JPH0727996A - Imaging element - Google Patents

Imaging element

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JPH0727996A
JPH0727996A JP5174446A JP17444693A JPH0727996A JP H0727996 A JPH0727996 A JP H0727996A JP 5174446 A JP5174446 A JP 5174446A JP 17444693 A JP17444693 A JP 17444693A JP H0727996 A JPH0727996 A JP H0727996A
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JP
Japan
Prior art keywords
columnar transparent
image forming
image
array
columnar
Prior art date
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Pending
Application number
JP5174446A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Noriji Ooishi
則司 大石
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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 JPH0727996A publication Critical patent/JPH0727996A/en
Pending legal-status Critical Current

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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 formed by forming or disposing convex lenses on the other side to a steep angle of the first columnar transparent body having two sides crossing each other at the steep angle are symmetrically placed in such a manner that the convex leness exist on the outer sides. The two second columnar transparent bodies 3, 3 having the two sides proximate to the sides and the side on which another one reflection surface 4 is formed or the second columnar trnansparent body integrated with two of such bodies is disposed to form an imaging unit. These imaging units are lined up in an array form so as to face prism surfaces to constitute the imaging element.

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。
Further, 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 if the alignment of the roof prism (or roof mirror) and the lens is not accurately performed, uneven brightness occurs.

【0006】そこで、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提供すること
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。
Therefore, a first problem to be solved by the present invention is to provide an imaging element which does not require particularly difficult know-how, is easy to manufacture and 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 like the former, and it is unavoidable to use multiple line image sensors. When using multiple line image sensors connected 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 any gaps. As a result, a read line shift occurs, and it is necessary to correct this in a circuit manner.

【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アレイや液晶シャッタ
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。そこで、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提供することであ
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LE
D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 liquid 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. Therefore, a second problem to be solved by the present invention is to provide an image-forming element in which a subject and an image correspond one-to-many or many-to-one. In the contact image sensor, this allows images on one line to be connected to two or more lines, and the line image sensor arranged in a staggered manner on these lines makes it possible to read the image on the same line. No line correction is required. Also, in LED printers and liquid crystal printers, LEs arranged in a zigzag pattern on a plurality of lines and having a short length
Since a complete one-line image can be formed by connecting the images of the D array and the liquid crystal shutter on the same line, it is possible to use the LED array and the liquid crystal shutter of which the length 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
明は上記した第一の課題を解決すべく考案されたもの
で、第1の発明による結像素子は、鋭角で交わる二側面
を有する第1の柱状透明体の、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、これに該側面と近
接する二側面と、もう一つの反射面が形成された側面と
を有する柱状透明体二つ、ないしは二つが一体となった
第2の柱状透明体を配設してなる結像ユニットを、該反
射面を面してアレイ状に並べて構成される。
The first and second inventions of the present application were devised to solve the above-mentioned first problem. An imaging element according to the first invention has two side surfaces intersecting at an acute angle. Two of the first columnar transparent body having a convex lens formed or arranged on the other side face with respect to the acute angle are placed symmetrically so that the convex lens is on the outside, and two side faces close to the side face are provided. , An imaging unit comprising two columnar transparent bodies each having a side surface on which another reflecting surface is formed, or a second columnar transparent body in which the two are integrated, is provided to face the reflecting surface. Are arranged in an array.

【0009】また、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第1の柱状透明体の、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
れに該側面と近接する二側面と、頂角がπ/2のプリズ
ム面が、高さ方向に一つ以上並んで形成されたもう一つ
の側面とを有する第2の柱状透明体二つ、ないしは二つ
が一体となった柱状透明体を配設してなる結像ユニット
を、該プリズム面を面するようにアレイ状に並べて構成
される。
The imaging element according to the second aspect of the present invention comprises a first columnar transparent body having two side surfaces intersecting at an acute angle, and two convex side lenses formed or arranged on the other side surface with respect to the acute angle. Two convex side surfaces are placed symmetrically so that they are on the outside, and two side surfaces close to the side surface, and another side surface formed by arranging one or more prism surfaces with an apex angle of π / 2 in the height direction. The second image forming unit is formed by arranging two second columnar transparent bodies having the above, or a columnar transparent body in which the two are integrated, in an array so as to face the prism surface.

