JP2009139487A - 正立等倍レンズアレイプレート - Google Patents

Abstract

【課題】迷光を好適に除去するとともに、主走査方向の光量分布のばらつきを低減する。
【解決手段】正立等倍レンズアレイプレート１０は、複数の凸レンズ１８を両面に形成した平板状レンズアレイプレートが対応するレンズの組が共軸のレンズ系を構成するように複数枚積層され、一方の側の略直線状の光源からの光を受けて、他方の側の像面に前記略直線状の光源の正立等倍像を形成する。レンズ主配列方向は、当該正立等倍レンズアレイプレートの主走査方向と異なっており、正立等倍レンズアレイプレート１０の中間面における略直線状の光源の倒立像が形成される位置近傍に設けられた、結像に寄与しない光を遮断する第１遮光部材と、光源側レンズ面上に設けられた、少なくとも一部の副走査方向外周レンズへの入射光量を低減する第２遮光部材１７とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像読取装置や画像形成装置に用いられる正立等倍レンズアレイプレートに関する。

従来、スキャナ等の画像読取装置やＬＥＤプリンタ等の画像形成装置として、正立等倍結像光学系を用いた装置が知られている。正立等倍結像光学系を用いた場合、縮小結像光学系の場合よりも装置をコンパクトにすることができる。画像読取装置の場合、正立等倍結像光学系は、ライン状光源と、正立等倍レンズアレイと、ラインイメージセンサから構成される。画像形成装置の場合、正立等倍結像光学系は、ライン状光源と、正立等倍レンズアレイと、感光ドラムから構成される。

正立等倍結像光学系における正立等倍レンズアレイとしては、正立等倍像を結像可能なロッドレンズアレイが用いられる。ロッドレンズアレイは、通常はレンズアレイの長手方向（画像読取装置の主走査方向）にロッドレンズが配列される。ロッド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、ロッドレンズアレイの場合、ロッドレンズの列数は、価格とのかねあいで１〜２列が一般的である。

一方、正立等倍レンズアレイとして、片面または両面に複数の微小凸レンズを規則的に配列した透明な平板状レンズアレイプレートを、個々の凸レンズの光軸が一致するように複数枚積層した正立等倍レンズアレイプレートも構成可能である。このような正立等倍レンズアレイプレートは、射出成型などの方法により形成できるため、複数列の正立等倍レンズアレイを比較的安価に製造することができる。

正立等倍レンズアレイプレートでは、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、正立等倍レンズアレイ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、たとえば特許文献１には、正立等倍レンズアレイプレートの表面に遮光壁を設け、さらに正立等倍レンズアレイプレートの周囲にスリット状開口部を有する隔壁構造体を設ける技術が開示されている。また、特許文献２には、正立等倍レンズアレイプレートの中間結像面に遮光手段を設けた結像光学系が開示されている。
特開２００５−３７８９１号公報 特開２００５−１２２０４１号公報

本発明者は、光学系を小型化および軽量化するために、特許文献１に開示されたスリット状開口部を有する隔壁構造体を用いない正立等倍レンズアレイプレートについて検討を行った。この正立等倍レンズアレイプレートは、中間面における光源の倒立像が形成される位置近傍に迷光を遮断する遮光部材を備えるとともに、レンズ主配列方向が正立等倍レンズアレイプレートの長手方向と異なるものである。

しかしながら、本発明者は、上述のような正立等倍レンズアレイプレートをそのまま利用した場合、主走査方向の光量分布のばらつきが大きいという新たな知見を得た。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、迷光を好適に除去するとともに、主走査方向の光量分布のばらつきを低減することのできる正立等倍レンズアレイプレートを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の正立等倍レンズアレイプレートは、複数のレンズを片面または両面に形成した平板状レンズアレイプレートが対応するレンズの組が共軸のレンズ系を構成するように複数枚積層され、一方の側の略直線状の光源からの光を受けて、他方の側の像面に略直線状の光源の正立等倍像を形成する正立等倍レンズアレイプレートであって、レンズ主配列方向が、当該正立等倍レンズアレイプレートの長手方向と異なっているとともに、当該正立等倍レンズアレイプレートの中間面における略直線状の光源の倒立像が形成される位置近傍に設けられた、結像に寄与しない光を遮断する第１遮光部材と、当該正立等倍レンズアレイプレートの光源側または像面側のいずれかのレンズ面上に設けられた、少なくとも一部の副走査方向外周レンズへの入射光量を低減する第２遮光部材とを備える。

この態様によると、正立等倍レンズアレイプレートの中間面における略直線状の光源の倒立像が形成される位置近傍に第１遮光部材を備えるとともに、レンズ主配列方向を長手方向と異ならせたことにより、迷光を好適に除去でき、ゴーストのない正立等倍像を像面に形成することができる。

