JP3129386B2 - 光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イメージスキャナやＬ
ＥＤプリンタなどに用いられる画像読取りまたは画像形
成のための光学装置に関する。

【０００２】画像読取りのための光学装置として、通常
の凸レンズによって原稿の縮小像をＣＣＤなどのイメー
ジセンサー上に形成する縮小光学系のものと、屈折率分
布型レンズアレイやロッドレンズアレイを用いて原稿の
等倍像を長尺のイメージセンサー上に形成する等倍光学
系のものとが存在する。後者は原稿面とイメージセンサ
ーとが極接近した状態となるため、通常、密着光学系と
も呼称される。

【０００３】装置を小型化する必要のある場合には密着
光学系が有利であるが、例えば携帯用のイメージスキャ
ナなどに利用する場合には、その密着光学系の装置にお
いてもさらに一層の小型化を図る必要がある。

【０００４】

【従来の技術】従来の密着光学系の光学装置において用
いられている屈折率分布型レンズアレイやロッドレンズ
アレイでは、焦点距離を数ｍｍ程度以下にすることは困
難であり、実際の光路長として、１５〜２０ｍｍ程度を
必要としている。

【０００５】また、基板上に多数の微小レンズを形成し
たマイクロレンズアレイは、作製プロセスなどの選択に
よって比較的容易に短距離焦点レンズの製作が可能であ
り、複数段のレンズアレイを用いることによって原稿の
正立等倍像の形成も可能である。そのため、液晶ディス
プレイの表示画像をその前面に配置した保護ガラスに投
影し、これによって見る角度の相違による視差をなくす
ことが提案されている（特開昭６３−２６３５２０
号）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のような光学装置
を小型化するには、光路長を短くすることが必要である
が、従来の密着光学系において用いられている屈折率分
布型レンズアレイやロッドレンズアレイでは、光路長が
１０ｍｍ以下のものを製作することは実際上不可能であ
る。

【０００７】したがって、例えば名刺サイズの原稿を読
み取るための超小型のカード型イメージスキャナに適用
するには、従来のものでは小型化が不十分であり、ま
た、屈折率分布型レンズアレイやロッドレンズアレイは
高価であるため、個人向け用の装置として十分な低価格
を実現できない、といった問題がある。

【０００８】また、従来のマイクロレンズアレイでは、
隣接するレンズからのクロストーク光の除去が困難であ
り、光の利用効率を高めるためには３段以上のレンズア
レイが必要で構造が複雑になるという問題がある。

【０００９】すなわち、図２１（ａ）に示すように、中
間像の倍率を１とし、２段構成のレンズを用いた場合に
は、中間像の中央部以外の光のかなりの部分が下側のレ
ンズの開口部から外れてしまうため、結像した像の明る
さにむらが生じる。また、クロストークも避けられな
い。これを改良するため、図２１（ｂ）に示すように、
中間像の位置に３段目の中間レンズを挿入した場合（特
開昭６３−２６３５２０号参照）には、像の明るさのむ
らは解決できるが、構造が複雑となり、しかも依然とし
て隣接レンズからのクロストークは避けられない。

【００１０】また、従来のロッドレンズに代えて、通常
の凸レンズと、クロストークを防止するための遮光用の
筒状体とを組み合わせて用いることが考えられる。しか
し、そのようにした場合には、筒状体の内周面において
光を吸収する必要があるので、その製作が困難であり、
大量生産には不向きであるという問題がある。

【００１１】本発明は、以上のような事情を考慮してな
されたものであり、２つのレンズアレイと、遮光膜をそ
の間に配置することにより、クロストークを可及的に防
止し、小型化及び低価格化を図ることのできる光学装置
を提供することを目的とする。

【００１２】また、本発明は、一層又は複数層の遮光膜
を設けて、レンズアレイと遮光膜との相対位置関係を工
夫することにより、クロストークの低減及び像の明るさ
の均一化をすることを目的とする。また、レンズアレイ
の各レンズの配置及び形状等を工夫することにより、ク
ロストークの低減を図ると共に、コントラストの向上を
図ることを目的とする。

【００１３】また、この光学装置を、画像読取り装置等
に適用することにより、画像読取り装置等の小型化を図
ることを目的とする。さらに、この光学装置を大量生産
することにより、この光学装置を利用した画像読取り装
置等の低価格化を図ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、対象物に対し
て倒立した縮小実像を形成する複数のレンズからなる第
１のレンズアレイと、前記縮小実像を所定の倍率で拡大
しかつ正立像にするように、前記第１のレンズアレイの
各レンズに対応した位置に配置された複数のレンズから
なる第２のレンズアレイと、前記第１のレンズアレイと
第２のレンズアレイとの間に配置され、前記第１のレン
ズアレイの各レンズからの射出光を通過させるように各
レンズに対向する位置に透孔が形成された複数の遮光膜
とを備え、前記遮光膜が、第１の遮光膜と第２の遮光膜
からなり、前記第２の遮光膜が、前記第１の遮光膜と前
記第１のレンズアレイとの間であって、第１の遮光膜と
第２の遮光膜とが所定の間隔を保持されるように配置さ
れることを特徴とする光学装置を提供するものである。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】前記遮光膜が第１の遮光膜と第２の遮光膜
からなる場合には、第２の遮光膜が、第１の遮光膜と第
１のレンズアレイとの間に配置される。また、このよう
に遮光膜が２つの遮光膜からなる場合には、前記第１の
遮光膜が、前記第１のレンズアレイの各レンズにより形
成される縮小実像の像面の位置に配置されるようにして
もよく、前記第１の遮光膜と前記第２のレンズアレイと
の間隔、前記第２の遮光膜と前記第１のレンズアレイと
の間隔、及び前記第１の遮光膜と前記第２の遮光膜との
間隔が、それぞれほぼ等しくなるようにしてもよい。

【００１９】さらに、２つの遮光膜からなる場合に、こ
の発明は、前記第１のレンズアレイと前記第２の遮光膜
とが基板の２つの表面にそれぞれ形成され、前記第２の
レンズアレイと前記第１の遮光膜とが基板の２つの表面
にそれぞれ形成され、それぞれの基板が、遮光膜が形成
された面で対向されて、透明なスペーサ板を挟んだ状態
で固定されてなる光学装置を提供する。

【００２０】また、この発明は、前記第１のレンズアレ
イと前記第２のレンズアレイとがそれぞれ基板上に形成
され、その基板表面であって第１及び第２のレンズアレ
イの各レンズが位置する部分を除いた表面が遮光性を有
する光学装置を提供する。

【００２１】さらに、前記第１及び第２のレンズアレイ
の各レンズが等間隔に整列されており、第１及び第２レ
ンズアレイの少なくとも一方の各レンズの整列方向の幅
が、各レンズ間のピッチと、各レンズによって形成され
る縮小実像の縮小率との積の偶数倍であるように設定し
てもよく、また、前記第１及び第２のレンズアレイのレ
ンズは、矩形の形状からなるように構成してもよい。

【００２２】ここで、遮光膜の材料としては、Ｃｒ、Ｔ
ｉなどの金属を用いることができるが、さらに反射防止
作用を与えるためＣｒ₂Ｏ₃などの誘電体とこれらのうち
いずれかを重ねて多層膜として構成してもよい。また、
黒色塗料などを用いることもできる。前記第１のレンズ
アレイ及び前記第２のレンズアレイを構成する各レンズ
としては、通常用いられる屈折型の光学レンズを用いて
もよいが、特に、小型化等の面でフレネルレンズを用い
ることが好ましい。また、表面に複数段の階段状の凸面
を備えてなるバイナリレンズを用いてもよい。レンズの
材料としては、石英を用いることが好ましいが、他に、
アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂（ＰＭＭ
Ａ樹脂）などの光学用合成樹脂を用いることができる。
また、前記第２のレンズアレイの各レンズが、その形状
の中心と光学的な中心とを偏心させて形成されるように
してもよく、さらに、光学的な中心が、レンズ形状の縁
部上又はその外部にあるようにしてもよい。

【００２３】本発明は、前記第１のレンズアレイおよび
第２のレンズアレイが、同一ピッチで整列した２列のレ
ンズ群からなり、それぞれのレンズ群から得られる実像
が合成されて、一つの実像を形成するように構成され光
学装置を提供する。

【００２４】また、本発明は、上記に記載したような光
学装置と、光照射装置と、光照射装置から照射され光学
装置を通過した光によって結像された実像を光電交換す
るイメージセンサとを備えたことを特徴とする画像読み
取り装置を提供するものである。ここで、前記光照射装
置は、前記光照射装置が、光源と、読みとるべき画像と
前記光学装置との間に配置され、かつ前記光源からの光
を前記画像へ導き照射する導光装置とから構成してもよ
い。

【００２５】さらに、前記導光装置は、光透過性の物質
からなり、前記光源からの光を前記物質内へ受け入れる
ための受光口と、該受光口が受け入れた前記光源からの
光を前記物質内で反射する第１の反射体と、第１の反射
体が反射した光を前記物質内で反射する第２の反射体
と、第２の反射体が反射した光を透過させ前記画像へ照
射するための照射口と、前記画像から反射され前記照射
口を経た反射光を前記光学装置へ透過させるための透過
口とを備える導光板から構成してもよい。

