レンズアレイおよびイメージセンサモジュール
【課題】外部ミラーと組み合わせることなく、レンズアレイ単体のみで、光路折り曲げが可能となり、安価で、生産性の良い、薄型高焦点深度のレンズアレイおよびこのレンズアレイを適用したイメージセンサモジュールを提供する。
【解決手段】
入射光Iiを入射する入射面14aと、入射光Iiを反射する反射面16aと、反射面16aにおいて反射された出射光Ioを出射する出射面12aとを有する導光体10と、入射面14aに配置され、凸状曲面を有する複数の入射面凸レンズ14と、出射面12aに配置され、凸状曲面を有する複数の出射面凸レンズ12とを備え、入射面凸レンズ14と出射面凸レンズ12により、正立等倍像を結ぶと共に、第1反射面16aにおける反射により、入射方向と出射方向に所定の角度を持たせたレンズアレイ2およびこのレンズアレイを適用したイメージセンサモジュール4。
【解決手段】
入射光Iiを入射する入射面14aと、入射光Iiを反射する反射面16aと、反射面16aにおいて反射された出射光Ioを出射する出射面12aとを有する導光体10と、入射面14aに配置され、凸状曲面を有する複数の入射面凸レンズ14と、出射面12aに配置され、凸状曲面を有する複数の出射面凸レンズ12とを備え、入射面凸レンズ14と出射面凸レンズ12により、正立等倍像を結ぶと共に、第1反射面16aにおける反射により、入射方向と出射方向に所定の角度を持たせたレンズアレイ2およびこのレンズアレイを適用したイメージセンサモジュール4。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、レンズアレイおよびイメージセンサモジュールに関し、特に正立等倍像が得られ、かつ薄型のレンズアレイおよび当該レンズアレイを適用したイメージセンサモジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
正立等倍レンズアレイを用いたライン型イメージセンサモジュールにおいて、明るさを保ちながら、高焦点深度を得るためには、物体と結像面間距離であるTC長が長くなり、モジュールが厚くなる(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
一方、ミラーを使用することにより、薄型化は可能であるが、部品点数と組み立ての工程数が増加すると共に、長尺方向における位置ずれなどによって、生産性の低下、およびコストアップなどにつながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2003−139911号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、外部ミラーと組み合わせることなく、レンズアレイ単体のみで、光路折り曲げが可能となり、安価で、生産性の良い、薄型高焦点深度のレンズアレイおよびこのレンズアレイを適用したイメージセンサモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様によれば、入射光を入射する入射面と、前記入射光を反射する第1反射面と、前記第1反射面において反射された出射光を出射する出射面とを有する導光体と、前記入射面に配置され、凸状曲面を有する複数の入射面凸レンズと、前記出射面に配置され、凸状曲面を有する複数の出射面凸レンズとを備え、前記入射面凸レンズと前記出射面凸レンズにより、正立等倍像を結ぶと共に、前記第1反射面における反射により、入射方向と出射方向に所定の角度を持たせたレンズアレイが提供される。
【0007】
本発明の他の態様によれば、入射光を入射する入射面と、前記入射光を反射する第1反射面と、前記第1反射面において反射された前記入射光をさらに反射する第2反射面と、前記第2反射面において反射された出射光を出射する出射面とを有する導光体と、前記入射面に配置され、凸状曲面を有する複数の入射面凸レンズと、前記出射面に配置され、凸状曲面を有する複数の出射面凸レンズとを備え、前記入射面凸レンズと前記出射面凸レンズにより、正立等倍像を結ぶと共に、前記第1反射面と前記第2反射面における反射により、入射方向と出射方向に0度若しくは180度の角度を持たせたレンズアレイが提供される。
【0008】
本発明の他の態様によれば、前記レンズアレイと、前記レンズアレイを保持する筐体と、前記筐体上に配置された光源と、前記光源からの入射光を反射する原稿載置面と、前記出射面からの出射光を受光するイメージセンサとを備え、前記入射面凸レンズと前記出射面凸レンズにより、前記イメージセンサ上に正立等倍像を結ぶイメージセンサモジュールが提供される。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、外部ミラーと組み合わせることなく、レンズアレイ単体のみで、光路折り曲げが可能となり、安価で、生産性の良い、薄型高焦点深度のレンズアレイおよびこのレンズアレイを適用したイメージセンサモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】第1の実施の形態に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図2】第1の実施の形態の変形例1に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図3】第1の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図4】第1の実施の形態の変形例3に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図5】第1の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図6】第1の実施の形態に係るレンズアレイの動作説明図。
【図7】第1の実施の形態の変形例1に係るレンズアレイの動作説明図。
【図8】第1の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイの動作説明図。
【図9】第1の実施の形態の変形例3に係るレンズアレイの動作説明図。
【図10】第1の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイの動作説明図。
【図11】第2の実施の形態に係るレンズアレイの模式的鳥瞰構造図。
【図12】図11のI−I線に沿う模式的断面構造図。
【図13】(a)図11および図12の出射面近傍の模式的平面パターン構成図、(b)図13(a)のII−II線に沿う模式的断面構造図。
【図14】第1の実施の形態に係るレンズアレイを適用したイメージセンサモジュールの模式的鳥瞰構造図。
【図15】図14のIII−III線に沿う模式的断面構造図。
【図16】第1の実施の形態の変形例1に係るレンズアレイを適用したイメージセンサモジュールの模式的断面構造図。
【図17】第1の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイを適用したイメージセンサモジュールの模式的断面構造図。
【図18】第1の実施の形態の変形例3に係るレンズアレイを適用したイメージセンサモジュールの模式的断面構造図。
【図19】第1の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイを適用したイメージセンサモジュールの模式的断面構造図。
【図20】第3の実施の形態に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図21】第3の実施の形態の変形例1に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図22】第3の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図23】第3の実施の形態の変形例3に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図24】第3の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図25】第3の実施の形態の変形例5に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図26】第3の実施の形態の変形例6に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図27】第3の実施の形態の変形例7に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図28】第3の実施の形態に係るレンズアレイの動作説明のための模式的断面構造図。
【図29】(a)第3の実施の形態の変形例8に係るレンズアレイの模式的断面構造図、(b)第3の実施の形態の変形例9に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図30】(a)第3実施の形態に係るレンズアレイの動作説明のための模式的断面構造図、(b)第3実施の形態に係るレンズアレイの動作説明のための別の模式的断面構造図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【0012】
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【0013】
[第1の実施の形態]
第1の実施の形態に係るレンズアレイ2の模式的断面構造は、図1に示すように表され、第1の実施の形態の変形例1〜4に係るレンズアレイ2の模式的断面構造は、それぞれ図2〜図5に示すように表される。図1〜図5では断面構造が示されている。第1の実施の形態およびその変形例1〜4に係るレンズアレイ2は、後述する図11の鳥瞰構造と同様に、紙面に垂直方向に柱状の構成を備え、後述する入射面凸レンズ14および出射面凸レンズ12も紙面に垂直方向に所定のピッチで複数配置されている。
【0014】
第1の実施の形態に係るレンズアレイ2は、図1に示すように、入射光Iiを入射する入射面14aと、入射光Iiを反射する第1反射面16aと、第1反射面16aにおいて反射された出射光Ioを出射する出射面12aとを有する導光体10と、入射面14aに配置され、凸状曲面を有する複数の入射面凸レンズ14と、出射面12aに配置され、凸状曲面を有する複数の出射面凸レンズ12とを備える。ここで、入射面凸レンズ14と出射面凸レンズ12により、正立等倍像を結ぶと共に、第1反射面16aにおける反射により、入射方向と出射方向に所定の角度を持たせている。
【0015】
第1の実施の形態に係るレンズアレイ2では、所定の角度は90度である。
【0016】
また、図1において、c1−c2およびc2−c3は光路長を表しており、c1に配置された物体の正立等倍像がc3に結像される。第1の実施の形態に係るレンズアレイ2においては、光路長を調整することによって、共役長や焦点深度を自由に選択可能である。ここで、第1の実施の形態に係るレンズアレイ2では、共役長は、c1−c2およびc2−c3の全長で表される。光路長の調整は、入射面および出射面のレンズ曲面の調整、およびレンズ長(入射面〜出射面間距離)の調整によって行う。光路長の調整に伴って、画角を変動することができる。主に、この画角によって、焦点深度が左右される。
【0017】
第1の実施の形態に係るレンズアレイ2において、導光体10、入射面凸レンズ14および出射面凸レンズ12は、ガラス若しくは透明樹脂の成型品で形成されていても良い。
【0018】
具体的には、導光体10、入射面凸レンズ14および出射面凸レンズ12の材質は、例えば、ガラス、アクリル、ポリカーボネイト、ゼオネクス、ポリエステルなどの一体成型で形成されていても良い。
【0019】
第1の実施の形態に係るレンズアレイ2において、導光体10、入射面凸レンズ14および出射面凸レンズ12の材質は、屈折率が高い材料を使用することで、反射面16aでロスを軽減することも可能である。
【0020】
例えば、光学用特殊ポリエステル「OKP4HT」(大阪ガスケミカル製)の場合、屈折率n=1.632が得られている。また、特殊ポリカーボネイト「EP−5000」(三菱ガス化学製)の場合、屈折率n=1.634が得られている。
【0021】
