JP2005037891A - 樹脂正立レンズアレイおよび画像読み取り装置 - Google Patents

Abstract

【課題】迷光を充分に除去することが可能な樹脂正立レンズアレイおよび画像読み取り装置を提供する。
【解決手段】少なくとも片面に球面または非球面の微小凸レンズが所定のレンズピッチで規則的に配列された樹脂レンズプレート１において、微小凸レンズ２の配列が、レンズを互い違いに配列する六方配列の場合、１つの微小凸レンズを中心としてレンズピッチの２倍の長さを半径とする円の領域内において、領域内の微小凸レンズ２の中心を結んで得られる直線の方向と、レンズアレイの長辺方向とが同一方向とならないようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、迷光を除去できる樹脂正立レンズアレイ、および樹脂正立レンズアレイを用いて画像を線状結像領域に転送する画像読み取り装置に関する。

画像を読み取る装置の光学系には、縮小系と等倍系がある。等倍系に使用されているレンズアレイは、正立等倍レンズアレイであり、通常はレンズアレイの長辺方向（画像読み取り装置の主走査方向）にレンズが数列、配列される。レンズの列数を増加することで、光量伝達率の向上、透過光量ムラの低減が図れるが、ロッドレンズを使用したレンズアレイの場合、レンズの列数は、価格との兼ね合いで１〜２列が一般的である。

一方では、表面に複数の微小な凸レンズを配列した樹脂レンズプレートを用いた正立等倍レンズアレイも構成可能である。この樹脂レンズプレートを用いたレンズアレイの場合、複数列のレンズアレイが比較的安価にできるという特徴がある。

しかしながら、従来の樹脂レンズプレートを用いた正立等倍レンズアレイでは、隣接したレンズ間に光線を隔離するための壁が無いため、レンズプレートに斜めに入射した光線が、プレート内部を斜めに進んで隣接した凸レンズに入り込み、出射してゴースト像を形成するという迷光の問題がある。この迷光対策のため、隣接するレンズの間に光吸収性の被膜を塗布して遮光層とする方法や、対向して配置させるレンズプレート間に遮光層を設ける方法などがあるが、迷光を除去するためには充分ではなく、ゴースト像が生じたり、解像度が悪いという問題があった。

本発明の目的は、迷光を充分に除去することが可能な樹脂正立レンズアレイを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、樹脂正立レンズアレイを使用する上で問題となる迷光を充分に除去することが可能な画像読み取り装置を提供することにある。

本発明は、少なくとも片面に球面または非球面の微小凸レンズが所定のレンズピッチで規則的に配列された樹脂レンズプレートを少なくとも２枚対向して配置した樹脂正立レンズアレイにおいて、１つの光源から出射される光線の樹脂正立レンズアレイにおける光線取り込み可能領域内に、１つ以上の前記微小凸レンズの全体を含むことを特徴とする。

また、微小凸レンズの配列方向とレンズ形成領域の長辺方向とが同一方向に無いことを特徴とする。

少なくとも１枚の樹脂レンズプレートの片面または両面は、レンズとして機能する部分以外の領域が光吸収性を有することが好ましく、少なくとも１枚の樹脂レンズプレート上には、１つのレンズと他のレンズとの間に、不必要な光線を除去するための光吸収性壁が設けられていることが好ましく、少なくとも１枚の樹脂レンズプレートの片面または両面は、１つのレンズと他のレンズとの間に、不必要な光線を除去するための溝が設けられていることが好ましい。

また、上述した樹脂正立レンズアレイを用いて画像を線状結像領域に転送する画像読み取り装置であって、少なくとも微小凸レンズの配列方向と線状結像領域の長辺方向とが同一方向に無いことを特徴とする。

微小凸レンズの配列は、樹脂正立レンズアレイの外辺に対してレンズを互い違いに配列する六方配列の場合、１つの微小凸レンズを中心としてレンズピッチの２倍の長さを半径とする円の領域内で、レンズ中心を結ぶ線の方向と線状結像領域の長辺方向とが同一方向に無いことが好ましい。

樹脂正立レンズアレイが微小凸レンズをマトリックス状に配列した長方配列の場合、１つの微小凸レンズを中心として（長ピッチ² ＋短ピッチ² ）^1/2の長さを半径とする領域内で、レンズ中心を結ぶ線の方向と線状結像領域の長辺方向とが同一方向に無いことが好ましい。

