以下の通りとする。 ・光源の波長:λ=700nm ・レンズ材料の屈折率:n=1.53
る。 (1)各レンズ構成に対する最適非球面係数を表3に示
す。なお、CCの符号はレンズ面の向きに依らないが、
AD〜AGは偶数面では表3の値に−1を掛けて符号を
反転させた値とする。 (2)表4に、MTFの改善効果が認められる範囲をま
とめた結果を示す。 (3)代表的な例として、3s3r16−A,B,Oの
各例について、入力した空間周波数(Lp/mm)の異な
る画像に対するMTFの関係をプロットしたのが図4で
ある。
非球面係数CCが、−0.6≦CC≦0の範囲を満たし
ていることが望ましく、3枚構成の場合には非球面係数
CCが、−5≦CC≦2.2の範囲を満たしていること
が望ましいことが分かる。AD〜AGはレンズ半径rに
依存するため普遍性はないが、この種の画像伝達装置に
おける一般的なレンズ半径(0.15〜0.2mm程度)
では、2枚構成の場合には、 |AD|:0〜22、|AE|:0〜950 とし、3枚構成の場合には、 |AD|:0〜55、|AE|:0〜2800 とすることが好ましい。
s3r16−A及び3s3r16−B)は、比較例(3
s3r16−O)に比し、はるかに解像度MTFが改善
されることが分かる。特に、空間周波数が高い場合に効
果が顕著である。全てのレンズ面を非球面とした例(3
s3r16−B)と外側のレンズ面のみを非球面にした
例(3s3r16−A)とを比較すると、全てのレンズ
面を非球面とした例の方が解像度MTFをより一層改善
できることも分かる。
素子を複数列に配列した2〜3枚のレンズアレイ板を積
層する構成であるので、レンズアレイ板の枚数が極力少
なく、組み立てが容易となり、低コスト化を達成でき、
小型化できる。しかも、一部もしくは全部のレンズ面を
非球面とし、その形状を最適化することで、明るく、解
像度を高くできる。
図。
路説明図。
の一例を示すグラフ。
Claims (8)
- 【請求項1】 両面凸のレンズ素子を複数列に配列した
2枚又は3枚のレンズアレイ板を、対応する各レンズ素
子の光軸が一致するように積層したレンズアレイ積層体
を有し、該レンズアレイ積層体により正立等倍光学系が
構成される画像伝達装置において、 前記レンズアレイ積層体は、その積層中心に対して両側
で対称位置にあるレンズ面同士が対称形状をなし、少な
くとも2面のレンズ面が非球面形状をなしていることを
特徴とする画像伝達装置。 - 【請求項2】 両面凸のレンズ素子を複数列に配列した
2枚のレンズアレイ板を、対応する各レンズ素子の光軸
が一致するように積層したレンズアレイ積層体を有し、
該レンズアレイ積層体により正立等倍光学系が構成され
る画像伝達装置において、 前記レンズアレイ積層体は、その積層中心に対して両側
で対称位置にあるレンズ面同士が対称形状をなし、少な
くとも外側の両レンズ面が非球面形状をなしていること
を特徴とする画像伝達装置。 - 【請求項3】 非球面となるレンズ面について、ベース
となる回転2次曲面を規定する非球面係数CCが、 −0.6≦CC≦0 を満たしている請求項2記載の画像伝達装置。 - 【請求項4】 両面凸のレンズ素子を複数列に配列した
3枚のレンズアレイ板を、対応する各レンズ素子の光軸
が一致するように積層したレンズアレイ積層体を有し、
該レンズアレイ積層体により正立等倍光学系が構成され
る画像伝達装置において、 前記レンズアレイ積層体は、その積層中心に対して両側
で対称位置にあるレンズ面同士が対称形状をなし、少な
くとも最も外側の両レンズ面が非球面形状をなしている
ことを特徴とする画像伝達装置。 - 【請求項5】 非球面のレンズ面について、ベースとな
る回転2次曲面を規定する非球面係数CCが、 −5≦CC≦2.2 を満たしている請求項4記載の画像伝達装置。 - 【請求項6】 全てのレンズ面が非球面形状をなしてい
る請求項1乃至5のいずれかに記載の画像伝達装置。 - 【請求項7】 画像伝達装置が、光プリンタ用の光学系
である請求項1乃至6のいずれかに記載の画像伝達装
置。 - 【請求項8】 画像伝達装置が、スキャナー用の光学系
である請求項1乃至6のいずれかに記載の画像伝達装
置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002018028A JP2003215450A (ja) | 2002-01-28 | 2002-01-28 | 画像伝達装置 |
US10/208,815 US6856463B2 (en) | 2001-08-01 | 2002-08-01 | Image transfer device having laminated lens array sheets |
TW091117296A TWI223102B (en) | 2001-08-01 | 2002-08-01 | Image transfer device |
CNB021273529A CN1300620C (zh) | 2001-08-01 | 2002-08-01 | 图像转印装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002018028A JP2003215450A (ja) | 2002-01-28 | 2002-01-28 | 画像伝達装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003215450A true JP2003215450A (ja) | 2003-07-30 |
Family
ID=27653510
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002018028A Pending JP2003215450A (ja) | 2001-08-01 | 2002-01-28 | 画像伝達装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003215450A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008016115A1 (en) * | 2006-08-04 | 2008-02-07 | Nippon Sheet Glass Company, Limited | Erect equal-magnification lens array, image reading device and image writing device using the erect equal-magnification lens array, and method for manufacturing the erect equal-magnification lens array |
US8270085B2 (en) | 2006-07-19 | 2012-09-18 | Nippon Sheet Glass Company, Limited | Lens array plate of erecting unit magnification system, image reading apparatus and image writing apparatus using the lens array plate, as well as method for manufacturing the lens array plate |
JP2021026044A (ja) * | 2019-07-31 | 2021-02-22 | コイト電工株式会社 | レンズアレイユニット |
-
2002
- 2002-01-28 JP JP2002018028A patent/JP2003215450A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008058338A (ja) * | 2006-08-04 | 2008-03-13 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 正立等倍レンズアレイ、正立等倍レンズアレイを用いた画像読取装置及び画像書込装置、並びに、正立等倍レンズアレイの製造方法 |
US7903341B2 (en) | 2006-08-04 | 2011-03-08 | Nippon Sheet Glass Company, Limited | Lens array of erecting unit magnification system, image reading apparatus and image writing apparatus using the lens array, as well as method for manufacturing the lens array |
JP2021026044A (ja) * | 2019-07-31 | 2021-02-22 | コイト電工株式会社 | レンズアレイユニット |
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