JP4820033B2 - 密着イメージセンサー用複合液晶マイクロレンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、イメージスキャナ、ファクシミリ等の密着イメージセンサーにおいてレンズアレイ等の結像手段として用いられる液晶マイクロレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、イメージスキャナ、ファクシミリ等の密着イメージセンサーの構造として、例えば、図１４に示すような構造のものが、一般的に知られている。図１４において、密着イメージセンサー１１０は光電変換画素を複数個配置したセンサーＩＣ１０１と、保護膜１０２と、これが実装された基盤１０３とからなる受光素子アレイ１０４と、原稿１０９を照射する線状光源であるＬＥＤアレイ１０５と、原稿１０９の像をセンサー受光部に結像するロッドレンズアレイ１０６と、原稿１０９を搭載する透明板１０７と、これらの部材を支持するフレーム１０８とによって構成されている。
【０００３】
上記した構成の密着イメージセンサー１１０の動作は、ＬＥＤアレイ１０５により原稿１０９を照射し、前記原稿１０９の読み取りライン上の拡散反射光をロッドレンズアレイ１０６によりセンサー画素列上に結像し、前記反射光のもつ原稿１０９の濃淡情報、即ち光の強弱を個々のセンサー画素により電気信号に変換し、主走査方向に順次送り出す。そして、前記原稿１０９とセンサー画素列との相対位置を副走査方向に移動させて前記走査方向のデータ送出を繰り返すことにより、２次元画像情報を時系列電気信号に変換するものである。図１５は図１４に示す密着イメージセンサー１１０のロッドレンズアレイ１０６の配列および後述する結像作用を示す図である。
【０００４】
ここで、上記したロッドレンズの原理と構造について説明する。ロッドレンズはセルフォックレンズといわれるものであり、図１６（ａ）はこのロッドレンズの屈折率分布を示す。図１６（ｂ）はロッドレンズ内の光線の進み方を示す図である。図１６（ａ）において、ｎ０は光軸上の屈折率、ｒは光軸から半径方向への距離を示すものであり、屈折率ｎの分布は近似的に
ｎ＝ｎ０（１ー（Ａ／２）ｒ２） ・・・・（１）
で表される。光線は屈折率ｎが高い領域では遅く、低い領域では早くなる傾向がある。
【０００５】
このように両端面が平坦であるにもかかわらず、上記の屈折率の分布により、レンズ作用をなす。すなわち、上記したロッドレンズは次の特徴を有する。▲１▼正立等倍結像をする。▲２▼長さにより結像状態が変えられ、結像の幅をロッドレンズの径よりもかなり大とすることができる。よって、図１５に示すように多数のロッドレンズ１０６を隣合わせて配置したとき、それぞれのロッドレンズによる正立等倍結像を重ね合わせ、原稿の画像を広範囲にわたり、隙間のない正立等倍画像として結像させることができる。
【０００６】
前記ガラスロッド（ロッドレンズ）１０６に屈折率分布を形成する方法としては、イオン注入法、モレキュラースタッフィング法、イオン交換法等があるが、ロッドレンズの場合、屈折率分布が円滑に、且つ、対称性良く形成されるイオン交換法を用いている。この方法では、図１７に示すように塩浴炉１１２を使用し、ガラスロッド１０６を高温の溶融塩１１３中に浸漬することによって、ガラスロッド１０６中のアルカリイオンＡと溶融塩１１３中のアルカリイオンＢとのアルカリイオン同士を交換させ、その結果、ガラスロッド１０６中にイオン濃度分布を形成させる。この分布は上記の屈折率分布に比例したものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のロッドレンズには以下に述べる問題がある。▲１▼ロッドレンズ（又はロッドレンズアレイ）の製作にあたり、イオン交換法等の処理を行うため、設備および製作コストが高くなってしまう。▲２▼ロッドレンズアレイでは製品のラインアップから、ＴＣ長（共役長）と言われる像面から結像面までの距離を選ぶことしかできず、ＴＣ長を短くして薄型の密着イメージセンサーを開発しようとしてもこれができなかった。
【０００８】
本発明はロッドレンズアレイに起因する従来の密着イメージセンサーにおける上記の問題を改善することを課題とする。そして本発明はかかる課題を解決し、低価格で薄型の密着イメージセンサーを実現することができるような密着イメージセンサー用レンズ手段を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためにその第１の手段として本発明は、原稿を載置する透明板と、該透明板上の原稿面を照射する光源と、該光源による前記原稿面の反射光を結像する液晶マイクロレンズと前記結像された反射光を電気信号に変換する受光素子を備えた密着イメージセンサーの液晶マイクロレンズにおいて、前記液晶マイクロレンズは前記原稿の倒立像を結像する第１の液晶マイクロレンズと前記倒立像からの光を更に倒立させて原稿の正立像を結像する第２の液晶マイクロレンズを備えた密着イメージセンサー用複合液晶マイクロレンズであることを特徴とする。
【００１０】
上記の課題を解決するためにその第２手段として本発明は、前記第１の手段において、前記密着イメージセンサー用複合液晶マイクロレンズはそれぞれ別々の透明基板に液晶が挟持されてなる第１の液晶マイクロレンズと第２の液晶マイクロレンズと、これらの間に介在する中間透明基板とよりなることを特徴とする。
【００１１】
上記の課題を解決するためにその第３手段として本発明は、前記第１の手段において、
前記密着イメージセンサー用複合液晶マイクロレンズは上透明基板、下透明基板およびこれらの透明基板の間に配される上下面の両面に円形パターン電極構造をもつ中間透明基板を有し、上透明基板と中間透明基板が液晶を挟持してなる第１の液晶マイクロレンズと下透明基板と中間透明基板が液晶を挟持してなる第２の液晶マイクロレンズを備えていることを特徴とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためにその第４の手段としての本発明は、前記第１の手段乃至第３の手段のいずれかにおいて、前記密着イメージセンサー用複合液晶マイクロレンズは複数の液晶レンズを有する前記第１の液晶マイクロレンズと、前記液晶レンズと対を成す同数の液晶レンズを有する前記第２の液晶マイクロレンズから構成されていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に基づいて本発明に係る密着イメージセンサー用の複合液晶マイクロレンズの実施の形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る密着イメージセンサー用の複合液晶マイクロレンズの構成を説明する断面図であり、図２は図１に示す複合液晶マイクロレンズに用いられる電極の形状を示す斜視図である。
