JPH06342131A - レンズアレイ及びそれを用いた密着型イメージセンサー - Google Patents

レンズアレイ及びそれを用いた密着型イメージセンサー

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 レンズ素子体としての被写界深度を改善す
る。 【構成】 レンズ素子を複数配列して成るレンズ素子体
６と、このレンズ素子体６のレンズ素子間に設けられ、
複数のレンズ素子による像の重なりを制限する重なり制
限部材１０と、を備えたレンズアレイ。該レンズアレイ
を用いた密着型イメージセンサー。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレンズアレイ及びそれを
用いた密着型イメージセンサーに係るものである。本発
明のレンズアレイは、特に原稿に密着し読取を行う密着
型イメージセンサーに好適に使用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】図１４は従来の密着型イメージセンサー
の構造を示す断面図である。同図に示すように、センサ
ーユニットは、光電変換を行う画素が複数配列されたセ
ンサーＩＣ１と、保護膜２と、これらが実装された基板
３とから成るセンサーモジュール（センサーアレイを構
成する）４、原稿を照明する光源であるＬＥＤアレイ
５、原稿の像をセンサー受光部に結像するレンズ素子体
（レンズアレイを構成する）６、原稿９に密着しこれを
支持する透明部材７、そしてこれらの部材を支持するフ
レーム８より構成されている。
【０００３】上記密着型イメージセンサーにおける動作
は、光源（ＬＥＤアレイ５）により原稿を照明し、原稿
の読取ライン上の拡散反射光をレンズ素子体６によりセ
ンサー画素列上に結像し、前記反射光のもつ原稿の濃度
情報、即ち光の強弱を個々のセンサー画素が電気信号に
変換し、主走査方向に順次送り出す。そして原稿とセン
サー画素列との相対位置を副走査方向に移動させて前記
の主走査方向のデータ送出を繰り返すことにより２次元
画像情報を時系列電気信号に変換する。
【０００４】上記レンズ素子体としては、例えば、光軸
に直交する方向に屈折率分布をもったレンズ素子を複数
配列したものを用いることができる。より具体的には光
軸に直交する方向に屈折率分布を持った光ファイバーを
多数直線状に配列したものを用いることができ、個々の
光ファイバーはレンズ作用を示すため、全体として小型
で長尺な結像レンズとして働く。図１５はレンズ素子体
の開口部を示しており、レンズ素子体６をセンサーモジ
ュール４側から見た図である。図１５において、６ａは
レンズ素子体の開口部、６ｂ，６ｃは支持板、６ｄは樹
脂等のレンズ素子を保持する部材である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では結像レンズとしてレンズ素子体、即ち複眼レン
ズを使用しているため像の重なりが発生し、合成開口角
が大きくなるので被写界深度が浅く、原稿が折れていた
り、切り貼りなど原稿に凹凸がある場合に画質が劣化す
るという問題があった。また、図１９に示すようなフラ
ットベッドスキャナ等では本の見開き部分等の読み取り
をすることができず、センサーの用途が限定されてい
た。
【０００６】図１６（ａ），（ｂ）に前記レンズ素子体
としてグレーテッドインデックス型光ファイバーレンズ
アレイを例にとり、結像の様子を説明する。個々のレン
ズ素子は、図１６（ａ）に示すように原稿面上の直径Ｘ
0 のエリアをセンサー面上に正立等倍結像する。このよ
うなレンズ素子を図１６（ｂ）に示すように多数直線状
に配列することにより、個々のレンズ素子の像を重ね合
わせ、長尺な像面を形成する。複数のレンズ素子の像の
合成によりひとつの像を形成する場合の被写界深度は、
以下の様に考えられる。図１７（ａ），（ｂ）に示すよ
うに、ある１点（物体点Ｐ）とその像ｑを考えた場合、
結像に関与するレンズ素子数が多くなるほど合成の開口
角θ′（図１７（ｂ）に図示）は個々のレンズ素子の開
口角θ（図１７（ａ）に図示）より大きくなり、物体点
Ｐ′への移動δL に対して像ｑのボケＢが大きくなる。
即ち、個々のレンズ素子の被写界深度に比べてレンズ素
子体としての被写界深度は浅くなってしまう。図１８
に、結像に関与するレンズ素子数と被写界深度との関係
を示す。ここで、像径Ｘとレンズ素子径Ｄにより像の重
なり度ｍ＝Ｘ／Ｄなるパラメータを導入し結像に関与す
るレンズ素子数を表わす。個々のレンズ素子の開口角θ
を小さくすることで被写界深度を改善できるが、この場
合、光路長ＴＣ（Ｐ−ｑ）が長くなり、従来例のように
密着型イメージセンサーに使用する場合、本体が大型化
