JP3996296B2 - 光学系および光学装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、レンズアレイを用いることにより所望の物体のライン状領域の像を結像させるようにした光学系および光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の密着型イメージセンサの一例を図１４に示す。このイメージセンサは、原稿載置面を形成する透明板９０を上面部に装着したケース９１の内部に、主走査方向（紙面と直交する方向）に並べた複数の光源９２、複数のセルフォックレンズ９３を主走査方向に並べたセルフォックレンズアレイ９３Ａ、および主走査方向に並べた複数の受光素子９４を組み込んだ構成を有している。セルフォックレンズ９３は、正立等倍像が得られるものであり、透明板９０の表面部分におけるセルフォックレンズ９３の直上部分が、読み取りラインＳａである。このイメージセンサにおいては、光源９２から発せられた光が透明板９０上の原稿Ｄに照射されると、その反射光がセルフォックレンズアレイ９３Ａの各セルフォックレンズ９３によって集束され、複数の受光素子９４上には原稿Ｄの１ライン分の画像が結像する。すると、複数の受光素子９４からは、その受光量に対応した出力レベルの１ライン分の画像信号が出力される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成のイメージセンサにおいて、解像度の高い原稿画像の読み取り処理を行わせるには、各セルフォックレンズ９３によって原稿画像を各受光素子９４上においてピンぼけがないように、しかも明るく結像させる必要がある。透明板９０から原稿Ｄが浮き上がった場合においても、ピンぼけを生じ難くするには、セルフォックレンズ９３の焦点深度を深める必要がある。そのためには、レンズ径ｄを小さくして、原稿Ｄから各セルフォックレンズ９３に入射する光の角度（画角）θ１を小さくしなければならない。
【０００４】
ところが、レンズ径ｄを小さくしたのでは、各セルフォックレンズ９３への入射光量が少なくなる。これでは、受光素子９４上に得られる画像が暗くなり、読み取り画像の質が劣化してしまう。このように、従来では、セルフォックレンズ９３の焦点深度を深めてピンぼけを防止しようとすれば、結像画像が暗くなり、またその反対に結像画像を明るくしようとしてレンズ径ｄを大きくすれば、焦点深度が浅くなってピンぼけの少ない画像の読み取り処理が困難になってしまうという問題があった。
【０００５】
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、ピンぼけが少なく、しかも明るい像を結像することが可能な光学系および光学装置を提供することをその課題としている。
【０００６】
【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。
【０００７】
本願発明の第１の側面によって提供される光学系は、結像用の複数のレンズが列状に並べられた１または複数のレンズアレイを具備し、かつ物体から進行してくる光を上記複数のレンズによって集束させることにより上記物体の像を所定の結像領域に結像可能とされている、光学系であって、上記レンズアレイの複数のレンズは、同一方向に延びる複数の列に並べられているとともに、上記レンズアレイと上記物体との間、および上記レンズアレイと上記結像領域との間の少なくとも一方には、受けた光を上記レンズの列方向と交差する方向において発散させる発散レンズが設けられており、かつ、上記複数のレンズアレイの各レンズによる結像可能な幅は、上記レンズの列方向の幅よりもそれに交差する方向の幅の方が大きくされていることを特徴としている。
【０００８】
本願発明の第１の側面によって提供される光学系においては、レンズアレイの複数のレンズの列方向と交差する方向に並ぶ複数のレンズのそれぞれによって物体の像を結像させることができる。したがって、複数のレンズを１列のみ設けたレンズアレイを用いていた従来のものよりも、明るい像を得ることができる。加えて、物体からレンズアレイに向けて進行する光、およびレンズアレイから結像領域に向けて進行する光の少なくとも一方は、発散レンズを透過するときにレンズの列方向と交差する方向に発散されるために、レンズアレイによって結像がなされるように物体からレンズアレイに向けて進行する光線束の角度（画角）、またはレンズアレイから結像領域に集束されるように進行する光線束の角度は、レンズの列方向と交差する方向において小さな角度に狭められることとなる。したがって、レンズを複数列に並べたことによってレンズ全体の幅が増大するにも拘わらず、レンズの列方向と交差する方向においてレンズの焦点深度が浅くならないようにすることができる。その結果、ピンぼけが少なく、しかも明るい像を得ることが可能となる。さらには、レンズの列方向においては物体の像をピンぼけのないように結像させることができるとともに、それと交差する方向においては結像領域への到達光量を多くして、結像された像を明るくすることができ、光学系の光学特性をさらに向上させることができる。
【０００９】
本願発明の好ましい実施の形態においては、上記発散レンズは、上記レンズアレイのレンズの列方向に一様に延びた凹面を有している。このような構成によれば、発散レンズの凹面を通過する光を、レンズの列方向と交差する方向にのみ発散させることができ、レンズの列方向には発散しないようにできる。したがって、レンズの列方向についての結像作用に発散レンズの影響を受けさせないようにすることができる。
【００１０】
本願発明の他の好ましい実施の形態においては、上記レンズアレイは、湾曲した屈折面を有する複数のレンズと、これら複数のレンズどうしを繋ぐホルダ部とが、樹脂一体成形されたものである。このような構成によれば、レンズアレイの製造が容易となり、コストの大幅な低減化を図ることが可能となる。また、各レンズの屈折面の曲率などの変更が簡単に行えるために、光学系の設計の自由度も高めることが可能となる。
【００１１】
本願発明の他の好ましい実施の形態においては、上記レンズアレイを複数具備しており、かつこれら複数のレンズアレイは、それらのレンズの光軸が合わされて互いに積層されている。このような構成によれば、１つのレンズアレイのみでは得ることができない光学特性を得ることが可能となる。
【００１２】
本願発明の他の好ましい実施の形態においては、上記複数のレンズアレイは、正立等倍像が得られるように構成されている。このような構成によれば、この光学系をたとえば密着型イメージセンサなどの画像読み取り装置の光学系として用いるのに最適となる。
【００１３】
本願発明の他の好ましい実施の形態においては、上記複数のレンズアレイのうち、少なくとも光入射側となる１以上のレンズアレイには、上記複数の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。このような構成によれば、ある１つのレンズに入射した光が隣りのレンズに混入（クロストーク）することによる画像劣化を適正に防止することができる。なお、２つの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レンズどうし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像劣化を防止できることが確認されている。
【００１４】
本願発明の他の好ましい実施の形態においては、上記複数のレンズどうしを光学的に分離させる手段は、上記各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で覆われている。このような構成によれば、レンズからその側方に漏れ出ようとする光が遮光材によって吸収され、隣りのレンズにクロストークとして入り込むことが確実に防止される。
【００１５】
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および／または光出射側の面における上記各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。このような構成によれば、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。
【００１７】
本願発明の他の好ましい実施の形態においては、上記複数のレンズアレイのうち、少なくとも光入射側となる１以上のレンズアレイには、上記各レンズどうしの各間に設けられた凹部と、この凹部を規定する内壁面を覆う黒色またはそれに近い暗色系の遮光材とが設けられており、かつ、上記凹部のうち、上記レンズの列方向において互いに隣り合うレンズどうしの中間部分の深さは、上記列方向と交差する方向において互いに隣り合うレンズどうしの中間部分の深さよりも深くされている。このような構成によれば、複数のレンズアレイの各レンズによる結像可能な幅を、上記レンズの列方向の幅よりもそれに交差する方向の幅の方が大きいものにすることが実現できる。
【００１８】
本願発明の他の好ましい実施の形態においては、上記複数のレンズアレイには、上記レンズの列方向において互いに隣り合うレンズどうしを光学的に分離させる第１の手段と、上記列方向と交差する方向において互いに隣り合うレンズどうしを光学的に分離させる第２の手段とが設けられており、かつ上記第１の手段は、上記複数のレンズアレイの積層方向を向く各ホルダ部の複数の面に対して、上記第２の手段よりも数多くの面に設けられている。このように構成によっても、複数のレンズアレイの各レンズによる結像可能な幅を、上記レンズの列方向の幅よりもそれに交差する方向の幅の方が大きいものにすることが実現できる。
【００１９】
本願発明の第２の側面によって提供される光学装置は、原稿載置面と、ライン状に配置された複数の受光素子と、これらの間に配置された１または複数のレンズアレイとを備え、かつ上記原稿載置面に載置された原稿の画像を上記複数の受光素子上に結像させるように構成された光学装置であって、上記レンズアレイの複数のレンズは、上記複数の受光素子と同方向の複数の列に並べられているとともに、上記レンズアレイと上記原稿載置面との間には、上記原稿載置面から進行してくる光を上記複数のレンズの列方向と交差する方向において発散させる発散レンズが設けられており、かつ、上記複数のレンズアレイの各レンズによる結像可能な幅は、上記レンズの列方向の幅よりもそれに交差する方向の幅の方が大きくされていることを特徴としている。
【００２０】
