(57)【要約】【課題】光源アレイにおける光源配列ピッチと像面における結像位置配列ピッチとを互いに等しくすることができる安価な結像光学装置を提供する。【解決手段】結像光学装置１は、アレイ配置されたＩ個のレンズＡ１〜ＡＩを含む第１レンズアレイ１０と、アレイ配置されたＩ個のレンズＢ１〜ＢＩを含む第２レンズアレイ２０と、アレイ配置されたＩ個の導光部Ｇ１〜ＧＩを含む導光部アレイ４０と、を備える。レンズＡｉの光軸とレンズＢｉの光軸とは互いに一致している。導光部アレイ４０は、第１レンズアレイ１０と第２レンズアレイ２０との間に設けられている。導光部ＧｉはレンズＡｉ，Ｂｉの光軸上に設けられている。Ｉ個の導光部Ｇ１〜ＧＩのうち隣り合う２つの導光部の間に遮光部Ｃが設けられている。【選択図】図２
2011221132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ配置されたＩ個のレンズＡ１〜ＡＩを含む第１レンズアレイと、
アレイ配置されたＩ個のレンズＢ１〜ＢＩを含み、各レンズＢｉの光軸とレンズＡｉの光軸とが互いに一致している第２レンズアレイと、
前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイとの間に設けられ、アレイ配置されたＩ個の導光部Ｇ１〜ＧＩを含み、各導光部ＧｉがレンズＡｉ，Ｂｉの光軸上に設けられ、Ｉ個の導光部Ｇ１〜ＧＩのうち隣り合う２つの導光部の間に遮光部が設けられている導光部アレイと、
を備えることを特徴とする結像光学装置（ただし、Ｉは２以上の整数、ｉは１以上Ｉ以下の各整数）。
【請求項２】
導光部Ｇｉの中心軸がレンズＡｉ，Ｂｉの光軸と一致していることを特徴とする請求項１に記載の結像光学装置。
【請求項３】
導光部Ｇｉの屈折率をｎとし、前記第１レンズアレイおよび前記第２レンズアレイそれぞれにおけるレンズ配列ピッチをφとしたとき、導光部Ｇｉの光軸方向の長さがφ／tan{sin-１(１／ｎ)} より長い、ことを特徴とする請求項１に記載の結像光学装置。
【請求項４】
導光部Ｇｉの光軸に垂直な断面の形状が矩形または台形であることを特徴とする請求項１に記載の結像光学装置。
【請求項５】
アレイ配置されたＪ個の光源Ｓ１〜ＳＪを含む光源アレイを更に備え、
前記第１レンズアレイおよび前記第２レンズアレイそれぞれにおけるレンズ配列ピッチをφとし、前記光源アレイの光出射面が前記第１レンズアレイの主平面からレンズＡｉの焦点距離ｆの２倍より長い距離Ｌ１の位置に設けられ、前記導光部アレイの光入射面が前記第１レンズアレイの主平面から距離Ｌの位置に設けられ、導光部Ｇｉの開口半幅がＨであるとしたとき、
【数１】
2011221132.tif 000007
なる関係を満たす、
ことを特徴とする請求項１に記載の結像光学装置（ただし、Ｊは２以上の整数）。
【請求項６】
前記第１レンズアレイ，前記第２レンズアレイおよび前記導光部アレイのうち何れか２以上のものが一体に成形されている、ことを特徴とする請求項１に記載の結像光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結像光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アレイ配置された複数のレンズを含むレンズアレイを備える結像光学装置は、画像読取装置やＬＥＤプリンタ等において用いられる。例えば、ＬＥＤプリンタでは、上記のような結像光学装置は、アレイ配置された複数のＬＥＤを含む光源アレイと共に用いられる。光源アレイに含まれる各ＬＥＤは電気信号により選択的に発光し、そのＬＥＤから出力された光は、レンズアレイに含まれる対応するレンズを経て、感光ドラム上に結像される。一般に１つのレンズにより２以上のＬＥＤが結像される。