【0010】さらに、本願第3の発明は、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してい
る。
Furthermore, a third invention of the present application is an imaging element devised to solve the above-mentioned first problem and also the second problem, wherein one of the convex lens arrays is It is characterized by a lens array having a plurality of rows.

【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。本発明では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
ことが可能にすることができる。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を
実現することができる。
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. In the present invention, it is possible to make the image erect by using the reversal action of the reflecting surface, 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, the image forming action in which the subject and the image correspond one-to-many or many-to-one Can 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yz面の平面図、図2(b)はそ
のxz面の平面図である。これら図面中の1,2は凸レ
ンズを一側面に形成した柱状透明体を示し、これら凸レ
ンズの光軸は一致しz軸と平行である。また、柱状透明
体3は底面が二等辺三角形の三角柱の形状をしており、
底辺を含む側面(yz面に平行)に反射コート(アルミ
鍍金など)を施した反射面4を有している。なお、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
6、像面7はそれぞれのレンズから焦点距離だけ離れた
位置にある。また、点O,Oは光軸と物体面6および像
面7との交点、点x1 および点y1 ,−y1 はそれぞれ
物体面6および像面7上において、点O,Oからx方向
に距離x1 の点およびy方向に距離±y1 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. 2A is a plan view of the yz plane of the image forming unit of FIG. b) is a plan view of the xz plane. Reference numerals 1 and 2 in these drawings denote columnar transparent bodies in which convex lenses are formed on one side surface, and the optical axes of these convex lenses coincide with each other and are parallel to the z-axis. In addition, the columnar transparent body 3 has a triangular prism shape whose bottom surface is an isosceles triangle,
It has a reflection surface 4 having a reflection coating (aluminum plating or the like) on the side surface (parallel to the yz plane) including the bottom. Note that the convex lenses formed in 1 and 2 have the same focal length, and the object plane 6 and the image plane 7 are at positions away from the respective lenses by the focal length. Further, points O, O are the intersections of the optical axis with the object plane 6 and the image plane 7, and points x 1 and y 1 , -y 1 are x from the points O, O on the object plane 6 and the image plane 7, respectively. A point having a distance x 1 in the direction and a point having a distance ± y 1 in the y direction.

【0013】まず、図2(a)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。物体面6上の点
Oあるいはy1 から発した光は、柱状透明体1の凸レン
ズ面によって平行光に変えられ、結像ユニット中を伝搬
して柱状透明体2の凸レンズ面に達する。この過程で光
線は3つの平面に反射するが、最終的な進行方向は反射
前の光線と同じになり、2の凸レンズ面によって像面7
上の一点Oあるいは−y1 に集束される。このときの集
束位置のy座標(y1 ,−y1 )は倒立像の関係にあ
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. The light emitted from the point O or y 1 on the object plane 6 is converted into parallel light by the convex lens surface of the columnar transparent body 1, propagates through the image forming unit, and reaches the convex lens surface of the columnar transparent body 2. In this process, the light ray is reflected on three planes, but the final traveling direction is the same as that before the reflection, and the convex lens surface of 2 causes the image plane 7
It is focused on one point O or -y 1 . Y-coordinate (y 1, -y 1) of the focusing position at this time is in the relation of the inverted image.

【0014】次に、図2(b)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。上述したと同様
に、物体面6上の点Oあるいはx1 から発した光は、柱
状透明体1の凸レンズ面によって平行光に変えられ、結
像ユニット中を伝搬して柱状透明体2の凸レンズ面に達
するが、柱状透明体1の側面、反射面4、柱状透明体2
の側面と、計三回反射することによって光線の進行方向
が変わり、z軸となす角の符号が逆転される。このため
2の凸レンズ面によって集束される像面7上の集束位置
のx座標(x1 )は正立像の関係になる。このことは二
枚の凸レンズによって投影される倒立像が、三回の反射
によって三回反転し、結果として正立した像が得られた
ものと考えることができる。
Next, the image forming action in the xz plane of the image forming unit shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. Similarly to the above, the light emitted from the point O or x 1 on the object plane 6 is converted into parallel light by the convex lens surface of the columnar transparent body 1 and propagates through the imaging unit to form the convex lens of the columnar transparent body 2. Although reaching the surface, the side surface of the columnar transparent body 1, the reflecting surface 4, the columnar transparent body 2
And the direction of travel of the ray changes by being reflected three times in total, and the sign of the angle formed with the z axis is reversed. Therefore, the x-coordinate (x 1 ) of the focus position on the image plane 7 focused by the convex lens surface 2 has an erect image relationship. It can be considered that this is because the inverted image projected by the two convex lenses is inverted three times by three reflections, and as a result, an upright image is obtained.

