JPH058441A - 画像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像装置のレンズアレイの表面を複写機等の
放電で生じるオゾン等から保護し、曇りを防止すると共
に、レンズ表面を平坦化し画像の乱れを防止する。更に
レンズ毎の焦点位置のばらつきを補正する。 【構成】 レンズアレイの表面に透明合成樹脂の被覆を
設け、レンズをオゾン等から生じた硝酸ミストと遮断す
ると共に、表面を平坦化する。被覆する透明合成樹脂の
厚さは、レンズが長焦点か短焦点かで定め、長焦点であ
れば光源面側を厚く、短焦点で有れば結像面側を厚く被
覆する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】この発明は、ＬＥＤプリンタヘッド
や液晶シャッタプリンタヘッド、密着型イメージセンサ
等の画像装置に関し、特に用いるレンズアレイの改良に
関する。

【０００２】

【従来技術】ＬＥＤアレイや液晶シャッタアレイと、セ
ルフフォーカシングレンズアレイ等のレンズアレイを組
み合わせた、プリンタヘッドは周知である。またセルフ
フォーカシングレンズアレイ等のレンズアレイと、光電
素子アレイ等を組み合わせた密着型イメージセンサも周
知である。これらの画像装置では、レンズアレイの性能
が重要である。

【０００３】しかしながらレンズアレイの第１の問題と
して、焦点のばらつきが有る。レンズアレイの焦点のば
らつきは、レンズ内での屈折率分布のばらつき、個別の
レンズの長さのばらつき、レンズのピッチ精度が低下し
たりレンズが傾いたりする等のレンズの整列度の低下に
より生じる。レンズアレイの第２の問題として、レンズ
表面が複写機等の感光ドラムでの放電部で生じるオゾン
等で曇る事がある。オゾンによる曇りは、コロナ放電で
生じたオゾンが窒素と反応して窒素酸化物が生々し、生
々した窒素酸化物が水分と反応して硝酸となりレンズ表
面に付着することで進行する。

【０００４】レンズアレイの焦点ばらつきの問題はプラ
スチックレンズで特に著しく、プラスチックレンズの場
合はこれ以外にレンズ表面が平坦でないという問題も有
る。これはプラスチックレンズアレイは、プラスチック
レンズを結束し切断しただけで、レンズ表面には切断時
の傷がそのまま残っているからである。レンズアレイの
表面が平坦でないことは、画像の乱れの原因となる。オ
ゾンによる曇りの発生の問題は、ガラスレンズで特に著
しい。ガラスレンズの場合、硝酸ミストが表面に付着す
ると、ガラス中のアルカリ成分が析出し、レンズの曇り
となる。レンズの曇りはオゾンに限らず、大気汚染によ
り生じた窒素酸化物や硫黄酸化物でも、同様に進行す
る。このような曇りはアルコール等で拭き取ることがで
きるが、複写機やプリンタファクシミリ等に組み込んだ
画像ヘッドのレンズアレイ表面を清掃することは難し
い。ガラスレンズを用いた従来の画像ヘッドでは、５０
０時間程度使用すると出力が約１０％減少し、レンズの
曇りの問題は大きな問題となる。

【０００５】

【発明の課題】この発明の課題は、オゾン等によるレン
ズアレイの曇りの発生や、切断時の傷によるレンズアレ
イ表面の平坦度の低下を防止し、画像装置の性能を向上
させる事にある。

【０００６】

【発明の構成】この発明の画像装置は、画像素子と、該
画像素子と光学的に結合したレンズアレイとを組み合わ
せたものにおいて、前記レンズアレイの少なくとも一部
のレンズ表面を、透明合成樹脂で被覆したことを特徴と
する。

【０００７】

【発明の作用】レンズの表面を透明合成樹脂で被覆する
と、レンズはオゾンや窒素酸化物、硫黄酸化物等から遮
断され、レンズの曇りの発生を防止することができる。
この結果、画像装置の交換寿命やメインテナンスの間隔
を延ばすことができる。この効果は、ガラスレンズに対
し特に著しい。被覆した透明合成樹脂はレンズ表面を平
坦化しプラスチックレンズの場合に特に問題となる、表
面の不平担性による画像の乱れを除くことができる。

