JPH08204899A

JPH08204899A - イメージ読み取り装置

Info

Publication number: JPH08204899A
Application number: JP17839495A
Authority: JP
Inventors: Kiyosumi Fujii; 清澄藤井
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1994-11-25
Filing date: 1995-07-14
Publication date: 1996-08-09

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ロッドレンズアレイを用いたイメージ読み取
り装置におけるロッドレンズアレイの位置調整の煩雑さ
の低減と、ロッドレンズアレイの光学特性的にはより解
像度を高くする、光量むらを小さくする。【構成】屈折率分布型ロッドレンズ１０をアレイ化し
た等倍結像レンズアレイと、前記レンズアレイの前焦点
位置にその原稿面４０が位置するように配置した透明基
板２０と、前記レンズアレイを介して前記基板と対向
し、前記レンズアレイの後焦点位置に設けた光電変換素
子３０とを、備えたイメージ読み取り装置において、前
記透明基板と前記レンズアレイの一方のレンズ面が当接
しており、かつ前記透明基板は前記レンズアレイの前焦
点位置が前記基板原稿面にくるような厚みを有してお
り、さらに前記ロッドレンズのレンズ径が０．１〜０．
４ｍｍであるイメージ読み取り装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファクシミリ，イメー
ジスキャナ、プリンターなどの光学機器において、原稿
面を光学的に走査して、原稿に記録された情報を電気信
号に変換して出力するイメージ読み取り装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ファクシミリ，イメージスキャナ
などの光学機器に用いられるイメージ読み取り装置に
は、屈折率分布型ロッドレンズアレイ（セルフォック
（登録商標）レンズアレイ（以下、ＳＬＡと記す））を
用いた密着型，ミラーおよびレンズを用いてＣＣＤセン
サー上に信号を伝送する縮小型，光学系を使用しない完
全密着型があり、その他にも光ファイバアレイを光学系
として用いたものも開発されている。各種のイメージ読
み取り装置に関しては、以下に示す文献に詳細に記載さ
れている。

【０００３】仲森、「ファクシミリに浸透する密着イ
メージ・センサ，使いやすさを武器に縮小型を駆逐する
か」，『日経エレクトロニクス』，１９８９年４月３日
号，Ｎｏ．４７０，ｐｐ．１５９−１６７仲森、「完全密着型のＣｄＳ−ＣｓＳｅイメージ・セ
ンサを開発，レンズ・アレイをなくし、価格低減」，
『日経エレクトロニクス』，１９９０年２月１９日号，
Ｎｏ．４９３，ｐｐ．１１２−３水口、「密着型イメージセンサ」，『画像電子学会
誌』，１９８６年，第１５巻，第１号，ｐｐ．１７−２
６

【０００４】以下、図面を参照しながら、上述した従来
の屈折率分布型ロッドレンズアレイ（ＳＬＡ）を用いた
密着型イメージ読み取り装置の一例について説明する。
図７は、当該装置の断面図を示すものである。密着型イ
メージ読み取り装置は、原稿５０を載置するカバーガラ
ス（透明基板）２０で、上部開口部を閉塞したハウジン
グのなかに、光源６０，等倍結像レンズアレイ１０，光
電変換素子３０のそれぞれを配置固定して構成されてい
る。

【０００５】半径方向に屈折率分布を有するロッドレン
ズは、その両端面が平坦でも凸レンズと同等の作用を示
す。この前記ロッドレンズを、１段あるいは複数段並べ
ると、複合レンズ（レンズアレイ）として作用する。

【０００６】このレンズアレイは、隣接する各レンズに
よる像が重なり合って、物体と像とが等倍（１対１、倍
率１）の関係を保った帯状の連続した一つの合成像を作
るため、線状の像をイメージセンサあるいは感光ドラム
上に結合させることができる。このため、ファクシミ
リ、イメージスキャナ、プリンターあるいは複写機など
の光学機器の等倍結合光学系のレンズとして利用されて
いる。

【０００７】前記ロッドレンズでは、その内部半径方向
で例えば組成が連続的に変化しており、それに伴ってロ
ッドレンズ内部の屈折率も半径方向で連続的に変化して
いる。この場合、その屈折率分布は、一般に次のような
式ｎ（ｒ）²＝ｎ₀ ²・｛１−（ｇｒ）²＋ｈ₄・（ｇｒ）⁴＋
ｈ₆・（ｇｒ）⁶＋ｈ₈・（ｇｒ）⁸＋・・・｝で表される。ここで、この式でのｎ（ｒ）は、前記ロッ
ドレンズの中心から距離ｒでの屈折率、ｎ₀ は前記ロッ
ドレンズの中心の屈折率、ｇはロッドレンズ中心付近の
屈折率分布形状により決まる屈折率分布定数、無次元数
ｇｒは距離ｒでの屈折力をそれぞれ表している。規格化
された屈折率分布定数ｇｒ₀が大きいほど、そのレンズ
の屈折力は大きい（つまりレンズが明るい）。また、ｈ
₄，ｈ₆およびｈ₈ はそれぞれ屈折率分布係数を表し、こ
れらの数値により周辺部の屈折率分布が決まる。

【０００８】また、前記ロッドレンズ内へ入射した光線
はその入射位置、入射角度に依らず同じ蛇行周期Ｐ（以
下、レンズピッチと記す）でレンズ内を進み、この時レ
ンズピッチは次の式Ｐ＝２π／ｇでｇから計算される（つまりｇと関係づけられる）。

【０００９】ここで、ｇあるいはＰは光の波長によって
変化し、その時の変化の幅が大きいほど色収差が大き
い。一般にＳＬＡの場合、色収差はそれぞれＣ線（656.
3nm）、ｄ線（587.6nm）、Ｆ線（486.1nm）でのレンズ
ピッチＰ（Ｃ）、Ｐ（Ｄ）、Ｐ（Ｆ）を使って、 ΔＰ／Ｐ＝［Ｐ（Ｃ）−Ｐ（Ｆ）］／Ｐ（Ｄ）として表す。ただし、ΔＰ＝Ｐ（Ｃ）−Ｐ（Ｆ）であ
る。

【００１０】同じレンズ径を有するロッドレンズなら
ば、ｇの値が大きいほど（レンズは明るく）レンズピッ
チは短くなる。換言すれば、レンズピッチの短いロッド
レンズは、ｇが大きいことで屈折力が大きくなるため、
明るい（つまり開口角θが大きい）ということができ
る。

【００１１】ＳＬＡの明るさは、光学的に球面レンズと
同じくＦ値で表すことができる。一般に、Ｆ値が小さい
ほどそのレンズは明るく、ＳＬＡの場合では、その列数
によってＦ値が変わる。そして、ＳＬＡがファクシミ
リ、イメージスキャナ、プリンターなどのイメージ読み
取り装置として、線状の像を結像させるような用途に用
いられる場合（それを線走査：Line Scanning と呼ぶ）
には、そのＦ値は以下のごとく計算される。Ｆ＝（ｍ／２πＫｎ）^1/2・（１／θ）１列ＳＬＡ；Ｋｎ＝１２列ＳＬＡ；Ｋｎ＝２−（３／８ｍ²）ここで、ｍは重なり度であり、ロッドレンズ径に対す
る、そのロッドレンズの作る像の視野半径との比ｍ＝
（視野半径／ロッドレンズ径）で表される。

【００１２】さて、この等倍結像レンズアレイ１０とし
ては、現在そのロッドレンズ径が１ｍｍ前後から最小で
０．６ｍｍの屈折率分布型ロッドレンズで構成されるＳ
ＬＡが用いられている。前記レンズアレイ１０は、読み
取りたい原稿５０が走行接触するカバーガラス２０の原
稿面位置に前焦点を、さらに、光電変換素子３０上にも
う一方の後焦点を結ぶように配置されて、ハウジングに
固定されている。

