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JP2011221132A - Imaging optical device - Google Patents

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JP2011221132A
JP2011221132A JP2010087849A JP2010087849A JP2011221132A JP 2011221132 A JP2011221132 A JP 2011221132A JP 2010087849 A JP2010087849 A JP 2010087849A JP 2010087849 A JP2010087849 A JP 2010087849A JP 2011221132 A JP2011221132 A JP 2011221132A
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JP
Japan
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array
lens
light
light guide
lens array
Prior art date
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Pending
Application number
JP2010087849A
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Japanese (ja)
Inventor
Michiko Takushima
道子 多久島
Tomomi Sano
知巳 佐野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

【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A〜A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B〜B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G〜Gを含む導光部アレイ40と、を備える。レンズAの光軸とレンズB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GはレンズA,Bの光軸上に設けられている。I個の導光部G〜G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
An inexpensive imaging optical device capable of making a light source array pitch in a light source array and an imaging position array pitch in an image plane equal to each other.
An imaging optical apparatus 1 includes a first lens array 10 including I lenses A 1 to A I arranged in an array and a second lens including I lenses B 1 to B I arranged in an array. The lens array 20 and a light guide array 40 including I light guides G 1 to G I arranged in an array are provided. The optical axis of the lens A i and the optical axis of the lens B i coincide with each other. The light guide array 40 is provided between the first lens array 10 and the second lens array 20. The light guide G i is provided on the optical axes of the lenses A i and B i . A light-shielding part C is provided between two light guide parts adjacent to each other among the I light guide parts G 1 to GI.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、結像光学装置に関するものである。   The present invention relates to an imaging optical apparatus.

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。   An imaging optical device including a lens array including a plurality of lenses arranged in an array is used in an image reading device, an LED printer, or the like. For example, in an LED printer, the imaging optical device as described above is used with a light source array including a plurality of LEDs arranged in an array. Each LED included in the light source array selectively emits light according to an electrical signal, and light output from the LED is imaged on a photosensitive drum through a corresponding lens included in the lens array. Generally, two or more LEDs are imaged by one lens.

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。   Such an imaging optical device may be configured to include a SELFOC lens array (registered trademark). In this case, an erecting equal-magnification imaging optical system can be realized. However, Selfoc lenses are expensive.

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。   Further, the imaging optical device may be configured to include a first lens array and a second lens array each including a plurality of ordinary lenses arranged in an array. When only one lens array including a plurality of normal lenses arranged in an array is used, a reversed image is obtained. Therefore, the images are reversed by the first lens array and the second lens array, respectively, so that the erecting equal magnification The imaging optical system can be realized. Such an imaging optical device is inexpensive because each of the first lens array and the second lens array can be manufactured by resin molding or the like.

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。   However, in the imaging optical device configured to include the first lens array and the second lens array, the light output from the light source is imaged through the corresponding lenses included in the first lens array and the second lens array, respectively. In addition to being imaged at a predetermined position on the surface, it reaches another position on the image surface via a lens different from the corresponding lens. That is, the problem of crosstalk occurs.

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。   The invention disclosed in Patent Document 1 is intended to solve such a problem of crosstalk. The imaging optical device disclosed in Patent Document 1 includes a light shielding plate provided with a minute light-transmitting portion between a first lens array and a second lens array. Light that is to be imaged at a predetermined position on the image plane through the corresponding lens passes through the light transmitting portion of the light shielding plate, but is directed to another position on the image plane through a lens different from the corresponding lens. Is blocked by the light shielding plate, so that crosstalk is suppressed.

特開2008-278048号公報JP 2008-278048 A

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。   However, in the imaging optical device disclosed in Patent Document 1, it is necessary that the translucent portion provided on the light shielding plate has a certain width, and therefore, in the image plane than the light source arrangement pitch in the light source array. The imaging position array pitch increases, and the resolution on the image plane decreases.

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。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an inexpensive imaging optical apparatus capable of making the light source array pitch in the light source array and the imaging position array pitch in the image plane equal to each other. For the purpose.

