JP2012185229A - 正立等倍レンズアレイプレート、光走査ユニット、画像読取装置および画像書込装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズアレイプレート間に遮光壁を設けずともゴーストノイズを低減する。
【解決手段】正立等倍レンズアレイプレート１１は、第１面２４ｃに規則的に配置された複数の第１レンズ２４ａと、第１面２４ｃに対向する第２面２４ｄに規則的に配置された複数の第２レンズ２４ｂとを有する第１レンズアレイプレート２４と、第３面２６ｃに規則的に配置された複数の第３レンズ２６ａと、第３面２６ｃに対向する第４面２６ｄに規則的に配置された複数の第４レンズ２６ｂとを有する第２レンズアレイプレート２６とを備える。第１レンズアレイプレート２４と第２レンズアレイプレート２６は、対応するレンズの組が共軸のレンズ系を構成するように第２面２４ｄと第３面２６ｃとを対向させて積層される。正立等倍レンズアレイプレート１１において、第２面２４ｄにおける第２面レンズ間領域２４ｆには、複数のＶ溝４０が形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、画像読取装置や画像書込装置に用いられる正立等倍レンズアレイプレートに関する。

従来、スキャナ等の画像読取装置として、正立等倍結像光学系を用いた装置が知られている。正立等倍結像光学系を用いた場合、縮小結像光学系の場合よりも装置をコンパクトにすることができる。画像読取装置の場合、正立等倍結像光学系は、ライン状光源と、正立等倍レンズアレイと、ラインイメージセンサから構成される。

正立等倍結像光学系における正立等倍レンズアレイとしては、正立等倍像を結像可能なロッドレンズアレイが用いられる。ロッドレンズアレイは、通常はレンズアレイの長手方向（画像読取装置の主走査方向）にロッドレンズが配列される。ロッドレンズの列数を増加することで、光量伝達率の向上、透過光量ムラの低減が図れるが、ロッドレンズアレイの場合、ロッドレンズの列数は、価格とのかねあいで１〜２列が一般的である。

一方、正立等倍レンズアレイとして、両面に複数の微小凸レンズを規則的に配列した透明な平板状レンズアレイプレートを、個々の凸レンズの光軸が一致するように２枚積層した正立等倍レンズアレイプレートも構成可能である。このような正立等倍レンズアレイプレートは、射出成型などの方法により形成できるため、正立等倍レンズアレイを比較的安価に製造することができる。

正立等倍レンズアレイプレートでは、隣接したレンズ間に光を隔離するための壁が無いため、正立等倍レンズアレイプレートに斜めに入射した光が、プレート内部を斜めに進んで隣接した凸レンズに入り込み、出射してノイズ（ゴーストノイズともいう）を発生するという問題がある。

そこで、ゴーストノイズを低減するために、２枚のレンズアレイプレート間に遮光壁を設けた正立等倍レンズアレイプレートが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−０６９８０１号公報

しかしながら、２枚のレンズアレイプレート間に遮光壁を設けた場合、部品点数が増加するため、コストが増加する可能性がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、レンズアレイプレート間に遮光壁を設けずともゴーストノイズを低減することのできる正立等倍レンズアレイプレート、並びに該正立等倍レンズアレイプレートを用いた光走査ユニット、画像読取装置および画像書込装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の正立等倍レンズアレイプレートは、第１面に規則的に配置された複数の第１レンズと、第１面に対向する第２面に規則的に配置された複数の第２レンズとを有する第１レンズアレイプレートと、第３面に規則的に配置された複数の第３レンズと、第３面に対向する第４面に規則的に配置された複数の第４レンズとを有する第２レンズアレイプレートとを備え、第１レンズアレイプレートと第２レンズアレイプレートが、対応するレンズの組が共軸のレンズ系を構成するように第２面と第３面とを対向させて積層され、第１面側に置かれた物体の正立等倍像を第４面側の像面に形成する正立等倍レンズアレイプレートである。この正立等倍レンズアレイプレートにおいて、第２面における互いに隣接する第２レンズ間の領域および／または第３面における互いに隣接する第３レンズ間の領域には、複数のＶ溝が形成される。

Ｖ溝は、当該正立等倍レンズアレイプレートの主走査方向に対して略平行に延びるよう形成されてもよい。また、全てのＶ溝の副走査方向の幅は、第１レンズの開口径以上であってもよい。また、互いに隣接するＶ溝同士が副走査方向の端部において当接してもよい。

本発明の別の態様は、光走査ユニットである。この光走査ユニットは、被読取画像に光を照射するライン状光源と、被読取画像から反射した光を集光する上述の正立等倍レンズアレイプレートと、正立等倍レンズアレイプレートを透過した光を受光するラインイメージセンサとを備える。

