JP2867840B2 - Imaging device - Google Patents

Imaging device

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JP2867840B2
JP2867840B2 JP12337893A JP12337893A JP2867840B2 JP 2867840 B2 JP2867840 B2 JP 2867840B2 JP 12337893 A JP12337893 A JP 12337893A JP 12337893 A JP12337893 A JP 12337893A JP 2867840 B2 JP2867840 B2 JP 2867840B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の利用分野】この発明は、LEDヘッドや,液晶
シャッタアレイヘッド,プラズマヘッド,イメージセン
サ等の画像装置に関する。
The present invention relates to an image device such as an LED head, a liquid crystal shutter array head, a plasma head, and an image sensor.

【0002】[0002]

【従来技術】受発光アレイと結像用の単眼レンズとを組
み合わせた画像装置は、古くから知られている(例えば
米国特許4532,526号,同4532,527
号)。しかしながら単眼レンズを用いた画像装置は、未
だに実用化されていない。発明者は、単眼レンズを用い
た画像装置の問題点を検討し、以下のことを見い出し
た。 1)従来から検討されている単眼レンズは曲面レンズ
で、画像装置の温度変動に対する許容範囲が狭い。即ち
温度が変動するとレンズ表面の曲率が変化し、曲面レン
ズではレンズ表面の曲面形状で結像位置が定まるため、
温度変動による結像位置の変動が著しい。画像装置で
は、装置内での発熱や周囲の感光体ドラム等からの発熱
があり、温度変化の範囲が広い。このため通常の用途で
は充分に用いられる単眼レンズでも、画像装置では狭い
温度範囲でしか使用できず、非実用的となる。 2) 曲面レンズはレンズ表面の形状で性能が定まり、
一般に高価である。 3)受発光アレイの変わり目で、画像品位が低下し易
い。例えば画像形成装置では印画画像に白筋や黒筋が発
生し易く、画像読み取り装置でも読み取り画像に白筋や
黒筋が発生し易い。
2. Description of the Related Art An image apparatus combining a light receiving / emitting array and a monocular lens for image formation has been known for a long time (for example, US Pat. Nos. 4,532,526 and 4,532,527).
issue). However, an image device using a monocular lens has not been put to practical use yet. The inventor has studied the problems of an image device using a monocular lens and found the following. 1) The monocular lens which has been conventionally studied is a curved lens, and has a narrow allowable range with respect to temperature fluctuation of the image apparatus. That is, when the temperature fluctuates, the curvature of the lens surface changes, and in the case of a curved lens, the imaging position is determined by the curved shape of the lens surface.
The imaging position fluctuates significantly due to temperature fluctuations. In an image apparatus, heat is generated in the apparatus and heat is generated from surrounding photosensitive drums and the like, and the range of temperature change is wide. For this reason, even a monocular lens which is sufficiently used in a normal application can be used only in a narrow temperature range in an image device, which is impractical. 2) The performance of a curved lens is determined by the shape of the lens surface.
Generally expensive. 3) Image quality is likely to deteriorate at the transition point of the light receiving / emitting array. For example, in an image forming apparatus, white streaks and black streaks are easily generated in a printed image, and in an image reading apparatus, white streaks and black streaks are easily generated in a read image.

【0003】[0003]

【発明の課題】請求項1の発明の課題は、 1)単眼レンズの温度変動に対する許容範囲を広げ、 2)安価に均質なレンズを得られるようにし、かつ 3)受発光アレイの変わり目での画像品位の低下を防止
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to 1) widen the permissible range of temperature fluctuation of a monocular lens, 2) obtain a homogeneous lens at low cost, and 3) change the light receiving / emitting array at a transition point. An object of the present invention is to prevent deterioration of image quality.

【0004】[0004]

【発明の構成】この発明は、受発光アレイに対向して、
単眼レンズアレイを配置した画像装置において、前記単
眼レンズアレイの各レンズを分布屈折率型の棒状レンズ
とし、該レンズの屈折率をn、レンズの中心軸における
屈折率をn0,レンズの中心軸からの半径方向距離を
r、aを正の定数として、レンズの屈折率分布を、 n=n0(1−ar+f(r)), ここにf(r)は、レンズの外周付近で正の値を持ち、
他の部分でほぼ0となる補正関数で、レンズ内の任意の
位置において、|f(r)|<ar である、とした
ことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a light emitting / receiving array,
In an imaging apparatus having a monocular lens array, each lens of the monocular lens array is a distributed refractive index type rod-shaped lens, the refractive index of the lens is n, the refractive index at the central axis of the lens is n0, and the distance from the central axis of the lens is Let r be the radial distance of a and a be a positive constant, and let the refractive index distribution of the lens be: n = n0 (1−ar 2 + f (r)), where f (r) is a positive value near the outer periphery of the lens. Has a value,
In almost 0. The correction function elsewhere, at an arbitrary position in the lens, | f (r) | <a ar 2, characterized in that the the.