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A〜A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B〜Bを含み、各レンズBの光軸とレンズA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G〜Gを含み、各導光部GがレンズA,Bの光軸上に設けられ、I個の導光部G〜G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。 The imaging optical device of the present invention includes (1) a first lens array including I lenses A 1 to A I arranged in an array, and (2) I lenses B 1 to B I arranged in an array. A second lens array in which the optical axis of each lens B i and the optical axis of the lens A i coincide with each other; and (3) an array arrangement provided between the first lens array and the second lens array. been comprises I-number of the light guide portion G 1 ~G I, each of the light guide portion G i is the lens a i, provided on the optical axis of B i, of the I-number of the light guide portion G 1 ~G I And a light guide section array in which a light shielding section is provided between two adjacent light guide sections. However, I is an integer greater than or equal to 2, and i is each integer greater than or equal to 1 and less than or equal to I.

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A,導光部GおよびレンズB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。 In the imaging optical device of the present invention, light to be imaged at a predetermined position on the image plane among the light output from the light source passes through the lens A i , the light guide G i, and the lens B i in order. Imaged on top. On the other hand, of the light output from the light source, light that may cause crosstalk on the image plane is blocked by the light shielding unit.

本発明の結像光学装置は、導光部Gの中心軸がレンズA,B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G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G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G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。 In the imaging optical device of the present invention, the central axis of the light guide G i may coincide with the optical axes of the lenses A i and B i . The optical imaging system of the present invention, the refractive index of the light guide G i is n, when a lens arrangement pitch of each of the first lens array and the second lens array and a phi, the optical axis of the light guide G i May be longer than φ / tan {sin −1 (1 / n)}. The optical imaging system of the present invention, the shape of the cross section perpendicular to the optical axis of the light guide portion G i may be rectangular or trapezoidal.

本発明の結像光学装置は、アレイ配置されたJ個の光源S〜S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A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G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。 The imaging optical device of the present invention further includes a light source array including J light sources S 1 to S J arranged in an array, wherein the lens arrangement pitch in each of the first lens array and the second lens array is φ, and the light source array Is provided at a distance L1 longer than twice the focal length f of the lens A i from the main plane of the first lens array, and the light incident surface of the light guide array is from the main plane of the first lens array. provided at a distance L, when the opening half-width of the light guide section G i is assumed to be H, may satisfy the following equation (1) relation. However, J is an integer of 2 or more.

Figure 2011221132
Figure 2011221132

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。   Any one or more of the first lens array, the second lens array, and the light guide section array may be integrally formed. Further, the first lens array, the second lens array, and the light guide section array may be integrally formed.

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。   In the imaging optical device of the present invention, the light source array pitch in the light source array and the imaging position array pitch in the image plane can be made equal to each other, and can be made inexpensive.

比較例の結像光学装置2の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the imaging optical apparatus 2 of a comparative example. 本実施形態の結像光学装置1の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the imaging optical apparatus 1 of this embodiment. 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。It is a perspective view which shows the structural example of the light guide part array 40 contained in the imaging optical apparatus 1 of this embodiment. 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。It is a figure which shows an example of the light intensity distribution in the image surface P at the time of using the imaging optical apparatus 1 of this embodiment. 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。It is a figure which shows an example of the light intensity distribution in the image surface P at the time of using the imaging optical apparatus 2 of a comparative example. 本実施形態の結像光学装置1の導光部G周辺の光学系を示す図である。Is a diagram showing an optical system of the light guide portion of the optical imaging system 1 G i around the present embodiment. 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。It is a perspective view which shows the other structural example of the light guide part array 40 contained in the imaging optical apparatus 1 of this embodiment. 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。It is a perspective view which shows the specific example of a structure of the imaging optical apparatus 1 of this embodiment.

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。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. First, the configuration of the imaging optical device of the comparative example will be described, and then the configuration of the imaging optical device of the present embodiment will be described.

