JP2000321526A - レンズアレイアッセンブリおよびこれを用いた光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】正立等倍像を得るための光学用部品として、従
来のセルフォックレンズアレイに比較して格段に安価に
製造することができ、しかも光学的特性にも優れたもの
を提供する。 【解決手段】光軸方向に長さを有する複数の凸レンズ１
１，２１がそれぞれ列状に並んだ第１および第２のレン
ズアレイ１，２を具備しているとともに、これら第１お
よび第２のレンズアレイ１，２は、凸レンズ１１，２１
どうしの光軸Ｃが合うように積層され、かつ正立等倍像
が得られるように組み合わされている、レンズアレイア
ッセンブリＡであって、各凸レンズ１１，２１の長さＳ
ａ，Ｓｂは相違している。使用状態においては、第１の
レンズアレイ１は光入射側とされるとともに、第２のレ
ンズアレイ２は光出射側とされ、かつ第１のレンズアレ
イ１の各凸レンズ１１は、第２のレンズアレイ２の各凸
レンズ２１よりも長い寸法とされる。

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、レンズアレイア
ッセンブリおよびこれを用いた光学装置に関し、さらに
詳しくは、たとえば、密着型イメージセンサなどの光学
装置において、読み取りライン上の原稿画像の正立等倍
像をライン状に配置された受光素子上に結像させるなど
の目的に用いられるレンズアレイアッセンブリおよびこ
れを用いた光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】密着型イメージセンサにおいて、正立等
倍像を得る目的に使用されてきたレンズアレイは、いわ
ゆるセルフォックレンズアレイと呼ばれており、図１７
および図１８に示すような構成を備えている。すなわ
ち、このセルフォックレンズアレイ９は、独特な光学的
特性をもった複数のセルフォックレンズ（ロッドレン
ズ）９１を、その光軸と直交する方向に並列させた状態
で合成樹脂製のホルダ９０内に保持させたものである。
各セルフォックレンズ９１は、その光入射面９１ａと光
出射面９１ｂとが、いずれもホルダ９０の一面９０ａお
よび他面９０ｂに対応した平面状となっているが、その
内部の屈折率をその半径方向外方ほど大きくなるように
異ならせたものである。このセルフォックレンズ９１
は、図１８によく表れているように、光路を蛇行させる
ことができる結果、物体ａ→ｂの正立等倍像ａ’→ｂ’
を得ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のセルフォックレ
ンズアレイにおいては、セルフォックレンズにその内部
の各所の屈折率が異なるという独特な光学的特性をもた
せる必要があるために、特殊な製造技術や製造設備をも
つ者のみが製造可能である。それ故に、セルフォックレ
ンズアレイが高価に過ぎるという難点があった。このこ
とは、正立等倍像を結像させる光学系を必要とするイメ
ージリーダやファクシミリ装置などの装置や機器類のコ
ストダウンの障害になる。

【０００４】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、正立等倍像を得るための光学用
部品として、従来のセルフォックレンズアレイに比較し
て格段に安価に製造することができ、しかも光学的特性
にも優れたものを提供することをその課題としている。

【０００５】

【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。

【０００６】本願発明の第１の側面によれば、レンズア
レイアッセンブリが提供される。このレンズアレイアッ
センブリは、光軸方向に長さを有する複数の凸レンズが
それぞれ列状に並んだ第１のレンズアレイと第２のレン
ズアレイとを具備しているとともに、これら第１のレン
ズアレイと第２のレンズアレイとは、それらの凸レンズ
どうしの光軸が合うように積層され、かつ正立等倍像が
得られるように組み合わされている、レンズアレイアッ
センブリであって、上記第１のレンズアレイの各凸レン
ズと上記第２のレンズアレイの各凸レンズとは、長さが
相違していることに特徴づけられる。

【０００７】上記構成のレンズアレイアッセンブリが使
用される際には、上記第１のレンズアレイが光入射側と
されるとともに、上記第２のレンズアレイが光出射側と
され、かつ上記第１のレンズアレイの各凸レンズは、上
記第２のレンズアレイの各凸レンズよりも長い寸法とさ
れる。

【０００８】本願発明によって提供されるレンズアレイ
アッセンブリにおいては、第１のレンズアレイの各凸レ
ンズによって物体の倒立縮小像をつくるとともに、その
倒立縮小像を第２のレンズアレイの各凸レンズによって
さらに反転させ、かつ拡大させる結果、セルフォックレ
ンズを用いた場合と同様に、物体の正立等倍像をライン
状領域に結像させることができる。本願発明において
は、いわゆる凸レンズアレイとしての第１のレンズアレ
イと第２のレンズアレイとを組み合わせているために、
従来のセルフォックレンズアレイとは異なり、レンズ内
部の各部の屈折率を異ならせるといった困難な構成は不
要であり、個々のレンズアレイの製造、ひいてはレンズ
アレイアッセンブリ全体の製造をセルフォックレンズア
レイの製造よりも容易なものにでき、製造コストの大幅
な低減化が可能となる。

