JP2011221175A - Imaging optical apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、結像光学装置に関するものである。 The present invention relates to an imaging optical apparatus.
アレイ配置された複数のレンズを含むレンズアレイを備える結像光学装置は、画像読取装置やLEDプリンタ等において用いられる。例えば、LEDプリンタでは、上記のような結像光学装置は、アレイ配置された複数のLEDを含む光源アレイと共に用いられる。光源アレイに含まれる各LEDは電気信号により選択的に発光し、そのLEDから出力された光は、レンズアレイに含まれる対応するレンズを経て、感光ドラム上に結像される。一般に1つのレンズにより2以上のLEDが結像される。 An imaging optical device including a lens array including a plurality of lenses arranged in an array is used in an image reading device, an LED printer, or the like. For example, in an LED printer, the imaging optical device as described above is used with a light source array including a plurality of LEDs arranged in an array. Each LED included in the light source array selectively emits light according to an electrical signal, and light output from the LED is imaged on a photosensitive drum through a corresponding lens included in the lens array. Generally, two or more LEDs are imaged by one lens.
このような結像光学装置は、セルフォックレンズアレイ(登録商標)を備えて構成され得る。この場合、正立等倍の結像光学系が実現され得る。しかし、セルフォックレンズは高価である。 Such an imaging optical device may be configured to include a SELFOC lens array (registered trademark). In this case, an erecting equal-magnification imaging optical system can be realized. However, Selfoc lenses are expensive.
また、結像光学装置は、アレイ配置された複数の通常のレンズを各々含む第1レンズアレイおよび第2レンズアレイを備えて構成され得る。アレイ配置された複数の通常のレンズを含むレンズアレイが1つだけ用いられると反転像が得られるので、第1レンズアレイおよび第2レンズアレイそれぞれにより像が反転されることで、正立等倍の結像光学系が実現され得る。このような結像光学装置は、第1レンズアレイおよび第2レンズアレイそれぞれが樹脂成形等により製造され得るので、安価である。 Further, the imaging optical device may be configured to include a first lens array and a second lens array each including a plurality of ordinary lenses arranged in an array. When only one lens array including a plurality of normal lenses arranged in an array is used, a reversed image is obtained. Therefore, the images are reversed by the first lens array and the second lens array, respectively, so that the erecting equal magnification The imaging optical system can be realized. Such an imaging optical device is inexpensive because each of the first lens array and the second lens array can be manufactured by resin molding or the like.
しかし、第1レンズアレイおよび第2レンズアレイを備えて構成される結像光学装置では、光源から出力された光は、第1レンズアレイおよび第2レンズアレイそれぞれに含まれる対応するレンズを経て像面上の所定位置に結像されるだけでなく、対応するレンズとは別のレンズを経て像面上の他の位置に到達する。すなわち、クロストークの問題が生じる。 However, in the imaging optical device configured to include the first lens array and the second lens array, the light output from the light source is imaged through the corresponding lenses included in the first lens array and the second lens array, respectively. In addition to being imaged at a predetermined position on the surface, it reaches another position on the image surface via a lens different from the corresponding lens. That is, the problem of crosstalk occurs.
特許文献1に開示された発明は、このようなクロストークの問題を解消することを意図したものである。特許文献1に開示された結像光学装置は、第1レンズアレイと第2レンズアレイとの間に、微小な透光部が設けられた遮光板を備えている。対応するレンズを経て像面上の所定位置に結像されるべき光は遮光板の透光部を通過するが、対応するレンズとは別のレンズを経て像面上の他の位置に向う光は遮光板により遮断されることで、クロストークが抑制される。
The invention disclosed in
しかしながら、特許文献1に開示された結像光学装置では、遮光板に設けられた透光部が或る程度の幅を有することが必要であることから、光源アレイにおける光源配列ピッチより像面における結像位置配列ピッチが大きくなってしまい、像面における解像度が小さくなる。
However, in the imaging optical device disclosed in
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光源アレイにおける光源配列ピッチと像面における結像位置配列ピッチとを互いに等しくすることができる安価な結像光学装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an inexpensive imaging optical apparatus capable of making the light source array pitch in the light source array and the imaging position array pitch in the image plane equal to each other. For the purpose.
