專利名稱：正像等倍透鏡陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及正像等倍透鏡陣列，特別設(shè)計(jì)到設(shè)有孔徑光闌，能防止閃光、雜散光的正像等倍透鏡陣列。
背景技術(shù)：
正像等倍透鏡陣列是由在兩面上排列有許多凸透鏡的平片狀透鏡板多片疊合實(shí)現(xiàn)。例如將透明基片兩面上排列有許多凸透鏡的樹(shù)脂透鏡板多片重合，可形成正像等倍樹(shù)脂透鏡陣列。
正像等倍光學(xué)系統(tǒng)是以物體高度＝正像高度為前提。因此，物體與正像間的光學(xué)系統(tǒng)以有對(duì)稱性為條件，在透鏡板組的中央需形成倒像。當(dāng)透鏡板為偶數(shù)時(shí)在中央兩片透鏡板之間形成倒像，為奇數(shù)時(shí)則于中央透鏡板的中心位置形成倒像，而光線相對(duì)于這種倒像為左右對(duì)稱的。
圖1概示在兩面上排列凸透鏡8形成的兩塊透鏡板10與12密切重合而獲得正像等倍像時(shí)的光線狀況。圖中2為物體，4為像。這時(shí)于透鏡板10和12的相接面14上形成倒像16。
透鏡板可通過(guò)模壓制造，容易大規(guī)模生產(chǎn)，由于輕量、廉價(jià)，能夠有廣泛的應(yīng)用。其中，特別期望能用于光打印機(jī)等成像裝置和掃描器等圖像讀取裝置。這類裝置雖要求較高的分辨率，但模壓的樹(shù)脂透鏡的排列精度由模具的精度決定，因而其特點(diǎn)是可以獲得高精度且各個(gè)透鏡陣列間的特性偏差少。
以上的正像等倍樹(shù)脂透鏡陣列存在下述問(wèn)題。
(1)透鏡板由于是透明基板，透鏡以外的部分也為透明的。于是需對(duì)透過(guò)透鏡以外部分的光進(jìn)行遮光，可以設(shè)置遮光膜。但即使設(shè)置遮光膜，入射到透鏡部份的光相對(duì)于鄰接的透鏡有時(shí)也會(huì)成為閃光、雜散光。
(2)為了防止閃光、雜散光，當(dāng)增大遮光膜的面積時(shí)，就會(huì)減少透過(guò)光量。
下面相對(duì)于致密的透鏡排列結(jié)構(gòu)的情形更詳細(xì)地說(shuō)明以上的問(wèn)題。作為通常的致密透鏡排列結(jié)構(gòu)有六方致密排列結(jié)構(gòu)和四方致密排列結(jié)構(gòu)。圖2A示明六方致密排列結(jié)構(gòu)下的一個(gè)透鏡20，這種透鏡的實(shí)際形狀為正六邊形，但透鏡的直徑可視作為正六邊形的內(nèi)切圓22的直徑。圖2B示明四方致密排列結(jié)構(gòu)下的一個(gè)透鏡24，這種透鏡的實(shí)際形狀為正方形，透鏡的直徑視為作為正方形內(nèi)切圓的直徑。
在圖1以及圖2A與2B中，倒像16必須形成于內(nèi)切圓22與26的范圍內(nèi)。為了滿足必要的分辨率、透過(guò)光量的要求規(guī)格，可從理論上求得相應(yīng)的倒像的高度。據(jù)此能設(shè)計(jì)出實(shí)際透鏡的尺寸。倒像的高度雖可因光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而變化，但倒像高度的最大值則必須在透鏡半徑(實(shí)透鏡形狀的內(nèi)切圓的半徑)之內(nèi)。若倒像的高度大于透鏡半徑，倒像的一部分將覆蓋相鄰?fù)哥R而不能正確地成像。
為使倒像的高度小于透鏡半鏡可以設(shè)計(jì)所需的光學(xué)系統(tǒng)。由于透鏡的周邊部分有大的像差，故希望設(shè)計(jì)成使倒像的高度稍小于透鏡半徑，但倒像的高度小時(shí)，透過(guò)光量就會(huì)減少而圖像將變暗，因而在設(shè)計(jì)中需要考慮兩者的平衡。另一方面，若是物體2的高度不必要同透鏡半徑相等而是在光可進(jìn)入的范圍內(nèi)，則可以不考慮它與透鏡半徑相比是大還是小，而能通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行選擇。
