JP5063399B2 - Plastic rod lens, rod lens array, rod lens plate, image sensor and printer - Google Patents
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Description
本発明は、光集束性棒状レンズ、光センサー等の光伝送路として利用できるプラスチックロッドレンズ及びロッドレンズアレイ、ロッドレンズプレート、イメージセンサ、及びプリンタに関する。 The present invention relates to a plastic rod lens and rod lens array, a rod lens plate, an image sensor, and a printer that can be used as an optical transmission path for a light converging rod lens, an optical sensor, and the like.
プラスチックロッドレンズは、円柱形状を有し、中心軸から外側に向かうにつれて屈折率が減少しているプラスチック製のレンズ素子であって、正立等倍像を結像するものである。通常、プラスチックロッドレンズの両端面は、正確に結像させるために、中心軸に垂直な平面になるように鏡面研磨されている。
また、プラスチックロッドレンズの2本以上を平行に並列させ、接着により一体化して、ロッドレンズアレイの形態にすることがある。ロッドレンズアレイは、ハンドスキャナ等の各種スキャナや、複写機、ファクシミリ等におけるイメージセンサ用の部品として、また発光ダイオード(LED)プリンタの書き込みデバイス等として広く用いられている。
このようなプラスチックロッドレンズやそれを用いたレンズアレイは、低コストで、しかも光学系をコンパクトにできる等の理由から用途分野が拡大しつつある。
The plastic rod lens is a plastic lens element having a cylindrical shape and a refractive index decreasing toward the outside from the central axis, and forms an erecting equal-magnification image. Usually, both end faces of the plastic rod lens are mirror-polished so as to be a plane perpendicular to the central axis in order to form an accurate image.
Further, two or more plastic rod lenses may be arranged in parallel and integrated by bonding to form a rod lens array. The rod lens array is widely used as a part for an image sensor in various scanners such as a hand scanner, a copying machine, and a facsimile, and as a writing device for a light emitting diode (LED) printer.
Such a plastic rod lens and a lens array using the plastic rod lens are expanding its application field because of its low cost and a compact optical system.
また、近年、従来のプラスチックでは困難であったガラス製並みに色収差が小さく、カラー特性に優れたプラスチックロッドレンズが開発されている。例えば、特許文献1には、脂環及び/または複素環含有のメタクリレートと芳香環含有メタクリレート、フッ素化アルキルメタクリレート、メチルメタクリレートをレンズの原料に用いた場合に、中心部の屈折率とアッベ数が高く、外側になるにつれて屈折率とアッベ数が低くなり、色収差がほとんどないプラスチックロッドレンズが得られることが開示されている。
このような光学性能を有するプラスチックレンズでは、600ドット/インチ(dpi)以上の高解像度のカラースキャナ機能付きのプリンタ複合機への適用も期待できる。しかし、プラスチックロッドレンズはガラス製ロッドレンズに比べて材料の耐熱温度が低いため、長期間使用すると光学性能が低下しやすいという問題を有していた。
The plastic lens having such optical performance can be expected to be applied to a printer complex machine having a high-resolution color scanner function of 600 dots / inch (dpi) or more. However, since the plastic rod lens has a lower heat-resistant temperature of the material than the glass rod lens, it has a problem that the optical performance is likely to deteriorate when used for a long time.
本発明の課題は、長期間使用しても光学性能の低下が小さく、カラー特性の良好なプラスチックロッドレンズ及びロッドレンズアレイ、ロッドレンズプレート、これを用いたイメージセンサ、プリンタを提供することにある。 It is an object of the present invention to provide a plastic rod lens and rod lens array, a rod lens plate, a rod lens plate, an image sensor, and a printer using the same that have a small deterioration in optical performance even after long-term use and have good color characteristics. .
本発明者らは、プラスチックロッドレンズまたはレンズアレイは、長期間高温に曝されると屈折率分布が変化して光学性能の低下を引き起こすことを見出した。また、屈折率の分布を調整、具体的には外側の屈折率を低くすることにより、耐熱性が向上することを見出した。そして、その知見に基づき、以下のプラスチックロッドレンズ、レンズアレイ、ロッドレンズプレート、イメージセンサ、プリンタを発明した。 The present inventors have found that a plastic rod lens or a lens array changes its refractive index distribution when it is exposed to a high temperature for a long period of time, causing a decrease in optical performance. It has also been found that heat resistance is improved by adjusting the refractive index distribution, specifically by reducing the outer refractive index. Based on this knowledge, the following plastic rod lens, lens array, rod lens plate, image sensor, and printer were invented.
