JP2011027922A - レンズアレイ素子、該素子を有する画像読取装置およびレンズアレイ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】遮光部材を塗布するなどの複雑な後工程を無くし、かつ、レンズ面に遮光部材が付着しないような、高精度のレンズアレイ素子、該素子を有する画像読取装置およびレンズアレイ素子の製造方法を提供する。
【解決手段】レンズアレイ素子１の遮光部分３を頂角が９０度である直角プリズム構造とし、レンズアレイ面と前記遮光部分３を前記レンズアレイ素子１の出射面２側に形成し、同時に作成することにより製造する。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像読み取り装置などに使用可能なレンズアレイ素子、該素子を有する画像読取装置およびレンズアレイ素子の製造方法に関する。

様々な光学素子が樹脂成形により作成されている。

このような樹脂を成形して作成されるレンズアレイ素子において、レンズ以外の部分を透過した光が悪影響を与えることがある。

これを防止するため、レンズ以外の部分を光が透過しないように、レンズ以外の領域に遮光を行う必要がある。このような遮光の手段として、金属の蒸着や、光を吸収する部材を塗布することにより行うことが知られている。

このため、レンズの周辺部に遮光部材を塗布する方法を採用すると、成形されたレンズ面に遮光部材を付着させず、かつ遮光が必要な箇所に隙間なく遮光部材を塗布する必要がある。この遮光部材の塗布のためにレンズにマスキングを行ったり、正確にレンズアレイの位置あわせを行うなどの複雑な工程を必要とするなど、問題があった。

一方、金属を蒸着して遮光部を形成する方法を採用した場合でもマスキングなどの工程が必要であり、工程が複雑となる。また、レンズ形成後に遮光部を形成する場合、レンズへのマスキングが不十分であると、遮光用の部材がレンズ面に付着し、光量が劣化するという問題があった。

このような発明として、特許文献１（特開２００２‐３５５８２６）には、安価に光通信用レンズ部品の製造方法を提供するために、紫外線硬化樹脂をガラス基盤に供給後、金型で樹脂を押し広げた状態で紫外線を照射して紫外線樹脂を硬化させ、光通信用レンズ部材を得る発明が開示されている。

そしてその実施例には、他光信号の混入を防止できるとある。

この実施例における遮光の方法は、金属薄膜をスパッタリングまたは蒸着によりガラス表面にコーティングしている。すなわち公報に記載の発明でも、遮光部を形成するために、レンズを成形する工程以外に蒸着もしくはスパッタリングなどの工程が必要であった。

本発明は、上記した従来技術における問題点に鑑みてなされたものであって、遮光部材を塗布するなどの複雑な後工程を無くし、かつ、レンズ面に遮光部材が付着しないような、高精度のレンズアレイ素子、該素子を有する画像読取装置およびレンズアレイ素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、以下の解決手段により解決される。
（１） レンズアレイ素子の遮光部分をプリズム構造とするレンズアレイ素子を特徴とする。
（２） 前記（１）に記載のレンズアレイ素子において、前記レンズアレイ素子は樹脂を用いて成形することによって作成されることを特徴とする。
（３） 前記（１）または（２）に記載のレンズアレイ素子において、前記プリズム構造は頂角が９０度である直角プリズムであることを特徴とする。
（４） 前記（１）から（３）のいずれかに記載のレンズアレイ素子において、光学部分であるオプティクスと前記遮光部分を前記レンズアレイ素子の出射面側に形成することを特徴とする。
（５） 本発画像読取装置は、前記（１）から（４）のいずれかのレンズアレイ素子を有することを特徴とする。
（６） 前記（１）から（４）のいずれかに記載のレンズアレイ素子の製造方法であって、前記レンズアレイ素子の光学部分と、遮光部分とを同時に作成することにより製造することを特徴とする。

レンズアレイ素子を成形する際に、同時に遮光部を形成することができ、
新たな遮光部材は必要がないので、従来の遮光部材である金属蒸着などによるレンズ面への遮光部材の付着が無い。このため、高精度のレンズアレイ素子、該素子を有する画像読取装置およびレンズアレイ素子の製造方法を提供できる。