【0005】[0005]

【発明の作用】この発明の画像装置では、分布屈折率型
の棒状レンズを用いた単眼レンズのアレイを用いる。レ
ンズの屈折率分布は、レンズの中心軸における屈折率を
n0,レンズの中心軸からの半径方向の距離をr、aを
正の定数として、 n=n0(1−ar+f(r)) (2) とする。ここにf(r)は、レンズの外周付近で正の値
を持ち、他の部分でほぼ0となる補正関数で、レンズ内
の任意の位置において、 |f(r)|<ar である。 比較のために、式(1)にセルフフォーカシングレンズ
に対する屈折率分布を示す。 n=n0(1−ar) (1) この発明ではセルフフォーカシングレンズアレイのよう
な複眼レンズのアレイを用いず、単眼レンズのアレイを
用いる。そして棒状レンズの長さを選べば、倒立縮小像
や倒立拡大像、あるいは正立縮小像や正立拡大像へと、
像を変化させることができる。
In the image apparatus according to the present invention, a monocular lens array using a distributed refractive index type rod lens is used. The refractive index distribution of the lens, the refractive index at the center axis of the lens n0, the radial distance from the central axis of the lens r, the a is a positive constant, n = n0 (1-ar 2 + f (r)) (2) Here f (r) has a positive value in the vicinity of the outer periphery of the lens, almost 0. The correction function elsewhere, at an arbitrary position in the lens, | is <ar 2 | f (r) . For comparison, Equation (1) shows the refractive index distribution for the self-focusing lens. n = n0 (1-ar 2 ) (1) without the use of arrays of compound lens such as self-focusing lens array in the present invention, using an array of monocular lens. And if you choose the length of the rod-shaped lens, it becomes an inverted reduced image or an inverted enlarged image, or an erect reduced image or an erect enlarged image,
The image can be changed.

【0006】棒状の分布屈折率型レンズは殆ど検討され
ていない。例えば公知の分布屈折率型レンズは、半球状
等の曲面レンズである。これに対して分布屈折率型の棒
状レンズを用いることの利点は、温度変化に伴う結像位
置の狂いが小さいことにある。即ち温度変化により棒状
レンズが熱膨張しても、内部の屈折率分布自体は殆ど変
わらない。このため結像位置は温度変化による影響を余
り受けない。これに対して曲面レンズの場合、温度変化
によりレンズ表面の形状が変化すると、結像位置が著し
く変化する。なお棒状の分布屈折率型レンズの材質とし
ては、例えばガラスやプラスチック等を用いる。プラス
チックレンズの場合、周囲の湿度が増加するとレンズが
膨潤し、レンズ表面の曲面形状が変化するため、結像位
置が変化する。これに対して棒状レンズの内部まで水蒸
気が進入することは殆どなく、このためプラスチックレ
ンズを用いても、湿度の影響は小さい。
[0006] Bar-shaped distributed index lenses have hardly been studied. For example, a known distributed index lens is a curved lens such as a hemisphere. On the other hand, the advantage of using a distributed refractive index type rod-shaped lens is that the deviation of the imaging position due to a temperature change is small. That is, even if the rod-shaped lens thermally expands due to a temperature change, the internal refractive index distribution itself hardly changes. For this reason, the imaging position is hardly affected by the temperature change. On the other hand, in the case of a curved lens, if the shape of the lens surface changes due to a change in temperature, the image forming position changes significantly. As the material of the rod-shaped distributed index lens, for example, glass or plastic is used. In the case of a plastic lens, when the surrounding humidity increases, the lens swells and the curved surface shape of the lens surface changes, so that the image forming position changes. On the other hand, water vapor hardly enters the inside of the rod-shaped lens, and therefore, even if a plastic lens is used, the influence of humidity is small.

