JP5889684B2 - Erecting equal-magnification lens array unit and image reading apparatus - Google Patents

Erecting equal-magnification lens array unit and image reading apparatus Download PDF

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Description

本発明は、 スキャナ、ファクシミリなどの画像読取装置に用いられる正立等倍レンズアレイユニットおよびこれを用いる画像読取装置に関する。   The present invention relates to an erecting equal-magnification lens array unit used in an image reading apparatus such as a scanner or a facsimile, and an image reading apparatus using the same.

スキャナ、ファクシミリなどの画像読取装置、またはLEDプリンタなどの画像形成装置には、縮小光学系または正立等倍光学系が用いられる。特に、正立等倍光学系は、縮小光学系を用いる場合に比べて、装置全体の小型化が容易であるという利点を有する。   A reduction optical system or an erecting equal-magnification optical system is used in an image reading apparatus such as a scanner or a facsimile or an image forming apparatus such as an LED printer. In particular, the erecting equal-magnification optical system has an advantage that the entire apparatus can be easily downsized as compared with the case where the reduction optical system is used.

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とから構成される。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、個々のレンズの光軸が一致するように対向して配置した一対の正立等倍レンズアレイプレートが知られている。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、比較的安価に製造することができ、レンズアレイプレートを長手方向に複数組み合わせることで種々のサイズに応じた正立等倍レンズアレイを提供できる。   In the case of an image reading apparatus, the erecting equal-magnification imaging optical system includes a line-shaped light source, an erecting equal-magnification lens array, and a line image sensor. As an erecting equal-magnification lens array, a pair of positive lenses are arranged such that a transparent flat lens array plate in which a plurality of minute lenses are regularly arranged on one side or both sides is arranged so that the optical axes of the individual lenses coincide with each other. An equal-magnification lens array plate is known. Since such an erecting equal-magnification lens array plate can be formed by a method such as injection molding, it can be manufactured at a relatively low cost, and by combining a plurality of lens array plates in the longitudinal direction, a positive size corresponding to various sizes can be obtained. An equal-magnification lens array can be provided.

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レンズに入り込み、出射して所定の結像位置でない位置に達する、いわゆるクロストークが発生し、これがフレアノイズ(ゴーストともいう)の原因になるという問題がある。   In the erecting equal-magnification lens array plate, there is no wall for isolating the light beam between adjacent lenses, so that the light beam obliquely incident on the erecting equal-magnification lens array plate travels diagonally inside the plate and is adjacent to the lens. There is a problem that so-called crosstalk occurs that enters and exits and reaches a position that is not a predetermined imaging position, which causes flare noise (also referred to as ghost).

そこで、このようなクロストークを防止するために、様々な提案がされている。例えば、正立等倍レンズアレイプレートの表面に、結像に寄与しない迷光を除去するための遮光壁を形成したもの(特許文献1)、中間結像位置に視野絞りを配置したもの(特許文献2)、光学系を2系統にして画像処理する(すなわちラインセンサーを2本設ける)もの(特許文献3)などが知られている。   Therefore, various proposals have been made to prevent such crosstalk. For example, the surface of an erecting equal-magnification lens array plate is formed with a light-shielding wall for removing stray light that does not contribute to imaging (Patent Document 1), and a field stop is arranged at an intermediate imaging position (Patent Document) 2) An image processing system using two optical systems (that is, providing two line sensors) (Patent Document 3) is known.

特開2010‐286741号公報JP 2010-286741 A 特開2009‐086627号公報JP 2009-086627 A 特開2009−246623号公報JP 2009-246623 A

クロストーク防止のため壁を設けて遮光するか、光学系を分割するという手法では、遮光壁等の部品に高い精度が要求されると共に、部品点数が増えるために、量産性や製造コストに問題がある。
こうした従来の正立等倍レンズアレイの課題と共に、被写界深度を深めるべく実質的なテレセントリック性を有する正立等倍レンズアレイユニットを本発明者は先に提案した(特願2011−265286号)。この発明ではテレセントリック性を得るための絞りの配置を巧みに設計することで、迷光やクロストークをも防止することが可能となったものである。
In order to prevent crosstalk, the method of blocking light by providing walls or dividing the optical system requires high accuracy for parts such as light shielding walls and increases the number of parts, which causes problems in mass productivity and manufacturing cost. There is.
In addition to the problems of the conventional erecting equal-magnification lens array, the present inventor previously proposed an erecting equal-magnification lens array unit having substantial telecentricity to deepen the depth of field (Japanese Patent Application No. 2011-265286). ). In the present invention, it is possible to prevent stray light and crosstalk by skillfully designing the arrangement of the diaphragm for obtaining telecentricity.

本発明者はこうしたテレセントリック性を有する正立等倍レンズアレイについて更なる改良を目指し、より効果的にクロストークを防止して、フレアノイズの発生を抑制し、光学性能を向上させた正立等倍レンズアレイユニットおよびこれを用いた画像読取装置を提供することである。   The present inventor aimed to further improve such an erecting equal-magnification lens array having telecentricity, more effectively preventing crosstalk, suppressing the occurrence of flare noise, improving the optical performance, etc. A double lens array unit and an image reading apparatus using the same are provided.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、正立等倍レンズアレイの物体(原稿)面側に、視野角調整機能を持つ光学素子を配置することにより、クロストークを簡単に防止することができるという新たな事実を見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have arranged crosstalk by arranging an optical element having a viewing angle adjustment function on the object (original) surface side of the erecting equal-magnification lens array. The present inventors have found a new fact that it can be easily prevented and have completed the present invention.

すなわち、本発明は、以下のような構成を有する。
(1) 物体面側から撮像面に至る光の入射方向に沿って、第1のレンズの光軸に垂直な方向に沿って複数の第1のレンズが配置された第1のレンズアレイと、前記第1のレンズのそれぞれと光軸が一致する複数の第2のレンズが配置された第2のレンズアレイと、互いに光軸が重なる前記第1のレンズと前記第2のレンズとの間における第1のレンズの第2面近傍に開口が形成される遮光部とを備え、互いに光軸が重なる前記第1のレンズ、前記開口、および前記第2のレンズによって形成された正立等倍レンズアレイユニットであって、 前記第1のレンズアレイの物体面側に、視野角調整機能を持つ光学素子を配置した、ことを特徴とする正立等倍レンズアレイユニット。
(2) 前記視野角調整機能を持つ光学素子が、視野角調整フィルムである(1)記載の正立等倍レンズアレイユニット。
(3)互いに光軸が重なる第1のレンズ、開口、および第2のレンズによって形成される各光学系は正立等倍光学系であり、第1のレンズの第1面の曲率半径をr1、第1のレンズの厚さをL1、第1のレンズの屈折率をnとするとき

Figure 0005889684

を満たす、(1)から(2)のいずれかに記載の正立等倍レンズアレイユニット。
(4)第1のレンズの第1面を除く第1のレンズアレイの物体面側には遮光部材が設けられていることを特徴とする(1)から(3)のいずれか記載の正立等倍レンズアレイユニット。
(5)前記遮光部材が遮光マスクであることを特徴とする正立等倍レンズアレイユニット。
(6)前記遮光部材が遮光塗料であることを特徴とする(4)の正立等倍レンズアレイユニット。 That is, the present invention has the following configuration.
(1) a first lens array in which a plurality of first lenses are arranged along a direction perpendicular to the optical axis of the first lens along the incident direction of light from the object surface side to the imaging surface; Between the second lens array in which a plurality of second lenses whose optical axes coincide with each of the first lenses is disposed, and between the first lens and the second lens whose optical axes overlap each other. An erecting equal-magnification lens formed by the first lens, the opening, and the second lens having an optical axis overlapping each other, the light-shielding portion having an opening formed in the vicinity of the second surface of the first lens An erecting equal-magnification lens array unit, characterized in that an optical element having a viewing angle adjustment function is arranged on the object plane side of the first lens array.
(2) The erecting equal-magnification lens array unit according to (1), wherein the optical element having the viewing angle adjustment function is a viewing angle adjustment film.
(3) Each optical system formed by the first lens, the aperture, and the second lens whose optical axes overlap with each other is an erecting equal magnification optical system, and the radius of curvature of the first surface of the first lens is r. 1 , when the thickness of the first lens is L 1 and the refractive index of the first lens is n
Figure 0005889684

The erecting equal-magnification lens array unit according to any one of (1) to (2), wherein
(4) The erecting device according to any one of (1) to (3), wherein a light shielding member is provided on the object plane side of the first lens array excluding the first surface of the first lens. 1x lens array unit.
(5) The erecting equal-magnification lens array unit, wherein the light shielding member is a light shielding mask.
(6) The erecting equal-magnification lens array unit according to (4), wherein the light shielding member is a light shielding paint.