【００２６】また、本発明は、前記請求項１に記載した
光学装置と、所望の発光パターンを照射する光照射装置
と、光照射装置から照射され光学装置を通過した光が形
成する発光パターン像により潜像が形成される感光体
と、感光体に形成された実像を用紙に転写させる印刷機
構とを備えた光プリンタを提供するものである。

【００２７】

【作用】本発明によれば、第１のレンズアレイによって
形成される倒立縮小実像を例えば正立等倍像にするよう
に、前記第１のレンズアレイの各レンズに対応した位置
に配置された複数のレンズからなる第２のレンズアレイ
と、前記第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとの
間に配置され、前記第１のレンズアレイの各レンズから
の射出光を通過させるように各レンズに対向する位置に
透孔が形成された一つ又は複数の遮光膜を有しているの
で、クロストークを可及的に防止し、小型化及び低価格
化を図ることができる光学装置を提供することができ
る。

【００２８】遮光膜を２つにした場合には、第２の遮光
膜を第１の遮光膜と第１のレンズアレイとの間に配置さ
れるようにしているので、さらにクロストークの低減を
図ることができる。また、遮光膜が、第１のレンズアレ
イの各レンズにより形成される縮小実像の像面の位置に
配置されるか、又は第１のレンズアレイと第２のレンズ
アレイとのほぼ中間に配置されるように光学装置を構成
しているので、さらにクロストークの低減をはかること
ができる。

【００２９】さらに、前記遮光膜が、前記第１のレンズ
アレイの各レンズから、前記第２のレンズアレイの対応
するレンズへの光路を実質的に制限しないが、前記第１
のレンズアレイの各レンズから前記第２のレンズアレイ
の対応するレンズの隣接レンズへの光路を実質的に遮蔽
できるような開口幅の透孔を有しているので、結像され
る像の明るさを均一化することができる。

【００３０】また、遮光膜が２つからなる場合に、前記
第１のレンズアレイと遮光膜とがそれぞれ別の表面に形
成される基板と、遮光膜と前記第２のレンズアレイとが
それぞれ別の面に形成される基板とを、両基板の遮光膜
が形成された表面が対向するように、透明なスペーサ板
を挟んだ状態で固定されるようにしているので、光学装
置の製作を容易にし、かつ低価格化を図ることができ
る。

【００３１】また、本発明によれば、前記第１のレンズ
アレイと前記第２のレンズアレイとがそれぞれ基板上に
形成され、その基板表面であって第１及び第２のレンズ
アレイの各レンズが存在する位置を除いた表面が遮光性
を有するようにしているので、さらにクロストークを抑
えることができ、前記第１及び第２のレンズアレイの各
レンズが等間隔に整列しており、前記第１のレンズアレ
イの各レンズの整列方向の幅と、前記第２のレンズアレ
イの各レンズの整列方向の幅のうち少なくとも一方が、
そのレンズ間のピッチと、各レンズによって形成される
縮小実像の縮小率との積の偶数倍であるように調整して
いるので、結像される像の明るさをさらに均一化するこ
とができる。

【００３２】上記のような光学装置において、第１のレ
ンズアレイ及び第２のレンズアレイとして、フレネルレ
ンズあるいはバイナリレンズを用いることによって、大
量生産が可能となり、従って、よりいっそうの低価格化
を図ることができる。また、バイナリレンズを用いる場
合に、前記第２のレンズアレイの各レンズが、それらの
形状の中心と光学的な中心とを偏心させて形成されるこ
と、さらに前記第２のレンズアレイの各レンズの光学的
な中心が、レンズの形状の縁部上又はその外部にあるよ
うにすることによって、光の利用効率を増し、像のコン
トラストを向上させることができる。

【００３３】さらに、前記第１のレンズアレイおよび第
２のレンズアレイが、同一ピッチで整列した２列のレン
ズ群からなり、それぞれのレンズ群から得られる実像が
合成されて、一つの実像を形成するように構成すれば、
コントラストを良好に保つとともに、像の明るさを増す
ことができる。また、本発明に係る光学装置を、画像読
み取り装置又は光プリンタに利用することにより、これ
らの装置の小型化及び低価格化を図ることができる。

【００３４】

【実施例】図１は本発明に係る光学装置２２を用いた画
像読み取り装置１の一部を断面して示す図である。

【００３５】画像読み取り装置１は、ＣＣＤなどからな
る帯状のイメージセンサー１２、光学装置２２、及び、
図示しない駆動機構、ハウジング、制御回路、信号処理
回路などからなっている。

【００３６】イメージセンサー１２と光学装置２２とは
互いに一体的に連結されており、それらに原稿ＤＭを照
明するための図示しない光源が一体的に取り付けられ、
これによって、図１の左右方向に長く延びるスキャナが
構成されている。そのスキャナが、図１の紙面に対して
垂直方向に移動することによって、光学装置２２の上方
に配置された原稿ＤＭの表面をスキャンし、原稿ＤＭに
描かれた画像を読み取って電気信号に変換する。そのと
きに、光学装置２２は、原稿ＤＭからの反射光をイメー
ジセンサー１２に導き、原稿ＤＭの画像の正立等倍像を
イメージセンサー１２上に形成する。

【００３７】光学装置２２の厚さＬ２は、例えば約１．
２７５ｍｍ、光学装置２２と原稿ＤＭとの間隔Ｌ１は例
えば約１．６ｍｍ、光学装置２２とイメージセンサー１
２との間隔Ｌ３は例えば約１．８ｍｍである。

【００３８】実施例１：図２は本発明に係る光学装置２
２の一部を断面して示す図である。光学装置２２は、第
１の基板３１、スペーサ板３５、及び第２の基板３６
が、互いに一体的に取り付けられて構成されている。

【００３９】第１の基板３１の主部である基材３２は、
アクリル樹脂又はＰＭＭＡ樹脂などの透明な合成樹脂に
よって、厚さが３００μｍ程度の薄い帯板状に形成され
ており、その表面には、図２の左右方向に一列に等ピッ
チで配列された複数のレンズ５１，５２，５３…からな
る第１のレンズアレイ５０が形成されている。ここで、
レンズとしては、通常用いられるような光学レンズ（op
tical lens）、フレネルレンズ（Fresnel lens）、表面
を階段状に作った薄型のレンズであるバイナリレンズを
用いることができる。

【００４０】図１０に各種レンズの形状を表した断面図
を示す。同図において、（ａ）は、通常用いられている
屈折型の光学レンズである。（ｂ）は、回折光学素子の
一例である回折型フレネルレンズであり、屈折型レンズ
から波面変換機能に影響しない部分を取り除いて形成し
たレンズである。（ｃ）は、後述する実施例で用いるバ
イナリレンズであり、（ｂ）の回折型フレネルレンズの
表面球面部分を階段状のパターンで近似させて形成した
レンズである。 階段の数（レベル）によって回折の効
率が異なり、レベル数が多いほど効率がよい。この
（ｃ）には、４レベルのバイナリレンズを示している。
第１のレンズアレイ５０の各レンズ５１，５２，５３…
は、形状が互いに同一であり、開口径は７５μｍ、焦点
距離は基材３２内（つまり合成樹脂内）において４８０
μｍであり、レンズ間のピッチは３５０μｍである。

【００４１】第１のレンズアレイ５０を有した基材３２
は、例えば、ガラス板にエッチングなどを施すことによ
って原型を作製し、それを基にして金型を製作し、その
金型に合成樹脂を流し込んで成形することによって製造
される。このように、基材３２の材料として合成樹脂を
用いることによって、金型による大量生産が容易であ
る。しかし、基材３２の材料としてガラスを用いること
も可能である。その場合には透明度において優れるが、
基材３２の厚さが小さいので、透明度の優劣は余り問題
とならない。なお、合成樹脂としてアクリル樹脂やＰＭ
ＭＡ樹脂を用いた場合には、その屈折率は約１．５であ
る。

【００４２】基材３２の第１のレンズアレイ５０が形成
される側の表面で、レンズ５１，５２，５３…の形成さ
れていない部分には、遮光膜３３が設けられている。こ
の遮光膜３３は、外部からの光を遮断し且つ基材３２の
内部での光の反射を防止するためのものであり、金属の
蒸着膜に酸化物の薄膜を重ねて反射率を数％程度に抑え
た無反射コーティング、黒色塗料の塗布又は印刷などに
よって形成されている。たとえば、金属としてはＣｒ、
酸化物としてはＣｒ₂Ｏ₃が用いられる。

【００４３】また、基材３２の他方の表面（図２の下側
の表面）には、第２の遮光膜３４が、上述した遮光膜３
３と同様な材料及び方法で形成されている。第２の遮光
膜３４には、レンズ５１，５２，５３…からの射出光を
通過させるために、各レンズ５１，５２，５３…に対向
する位置に開口径が８５μｍの円形のアパチャー６１，
６２，６３…が形成されている。

【００４４】第２の基板３６の主部である基材３７は、
基材３２と同様な材料によって、厚さが６７５μｍ程度
の帯板状に形成されており、図２の下側の表面には、そ
の左右方向に一列に等ピッチで配列された複数のレンズ
８１，８２，８３…からなる第２のレンズアレイ８０が
形成されている。