【０００９】さらに、重要な効果として、本願発明にお
いては、ライン状領域に結像される正立等倍像を明るく
し、しかもその正立等倍像の明るさや鮮明度をそのライ
ン状領域の長手方向において均一化することも容易に達
成できるという利点が得られる。すなわち、本願発明に
おいて、長い寸法側の複数の凸レンズを備えた第１のレ
ンズアレイを光の入射側とするとともに、短い寸法側の
複数の凸レンズを備えた第２のレンズアレイを光の出射
側にすると、第２のレンズアレイの各凸レンズが短い分
だけ、第１のレンズアレイの各凸レンズから第２のレン
ズアレイの各凸レンズ内に進行した光がその凸レンズの
周面あるいはそれに相当する部分に到達する可能性を低
くすることができ、第２のレンズアレイの各凸レンズの
所定のレンズ面から結像領域に向けての出射光量を多く
し、正立等倍像を明るくすることができるのである。ま
た、光入射側となる第１のレンズアレイの各凸レンズを
長くすると、第１のレンズアレイの各凸レンズの光入射
用のレンズ面から物体の倒立縮小像が結ばれる結像点ま
での距離を長くとることができ、縮小倍率が小さい倒立
縮小像を得ることが可能となる。このため、本願発明に
おいては、第１のレンズアレイの各凸レンズによってつ
くられる縮小倍率が小さい倒立縮小像を、第２のレンズ
アレイの各凸レンズによって小さい拡大倍率で拡大およ
び反転させることにより、正立等倍像を得る光学系とす
ることができる。したがって、本願発明とは異なり、縮
小倍率が大きく、微小サイズの倒立縮小像をつくってか
らその倒立縮小像を大きな拡大倍率で拡大させることに
より正立等倍像をつくるものと比較すると、最終的に得
られる正立等倍像の明るさや鮮明度が、複数の凸レンズ
のそれぞれの形状やサイズのバラツキの影響を受け難い
ものにできる。

【００１０】本願発明の好ましい実施の形態において
は、上記第１のレンズアレイおよび上記第２のレンズア
レイのそれぞれの複数の凸レンズは、同一方向に延びた
複数の列に並べられている。

【００１１】このような構成によれば、レンズの列方向
と交差する方向にも複数の凸レンズが並ぶこととなり、
上記方向に並ぶ複数の凸レンズを利用して正立等倍像を
結像させることが可能となるために、凸レンズを１列に
のみ設けた場合よりも正立等倍像を明るくすることがで
きる。

【００１２】本願発明の他の好ましい実施の形態におい
ては、上記第１のレンズアレイおよび上記第２のレンズ
アレイのそれぞれは、複数の凸レンズとこれら複数の凸
レンズを繋ぐホルダ部とが、透光性を有する合成樹脂に
より一体成形されたものである。

【００１３】このような構成によれば、第１のレンズア
レイおよび第２のレンズアレイのそれぞれを、金型を用
いた一般の樹脂成形作業により簡単に製造することがで
きる。したがって、製造コストを一層安価にすることが
できる。また、各凸レンズの形状やサイズを変更するこ
とも比較的簡単に行えるために、物体から正立等倍像の
結像点までの距離や、各凸レンズの焦点深度などを所望
の値に設定することも容易となる。

【００１４】本願発明の他の好ましい実施の形態におい
ては、上記第１のレンズアレイおよび上記第２のレンズ
アレイのうち、少なくとも光入射側とされる第１のレン
ズアレイには、上記複数の凸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。

【００１５】このような構成によれば、ある１つの凸レ
ンズに入射した光がその隣りの凸レンズに混入（クロス
トーク）しないようにすることができ、結像画像の画質
劣化を防止することができる。なお、２つレンズアレイ
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凸レンズを光学的に分離す
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質劣
化を防止できることが確認されている。

【００１６】本願発明の他の好ましい実施の形態におい
ては、上記複数の凸レンズどうしを光学的に分離させる
手段は、上記複数の凸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により覆われている。上
記凹部は、上記ホルダ部の光入射側の面と光出射側の面
との双方またはいずれか一方に設けられている。

【００１７】このような構成によれば、各凸レンズの内
部からその側方に漏れ出ようとする光や、各凸レンズの
側方から各凸レンズの内部に向けて進行しようとする光
が、凹部を規定する内壁面を覆っている遮光材によって
吸収されることとなり、各凸レンズ間のクロストークが
より確実に防止される。

【００１８】本願発明の他の好ましい実施の形態におい
ては、上記複数の凸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と光出射側の面と
の双方またはいずれか一方における上記各凸レンズを囲
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。

【００１９】このような構成によれば、上記したように
各凸レンズ間に凹部を設けてレンズ間を光が移行しない
ようにすることができるのに加え、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。

【００２０】本願発明の他の好ましい実施の形態におい
ては、上記第２のレンズアレイの各凸レンズの光出射が
なされるレンズ面は、上記第１のレンズアレイの各凸レ
ンズの光入射がなされるレンズ面よりも大径とされてい
る。

【００２１】このような構成によれば、第１のレンズア
レイの各凸レンズに入射した光の全量または略全量を第
２のレンズアレイの各凸レンズのレンズ面から無駄なく
出射することが可能となる。したがって、結像画像をよ
り明るくすることが可能となる。

【００２２】本願発明の他の好ましい実施の形態におい
ては、上記第１のレンズアレイと上記第２のレンズアレ
イとは、これらの一方に設けられた凸部と他方に設けら
れた凹部とを互いに嵌合させることにより組み合わされ
ている。

