JP4191275B2 - 結像光学装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【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し、特に、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及びその製造方法に関する。
【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】
上記ロッドレンズの屈折率分布は、例えば、下記(数13)によって表記される。
【0004】
(数13)
n(r)2=n0 2・{1−(g・r)2+h4・(g・r)4+h6・(g・r)6}
但し、上記(数13)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。
【0005】
従来、上記ロッドレンズアレイに要求される解像力は、4〜6Line-pair/mm(略200dpi〜300dpi)のパターンを結像させて60%以上のMTF(Modulation Transfer Function :解像度)値を確保する、といったレベルのものであった。そして、上記解像力仕様を満たすためには、ロッドレンズの屈折率分布係数のうちgのみ、あるいはgとh4の双方を制御すれば十分であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、最近では、プリンタやスキャナの高画質化に伴って、12Line-pair/mm(略600 dpi)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いる。そして、このような高い解像力を有するロッドレンズアレイを実現するためには、ロッドレンズアレイの設計及び製造の段階でh6を含めた屈折率分布係数をより正確に制御することが必要である。
【0007】
単一のロッドレンズで光軸上の球面収差を補正するのであれば、最適な屈折率分布係数を一意的に求めることができる。しかし、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の場合には、単レンズの球面収差、像面湾曲、非点収差を初めとして、周辺の単レンズによる像との重なり方によっても解像力が変化する。
【0008】
また、ロッドレンズの明るさによっても最適な屈折率分布は変化する。例えば、開口角の大きい明るいロッドレンズの場合には、軸上球面収差が小さくなる屈折率分布係数と像面湾曲が小さくなる屈折率分布係数とが大きく異なり、両者のバランスが取れたところで最も良好な解像力が得られる。
【0009】
さらに、同じ屈折率分布を有するロッドレンズであっても、レンズ長の取り方によって下記(数14)で規定される重なり度mが変化し、解像力も変化してしまう。
【0010】
(数14)
m=X0/2r0
但し、上記(数14)において、r0は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、X0は単一のロッドレンズが像面に張る画像半径(視野半径)である。ここで、X0は、ロッドレンズの長さをZ0、ロッドレンズの周期長をPとしたとき、X0=−r0/cos(Z0π/P)で定義される。
【0011】
従って、高解像力を得るための屈折率分布係数は、少なくとも各ロッドレンズの明るさ、重なり度の別に定めることが必要である。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、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、高解像力を得るための最適な屈折率分布を有する結像光学装置を提供することを目的とする。
【0012】
【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、半径方向に屈折率分布を有するロッドレンズを、その光軸が互いに平行となるように2列に複数本配列したロッドレンズアレイと、前記ロッド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、前記ロッドレンズのレンズ作用をなす部分の半径r 0 が、0.05mm≦r 0 ≦0.30mmの範囲にあり、前記ロッドレンズのレンズ作用をなす部分の半径r 0 と前記ロッドレンズが像面に張る画像半径X 0 とによって規定される重なり度m=X 0 /2r 0 が、1.0≦m≦5.0の範囲にあり、前記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15)によって表記され、かつ、定数a、b、c、d、eがそれぞれ下記(数16)、(数17)、(数18)、(数19)、(数20)で与えられるとき、前記屈折率分布係数h4、h6が下記(数21)、(数22)によって規定される範囲にあることを特徴とする。
【0013】
(数15)
n(r)2=n0 2・{1−(g・r)2+h4・(g・r)4+h6・(g・r)6}
【0014】
(数16)
a=−10LA
LA=3.6631−25.192(g・r0)+103.73(g・r0)2−170.81(g・r0)3