第1の実施の形態に係るレンズアレイ2においては、表面屈折型正立等倍レンズアレイにおいて、そのレンズアレイ内面反射により、入射方向と出射方向に所定の角度を持たせることで、光路を折り曲げ、レンズアレイ2の厚さを薄くすることができる。第1の実施の形態に係るレンズアレイ2においては、例えば、厚さは、約0.6mm、横方向の長さは、約4.5mm程度に形成可能である。
【0022】
また、第1の実施の形態に係るレンズアレイ2においては、樹脂成型で形成可能であるため、導光体10、入射面凸レンズ14および出射面凸レンズ12の形状を多様な形状に形成可能である。
【0023】
また、第1の実施の形態に係るレンズアレイ2においては、反射面16aに鏡面処理を施して形成された反射鏡17を備えていても良い。このような反射鏡17は、アルミニウムの蒸着技術若しくはスパッタリング技術を用いて形成可能である。
【0024】
鈍角反射の場合は、ほぼ全反射とすることも可能であるが、鋭角反射でない場合は、反射面にアルミニウム蒸着などにより、鏡面処理を行うことが望ましい。
【0025】
第1の実施の形態に係るレンズアレイ2においては、外部ミラーと組み合わせることなく、レンズアレイ単体のみで、光路折り曲げが可能となり、安価で、生産性の良い、薄型高焦点深度のレンズアレイを提供することができる。
【0026】
(変形例1)
第1の実施の形態の変形例1に係るレンズアレイ2は、図2に示すように、凸状曲面を有する複数の入射面凸レンズ14と凸状曲面を有する複数の出射面凸レンズ12は、それぞれ別々のロッドに形成され、これら2つのロッドが、互いに直交した構成を備える。これら2つのロッドは直交し、反射面16aで共通に接続されている。その他の構成は、第1の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。図2の例においても、所定の角度は、90度である。
【0027】
また、図2において、c1−c2およびc2−c3は光路長を表しており、c1に配置された物体の正立等倍像がc3に結像される。第1の実施の形態の変形例1に係るレンズアレイ2においては、光路長を調整することによって、共役長や焦点深度を自由に選択可能である。ここで、第1の実施の形態の変形例1に係るレンズアレイ2では、共役長は、c1−c2およびc2−c3の全長で表される。
【0028】
第1の実施の形態の変形例1に係るレンズアレイ2においては、例えば、厚さは、約2.5mm、横方向の長さも、約2.5mm程度に形成可能である。
【0029】
第1の実施の形態の変形例1に係るレンズアレイ2においても、外部ミラーと組み合わせることなく、レンズアレイ単体のみで、光路折り曲げが可能となり、安価で、生産性の良い、薄型高焦点深度のレンズアレイを提供することができる。
【0030】
(変形例2)
第1の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイ2は、図3に示すように、入射光Iiを入射する入射面14aと、入射光Iiを反射する第1反射面16aと、第1反射面16aにおいて反射された入射光Iiをさらに反射する第2反射面16bと、第2反射面16bにおいて反射された出射光Ioを出射する出射面12aとを有する導光体10と、入射面14aに配置され、凸状曲面を有する複数の入射面凸レンズ14と、出射面12aに配置され、凸状曲面を有する複数の出射面凸レンズ12とを備える。ここで、入射面凸レンズ14と出射面凸レンズ12により、正立等倍像を結ぶと共に、第1反射面16aと第2反射面16bにおける反射により、入射方向と出射方向に0度の角度を持たせている。その他の構成は、第1の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
【0031】
また、図3において、c1−c2、c2−c3およびc3−c4は光路長を表しており、c1に配置された物体の正立等倍像がc4に結像される。第1の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイ2においては、光路長を調整することによって、共役長や焦点深度を自由に選択可能である。ここで、第1の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイ2では、共役長は、c1−c2、c2−c3およびc3−c4の全長で表される。
【0032】
第1の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイ2においては、例えば、厚さは、約0.6mm、横方向の長さは、約4.5mm程度に形成可能である。
【0033】
また、第1の実施の形態に係るレンズアレイ2においては、反射面16a・16bに鏡面処理を施して形成された反射鏡17a・17b(図17内のレンズアレイ2を参照)を備えていても良い。
【0034】
第1の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイ2においても、外部ミラーと組み合わせることなく、レンズアレイ単体のみで、光路折り曲げが可能となり、安価で、生産性の良い、薄型高焦点深度のレンズアレイを提供することができる。
【0035】
(変形例3)
第1の実施の形態の変形例3に係るレンズアレイ2は、図4に示すように、入射光Iiを入射する入射面14aと、入射光Iiを反射する第1反射面16aと、第1反射面16aにおいて反射された出射光Ioを出射する出射面12aとを有する導光体10と、入射面14aに配置され、凸状曲面を有する複数の入射面凸レンズ14と、出射面12aに配置され、凸状曲面を有する複数の出射面凸レンズ12とを備える。ここで、入射面凸レンズ14と出射面凸レンズ12により、正立等倍像を結ぶと共に、第1反射面16aにおける反射により、入射方向と出射方向に所定の角度θを持たせている。ここで、所定の角度θは、鋭角である。その他の構成は、第1の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
【0036】
また、図4において、c1−c2およびc2−c3は光路長を表しており、c1に配置された物体の正立等倍像がc3に結像される。第1の実施の形態の変形例3に係るレンズアレイ2においては、光路長を調整することによって、共役長や焦点深度を自由に選択可能である。ここで、第1の実施の形態の変形例3に係るレンズアレイ2では、共役長は、c1−c2およびc2−c3の全長で表される。
【0037】
第1の実施の形態の変形例3に係るレンズアレイ2においては、例えば、厚さは、約2.5mm、横方向の長さも、約2.5mm程度に形成可能である。
【0038】
第1の実施の形態の変形例3に係るレンズアレイ2においても、外部ミラーと組み合わせることなく、レンズアレイ単体のみで、光路折り曲げが可能となり、安価で、生産性の良い、薄型高焦点深度のレンズアレイを提供することができる。
【0039】
(変形例4)
第1の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイ2は、図5に示すように、入射光Iiを入射する入射面14aと、入射光Iiを反射する第1反射面16aと、第1反射面16aにおいて反射された入射光Iiをさらに反射する第2反射面16bと、第2反射面16bにおいて反射された出射光Ioを出射する出射面12aとを有する導光体10と、入射面14aに配置され、凸状曲面を有する複数の入射面凸レンズ14と、出射面12aに配置され、凸状曲面を有する複数の出射面凸レンズ12とを備える。ここで、入射面凸レンズ14と出射面凸レンズ12により、正立等倍像を結ぶと共に、第1反射面16aと第2反射面16bにおける反射により、入射方向と出射方向に180度の角度を持たせている。その他の構成は、第1の実施の形態の変形例2と同様であるため、重複説明は省略する。
【0040】
また、図5において、c1−c2、c2−c3およびc3−c4は光路長を表しており、c1に配置された物体の正立等倍像がc4に結像される。第1の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイ2においては、光路長を調整することによって、共役長や焦点深度を自由に選択可能である。ここで、第1の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイ2では、共役長は、c1−c2、c2−c3およびc3−c4の全長で表される。
【0041】
第1の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイ2においては、例えば、厚さは、約0.6mm、横方向の長さは、約4.5mm程度に形成可能である。
【0042】
また、第1の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイ2においては、反射面16a・16bに鏡面処理を施して形成された反射鏡17a・17b(図19内のレンズアレイ2を参照)を備えていても良い。
【0043】
第1の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイ2においても、ミラーと組み合わせることなく、レンズアレイ単体のみで、光路折り曲げが可能となり、安価で、生産性の良い、薄型高焦点深度のレンズアレイを提供することができる。
【0044】
(正立等倍像)
第1の実施の形態に係るレンズアレイの動作説明であって、正立等倍像が得られる様子は、図6に示すように表される。同様に、第1の実施の形態の変形例1〜4に係るレンズアレイの動作説明であって、正立等倍像が得られる様子は、それぞれ図7〜10に示すように表される。また、
第1の実施の形態に係るレンズアレイ2においては、図6に示すように、入射面凸レンズ14は、物体(b1→a1)から光を受けたときに、反射面16a上にこの物体の倒立像(b2→a2)を結像可能であり、かつ反射面16aによって反射された光は、導光体10内において、倒立像(b3→a3)を結像可能であり、かつ出射面凸レンズ12は、上記物体の正立等倍像(b4→a4)が結像されるように上記倒立像(b3→a3)の反転が可能である。
【0045】
第1の実施の形態の変形例1に係るレンズアレイ2においては、図7に示すように、入射面凸レンズ14は、物体(b1→a1)から光を受けたときに、反射面16a上にこの物体の倒立像(b2→a2)を結像可能であり、かつ出射面凸レンズ12は、上記物体の正立等倍像(b4→a4)を結像可能である。
【0046】
第1の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイ2においては、図8に示すように、入射面凸レンズ14は、物体(b1→a1)から光を受けたときに、反射面16a上にこの物体の倒立像(b2→a2)を結像可能であり、かつ反射面16aによって反射された光は、導光体10内において、倒立像(b3→a3)を結像可能であり、かつ反射面16bにこの物体の倒立像(b4→a4)を結像可能であり、かつ出射面凸レンズ12は、上記物体の正立等倍像(b5→a5)を結像可能である。
【0047】
第1の実施の形態の変形例3に係るレンズアレイ2においては、図9に示すように、入射面凸レンズ14は、物体(b1→a1)から光を受けたときに、反射面16a上にこの物体の倒立像(b2→a2)を結像可能であり、かつ出射面凸レンズ12は、上記物体の正立等倍像(b3→a3)を結像可能である。
【0048】
第1の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイ2においては、図10に示すように、入射面凸レンズ14は、物体(b1→a1)から光を受けたときに、反射面16a上にこの物体の倒立像(b2→a2)を結像可能であり、かつ反射面16aによって反射された光は、導光体10内において、倒立像(b3→a3)を結像可能であり、かつ反射面16bにこの物体の倒立像(b4→a4)を結像可能であり、かつ出射面凸レンズ12は、上記物体の正立等倍像(b5→a5)を結像可能である。
【0049】
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態に係るレンズアレイ2の模式的鳥瞰構造は、図11に示すように表され、図11のI−I線に沿う模式的断面構造は、図12に示すように表される。また、図11および図12の出射面近傍の模式的平面パターン構成は、図13(a)に示すように表され、図13(a)のII−II線に沿う模式的断面構造は、図13(b)に示すように表される。入射面凸レンズ14および出射面凸レンズ12は、紙面に垂直方向に所定のピッチで複数配置されている。
【0050】