【００２３】このような構成によれば、第１のレンズア
レイと第２のレンズアレイとを互いに積層させて組み付
ける作業が容易となる。また、上記凸部と凹部とは、第
１のレンズアレイと第２のレンズアレイとの位置ずれ防
止効果をも発揮するために、互いに対応する凸レンズど
うしの光軸がずれないようにすることもできる。

【００２４】本願発明の第２の側面によれば、光学装置
が提供される。この光学装置は、透明板と、受光素子
と、これら受光素子と透明板との間に配置された本願発
明の第１の側面によって提供されるレンズアレイアッセ
ンブリとを備え、かつ上記透明板に対向配置された原稿
の正立等倍像を上記受光素子上に結像させるように構成
されていることに特徴づけられる。

【００２５】本願発明の第２の側面によって提供される
光学装置においては、本願発明の第１の側面によって提
供されるレンズアレイアッセンブリを用いているため
に、画像を結像させるための光学部品のコストが著しく
削減され、装置のコストダウンを図ることができる。ま
た、ライン状領域に結像される画像を明るくするととも
に、その画像の明るさや鮮明度をライン状領域の長手方
向において均一化することもできるために、読み取り画
像の質を高めることもできる。

【００２６】本願発明のその他の特徴および利点につい
ては、以下に行う発明の実施の形態の説明から、より明
らかになるであろう。

【００２７】

【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。

【００２８】図１は、本願発明に係るレンズアレイアッ
センブリの一例を示す断面図である。図２は、図１のII
−II線断面図である。図３は、図１のIII −III 線断面
図である。図４は、図１に示すレンズアレイアッセンブ
リの分解斜視図である。

【００２９】図１によく表れているように、本実施形態
のレンズアレイアッセンブリＡは、第１のレンズアレイ
１と、第２のレンズアレイ２とが積層状態で組み合わさ
れて構成されている。第１のレンズアレイ１は、一定間
隔で１列に並んだ複数の凸レンズ１１と、これら複数の
凸レンズ１１どうしを繋ぐホルダ部１０とを備えてお
り、その全体の概略形状は凸レンズ１１の直径よりも大
きな横幅の横断面矩形状をした長尺ブロック状を呈して
いる。第１のレンズアレイ１の長手方向両端部の表面
（上面）および裏面（下面）の互いに対向する箇所に
は、凸部１２と凹部１３とが設けられている。第２のレ
ンズアレイ２の基本的な構成は、第１のレンズアレイ１
と同様であり、一定間隔で１列に並んだ複数の凸レンズ
２１と、これら複数の凸レンズ２１どうしを繋ぐホルダ
部２０とを備えており、その全体の概略形状も第１のレ
ンズアレイ１と同様となっている。第２のレンズアレイ
２の長手方向両端部の表裏面の互いに対向する箇所に
は、凸部２２と凹部２３とが設けられている。

【００３０】第１および第２のレンズアレイ１，２は、
いずれも透明樹脂による成形物であり、複数の凸レンズ
１１とホルダ部１０、および複数の凸レンズ２１とホル
ダ部２０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、透明度や機械
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。

【００３１】第１のレンズアレイ１は、光の入射側に配
置される一方、第２のレンズアレイ２は、光の出射側に
配置される。複数の凸レンズ１１，２１のそれぞれは、
光の入射または出射がなされるレンズ面１１ａ，１１
ｂ，２１ａ，２１ｂがいずれも凸状曲面とされていると
ともに、光軸Ｃの方向に一定の寸法（厚み）Ｓａ，Ｓｂ
を有するいわゆる厚レンズとしての両凸レンズとして形
成されている。ただし、各凸レンズ１１，２１の長さＳ
ａ，Ｓｂは相違しており、Ｓａ＞Ｓｂの関係となってい
る。レンズ面１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂは、球面
または非球面のいずれであってもよい。レンズ面を球面
にすれば、凸レンズの成形が容易となる。また、非球面
にすれば、レンズの収差を少なくし、ピンボケの少ない
結像が可能となる。各レンズ面１１ａ，１１ｂ，２１
ａ，２１ｂのそれぞれの直径は、たとえば０．６ｍｍ程
度である。また、各凸レンズ１１，２１の列方向のピッ
チ間隔は、たとえば０．７５〜１ｍｍ程度である。第１
および第２のレンズアレイ１，２は、凹部１３に凸部２
２が嵌入するようにして互いに組み付けられており、各
凸レンズ１１と各凸レンズ２１の光軸Ｃどうしが合わさ
れている。また、同一の光軸Ｃ上に並ぶ凸レンズ１１，
２１は、後述するように、正立等倍像を結像できるよう
になっている。

【００３２】ホルダ部１０の表面および裏面には、複数
の凸レンズ１１どうしを光学的に分離する手段として、
複数の凹部１４が設けられている。これら複数の凹部１
４は、図３および図４によく表れているように、互いに
隣り合う凸レンズ１１どうしの間に位置し、かつ凸レン
ズ１１の列方向と交差する方向に延びた細幅有底の凹溝
状である。ホルダ部２０の表面および裏面にも、各凹部
１４と同様な構成の複数の凹部２４が設けられている。

