JP4950103B2 - 正立等倍レンズアレイプレート、イメージセンサユニットおよび画像読取装置 - Google Patents

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並びに該正立等倍レンズアレイプレートを用いたイメージセンサユニットおよび画像読取装置に関する。

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

しかしながら、特許文献１に開示された結像光学系の場合、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が存在するために、光学系を小型化および軽量化することが難しい。

また、特許文献２に開示された結像光学系の場合、副走査方向（正立等倍レンズアレイプレートの短手方向）への迷光は遮光手段により除去することが可能であるが、本発明者が検討したところ、主走査方向の迷光を十分に除去することは難しいことが分かった。

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、光学系を小型化および軽量化することのできる正立等倍レンズアレイプレート並びに該正立等倍レンズアレイプレートを用いたイメージセンサユニットおよび画像読取装置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、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、結像に寄与しない光を遮断する遮光手段を備えるとともに、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主走査方向と異なる。

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遮光手段を備えるとともに、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。また、正立等倍レンズアレイプレートの中間面に遮光手段を備えるので、正立等倍レンズアレイプレートの周囲に隔壁構造体を設けた場合よりも、結像光学系を小型化および軽量化することができる。

遮光手段は、各レンズの透光領域を、主走査方向と略平行なスリット状開口部に制限し、それ以外の部分の透光を全て遮断したものであることが望ましい。

遮光手段は、各レンズの透光領域を、各レンズの有効領域と、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とがより望ましい。

遮光手段は、スリット状開口部の内側であって、曲線または直線を用いてスリット状開口部より小さい開口を形成し、それ以外の部分の透光を全て遮断したものであってもよい。

平板状レンズアレイプレートの板厚をｔと、レンズの作動距離をＷＤと、平板状レンズアレイプレートの屈折率をｎと、当該正立等倍レンズアレイプレートと直交し、且つ主走査方向と平行な所定の基準面からレンズの中心までの距離をｙ１としたときに、基準面からスリット状開口部の副走査方向の幅中心までの距離Ｙが、
Ｙ＝ｙ１×｛１＋ｔ／（ＷＤ×ｎ）}
で表されることが望ましい。

平板状レンズアレイプレートの板厚をｔと、レンズの作動距離をＷＤと、平板状レンズアレイプレートの屈折率をｎと、レンズのピッチをＰと、レンズ配列角度をθとしたときに、スリット状開口部の副走査方向の幅ｗが、
ｗ＜２×｛１＋ｔ／（ＷＤ×ｎ）}×Ｐ×ｓｉｎθ
の範囲にあることが望ましい。

像面において要求される正立等倍像の副走査方向の幅をｗ０としたときに、スリット状開口部の副走査方向の幅ｗが、
ｗ≦２×｛１＋ｔ／（ＷＤ×ｎ）}×Ｐ×ｓｉｎθ−ｗ０×ｔ／（ＷＤ×ｎ）
の範囲にあることがより望ましい。

像面において要求される正立等倍像の副走査方向の幅をｗ０としたときに、スリット状開口部の副走査方向の幅ｗが、
ｗ０×ｔ／（ＷＤ×ｎ）≦ｗ≦２×｛１＋ｔ／（ＷＤ×ｎ）}×Ｐ×ｓｉｎθ−ｗ０×ｔ／（ＷＤ×ｎ）
の範囲にあることがより望ましい。

平板状レンズアレイプレートの板厚をｔと、レンズの作動距離をＷＤと、平板状レンズアレイプレートの屈折率をｎと、スリット状開口部の副走査方向の幅をｗと、レンズのピッチをＰとしたときに、レンズ配列角度θは、
ｗ＝２×｛１＋ｔ／（ＷＤ×ｎ）}×Ｐ×ｓｉｎθ１
を満たす角度θ１より大きく、且つレンズの配列パターンによって決まる第１隣接レンズ間角度から角度θ１を引いた角度θ２より小さい範囲にあることが望ましい。

レンズ配列角度θは、角度θ１に１°を加えた角度以上、且つ角度θ２から１°を引いた角度以下の範囲にあることがより望ましい。

当該正立等倍レンズアレイプレートの少なくとも一方の面に、結像に寄与しない光をさらに除去する遮光壁を形成してもよい。

本発明の別の態様は、イメージセンサユニットである。このイメージセンサユニットは、被読取画像に光を照射するライン状光源と、被読取画像から反射した光を集光する上述の正立等倍レンズアレイプレートと、正立等倍レンズアレイプレートを透過した光を受光する受光素子と、ライン状光源、正立等倍レンズアレイプレートおよび受光素子を取り付ける筐体とを備える。正立等倍レンズアレイプレートと受光素子は、筐体に設けられた取付基準面に各々を押し当てることにより筐体の所定の位置に取り付けられており、平板状レンズアレイプレートの板厚をｔと、レンズの作動距離をＷＤと、平板状レンズアレイプレートの屈折率をｎと、レンズのピッチをＰと、レンズ配列角度をθと、正立等倍レンズアレイプレートと受光素子を筐体に取り付けたときの副走査方向の取付公差を含んだ、像面において要求される正立等倍像の副走査方向の幅をｗｔ０としたときに、スリット状開口部の副走査方向の幅ｗが、
ｗｔ０×ｔ／（ＷＤ×ｎ）≦ｗ≦２×｛１＋ｔ／（ＷＤ×ｎ）}×Ｐ×ｓｉｎθ−ｗｔ０×ｔ／（ＷＤ×ｎ）
の範囲にある。

この態様によると、上述の正立等倍レンズアレイプレートを用いてイメージセンサユニットを構成しているので、迷光が好適に除去された良質の画像信号を検出できるとともに、イメージセンサユニットを小型且つ軽量に構成できる。また、筐体の取付基準面に正立等倍レンズアレイプレートと受光素子を押し当てて取り付ける構成としているので、イメージセンサユニットの組立が簡易なものとなり、製造コストを低減できる。