【0007】この発明では、棒状レンズの屈折率分布
を、セルフフォーカシングレンズに対する式(1)から
やや変形し、レンズの外周部付近で屈折率が式(1)よ
りも僅かに大きくなるようにする。そしてこのようにす
ると、発光面や原稿面の位置が適正位置から変動して
も、あるいは結像面の位置が適正位置から変動しても、
結像性能への影響が小さくなる。そしてこのことは、画
像アレイと画像アレイの変わり目での、白筋や黒筋等の
発生を防止する効果を持つ。
According to the present invention, the refractive index distribution of the rod-shaped lens is slightly modified from the formula (1) for the self-focusing lens so that the refractive index near the outer periphery of the lens becomes slightly larger than the formula (1). . In this case, even if the position of the light emitting surface or the document surface fluctuates from the proper position, or the position of the image forming surface fluctuates from the proper position,
The effect on the imaging performance is reduced. This has the effect of preventing the occurrence of white streaks, black streaks, and the like at the transition between image arrays.

【0008】光は、屈折率の大きい領域を進もうとする
傾向がある。この発明のように、セルフフォーカシング
レンズに対する屈折率分布の式(1)からやや変形し、
レンズの外周部付近での屈折率を大きくすると、レンズ
の外周部付近に入射した光は、外周部に引き付けられ
て、より大きく曲がろうとする。一方レンズの中心部付
近に入射した光に対しては、外周部付近の屈折率を変化
させても、殆ど影響は生じない。そしてレンズの外周部
付近を通過する光は、主として受発光アレイと受発光ア
レイの変わり目付近の光である。このような光は、他の
部分からの光よりもレンズの中でより大きく曲げられ、
そのため結像面への入射角がより小さくなる。結像面へ
の入射角が小さくなると、結像面の位置が変動した場合
の位置ずれが小さくなる。このようにして受発光アレイ
と受発光アレイの変わり目での、結像面位置の変動に対
する位置ずれを小さくし、白筋や黒筋の発生を防止す
る。このことは発光面や原稿面の位置ずれに対しても同
様で、レンズの外周部付近の屈折率を式(1)よりもや
や大きくしておくと、発光面や原稿面の位置が変動して
も、結像性能への影響は小さくなる。そしてこの効果
は、受発光アレイと受発光アレイの変わり目に関係した
光に対して、特に強く現れる。
[0008] Light tends to travel through regions of high refractive index. As in the present invention, the refractive index distribution with respect to the self-focusing lens is slightly modified from Expression (1),
When the refractive index near the outer periphery of the lens is increased, light incident near the outer periphery of the lens is attracted to the outer periphery and tends to bend more. On the other hand, for light incident near the center of the lens, changing the refractive index near the outer periphery has almost no effect. The light passing near the outer periphery of the lens is mainly light near the transition between the light receiving and emitting array and the light receiving and emitting array. Such light is bent more in the lens than light from other parts,
As a result, the angle of incidence on the image plane becomes smaller. As the angle of incidence on the image plane decreases, the displacement when the position of the image plane fluctuates decreases. In this manner, the positional shift at the transition between the light receiving / emitting array and the light receiving / emitting array due to the change in the image plane position is reduced, and the generation of white streaks and black streaks is prevented. The same is true for misalignment of the light emitting surface and the original surface. If the refractive index near the outer periphery of the lens is set to be slightly larger than that of the equation (1), the position of the light emitting surface and the original surface may fluctuate. However, the influence on the imaging performance is reduced. This effect is particularly strong for light related to a transition between the light receiving and emitting array and the light receiving and emitting array.

【0009】この発明のように、棒状の分布屈折率型レ
ンズの屈折率分布を式(1)からやや変形しても、補正
関数f(r)の値が小さければ、結像性能には殆ど影響
しない。式(1)に対する屈折率分布の補正関数f
(r)は、好ましくは半径rの3乗や4乗等に比例した
もの、あるいは外周端からレンズの内側へ入るにつれて
指数的に小さくなるものとし、棒状レンズの外周部付近
で補正関数f(r)が大きな値を持つようにする。結像
性能を乱さないため、レンズ内の任意の位置について、
補正関数f(r)の絶対値は式(1)のarよりも小
さくなるようにしておく。
As in the present invention, even if the refractive index distribution of the rod-shaped distributed index lens is slightly modified from the equation (1), if the value of the correction function f (r) is small, the imaging performance is hardly affected. It does not affect. Correction function f of refractive index distribution for equation (1)
(R) is preferably proportional to the cube of the radius r, the fourth power, or the like, or exponentially smaller as it enters the inside of the lens from the outer edge, and the correction function f ( r) has a large value. For any position in the lens,
The absolute value of the correction function f (r) is kept to be smaller than ar 2 of the formula (1).

