JPS63274915A - 鏡像光学系アレイ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は鏡像光学系アレイに関し、特に入射光束像を等
倍の鏡像として結像させる鏡像等倍結像系を複数個−列
に並べた鏡像光学系アレイに関するものである。

（従来の技術） 従来よりレンズ系を平行に複数個並べて用いる光学系ア
レイとしては正立等倍結像アレイがよく知られている。

これは光学系アレイを構成している個々のレンズ（又は
レンズ系）が正立等倍結像をするもので、物体からの入
射光束像を複数に分割して各々一定面上に結像させ、そ
れらの像を合成して一つの物体像を得るものである。こ
れには５ＥＬＦＯＣと呼ばれているラディアル屈折率分
布型のロッドレンズを平行に複数個束ねたものが用いら
れており、特に複写機やファクシミリ等の入力画像の読
み取り系の小型化を図った結像系に用いられている。

前記の如くのロッドレンズを平行に並べて構成されるレ
ンズアレイとしては前記正立等倍結像の他に鏡像等倍結
像アレイが考えられる。

従来より入射光束像を鏡像関係の状態で射出させる為に
は奇数枚の反射面を使う方法が用いられている。第３図
は該方法を利用しているＤｏｖｅのプリズムと呼ばれる
光学部材を用いて鏡像を得る従来の一実施例を示した説
明図である。しかしながら第３図に示すプリズムを用い
た場合、プリズムへの入射光束を反射面や屈折面を介し
て曲げ、更に奇数回の反射面を経る為、系の入射面と射
出面で光軸をそろえる共軸系にするには射出光束の光軸
を曲げられた状態から光束入射前の元の状態と同じ位置
や向きに直す必要がある。

従って第３図に示されている如く光路長が長くなり、か
つ物体光束のプリズムへの入射時の光軸が一度曲げられ
て入射光軸の動径方向にプリズムがふくらんで大きくな
ってしまう為、系全体の小型化が難しく、諸収差も出易
い傾向があった。

又、この反射面を用いる系においては入射光束像の鏡像
反転を行えるのみで、結像系として用いる為には、前記
反射を用いた系の前かあるいは後の少なくとも一方に結
像系を構成するレンズ系を更に設置する必要があり、全
系を小型化することが一層困難であった。

又、前記の如くの反射面を用いないで鏡像を得る為の一
方法としてシリンドリカルレンズを用いる方法がある。

これは像面の一方向とそれに対して垂直な一方向の２方
向の内の一つの方向に像を反転して鏡像を得るものであ
り、第４図に該シリンドリカルレンズを用いた系の概略
図を示している。しかしながら、前記方法においてはシ
リンドリカルレンズを複数枚用いる必要がある為、系を
小型化する事が困難であった。又、このシリンドリカル
レンズを用いて鏡像を得る系を結像系として構成するに
は、シリンドリカルレンズを用いた系を少なくとも２つ
互いに直交させて配置する必要がある為、やはり系全体
の小型化及び良好なる光学性能を得るのが難しいという
欠点を有していた。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は鏡像等倍像が容易に得られる小型の結像系を複
数個用いた簡易な構成の鏡像光学系アレイを提供するこ
とを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 光軸に垂直で互いに直交する２つの方向の内、一方の方
向を通過する光束は正立等倍結像をする正立系であり、
他方の方向を通過する光束は倒立等倍結像をする倒立系
であり、物体面な両系で一致させたとき、双方の系の像
面が互いに一致する構成の鏡像等倍結像系を複数個前記
正立等倍結像をする方向に一列に並べて構成したことで
ある。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の概略図である。同図におい
て、１は物体面、２は鏡像等倍結像系（以下「レンズ系
」という）、２０は鏡像光学系アレイであり、複数のレ
ンズ系２を後述する様に正立等倍をしている方向に一列
に配置している。３−は結像面、Ｌｌは物体面１からレ
ンズ系２の入射面までの距離、Ｌ２はレンズ系２の射出
面から結像面３までの距離、Ｚｏはレンズ系２の長さで
ある。

物体面１からの光束は鏡像光学系アレイ２ｏを構成する
各レンズ系２により複数に分割されて各々入射する。そ
してレンズ系２中を伝送し、該レンズ系２を射出して後
、結像面３上に結像する際、分割されていた像が再び合
成されて全体として等倍の鏡像反転像として結像するよ
うにしている。