【００１３】イメージ読み取り装置の光源６０として
は、現在発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記す）を横方
向に、例えば３０個程度（走査幅２１６ｍｍ：Ａ４サイ
ズの場合）並べたＬＥＤアレイが用いられている。その
ＬＥＤアレイは、出射される光の光軸（以下、出射光軸
と記す）６ａを有しており、その出射光の強度は出射光
軸６ａ上で最大となる。このため、照射される原稿面
が、出射光軸６ａ上に位置するように、光源６０がハウ
ジング内に配置されている。その取り付け角度は、カバ
ーガラス２０に対して約４５度付近に固定されている。

【００１４】また一方、ＳＬＡを用いないイメージ読み
取り装置としては、完全密着型イメージ読み取り装置
（例えば、特開平２−１０９６４号）、あるいは光ファ
イバアレイ（例えば、特開昭６４−８６６８号、特開平
３−２２８４６４号、特開平３−２６５３５６号など）
や高分子導波路（例えば、特開平４−４５６５４号）を
等倍結像光学系として使用するイメージ読み取り装置な
どが挙げられる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】さて、上述のような従
来の構成では、以下のような問題点があった。（１）等倍結像レンズアレイ１０の前後両方の焦点を、
それぞれ原稿面２１と光電変換素子３０の両方に焦点を
結ばせるために、ハウジング内での複雑で面倒な位置出
し（つまり、等倍結像レンズアレイ１０の中心を原稿面
２１と光電変換素子３０の光学的中心に合わせる）調整
が必要である。このために、製造工程が煩雑となってい
た。

【００１６】なお、このような等倍結像レンズアレイを
用いた光学機器における課題を解決する方法としては、
レンズアレイ保持具にその調整機能を持たせたものが開
示されている。例えば、特開昭５７−８４４０６号には
複写機における例が、特開昭６０−４８３８４号や実開
昭６０−３６６１２号には発光素子アレイヘッドにおけ
る例が出願がされている。しかしながら、いずれの場合
でも用いているレンズアレイの空間長が長く、レンズア
レイをその光学系の空間に保持具を使って固定したにす
ぎない。

【００１７】（２）今後、Ｇ４対応ファクシミリ、ワー
クステーションあるいは電子印刷装置などの光学機器の
高級型スキャナには、さらに高い解像力が求められるこ
とになるが、それに対しては光電変換素子３０およびレ
ンズアレイ１０の解像度を高める必要がある。例えばフ
ァクシミリでは、Ｇ３規格（８本／ｍｍ＝４（ｌｐ／ｍ
ｍ））の解像度から、Ｇ４規格（１６本／ｍｍ＝８（ｌ
ｐ／ｍｍ））への解像度に対応できるレンズアレイが求
められている。従来品である日本板硝子（株）製のＳＬ
Ａ−２０（開口角は約２３度）では、８本／ｍｍに対応
する解像力しか持っていない。一方、光電変換素子では
１６本／ｍｍ対応が可能になってきている。

【００１８】（３）一般に、レンズアレイ１０は、それ
を構成している一本一本のロッドレンズ１１が、その光
軸のまわりに放物線を回転させたような明るさ（光量）
の分布を持っている。それがロッドレンズを多数配列す
ることで重なりあい、レンズアレイとしての明るさ分布
には、ロッドレンズの配列ピッチに伴う周期的な明るさ
（光量）むらを有することになる。例えば、一列のレン
ズアレイの場合はそのロッドレンズ径と同じピッチ、二
列の場合はそのロッドレンズ径の半分のピッチの明るさ
むらを有している。具体的には、φ０．９ｍｍ、１列Ｓ
ＬＡの明るさ（光量）むらのピッチは０．９ｍｍであ
り、φ０．９ｍｍ、２列ＳＬＡのそれのピッチは０．４
５ｍｍである。

【００１９】この光量むらが読み取ろうとする線状の像
に重なり、そのまま光電変換素子３０上に光信号の明る
さむらとなって届くため、電気信号へ変換する際、複雑
な補正を電気的にかける必要がある。このため、複雑な
電気信号補正回路が必要であり、さらに複雑な配線等を
必要とすることになり、このためのコストがかかること
になる。比較例として、ミラーおよびレンズを用いてＣ
ＣＤセンサー上に信号を伝送する縮小型のイメージ読み
取り装置では、単一のレンズであるため微小なピッチの
光量むらではなく、大きな明るさの変化（うねり）であ
るため電気信号（シェーディング２４）補正が簡単にで
きる。

【００２０】（４）従来のレンズ開口角の大きな明るい
レンズアレイを用いた光学機器では、レンズアレイの焦
点深度が浅く、原稿５０が透明基板２０から浮き上がっ
た際、ピントのボケによる解像力不足に陥ってしまう。
比較として、ミラーおよびレンズを用いてＣＣＤセンサ
ー上に信号を伝送する縮小型のイメージ読み取り装置で
は、レンズの焦点深度が深く、原稿が１ｍｍ程度浮き上
がっていても解像力が保持されている。

【００２１】なおファクシミリなどの用途に対しては、
電気信号の強度が大きく取れることで、読み取り速度が
上がる、あるいは階調が多く取れるなどのメリットがで
ることから、レンズアレイはより明るいことが求められ
ている。例えば、日本板硝子（株）製のＳＬＡの商品群
の中で、最も明るいＳＬＡ−２０、１列品（開口角が約
２３°）が用いられることが多い。しかしながら、原理
的にレンズの開口角が大きくなると焦点深度が浅くな
り、この場合、最大でも±０．３ｍｍ程度の焦点深度し
かない。

【００２２】（５）今後、情報のカラー化が進むこと
で、カラーファクシミリ、カラースキャナ、カラープリ
ンターなどの光学機器が求められてきている。その際、
従来のレンズアレイを構成するＴｌ系ガラスを用いたロ
ッドレンズは、きわめて色分散ΔＰ（あるいは色収差Δ
Ｐ／Ｐ）が大きく（波長の差によるｇ値あるいはレンズ
ピッチの差が大きく）、白色光源下では色のボケ（滲
み）が起こり、カラーに対応できない。例えば、従来の
レンズアレイを用いたファクシミリの光源は、ＬＥＤな
どの単波長光源を使用している。具体的には、ＳＬＡ−
２０においては、明るさを求めるためにそのガラス原料
に屈折率を高くする成分（Ｔｌ）を含んでいる。このた
め、このガラス成分を用いたロッドレンズでは、原理的
に開口角を大きくとれる代わりに、色分散がきわめて大
きくなっている。

【００２３】さらに、ファクシミリやイメージスキャナ
などの光学機器では、その小型化が要求されている。こ
のため、その内部のイメージ読み取り装置についても、
小型化する必要がある。

【００２４】上述したＳＬＡを用いた密着型イメージ読
み取り装置の場合は、ロッドレンズのレンズ長（以下、
Ｚ長と記す）は約７〜９ｍｍであり、その原稿面上の焦
点位置から光電変換素子上までの距離、いわゆる物体像
面間距離（以下、ＴＣ：Total Conjugate length（共役
長）と記す）は、約１４〜１９ｍｍである。

【００２５】そこで、よりＴＣの短いＳＬＡを用いるこ
とが必要となってくる。ＴＣを短くする方法としては、
レンズの開口角（屈折力）をあげる方法があるが、イオ
ン交換によりガラス内部の組成を連続的に変える作製方
法では、開口角を上げることにも限界があるし、また
（５）で上述したように、イオン交換によりレンズの開
口角を上げるとさらに色分散が大きくなり、ますますカ
ラー化に対応できなくなってしまう。