【０００３】
このような結像光学装置は、セルフォックレンズアレイ（登録商標）を備えて構成され得る。この場合、正立等倍の結像光学系が実現され得る。しかし、セルフォックレンズは高価である。
【０００４】
また、結像光学装置は、アレイ配置された複数の通常のレンズを各々含む第１レンズアレイおよび第２レンズアレイを備えて構成され得る。アレイ配置された複数の通常のレンズを含むレンズアレイが１つだけ用いられると反転像が得られるので、第１レンズアレイおよび第２レンズアレイそれぞれにより像が反転されることで、正立等倍の結像光学系が実現され得る。このような結像光学装置は、第１レンズアレイおよび第２レンズアレイそれぞれが樹脂成形等により製造され得るので、安価である。
【０００５】
しかし、第１レンズアレイおよび第２レンズアレイを備えて構成される結像光学装置では、光源から出力された光は、第１レンズアレイおよび第２レンズアレイそれぞれに含まれる対応するレンズを経て像面上の所定位置に結像されるだけでなく、対応するレンズとは別のレンズを経て像面上の他の位置に到達する。すなわち、クロストークの問題が生じる。
【０００６】
特許文献１に開示された発明は、このようなクロストークの問題を解消することを意図したものである。特許文献１に開示された結像光学装置は、第１レンズアレイと第２レンズアレイとの間に、微小な透光部が設けられた遮光板を備えている。対応するレンズを経て像面上の所定位置に結像されるべき光は遮光板の透光部を通過するが、対応するレンズとは別のレンズを経て像面上の他の位置に向う光は遮光板により遮断されることで、クロストークが抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８-２７８０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された結像光学装置では、遮光板に設けられた透光部が或る程度の幅を有することが必要であることから、光源アレイにおける光源配列ピッチより像面における結像位置配列ピッチが大きくなってしまい、像面における解像度が小さくなる。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光源アレイにおける光源配列ピッチと像面における結像位置配列ピッチとを互いに等しくすることができる安価な結像光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の結像光学装置は、(1) アレイ配置されたＩ個のレンズＡ１〜ＡＩを含む第１レンズアレイと、(2)アレイ配置されたＩ個のレンズＢ１〜ＢＩを含み、各レンズＢｉの光軸とレンズＡｉの光軸とが互いに一致している第２レンズアレイと、(3)第１レンズアレイと第２レンズアレイとの間に設けられ、アレイ配置されたＩ個の導光部Ｇ１〜ＧＩを含み、各導光部ＧｉがレンズＡｉ，Ｂｉの光軸上に設けられ、Ｉ個の導光部Ｇ１〜ＧＩのうち隣り合う２つの導光部の間に遮光部が設けられている導光部アレイと、を備えることを特徴とする。ただし、Ｉは２以上の整数であり、ｉは１以上Ｉ以下の各整数である。
【００１１】
本発明の結像光学装置では、光源から出力された光のうち像面上の所定位置に結像されるべき光は、レンズＡｉ，導光部ＧｉおよびレンズＢｉを順に経て像面上に結像される。一方、光源から出力された光のうち像面上においてクロストークとなる可能性がある光は、遮光部により遮断される。
【００１２】
