JP3795653B2

JP3795653B2 - 結像素子

Info

Publication number: JP3795653B2
Application number: JP36644397A
Authority: JP
Inventors: 和弘藤田; 育夫前田; 浩之井上
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-12-24
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2017-12-24
Also published as: JPH11183840A; US6181473B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やファクシミリ装置等の画像形成装置、画像読取り装置に用いられる読み取り光学系の結像素子に関し、さらに詳しくは、ＣＣＤラインセンサ等倍率センサと組み合わせた読み取りスキャナや、光プリントヘッドや、自己走査型光プリントヘッド等に用いられる結像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、複写機やファクシミリ装置等に用いられる読み取り光学系の結像素子が知られている。例えば、特開平４−１３０４１１号公報では、微小な複数の反射面対アレイによりそのアレイ方向に集光機能を持たせた結像素子が開示されている。特開平４−１３０４１１号では、反射面対のアレイの連続する方向に平行な方向に母線を有する少なくとも１つの柱面鏡を有し、シリンドリカルレンズを有する例でも、その柱面鏡と平行方向にそのシリンドリカルレンズの母線も有するように配設されている。結像素子への入射光用と出射光用に２個の柱面鏡を有する例では、シリンドリカルレンズもそれぞれの柱面鏡用に２個が、それぞれの母線が平行になるように配設されている。
又、特開平４−１３０４１１号の反射面対アレイは、その各反射面対の反射面を組み合わせる角度を９０度か９０度よりも若干小さくして集光するようにしている。
従って、上記した従来の特開平４−１３０４１１号公報の構成のうちで各反射面対の反射面の組み合わせ角度が９０度の場合には、反射面対で集光されない反射面対アレイの連続する方向に直角な方向の光については柱面鏡で集光されて結像するようになっている。結像素子への入射光用と出射光用に２個の柱面鏡を有する例では、反射面対アレイの連続する方向に直角な方向の光については、最初の柱面鏡で平行光にされ、反射面対で反射されて、次の柱面鏡で集光されて結像する。即ち、反射面対アレイの連続する方向に直角な方向の光については、最初の柱面鏡により、入射光が柱面鏡により平行光にされ、次の柱面鏡により集光されて、結像するが、反射面対アレイの連続する方向の光については、反射面対に固有の１点から出射した光がその出射光と平行な反射光によりほぼ元の１点の近辺に戻るという拡散光に対する集光機能により集光されて結像するようになっている。
従って、柱面鏡で平行光にされる方向を縦として、それに垂直な柱面鏡の母線方向を横とすると、特開平４−１３０４１１号公報の反射面の組み合わせ角度が９０度の場合の構成では、縦の方向には柱面鏡により集光されて結像し、横の方向には反射面対アレイに固有の集光機能により集光されて結像することになる。
反射面の組み合わせ角度が９０度よりも若干小さくした場合には、上記した横方向の反射面対の集光機能を向上させて１点からの出射光に対する反射光が元の点により近く戻るようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平４−１３０４１１号公報の反射面が９０度の構成では、柱面鏡の母線方向である横方向の光は拡散しながら反射面対アレイに入射され、反射面対アレイでその横方向の光は入射光に平行な光が戻されるという反射面対の機能により集光されていることから、この微小な反射面対のアレイの配列ピッチにより横方向の解像度が決定されることになる。ここで、例えば、ＦＡＸ装置に用いられている２００ｄｐｉ相当の分解能を有する結像素子を得ようとすると、少なくとも画素数の数倍の分解能で反射面対アレイの各反射面対を形成する必要がある。２００ｄｐｉの数倍の分解能で各反射面対を形成することは非常に困難な作業である。
