JP2013088603A

JP2013088603A - 結像光学素子

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Publication number: JP2013088603A
Application number: JP2011228708A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Kobayashi; 英和小林; Hiroshi Yokota; 啓横田; Shoichi Kitagawa; 翔一北川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2011-10-18
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2013-05-13
Anticipated expiration: 2031-10-18
Also published as: CN103064135B; JP5970770B2; CN103064135A; US8824053B2; US20130094091A1

Abstract

【課題】断面が一様でない貫通孔を有する遮光部材を用いて良好な画像品質を得ることのできる結像光学素子を提供する。
【解決手段】レンズアレイ１０を挟んで２つのアパーチャー部材１１，１２を配置する。アパーチャー部材１１には、光の入射方向ＤLに沿って断面積が次第に減少する縮小貫通孔１１１と、同方向に沿って断面積が次第に増大する拡大貫通孔１１２とが交互に列状に配置される。反対側のアパーチャー部材１２も同一形状であり、縮小貫通孔同士、拡大貫通孔同士で中心軸が共通となるように配置する。これにより、光量が大きく光量ムラの少ない結像光学素子を構成することができる。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えばスキャナー装置に適用可能な結像光学素子に関するものであり、特に結像光学系と遮光部材とを有する結像光学素子に関する。

イメージスキャナー、ファクシミリ、複写機、金融端末装置等では、コンタクトイメージセンサーモジュール（Contact Image Sensor Module；以下、「ＣＩＳＭ」と略称する）が画像読取装置として知られている。この種の画像読取装置では、列状に多数配列された微細な光学センサーのそれぞれに読取対象物の光学像を正しく入射させるため、読取対象物と光学センサーとの間に通常は例えばＳＬＡ（セルフォック（登録商標）レンズアレイ）を配置して、光学像を光学センサー上に結像させることが一般的に用いられている。また、ＳＬＡの代わりにレンズアレイおよび各レンズ構造に対応する貫通孔を設けたアパーチャー部材（遮光部材）を配置することがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２４６６２３号公報（例えば、図１）

画像の高精細化への要求に伴って、このような遮光部材の貫通孔も微細なものとなってきている。その反面、このような微細な貫通孔を一様な断面形状で製造することが困難となってきている。例えば金型を用いて遮光部材を製造する場合、金型からの製品の離型性を確保するために貫通孔の壁面にテーパーを設けることが必要であり、このようなテーパー形状が遮光部材としての性能、具体的には得られる画像の品質に影響を与える可能性がある。しかしながら、この点についてはこれまで十分な検討がなされてこなかった。

この発明にかかるいくつかの態様は、断面が一様でない貫通孔を有する遮光部材を用いて良好な画像品質を得ることのできる結像光学素子を提供するものである。

この発明の一の態様は、複数のレンズを互いの光軸を平行に列状に配したレンズアレイを有し、該レンズアレイの一方端側からの入射光学像を他方端側で結像させて像を形成する結像光学系と、前記結像光学系の前記一方端側に配置され、複数の貫通孔が前記結像光学系における前記レンズの配列方向と同方向に列状に設けられて、前記貫通孔を通過させた光を前記結像光学系に入射させる第１の遮光部材と、前記結像光学系の前記他方端側に配置され、複数の貫通孔が前記結像光学系における前記レンズの配列方向と同方向に列状に設けられて、前記結像光学系の前記他方端側に出射される光を前記貫通孔を通過させる第２の遮光部材とを備え、前記第１の遮光部材および前記第２の遮光部材のそれぞれでは、前記結像光学系の前記一方端側から前記他方端側へ向かう光の進行方向における上流側の開口面の断面積が下流側の開口面の断面積よりも大きい縮小貫通孔と、前記進行方向における下流側の断面積が上流側の開口面の断面積よりも大きい拡大貫通孔とが前記配列方向と同方向に交互に配置され、前記第１の遮光部材の前記縮小貫通孔の中心軸上には前記第２の遮光部材の前記縮小貫通孔の中心軸が位置し、前記第１の遮光部材の前記拡大貫通孔の中心軸上には前記第２の遮光部材の前記拡大貫通孔の中心軸が位置することを特徴としている。

