JP5918938B2 - レンズアレイプレートおよび正立等倍レンズアレイプレートの製造方法 - 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に関する。

従来、スキャナ等の画像読取装置として、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。

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、従来、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てきたが、近年では、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２枚積層した正立等倍レンズアレイプレートが提案されている。このような正立等倍レンズアレイプレートは、射出成形などの方法により形成できるレンズアレイプレートを積層した構造であるため、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、出射してノイズ（ゴーストともいう）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、レンズ隣接部に粗面部を形成し、形成後に遮光性塗料を粗面部に付着させることで、隣り合うレンズ間の光透過防止機能を付与するレンズアレイの製造方法が開示されている。

特開２００２−３０３７０３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された製造方法においては、レンズ隣接部への粗面部形成、該粗面部への遮光性塗料付着など工程が行われているために、その製造作業は非常に煩雑である。特に、レンズアレイに用いられる個々のレンズは非常に小さく、またその数も非常に多いために、レンズをマスクしながらレンズ隣接部だけに遮光性塗料を付着させる作業は容易ではない。従って、特許文献１に開示された製造方法の場合、製造コストが高くなるおそれがある。

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、製造コストを低減できるレンズアレイプレートおよび正立等倍レンズアレイプレートの製造方法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レンズアレイプレートの製造方法は、基板の平坦面上に遮光膜を形成する遮光膜形成工程と、遮光膜付き基板をプレス成形することにより、基板の平坦面に複数のレンズを形成するプレス工程とを備える。

遮光膜形成工程において、レンズが形成されるレンズ形成領域には遮光膜が形成されなくてもよい。

プレス工程は、レンズ形成領域をプレスしてレンズを形成する工程と、レンズ形成領域の周囲の遮光膜が形成された領域をプレスしてレンズを囲う遮光壁を形成する工程とを含んでもよい。

レンズの形成工程と遮光壁の形成工程は、同時に行われてもよい。

本発明の別の態様は、正立等倍レンズアレイプレートの製造方法である。この方法は、上述のレンズアレイプレートの製造方法により製造された複数個のレンズアレイプレートを積層する工程を備える。

本発明によれば、レンズアレイプレートおよび正立等倍レンズアレイプレートの製造コストを低減できる。

正立等倍レンズアレイプレートを用いた画像読取装置を説明するための図である。 正立等倍レンズアレイプレートの構造を説明するための図である。 図３（ａ）および（ｂ）は、正立等倍レンズアレイプレートの製造方法の第１工程を説明するための図である。 正立等倍レンズアレイプレートの製造方法の第２工程を説明するための図である。 図５（ａ）および（ｂ）は、正立等倍レンズアレイプレートの製造方法の第３工程を説明するための図である。 図６（ａ）および（ｂ）は、正立等倍レンズアレイプレートの製造方法の第４工程を説明するための図である。 図７（ａ）および（ｂ）は、正立等倍レンズアレイプレートの別の製造方法を説明するための図である。 図８（ａ）〜（ｅ）は、正立等倍レンズアレイプレートの別の製造方法を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態に係るレンズアレイプレートおよび正立等倍レンズアレイプレートの製造方法について説明する。まず、本製造方法により製造される正立等倍レンズアレイプレートについて説明する。

図１は、正立等倍レンズアレイプレートを用いた画像読取装置１００を説明するための図である。図１に示すように、画像読取装置１００は、光走査ユニット１０、原稿Ｇを載置する原稿台としてのガラス板１４、光走査ユニット１０を走査する駆動機構（図示せず）、光走査ユニット１０によって読み取られたデータを処理する画像処理部（図示せず）等を備える。

光走査ユニット１０は、ガラス板１４上に載置された原稿Ｇに光を照射するライン状光源１６と、原稿Ｇからの反射光を集光する正立等倍レンズアレイプレート１１と、正立等倍レンズアレイプレート１１により集光された光を受けるラインイメージセンサ（光電変換素子）２０と、ライン状光源１６、正立等倍レンズアレイプレート１１およびラインイメージセンサ２０を収容する筐体１２とを備える。

筐体１２は、略直方体形状に形成されており、筐体１２の上面には第１凹部１２ａおよび第２凹部１２ｂが形成され、下面には第３凹部１２ｃが形成されている。筐体１２は、樹脂の射出成形により形成される。射出成形により筐体１２を形成することにより、筐体１２を容易に形成でき、安価とすることができる。第１凹部１２ａ内には、ライン状光源１６が斜めに固定されている。ライン状光源１６は、照射光の光軸が、正立等倍レンズアレイプレート１１の光軸Ａｘとガラス板１４の上面との交点を通るように固定される。

