JP4116182B2 - レンズアレイアッセンブリ、およびこれを用いた光学装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、レンズアレイアッセンブリ、およびこれを用いた光学装置に関し、さらに詳しくは、たとえば、密着型イメージセンサなどの光学装置において、読み取りライン上の画像の正立等倍像をライン状に配置された受光素子上に結像させるなどの目的に用いられるレンズアレイアッセンブリ、およびこれを用いた光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
密着型イメージセンサにおいて、正立等倍像を得る目的に使用されてきたレンズは、いわゆるセルフォックレンズアレイと呼ばれ、図１２および図１３に示すような構成を備えている。すなわち、このセルフォックレンズアレイ９は、独特な光学的特性をもった複数のセルフォックレンズ（ロッドレンズ）９１を、その光軸と直交する方向に並列させた状態で樹脂製のホルダ９０内に保持させてある。各セルフォックレンズ９１は、その光入射面９１ａと光出射面９１ｂとがいずれもホルダ９０の一面９０ａおよび他面９０ｂと対応した平坦面となっているが、その内部の屈折率をその半径方向外方ほど大きくなるように異ならせたものである。このセルフォックレンズ９１は、図１３に示すように、光路を蛇行させることができる結果、物体ａ→ｂの正立等倍像ａ’→ｂ’を得ることができる。なお、物体ａ→ｂから正立等倍像ａ’→ｂ’までのレンズの光軸方向の距離Ｈ0 を共役長と呼ぶ。密着型イメージセンサを構成する場合、この共役長Ｈ0 によって規定されるセルフォックレンズ９１から光入射側の一定距離の位置および光出射側の一定距離の位置に原稿載置面および受光素子の受光部をそれぞれ配置する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のセルフォックレンズアレイにおいては、まず第１に、これが備えるセルフォックレンズにその内部の各所で屈折率を異ならせるという独特な光学的特性をもたせる必要があるために、特殊な製造技術ならびに製造設備をもつ者のみが製造可能である。それ故に、セルフォックレンズアレイが高価過ぎるという難点がある。このことは、密着型イメージセンサなどが組み込まれて製造されるファクシミリ装置やイメージリーダなどの機器類のコストダウンの障害になる。
【０００４】
第２に、セルフォックレンズアレイの共役長や焦点深度を変更するには、セルフォックレンズそのものの光学的特性を変更するしかないために、共役長や焦点深度の選択の幅が狭い。したがって、セルフォックレンズを用いて構成される光学機器の設計の自由度が狭められるという問題もある。
【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、従来のセルフォックレンズに比較して格段に安価に製造することができ、しかも共役長や焦点深度を自由に選択することができる光学特性の優れたレンズアレイアッセンブリおよびこれを用いた光学装置を提供することをその課題とする。
【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レンズアレイアッセンブリは、凸状または凹状の屈折面を有する複数のレンズ部と、これら複数のレンズ部どうしを繋ぐホルダ部とが、合成樹脂により一体成形された長尺状のレンズアレイを複数備えている一方、これら複数のレンズアレイは、それらの各レンズ部の光軸が合うように積層されているとともに、上記各レンズアレイの複数のレンズ部は、各レンズアレイの長手方向に並ぶレンズ部の列が各レンズアレイの短手方向に並んで複数列形成されていて、上記各レンズアレイの長手方向に延びるライン状の像を正立等倍に結像させるレンズアレイアッセンブリであって、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、上記各レンズ部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、上記レンズ部の列方向において互いに隣り合うレンズ部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部どうしの中間部分の深さよりも深くされていることにより、上記複数のレンズアレイの各レンズ部による結像可能な幅は、上記レンズ部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。
【０００８】
【０００９】
本願発明によって提供されるレンズアレイアッセンブリにおいては、各レンズアレイが、凸状または凹状の屈折面を備えた凸レンズまたは凹レンズとして形成されているレンズ部と、これらを繋ぐホルダ部とを合成樹脂によって一体成形することによって形成されているために、従来のセルフォックレンズアレイとは異なり、レンズ内部の各部の屈折率を異ならせるといった困難な構成は不要であり、透光性を有する合成樹脂を原材料とした単純な金型成形によって得ることができる。また、各レンズ部の凸状または凹状の屈折面の形状を自由に変更することにより、共役長や焦点深度を所望の値に容易に設定することもできる。
【００１０】
本願発明によって提供されるレンズアレイアッセンブリにおいてはまた、各レンズアレイの複数のレンズ部が、長手方向に並ぶレンズ部の列が短手方向に間隔をあけて複数列に配列されていることにより、上記レンズ部の列方向と交差する方向に並ぶ複数のレンズ部のそれぞれによって、所定の結像点に同一の画像を重ね合わせるようにして結像させることができる。したがって、複数のレンズ部を１列のみ設けた構造の従来のレンズアレイよりも、明るい結像画像を得ることができる。また、上記複数のレンズアレイの各レンズ部による結像可能な幅は、上記レンズ部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により、レンズ部の列方向においては画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される画像を明るくすることができる。したがって、トータルとしてピンぼけが少なく、かつ明るい結像画像を得ることが可能となる。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
本願発明の第２の側面によれば、光学装置が提供される。この光学装置は，原稿載置面と、受光素子と、これらの間に配置された本願発明の第１の側面によって提供されるレンズアレイアッセンブリとを備え、かつ上記原稿載置面に載置された原稿の画像を上記受光素子上に結像させるように構成されていることを特徴としている。光学装置のレンズアレイとして本願発明の第１の側面によって提供されるレンズアレイアッセンブリを用いることにより、レンズアレイとしてのコストが著しく削減され、装置のコストダウンに大きく寄与する。また、レンズアレイアッセンブリの共役長や焦点深度を自由に設定することが容易となるので、この光学機器の設計の自由度も高められる。さらには、結像される画像を明るくすることができるために、読み取り画像の質を高めることもできる。
【００１９】
