JP2000292694A - 光学系および光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ピンぼけが少なく、しかも明るい像を結像する
ことが可能な光学系および光学装置を提供する。 【解決手段】結像用の複数のレンズ１１，２１が列状に
並べられた１または複数のレンズアレイ１０，２０を具
備し、かつ物体ｍから進行してくる光を複数のレンズ１
１，２１によって集束させることにより物体の像を所定
の結像領域Ｒに結像可能とされている、光学系であっ
て、レンズアレイ１０，２０の複数のレンズ１１，２１
は、同一方向に延びる複数の列に並べられているととも
に、レンズアレイ１０，２０と物体ｍとの間、およびレ
ンズアレイ１０，２０と結像領域Ｒとの間の少なくとも
一方には、受けた光をレンズ１１，２１の列方向と交差
する方向において発散させる発散レンズ８が設けられて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、レンズアレイを
用いることにより所望の物体のライン状領域の像を結像
させるようにした光学系および光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の密着型イメージセンサの一例を図
１４に示す。このイメージセンサは、原稿載置面を形成
する透明板９０を上面部に装着したケース９１の内部
に、主走査方向（紙面と直交する方向）に並べた複数の
光源９２、複数のセルフォックレンズ９３を主走査方向
に並べたセルフォックレンズアレイ９３Ａ、および主走
査方向に並べた複数の受光素子９４を組み込んだ構成を
有している。セルフォックレンズ９３は、正立等倍像が
得られるものであり、透明板９０の表面部分におけるセ
ルフォックレンズ９３の直上部分が、読み取りラインＳ
ａである。このイメージセンサにおいては、光源９２か
ら発せられた光が透明板９０上の原稿Ｄに照射される
と、その反射光がセルフォックレンズアレイ９３Ａの各
セルフォックレンズ９３によって集束され、複数の受光
素子９４上には原稿Ｄの１ライン分の画像が結像する。
すると、複数の受光素子９４からは、その受光量に対応
した出力レベルの１ライン分の画像信号が出力される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記構成のイメージセ
ンサにおいて、解像度の高い原稿画像の読み取り処理を
行わせるには、各セルフォックレンズ９３によって原稿
画像を各受光素子９４上においてピンぼけがないよう
に、しかも明るく結像させる必要がある。透明板９０か
ら原稿Ｄが浮き上がった場合においても、ピンぼけを生
じ難くするには、セルフォックレンズ９３の焦点深度を
深める必要がある。そのためには、レンズ径ｄを小さく
して、原稿Ｄから各セルフォックレンズ９３に入射する
光の角度（画角）θ１を小さくしなければならない。

【０００４】ところが、レンズ径ｄを小さくしたので
は、各セルフォックレンズ９３への入射光量が少なくな
る。これでは、受光素子９４上に得られる画像が暗くな
り、読み取り画像の質が劣化してしまう。このように、
従来では、セルフォックレンズ９３の焦点深度を深めて
ピンぼけを防止しようとすれば、結像画像が暗くなり、
またその反対に結像画像を明るくしようとしてレンズ径
ｄを大きくすれば、焦点深度が浅くなってピンぼけの少
ない画像の読み取り処理が困難になってしまうという問
題があった。

【０００５】本願発明は、このような事情のもとで考え
出されたものであって、ピンぼけが少なく、しかも明る
い像を結像することが可能な光学系および光学装置を提
供することをその課題としている。

【０００６】

【発明の開示】上記の課題を解決するため、本願発明で
は、次の技術的手段を講じている。

【０００７】本願発明の第１の側面によって提供される
光学系は、結像用の複数のレンズが列状に並べられた１
または複数のレンズアレイを具備し、かつ物体から進行
してくる光を上記複数のレンズによって集束させること
により上記物体の像を所定の結像領域に結像可能とされ
ている、光学系であって、上記レンズアレイの複数のレ
ンズは、同一方向に延びる複数の列に並べられていると
ともに、上記レンズアレイと上記物体との間、および上
記レンズアレイと上記結像領域との間の少なくとも一方
には、受けた光を上記レンズの列方向と交差する方向に
おいて発散させる発散レンズが設けられていることを特
徴としている。

【０００８】本願発明の第１の側面によって提供される
光学系においては、レンズアレイの複数のレンズの列方
向と交差する方向に並ぶ複数のレンズのそれぞれによっ
て物体の像を結像させることができる。したがって、複
数のレンズを１列のみ設けたレンズアレイを用いていた
従来のものよりも、明るい像を得ることができる。加え
て、物体からレンズアレイに向けて進行する光、および
レンズアレイから結像領域に向けて進行する光の少なく
とも一方は、発散レンズを透過するときにレンズの列方
向と交差する方向に発散されるために、レンズアレイに
よって結像がなされるように物体からレンズアレイに向
けて進行する光線束の角度（画角）、またはレンズアレ
イから結像領域に集束されるように進行する光線束の角
度は、レンズの列方向と交差する方向において小さな角
度に狭められることとなる。したがって、レンズを複数
列に並べたことによってレンズ全体の幅が増大するにも
拘わらず、レンズの列方向と交差する方向においてレン
ズの焦点深度が浅くならないようにすることができる。
その結果、ピンぼけが少なく、しかも明るい像を得るこ
とが可能となる。

【０００９】本願発明の好ましい実施の形態において
は、上記発散レンズは、上記レンズアレイのレンズの列
方向に一様に延びた凹面を有している。このような構成
によれば、発散レンズの凹面を通過する光を、レンズの
列方向と交差する方向にのみ発散させることができ、レ
ンズの列方向には発散しないようにできる。したがっ
て、レンズの列方向についての結像作用に発散レンズの
影響を受けさせないようにすることができる。

【００１０】本願発明の他の好ましい実施の形態におい
ては、上記レンズアレイは、湾曲した屈折面を有する複
数のレンズと、これら複数のレンズどうしを繋ぐホルダ
部とが、樹脂一体成形されたものである。このような構
成によれば、レンズアレイの製造が容易となり、コスト
の大幅な低減化を図ることが可能となる。また、各レン
ズの屈折面の曲率などの変更が簡単に行えるために、光
学系の設計の自由度も高めることが可能となる。

