JPS5837603A - 光学的像形成装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、物体平面にある物体を長く伸びた光源によっ
てｊ（（｛明し、反射像を屈折率集束形レンズアレイに
よって像平面へ伝送する像形成装置に関する。史に詳細
には、本発明は、像平面における空間的に均一な崩光度
を捉伊：するように変形した屈折率集束形レンズアレイ
に関する。

束状の１１１｛折率隼束飛光学ファイバを午えた像伝送
装置は業界に知られている。米国特許第３、　７左とり
０７号には、ガラスまたは合成樹脂で作られ、横断面に
おいて中央部から外方へ放物線的に資化する屈折率分布
を有する導光用ファイバが記載されている。各ファイバ
は、一端付近に置かれた物体の像の一部を伝送する合焦
レンズとして働く。千鳥足状のΩ列形アレイとなってい
るファイバのわ１立体が物体の像を伝送して合焦さぜる
。

このファイバレンズは、日本板硝子株式会社所有の「セ
ルフォックＪ　（ＳＥＬＦＯＣ）　　なる登録商標で生
産されている。

屈折率が変化しているガラスまたはプラスチツりのファ
イバを製造するためのみ々多くの技術が業界に知られて
いる。これらは、応用光学（Ａｐｐｌ　１ｅｄＯｐｔｉ
ｃｓ）　、第１９巻、第７号Ｃｌ９ｇ０年を月７日）の
第１０３Ｓ頁ないし２Ｆ’　１０３　ｇ　Ｂｉのダンカ
ンｅティー・ムーブ（Ｄｕｎｃａｎ　Ｔ、　Ｍｏｏｒｅ
）の論文［屈折率年束形光学紫子の歴望ｊ　（Ｇｒａｄ
ｌｅｎｔ　ＩｎｄｅｘＯｐｔｌｃｓ：　Ａ　Ｒｅｖｌｅ
ｗ）に便利にまとめらねている。

関連する屈折率集束形レンズアレイの光学７ｉ　＋Ｉ゛
が、応用光学、第１ｑ巻、卯ニア号（７９ｇＯ’４１１
月７日）の第１ＯＡ、！；頁ｔ［いし第１θ乙９頁のジ
ェームス・ディー・リース（Ｊａｍｅｓ　Ｄ、　Ｒｅｅ
ｓ）及びウィリアム−ラーマ（Ｗｌ　ｌ　ｌ　Ｉ　ａｍ
　Ｌａｍａ）　　の齢１文［屈折率集束形ファイバレン
ズの放射分析的特性Ｊ　（ＳｏｍｅＲａｄｌｏｍｅｔｒ
ｌｅ　　Ｐｒｏｐｅｒｔｌｅｓ　　ｏｆ　　Ｇｒａｄｌ
ｅｎｔ−ＩｎｄｅｘＦｉｂｅｒ　Ｌｅｎｓｅｓ）に記載
されている。

屈折率集束形レンズアレイは、数多くの技術において、
例えば、米国特許第３．９２．２．ＯＡａ号に開示され
ているプリント型光学回路の構造において、及び米国特
許第３．９　ｌｌＺ　／θＡ−Ｑ及び第１Ａ／　９３．
　Ａ　７９号に開示されている従前の光学装４ｔ〒Ｉ／
Ｃ置と枠わろものとして、用途がある。

十ン１の米国特許に開示されているもののような複写機
への適用においては、杓写すべき書炉の照明を行ｌｒ　
ウ光沖は、従前の投影レンズを用いているネ（！写柚に
刻して非才される照明帯に比べてんめで狭く−［１つ′
ｒｙ、、い照明帯な枦供することができなければｔｒら
ない。どの要件が心数となるのは、屈折甲沖束形レンズ
アレイの固イイの作動的構造によるのである。全ての杓
写４ｓの光学系に共通している仙の要件として、均一な
明るい物体が与えられた」ん合に均−強さの像露光を像
平面において折供するということがある。非均−な像平
面露光の一つのす［（型的ｔｒ坤因は、蛍光ランプのよ
うな長く伸びた’Ｉｆ　”４〕ζ光源の端部における光
の減少である。この光減少はヤ１類走査線の非均−な照
明を生じさせ、この非均一性がレンズアレイを通じて伝
送されて対応する非均−な像露光を生じさせる。

