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技術 ロッドレンズアレイ

出願人 日本板硝子株式会社
発明者 小木秀也壹岐耕一郎
出願日 1999年11月26日 (20年4ヶ月経過) 出願番号 1999-335331
公開日 2001年6月8日 (18年9ヶ月経過) 公開番号 2001-154002
状態 特許登録済
技術分野 光学要素・レンズ
主要キーワード ガラスペーパ 位置ずれ許容量 反転ミラー 組込作業 配列乱れ 合成周期 光学評価 ガラスクロス基材エポキシ樹脂
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年6月8日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

長手方向の解像力変動が小さく、光軸方向に多少の位置ずれが生じても、ハーフトーンを扱う時でも、周期的な濃度むらが生じ難くする。

解決手段

2枚のGFR側板12の間に多数のロッド状のレンズ素子14を整列し、間隙黒色シリコーン樹脂16を充填して一体化する。側板のレンズ素子に対向する最表面のガラスファイバ基材は、次のいずれかを満たす。(1) レンズ素子配列方向ファイバ束配列ピッチがレンズ素子径±5%以内にあるガラスクロス、(2)表面凹凸周期性緩和されて平滑度の高い綾織り又は朱子織りのガラスクロス、(3) ガラスファイバ配列に方向性のないガラスペーパ。あるいは側板として、それらのレンズ素子に対向する表面を研削又は研磨して平滑化する構成、側板のレンズ素子に対向する最表面のガラスクロスのファイバ束に対してレンズ素子を斜めに配列する構成もある。

概要

背景

ロッドレンズアレイは、間隔をおいて平行に配置した2枚の側板の間に、半径方向に屈折率分布をもつロッド状のレンズ素子を多数平行に整列配置し、間隙黒色シリコーン樹脂含浸充填して結合一体化した短冊状の構造をなす光集束性のレンズ部品である。このロッドレンズアレイは、隣り合ったレンズ素子の作る像の重ね合わせとして全体で1個の連続した正立等倍実像を結ぶように設計される。光路長が短く反転ミラーが不要であるため装置を小型化できる特徴があり、そのためファクシミリプリンタなどの走査用光学系に多用されている。

ここで前記側板としては、
樹脂含浸後熱処理時にレンズ素子配列が乱れないように、熱膨張係数レンズ素材のそれに近いものにする必要があること、
レンズ素子と同時に研削加工しなければならないため、研削性をレンズ素材に近いものにする必要があること、
レンズ素材がガラスであることから、板ガラスを用いることが考えられるが、板ガラスは割れ易く、取り扱い難いこと、
等の理由で、ガラスファイバ強化プラスチックス(以下、「GFRP」と略記する)が用いられ、なかでもガラスクロス基材エポキシ樹脂積層板が用いられている。

概要

長手方向の解像力変動が小さく、光軸方向に多少の位置ずれが生じても、ハーフトーンを扱う時でも、周期的な濃度むらが生じ難くする。

2枚のGFRP側板12の間に多数のロッド状のレンズ素子14を整列し、間隙に黒色シリコーン樹脂16を充填して一体化する。側板のレンズ素子に対向する最表面のガラスファイバ基材は、次のいずれかを満たす。(1) レンズ素子配列方向ファイバ束配列ピッチがレンズ素子径±5%以内にあるガラスクロス、(2)表面凹凸周期性緩和されて平滑度の高い綾織り又は朱子織りのガラスクロス、(3) ガラスファイバ配列に方向性のないガラスペーパ。あるいは側板として、それらのレンズ素子に対向する表面を研削又は研磨して平滑化する構成、側板のレンズ素子に対向する最表面のガラスクロスのファイバ束に対してレンズ素子を斜めに配列する構成もある。

目的

本発明の目的は、長手方向の解像力変動が小さく、光軸方向に多少の位置ずれが生じても、ハーフ・トーンを扱う時でも、周期的な濃度むらが生じ難いロッドレンズアレイを提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

2枚の側板の間に多数のロッド状のレンズ素子整列配置され、間隙樹脂充填されて一体化されたロッドレンズアレイにおいて、前記の2枚の側板はガラスファイバ強化プラスチックスからなり、それらのレンズ素子に対向する最表面のガラスファイバ基材として、レンズ素子配列方向ファイバ束配列ピッチがレンズ素子径±5%以内にあるガラスクロスを用いたことを特徴とするロッドレンズアレイ。

請求項2

2枚の側板の間に多数のロッド状のレンズ素子が整列配置され、間隙に樹脂が充填されて一体化されたロッドレンズアレイにおいて、前記の2枚の側板はガラスファイバ強化プラスチックスからなり、それらのレンズ素子に対向する最表面のガラスファイバ基材として、表面凹凸周期性緩和される綾織り又は朱子織りのガラスクロスを用いたことを特徴とするロッドレンズアレイ。