【００２０】
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。
【００２１】
【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。
【００２２】
図１は、本願発明に係るレンズアレイアッセンブリの一実施形態の中央縦断面図である。図２（ａ）は、図１の要部平面図であり、図２（ｂ）は、その拡大説明図である。図３は、図２（ａ）のIII −III 線断面図である。図４は、図１に示すレンズアレイアッセンブリの分解斜視図である。図５および図６は、作用説明図である。
【００２３】
図１によく表れているように、本実施形態の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、複数のレンズ部１１，２１と、これらのレンズ部１１，２１間を繋ぐホルダ部１２，２２とを備えており、全体として、横幅がレンズ部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。
【００２４】
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、複数のレンズ部１１とホルダ部１２、および複数のレンズ部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。
【００２５】
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のレンズ部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のレンズ部１１と第２のレンズアレイ２０のレンズ部２１とは、それぞれの光軸Ｃが合わせられている。なお、第１のレンズアレイ１０におけるレンズ部１１の光入射面１１ａと光出射面１１ｂ間の距離Ｌ1 と、第２のレンズアレイ２０におけるレンズ部２１の光入射面２１ａと光出射面２１ｂ間の距離Ｌ2 は、ほぼ等距離とされる。また、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。
【００２６】
図２（ａ）によく表れているように、複数のレンズ部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３列Ｎ3 の計３列に配列されている。第１列Ｎ1 と第３列Ｎ3 とに挟まれている第２列Ｎ2 のレンズ部１１は、レンズ部１１の列方向において、第１列Ｎ1 の互いに隣り合う２つのレンズ部１１や第３列Ｎ3 の互いに隣り合う２つのレンズ部１１の丁度中間に位置している。これにより、複数のレンズ部１１は、その列方向と交差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３および図４に示すように、第２のレンズアレイ２０のレンズ部２１は、上記したレンズ部１１に対応した配置とされており、やはり計３列に配列されている。
【００２７】
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、複数のレンズ部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部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２（ａ）によく表れているように、各レンズ部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３によく表れているように、各レンズ部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２（ｂ）において、凹部１４のうち、レンズ部１１の列方向において互いに隣り合うレンズ部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、すなわちレンズ部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部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１に示す断面おいて表れる部分の深さｓ１は、図３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。
【００２８】
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部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２（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部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、複数のレンズ部１１どうし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や各レンズ部１１にダメージを与えないようにすることもできる。
【００２９】
凹部１４を規定する側壁面（レンズ部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、レンズ部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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
光は、第１のレンズアレイ１０の各レンズ部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の各レンズ部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。
【００３３】
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、各レンズ部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。
【００３４】
次に、上記したレンズアレイアッセンブリ１の作用を、図５および図６を参照して説明する。
【００３５】
図５に表れているように、このレンズアレイアッセンブリ１においては、始点Ｓから出発した光は、第１のレンズアレイ１０のレンズ部１１を通過した後、第２のレンズアレイ２０のレンズ部２１を通過する。すなわち、始点Ｓから出発した光は、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点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の結像点Ｒ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部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、レンズアレイアッセンブリ１の入射側の所定距離Ｈ1 にある物体（ａ→ｂ→ｃ）の正立等倍像（ａ’→ｂ’→ｃ’）が出射側の所定距離Ｈ2 の位置に形成されるのである。