さらに、正立等倍レンズアレイプレートの光源側または像面側のいずれかのレンズ面上に、少なくとも一部の副走査方向外周レンズへの入射光量を低減する第２遮光部材を設けたことにより、主走査方向の光量分布のばらつきを低減することができる。スリット状開口部を有する隔壁構造体を用いることなしに、隔壁構造体を用いた正立等倍レンズアレイプレートと同等の迷光除去および光量分布ばらつきを実現することができるので、結像光学系の小型化および軽量化に有利である。

特に、第２遮光部材を正立等倍レンズアレイプレートの光源側レンズ面上に設けた場合は、光源側レンズ面の外周部のレンズを透過する迷光となりやすい光を予めカットすることができる。

第２遮光部材は、光源側または像面側のいずれかのレンズ面上において、副走査方向中心線からの距離が所定距離以上の領域の透光を全て遮断したものであることが望ましい。このとき、第２遮光部材は、少なくとも１つの副走査方向外周レンズのレンズ表面の一部が覆われるように形成されることが望ましい。この場合、好適に第２遮光部材を形成することができる。最適な所定距離は、主走査方向の光量分布のばらつきが小さくなるように、適宜実験やシミュレーションを行って定めればよい。

第２遮光部材は、光源側または像面側のいずれかのレンズ面上に遮光材料を用いて印刷することにより形成されることが望ましい。この場合、第２遮光部材の形成が容易となるので、製造コストを低減できる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、迷光を好適に除去するとともに、主走査方向の光量分布のばらつきを低減することのできる正立等倍レンズアレイプレートを提供できる。

図１は、本発明の実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１０を用いた画像読取装置１００の概略構成を示す図である。画像読取装置１００は、筐体１０８の内部に正立等倍結像光学系１１０が収容されている。正立等倍結像光学系１１０は、ライン状光源１０６と、正立等倍レンズアレイプレート１０と、ラインイメージセンサ１０４を備える。

ライン状光源１０６は、略直線状の光を出射する光源である。ここで略直線状とは、２００μｍ程度の幅を有する直線または２００μｍ程度の幅内に含まれる曲線若しくは千鳥に配置された直線のことを示す。ライン状光源１０６から出射された光は、原稿台１０２上に置かれた原稿１２０に照射される。原稿１２０は、ライン状光源１０６からの略直線状の光を正立等倍レンズアレイプレート１０に向けて反射する。以下、必要に応じて適宜、原稿１２０の光を反射する領域を、光源Ｂと呼ぶ。光源Ｂは、正立等倍レンズアレイプレート１０に向けて略直線状の光を出射する。

正立等倍レンズアレイプレート１０は、後述するように、複数のレンズを片面または両面に形成した平板状レンズアレイプレートが対応するレンズの組が共軸のレンズ系を構成するように複数枚積層されたものである。正立等倍レンズアレイプレート１０は、一方の側の光源Ｂからの略直線状の光を受けて、他方の側の像面に正立等倍像を形成する。正立等倍像が形成される像面には、ラインイメージセンサ１０４が配設され、正立等倍像を受光する。そして、正立等倍結像光学系１１０を副走査方向に走査することにより、原稿１２０を読み取ることができるようになっている。

正立等倍レンズアレイプレート１０は、その長手方向が主走査方向に、短手方向が副走査方向に一致するように画像読取装置１００に装着される。また、正立等倍レンズアレイプレート１０と直交し、且つ正立等倍レンズアレイプレート１０の副走査方向における中心線ＣＬを通る面を基準面５０としたときに、基準面５０上に光源Ｂとラインイメージセンサ１０４の中心線が位置するように、正立等倍レンズアレイプレート１０は画像読取装置１００に装着される。

図２は、本発明の実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１０の平面図である。図２は、正立等倍レンズアレイプレート１０を光源Ｂ側から見た様子を示している。また、図３は、図２に示す正立等倍レンズアレイプレート１０のＸ−Ｘ断面図である。

図２、図３に示すように、正立等倍レンズアレイプレート１０は、第１平板状レンズアレイプレート１２と、第２平板状レンズアレイプレート１４と、第１遮光部材１６と、第２遮光部材１７とを備える。第１平板状レンズアレイプレート１２および第２平板状レンズアレイプレート１４は、長方形状であり、その両面には複数の凸レンズ１８が配列形成されている。

第１平板状レンズアレイプレート１２および第２平板状レンズアレイプレート１４の材質は、射出成型に使用可能で、必要な波長帯域の光に対して光透過性が高く、吸水性の低いものが望ましい。望ましい材質としては、シクロオレフィン系樹脂や、オレフィン系樹脂、ノルボルネン系樹脂、ポリカーボネートなどを例示することができる。