また、物点側作動距離内および／または像点側作動距離内に、不必要な光線を除去するためのスリット状開口部を備えることが好ましい。

本発明の樹脂正立レンズアレイは、微小凸レンズの配列方向とレンズ形成領域の長辺方向とが同一方向とならないようにしているので、迷光を充分に除去できる。

また、本発明の画像読み取り装置は、固体撮像素子の長辺方向と平行方向にレンズ配列方向が同一方向でなく、さらに固体撮像素子の領域内にゴーストの像を結ばないようにしているのでゴーストを充分に除去できる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る、受光素子に画像を結像させる画像読み取り装置に用いられる樹脂正立レンズアレイを構成するレンズプレートの実施の形態を示す平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

レンズプレート１の材質は、熱可塑性で光透過性が高く、吸水性の低いものが望ましい。この実施の形態では、シクロオレフィン系樹脂を用いて板厚２．２９ｍｍのレンズプレートを射出成形で作製している。レンズプレート１の材質は、アクリル系樹脂でもよい。

微小凸レンズ２は、レンズ径０．３５ｍｍ、曲率半径０．６６ｍｍであり、レンズピッチ０．４５ｍｍ、六方配列で、レンズプレート１の両面に形成され、微小凸レンズ２の光軸、配置は両面で一致するようになっている。

なお、この実施の形態では、微小凸レンズの形状を球面としたが、非球面の形状も考えられる。また、微小凸レンズは、レンズプレートの両面に形成される形態以外に、片面に形成される形態も考えられる。

微小凸レンズの配列方向は、レンズ形成領域の長辺方向（主走査方向）に対して、１５°傾斜している。ゴーストが現れる方向は、レンズの配列方向であるので、微小凸レンズの配列方向とレンズ形成領域の長辺方向とが同一方向とならないようにしている。

このような樹脂製のレンズプレートを少なくとも２枚対向して配置して樹脂正立レンズアレイを構成する。

図３は、レンズプレートを２枚対向して配置した樹脂正立レンズアレイを用いて画像を結像する状態を説明する図である。図３（ａ）は、１つの光源（読み取り対象）から出射される光線が、レンズプレート１０を少なくとも２枚対向して配置した樹脂正立レンズアレイ１２の光線取り込み可能領域Ａを通って線状固体撮像素子１８に入射する状態を示している。図３（ｂ）に示すように、樹脂正立レンズアレイ１２における光線取り込み可能領域Ａ内に、１つ以上の微小凸レンズ１１の全体を含んでいない場合は透過光量ムラを生じるが、図３（ｃ）に示すように、光線取り込み可能領域Ａ内に、１つ以上の微小凸レンズ１１の全体を含んでいる場合は透過光量ムラを生じない。したがって、図３（ａ）では、透過光量ムラを低減するために１つの光源から出射される光線の樹脂正立レンズアレイ１２における光線取り込み可能領域Ａ内に、１つ以上の微小凸レンズの全体を含んでいる。入射角（開口角）を±６°、作動距離を６．９ｍｍに設定し、１つの光源から出射された光線の樹脂正立レンズアレイ１２における光線取り込み可能領域Ａの半径を０．７３ｍｍとした。透過光量ムラを低減するためには、光線取り込み可能領域（レンズの入射角と作動距離の関係で決まる）の面積は、光線取り込み可能領域内の個々のレンズ面積以上であることが必要である。

また、微小凸レンズが所定のレンズピッチで規則的に配列されたレンズ形成領域の長辺方向の長さ（主走査方向長）は、光源から出射された光線の光線取り込み可能領域の主走査方向長以上であり、レンズ形成領域の短辺方向の長さ（副走査方向長）は、光線取り込み可能領域の副走査方向長以上であることが好ましい。

図４は、レンズプレート上の１つの微小凸レンズを中心としてレンズピッチの２倍の長さを半径とする円の領域内の個々の微小凸レンズ２の配置を拡大して示す図であり、図５は、像面に結像する点光源像４を拡大して示す図である。

レンズプレートを対向して配置した樹脂正立レンズアレイを用いて点光源を像面に結像する場合、ゴーストが現れる方向は、レンズの配列方向である。像面におけるゴーストが現れる点の点光源像からの距離は、レンズピッチおよび作動距離によって決まる。図４では、１つの微小凸レンズを中心としてレンズピッチの２倍の長さを半径とする円の領域内において、領域内の微小凸レンズ２の中心を結んで得られる直線の方向を、レンズアレイの長辺方向を示す直線の方向（主走査方向）から１５°ずらしている。

