JPH0727995A - Imaging element - Google Patents

Imaging element

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Publication number
JPH0727995A
JPH0727995A JP5174434A JP17443493A JPH0727995A JP H0727995 A JPH0727995 A JP H0727995A JP 5174434 A JP5174434 A JP 5174434A JP 17443493 A JP17443493 A JP 17443493A JP H0727995 A JPH0727995 A JP H0727995A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
columnar transparent
image
image forming
angle
array
Prior art date
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Pending
Application number
JP5174434A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Noriji Ooishi
則司 大石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Rayon Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Rayon Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Rayon Co Ltd filed Critical Mitsubishi Rayon Co Ltd
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Publication of JPH0727995A publication Critical patent/JPH0727995A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide an imaging element which does not require particularly difficult know-how, is easily produced, easily usable and small in chromatic aberration. CONSTITUTION:Two columnar transparent bodies 1, 2 each having two sides crossing each other at a steep angle and convex lenses arranged on the other sides to this steep angle are symmetrically arranged in such a manner that the convex lenses exist respectively on the outer sides. One or more orthogonal reflection surface pairs are arranged 4 to face the respective regions held by the sides of these two columnar transparent bodies. The imaging units constituted in the manner described above are arranged in an array form to constitute this imaging element. The columnar transparent bodies of the imaging units are formed as the columnar transparent bodies continuous in an array direction and are constituted by combining and joining the columnar transparent bodies in which the continuous arrangement in the array direction of the orthogonal reflection pairs are formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ファクシミリや電子複
写機、LEDプリンタ等に使われる結像素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image forming element used in facsimiles, electronic copying machines, LED printers and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】ファクシミリや複写機、LEDプリンタ
等には、ライン上の被写体を等倍率でセンサや感光ドラ
ム上に投影する結像素子が使われている。この分野で利
用されている結像素子としては、円柱状の透明体で、
その軸から外側に向かって屈折率が連続的に低下する棒
状レンズ体多数本を並列配列したレンズアレイ、例え
ば特公昭49−8893号公報、特開昭57−1049
23号公報、特開昭57−66414号公報等に示され
るごとく凸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56−117
201号公報、特開昭56−126801号公報、特開
昭56−140301号公報、特開昭56−14900
2号公報、特開昭60−254018号公報、特開昭6
0−254019号公報、特開昭60−254020号
公報、特開昭61−233714号公報、特開昭62−
91902号公報、および特開昭62−201417号
公報などに示されるごときダハプリズム(またはルーフ
ミラー)とレンズとを正立等倍像を結像するように組み
合わ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。
2. Description of the Related Art In facsimiles, copiers, LED printers, etc., an image forming element for projecting an object on a line onto a sensor or a photosensitive drum at an equal magnification is used. An imaging element used in this field is a cylindrical transparent body,
A lens array in which a large number of rod-shaped lens elements whose refractive index continuously decreases from the axis to the outside are arranged in parallel, for example, JP-B-49-8893 and JP-A-57-1049.
No. 23, Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-66414, etc., in which convex lens arrays are laminated in a multilayer structure,
JP-A-61-210319, JP-A-56-117
201, JP-A-56-126801, JP-A-56-140301, and JP-A-56-14900.
No. 2, JP 60-254018 A, JP 6
No. 0-254019, Japanese Patent Laid-Open No. 60-254020, Japanese Patent Laid-Open No. 61-233714, Japanese Patent Laid-Open No. 62-
No. 91902 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-201417, the optical prism units (or roof mirrors) and lenses are combined to form an erecting equal-magnification image, and the optical system units are arranged in an array. Things, etc. are known.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記に示した屈折率
分布型棒状レンズを用いた結像素子は、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
での屈折率分布の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。
The imaging element using the gradient index rod lens described above requires a long time to manufacture the gradient index rod lens, and the integration of the refraction angles of the rays is large, resulting in chromatic aberration. Is likely to occur, and it is difficult to control the refractive index distribution within the cross section of the rod-shaped lens, which makes it difficult to manufacture.

【0004】また、上記の結像素子は、凸レンズアレ
イの製造自体には困難性をともなわないが、三枚以上の
レンズの収差が積算されるため、高い解像度を実現する
のが難しく、また、各層のレンズの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、色収差の大きいものとなるという
難点がある。
Further, the above image forming element does not cause any difficulty in manufacturing the convex lens array itself, but it is difficult to realize high resolution because aberrations of three or more lenses are integrated. There is a difficulty in the assembling process in which the axes of the lenses of the respective layers are accurately aligned, and the chromatic aberration is large because the integration of the refraction angles of the light rays becomes large.

【0005】さらに,上記の結像素子は、レンズと物
体面および像面の間に置かれた反射手段によって光路を
変える特殊な形状をしているため、これに合わせて照明
光の位置や方向などを最適化する必要を生じ、使いにく
いという難点があり、また、ダハプリズム(またはルー
フミラー)とレンズの軸合わせを正確にしないと、明る
さ斑を生じるなどの難点がある。
Furthermore, since the above-mentioned image forming element has a special shape in which the optical path is changed by the reflecting means placed between the lens and the object plane and the image plane, the position and direction of the illumination light are adjusted accordingly. There is a problem that it is difficult to use because it is necessary to optimize the above, and there is a problem that unevenness in brightness occurs if the roof prism (or roof mirror) and the lens are not aligned correctly.

