JP3687104B2

JP3687104B2 - 光学装置

Info

Publication number: JP3687104B2
Application number: JP32173293A
Authority: JP
Inventors: 幸久楠田; 賢二郎浜中; 隆岸本
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2020-08-24
Also published as: JPH07175015A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ファクシミリ、光プリンタ等の分野で利用される密着型光学装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
密着型光学装置は、現在ファクシミリ，光プリンタ用の光学装置として使用されている。このような装置は、例えば、その内部に屈折率分布が形成された円柱状のロッドレンズを１対１の正立実像を結ぶようにその長さを調整し、これを基板と基板の間に一列または複数列に配列したレンズアレイであり、個々のレンズの正立実像が互いに合致するように構成されている。
【０００３】
例えば、ファクシミリの応用例を中心に示すと、レンズアレイに近接されて配置された原稿上に描かれたパターンの正立実像が、１対１の倍率でレンズアレイの反対面側に形成される。
【０００４】
このレンズアレイを、ファクシミリ用センサに適用した例を図５に例示する。ロッドレンズ２１は屈折率分布を持ったレンズであり、この複数個のレンズが２枚の基板１２に挟まれ、紙面に対し垂直方向に一列に並べられている。レンズの片側には原稿６１が配置され、その反対側に原稿の結像光を受光するセンサＩＣ３１が配列されている。このセンサＩＣが、配列されている基板１４とレンズアレイとは、ハウジング８１にて互いに固定されている。
【０００５】
この場合、原稿面とセンサまでの距離は、約２０ｍｍから６０ｍｍであり、幅２００〜３００ｍｍの原稿を、短い距離で結像することが可能になるという優れた特長を持っている。このようなレンズアレイとしては、例えば日本板硝子（株）より、セルフォックレンズアレイ（登録商標）（以下ＳＬＡ（登録商標）と略称する）という名称にて販売されている。
【０００６】
原稿に対する照明は本図では特に示していないが、別の照明装置によって原稿の読み取る部分を照明している。
【０００７】
一方、光プリンタに応用する場合、センサＩＣの部分がＬＥＤアレイになり、原稿に相当する位置に感光ドラムが配置される。そして、ＬＥＤアレイから出射された画像パターンが、感光ドラム上に書き込まれることになる。
【０００８】
以上のように、このＳＬＡは、２００〜３００ｍｍという幅広い面積の実像を２０〜６０ｍｍの距離で得ることができるため、ファクシミリおよび光プリンタ装置の小型化に大きく寄与するという特徴を有している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の例では、受光素子アレイまたは発光素子アレイであるセンサＩＣまたはＬＥＤアレイと、これらを接続する電気配線が設けられた基板１４と、ＳＬＡとが別々に設けられ、ハウジング８１で位置決めされ、組み立てられていた。
【００１０】
したがって、装置としての体積が大きくなるという問題点と、ＳＬＡとセンサＩＣまたはＬＥＤアレイとの光軸および焦点位置を微調整しながら組み立てなければならず、組立コスト，調整コストがかかるという問題点も持っていた。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、正立実像が形成される略円柱状でその側面に遮光層を有するロッドレンズを複数本配列したレンズアレイ、受光素子アレイまたは発光素子アレイとこれら素子を駆動するＩＣ、前記レンズアレイの光軸上にあって、前記レンズアレイを進行してきた光線が、前記受光素子アレイまたは発光素子アレイに入射するように、その光線を反射する反射面を有し、前記レンズアレイによって形成される正立実像群が、前記受光素子アレイまたは発光素子アレイ面上に結像されるように、前記レンズアレイと前記受光素子アレイまたは発光素子アレイが配置されている光学装置を対象とする。上記課題を解決するため本発明においては、前記レンズアレイは透光性基板上に配列され、前記受光素子アレイまたは発光素子アレイは前記透光性基板の前記レンズアレイが配列された面とは反対側の面に配置されており、前記レンズアレイはその光軸に垂直な方向に前記透光性基板に到達する溝を有し、前記反射面は前記溝の中に配置され、レンズアレイを進行してきた光線を前記透光性基板の方向に折り曲げるようにレンズアレイの光軸に対して斜めの面を有する光学装置を作製する。
【００１２】
【作用】
上述したように、本発明の光学装置では、従来例に示したようなハウジングが不要となる。また、レンズアレイの基板と、受光素子アレイまたは発光素子アレイの基板とが兼用できるようになる。
【００１３】
【実施例】
以下に本発明の実施例を説明する。
図１は本発明の一実施例の構成概略図である。
その中心から外周部へ行くにしたがって、屈折率が小さくなるような屈折率分布を持ち、正立実像を結ぶようにその長さを調整された円筒形レンズ２１が多数本、透光性基板１１と非透光性基板１２に挟まれて互いに平行に並べられており、それらの隙間は遮光の機能を兼ねた充填剤２５が充填されて、屈折率分布レンズアレイを形成している。この非透光性基板１２は、必要に応じて用いることができ、また非透光性でなくてもかまわない。なお、円筒形レンズ２１には、予めその側面に遮光層となるコーティングが施されている。また、透光性基板１１の片面には、遮光層となるコーティングが施されていてもよい。
【００１４】
そして基板１２側から、基板１２および前記レンズアレイを切断し、さらに基板１１に到達する溝が形成され、その中に反射面２２を有するプリズム２３が配置されている。この反射面は、例えばアルミニウムなど反射率の高い金属膜を形成することで得られる。
【００１５】