微小凸レンズを六方配列で配置した場合は、上記領域内のレンズの中心を結んで得られる直線の方向が、レンズアレイの長辺方向を示す直線の方向（主走査方向）に対して０°（平行）、３０°、６０°、９０°（直角）と一致しないことが好ましい。特に１５°の角度を成していることが好ましい。

なお、微小凸レンズをマトリックス状に配列する長方配列の場合は、長方配列されたレンズのレンズピッチの長い方を長ピッチ、短い方を短ピッチとし、１つの微小凸レンズを中心として（長ピッチ² ＋短ピッチ² ）^1/2を半径とする円の領域内において、領域内のレンズの中心を結んで得られる直線の方向が、レンズアレイの長辺方向を示す直線の方向（主走査方向）とずれるようにする。

図６は、上述した樹脂正立レンズアレイを用いて線状画像を線状結像領域に転送する画像読み取り装置の一部の例を示す断面図である。樹脂正立レンズアレイ１２は、両面に微小凸レンズが形成された２枚のレンズプレート１０を対向配置して構成されており、樹脂正立レンズアレイ１２の像点側に、樹脂正立レンズアレイ１２の長辺方向と平行方向にスリット状開口部１４ａを有する隔壁構造体１６ａに収められている。線上画像が転送される線状結像領域には、少なくとも１列のＣＣＤを並べた線状固体撮像素子１８が設けられている。線状固体撮像素子１８が占める領域の大きさは、線状結像領域以上であることが好ましい。スリット状開口部１４ａは、可能な限り固体撮像素子に近いほうが好ましい。

図７は、画像読み取り装置の他の例を示す断面図であり、樹脂正立レンズアレイ１２は、物点側にスリット状開口部１４ｂを有する隔壁構造体１６ｂに収められている。物点側にスリット状開口部を有する以外は、図６と同様である。物点側作動距離内にスリット状開口部を配すると、より効果的にゴーストを軽減することができる。スリット状開口部１４ｂは、可能な限り光源に近いほうが好ましい。

図８は、画像読み取り装置の更に他の例を示す断面図であり、樹脂正立レンズアレイ１２は、像点側にスリット状開口部１４ａを有し、物点側にスリット状開口部１４ｂを有する隔壁構造体１６ｃに収められている。像点側および物点側にスリット状開口部を有する以外は、図６および図７と同様である。図８に示すように、物点側作動距離内および像点側作動距離内の両方にスリット状開口部を設けても良い。スリット状開口部１４ａ、１４ｂも、それぞれ樹脂正立レンズアレイ１２から固体撮像素子または光源に近いほうが好ましい。

すなわち、本発明は、物点側作動距離内および／または像点側作動距離内に、不必要な光線を除去するためのスリット状開口部を有する隔壁構造体を備えることが好ましい。

スリット状開口部先端部分の断面形状は、図６、図７、図８に示すように、勾配を有している。図７に示すように、レンズ側が広くなるような構造でもよいが、レンズ側が狭くなるような構造でもよい。好ましくは、図８に示す隔壁構造体の像点側に設けられたスリット状開口部１４ａのように光の入射方向側が狭くなるようにする。スリット状開口部先端部分の勾配の角度は、結像に影響がない範囲で、散乱が起こらない角度とすればよいが、特に４５度以下とするのが好ましい。スリット状開口部は、隔壁構造体と一体としてもよいし、別に設けても良い。スリット状開口部の長辺方向は、線状結像領域の主走査方向と平行であることが好ましい。スリットの位置および幅は、線状画像のゴーストが線状結像領域に入らない範囲で適宜設計する。

なお、ここでは読み取り対象とする画像を線状画像としたが、点状画像でも面状画像でも良い。スリットは、特に面状画像の場合に効果を有する。点状画像および線状画像の場合は、物点側・像点側にスリット状開口部を設けても設けなくてもよいが、設けることが好ましい。面状画像の場合は、物点側にスリット状開口部を設けることは必須である。像点側には、設けても設けなくてもよいが、設けることが好ましい。

スリット状開口部を有する隔壁構造体は、光学系内で反射する光線を除去するために、内壁に光吸収性機能があることが好ましい。あるいは隔壁構造体自体を光吸収性材料で構成することが好ましい。また、隔壁構造体に黒色の隔壁材料を用い、隔壁材料の表面に微細凹凸加工を行って光吸収性を持たせることが好ましい。