第２図（Ａ）　、　（Ｂ）は第１図の実施例に用いられ
た鏡像等倍結像をするレンズ系の光軸を３次元座標のＸ
軸にとった時のｘｙ平面とｘｚ平面内における光束を示
した一実施例の概略図である。同図に示されているレン
ズ系はＸ軸に垂直な２方向（ｙ軸方向、Ｚ軸方向）に０
でない互いに異る屈折力を持つアナモルフィックな屈折
率分布を有している。同図（Ａ）　、　（Ｂ）はそれぞ
れ前記レンズ系の光束の水平面断面（ｘｙ断面）、及び
垂直面断面（Ｘ２断面）を示している。

又、同図において１は物体面、２はレンズ系、２Ａはレ
ンズ系２の入射面、２Ｂはレンズ系２の射出面、３は結
像面、４は光軸である。入射面２Ａに入射した物体面ｌ
からの光束は光軸を含み互いに直交する２つの断面内で
アナモルフィックな屈折率分布を持つレンズ系２により
ｘｙ断面（水平面断面）では結像面３上で正立等倍とな
るように収束し、ｘｚ断面（垂直面断面）では結像面３
上で倒立等倍となるように収束する。レンズ系２への入
射光束が前記の如く屈折するようにレンズ長Ｚ。や屈折
率分布を決定している。ｘｙ平面からｘｚ上平面の途中
のアジムスの種々の角度においても物体面１からの光束
は結像面３上に結像していることは、光束をｙ成分とＺ
成分に分けて考えると容易に確かめることができ、全体
としては物体面１からの光束が結像面３上に鏡像となっ
て結像している。尚、第１図の実施例の鏡像光学系アレ
イ２０は第２図に示すレンズ２系を複数個正立等倍して
いる方向に一列に並べた構成にしている。

ここでレンズ系２の屈折率分布について説明する。ｎｏ
を光軸上での屈折率、ｇｙ及びｇ２をｙ方向と２方向の
２次の屈折率分布定数Ａ、Ｂ、Ｃを４次の屈折率分布定
数とすると、屈折率分布ｎ　（ｙ、ｚ）は次式で表わさ
れる。

ｎ　２　（ｙ＋Ｚ）−ｎ　ｏ２　　（１−ｇｙ”３／２
　−　　　ｇ、２ｚ２　　　”　　Ａｇｙｙ’”　　Ｂ
ｇｙ”ｇｚ２Ｖ”Ｚ２　÷　Ｃｇ、４ｇ、４＋（６次以
降の項））　・・・・−（１）又は、４次の屈折率分布
定数まで等価な次式で表わされる。

ｎ（ｙ＋Ｚ）−ｎｏ　（］−ｇｙ’３”　−、、’　ｇ
ｚ’Ｚ２】　　　　１ ◆了（Ａ−４）　ｇ　ｙ　’　ｙ　’ ＋］（Ｂ−７）　ｇｙ”ｇ％ｙ２Ｚ２ ＋　　　（Ｃ−）　ｇｚ４Ｚ４ ＋（６次以降の項））　　　−−−−・・（２）レンズ
系２の入射面２Ａと射出面２Ｂが平面の場合、レンズ長
をＺｏ、屈折率分布定数の比ρをｇｚ ρ　　　−□・・・　・・・軸・・−−−−−（３）ｇ
ｙ とした時、ｘｙ平面、ｘｚ上平面おいて物体面１と結像
面３が互いに一致するという条件式よりレンズ長Ｚ０、
及び分布定数の比ρを決定することができる。等倍で結
像する場合、その条件式は次式で表わさせる。

ｐｌａｎ　ｕ−ｔａｎ　（ｐｕ）　＋　　１−　０　−
−−−−−（４）（但し　ｕ＝　　　ｇｙｚｏ） ここで、屈折率分布定数比ρと換算レンズ長Ｕを（４）
式を満足させるように選択する。

表１には屈折率分布定数比ρと換算レンズ長Ｕ及び両者
の積ｐｕを（４）式より求めた数値実施例を示している
。

又、物体面１からレンズ系２の入射面２Ａまでの距離を
ＬＩ、該レンズ系２の射出面２Ｂから結像面３までの距
離をＬ２とすると、該り、及びＬ２は次式で表わされる
。

・・・・・・・・・（５） 以上、説明したようにアナモルフィックな屈折率分布を
有するレンズ系２を単レンズのみにより、等倍の鏡像が
得られる小型の鏡像等倍結像系として実現できる。従っ
て前述の如く、該鏡像等倍結像系を平行に、かつ正立等
倍倍結する方向に一列に複数個並べることにより第１図
に示した鏡像光学系アレイ２０を実現することができる
。

