KR20050021242A - 이미지센서용 렌즈 어레이 및 이 렌즈 어레이를 짜 넣은화상 독취장치 - Google Patents

이미지센서용 렌즈 어레이 및 이 렌즈 어레이를 짜 넣은화상 독취장치 Download PDF

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와키사카마사히데
네모토히로유키
기시모토다카시
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니혼 이타가라스 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 광축과 라인 이미지센서 사이의 어긋남에 기인하는 광량 레벨의 저하가 없는 렌즈 어레이와 이 렌즈 어레이를 짜 넣은 화상 독취장치를 제공한다.
렌즈 어레이(4)는 2장의 렌즈 플레이트(40,40)을 겹쳐 정립 등배렌즈로서 구성되어 있다. 각 렌즈 플레이트(40)은 다수의 미소렌즈(41)…이 소정 피치로 규칙적으로 2차원형상으로 배열되어 있다. 이 렌즈 플레이트(40)은 예를 들면, 부드러운 상태의 자외선효과 수지를 투명형을 사용하여 프레스 성형하는 동시에 외부로부터 자외선을 조사하여 굳힘으로써 제조된다. 렌즈 어레이(4)는 부주사방향에 복수열의 미세렌즈(41)이 형성되어 있기 때문에 렌즈 광축과 이미지센서(6)의 어긋남에 기인하는 광량 레벨의 저하는 발생하지 않는다.

Description

이미지센서용 렌즈 어레이 및 이 렌즈 어레이를 짜 넣은 화상 독취장치{Lens array for image sensor and image-scanning device incorporating the lens array}
본 발명은 원고로부터의 빛을 센서(수광소자)에 수속(收束)시키기 위한 렌즈 어레이 및 그것을 짜 넣은 복사기, 팩시밀리, 스캐너 등의 화상 독취장치에 관한 것이다.
정립 등배렌즈를 짜 넣은 밀착형 이미지센서는 축소타입에 비해 부품점수가 적어 얇게 할 수 있기 때문에, 팩시밀리, 복사기, 핸드 스캐너 등의 화상 독취장치(이미지센서 유닛)로서 사용되고 있다.
도 9는 특허문헌 1에 나타내어진 종래의 밀착형 화상 독취장치의 전체 구성도이고, 바구니체(100) 내에 도광체(101)을 수납한 케이스(102)와 렌즈 어레이(103)을 배치하여 상부에 커버유리(104)를 설치하고, 하부에 라인 이미지센서(수광소자)(105)를 배치한 기판(106)을 장착하여 도광체(101)의 출사면으로부터 출사된 조명광을 커버유리(104)를 통해서 원고에 입사시키고, 그 반사광을 로드렌즈 어레이(103)을 매개로 하여 라인 이미지 센서(105)로 검출함으로써 원고를 독취한다.
도 10은 상기 로드렌즈 어레이(103)의 사시도이고, 로드렌즈 어레이(103)은 다수의 로드렌즈(103a)…의 양쪽을 수지 플레이트(103b)로 끼우는 동시에 로드렌즈(103a) 사이에 흑색 수지를 충전하고 있다.
[특허문헌]
특허문헌 1: 일본국 특허공개 제2001-358906호 공보 [0011]
상기 이미지센서 유닛의 바구니체는 일반적으로 수지 성형품이고, 높은 정밀도로 성형할 수 없고 또 자기형상 유지성도 낮다. 이 때문에, 로드렌즈 어레이를 전혀 기울이지 않고 장착하는 것이 곤란하여, 도 10에 나타내는 바와 같이 로드렌즈 어레이의 광축과 라인 이미지센서와의 사이에 어긋남(Δy)가 생긴다.
도 11은 이 어긋남(Δy)와 광량 레벨과의 관계를 길이방향(주주사방향(主走査方向))을 따라 검증한 결과를 나타내는 것이고, 이 도 11로부터 어긋남(Δy)가 커지면 광량 레벨이 크게 저하하는 것을 알 수 있다.
이와 같이 광량 레벨의 저하가 일어나면, 예를 들면 괘선 등의 선형상 화상을 삽입할 때 선의 일그러짐이 생겨 화상품위를 저하시켜 버린다.
이것을 해소하기 위해서, 로드렌즈를 부주사방향(副走査方向)으로 2열 배열한 로드렌즈 어레이도 사용되고 있다. 그러나, 1열의 로드렌즈 어레이로도 제작비용이 높아져 있고, 이것을 2열로 하는 것은 더욱이 제작 생산율이 악화하여 비용이 상승하게 된다. 또한 2열로 해도 광축의 어긋남을 완전히 해소할 수는 없다.