本発明の結像光学装置は、導光部Ｇｉの中心軸がレンズＡｉ，Ｂｉの光軸と一致していてもよい。本発明の結像光学装置は、導光部Ｇｉの屈折率をｎとし、第１レンズアレイおよび第２レンズアレイそれぞれにおけるレンズ配列ピッチをφとしたとき、導光部Ｇｉの光軸方向の長さがφ／tan{sin-１(１／ｎ)} より長くてもよい。本発明の結像光学装置は、導光部Ｇｉの光軸に垂直な断面の形状が矩形または台形であってもよい。
【００１３】
本発明の結像光学装置は、アレイ配置されたＪ個の光源Ｓ１〜ＳＪを含む光源アレイを更に備え、第１レンズアレイおよび第２レンズアレイそれぞれにおけるレンズ配列ピッチをφとし、光源アレイの光出射面が第１レンズアレイの主平面からレンズＡｉの焦点距離ｆの２倍より長い距離Ｌ１の位置に設けられ、導光部アレイの光入射面が第１レンズアレイの主平面から距離Ｌの位置に設けられ、導光部Ｇｉの開口半幅がＨであるとしたとき、下記（１）式関係を満たしていてもよい。ただし、Ｊは２以上の整数である。
【００１４】
【数１】
2011221132.tif 000003
【００１５】
第１レンズアレイ，第２レンズアレイおよび導光部アレイのうち何れか２以上のものが一体に成形されていてもよい。また、第１レンズアレイ，第２レンズアレイおよび導光部アレイが一体に成形されていてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の結像光学装置は、光源アレイにおける光源配列ピッチと像面における結像位置配列ピッチとを互いに等しくすることができ、また、安価なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】比較例の結像光学装置２の構成を示す図である。
【図２】本実施形態の結像光学装置１の構成を示す図である。
【図３】本実施形態の結像光学装置１に含まれる導光部アレイ４０の構成例を示す斜視図である。
【図４】本実施形態の結像光学装置１を用いた場合の像面Ｐでの光強度分布の一例を示す図である。
【図５】比較例の結像光学装置２を用いた場合の像面Ｐでの光強度分布の一例を示す図である。
【図６】本実施形態の結像光学装置１の導光部Ｇｉ周辺の光学系を示す図である。
【図７】本実施形態の結像光学装置１に含まれる導光部アレイ４０の他の構成例を示す斜視図である。
【図８】本実施形態の結像光学装置１の構成の具体例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、初めに比較例の結像光学装置の構成について説明した後に、本実施形態の結像光学装置の構成について説明する。
【００１９】
図１は、比較例の結像光学装置２の構成を示す図である。この比較例の結像光学装置２は、第１レンズアレイ１０，第２レンズアレイ２０および光源アレイ３０を備える。第１レンズアレイ１０，第２レンズアレイ２０および光源アレイ３０それぞれの主平面は互いに平行である。
【００２０】
第１レンズアレイ１０は、アレイ配置されたＩ個の非球面レンズＡ１〜ＡＩを含む。Ｉ個のレンズＡ１〜ＡＩは、共通のサイズおよび共通の焦点距離を有し、一定ピッチで配置されている。第２レンズアレイ２０は、アレイ配置されたＩ個の非球面レンズＢ１〜ＢＩを含む。Ｉ個のレンズＢ１〜ＢＩは、共通のサイズおよび共通の焦点距離を有し、一定ピッチで配置されている。レンズＡｉの光軸とレンズＢｉの光軸とは互いに一致している。
【００２１】
光源アレイ３０は、アレイ配置されたＪ個の光源Ｓ１〜ＳＪを含む。Ｊ個の光源Ｓ１〜ＳＪは、共通の構成を有する例えばＬＥＤであり、一定ピッチで配置されている。なお、この図において、光源アレイ３０に含まれるＪ個の光源Ｓ１〜ＳＪのうち２個の光源Ｓｊ１および光源Ｓｊ２それぞれから出力される光線の軌跡が示されている。Ｉ，Ｊは２以上の整数である。ｉは１以上Ｉ以下の各整数である。ｊ１およびｊ２は１以上Ｊ以下の整数である。