【0006】本発明の解決しようとする第一の課題は、
特に難しいノウハウを必要とせず、製作が容易で使いや
すく、色収差が小さい結像素子を得ることである。ま
た、上記結像素子を使った密着イメージセンサでは、大
面積の半導体膜を使った単一のラインイメージセンサか
複数の短いラインイメージセンサが並べて用いられてい
るが、特に読みとり幅が長い場合には、前者のように単
一のラインイメージセンサで全読みとり長をカバーする
のは難しく、複数のラインイメージセンサを使わざるを
得なくなる。このように複数のラインイメージセンサを
つなげて使う場合、隣合うラインイメージセンサの受光
面が隙間無く接するように並べることが難しいため、各
ラインイメージセンサを千鳥状に並べることになるが、
このことによって読みとりラインのずれを生ずるため、
これを回路的に補正することが必要である。
The first problem to be solved by the present invention is
It is to obtain an imaging element that does not require particularly difficult know-how, is easy to manufacture, is easy to use, and has small chromatic aberration. Further, in the contact image sensor using the image forming element, a single line image sensor using a large-area semiconductor film or a plurality of short line image sensors are used side by side, but especially when the reading width is long. , It is difficult to cover the entire reading length with a single line image sensor as in the former case, and there is no choice but to use a plurality of line image sensors. When connecting a plurality of line image sensors in this way, it is difficult to arrange them so that the light-receiving surfaces of adjacent line image sensors are in contact with each other without a gap.
This causes a deviation of the reading line,
It is necessary to correct this in a circuit.

【0007】また、LEDプリンタや液晶プリンタで
も、印刷幅に等しい長さのLEDアレイや結晶シャッタ
ーを作るのは技術的に容易なことではない。このような
ことは被写体と像が一対一に対応する従来の結像光学系
を使う以上やむを得ないことである。本発明の解決しよ
うとする第二の課題は、被写体と像とが一対多あるいは
多対一に対応する結像素子を得ることである。密着イメ
ージセンサにおいては、これによって一つのライン上の
像を二つ以上のライン上に結び、これらのライン上に千
鳥状に配列されたラインイメージセンサで同一のライン
の像を読みとることが可能となり、ライン補正が不要と
なる。また、LEDプリンタや液晶プリンタでは複数ラ
イン上に千鳥状に配置された長さの短いLEDアレイや
液晶シャッターの像を同一ライン上に結ぶことによっ
て、完全な一ラインの像を作ることができるため、製作
が容易な長さのLEDアレイや液晶シャッターの利用が
可能となる。
Further, even in an LED printer or a liquid crystal printer, it is not technically easy to make an LED array or a crystal shutter having a length equal to the print width. This is unavoidable as long as the conventional imaging optical system in which the subject and the image correspond one-to-one is used. A second problem to be solved by the present invention is to obtain an image-forming element in which a subject and an image correspond one-to-many or many-to-one. In a contact image sensor, this makes it possible to connect the images on one line to two or more lines and read the image of the same line with the line image sensors arranged in a staggered pattern on these lines. , Line correction becomes unnecessary. Further, in an LED printer or a liquid crystal printer, a complete one-line image can be created by connecting the images of short LED arrays or liquid crystal shutters arranged in a zigzag pattern on a plurality of lines on the same line. It is possible to use the LED array and the liquid crystal shutter having a length that is easy to manufacture.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本願第1および第2の発
明は、上記第一の課題を解決すべく案出されたもので、
本願第1の発明による結像素子は、鋭角で交わる二側面
を有する柱状透明体の、該鋭角に対する他の側面に凸レ
ンズを形成あるいは配設したもの二つを、該凸レンズが
外側になるように対称に置き、これらの鋭角を挟む二側
面に面して、頂角がπ/2の谷をなす反射面の対を一つ
以上設置してなる結像ユニットを、アレイ状に並べ、そ
の配列方向は該凸レンズの光軸および該反射面対の谷線
と垂直であることを特徴とする。
The first and second inventions of the present application have been devised to solve the above first problem.
The imaging element according to the first invention of the present application is one in which a columnar transparent body having two side surfaces intersecting at an acute angle, in which a convex lens is formed or arranged on the other side surface with respect to the acute angle, is arranged so that the convex lens is on the outside. The imaging units, which are symmetrically placed and have one or more pairs of reflecting surfaces forming a valley with an apex angle of π / 2 facing the two side surfaces sandwiching these acute angles, are arranged in an array and arranged. The direction is perpendicular to the optical axis of the convex lens and the valley line of the pair of reflecting surfaces.

【0009】また、本願第2の発明による結像素子は、
鋭角で交わる二側面を有する柱状透明体の、該鋭角に対
する他の側面に該柱状透明体の高さ方向に並んだ凸レン
ズのアレイを形成あるいは配設したもの二つを、該凸レ
ンズアレイが外側になるように対称に置き、該鋭角の補
角に等しい鈍角をなす二側面を有し、該鈍角に対する側
面に、頂角がπ/2のプリズム面が、該凸レンズアレイ
の周期以下の周期で高さ方向に多数並んで形成された柱
状透明体二つを、前者の柱状透明体の鋭角を挟む二側面
と後者の鈍角をなす二側面が平行に近接するように配設
される。
The imaging element according to the second invention of the present application is
A columnar transparent body having two side faces intersecting at an acute angle is provided or formed with an array of convex lenses arranged in the height direction of the columnar transparent body on the other side face with respect to the acute angle. Symmetrically, and has two side surfaces forming an obtuse angle equal to the supplementary angle of the acute angle, and a prism surface having an apex angle of π / 2 is formed on the side surface with respect to the obtuse angle at a period equal to or shorter than the period of the convex lens array. Two columnar transparent bodies formed side by side in the vertical direction are arranged so that the two side surfaces that sandwich the acute angle of the former columnar transparent body and the two side surfaces that form the obtuse angle of the latter are parallel and close to each other.

