JPH0772308A

JPH0772308A - 画像装置

Info

Publication number: JPH0772308A
Application number: JP20844993A
Authority: JP
Inventors: Shunji Murano; 俊次村野; Akira Taguchi; 明田口
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1993-06-25
Filing date: 1993-07-29
Publication date: 1995-03-17
Anticipated expiration: 2014-09-27
Also published as: JP2953684B2

Abstract

(57)【要約】【目的】単眼レンズを高精度に搭載し、温湿度の影響
の小さな単眼レンズアレイを得る。【構成】単眼レンズ５０を２列に密着させて俵積み
し、レンズ相互間の整列作用で搭載精度を高める。レン
ズ５０は不要なレンズ５４をインクジェットプリンタな
どで塗料を塗布して遮光し、必要なレンズのみを分離し
て用い、単眼レンズのアレイ１０とする。レンズ５０の
側周部を粗面化しレンズ内での光の反射を防止し、その
外周にＬＥＤ光を吸収する顔料を含んだ透過防止層５２
を設けて隣接レンズへの光の移動を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】この発明はＬＥＤヘッドや，ＥＬヘ
ッド，イメージセンサ等の画像装置に関し、特に用いる
単眼レンズアレイに関する。この発明はまた、発光アレ
イからの光を結像面に縮小して結像させ、あるいは原稿
面からの光を受光アレイに拡大して投影し、画像装置の
解像度を向上させることに関する。

【０００２】

【従来技術】単眼レンズのアレイを画像装置に用いるこ
と自体は、古くから公知である。しかしながら、単眼レ
ンズの搭載精度が低いとレンズとレンズの間での画像の
接続に失敗し、白筋や黒筋が生じる。例えば第１のレン
ズと第２のレンズで結像した画像が重なれば画像がだぶ
り黒筋が生じ、逆に結像した画像に隙間があけば白筋が
生じる。

【０００３】次に単眼レンズは温湿度の影響が大きく、
温度変化による表面の曲面形状の変化や、湿度変化によ
る表面の膨潤や収縮により、結像位置が変化する。結像
位置の変化は白筋や黒筋をもたらし、画像品位を著しく
低下させる。温湿度の影響が大きいのは、単眼レンズに
曲面レンズを用いるからである。

【０００４】単眼レンズを用いる目的は、拡大像や縮小
像を用いて解像度を変化させるためであることが多い。
画像装置は解像度が３００ＤＰＩ（ドット／インチ）〜
４００ＤＰＩのものが多く、解像度を６００ＤＰＩにす
ると、受発光体の配列ピッチは３００ＤＰＩでの８４.
７μｍから４２.４μｍとなる。６００ＤＰＩの解像度
に対応して各受発光体の幅を３０μｍとすると、受発光
体間のギャップは１０μｍ程度となる。また各受発光体
に接続した電極やボンディングパッド等についても、互
いの間隔は最小幅で１０μｍ程度となり、電極の線幅も
１０μｍ程度となる。これらのことは、受発光体や電
極、ボンディングパッド等を１０μｍルールで製造しな
ければならないことを意味する。さて受発光体の配列ピ
ッチを６００ＤＰＩとすると、微細化の結果、パターン
のエッチング不良等による受発光体の不良が増加し、出
力ばらつきも増加する。また電極線幅を縮め、電極と電
極との間隔等を縮めると、短絡や断線、あるいは配線抵
抗等が増加する。このため受発光アレイの収率が低下す
ると共に、出力のばらつきも増加する。

【０００５】受発光アレイの解像度を例えば３００ＤＰ
Ｉから６００ＤＰＩに２倍にすると、これに対応して受
発光アレイを搭載した基板側も、配線密度が約２倍にな
る。このため基板配線が困難になり、かつそのコストが
増加する。さらに受発光アレイの解像度を高めると、ボ
ンディングパッドのボンディング面積も約１／２とな
り、ボンディング不良や、ボンディングしたワイヤ線相
互の短絡等が増加する。画像装置では、すべての受発光
体が正常に動作しなければならない。このため解像度を
高めると、微細化による不良率の増加と受発光体の総数
の増加とが重なり、総合収率が極端に低下する。例えば
Ａ４サイズで６００ＤＰＩの画像装置では、受発光体の
総数は約５０００個に及び、これをすべて良品として生
産し、不良なしにボンディングすることは難しい。また
基板の配線密度が２倍になると、配線抵抗や配線間の短
絡、あるいは断線等の事故も飛躍的に増加する。