【００３６】
レンズアレイアッセンブリ１による結像作用を、複数のレンズ部１１，２１の列方向と交差する方向において見ると、図６に表れているように、始点Ｓの物体ｂから出発した光は、レンズ部の列方向と交差する方向に並ぶ３つずつのレンズ部１１，２１を通過してから、結像点Ｒに集束し、この結像点Ｒに物体ｂの像が重なり合って結ばれる。したがって、レンズ部１１，２１を１列に設けただけの場合よりも、結像点Ｒの画像を明るくすることが可能となる。なお、このように３つずつのレンズ部１１，２１を用いて結像を行わせる場合には、それら３つずつのレンズ部１１，２１のレンズ面（屈折面）が全て同一形状であると、物体ｂから出発した光を所定の結像点Ｒに正確に集束させることが難しい場合がある。とくに、レンズ部１１，２１の列数を４列、５列、あるいはそれ以上の列数に増加させた場合には、その傾向が著しくなる。したがって、本願発明では、たとえば第１列Ｎ1 および第３列Ｎ3 のレンズ部１１，２１のレンズ面１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂの少なくともいずれか１つの形状を、第２列Ｎ2 のそれとは相違するものとして、３列のレンズ部を通過した光が所定の結像点により正確に集束するようにしてもかまわない。
【００３７】
図５において、レンズアレイアッセンブリ１の共役長は、始点Ｓから光入射面１１ａまでの距離Ｈ1 と、光出射面２１ｂから結像点Ｒまでの距離Ｈ2 と、光入射面１１ａから光出射面２１ｂまでの距離Ｈ3 とを合計した値である。一般には、この共役長が長いほど焦点深度が深くなる。焦点深度を深くするには、レンズ面１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂの曲率を小さくすればよい。焦点深度が深くなると、物体（ａ→ｂ→ｃ）が始点Ｓから光の進行方向にずれていても、結像点Ｒにおける正立等倍像のピンボケが少なくなる。また、始点Ｓからレンズ部１１の光入射面１１ａに入射する光の角度（画角）が小さくなるので、それだけ各レンズについての収差が小さくなり、解像度が高まる。このレンズアレイアッセンブリ１においては、両レンズ部１１，２１のレンズ面の曲率を樹脂成形金型を変更するだけで自由に設定し、上記した共役長、ないしは焦点深度を所望のように設定することができる。また、図６から理解されるように、レンズ部の列方向と交差する方向に並ぶ３つのレンズ部１１どうしの間隔（凹部１４の幅）ｓ３を小さくして、これらのレンズ部１１どうしを接近させるほど、始点Ｓから３つのレンズ部１１に入射する光線束の角度θが小さくなり、焦点深度を深めることが可能となる。これに対し、凹部１４は上記したとおりレーザ加工により形成され、上記間隔ｓ３が非常に小さくされているために（ただし、図面では、理解の容易のために比較的大きく描いている）、複数のレンズ部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極力防止することができる。
【００３８】
図５に表れているように、このレンズアレイアッセンブリ１においては、始点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部１１の光入射面１１ａ以外の領域からレンズ部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、レンズ部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、レンズ部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、レンズ部１１以外の領域を通過した光が結像点Ｒに進行することが防止される。なお、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部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の複数のレンズ部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できる。
【００３９】
また、本実施形態においては、第２のレンズアレイ２０のレンズ部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の各レンズ部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画像の明るさを確保しつつも、クロストークによる画像劣化を適正に防止できることになる。
【００４０】
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、図５に表れる凹部１４の深さｓ１が、図６に表れる凹部１４の深さｓ２よりも深くされていることにより、各レンズ部１１，２１による結像が可能な幅は、レンズ部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っている。このため、図５に表れているレンズ部の列方向においては、数多くのレンズ部１１，２１を通過した光が結像点Ｒにおいて結像しないようにして、結像点Ｒにおいてピンボケのない結像を行わせることが可能となる。一方、図６に表れているレンズ部の列方向と交差する方向においては、３つずつ並んだレンズ部１１，２１に多くの光が入射できるようにして、結像点Ｒにおける像を明るいものにできる。したがって、このようなことによっても、正立等倍像のピンぼけの防止と明るさの確保とが達成される。
【００４１】
図７は、本願発明に係るレンズアレイアッセンブリの参考例の実施形態の中央縦断面図である。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。
【００４２】
この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、レンズ部２１の列方向において互いに隣り合うレンズ部２１どうしの間の領域のみに設けられている。
【００４３】
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、レンズ部１１を通過してレンズ部２１に向けて進行する光のうち、レンズ部の列方向において隣り合うレンズ部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、レンズ部の列方向と交差する方向において隣り合うレンズ部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、各レンズ部１１，２１による結像可能な幅は、レンズ部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、上記した第１の実施形態のレンズアレイアッセンブリ１と同様に、レンズ部の列方向においては結像点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、レンズ部の列方向と交差する方向においては３つずつ並んだレンズ部１１，２１に多くの光が入射できるようにして結像点における像を明るいものにすることができる。