【００１４】
ここで、本実施形態に係る密着イメージセンサー用の複合液晶マイクロレンズの説明をするに先立って、一般的な液晶マイクロレンズにつき説明する。液晶マイクロレンズの構造とその特性は公知文献（発行所：株・新技術コミュニケーション、ＯｐｌｕｓＥ．１９９８年１０月ＶＯｌ．２０、Ｎｏ．１０掲載、特集 液晶光学素子とその応用、液晶マイクロレンズ）に開示されており、その概要について説明する。
【００１５】
光学素子としてのレンズを液晶より構成する場合、通常のガラスレンズと同様に媒質となる液晶層をレンズ状にする方法のほかに、光学物質に空間的な屈折率分布を与える方法等が考えられる。ネマテイック液晶セルにおいて、液晶分子は電界の方向に配向するという性質を利用すると、軸対称的な不均一電界による液晶分子配向効果により、空間的な屈折率分布特性を有する液晶レンズを得ることができる。このようにして、平行平板構造をとる光学媒質である液晶においても、屈折率が空間的に分布しているような場合には入射光の集光や発散の効果を生ずる。（特に屈折率分布が２乗特性をとる場合には、レンズ効果が得られる。）本発明はこのような液晶における屈折率の空間的な分布を利用して構成したレンズに関するものである。
【００１６】
図１および図２に示すように第１上ガラス基板２２、第１下ガラス基板２３の導電膜を円形の穴形パターン状に除去し、円形穴２４ｂを有する円形穴形パターン電極２４を形成する。円形穴形パターン電極２４は必ずしも透明電極でなくとも良い。前記の上下のパターン電極２４に配向膜２５を塗布しラビング処理を行って上下の配向がアンチパラレルのホモジニアス配向となるようにする。封止材２７により上下配向膜間が封止された中に液晶物質２８が注入されて、第１のネマッチック液晶セル（第１液晶レンズ）２０が形成される。
【００１７】
同様にして第２上ガラス基板３２、第２下ガラス基板３３に、円形穴形パターン電極２４を形成し、前記上下の電極２４の導電膜上に配向膜２５を塗布しラビング処理を行って前記第１液晶レンズ２０と同様の配向となるようにする。封止材２７により上下配向膜２５間が封止された中に液晶物質２８が注入されて、第２のネマッチック液晶セル（第２液晶レンズ）３０が形成される。第１液晶レンズ２０の第１下ガラス基板２３と第２液晶レンズ３０の第２上ガラス３２は中間ガラス板４１を間に挟んで接合され、第１液晶レンズ２０と第２液晶レンズ３０が対となった密着イメージセンサー用の複合液晶マイクロレンズ４０が構成される。
【００１８】
前記の個別の液晶レンズ例えば第１液晶レンズ２０に電圧を印加すると、図３（ａ）に示す電位分布を生ずる。電位分布は等電位線をもって示してある。ここで、電界強度は前記の等電位線の間隔に逆比例する。第１液晶レンズ２０における電界強度Ｅは図４に示すように、円形穴形電極２４の円形穴２４ｂの中心（ｒ０）からの径方向の距離ｒに依存して増加するような空間分布を有する。（ここでＥ０は円形穴２４ｂの中心における電界強度を示す。）次に、液晶２８のダイレクターの方向については、印加電圧がゼロのときは、図３（ｂ）に示すように液晶のダイレクターの方向はラビングの方向と平行な水平方向となるが、電圧が印加されると、電界強度に依存してダイレクターの傾角が変化する。この様子を図３（ｃ）に示す。図３（ｃ）においては、等電位線と垂直方向の分割線により、液晶２８断面を複数の領域に分割し、各領域につき１個ずつ代表的なダイレクターを示してある。これによれば、等電位線の間隔が小とり、電界強度が大となるに従ってダイレクターの傾角は増大し、垂直に近づいて行く。そして、この傾角の増大に伴って垂直方向の屈折率ｎは低下する。この結果として、前記屈折率ｎは、図４に示すように、円形穴形電極２４の円形穴２４ｂの中心（ｒ０）からの径方向の距離ｒに依存して２次的に減少する特性を有する。（ここでｎ０は円形穴２４ｂの中心における屈折率を示す。）このような、屈折率ｎの分布特性により、第１液晶レンズ２０は後述するようなレンズ特性を有する。第２液晶レンズ３０についても同様である。
【００１９】
次に本第１実施形態の具体例に係る複合液晶マイクロレンズにつき図面を用いて説明する。図５はその複合液晶マイクロレンズ４０の具体的な寸法を示す図である。図５に示すように、第１上ガラス２２、第１下ガラス２３、第２上ガラス３２、第２下ガラス３３の厚味（電極、配向膜の厚さも含む。）は各１．１ｍｍ、液晶物質２８よりなる液晶層の厚味は０．１１ｍｍ、中間ガラス４１の厚味は３．３ｍｍである。円形穴形パターン電極２４の円形穴２４ｂは径Ｄが０．２２mmであり、ピッチＰが０．２９３ｍｍであり、第１液晶レンズ２０の円形穴２４ｂと第２液晶レンズ３０の円形穴２４ｂは重なり合う位置にある。図示を省略した配向膜のラビングの方向は図の矢印で示す方向となっている。
【００２０】
図５に示す複合液晶マイクロレンズ４０の結像特性について説明するのに先立って、これに使用する単体の液晶レンズである第１液晶レンズ２０単体の結像特性について説明する。すでに説明したように、液晶レンズの屈折率の分布は電極（２４）に電圧を印加することにより生ずるが、この屈折率の分布状態は印加電圧に応じて変化し、これに伴って第１液晶レンズ２０の焦点距離ｆが変化する。この様子を図６に示す。図６に示すように、本具体例における第１液晶レンズ２０は印加電圧４Ｖにおいて最小の焦点距離ｆとしてｆ＝１．４ｍｍを安定して得ることができる。図７はこの第１液晶レンズ２０の結像作用を示す図であり、その液晶レンズから作動距離Ｌ１にある画像Qに対し、結像距離Ｌ２において、その倒立結像Q’を生じさせる。前記の焦点距離ｆをｆ＝１．４ｍｍとした第１液晶レンズ２０を用い、作動距離Ｌ１を変化させた場合の結像距離Ｌ２の変化を図８に示す。これによれば、作動距離Ｌ１が焦点距離を十分に超えた場合、作動距離Ｌ１の増加に伴い結像距離Ｌ２が減少するという性質がある。一方、画像Qに対する倒立結像Q’の寸法比すなわち結像倍率ｍは、測定の結果常に略 ｍ＝Ｌ２／Ｌ１ となることが認められた。よって、作動距離Ｌ１を適切に選択すれば、ある範囲では所望の結像倍率ｍを得ることができる。
【００２１】