【０００６】画像装置の基本的問題点は、解像度の増加
に伴って微細化と高精度化とが要求され、しかも解像度
を増すと画像素子の数が増して、総合収率が解像度の２
乗で低下することにある。そこで高解像度の画像装置を
実現するには、微細化と素子数の増加に伴う問題をいか
にして解決するかが重要となる。

【０００７】ここで関連する先行技術を示すと、特開昭
５６−２８８６９号公報は、ＬＥＤアレイを２列に配列
し、ハーフミラーで光ビームの向きを揃えた後に、セル
フフォーカシングレンズアレイ等の複眼レンズアレイで
結像させることを提案している。しかしながら複眼レン
ズアレイは、１つの光源からの光の結像に複数のレンズ
が関係し、正立等倍実像しか得られない。このためＬＥ
Ｄアレイからの光を縮小して投影することができない、
これは正立等倍実像だからである。そして画像の縮小が
できないため、ＬＥＤアレイとＬＥＤアレイとの境目に
対する処理しかできない。

【０００８】次に発明者は、２組の受発光アレイの列と
単眼レンズアレイとを用い、これらのアレイからの光を
ハーフミラーで合成し、結像面に直線状に結像させるこ
とを提案した（特願平５−９２,１８７号）。例えばこ
の画像装置では、解像度３００ＤＰＩの発光アレイを２
列用い、単眼レンズアレイで１／２に縮小して結像させ
る。この結果、３００ＤＰＩの受発光アレイで６００Ｄ
ＰＩの画像処理ができる。しかしこの画像装置において
も、単眼レンズの特性が周囲の温湿度で変化し２組の画
像の合成が難しくなるという問題がある。

【０００９】

【発明の課題】請求項１の発明の課題は、 1) 単眼レンズを精密に搭載して、レンズ搭載位置のば
らつきによる白筋や黒筋の発生どがなく結像性能が高い
画像装置を得、 2) 温湿度変動による画像品位の低下、特に白筋や黒筋
の発生がない画像装置を提供することにある。請求項２の発明の課題は、1),2)に加えて、 3) 受発光体の配列ピッチを小さくせずに解像度を向上
させ、高解像度の画像装置の実現を容易にすることにあ
る。

【００１０】

【発明の構成】この発明は、単眼レンズアレイと受発光
アレイとを用いた画像装置において、単眼レンズアレイ
は、分布屈折率型の棒状レンズを２列にかつ相互に密着
させて配列し、かつ所定のレンズ以外のレンズを遮光し
たものとしたことを特徴とする。この発明はまた、この
ような単眼レンズアレイを用いた画像装置において、受
発光アレイを２以上の列に立体的に配置するとともに、
受発光アレイの列毎に単眼レンズアレイを設け、さらに
２以上の列の受発光アレイの光を合成もしくは分割する
ためのハーフミラーを設けたことを特徴とする。画像装
置には、実施例で示したＬＥＤヘッドの他に、ＥＬヘッ
ドや密着型イメージセンサ等の単眼レンズのアレイと受
発光アレイを用いたものを用いる。

【００１１】

【発明の作用】この発明では、分布屈折率型の棒状レン
ズを２列に密着させて俵積みし、不要なレンズを遮光し
て、単眼レンズのアレイとする。レンズを２列に密着さ
せて俵積みすると、レンズ相互間の力でレンズは自然と
正しい位置に整列する。次に不要なレンズを遮光する
と、レンズを精密に搭載した単眼レンズのアレイが得ら
れる。棒状レンズは内部の屈折率分布を用い、曲面レン
ズではないため、温度変化の影響が小さい。また湿度に
よる膨潤もレンズ表面のみの現象であり内部の屈折率分
布に影響しない。この結果、レンズの搭載位置が正確
で、温湿度の影響の小さな単眼レンズのアレイが得られ
る（請求項１）。