また、本発明の画像読取装置は、上記(1)〜(6)のいずれかに記載の正立等倍レンズアレイユニットを備える。   In addition, an image reading apparatus of the present invention includes the erecting equal-magnification lens array unit described in any one of (1) to (6) above.

本発明の正立等倍レンズアレイユニットは、視野角調整機能を持つ光学素子を備えているので、光の入射角のうち、所定の角度以上の入射角が正立等倍レンズアレイに入射するのが制限され、そのため殆どのクロストークを防止することができる。その結果、正立等倍レンズアレイユニットの機構部品を簡略化でき、量産性および経済性が向上すると共に、光学設計上の配置自由度も高めることができるため光学設計上も優位な設計ができるという効果がある。   Since the erecting equal-magnification lens array unit of the present invention includes an optical element having a viewing angle adjustment function, an incident angle equal to or greater than a predetermined angle of light incident angles is incident on the erecting equal-magnification lens array. Therefore, most crosstalk can be prevented. As a result, the mechanical parts of the erecting equal-magnification lens array unit can be simplified, the mass productivity and the economic efficiency can be improved, and the degree of freedom in arrangement in the optical design can be increased, so that the optical design can be superior. There is an effect.

本発明の正立等倍レンズアレイユニットの一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the erecting equal-magnification lens array unit of this invention. 図1のII-II線断面図である。It is the II-II sectional view taken on the line of FIG. 図1の正立等倍レンズアレイユニットを備えた画像読取部の概略を示す、図1の主走査方向に垂直な断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the main scanning direction of FIG. 1, showing an outline of an image reading unit including the erecting equal-magnification lens array unit of FIG. 1. 単位光学系と像面および物体面との位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of a unit optical system, an image surface, and an object surface. 図1におけるX方向に垂直な平面による単位光学系の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the unit optical system by the plane perpendicular | vertical to the X direction in FIG. (a)、(b)は、従来の正立等倍レンズアレイユニットにおいて理想位置から物体面が変位した場合における像面上の結像位置の変化を説明するための図である。(a), (b) is a figure for demonstrating the change of the image formation position on an image surface when the object surface is displaced from the ideal position in the conventional erecting equal-magnification lens array unit. 本発明の作用を説明するための比較例となる正立等倍レンズアレイユニットの概略図である。It is the schematic of the erecting equal-magnification lens array unit used as the comparative example for demonstrating the effect | action of this invention. 本発明の作用を説明するための本発明に係る正立等倍レンズアレイユニットの概略図である。It is the schematic of the erecting equal-magnification lens array unit based on this invention for demonstrating the effect | action of this invention.

以下、本発明の正立等倍レンズアレイユニット(以下、単にレンズアレイユニットという)の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図1、図2に示すレンズアレイユニットは、イメージスキャナ(図示せず)等における画像読取部に設けられるものであり、原稿等の被写体である物体(物体面をAとして示す)の画像を主走査方向に沿った直線状に読取可能である。画像読取部を、主走査方向に垂直な副走査方向に変位させながら、直線状の画像を連続的に読取ることにより、被写体の2次元状の画像が読出される。
なお、図1において副走査方向は紙面に垂直な方向であり、図2において主走査方向は紙面に垂直な方向になる。
Hereinafter, an embodiment of an erecting equal-magnification lens array unit (hereinafter simply referred to as a lens array unit) of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The lens array unit shown in FIGS. 1 and 2 is provided in an image reading unit of an image scanner (not shown) or the like, and mainly uses an image of an object (an object surface is indicated by A) that is a subject such as a document. It can be read linearly along the scanning direction. By continuously reading a linear image while displacing the image reading unit in the sub-scanning direction perpendicular to the main scanning direction, a two-dimensional image of the subject is read.
In FIG. 1, the sub-scanning direction is a direction perpendicular to the paper surface, and in FIG. 2, the main scanning direction is a direction perpendicular to the paper surface.

本実施形態のレンズアレイユニットは、第1のレンズアレイ1、第2のレンズアレイ2、およびこれらを連結する遮光部3を基本構成要素とし、さらに第1のレンズアレイ1の物体面A側に視野角調整フィルム5を備える。   The lens array unit according to the present embodiment includes the first lens array 1, the second lens array 2, and the light shielding unit 3 connecting them as basic components, and further on the object plane A side of the first lens array 1. A viewing angle adjustment film 5 is provided.

第1のレンズアレイ1は、プレートの片面または両面にプレートの長手方向(主走査方向)に沿って微細な第1のレンズ11が複数配列された透明な平板状のプレートである。複数の第1のレンズ11は光軸が互いに平行になるように姿勢が定められる。また、第1のレンズ11の光軸に垂直な方向(図1に示すX方向)に沿って互いに密着するように、第1のレンズ11は配置される。   The first lens array 1 is a transparent flat plate in which a plurality of fine first lenses 11 are arranged along the longitudinal direction of the plate (main scanning direction) on one or both sides of the plate. The plurality of first lenses 11 are positioned so that their optical axes are parallel to each other. In addition, the first lens 11 is disposed so as to be in close contact with each other along a direction perpendicular to the optical axis of the first lens 11 (X direction shown in FIG. 1).

第2のレンズアレイ2には、複数の第2のレンズ21が、第1のレンズアレイ1と同様にして設けられる。複数の第2のレンズ21は光軸が互いに平行になるように姿勢が定められる。   The second lens array 2 is provided with a plurality of second lenses 21 in the same manner as the first lens array 1. The postures of the plurality of second lenses 21 are determined so that the optical axes are parallel to each other.

第1および第2のレンズアレイ1,2は、射出成形などにより形成される。第1および第2のレンズアレイ1,2の材質としては、射出成形などで成形可能であり、かつ必要な波長領域の光に対して光透過性がよく、吸水性の低いものが好ましく、例えばシクロオレフィン系樹脂、オレフィン系樹脂、ポリカーボネートなどが使用可能である。   The first and second lens arrays 1 and 2 are formed by injection molding or the like. The material of the first and second lens arrays 1 and 2 is preferably a material that can be molded by injection molding or the like, has good light transmittance with respect to light in a necessary wavelength region, and has low water absorption. Cycloolefin resin, olefin resin, polycarbonate and the like can be used.

遮光部3は、第1のレンズアレイ1と第2のレンズアレイ2とを連結している。遮光部3には、図2に示すように、第1のレンズアレイ1から第2のレンズアレイ2に向けて貫通している複数の透光孔31(開口)が形成される。遮光部3における第1のレンズアレイ1側の面は、透光孔31以外の面に入射する光を遮光する。従って、透光孔22は視野絞り手段として機能する。   The light shielding unit 3 connects the first lens array 1 and the second lens array 2. As shown in FIG. 2, a plurality of light transmitting holes 31 (openings) penetrating from the first lens array 1 toward the second lens array 2 are formed in the light shielding portion 3. The surface on the first lens array 1 side in the light shielding unit 3 shields light incident on a surface other than the light transmitting holes 31. Therefore, the light transmitting hole 22 functions as a field stop means.

個々の第1のレンズ11、透光孔31、および第2のレンズ21によって単位光学系47(図3を参照)が構成される。各単位光学系43が、正立等倍光学系となるように且つ物体側に実質的にテレセントリックとなるように、第1のレンズ11、第2のレンズ21および開口位置が設計される。
すなわち、単位光学系47の物体側をテレセントリックにするためには、第1のレンズ11による無限遠結像位置と透光孔31の開口位置(絞りの位置)を合致させることが必要である。
なお、実質的にテレセントリックとなるための詳細な条件については、後述する。
A unit optical system 47 (see FIG. 3) is configured by the individual first lens 11, the light transmitting hole 31, and the second lens 21. The first lens 11, the second lens 21, and the aperture position are designed so that each unit optical system 43 is an erecting equal-magnification optical system and substantially telecentric on the object side.
In other words, in order to make the object side of the unit optical system 47 telecentric, it is necessary to match the infinity imaging position by the first lens 11 and the opening position (aperture position) of the light transmission hole 31.
Detailed conditions for becoming substantially telecentric will be described later.