この第１液晶レンズ２０と同一の寸法で同一の焦点距離を有する液晶レンズを第２液晶レンズ３０とし、これらを組み合わせて複合液晶マイクロレンズを構成した場合は、個々の液晶レンズにつき、上記の原理が成り立つ。すなわち、図９に示すように、作動距離Ｌ１にある画像Qに対し第１液晶レンズ２０によりその倒立結像Q’を結像させ、更に倒立結像Q’に対し第２液晶レンズによりそれを更に倒立させた正立結像Q”を結像距離Ｌ２において生じさせる。この場合、上記の原理により、Ｌ１を変えればこれに応じて倒立結像Q’の等倍像位置が変わり、更にこれにより正立等倍結像Q”の結像距離Ｌ２が変わることになる。また、この場合の画像Qに対する正立結像Q”の寸法比すなわち最終的な結像倍率Ｍは略Ｍ＝Ｌ２／Ｌ１となることが測定の結果認められている。そこで、Ｌ１を適切に設定することにより、 Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ０ として、共役の関係とし、結像倍率Mを１とし、画像Qに対しその正立等倍の結像Q”を得ることができる。図５（ｃ）は図５（ａ），（ｂ）に示す寸法の複合液晶マイクロレンズ４０において、画像Qに対しその正立等倍の結像Q”を生ずる状態を示す。この場合、作動距離Ｌ０は Ｌ０＝６．５ｍｍ となっている。このようにして、本実施形態における複合液晶マイクロレンズは、図１５に示したロッドレンズアレイ１０６と同様に広い範囲における読み込み画像をその正立等倍の像として連続して結像させることができる。
【００２２】
なお、作動距離Ｌ０は中間ガラス４１の厚みを選択することにより変えることが出来るので、ＴＣ長（共役長）を適切な長さに設定することにより、原稿５９面の照明を容易にするとともに、原稿面における読み込み範囲及び受光素子面における結像範囲を十分な幅に広げることができる。すなわち、作動距離Ｌ０が短すぎると、密着イメージセンサーにおいて、原稿と複合液晶マイクロレンズが近接し過ぎて、原稿の照明が困難となり、また仮に照明ができたとしても、焦点深度が浅くなりすぎて、結像にぼけを生ずる。よって、本実施形態のように適切な作動距離が必要となる。なお、作動距離Ｌ０が変わればＴＣ長（共役長）（画像面から結像面まで距離）も変わるので上記のように、中間ガラス４１の厚みによってＴＣ長も変えることができるが、個々の液晶レンズ（２０）、（３０）の焦点距離によっても変えることができる。焦点距離を小さくすればＴＣ長も小さくなる傾向である。
【００２３】
上記した本実施形態に代表される本発明に係る複合液晶マイクロレンズは、ロッドレンズアレイに比較して、▲１▼低コストで小型なレンズアレイを構成することができる。これは、ロッドレンズアレイはすでに説明した理由により高価なものとなるが、複合液晶マイクロレンズは通常の液晶セルと同様の工程により、１つの液晶セル内に多数の液晶レンズよりなるレンズアレイを同時作り込むことができるので製造コストが低減できる。又レンズ径については、ロッドレンズアレイの場合はイオン交換法により屈折率分布を与えなければならないので、あまり細いものはできないが、本複合液晶マイクロレンズの場合は、電極パターンの円形の穴２４ｂは数十μｍのものもエッチングにより容易に形成し、レンズ径を小とできる。また、ロッドレンズアレイの場合はレンズの長さは光の蛇行のピッチにより制約を受け、短くすることに制限を受けるが、本複合液晶マイクロレンズの場合は液晶の厚みは数十μｍにでき、中間ガラス４１の厚みも作動距離Ｌ０の許される範囲で自由に選択できるので、全体のレンズの長さをかなり自由に縮小することができる。
【００２４】
▲２▼ロッドレンズアレイの場合は製品のラインアップの中からしかＴＣ長（読み取り面から結像面までの距離）を選ぶことしかできず、ＴＣ長を短くして薄型の密着イメージセンサーを構成することができなかったが、本複合液晶マイクロレンズの場合はすでに説明したようにして、任意のＴＣ長のレンズを構成することができ、密着イメージセンサーの薄型化が可能となる。▲３▼本複合液晶マイクロレンズの場合はロッドレンズアレイに比較しレンズ径を小さくできるので、適切な作動距離を確保した場合において、焦点深度を深め、解像度を上げることが出来る。しかもこの場合、レンズの密度が上がるので、結像の明るさの低下を防ぐことができる。
【００２５】
以下図面に基づいて、本発明に関する第２実施形態として、本発明に係る複合液晶マイクロレンズを用いた密着イメージセンサーにつき説明する。図１０は本第２実施形態に係る密着イメージセンサーの断面図である。図１０において、密着イメージセンサー５０は従来のロッドレンズアレイの代わりに複合液晶マイクロレンズ４０を使用したものであり、光変換を行う画素が複数個配置されたセンサーＩＣ５１とその保護膜５２と、これが実装された基板５３とからなる受光素子アレイ５４と、原稿を照射する線状光源であるＬＥＤアレイ５５と、原稿５９の像をセンサーＩＣ５１に結像する複合液晶マイクロレンズ４０と原稿５９を搭載する透明板５７と、これらの部材を支持するフレーム５８とによって構成されている。
【００２６】
図１１は前記の複合液晶マイクロレンズ４０の結像動作を拡大して示す図である。同図においてガラス基板その他は便宜上、図示を省略してある。図１１に示すように液晶マイクロレンズ４０は円形穴形パターン電極２４の円形穴２４ｂを径とする複数の液晶のマイクロレンズから構成される。個々のマイクロレンズはロッドレンズと同様に原稿５９面においてそのレンズ径よりもかなり大きな径の読み込み領域を有し、隣り合うマイクロレンズ同士で、読み込み領域は重なり合う部分を有し、複数のマイクロレンズについて、読み込み領域は重なり合いながら連続している。個別のマイクロレンズはその読み込み領域にある画像に対し、その等倍正立の結像を受光素子アレイ５４の面上に結像させる。このとき、結像領域も重なり合いながら連続し、原稿５９の画像を広範囲にわたり、隙間のない正立等倍画像としてセンサーＩＣ５１の受光面に重ね合わせて結像することができる。以後は図１４に示した従来の密着イメージセンサー１１０と同様の原理により、原稿のイメージを電気信号に変換する。本実施形態においては、すでに説明したように複合マクロレンズ複合マイクロレンズを用いたことにより、ＴＣ長（読み取り面から結像面までの距離）を従来より短くでき、装置の薄型化ができる。
【００２７】