【００２２】
前段に設けられた第１レンズアレイ１０の各レンズＡｉの結像倍率はＭであり、後段に設けられた第２レンズアレイ２０の各レンズＢｉの結像倍率は１／Ｍであるとする。Ｍは１未満の正の数である。光源Ｓｊ１と光源Ｓｊ２との間の距離はＷであるとする。このとき、光源Ｓｊ１および光源Ｓｊ２それぞれがレンズＡｉの配列ピッチと同じ幅の範囲内に存在すれば、光源Ｓｊ１および光源Ｓｊ２それぞれは第１レンズアレイ１０の像面において距離ＭＷだけ離れた位置に結像され、その像は第２レンズアレイ２０の像面Ｐにおいて距離Ｗだけ離れた位置Ｐｊｉ，Ｐｊ２に再び結像される。このように所定位置Ｐｊｉ，Ｐｊ２に結像される光は、共通の光軸を有するレンズＡｉおよびレンズＢｉを通過する。
【００２３】
しかし、第１レンズアレイ１０の像面において範囲ＭＷ内に結像されなかった光は、第２レンズアレイ２０の像面Ｐ上の位置Ｐｊｉ，Ｐｊ２以外の他の位置に到達して、クロストークとなる。このようにクロストークとなる光は、共通の光軸を有するレンズＡｉおよびレンズＢｉを通過するのではなく、互いに異なる光軸を有するレンズＡｉ１およびレンズＢｉ２を通過する。ここで、ｉ１とｉ２とは互いに異なる数である。
【００２４】
そこで、本実施形態の結像光学装置１は、第１レンズアレイ１０と第２レンズアレイ２０との間に設けられた導光部アレイ４０により、共通の光軸を有するレンズＡｉおよびレンズＢｉを通過する光を選択的に通過させる一方で、互いに異なる光軸を有するレンズＡｉ１およびレンズＢｉ２を通過する可能性がある光を選択的に遮断することで、クロストークの抑制を図る。
【００２５】
図２は、本実施形態の結像光学装置１の構成を示す図である。本実施形態の結像光学装置１は、比較例の結像光学装置２の構成に加えて、導光部アレイ４０を更に備えている。第１レンズアレイ１０，第２レンズアレイ２０，光源アレイ３０および導光部アレイ４０それぞれの主平面は互いに平行である。
【００２６】
導光部アレイ４０は、第１レンズアレイ１０と第２レンズアレイ２０との間に設けられ、アレイ配置されたＩ個の導光部Ｇ１〜ＧＩを含む。Ｉ個の導光部Ｇ１〜ＧＩは共通の構成を有し、一定ピッチで配置されている。導光部Ｇｉは、レンズＡｉ，Ｂｉの光軸上に設けられており、レンズＡｉからレンズＢｉへ向う光を選択的に通過させる。導光部Ｇｉの中心軸はレンズＡｉ，Ｂｉの光軸と一致しているのが好ましい。Ｉ個の導光部Ｇ１〜ＧＩのうち隣り合う２つの導光部の間に遮光部Ｃが設けられている。遮光部Ｃは、レンズＡｉ１からレンズＢｉ２へ向う光を、吸収，屈折または散乱させることで選択的に遮断する。
【００２７】
図３は、本実施形態の結像光学装置１に含まれる導光部アレイ４０の構成例を示す斜視図である。この図に示される導光部アレイ４０は、全体としては直方体形状を有していて、一方の面に互いに平行な複数の溝が形成されて、隣り合う２つの溝の間の矩形断面の部分が導光部Ｇｉとされ、複数の溝それぞれに遮光部Ｃが挿入されている。遮光部Ｃは例えば黒色塗料であってもよい。複数の溝が形成された透明な直方体部材の光入出射面がマスクされた状態で、その直方体部材が黒色塗料に浸漬されることで、導光部アレイ４０が作製され得る。このような構成の導光部アレイ４０は、導光部Ｇｉが成形によって容易に作製され、また、遮光部Ｃも容易に作製され得る。
【００２８】