【０００８】透明合成樹脂での被覆は、特に限定するも
のではないが、次のように用いることもできる。プラス
チックレンズの場合も、ガラスレンズの場合も、レンズ
アレイには焦点位置のばらつきがある。このようなばら
つきは、レンズ内での屈折率分布のばらつきや、個別の
レンズの長さのばらつき、あるいはレンズ間のピッチが
異なる、またレンズが傾いており整列していない等の事
で生じ、レンズ毎に異なったばらつきとして現れる。な
お焦点位置のばらつきは、プラスチックレンズでガラス
レンズの場合よりも大きい。レンズアレイ全体が等しく
標準からばらつくのであればともかく、焦点位置のばら
つきは一つのレンズアレイの中でも個別のレンズ毎のば
らつきとして現れる。このような個別のレンズ毎のばら
つきの補正は、きわめて困難である。そこで被覆した透
明合成樹脂の屈折率が周囲の空気等の屈折率と異なるこ
とを利用し、焦点位置のばらつきを補正する。

【０００９】透明合成樹脂の屈折率をｎ、周囲の媒体が
空気で屈折率が１とすると、厚さｄの透明合成樹脂の被
覆を設けると、レンズと光源面や結像面との距離Ｌは、
等価的に △Ｌ＝ｄ・（ｎ−１）／ｎ (1) だけ短縮する。そこで結像面がレンズから遠すぎる場
合、レンズの結像面側に透明合成樹脂の被覆を設けれ
ば、見かけ上結像面を近づけ、結像面に焦点位置を合わ
せることができる。逆に光源面が遠すぎる場合、レンズ
の光源面側に透明合成樹脂の被覆を設ければ、見かけ上
光源面を近づけ、焦点位置を合わせることができる。結
像面が近すぎる場合、レンズの光源面側に透明合成樹脂
の被覆を設ける。これは、レンズアレイの空間周波数Ｍ
ＴＦで表した解像度が、レンズと光源面や結像面との距
離が共に長すぎる場合や、共に短すぎる場合には余り低
下せず、一方のみが長すぎるあるいは短すぎる場合には
著しく低下することを利用したものである。同様に光源
面が近すぎる場合には、レンズの結像面側に透明合成樹
脂の被覆を設ける。透明合成樹脂の被覆は、ＣＣＤ素子
等で焦点位置のばらつきをレンズ毎に測定してレンズ毎
に行えるため、個別のレンズに応じた補正ができる。な
おＬＥＤプリンタヘッドのＬＥＤアレイや、光電素子ア
レイ、あるいは液晶シャッタアレイ等の表面高さのばら
つきをも補正する場合、これらのものをレンズアレイと
一体化した状態で焦点位置のばらつきを測定し補正すれ
ば、レンズアレイの焦点位置のばらつきとＬＥＤアレイ
等の表面高さのばらつきを同時に補正できる。

【００１０】

【実施例】図１〜図４に、レンズの焦点位置のばらつき
補正の原理を示す。なお各図において、光源は図の左側
に、結像面は図の右側に有り、光はレンズを左から右へ
通過するものとする。また実線は補正前の光の進路を示
し、破線は透明合成樹脂で補正後の光の進路を示す。こ
れらの表示は、全ての図で統一した。各図において、２
はレンズで、セルフフォーカシングレンズアレイの個別
のガラスレンズやプラスチックレンズとする。４は透明
合成樹脂で、好ましいものは透明アクリル樹脂や透明シ
リコン樹脂で、この他にも透明エポキシ樹脂等も用い
得、透明で硝酸等の酸への耐久性が高いもので有れば良
い。６は光源面で、ここではＬＥＤプリンタヘッドのＬ
ＥＤアレイであり、８は結像面でここではプリンタの感
光ドラムである。

【００１１】図１に、光源面６が遠すぎるため、焦点位
置が結像面８よりも遠方に有る（長焦点）状態を示す。
図２に、結像面８の位置が離れ過ぎているため、焦点位
置が結像面８よりも前方に有る（短焦点）の状態を示
す。なお長焦点、短焦点の用語は、常に結像面８に関し
て用い、光源面６に関しては用いないものとする。図３
は結像面８が近すぎるため長焦点となった状態を示す。
図４は光源面６が近すぎるため短焦点となった状態を示
す。これらのいずれの状態でも、長焦点で有れば光源面
６側に、短焦点で有れば結像面８側に透明合成樹脂４を
被覆し、焦点位置を補正する。