【0010】さらに、本願第3の発明による結像素子
は、上記した第一の課題を解決しつつ、さらに第二の課
題をも解決すべく考案された結像素子であり、上記凸レ
ンズのアレイの一方が、複数列のレンズアレイであるこ
とを特徴とするものである。
Further, an image forming element according to the third invention of the present application is an image forming element devised to solve the above-mentioned first problem and further solves the second problem. One of them is a lens array having a plurality of columns.

【0011】[0011]

【作用】レンズアレイを使った結像素子では、各構成単
位が正立像を結ぶことがつながりのあるライン像を得る
ために必要である。本発明による結像素子によれば、直
交した反射面の反転作用を使って像を正立させてレンズ
の負担を低減し、収差を抑えることが可能になった。ま
た、本願第3の発明による結像素子では、像側あるいは
物体側のいずれか一方に複数列のレンズアレイを用いる
ことによって、被写体と像とが一対多あるいは多対一に
対応する結像作用が実現される。
In the image forming device using the lens array, it is necessary for each constituent unit to form a continuous line image in which an erect image is formed. According to the imaging element of the present invention, it becomes possible to erect an image by using the reversal action of the orthogonal reflecting surfaces to reduce the load on the lens and suppress the aberration. Further, in the image forming element according to the third aspect of the present invention, by using a plurality of rows of lens arrays on either the image side or the object side, an image forming action in which the subject and the image correspond one-to-many or many-to-one Will be realized.

【0012】[0012]

【実施例】以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図1は、本願第1の発明による結像素子の実施例におけ
る結像ユニットの一例を示す斜視図であり、図2(a)
は図1の結像ユニットのxz面の平面図、図2(b)は
そのyz面の平面図である。これら図面中の1,2は凸
レンズを一側面に形成した三角柱からなる柱状透明体を
示し、これら凸レンズの光軸は一致しz軸と平行であ
る。また、上下に置かれた側板部材3は直交した二つの
反射面からなる反射面対の配列4を持ち、各反射面対の
二つの反射面はz軸に平行で、y軸と±45°の角度を
なし、x軸方向に配列されている。なお、透明体1と2
に形成された凸レンズの焦点距離は等しく、物体面5、
像面6はそれぞれの凸レンズから焦点距離だけ離れた位
置にある。また、x1 ,x1 ′,およびy1 ,y1
は、それぞれ、物体面5、像面6において、原点O,
O′から等距離のx軸上およびy軸上の点である。
The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an image forming unit in an embodiment of an image forming element according to the first invention of the present application, and FIG.
Is a plan view of the xz plane of the image forming unit of FIG. 1, and FIG. 2B is a plan view of the yz plane thereof. Reference numerals 1 and 2 in these drawings denote columnar transparent bodies made of triangular prisms having convex lenses formed on one side surface, and the optical axes of these convex lenses coincide with each other and are parallel to the z axis. The side plate members 3 placed on the upper and lower sides have an array 4 of reflecting surface pairs composed of two reflecting surfaces orthogonal to each other, and the two reflecting surfaces of each reflecting surface pair are parallel to the z axis and ± 45 ° with respect to the y axis. Are arranged in the x-axis direction. In addition, transparent bodies 1 and 2
The focal lengths of the convex lenses formed on the
The image plane 6 is at a position separated from each convex lens by the focal length. Also, x 1 , x 1 ′, and y 1 , y 1
On the object plane 5 and the image plane 6, respectively, are origins O,
A point on the x-axis and y-axis equidistant from O '.

【0013】まず、図3を使って図1の結像ユニットの
yz面内の結像作用を説明する。図中、M1,M2で示
した範囲は、それぞれ柱状透明体1,2の側面7,8に
映った鏡像を示している。物体面5上の光軸と交わる原
点Oから発し、柱状透明体1の凸レンズ面の右半分(鏡
像では左半分)に入った光は、凸レンズの作用で平行光
になり、柱状透明体1の側面7、直交反射面対配列4、
柱状透明体2の側面8に反射して、柱状透明体2の凸レ
ンズ面に至り、像面6上の原点O′に集光される。凸レ
ンズのみの投影で得られる像は倒立像であるが、反射す
る度に像は反転し、反射の回数は3回であるから、結局
得られる像は正立像になる。
First, the image forming action in the yz plane of the image forming unit shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. In the figure, the areas indicated by M1 and M2 indicate mirror images reflected on the side surfaces 7 and 8 of the columnar transparent bodies 1 and 2, respectively. Light emitted from the origin O intersecting the optical axis on the object plane 5 and entering the right half (left half in the mirror image) of the convex lens surface of the columnar transparent body 1 becomes parallel light by the action of the convex lens, and Side surface 7, orthogonal reflection surface pair array 4,
The light is reflected by the side surface 8 of the columnar transparent body 2, reaches the convex lens surface of the columnar transparent body 2, and is condensed at the origin O ′ on the image plane 6. The image obtained by projecting only the convex lens is an inverted image, but the image is inverted each time it is reflected and the number of reflections is three, so the image finally obtained is an erect image.

【0014】次に、図4を使って図1の結像ユニットの
xz面内の結像作用を説明する。簡単のために鏡像M
1,M2を使って説明するが、図3から明らかなように
柱状透明体1,2の側面7,8によってx座標が反転す
ることはないので、鏡像の結像作用を説明すれば十分で
ある。物体面5上の点O及びx1 から発し柱状透明体1
の凸レンズ面に入った光は、凸レンズの作用で平行光に
なり、反射面対配列4の一つの反射面対に入射するが、
直交する反射面の作用で入射光と平行逆向きに反射され
る。この光線は柱状透明体2の凸レンズ面によって、像
面6上の物体面5上における発光点Oおよびx1 と同じ
x座標すなわち点O′およびx1 ′に集光される。従っ
て、得られる像は、x方向においても正立像である。
Next, the image forming action in the xz plane of the image forming unit of FIG. 1 will be described with reference to FIG. Mirror image M for simplicity
1 and M2, the x-coordinates are not inverted by the side surfaces 7 and 8 of the columnar transparent bodies 1 and 2 as is apparent from FIG. 3, so it is sufficient to explain the mirror image forming action. is there. The columnar transparent body 1 emanating from the points O and x 1 on the object plane 5
The light entering the convex lens surface of becomes parallel light by the action of the convex lens and is incident on one reflecting surface pair of the reflecting surface pair array 4,
Due to the action of the reflecting surfaces that intersect at right angles, the light is reflected in the direction parallel to and opposite to the incident light. This light ray is condensed by the convex lens surface of the columnar transparent body 2 at the same x coordinate as the light emitting points O and x 1 on the object plane 5 on the image plane 6, that is, at points O ′ and x 1 ′. Therefore, the obtained image is an erect image also in the x direction.