本願発明の第２の側面によって提供される光学装置は、その基本的な構成は、本願発明の第１の側面によって提供される光学系が組み込まれた構成となっているために、受光素子上には原稿の画像を明るく、しかもピンぼけの少ない状態に結像させることが可能である。とくに、発散レンズは、レンズアレイと原稿載置面との間に設けられているために、原稿からレンズアレイの各レンズに向けて進行する光の角度（画角）を狭めることが可能となる。したがって、原稿が原稿載置面から多少浮き上がったような場合にもピンぼけが少ない結像を行わせることができ、たとえばハンディスキャナタイプのイメージセンサに適用される場合には最適となる。
【００２１】
本願発明の好ましい実施の形態においては、上記発散レンズは、上記原稿載置面を形成する透明板に一体的に形成されている。このような構成によれば、光学装置全体の部品点数の増加を抑制し、製造コストの低減化が可能となる。
【００２２】
本願発明の好ましい実施の形態においては、上記レンズアレイと上記複数の受光素子との間には、上記レンズアレイの各レンズを通過してきた光を上記複数のレンズの列方向と交差する方向において発散させる発散レンズがさらに設けられている。このような構成によれば、レンズアレイから複数の複数の受光素子に向けて進行する光の角度についても狭めることが可能となる。したがって、光学装置の各部品の組立誤差などに起因して、レンズアレイと複数の受光素子との間の距離が正確でない場合にも、ピンぼけの少ない結像を行わせることが可能となる。また、レンズアレイを挟んで２つの発散レンズが位置する対称な構造となるため、光学装置の設計が容易になるといった利点も得られる。
【００２３】
本願発明のその他の特徴および利点については、以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろう。
【００２４】
【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。
【００２５】
図１は、本願発明に係る光学系の一例を示す説明図である。図２は、図１に示す光学系に用いられているレンズアレイアッセンブリを示す断面図であり、図１のII−II断面図に相当する。図３（ａ）は、図２の要部平面図であり、図３（ｂ）は、その拡大説明図である。図４は、図３（ａ）のIV−IV線断面図である。図５は、図１に示す光学系に用いられているレンズアレイアッセンブリの分解斜視図である。図６は、作用説明図である。
【００２６】
図１によく表れているように、本実施形態の光学系Ａは、物体ｍの表面Ｓの像を、所定の平面上の結像領域Ｒに結像させるためのものであり、レンズアレイアッセンブリ１と発散レンズ８とを具備して構成されている。
【００２７】
図２によく表れているように、レンズアレイアッセンブリ１は、第１のレンズアレイ１０と、第２のレンズアレイ２０とが積層状態で組み合わせられている。各レンズアレイ１０，２０は、複数のレンズ１１，２１と、これらのレンズ１１，２１間を繋ぐホルダ部１２，２２とを備えており、全体として、横幅がレンズ１１，２１の直径よりも大きい横断面矩形状をした長尺ブロック状を呈している。第１および第２のレンズアレイ１０，２０の長手方向両端部には、両レンズアレイを積層状態に保持するための連結手段１３，２３が設けられている。
【００２８】
第１および第２のレンズアレイ１０，２０は、いずれも透明樹脂による成形物であり、複数のレンズ１１とホルダ部１２、および複数のレンズ２１とホルダ部２２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、機械強度および耐熱強度にすぐれた、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。
【００２９】
第１のレンズアレイ１０は、光の入射側に配置される一方、第２のレンズアレイ２０は、光の出射側に配置される。レンズアレイ１０，２０のレンズ１１，２１は、レンズ面である光入射面１１ａ，２１ａおよび光出射面１１ｂ，２１ｂがともに凸状曲面の屈折面とされた凸レンズの形態をもっており、第１のレンズアレイ１０のレンズ１１と第２のレンズアレイ２０のレンズ２１とは、それぞれの光軸Ｃが合わせられている。各レンズの光入射面と光出射面は、収差を最小限にするように、適宜、球面、あるいは非球面が組み合わされる。
【００３０】
図３（ａ）によく表れているように、複数のレンズ１１は、ホルダ部１２の長手方向に一定のピッチで並べられており、たとえば第１列Ｎ1 〜第７列Ｎ7 の計７列に配列されている。これら複数のレンズの列Ｎ1 〜Ｎ7 のうち、奇数列と偶数列とは、列方向に１／２ピッチずつ互いに位置ずれしている。これにより、複数のレンズ１１は、その列方向と直交する方向に互いに干渉し合うことなく、できる限り接近するように配置されている。図４および図５によく表れているように、第２のレンズアレイ２０のレンズ２１は、上記したレンズ１１に対応した配置とされており、やはり計７列に並べられている。
【００３１】
第１のレンズアレイ１０のホルダ部１２の光入射側の面には、複数のレンズ１１どうしを光学的に分離する手段として、互いに隣り合うレンズ１１どうしの間に位置する有底状の凹部１４が形成されている。この凹部１４は、図３（ａ）によく表れているように、各レンズ１１を取り囲む広い領域にわたって一連に設けられている。したがって、図４によく表れているように、各レンズ１１は、その光入射面１１ａ側の略円筒状の一部分が凹部１４の底部から立ち上がった形態となっている。本実施形態においては、凹部１４が各所不均一の深さとされている。より具体的には、図３（ｂ）において、凹部１４のうち、レンズ１１の列方向において互いに隣り合うレンズ１１どうしの中間領域（同図のクロスハッチングで示す部分）１４ｃの深さは、凹部１４の他の部分、すなわちレンズの列方向と交差する方向において互いに隣り合うレンズ１１どうしの中間領域の深さよりも深くされている。このため、凹部１４のうち、図２に示す断面おいて表れる部分の深さｓ１は、図４に示す断面において表れる部分の深さｓ２よりも深くなっている。
【００３２】
凹部１４は、たとえばエキシマレーザやパルスＣＯ2 レーザを利用したレーザ加工により形成されている。より具体的には、第１のレンズアレイ１０についての樹脂成形工程を終了した後には、ホルダ部１２の光入射側となる面にレーザを照射する第１次および第２次のレーザ加工を行う。第１次のレーザ加工は、凹部１４の全体形状と同一パターンに形成されたマスクを、レーザのエネルギ密度が低い部分に設けておき、上記マスクのパターンを第１のレンズアレイの樹脂成形品に対して縮小投影させるようにしてレーザ照射を行う。これにより、上記マスクのパターンが縮小された凹部、すなわち複数のレンズ１１を囲む一定領域が一定深さとされた凹部（凹部１４の下地となる凹部）を形成することができる。第２次のレーザ加工は、上記とは異なるマスクを用いることによって、図３（ｂ）のクロスハッチングで示した領域１４ｃのみにレーザを照射する。すると、その部分を他の部分よりも深くすることができ、上記したような２種類の深さｓ１，ｓ２をもつ凹部１４を得ることができるのである。このようなレーザ加工によれば、微細加工が行えるために、互いに隣り合うレンズ１１どうしの間の寸法を、金型成形では困難な微小な寸法に設定し、複数のレンズ１１を高密度に設けることが可能となる。また、エキシマレーザやパルスＣＯ2 レーザは、レーザ加工時の発熱量が少ないために、これらのレーザを利用すれば、ホルダ部１２や各レンズ１１にダメージを与えないようにすることもできる。
【００３３】
凹部１４を規定する側壁面（レンズ１１の外周面の一部に相当する部分を含む）１４ａおよび底面１４ｂは、黒またはそれに近い暗色系の遮光材１５で覆われている。このための手段としては、たとえば、側壁面１４ａや底面１４ｂに暗色系の塗料を用いて塗膜を形成する手段、あるいは暗色系の部材（図示略）で凹部１４を埋める手段を用いることができる。また、本実施形態では、第１のレンズアレイ１０の光出射側の面において、レンズ１１を取り囲む領域を黒またはそれに近い暗色系の遮光材１６で覆っている。遮光材１６としては、たとえば暗色系の塗料を用いた塗膜を適用することができる。
【００３４】
第２のレンズアレイ２０については、第１のレンズアレイ１０に形成したような各レンズを光学的に分離する手段はとくに設けられていない。
【００３５】
連結手段１３，２３は、本実施形態においては、第２のレンズアレイ２０の端部の光入射面側に設けられた突起２３ａと、第１のレンズアレイ１０の端部の光出射面側に設けられた凹部１３ａとからなる。これら突起２３ａと凹部１３ａとが互いに嵌合することにより、両レンズアレイ１０，２０が積層状態に連結されている。
【００３６】
光は、第１のレンズアレイ１０の各レンズ１１の光入射面１１ａに入射した後に、光出射面１１ｂから出射し、その後第２のレンズアレイ２０の各レンズ２１の光入射面２１ａに入射して、光出射面２１ｂから出射するという経路をとる。図に示す実施形態では、光入射面１１ａよりも光出射面１１ｂが大径化されており、光入射面２１ａよりも光出射面２１ｂが大径化されている。なお、光出射面１１ｂと光入射面２１ａとはほぼ同一径とされている。したがって、この実施形態では、光の入射側から出射側に向かうにつれて、レンズ面が大径化されている。このことの技術的意義については、後述する。
【００３７】
さて、第２のレンズアレイ２０は、樹脂成形を行うことのみによって得ることができる。第１のレンズアレイ１０は、樹脂成形によって外形を得た後、前述のレーザ加工により凹部１４を形成し、その後遮光材１５，１６としての塗膜を形成することによって作製することができる。塗膜の形成は、たとえば、スタンプによる転写法、各レンズ１１の光入出射面１１ａ，１１ｂにマスクを施した状態で塗料中に浸漬後、乾燥させてから、上記マスクを除去するなどの手法によって簡便に行うことができる。レンズアレイアッセンブリ１の組み立ては、第１のレンズアレイ１０の凹部１３ａに第２レンズアレイ２０の突起２３ａを嵌合させるだけの、きわめて簡単な操作によって行うことができる。
【００３８】
図１によく表れているように、発散レンズ８は、透光性を有する材質からなり、レンズアレイアッセンブリ１の各レンズ１１，２１の列方向に延びる細長な略プレート状に形成されている。発散レンズ８の具体的な材質としては、たとえば両レンズアレイ１０，２０と同様に、透明度などに優れたＰＭＭＡやＰＣが好適に採用される。発散レンズ８の片面または両面には、湾曲した凹面８０が形成されている。ただし、この凹面８０は、発散レンズ８の長手方向に一様な形状である。発散レンズ８は、その光軸がレンズアレイアッセンブリ１の幅方向中央の第４列Ｎ4 のレンズ１１，２１の光軸に合わせられるようにして、物体ｍとレンズアレイアッセンブリ１との間に配されている。