【００２６】そこで、同程度の屈折率分布定数を持つロ
ッドレンズの場合は、そのロッドレンズ径を小さくする
ことで（つまりレンズピッチを短くでき）、そのＺ長を
短くすることができる。具体的には、そのロッドレンズ
径が０．６ｍｍのＳＬＡも開発されている（例えば、日
本板硝子（株）製、ＳＬＡ−２０Ｄ）が、この場合で
も、ロッドレンズのＺ長は約４．３ｍｍで、ＴＣは約９
ｍｍである。さらにこれ以上の小型化に対応するために
は、それ以下のロッドレンズ径を持ったロッドレンズが
必要となってくる。

【００２７】他方、例えば完全密着型イメージ読み取り
装置の場合や、あるいは等倍結像光学系として光ファイ
バアレイや高分子導波路を使用するイメージ読み取り装
置の場合においても、それら自身は小さくできても、光
ファイバアレイや高分子導波路は、基本的にレンズ機能
を持たない（レンズがない）ために、焦点深度が浅い
（原理的にない）、あるいは解像力が悪い、あるいは特
に完全密着型では原稿が直接センサー面上を走査される
（移動する）ために摩擦により耐久性に難があるなどの
問題点を解決できていなかった。

【００２８】そこで本発明は、ＳＬＡを用いたイメージ
読み取り装置におけるＳＬＡの位置調整の煩雑さの低減
と、ＳＬＡの光学特性的にはより解像度を高くする、光
量むらを小さくする、カラー化に対応できることなどを
目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、本発明では、半径方向の屈折率分布がｎ（ｒ）²＝ｎ₀ ²・｛１−（ｇｒ）²＋ｈ₄・（ｇｒ）⁴＋
ｈ₆・（ｇｒ）⁶＋ｈ₈・（ｇｒ）⁸＋・・・｝（ただし、ｎ（ｒ）：ロッドレンズの中心から距離ｒで
の屈折率、ｎ₀：ロッドレンズの中心の屈折率、ｇ：ロッドレンズ中心付近の屈折率分布形状により決ま
る屈折率分布定数、ｇｒ：距離ｒでの屈折力（無次元数）、ｈ₄，ｈ₆およびｈ₈：屈折率分布係数、）で表される屈
折率分布型ロッドレンズ（１１）を、その光軸が互いに
平行になるように複数本並べて、アレイ化した等倍結像
レンズアレイ（１０）と、前記レンズアレイの前焦点位
置にその原稿面（２１）が位置するように配置した透明
基板（２０）と、前記レンズアレイを介して前記基板と
対向し、前記レンズアレイの後焦点位置に設けた光電変
換素子（３０）とを、備えたイメージ読み取り装置にお
いて、前記透明基板（２０）と前記レンズアレイ（１
０）の一方のレンズ面が当接しており、かつ前記透明基
板（２０）は前記レンズアレイの前焦点位置が前記基板
原稿面（２１）にくるような厚みを有しており、さらに
前記ロッドレンズのレンズ径が０．１〜０．４ｍｍであ
るイメージ読み取り装置である。

【００３０】さらに、前記イメージ読み取り装置におい
て、前記ロッドレンズの規格化された屈折率分布定数
ｇｒ₀（無次元数）が０．１〜０．１５のとき、前記ロ
ッドレンズ径が０．１〜０．３ｍｍであるイメージ読み
取り装置である。あるいは、前記イメージ読み取り装置
において、前記ロッドレンズの規格化された屈折率分布
定数ｇｒ₀（無次元数）が０．１５〜０．２０のとき、
前記ロッドレンズ径が０．１５〜０．３５ｍｍであるイ
メージ読み取り装置である。またあるいは、前記イメー
ジ読み取り装置において、前記ロッドレンズの規格化さ
れた屈折率分布定数ｇｒ₀（無次元数）が０．２０〜
０．２５のとき、前記ロッドレンズ径が０．２〜０．４
ｍｍであるイメージ読み取り装置である。

【００３１】さらに加えて、前記イメージ読み取り装置
において、前記ロッドレンズの屈折率分布係数ｈ₄が、
−０．５〜３．０であるイメージ読み取り装置である。

【００３２】また、前記イメージ読み取り装置におい
て、前記ロッドレンズはＬｉ系ガラスからなっており、
前記ロッドレンズの規格化された屈折率分布定数ｇｒ₀
（無次元数）が０．１０〜０．１７のとき、前記ロッド
レンズのレンズ径が０．１〜０．３ｍｍであるイメージ
読み取り装置である。

【００３３】さらに以上のイメージ読み取り装置におい
て、前記ロッドレンズアレイを構成する各ロッドレンズ
径が以下の条件を満たすイメージ読み取り装置である。（イ）前記レンズアレイが一列配列の場合前記ロッドレンズ径は前記光電変換素子の配置ピッチと
同じである。（ロ）前記レンズアレイが二列以上の配列の場合前記ロッドレンズ径は前記光電変換素子の配置ピッチの
２倍と同じである。

【００３４】以下に、上述の限定条件やその他光学定数
について説明する。（ロッドレンズ径の説明）ロッドレンズ径の限定理由に
ついて説明する。まず、ロッドレンズ径の上限は以下の
ような理由による。ロッドレンズの光学定数が同じ場
合、レンズ寸法や光学的寸法（ＴＣや空間長など）は、
ロッドレンズ径と比例するため、φ０．４ｍｍ以下のロ
ッドレンズ径でないと、上述した課題を解決することが
できないためである。さらに、後述するようなカバーガ
ラスを用いる場合では、その板厚が厚くなりすぎてしま
うという、不具合を生ずることもあるからである。さら
に、ロッドレンズ径がφ０．４ｍｍ以下となると、この
ロッドレンズをファイバーとして取り扱えるという利点
もある。

【００３５】また、ロッドレンズ径の下限については、
以下に述べるような不具合が生じるため、０．１ｍｍ程
度が適当である。製造上の困難さ：ＳＬＡ精密配列、組立・加工の困難
さが飛躍的に増加してしまう。また、このロッドレンズ
を太いロッドレンズを紡糸して作製しようとすると、紡
糸速度が速くなりすぎることと、その線径の精度などの
点で困難さが増す。

【００３６】外形および光学的寸法からくる制約：レ
ンズ長Ｚ、ＴＣ長、空間長などが余りに短くなりすぎて
しまう。特に空間長については、ロッドレンズ径が０．
１ｍｍ以下になると、１ｍｍをかなり下回る値となる
（例えば、後述の具体例１のＳＬＡのロッドレンズ径を
０．１ｍｍとすると、空間長は０．４ｍｍとなってしま
う）ために、透明基板あるいは光電変換素子そのものを
配置することが物理的に不可能になる場合もでてきてし
まう。

【００３７】また、ＳＬＡレンズ面の保護をカバーガラ
スで行う場合や、このＳＬＡをイメージ読み取り装置に
用いた場合などでもカバーガラスは必要である。このカ
バーガラスの板厚は、０．８〜２ｍｍ程度のものが取り
扱いの上で好適であることから、この点からもロッドレ
ンズの好適なレンズ径の範囲が決まってくる。

【００３８】なお、前記ロッドレンズの好適なレンズ径
は、規格化された屈折率分布定数ｇｒ₀の範囲によって
変化し、その範囲は請求項に記載したとおりである。具
体的には、上述の空間長を好適な範囲にするためと、本
発明の目的の１つである小型化の観点から求められたも
のである。