한편, 마이크로렌즈 어레이를 사용하면 다수열로 하는 것은 간단하지만, 통상의 마이크로렌즈 어레이로는 정립 등배렌즈로 할 수 없다.
또한, 밀착형 화상 독취장치의 경우, 상기 로드렌즈 어레이의 광축과 라인 이미지센서와의 사이에 어긋남(Δy) 외에, 원고의 들뜸에 기이하는 해상도의 저하가 문제가 된다. 즉, 책 등을 펼쳐서 유리판(원고대) 위에 얹으면 어떻게 해도 페이지 사이부분이 들떠 버린다.
그리고, 종래의 화상 독취장치에 있어서는 조명장치로부터의 조사광은 대략 유리판(원고대) 위에 집광되도록 설계되어 있기 때문에, 해당 원고의 들뜸 개소에 있어서 조사광량이 불균일해져 해상도가 저하한다.
또한, 만약 조사광량을 원고의 들뜸에 맞추어 어느 정도 분산시켜도 렌즈의 초점심도의 문제가 생긴다. 즉 원고에 들뜸이 있어도 해상도가 저하하지 않게 하기 위해서는 렌즈의 초점심도가 큰 것이 조건이 된다.
도 12는 렌즈의 개구각과 초점심도 및 전달광량과의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 그래프로부터 알 수 있듯이 초점심도 및 전달광량과는 트레이드오프의 관계에 있다. 예를 들면, 1 mm 원고의 들뜸에 대응하기 위해서는 로드렌즈의 개구각을 6°로 하지 않으면 안되지만, 개구각 6°일 때의 전달광량은 약 0.3%가 되어 매우 적다. 이 때문에, 광량부족을 초래해 버린다.
상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명의 이미지센서용 렌즈 어레이는 렌즈 플레이트를 복수장 겹쳐 정립 등배렌즈로서 구성하고, 각 렌즈 플레이트에는 다수의 미소렌즈가 소정 피치로 규칙적으로 2차원형상으로 배열된 구성으로 하였다.
이와 같이 부주사방향에도 다수열의 렌즈가 형성된 렌즈 플레이트를 사용함으로써, 광축과 라인 이미지센서 사이의 어긋남(Δy)에 기인하는 광량 레벨의 저하가 없어진다.
상기 렌즈 어레이는, 예를 들면 2장 또는 3장의 렌즈 플레이트를 상하로 겹쳐 구성되고, 위쪽 렌즈 플레이트의 미소렌즈 중심과 아래쪽 렌즈 플레이트의 미소렌즈 중심이 일치하고 있다.
또한, 상기 렌즈 어레이의 단일렌즈 개구각을 4~10°로 함으로써 전달광량과 초점심도 둘 다 만족시킬 수 있다.
본 발명에는 상기의 이미지센서용 렌즈 어레이를, 조명장치 및 수광소자와 함께 바구니체에 짜 넣은 화상 독취장치도 포함된다. 특히, 화상 독취장치의 조명장치로서, 끝면으로부터 입사된 빛을 내면에서 반사시키면서 길이방향을 따라 설치한 출사면으로부터 출사시키는 도광체를 구비하고, 이 도광체는 2종류의 반사곡면을 가지며, 각각의 곡면에 의해 반사된 빛의 집광위치가 다른 것을 사용함으로써 원고의 들뜸에 기인하는 광량 레벨의 저하를 유효하게 방지할 수 있다.
또한, 2종류의 반사곡면으로서는 도광체의 길이방향에 직교하는 방향의 단면형상이, 타원호 또는 포물선을 이루는 것을 생각할 수 있다. 또한, 좌우 한쌍의 조명장치를 짜 넣은 경우에는 각각의 조명장치의 높이를 겹치지 않게 함으로써 동등의 효과를 발휘한다.
또한, 화상 독취장치로서는, 이미지센서용 렌즈 어레이와 수광소자의 사이 또는 이미지센서용 렌즈 어레이의 위쪽 중 적어도 한쪽에 고스트 컷트부를 설치하는 구성으로 해도 된다.