してしまう。また、像面に到達する光量が著しく減少
し、光源にかかる負担が大きくなる。さらには、このよ
うな被写界深度の深いレンズ素子体は高価である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のレンズアレイ
は、レンズ素子を複数配列して成るレンズ素子体と、こ
のレンズ素子体のレンズ素子間に設けられ、複数のレン
ズ素子による像の重なりを制限する重なり制限部材と、
を備えたものである。
【０００８】本発明の第１の密着型イメージセンサー
は、原稿を支持する透明部材と、該原稿を照明する光源
と、該原稿からの反射光を導く光学素子アレイと、導か
れた原稿像を光電変換するセンサーアレイと、を備えた
密着型イメージセンサーにおいて、前記光学素子アレイ
として上記本発明のレンズアレイを用いたことを特徴と
する。
【０００９】また本発明の第２の密着型イメージセンサ
ーは、上記本発明の第１の密着型イメージセンサーにお
いて、レンズ素子体とセンサーアレイとの間に、各レン
ズ素子に対応した複数の開口部を有する重なり制限部材
を、各レンズ素子の光軸と該開口部の中心とが一致する
ように設置したことを特徴とする。
【００１０】また本発明の第３の密着型イメージセンサ
ーは、上記本発明の第１の密着型イメージセンサーにお
いて、前記重なり制限部材は各レンズ素子に対応した複
数の透光部材を有し、隣接する該透光部材間が遮光され
ていることを特徴とする。
【００１１】
【作 用】本発明のレンズアレイは、レンズ素子を複数
配列して成るレンズ素子体において、レンズ素子間の像
の重なりを制限する重なり制限部材を設けることによ
り、光路長を長くすることなく結像に関与するレンズ素
子数を減少させ、すなわち、図１８における像径Ｘを制
限することで重なり度ｍを小さくし、レンズ素子体とし
ての被写界深度を改善したものである。伝達光量は結像
に関与するレンズ素子数の減少に従い減少するが、個々
のレンズ素子の開口角を小さくする場合に比べて減少の
割合は小さい。
【００１２】本発明の第１の密着型イメージセンサー
は、結像光学系として上記本発明のレンズアレイを用い
ることで、小型、低コストで、被写界深度が深いセンサ
ーを構成したものである。
【００１３】本発明の第２の密着型イメージセンサー
は、上記本発明の第１の密着型イメージセンサーにおい
て、さらに、レンズ素子体とセンサーアレイとの間に、
各レンズ素子に対応した複数の開口部を有する重なり制
限部材を、各レンズ素子の光軸と該開口部の中心とが一
致するように設置することで、重なり制限部材の開口部
の位置（レンズ素子体とセンサーアレイとの間の位置）
と開口部の径とを適宜設定することによって像径を小さ
く制御し、被写界深度の向上を図るものである。
【００１４】本発明の第３の密着型イメージセンサー
は、上記本発明の第１の密着型イメージセンサーにおい
て、前記重なり制限部材は各レンズ素子に対応した複数
の透光部材を有し、隣接する該透光部材間が遮光されて
いるようにすることで、上記本発明の第２の密着型イメ
ージセンサーと同様に、各レンズ素子の像径を小さく制
御し、被写界深度の向上を図るものである。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。 （実施例１）図１は本発明の密着型イメージセンサーの
第１の実施例の断面図である。図２（ａ）は本発明の第
１の実施例の重なり制限部材を設けた部分の副走査断面
図、図２（ｂ）は主走査断面図である。尚、図１，図２
において、図１４の構成部材と同一構成部材については
同一番号を付し、説明を省略する。図１及び図２に示す
ように、本実施例では正立等倍結像型のレンズ素子を複
数配列したレンズ素子体６のセンサー側開口部に重なり
制限部材１０を設けて（本実施例ではレンズ素子体６と
重なり制限部材１０とでレンズアレイを構成する。）、
各レンズ素子間の像の重なりを制限し結像径を小さくす
ることでレンズアレイとしての合成の開口角を小さく
し、合成の被写界深度を向上させている。図３に重なり
制限部材の外観を示す。この場合、重なり制限部材はフ
ィルム状の不透明部材にレンズピッチＤに等しいピッチ
で径φの透光窓１０′があいた形状をしており、窓径φ
の大きさによって像径Ｘを制御する。
【００１６】重なり制限部材１０は、部材の貼り付けの
他、レンズに直接印刷してもよく、またフレーム８側に
設けてもよい。ただし、フレーム８の熱膨張係数をレン
ズ素子体６のそれにあわせ、レンズ素子体６とフレーム
８との相対位置が温度により変化しないようにする。ま
た、その形状はレンズ素子間の像の重なりを制限する形
状であれば任意である。