透光孔31は、図5に示すように、同一の中心線clを有して連続する2つの円錐台の側面に沿った形状に、内面が形成される。また、第1のレンズ11側の透光孔31の開口の口径は、第2のレンズ21側の開口の口径より小さくなるように形成される。中心線clが第1のレンズ11および第2のレンズ21の光軸と重なるように、透光孔31の形成位置が定められる。   As shown in FIG. 5, the inner surface of the light transmitting hole 31 is formed in a shape along the side surfaces of two truncated cones having the same center line cl. Further, the aperture of the light transmission hole 31 on the first lens 11 side is formed so as to be smaller than the aperture of the opening on the second lens 21 side. The formation position of the light transmission hole 31 is determined so that the center line cl overlaps with the optical axes of the first lens 11 and the second lens 21.

さらに、透光孔31の内面には、光の反射を抑える処理や光を吸収する処理が施される。例えば、光の反射を抑制する処理として、サンドブラストなどにより表面を荒らすシボと呼ばれる処理や、表面をスクリュー状に加工することによって反射光線の進行を抑制する処理である。また、光を吸収する処理として、吸光塗料による内面の塗布などが挙げられる。   Further, the inner surface of the light transmitting hole 31 is subjected to processing for suppressing reflection of light and processing for absorbing light. For example, as a process for suppressing the reflection of light, there are a process called graining for roughening the surface by sandblasting or the like, and a process for suppressing the progress of reflected light by processing the surface into a screw shape. Examples of the light absorbing treatment include application of the inner surface with a light absorbing paint.

本実施形態のレンズアレイユニットは、第1のレンズアレイ1の物体面A側に視野角調整フィルム5(視野角調整機能を持つ光学素子)が配置される。この視野角調整フィルム5は、微細なルーバー構造を有する光学フィルムであり、このフィルムを第1のレンズアレイ1の物体面A側に配置することにより、光の可視範囲を制御することができ、具体的には入射角の大きな光をカットすることができる。   In the lens array unit of the present embodiment, a viewing angle adjustment film 5 (an optical element having a viewing angle adjustment function) is disposed on the object plane A side of the first lens array 1. This viewing angle adjustment film 5 is an optical film having a fine louver structure, and by arranging this film on the object plane A side of the first lens array 1, the visible range of light can be controlled, Specifically, light having a large incident angle can be cut.

図3は、本実施形態に係る画像読取部の概要を模式的に示す概念図である。図3では、カバーガラス41が設けられている。なお、図3を示す用紙の裏面から表面に向かう方向が主走査方向であり、左から右に向かう方向が副走査方向である。また、図3の上から下に向かう方向を光軸方向とする。   FIG. 3 is a conceptual diagram schematically showing an outline of the image reading unit according to the present embodiment. In FIG. 3, a cover glass 41 is provided. Note that the direction from the back surface to the front surface of the sheet shown in FIG. 3 is the main scanning direction, and the direction from left to right is the sub-scanning direction. Also, the direction from the top to the bottom of FIG. 3 is the optical axis direction.

画像読取部40は、カバーガラス41、照明系42、正立等倍レンズアレイユニット43、撮像素子44、および位置規定部材45を含んで構成される。カバーガラス41、照明系42、正立等倍レンズアレイユニット43、および撮像素子44は、位置規定部材45によって、互いの位置および姿勢が以下に説明する状態に維持されるように固定される。   The image reading unit 40 includes a cover glass 41, an illumination system 42, an erecting equal-magnification lens array unit 43, an image sensor 44, and a position defining member 45. The cover glass 41, the illumination system 42, the erecting equal-magnification lens array unit 43, and the image sensor 44 are fixed by the position defining member 45 so that their positions and postures are maintained in the state described below.

位置規定部材45には、孔部46が形成される。孔部46は第1の室部r1と第2の室部r2とを有している。第1の室部r1は第2の室部r2より副走査方向の幅が長くなるように、形成される。   A hole 46 is formed in the position defining member 45. The hole 46 has a first chamber r1 and a second chamber r2. The first chamber r1 is formed so as to have a longer width in the sub-scanning direction than the second chamber r2.

孔部46の第1の室部r1側の端に、カバーガラス41が冠着される。第1の室部r1には、照明系42が配置される。なお、照明系42は、光軸方向から見て第2の室部r2に重ならない位置に配置される。照明系42から発する照明光がカバーガラス40の方向に出射するように照明系42は設けられる。すなわち、照明系42を構成する光源や照明光学系の姿勢や位置が定められる。   A cover glass 41 is attached to the end of the hole 46 on the first chamber r1 side. An illumination system 42 is disposed in the first chamber r1. In addition, the illumination system 42 is arrange | positioned in the position which does not overlap with the 2nd chamber part r2 seeing from an optical axis direction. The illumination system 42 is provided so that illumination light emitted from the illumination system 42 is emitted in the direction of the cover glass 40. That is, the posture and position of the light source and the illumination optical system constituting the illumination system 42 are determined.

第2の室部r2には、正立等倍レンズアレイユニット43が挿着される。また、第2の室部r2側の端には、撮像素子44が固着される。   An erecting equal-magnification lens array unit 43 is inserted into the second chamber r2. In addition, the image sensor 44 is fixed to the end on the second chamber r2 side.

なお、カバーガラス41の平面の法線、正立等倍レンズアレイユニット43に設けられる各光学系の光軸、および撮像素子44の受光面の法線は光軸方向と平行となるように、姿勢が調整される。   In addition, the normal line of the plane of the cover glass 41, the optical axis of each optical system provided in the erecting equal-magnification lens array unit 43, and the normal line of the light receiving surface of the image sensor 44 are parallel to the optical axis direction. The posture is adjusted.

上述のような構成において、照明系42から発する照明光がカバーガラス41を介して被写体に照射される。被写体による照明光に対する反射光がカバーガラス41を透過する。被写体の反射光が正立等倍レンズアレイユニット43によって撮像素子44の受光面に結像する。結像した光学像が撮像素子44によって撮像され、電気信号である画像信号が生成される。   In the configuration as described above, illumination light emitted from the illumination system 42 is irradiated to the subject via the cover glass 41. Reflected light with respect to illumination light from the subject passes through the cover glass 41. The reflected light of the subject forms an image on the light receiving surface of the image sensor 44 by the erecting equal-magnification lens array unit 43. The formed optical image is picked up by the image pickup device 44, and an image signal which is an electric signal is generated.

撮像素子44はCCDラインセンサやCMOSラインセンサなどであって、1次元の画像信号を生成する。生成された1次元の画像信号は信号処理回路に送信され、所定の画像処理が施される。画像読取部40を副走査方向に変位させながら生成した複数のフレームの1次元の画像信号を生成することによって2次元状の画像信号が生成される。   The image sensor 44 is a CCD line sensor, a CMOS line sensor, or the like, and generates a one-dimensional image signal. The generated one-dimensional image signal is transmitted to a signal processing circuit and subjected to predetermined image processing. A two-dimensional image signal is generated by generating a one-dimensional image signal of a plurality of frames generated while displacing the image reading unit 40 in the sub-scanning direction.

正立等倍レンズアレイユニット43は、第1のレンズアレイ1、第2のレンズアレイ2、および遮光部3によって構成される。   The erecting equal-magnification lens array unit 43 includes the first lens array 1, the second lens array 2, and the light shielding unit 3.

本実施形態においては、第1のレンズ11の第1面および第2のレンズ21の両面が凸面になるように形成することにより、正立等倍性が単位光学系47に設けられる。なお、第1のレンズ11の第2面は凸面、凹面、および平面のいずれであってもよい。   In the present embodiment, the unit optical system 47 is provided with erecting equality by forming both the first surface of the first lens 11 and both surfaces of the second lens 21 to be convex surfaces. Note that the second surface of the first lens 11 may be a convex surface, a concave surface, or a flat surface.

さらに、第1のレンズ11は、以下の(1)式を満たすように設計され、形成される。   Furthermore, the first lens 11 is designed and formed to satisfy the following expression (1).

Figure 0005889684
Figure 0005889684

ただし、r1は第1のレンズ11の第1面の曲率半径、L1は第1のレンズ11の厚さ、nは第1のレンズ11の屈折率である。 Here, r 1 is the radius of curvature of the first surface of the first lens 11, L 1 is the thickness of the first lens 11, and n is the refractive index of the first lens 11.