このように構成された発明では、結像光学素子への入射光は、第１の遮光部材の貫通孔を通過して結像光学系に入射し、さらに結像光学系からの出射光が第２の遮光部材の貫通孔を通過して等倍正立像に結像される。ここで、各遮光部材では、光の進行方向において入射側よりも出射側において断面積が小さくなる縮小貫通孔と、同方向に断面積が大きくなる拡大貫通孔とを交互に配列する。そして、第１の遮光部材の縮小貫通孔と第２の遮光部材の縮小貫通孔とで中心軸が共通し、第１の遮光部材の拡大貫通孔と第２の遮光部材の拡大貫通孔とで中心軸が共通となるような配置とされる。

詳しくは後述するが、本願発明者らは、このように断面が一様でない貫通孔を有する種々の遮光部材を用いて結像光学素子を構成し、その性能を評価する実験を行った。その結果、上記のように縮小貫通孔と拡大貫通孔とが交互に配置された１対の遮光部材（第１の遮光部材および第２の遮光部材）を結像光学系の両端に設け、かつ縮小貫通孔同士、拡大貫通孔同士をそれぞれ同一軸上に配置したときに、形成される光学像における光の濃度ムラが最も効果的に抑制されることがわかった。

すなわち、この発明によれば、断面が一様でない貫通孔を有する遮光部材を用いて、濃度ムラが少なく良好な画像品質を得ることのできる結像光学素子を構成することが可能である。

この発明において、例えば、第１の遮光部材および第２の遮光部材のそれぞれに設けられた貫通孔では進行方向における上流側の開口面と下流側の開口面とが相似形状であってもよい。また例えば、第１の遮光部材および第２の遮光部材のそれぞれに設けられた縮小貫通孔では進行方向に直交する断面における該縮小貫通孔の断面積が進行方向の上流側から下流側に向けて連続的に減少する一方、第１の遮光部材および第２の遮光部材のそれぞれに設けられた拡大貫通孔では、進行方向に直交する断面における該縮小貫通孔の断面積が進行方向の上流側から下流側に向けて連続的に増大するようにしてもよい。

貫通孔の断面形状が光の進行方向の上流側（つまり光の入射側）と下流側（つまり光の出射方向）との間で異なっていたり、貫通孔の断面積が不連続に変化している場合、光の進行が妨げられるため、入射光量に対する出射光量の比が小さくなり、画像が暗くなってしまう。上記のようにすることで、このような光量の損失を小さくすることができる。

この場合、例えば、第１の遮光部材および第２の遮光部材のそれぞれに設けられた縮小貫通孔および拡大貫通孔の壁面をいずれもテーパー形状として、そのテーパー角の大きさが０度より大きく２度以下であるようにしてもよい。テーパー角が大きくなるにつれて通過する光量が少なくなり、これに伴って濃度ムラも顕著となってくる。本願発明者らの知見によると、光量と画像品質とのバランスの点で、テーパー角の上限は２度程度とするのが現実的である。

また例えば、第１の遮光部材および第２の遮光部材のそれぞれにおいて、複数の縮小貫通孔の形状を互いに同一とする一方、複数の拡大貫通孔の形状を互いに同一とするようにしてもよい。こうすることで、貫通孔の配列方向における遮光部材を通過する光量のムラが少なくなるので画像品質の点で有利であり、また第１および第２の遮光部材の製造を容易とすることができる点においても有利となる。

さらには、第１の遮光部材と第２の遮光部材とを同一形状としてもよい。これにより、同一形状の部材をその配置のみによって第１の遮光部材または第２の遮光部材として使い分けることが可能となり、結像光学素子の製造コストを低減することができる。

例えば第１の遮光部材および第２の遮光部材が、同一形状の金型を用いた射出成型によって形成された樹脂製品である場合には、金型を共通化することで低コストにてこれらの部材を製造することができ、特に大量生産を行う場合に好適なものとなる。また、金型からの部材の離型性を良好にするためには貫通孔の断面を一様とすることが難しいが、上記の構成とすることにより、一様でない断面形状をデメリットとすることなく、画像品質の良好な結像光学素子を構成することが可能である。

この発明を好適に適用可能なＣＩＳＭの構成例を示す図。アパーチャー部材の断面構造、レンズアレイとの位置関係を示す図。シミュレーションの内容を説明する図。テーパー角の大きさと画像品質との関係を示す図。アパーチャー部材を製造するための金型の構成例を示す図。金型のより詳細な形状を示す拡大断面図。