この非均一性を補償するために神々の手法が従来からｉ
＋（、みられている。長い光源管を用い、そしてＲ’／
管の中央部だけで有効な照明を行なうようにすることに
より、光源を変形して均−強さの■類照明を行なうこと
ができる。しかし、これはか）、ｆり非効率的であり、
複写機が大形化する。従来のレンズ系を準用する他の手
法として、可変Ｂｎ　ｔｑフィルタまたは可変アパーチ
ャ式スリットのような光調整用部品を光学路内に、一般
にはイテイ」平面の直前に介在させるという方法がある
。このスリットを、照明光が中火部におけるよりも端部
においてより多く通過するように適当な形に作る。すな
わち、周知の［バタフライスリット」である。一方、フ
ィルタを中央部（においては伽＜シ、端Ｒ１＋にオ６い
ては次第に透光性を高める。しかしＮ　Ａｉ（折率集東
形アレイによって投射される光線の束は極めて狭いので
、これらの手法を任倉の正確度をもって実施することは
極めて困姉である。

本発明は、特別に設計したランプまたはｊｌ）加の光調
整用部品の使用を必要とせずに、均−強さの像平面露光
を得ることのできる新月な比較的ｆｆ’、’＋　即な手
段を掠供するものである。屈折率集束形レンズアレイの
性質を、中央部におけるよりも端部においてより多くの
照明光が伝送されるように変更することにより、端部照
射低下に対する補償が４４）ら」する。この変゛す１は
、ファイバ実装密庶、個々のファイバの半径または個々
のファイバの屈折率集項弓伊の、）二うなレンズのｉ＋
ラメータのどれか一つを変化させることによって行なわ
れる。ψ１１４部非均−性の特性を有するＪ、る照明特
性が与えられた」μ合、レンズアレイを本発明に従って
設計することにより、空間的に均一なり、シ、光分布を
影像平面においてイ【することかできる。

以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。

第１図について設明すると、側面図で略示する従来の５
Ｙ、学的像形成装置２は、従来から知られているように
束状に配力した同４’ｌ！７造の屈折率集束形ファイバ
の一つの千鳥足形の列６及び８から成る屈折率集束形レ
ンズアレイ４を有す。第３図はアレイ４の上面斜視図で
ある。第１図における透明物体平面１０は図示の方向に
レンズ４の前を通って８動するようになっている。平面
１０はその上に物体１２、例えば）ｋ　Ｍ’ａを支持す
る。蛍光ランプ１４が、物体平面１０のＹ軸方向のｌ］
を横切るア）４−チャを通じて狭い強い照明帯域を提供
する。

第２図は蛍光ランプに対する哄型的か物体平面の照射特
性を示すものである。点灯すると、上記ランプは平面１
０において該ランプの軸と平行に物体平面照明出力特性
Ｐを提供する。この特性曲線は、中央部Ａにおいては充
分に均一であるが、端部Ｂ及びＣにおいては低下する。

作動について第１図を参照して照明すると、平面１０を
、感光性影像形成平面１６の速度と同期した速度で照明
領締を横切ってＸ軸方向に移動させる。光のストリップ
が物体１２から反射させられ、レンズ４により平面１６
の露光ストリップ１８上に合焦させられる。この物体平
面における照明特性に対して補償を行なわないとすると
、像平面における露光特性は照明特性と同じ非均一性の
値のものとなる。

次に本発明について説明すると、本発明渚は、屈折率集
束形レンズアレイの空間的崩光分布は３つのノやラメー
タによって定まるということを見い出した。この３つの
ノやラメータは次の通りである。

すなわち、 （１）個別ファイバの実装密度、すなわち、ファイバが
互いＫどのように緊密な間隔をおいているかということ
、 （２）各個別ファイバの半径、及び （３）個別ファイバの屈折率集束定数 （一般に八で表わされる）である。

また、原稿照明を変化させなくとも、これらパラメータ
を個々にまたは糾合せで変化させて空間的に均一な線光
分布値を得ることができろということが見い出された。

第３図は従来の複列形レンズアレイの典型的な配置を示
すものである。第り図ないし第６図に、本発明に従って
レンズアレイを変形して、ファイバ実装密度、ファイバ
半径及び屈折率集束度を変化させた実施例をそれぞれ示
す。

先ず第３図について再び説明すると、図はレンズアレイ
４の」二面を示すものである。列６及び８を構成してい
るファイバの各々は互いに同構造である。すなわち、各
ファイバは同じ半径及び屈折率集束度を有している。ま
た、ファイバ実装密度は列の一端から細端まで均一であ
る。