本発明のさらに別の態様は、画像読取装置である。この装置は、上述の光走査ユニットと、光走査ユニットによって検出された画像信号を処理する画像処理部とを備える。

本発明のさらに別の態様は、画像書込装置である。この装置は、複数のＬＥＤがアレイ状に配列されたＬＥＤアレイと、ＬＥＤアレイから出射された光を集光する上述の正立等倍レンズアレイプレートと、正立等倍レンズアレイプレートを透過した光を受光する感光体ドラムとを備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、レンズアレイプレート間に遮光壁を設けずともゴーストノイズを低減することのできる正立等倍レンズアレイプレート、並びに該正立等倍レンズアレイプレートを用いた光走査ユニット、画像読取装置および画像書込装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る画像読取装置を説明するための図である。 光走査ユニットの主走査方向における断面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿った正立等倍レンズアレイプレートの断面図である。 第１レンズアレイプレートの第２面の正面図である。 第１比較例に係る正立等倍レンズアレイプレートの主走査方向における断面図である。 第２比較例に係る正立等倍レンズアレイプレートの主走査方向における断面図である。 第２比較例に係る正立等倍レンズアレイプレートの副走査方向における断面図である。 本実施形態に係る正立等倍レンズアレイプレートの動作を説明するための図である。 本発明の別の実施形態に係る正立等倍レンズアレイプレートを示す図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る正立等倍レンズアレイプレートを示す図である。 第２面のＶ溝における斜面の傾斜角度と光の曲がり角度との関係を説明するための図である。 第２面のＶ溝における斜面の傾斜角度が臨界角以下の場合の光路を示す図である。 第２面のＶ溝における斜面の傾斜角度が臨界角より大きい場合の光路を示す図である。 第２面のＶ溝における斜面の傾斜角度と、光の曲がり角の関係を示す図である。 第３面のＶ溝における斜面の傾斜角度と、光の曲がり角の関係を示す図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る正立等倍レンズアレイプレートを示す図である。 本発明の第１実施例に係る正立等倍レンズアレイプレートを示す図である。 本発明の第２実施例に係る正立等倍レンズアレイプレートを示す図である。 比較例に係る正立等倍レンズアレイプレートを示す図である。 比較例、第１実施例、および第２実施例のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の別の実施形態に係る画像書込装置を説明するための図である。

図１は、本発明の実施形態に係る画像読取装置１００を説明するための図である。図１に示すように、画像読取装置１００は、筐体１０２、原稿Ｇを載置する原稿台としてのガラス板１４、筐体１０２内に収容された光走査ユニット１０、光走査ユニット１０を走査する駆動機構（図示せず）、光走査ユニット１０によって読み取られたデータを処理する画像処理部（図示せず）等を備える。

光走査ユニット１０は、ガラス板１４上に載置された原稿Ｇに光を照射するライン状光源１６と、原稿Ｇからの反射光を集光する正立等倍レンズアレイプレート１１と、正立等倍レンズアレイプレート１１により集光された光を受けるラインイメージセンサ（光電変換素子）２０と、ライン状光源１６、正立等倍レンズアレイプレート１１およびラインイメージセンサ２０を固定するケース（図示せず）とを備える。

ライン状光源１６は、略直線状の光を出射する光源である。ライン状光源１６は、その光軸が、正立等倍レンズアレイプレート１１の光軸Ａｘとガラス板１４の上面との交点を通るように固定される。ライン状光源１６から出射された光は、ガラス板１４上に置かれた原稿Ｇに照射される。原稿Ｇに照射された光は、原稿Ｇにより正立等倍レンズアレイプレート１１に向けて反射される。

正立等倍レンズアレイプレート１１は、後述するように、複数の凸レンズを両面に形成した第１レンズアレイプレート２４、第２レンズアレイプレート２６が対応するレンズの組が共軸のレンズ系を構成するように積層されたものである。第１レンズアレイプレート２４、第２レンズアレイプレート２６は、ホルダ（図示せず）により積層状態で保持されている。正立等倍レンズアレイプレート１１は、その長手方向が主走査方向に、短手方向が副走査方向に一致するように画像読取装置１００に装着される。

正立等倍レンズアレイプレート１１は、上方に位置する原稿Ｇ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２０の受光面に正立等倍像を形成する。画像読取装置１００は、光走査ユニット１０を副走査方向に走査することにより、原稿Ｇを読み取ることができる。

図２は、光走査ユニット１０の主走査方向における断面図である。図２において、縦方向が正立等倍レンズアレイプレート１１の主走査方向（長手方向）であり、奥行き方向が副走査方向（短手方向）である。

上述したように、正立等倍レンズアレイプレート１１は、第１レンズアレイプレート２４と第２レンズアレイプレート２６とが積層されて構成されている。第１レンズアレイプレート２４および第２レンズアレイプレート２６は、長方形状のプレートであり、その両面には複数の凸レンズが配列形成されている。

第１レンズアレイプレート２４および第２レンズアレイプレート２６は、射出成形により形成される。第１レンズアレイプレート２４および第２レンズアレイプレート２６の材質は、射出成形に使用可能で、必要な波長帯域の光に対して光透過性が高く、吸水性の低いものが望ましい。望ましい材質としては、シクロオレフィン系樹脂や、オレフィン系樹脂、ノルボルネン系樹脂、ポリカーボネートなどを例示することができる。

第１レンズアレイプレート２４の一方の面である第１面２４ｃ上には、複数の第１レンズ２４ａが、第１レンズアレイプレート２４の長手方向に沿って一列に配列されている。また、第１レンズアレイプレート２４の第１面２４ｃに対向する第２面２４ｄ上には、複数の第２レンズ２４ｂが、第１レンズアレイプレート２４の長手方向に沿って一列に配列されている。図２に示すように、本実施形態においては、第２レンズ２４ｂのレンズ径は、第１レンズ２４ａのレンズ径よりも小さい。

第２レンズアレイプレート２６の一方の面である第３面２６ｃ上には、複数の第３レンズ２６ａが、第２レンズアレイプレート２６の長手方向に沿って一列に配列されている。また、第３面２６ｃに対向する第４面２６ｄ上には、複数の第４レンズ２６ｂが、第２レンズアレイプレート２６の長手方向に沿って一列に配列されている。図２に示すように、本実施形態においては、第３レンズ２６ａのレンズ径は、第４レンズ２６ｂのレンズ径よりも小さい。第３レンズ２６ａのレンズ径は第２レンズ２４ｂのレンズ径と等しく、第４レンズ２６ｂのレンズ径は、第１レンズ２４ａのレンズ径と等しい。