第２凹部１２ｂには、正立等倍レンズアレイプレート１１が固定されている。第３凹部１２ｃには、ラインイメージセンサ２０を備えた基板２２が取り付けられている。基板２２は、その上面が第３凹部１２ｃに設けられた段差部１２ｄに当接するように固定されている。

正立等倍レンズアレイプレート１１は、複数の凸レンズ２５を両面に形成した第１レンズアレイプレート２４、第２レンズアレイプレート２６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積層されたものである。

第１レンズアレイプレート２４および第２レンズアレイプレート２６の材質は、プレス成形に使用可能で、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、オレフィン系樹脂、ノルボルネン系樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などの誘電体材料を例示することができる。

正立等倍レンズアレイプレート１１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。正立等倍レンズアレイプレート１１は、上方に位置する原稿Ｇから反射されたライン状の光を受けて、下方に位置する像面、すなわちラインイメージセンサ２０の受光面に正立等倍像を形成する。画像読取装置１００は、光走査ユニット１０を副走査方向に走査することにより、原稿Ｇを読み取ることができる。

図２は、正立等倍レンズアレイプレート１１の構造を説明するための図である。上述したように、正立等倍レンズアレイプレート１１は、複数の凸レンズ２５を両面に形成した第１レンズアレイプレート２４と、第２レンズアレイプレート２６とが積層された構造となっている。正立等倍レンズアレイプレート１１の各面３６においては、複数の凸レンズ２５がレンズアレイプレートの長手方向（主走査方向）に沿って一列に配列されている。

図２に示すように、各凸レンズ２５の周囲には、遮光壁３０が設けられている。遮光壁３０は、各凸レンズ２５の周囲を囲うように、各凸レンズ２５の光軸Ａｘに略平行に形成されている。

言い換えると、正立等倍レンズアレイプレート１１の各面３６には、複数の凹部３２が形成されており、各凹部３２内に凸レンズ２５が設けられているということもできる。この場合、遮光壁３０は凹部３２の内壁に相当する。図２に示すように、凹部３２は、レンズアレイプレートの表面から内側に向かって窄まる錐台形状である。凹部３２は、円錐台形状であってよい。また、図２に示すように、凸レンズ２５の頂点は、レンズアレイプレートの表面より内側にある。

また、正立等倍レンズアレイプレート１１の各面３６上における凸レンズ２５の周囲には、遮光膜３４が形成されている。図２に示すように、遮光壁３０と遮光膜３４は連続的に形成されている。遮光壁３０および遮光膜３４は、結像に寄与しない迷光を遮光する機能を有する。

次に、正立等倍レンズアレイプレート１１の製造方法について説明する。本製造方法の概略を述べると、まず、レンズアレイプレートを製造する。そして、２枚のレンズアレイプレートを積層し、正立等倍レンズアレイプレートを製造する。

図３（ａ）および（ｂ）は、正立等倍レンズアレイプレートの製造方法の第１工程を説明するための図である。図３（ａ）は断面図であり、図３（ｂ）は平面図である。図３（ａ）および（ｂ）に示すように、本第１工程では、平板状の誘電体基板４０の両平坦面上に、遮光膜４２を形成する。誘電体基板４０の材質は、シクロオレフィン系樹脂、オレフィン系樹脂、ノルボルネン系樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などであってよい。遮光膜４２の材質は、紫外線硬化型暗色インキなどであってよい。この場合、乾燥後の表面は梨地になることが望ましい。なお、図３（ａ）および（ｂ）においては、対向する両平坦面に４つの帯状の遮光膜４２が形成されているが、これは４つの正立等倍レンズアレイプレート１１を同時に製造するためである。

図３（ｂ）に示すように、帯状の遮光膜４２において、後述のプレス工程において凸レンズが形成される領域４４（「レンズ形成領域４４」と呼ぶ）には、遮光膜４２が形成されていない。レンズ形成領域４４は、円形状の領域である。

図４は、正立等倍レンズアレイプレートの製造方法の第２工程を説明するための図である。本第２工程では、遮光膜付きの誘電体基板４０を加熱して軟化した後、上型５０および下型５２を用いて誘電体基板４０をプレス成形することにより、レンズ形成領域に凸レンズ２５を形成する。

ここで、本実施形態においては、レンズ形成領域をプレスして凸レンズ２５を形成するのと同時に、レンズ形成領域の周囲の遮光膜４２が形成された領域をプレスして屈曲および伸展させ、凸レンズ２５の周囲に遮光壁３０を形成する。