第１平板状レンズアレイプレート１２と第２平板状レンズアレイプレート１４において、凸レンズ１８は同一の配列パターンで形成されており、第１平板状レンズアレイプレート１２と第２平板状レンズアレイプレート１４を対向して配置したときに、１対１で対応するようになっている。第１平板状レンズアレイプレート１２と第２平板状レンズアレイプレート１４は、対応する凸レンズ１８同士の光軸が一致するようにして配置される。本実施の形態では、凸レンズ１８の形状を球面としたが、凸レンズ１８の形状は非球面であってもよい。

図２に示すように、凸レンズ１８は、六方配列で配置されている。六方配列は、１つの凸レンズ１８から見た場合に、６つの方向に延びる配列である。さらに、本実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１０では、レンズ主配列方向が、正立等倍レンズアレイプレート１０の長手方向（主走査方向）と異なるように、凸レンズ１８が配置されている。なお、本実施の形態においては、近接する２つのレンズの中心を結んで得られる直線の方向を、近接レンズ配列方向と呼ぶ。近接する２つのレンズとは、レンズ間に他のレンズがない２つのレンズを意味する。そして、近接レンズ配列方向のうち、並ぶレンズの数が最も多くなる方向を、レンズ主配列方向と呼び、レンズ主配列方向と主走査方向のなす角度のうち、小さい方の角度を、レンズ配列角度θと呼ぶ。また、近接レンズ配列方向のうち、並ぶレンズの数が最も少なくなる方向を、レンズ副配列方向と呼ぶ。

平板状レンズアレイプレートを対向して配置した正立等倍レンズアレイプレートを用いて、点光源を像面に結像する場合、迷光が現れる方向は、近接レンズ配列方向である。従って、たとえば特開２００５−１２２０４１に開示されるようにレンズ主配列方向が主走査方向と同じ方向である場合、発生した迷光が、主走査方向と平行に配置されるラインイメージセンサに直接入射してしまい、ゴーストが発生してしまう。この現象は、レンズが基準面上または基準面から離れている場合においても同様に発生し、レンズ（光が透過する部分）が主走査方向に平行に配列されている限りゴーストが発生する。本実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１０では、レンズ主配列方向を主走査方向と異ならせたことにより、迷光の発生する方向が副走査方向にずれるので、ラインイメージセンサに直接入射する迷光を減らすことができる。

第１遮光部材１６は、第１平板状レンズアレイプレート１２と第２平板状レンズアレイプレート１４の中間に設けられるフィルム状の部材である。図３に示すように、第１遮光部材１６は、第１平板状レンズアレイプレート１２の下面１２ｂに形成された凸レンズ１８と、第２平板状レンズアレイプレート１４の上面１４ａに形成された凸レンズ１８とにより挟み込まれている。

正立等倍レンズアレイプレート１０を図１に示す画像読取装置１００に装着する場合、第１平板状レンズアレイプレート１２の上面１２ａが光源Ｂ側、第２平板状レンズアレイプレート１４の下面１４ｂが結像面であるラインイメージセンサ１０４側となるように装着される。以下、第１平板状レンズアレイプレート１２の上面１２ａを光源側レンズ面１２ａと呼び、第２平板状レンズアレイプレート１４の下面１４ｂを像面側レンズ面１４ｂと呼ぶ。

第１遮光部材１６は、結像に寄与しない光を遮断する遮光手段としての機能を有する。正立等倍レンズアレイプレート１０では、上述したようにレンズ主配列方向を主走査方向と異ならせているが、これだけでは、迷光の発生する方向が副走査方向にずれるだけであり、迷光自体が除去された訳ではない。そこで、本実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１０では、第１遮光部材１６を設け、この副走査方向にずれた迷光が正立等倍レンズアレイプレート１０を透過するのを遮断している。ラインイメージセンサに迷光が直接入射しなくても、迷光がラインイメージセンサ周辺に照射されると、コントラストが低下し、画質が低下してしまう。第１遮光部材１６を設けることにより、迷光が好適に除去され、画質を向上することができる。

図４は、第１遮光部材１６の平面図である。図４では、凸レンズ１８とスリット状開口部２０の位置関係が分かるように、凸レンズ１８を破線で示している。第１遮光部材１６は、各凸レンズ１８の透光領域を、各凸レンズ１８の有効領域と、主走査方向と略平行な一定幅を有したスリット状開口部２０との重なる領域とし、それ以外の部分の透光を全て遮断したものである。ここでレンズの有効領域とは、レンズとしての機能を有する部分のことをいい、略平行とはおおよそ平行であることで、たとえば少し傾いた直線同士（交わった角度１０°以下）や波線等でその中央線が平行であるもの等も含むものとする。