【００１１】本願発明の他の好ましい実施の形態におい
ては、上記レンズアレイを複数具備しており、かつこれ
ら複数のレンズアレイは、それらのレンズの光軸が合わ
されて互いに積層されている。このような構成によれ
ば、１つのレンズアレイのみでは得ることができない光
学特性を得ることが可能となる。

【００１２】本願発明の他の好ましい実施の形態におい
ては、上記複数のレンズアレイは、正立等倍像が得られ
るように構成されている。このような構成によれば、こ
の光学系をたとえば密着型イメージセンサなどの画像読
み取り装置の光学系として用いるのに最適となる。

【００１３】本願発明の他の好ましい実施の形態におい
ては、上記複数のレンズアレイのうち、少なくとも光入
射側となる１以上のレンズアレイには、上記複数のレン
ズどうしを光学的に分離させる手段が設けられている。
このような構成によれば、ある１つのレンズに入射した
光が隣りのレンズに混入（クロストーク）することによ
る画像劣化を適正に防止することができる。なお、２つ
のレンズアレイを組み合わせる場合において、光入射側
の１つのレンズアレイのみに上記のような各レンズどう
しを光学的に分離する手段を設け、他のレンズアレイに
はこのような光学的な分離手段を設けなくても、クロス
トークによる画像劣化を防止できることが確認されてい
る。

【００１４】本願発明の他の好ましい実施の形態におい
ては、上記複数のレンズどうしを光学的に分離させる手
段は、上記各レンズどうしの各間に設けられた凹部を含
み、かつこの凹部を規定する内壁面は、黒色またはそれ
に近い暗色系の遮光材で覆われている。このような構成
によれば、レンズからその側方に漏れ出ようとする光が
遮光材によって吸収され、隣りのレンズにクロストーク
として入り込むことが確実に防止される。

【００１５】本願発明の他の好ましい実施の形態におい
ては、上記複数のレンズどうしを光学的に分離させる手
段は、上記ホルダ部の光入射側の面および／または光出
射側の面における上記各レンズを囲む領域を覆う黒色ま
たはそれに近い暗色系の遮光材をさらに含んでいる。こ
のような構成によれば、レンズ面以外の面からレンズア
レイ内に光が入射しないようにすることができるため
に、上記のクロストーク防止効果がさらに高められる。

【００１６】本願発明の他の好ましい実施の形態におい
ては、上記複数のレンズアレイの各レンズによる結像可
能な幅は、上記レンズの列方向の幅よりもそれに交差す
る方向の幅の方が大きくされている。このような構成に
よれば、レンズの列方向においては物体の像をピンぼけ
のないように結像させることができるとともに、それと
交差する方向においては結像領域への到達光量を多くし
て、結像された像を明るくすることができ、光学系の光
学特性をさらに向上させることができる。

【００１７】本願発明の他の好ましい実施の形態におい
ては、上記複数のレンズアレイのうち、少なくとも光入
射側となる１以上のレンズアレイには、上記各レンズど
うしの各間に設けられた凹部と、この凹部を規定する内
壁面を覆う黒色またはそれに近い暗色系の遮光材とが設
けられており、かつ、上記凹部のうち、上記レンズの列
方向において互いに隣り合うレンズどうしの中間部分の
深さは、上記列方向と交差する方向において互いに隣り
合うレンズどうしの中間部分の深さよりも深くされてい
る。このような構成によれば、複数のレンズアレイの各
レンズによる結像可能な幅を、上記レンズの列方向の幅
よりもそれに交差する方向の幅の方が大きいものにする
ことが実現できる。

【００１８】本願発明の他の好ましい実施の形態におい
ては、上記複数のレンズアレイには、上記レンズの列方
向において互いに隣り合うレンズどうしを光学的に分離
させる第１の手段と、上記列方向と交差する方向におい
て互いに隣り合うレンズどうしを光学的に分離させる第
２の手段とが設けられており、かつ上記第１の手段は、
上記複数のレンズアレイの積層方向を向く各ホルダ部の
複数の面に対して、上記第２の手段よりも数多くの面に
設けられている。このように構成によっても、複数のレ
ンズアレイの各レンズによる結像可能な幅を、上記レン
ズの列方向の幅よりもそれに交差する方向の幅の方が大
きいものにすることが実現できる。

【００１９】本願発明の第２の側面によって提供される
光学装置は、原稿載置面と、ライン状に配置された複数
の受光素子と、これらの間に配置された１または複数の
レンズアレイとを備え、かつ上記原稿載置面に載置され
た原稿の画像を上記複数の受光素子上に結像させるよう
に構成された光学装置であって、上記レンズアレイの複
数のレンズは、上記複数の受光素子と同方向の複数列に
並べられているとともに、上記レンズアレイと上記原稿
載置面との間には、上記原稿載置面から進行してくる光
を上記複数のレンズの列方向と交差する方向において発
散させる発散レンズが設けられていることを特徴として
いる。

【００２０】本願発明の第２の側面によって提供される
光学装置は、その基本的な構成は、本願発明の第１の側
面によって提供される光学系が組み込まれた構成となっ
ているために、受光素子上には原稿の画像を明るく、し
かもピンぼけの少ない状態に結像させることが可能であ
る。とくに、発散レンズは、レンズアレイと原稿載置面
との間に設けられているために、原稿からレンズアレイ
の各レンズに向けて進行する光の角度（画角）を狭める
ことが可能となる。したがって、原稿が原稿載置面から
多少浮き上がったような場合にもピンぼけが少ない結像
を行わせることができ、たとえばハンディスキャナタイ
プのイメージセンサに適用される場合には最適となる。

【００２１】本願発明の好ましい実施の形態において
は、上記発散レンズは、上記原稿載置面を形成する透明
板に一体的に形成されている。このような構成によれ
ば、光学装置全体の部品点数の増加を抑制し、製造コス
トの低減化が可能となる。

