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

本発明は、焦点深度が深く、焦点深度斑が小さいロッドレンズアレイを提供すること等を目的とする。本発明によれば、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等が提供される。

Description

本発明は、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に関する。より詳細には、本発明は、複写機等で使用されるフラットベッド型スキャナまたはハンドスキャナ等で使用されるイメージセンサに搭載されるロッドレンズアレイ、およびこのようなロッドレンズアレイを備えたイメージセンサヘッドに関する。
微小レンズの一つとして、ガラスまたはプラスチック材料でできた円柱体の両端面を鏡面研磨したロッドレンズが知られている。ロッドレンズは、単体で用いられる他、複数本を一列または複数列に並列配置して接着固定したロッドレンズアレイの形態でも使用される。
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。
複写機はカラー化が進められているため、内蔵されるイメージセンサ用光学デバイスであるロッドレンズアレイにも、カラー画像の読み取りに適応した光学性能が求められている。
そして、近年では、ハンドスキャナやフラットベット型スキャナ等の小型のスキャナも、カラー画像に対応した機種が開発されてきており、このようなスキャナにおいても、内蔵されるイメージセンサ用光学デバイスであるロッドレンズアレイに、カラー画像の読み取りに適応した光学性能が求められている。
このような要請に応じるため、例えば、色収差が小さく、にじみの少ないカラー画像を得ることが可能な、カラー特性に優れたロッドレンズが開発されている(特許文献1)。
しかしながら、ハンドスキャナ、複写機等で使用されるフラットベット型スキャナ等では、ファクシミリ、シートフィード型のスキャナ等と異なり、原稿面が固定されていないため、画像読み取り時に原稿が浮いて、ロッドレンズのレンズ面と原稿面との距離が変化し、鮮明な像を結ぶことができなくなることがある。
このため、ハンドスキャナ、複写機等で使用されるフラットベット型スキャナ等のために、ロッドレンズのレンズ面と原稿面の距離が多少変化しても鮮明な像が得られるよう、焦点深度の深いロッドレンズが求められている。
さらに、カラー画像化に加えて、デバイスの小型化が進んでおり、コンパクトな光学系を実現することができるロッドレンズが求められている。
一般に、レンズの焦点深度と開口数は反比例の関係にあるため、開口数を小さくすることによって焦点深度の深いロッドレンズを得ることができる。しかしながら、開口数を小さくする程、共役長が長くなるため、光学系の小型化を図ることは難しくなる。
このような状況に対応するため、特許文献2には、レンズ外周に50μm以上の厚みを有する光吸収層を設けてレンズの有効径を小さくすることによって、開口数を小さくし、これによって共役長を短くするとともに、焦点深度を深くしたロッドレンズが開示されている。
さらに、特許文献3には、ロッドレンズの屈折率分布定数gを0.2mm-1≦g≦0.325mm-1とし、gとロッドレンズ半径rとの積を0.04≦g・r<0.065とすることによって、焦点深度を深くしたロッドレンズが開示されている。
WO2007/011013号パンフレット 特開2000−35519号公報 特開2003−139912号公報
しかしながら、特許文献1に記載されたロッドレンズには、焦点深度が浅いため、焦点深度が深いロッドレンズアレイを構成することができないという問題があった。
特許文献2に開示されたロッドレンズでは、光吸収層が厚くなる程、開口数が小さくなり、焦点深度は深くなるが、光吸収層が厚くなる程、レンズ径に対して光吸収層の占める割合が大きくなる。このため、このようなレンズを並べてロッドレンズアレイを作製する際、レンズ同士を密着させて配列しても、アレイ中でレンズ作用をなす部分が離れてしまう。その結果、レンズアレイ中で焦点深度の斑が生じてしまい、原稿が浮いた状態での読み取り画像に斑が生じてしまうという問題がある。
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。
特許文献3に開示されたロッドレンズは、開口数を小さくすることにより焦点深度を深くすることはできるが、光量が少なすぎるために実用的でなく、また、共役長が長いため、小型化されたイメージセンサに組み込むことは困難であった。
特許文献3に開示されたロッドレンズは、特許文献2に開示されたレンズと同様に、光吸収層が厚く、ロッドレンズアレイとしたときにレンズアレイ中で焦点深度の斑が生じてしまい、原稿が浮いた状態での読み取り画像に斑が生じてしまうという問題がある。さらに、特許文献3に開示されたロッドレンズは、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、スジ斑が生じるという問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、焦点深度が深く、焦点深度斑が小さいロッドレンズアレイを提供することを目的とする。本発明はまた、共役長が短く、透過光量が十分大きく、且つ光量斑の少ないロッドレンズアレイを提供することを目的とする。本発明はまた、このようなロッドレンズアレイを備え、読み取り原稿の位置がずれても像を鮮明に読取ることが可能なイメージセンサを提供することを目的とする。本発明はまた、読み取り画像が均一であり、スジ斑を抑制することができるイメージセンサを提供することを目的とする。
本発明によれば、
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。
ここで、本明細書において、焦点深度は、525nmの波長の光についてのMTFが最大になるように、6Lp/mmの格子パターン、ロッドレンズ、受光センサを配置して、格子パターンのみを移動させ、MTFが40%以上となる格子パターンの移動範囲の幅として規定される長さである。また、本明細書では、光学性能の評価は、特に、規定しない限り、波長が525nmの波長の光についての光学性能である。
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。
本発明の他の好ましい態様によれば、 下記式(1)〜(4)の要件を満たすロッドレンズアレイが提供される。
(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。)
本発明の他の態様によれば、上記ロッドレンズアレイを備えたイメージセンサヘッドが提供される。
本発明によれば、焦点深度が深く、焦点深度斑が小さいロッドレンズアレイを得ることができる。また本発明によれば、共役長が短く、透過光量が十分大きく、且つ光量斑の少ないロッドレンズアレイを得ることができる。
本発明によればまた、このようなロッドレンズアレイを備え、読み取り原稿の位置がずれても像を鮮明に読取ることが可能なイメージセンサを得ることができる。また本発明によれば、読み取り画像が均一であり、スジ斑が抑制されるイメージセンサを提供することができる。さらに、本発明のロッドレンズアレイは光源の光を効率的に伝達することができるので、電力消費を抑制することも期待できる。