【００１７】また、重なり制限部材の形状はレンズ素子
間の像重なりを制限する形状であれば任意である。図４
に重なり制限部材の他の形状を示す。この場合、主走査
方向のみに被写界深度向上の効果がみられる。 （実施例２）図５は本発明の密着型イメージセンサーの
第２の実施例の断面図である。同図において、１２ａが
重なり制限部材、１２ｂがその位置を規定するスペーサ
ーである（本実施例ではレンズ素子体６、重なり制限部
材１２ａ、スペーサー１２ｂでレンズアレイを構成す
る。）。本実施例では、実施例１の構成に対し、重なり
制限部材はスペーサーを介してレンズ素子体と一定距離
ｔをおいて設けられる。その他の部材については図１の
構成部材と同じなので同一符号を付して説明を省略す
る。
【００１８】図７に重なり制限部材の外形斜視図を示
す。像の重なりの制限は図６（ａ），（ｂ）に示すよう
に、窓１２′の径φとスペーサー厚ｔとにより行う。窓
径φで像の重なりを制限するとレンズ素子体の合成開口
角が小さくなり像面伝達光量が減少するため、スペーサ
ー厚ｔによる制御が有力であるが、この場合、スペーサ
ー厚ｔを大きくしすぎると隣接レンズ素子の像が漏れ込
んできて深度向上の効果が失われる。そこで、図８によ
うに、スペーサー１３ｂを格子状にすると、漏れ光を遮
光することにより深度向上の効果が大きい。さらには、
スペーサーと重なり制限部材を一体化した図９に構成が
可能である。さらには、センサーフレームに直接作り込
んでも良い。尚、実施例１と同様に部材の熱膨張係数を
レンズ素子体のそれにあわせ、レンズ素子体との相対位
置が温度により変化しないようにする。また、重なり制
限部材の窓の形状は像の重なりを制限する形状であれば
任意である。 （実施例３）図１０は本発明の密着型イメージセンサー
の第３の実施例の断面図である。図１２はレンズアレイ
の構成を示す斜視図である。両図において、１５は重な
り制限部材である。尚、図１の構成部材と同一構成部材
については、同一符号を付し、説明を省略する。
【００１９】ここで、重なり制限部材１５はレンズ素子
体６（グレーテッドインデックス型光ファイバーアレ
イ；光軸に直交する方向に屈折率分布を持った光ファイ
バーを多数直線状に配列したもの）と同径で、外枠１５
ｂ，１５ｃと外周部を遮光した透光部材１５ａとからで
きており、透光部材は光ファイバーレンズアレイの製造
工程において、屈折率分布を持たせる工程を省いて製造
される。尚、図中、６ａはレンズ素子、６ｂ，６ｃは外
枠である。
【００２０】このような重なり制限部材１５はレンズ素
子体と透光部材を含めた外形寸法が等しく、レンズ素子
毎に１対１にピッチずれなく取り付けることができる。
また、部材の材質が等しいため、温度変化に対してもピ
ッチずれを起こさない。また透光部材１５ａとレンズ素
子体の外枠６ｂ，６ｃとを一致させて製造してもよい。
【００２１】レンズ素子を透過した光のうち、外に広が
る部分は重なり制限部材１５の内壁に吸収され、結像径
を制限する。ここで、重なり制限部材１５は、図１１
（ａ），（ｂ）に示すように厚さｔを変化させることに
より結像半径Ｘを制御すると共に像の重なりを制限す
る。また、重なり制限部材の透光窓径がレンズ素子径に
等しいため、像面伝達光量の減少は少ない。
【００２２】図１３は重なり制限部材の他の構成を示す
斜視図である。この重なり制限部材は図１０と同様の目
的を達成するために、短辺ａがレンズ素子径Ｄに等しい
透光部材のブロック１６ａを多数直線状に遮光性の接着
剤１６ｂでつないだもので、短辺ａをレンズ素子径Ｄに
一致させレンズ素子体の開口部に設置することによりレ
ンズ素子間の像の重なりを制御する。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレンズア
レイ及び密着型イメージセンサーによれば、レンズ素子
間に重なり制限部材を設けることによってレンズアレイ
としての合成の開口角を小さくでき、合成被写界深度を
向上させることができる。従って原稿の凹凸や浮きの影
響を受けにくくなり、フラットベッドスキャナ等への適
用が可能となり、センサーの使用範囲を拡大することが
できる。
【００２４】また、高価な光路長の大きいレンズアレイ
を使用するよりも、低コストで、小型化ができ、また、
従来の部品を使用できるため、部品の標準化につなが
り、製造コストを低減できる。
【００２５】また本発明の密着型イメージセンサーによ
れば、レンズ素子体とセンサーアレイとの間に、各レン
ズ素子に対応した複数の開口部を有する重なり制限部材
を、レンズ素子の光軸と該開口部の中心とが一致するよ
うに設置することにより、各レンズ素子の結像径を制御
することができ、従来の長焦点タイプのレンズアレイを