【００２２】本願発明の好ましい実施の形態において
は、上記レンズアレイと上記複数の受光素子との間に
は、上記レンズアレイの各レンズを通過してきた光を上
記複数のレンズの列方向と交差する方向において発散さ
せる発散レンズがさらに設けられている。このような構
成によれば、レンズアレイから複数の複数の受光素子に
向けて進行する光の角度についても狭めることが可能と
なる。したがって、光学装置の各部品の組立誤差などに
起因して、レンズアレイと複数の受光素子との間の距離
が正確でない場合にも、ピンぼけの少ない結像を行わせ
ることが可能となる。また、レンズアレイを挟んで２つ
の発散レンズが位置する対称な構造となるため、光学装
置の設計が容易になるといった利点も得られる。

【００２３】本願発明のその他の特徴および利点につい
ては、以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろ
う。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の好ましい実施の
形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。

【００２５】図１は、本願発明に係る光学系の一例を示
す説明図である。図２は、図１に示す光学系に用いられ
ているレンズアレイアッセンブリを示す断面図であり、
図１のII−II断面図に相当する。図３（ａ）は、図２の
要部平面図であり、図３（ｂ）は、その拡大説明図であ
る。図４は、図３（ａ）のIV−IV線断面図である。図５
は、図１に示す光学系に用いられているレンズアレイア
ッセンブリの分解斜視図である。図６は、作用説明図で
ある。

【００２６】図１によく表れているように、本実施形態
の光学系Ａは、物体ｍの表面Ｓの像を、所定の平面上の
結像領域Ｒに結像させるためのものであり、レンズアレ
イアッセンブリ１と発散レンズ８とを具備して構成され
ている。

【００２７】図２によく表れているように、レンズアレ
イアッセンブリ１は、第１のレンズアレイ１０と、第２
のレンズアレイ２０とが積層状態で組み合わせられてい
る。各レンズアレイ１０，２０は、複数のレンズ１１，
２１と、これらのレンズ１１，２１間を繋ぐホルダ部１
２，２２とを備えており、全体として、横幅がレンズ１
１，２１の直径よりも大きい横断面矩形状をした長尺ブ
ロック状を呈している。第１および第２のレンズアレイ
１０，２０の長手方向両端部には、両レンズアレイを積
層状態に保持するための連結手段１３，２３が設けられ
ている。

【００２８】第１および第２のレンズアレイ１０，２０
は、いずれも透明樹脂による成形物であり、複数のレン
ズ１１とホルダ部１２、および複数のレンズ２１とホル
ダ部２２は、透光性を有する合成樹脂によってそれぞれ
一体成形されている。その材質としては、透明度、機械
強度および耐熱強度にすぐれた、たとえばＰＭＭＡ（ポ
リメタクリル酸メチル（メタクリル樹脂））、あるいは
ＰＣ（ポリカーボネート）が好適に採用される。

【００２９】第１のレンズアレイ１０は、光の入射側に
配置される一方、第２のレンズアレイ２０は、光の出射
側に配置される。レンズアレイ１０，２０のレンズ１
１，２１は、レンズ面である光入射面１１ａ，２１ａお
よび光出射面１１ｂ，２１ｂがともに凸状曲面の屈折面
とされた凸レンズの形態をもっており、第１のレンズア
レイ１０のレンズ１１と第２のレンズアレイ２０のレン
ズ２１とは、それぞれの光軸Ｃが合わせられている。各
レンズの光入射面と光出射面は、収差を最小限にするよ
うに、適宜、球面、あるいは非球面が組み合わされる。

【００３０】図３（ａ）によく表れているように、複数
のレンズ１１は、ホルダ部１２の長手方向に一定のピッ
チで並べられており、たとえば第１列Ｎ₁ 〜第７列Ｎ₇
の計７列に配列されている。これら複数のレンズの列Ｎ
₁ 〜Ｎ₇ のうち、奇数列と偶数列とは、列方向に１／２
ピッチずつ互いに位置ずれしている。これにより、複数
のレンズ１１は、その列方向と直交する方向に互いに干
渉し合うことなく、できる限り接近するように配置され
ている。図４および図５によく表れているように、第２
のレンズアレイ２０のレンズ２１は、上記したレンズ１
１に対応した配置とされており、やはり計７列に並べら
れている。

【００３１】第１のレンズアレイ１０のホルダ部１２の
光入射側の面には、複数のレンズ１１どうしを光学的に
分離する手段として、互いに隣り合うレンズ１１どうし
の間に位置する有底状の凹部１４が形成されている。こ
の凹部１４は、図３（ａ）によく表れているように、各
レンズ１１を取り囲む広い領域にわたって一連に設けら
れている。したがって、図４によく表れているように、
各レンズ１１は、その光入射面１１ａ側の略円筒状の一
部分が凹部１４の底部から立ち上がった形態となってい
る。本実施形態においては、凹部１４が各所不均一の深
さとされている。より具体的には、図３（ｂ）におい
て、凹部１４のうち、レンズ１１の列方向において互い
に隣り合うレンズ１１どうしの中間領域（同図のクロス
ハッチングで示す部分）１４ｃの深さは、凹部１４の他
の部分、すなわちレンズの列方向と交差する方向におい
て互いに隣り合うレンズ１１どうしの中間領域の深さよ
りも深くされている。このため、凹部１４のうち、図２
に示す断面おいて表れる部分の深さｓ１は、図４に示す
断面において表れる部分の深さｓ２よりも深くなってい
る。

