TWI230272B - Lens array of an erecting mode with unity magnification - Google Patents

Description

1230272 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於正像等倍透鏡陣列，尤其是關於設置開孔 光闌，防止光斑（f 1 a r e 1 i g h t)、漫射光的正像等倍透鏡陣 列。 【先前技術】 正像等倍透鏡陣列，係藉由將兩面多數排列著凸透鏡的 平板狀的透鏡板複數片重疊而實現者。例如，將透明基板 的兩面多數排列著凸透鏡的平板狀的透鏡板複數片重疊而 形成正像等倍樹脂透鏡陣列。 正像等倍光學系，係以物體的高度=正像的高度為前提 者。為此，以物體與正像之間的光學系成為對稱為條件， 並有於透鏡板群之中央形成倒像的必要。在透鏡板為偶數 片的情況，係在中央2片的透鏡板之間，而在奇數片的情 況，係在中央之透鏡板的中央位置形成倒像，光線則相對 於該倒像形成為左右對稱。 圖1顯示將兩面排列形成凸透鏡8的2片遴鏡板1 0、1 2 密接重疊而獲得正像等倍像的情況的光線的狀況。圖中元 件符號2顯示物體，4顯示像。該情況係於透鏡板1 0及1 2 相接的面1 4上形成倒像1 6。 透鏡板可藉由成形予以製作，且大量生產容易、輕量及 廉價，因此可作種種的應用。其中，也被期待應用於光印 表機等的圖像形成裝置、掃描器等的圖像讀取裝置。雖對 於此等裝置要求著更高的析像度，但是，因藉成形而製成 5 312/發明說明書(補件)/92-08/92114251 1230272 的樹脂透鏡，其透鏡的排列精度係由成形模的精度 定，因此具有可獲得高精度，而且在各個透鏡間的 差小的特徵。 如上述的正像等倍樹脂透鏡陣列，卻具有如下的 點。 (1 )透鏡板為透明基板，因此透鏡部分以外也透曰 此，有對於透過透鏡部分以外的光進行遮光的必要 有遮光膜。但是，即使設有遮光膜，入射於透鏡部 仍有對於鄰接的透鏡產生光斑、漫射光的情況。 (2)為了防止光斑、漫射光，當增大遮光膜的面牙 則會造成透光量減少。 以下，針對稠密透鏡排列構造的情況，進一步詳 以上的問題點。作為通常之稠密透鏡排列構造，具 向稠密排列構造及四方向稠密排列構造。圖2 A顯示 稠密排列構造之情況的1個透鏡2 0。該透鏡的實際 狀為正六角形，但是，可視作為透鏡的直徑為正六 内接圓2 2的直徑。圖2 B顯示四方向稠密排列構造 的1個透鏡2 4。該透鏡的實際透鏡形狀為正方形， 為透鏡的直徑為正方形的内接圓26的直徑。 在圖1及圖2 A、圖2 B中，倒像1 6必須形成於内 2 2、2 6的範圍内。倒像的高度理論上要求滿足析像 光量的要求規格。藉此，進行實際之透鏡的尺寸設 像的高度雖藉由光學系的設計而變化，但是，倒像 的最大值必須在透鏡半徑（實際透鏡形狀的内接圓 312/發明說明書(補件)/92-08/92114251 所決 特性誤 問題 i。據 ，而設 分的光 "寺， 細說明 有六方 六方向 透鏡形 角形的 之情況 可視作 接圓 度、透 計。倒 的高度 J半徑） 6 1230272 内。當倒像的高度大於透鏡半徑時，會使倒像的局部跑到 相鄰之透鏡，而無法正確成像。 以將倒像的高度形成為較透鏡半徑小的方式，才有可能 進行光學系的設計。