本発明の別の態様もまた、イメージセンサユニットである。このイメージセンサユニットは、被読取画像に光を照射するライン状光源と、被読取画像から反射した光を集光する上述の正立等倍レンズアレイプレートと、正立等倍レンズアレイプレートを透過した光を受光する受光素子と、ライン状光源、正立等倍レンズアレイプレートおよび受光素子を取り付ける筐体とを備える。正立等倍レンズアレイプレートは、筐体に設けられた取付基準面に押し当てることにより筐体の所定の位置に取り付けられており、受光素子は、筐体に設けられた取付基準ピンにより筐体の所定の位置に取り付けられている。平板状レンズアレイプレートの板厚をｔと、レンズの作動距離をＷＤと、平板状レンズアレイプレートの屈折率をｎと、レンズのピッチをＰと、レンズ配列角度をθと、正立等倍レンズアレイプレートと受光素子を筐体に取り付けたときの副走査方向の取付公差を含んだ、像面において要求される正立等倍像の副走査方向の幅をｗｔ０としたときに、スリット状開口部の副走査方向の幅ｗが、
ｗｔ０×ｔ／（ＷＤ×ｎ）≦ｗ≦２×｛１＋ｔ／（ＷＤ×ｎ）}×Ｐ×ｓｉｎθ−ｗｔ０×ｔ／（ＷＤ×ｎ）
の範囲にある。

この態様によると、上述の正立等倍レンズアレイプレートを用いてイメージセンサユニットを構成しているので、迷光が好適に除去された良質の画像信号を検出できるとともに、イメージセンサユニットを小型且つ軽量に構成できる。また、筐体の取付基準面に正立等倍レンズアレイプレート子を押し当てて取り付け、取付基準ピンを用いて受光素子を筐体に取り付ける構成としているので、イメージセンサユニットの組立が簡易なものとなり、製造コストを低減できる。

筐体は、一体成形された一部品であることが望ましい。筐体を一体成形の一部品とすることにより、正立等倍レンズアレイプレートと受光素子の取付公差を大きくとれるようになる。これにより、イメージセンサユニットの組立がより簡易なものとなり、製造コストを低減できる。

本発明の別の態様は、画像読取装置である。この装置は、上述のイメージセンサユニットと、イメージセンサユニットによって検出された画像信号を処理する画像処理部とを備える。

この態様によると、上述のイメージセンサユニットを用いて画像読取装置を構成しているので、迷光が好適に除去された良質の画像データを生成できるとともに、小型且つ軽量の画像読取装置を構成できる。また、無調芯で組立可能なイメージセンサユニットを用いているので、画像読取装置の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、結像光学系を小型化および軽量化することのできる正立等倍レンズアレイプレート並びに該正立等倍レンズアレイプレートを用いたイメージセンサユニットおよび画像読取装置を提供できる。

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（イメージセンサユニットとも呼ぶ）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とを備える。

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上に置かれた被読取画像としての原稿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、受光素子としての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（ａ）（ｂ）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を示す図である。図２（ａ）は、正立等倍レンズアレイプレート１０の平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）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（ａ）（ｂ）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、遮光部材１６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（ａ）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ぶ。また、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。

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。

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１（ｂ）に示すように、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。

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、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。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３は、遮光部材１６の平面図である。図３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。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３に示すように、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。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。

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。

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３に示すようなスリット状開口部２０を形成した遮光部材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４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４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４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４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５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５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４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φ、凸レンズ１８ａに入射した光の屈折角をφ’とすると、スネルの法則により、φとφ’の間には、（１）式の関係が成り立つ。
ｓｉｎφ＝ｎ×ｓｉｎφ’ ・・・（１）
また、図４より（２）式、（３）式の関係が成り立つ。
ｔａｎφ＝ｙ１／ＷＤ ・・・（２）
ｔａｎφ’＝ｙ１’／ｔ ・・・（３）
ここで、ｓｉｎφ≒ｔａｎφ、ｓｉｎφ’≒ｔａｎφ’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下面の凸レンズ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上面の凸レンズ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６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６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を小さく作らなければならない。この意味で、（６）式の右辺を、開口限界幅ｗ_ｍａｘと呼ぶ。
ｗ_ｍａｘ＝２×Ｆ×Ｐ×ｓｉｎθ ・・・（７）

図７は、倒立像の幅が無視できない場合のスリット状開口部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。（６）式においては、倒立像Ａ１の副走査方向の幅が無視できる程小さいとしてスリット状開口部２０の副走査方向の幅ｗを限定したが、倒立像Ａ１の副走査方向の幅が無視できない場合も存在する。たとえば、像面にＲＧＢ３色のＣＣＤラインイメージセンサを設ける場合、副走査方向にＲＧＢに対応する３列のＣＣＤを並べる必要がある。そして、この３列のＣＣＤに光を入射するためには、像面に少なくともＣＣＤ３つ分の幅を有する正立等倍像を形成する必要がある。この場合、倒立像結像面に形成される倒立像も副走査方向に所定の幅を有するため、凸レンズ１８ｅによって形成される倒立像Ａ１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、スリット状開口部２０の幅ｗを（６）式よりもさらに限定する必要がある。

ここで、像面において要求される正立等倍像の副走査方向の幅をｗ０（以下、ｗ０を要求像面幅と呼ぶ）とする。要求像面幅ｗ０は、たとえば、像面に３列のＣＣＤラインイメージセンサを設ける場合は、ＣＣＤ３列分の幅である。本実施の形態に係る正立レンズアレイは、正立等倍レンズアレイであるので、光源Ｂの副走査方向の幅もｗ０となる。この副走査方向の幅がｗ０の光源Ｂからの光が凸レンズ１８ｅに入射すると、倒立像結像面に形成される倒立像Ａ１の副走査方向の幅ｗ１は、ｗ０×（Ｆ−１）となる。たとえば、ｗ０＝２０μｍ、Ｆ＝１．２５の場合、ｗ１＝５μｍとなる。

従って、図７より、スリット状開口部２０の副走査方向の幅ｗの半分ｗ／２が、倒立像Ａ１と倒立像Ａ２間の副走査方向の距離Ｆ×Ｐ×ｓｉｎθから倒立像Ａ１の副走査方向の幅ｗ１の半分ｗ１／２を引いた値以下であれば、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ことができる。すなわち、以下の（８）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−ｗ０×（Ｆ−１） ・・・（８）