【0015】すなわち、y方向には3回の鏡面反射によ
る像反転、x方向には直交する反射面(ダハ面)の像反
転によって、それぞれ像を正立させることにより、図1
の結像ユニットは正立等倍像を投影することができるの
である。図1の結像ユニットが持つy方向の視野角φ
は、図5に示すように、柱状透明体1および2の二側面
のなす角2θと臨界角θc (ここでθc =sin-1(1
/n):nは柱状透明体の屈折率)によって決まる。入
射光のうち側面にθc 以下の角度で入射した光は、点線
9により示すように、側面7あるいは8を透過してしま
うため上記したように正立像を結ぶことができない。し
たがって、レンズの中心から次式(1)で表される視野
角φの範囲を越えた外の像は投影されず、この範囲の光
は有害であるため、使用しないかスリットなどの光学絞
りを使ってカットするのが好ましい。次式(1)から分
かるように、θすなわち頂角2θを大きくとると視野が
狭まり好ましくなく、2θは70°以下にするのが好ま
しい。
That is, by inverting the image by mirror reflection three times in the y-direction and inverting the image on the reflecting surface (the roof surface) orthogonal to the x-direction, the images are erected, respectively.
The image forming unit of can project an erecting equal-magnification image. Viewing angle φ in the y direction of the imaging unit of FIG.
As shown in FIG. 5, the angle 2θ formed by the two side surfaces of the columnar transparent bodies 1 and 2 and the critical angle θ c (where θ c = sin −1 (1
/ N): n is determined by the refractive index of the columnar transparent body. Of the incident light, the light incident on the side surface at an angle of θ c or less passes through the side surface 7 or 8 as shown by the dotted line 9, so that an erect image cannot be formed as described above. Therefore, an image outside the range of the viewing angle φ represented by the following formula (1) from the center of the lens is not projected, and light in this range is harmful, so do not use it or use an optical diaphragm such as a slit. It is preferable to use and cut. As can be seen from the following expression (1), when θ, that is, the apex angle 2θ is increased, the field of view is narrowed, which is not preferable, and 2θ is preferably 70 ° or less.

【0016】[0016]

【数1】 [Equation 1]

【0017】装置の小型化の観点から、頂角2θの最も
好ましい値は60°である。このとき柱状透明体は正三
角柱の一側面に凸レンズを形成したものになり、図1乃
至図5はこの数値例のものについて作図したものであ
る。頂角2θを大きくとると、図7(a)に示すよう
に、共役長を若干短くする効果があるが、反射面対配列
4を遠ざけなければ光線を有効に利用できなくなるた
め、結果的にはy方向に幅の広い結像素子となってしま
う。逆に頂角2θを、図7(b)に示すように、60°
より小さくとると、y方向の視野が広がる効果がある
が、z方向の幅が広がって共役長も伸びて好ましくな
い。頂角2θの好ましい範囲は、柱状透明体の屈折率に
よっても異なるが、およそ50°〜70°である。
From the viewpoint of downsizing of the device, the most preferable value of the apex angle 2θ is 60 °. At this time, the columnar transparent body is one in which a convex lens is formed on one side surface of a regular triangular prism, and FIGS. 1 to 5 are drawings for this numerical example. A large apex angle 2θ has the effect of slightly shortening the conjugation length, as shown in FIG. 7A, but the light rays cannot be effectively used unless the reflecting surface pair array 4 is moved away. Becomes an imaging element having a wide width in the y direction. Conversely, as shown in FIG. 7B, the apex angle 2θ is 60 °.
A smaller value has the effect of widening the visual field in the y direction, but it is not preferable because the width in the z direction widens and the conjugate length also increases. The preferable range of the apex angle 2θ is about 50 ° to 70 °, although it varies depending on the refractive index of the columnar transparent body.

【0018】図6は、図1の結像ユニットを、図示した
ように、光軸に垂直で柱状透明体の高さ方向に配列して
構成した本願第1の発明による結像素子の実施例を示し
ている。ここで、各結像ユニット間には、遮光板10を
挟んで隣接ユニットの光線が混じらないようにするのが
好ましい。図1の結像ユニットでは、凸レンズが柱状透
明体の一側面に形成されていたが、凸レンズと柱状透明
体は、図8(a)のように、別々に成型して配設しても
よい。また、図1から図8(a)までの装置に使われて
いる直交反射面配列4は、不透明な板3に直角の溝を複
数形成し、アルミなどの金属をコートしたものである。
当然のことながら、この面は面精度の高い面でなければ
ならない。また、特殊な例として、単一の直交した反射
面対を使った図8(b)のようなものも本発明の結像ユ
ニットとして使うことが可能である。
FIG. 6 shows an embodiment of the image forming device according to the first invention of the present application, in which the image forming unit of FIG. 1 is arranged in the height direction of the columnar transparent body perpendicular to the optical axis as shown. Is shown. Here, it is preferable that the light-shielding plate 10 is sandwiched between the image forming units so that the light rays of the adjacent units are not mixed. In the image forming unit of FIG. 1, the convex lens is formed on one side surface of the columnar transparent body, but the convex lens and the columnar transparent body may be separately molded and arranged as shown in FIG. 8A. . The orthogonal reflecting surface array 4 used in the apparatus shown in FIGS. 1 to 8A is formed by forming a plurality of right-angled grooves on an opaque plate 3 and coating a metal such as aluminum.
As a matter of course, this surface must have a high surface accuracy. Further, as a special example, the one as shown in FIG. 8B using a single pair of reflecting surfaces which are orthogonal to each other can also be used as the image forming unit of the present invention.