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。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an imaging optical device 2 of a comparative example. The imaging optical device 2 of this comparative example includes a first lens array 10, a second lens array 20, and a light source array 30. The principal planes of the first lens array 10, the second lens array 20, and the light source array 30 are parallel to each other.

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A〜Aを含む。I個のレンズA〜A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B〜Bを含む。I個のレンズB〜B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Aの光軸とレンズBの光軸とは互いに一致している。 The first lens array 10 includes I aspheric lenses A 1 to A I arranged in an array. The I lenses A 1 to A I have a common size and a common focal length, and are arranged at a constant pitch. The second lens array 20 includes I aspheric lenses B 1 to B I arranged in an array. The I lenses B 1 to B I have a common size and a common focal length, and are arranged at a constant pitch. The optical axis of the lens A i and the optical axis of the lens B i coincide with each other.

光源アレイ30は、アレイ配置されたJ個の光源S〜Sを含む。J個の光源S〜S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S〜S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。 The light source array 30 includes J light sources S 1 to S J arranged in an array. The J light sources S 1 to S J are, for example, LEDs having a common configuration, and are arranged at a constant pitch. In the drawing, the trajectories of the light beams output from the two light sources S j1 and S j2 among the J light sources S 1 to S J included in the light source array 30 are shown. I and J are integers of 2 or more. i is an integer of 1 to I. j1 and j2 are integers of 1 or more and J or less.

前段に設けられた第1レンズアレイ10の各レンズA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B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A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AおよびレンズBを通過する。 The imaging magnification of each lens A i of the first lens array 10 provided at the front stage is M, and the imaging magnification of each lens B i of the second lens array 20 provided at the rear stage is 1 / M. To do. M is a positive number less than 1. It is assumed that the distance between the light source S j1 and the light source S j2 is W. At this time, if there are light sources S j1 and the light source S j2 is within the range of the same width as the array pitch of the lens A i, each source S j1 and the light source S j2 distance MW in the image plane of the first lens array 10 An image is formed at a distant position, and the image is formed again at positions P ji and P j2 separated by a distance W on the image plane P of the second lens array 20. Thus, the light focused on the predetermined positions P ji and P j2 passes through the lens A i and the lens B i having a common optical axis.

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AおよびレンズB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。 However, the light that has not been imaged in the range MW on the image plane of the first lens array 10 reaches a position other than the positions P ji and P j2 on the image plane P of the second lens array 20, Cross talk. The light to be crosstalk as, instead of passing through the lens A i and a lens B i having a common optical axis, passes through the lens A i1 and lens B i2 having different optical axis from each other. Here, i1 and i2 are different numbers.

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AおよびレンズB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。 Therefore, the imaging optical device 1 according to the present embodiment uses the light guide array 40 provided between the first lens array 10 and the second lens array 20 to cause the lens A i and the lens B having a common optical axis. While selectively passing light passing through i , crosstalk is suppressed by selectively blocking light that may pass through the lens A i1 and the lens B i2 having different optical axes. .

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。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the imaging optical device 1 of the present embodiment. The imaging optical device 1 of this embodiment further includes a light guide array 40 in addition to the configuration of the imaging optical device 2 of the comparative example. The main planes of the first lens array 10, the second lens array 20, the light source array 30, and the light guide section array 40 are parallel to each other.

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G〜Gを含む。I個の導光部G〜G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Gは、レンズA,Bの光軸上に設けられており、レンズAからレンズBへ向う光を選択的に通過させる。導光部Gの中心軸はレンズA,Bの光軸と一致しているのが好ましい。I個の導光部G〜G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。 The light guide array 40 is provided between the first lens array 10 and the second lens array 20 and includes I light guides G 1 to G I arranged in an array. The I light guides G 1 to G I have a common configuration and are arranged at a constant pitch. The light guide portion G i is the lens A i, is provided on the optical axis of the B i, selectively passes the light toward the lens A i to the lens B i. It is preferable that the central axis of the light guide G i coincides with the optical axes of the lenses A i and B i . A light-shielding part C is provided between two light guide parts adjacent to each other among the I light guide parts G 1 to GI. The light shielding part C selectively blocks light by absorbing, refracting, or scattering light from the lens A i1 to the lens B i2 .