【００４４】
図９は、本願発明に係るレンズアレイアッセンブの他の参考例の中央縦断面図である。図１０は、作用説明図である。
【００４５】
こ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、上記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部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。その余の構成は、図１〜図６に示した第１の実施形態と同様である。
【００４６】
図１０に示すように、この参考例においても、上記した実施形態と同様に、始点Ｓに配置した物体（ａ→ｂ→ｃ）の正立等倍像（ａ’→ｂ’→ｃ’）を結像点Ｒに形成することができる。この参考例においては、第１のレンズアレイ１０において、光がレンズ部１１の入射面１１ａ以外の領域からレンズ部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つのレンズ部１１に入射した光が隣のレンズ部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、レンズ部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、レンズ部間の光のクロストークが効果的に防止される。なお、この参考例においても、上記した実施形態と同様に、各レンズ部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、より明るい正立等倍像を得ることができる。
【００４７】
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。
【００４８】
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には透明カバー３３が、下面開口３４には基板３５が装着されている。透明カバー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。
【００４９】
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から透明カバー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、上述したレンズアレイアッセンブリ１が配置されている。このレンズアレイアッセンブリ１の位置決め保持は、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。透明カバー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。そして、この読み取りラインＬａから上記イメージセンサチップ３６までの光軸Ｃ１上の距離Ｈａが、いわゆる共役長となる。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、透明カバー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。
【００５０】
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における読み取りラインＬａに沿う画像は、レンズアレイアッセンブリ１によってイメージセンサチップ３６上に正立等倍の像として結像させられる。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。
【００５１】
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積層してレンズアレイアッセンブリを構成したが、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、各レンズ部が凸レンズとされた２つのレンズアレイの間に、各レンズ部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。したがって、本願発明に係るレンズアレイは、凸レンズとしてのレンズ部を有するものに限らず、凹レンズとしてのレンズ部を有するものとして構成することもできる。また、レンズアレイの各レンズ部は、必ずしも光の入射または出射がなされる２つのレンズ面の双方が球面状または非球面状の屈折面とされた両凸レンズまたは両凹レンズとされている必要もなく、たとえば一方が屈折面とされているとともに、その他方が平面状の非屈折面とされた、片凸レンズまたは片凹レンズとして形成することも可能である。
【００５２】
【００５３】
さらに、実施形態のレンズアレイは、レンズを３列に並べているが、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願発明に係るレンズアレイアッセンブリの一実施形態の中央縦断面図である。
【図２】 （ａ）は、図１の要部平面図であり、（ｂ）は、その拡大説明図である。
【図３】 図２（ａ）のIII-III 線断面図である。
【図４】 図１に示すレンズアレイアッセンブリの分解斜視図である。
【図５】 作用説明図である。
【図６】 作用説明図である。
【図７】 本願発明に係るレンズアレイアッセンブリの参考例の中央縦断面図である。
【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】 本願発明に係るレンズアレイアッセンブリの他の参考例の中央縦断面図である。
【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】 従来のレンズアレイの一例を示す斜視図である。
【図１３】 図１２に示すレンズアレイの要部断面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ レンズアレイアッセンブリ
１０ 第１のレンズアレイ
１１ レンズ部
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 レンズ部
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 透明カバー
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、レンズアレイアッセンブリ、およびこれを用いた光学装置に関し、さらに詳しくは、たとえば、密着型イメージセンサなどの光学装置において、読み取りライン上の画像の正立等倍像をライン状に配置された受光素子上に結像させるなどの目的に用いられるレンズアレイアッセンブリ、およびこれを用いた光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