【0015】
(数17)
b=10LB
LB=3.3489−21.092(g・r0)+78.535(g・r0)2−128.31(g・r0)3
【0016】
(数18)
c=1
【0017】
(数19)
d=10LD・(1.7805−0.6275m+0.064757m2)
LD=2.358−22.161(g・r0)+84.009(g・r0)2−141.6(g・r0)3
【0018】
(数20)
e=10LE・10LE2
LE=5.3197−48.816(g・r0)+197.65(g・r0)2−317.05(g・r0)3
LE2=0.56302−0.42878m+0.042574m2
【0019】
(数21)
c−d≦h4≦c+d
【0020】
(数22)
{(h4−c)/d}2+[{h6−(a・h4+b)}/e]2≦1
この結像光学装置の構成によれば、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、レンズ外径0.6mmの場合で12Line-pair/mm(略600 dpi)以上の高い解像力を得るための最適な屈折率分布を有する結像光学装置を実現することができる。
【0021】
また、前記本発明の結像光学装置の構成においては、屈折率分布係数h 4、h6が下記(数23)、(数24)によって規定される範囲にあるのが好ましい。
【0022】
(数23)
c−d/2≦h4≦c+d/2
【0023】
(数24)
{2(h4−c)/d}2+[2{h6−(a・h4+b)}/e]2≦1
この好ましい例によれば、さらに良好な屈折率分布を有する結像光学装置を実現することができる。
【0024】
また、前記本発明の結像光学装置の構成においては、ロッドレンズの光軸上での屈折率n0が、1.4≦n0≦1.8の範囲にあるのが好ましい。
また、前記本発明の結像光学装置の構成においては、屈折率分布係数gとロッドレンズのレンズ作用をなす部分の半径r0との積g・r0が、0.04≦g・r0≦0.27の範囲にあるのが好ましい。g・r0が0.04未満の場合には、像が暗くなって、スキャニング等に時間がかかり、また、g・r0が0.27を超えると、像面湾曲と非点収差の影響が大きくなって、解像力が低下してしまうからである。
【0025】
また、前記本発明の結像光学装置の構成においては、f(r)をrの関数としたとき、ロッドレンズの屈折率分布が下記(数25)によって表記され、上記(数16)〜(数22)によって規定される範囲にある2種類の屈折率分布係数の組(n0、g、h4A、h6A)、(n0、g、h4B、h6B)に対し、前記f(r)が0≦r≦r0(r0:ロッドレンズのレンズ作用をなす部分の半径)の範囲にわたって下記(数26)の関係を満たすことが好ましい。
【0026】
(数25)
n(r)2=n0 2・{1−(g・r)2+f(r)}
【0027】
(数26)
h4A・(g・r)4+h6A・(g・r)6≦f(r)
≦h4B・(g・r)4+h6B・(g・r)6
また、前記本発明の結像光学装置の構成においては、ロッドレンズのレンズ作用をなす部分の半径r0が、0.05mm≦r0≦0.30mmの範囲にある。これによれば、ロッドレンズの製造及びその組立てが容易になると共に、ロッドレンズアレイの収差量を小さく抑えることができる。
【0028】
ロッドレンズ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を製造する際の都合により、ロッドレンズ同士がある程度離れて配列される場合もある。このため、前記本発明の結像光学装置の構成においては、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。
【0029】
また、前記本発明の結像光学装置の構成においては、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。
【0030】
また、前記本発明の結像光学装置の構成においては、ロッドレンズのレンズ作用をなす部分の半径r0と前記ロッドレンズが像面に張る画像半径X0とによって規定される重なり度m=X0/2r0が、1.0≦m≦5.0の範囲にある。重なり度mが5.0を超えると、像が暗くなって、スキャニング等に時間がかかリ、また、重なり度mが1.0未満の場合には、像面の明るさの周期的ムラが大きくなるからである。
【0031】
また、前記本発明の結像光学装置の構成においては、ロッドレンズアレイの前焦点位置に原稿面が位置するように平行平面の透明基板が配置されているのが好ましい。この好ましい例によれば、透明基板の表面に原稿を押し当てるだけで原稿面を前焦点位置にセットすることができる。また、この場合には、平行平面の透明基板がロッドレンズアレイのレンズ面に当接しているのが好ましい。これは、透明基板の厚さを調整することにより、容易に実現することができ、この好ましい例によれば、結像光学装置の組立て工程時におけるロッドレンズアレイと前焦点位置との間隔調整作業を簡略化することができるので、コストダウンを図ることができる。