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G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G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。 FIG. 3 is a perspective view illustrating a configuration example of the light guide unit array 40 included in the imaging optical device 1 of the present embodiment. The light guide array 40 shown in this figure has a rectangular parallelepiped shape as a whole, a plurality of grooves parallel to each other are formed on one surface, and a rectangular cross-section portion between two adjacent grooves There is a light guide portion G i, the light-shielding portion C is inserted into each of the plurality of grooves. The light shielding part C may be a black paint, for example. The light guide array 40 can be manufactured by immersing the rectangular parallelepiped member in a black paint in a state where the light incident / exit surface of the transparent rectangular parallelepiped member formed with a plurality of grooves is masked. Such a configuration of the light guide portion array 40, the light guide portion G i are readily produced by a molding, also, the light shielding portion C may also be readily produced.

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A,第2レンズアレイ20のレンズBおよび導光部アレイ40の導光部G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Aの焦点距離は2mmであり、レンズA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Bの焦点距離は1.5mmであり、レンズBの結像倍率は4である。I個のレンズA〜Aの配列ピッチ,I個のレンズB〜Bの配列ピッチおよびI個の導光部G〜Gの配列ピッチは、何れも1mmである。I個の導光部G〜G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。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the light intensity distribution on the image plane P when the imaging optical device 1 of the present embodiment is used. FIG. 5 is a diagram showing an example of the light intensity distribution on the image plane P when the comparative imaging optical device 2 is used. Here, a specific configuration example of the imaging optical devices 1 and 2 is as follows. Lens A i of the first lens array 10, lens B i and the light guide portion G i respective refractive index of the light guide array 40 of the second lens array 20 is 1.5. The focal length of the lens A i of the first lens array 10 at the front stage is 2 mm, and the imaging magnification of the lens A i is ¼. Focal length of the lens B i of the subsequent second lens array 20 is 1.5 mm, the imaging magnification of the lens B i is 4. The arrangement pitch of the I-number of the lens A 1 to A pitch of the I, I-number of lens B 1 .about.B I arrangement pitch and I-number of the light guide portion G 1 ~G I are both 1 mm. The thickness of the light-shielding part C provided between two light guide parts adjacent to each other among the I light guide parts G 1 to GI is 0.1 mm.

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。   Further, the distance between the light emitting surface of the light source array 30 and the light incident surface of the first lens array 10 is 8.2 mm. The distance between the light incident surface and the light exit surface of the first lens array 10 is 1 mm. The distance between the light emitting surface of the first lens array 10 and the light incident surface of the light guide unit array 40 is 1.5 mm. The distance between the light incident surface and the light emitting surface of the light guide array 40 is 2 mm. The distance between the light emitting surface of the light guide array 40 and the light incident surface of the second lens array 20 is 1 mm. The distance between the light incident surface and the light exit surface of the second lens array 20 is 1 mm. The distance between the light exit surface of the second lens array 20 and the image plane P is 6.2 mm.

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。 Assume that each of the two light sources S j1 and S j2 outputs light. The light emission area of each of the light sources S j1 and S j2 is 10 μm square. The light source S j1 is located at the center of the light source array 30, and the light source S j2 is located at a distance of 0.5 mm from the center. Regardless of which one of the imaging optical device 1 of this embodiment and the imaging optical device 2 of the comparative example is used, the distance between the image positions P ji and P j2 of the light sources S j1 and S j2 on the image plane P is The distance between the light sources S j1 and S j2 is 0.5 mm. Further, an erecting equal-magnification imaging optical system is realized, and a light source image having the same arrangement pitch as the arrangement pitch of the light sources is obtained.

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。 However, as shown in FIG. 5, when the imaging optical device 2 of the comparative example is used, a position 4.5 mm away from the positions P ji and P j2 where the light source image is to be formed on the image plane P. There is also a light peak, which is crosstalk. On the other hand, as shown in FIG. 4, when the imaging optical device 1 of this embodiment is used, the peak of light that causes crosstalk as in the comparative example is not recognized on the image plane P. .