さらに、各単位光学系47は、以下の(2)式を満たすように設計され、形成される。

Figure 0005889684
Further, each unit optical system 47 is designed and formed to satisfy the following expression (2).
Figure 0005889684

ただし、y0は単位光学系47の視野半径、すなわち単位光学系47が取込み可能な光の物体面os上の範囲の半径である(図4を参照)。なお、単位光学系47から物体面osまでの距離L0は予め定められる。被写体となる原稿が載置されるガラス面と単位光学系47との距離が上記予め定められた距離L0となるように、イメージスキャナは形成される。また、Dは単位光学系47の直径である。 Here, y 0 is the field radius of the unit optical system 47, that is, the radius of the range on the object plane os of light that can be taken in by the unit optical system 47 (see FIG. 4). The distance L 0 from the unit optical system 47 to the object plane os is determined in advance. The image scanner is formed so that the distance between the glass surface on which the document serving as the subject is placed and the unit optical system 47 is the predetermined distance L 0 . D is the diameter of the unit optical system 47.

さらに、透光孔31の内面には、光の反射を抑える処理や光を吸収する処理が施される。例えば、光の反射を抑制する処理として、サンドブラストなどにより表面を荒らすシボと呼ばれる処理や、表面をスクリュー状に加工することによって反射光線の進行を抑制する処理である。また、光を吸収する処理として、吸光塗料による内面の塗布などが挙げられる。   Further, the inner surface of the light transmitting hole 31 is subjected to processing for suppressing reflection of light and processing for absorbing light. For example, as a process for suppressing the reflection of light, there are a process called graining for roughening the surface by sandblasting or the like, and a process for suppressing the progress of reflected light by processing the surface into a screw shape. Examples of the light absorbing treatment include application of the inner surface with a light absorbing paint.

以上のような構成の本実施形態の正立等倍レンズアレイユニットによれば、通常のレンズを用いて形成可能であって、アレイ全体として被写界深度を拡大した正立等倍レンズアレイユニットを形成することが可能である。   According to the erecting equal-magnification lens array unit of the present embodiment configured as described above, the erecting equal-magnification lens array unit that can be formed using a normal lens and has an expanded depth of field as the entire array. Can be formed.

図6(a)に示すように、従来の正立等倍レンズアレイユニット43’では、像面isまでの距離に対して理想の物体面osの位置に載置された物体が各単位光学系47’により像面is上に等倍の正立像として結像される。複数の単位光学系47’によって形成される像は位置ずれを生じることなく一つの全体像として写し出される。   As shown in FIG. 6A, in the conventional erecting equal-magnification lens array unit 43 ′, the object placed at the position of the ideal object plane os with respect to the distance to the image plane is is the unit optical system. 47 'forms an equal-magnification erect image on the image surface is. An image formed by the plurality of unit optical systems 47 'is projected as one whole image without causing a positional shift.

しかし、図6(b)に示すように、物体面osが理想位置から変位することにより個々の単位光学系47’の像面isにおける等倍性が崩れ、物体面osにおける同じ一点の像面isにおける結像位置が互いに隣接する単位光学系47’で異なる。それゆえ、正立等倍レンズアレイユニット43’全体により写し出される像にはブレが生じる。したがって、正立等倍レンズアレイユニット43’全体としての被写界深度は浅くなる。   However, as shown in FIG. 6 (b), when the object plane os is displaced from the ideal position, the unit magnification in the image plane is of each unit optical system 47 ′ is lost, and the same one-point image plane on the object plane os. The imaging positions at is are different between adjacent unit optical systems 47 '. Therefore, the image projected by the entire erecting equal-magnification lens array unit 43 'is blurred. Therefore, the depth of field of the erecting equal-magnification lens array unit 43 'as a whole becomes shallow.

一般的に、物体側の主光線の入射角度が大きくなるほど、物体面osの変位に対するレンズの倍率の変化は大きくなる。正立等倍レンズアレイユニット全体では、倍率の変化が大きくなるほど、隣接するレンズによる物体面osの同一の点の結像位置のズレが大きくなる。   In general, as the incident angle of the principal ray on the object side increases, the change in the magnification of the lens with respect to the displacement of the object plane os increases. In the entire erecting equal-magnification lens array unit, the larger the change in magnification, the greater the deviation of the imaging position of the same point on the object plane os by the adjacent lenses.

従って、理想的には、主光線の入射角度がゼロであれば、物体面osの変位に対して倍率は変化しない。それゆえ、物体面osが理想位置から変位しても物体面os上の一点の別々のレンズによる結像位置がずれずに像面is上の同じ位置に結像する。すなわち、レンズアレイを構成する個々の光学系が物体側テレセントリックであれば、レンズアレイ全体としての被写界深度を深く保つことが可能である。このように、本実施形態の正立等倍レンズアレイユニット43は、レンズアレイ全体としての被写体深度を深化させることが可能である。   Therefore, ideally, if the incident angle of the chief ray is zero, the magnification does not change with respect to the displacement of the object plane os. Therefore, even if the object plane os is displaced from the ideal position, the image is formed at the same position on the image plane is without shifting the imaging position by one point of the separate lens on the object plane os. That is, if the individual optical systems constituting the lens array are object-side telecentric, the depth of field of the entire lens array can be kept deep. As described above, the erecting equal-magnification lens array unit 43 of the present embodiment can increase the subject depth of the entire lens array.

本実施形態では、第1のレンズ11が(1)式を満たすように形成することにより、以下に説明するように、物体側のテレセントリック性が個々の単位光学系47に備えられる。   In the present embodiment, by forming the first lens 11 so as to satisfy the expression (1), the object-side telecentricity is provided in each unit optical system 47 as described below.

単位光学系47の物体側をテレセントリックにするためには、第1のレンズ11の後側焦点と絞りの位置を合致させることが求められる。第1のレンズ11の後側焦点位置は、無限遠の物体の第1のレンズ11による結像位置に実質的に等しい。また透光孔31の細径部位が、単位光学系47の絞りとして機能する。   In order to make the object side of the unit optical system 47 telecentric, it is necessary to match the rear focal point of the first lens 11 with the position of the stop. The rear focal position of the first lens 11 is substantially equal to the imaging position of the object at infinity by the first lens 11. Further, the small-diameter portion of the light transmitting hole 31 functions as a stop of the unit optical system 47.

それゆえ、単位光学系47の物体側をテレセントリックにするためには、第1のレンズ11による無限遠結像位置と透光孔31の細径部位の位置を合致させることが必要である。   Therefore, in order to make the object side of the unit optical system 47 telecentric, it is necessary to match the infinity imaging position by the first lens 11 with the position of the small diameter portion of the light transmission hole 31.

透光孔31の細径部位は、後述するように、第1のレンズ11の第2面上または第2面近傍に配置されることが好ましい。したがって、透光孔31の細径部位を第1のレンズ11の第2面近傍に配置した場合において第1のレンズ11による無限遠結像位置を第1のレンズ11の第2面上に実質的に合致させることにより、単位光学系23に物体側テレセントリック性を設けることが出来る。   As will be described later, the small-diameter portion of the light transmitting hole 31 is preferably disposed on the second surface of the first lens 11 or in the vicinity of the second surface. Therefore, when the small-diameter portion of the light transmission hole 31 is disposed in the vicinity of the second surface of the first lens 11, the infinite image formation position by the first lens 11 is substantially on the second surface of the first lens 11. Therefore, the unit optical system 23 can be provided with object side telecentricity.

無限遠結像位置を第1のレンズ11の第2面に合致させる条件は、以下のように定められる。第1のレンズ11の第1面の前後の幾何光学的な関係として、アッベの不変量より(3)式が成立する。   Conditions for matching the infinitely far imaging position with the second surface of the first lens 11 are determined as follows. As the geometric optical relationship before and after the first surface of the first lens 11, Equation (3) is established from Abbe's invariant.

Figure 0005889684
Figure 0005889684

ただし、(3)式において、s0は物体と第1のレンズ11の第1面との間の距離とする。また、s1は第1のレンズ11の第1面と第1のレンズ11の第1面から射出した光の結像位置との間の距離とする。 However, in equation (3), s 0 is the distance between the object and the first surface of the first lens 11. Further, s 1 is a distance between the first surface of the first lens 11 and the imaging position of the light emitted from the first surface of the first lens 11.

無限遠の物体の結像位置を定めるので、s0を無限大とすると(3)式は(4)式に変形可能である。 Since the imaging position of an object at infinity is determined, equation (3) can be transformed into equation (4) when s 0 is infinite.