使用した場合に比べて、小型で低コストな被写界深度の
深い密着型イメージセンサーを実現することができる。
【００２６】また本発明の密着型イメージセンサーによ
れば、重なり制限部材は各レンズ素子に対応した複数の
透光部材を有し、隣接する該透光部材間が遮光されてい
るようにすることで、各レンズ素子の結像径を制御する
ことができ、従来の長焦点タイプのレンズアレイを使用
した場合に比べて、小型で低コストな被写界深度の深い
密着型イメージセンサーを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の密着型イメージセンサーの第１の実施
例の断面図である。
【図２】図１の重なり制限部材の拡大図及び機能説明図
である。
【図３】重なり制限部材の外観図である。
【図４】他の構成の重なり制限部材の外観図である。
【図５】本発明の密着型イメージセンサーの第２の実施
例の断面図である。
【図６】図５の重なり制限部材の拡大図及び機能説明図
である。
【図７】重なり制限部材の外形斜視図である。
【図８】他の構成の重なり制限部材の外形斜視図であ
る。
【図９】他の構成の重なり制限部材の外形斜視図であ
る。
【図１０】本発明の密着型イメージセンサーの第３の実
施例の断面図である。
【図１１】図１０の重なり制限部材の拡大図及び機能説
明図である。
【図１２】重なり制限部材の外形斜視図である。
【図１３】他の構成の重なり制限部材の外形斜視図であ
る。
【図１４】本発明の密着型イメージセンサーの構造を示
す断面図である。
【図１５】レンズ素子体（グレーテッドインデックス型
光ファイバーレンズアレイ）の外観図である。
【図１６】レンズ素子体（グレーテッドインデックス型
光ファイバーレンズアレイ）の機能説明図である。
【図１７】レンズ素子単体及びレンズ素子体の被写界深
度の説明図である。
【図１８】レンズ素子体の重なり度ｍと被写界深度の関
係を表わす図である。
【図１９】被写界深度が深い場合のセンサーの使用例を
示す図である。
【符号の説明】
１ センサーＩＣ ２ 保護膜 ３ 基板 ４ センサーモジュール（センサーアレイ） ５ ＬＥＤアレイ ６ レンズ素子体（レンズアレイ） ６ａ レンズ素子（グレーテッドインデックス型光ファ
イバーレンズ） ６ｂ 支持体（外枠） ６ｃ 支持体（外枠） ６ｄ 充填剤 ７ 透明部材 ８ フレーム ９ 原稿 １０ 重なり制限部材 １１ 重なり制限部材 １２ 重なり制限部材 １２ａ 重なり制限部材 １２ｂ スペーサー １３ａ 重なり制限部材 １３ｂ スペーサー １４ 重なり制限部材 １５ 重なり制限部材 １５ａ 重なり制限部材 １５ｂ 支持体（外枠） １５ｃ 支持体（外枠） １５ｄ 充填剤 １６ａ 透光部材 １６ｂ 遮光性接着剤

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レンズ素子を複数配列して成るレンズ素
    子体と、このレンズ素子体のレンズ素子間に設けられ、
    複数のレンズ素子による像の重なりを制限する重なり制
    限部材と、を備えたレンズアレイ。
  2. 【請求項２】 原稿を支持する透明部材と、該原稿を照
    明する光源と、該原稿からの反射光を導く光学素子アレ
    イと、導かれた原稿像を光電変換するセンサーアレイ
    と、を備えた密着型イメージセンサーにおいて、 前記光学素子アレイとして請求項１記載のレンズアレイ
    を用いたことを特徴とする密着型イメージセンサー。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の密着型イメージセンサー
    において、レンズ素子体とセンサーアレイとの間に、各
    レンズ素子に対応した複数の開口部を有する重なり制限
    部材を、各レンズ素子の光軸と該開口部の中心とが一致
    するように設置したことを特徴とする密着型イメージセ
    ンサー。
  4. 【請求項４】 請求項２記載の密着型イメージセンサー
    において、前記重なり制限部材は各レンズ素子に対応し
    た複数の透光部材を有し、隣接する該透光部材間が遮光
    されていることを特徴とする密着型イメージセンサー。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の密着型イメージセンサー
    において、各レンズ素子は光軸に直交する方向に屈折率
    分布を持った光ファイバーからなり、各透光部材は光軸
    に直交する方向に屈折率分布を持たない光ファイバーか
    らなる密着型イメージセンサー。
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