(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射側に位置する第一の集光素子アレイと、
前記第一の集光素子アレイと光学的に等価な結像側に位置する第二の集光素子アレイと、
前記第一及び第二の集光素子アレイのアレイ方向に直交しかつ前記集光素子の光軸を通る稜線を前記集光素子のピッチと等ピッチで有するルーフプリズムアレイと、
隣接する前記ルーフプリズム間に前記第一の集光素子アレイ及び前記第二の集光素子アレイが存在する方向と反対方向に飛び出るように形成した突起とを有することを特徴とする結像素子。
【請求項２】
入射側に位置する第一の集光素子アレイと、
前記第一の集光素子アレイと光学的に等価な結像側に位置する第二の集光素子アレイと、
前記第一及び第二の集光素子アレイのアレイ方向に直交しかつ前記集光素子の光軸を通る稜線を前記集光素子のピッチと等ピッチで有するルーフプリズムアレイと、
隣接する前記ルーフプリズム間に前記第一の集光素子アレイ及び前記第二の集光素子アレイが存在する方向と反対方向に飛び出るように形成した突起とを有し、該突起の表面を粗面とすることを特徴とする結像素子。
【請求項３】
入射側に位置する第一の集光素子アレイと、
前記第一の集光素子アレイと光学的に等価な結像側に位置する第二の集光素子アレイと、
前記第一及び第二の集光素子アレイのアレイ方向に直交しかつ前記集光素子の光軸を通る稜線を前記集光素子のピッチと等ピッチで有するルーフプリズムアレイと、
隣接する前記ルーフプリズム間に前記第一の集光素子アレイ及び前記第二の集光素子アレイが存在する方向と反対方向に飛び出るように形成した突起とを有し、該突起の表面に光吸収剤を塗布することを特徴とする結像素子。
【請求項４】
前記集光素子アレイに対応したアパーチャアレイを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の結像素子。
【請求項５】
前記第一の集光素子アレイと前記第二の集光素子アレイに対応して設けたアパーチャアレイを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の結像素子。
【請求項６】
前記第一の集光素子アレイと前記第二の集光素子アレイに対応した前記アパーチャアレイを、各々の集光素子アレイの隣接する集光素子間に埋め込んで一体的に構成したことを特徴とする請求項５に記載の結像素子。
【請求項７】
前記第一の集光素子アレイ、前記第二の集光素子アレイ、前記プリズムアレイ、前記アパーチャアレイが同一材料で一体成形されることを特徴とする請求項６に記載の結像素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は結像素子に関し、とくに、複写機、ファクシミリ等に用いられる読取光学系ＣＣＤラインセンサ等倍センサと組み合わせた読み取りスキャナ等に用いられる光学系光プリントヘッド、自己走査型光プリントヘッドに用いられる等倍結像素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
結像素子は、例えば、特公昭６１−２９２９公報「光学結像素子」に記載されているように、レンズアレイとルーフミラーとを一体的に構成したインミラーレンズアレイを用いて、有限のスリット高さ位置に読み取り位置を設定し、読み取った光情報をレンズ面に通過させ、ルーフミラーで二回反射させた後同一のレンズ面を再び通過させて共役な位置に結像するものである。
また、ルーフミラーに代えてルーフプリズムを用いたものも知られており、これは像側レンズアレイ、物体側レンズアレイ、ダハプリズムアレイ（ルーフプリズムアレイ）で構成される導光レンズアレイである。
【０００３】
図７（Ａ），図７（Ｂ）はそれぞれこれら従来の結像素子において、光束がレンズアレイのレンズ面に斜めに入射したときの、その屈折及び反射の様子を示したものである。図示のように、従来の結像素子においては、隣接するルーフプリズム又はルーフミラー間で交差する光束が存在し、他方、同一レンズ系内では、ルーフプリズムの片面でのみで反射する光束が存在し、この光束は結像光となって結像面に現れ、いわゆるゴースト光又はフレアとなる。その結果従来の結像素子を用いた場合には、結像された像は不鮮明となる。
【０００４】
この問題を解決するため、物体側レンズとダッハ面（プリズム）と像側レンズとを有し、隣接するダッハ面間に遮光用の切り欠き溝を備える導光レンズアレイが提案されている（特開平５−５３２４５号公報参照）。図７（Ｃ）はこの従来例を示したものである。
しかしながら、この従来例でも、図示のように、切り欠き溝での境界面に鋭角で入射する光はゴースト光となって結像面上に現れ、また、同一レンズ系であっても、ルーフプリズムの片面でのみで反射する光束がフレアを発生するため、依然として得られた像は不鮮明となり、前記問題の解決は不十分である。