又、反射面対アレイにおける各反射面対の接続部には稜線エッジが発生し、その稜線エッジ部では乱反射が避けられない。この稜線エッジを減らすために、無限小にすることは実際上は不可能であるので、上記のように分解能を上げるために反射面対アレイの配列ピッチを微小化して増やすことは、稜線エッジによる乱反射を増やすことになり、その乱反射光は画質に影響するフレア光となって画質に現れ、コントラストを低下させる。
更に、反射面の組み合わせ角度が９０度よりも若干小さくした場合には、集光機能は向上させているものの、上記した反射面対アレイの配列ピッチを低減できるわけではないので、乱反射によるフレア光の対策とはならず、コントラストの低下を防止できない。更に反射面が９０度でなくなることから、色収差が増加する。
本発明は、上記課題に鑑みて、コントラストを低下させるフレア光等の迷光を低減させ色収差の増加を抑える結像素子を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために請求項１の本発明では、一点から発した光束をほぼ平行光に反射する反射集光面を有する反射集光素子を配列した反射集光素子アレイが２個１組であって、該２個の反射集光素子アレイをそれぞれの反射集光面が背中合わせに対向するように配置させた反射集光素子対と、前記反射集光素子の配列と同一ピッチで配列された互いに９０度をなす平面で構成した屋根型反射面体アレイとで構成されることを特徴とし、反射集光素子アレイだけでアレイの配列方向と配列に直交方向の両方向に平行な光にすることができ、集光部分が反射型のみとなるので、色収差をなくすことができる。請求項２の本発明では、一点から発した光束をほぼ平行光に反射する内部反射集光面を有する反射集光素子アレイ２個１組であって、該２個の反射集光素子アレイをそれぞれの反射集光面が背中合わせに対向するように配置させた反射集光素子対と、前記反射集光素子の配列と同一ピッチで配列された直角プリズムアレイとで構成されることを特徴とし、請求項１の作用に加えて、内部反射を利用して、反射集光素子アレイにも反射膜を形成する必要が無くなる。請求項３の本発明では、反射集光素子対と、直角プリズムアレイを一体化したことで、構成が簡単になる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の結像素子の参考例および実施形態について図を用いて説明する。図１は、本発明の結像素子の第１の参考例を示す斜視図である。レンズアレイ１とレンズアレイ５は、該レンズアレイ１の配列方向のみに集光するシリンドリカルレンズを横に１列に並べて一体化したものである。集光素子２と集光素子４は、上記レンズアレイ１の配列方向と直交する方向に集光する反射型の集光素子で、その反射面は、例えば、シリンドリカル反射面である。反射面対アレイ３は、互いに９０度をなす反射平面を屋根型に形成した反射面対（ルーフミラー）をレンズアレイ１や５と同じピッチで同方向に配列するように構成したものである。レンズアレイ１は、そのシリンドリカルレンズの突出面を入射光と相対するように外側に向けて配置され、集光素子２は、その反射面がレンズアレイ１からの入射光を反射面対アレイ３に向けて反射できるように配置される。反射面対アレイ３は、その各反射面対の配列が、レンズアレイ１の配列と平行で、その配列ピッチもレンズアレイ１と同様であり、レンズアレイ１の各レンズからの光の光軸が反射面対アレイ３の各反射面対の谷線に略一致するように配置される。集光素子４とレンズアレイ５は、反射面対アレイ３の配列方向の中心を含む面を中心としてレンズアレイ１及び集光素子２と面対称の位置に配置される。即ち、集光素子４は、その反射面を集光素子２とは逆側に向けて反射面対アレイ３からの光を反射するように配置され、レンズアレイ５はその突出面を外側に向けて配置される。これらの部材は、例えば、従来から用いられている一体成形法によって作成可能である。その材料としては、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂や、色収差を低減するためにはポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂やアモルファスポリオレフィン樹脂等の低色分散材料がレンズアレイ１に使用することができる。集光素子２や反射面対アレイ３の反射面には、アルミニウムや銀等を真空蒸着して反射面を形成することができる。又、集光素子２は、１素子であるので金属による表面が鏡面加工されたものでも使用が可能である。