密着型イメージセンサにおいて、正立等倍像を得る目的に使用されてきたレンズは、いわゆるセルフォックレンズアレイと呼ばれ、図１２および図１３に示すような構成を備えている。すなわち、このセルフォックレンズアレイ９は、独特な光学的特性をもった複数のセルフォックレンズ（ロッドレンズ）９１を、その光軸と直交する方向に並列させた状態で樹脂製のホルダ９０内に保持させてある。各セルフォックレンズ９１は、その光入射面９１ａと光出射面９１ｂとがいずれもホルダ９０の一面９０ａおよび他面９０ｂと対応した平坦面となっているが、その内部の屈折率をその半径方向外方ほど大きくなるように異ならせたものである。このセルフォックレンズ９１は、図１３に示すように、光路を蛇行させることができる結果、物体ａ→ｂの正立等倍像ａ’→ｂ’を得ることができる。なお、物体ａ→ｂから正立等倍像ａ’→ｂ’までのレンズの光軸方向の距離Ｈ0 を共役長と呼ぶ。密着型イメージセンサを構成する場合、この共役長Ｈ0 によって規定されるセルフォックレンズ９１から光入射側の一定距離の位置および光出射側の一定距離の位置に原稿載置面および受光素子の受光部をそれぞれ配置する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のセルフォックレンズアレイにおいては、まず第１に、これが備えるセルフォックレンズにその内部の各所で屈折率を異ならせるという独特な光学的特性をもたせる必要があるために、特殊な製造技術ならびに製造設備をもつ者のみが製造可能である。それ故に、セルフォックレンズアレイが高価過ぎるという難点がある。このことは、密着型イメージセンサなどが組み込まれて製造されるファクシミリ装置やイメージリーダなどの機器類のコストダウンの障害になる。
【０００４】
第２に、セルフォックレンズアレイの共役長や焦点深度を変更するには、セルフォックレンズそのものの光学的特性を変更するしかないために、共役長や焦点深度の選択の幅が狭い。したがって、セルフォックレンズを用いて構成される光学機器の設計の自由度が狭められるという問題もある。
【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、従来のセルフォックレンズに比較して格段に安価に製造することができ、しかも共役長や焦点深度を自由に選択することができる光学特性の優れたレンズアレイアッセンブリおよびこれを用いた光学装置を提供することをその課題とする。
【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レンズアレイアッセンブリは、凸状または凹状の屈折面を有する複数のレンズ部と、これら複数のレンズ部どうしを繋ぐホルダ部とが、合成樹脂により一体成形された長尺状のレンズアレイを複数備えている一方、これら複数のレンズアレイは、それらの各レンズ部の光軸が合うように積層されているとともに、上記各レンズアレイの複数のレンズ部は、各レンズアレイの長手方向に並ぶレンズ部の列が各レンズアレイの短手方向に並んで複数列形成されていて、上記各レンズアレイの長手方向に延びるライン状の像を正立等倍に結像させるレンズアレイアッセンブリであって、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、上記各レンズ部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、上記レンズ部の列方向において互いに隣り合うレンズ部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部どうしの中間部分の深さよりも深くされていることにより、上記複数のレンズアレイの各レンズ部による結像可能な幅は、上記レンズ部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。
【０００８】
【０００９】
本願発明によって提供されるレンズアレイアッセンブリにおいては、各レンズアレイが、凸状または凹状の屈折面を備えた凸レンズまたは凹レンズとして形成されているレンズ部と、これらを繋ぐホルダ部とを合成樹脂によって一体成形することによって形成されているために、従来のセルフォックレンズアレイとは異なり、レンズ内部の各部の屈折率を異ならせるといった困難な構成は不要であり、透光性を有する合成樹脂を原材料とした単純な金型成形によって得ることができる。また、各レンズ部の凸状または凹状の屈折面の形状を自由に変更することにより、共役長や焦点深度を所望の値に容易に設定することもできる。
【００１０】
本願発明によって提供されるレンズアレイアッセンブリにおいてはまた、各レンズアレイの複数のレンズ部が、長手方向に並ぶレンズ部の列が短手方向に間隔をあけて複数列に配列されていることにより、上記レンズ部の列方向と交差する方向に並ぶ複数のレンズ部のそれぞれによって、所定の結像点に同一の画像を重ね合わせるようにして結像させることができる。したがって、複数のレンズ部を１列のみ設けた構造の従来のレンズアレイよりも、明るい結像画像を得ることができる。また、上記複数のレンズアレイの各レンズ部による結像可能な幅は、上記レンズ部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により、レンズ部の列方向においては画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される画像を明るくすることができる。したがって、トータルとしてピンぼけが少なく、かつ明るい結像画像を得ることが可能となる。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
本願発明の第２の側面によれば、光学装置が提供される。この光学装置は，原稿載置面と、受光素子と、これらの間に配置された本願発明の第１の側面によって提供されるレンズアレイアッセンブリとを備え、かつ上記原稿載置面に載置された原稿の画像を上記受光素子上に結像させるように構成されていることを特徴としている。光学装置のレンズアレイとして本願発明の第１の側面によって提供されるレンズアレイアッセンブリを用いることにより、レンズアレイとしてのコストが著しく削減され、装置のコストダウンに大きく寄与する。また、レンズアレイアッセンブリの共役長や焦点深度を自由に設定することが容易となるので、この光学機器の設計の自由度も高められる。さらには、結像される画像を明るくすることができるために、読み取り画像の質を高めることもできる。
【００１９】
【００２０】
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。
【００２１】
【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。
【００２２】
図１は、本願発明に係るレンズアレイアッセンブリの一実施形態の中央縦断面図である。図２（ａ）は、図１の要部平面図であり、図２（ｂ）は、その拡大説明図である。図３は、図２（ａ）のIII −III 線断面図である。図４は、図１に示すレンズアレイアッセンブリの分解斜視図である。図５および図６は、作用説明図である。
【００２３】
図１によく表れているように、本実施形態の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、複数のレンズ部１１，２１と、これらのレンズ部１１，２１間を繋ぐホルダ部１２，２２とを備えており、全体として、横幅がレンズ部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。