本発明の好ましい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の原糸を製造する製造装置の構成を概略的に示す図面である。 本発明の好ましい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の原糸製造時に使用される延伸・緩和処理装置の構成を概略的に示す図面である。 本発明の好ましい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の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の好ましい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の他の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の好ましい実施形態のロッドレンズアレイの構成を概略的に示す断面図である。 本発明の好ましい実施形態のロッドレンズアレイの性能を評価する装置の構成を概略的に示す図面である。 焦点深度の定め方を説明するための図面である。 画像読み取り装置に組み込まれた本発明の好ましい実施形態のロッドレンズアレイを概略的に示す断面図である。 画像読み取り装置に組み込まれたロッドレンズアレイにおける焦点の浮きを説明する図面である。 本発明の実施例1のレンズレンズアレイの焦点深度測定結果を示すグラフである。 本発明の実施例2のレンズレンズアレイの焦点深度測定結果を示すグラフである。 本発明の実施例3のレンズレンズアレイの焦点深度測定結果を示すグラフである。 本発明の実施例4のレンズレンズアレイの焦点深度測定結果を示すグラフである。 本発明の比較例1のレンズレンズアレイの焦点深度測定結果を示すグラフである。 本発明の比較例2のレンズレンズアレイの焦点深度測定結果を示すグラフである。 本発明の比較例3のレンズレンズアレイの焦点深度測定結果を示すグラフである。
以下、図面に沿って、本発明の好ましい実施形態のロッドレンズアレイについて説明する。
ロッドレンズ
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。
本実施形態で使用されるロッドレンズは、円柱形状を有し、中心軸から外周面に向かって屈折率nが連続的に減少している。より詳細には、本実施形態で使用されるロッドレンズは、中心軸から0.2r〜0.9r(但し、rは、ロッドレンズの横断面の半径)の範囲における屈折率nの分布が、下記式(5)で規定される2次曲線で近似されるレンズである。
(5) n(L)=n0{1−(g2/2)L2
(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。)
屈折率分布定数gは、上記式で近似される屈折率分布曲線の位置Lに関する2次の係数であり、屈折率分布曲線の傾斜を規定する定数である。すなわち、上記式(1)は、gが大きいほど、屈折率分布曲線はより急峻な形状となり、ロッドレンズ内で中心軸から外周面に向かっての屈折率の減少が急激であることを意味する。
なお、本明細書において、ロッドレンズの「横断面」とは、ロッドレンズを中心軸線に対して垂直方向に切断した時の断面を意味する。
本実施形態で使用されるロッドレンズにおいて、径方向中心における屈折率n0の値は特には限定されないが、下記式を満足することが好ましい。
1.45≦n0≦1.65
屈折率n0がこの範囲にあると、ロッドレンズに用いることができる材料の選択肢が広くなるため、良好な屈折率分布を有し、透明性に優れたロッドレンズを得ることができるので好ましい。
本実施態様で使用されるロッドレンズの屈折率分布定数gは、下記式(1)を満足する。
(1) 0.3mm-1≦g≦0.6mm-1
近年の装置の小型化要求によって、ロッドレンズアレイが組み込まれるイメージスキャナのプラテンガラスの厚さは、3mm以下程度となる。
屈折率1.52、厚さが3mmのプラテンガラスによって生じる焦点の浮き(約−1mm)、及びプラテンガラスとレンズ端面とのクリアランス(1mm以上が好ましい)を考慮すると、ロッドレンズの作動距離L0は少なくとも3mm以上となる必要があり、屈折率分布定数gを0.6mm-1以下にすることによって、ロッドレンズの作動距離を3mm以上とすることができる。
また、屈折率分布定数gを0.6mm-1以下にすることによって、後述するようにn0×g×reの積で表される開口数NAを、小さく設計することができ、焦点深度を深くすることができる。
さらに、屈折率分布定数gを0.3mm-1以上とすることによって、作動距離L0が長くなりすぎず、装置全体を小型化することができるとともに、後述するようにn0×g×reの積で表される開口数NAを大きく設計することができ、光量を大きくすることができる。
屈折率分布定数gの下限値は0.35mm-1以上であることがより好ましく、屈折率分布定数gの上限値は0.5mm-1以下であることがより好ましい。
本実施形態で使用されるロッドレンズの半径rは、下記の式(6)を満足することが好ましい。
(6) 0.1mm≦r≦0.3mm
半径rを0.3mm以下とすることによって、開口数NAを小さく設計することができ、焦点深度を深くすることができる。
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。
さらに、本実施形態で使用されるロッドレンズは、レンズ作用をなす有効部分の半径である有効半径reが、下記式(2)を満足する。
(2) 0.1mm≦re≦0.3mm
有効半径reを0.3mm以下とすることによって、開口数NAを小さく設計することができ、焦点深度を深くすることができる。
有効半径re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、及びそのロッドレンズアレイが組み込まれたイメージセンサ等の光学系を構成する際に、ロッドレンズの光軸と、光源又は受光センサとの光軸のずれが生じにくくなり、それに伴う光学特性の低下を低減することができる。
また、有効半径reを0.1mm以上とすることによって、開口数NAを大きく設計することができ、光量が大きくすることができる。有効半径reの好ましい範囲は、0.15mm以上0.25mm以下であり、より好ましくは0.16以上0.245以下である。半径rと有効半径reは同じ値でもよいが、re≦rであることが好ましく、0.85r≦re≦rの関係がより好ましい。
本実施形態で使用されるロッドレンズの開口数NAは、下記式(3)を満足する。
(3) NA≦0.175
開口数NAをこの範囲内にすることによって、開口数NAと反比例関係を有する焦点深度DOFを深くすることができる。焦点深度を深くする観点から、NAの上限値は0.15以下であることが好ましい。また、光量を大きくする観点から、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。
ロッドレンズ製造
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。
本実施形態のプラスチックロッドレンズは、中心から外周に向かうにつれて屈折率が減少している。このようなプラスチックロッドレンズを製造する方法としては、例えば、付加反応法、共重合法、ゲル重合法、単量体揮発法、相互拡散法等が知られているが、これらの中でも精度および生産性の点で相互拡散法が好ましい。
以下、相互拡散法について説明する。
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。
次いで、この糸状体の各層間の屈折率分布が連続的になるように、隣接する層間同士で物質を相互拡散させる相互拡散処理を行いながら、または相互拡散処理を行った後、糸状体を硬化処理し、ロッドレンズ原糸を得る(紡糸工程)。ここで、相互拡散処理は、糸状体に窒素雰囲気下、10〜60℃、より好ましくは20〜50℃で数秒〜数分間の熱履歴を与える処理である。
