JPS5886515A - 小型結像光学系 - 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】 ０）発明の背景 この発明は、画像情報処理装置に使用される小型結像光
学系に関する。

従来、小型結像光学系として知られているものに、特公
昭４９−８Ｂ９５号公報に記載されたストリップレンズ
アレイを使用する光学系がある。これは、複数の小型レ
ンズを細長い板状に列状に配列したストリノプレ、ンズ
アレイを、それぞれのレンズの光軸を一致させて一定の
間隔を置いて三枚重ねて。

構成したものである。しかしながら、この板状レンズア
レイ構造においては、中間のレンズアレイに形成された
倒〃像をさらにリレーして正立像として結像させるため
、解像度や明るさ等の結像性能に関して限界がある。ま
た、隣接するレンズ間へのフレア防Ｉト、のための遮光
板、および光量むらを補正するための絞り板が必須のも
のとなる。さらに、絞り板を使用してもアレイ方向の光
量むらを完全に補正することができないので、アレイ方
向の線走査のための使用は不適当である。また、一般的
に、一枚目と三枚重との板状レンズ間の距離を相当必要
とするため、物体面と結像面との距離が長くなり、小型
化に関して限界がある。

（２）発明の要約 この発明による小型結像光学系は、上方曲面と下方曲面
が左右逆配置にな゛った二種類の複数のポロプリズムレ
ンズを互に密接対向させ、これらヤ半周期相対的にずら
した状態で同方向にアレイ状に組合わせて構成されてい
る。従来知られているように、ポロプリズムは、入力情
報パターンを左右上下をひっくり返した状態で出力する
機能をもっており、またレンズは、倒立実像を形成する
機能をもっているので、これらを組合わせてポロプリズ
ムレンズとすることにより、正立実像を形成させやこと
のできる。この発明による光学系は、左右が対称な二種
類のこのようなポロプリズムレンズを互に密接対向させ
て、その左右方向にアレイ化したことを特徴とするｆｊ
Ｆ５ｉＲ＃＃Ｊ＃４゜しかも、この発明による光学系は
、コンパクトで明るく、解像力が高い利点があり、さら
に、フレア防止のための遮光板および光量むら補正のた
めの絞り板を必要とせず、線走査用にも使用できる利点
がある。また５この発明による小型結像光学系は、記録
装置、読取装置またはスリット露光型複写装置等の情報
処理装置への応用に適している。

これら装置への応用により、これら装置をよりコンパク
ト、低コスト３・高性能にすることができる。

したがって、この発明の目的は、改良された小型結像光
学系を提徂することにある。

この発明のその上の目的は、正立実像を形成することの
できるコンパクトで明るく解像力の高い上記光学系を提
供することにある。

この発明のさらにその上の目的は、遮光板および絞り板
を用いずねも、フレア防止および光量むらの補正ができ
、したがって線走査用にも適した上記光学系を提供する
ことにある。

この発明のさらにその上の目的は、記録装置、読取装置
またはスリット露光型複写機への応用に適した上記光学
系を提供することにある。

この発明のこれらの目的および他の目的は、図面を参照
した実施例に関する以下の説明から明らかになる。

（３）実施例の、説明 第１図および第２図には、この発明に使用される異なる
二種類のポロプリズムレンズとその結像状態が示されて
いる。第１゛図に示したポロプリズムレンスヲタイブｌ
とし、第２図に示したポロプリズムレンズをタイプ■と
する。タイプｌとタイプ■とは、互に左右が対称的な構
造になっている。

それぞれのポロプリズムレンズは、直角プリズム１とこ
れの底面（以下、プリズムの直角に対向する面を底面、
その両側の面を斜面という。）に、それぞれの底面が下
方および上方に向くように設けられた二つの直角プリズ
ム２および３とからなるポロプリズムと、二つの直角プ
リズム２および３のそれぞれの上面および下面に設けら
れた曲面４および５とからなるレンズとを組合わせたも
のである。タイプ１のポロプリズムレンズにおいては、
物体６からの光は、レンズ４に入射した後、プリズム２
の底面２魯、プリズム１の３斜而１ａおよび１ｂ、さら
にプリズム５の底面５ａに反射されてレンズ５から出射
し、正立実像７を結ぶ。タイプ■のポロプリズムレンズ
も同様にして結像する。

