JPWO2013146873A1 - ロッドレンズアレイおよびそれを用いたイメージセンサヘッド - Google Patents
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Abstract
Description
このようなロッドレンズアレイは、ハンドスキャナ等の各種スキャナや、複写機、ファクシミリ等に搭載されるイメージセンサ用の読み取り用の光学デバイスとして広く利用されている。
さらに、特許文献2に開示されたロッドレンズでは、レンズアレイとしての透過光量が不足するため、光量斑が大きくなったり、スジ斑が生じたりするという問題がある。
複数の、中心から外周に向かって屈折率が減少する円柱状のロッドレンズが、各ロッドレンズの中心軸が互いに略平行となるように配列されたロッドレンズ列を、2枚の基板間に少なくとも1列備えたロッドレンズアレイであって、
焦点深度DOFの平均値DOFaveが0.9mm以上であり、
前記ロッドレンズ列の主走査方向における焦点深度斑DOFcvが12%以下である、
ことを特徴とする、ロッドレンズアレイが提供される。
また、DOFcvとは、レンズアレイの主走査方向における焦点深度の標準偏差をDOFaveで除した値である。
(1) 0.3mm-1≦g≦0.6mm-1
(2) 0.10mm≦re≦0.30mm
(3) NA≦0.175
(4) 0.85≦2re/P≦1
(gはロッドレンズの屈折率分布定数を表し、
reはロッドレンズのレンズ作用をなす有効部分の半径を表し、
NAはロッドレンズの開口数を表し、
Pはロッドレンズアレイ中の隣り合うロッドレンズの中心間の距離を表す。)
まず、実施形態のロッドレンズアレイで使用されるロッドレンズについて説明する。
本実施形態で使用するロッドレンズの種類は限定されず、使用目的等に応じて適宜選択することができる。例えば、本発明においては、ガラス製のロッドレンズを使用することもできるし、プラスチック製のロッドレンズを使用することもできる。取扱い性が容易であり、安価であることから、本発明ではプラスチックロッドレンズを使用するのが好ましい。
(n(L)は、ロッドレンズの中心軸からの径方向距離Lの位置における屈折率、n0はロッドレンズの径方向中心軸における屈折率、Lはロッドレンズの径方向中心からの径方向距離(0≦L≦r)、gはロッドレンズの屈折率分布定数を表す。)
1.45≦n0≦1.65
半径rを0.1mm以上とすることによって、本実施形態のロッドレンズアレイを製造する際の加工性や取り扱い性が良くなる。半径rの下限値は0.15mm以上であることが好ましい。
次に、本実施態様のロッドレンズを製造する製造方法について説明する。本実施形態において使用するロッドレンズの種類は限定されないが、ここでは代表してプラスチック製ロッドレンズについて述べる。
まず、硬化後の屈折率nが、n1>n2>・・・・>nN(N≧3)となるN種類の未硬化状物を、例えば複合紡糸ノズル等を用いて、中心から外周に向かうにつれて屈折率が順次低くなるように同心円状に積層した未硬化状の積層体(以下、「糸状体」という。)に賦形する。
熱硬化処理は、熱硬化触媒を含有させた未硬化状物を、一定の温度に制御された加熱炉等の硬化処理部で所定時間加熱処理することにより行うことができる。
光硬化処理は、光硬化触媒を含有させた未硬化状物に周囲から紫外線を照射することにより行うことができる。光硬化処理に用いる光源としては、150〜600nmの波長の光を発生する炭素アーク灯、超高圧水銀灯、高圧水銀灯、中圧水銀灯、低圧水銀灯、ケミカルランプ、キセノンランプ、発光ダイオード(LED)及びレーザー光などが挙げられる。
また、糸状体を安定的に製造するには、硬化処理までの重合を防ぐために、未硬化状物中に重合禁止剤を10〜1000ppm添加することが好ましい。
重合禁止剤としては、例えばハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル等のキノン化合物、フェノチアジン等のアミン系化合物、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル等のN−オキシル系化合物などが挙げられる。
ロッドレンズ原糸製造装置10は、さらに、収容体14の長手方向の中央の外側に設けられ糸状体Eに紫外線を照射する第1光照射機18と、収容体14の第1光照射機18の下流側位置に設けられ糸状体Eに紫外線を照射する第2光照射機20と、収容体14の下流側に配置された一対の引取りローラ22と、を備えている。
尚、NAの下限値は0.06以上であることが好ましく、0.1以上であることが更に好ましい。
次に、本実施形態のロッドレンズアレイについて説明する。