【0019】次に、本願第2の発明を図を使って説明す
る。図9は、本願第2の発明による結像素子の実施例に
おける結像ユニットを示す斜視図であり、図10(a)
は図9の結像ユニットのxz面の平面図、図10(b)
はそのyz面の平面図である。この結像ユニットの作用
は、図1の結像ユニットと基本的に同じであり、同一の
要素には同一の符号を付しているが、図1の反射面対配
列4が柱状透明体11,11の側面に形成された直角プ
リズムの配列12に置き換わっている点で異なってい
る。このため、図1の結像ユニットにはない以下のメリ
ットが加わっている。簡単のために、以下の議論は結像
素子にとって最も重要な、物体面5上でレンズの光軸と
交わる点を含む水平線上の点の結像作用について行う。
Next, the second invention of the present application will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a perspective view showing an image forming unit in an embodiment of the image forming element according to the second invention of the present application, and FIG.
Is a plan view of the xz plane of the imaging unit shown in FIG. 9, and FIG.
Is a plan view of the yz plane. The operation of this image forming unit is basically the same as that of the image forming unit of FIG. 1, and the same reference numerals are given to the same elements, but the reflecting surface pair array 4 of FIG. , 11 in that they are replaced by an array 12 of right-angle prisms formed on the side surfaces. Therefore, the following merits which are not provided in the image forming unit of FIG. 1 are added. For the sake of simplicity, the following discussion will be concerned with the imaging action of the points on the horizon, which is the most important for the imaging element, including the point on the object plane 5 which intersects the optical axis of the lens.

【0020】まず第一に、プリズム配列12では全反射
を利用できるため、反射コートが必ずしも必要でない。
当然ながら、反射コートを省ければ製造コストが下がり
好ましい。例えば、柱状透明体1および2の頂角2θ=
60°のとき、入射光はzy面内でプリズム列に30°
の入射角で入射する。このような斜入射の光線は全反射
する角度範囲が広く、具体的に図9のユニットはn=
1.5前後で±15°程度の開口角をx方向に示すこと
になり、この開口角で映る像の範囲が隣のユニットと部
分的にオーバーラップするようにユニットの幅と作動距
離を設定すれば、反射コートを省いてもつながりのある
像が完成できる。
First of all, since the prism array 12 can utilize total reflection, a reflection coat is not always necessary.
As a matter of course, it is preferable to omit the reflection coat because the manufacturing cost is reduced. For example, the apex angle 2θ of the columnar transparent bodies 1 and 2 =
At 60 °, the incident light is 30 ° on the prism array in the zy plane.
Is incident at an incident angle of. Such obliquely incident light rays have a wide angle range in which they are totally reflected. Specifically, the unit of FIG.
An aperture angle of about ± 15 ° is shown in the x direction at around 1.5, and the unit width and working distance are set so that the range of the image reflected at this aperture angle partially overlaps the adjacent unit. By doing so, a connected image can be completed even if the reflective coat is omitted.

【0021】このように各ユニットの開口角が制限され
ることによって、図1の結像ユニットをアレイ化する際
に必要になった図6の遮光板10を省くことが可能とな
る。図12は、本願第2の発明による結像素子の実施例
を示す斜視図であり、図11は、これを構成する二種四
個の部品を示した分解斜視図である。ここでは、各部品
にアレイ用の部品という意味で添え字aを付けて図9の
ユニットのものと区別してある。ここで、柱状透明体1
a,2aおよび上下に位置するプリズム列柱状透明体1
1a,11aはそれぞれ同じものである。二次元的にみ
たとき直交反射面対には光線を入射方向に反射する働き
があり、特に幅の狭い反射面対の場合には、これは反射
面対からみて、物体と同じ距離離れた位置に等倍像を作
る結像作用とみなせる。この作用によって図12の柱状
透明体1a上の一つの凸レンズに入射した光は、その多
くが柱状透明体2aの対応する凸レンズに達し結像に寄
与するが、図3から分かるように、両凸レンズは反射面
対と平行ではないため、入射側の凸レンズと出射側の凸
レンズの反射面対(プリズム12)からの距離は部分的
にしか一致せず、したがって反射面対へx軸方向に有限
の角度を持って入射する斜入射光については入射側の凸
レンズの像が出射側の凸レンズからはみでることにな
る。その大きさは図9の例で(Rtanθtanα)/
2(ここで、Rはy方向の凸レンズの幅、αは最大の斜
入射角)であるが、プリズムでは上記した全反射による
αの制限(n=1.5前後で±10°程度)から、この
式の値が0.05R程度と小さいため、図11および図
12に示すように、凸レンズ間にレンズ幅の1/10程
度の遮光部分14を設けることによって、隣のユニット
から漏れてくる光を除くことができ、遮光板10は不要
である。
By thus limiting the aperture angle of each unit, it becomes possible to omit the light shielding plate 10 shown in FIG. 6 which is required when the image forming unit shown in FIG. 1 is formed into an array. FIG. 12 is a perspective view showing an embodiment of an imaging element according to the second invention of the present application, and FIG. 11 is an exploded perspective view showing four parts of two kinds constituting the same. Here, the suffix "a" is added to each component in the sense of an array component to distinguish it from the unit of FIG. Here, the columnar transparent body 1
a, 2a and prismatic columnar transparent bodies 1 located above and below
1a and 11a are the same respectively. When viewed two-dimensionally, the orthogonal reflecting surface pair has a function of reflecting light rays in the incident direction, and particularly in the case of a narrow reflecting surface pair, this is the position at the same distance as the object as seen from the reflecting surface pair. It can be regarded as an image-forming action that creates a 1 × image. Due to this action, most of the light incident on one convex lens on the columnar transparent body 1a in FIG. 12 reaches the corresponding convex lens of the columnar transparent body 2a and contributes to image formation. As can be seen from FIG. Is not parallel to the pair of reflecting surfaces, the distances of the convex lens on the incident side and the convex lens on the emitting side from the reflecting surface pair (prism 12) partially match, and therefore, there is a finite distance to the reflecting surface pair in the x-axis direction. For obliquely incident light that enters at an angle, the image of the convex lens on the incident side protrudes from the convex lens on the outgoing side. The size is (Rtan θtan α) /
2 (where R is the width of the convex lens in the y direction and α is the maximum oblique incident angle), but in the prism, due to the above-mentioned limitation of α due to total reflection (about ± 10 ° around n = 1.5). Since the value of this equation is as small as about 0.05R, as shown in FIGS. 11 and 12, by providing the light shielding portion 14 of about 1/10 of the lens width between the convex lenses, it leaks from the adjacent unit. The light can be removed, and the light shielding plate 10 is unnecessary.