ポロプリズムは、入力情報パターンを左右上下をひっく
り返した状態で出力する機能をもち、レンズは倒立実像
を形成する機能をもつので、飛ロブリズムの入射面およ
び出射面にレンズを設ければ、正立実像が形成されるこ
とになる。

この発明による光学系は、このような左右対称な二種類
のポロプリズムレンズを、例えば第２図に示すプリズム
レンズ■を矢印８方向に１８０度回転させてプリズムレ
ンズｌに密接対向させるとともに、このようなプリズム
レンズの組の複数をその左右方向に列状に配置して構成
される。第５図には、それぞれのタイプのプリズムレン
ズがアレイ状に対向させられている状態を示している。

このポロプリズムレンズにおける二つの直角プリズム２
およびろの大きさは互に等しく、直角プリズムの底面の
１／２の大きさになっているので、ポロプリズムレンズ
アレイにおける相異なる夕（プのプリズムレンズは、そ
の位相が互に半周期相対的にずらされた状態で組合わせ
られることになり、求めつる最も稠密な状態でアレイ化
されることになる。アレイの長さは、原理的には無限に
廷ばすことができるが、実際には、この光学系が使用さ
れる機器の大きさによって′定められる。

このよ゛うにして構成されたこの発明による結像光学系
１０が、第４図において、物体パターン１．１と像パタ
ーン１２とともに図解的に示されており、第５図はその
正面図、第６図はその側面図を示している。第５図にお
いて、実線がタイプｌのレンズアレイによる結像、破像
がタイプ■のレンズアレイによる結像を示しており、レ
ンズ配列ピッチの一つ分だけ列方向にずれた状態で正立
実像が形成されていることがよく分る。

以上の構成説明においては、この発明による光学系を二
種類のタイプの異なる個々のポロプリズムレンズの組合
わせとして述べたが、タイプ１のレンズアレイとタイプ
■のレンズアレイとをそれぞれ樹脂などにより一体成形
し、両者を組合わせてこれを構成することができる。こ
のような樹脂による一体成形は、個々の面精度、量産性
、コスト面での著しい向上が期待できる。また、光学系
全体の構成としては、第７図に示すように、ポロプリズ
ムレンズアレイにおけるそれぞれの外側直角プリズムを
、中央レンズアレイ２ｏから分離してダハミラーアレイ
２＋、２２．とすることができる。第８図は、このよう
に構成された光学系の側面図を示している。この場合、
第９図に示すように、中央レンズ部２００両側面に、上
部曲面および下部曲面の曲率Ｒ３とは異なる曲率Ｒ２を
有する別の曲面を設けることができる。さらにこの発明
に゛よる光学系の別の構成として、第１０図に示すよう
に、上部曲面および下部曲面をポロプリズム２５とは別
に形成された独立のレンズ２４．２５として、これに組
合わせることができる。勿論、このレンズ２４．２５は
、各ポリプリズムに対応してアレイ化されている。レン
ズ２４．２５の外側曲面は曲率Ｒ１を有し、内側曲面は
別の曲＞ｉ！ＡＲ２を有することが好ましい。

これら各構成の等価レンズ配置図が、第１１図から第１
５図に示されている。第１１図は第６図に対応し、第１
２図は第９図に対応し、第１２図においてＲ２−ωとし
た場合が第８図に対応し、第１３図は第１０図にそれぞ
れ対応する。それぞれの構成におけるレンズ径りとレン
ズ面間隔（またはプリズム開口面間隔）Ｌの設定・条件
も同様に示されている。また、各レンズの物体距離！（
焦点し離ｆ）および明るさ等の使用サイドからの制約条
件に合致するように、他のレンズ曲率Ｒ，、Ｒ２”およ
びレンズ屈折率ｎなどの諸元が、゛″マルチレンズアレ
イ合成光量分布の均一化のための適正条件に従って設定
される。この合成光量分布の均一化すなわち周期的に生
じる光量むらの除去については、本願出願人による特願
昭５５−目２４９０号明細書に詳しく述べられている。