第１１図は、物体平面の非均−照明状態を補償するよう
に本発明に従って変形したレンズアレイの第７の実施例
を示すものである。この実施例においては、レンズアレ
イ２４は屈折率集束度ファイバのλつの列２６及び２８
から成る。説明の便宜上、このレンズアレイの半分だけ
を図示する。図示のように、中央部におけるファイバは
比較的広い相互間隔をおいており、これに対して、列端
部におけるファイバの相互間隔はより緊密になっている
。換言すれば、ファイバの間隔は端部へ近づくにつれて
次第に小さくなっている。この可変間隔により、列の中
央部よりも端部近くにおける像点の露光により多数のフ
ァイバが寄与し、そして、この寄与的ファイバの本数の
増加により、本来ある照明低下が補償される。この実施
例を用いるに伴ない、中央部における露光変調が適度に
大きくなり、また若干の焦点深度の変化がある。

第Ｓ図はファイバ半径を選択的に変化させた第一の実施
例のレンズアレイを示すものである。レンズアレイ３４
は屈折率集束形ファイバの２つの列３６及び３８から成
る。これらファイバはλつの選定植Ｒ１またはＲ２（た
だしＲ２＞Ｒ，）のうちの一つに等しい半径を有す。図
示のように、アレイの中央付近では半ｆＭＲ４のファイ
バをより多数用いてあり、アレイの端部付近では半径Ｒ
２のファイバをより多数用いである。図示のように、半
径Ｒ２のファイバの本数は中央からの彫踊が増すにつれ
て増す。像平面の露光度はファイバ半径の値の３乗に比
例する（前掲のリース及びラーマの論文を参照されたい
）から、端部にある半径Ｒ２のファイバにより、上記の
幾何学的露光度低下が補償される。影像平面内の任意の
点の露光度は数本のファイバからの寄与量の合計によっ
て与えられるから、一種類よりも多くのファイバ半径を
用いてもよいが、唯、２移類だけのファイバ半径を用い
ることによって適正な均一の露光特性を得ることができ
る。上述の可変間隔の解決法については、若干の露光変
調及び焦点深度の変化が伴なう。

取扱い及び組立ての便宜のために、列３６及び３８内の
半径Ｒ１のファイバを、この半ｆｆ−Ｒ，のファイバを
クラツド材３９で取り巻くことによって半径Ｒ２のファ
イバと同じ機械的直径を持つように作った。これにより
、十紀靜ファイバを、従来の複列千鳥足形レンズの却文
てに用いる従来の平行溝付き受座部材内に据・そること
ができるし、また従来の密接実装形の配置を用いること
もできる（第３図参照）。しかり、／、”ＪＪすれば、
受座部材上の溝間隔を変化させて、相ｌＡ７’：Ｃる半
径のファイバ間の間隔を均一にすることもできる。また
、全部が同じ半径Ｒ２のファイバを用い、そしてマスク
を用いて、半径Ｒ１で示すファイバのアパーチャを制限
することもできる。

第６図は、時ファイバが、２神類のｆｃｇｉの屈折率集
束定数Ａのうちの一つを有している第３の実７７ｉ１ｉ
例のレンズアレイを示すものである。レンズアレイ４４
は、等半径の屈折率集束形ファイバのΩつの列４６及び
４８から成る。名列内のファイバはＡ。

またはＡ２（ただしＡ２＞Ａ、）　　の屈折率集束値を
有す。影像平面における露光度はＡに比例するから（リ
ース及びラーマの論文を参照されたい）、値へ、及び（
ｌｌ’ｌ　Ａ２のファイバの分布は、複数のＡ。

ファイバを中央領域内に配置し、一方、Ａ２　　のファ
イバの過半数なアレイの端部付近に用いることによって
露光度の低下を補償するように設計されている。

これにおいても、数本のファイバが任意の点における露
光度に寄与するから、必要とする相異なるＡの値は唯２
種類だけですむ。この補償法に対する不利な点は、一定
の全共役距離を保持するために値Ａ、及び値Ａ２のファ
イバの長さを僅かに葦ｔ「らせなければならないという
ことである。