次いで、上記紡糸工程により得られたロッドレンズ原糸に、必要に応じて加熱延伸処理を施した後、緩和処理を施し、適宜、所定の長さに切断することにより、ロッドレンズを得る。
未硬化状物は、ラジカル重合性を有する単量体と、該単量体に可溶な重合体(可溶性重合体)を含む組成物などを用いることができる。可溶性重合体を含むことで、未硬化状物に適度な粘性が付与され、紡糸しやすくなる。
ラジカル重合性ビニル単量体の具体例としては、メチルメタクリレート(n=1.49);スチレン(n=1.59);クロルスチレン(n=1.61);酢酸ビニル(n=1.47);2,2,3,3-テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート、2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフルオロペンチル(メタ)アクリレート、2,2,3,4,4,4-ヘキサフルオロブチル(メタ)アクリレート、2,2,2-トリフルオロエチル(メタ)アクリレート等のフッ素化アルキル(メタ)アクリレート(n=1.37〜1.44);エチル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、アルキレングリコール(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ又はトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ、トリ又はテトラ(メタ)アクリレート、ジグリセリンテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等の、屈折率1.43〜1.62の(メタ)アクリレート類;ジエチレングリコールビスアリルカーボネート;フッ素化アルキレングリコールポリ(メタ)アクリレート;脂環式基を有する各種(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
可溶性重合体としては、ポリメチルメタクリレート(n=1.49、Tg=114℃)、ポリメチルメタクリレート共重合体(n=1.47〜1.5)等が挙げられる。これらの中でも、透明性に優れ、それ自体の屈折率が高い観点から、ポリメチルメタクリレート(PMMA)が好ましい。なお、カッコ内の数値は物性値である。
未硬化状物から形成した糸状体を硬化するには、未硬化状物中に熱硬化触媒および/または光硬化触媒を添加し、熱硬化処理および/または光硬化処理を行えばよい。
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。
熱硬化触媒としては、パーオキサイド系またはアゾ系の触媒等が用いられる。
光硬化触媒としては、例えばベンゾフェノン、ベンゾインアルキルエーテル、4’−イソプロピル−2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンジルメチルケタール、2,2−ジエトキシアセトフェノン、クロロチオキサントン、チオキサントン系化合物、ベンゾフェノン系化合物、4−ジメチルアミノ安息香酸エチル、4−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、N−メチルジエタノールアミン、トリエチルアミン等が挙げられる。
これら熱硬化触媒や光硬化触媒の添加量は、未硬化状物100質量%中、0.01〜2質量%が好ましい。
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。
本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は、中心から外周に向かって0.90r〜rの範囲(外周部)に、ロッドレンズを伝送する光の少なくとも一部を吸収する吸収剤を含有する吸収層が形成されていてもよい。
一般に、ロッドレンズでは、中心から離れるにつれて、屈折率分布が理想分布から外れた不整な部分が形成されやすいが、ロッドレンズの外周部に光吸収層が形成されていれば屈折率分布の不整な部分に起因する光学特性の低下を抑制できる。
光吸収層の厚みは0〜50μmが好ましい。光吸収層の厚みをこの範囲にすることにより、フレア光やクロストーク光を十分に除去できると共に、十分な透過光量を確保できる。
光重合法により重合硬化させるためには、未硬化状物層に光重合用の光を透過させることが必要である。しかしながら、光吸収剤の種類は多くあり、光吸収の波長依存性は様々である。即ち、ロッドレンズの伝送光を吸収するとともに重合に用いる光をそれと同等以上に吸収する光吸収剤も存在する。従って、光重合法により重合硬化処理する場合は、ロッドレンズの伝送光を吸収するが、重合用の光をできるだけ吸収せず透過させる特性を有する光吸収剤を用いることが望ましい。
ロッドレンズによる伝送光として実際に用いられる光は、通常、波長が400〜750nmの可視光から近赤外光の範囲のものである。一方、光重合に用いる光の発光波長は、通常、300〜370nmの紫外線である。よって400〜750nmの波長域における吸光度係数が、300〜370nmにおける吸光度係数の2倍以上である光吸収剤を用いることが好ましい。
このような光吸収剤としては、例えば600nm〜近赤外線領域に吸収のある日本化薬株式会社製の「Kayasorb CY−10」、600〜700nmに吸収のある三菱化学株式会社製の「Diaresin Blue 4G」、550〜650nmに吸収のある日本化薬株式会社製の「Kayaset Blue ACR」、500〜600nmに吸収のある三井化学染料株式会社製の「MS Magenta HM−1450」、400〜500nmに吸収のある三井化学染料株式会社製の「MS Yellow HD−180」等が挙げられる。
また、400〜750nmの全波長域の光を吸収する光吸収剤としては、黒色染料等を挙げることができる。これら光吸収剤は、単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。
上記紡糸工程は、例えば、図1に示すようなロッドレンズ原糸製造装置を用いて行うことができる。
このロッドレンズ原糸製造装置10は、基本的には、公知の複合紡糸装置と同一構造であり、同心円状の複合紡糸ノズル12と、複合紡糸ノズル12から吐出された糸状体Eが内部を搬送される筒状の収容体14と、収容体14の複合紡糸ノズル12側に接続され収容体14内に不活性ガス(例えば窒素ガス)を供給する不活性ガス導入管16と、収容体14の出口14a側に接続され収容体14から不活性ガスを排出する不活性ガス排出管17と、を備えている。
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。
収容体14において、複合紡糸ノズル12から第1光照射機18からの紫外線が糸状体Eに照射される直前までの領域を相互拡散処理部14b、第1光照射機18からの紫外線が糸状体Eに照射される領域を第1硬化処理部14c、第2光照射機20からの紫外線が糸状体Eに照射される領域を第2硬化処理部14dという。
製造装置10を用いたロッドレンズ原糸の製造では、ロッドレンズ原糸の製造中、不活性ガス導入管16から収容体14内に不活性ガス(例えば窒素ガス)を導入すると共に不活性ガス排出管17から収容体14内の不活性ガスを排出している。
収容体14内に不活性ガスを流動させながら、複合紡糸ノズル12から、硬化後の屈折率nが、n1>n2>・・・・>nN(N≧3)となるN個の未硬化状物を、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な配置で同心円状に吐出させ、未硬化状の積層体である糸状体Eを収容体14内に送り込み、矢印Aで示されるように、収容体14内を通過させる。