【００３３】図１および図３によく表れているように、
各凹部１４，２４を規定する側壁面１４ａ，２４ａおよ
び底面１４ｂ，２４ｂは、黒色塗膜からなる遮光材１
５，２５によって覆われている。また、第１および第２
のレンズアレイ１，２は、それらの表裏両面のうち、レ
ンズ面１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂを除く領域、す
なわちホルダ部１０，２０の表裏両面についても、遮光
材１５，２５によって覆われている。なお、本願発明に
おいては、遮光材１５，２５を黒色にするのに代えて、
それに近い暗色系の色彩としてもかまわない。

【００３４】上記した構成の第１および第２のレンズア
レイ１，２は、たとえば次のような製造方法により簡単
に製造することができる。

【００３５】すなわち、まず第１のレンズアレイ１を製
造するには、図５（ａ），（ｂ）に示すような構成のシ
ート状またはプレート状の樹脂成形品１’を作製する。
この樹脂成形品１’は、第１のレンズアレイ１の原型と
なるレンズアレイの中間品を複数並べた状態に透明樹脂
を成形したものであり、複数の凸レンズ１１が複数列に
並んで形成されている。複数の凸レンズ１１どうしの間
の凹部１４、複数の凸部１２、および複数の凹部１３に
ついては、樹脂成形品１’の樹脂成形工程によって同時
に成形することができ、このような構成を有する樹脂成
形品１’は、金型を用いた一般の樹脂成形工程により得
ることができる。

【００３６】樹脂成形品１’の成形後には、樹脂成形品
１’の外面のうち、レンズ面１１ａ，１１ｂ以外の領域
を黒色の遮光材１５により覆ってから、図６に示すよう
に、樹脂成形品１’を符号Ｎｂ−Ｎｂで示す線に沿って
切断し、複数の個々の第１のレンズアレイ１として分割
すればよい。このように、１つの樹脂成形品１’から第
１のレンズアレイ１を複数個取りすれば、第１のレンズ
アレイ１の生産能率を高めることができる。また、複数
の第１のレンズアレイ１を遮光材１５によって覆う作業
についても、樹脂成形品１’の段階において一括して行
えるために効率良く行えることとなる。レンズアレイア
ッセンブリＡの組み立ては、第１のレンズアレイ１の凹
部１３に第２レンズアレイ２０の突起２２を嵌合させる
だけのきわめて簡単な作業により行うことができる。

【００３７】樹脂成形品１’の外面のレンズ面１１ａ，
１１ｂ以外の箇所を遮光材１５によって覆うための手段
としては、たとえば樹脂成形品１’の全体を黒色塗料液
中に浸漬させてから、その塗料が乾燥硬化する以前にレ
ンズ面１１ａ，１１ｂに付着している黒色塗料をフェル
ト状あるいはスポンジ状などの適当な部材を用いて拭い
取る手段を用いることができる。図３および図４によく
表れているように、各凸レンズ１１の外周面１１ｃ，１
１ｄがその周辺部のホルダ部１０の表面または裏面から
適当な寸法ｓ１だけ起立するように形成しておけば、各
レンズ面１１ａ，１１ｂとホルダ部１０の表面または裏
面とに段差が生じるために、各レンズ面１１ａ，１１ｂ
に付着した黒色塗料を拭い取る作業を容易に行うことが
できる。もちろん、上記の手段に代えて、各レンズ面１
１ａ，１１ｂにマスキングを施してから、樹脂成形品
１’の全体に黒色塗装を施し、その後各レンズ面１１
ａ，１１ｂのマスクを除去するといった手段を用いるこ
とにより遮光材１５を設けることもできる。

【００３８】第１のレンズアレイ１の他の製造方法とし
ては、凹部１４を樹脂成形工程によって形成するのでは
なく、機械加工やレーザ加工を用いて形成する手段を採
用することもできる。すなわち、第１のレンズアレイ１
の原型となるレンズアレイ中間品としては、たとえば図
７に示すような形態の樹脂成形品１”を作製し、その後
エンドミル８１を用いて複数の凸レンズ１１どうしの間
に凹部１４を形成するようにしてもかまわない。凹部１
４をレーザ加工により形成する場合には、エキシマレー
ザやパルスＣＯ₂ レーザなどのように、レーザ加工部分
に高熱を発生させにくいレーザを用いることが好まし
い。レンズ面１１ａ，１１ｂに高熱による歪みを生じさ
せないようにする必要があるからである。

【００３９】第２のレンズアレイ２についても、第１の
レンズアレイ１の製造方法と同様な方法により製造する
ことができる。また、第１および第２のレンズアレイ
１，２のそれぞれの中間品を樹脂成形するときに、これ
らを同一の金型を用いて成形することもできる。さらに
は、図５（ａ）に示した樹脂成形品１’を、第１および
第２のレンズアレイ１，２のそれぞれの中間品となる部
分が互いに繋がったものとして形成することもできる。
このようにすれば、第１および第２のレンズアレイ１，
２の樹脂成形工程の条件を同一にすることができ、各凸
レンズ１１，２１どうしのピッチずれを少なくして、そ
れらの光軸Ｃどうしを正確に合わせることが可能とな
る。