図１はこの発明を好適に適用可能なＣＩＳＭの構成例を示す図である。より具体的には、この発明にかかる結像光学素子の一実施形態としてのコンタクトイメージセンサーモジュール（ＣＩＳＭ）の構成例を示す分解組立図である。このコンタクトイメージセンサーモジュール１は、上下方向を光軸とするレンズユニット１０１を列状に多数配列してなるレンズアレイ１０と、レンズアレイ１０を挟むように設けられた１対のアパーチャー部材１１，１２と、例えばＣＣＤラインセンサー１３１を備える受光部１３とが積層された構造を有しており、図１において上方に配置される図示しない読取対象物（例えば原稿）からの出射光Ｌを受光部１３により受光し、読取対象物の光学像を電気信号に変換して出力する機能を有する。以下の説明では、図１に示すように、受光部１３におけるラインセンサー１３１の配列方向をＸ方向、レンズアレイ１０の光軸に平行な方向をＺ方向とする右手系座標を用いる。読取対象物からの出射光ＬはＺ軸負方向（−Ｚ方向）に進行して受光部１３に入射することになる。

読取対象物からの出射光Ｌは、正立等倍結像光学系をなすレンズアレイ１０により受光部１３に結像されるが、受光部１３への迷光の入射を防止するべく、読取対象物とレンズアレイ１０との間に、光軸方向に沿って穿設された貫通孔１１１，１１２を多数有し該貫通孔により出射光の出射方向を規制するアパーチャー部材１１が配設される。また、レンズアレイ１０と受光部１３との間に、光軸方向に沿って穿設された貫通孔１２１，１２２を多数有し該貫通孔により出射光の出射方向を規制するアパーチャー部材１２が配設される。

アパーチャー部材１１では、次に説明するように、互いに形状の異なる２種類の貫通孔１１１，１１２がＸ方向に交互に配列されている。同様に、アパーチャー部材１２では、互いに形状の異なる２種類の貫通孔１２１，１２２がＸ方向に交互に配列されている。

図２はアパーチャー部材の断面構造およびそのレンズアレイとの位置関係を示す図である。図２（ａ）に示すように、アパーチャー部材１１に設けられた貫通孔１１１は、読取対象物（原稿面）からの出射光Ｌの進行方向ＤL（−Ｚ方向）における上流側の開口が最も大きく、下流側に行くにしたがって次第に先細りとなるテーパー形状となっている。すなわち、図２（ｂ）に示すように、方向ＤLにおいて貫通孔１１１の上流側の開口１１１ａのＸ方向長さＬ11と、同方向において貫通孔１１１の下流側の開口１１１ｂのＸ方向長さＬ12との間には、Ｌ11＞Ｌ12の関係がある。Ｙ方向の開口寸法についても同じである。また、アパーチャー部材１１の厚み（Ｚ方向長さ）を符号Ｄz、互いに隣接する貫通孔１１１，１１２それぞれの中心軸（図２（ｂ）においてそれぞれ１点鎖線および２点鎖線で示す）間の距離、すなわち貫通孔の配列ピッチを符号Ｐxにより表す。

一方、Ｘ方向に貫通孔１１１と隣接して設けられる貫通孔１１２は、方向ＤL（−Ｚ方向）における上流側の開口が最も大きく、下流側に行くにしたがって次第に先細りとなるテーパー形状となっている。すなわち、出射光Ｌの進行方向において貫通孔１１２の上流側の開口１１２ａのＸ方向長さＬ21と、同方向において貫通孔１１２の下流側の開口１１２ｂのＸ方向長さＬ22との間には、Ｌ11＜Ｌ12の関係がある。Ｙ方向の開口寸法についても同じである。なお、必須の要件ではないが、Ｌ11＝Ｌ22、Ｌ12＝Ｌ21の関係が成立するようにしてもよい。

貫通孔１１１，１１２の両端の開口形状およびＺ軸に直交する平面による貫通孔１１１，１１２の断面形状は、Ｙ方向を長手方向とする矩形であり、その１辺の長さは、Ｚ方向に沿って線形に変化する。そのため、異なる任意の２つのＺ座標値で切った貫通孔１１１の断面形状は互いに相似なものとなる。貫通孔１１２についても同様である。なお、本発明の効果は遮光部材の長手方向（この例ではＸ方向）でのテーパー構造によって発揮されるものであり、これに直交するＹ方向において定義されるテーパーは大きな意味を持たない。このため、Ｙ軸断面におけるテーパーはなくても同様の効果が奏される。この場合には、アパーチャー断面形状はＺ方向において相似形ではなくなる。