本発明のレンズアレイ素子１を用いて画像を読み取る装置を構成した例を示す図である。 レンズアレイ素子１に入射した光Lのレンズアレイ素子中での光情報の進行の様子を示した図である。 従来のレンズアレイ素子１を示す斜視図である。 本発明のレンズアレイ素子１を示す斜視図である。 本発明のレンズアレイ素子１を示す正面図である。 図４に示す遮光部材であるプリズム構造３の詳細な形状を示す図である。 レンズアレイ素子１を製造する際に使用される金型５（５Ａ、５Ｂ）を説明するための図である。

図１に本発明のレンズアレイ素子１を用いて画像を読み取る画像読取装置４０を構成した例を示す。この画像読取装置４０は、以下で説明する本発明のレンズアレイ素子１を含んで構成されている。図１において、図中、１はレンズアレイ素子であり、２はレンズ構造（レンズ部：光学部）であり、３はプリズム構造（遮光部）であり、４は光を画素毎に分離して光電変換するイメージセンサを示している。レンズアレイ素子１には図の矢印の方向（図では上側）から光Ｌが入射する。レンズアレイ素子１に入射した光Ｌは、レンズ部２によってイメージセンサ４上に集光され、イメージセンサ４によって画像情報を得る（たとえば直接光電変換されて光情報（光から電気的に変換された情報）となる）。また、レンズ部２で結像しない光は、プリズム構造３の領域で、遮光されるため、イメージセンサ４には到達しない。すなわち本発明のレンズアレイ素子１は、レンズなどの光学部（オプティクス：光学素子（ただしプリズム構造３を含まない））２以外の遮光部３を、プリズム構造３としたことを特徴としている。

図２はレンズアレイ素子１に入射した光Ｌのレンズアレイ２中での進行状態を示したものである。図中、レンズアレイ素子１は断面（光軸方向Ｄでの断面）で表示している。

図２中、θはプリズム構造（遮光部）３の頂角であり、θは９０度である。たとえば図２に示すように入射面を入射光に対して垂直面としたとき、レンズアレイ素子１に入射した光は、出射側において出射部（レンズ部）２であれば出射光として出射面から出射していく（図２のａを参照）。一方、出射側において遮光部の場合には、プリズム構造３の１面において全反射し水平方向に進行方向を変えた光は再度プリズム構造３の１面で全反射することにより入射した入射面から出射することとなる（すなわち遮光部に至る光は戻り光などとなる）。したがって出射面の遮光部３からは光は出射されず、イメージセンサ４に到達することがない。なお本発明のレンズアレイ素子１は、入射面が好ましくは入力光に対して図２に示すように、水平な面（入射光進行方向に対して垂直な平面）となっている。なお入射光進行方向に対して垂直な平面でなく、斜面（入射光に対して垂直以外の角度（ただし入射光と平行な面は含まず））であってもよい。

すなわち、図２に示すように、光ａはレンズアレイ素子１に入射後、レンズ２によって集光されて、イメージセンサ４に到達する光となる。一方、光ｂはレンズアレイ素子１に入射後、プリズム構造３によって反射される。反射光はθが９０度であるため、矢印に示すように、入射側方向に戻る。よって、レンズで結像しない光は、遮光される。

図３は従来のレンズアレイ素子１を示す斜視図であり、図中、１１はレンズアレイ素子を、１２はレンズを、１３は遮光膜を示している。遮光膜１３は金属を蒸着したり、光を吸収する部材を塗布することによって形成される。金属を蒸着する場合、レンズ１２の面をマスクする必要があり、精度よくマスクを形成する必要がある。また、マスクが不十分な場合、レンズ１２の面に遮光膜が付着してしまい、光量が劣化する惧れがある。

また、この遮光部１３に光を吸収する部材を塗布する場合、レンズ面にマスクを形成し、塗布を行う方法と、遮光を行いたい部分に塗布材を塗る方法もある。マスクを形成する場合には、金属膜を蒸着する場合と同じ問題がある。遮光を行いたい部分に塗布材を塗る方法の場合、正確に位置あわせを行いながら塗布を行わねばならないため、塗布装置が高価になったり、塗布時間がかかるなどの問題がある。

図４は、本発明のレンズアレイ素子１の斜視図を示す。図中同一符号は図１または図２と同一のものを示している。レンズ２とプリズム構造３からなるレンズアレイ素子１は、樹脂を成形することによって形成される。

