JPH0375721A - 等倍結像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、複写機、ファクシミリ、イメージスキャナ等
の等倍画像読取り装置における光学系ＬＥＤアレイプリ
ンタ、ＬＣＤプリンタ等の自己走査形プリントヘッド用
光学系として用いられる等倍結像素子に関する。

従来の技術 従来における等倍結像素子（ルーフミラーレンズアレイ
）の構成を第７図に基づいて説明する。

原稿面１からの光は、その下方に位置する光路分離ミラ
ー２の上側反射面２ａにより反射され、レンズアレイ３
を構成する個々のレンズ３ａを透過した後、図示しない
絞り板を介して、ルーフミラーアレイ４の２枚１組から
なる屋根型反射面４ａにより反射された後、その反射光
は再びレンズアレイ３中の同一レンズ３ａを通過し、絞
り板を介して、今度は光路分離ミラー２の下側反射面２
ｂにより反射されることにより、原稿面ｌと共役な位置
にある像面５上に結像され、これにより、画像の読取り
が行われる。この場合、レンズアレイ３と絞り板とルー
フミラーアレイ４の配列ピッチＰはすべて一致しており
、各レンズ３ａで結像される像がそれぞれオーバーラツ
プして配列方向の合成像が形成される。

発明が解決しようとする課題 上述したような従来の装置においては、レンズアレイ３
の材質は単一のものであるため、その材質の色分散によ
って原理上色収差が生じる。

そこで、そのような色収差を低減させたものとして、そ
の第一の例として、複数枚のレンズアレイが光軸方向に
密接して配置され、各レンズアレイの互いに対応したレ
ンズが光軸方向に組合わせて合成レンズを構成した結像
素子なるものがあるにの場合、単一レンズアレイのもつ
焦点距離ｆ。

を焦点距離ｆ、とｆ、を有する２つのレンズアレイに分
配することによって２つのレンズアレイが有する４つの
曲率を大きくし、これにより収差な低減してその結果と
して高解像化を図っている。なお、ｆｌ及びｆｔは共に
正である。また、その第二の例として、同一条件で作成
したレンズアレイを配列方向を軸として回転し密接配置
することにより、隣接間の結像位置ずれをなくすように
している。しかし、この場合、同一材料で形成されたレ
ンズアレイで複数化しているため、材質の色分散によっ
て色収差が生じる。

また、これら２つの例はいずれも単一波長にしか対応せ
ず、カラー原稿に対してはレンズアレイに使用している
材質の色分散によって色収差が生じ各色に対応する波長
別に結像面が異なり解像力の低下を招くことになる。

課題を解決するための手段 そこで、このような問題点を解決するために、請求項１
記載の発明は、レンズが多数個連続して直線状に形成さ
れたレンズアレイと、このレンズアレイの前記レンズの
配列ピッチで屋根型反射面が多数個連続して直線状に形
成されたルーフミラーアレイと、このルーフミラーアレ
イと前記レンズアレイとの間に位置し光軸に平行な開口
部を有する絞り板と、互いに一定角度をなす２枚の反射
面を有する光路分離ミラーとよりなる等倍結像素子にお
いて、前記レンズアレイを少なくとも２個以上近接して
設け、これらレンズアレイは互いに異なる屈折率で同符
号の分散係数を有ししかもそれらレンズアレイの単独の
焦点距離は互いに異符号となるように設定した。

請求項２記載の発明は、レンズが多数個連続して直線状
に形成されたレンズアレイと、このレンズアレイの前記
レンズの配列ピッチで屋根型反射面が多数個連続して直
線状に形成されたルーフミラーアレイと、このルーフミ
ラーアレイと前記レンズアレイとの間に位置し光軸に平
行な開口部を有する絞り板と、互いに一定角度をなす２
枚の反射面を有する光路分離ミラーとよりなる等倍結像
素子において、前記レンズアレイを同一材質により形成
し少なくとも２つ以上近接して設け、それらレンズアレ
イの間にそれらのレンズアレイとは異なる屈折率で同符
号の分散係数をもつ透明部材を充填し、少なくとも一つ
の前記レンズアレイの焦点距離と前記透明部材のみで作
られる焦点距離とが互いに異符号となるように設定した
。