以下に本発明の第3実施形態に係る複合液晶マイクロレンズにつき図面を用いて説明する。図１２はその複合液晶マイクロレンズの構成を示す断面図である。図に示すように液晶複合レンズ６０は第1上ガラス基板２２、中間ガラス４１、及び第２下ガラス基板３３を備えているが、図１の複合液晶マイクロレンズ４０に示すような第１下ガラス基板２３および第２上ガラス基板３２に相当するものがなく、これらの役割を中間ガラス４１が代行する構成となっている。すなわち、中間ガラス４１の上面および下面に円形穴形パターン電極２４および配向膜２５が形成され、液晶物質２８が第１上ガラス基板２２と中間ガラス４１の間に封入されて第１液晶レンズ２０が形成され、第２下ガラス基板３３と中間ガラス４１の間に封入されて第２液晶レンズ３０が形成され、液晶複合レンズ６０が形成される。液晶複合レンズ６０の全体の厚さは例えば図５に示す複合液晶マイクロレンズ４０と同様であり、同様の光学的特性を有する。ここで、本形態の液晶複合レンズ６０は第1液晶レンズ２０と第２液晶レンズ３０が当初から一体として形成できるので、図５に示す液晶複合レンズ４０ように、中間ガラスと別個の液晶レンズを接合する工程が省略できるとともに、第１液晶レンズ２０と第２液晶レンズ３０の光軸の合わせ込みも中間ガラス４１の上下の面に円形パターン電極２４を形成の段階で、正確にできるという利点を有する。
【００２８】
以下に本発明の第４実施形態に係る複合液晶マイクロレンズにつき図面を用いて説明する。本第４実施形態は図３に示した第１実施形態の変形例である。図１３は本第４実施形態の複合液晶マイクロレンズの１部である単体の液晶レンズ７０を示す図であり、（ａ）は構成を示す断面図、（ｂ）電位分布を示す図である。図１３に示すように液晶レンズ７０において、上ガラス基板２２の内面には穴があいていない透明電極よりなる上面電極３４が設けられている。第１下ガラス基板２３の内面には、図３に示した第１実施例の場合と同様の円形穴形パターン電極２４が設けられている。前記上面電極３４、円形穴形パターン電極２４の表面には配向膜２５が形成され、矢印の方向に配向処理がなされている。かかる処理がなされた上下のガラス基板２２，２３により液晶２８が挟持されている。液晶レンズ７０の上下の電極間に電圧が印加されると、図１３（ｂ）の等電位線に示すような電位分布が発生し、円形穴形パターン電極２４の円形穴２４ｂの径方向に関し中心より離れるほど強い電界の分布を生じ、これに伴い図４に類似した屈折率ｎの分布を生じ、図３に示す第１液晶レンズ２０と類似の結像作用をなす液晶レンズが構成される。このような個別の液晶レンズ７０を組み合わせて複合液晶マイクロレンズを構成すれば、かかる複合液晶マイクロレンズは第１実施例の複合液晶マイクロレンズ４０と基本的には同様の原理で原稿の等倍正立像を結像させ、また、ＴＣ長等の小型化に関し、従来のロッドレンズアレイに対し優位性を有する。
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る密着イメージセンサー用複合液晶マイクロレンズによれば、従来、密着イメージセンサーに原稿のイメージを結像するためのレンズ手段として使用されていたロッドレンズアレイに比較し、▲１▼これよりも低コストで小型でかつ必要な結像作用を行うことができる。▲２▼任意のＴＣ長のレンズが製作可能になるので、密着イメージセンサーの薄型化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る密着イメージセンサー用の複合液晶マイクロレンズの構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す複合液晶マイクロレンズの断面図である。
【図３】図２に示す複合液晶マイクロレンズに使用する単体の液晶レンズにおける電位分布等を示す図である。
【図４】図３に示す単体の液晶レンズにおける屈折率等の分布状態を示す図である。
【図５】図１に示す複合液晶マイクロレンズの具体的な寸法を示す図である。
【図６】図５に示す複合液晶マイクロレンズに使用する個別の液晶レンズにおける印加電圧と焦点距離の関係を示す図である。
【図７】図５に示す複合液晶マイクロレンズに使用する単体の液晶レンズの結像作用を示す図である。
【図８】図７に示す単体の液晶レンズの作動距離と結像距離の関係を示す図である。
【図９】図７に示す単体の液晶レンズを２個組み合わせた場合の結像作用を示す図である。
【図１０】図２に示す複合液晶マイクロレンズを使用した密着イメージセンサーの構成を示す図である。
【図１１】図１０に示す密着イメージセンサーにおける複合液晶マイクロレンズの結像作用を示す図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る複合液晶マイクロレンズの構成を図である。
【図１３】本発明の第４実施形態に係る複合液晶マイクロレンズに使用する個別の液晶レンズの構成等を示す図である。
【図１４】従来の密着イメージセンサーの構成を示す図である。
【図１５】図１４に示す密着イメージセンサーにおけるロッドレンズの結像作用を示す図である。
【図１６】ロッドレンズの結像作用の原理を示す図である。
【図１７】ロッドレンズに屈折率分布を与えるための処理方法を示す図である。
【符号の説明】
２０ 第１液晶レンズ
２２ 第１上ガラス基板
２３ 第１下ガラス基板
２４ 円形穴形パターン電極
２４ｂ 円形穴
２５ 配向膜
２７ 封止材
２８ 液晶物質
３０ 第２液晶レンズ
３２ 第２上ガラス基板
３３ 第２下ガラス基板
４０、６０ 複合液晶マイクロレンズ
４１ 中間ガラス
５０ 密着イメージセンサー
５１ センサーＩＣ
５４ 受光素子アレイ
５５ ＬＥＤアレイ
５７ 透明板
５８ フレーム
５９ 原稿
７０ 液晶
【発明の属する技術分野】
この発明は、イメージスキャナ、ファクシミリ等の密着イメージセンサーにおいてレンズアレイ等の結像手段として用いられる液晶マイクロレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、イメージスキャナ、ファクシミリ等の密着イメージセンサーの構造として、例えば、図１４に示すような構造のものが、一般的に知られている。図１４において、密着イメージセンサー１１０は光電変換画素を複数個配置したセンサーＩＣ１０１と、保護膜１０２と、これが実装された基盤１０３とからなる受光素子アレイ１０４と、原稿１０９を照射する線状光源であるＬＥＤアレイ１０５と、原稿１０９の像をセンサー受光部に結像するロッドレンズアレイ１０６と、原稿１０９を搭載する透明板１０７と、これらの部材を支持するフレーム１０８とによって構成されている。