【００２４】
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、複数のレンズ部１１とホルダ部１２、および複数のレンズ部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。
【００２５】
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のレンズ部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のレンズ部１１と第２のレンズアレイ２０のレンズ部２１とは、それぞれの光軸Ｃが合わせられている。なお、第１のレンズアレイ１０におけるレンズ部１１の光入射面１１ａと光出射面１１ｂ間の距離Ｌ1 と、第２のレンズアレイ２０におけるレンズ部２１の光入射面２１ａと光出射面２１ｂ間の距離Ｌ2 は、ほぼ等距離とされる。また、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。
【００２６】
図２（ａ）によく表れているように、複数のレンズ部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３列Ｎ3 の計３列に配列されている。第１列Ｎ1 と第３列Ｎ3 とに挟まれている第２列Ｎ2 のレンズ部１１は、レンズ部１１の列方向において、第１列Ｎ1 の互いに隣り合う２つのレンズ部１１や第３列Ｎ3 の互いに隣り合う２つのレンズ部１１の丁度中間に位置している。これにより、複数のレンズ部１１は、その列方向と交差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３および図４に示すように、第２のレンズアレイ２０のレンズ部２１は、上記したレンズ部１１に対応した配置とされており、やはり計３列に配列されている。
【００２７】
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、複数のレンズ部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部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２（ａ）によく表れているように、各レンズ部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３によく表れているように、各レンズ部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２（ｂ）において、凹部１４のうち、レンズ部１１の列方向において互いに隣り合うレンズ部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、すなわちレンズ部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部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１に示す断面おいて表れる部分の深さｓ１は、図３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。
【００２８】
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部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２（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部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、複数のレンズ部１１どうし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や各レンズ部１１にダメージを与えないようにすることもできる。
【００２９】
凹部１４を規定する側壁面（レンズ部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、レンズ部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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
光は、第１のレンズアレイ１０の各レンズ部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の各レンズ部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。
【００３３】
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、各レンズ部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。
【００３４】
次に、上記したレンズアレイアッセンブリ１の作用を、図５および図６を参照して説明する。
【００３５】
図５に表れているように、このレンズアレイアッセンブリ１においては、始点Ｓから出発した光は、第１のレンズアレイ１０のレンズ部１１を通過した後、第２のレンズアレイ２０のレンズ部２１を通過する。すなわち、始点Ｓから出発した光は、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点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の結像点Ｒ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部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、レンズアレイアッセンブリ１の入射側の所定距離Ｈ1 にある物体（ａ→ｂ→ｃ）の正立等倍像（ａ’→ｂ’→ｃ’）が出射側の所定距離Ｈ2 の位置に形成されるのである。
【００３６】
レンズアレイアッセンブリ１による結像作用を、複数のレンズ部１１，２１の列方向と交差する方向において見ると、図６に表れているように、始点Ｓの物体ｂから出発した光は、レンズ部の列方向と交差する方向に並ぶ３つずつのレンズ部１１，２１を通過してから、結像点Ｒに集束し、この結像点Ｒに物体ｂの像が重なり合って結ばれる。したがって、レンズ部１１，２１を１列に設けただけの場合よりも、結像点Ｒの画像を明るくすることが可能となる。なお、このように３つずつのレンズ部１１，２１を用いて結像を行わせる場合には、それら３つずつのレンズ部１１，２１のレンズ面（屈折面）が全て同一形状であると、物体ｂから出発した光を所定の結像点Ｒに正確に集束させることが難しい場合がある。とくに、レンズ部１１，２１の列数を４列、５列、あるいはそれ以上の列数に増加させた場合には、その傾向が著しくなる。したがって、本願発明では、たとえば第１列Ｎ1 および第３列Ｎ3 のレンズ部１１，２１のレンズ面１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂの少なくともいずれか１つの形状を、第２列Ｎ2 のそれとは相違するものとして、３列のレンズ部を通過した光が所定の結像点により正確に集束するようにしてもかまわない。