作用 請求項１記載の発明により、複数個のレンズアレイを通
過して合成された光は、各波長に対して同一の結像面を
もたせることが可能となり、これにより、色収差を低減
することができカラー原稿に対しても解像力を低下させ
ることなく読取りを行うことができる。

請求項２記載の発明により、流動性のある透明部材をレ
ンズアレイ間に設けることによって、１個のレンズアレ
イの形状加工を行うだけで、各種波長を同一の結像面に
結像させることができ、これにより、請求項１記載の発
明と同様に、色収差を低減させカラー原稿に対しても解
像力を低下させることなく読取りを行うことができる。

実施例 請求項１記載の発明の一実施例を第１図及び第２図に基
づいて説明する。なお、等倍結像素子の全体構成につい
ては従来技術（第７図参照）で述べたのでここでの説明
は省略し、同一部分については同一符号を用いる。

レンズアレイ８ａ、６ｂは、互いに近接して設けられて
いる。これらレンズアレイ６ａ、６ｂは屈折率が互いに
異なっており、分散係数の符号は同一のものとなってい
る。また、それらレンズアレイ６ａ、６ｂの単独の焦点
距離は互いに異符号となるような曲率設定となっている
。

この場合、レンズアレイ６ａは正の焦点距離、レンズア
レイ６ｂは負の焦点距離を有している。

また、これらレンズアレイ６ａ、６ｂの材質としては、
ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボ
ネート＜ＰＣ）　、ポリスチレン（ＰＳＴ）などの高分
子材料を用い既存の射出整形技術などにより作成するこ
とができる６本実施例では、これらの材質からなるレン
ズアレイ６ａ、６ｂ同士を第２図に示すように、レンズ
７の外枠あるいは成形時に同時に形成したレンズ枠を介
して密接配置したものである。

そこで、今、レンズアレイ５ａにＰＭＭＡ、　　レンズ
アレイ５ｂにＰＣを用いた例について説明する。ＰＭＭ
Ａは、長波長λｃ＝６５６ｎｍでは、屈折率ｎｃ＝１．
４８　、短波長λｆ＝４６６ｎｍでは、屈折率ｎｆ＝１
．４９となる、いわゆる、波長が短くなればなるほど屈
折率が高くなる正分散の特性をもっている。

一方、ＰＣでは、λＣの時はｎｃ＝１．５８、λｆの時
はｎｆ＝１．６０となり、ＰＭＭＡと同様に波長が短く
なればなるほど正分散となる。また。

この時、レンズアレイ６ａの焦点距離ｆ、は正、レンズ
アレイ６ｂの焦点距離ｆ□は負となっている。これによ
り、等倍結像素子全体としてのレンズ系の焦点距離は、
レンズアレイ６ａとレンズアレイ６ｂとの合成されたレ
ンズ系の焦点距離ｆ。

となる。なお、レンズアレイ６ｂとルーフミラーアレイ
４との間には、絞り板８が設けられている。

ここで、このように構成された等倍結像素子を、第６図
の従来例と比較してみる。第６図において、原稿１から
得られた短波長λｆ　（破線〉に対するレンズアレイ３
の屈折率は高いため長波長λＣ（実線）に対する集光力
より高くなり、このため、λｆの光の結像面９はλＣの
光の結像面１ｏよりも光路分離ミラー２に近い側に位置
することになる。一方、第１図に示すような本実施例の
構成にすることにより、レンズアレイ６ａによって短い
波長（破線）に対して一層集光力が高くなり、これによ
りその破線で示すように屈折してもレンズアレイ６ｂに
よって一層発散力が大きくなるので、これらレンズアレ
イ６ａとレンズアレイ６ｂとにより合成されたレンズ系
では、各波長に対して同一の結像面を持たせることが可
能となる。なお、各レンズアレイの曲率及び厚み、レン
ズアレイ間の間隔は、上述したような各種条件を満たす
範囲内で、既存の光線追跡シミュレーション技術により
最適なデイメンジョンを設定することができる。