【０００３】
上記した構成の密着イメージセンサー１１０の動作は、ＬＥＤアレイ１０５により原稿１０９を照射し、前記原稿１０９の読み取りライン上の拡散反射光をロッドレンズアレイ１０６によりセンサー画素列上に結像し、前記反射光のもつ原稿１０９の濃淡情報、即ち光の強弱を個々のセンサー画素により電気信号に変換し、主走査方向に順次送り出す。そして、前記原稿１０９とセンサー画素列との相対位置を副走査方向に移動させて前記走査方向のデータ送出を繰り返すことにより、２次元画像情報を時系列電気信号に変換するものである。図１５は図１４に示す密着イメージセンサー１１０のロッドレンズアレイ１０６の配列および後述する結像作用を示す図である。
【０００４】
ここで、上記したロッドレンズの原理と構造について説明する。ロッドレンズはセルフォックレンズといわれるものであり、図１６（ａ）はこのロッドレンズの屈折率分布を示す。図１６（ｂ）はロッドレンズ内の光線の進み方を示す図である。図１６（ａ）において、ｎ０は光軸上の屈折率、ｒは光軸から半径方向への距離を示すものであり、屈折率ｎの分布は近似的に
ｎ＝ｎ０（１ー（Ａ／２）ｒ２） ・・・・（１）
で表される。光線は屈折率ｎが高い領域では遅く、低い領域では早くなる傾向がある。
このように両端面が平坦であるにもかかわらず、上記の屈折率の分布により、レンズ作用をなす。すなわち、上記したロッドレンズは次の特徴を有する。▲１▼正立等倍結像をする。▲２▼長さにより結像状態が変えられ、結像の幅をロッドレンズの径よりもかなり大とすることができる。よって、図１５に示すように多数のロッドレンズ１０６を隣合わせて配置したとき、それぞれのロッドレンズによる正立等倍結像を重ね合わせ、原稿の画像を広範囲にわたり、隙間のない正立等倍画像として結像させることができる。
【０００６】
前記ガラスロッド（ロッドレンズ）１０６に屈折率分布を形成する方法としては、イオン注入法、モレキュラースタッフィング法、イオン交換法等があるが、ロッドレンズの場合、屈折率分布が円滑に、且つ、対称性良く形成されるイオン交換法を用いている。この方法では、図１７に示すように塩浴炉１１２を使用し、ガラスロッド１０６を高温の溶融塩１１３中に浸漬することによって、ガラスロッド１０６中のアルカリイオンＡと溶融塩１１３中のアルカリイオンＢとのアルカリイオン同士を交換させ、その結果、ガラスロッド１０６中にイオン濃度分布を形成させる。この分布は上記の屈折率分布に比例したものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のロッドレンズには以下に述べる問題がある。▲１▼ロッドレンズ（又はロッドレンズアレイ）の製作にあたり、イオン交換法等の処理を行うため、設備および製作コストが高くなってしまう。▲２▼ロッドレンズアレイでは製品のラインアップから、ＴＣ長（共役長）と言われる像面から結像面までの距離を選ぶことしかできず、ＴＣ長を短くして薄型の密着イメージセンサーを開発しようとしてもこれができなかった。
【０００８】
本発明はロッドレンズアレイに起因する従来の密着イメージセンサーにおける上記の問題を改善することを課題とする。そして本発明はかかる課題を解決し、低価格で薄型の密着イメージセンサーを実現することができるような密着イメージセンサー用レンズ手段を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためにその第１の手段として本発明は、原稿を載置する透明板と、該透明板上の原稿面を照射する光源と、該光源による前記原稿面の反射光を結像する液晶マイクロレンズと前記結像された反射光を電気信号に変換する受光素子を備えた密着イメージセンサーの液晶マイクロレンズにおいて、前記液晶マイクロレンズは前記原稿の倒立像を結像する第１の液晶マイクロレンズと前記倒立像からの光を更に倒立させて原稿の正立像を結像する第２の液晶マイクロレンズを備えた密着イメージセンサー用複合液晶マイクロレンズであることを特徴とする。
【００１０】
上記の課題を解決するためにその第２手段として本発明は、前記第１の手段において、前記密着イメージセンサー用複合液晶マイクロレンズはそれぞれ別々の透明基板に液晶が挟持されてなる第１の液晶マイクロレンズと第２の液晶マイクロレンズと、これらの間に介在する中間透明基板とよりなることを特徴とする。
【００１１】
上記の課題を解決するためにその第３手段として本発明は、前記第１の手段において、
前記密着イメージセンサー用複合液晶マイクロレンズは上透明基板、下透明基板およびこれらの透明基板の間に配される上下面の両面に円形パターン電極構造をもつ中間透明基板を有し、上透明基板と中間透明基板が液晶を挟持してなる第１の液晶マイクロレンズと下透明基板と中間透明基板が液晶を挟持してなる第２の液晶マイクロレンズを備えていることを特徴とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためにその第４の手段としての本発明は、前記第１の手段乃至第３の手段のいずれかにおいて、前記密着イメージセンサー用複合液晶マイクロレンズは複数の液晶レンズを有する前記第１の液晶マイクロレンズと、前記液晶レンズと対を成す同数の液晶レンズを有する前記第２の液晶マイクロレンズから構成されていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に基づいて本発明に係る密着イメージセンサー用の複合液晶マイクロレンズの実施の形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る密着イメージセンサー用の複合液晶マイクロレンズの構成を説明する断面図であり、図２は図１に示す複合液晶マイクロレンズに用いられる電極の形状を示す斜視図である。
【００１４】
ここで、本実施形態に係る密着イメージセンサー用の複合液晶マイクロレンズの説明をするに先立って、一般的な液晶マイクロレンズにつき説明する。液晶マイクロレンズの構造とその特性は公知文献（発行所：株・新技術コミュニケーション、ＯｐｌｕｓＥ．１９９８年１０月ＶＯｌ．２０、Ｎｏ．１０掲載、特集 液晶光学素子とその応用、液晶マイクロレンズ）に開示されており、その概要について説明する。
【００１５】