【００４５】第２のレンズアレイ８０の各レンズ８１，
８２，８３…は、形状が互いに同一であり、開口径は２
７０μｍ、焦点距離は基材３７内において５４０μｍで
あり、レンズ間のピッチは上述のレンズ５１，５２，５
３…と同様に３５０μｍである。第２のレンズアレイ８
０を有した基材３７は、上述の基材３２と同様な製法で
製造される。

【００４６】基材３７の第２のレンズアレイ８０が形成
される下側の表面には、レンズ８１，８２，８３…の形
成されていない部分に、第４の遮光膜３９が設けられて
いる。この遮光膜３９は、外部からの光を遮断し且つ基
材３７の内部での光の反射を防止するためのものであ
り、第３の遮光膜３３と同様に金属の蒸着膜、黒色塗料
の塗布又は印刷などによって形成されている。

【００４７】また、基材３７の表面（図２の上側の表
面）には、第１の遮光膜３８が、上述した遮光膜３９と
同様な方法で形成されている。第１の遮光膜３８には、
第２の遮光膜３４のアパチャー６１，６２，６３…から
の射出光を通過させるために、各レンズ５１，５２，５
３…に対向する位置に開口径が８７．５μｍの円形のア
パチャー７１，７２，７３…が形成されている。

【００４８】スペーサ板３５は、アクリル樹脂又はＰＭ
ＭＡ樹脂などの透明な合成樹脂によって、厚さが３００
μｍ程度の薄い帯板状に形成されている。このスペーサ
板３５を介して、第１の基板３１及び第２の基板３６
が、接着剤により接着され、一体的に固定されている。

【００４９】上述のように構成された光学装置２２を用
い、図１に示すように原稿ＤＭを光学装置２２から１．
６ｍｍの距離のところに配置した場合に、レンズ５１，
５２，５３…によって、原稿ＤＭの画像が４分の１に縮
小された倒立実像が、第１の遮光膜３８の位置、すなわ
ちアパチャー７１，７２，７３…の位置に形成されるこ
ととなる。このとき、アパチャー７１，７２，７３…の
開口径（８７．５μｍ）はレンズピッチ（３５０μｍ）
の４分の１となっているので、各アパチャー７１，７
２，７３…によって、レンズ５１，５２，５３…の前面
の３５０μｍ分の画像のみが切り出される。

【００５０】そして、このアパチャー７１，７２，７３
…の位置に形成された倒立実像は、さらにレンズ８１，
８２，８３…を通過することによって、イメージセンサ
ー１２上に正立実像として結像する。このとき、レンズ
８１，８２，８３…とイメージセンサー１２との距離が
１．８ｍｍであり、レンズ８１，８２，８３…によって
像が４倍に拡大されるので、結局、イメージセンサー１
２上には原稿ＤＭの等倍の正立画像が形成される。アパ
チャー７１，７２，７３…によって、各レンズ５１，５
２，５３…による像が過不足なく切り出されているた
め、イメージセンサー１２上には原稿ＤＭの画像が忠実
に再現されることとなる。

【００５１】このような光学装置２２は、図１に示すよ
うに、原稿ＤＭからイメージセンサー１２までの全体の
距離（厚さ）が５ｍｍ以下（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＝約４．
６７５mm）となり、従来の光学装置では得られない短い
共役長となり、装置の大幅な小型化が図られている。

【００５２】次に、光学装置２２においてクロストーク
が防止される様子について、図３を参照して説明する。
図３を光学装置２２への入射光の状態を示す図である。

【００５３】原稿ＤＭからレンズ５１に入射した光ＲＹ
１は、アパチャー６１及び７１を通過してレンズ８１か
ら出射し、イメージセンサー１２上に達する。レンズ５
２，５３，５４から入射した光ＲＹ２，３，４は、第２
の遮光膜３４によって遮光されるので、レンズ８１へは
達しない。レンズ５５から入射した光ＲＹ５は、アパチ
ャー６４及び７３を通過してレンズ８１に達する可能性
があるが、その場合においても、レンズ８１への入射角
θが臨界角θｃを越えるため、レンズ８１において全反
射し、レンズ８１からは出射せず、したがってイメージ
センサー１２上には到達しない。このように、レンズ５
１を例にとって見ると、レンズ５１以外から入射した光
ＲＹ２，３，４…は、イメージセンサー１２に全く到達
することがない。したがって、隣接レンズからのクロス
トークが零となり、イメージセンサー１２上に結像する
画像のコントラストが低下することなく、原稿ＤＭの画
像を鮮明に読み取ることができる。

【００５４】次に、光学装置２２の光の利用効率につい
て説明する。図３において、例えば、原稿ＤＭ上の一つ
の点ＰＴ１（点ＰＴ１はレンズ５３が作る像のエッジの
部分に相当する）から出射した光はレンズ５３の点ＰＴ
２から点ＰＴ３の間に入射し、点ＰＴ４で縮小された中
間像を形成した後、レンズ８３の点ＰＴ５から点ＰＴ６
の間を通過し、イメージセンサー１２上において結像す
る。

【００５５】このように、レンズ５３に入射した光のう
ち結像に寄与する全ての部分がレンズ８３に入射するた
め、光の利用効率が良好であり、イメージセンサー１２
上に結像する像の明るさが均一となる。なお、このよう
な光学系が成立するためには、中間像の縮小率が２分の
１未満であることが必要であり、実用的には４分の１程
度以下であることが、光の利用効率の点から望ましい。
上述したように、本実施例では中間像の縮小率は４分の
１となっている。

【００５６】上述したように、レンズ５１，５２，５３
…により形成される縮小された倒立実像の像面の位置
に、レンズピッチに対する縮小率倍の開口径のアパチャ
ー７１，７２，７３…を有した第１の遮光膜３８が設け
られているので、個々のレンズ５１，５２，５３…によ
り形成される像間のオーバーラップを防止することがで
きる。ただし、厳密に倒立縮小実像の像面の位置に第１
の遮光膜３８を設ける必要はなく、倒立縮小実像の像面
ができる近傍位置に設ければ、実質的に同様の効果を得
ることができる。ここで近傍位置としては、例えば倒立
縮小実像の像面の位置から±１００μｍの範囲であれば
よい。

【００５７】また、レンズ５１，５２，５３…と第１の
遮光膜３８との間に第２の遮光膜３４が設けられている
ので、レンズ５１，５２，５３…による像が第１の遮光
膜３８のアパチャー７１，７２，７３…の隣接開口部に
結像するのを防止することができ、クロストークのない
正立等倍像を得ることができる。

【００５８】そして、アパチャー７１，７２，７３…の
位置に中間レンズを設けていなくとも、アパチャー７
１，７２，７３…の位置に縮小された中間像を形成する
ので、第１のレンズアレイ５０のレンズ５１，５２，５
３…に入射した光の有効部分の全てを第２のレンズアレ
イ８０のレンズ８１，８２，８３…に導くことができ、
光の利用効率の低下が生じない。

【００５９】実施例２：次に、レンズ５１，５２，５３
…及びレンズ８１，８２，８３…として、フレネルレン
ズの一形態であるバイナリレンズを用いた場合の実施例
である光学装置２２ａについて説明する。図４はバイナ
リレンズを用いた本発明の光学装置２２ａの一部を断面
して示す図である。

【００６０】図４において、遮光膜３４ａ，３８ａ、３
３ａおよび３９ａは、外部からの光を遮断し且つ内部で
の光の反射を防止するためのものである。レンズ５１ａ
（レンズ５１ａ，５２ａ，５３ａ…）及びレンズ８１ａ
（レンズ８１ａ、８２ａ，８３ａ…）は、バイナリレン
ズである。フレネルレンズの中で回折型フレネルレンズ
は、通常の屈折型レンズから、レンズの集光効果に影響
を及ぼさない波長の整数倍の光路差を与える部分を除い
たものであるが、バイナリレンズは、この回折型フレネ
ルレンズの表面形状を階段状に近似したものである。バ
イナリレンズは、その形状の制御が容易であり、焦点距
離の再現性も良好である。しかし、バイナリレンズは回
折タイプのレンズであるため、直通する光である非回折
光によるコントラストの低下が、クロストークによるも
の以上に問題になる。

【００６１】そこで、レンズ８１ａにより得られる実像
と非回折光とを分離するために、レンズ８１ａの開口部
の中心と光学的な中心ＯＬとを大きく偏心させ、光学的
な中心ＯＬを開口部の縁部の外部に位置させている。こ
こで、レンズ５１ａの光学的な中心とレンズ８１ａの光
学的中心とは、実施例１と同様にほぼ対向するように配
置する。その結果、レンズ８１ａの開口部はレンズ５１
ａの開口部に対してずれた位置に配置される。これによ
って、レンズ８１ａによる実像は、２つのレンズの光学
的中心を結ぶ軸上のイメージセンサ１２ａ上に結像され
るものの、非回折光はイメージセンサー１２ａ上に到達
しないので、１２ａ上に結像する実像のコントラストが
向上する。

【００６２】また、必要に応じて、レンズ５１ａの光学
的な中心を開口部の中心から偏心させることにより、さ
らにコントラストを改善することが可能である。このよ
うに、バイナリレンズを用いることにより、金型の製作
が容易となり、大量生産によって一層の低価格化を図る
ことができる。つまり、従来のロッドレンズアレイのよ
うに立体的なものは作製が難しいが、本発明の光学装置
２２では平面素子を組み合わせて作製するので、製作が
比較的容易であり、大量生産が容易となる。本発明で用
いるバイナリレンズの製作工程の例については後述す
る。