樹脂正立レンズアレイのレンズ形成領域の短辺方向の長さ（副走査方向長）は、スリット状開口部の短辺方向の長さ（副走査方向長）以上とし、スリット状開口部の短辺方向の長さ（副走査方向長）は、固体撮像素子の短辺方向の長さ（副走査方向長）以上とする。

実際には、スリット状開口部の短辺方向の長さ（副走査方向長）を０．５ｍｍとし、レンズ形成領域の短辺方向の長さ（副走査方向長）を、スリット状開口部、固体撮像素子の取り付け公差も考慮して２．０ｍｍとした。

さらに、樹脂正立レンズアレイのレンズ形成領域の長辺方向の長さ（主走査方向長）は、スリット状開口部の長辺方向の長さ（主走査方向長）以上とし、スリット状開口部の長辺方向の長さ（主走査方向長）は、固体撮像素子の長辺方向の長さ（主走査方向長）以上とする。

また、樹脂正立レンズアレイの作動距離の長さは、樹脂正立レンズアレイのレンズ面からスリット状開口部までの距離であるスリット深さ以上とする。

線状固体撮像素子１８には、モノクロームの線状画像が転送される場合は、ＣＣＤを１列に並べたものを用いることができ、カラーの線状画像が転送される場合は、ＣＣＤを３列に並べたものを用いることができる。

図９は、線状固体撮像素子１８に画像を結像する状態を説明する図であり、図１０は、樹脂正立レンズアレイの１つの微小凸レンズを中心としてレンズピッチの２倍の長さを半径とする円の領域内の個々の微小凸レンズ２の配置を拡大して示す図であり、図１１は、線状結像領域の線状固体撮像素子１８に結像する像点とゴーストが現れる点を拡大して示す図である。

樹脂正立レンズアレイを介して、固体撮像素子へ画像を取り込む場合、固体撮像素子への迷光入射を低減するために、微小凸レンズは、微小凸レンズの配列方向と固体撮像素子の長辺方向とが、同一方向とならないように配置する。

微小凸レンズを六方配列で配置した場合は、１つの微小凸レンズを中心としてレンズピッチの２倍の長さを半径とする円の領域内で、微小凸レンズの中心を結んで得られる直線の方向が、固体撮像素子の長辺方向と同一方向とならないようにする。

長方配列の場合は、１つの微小凸レンズを中心として（長ピッチ² ＋短ピッチ² ）^1/2の長さを半径とする円の領域内で、微小凸レンズの中心を結んで得られる直線の方向が、固体撮像素子の長辺方向と同一方向とならないようにする。

また、上述したように、物点より像点を見て、少なくとも固体撮像素子の長辺方向と平行方向にレンズ配列方向が無いこと必要であるが、さらに、結像する像点とゴーストが現われない像点の距離範囲内において、固体撮像素子の領域内にゴーストを結像しないようにすること、すなわち、結像する像点とゴーストが現われない像点の距離範囲内において、固体撮像素子の短辺方向の長さの１／２の長さが、固体撮像素子の長辺方向に沿う中心線からゴーストが現れる像点までの固体撮像素子短辺方向の距離の長さよりも短いことが必要である。

実際に作製した画像読み取り装置では、線状画像、正立等倍レンズアレイ、スリットおよび固体撮像素子の組み合わせで、固体撮像素子への取り込み結果を見ると、量子化ノイズと迷光の影響を区別するのは不可能なレベルであった。

点光源の結像特性を調べたところ、固体撮像素子を設置すべき場所での迷光の光量は、２／１０００まで低減した。

図１２は、レンズ径０．３５ｍｍ、レンズピッチ０．４５ｍｍでレンズ間のレンズプレート上に光吸収性膜（遮光膜）２０を設けたときの説明図であり、図１３は、レンズ径０．４５ｍｍ、レンズピッチ０．４５ｍｍ、六方最密充填で配列（互いに接しながら配列）して光吸収性膜（遮光膜）２０を設けたときの説明図である。

樹脂レンズアレイを構成するレンズプレートのレンズ面をそれぞれ光源入射側から［１］面，［２］面，［３］面，・・・［Ｎ］面とした場合、偶数番号面に光吸収性膜２０を設けることが好ましく、奇数番号面には設けても設けなくてもよいが、好ましくは設ける。図１４は、［１］〜［４］面のレンズ面を有する場合の光吸収性膜の配置例を説明する図である。