次に、本発明の結像光学装置の製造方法は、半径方向に屈折率分布を有するロッドレンズを、その光軸が互いに平行となるように2列に複数本配列したロッドレンズアレイと、前記ロッド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の製造方法であって、前記ロッドレンズのレンズ作用をなす部分の半径r 0 が、0.05mm≦r 0 ≦0.30mmの範囲にあり、前記ロッドレンズのレンズ作用をなす部分の半径r 0 と前記ロッドレンズが像面に張る画像半径X 0 とによって規定される重なり度m=X 0 /2r 0 が、1.0≦m≦5.0の範囲にあり、ロッドレンズの光軸から測った径方向の距離をr、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、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ロッドレンズを製造する工程を含む。前記ロッドレンズのレンズ作用をなす部分の半径をr0、重なり度をmとしたとき、0.04≦g・r0≦0.27を満足させながら、下記(数2)、(数3)、(数4)、(数5)、(数6)で与えられる定数a、b、c、d、eを用いた下記(数7)、(数8)を満足するように前記屈折率分布係数h4、h6を制御してロッドレンズを製造することを特徴とする。
(数1)
n(r)2=n0 2・{1−(g・r)2+h4・(g・r)4+h6・(g・r)6}
(数2)
a=−10LA
LA=3.6631−25.192(g・r0)+103.73(g・r0)2−170.81(g・r0)3
(数3)
b=10LB
LB=3.3489−21.092(g・r0)+78.535(g・r0)2−128.31(g・r0)3
(数4)
c=1
(数5)
d=10LD・(1.7805−0.6275m+0.064757m2)
LD=2.358−22.161(g・r0)+84.009(g・r0)2−141.6(g・r0)3
(数6)
e=10LE・10LE2
LE=5.3197−48.816(g・r0)+197.65(g・r0)2−317.05(g・r0)3
LE2=0.56302−0.42878m+0.042574m2
(数7)
c−d≦h4≦c+d
(数8)
{(h4−c)/d}2+[{h6−(a・h4+b)}/e]2≦1
【0032】
【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。
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2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。
【0033】
図3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27)によって表記される。
【0034】
(数27)
n(r)2=n0 2・{1−(g・r)2+h4・(g・r)4+h6・(g・r)6}
但し、上記(数27)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。
【0035】
図4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<Z0/P<1.0の範囲にあることが必要である。
【0036】
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、下記(数28)によって表記される。
【0037】
(数28)
L0=−(1/n0・g)・tan(Z0 π/P)
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≦0.30mmの範囲にある。
【0038】
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、r0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0.30mm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。
【0039】
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≦n0≦1.8の範囲にある。
【0040】
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29)によって表記される。
【0041】
(数29)
θ=(n0・g・r0)/(π/180)
無次元数g・r0は、0.04≦g・r0≦0.27の範囲にあるのが望ましい。g・r0が0.04未満の場合には、像が暗くなって、スキャニング等に時間がかかり、また、g・r0が0.27を超えると、像面湾曲と非点収差の影響が大きくなって、解像力が低下してしまうからである。
【0042】
上記g・r0の望ましい範囲は、例えば中心屈折率をn0=1.60とおいた場合、4°≦θ≦24°に相当する。
上記のようなロッドレンズアレイ2を備えた結像光学装置においては、図5に示すように、像面4に複数のロッドレンズ1による合成像が形成されるため、その重なり具合、つまり『重なり度』という無次元量を用いると便利である。この重なり度mは、下記(数30)によって表記される。