【００３９】
次に、上記した光学系Ａの作用について説明する。
【００４０】
図６に表れているように、この光学系Ａにおいては、物体ｍの表面Ｓを始点として出発した光は、発散レンズ８を通過した後に、レンズアレイアッセンブリ１に到達する。ただし、発散レンズ８は、図６に表れているレンズ１１，２１の列方向においては、光を発散させる作用を発揮することはなく、また光が発散レンズ８を透過するときの屈折量は僅かであるから、始点Ｓから出発した光は、レンズアレイアッセンブリ１に向けてそのまま直進するのと同様となる。
【００４１】
始点Ｓからレンズアレイアッセンブリ１に到達した光は、屈折面である４つのレンズ面１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂを順次通過する際に所定の屈折作用を受けて結像領域Ｒに到達する。より具体的には、光入射面１１ａでの屈折によって光出射面１１ｂや光入射面２１ａの付近で一次焦点を形成する。光出射面１１ｂと光入射面２１ａとは、互いに対向する凸曲面であるから、光出射面１１ｂから出射して光入射面２１ａに入射するときの屈折により、光は光軸方向からからみて始点方向に戻るように折れ曲がる。そして、１次焦点からの光が光出射面２１ｂでの屈折によって出射側に位置する結像領域Ｒ上に２次焦点を結ぶ。このように光軸Ｃを合わせた複数の凸レンズ１１，２１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、物体ｍの（ａ→ｂ→ｃ）の像が、（ａ’→ｂ’→ｃ’）の正立等倍像として結像領域Ｒに形成されるのである。
【００４２】
上記したような、物体の像を正立等倍に結像させる作用は、複数のレンズ１１，２１の列方向と交差する方向においても見られる。ただし、図１から理解されるように、物体ｍの所定の領域から出発した光は、レンズの列方向と交差する方向に並ぶ７つずつのレンズ１１，２１を通過してから、ライン状の結像領域Ｒに集束し、この結像領域Ｒに物体ｍの像が重なり合って結ばれる。したがって、レンズ１１，２１を１列に設けただけの場合よりも、結像領域Ｒの像を明るくすることが可能となる。なお、このように７つずつのレンズ１１，２１を用いて結像を行わせる場合には、７つのレンズ１１のそれぞれに対する光の入射角度が相違するために、各レンズ１１，２１のレンズ面（屈折面）を全て同一形状にすると、物体ｍから出発した光を所定の結像領域Ｒに正確に集束させることが難しくなる。したがって、本願発明においては、たとえば第１列Ｎ1 〜第７列Ｎ7 までの各列ごとに、レンズ１１，２１のレンズ面１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂのいずれかの曲率などを相違させるようにして、７列のそれぞれのレンズを通過した光を所定の結像領域により正確に集束させるようにしてもかまわない。
【００４３】
図１に表された断面方向においては、物体ｍの表面Ｓから出発した光は、発散レンズ８を透過することにより、適当な角度だけ発散され、その後レンズアレイアッセンブリ１に到達する。したがって、レンズアレイアッセンブリ１によって結像領域Ｒに集束される光線束は、物体ｍと発散レンズ８との間の領域においては、その広がり角度θが狭められたものとなる。その結果、レンズアレイアッセンブリ１の焦点深度が深くなり、物体ｍが光軸方向に多少位置ずれしても、これによって結像領域Ｒの像に著しいピンぼけが生じないようにすることができる。このように、本実施形態の光学系Ａにおいては、複数のレンズ１１，２１を複数列に設けているにも拘わらず、それに起因して焦点深度が浅くならないようにすることが可能であり、好ましい光学特性を得ることができる。
【００４４】
また、この光学系Ａにおいては、レンズの列方向と交差する方向に並ぶ７つのレンズ１１どうしを互いに接近させるほど、これらの各レンズ１１に入射する光の角度が小さくなり、焦点深度をさらに深めることが可能となる。これに対し、複数のレンズ１１どうしの間に形成されている凹部１４は、上記したとおりレーザ加工により形成され、その幅が非常に小さくされているために（ただし、図１以外の図面では、理解の容易のために比較的大きく描いている）、複数のレンズ１１，２１を複数列に並べたことに起因して焦点深度が浅くなることを一層適切に防止することができる。
【００４５】
図６に表れているように、物体の表面Ｓから第１のレンズアレイ１０に向けて進行した光がレンズ１１の光入射面１１ａ以外の領域からレンズ１１内に入り込むことは、凹部１４の遮光材１５によって防止される。さらに、レンズ１１の光出射面１１ｂ以外の領域から光が漏れ出ることも、遮光材１６によって防止される。これにより、レンズ１１間の光のクロストークが効果的に防止されるとともに、レンズ１１以外の領域を通過した光が結像領域に進行することも防止される。本実施形態においては、第１のレンズアレイ１０のみに上記したような各レンズ１１を光学的に分離する手段が設けられており、第２のレンズアレイ２０にはこのような光学的な分離手段が設けられていないが、このような構成であっても第２のレンズアレイ２０の複数のレンズ２１どうし間においてクロストークが生じないようにして、画像劣化を充分に防止することができる。
【００４６】
また、本実施形態においては、第２のレンズアレイ２０のレンズ２１の光入出射面２１ａ，２１ｂを大径化し、かつ光出射面２１ｂを光入射面２１ａよりも大径化しているので、光入射面２１ｂから入射した光を無駄にすることなく光出射面２１ｂから出射させられることとあいまって、第２のレンズアレイ２０に第１のレンズアレイ１０のような各レンズを光学的に分離する手段を設けないことが、第２のレンズアレイ２０の各レンズ２１から出射する光量を増大させ、効率的な画像を得ることに大きく寄与する。したがって、上記のレンズアレイアッセンブリ１は、これによって得られる正立等倍像の明るさを一層向上させつつ、クロストークによる画像劣化をより適切に防止できることとなる。
【００４７】
さらに、上記したレンズアレイアッセンブリ１においては、凹部１４のうち、レンズの列方向において隣り合うレンズ１１どうしの中間部分の深さｓ１は、それと交差する方向において隣り合うレンズ１１どうしの中間部分の深さｓ２よりも深くされているために、各レンズ１１，２１による結像が可能な幅は、レンズの列方向の幅よりもそれに交差する方向の幅の方が大きくなる。このため、図５に表れているレンズの列方向においては、数少ないレンズ１１，２１を通過した光が結像領域Ｒにおいて集束するようにして、ピンボケのない結像を行わせるのに有利となる。一方、図１および図４に表れているレンズの列方向と交差する方向においては、７つずつ並んだレンズ１１，２１に多くの光が入射できるようにして、結像領域Ｒにおける像を明るいものにできる。したがって、正立等倍像のピンぼけ防止と明るさの確保との両立を一層確実なものとすることができる。
【００４８】
図７は、本願発明において用いられ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８は、図７に示すレンズアレイアッセンブリに用いられている第２のレンズアレイを示す斜視図である。なお、図７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、同一符号を付している。
【００４９】
本実施形態におけるレンズアレイアッセンブリ１Ａは、第１のレンズアレイ１０に設けられている凹部１４の深さｓ４が各所均一とされている。第２のレンズアレイ２０については、そのホルダ部２２の光入射側の面２０ａに遮光材１８が設けられている。この遮光材１８は、たとえば遮光材１４，１６と同様な黒色またはそれに近い暗色系の色彩の塗膜である。ただし、遮光材１８は、図８のクロスハッチングで示す部分に限定して設けられており、レンズ２１の列方向において互いに隣り合うレンズ２１どうしの中間領域のみに設けられている。
【００５０】
このような構成のレンズアレイアッセンブリ１Ａにおいては、レンズ１１を通過してレンズ２１に向けて進行する光のうち、レンズの列方向において隣り合うレンズ２１どうしの間に到達した光は、遮光材１８によって第２のレンズアレイ２０内に入り込まないようにすることができる。一方、レンズの列方向と交差する方向において隣り合うレンズ２１どうしの間には、遮光材１８が設けられていないから、その部分に到達した光はそのまま第２のレンズアレイ２０内に入り込ませることができる。したがって、このような構成によっても、各レンズ１１，２１による結像可能な幅は、レンズの列方向の幅よりもそれに交差する方向の幅の方が大きくなる。その結果、先に述べた実施形態の場合と同様に、レンズの列方向においては結像領域においてピンボケのない像を結像させることが可能となる一方、レンズの列方向と交差する方向においては７つずつ並んだレンズ１１，２１に多くの光が入射できるようにして結像領域における像を明るくすることができる。
【００５１】
図９は、本願発明において用いられ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１０は、作用説明図である。
【００５２】
本実施形態のレンズアレイアッセンブリ１Ｂにおいては、第２のレンズアレイ２０の構成は、図１〜図６に示した実施形態のものと同様である。これに対し、第１のレンズアレイ１０は、その凹部１４が光出射面側から第１のレンズアレイ１０の厚み方向に没入する有底状に設けられている。凹部１４の内壁面１４ａと底面１４ｂとは、暗色系の塗膜からなる遮光材１５によって覆われている。また、第１のレンズアレイ１０の光入射面側のレンズ１１を囲む領域には、暗色系の塗膜からなる遮光材１７が形成されている。
【００５３】
図１０に示すように、このレンズアレイアッセンブリ１Ｂを用いた場合においても、物体の表面Ｓの像（ａ→ｂ→ｃ）を、結像領域Ｓに（ａ’→ｂ’→ｃ’）の正立等倍像として結像させることができる。このレンズアレイアッセンブリ１Ｂにおいては、第１のレンズアレイ１０において、光がレンズ１１の入射面１１ａ以外の領域からレンズ１１内に入射することが遮光材１７によって防止される。また、１つのレンズ１１に入射した光が隣のレンズ１１に混入することが遮光材１５によって防止される。さらに、レンズ１１の出射面１１ｂ以外の領域から光が漏れ出ることも遮光材１５によって防止される。これにより、レンズ間の光のクロストークが効果的に防止される。なお、この実施形態においても、図１〜図６に示した実施形態と同様に、各レンズ間を光学的に分離するための手段が第１のレンズアレイのみに設けられているが、これによって光のクロストークを十分に防止できることが確認されている。また、光入射面１１ａから光出射面２１ｂに向かうほどレンズ径が拡大されていることにより、第２レンズアレイ２０に適正に入射した光を無駄にすることなく、十分な明るさの正立等倍像を得ることができる。