図５は、図４に示すＺ軸の正方向から、レンズアレイ素子１を見た状態を示す図である。レンズ２とプリズム構造３は、ともに図のX軸、Y軸と平行になるように配列している。

図６は、図４に示す遮光部であるプリズム構造３の詳細な形状を示す図である。
図中、プリズム構造３は点Ａを頂点とし、底面を正方形ＢＣＤＥとする四角垂、好ましくは正四角垂である。図中、正方形BCDEはXY平面と平行になっている。そして本発明のレンズアレイ素子１に使用される遮光部であるプリズム構造３は、Ｘ軸と底辺ＢＣ、Ｙ軸と底辺ＣＤとは、ともに平行となっている。また、平面３１はＸＺ平面に平行な平面であり、平面３２はＹＺ平面に平行な平面である。プリズム構造３を平面３１に投影した際の頂角をθ1とし、平面３２に投影した際の頂角をθ2とした場合、θ1=θ2=９０度となるような直角プリズムに、プリズム構造３は形成されている。この場合、反射光が入射光側に帰るので、光の反射方向が容易にわかる。このようなプリズム構造３を本発明のレンズアレイ素子１は有することにより、このプリズム構造３が本発明のレンズアレイ素子１において遮光部を形成するものとなる。このプリズム構造３の大きさは図２に示すレンズ２の高さ以下が好ましい。

図７は、レンズアレイ素子１を製造する際に使用される金型５（金型５Ａと５Ｂを含んで構成される）を説明するためのものである。図中、同一符号は前記したのと同一のものを表す。また図中５Ａはレンズアレイ１のレンズ２とプリズム構造３を有する面側を成形する金型であり、５Ｂはレンズアレイ２がある面と反対側の面を成形する金型を示している。レンズ２形状とプリズム構造３からなるレンズアレイ素子１は、レンズアレイ素子１の成形を行う際に、同時に成形されることによって形成される。

また図中、レンズアレイ素子１のレンズアレイ２がある側の反対側の面が平面となっている例を示す。しかしながらこの例は、設計の１例であって、レンズアレイ２形状と反対側の面の形状は平面と限定されなくてもよい。

本発明のレンズアレイ素子１は、樹脂を成形することによって、レンズアレイ２と遮光部３を同時に作製できるため、遮光部３を形成するための後工程が不要である。また、後工程で遮光を行う方法でレンズアレイ素子１を大量に作る場合、遮光部以外に遮光部の部材が付着して性能が劣化するなど、遮光部の出来具合でレンズ性能にばらつきが発生するが、本方法では、後工程で遮光部３を作製するプロセスが不要であるため、ばらつきを抑えることができる。

また、本発明のレンズアレイ素子１では、遮光部の形状はプリズム構造３であるため、成形品が金型５に引っかかりにくく、成形時に、レンズアレイ素子１をスムーズに取り出すことができるので歩留まりも向上させることができる。

このような金型５に樹脂を注入して本発明のレンズアレイ素子１は成形によって製造される。なお成形は射出成形法により成形してもよく、その他の公知の成形法を用いて成形してもよい。またこれら成形法により金型５から分離後に、焼なまし工程、研磨工程など公知の工程を施して本発明のレンズアレイ素子１を得ることもできる。

本発明のレンズアレイ素子１は、画像を読み取る画像読取装置４０、画像入力装置など、光素子を用いる多方面にわたって利用できる可能性を有する。

１、１１ レンズアレイ素子
２、１２ 出射部（光学部：レンズ部）
３ 遮光部（プリズム構造）
４ イメージセンサ
５ ５Ａ、５Ｂ 金型
１３ 遮光部
４０ 画像読取装置
Ｌ 入射光
ａ 至出射部光（光情報に変換される光）
ｂ 至遮光部光
θ１、θ２ プリズム構造の頂角

特開２００２‐３５５８２６号公報

Claims (6)

1. レンズアレイ素子の遮光部分をプリズム構造とすることを特徴とするレンズアレイ素子。
2. 前記レンズアレイ素子は樹脂を用いて成形することによって作成されることを特徴とする請求項１に記載のレンズアレイ素子。
3. 前記プリズム構造は頂角が９０度である直角プリズムであることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズアレイ素子。
4. 光学部分であるオプティクスと前記遮光部分を前記レンズアレイ素子の出射面側に形成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレンズアレイ素子。
5. 請求項１から４のいずれかのレンズアレイ素子を有することを特徴とする画像読取装置。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載のレンズアレイ素子の製造方法であって、前記レンズアレイ素子の光学部分と、遮光部分とを同時に作成することにより製造することを特徴とするレンズアレイ素子の製造方法。

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