Figure 0005889684
Figure 0005889684

(4)式が満たされる場合に、第1のレンズ11の第1面から距離s1の位置が、第1面の曲率半径がr1である第1のレンズ11の無限遠結像位置となる。したがって、第1のレンズ11の第2面において第1のレンズ11の無限遠の物体を結像させるには、(5)式を満たす必要がある。 When the expression (4) is satisfied, the position at the distance s 1 from the first surface of the first lens 11 is the infinity imaging position of the first lens 11 whose radius of curvature of the first surface is r 1. Become. Therefore, in order to image an object at infinity of the first lens 11 on the second surface of the first lens 11, it is necessary to satisfy the expression (5).

Figure 0005889684
Figure 0005889684

ただし、(5)式を満たさなくても、(5)式の左辺の絶対値が、実質的にゼロでとみなせる許容値以下であれば、第1のレンズ11の第2面を無限遠結像位置に実質的に合致させることが可能である。なお、(5)式の左辺は、無限遠結像位置の調整のみならず、第1のレンズ11の倍率にも影響を与える。それゆえ、許容値は、無限遠結像位置の調整および第1のレンズ11の倍率を考慮して定められる。   However, even if the expression (5) is not satisfied, the second surface of the first lens 11 is connected at infinity if the absolute value of the left side of the expression (5) is not more than an allowable value that can be regarded as substantially zero. It is possible to substantially match the image position. Note that the left side of the equation (5) affects not only the adjustment of the infinity imaging position but also the magnification of the first lens 11. Therefore, the allowable value is determined in consideration of the adjustment of the infinity imaging position and the magnification of the first lens 11.

(5)式の左辺の絶対値が増加するほど、無限遠結像位置が第1のレンズ11の第2の面から離間する。無限遠結像位置が離間するほど、第1のレンズ11の物体側のテレセントリック性が低下する。許容値が0.3であれば、第1のレンズ11の物体側のテレセントリック性は維持される。   As the absolute value of the left side of the equation (5) increases, the infinity imaging position is separated from the second surface of the first lens 11. The farther the infinity imaging position is, the lower the object side telecentricity of the first lens 11 is. If the allowable value is 0.3, the telecentricity on the object side of the first lens 11 is maintained.

また、(5)式の左辺の絶対値が増加するほど、第1のレンズ11の倍率が増加する。本実施形態においては、第1のレンズ11は縮小光学系、すなわち倍率が1未満であることが望ましい。なぜならば、正立等倍性を有するように、第1のレンズ11と第2のレンズ21を用いて単位光学系47を構成するからである。   Moreover, the magnification of the first lens 11 increases as the absolute value of the left side of the equation (5) increases. In the present embodiment, the first lens 11 is desirably a reduction optical system, that is, the magnification is less than 1. This is because the unit optical system 47 is configured using the first lens 11 and the second lens 21 so as to have erecting equal magnification.

第1のレンズ11の倍率が1未満である必要があることについて、さらに具体的に説明する。単位光学系47の倍率は1なので、単位光学系47を構成する第1のレンズ11と第2のレンズ21の倍率の積が1である。したがって、第1のレンズ11と第2のレンズ21の一方が縮小光学系で、他方が拡大光学系である必要がある。前述のように、第1のレンズ11は互いに密着するようにX方向に沿って配置される(図1参照)。したがって、第1のレンズ11を互いに密着させるためには、第1のレンズ11が縮小光学系であることが必須の条件となる。   The fact that the magnification of the first lens 11 needs to be less than 1 will be described more specifically. Since the magnification of the unit optical system 47 is 1, the product of the magnifications of the first lens 11 and the second lens 21 constituting the unit optical system 47 is 1. Therefore, one of the first lens 11 and the second lens 21 needs to be a reduction optical system, and the other needs to be a magnification optical system. As described above, the first lenses 11 are arranged along the X direction so as to be in close contact with each other (see FIG. 1). Therefore, in order for the first lenses 11 to be in close contact with each other, it is an essential condition that the first lens 11 is a reduction optical system.

(5)式の左辺の絶対値が0.2未満である場合に、第1のレンズ11の倍率は1未満である。それゆえ、第1のレンズ11の倍率を考慮した許容値は0.2と求められる。   When the absolute value of the left side of the equation (5) is less than 0.2, the magnification of the first lens 11 is less than 1. Therefore, the allowable value considering the magnification of the first lens 11 is calculated to be 0.2.

したがって、無限遠結像位置の用性および第1のレンズ11の倍率の両者を考慮すると、(5)式の左辺の絶対値に対して用いる許容値は0.2であることが好ましい。許容値を0.2とすることにより、(1)式が得られる。   Therefore, considering both the use of the infinity imaging position and the magnification of the first lens 11, the allowable value used for the absolute value on the left side of the equation (5) is preferably 0.2. By setting the allowable value to 0.2, the equation (1) is obtained.

次に、透光孔31の細径部位を、第1のレンズ11の第2面上または第2面近傍に配置されることが好ましい理由について説明する。   Next, the reason why it is preferable to arrange the small-diameter portion of the light transmitting hole 31 on the second surface of the first lens 11 or in the vicinity of the second surface will be described.

第1のレンズ11と第2のレンズ21の間には、任意の単位光学系47から他の単位光学系47への迷光防止のための遮光壁と、明るさを調整するための絞りとを設ける必要がある。本実施形態においては、遮光部3に形成される透光孔31の内壁が遮光壁として機能し得る。したがって、絞りは第1のレンズ11と遮光部3との間、または遮光部3と第2のレンズ21との間のいずれかに配置される。   Between the 1st lens 11 and the 2nd lens 21, the light-shielding wall for stray light prevention from the arbitrary unit optical systems 47 to the other unit optical system 47, and the aperture_diaphragm | restriction for adjusting brightness are provided. It is necessary to provide it. In the present embodiment, the inner wall of the light transmitting hole 31 formed in the light shielding part 3 can function as a light shielding wall. Therefore, the stop is disposed either between the first lens 11 and the light shielding unit 3 or between the light shielding unit 3 and the second lens 21.

ところで、第1のレンズ11の第2面および、第2のレンズ21の第1面には、塵が付着し得る。塵が付着すると、撮像素子44に到達する被写体像の光量が減少する。塵の影響を可能な限り低減化するためには、塵が付着され得る第1のレンズ11の第2面および第2のレンズ21の第1面を通過する光束を可能な限り太くすることが望ましい。   Incidentally, dust may adhere to the second surface of the first lens 11 and the first surface of the second lens 21. When dust adheres, the amount of light of the subject image that reaches the image sensor 44 decreases. In order to reduce the influence of dust as much as possible, the light flux passing through the second surface of the first lens 11 and the first surface of the second lens 21 to which dust can be attached is made as thick as possible. desirable.

このような条件を満たすためには、有限距離にある被写体の光学像の結像位置と、第1のレンズ11の第2面および第2のレンズ21の第1面とを十分に離間させる必要がある。有限距離にある被写体の光学像の結像位置を両者から十分に離間するためには、透光孔31の内部において、有限距離にある被写体の光学像を結像させることが好ましい。また、透光孔31の内部において、有限距離にある被写体の光学像を結像させるには、その結像位置より第1のレンズ11側の任意の位置において、無限遠の被写体を結像させる必要がある。   In order to satisfy such a condition, it is necessary to sufficiently separate the imaging position of the optical image of the subject at a finite distance from the second surface of the first lens 11 and the first surface of the second lens 21. There is. In order to sufficiently separate the imaging position of the optical image of the subject at a finite distance from both, it is preferable to form the optical image of the subject at a finite distance inside the light transmission hole 31. In addition, in order to form an optical image of a subject at a finite distance inside the light transmission hole 31, an object at infinity is formed at an arbitrary position on the first lens 11 side from the imaging position. There is a need.

前述のように、物体側にテレセントリック性を設けるために、第1のレンズ11の焦点に、絞りを配置することが必要である。それゆえ、絞りを透光孔31の内部より第1のレンズ11側に配置する必要がある。したがって、絞りを、第1のレンズ11と遮光部3との間に設ける必要がある。   As described above, in order to provide telecentricity on the object side, it is necessary to arrange a stop at the focal point of the first lens 11. Therefore, it is necessary to dispose the stop closer to the first lens 11 than the inside of the light transmitting hole 31. Therefore, it is necessary to provide a diaphragm between the first lens 11 and the light shielding unit 3.