【0015】図4は図1の結像ユニットの分解図であ
る。本ユニットは二種四点の部品からなる単純な構造の
もので、これらの部品を密着するように組み立てるだけ
でよく、面倒な軸合わせは不要である。ここで柱状透明
体3には、反射面4のほかに遮光部5,8が形成されて
いるが、この意味を図3、図5を使って説明する。図3
において、柱状透明体1に入射した光線のうち、側面へ
の入射角が臨界角θc (=sin-1(1/n):nは柱
状透明体の屈折率)より小さい光線13は側面を透過
し、既に説明したように像を結ぶ光線の光路を外れるた
め、有害な迷光になる恐れがある。そこで結像に寄与す
る光線12が通過しないA−B間、A−C間、D−E
間、D−F間を遮光し、迷光をカットしようというのが
遮光部5,8である。図5は図3の光路を分かりやすく
説明するために、反射面に映った鏡像を図示して展開し
たものである。ここで結像に寄与する光線の通り道は、
柱状透明体1及び2の頂角と、凸レンズの端を結ぶ二本
の一点鎖線の間に限られているから、ここから外れるA
−B間、A−C間、D−E間、D−F間を遮光しても、
像の明るさを損なうことはない。逆に上記した有害光
は、ほとんどがこの遮光部5,8で遮られ、像のコント
ラストが低下するのを防ぐことができる。
FIG. 4 is an exploded view of the imaging unit of FIG. This unit has a simple structure consisting of two kinds of four parts, and it is only necessary to assemble these parts so that they are in close contact with each other, and no troublesome axis alignment is required. Here, the columnar transparent body 3 is provided with light-shielding portions 5 and 8 in addition to the reflecting surface 4, the meaning of which will be described with reference to FIGS. 3 and 5. Figure 3
Of the light rays incident on the columnar transparent body 1, the light ray 13 whose incident angle on the side surface is smaller than the critical angle θ c (= sin −1 (1 / n): n is the refractive index of the columnar transparent body) is incident on the side surface. As described above, the light rays that pass through the light beam deviate from the optical path of the light rays that form the image, and thus may become harmful stray light. Therefore, the light beam 12 that contributes to image formation does not pass through A-B, A-C, and D-E.
The light blocking portions 5 and 8 are intended to block stray light by blocking light between DF and DF. FIG. 5 is an expanded view of a mirror image reflected on the reflecting surface in order to explain the optical path of FIG. 3 in an easy-to-understand manner. Here, the paths of the rays that contribute to image formation are
Since it is limited between the apex angle of the columnar transparent bodies 1 and 2 and the two single-dotted chain lines connecting the ends of the convex lenses, it deviates from here.
Even if light is blocked between -B, between A-C, between D-E, and between D-F,
It does not impair the brightness of the image. On the contrary, most of the harmful light described above is blocked by the light blocking portions 5 and 8, and it is possible to prevent the contrast of the image from being lowered.