【００３７】
図５において、レンズアレイアッセンブリ１の共役長は、始点Ｓから光入射面１１ａまでの距離Ｈ1 と、光出射面２１ｂから結像点Ｒまでの距離Ｈ2 と、光入射面１１ａから光出射面２１ｂまでの距離Ｈ3 とを合計した値である。一般には、この共役長が長いほど焦点深度が深くなる。焦点深度を深くするには、レンズ面１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂの曲率を小さくすればよい。焦点深度が深くなると、物体（ａ→ｂ→ｃ）が始点Ｓから光の進行方向にずれていても、結像点Ｒにおける正立等倍像のピンボケが少なくなる。また、始点Ｓからレンズ部１１の光入射面１１ａに入射する光の角度（画角）が小さくなるので、それだけ各レンズについての収差が小さくなり、解像度が高まる。このレンズアレイアッセンブリ１においては、両レンズ部１１，２１のレンズ面の曲率を樹脂成形金型を変更するだけで自由に設定し、上記した共役長、ないしは焦点深度を所望のように設定することができる。また、図６から理解されるように、レンズ部の列方向と交差する方向に並ぶ３つのレンズ部１１どうしの間隔（凹部１４の幅）ｓ３を小さくして、これらのレンズ部１１どうしを接近させるほど、始点Ｓから３つのレンズ部１１に入射する光線束の角度θが小さくなり、焦点深度を深めることが可能となる。これに対し、凹部１４は上記したとおりレーザ加工により形成され、上記間隔ｓ３が非常に小さくされているために（ただし、図面では、理解の容易のために比較的大きく描いている）、複数のレンズ部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極力防止することができる。
【００３８】
図５に表れているように、このレンズアレイアッセンブリ１においては、始点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部１１の光入射面１１ａ以外の領域からレンズ部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、レンズ部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、レンズ部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、レンズ部１１以外の領域を通過した光が結像点Ｒに進行することが防止される。なお、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部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の複数のレンズ部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できる。
【００３９】
また、本実施形態においては、第２のレンズアレイ２０のレンズ部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の各レンズ部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画像の明るさを確保しつつも、クロストークによる画像劣化を適正に防止できることになる。
【００４０】
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、図５に表れる凹部１４の深さｓ１が、図６に表れる凹部１４の深さｓ２よりも深くされていることにより、各レンズ部１１，２１による結像が可能な幅は、レンズ部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っている。このため、図５に表れているレンズ部の列方向においては、数多くのレンズ部１１，２１を通過した光が結像点Ｒにおいて結像しないようにして、結像点Ｒにおいてピンボケのない結像を行わせることが可能となる。一方、図６に表れているレンズ部の列方向と交差する方向においては、３つずつ並んだレンズ部１１，２１に多くの光が入射できるようにして、結像点Ｒにおける像を明るいものにできる。したがって、このようなことによっても、正立等倍像のピンぼけの防止と明るさの確保とが達成される。
【００４１】
図７は、本願発明に係るレンズアレイアッセンブリの参考例の実施形態の中央縦断面図である。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。
【００４２】
この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、レンズ部２１の列方向において互いに隣り合うレンズ部２１どうしの間の領域のみに設けられている。
【００４３】
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、レンズ部１１を通過してレンズ部２１に向けて進行する光のうち、レンズ部の列方向において隣り合うレンズ部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、レンズ部の列方向と交差する方向において隣り合うレンズ部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、各レンズ部１１，２１による結像可能な幅は、レンズ部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、上記した第１の実施形態のレンズアレイアッセンブリ１と同様に、レンズ部の列方向においては結像点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、レンズ部の列方向と交差する方向においては３つずつ並んだレンズ部１１，２１に多くの光が入射できるようにして結像点における像を明るいものにすることができる。
【００４４】
図９は、本願発明に係るレンズアレイアッセンブの他の参考例の中央縦断面図である。図１０は、作用説明図である。
【００４５】
こ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、上記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部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。その余の構成は、図１〜図６に示した第１の実施形態と同様である。
【００４６】