第2の実施の形態に係るレンズアレイ2は、図11〜図13に示すように、入射光Iiを入射する入射面14aと、入射光Iiを反射する第1反射面16aと、第1反射面16aにおいて反射された入射光Iiをさらに反射する第2反射面16bと、第2反射面16bにおいて反射された出射光Ioを出射する出射面12aとを有する導光体10と、入射面14aに配置され、凸状曲面を有する複数の入射面凸レンズ14と、出射面12aに配置され、凸状曲面を有する複数の出射面凸レンズ12とを備える。ここで、入射面凸レンズ14と出射面凸レンズ12により、正立等倍像を結ぶと共に、第1反射面16aと第2反射面16bにおける反射により、入射方向と出射方向に0度の角度を持たせている。
【0051】
第2の実施の形態に係るレンズアレイ2において、入射面凸レンズ14および出射面凸レンズ12は、図11〜図12に示すように、導光体10の光軸(c2−c3方向)に平行な側面から突出した部分に形成されている。また、入射面凸レンズ14および出射面凸レンズ12は、図11および図13に示すように、図12において紙面に垂直な方向に所定のピッチで複数配置されている。
【0052】
さらに、入射面凸レンズ14は、入射面14aを取り囲むように、第1の絞り機構30を備え、出射面凸レンズ12は、出射面12aを取り囲むように、第2の絞り機構32を備えていても良い。これらの絞り機構30・32は、レンズの解像度を増大するためのものである。例えば、導光体10の材質の屈折率n=1.49として、開口角は、例えば、7度程度に設定可能である。これらの絞り機構30・32によって、正立等倍像の光量分布を制御することができ、色斑を防止することができる。
【0053】
絞り機構30・32は、遮光膜としての効果を生ずれば良い。このため、金属の薄膜蒸着、遮光性の導電性若しくは絶縁性フィルムで形成可能である。尚、第1の絞り機構30および第2の絞り機構32は、後述する図29に示すように、テーパー構造を備えていても良い。また、後述する図28に示すように、第1の絞り機構30の高さは、入射面凸レンズ14の高さよりも高く設定することが解像度を大きくする上で望ましい。その他の構成は、第1の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
【0054】
また、図12において、c1−c2、c2−c3およびc3−c4は光路長を表しており、c1に配置された物体の正立等倍像がc4に結像される。第2の実施の形態に係るレンズアレイ2においては、光路長を調整することによって、共役長や焦点深度を自由に選択可能である。ここで、第2の実施の形態に係るレンズアレイ2では、共役長は、c1−c2、c2−c3およびc3−c4の全長で表される。
【0055】
第2の実施の形態に係るレンズアレイ2においては、例えば、厚さは、約1.2mm、横方向の長さは、約4.5mm程度に形成可能である。
【0056】
また、第2の実施の形態に係るレンズアレイ2においては、反射面16a・16bに鏡面処理を施して形成された反射鏡17a・17b(図17内のレンズアレイ2を参照)を備えていても良い。
【0057】
第2の実施の形態に係るレンズアレイ2においても、外部ミラーと組み合わせることなく、レンズアレイ単体のみで、光路折り曲げが可能となり、安価で、生産性の良い、薄型高焦点深度のレンズアレイを提供することができる。
【0058】
(イメージセンサモジュール)
第1の実施の形態に係るレンズアレイを適用したイメージセンサモジュール4の模式的鳥瞰構造は、図14に示すように表され、図14のIII−III線に沿う模式的断面構造は、図15に示すように表される。
【0059】
第1の実施の形態に係るレンズアレイ2を適用したイメージセンサモジュール4は、図14および図15に示すように、図1に示されたレンズアレイ2と、レンズアレイ2を保持する筐体28と、筐体28上に配置された光源22と、光源22からの入射光Iiを反射する原稿載置面18と、出射面12aからの出射光Ioを受光するライン型イメージセンサIC25とを備える。ここで、入射面凸レンズ14と出射面凸レンズ12により、ライン型イメージセンサIC25上に正立等倍像を結ぶことができる。なお、光源22は、接着層29を介して筐体28に取り付けられている。原稿載置面18上には、読取対象となる原稿が任意に配置可能である。また、ライン型イメージセンサIC25は、基板24上に搭載されている。また、基板24は、コネクタ26を介して筐体28に取り付けられている。
【0060】
光源22と、原稿載置面18との間には、ガラス20が配置される。
【0061】
光源22には、例えばライン状に配置された発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)若しくはレーザダイオード(LD:Laser Diode)などを適用可能である。LEDとしては、AlGaInP系赤色LED、GaN系可視光LED、BeZnSeTe系緑色LED、GaN系白色LED、ZnO系LED、GaAs系LED、InGaAsP系LEDなどを適用可能である。LDとしても、GaN系LD、GaAs系LD、InGaAsP系LDなどを適用可能である。
【0062】
ライン型イメージセンサIC25には、例えば、ライン状に配置された相補型金属酸化物半導体(CMOS:Complementary Metal Oxides Semiconductor)イメージセンサ、或いはCCDイメージセンサなどを適用可能である。
【0063】
図14および図15において、Y軸方向は、ライン型イメージセンサIC25の主走査方向と呼ばれ、X軸方向は紙送り方向であり、副走査方向と呼ばれる。
【0064】
第1の実施の形態の変形例1〜4に係るレンズアレイ2を適用したイメージセンサモジュール4の模式的断面構造は、それぞれ図16〜図19に示すように表される。
【0065】
第1の実施の形態の変形例1〜4に係るレンズアレイ2を適用したイメージセンサモジュール4は、図16〜図19に示すように、それぞれ図2〜図5に示されたレンズアレイ2と、当該レンズアレイ2を保持する筐体28と、筐体28上に配置された光源22と、光源22からの入射光Iiを反射する原稿載置面18と、出射面12aからの出射光Ioを受光するライン型イメージセンサIC25とを備える。ここで、入射面凸レンズ14と出射面凸レンズ12により、ライン型イメージセンサIC25上に正立等倍像を結ぶことができる。その他の構成は、図15に示されたイメージセンサモジュール4と同様であるため、重複説明は省略する。
【0066】
図16〜図19においても、Y軸方向は、ライン型イメージセンサIC25の主走査方向であり、X軸方向は紙送り方向であり、副走査方向である。
【0067】
上記の実施形態およびその変形例において、反射回数によっては、副走査方向にて、像が反転するが、主走査方向においては、いずれにおいても正立であり、よって上記の説明においては、正立像と表現している。主走査方向が正立であれば、ライン型イメージセンサ或いはライン型光プリンタは成立する。
【0068】
本発明によれば、第1の実施の形態およびその変形例1〜4に係るレンズアレイ2を適用し、安価で、生産性の良い、薄型高焦点深度のイメージセンサモジュールを提供することができる。
【0069】
[第3の実施の形態]
第3の実施の形態に係るレンズアレイ2の模式的断面構造は、図20に示すように表され、第3の実施の形態の変形例1〜9に係るレンズアレイ2の模式的断面構造は、それぞれ図21〜図27、及び図29に示すように表される。また、第3の実施の形態に係るレンズアレイの動作説明のための模式的断面構造は、図28、図30(a)および図30(b)に示すように表される。図21〜図27、及び図29では断面構造が示されているが、図11の鳥瞰構造と同様に、紙面に垂直方向に柱状の構成を備え、入射面凸レンズ14および出射面凸レンズ12も紙面に垂直方向に所定のピッチで複数配置されている。
【0070】
第3の実施の形態に係るレンズアレイ2の導光体10の構造は、図1に示された第1の実施の形態の導光体10の構造に対応している。また、第3の実施の形態の変形例1〜4に係るレンズアレイ2の導光体10の構造は、それぞれ図2〜図5に示された第1の実施の形態の変形例1〜4の導光体10の構造に対応している。また、第3の実施の形態の変形例5に係るレンズアレイの導光体10の構造は、図1に示された第1の実施の形態の導光体10の構造に対応している。また、第3の実施の形態の変形例6に係るレンズアレイの導光体10の構造は、図3に示された第1の実施の形態の変形例2の導光体10の構造に対応している。また、第3の実施の形態の変形例7に係るレンズアレイの導光体10の構造は、図5に示された第1の実施の形態の変形例4の導光体10の構造に対応している。
【0071】
第3の実施の形態に係るレンズアレイ2は、図20に示すように、入射面14aに配置され、入射面凸レンズ14に入射する入射光Iiの光量を調節する第1絞り機構30と、出射面12aに配置され、出射面凸レンズ12から出射する出射光Ioの光量を調節する第2絞り機構32とを備える。
【0072】
また、第3の実施の形態に係るレンズアレイ2は、導光体10内部に配置され、第1反射面16aにより反射された入射光Iiの光量を調節する第3絞り機構31をさらに備えていても良い。
【0073】
また、入射面凸レンズ14において、第1絞り機構30は、入射面14aを取り囲むように配置され、出射面凸レンズ12において、第2絞り機構32は、出射面12aを取り囲むように配置されている。第1絞り機構30・第2絞り機構32は、レンズの解像度を増大するためのものである。例えば、導光体10の材質の屈折率n=1.49として、開口角は、例えば、7度程度に設定可能である。第1絞り機構30・第2絞り機構32によって、正立等倍像の光量分布を制御することができ、色斑を防止することができる。
【0074】
また、導光体10内部において、第3絞り機構31は、第1反射面16aにより反射された入射光Iiの光量を調節することによって、さらに解像度を増大するためのものである。例えば、導光体10の材質の屈折率n=1.49として、第3の絞り機構31の開口角は、例えば、7度程度に設定可能である。
【0075】
第1絞り機構30・第3絞り機構31・第2絞り機構32は、遮光膜としての効果を生ずれば良い。このため、金属の薄膜蒸着、遮光性の導電性若しくは絶縁性フィルムで形成可能である。尚、第1絞り機構30および第2絞り機構32は、後述する図29に示すようなテーパー構造を備えていても良い。また、第3絞り機構31は、後述する図30(b)に示すようなテーパー構造を備えていても良い。
【0076】
また、第1絞り機構30および第2絞り機構32の高さは、入射面凸レンズ14および出射面凸レンズ12の高さよりも高く設定することが解像度を大きくする上で望ましい。その他の構成は、第1の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
【0077】
(変形例1)
第3の実施の形態の変形例1に係るレンズアレイ2は、図21に示すように、入射面14aに配置され、入射面凸レンズ14に入射する入射光Iiの光量を調節する第1絞り機構30と、出射面12aに配置され、出射面凸レンズ12から出射する出射光Ioの光量を調節する第2絞り機構32とを備える。また、第1絞り機構30・第2絞り機構32の構成は、第3の実施の形態と同様であり、その他の構成は、第1の実施の形態の変形例1と同様であるため、重複説明は省略する。
【0078】
(変形例2)
第3の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイ2は、図22に示すように、入射面14aに配置され、入射面凸レンズ14に入射する入射光Iiの光量を調節する第1絞り機構30と、出射面12aに配置され、出射面凸レンズ12から出射する出射光Ioの光量を調節する第2絞り機構32とを備える。
【0079】
また、第3の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイ2は、導光体10内部に配置され、第1反射面16aにより反射された入射光Iiの光量を調節する第3絞り機構31をさらに備えていても良い。また、第1絞り機構30・第2絞り機構32・第3絞り機構31の構成は、第3の実施の形態と同様であり、その他の構成は、第1の実施の形態の変形例2と同様であるため、重複説明は省略する。
【0080】
(変形例3)