【００３２】凹部１４は、たとえばエキシマレーザやパ
ルスＣＯ₂ レーザを利用したレーザ加工により形成され
ている。より具体的には、第１のレンズアレイ１０につ
いての樹脂成形工程を終了した後には、ホルダ部１２の
光入射側となる面にレーザを照射する第１次および第２
次のレーザ加工を行う。第１次のレーザ加工は、凹部１
４の全体形状と同一パターンに形成されたマスクを、レ
ーザのエネルギ密度が低い部分に設けておき、上記マス
クのパターンを第１のレンズアレイの樹脂成形品に対し
て縮小投影させるようにしてレーザ照射を行う。これに
より、上記マスクのパターンが縮小された凹部、すなわ
ち複数のレンズ１１を囲む一定領域が一定深さとされた
凹部（凹部１４の下地となる凹部）を形成することがで
きる。第２次のレーザ加工は、上記とは異なるマスクを
用いることによって、図３（ｂ）のクロスハッチングで
示した領域１４ｃのみにレーザを照射する。すると、そ
の部分を他の部分よりも深くすることができ、上記した
ような２種類の深さｓ１，ｓ２をもつ凹部１４を得るこ
とができるのである。このようなレーザ加工によれば、
微細加工が行えるために、互いに隣り合うレンズ１１ど
うしの間の寸法を、金型成形では困難な微小な寸法に設
定し、複数のレンズ１１を高密度に設けることが可能と
なる。また、エキシマレーザやパルスＣＯ₂ レーザは、
レーザ加工時の発熱量が少ないために、これらのレーザ
を利用すれば、ホルダ部１２や各レンズ１１にダメージ
を与えないようにすることもできる。

【００３３】凹部１４を規定する側壁面（レンズ１１の
外周面の一部に相当する部分を含む）１４ａおよび底面
１４ｂは、黒またはそれに近い暗色系の遮光材１５で覆
われている。このための手段としては、たとえば、側壁
面１４ａや底面１４ｂに暗色系の塗料を用いて塗膜を形
成する手段、あるいは暗色系の部材（図示略）で凹部１
４を埋める手段を用いることができる。また、本実施形
態では、第１のレンズアレイ１０の光出射側の面におい
て、レンズ１１を取り囲む領域を黒またはそれに近い暗
色系の遮光材１６で覆っている。遮光材１６としては、
たとえば暗色系の塗料を用いた塗膜を適用することがで
きる。

【００３４】第２のレンズアレイ２０については、第１
のレンズアレイ１０に形成したような各レンズを光学的
に分離する手段はとくに設けられていない。

【００３５】連結手段１３，２３は、本実施形態におい
ては、第２のレンズアレイ２０の端部の光入射面側に設
けられた突起２３ａと、第１のレンズアレイ１０の端部
の光出射面側に設けられた凹部１３ａとからなる。これ
ら突起２３ａと凹部１３ａとが互いに嵌合することによ
り、両レンズアレイ１０，２０が積層状態に連結されて
いる。

【００３６】光は、第１のレンズアレイ１０の各レンズ
１１の光入射面１１ａに入射した後に、光出射面１１ｂ
から出射し、その後第２のレンズアレイ２０の各レンズ
２１の光入射面２１ａに入射して、光出射面２１ｂから
出射するという経路をとる。図に示す実施形態では、光
入射面１１ａよりも光出射面１１ｂが大径化されてお
り、光入射面２１ａよりも光出射面２１ｂが大径化され
ている。なお、光出射面１１ｂと光入射面２１ａとはほ
ぼ同一径とされている。したがって、この実施形態で
は、光の入射側から出射側に向かうにつれて、レンズ面
が大径化されている。このことの技術的意義について
は、後述する。

【００３７】さて、第２のレンズアレイ２０は、樹脂成
形を行うことのみによって得ることができる。第１のレ
ンズアレイ１０は、樹脂成形によって外形を得た後、前
述のレーザ加工により凹部１４を形成し、その後遮光材
１５，１６としての塗膜を形成することによって作製す
ることができる。塗膜の形成は、たとえば、スタンプに
よる転写法、各レンズ１１の光入出射面１１ａ，１１ｂ
にマスクを施した状態で塗料中に浸漬後、乾燥させてか
ら、上記マスクを除去するなどの手法によって簡便に行
うことができる。レンズアレイアッセンブリ１の組み立
ては、第１のレンズアレイ１０の凹部１３ａに第２レン
ズアレイ２０の突起２３ａを嵌合させるだけの、きわめ
て簡単な操作によって行うことができる。

【００３８】図１によく表れているように、発散レンズ
８は、透光性を有する材質からなり、レンズアレイアッ
センブリ１の各レンズ１１，２１の列方向に延びる細長
な略プレート状に形成されている。発散レンズ８の具体
的な材質としては、たとえば両レンズアレイ１０，２０
と同様に、透明度などに優れたＰＭＭＡやＰＣが好適に
採用される。発散レンズ８の片面または両面には、湾曲
した凹面８０が形成されている。ただし、この凹面８０
は、発散レンズ８の長手方向に一様な形状である。発散
レンズ８は、その光軸がレンズアレイアッセンブリ１の
幅方向中央の第４列Ｎ₄ のレンズ１１，２１の光軸に合
わせられるようにして、物体ｍとレンズアレイアッセン
ブリ１との間に配されている。

【００３９】次に、上記した光学系Ａの作用について説
明する。

【００４０】図６に表れているように、この光学系Ａに
おいては、物体ｍの表面Ｓを始点として出発した光は、
発散レンズ８を通過した後に、レンズアレイアッセンブ
リ１に到達する。ただし、発散レンズ８は、図６に表れ
ているレンズ１１，２１の列方向においては、光を発散
させる作用を発揮することはなく、また光が発散レンズ
８を透過するときの屈折量は僅かであるから、始点Ｓか
ら出発した光は、レンズアレイアッセンブリ１に向けて
そのまま直進するのと同様となる。

【００４１】始点Ｓからレンズアレイアッセンブリ１に
到達した光は、屈折面である４つのレンズ面１１ａ，１
１ｂ，２１ａ，２１ｂを順次通過する際に所定の屈折作
用を受けて結像領域Ｒに到達する。より具体的には、光
入射面１１ａでの屈折によって光出射面１１ｂや光入射
面２１ａの付近で一次焦点を形成する。光出射面１１ｂ
と光入射面２１ａとは、互いに対向する凸曲面であるか
ら、光出射面１１ｂから出射して光入射面２１ａに入射
するときの屈折により、光は光軸方向からからみて始点
方向に戻るように折れ曲がる。そして、１次焦点からの
光が光出射面２１ｂでの屈折によって出射側に位置する
結像領域Ｒ上に２次焦点を結ぶ。このように光軸Ｃを合
わせた複数の凸レンズ１１，２１により、セルフォック
レンズにみられる光の蛇行現象と同等の現象が得られ、
物体ｍの（ａ→ｂ→ｃ）の像が、（ａ’→ｂ’→ｃ’）
の正立等倍像として結像領域Ｒに形成されるのである。