本発明の結像光学装置は、(1) 所定方向に沿ってアレイ配置されたI個のレンズA1〜AIを含む第1レンズアレイと、(2)所定方向に沿ってアレイ配置されたI個のレンズB1〜BIを含み、各レンズBiの光軸とレンズAiの光軸とが互いに一致している第2レンズアレイと、(3)第1レンズアレイと第2レンズアレイとの間に設けられ、所定方向に沿ってアレイ配置されたI個の導光部G1〜GIを含み、各導光部GiがレンズAi,Biの光軸上に設けられている導光部アレイと、を備えることを特徴とする。さらに、導光部Giが、光軸に平行であって所定方向に垂直でない側面を有する、ことを特徴とする。ただし、Iは2以上の整数であり、iは1以上I以下の各整数である。 The imaging optical device of the present invention includes (1) a first lens array including I lenses A 1 to A I arranged in an array along a predetermined direction, and (2) an array arranged along a predetermined direction. A second lens array including I lenses B 1 to B I and having the optical axis of each lens B i and the optical axis of the lens A i coincide with each other; and (3) the first lens array and the second lens. The light guides G 1 to G I are arranged between the arrays and arranged in a predetermined direction. Each light guide G i is provided on the optical axis of the lenses A i and B i. And a light guide section array. Further, the light guide section G i is a parallel to the optical axis has a side surface not perpendicular to the predetermined direction, characterized in that. However, I is an integer greater than or equal to 2, and i is each integer greater than or equal to 1 and less than or equal to I.
本発明の結像光学装置では、光源から出力された光のうち像面における所定直線上の所定位置に結像されるべき光は、レンズAi,導光部GiおよびレンズBiを順に経て像面上に結像される。一方、光源から出力された光のうち像面上においてクロストークとなる可能性がある光は、導光部Giの側面で反射されて、面における所定直線上に達しない。 In the imaging optical device of the present invention, light to be imaged at a predetermined position on a predetermined straight line on the image plane among the light output from the light source is sequentially applied to the lens A i , the light guide unit G i, and the lens B i . Then, an image is formed on the image plane. On the other hand, light in upper one image plane of the light output from the light source can become a crosstalk is reflected by the side surface of the light guide portion G i, do not reach the predetermined straight line in the plane.
本発明の結像光学装置では、導光部Giが、所定方向に垂直である側面を有しなくてもよく、光軸に平行であって所定方向に対して45度である側面を有していてもよく、また、光軸に平行であって所定方向に対して45度である側面により囲まれていてもよい。 In the optical imaging system of the present invention, organic light guiding portion G i is may or may not have a side which is perpendicular to the predetermined direction, the side surface is 45 degrees with respect to a predetermined direction which is parallel to the optical axis It may also be surrounded by a side surface that is parallel to the optical axis and that is 45 degrees with respect to a predetermined direction.
本発明の結像光学装置では、I個の導光部G1〜GIが、光軸方向の一部区間では一体化されていて、残部区間では互いに分離していてもよい。導光部Giの中心軸がレンズAi,Biの光軸と一致していてもよい。また、導光部Giの屈折率をnとし、導光部アレイにおける導光部配列ピッチをφとしたとき、導光部Giの光軸方向の長さがφ/tan{sin-1(1/n)} より長くてもよい。 In the imaging optical device of the present invention, the I light guides G 1 to G I may be integrated in a partial section in the optical axis direction and separated from each other in the remaining section. The central axis of the light guide G i may coincide with the optical axes of the lenses A i and B i . Further, when the refractive index of the light guide G i is n and the light guide arrangement pitch in the light guide array is φ, the length of the light guide G i in the optical axis direction is φ / tan {sin −1. (1 / n)} may be longer.