【００１２】補正の原理を説明する。図１の場合、光源
面６側に透明合成樹脂４を被覆すれば、レンズ２から見
て光源面６は式(1)に従い、見かけ上接近する。見かけ
上の接近距離を△Ｌ、レンズ２と光源面６や結像面８と
の距離をＬ、透明合成樹脂４の厚さをｄ、その屈折率を
ｎ、周囲の媒体が空気で屈折率を１とすると、 △Ｌ＝ｄ・（ｎ−１）／ｎ (1) となる。図２の場合、透明合成樹脂４で結像面８を見か
け上△Ｌだけ接近させ、（焦点位置を△Ｌだけ遠ざ
け）、短焦点の状態を補正する。図３の場合、結像面８
の位置が近すぎるため長焦点の状態であり、光源面６側
に透明合成樹脂４を被覆する。このようにすると見かけ
上光源面６がレンズ２に近づき、結果的に長焦点の状態
を補正できる。これはレンズの解像度には、光源面６や
結像面８が共に近すぎる場合や共に遠すぎる場合には影
響が少なく、一方のみが近すぎるあるいは遠すぎる場合
には影響が大きいことを用いたものである。即ち長焦点
の状態は結像面８が近すぎるのであり、光源面６を見か
け上近づけるのである。図４の場合、光源面６が近すぎ
るため短焦点の状態に有る。そこで結像面８側に透明合
成樹脂４を被覆し、結像面８を見かけ上近づけ、短焦点
の状態を補正する。これらのことから明かなように、長
焦点の場合には光源面６側に、短焦点の場合には結像面
８側に透明合成樹脂４を被覆すれば、焦点位置のばらつ
きの補正ができる。

【００１３】図５に、短焦点か長焦点かのばらつきの測
定方法を示す。１０はセルフフォーカシングレンズアレ
イで、結像面８の位置にＣＣＤ素子や光電子増倍管等の
イメージセンサを配置し、光源面６からの点光源の結像
状態を観察する。なおＬＥＤアレイの発光ダイオードは
極小さく、点光源と言える。この状態で、イメージセン
サを結像面８の左右に、あるいは左側や右側の一方向に
移動させ、画像ビームのビーム径の変化を観測する。短
焦点の場合には、図６のように結像面８からＡ，Ｂへと
イメージセンサの位置を変化させると、位置Ｃで画像ビ
ームのビーム径は最小となり、再び増加する。一方長焦
点の場合は位置Ｃで画像ビームのビーム径は最小とな
り、Ａ，Ｂへと移動するにつれてビーム径は増加する。
そこでビーム径が最小となる位置Ｃが、手前に有れば短
焦点であり、遠方に有れば長焦点である。また結像面８
からの位置Ｃのずれの距離で、焦点位置のずれの絶対値
が判明する。イメージセンサを手前側に（Ａ，Ｂの側
に）のみ移動させる場合、結像面８と位置Ａ，Ｂでの画
像ビームのビーム径の変化パターンと３点でのビーム径
の相対値から、短焦点か長焦点かの弁別とずれの絶対値
が判明する。

【００１４】具体的には、レンズアレイ１０とＬＥＤア
レイの基板とをセットし、感光ドラムの位置にイメージ
センサを配置する。次いでイメージセンサを移動させ、
個別のレンズ２毎に長焦点か短焦点かのずれの有無と、
ずれの程度を測定する。この後にレンズアレイ１０をＬ
ＥＤアレイの基板から切り離し、短焦点のレンズ２では
結像面８側に、長焦点のレンズ２では光源面６側に、透
明合成樹脂４を被覆する。被覆は、レンズ２毎に行い、
被覆する厚さは図５〜図７の手法で測定した値に従って
決定する。この後、ＬＥＤアレイを搭載した基板とレン
ズアレイ１０をセットすれば、個別の発光ダイオードの
高さのばらつきと、レンズ２毎の焦点位置のばらつきと
を同時に補正できる。なおレンズアレイ１０の焦点位置
の補正は、レンズアレイ単独で行い、発光ダイオードの
高さのばらつき補正は行わなくても良い。このようにし
て塗布した透明合成樹脂４は、同時にレンズ２の表面を
オゾンと空気中の窒素との反応で生じた硝酸ミスト等か
ら保護する役割をも持つ。

【００１５】焦点位置のばらつきはプラスチックレンズ
で大きく、ガラスレンズでは小さい。プラスチックレン
ズでは、焦点位置のばらつきの原因としてレンズ２の長
さのばらつきが大きい。そこで図８に示すように、レン
ズアレイ１０の表面の凹凸を測定し、透明合成樹脂４の
被覆位置と厚さとを定める。レンズ２１のように結像面
８の側が凹の場合、短焦点で有り、凹の程度に応じて透
明合成樹脂４の厚さを定め、結像面８側を被覆する。レ
ンズ２２のように、光源面６側が凹の場合、長焦点であ
り光源面６側に透明合成樹脂４を被覆する。レンズ２３
のように、結像面８側が凸の場合、長焦点であり光源面
６側に透明合成樹脂４を被覆する。レンズ２４のよう
に、光源面６側が凸の場合、短焦点であり結像面８側に
透明合成樹脂４を被覆する。レンズ２５のように共に凹
の場合は、透明合成樹脂４を両面に被覆しても良く、被
覆しなくても良い。レンズ２６のように共に凸の場合
は、共に被覆しない、あるいは凸の程度が著しい側に透
明合成樹脂４を被覆する。なおレンズ２の表面の凹凸と
長焦点か短焦点かの関係は、図５から明かである。