光学素子としてのレンズを液晶より構成する場合、通常のガラスレンズと同様に媒質となる液晶層をレンズ状にする方法のほかに、光学物質に空間的な屈折率分布を与える方法等が考えられる。ネマテイック液晶セルにおいて、液晶分子は電界の方向に配向するという性質を利用すると、軸対称的な不均一電界による液晶分子配向効果により、空間的な屈折率分布特性を有する液晶レンズを得ることができる。このようにして、平行平板構造をとる光学媒質である液晶においても、屈折率が空間的に分布しているような場合には入射光の集光や発散の効果を生ずる。（特に屈折率分布が２乗特性をとる場合には、レンズ効果が得られる。）本発明はこのような液晶における屈折率の空間的な分布を利用して構成したレンズに関するものである。
【００１６】
図１および図２に示すように第１上ガラス基板２２、第１下ガラス基板２３の導電膜を円形の穴形パターン状に除去し、円形穴２４ｂを有する円形穴形パターン電極２４を形成する。円形穴形パターン電極２４は必ずしも透明電極でなくとも良い。前記の上下のパターン電極２４に配向膜２５を塗布しラビング処理を行って上下の配向がアンチパラレルのホモジニアス配向となるようにする。封止材２７により上下配向膜間が封止された中に液晶物質２８が注入されて、第１のネマッチック液晶セル（第１液晶レンズ）２０が形成される。
【００１７】
同様にして第２上ガラス基板３２、第２下ガラス基板３３に、円形穴形パターン電極２４を形成し、前記上下の電極２４の導電膜上に配向膜２５を塗布しラビング処理を行って前記第１液晶レンズ２０と同様の配向となるようにする。封止材２７により上下配向膜２５間が封止された中に液晶物質２８が注入されて、第２のネマッチック液晶セル（第２液晶レンズ）３０が形成される。第１液晶レンズ２０の第１下ガラス基板２３と第２液晶レンズ３０の第２上ガラス３２は中間ガラス板４１を間に挟んで接合され、第１液晶レンズ２０と第２液晶レンズ３０が対となった密着イメージセンサー用の複合液晶マイクロレンズ４０が構成される。
【００１８】
前記の個別の液晶レンズ例えば第１液晶レンズ２０に電圧を印加すると、図３（ａ）に示す電位分布を生ずる。電位分布は等電位線をもって示してある。ここで、電界強度は前記の等電位線の間隔に逆比例する。第１液晶レンズ２０における電界強度Ｅは図４に示すように、円形穴形電極２４の円形穴２４ｂの中心（ｒ０）からの径方向の距離ｒに依存して増加するような空間分布を有する。（ここでＥ０は円形穴２４ｂの中心における電界強度を示す。）次に、液晶２８のダイレクターの方向については、印加電圧がゼロのときは、図３（ｂ）に示すように液晶のダイレクターの方向はラビングの方向と平行な水平方向となるが、電圧が印加されると、電界強度に依存してダイレクターの傾角が変化する。この様子を図３（ｃ）に示す。図３（ｃ）においては、等電位線と垂直方向の分割線により、液晶２８断面を複数の領域に分割し、各領域につき１個ずつ代表的なダイレクターを示してある。これによれば、等電位線の間隔が小とり、電界強度が大となるに従ってダイレクターの傾角は増大し、垂直に近づいて行く。そして、この傾角の増大に伴って垂直方向の屈折率ｎは低下する。この結果として、前記屈折率ｎは、図４に示すように、円形穴形電極２４の円形穴２４ｂの中心（ｒ０）からの径方向の距離ｒに依存して２次的に減少する特性を有する。（ここでｎ０は円形穴２４ｂの中心における屈折率を示す。）このような、屈折率ｎの分布特性により、第１液晶レンズ２０は後述するようなレンズ特性を有する。第２液晶レンズ３０についても同様である。
【００１９】
次に本第１実施形態の具体例に係る複合液晶マイクロレンズにつき図面を用いて説明する。図５はその複合液晶マイクロレンズ４０の具体的な寸法を示す図である。図５に示すように、第１上ガラス２２、第１下ガラス２３、第２上ガラス３２、第２下ガラス３３の厚味（電極、配向膜の厚さも含む。）は各１．１ｍｍ、液晶物質２８よりなる液晶層の厚味は０．１１ｍｍ、中間ガラス４１の厚味は３．３ｍｍである。円形穴形パターン電極２４の円形穴２４ｂは径Ｄが０．２２mmであり、ピッチＰが０．２９３ｍｍであり、第１液晶レンズ２０の円形穴２４ｂと第２液晶レンズ３０の円形穴２４ｂは重なり合う位置にある。図示を省略した配向膜のラビングの方向は図の矢印で示す方向となっている。
【００２０】
図５に示す複合液晶マイクロレンズ４０の結像特性について説明するのに先立って、これに使用する単体の液晶レンズである第１液晶レンズ２０単体の結像特性について説明する。すでに説明したように、液晶レンズの屈折率の分布は電極（２４）に電圧を印加することにより生ずるが、この屈折率の分布状態は印加電圧に応じて変化し、これに伴って第１液晶レンズ２０の焦点距離ｆが変化する。この様子を図６に示す。図６に示すように、本具体例における第１液晶レンズ２０は印加電圧４Ｖにおいて最小の焦点距離ｆとしてｆ＝１．４ｍｍを安定して得ることができる。図７はこの第１液晶レンズ２０の結像作用を示す図であり、その液晶レンズから作動距離Ｌ１にある画像Qに対し、結像距離Ｌ２において、その倒立結像Q’を生じさせる。前記の焦点距離ｆをｆ＝１．４ｍｍとした第１液晶レンズ２０を用い、作動距離Ｌ１を変化させた場合の結像距離Ｌ２の変化を図８に示す。これによれば、作動距離Ｌ１が焦点距離を十分に超えた場合、作動距離Ｌ１の増加に伴い結像距離Ｌ２が減少するという性質がある。一方、画像Qに対する倒立結像Q’の寸法比すなわち結像倍率ｍは、測定の結果常に略 ｍ＝Ｌ２／Ｌ１ となることが認められた。よって、作動距離Ｌ１を適切に選択すれば、ある範囲では所望の結像倍率ｍを得ることができる。
【００２１】
この第１液晶レンズ２０と同一の寸法で同一の焦点距離を有する液晶レンズを第２液晶レンズ３０とし、これらを組み合わせて複合液晶マイクロレンズを構成した場合は、個々の液晶レンズにつき、上記の原理が成り立つ。すなわち、図９に示すように、作動距離Ｌ１にある画像Qに対し第１液晶レンズ２０によりその倒立結像Q’を結像させ、更に倒立結像Q’に対し第２液晶レンズによりそれを更に倒立させた正立結像Q”を結像距離Ｌ２において生じさせる。この場合、上記の原理により、Ｌ１を変えればこれに応じて倒立結像Q’の等倍像位置が変わり、更にこれにより正立等倍結像Q”の結像距離Ｌ２が変わることになる。また、この場合の画像Qに対する正立結像Q”の寸法比すなわち最終的な結像倍率Ｍは略Ｍ＝Ｌ２／Ｌ１となることが測定の結果認められている。そこで、Ｌ１を適切に設定することにより、 Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ０ として、共役の関係とし、結像倍率Mを１とし、画像Qに対しその正立等倍の結像Q”を得ることができる。図５（ｃ）は図５（ａ），（ｂ）に示す寸法の複合液晶マイクロレンズ４０において、画像Qに対しその正立等倍の結像Q”を生ずる状態を示す。この場合、作動距離Ｌ０は Ｌ０＝６．５ｍｍ となっている。このようにして、本実施形態における複合液晶マイクロレンズは、図１５に示したロッドレンズアレイ１０６と同様に広い範囲における読み込み画像をその正立等倍の像として連続して結像させることができる。