なお、本実施の形態では、第１レンズ２４ａ、第２レンズ２４ｂ、第３レンズ２６ａおよび第４レンズ２６ｂの形状を球面としたが、非球面であってもよい。

第１レンズアレイプレート２４と第２レンズアレイプレート２６は、対応する第１レンズ２４ａ、第２レンズ２４ｂ、第３レンズ２６ａ、第４レンズ２６ｂの組が共軸のレンズ系を構成するように第２面２４ｄと第３面２６ｃとを対向させて積層される。言い換えると、第１レンズアレイプレート２４と第２レンズアレイプレート２６は、対応する第１レンズ２４ａ、第２レンズ２４ｂ、第３レンズ２６ａ、第４レンズ２６ｂの光軸が一致するように積層される。

第１レンズアレイプレート２４の第１面２４ｃ上には、第１面側遮光壁３０が設けられている。この第１面側遮光壁３０は、遮光性材料によって形成された膜状の遮光部材であり、複数の第１面側貫通孔３０ａが形成されている。第１面側貫通孔３０ａは、第１面側遮光壁３０の長手方向に沿って一列に、第１レンズアレイプレート２４の第１レンズ２４ａと対応するように形成されている。各第１面側貫通孔３０ａの孔径は第１レンズ２４ａのレンズ有効径と等しい。第１面側遮光壁３０は、各第１面側貫通孔３０ａが対応する第１レンズ２４ａの正面に位置するように第１面２４ｃ上に設けられる。言い換えると、第１面側遮光壁３０は、各第１面側貫通孔３０ａの中心軸が対応する第１レンズ２４ａの光軸と一致するように第１面２４ｃ上に設けられる。図２に示すように、第１面側遮光壁３０により、第１レンズ２４ａの有効領域以外の第１面２４ｃの領域２４ｅ（以下、「第１面平坦領域２４ｅ」とも呼ぶ）が覆われている。レンズの有効領域とは、レンズとしての機能を有する部分のことである。第１面側遮光壁３０により、結像に寄与しない光が遮断される。第１面側遮光壁３０は、第１面２４ｃ上に、黒色インキなどの光吸収性材料を用いて遮光パターンを印刷することにより形成することができる。

第２レンズアレイプレート２６の第４面２６ｄ上には、第４面側遮光壁３２が設けられている。この第４面側遮光壁３２は、遮光性材料によって形成されたプレート状の遮光部材であり、複数の第４面側貫通孔３２ａが形成されている。第４面側貫通孔３２ａは、第４面側遮光壁３２の長手方向に沿って一列に、第２レンズアレイプレート２６の第４レンズ２６ｂと対応するように形成されている。各第４面側貫通孔３２ａは、円柱形状であり、その孔径は第４レンズ２６ｂのレンズ有効径と等しい。第４面側遮光壁３２は、各第４面側貫通孔３２ａが対応する第４レンズ２６ｂの正面に位置するように第４面２６ｄ上に設けられる。言い換えると、第４面側遮光壁３２は、各第４面側貫通孔３２ａの中心軸が対応する第４レンズ２６ｂの光軸と一致するように第４面２６ｄ上に設けられる。図２に示すように、第４面側遮光壁３２により、第４レンズ２６ｂの有効領域以外の第４面２６ｄの領域２６ｅ（以下、「第４面平坦領域２６ｅ」とも呼ぶ）が覆われている。

第４面側遮光壁３２は、例えば黒色のＡＢＳ樹脂などの光吸収性材料を用いて、射出成形などの方法により形成することができる。また、第４面側遮光壁３２は、黒色樹脂塗料を積層させることににより形成されてもよい。

なお、本明細書では、第１面側遮光壁３０を「膜状」とし、第４面側遮光壁３２を「プレート状」としているが、これは、第１面側遮光壁３０が第４面側遮光壁３２に比べて非常に薄いことを意味する。言い換えると、「膜状」とは、厚さが無視できる程度に薄いことを意味する。

図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った正立等倍レンズアレイプレート１１の断面図である。図３において、縦方向が正立等倍レンズアレイプレート１１の副走査方向（短手方向）であり、奥行き方向が主走査方向（長手方向）である。また、図４は、第１レンズアレイプレート２４の第２面２４ｄの正面図である。本実施形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１１は、第１レンズアレイプレート２４の第２面２４ｄにおける隣接する第２レンズ２４ｂ間の領域２４ｆ（以下、「第２面レンズ間領域２４ｆ」とも呼ぶ）に特徴を有する。従って、図２のＡ−Ａ線は、一部が第２面レンズ間領域２４ｆを通るように描かれている。なお、本実施形態においては、第２レンズアレイプレート２６の第３面２６ｃにおける隣接する第３レンズ２６ａ間の領域２６ｆ（以下、「第３面レンズ間領域２６ｆ」とも呼ぶ）は、平坦面とされている。

図３および図４に示すように、本実施形態においては、第２面レンズ間領域２４ｆに、複数のＶ溝４０が形成されている。Ｖ溝４０は、第２面レンズ間領域２４ｆに入射した光を、正立等倍レンズアレイプレート１１の副走査方向に曲げる機能を有する。光の曲がる方向は、Ｖ溝４０の斜面の傾斜角度を変えることにより、制御できる。

図３および図４に示すように、複数のＶ溝４０は、正立等倍レンズアレイプレート１１の主走査方向に対して略平行に延びるよう形成されている。Ｖ溝４０は、互いに隣接するＶ溝同士が副走査方向の端部において当接するように配置される。第２面２４ｄに断面三角形状の凹部を形成することによりＶ溝４０を設けてもよいし、第２面２４ｄに断面三角形状の凸部を形成することによりＶ溝４０を設けてもよい。

以上のように構成された正立等倍レンズアレイプレート１１は、第１レンズ２４ａから原稿Ｇまでの距離および第４レンズ２６ｂからラインイメージセンサ２０までの距離が所定の作動距離となるように、画像読取装置１００に組み込まれる。

次に、本実施の形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１１の動作について説明する。正立等倍レンズアレイプレート１１の動作を説明する前に、まず比較例を示す。