図４に示すように、第１遮光部材１６には、各凸レンズ１８に対して１つずつスリット状開口部２０が形成されている。スリット状開口部２０により、各凸レンズ１８の透光領域が制限されている。第１遮光部材１６において、スリット状開口部２０以外の領域は、光吸収性層によって覆われており、透光を全て遮断している。

第１遮光部材１６としては、光学的透過率が大きいフィルムの表面に光吸収性層を印刷してスリット状開口部２０を形成したもの、あるいは光学的透過率が小さいフィルムに孔を設けてスリット状開口部２０を形成したものを用いることができる。

第１遮光部材１６において、スリット状開口部２０は、正立等倍レンズアレイプレート１０の積層方向の中間面における光源Ｂの倒立像が形成される位置近傍に形成される。光源Ｂの倒立像が形成される位置は、各凸レンズ１８によって異なるため、スリット状開口部２０の位置も凸レンズ１８ごとに異なっている。たとえば、レンズ中心が基準面５０上にある凸レンズ１８は、スリット状開口部２０の中心がレンズ中心と一致しているが、レンズ中心が基準面５０から離れるほど、スリット状開口部２０の中心とレンズ中心が離れている。スリット状開口部２０の形状および位置については後述するが、図４に示すようなスリット状開口部２０を形成した第１遮光部材１６を第１平板状レンズアレイプレート１２と第２平板状レンズアレイプレート１４の間に設けることにより、像面の結像に寄与する光である結像光を透過しつつ、結像に寄与しない迷光を好適に除去することができる。

図５は、スリット状開口部２０を形成する位置について説明するための図である。図５は、第１平板状レンズアレイプレート１２と第２平板状レンズアレイプレート１４とを、対応する凸レンズ同士を接触させて配置した図である。図５において、縦方向が正立等倍レンズアレイプレート１０の副走査方向（短手方向）であり、奥行き方向が主走査方向（長手方向）である。

図５において、光源Ｂから出射された光は、第１平板状レンズアレイプレート１２の凸レンズ１８ａ、１８ｂにより集光され、第１平板状レンズアレイプレート１２と第２平板状レンズアレイプレート１４の中間面に倒立像Ａが形成される。倒立像が形成される中間面を、倒立像結像面５２と呼ぶ。この倒立像Ａは、第２平板状レンズアレイプレート１４の凸レンズ１８ｃ、１８ｄにより集光され、像面に正立等倍像Ｃを形成する。

図６は、倒立像結像面５２における倒立像Ａを示す図である。正立等倍レンズアレイプレート１０は、ライン状光源を用いた光学系に適用されるので、倒立像Ａは、図６に示すように略直線状の像となる。凸レンズの開口は円形であるが、結像光として使用するのは、倒立像Ａが形成される領域のみであるので、この領域を中心にスリット状開口部２０を形成すればよい。

図５に戻り、平板状レンズアレイプレートが、板厚ｔ、屈折率ｎ、レンズの作動距離ＷＤとすると、レンズ中心から距離ｙ１の位置にある基準面５０上の光源Ｂからの光が集光されて、レンズ中心からｙ１’の距離に倒立像Ａが形成される場合、レンズ中心から倒立像Ａまでの距離ｙ１’は、以下のように求めることができる。

光源Ｂから凸レンズ１８ａに入射する光の入射角をθ、凸レンズ１８ａに入射した光の屈折角をθ’とすると、スネルの法則により、θとθ’の間には、（１）式の関係が成り立つ。
ｓｉｎθ＝ｎ×ｓｉｎθ’ ・・・（１）
また、図５より（２）式、（３）式の関係が成り立つ。
ｔａｎθ＝ｙ１／ＷＤ ・・・（２）
ｔａｎθ’＝ｙ１’／ｔ ・・・（３）
ここで、ｓｉｎθ≒ｔａｎθ、ｓｉｎθ’≒ｔａｎθ’と近似すると、（１）式〜（３）式により、以下の（４）式を導くことができる。
ｙ１’／ｙ１＝ｔ／（ＷＤ×ｎ） ・・・（４）

（４）式の右辺ｔ／（ＷＤ×ｎ）は定数であるので、倒立像Ａが形成される位置は、基準面５０からレンズ中心までの距離ｙ１に比例した値だけ、レンズ中心からずれることになる。