【００４０】次に、上記構成のレンズアレイアッセンブ
リＡの作用について説明する。

【００４１】図８に示すように、始点Ｓから出発した光
は、第１のレンズアレイ１の各凸レンズ１１を通過した
後に、第２のレンズアレイ２の各凸レンズ２１を通過し
てから結像点Ｒに達する。この場合、共通の光軸Ｃ上に
並ぶ２つの凸レンズ１１，２１のレンズ面１１ａ，１１
ｂ，２１ａ，２１ｂを通過するときの光の屈折作用によ
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、始点Ｓにある物体ａ→ｂの正立等倍像
ａ’→ｂ’を結像点Ｒに形成させることができるのであ
る。この現象を換言すると、レンズアレイアッセンブリ
Ａを用いた光学系においては、レンズ面１１ａは、レン
ズ面１１ｂの近傍であって、かつレンズ面２１ａよりも
手前の位置に、物体の倒立縮小像を形成する役割を果た
し、その倒立縮小像は、その後段に位置するレンズ面２
１ａ，２１ｂによって拡大され、かつ反転される結果、
結像点Ｒには物体の正立等倍像が結ばれるのである。複
数の凸レンズ１１，２１は、列状に並んでいるために、
結像点Ｒのライン状の領域に物体の正立等倍像が形成さ
れることとなる。

【００４２】各凸レンズ１１，２１の長さＳａ，Ｓｂ
は、Ｓａ＞Ｓｂの関係にあるために、次に述べるよう
に、各凸レンズ１１，２１の長さを等しくした場合には
みることができない作用も得られる。すなわち、図９
（ａ）は、本願発明が適用されたレンズアレイアッセン
ブリの凸レンズ１１，２１の組み合わせ構造の作用を示
す説明図であり、同図（ｂ），（ｃ）は本願発明との対
比例の作用を示す説明図である。同図（ｂ）に示すよう
に、２つの凸レンズ１１，２１のそれぞれの長さをとも
にＳａとし、光出射側の凸レンズ２１を比較的長い寸法
にした場合には、凸レンズ１１を通過して凸レンズ２１
内に進行した光として、凸レンズ２１の周面２１ｅに到
達してしまい、レンズ面２１ｂに達しない光（符号Ｎｃ
で示す）が多く発生する。凸レンズ２１の周面に到達し
た光は、黒色塗膜からなる遮光材１５によって吸収され
る。これに対し、図９（ａ）に示す構造によれば、凸レ
ンズ２１の寸法が図９（ｂ）のものよりも短くされてお
り、凸レンズ１１から凸レンズ２１に入射した光がレン
ズ面２１ｂに到達し易くなっている。より具体的には、
図９（ａ）に示す構造によれば、同図（ｂ）の符号Ｎｃ
で示した光に相当する光を、レンズ面２１ｂに到達させ
ることができ、この光をレンズ面２１ｂの屈折作用によ
って結像点Ｒに導くことができるのである。したがっ
て、レンズアレイアッセンブリＡにおいては、各レンズ
面２１ｂからの出射光量を多くできることとなり、結像
点Ｒの正立等倍像を明るくすることができる。

【００４３】また、図９（ｃ）に示すように、２つの凸
レンズ１１，２１のそれぞれの長さをともにＳｂとし、
光入射側の凸レンズ１１を短い寸法にした場合には、レ
ンズ面１１ａから寸法Ｓｂに略等しい距離だけ離れた箇
所（符号Ｎｄで示す箇所）に物体ａ→ｂの倒立縮小像
ａ”→ｂ”が結ばれる。レンズ面１１ａから倒立縮小像
ａ”→ｂ”の結像点までの距離が短いと、その倒立縮小
像の縮小倍率が大きくなり、その像は非常に小さくな
る。したがって、その像を等倍に拡大するためには、レ
ンズ面２１ａ，２１ｂによる像の拡大倍率を大きくしな
ければならないこととなる。これに対し、図９（ａ）に
示す構成においては、物体ａ→ｂの倒立縮小像ａ”→
ｂ”が結ばれる箇所（符号Ｎｅで示す）は、レンズ面１
１ａから寸法Ｓａに略等しい距離だけ離れた箇所であ
り、図９（ｃ）に示した構成のものよりも、レンズ面１
１ａから倒立縮小像の結像点Ｎｅまでの距離が長い。こ
のため、その分だけ、倒立縮小像ａ”→ｂ”の縮小倍率
は小さく、その像は大きくなる。また、倒立縮小像の縮
小倍率が小さい分だけ、レンズ面２１ａ，２１ｂによる
像の拡大倍率は小さくてすむ。このように、本願発明が
適用された凸レンズ１１，２１の組み合わせ構造によれ
ば、縮小倍率の小さい倒立縮小像を小さな拡大倍率で拡
大させる光学系を構成することが可能であるため、縮小
倍率が大きい倒立縮小像を大きな倍率で拡大させる光学
系とは異なり、凸レンズ１１，２１の各レンズ面の形状
や寸法に多少の誤差がある場合であっても、結像点Ｒに
結像される画像の鮮明度に大きな変化が生じないように
することができる。また、一組の凸レンズ１１，２１が
光を受けてから像を結ぶことが可能な広さ（重なり度）
についても、各レンズ面の形状や寸法の誤差の影響を大
きく受けないようにすることができる。したがって、本
実施形態のレンズアレイアッセンブリＡにおいては、複
数組の凸レンズ１１，２１によってライン状の領域に結
像される正立等倍像の明るさや鮮明度などがそのライン
状の領域の長手方向の各所において大きくばらつかない
ようにすることもできるのである。