収容体14内では、まず、相互拡散処理部14bで、糸状体Eを構成する各層間において相互拡散が起こる。第1硬化処理部14cでは、第1光照射機18から糸状体Eに紫外線が照射され、各層間において相互拡散しながら硬化が進行する。さらに、第2硬化処理部14dでは、第2光照射機20から糸状体Eに紫外線が照射され、硬化がさらに進行する。
そして、糸状体Eを引取りローラ22で引き取ることにより、収容体14からロッドレンズ原糸Fが引き出される。ロッドレンズ原糸Fは、さらに、矢印Bで示されるように、下流に搬送される。
紡糸工程で得られたロッドレンズ原糸Fは、連続的に加熱延伸処理に送られる。しかしながら、紡糸工程で得られたロッドレンズ原糸Fを、ボビン等に巻き取ってから加熱延伸処理に送ってもよい。
加熱延伸処理は、連続的に行われても、バッチ方式で行われてもよい。さらに、加熱延伸処理と緩和処理とは連続的に行われても、非連続的に行われてもよい。
加熱延伸処理及び緩和処理は、例えば、図2に示すような延伸・緩和処理装置30を用いて行われる。
この延伸・緩和処理装置30には、ロッドレンズ原糸Fの搬送方向上流側から順に、第1ニップローラ32と、第2ニップローラ34と、第3ニップローラ36とが設けられている。さらに、延伸・緩和処理装置30は、第1ニップローラ32と第2ニップローラ34との間に配置された第1加熱炉38と、第2ニップローラ34と第3ニップローラ36との間に配置された第2加熱炉40とを備えている。
延伸・緩和処理装置30では、硬化して得られたロッドレンズ原糸Fが、第1ニップローラ32によって第1加熱炉38に供給され、第1加熱炉38を通過したロッドレンズ原糸Fが第2ニップローラ34で第1ニップローラ32よりも速い速度で引き取られて延伸され、延伸されたロッドレンズ原糸Gとされる。
加熱延伸処理における第1加熱炉38内の雰囲気の温度は、ロッドレンズの材質等に応じて適宜設定されるが、ロッドレンズのガラス転移温度(Tg)+20℃以上にすることが好ましい。また、延伸倍率は、所望のロッドレンズ径により適宜決定され、第1ニップローラ32と第2ニップローラ34の周速度比により調節することができる。
延伸・緩和処理装置30では、緩和処理も行われる。延伸されたロッドレンズ原糸Gが、第2ニップローラ34で第2加熱炉40に供給され、第2加熱炉40を通過したロッドレンズ原糸Gが第3ニップローラ36で第2ニップローラ34よりも遅い速度で引き取られて緩和され、緩和されたロッドレンズ原糸Lとされる。
緩和処理用の第2加熱炉40内の雰囲気の温度を、ロッドレンズの材質等に応じて適宜設定されるが、ロッドレンズのTg以上にすることが好ましい。また、緩和率(緩和処理後の長さ/緩和処理前の長さ)は、所望のロッドレンズ径により適宜決定されるが、99/100〜1/2程度になるようにすることが好ましい。
このような緩和率で緩和処理を施すと、ロッドレンズの収縮を抑制することができる。なお、緩和率が小さすぎるとレンズ径の斑が大きくなるため好ましくない。緩和率は、第2ニップローラ34と第3ニップローラ36との周速度比で調節することができる。
上述した方法によれば、複数の重合体が同心円状に重なり重合体混合物となっており、中心から外周に向かうにつれて屈折率が連続的に減少する屈折率分布を有するプラスチックロッドレンズが得られる。なお、この重合体混合物は、各層間において重合体を構成する単量体が相互拡散した状態で硬化されている。
製造されたロッドレンズ原糸Lは、フレア光やクロストーク光を除去する等の目的で、外周部に染色部42が設けられたロッドレンズ44とされる(図3)。または、染色部42に代えて粗面化処理部46が形成されたロッドレンズ48(図4)としてもよい。いずれの場合も、レンズ作用をなす有効部分44a、48aの半径reは、レンズ半径rより小さくなる。
染色部42、または粗面化処理部46によって、ロッドレンズ44、48では、レンズ作用をなす有効部分の半径である有効半径reが、下記式(2)を満足するようにされている。
(2) 0.1mm≦re≦0.3mm
さらに、ロッドレンズ44、48では開口数NAが下記式(3)を満足するようにされている。
(3) NA≦0.175
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。
さらに、ロッドレンズ44、48では屈折率分布定数gが下記式(1)を満足するようにされている。
(1) 0.3mm-1≦g≦0.6mm-1
ロッドレンズアレイ
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。
基板52の材質は特に限定されないが、ロッドレンズアレイを作製する工程での加工が容易な材料であることが好ましい。
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。
ロッドレンズアレイ50を構成する基板52は平板状でもよいし、ロッドレンズ44を一定の間隔で配置収納するU字状あるいはV字状等の溝が形成されたものであってもよい。
ロッドレンズ44と基板52の間の空間には、接着剤54が充填され、ロッドレンズ44を基板52間に接着固定している。接着剤54の種類は、ロッドレンズ44と基板52、あるいはロッドレンズ44、44同士を固定できる程度の粘着力を有するものであれば特に制限されるものではなく、薄膜状に塗布可能な接着剤や、スプレー式粘着剤、ホットメルト型粘着剤等が用いられる。
基板52やロッドレンズ44への接着剤54の塗布方法としては、接着剤の種類に応じて、スクリーン印刷法、スプレーコーティング法等の公知のコーティング法を用いることができる。
本実施形態で使用されるロッドレンズアレイ中のロッドレンズ44の配列ピッチPは、下記式(4)を満足する。
(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。
ロッドレンズ44を配列してロッドレンズアレイ50を作製する際、配列精度向上およびクロストーク光除去を目的として、ロッドレンズ44間に隙間56を設けて配列することが一般的であり、配列ピッチPはロッドレンズ44の直径2r、及び有効部分の直径2reよりも大きくなる(図6)。
この結果、レンズアレイ中で、レンズ作用をなす有効部分が、「とびとび」に存在することとなる。複数本のロッドレンズにより像を結像される場合、レンズ収差によってロッドレンズアレイの結像面上では、各レンズの光軸上の位置よりも、隣り合うレンズの光軸間の位置の方が、焦点深度が狭くなる傾向がある。このため、レンズアレイ中で、レンズ作用をなす有効部分が、「とびとび」に存在すると、焦点深度の斑が大きくなりやすい。
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。
ロッドレンズアレイでは、隣接するロッドレンズ44、44は互いに密着させても、一定の隙間をおいて配列してもよい。
ロッドレンズアレイ50としては、図5に示すような、複数のロッドレンズ44が、2枚の基板52,32間に一段積みで並列配置された一段積み構成の他、同種のロッドレンズが2段以上に積み重ねて並列配置された構成でもよい。ロッドレンズが2段以上に積み重ねられた構成では、ロッドレンズ間の隙間が最小になるように俵積み状に配列されていることが好ましい。
ロッドレンズアレイでは、ゴミ付着及び傷つき防止を目的とした表面保護層をロッドレンズ端面に設けてもよい。この表面保護層としては、既存のUV硬化型のハードコート剤による保護層、レンズ端面に設置されたカバーガラスが挙げられる。
一般に、レンズの焦点深度DOFは開口数NAと反比例の関係にあるが、ロッドレンズにおいても、下記式の関係が成り立つ。すなわち、開口数NAを小さくする程、焦点深度を深くすることができる。