【００１６】図９，図１０に、プラスチックレンズの平
坦化と焦点精度のばらつきの補正の、双方の処理をした
変形例を示す。この場合、図９に示すように、レンズア
レイ１０の全面に薄い透明合成樹脂１２を被覆し、表面
を平坦化する。次いで図１０に示すように、図８，図５
の手法で短焦点か長焦点かの焦点位置のばらつきの有無
と程度を決定し、それに応じて透明合成樹脂４による補
正を行う。２つの透明合成樹脂１２，４は一度に塗布し
ても良い。

【００１７】プラスチックレンズの平坦化は、図１１の
ように一対のヒータ１４，１４を用い、レンズの両端を
加圧しながら加熱しても良い。加熱には、ヒータ１４か
らの直接の熱伝導の他に赤外線加熱、マイクロ波加熱等
の任意のものを用い得る。図１２に平坦化後のレンズア
レイ１０を示す。平坦化したレンズアレイ１０に、図
５，図８の手法で、焦点位置のずれの補正を施せば、図
１０と同様に、平坦化処理と焦点位置のずれの補正の双
方を施したレンズアレイが得られる。なお図１１の平坦
化で、圧力と加熱温度とを増せば、レンズ２の表面が単
に平坦化するだけでなく、図８に示した凹凸が解消さ
れ、焦点位置のばらつきの補正も行える。

【００１８】図１３にガラスレンズに適した、レンズ表
面の保護と焦点位置のばらつきとの双方を行った変形例
を示す。この場合、図５，図８の手法で、短焦点、長焦
点の焦点位置のばらつきの有無と程度をレンズ２毎に測
定する。次いでこれに基づいて、透明合成樹脂４の被覆
量を定め、両面に透明合成樹脂４を被覆する。焦点位置
のばらつきがないレンズ２７では透明合成樹脂４の厚さ
は最小とし、焦点位置のばらつきのあるレンズ２８等で
は、短焦点の場合結像面８側の透明合成樹脂４を厚く、
長焦点の場合光源面６側の透明合成樹脂４を厚く塗布
し、補正を行う。

【００１９】

【発明の効果】この発明では、オゾン等によるレンズア
レイの曇りの発生や、切断時の傷によるレンズアレイ表
面の平坦度の低下を防止し、画像装置の性能を向上させ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例での光源面とレンズとの距離が長す
ぎる場合の補正を示す図

【図２】 実施例での結像面とレンズとの距離が長す
ぎる場合の補正を示す図

【図３】 実施例での結像面とレンズとの距離が短す
ぎる場合の補正を示す図

【図４】 実施例での結像面とレンズとの距離が短す
ぎる場合の補正を示す図

【図５】 実施例でのレンズアレイの焦点位置ばらつ
きの補正を示す図

【図６】 実施例での焦点位置ばらつきの測定を示す
図

【図７】 実施例での焦点位置ばらつきの測定を示す
図

【図８】 変形例での焦点位置ばらつきの補正を示す
図

【図９】 実施例での透明合成樹脂被覆によるレンズ
表面の平坦化を示す図

【図１０】 実施例でのレンズ表面の平坦化後の、焦点
位置ばらつきの補正を示す図

【図１１】 他の変形例でのレンズ表面の平坦化を示す
図

【図１２】 図１１の変形例での平坦化後のレンズ表面
を示す図

【図１３】 図１１の変形例でのレンズ表面の平坦化後
の、焦点位置ばらつきの補正を示す図

【符号の説明】

２ レンズ ４ 透明合成樹脂 ６ 光源面 ８ 結像面 １０ レンズアレイ １２ 透明合成樹脂 １４ ヒータ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 画像素子と、該画像素子と光学的に結合
   したレンズアレイとを組み合わせた画像装置において、 前記レンズアレイの少なくとも一部のレンズ表面を、透
   明合成樹脂で被覆したことを特徴とする、画像装置。