アパーチャー部材１２の貫通孔１２１の寸法は、アパーチャー部材１１の貫通孔１１１の寸法と同一である。また、アパーチャー部材１２の貫通孔１２２の寸法は、アパーチャー部材１１の貫通孔１１２の寸法と同一である。そして、図２（ｂ）に示すように、アパーチャー部材１２の貫通孔１２１の中心軸がアパーチャー部材１１の貫通孔１１１の中心軸（１点鎖線）と一致し、アパーチャー部材１２の貫通孔１２２の中心軸がアパーチャー部材１１の貫通孔１１２の中心軸（２点鎖線）と一致するように、アパーチャー部材１１とアパーチャー部材１２との位置関係が定められている。

つまり、アパーチャー部材１１とアパーチャー部材１２とは実質的に同一の形状を有しており、アパーチャー部品１２をＺ軸方向に移動させるとアパーチャー部品１１にぴったり重なるような形状および配置となっている。このため、原稿面から出射されてアパーチャー部品１１の貫通孔１１１の一方側開口１１１ａに入射した光は、アパーチャー部品１１の貫通孔１１１の他方側開口１１１ｂからレンズアレイ１０の一方端側（図２（ａ）において左側）へ入射する。そしてレンズアレイ１０の他方端側（図２（ａ）において右側）から出射された光はアパーチャー部品１２の貫通孔１２１の一方側開口１２１ａから入射し他方側開口１２１ｂから出射される。

同様に、アパーチャー部品１１の貫通孔１１２の一方側開口１１２ａに入射した光は、アパーチャー部品１１の貫通孔１１２の他方側開口１１２ｂ、レンズアレイ１０およびアパーチャー部品１２の貫通孔１２２の一方側開口１２２ａを経て、他方側開口１２２ｂから出射される。このようにする利点について、以下に説明する。

本願発明者らは、このようなテーパー形状の貫通孔を有するアパーチャー部材を組み合わせてなる結像光学素子の性能について、種々の検討を行った。具体的には、光の進行方向においてレンズアレイの前後に配置する貫通孔の形状の組み合わせを種々に異ならせて構成したＣＩＳＭに濃度の均一なテストパターンからの光を入射させてその光学像を結像させ、該光学像における濃度の分布を評価した。評価は、サイバネットシステム株式会社製の照明解析ソフト「ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ」を用いたシミュレーションにより行った。

アパーチャー部材１１，１２としては、厚みＤzが０．５ｍｍ、貫通孔の開口がアパーチャー厚み方向の中心部平面（表面から０．２５ｍｍ奥まった平面）で０．５ｍｍ×０．２ｍｍとし、その中心部平面での開口部においてテーパー角を２度とした。また貫通孔のピッチＰxは０．３５ｍｍとした。レンズアレイ１０のレンズピッチも同じく０．３５ｍｍであり、レンズ１０１のサイズを長軸直径０．８ｍｍ、短軸直径０．３５ｍｍとした。図２では簡略化して短く図示しているが、レンズアレイ１０のＸ方向長さはＡ４版サイズに対応させて２２５ｍｍとしている。また、テストパターンを配置する原稿面からアパーチャー部材１１までの距離を２．５ｍｍ、アパーチャー部材１１から入射側レンズ面までの距離を０．５２ｍｍ、出射側レンズ面からアパーチャー部材１２までの距離を０．８４ｍｍ、アパーチャー部材１２から結像面（受光部１３表面）までの距離を２．１４ｍｍとした。

図３はシミュレーションの内容を説明する図である。上記のように構成されたＣＩＳＭでは、レンズの軸上に近い位置とこれから離れた位置とで光量に差があり、図３（ａ）に示すように、受光部１３における受光量には位置によって周期的な変動が現れる。その変動量Ｉflを最大受光量Ｉmaxに対する比を濃度ムラの大きさに対応する濃度の変動率と考えて評価したところ、図２に示す配置ではその値が約８．４％となった。