上記の諸例は、非均−の値の照明を与える照明源を有す
る光学装置について説明したものである。

犬Ｎ分の一般的な光源は蛍光ランプであるが、ナトリウ
ム蒸供ランプのような他のランプにも同じ問題がある。

また、長さに沿って比較的均一な照明を与身る特殊ラン
プ、例えばセグメント形タングステンのランプが、レン
ズアレイの末端に入る反射光を少なくするように該アレ
イの長さよりも短い長さをもってしばしば用いられてい
る。本発明はかかる装置に対しても同様に適用できる。

′ｇ］にまた、上述の鎖側よりももつと非均−な原稿照
明を与える他の照明装置も老身られる。例えば、軸方向
ア・ぐ−チャを有する円筒状拡散空洞の中心に配置した
単一の小形タングステンランプで筒中な安価な照明体を
構成することがで逓る。この照明体は極めて非均−な■
類照明を４身るが、これも、ここに説明する特殊な屈折
率集束形レンズアレイによって補償することができる。

しかし、均一な照明源を設けである光学装置に対しても
、成る屈折率集束形レンズアレイを適用した場合にはな
お独特の構造に起因する露光の非均一性の問題がある。

次に第７図について説明すると、図示の屈折率集束形レ
ンズアレイ５０は、米国特許出願第７！；１９９’１号
に開示されている原理に従って縮小または拡大した像を
伝送することのできるものである。第７図に示すように
、ファイバ５２はルア形アレイに幾何学的に配置されて
おり、アレイの中心付近のファイバは？９、ぼ垂直（物
体平面５２及び像平面５６に対して直角）であり、アレ
イの端部に近いファイバは垂直線から傾斜し−（いる。

この構造を用いると、照明源が物体平面において均一な
強さの照明を４走るとしても、像ｈγ光度は、アレイの
端部においては中央部に比べて増大することが認められ
た。この端部における詠光度の増大は、各ファイバの入
口ひとみ及び出口ひとみの実効大きさの増大と、隣りの
ファイバからの照射輪郭のオーバラツゾを増大させる視
界の増大との総合効果によるものである。

本発明の原理に従い、上述の３つのパラメータを選択的
に変化させることによって、レンズアレイ５０を適当に
変形して露光の非均一性を補償することができる。しか
し、この場合には、所望する効果は、中央部の嘉光度を
減少させるのでなくて増大させることであるので、その
配置は第り図ないし第３図に示す構成と逆になる。

また、上述した第７図ないし第７図におけるしンズアレ
イは複列のファイバについてこれを開示したものである
が、本発明の坤埋は単列の屈折率集束形レンズアレイに
対しても同様に適用できる。