すなわち、本発明は以下の態様を包含する。
[1] 半径Rの円柱形状を有し、中心軸から外側に向かうにつれて屈折率が減少する屈折率分布を有するプラスチックロッドレンズであって、
中心軸に垂直な断面において、屈折率分布を下記式(1)で表される2次曲線分布に近似させた際に、0.95R〜Rの範囲の近似屈折率n(L)が、0.95R〜Rの範囲の実測屈折率nNよりも高く、中心部分の実測屈折率を100、最外部分の実測屈折率を0とした際に、0R〜0.15Rの範囲の実測屈折率が100、0.25R〜0.90Rの範囲の実測屈折率が90〜50、0.95R〜Rの範囲の実測屈折率が25〜0の比率であり、
前記実測屈折率が100である中心部分と、前記中心部分の半径方向外側に位置し、前記実測屈折率が90〜80である第1部分と、前記第1周辺部分に連続して半径方向外側に位置し、前記実測屈折率が80〜40の第2部分と、前記第2周辺部分に連続して半径方向外側に位置し、前記実測屈折率が40〜1である第3部分と、前記第3部分に連続して半径方向外側に位置し、前記実測屈折率が0である外周部とを有し、前記中心部分と、前記第1部分と、前記第2部分と、前記第3部分と、前記外周部との半径方向の厚さの比が、5〜30:15〜50:15〜40:2〜10:0.5〜10であることを特徴とするプラスチックロッドレンズ。
n(L)=n0{1−(g2/2)L2} (1)
(式中、n0はプラスチックロッドレンズの中心軸における屈折率(中心屈折率)、Lはプラスチックロッドレンズの中心軸からの距離(0≦L≦R)、gはプラスチックロッドレンズの屈折率分布定数、n(L)はプラスチックロッドレンズの中心軸からの距離Lの位置における近似屈折率である。)
[2] [1]に記載のプラスチックロッドレンズの2本以上が平行に並列されているロッドレンズアレイであって、
温度60℃、相対湿度90%の環境下で1000時間湿熱処理した後のモデレーション・トランスファー・ファンクション(MTF)が、空間周波数12ラインペア/mmにおいて、波長470nm、525nm、630nmの各々で40%以上であるロッドレンズアレイ。
[3] [1]に記載のプラスチックロッドレンズの多数本が2次元に平行に並列されているロッドレンズプレート。
[4] [2]に記載のロッドレンズアレイまたは[3]に記載のロッドレンズプレートを具備するイメージセンサ。
[5] [2]に記載のロッドレンズアレイまたは[3]に記載のロッドレンズプレートを具備するプリンタ。
That is, the present invention includes the following aspects.
[1] A plastic rod lens having a cylindrical shape with a radius R and having a refractive index distribution in which the refractive index decreases from the central axis toward the outside.
In a cross section perpendicular to the central axis, when the refractive index distribution is approximated to a quadratic curve distribution represented by the following formula (1), the approximate refractive index n (L) in the range of 0.95R to R is 0. higher than the measured refractive index n n ranging .95R~R, the measured refractive index of the central portion 100, the measured refractive index of the outermost portion upon a 0, the measured refractive index in the range of 0R~0.15R Is a ratio in which the measured refractive index in the range of 100, 0.25R to 0.90R is 90 to 50, and the measured refractive index in the range of 0.95R to R is 25 to 0,
A central portion where the measured refractive index is 100, a first portion located radially outside the central portion, and a measured refractive index of 90 to 80, and a radially outer side continuously to the first peripheral portion A second portion having an actually measured refractive index of 80 to 40, a third portion having a measured refractive index of 40 to 1 and being located radially outward from the second peripheral portion. An outer peripheral portion that is located radially outward from the third portion and has an actually measured refractive index of 0, the central portion, the first portion, the second portion, and the third portion And the ratio of the thickness of the radial direction with the said outer peripheral part is 5-30: 15-50: 15-40: 2-10: 0.5-10, The plastic rod lens characterized by the above-mentioned.
n (L) = n 0 { 1- (
(Where n 0 is the refractive index at the central axis of the plastic rod lens (central refractive index), L is the distance from the central axis of the plastic rod lens (0 ≦ L ≦ R), and g is the refractive index distribution of the plastic rod lens. (The constant n (L) is an approximate refractive index at a position of distance L from the central axis of the plastic rod lens.)
[ 2 ] A rod lens array in which two or more plastic rod lenses according to [1 ] are arranged in parallel,
The moderation transfer function (MTF) after heat treatment for 1000 hours in an environment of a temperature of 60 ° C. and a relative humidity of 90% is 40% at wavelengths of 470 nm, 525 nm, and 630 nm at a spatial frequency of 12 line pairs / mm. This is the rod lens array.
[ 3 ] A rod lens plate in which many plastic rod lenses according to [1 ] are arranged in parallel in two dimensions.
[ 4 ] An image sensor comprising the rod lens array according to [ 2 ] or the rod lens plate according to [ 3 ].