また、任意の単位光学系47から他の単位光学系47への迷光防止のために、第1のレンズ11の第2面および第2のレンズ21の第1面に入射する光束が、第1、第2のレンズ11、21のレンズの径よりも細いことが求められる。第1のレンズ11の第2面および第2のレンズ21の第1面における光束を細くするためには、第1のレンズ11の第2面と第2のレンズ21の第1面との間の距離を短くすることが必要である。   Further, in order to prevent stray light from any unit optical system 47 to another unit optical system 47, the light flux incident on the second surface of the first lens 11 and the first surface of the second lens 21 is the first light beam. The diameters of the second lenses 11 and 21 are required to be thinner. In order to reduce the luminous flux on the second surface of the first lens 11 and the first surface of the second lens 21, it is between the second surface of the first lens 11 and the first surface of the second lens 21. It is necessary to shorten the distance.

また、遮光壁が光軸方向に沿って長くなるほど迷光防止効果が高くなる。したがって、第1のレンズ11の第2面と第2のレンズ21の第1面との間の短い距離において、遮光壁の迷光防止効果を最大化するためには、第1のレンズ11と第2のレンズ21との間の光路すべてに亘って透光孔31で覆われることが求められる。すなわち、透光孔31の一方の端部が第1のレンズ11の第2面に合致し、他方の端部が第2のレンズ21の第1面に合致させることが好ましい。すなわち、透光孔31と、第1のレンズ11および第2のレンズ21との間に空隙を設けないように配置することが好ましい。   Further, the stray light prevention effect becomes higher as the light shielding wall becomes longer along the optical axis direction. Therefore, in order to maximize the stray light prevention effect of the light shielding wall at a short distance between the second surface of the first lens 11 and the first surface of the second lens 21, It is required that the light transmission hole 31 covers the entire optical path between the two lenses 21. That is, it is preferable that one end portion of the light transmitting hole 31 matches the second surface of the first lens 11 and the other end portion matches the first surface of the second lens 21. In other words, it is preferable that the gap is not provided between the light transmitting hole 31 and the first lens 11 and the second lens 21.

第1のレンズ11の第2面と透光孔31との間に空隙を設けないので、絞りを透光孔31の第1のレンズ11側の端部に密着させる必要がある。絞りを透光孔31の端部に密着させる代わりに、透光孔31の端部に細径部位を形成することにより絞りとして機能させることが可能である。それゆえ、透光孔31の細径部位を、第1のレンズ11の第2面上または第2面近傍に配置されることが好ましい。   Since no gap is provided between the second surface of the first lens 11 and the light transmission hole 31, it is necessary to closely contact the diaphragm with the end of the light transmission hole 31 on the first lens 11 side. Instead of bringing the diaphragm into close contact with the end of the light transmitting hole 31, it is possible to function as a diaphragm by forming a small diameter portion at the end of the light transmitting hole 31. Therefore, it is preferable that the small-diameter portion of the light transmitting hole 31 is disposed on the second surface of the first lens 11 or in the vicinity of the second surface.

また、本実施形態によれば、0.5≦y0/Dとなるように単位光学系47は形成される。それゆえ、物体面os上のすべての点がいずれかの単位光学系47の視野域に含まれ得るので、像の一部欠落が防止される。 Further, according to the present embodiment, the unit optical system 47 is formed so that 0.5 ≦ y 0 / D. Therefore, since all the points on the object plane os can be included in the field of view of any of the unit optical systems 47, partial omission of the image is prevented.

ところで、y0/Dが大きくなるほど、単位光学系47は光軸からの距離の離れた物体面osも視野域に含むことになる。それゆえ、y0/Dが大きくなると、物体面os上の一点を結像させる単位光学系47の数が増え、異なる単位光学系47により形成される像のズレの影響がより大きくなる。 By the way, as y 0 / D increases, the unit optical system 47 also includes the object plane os at a distance from the optical axis in the field of view. Therefore, when y 0 / D increases, the number of unit optical systems 47 that image one point on the object plane os increases, and the influence of the deviation of images formed by different unit optical systems 47 increases.

そこで、本実施形態では、y0/D≦1となるように単位光学系47は形成される。それゆえ、物体面os上の一点を結像させる単位光学系47の数が2以下に限定され、像のズレの影響を低減化させることが可能である。 Therefore, in the present embodiment, the unit optical system 47 is formed so that y 0 / D ≦ 1. Therefore, the number of unit optical systems 47 that image one point on the object plane os is limited to 2 or less, and the influence of image shift can be reduced.

さらに、本実施形態では、他の単位光学系47からの光を遮断し、クロストークを防止するために、第1のレンズアレイ1の物体面A側に、図1、図2に示すように、視野角調整フィルム5(視野角調整機能を持つ光学素子)が配置される。この視野角調整フィルム5は、微細なルーバー構造を有する光学フィルムであり、このフィルムを第1のレンズアレイ1の物体面A側に配置することにより、光の可視範囲を制御することができ、具体的には入射角の大きな光をカットすることができる。この視野角調整フィルム5としては、例えば住友スリーエム(株)製の「3Mライトコントロールフィルム」(「3M」は登録商標である)などが使用可能である。   Further, in the present embodiment, in order to block light from the other unit optical system 47 and prevent crosstalk, as shown in FIGS. 1 and 2 on the object plane A side of the first lens array 1. A viewing angle adjusting film 5 (an optical element having a viewing angle adjusting function) is disposed. This viewing angle adjustment film 5 is an optical film having a fine louver structure, and by arranging this film on the object plane A side of the first lens array 1, the visible range of light can be controlled, Specifically, light having a large incident angle can be cut. As the viewing angle adjusting film 5, for example, “3M light control film” (“3M” is a registered trademark) manufactured by Sumitomo 3M Co., Ltd. can be used.

視野角調整フィルム5は、その特性上、入射角度ゼロを最大に視野角調整角度まで徐々に視野角調整フィルム5を透過する光量が低下する傾向がある。それゆえ、使用に際しては組み合わせる正立等倍光学系のテレセントリック性との関係で適宜決定することができる。例えば後述する実施例に示した光学系では、像の実質的な明るさを示す指標である有効F値をF=12.2と設計し、視野角調整フィルムとして厚み0.5mm、可視角度48度を使用し、光学系光量低下を10%以下に抑えることができた。   The viewing angle adjustment film 5 has a tendency that the amount of light transmitted through the viewing angle adjustment film 5 gradually decreases from the maximum incident angle to the viewing angle adjustment angle due to its characteristics. Therefore, it can be appropriately determined in use in relation to the telecentricity of the erecting equal-magnification optical system to be used. For example, in the optical system shown in the examples described later, an effective F value that is an index indicating the substantial brightness of an image is designed as F = 12.2, and a viewing angle adjusting film has a thickness of 0.5 mm and a visible angle of 48. The degree of light reduction in the optical system could be suppressed to 10% or less.

視野角調整フィルム5は、第1のレンズアレイ1の物体面A側に配置される。このとき、視野角調整フィルム5は、第1のレンズアレイ1の物体面Aに接面していてもよく、あるいは画像に影響の出ない範囲で物体面Aから離隔していてもよい。これは、物体面Aから離れすぎる(換言すれば原稿面に近づく)と視野角調整フィルム5の像が撮像素子44上に結像されるためである。したがって、正立等倍光学系の光学特性に応じて、適宜決定される。   The viewing angle adjustment film 5 is disposed on the object plane A side of the first lens array 1. At this time, the viewing angle adjustment film 5 may be in contact with the object plane A of the first lens array 1 or may be separated from the object plane A within a range that does not affect the image. This is because the image of the viewing angle adjustment film 5 is formed on the image sensor 44 if it is too far from the object plane A (in other words, close to the original surface). Therefore, it is determined appropriately according to the optical characteristics of the erecting equal-magnification optical system.

また、本実施形態によれば、第1のレンズ11が図1示すX方向に沿って互いに密着するように配置される。このような構成により、X方向に沿って欠落の無い画像を形成することが可能である。   Further, according to the present embodiment, the first lenses 11 are disposed so as to be in close contact with each other along the X direction shown in FIG. With such a configuration, it is possible to form an image having no missing portion along the X direction.

本実施形態では、前述のように、各単位光学系47は物体側に実質的にテレセントリックであるため、単位光学系47の径外に位置する点からの光の透過量は低い。それゆえ、隣接する単位光学系47間に隙間があると、隙間の延長上の物体面os上の点の像が極めて暗くなり、画像が欠落することもあり得る。しかし、上述のように、第1のレンズ11がX方向に沿って密着するので、このような隙間が無く、X方向に沿って欠落の無い画像を得ることが可能である。   In the present embodiment, as described above, since each unit optical system 47 is substantially telecentric on the object side, the amount of light transmitted from a point located outside the diameter of the unit optical system 47 is low. Therefore, if there is a gap between the adjacent unit optical systems 47, the image of the point on the object plane os on the extension of the gap becomes extremely dark, and the image may be lost. However, as described above, since the first lens 11 is in close contact along the X direction, it is possible to obtain an image without such a gap and without missing along the X direction.