DOF=0.156/NA (mm)
ここで、焦点深度DOF(mm)は、525nmの波長の光を用いて、6Lp/mmの空間周波数を持つ格子パターンの像を、ロッドレンズを用いて結像させて測定する。具体的には、光源58と本実施形態のロッドレンズアレイ50の間に、図6に示されているように、光源側から波長フィルタ60、拡散板62、格子パターン64を配置し、ロッドレンズアレイ50による格子パターン64の像をCCDラインセンサ66で撮像することによって、焦点深度DOFを測定する。
まず、MTF(modulation transfer function)が最大になるように、格子パターン64、ロッドレンズアレイ50、CCDラインセンサ66を配置し(図6)、その状態から、光軸上で格子パターン64のみを前後方向(光軸に沿った方向)に移動させ、MTFが40%以上となる格子パターンの移動範囲の幅(mm)を焦点深度DOF(mm)と定義する(図7参照)。
なお、本明細書において、「6Lp/mmの格子パターン」とは、透明ラインと遮光(黒)ラインとの組(ラインペア:Lp)を1mmの幅の中に6組設けてある格子パターンのことをいう。
また、MTFとは、格子パターンを、ロッドレンズにより受光センサに結像させて読み取ったときの、測定光量の最大値(iMAX )と最小値(iMIN )とから、下記式により算出される値のことをいう。
MTF[%]=((iMAX−iMIN )/(iMAX +iMIN ))×100
また、レンズの光量は開口数NAの2乗と比例の関係にあるため、開口数を小さくする程、光量が小さくなる。従って、ロッドレンズの焦点深度を深くするためには開口数NAを小さくする必要があるが、開口数NAを小さくしすぎると光量が小さくなる。
本実施形態のロッドレンズは開口数NAを0.175以下とすることによって、十分な焦点深度を得ることができ、また0.06以上とすることによって十分な光量を確保することができる。NAの下限値は、0.1以上であることが好ましく、NAの上限値は0.15以下であることが好ましい。
本実施形態のロッドレンズアレイ50では、アレイ主走査方向の平均焦点深度DOFaveが0.9mm≦DOFaveである。平均焦点深度DOFaveのより好ましい範囲は、0.9mm≦DOFave≦2.6mmであり、1.0mm≦DOFave≦2.3mmがより好ましく、1.1mm≦DOFave≦2.0mmが更に好ましい。
DOFaveを0.9mm以上とすることにより、読み取り原稿の位置がずれても像を鮮明に読取ることが可能である。DOFaveを2.6mm以下とすることにより、光源の光を効率的に伝達することができ、電力消費を抑制することが可能である。
ここで、焦点深度DOFとは、6Lp/mmの格子パターン、ロッドレンズ、及び受光センサを順次配置させた後、格子パターンのみを移動させたときに、MTFが40%以上となる格子パターンの移動範囲の幅(mm)であり、DOFaveとは、レンズアレイの主走査方向における焦点深度DOFの平均値である。
また本実施形態のロッドレンズアレイ50は、アレイ主走査方向の焦点深度の斑(焦点深度斑)DOFcvがDOFcv≦12%である。好ましくはDOFcv≦10%であり、より好ましくはDOFcv≦5%である。
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。
本実施形態においては、ロッドレンズが式(1)〜(3)を満たし、且つ、ロッドレンズアレイが式(4)を満たすことにより、上述したような平均焦点深度及び焦点深度斑を満たすロッドレンズアレイを得ることができる。
本実施形態のロッドレンズアレイ50は、上記のような範囲の値をとることにより、読み取り原稿の位置がかなりずれても像を鮮明に斑なく読み取ることができる。
この結果、読み取り原稿の位置がかなりずれても像を鮮明に読み取ることが可能で、光源の光を均一に伝達することが可能なため読み取り画像が均一でスジ斑がなく、且つ光源の光を効率的に伝達することで電力消費の小さな小型イメージセンサを提供することが可能となる。
イメージセンサヘッド
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。
本実施形態のイメージセンサヘッド70は、上記実施形態のロッドレンズアレイ50を備え、原稿台72の原稿載置面72a上に載置された原稿Qから画像を読み取るように画像読み取り装置Sに組み込まれる。
イメージセンサヘッド70は、稿台72の原稿載置面72a上に載置された原稿Qに光を照射するライン状光源74と、原稿Qからの反射光を集光するロッドレンズアレイ50と、ロッドレンズアレイ50により集光された光を受けるラインイメージセンサ76と、ラインイメージセンサ76等を収容する筐体78と、を備えている。
筐体78は、略直方体形状の箱体であり、筐体78の上面には第1凹部78aおよび第2凹部78bが形成され、下面には第3凹部78cが形成されている。筐体78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78を形成することにより、筐体56を容易に形成でき、安価とすることができる。
第1凹部78a内には、ライン状光源74が斜めに固定されている。ライン状光源74は、照射光の光軸が、ロッドレンズアレイ50の光軸Axと原稿載置面72aとの交点または交点近傍を通るように固定されている。
第2凹部78bには、ロッドレンズアレイ50が固定されている。第3凹部78cには、ラインイメージセンサ76を備えた基板80が取り付けられている。基板80は、その上面が、第3凹部78cに設けられた段差部78dに当接するように固定されている。
ロッドレンズアレイ50は、ロッドレンズの配列方向が、画像読取装置Sの主走査方向に一致するようにイメージセンサヘッド70に装着されている。ロッドレンズアレイ50は、上方に位置する原稿Q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76の受光面76aに正立等倍像を形成する。
画像読取装置Sは、複写機等に使用される据置型のフラットベッドスキャナのスキャナであり、駆動機構を用いてイメージセンサヘッド70を副走査方向に走査することにより原稿Qを読み取ることができるようになっている。
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。
このような原稿台72のガラスの厚さ72bが3mm以下となることが予測される。
屈折率1.52、厚さが3mmの原稿台72によって生じる焦点の浮き82(約−1mm)、及び原稿台72とレンズ端面44aとのクリアランス84(1mm以上が好ましい)を考慮すると、ロッドレンズの作動距離L0は少なくとも3mm以上となる必要がある(図9)。そして、屈折率分布定数gを0.6mm-1以内にすることによって、ロッドレンズの作動距離L0を3mm以上とすることができる。
以下の例ではロッドレンズアレイについて、以下のように物性を評価した。
<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。
MTF(%)={(imax−imin)/(imax+imin)}×100
その際、格子パターンとロッドレンズアレイの入射端との距離と、ロッドレンズアレイの出射端とCCDラインセンサとの距離を等しくした。そして、格子パターンとCCDラインセンサをロッドレンズアレイに対し対称的に動かしてMTFを測定し、MTFが最良になるときの、格子パターンとCCDラインセンサとの距離を共役長TCとした。
格子パターンとCCDラインセンサとの距離を共役長で固定して、ロッドレンズアレイ全幅について走査してMTFを50点測定し、これらの平均値(平均MTF)を求めて、解像度の指標とした。平均MTFの値が大きい程、解像度が優れる。