【０００６】
この図１の結像原理を示す図が、図２（ａ）と図２（ｂ）である。
尚、図２（ａ）、（ｂ）では、説明の煩雑さを避けるために各レンズアレイ１、５や反射面対アレイ３の１ユニット分に相当する一部分だけを抜き出して記載してある。
図２（ａ）は、レンズアレイ１、５や反射面対３の配列方向に拡散する１点からの光束が結像する様子を示している。１点から出た配列方向に拡散する光束は、レンズアレイ１の各シリンドリカルレンズで平行光となり、集光素子２で９０度以上に折り曲げられて反射面対アレイ３の対応する反射面対に導かれる。この反射面対で２回反射された光束は、集光素子４で９０度以上に折り曲げられ、レンズアレイ５で配列方向に収束する光となる。
図２（ｂ）は、レンズアレイ１、５や反射面対３の配列方向に直交する方向に拡散する１点からの光束が結像する様子を示している。１点から出た配列方向に直交方向に拡散する光束は、レンズアレイ１の各シリンドリカルレンズ通過し、集光素子２で９０度以上に折り曲げられると共に配列方向に直交方向に平行光となって反射面対アレイ３の対応する反射面対に導かれる。この反射面対で２回反射された光束は、集光素子４で９０度以上に折り曲げられると共に配列方向に直交方向に収束光となり、レンズアレイ５を通過して収束する光となる。
このように単一のレンズを複数配列させた図１の構成を採用することで、等倍の成立像を形成でき、反射面対アレイ３等のアレイ方向に像を重複させて、必要な読み取り幅を確保することができる。
本実施形態では、１対のルーフミラーとなる反射面対アレイ３を採用するので、有効光束内に稜線が１つしか存在しない。従って、加工誤差による稜線エッジの散乱光も極力抑えることができる。又、図示していないが、各々の光学素子の間には、アレイ方向のクロストークを防ぐための開口絞り部材や、仕切部材を挿入して、隣接するレンズ間に行き来する光を遮り、より迷光を抑えることも可能となる。その場合のアパーチャ部材は、例えば、レンズアレイ１の前、レンズアレイ１と集光素子２の間、集光素子２と反射面対アレイ３の間、反射面対アレイ３と集光素子４の間、集光素子４とレンズアレイ５の間、レンズアレイ５の後に配置することができる。
【０００７】
図３は、本発明の結像素子の第２の参考例を示す斜視図である。シリンドリカルレンズ１１とシリンドリカルレンズ１５は、該シリンドリカルレンズの母線に直交方向にのみ、即ち、後述するシリンドリカル反射面アレイ１２やシリンドリカル反射面アレイ１４の配列方向に直交方向のみに集光するものである。シリンドリカル反射面アレイ１２とシリンドリカル反射面アレイ１４は、その配列方向にのみ集光する反射面を横に１列に並べて一体化したものである。反射面対アレイ１３は、互いに９０度をなす反射平面を屋根型に形成した反射面対（ルーフミラー）をシリンドリカル反射面アレイ１２と１４と同じピッチで同方向に配列するように構成したものである。シリンドリカルレンズ１１は、そのシリンドリカルレンズの突出面を入射光と相対するように外側に向けて配置され、シリンドリカル反射面アレイ１２は、その反射面がシリンドリカルレンズ１１からの入射光を反射面対アレイ１３に向けて反射できるように配置される。反射面対アレイ１３は、その各反射面対の配列が、シリンドリカル反射面アレイ１２の配列と平行で、その配列ピッチもシリンドリカル反射面アレイ１２と同様であり、シリンドリカル反射面アレイ１２の各反射面からの光の光軸が反射面対アレイ３の各反射面対の谷線に略一致するように配置される。
【０００８】
これらの部材は、例えば、従来から用いられている一体成形法によって作成可能である。その材料としては、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂や、色収差を低減するためにはポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂やアモルファスポリオレフィン樹脂等の低色分散材料がシリンドリカルレンズ１１に使用することができる。シリンドリカル反射面アレイ１２や反射面対アレイ１３の反射面には、アルミニウムや銀等を真空蒸着して反射面を形成することができる。