【0022】このようにユニット間を区切る必要が無く
なったため、二種四個の部品で結像素子を構成すること
ができ、また、これらが面を接して組み立てられること
から、製作が極めて容易になり、コストダウンがはかれ
るようになった。これが本願第2の発明の第二の利点で
ある。なお、上記した直交する反射面対の結像作用には
最大で反射面対の幅だけのずれがともなっているため、
このことも考慮して、遮光部14の幅は(Rtanθt
anα)/2にプリズムの幅を加えたものに等しくとる
のが好ましい。遮光部14の幅は広いほど光線利用率は
低下し、暗い結像素子となるため、この意味でプリズム
の幅はレンズの幅に比べて十分小さくとるのがよく、好
ましくは1/5〜1/10以下にするのがよい。
Since it is not necessary to divide the units in this way, it is possible to form an imaging element with four parts of two types, and since these are assembled in contact with each other, manufacturing is extremely easy. The cost has come to be reduced. This is the second advantage of the second invention of the present application. In addition, since the imaging action of the above-mentioned orthogonal reflecting surface pair is accompanied by a maximum deviation of the width of the reflecting surface pair,
In consideration of this, the width of the light shielding portion 14 is (Rtan θt
It is preferably equal to anα) / 2 plus the width of the prism. The wider the light-shielding portion 14, the lower the light utilization factor and a darker imaging element. Therefore, in this sense, the width of the prism should be sufficiently smaller than the width of the lens, preferably 1/5 to 1 It is better to be / 10 or less.

【0023】さらに、図11ではプリズム列柱状透明体
11aに遮光部13(黒色塗装)を設けることによっ
て、図5の点線9で示したような迷光成分を遮光部13
で遮り、像面側に出射することを防いでいる。これによ
って本発明による結像素子はさらに使いやすくなり、例
えば図12の結像素子を縦に並べて大面積の等倍像を映
し出す面状の結像素子を構成することも可能である。こ
れが本願第2の発明の第三の利点である。
Further, in FIG. 11, the light shielding portion 13 (black coating) is provided on the prismatic columnar transparent body 11a, so that the stray light component as shown by the dotted line 9 in FIG.
It is blocked by and is prevented from emitting to the image side. As a result, the image-forming element according to the present invention becomes easier to use. For example, it is possible to arrange the image-forming elements of FIG. 12 vertically to form a planar image-forming element that projects a large-area 1 × image. This is the third advantage of the second invention of the present application.

【0024】図13および図14は本願第2の発明によ
る結像素子のその他の実施例における結像ユニットのZ
Y平面図である。図13の実施例は上述の柱状透明体
1,2の頂角2θを60°より小さくとって、両者の間
に隙間を開け、二つの柱状透明体11を一体化すること
によってさらに部品数を減らし、組立の容易さを増した
ものである。また、図14の実施例は柱状透明体11の
不要な部分を取り除いてスリム化した柱状透明体11′
を使って、結像素子の軽量化をはかったものである。
FIGS. 13 and 14 show Z of the image forming unit in another embodiment of the image forming element according to the second invention of the present application.
It is a Y top view. In the embodiment of FIG. 13, the apex angle 2θ of the above-mentioned columnar transparent bodies 1 and 2 is set to be smaller than 60 °, a gap is formed between them, and the two columnar transparent bodies 11 are integrated to further reduce the number of parts. It reduces the number and increases the ease of assembly. In the embodiment shown in FIG. 14, the columnar transparent body 11 'is made slim by removing unnecessary portions of the columnar transparent body 11.
To reduce the weight of the imaging element.