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DOF(mm)、平均焦点深度DOFave(mm)、焦点深度斑DOFcv(%)の測定>
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。
具体的には、MTFが最大となるように、格子パターン、ロッドレンズアレイ、及び受光センサを順次配置させたあと(共役長TC)、ロッドレンズアレイおよびCCDラインセンサは固定して、光軸上で格子パターンのみを前後に移動させてMTFを評価し、MTFが40%以上となる格子パターンの移動範囲の幅(mm)として焦点深度DOF(mm)を評価した。焦点深度の値が大きいほど、原稿が焦点位置からずれた場合でも高い解像度を維持しやすくなる。
平均焦点深度DOFave(mm)に関しては、上記焦点深度DOF(mm)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、その平均値として平均焦点深度DOFave(mm)を求めた。
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。
<光量、光量斑の測定>
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。
具体的には、光源からの光(波長525nm)を、拡散板を通してロッドレンズアレイに入射させ、結像面に設置したCCDラインセンサにより光量出力を測定し、測定光量の最大値(imax)を記録する。この際の拡散板とロッドレンズアレイの入射端との距離と、ロッドレンズアレイの出射端とCCDラインセンサとの距離は等しく、拡散板とCCDラインセンサとの距離は共役長である。
拡散板とCCDラインセンサとの距離を共役長で固定して、ロッドレンズアレイ全幅について走査して光量出力を50点測定し、これらの平均値(平均光量)を求めた。ここで、一般的に複写機にて使用されているロッドレンズであるセルフォックレンズSLA6A(日本板硝子社製)の平均光量を100%としたときの、対象レンズの光量百分率(%)を光量の指標とした。光量の値が大きい程、高速での印刷に対応することができる。
また光量斑に関しては、拡散板とCCDラインセンサとの距離を共役長で固定して、ロッドレンズアレイ全幅について走査して光量出力を50点測定し、下記式で表される測定光量の最大値(imax)と最小値(imin)の差を光量平均値(平均光量)で除した値を光量斑dI(%)として算出した。
dI(%)={(imax−imin)/平均光量}×100
[実施例1]
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。
PMMA44質量部、MMA17質量部、PhMA8質量部、TBMA5.5質量部、TCDMA25.5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。
PMMA46質量部、MMA16.5質量部、PhMA11質量部、TBMA8.5質量部、TCDMA12.5質量部、2,2,3,3−テトラフルオロプロピルメタクリレート(4FM)5.5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。
PMMA44.5質量部、MMA11.5質量部、PhMA15質量部、TCDMA9質量部、4FM20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。
PMMA44.5質量部、MMA11.5質量部、PhMA15質量部、TCDMA9質量部、4FM20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。
なお、HCPKは光硬化触媒、HQは重合禁止剤である。
各層の原液の組成を表1(実施例 原液組成 半径比)に示す。
なお、クロストーク光やフレア光を抑制する目的で、加熱混練前の第5層形成用原液中に、原液全体に対して染料Blue ACR(日本化薬株式会社製)0.58質量%、染料MS Yellow HD−180(三井化学染料株式会社製)およびMS Magenta HM−1450(三井化学染料株式会社製)をそれぞれ0.15質量部、染料Diaresin Blue 4G(三菱化学株式会社製)を0.03質量部、Kayasorb CY−10(日本化薬株式会社製)を0.02質量部添加した。
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。
各層の吐出比は、ロッドレンズの半径方向の各層の厚さ(第1層目においては半径)の比に換算して、第1層目/第2層目/第3層目/第4層目/第5層目=35.0/35.5/24.5/4/3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。
次いで、得られた原液から、図1に示すプラスチック製ロッドレンズ原糸の製造装置10を用いてロッドレンズ原糸を製造した。
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。
続いて、長さ120cm、40Wのケミカルランプ18本が中心軸の周囲に等間隔に配設された第1硬化処理部(光照射部)の中心上に糸状体Aを通過させて、各層間同士で相互拡散させながら、硬化させた。引き続き、2KWの高圧水銀灯3本が中心軸の周囲に等間隔に配設された第2硬化処理部(光照射部)の中心上に糸状体Aを通過させて、さらに硬化させた。なお、相互拡散処理部における窒素流量は72L/分とした。
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。
次いで、得られたロッドレンズ原糸を166mmの長さに切断し、ロッドレンズを得た。
このようにして得られたロッドレンズの半径rは0.30mm、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〜0.9rの範囲において屈折率分布が上述した屈折率分布に関する式に近似され、525nmの波長において屈折率分布定数gは0.33mm-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0.286mmであり、レンズの開口数NAは0.142であった。
得られたロッドレンズを520本使用して、レンズ長が12.0mm、配列ピッチPが0.615mm(隣接レンズ間の隙間0.015mm)である1列のロッドレンズアレイを作製した。有効部分の直径2reと配列ピッチPの比率2re/Pは0.93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21.3mm、作動距離L0は4.6mm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1.22mmであり、焦点深度斑DOFcvは5.9%、光量は268%、光量斑は15%であった。測定結果を図10、表2(実施例比較例 結果)に示す。
表2
このロッドレンズアレイを用いてイメージセンサヘッドを作製したところ、コンパクトなイメージセンサヘッドが得られた。またこのイメージセンサヘッドを用いて読取りを行ったところ原稿に多少の浮きがあっても解像度の高い画像が得られ、焦点深度の斑に起因する画像の斑も少なかった。原稿に浮きがない場合、光量が大きく、光量斑も少なかったため鮮明な画像が得られた。また、読み取り画像にスジ斑は見られなかった。
[実施例2]
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。