レンズプレートを少なくとも２枚対向して配置した樹脂正立レンズアレイを読み取り光学系にする場合、１つの固体撮像素子（ＣＣＤ）からレンズ面に張った垂線を光軸とすると、固体撮像素子には光軸上の物点から発せられた光線以外の光線（迷光）も入射する。

この迷光は、樹脂正立レンズアレイの配列（方向、ピッチ）、および開口角に依存しており、ピッチが狭い方向からは迷光がより多く入射し、開口角が小さくなると、光軸に近い部分から迷光が入射するようになる。光軸に近い部分からの迷光ほど像に与える影響が大きく、光軸から離れるにしたがって迷光が像に与える影響は小さくなる。

正立等倍光学系で良質の結像性能を得るには、何らかの方法で迷光を除去しなければならない。本発明の画像読み取り装置では、光軸に比較的近い部分からの迷光をスリット状開口部で除去し、遠い部分からの迷光をレンズ間のレンズプレート上に設けられた遮光壁で除去することとしている。

レンズの開口角が広い場合、ゴーストの出現角度が広角のみであり、広角範囲のゴーストのみを除去すればよいため、遮光壁のみでもゴーストを除去することが可能である。一方、レンズの開口角が狭い場合、ゴーストの出現角度が狭角から広角までとなり、広範囲の光が固体撮像素子に入るため、狭角範囲のゴーストをスリット状開口部で、広角範囲のゴーストを遮光壁で除去するとよい。従って、開口角が狭い場合は、スリット状開口部と遮光壁の両方を設けることが好ましい。例えば、開口角が１０°の場合は遮光壁のみでもよいが、開口角が６°の場合はスリット状開口部と遮光壁の両方を設けることが好ましい。装置のデザインなどの理由でスリット状開口部を設けられない場合は、遮光壁の高さを高くすることでスリットとほぼ同等の効果を得ることも可能である。

図１５は、レンズ間のレンズプレート上に遮光壁を設けたときの説明図である。少なくとも１枚のレンズプレート上に光吸収性の遮光壁３０を設けることが好ましい。

レンズ径０．３５ｍｍ、レンズピッチ０．４２ｍｍのレンズに対し、個々のレンズ上に開口径０．３５ｍｍ、ピッチ０．４２ｍｍとし、高さ（レンズ頂部から遮光壁先端部までの高さ）が０．２ｍｍ以上となるように遮光壁３０が設けられている。このような遮光壁を設けると、レンズ頂点に入射する光線とレンズ光軸とのなす角度θが４５度以下となるため、レンズ光軸と４５度より大きい角度をなす光線、すなわち光軸から離れた部分からの迷光を除去することができる。レンズ開口角によって、迷光の入射角度が変化するため、遮光壁の高さは、レンズ開口角との関係で適宜設計すればよい。好ましくは０．１５〜２．０ｍｍ、より好ましくは０．２〜２．０ｍｍとする。

遮光壁のレンズプレート平面方向の形状は、図１６に示すように、矩形状（ａ）、六角形状（ハニカム形状）（ｂ）、円形状（ｃ）、レンズ以外を全て遮光壁とした形状（ｄ），（ｅ）等が考えられる。遮光壁３０は、レンズ面をそれぞれ光源入射側から［１］面，［２］面，［３］面，・・・［Ｎ］面とした場合、［１］面に設けることが好ましい。遮光壁３０と光吸収性膜２０を両方設ける場合には、最も光源入射側に近い［１］面には必ず遮光壁３０を設け、最も光源入射側から遠い［Ｎ］面には必ず光吸収性膜２０を設ける。［１］面と［Ｎ］面との間の面については、［２Ｍ（Ｍ＝１，２，３，・・・）］面と［２Ｍ＋１］面のどちらか一方に光吸収性膜２０を設ける。［Ｎ］面の光吸収性膜２０に代えて、遮光壁３０でもよい。図１７は、［１］〜［４］面のレンズ面を有する場合の遮光壁３０と光吸収性膜２０の配置例を説明する図であり、図１８は、［４］面の光吸収性膜２０を遮光壁３０に代えたときの配置例を説明する図である。なお、遮光壁は、光吸収性膜と同じ材料でもよい。