次に、請求項２記載の発明の一実施例を第３図に基づい
て説明する。レンズアレイ６ａとレンズアレイ６ｂとは
、射出形成等の方法により前述した実施例と同様にＰＭ
ＭＡ、ＰＣ，ＰＳＴなどの高分子材料を用いて作成する
ことができ、これらは共に同一の材質により構成されて
いる。そして、これらレンズアレイ６ａ、６ｂ同士をレ
ンズ７の外枠あるいは成形時に同じに形成したレンズ枠
を介して密接配設し、それらレンズアレイ６ａ、６ｂの
隙間には透明部材１１が封入されている。この透明部材
１１は、少なくともレンズアレイ６ａ。

６ｂの一方の屈折率と異なり同符号の分散係数をもつ流
動性のあるものからなっている。また、透明部材１１の
みで作られる集光特性は、レンズアレイ６ａ、６ｂの焦
点距離の符号と反対の符号をもつように設定されている
。そして、このように構成することによって、２つのレ
ンズアレイ６ａ。

６ｂ間には、Ｒ２とＲ３で構成される曲面で屈折率ｎの
集光素子がレンズアレイ６ａ及びレンズアレイ６ｂに密
接配置されていることになる。　本実施例の場合、例え
ば、負の焦点距離をもつようにＲ２Ｒ３を設定し、少な
くとも一方のレンズアレイは正の焦点距離をもつように
設定する。一方、透明部材１１は、レンズアレイ６ａ、
６ｂに用いた高分子材料で重合の行われていないモノマ
ーの状態（例えば、ＰＭＭＡの場合では、メタクリル酸
メチル、ＰＳＴの場合ではスチレン）で封入すればよく
、この時、流動性を持たせたければ重合禁止材等を混入
すればよい、なお１本実施例の場合にも、レンズアレイ
６ａ、６ｂと透明部材で構成される合成レンズとしての
焦点距離を所望の値になるようにレンズアレイ６ａ、６
ｂ、透明部材１１のそれぞれの屈折率、分散に応じて、
各曲率、厚み、レンズ間隔を既存の光線追跡シミュレー
ションによって設定するようにすればよい。

次に、これまで述べた２つの実施例に基づく応用例のい
くつかについて述べる。まず、その第一の例として、第
４図に示すように、レンズアレイ６ａと平面でない曲率
を有するＲ２面と、封止するための平板状透明部材１２
（例えば、ガラス板など）とで密封することができる構
造となっており、これらの間の隙間に流動性のある透明
部材１１を封入する。

この場合、レンズアレイ６ａの焦点距離が正であれば、
Ｒ２はレンズアレイ６ａに対して凸面にすれば、平板状
透明部材１２との間でできる集光素子は、負の焦点距離
をもっことになり、これにより、前述した２つの実施例
と同様に、原稿１から得られる短波長の光の結像面及び
長波長の光の結像面を同一の像面５上に導くことが可能
となる。

なお、レンズアレイ６ａの焦点距離が負であれば、Ｒ２
は凹面となる。

次に、その第二の例として、第５図に示すように、これ
は、実際に読取り装置等に組み込んだ例を示すものであ
り、これまで述べたような構成の等倍結像素子１３（第
１図ないし第４図参照）の他に、光源１４と、等倍カラ
ーセンサ１５とで構成されるものである。また、コンタ
クトガラス上が読取り位置となる原稿面ｌであり、等倍
カラーセンサ１５のセンサフォトエレメント１５ａ上が
結像面になるように各部品を一体化して組み立てている
。

この場合、光源１４は、カラー原稿を読むために必要な
発光スペクトルを有していればよく１例えば白色光源で
もよい。また、等倍カラーセンサ１５は、各色に対応し
た受光素子がチップ化されたものでもよいし、色フィル
タを用いて時間順次で読取る方式のものでもよい。

従って、このような構成の装置を得ることによって、原
稿面１上のいろいろな波長（短波長、長波長等）を有す
る情報を同一の像面５上に結像させることが可能となり
、これにより、従来の等倍結像素子を用いた時に比べて
より一段と高品位に画像情報の読取りを行うことができ
る。

