JP3258083B2 - ダブプリズム組立体、結像素子ユニット及びライン結像素子 - Google Patents

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や複写器、
ＬＥＤプリンタ等に使われる結像素子ユニット及びライ
ン結像素子並びにそれに好適に用いられるダブプリズム
組立体に関する。

【０００２】

【従来の技術】ファクシミリや複写器、ＬＥＤプリンタ
等にはライン状の被写体を等倍率で感光ドラムやセンサ
上に結像させるライン結像素子が用いられている。この
分野で利用されているライン結像素子としては、円柱
状の透明体で、その軸から外側に向って屈折率が順次低
下する棒状レンズ体多数本を並列配列したレンズアレ
イ、特公昭４９−８８９３号公報、特開昭５７−１０
４９２３号公報、特開昭５７−６６４１４号公報等に示
されるごとく球面レンズアレイを多層構造に積層したも
の、特開昭６１−２１０３１９号公報、特開昭５６−
１２６８０１号公報、特開昭５６−１４０３０１号公
報、特開昭５６−１４９００２号公報、特開昭６０−２
５４０１８号公報、特開昭６０−２５４０１９号公報、
特開昭６０−２５４０２０号公報、特開昭６１−２３３
７１４号公報、特開昭６２−９１９０２号公報、および
特開昭６２−２０１４１７号公報等に示されるごときダ
ブプリズム（またはルーフミラー）とレンズとを正立等
倍像を結合するように組合せた光学系ユニットをアレイ
状に配列したもの、等が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記項に示した屈折
率分布型棒状レンズを用いたライン結像素子は、屈折率
分布型棒状レンズの製造に長時間要するとともに、光線
の屈折角の積算が大きく色収差を生じ易く、棒状レンズ
の断面内での屈折率変化コントロールが難しいため、そ
の製造に困難がともなうという難点がある。項のライ
ン結像素子は球面レンズの製造自体には困難性をともな
わないが、３枚以上の球面レンズのレンズ軸を正確に合
わせる組立工程上の難しさがあるとともに、光線の屈折
角の積算が大きくなるため、色収差が大きいものとなる
という難点がある。項のライン結像素子は、ダブプリ
ズム（またはルーフミラー）とレンズとの軸合わせに困
難性をともなうという難点がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者は、色収
差が小さく、レンズ自体の製作に困難性をともなわない
像伝送型のライン結像素子を開発すべく検討した結果、
本発明を完成したものであり、その要旨とするところ
は、二つのダブプリズムを反射面が外側になるように対
称に配設したダブプリズム組立体であり、該ダブプリズ
ム組立体の光入出射端面に焦点距離が等しい凸レンズを
それぞれ配設した結像素子ユニットで、該結像素子ユニ
ット複数個を直線状に並列に配設したライン結像素子で
あり、また凸レンズとして２枚のシリンドリカル凸レン
ズをその母線が互いに直交するように組合せたものを用
いることを特徴とするライン結像素子にある。

【０００５】レンズアレイにて構成された結像素子で
は、各ユニットが正立像を結像することが、つながりの
あるライン像を結像させるための必須要件となる。この
正立像の結像はライン結像素子のライン方向でのみ成り
立てば十分であり、本発明ではライン結像素子の長手方
向にダブプリズムの像反転作用を使って色収差の少な
い、かつ、組立容易なライン結像素子とすることに成功
したのである。

【０００６】以下、図面により本発明をさらに詳細に説
明する。図１は本発明で用いる結像素子ユニットの一例
を示す斜視図であり、図２(a) は図１の結像素子のｙｚ
面の平面図、図２(b) はそのｘｚ面の平面図である。こ
れら図面中の１、２は結像素子ユニットの光入出射端面
に設けた凸レンズを、３は反射面を外側とし、この面に
遮光部４を形成した２つのダブプリズム組立体であり、
５はダブプリズムを接合している黒色接着剤である。

【０００７】図３はダブプリズム単体の光学的作用を示
す平面図であり、ダブプリズムの光入射面31に光軸に対
する角度αで入射した光は、入射面31で屈折され、ダブ
プリズムの反射面32で反射され、光の出射面33で屈折さ
れ、光軸とのなす角度αで出射される。

【０００８】図２(a) により、本発明の結像素子ユニッ
トのｙｚ面内における像の結像作用を説明する。物体面
６上の点y₁は２枚の凸レンズの作用のみを受け、結像面
７上の−y₁の点で結像し、物体面６上の位置０も凸レン
ズのみの作用を受け、結像面７上の０の位置で倒立等倍
像を結像する。