その一部をここに引用すると、例えば線走査用にこの発
明による光学系を適用しようとする場合には、その光量
分布を均一化するためのレンズ配列ピッチＰは、以下の
近似条件式によって、定めることができる。

ここで、 ｙ、二　　開口効率１００％の画面径 ｙ２：　　有効画面径Ｃサイズ） ×１：　　線走査設定位置と光軸までの距離である。そ
して、第１４図には、この発明によ゛る光学系における
単一レンズ系の光量分布とその合成光量について示して
あり、各レンズ系の分布はほぼ三角形状を示している。

このことは、光量を均一に合成する上で好都合である。

すなわち、上式でＸ、　＝　０　、　”／＋　”　０と
した場合の式（Ｐ−８−ｙ２／２）が、その適正条件に
なり、各ポロプリズムレンズＬ、〜Ｌ４の光量分布■、
〜Ｉ４は、ＩＴのように均一に合成されるようになる。

このような諸条件を考慮したレンズ諸元設定例を示すと
次のようになる。実施例１は、第１図に示す構成に等し
い構成ン対応し、実施例２は、第１２図に示す構成に等
しい構成に対応し、第１３図に示す構成に対しては、第
１．２図に示す構成とほぼ類似するので、その実施例を
省略した。

実施例１ 材質：ポリメチルメタアクリレート（ｎｄ＝１．４９１
　）Ｒ”　４．６　　　　　　　　　Ａｏ＝　９．５Ｄ
　＝　　３．ＯＬ　＝　　１２．０ Ｐ牛Ｄ　＝　３．０　　　　　　　′物像距離＝２１．
６性能：　ｒ　＝　８．＋　６１０１　　　　Ｆ　／　
１．５６ＭＴＦ全画面内　６０％以上（ａ　ｔ４ｔｐ／
ｍ）実施例２ 材質：ポリメチルメタアクリレート（ｎｄ＝１．４９＋
）Ｒ１二９．８　　　　　　　　Ｒ２＝５４．０　４ｏ
＝＋５．５Ｄ　＝　５．０　　　　　　　　　Ｐ　＋Ｄ
　＝　ｓ、。

、／Ｊ１＝　５．８　　　　　　　　　ｉ２＝　５．０
物像距離＝５６０ 性能：　ｆ　＝　Ｌ６．５腫　　　Ｆ／１６ＭＴＦ全画
面内　６４％（ａ　ｔ　４１　Ｐ／１１０＋１）どのよ
うに、この発明により小型結像光学系は、従来のストリ
ップレンズアレイ構造による光学系に比べると、邊かに
コンパクトであり、邊かに高性能を実現することができ
る。また、この発明による光学系においては、各プリズ
ム面の中央部を有効反射面として使用するので、直角プ
リズム稜線近傍の平面度の出しにくい不良部分の影響を
受けることなく光が伝達されるので、直角プリズムまた
はダ・・ミラーを使用する他の光学巣に比べても、その
性能が優れている。さらに、この発明による光学系にお
いては、隣接するレンズ間への７レア防１トのための遮
光板が構造的に不必要であり、また光量分布を容易に均
一化することができるので、特別の光は補正用絞り板な
しに線走査用光学装置への適用可能である。さらにまた
、Ｐ　’ｌ　Ｙ２／２すなわち有効画面サイズｙ２を配
列ピッチＰよりも僅かに大きくすることによって、光軸
対称の特定のスリット幅での露光量むらを、補正板等を
使用することなしに除去゛することができるので、面走
査用光学装置への適用も好適である。すなわち、レンズ
アレイにおける周期的な光量心らが、露光スリットの高
さ方向のある位置を境として、位相がπだけずれること
を利用して、特定の露光スリット幅での光量むらを打ち
消すように、露光量のむらを除去すればよい。