本発明の結像光学装置は、光源アレイにおける光源配列ピッチと像面における結像位置配列ピッチとを互いに等しくすることができ、また、安価なものとすることができる。 In the imaging optical device of the present invention, the light source array pitch in the light source array and the imaging position array pitch in the image plane can be made equal to each other, and can be made inexpensive.
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。初めに比較例の結像光学装置の構成について説明した後に、本実施形態の結像光学装置の構成について説明する。また、各図には説明の便宜のためにXYZ直交座標系が示されている。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. First, the configuration of the imaging optical device of the comparative example will be described, and then the configuration of the imaging optical device of the present embodiment will be described. In each figure, an XYZ orthogonal coordinate system is shown for convenience of explanation.
図1は、比較例の結像光学装置2の構成を示す図である。この比較例の結像光学装置2は、第1レンズアレイ10,第2レンズアレイ20および光源アレイ30を備える。第1レンズアレイ10,第2レンズアレイ20および光源アレイ30それぞれの主平面は互いに平行である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an imaging
第1レンズアレイ10は、アレイ配置されたI個の非球面レンズA1〜AIを含む。I個のレンズA1〜AIは、共通のサイズおよび共通の焦点距離を有し、Y方向に沿って一定ピッチで配置されている。第2レンズアレイ20は、アレイ配置されたI個の非球面レンズB1〜BIを含む。I個のレンズB1〜BIは、共通のサイズおよび共通の焦点距離を有し、Y方向に沿って一定ピッチで配置されている。レンズAiの光軸とレンズBiの光軸とは互いに一致している。
The
光源アレイ30は、アレイ配置されたJ個の光源S1〜SJを含む。J個の光源S1〜SJは、共通の構成を有する例えばLEDであり、Y方向に沿って一定ピッチで配置されている。なお、この図において、光源アレイ30に含まれるJ個の光源S1〜SJのうち2個の光源Sj1および光源Sj2それぞれから出力される光線の軌跡が示されている。
The
ここで、I,Jは2以上の整数である。iは1以上I以下の各整数である。j1およびj2は1以上J以下の整数である。Y軸は、第1レンズアレイ10,第2レンズアレイ20および光源アレイ30それぞれにおけるアレイ配列方向に平行である。Z軸は光軸に平行である。
Here, I and J are integers of 2 or more. i is an integer of 1 to I. j1 and j2 are integers of 1 or more and J or less. The Y axis is parallel to the array arrangement direction in each of the
前段に設けられた第1レンズアレイ10の各レンズAiの結像倍率はMであり、後段に設けられた第2レンズアレイ20の各レンズBiの結像倍率は1/Mであるとする。Mは1未満の正の数である。光源Sj1と光源Sj2との間の距離はWであるとする。このとき、光源Sj1および光源Sj2それぞれがレンズAiの配列ピッチと同じ幅の範囲内に存在すれば、光源Sj1および光源Sj2それぞれは第1レンズアレイ10の像面において距離MWだけ離れた位置に結像され、その像は第2レンズアレイ20の像面Pにおいて距離Wだけ離れた位置Pji,Pj2に再び結像される。このように所定位置Pji,Pj2に結像される光は、共通の光軸を有するレンズAiおよびレンズBiを通過する。位置Pji,Pj2は、Y軸に平行な所定直線上に存在する。
The imaging magnification of each lens A i of the
しかし、第1レンズアレイ10の像面において範囲MW内に結像されなかった光は、第2レンズアレイ20の像面P上の位置Pji,Pj2を通る所定直線上であって位置Pji,Pj2以外の他の位置に到達して、クロストークとなる。このようにクロストークとなる光は、共通の光軸を有するレンズAiおよびレンズBiを通過するのではなく、互いに異なる光軸を有するレンズAi1およびレンズBi2を通過する。ここで、i1とi2とは互いに異なる数である。
However, the light that is not imaged in the range MW on the image plane of the
そこで、本実施形態の結像光学装置1は、第1レンズアレイ10と第2レンズアレイ20との間に設けられた導光部アレイ40により、共通の光軸を有するレンズAiおよびレンズBiを通過する光を選択的に通過させて像面Pにおける所定直線上に結像させる一方で、互いに異なる光軸を有するレンズAi1およびレンズBi2を通過する可能性がある光を選択的に像面Pにおける所定直線上に結像させないことで、クロストークの抑制を図る。
Therefore, the imaging
図2は、本実施形態の結像光学装置1の構成を示す図である。本実施形態の結像光学装置1は、比較例の結像光学装置2の構成に加えて、導光部アレイ40を更に備えている。導光部アレイ40は、第1レンズアレイ10と第2レンズアレイ20との間に設けられ、アレイ配置されたI個の導光部G1〜GIを含む。I個の導光部G1〜GIは共通の構成を有し、Y方向に沿って一定ピッチで配置されている。導光部Giは、レンズAi,Biの光軸上に設けられており、レンズAiからレンズBiへ向う光を選択的に通過させる。導光部Giの中心軸はレンズAi,Biの光軸と一致しているのが好ましい。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the imaging