【００１２】この発明ではまた、受発光アレイを複数列
立体的に設け、単眼レンズで縮小像を感光体ドラム等に
結像させ、あるいは拡大像を受光アレイに結像させる。
例えばアレイが２列なら１／２に縮小拡大し、３列の場
合は１／３に縮小拡大する。例えばｎ列の発光体アレイ
からの光を１／ｎに縮小し、ハーフミラーでｎ列の光を
合成して１列に結像させる。同様に原稿面からの光をハ
ーフミラーでｎ個のビームに分割し、単眼レンズでｎ倍
に拡大して、受光アレイに結像させる。この結果、画像
装置の解像度をｎ倍に高めることが可能になる。

【００１３】

【実施例】図１に単眼レンズアレイ１０の構造を示す。
単眼レンズアレイ１０は、棒状の分布屈折率型単眼レン
ズ５０を２列に俵積みで密着して並べ、不要なレンズを
遮光して遮光レンズ５４としたものである。遮光しない
単眼レンズ５０は側面を粗面化しレンズ５０内での反射
を防止するとともに、レンズ５０の側面に透過防止層５
２を設けて、隣接レンズ間の光の移動を遮断することが
好ましい。５６はＬＥＤ光を吸収する顔料を混合した樹
脂で、レンズ５０の接着に用い、５８は側板で例えばプ
ラスチックにＬＥＤ光を吸収する顔料を混合したものと
し、レンズ５０の搭載側の主面を平坦にして平坦面５９
を設ける。

【００１４】単眼レンズ５０は２列に搭載し、その１列
（図１での下列）を完全に遮光して全て遮光レンズ５４
とし、他の１列では遮光しないレンズ間に１個〜３個程
度の遮光レンズ５４を配置する。この結果遮光しないレ
ンズを間隔を置いて１列に配置したのと同じことにな
り、単眼レンズ５０のアレイとなる。単眼レンズ５０の
搭載精度について検討すると、第１列のレンズは平坦面
５９上に配列され、各レンズ５０を相互に密着させるこ
とにより、等ピッチで平行にかつ同じ面上にレンズ５０
を配列することができる。第２列のレンズは第１列のレ
ンズで作る凹凸上に配列されて第１列の凹の上に乗り、
各レンズが相互に密着するように圧力を加えて樹脂５６
で固定すると、各レンズが相互に密着して精度を保ち、
高精度に配列される。この作用をセルフアラインメント
作用と呼ぶ。

【００１５】不要なレンズの遮光には、例えばインクジ
ェットプリンタなどを用い、不要レンズのみにＬＥＤ光
を吸収する塗料を塗布する。またレンズ５０，５０間の
遮光には、レンズ側面の粗面化，透過防止層５２の他に
樹脂５６を用い、樹脂中の顔料でＬＥＤ光を吸収させ
る。

【００１６】図２に、棒状分布屈折率型の単眼レンズ５
０の原理を示す。光は一般に屈折率の高い部分を選んで
進もうとする傾向があり、レンズ５０内での屈折率分布
を例えば式(1)のように定めると、（図２の左側に式(1)
に沿った屈折率分布を示す）、光路はレンズ５０の中心
へと曲げられて図の実線のようになる。ｎ＝ｎ0（１−ａｒ²） (1) （ｎ：レンズの屈折率分布, ｎ0：レン
ズ中心軸での屈折率,ｒ：レンズ中心からの半径方向
距離ａ：正の定数）式(1)はセルフフォーカシングレンズに対する屈折率分
布の式で、レンズ５０の長さを選べば、倒立縮小像や倒
立拡大像，正立縮小像や正立拡大像などの像を得ること
ができ、実施例では２倍倒立拡大像や１／２倒立縮小像
（実施例２）を結像させる。なお倒立像でなく正立像で
も良い。このようにして棒状のレンズで、縮小／拡大の
できる単眼レンズ５０を得る。単眼レンズ５０の材質に
は、ガラスやプラスチックなどを用いる。

【００１７】棒状の分布屈折率型単眼レンズ５０の特徴
は、1) 曲面レンズでないので製造が簡単で、2) 温湿
度の変化による結像位置の狂いが小さいことである。温
湿度の影響の点を説明すると、レンズ５０は曲面レンズ
ではなく内部の屈折率分布を利用するため、温度変化に
よりレンズ５０が膨張／収縮しても屈折率分布自体は殆
ど変わらず、結像位置は影響をほとんど受けない。同様
に周囲の湿度が変化しても、棒状レンズ５０の内部まで
水蒸気が進入することは殆どなく、湿度の影響も小さ
い。このため温湿度変動による、画像品位の低下を防止
できる。