図４は、本実施形態の結像光学装置１を用いた場合の像面Ｐでの光強度分布の一例を示す図である。また、図５は、比較例の結像光学装置２を用いた場合の像面Ｐでの光強度分布の一例を示す図である。ここで、結像光学装置１，２の具体構成例として以下のようなものとした。第１レンズアレイ１０のレンズＡｉ，第２レンズアレイ２０のレンズＢｉおよび導光部アレイ４０の導光部Ｇｉそれぞれの屈折率は１.５である。前段の第１レンズアレイ１０のレンズＡｉの焦点距離は２ｍｍであり、レンズＡｉの結像倍率は１／４である。後段の第２レンズアレイ２０のレンズＢｉの焦点距離は１.５ｍｍであり、レンズＢｉの結像倍率は４である。Ｉ個のレンズＡ１〜ＡＩの配列ピッチ，Ｉ個のレンズＢ１〜ＢＩの配列ピッチおよびＩ個の導光部Ｇ１〜ＧＩの配列ピッチは、何れも１ｍｍである。Ｉ個の導光部Ｇ１〜ＧＩのうち隣り合う２つの導光部の間に設けられた遮光部Ｃの厚みは０.１ｍｍである。
【００２９】
また、光源アレイ３０の光出射面と第１レンズアレイ１０の光入射面との間の間隔は８.２ｍｍである。第１レンズアレイ１０の光入射面と光出射面との間の間隔は１ｍｍである。第１レンズアレイ１０の光出射面と導光部アレイ４０の光入射面との間の間隔は１.５ｍｍである。導光部アレイ４０の光入射面と光出射面との間の間隔は２ｍｍである。導光部アレイ４０の光出射面と第２レンズアレイ２０の光入射面との間の間隔は１ｍｍである。第２レンズアレイ２０の光入射面と光出射面との間の間隔は１ｍｍである。また、第２レンズアレイ２０の光出射面と像面Ｐとの間の間隔は６.２ｍｍである。
【００３０】
２つの光源Ｓｊ１および光源Ｓｊ２それぞれが光を出力するものとする。光源Ｓｊ１および光源Ｓｊ２それぞれの光出射領域は１０μｍ角である。光源Ｓｊ１は光源アレイ３０の中央に位置し、光源Ｓｊ２は中央から距離０.５ｍｍの所に位置する。本実施形態の結像光学装置１および比較例の結像光学装置２の何れを用いた場合にも、像面Ｐにおける光源Ｓｊ１，Ｓｊ２の像の位置Ｐｊｉ，Ｐｊ２の間隔は、光源Ｓｊ１，Ｓｊ２の間隔と等しく０.５ｍｍとなっている。また、正立等倍の結像光学系が実現されており、光源の配列ピッチと同じ配列ピッチの光源像が得られている。
【００３１】
しかし、図５に示されるように、比較例の結像光学装置２を用いた場合には、像面Ｐにおいて、光源像が形成されるべき位置Ｐｊｉ，Ｐｊ２から距離４.５ｍｍの位置にも光のピークが存在しており、これがクロストークとなる。これに対して、図４に示されるように、本実施形態の結像光学装置１を用いた場合には、比較例のようなクロストークとなる光のピークは像面Ｐ上に認められない。
【００３２】
図６は、本実施形態の結像光学装置１の導光部Ｇｉ周辺の光学系を示す図である。導光部Ｇｉの開口半幅Ｈは、レンズＡｉの最外部を通って導光部Ｇｉの光入射面に到達する光線の位置ｈより大きいことが好ましい。第１レンズアレイ１０の主平面Ｐ１０から導光部アレイ４０の光入射面までの距離をＬとする。レンズＡｉの焦点距離をｆとする。また、Ｉ個のレンズＡ１〜ＡＩ，Ｉ個のレンズＢ１〜ＢＩおよびＩ個の導光部Ｇ１〜ＧＩそれぞれの配列ピッチをφとする。
【００３３】
第１レンズアレイ１０の主平面Ｐ１０から距離(１＋１／Ｍ)ｆであってレンズＡｉの光軸から距離(φ／２)だけ離れた所に光出射位置を有する光源を想定する。導光部Ｇｉが存在しないと仮定した場合、この光源から出力された光がレンズＡｉにより集光される位置Ｑｉは、第１レンズアレイ１０の主平面Ｐ１０から距離(１＋Ｍ)ｆであってレンズＡｉの光軸から距離(Ｍφ／２)だけ離れた所にある。
【００３４】
図中においてハッチングで示される２つの三角形の相似関係から、レンズＡｉの最外部を通って導光部Ｇｉの光入射面に到達する光線の位置ｈは、（２）式で表される。ここで、第１レンズアレイ１０の主平面Ｐ１０と光源の光出射面との間の距離をＬ１（（３）式）とすると、（２）式は（４）式に変換される。
【００３５】
【数２】
2011221132.tif 000004
【００３６】
【数３】
