JPS62178922A

JPS62178922A - 光学装置

Info

Publication number: JPS62178922A
Application number: JP2167786A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Taniguchi; 正谷口
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1986-02-03
Filing date: 1986-02-03
Publication date: 1987-08-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、文字、図形等の画像の読みとりに用いられる
光学装置、特に光学像を電気信号に変換して電子計算機
に入力するイメージスキャナー、或いはコピー装置等に
適用する光学装置に係わる。

〔発明の概要〕

本発明は、対のレンズアレーの組合せ構成をとり、両レ
ンズアレーは、夫々のレンズ素子が互いに対応して設け
られて各レンズ素子の組合せによって夫々被写体の各部
の光学像を正立像として受光センサーに被写体の光学像
に対応する連続像として結像し、高解像化をはかるもの
である。

〔従来の技術〕

文字、図形等の画像の読みとりを一次元的に配列された
多数の絵素として読みとって行くラインセンサー構造と
する場合、多数の夫々単レンズによるレンズ素子が配列
された屈折率分布型の平板レンズや回折格子型のレンズ
アレーを配置することが考えられるが、この場合、第１
Ｏ図にその光学図を概略的に示すように、今読みとりを
行わんとする被写体Ｓを、レンズアレーＬの各単レンズ
素子１１＋　　ｎ２＋　　１３・・・・によって夫々各
部△Ｂ。

ＣＤ、ＥＦ、　　・・・・とじて読みとるとすると、こ
れらレンズ素子１１．　１２．（１３・・・・によって
例えば光−電気変換の受光センサー上に結像させた映像
Ｉは、各部ＡＢ、ＣＤ、ＥＦが夫々倒立したＢＩＡｔ　
、Ｃ＋　Ｄｌ、Ｅｔ　Ｆｌ・・・・像となるために全体
の映像■は被写体Ｓに対応しない不連続像となってしま
う。

このような倒立像となるレンズアレーに代えてオプティ
カルファイバーによって被写体の各絵素部を受光センサ
ー上に光学的に正立像として持ち来すものも考えられて
いる（例えば特公昭５３−３６９８０号公報中第３図）
。このようなオプティカルファイバーを用いる場合にお
いても、実際上集光レンズ作用を有する。例えば５ＥＬ
ＦＯＣ（日本板ガラス製商品名）の配列によるが、この
ようなレンズアレーでは高々１２本／　ｍｕ程度の分解
能しか得られない。

また、この種のオプティカルファイバーにおいて所要の
レンズ作用を生じさせるためにファイバー中に所要の屈
折率分布を形成する必要があるがこの屈折率分布の選定
の自由度が小さいことから設計に制約が生じたり得られ
た映像に歪などの問題が生じる。

（発明が解決しようとする問題点〕本発明は、各レンズアレーにおいて上述したように倒立
部分像の問題を解消し、しかも分解能の低下を回避する
ことができるようにしたイメージスキャナーに適用して
好適な光学装置を提供する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、その基本的構成とその光猫図を第１図に示す
ように、被写体との対向面に例えば一ライン上に配列形
成された複数の単一レンズ素子１１１゜７！１２．１’
１３・・・・より成る第１のレンズアレーＬ□を設け、
この第１のレンズアレーＬ、ｓと光学的に対向してこの
第１のレンズアレーＬ１の各レンズ素子１１１＋　　Ｉ
！１２．　１１３・・・・に対応して複数の単一レンズ
素子ｍｌ！２１．　　ｊｌ！２２．　１２３・・・・が
配列された第２のレンズアレーＬ２を設ける。

そして、この第２のレンズアレーＬ２の各レンズ素子１
２１．　１！２ｔ、　　ｌ１２３・・・・からの各光学
像を受光する例えば電荷転送装置ＣＣＤすなわち、固体
撮像装置等より成るセンサーＲを有し、第１のレンズア
レーＬ１による第１の結像面Ｉ　Ｍｌが、第１及び第２
のレンズアレーＢ２間に存在するようにし、Ｎ４２のレ
ンズアレーＬ２により受光センサーＲの受光面上の第２
の結像面Ｉ　Ｍ２に正立映像として結像するようにする
。第１のレンズアレーＬ１の前方側方には、光供給手段
Ｐが設けられ、被写体Ｓへの照明が行われて、この被写
体Ｓからの反射光学像をレンズアレーＬ、に導入する。