本実施形態のロッドレンズアレイ50では、複数本の上記ロッドレンズ44(48)が、2枚の基板52間に、各ロッドレンズ44の中心軸が互いに略平行方向となるように、1列にまたは2列以上、並列配置されている。
当該材料としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などを使用することができる。より詳細には、アクリル系樹脂、ABS樹脂、ポリイミド系樹脂、液晶ポリマー、エポキシ系樹脂、フェノール樹脂などが好ましい。また、基板52の基材、補強材として、繊維や紙を用いてもよいし、基板に離型剤、染料、顔料、帯電防止剤等を添加してもよい。
(4) 0.85≦2re/P ≦1
ここで、配列ピッチPとは、ロッドレンズアレイ中の隣り合うロッドレンズの中心間の距離であり、2reは、使用されるロッドレンズのレンズ作用をなす有効部分の直径である。2re/Pの好ましい範囲は0.9以上1以下であり、より好ましい範囲は0.92以上1以下である。
さらに、レンズ作用をなす有効部分の割合が小さくなることにより、光量が小さくなりやすく、また光量斑が大きくなりやすい。
本実施形態では、ロッドレンズ44の有効部分の直径2reと、ロッドレンズアレイ中で隣接するロッドレンズ44、44の中心間距離Pとの比率2re/Pを、0.85≦2re/P≦1とすることにより、焦点深度斑が小さく、光量が大きく、光量斑の小さいロッドレンズアレイを得ることができる。
DOF=0.156/NA (mm)
ここで、DOFcvとはレンズアレイの主走査方向における焦点深度の標準偏差をDOFaveで除した値である。
次に、本実施形態のイメージセンサヘッドを図8に沿って説明する。
なお、本実施形態のロッドレンズアレイ、およびイメージスキャナは、他のタイプの画像読取装置にも使用可能である。
<共役長TC及び解像度(平均MTF)の測定>
空間周波数6ラインペア/mm(Lp/mm)を有する格子パターンを用いて測定した。
具体的には、光軸に垂直な両端面を研磨したロッドレンズアレイに光源からの光(波長525nm)を、格子パターンを通して入射させ、結像面に設置したCCDラインセンサにより格子画像を読み取り、その測定光量の最大値(imax)と最小値(imin)を測定し、下記式によりMTF(modulation transfer function)を求めた。
ここで空間周波数とは、白ラインと黒ラインとの組み合わせを1ラインとし、このラインの組み合わせが1mmの幅の中に何組設けてあるかを示すものである。
焦点深度は、空間周波数6ラインペア/mm(Lp/mm)を有する格子パターンを用いて測定した。
また、焦点深度斑DOFcv(%)に関しては、焦点深度DOFをロッドレンズアレイの主走査方向に50μm間隔で100点測定した際の、焦点深度DOF(mm)の標準偏差を平均焦点深度DOFave(mm)により除した値として焦点深度斑DOFcv(%)を求めた。
DOFcv(%)={DOF標準偏差(mm)/DOFave(mm)}×100
焦点深度斑DOFcv(%)の値が小さいほど、原稿が焦点位置からずれた際の解像度斑が小さく、均一な画像が得られる。
解像度の測定で用いた格子パターンの代わりに、オパール型拡散板を用いて光量を測定する。
ポリメチルメタクリレート(PMMA)43.5質量部、メチルメタクリレート(MMA)15.5質量部、フェニルメタクリレート(PhMA)7.5質量部、t−ブチルメタクリレート(TBMA)3.5質量部、トリシクロ[5.2.1.02,6 ]デカニルメタクリレート(TCDMA)30質量部、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(HCPK)0.25質量部、およびハイドロキノン(HQ)0.1質量部を70℃に加熱混練して第1層形成用原液(未硬化状物)とした。
なお、HCPKは光硬化触媒、HQは重合禁止剤である。
ここで、第1層は最も内側で、第5層は最も外側である。
これにより得られたロッドレンズ原糸の半径は0.30mmであった。
硬化処理後の糸状体を、145℃で2.34倍に延伸した後、127℃で緩和率が0.71になるように緩和処理を施した以外は、実施例1と同様にして、ロッドレンズを作製した。
硬化処理後の糸状体を、145℃で4.11倍に延伸した後、127℃で緩和率が0.71になるように緩和処理を施した以外は、実施例1と同様にして、ロッドレンズを作製した。
各層の吐出比を、第1層目/第2層目/第3層目/第4層目/第5層目=11.0/34.0/38.0/10.0/7としたことと、引取りローラ(ニップローラ)17での引き取り速度を300cm/分としたこと、硬化処理後の糸状体を、145℃で5.83倍に延伸した後、127℃で緩和率が0.71になるように緩和処理を施した以外は、実施例1と同様にして、ロッドレンズを作製した。
また得られたロッドレンズアレイの平均焦点深度DOFaveは2.20mmであり、焦点深度斑DOFcvは9.0%、光量は50%、光量斑は19%であった。測定結果を図13、表2に示す。