【００１８】図３により、個々の単眼レンズ５０の構造
を説明する。レンズ５０の直径は例えば１〜５ｍｍ程
度、より一般的には０.５〜１０ｍｍ程度とし、側周表
面を１〜１０μｍ程度の凹凸に研磨して乱反射層６０を
設け、正常な開口角以外の角度で入射した光を乱反射さ
せて、レンズ５０内で出射側へ進行するのを防止する。
また乱反射層６０上を、ＬＥＤ光を吸収する顔料を添加
した透過防止層５２で被覆し、周囲のレンズと相互に光
学的に分離する。

【００１９】図４に、単眼レンズアレイ１０を用いたＬ
ＥＤヘッドの原理を示す。ＬＥＤアレイ６を間隔を置い
て並べ、単眼レンズ５０をＬＥＤアレイ６毎に配置し、
ＬＥＤ光を２倍に拡大して感光体ドラム０２等の結像面
に結像させる。

【００２０】

【実施例２】図５〜図８に、単眼レンズアレイ１０を用
いて、１／２縮小像を結像させるようにした実施例を示
す。実施例は解像度３００ＤＰＩのＬＥＤアレイを用い
て解像度６００ＤＰＩのＬＥＤヘッドを作るもので、Ｌ
ＥＤアレイの代わりにＥＬアレイやＣＣＤアレイなどを
用いても良い。図５において、０２は感光体ドラムで、
２,４は基板、６,８はＬＥＤアレイで各３００ＤＰＩの
解像度とし、各発光体を８４.７μｍピッチで配列す
る。基板２,４には、解像度３００ＤＰＩに応じた密度
の基板配線を施す。１０は前記の単眼レンズアレイで、
１２は同様の単眼レンズアレイである。１４はハーフミ
ラーで、レンズアレイ１０からの光の透過光を感光体ド
ラム０２に結像させ、レンズアレイ１２からの光の反射
光を結像させる。このため基板２,４は９０度相互に傾
けて配置し、中間に４５度の傾きでハーフミラー１４を
配置し、感光体ドラム０２上で２列のＬＥＤアレイの光
を１直線上に結像させる。

【００２１】図６に、ＬＥＤヘッドの細部を示す。１６
は補正レンズアレイでシリンドリカルレンズのアレイや
トーリックレンズのアレイを用い、ここではシリンドリ
カルレンズのアレイとし、図６の平面では表面が均一で
図６と直角な方向に沿って曲率のあるレンズのアレイで
ある。補正レンズアレイ１６の役割は光路を平行光線に
近づけて結像させることで、画像装置と感光体ドラム０
２の間隔変動への許容幅を広げることである。補正レン
ズアレイ１６は設けなくても良い。

【００２２】２０はプラスチックなどのハウジングで、
基板２,４,単眼レンズアレイ１０,１２,ハーフミラー１
４,補正レンズアレイ１６を組み付けて接着剤などで固
定する。実施例での光学要素は、ＬＥＤアレイ６,８,単
眼レンズアレイ１０,１２,ハーフミラー１４,補正レン
ズアレイ１６で、これらを正確に位置決めする。ＬＥＤ
アレイ６の列は基板２に固定して位置決めし、ＬＥＤア
レイ８の列は基板４に固定して位置決めする。基板２は
上面（ＬＥＤアレイ６側の主面）をハウジング２０の基
準面２２,２３で位置決めし、基板２の両側面をハウジ
ング２０の基準面２４,２５で位置決めする。同様に基
板４の上面を基準面２６,２７で位置決めし、両側面を
基準面２８,２９で位置決めする。単眼レンズアレイ１
０は下面（ＬＥＤアレイ６側の面）をハウジング２０の
基準面３０,３１で位置決めし、両側面をハウジング２
０の基準面３２,３３で位置決めする。同様に単眼レン
ズアレイ１２の下面を基準面３４,３５で、両側面を基
準面３６,３７で位置決めする。