【００６３】上述の実施例においては、第１の基板３１
と第２の基板３６とを作製し、これらをスペーサ板３５
を挟んで接着剤により固定したので、第２の遮光膜３
４、第１の遮光膜３８などの形成、配置、及び位置決め
などが容易であり、光学装置２２の製造が容易である。
しかし、基板の構成は種々変更することができる。例え
ば、第１のレンズアレイ５０及び遮光膜３３を一方の表
面に形成した第１の基板と、第２のレンズアレイ８０及
び遮光膜３９を一方の表面に形成した第２の基板と、第
２の遮光膜３４及び第１の遮光膜３８を両面に形成した
別の基板とを、２種類のスペーサ板をそれぞれの間に挟
みながら接着剤で固定することによって構成してもよ
い。

【００６４】上述の実施例において、第２の遮光膜３４
は、図２に示すように第１のレンズアレイ５０と第１の
遮光膜３８との中間位置の近傍にあることが望ましい。
第２の遮光膜３４が中間位置の近傍から離れるにしたが
って、クロストークの防止効果は減少する。また、各レ
ンズの開口径、レンズピッチなどの定数は、像の形成に
不都合がないように決定すればよい。

【００６５】上述の実施例において、図２の第１の遮光
膜３８の各アパチャー７１，７２，７３…の位置にそれ
ぞれレンズを配置して第３のレンズアレイとしてもよ
い。この場合には、第１のレンズアレイ５０による像の
縮小率を小さくして（１に近づけて）取り込む光量を増
加させ、像の明るさを増すことができる。また、そのよ
うな第３のレンズアレイを設けることによって、出射側
の光の広がりを抑えることができる。したがって、レン
ズ８１，８２，８３…の開口径を小さくしてその製作を
容易とすることができ、また、光の利用効率をさらに向
上させることができ、像の明るさのむらを一層少なくす
ることができる。

【００６６】実施例３：次に、第１の基板３１、スペー
サ板３５、及び第２の基板３６の厚さを、ほぼ等しくし
た場合の実施例である光学装置２２ｂについて説明す
る。図５は光学装置２２ｂの一部を断面して示す図であ
る。

【００６７】第１の基板３１ｂ、スペーサ板３５ｂ、及
び第２の基板３６ｂの厚さはすべて５００μｍである。
第１のレンズアレイ５０ｂの各レンズ５１ｂ，５２ｂ，
５３ｂ…は、遮光膜３３ｂの透光部がすべて同一形状の
矩形開口を持つバイナリレンズで、その開口幅はレンズ
アレイの列方向が１３５μｍ，直交方向が１０２μｍで
ある。また焦点距離は基材３２ｂ内において６０７μｍ
であり、レンズ間のピッチは５４５μｍである。

【００６８】第２のレンズアレイ８０ｂの各レンズ８１
ｂ，８２ｂ，８３ｂ…も、遮光膜３９ｂの透光部がすべ
て同一形状の矩形開口を持つバイナリレンズで、その開
口幅はレンズアレイの列方向が２５６μｍ，直交方向が
１９２μｍである。焦点距離とレンズ間のピッチは第１
のレンズアレイ５０ｂの各レンズ５１ｂ，５２ｂ，５３
ｂ…と同一である。

【００６９】第２の遮光膜３４ｂには、レンズ５１ｂ，
５２ｂ，５３ｂ…からの射出光を通過させるために、各
レンズ５１ｂ，５２ｂ，５３ｂ…に対向する位置に、列
方向が２１５μｍ，直交方向が５００μｍの矩形のアパ
チャー６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ…が形成されている。ま
た第１の遮光膜３８ｂには、第２の遮光膜３４ｂのアパ
チャー６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ…からの射出光を通過さ
せるために、各レンズ５１ｂ，５２ｂ，５３ｂ…に対向
する位置に、列方向が２５５μｍ，直交方向が５００μ
ｍの矩形のアパチャー７１ｂ，７２ｂ，７３ｂ…が形成
されている。

【００７０】上述のように構成された光学装置２２ｂを
用い、図１に示すように原稿ＤＭを光学装置２２ｂから
２．２ｍｍの距離のところに配置した場合に、レンズ５
１ｂ，５２ｂ，５３ｂ…によって、原稿ＤＭの画像が
０．２３５倍に縮小された倒立実像が、第１の遮光膜３
８ｂと第２の遮光膜３４ｂとの中間の近傍位置に形成さ
れることとなる。

【００７１】そして、この第１の遮光膜３８ｂと第２の
遮光膜３４ｂとの中間の近傍位置に形成された倒立実像
は、さらにレンズ８１ｂ，８２ｂ，８３ｂ…を通過する
ことによって、イメージセンサー１２上に正立実像とし
て結像する。このとき、レンズ８１ｂ，８２ｂ，８３ｂ
…とイメージセンサー１２との距離が２．２ｍｍであ
り、レンズ８１ｂ，８２ｂ，８３ｂ…によって像が元の
大きさに拡大されるので、結局、イメージセンサー１２
上には原稿の等倍の正立画像が形成される。

【００７２】ただし、アパチャー６１ｂ，６２ｂ，６３
ｂ…およびアパチャー７１ｂ，７２ｂ，７３ｂ…は、各
レンズ５１ｂ，５２ｂ，５３ｂ…から対向するレンズ８
１ｂ，８２ｂ，８３ｂ…への光路を全く遮らないため、
各レンズが作る像は第１のレンズの開口幅１３５μｍと
第２のレンズの開口幅２５６μｍの平均値（１９５．５
μｍ）を中間像の倍率（０．２３５）で割った８３２μ
ｍの幅を持つ。レンズのピッチが５４５μｍであるか
ら、各レンズによる像は互いに列方向に重なり合うこと
になる。ここで各レンズによる像の照度は、像の周辺部
で徐々に暗くなるため、合成像の列方向の照度変化は少
なく、なめらかに像が重なり合うことになる。

【００７３】特に、上述の実施例においては、遮光膜３
９ｂによる、第２のレンズアレイ８０ｂの各レンズ８１
ｂ，８２ｂ，８３ｂ…の列方向の開口幅（２５６μｍ）
が、レンズアレイのピッチ（５４５μｍ）と中間像の縮
小率（０．２３５）の積の２倍になっているため、重な
り合った像の明るさが均一になる。

【００７４】ここで、この重なり合った像の明るさが均
一になることを、図６を参照して説明する。図６は遮光
膜３９ｂによる、第２のレンズアレイ８０ｂの各レンズ
８１ｂ，８２ｂ，８３ｂ…の列方向の開口幅が、レンズ
アレイのピッチと中間像の縮小率の積の２倍のときの、
各レンズ８１ｂ，８２ｂ，８３ｂ…によって形成される
像の照度分布を計算したものである。各レンズにより形
成される像の照度は、中心で高く、周辺に行くに従い低
くなる。各レンズによる像の列方向の照度分布の形状
は、第１のレンズアレイ５０ｂの各レンズ５１ｂ，５２
ｂ，５３ｂ…の列方向の開口幅と、第２のレンズアレイ
８０ｂの各レンズ８１ｂ，８２ｂ，８３ｂ…の列方向の
開口幅との大小関係により、図示する３種類のパターン
に変化するものの、重なり合った像の照度は、いずれの
場合でも列方向の場所によらず一定の値になることがわ
かる。

【００７５】このように、合成された像の照度が列方向
に均一になるためには、どちらか一方のレンズアレイの
列方向の開口幅がレンズアレイのピッチと中間像の縮小
率の積の偶数倍であればよいことが、同様の計算から求
めることができる。

【００７６】上述の実施例においては、レンズアレイの
各レンズが矩形開口を持つため、レンズアレイの列方向
の照度分布と、直交方向の照度分布が独立に求められ
る。列の直交方向の照度分布に関しては、第１のレンズ
アレイ５０ｂの各レンズ５１ｂ，５２ｂ，５３ｂ…の、
列に直交方向の開口幅（ｈ１）と、第２のレンズアレイ
８０ｂの各レンズ８１ｂ，８２ｂ，８３ｂ…の、列に直
交方向の開口幅（ｈ２）、との差の１／２の絶対値を、
中間像の縮小率（ｒ）で割った値、すなわち｜ｈ１−ｈ
２｜／（２ｒ）の均一な幅を中心付近にもつ。従って、
上述の実施例においては、｜１０２−１９２｜／（２×
０．２３５）＝１９１、すなわち中心付近１９１μｍの
領域で均一で、その外側では徐々に低下する照度分布を
もつことになる。

【００７７】以上のように、光学装置２２ｂにより得ら
れる原稿ＤＭの像は、幅が１９１μｍで、レンズアレイ
の列方向に均一な照度分布をもつことになる。したがっ
て、輝度むらがなく、明るさが一定の像を得ることがで
きる。また、上述の実施例においては、遮光膜のアパチ
ャーの幅が各レンズ５１ｂ，５２ｂ，５３ｂ…から対向
するレンズ８１ｂ，８２ｂ，８３ｂ…への光路の幅より
４０μｍ程度大きいため、レンズアレイと遮光膜との位
置合わせ精度の許容度として、±２０μｍが確保でき
る。