具体的には、このプリズムはアクリル樹脂製の柱体であり、少なくとも前記溝の底面と１側面とに接する面と、前記レンズアレイの光軸に対して斜めの角度を持つ面とを有し、その斜めの角度を持つ面にアルミニウムを蒸着し反射面としている。なおこの角度は、後述のようにレンズアレイからの光線がセンサＩＣ３１に入射するように選ばれている。
【００１６】
原稿６１に描かれた画像からの光線は、光軸７１にそって進行する。まず、屈折率分布レンズ２１を通り、続いてプリズム２３を通り、反射面２２でその進行方向をほぼ直角に曲げられ、透光性基板１１を通ってこの基板１１に設けられたセンサＩＣ３１に入射する。このセンサＩＣは、例えばＣＣＤ素子などである。
【００１７】
プリズムはその屈折率が約１．５の樹脂材料（例えば、アクリル樹脂）を用いた場合、透光性基板も同じくその屈折率が約１．５のガラス基板を用いるとよい。
【００１８】
ここで、屈折率分布レンズ２１の長さは、原稿の画像の実像がセンサＩＣの入射面と一致するよう形成する。レンズ２１は、日本板硝子社製の製品名：ＳＬＡ−２０に用いる屈折率分布レンズと同じレンズ（レンズ径：１ｍｍ，光軸上屈折率ｎ₀：１．６３，屈折率分布定数 √Ａ：０．４４（ｍｍ^-1））を用いて製作している。
【００１９】
具体的寸法は、レンズの長さが８ｍｍ、レンズから原稿までの距離が約３ｍｍ、そしてレンズのもう一方の面から、プリズムを通ってセンサＩＣまでの距離が約４．５ｍｍである。プリズム側の距離が原稿側に較べて長くなっているのは、プリズム材料、透光性基板を形成する材料として、その屈折率が約１．５のものを使用したためで、３×１．５＝４．５ｍｍとなるためである。
【００２０】
さらに、プリズム２３は紫外線硬化型の接着材２４を用いて接着し、接着剤の屈折率も１．５のものを選んで使用している（具体的には、協立化学社製のＸ８７２１）。このようにプリズム材料、基板材料、接着材の屈折率を合わせることで、それぞれの界面における光の反射がなくなり、またそれぞれの面が多少粗になっていても、光の散乱が無くなるという利点も持っている。レンズ間の黒色充填材は、黒色顔料を含有するシリコーン樹脂を使用している。これは黒色顔料により、レンズ間の遮光を行うためである。
【００２１】
図２は、図１に示した構造の裏側を示した図である。透光性基板１１上に配線４１が形成され、その上に受光素子であるセンサＩＣ３１が設けられている。
【００２２】
図３は、図１，２に示した構造の断面光路図を示したものである。
配線４１上にセンサＩＣ３１が、半田バンプにより固定されている。この半田バンプは、半導体ＩＣの実装法として通常行われているものであり、センサＩＣ上の電極部分の半田を乗せ、これを配線４１に押し付けて温度を上げて、半田を溶かし、融着させるものである。
【００２３】
つぎに、図４に本発明による一実施例の製造工程を示す。これは、多数の光学装置を一度に製造する場合である。
【００２４】
まず、配線４１を形成した透光性基板１１と非透光性基板１２（例えば、それぞれの大きさは、３００ｍｍ角で、板厚は１ｍｍ厚）で、屈折率分布をもつロッドレンズ２１の多数本を挟み込む（図４ａ）。ロッドレンズ２１は、互いに平行に接触するように配列されている。この場合、厚さは４ｍｍ程度となり、大きさはほぼ３０ｍｍ角程度となる。さらにレンズ間や基板との隙間に、黒色シリコーン樹脂を充填し、これを接着する。なお、非透光性基板１２は必要に応じて用いることができる。
【００２５】
その後、ダイヤモンドブレードによる研削加工で角型の溝１３を設ける（図４ｂ）。この溝１３は、非透光性基板１２側から、この基板とロッドレンズを切断しさらに透光性基板１１に達するように形成する。具体的には、この場合深さが２．５ｍｍ程度で幅は３ｍｍ程度とする。この溝の平坦度をよくするためには、まず粗い番手（例えば１５０番）のブレードで溝を掘ったあとに、細かい番手（例えば４００番）のブレードで再度溝表面を研削し、平坦度を上げるという手法を用いることができる。
【００２６】
続いて、この溝１３にプリズム２３を埋め込む（図４ｃ）。このプリズムはアクリル樹脂製の柱体であり、前記溝の底面と１側面とに接する面と、前記レンズアレイの光軸に対して斜めの角度を持つ面とを有し、その斜めの角度を持つ面にアルミニウムを蒸着し反射面としている。このプリズムの接着には、紫外線硬化樹脂２４を用いている。
【００２７】
引き続き、センサＩＣ３１をこの構造上に接着する（図４ｄ）。センサＩＣ上に半田バンプ４２を形成し、これをアライメントして配線４１上に接着している。最後に、ダイシングソ−によって、それぞれの光学装置に切断分離する（図４ｅ）。
【００２８】
以上の実施例では、センサＩＣを登載する場合について説明してきたが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、センサＩＣの代わりに、発光素子であるＬＥＤアレイやＬＤアレイであってもよく、また同時にこれらを駆動するためのＩＣが、隣接して併置される場合であってもよい。また、反射面としては、プリズムに金属膜を形成した場合について説明したが、これはミラーであってもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明による光学装置では、従来例に示したようなハウジングは不要となる。したがって、装置全体の大きさをコンパクトにまとめることができる。
【００３０】
また、レンズアレイの基板と、センサＩＣまたはＬＥＤ基板とが兼用できるため、上述したハウジングが不要な点とあいまって、さらに光学装置の低価格化が図れる。また、センサＩＣおよびＬＥＤアレイは基板上への２次元実装であり、既に開発された表面実装技術を活用し、安価に実装することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例を示す構造概略図。
【図２】図１の裏面側を示す構造概略図。
【図３】図１の断面光路図。
【図４】本発明の製造工程を示す図。
【図５】従来の密着型イメージセンサの構造図
【符号の説明】
１１透光性基板
１２（非透光性）基板
１３溝
１４配線を有する基板
２１円柱状屈折率分布レンズ
２２反射面
２３プリズム
２４紫外線硬化樹脂
２５黒色充填剤
３１センサＩＣ（またはＬＥＤアレイ）
４１配線
４２半田ダンプ
５１光源
６１原稿
７１光軸
８１ハウジング