【００４２】上記したような、物体の像を正立等倍に結
像させる作用は、複数のレンズ１１，２１の列方向と交
差する方向においても見られる。ただし、図１から理解
されるように、物体ｍの所定の領域から出発した光は、
レンズの列方向と交差する方向に並ぶ７つずつのレンズ
１１，２１を通過してから、ライン状の結像領域Ｒに集
束し、この結像領域Ｒに物体ｍの像が重なり合って結ば
れる。したがって、レンズ１１，２１を１列に設けただ
けの場合よりも、結像領域Ｒの像を明るくすることが可
能となる。なお、このように７つずつのレンズ１１，２
１を用いて結像を行わせる場合には、７つのレンズ１１
のそれぞれに対する光の入射角度が相違するために、各
レンズ１１，２１のレンズ面（屈折面）を全て同一形状
にすると、物体ｍから出発した光を所定の結像領域Ｒに
正確に集束させることが難しくなる。したがって、本願
発明においては、たとえば第１列Ｎ₁ 〜第７列Ｎ₇ まで
の各列ごとに、レンズ１１，２１のレンズ面１１ａ，１
１ｂ，２１ａ，２１ｂのいずれかの曲率などを相違させ
るようにして、７列のそれぞれのレンズを通過した光を
所定の結像領域により正確に集束させるようにしてもか
まわない。

【００４３】図１に表された断面方向においては、物体
ｍの表面Ｓから出発した光は、発散レンズ８を透過する
ことにより、適当な角度だけ発散され、その後レンズア
レイアッセンブリ１に到達する。したがって、レンズア
レイアッセンブリ１によって結像領域Ｒに集束される光
線束は、物体ｍと発散レンズ８との間の領域において
は、その広がり角度θが狭められたものとなる。その結
果、レンズアレイアッセンブリ１の焦点深度が深くな
り、物体ｍが光軸方向に多少位置ずれしても、これによ
って結像領域Ｒの像に著しいピンぼけが生じないように
することができる。このように、本実施形態の光学系Ａ
においては、複数のレンズ１１，２１を複数列に設けて
いるにも拘わらず、それに起因して焦点深度が浅くなら
ないようにすることが可能であり、好ましい光学特性を
得ることができる。

【００４４】また、この光学系Ａにおいては、レンズの
列方向と交差する方向に並ぶ７つのレンズ１１どうしを
互いに接近させるほど、これらの各レンズ１１に入射す
る光の角度が小さくなり、焦点深度をさらに深めること
が可能となる。これに対し、複数のレンズ１１どうしの
間に形成されている凹部１４は、上記したとおりレーザ
加工により形成され、その幅が非常に小さくされている
ために（ただし、図１以外の図面では、理解の容易のた
めに比較的大きく描いている）、複数のレンズ１１，２
１を複数列に並べたことに起因して焦点深度が浅くなる
ことを一層適切に防止することができる。

【００４５】図６に表れているように、物体の表面Ｓか
ら第１のレンズアレイ１０に向けて進行した光がレンズ
１１の光入射面１１ａ以外の領域からレンズ１１内に入
り込むことは、凹部１４の遮光材１５によって防止され
る。さらに、レンズ１１の光出射面１１ｂ以外の領域か
ら光が漏れ出ることも、遮光材１６によって防止され
る。これにより、レンズ１１間の光のクロストークが効
果的に防止されるとともに、レンズ１１以外の領域を通
過した光が結像領域に進行することも防止される。本実
施形態においては、第１のレンズアレイ１０のみに上記
したような各レンズ１１を光学的に分離する手段が設け
られており、第２のレンズアレイ２０にはこのような光
学的な分離手段が設けられていないが、このような構成
であっても第２のレンズアレイ２０の複数のレンズ２１
どうし間においてクロストークが生じないようにして、
画像劣化を充分に防止することができる。

【００４６】また、本実施形態においては、第２のレン
ズアレイ２０のレンズ２１の光入出射面２１ａ，２１ｂ
を大径化し、かつ光出射面２１ｂを光入射面２１ａより
も大径化しているので、光入射面２１ｂから入射した光
を無駄にすることなく光出射面２１ｂから出射させられ
ることとあいまって、第２のレンズアレイ２０に第１の
レンズアレイ１０のような各レンズを光学的に分離する
手段を設けないことが、第２のレンズアレイ２０の各レ
ンズ２１から出射する光量を増大させ、効率的な画像を
得ることに大きく寄与する。したがって、上記のレンズ
アレイアッセンブリ１は、これによって得られる正立等
倍像の明るさを一層向上させつつ、クロストークによる
画像劣化をより適切に防止できることとなる。

【００４７】さらに、上記したレンズアレイアッセンブ
リ１においては、凹部１４のうち、レンズの列方向にお
いて隣り合うレンズ１１どうしの中間部分の深さｓ１
は、それと交差する方向において隣り合うレンズ１１ど
うしの中間部分の深さｓ２よりも深くされているため
に、各レンズ１１，２１による結像が可能な幅は、レン
ズの列方向の幅よりもそれに交差する方向の幅の方が大
きくなる。このため、図５に表れているレンズの列方向
においては、数少ないレンズ１１，２１を通過した光が
結像領域Ｒにおいて集束するようにして、ピンボケのな
い結像を行わせるのに有利となる。一方、図１および図
４に表れているレンズの列方向と交差する方向において
は、７つずつ並んだレンズ１１，２１に多くの光が入射
できるようにして、結像領域Ｒにおける像を明るいもの
にできる。したがって、正立等倍像のピンぼけ防止と明
るさの確保との両立を一層確実なものとすることができ
る。

【００４８】図７は、本願発明において用いられるレン
ズアレイアッセンブリの他の例を示す断面図である。図
８は、図７に示すレンズアレイアッセンブリに用いられ
ている第２のレンズアレイを示す斜視図である。なお、
図７以降の図においては、先の実施形態と同一または類
似の要素には、同一符号を付している。