第3の実施の形態の変形例3に係るレンズアレイ2は、図23に示すように、入射面14aに配置され、入射面凸レンズ14に入射する入射光Iiの光量を調節する第1絞り機構30と、出射面12aに配置され、出射面凸レンズ12から出射する出射光Ioの光量を調節する第2絞り機構32とを備える。また、第1絞り機構30・第2絞り機構32の構成は、第3の実施の形態と同様であり、その他の構成は、第1の実施の形態の変形例3と同様であるため、重複説明は省略する。
【0081】
(変形例4)
第3の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイ2は、図24に示すように、入射面14aに配置され、入射面凸レンズ14に入射する入射光Iiの光量を調節する第1絞り機構30と、出射面12aに配置され、出射面凸レンズ12から出射する出射光Ioの光量を調節する第2絞り機構32とを備える。
【0082】
また、第3の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイ2は、導光体10内部に配置され、第1反射面16aにより反射された入射光Iiの光量を調節する第3絞り機構31をさらに備えていても良い。また、第1絞り機構30・第2絞り機構32・第3絞り機構31の構成は、第3の実施の形態と同様であり、その他の構成は、第1の実施の形態の変形例4と同様であるため、重複説明は省略する。
【0083】
(変形例5)
第3の実施の形態の変形例5に係るレンズアレイ2は、図25に示すように、導光体10内部に配置され、第1反射面16aにより反射された入射光Iiの光量を調節するテーパー形状の第3絞り機構31を備える。第3絞り機構31がテーパー形状を備えることによって、開口度を広くし、かつ解像度を高くすることができる。その他の構成は、第3の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
【0084】
(変形例6)
第3の実施の形態の変形例6に係るレンズアレイ2は、図26に示すように、導光体10内部に配置され、第1反射面16aにより反射された入射光Iiの光量を調節するテーパー形状の第3絞り機構31を備える。第3絞り機構31がテーパー形状を備えることによって、開口度を広くし、かつ解像度を高くすることができる。ここで、第3絞り機構31は、テーパー形状の金属膜で形成されている。
【0085】
その他の構成は、第3の実施の形態の変形例2と同様であるため、重複説明は省略する。
【0086】
(変形例7)
第3の実施の形態の変形例7に係るレンズアレイ2は、図27に示すように、導光体10内部に配置され、第1反射面16aにより反射された入射光Iiの光量を調節するテーパー形状の第3絞り機構31を備える。第3絞り機構31がテーパー形状を備えることによって、開口度を広くし、かつ解像度を高くすることができる。その他の構成は、第3の実施の形態の変形例4と同様であるため、重複説明は省略する。
【0087】
(変形例8)
第3の実施の形態の変形例8に係るレンズアレイ2は、図29(a)に示すように、入射面14aに配置され、入射面凸レンズ14に入射する入射光Iiの光量を調節するテーパー形状の第1絞り機構30と、出射面12aに配置され、出射面凸レンズ12から出射する出射光Ioの光量を調節するテーパー形状の第2絞り機構32とを備える。
【0088】
また、第3の実施の形態の変形例8に係るレンズアレイ2は、導光体10内部に配置され、第1反射面16aにより反射された入射光Iiの光量を調節するテーパー形状の第3絞り機構31(図示省略)をさらに備えていても良い。
【0089】
また、入射面凸レンズ14において、第1絞り機構30は、入射面14aを取り囲むように配置され、出射面凸レンズ12において、第2絞り機構32は、出射面12aを取り囲むように配置されている。テーパー形状の第1絞り機構30・テーパー形状の第2絞り機構32は、散乱光を遮蔽し、レンズの解像度をさらに増大するためのものである。例えば、導光体10の材質の屈折率n=1.49として、開口角は、例えば、7度程度に設定可能である。さらに、テーパー形状の第1絞り機構30・テーパー形状の第2絞り機構32により、色収差も抑制することもできる。
【0090】
第3の実施の形態に係るレンズアレイの動作説明のための模式的断面構造は、図28に示すように表される。第1絞り機構30の高さDIは、図28に示すように、入射面凸レンズ14の高さDLよりも高く設定することが望ましい。例えば、導光体10の材質の屈折率n=1.49として、開口角は、例えば、7度程度に設定可能である。このように構成された第1絞り機構30によって、解像度を大きくすることができる。
【0091】
ここで、入射面凸レンズ14の高さDLの値は、例えば、約0.2mmであり、第1絞り機構30の高さDIの値は、例えば、約0.5mmである。同様に、第2絞り機構32の高さも出射面凸レンズ12の高さよりも高く設定することが解像度を大きくする上で望ましい。その他の構成は、第3の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
【0092】
第3実施の形態に係るレンズアレイの動作説明のための模式的断面構造は、図30(a)に示すように表され、第3実施の形態に係るレンズアレイの動作説明のための別の模式的断面構造は、図30(b)に示すように表される。図30(a)では、導光体10内部に、金属膜で形成された矩形構造の第3絞り機構31が配置された例が示されており、図30(b)では、導光体10内部に、金属膜で形成されたテーパー構造の第3絞り機構31が絶縁層33を介して配置された例が示されている。すなわち、第3絞り機構31は、導光体10の表面にテーパー形状に配置された絶縁層33と、絶縁層33上に配置され、テーパー形状の金属膜34とを備える。第3絞り機構31の形状は、図30(a)に示す矩形構造よりも図30(b)に示すテーパー形状の方がより望ましい。開口度をより広くすることができ、散乱光を抑制し、解像度を高めることができるからである。
【0093】
(変形例9)
第3の実施の形態の変形例9に係るレンズアレイ2は、図29(b)に示すように、入射面14aに配置され、入射面凸レンズ14に入射する入射光Iiの光量を調節するテーパー形状の第1絞り機構30を備える。変形例9においては、変形例8と異なり、テーパー形状の第2絞り機構32を省略している。このように、絞り機構は、入射面14aにのみ配置されていても良い。同様に、絞り機構は、出射面12aにのみ配置されていても良い。また同様に、図20〜図29(a)に示された第3の実施の形態およびその変形例1〜8においても、絞り機構は、入射面14a若しくは出射面12aのいずれか一方にのみ配置されていても良い。
【0094】
第3の実施の形態およびその変形例1〜9に係るレンズアレイ2においても、外部ミラーと組み合わせることなく、レンズアレイ単体のみで、光路折り曲げが可能となり、安価で、生産性の良い、薄型高焦点深度で、しかも高解像度のレンズアレイを提供することができる。
【0095】
第3の実施の形態およびその変形例1〜9に係るレンズアレイ2は、図14〜図19に例示されたイメージセンサモジュール4と同様の構成を備えるイメージセンサモジュールとして適用可能である。
【0096】
本発明によれば、第3の実施の形態およびその変形例1〜9に係るレンズアレイ2を適用し、安価で、生産性の良い、薄型高焦点深度のイメージセンサモジュールを提供することができる。
【0097】
[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態およびその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【0098】
上記の実施形態およびその変形例において、導光体10は、入射面凸レンズ14および出射面凸レンズ12以外の部分全てをアルミニウム蒸着膜などで被覆し、外来光を遮蔽する構成を備えていても良い。
【0099】
上記の実施形態およびその変形例において、反射回数によっては、副走査方向にて、像が反転するが、主走査方向においては、いずれにおいても正立であり、よって上記の説明においては、正立像と表現している。
【0100】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【0101】
本発明のレンズアレイおよびイメージセンサモジュールは、光学読取・書込装置に適用可能であり、各種スキャナ・複写機・複合機・LEDプリンタなどの入出力装置など幅広い分野に適用可能である。
【符号の説明】
【0102】
2…レンズアレイ
4…イメージセンサモジュール
10…導光体
12…出射面凸レンズ
12a…出射面
14…入射面凸レンズ
14a…入射面
16a、16b…反射面
17、17a、17b…反射鏡
18…原稿載置面
20…ガラス
22…光源
24…基板
25…ライン型イメージセンサIC
26…コネクタ
28…筐体
29…接着層
30、31、32…絞り機構
33…絶縁層
34…金属膜
Ii…入射光
Io…出射光
【技術分野】
【0001】
本発明は、レンズアレイおよびイメージセンサモジュールに関し、特に正立等倍像が得られ、かつ薄型のレンズアレイおよび当該レンズアレイを適用したイメージセンサモジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
正立等倍レンズアレイを用いたライン型イメージセンサモジュールにおいて、明るさを保ちながら、高焦点深度を得るためには、物体と結像面間距離であるTC長が長くなり、モジュールが厚くなる(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
一方、ミラーを使用することにより、薄型化は可能であるが、部品点数と組み立ての工程数が増加すると共に、長尺方向における位置ずれなどによって、生産性の低下、およびコストアップなどにつながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2003−139911号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、外部ミラーと組み合わせることなく、レンズアレイ単体のみで、光路折り曲げが可能となり、安価で、生産性の良い、薄型高焦点深度のレンズアレイおよびこのレンズアレイを適用したイメージセンサモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様によれば、入射光を入射する入射面と、前記入射光を反射する第1反射面と、前記第1反射面において反射された出射光を出射する出射面とを有する導光体と、前記入射面に配置され、凸状曲面を有する複数の入射面凸レンズと、前記出射面に配置され、凸状曲面を有する複数の出射面凸レンズとを備え、前記入射面凸レンズと前記出射面凸レンズにより、正立等倍像を結ぶと共に、前記第1反射面における反射により、入射方向と出射方向に所定の角度を持たせたレンズアレイが提供される。
【0007】
本発明の他の態様によれば、入射光を入射する入射面と、前記入射光を反射する第1反射面と、前記第1反射面において反射された前記入射光をさらに反射する第2反射面と、前記第2反射面において反射された出射光を出射する出射面とを有する導光体と、前記入射面に配置され、凸状曲面を有する複数の入射面凸レンズと、前記出射面に配置され、凸状曲面を有する複数の出射面凸レンズとを備え、前記入射面凸レンズと前記出射面凸レンズにより、正立等倍像を結ぶと共に、前記第1反射面と前記第2反射面における反射により、入射方向と出射方向に0度若しくは180度の角度を持たせたレンズアレイが提供される。
【0008】
本発明の他の態様によれば、前記レンズアレイと、前記レンズアレイを保持する筐体と、前記筐体上に配置された光源と、前記光源からの入射光を反射する原稿載置面と、前記出射面からの出射光を受光するイメージセンサとを備え、前記入射面凸レンズと前記出射面凸レンズにより、前記イメージセンサ上に正立等倍像を結ぶイメージセンサモジュールが提供される。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、外部ミラーと組み合わせることなく、レンズアレイ単体のみで、光路折り曲げが可能となり、安価で、生産性の良い、薄型高焦点深度のレンズアレイおよびこのレンズアレイを適用したイメージセンサモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】第1の実施の形態に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図2】第1の実施の形態の変形例1に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図3】第1の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図4】第1の実施の形態の変形例3に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図5】第1の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図6】第1の実施の形態に係るレンズアレイの動作説明図。