また、スリット状開口部２０は、凸レンズ１８ｆによって形成される倒立像Ａ２を形成する光を全て透過させなければならないため、副走査方向の幅ｗは、倒立像Ａ２の幅ｗ２以上、すなわちｗ０×（Ｆ−１）以上である必要がある。従って、スリット状開口部２０の副走査方向の幅ｗは、下記（９）式の範囲内にあることがさらに望ましい。
ｗ０×（Ｆ−１）≦ｗ≦２×Ｆ×Ｐ×ｓｉｎθ−ｗ０×（Ｆ−１） ・・・（９）

図８は、最も安全を見た場合のスリット状開口部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。凸レンズ１８ｅに対応するスリット状開口部２０ａと、凸レンズ１８ｆに対応するスリット状開口部２０ｂとが、副走査方向において重ならないようにした場合に、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２０ｂを透過する可能性を最も小さくすることができる。すなわち、以下の（１０）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≦Ｆ×Ｐ×ｓｉｎθ ・・・（１０）

しかしながら、スリット状開口部２０の副走査方向の幅ｗが小さくなるほど正立等倍像を形成する光の透過量が減少してしまうため、開口幅はできるだけ大きいことが望ましい。よって、スリット状開口部２０の副走査方向の幅ｗは、以下の（１１）式の値となることがさらに望ましい。
ｗ＝Ｆ×Ｐ×ｓｉｎθ ・・・（１１）
なお、スリット状開口部２０の主走査方向の幅は、凸レンズ１８の直径と等しく設定すればよい。

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９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９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３となる。

図１０は、近接するレンズ以外のレンズを考慮した場合の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。ここで、レンズ中心が基準面５０上にある凸レンズを基準レンズ７０としたとき、基準レンズ７０に近接する点線６０上の凸レンズを、第１隣接レンズと呼ぶ。また、第１隣接レンズの周囲に位置する点線６２上の凸レンズを、第２隣接レンズと呼ぶ。また、第３隣接レンズの周囲に位置する点線６４上の凸レンズを、第３隣接レンズと呼ぶ。なお、第１隣接レンズのうち隣り合う２つのレンズ中心と基準レンズ７０のレンズ中心とを結んだ２本の直線がなす角度のうち、小さい方の角度を第１隣接間角度と呼ぶ。第１隣接間角度は、レンズの配列パターンによって決まり、図１０のように六方配列の場合、第１隣接レンズ間角度は６０°であり、正方配列の場合は、第１隣接レンズ間角度は、９０°である。

上述の（６）式、（８）式および（９）式では、基準レンズ７０と第１隣接レンズとの位置関係を考慮してスリット状開口部２０の副走査方向の幅ｗを限定したが、第１隣接レンズ以外のレンズを通ってくる迷光も存在する。但し、基準レンズ７０から距離が遠いレンズによる迷光は影響が少ないため、本実施の形態では、基準レンズ７０と第２隣接レンズ、第３隣接レンズの関係について検討する。

レンズ配列角度θを０°から大きくしていった場合、まず最初に基準レンズ７０と副走査方向における位置が等しくなるのは、第３隣接レンズ７２である。六方配列の場合、レンズ配列角度θ＝１９．１°のときに、基準レンズ７０と第３隣接レンズ７２の副走査方向における位置が等しくなる。

ここで、基準面５０から第３隣接レンズ７２のレンズ中心までの距離ｄ３は、レンズ配列角度θが０°＜θ＜１９．１°の範囲の場合、以下の（１２）式のように表される。
ｄ３＝Ｐ×｛ｓｉｎ（６０°−θ）−２×ｓｉｎθ｝ ・・・（１２）
基準レンズ７０により形成される倒立像と、第３隣接レンズ７２により形成される倒立像間の副走査方向間の距離ｄ３’は、ｄ３をＦ倍した値となるので、
ｄ３’＝Ｆ×Ｐ×｛ｓｉｎ（６０°−θ）−２×ｓｉｎθ｝ ・・・（１３）
のように表される。よって、基準レンズ７０に対して第３隣接レンズ７２を考慮する場合は、以下の（１４）式の範囲にスリット状開口部の副走査方向の幅ｗを設定する。
ｗ＜２×Ｆ×｛Ｐ×ｓｉｎ（６０°−θ）−２×Ｐ×ｓｉｎθ｝ ・・・（１４）

従って、レンズ配列角度θが、０°＜θ＜１９．１°の範囲の場合は、第１隣接レンズと、第３隣接レンズを考慮して、（６）式と（１４）式の両方を満たすようにスリット状開口部の副走査方向の幅ｗを設定することが好ましい。このような範囲にスリット状開口部の副走査方向の幅ｗを設定することにより、好適に迷光を除去することができる。

レンズ配列角度θを１９．１°からさらに大きくしていった場合、次に基準レンズ７０と副走査方向における位置が等しくなるのは、第２隣接レンズ７４である。六方配列の場合、レンズ配列角度θ＝３０°のときに、基準レンズ７０と第２隣接レンズ７４の副走査方向における位置が等しくなる。

レンズ配列角度θが１９．１°＜θ＜３０°の範囲の場合、基準面５０から第３隣接レンズ７２のレンズ中心までの距離ｄ３は、以下の（１５）式のように表される。
ｄ３＝Ｐ×｛２×ｓｉｎθ−ｃｏｓ（３０°＋θ）｝ ・・・（１５）
基準レンズ７０により形成される倒立像と、第３隣接レンズ７２により形成される倒立像間の副走査方向間の距離ｄ３’は、（１５）式のｄ３をＦ倍した値となるので、
ｄ３’＝Ｆ×Ｐ×｛２×ｓｉｎθ−ｃｏｓ（３０°＋θ）｝ ・・・（１６）
のように表される。よって、レンズ配列角度θが１９．１°＜θ＜３０°の範囲のとき、基準レンズ７０に対して第３隣接レンズ７２を考慮する場合は、以下の（１７）式の範囲にスリット状開口部の副走査方向の幅ｗを設定する。
ｗ＜２×Ｆ×Ｐ×｛２×ｓｉｎθ−ｃｏｓ（３０°＋θ）｝ ・・・（１７）