請求項3

2枚の側板の間に多数のロッド状のレンズ素子が整列配置され、間隙に樹脂が充填されて一体化されたロッドレンズアレイにおいて、前記の2枚の側板はガラスファイバ強化プラスチックスからなり、それらのレンズ素子に対向する最表面のガラスファイバ基材として、ガラスファイバ配列に方向性のないガラスペーパを用いたことを特徴とするロッドレンズアレイ。

請求項4

2枚の側板の間に多数のロッド状のレンズ素子が整列配置され、間隙に樹脂が充填されて一体化されたロッドレンズアレイにおいて、前記の2枚の側板として、それらのレンズ素子に対向する表面が研削又は研磨されて平滑化されているガラスファイバ強化プラスチックスを用いたことを特徴とするロッドレンズアレイ。

請求項5

2枚の側板の間に多数のロッド状のレンズ素子が整列配置され、間隙に樹脂が充填されて一体化されたロッドレンズアレイにおいて、前記の2枚の側板はガラスファイバ強化プラスチックスからなり、それらのレンズ素子に対向する最表面のガラスクロスのファイバ束に対して、レンズ素子が非平行に配列されていることを特徴とするロッドレンズアレイ。

請求項6

レンズ素子として、その直径が0.1〜1.5mmのものを使用する請求項1乃至5のいずれかに記載のロッドレンズアレイ。

技術分野

0001

本発明は、2枚の側板の間に多数のロッド状のレンズ素子整列配置し、間隙樹脂充填して一体化したロッドレンズアレイに関するものである。更に詳しく述べると本発明は、側板のレンズ素子対向面の性状を工夫することにより解像力変動の低減を図ったロッドレンズアレイに関するものである。

背景技術

0002

ロッドレンズアレイは、間隔をおいて平行に配置した2枚の側板の間に、半径方向に屈折率分布をもつロッド状のレンズ素子を多数平行に整列配置し、間隙に黒色シリコーン樹脂含浸充填して結合一体化した短冊状の構造をなす光集束性のレンズ部品である。このロッドレンズアレイは、隣り合ったレンズ素子の作る像の重ね合わせとして全体で1個の連続した正立等倍実像を結ぶように設計される。光路長が短く反転ミラーが不要であるため装置を小型化できる特徴があり、そのためファクシミリプリンタなどの走査用光学系に多用されている。

0003

ここで前記側板としては、
樹脂含浸後熱処理時にレンズ素子配列が乱れないように、熱膨張係数レンズ素材のそれに近いものにする必要があること、
レンズ素子と同時に研削加工しなければならないため、研削性をレンズ素材に近いものにする必要があること、
レンズ素材がガラスであることから、板ガラスを用いることが考えられるが、板ガラスは割れ易く、取り扱い難いこと、
等の理由で、ガラスファイバ強化プラスチックス(以下、「GFRP」と略記する)が用いられ、なかでもガラスクロス基材エポキシ樹脂積層板が用いられている。

発明が解決しようとする課題

0004

電子機器の小型化、高性能化、高機能化が進む中で、走査用光学系に用いられているロッドレンズアレイも小型化が求められ、使用するレンズ素子もますます細径化しつつあり、またロッドレンズアレイに対する要求性能も高まっている。

0005

そのような小型化、高性能化、高機能化が進展する中で、最近、ロッドレンズアレイの長手方向に解像力の周期的な変動が現れ、それに対応して、読み取り系書き込み系で使用されてハーフトーンを扱う時に、周期的な濃度むらを生じる現象が発生した。この傾向は、光軸方向に位置ずれ(片側デフォーカス)が生じると極めて顕著になる。

0006

光軸方向の位置ずれは、主としてロッドレンズアレイの機器への組み込み誤差基因するもので、この位置ずれ許容量が小さく厳しければ、それだけロッドレンズアレイの機器に対する組込作業性が低下することになり、性能のばらつきも大きくなる。

0007

本発明の目的は、長手方向の解像力変動が小さく、光軸方向に多少の位置ずれが生じても、ハーフ・トーンを扱う時でも、周期的な濃度むらが生じ難いロッドレンズアレイを提供することである。

課題を解決するための手段

0008

このような周期的な濃度むらが生じる原因について種々検討を重ねた結果、レンズ素子径と側板(GFRP)表面の凹凸周期ガラスクロスファイバ束配列ピッチ)とのビートで(最小公倍数毎に)、レンズ素子の周期的な配列乱れ(平行からのずれ)が生じているためであることが判明した。2種類のGFRP表面の凹凸触針式表面粗さ計で測定した結果の例を図4の(a)と(b)に示す。確かにGFRP表面にはファイバ束配列に対応した周期的な微小な凹凸が存在していることが分かる。図では、直交方向にファイバ束のある部分が凸、無い部分が凹である。(a)での凹凸周期をPa で、(b)での凹凸周期をPb で表す。本発明は、かかる周期的な濃度むらが生じる原因の究明に基づきなされたものである。