【００２２】
なお、作動距離Ｌ０は中間ガラス４１の厚みを選択することにより変えることが出来るので、ＴＣ長（共役長）を適切な長さに設定することにより、原稿５９面の照明を容易にするとともに、原稿面における読み込み範囲及び受光素子面における結像範囲を十分な幅に広げることができる。すなわち、作動距離Ｌ０が短すぎると、密着イメージセンサーにおいて、原稿と複合液晶マイクロレンズが近接し過ぎて、原稿の照明が困難となり、また仮に照明ができたとしても、焦点深度が浅くなりすぎて、結像にぼけを生ずる。よって、本実施形態のように適切な作動距離が必要となる。なお、作動距離Ｌ０が変わればＴＣ長（共役長）（画像面から結像面まで距離）も変わるので上記のように、中間ガラス４１の厚みによってＴＣ長も変えることができるが、個々の液晶レンズ（２０）、（３０）の焦点距離によっても変えることができる。焦点距離を小さくすればＴＣ長も小さくなる傾向である。
【００２３】
上記した本実施形態に代表される本発明に係る複合液晶マイクロレンズは、ロッドレンズアレイに比較して、▲１▼低コストで小型なレンズアレイを構成することができる。これは、ロッドレンズアレイはすでに説明した理由により高価なものとなるが、複合液晶マイクロレンズは通常の液晶セルと同様の工程により、１つの液晶セル内に多数の液晶レンズよりなるレンズアレイを同時作り込むことができるので製造コストが低減できる。又レンズ径については、ロッドレンズアレイの場合はイオン交換法により屈折率分布を与えなければならないので、あまり細いものはできないが、本複合液晶マイクロレンズの場合は、電極パターンの円形の穴２４ｂは数十μｍのものもエッチングにより容易に形成し、レンズ径を小とできる。また、ロッドレンズアレイの場合はレンズの長さは光の蛇行のピッチにより制約を受け、短くすることに制限を受けるが、本複合液晶マイクロレンズの場合は液晶の厚みは数十μｍにでき、中間ガラス４１の厚みも作動距離Ｌ０の許される範囲で自由に選択できるので、全体のレンズの長さをかなり自由に縮小することができる。
【００２４】
▲２▼ロッドレンズアレイの場合は製品のラインアップの中からしかＴＣ長（読み取り面から結像面までの距離）を選ぶことしかできず、ＴＣ長を短くして薄型の密着イメージセンサーを構成することができなかったが、本複合液晶マイクロレンズの場合はすでに説明したようにして、任意のＴＣ長のレンズを構成することができ、密着イメージセンサーの薄型化が可能となる。▲３▼本複合液晶マイクロレンズの場合はロッドレンズアレイに比較しレンズ径を小さくできるので、適切な作動距離を確保した場合において、焦点深度を深め、解像度を上げることが出来る。しかもこの場合、レンズの密度が上がるので、結像の明るさの低下を防ぐことができる。
【００２５】
以下図面に基づいて、本発明に関する第２実施形態として、本発明に係る複合液晶マイクロレンズを用いた密着イメージセンサーにつき説明する。図１０は本第２実施形態に係る密着イメージセンサーの断面図である。図１０において、密着イメージセンサー５０は従来のロッドレンズアレイの代わりに複合液晶マイクロレンズ４０を使用したものであり、光変換を行う画素が複数個配置されたセンサーＩＣ５１とその保護膜５２と、これが実装された基板５３とからなる受光素子アレイ５４と、原稿を照射する線状光源であるＬＥＤアレイ５５と、原稿５９の像をセンサーＩＣ５１に結像する複合液晶マイクロレンズ４０と原稿５９を搭載する透明板５７と、これらの部材を支持するフレーム５８とによって構成されている。
【００２６】
図１１は前記の複合液晶マイクロレンズ４０の結像動作を拡大して示す図である。同図においてガラス基板その他は便宜上、図示を省略してある。図１１に示すように液晶マイクロレンズ４０は円形穴形パターン電極２４の円形穴２４ｂを径とする複数の液晶のマイクロレンズから構成される。個々のマイクロレンズはロッドレンズと同様に原稿５９面においてそのレンズ径よりもかなり大きな径の読み込み領域を有し、隣り合うマイクロレンズ同士で、読み込み領域は重なり合う部分を有し、複数のマイクロレンズについて、読み込み領域は重なり合いながら連続している。個別のマイクロレンズはその読み込み領域にある画像に対し、その等倍正立の結像を受光素子アレイ５４の面上に結像させる。このとき、結像領域も重なり合いながら連続し、原稿５９の画像を広範囲にわたり、隙間のない正立等倍画像としてセンサーＩＣ５１の受光面に重ね合わせて結像することができる。以後は図１４に示した従来の密着イメージセンサー１１０と同様の原理により、原稿のイメージを電気信号に変換する。本実施形態においては、すでに説明したように複合マクロレンズ複合マイクロレンズを用いたことにより、ＴＣ長（読み取り面から結像面までの距離）を従来より短くでき、装置の薄型化ができる。
【００２７】
以下に本発明の第3実施形態に係る複合液晶マイクロレンズにつき図面を用いて説明する。図１２はその複合液晶マイクロレンズの構成を示す断面図である。図に示すように液晶複合レンズ６０は第1上ガラス基板２２、中間ガラス４１、及び第２下ガラス基板３３を備えているが、図１の複合液晶マイクロレンズ４０に示すような第１下ガラス基板２３および第２上ガラス基板３２に相当するものがなく、これらの役割を中間ガラス４１が代行する構成となっている。すなわち、中間ガラス４１の上面および下面に円形穴形パターン電極２４および配向膜２５が形成され、液晶物質２８が第１上ガラス基板２２と中間ガラス４１の間に封入されて第１液晶レンズ２０が形成され、第２下ガラス基板３３と中間ガラス４１の間に封入されて第２液晶レンズ３０が形成され、液晶複合レンズ６０が形成される。液晶複合レンズ６０の全体の厚さは例えば図５に示す複合液晶マイクロレンズ４０と同様であり、同様の光学的特性を有する。ここで、本形態の液晶複合レンズ６０は第1液晶レンズ２０と第２液晶レンズ３０が当初から一体として形成できるので、図５に示す液晶複合レンズ４０ように、中間ガラスと別個の液晶レンズを接合する工程が省略できるとともに、第１液晶レンズ２０と第２液晶レンズ３０の光軸の合わせ込みも中間ガラス４１の上下の面に円形パターン電極２４を形成の段階で、正確にできるという利点を有する。