一方、レンズ配列角度θが１９．１°＜θ＜３０°の範囲の場合、基準面５０から第２隣接レンズ７４のレンズ中心までの距離ｄ２は、以下の（１８）式のように表される。
ｄ２＝Ｐ×｛ｓｉｎ（６０°−θ）−ｓｉｎθ｝ ・・・（１８）
基準レンズ７０により形成される倒立像と、第２隣接レンズ７４により形成される倒立像間の副走査方向間の距離ｄ２’は、（１８）式のｄ２をＦ倍した値となるので、
ｄ２’＝Ｆ×Ｐ×｛ｓｉｎ（６０°−θ）−ｓｉｎθ｝ ・・・（１９）
のように表される。よって、レンズ配列角度θが１９．１°＜θ＜３０°の範囲のとき、基準レンズ７０に対して第２隣接レンズ７４を考慮する場合は、以下の（２０）式の範囲にスリット状開口部の副走査方向の幅ｗを設定する。
ｗ＜２×Ｆ×Ｐ×｛ｓｉｎ（６０°−θ）−ｓｉｎθ｝ ・・・（２０）

従って、レンズ配列角度θが、１９．１°＜θ＜３０°の範囲の場合は、第１隣接レンズと、第２隣接レンズと、第３隣接レンズを考慮して、（６）式、（１７）式および（２０）式を全て満たすようにスリット状開口部の副走査方向の幅ｗを設定することが好ましい。このような範囲にスリット状開口部の副走査方向の幅ｗを設定することにより、好適に迷光を除去することができる。

図１１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におけるレンズ配列角度θと迷光比の関係を示す図である。ここでは、光線追跡シミュレーションにて、レンズ配列角度θを変化させたときの迷光比を計算した。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伝達光量とし、特定の場所以外に到達した光量を迷光量とした。迷光量の総和を伝達光量で割った値を迷光比とした。ちなみに、図１１において各点を結んだ曲線は、単に各点（計算値）間を滑らかに結んだものである。

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である。スリット状開口部の副走査方向幅ｗは、０．０１ｍｍと、０．０４１５ｍｍの２種類についてシミュレーションを行った。図１１に示すように、レンズ配列を六方配列としているので、レンズ配列の対称性により、迷光比はレンズ配列角度θ＝３０°を中心に対称となっている。

図１１に示すように、レンズ配列角度θ＝０°のとき、ｗ＝０．０１ｍｍは迷光比１２０％、ｗ＝０．０４１５ｍｍは迷光比２３２％と非常に高いが、レンズ配列角度θを大きくしていくと、迷光比を低くすることができる。

ここで、スリット状開口部の副走査方向幅ｗを０．０１ｍｍとしたときに、レンズ配列角度θをどのような範囲に設定すれば迷光を好適に低減できるか検討する。上述したように、迷光を好適に低減するためには、スリット状開口部の副走査方向幅ｗを、開口限界幅ｗ_ｍａｘより小さい値に設定する必要がある。

開口限界幅ｗ_ｍａｘを０．０１ｍｍとして、このときのレンズ配列角度θ１を（７）式より求めると、θ１＝０．５５°となる。図１１から、レンズ配列角度θ１＝０．５５°のとき、迷光比は９４．７６％となり、１００％を下回ることができる。また、開口限界幅ｗ_ｍａｘを０．０４１５ｍｍとして、このときのレンズ配列角度θ１を（７）式より求めると、θ１＝２．３°となる。図１１から、レンズ配列角度θ１＝２．３°のとき、迷光比は９３．６５％となり、１００％を下回ることができる。従って、迷光を好適に低減するためには、レンズ配列角度θを、
ｗ＝２×Ｆ×Ｐ×ｓｉｎθ１ ・・・（２１）
を満たす角度θ１より大きく設定することが好ましい。

また、上述したように、迷光比はθ＝３０°を中心として対称となるので、レンズ配列角度θは、第１隣接レンズ間角度である６０°からθ１を引いた角度θ２より小さい値に設定することが好ましい。スリット状開口部の副走査方向幅ｗ＝０．０１ｍｍの場合は、θ２＝５９．４５°、ｗ＝０．０４１５ｍｍの場合は、θ２＝５７．７°となる。

以上をまとめると、迷光を好適に低減するためには、レンズ配列角度θは、（２１）式を満たす角度θ１より大きく、且つ第１隣接レンズ間角度から角度θ１を引いた角度θ２より小さい範囲に設定することが好ましい。

レンズ配列角度θは、角度θ１に１°を加えた角度以上、且つ角度θ２から１°を引いた角度以下の範囲にあることがより好ましい。たとえば、スリット状開口部の副走査方向幅ｗ＝０．０１ｍｍの場合、レンズ配列角度θは、１．５５°≦θ≦５８．４５°の範囲に設定し、ｗ＝０．０４１５ｍｍの場合は、３．３°≦θ≦５６．７°の範囲に設定する。ｗ＝０．０１ｍｍの場合、迷光比は２１．０６％、ｗ＝０．０４１５ｍｍの場合は１１．２２％となり、後述する配列角度θ４における迷光比よりも小さくなる。このような範囲にレンズ配列角度θを設定することにより、より好適に迷光を低減することができる。

図１１に示すように、スリット状開口部の副走査方向幅ｗ＝０．０１ｍｍ、ｗ＝０．０４１５ｍｍの場合ともに、レンズ配列角度θ＝１９．１°、３０°で迷光比は極大値をとる。これは、レンズ配列角度θ＝１９．１°の場合は、図１０において説明したように、基準レンズと第３隣接レンズ７２の副走査方向における位置が等しくなるためである。また、レンズ配列角度θ＝３０°の場合は、基準レンズ７０と第２隣接レンズ７４の副走査方向における位置が等しくなるためである。

従って、レンズ配列角度θは、基準レンズと第３隣接レンズの副走査方向における位置が等しくなるレンズ配列角度θ３と、基準レンズと第２隣接レンズの副走査方向における位置が等しくなるレンズ配列角度θ４には設定しないことが好ましい。さらに、マージンを見て、レンズ配列角度θは、レンズ配列角度θ３の±１°の範囲、レンズ配列角度θ４の±１°の範囲には設定しないことがより好ましい。