図５は、第１比較例に係る正立等倍レンズアレイプレート５１１の主走査方向における断面図である。本第１比較例に係る正立等倍レンズアレイプレート５１１は、第１レンズアレイプレート２４と第２レンズアレイプレート２６の間に中間遮光壁５１２が設けられている点が本実施形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１１と異なる。また、本第１比較例に係る正立等倍レンズアレイプレート５１１においては、第２面レンズ間領域２４ｆは平坦面とされている。その他の構成については、本実施形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１１と同様である。

中間遮光壁５１２は、遮光性材料によって形成されたプレート状の遮光部材であり、複数の中間貫通孔５１２ａが形成されている。中間遮光壁５１２は、各中間貫通孔５１２ａが対応する第２レンズ２４ｂおよび第３レンズ２６ａの正面に位置するように配置される。図５に示すように、中間遮光壁５１２により、第２面レンズ間領域２４ｆと第３面レンズ間領域２６ｆとが覆われている。

図５には、原稿Ｇから出射された光Ｌ１（破線）と光Ｌ２（一点鎖線）の光路が図示されている。光Ｌ１や光Ｌ２は、いずれも斜めに正立等倍レンズアレイプレート５１１に入射する光である。図５に示すように、このような光Ｌ１や光Ｌ２は、中間遮光壁５１２により吸収または少なくとも減衰される。従って、第１比較例に係る正立等倍レンズアレイプレート５１１によれば、ゴーストノイズの低減された正立等倍像を形成することができる。

図６は、第２比較例に係る正立等倍レンズアレイプレート６１１の主走査方向における断面図である。また、図７は、第２比較例に係る正立等倍レンズアレイプレート６１１の副走査方向における断面図である。図６および図７に示すように、本第２比較例に係る正立等倍レンズアレイプレート６１１は、上述の第１比較例に係る正立等倍レンズアレイプレート５１１から中間遮光壁５１２を取り除いた構成となっている。

図６においても、斜めに正立等倍レンズアレイプレート６１１に入射する光Ｌ１（破線）と光Ｌ２（一点鎖線）の光路が図示されている。また、図７には、光Ｌ３（破線）と光Ｌ４（一点鎖線）の光路が図示されている。図７の光Ｌ３とＬ４は、図６における光Ｌ１、光Ｌ２それぞれの光の副走査方向の広がりを表している。本第２比較例では、第１レンズアレイプレート２４と第２レンズアレイプレート２６の間に中間遮光壁が設けられていないので、光Ｌ１や光Ｌ２は、第２面レンズ間領域２４ｆおよび第３面レンズ間領域２６ｆを通過して、ラインイメージセンサ２０に入射している。従って、第２比較例に係る正立等倍レンズアレイプレート６１１では、ゴーストノイズが発生する。光Ｌ１と光Ｌ２は、ゴーストノイズの元となる光、すなわち迷光である。

図８は、本実施形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１１の動作を説明するための図である。図８は、図２のＡ−Ａ線に沿った正立等倍レンズアレイプレート１１の断面を表す。図８においても、図７と同様に光Ｌ３（破線）と光Ｌ４（一点鎖線）の光路が図示されている。

本実施形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１１においては、図８に示すように、第２面レンズ間領域２４ｆに形成されたＶ溝４０により、光Ｌ３およびＬ４が正立等倍レンズアレイプレート１１の副走査方向に曲げられる。Ｖ溝４０により曲げられた光Ｌ３およびＬ４は、第２レンズアレイプレート２６の第４面上に設けられた第４面側遮光壁３２により吸収または少なくとも減衰され、ラインイメージセンサ２０には到達しない。従って、本実施形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１１によれば、中間遮光壁を設けずとも、ゴーストノイズの低減された正立等倍像を形成することができる。その結果、部品点数が削減されるので、図５に示す比較例に係る正立等倍レンズアレイプレート５１１と比べて安価な正立等倍レンズアレイプレートを実現できる。

図７に示されるように、ゴーストノイズの元となる迷光の光路は、第２面レンズ間領域２４ｆと第３面レンズ間領域２６ｆを通ること以外は結像光に類似している。よって、迷光が通過し得る第２面レンズ間領域２４ｆの副走査方向の幅は、第１レンズ２４ａの開口径を超えることはない。従って、図３に示すように、全てのＶ溝４０の副走査方向の幅Ｗ１は、第１レンズ２４ａの開口径Ｄ１以上あればよい。第１レンズ２４ａの開口径Ｄ１は、第１面側遮光壁３０の第１面側貫通孔３０ａの孔径と等しい。

図９は、本発明の別の実施形態に係る正立等倍レンズアレイプレート９１１を示す。本実施形態に係る正立等倍レンズアレイプレート９１１は、第３面２６ｃの第３面レンズ間領域２６ｆに、複数のＶ溝４２が形成されている点が図３に示す正立等倍レンズアレイプレート１１と異なる。なお、第２面２４ｄの第２面レンズ間領域は、平坦面とされている。

次に、本実施形態に係る正立等倍レンズアレイプレート９１１の動作について説明する。図９においても、図７と同様に光Ｌ３（破線）と光Ｌ４（一点鎖線）の光路が図示されている。図９に示すように、光Ｌ３とＬ４は、第１レンズアレイプレート２４を通過した後、第２レンズアレイプレート２６の第３面レンズ間領域２６ｆに入射している。第３面レンズ間領域２６ｆに入射した光Ｌ３およびＬ４は、第３面レンズ間領域２６ｆに形成されたＶ溝４２により正立等倍レンズアレイプレート９１１の副走査方向に曲げられる。Ｖ溝４２により曲げられた光Ｌ３およびＬ４は、第２レンズアレイプレート２６の第４面上に設けられた第４面側遮光壁３２により吸収または少なくとも減衰され、ラインイメージセンサ２０には到達しない。従って、本実施形態に係る正立等倍レンズアレイプレート９１１によれば、中間遮光壁を設けずともゴーストノイズの低減された正立等倍像を形成することができる。その結果、部品点数が削減されるので、図５に示す比較例に係る正立等倍レンズアレイプレート５１１と比べて安価な正立等倍レンズアレイプレートを実現できる。