また、基準面５０から倒立像Ａまでの距離Ｙは、Ｙ＝ｙ１＋ｙ１’であるので、以下の（５）式の関係が成り立つ。
Ｙ／ｙ１＝１＋ｔ／（ＷＤ×ｎ） ・・・（５）

（５）式の右辺１＋｛ｔ／（ＷＤ×ｎ）｝は定数（以下、この定数を適宜Ｆと呼ぶ）であるので、基準面５０から倒立像Ａまでの距離Ｙは、基準面５０からレンズ中心までの距離ｙ１を一定の倍率Ｆで拡大した値となる。この式（５）式に従って、各凸レンズ１８ごとに倒立像Ａが形成される位置を算出し、その位置を副走査方向の幅中心としてスリット状開口部２０を形成する。これにより、結像光を確実に透過させつつ、迷光を除去することができる。

なお、本実施の形態では、倒立像Ａが形成される位置を中心としてスリット状開口部２０を形成しているが、スリット状開口部２０を形成する位置は、厳密に倒立像Ａが形成される位置に限られず、倒立像Ａが形成される位置近傍であればよい。すなわち、倒立像Ａの形成に寄与する光が透過できるようにスリット状開口部２０を設ければよい。たとえば、第１平板状レンズアレイプレート１２の下面１２ｂの凸レンズ１８表面における倒立像Ａの形成に寄与する光が通る位置や、第２平板状レンズアレイプレート１４の上面１４ａの凸レンズ１８表面における倒立像Ａの形成に寄与する光が通る位置に、たとえば印刷手法やフォトレジストによって直接スリット状開口部２０を形成してもよい。

次に、スリット状開口部２０の副走査方向の幅について説明する。上述したように、スリット状開口部２０は、倒立像結像面の倒立像が形成される位置近傍に形成される。本来、結像光を透過させるだけであれば、結像光の幅だけ開口が形成されていればよいが、第１平板状レンズアレイプレート１２、第２平板状レンズアレイプレート１４および遮光部材１６を位置合わせする工程を容易とするために、スリット状開口部２０の副走査方向の幅は出来るだけ大きくとることが好ましい。位置合わせ工程を容易とすることにより、製造コストを低減することができる。

図７は、スリット状開口部２０の副走査方向の幅ｗについて説明するための図である。図７に示すように、凸レンズ１８ｅ、１８ｆが、ピッチＰ、レンズ配列角度θで配列されているとする。ここでピッチＰとは、レンズ主配列方向に並ぶ２つのレンズの間隔を表す。凸レンズ１８ｅのレンズ中心の基準面５０からの距離をｙとすると、凸レンズ１８ｅに隣接する凸レンズ１８ｆのレンズ中心の基準面５０からの距離は、ｙ＋Ｐ×ｓｉｎθとなる。このとき、（５）式より、凸レンズ１８ｅによって形成される倒立像Ａ１の基準面５０からの距離は、ｙ×Ｆとなり、凸レンズ１８ｆによって形成される倒立像Ａ２の基準面５０からの距離は、（ｙ＋Ｐ×ｓｉｎθ）×Ｆとなる。従って、倒立像Ａ１と倒立像Ａ２間の副走査方向の距離は、Ｆ×Ｐ×ｓｉｎθとなる。

ここで、凸レンズ１８ｆに対応するスリット状開口部２０について考察すると、凸レンズ１８ｅを透過し、凸レンズ１８ｅによって形成される倒立像Ａ１と同じ副走査方向位置を透過する迷光が、スリット状開口部２０を透過しないようにするためには、倒立像Ａ１の副走査方向の幅が無視できる程小さいとすると、スリット状開口部２０の副走査方向の幅ｗの半分ｗ／２を、倒立像Ａ１と倒立像Ａ２間の副走査方向の距離Ｆ×Ｐ×ｓｉｎθよりも小さく設定してやればよい。すなわち、以下の（６）式の範囲に、スリット状開口部２０の副走査方向の幅ｗがあればよい。
ｗ＜２×Ｆ×Ｐ×ｓｉｎθ ・・・（６）
このように、迷光を遮断するためには、（６）式の右辺２×Ｆ×Ｐ×ｓｉｎθよりもスリット状開口部２０の副走査方向の幅ｗを小さく作る必要がある。

以上、スリット状開口部２０の形成位置および副走査方向の幅について説明した。図８は、スリット状開口部２０と各凸レンズ１８との位置関係を示す図である。図８において、スリット状開口部２０と凸レンズ１８の有効領域が重なっている部分に、各凸レンズ１８の透光領域を設けたものが図４となる。

次に、図２および図３に戻り、第２遮光部材１７について説明する。本実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１０においては、正立等倍レンズアレイプレート１０のの光源側レンズ面１２ａ上に、少なくとも一部の副走査方向外周レンズへの入射光量を低減する第２遮光部材１７が設けられる。