図１２は、第１平板状レンズアレイプレート１２上に遮光壁３０を設けた正立等倍レンズアレイプレート９０を示す図である。図１２では、正立等倍レンズアレイプレート９０を画像読取装置１００に組み込んだ様子を示している。なお、図１２では、遮光部材の図示を省略している。図２（ａ）（ｂ）に示す遮光壁を設けていない正立等倍レンズアレイプレート１０であっても迷光を十分に除去することが可能であるが、図１２に示すように、第１平板状レンズアレイプレート１２上の、凸レンズ１８間に迷光を除去するための遮光壁３０を形成することにより、さらに効果的に迷光を除去することができる。

図１３（ａ）〜（ｃ）は、遮光壁３０の別の設置例を示す図である。なお、図１３（ａ）〜（ｃ）でも、遮光部材の図示を省略している。図１３（ａ）に示すように、遮光壁３０は、像面側の第２平板状レンズアレイプレート１４上のみに設けてもよいし、図１３（ｂ）に示すように第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の両方に設けてもよい。また、図１３（ｃ）に示すように、第１平板状レンズアレイプレート１２の内部に埋め込むように設けてもよい。遮光壁３０の形成方法については、たとえば特開２００５−３７８９１号公報などに開示があるので、ここでは詳細な説明は省略する。

図１４は、遮光壁３０の高さｈについて説明するための図である。図１０において説明したように、本実施の形態では、基準レンズ８０に対して、第１隣接レンズ８１、第２隣接レンズ８２および第３隣接レンズ８３による迷光までは、レンズ配列角度θを調整することにより、遮光部材１６で除去したが、第４隣接レンズ８４以降のレンズによる迷光が影響を与える可能性がある。基準レンズ８０に対して遠方に位置するレンズになるほど、迷光の光量が少なくなるため、影響は小さくなるが、これを遮光壁３０で除去することにより、さらに画質を向上できる。以下においては、第４隣接レンズ８４を通る迷光を遮光壁３０で除去するための条件について説明する。なお、図１４では、光源Ｂから出射され、レンズ中心に入射した光が屈折せずに描かれているが、これは、平板状レンズアレイプレートの板厚ｔを１／ｎ倍して描いているためである。

図１４に示すように、第１平板状レンズアレイプレート１２側の第４隣接レンズ８４に入射した光が、基準レンズ８０に対応するスリット状開口部を透過して、第２平板状レンズアレイプレート１４を通り、第２平板状レンズアレイプレート１４側の第４隣接レンズ８４’から出射されるとする。

図１５は、第２平板状レンズアレイプレート１４側の第４隣接レンズ８４’周辺を拡大した図である。ここでは、第４隣接レンズ８４’のレンズ中心を通る光線１１１と、レンズ端部を通る光線１１２、１１４が平行な光線であると仮定する。この場合、レンズ直径をＤ、遮光壁の高さをｈとすると、図４におけるＷＤをｈ／２と、ｙ１’をｙ２’と、ｙ１をＤ／２と置き換えたのと同様の関係が成り立つので、
ｔ／ｎ：ｈ／２＝ｙ２’：Ｄ／２ ・・・（２２）
の関係が成り立つ。（２２）式を変形すると、
ｈ／Ｄ＝ｔ／（ｙ２’×ｎ） ・・・（２３）
となる。この（２３）式より、第４隣接レンズによる迷光を除去するための遮光壁３０の高さｈを求めることができる。

遮光壁の効果を確認するため、光線シミュレーションにて遮光壁がある場合とない場合において迷光比を計算し、比較を行った。計算を行った時の条件は、前述の通りである。前述の計算の条件と異なっている点は、スリット開口部の副走査方向幅ｗをｗ＝０．１３ｍｍ、レンズ配列角度θを１３．９°としていることである。遮光壁のない場合では、迷光比が１５．６４％であったのに対し、０．３ｍｍの遮光壁を図１２同様光源側に設けた場合では、迷光を完全に除去することができ、迷光比を０．００％とすることができた。

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。また、正立等倍レンズアレイプレートの少なくとも一方の面に遮光壁を形成することにより、さらに好適に迷光を除去することができる。

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、平板状レンズアレイプレート間に遮光部材を設けるため、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る。また、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。

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。

図１６（ａ）（ｂ）は、レンズの形状の変形例を示す図である。図１６（ａ）に示すレンズ９２は、六角形状のレンズであり、図１６（ｂ）に示すレンズ９２は、四角形状のレンズである。これらのレンズ形状の場合でも、レンズ主配列方向を主走査方向からレンズ配列角度θ傾け、さらに開口部９３を有する遮光部材を設けることにより、迷光を好適に除去することができる。

図１７（ａ）（ｂ）は、遮光部材の変形例を示す図である。図１７（ａ）（ｂ）では、レンズ９２に対して、レンズ９２の有効領域よりも小さい開口部９３を設けている。このように、遮光部材は、スリット状開口部の内側であって、曲線または直線を用いてスリット状開口部より小さい開口を形成し、それ以外の部分の透光を全て遮断したものであってもよい。この場合、レンズ９２の有効領域を透過する光が一部遮断されるため、伝達光量は若干減少するが、迷光の除去はより効果的に行うことができる。

図１８は、正立拡大縮小レンズアレイプレート１５２を用いた結像光学系１５０を示す図である。図１８に示すように、第１平板状レンズアレイプレート１５８のレンズと第２平板状レンズアレイプレート１６０のレンズのレンズ径を異ならせることにより、正立拡大縮小レンズアレイプレート１５２を構成することができる。図１８に示す正立拡大縮小レンズアレイプレート１５２は、光源１５４からの略直線状の光を受けて、像面１５６に正立拡大像を形成する。正立拡大縮小レンズアレイプレート１５２においても、図２に示す正立等倍レンズアレイプレート１０と同様に、スリット状開口部が形成された遮光部材（図示せず）を設け、さらにレンズの主配列方向を主走査方向と異ならせることにより、迷光を好適に除去することができる。