【0010】この発明の棒状レンズは通常のセルフフォ
ーカシングレンズの製造方法によって生産することがで
き、ガラス曲面レンズのようにレンズを削り出す必要は
ない。このため均質なレンズを、安価に量産することが
できる。
The rod-shaped lens of the present invention can be produced by a usual method of manufacturing a self-focusing lens, and it is not necessary to cut out the lens unlike a curved glass lens. For this reason, homogeneous lenses can be mass-produced at low cost.

【0011】[0011]

【実施例】図1〜図4に、LEDヘッドを例に実施例を
示す。図1に光学系を示す。図において、2はLEDア
レイで、例えば解像度508DPIのアレイ2を間隔を
おいて配置する。4はLEDアレイ2の基板で、例えば
ガラス基板を用いる。6は単眼レンズのアレイで、分布
屈折率型の棒状レンズ8を黒色樹脂10にはめ込んだも
のとする。分布屈折率型の棒状レンズ8は、例えばセル
フフォーカシングレンズの製造方法に従って生産し、長
尺状のレンズからスタートして、切断して形成する。棒
状レンズ8は、セルフフォーカシングレンズアレイと異
なり、レンズの直径が大きいので、表面を研磨して平滑
にすることが容易である。これに対してセルフフォーカ
シングレンズアレイの場合には、ファイバー状の細いレ
ンズを用いるため、表面を平滑化することが困難で、表
面荒れの問題がある。そしてレンズ表面の荒れは光の散
乱の原因となり、結像性能を低下させる。12は結像面
で、実用的には感光体ドラムが結像面12となる。
1 to 4 show an embodiment using an LED head as an example. FIG. 1 shows an optical system. In the figure, reference numeral 2 denotes an LED array, for example, an array 2 having a resolution of 508 DPI is arranged at intervals. Reference numeral 4 denotes a substrate of the LED array 2, for example, a glass substrate is used. Reference numeral 6 denotes an array of monocular lenses, in which a distributed refractive index type rod-shaped lens 8 is fitted in a black resin 10. The distributed refractive index type rod-shaped lens 8 is produced, for example, according to a method of manufacturing a self-focusing lens, and is formed by cutting and starting from a long lens. Unlike the self-focusing lens array, the rod-shaped lens 8 has a large diameter, so that the surface can be easily polished and smoothed. On the other hand, in the case of a self-focusing lens array, since a thin fiber lens is used, it is difficult to smooth the surface, and there is a problem of surface roughness. The rough surface of the lens causes scattering of light, and deteriorates imaging performance. Reference numeral 12 denotes an image forming surface, and the photosensitive drum becomes the image forming surface 12 in practical use.

【0012】LEDアレイ2と結像面12との間隔Lは
例えば20mm程度と大きくすることが可能で、セルフ
フォーカシングレンズアレイの場合のように、LEDア
レイ2とレンズアレイと感光体ドラムとをごく小さな間
隔で組み立てる必要が無い。実施例では棒状単眼レンズ
8を倍率1.692倍の拡大倒立像が得られるレンズと
し、508DPIのLEDアレイ2は結像面12では解
像度300DPIの画像を与える。これに伴って単眼レ
ンズ8の直径は、例えば3mm程度となる。
The distance L between the LED array 2 and the image plane 12 can be as large as, for example, about 20 mm. As in the case of a self-focusing lens array, the distance between the LED array 2, the lens array and the photosensitive drum is extremely small. There is no need to assemble at small intervals. In the embodiment, the rod-shaped monocular lens 8 is a lens capable of obtaining a magnified inverted image with a magnification of 1.692 times, and the LED array 2 of 508 DPI provides an image with a resolution of 300 DPI on the image plane 12. Accordingly, the diameter of the monocular lens 8 becomes, for example, about 3 mm.