返回參看圖2A與2B，通過(guò)內(nèi)切圓22、26外側(cè)實(shí)際透鏡區(qū)域內(nèi)的光成為閃光。在實(shí)際透鏡區(qū)域之外，通過(guò)實(shí)際透鏡外接圓28、30的相當(dāng)于其直徑的虛擬的透鏡直徑內(nèi)的光則成為雜散光。
圖3A、3B示明了用于使這種實(shí)際透鏡相互接觸排成六方致密或四方致密而構(gòu)成的透鏡板。實(shí)際透鏡的排列方向按以下所述定義。具體地說(shuō)，以多邊形實(shí)際透鏡形狀的一邊相互接合的并排方向作為排列方向。由此可知，圖3A中有六方的排列方向而在圖3B中有四方的排列方向。
在將圖3A、3B中的透鏡板多塊重疊構(gòu)成的正像等倍透鏡陣列中，當(dāng)一對(duì)透鏡形成的倒像進(jìn)入內(nèi)切圓外側(cè)的實(shí)際透鏡區(qū)域中時(shí)成為閃光，而進(jìn)入實(shí)際透鏡區(qū)域外的虛擬透鏡直徑范圍內(nèi)時(shí)部成為雜散光。為了防止出現(xiàn)這種情形，若于實(shí)際透鏡的邊界部設(shè)置遮光膜而形成孔徑光闌，則能透過(guò)倒像的透鏡面積減少，使透過(guò)光量降低。此外，當(dāng)遮光膜的寬度與位置等有偏時(shí)也易影響光量的不均。在采用了這種正像等倍透鏡的成像裝置與圖像讀取裝置中，就會(huì)發(fā)生因閃光造成的光量不均。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供閃光、雜散光發(fā)生少的正像等倍透鏡陣列。
本發(fā)明，在由多塊兩面排列有凸透鏡而形成的透鏡板重疊構(gòu)成的正像等倍透鏡陣列中，使凸透鏡排列方向的透鏡節(jié)距是正像等倍透鏡陣列內(nèi)形成的倒像高度2倍以上，而在接近倒像形成位置的表面上為了不使光線通過(guò)以倒像高度為半徑的圓形區(qū)域之外，在各個(gè)透鏡元件中設(shè)有孔徑光闌。
此時(shí)，當(dāng)透鏡板為偶數(shù)塊，孔徑光闌設(shè)于在內(nèi)部形成倒像的中央透鏡板內(nèi)，而孔徑光闌側(cè)設(shè)于形成倒像的兩塊透鏡板之間。
對(duì)于透鏡板為奇數(shù)塊的情形，孔徑光闌則設(shè)于內(nèi)部形成有倒像的中央透鏡板內(nèi)。中央的透鏡板是由只在一個(gè)面上形成了凸透鏡的2塊單面透鏡板與沒(méi)有凸透鏡形成的面相對(duì)重合構(gòu)成，而孔徑光闌便設(shè)在這兩塊單面透鏡板的重合面上。此外，透鏡板為奇數(shù)塊時(shí)，孔徑光闌也可設(shè)于內(nèi)部形成有倒像的中央透鏡板和與之相向的兩側(cè)的透鏡板之間。
孔徑光闌可以由軟片狀的遮光膜或附著于透鏡板表面上的遮光膜形成。


圖1概示將兩塊透鏡板重合獲得正等倍像時(shí)光線的情形。
圖2A示明六方致密排列結(jié)構(gòu)中1個(gè)透鏡的透鏡直徑與虛擬透鏡的直徑。
圖2B示明四方致密排列結(jié)構(gòu)中1個(gè)透鏡的透鏡直徑與虛擬透鏡的直徑。
圖3A示明為使透鏡相互接合取六方致密排列構(gòu)成的透鏡板。
圖3B示明為使透鏡相互接合取四方致密排列構(gòu)成的透鏡板。
圖4示明本發(fā)明一實(shí)施形式的六方致密排列結(jié)構(gòu)的正像等倍透鏡陣列。
圖5示明本發(fā)明一實(shí)施形式的四方致密排列結(jié)構(gòu)的正像等倍透鏡陣列。
圖6例示孔徑光闌的具體設(shè)計(jì)。