【0043】
(数30)
m=X0/2r0
但し、上記(数30)において、X0は単一のロッドレンズ1が像面4に張る画像半径(視野半径)であり、X0=−r0/cos(Z0 π/P)で定義される。
【0044】
ロッドレンズアレイ2の重なり度mは、1.0≦m≦5.0の範囲にある。重なり度mが5.0を超えると、像が暗くなって、スキャニング等に時間がかかリ、また、重なり度mが1.0未満の場合には、像面4の明るさの周期的ムラが大きくなるからである。
【0045】
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、r0/Rは、0.5≦r0/R≦1.0を満たす範囲に設定されている。
【0046】
本発明者らは、『高解像』の基準を、『有効なレンズ部分の半径r0が0.15mm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2列に複数本配列した構成のロッドレンズアレイ2の中心線上で、24Line-pair/mmパターンのMTF値が50%以上』とし、この基準を満たす屈折率分布係数h4、h6の範囲を求めた。
【0047】
具体的には、上記構成のロッドレンズアレイ2を設計し、図6に示すA点から物体面におろした垂線の足を光源とする像について光線追跡を行ない、24Line-pair/mmパターンのMTF値をX方向とY方向について計算して、小さい方の値をそのロッドレンズアレイ2のMTF値とした。光線追跡には、米国Sinclair Optics 社製の光学設計ソフトウェア『Oslo Six』を使用した。そして、下記(表1)に示す仕様のロッドレンズアレイ2について、24Line-pair/mmパターンのMTF値が50%以上となる屈折率分布係数h4、h6の範囲を求めた。以下、この範囲を屈折率分布係数h4、h6の『良像範囲』と呼ぶ。
【0048】
【表1】
【0049】
上記(表1)に示すどの条件の下であっても、h4をX軸、h6をY軸とした直交座標上において、良像範囲は、図7に示すような細長い楕円状となる。そして、この良像範囲は、中央線の傾きをa、中央線の切片をb、中央線上のh4の中心値をc、中央線上でのh4の許容半幅をd、h4の中心値の上下におけるh6の許容半幅をeとして、下記(数31)、(数32)によって規定される。
【0050】
(数31)
c−d≦h4≦c+d
【0051】
(数32)
{(h4−c)/d}2+[{h6−(a・h4+b)}/e]2≦1
以下、無次元数g・r0、ロッドレンズ1の光軸1a上での屈折率(中心屈折率)n0及び重なり度mの変化が上記定数a、b、c、d、eに及ぼす影響について説明する。
(1)g・r0の変化の影響
上記(表1)のA1〜A7に示す条件(ロッドレンズ1の光軸1aでの屈折率(中心屈折率):n0=1.60、有効なレンズ部分の半径:r0=0.15mm、重なり度:m=1.50)の下で、無次元数g・r0値のみを変化させたときの上記各定数a、b、d、eの値の変化を図8〜図11に示す。尚、この場合、上記定数cの値は1(一定値)である。
【0052】
図8〜図11より、各定数a、b、d、eは、無次元数g・r0の多項式として、それぞれ下記(数33)、(数34)、(数35)、(数36)のように表記される。
【0053】
(数33)
log(−a)=3.6631−25.192(g・r0)+103.73(g・r0)2−170.81(g・r0)3
【0054】
(数34)
log(b)=3.3489−21.092(g・r0)+78.535(g・r0)2−128.31(g・r0)3
【0055】
(数35)
log(d)=2.358−22.161(g・r0)+84.009(g・r0)2−141.6(g・r0)3
【0056】
(数36)
log(e)=5.3197−48.816(g・r0)+197.65(g・r0)2−317.05(g・r0)3
但し、上記(数33)〜(数36)中、logは10を底とする常用対数である。
(2)n0の変化の影響
上記(表1)のB1〜B3に示す条件(無次元数g・r0=0.13090、有効なレンズ部分の半径:r0=0.15mm、重なり度:m=1.50)の下で、ロッドレンズ1の光軸1aでの屈折率(中心屈折率)n0のみを変化させたときの上記定数d、eの値の変化を図12に示す。尚、この場合、上記定数a、b、cの値(一定値)は、a=−60、b=+46、c=+1である。また、n0=1.6の場合のd、eをd0、e0として規格化したd、eの値を図12に示す。図12より、d、eは、n0が変化しても一定値となることが分かる。
(3)mの変化の影響
上記(表1)のC1〜C6の条件(無次元数g・r0=0.13090、開口角:θ=12°、ロッドレンズ1の光軸での屈折率(中心屈折率):n0=1.60、有効なレンズ部分の半径:r0=0.15mm)の下で、重なり度mのみを変化させたときの上記定数d、eの値の変化を図13、図14に示す。尚、この場合、上記定数a、cの値(一定値)は、a=−60、c=+1である。また、m=1.5の場合のbをb0として規格化したbの値を図15に示す。図15より、bの値もmの変化に対してほぼ一定値となることが分かる。また、図13、図14に示すように、規格化したd、eの値は、mの値が大きくなるにしたがって小さくなり、良像範囲は縮小する。