【0013】比較のために、セルフフォーカシングレン
ズに対する屈折率分布を式(1)に従って定めた場合
の、光路を図1の破線で示す。一方実施例で、屈折率分
布を、 n−n0(1−ar+f(r)) (2) とした場合の、光路を図1の実線で示す。f(r)は式
(1)に対する補正関数で、棒状レンズ8の外周部付近
で屈折率が式(1)よりもやや大きくなるものであれば
良い。また補正関数f(r)は、棒状レンズ8の中心軸
付近ではほぼ0となるように定め、補正関数の値f
(r)の絶対値がレンズ8の任意の点においてar
りも小さくなるようにする。実施例では補正関数f
(r)としてbrを用いた。ここにbは定数で、br
は常にarよりも小さい。用いた屈折率分布は、式
(3)のようになる。 n=n0(1−ar+br) (3)
For comparison, the optical path when the refractive index distribution for the self-focusing lens is determined according to the equation (1) is shown by a broken line in FIG. On the other hand, in the example, the optical path in the case where the refractive index distribution is n−n0 (1−ar 2 + f (r)) (2) is shown by the solid line in FIG. f (r) is a correction function for Expression (1), and may be any function as long as the refractive index near the outer periphery of the rod-shaped lens 8 is slightly larger than that of Expression (1). Further, the correction function f (r) is determined to be substantially zero near the center axis of the rod-shaped lens 8, and the correction function value f
The absolute value of (r) is made smaller than ar 2 at an arbitrary point of the lens 8. In the embodiment, the correction function f
Br 2 was used as (r). Where b is a constant, br
2 is always smaller than ar 2. The used refractive index distribution is as shown in Expression (3). n = n0 (1−ar 2 + br 3 ) (3)

【0014】光は、一般に屈折率の高い部分を選んで進
もうとする傾向がある。このため式(2)のように単眼
レンズ8の外周部付近で屈折率がやや大きくなる分布を
用いると、レンズ8内での光はレンズの外周部付近に沿
って進もうとし、この結果光路は図の破線から実線のよ
うに変化する。そしてこのため、結像面に対する入射角
が図の破線の場合よりも小さくなる。また同じ結像位置
に対する光の出射角も、図の破線の場合より小さくな
る。このことは後に示すように、LEDアレイ2とLE
Dアレイ2の変わり目での、白筋や黒筋の発生を防止す
る作用がある。
Light generally tends to select a portion having a high refractive index and try to travel. For this reason, if a distribution in which the refractive index is slightly large near the outer peripheral portion of the monocular lens 8 is used as in Expression (2), light in the lens 8 tries to travel along the outer peripheral portion of the lens, and as a result, the optical path Changes from a broken line in the figure to a solid line. For this reason, the incident angle with respect to the image plane becomes smaller than the case of the broken line in the figure. Further, the emission angle of light with respect to the same image forming position is smaller than that in the case of the broken line in FIG. This means that the LED array 2 and the LE
It has an effect of preventing the generation of white streaks and black streaks at the transition of the D array 2.

【0015】図2に、棒状単眼レンズ8の屈折率分布と
光路とを示す。図2の破線は、セルフフォーカシングレ
ンズに対する屈折率分布の式(1)に従った比較例の特
性を示す。図2の実線は、式(3)に従ってレンズ8の
外周部で屈折率をやや大きくした実施例の特性を示す。
レンズ8の屈折率分布は式(1)の場合、図2の左側に
示した放物線状の分布となる。これに対して式(3)で
は、補正関数f(r)としてbrを用いているので、
図の実線のようにレンズ8の外周部付近で屈折率がやや
大きくなる。
FIG. 2 shows a refractive index distribution and an optical path of the rod-shaped monocular lens 8. The broken line in FIG. 2 shows the characteristics of the comparative example according to the expression (1) of the refractive index distribution for the self-focusing lens. The solid line in FIG. 2 shows the characteristics of the embodiment in which the refractive index is slightly increased at the outer peripheral portion of the lens 8 according to the equation (3).
In the case of Expression (1), the refractive index distribution of the lens 8 is a parabolic distribution shown on the left side of FIG. On the other hand, in equation (3), br 3 is used as the correction function f (r).
As shown by the solid line in the figure, the refractive index slightly increases near the outer periphery of the lens 8.