図１９は、レンズプレート上方に遮光壁を設けたときの説明図である。遮光壁３０がレンズプレートに接触せず、レンズプレートの上方にあっても同様の効果が得られる。レンズプレートに遮光壁が接触しない場合は、レンズのピッチと遮光壁のピッチは異なっていてもよい。レンズプレートに遮光壁が接触しない場合は、より広範囲の角度から光が入射するので、接触する場合よりも高い遮光壁が必要となる（少なくとも２倍以上の高さが必要である）。また、接触しない場合は、モアレ発生の問題が生じるので、好ましくは接触するほうがよい。

正立等倍光学系の光量透過率、および開口角にも依存するが、遮光壁の高さを数百ミクロン以上とすると、光軸から遠い迷光に加えて、光軸から近い迷光をも除去することができるため、上述した隔壁構造体にスリット開口部を設けなくても良好な像を得ることが可能となる。

次に、遮光壁の作り方について説明する。遮光壁を作る第１の実施例は、厚膜印刷により遮光壁を形成するものである。まず、光感光性の黒色樹脂塗料（インキまたはレジスト）を樹脂基材に所定の厚み（２０〜１００μｍ）塗布し、表面のべたつきが無くなるまで乾燥させた。乾燥は、樹脂基材の軟化温度以下で行った。

次に、印刷パターニング領域外にマーカーを設置してから、マスクを使用して露光した。これらの工程を繰り返して、黒色樹脂塗料を積層させて所望の厚みとした。次いで、現像およびポストキュア（加熱により硬化させること）を行った。本実施例では、１回分の厚みを７０μｍとし、３回繰り返すことで２１０μｍの壁を形成した。黒色樹脂は、表面反射を低減するために、表面は梨地状態（凹凸状態）のものが好ましい。特に内壁部分は梨地状態であることが好ましい。

遮光壁を作る第２の実施例は、黒色樹脂リブを形成して遮光壁を形成するものである。まず、黒色の樹脂リブを射出成型により、以下の手順で作製した。金型として、剣山状板、それに対応した多穴板、および平板から構成される金型を用いた。まず、剣山状板に多穴板を差し込み、剣山状板の上に平板を置いた。

次に、平板に多数設けられたピンゲートから、樹脂を流し込み、多穴板と平板間に樹脂を充填し、冷却した。冷却後に平板を取り外し、次いで、剣山状板から成型品を剥離した。内壁を梨地状態にした場合は、成型後の離型を容易にするために１０度以下の抜き勾配を設けるとよい。得られた成型品をレンズに載置して、遮光壁付きのレンズアレイとした。

抜き勾配を設けた場合は、リブの薄い方をレンズ側にすると、効率良く迷光を除去できる。また、リブの厚いほうをレンズ側にすると、透過光量が上がる。リブの穴形状は、六角形状（ハニカム形状）でも矩形状でも円形状でもどのような形状でもよい。

第１の実施例および第２の実施例とも、使用する樹脂の熱膨張係数は、レンズに使用されている樹脂の熱膨張係数と近いほうが望ましい。また、１０^-5（１／℃）オーダーの熱膨張係数が望ましい。

また、第１および第２の実施例の他に、所定の厚みの黒色フィルム等に紫外線レーザで穴を加工してリブを作ることもできる。

図２０は、レンズ径０．３５ｍｍ、レンズピッチ０．４５ｍｍでレンズ間に遮光溝を設けたときの説明図である。少なくとも１枚のレンズプレートの片面または両面には、１つのレンズと他のレンズとの間に、不必要な光線を除去するために光吸収性の遮光溝４０を設けることが好ましい。遮光溝の深さは、深いほうが好ましく、好ましくは、レンズプレート厚さの３０％以上、より好ましくは５０％以上、最も好ましくは６０％以上とする。

遮光溝は、レンズ面をそれぞれ光源入射側から［１］面，［２］面，［３］面，・・・［Ｎ］面とした場合、奇数番号面または偶数番号面に設ける。奇数番号面に遮光溝を設けるときは、最も光源入射側から遠い［Ｎ］面には必ず光吸収性膜を設け、［Ｎ］面以外の偶数番号面には、光吸収性膜を設けても設けなくてもよい。図２１は、［１］〜［４］面のうち奇数番号面に遮光溝４０を設けるときの光吸収性膜２０の配置例を説明する図である。偶数番号面に遮光溝を設けるときは、［１］面に必ず光吸収性膜を設け、［１］面以外の奇数番号面には、光吸収性膜を設けても設けなくてもよい。図２２は、［１］〜［４］面のうち偶数番号面に遮光溝４０を設けるときの光吸収性膜２０の配置例を説明する図である。遮光膜２０の代わりに遮光溝４０としてもよく、また全ての面に遮光溝４０を設けてもよい。