一方、図３（ｂ）に比較例１として示すように、アパーチャー部材１２の入射側と出射側を反転させて、寸法の小さい開口面同士（符号１１１ｂ，１２１ｂ）、寸法の大きい開口面同士（符号１１２ｂ，１２２ｂ）を対向させて同様の評価を行うと、変動率は約９．９％となり、アパーチャー部材１２の向きが異なるだけでこのように大きな性能の差がある。

また、図３（ｃ）に比較例２として示すように、入射側のアパーチャー部材５１の各貫通孔５１０を光の進行方向ＤLに沿って拡大するものに統一する一方、出射側のアパーチャー部材５２の各貫通孔５２０を光の進行方向ＤLに沿って縮小するものに統一した場合には、変動率が約９％となった。このように、テーパー形状の貫通孔を有するアパーチャー部材を用いて結像光学素子を構成する場合、そのテーパー方向の組み合わせ方によって濃度ムラの現れ方が大きく異なることが明らかとなった。この実施形態では、濃度ムラが最も小さくなる図２の構成を採用している。

図４はテーパー角の大きさと画像品質との関係を示す図である。図４（ａ）に示すように、Ｘ−Ｚ平面およびＹ−Ｚ平面での断面における貫通孔１１１，１１２，１２１，１２２の内壁がそれぞれＺ軸となす角をいずれも同一値θとし、これをテーパー角の大きさとしたとき、テーパー角の大きさθと画像品質との関係をシミュレーションにより評価した。

図４（ｂ）において、「変動率」は前述したＩflとＩmaxとの比である。また、「受光電力」は、０．３ｍｍ×２．２ｍｍの平面サイズを有する長方形平面光源２５Ｗ相当の光量を放射角±３０度で入射させたときに受光部１３に到達する光量を電力に換算したものであり、数値が大きいほど入射光のロスが少なく明るい画像が得られることを示している。また、「同形配置」は図２（ｂ）に示す本実施形態におけるアパーチャー部材１１，１２の位置関係を示し、「対称配置」は図３（ｂ）に示す比較例１におけるアパーチャー部材１１，１２の位置関係を示している。

図４（ｂ）からわかるように、本実施形態にかかる同形配置では、テーパー角θが大きくなるほど受光量の変動率が大きくなり、受光電力も小さくなる。このことは、テーパー角θが大きいほど画像が暗く、しかも濃度ムラが大きくなることを示している。一方、比較例１のような対称配置では、変動率、受光電力とも全般に同形配置よりも劣っている。なお、テーパー角θが４度のとき対称配置で変動率の減少が見られるが、受光電力が大きく低下しているため実用域とは言い難い。これらのことから、画像の明るさと濃度ムラとのバランスとを両立させて良好な画像を得るためには、テーパー角θを２度以下とした同形配置を採用するのが好ましいと言える。

次に、上記のような構造のアパーチャー部材を採用することの技術的意義について、製造技術上の観点からさらに説明する。アパーチャー部材は例えば樹脂材料により形成することができるが、貫通孔に対応するピン（ダイ）を多数配列した金型を用いてこれを製造する場合を考えると、金型から製品を取り外す際の離型性を確保するためにダイの側面にテーパーを付ける必要がある。このため、貫通孔の内壁面には不可避的に幾らかのテーパーが付くことになる。

言い換えると、テーパーのない貫通孔を前提とするアパーチャー部材は、技術上あるいはコスト上の問題から現実問題としては製造が難しい。特に、画像の解像度を向上させるにはアパーチャー部材の構造についてもさらなる微細化が求められていることから、離型性の確保はより重要な課題となり、結果としてテーパーの影響が避けられなくなってきている。具体的には、貫通孔のテーパーにより光が遮られることにより、光学センサーに入射する光量の低下や位置による光量のムラなどの問題を生じる。

したがって、テーパーが付けられた貫通孔を有するアパーチャー部材を用いて、十分な光量でしかもムラの少ない光を光学センサーに入射させることができる技術が確立されれば、品質の良好な画像を得ることのできる結像光学素子を低い製造コストで製造することが可能となる。この意味において、本実施形態の構成は有益なものである。なお、本実施形態における、光の進行方向ＤLに沿って断面積が縮小する貫通孔と増大する貫通孔とを交互に配置したアパーチャー部材１１，１２については、以下のような金型を用いて製造することが可能である。