ｔは受光センサーＲの出力端子を代表的に示す。

〔作用〕

本発明装置は、被写体Ｓの例えば１９４７分を第１のレ
ンズアレーＬ１の各レンズ素子’　ｌ’ｌ　＋　　’　
１２　＋ｌＬ３・・・・によって夫々レンズ素子に対応
する数の部分に間断なく連続的に分割した光学像化１面
、■・・・・として読みとり（本明細書の図面の各光路
図においては、被写体Ｓの各部分π、ＣＤ、ＥＦ・・・
・は、模式的に不連続に描いているが、これら各部分ｎ
。

ＣＤ、ＥＦ・・・・は連続した各部分を示すものである
。）、これを次段の第２のレンズアレーＬ２との間で像
Ｂ□Ａｓ　、Ｄｓ　Ｃｓ　、ＦＩＥｔ・・・・として第
１の結像面ＩＭ１で結像し、これを第２のレンズアレー
Ｌ２の各レンズ素子１１２ｘ、　　Ｉ！２２．　１１２
）・・・・にょって受光センサーＲの受光面上に第２の
結像面Ｉ　Ｍ２で像Ａ２　Ｂ２．Ｃ２Ｄ２．Ｂ２　Ｆ＝
・・・・として結像させる。そして、受光センサーＲに
よって一ラインの各部Ａ２　Ｂ２　、Ｃ２Ｄ２　、Ｂ２
　Ｆ２を電気信号に変換し、端子ｔより例えば１ライン
分の信号を順次的に或いは同時的にとり出す。すなわち
、この構成によれば、２組の対応するレンズ素子が配列
されたレンズアレーＬ１及びＢ２を組合せ用いたことに
よって受光センサーに、各部分像を正立像として結像で
きることから全体としての第２の像面ＩＭ２における映
像を、被写体Ｓに対応した像として検出できる。

〔実施例〕

第１図で説明した本発明装置の構成において、第１及び
第２のレンズアレーＬ１及びＢ２の光学系としては、例
えば第２図に示すように、平行平板の透明基板（１１の
両主面（Ｉａ）及び（１ｂ）に、夫々レンズ素子Ｉ！１
□＋　’１２＋　１１３・・・・、１２１・Ｉ！２２・
１２３　”　”が夫々正対する一直線上に一体に配列形
成された２枚のレンズアレーＬ１及びＬ２を光学的接着
によって貼り合せるとか、或いは透明基板ｆｌ）の両主
面（１ａ）及び（１ｂ）自体に各レンズ素子’　ｌ’１
　＋　１１２　＋　７’　１３・・・・＋　１２１＋　
１２２．　ｊｌ！２３・・・・を形成することもできる
。

各レンズ素子Ｉ　Ｌ’Ｌ　＋　１１２　＋　１１３・・
・・＋　’２Ｌ＋　１２２＋１！２３・・・・は、球面
レンズ、グレーティングレンズ。

屈折率分布型平板レンズ等の各構成を採り得る。

グレーティングレンズ構成とする場合は、１μＩえば電
子線描画、旋盤、ホログラム露光等で各グレーティング
レンズ素子に対応する一列の素子群を形成したスタンピ
ング用マスターレンズアレーを作製するとか、同様の方
法によって先ず１つの素子を形成し、これを−列に繰返
えし転写して行ってマスターレンズアレーを作製する。

そして、このようにして得た対のマスターレンズアレー
を用いて基板（１）の両主面（１ａ）及び（ｌｂ）に対
し、スタンピングを行って、第１及び第２の各レンズア
レー　Ｌ　１及びＬ２を成型する。この場合、両アレー
Ｌ１及びＬ２の各対応するレンズ素子１１’１　＋　　
１１２＋１１３・・・・、　　ｆ１２ｘ、　　１ｎ、　
　Ａ２３・・・・の軸合わせは両マスターレンズアレー
の位置合わせによって設定できる。また、各レンズ素子
ｌ工１＋　　ｌ１１２＋　　１１３・・・・、　　１２
＞＋　　１２２＋　　１ｎ・・・・は、基板（１）を構
成する例えばガラス基板の両面に多数の円形透孔を直線
上に所要の間隔をもって配列したクロム蒸着膜によるマ
スクを被着し、このマスクの透孔を通じて屈折率変化を
生せしめる不純物拡散をも行ってマスクの各透孔部に同
心的な屈折率分布を有する屈折率分布型のレンズ素子１
１’１．　１１２．　１１ｇ・・・・が配列されたレン
ズアレーＬ１及びＬ２を基板（１）の両主面（１ａ）及
び（１ｂ）に形成し得る。