シリンドリカル反射面アレイ１４とシリンドリカルレンズ１５は、反射面対アレイ１３の配列方向の中心を含む面を中心としてシリンドリカル反射面アレイ１２及びシリンドリカルレンズ１１と面対称の位置に配置される。即ち、シリンドリカル反射面アレイ１４は、その反射面をシリンドリカル反射面１２とは逆側に向けて反射面対アレイ１３からの光を反射するように配置され、シリンドリカルレンズ１５はその突出面を外側に向けて配置される。
このように単一のシリンドリカル反射面を複数配列させた図３の構成を採用することで、等倍の成立像を形成でき、反射面対アレイ１３等のアレイ方向に像を重複させて、必要な読み取り幅を確保することができる。
本実施形態では、第１の実施形態同様に、１対のルーフミラーとなる反射面対アレイ３を採用するので、有効光束内に稜線が１つしか存在しない。従って、加工誤差による稜線エッジの散乱光も極力抑えることができる。又、図示していないが、各々の光学素子の間には、アレイ方向のクロストークを防ぐための開口絞り部材や、仕切部材を挿入して、隣接するレンズ間に行き来する光を遮り、より迷光を抑えることも可能となる。
【０００９】
図４は、本発明の結像素子の第３の参考例を示す斜視図である。図４では、図１の第１の参考例の反射面対アレイ３を、直角プリズムアレイ２３に代えている。直角プリズムアレイ２３は、レンズアレイ１と同一ピッチで配列され、互いに９０度をなす平面で構成していたプリズムアレイである。本第３の参考例の動作原理は第１の参考例の動作原理と同様であるが、反射面対アレイ３を直角プリズムアレイ２３にしたことで、プリズムの内部反射では、臨界角を超える角度の入射光束は全反射するという特性を利用して、反射膜を形成する必要を無くして高効率で低コストに素子を形成することを可能にしている。
【００１０】
図５は、本発明の結像素子の第４の参考例を示す斜視図である。図５では、図３の第２の参考例の反射面対アレイ１３を、直角プリズムアレイ２３に代えている。直角プリズムアレイ２３は、シリンドリカル反射面アレイ１２と同一ピッチで配列され、互いに９０度をなす平面で構成していたプリズムアレイである。本第４の参考例の動作原理は第２の参考例の動作原理と同様であるが、反射面対アレイ１３を直角プリズムアレイ２３にしたことで、プリズムの内部反射では、臨界角を超える角度の入射光束は全反射するという特性を利用して、反射膜を形成する必要を無くして高効率で低コストに素子を形成することを可能にしている。図６は、第３の参考例のレンズアレイ１、５と集光素子２、４と直角プリズムアレイ２３との全てを一体化させて形成した第５の参考例である。図６において、レンズアレイ１と５に相当する部分は３１と３５であり、集光素子２と４に相当する部分が３２と３４であり、直角プリズムアレイ２３に相当する部分が３３である。この第５の参考例の一体化結像素子は、例えば、従来から用いられている射出成形法や射出圧縮成形法等の一体成形で形成が可能である。この第５の参考例の作用は、基本的に第１の参考例や第３の参考例と同様であるが、集光素子２と４に相当する部分も一体成形したことにより、内部反射における臨界角を超える角度の入射光束は全反射するという特性が利用できるようになるので、集光素子２と４に相当する部分に反射膜を形成する必要が無くなり、真空プロセスが不要になることから、より効率的で量産性に富み、低コストな結像素子を形成できる。
【００１１】
図７は、第４の参考例のシリンドリカルレンズ１１、１５とシリンドリカル反射面アレイ１２、１４と直角プリズムアレイ２３との全てを一体化させて形成した第６の参考例である。図７において、シリンドリカルレンズ１１と１５に相当する部分は４１と４５であり、シリンドリカル反射面アレイ１２と１４に相当する部分が４２と４４であり、直角プリズムアレイ２３に相当する部分が４３である。この第６の参考例の一体化結像素子は、例えば、従来から用いられている射出成形法や射出圧縮成形法等の一体成形で形成が可能である。この第６の参考例の作用は、基本的に第２の参考例や第４の参考例と同様であるが、シリンドリカル反射面アレイ１２と１４に相当する部分も一体成形したことにより、内部反射における臨界角を超える角度の入射光束は全反射するという特性が利用できるようになるので、シリンドリカル反射面アレイ１２と１４に相当する部分に反射膜を形成する必要が無くなり、真空プロセスが不要になることから、より効率的で量産性に富み、低コストな結像素子を形成できる。