導光部Giは、Z方向に平行であってY方向に垂直でない側面を有する。レンズAiから導光部Giのこのような側面に達する光は、該側面において反射されることにより、像面Pにおける所定直線上に到達せず、クロストークが抑制される。 The light guide G i has side surfaces that are parallel to the Z direction and not perpendicular to the Y direction. Light reaching the lens A i in such a side surface of the light guide portion G i, by being reflected at the side surface, without reaching the predetermined straight line in the image plane P, the crosstalk is suppressed.
導光部Giは、Y方向に垂直である側面を有しないのが好適である。レンズAiから導光部Giのこのような側面に達する光は該側面において反射されると像面Pにおける所定直線上でクロストークとなるが、導光部Giがこのような側面を有しないことでクロストークが抑制される。 The light guide portion G i is suitably not have a side which is perpendicular to the Y direction. Lens light reaching such a side of the light guide portion G i from A i is the cross-talk at a predetermined straight line in the image plane P when it is reflected at the side surface, the light guide portion G i is such a side By not having it, crosstalk is suppressed.
また、導光部Giは、Z方向に平行であってY方向に対して45度である側面を有するのが好適である、さらに、導光部Giは、Z方向に平行であってY方向に対して45度である側面により囲まれているのが好適である。 The light guide G i is preferably parallel to the Z direction and has a side surface that is 45 degrees with respect to the Y direction. Further, the light guide G i is parallel to the Z direction. It is preferable to be surrounded by a side surface that is 45 degrees with respect to the Y direction.
図3は、本実施形態の結像光学装置1における光線の軌跡を示す図である。同図(a)はX方向に見た図であり、同図(b)はY方向に見た図である。同図では、光源アレイ30に含まれるJ個の光源S1〜SJのうち光源Sjから出力された光の軌跡が実線および破線それぞれで示されている。
FIG. 3 is a diagram showing the locus of light rays in the imaging
破線で示される光線は、レンズAiから導光部Giの入射面に入射され、導光部Giの側面に達することなく、導光部Giの出射面からレンズBiへ出射されて、像面Pにおける所定直線(X=0)上の所望の位置Pjに結像される。一方、実線で示される光線は、レンズAi+1から導光部Gi+1の入射面に入射され、導光部Gi+1のZ方向に平行であってY方向に垂直でない側面で反射されてX方向に向きが変更され、導光部Gi+1の出射面からレンズBi+1へ出射されて、像面Pにおける所定直線上ではない位置(X≠0)に結像される。この実線で示される光線は、像面Pにおける所定直線上ではない位置(X≠0)に結像されるので、クロストークとはならない。 Rays shown by dashed lines, is incident on the incident surface of the light guide portion G i from the lens A i, without reaching to the side surface of the light guide portion G i, emitted from the emission surface of the light guide section G i to the lens B i Thus, an image is formed at a desired position P j on a predetermined straight line (X = 0) on the image plane P. Meanwhile, light rays indicated by the solid line, the lens A i + 1 is incident on the incident surface of the light guide portion G i + 1 from the, X direction is reflected by the side surface which is parallel to the Z-direction of the light guide G i + 1 is not perpendicular to the Y direction The direction is changed, and the light is emitted from the light exit surface of the light guide G i + 1 to the lens B i + 1 to form an image at a position (X ≠ 0) on the image plane P that is not on a predetermined straight line. The light beam indicated by the solid line is imaged at a position (X ≠ 0) that is not on the predetermined straight line on the image plane P, and thus does not cause crosstalk.