ここで、光源側レンズ面１２ａとは、正立等倍レンズアレイプレート１０を画像読取装置１００に装着したときに、最も光源Ｂ側に位置するレンズ面である。また、副走査方向外周レンズとは、光源側レンズ面１２ａ上の凸レンズ１８のうち、レンズ副配列方向のレンズ列における両端のレンズである。本実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１０は、図２に示すように、レンズ副配列方向の４つのレンズ列を１つのブロック１９としたとき、ブロック１９が主走査方向に複数並べられたレンズ配列となっている。ブロック１９内のレンズでは、凸レンズ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈの８つのレンズが副走査方向外周レンズである。なお、ここでいう副走査方向外周レンズとは、レンズ副配列方向のレンズ列における、レンズとして機能している両端の凸レンズ１８を意味する。「レンズとして機能する」とは、「光を入射して透過または屈折させる」ということである。たとえば、凸レンズ２１ｄと凸レンズ２１ｈが属するレンズ副配列方向のレンズ列において、凸レンズ２１ｄまたは凸レンズ２１ｈのレンズ副配列方向外側に、レンズ表面全体が第２遮光部材１７で覆われた凸レンズを形成した場合、その凸レンズは、光が入射せずレンズとして機能しない凸レンズであるので、副走査方向外周レンズとはみなさない。

第２遮光部材１７は、光源側レンズ面１２ａ上において、副走査方向の中心線ＣＬからの距離Ｄが、所定の遮光形成距離Ｄｓ以上の領域の透光を全て遮断したものである。第２遮光部材１７は、光源側レンズ面１２ａ上に、遮光形成距離Ｄｓ以上の領域の透光を全て遮断する遮光パターンを黒色インキなどの遮光材料を用いて印刷することにより形成される。このように、印刷により第２遮光部材１７を形成することにより、第２遮光部材１７の形成が容易となるので、製造コストを低減できる。

本実施の形態では、図２に示すように、凸レンズ２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｈの４つの副走査方向外周レンズが、第２遮光部材１７によりそれぞれレンズ面の一部を覆われている。上述したように、本実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１０では、レンズ主配列方向が主走査方向と異なるように凸レンズ１８が配置されているので、遮光形成距離Ｄｓを変化させることにより、副走査方向外周レンズへの入射光量を連続的に調整することができる。

図９は、本発明の実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１０の作用を説明するための図である。図９は、図２のＸ−Ｘ断面において、光源Ｂから出射された光が正立等倍レンズアレイプレート１０により集光され、像面に正立等倍像Ｃが形成される様子を示している。図９では、第２遮光部材１７により覆われていない凸レンズへ向かう光の例として、副走査方向の中心線ＣＬ上に位置する凸レンズ２１ｉに向かう光１１６を示している。また、第２遮光部材１７によりレンズ表面の一部が覆われている副走査方向外周レンズへ向かう光の例として、副走査方向外周レンズ２１ｄ、２１ｈにそれぞれ向かう光１１７、１１８を示している。

図９に示すように、凸レンズ２１ｉの有効領域に向かう光１１６は、第２遮光部材１７により遮光されることなく凸レンズ２１ｉに入射され、対応する第１平板状レンズアレイプレート１２の下面および第２平板状レンズアレイプレート１４の凸レンズにより集光されて像面に結像される。

一方、副走査方向外周レンズ２１ｄに向かった光１１７は、その一部の光は副走査方向外周レンズ２１ｄに入射して像面に結像されるが、別の一部の光は、第２遮光部材１７により遮光され、副走査方向外周レンズ２１ｄに入射できない。同じように、副走査方向外周レンズ２１ｈに向かった光１１８は、その一部の光は副走査方向外周レンズ２１ｈに入射して像面に結像されるが、別の一部の光は第２遮光部材１７により遮光され、副走査方向外周レンズ２１ｈに入射できない。このように、本実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１０においては、第２遮光部材１７によりレンズ表面の一部が覆われた副走査方向外周レンズは、入射光量が低減される。

レンズ主配列方向を主走査方向と異なるように凸レンズ１８を配置した正立等倍レンズアレイプレートでは、ラインイメージセンサへの結像に関与するレンズの数が主走査方向の位置によってばらつき、その結果として、主走査方向の光量ばらつきが発生してしまう。本実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１０では、第２遮光部材１７を設けたことにより、副走査方向外周レンズへの入射光量が低減されるので、局所的に多くの凸レンズ１８が結像に関与してしまう場所に対して光量を抑制できる。その結果、正立等倍レンズアレイプレート１０全体として、光量ばらつきを低減することができる。