図５はアパーチャー部材を製造するための金型の構成例を示す図である。前記したようにアパーチャー部材１１，１２は同一形状であり、これらを同一の金型により製造することが可能である。この点においても、本実施形態のアパーチャー部材は工業生産に適したものであると言える。

アパーチャー部材１１，１２を製造するための金型は、第１の金型部品３００および第２の金型部品２００を有しており、後に説明するように、これらが互いに係合することにより両者の間に形成される間隙空間に溶融した樹脂材料を流し込み硬化させることで、所望の形状を有するアパーチャー部材１１，１２を形成することができる。なお、図５においては、金型部品３００，２００の表面の詳細構造を破線丸印で囲んだ部分拡大図により示している。

図５に示すように、第１の金型部品３００の一の主面３０１には、アパーチャー部材１１，１２の外形に対応する窪部３０２が形成されるとともに、該窪部３０２の内部に、多数の突起部３０３が所定の第１方向に沿って一列に等間隔で突設されている。各突起部３０３は、アパーチャー部材１１，１２における貫通孔１１１ａ等の断面形状に対応する断面形状を有している。また、その配列ピッチは、後述するようにアパーチャー部材１１，１２における貫通孔の配列ピッチＰxの２倍である。一方、第２の金型部品２００の一の主面２０１には、アパーチャー部材１１，１２における貫通孔１１２ａ等の断面形状に対応する断面形状を有する突起部２０３が所定の第２方向に沿って一列に突設されている。各突起部２０３の形状および配列ピッチは第１の金型部品３００の突起部３０３のものと同じまたは略同じである。

また、第１の金型部品３００の主面３０１には略円筒形状を有する２本の位置決めピン３０５，３０６が突設され、これと対応する第２の金型部品２００の主面２０１には、それぞれ位置決めピン３０５，３０６とぴったり嵌合する形状の挿通孔２０５，２０６が設けられている。第１の金型部品３００の主面３０１と、第２の金型部品２００の主面２０１とが互いに対向した状態で両者を近接させ、位置決めピン３０５を挿通孔２０５に、位置決めピン３０６を挿通孔２０６にそれぞれ挿通させることで、第１の金型部品３００と第２の金型部品２００とが互いに係合する。

第１および第２の金型部品３００，２００が互いに係合した状態では、第１の金型部品３００の主面３０１と第２の金型部品２００の主面２０１とが互いに対向する。また、第１の金型部品３００の突起部３０３の配列方向（第１方向）と、第２の金型部品２００の突起部２０３の配列方向（第２方向）とが一致する。このとき、第１の金型部品３００の突起部３０３は第２の金型部品２００の主面２０１側に向かって、また第２の金型部品２００の突起部２０３は第１の金型部品３００の主面３０１側に向かって、それぞれ突設されることとなる。

その結果、第１の金型部品３００の主面３０１と第２の金型部品２００の主面２０１とで挟まれた空間では、第１の金型部品３００の突起部３０３と第２の金型部品２００の突起部２０３とが交互に、一列に配置されることとなる。こうしてできた２つの金型部品の間隙空間に溶融した樹脂材料を流し込んで、これらの突起部３０３，２０３に対応した貫通孔を有するアパーチャー部材を製造することができる。

図６は金型のより詳細な形状を示す拡大断面図である。図６に示すように、第１の金型部品３００の主面３０１から突設された突起部３０３の側面３０３ａは、主面３０１への垂線に対して角度θ1（＞０）の傾き（テーパー角）を有している。一方、第２の金型部品２００の主面２０１から突設された突起部２０３の側面２０３ａは、主面２０１への垂線に対して角度θ2（＞０）の傾きを有している。

このように、突起部３０３，２０３にテーパーを付けることにより、両金型部品を係合させて樹脂材料を流し込んだ後、硬化した樹脂を金型から取り外す際の離型性が向上し、完成した樹脂製品を容易に型から取り出すことができる。そして、こうして完成した樹脂部品４０では、図６の中段に示すように、互いに隣接する貫通孔４０１，４０２間でテーパーの方向が異なったものとなる。すなわち、貫通孔４０１は図６において下向きに先細りの形状を有し、貫通孔４０２はその逆である。このような形状の樹脂部品４０は、本実施形態のアパーチャー部材１１，１２として理想的な構造を有するものとなっている。

つまりこの場合、製造上の都合に由来する好ましい形状と、アパーチャー部材としての性能の点から好ましい形状とが一致しており、このようにして、製造しやすく、しかも性能の優れたアパーチャー部材１１，１２を得ることができる。