因為透鏡外周部一般其像差 (a b e r r a t i ο η )大，因此，以將倒像的高度設為較透鏡半徑 略小較為理想，但是，當倒像的高度小時，因透光量減少 而使像變暗，因此有兼顧兩者的平衡而進行設計的必要。 另一方面，物體2的高度無與透鏡半徑相等的必要，只要 為可取光的範圍，無論較透鏡半徑大還是較透鏡半徑小均 無妨，而可藉由光學系的設計來選擇。 返回到圖2Α、圖2Β，通過内接圓22、26的外側的實際 透鏡區域内的光，成為光斑光。此外，通過實際透鏡區域 外之相當於實際透鏡的外接圓2 8、3 0的直徑的假想透鏡直 徑内的光，成為漫射光。 圖3Α、圖3Β顯示以如此之實際透鏡互接之方式形成為 六方向稠密或四方向稠密排列的透鏡板。又，實際透鏡之 排列方向定義如下。也就是說，將多角形之實際透鏡形狀 的一邊互接而並行排列之透鏡的方向設為排列方向。藉 此，可知圖3Α中具有六方向的排列方向，而在圖3Β中具 有四方向的排列方向。 在重疊圖3Α、圖3Β之複數片透鏡板而構成的正像等倍 透鏡陣列中，當製作一對透鏡的倒像進入内接圓外側的實 際透鏡區域時則成為光斑，而當進入實際透鏡區域外之假 想透鏡直徑内時則成為漫射光。為防止此情況，當於實際 7 312/發明說明書(補件)/92-08/92114251 1230272 透鏡境界部設置遮光膜而形成開孔光闌時，可透過倒像的 透鏡面積減少，透光量降低。此外，當遮光膜之寬度及位 置具有誤差時，容易影響光量不勻。在使用如此之正像等 倍透鏡陣列的圖像形成裝置及圖像讀取裝置中，會產生光 斑、漫射光引起的光量不勻。 【發明内容】 本發明之目的在於，提供一種漫射光、光斑之產生少的 正像等倍透鏡陣列。 本發明係於將兩面排列形成凸透鏡的透鏡板複數片重 疊而構成的正像等倍透鏡陣列中，其凸透鏡的排列方向的 透鏡間距（p i t c h )係為形成於正像等倍透鏡陣列内的倒像 的高度的2倍以上，在接近形成倒像的位置的面，以光線 不通過將倒像高度作為半徑的圓的區域外的方式，在個個 透鏡元件設置開孔光闌。 該情況，在透鏡板為偶數片的情況，開孔光闌係設於形 成倒像的2片透鏡板之間。 此外，在透鏡板為奇數片的情況，開孔光闌係設於形成 在内部的中央透鏡板内。中央的透鏡板係由單面形成凸透 鏡的2片單面透鏡板以未形成凸透鏡的面對向重疊而構 成，開孔光闌係設於2片單面透鏡板的重疊面。此外，在 透鏡板為奇數片的情況，開孔光闌係設於内部形成有倒像 的中央透鏡板及與此對向的兩側的透鏡板之間。 開孔光闌可由薄膜狀遮光膜、或黏著於透鏡板之面上的 遮光膜所形成。 8 312/發明說明書(補件)/92-08/92114251 1230272 【實施方式】 圖4及圖5顯示本發明之一實施形態的六方向稠密排列 構造及四方向稠密排列構造的正像等倍透鏡陣列。在該例 中，將透鏡2 0、2 4的排列方向的透鏡間距P設為倒像高度 Η的2倍以上。又，設置對將倒像高度Η作為半徑的圓的 外部進行遮光的遮光膜，形成開孔光闌3 2。圖4及圖5中， 圓的部分顯示開孔光闌的開孔3 3。又，圖4及圖5之實施 形態中，顯示倒像高度Η等於透鏡半徑的情況。一般，倒 像高度Η係設為較透鏡半徑略小。 如此之開孔光闌係作為1片的薄膜狀的遮光膜而被夾入 透鏡板之間，或是，將遮光膜黏著於透鏡表面而形成。薄 膜狀的遮光膜也可為將吸光層印刷於光學透光率大的薄膜 的表面形成開孔者，或是，於光學透光率小的薄膜開設孔 而形成開孔者。 