【0016】図5から分かるように、柱状透明体3のΔ
ABC,ΔDEFを底辺とする部分は無くてもかまわな
い部分であり、これを取り除いたものの平面図を図6に
示した。これも本願第1の発明による結像ユニットの一
例である。この例では有害光のカットのために側面9,
9を黒色塗装して遮光面とすればよい。図7は、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他の例
をxz平面図で示したものである。図7(a)は両側の
柱状透明体3を一体化したもので、柱状透明体1,2の
間に距離をおき、反射面4の位置も−x方向およびx方
向にずらしてある。以上の図1、図6、図7(a)の例
では柱状透明体1,2の頂角は60°であるが、これは
必要条件ではない。図7(b)は頂角θが60°より大
きい例を、図7(c)は頂角θが60°より小さい例を
示したものである。θを大きくとると結像ユニットのz
方向の幅が狭まり、共役長を若干短くする効果がある
が、反射面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x方向に幅の広い結像ユニット
になる。この分だけアレイ化するときのユニット間隔を
広げなければならなくなるため、明るさの低下や均一性
の低下を招く恐れがある。逆にθを小さくとるとz方向
の幅が広がって共役長が伸びる。従ってθをあまり大き
くしてもまた小さくしても好ましくなく、好ましい範囲
は柱状透明体の屈折率や凸レンズの焦点距離によっても
異なるが、およそ50°〜70°である。
As can be seen from FIG. 5, Δ of the columnar transparent body 3
The part having ABC and ΔDEF as the base is not required, and a plan view of the part without this is shown in FIG. This is also an example of the imaging unit according to the first invention of the present application. In this example, a side surface 9 is provided to cut off harmful light.
9 may be painted black to form a light-shielding surface. FIG. 7 is an xz plan view showing another example of the image forming unit in the image forming element according to the first aspect of the present invention. In FIG. 7A, the columnar transparent bodies 3 on both sides are integrated, a distance is provided between the columnar transparent bodies 1 and 2, and the position of the reflecting surface 4 is also shifted in the −x direction and the x direction. In the examples shown in FIGS. 1, 6, and 7 (a) above, the vertical angles of the columnar transparent bodies 1 and 2 are 60 °, but this is not a necessary condition. FIG. 7 (b) shows an example in which the apex angle θ is larger than 60 °, and FIG. 7 (c) shows an example in which the apex angle θ is smaller than 60 °. If θ is large, z of the imaging unit
Although the width in the direction is narrowed and the conjugate length is slightly shortened, the light ray cannot be effectively used unless the reflecting surface 4 is moved away, and as a result, the imaging unit has a wide width in the x direction. Since it is necessary to widen the unit interval when forming an array by this amount, there is a possibility that brightness and uniformity may be degraded. On the contrary, if θ is small, the width in the z direction is widened and the conjugate length is extended. Therefore, it is not preferable to make θ too large or small, and the preferable range is about 50 ° to 70 °, although it depends on the refractive index of the columnar transparent body and the focal length of the convex lens.

【0017】このようなわけで、図1の結像ユニット
は、y座標が逆転し、x座標が保存される等倍像を投影
することが分かる。従って、本ユニットを図8に示すよ
うにx軸方向に並べることによって、つながりのあるラ
イン上の倒立像が得られることになり、これが本発明請
求項1の結像素子の作用である。この様にアレイ化する
際には、柱状透明体1及び2をアレイ状に一体成型した
ものを使用でき、組立をより簡単にすることができる。
As such, it can be seen that the imaging unit of FIG. 1 projects a unity-magnification image with the y coordinate reversed and the x coordinate preserved. Therefore, by arranging the units in the x-axis direction as shown in FIG. 8, an inverted image on a continuous line can be obtained, which is the function of the image forming element according to claim 1 of the present invention. In the case of forming an array in this way, the columnar transparent bodies 1 and 2 integrally molded in an array can be used, and the assembly can be further simplified.

【0018】y方向に像が倒立することはリニアイメー
ジセンサや液晶プリンタ、LEDプリンタなどの用途で
は何等不都合を生じない。一方倒立像が不都合となる複
写機等の用途には鏡を用い、倒立像を反転させて正立像
とすることにより使用することができる。図8に示した
実施例においては、投影像の明るさ、均一さ、解像度
は、頂角θ、凸レンズの径と焦点距離、柱状透明体1,
2の距離、反射面4の位置などによって決まる。従って
本装置の設計の自由度は高く、幅広いバリエーションを
持つ結像素子であることがわかる。
The inversion of the image in the y direction does not cause any inconvenience in applications such as a linear image sensor, a liquid crystal printer, an LED printer. On the other hand, a mirror can be used for applications such as a copying machine in which an inverted image is inconvenient, and the inverted image can be inverted to form an erect image. In the embodiment shown in FIG. 8, the brightness, uniformity, and resolution of the projected image are apex angle θ, the diameter and focal length of the convex lens, the columnar transparent body 1,
2 and the position of the reflecting surface 4, etc. Therefore, the degree of freedom in designing this device is high, and it is understood that the image forming element has a wide variation.