2011221132.tif 000005
【００３７】
【数４】
2011221132.tif 000006
【００３８】
第１レンズアレイによる像の位置を光軸付近に配置させるためには、Ｍは１より小さいことが必要である。したがって、第１レンズアレイ１０の主平面Ｐ１０と光源の光出射面との間の距離Ｌ１は、レンズＡｉの焦点距離ｆの２倍以上になる。
【００３９】
なお、図７に示されるように導光部アレイ４０の導光部Ｇｉの断面形状が台形である場合、導光部Ｇｉの開口半幅Ｈは、レンズＡｉの光軸上でのアレイ方向の幅で定義される。同図では遮光部の図示が省略されている。
【００４０】
また、導光部Ｇｉの屈折率をｎとすると、レンズＡｉを通過した後に空気層から導光部Ｇｉに入射した光線と光軸とがなす角の最大値θは、スネルの法則からθ＝sin-１(１／ｎ) となる。導光部Ｇｉ側面の遮光部Ｃによる効果を有効にするためには、導光部Ｇｉの光軸方向の長さはφ／tanθより長いことが好ましい。
【００４１】
図８は、本実施形態の結像光学装置１の構成の具体例を示す斜視図である。この図に示される結像光学装置１は、第１レンズアレイ１０，第２レンズアレイ２０および導光部アレイ４０が一体に成形されたものとなっている。第１レンズアレイ１０，第２レンズアレイ２０および導光部アレイ４０のうち何れか２つが一体に成形されてもよい。これらの場合、組み立て時に光軸調整が不要となる。
【００４２】
本実施形態の結像光学装置１は、光源アレイにおける光源配列ピッチと像面における結像位置配列ピッチとを互いに等しくすることができるだけでなく、クロストークを抑制することができる。また、第１レンズアレイ１０，第２レンズアレイ２０および導光部アレイ４０それぞれは樹脂成形等により作製され得るので、本実施形態の結像光学装置１は安価に製造され得る。
【００４３】
本実施形態の結像光学装置１は、特許文献１に開示された結像光学装置において第１レンズアレイと第２レンズアレイとの間に挿入される微小な透光部が設けられた遮光板を備えるのでなく、アレイ配置されたＩ個の導光部Ｇ１〜ＧＩを含み隣り合う２つの導光部の間に遮光部が設けられている導光部アレイ４０を備えるので、レンズＡｉ，Ｂｉの開口を大きくすることができる。
【００４４】
したがって、本実施形態の結像光学装置１は、光源アレイ３０においてアレイ配置されたＪ個の光源Ｓ１〜ＳＪの配列ピッチと同じ解像度で像面Ｐ上に光源像を形成することができ、所定位置に結像されるべき光を導光部Ｇｉにより選択的に通過させる一方で、クロストークとなる可能性がある光を遮光部により選択的に遮断することができる。
【００４５】
また、本実施形態の結像光学装置１では、導光部アレイ４０においてアレイ配置された導光部Ｇｉの配列ピッチは、レンズアレイ１０，２０においてアレイ配置されたレンズＡｉ，Ｂｉの配列ピッチと同じとすることができるので、導光部アレイ４０も安価に作製され得る。
【００４６】
また、本実施形態の結像光学装置１は、第１レンズアレイ１０と第２レンズアレイ２０との間の距離を長くすることで、第１レンズアレイ１０および第２レンズアレイ２０を安価なものとすることができ、また、設計の自由度が高い。
【符号の説明】
【００４７】
１…結像光学装置、１０…第１レンズアレイ、２０…第２レンズアレイ、３０…光源アレイ、４０…導光部アレイ。
【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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【図８】
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