図１９は、正立等倍レンズアレイプレートを用いたイメージセンサユニットの概略断面図である。図１９に示すイメージセンサユニット５００は、スキャナやコピー機などの画像読取装置５６０に組み込んで用いられる。イメージセンサユニット５００は、略直方体状のモジュールであり、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５６０に組み込まれる。図１９には、イメージセンサユニット５００の他に、画像読取装置５６０の原稿台としてのガラス板５３０と、ガラス板５３０上に載置された原稿５３２が図示されている。イメージセンサユニット５００を副走査方向に走査することにより、原稿５３２を読み取ることができるようになっている。なお、図１９には図示していないが、画像読取装置５６０は、イメージセンサユニット５００によって検出された画像信号を処理する画像処理部を備える。

図１９に示すように、イメージセンサユニット５００は、被読取画像としての原稿５３２に光を照射するライン状光源５０２と、原稿５３２から反射した光を集光する正立等倍レンズアレイプレート５０４と、正立等倍レンズアレイプレート５０４を透過した光を受光する受光素子としてのＣＣＤラインイメージセンサ５０６を備える基板５０８とを、筐体５１０に組み込んだ構造になっている。

イメージセンサユニット５００において、正立等倍レンズアレイプレート５０４は、図２に示した正立等倍レンズアレイプレート１０であってもよいし、図１２、図１３に示した正立等倍レンズアレイプレート９０であってもよい。また、正立等倍レンズアレイプレート５０４に代えて、図１８に示した正立拡大縮小レンズアレイプレート１５２を筐体５１０に組み込んでもよい。ここでは、図２に示した正立等倍レンズアレイプレート１０を用いた場合について説明を行う。

筐体５１０は、略直方体形状であって、樹脂材料により一体成形された部品である。筐体５１０は、その上部に、ライン状光源５０２を取り付けるためのライン状光源取付部５１６と、正立等倍レンズアレイプレート５０４を取り付けるための正立等倍レンズアレイプレート取付部５１２が形成されている。

正立等倍レンズアレイプレート取付部５１２は、筐体５１０の上部に形成された主走査方向に延びる細長の溝部である。正立等倍レンズアレイプレート取付部５１２の一方の内壁面は、正立等倍レンズアレイプレート５０４を筐体５１０の所定の位置に取り付けるための取付基準面５１４とされている。正立等倍レンズアレイプレート５０４を筐体５１０に組み付ける際には、正立等倍レンズアレイプレート５０４を正立等倍レンズアレイプレート取付部５１２に挿入し、正立等倍レンズアレイプレート５０４を取付基準面５１４に押し付けた状態で固定する。これにより、正立等倍レンズアレイプレート５０４を筐体５１０の所定の位置に取り付けることができる。

また、筐体５１０の下部には、ＣＣＤラインイメージセンサ５０６を備える基板５０８を取り付けるための基板取付部５１８が形成されている。基板５０８の筐体５１０への取付は、筐体５１０に設けた取付基準ピン５２０を、基板５０８に設けた位置決め用の孔５２２に嵌合させて行う。筐体５１０に設ける取付基準ピン５２０の形状は、凸状であれば特に限定されない。基板５０８に設ける孔５２２は、貫通孔でもよいし、凹部としてもよい。また、筐体５１０に孔または凹部を設け、基板５０８に取付基準ピンを設けるようにしてもよい。いずれの場合においても、基板５０８を筐体５１０に固定するために、少なくとも１つの取付基準ピン５２０が設けられる。

ここで、正立等倍レンズアレイプレート５０４と直交し、且つ正立等倍レンズアレイプレート５０４の副走査方向における中心線を通る面を基準面５５０とする。取付基準面５１４、取付基準ピン５２０は、正立等倍レンズアレイプレート５０４、基板５０８を筐体５１０に取り付けた際に、ＣＣＤラインイメージセンサ５０６の中心線が基準面５５０上に位置するように、筐体５１０に設けられる。

このように、図１９に示すイメージセンサユニット５００においては、正立等倍レンズアレイプレート５０４とＣＣＤラインイメージセンサ５０６は、互いの位置関係を精密に調整することなく、所謂無調芯で、取付基準面５１４と取付基準ピン５２０を用いて位置合わせされて筐体５１０に取り付けられている。無調芯で正立等倍レンズアレイプレート５０４とＣＣＤラインイメージセンサ５０６を筐体５１０に取り付ける場合、取付公差が発生するので、正立等倍レンズアレイプレート５０４をこの取付公差を許容できるような構成にする必要がある。イメージセンサユニット５００では、図３に示すような主走査方向と略平行なスリット状開口部２０を有する遮光部材１６を備えた正立等倍レンズアレイプレートを用いているので、副走査方向の取付公差を許容できるようスリット状開口部２０の副走査方向の幅ｗ０を規定する必要がある。

そこで、イメージセンサユニット５００では、正立等倍レンズアレイプレート５０４とＣＣＤラインイメージセンサ５０６を筐体５１０に取り付けたときの副走査方向の取付公差を含んだ、像面において要求される正立等倍像の副走査方向の幅ｗｔ０を考慮して、スリット状開口部２０の副走査方向の幅ｗ０を規定する（以下、ｗｔ０を取付公差含有要求像面幅と呼ぶ）。

正立等倍レンズアレイプレート５０４とＣＣＤラインイメージセンサ５０６の副走査方向の取付公差を±ｔｖ（公差絶対値としては、２×ｔｖ）と、ＣＣＤ１列分の副走査方向の幅をｗｃとすると、ＣＣＤが１列のＣＣＤラインイメージセンサ５０６を用いたときの取付公差含有要求像面幅ｗｔ０は、
ｗｔ０＝２×ｔｖ＋ｗｃ ・・・（２４）
のようになる。たとえば、ｔｖ＝±４０μｍ、ｗｃ＝４０μｍの場合、ｗｔ０＝１２０μｍとなる。また、ＣＣＤが３列のＣＣＤラインイメージセンサ５０６を用いたときの取付公差含有要求像面幅ｗｔ０は、
ｗｔ０＝２×ｔｖ＋３×ｗｃ ・・・（２５）
のようになる。たとえば、ｔｖ＝±４０μｍ、ｗｃ＝４０μｍの場合、ｗｔ０＝２００μｍとなる。