【００２３】ハーフミラー１４は長手方向の両側面をハ
ウジング２０に設けた溝３８,３９で保持し、溝３８,３
９で位置決めする。補正レンズアレイ１６は底面をハウ
ジング２０の基準面４０,４１で位置決めし、表面側か
らハウジング２０の押え込み片４２,４３で押え込み、
押え込み片４２,４３は補正レンズアレイ１６の表面の
凹凸に応じた形状として位置決めする。

【００２４】４４は、ハウジング２０が変形するのを防
止するための補強部である。ＬＥＤアレイ６と単眼レン
ズアレイ１０からなる第１の組と、ＬＥＤアレイ８と単
眼レンズアレイ１２からなる第２の組とを直角に９０度
傾けて配置したので、ハウジング２０はＬ字状となり、
Ｌ字の２片が変形する恐れがある。そこでこれを防止す
るために補強部４４を設けた。

【００２５】図７,図８に、実施例の結像原理を示す。
実施例では、ＬＥＤアレイ６,８を解像度３００ＤＰＩ
で２列に配列し、単眼レンズアレイ１０,１２で光画像
を１／２に縮小し、感光体ドラム０２に結像する。そし
て９０度向きの異なる光ビームの向きを揃えるために、
ハーフミラー１４を用いる。例えば図７の左下のＬＥＤ
アレイ６からの光を単眼レンズ５０で１／２に縮小し、
感光体ドラム０２の斜線部に結像させる。同様に左上の
ＬＥＤアレイ８の光を、単眼レンズ５０で１／２に縮小
し、結像させる。結像した画像からみると、ＬＥＤアレ
イ毎に交互に、基板２のＬＥＤアレイ６と基板４のＬＥ
Ｄアレイ８とが用いることになる。

【００２６】なお実施例では、ＬＥＤアレイ６,８の解
像度を３００ＤＰＩに固定したまま、解像度を向上させ
ることを示した。これ以外に、例えば解像度６００ＤＰ
ＩのＬＥＤアレイを２列用い、２つの単眼レンズアレイ
でそれぞれ１／２に縮小し、ハーフミラーで一直線上に
結像させて、合計で解像度１２００ＤＰＩの画像装置と
しても良い。

【００２７】

【発明の効果】請求項１の発明では、 1) 棒状レンズのセルフアラインメント機能と不要なレ
ンズへの遮光とを用いて、単眼レンズを精密に搭載した
アレイを実現し、白筋や黒筋の発生などがなく結像性能
の高い画像装置を得ることができ、 2) 棒状の分布屈折率型単眼レンズを用いることによ
り、温湿度変動による画像品位の低下、特に白筋や黒筋
の発生を防止することができる。請求項２の発明では、
1),2)に加えて、 3) 受発光体の配列ピッチを小さくせずに解像度を向上
させ、高解像度の画像装置の実現を容易にすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の単眼レンズアレイの要部断面図

【図２】実施例に用いた棒状レンズの屈折率分布と光
路とを示す特性図

【図３】実施例に用いた棒状レンズの切り欠き部つき
斜視図

【図４】実施例の画像装置での結像原理を示す図

【図５】第２の実施例の画像装置の原理を示す図

【図６】第２の実施例の画像装置の要部断面図

【図７】第２の実施例の画像装置での画像の合成を示
す図

【図８】第２の実施例の画像装置での結像原理を示す
図

【符号の説明】

０２感光体ドラム２，４基板６，８ＬＥＤアレイ１０，１２単眼レンズアレイ１４ハーフミラー１６補正レンズアレイ２０ハウジング２２〜２５基準面２６〜２９基準面３０〜３３基準面３４〜３７基準面３８，３９溝４０，４１基準面４２，４３押え込み片４４補強部５０棒状単眼レンズ５２透過防止層５４遮光レンズ５６黒色接着剤５８側板５９平坦面６０乱反射層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単眼レンズアレイと受発光アレイとを用
いた画像装置において、該単眼レンズアレイは、分布屈折率型の棒状レンズを２
列にかつ相互に密着させて配列し、かつ所定のレンズ以
外のレンズを遮光したものとしたことを特徴とする、画
像装置。
【請求項２】前記受発光アレイを２以上の列に立体的
に配置するとともに、受発光アレイの列毎に、前記単眼レンズアレイを設け、さらに２以上の列の受発光アレイの光を合成もしくは分
割するためのハーフミラーを設けたことを特徴とする、
請求項１の画像装置。