以上のようにして、４つのレンズアレイプレートがつながったもの（以下、「レンズアレイプレート群」と呼ぶ）が形成される。

図５（ａ）および（ｂ）は、正立等倍レンズアレイプレートの製造方法の第３工程を説明するための図である。図５（ａ）に示すように、２つのレンズアレイプレート群６０、６２の所定の位置に接着剤６４を塗布し、レンズアレイプレート群６０、６２を積層接着する。これにより、図５（ｂ）に示すように、４つの正立等倍レンズアレイプレートがつながったもの（以下、「正立等倍レンズアレイプレート群６６」と呼ぶ）が形成される。

図６（ａ）および（ｂ）は、正立等倍レンズアレイプレートの製造方法の第４工程を説明するための図である。図６（ａ）に示すように、正立等倍レンズアレイプレート群６６を切断ブレード６８により切断する。これにより、図６（ｂ）に示すように、４つの正立等倍レンズアレイプレート１１を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る正立等倍レンズアレイプレートの製造方法によれば、レンズをプレス成形したときには既に遮光膜および遮光壁が形成されている。従って、凸レンズをマスクしながら遮光膜および遮光壁を形成するといった工程が不要となるので、製造コストを低減できる。また、本実施形態によれば、遮光膜および遮光壁を形成する際にレンズ表面を傷つけてしまうといった事態を回避できる。

また、本実施形態においては、誘電体基板の両面に凸レンズをプレス成形しているので、両面の凸レンズの光軸を揃えることができる。また、両面に凸レンズを成形することで、両面の表面積が近くなる。これにより、冷却時の変形や離型時の変形が少なくなる。

また、本実施形態のように同一工程で作製したレンズアレイプレートを積層することで、変形、レンズ位置精度が同等になり、一つの光軸上に個々の凸レンズの光軸を揃えることができる。これにより、結像特性の面内での均一化が図れる。

図７（ａ）および（ｂ）は、正立等倍レンズアレイプレートの別の製造方法を説明するための図である。本製造方法においては、プレス工程にて形成する遮光壁の形状が異なる。

まず、図７（ａ）に示すように、平板状の誘電体基板４０の両平坦面上に、遮光膜４２を形成する。本実施形態においても、４つの正立等倍レンズアレイプレートを同時に製造するために、対向する両平坦面に４つの帯状の遮光膜４２が形成されている。

次に、図７（ｂ）に示すように、遮光膜付きの誘電体基板４０を加熱して軟化した後、上型５０および下型５２を用いて誘電体基板４０をプレス成形することにより、レンズ形成領域に凸レンズ２５を形成する。

ここで、本実施形態においては、凸レンズ２５がプレス成形されるのと同時に、凸レンズ２５の周囲に凹部７０がプレス成形される。この凹部７０は、レンズ形成領域の周囲の遮光膜４２が形成された領域をプレスして屈曲および伸展させることにより形成されるので、凹部７０の内壁面は遮光膜により覆われている。言い換えると、凸レンズ２５に対して内周側の内壁面に内側遮光壁７０ａが形成され、外周側の内壁面に外側遮光壁７０ｂが形成されている。内側遮光壁７０ａおよび外側遮光壁７０ｂは、凸レンズ２５の光軸に対して略平行である。

以上のようにして形成された２つのレンズアレイプレート群を積層接着し、切断ブレードを用いて切断することにより、４つの正立等倍レンズアレイプレートを得ることができる。このように、プレス成形により様々な形状の遮光壁を形成することが可能である。本実施形態に係る製造方法の場合も、上述した製造方法と同様の効果が得られる。

図８（ａ）〜（ｅ）は、正立等倍レンズアレイプレートの別の製造方法を説明するための図である。本製造方法においては、誘電体基板の片側の平坦面にのみ凸レンズが形成される。

まず、図８（ａ）に示すように、誘電体基板４０の片側の平坦面に遮光膜４２を形成する。本実施形態においても、４つの正立等倍レンズアレイプレートを同時に製造するために、４つの帯状の遮光膜４２が形成されている。

次に、図８（ｂ）に示すように、遮光膜付きの誘電体基板４０を加熱して軟化した後、上型５０および下型５２を用いて誘電体基板４０をプレス成形することにより、誘電体基板４０の片側の平坦面にのみ凸レンズ２５を形成する。また、凸レンズ２５を形成するのと同時に、レンズ形成領域の周囲の遮光膜４２が形成された領域をプレスして屈曲および伸展させ、凸レンズ２５の周囲に遮光壁３０を形成する。以上のようにして形成された片側のみに凸レンズの形成されたものを「ハーフレンズアレイプレート群」と呼ぶ。