【００１２】
図８は、図３の第２の参考例のシリンドリカル反射面アレイ１２や１４にシリンドリカルレンズ１１や１５の、シリンドリカル反射面アレイの配列方向に直交する方向の集光機能を持たせた本発明の結像素子の第１の実施形態である。この第１の実施形態では、図３の第２の参考例で、シリンドリカルレンズ１１、１５とシリンドリカル反射面アレイ１２、１４で、配列方向とその直交方向と分割して行っていた各方向に平行光にすることと正立像を形成することが、反射集光素子アレイ５１と５３で一気に行うことが可能となっている。その他の作用は図３の第２の参考例と同様である。この第１の実施形態の場合には、反射型の集光レンズを用いることになるため、図３の第２の参考例のような色収差の無い結像素子として、部品点数を減らした低コストな結像素子を形成できる。図９は、図８の反射面対アレイ５２を直角プリズムアレイ６２とし、図８の反射集光素子アレイ５１と５３を、直角プリズムアレイ６２と一体化した結像素子とした第２の実施形態である。この第２の実施形態では、図８の第１の実施形態と比較すると、反射集光素子アレイ５１と５３に相当する部分６１と６３に、図６の第５の参考例や図７の第６の参考例で説明したように反射膜を形成する必要が無くなるので、真空プロセスが不要となり、より効率的で量産性に富み、低コストな結像素子を形成できる。上記の各実施形態のように結像素子を構成することで、コントラストを低下させるフレア光等の迷光を低減させ色収差の増加を抑える結像素子を提供することが可能となる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の本発明では、色収差の無い結像素子を得ることができる。請求項２および３の本発明では、請求項１の色収差の無いことに加え、量産性に富み、低コストな結像素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の結像素子の第１の参考例を示す斜視図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、図１の結像素子の結像原理を示す図である。
【図３】本発明の結像素子の第２の参考例を示す斜視図である。
【図４】本発明の結像素子の第３の参考例を示す斜視図である。
【図５】本発明の結像素子の第４の参考例を示す斜視図である。
【図６】本発明の結像素子の第５の参考例を示す斜視図である。
【図７】本発明の結像素子の第６の参考例を示す斜視図である。
【図８】本発明の結像素子の第１の実施形態を示す斜視図である。
【図９】本発明の結像素子の第２の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、５・・・レンズアレイ、２、４・・・集光素子、３、１３、５２・・・反射面対アレイ、１１、１５・・・シリンドリカルレンズ、１２、１４・・・シリンドリカル反射面アレイ、２３・・・直角プリズムアレイ、３１、３５・・・レンズアレイ相当部、３２、３４・・・集光素子相当部、３３、４３、６２・・・直角プリズムアレイ相当部、４１、４５・・・シリンドリカルレンズ相当部、４２、４４・・・シリンドリカル反射面アレイ相当部、５１、５３・・・反射集光素子アレイ、６１、６３・・・反射集光素子アレイ相当部

Claims

一点から発した光束をほぼ平行光に反射する反射集光面を有する反射集光素子を配列した反射集光素子アレイが２個１組であって、該２個の反射集光素子アレイをそれぞれの反射集光面が背中合わせに対向するように配置させた反射集光素子対と、前記反射集光素子の配列と同一ピッチで配列された互いに９０度をなす平面で構成した屋根型反射面体アレイとで構成されることを特徴とした結像素子。
一点から発した光束をほぼ平行光に反射する内面反射集光面を有する反射集光素子アレイ２個１組であって、該２個の反射集光素子アレイをそれぞれの反射集光面が背中合わせに対向するように配置させた反射集光素子対と、前記反射集光素子の配列と同一ピッチで配列された直角プリズムアレイとで構成されることを特徴とした結像素子。
請求項２に記載の結像素子において、前記反射集光素子対と、前記直角プリズムアレイが一体化されていることを特徴とした結像素子。