【００４４】また、図８に示されているように、レンズ
アレイアッセンブリＡにおいては、始点Ｓから第１のレ
ンズアレイ１に向けて進行した光が、レンズ面１１ａ以
外の領域から各凸レンズ１１内に入り込むことは、遮光
材１５によって適切に防止される。さらに、各凸レンズ
１１内に入り込んだ光がその隣の凸レンズ１１や、第２
のレンズアレイ２において隣の位置関係にある凸レンズ
２１に向けて入り込むことも、凹部１４内に位置する遮
光材１５によって適切に防止される。このように、凹部
１４や遮光材１５の存在により、凸レンズ間の光のクロ
ストークが効果的に防止されるとともに、凸レンズ１１
以外の領域を通過した光が結像点Ｒに進行することが防
止される。また、第２のレンズアレイ２においても、凹
部２４や遮光材２５が凸レンズ２１間のクロストークを
防止する効果を発揮する。したがって、結像点Ｒにおけ
る正立等倍像を鮮明なものにできる。

【００４５】なお、本実施形態においては、第１および
第２のレンズアレイ１，２のそれぞれに凸レンズ間のク
ロストークを防止するための手段（凹部１４，２４や遮
光材１５，２５）を設けているが、光出射側の第２のレ
ンズアレイ２にはそのような手段を設けない場合であっ
ても、凹部１４の深さを適当な深さにすることによっ
て、各凸レンズ２１間にクロストークが生じないように
できることが確認されている。これは、第２のレンズア
レイ２の各凸レンズ２１間においてクロストークを生じ
る虞れがある光については、凹部１４や遮光材１５によ
って未然に遮断することができるからである。したがっ
て、本願発明においては、たとえば図１０に示すよう
に、第２のレンズアレイ２としては、遮光材２５を有し
ない構成のものを用いることもできる。このような構成
にすれば、第２のレンズアレイ２の製造工程において遮
光材２５を形成するための塗装処理工程を省略すること
ができるために、全体の製造コストをより安価にするこ
とが可能となる。また、同図においては、第２のレンズ
アレイ２が凹部２４を備えた構成とされているが、凹部
２４を有しない構成とし、その製造をさらに容易にする
こともできる。

【００４６】第１のレンズアレイ１の複数の凹部１４
は、ホルダ部１０の表裏両面に形成されているために、
複数の凹部１４の個々の深さを比較的浅くしても、充分
なクロストーク防止効果が得られる。そして、このよう
に各凹部１４の深さを浅くできるようにすれば、各凹部
１４を樹脂成形工程によって形成する場合において、そ
の成形に用いられる金型の各凹部１４に対応する凸部の
突出寸法を小さくすることができることとなり、金型の
製作が容易となる。また、各凹部１４を細幅に形成する
のに有利となる。各凹部１４を細幅にできれば、それだ
け凸レンズ１１の列方向のピッチを小さくして凸レンズ
１１の密度を高めることが可能となるため、正立等倍像
を明るくするのにより有利となる。また、金型のキャビ
ティ内において大きな寸法の凸部が偏って存在しないよ
うにすることもできるために、キャビティ内における樹
脂の流れが円滑となり、樹脂成形不良の発生率を少なく
することも可能となる。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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、上述したレンズアレイアッセンブリＡが配
置されている。このレンズアレイアッセンブリＡの位置
決め保持は、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Ａ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Ａ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。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。レンズアレイアッセン
ブリＡ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Ａ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Ｌ
ａ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，３９ａ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。ただし、このイメージセンサ３０が、いわゆる
ハンディスキャナとして、またはその部品として構成さ
れる場合には、当然ながらプラテンローラＰは用いられ
ない。

【００５０】以上の構成において、ＬＥＤ３７から発せ
られ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における読み取りラインＬａに沿う
画像は、レンズアレイアッセンブリＡによってイメージ
センサチップ３６上に正立等倍の像として結像させられ
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る。レンズア
レイアッセンブリＡは、細幅なブロック状の２つのレン
ズアレイ１，２を積層させた細長状のものであるから、
スペース効率の面からしてもイメージセンサ３０の光学
部品として好ましいものとなる。

【００５１】図１２〜図１６は、本願発明に係るレンズ
アレイアッセンブリの他の例を示す図である。なお、図
１２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、先の実施形態と同一符号を付している。

【００５２】図１２に示すレンズアレイアッセンブリＡ
ａは、第１のレンズアレイ１Ａの複数の凹部１４がホル
ダ部１０の光の入射側となる表面（上面）側のみに設け
られた構成とされており、各レンズ面１１ｂどうしの間
の平面部分１９は遮光材１５によって覆われている。こ
れに対し、第２のレンズアレイ２Ａは、凹部２４や遮光
材２５が一切設けられていない構成とされている。ま
た、第２のレンズアレイ２Ａの各レンズ２１のレンズ面
２１ａは、第１のレンズアレイ１Ａのレンズ面１１ｂと
同等またはそれよりも大径とされているとともに、レン
ズ面２１ｂは、レンズ面２１ａよりも大径であって、そ
れら複数のレンズ面２１ｂどうしは互いに繋がった形態
となっている。もちろん、各凸レンズ１１の長さＳａ
は、各凸レンズ２１の長さＳｂよりも長くされている。