【００４９】本実施形態におけるレンズアレイアッセン
ブリ１Ａは、第１のレンズアレイ１０に設けられている
凹部１４の深さｓ４が各所均一とされている。第２のレ
ンズアレイ２０については、そのホルダ部２２の光入射
側の面２０ａに遮光材１８が設けられている。この遮光
材１８は、たとえば遮光材１４，１６と同様な黒色また
はそれに近い暗色系の色彩の塗膜である。ただし、遮光
材１８は、図８のクロスハッチングで示す部分に限定し
て設けられており、レンズ２１の列方向において互いに
隣り合うレンズ２１どうしの中間領域のみに設けられて
いる。

【００５０】このような構成のレンズアレイアッセンブ
リ１Ａにおいては、レンズ１１を通過してレンズ２１に
向けて進行する光のうち、レンズの列方向において隣り
合うレンズ２１どうしの間に到達した光は、遮光材１８
によって第２のレンズアレイ２０内に入り込まないよう
にすることができる。一方、レンズの列方向と交差する
方向において隣り合うレンズ２１どうしの間には、遮光
材１８が設けられていないから、その部分に到達した光
はそのまま第２のレンズアレイ２０内に入り込ませるこ
とができる。したがって、このような構成によっても、
各レンズ１１，２１による結像可能な幅は、レンズの列
方向の幅よりもそれに交差する方向の幅の方が大きくな
る。その結果、先に述べた実施形態の場合と同様に、レ
ンズの列方向においては結像領域においてピンボケのな
い像を結像させることが可能となる一方、レンズの列方
向と交差する方向においては７つずつ並んだレンズ１
１，２１に多くの光が入射できるようにして結像領域に
おける像を明るくすることができる。

【００５１】図９は、本願発明において用いられるレン
ズアレイアッセンブリの他の例を示す断面図である。図
１０は、作用説明図である。

【００５２】本実施形態のレンズアレイアッセンブリ１
Ｂにおいては、第２のレンズアレイ２０の構成は、図１
〜図６に示した実施形態のものと同様である。これに対
し、第１のレンズアレイ１０は、その凹部１４が光出射
面側から第１のレンズアレイ１０の厚み方向に没入する
有底状に設けられている。凹部１４の内壁面１４ａと底
面１４ｂとは、暗色系の塗膜からなる遮光材１５によっ
て覆われている。また、第１のレンズアレイ１０の光入
射面側のレンズ１１を囲む領域には、暗色系の塗膜から
なる遮光材１７が形成されている。

【００５３】図１０に示すように、このレンズアレイア
ッセンブリ１Ｂを用いた場合においても、物体の表面Ｓ
の像（ａ→ｂ→ｃ）を、結像領域Ｓに（ａ’→ｂ’→
ｃ’）の正立等倍像として結像させることができる。こ
のレンズアレイアッセンブリ１Ｂにおいては、第１のレ
ンズアレイ１０において、光がレンズ１１の入射面１１
ａ以外の領域からレンズ１１内に入射することが遮光材
１７によって防止される。また、１つのレンズ１１に入
射した光が隣のレンズ１１に混入することが遮光材１５
によって防止される。さらに、レンズ１１の出射面１１
ｂ以外の領域から光が漏れ出ることも遮光材１５によっ
て防止される。これにより、レンズ間の光のクロストー
クが効果的に防止される。なお、この実施形態において
も、図１〜図６に示した実施形態と同様に、各レンズ間
を光学的に分離するための手段が第１のレンズアレイの
みに設けられているが、これによって光のクロストーク
を十分に防止できることが確認されている。また、光入
射面１１ａから光出射面２１ｂに向かうほどレンズ径が
拡大されていることにより、第２レンズアレイ２０に適
正に入射した光を無駄にすることなく、十分な明るさの
正立等倍像を得ることができる。

【００５４】図１１は、本願発明に係る光学装置として
の密着型イメージセンサの一例を示す断面図である。

【００５５】同図に示されたイメージセンサ３０は、断
面略矩形状を有するとともに上下方向に貫通する内部空
間を有するケース３１を備えており、このケース３１の
上面開口３２には透明板３３が、下面開口３４には基板
３５が装着されている。透明板３３の表面が、原稿載置
面３３ａである。基板３５の上面適所には、受光素子と
してのイメージセンサチップ３６と、発光素子としての
ＬＥＤ３７が搭載されている。イメージセンサチップ３
６は、図１１の紙面と直交する方向に多数の受光部が一
列に配置されたものであり、読み取り幅に応じて、適当
数が長手方向に密接して配置されている。

【００５６】このイメージセンサ３０においては、イメ
ージセンサチップ３６と透明板３３との間に、先に述べ
た光学系Ａが組み込まれている。より具体的には、イメ
ージセンサ３０には、イメージセンサチップ３６から透
明板３３に到るように上下方向に延びた光軸Ｃ１が設定
されており、この光軸Ｃ１の中間部に、レンズアレイア
ッセンブリ１と発散レンズ８とが配置されている。レン
ズアレイアッセンブリ１の位置決め固定は、ケース３１
とは別体に形成されたホルダ（図示略）内にレンズアレ
イアッセンブリ１を収容させてからこのホルダをケース
３１内に組み付けたり、あるいはレンズアレイアッセン
ブリ１を単体でケース３１内の適当な凹部内に組み込む
ことによって行うことができる。また、レンズアレイア
ッセンブリ１に対する発散レンズ８の位置決めは、たと
えば適当なスペーサ８９を用いるなどして行うことがで
きる。透明板３３の表面における光軸Ｃ１と交差するラ
インが読み取りラインＬａである。