図6は、本実施形態の結像光学装置1の導光部G周辺の光学系を示す図である。導光部Gの開口半幅Hは、レンズAの最外部を通って導光部G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Aの焦点距離をfとする。また、I個のレンズA〜A,I個のレンズB〜BおよびI個の導光部G〜Gそれぞれの配列ピッチをφとする。 Figure 6 is a diagram showing an optical system of the light guide portion G i around the optical imaging system 1 of the present embodiment. Opening half-width H of the light guide G i is preferably larger than the position h of the light beam to reach through the outermost light incident surface of the light guide portion G i of the lens A i. The distance from the main plane P 10 of the first lens array 10 and the light incident surface of the light guide portion array 40 and L. Let the focal length of the lens A i be f. Further, the arrangement pitch of each of the I lenses A 1 to A I , the I lenses B 1 to B I, and the I light guide portions G 1 to G I is φ.

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A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G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Aにより集光される位置Q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Aの光軸から距離(Mφ/2)だけ離れた所にある。 Assume a light source having a light emitting position in the main distance from the plane P 10 (1 + 1 / M ) distance from the optical axis of an f lens A i (φ / 2) apart at the first lens array 10. If the light guide portion G i is assumed not to exist, the position Q i in which the light output from the light source is condensed by lens A i is the distance from the main plane P 10 of the first lens array 10 (1 + M) f And at a distance (Mφ / 2) from the optical axis of the lens A i .

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Aの最外部を通って導光部G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。 From the similarity of two triangles indicated by hatching in the figure, the position h of the light ray that reaches the light incident surface of the light guide part G i through the outermost part of the lens A i is expressed by the equation (2). . Here, if the distance between the main plane P 10 and the light emitting surface of the light source of the first lens array 10 and L1 ((3) below), (2) is converted to (4) below.

Figure 2011221132
Figure 2011221132

Figure 2011221132
Figure 2011221132

Figure 2011221132
Figure 2011221132

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Aの焦点距離fの2倍以上になる。 In order to arrange the position of the image by the first lens array near the optical axis, M needs to be smaller than 1. Therefore, the distance L1 between the main plane P 10 and the light emitting surface of the light source of the first lens array 10 is equal to or greater than 2 times the focal length f of the lens A i.

なお、図7に示されるように導光部アレイ40の導光部Gの断面形状が台形である場合、導光部Gの開口半幅Hは、レンズA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。 Incidentally, when the cross-sectional shape of the light guide portion G i of the light guide portion array 40 as shown in FIG. 7 is a trapezoid, an opening half-width H of the light guide G i, an array on the optical axis of the lens A i It is defined by the direction width. In the figure, the illustration of the light shielding portion is omitted.

また、導光部Gの屈折率をnとすると、レンズAを通過した後に空気層から導光部G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G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Gの光軸方向の長さはφ/tanθより長いことが好ましい。 When the refractive index of the light guide G i is n, the maximum value θ of the angle formed by the light beam that has passed through the lens A i and then enters the light guide G i from the air layer and the optical axis is Snell's law Therefore, θ = sin −1 (1 / n). To enable the effect of the light shielding portion C of the light guide portion G i side preferably has a length in the optical axis direction of the light guide G i is greater than phi / tan .theta.

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。   FIG. 8 is a perspective view showing a specific example of the configuration of the imaging optical device 1 of the present embodiment. In the imaging optical device 1 shown in this figure, the first lens array 10, the second lens array 20, and the light guide section array 40 are integrally formed. Any two of the first lens array 10, the second lens array 20, and the light guide section array 40 may be integrally formed. In these cases, it is not necessary to adjust the optical axis during assembly.