発明の効果 請求項１記載の発明では、レンズアレイを少なくとも２
個以上近接して設け、これらレンズアレイは互いに異な
る屈折率で同符号の分散係数を有ししかもそれらレンズ
アレイの単独の焦点距離は互いに異符号となるように設
定したので、複数個のレンズアレイを通過して合成され
た光は、各波長（短波長、長波長等）に対して同一の結
像面をもたせることが可能となり、これにより、色収差
を低減することができカラー原稿に対しても解像力を低
下させることなく一段と高品位な画像情報の読取りを行
うことができるものである。

請求項２記載の発明では、レンズアレイを同一材質によ
り形成し少なくとも２つ以上近接して設け、それらレン
ズアレイの間にそのレンズアレイとは異なる屈折率で同
符号の分散係数をもつ透明部材を充填し、少なくとも一
つのレンズアレイの焦点距離と透明部材のみで作られる
焦点距離とが異符号となるように設定したので、請求項
１記載の発明と同様に、色収差を低減させカラー原稿に
対しても解像力を低下さ、せることなく高品位な画像情
報の読取りを行うことができ、また、流動性のある透明
部材を用いることにより、どれか一つのレンズアレイの
形状加工を行うだけでよくこれにより作業効率を一段と
上げることができるものである。また、環境変化等によ
って、レンズアレイの曲率、ピッチ等の形状が変化した
としても、その形状に応じて透明部材で作られる曲率も
一緒に変化するため、レンズアレイと透明部材とにより
構成される合成レンズ系の焦点距離の変化を極力小さく
することができ、これにより常に安定した画像情報の読
取りを行うことができるものである。

７・・・レンズ、８・・・絞り板、１１・・・透明部材

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１記載の一実施例を示す側面図。 第２図はその等倍結像素子の全体構成を示す斜視図、第
３図は請求項２記載の一実施例を示す側面図、第４図は
本発明の第一の応用例を示す側面図、第５図は本発明の
第二の応用例を示す側面図、第６図は従来例を示す側面
図、第７図はその従来例の全体構成を示す斜視図である
。 ２・・・光路分離ミラー　４・・・ルーフミラーアレイ
、４ａ・・・屋根型反射面、６ａ、６ｂ・・・レンズア
レイ、１５図 」

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レンズが多数個連続して直線状に形成されたレンズ
   アレイと、このレンズアレイの前記レンズの配列ピッチ
   で屋根型反射面が多数個連続して直線状に形成されたル
   ーフミラーアレイと、このルーフミラーアレイと前記レ
   ンズアレイとの間に位置し光軸に平行な開口部を有する
   絞り板と、互いに一定角度をなす２枚の反射面を有する
   光路分離ミラーとよりなる等倍結像素子において、前記
   レンズアレイを少なくとも２個以上近接して設け、これ
   らレンズアレイは互いに異なる屈折率で同符号の分散係
   数を有ししかもそれらレンズアレイの単独の焦点距離は
   互いに異符号となるように設定したことを特徴とする等
   倍結像素子。 ２、レンズが多数個連続して直線状に形成されたレンズ
   アレイと、このレンズアレイの前記レンズの配列ピッチ
   で屋根型反射面が多数個連続して直線状に形成されたル
   ーフミラーアレイと、このルーフミラーアレイと前記レ
   ンズアレイとの間に位置し光軸に平行な開口部を有する
   絞り板と、互いに一定角度をなす２枚の反射面を有する
   光路分離ミラーとよりなる等倍結像素子において、前記
   レンズアレイを同一材質により形成し少なくとも２つ以
   上近接して設け、それらレンズアレイの間にそれらのレ
   ンズアレイとは異なる屈折率で同符号の分散係数をもつ
   透明部材を充填し、それら少なくとも一つのレンズアレ
   イの焦点距離と前記透明部材のみで作られる焦点距離と
   が互いに異符号となるように設定したことを特徴とする
   等倍結像素子。