また、本実施形態では、透光孔31の第1のレンズ11側の口径が第2のレンズ21側の口径より小さいので、他の単位光学系47の第1のレンズ11からの迷光の、第2のレンズ21への入射を防止することが可能である。   Further, in the present embodiment, since the aperture of the light transmission hole 31 on the first lens 11 side is smaller than the aperture on the second lens 21 side, the stray light from the first lens 11 of the other unit optical system 47 is reduced. It is possible to prevent the incident on the second lens 21.

互いに密着する第1のレンズ11では、隣接する第1のレンズ11の側面などから迷光が入射することがあり得る。このような迷光の混入により、結像される画像のノイズの影響が大きくなる。しかし、本実施形態のように、透光孔31を用いて迷光の第2のレンズ21への入射を抑制することにより迷光が抑止され、画像のノイズの影響を低減化させることが可能である。   In the first lenses 11 that are in close contact with each other, stray light may be incident from the side surfaces of the adjacent first lenses 11. Due to the mixing of such stray light, the influence of noise on the image to be formed becomes large. However, as in the present embodiment, stray light is suppressed by suppressing the incidence of stray light to the second lens 21 using the light transmitting holes 31, and the influence of image noise can be reduced. .

本実施形態では、透光孔31の内面には光の反射を抑える処理や光を吸収する処理が施されるので、第1のレンズ11側の開口を通過し、透光孔31の内面に入射する迷光の第2のレンズ21への伝播を防ぐことが可能である。   In the present embodiment, the inner surface of the light transmitting hole 31 is subjected to a process for suppressing reflection of light and a process for absorbing light, so that the inner surface of the light transmitting hole 31 passes through the opening on the first lens 11 side. Propagation of incident stray light to the second lens 21 can be prevented.

次に、上記のような視野角調整フィルム5を用いた場合の本実施形態の作用を説明する。図7は、視野角調整フィルム5を有しない場合の正立等倍レンズアレイユニットを示しており、本実施形態の比較例に相当する。このレンズアレイユニットに物体Nから入射角度αが24度以上の光(矢印Mで示す)が入射した場合、クロストークが発生し、フレアノイズ(ゴースト)の原因となる。   Next, the effect | action of this embodiment at the time of using the above viewing angle adjustment films 5 is demonstrated. FIG. 7 shows an erecting equal-magnification lens array unit when the viewing angle adjustment film 5 is not provided, and corresponds to a comparative example of the present embodiment. When light (indicated by an arrow M) having an incident angle α of 24 degrees or more is incident on the lens array unit from the object N, crosstalk occurs and causes flare noise (ghost).

これに対して、視野角調整フィルム5を用いた正立等倍レンズアレイユニットでは、図8に示すように、入射角度αが24度以上の光(矢印Mで示す)が入射した場合、視野角調整フィルム5によって光がカットされ、第1のレンズアレイ1へ入射することがないので、クロストークの発生を防止することができる。なお、図7、図8において、矢印M0は、画像光を示している。 On the other hand, in the erecting equal-magnification lens array unit using the viewing angle adjusting film 5, as shown in FIG. 8, when light having an incident angle α of 24 degrees or more is incident (indicated by an arrow M), Since the light is cut by the angle adjusting film 5 and does not enter the first lens array 1, it is possible to prevent the occurrence of crosstalk. In FIGS. 7 and 8, an arrow M 0 indicates image light.

このように、視野角調整フィルム5を用いることにより、クロストークの発生原因となる比較的入射角度の大きな光をカットする。一方、入射角度の小さな光が原因のクロストークに対しては、遮光部3による視野絞りが有効であり、クロストークの発生を防止することができる。   Thus, by using the viewing angle adjusting film 5, light having a relatively large incident angle that causes crosstalk is cut. On the other hand, the field stop by the light shielding unit 3 is effective for crosstalk caused by light having a small incident angle, and the occurrence of crosstalk can be prevented.

また、入射角度αが24度未満の光であっても、第1のレンズ11の第1面を除く第1のレンズアレイ1の物体面側に入射した場合、クロストークが発生するおそれがある。そのため、このような第1面を除く第1のレンズアレイ1の物体面側に遮光塗料を塗装して遮光マスク(遮光部材)を形成するのが好ましい。さらに第1及び第2のレンズアレイの側面にも、同様の遮光マスクを形成するのが好ましい。
遮光塗料としては、従来から遮光を目的として使用されているプラスチック用黒色塗料、あるいは水性インクなどそれ自体公知の遮光塗料を使用することができる。
Even if the incident angle α is less than 24 degrees, crosstalk may occur when the light is incident on the object plane side of the first lens array 1 excluding the first surface of the first lens 11. . Therefore, it is preferable to form a light-shielding mask (light-shielding member) by coating light-shielding paint on the object surface side of the first lens array 1 excluding the first surface. Further, it is preferable to form a similar light shielding mask on the side surfaces of the first and second lens arrays.
As the light-shielding paint, a black paint for plastics conventionally used for the purpose of shielding light, or a publicly known light-shielding paint such as water-based ink can be used.

なお、クロストークの発生原因の多くは、入射角度の大きな光の入射によるものであるので、視野絞りは設けてなくてもよい。また、上記実施形態では、視野絞りは遮光部3に設けたが、本発明では、これに限定されるものではなく、レンズアレイユニットの有する光学系の任意の場所に設けることができる。   Note that many of the causes of crosstalk are caused by the incidence of light having a large incident angle, and thus there is no need to provide a field stop. In the above-described embodiment, the field stop is provided in the light-shielding portion 3. However, the present invention is not limited to this, and can be provided in any place in the optical system of the lens array unit.

次に、実施例により本発明の効果を説明するが、本実施例はあくまでも本発明の効果を説明する一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。   Next, the effects of the present invention will be described by way of examples. However, the present examples are merely examples for explaining the effects of the present invention, and do not limit the present invention.

表1および表2に示すレンズデータを用いて、物体側をテレセントリック性とした単位光学系23(F値12.2)を設計した。なお、表1における面番号に対応する面を、図3に示した。   Using the lens data shown in Tables 1 and 2, a unit optical system 23 (F value 12.2) having telecentricity on the object side was designed. The surface corresponding to the surface number in Table 1 is shown in FIG.

Figure 0005889684
Figure 0005889684

ただし、表1において、
※1は、非球面であることを示しており、非球面式は以下の(12)式によって与えられる。
※2は、SCHOTT AG bk7である。
※3は、日本ゼオン株式会社、ZEONEX(登録商標)E48Rである。
※4は、絞りである。
However, in Table 1,
* 1 indicates an aspherical surface, and the aspherical expression is given by the following expression (12).
* 2 is SCHOTT AG bk7.
* 3 is ZEON CORPORATION, ZEONEX (registered trademark) E48R.
* 4 is the aperture.

Figure 0005889684
Figure 0005889684

上記式において、
Zは面頂点に対する接平面からの深さ、
rは曲率半径、
hは光軸からの高さ、
kは円錐定数、
Aは4次の非球面係数、
Bは6次の非球面係数、
Cは8次の非球面係数、
Dは10次の非球面係数である。
円錐定数kおよび非球面係数A、B、C、Dを表2に示した。
In the above formula,
Z is the depth from the tangent plane to the surface vertex,
r is the radius of curvature,
h is the height from the optical axis,
k is the conic constant,
A is the fourth-order aspheric coefficient,
B is the sixth-order aspheric coefficient,
C is the 8th-order aspheric coefficient,
D is a 10th-order aspheric coefficient.
Table 2 shows the conic constant k and aspheric coefficients A, B, C, and D.