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。   The imaging optical device 1 of the present embodiment can not only make the light source array pitch in the light source array and the image formation position array pitch in the image plane equal to each other, but can also suppress crosstalk. Further, since each of the first lens array 10, the second lens array 20, and the light guide section array 40 can be manufactured by resin molding or the like, the imaging optical device 1 of the present embodiment can be manufactured at low cost.

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G〜G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A,Bの開口を大きくすることができる。 The imaging optical device 1 according to the present embodiment includes a light shielding plate provided with a small light-transmitting portion that is inserted between the first lens array and the second lens array in the imaging optical device disclosed in Patent Document 1. In addition, the lens A includes the light guide part array 40 including the I light guide parts G 1 to G I arranged in an array and including a light shielding part between two adjacent light guide parts. The openings of i and B i can be enlarged.

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S〜S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G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。 Therefore, the imaging optical device 1 of the present embodiment can form a light source image on the image plane P with the same resolution as the arrangement pitch of the J light sources S 1 to S J arranged in the light source array 30. while for selectively passing the light to be imaged in a predetermined position by the guide portion G i, can block light that may be crosstalk selectively by the light shielding unit.

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G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A,B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。 Further, the optical imaging system 1 of the present embodiment, the arrangement pitch of the array arranged light guide portion G i in the light guide portion array 40, a lens A i which are arrayed in the lens array 10, 20, the B i Since the pitch can be the same as the arrangement pitch, the light guide array 40 can also be manufactured at a low cost.

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。   In addition, the imaging optical device 1 according to the present embodiment makes the first lens array 10 and the second lens array 20 inexpensive by increasing the distance between the first lens array 10 and the second lens array 20. In addition, the degree of freedom in design is high.

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。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Imaging optical apparatus, 10 ... 1st lens array, 20 ... 2nd lens array, 30 ... Light source array, 40 ... Light guide part array

Claims (6)

アレイ配置されたI個のレンズA〜A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B〜Bを含み、各レンズBの光軸とレンズA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G〜Gを含み、各導光部GがレンズA,Bの光軸上に設けられ、I個の導光部G〜G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)。
A first lens array including I lenses A 1 to A I arranged in an array;
A second lens array including I lenses B 1 to B I arranged in an array, wherein the optical axis of each lens B i and the optical axis of the lens A i coincide with each other;
The light guides G 1 to G I are provided between the first lens array and the second lens array and arranged in an array, and each of the light guides G i corresponds to the lenses A i and B i . A light guide section array provided on the optical axis and having a light shielding section between two adjacent light guide sections among the I light guide sections G 1 to G I ;
(Where I is an integer of 2 or more and i is an integer of 1 or more and I or less).
導光部Gの中心軸がレンズA,B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。 2. The imaging optical device according to claim 1, wherein the central axis of the light guide part G i coincides with the optical axes of the lenses A i and B i . 導光部G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G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。 When the refractive index of the light guide G i is n and the lens arrangement pitch in each of the first lens array and the second lens array is φ, the length of the light guide G i in the optical axis direction is φ / tan The imaging optical apparatus according to claim 1, wherein the imaging optical apparatus is longer than {sin −1 (1 / n)}. 導光部G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。 Optical imaging system of claim 1, the shape of the cross section perpendicular to the optical axis of the light guide portion G i is characterized by a rectangular or trapezoidal. アレイ配置されたJ個の光源S〜S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A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Gの開口半幅がHであるとしたとき、
Figure 2011221132

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)。
A light source array including J light sources S 1 to S J arranged in an array;
The lens arrangement pitch in each of the first lens array and the second lens array is φ, and the light exit surface of the light source array is a distance longer than twice the focal length f of the lens A i from the main plane of the first lens array. provided at a position of L1, the light incident surface of the light guide portion arrays are arranged at a distance L from the main plane of the first lens array, when the opening half-width of the light guide section G i is assumed to be H,
Figure 2011221132

Satisfy the relationship
The imaging optical device according to claim 1, wherein J is an integer of 2 or more.
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。
The imaging optical device according to claim 1, wherein any two or more of the first lens array, the second lens array, and the light guide section array are integrally formed.
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