開孔光闌並無對應於所有的透鏡板設置的必要。至少只 要於形成倒像的位置設置開孔光闌即可。該情況，開孔光 闌係於透鏡板與透鏡板之間夾入薄膜狀的遮光膜而形成， 或是，於對向之透鏡表面的至少一方黏著遮光膜而形成。 圖6顯示如此之開孔光闌的具體設計例，圖6顯示用於 六方向排列構造的正像等倍透鏡陣列的薄膜狀開孔光闌 3 2。倒像高度Η為0 . 1 8 m m，而1個圓形開孔3 3的直徑為 0 . 3 6 m m。透鏡間距為倒像高度Η的2倍以上的0 . 4 m m。又， 圖6中所示六角形的實線顯示形成1個圓形開孔3 3的遮光 膜的區域。 9 312/發明說明書(補件)/92-08/92114251 1230272 圖7顯示在圖1所示正像等倍透鏡陣列中，將圖 薄膜狀開孔光闌3 2夾入2片透鏡板1 0及1 2之間！ 例。為在空間頻率4Lp/mm可獲得MTF(Modulation Transfer Function(調製傳遞函數））60%的光學系。 由如下數式表示： [數式1 ] mtf^1 (w)…—1 (w)mi!xl 0 0 (%) i (w)max+ i (w)min 其中，i(w)max、i(w)min顯示在空間頻率w(Lp/mm)之 形波的極大值、極小值。在Μ T F接近於1 0 0 %的程度 示形成為忠實於原圖像的像。 又，圖7中，為了將圖式簡單化，2片透鏡板1 僅顯示包含1個凸透鏡的部分。此外，也一併顯示 個圓形開孔3 3的遮光膜3 2的俯視圖。 各透鏡板的厚度為1.296mm，各透鏡板所具有的 的曲率半徑為0.413mm。各透鏡的排列方向的透鏡 0 · 4 m m 〇 在如此之正像等倍透鏡陣列中，因為於倒像的形 設置開孔光闌，因而可減低光斑及漫射光。 又，在欲減低光斑及漫射光的情況，若於物體側 板的最前面、像側的透鏡板的最後面設置開孔光闌 有效。圖8顯示於圖7所示正像等倍透鏡陣列之透 1 0、1 2之最前面、最後面設置薄膜狀開孔光闌3 4、 312/發明說明書(補件)/92-08/92114251

6所示 0設計 又，MTF 應答矩 時，顯 0及12 形成1 凸透鏡 間距為 成位置 的透鏡 ，則很 鏡板 » 3 6的 10 1230272 例子。開孔光闌3 4、3 6的開孔直徑為0 . 4 m m，且設 設於透鏡板1 Ο、1 2間之開孔光闌3 2的開孔直徑略 以上之例子為重疊2片透鏡板的情況，但是在重 片（4片以上）透鏡板的情況，因為倒像形成中央的 鏡板間，因而可於2片透鏡板間以夾入薄膜狀開孔 方式而設。此外，如圖8所示，於透鏡板最前面、 設置薄膜狀開孔光闌，可進一步減低漫射光。 但是，在重疊奇數片透鏡板的情況，倒像係形成 透鏡板的内部。該情況，於中央透鏡板内設置開孔 或是，於中央透鏡板及與此對向的兩側透鏡板之間 孔光闌。 圖9顯示於重疊3片透鏡板10、40、12而構成白 等倍透鏡陣列之中央透鏡板内設置開孔光闌的例子 透鏡板4 0係經由將單面形成透鏡的2片單面透鏡名 4 0 - 1、4 0 - 2的未形成透鏡的平面側貼合而構成。圖 件符號42顯示貼合面。該情況，開孔光闌係於貼合 夾入薄膜狀開孔光闌之設置。該薄膜狀開孔光闌4 4 開孔的半徑係形成為與倒像的高度相等。 圖10顯示於重疊3片透鏡板10、46、12而構成 等倍透鏡陣列之中央透鏡板4 6及與此對向的兩側& 板1 0、1 2之間各自設置開孔光闌的例子。