【００７８】実施例４：次に、第１のレンズアレイ５
０、および第２のレンズアレイ８０が、いずれも２列の
レンズ列から構成される場合の実施例である光学装置２
２ｃについて説明する。図７は光学装置２２ｃを構成す
るレンズアレイ５０ｃと８０ｃ，および遮光膜３４ｃ，
３８ｃの形状と配置を示す図である。図９は、レンズア
レイ５０ｃ、８０ｃの一部分を拡大した配置図である。

【００７９】第１の基板３１ｃ、スペーサ板３５ｃ、及
び第２の基板３６ｃの厚さは、先の実施例と同様にすべ
て５００μｍである。第１のレンズアレイ５０ｃは、２
列のレンズ５１ｃ−１，５２ｃ−１，５３ｃ−１…，お
よび５１ｃ−２，５２ｃ−２，５３ｃ−２…で構成され
る。各レンズ５１ｃ−１，５２ｃ−１，５３ｃ−１…，
および５１ｃ−２，５２ｃ−２，５３ｃ−２…は、すべ
て遮光膜３３ｃにより、同一形状の矩形開口を持つバイ
ナリレンズで、その開口幅はレンズアレイの列方向が２
６２μｍ，直交方向が１８３μｍである。また焦点距離
は基材３２ｂ内において６０７μｍであり、レンズ間の
ピッチｂ１は５５８μｍである。レンズ５１ｃ−１，５
２ｃ−１，５３ｃ−１…、および５１ｃ−２，５２ｃ−
２，５３ｃ−２…の光学的な中心は矩形開口の中心と一
致しており、２列のレンズの中心間距離ａ１もピッチｂ
１と同じ５５８μｍとなっている。

【００８０】第２のレンズアレイ８０ｃの各レンズも、
２列のレンズ８１ｃ−１，８２ｃ−１，８３ｃ−１…，
および８１ｃ−２，８２ｃ−２，８３ｃ−２…からな
り、すべてレンズ遮光膜３９ｃにより、同一形状の矩形
開口を持つバイナリレンズで、その開口幅はレンズアレ
イの列方向が１８３μｍ，直交方向が１３１μｍであ
る。焦点距離とレンズ間のピッチは第１のレンズアレイ
と同一である。ただし、第２のレンズアレイのレンズ
は、開口部の中心と光学的な中心とを偏心させるため、
２列の矩形開口の内側の縁の中央に、レンズの光学的な
中心を位置させている。２列のレンズの中心間距離ａ２
はやはりピッチｂ２と同じ５５８μｍである。

【００８１】第２の遮光膜３４ｃには、レンズ５１ｃ−
１，５２ｃ−１，５３ｃ−１…，および５１ｃ−２，５
２ｃ−２，５３ｃ−２…からの射出光を通過させるため
に、２列のレンズの対向する２個のレンズを一組とし
て、各レンズ組：５１ｃ−１と５１ｃ−２，５２ｃ−１
と５２ｃ−２，５３ｃ−１と５３ｃ−２，…に対向する
位置に、列方向が２７５μｍ，直交方向が１０００μｍ
の矩形アパチャー６１ｃ，６２ｃ，６３ｃ…が形成され
ている。

【００８２】また第１の遮光膜３８ｃには、第２の遮光
膜３４ｃのアパチャー６１ｃ，６２ｃ，６３ｃ…からの
射出光を通過させるために、各レンズ組：５１ｃ−１と
５１ｃ−２，５２ｃ−１と５２ｃ−２，５３ｃ−１と５
３ｃ−２，…に対向する位置に、列方向が２４９μｍ，
直交方向が１０００μｍの矩形のアパチャー７１ｃ，７
２ｃ，７３ｃ…が形成されている。

【００８３】図８は上述した光学装置２２ｃの一部を断
面して示す図である。レンズ８１ｃ−１，８１ｃ−２の
開口部の内側の縁部に、レンズの光学的な中心があるた
め、非回折光は外側に外れ、実像がレンズ８１ｃ−１と
８１ｃ−２とから等間隔にあるイメージセンサ１２ｃ上
に結像する。それぞれのレンズ８１ｃ−１，８１ｃ−２
により形成される像の照度は、レンズから離れるに従い
低下するが、イメージセンサ１２ｃ上でレンズ８１ｃ−
１，８１ｃ−２による２つの像が合成されることによ
り、中間位置での照度低下を防ぐとともに、一様な照度
分布の領域を確保することができる。

【００８４】なお、アパチャーの形状がスリット状のた
め、レンズ５１ｃ−１（５１ｃ−２）からの光がレンズ
８１ｃ−２（８１ｃ−１）に入射して、不要な像を形成
するが、これはイメージセンサ１２ｃから十分に離れた
位置に結像するため、コントラストへの影響はない。

【００８５】上述の実施例において、第１のレンズアレ
イ５０、第１の遮光膜３８、第２の遮光膜３４、第２の
レンズアレイ８０などの形状、寸法、位置、材料、個
数、その他、第１の基板３１、第２の基板３６、スペー
サ板３５、又は光学装置２２や画像読み取り装置１の全
体の構成、形状、寸法などは、本発明の趣旨に沿って種
々変更することができる。

【００８６】実施例５：また、遮光膜は第１の遮光膜３
８と第２の遮光膜３４の２層で構成されていたが、これ
を一つの遮光膜で代用することも可能である。図１１及
び図１２に、遮光膜が一つの場合の光学装置の実施例を
示す。図１１は、第１の基板３１、及び第２の基板３６
の厚さを、ほぼ等しくした場合の実施例であり、光学装
置２２ｂの一部を断面して示したものである。図１１に
おいて、第１の基板３１ｂ及び第２の基板３６ｂの厚さ
はすべて５００μｍである。

【００８７】第１のレンズレイ５０ｂの各レンズ５１
ｂ，５２ｂ，５３ｂ…は、遮光膜３３ｂの透光部がすべ
て同一形状の矩形開口を持つバイナリレンズで、その開
口幅はレンズアレイの列方向が１００μｍ，直交方向が
７５μｍである。また焦点距離は基材３２ｂ内において
４２９μｍであり、レンズ間のピッチは５５０μｍであ
る。

【００８８】第２のレンズアレイ８０ｂの各レンズ８１
ｂ，８２ｂ，８３ｂ…も、遮光膜３９ｂの透光部がすべ
て同一形状の矩形開口を持つバイナリレンズで、その開
口幅はレンズアレイの列方向が１８１μｍ，直交方向が
１３８μｍである。焦点距離とレンズ間のピッチは第１
のレンズアレイ５０ｂの各レンズ５１ｂ，５２ｂ，５３
ｂ…と同一である。

【００８９】第１の遮光膜３８ｂには、レンズ５１ｂ，
５２ｂ，５３ｂ…からの射出光を通過させるために、各
レンズ５１ｂ，５２ｂ，５３ｂ…に対向する位置に、列
方向が１８０μｍ，直交方向が５００μｍの矩形のアパ
チャー７１ｂ，７２ｂ，７３ｂ…が形成れている。

【００９０】上述のように構成された光学装置２２ｂを
用い、図１に示すように原稿ＤＭを光学装置２２ｂから
２．１ｍｍの距離のところに配置した場合に、レンズ５
１ｂ，５２ｂ，５３ｂ…によって、原稿ＤＭの画像が
０．１６５倍に縮小された倒立実像が、第１のレンズア
レイ５０ｂと第２のレンズアレイ８０ｂとの中間の近傍
位置に形成されることとなる。

【００９１】そして、この第１のレンズアレイ５０ｂと
第２のレンズアレイ８０ｂとの中間の近傍位置に形成さ
れた倒立縮小実像は、さらにレンズ８１ｂ，８２ｂ，８
３ｂ…を通過することによって、イメージセンサー１２
上に正立実像として結像する。このとき、レンズ８１
ｂ，８２ｂ，８３ｂ…とイメージセンサー１２との距離
が２．１ｍｍであり、レンズ８１ｂ，８２ｂ，８３ｂ…
によって像が元の大きさに拡大されるので、結局、イメ
ージセンサー１２上には原稿ＤＭの等倍の正立画像が形
成される。

【００９２】ただし、アパチャー７１ｂ，７２ｂ，７３
ｂ…は、各レンズ５１ｂ，５２ｂ，５３ｂ…から対向す
るレンズ８１ｂ，８２ｂ，８３ｂ…への光路を全く遮ら
ないため、各レンズが作る像は第１のレンズの開口幅１
００μｍと第２のレンズの開口幅１８１μｍの平均値
（１４０．５μｍ）を中間像の倍率（０．１６５）で割
った８５２μｍの幅を持つ。レンズのピッチが５５０μ
ｍであるから、各レンズによる像は互いに列方向に重な
り合うことになる。ここで各レンズによる像の照度は、
像の周辺部で徐々に暗くなるため、合成像の列方向の照
度変化は少なく、なめらかに像が重なり合うことにな
る。

【００９３】特に、この実施例においても、遮光膜３９
ｂによる、第２のレンズアレイ８０ｂの各レンズ８１
ｂ，８２ｂ，８３ｂ…の列方向の開口幅が、レンズアレ
イのピッチと中間像の縮小率の積の２倍になっているた
め、重なり合った像の明るさが均一になる。

