JPH06305195A - Image forming device - Google Patents

Image forming device

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JPH06305195A
JPH06305195A JP12337893A JP12337893A JPH06305195A JP H06305195 A JPH06305195 A JP H06305195A JP 12337893 A JP12337893 A JP 12337893A JP 12337893 A JP12337893 A JP 12337893A JP H06305195 A JPH06305195 A JP H06305195A
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lens
refractive index
image
array
image forming
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俊次 村野
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Abstract

PURPOSE:To prevent a change in image-forming performance caused by temperature fluctuation in an image forming device having a monocular lens to prevent occurrence of white stripes or black stripes at a boundary between image arrays. CONSTITUTION:An array 6 of monocular rod lenses 8 of a distributed refractive index type is disposed opposedly to an LED array 2. The lens 8 is shaped into a rod form and has no curved surface, thus having a small fluctuation of an image forming performance caused by temperature fluctuation. The rod lens 8 has a refractive index (n) distributed to be n = n0(1-ar<2>+br<3>) (n0 is a refractive index at a center axis, and (a), (b) are a positive constant). A refractive index in the vicinity of the peripheral part of the rod lens is set to be larger than a refractive index distribution of n = n0(1-ar<2>) for a self-focusing lens. As a result, incident angles of a light from each end of the array 2 to an image forming surface 12 and the lens 8 are reduced, whereby a formed image is hardly affected by the positional shift of the array 2 or the image forming surface 12.

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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention 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 device in which a light emitting / receiving array and a monocular lens for image formation are combined has been known for a long time (for example, U.S. Pat. Nos. 4,532,526 and 4,532,527).
issue). However, an image device using a monocular lens has not yet been put to practical use. The inventor studied the problems of the image device using the monocular lens and found the following. 1) The monocular lens that has been studied so far is a curved lens, and its tolerance range for the temperature fluctuation of the imaging device is narrow. That is, when the temperature fluctuates, the curvature of the lens surface changes, and in a curved lens, the image formation position is determined by the curved surface shape of the lens surface.
The change of the image forming position due to the temperature change is remarkable. In an image device, there is heat generation in the device and heat generation from a peripheral photosensitive drum and the like, and the range of temperature change is wide. For this reason, even a monocular lens that is sufficiently used in ordinary applications can only be used in a narrow temperature range in an image device, which is impractical. 2) The performance of curved lenses depends on the shape of the lens surface and is generally expensive. 3) The image quality is likely to deteriorate due to the turn of the light emitting and receiving array. For example, an image forming apparatus tends to cause white streaks or black streaks in a printed image, and an image reading apparatus tends to cause white streaks or black streaks 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することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to 1) widen the permissible range of a monocular lens with respect to temperature fluctuations, and 2) to obtain a homogeneous lens at low cost.

【0004】請求項2の発明の課題は、上記に加えて、 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。
In addition to the above, an object of the present invention is to 3) prevent deterioration of image quality at the turn of the light emitting and receiving array.

【0005】[0005]

【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、前記レ
ンズアレイの各単眼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、レンズの中心軸での屈折
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ほぼ n=n0(1−ar2)である、としたことを特徴とす
る。
According to the present invention, the light emitting and receiving array is opposed to
In an image device in which a monocular lens array is arranged, each monocular lens of the lens array is a distributed index type rod lens, the refractive index of the lens is n, the refractive index at the central axis of the lens is n0, and the central axis of the lens is The radial distance from r, a
As positive constants, is approximately n = n0 (1-ar 2 ) the refractive index distribution of the lens, characterized in that the the.

【0006】好ましくはレンズの屈折率分布を、 n=n0(1−ar2+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)|<ar2 である、とする。
[0006] The preferred refractive index distribution of the lens, n = n0 (1-ar 2 + f (r)), where the f (r) has a positive value in the vicinity of the outer periphery of the lens, substantially elsewhere It is assumed that | f (r) | <ar 2 at an arbitrary position in the lens with a correction function of 0.

【0007】[0007]

【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、レンズの中心軸での屈折率をn
0,レンズの中心軸からの半径方向の距離をrとして、
ほぼ n=n0(1−ar2) (1) とする。式(1)はセルフフォーカシングレンズに対する
屈折率分布の式で、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。
The imaging apparatus of the present invention uses an array of monocular lenses using distributed index type rod lenses. The refractive index distribution of a lens is the refractive index n at the central axis of the lens.
0, r is the radial distance from the center axis of the lens,
Approximately n = n0 (1-ar 2 ) and (1). Expression (1) is an expression of the refractive index distribution for the self-focusing lens. In the present invention, an array of monocular lenses is used instead of an array of compound-eye lenses such as a self-focusing lens array. By selecting the length of the rod-shaped lens, the image can be changed to an inverted reduced image, an inverted enlarged image, an erect reduced image, or an erect enlarged image.