【００３９】つまり、前記ロッドレンズの規格化された
屈折率分布定数ｇｒ₀（無次元数）が０．１〜０．１５
のとき、前記ロッドレンズ径が０．１〜０．３ｍｍであ
り、さらに好ましくは０．１〜０．２ｍｍである。ま
た、前記ロッドレンズの規格化された屈折率分布定数
ｇｒ₀（無次元数）が０．１５〜０．２０のとき、前記
ロッドレンズ径が０．１５〜０．３５ｍｍであり、さら
に好ましくは０．１５〜０．３ｍｍである。またさら
に、前記ロッドレンズの規格化された屈折率分布定数
ｇｒ₀（無次元数）が０．２０〜０．２５のとき、前記
ロッドレンズ径が０．２〜０．４ｍｍであり、さらに好
ましくは０．２５〜０．３５ｍｍである。

【００４０】（光学定数選定の説明）・ｇｒ₀の説明規格化された屈折率分布定数ｇｒ₀は、ロッドレンズ
の、ひいてはＳＬＡの光学性能を大きく左右する。特
に、ｇｒ₀ はロッドレンズの中心付近の光学特性に支配
的である。ｇｒ₀＜０．１であると、ロッドレンズ径を
かなり小さくしないと、本発明の特徴であるＳＬＡのＴ
Ｃや空間長を小さくする効果がでてこない。一方、ｇ
ｒ₀＞０．２５であると、ＳＬＡのＴＣや空間長を小さ
くする効果のあるロッドレンズ径の範囲が広がるが、あ
まり大きくなりすぎるとロッドレンズ径の小さい範囲で
空間長が小さくなりすぎ、センサ等を実装する空間がな
くなってしまうきらいがあるため、この範囲に限定され
ている。

【００４１】・屈折率分布係数ｈ₄ 上述のｇｒ₀はレンズの中心付近の特性を決定するが、
このｈ₄はレンズのやや周辺部分の特性を決める。後述
の図３に示すように、実用的なＯＰＤ−ＲＭＳ（光路差
の実効値で表わした収差量）が得られるｈ₄ の範囲が、
−０．５から３．０である。この範囲を超えると、前記
収差量が大きくなってしまう。

【００４２】・ΔＰ上述のように、ファクシミリ、スキャナ、プリンターな
どの光学機器において、カラー化が求められている。こ
のとき、ロッドレンズの色分散ΔＰが大きいと、例えば
２５μｍ以上であると、カラー化に対応できない。

【００４３】・ｎ₀についてまたｎ₀ については特に限定されないが、実用上１．４
５〜１．６５の範囲で選択される。さらに、ＳＬＡの各
ロッドレンズを樹脂コートによってフレアー防止処理す
ることを考慮すれば、ｎ₀ ＝１．５〜１．６の範囲が好
適である。

【００４４】（ロッドレンズ径について）ロッドレンズ
アレイを構成する各ロッドレンズ径が、上述したように
光電変換素子の配置ピッチに対応した大きさに選定され
ていると、図５に示したようにロッドレンズアレイの配
列に起因する光量むらをほとんどなくすることができ
る。

【００４５】

【作用】上述した本発明によれば、以下のような作用が
ある。等倍結像レンズアレイ１０のハウジング内での原稿面
上への前焦点の位置出し調整が不要となる。ロッドレンズのレンズ径を０．４ｍｍ以下と小さくし
たために、同一の屈折率分布の形状を持つ従来のロッド
レンズ径１ｍｍ前後のロッドレンズに比べて、原理的に
解像力が高くなる。光電変換素子（イメージセンサ）の配列ピッチに対応
したロッドレンズ径を選ぶことで、ＳＬＡの明るさむら
の影響をほとんどなくすることができる。ロッドレンズのレンズ径が０．４ｍｍ以下なのでレン
ズアレイが小さくなり、ひいてはイメージ読み取り装置
が小型化できる。

【００４６】

【実施例】以下に、本発明を実施例に基づいて、詳細に
説明する。まず、本発明の光学系について概略説明す
る。図１は、本発明によるイメージ読み取り装置の断面
図である。

【００４７】この図において、各構成要素はそれぞれ以
下のようである。等倍結像レンズアレイ１０：この図の場合、１列ある
いは２列の屈折率分布型ロッドレンズからなるＳＬＡを
用いている。透明基板２０：ガラス等の透明基板が用いられる。光電変換素子３０：ＣｄＳＳｅ系薄膜、ａ−Ｓｉ薄
膜、ＣＣＤセンサ、バイポーラＩＣセンサ、ＭＯＳ型セ
ンサ等が用いられる。光源６０：ＬＥＤランプアレイ等が用いられる。

【００４８】（具体例１）以下に、図１を用いて具体例
１について述べる。等倍結像レンズアレイ１０：１列のロッドレンズ径
０．３０ｍｍの屈折率分布型ロッドレンズからなるＳＬ
Ａである。このレンズアレイのパラメータを表１に示
す。ここでは、レンズ径０．３ｍｍのロッドレンズは、
予め太く（１０ｍｍ程度に）加工した従来品ＳＬＡ−２
０Ｂと同様のガラス組成を有するガラスロッドを、溶融
塩（硝酸カリウム）中の所定の条件でイオン交換した
後、紡糸して細くしたロッドレンズ（もはやファイバー
と呼ぶのがふさわしいが）である。したがって、基本的
な屈折率分布はＳＬＡ−２０Ｂとほとんど同じである。
このロッドレンズを配列してＳＬＡを作製する。ちなみ
に、前記ガラス組成は、ＳｉＯ₂ ：５９％，ＺｎＯ：１
２％，ＰｂＯ：３％，ＴｉＯ₂：５％，Ｎａ₂Ｏ：１２
％，Ｋ₂Ｏ：４％，Ｔｌ₂Ｏ：５％，（ｍｏｌ％）であ
る。なお、この製造方法の一例については、特願平５−
１３８０６９号にて出願している。

【００４９】透明基板２０：厚み１．９３ｍｍ、ｎ_d
＝１．５２のフロートガラス板を用い、紫外線硬化樹脂
である例えば日本合成ゴム（株）製デソライト（登録商
標）にて、等倍結像レンズ１０のレンズ面に接着する。

【００５０】表１に具体例１の光学パラメータととも
に、比較例１として従来品である日本板硝子（株）製Ｓ
ＬＡ−２０Ｂ（構成ロッドレンズのレンズ径φ０．９ｍ
ｍ）を示した。また表２に、以下に述べるような方法で
測定した具体例１と比較例１のレンズ光学特性値の結果
をまとめて示した。

【００５１】

【表１】表１レンズのパラメータ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 具体例１比較例１* 具体例２比較例２** −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− レンズ径(mm) 0.30 0.9 0.25 0.9 中心屈折率 *** 1.6390 1.6390 1.614 1.614 開口角 (deg) 23.4 23.4 11.72 11.72 レンス゛ヒ゜ッチ(mm) 3.83 11.49 6.16 22.18 レンズ列数 1 1 2 2 ｇ (mm^-1) 1.64 0.55 1.02 0.28 ｇｒ₀ 0.246 0.246 0.127 0.127 ｈ₄ 1.2 1.2 0.4 0.4 ＴＣ (mm)**** 4.8 14.4 7.1 25.5 レンズ長(mm) 2.26 6.79 3.77 13.57 空間長(mm)**** 1.27 3.81 1.67 5.97 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− * ＳＬＡ-２０Ｂ（従来品），** ＳＬＡ-１２Ｂ（従来品） *** 測定波長：５７０ｎｍ，**** 空気での換算値

