专利名称：成像光学件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种成像光学件，该光学件采用单个的梯度棒状透镜或多个梯度棒状透镜被排列在一个阵列中的透镜阵列，具体地说，本发明涉及一种光学成像件，该光学成像件适用于通过采用场限制光阑件消除光斑扩展光束(flare beam)并且对该光学成像件不必对其棒状透镜的外圆面采用化学腐蚀的方法进行光斑扩展-截断(flare-cut)处理。
梯度棒状透镜是一个例如通过采用对玻璃棒进行离子交换处理形成由中心线向外圆的剖物面折射率分布的光学件。由于光束在梯度棒状透镜内传播，同时以特定的频率被折曲，所以梯度棒状透镜具有与通常的透镜等效的作用。
这种棒状透镜可以接收以大于棒状透镜数值孔径的角度进入棒状透镜的光束射线。由于采用离子交换处理的玻璃棒至少在外表可以保持并具有作为对玻璃进行熔融、旋转和结晶处理结果的光滑的外表面，所以以大于数值孔径的角度进入的光束射线被棒状透镜的外圆表面反射，从而实现在透镜内的传播。当这种光束射线被透镜发射出时，它们将变成所谓的光斑扩展光束并将使所形成图象的分辨率降低。即，以大于棒状透镜数值孔径的角度进入棒状透镜的光束射线将导致图象上的躁声。因此，通过进行光斑扩展-截断处理，以便特意在透镜的外圆表面上形成粗糙的面，避免使以大的角度入射的光束射线被反射。在此情况下，采取化学腐蚀的方法进行光斑扩展-截断处理，形成粗糙面。
另一方面，当采用离子交换方法在玻璃棒内形成折射率分布时，则折射率分布倾向于在玻璃棒外圆附近采用偏离透镜必要的结构。上述化学腐蚀的目的也在于去除掉外圆上出现折射率分布结构偏移的部分。经离子交换处理后的玻璃棒的外圆表面，不仅仅去除掉表面层，而且其处理深度还达到几微米。
作为梯度棒状透镜的应用的举例，提出了一种棒状透镜阵列。棒状透镜阵列是一个光束会聚光学件，其结构是，多个梯度棒状透镜被相互平行排列在两块相互间隔平行的侧板间的阵列内，并通过采用浸渍的方式用黑色硅树脂对间隙进行填充，并组合成一个单元。棒状透镜阵列的排列应使作为由相邻的透镜件产生的图象的叠合结果的整体形成的实际尺寸的实际正像。由于棒状透镜阵列的光学长度很短并且不需要反向反射镜，所以其优点是，可以将器件的尺寸做得很小。所以棒状透镜阵列应用于诸如传真机和打印机等许多光学扫描系统中。
而且在如上所述的棒状透镜阵列中，为了避免由于光斑扩展光束造成的分辨率的降低，采用梯度棒状透镜，对其外圆表面经过采用化学腐蚀的方法进行的光斑扩展-截断处理。但作为化学腐蚀的结果，很难减少透镜直径的变化。特别是，棒状透镜的直径越小，则透镜直径变化越为明显。
在一个棒状透镜阵列中，这种透镜直径变化将会导致在透镜阵列的波动。总之，这种问题还将导致所生成图象的不均匀性。
本发明的目的在于提出一种成像光学件，对该成像光学件不必对其梯度棒状透镜的外圆表面进行化学腐蚀处理，即可避免由于光斑扩展光束造成分辨率的降低。本发明的另一目的在于提出一种棒状透镜阵列形式的成像光学件，该成像光学件由于采用的是标准直径的梯度棒状透镜，因而在阵列中的波动很小。
本发明涉及一种成像光学件，包括一梯度棒状透镜和一场限制光阑件，所述光阑件安装在透镜入射侧的透镜表面上。
在成像光学件中，优选对光阑件进行适配，使其长度t为t＞1。·D/2X其中，1。透镜工作距离，D棒状透镜直径，X视场半径，和以透镜中心线为基准的光束的入射角度θ满足θ＜tg-1(X/1。)。
成像光学件的设计优选具有梯度棒状透镜，所述梯度棒状透镜的外圆面保持光滑，因而不必对其进行光斑扩展-截断处理。
本发明还涉及一种成像光学件，该成像光学件包括一棒状透镜阵列，所述棒状透镜阵列具有如下结构多个梯度棒状透镜排列在一个阵列中和设置在两个侧板之间，并且采用树脂对间隙进行填充组合成一个单元，并且一个场限制光阑件安装在透镜入射侧的透镜表面上。