0009

本発明は、ガラスファイバ強化プラスチックスからなる2枚の側板の間に多数のロッド状のレンズ素子が整列配置され、間隙に樹脂が充填されて一体化されたロッドレンズアレイである。本発明では、2枚の側板(GFRP)のレンズ素子に対向する最表面のガラスファイバ基材が、次のいずれかを満たすようにする。
(1) レンズ素子配列方向のファイバ束配列ピッチがレンズ素子径±5%以内にあるガラスクロス。
(2)表面凹凸周期性緩和される綾織り(2本飛び)又は朱子織り(3本飛び以上)のガラスクロス。
(3) ガラスファイバ配列に方向性のないガラスペーパ

0010

また本発明としては、前記2枚の側板として、それらのレンズ素子に対向する表面を研削又は研磨して平滑化する構成がある。更に本発明としては、前記2枚の側板のレンズ素子に対向する最表面のガラスクロスのファイバ束に対して、レンズ素子を非平行に(斜めに)配列する構成もある。これら本発明において、レンズ素子としては、その直径が0.1〜1.5mm程度のものが好適である。

発明を実施するための最良の形態

0011

図1は、本発明に係るロッドレンズアレイの一実施例を示す説明図である。典型的には、従来同様、スペーサ10を介して間隔をおいて平行に配置した2枚の側板12の間に、ロッド状のレンズ素子14を多数平行に整列配置し、それらの間隙に黒色シリコーン樹脂16を含浸させ充填して結合一体化した短冊状の構造である。その他、エポキシ樹脂シート等を熱圧着して結合一体化したタイプもある。

0012

ここで各レンズ素子14は、ガラスロッドイオン交換拡散により半径方向に放物線状の屈折率分布が形成されたものであり、その直径は0.1〜1.5mm程度である。2枚の側板12はガラスファイバ強化プラスチックス(GFRP)、より具体的にはガラスクロス基材エポキシ樹脂積層板からなる。本発明では、側板12のレンズ素子14に対向する最表面のガラスファイバ基材12aとして、レンズ素子配列方向のファイバ束配列ピッチがレンズ素子径±5%以内にあるガラスクロスを用いる。例えばレンズ径0.91mmのレンズ素子の場合には、レンズ素子配列方向のファイバ束配列ピッチが0.865〜0.955mmのガラスクロスを用いるということになる。ガラスクロスは、図2の(a)に示すような平織りたて糸とよこ糸とを1本おきに交叉させる普通の織り方)のものでよい。

0013

この場合も、レンズ素子径と側板(GFRP)表面の凹凸周期(ガラスクロスのファイバ束配列ピッチ)とのビートで(最小公倍数毎に)、レンズ素子の周期的な配列乱れは生じるが、レンズ素子径と凹凸周期がほぼ等しいために、合成周期が長くなり、実質的に濃度むらが目立たなくなる。

0014

本発明の他の実施の形態としては、レンズ素子に対向する最表面のガラスファイバ基材として、綾織り又は朱子織りのガラスクロスを用いる構成がある。綾織りは2本飛びの織り方であり、朱子織りは3本飛び以上の織り方である。朱子織りの一例を図2の(b)に示す。これらの織り方のガラスクロスは、表面凹凸の周期性が緩和されて平滑度が上がるため、その結果としてレンズ素子配列に周期的な変動が起こり難くなる。

0015

本発明の更に他の実施の形態としては、レンズ素子に対向する最表面のガラスファイバ基材として、ガラスペーパを用いる構成がある。ガラスペーパは、ガラス短繊維を水中で薄く平らに絡み合わせたものである。これに樹脂を含浸させた後、プレス積層してGFRPとする点は前記ガラスクロスの場合と同様である。このような構造上、本質的に周期構造はない。従って、レンズ素子配列に周期的な変動は起こらない。

0016

本発明の他の実施の形態としては、それらのレンズ素子に対向する表面を研削又は研磨する構成がある。研削又は研磨により、表面の微細な凹凸は平滑化されるから、レンズ素子配列に周期的な変動は起こらなくなる。

0017

本発明の他の実施の形態としては、それらのレンズ素子に対向する最表面のガラスクロスのファイバ束に対して、レンズ素子を非平行に配列する構成がある。例えば、ガラスクロスのファイバ束に対して10度以上傾斜させて切り出したGFRPを側板として用いる。このようにガラスクロスのファイバ束に対してレンズ素子が傾いて配列されていると、ファイバ束配列周期の影響を低減することができ、結果として濃度むらを低減できる。