導光部Gi内における光線のX軸,Y軸,Z軸それぞれに対する方向余弦(光線と各軸とがなす角度の余弦(cos))を L,M,N とし、導光部Giの側面の法線ベクトルを(l,m,n)とすると、この光線がこの側面で全反射された後の光線のX軸,Y軸,Z軸それぞれに対する方向余弦はL−2tl,M−2tm,N−2tn と表される。L,M,N それぞれは0以上1以下である。tは下記(1)式で表される。 X-axis of the light beam in the light guide portion G i, Y-axis, and (cosine of the angle between each the beam axis (cos)) direction cosines of the L, M, and N for each Z-axis, of the light guide portion G i Assuming that the normal vector of the side surface is (l, m, n), the direction cosines of the light beam after being totally reflected by this side surface with respect to the X axis, Y axis, and Z axis are L-2tl and M-2tm, respectively. , N-2tn. Each of L, M, and N is 0 or more and 1 or less. t is represented by the following formula (1).
導光部Giの側面での光線の反射点のX座標値,Y座標値およびZ座標値それぞれをXR,YR,ZR とすると、図4に示されるように、反射後の光線のXZ平面への投影は下記(2)式の一次式で表され、XZ平面におけるX軸となす角度θRは下記(3)式で表される。図4は、本実施形態の結像光学装置1の導光部Giの側面で反射された光線のXZ平面への投影を示す図である。
X-coordinate values of the reflection point of the light beam at the side of the light guide portion G i, Y coordinate values and Z coordinate values, respectively X R, Y R, When Z R, as shown in FIG. 4, beam after reflection Is projected on the XZ plane by the following linear expression (2), and the angle θ R with the X axis on the XZ plane is expressed by the following expression (3). Figure 4 is a diagram showing a projection onto the XZ plane side with reflected rays of the imaging
導光部Giの側面がZ軸に平行である場合は、n=0 である。また、この場合、図5に示されるように、その側面とX軸とがなす角度をθSとすると、l,mは下記(4)式で表される。図5は、本実施形態の結像光学装置1の導光部Giの側面をZ方向に見た図である。これらの導光部Giの側面の法線ベクトルを(l,m,n)を用いると、上記(1)は下記(5)式で表され、また、上記(3)は下記(6)式で表される。
When the side surface of the light guide G i is parallel to the Z axis, n = 0. In this case, as shown in FIG. 5, if the angle formed between the side surface and the X axis is θ S , l and m are expressed by the following equation (4). Figure 5 is a diagram of the
一方、導光部Giの側面で反射される前の光線のXZ平面への投影がZ軸となす角度の正接(tan)は L/N である。導光部Giの側面で光線が反射されない場合、その光線は、このままの方向に進んだ後に、後段の第2レンズアレイ20に含まれる何れかのレンズにより屈折されて、像面Pにおける所定直線(X=0)上の何れかの位置に到達して、クロストークとなる。
On the other hand, the angle of the tangent projection onto the XZ plane in front of the rays of light reflected on the side surface of the light guide portion G i makes with the Z axis (tan) is L / N. When a ray in the side surface of the light guide portion G i is not reflected, the light beam, after proceeding in the direction of the left, is refracted by one of the lens included in the rear stage of the