なお、従来の射出成型用の金型としては、主に寸法精度の点から、互いに係合する金型部品の一方のみにダイを設ける構成が用いられてきた。しかしながら、本実施形態のアパーチャー部材のように０．１ｍｍ単位のダイを製作するためには細い切削工具が必要であり、必然的に多くの加工時間を要する。このことは部品の製造コスト上昇の理由となる。

しかしながら、図５および図６に示す金型では、各金型部品３００，２００に立設されるダイのピッチは貫通孔の配列ピッチの２倍である。このため、より大径の工具による加工が可能であり、したがって金型の製造コストも抑えることが可能である。

なお、アパーチャー部材１１のように細長くかつ入り組んだ構造を有する製品においては、離型時に例えば製品の一部が一方の金型部品に付随し、他の一部が他方の金型製品に付随するようなことがあると、金型部品を引き離したときに製品が捩れ、変形や破損を生じることがある。また、多数の製品を連続的に形成する場合、製品が付随する側が一定していないと、型から製品を取り外すための作業においては製品がどちらの型に付随したかを判断することが必要となる。このことは、特に作業を自動化する上で工程管理を複雑にしてしまう。これを未然に防止するためには、各金型部品３００，２００に設けるダイのテーパー角θ1，θ2を僅かに（アパーチャー部材としての性能に影響のない程度に）異なる大きさとすることがより好ましい。例えば一方を２度、他方を１度、または一方を１度他方を０．５度などとすることができる。これにより、それぞれの金型部品における製品の離型性に差異を生じさせて、２つの金型部品を引き離す際に、製品がいずれの金型部品に付随するかを統一させることができる。

以上のように、この実施形態では、多数の貫通孔を列状に配した１対のアパーチャー部材１１，１２において、光の進行方向に沿って開口断面積が次第に減少する貫通孔１１１，１２１と、同方向に沿って開口断面積が次第に増大する貫通孔１１２，１２２とをそれぞれ交互に配置している。また、２つのアパーチャー部材１１，１２間では、開口断面積が次第に減少する貫通孔１１１，１２１同士で中心軸を共通とし、開口断面積が次第に増大する貫通孔１１２，１２２同士で中心軸を共通とするようにしている。

このような１対のアパーチャー部材１１，１２をレンズアレイ１０の両側に配置した本実施形態のコンタクトイメージセンサーモジュール（ＣＩＳＭ）１では、光量が十分で濃度ムラの少ない光学像を結像させることができ、良好な画像品質を得ることが可能である。

また、上記のような構造を有するアパーチャー部材１１，１２は、低コストで安定的にこれを製造するという製造上の要求にも適合したものとなっている。

以上説明したように、この実施形態においては、コンタクトイメージセンサーモジュール１が本発明の「結像光学素子」に相当している。そして、レンズユニット１０１が本発明の「レンズ」として機能しており、レンズアレイ１０が本発明の「結像光学系」としての機能を有している。また、この実施形態では、アパーチャー部材１１および１２が本発明の「第１の遮光部材」および「第２の遮光部材」としてそれぞれ機能している。また、上記実施形態においては、貫通孔１１１，１２１がいずれも本発明の「縮小貫通孔」に相当する一方、貫通孔１１２，１２２がいずれも本発明の「拡大貫通孔」に相当している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態のアパーチャー部材１１，１２は、入射光を通過させるための貫通孔１１１等をＸ方向に一列に配した構造を有しているが、貫通孔の配列は２列以上であってもよく、また２列以上の貫通孔の列をその配列方向に位置を少し異ならせて配した、いわゆる千鳥配置であってもよい。

また、上記実施形態のアパーチャー部材における貫通孔は、その断面積が光の進行方向に沿って連続的に変化するものであるが、断面積の変化は例えば段階的なものであってもよい。

また、上記実施形態のアパーチャー部材における貫通孔は、矩形形状の断面を有するものであるが、貫通孔の断面形状はこれに限定されるものではなく、例えば円形、長円形、菱形、角部のみを曲面とした略矩形など、種々のものを適用可能である。