【００５４】
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。
【００５５】
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３６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。
【００５６】
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と透明板３３との間に、先に述べた光学系Ａが組み込まれている。より具体的には、イメージセンサ３０には、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、レンズアレイアッセンブリ１と発散レンズ８とが配置されている。レンズアレイアッセンブリ１の位置決め固定は、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１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１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。また、レンズアレイアッセンブリ１に対する発散レンズ８の位置決めは、たとえば適当なスペーサ８９を用いるなどし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。
【００５７】
レンズアレイアッセンブリ１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１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Ｌａ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。
【００５８】
以上の構成において、ＬＥＤ３７から発し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の読み取りラインＬａから反射された光は発散レンズ８とレンズアレイアッセンブリ１とを透過して、イメージセンサチップ３６上に集束し、この部分に原稿画像の正立等倍像が結像する。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、これらの画情報が総合してイメージ情報となる。
【００５９】
もちろん、上記したイメージセンサ３０では、原稿Ｄとレンズアレイアッセンブリ１との間に発散レンズ８を設けているために、原稿Ｄからレンズアレイアッセンブリ１に向かう光線のうち、イメージセンサ３０上に有効に集束される光線束の広がり角度を狭くすることができる。したがって、原稿Ｄが透明板３３から多少浮き上がっても、イメージセンサチップ３６上の正立等倍像が容易にピンぼけを生じないようにできる。また、光学系Ａの上述した特性により、イメージセンサチップ３６上の正立等倍像を明るくすることができるために、画質の高い読み取り画像を得ることが可能となる。
【００６０】
図１２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他の例を示す断面図である。
【００６１】
同図に示すイメージセンサ３０Ａは、透明板３３の裏面（下面）のうち、レンズアレイアッセンブリ１に対面する部分に凹面８０Ａを形成し、透明板３３の一部を発散レンズ８Ａとして構成している。このような構成によれば、イメージセンサ３０Ａの全体の部品点数を少なくすることができ、またその組立作業も容易なものにできる。
【００６２】
図１３は、本願発明に係る光学系の他の例を示す説明図である。
【００６３】
図１３に示す光学系Ａａは、レンズアレイアッセンブリ１と物体ｍとの間に発散レンズ８を設けているのに加え、レンズアレイアッセンブリ１と結像領域Ｒとの間にも、発散レンズ８と同様な構成の発散レンズ８Ｂを設けている。
【００６４】
このような構成によれば、レンズアレイアッセンブリ１から結像領域Ｒに進行する光についても、発散レンズ８Ｂによってレンズ１１，２１の列方向と交差する方向に発散させることができ、発散レンズ８Ｂと結像領域Ｒとの間における光の広がり角度をも狭くすることができる。したがって、この光学系Ａａをイメージセンサに組み込んだ場合には、レンズアレイアッセンブリ１と受光素子との間の距離に、仮に組み付け誤差が存在していても、ピンぼけの少ない結像を行わせることが可能となる。このように、本願発明では、発散レンズを１箇所のみ設ける場合と、２箇所設ける場合とのいずれであってもかまわない。また、本願発明に係る光学系においては、レンズアレイアッセンブリと結像領域との間にのみ発散レンズが設けられている構成とされてもかまわない。
【００６５】
もちろん、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、２つのレンズアレイを組み合わせたレンズアレイアッセンブリを用いているが、３つまたはそれ以上のレンズアレイを積層してレンズアレイアッセンブリを構成することも可能である。たとえば、各レンズが凸レンズとされた２つのレンズアレイの間に、各レンズが凹レンズとされた１つのレンズアレイを挟み込めば、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を構成することができる。また、本願発明においては、必ずしも複数のレンズアレイを用いる必要もなく、レンズアレイを１つのみ設けた構成とすることもできる。レンズアレイとしては、製造コスト面からすれば、複数のレンズとホルダ部とを樹脂により一体成形したものを用いることが好ましいが、これに限定されず、たとえばセルフォックレンズを複数列に並べたセルフォックレンズアレイを用いてもかまわない。
【００６６】
さらに、実施形態のレンズアレイは、レンズを７列に配置させているが、本願発明はこれに限定されず、要は複数列であればよく、その具体的な列数は問わない。発散レンズは、光を所定方向に発散させる機能を有するものであればよく、その具体的な形状や材質なども限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る光学系の一例を示す説明図である。
【図２】図１に示す光学系に用いられているレンズアレイアッセンブリを示す断面図であり、図１のII−II断面図に相当する。
【図３】（ａ）は、図２の要部平面図であり、（ｂ）は、その拡大説明図である。
【図４】図３（ａ）のIV−IV線断面図である。
【図５】図１に示す光学系に用いられているレンズアレイアッセンブリの分解斜視図である。
【図６】作用説明図である。
【図７】本願発明において用いられ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８】図７に示すレンズアレイアッセンブリに用いられている第２のレンズアレイを示す斜視図である。
【図９】本願発明において用いられ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１０】作用説明図である。
【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】本願発明に係る光学装置としての密着型イメージセンサの他の例を示す断面図である。
【図１３】本願発明に係る光学系の他の例を示す説明図である。
【図１４】従来のイメージセンサの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
Ａ，Ａａ 光学系
Ｒ 結像領域
ｍ 物体
１，１Ａ，１Ｂ レンズアレイアッセンブリ
８，８Ａ，８Ｂ 発散レンズ
１０ 第１のレンズアレイ
１１ レンズ
１１ａ 光入射面（屈折面）
１１ｂ 光出射面（屈折面）
１２ ホルダ部
１３ 連結手段
１４ 凹部
１５ 遮光材
１６ 遮光材
１７ 遮光材
２０ 第２のレンズアレイ
２１ レンズ
２１ａ 光入射面（屈折面）
２１ｂ 光出射面（屈折面）
２２ ホルダ部
２３ 連結手段
３０ 密着型イメージセンサ
３１ ケース
３３ 透明板
３３ａ 原稿載置面
３５ 基板
３６ イメージセンサチップ（受光素子）
３７ ＬＥＤ
【発明の属する技術分野】
本願発明は、レンズアレイを用いることにより所望の物体のライン状領域の像を結像させるようにした光学系および光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の密着型イメージセンサの一例を図１４に示す。このイメージセンサは、原稿載置面を形成する透明板９０を上面部に装着したケース９１の内部に、主走査方向（紙面と直交する方向）に並べた複数の光源９２、複数のセルフォックレンズ９３を主走査方向に並べたセルフォックレンズアレイ９３Ａ、および主走査方向に並べた複数の受光素子９４を組み込んだ構成を有している。セルフォックレンズ９３は、正立等倍像が得られるものであり、透明板９０の表面部分におけるセルフォックレンズ９３の直上部分が、読み取りラインＳａである。このイメージセンサにおいては、光源９２から発せられた光が透明板９０上の原稿Ｄに照射されると、その反射光がセルフォックレンズアレイ９３Ａの各セルフォックレンズ９３によって集束され、複数の受光素子９４上には原稿Ｄの１ライン分の画像が結像する。すると、複数の受光素子９４からは、その受光量に対応した出力レベルの１ライン分の画像信号が出力される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成のイメージセンサにおいて、解像度の高い原稿画像の読み取り処理を行わせるには、各セルフォックレンズ９３によって原稿画像を各受光素子９４上においてピンぼけがないように、しかも明るく結像させる必要がある。透明板９０から原稿Ｄが浮き上がった場合においても、ピンぼけを生じ難くするには、セルフォックレンズ９３の焦点深度を深める必要がある。そのためには、レンズ径ｄを小さくして、原稿Ｄから各セルフォックレンズ９３に入射する光の角度（画角）θ１を小さくしなければならない。
【０００４】