したがって、導光部Giの側面で反射された後の光線の方向は、L/N で表される元の光線の方向に対し、できる限り大きく異なることが好ましい。このようにすることで、導光部Giの側面で反射された後の光線は、像面Pにおける所定直線(X=0)から遠い位置に到達することになり、クロストークとならないようにすることができる。このことから、導光部Giの側面での反射の前後における光線の正接の差は、できる限り大きいことが好ましい。すなわち、上記(6)式の右辺の第2項の2l(lL+mM)/N の絶対値が大きいことが好ましく、l(lL+mM) の絶対値が大きいことが好ましい。 Therefore, the direction of the light beams after being reflected by the side surface of the light guide portion G i is to the direction of the original ray represented by L / N, is preferably different large as possible. By doing in this way, the light beam after being reflected by the side surface of the light guide G i reaches a position far from the predetermined straight line (X = 0) on the image plane P, so that crosstalk does not occur. can do. Therefore, the difference between the rays tangent before and after reflection on the side surface of the light guide portion G i is preferably as large as possible. That is, the absolute value of 2l (lL + mM) / N in the second term on the right side of the above equation (6) is preferably large, and the absolute value of l (lL + mM) is preferably large.
l(lL+mM) は下記(7)式で表される。導光部Giの側面での反射により光線の方向を変化させる為には、その側面がZ方向に平行であってY方向に垂直でないこと、すなわち、角度θSが値0でないことが条件である。また、l(lL+mM)の絶対値を大きくする為には、レンズが収差などを有することを考慮すると、Lが比較的小さく且つMが大きい光線(すなわち、YZ平面に平行に近い方向に進む光線)に対して(7)式が大きくなるようにすることが効果的である。したがって、導光部Giの反射面の傾き各θSは45度であることが好ましい。 l (lL + mM) is represented by the following formula (7). In order to change the direction of the light beam by reflection on the side surface of the light guide G i, the side surface must be parallel to the Z direction and not perpendicular to the Y direction, that is, the angle θ S should not be zero. It is. Further, in order to increase the absolute value of l (lL + mM), considering that the lens has aberration, etc., a light beam having a relatively small L and a large M (that is, a light beam traveling in a direction almost parallel to the YZ plane). It is effective to make the expression (7) larger than Therefore, the inclination each theta S of the reflective surface of the light guide G i is preferably 45 degrees.
図6は、本実施形態の結像光学装置1に含まれる導光部アレイ40の構成例を示す図である。この図に示される導光部アレイ40は、各々直方体形状を有するI個の導光部G1〜GIがアレイ配置されたものである。導光部Giが呈する直方体の上面および下面それぞれは正方形であり、上面はレンズAiからの光の入射面であり、下面はレンズBiへの光の出射面である。導光部Giが呈する直方体の4つの側面は、Z軸に平行であってY軸に対して45度である。I個の導光部G1〜GIのうち隣接する2つの導光部の間には間隙が設けられているのが好ましく、これにより、クロストークがより効果的に抑制され得る。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the light
図7は、本実施形態の結像光学装置1に含まれる導光部アレイ40の他の構成例を示す図である。この図に示される導光部アレイ40では、I個の導光部G1〜GIは、Z方向の一部区間(前段の第1レンズアレイ10の側の区間)では一体化されていて、残部区間(後段の第2レンズアレイ20の側の区間)では互いに分離している。このような構成の導光部アレイ40は、上下方向2個の金型を用いた成形により容易に製造され得る。