【００９４】図１２は、図２に説明した光学装置から第
２の遮光膜を取り除いた構成を持つ光学装置を示したも
のである。この実施例では、第１の基板３２の上面に第
１のレンズアレイ５０が形成され、第２の基板３７の下
面に第２のレンズアレイ８０が形成されると共に、上面
に第１の遮光膜３８が形成されている。第１の基板３１
と第２の基板３２とを含めた光学装置全体の厚さは、約
１．３５ｍｍとすることができる。したがって本発明の
光学装置のより小型化が可能である。

【００９５】ここで、第１のレンズアレイ５０の各レン
ズ５１，５２，５３…の開口径は１００μｍ、焦点距離
は３６０μｍであり、第２のレンズアレイ８０の各レン
ズ８１，８２，８３…の開口径は３２５μｍ、焦点距離
は７２０μｍであり、各レンズ間のピッチはすべて５０
０μｍである。また、第１の遮光膜３８のアパチャー７
１，７２，７３…は各レンズ５１，５２，５３…と対向
する位置にあり、開口径は１２５μｍである。

【００９６】このように構成された光学装置を用いて、
原稿ＤＭを光学装置から１．２ｍｍの距離のところに配
置した場合には、原稿ＤＭの画像の４分の１に縮小され
た倒立実像が、第１の遮光膜３８の近傍位置、すなわち
アパチャー７１，７２，７３…の近傍位置に形成される
こととなる。この実施例の場合には、さらに第２のレン
ズアレイの各レンズによって、第２の基板の下面から
２．４ｍｍ離れた位置にあるイメージセンサ１２上に原
稿ＤＭの等倍の正立画像が形成される。

【００９７】以上のように光学装置が一つの遮光膜から
なる場合は、クロストーク防止効果、あるいは光の利用
効率のいずれかが犠牲になるが、２枚の基板のみで構成
できるため、低価格化には有利となる。

【００９８】なお、上述の実施例は、レンズのない表面
に形成される遮光膜が一つ又は二つの場合を示したが、
これに限る必要はなく、三つ又はそれ以上の数の遮光膜
を用いて光学装置を構成してもよい。この場合は、小型
化の面では不利となるが、クロストークの防止、光の利
用効率の向上の面では有利である。

【００９９】実施例６：（バイナリレンズ、遮光膜の作
成工程） 次に、図１３、図１４、図１５及び図１６を用いて、こ
の発明で用いるバイナリレンズを作成する工程について
説明する。１）から１６）が、レンズを作成する工程で
あり、１７）から２７）が遮光膜を作成する工程であ
る。

【０１００】１）まず、レンズ及び遮光膜を形成するた
めの基板を、通常用いられている洗浄液で洗浄する。こ
こで、図は基板の断面図を示したものであるが、基板と
しては、直径７６ｍｍの円板状の石英基板が用いられ
る。この石英基板からは、一列に並んだ複数個のバイナ
リレンズが所定列数分だけ作成される。

【０１０１】２）石英基板は透明であるため、基板の表
面の位置を認識する金属としてチタン（Ｔｉ）を、一方
の表面に５００Åの厚さだけ蒸着させる。 ３）基板の端の一部分に、これから形成するレンズ及び
遮光膜の位置を決めるための基準点、すなわちマーカを
エッチングによって形成する。以下の工程の説明に用い
る図は、一つのバイナリレンズの一部分のみを示した拡
大図である。

【０１０２】４）石英基板にレンズパターンを形成する
ために、レジスト塗布、プリベーク及び露光の各工程
を、この順序で行う。レジストは、たとえば東京応化製
のＴＨＭＲ−ｉｐ３０００−１５ＣＰを用いることがで
きる。レジスト塗布工程は、基板を４０００ｒｐｍの速
度で回転させて行う。プリベーク工程は、基板を９０℃
の状態に９０秒間保つものであり、これによってレジス
トを乾燥させる。次の露光工程では、所望のレンズパタ
ーンを有するマスク板を用いて、４００ｍ秒間、縮小投
影露光を行う。

【０１０３】５）露光された位置のレジストを取り除く
ために、ペブ、現像及びポストベークの各工程を、この
順序で行う。ペブ工程では、基板を１１０℃に９０秒間
保つ。現像工程では、たとえば東京応化製の現像液であ
るＮＭＤ−Ｗを用いて６０秒間基板を現像し、レジスト
を取り除く。ポストベーク工程では、基板を１２０℃に
２０分間保ち、残ったレジストの固定化を行う。

【０１０４】６）ＲＩＥ（Reactive Ion Eching）によ
ってレジストを取り除いた位置の石英表面の除去を行
う。このＲＩＥ工程は、１００ｓｃｃｍのＣＦ₄ガスを
真空槽内に流入しながら１５０ｗのプラズマ放電を１２
分間行うものである。 ７）石英除去部分以外に残ったレジストを除去するため
に、基板の洗浄を行う。 ８）次工程にもマーカを利用するため、マーカの保護用
のレジストを形成する。すなわち、保護レジスト塗布工
程とベーク工程（９０℃、２０分）を行う。

【０１０５】９）マーカ部分以外のチタン（Ｔｉ）を、
マーカ形成工程と同様にエッチング（５分）によって除
去する。以上の１）〜９）が１回目のレンズ形成工程で
あり、次の10）から16）を実行することによって、さら
に２回目のレンズの表面形状が形成される。 10）上記した２）と同様に、基板表面にＴｉ蒸着を行
い、マーカ部の保護レジストを除去するための洗浄を行
う。 11）上記した４）と同様の工程を、別のマスク板を用い
て行う。この別のマスク板は、より深く石英を除去した
い位置が露光されるようなパターンを有するものが使わ
れる。各工程の条件は４）と同様でよい。

【０１０６】12）上記した５）と同様の工程（ペブ、現
象、ポストベーク）を行う。 13）上記６）と同様にしてＲＩＥ工程を２０分間行う。 14）上記７）と同様にして、レジストを除去する洗浄を
行う。 15）上記８）と同様に、マーカを保護する工程（保護レ
ジスト塗布／ベーク）を行う。

【０１０７】16）上記９）と同様にチタン（Ｔｉ）を除
去する工程を行う。これにより図に示すように、表面が
階段状になったバイナリレンズが形成される。ここで、
画像読み取り装置の光源に緑色発光のＬＥＤを用いる場
合には、このバイナリレンズの高さ、すなわち石英基板
表面を削る深さは０．８μｍとされ、最も外周のバイナ
リレンズの山の段階の幅は０．４μｍ程度とされる。な
お、16）の工程に示した図は、バイナリレンズの最も外
周の２つの山だけを示した拡大図であり、一つのバイナ
リレンズは、図１０に示したようにこのような複数個の
山によって形成される。したがって、図示しないが、
１）から16）までの工程によって一つの石英基板上に
は、複数個のバイナリレンズが形成されたことになる。

【０１０８】また、１）から16）までの工程では、２回
のレンズ形成工程によって４段の階段を有する４レベル
のバイナリレンズの表面を形成する例を示したが、さら
に段数の多いバイナリレンズを形成する場合には、レン
ズ形成工程の回数を増やせばよい。

【０１０９】次に、図１５、図１６に、遮光膜の形成工
程17）〜28）を示す。ここで、17）から21）が、さきほ
どバイナリレンズを形成した表面側に遮光膜（たとえば
図７の３３ｃ，３９ｃ）を形成する工程であり、22）か
ら27）が、バイナリレンズを形成しない反対側の表面に
遮光膜（たとえば図７の３４ｃ、３８ｃ）を形成する工
程である。また、図１５に示した石英基板の断面図は、
３つのバイナリレンズを示した基板の図である。

【０１１０】17）まず、レンズを形成した側の基板表面
に対して、遮光膜の蒸着と表面の洗浄を行う。ここで、
遮光膜は、５００ÅのＣｒ₂Ｏ₃層とその上に形成される
１５００ÅのＴｉとの２層からなる。Ｃｒ₂Ｏ₃層は、石
英基板内部において生じる反射光の吸収に寄与するもの
であり、Ｔｉ層は基板への入射光の遮光用の層である。
また、蒸着は、前記２）と同様に行い、洗浄は、前記
１）と同様の方法で行う。

【０１１１】18）次に、前記４）と同様に、レジスト塗
布工程及びプリベーク工程をこの順序で行いレジストを
表面に塗る。 19）さらに前記４）及び５）と同様に、露光、ペブ、現
像及びポストベークの各工程を同じ条件で行い、レンズ
部分のレジストを取り除く。 20）ガラス表面上に露出した遮光膜、すなわち、Ｃｒ₂
Ｏ₃層とＴｉ層をウェットエッチングによって除去す
る。ウェットエッチングは、Ｔｉエッチャントに１５分
間、Ｃｒ₂Ｏ₃エッチャントに１分間基板を浸すことによ
り行う。

【０１１２】21）この後、残存したレジストをアセトン
を利用して除去する。以上の工程により、パイナリレン
ズが形成された側の表面に遮光膜（図７の３３ｃ、３９
ｃ）が形成される。 22）これ以後、27）までの工程により、パイナリレンズ
の形成されていない他の表面（アパチャー面）へ、遮光
膜（図７の３４ｃ，３８ｃ）とアパチャー（６１ｃ〜６
６ｃ，７１ｃ〜７６ｃ）が形成される。まず、ここで
は、前記３）で形成したマーカを基板を通して確認する
ための窓を作るために、マーカの上方部の一部分のみレ
ジストを塗布する。すなわち、保護レジスト塗布及びベ
ーク工程を行う。