【0025】図15は、図12の結像素子に側板15を
加えた本願第2の発明による結像素子の実用的な形態で
ある。側板15は遮光機能を有する黒色の部材で、強度
や寸法安定性を持たせるためにFRP等を使うのが好ま
しい。次に、本願第3の発明による結像素子を図を使っ
て説明する。図16は本願第3の発明による結像素子の
実施例における結像ユニットを示す斜視図であり、図1
7は図16の結像ユニットのzy面の平面図である。本
結像ユニットは像面側に、出射面に凸レンズが縦に二つ
並んだ柱状透明体32を使うことにより、y方向に位置
がずれた二つの像を投影する。図18は本結像ユニット
をアレイ化した本願第3の発明による結像素子の実施例
を示す斜視図であり、物体と像は一対二に対応する。容
易に理解できるように、像面側の凸レンズを三列以上に
してさらに像を増やすことも可能であるし、物体面側に
多数列の凸レンズを並べて像を合成する結像素子とする
ことも可能である。
FIG. 15 shows a practical form of the image forming element according to the second invention of the present application in which the side plate 15 is added to the image forming element of FIG. The side plate 15 is a black member having a light-shielding function, and it is preferable to use FRP or the like to have strength and dimensional stability. Next, an image forming element according to the third invention of the present application will be described with reference to the drawings. 16 is a perspective view showing an image forming unit in an embodiment of the image forming element according to the third invention of the present application.
7 is a plan view of the zy plane of the imaging unit of FIG. The image forming unit projects two images, which are displaced in the y direction, on the image side by using a columnar transparent body 32 in which two convex lenses are vertically arranged on the exit surface. FIG. 18 is a perspective view showing an embodiment of an image-forming element according to the third invention of the present application in which the present image-forming unit is arranged in an array, and an object and an image correspond one-to-two. As can be easily understood, it is possible to further increase the image by providing three or more rows of convex lenses on the image plane side, or to arrange a large number of convex lenses on the object plane side to form an image-forming element for synthesizing images. It is possible.

【0026】屈折率1.53の透明樹脂を使って図11
の柱状透明体1a,2a,11aを製作し、図12の結
像素子を組み立てた。柱状透明体1a,2aの頂角2θ
は60°とし、これを挟む二側面の幅は6mm、形成した
凸レンズは曲率半径8mmで6mm×5mm角の球面レンズ
で、レンズ間には幅1mmの遮光部14を黒色塗装によっ
て設けてある。また、プリズム列12のピッチは0.5
mmで、各部材の長さは60mm(凸レンズ10個分)であ
る。この結果、本結像素子によって明瞭な正立等倍像が
得られることを確認した。
Using a transparent resin having a refractive index of 1.53, FIG.
The columnar transparent bodies 1a, 2a, and 11a were manufactured, and the imaging element of FIG. 12 was assembled. Vertical angle 2θ of columnar transparent bodies 1a, 2a
Is 60 °, the width of the two side faces sandwiching this is 6 mm, the convex lens formed is a spherical lens of 6 mm × 5 mm square with a radius of curvature of 8 mm, and a light-shielding portion 14 having a width of 1 mm is provided between the lenses by black coating. The pitch of the prism rows 12 is 0.5.
In mm, the length of each member is 60 mm (10 convex lenses). As a result, it was confirmed that a clear erect equal-magnification image can be obtained by this imaging element.

【0027】さらに、同じ透明樹脂を使って図18の柱
状透明体32aを製作し、上記した柱状透明体2aと置
き換えて図18の結像素子を作成した。柱状透明体32
aに形成した凸レンズは曲率半径8mmで3mm×5mm角の
球面レンズで、図18のように二列形成した。この結
果、本結像素子によって明瞭な二つの正立等倍像が得ら
れることを確認した。
Further, the columnar transparent body 32a of FIG. 18 was manufactured using the same transparent resin, and was replaced with the above-mentioned columnar transparent body 2a to prepare the image forming element of FIG. Columnar transparent body 32
The convex lens formed in a is a 3 mm × 5 mm square spherical lens with a radius of curvature of 8 mm, and is formed in two rows as shown in FIG. As a result, it was confirmed that two clear erect equal-magnification images can be obtained by this imaging element.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明による結像素
子は、一対の凸レンズと直交する反射面対の作用によっ
て正立等倍像を結ぶ結像ユニットをアレイ状に並べるこ
とによって、ライン上の連続した像を得るもので、本結
像素子は製作が容易で、また、結像にともなう屈折角の
積算が小さいため、色収差が少ない像を得ることが可能
である。
As described above, the image forming device according to the present invention is arranged on a line by arranging image forming units forming an erecting equal-magnification image in an array by the action of a pair of reflecting surfaces orthogonal to a pair of convex lenses. The image forming element of the present invention is easy to manufacture, and since the integration of the refraction angles associated with the image formation is small, it is possible to obtain an image with little chromatic aberration.

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

【図1】本願第1の発明による結像素子における結像ユ
ニットの一例を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an image forming unit in an image forming element according to the first invention of the present application.

【図2】図1の結像ユニットの平面図である。FIG. 2 is a plan view of the imaging unit of FIG.

【図3】図1の結像ユニットの作用を説明するための説
明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the operation of the imaging unit in FIG.

【図4】図1の結像ユニットの作用を説明するための説
明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the operation of the imaging unit in FIG.

【図5】図1の結像ユニットの作用を説明するための説
明図である。
5A and 5B are explanatory diagrams for explaining the operation of the image forming unit in FIG.

【図6】図1の結像ユニットをアレイ化した本願第1の
発明による結像素子の実施例を示す斜視図である。
6 is a perspective view showing an embodiment of an image forming element according to the first invention of the present application in which the image forming unit of FIG. 1 is arrayed.

【図7】本願第1の発明による結像素子における結像ユ
ニットのその他の例を示す平面図である。
FIG. 7 is a plan view showing another example of the imaging unit in the imaging element according to the first invention of the present application.

【図8】本願第1の発明による結像素子における結像ユ
ニットのその他の例を示す斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view showing another example of the imaging unit in the imaging element according to the first invention of the present application.

【図9】本願第2の発明による結像素子における結像ユ
ニットの一例を示す斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view showing an example of an image forming unit in the image forming element according to the second invention of the present application.