開孔光闌 鏡板間夾入1片薄膜狀遮光膜而形成。 圖10中為了簡單化圖式，3片透鏡板10、46及 示包含1個凸透鏡的部分。各透鏡板的厚度為0 . 91 312/發明說明書(補件)/92-08/92114251 定為較 大。 疊偶數 2片透 光闌的 最後面 中央的 光闌， 設置開 )正像 。中央 中，原 面成為 之圓形 的正像 J透鏡 係於透 .2僅顯 1 m， 各 11 1230272 透鏡板所具有的凸透鏡的曲率半徑為0 . 5 m m。各透鏡的排 列方向的透鏡間距為0 . 4 8 m m。在中央的透鏡板4 6與透鏡 板1 0之間設置開孔光闌3 2 a，在中央的透鏡板4 6與透鏡 板1 2之間設置開孔光闌3 2 b。開孔光闌3 2 a及3 2 b之圓形 開孔的直徑為0 . 3 4 m m，開孔光闌3 2 a及3 2 b之圓形開孔的 半徑構成為與倒像的高度相同。 圖1 0中，本發明之開孔光闌使用夾入薄膜狀者，但是 也可將遮光膜黏著於透鏡表面而形成開孔光闌。圖1 1顯示 將遮光膜黏著於透鏡表面，於中央透鏡板46及與此對向的 兩側的透鏡板1 0、1 2之間設置開孔光闌3 8 a、3 8 b的例子。 該情況，最好於中央透鏡板4 6之光入射側，於對向之透鏡 板1 0的透鏡形成面形成開孔光闌3 8 a，於光出射側，於中 央透鏡板4 6的透鏡形成面形.成開孔光闌3 8 b。 在重疊奇數片之透鏡板的正像等倍透鏡陣列中，在進一 步減低光斑、漫射光的情況，如在圖8之說明，可於物體 側的透鏡板的最前面、像側的透鏡板的最後面設置薄膜狀 開孔光闌。 根據本發明，可獲得如下的功效。 (1 )藉由開孔光闌，因為阻礙形成像之光線入射於鄰接 透鏡，因而可有效防止漫射光及光斑。 (2 )為了防止漫射光及光斑，無需如習知般於透鏡直徑 内設置開孔光闌，因此可獲得明亮的成像。 (3 )因為無需如習知般於透鏡直徑内設置開孔光闌，因 此對開孔光闌的尺寸、及位置的誤差引起的光量不勻的影 12 312/發明說明書(補件)/92-08/92114251 1230272 響很少。 【圖式簡單說明】 圖1為顯示將2片透鏡板重疊而獲得正像等倍像的情況 的光線的狀況圖。 圖2 A為顯示六方向稠密排列構造之情況的1個透鏡的 透鏡直徑及假想透鏡直徑的圖。 圖2 B為顯示四方向稠密排列構造之情況的1個透鏡的 透鏡直徑及假想透鏡直徑的圖。 圖3A為顯示以透鏡互接之方式形成為六方向稠密排列 的透鏡板的圖。 圖3 B為顯示以透鏡互接之方式形成為四方向稠密排列 的透鏡板的圖。 圖4為顯示本發明之一實施形態的六方向稠密排列構造 的正像等倍透鏡陣列的圖。 圖5為顯示本發明之一實施形態的四方向稠密排列構造 的正像等倍透鏡陣列的圖。 圖6為顯示開孔光闌的具體設計例的圖。 圖7為顯示使用圖6之開孔光闌的正像等倍透鏡陣列的 具體設計例的圖。 圖8為顯示使用圖6之開孔光闌的正像等倍透鏡陣列的 其他具體設計例的圖。 圖9為顯示於正像等倍透鏡陣列之中央透鏡板内設置開 孔光闌的例圖。 圖1 0為顯示於正像等倍透鏡陣列之中央透鏡板及與此 13 312/發明說明書(補件)/92-08/92114251 1230272 對向的兩側的透鏡板之間設置開孔光闌的例圖。 圖11為顯示於透鏡表面黏著遮光膜，於中央透鏡板及 與此對向的兩側的透鏡板之間設置開孔光闌的例圖。 (元件符號說明） P 透鏡間距 Η 倒像高度 2 物體 4 像 8 凸透鏡 10 透鏡板 12 透鏡板 14 透鏡板1 0及1 2相接的面 16 倒像 2 0 透鏡 22 内接圓 24 透鏡 26 内接圓 28 外接圓 30 外接圓 32 開孔光闌（遮光膜） 32a 開孔光闌 32b 開孔光闌 33 開孔 34 開孔光闌 14