Figure 0005889684
Figure 0005889684

表1中の面3,4を備えた第1のレンズアレイ及び、同じく表1中の面7,8を備えた第2のレンズアレイは、共に樹脂(日本ゼオン株式会社製のZEONEX)を使用した射出成形により作成した。そして、第1及び第2のレンズアレイの側面ならびに第1のレンズアレイのレンズを構成する表1中の3面(物体面側のレンズの第1面を除く)には遮光のためにアクリルラッカー系黒色遮光塗料(関西ペイント社製、アクリック#1000)を用いて遮光塗装を施した。
この第1及び第2のレンズアレイを、表1に示した設計値にしたがって位置規制し、更に第1のレンズアレイの物体側のレンズ(表1中の面3側)に近接して視野角調整部材5を配置して図1に示したような正立等倍光学系を作成した。
視野角調整部材としては、住友スリーエム(株)製の「3Mライトコントロールフィルム」を物体側のレンズの3面より0.5mm離間した位置に設けた位置規制部材に組み込んだ。
Both the first lens array having the surfaces 3 and 4 in Table 1 and the second lens array having the surfaces 7 and 8 in Table 1 both use resin (ZEONEX manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.). Made by injection molding. Acrylic lacquers are provided on the side surfaces of the first and second lens arrays and the three surfaces in Table 1 constituting the lenses of the first lens array (excluding the first surface of the lens on the object plane side) for light shielding. A light-shielding coating was applied using a black-type black shading paint (Aclick # 1000, manufactured by Kansai Paint Co., Ltd.).
The positions of the first and second lens arrays are regulated according to the design values shown in Table 1, and the viewing angle is further close to the object side lens (surface 3 side in Table 1) of the first lens array. An erecting equal-magnification optical system as shown in FIG.
As a viewing angle adjusting member, a “3M light control film” manufactured by Sumitomo 3M Co., Ltd. was incorporated into a position regulating member provided at a position 0.5 mm away from the three surfaces of the object side lens.

視野角調整フィルム5を用いた実施例に記載した正立等倍レンズアレイユニットでは、図8に示すように、入射角度αが24度以上の光(矢印Mで示す)が入射した場合、視野角調整フィルム5によって光がカットされ、第1のレンズアレイ1へ入射することがないので、クロストークの発生を防止することができる。なお、図7、図8において、矢印M0は、画像光を示している。 In the erecting equal-magnification lens array unit described in the embodiment using the viewing angle adjusting film 5, as shown in FIG. 8, when light having an incident angle α of 24 degrees or more is incident (shown by an arrow M), Since the light is cut by the angle adjusting film 5 and does not enter the first lens array 1, it is possible to prevent the occurrence of crosstalk. In FIGS. 7 and 8, an arrow M 0 indicates image light.

これに対して、図7に示したように、上記実施例の構成より視野角調整フィルム5を外した正立等倍レンズアレイユニットでは、このレンズアレイユニットに像Nから入射角度αが24度以上の光(矢印Mで示す)が入射した場合、クロストークによるものと思われる、フレアノイズ(ゴースト)が発生した。   On the other hand, as shown in FIG. 7, in the erecting equal-magnification lens array unit in which the viewing angle adjusting film 5 is removed from the configuration of the above embodiment, the incident angle α is 24 degrees from the image N to the lens array unit. When the above light (indicated by an arrow M) was incident, flare noise (ghost), which was thought to be due to crosstalk, occurred.

このように、視野角調整フィルム5を用いることにより、クロストークの発生原因となる比較的入射角度の大きな光をカットする。一方、入射角度の小さな光が原因のクロストークに対しては、遮光部3による視野絞りが有効であり、クロストークの発生を防止することができる。   Thus, by using the viewing angle adjusting film 5, light having a relatively large incident angle that causes crosstalk is cut. On the other hand, the field stop by the light shielding unit 3 is effective for crosstalk caused by light having a small incident angle, and the occurrence of crosstalk can be prevented.

1 第1のレンズアレイ
2 第2のレンズアレイ
3 遮光部
5 視野角調整フィルム(視野角調整機能を持つ光学素子)
11 第1のレンズ
21 第2のレンズ
31 透光孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st lens array 2 2nd lens array 3 Light-shielding part 5 Viewing angle adjustment film (Optical element with a viewing angle adjustment function)
11 First lens 21 Second lens 31 Translucent hole

Claims (7)

物体面側から撮像面に至る光の入射方向に沿って、
第1のレンズの光軸に垂直な方向に沿って複数の第1のレンズが配置された第1のレンズアレイと、
前記第1のレンズのそれぞれと光軸が一致する複数の第2のレンズが配置された第2のレンズアレイと、
互いに光軸が重なる前記第1のレンズと前記第2のレンズとの間における第1のレンズの第2面近傍に、第1のレンズアレイ1から第2のレンズアレイ2に向けて貫通している複数の透光孔が形成される遮光部とを備え、
互いに光軸が重なる前記第1のレンズ、前記透光孔、および前記第2のレンズによって形成された正立等倍レンズアレイユニットであって、
第1のレンズアレイは、光軸が互いに平行になるように第1のレンズが複数配列された透明な平板状のプレートであり、かつ第2のレンズアレイは、光軸が互いに平行になるように第2のレンズが複数配列された透明な平板状のプレートであり、
前記第1のレンズ、透光孔および第2のレンズによって構成される単位光学系の物体側が実質的にテレセントリックとなり、
前記第1のレンズアレイの物体面側に、視野角調整機能を持つ光学素子配置され
前記透光孔は、前記第1のレンズの第2面上または第2面近傍に配置される、絞りとして機能する細径部位を有し、第1のレンズ側の口径が第2のレンズ側の口径より小さい、
ことを特徴とする正立等倍レンズアレイユニット。
Along the incident direction of light from the object surface side to the imaging surface,
A first lens array in which a plurality of first lenses are arranged along a direction perpendicular to the optical axis of the first lens;
A second lens array in which a plurality of second lenses whose optical axes coincide with each of the first lenses are disposed;
The first lens array 1 penetrates from the first lens array 1 toward the second lens array 2 in the vicinity of the second surface of the first lens between the first lens and the second lens whose optical axes overlap each other. A plurality of light transmitting holes are formed,
An erecting equal-magnification lens array unit formed by the first lens, the translucent hole , and the second lens whose optical axes overlap each other,
The first lens array is a transparent flat plate in which a plurality of first lenses are arranged so that the optical axes are parallel to each other, and the second lens array is such that the optical axes are parallel to each other. Is a transparent flat plate in which a plurality of second lenses are arranged,
The object side of the unit optical system constituted by the first lens, the light transmitting hole and the second lens is substantially telecentric,
An optical element having a viewing angle adjustment function is disposed on the object plane side of the first lens array,
The translucent hole has a small-diameter portion that functions as a diaphragm and is disposed on or near the second surface of the first lens, and the aperture on the first lens side is the second lens side. Smaller than the caliber of
An erecting equal-magnification lens array unit characterized by that.
前記視野角調整機能を持つ光学素子が、視野角調整フィルムである請求項1に記載の正立等倍レンズアレイユニット。   The erecting equal-magnification lens array unit according to claim 1, wherein the optical element having the viewing angle adjustment function is a viewing angle adjustment film. 互いに光軸が重なる第1のレンズ、透光孔、および第2のレンズによって形成される各光学系は正立等倍光学系であり、
第1のレンズの第1面の曲率半径をr1、第1のレンズの厚さをL1、第1のレンズの屈折率をnとするとき
Figure 0005889684
を満たす、請求項1または2のいずれかに記載の正立等倍レンズアレイユニット。
Each optical system formed by the first lens, the light transmitting hole , and the second lens whose optical axes overlap each other is an erecting equal-magnification optical system,
When the radius of curvature of the first surface of the first lens is r 1 , the thickness of the first lens is L 1 , and the refractive index of the first lens is n
Figure 0005889684
The erecting equal-magnification lens array unit according to claim 1 or 2, wherein
第1のレンズの第1面を除く第1のレンズアレイの物体面側には遮光部材が設けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれか記載の正立等倍レンズアレイユニット。   The erecting equal-magnification lens array unit according to any one of claims 1 to 3, wherein a light-shielding member is provided on the object plane side of the first lens array excluding the first surface of the first lens. . 前記遮光部材が遮光マスクであることを特徴とする請求項4記載の正立等倍レンズアレイユニット。   5. The erecting equal-magnification lens array unit according to claim 4, wherein the light shielding member is a light shielding mask. 前記遮光部材が遮光塗料であることを特徴とする請求項4記載の正立等倍レンズアレイユニット。   5. The erecting equal-magnification lens array unit according to claim 4, wherein the light shielding member is a light shielding paint. 請求項1から6のいずれかに記載の正立等倍レンズアレイユニットを備える画像読取装置。   An image reading apparatus comprising the erecting equal-magnification lens array unit according to claim 1.
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