ところで、この発明による小型結像光学系は、画像情報
処理装置への応用に適している。この発明の適用により
、コンパクト、低コスト、低消費電力、高速、高画質の
装置が実現できる。第１５図には、この発明による小型
結像光学系１ｏを応用した記録装置の一例が示されてい
る。光学系Ｖ’０　＆Ｊ平行に配置された固体発光素子
アレイ５ｏと感光体ドラム５１との中間に配Ｉｔされて
いる。発光素子アレイ５０としては、ＩＬＬ：１ＤｒＴ
７レイやＬＤアレイ等の固体発光素子アレイまたはＰＬ
ＺＴ等の電気光学効果を利用した光シヤツタスイッチン
グアレイ等を用い゛ることができる。感光体ドラムは、
導電性ドラム表面に光導電性絶縁層を設けたもので、そ
の周辺には、帯電チャージャ５２．現像袋＠易、転写チ
ャージャ゛５４．クリーニング装＠５５、除電ランプ付
除電チャージャ５６等が配置されている。感光体ドラム
５１の表面は、まず帯電チャージャ５２によって所定極
性に一様に帯電される。そこに発光素子アレイ５０から
の発光パターンが結像光学系１ｏを通して投影されると
、これにより感光体上の帯電電荷が選択的に消散されて
、そこに発光パターンに対応した静電潜像が形成される
。この静電潜像は、現像装置５５から、通常は静電潜像
とは逆極性に帯電されたトナーと呼ばれる着色微粒子を
供給されて現像される。次いで、この現像画像の上に転
写紙カセット５７か−送られて色た転写紙５８が重ねら
れ、その背後から転写チャージャ５４によるトナーを引
５つけるｉ性の帯電を受けることによって、現像画像が
転写紙５８に転写される。転写後、転写紙５Ｂは感光体
表面から分離されて、転写トナー像が定着装置５９によ
って転写紙上に永久定着される。

一方、転写後の感光体表面は、まずそこに残留するトナ
入−がクリーニング装置５５によって除去された後、残
留電位が、除電ランプ付除電チャージャ５６によって消
去される。

第１６図は、この発明による小型結像光学系ｉ。

を読取装置に適用した例を示している。結像光学系１．
。は、平行、配置され苑’：Ｉ７．．ｌ−ヵ５．．４０
とアモルファス半導体センサーアレイのような固体走査
素子アレイ４１との中間に配置されている。

コンタクトガラス４０の上には、読取られるべき原稿４
２が、搬送ローラ４５，４４によって間欠的に、または
ゆっくり連続的に搬送される。ＬＥＤアレイのよう°な
照明用光源４５．４６によって照明された原稿４２の１
う４７分の像は、結像′光学系１０を通して固体走査素
子アレイ４１上に投影される。イメージセン７す・−の
ような固体走査素子アレイ４１は、光の刺激により励起
された電荷を蓄積し転送する機能をもっているので、原
稿の１ライン分の像が、時系列化された電気信号として
取出され、原稿の読取りが行なわれる。読取りにより得
られた画像電気信号は、例えば第１５図に示す記録装置
の発光素子プレイ５０に順次入力される。

第１７図は、この発明による小型結像光学系１０をスリ
ット露光型複写機に応用した例を示している。この複写
機は、その構成が第１５図に示す記録装置と良く似てお
り、第１５図に示す発光素子アレイ５０の代りに、原稿
５０を載置して移動するためのコンタクトガラス５１お
よびコンオクトガラス５１上の原稿５０をスリット状に
照明するための螢光灯のような照明光源５２．５５が配
置されているにすぎない。したがって、第１５図に示す
部材と同等の部材には、同じ符号が付しである。コンタ
クトガラス５１と感光体ドラム５１表面の移動速度とは
互に等しく、移動する原稿５０のスリット照明された像
が、同方向に移動する感光体表面に、光学系１０によっ
て、順次等倍結像され、そこに原稿像に対応した静電潜
像が形成される。この潜像が、１１５図に示す装置にお
けると同様にして現像され、現像画像が転写紙５８上に
転写されて、原稿の複写が行なわれる。このような複写
機へのこの発明の適用は、その複写機が、結像光学系と
して集束性光伝送体を使用している場合にはすべて適用
可能であり、その他の結像光学系を使用している場合に
も適宜、使用可能である。