上述したように、副走査方向外周レンズへの入射光量は、第２遮光部材１７の遮光形成距離Ｄｓを変化させることにより連続的に調整することができるので、遮光形成距離Ｄｓを調整することにより、ラインイメージセンサの主走査方向における光量ばらつきを制御することができる。最適な遮光形成距離Ｄｓは、主走査方向の光量分布のばらつきが小さくなるように、適宜実験やシミュレーションを行って定めればよい。

図１０は、本実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１０の主走査方向の光量ばらつきを示す図である。図１１は、第２遮光部材１７を設けなかった場合の正立等倍レンズアレイプレートの主走査方向の光量ばらつきを示す図である。図１０および図１１において、縦軸はラインイメージセンサ（ＣＣＤ）が受光する光量を表し、横軸は正立等倍レンズアレイプレートの主走査方向の位置を表す。

ここでは、光線追跡シミュレーションにて、正立等倍レンズアレイプレート１０の主走査方向の領域にわたり、略直線状の光源Ｂに相当する光線をランバシャン９０度の条件で発し、像面の特定の線上に到達した結像光の光量をラインイメージセンサの受光光量とした。シミュレーションを行った条件は、レンズ配列は六方配列、レンズ作動距離ＷＤ＝６．７ｍｍ、平板状レンズアレイプレートの板厚ｔ＝２．４ｍｍ、レンズピッチＰ＝０．４２ｍｍ、レンズ直径Ｄ＝０．３３６ｍｍ、屈折率ｎ＝１．５３、曲率半径＝０．６７９ｍｍ、ＴＣ共役長＝１８．２ｍｍ、遮光形成距離Ｄｓ＝０．７ｍｍである。スリット状開口部の副走査方向幅ｗは、０．０１ｍｍとした。

図１０と図１１を比較すると、第２遮光部材１７を設けた本実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１０は、主走査方向の光量ばらつきが改善されていることが分かる。受光光量の最大値をＰｍａｘと、最小値をＰｍｉｎとしたときに、リップルＲを以下の（７）式のように定義すると、
Ｒ＝（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）／（Ｐｍａｘ＋Ｐｍｉｎ） ・・・（７）
図１１の第２遮光部材１７を設けない正立等倍レンズアレイプレートの場合はリップルＲ＝２６％であるのに対し、図１０の本実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１０の場合はリップルＲ＝１８％と低減されている。

以上、本実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレートについて説明した。正立等倍レンズアレイプレートでは、第１平板状レンズアレイプレートと第２平板状レンズアレイプレートの中間面に、スリット状開口部が形成された第１遮光部材を設け、さらに凸レンズの主配列方向を正立等倍レンズアレイプレートの主走査方向と異なるようにした。これにより、結像光を透過しつつ、迷光を好適に除去することができる。

さらに、正立等倍レンズアレイプレートの光源側レンズ面上に、少なくとも一部の副走査方向外周レンズへの入射光量を低減する第２遮光部材を設けたことにより、主走査方向の光量分布のばらつきを低減することができる。

また、本実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレートでは、光源側レンズ面上に第２遮光部材を形成した。光源側レンズ面の外周部のレンズを透過した光は、中間面のレンズの端を光が透過するので、レンズの収差によって迷光となりやすいが、この迷光は、一旦発生してしまうと、像面側レンズ面上に第２遮光部材を設けた場合では除去するのが難しい。本実施の形態では、光源側レンズ面上に第２遮光部材を設けたことにより、光源側レンズ面の外周部のレンズを透過する迷光となりやすい光を予めカットすることができる。

本実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレートでは、上述の特許文献１に開示されるようなスリット状開口部を有する隔壁構造体を用いずとも、迷光を十分に除去しつつ主走査方向の光量ばらつきを低減できるので、光学系を小型化および軽量化することができる。また、部品点数を削減できるので、コストを下げることができる。さらに、隔壁構造体を用いないため、隔壁構造体で反射した光が迷光となるおそれがない。従って、画像形成装置等に組み込んだ際にゴースト像が形成される事態が防止されるので、画質を向上できる。

また、第１遮光部材は、平板状レンズアレイプレート間に設けられ、第２遮光部材は、光源側レンズ面上に印刷で形成されるので、隔壁構造体と平板状レンズアレイプレートとの位置調整が不要となり、製造コストを削減できる。また、第１遮光部材および第２遮光部材が平板状レンズアレイプレートと一体の構造であるため、一度固定した後は位置ずれが起こらず、安定して迷光を防止することができる。

本実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレートは、迷光のみを除去し、結像光は除去しないため、結像光伝達率が高い光学系を構成でき、明るい画像、特に副走査方向に明るい画像を得ることができる。