PMMA46質量部、MMA24質量部、TCDMA30質量部、HCPK0.25質量部、およびHQ0.1質量部を70℃に加熱混練して第1層形成用原液(未硬化状物)とした。
ここで、第1層は最も内側で、第5層は最も外側である。
具体的には、不活性ガス導入管から収容体内に窒素ガスを導入すると共に不活性ガス排出管から収容体内の不活性ガスを排出させた。
これにより得られたロッドレンズ原糸の半径は0.30mmであった。
このようにして得られたロッドレンズアレイは、波長470nm、525nm、630nmでの共役長Tcがほぼ同じで15.6mmであり、作動距離L0は3.8mmであった。
また得られたロッドレンズアレイの平均焦点深度DOFaveは0.77mmであり、焦点深度斑DOFcvは5.4%、光量は469%、光量斑は15%であった。測定結果を図14、表2に示す。
硬化処理後の糸状体を、145℃で4倍に延伸した後、127℃で緩和率が0.71になるように緩和処理を施した以外は、比較例1と同様にして、ロッドレンズを作製した。
また得られたロッドレンズアレイの平均焦点深度DOFaveは0.87mmであり、焦点深度斑DOFcvは3.8%であった。光量は385%、光量斑は12%であった。測定結果を図15、表2に示す。
PMMA52質量部、MMA13質量部、BzMA35質量部、HCPK0.25質量部、およびHQ0.1質量部を70℃に加熱混練して第1層形成用原液(未硬化状物)とした。PMMA51質量部、MMA16質量部、BzMA33質量部、HCPK0.25質量部、及びHQ0.1質量部を70℃に加熱混練して第2層形成用原液(未硬化状物)とした。PMMA50質量部、MMA20質量部、BzMA30質量部、HCPK0.25質量部、及びHQ0.1質量部を70℃に加熱混練して第3層形成用原液(未硬化状物)とした。PMMA50質量部、MMA35質量部、BzMA15質量部、HCPK0.25質量部、及びHQ0.1質量部を70℃に加熱混練して第4層形成用原液(未硬化状物)とした。PMMA42質量部、MMA18質量部、8FM40質量部、HCPK0.25質量部、及びHQ0.1質量部を70℃に加熱混練して第5層形成用原液(未硬化状物)とした。
この5種類の原液を、中心から外周に向かって硬化後の屈折率が順次低くなるように配列して、同心円状5層複合紡糸ノズルから同時に押し出し、糸状体を得た。複合防止ノズルの温度は50℃とした。
ここで、第1層は最も内側で、第5層は最も外側である。
具体的には、不活性ガス導入管から収容体内に窒素ガスを導入すると共に不活性ガス排出管から収容体内の不活性ガスを排出させた。
また、同心円状複合紡糸ノズルから押し出された糸状体Aを、引取りローラ(ニップローラ)で引き取り(200cm/分)、長さ30cmの相互拡散処理部を通し、各層間同士で相互拡散を生じさせた。
これにより得られたロッドレンズ原糸の半径は0.30mmであった。
このようにして得られたロッドレンズの半径rは0.232mm、中心屈折率n0は525nmの波長において1.503、中心から外周に向かう0.2r〜0.8rの範囲において屈折率分布が、屈折率分布に関する上記式に近似され、525nmの波長において屈折率分布定数gは0.40mm-1であった。また、外周から中心に向かって染料が混在する層が形成されており、有効径reは0.18mmであり、レンズの開口数NAは0.108であった。
このようにして得られたロッドレンズアレイは、波長470nm、525nm、630nmでの共役長Tcがほぼ同じで19.2mmであり、作動距離L0は4.9mmであった。
44:ロッドレンズ
52:基板
54:接着剤
Claims (3)
- 複数の、中心から外周に向かって屈折率が減少する円柱状のロッドレンズが、各ロッドレンズの中心軸が互いに略平行となるように配列されたロッドレンズ列を、2枚の基板間に少なくとも1列備えたロッドレンズアレイであって、
平均焦点深度DOFaveが0.9mm以上であり、
前記ロッドレンズ列の主走査方向における焦点深度斑DOFcvが12%以下である、
ことを特徴とするロッドレンズアレイ。 - 下記(1)〜(4)の要件を満たす、ロッドレンズアレイ。
(1) 0.3mm-1≦g≦0.6mm-1
(2) 0.1mm≦re≦0.3mm
(3) NA≦0.175
(4) 0.85≦2re/P≦1
(gはロッドレンズの屈折率分布定数を表し、
reはロッドレンズのレンズ作用をなす有効部分の半径を表し、
NAはロッドレンズの開口数を表し、
Pはロッドレンズアレイ中の隣り合うロッドレンズの中心間の距離を表す。)、 - 請求項1または2に記載のロッドレンズアレイを備えたイメージセンサヘッド。
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