【００５２】

【表２】表２レンズの特性値データ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 具体例１比較例１* 具体例２比較例２** −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− レンス゛ヒ゜ッチＰ(mm) 3.83 11.49 6.16 22.18 ΔＰ(mm) 0.157 0.471 0.006 0.022 ΔＰ／Ｐ 0.041 0.041 0.001 0.001 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− ＭＴＦ（％） at 4(lp/mm) 70 60 80 70 at 8(lp/mm) 48 40 67 60 光量ムラ（％） ΔＥ（理論値） 7.5 7.5 8.0 8.0 ΔＥ（実測値） 3 10 2 7 焦点深度（mm） ±0.3 ±0.35 ±0.5 ±0.6 Ｆ値 1.29 1.29 1.72 1.72 明るさ比*** 100 100 56 56 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− * ＳＬＡ-２０Ｂ（従来品），** ＳＬＡ-１２Ｂ（従来品） *** 比較例１の明るさを１００とする。

【００５３】この光学系（等倍結合レンズ；ＳＬＡ）に
おける、ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）、焦
点深度および明るさ（光量むら）の光学特性を、図２に
示す測定装置にて測定した。この場合、光源には種々の
波長の光で測定するために、白色のハロゲンランプ光源
６０を用い、拡散板７０を通して光の指向性を取り、さ
らに光学フィルター９０を通して単色光とした。

【００５４】まずＭＴＦは、等倍結像レンズアレイ（Ｓ
ＬＡ）１０によって結像した矩形波格子パターン（以
下、ＭＴＦチャートと記す）９０の像を、リレーレンズ
１００を介してＳＬＡのＣＣＤイメージセンサ１１０上
で受光し、その光量レベルからＳＬＡのレスポンス関数
ＭＴＦを次式にて算出したものである。（なお、リレー
レンズを介した理由は、ロッドレンズ径０．３ｍｍのロ
ッドレンズアレイでは、その空間長が小さすぎＣＣＤセ
ンサチップ上に、焦点を結ばないためである。）ＭＴＦ（Ｗ）＝｛（ｉ(W)max−ｉ(W)min）／（ｉ(W)max
＋ｉ(W)min）｝×１００（％）ここで、ｉ(W)max，ｉ(W)minは、それぞれ空間周波数Ｗ
（ｌｐ／ｍｍ）における矩形波応答の極大値，極小値で
ある。すなわち、ＭＴＦが１００％に近いほど、原画に
忠実な像が形成されていることになる。ＭＴＦチャート
９０の空間周波数は４および８（ｌｐ／ｍｍ）、光学フ
ィルター８０の波長５７０ｎｍの条件で測定を行った。

【００５５】表２に示したように、具体例１のＭＴＦは
比較例１に比べて、４および８（ｌｐ／ｍｍ）に対し
て、それぞれ１０％（ＭＴＦ７０％）、８％（ＭＴＦ４
８％）の改善が見られた。したがって、同じ屈折率分布
を有するロッドレンズのレンズ径を小さくしたことだけ
で、ＳＬＡの解像力は向上していることになる。この理
由としては、ロッドレンズ径が小さくなると、必然的に
ＳＬＡのＭＴＦ値が最高となる最適ＴＣも短くなり、結
局レンズ端面から焦点位置までの距離（以下、空間距離
Ｌ₀ と記す）が短くなり、実質的に累積の収差（ここで
は、屈折率分布が理想の分布からずれていることに起因
する誤差）が小さくなることが挙げられる。

【００５６】参考として、後述の具体例２および比較例
２をモデル化して、その屈折率分布の乱れが与える解像
力への影響を調べた。その手法は、構成レンズの開口角
をいずれも１２°として（つまりｇを一定と置き）、前
述の屈折率分布係数ｈ₄ を（理想的分布の２／３を中心
に）変化させて、ＲＭＳ−ＯＰＤ（光路差の実効値で表
わした収差量）を計算した。その結果を図３に示す。Ｒ
ＭＳ−ＯＰＤの計算には、米国Ｓｉｎｃｌａｉｒ０
ｐｔｉｃｓ，Ｉｎｃ．製の市販レンズ設計ソフトＳｕ
ｐｅｒ−Ｏｓｌｏを用いた。計算上、光の波長λとし
ては、ｄ線（５８７．６ｎｍ）を使用した。

【００５７】ＲＭＳ−ＯＰＤは、小さいほどＳＬＡとし
ての解像力が高くなる。一般的に、ＲＭＳ−ＯＰＤ≦０．２λ であれば十分な解像力を有するレンズであるといえる。
図３からわかるように、具体例２では、ＲＭＳ−ＯＰＤ
の極小値がゼロ近くになり、比較例２に比べてかなり小
さくなっている。したがって、具体例２ではロッドレン
ズ径を小さくしたことで、原理的にレンズの解像力がよ
くなるといえる。

【００５８】加えて、具体例２では軸上、周辺（軸外）
ともに、ＲＭＳ−ＯＰＤ≦０．２λ となるｈ₄ の範囲が、比較例２に比べて広く（軸上；−
０．２〜２．７、周辺；０．３〜２．１）、ある一定の
解像力を得るための屈折率分布の乱れの程度の許容幅も
広くなっていることがわかる。なおこの場合、「周辺」
とは、レンズの結像範囲の最外周を意味している。

【００５９】つぎに、明るさおよび明るさのむら（光量
むら）は、上述（図２）の測定装置の配置からＭＴＦチ
ャートをはずして光量レベル曲線から直接求めた。その
結果を図４に示す。図４は、具体例１の光学系の主走査
方向の中央部分の、長さ５ｍｍの範囲における明るさ
（光量）のＣＣＤ出力データである。あわせて、比較例
１のデータも示している。なお、縦軸は相対値である。

【００６０】図４より明らかなように、この具体例１の
光学系では、実際に光量むらが約３％と非常に少なくな
り、きわめて平坦な光量が得られた。このことは、前述
の光電変換素子３０上での複雑な電気補正が実用上必要
なくなることを意味する。

【００６１】これに対して、比較例１では、個々のレン
ズのレンズ径（この場合、約０．９ｍｍ）に対応したピ
ッチの、大きな光量むら（約１０％）が認められる。こ
こで、光量むらは光量の最大値と最小値の差の光量の平
均値に対する割合（百分率）で定義している。なお、両
者の相対光量（明るさ）はほとんど変わらないが、これ
は前述したように、Line Scanning の場合は、ロッドレ
ンズ径に係わりなくＦ値は同じ（つまり明るさが同じ）
になることからもわかる。

【００６２】さらに、このロッドレンズの細径化の考え
方を、押し進めていくことを試みる。原理的に、ＳＬＡ
のような複合レンズではそのロッドレンズ径を小さくし
ていくと、イメージセンサ（光電変換素子）そのものの
素子（ピクセル、画素）の配列ピッチとレンズピッチが
マッチング（整合）して、イメージセンサとしての光量
むらがなくなる。

【００６３】例えば、Ｇ３対応（４（ｌｐ／ｍｍ）；解
像度０．１２５ｍｍ）のイメージセンサの光電変換素子
の場合、ひとつの素子（ピクセル）の間隔は０．１２５
ｍｍ（実際の開口部は１００μｍ）であるため、ロッド
レンズ径φ０．２５ｍｍのファイバー状ロッドレンズを
用いて理想的な２列のＳＬＡを組めば、まったく光量む
らがなくせることになる（図５参照）。図５から、φ
０．２５ｍｍの２列配列のＳＬＡの場合、前記各変換素
子に対応して斜線を施した部分の各面積はそれぞれ等し
くなっていることがわかる。したがって、各変換素子に
入射する光量は等しくなっている。