【0008】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。
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 the distributed index type rod lens is that the deviation of the image forming position due to the temperature change is small. That is, even if the rod-shaped lens thermally expands due to temperature change, the internal refractive index distribution itself hardly changes. Therefore, the image forming position is hardly affected by the temperature change. On the other hand, in the case of a curved lens, when the shape of the lens surface changes due to temperature change, the image forming position changes significantly. As a material of the rod-shaped distributed index lens, for example, glass or plastic is used. In the case of a plastic lens, when the ambient humidity increases, the lens swells and the curved surface shape of the lens changes, so that the imaging position changes. On the other hand, the water vapor hardly enters the inside of the rod-shaped lens, so that even if a plastic lens is used, the influence of humidity is small.

【0009】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 for manufacturing a self-focusing lens, and it is not necessary to cut out the lens like a glass curved lens. Therefore, homogeneous lenses can be mass-produced at low cost.

【0010】好ましくは棒状レンズの屈折率分布を式
(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。
[0010] Preferably, the refractive index distribution of the rod lens is expressed by
It is slightly deformed from (1), and the refractive index is calculated near the lens outer periphery.
Make it slightly larger than (1). Then, even if the positions of the light emitting surface and the document surface are changed from the proper positions or the positions of the image forming planes are changed from the proper positions, the influence on the image forming performance is reduced. And this has the effect of preventing the occurrence of white streaks, black streaks, etc. at the transition between image arrays.

【0011】光は、屈折率の大きい領域を進もうとする
傾向がある。ここで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。
Light tends to travel in a region having a large refractive index. Here, slightly deformed from the formula (1) of the refractive index distribution for the self-focusing lens, if the refractive index near the outer peripheral portion of the lens is increased, the light incident near the outer peripheral portion of the lens is attracted to the outer peripheral portion, Trying to turn bigger. On the other hand, the light incident near the center of the lens has almost no effect even if the refractive index near the outer periphery is changed. The light passing near the outer peripheral portion of the lens is mainly light near the transition between the light emitting / receiving array and the light receiving / emitting array. Such light is bent more in the lens than light from other parts and thus has a smaller angle of incidence on the image plane. The smaller the angle of incidence on the image plane, the smaller the positional deviation when the position of the image plane changes. In this way, the position shift at the transition between the light emitting / receiving array and the light receiving / emitting array with respect to the variation of the image plane position is reduced, and the occurrence of white streaks or black streaks is prevented. This also applies to the displacement of the light emitting surface and the document surface, and if the refractive index in the vicinity of the outer peripheral portion of the lens is set to be slightly larger than the expression (1),
Even if the positions of the light emitting surface and the document surface are changed, the influence on the imaging performance is reduced. This effect is particularly strong for light related to the light emitting / receiving array and the transition between the light receiving / emitting array.

【0012】なお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ar2よりも小さくなるようにしておく。
Even if the refractive index distribution of the rod-shaped distributed refractive index type lens is slightly modified from the equation (1), if the value of the correction function f (r) is small, it hardly affects the imaging performance. The correction function f (r) of the refractive index distribution for the equation (1) is preferably the radius r
To the third power or the fourth power, or to decrease exponentially from the outer edge to the inside of the lens, so that the correction function f (r) has a large value near the outer edge of the rod lens. To do. In order not to disturb the imaging performance, the absolute value of the correction function f (r) is calculated by the formula
It should be smaller than ar 2 in (1).

【0013】[0013]

【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。
EXAMPLES FIGS. 1 to 4 show an example of an LED head. FIG. 1 shows an optical system. In the figure, 2 is an LED array, for example, array 2 having a resolution of 508 DPI is arranged at intervals. Reference numeral 4 denotes a substrate of the LED array 2, which is, for example, a glass substrate. Reference numeral 6 denotes an array of monocular lenses, in which a rod-shaped lens 8 of the distributed index type is fitted in a black resin 10. The distributed index type rod-shaped lens 8 is produced by, for example, a method for manufacturing a self-focusing lens, and is formed by cutting from a long lens. Unlike the self-focusing lens array, the rod-shaped lens 8 has a large lens diameter, so that the surface can be easily polished to be smooth. On the other hand, in the case of the 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. Roughness of the lens surface causes scattering of light and deteriorates the imaging performance. Reference numeral 12 denotes an image forming surface, and in practice, the photosensitive drum serves as the image forming surface 12.