図１０は、本発明のさらに別の実施形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１０１１を示す。本実施形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１０１１では、第２面レンズ間領域２４ｆに入射した光が第１面２４ｃ方向に反射するようＶ溝４０が形成されている。図１０においても、図７と同様に光Ｌ３（破線）と光Ｌ４（一点鎖線）の光路が図示されている。Ｖ溝４０の斜面の傾斜角度を調整することにより、第２面レンズ間領域２４ｆに入射した光Ｌ３およびＬ４を第１面２４ｃ方向へ反射させることができる。本実施形態によれば、迷光をラインイメージセンサ２０と反対方向に向かわせることができるので、迷光がラインイメージセンサ２０に入射するのを確実に防止することができ、ゴーストノイズの低減効果をより高めることができる。

図１１は、第２面のＶ溝における斜面の傾斜角度と光の曲がり角度との関係を説明するための図である。ここでは、二等辺三角形状に形成されたＶ溝４０に、入射角度０°の光Ｌ５が入射した場合、光Ｌ５（破線）がどのように曲がるかについて考察する。入射角度０°の光とは、正立等倍レンズアレイプレートに垂直に入射する光を意味する。図１１に示すように、Ｖ溝４０の斜面と第１レンズアレイプレート２４に平行な面とのなす角を、傾斜角度εとする。図１１に示すＶ溝４０は、一方の斜面４０ａの傾斜角度εと他方の斜面４０ｂの傾斜角度εが等しい。また、第１レンズアレイプレート２４に対する垂直線と、Ｖ溝４０の斜面から出射された光Ｌ５とのなす角を光Ｌ５の曲がり角γとする。例えば、光Ｌ５が第１レンズアレイプレート２４に対して垂直に出射される場合、曲がり角γ＝０°であり、光Ｌ５が第１レンズアレイプレート２４に対して平行に出射される場合、曲がり角γ＝９０°であり、光Ｌ５が第１レンズアレイプレート２４に対して垂直に反射される場合、曲がり角γ＝１８０°である。また、ここでは第１レンズアレイプレート２４の屈折率ｎを１．５３とする。この場合、Ｖ溝４０の斜面における臨界角θｃは４０．８°となる。

図１２は、第２面のＶ溝における斜面の傾斜角度εが臨界角θｃ以下の場合の光路を示す。この場合、Ｖ溝４０の斜面に入射した光Ｌ５は、図１２に示すようにＶ溝４０の斜面で屈折して第２レンズアレイプレート方向に出射する。

図１３は、第２面のＶ溝における斜面の傾斜角度εが臨界角θｃより大きい場合の光路を示す。図１３は、傾斜角度ε＝４５°の場合の光路を示している。この場合、あるＶ溝４０の斜面で全反射した光Ｌ５は、再度隣接するＶ溝４０の斜面で全反射した後、第１面方向に向かっている（曲がり角γ＝１８０°）。なお、図１３では傾斜角度ε＝４５°としたため、上記のような光路となったが、あるＶ溝４０の斜面で全反射した後の光Ｌ５の光路は、傾斜角度εの値によって変わる。例えば、傾斜角度ε＝７０°の場合、あるＶ溝４０の斜面で全反射した光Ｌ５は、隣接するＶ溝４０の斜面で屈折し、第２レンズアレイプレート方向に向かう。

図１４は、第２面のＶ溝における斜面の傾斜角度εと、光の曲がり角γの関係を示す。図１０にて説明したように、光Ｌ５を第１面方向に反射させた場合（すなわち、曲がり角＞９０°となる場合）に、ゴーストノイズの低減効果をより高めることができる。その中でも、曲がり角γ＝１８０°となるときが最もゴーストノイズの低減効果が高いので、Ｖ溝４０の傾斜角度εは、４５°とするのが最も望ましい。曲がり角度γは、図１４に示すように傾斜角度εの値に応じて変化する。ゴーストノイズの低減に効果のある曲がり角度γの範囲は、レンズの設計によって変わってくるので、傾斜角度εはレンズの設計に応じて適宜設定すればよい。

図１５は、第３面のＶ溝における斜面の傾斜角度εと、光の曲がり角γの関係を示す。この場合、空気から第２レンズアレイプレートへの入射であるので、全反射は生じない。図１５に示すように、第３面のＶ溝における斜面の傾斜角度εが増加すると、曲がり角γも増加する。第３面のＶ溝の場合も、ゴーストノイズの低減に効果のある曲がり角度γの範囲は、レンズの設計によって変わってくるので、傾斜角度εはレンズの設計に応じて適宜設定すればよい。

図１１〜図１５においては、Ｖ溝の一方の斜面の傾斜角度と他方の斜面の傾斜角度が等しい場合について説明した。しかしながら、Ｖ溝の一方の斜面と他方の斜面は等しい必要はなく、例えばＶ溝の位置に応じて一方の斜面と他方の斜面の傾斜角度が異なっていてもよい。また、各Ｖ溝の傾斜角度は一定である必要はなく、例えばＶ溝の位置に応じて異ならせてもよい。このように、Ｖ溝の配置位置に応じて適宜傾斜角度を調整することにより、より好適なゴーストノイズの除去が可能となる。