【0057】
図13、図14より、定数d、eは、m=1.50の場合の値をd0、e0として、それぞれ下記(数37)、(数38)のように表記される。
【0058】
(数37)
d/d0=1.7805−0.6275m+0.064757m2
【0059】
(数38)
log(e/e0)=0.56302−0.42878m+0.042574m2
以上(1)、(2)、(3)をまとめると、有効なレンズ部分の半径r0が0.15mmの場合の屈折率分布係数h4、h6の良像範囲を規定する各定数a、b、c、d、eは、無次元数g・r0と重なり度mを用いて下記(数39)、(数40)、(数41)、(数42)、(数43)のように表記することができる。
【0060】
(数39)
a=−10LA
LA=3.6631−25.192(g・r0)+103.73(g・r0)2−170.81(g・r0)3
【0061】
(数40)
b=10LB
LB=3.3489−21.092(g・r0)+78.535(g・r0)2−128.31(g・r0)3
【0062】
(数41)
c=1
【0063】
(数42)
d=10LD・(1.7805−0.6275m+0.064757m2)
LD=2.358−22.161(g・r0)+84.009(g・r0)2−141.6(g・r0)3
【0064】
(数43)
e=10LE・10LE2
LE=5.3197−48.816(g・r0)+197.65(g・r0)2−317.05(g・r0)3
LE2=0.56302−0.42878m+0.042574m2
ロッドレンズ1の有効なレンズ部分の半径r0が0.15mm以外の値である場合には、ロッドレンズ1の諸収差による像のボケ量がr0の大きさに比例して大きくなることから、上記(数31)、(数32)、(数39)〜(数43)によって規定される屈折率分布係数h4、h6の『良像範囲』は、おおまかに、次の範囲を表すことになる。
【0065】
r0=0.05mmの場合:72Line-pair/mmパターンのMTF値が50%以上となる範囲
r0=0.30mmの場合:12Line-pair/mmパターンのMTF値が50%以上となる範囲
尚、上記構成においては、図16(a)に示すように、ロッドレンズアレイ2の前焦点位置に原稿面3が位置するように平行平面の透明基板(カバーガラス)5を配置するのが好ましい。この好ましい構成によれば、透明基板5の表面に原稿を押し当てるだけで原稿面3を前焦点位置にセットすることができる。また、この場合には、図16(b)に示すように、平行平面の透明基板(カバーガラス)5がロッドレンズアレイ2のレンズ面に当接しているのが好ましい。これは、透明基板(カバーガラス)5の厚さを調整することにより、容易に実現することができ、この好ましい構成によれば、結像光学装置の組立て工程時におけるロッドレンズアレイ2と前焦点位置との間隔調整作業を簡略化することができるので、コストダウンを図ることができる。
【0066】
また、上記実施の形態においては、良像範囲を上記(数31)、(数32)によって規定しているが、下記(数44)、(数45)によって規定すれば、さらに良好な『良像範囲』を得ることができる。
【0067】
(数44)
c−d/2≦h4≦c+d/2
【0068】
(数45)
{2(h4−c)/d}2+[2{h6−(a・h4+b)}/e]2≦1
また、上記実施の形態においては、ロッドレンズ1の屈折率分布を上記(数27)によって表記しているが、必ずしもこの表記の仕方に限定されるものではない。例えば、近軸の屈折力を意味する2次の屈折率分布係数gは共通であるとすると、ロッドレンズ1の屈折率分布は、一般に、下記(数46)によって表記することができる。
【0069】
(数46)
n(r)2=n0 2・{1−(g・r)2+f(r)}
但し、上記(数46)において、f(r)はrの関数である。
【0070】
上記一般式(数46)によって表記される屈折率分布であっても、図17に示すように、上記(数31)、(数32)、(数39)〜(数43)によって規定される範囲にある2種類の屈折率分布係数の組(n0、g、h4A、h6A)、(n0、g、h4B、h6B)に対し、f(r)が0≦r≦r0の範囲にわたって下記(数47)の関係を満たすものであれば、『良像範囲』の屈折率分布とみなすことができる。
【0071】
(数47)
h4A・(g・r)4+h6A・(g・r)6≦f(r)
≦h4B・(g・r)4+h6B・(g・r)6
【0072】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、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、レンズ外径0.6mmの場合で12Line-pair/mm(略600 dpi)以上の高い解像力を得るための最適な屈折率分布を有する結像光学装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明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】 本発明の実施の形態における結像光学装置を示す斜視図である。