FIG. 7 is a diagram illustrating another configuration example of the
図8は、本実施形態の結像光学装置1を用いた場合の像面Pでの光強度分布の一例を示す図である。また、図9は、比較例の結像光学装置2を用いた場合の像面Pでの光強度分布の一例を示す図である。ここで、結像光学装置1,2の具体構成例として以下のようなものとした。第1レンズアレイ10のレンズAi,第2レンズアレイ20のレンズBiおよび導光部アレイ40の導光部Giそれぞれの屈折率は1.5である。前段の第1レンズアレイ10のレンズAiの焦点距離は2mmであり、レンズAiの結像倍率は1/4である。後段の第2レンズアレイ20のレンズBiの焦点距離は1.5mmであり、レンズBiの結像倍率は4である。I個のレンズA1〜AIの配列ピッチ,I個のレンズB1〜BIの配列ピッチおよびI個の導光部G1〜GIの配列ピッチは、何れも1mmである。
FIG. 8 is a diagram showing an example of the light intensity distribution on the image plane P when the imaging
また、光源アレイ30の光出射面と第1レンズアレイ10の光入射面との間の間隔は8.2mmである。第1レンズアレイ10の光入射面と光出射面との間の間隔は1mmである。第1レンズアレイ10の光出射面と導光部アレイ40の光入射面との間の間隔は1.5mmである。導光部アレイ40の光入射面と光出射面との間の間隔は2mmである。導光部アレイ40の光出射面と第2レンズアレイ20の光入射面との間の間隔は1mmである。第2レンズアレイ20の光入射面と光出射面との間の間隔は1mmである。また、第2レンズアレイ20の光出射面と像面Pとの間の間隔は6.2mmである。
Further, the distance between the light emitting surface of the
導光部アレイ40は、図7に示される構成のものが用いられた。I個の導光部G1〜GIは、Z方向の一部区間(前段の第1レンズアレイ10の側の0.5mmの区間)では一体化されていて、残部区間(後段の第2レンズアレイ20の側の1.5mmの区間)では互いに分離していて0.01mmの間隙が設けられている。
The
2つの光源Sj1および光源Sj2それぞれが光を出力するものとする。光源Sj1および光源Sj2それぞれの光出射領域は10μm角である。光源Sj1は光源アレイ30の中央に位置し、光源Sj2は中央から距離0.5mmの所に位置する。図8,図9は、像面Pにおける所定直線(X=0)上の光強度分布を示している。本実施形態の結像光学装置1および比較例の結像光学装置2の何れを用いた場合にも、像面Pにおける所定直線(X=0)上での光源Sj1,Sj2の像の位置Pji,Pj2の間隔は、光源Sj1,Sj2の間隔と等しく0.5mmとなっている。また、正立等倍の結像光学系が実現されており、光源の配列ピッチと同じ配列ピッチの光源像が得られている。
Assume that each of the two light sources S j1 and S j2 outputs light. The light emission area of each of the light sources S j1 and S j2 is 10 μm square. The light source S j1 is located at the center of the
しかし、図9に示されるように、比較例の結像光学装置2を用いた場合には、像面Pにおける所定直線(X=0)上で、光源像が形成されるべき位置Pji,Pj2から距離4.5mmの位置にも光のピークが存在しており、これがクロストークとなる。これに対して、図8に示されるように、本実施形態の結像光学装置1を用いた場合には、比較例のようなクロストークとなる光のピークは像面Pにおける所定直線(X=0)上に認められない。
However, as shown in FIG. 9, when the imaging
なお、導光部Giの屈折率をnとし、導光部アレイ40における導光部配列ピッチをφとすると、レンズAiを通過した後に空気層から導光部Giに入射した光線と光軸とがなす角の最大値θは、スネルの法則からθ=sin-1(1/n) となる。導光部Gi側面での全反射による効果を有効にするためには、導光部Giの光軸方向の長さはφ/tanθより長いことが好ましい。
Incidentally, the refractive index of the light guide G i is n, the light guide unit arrangement pitch of the light
また、像面Pの手前にスリットを配置して、このスリット開口を通過する光を像面Pにおける所定直線(X=0)上に結像させる一方で、導光部Giの側面で反射された光を遮断するようにしてもよい。スリット開口のX方向の幅は例えば0.1mmである。 Further, a slit is disposed in front of the image plane P, and light passing through the slit opening is imaged on a predetermined straight line (X = 0) on the image plane P, while being reflected by the side surface of the light guide portion Gi. The light may be blocked. The width of the slit opening in the X direction is, for example, 0.1 mm.