図３に示す正立等倍レンズアレイプレート１１では、第２面２４ｄにＶ溝４０を形成し、図９に示す正立等倍レンズアレイプレート９１１では、第３面２６ｃにＶ溝４２を形成した。しかしながら、第２面と第３面の両方にＶ溝が形成されてもよい。この場合、第２面と第３面の両方のＶ溝で迷光が曲げられるので、ゴーストノイズの低減効果をより高めることができる。ただし、この場合は、Ｖ溝の副走査方向の幅Ｗ１は、第１レンズ２４ａの開口径Ｄ１と等しいことが望ましい。なぜなら、第２面２４ｄ及び／又は第３面２６ｃのＶ溝により、新たなゴーストを生じる可能性があるためである。

図３および図９の実施形態では、第１面側遮光壁３０を膜状の遮光部材とし、第４面側遮光壁３２をプレート状の遮光部材としたが、第１面側遮光壁３０と第４面側遮光壁３２を両方ともプレート状の遮光部材としてもよい。このように遮光壁を高くすると、ゴーストノイズの低減効果をより高めることができる。また、第１面側遮光壁３０をプレート状の遮光部材とし、第４面側遮光壁３２を膜状の遮光部材としてもよい。また、第１面側遮光壁３０の第１面側貫通孔３０ａは、円錐台形状であってもよい。すなわち、第１面側貫通孔３０ａは、原稿側開口径と第１面側開口径が異なっていてもよい。また、第４面側遮光壁３２の第４面側貫通孔３２ａは、円錐台形状であってもよい。すなわち、第４面側貫通孔３２ａは、像面側開口径と第４面側開口径が異なっていてもよい。

図１６は、本発明のさらに別の実施形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１６１１を示す。本実施形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１６１１では、第１面側遮光壁３０がプレート状の遮光部材とされ、また第４面側遮光壁が取り除かれている点が図３に示す正立等倍レンズアレイプレート１１と異なる。

図１６においても、図７と同様に光Ｌ３（破線）と光Ｌ４（一点鎖線）の光路が図示されている。本実施形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１６１１においては、図１６に示すように、第２面レンズ間領域２４ｆに形成されたＶ溝４０により、光Ｌ３およびＬ４が正立等倍レンズアレイプレート１６１１の副走査方向に曲げられる。Ｖ溝４０により曲げられた光Ｌ３およびＬ４は、第２レンズアレイプレート２６を通過した後、ラインイメージセンサ２０から遠ざかる方向に進むので、ラインイメージセンサ２０には入射しない。従って、本実施形態に係る正立等倍レンズアレイプレート１６１１によれば、中間遮光壁および第４面側遮光壁を設けずともゴーストノイズの低減された正立等倍像を形成することができる。その結果、部品点数がより削減されるので、より安価な正立等倍レンズアレイプレートを実現できる。

なお、図１６に示す正立等倍レンズアレイプレート１６１１において、第１面側遮光壁３０をさらに取り除くことはできない。また、図３に示す正立等倍レンズアレイプレート１１において、第１面側遮光壁３０を取り除くことはできない。原稿Ｇはラインイメージセンサ２０と異なり副走査方向の幅が広いので、原稿Ｇからラインイメージセンサ２０に向かう複数の迷光の光路が存在し、Ｖ溝を設けただけではラインイメージセンサ２０に迷光が入射するのを防止できないからである。

上述の実施形態に係る正立等倍レンズアレイプレートでは、第１レンズアレイプレートと第２レンズアレイプレートとの間にギャップを設けたが、このギャップを無くしてもよい。すなわち、第２面の第２レンズと第３面の第３レンズとが当接するように正立等倍レンズアレイプレートを構成してもよい。この場合も、第２面レンズ間領域および／または第３面レンズ間領域に複数のＶ溝を形成することにより、レンズアレイプレート間に遮光壁を設けずともゴーストノイズを低減できる。

次に、本発明の実施例を示す。ここでは、本発明の第１実施例および第２実施例と、比較例とについて、ノイズ比のシミュレーションを行った。具体的には、光線追跡シミュレーションにて、正立等倍レンズアレイプレートの主走査方向の領域にわたり、点状の光源からの光線をランバシャン９０度の条件で発し、像面の特定の点に到達した結像光の光量を結像光伝達光量とし、特定の点以外に到達した光量をノイズ伝達光量とした。これを主走査方向にわたるライン状で実施した。ノイズ伝達光量の総和を結像光伝達光量で割った値を全ノイズ比とした。

図１７は、本発明の第１実施例に係る正立等倍レンズアレイプレート１７１１を示す。図１７に示すように、正立等倍レンズアレイプレート１７１１は、第２面レンズ間領域２４ｆに複数のＶ溝４０が形成されている。また、正立等倍レンズアレイプレート１７１１は、プレート状の第１面側遮光壁３０と第４面側遮光壁３２が設けられており、中間遮光壁は設けられていない。また、第１面側貫通孔３０ａと第４面側貫通孔３２ａは、円錐台形状に形成されている。

第１実施例に係る正立等倍レンズアレイプレート１７１１のシミュレーション条件は、共役長ＴＣ＝９．９ｍｍ、第１レンズアレイプレート２４および第２レンズアレイプレート２６の厚さ（以下、レンズ厚）＝１．０５ｍｍ、第１〜第４レンズの配列周期（以下、レンズ配列周期）＝０．７ｍｍ、第１レンズ２４ａのレンズ径＝０．６ｍｍ、第２レンズ２４ｂのレンズ径＝０．４ｍｍ、第３レンズ２６ａのレンズ径＝０．３５ｍｍ、第４レンズ２６ｂのレンズ径＝０．６ｍｍ、第１レンズアレイプレート２４と第２レンズアレイプレート２６間のギャップ（以下、ギャップ）＝０．８ｍｍ、第１レンズアレイプレート２４と第２レンズアレイプレート２６の屈折率＝１．５３、第１面側遮光壁３０の高さ＝０．７ｍｍ、第４面側遮光壁３２の高さ＝０．７ｍｍ、第１面側遮光壁３０の原稿側開口径＝０．４５ｍｍ、第１面側遮光壁３０の第１面側開口径＝０．５１ｍｍ、第４面側遮光壁３２の像面側開口径＝０．４５ｍｍ、第４面側遮光壁３２の第４面側開口径＝０．５１ｍｍである。