また、上記実施形態は、１枚のレンズアレイを１対のアパーチャー部材で挟んだ構造の結像光学素子であるが、レンズアレイおよびアパーチャー部材対の少なくとも一方が複数であってもよい。本明細書ではレンズとして正立等倍の１枚レンズ構成を例示したが、本発明の性質から、例えば正立等倍の２枚レンズ系にも同様に適用可能であることは明らかである。

また、上記した金型によるアパーチャー部材の製造方法は、本発明にかかる「遮光部材」の製造方法の一の具体例を示したものにすぎず、本発明の適用範囲がこのような製造方法により製造された遮光部材を有する結像光学素子のみに限定されることを意味するものではない。すなわち、本発明の各構成の材料および製造方法については任意である。また２つの遮光部材の形状を完全同一とすることも、必須の要件ではない。

本発明にかかる結像光学素子は、イメージスキャナー、ファクシミリ、複写機、金融端末装置等の画像読取装置に特に好適に適用可能なものである。

１…コンタクトイメージセンサーモジュール（結像光学素子）、１０…レンズアレイ（結像光学系）、１１…アパーチャー部材（第１の遮光部材）、１２…アパーチャー部材（第２の遮光部材）、１３…受光部、１０１…レンズユニット、１１１，１２１…貫通孔（縮小貫通孔）、１１２，１２２…貫通孔（拡大貫通孔）、２００…第２の金型部品（金型）、３００…第１の金型部品（金型）

Claims

複数のレンズを互いの光軸を平行に列状に配したレンズアレイを有し、該レンズアレイの一方端側からの入射光学像を他方端側で結像させて像を形成する結像光学系と、
前記結像光学系の前記一方端側に配置され、複数の貫通孔が前記結像光学系における前記レンズの配列方向と同方向に列状に設けられて、前記貫通孔を通過させた光を前記結像光学系に入射させる第１の遮光部材と、
前記結像光学系の前記他方端側に配置され、複数の貫通孔が前記結像光学系における前記レンズの配列方向と同方向に列状に設けられて、前記結像光学系の前記他方端側に出射される光を前記貫通孔を通過させる第２の遮光部材と
を備え、
前記第１の遮光部材および前記第２の遮光部材のそれぞれでは、前記結像光学系の前記一方端側から前記他方端側へ向かう光の進行方向における上流側の開口面の断面積が下流側の開口面の断面積よりも大きい縮小貫通孔と、前記進行方向における下流側の断面積が上流側の開口面の断面積よりも大きい拡大貫通孔とが前記配列方向と同方向に交互に配置され、
前記第１の遮光部材の前記縮小貫通孔の中心軸上には前記第２の遮光部材の前記縮小貫通孔の中心軸が位置し、前記第１の遮光部材の前記拡大貫通孔の中心軸上には前記第２の遮光部材の前記拡大貫通孔の中心軸が位置する
ことを特徴とする結像光学素子。
前記第１の遮光部材および前記第２の遮光部材のそれぞれに設けられた前記貫通孔では、前記進行方向における上流側の開口面と下流側の開口面とが相似形状である請求項１に記載の結像光学素子。
前記第１の遮光部材および前記第２の遮光部材のそれぞれに設けられた前記縮小貫通孔では、前記進行方向に直交する断面における該縮小貫通孔の断面積が、前記進行方向の上流側から下流側に向けて連続的に減少する一方、前記第１の遮光部材および前記第２の遮光部材のそれぞれに設けられた前記拡大貫通孔では、前記進行方向に直交する断面における該縮小貫通孔の断面積が、前記進行方向の上流側から下流側に向けて連続的に増大する請求項１または２に記載の結像光学素子。
前記第１の遮光部材および前記第２の遮光部材のそれぞれに設けられた前記縮小貫通孔および前記拡大貫通孔の壁面がいずれもテーパー形状となっており、そのテーパー角の大きさが０度より大きく２度以下である請求項３に記載の結像光学素子。
前記第１の遮光部材および前記第２の遮光部材のそれぞれでは、複数の前記縮小貫通孔の形状が互いに同一である一方、複数の前記拡大貫通孔の形状が互いに同一である請求項１ないし４のいずれかに記載の結像光学素子。
前記第１の遮光部材と前記第２の遮光部材とが同一形状である請求項１ないし５のいずれかに記載の結像光学素子。
前記第１の遮光部材および前記第２の遮光部材が、同一形状の金型を用いた射出成型によって形成された樹脂製品である請求項６に記載の結像光学素子。