【０１１３】23）前記17）と同様にアパーチャー面への
遮光膜の蒸着及び洗浄を行う。ここで、遮光膜は、５０
０ÅのＣｒ₂Ｏ₃層と、１５００ÅのＣｒ層と、５００Å
のＣｒ₂Ｏ₃層の３層から形成される。 24）前記18）と同様に、レジスト塗布及びプリベークの
工程を行う。ここで、レジストとしては、東京応化製の
ＯＮＰＲ８３０−１０ＣＰを用い、塗布は基板の回転速
度を５０００ｒｐｍとして行う。プリベークは９０℃、
３０分間放置の条件で行う。

【０１１４】25）前記19）と同様に、露光、現像及びポ
ストベークの工程をこの順序で行う。ここで、露光は1
9）と異なり、密着露光により行うことが望ましい。露
光条件は、３．０秒、現像条件は８０秒、ポストベーク
の条件は、１２０℃、３０分である。 26）上記現像によって、露出した部分の遮光膜を除去す
るためＣｒエッチャントに５分間浸すことによりウェッ
トエッチングを行う。

【０１１５】27）最後に、前記21）と同様にして残存し
たレジストを除去する。以上により、アパチャー面の遮
光膜（図７の３４ｃ，３８ｃ）が形成される。 28）前記１）〜27）によって完成された石英基板は、図
２に示した３１，３６あるいは図７に示した第１、第２
の基板３１ｃ，３６ｃとして用いられる。さらに、２枚
の完成基板とスペーサを接着剤で貼り合わせることによ
って、図２又は図７に示したこの発明で用いられる光学
装置が作成される。

【０１１６】以上のようにして、バイナリレンズを用い
た光学装置が作成されるが、ＬＳＩを作成する場合の半
導体プロセスと同様の工程により作成できるので、大量
生産が可能となり製造の容易化、低価格化を図ることが
できる。また、レンズ及び遮光膜を一体成形しているの
で、別々に作成されたレンズと遮光膜をそれぞれ貼り合
わせるよりも、位置精度を上げることができ、したがっ
て、不良品の発生率をおさえることができる。

【０１１７】実施例７：次に、この発明の光学装置を応
用した実施例について説明する。図１７に、画像読み取
り装置としての一応用例であるイメージスキャナを示
す。

【０１１８】図１８は、図１７の主要部を拡大した側面
断面図である。この画像読み取り装置１０１は、読み取
るべき原稿１０８へ光を照射するために原稿１０８の上
方に設けられた光源１０４と、原稿１０８の上方に設け
られており、重ねられた２つのレンズアレイ１０９を有
し、原稿１０８からの反射光を集光する光学装置１０７
と、光学装置１０７の上方に設けられており、光学装置
１０７により受光面１０６上に得られた実像の明暗を光
電変換する１次元のイメージセンサ１０５と、原稿１０
８と光源１０４及び光学装置１０７との間に配置され、
光源１０４からの光を原稿１０８へ導き照射する導光板
１０３とを備えている。

【０１１９】この光学装置１０７に、たとえば図２、図
７に示すこの発明の光学装置を利用することができる。
レンズアレイ１０９は、前記したバイナリレンズを１列
にアレイ状に並べたものである。上述の光源１０４、レ
ンズアレイ１０９、イメージセンサの受光面１０６及び
導光板１０３は、それぞれ、レンズアレイ１０９のアレ
イ方向（紙面の奥行き方向）に、所要の原稿の読み取り
幅と同程度の奥行きを有している。

【０１２０】この画像読み取り装置１０１を、レンズア
レイ１０９のアレイ方向と直角方向へ移動させることに
より、画像を走査する。このとき、制御部（図示せず）
から与えられるクロックに合わせて、イメージセンサ１
０５が、原稿１０８からの反射光を光電変換し、光電変
換された電気信号を記憶部（図示せず）に記憶すること
により、読み取りを行う。

【０１２１】図１９は、導光板の構造を説明するための
拡大側面断面図である。導光板１０３は、側視断面が平
行４辺形であり、紙面の奥方向に長く平たい（厚さ１．
８ｍｍ）平行６面体形状の透明のプラスティック材又は
ガラスからなり、各面に反射体が内向きに設けられた構
造になっている。

【０１２２】この導光板１０３は、上面には、光源１０
４の直下部分及び光学装置１０７の直下部分に、それぞ
れ光源１０４からの光を受け入れるための受光口１１５
と、原稿１０８からの反射光を光学装置１０７へ透過さ
せるための透過口１１７とを備えている。受光口１１５
に隣接する側面には、光源１０４からの光を反射する第
１の反射体１１１を備え、第１の反射体１１１の平行側
面には、第１の反射体１１１が反射した光を反射して原
稿１０８へ照射する第２の反射体１１２を備えている。

【０１２３】導光板１０３の下面には、透過口１１７の
直下部分に第２の反射体１１２が反射した光を透過させ
原稿１０８へ照射するための照射口１１６を備えてい
る。また、上面の受光口１１５及び透過口１１７以外の
部分には、第１の反射体１１１が反射した光が外部へ洩
れないように第３の反射体１１３を備え、下面の照射口
１１６以外の部分には、第１の反射体１１１が反射した
光が外部へ洩れないように第４の反射体１１４を備えて
いる。また、第１の反射体１１１及び第２の反射体１１
２を備えていない側面にも、第１の反射体１１１が反射
した光が外部へ洩れないように反射体を備えている。

【０１２４】光源１０４からの光は、導光板１０３の上
面に設けられた受光口１１５で受け入れられ、第１、第
２の反射体１１１，１１２で反射されて進路が横方向に
変位され、導光板１０３の下面に設けられた照射口１１
６から原稿１０８の表面に照射される。原稿１０８の表
面で反射された光は、照射口１１６と、照射口１１６の
上側（導光板１０３の上面）に設けられた透過口１１７
とを透過して、透過口１１７の上側に設けられた光学装
置１０７へ入射する。

【０１２５】このような構成の画像読み取り装置の光学
系では、前記したようなこの発明の光学装置を使用して
いるので、厚さを大幅に薄くすることができ、結像距離
（原稿１０８−イメージセンサ受光面１０６間距離）を
７．１ｍｍ以下にすることが可能である。具体的には、
原稿１０８から光学装置１０７までの距離が３．１ｍｍ
（原稿読取り面の保護ガラスの厚み１．０ｍｍ、導光板
１０３の厚み１．８ｍｍを含む）、光学装置１０７の厚
みが１．５ｍｍ、光学装置１０７からイメージセンサ１
０５までの距離が２．５ｍｍ（イメージセンサの保護ガ
ラスの厚み１．０ｍｍを含む）である。また、一般に結
像距離を短くした場合には、原稿へ光を直接照射できる
光源の位置を確保することが困難であるが、図に示すよ
うな導光板１０３を光学装置１０７と原稿１０８との間
に設けて、光源１０４からの照射光の進路を横方向に変
位させるようにしているので、短い結像距離を保ったま
ま、照明光を原稿１０８の上に導くことができる。

【０１２６】上述の実施例では、本発明の光学装置を画
像読み取り装置に適用する場合を示したが、この光学装
置をＬＥＤプリンタの結像系などの画像形成装置に適用
することも可能である。この場合は、原稿ＤＭの位置に
ＬＥＤアレイを配置し、イメージセンサー１２の位置に
感光ドラムを配置することにより、ＬＥＤアレイの点燈
パターンに対応した像を感光ドラム上に形成することが
できる。このように、光学装置２２を画像形成装置に適
用した場合も、低クロストークで小型・低価格の装置の
実現が可能となる。

【０１２７】図２０に、ＬＥＤ光プリンタの画像形成装
置にこの発明の光学装置を利用した例を示す。同図に示
すように、ＬＥＤ光プリンタは、用紙を入れておくカセ
ット、転写器、定着器、スタッカ、感光ドラム、現像
器、帯電器、清掃器及び消去ランプと、印刷したい発光
パターン像を感光ドラム上に形成するための光プリント
ヘッド（ＬＥＤアレイと結像用レンズを含む）とから構
成される。この光プリントヘッドの結像用レンズに、こ
の発明の光学装置を用いることによって、光プリントヘ
ッドを薄型化することができ、プリンタの小型化をはか
ることができる。なお、ＬＥＤアレイに代えて液晶シャ
ッタを用いることも可能である。上述の実施例では、対
象物に対して正立した等倍画像を得る場合を示したが、
第２のレンズアレイの倍率を代えて等倍画像よりも小さ
い正立縮小画像、または大きい正立拡大画像を得るよう
に構成することも可能である。

【０１２８】

【発明の効果】この発明によれば、対象物に対して倒立
した縮小実像を形成する複数のレンズからなる第１のレ
ンズアレイと、前記縮小実像を所定の倍率で拡大しかつ
正立像にするように配置された複数のレンズからなる第
２のレンズアレイと、そのレンズアレイ間に前記第１の
レンズアレイの各レンズからの射出光を通過させる透孔
が形成された遮光膜を有しているので、クロストークを
可及的に防止し、小型化及び低価格化を図ることができ
る光学装置を提供することができる。