ところが、レンズ径ｄを小さくしたのでは、各セルフォックレンズ９３への入射光量が少なくなる。これでは、受光素子９４上に得られる画像が暗くなり、読み取り画像の質が劣化してしまう。このように、従来では、セルフォックレンズ９３の焦点深度を深めてピンぼけを防止しようとすれば、結像画像が暗くなり、またその反対に結像画像を明るくしようとしてレンズ径ｄを大きくすれば、焦点深度が浅くなってピンぼけの少ない画像の読み取り処理が困難になってしまうという問題があった。
【０００５】
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、ピンぼけが少なく、しかも明るい像を結像することが可能な光学系および光学装置を提供することをその課題としている。
【０００６】
【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。
【０００７】
本願発明の第１の側面によって提供される光学系は、結像用の複数のレンズが列状に並べられた１または複数のレンズアレイを具備し、かつ物体から進行してくる光を上記複数のレンズによって集束させることにより上記物体の像を所定の結像領域に結像可能とされている、光学系であって、上記レンズアレイの複数のレンズは、同一方向に延びる複数の列に並べられているとともに、上記レンズアレイと上記物体との間、および上記レンズアレイと上記結像領域との間の少なくとも一方には、受けた光を上記レンズの列方向と交差する方向において発散させる発散レンズが設けられており、かつ、上記複数のレンズアレイの各レンズによる結像可能な幅は、上記レンズの列方向の幅よりもそれに交差する方向の幅の方が大きくされていることを特徴としている。
【０００８】
本願発明の第１の側面によって提供される光学系においては、レンズアレイの複数のレンズの列方向と交差する方向に並ぶ複数のレンズのそれぞれによって物体の像を結像させることができる。したがって、複数のレンズを１列のみ設けたレンズアレイを用いていた従来のものよりも、明るい像を得ることができる。加えて、物体からレンズアレイに向けて進行する光、およびレンズアレイから結像領域に向けて進行する光の少なくとも一方は、発散レンズを透過するときにレンズの列方向と交差する方向に発散されるために、レンズアレイによって結像がなされるように物体からレンズアレイに向けて進行する光線束の角度（画角）、またはレンズアレイから結像領域に集束されるように進行する光線束の角度は、レンズの列方向と交差する方向において小さな角度に狭められることとなる。したがって、レンズを複数列に並べたことによってレンズ全体の幅が増大するにも拘わらず、レンズの列方向と交差する方向においてレンズの焦点深度が浅くならないようにすることができる。その結果、ピンぼけが少なく、しかも明るい像を得ることが可能となる。さらには、レンズの列方向においては物体の像をピンぼけのないように結像させることができるとともに、それと交差する方向においては結像領域への到達光量を多くして、結像された像を明るくすることができ、光学系の光学特性をさらに向上させることができる。
【０００９】
本願発明の好ましい実施の形態においては、上記発散レンズは、上記レンズアレイのレンズの列方向に一様に延びた凹面を有している。このような構成によれば、発散レンズの凹面を通過する光を、レンズの列方向と交差する方向にのみ発散させることができ、レンズの列方向には発散しないようにできる。したがって、レンズの列方向についての結像作用に発散レンズの影響を受けさせないようにすることができる。
【００１０】
本願発明の他の好ましい実施の形態においては、上記レンズアレイは、湾曲した屈折面を有する複数のレンズと、これら複数のレンズどうしを繋ぐホルダ部とが、樹脂一体成形されたものである。このような構成によれば、レンズアレイの製造が容易となり、コストの大幅な低減化を図ることが可能となる。また、各レンズの屈折面の曲率などの変更が簡単に行えるために、光学系の設計の自由度も高めることが可能となる。
【００１１】
本願発明の他の好ましい実施の形態においては、上記レンズアレイを複数具備しており、かつこれら複数のレンズアレイは、それらのレンズの光軸が合わされて互いに積層されている。このような構成によれば、１つのレンズアレイのみでは得ることができない光学特性を得ることが可能となる。
【００１２】
本願発明の他の好ましい実施の形態においては、上記複数のレンズアレイは、正立等倍像が得られるように構成されている。このような構成によれば、この光学系をたとえば密着型イメージセンサなどの画像読み取り装置の光学系として用いるのに最適となる。
【００１３】
本願発明の他の好ましい実施の形態においては、上記複数のレンズアレイのうち、少なくとも光入射側となる１以上のレンズアレイには、上記複数の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。このような構成によれば、ある１つのレンズに入射した光が隣りのレンズに混入（クロストーク）することによる画像劣化を適正に防止することができる。なお、２つの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レンズどうし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像劣化を防止できることが確認されている。
【００１４】
本願発明の他の好ましい実施の形態においては、上記複数のレンズどうしを光学的に分離させる手段は、上記各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で覆われている。このような構成によれば、レンズからその側方に漏れ出ようとする光が遮光材によって吸収され、隣りのレンズにクロストークとして入り込むことが確実に防止される。
【００１５】
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および／または光出射側の面における上記各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。このような構成によれば、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。
【００１７】
本願発明の他の好ましい実施の形態においては、上記複数のレンズアレイのうち、少なくとも光入射側となる１以上のレンズアレイには、上記各レンズどうしの各間に設けられた凹部と、この凹部を規定する内壁面を覆う黒色またはそれに近い暗色系の遮光材とが設けられており、かつ、上記凹部のうち、上記レンズの列方向において互いに隣り合うレンズどうしの中間部分の深さは、上記列方向と交差する方向において互いに隣り合うレンズどうしの中間部分の深さよりも深くされている。このような構成によれば、複数のレンズアレイの各レンズによる結像可能な幅を、上記レンズの列方向の幅よりもそれに交差する方向の幅の方が大きいものにすることが実現できる。
【００１８】
本願発明の他の好ましい実施の形態においては、上記複数のレンズアレイには、上記レンズの列方向において互いに隣り合うレンズどうしを光学的に分離させる第１の手段と、上記列方向と交差する方向において互いに隣り合うレンズどうしを光学的に分離させる第２の手段とが設けられており、かつ上記第１の手段は、上記複数のレンズアレイの積層方向を向く各ホルダ部の複数の面に対して、上記第２の手段よりも数多くの面に設けられている。このように構成によっても、複数のレンズアレイの各レンズによる結像可能な幅を、上記レンズの列方向の幅よりもそれに交差する方向の幅の方が大きいものにすることが実現できる。
【００１９】
本願発明の第２の側面によって提供される光学装置は、原稿載置面と、ライン状に配置された複数の受光素子と、これらの間に配置された１または複数のレンズアレイとを備え、かつ上記原稿載置面に載置された原稿の画像を上記複数の受光素子上に結像させるように構成された光学装置であって、上記レンズアレイの複数のレンズは、上記複数の受光素子と同方向の複数の列に並べられているとともに、上記レンズアレイと上記原稿載置面との間には、上記原稿載置面から進行してくる光を上記複数のレンズの列方向と交差する方向において発散させる発散レンズが設けられており、かつ、上記複数のレンズアレイの各レンズによる結像可能な幅は、上記レンズの列方向の幅よりもそれに交差する方向の幅の方が大きくされていることを特徴としている。
【００２０】
本願発明の第２の側面によって提供される光学装置は、その基本的な構成は、本願発明の第１の側面によって提供される光学系が組み込まれた構成となっているために、受光素子上には原稿の画像を明るく、しかもピンぼけの少ない状態に結像させることが可能である。とくに、発散レンズは、レンズアレイと原稿載置面との間に設けられているために、原稿からレンズアレイの各レンズに向けて進行する光の角度（画角）を狭めることが可能となる。したがって、原稿が原稿載置面から多少浮き上がったような場合にもピンぼけが少ない結像を行わせることができ、たとえばハンディスキャナタイプのイメージセンサに適用される場合には最適となる。
【００２１】
本願発明の好ましい実施の形態においては、上記発散レンズは、上記原稿載置面を形成する透明板に一体的に形成されている。このような構成によれば、光学装置全体の部品点数の増加を抑制し、製造コストの低減化が可能となる。
【００２２】
本願発明の好ましい実施の形態においては、上記レンズアレイと上記複数の受光素子との間には、上記レンズアレイの各レンズを通過してきた光を上記複数のレンズの列方向と交差する方向において発散させる発散レンズがさらに設けられている。このような構成によれば、レンズアレイから複数の複数の受光素子に向けて進行する光の角度についても狭めることが可能となる。したがって、光学装置の各部品の組立誤差などに起因して、レンズアレイと複数の受光素子との間の距離が正確でない場合にも、ピンぼけの少ない結像を行わせることが可能となる。また、レンズアレイを挟んで２つの発散レンズが位置する対称な構造となるため、光学装置の設計が容易になるといった利点も得られる。
【００２３】
本願発明のその他の特徴および利点については、以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろう。
【００２４】
【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。
【００２５】
図１は、本願発明に係る光学系の一例を示す説明図である。図２は、図１に示す光学系に用いられているレンズアレイアッセンブリを示す断面図であり、図１のII−II断面図に相当する。図３（ａ）は、図２の要部平面図であり、図３（ｂ）は、その拡大説明図である。図４は、図３（ａ）のIV−IV線断面図である。図５は、図１に示す光学系に用いられているレンズアレイアッセンブリの分解斜視図である。図６は、作用説明図である。