また、上述した実施の形態において、固体撮像素子への不要な波長の光線を除去するためにレンズプレート内に紫外線カット機能または赤外線カット機能を有し、または光路内に紫外線カットフィルタまたは赤外線カットフィルタを有するようにしてもよい。

また、スリット状開口部と遮光膜と遮光壁と遮光溝の組み合わせに関して、面状画像を読み取るための画像読み取り装置における、最も好ましい組み合わせの１つは、スリット状開口部と、遮光膜と、最も光源入射側の［１］面に遮光壁（または遮光溝）の組み合わせ（以下、組み合わせ（１）という）である。遮光膜を［１］面以外の全ての面に設けた場合は、全てのレンズ開口角においてゴースト除去が可能である。遮光膜の代わりに遮光壁または遮光溝としても良い。もう１つの最も好ましい組み合わせは、遮光膜と、最も光源入射側の［１］面に遮光壁（または遮光溝）の組み合わせ（以下、組み合わせ（２）という）である。この組み合わせは、開口角が広い場合に好ましい。遮光膜の代わりに遮光壁または遮光溝としても良い。組み合わせ（１）および組み合わせ（２）とも、隔壁構造体を備えて隔壁構造体に樹脂正立レンズアレイを収めることが好ましい。

本発明に係る画像読み取り装置に用いられる樹脂正立レンズアレイを構成するレンズプレートの実施の形態を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 樹脂正立レンズアレイを用いて像面に点光源を結像する状態を示す図である。 レンズプレート上の１つの微小凸レンズを中心としてレンズピッチの２倍の長さを半径とする円の領域内の個々の微小凸レンズの配置を拡大して示す図である。 像面に結像する点光源像を拡大して示す図である。 樹脂正立レンズアレイを用いて線状画像を線状結像領域に転送する画像読み取り装置の一部の例を示す断面図である。 画像読み取り装置の他の例を示す断面図である。 画像読み取り装置の更に他の例を示す断面図である。 線状固体撮像素子に画像を結像する状態を説明する図である。 レンズプレート上の１つの微小凸レンズを中心としてレンズピッチの２倍の長さを半径とする円の領域内の個々の微小凸レンズの配置を拡大して示す図である。 線状結像領域の線状固体撮像素子に結像する像を拡大して示す図である。 レンズ間のレンズプレート上に光吸収性膜を設けたときの説明図である。 六方最密充填配列のレンズ間に光吸収性膜を設けたときの説明図である。 光吸収性膜の配置例を説明する図である。 レンズ間のレンズプレート上に遮光壁を設けたときの説明図である。 遮光壁のレンズプレート平面方向の形状の例を示す図である。 遮光壁の配置例を説明する図である。 遮光壁の配置例を説明する図である。 レンズプレート上方に遮光壁を設けたときの説明図である。 レンズ間に遮光溝を設けたときの説明図である。 遮光溝の配置例を説明する図である。 遮光溝の配置例を説明する図である。

符号の説明

１，１０ レンズプレート
２，１１ 微小凸レンズ
３，１２ 樹脂正立レンズアレイ
１４ａ，１４ｂ スリット状開口部
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 隔壁構造体
１８ 線状固体撮像素子
２０ 光吸収性膜
３０ 遮光壁
４０ 遮光溝

Claims (19)