取付公差含有要求像面幅がｗｔ０のときのスリット状開口部２０の副走査方向の幅ｗの範囲は、上述の（９）式を導出した過程と同様に考えることができるので、（９）式における要求像面幅ｗ０を取付公差含有要求像面幅ｗｔ０で置き換えた以下の（２６）式のようになる。
ｗｔ０×（Ｆ−１）≦ｗ≦２×Ｆ×Ｐ×ｓｉｎθ−ｗｔ０×（Ｆ−１）・・・（２６）

スリット状開口部２０の副走査方向の幅ｗが大きいほど、取付時に発生するずれの許容量は大きくなる。従って、ずれ量の許容性能および迷光除去性能を両立させる最適値は、
ｗ＝Ｆ×Ｐ×ｓｉｎθ ・・・（２７）
となる。

以下に、スリット状開口部２０における副走査方向の幅ｗの範囲の実施例を示す。ここでは、平板状レンズアレイプレートの板厚ｔ＝２．４ｍｍ、平板状レンズアレイプレートの屈折率ｎ＝１．５３、レンズの作動距離ＷＤ＝６．７ｍｍ、レンズピッチＰ＝０．４２ｍｍ、レンズ配列角度θ＝１３．９°、ＣＣＤ１列分の副走査方向の幅ｗｃ＝０．０４ｍｍ、正立等倍レンズアレイプレート５０４とＣＣＤラインイメージセンサ５０６の副走査方向の取付公差を±０．０４ｍｍとする。

ＣＣＤが１列のＣＣＤラインイメージセンサ５０６を用いたときの取付公差含有要求像面幅ｗｔ０は、（２４）式より、ｗｔ０＝０．１２０ｍｍとなる。また、Ｆ＝１＋｛ｔ／（ＷＤ×ｎ）｝であるので、Ｆ＝１．２３４となる。これらの値を（２６）式に適用すると、ＣＣＤが１列のＣＣＤラインイメージセンサ５０６を用いたときのスリット状開口部２０の副走査方向の幅ｗの範囲は、
０．０２８ｍｍ≦ｗ≦０．２２１９ｍｍ ・・・（２８）
となる。

また、ＣＣＤが３列のＣＣＤラインイメージセンサ５０６を用いたときの取付公差含有要求像面幅ｗｔ０は、（２５）式より、ｗｔ０＝０．２００ｍｍとなる。また、Ｆ＝１．２３４である。これらの値を（２６）式に適用すると、ＣＣＤが３列のＣＣＤラインイメージセンサ５０６を用いたときのスリット状開口部２０の副走査方向の幅ｗの範囲は、
０．０４６８ｍｍ≦ｗ≦０．２０３２ｍｍ ・・・（２９）
となる。

また、ＣＣＤが１列と３列のいずれの場合も、ずれ量の許容性能および迷光除去性能を両立させるｗの最適値は、（２７）式より、
ｗ＝０．１２５ｍｍ ・・・（２９）
となる。このｗの最適値を（２６）式の左側の不等式に適用すると、
ｗｔ０×（Ｆ−１）≦０．１２５ｍｍ ・・・（３０）
となる。（３０）式にＦ＝１．２３４を代入して変形すると、
ｗｔ０≦０．５３４ｍｍ ・・・（３１）
となる。（３１）式より、取付公差含有要求像面幅ｗｔ０の最大値は、０．５３４ｍｍとなる。

以上、イメージセンサユニット５００について説明した。イメージセンサユニット５００によると、図１〜図１８を用いて説明した正立等倍レンズアレイプレートを用いてイメージセンサユニットを構成しているので、迷光が好適に除去された良質の画像信号を検出できるとともに、イメージセンサユニットを小型且つ軽量に構成できる。また、筐体５１０の取付基準面５１４および取付基準ピン５２０を用いて正立等倍レンズアレイプレート５０４とＣＣＤラインイメージセンサ５０６を取り付ける構成としているので、正立等倍レンズアレイプレート５０４とＣＣＤラインイメージセンサ５０６の位置合わせにそれほど精密な調整が要らない。従って、イメージセンサユニットの組立が簡易なものとなり、製造コストを低減できる。

また、イメージセンサユニット５００では、筐体５１０を一体成形された一部品としている。筐体５１０を一体成形の一部品とすることにより、取付基準面５１４と取付基準ピン５２０の位置精度が増す。従って、正立等倍レンズアレイプレートと受光素子の取付公差を大きくとれるようになり、イメージセンサユニットの組立がより簡易なものとなる。

図１９に示すイメージセンサユニット５００では、正立等倍レンズアレイプレート５０４を筐体５１０の取付基準面５１４に押し当てて位置合わせし、ＣＣＤラインイメージセンサ５０６を基板５０８を介して取付基準ピン５２０により位置合わせする構成としたが、正立等倍レンズアレイプレート５０４とＣＣＤラインイメージセンサ５０６は、筐体に設けられた取付基準面に各々を押し当てることにより筐体の所定の位置に取り付けられてもよい。この場合、取り付け基準面は、同一の面であってもよいし、別々の面であってもよい。

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。

図１に示す正立等倍結像光学系では、正立等倍レンズアレイプレートと直交し、且つ正立等倍レンズアレイプレートの副走査方向における中心線を通る面を基準面としたが、正立等倍レンズアレイプレートと直交する主走査方向と平行な所定の面を基準面としてもよい。

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、遮光部材を設けてもよい。

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た場合でも、本発明を適用することができる。

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。 図２（ａ）（ｂ）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を示す図である。 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。 倒立像の幅が無視できない場合の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。 最も安全を見た場合の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。 近接するレンズ以外のレンズを考慮した場合の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。 本実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレートにおけるレンズ配列角度θと迷光比の関係を示す図である。 第１平板状レンズアレイプレート上に遮光壁を設けた正立等倍レンズアレイプレートを示す図である。 図１３（ａ）〜（ｃ）は、遮光壁の別の設置例を示す図である。 遮光壁の高さｈについて説明するための図である。 第２平板状レンズアレイプレート側の第４隣接レンズ周辺を拡大した図である。 図１６（ａ）（ｂ）は、レンズの形状の変形例を示す図である。 図１７（ａ）（ｂ）は、遮光部材の変形例を示す図である。 正立拡大縮小レンズアレイプレートを用いた結像光学系を示す図である。 正立等倍レンズアレイプレートを用いたイメージセンサユニットの概略断面図である。