【００２６】
図１によく表れているように、本実施形態の光学系Ａは、物体ｍの表面Ｓの像を、所定の平面上の結像領域Ｒに結像させるためのものであり、レンズアレイアッセンブリ１と発散レンズ８とを具備して構成されている。
【００２７】
図２によく表れているように、レンズアレイアッセンブリ１は、第１のレンズアレイ１０と、第２のレンズアレイ２０とが積層状態で組み合わせられている。各レンズアレイ１０，２０は、複数のレンズ１１，２１と、これらのレンズ１１，２１間を繋ぐホルダ部１２，２２とを備えており、全体として、横幅がレンズ１１，２１の直径よりも大きい横断面矩形状をした長尺ブロック状を呈している。第１および第２のレンズアレイ１０，２０の長手方向両端部には、両レンズアレイを積層状態に保持するための連結手段１３，２３が設けられている。
【００２８】
第１および第２のレンズアレイ１０，２０は、いずれも透明樹脂による成形物であり、複数のレンズ１１とホルダ部１２、および複数のレンズ２１とホルダ部２２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、機械強度および耐熱強度にすぐれた、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。
【００２９】
第１のレンズアレイ１０は、光の入射側に配置される一方、第２のレンズアレイ２０は、光の出射側に配置される。レンズアレイ１０，２０のレンズ１１，２１は、レンズ面である光入射面１１ａ，２１ａおよび光出射面１１ｂ，２１ｂがともに凸状曲面の屈折面とされた凸レンズの形態をもっており、第１のレンズアレイ１０のレンズ１１と第２のレンズアレイ２０のレンズ２１とは、それぞれの光軸Ｃが合わせられている。各レンズの光入射面と光出射面は、収差を最小限にするように、適宜、球面、あるいは非球面が組み合わされる。
【００３０】
図３（ａ）によく表れているように、複数のレンズ１１は、ホルダ部１２の長手方向に一定のピッチで並べられており、たとえば第１列Ｎ1 〜第７列Ｎ7 の計７列に配列されている。これら複数のレンズの列Ｎ1 〜Ｎ7 のうち、奇数列と偶数列とは、列方向に１／２ピッチずつ互いに位置ずれしている。これにより、複数のレンズ１１は、その列方向と直交する方向に互いに干渉し合うことなく、できる限り接近するように配置されている。図４および図５によく表れているように、第２のレンズアレイ２０のレンズ２１は、上記したレンズ１１に対応した配置とされており、やはり計７列に並べられている。
【００３１】
第１のレンズアレイ１０のホルダ部１２の光入射側の面には、複数のレンズ１１どうしを光学的に分離する手段として、互いに隣り合うレンズ１１どうしの間に位置する有底状の凹部１４が形成されている。この凹部１４は、図３（ａ）によく表れているように、各レンズ１１を取り囲む広い領域にわたって一連に設けられている。したがって、図４によく表れているように、各レンズ１１は、その光入射面１１ａ側の略円筒状の一部分が凹部１４の底部から立ち上がった形態となっている。本実施形態においては、凹部１４が各所不均一の深さとされている。より具体的には、図３（ｂ）において、凹部１４のうち、レンズ１１の列方向において互いに隣り合うレンズ１１どうしの中間領域（同図のクロスハッチングで示す部分）１４ｃの深さは、凹部１４の他の部分、すなわちレンズの列方向と交差する方向において互いに隣り合うレンズ１１どうしの中間領域の深さよりも深くされている。このため、凹部１４のうち、図２に示す断面おいて表れる部分の深さｓ１は、図４に示す断面において表れる部分の深さｓ２よりも深くなっている。
【００３２】
凹部１４は、たとえばエキシマレーザやパルスＣＯ2 レーザを利用したレーザ加工により形成されている。より具体的には、第１のレンズアレイ１０についての樹脂成形工程を終了した後には、ホルダ部１２の光入射側となる面にレーザを照射する第１次および第２次のレーザ加工を行う。第１次のレーザ加工は、凹部１４の全体形状と同一パターンに形成されたマスクを、レーザのエネルギ密度が低い部分に設けておき、上記マスクのパターンを第１のレンズアレイの樹脂成形品に対して縮小投影させるようにしてレーザ照射を行う。これにより、上記マスクのパターンが縮小された凹部、すなわち複数のレンズ１１を囲む一定領域が一定深さとされた凹部（凹部１４の下地となる凹部）を形成することができる。第２次のレーザ加工は、上記とは異なるマスクを用いることによって、図３（ｂ）のクロスハッチングで示した領域１４ｃのみにレーザを照射する。すると、その部分を他の部分よりも深くすることができ、上記したような２種類の深さｓ１，ｓ２をもつ凹部１４を得ることができるのである。このようなレーザ加工によれば、微細加工が行えるために、互いに隣り合うレンズ１１どうしの間の寸法を、金型成形では困難な微小な寸法に設定し、複数のレンズ１１を高密度に設けることが可能となる。また、エキシマレーザやパルスＣＯ2 レーザは、レーザ加工時の発熱量が少ないために、これらのレーザを利用すれば、ホルダ部１２や各レンズ１１にダメージを与えないようにすることもできる。
【００３３】
凹部１４を規定する側壁面（レンズ１１の外周面の一部に相当する部分を含む）１４ａおよび底面１４ｂは、黒またはそれに近い暗色系の遮光材１５で覆われている。このための手段としては、たとえば、側壁面１４ａや底面１４ｂに暗色系の塗料を用いて塗膜を形成する手段、あるいは暗色系の部材（図示略）で凹部１４を埋める手段を用いることができる。また、本実施形態では、第１のレンズアレイ１０の光出射側の面において、レンズ１１を取り囲む領域を黒またはそれに近い暗色系の遮光材１６で覆っている。遮光材１６としては、たとえば暗色系の塗料を用いた塗膜を適用することができる。
【００３４】
第２のレンズアレイ２０については、第１のレンズアレイ１０に形成したような各レンズを光学的に分離する手段はとくに設けられていない。
【００３５】
連結手段１３，２３は、本実施形態においては、第２のレンズアレイ２０の端部の光入射面側に設けられた突起２３ａと、第１のレンズアレイ１０の端部の光出射面側に設けられた凹部１３ａとからなる。これら突起２３ａと凹部１３ａとが互いに嵌合することにより、両レンズアレイ１０，２０が積層状態に連結されている。
【００３６】
光は、第１のレンズアレイ１０の各レンズ１１の光入射面１１ａに入射した後に、光出射面１１ｂから出射し、その後第２のレンズアレイ２０の各レンズ２１の光入射面２１ａに入射して、光出射面２１ｂから出射するという経路をとる。図に示す実施形態では、光入射面１１ａよりも光出射面１１ｂが大径化されており、光入射面２１ａよりも光出射面２１ｂが大径化されている。なお、光出射面１１ｂと光入射面２１ａとはほぼ同一径とされている。したがって、この実施形態では、光の入射側から出射側に向かうにつれて、レンズ面が大径化されている。このことの技術的意義については、後述する。
【００３７】
さて、第２のレンズアレイ２０は、樹脂成形を行うことのみによって得ることができる。第１のレンズアレイ１０は、樹脂成形によって外形を得た後、前述のレーザ加工により凹部１４を形成し、その後遮光材１５，１６としての塗膜を形成することによって作製することができる。塗膜の形成は、たとえば、スタンプによる転写法、各レンズ１１の光入出射面１１ａ，１１ｂにマスクを施した状態で塗料中に浸漬後、乾燥させてから、上記マスクを除去するなどの手法によって簡便に行うことができる。レンズアレイアッセンブリ１の組み立ては、第１のレンズアレイ１０の凹部１３ａに第２レンズアレイ２０の突起２３ａを嵌合させるだけの、きわめて簡単な操作によって行うことができる。
【００３８】
図１によく表れているように、発散レンズ８は、透光性を有する材質からなり、レンズアレイアッセンブリ１の各レンズ１１，２１の列方向に延びる細長な略プレート状に形成されている。発散レンズ８の具体的な材質としては、たとえば両レンズアレイ１０，２０と同様に、透明度などに優れたＰＭＭＡやＰＣが好適に採用される。発散レンズ８の片面または両面には、湾曲した凹面８０が形成されている。ただし、この凹面８０は、発散レンズ８の長手方向に一様な形状である。発散レンズ８は、その光軸がレンズアレイアッセンブリ１の幅方向中央の第４列Ｎ4 のレンズ１１，２１の光軸に合わせられるようにして、物体ｍとレンズアレイアッセンブリ１との間に配されている。
【００３９】
次に、上記した光学系Ａの作用について説明する。
【００４０】
図６に表れているように、この光学系Ａにおいては、物体ｍの表面Ｓを始点として出発した光は、発散レンズ８を通過した後に、レンズアレイアッセンブリ１に到達する。ただし、発散レンズ８は、図６に表れているレンズ１１，２１の列方向においては、光を発散させる作用を発揮することはなく、また光が発散レンズ８を透過するときの屈折量は僅かであるから、始点Ｓから出発した光は、レンズアレイアッセンブリ１に向けてそのまま直進するのと同様となる。
【００４１】
始点Ｓからレンズアレイアッセンブリ１に到達した光は、屈折面である４つのレンズ面１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂを順次通過する際に所定の屈折作用を受けて結像領域Ｒに到達する。より具体的には、光入射面１１ａでの屈折によって光出射面１１ｂや光入射面２１ａの付近で一次焦点を形成する。光出射面１１ｂと光入射面２１ａとは、互いに対向する凸曲面であるから、光出射面１１ｂから出射して光入射面２１ａに入射するときの屈折により、光は光軸方向からからみて始点方向に戻るように折れ曲がる。そして、１次焦点からの光が光出射面２１ｂでの屈折によって出射側に位置する結像領域Ｒ上に２次焦点を結ぶ。このように光軸Ｃを合わせた複数の凸レンズ１１，２１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、物体ｍの（ａ→ｂ→ｃ）の像が、（ａ’→ｂ’→ｃ’）の正立等倍像として結像領域Ｒに形成されるのである。
【００４２】