【図3】 本発明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4】 本発明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5】 本発明の実施の形態における結像光学装置に用いられる複数本のロッドレンズによる像の合成状態を示す模式図である。
【図6】 本発明の実施の形態における結像光学装置のMTF値の測定点を示す模式図である。
【図7】 本発明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係数h4、h6の良像範囲を規定する図である。
【図8】 本発明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係数h4、h6の良像範囲を規定する定数aと無次元数g・r0との関係を示す図である。
【図9】 本発明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係数h4、h6の良像範囲を規定する定数bと無次元数g・r0との関係を示す図である。
【図10】 本発明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係数h4、h6の良像範囲を規定する定数dと無次元数g・r0との関係を示す図である。
【図11】 本発明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係数h4、h6の良像範囲を規定する定数eと無次元数g・r0との関係を示す図である。
【図12】 本発明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係数h4、h6の良像範囲を規定する定数d、eとロッドレンズの光軸上での屈折率n0との関係を示す図である。
【図13】 本発明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係数h4、h6の良像範囲を規定する定数dと重なり度mとの関係を示す図である。
【図14】 本発明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係数h4、h6の良像範囲を規定する定数eと重なり度mとの関係を示す図である。
【図15】 本発明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係数h4、h6の良像範囲を規定する定数bと重なり度mとの関係を示す図である。
【図16】 本発明の実施の形態における平行平面の透明基板を備えた結像光学装置を示す断面図である。
【図17】 本発明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係数h4、h6の良像範囲の他の規定の仕方を示す図である。
【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 透明基板(カバーガラス)
Claims (12)
- 半径方向に屈折率分布を有するロッドレンズを、その光軸が互いに平行となるように2列に複数本配列したロッドレンズアレイと、前記ロッド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、
前記ロッドレンズのレンズ作用をなす部分の半径r 0 が、0.05mm≦r 0 ≦0.30mmの範囲にあり、
前記ロッドレンズのレンズ作用をなす部分の半径r 0 と前記ロッドレンズが像面に張る画像半径X 0 とによって規定される重なり度m=X 0 /2r 0 が、1.0≦m≦5.0の範囲にあり、
前記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1)によって表記され、かつ、前記ロッドレンズのレンズ作用をなす部分の半径をr0、重なり度をmとして定数a、b、c、d、eがそれぞれ下記(数2)、(数3)、(数4)、(数5)、(数6)で与えられるとき、前記屈折率分布係数h4、h6が下記(数9)、(数10)によって規定される範囲にあることを特徴とする結像光学装置。
(数1)
n(r)2=n0 2・{1−(g・r)2+h4・(g・r)4+h6・(g・r)6}
(数2)
a=−10LA
LA=3.6631−25.192(g・r0)+103.73(g・r0)2−170.81(g・r0)3
(数3)
b=10LB
LB=3.3489−21.092(g・r0)+78.535(g・r0)2−128.31(g・r0)3
(数4)
c=1
(数5)
d=10LD・(1.7805−0.6275m+0.064757m2)
LD=2.358−22.161(g・r0)+84.009(g・r0)2−141.6(g・r0)3
(数6)
e=10LE・10LE2
LE=5.3197−48.816(g・r0)+197.65(g・r0)2−317.05(g・r0)3
LE2=0.56302−0.42878m+0.042574m2
(数9)
c−d/2≦h4≦c+d/2
(数10)
{2(h4−c)/d}2+[2{h6−(a・h4+b)}/e]2≦1