なお図は、説明の便宜上、物体側レンズと像側レンズとを同一面上に描いている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記従来技術の持つ問題点を解決することを課題とするものである。
請求項１乃至３の発明の目的は、ゴースト結像光をカットし、結像装置により解像力が高く高品位な結像性能を持たせることである。
請求項４，５の発明の目的は、前記ゴースト結像光をカットし、結像装置により解像力が高く高品位な結像性能を持たせることに加え、フレア光もカットできるようにしてさらに解像力が高く高品位な結像性能を持たせることである。
請求項６の発明の目的は、ゴースト結像光をカットし、結像装置により解像力が高く高品位な結像性能を持たせると共にフレア光をカットして解像力が高く高品位な結像性能を持たせることに加え、さらに組付けの際の位置合わせ誤差をなくし、組付けを容易にできる結像素子を提供することである。
請求項７発明の目的は、請求項６の発明の目的に加え、より低コストな結像素子を実現することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、入射側に位置する第一の集光素子アレイと、前記第一の集光素子アレイと光学的に等価な結像側に位置する第二の集光素子アレイと、前記第一及び第二の集光素子アレイのアレイ方向に直交しかつ前記集光素子の光軸を通る稜線を前記集光素子のピッチと等ピッチで有するルーフプリズムアレイと、隣接する前記ルーフプリズム間に前記第一の集光素子アレイ及び前記第二の集光素子アレイが存在する方向と反対方向に飛び出るように形成した突起とを有する結像素子である。
【０００７】
請求項２の発明は、入射側に位置する第一の集光素子アレイと、前記第一の集光素子アレイと光学的に等価な結像側に位置する第二の集光素子アレイと、前記第一及び第二の集光素子アレイのアレイ方向に直交しかつ前記集光素子の光軸を通る稜線を前記集光素子のピッチと等ピッチで有するルーフプリズムアレイと、隣接する前記ルーフプリズム間に前記第一の集光素子アレイ及び前記第二の集光素子アレイが存在する方向と反対方向に飛び出るように形成した突起とを有し、該突起の表面を粗面とする結像素子である。
【０００８】
請求項３の発明は、入射側に位置する第一の集光素子アレイと、前記第一の集光素子アレイと光学的に等価な結像側に位置する第二の集光素子アレイと、前記第一及び第二の集光素子アレイのアレイ方向に直交しかつ前記集光素子の光軸を通る稜線を前記集光素子のピッチと等ピッチで有するルーフプリズムアレイと、隣接する前記ルーフプリズム間に前記第一の集光素子アレイ及び前記第二の集光素子アレイが存在する方向と反対方向に飛び出るように形成した突起とを有し、該突起の表面に光吸収剤を塗布する結像素子である。
【０００９】
請求項４の発明は、前記集光素子アレイに対応したアパーチャアレイを有する請求項１乃至３のいずれかに記載の結像素子である。
【００１０】
請求項５の発明は、前記第一の集光素子アレイと前記第二の集光素子アレイに対応して設けたアパーチャアレイを有する請求項１乃至３のいずれかに記載の結像素子である。
【００１１】
請求項６の発明は、前記第一の集光素子アレイと前記第二の集光素子アレイに対応した前記アパーチャアレイを、各々の集光素子アレイの隣接する集光素子間に埋め込んで一体的に構成した請求項５に記載の結像素子である。
請求項７の発明は、前記第一の集光素子アレイ、前記第二の集光素子アレイ、前記プリズムアレイ、前記アパーチャアレイが同一材料で一体成形される請求項６に記載の結像素子である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に関連する実施形態について説明する。
図１は、本発明に関連する結像素子の実施形態の構成を示したものである。図１（Ａ）中、１−１はレンズアレイ、１−２はルーフミラーアレイ、１−３はルーフミラーアレイに設けた切り欠き溝である。前記ルーフミラーアレイ１−２は、図示のように、その稜線がレンズアレイ方向に直交状にかつ前記レンズの光軸を通るようにして、前記レンズアレイ中の各レンズと同一のピッチで配置されている。また、前記切り欠き溝１−３は隣接するルーフミラー間において、その中心がレンズアレイの各レンズの配列光軸間の中心と一致するように、図示断面において適度の幅を有する矩形状にルーフミラーに形成されている。
【００１３】
従来の結像素子においては、例えば、光束Ｌ2はルーフミラー面で一回反射された後、本発明の前記溝の部分に存在する反射面の部分で反射され、レンズアレイ１−１を通して出射されゴースト光となるが、本発明によれば、溝を設けた部分に相当する従来の結像素子の反射面はカットされているから、光束Ｌ2はルーフミラーのルーフ状反射面によって１回反射された後再反射されることなくレンズアレイとルーフミラー間を進み、レンズアレイから出射することはない。したがって、前記光束Ｌ2が結像面に結像して画質低下を起こす虞はない。また、同様に、レンズアレイ面に斜めに入射した光束Ｌ1は前記溝１−３に入ってその垂直な壁面で反射され、一部は底面を通過し、一部は散乱されて溝から外へ出て行くことはない。従って、前記光束Ｌ2によりゴーズト光等が発生することはない。