이하에 본 발명의 실시형태를 첨부도면을 토대로 설명한다. 도 1은 본 발명의 렌즈 어레이를 짜 넣은 화상 독취장치의 단면도, 도 2는 본 발명의 렌즈 어레이의 사시도, 도 3은 부주사방향 위치와 광강도와의 관계를 원고면의 들뜸량마다 나타낸 그래프, 도 4는 본 발명의 렌즈 어레이에 의한 결상(結像)을 설명한 도면이다.
화상 독취장치(1)은, 바구니체(2) 내의 좌우에 라인 조명장치(3,3)을 배치하고, 이들 라인 조명장치(3,3)의 사이에 렌즈 어레이(4)를 배치하며, 바구니체(2)의 하부에는 오목부(5)를 형성하여 이 오목부(5)에 이미지센서(수광소자)(6)을 고착한 기판(7)을 장착하고, 또 라인 조명장치(3,3) 및 렌즈 어레이(4)의 위쪽에는 원고를 얹어놓는 유리판(8)을 설치하고 있다. 또한, 이미지센서(수광소자)(6)은 렌즈 어레이(4)의 중심선을 내린 위치와 대략 일치하는 위치에 설치되어 있다.
또한, 렌즈 어레이(4) 아래쪽의 바구니체(2)의 일부를 안쪽으로 축소시켜 이 개소를 고스트 컷트부(9)로 하고 있다.
라인 조명장치(3)은 케이스(30) 내에 아크릴 수지 등으로 된 막대형상 도광체(31)을 수납하고 있다. 도광체(31)은 길이방향에 직교하는 방향의 단면형상이 대략 1/4 타원인 장축쪽 앞끝의 모서리를 깎아내고, 이 모서리를 깎아낸 면(31a)에 타원의 초점이 포함되며, 더욱이 모서리를 깎아낸 면(31a)에 광산란 패턴을 형성하고 있다.
상기 도광체(31)의 길이방향을 따른 표면은, 상기 모서리를 깎아낸 면(31a), 타원의 단축방향과 평행한 출사면(31b), 타원의 장축방향과 평행한 반사면(31c)와 상기 광산란 패턴으로부터의 산란광을 출사면(31b)를 향하여 반사하는 단면이 대략 1/4 타원의 반사면(31d)로 된다.
여기에서, 원고지면의 들뜸에 대한 광강도 특성 피크의 이동은, 주로 조명광 광축의 기울기에 의존한다. 광강도 특성은 모서리를 깎아낸 면에 형성한 산란패턴의 폭에 의존한다. 따라서, 도광체(30)의 기울기와 산란패턴의 폭에 의해 특성곡선을 대략 일치시킬 수 있다.
또한, 도 2는 도 1에 있어서 좌측 도광체(31)의 부주사방향 위치(D)와 광강도와의 관계를 원고면의 들뜸량마다 나타낸 그래프이고, 이 그래프로부터 부주사방향 위치(D)를 6.5~7.0 mm의 범위로 함으로써, 원고의 들뜸량에 상관없이 광강도를 0.8 정도로 유지할 수 있는 것을 알 수 있다.
한편, 렌즈 어레이(4)는 도 3에 나타내는 바와 같이, 2장의 렌즈 플레이트(40,40)을 겹쳐 정립 등배렌즈로서 구성되어 있다. 각 렌즈 플레이트(40)은 다수의 미소렌즈(41)…이 소정 피치로 규칙적으로 2차원형상으로 배열되어 있다. 이 렌즈 플레이트(40)은 예를 들면, 부드러운 상태의 자외선효과 수지를 투명형을 사용하여 프레스 성형하는 동시에 외부로부터 자외선을 조사하여 굳힘으로써 제조된다(2P 성형법).
또한 성형방법으로서는 가열에 의해 연화시킨 유리 또는 수지를 프레스 성형하거나 미리 성형한 렌즈를 붙이도록 해도 된다.
상기 렌즈 어레이(4)의 작용은, 도 4에 나타내는 바와 같이 원고면에서 반사된 도광체(31)의 출사면(31b)로부터의 빛을, 렌즈 어레이(4)를 매개로 하여 이미지센서(수광소자)(6)에 수속시킨다. 이 경우, 렌즈 어레이(4)는 부주사방향에 복수열의 미세렌즈(41)이 형성되어 있기 때문에 종래와 같이 렌즈 광축과 이미지센서(6)의 어긋남에 기인하는 광량 레벨의 저하는 발생하지 않는다. 또한, 상기한 바와 같이 미세렌즈(41)의 개구각을 4~10°의 범위로 설정함으로써, 초점심도와 전달광량 둘 다 만족할 수 있다.