次に、図８（ｃ）に示すように、４つのハーフレンズアレイプレート群８１〜８４を積層接着する。具体的には、第１ハーフレンズアレイプレート群８１の凸レンズの形成されていない平坦面と、第２ハーフレンズアレイプレート群８２の凸レンズの形成されていない平坦面を接着剤８５を用いて接着し、第１レンズアレイプレート群８８を形成する。また、第３ハーフレンズアレイプレート群８３の凸レンズの形成されていない平坦面と、第４ハーフレンズアレイプレート群８４の凸レンズの形成されていない平坦面を接着剤８６を用いて接着し、第２レンズアレイプレート群８９を形成する。そして、第１レンズアレイプレート群８８と第２レンズアレイプレート群８９とを接着剤８７を用いて積層接着し、正立等倍レンズアレイプレート群を得る。

次に、図８（ｄ）に示すように、正立等倍レンズアレイプレート群６６を切断ブレードにより切断する。これにより、図８（ｅ）に示すように、４つの正立等倍レンズアレイプレート１１を得ることができる。

本実施形態のように、誘電体基板の片側の平坦面にのみ凸レンズを形成した場合、離型が容易となる。この場合、誘電体基板の熱収縮による反り方向は凸レンズの形成されていない平面側に凸となるので、平面同士を接着した際に板厚分布を均一にすることができる。

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。

例えば、上述の実施形態では、凸レンズの周囲に遮光膜および遮光壁を形成したが、遮光膜だけが形成されていてもよい。また、２つのレンズアレイプレートを凸レンズの周囲が接した状態で積層する場合は、どちらかのレンズアレイプレートについては遮光膜を省いてもよい。

また、遮光壁の高さは、光学設計に合わせて変えることができ、レンズアレイプレートの両面で凸レンズ、遮光壁のピッチを変えることもできる。

また、上述の実施形態では、４つの凸レンズが同じ光軸上に並ぶ結像光学系について説明したが、例えば図８（ａ）〜（ｅ）で説明したレンズアレイプレートを用いて、３つの凸レンズが同じ光軸上に並ぶ結像光学系を構成することも可能である。

１０ 光走査ユニット、 １１ 正立等倍レンズアレイプレート、 １２ 筐体、 １４ ガラス板、 ２０ ラインイメージセンサ、 ２４ 第１レンズアレイプレート、 ２５ 凸レンズ、 ２６ 第２レンズアレイプレート、 ３０ 遮光壁、 ３４ 遮光膜、 ４０ 誘電体基板、 ４２ 遮光膜、 ４４ レンズ形成領域、 ６６ 正立等倍レンズアレイプレート群、 １００ 画像読取装置。

Claims (6)

1. 基板の平坦面上に遮光膜を形成する遮光膜形成工程と、
   遮光膜付き基板をプレス成形することにより、前記基板の平坦面に複数のレンズを形成するプレス工程と、
   を備え、
   前記遮光膜形成工程において、レンズが形成されるレンズ形成領域には遮光膜が形成されず、
   前記プレス工程は、
   前記レンズ形成領域をプレスして前記レンズを形成する工程と、
   前記レンズ形成領域の周囲の遮光膜が形成された領域をプレスして屈曲および伸展させ、前記レンズを囲う遮光壁を形成する工程と、
   を含み、
   前記遮光壁は、前記基板に形成された凹部の内壁であり、
   前記凹部は、前記基板の表面から内側に向かって窄まる円錐台形状であり、
   前記レンズは、前記凹部内に設けられることを特徴とするレンズアレイプレートの製造方法。
2. 前記レンズは凸レンズであり、該凸レンズの頂点は基板表面より内側にあることを特徴とする請求項１に記載のレンズアレイプレートの製造方法。
3. 前記レンズの形成工程と前記遮光壁の形成工程は、同時に行われることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズアレイプレートの製造方法。
4. 前記レンズの形成工程と前記遮光壁の形成工程は、前記基板の両面に同時に行われることを特徴とする請求項３に記載のレンズアレイプレートの製造方法。
5. 前記レンズの形成工程と前記遮光壁の形成工程は、一対の前記基板の片側の平坦面のみに行われ、
   前記レンズの形成工程と前記遮光壁の形成工程が行われた一対の前記基板を、前記レンズが形成された平坦面とは逆側の平坦面同士で接着する工程をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のレンズアレイプレートの製造方法。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の方法により製造された複数個のレンズアレイプレートを積層する工程を備えることを特徴とする正立等倍レンズアレイプレートの製造方法。

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