上記したような、物体の像を正立等倍に結像させる作用は、複数のレンズ１１，２１の列方向と交差する方向においても見られる。ただし、図１から理解されるように、物体ｍの所定の領域から出発した光は、レンズの列方向と交差する方向に並ぶ７つずつのレンズ１１，２１を通過してから、ライン状の結像領域Ｒに集束し、この結像領域Ｒに物体ｍの像が重なり合って結ばれる。したがって、レンズ１１，２１を１列に設けただけの場合よりも、結像領域Ｒの像を明るくすることが可能となる。なお、このように７つずつのレンズ１１，２１を用いて結像を行わせる場合には、７つのレンズ１１のそれぞれに対する光の入射角度が相違するために、各レンズ１１，２１のレンズ面（屈折面）を全て同一形状にすると、物体ｍから出発した光を所定の結像領域Ｒに正確に集束させることが難しくなる。したがって、本願発明においては、たとえば第１列Ｎ1 〜第７列Ｎ7 までの各列ごとに、レンズ１１，２１のレンズ面１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂのいずれかの曲率などを相違させるようにして、７列のそれぞれのレンズを通過した光を所定の結像領域により正確に集束させるようにしてもかまわない。
【００４３】
図１に表された断面方向においては、物体ｍの表面Ｓから出発した光は、発散レンズ８を透過することにより、適当な角度だけ発散され、その後レンズアレイアッセンブリ１に到達する。したがって、レンズアレイアッセンブリ１によって結像領域Ｒに集束される光線束は、物体ｍと発散レンズ８との間の領域においては、その広がり角度θが狭められたものとなる。その結果、レンズアレイアッセンブリ１の焦点深度が深くなり、物体ｍが光軸方向に多少位置ずれしても、これによって結像領域Ｒの像に著しいピンぼけが生じないようにすることができる。このように、本実施形態の光学系Ａにおいては、複数のレンズ１１，２１を複数列に設けているにも拘わらず、それに起因して焦点深度が浅くならないようにすることが可能であり、好ましい光学特性を得ることができる。
【００４４】
また、この光学系Ａにおいては、レンズの列方向と交差する方向に並ぶ７つのレンズ１１どうしを互いに接近させるほど、これらの各レンズ１１に入射する光の角度が小さくなり、焦点深度をさらに深めることが可能となる。これに対し、複数のレンズ１１どうしの間に形成されている凹部１４は、上記したとおりレーザ加工により形成され、その幅が非常に小さくされているために（ただし、図１以外の図面では、理解の容易のために比較的大きく描いている）、複数のレンズ１１，２１を複数列に並べたことに起因して焦点深度が浅くなることを一層適切に防止することができる。
【００４５】
図６に表れているように、物体の表面Ｓから第１のレンズアレイ１０に向けて進行した光がレンズ１１の光入射面１１ａ以外の領域からレンズ１１内に入り込むことは、凹部１４の遮光材１５によって防止される。さらに、レンズ１１の光出射面１１ｂ以外の領域から光が漏れ出ることも、遮光材１６によって防止される。これにより、レンズ１１間の光のクロストークが効果的に防止されるとともに、レンズ１１以外の領域を通過した光が結像領域に進行することも防止される。本実施形態においては、第１のレンズアレイ１０のみに上記したような各レンズ１１を光学的に分離する手段が設けられており、第２のレンズアレイ２０にはこのような光学的な分離手段が設けられていないが、このような構成であっても第２のレンズアレイ２０の複数のレンズ２１どうし間においてクロストークが生じないようにして、画像劣化を充分に防止することができる。
【００４６】
また、本実施形態においては、第２のレンズアレイ２０のレンズ２１の光入出射面２１ａ，２１ｂを大径化し、かつ光出射面２１ｂを光入射面２１ａよりも大径化しているので、光入射面２１ｂから入射した光を無駄にすることなく光出射面２１ｂから出射させられることとあいまって、第２のレンズアレイ２０に第１のレンズアレイ１０のような各レンズを光学的に分離する手段を設けないことが、第２のレンズアレイ２０の各レンズ２１から出射する光量を増大させ、効率的な画像を得ることに大きく寄与する。したがって、上記のレンズアレイアッセンブリ１は、これによって得られる正立等倍像の明るさを一層向上させつつ、クロストークによる画像劣化をより適切に防止できることとなる。
【００４７】
さらに、上記したレンズアレイアッセンブリ１においては、凹部１４のうち、レンズの列方向において隣り合うレンズ１１どうしの中間部分の深さｓ１は、それと交差する方向において隣り合うレンズ１１どうしの中間部分の深さｓ２よりも深くされているために、各レンズ１１，２１による結像が可能な幅は、レンズの列方向の幅よりもそれに交差する方向の幅の方が大きくなる。このため、図５に表れているレンズの列方向においては、数少ないレンズ１１，２１を通過した光が結像領域Ｒにおいて集束するようにして、ピンボケのない結像を行わせるのに有利となる。一方、図１および図４に表れているレンズの列方向と交差する方向においては、７つずつ並んだレンズ１１，２１に多くの光が入射できるようにして、結像領域Ｒにおける像を明るいものにできる。したがって、正立等倍像のピンぼけ防止と明るさの確保との両立を一層確実なものとすることができる。
【００４８】
図７は、本願発明において用いられ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８は、図７に示すレンズアレイアッセンブリに用いられている第２のレンズアレイを示す斜視図である。なお、図７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、同一符号を付している。
【００４９】
本実施形態におけるレンズアレイアッセンブリ１Ａは、第１のレンズアレイ１０に設けられている凹部１４の深さｓ４が各所均一とされている。第２のレンズアレイ２０については、そのホルダ部２２の光入射側の面２０ａに遮光材１８が設けられている。この遮光材１８は、たとえば遮光材１４，１６と同様な黒色またはそれに近い暗色系の色彩の塗膜である。ただし、遮光材１８は、図８のクロスハッチングで示す部分に限定して設けられており、レンズ２１の列方向において互いに隣り合うレンズ２１どうしの中間領域のみに設けられている。
【００５０】
このような構成のレンズアレイアッセンブリ１Ａにおいては、レンズ１１を通過してレンズ２１に向けて進行する光のうち、レンズの列方向において隣り合うレンズ２１どうしの間に到達した光は、遮光材１８によって第２のレンズアレイ２０内に入り込まないようにすることができる。一方、レンズの列方向と交差する方向において隣り合うレンズ２１どうしの間には、遮光材１８が設けられていないから、その部分に到達した光はそのまま第２のレンズアレイ２０内に入り込ませることができる。したがって、このような構成によっても、各レンズ１１，２１による結像可能な幅は、レンズの列方向の幅よりもそれに交差する方向の幅の方が大きくなる。その結果、先に述べた実施形態の場合と同様に、レンズの列方向においては結像領域においてピンボケのない像を結像させることが可能となる一方、レンズの列方向と交差する方向においては７つずつ並んだレンズ１１，２１に多くの光が入射できるようにして結像領域における像を明るくすることができる。
【００５１】
図９は、本願発明において用いられ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１０は、作用説明図である。
【００５２】
本実施形態のレンズアレイアッセンブリ１Ｂにおいては、第２のレンズアレイ２０の構成は、図１〜図６に示した実施形態のものと同様である。これに対し、第１のレンズアレイ１０は、その凹部１４が光出射面側から第１のレンズアレイ１０の厚み方向に没入する有底状に設けられている。凹部１４の内壁面１４ａと底面１４ｂとは、暗色系の塗膜からなる遮光材１５によって覆われている。また、第１のレンズアレイ１０の光入射面側のレンズ１１を囲む領域には、暗色系の塗膜からなる遮光材１７が形成されている。
【００５３】
図１０に示すように、このレンズアレイアッセンブリ１Ｂを用いた場合においても、物体の表面Ｓの像（ａ→ｂ→ｃ）を、結像領域Ｓに（ａ’→ｂ’→ｃ’）の正立等倍像として結像させることができる。このレンズアレイアッセンブリ１Ｂにおいては、第１のレンズアレイ１０において、光がレンズ１１の入射面１１ａ以外の領域からレンズ１１内に入射することが遮光材１７によって防止される。また、１つのレンズ１１に入射した光が隣のレンズ１１に混入することが遮光材１５によって防止される。さらに、レンズ１１の出射面１１ｂ以外の領域から光が漏れ出ることも遮光材１５によって防止される。これにより、レンズ間の光のクロストークが効果的に防止される。なお、この実施形態においても、図１〜図６に示した実施形態と同様に、各レンズ間を光学的に分離するための手段が第１のレンズアレイのみに設けられているが、これによって光のクロストークを十分に防止できることが確認されている。また、光入射面１１ａから光出射面２１ｂに向かうほどレンズ径が拡大されていることにより、第２レンズアレイ２０に適正に入射した光を無駄にすることなく、十分な明るさの正立等倍像を得ることができる。
【００５４】
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。
【００５５】
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３６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。
【００５６】
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と透明板３３との間に、先に述べた光学系Ａが組み込まれている。より具体的には、イメージセンサ３０には、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、レンズアレイアッセンブリ１と発散レンズ８とが配置されている。レンズアレイアッセンブリ１の位置決め固定は、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１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１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。また、レンズアレイアッセンブリ１に対する発散レンズ８の位置決めは、たとえば適当なスペーサ８９を用いるなどし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。
【００５７】
レンズアレイアッセンブリ１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１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Ｌａ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。
【００５８】