在成像光学件中，对光阑件进行适配，使其长度t为t＞1。·D/2X其中，1。透镜工作距离，D棒状透镜直径，X视场的半径，和其中以透镜中心线为基准的光束入射角度θ满足θ＜tg-1(X/1。)。
成像光学件的优选结构具有梯度棒状透镜，所述梯度棒状透镜的外圆面保持光滑，因而不必对其进行光斑扩展-截断处理。
另外优选对光阑件进行适配，使其长度t为t＞1。·D/2X′其中，X′可获得良好的图象的物体的最大高度，和其中以透镜中心线为基准的光束入射角度θ满足θ＜tg-1(X/1。)。
本说明书披露的内容涉及的主题包含在日本专利申请Hei.2000-109022中(申请日为2000年4月11日)，该申请的全部内容为基准在此被清楚地包含在本申请的内容中。
图1示出本发明的成像光学件的一个实施例；图2示出用于本发明的场限制光阑件的具体举例；图3示出本发明的成像光学件的另一实施例；和图4示出用于本发明的场限制光阑件的举例。
就在棒状透镜入射侧的透镜表面上的场限制光阑件而言，采用一个不透明的管子，该管子的外径基本等于棒状透镜的外径并且具有一被处理成毛表面的内表面。另一种情况是，采用一圆柱透明体，该圆柱透明体具有一基本等于棒状透镜的外径并具有一被处理成毛表面的外表面。或者采用一圆柱透明体，该圆柱透明体具有一在透明圆柱体外圆表面上形成的光束吸收层，该光束吸收层的折射率大于透明圆柱体的折射率，所述透明圆柱体的外径基本等于棒状透镜的外径。
对于安装在棒状透镜阵列的入射侧的透镜表面上的场限制光阑件，采用一用多个透孔形成和排列成的多孔径组，透孔的外径基本等于棒状透镜的外径并具有一在与相应棒状透镜相符的位置被处理成毛表面的内表面。另一种情况是，采用一透明体阵列，其中多个圆柱透明体以与棒状透镜相同的间隔被排列在一阵列内并被组合成一个单元，并且其中透明体的外径基本与棒状透镜的外径相同并且其外圆表面被处理成毛表面。或者采用透明体阵列，其中圆柱透明体具有一个光束吸收层，该光束吸收层的折射率大于透明圆柱体的折射率，在透明体的外圆表面上形成该光束吸收层，透明圆柱体的外径基本等于棒状透镜的外径，透明圆柱体被排列在一个阵列内并以与棒状透镜相同的间隔设置并被结合成一个单元。
图1示出本发明成像光学件实施例。成像光学件10包括一梯度棒状透镜12和一场限制光阑件14，场限制光阑件14安装在入射侧的透镜表面上(见图1，图1的左侧为入射侧，同时图1的右手侧为出射侧)。
其中梯度棒状透镜12的制造方法如下，对熔凝玻璃进行旋转并硬化，使其具有一个预定的外径并将其浸入熔融的盐内进行离子交换处理，形成由中心线向外围的抛物面的折射率分布，并且接着将棒料截成预定的长度并对其端面进行抛光处理。梯度棒状透镜12不同于传统的产品，对经离子交换处理后的玻璃棒进行切割，而并不采用化学腐蚀的方法对其外圆表面进行光斑扩展-截断处理。因此，至少在外表上保持经离子交换处理后的光滑的外表面。
对场限制光阑件14进行适配，使其长度t为，t＞1。·D/2X其中，1。透镜工作距离；D棒状透镜的直径，和X视场半径，其中以透镜中心线为基准的光束的入射角度θ满足下式θ＜tg-1(X/1。)。如上所述，场限制光阑件14安装在梯度棒状透镜12的入射侧的透镜表面。
如图1所示，一个光束在棒状透镜的中心进入直径为D的棒状透镜。假设对一个最大高度为X的位于距透镜平面的1。位置处的物体成像。其情况与透镜的特性有关；1。表示透镜工作距离，X表示视场半径。在外圆没有采用腐蚀方式被去除掉的情况下，由于折射率分布的干扰将阻止光束穿过透镜最外面部分，从而形成良好的图象。在此假设，可以获得良好图象的物体高度为X′(＜X)，此时的透镜的有效直径为D′(＜D)满足X/D=X′/D′。在此，透镜的有效直径D’的值小于透镜的直径D几微米到几十微米。