【0016】レンズ8内での光路は、式(1)の屈折率
分布の場合、図の破線のようになり、光は蛇行しながら
進む。ここで例えば図2の切断面Aでレンズ8を切断す
ると、倒立像が得られる。また切断面Bで切断すると正
立像が得られる。そして切断面Aや切断面Bの位置をシ
フトさせると拡大像や縮小像となり、倍率が変化する。
ここで式(2),(3)のように、レンズ8の外周部付
近で屈折率がやや大きくなるように補正すると、光は図
の実線のように進む。これは光が屈折率の高い部分を選
んで進行しようとすることを表している。そしてレンズ
内での光の曲がり方が大きければ大きいほど、レンズ8
以外の部分での光の入射角や出射角は小さくなり、この
結果図1の実線のように入射角や出射角が減少する。以
上の議論はLEDアレイ2の両端付近からの光に関する
もので、LEDアレイ2の中央部付近からの光は、単眼
レンズ8への入射角が小さく、光は単眼レンズ8の中心
軸付近を進行し、外周部付近での屈折率への補正関数f
(r)の影響を受けない。このため式(2)による屈折
率分布への補正は、LEDアレイ2の両端付近からの光
に対してのみ作用する。なお式(2)において、補正関
数f(r)が小さければ、即ち|f(r)|が常にar
よりも充分小さければ、レンズ8の解像度には殆ど影
響しない。
In the case of the refractive index distribution of the equation (1), the optical path in the lens 8 is as shown by a broken line in the figure, and the light travels meandering. Here, for example, when the lens 8 is cut along the cutting plane A in FIG. 2, an inverted image is obtained. Further, when cut at the cutting plane B, an erect image is obtained. When the position of the cutting plane A or the cutting plane B is shifted, an enlarged image or a reduced image is obtained, and the magnification changes.
Here, if correction is made so that the refractive index becomes slightly large near the outer peripheral portion of the lens 8 as in the equations (2) and (3), the light travels as shown by the solid line in the figure. This indicates that light tries to travel by selecting a portion having a high refractive index. And the larger the light bends in the lens, the more the lens 8
The incident angle and the outgoing angle of light in portions other than the above become small, and as a result, the incident angle and the outgoing angle decrease as shown by the solid line in FIG. The above discussion relates to light from both ends of the LED array 2. Light from near the center of the LED array 2 has a small incident angle to the monocular lens 8, and light travels near the central axis of the monocular lens 8. And a correction function f to the refractive index near the outer periphery.
Not affected by (r). Therefore, the correction to the refractive index distribution by the equation (2) acts only on light from near both ends of the LED array 2. In equation (2), if the correction function f (r) is small, that is, | f (r) |
If it is sufficiently smaller than 2 , the resolution of the lens 8 is hardly affected.

【0017】図3に、棒状レンズ8の屈折率分布の、結
像面12の位置ずれに対する影響を示す。単眼レンズを
用いた場合に白筋や黒筋が発生し易い原因の一つは、結
像面12の位置ずれにある。即ちLEDアレイ2の両端
付近の発光体からの光は、結像面12に大きな入射角で
入射する。ここで仮に結像面12の位置がδだけずれ、
位置12’へシフトしたとする。すると式(1)の屈折
率分布の比較例では、結像面でのドットの位置は、図3
の破線のように大きく変化する。これに対して式(2)
の屈折率分布の実施例でが、結像面12’でのドットの
位置の変化は、図3の実線のように、式(1)の比較例
より小さい。結像面12への入射角をθとすると、結像
面12の位置ずれによるドット位置の変化はtanθに
比例する。このため入射角θが小さいほど、結像面12
の位置がずれた場合の影響が小さい。
FIG. 3 shows the influence of the refractive index distribution of the rod-shaped lens 8 on the displacement of the image plane 12. One of the causes of the occurrence of white streaks and black streaks when using a monocular lens is the displacement of the image plane 12. That is, light from the light emitters near both ends of the LED array 2 enters the image plane 12 at a large incident angle. Here, if the position of the imaging plane 12 is shifted by δ,
Suppose that it has shifted to position 12 '. Then, in the comparative example of the refractive index distribution of Expression (1), the position of the dot on the image forming plane is as shown in FIG.
As shown by the broken line in FIG. Equation (2)
In the embodiment of the refractive index distribution, the change in the position of the dot on the image plane 12 'is smaller than the comparative example of the equation (1), as indicated by the solid line in FIG. Assuming that the incident angle on the imaging surface 12 is θ, the change in the dot position due to the displacement of the imaging surface 12 is proportional to tan θ. Therefore, the smaller the incident angle θ is,
Has a small effect when the position is shifted.