【００５３】上記した構成のレンズアレイアッセンブリ
Ａａにおいても、図１３に示すように、始点Ｓにある物
体（ａ→ｂ→ｃ）の正立等倍像（ａ’→ｂ’→ｃ’）を
結像点Ｒに形成することができる。凹部１４は、ホルダ
部１０の光入射側の面のみに設けられているものの、こ
の凹部１４を先の実施形態の第１のレンズアレイ１の凹
部１４よりも深めに形成することによって、複数の凸レ
ンズ１１，２１間における光のクロストークを適切に防
止することができる。第２のレンズアレイ２Ａには、凹
部や遮光材が設けられていないものの、既述したとお
り、このような構成であっても、第２のレンズアレイ２
Ａの各凸レンズ２１間にクロストークを生じないように
できる。また、上記構成のレンズアレイアッセンブリＡ
ａにおいては、光が入射するレンズ面１１ａよりも光が
最終的に出射するレンズ面２１ｂの方が大径であるため
に、各凸レンズ１１に入射した光を最終のレンズ面２１
ｂから無駄なく結像点Ｒに出射させることができ、結像
画像をより明るくすることが可能となる。

【００５４】図１４に示すレンズアレイアッセンブリＡ
ｂは、第１のレンズアレイ１Ｂの複数の凹部１４がホル
ダ部１０の光の出射側となる裏面のみに設けられた構成
とされており、ホルダ部１０の光の入射側となる表面は
遮光材１５によって覆われている。第２のレンズアレイ
２Ｂは、先の図１２および図１３に示した第２のレンズ
アレイ２Ａと同様な構成である。

【００５５】上記構成のレンズアレイアッセンブリＡｂ
においても、先に説明したレンズアレイアッセンブリＡ
ａと同様に、各凹部１４の深さを適当な深さにすること
によって、各凸レンズ１１，２１間の光のクロストーク
を防止することができる。このように、本願発明におい
ては、凹部１４を、ホルダ部１０の光の入射側となる面
および出射側となる面の双方に設けるだけではなく、そ
れらのうちのいずれか一方のみに設けた場合であって
も、各凸レンズ間における光のクロストークを適切に防
止することができる。

【００５６】図１５に示すレンズアレイアッセンブリＡ
ｃにおいては、第１および第２のレンズアレイ１Ｃ，２
Ｃの複数の凸レンズ１１，２１をそれぞれ２列に並べて
設けている。また、第１のレンズアレイ１には、凸レン
ズ１１の列方向において隣り合う凸レンズ１１どうしの
間を遮る凹部１４に加えて、図１６によく表れているう
に、凸レンズ１１の列どうしの間を遮る凹部１４Ａも設
けられている。同様に、第２のレンズアレイ２にも、凸
レンズ２１の列方向において隣り合う凸レンズ２１どう
しの間を遮る凹部２４に加えて、凸レンズ２１の列どう
しの間を遮る凹部２４Ａが設けられている。凹部１４
Ａ，２４Ａを規定する壁面は、凹部１４，２４を規定す
る壁面と同様に、黒色塗膜からなる遮光材１５，２５に
よって覆われている。

【００５７】上記構成のレンズアレイアッセンブリＡｃ
においては、図１６によく表れているように、凸レンズ
１１，２１の列方向と交差する方向に並ぶ２組の凸レン
ズ１１，２１のそれぞれによって物体（ａ→ｂ→ｃ）に
ついての同一の正立等倍像（ａ’→ｂ’→ｃ’）を結像
点Ｒに重ねて結像させることができる。したがって、凸
レンズ１１，２１をそれぞれ１列のみ設けた場合よりも
正立等倍像をさらに明るくすることができる。このよう
に、本願発明においては、第１および第２のレンズアレ
イの各凸レンズの列が、複数列にされていてもかまわな
い。凸レンズの列数を多くするほど正立等倍像をより明
るくすることが可能であり、３列あるいはそれ以上の列
数にしてもよい。また、凹部１４Ａ，２４Ａは、第１お
よび第２のレンズアレイ１Ｃ，２Ｃの幅方向に隣り合う
凸レンズ１１，２１間における光のクロストークを防止
する役割を果たすため、やはり上記構成のレンズアレイ
アッセンブリＡｃにおいても、鮮明な正立等倍像を得る
ことができる。

【００５８】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、凸レンズアレイ
としての第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとの
みを組み合わせた構成としているが、本願発明はこれに
代えて、第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとの
間に、凹レンズアレイとしての第３のレンズアレイを挟
み込むことにより、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
ンブリとして構成することもできる。また、本願発明に
係るレンズアレイアッセンブリを構成する第１および第
２のレンズアレイは、複数の凸レンズとホルダ部とが透
光性を有する樹脂によって一体成形された構成とするこ
とが製造コストを低減化する上で好ましいものの、これ
に限定されず、それとは異なる構成のレンズアレイを用
いることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明に係るレンズアレイアッセンブリの一
例を示す断面図である。

【図２】図１のII−II線断面図である。

【図３】図１のIII −III 線断面図である。

【図４】図１に示すレンズアレイアッセンブリの分解斜
視図である。

【図５】（ａ）は、図１に示すレンズアレイアッセンブ
リを構成するレンズアレイの原型となる樹脂成形品の一
例を示す平面図であり、（ｂ）は、そのＶ−Ｖ断面図で
ある。