圖7示明采用圖6的孔徑光闌的正像等倍透陣列的具體設(shè)計(jì)倒。
圖8示明采用圖6的孔徑光闌的正像等倍透陣列的另一具體設(shè)計(jì)例。
圖9例示正像等倍透鏡陣列中央的透鏡板內(nèi)設(shè)置孔徑光闌。
圖10例示正像等倍透鏡陣列中央的透鏡板和與之相向的兩側(cè)透鏡板之間設(shè)置孔徑光闌。
圖11例示于透鏡表面上附著遮光膜而在中央透鏡板和與之相向的兩側(cè)透鏡板之間設(shè)置孔徑光闌。
具體實(shí)施例方式
圖4與5示明本發(fā)明一實(shí)施形式的六方致密排列結(jié)構(gòu)與四方致密排列結(jié)構(gòu)的正像等倍透鏡。此例中將透鏡20、24的排列方向的透鏡節(jié)距P設(shè)為倒像高度H的2倍以上。此外設(shè)有對(duì)以倒像高度H為半徑的圓的外部進(jìn)行遮光的遮光膜，形成了孔徑光闌32。在圖4與5中，圓形部分示明孔徑光闌的孔徑33。圖4與5的實(shí)施形式表明的是倒像高度H等于透鏡半徑的情形。通常要將倒像的高度H設(shè)計(jì)成比透鏡半徑稍小。
上述孔徑光闌可以作為一塊膠片狀的遮光膜夾設(shè)于透鏡板之間或是以遮光膜附著于透鏡表面上而形成。膠片狀的遮光膜可以是在光透過(guò)率大的膠卷表面上印刷上光吸收層而形成孔徑或是在光透過(guò)率小的膠片中設(shè)置孔口而形成孔徑。
孔徑光闌不必要對(duì)應(yīng)所有的透鏡板設(shè)置。至少是在倒像形成的位置處設(shè)置孔徑光闌即可。此時(shí)，孔徑光闌是把膠片狀的遮光膜夾設(shè)于透鏡板與透鏡板之間形成或是將遮光膜附著于相向透鏡表面的至少一方而形成。
圖6例示這種孔徑光闌的具體設(shè)計(jì)。圖6示明用于六方排列結(jié)構(gòu)的正像等倍透鏡陣列用的膜狀孔徑光闌32。倒像的高度H為0.18mm，從而1個(gè)圓形孔徑33的直徑為0.36mm。透鏡節(jié)距是倒像高度H的2倍以上的0.4mm。圖6中表明正六邊形的實(shí)線示出形成1個(gè)圓形孔徑33的遮光膜的區(qū)域。
圖7例示在圖1所示的正像等倍透鏡陣列中，將圖6所示膜狀孔徑光闌32夾設(shè)于2塊透鏡板10與12之間，可以形成在空間頻率4Lp/mm下求得MTF(調(diào)制傳遞函數(shù))60％的光學(xué)系統(tǒng)。此MTF表示為MTF=i(w)max-i(w)mini(w)max+i(w)min×100(%)]]>式中，i(w)max與i(w)min表示空間頻率w(Lp/mm)下矩形波響應(yīng)的極大值與極小值。這說(shuō)明，當(dāng)MTF約為100％，則可形成忠實(shí)于原像的像。
圖7中，為簡(jiǎn)化圖面，只示明兩塊透鏡板10、12僅包含1個(gè)凸透鏡的部分。此外還一齊示明了形成1個(gè)圓形孔徑33的遮光膜32的平面圖。
各透鏡板的厚度為1.296mm，各透鏡板所具有的凸鏡的曲率半徑為0.413mm。凸透鏡排列方向的透鏡節(jié)距為0.4mm。
這種正像等倍透鏡陣列由于在其中設(shè)于倒像形成位置處設(shè)有孔徑光闌，可以減少閃光與雜散光。
在想進(jìn)一步降低閃光與雜散光時(shí)，若在物體側(cè)的透鏡板最前面和像側(cè)透鏡板的最后面設(shè)置孔徑光闌是有效的。圖8例示在圖7的正像等倍透鏡陣列的透鏡板10、12的最前面、最后面設(shè)置膜狀的孔徑光闌34、36?？讖焦怅@34、36孔徑的直徑為0.4mm，比透鏡板10、12之間所設(shè)的孔徑光闌32的孔徑直徑稍大。
上面的例子中是將兩塊透鏡板重合起的情形，對(duì)于透鏡板是4塊或4塊以上的偶數(shù)時(shí)相重合的情形，由于倒像是在中央的2塊透鏡板之間形成，因而可將膜狀的孔徑光闌夾持地設(shè)于2塊透鏡板之間。此外，如圖8所示，在透鏡板的最前面、最后面設(shè)置膜狀孔徑光闌，能進(jìn)一步減少雜散光。