【図7】第1の実施の形態の変形例1に係るレンズアレイの動作説明図。
【図8】第1の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイの動作説明図。
【図9】第1の実施の形態の変形例3に係るレンズアレイの動作説明図。
【図10】第1の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイの動作説明図。
【図11】第2の実施の形態に係るレンズアレイの模式的鳥瞰構造図。
【図12】図11のI−I線に沿う模式的断面構造図。
【図13】(a)図11および図12の出射面近傍の模式的平面パターン構成図、(b)図13(a)のII−II線に沿う模式的断面構造図。
【図14】第1の実施の形態に係るレンズアレイを適用したイメージセンサモジュールの模式的鳥瞰構造図。
【図15】図14のIII−III線に沿う模式的断面構造図。
【図16】第1の実施の形態の変形例1に係るレンズアレイを適用したイメージセンサモジュールの模式的断面構造図。
【図17】第1の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイを適用したイメージセンサモジュールの模式的断面構造図。
【図18】第1の実施の形態の変形例3に係るレンズアレイを適用したイメージセンサモジュールの模式的断面構造図。
【図19】第1の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイを適用したイメージセンサモジュールの模式的断面構造図。
【図20】第3の実施の形態に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図21】第3の実施の形態の変形例1に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図22】第3の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図23】第3の実施の形態の変形例3に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図24】第3の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図25】第3の実施の形態の変形例5に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図26】第3の実施の形態の変形例6に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図27】第3の実施の形態の変形例7に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図28】第3の実施の形態に係るレンズアレイの動作説明のための模式的断面構造図。
【図29】(a)第3の実施の形態の変形例8に係るレンズアレイの模式的断面構造図、(b)第3の実施の形態の変形例9に係るレンズアレイの模式的断面構造図。
【図30】(a)第3実施の形態に係るレンズアレイの動作説明のための模式的断面構造図、(b)第3実施の形態に係るレンズアレイの動作説明のための別の模式的断面構造図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【0012】
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【0013】
[第1の実施の形態]
第1の実施の形態に係るレンズアレイ2の模式的断面構造は、図1に示すように表され、第1の実施の形態の変形例1〜4に係るレンズアレイ2の模式的断面構造は、それぞれ図2〜図5に示すように表される。図1〜図5では断面構造が示されている。第1の実施の形態およびその変形例1〜4に係るレンズアレイ2は、後述する図11の鳥瞰構造と同様に、紙面に垂直方向に柱状の構成を備え、後述する入射面凸レンズ14および出射面凸レンズ12も紙面に垂直方向に所定のピッチで複数配置されている。
【0014】
第1の実施の形態に係るレンズアレイ2は、図1に示すように、入射光Iiを入射する入射面14aと、入射光Iiを反射する第1反射面16aと、第1反射面16aにおいて反射された出射光Ioを出射する出射面12aとを有する導光体10と、入射面14aに配置され、凸状曲面を有する複数の入射面凸レンズ14と、出射面12aに配置され、凸状曲面を有する複数の出射面凸レンズ12とを備える。ここで、入射面凸レンズ14と出射面凸レンズ12により、正立等倍像を結ぶと共に、第1反射面16aにおける反射により、入射方向と出射方向に所定の角度を持たせている。
【0015】
第1の実施の形態に係るレンズアレイ2では、所定の角度は90度である。
【0016】
また、図1において、c1−c2およびc2−c3は光路長を表しており、c1に配置された物体の正立等倍像がc3に結像される。第1の実施の形態に係るレンズアレイ2においては、光路長を調整することによって、共役長や焦点深度を自由に選択可能である。ここで、第1の実施の形態に係るレンズアレイ2では、共役長は、c1−c2およびc2−c3の全長で表される。光路長の調整は、入射面および出射面のレンズ曲面の調整、およびレンズ長(入射面〜出射面間距離)の調整によって行う。光路長の調整に伴って、画角を変動することができる。主に、この画角によって、焦点深度が左右される。
【0017】
第1の実施の形態に係るレンズアレイ2において、導光体10、入射面凸レンズ14および出射面凸レンズ12は、ガラス若しくは透明樹脂の成型品で形成されていても良い。
【0018】
具体的には、導光体10、入射面凸レンズ14および出射面凸レンズ12の材質は、例えば、ガラス、アクリル、ポリカーボネイト、ゼオネクス、ポリエステルなどの一体成型で形成されていても良い。
【0019】
第1の実施の形態に係るレンズアレイ2において、導光体10、入射面凸レンズ14および出射面凸レンズ12の材質は、屈折率が高い材料を使用することで、反射面16aでロスを軽減することも可能である。
【0020】
例えば、光学用特殊ポリエステル「OKP4HT」(大阪ガスケミカル製)の場合、屈折率n=1.632が得られている。また、特殊ポリカーボネイト「EP−5000」(三菱ガス化学製)の場合、屈折率n=1.634が得られている。
【0021】
第1の実施の形態に係るレンズアレイ2においては、表面屈折型正立等倍レンズアレイにおいて、そのレンズアレイ内面反射により、入射方向と出射方向に所定の角度を持たせることで、光路を折り曲げ、レンズアレイ2の厚さを薄くすることができる。第1の実施の形態に係るレンズアレイ2においては、例えば、厚さは、約0.6mm、横方向の長さは、約4.5mm程度に形成可能である。
【0022】
また、第1の実施の形態に係るレンズアレイ2においては、樹脂成型で形成可能であるため、導光体10、入射面凸レンズ14および出射面凸レンズ12の形状を多様な形状に形成可能である。
【0023】
また、第1の実施の形態に係るレンズアレイ2においては、反射面16aに鏡面処理を施して形成された反射鏡17を備えていても良い。このような反射鏡17は、アルミニウムの蒸着技術若しくはスパッタリング技術を用いて形成可能である。
【0024】
鈍角反射の場合は、ほぼ全反射とすることも可能であるが、鋭角反射でない場合は、反射面にアルミニウム蒸着などにより、鏡面処理を行うことが望ましい。
【0025】
第1の実施の形態に係るレンズアレイ2においては、外部ミラーと組み合わせることなく、レンズアレイ単体のみで、光路折り曲げが可能となり、安価で、生産性の良い、薄型高焦点深度のレンズアレイを提供することができる。
【0026】
(変形例1)
第1の実施の形態の変形例1に係るレンズアレイ2は、図2に示すように、凸状曲面を有する複数の入射面凸レンズ14と凸状曲面を有する複数の出射面凸レンズ12は、それぞれ別々のロッドに形成され、これら2つのロッドが、互いに直交した構成を備える。これら2つのロッドは直交し、反射面16aで共通に接続されている。その他の構成は、第1の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。図2の例においても、所定の角度は、90度である。
【0027】
また、図2において、c1−c2およびc2−c3は光路長を表しており、c1に配置された物体の正立等倍像がc3に結像される。第1の実施の形態の変形例1に係るレンズアレイ2においては、光路長を調整することによって、共役長や焦点深度を自由に選択可能である。ここで、第1の実施の形態の変形例1に係るレンズアレイ2では、共役長は、c1−c2およびc2−c3の全長で表される。
【0028】
第1の実施の形態の変形例1に係るレンズアレイ2においては、例えば、厚さは、約2.5mm、横方向の長さも、約2.5mm程度に形成可能である。
【0029】
第1の実施の形態の変形例1に係るレンズアレイ2においても、外部ミラーと組み合わせることなく、レンズアレイ単体のみで、光路折り曲げが可能となり、安価で、生産性の良い、薄型高焦点深度のレンズアレイを提供することができる。
【0030】
(変形例2)
第1の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイ2は、図3に示すように、入射光Iiを入射する入射面14aと、入射光Iiを反射する第1反射面16aと、第1反射面16aにおいて反射された入射光Iiをさらに反射する第2反射面16bと、第2反射面16bにおいて反射された出射光Ioを出射する出射面12aとを有する導光体10と、入射面14aに配置され、凸状曲面を有する複数の入射面凸レンズ14と、出射面12aに配置され、凸状曲面を有する複数の出射面凸レンズ12とを備える。ここで、入射面凸レンズ14と出射面凸レンズ12により、正立等倍像を結ぶと共に、第1反射面16aと第2反射面16bにおける反射により、入射方向と出射方向に0度の角度を持たせている。その他の構成は、第1の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
【0031】
また、図3において、c1−c2、c2−c3およびc3−c4は光路長を表しており、c1に配置された物体の正立等倍像がc4に結像される。第1の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイ2においては、光路長を調整することによって、共役長や焦点深度を自由に選択可能である。ここで、第1の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイ2では、共役長は、c1−c2、c2−c3およびc3−c4の全長で表される。
【0032】
第1の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイ2においては、例えば、厚さは、約0.6mm、横方向の長さは、約4.5mm程度に形成可能である。
【0033】
また、第1の実施の形態に係るレンズアレイ2においては、反射面16a・16bに鏡面処理を施して形成された反射鏡17a・17b(図17内のレンズアレイ2を参照)を備えていても良い。
【0034】
第1の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイ2においても、外部ミラーと組み合わせることなく、レンズアレイ単体のみで、光路折り曲げが可能となり、安価で、生産性の良い、薄型高焦点深度のレンズアレイを提供することができる。
【0035】
(変形例3)