【0018】結像面12の位置ずれにより、白筋や黒筋
が発生する原因を説明する。結像面12の位置がずれる
と、LEDアレイ2の両端付近の発光体からの結像位置
は、図3のように変化する。ここで倒立像を用いると、
左側のLEDアレイ2からの光と右側のLEDアレイ2
からの光とは、アレイとアレイとの変わり目で反対方向
に結像位置がずれる。そしてこれらの結像位置が近づく
と、黒筋が発生する。またこれらの結像位置が離れる
と、白筋が発生する。これに対して式(2)の屈折率分
布を用いると、結像面12への入射角を小さくし、結像
面12の位置ずれによるドット位置の変化を抑制し、白
筋や黒筋の発生を防止することができる。
The cause of the occurrence of white streaks or black streaks due to the displacement of the image plane 12 will be described. When the position of the image forming plane 12 is shifted, the image forming position from the light emitter near both ends of the LED array 2 changes as shown in FIG. If you use an inverted image here,
Light from left LED array 2 and right LED array 2
The image position is shifted in the opposite direction at the transition between the arrays. Then, when these image forming positions approach each other, black streaks occur. Further, when these image forming positions are separated, white streaks are generated. On the other hand, when the refractive index distribution of the equation (2) is used, the incident angle on the imaging surface 12 is reduced, the change in the dot position due to the displacement of the imaging surface 12 is suppressed, and the white streak and the black streak are reduced. Generation can be prevented.

【0019】白筋や黒筋の発生の第2の原因は、LED
アレイ2の位置がレンズアレイ6に対して変動すること
にある。この機構を図4に示す。図の14は個別の発光
体で、LEDアレイ2の位置がずれ、2’の位置にシフ
トしたとする。単眼レンズ8への入射角が大きい場合、
レンズ8への光の入射位置は図4の右側のように大きく
変化する。これに対して単眼レンズ8への入射角が小さ
い場合、レンズ8への入射位置は図4の左側のように変
化する。そしてここでもレンズ8への発光体14からの
入射位置のずれは、tanθに比例する。このため式
(2)の屈折率分布を用い、レンズ8への入射角θを小
さくすると、LEDアレイ2の位置がずれても、結像位
置への影響を小さくすることができる。同じLEDアレ
イ2内の発光体からの光の結像位置は、LEDアレイ2
の位置がずれても相対的には余り変化しない。これに対
して、倒立像を用いるため隣接したLEDアレイ2から
の光の結像位置は、アレイ2とアレイ2の変わり目で、
位置ずれにより著しく変化する。そこで式(2)の屈折
率分布を用い、レンズ8への入射角を小さくし、LED
アレイ2の位置ずれの影響を小さくする。このようにし
てLEDアレイ2の位置ずれや結像面の位置ずれによ
る、白筋や黒筋の発生を抑制する。
The second cause of the occurrence of white and black streaks is LED
The position of the array 2 varies with respect to the lens array 6. This mechanism is shown in FIG. Reference numeral 14 in the figure indicates that the position of the LED array 2 has shifted and shifted to the position 2 '. When the angle of incidence on the monocular lens 8 is large,
The incident position of light on the lens 8 greatly changes as shown on the right side of FIG. On the other hand, when the angle of incidence on the monocular lens 8 is small, the position of incidence on the lens 8 changes as shown on the left side of FIG. And here also, the shift of the incident position from the light emitting body 14 to the lens 8 is proportional to tan θ. For this reason, if the incident angle θ to the lens 8 is reduced using the refractive index distribution of the equation (2), the influence on the imaging position can be reduced even if the position of the LED array 2 is shifted. The imaging position of light from the light emitter in the same LED array 2 is
Does not change relatively even if the position is shifted. On the other hand, since the inverted image is used, the image forming position of the light from the adjacent LED array 2 is a transition point between the array 2 and the array 2.
It changes significantly due to misalignment. Therefore, by using the refractive index distribution of Expression (2), the incident angle to the lens 8 is reduced, and the LED
The effect of the displacement of the array 2 is reduced. In this way, the occurrence of white streaks and black streaks due to the displacement of the LED array 2 and the displacement of the image plane is suppressed.