但在將奇數(shù)塊透鏡板重合時(shí)，倒像形成于中央的透鏡板內(nèi)部。此時(shí)是于中央的透鏡板內(nèi)設(shè)有孔徑光闌或是在與中央透鏡板相向兩側(cè)的透鏡板之間設(shè)置孔徑光闌。
圖9例示于3塊透鏡板10、40、12重合構(gòu)成的正像等倍透鏡陣列中央的透鏡板內(nèi)設(shè)置孔徑光闌。中央透鏡板40是由單面上形成有透鏡的兩塊單面透鏡板40-1、40-2，以其未形成有透鏡的平面?zhèn)荣N合構(gòu)成。圖中的42表示貼合面。這時(shí)的孔徑光闌成為在貼合面上夾持設(shè)置的膜狀孔徑光闌44，而且此膜狀孔徑光闌44的圓形孔徑的半徑則等于倒像的高度。
圖10例示在3塊透鏡板10、46、12重合構(gòu)成的正像等倍透鏡陣列的中央透鏡板46和與之相向的兩側(cè)透鏡板10、12之間分別設(shè)有孔徑光闌。這種孔徑光闌是通過(guò)將1片膠片狀的遮光膜夾設(shè)于透鏡板之間形成的。
圖10中，為醒目起見(jiàn)，3塊透鏡板10、46與12只示明了包含1個(gè)凸透鏡的部分。各透鏡板的厚度都是0.9mm，各個(gè)透鏡板具有的凸透鏡的曲率半徑則同為0.5mm，而凸透鏡排列方向的透鏡節(jié)距為0.48mm。中央透鏡板46與透鏡板10之間設(shè)有孔徑光闌32a，中央透鏡板46與透鏡板12之間則設(shè)有孔徑光闌32b。孔徑光闌32a、32b的圓形孔徑的直徑是0.34mm，孔徑光闌32a、32b的圓形孔徑的半徑等于倒像的高度。
圖10中，本發(fā)明的孔徑光闌采用的是夾設(shè)膜狀的形式，但也可由于透鏡表面上附著遮光膜的形式來(lái)形成孔徑光闌。圖11例示于透鏡表面上附著遮光膜，在中央透鏡板46和與之相對(duì)的兩側(cè)透鏡板10、12之間設(shè)置孔徑光闌38a、38b。這時(shí)，最好于中央透鏡板46的光入射側(cè)，在相向的透鏡板10的透鏡形成面上形成孔徑光闌38a，而在中央的透鏡板46的透鏡形成面上形成孔徑光闌38b。
在由奇數(shù)塊透鏡板重合成的正像等倍透鏡陣列中，為了進(jìn)一步減少閃光與雜散光時(shí)，可如圖8所示，于物體側(cè)的透鏡板最前面和像側(cè)的透鏡板的最后面設(shè)置膜狀孔徑光闌。
根據(jù)本發(fā)明可以取得下述效果。
(1)借助孔徑光闌，由于可防止成像的光線入射到相鄰的透鏡上，故能有效地防止閃光與雜散光。
(2)由于防止了雜散光與閃光，就能如過(guò)去那樣不必于透鏡孔徑內(nèi)設(shè)置孔徑光闌，從而可以獲得明視的圖像。
(3)由于能如過(guò)去那樣不必于透鏡孔徑內(nèi)設(shè)置孔徑光闌，從而可以減少因孔徑光闌尺寸、位置的偏差而影響光亮度的不均。
權(quán)利要求
1.一種正像等倍透鏡陣列，它具有重合的多塊透鏡板，在各塊透鏡板的兩個(gè)面上排列地形成有凸透鏡，上述凸透鏡排列方向的透鏡節(jié)距是上述正像等倍透鏡陣列內(nèi)形成的倒像高度的2倍以上，為了不使光線通過(guò)以上述倒像高度為半徑的圓域之外，在接近此倒像形成的位置的表面上于各個(gè)透鏡元件中設(shè)有孔徑光闌。