第1の実施の形態の変形例3に係るレンズアレイ2は、図4に示すように、入射光Iiを入射する入射面14aと、入射光Iiを反射する第1反射面16aと、第1反射面16aにおいて反射された出射光Ioを出射する出射面12aとを有する導光体10と、入射面14aに配置され、凸状曲面を有する複数の入射面凸レンズ14と、出射面12aに配置され、凸状曲面を有する複数の出射面凸レンズ12とを備える。ここで、入射面凸レンズ14と出射面凸レンズ12により、正立等倍像を結ぶと共に、第1反射面16aにおける反射により、入射方向と出射方向に所定の角度θを持たせている。ここで、所定の角度θは、鋭角である。その他の構成は、第1の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
【0036】
また、図4において、c1−c2およびc2−c3は光路長を表しており、c1に配置された物体の正立等倍像がc3に結像される。第1の実施の形態の変形例3に係るレンズアレイ2においては、光路長を調整することによって、共役長や焦点深度を自由に選択可能である。ここで、第1の実施の形態の変形例3に係るレンズアレイ2では、共役長は、c1−c2およびc2−c3の全長で表される。
【0037】
第1の実施の形態の変形例3に係るレンズアレイ2においては、例えば、厚さは、約2.5mm、横方向の長さも、約2.5mm程度に形成可能である。
【0038】
第1の実施の形態の変形例3に係るレンズアレイ2においても、外部ミラーと組み合わせることなく、レンズアレイ単体のみで、光路折り曲げが可能となり、安価で、生産性の良い、薄型高焦点深度のレンズアレイを提供することができる。
【0039】
(変形例4)
第1の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイ2は、図5に示すように、入射光Iiを入射する入射面14aと、入射光Iiを反射する第1反射面16aと、第1反射面16aにおいて反射された入射光Iiをさらに反射する第2反射面16bと、第2反射面16bにおいて反射された出射光Ioを出射する出射面12aとを有する導光体10と、入射面14aに配置され、凸状曲面を有する複数の入射面凸レンズ14と、出射面12aに配置され、凸状曲面を有する複数の出射面凸レンズ12とを備える。ここで、入射面凸レンズ14と出射面凸レンズ12により、正立等倍像を結ぶと共に、第1反射面16aと第2反射面16bにおける反射により、入射方向と出射方向に180度の角度を持たせている。その他の構成は、第1の実施の形態の変形例2と同様であるため、重複説明は省略する。
【0040】
また、図5において、c1−c2、c2−c3およびc3−c4は光路長を表しており、c1に配置された物体の正立等倍像がc4に結像される。第1の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイ2においては、光路長を調整することによって、共役長や焦点深度を自由に選択可能である。ここで、第1の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイ2では、共役長は、c1−c2、c2−c3およびc3−c4の全長で表される。
【0041】
第1の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイ2においては、例えば、厚さは、約0.6mm、横方向の長さは、約4.5mm程度に形成可能である。
【0042】
また、第1の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイ2においては、反射面16a・16bに鏡面処理を施して形成された反射鏡17a・17b(図19内のレンズアレイ2を参照)を備えていても良い。
【0043】
第1の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイ2においても、ミラーと組み合わせることなく、レンズアレイ単体のみで、光路折り曲げが可能となり、安価で、生産性の良い、薄型高焦点深度のレンズアレイを提供することができる。
【0044】
(正立等倍像)
第1の実施の形態に係るレンズアレイの動作説明であって、正立等倍像が得られる様子は、図6に示すように表される。同様に、第1の実施の形態の変形例1〜4に係るレンズアレイの動作説明であって、正立等倍像が得られる様子は、それぞれ図7〜10に示すように表される。また、
第1の実施の形態に係るレンズアレイ2においては、図6に示すように、入射面凸レンズ14は、物体(b1→a1)から光を受けたときに、反射面16a上にこの物体の倒立像(b2→a2)を結像可能であり、かつ反射面16aによって反射された光は、導光体10内において、倒立像(b3→a3)を結像可能であり、かつ出射面凸レンズ12は、上記物体の正立等倍像(b4→a4)が結像されるように上記倒立像(b3→a3)の反転が可能である。
【0045】
第1の実施の形態の変形例1に係るレンズアレイ2においては、図7に示すように、入射面凸レンズ14は、物体(b1→a1)から光を受けたときに、反射面16a上にこの物体の倒立像(b2→a2)を結像可能であり、かつ出射面凸レンズ12は、上記物体の正立等倍像(b4→a4)を結像可能である。
【0046】
第1の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイ2においては、図8に示すように、入射面凸レンズ14は、物体(b1→a1)から光を受けたときに、反射面16a上にこの物体の倒立像(b2→a2)を結像可能であり、かつ反射面16aによって反射された光は、導光体10内において、倒立像(b3→a3)を結像可能であり、かつ反射面16bにこの物体の倒立像(b4→a4)を結像可能であり、かつ出射面凸レンズ12は、上記物体の正立等倍像(b5→a5)を結像可能である。
【0047】
第1の実施の形態の変形例3に係るレンズアレイ2においては、図9に示すように、入射面凸レンズ14は、物体(b1→a1)から光を受けたときに、反射面16a上にこの物体の倒立像(b2→a2)を結像可能であり、かつ出射面凸レンズ12は、上記物体の正立等倍像(b3→a3)を結像可能である。
【0048】
第1の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイ2においては、図10に示すように、入射面凸レンズ14は、物体(b1→a1)から光を受けたときに、反射面16a上にこの物体の倒立像(b2→a2)を結像可能であり、かつ反射面16aによって反射された光は、導光体10内において、倒立像(b3→a3)を結像可能であり、かつ反射面16bにこの物体の倒立像(b4→a4)を結像可能であり、かつ出射面凸レンズ12は、上記物体の正立等倍像(b5→a5)を結像可能である。
【0049】
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態に係るレンズアレイ2の模式的鳥瞰構造は、図11に示すように表され、図11のI−I線に沿う模式的断面構造は、図12に示すように表される。また、図11および図12の出射面近傍の模式的平面パターン構成は、図13(a)に示すように表され、図13(a)のII−II線に沿う模式的断面構造は、図13(b)に示すように表される。入射面凸レンズ14および出射面凸レンズ12は、紙面に垂直方向に所定のピッチで複数配置されている。
【0050】
第2の実施の形態に係るレンズアレイ2は、図11〜図13に示すように、入射光Iiを入射する入射面14aと、入射光Iiを反射する第1反射面16aと、第1反射面16aにおいて反射された入射光Iiをさらに反射する第2反射面16bと、第2反射面16bにおいて反射された出射光Ioを出射する出射面12aとを有する導光体10と、入射面14aに配置され、凸状曲面を有する複数の入射面凸レンズ14と、出射面12aに配置され、凸状曲面を有する複数の出射面凸レンズ12とを備える。ここで、入射面凸レンズ14と出射面凸レンズ12により、正立等倍像を結ぶと共に、第1反射面16aと第2反射面16bにおける反射により、入射方向と出射方向に0度の角度を持たせている。
【0051】
第2の実施の形態に係るレンズアレイ2において、入射面凸レンズ14および出射面凸レンズ12は、図11〜図12に示すように、導光体10の光軸(c2−c3方向)に平行な側面から突出した部分に形成されている。また、入射面凸レンズ14および出射面凸レンズ12は、図11および図13に示すように、図12において紙面に垂直な方向に所定のピッチで複数配置されている。
【0052】
さらに、入射面凸レンズ14は、入射面14aを取り囲むように、第1の絞り機構30を備え、出射面凸レンズ12は、出射面12aを取り囲むように、第2の絞り機構32を備えていても良い。これらの絞り機構30・32は、レンズの解像度を増大するためのものである。例えば、導光体10の材質の屈折率n=1.49として、開口角は、例えば、7度程度に設定可能である。これらの絞り機構30・32によって、正立等倍像の光量分布を制御することができ、色斑を防止することができる。
【0053】
絞り機構30・32は、遮光膜としての効果を生ずれば良い。このため、金属の薄膜蒸着、遮光性の導電性若しくは絶縁性フィルムで形成可能である。尚、第1の絞り機構30および第2の絞り機構32は、後述する図29に示すように、テーパー構造を備えていても良い。また、後述する図28に示すように、第1の絞り機構30の高さは、入射面凸レンズ14の高さよりも高く設定することが解像度を大きくする上で望ましい。その他の構成は、第1の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
【0054】
また、図12において、c1−c2、c2−c3およびc3−c4は光路長を表しており、c1に配置された物体の正立等倍像がc4に結像される。第2の実施の形態に係るレンズアレイ2においては、光路長を調整することによって、共役長や焦点深度を自由に選択可能である。ここで、第2の実施の形態に係るレンズアレイ2では、共役長は、c1−c2、c2−c3およびc3−c4の全長で表される。
【0055】
第2の実施の形態に係るレンズアレイ2においては、例えば、厚さは、約1.2mm、横方向の長さは、約4.5mm程度に形成可能である。
【0056】
また、第2の実施の形態に係るレンズアレイ2においては、反射面16a・16bに鏡面処理を施して形成された反射鏡17a・17b(図17内のレンズアレイ2を参照)を備えていても良い。
【0057】
第2の実施の形態に係るレンズアレイ2においても、外部ミラーと組み合わせることなく、レンズアレイ単体のみで、光路折り曲げが可能となり、安価で、生産性の良い、薄型高焦点深度のレンズアレイを提供することができる。
【0058】
(イメージセンサモジュール)
第1の実施の形態に係るレンズアレイを適用したイメージセンサモジュール4の模式的鳥瞰構造は、図14に示すように表され、図14のIII−III線に沿う模式的断面構造は、図15に示すように表される。
【0059】
第1の実施の形態に係るレンズアレイ2を適用したイメージセンサモジュール4は、図14および図15に示すように、図1に示されたレンズアレイ2と、レンズアレイ2を保持する筐体28と、筐体28上に配置された光源22と、光源22からの入射光Iiを反射する原稿載置面18と、出射面12aからの出射光Ioを受光するライン型イメージセンサIC25とを備える。ここで、入射面凸レンズ14と出射面凸レンズ12により、ライン型イメージセンサIC25上に正立等倍像を結ぶことができる。なお、光源22は、接着層29を介して筐体28に取り付けられている。原稿載置面18上には、読取対象となる原稿が任意に配置可能である。また、ライン型イメージセンサIC25は、基板24上に搭載されている。また、基板24は、コネクタ26を介して筐体28に取り付けられている。
【0060】
光源22と、原稿載置面18との間には、ガラス20が配置される。
【0061】
光源22には、例えばライン状に配置された発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)若しくはレーザダイオード(LD:Laser Diode)などを適用可能である。LEDとしては、AlGaInP系赤色LED、GaN系可視光LED、BeZnSeTe系緑色LED、GaN系白色LED、ZnO系LED、GaAs系LED、InGaAsP系LEDなどを適用可能である。LDとしても、GaN系LD、GaAs系LD、InGaAsP系LDなどを適用可能である。
【0062】