【0019】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1a,2
aと三角柱状透明体1b,2bは図14のように別々に
成型し、配設したものでもよい。次に、本願第2の発明
による結像素子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の
一例を示す斜視図であり、図10(a)は図9の結像ユ
ニットのyz面の平面図、図10(b)はそのxz面の
平面図である。図中、図1の結像ユニットと同じ構成要
素には同一の符号が付されている。本結像ユニットは、
図1の結像ユニットの反射面4を直角プリズムのアレイ
10で置き換えたものであり、図10(b)に示すとお
りxz面内の結像作用は図1の結像ユニットと全く同じ
であるが、yz面内では図10(b)のように直角プリ
ズムでの反射によって光線の進行方向が変わり、z軸と
なす角の符号が逆転されている。このため、2の凸レン
ズ面によって集束される像面7上の集束位置のy座標
(y1 )は正立像の関係になり、投影像はx座標および
y座標とも保存される正立等倍像になる。このため、本
結像ユニットは、複写機等の用途にそのまま使用するこ
とができるという特徴を有している。
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 lenses 1a and 2 are formed.
The a and the triangular prism-shaped transparent bodies 1b and 2b may be separately molded and arranged as shown in FIG. Next, an image forming element according to the second invention of the present application will be described with reference to the drawings. FIG. 9 shows the second application of the present application.
10A is a perspective view showing an example of an image forming unit in an embodiment of the image forming element according to the invention of FIG. 10, FIG. 10A is a plan view of a yz plane of the image forming unit of FIG. 9, and FIG. FIG. In the figure, the same components as those of the imaging unit in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. This imaging unit
The reflecting surface 4 of the image forming unit of FIG. 1 is replaced with an array 10 of rectangular prisms, and the image forming action in the xz plane is exactly the same as that of the image forming unit of FIG. 1 as shown in FIG. However, in the yz plane, the traveling direction of the light beam changes due to reflection from the rectangular prism as shown in FIG. 10B, and the sign of the angle formed with the z axis is reversed. Therefore, the y coordinate (y 1 ) of the focus position on the image plane 7 focused by the convex lens surface of 2 has an erect image relationship, and the projected image is an erect equal-magnification image in which both the x coordinate and the y coordinate are preserved. become. Therefore, the present image forming unit has a feature that it can be used as it is for applications such as a copying machine.

【0020】本結像ユニットでは、特にy方向の視野を
広げる必要がなければ、直角プリズムアレイ10が全反
射プリズムとして使えるから、反射コートが必要なくな
るというメリットがある。図11は、本結像ユニットを
アレイ化した本願第2の発明による結像素子の実施例を
示す斜視図であるが、本実施例は図8の本願第1の発明
による結像素子の実施例と異なり、正立した像を投影す
ることができるのが特徴である。ここでも、柱状透明体
1及び2としては、アレイ状に一体成型したものが使わ
れている。
In the present image forming unit, since it is possible to use the rectangular prism array 10 as a total reflection prism unless there is a particular need to widen the field of view in the y direction, there is an advantage that a reflection coat is unnecessary. FIG. 11 is a perspective view showing an embodiment of an imaging element according to the second invention of the present application in which the present imaging unit is arranged in an array. This embodiment is an embodiment of the imaging element according to the first invention of the present invention of FIG. Unlike the example, the feature is that an upright image can be projected. Also here, as the columnar transparent bodies 1 and 2, those integrally molded in an array form are used.

【0021】図9の結像ユニットでは、縦に5個並んだ
直角プリズムの列10が側面に形成された柱状透明体1
1が使われるているが、このように幅の狭いプリズムを
多数ならべることによって、図11のようにアレイ化す
る際に結像ユニット間に開けるスペースを小さくするこ
とができ、効率を上げることができる。もちろん、ただ
一つの直角プリズムであっても機能的に問題はなく、図
15はその特別な場合を示す。
In the image forming unit shown in FIG. 9, a columnar transparent body 1 is formed on a side surface of which a row 10 of five right-angled prisms arranged vertically is formed.
Although 1 is used, by arranging a large number of prisms with such a narrow width, it is possible to reduce the space opened between the image forming units when forming an array as shown in FIG. 11, and to improve efficiency. it can. Of course, even a single right-angle prism has no functional problem, and FIG. 15 shows that special case.