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 遮光部材、 １８ 凸レンズ、 ２０ スリット状開口部、 ２２ 遮光領域、 ３０ 遮光壁、 ５０ 基準面、 ５２ 倒立像結像面、 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、 ５００ イメージセンサユニット、 ５０２ ライン状光源、 ５０４ 正立等倍レンズアレイプレート、５０６ ＣＣＤラインイメージセンサ、 ５０８ 基板、 ５１０ 筐体、 ５１４ 取付基準面、 ５２０ 取付基準ピン。

Claims (9)

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、
   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、結像に寄与しない光を遮断する遮光手段を備えるとともに、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主走査方向と異なり、
   前記遮光手段は、各レンズの透光領域を、前記主走査方向と略平行なスリット状開口部に制限し、それ以外の部分の透光を全て遮断したものであり、
   前記平板状レンズアレイプレートの板厚をｔと、前記レンズの作動距離をＷＤと、前記平板状レンズアレイプレートの屈折率をｎと、当該正立等倍レンズアレイプレートと直交し、且つ主走査方向と平行な所定の基準面から前記レンズの中心までの距離をｙ１としたときに、前記基準面から前記スリット状開口部の副走査方向の幅中心までの距離Ｙが、
   Ｙ＝ｙ１×｛１＋ｔ／（ＷＤ×ｎ）}
   で表され、
   さらに、前記レンズのピッチをＰと、レンズ配列角度をθとしたときに、前記スリット状開口部の副走査方向の幅ｗが、
   ｗ＜２×｛１＋ｔ／（ＷＤ×ｎ）}×Ｐ×ｓｉｎθ
   の範囲にあり、
   レンズ配列角度θは、
   ｗ＝２×｛１＋ｔ／（ＷＤ×ｎ）}×Ｐ×ｓｉｎθ１
   を満たす角度θ１より大きく、且つ前記レンズの配列パターンによって決まる第１隣接レンズ間角度から角度θ１を引いた角度θ２より小さい範囲にある、
   ことを特徴とする正立等倍レンズアレイプレート。
2. 像面において要求される正立等倍像の副走査方向の幅をｗ０としたときに、前記スリット状開口部の副走査方向の幅ｗがさらに、
   ｗ≦２×｛１＋ｔ／（ＷＤ×ｎ）}×Ｐ×ｓｉｎθ−ｗ０×ｔ／（ＷＤ×ｎ）
   の範囲に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. 像面において要求される正立等倍像の副走査方向の幅をｗ０としたときに、前記スリット状開口部の副走査方向の幅ｗがさらに、
   ｗ０×ｔ／（ＷＤ×ｎ）≦ｗ≦２×｛１＋ｔ／（ＷＤ×ｎ）}×Ｐ×ｓｉｎθ−ｗ０×ｔ／（ＷＤ×ｎ）
   の範囲に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。
4. 前記レンズ配列角度θは、前記角度θ１に１°を加えた角度以上、且つ前記角度θ２から１°を引いた角度以下の範囲に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。
5. 当該正立等倍レンズアレイプレートの少なくとも一方の面に、結像に寄与しない光をさらに除去する遮光壁を形成したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の正立等倍レンズアレイプレート。
6. 被読取画像に光を照射するライン状光源と、
   前記被読取画像から反射した光を集光する請求項１に記載の正立等倍レンズアレイプレートと、
   前記正立等倍レンズアレイプレートを透過した光を受光する受光素子と、
   前記ライン状光源、前記正立等倍レンズアレイプレートおよび前記受光素子を取り付ける筐体と、
   を備え、
   前記正立等倍レンズアレイプレートと前記受光素子は、前記筐体に設けられた取付基準面に各々を押し当てることにより前記筐体の所定の位置に取り付けられており、
   前記正立等倍レンズアレイプレートと前記受光素子を前記筐体に取り付けたときの副走査方向の取付公差を含んだ、像面において要求される正立等倍像の副走査方向の幅をｗｔ０としたときに、前記スリット状開口部の副走査方向の幅ｗがさらに、
   ｗｔ０×ｔ／（ＷＤ×ｎ）≦ｗ≦２×｛１＋ｔ／（ＷＤ×ｎ）}×Ｐ×ｓｉｎθ−ｗｔ０×ｔ／（ＷＤ×ｎ）
   の範囲にあることを特徴とするイメージセンサユニット。
7. 被読取画像に光を照射するライン状光源と、
   前記被読取画像から反射した光を集光する請求項１に記載の正立等倍レンズアレイプレートと、
   前記正立等倍レンズアレイプレートを透過した光を受光する受光素子と、
   前記ライン状光源、前記正立等倍レンズアレイプレートおよび前記受光素子を取り付ける筐体と、
   を備え、
   前記正立等倍レンズアレイプレートは、前記筐体に設けられた取付基準面に押し当てることにより前記筐体の所定の位置に取り付けられており、
   前記受光素子は、前記筐体に設けられた取付基準ピンにより前記筐体の所定の位置に取り付けられており、
   前記正立等倍レンズアレイプレートと前記受光素子を前記筐体に取り付けたときの副走査方向の取付公差を含んだ、像面において要求される正立等倍像の副走査方向の幅をｗｔ０としたときに、前記スリット状開口部の副走査方向の幅ｗがさらに、
   ｗｔ０×ｔ／（ＷＤ×ｎ）≦ｗ≦２×｛１＋ｔ／（ＷＤ×ｎ）}×Ｐ×ｓｉｎθ−ｗｔ０×ｔ／（ＷＤ×ｎ）
   の範囲にあることを特徴とするイメージセンサユニット。
8. 前記筐体は、一体成形された一部品であることを特徴とする請求項６または７に記載のイメージセンサユニット。
9. 請求項６から８のいずれかに記載のイメージセンサユニットと、
   前記イメージセンサユニットによって検出された画像信号を処理する画像処理部と、
   を備えることを特徴とする画像読取装置。

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