【０００９】図２(b) は本発明の結像素子ユニットのｘ
ｚ面内における像の結像作用を説明する平面図である。
物体面６上の点x₁から凸レンズ１に入った光は、まず凸
レンズ１の光軸（ｚ軸）と角度−tan^-1(x₁/f) をなす平
行光に変換され（ただし、ｆは凸レンズの焦点距離）、
次いでダブプリズムの作用によって、この光線は光軸と
角度tan ^-1 (x ₁ /f) をなす光に変換され、さらに凸レンズ
２の作用で結像面７上のx₁の位置に結像する。

【００１０】すなわち、(1) 凸レンズ１による位置−角
度変換、(2) ダブプリズムによる角度の反転、(3) 凸レ
ンズ２による角度−位置変換によってｘ軸方向の倒立等
倍像として結像するのである。このことは凸レンズ１か
ら凸レンズ２までの間の位置の情報は大きな意味をもた
ないことを示しており、この点が本結像素子ユニットの
光学的な安定性を引き出している。すなわち、図２(b)
において凸レンズ１および／または凸レンズ２の位置
が、ｘ軸方向に多少のずれを生じても、それはｘ軸方向
への像の移動として現われるだけで、結像の質自体は全
く変わらない。結像素子ユニットをレンズアレイに組立
てる上で最も問題になるのは、結像素子ユニット間のピ
ッチの変動が、その配列方向に積算されて、無視できな
い光軸のずれを起こすことであるが、本発明のライン結
像素子においては、結像素子ユニットの配列方向の光軸
ずれの影響を受けにくいという特徴を有している。

【００１１】タブプリズムの底面の角度θは迷光を生じ
させないため、θ≧90°−sin^-1(1/n)（ただし、ｎはダ
ブプリズムの屈折率）を満たしていることが好ましい。
ダブプリズムの反射面と対向する面を反射面と同等の反
射性を備えた平滑面とすると、図５(a) に示すように、
この平滑面で反射した光は再び反射面で反射し、角度反
転を受けて有効な光となる。図５(b) において迷光とな
る可能性の高い光線51は、ダブプリズムの底辺の角度θ
を、θ≧90°−sin^-1(1/n)なるようにしておくことによ
り、ダブプリズムの反射面で反射し、次いで平滑面で反
射した後、反射面離面に設けた遮光部４に吸収される。

【００１２】ダブプリズム反射面に対向する面の平滑性
が劣るものを用いる場合には、二つのダブプリズムを接
合するに際し、この面を黒色接着剤にて接合するのがよ
い。かくのごとくした本発明で用いる結像素子ユニット
では、図６の61に示す迷光はダブプリズムの反射面で反
射した後、黒色接着剤面に到達吸収され、迷光を発生し
ない。

【００１３】上記したごとく、本発明で用いる結像素子
ユニット中のダブプリズムの反射面は光の全反射作用を
利用するものであり、この面には金属メッキなどの増反
射層を設けてはならず、この面には光吸収性の遮光部を
設けておくのが好しい。

【００１４】図７〜図９にダブプリズムの好しい長さａ
と巾ｂとの関係について説明する。図７は光軸ｚに沿っ
た光線が光量の損失を招くことなく伝わる状態を示して
おり、a/b は［数１］の条件を満すことが必要である。

【数１】 ダブプリズムの長さａと巾ｂが［数１］の条件を満足す
るとき結像素子ユニットでは凸レンズ中心軸周辺での像
が最も明るく色収差の最も少ない部分を結像として有効
に利用できる。

【００１５】図８はダブプリズムの長さａが［数１］で
規定する値よりも小さな長さとした場合の本発明で用い
る結像素子ユニットの光路を示す平面図であり、この型
の結像素子ユニットは像の明るさは減るもののｙ軸方向
の視野の広がりがあり、結像素子ユニットを小型化しう
るという利点がある。

【００１６】図９はダブプリズムの長さａが［数１］で
規定する値よりも大きな値を有する場合の本発明で用い
る結像素子ユニットの光路を示す平面図である。この結
像素子ユニットはその中心軸の像の明るさが、図７に示
した結像素子ユニットによって結像される像の中心軸の
像の明るさよりも暗くなるが、像全体としての明るさの
均一度が上るという利点があり、結像素子ユニットの光
入出射端面に設ける凸レンズとして焦点距離の短いもの
を用いることができる。

【００１７】いずれにしても、本発明で用いる結像素子
ユニットを構成するダブプリズムの長さａ、巾ｂが［数
１］で規定する範囲を大きく逸脱したものは結像素子ユ
ニットの明るさが低下したり、収差の大きなものとなり
易いので好しくない。