【0022】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12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
る。本結像ユニットは像面7側に、出射面に凸レンズが
縦に二つ並んだ柱状透明体14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ことができる。図
13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7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6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。また、反射
面4を上述した本願第2の発明による結像素子における
と同様に直角プリズムの列で置き換えれば、他の実施例
を得ることができる。
Next, an image forming element according to the third aspect of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 12 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. The image forming unit can project two images, which are displaced in the y direction, on the image plane 7 side by using the columnar transparent body 14 in which two convex lenses are vertically arranged on the exit plane. FIG. 13 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 number of images by forming the convex lenses on the image plane 7 side in three or more rows, or by forming a large number of rows of convex lenses on the object plane 6 side to form an image forming element. Is also possible. Another embodiment can be obtained by replacing the reflecting surface 4 with an array of rectangular prisms as in the image forming element according to the second aspect of the present invention.

【0023】以下に、実際に上述した結像素子を製作し
た例について説明する。先ず、屈折率1.53の透明樹
脂を使って図1の柱状透明体1,2,3を製作し、図8
の結像素子を組み立てた(ただし、柱状透明体1,2は
アレイ状に一体成型したものではなく、結像ユニットを
単純に並べただけである。)。柱状透明体1,2の頂角
θ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×6mm角の球面レンズ
である。反射面4はアルミ蒸着によって形成し、黒色塗
料を塗布して遮光部5と8を形成した。この結果、本結
像素子によって明瞭な倒立等倍像が得られることを確認
した。
An example in which the above-mentioned image forming element is actually manufactured will be described below. First, the columnar transparent bodies 1, 2 and 3 shown in FIG. 1 are manufactured by using a transparent resin having a refractive index of 1.53.
(However, the columnar transparent bodies 1 and 2 are not integrally molded in an array, but the image forming units are simply arranged.). The apex angle θ of the columnar transparent bodies 1 and 2 is 60 °, the width of the two side surfaces sandwiching the transparent body is 6 mm, and the formed convex lens is a spherical lens of 6 mm × 6 mm square with a radius of curvature of 8 mm. The reflecting surface 4 was formed by aluminum vapor deposition, and a black paint was applied to form the light shielding portions 5 and 8. As a result, it was confirmed that a clear inverted equal-magnification image can be obtained by this imaging element.

【0024】次に、この結像素子の柱状透明体3を直角
プリズム列を持つ柱状透明体で置き換え、本願第2の発
明による結像素子を組み立てた。ただし、直角プリズム
10のピッチは0.5mmであり、配列数は図11の実施
例と異なっている。本結像素子では明瞭な正立等倍像が
得られた。さらに、最初の結像素子の柱状透明体2を、
曲率半径8mmで3mm×6mm角の球面レンズを二つ形成し
た柱状透明体14に置き換え、本願第3の発明による結
像素子を作成した。この結果、本結像素子によって明瞭
な二つの倒立等倍像が得られることを確認した。
Next, the columnar transparent body 3 of this image forming element was replaced with a columnar transparent body having a rectangular prism array, and an image forming element according to the second invention of the present application was assembled. However, the pitch of the rectangular prisms 10 is 0.5 mm, and the number of arrays is different from that of the embodiment shown in FIG. A clear erect image of the same size was obtained with this imaging device. In addition, the first columnar transparent body 2 of the image forming element,
An image forming element according to the third invention of the present application was prepared by replacing the columnar transparent body 14 in which two spherical lenses having a radius of curvature of 8 mm and 3 mm × 6 mm square were formed. As a result, it was confirmed that two clear 1 × inverted images were obtained by this imaging device.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明による結像素
子は、一対の凸レンズとプリズム面の反射作用によって
倒立あるいは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 a pair of convex lenses and image forming units for forming an inverted or erecting equal-magnification image by the reflection action of the prism surfaces in an array. 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の結像ユニットの分解斜視図である。FIG. 4 is an exploded perspective view of the imaging unit of 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】本願第1の発明による結像素子における結像ユ
ニットの他の例を示す平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing another example of the image forming unit in the image forming element according to the first invention of the present application.

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

【図8】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。
8 is a perspective view showing an embodiment of an image forming element according to the first invention of the present application, which is an array of the image forming units of FIG. 1. FIG.

【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を示
す斜視図である。
FIG. 11 is a perspective view showing an embodiment of an imaging element according to the second invention of the present application.

【図12】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. 12 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13】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. 13 is a perspective view showing an embodiment of an imaging element according to the third invention of the present application.