図１０に示すように、この参考例においても、上記した実施形態と同様に、始点Ｓに配置した物体（ａ→ｂ→ｃ）の正立等倍像（ａ’→ｂ’→ｃ’）を結像点Ｒに形成することができる。この参考例においては、第１のレンズアレイ１０において、光がレンズ部１１の入射面１１ａ以外の領域からレンズ部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つのレンズ部１１に入射した光が隣のレンズ部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、レンズ部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、レンズ部間の光のクロストークが効果的に防止される。なお、この参考例においても、上記した実施形態と同様に、各レンズ部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、より明るい正立等倍像を得ることができる。
【００４７】
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。
【００４８】
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には透明カバー３３が、下面開口３４には基板３５が装着されている。透明カバー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。
【００４９】
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から透明カバー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、上述したレンズアレイアッセンブリ１が配置されている。このレンズアレイアッセンブリ１の位置決め保持は、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。透明カバー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。そして、この読み取りラインＬａから上記イメージセンサチップ３６までの光軸Ｃ１上の距離Ｈａが、いわゆる共役長となる。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、透明カバー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。
【００５０】
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における読み取りラインＬａに沿う画像は、レンズアレイアッセンブリ１によってイメージセンサチップ３６上に正立等倍の像として結像させられる。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。
【００５１】
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積層してレンズアレイアッセンブリを構成したが、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、各レンズ部が凸レンズとされた２つのレンズアレイの間に、各レンズ部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。したがって、本願発明に係るレンズアレイは、凸レンズとしてのレンズ部を有するものに限らず、凹レンズとしてのレンズ部を有するものとして構成することもできる。また、レンズアレイの各レンズ部は、必ずしも光の入射または出射がなされる２つのレンズ面の双方が球面状または非球面状の屈折面とされた両凸レンズまたは両凹レンズとされている必要もなく、たとえば一方が屈折面とされているとともに、その他方が平面状の非屈折面とされた、片凸レンズまたは片凹レンズとして形成することも可能である。
【００５２】
【００５３】
さらに、実施形態のレンズアレイは、レンズを３列に並べているが、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願発明に係るレンズアレイアッセンブリの一実施形態の中央縦断面図である。
【図２】 （ａ）は、図１の要部平面図であり、（ｂ）は、その拡大説明図である。
【図３】 図２（ａ）のIII-III 線断面図である。
【図４】 図１に示すレンズアレイアッセンブリの分解斜視図である。
【図５】 作用説明図である。
【図６】 作用説明図である。
【図７】 本願発明に係るレンズアレイアッセンブリの参考例の中央縦断面図である。
【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】 本願発明に係るレンズアレイアッセンブリの他の参考例の中央縦断面図である。
【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】 従来のレンズアレイの一例を示す斜視図である。
【図１３】 図１２に示すレンズアレイの要部断面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ レンズアレイアッセンブリ
１０ 第１のレンズアレイ
１１ レンズ部
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 レンズ部
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 透明カバー
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 (2)
- 凸状または凹状の屈折面を有する複数のレンズ部と、これら複数のレンズ部どうしを繋ぐホルダ部とが、合成樹脂により一体成形された長尺状のレンズアレイを複数備えている一方、これら複数のレンズアレイは、それらの各レンズ部の光軸が合うように積層されているとともに、上記各レンズアレイの複数のレンズ部は、各レンズアレイの長手方向に並ぶレンズ部の列が各レンズアレイの短手方向に並んで複数列形成されていて、上記各レンズアレイの長手方向に延びるライン状の像を正立等倍に結像させるレンズアレイアッセンブリであって、
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、上記各レンズ部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、上記レンズ部の列方向において互いに隣り合うレンズ部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部どうしの中間部分の深さよりも深くされていることにより、上記複数のレンズアレイの各レンズ部による結像可能な幅は、上記レンズ部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、レンズアレイアッセンブリ。 - 原稿載置面と、受光素子と、これらの間に配置された請求項１に記載のレンズアレイアッセンブリとを備え、かつ上記原稿載置面に載置された原稿の画像を上記受光素子上に結像させるように構成されていることを特徴とする、光学装置。
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