そして、令弟３図に示すように、被写体Ｓを複数部分に
分割することによって決められた各レンズアレーＬ１及
びＬ２の各レンズ素子１２１’ｌ　ｒ　　ｊ２１２　＋
ｇｔａ・・・・、　　１２１．　　ｊ！２２ｔ　　Ｊ２
３・・・・の各配置許容幅、すなわち許容光路幅をＷと
し、被写体Ｓから第１のレンズアレーＬ１までの距離を
Ｆｏ、第１のレンズアレーＬ１から第１の結像面！Ｍ１
までの距離をｄｌとし、第１の結像面Ｉ　Ｍｌから第２
のレンズアレーＬ２までの距離をｄ２とし、第２のレン
ズアレーＬ２から第２の結像面Ｉ　Ｍ２までの距離をＦ
ｉとするとき、例えばＷ＝　０．５ｍｍ、　Ｆｏ＝１０
ｍ＋　ｄｘ　＝５鰭、　　ｄ２＝２．４８鰭、　Ｐｉ＝
　４．９６鶴に選定し得る。

すなわち、例えば受光センサーの受光面すなわち第２の
結像面Ｉ　Ｍ２の映像を被写体Ｓと同サイズとする等倍
結像を行う条件は、ｄ　１／　Ｆｏ＝　ｄ　２　／　Ｆ
ｉである。しかしながら、第１のレンズアレーＬ１の各
レンズ素子ＩＩ　１’ｉ＋　　７！　１２＋　　１２１
３・・・・による各部が、各部の光路の許容幅Ｗを超え
て第２のレンズアレーＬ２の互いに対応しない隣り合う
他のレンズ素子ｍｌ！２２．　　ｊ２２３．Ｉ！２４・
・・・に入り込むことをできるだけ回避するには、第２
のレンズアレーＬ２は、第１のレンズアレーＬ１の結像
面ＩＭｉ側に片寄った位置に配置する。すなわち、この
ようにすることによって例えば第３図に破線ａで示すよ
うに、例えば分割像ｍこ関し、その最外端Ａ点からの対
応するレンズ１１゛１による結像ＢＩＡｔの最外端Ａ１
点に向う光が、第２のレンズアレーＬ２において、本来
の光路の許容幅Ｗを超えて対応するレンズ素子１２１以
外の隣り合う他のレンズ素子１２２に、入り込むことを
回避する。しかしながら更に、被写体Ｓの各分割像は、
夫々対応する光路における全域において夫々の許容幅Ｗ
を超えて他の光路ないしは受光面に入ることはできるだ
け回避することが望ましく、このために各位置に各光路
外からの光の入り込みを遮断する遮断手段を設けること
が望ましい。その一手段としては、例えば、第４図に示
すように、第１の結像面ＩＭｉ上、或いはその近傍に夫
々の結像１３１Ａ１　、Ｄｔ　Ｃ１・・・・の大きさに
対応する大きさの透孔り、、ｈ２・・・・を所定のピッ
チ、すなわちＷのピッチをもって穿設した遮断マスクＭ
を配置して第２のレンズアレーＬ２の各レンズ素子１２
１　＊　　’！　２２・・・・に夫々対応する光学像Ｂ
Ｉ　Ａ１　、ＤＩ　Ｃ１・・・・には入射させるものの
その隣接する互いに他の光学像に関する不要光の入射を
できるだけ遮断するようになし得る。

この場合、第１の結像面ＩＭ工の各光学（ｊｉＢＩＡｌ
。

ＤＩＣｌ・・・・は、できるだけ小さい像として結像す
るように、その光学系を設計し、これに対応してマスク
Ｍの透孔　ｈ□、ｈ２・・・・をできるだけ小さくする
ことによって不要光の遮蔽効果をより効果的に行うこと
ができる。このような遮光マスクＭは、例えば第５図に
示すように、第２図で説明した透明基板（１１を２枚の
基板部（ＩＡ）及び（ＩＢ）の貼り合せによって構成し
、両基板部（１４）及び（ＩＢ）の貼り台面の一方に遮
光マスクＭを被着形成するか、両基板部（１八）及び（
ＩＢ）に遮光マスクＭを挾み込んで貼り合わせる構造を
とり得る。

上述した遮光マスクＭによれば、各分割光学像に関する
比較的近接する他の光学像に関する比較的強い光の不要
光の遮断は比較的行うことができるが、第２のレンズア
レーＬ２の各レンズ素子’　２１．ｊ２２２＋　　１２
３・・・・に、比較的離れた他の光路からの比較的弱い
不要光が、遮光マスクの他の透孔ｈ２．ｈ３・・・・か
ら入射してくる場合がある。