図１８は、本発明の第２実施例に係る正立等倍レンズアレイプレート１８１１を示す。図１８に示すように、正立等倍レンズアレイプレート１８１１は、第２面レンズ間領域２４ｆに複数のＶ溝４０が形成されている。また、正立等倍レンズアレイプレート１８１１は、プレート状の第１面側遮光壁３０が設けられており、中間遮光壁および第４面側遮光壁３２は設けられていない。また、第１面側貫通孔３０ａは、円錐台形状に形成されている。

第２実施例に係る正立等倍レンズアレイプレート１８１１のシミュレーション条件は、共役長ＴＣ＝９．９ｍｍ、第１レンズアレイプレート２４および第２レンズアレイプレート２６の厚さ（以下、レンズ厚）＝１．０５ｍｍ、第１〜第４レンズの配列周期（以下、レンズ配列周期）＝０．７ｍｍ、第１レンズ２４ａのレンズ径＝０．６ｍｍ、第２レンズ２４ｂのレンズ径＝０．４ｍｍ、第３レンズ２６ａのレンズ径＝０．３５ｍｍ、第４レンズ２６ｂのレンズ径＝０．５１ｍｍ、第１レンズアレイプレート２４と第２レンズアレイプレート２６間のギャップ（以下、ギャップ）＝０．８ｍｍ、第１レンズアレイプレート２４と第２レンズアレイプレート２６の屈折率＝１．５３、第１面側遮光壁３０の高さ＝０．７ｍｍ、第１面側遮光壁３０の原稿側開口径＝０．４５ｍｍ、第１面側遮光壁３０の第１面側開口径＝０．５１ｍｍである。

図１９は、比較例に係る正立等倍レンズアレイプレート１９１１を示す。正立等倍レンズアレイプレート１９１１は、プレート状の第１面側遮光壁３０、第４面側遮光壁３２、および中間遮光壁５１２が設けられている。また、第１面側貫通孔３０ａ、第４面側貫通孔３２ａ、および中間貫通孔５１２ａは、円錐台形状に形成されている。また、正立等倍レンズアレイプレート１９１１にはＶ溝は設けられていない。

比較例に係る正立等倍レンズアレイプレート１９１１のシミュレーション条件は、共役長ＴＣ＝９．９ｍｍ、第１レンズアレイプレート２４および第２レンズアレイプレート２６の厚さ（以下、レンズ厚）＝１．０５ｍｍ、第１〜第４レンズの配列周期（以下、レンズ配列周期）＝０．７ｍｍ、第１レンズ２４ａのレンズ径＝０．６ｍｍ、第２レンズ２４ｂのレンズ径＝０．４ｍｍ、第３レンズ２６ａのレンズ径＝０．４ｍｍ、第４レンズ２６ｂのレンズ径＝０．６ｍｍ、第１レンズアレイプレート２４と第２レンズアレイプレート２６間のギャップ（以下、ギャップ）＝０．８ｍｍ、第１レンズアレイプレート２４と第２レンズアレイプレート２６の屈折率＝１．５３、第１面側遮光壁３０の高さ＝０．７ｍｍ、第４面側遮光壁３２の高さ＝０．７ｍｍ、中間遮光壁５１２の高さ＝０．８０ｍ、第１面側遮光壁３０の原稿側開口径＝０．４５ｍｍ、第１面側遮光壁３０の第１面側開口径＝０．５１ｍｍ、第４面側遮光壁３２の像面側開口径＝０．４５ｍｍ、第４面側遮光壁３２の第４面側開口径＝０．５１ｍｍ、中間遮光壁５１２の第２面側開口径＝０．６５ｍｍ、中間遮光壁５１２の第３面側開口径＝０．３５ｍｍである。

図２０は、比較例、第１実施例および第２実施例のシミュレーション結果を示す。第１実施例および第２実施例ともにＶ溝の形状を以下の条件（１）〜（４）のように変化させ、Ｖ溝の副走査方向幅Ｗ１＝０．５１ｍｍの場合と、Ｗ１＝２００ｍｍの場合についてノイズ比を算出した。
（１）Ｖ溝幅＝５μｍ、傾斜角度ε＝６０°、Ｖ溝高さ＝４．３μｍ
（２）Ｖ溝幅＝５μｍ、傾斜角度ε＝４５°、Ｖ溝高さ＝２．５μｍ
（３）Ｖ溝幅＝１０μｍ、傾斜角度ε＝６０°、Ｖ溝高さ＝８．７μｍ
（４）Ｖ溝幅＝１０μｍ、傾斜角度ε＝４５°、Ｖ溝高さ＝５．０μｍ
また、ノイズ比の改善効果を示すために、第１実施例および第２実施例において、Ｖ溝を形成しなかった場合のノイズ比を算出した。

第１実施例のシミュレーション結果を見ると、Ｖ溝を形成しなかった場合のノイズ比が３８．５７％と高いのに対し、Ｖ溝を形成した場合のノイズ比は、Ｖ溝の副走査方向幅Ｗ１＝０．５１ｍｍ、２００ｍｍの両方において、条件（１）〜（４）のいずれの場合も大きく低減されていることが分かる。特に、条件（１）、（３）、（４）に関しては、中間遮光壁を設けた比較例のノイズ比＝１．０７％よりも低い値となっている。本シミュレーション結果から、第２面レンズ間領域に形成された複数のＶ溝がゴーストノイズの低減に有効であることが分かる。