以上、この発明を図示の特定の実施Ｆ！ｉｇにしたがっ
て説明してきたが、この発明は種々に変形可能であり、
特許請求の範囲に記載したこの発明の精神および範囲内
の変形は、すべてこの発明に含まれるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明による小型結像光学系における構成
の基本となるタイプｌのポロプリズムレンズの斜視図、 第２図は、この発明による小型結像光学系における構成
の基本となるタイプＨのポロプリズムレンズの斜視図、 第５図は、タイプＩとタイプ■の複数のポロプリズムレ
ンズを対向させた斜視図、 第４図は、この発明による小型結像光学系を物体パター
ンと像パターンとともに示す斜視図、第５図は、第４図
に示す結像光学系の結像状歇示す正面図。 第６図は、第４図に示す結像光学系の結像状態を示す側
面図。 第７図は、この発明による別の小型結像光学系を示す斜
視図。 第８図は、第７図に示す結像光学系の側面図、第９図は
、第７図に示す結像光学系の変形例を示す側面図、 第１０図は、この発明による小型結像光学系の別の例を
示す側面図、 第１１図は、第６図ｙｚｖｔｔａｚ薗に示す光学系と等
価なレンズ配置図、 第１２図は、第９図に示す光学系と等価なレンズ配置図
、 第１５図は、第１０図に示す光学系と等価なレンズ配置
図、 第１４図は、この発明による小型結像光学系における各
ポロプリズムレンズの光量分布とその合成光量を示す図
。 第１５図は、この発明による小型結像光学系を使用した
記録装置の一例を示す概略図、 第１６図は、この発明による小型結像光学系を使用した
読取装置の一例を示す概略図、 第１７図は、この発明による小型結像光学系を使用した
スリット露光型複写機の一例を示す概略図である。 １・・・タイプｌのポロプリズムレンズ、■・・・タイ
プ田のポロプリズムレンズ、１・・・上部曲面、２・・
・下部曲面、１０・・・ポロプリズムレンズアレイ、３
０・・・発光素子アレイ、５１・・・感光体ドラム、４
１・・・固体走査素子アレイ。 市４ｖ　　園

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　左右対称的な形状を有する二種類のポロプリズム
   と、これらポロプリズムの上部入射面および下部出射面
   にそれぞれ設けられた上部曲面および下部曲面とからな
   る二種類のポロプリズムルンズを互に対向させ、これら
   を互に半周期相対的にずらした状態でプレイ状に組合わ
   せて構成した小型結像光学系。 ２　前記そ−れぞれの種類のポロプリズムレンズアレイ
   を一体成形した後、これらを互に組合わせて構成した特
   許請求の範囲第１項記載の小型結像光学系。 ５　前記それぞれの種類のポロプリズムレンズアレイに
   おけるそれぞれの外側直角プリズムがダハミラーである
   特許請求の範囲第１項記載の小型結像光学系。 Ａ　前ｐ　、ａ−ハミラー蝋な除いた中央レンズ部の両
   側面に、前記上部曲面および下部曲面とは異なる曲率を
   有する曲面を形成した特許請求の範囲第６項記載の小型
   結像光学系。 ５、　前記上部曲面および下゛邪曲面がポロプリズムと
   は別に独°立に形成されたレンズである特許請求の範囲
   第１項記載の小型結像光学系。 ６、　記録装置において平行に配置された静止する発光
   素子プレイと移動する感光面との間に配置された特許請
   求の範囲第１項記載の小型結像光学系。 ｌ　読取装置において平行に配置された移動する原稿面
   と静止する固体走査素子アレイこの間に配置された特許
   請求の範囲第１項記載の小型結像光学系。 ８、　スリット露光型複写機において平行に配置された
   移動する原稿面と移動する感光面との間に配置された特
   許請求の範囲第１項記載の小型結像光学系。