なお、この結像素子は、レンズアレイ及びルーフミラーアレイを合成樹脂部材により従来技術を用いて一体成型して製造することができる。また、設計においては従来の光線追跡シュミレーションを用いた最適化手法を用いることができる。
【００１４】
図１（Ｂ）は図１（Ａ）の実施形態と異なる実施形態を示すものである。
この実施形態においては、切り欠き溝の先端部、即ち、底の部分は反射面としないで、透明な面とし入射した光がそのまま通り抜けできるようになっている。
図１（Ｃ）はさらに異なる実施形態を示すものであって、切り欠き溝の内部は粗面状に形成されている。したがって、一旦溝に入り込んだ光は散乱されて、ゴースト結像光とならないようにしている。
【００１５】
図２（Ａ）は請求項１乃至３の発明の結像素子の実施形態の構成を示し、かつ、図２（Ｂ）はそのルーフプリズムの斜視図である。
図２（Ａ）において、２−１は物体側のレンズアレイ、２−２は像側のレンズアレイ、２−３はルーフプリズムアレイ、及び、２−４は隣接するルーフプリズム間でレンズ方向とは反対方向に飛び出た突起を示している。前記突起は例えば断面矩形をなしている。また、図２（Ａ）において、ルーフプリズムの稜線は前記レンズアレイ２−１，２−２方向と直交状でかつ各レンズの光軸を通り、かつ、各レンズの配列ピッチと同一のピッチで配置されている。突起はその隣合ったレンズ間において、その中心がレンズアレイの各レンズの配列光軸間の中心と一致するようにルーフプリズムと一体に形成されている。
この構成により、レンズ面に斜めに入射した光Ｌ1は従来の結像素子によるときは隣接するルーフプリズムの境界部分において反射されて迷光となるが、この構成では、プリズムに設けた突起に入り反射せずにそのままその底部から外部に出ていくため、反射により迷光を発生することがない。
【００１６】
図２（Ｃ）は前記発明の別の実施形態を示すものである。
集光素子であるレンズアレイ２−１，２−２と、図２（Ａ）に示したのと同様の突起２−４を設けたルーフプリズムアレイ２−３とを一体に構成したものである。その作用は図２（Ａ），図２（Ｂ）について説明したものと同様で、従来の結像素子のようにループプリズムの隣接する境界部分において反射する光によるゴースト光の発生を阻止することができる。
【００１７】
図３は、本発明に関連する結像素子の実施形態の構成を示したものである。
図中、３−１はレンズアレイ、３−２はルーフミラーアレイ、３−３は切り欠き溝を示し、その構成は図１について説明したものと同様であるが、本発明は更に３−４に示すアパーチャアレイ３−４を、その開口の中心がレンズの中心に一致するようにレンズに対応して設置されている。
この構成によれば、ルーフミラーの片面でのみで反射する有効光線以外の反射光Ｌ1，Ｌ2をアパーチャアレイで遮光しあるいは切り欠き溝３−３でその反射光をカットしてゴースト結像光の発生を阻止することができる。つまり、切り欠き溝３−３によりゴースト光を、また、アパーチャアレイにより一回反射光によるフレア光を除去することができるため、より一層高解像でコントラストの高い結像素子を得ることができる。
【００１８】
図４は、請求項４，５の発明の実施形態の構成を示し、図４（Ａ）はその斜視図を、また、図４（Ｂ）は側面図を示している。
図中、４−１は物体側のレンズアレイ、４−２は像側のレンズアレイ、４−３はルーフプリズムアレイ、及び４−４は隣接するルーフプリズム間にレンズ方向とは反対方向に突出した突起を示し、その構成は図２（Ｃ）に関連して説明した結像素子と同様であるが、本発明はさらに４−５で示すアパーチャアレイを備えた構成となっている。
【００１９】
次に、本結像素子を説明のために２次元的に示した図４（Ｃ）を参考にして、その作用を説明する。
レンズ面に斜めに入射した光Ｌ1はルーフプリズムの反射面で一回反射されてレンズから出射されるが、その光はアパーチャアレイ４−５によって遮断される。つまり、有効光線以外の反射光であるルーフプリズムの片側の反射面でのみで反射する光線はアパーチャアレイで遮光する。とくに、本発明によれば、アパーチャアレイに加えてルーフプリズムに突起４−４を設けたので、アパーチャアレイでは完全に除去出来ない従来の結像素子における２回反射によるゴースト結像光を前記突起４−４により効果的に除去でき、より高解像でコントラストの高い結像素子を得ることができる。
【００２０】
図５は、請求項６の実施形態を示す構成図であり、図５（Ａ）はその構成を模式的に示したものであり、かつ、図５（Ｂ）はその側面図である。