【００５７】レンズアレイアッセンブリ１の一側方に位
置するケース３１の中間壁３９は、上端が途中で途切れ
ている。したがって、ＬＥＤ３７が配置された空間４０
は、その上部において、光軸Ｃ１を含むレンズアレイア
ッセンブリ１の上方空間とつながっている。また、実施
形態では、ＬＥＤ３７が搭載された空間４０は、ケース
の内面３１ａおよび中間壁３９の一側面３９ａを湾曲さ
せることにより、読み取りラインＬａに向かって曲がり
ながら、かつ次第に狭められている。この空間４０を形
成する壁３１ａは、たとえば白色に着色され、高反射率
をもつようになされている。原稿Ｄは、透明板３３の表
面における読み取りラインＬａに接触するようにして、
プラテンローラＰによってバックアップされながら所定
方向（副走査方向）に送られる。

【００５８】以上の構成において、ＬＥＤ３７から発し
た光は読み取りラインＬａ付近まで導かれ、原稿Ｄを照
明する。原稿Ｄの読み取りラインＬａから反射された光
は発散レンズ８とレンズアレイアッセンブリ１とを透過
して、イメージセンサチップ３６上に集束し、この部分
に原稿画像の正立等倍像が結像する。イメージセンサチ
ップ３６は、その画情報を読み取る。具体的には、イメ
ージセンサチップ３６は、複数の受光部の受光量に対応
した出力レベルの画像信号を出力する。原稿Ｄが副走査
方向に送られるごとに上記した読み取りラインＬａ上の
画情報が読み取られ、これらの画情報が総合してイメー
ジ情報となる。

【００５９】もちろん、上記したイメージセンサ３０で
は、原稿Ｄとレンズアレイアッセンブリ１との間に発散
レンズ８を設けているために、原稿Ｄからレンズアレイ
アッセンブリ１に向かう光線のうち、イメージセンサ３
０上に有効に集束される光線束の広がり角度を狭くする
ことができる。したがって、原稿Ｄが透明板３３から多
少浮き上がっても、イメージセンサチップ３６上の正立
等倍像が容易にピンぼけを生じないようにできる。ま
た、光学系Ａの上述した特性により、イメージセンサチ
ップ３６上の正立等倍像を明るくすることができるため
に、画質の高い読み取り画像を得ることが可能となる。

【００６０】図１２は、本願発明に係る光学装置として
の密着型イメージセンサの他の例を示す断面図である。

【００６１】同図に示すイメージセンサ３０Ａは、透明
板３３の裏面（下面）のうち、レンズアレイアッセンブ
リ１に対面する部分に凹面８０Ａを形成し、透明板３３
の一部を発散レンズ８Ａとして構成している。このよう
な構成によれば、イメージセンサ３０Ａの全体の部品点
数を少なくすることができ、またその組立作業も容易な
ものにできる。

【００６２】図１３は、本願発明に係る光学系の他の例
を示す説明図である。

【００６３】図１３に示す光学系Ａａは、レンズアレイ
アッセンブリ１と物体ｍとの間に発散レンズ８を設けて
いるのに加え、レンズアレイアッセンブリ１と結像領域
Ｒとの間にも、発散レンズ８と同様な構成の発散レンズ
８Ｂを設けている。

【００６４】このような構成によれば、レンズアレイア
ッセンブリ１から結像領域Ｒに進行する光についても、
発散レンズ８Ｂによってレンズ１１，２１の列方向と交
差する方向に発散させることができ、発散レンズ８Ｂと
結像領域Ｒとの間における光の広がり角度をも狭くする
ことができる。したがって、この光学系Ａａをイメージ
センサに組み込んだ場合には、レンズアレイアッセンブ
リ１と受光素子との間の距離に、仮に組み付け誤差が存
在していても、ピンぼけの少ない結像を行わせることが
可能となる。このように、本願発明では、発散レンズを
１箇所のみ設ける場合と、２箇所設ける場合とのいずれ
であってもかまわない。また、本願発明に係る光学系に
おいては、レンズアレイアッセンブリと結像領域との間
にのみ発散レンズが設けられている構成とされてもかま
わない。

【００６５】もちろん、本願発明の範囲は、上述した実
施形態に限定されるものではない。実施形態では、２つ
のレンズアレイを組み合わせたレンズアレイアッセンブ
リを用いているが、３つまたはそれ以上のレンズアレイ
を積層してレンズアレイアッセンブリを構成することも
可能である。たとえば、各レンズが凸レンズとされた２
つのレンズアレイの間に、各レンズが凹レンズとされた
１つのレンズアレイを挟み込めば、色収差を無くしまた
は少なくすることができるいわゆる色消しタイプのレン
ズアレイアッセンブリを構成することができる。また、
本願発明においては、必ずしも複数のレンズアレイを用
いる必要もなく、レンズアレイを１つのみ設けた構成と
することもできる。レンズアレイとしては、製造コスト
面からすれば、複数のレンズとホルダ部とを樹脂により
一体成形したものを用いることが好ましいが、これに限
定されず、たとえばセルフォックレンズを複数列に並べ
たセルフォックレンズアレイを用いてもかまわない。

【００６６】さらに、実施形態のレンズアレイは、レン
ズを７列に配置させているが、本願発明はこれに限定さ
れず、要は複数列であればよく、その具体的な列数は問
わない。発散レンズは、光を所定方向に発散させる機能
を有するものであればよく、その具体的な形状や材質な
ども限定されない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明に係る光学系の一例を示す説明図であ
る。