この型のアレイを例示するアレイは、米国製Ｗ「出願第
１左２９ワ３号に記載されている。

以上、本発明にかかる数段された光学的像形成装置を開
示した。ここに記載、したＱ＜　Ｍｉｉ例は現在におい
て好ましいものであるが、当業者には９１に他の変更及
び変形を行なうことが可能で力）る。かかる変更及び変
形は全て特許請求の範囲にｊｔ？ｊ　ＴＬρの如き本発
明の精神及び範囲内にあるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は影像形成装置ｒｉｔにおける従来の屈折率集束
形アレイの絡端面図、第２図は蛍光ランプによって第１
図の物体平面に得られる非均−な照射特性を示す線図、
第３図は従来の松列式屈折率集束形レンズアレイの上面
斜視図、第７図は屈折率集束形ファイバの間隔を選択的
に変化させた本発明の第１の実施例の部分上面図、第Ｓ
図は屈折率集束形ファイバの半径（Ｒ）を選択的に変化
させた本発明の第一の実施例の部分上面図、第４図は屈
折率集束形ファイバの定数値（Ａ）を選択的に変化させ
た本発明の第３の実施例の部分上面図、第７図は像形成
装置における従来の縮小／拡大式屈折率集束形アレイの
略端面である。 １０．５４・・・・・・物体平面、 １６．５６・・・・・・影像平面、 ２４．３４．４４・・・・・・レンズアレイ、２６．２
８．３６．３８．４６．４８・・・・・・ファイバの列
、 ５２・・・・・・ファイバ。 ＦＩＧ　／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／　少なくとも単一の列に組合わされてレンズアレイを
   形成する複数の屈折率集束形ファイバを含み、上記プレ
   イは、物体平面に在る物体からの反射光を像平面上へ伝
   送して像を形成するように上記物体平面と像平面との間
   に配置され、よって上記像平面の少なくとも一部を露光
   させるようになっている光学的像形成装置において、上
   記アレイが少なくともａつの群のファイバで構成されて
   おり、その第１の群は同様ノ４ラメータを有しており、
   その第一の群は上記第１の群のパラメータ値と異なる少
   なくとも７つのパラメータ値を有しており、上記ファイ
   バは均一な強さの光を該ファイバを油じて伝送して上記
   像平面における均一な蕗光強さを生じさせるように上記
   アレイの全長にわたって分布されていることを特徴とす
   る光学的影像形成装置。 λ　パラメータが屈折率集束値Ａである特許請求の範囲
   第１項記載の光学的像形成装置。 ３　パラメータがファイバ半径Ｒである特許１ｔＷ−７
   求の範囲第１項記載の光学的像形成装置。 ｊ　小さな屈折率集束値を有するファイバがアレイの中
   心へ向かって多く集まっており、高い屈折率伊東値を有
   するファイバの割合が土間アレイの端部へ向かって漸次
   増大している特許請求の範囲第２′８Ｊ記載の光学的像
   形成装置。 左　小さな半径を有するファイバがアレイの中心へ向か
   って多く集まっており、大きな半径を有するファイバの
   割合が上記アレイの端部へ向かって漸次増大している％
   許請求の範囲第３頂記載の光学的像形成装置。 ム　小さな半径のファイバが、その合計有効面径を大き
   な半径のファイバと等しくさせるクラツド材を個々に有
   している特許請求の範囲第５項記載の光学的影像形成装
   置。　　　　 ７　レンズアレイが複列の屈折率集束形ファイバから成
   っている特許請求の範囲第１項記載の光学的像形成装置
   。 ｇ　レンズアレイが縮小／拡大レンズアレイであり、フ
   ァイバが扇状形に配列されており、小さな屈折率集束値
   を有する」１記ファイバが上Ｈ已アレイの端部へ向かっ
   て多く集まっており、ｊ包い屈折率集束値を有するｊ−
   、ＷＦ”ファイバの割合が上書己アレイの中心へ向かっ
   て１ｌｆｉｉ次増大している特許請求の範囲第Ω項記ｌ
   夕、の光学的にり像形成装置。 ９　レンズアレイが縮小／拡大レンズアレイであり、フ
   ァイバが扇状形に配置されており、小さな半径を有する
   上記ファイバが上記アレイの端部へ向かって多く集まっ
   ており、大きな半径を有する上記ファイバの割合が上記
   アレイの中心へ向かって漸次増大している特許請求の範
   囲第３項記載の光学的像形成装置。 ／θ少なくとも単一の列に組合わされてレンズアレイを
   形成する検数の屈折率集束形ファイバを含み、上ｎ己ア
   レイは、物体平面に在る物体からの反射光を影像平面上
   へ伝送するように上ＩＥｊ物体平面と影像平面との間に
   配信され、もって上ｉ「ｉ影像平面の少なくとも一部を
   露光させるようにｔ「つている光学的像形成装置におい
   て、上記ファイバは少なくとも一つの異なる間隔距肉［
   Ｉによって分子ｌｌされており、上記ファイ／Ｎはこわ
   を辿じて均−強さの介を伝送して」二菩己像平面におい
   て均一の露光Ｈｏ−を生じさせるように相互間１淋をお
   いていることを特徴とする光学的影像形成、１７β置。 ／／　アレイの中央部におけるファイ・マが、」−能１
   アレイの端部へ向かうファイバに対して、より「い相互
   間隔値を有している特許請求の範ＩＪＪ＋第１０、Ｍ計
   １瞳の光学的影像形成装置。 ７．２少なくとも２つの群の屈折率集束形ファイノＺで
   ＋１４成されており、その一方の群は同枦）やラメータ
   を有しており、その使方の群は該使方の群に対する同じ
   パラメータの使と異なる少なくとも１つのノヤラメータ
   値を有していることを特徴とする屈折率集束形レンズア
   レイ。 ／３　パラメータが屈折率集束値へである特許請求の範
   囲第７２項記帖のレンズアレイ。 ／ｌｌｉ＋ラメークがファイバ半径Ｒである特許請求の
   範囲第１２項Ｈ己市ρのレンズアレイ。 ／Ｓ　レンズアレイにｌ！ｉｉ１置された抱斂の屈わ１
   率飼・束形ファイバを備え、上記ファイバは少なくとも
   λつの異なる間１い距離によって分離されていることを
   特徴とするレンズアレイ。