【図14】本願第1の発明による結像素子における結像
ユニットの他の例を示す斜視図である。
FIG. 14 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15】本願第2の発明による結像素子における結像
ユニットの他の例を示す斜視図である。
FIG. 15 is a perspective view showing another example of the imaging unit in the imaging element according to the second invention of the present application.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…凸レンズを形成した柱状透明体 2…凸レンズを形成した柱状透明体 3…反射面を有する柱状透明体 4…反射面 5…遮光部 6…物体面 7…像面 8,9…遮光部 10…直角プリズム配列 11…プリズム配列を有する柱状透明体 14…二つの凸レンズを形成した柱状透明体 15…直角プリズム面 16…直角プリズム面を有する柱状透明体 17,18…遮光部 1a,2a…凸レンズ 1b,2b…三角柱状透明体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Columnar transparent body in which a convex lens is formed 2 ... Columnar transparent body in which a convex lens is formed 3 ... Columnar transparent body having a reflective surface 4 ... Reflective surface 5 ... Shading portion 6 ... Object surface 7 ... Image surface 8, 9 ... Shading portion 10 ... right-angle prism array 11 ... columnar transparent body having prism array 14 ... columnar transparent body having two convex lenses 15 ... right-angled prism surface 16 ... columnar transparent body having right-angled prism surface 17, 18 ... light-shielding portion 1a, 2a ... convex lens 1b, 2b ... Triangular prism transparent body

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 鋭角で交わる二側面を有する第1の柱状
透明体であって、該鋭角に対する他の側面に凸レンズを
配設したもの二つを、該凸レンズが外側になるように対
称に配置し、これに、該鋭角の補角である鈍角を形成す
る該二つの第1の柱状透明体のそれぞれの側面と近接す
る側面と、該鈍角に対し、かつ、反射面が形成された側
面とを有する二つの第2の柱状透明体ないしは二つが一
体となった柱状透明体を組み合わせ接合して配設してな
る結像ユニットを、該反射面を面するようにアレイ状に
配列した結像素子。
1. A first columnar transparent body having two side surfaces intersecting at an acute angle, wherein two convex side lenses are provided on the other side surface with respect to the acute angle, and two are arranged symmetrically so that the convex lens is on the outside. And a side surface adjacent to each side surface of the two first columnar transparent bodies forming an obtuse angle which is a supplementary angle to the acute angle, and a side surface for the obtuse angle and on which a reflecting surface is formed. An image forming unit in which two second columnar transparent bodies each having the above or a columnar transparent body in which two are integrally formed are combined and joined and arranged in an array so as to face the reflection surface. Child.
【請求項2】 鋭角で交わる二側面を有する第1の柱状
透明体であって、該鋭角に対する他の側面に凸レンズを
配設したもの二つを、該凸レンズが外側になるように対
称に配置し、これに、該鋭角の補角である鈍角を形成す
る該二つの第1の柱状透明体のそれぞれの側面と近接す
る側面と、該鈍角に対し、かつ、頂角がπ/2のプリズ
ム面が高さ方向に一つ以上並設された側面とを有する二
つの第2の柱状透明体ないしは二つが一体となった柱状
透明体を組み合わせ接合して配設してなる結像ユニット
を、該プリズム面を面するようにアレイ状に配列した結
像素子。
2. A first columnar transparent body having two side surfaces intersecting at an acute angle, wherein two convex lenses are provided on the other side surface with respect to the acute angle, and two are arranged symmetrically so that the convex lens is on the outside. And a side surface adjacent to each side surface of the two first columnar transparent bodies forming an obtuse angle which is a supplementary angle to the acute angle, and a prism having an apex angle of π / 2 with respect to the obtuse angle. An image forming unit in which two second columnar transparent bodies having one or more side surfaces juxtaposed in the height direction or columnar transparent bodies in which the two are integrated are combined and disposed. An imaging element arranged in an array so as to face the prism surface.
【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 orthogonal to the array direction of the array. Item 2. The imaging element according to item 2.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2014058036A1 (en) * 2012-10-12 2014-04-17 Canon Kabushiki Kaisha Imaging optical system and method for manufacturing lens array

Cited By (3)

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JP2014077964A (en) * 2012-10-12 2014-05-01 Canon Inc Lens array optical system and method of manufacturing lens array
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