【００２８】
以下に本発明の第４実施形態に係る複合液晶マイクロレンズにつき図面を用いて説明する。本第４実施形態は図３に示した第１実施形態の変形例である。図１３は本第４実施形態の複合液晶マイクロレンズの１部である単体の液晶レンズ７０を示す図であり、（ａ）は構成を示す断面図、（ｂ）電位分布を示す図である。図１３に示すように液晶レンズ７０において、上ガラス基板２２の内面には穴があいていない透明電極よりなる上面電極３４が設けられている。第１下ガラス基板２３の内面には、図３に示した第１実施例の場合と同様の円形穴形パターン電極２４が設けられている。前記上面電極３４、円形穴形パターン電極２４の表面には配向膜２５が形成され、矢印の方向に配向処理がなされている。かかる処理がなされた上下のガラス基板２２，２３により液晶２８が挟持されている。液晶レンズ７０の上下の電極間に電圧が印加されると、図１３（ｂ）の等電位線に示すような電位分布が発生し、円形穴形パターン電極２４の円形穴２４ｂの径方向に関し中心より離れるほど強い電界の分布を生じ、これに伴い図４に類似した屈折率ｎの分布を生じ、図３に示す第１液晶レンズ２０と類似の結像作用をなす液晶レンズが構成される。このような個別の液晶レンズ７０を組み合わせて複合液晶マイクロレンズを構成すれば、かかる複合液晶マイクロレンズは第１実施例の複合液晶マイクロレンズ４０と基本的には同様の原理で原稿の等倍正立像を結像させ、また、ＴＣ長等の小型化に関し、従来のロッドレンズアレイに対し優位性を有する。
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る密着イメージセンサー用複合液晶マイクロレンズによれば、従来、密着イメージセンサーに原稿のイメージを結像するためのレンズ手段として使用されていたロッドレンズアレイに比較し、▲１▼これよりも低コストで小型でかつ必要な結像作用を行うことができる。▲２▼任意のＴＣ長のレンズが製作可能になるので、密着イメージセンサーの薄型化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る密着イメージセンサー用の複合液晶マイクロレンズの構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す複合液晶マイクロレンズの断面図である。
【図３】図２に示す複合液晶マイクロレンズに使用する単体の液晶レンズにおける電位分布等を示す図である。
【図４】図３に示す単体の液晶レンズにおける屈折率等の分布状態を示す図である。
【図５】図１に示す複合液晶マイクロレンズの具体的な寸法を示す図である。
【図６】図５に示す複合液晶マイクロレンズに使用する個別の液晶レンズにおける印加電圧と焦点距離の関係を示す図である。
【図７】図５に示す複合液晶マイクロレンズに使用する単体の液晶レンズの結像作用を示す図である。
【図８】図７に示す単体の液晶レンズの作動距離と結像距離の関係を示す図である。
【図９】図７に示す単体の液晶レンズを２個組み合わせた場合の結像作用を示す図である。
【図１０】図２に示す複合液晶マイクロレンズを使用した密着イメージセンサーの構成を示す図である。
【図１１】図１０に示す密着イメージセンサーにおける複合液晶マイクロレンズの結像作用を示す図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る複合液晶マイクロレンズの構成を図である。
【図１３】本発明の第４実施形態に係る複合液晶マイクロレンズに使用する個別の液晶レンズの構成等を示す図である。
【図１４】従来の密着イメージセンサーの構成を示す図である。
【図１５】図１４に示す密着イメージセンサーにおけるロッドレンズの結像作用を示す図である。
【図１６】ロッドレンズの結像作用の原理を示す図である。
【図１７】ロッドレンズに屈折率分布を与えるための処理方法を示す図である。
【符号の説明】
２０ 第１液晶レンズ
２２ 第１上ガラス基板
２３ 第１下ガラス基板
２４ 円形穴形パターン電極
２４ｂ 円形穴
２５ 配向膜
２７ 封止材
２８ 液晶物質
３０ 第２液晶レンズ
３２ 第２上ガラス基板
３３ 第２下ガラス基板
４０、６０ 複合液晶マイクロレンズ
４１ 中間ガラス
５０ 密着イメージセンサー
５１ センサーＩＣ
５４ 受光素子アレイ
５５ ＬＥＤアレイ
５７ 透明板
５８ フレーム
５９ 原稿
７０ 液晶
Claims (4)
- 原稿を載置する透明板と、該透明板上の原稿面を照射する光源と、該光源による前記原稿面の反射光を結像する液晶マイクロレンズと前記結像された反射光を電気信号に変換する受光素子を備えた密着イメージセンサーの液晶マイクロレンズにおいて、前記液晶マイクロレンズは前記原稿の倒立像を結像する第１の液晶マイクロレンズと前記倒立像からの光を更に倒立させて原稿の正立像を結像する第２の液晶マイクロレンズを備えた複合液晶マイクロレンズであることを特徴とする密着イメージセンサー用複合液晶マイクロレンズ。
- 前記密着イメージセンサー用複合液晶マイクロレンズはそれぞれ別々の透明基板に液晶が挟持されてなる第１の液晶マイクロレンズと第２の液晶マイクロレンズと、これらの間に介在する中間透明基板とよりなることを特徴とする請求項１に記載の密着イメージセンサー用複合液晶マイクロレンズ。
- 前記密着イメージセンサー用複合液晶マイクロレンズは上透明基板、下透明基板およびこれらの透明基板の間に配される上下面の両面に円形パターン電極構造をもつ中間透明基板を有し、上透明基板と中間透明基板が液晶を挟持してなる第１の液晶マイクロレンズと下透明基板と中間透明基板が液晶を挟持してなる第２の液晶マイクロレンズを備えていることを特徴とする請求項１に記載の密着イメージセンサー用複合液晶マイクロレンズ。
- 前記複合液晶マイクロレンズは複数の液晶レンズを有する前記第１の液晶マイクロレンズと、前記液晶レンズと対を成す同数の液晶レンズを有する前記第２の液晶マイクロレンズから構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の密着イメージセンサー用複合液晶マイクロレンズ。
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