ライン型イメージセンサIC25には、例えば、ライン状に配置された相補型金属酸化物半導体(CMOS:Complementary Metal Oxides Semiconductor)イメージセンサ、或いはCCDイメージセンサなどを適用可能である。
【0063】
図14および図15において、Y軸方向は、ライン型イメージセンサIC25の主走査方向と呼ばれ、X軸方向は紙送り方向であり、副走査方向と呼ばれる。
【0064】
第1の実施の形態の変形例1〜4に係るレンズアレイ2を適用したイメージセンサモジュール4の模式的断面構造は、それぞれ図16〜図19に示すように表される。
【0065】
第1の実施の形態の変形例1〜4に係るレンズアレイ2を適用したイメージセンサモジュール4は、図16〜図19に示すように、それぞれ図2〜図5に示されたレンズアレイ2と、当該レンズアレイ2を保持する筐体28と、筐体28上に配置された光源22と、光源22からの入射光Iiを反射する原稿載置面18と、出射面12aからの出射光Ioを受光するライン型イメージセンサIC25とを備える。ここで、入射面凸レンズ14と出射面凸レンズ12により、ライン型イメージセンサIC25上に正立等倍像を結ぶことができる。その他の構成は、図15に示されたイメージセンサモジュール4と同様であるため、重複説明は省略する。
【0066】
図16〜図19においても、Y軸方向は、ライン型イメージセンサIC25の主走査方向であり、X軸方向は紙送り方向であり、副走査方向である。
【0067】
上記の実施形態およびその変形例において、反射回数によっては、副走査方向にて、像が反転するが、主走査方向においては、いずれにおいても正立であり、よって上記の説明においては、正立像と表現している。主走査方向が正立であれば、ライン型イメージセンサ或いはライン型光プリンタは成立する。
【0068】
本発明によれば、第1の実施の形態およびその変形例1〜4に係るレンズアレイ2を適用し、安価で、生産性の良い、薄型高焦点深度のイメージセンサモジュールを提供することができる。
【0069】
[第3の実施の形態]
第3の実施の形態に係るレンズアレイ2の模式的断面構造は、図20に示すように表され、第3の実施の形態の変形例1〜9に係るレンズアレイ2の模式的断面構造は、それぞれ図21〜図27、及び図29に示すように表される。また、第3の実施の形態に係るレンズアレイの動作説明のための模式的断面構造は、図28、図30(a)および図30(b)に示すように表される。図21〜図27、及び図29では断面構造が示されているが、図11の鳥瞰構造と同様に、紙面に垂直方向に柱状の構成を備え、入射面凸レンズ14および出射面凸レンズ12も紙面に垂直方向に所定のピッチで複数配置されている。
【0070】
第3の実施の形態に係るレンズアレイ2の導光体10の構造は、図1に示された第1の実施の形態の導光体10の構造に対応している。また、第3の実施の形態の変形例1〜4に係るレンズアレイ2の導光体10の構造は、それぞれ図2〜図5に示された第1の実施の形態の変形例1〜4の導光体10の構造に対応している。また、第3の実施の形態の変形例5に係るレンズアレイの導光体10の構造は、図1に示された第1の実施の形態の導光体10の構造に対応している。また、第3の実施の形態の変形例6に係るレンズアレイの導光体10の構造は、図3に示された第1の実施の形態の変形例2の導光体10の構造に対応している。また、第3の実施の形態の変形例7に係るレンズアレイの導光体10の構造は、図5に示された第1の実施の形態の変形例4の導光体10の構造に対応している。
【0071】
第3の実施の形態に係るレンズアレイ2は、図20に示すように、入射面14aに配置され、入射面凸レンズ14に入射する入射光Iiの光量を調節する第1絞り機構30と、出射面12aに配置され、出射面凸レンズ12から出射する出射光Ioの光量を調節する第2絞り機構32とを備える。
【0072】
また、第3の実施の形態に係るレンズアレイ2は、導光体10内部に配置され、第1反射面16aにより反射された入射光Iiの光量を調節する第3絞り機構31をさらに備えていても良い。
【0073】
また、入射面凸レンズ14において、第1絞り機構30は、入射面14aを取り囲むように配置され、出射面凸レンズ12において、第2絞り機構32は、出射面12aを取り囲むように配置されている。第1絞り機構30・第2絞り機構32は、レンズの解像度を増大するためのものである。例えば、導光体10の材質の屈折率n=1.49として、開口角は、例えば、7度程度に設定可能である。第1絞り機構30・第2絞り機構32によって、正立等倍像の光量分布を制御することができ、色斑を防止することができる。
【0074】
また、導光体10内部において、第3絞り機構31は、第1反射面16aにより反射された入射光Iiの光量を調節することによって、さらに解像度を増大するためのものである。例えば、導光体10の材質の屈折率n=1.49として、第3の絞り機構31の開口角は、例えば、7度程度に設定可能である。
【0075】
第1絞り機構30・第3絞り機構31・第2絞り機構32は、遮光膜としての効果を生ずれば良い。このため、金属の薄膜蒸着、遮光性の導電性若しくは絶縁性フィルムで形成可能である。尚、第1絞り機構30および第2絞り機構32は、後述する図29に示すようなテーパー構造を備えていても良い。また、第3絞り機構31は、後述する図30(b)に示すようなテーパー構造を備えていても良い。
【0076】
また、第1絞り機構30および第2絞り機構32の高さは、入射面凸レンズ14および出射面凸レンズ12の高さよりも高く設定することが解像度を大きくする上で望ましい。その他の構成は、第1の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
【0077】
(変形例1)
第3の実施の形態の変形例1に係るレンズアレイ2は、図21に示すように、入射面14aに配置され、入射面凸レンズ14に入射する入射光Iiの光量を調節する第1絞り機構30と、出射面12aに配置され、出射面凸レンズ12から出射する出射光Ioの光量を調節する第2絞り機構32とを備える。また、第1絞り機構30・第2絞り機構32の構成は、第3の実施の形態と同様であり、その他の構成は、第1の実施の形態の変形例1と同様であるため、重複説明は省略する。
【0078】
(変形例2)
第3の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイ2は、図22に示すように、入射面14aに配置され、入射面凸レンズ14に入射する入射光Iiの光量を調節する第1絞り機構30と、出射面12aに配置され、出射面凸レンズ12から出射する出射光Ioの光量を調節する第2絞り機構32とを備える。
【0079】
また、第3の実施の形態の変形例2に係るレンズアレイ2は、導光体10内部に配置され、第1反射面16aにより反射された入射光Iiの光量を調節する第3絞り機構31をさらに備えていても良い。また、第1絞り機構30・第2絞り機構32・第3絞り機構31の構成は、第3の実施の形態と同様であり、その他の構成は、第1の実施の形態の変形例2と同様であるため、重複説明は省略する。
【0080】
(変形例3)
第3の実施の形態の変形例3に係るレンズアレイ2は、図23に示すように、入射面14aに配置され、入射面凸レンズ14に入射する入射光Iiの光量を調節する第1絞り機構30と、出射面12aに配置され、出射面凸レンズ12から出射する出射光Ioの光量を調節する第2絞り機構32とを備える。また、第1絞り機構30・第2絞り機構32の構成は、第3の実施の形態と同様であり、その他の構成は、第1の実施の形態の変形例3と同様であるため、重複説明は省略する。
【0081】
(変形例4)
第3の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイ2は、図24に示すように、入射面14aに配置され、入射面凸レンズ14に入射する入射光Iiの光量を調節する第1絞り機構30と、出射面12aに配置され、出射面凸レンズ12から出射する出射光Ioの光量を調節する第2絞り機構32とを備える。
【0082】
また、第3の実施の形態の変形例4に係るレンズアレイ2は、導光体10内部に配置され、第1反射面16aにより反射された入射光Iiの光量を調節する第3絞り機構31をさらに備えていても良い。また、第1絞り機構30・第2絞り機構32・第3絞り機構31の構成は、第3の実施の形態と同様であり、その他の構成は、第1の実施の形態の変形例4と同様であるため、重複説明は省略する。
【0083】
(変形例5)
第3の実施の形態の変形例5に係るレンズアレイ2は、図25に示すように、導光体10内部に配置され、第1反射面16aにより反射された入射光Iiの光量を調節するテーパー形状の第3絞り機構31を備える。第3絞り機構31がテーパー形状を備えることによって、開口度を広くし、かつ解像度を高くすることができる。その他の構成は、第3の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
【0084】
(変形例6)
第3の実施の形態の変形例6に係るレンズアレイ2は、図26に示すように、導光体10内部に配置され、第1反射面16aにより反射された入射光Iiの光量を調節するテーパー形状の第3絞り機構31を備える。第3絞り機構31がテーパー形状を備えることによって、開口度を広くし、かつ解像度を高くすることができる。ここで、第3絞り機構31は、テーパー形状の金属膜で形成されている。
【0085】
その他の構成は、第3の実施の形態の変形例2と同様であるため、重複説明は省略する。
【0086】
(変形例7)
第3の実施の形態の変形例7に係るレンズアレイ2は、図27に示すように、導光体10内部に配置され、第1反射面16aにより反射された入射光Iiの光量を調節するテーパー形状の第3絞り機構31を備える。第3絞り機構31がテーパー形状を備えることによって、開口度を広くし、かつ解像度を高くすることができる。その他の構成は、第3の実施の形態の変形例4と同様であるため、重複説明は省略する。
【0087】
(変形例8)
第3の実施の形態の変形例8に係るレンズアレイ2は、図29(a)に示すように、入射面14aに配置され、入射面凸レンズ14に入射する入射光Iiの光量を調節するテーパー形状の第1絞り機構30と、出射面12aに配置され、出射面凸レンズ12から出射する出射光Ioの光量を調節するテーパー形状の第2絞り機構32とを備える。
【0088】
また、第3の実施の形態の変形例8に係るレンズアレイ2は、導光体10内部に配置され、第1反射面16aにより反射された入射光Iiの光量を調節するテーパー形状の第3絞り機構31(図示省略)をさらに備えていても良い。
【0089】
また、入射面凸レンズ14において、第1絞り機構30は、入射面14aを取り囲むように配置され、出射面凸レンズ12において、第2絞り機構32は、出射面12aを取り囲むように配置されている。テーパー形状の第1絞り機構30・テーパー形状の第2絞り機構32は、散乱光を遮蔽し、レンズの解像度をさらに増大するためのものである。例えば、導光体10の材質の屈折率n=1.49として、開口角は、例えば、7度程度に設定可能である。さらに、テーパー形状の第1絞り機構30・テーパー形状の第2絞り機構32により、色収差も抑制することもできる。
【0090】
第3の実施の形態に係るレンズアレイの動作説明のための模式的断面構造は、図28に示すように表される。第1絞り機構30の高さDIは、図28に示すように、入射面凸レンズ14の高さDLよりも高く設定することが望ましい。例えば、導光体10の材質の屈折率n=1.49として、開口角は、例えば、7度程度に設定可能である。このように構成された第1絞り機構30によって、解像度を大きくすることができる。
【0091】
ここで、入射面凸レンズ14の高さDLの値は、例えば、約0.2mmであり、第1絞り機構30の高さDIの値は、例えば、約0.5mmである。同様に、第2絞り機構32の高さも出射面凸レンズ12の高さよりも高く設定することが解像度を大きくする上で望ましい。その他の構成は、第3の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
【0092】