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〜0.9rの範囲において屈折率分布が、上記屈折率分布に関する式に近似され、525nmの波長において屈折率分布定数gは0.43mm-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0.220mmであり、レンズの開口数NAは0.142であった。
得られたロッドレンズを684本使用して、レンズ長が8.8mm、配列ピッチPが0.468mm(隣接レンズ間の隙間0.004mm)である1列のロッドレンズアレイを作製した。有効部分の直径2reと配列ピッチPの比率2re/Pは0.94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18.1mmであり、作動距離L0は4.7mm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1.19mmであり、焦点深度斑DOFcvは7.9%、光量は216%、光量斑は14%であった。測定結果を図11、表2に示す。
このロッドレンズアレイを用いてイメージセンサヘッドを作製したところ、コンパクトなイメージセンサヘッドが得られた。またこのイメージセンサヘッドを用いて読取りを行ったところ原稿に多少の浮きがあっても解像度の高い画像が得られ、焦点深度の斑に起因する画像の斑も少なかった。原稿に浮きがない場合、光量が大きく、光量斑も少なかったため鮮明な画像が得られた。また、読み取り画像にスジ斑は見られなかった。
[実施例3]
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。
このようにして得られたロッドレンズの半径rは0.175mm、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〜0.9r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0.57mm-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0.166mmであり、レンズの開口数NAは0.142であった。
得られたロッドレンズを914本使用して、レンズ長が6.7mm、配列ピッチPが0.350mm(隣接レンズ間の隙間0mm)である1列のロッドレンズアレイを作製した。有効部分の直径2reと配列ピッチPの比率2re/Pは0.95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13.6mmであり、作動距離L0は3.5mm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DOFave1.27mmであり、焦点深度斑DOFcvは4.8%、光量は220%、光量斑は12%であった。測定結果を図12、表2に示す。
このロッドレンズアレイを用いてイメージセンサヘッドを作製したところ、非常にコンパクトなイメージセンサヘッドが得られた。またこのイメージセンサヘッドを用いて読取りを行ったところ原稿に多少の浮きがあっても解像度の高い画像が得られ、焦点深度の斑に起因する画像の斑も非常に少なかった。原稿に浮きがない場合、光量が大きく、光量斑も少なかったため鮮明な画像が得られた。また、読み取り画像にスジ斑は見られなかった。
[実施例4]
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。
このようにして得られたロッドレンズの半径rは0.120mm、中心屈折率n0は525nmの波長において1.502、中心から外周に向かう0.2r〜0.9r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0.43mm-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0.110mmであり、レンズの開口数NAは0.071であった。
得られたロッドレンズを1280本使用して、レンズ長が8.8mm、配列ピッチPが0.250mm(隣接レンズ間の隙間0.01mm)である1列のロッドレンズアレイを作製した。有効部分の直径2reと配列ピッチPの比率2re/Pは0.88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18.1mmであり、作動距離L0は4.7mm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。
このロッドレンズアレイを用いてイメージセンサヘッドを作製したところ、コンパクトなイメージセンサヘッドが得られた。またこのイメージセンサヘッドを用いて読取りを行ったところ原稿にかなり浮きがあっても解像度の高い画像が得られ、焦点深度の斑に起因する画像の斑も比較的少なかった。原稿に浮きがない場合、光量が比較的大きく、光量斑も比較的少なかったため鮮明な画像が得られた。また読み取り画像にスジ斑は見られなかった。
[比較例1]
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。
PMMA46質量部、MMA29質量部、ベンジルメタクリレート(BzMA)5質量部、TCDMA15質量部、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチルメタクリレート(8FM)5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。
PMMA49質量部、MMA37質量部、BzMA6質量部、8FM8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。
PMMA47質量部、MMA23質量部、BzMA10質量部、8FM20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。
PMMA39質量部、MMA3質量部、BzMA17質量部、8FM41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。
各層の原液の組成を表3(比較例 原液組成 半径比)に示す。
なお、クロストーク光やフレア光を抑制する目的で、加熱混練前の第4層形成用原液中に、原液全体に対して染料Blue ACR(日本化薬株式会社製)、染料MS Yellow HD−180(三井化学染料株式会社製)、MS Magenta HM−1450(三井化学染料株式会社製)、染料Diaresin Blue 4G(三菱化学株式会社製)、及びKayasorb CY−10(日本化薬株式会社製)をそれぞれ0.01質量部、添加した。また加熱混練前の第5層形成用原液中に、原液全体に対して染料Blue ACR(日本化薬株式会社製)0.57質量%、染料MS Yellow HD−180(三井化学染料株式会社製)およびMS Magenta HM−1450(三井化学染料株式会社製)をそれぞれ0.14質量部、染料Diaresin Blue 4G(三菱化学株式会社製)を0.03質量部、Kayasorb CY−10(日本化薬株式会社製)を0.01質量部、添加した。
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。
各層の吐出比は、ロッドレンズの半径方向の各層の厚さ(第1層目においては半径)の比に換算して、第1層目/第2層目/第3層目/第4層目/第5層目=21.0/25.0/33.0/19/2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。
次いで、得られた原液から、図1に示すプラスチック製ロッドレンズ原糸の製造装置を用いてロッドレンズ原糸を製造した。