由以大于θ最大(=tg-1(X/1。)的入射角度θ进入的光束射线将产生光斑扩展-光束。所以根据本发明安装在透镜入射侧的透镜表面的场限制光阑件用于防止其入射角大于θ最大光束进入。如图1所示，光轴方向上的光阑件14长度t要求至少t1=1。·D/2X。当t＞t1时，就消除光斑扩展光束而言是没有问题的。另外，在满足t＞t2=1。·D/2X′的情况下，可以实现实际避免对其透镜的外圆的折射率分布受到干扰的场的应用。但当t值很大时，则入射角度被限制在很窄的范围内。因此，在入射光束的量度减小时，最好不要将t值设置过大。
图2A、B和C分别示出用于图1所示的成像光学件的场限制光阑件的具体举例。
图2A示出一不透明的管件作为场限制光阑件的例子。不透明的管件20由金属等制成，其直径基本等于棒状透镜的直径，并且被截成如上所述和实际应用的长度t。但由于光斑扩展光束会在管件内圆表面的辐射，所以作为避免该反射的措施将内圆表面处理成毛表面。另外优选对内圆表面进行阻挡性的着色处理。
图2B示出一圆柱透明体作为场限制光阑件的举例。由玻璃等制成的标准的透明圆柱体的直径基本等于棒状透镜的外径并被截成上述和实际应用的长度t。而且就此，为了防止光斑扩展光束在外圆表面上的全反射，外圆表面被处理成毛表面(微量不均匀处理)，并对透明圆柱体的两个端面进行抛光处理。并且采用光学粘合剂等将光阑件结合在梯度棒状透镜入射侧的透镜表面上。
图2C示出作为场限制件的带有光束吸收层的圆柱透明体的举例。由玻璃等制成的标准的圆柱透明体24的外径基本等于棒状透镜的外径并被截成上述和实际应用的长度t。而且就此，为了防止光斑扩展光束在外圆表面上的全反射，在透明圆柱体24的外圆表面上形成一其折射率大于透明圆柱体24的光束吸收层。并对透明圆柱体的两个端面进行抛光处理。并且采用光学粘合剂等将光阑件结合在梯度棒状透镜入射侧的透镜表面上。
图3示出本发明的成像光学件的另一实施例。图3A示出处于分解状态的成像光学件；图3B示出处于组装在一起的状态的成像光学件。成像光学件30包括一棒状透镜阵列32和一安装在棒状透镜入射侧的透镜表面上的场限制光阑件34。棒状透镜阵列32的结构如下多个梯度棒状透镜36具有光滑的外圆表面，对该表面不进行光斑扩展-截断处理，所述多个棒状透镜被排列在一个阵列中并设置在两块侧板38之间，并采用黑色硅树脂对间隙进行填充使其组合成一个单元。对场限制光阑件34进行适配，使其长度t为t＞1。·D/2X其中1。透镜工作距离，D棒状透镜直径，X视场半径，和其中以透镜中心线为基准的光束入射角度θ满足θ＜tg-1(X/1。)。
当采用的棒状透镜如上所述被排列在一个阵列内时，光斑扩展光束的影响是很明显的。在棒状透镜阵列的情况下，必须为每个棒状透镜设置一个光阑件。为此，如图3所示，光阑件也被形成一阵列单元，光阑件在阵列中的间隔与棒状透镜的间隔相同，并且接着将光阑件与透镜阵列结合再一起。
图4A、B和C示出用于棒状透镜阵列的场限制光阑件的举例。图4A示出由金属或树脂制成的具有多个透孔的多孔径组40，所述透孔的外径基本等于棒状透镜的外径，并且其内圆表面在与相应的棒状透镜相符的位置上被处理成毛表面。
图4B示出透明体44阵列的举例，其中圆柱透明体42由玻璃等构成，其外径基本等于棒状透镜的外径并且其外圆表面被处理成毛表面，所述圆柱透明体以与棒状透镜相同的间隔被排列在一个阵列内并被组合成一个单元。图4C示出一个透明体52阵列，其中由玻璃等构成的透明圆柱体46的外径基本等于棒状透镜的外径，在圆柱透明体46的外圆表面上形成一光束吸收层48，该光束吸收层的折射率大于透明圆柱体46的折射率，接着以与棒状透镜相同的间隔将透明圆柱体排列在一个阵列内并组合成一个单元。图4B和C所示的透明体阵列的制备过程基本与棒状透镜阵列的制备过程相同。即圆柱透明体被排列在一个阵列内并被两块侧板夹在中间并接着被组合成一个单元。并且在截成预定的长度后接着对其两个端面进行抛光处理。上述的透明体阵列和棒状透镜阵列的位置对齐并被组合成一个单元。