本実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレートは、スリット状開口部を有する隔壁構造体を用いた従来の正立等倍レンズアレイプレートと同等の迷光除去能力および主走査方向の光量ばらつきを有する。従って、本実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレートは、高品質な画像読取装置や画像書込装置に用いることができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

たとえば、上述の実施の形態では、第１平板状レンズアレイプレートと第２平板状レンズアレイプレートの間にフィルム状の部材を挟み込むことにより第１遮光部材を形成したが、第１平板状レンズアレイプレートの下面または第２平板状レンズアレイプレートの上面に、スリット状開口部のパターンを黒色インキなどの遮光材料を用いて印刷して第１遮光部材を形成してもよい。

このとき、スリット状開口部は、第１平板状レンズアレイプレート下面の凸レンズ表面における倒立像の形成に寄与する光が通る位置や、第２平板状レンズアレイプレート上面の凸レンズ表面における倒立像の形成に寄与する光が通る位置に形成する。この場合、遮光部の位置調整をする工程がなくなるので、製造コストを低減できる。

上述の実施の形態では、平板状レンズアレイプレートを２枚積層して正立等倍レンズアレイプレートを構成したが、平板状レンズアレイプレートの積層枚数は、２枚に限られない。たとえば、３枚の平板状レンズアレイプレートを重ね、真ん中の平板状レンズアレイプレートの中間面に第１遮光部材を設け、最も光源側のレンズ面に第２遮光部材を形成してもよい。

上述の実施の形態では、レンズを六方配列で配列したが、レンズの配列パターンは、六方配列に限られない。たとえば、レンズを正方配列で配置してもよい。

上述の実施の形態では、光源側レンズ面上に遮光パターンを印刷することにより第２遮光部材を形成したが、たとえば、光源側レンズ面上に遮光テープを貼ったり、光源側レンズ面上の金属等で形成された遮光板を配置したりすることにより第２遮光部材を形成してもよい。

上述の実施の形態では、光源側レンズ面上に第２遮光部材を設けたが、像面側レンズ面上に第２遮光部材を設けてもよい。この場合も、主走査方向の光量分布のばらつきを低減することができる。

本発明の実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレートを用いた画像読取装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレートの平面図である。 図２に示す正立等倍レンズアレイプレートのＸ−Ｘ断面図である。 第１遮光部材の平面図である。 スリット状開口部を形成する位置について説明するための図である。 倒立像結像面における倒立像Ａを示す図である。 スリット状開口部の副走査方向の幅ｗについて説明するための図である。 スリット状開口部と各凸レンズとの位置関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレートの作用を説明するための図である。 本実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレートの主走査方向の光量ばらつきを示す図である。 第２遮光部材を設けなかった場合の正立等倍レンズアレイプレートの主走査方向の光量ばらつきを示す図である。

符号の説明

１０ 正立等倍レンズアレイプレート、 １２ 第１平板状レンズアレイプレート、 １４ 第２平板状レンズアレイプレート、 １６ 第１遮光部材、 １７ 第２遮光部材、 １８ 凸レンズ、 ２０ スリット状開口部、 １００ 画像読取装置、 １０２ 原稿台、 １０４ ラインイメージセンサ、 １０６ ライン状光源、 １１０ 正立等倍結像光学系。

Claims (3)

1. 複数のレンズを片面または両面に形成した平板状レンズアレイプレートが対応する前記レンズの組が共軸のレンズ系を構成するように複数枚積層され、一方の側の略直線状の光源からの光を受けて、他方の側の像面に前記略直線状の光源の正立等倍像を形成する正立等倍レンズアレイプレートであって、
   レンズ主配列方向が、当該正立等倍レンズアレイプレートの長手方向と異なっているとともに、
   当該正立等倍レンズアレイプレートの中間面における前記略直線状の光源の倒立像が形成される位置近傍に設けられた、結像に寄与しない光を遮断する第１遮光部材と、
   当該正立等倍レンズアレイプレートの光源側または像面側のいずれかのレンズ面上に設けられた、少なくとも一部の副走査方向外周レンズへの入射光量を低減する第２遮光部材と、
   を備えることを特徴とする正立等倍レンズアレイプレート。
2. 前記第２遮光部材は、前記光源側または像面側のいずれかのレンズ面上において、副走査方向中心線からの距離が所定距離以上の領域の透光を全て遮断したものであることを特徴とする請求項１に記載の正立等倍レンズアレイプレート。
3. 前記第２遮光部材は、前記光源側または像面側のいずれかのレンズ面上に遮光材料を用いて印刷することにより形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の正立等倍レンズアレイプレート。

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