Claims

正立実像が形成される略円柱状でその側面に遮光層を有するロッドレンズを複数本配列したレンズアレイ、受光素子アレイまたは発光素子アレイとこれら素子を駆動するＩＣ、前記レンズアレイの光軸上にあって、前記レンズアレイを進行してきた光線が、前記受光素子アレイまたは発光素子アレイに入射するように、その光線を反射する反射面を有し、前記レンズアレイによって形成される正立実像群が、前記受光素子アレイまたは発光素子アレイ面上に結像されるように、前記レンズアレイと前記受光素子アレイまたは発光素子アレイが配置されている画像読み取りまたは画像書き込みのための光学装置において、
前記レンズアレイは透光性基板上に配列され、前記受光素子アレイまたは発光素子アレイは前記透光性基板の前記レンズアレイが配列された面とは反対側の面に配置されており、前記レンズアレイはその光軸に垂直な方向に前記透光性基板に到達する溝を有し、前記反射面は前記溝の中に配置され、レンズアレイを進行してきた光線を前記透光性基板の方向に折り曲げるようにレンズアレイの光軸に対して斜めの面を有することを特徴とする光学装置。
請求項１に記載される光学装置において、前記反射面はレンズアレイの光軸に対して斜めの面を有する透光性材料からなるプリズムの当該面である光学装置。
請求項１に記載される光学装置において、前記受光素子アレイまたは発光素子アレイ上に形成された電極と、前記透光性基板上の配線の形成面とが対向し、かつ互いに電気的接触が取られている光学装置。