【図２】図１に示す光学系に用いられているレンズアレ
イアッセンブリを示す断面図であり、図１のII−II断面
図に相当する。

【図３】（ａ）は、図２の要部平面図であり、（ｂ）
は、その拡大説明図である。

【図４】図３（ａ）のIV−IV線断面図である。

【図５】図１に示す光学系に用いられているレンズアレ
イアッセンブリの分解斜視図である。

【図６】作用説明図である。

【図７】本願発明において用いられるレンズアレイアッ
センブリの他の例を示す断面図である。

【図８】図７に示すレンズアレイアッセンブリに用いら
れている第２のレンズアレイを示す斜視図である。

【図９】本願発明において用いられるレンズアレイアッ
センブリの他の例を示す断面図である。

【図１０】作用説明図である。

【図１１】本願発明に係る光学装置としての密着型イメ
ージセンサの一例を示す断面図である。

【図１２】本願発明に係る光学装置としての密着型イメ
ージセンサの他の例を示す断面図である。

【図１３】本願発明に係る光学系の他の例を示す説明図
である。

【図１４】従来のイメージセンサの一例を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

Ａ，Ａａ 光学系 Ｒ 結像領域 ｍ 物体 １，１Ａ，１Ｂ レンズアレイアッセンブリ ８，８Ａ，８Ｂ 発散レンズ １０ 第１のレンズアレイ １１ レンズ １１ａ 光入射面（屈折面） １１ｂ 光出射面（屈折面） １２ ホルダ部 １３ 連結手段 １４ 凹部 １５ 遮光材 １６ 遮光材 １７ 遮光材 ２０ 第２のレンズアレイ ２１ レンズ ２１ａ 光入射面（屈折面） ２１ｂ 光出射面（屈折面） ２２ ホルダ部 ２３ 連結手段 ３０ 密着型イメージセンサ ３１ ケース ３３ 透明板 ３３ａ 原稿載置面 ３５ 基板 ３６ イメージセンサチップ（受光素子） ３７ ＬＥＤ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H087 KA00 KA08 LA21 NA18 PA03 PA17 PB03 QA03 QA07 QA19 QA21 QA25 QA34 QA41 QA46 RA26 UA01 5C072 AA01 BA04 DA03 DA15 DA21 DA25 EA07 9A001 BB04 HH23 HH28 JJ48 JJ50 KK16 KK35 KK37 LL02

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結像用の複数のレンズが列状に並べられ
   た１または複数のレンズアレイを具備し、かつ物体から
   進行してくる光を上記複数のレンズによって集束させる
   ことにより上記物体の像を所定の結像領域に結像可能と
   されている、光学系であって、 上記レンズアレイの複数のレンズは、同一方向に延びる
   複数の列に並べられているとともに、 上記レンズアレイと上記物体との間、および上記レンズ
   アレイと上記結像領域との間の少なくとも一方には、受
   けた光を上記レンズの列方向と交差する方向において発
   散させる発散レンズが設けられていることを特徴とす
   る、光学系。
2. 【請求項２】 上記発散レンズは、上記レンズアレイの
   レンズの列方向に一様に延びた凹面を有している、請求
   項１に記載の光学系。
3. 【請求項３】 上記レンズアレイは、湾曲した屈折面を
   有する複数のレンズと、これら複数のレンズどうしを繋
   ぐホルダ部とが、樹脂一体成形されたものである、請求
   項１または２に記載の光学系。
4. 【請求項４】 上記レンズアレイを複数具備しており、
   かつこれら複数のレンズアレイは、それらのレンズの光
   軸が合わされて互いに積層されている、請求項３に記載
   の光学系。
5. 【請求項５】 上記複数のレンズアレイは、正立等倍像
   が得られるように構成されている、請求項４に記載の光
   学系。
6. 【請求項６】 上記複数のレンズアレイのうち、少なく
   とも光入射側となる１以上のレンズアレイには、上記複
   数のレンズどうしを光学的に分離させる手段が設けられ
   ている、請求項４または５に記載の光学系。
7. 【請求項７】 上記複数のレンズどうしを光学的に分離
   させる手段は、上記各レンズどうしの各間に設けられた
   凹部を含み、かつこの凹部を規定する内壁面は、黒色ま
   たはそれに近い暗色系の遮光材で覆われている、請求項
   ６に記載の光学系。
8. 【請求項８】 上記複数のレンズどうしを光学的に分離
   させる手段は、上記ホルダ部の光入射側の面および／ま
   たは光出射側の面における上記各レンズを囲む領域を覆
   う黒色またはそれに近い暗色系の遮光材をさらに含んで
   いる、請求項７に記載の光学系。
9. 【請求項９】 上記複数のレンズアレイの各レンズによ
   る結像可能な幅は、上記レンズの列方向の幅よりもそれ
   に交差する方向の幅の方が大きくされている、請求項１
   ないし８のいずれかに記載の光学系。
10. 【請求項１０】 上記複数のレンズアレイのうち、少な
    くとも光入射側となる１以上のレンズアレイには、上記
    各レンズどうしの各間に設けられた凹部と、この凹部を
    規定する内壁面を覆う黒色またはそれに近い暗色系の遮
    光材とが設けられており、かつ、 上記凹部のうち、上記レンズの列方向において互いに隣
    り合うレンズどうしの中間部分の深さは、上記列方向と
    交差する方向において互いに隣り合うレンズどうしの中
    間部分の深さよりも深くされている、請求項９に記載の
    光学系。
11. 【請求項１１】 上記複数のレンズアレイには、上記レ
    ンズの列方向において互いに隣り合うレンズどうしを光
    学的に分離させる第１の手段と、上記列方向と交差する
    方向において互いに隣り合うレンズどうしを光学的に分
    離させる第２の手段とが設けられており、かつ、 上記第１の手段は、上記複数のレンズアレイの積層方向
    を向く各ホルダ部の複数の面に対して、上記第２の手段
    よりも数多くの面に設けられている、請求項９に記載の
    光学系。
12. 【請求項１２】 原稿載置面と、ライン状に配置された
    複数の受光素子と、これらの間に配置された１または複
    数のレンズアレイとを備え、かつ上記原稿載置面に載置
    された原稿の画像を上記複数の受光素子上に結像させる
    ように構成された光学装置であって、 上記レンズアレイの複数のレンズは、上記複数の受光素
    子と同方向の複数の列に並べられているとともに、 上記レンズアレイと上記原稿載置面との間には、上記原
    稿載置面から進行してくる光を上記複数のレンズの列方
    向と交差する方向において発散させる発散レンズが設け
    られていることを特徴とする、光学装置。
13. 【請求項１３】 上記発散レンズは、上記原稿載置面を
    形成する透明板に一体的に形成されている、請求項１２
    に記載の光学装置。
14. 【請求項１４】 上記レンズアレイと上記複数の受光素
    子との間には、上記レンズアレイの各レンズを通過して
    きた光を上記複数のレンズの列方向と交差する方向にお
    いて発散させる発散レンズがさらに設けられている、請
    求項１２または１３に記載の光学装置。