但し、上記(数2)、(数3)、(数5)、(数6)において、屈折率分布係数gとロッドレンズのレンズ作用をなす部分の半径r0との積g・r0は、0.04≦g・r0≦0.27を満足する。 - ロッドレンズの光軸上での屈折率n0が、1.4≦n0≦1.8の範囲にある請求項1に記載の結像光学装置。
- f(r)をrの関数としたとき、ロッドレンズの屈折率分布が下記(数11)によって表記され、上記(数2)〜(数6)、(数9)、(数10)によって規定される範囲にある2種類の屈折率分布係数の組(n0、g、h4A、h6A)、(n0、g、h4B、h6B)に対し、前記f(r)が0≦r≦r0(r0:ロッドレンズのレンズ作用をなす部分の半径)の範囲にわたって下記(数12)の関係を満たす請求項1に記載の結像光学装置。
(数11)
n(r)2=n0 2・{1−(g・r)2+f(r)}
(数12)
h4A・(g・r)4+h6A・(g・r)6≦f(r)
≦h4B・(g・r)4+h6B・(g・r)6 - 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1〜3のいずれかに記載の結像光学装置。
- 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1〜3のいずれかに記載の結像光学装置。
- ロッドレンズアレイの前焦点位置に原稿面が位置するように平行平面の透明基板が配置された請求項1〜5のいずれかに記載の結像光学装置。
- 平行平面の透明基板がロッドレンズアレイレンズ面に当接している請求項6に記載の結像光学装置。
- 半径方向に屈折率分布を有するロッドレンズを、その光軸が互いに平行となるように2列に複数本配列したロッドレンズアレイと、前記ロッド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の製造方法であって、
前記ロッドレンズのレンズ作用をなす部分の半径r 0 が、0.05mm≦r 0 ≦0.30mmの範囲にあり、
前記ロッドレンズのレンズ作用をなす部分の半径r 0 と前記ロッドレンズが像面に張る画像半径X 0 とによって規定される重なり度m=X 0 /2r 0 が、1.0≦m≦5.0の範囲にあり、
ロッドレンズの光軸から測った径方向の距離をr、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、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ロッドレンズを製造する工程を含み、
前記ロッドレンズのレンズ作用をなす部分の半径をr0、重なり度をmとしたとき、0.04≦g・r0≦0.27を満足させながら、下記(数2)、(数3)、(数4)、(数5)、(数6)で与えられる定数a、b、c、d、eを用いた下記(数9)、(数10)を満足するように前記屈折率分布係数h4、h6を制御してロッドレンズを製造することを特徴とする結像光学装置の製造方法。
(数1)
n(r)2=n0 2・{1−(g・r)2+h4・(g・r)4+h6・(g・r)6}
(数2)
a=−10LA
LA=3.6631−25.192(g・r0)+103.73(g・r0)2−170.81(g・r0)3
(数3)
b=10LB
LB=3.3489−21.092(g・r0)+78.535(g・r0)2−128.31(g・r0)3
(数4)
c=1
(数5)
d=10LD・(1.7805−0.6275m+0.064757m2)
LD=2.358−22.161(g・r0)+84.009(g・r0)2−141.6(g・r0)3
(数6)
e=10LE・10LE2
LE=5.3197−48.816(g・r0)+197.65(g・r0)2−317.05(g・r0)3
LE2=0.56302−0.42878m+0.042574m2
(数9)
c−d/2≦h4≦c+d/2
(数10)
{2(h4−c)/d}2+[2{h6−(a・h4+b)}/e]2≦1 - ロッドレンズの光軸上での屈折率n0が、1.4≦n0≦1.8の範囲にある請求項8に記載の結像光学装置の製造方法。
- f(r)をrの関数としたとき、ロッドレンズの屈折率分布が下記(数11)によって表記され、上記(数2)〜(数6)、(数9)、(数10)によって規定される範囲にある2種類の屈折率分布係数の組(n0、g、h4A、h6A)、(n0、g、h4B、h6B)に対し、前記f(r)が0≦r≦r0(r0:ロッドレンズのレンズ作用をなす部分の半径)の範囲にわたって下記(数12)の関係を満たす請求項8に記載の結像光学装置の製造方法。
(数11)
n(r)2=n0 2・{1−(g・r)2+f(r)}
(数12)
h4A・(g・r)4+h6A・(g・r)6≦f(r)
≦h4B・(g・r)4+h6B・(g・r)6 - 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8〜10のいずれかに記載の結像光学装置の製造方法。
- 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8〜10のいずれかに記載の結像光学装置の製造方法。
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