また、第２実施例のシミュレーション結果を見ると、Ｖ溝を形成しなかった場合のノイズ比が９７．１４％と非常に高いのに対し、Ｖ溝を形成した場合のノイズ比は、Ｖ溝の副走査方向幅Ｗ１＝０．５１ｍｍ、２００ｍｍの両方において、条件（１）〜（４）のいずれの場合も大きく低減されていることが分かる。特にＶ溝の副走査方向幅Ｗ１＝０．５１ｍｍの場合には、（１）〜（４）のいずれの条件においても中間遮光壁を設けた比較例のノイズ比＝１．０７％よりも低い値となっている。本シミュレーション結果から、第２面レンズ間領域に複数のＶ溝を形成した場合、第４面側遮光壁を設けずともゴーストノイズを低減できることが分かる。なお、Ｖ溝の副走査方向幅Ｗ１＝２００ｍｍの場合、条件（１）と（３）で、ノイズ比が増大し、１．０７％を上回った（それぞれ３．５３％、２．６５％）。このように、Ｖ溝の副走査方向幅Ｗ１は、第１レンズの開口径Ｄ１と等しいことが望ましいことがわかる。

図２１は、本発明の別の実施形態に係る画像書込装置２００を説明するための図である。図２１に示すように、画像書込装置２００は、複数のＬＥＤがアレイ状に配列されたＬＥＤアレイ２０６と、ＬＥＤアレイ２０６が搭載された基板２０４と、ＬＥＤアレイ２０６を制御する制御部２０２と、ＬＥＤアレイ２０６から出射された光を集光する上述の正立等倍レンズアレイプレート１１と、正立等倍レンズアレイプレート１１を透過した光を受光する感光体ドラム２０８と、上記構成要素を収容する筐体２１０とを備える。なお、図２１においては、感光体ドラム２０８の周辺に設けられる現像装置、転写装置などについては図示を省略している。図１に示す画像読取装置１００の原稿Ｇを、画像書込装置２００では感光体ドラム２０８に置き換え、更に、画像読取装置１００のラインイメージセンサ２０を画像書込装置２００のＬＥＤアレイ２０６に置き換えることで、画像読取装置１００に関して説明した事項は、画像書き込み装置にも当てはまる。

画像書込装置２００は、ＬＥＤを光源に用いた所謂ＬＥＤプリントヘッド方式の画像書込装置である。ＬＥＤプリントヘッド方式は、画素と発光源が１対１に対応しており、走査機構が不要である。従って、レーザ光源とポリゴンミラーを組み合わせたレーザＲＯＳ（Raster Output Scanner）方式と比べて、装置を小型且つ軽量化できる。

従来、ＬＥＤプリントヘッド方式の正立等倍レンズアレイとしては、ロッドレンズアレイが用いられていたが、本発明に係る正立等倍レンズアレイプレート１１を用いることにより、より安価な画像書込装置２００を実現できる。また、本発明に係る正立等倍レンズアレイプレート１１を用いることにより、ゴーストノイズの低減された良好な画像を感光体ドラム２０８上に形成できる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば、上述の実施形態では、各レンズ面のレンズを主走査方向に一列に配列したが、レンズの配列パターンはこれに限定されず、たとえば、レンズを主走査方向に２列以上に配列した場合や、正方配列で配置した場合でも本発明を適用でき、ゴーストノイズの低減効果を得ることができる。

１０ 光走査ユニット、 １１ 正立等倍レンズアレイプレート、 １２ 筐体、 １４ ガラス板、 ２０ ラインイメージセンサ、 ２４ 第１レンズアレイプレート、 ２６ 第２レンズアレイプレート、 ３０ 第１面側遮光壁、 ３２ 第４面側遮光壁、 ４０，４２ Ｖ溝、 １００ 画像読取装置、 ２００ 画像書込装置。

Claims (7)

1. 第１面に規則的に配置された複数の第１レンズと、前記第１面に対向する第２面に規則的に配置された複数の第２レンズとを有する第１レンズアレイプレートと、
   第３面に規則的に配置された複数の第３レンズと、前記第３面に対向する第４面に規則的に配置された複数の第４レンズとを有する第２レンズアレイプレートと、を備え、
   前記第１レンズアレイプレートと前記第２レンズアレイプレートが、対応するレンズの組が共軸のレンズ系を構成するように前記第２面と前記第３面とを対向させて積層され、第１面側に置かれた物体の正立等倍像を第４面側の像面に形成する正立等倍レンズアレイプレートであって、
   前記第２面における互いに隣接する前記第２レンズ間の領域および／または前記第３面における互いに隣接する前記第３レンズ間の領域に、複数のＶ溝が形成されることを特徴とする正立等倍レンズアレイプレート。
2. 前記Ｖ溝は、当該正立等倍レンズアレイプレートの主走査方向に対して略平行に延びるよう形成されることを特徴とする請求項１に記載の正立等倍レンズアレイプレート。
3. 全てのＶ溝の副走査方向の幅は、前記第１レンズの開口径以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の正立等倍レンズアレイプレート。
4. 互いに隣接するＶ溝同士が副走査方向の端部において当接することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の正立等倍レンズアレイプレート。
5. 被読取画像に光を照射するライン状光源と、
   前記被読取画像から反射した光を集光する請求項１から４のいずれかに記載の正立等倍レンズアレイプレートと、
   前記正立等倍レンズアレイプレートを透過した光を受光するラインイメージセンサと、
   を備えることを特徴とする光走査ユニット。
6. 請求項５に記載の光走査ユニットと、
   前記光走査ユニットによって検出された画像信号を処理する画像処理部と、
   を備えることを特徴とする画像読取装置。
7. 複数のＬＥＤがアレイ状に配列されたＬＥＤアレイと、
   前記ＬＥＤアレイから出射された光を集光する請求項１から４のいずれかに記載の正立等倍レンズアレイプレートと、
   前記正立等倍レンズアレイプレートを透過した光を受光する感光体ドラムと、
   を備えることを特徴とする画像書込装置。

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