0018

側板に種々のGFRP積層板を用いて組み立てたたロッドレンズアレイに対して、図3に示すような光学評価系によって長手方向のMTF変化を調べた。ここでMTFはModulation Transfer Functionの略であり、解像力の評価尺度の一つである。光学評価系について簡単に述べると、ハロゲンランプ20からの光が、フィルタ22、拡散板24、矩形波テストチャート26を通過することで矩形波格子パターンを形成し、ロッドレンズアレイ28で結像してCCDイメージセンサ30で受光電気信号に変換する構成である。ロッドレンズアレイ28を白抜き矢印方向に移動することにより、その全長にわたって検査する。その出力波形データ処理装置32に送り極大値imax と極小値imin を求め、次式によりMTFを算出する。
MTF(%)=〔(imax −imin )/(imax +imin )〕×100

0019

図5は、比較例のMTF変動を示す説明図である。この比較例のロッドレンズアレイは、レンズ径0.91mmのレンズ素子を配列し、GFRP側板のレンズ素子に対向する最表面のガラスファイバ基材としてファイバ束配列ピッチ0.77mmのガラスクロスを用いたものである。CCDイメージセンサが正規の位置(ベストフォーカス位置;ΔL=0)及びΔL=±50μmの位置での全幅MTFプロファイル左列の図)及びその周波数解析結果右列の図)を示している。この例では、特に±50μmデフォーカスした時に、5mm強に強い周期性が現れていることが分かる。

0020

図6図8は、本発明の実施例のMTF変動を示す説明図であり、ロッドレンズアレイは、いずれも同じレンズ径0.91mmのレンズ素子を配列している。

0021

実施例Aは、GFRP側板のレンズ素子に対向する最表面のガラスファイバ基材としてファイバ束配列ピッチ0.88mmのガラスクロス(平織り)を用いたものである。そのMTF変動(ΔL=0及びΔL=±50μmの位置での全幅MTFプロファイル及びその周波数解析結果)を図6に示す。

0022

この実施例Aの構成では、想定される合成周期(レンズ径+ガラスクロス表面凹凸周期)が20mm以上と長くなるため、レンズ素子配列乱れの変化率/解像力変動の変化率が小さくなり、実使用時の濃度むらが目立たなくなる。また、周期が長いこと自体、目に付き難い効果がある。

0023

実施例Bは、GFRP側板のレンズ素子に対向する最表面のガラスファイバ基材として朱子織りのガラスクロスを用いたものである。そのMTF変動(ΔL=0及びΔL=±50μmの位置での全幅MTFプロファイル及びその周波数解析結果)を図7に示す。

0024

実施例Cは、GFRP側板のレンズ素子に対向する最表面のガラスファイバ基材としてガラスペーパを用いたものである。そのMTF変動(ΔL=0及びΔL=±50μmの位置での全幅MTFプロファイル及びその周波数解析結果)を図8に示す。

0025

これら実施例B〜Cのいずれの構成でも、比較例の図5に見られる±50μmデフォーカス時の5〜6mmの強い周期性が生じていない。これは、GFRP側板の表面凹凸の周期性の影響が低減されるため、レンズ素子配列に周期的な変動が起こらないことによるものと考えられる。

発明の効果

0026

本発明は上記のように、GFRP側板のレンズ素子対向面の性状を工夫し、レンズ素子に対向する最表面のガラスファイバ基材として、レンズ素子配列方向のファイバ束配列ピッチがレンズ素子径±5%以内にあるガラスクロス、表面凹凸の周期性が緩和される綾織り又は朱子織りのガラスクロス、ガラスファイバ配列に方向性のないガラスペーパを用いたり、表面が研削又は研磨されて平滑化されているGFRPを用いたり、あるいはレンズ素子に対向する最表面のガラスクロスのファイバ束に対してレンズ素子を非平行に配列するように構成することにより、ロッドレンズアレイの長手方向の解像力変動を小さく、光軸方向に多少の位置ずれが生じても、ハーフ・トーンを扱う時でも周期的な濃度むらを生じ難くすることができる。

図面の簡単な説明

0027

図1本発明に係るロッドレンズアレイの一例を示す説明図。
図2ガラスクロスの平織りと朱子織りの説明図。
図3MTF測定系の説明図。
図4GFRP表面の凹凸周期の説明図。
図5比較例のMTF変動を示す説明図。
図6実施例AのMTF変動を示す説明図。
図7実施例BのMTF変動を示す説明図。
図8実施例CのMTF変動を示す説明図。

--

0028

10スペーサ
12側板
12aガラスファイバ基材
14レンズ素子
16黒色シリコーン樹脂

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