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。
続いて、長さ120cm、40Wのケミカルランプ18本が中心軸の周囲に等間隔に配設された第1硬化処理部(光照射部)の中心上に糸状体Aを通過させて、各層間同士で相互拡散させながら、硬化させた。引き続き、2KWの高圧水銀灯3本が中心軸の周囲に等間隔に配設された第2硬化処理部(光照射部)の中心上に糸状体Aを通過させて、さらに硬化させた。なお、相互拡散処理部における窒素流量は72L/分とした。
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。
次いで、得られたロッドレンズ原糸を166mmの長さに切断し、ロッドレンズを得た。
このようにして得られたロッドレンズの半径rは0.30mm、中心屈折率n0は525nmの波長において1.497、中心から外周に向かう0.2r〜0.9r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0.48mm-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0.283mmであり、レンズの開口数NAは0.203であった。
得られたロッドレンズを520本使用して、レンズ長が8mm、配列ピッチPが0.615mm(隣接レンズ間の隙間0.015mm)である1列のロッドレンズアレイを作製した。有効部分の直径2reと配列ピッチPの比率2re/Pは0.92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。
このロッドレンズアレイを用いてイメージセンサヘッドを作製したところ、非常にコンパクトなイメージセンサヘッドが得られた。またこのイメージセンサヘッドを用いて読取りを行ったところ原稿に少しでも浮きがあると解像度の低いぼやけた画像しか得られず、画像の斑を確認できなかった。原稿に浮きがない場合、光量が非常に大きく鮮明な画像が得られ、光量斑に起因する画像の斑は少なかった。また、読み取り画像にスジ斑は見られなかった。
[比較例2]
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。
このようにして得られたロッドレンズの半径rは0.178mm、中心屈折率n0は525nmの波長において1.497、中心から外周に向かう0.2r〜0.9r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0.84mm-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0.166mmであり、レンズの開口数NAは0.209であった。
得られたロッドレンズを865本使用して、レンズ長が4.4mm、配列ピッチPが0.370mm(隣接レンズ間の隙間0.015m)である1列のロッドレンズアレイを作製した。有効部分の直径2reと配列ピッチPの比率2re/Pは0.9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10mmであり、作動距離L0は2.8mm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0.87mm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。
このロッドレンズアレイを用いてイメージセンサヘッドを作製したところ、非常にコンパクトなイメージセンサヘッドが得られたが、このイメージセンサヘッドを用いて読取りを行うと、作動距離L0が2.8mmと短く、プラテンガラスとの干渉が起こってしまうため、うまく読み取りを行うことができなかった。
[比較例3]
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。
各層の原液の組成を表3に示す。
なお、クロストーク光やフレア光を抑制する目的で、加熱混練前の第4層形成用原液中に、原液全体に対して染料Blue ACR(日本化薬株式会社製)、染料MS Yellow HD−180(三井化学染料株式会社製)、MS Magenta HM−1450(三井化学染料株式会社製)、及び染料Diaresin Blue 4G(三菱化学株式会社製)をそれぞれ0.01質量部、添加した。
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。
各層の吐出比は、ロッドレンズの半径方向の各層の厚さ(第1層目においては半径)の比に換算して、第1層目/第2層目/第3層目/第4層目/第5層目=48/14/16/21/1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。
次いで、得られた原液から、図1に示すプラスチック製ロッドレンズ原糸の製造装置を用いてロッドレンズ原糸を製造した。
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。
続いて、長さ120cm、40Wのケミカルランプ18本が中心軸の周囲に等間隔に配設された第1硬化処理部(光照射部)の中心上に糸状体Aを通過させて、各層間同士で相互拡散させながら、硬化させた。引き続き、2KWの高圧水銀灯3本が中心軸の周囲に等間隔に配設された第2硬化処理部(光照射部)の中心上に糸状体Aを通過させて、さらに硬化させた。なお、相互拡散処理部における窒素流量は72L/分とした。
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。
次いで、得られたロッドレンズ原糸を、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、166mmの長さに切断して、ロッドレンズを作製した。
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。
得られたロッドレンズを、690本使用して、レンズ長が9.5mm、配列ピッチPが0.464mm(隣接レンズ間の隙間0m)である1列のロッドレンズアレイを作製した。有効部分の直径2reと配列ピッチPの比率2re/Pは0.78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。
また得られたロッドレンズアレイの平均焦点深度DOFaveは1.51mmであり、焦点深度斑は12.8%、光量は106%、光量斑は35%であった。測定結果を図15、表2に示す。
このロッドレンズアレイを用いてイメージセンサヘッドを作製したところ、コンパクトなイメージセンサヘッドが得られた。またこのイメージセンサヘッドを用いて読取りを行ったところ原稿にかなり浮きがあっても解像度の高い画像が得られたが、焦点深度の斑が大きいため、それに起因する画像の斑も非常に大きかった。原稿に浮きがない場合、光量は大きく鮮明な画像が得られたが、光量斑が大きかった。また、読み取り画像にスジ斑がはっきり見られた。
50:ロッドレンズアレイ
44:ロッドレンズ
52:基板
54:接着剤

Claims (3)

  1. 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。
  2. 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。)、
  3. 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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