【0020】[0020]

【発明の効果】請求項1の発明では、以下の効果が得ら
れる。 1)単眼レンズの温度変動に対する許容範囲を広げ、温
度範囲の広い画像装置でも、結像位置の変動を防止でき
る。 2)安価に均質なレンズが得られる。 3)受発光アレイ間の変わり目での、画像品位の低下を
防止することができる。
According to the first aspect of the present invention, the following effects can be obtained. 1) The allowable range for the temperature fluctuation of the monocular lens is widened, and the fluctuation of the image forming position can be prevented even in an image apparatus having a wide temperature range. 2) A homogeneous lens can be obtained at low cost. 3) It is possible to prevent a decrease in image quality at a transition between light receiving and emitting arrays.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施例の画像装置での、光学系を示す図FIG. 1 is a diagram showing an optical system in an image apparatus according to an embodiment.

【図2】 実施例の画像装置での、単眼レンズでの屈折
率分布と、レンズ内の光路とを示す特性図
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a refractive index distribution of a monocular lens and an optical path in the lens in the image apparatus of the embodiment.

【図3】 実施例の画像装置での、結像面のずれの影響
を示す特性図
FIG. 3 is a characteristic diagram showing an influence of a shift of an imaging plane in the image apparatus according to the embodiment.

【図4】 実施例の画像装置での、発光面のずれの影響
を示す特性図
FIG. 4 is a characteristic diagram showing an influence of a shift of a light emitting surface in the image device according to the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 LEDアレイ 4 基板 6 単眼レンズアレイ 8 棒状単眼レンズ 10 黒色樹脂 12 結像面 14 発光体 2 LED array 4 Substrate 6 Monocular lens array 8 Bar-shaped monocular lens 10 Black resin 12 Image plane 14 Light emitting body

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G03G 15/04 111 H04N 1/028 Z H01L 33/00 1/036 A H04N 1/028 1/036 (56)参考文献 特開 昭59−51445(JP,A) 特開 平4−234701(JP,A) 特開 昭60−140307(JP,A) 特開 平2−284107(JP,A) 特開 平1−217476(JP,A) 特開 平4−141601(JP,A) 特開 平4−141602(JP,A) 特開 平4−251805(JP,A) 特開 平5−238060(JP,A) 特開 平5−238062(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B41J 2/44 B41J 2/45 B41J 2/455 G02B 3/00 G03G 15/04 111 H01L 33/00 H04N 1/028 H04N 1/036 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI G03G 15/04 111 H04N 1/028 Z H01L 33/00 1/036 A H04N 1/028 1/036 (56) References JP JP-A-59-51445 (JP, A) JP-A-4-234701 (JP, A) JP-A-60-140307 (JP, A) JP-A-2-284107 (JP, A) JP-A-1-217476 (JP) JP-A-4-141601 (JP, A) JP-A-4-141602 (JP, A) JP-A-4-251805 (JP, A) JP-A-5-238060 (JP, A) 5-238062 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) B41J 2/44 B41J 2/45 B41J 2/455 G02B 3/00 G03G 15/04 111 H01L 33/00 H04N 1/028 H04N 1/036

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 受発光アレイに対向して、単眼レンズア
レイを配置した画像装置において、 前記単眼レンズアレイの各レンズを分布屈折率型の棒状
レンズとし、 該レンズの屈折率をn、レンズの中心軸における屈折率
をn0,レンズの中心軸からの半径方向距離をr、aを
正の定数として、レンズの屈折率分布を、 n=n0(1−ar+f(r)), ここにf(r)は、レンズの外周付近で正の値を持ち他
の部分でほぼ0となる補正関数で、レンズ内の任意の位
置において、 |f(r)|<ar となる、 としたことを特徴とする、画像装置。
1. An image apparatus in which a monocular lens array is arranged opposite to a light receiving / emitting array, wherein each lens of the monocular lens array is a distributed refractive index type rod-shaped lens, the refractive index of the lens is n, and the refractive index of the lens is n. the refractive index at the center axis n0, the radial distance from the central axis of the lens r, the a is a positive constant, the refractive index distribution of the lens, n = n0 (1-ar 2 + f (r)), where the f (r) is almost 0. the correction function elsewhere have a positive value in the vicinity of the outer periphery of the lens, at an arbitrary position in the lens, | f (r) | a <ar 2, and the An imaging device, characterized in that:
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