312/發明說明書(補件)/92-08/92114251 1230272 36 開孔光闌 38a 開孔光闌 38b 開孔光闌 4 0 透鏡板 40-1 單面透鏡板 40-2 单面透鏡板 42 貼合面 44 開孔光闌 46 透鏡板 312/發明說明書(補件)/92-08/92114251

Claims (1)

1230272 拾、申請專利範圍： 1 . 一種正像等倍透鏡陣列，其包含有： 重疊的複數片透鏡板，於各透鏡板的兩面排列形成凸透 鏡，上述凸透鏡的排列方向的透鏡間距係為形成於上述正 像等倍透鏡陣列内的倒像的高度的2倍以上， 在接近形成上述倒像的位置的面，以光線不通過將上述 倒像高度作為半徑的圓的區域外的方式，在個個透鏡元件 設置開孔光闌。 2 .如申請專利範圍第1項之正像等倍透鏡陣列，其中， 在上述複數片透鏡板為偶數片的情況，於形成上述倒像的 2片透鏡板之間設置上述開孔光闌。 3 .如申請專利範圍第2項之正像等倍透鏡陣列，其中， 上述開孔光闌係由夾入上述2片透鏡板的薄膜狀遮光膜所 形成。 4.如申請專利範圍第2項之正像等倍透鏡陣列，其中， 上述開孔光闌係由上述.2片透鏡板間，黏著於對向之透鏡 形成面的至少一透鏡形成面上的遮光膜所形成。 5 .如申請專利範圍第1至4項中任一項之正像等倍透鏡 陣列，其中，上述多片透鏡板為2片。 6 .如申請專利範圍第1項之正像等倍透鏡陣列，其中， 在上述複數片透鏡板為奇數片的情況，上述開孔光闌係設 於内部形成上述倒像的中央透鏡板内。 7.如申請專利範圍第6項之正像等倍透鏡陣列，真中， 上述中央的透鏡板係由單面形成凸透鏡的2片單面透鏡板 16 312/發明說明書(補件)/92-08/92114251 1230272 以未形成凸透鏡的面對向貼合而形成，上述開孔光闌係設 於上述2片單面透鏡板的貼合面。 8.如申請專利範圍第7項之正像等倍透鏡陣列，其中， 上述開孔光闌係由夾入上述2片單面透鏡板的薄膜狀遮光 膜所形成。 9 .如申請專利範圍第7項之正像等倍透鏡陣列，其中， 上述開孔光闌係由上述2片單面透鏡板間，黏著於貼合面 的至少一面上的遮光膜所形成。 1 0 .如申請專利範圍第6至9項中任一項之正像等倍透 鏡陣列，其中，上述多片透鏡板為3片。 1 1 .如申請專利範圍第1項之正像等倍透鏡陣列，其中， 在上述複數片透鏡板為奇數片的情況，開孔光闌係設於内 部形成有上述倒像的中央透鏡板及與此對向的兩側的透鏡 板之間。 1 2 .如申請專利範圍第1 1項之正像等倍透鏡陣列，其 中，上述開孔光闌係由夾入上述中央透鏡板及與此對向的 透鏡板間的薄膜狀遮光膜所形成。 1 3 .如申請專利範圍第1 1項之正像等倍透鏡陣列，其 中，上述開孔光闌係由上述中央透鏡板及與此對向的透鏡 板間，黏著於對向之透鏡形成面的至少一透鏡形成面上的 遮光膜所形成。 1 4.如申請專利範圍第1 3項之正像等倍透鏡陣列，其 中，上述開孔光闌係於上述中央透鏡板的光入射側，形成 於對向之透鏡板的透鏡形成面上，於上述中央透鏡板的光 17 312/發明說明書(補件)/92-08/92114251