도 5는 다른 실시예를 나타내는 도 1과 동일한 도면이고, 이 실시예에 있어서는 도광체(311)은 2종류의 반사곡면(311c,311d)를 가지고 있다. 이들 반사곡면(311c,311d)는 도광체의 길이방향에 직교하는 방향의 단면형상이 타원호 또는 포물선이 되어 있고, 산란패턴을 형성한 면(311a)로부터의 빛을 출사면(311b)로부터 출사하는 동시에 출사한 빛의 집광위치(상하위치)가 다르도록 설정하고 있다.
또한 도 5에 나타내는 실시예에 있어서는, 렌즈 어레이(4)를 3장의 렌즈 플레이트(40)으로 구성하는 동시에, 렌즈 어레이(4)의 위쪽 및 아래쪽 양쪽에 고스트를 발생시키는 미광(迷光)을 컷트하는 고스트 컷트부(9)를 설치하고 있다. 또한, 고스트 컷트부(9)는 렌즈 어레이(4)의 위쪽에만 설치해도 된다.
도 6도 다른 실시예를 나타내는 도 1과 동일한 도면으로, 이 실시예에 있어서는 좌우의 도광체(31)의 높이를 겹치지 않게 하고 있다.
이와 같이 집광위치가 다른 반사면을 채용하거나, 좌우의 도광체 높이를 겹치지 않게 함으로써 원고의 들뜸이 있더라도 배광률의 변화를 작게 할 수 있다.
또한 도 6에 나타내는 실시예에 있어서는, 고스트 컷트부(9)는 슬릿 구조를 이루고 있다. 즉, 고스트 컷트부(9)는 렌즈의 피치에 대응한 격벽(隔璧)(9a)를 수직으로 형성하고 있고, 렌즈의 배열이 육각형 조밀구조이면 슬릿은 위쪽에서 봐서 하니컴형상이 되고, 렌즈의 배열이 정방 조밀구조이면 슬릿은 위쪽에서 봐서 바둑판형상이 된다.
또한, 도시예에서는 2종류의 반사곡면(311c,311d)를 마주보게 설치하고 있지만, 한쪽 면에 초점위치가 다른 타원호 또는 포물선을 연속하여 형성해도 된다.
도 7의 (a)는 본 발명의 렌즈 어레이를 짜 넣은 화상 독취장치의 부주사변위(副走査變位)와 광강도와의 관계를 나타내는 그래프, (b)는 종래장치의 부주사변위와 광강도와의 관계를 나타내는 그래프이고, 본 발명의 렌즈 어레이에 있어서는 렌즈가 복수 배열되어 있기 때문에, (a)에 나타내는 바와 같이 부주사방향의 중심위치로부터 -0.5 mm ~ +1 mm의 범위에 있어서 광강도가 80% 이상을 유지하고 있지만, 종래의 도광체에서는 (b)에 나타내는 바와 같이 0 mm 이하가 되면 극단으로 광강도가 저하하는 것을 알 수 있다.
또한, 도 8의 (a)는 본 발명의 렌즈 어레이를 짜 넣은 화상 독취장치의 원고면의 들뜸량과 배광률과의 관계를 나타내는 그래프, (b)는 종래장치의 원고면의 들뜸량과 배광률과의 관계를 나타내는 그래프이고, 본 발명의 렌즈 어레이에 있어서는 초점심도가 깊기 때문에, (a)에 나타내는 바와 같이 원고면의 들뜸이 2 mm가 되어도 배광률은 90% 이상이지만, 종래의 도광체에서는 (b)에 나타내는 바와 같이 약 1.3 mm 이하가 되면 극단으로 배광률이 저하하는 것을 알 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 화상 독취장치에 짜 넣는 렌즈 어레이로서, 다수의 미소렌즈가 소정 피치로 규칙적으로 2차원형상으로 배열된 렌즈 플레이트를 복수장 겹쳐 정립 등배렌즈로서 구성했기 때문에, 렌즈 광축과 이미지센서(수광소자)와의 어긋남에 기인하는 광량 레벨의 저하를 억제하여 선형상 화상을 삽입할 때의 상의 일그러짐 발생을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 조명결상 위치를 상하방향에 폭을 가지게 하고, 이것에 맞추어 초점심도를 깊게 하더라도 전달광량의 저하가 적기 때문에, 원고의 들뜸이 커지더라도 높은 해상도의 화상을 삽입할 수 있다.