第3実施の形態に係るレンズアレイの動作説明のための模式的断面構造は、図30(a)に示すように表され、第3実施の形態に係るレンズアレイの動作説明のための別の模式的断面構造は、図30(b)に示すように表される。図30(a)では、導光体10内部に、金属膜で形成された矩形構造の第3絞り機構31が配置された例が示されており、図30(b)では、導光体10内部に、金属膜で形成されたテーパー構造の第3絞り機構31が絶縁層33を介して配置された例が示されている。すなわち、第3絞り機構31は、導光体10の表面にテーパー形状に配置された絶縁層33と、絶縁層33上に配置され、テーパー形状の金属膜34とを備える。第3絞り機構31の形状は、図30(a)に示す矩形構造よりも図30(b)に示すテーパー形状の方がより望ましい。開口度をより広くすることができ、散乱光を抑制し、解像度を高めることができるからである。
【0093】
(変形例9)
第3の実施の形態の変形例9に係るレンズアレイ2は、図29(b)に示すように、入射面14aに配置され、入射面凸レンズ14に入射する入射光Iiの光量を調節するテーパー形状の第1絞り機構30を備える。変形例9においては、変形例8と異なり、テーパー形状の第2絞り機構32を省略している。このように、絞り機構は、入射面14aにのみ配置されていても良い。同様に、絞り機構は、出射面12aにのみ配置されていても良い。また同様に、図20〜図29(a)に示された第3の実施の形態およびその変形例1〜8においても、絞り機構は、入射面14a若しくは出射面12aのいずれか一方にのみ配置されていても良い。
【0094】
第3の実施の形態およびその変形例1〜9に係るレンズアレイ2においても、外部ミラーと組み合わせることなく、レンズアレイ単体のみで、光路折り曲げが可能となり、安価で、生産性の良い、薄型高焦点深度で、しかも高解像度のレンズアレイを提供することができる。
【0095】
第3の実施の形態およびその変形例1〜9に係るレンズアレイ2は、図14〜図19に例示されたイメージセンサモジュール4と同様の構成を備えるイメージセンサモジュールとして適用可能である。
【0096】
本発明によれば、第3の実施の形態およびその変形例1〜9に係るレンズアレイ2を適用し、安価で、生産性の良い、薄型高焦点深度のイメージセンサモジュールを提供することができる。
【0097】
[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態およびその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【0098】
上記の実施形態およびその変形例において、導光体10は、入射面凸レンズ14および出射面凸レンズ12以外の部分全てをアルミニウム蒸着膜などで被覆し、外来光を遮蔽する構成を備えていても良い。
【0099】
上記の実施形態およびその変形例において、反射回数によっては、副走査方向にて、像が反転するが、主走査方向においては、いずれにおいても正立であり、よって上記の説明においては、正立像と表現している。
【0100】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【0101】
本発明のレンズアレイおよびイメージセンサモジュールは、光学読取・書込装置に適用可能であり、各種スキャナ・複写機・複合機・LEDプリンタなどの入出力装置など幅広い分野に適用可能である。
【符号の説明】
【0102】
2…レンズアレイ
4…イメージセンサモジュール
10…導光体
12…出射面凸レンズ
12a…出射面
14…入射面凸レンズ
14a…入射面
16a、16b…反射面
17、17a、17b…反射鏡
18…原稿載置面
20…ガラス
22…光源
24…基板
25…ライン型イメージセンサIC
26…コネクタ
28…筐体
29…接着層
30、31、32…絞り機構
33…絶縁層
34…金属膜
Ii…入射光
Io…出射光
【特許請求の範囲】
【請求項1】
入射光を入射する入射面と、前記入射光を反射する第1反射面と、前記第1反射面において反射された出射光を出射する出射面とを有する導光体と、
前記入射面に配置され、凸状曲面を有する複数の入射面凸レンズと、
前記出射面に配置され、凸状曲面を有する複数の出射面凸レンズと
を備え、前記入射面凸レンズと前記出射面凸レンズにより、正立等倍像を結ぶと共に、前記第1反射面における反射により、入射方向と出射方向に所定の角度を持たせたことを特徴とするレンズアレイ。
【請求項2】
前記所定の角度は、90度であることを特徴とする請求項1に記載のレンズアレイ。
【請求項3】
前記所定の角度は、鋭角であることを特徴とする請求項1に記載のレンズアレイ。
【請求項4】
入射光を入射する入射面と、前記入射光を反射する第1反射面と、前記第1反射面において反射された前記入射光をさらに反射する第2反射面と、前記第2反射面において反射された出射光を出射する出射面とを有する導光体と、
前記入射面に配置され、凸状曲面を有する複数の入射面凸レンズと、
前記出射面に配置され、凸状曲面を有する複数の出射面凸レンズと
を備え、前記入射面凸レンズと前記出射面凸レンズにより、正立等倍像を結ぶと共に、前記第1反射面と前記第2反射面における反射により、入射方向と出射方向に0度若しくは180度の角度を持たせたことを特徴とするレンズアレイ。
【請求項5】
前記導光体、前記入射面凸レンズおよび前記出射面凸レンズは、透明樹脂成型品であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のレンズアレイ。
【請求項6】
前記反射面に反射鏡を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のレンズアレイ。
【請求項7】
前記反射鏡は、アルミニウムの蒸着技術若しくはスパッタリング技術を用いて形成されたことを特徴とする請求項6に記載のレンズアレイ。
【請求項8】
前記入射面に配置され、前記入射面凸レンズに入射する光の光量を調節する第1絞り機構を備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のレンズアレイ。
【請求項9】
前記出射面に配置され、前記出射面凸レンズから出射する光の光量を調節する第2絞り機構を備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のレンズアレイ。
【請求項10】
前記第1絞り機構の高さは、前記入射面凸レンズの高さよりも高いことを特徴とする請求項8に記載のレンズアレイ。
【請求項11】
前記第2絞り機構の高さは、前記出射面凸レンズの高さよりも高いことを特徴とする請求項9に記載のレンズアレイ。
【請求項12】
前記導光体内部に配置され、前記第1反射面により反射された光の光量を調節する第3絞り機構を備えることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載のレンズアレイ。
【請求項13】
前記第3絞り機構は、矩形形状の金属膜で形成されたことを特徴とする請求項12に記載のレンズアレイ。
【請求項14】
前記第3絞り機構は、テーパー形状の金属膜で形成されたことを特徴とする請求項12に記載のレンズアレイ。
【請求項15】
前記第3絞り機構は、前記導光体表面にテーパー形状に配置された絶縁層と、前記絶縁層上に配置され、テーパー形状の金属膜とを備えることを特徴とする請求項12に記載のレンズアレイ。
【請求項16】
請求項1〜9のいずれか1項に記載のレンズアレイと、
前記レンズアレイを保持する筐体と、
前記筐体上に配置された光源と、
前記光源からの入射光を反射する原稿載置面と、
前記出射面からの出射光を受光するイメージセンサと
を備え、
前記入射面凸レンズと前記出射面凸レンズにより、前記イメージセンサ上に正立等倍像を結ぶことを特徴とするイメージセンサモジュール。
【請求項1】
入射光を入射する入射面と、前記入射光を反射する第1反射面と、前記第1反射面において反射された出射光を出射する出射面とを有する導光体と、
前記入射面に配置され、凸状曲面を有する複数の入射面凸レンズと、
前記出射面に配置され、凸状曲面を有する複数の出射面凸レンズと
を備え、前記入射面凸レンズと前記出射面凸レンズにより、正立等倍像を結ぶと共に、前記第1反射面における反射により、入射方向と出射方向に所定の角度を持たせたことを特徴とするレンズアレイ。
【請求項2】
前記所定の角度は、90度であることを特徴とする請求項1に記載のレンズアレイ。
【請求項3】
前記所定の角度は、鋭角であることを特徴とする請求項1に記載のレンズアレイ。
【請求項4】
入射光を入射する入射面と、前記入射光を反射する第1反射面と、前記第1反射面において反射された前記入射光をさらに反射する第2反射面と、前記第2反射面において反射された出射光を出射する出射面とを有する導光体と、
前記入射面に配置され、凸状曲面を有する複数の入射面凸レンズと、
前記出射面に配置され、凸状曲面を有する複数の出射面凸レンズと
を備え、前記入射面凸レンズと前記出射面凸レンズにより、正立等倍像を結ぶと共に、前記第1反射面と前記第2反射面における反射により、入射方向と出射方向に0度若しくは180度の角度を持たせたことを特徴とするレンズアレイ。
【請求項5】
前記導光体、前記入射面凸レンズおよび前記出射面凸レンズは、透明樹脂成型品であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のレンズアレイ。
【請求項6】
前記反射面に反射鏡を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のレンズアレイ。
【請求項7】
前記反射鏡は、アルミニウムの蒸着技術若しくはスパッタリング技術を用いて形成されたことを特徴とする請求項6に記載のレンズアレイ。
【請求項8】
前記入射面に配置され、前記入射面凸レンズに入射する光の光量を調節する第1絞り機構を備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のレンズアレイ。
【請求項9】
前記出射面に配置され、前記出射面凸レンズから出射する光の光量を調節する第2絞り機構を備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のレンズアレイ。
【請求項10】
前記第1絞り機構の高さは、前記入射面凸レンズの高さよりも高いことを特徴とする請求項8に記載のレンズアレイ。
【請求項11】
前記第2絞り機構の高さは、前記出射面凸レンズの高さよりも高いことを特徴とする請求項9に記載のレンズアレイ。
【請求項12】
前記導光体内部に配置され、前記第1反射面により反射された光の光量を調節する第3絞り機構を備えることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載のレンズアレイ。
【請求項13】
前記第3絞り機構は、矩形形状の金属膜で形成されたことを特徴とする請求項12に記載のレンズアレイ。
【請求項14】
前記第3絞り機構は、テーパー形状の金属膜で形成されたことを特徴とする請求項12に記載のレンズアレイ。
【請求項15】
前記第3絞り機構は、前記導光体表面にテーパー形状に配置された絶縁層と、前記絶縁層上に配置され、テーパー形状の金属膜とを備えることを特徴とする請求項12に記載のレンズアレイ。
【請求項16】
請求項1〜9のいずれか1項に記載のレンズアレイと、
前記レンズアレイを保持する筐体と、
前記筐体上に配置された光源と、
前記光源からの入射光を反射する原稿載置面と、
前記出射面からの出射光を受光するイメージセンサと
を備え、
前記入射面凸レンズと前記出射面凸レンズにより、前記イメージセンサ上に正立等倍像を結ぶことを特徴とするイメージセンサモジュール。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【公開番号】特開2013−29650(P2013−29650A)
【公開日】平成25年2月7日(2013.2.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−165329(P2011−165329)
【出願日】平成23年7月28日(2011.7.28)
【出願人】(000116024)ローム株式会社 (3,539)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年2月7日(2013.2.7)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年7月28日(2011.7.28)
【出願人】(000116024)ローム株式会社 (3,539)
【Fターム(参考)】
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