【００６４】同様に考えれば、１列ＳＬＡではφ０．１
２５ｍｍファイバー状ロッドレンズを用いればよい。将
来のＧ４対応（８（ｌｐ／ｍｍ）；解像度６２．５μ
ｍ）についても、それに対応させたより細径のロッドレ
ンズ径および列数をとることで、光量むらの問題はなく
すことができる。

【００６５】つまり、ロッドレンズアレイを構成する各
ロッドレンズ径が、以下の条件を満たせばよい。（イ）前記レンズアレイが一列配列の場合前記ロッドレンズ径は前記光電変換素子の配置ピッチと
同じである。（ロ）前記レンズアレイが二列以上の配列の場合前記ロッドレンズ径は前記光電変換素子の配置ピッチの
２倍と同じである。なお、図５には一列配列と二列配列の場合の例を示した
が、二列以上の場合は二列の場合と同じである。

【００６６】つぎに、焦点深度については、ＣＣＤイメ
ージセンサ１２０を受光側において、ＳＬＡ光軸の方向
に沿って、１００μｍ間隔で前後させて、空間周波数６
（ｌｐ／ｍｍ）でのＭＴＦを測り、そのＭＴＦの変化か
ら求めた。具体的には、ＳＬＡの焦点深度を、ＭＴＦが
１０％に低下する時の焦点面からの距離（幅）と定義し
た。

【００６７】理論的には、焦点深度はレンズ開口角によ
って決まるものであり、ロッドレンズ径に依存しない。
しかしながら、ＳＬＡの場合にはその焦点深度の定義か
らして、ＳＬＡ自身のＭＴＦが上がれば焦点深度も深く
なる。したがって、ロッドレンズ径を小さくすることで
前述のようにＳＬＡのＭＴＦが向上するため、実質的に
焦点深度が深くなるといえる。表２からわかるように、
具体例１（±０．３５ｍｍ）では比較例１（±０．３ｍ
ｍ）に対して、片側０．０５ｍｍずつとわずかながらも
焦点深度は深くなった。

【００６８】また、色収差については、上述のように光
学フィルターの波長を（４９０，５７０，６６０ｎｍ）
の三種類に変化させて、その際の４（ｌｐ／ｍｍ）ＭＴ
Ｆが最も高くなる最適ＴＣを測定し、その値から各波長
でのレンズピッチＰに変換し、ΔＰあるいはΔＰ／Ｐと
して計算した。

【００６９】ここでも焦点深度と同様に、レンズ（材
料）が同じならば、色収差ΔＰ／Ｐは同じ値になる。例
えば、具体例１と比較例１は同じ材料からなる（Ｔｌ系
レンズ）であるため、表１に示されるように同じΔＰ／
Ｐの値０．０４１となる。ところが実際には、具体例１
ではロッドレンズ径が０．３ｍｍと細いために、レンズ
ピッチＰが短く、必然的に波長によるＰの変化や色分散
ΔＰの絶対値が小さくなる。このことは、実質上色のボ
ケ（滲み）が少なくなる（言い替えると波長によるＴＣ
変化が小さくなる）ことを意味している。比較例１でΔ
Ｐは０．４７１ｍｍなのに対して、具体例１では０．１
５７ｍｍと約１／３になっている。

【００７０】さらに具体例１のＳＬＡを使えば、表１か
らわかるようにＳＬＡの空間長が１．２７ｍｍと、比較
例１の同３．８１ｍｍに対して１／３に短くなることか
ら、イメージセンサ自体の小型化を容易に図ることがで
きる。加えて、空間長が短くなることで、図１に示すよ
うにＳＬＡ１０の一方のレンズ端面を、透明基板２０
（カバーガラス）に直接配置させること（つまり空気層
を介することなく）が可能となり、透明基板上に前焦点
位置がくるようにすることができる。この時、透明基板
に一般的なフロートガラス板を使うとすると、その厚み
は空間長１．２７ｍｍに、カバーガラスの屈折率１．５
２を掛けて１．９３ｍｍとなる。これは実用的な厚みで
ある。

【００７１】上述のように、ＳＬＡのレンズ面をカバー
ガラス面に当接するだけで（位置調整なしで）、ＳＬＡ
の前焦点位置が必ず原稿面の位置に必ずくることなる。
したがって、従来複雑で面倒な調整を必要としたカバー
ガラス面上へのＳＬＡ前焦点位置出しが不要となり、製
造工程の簡素化が図れる。

【００７２】これに対して、比較例１で同様な配置をと
る場合には、カバーガラス厚みを５．７９ｍｍにする必
要があり、この厚みは技術面・コスト面から実用的な数
値ではない。

【００７３】（具体例２）以下に、同じく図１を用いて
具体例２について述べる。等倍結像レンズアレイ１０：２列のロッドレンズ径
０．２５ｍｍの屈折率分布型ロッドレンズからなるＳＬ
Ａである。これは、もととなるガラスロッドが、従来品
ＳＬＡ−１２Ｂと同様のガラス組成を有することが異な
るだけで、その他具体例１に示した特願平５−１３８０
６９号に開示された製法で作製した。このレンズアレイ
のパラメータを表１に示す。

【００７４】なお、前記ガラス組成は、ＳｉＯ₂ ：５６
％，ＭｇＯ：１４％，ＰｂＯ：６％，ＴｉＯ₂：３．５
％，ＢａＯ：２％，Ｌｉ₂Ｏ：９．５％，Ｎａ₂Ｏ：９％
（ｍｏｌ％）である。また、以下の組成範囲のガラス
から作製されたロッドレンズでもよい。ＳｉＯ₂：２５
〜６８％，ＴｉＯ₂：２〜１６％，Ｂ₂Ｏ₃：０〜２５
％，Ａｌ₂Ｏ₃：０〜１０％ただし、ＳｉＯ₂＋ＴｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃＋Ａｌ₂Ｏ₃＝５８〜
７７％ＭｇＯ：４〜２２％，ＰｂＯ：０〜１３％ただし、ＭｇＯ＋ＰｂＯ＝４〜２２％Ｌｉ₂Ｏ：２〜１８％，Ｎａ₂Ｏ：３〜２２％

【００７５】透明基板２０：厚み２．５４ｍｍ、ｎ_d
＝１．５２のフロートガラス板を用い、紫外線硬化樹脂
である日本合成ゴム（株）製デソライト（登録商標）に
て、等倍結像レンズ１０のレンズ面に接着する。

【００７６】表２に具体例２の光学パラメータととも
に、比較例２として従来品である日本板硝子（株）製Ｓ
ＬＡ−１２Ｂ（構成ロッドレンズのレンズ径φ０．９ｍ
ｍ）を示した。表２に具体例２と比較例２のレンズ光学
特性値の結果をまとめて示した。

【００７７】具体例２のＭＴＦは比較例２に比べて、４
および８（ｌｐ／ｍｍ）について、それぞれ１０％（Ｍ
ＴＦ８０％）、７％（ＭＴＦ６７％）の改善が見られ
た。したがって、具体例２においても同じ屈折率分布を
有するロッドレンズのレンズ径を小さくしたことだけ
で、ＳＬＡの解像力が向上することが確認された。とく
に具体例２では、８（ｌｐ／ｍｍ）のＭＴＦが６７％と
なり、Ｇ４対応のファクシミリのイメージセンサ用のＳ
ＬＡとして十分な性能を有することが明らかとなった。

【００７８】つぎに、明るさおよび明るさのむら（光量
むら）の結果を図４に示す。図４は、具体例２の光学系
の主走査方向の中央部分の、長さ５ｍｍの範囲における
明るさ（光量むら）のＣＣＤ出力データである。あわせ
て、比較例２のデータも示している。なお、縦軸の値は
相対値である。