本実施形態の結像光学装置1は、光源アレイにおける光源配列ピッチと像面における結像位置配列ピッチとを互いに等しくすることができるだけでなく、クロストークを抑制することができる。また、第1レンズアレイ10,第2レンズアレイ20および導光部アレイ40それぞれは樹脂成形等により作製され得るので、本実施形態の結像光学装置1は安価に製造され得る。
The imaging
本実施形態の結像光学装置1は、特許文献1に開示された結像光学装置において第1レンズアレイと第2レンズアレイとの間に挿入される微小な透光部が設けられた遮光板を備えるのでなく、アレイ配置されたI個の導光部G1〜GIを含み各導光部Giに所定方位の反射面が設けられている導光部アレイ40を備えるので、レンズAi,Biの開口を大きくすることができる。
The imaging
したがって、本実施形態の結像光学装置1は、光源アレイ30においてアレイ配置されたJ個の光源S1〜SJの配列ピッチと同じ解像度で像面P上に光源像を形成することができ、所定位置に結像されるべき光を導光部Giにより選択的に通過させる一方で、クロストークとなる可能性がある光を導光部Giの反射面により選択的に進行方向を変えることができる。
Therefore, the imaging
また、本実施形態の結像光学装置1では、導光部アレイ40においてアレイ配置された導光部Giの配列ピッチは、レンズアレイ10,20においてアレイ配置されたレンズAi,Biの配列ピッチと同じとすることができるので、導光部アレイ40も安価に作製され得る。
Further, the
また、本実施形態の結像光学装置1は、第1レンズアレイ10と第2レンズアレイ20との間の距離を長くすることで、第1レンズアレイ10および第2レンズアレイ20を安価なものとすることができ、また、設計の自由度が高い。
In addition, the imaging
1…結像光学装置、10…第1レンズアレイ、20…第2レンズアレイ、30…光源アレイ、40…導光部アレイ。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記所定方向に沿ってアレイ配置されたI個のレンズB1〜BIを含み、各レンズBiの光軸とレンズAiの光軸とが互いに一致している第2レンズアレイと、
前記第1レンズアレイと前記第2レンズアレイとの間に設けられ、前記所定方向に沿ってアレイ配置されたI個の導光部G1〜GIを含み、各導光部GiがレンズAi,Biの光軸上に設けられている導光部アレイと、
を備え
導光部Giが、前記光軸に平行であって前記所定方向に垂直でない側面を有する、
ことを特徴とする結像光学装置(ただし、Iは2以上の整数、iは1以上I以下の各整数)。 A first lens array including I lenses A 1 to A I arranged in an array along a predetermined direction;
A second lens array including I lenses B 1 to B I arranged in an array along the predetermined direction, wherein the optical axis of each lens B i and the optical axis of the lens A i coincide with each other;
The light guides G 1 to G I are arranged between the first lens array and the second lens array and arranged in the predetermined direction, and each light guide G i is a lens. A light guide array provided on the optical axes of A i and B i ;
The light guide G i has a side surface that is parallel to the optical axis and not perpendicular to the predetermined direction.
An imaging optical device (where I is an integer greater than or equal to 2, i is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to I).
The refractive index of the light guide G i is n, the when and the light guide portion arrangement pitch phi of the light guide unit array, the length of the optical axis of the light guide G i is φ / tan {sin -1 ( The imaging optical device according to claim 1, wherein the imaging optical device is longer than 1 / n)}.
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