【0014】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 made large, for example, about 20 mm, and the LED array 2, the lens array and the photosensitive drum are very small as in the case of the self-focusing lens array. 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, and the LED array 2 of 508 DPI gives an image of resolution 300 DPI on the image plane 12. Along with this, the diameter of the monocular lens 8 becomes, for example, about 3 mm.

【0015】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)の場合の、光路を図1の破線で示す。一
方屈折率分布を、 n=n0(1−ar2+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ar2よりも小さく
なるようにする。実施例では補正関数f(r)としてbr
3を用いた。ここにbは定数で、br3は常にar2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−ar2+br3) (3)
The optical path in the case of the formula (1) of the refractive index distribution for the self-focusing lens is shown by the broken line in FIG. On the other hand the refractive index distribution, in the case of the n = n0 (1-ar 2 + f (r)) (2), showing an optical path in a solid line in FIG. 1. f (r) is an expression
It is only necessary that the correction function for (1) is such that the refractive index in the vicinity of the outer peripheral portion of the rod-shaped lens 8 is slightly larger than that of the expression (1). Further, the correction function f (r) is set to be substantially 0 near the central axis of the rod lens 8, and the absolute value of the correction function value f (r) is smaller than ar 2 at an arbitrary point of the lens 8. To do so. In the embodiment, br is used as the correction function f (r).
3 was used. Where b is a constant and br 3 is always smaller than ar 2 . The refractive index distribution used is as shown in equation (3). n = n0 (1-ar 2 + br 3) (3)

【0016】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LED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 to travel. Therefore, if a distribution in which the refractive index is slightly larger near the outer peripheral portion of the monocular lens 8 is used as in the formula (2), light in the lens 8 tries to travel along the vicinity of the outer peripheral portion of the lens, resulting in the optical path. Changes from the broken line to the solid line. Therefore, the incident angle with respect to the image plane becomes smaller than that in the case of the broken line in the figure. Further, the emission angle of light with respect to the same image forming position is also smaller than in the case of the broken line in the figure.
This has the effect of preventing the occurrence of white streaks or black streaks at the transition between the LED array 2 and the LED array 2, as will be shown later.

【0017】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)に従った場合の特性を
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場合の特性を示す。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br3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 the refractive index distribution and the optical path of the rod-shaped monocular lens 8. The broken line in FIG. 2 shows the characteristic when the refractive index distribution formula (1) for the self-focusing lens is followed. The solid line in FIG. 2 shows the characteristics when the refractive index is slightly increased in the outer peripheral portion of the lens 8 according to the equation (3). Lens 8
In the case of the formula (1), the refractive index distribution of is the parabolic distribution shown on the left side of FIG. On the other hand, in the formula (3), since br 3 is used as the correction function f (r), the refractive index is slightly increased near the outer peripheral portion of the lens 8 as shown by the solid line in the figure.

【0018】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ar2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 formula (1), the optical path in the lens 8 is as shown by the broken line in the figure, and the light travels while 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 upright image is obtained. Then, when the positions of the cutting plane A and the cutting plane B are shifted, an enlarged image or a reduced image is obtained, and the magnification is changed. Here, if the refractive index is corrected to be slightly larger 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 means that the light tries to travel by selecting a portion having a high refractive index. The greater the amount of bending of the light in the lens, the smaller the incident angle and the exit angle of the light in the part other than the lens 8, and as a result, as shown in FIG.
The incident angle and the output angle decrease as indicated by the solid line. The above discussion relates to the light from both ends of the LED array 2,
Light from the central portion of the LED array 2 is emitted from the monocular lens 8
The incident angle is small, the light travels in the vicinity of the central axis of the monocular lens 8, and is not affected by the correction function f (r) on the refractive index in the vicinity of the outer peripheral portion. Therefore, the correction to the refractive index distribution according to the equation (2) acts only on the light from both ends of the LED array 2. In Expression (2), if the correction function f (r) is small, that is, if | f (r) | is always sufficiently smaller than ar 2 , the resolution of the lens 8 is hardly affected.