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正像等倍透鏡陣列，其中當(dāng)上述多塊透鏡板為偶數(shù)塊時(shí)，上述孔徑光闌設(shè)于上述倒像形成在的2塊透鏡板之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的正像等倍透鏡陣列，其中上述孔徑光闌是由夾設(shè)于上述2塊透鏡板之間的膠片狀遮光膜形成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的正像等倍透鏡陣列，其中上述孔徑光闌是由在上述2塊透鏡板之間相向的透鏡形成面的至少一方的透鏡形成面上所附著的遮光膜形成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4所述的正像等倍透鏡陣列，其中上述多塊透鏡板是2塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正像等倍透鏡陣列，其中上述多塊透鏡板為奇數(shù)板時(shí)，上述孔徑光闌設(shè)于在其內(nèi)部形成了前述倒像的中央透鏡板內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的正像等倍透鏡陣列，其中上述中央透鏡板是由在單面上形成有凸透鏡的2塊單面透鏡板以其未形成有凸透鏡的這面相向貼合構(gòu)成，而上述孔徑光闌則設(shè)于上述2塊單面透鏡板的貼合面上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的正像等倍透鏡陣列，其中上述孔徑光闌是由夾設(shè)于上述2塊單面透鏡板之間的膠片狀遮光膜形成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的正像等倍透鏡陣列，其中上述孔徑光闌是由上述2塊單面透鏡板之間貼合面的至少一方的面上附著的遮光膜形成的。
10.根據(jù)權(quán)利要求6～9中任一項(xiàng)所述的正像等倍透鏡陣列，其中上述多塊透鏡板是3塊。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正像等倍透鏡陣列，其中當(dāng)上述多塊透鏡板為奇數(shù)塊時(shí)，上述孔徑光闌設(shè)于在內(nèi)部形成上述倒像的中央透鏡板和與之相向的兩則透鏡板之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的正像等倍透鏡陣列，其中上述孔徑光闌是由上述中央透鏡板和與之相向的透鏡板之間夾設(shè)的膠片狀遮光膜形成的。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的正像等倍透鏡陣列，其中上述孔徑光闌是由上述中央透鏡板和與之相向的透鏡板之間的透鏡形成面中至少一方的透鏡形成面上附著的遮光膜形成的。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的正像等倍透鏡陣列，其中上述孔徑光闌在上述中央透鏡板的光入射側(cè)形成于相向的透鏡板的透鏡形成面上，而在上述中央透鏡板的光出射側(cè)則形成于中央透鏡板的透鏡形成面上。
15.根據(jù)權(quán)利要求6～11中任一項(xiàng)所述的正像等倍透鏡陣列，其中上述多塊透鏡板是3塊。
全文摘要
提供一種正像等倍透鏡陣列，可減少雜散光、閃光的發(fā)生，它是由在兩個(gè)面上排列形成有凸透鏡的透鏡板多塊重合構(gòu)成，其中凸透鏡排列方向的透鏡節(jié)距P是正像等倍透鏡陣列內(nèi)形成的倒像的高度2倍以上，而為了不使光線通過(guò)上述倒像高度為半徑的圓域之外，在接近此倒像形成的位置的表面上于各個(gè)透鏡元件中設(shè)有孔徑光闌。
文檔編號(hào)G02B13/24GK1469136SQ0314274
公開(kāi)日2004年1月21日 申請(qǐng)日期2003年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月12日
發(fā)明者根本浩之 申請(qǐng)人:日本板硝子株式會(huì)社