如上所述，由于本发明具有如下结构，一个场限制光阑件被安装在梯度棒状透镜的入射侧的透镜面上，因此可以消除光斑扩展光束，而不必对棒状透镜的外圆表面采用化学腐蚀的方法进行光斑扩展-截断处理，所以可以提高形成的图象的分辨率。另外由于不需要化学腐蚀，因而可以降低制造成本并且几乎不会导致透镜直径的波动。由于可以实现标准直径的透镜，特别是在棒状透镜阵列由排列成阵列的小直径的棒状透镜构成时，可以避免阵列中的干扰，实现避免在形成的图象中的波动的明显的优点。
另外，虽然本发明的配置优选适用于具有不经过化学腐蚀处理的原始的外圆表面的梯度棒状透镜，但本发明也适用于具有作为化学腐蚀处理的结果实现的毛外圆表面的梯度棒状透镜。
权利要求
1．一种成像光学件，包括一梯度棒状透镜；和一场限制光阑件，所述光阑件安装在梯度棒状透镜的入射侧的透镜表面。
2．按照权利要求1所述的成像光学件，其中梯度棒状透镜的外圆面保持光滑，不必对其进行光斑扩展-截断处理。
3．按照权利要求1所述的成像光学件，其中光阑件的长度t为t＞1。·D/2X其中，1。透镜工作距离，D棒状透镜直径，X视场半径，和以透镜中心线为基准的光束入射角度θ需满足θ＜tg-1(X/1。)。
4．按照权利要求1所述的成像光学件，其中光阑件是不透明的管件，该管件的外径基本等于棒状透镜的外径，并且不透明管件的内表面被处理成毛表面。
5．按照权利要求1所述的成像光学件，其中光阑件是圆柱透明体，圆柱透明体的外径基本等于棒状透镜的外径，并且圆柱透明体的外表面被处理成毛表面。
6．按照权利要求1所述的成像光学件，其中光阑件是一个圆柱透明体，在该圆柱透明体上形成一光束吸收层，该光束吸收层的折射率大于圆柱透明体的折射率，并且圆柱透明体的外径基本等于棒状透镜的外径。
7．一种成像光学件，包括一棒状透镜阵列单元，所述棒状透镜阵列单元包括两个侧板、多个排列在一个阵列中并用树脂固定在两个侧板之间的梯度棒状透镜；和一个场限制光阑件，所述场限制光阑件安装在棒状透镜阵列单元的入射侧的透镜面上。
8．按照权利要求7所述的成像光学件，其中每个梯度棒状透镜的外圆表面保持光滑，不必对其进行光斑扩展截断处理。
9．按照权利要求7所述的成像光学件，其中光阑件的长度t为t＞1。·D/2X其中，1。透镜工作距离，D棒状透镜的直径，X视场半径，和以透镜中心线为基准的光束的入射角度θ需满足θ＜tg-1(X/1。)。
10．按照权利要求7所述的成像光学件，其中光阑件是一个在与相对应的棒状透镜相符的位置形成的多孔径组，具有多个透孔，每个透孔的外径基本等于棒状透镜外径并且其内圆表面被处理成毛表面。
11．按照权利要求7所述的成像光学件，其中光阑件是一个透明体阵列，其中采用一透明体阵列，其中圆柱透明体的外径基本与棒状透镜的外径相同并且其外圆表面被处理成毛表面，圆柱透明体以与棒状透镜阵列相同的间隔排列在一个阵列中。
12．按照权利要求7所述的成像光学件，其中光阑件是一个透明体阵列，其中圆柱透明体的外径基本与棒状透镜的外径相同并且圆柱透明体以与棒状透镜阵列相同的间隔排列在一个阵列中，并且每个圆柱透明体在其外圆表面形成一光束吸收层，该光束吸收层具有的折射率大于圆柱透明体的折射率。
13．按照权利要求1至12中任一项所述的成像光学件，其中光阑件的长度为t＞1。·D/2X′其中，X′可实现良好图象的最大物件高度并且以透镜中心线为基准的光束的入射角度θ需满足θ＜tg-1(X′/1。)。
全文摘要
本发明涉及一种成像光学件，包括一梯度棒状透镜和一场限制光阑件，其中棒状透镜具有一光滑的外圆表面，不需要对其进行光斑扩展－截断处理，并且其中场限制光阑件安装在棒状透镜入射侧的透镜表面上。就光阑件而言，其长度为t＞1。D/2X，其中以透镜中心线为基准的光束入射角度θ满足θ＜tg
文档编号G02B3/00GK1317700SQ01110550
公开日2001年10月17日 申请日期2001年4月11日 优先权日2000年4月11日
发明者远山实 申请人:日本板硝子株式会社