【0019】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
分布の場合、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
布の場合、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)の場合より小さい。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 positional deviation of the image plane 12. One of the causes of easy occurrence of white streaks and black streaks when a monocular lens is used is the positional shift of the image plane 12. That is, the light from the light emitters near both ends of the LED array 2 is incident on the image plane 12 at a large incident angle. Here, if the position of the image plane 12 is displaced by δ,
Suppose you have shifted to position 12 '. Then, in the case of the refractive index distribution of Expression (1), the position of the dot on the image plane changes greatly as shown by the broken line in FIG. On the other hand, in the case of the refractive index distribution of the formula (2), the change of the dot position on the image plane 12 ′ is smaller than that of the formula (1) as indicated by the solid line in FIG. Image plane 12
When the angle of incidence on is θ, the change in dot position due to the displacement of the image plane 12 is proportional to tan θ. Therefore, the smaller the incident angle θ, the smaller the influence when the position of the image plane 12 is displaced.

【0020】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 and black streaks due to the displacement of the image plane 12 will be described. When the position of the image forming surface 12 is shifted, the image forming positions of the light emitting bodies near both ends of the LED array 2 are changed as shown in FIG. Using an inverted image here,
Light from LED array 2 on the left side and LED array 2 on the right side
With respect to the light from, the image forming position shifts 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 from each other, white streaks are generated. On the other hand, if the refractive index distribution of equation (2) is used, the angle of incidence on the image plane 12 is made small, the change in dot position due to the position shift of the image plane 12 is suppressed, and the white stripes and black stripes are suppressed. Occurrence can be prevented.

【0021】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L
ED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 streaks 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 is an individual light emitter, and the position of the LED array 2 is displaced and it is assumed that it is 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 largely changes as shown in the right side of FIG. On the other hand, when the incident angle on the monocular lens 8 is small, the incident position on the lens 8 changes as shown on the left side in FIG. Also here, the shift of the incident position of the light emitting body 14 on the lens 8 is proportional to tan θ. Therefore the formula
By using the refractive index distribution of (2) and reducing the incident angle θ to the lens 8, even if the position of the LED array 2 shifts, the influence on the image forming position can be reduced. The image forming position of the light from the light-emitting body in the same LED array 2 does not relatively change relatively even if the position of the LED array 2 shifts. On the other hand, since the inverted image is used, the image formation position of the light from the adjacent LED array 2 changes remarkably due to the position shift at the transition between the arrays 2 and 2. Therefore, by using the refractive index distribution of the equation (2), the angle of incidence on the lens 8 is made small and the influence of the positional displacement of the LED array 2 is made small. In this way L
The occurrence of white streaks and black streaks due to the positional shift of the ED array 2 and the positional shift of the image plane is suppressed.

【0022】[0022]

【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。
According to the invention of claim 1, 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 device having a wide temperature range. 2) A homogeneous lens can be obtained at low cost.

【0023】請求項2の発明では、上記に加えて、 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 invention of claim 2, in addition to the above, 3) it is possible to prevent deterioration of image quality at the transition between the light emitting and receiving arrays.

【図面の簡単な説明】[Brief description of 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 device 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 in a monocular lens and an optical path in the lens in the image device 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 image plane in the image device of 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 displacement of a light emitting surface in the image device of 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 Rod-shaped monocular lens 10 Black resin 12 Image plane 14 Light emitter

Claims (2)

【特許請求の範囲】[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、 前記レンズアレイの各単眼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、レンズの中心軸での屈折率をn
0,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ほぼ n=n0(1−ar2) としたことを特徴とする、画像装置。
1. An image device in which a monocular lens array is arranged facing a light emitting / receiving array, each monocular lens of the lens array is a distributed index type rod lens, and the refractive index of the lens is n The refractive index at the central axis is n
0, characterized in that the radial distance from the central axis of the lens r, the a is a positive constant, the refractive index distribution of the lens was approximately n = n0 (1-ar 2 ), the image device.
【請求項2】 レンズの屈折率分布を、 n=n0(1−ar2+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)|<ar2 となる、としたことを特徴とす
る、請求項1の画像装置。
The refractive index distribution of 2. A lens, n = n0 (1-ar 2 + f (r)), where the f (r) is approximately elsewhere have a positive value in the vicinity of the outer periphery of the lens 0 2. The image device according to claim 1, wherein the correction function is such that | f (r) | <ar 2 at an arbitrary position in the lens.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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EP0878310A1 (en) * 1997-05-13 1998-11-18 Canon Kabushiki Kaisha Image forming apparatus
US6088164A (en) * 1997-05-13 2000-07-11 Canon Kabushiki Kaisha Image forming apparatus having a lens array

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