【００７９】図４より明らかなように、この具体例２の
光学系では、実際に光量むらが約２％と非常に少なくな
り、きわめて平坦な光量が得られた。これに対して、比
較例２のＳＬＡでは２列配列であるため、個々のレンズ
のレンズ径の半分（この場合、約０．４５ｍｍ）に対応
したピッチの、大きな光量むら（約７％）が認められ
る。なお、両者の相対光量（明るさ）はほとんど変わら
ない。

【００８０】つぎに焦点深度についてであるが、表２か
らわかるように、具体例２（±０．６ｍｍ）では、比較
例２（±０．５ｍｍ）に対して片側０．１ｍｍずつと焦
点深度が深くなり、ＣＣＤ縮小型に見劣りしない焦点深
度が得られた。

【００８１】また色収差ついては、具体例２と比較例２
は本来、非常に色分散の小さなな材料（Ｌｉ系レンズ）
からなるＳＬＡであるため、表１に示されるように、と
もに色収差ΔＰ／Ｐ＝０．００１であり、本来十分カラ
ー対応が可能である。さらに、具体例２ではロッドレン
ズ径が０．２５ｍｍと細いために、レンズピッチＰが短
く必然的に波長によるＰの変化やΔＰの絶対値も小さく
なる効果も重なり、特に低色分散が実現した。つまり、
比較例２でΔＰは２２μｍなのに対して、具体例２では
６μｍと３０％程度と、さらに良好な値と示している。

【００８２】さらに具体例２のＳＬＡを使えば、表１か
らわかるようにＳＬＡの空間長が１．６７ｍｍと、比較
例１の同５．９７ｍｍの約３０％の長さと短くなること
から、イメージセンサ自体の小型化を容易に図ることが
できる。加えて、空間長が短くなることで、具体例１と
同様の配置構成とすることができる。この場合、一般的
なフロートガラス板を使うと、その厚みは空間長１．２
７ｍｍに、カバーガラスの屈折率１．５２を掛けて２．
５３ｍｍとなる。これは実用的な厚みである。これに対
して、比較例２で同様な配置をとる場合は、カバーガラ
ス厚みを９．０７ｍｍにする必要があり、この厚みは技
術面・コスト面から実用的な数値でなくなる。

【００８３】ここで、具体例１および２において、ＳＬ
Ａのロッドレンズ径をφ０．３０ｍｍやφ０．２５ｍｍ
と小さくしたことから生まれる作用効果を、比較例１や
２と比較してまとめてみることにする。位置調整：ＳＬＡと透明基板２０とを、前記基板原稿
面２１上にＳＬＡの前焦点位置がくるように一体化する
ことができる。このため、イメージセンサを組み立てる
際の面倒な位置出し調整が不要となり、製造工程の簡素
化を図ることができる。

【００８４】ＭＴＦ：同じガラス系からなる比較例１
や２のそれぞれのＳＬＡに比べて、ＭＴＦは向上してい
る。とくに具体例２のＳＬＡでは、８（ｌｐ／ｍｍ）の
ＭＴＦが６７％と、Ｇ４対応に十分な高解像力を持つ。明るさ：明るさは同じ材質（つまり構成ロッドレン
ズ）からなるＳＬＡでは、ロッドレンズ径を小さくして
も変わらない。

【００８５】ただし、ここで従来ファクシミリ用のＳＬ
Ａに要求される明るさを持つＳＬＡとしては比較例１の
ＳＬＡ−２０Ｂがある。これに対して、比較例２のＳＬ
Ａ−１２Ｂでは明るさ不足で、これを補うにはより明る
い光源あるいは読みとり速度を遅くする（光の蓄積量を
延ばす）ことが必要となるが、いずれにしても望ましい
方法ではない。

【００８６】したがって、具体例２をファクシミリ用Ｓ
ＬＡとして使う場合、（比較例２と同じ明るさでも）比
較例１と比べると明らかに明るさが不足（約半分程度）
である。しかしながら、この点に関しては、以下に述べ
るような対応が可能であり、具体例２においても十分フ
ァクシミリ用のＳＬＡとして使用できる。また、このＳ
ＬＡは、前述の高ＭＴＦや後述する長焦点深度および低
色収差などの光学特性のメリットを有しており、これを
十分に活用することもできる。

【００８７】本発明のように、ＳＬＡを構成するロッド
レンズのレンズ径をφ０．４ｍｍ以下に小さくしたＳＬ
Ａをイメージセンサに採用すれば、全体の小型化が図れ
ることができる。小型化が図れるということは、図１と
図７の比較から明らかなように、光源６０を照射すべき
原稿面に対して限りなく近づけることが可能となる。こ
こで、図２に示したＳＬＡ光学測定装置において同一エ
ネルギー（光量）のハロゲンランプ７０とＳＬＡサンプ
ル（ここでは具体例２を用いた）１０の距離を変化させ
て、その時のＣＣＤセンサ１２０の出力を測定した結果
を図６に示す。ここで、横軸はＭＴＦチャート１００と
ハロゲンランプ間距離（Ｌ）、縦軸はＣＣＤセンサの出
力相対値（Ｉ₀）である。

【００８８】図６から明かなように、ハロゲンランプを
ＳＬＡに近づければ、ＣＣＤ出力が飛躍的に増加する。
例えばＬを４０ｍｍから２０ｍｍまで近づければ、Ｉ₀
は約２倍となる。このことは、光源のエネルギーが一定
でも、イメージセンサ自身を小型化して光源を近づける
ことができれば、ＳＬＡの明るさが十分でなくても光電
変換素子上へ必要な光（光量子エネルギー）を送ること
が可能となる。したがって、ロッドレンズ径を小さくし
た具体例２では、比較例１と実質的にほとんど同じ明る
さが得られることになる。

【００８９】明るさ（光量）むら：具体例１および２
の光量むらは、それぞれの比較例に対して、１／３程度
にまで小さくすることができた。したがって、イメージ
センサ（光電変換素子）の明るさ電気補正回路が簡素化
でき、配線の簡略化・コンパクト化することができる。
また、ロッドレンズ径を小さくして光電変換素子の素子
（ピクセル、画素）の間隔（幅）に整合させることで、
イメージセンサに対して理論的にもＳＬＡの光量むらの
影響を、まったく与えないようにすることができる。

【００９０】焦点深度：ロッドレンズ径を小さくした
ことによりＭＴＦが向上し、焦点深度も見かけ上深くな
る。さらにロッドレンズ径を小さくしたことで、実質上
の明るさ向上が図ることができる。したがって、レンズ
の明るさを確保するための高開口度のロッドレンズを必
要としなくなるので、焦点深度が深く中開口度のロッド
レンズでも、ファクシミリ用に使用することが可能とな
る。つまり、縮小型並みの焦点深度を持ったイメージセ
ンサが可能となる。

【００９１】色収差：と同様に、レンズの明るさを
確保するための高開口度のロッドレンズを必要としなく
なるので、色収差が小さく中開口度のロッドレンズで
も、ファクシミリ用に使用することが可能となる。ま
た、Ｌｉ系ガラスのロッドレンズを用いてＳＬＡを構成
すれば、カラー化対応で十分の明るさを持ったイメージ
センサが容易に実現できる。

【００９２】小型化：ロッドレンズ径をφ０．３ｍｍ
以下とした具体例のＳＬＡでは、その大きさやＴＣが、
外形あるいは光学寸法が従来に比べて格段（少なくとも
１／３以下）に小さくできるため、イメージセンサその
ものを小型化することが容易に可能となる。

【００９３】以上、具体例１，２で示したＳＬＡはいず
れも、太径のロッドレンズを紡糸することでφ０．４ｍ
ｍ以下のロッドレンズに加工して、それらを用いて作製
されたものであるが、本発明のロッドレンズアレイはこ
の製法に限定されるものではなく、プラスチックロッド
レンズやＶＡＤ法で作製されたロッドレンズを用いたレ
ンズアレイについても、同様の作用や効果が得られるこ
とはいうまでもない。