【０１２９】また、一つの遮光膜のみを備えた光学装置
を構成することにより、光学装置の製作の容易化及び低
価格化を図ることができる。遮光膜を２つにした場合に
は、第２の遮光膜を第１の遮光膜と第１のレンズアレイ
との間に配置されるようにしているので、さらにクロス
トークの低減を図ることができる。

【０１３０】また、遮光膜が２つからなる場合に、第１
のレンズアレイと第２の遮光膜とがそれぞれ別の表面に
形成される基板と、第１の遮光膜と第２のレンズアレイ
とがそれぞれ別の表面に形成される基板とを、両基板の
遮光膜が形成された表面が対向するように、透明なスペ
ーサ板を挟んだ状態で固定されるようにしているので、
光学装置の製作を容易にし、かつ低価格化を図ることが
できる。

【０１３１】また、この発明に係る光学装置を、画像読
み取り装置又は画像形成装置に利用することにより、こ
れらの装置の小型化及び低価格化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学装置を用いた画像読み取り装
置の一部を断面して示す図である。

【図２】本発明に係る光学装置の一部を断面して示す図
である。

【図３】本発明に係る光学装置への入射光の状態を示す
図である。

【図４】バイナリレンズを用いた本発明の光学装置の一
部を断面して示す図である。

【図５】本発明に係る別の構成例の光学装置の一部を断
面して示す図である。

【図６】図５の光学装置により形成された像の照度分布
を示す図である。

【図７】本発明に係るさらに別の光学装置の構成例を示
す図である。

【図８】図７の光学装置の一部を断面して示す図であ
る。

【図９】図７に示したレンズアレイ（５０ｃ，８０ｃ）
の一部分の拡大配置図である。

【図１０】各種レンズの形状を表した断面図を示す。

【図１１】本発明に係る光学装置において、遮光膜が一
つの場合の実施例の構成を示す図である。

【図１２】本発明に係る光学装置において、遮光膜が一
つの場合の実施例の構成を示す図である。

【図１３】本発明の光学装置に用いるバイナリレンズの
作成工程を示す図である。

【図１４】本発明の光学装置に用いるバイナリレンズの
作成工程を示す図である。

【図１５】本発明の光学装置の遮光膜の作成工程を示す
図である。

【図１６】本発明の光学装置の遮光膜の作成工程を示す
図である。

【図１７】本発明の一応用例であるイメージスキャナの
構成を示す図である。

【図１８】図１７の主要部を拡大した図である。

【図１９】図１８の導光板の拡大側面断面図である。

【図２０】本発明を利用した光プリンタの構成を示す図
である。

【図２１】従来のマイクロレンズアレイによる光学装置
の構成を示す図である。

【符号の説明】

２２ 光学装置 ３１ 第１の基板 ３３ 遮光膜 ３４ 第２の遮光膜 ３５ スペーサ板 ３６ 第２の基板 ３８ 第１の遮光膜 ３９ 遮光膜 ５０ 第１のレンズアレイ ５１，５２，５３… レンズ ６１，６２．６３… アパチャー（透孔） ７１，７２，７３… アパチャー（透孔） ８０ 第２のレンズアレイ ８１，８２，８３… レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 1/036 (72)発明者 安部 文隆 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 1/028 - 1/036 H04N 1/04 - 1/207

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物に対して倒立した縮小実像を形成
   する複数のレンズからなる第１のレンズアレイと、 前記縮小実像を所定の倍率で拡大しかつ正立像にするよ
   うに、前記第１のレンズアレイの各レンズに対応した位
   置に配置された複数のレンズからなる第２のレンズアレ
   イと、 前記第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとの間に
   配置され、前記第１のレンズアレイの各レンズからの射
   出光を通過させるように各レンズに対向する位置に透孔
   が形成された複数の遮光膜とを備え、前記遮光膜が、第
   １の遮光膜と第２の遮光膜からなり、 前記第２の遮光膜が、前記第１の遮光膜と前記第１のレ
   ンズアレイとの間であって、第１の遮光膜と第２の遮光
   膜とが所定の間隔を保持されるように配置されることを
   特徴とする光学装置。
2. 【請求項２】 前記第１の遮光膜が、前記第１のレンズ
   アレイの各レンズにより形成される縮小実像の像面の位
   置に配置されることを特徴とする請求項１記載の光学装
   置。
3. 【請求項３】 前記第１の遮光膜と前記第２のレンズア
   レイとの間隔、前記第２の遮光膜と前記第１のレンズア
   レイとの間隔、および前記第１の遮光膜と前記第２の遮
   光膜との間隔が、それぞれほぼ等しくなるように構成さ
   れることを特徴とする請求項１記載の光学装置。
4. 【請求項４】 前記第１の遮光膜と前記第２の遮光膜と
   が、前記第１のレンズアレイの各レンズから、前記第２
   のレンズアレイの対応するレンズへの光路を実質的に制
   限しないが、前記第１のレンズアレイの各レンズから前
   記第２のレンズアレイの対応するレンズの隣接レンズへ
   の光路を実質的に遮蔽するような開口幅の透孔をそれぞ
   れ有することを特徴とする請求項３記載の光学装置。
5. 【請求項５】 前記第１のレンズアレイと前記第２の遮
   光膜とが第１の基板の２つの表面にそれぞれ形成され、 前記第２のレンズアレイと前記第１の遮光膜とが第２の
   基板の２つの表面にそれぞれ形成され、 第１の基板と第２の基板が、それぞれ遮光膜が形成され
   た面で対向され、透明なスペーサ板を挟んだ状態で固定
   されてなることを特徴とする請求項１、２、３又は４に
   記載の光学装置。
6. 【請求項６】 対象物に対して倒立した縮小実像を形成
   する複数のレンズからなる第１のレンズアレイと、 前記縮小実像を所定の倍率で拡大しかつ正立像にするよ
   うに、前記第１のレンズアレイの各レンズに対応した位
   置に配置された複数のレンズからなる第２のレンズアレ
   イと、 前記第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとの間に
   配置され、前記第１のレンズアレイの各レンズからの射
   出光を通過させるように各レンズに対向する位置に透孔
   が形成された第１及び第２の遮光膜とを備え、前記第１
   のレンズアレイと前記第２のレンズアレイとがそれぞれ
   異なる基板の一方の表面に形成され、第１及び第２の遮
   光膜とが所定の間隔を保持されて前記各基板の他方の表
   面上に配置され、各基板の前記一方の表面上であって第
   １及び第２のレンズアレイの各レンズが存在しない表面
   部分が遮光性を有し、前記第１及び第２のレンズアレイ
   の各レンズが同一開口幅を持ち、かつ等間隔に整列され
   ており、第１レンズアレイと第２レンズアレイの少なく
   とも一方のレンズアレイの各レンズの前記開口幅が、各
   レンズ間のピッチと、各レンズによって形成される縮小
   実像の縮小率との積の偶数倍であるように設定されたこ
   とを特徴とする光学装置。
7. 【請求項７】 前記第１及び第２のレンズアレイの各レ
   ンズが、いずれも矩形の形状からなることを特徴とする
   請求項６記載の光学装置。
8. 【請求項８】 前記第１のレンズアレイ及び前記第２の
   レンズアレイの各レンズが、フレネルレンズであること
   を特徴とする請求項１または６に記載の光学装置。
9. 【請求項９】 前記フレネルレンズが、表面に複数段の
   階段状の凸面を備えてなるバイナリレンズによって構成
   されることを特徴とする請求項８記載の光学装置。
10. 【請求項１０】 前記第２のレンズアレイの各レンズ
    が、その形状の中心と光学的な中心とを偏心させて形成
    されてなることを特徴とする請求項９に記載の光学装
    置。
11. 【請求項１１】 前記第２のレンズアレイの各レンズの
    光学的な中心が、レンズの形状の縁部上又はその外部に
    あることを特徴とする請求項１０記載の光学装置。
12. 【請求項１２】 前記第１のレンズアレイおよび第２の
    レンズアレイが、同一ピッチで整列した２列のレンズ群
    からなり、それぞれのレンズ群から得られる実像が合成
    されて、一つの実像を形成するように構成されたことを
    特徴とする請求項１１記載の光学装置。
13. 【請求項１３】 前記請求項１または６に記載した光学
    装置と、光照射装置と、光照射装置から照射され光学装
    置を通過した光によって結像された実像を光電変換する
    イメージセンサとを備えたことを特徴とする画像読み取
    り装置。
14. 【請求項１４】 前記光照射装置が、光源と、読みとる
    べき画像と前記光学装置との間に配置され、かつ前記光
    源からの光を前記画像へ導き照射する導光装置とから構
    成されることを特徴とする請求項１３記載の画像読み取
    り装置。
15. 【請求項１５】 前記導光装置は、光透過性の物質から
    なり、前記光源からの光を前記物質内へ受け入れるため
    の受光口と、該受光口が受け入れた前記光源からの光を
    前記物質内で反射する第１の反射体と、第１の反射体が
    反射した光を前記物質内で反射する第２の反射体と、第
    ２の反射体が反射した光を透過させ前記画像へ照射する
    ための照射口と、前記画像から反射され前記照射口を経
    た反射光を前記光学装置へ透過させるための透過口とを
    備える導光板からなることを特徴とする請求項１４記載
    の画像読み取り装置。