以上の構成において、ＬＥＤ３７から発し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の読み取りラインＬａから反射された光は発散レンズ８とレンズアレイアッセンブリ１とを透過して、イメージセンサチップ３６上に集束し、この部分に原稿画像の正立等倍像が結像する。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、これらの画情報が総合してイメージ情報となる。
【００５９】
もちろん、上記したイメージセンサ３０では、原稿Ｄとレンズアレイアッセンブリ１との間に発散レンズ８を設けているために、原稿Ｄからレンズアレイアッセンブリ１に向かう光線のうち、イメージセンサ３０上に有効に集束される光線束の広がり角度を狭くすることができる。したがって、原稿Ｄが透明板３３から多少浮き上がっても、イメージセンサチップ３６上の正立等倍像が容易にピンぼけを生じないようにできる。また、光学系Ａの上述した特性により、イメージセンサチップ３６上の正立等倍像を明るくすることができるために、画質の高い読み取り画像を得ることが可能となる。
【００６０】
図１２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他の例を示す断面図である。
【００６１】
同図に示すイメージセンサ３０Ａは、透明板３３の裏面（下面）のうち、レンズアレイアッセンブリ１に対面する部分に凹面８０Ａを形成し、透明板３３の一部を発散レンズ８Ａとして構成している。このような構成によれば、イメージセンサ３０Ａの全体の部品点数を少なくすることができ、またその組立作業も容易なものにできる。
【００６２】
図１３は、本願発明に係る光学系の他の例を示す説明図である。
【００６３】
図１３に示す光学系Ａａは、レンズアレイアッセンブリ１と物体ｍとの間に発散レンズ８を設けているのに加え、レンズアレイアッセンブリ１と結像領域Ｒとの間にも、発散レンズ８と同様な構成の発散レンズ８Ｂを設けている。
【００６４】
このような構成によれば、レンズアレイアッセンブリ１から結像領域Ｒに進行する光についても、発散レンズ８Ｂによってレンズ１１，２１の列方向と交差する方向に発散させることができ、発散レンズ８Ｂと結像領域Ｒとの間における光の広がり角度をも狭くすることができる。したがって、この光学系Ａａをイメージセンサに組み込んだ場合には、レンズアレイアッセンブリ１と受光素子との間の距離に、仮に組み付け誤差が存在していても、ピンぼけの少ない結像を行わせることが可能となる。このように、本願発明では、発散レンズを１箇所のみ設ける場合と、２箇所設ける場合とのいずれであってもかまわない。また、本願発明に係る光学系においては、レンズアレイアッセンブリと結像領域との間にのみ発散レンズが設けられている構成とされてもかまわない。
【００６５】
もちろん、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、２つのレンズアレイを組み合わせたレンズアレイアッセンブリを用いているが、３つまたはそれ以上のレンズアレイを積層してレンズアレイアッセンブリを構成することも可能である。たとえば、各レンズが凸レンズとされた２つのレンズアレイの間に、各レンズが凹レンズとされた１つのレンズアレイを挟み込めば、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を構成することができる。また、本願発明においては、必ずしも複数のレンズアレイを用いる必要もなく、レンズアレイを１つのみ設けた構成とすることもできる。レンズアレイとしては、製造コスト面からすれば、複数のレンズとホルダ部とを樹脂により一体成形したものを用いることが好ましいが、これに限定されず、たとえばセルフォックレンズを複数列に並べたセルフォックレンズアレイを用いてもかまわない。
【００６６】
さらに、実施形態のレンズアレイは、レンズを７列に配置させているが、本願発明はこれに限定されず、要は複数列であればよく、その具体的な列数は問わない。発散レンズは、光を所定方向に発散させる機能を有するものであればよく、その具体的な形状や材質なども限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る光学系の一例を示す説明図である。
【図２】図１に示す光学系に用いられているレンズアレイアッセンブリを示す断面図であり、図１のII−II断面図に相当する。
【図３】（ａ）は、図２の要部平面図であり、（ｂ）は、その拡大説明図である。
【図４】図３（ａ）のIV−IV線断面図である。
【図５】図１に示す光学系に用いられているレンズアレイアッセンブリの分解斜視図である。
【図６】作用説明図である。
【図７】本願発明において用いられ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８】図７に示すレンズアレイアッセンブリに用いられている第２のレンズアレイを示す斜視図である。
【図９】本願発明において用いられ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１０】作用説明図である。
【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】本願発明に係る光学装置としての密着型イメージセンサの他の例を示す断面図である。
【図１３】本願発明に係る光学系の他の例を示す説明図である。
【図１４】従来のイメージセンサの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
Ａ，Ａａ 光学系
Ｒ 結像領域
ｍ 物体
１，１Ａ，１Ｂ レンズアレイアッセンブリ
８，８Ａ，８Ｂ 発散レンズ
１０ 第１のレンズアレイ
１１ レンズ
１１ａ 光入射面（屈折面）
１１ｂ 光出射面（屈折面）
１２ ホルダ部
１３ 連結手段
１４ 凹部
１５ 遮光材
１６ 遮光材
１７ 遮光材
２０ 第２のレンズアレイ
２１ レンズ
２１ａ 光入射面（屈折面）
２１ｂ 光出射面（屈折面）
２２ ホルダ部
２３ 連結手段
３０ 密着型イメージセンサ
３１ ケース
３３ 透明板
３３ａ 原稿載置面
３５ 基板
３６ イメージセンサチップ（受光素子）
３７ ＬＥＤ
Claims (13)
- 結像用の複数のレンズが列状に並べられた１または複数のレンズアレイを具備し、かつ物体から進行してくる光を上記複数のレンズによって集束させることにより上記物体の像を所定の結像領域に結像可能とされている、光学系であって、
上記レンズアレイの複数のレンズは、同一方向に延びる複数の列に並べられているとともに、
上記レンズアレイと上記物体との間、および上記レンズアレイと上記結像領域との間の少なくとも一方には、受けた光を上記レンズの列方向と交差する方向において発散させる発散レンズが設けられており、かつ、
上記複数のレンズアレイの各レンズによる結像可能な幅は、上記レンズの列方向の幅よりもそれに交差する方向の幅の方が大きくされていることを特徴とする、光学系。 - 上記発散レンズは、上記レンズアレイのレンズの列方向に一様に延びた凹面を有している、請求項１に記載の光学系。
- 上記レンズアレイは、湾曲した屈折面を有する複数のレンズと、これら複数のレンズどうしを繋ぐホルダ部とが、樹脂一体成形されたものである、請求項１または２に記載の光学系。
- 上記レンズアレイを複数具備しており、かつこれら複数のレンズアレイは、それらのレンズの光軸が合わされて互いに積層されている、請求項３に記載の光学系。
- 上記複数のレンズアレイは、正立等倍像が得られるように構成されている、請求項４に記載の光学系。
- 上記複数のレンズアレイのうち、少なくとも光入射側となる１以上のレンズアレイには、上記複数の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または５に記載の光学系。
- 上記複数のレンズどうしを光学的に分離させる手段は、上記各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で覆われている、請求項６に記載の光学系。
- 上記複数の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および／または光出射側の面における上記各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７に記載の光学系。
- 上記複数のレンズアレイのうち、少なくとも光入射側となる１以上のレンズアレイには、上記各レンズどうしの各間に設けられた凹部と、この凹部を規定する内壁面を覆う黒色またはそれに近い暗色系の遮光材とが設けられており、かつ、
上記凹部のうち、上記レンズの列方向において互いに隣り合うレンズどうしの中間部分の深さは、上記列方向と交差する方向において互いに隣り合うレンズどうしの中間部分の深さよりも深くされている、請求項１に記載の光学系。 - 上記複数のレンズアレイには、上記レンズの列方向において互いに隣り合うレンズどうしを光学的に分離させる第１の手段と、上記列方向と交差する方向において互いに隣り合うレンズどうしを光学的に分離させる第２の手段とが設けられており、かつ、
上記第１の手段は、上記複数のレンズアレイの積層方向を向く各ホルダ部の複数の面に対して、上記第２の手段よりも数多くの面に設けられている、請求項１に記載の光学系。 - 原稿載置面と、ライン状に配置された複数の受光素子と、これらの間に配置された１または複数のレンズアレイとを備え、かつ上記原稿載置面に載置された原稿の画像を上記複数の受光素子上に結像させるように構成された光学装置であって、
上記レンズアレイの複数のレンズは、上記複数の受光素子と同方向の複数の列に並べられているとともに、
上記レンズアレイと上記原稿載置面との間には、上記原稿載置面から進行してくる光を上記複数のレンズの列方向と交差する方向において発散させる発散レンズが設けられており、かつ、
上記複数のレンズアレイの各レンズによる結像可能な幅は、上記レンズの列方向の幅よりもそれに交差する方向の幅の方が大きくされていることを特徴とする、光学装置。 - 上記発散レンズは、上記原稿載置面を形成する透明板に一体的に形成されている、請求項１１に記載の光学装置。
- 上記レンズアレイと上記複数の受光素子との間には、上記レンズアレイの各レンズを通過してきた光を上記複数のレンズの列方向と交差する方向において発散させる発散レンズがさらに設けられている、請求項１１または１２に記載の光学装置。
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