【００１８】図10は本発明で用いる結像素子ユニットの
光入出射端面にシリンドリカル凸レンズを設けたものの
一例を示す斜視図である。同図中８、９、10、11はシリ
ンドリカル凸レンズであり、８と10のシリンドリカル凸
レンズの組合せと、９と11のシリンドリカル凸レンズの
組合せることにより、図１に示した結像素子ユニットを
構成する凸レンズ１、２に代えたものである。この型の
結像素子ユニットを構成する部品数は増えるものの、結
像素子ユニット多数本を図11に示すごとくアレイ化する
際に、シリンドリカル凸レンズ10、11を１本の長尺状シ
リンドリカル凸レンズとして構成することができ、ｙ軸
方向の像のずれが生じにくいものとすることができるこ
と、10、11のシリンドリカル凸レンズの焦点距離および
その取付位置を変更することによって、本発明のライン
結像素子の視野角（開口角）の変更や、像の拡大、縮小
をなすことができる、という利点がある。

【００１９】図12は凸レンズとしてシリンドリカル凸レ
ンズを用いた本発明のライン結像素子の一例を示す斜視
図である。

【００２０】図11(a) は凸レンズとしてシリンドリカル
凸レンズの組合せ体を用いた結像素子ユニットのｚｙ断
面の光路を示す平面図であり、図11(b) はｘｚ断面の光
路を示す平面図である。

【００２１】図４は、図１に示した結像素子ユニット多
数個をライン状に結合した本発明のライン結像素子の一
例を示す斜視図であり、ｙ軸方向に倒立し、ｘ軸方向に
連続した倒立等倍の結像が得られる。結像がｙ軸方向で
倒立像となってもリニアイメージセンサや、液晶プリン
タ、ＬＥＤプリンタなどのような用途では何等問題な
い。倒立像が不都合となる複写器等においては鏡を用
い、この倒立像を反転させ正立像とさせることにより問
題を解決することができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明のダブプリズム組立体を用いた結
像素子ユニット及びライン結像素子は屈折率分布型棒状
レンズアレイや三層レンズアレイとは異なり、光の反射
を利用して像反転を行わせて結像させるため、レンズの
負担を軽減したものとすることができるため、光の屈折
によって生ずる色収差の少ない結像素子とすることがで
きる。また、本発明の結像素子ユニット及びライン結像
素子は単純な光学部品の組合せによって構成されている
ため、光軸合せ等が他の素子に比べて容易であるという
利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いる結像素子ユニットの一例を示す
斜視図。

【図２】図２(a) は図１の結像素子ユニットのｙｚ面の
光路を示す平面図であり、図２(b) は図１の結像素子ユ
ニットのｘｚ面の光路を示す平面図。

【図３】ダブプリズム単体の光学的作用を示す平面図。

【図４】本発明のライン結像素子の一例を示す斜視図。

【図５】図５(a) および図５(b) はダブプリズムの反射
面に対向する面を平滑面とした結像素子ユニットの光路
を示す図。

【図６】２つのダブプリズムを黒色接着剤で結合した結
像素子ユニットの光路を示す平面図。

【図７】本発明の結像素子ユニットを構成するダブプリ
ズムの長さと巾を理想値としたものの光路を示す平面
図。

【図８】結像素子ユニットを構成するダブプリズムの長
さが長い場合の結像素子ユニットの光路を示す平面図。

【図９】ダブプリズムの長さが短いものを用いた結像素
子ユニットの光路を示す平面図。

【図１０】ダブプリズム組立体の光入出射端面にシリン
ドリカル凸レンズの組合せを設けた本発明の結像素子ユ
ニットの他の一例を示す斜視図。

【図１１】図11(a) は図10に示した結像素子ユニットの
ｙｚ断面の光路を示す平面図であり、図11(b) は当該結
像素子ユニットのｘｚ断面の光路を示す平面図。

【図１２】凸レンズとしてシリンドリカル凸レンズを用
いた本発明のライン結像素子の他の一例を示す斜視図。

【符号の説明】

１，２ ………… 凸レンズ ３ ……………… ダブプリズム ４ ……………… ダブプリズム反射面の遮光部材 ５ ……………… 黒色接着剤 ６ ……………… 物体 ７ ……………… 結像部 ８，９，10，11 … シリンドリカル凸レンズ 31 ……………… ダブプリズムの光入射面 32 ……………… ダブプリズムの反射面 33 ……………… ダブプリズムの光出射面 51，61 ………… 迷光となる可能性の高い光線

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二つのダブプリズムを反射面が外側にな
   るように対称に配設したダブプリズム組立体。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のダブプリズム組立体の
   光入出射端面に焦点距離が等しい凸レンズをそれぞれ配
   設した結像素子ユニット。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の結像素子ユニット複数
   個を直線状に並列に配設したことを特徴とするライン結
   像素子。
4. 【請求項４】 凸レンズとして、２枚のシリンドリカル
   凸レンズをその母線が互いに直交するように組合せたも
   のを用いることを特徴とする請求項３記載のライン結像
   素子。