특히, 종래에 있어서는 렌즈 광축과 이미지센서(수광소자)를 일치시키기 위해서 바구니체의 치수, 평행도에는 높은 정밀도가 요구되고 있었지만, 해당 바구니체는 일반적으로 수지 성형품으로, 높은 정밀도로 성형할 수 없고 또 자기형상 유지성도 낮다. 이 때문에, 로드렌즈 어레이를 전혀 기울이지 않고 장착하는 것이 곤란하였지만, 본 발명의 렌즈 어레이라면 바구니체 성형시나 성형 후에 다소의 변형이 생기더라도 화상 독취장치의 성능에 영향을 주지 않고, 또 렌즈 어레이를 조립할 때 필요한 광축 조정작업도 용이해진다.
또한, 도광체로서 2종류의 반사곡면을 가지는 것을 사용함으로써, 원고의 들뜸에 기인하는 배광률의 저하를 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 렌즈 어레이를 짜 넣은 화상 독취(讀取)장치의 단면도이다.
도 2는 부주사방향 위치와 광강도와의 관계를 원고면의 들뜸량마다 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 렌즈 어레이의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 렌즈 어레이에 의한 결상(結像)을 설명한 도면이다.
도 5는 다른 실시예를 나타내는 도 1과 동일한 도면이다.
도 6은 다른 실시예를 나타내는 도 1과 동일한 도면이다.
도 7의 (a)는 본 발명의 렌즈 어레이를 짜 넣은 화상 독취장치의 부주사변위와 광강도와의 관계를 나타내는 그래프, (b)는 종래장치의 부주사변위와 광강도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8의 (a)는 본 발명의 렌즈 어레이를 짜 넣은 화상 독취장치의 원고면의 들뜸량과 배광률과의 관계를 나타내는 그래프, (b)는 종래장치의 원고면의 들뜸량과 배광률과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 종래의 화상 독취장치의 단면도이다.
도 10은 종래의 렌즈 어레이의 사시도이다.
도 11은 종래장치에 있어서의 렌즈 어레이의 광축과 수광소자(受光素子)의 어긋남(Δy)과 광량 레벨의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 렌즈의 개구각(開口角)과 초점심도 및 전달광량과의 관계를 나타내는 그래프이다.
부호설명
1…화상 독취장치, 2…바구니체, 3…라인 조명장치, 30…케이스, 31,311…도광체, 31a…모서리를 깎아낸 면, 31b…출사면(出射面), 31c…반사면, 31d…반사면, 311a…모서리를 깎아낸 면, 311b…출사면, 311c…반사면, 311d…반사면, 4…렌즈 어레이, 5…오목부, 6…이미지센서(수광소자), 7…기판, 8…유리판, 9…고스트(ghost) 컷트부.

Claims (7)

  1. 원고에서 반사된 또는 원고를 투과한 조명장치로부터의 빛을 수광소자에 수속시키기 위한 이미지센서용 렌즈 어레이에 있어서, 이 렌즈 어레이는 렌즈 플레이트를 복수장 겹쳐 정립 등배렌즈로서 구성되고, 각 렌즈 플레이트에는 다수의 미소렌즈가 소정 피치로 규칙적으로 2차원형상으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지센서용 렌즈 어레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 어레이는 2장 또는 3장의 렌즈 플레이트를 상하로 겹쳐 구성되고, 각 렌즈 플레이트의 미소렌즈의 중심이 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 이미지센서용 렌즈 어레이.
  3. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 어레이의 단일렌즈 개구각은 4~10°인 것을 특징으로 하는 이미지센서용 렌즈 어레이.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 이미지센서용 렌즈 어레이, 조명장치 및 수광소자를 바구니체에 짜 넣은 것을 특징으로 하는 화상 독취장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 조명장치는 끝면으로부터 입사된 빛을 내면에서 반사시키면서 길이방향을 따라 설치한 출사면으로부터 출사시키는 도광체를 구비하고, 이 도광체는 2종류의 반사곡면을 가지며, 각각의 곡면에 의해 반사된 빛의 집광위치가 다른 것을 특징으로 하는 화상 독취장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 2종류의 반사곡면의 도광체의 길이방향에 직교하는 방향의 단면형상이, 타원호 또는 포물선인 것을 특징으로 하는 화상 독취장치.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이미지센서용 렌즈 어레이와 수광소자의 사이 또는 상기 이미지센서용 렌즈 어레이의 위쪽 중 적어도 한쪽에 고스트 컷트부를 설치하는 것을 특징으로 하는 화상 독취장치.
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