図中、５−１は物体側のレンズアレイ、５−２は像側のレンズアレイ、５−３はルーフプリズムアレイ、５−４は隣接するプリズム間に設けた突起、かつ、５−５は各々のレンズアレイに設けたアパーチャアレイであって、アパーチャアレイを有する点で、例えば、図４に示した結像素子と同様であるが、本発明では、アパーチャアレイは、隣接するレンズ間に埋め込まれ、レンズと一体的に構成されている。
この場合、アパーチャアレイと、レンズアレイは、温湿度変化に対抗できるように線膨張係数が同等のもので構成されている。
この結像素子は、予めアパーチャを形成しておき、このアパーチャアレイ成形品をレンズアレイを作成する際にインサート成形させることによって一体的に作成することができる。
【００２１】
図６は、請求項７の発明実施の形態を示す図である。
図６（Ａ）は本発明による結像素子の構成を模式的に示す図であり、また、図６（Ｂ）はその側面図、図６（Ｃ）は斜視図である。
図中、６−１は物体側のレンズアレイ、６−２は像側のレンズアレイ、６−３はルーフプリズムアレイ、６−４は隣接プリズム間に設けた請求項５の発明の突起と同様の突起、６−５は隣接レンズ間に設けた突起でアパーチャアレイを構成している。これらは全て同一の材料で一体に構成されている。即ち、図６（Ａ）に示すように、レンズアレイ６−１，６−２を構成する各レンズに対応してルーフプリズムアレイ６−３の各プリズムが対応形成され、かつ、隣接する各レンズ間及び各プリズム間にはそれぞれ矩形の突部６−５，６−７が形成されている。また、突起の表面は粗面とすることができるとともに、その表面に光吸収材を塗布することもできる。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１に対応する効果：従来の結像素子では、ルーフプリズムの隣接する境界部分で反射してゴースト光となる光を、その部分に突起を設けてレンズアレイ側に出さないようにしたから、その部分での反射を防ぎゴースト結像光を解消することができる。
請求項２に対応する効果：突起の表面は粗面に形成されているので、突起に入射した光は散乱されて、ゴースト結像光となることがない。
請求項３に対応する効果：突起の表面には光吸収剤が塗布されているので、突起に入射した光は吸収されて、ゴースト結像光となることがない。
【００２５】
請求項４，５に対応する効果：アパーチャアレイに加えてルーフプリズムに突起を設けたので、アパーチャアレイでは完全に除去出来ない従来の結像素子における２回反射によるゴースト結像光を突起により効果的に除去でき、より高解像でコントラストの高い結像素子を実現することができる。
【００２６】
請求項６に対応する効果：請求項５の作用効果に加え、レンズアレイの前方に配置したアパーチャアレイが、レンズと一体的に構成されているため、組み付けの際の位置合わせ誤差をなくすことができ、かつ、温湿度変化によってアパーチャ部材とレンズ部材とで生じる配列ピッチ誤差及びアパーチャとのずれによる光量分布の変動もなくすことができる。
また、アパーチャアレイには、一回反射光を遮光する効果のみならず、単一のレンズアレイの光量を調節する機能を持たせることができる。
【００２７】
請求項７に対応する効果：請求項１で説明した作用効果と併せ、レンズ隣接間に設けた突起形状によってアパーチャと同様に一回反射光をカットする。また、像側レンズアレイ、物体側レンズアレイ、プリズムアレイ、アパーチャアレイが同一材料で一体成形される構成を採用することにより、結像素子をレンズ樹脂材料で一体成形が可能となり、より低コストな結像素子を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に関連する結像素子の実施形態の構造及びその作用を説明するための図である。
【図２】  請求項１−３の発明の結像素子の実施形態の構造及びその作用を説明するための図である。
【図３】  本発明に関連する結像素子の実施形態の構造及びその作用を説明するための図である。
【図４】  請求項４，５の発明の結像素子の実施形態の構造及びその作用を示す図である。
【図５】  請求項６の発明の結像素子の実施形態の構造及びその作用を示す図である。
【図６】  請求項７の発明の結像素子の実施形態の構造及びその作用を示す図である。
【図７】  従来の結像素子におけるゴースト光又はフレアの発生を説明するための図である。
【符号の説明】
１−１，２−１，２−２，３−１，４−１，４−２，５−１，５−２，６−１，６−２…集光素子（レンズ）アレイ、１−２，３−２…ルーフミラーアレイ、２−３，４−３，５−３，６−３…ルーフプリズムアレイ、１−３，３−３…切り溝、３−４，４−５，５−５，６−５…アパーチャアレイ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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