1. 少なくとも片面に球面または非球面の微小凸レンズが所定のレンズピッチで規則的に配列された樹脂レンズプレートを少なくとも２枚対向して配置した樹脂正立レンズアレイにおいて、
   １つの光源から出射される光線の樹脂正立レンズアレイにおける光線取り込み可能領域内に、１つ以上の前記微小凸レンズの全体を含むことを特徴とする樹脂正立レンズアレイ。
2. 前記微小凸レンズが所定のレンズピッチで規則的に配列されたレンズ形成領域の主走査方向の長さは、前記光源から出射される光線の光線取り込み可能領域の主走査方向の長さ以上であり、レンズ形成領域の副走査方向の長さは、前記光源から出射される光線の光線取り込み可能領域の副走査方向の長さ以上であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂正立レンズアレイ。
3. 前記微小凸レンズの配列方向と前記レンズ形成領域の長辺方向とが同一方向に無いことを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂正立レンズアレイ。
4. 少なくとも１枚の樹脂レンズプレートの片面または両面は、レンズとして機能する部分以外の領域が光吸収性を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂正立レンズアレイ。
5. 少なくとも１枚の樹脂レンズプレート上には、１つのレンズと他のレンズとの間に、不必要な光線を除去するための光吸収性壁が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂正立レンズアレイ。
6. 少なくとも１枚の樹脂レンズプレートの片面または両面は、１つのレンズと他のレンズとの間に、不必要な光線を除去するための溝が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の樹脂正立レンズアレイ。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の樹脂正立レンズアレイを用いて画像を線状結像領域に転送する画像読み取り装置であって、少なくとも前記微小凸レンズの配列方向と前記線状結像領域の長辺方向とが同一方向に無いことを特徴とする画像読み取り装置。
8. 前記微小凸レンズの配列は、前記樹脂正立レンズアレイの外辺に対してレンズを互い違いに配列する六方配列の場合、１つの微小凸レンズを中心としてレンズピッチの２倍の長さを半径とする円の領域内で、レンズ中心を結ぶ線の方向と前記線状結像領域の長辺方向とが同一方向に無いことを特徴とする請求項７に記載の画像読み取り装置。
9. 前記微小凸レンズの配列は、前記樹脂正立レンズアレイが前記微小凸レンズをマトリックス状に配列した長方配列の場合、１つの微小凸レンズを中心として（長ピッチ² ＋短ピッチ² ）^1/2の長さを半径とする領域内で、レンズ中心を結ぶ線の方向と前記線状結像領域の長辺方向とが同一方向に無いことを特徴とする請求項７に記載の画像読み取り装置。
10. 物点側作動距離内および／または像点側作動距離内に、不必要な光線を除去するためのスリット状開口部を備えることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の画像読み取り装置。
11. 前記スリット状開口部の長辺方向と前記線状結像領域の長辺方向とを同一方向としたことを特徴とする請求項１０に記載の画像読み取り装置。
12. 前記樹脂正立レンズアレイのレンズ形成領域の副走査方向の長さは、前記スリット状開口部の副走査方向の長さ以上であり、前記スリット状開口部の副走査方向の長さは、前記線状結像領域の副走査方向の長さ以上であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の画像読み取り装置。
13. 前記樹脂正立レンズアレイのレンズ形成領域の主走査方向の長さは、前記スリット状開口部の主走査方向の長さ以上であり、前記スリット状開口部の主走査方向の長さは、前記線状結像領域の主走査方向の長さ以上であることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の画像読み取り装置。
14. 前記線状結像領域内に固体撮像素子を設け、前記スリット状開口部の長辺方向と前記固体撮像素子の長辺方向とを同一方向とし、前記微小凸レンズの配列方向を前記スリット状開口部および前記固体撮像素子の長辺方向と異なる方向とすることを特徴とする請求項１０〜１３に記載の画像読み取り装置。
15. 前記樹脂正立レンズアレイのレンズ形成領域の副走査方向の長さは、前記スリット状開口部の副走査方向の長さ以上であり、前記スリット状開口部の副走査方向の長さは、前記固体撮像素子の副走査方向の長さ以上であることを特徴とする請求項１４に記載の画像読み取り装置。
16. 前記樹脂正立レンズアレイのレンズ形成領域の主走査方向の長さは、前記スリット状開口部の主走査方向の長さ以上であり、前記スリット状開口部の主走査方向の長さは、前記固体撮像素子の主走査方向の長さ以上であることを特徴とする請求項１４または１５に記載の画像読み取り装置。
17. 前記線状結像領域に固体撮像素子を設けることを特徴とする請求項７〜１３のいずれかに記載の画像読み取り装置。
18. 前記固体撮像素子への不要な波長の光線を除去するために樹脂レンズプレート内に紫外線カット機能または赤外線カット機能を有し、または光路内に紫外線カットフィルタまたは赤外線カットフィルタを有することを特徴とする請求項１４〜１７のいずれかに記載の画像読み取り装置。
19. 前記樹脂正立レンズアレイを収める隔壁構造体を有し、前記隔壁構造体の少なくとも内側部分は光吸収性を有することを特徴とする請求項７〜１８のいずれかに記載の画像読み取り装置。

Images