【００９４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のイメージ読
み取り装置は、以下のような効果を有する。ＳＬＡと透明基板などの構成要素を一体化できるの
で、光学的な調整が不要となる。ＳＬＡの位置調整が不要なため、製造工程の簡素化が
できるので、コスト低下が可能となる。光学系の焦点深度が深くなるので、イメージの読み取
りの精度が高い（原稿浮きに対して、画像のボケが少な
い）。

【００９５】色収差が小さく開口角のそれほど大きく
ないＳＬＡでも、十分な明るさを確保することが可能と
なる。高開口角ＳＬＡを用いた場合では、ロッドレンズ
径が小さくなることでレンズピッチの波長による変化の
幅（絶対値）自身が小さくなる。また一般的に、ロッド
レンズ径を小さくすることで、光源（照明系）をより原
稿面に近づけることができる。したがって、必ずしも明
るい高開口角ＳＬＡを用いる必要がなくなるため、中開
口角ＳＬＡを用いても十分な明るさを確保することがで
きる。その場合には、色収差量が高開口角ＳＬＡのそれ
の１／１０以下になり、これはカラー化には十分な値で
あり、しかも必要な明るさを確保することも可能であ
る。

【００９６】光源（照明系）を効率よく配置できるの
で、装置全体のシンプル化、コンパクト化が可能とな
る。光電変換素子（イメージセンサ）の配列ピッチに対応
したロッドレンズ径を選ぶことで、ＳＬＡの明るさむら
の影響をほとんどなくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるイメージ読み取り装置の一部断面
図。

【図２】ＳＬＡの光学性能の測定方法を説明する図。

【図３】ロッドレンズの屈折率分布係数ｈ₄を変化させ
た時のＲＭＳ−ＯＰＤ。

【図４】具体例１、２および比較例１、２の明るさ（光
量）の測定結果。

【図５】光電変換素子上でのＳＬＡの光量を説明する
図。

【図６】ＳＬＡと光源との距離を変化させた時の明るさ
（光量）の測定結果。

【図７】従来の密着型イメージ読み取り装置の断面図。

【符号の説明】１：イメージ読み取りセンサ２：ハウジング１０：等倍結像レンズ（ＳＬＡ）１１：各ロッドレンズ２０：透明基板（カバーガラス）２１：透明基板の原稿面３０：光電変換素子４０：原稿５０：ＬＥＤランプ光源５ａ：ＬＥＤランプ光源の出射光軸６０：ハロゲンランプ光源７０：拡散板８０：光学フィルター９０：ＭＴＦチャート１００：リレーレンズ１１０：ＣＣＤセンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半径方向の屈折率分布がｎ（ｒ）²＝ｎ₀ ²・｛１−（ｇｒ）²＋ｈ₄・（ｇｒ）⁴＋
ｈ₆・（ｇｒ）⁶＋ｈ₈・（ｇｒ）⁸＋・・・｝（ただし、ｎ（ｒ）：ロッドレンズの中心から距離ｒで
の屈折率、ｎ₀：ロッドレンズの中心の屈折率、ｇ：ロッドレンズ中心付近の屈折率分布形状により決ま
る屈折率分布定数、ｇｒ：距離ｒでの屈折力（無次元数）、ｈ₄，ｈ₆およびｈ₈：屈折率分布係数、）で表される屈
折率分布型ロッドレンズ（１１）を、その光軸が互いに
平行になるように複数本並べて、アレイ化した等倍結像
レンズアレイ（１０）と、前記レンズアレイの前焦点位
置にその原稿面（２１）が位置するように配置した透明
基板（２０）と、前記レンズアレイを介して前記基板と
対向し、前記レンズアレイの後焦点位置に設けた光電変
換素子（３０）とを、備えたイメージ読み取り装置にお
いて、前記透明基板（２０）と前記レンズアレイ（１
０）の一方のレンズ面が当接しており、かつ前記透明基
板（２０）は前記レンズアレイの前焦点位置が前記基板
原稿面（２１）にくるような厚みを有しており、さらに
前記ロッドレンズのレンズ径が０．１〜０．４ｍｍであ
ることを特徴とするイメージ読み取り装置。
【請求項２】請求項１に記載のイメージ読み取り装置に
おいて、前記ロッドレンズの規格化された屈折率分布定
数ｇｒ₀（無次元数）が０．１〜０．１５のとき、前記
ロッドレンズ径が０．１〜０．３ｍｍであるイメージ読
み取り装置。
【請求項３】請求項１に記載のイメージ読み取り装置に
おいて、前記ロッドレンズの規格化された屈折率分布定
数ｇｒ₀（無次元数）が０．１５〜０．２０のとき、前
記ロッドレンズ径が０．１５〜０．３５ｍｍであるイメ
ージ読み取り装置。
【請求項４】請求項１に記載のイメージ読み取り装置に
おいて、前記ロッドレンズの規格化された屈折率分布定
数ｇｒ₀（無次元数）が０．２０〜０．２５のとき、前
記ロッドレンズ径が０．２〜０．４ｍｍであるイメージ
読み取り装置。
【請求項５】請求項１から４に記載のイメージ読み取り
装置において、前記ロッドレンズの屈折率分布係数ｈ₄
が、−０．５〜３．０であるイメージ読み取り装置。
【請求項６】半径方向の屈折率分布がｎ（ｒ）²＝ｎ₀ ²・｛１−（ｇｒ）²＋ｈ₄・（ｇｒ）⁴＋
ｈ₆・（ｇｒ）⁶＋ｈ₈・（ｇｒ）⁸＋・・・｝（ただし、ｎ（ｒ）：ロッドレンズの中心から距離ｒで
の屈折率、ｎ₀：ロッドレンズの中心の屈折率、ｇ：ロッドレンズ中心付近の屈折率分布形状により決ま
る屈折率分布定数、ｇｒ：距離ｒでの屈折力（無次元数）、ｈ₄，ｈ₆およびｈ₈：屈折率分布係数、）で表される屈
折率分布型ロッドレンズ（１１）を、その光軸が互いに
平行になるように複数本並べて、アレイ化した等倍結像
レンズアレイ（１０）と、前記レンズアレイの前焦点位
置にその原稿面（２１）が位置するように配置した透明
基板（２０）と、前記レンズアレイを介して前記基板と
対向し、前記レンズアレイの後焦点位置に設けた光電変
換素子（３０）とを、備えたイメージ読み取り装置にお
いて、前記透明基板（２０）と前記レンズアレイ（１
０）の一方のレンズ面が当接しており、かつ前記透明基
板（２０）は前記レンズアレイの前焦点位置が前記基板
原稿面（２１）にくるような厚みを有しており、前記ロ
ッドレンズはＬｉ系ガラスからなっており、前記ロッド
レンズの規格化された屈折率分布定数ｇｒ₀（無次元
数）が０．１０〜０．１７のとき、前記ロッドレンズの
レンズ径が０．１〜０．３ｍｍであることを特徴とする
イメージ読み取り装置。
【請求項７】請求項１から６に記載のイメージ読み取り
装置において、前記ロッドレンズアレイを構成する各ロ
ッドレンズ径が以下の条件を満たすイメージ読み取り装
置。（イ）前記レンズアレイが一列配列の場合前記ロッドレンズ径は前記光電変換素子の配置ピッチと
同じである。（ロ）前記レンズアレイが二列以上の配列の場合前記ロッドレンズ径は前記光電変換素子の配置ピッチの
２倍と同じである。