尚、第１図及び第２図で示した実施例で用いた単レンズ
の屈折率分布においては（１）　、　（２）式において
、２次の屈折率分布定数までを考慮の対象とした。しか
し、用いるレンズのレンズ径が大きくなるに従って諸政
差も大きくなってくる為、該諸政差を補正する必要が生
じて来る。一般に、前記諸政差を軽減させる為には、（
１）　、　（２）式の屈折率分布の高次の項を制御すれ
ば良い。しかし、アナモルフィックな屈折率分布におい
ては、光軸に垂直で互いに直交する２つの方向の屈折率
分布の高次の分布を制御するだけでは不充分であり、光
軸を含み互いに直交する平面の途中のアジムスでの諸政
差を軽減させる必要がある。この場合例えば（１）　、
　（２）式において４次の分布定数Ｂ等を制御すれば途
中アジムスで収差量を軽減できる。

尚、前記実施例はすべて解析式の解析が容易なように屈
折率分布型のレンズ系２の両端が平面である場合だけを
考慮した。しかし、レンズ２の端面の形状は必ずしも平
面である必要はなく、少なくとも一方の面が球面やシリ
ンドリカル面、或はトーリック面等の非球面であっても
良い。この様な場合には屈折率分布によって生じる光束
の曲がりの一部が、前記球面やシリンドリカル面等の曲
面によって生じる屈折に置き換えられる為、動径方向の
屈折力変化Δｎを小さくすることや諸収差の補正に効果
がある。又、レンズ系２の光軸方向（Ｘ軸方向）にアキ
シャルな屈折率分布をアナモルフィックな屈折率分布に
重ね合わせても、前記と同様に諸収差の補正等に効果が
ある。

更に、前記実施例において用いた鏡像等倍結像させる為
のレンズ系はアナモルフィックな屈折率分布を有する単
レンズであったが、それに限らず複数の回転対称面、あ
るいはシリンドリカルやトーリック等の回転非対称面等
を用いて構成されたレンズ系、又、入射光束の第１屈折
面と最終屈折面との間に反射面を含んだレンズ系等であ
っても良い。

（表−１） （発明の効果） 本発明に依れば互いに直交する方向で異った屈折力を持
つアナモルフィックな屈折率分布を有し、鏡像等倍結像
をするレンズ系を正立等倍をしている方向に一列に並べ
ることにより物体像を分割して伝送し結像面において鏡
像等倍像として合成することができ、又、物像間の距離
、所謂共役長が短い為、短い距離間で鏡像等倍像な結像
させることのできる簡易な構成の鏡像光学系アレイを達
成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略図、第２図は本発明に
係わる鏡像等倍結像をするレンズ系の一実施例の概略図
、第３図は従来例のＤｏｖｅのプリズムを示す説明図、
第４図は従来例のシリンドリカルレンズを用いて鏡像を
得る方法を示す説明図である。 図中、１は物体面、２は鏡像等倍結像系、２０は鏡像光
学系アレイ、３は結像面、４は光軸、Ｚｏはレンズ長、
Ｌｌは物体面１からレンズ２の入射面までの距離、Ｌ２
はレンズ２の射出面から結像面３までの距離である。 特許出願人　　キャノン株式会社 窮　　３　７ 旦

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光軸に垂直で互いに直交する２つの方向の内、一
   方の方向を通過する光束は正立等倍結像をする正立系で
   あり、他方の方向を通過する光束は倒立等倍結像をする
   倒立系であり、物体面を両系で一致させたとき、双方の
   系の像面が互いに一致する構成の鏡像等倍結像系を複数
   個前記正立等倍結像をする方向に一列に並べて構成した
   ことを特徴とする鏡像光学系アレイ。
2. （２）前記鏡像等倍結像系は光軸に垂直で互いに直交す
   る２つの方向では、それぞれ異った屈折力を持つような
   アナモルフィックな屈折率分布を有する単レンズより構
   成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の鏡像光学系アレイ。