【図10】図9の結像ユニットの平面図である。FIG. 10 is a plan view of the imaging unit of FIG.

【図11】本願第2の発明による結像素子の実施例の構
成を示す分解斜視図である。
FIG. 11 is an exploded perspective view showing the configuration of an embodiment of the imaging element according to the second invention of the present application.

【図12】本願第2の発明による結像素子の実施例を示
す斜視図である。
FIG. 12 is a perspective view showing an embodiment of an imaging element according to the second invention of the present application.

【図13】本願第2の発明による結像素子における結像
ユニットのその他の例の平面図である。
FIG. 13 is a plan view of another example of the imaging unit in the imaging element according to the second invention of the present application.

【図14】本願第2の発明による結像素子における結像
ユニットのその他の例の平面図である。
FIG. 14 is a plan view of another example of the imaging unit in the imaging element according to the second invention of the present application.

【図15】本願第2の発明による結像素子の実用的な形
態を示す斜視図である。
FIG. 15 is a perspective view showing a practical form of an imaging element according to the second invention of the present application.

【図16】本願第3の発明による結像素子における結像
ユニットの一例を示す斜視図である。
FIG. 16 is a perspective view showing an example of an image forming unit in an image forming element according to the third invention of the present application.

【図17】図16の結像ユニットの平面図である。17 is a plan view of the imaging unit of FIG.

【図18】本願第3の発明による結像素子の実施例を示
す斜視図である。
FIG. 18 is a perspective view showing an embodiment of an imaging element according to the third invention of the present application.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2…凸レンズを形成した柱状透明体 3…反射面対列を有する側板部材 4…直交する反射面対配列 5…物体面 6…像面 7…柱状透明体の1の側面 8…柱状透明体の2の側面 10…遮光板 11…プリズム列を有する柱状透明体 12…直角プリズム配列 13,14…遮光部(黒色塗装) 15…側板 21,23…凸レンズ 22,24…柱状透明体 32…二つの凸レンズを形成した柱状透明体 1, 2 ... Columnar transparent body formed with convex lenses 3 ... Side plate member having a pair of reflective surface pairs 4 ... Orthogonal reflective surface pair array 5 ... Object surface 6 ... Image plane 7 ... Side surface 1 of columnar transparent body 8 ... Columnar transparent Two side surfaces of the body 10 ... Shading plate 11 ... Columnar transparent body having prism rows 12 ... Right angle prism array 13, 14 ... Shading part (black coating) 15 ... Side plates 21, 23 ... Convex lenses 22, 24 ... Columnar transparent body 32 ... Columnar transparent body with two convex lenses

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 鋭角で交わる二側面と該鋭角に対する他
の側面に配設された凸レンズとを有する柱状透明体の二
つを、該凸レンズの各々が外側になり、かつ、各凸レン
ズの光軸が一致するように対称に配置し、該二つの柱状
透明体の側面により挟まれた鈍角のそれぞれに面して、
頂角がπ/2の谷をなし、かつ、該谷線が該凸レンズの
光軸と平行な反射面対を一つ以上該柱状透明体の高さ方
向に配列してなる結像ユニットを、該反射面対の配列方
向にアレイ状に配列してなる結像素子。
1. Two columnar transparent bodies having two side surfaces intersecting at an acute angle and a convex lens disposed on the other side surface with respect to the acute angle, each of the convex lenses being on the outer side, and the optical axis of each convex lens. Are arranged symmetrically so that they coincide with each other, facing each obtuse angle sandwiched by the side surfaces of the two columnar transparent bodies,
An image forming unit in which one or more pairs of reflecting surfaces whose apex angle forms a valley of π / 2 and whose valley line is parallel to the optical axis of the convex lens are arranged in the height direction of the columnar transparent body, An image forming element having an array in the array direction of the pair of reflecting surfaces.
【請求項2】 鋭角で交わる二側面と、該鋭角に対する
他の側面に該柱状透明体の高さ方向に並べて配設された
凸レンズのアレイを有する第1の柱状透明体の二つを、
該凸レンズアレイが外側になるように対称に配置し、該
鋭角の補角に等しい鈍角をなす二側面を有し、該鈍角に
対する側面に、頂角がπ/2のプリズム面が、該凸レン
ズアレイの周期以下の周期で高さ方向に多数並んで形成
された第2の柱状透明体の二つを、該第1の柱状透明体
の鋭角を挟む二側面と該第2の柱状透明体の鈍角をなす
二側面とが平行に面するように近接して配設してなる結
像素子。
2. Two side surfaces, which intersect at an acute angle, and a first columnar transparent body having an array of convex lenses arranged side by side in the height direction of the columnar transparent body on the other side surface with respect to the acute angle,
The convex lens array is arranged symmetrically so as to be on the outer side, and has two side surfaces forming an obtuse angle equal to the supplementary angle of the acute angle, and a prism surface having an apex angle of π / 2 is provided on the side surface with respect to the obtuse angle. 2 of the second columnar transparent bodies formed in a row in the height direction with a period equal to or less than the two periods, the two side faces sandwiching the acute angle of the first columnar transparent body and the obtuse angle of the second columnar transparent body. An image forming element, which is disposed in close proximity to the two side faces of the so as to face each other in parallel.
【請求項3】 物体面あるいは像面側のいずれかに配設
される各凸レンズが、アレイの配列方向と直角な方向に
並設された複数の凸レンズであることを特徴とする請求
項1あるいは請求項2に記載の結像素子。
3. The convex lens disposed on either the object plane or the image plane side is a plurality of convex lenses arranged in parallel in a direction perpendicular to the array direction. The imaging element according to claim 2.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5021850B1 (en) * 2011-04-14 2012-09-12 パイオニア株式会社 Light source unit and head-up display

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