【図６】図５（ａ），（ｂ）に示す樹脂成形品を複数の
レンズアレイに分割する工程を示す平面図である。

【図７】レンズアレイの製造方法の他の例を示す断面図
である。

【図８】図１ないし図４に示すレンズアレイアッセンブ
リの作用説明図である。

【図９】（ａ）は、本願発明が適用されたレンズアレイ
アッセンブリの作用説明図であり、（ｂ）および（ｃ）
は、本願発明の対比例の作用説明図である。

【図１０】本願発明に係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１３】図１２に示すレンズアレイアッセンブリの作
用説明図である。

【図１４】本願発明に係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１５】本願発明に係るレンズアレイアッセンブリの
他の例を示す分解斜視図である。

【図１６】図１５に示すレンズアレイアッセンブリの作
用説明図である。

【図１７】従来のレンズアレイの一例を示す斜視図であ
る。

【図１８】図１７に示すレンズアレイの要部断面図であ
る。

【符号の説明】

Ａ，Ａａ〜Ａｃ レンズアレイアッセンブリ １，１Ａ〜１Ｃ 第１のレンズアレイ ２，２Ａ〜２Ｃ 第２のレンズアレイ １０ ホルダ部 １１ 凸レンズ １１ａ，１１ｂ レンズ面 １３ 凹部 １４ 凹部 １５ 遮光材 ２０ ホルダ部 ２１ 凸レンズ ２１ａ，２１ｂ レンズ面 ２２ 凸部 ３０ 密着型イメージセンサ ３１ ケース ３３ 透明板 ３５ 基板 ３６ イメージセンサチップ（受光素子） ３７ ＬＥＤ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光軸方向に長さを有する複数の凸レンズ
   がそれぞれ列状に並んだ第１のレンズアレイと第２のレ
   ンズアレイとを具備しているとともに、これら第１のレ
   ンズアレイと第２のレンズアレイとは、それらの凸レン
   ズどうしの光軸が合うように積層され、かつ正立等倍像
   が得られるように組み合わされている、レンズアレイア
   ッセンブリであって、 上記第１のレンズアレイの各凸レンズと上記第２のレン
   ズアレイの各凸レンズとは、長さが相違していることを
   特徴とする、レンズアレイアッセンブリ。
2. 【請求項２】 上記第１のレンズアレイは光入射側とさ
   れるとともに、上記第２のレンズアレイは光出射側とさ
   れ、かつ上記第１のレンズアレイの各凸レンズは、上記
   第２のレンズアレイの各凸レンズよりも長い寸法とされ
   ている、請求項１に記載のレンズアレイアッセンブリ。
3. 【請求項３】 上記第１のレンズアレイおよび上記第２
   のレンズアレイのそれぞれの複数の凸レンズは、同一方
   向に延びた複数の列に並べられている、請求項１または
   ２に記載のレンズアレイアッセンブリ。
4. 【請求項４】 上記第１のレンズアレイおよび上記第２
   のレンズアレイのそれぞれは、複数の凸レンズとこれら
   複数の凸レンズを繋ぐホルダ部とが、透光性を有する合
   成樹脂により一体成形されたものである、請求項１ない
   し３のいずれかに記載のレンズアレイアッセンブリ。
5. 【請求項５】 上記第１のレンズアレイおよび上記第２
   のレンズアレイのうち、少なくとも光入射側とされる第
   １のレンズアレイには、上記複数の凸レンズどうしを光
   学的に分離させる手段が設けられている、請求項４に記
   載のレンズアレイアッセンブリ。
6. 【請求項６】 上記複数の凸レンズどうしを光学的に分
   離させる手段は、上記複数の凸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により覆われ
   ている、請求項５に記載のレンズアレイアッセンブリ。
7. 【請求項７】 上記凹部は、上記ホルダ部の光入射側の
   面と光出射側の面との双方またはいずれか一方に設けら
   れている、請求項６に記載のレンズアレイアッセンブ
   リ。
8. 【請求項８】 上記複数の凸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と光出射
   側の面との双方またはいずれか一方における上記各凸レ
   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６または７に記載のレ
   ンズアレイアッセンブリ。
9. 【請求項９】 上記第２のレンズアレイの各凸レンズの
   光出射がなされるレンズ面は、上記第１のレンズアレイ
   の各凸レンズの光入射がなされるレンズ面よりも大径と
   されている、請求項１ないし８のいずれかに記載のレン
   ズアレイアッセンブリ。
10. 【請求項１０】 上記第１のレンズアレイと上記第２の
    レンズアレイとは、これらの一方に設けられた凸部と他
    方に設けられた凹部とを互いに嵌合させることにより組
    み合わされている、請求項１ないし９のいずれかに記載
    のレンズアレイアッセンブリ。
11. 【請求項１１】 透明板と、受光素子と、これら受光素
    子と透明板との間に配置された請求項１ないし１０のい
    ずれかに記載のレンズアレイアッセンブリとを備え、か
    つ上記透明板に対向配置された原稿の正立等倍像を上記
    受光素子上に結像させるように構成されていることを特
    徴とする、光学装置。