このような不要光に対する遮蔽を行うには、第２の遮蔽
手段として、第６図に示すように、第１及び第２のレン
ズアレーＬ１及び５２間に、互いに対応する各レンズ素
子ｊ２１’１＋　　１１２ｒ　　１１３・・・・。

１２１、β２２．ｊ！２３・・・・間の各光路を光学的
に分離する光学的仕切Ｂを、例えば各光路を囲んで設は
得る。この仕切りＢの具体的構造は、例えば第７図に示
すように前述した透明基板（１）に代えて光吸収の着色
樹脂基板（１１）を設け、これに各光学路を形成する透
孔を穿設するとか、透明物質部として夫々光路を形成す
る光透過部ｂ１＋　　ｂ２．ｂ３・・・・を形成する構
造となし得る。そして、この場合、第８図で示すように
光学的仕切Ｂと共に前述した遮光マスクＭを配置するこ
ともできる。この遮光マスクＭは、例えば光学的仕切り
Ｂを構成する着色基板（１１）を２枚の着色基板部（Ｉ
ＩＡ）及び（ＩＩＢ　”）の貼り合わせによって構成し
、両基板部（ＩＩＡ）及び（ＩＩＢ）間に遮光マスクＭ
を挾み込んで合体するようになし得る。そして、基板（
１１）の両面（ｌｌａ　）及び（ｌｌｂ　）に前述した
グレーティングレンズ或いは屈折率分布型のレンズによ
る板状の第１及び第２のレンズアレーＬ１及びＬ２を光
学的接着剤によって貼り合わせるとか、或いは例えば着
色基板部（ＩＩＡ　）及び（ＩＩＢ）の各一方の面倒に
これと一体に透明樹脂によるレンズを成型する。

更に、第１のレンズアレーＬ１と被写体Ｓとの間、第２
のレンズアレーＬ２と受光センサーＲの受光面、すなわ
ち第２の結像面Ｉ　Ｍ２間においても各分割像の光路に
他の不要光が進入することが回避されることが望ましく
、これがため例えば第９図に示すように第３の遮蔽手段
として各光路を囲む遮光フードＦｏｒまたは（及び）Ｆ
ＤＴｉを配置し得る。この場合フードＦｏｒ及びＦｏＷ
は、夫々金光路に関して例えば一体に樹脂成型した例え
ば−列のハニカム状構造をとることができる。

また、前述した第１〜第３の遮蔽手段は、いずれかを選
択的に具備させることも、全て具備させることもできる
。

〔発明の効果〕上述したように本発明によれば、対のレンズアレーＬ１
及びＬ２を組合せ用いる構造としたので受光センサーＲ
の受光面上に正立像として、すなわち被写体Ｓの像に対
応する像として結像できるものであり、冒頭に述べたよ
うにオプティカルファイバーを用いる場合の分解能の低
下を回避でき、通常一般の光学レンズにおける分解能と
することができる。つまり１．この分解能は、物点側、
即ち被写体Ｓ側の第１のレンズアレーＬ１のレンズ素子
で決定され、これの開口数ＮＡを０．０５とし、波長を
０．７μｍとすれば、カットオフ周波数で１４３本／ｌ
の分解能となり、またＭＴＦが１／２の値の点で分解能
を定義すると７０本／鰭の分解能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の基本的構成とその光路を示す図、
第２図はその第１及び第２のレンズアレーによる光学系
の一例の分解図、第３図は本発明の一例の要部の構成図
、第４図、第６図、第９図は夫々本発明装置の各側の説
明図、第５図は第４図の要部の具体的−例の構成図、第
７図及び第８図は夫々第６図の要部の具体的例の構成図
、第１０図は従来の光学装置の光路図である。Ｓは被写体、Ｐは光供給手段、Ｌｌ及びＬ２は第１及び
第２のレンズアレー、１１１＊　　Ｉ！１２．　１１３
・・・・及びＡ２１．　１２２．　１２３・・・・はレ
ンズ素子、Ｒは受光センサーである。

Claims

【特許請求の範囲】

被写体との対向面に配列形成された複数のレンズ素子よ
り成る第１のレンズアレーと、該第１のレンズアレーと
光学的に対向し、該第１のレンズアレーの各レンズ素子
に対応して複数のレンズ素子が配列された第２のレンズ
アレーと、該第２のレンズアレーの各レンズ素子からの
各光学像を受光するセンサーとを有し、上記第１のレン
ズアレーによる像が、上記第１及び第２のレンズアレー
間で結像した後、上記第２のレンズアレーにより正立像
として結像されるようにしたことを特徴とする光学装置
。