[ 5 ] A printer comprising the rod lens array according to [ 2 ] or the rod lens plate according to [ 3 ].
本発明のプラスチックロッドレンズ、ロッドレンズアレイ、ロッドレンズプレートは、光学性能低下が小さく、カラー特性に優れている。
また、本発明のイメージセンサ及びプリンタは、長期間使用しても光学性能が低下せず、高解像度を維持できる。
The plastic rod lens, rod lens array, and rod lens plate of the present invention have small optical performance degradation and excellent color characteristics.
In addition, the image sensor and printer of the present invention can maintain high resolution without deterioration in optical performance even when used for a long period of time.
(プラスチックロッドレンズ)
本発明のプラスチックロッドレンズは、半径Rの円柱形状を有し、中心軸から外側に向かうにつれて屈折率が減少する屈折率分布を有する。
また、本発明のプラスチックロッドレンズは、中心軸に垂直な断面において、屈折率分布を下記式(1)で表される2次曲線分布に近似させた際に、0.95R〜Rの範囲の近似屈折率n(L)が、0.95R〜Rの範囲の実測屈折率nNよりも高い。なお、本発明の詳細な説明においては、各層を構成する未硬化状物を硬化させ、その硬化物の屈折率を実測屈折率として表し、ロッドレンズの半径方向位置の屈折率を測定した測定値を、近似屈折率と表している。
n(L)=n0{1−(g2/2)L2} (1)
式(1)中、n0はプラスチックロッドレンズの中心軸における屈折率(中心屈折率)、Lはプラスチックロッドレンズの中心軸からの距離(0≦L≦R)、gはプラスチックロッドレンズの屈折率分布定数、n(L)はプラスチックロッドレンズの中心軸からの距離Lの位置における近似屈折率である。
また、本発明のプラスチックロッドレンズの共役長は下記式(2)で近似される。この式によれば、共役長は屈折率分布定数gとレンズ長Zによって決まる。このため、使用する光学機器の共役長設計に合わせて屈折率分布定数gとレンズ長Zを任意に設定する。
Tc=Z+2{−(1/n0/g)tan(Z・g/2)} (2)
式(2)中、Tcはプラスチックロッドレンズの共役長、Zはプラスチックロッドレンズの長さである。
このような屈折率分布を有するプラスチックロッドレンズでは、高温に曝されて半径方向の屈折率分布が変化しても光学性能の変化が小さい(すなわち、耐熱性が高い)。また、色収差が小さく、カラー特性に優れている。
(Plastic rod lens)
The plastic rod lens of the present invention has a cylindrical shape with a radius R, and has a refractive index distribution in which the refractive index decreases toward the outside from the central axis.
The plastic rod lens of the present invention has a refractive index distribution in a cross section perpendicular to the central axis, in the range of 0.95R to R when the refractive index distribution is approximated to a quadratic curve distribution represented by the following formula (1). approximate refractive index n (L) is higher than the measured refractive index n n ranging 0.95R~R. In the detailed description of the present invention, the uncured material constituting each layer is cured, the refractive index of the cured product is expressed as an actually measured refractive index, and a measured value obtained by measuring the refractive index at the radial position of the rod lens. Is expressed as an approximate refractive index.
n (L) = n 0 { 1- (
In formula (1), n 0 is the refractive index (central refractive index) at the central axis of the plastic rod lens, L is the distance from the central axis of the plastic rod lens (0 ≦ L ≦ R), and g is the refractive index of the plastic rod lens. A rate distribution constant, n (L), is an approximate refractive index at a position of a distance L from the central axis of the plastic rod lens.
The conjugate length of the plastic rod lens of the present invention is approximated by the following formula (2). According to this equation, the conjugate length is determined by the refractive index distribution constant g and the lens length Z. For this reason, the refractive index distribution constant g and the lens length Z are arbitrarily set according to the conjugate length design of the optical apparatus to be used.
Tc = Z + 2 {− (1 / n 0 / g) tan (Z · g / 2)} (2)
In formula (2), Tc is the conjugate length of the plastic rod lens, and Z is the length of the plastic rod lens.
In the plastic rod lens having such a refractive index distribution, even if the refractive index distribution in the radial direction changes due to exposure to a high temperature, the change in optical performance is small (that is, the heat resistance is high). Further, the chromatic aberration is small and the color characteristics are excellent.
また、高温に曝された際の光学性能変化がより小さくなることから、0.9R〜Rの範囲における近似屈折率n(L)が、0.9R〜Rの範囲の実測屈折率nNよりも高いことが好ましい。 Further, since the optical performance changes when exposed to high temperature becomes smaller, the approximation refractive index n in the range of 0.9R~R (L) is, from the measured refractive index n N ranging 0.9R~R Is preferably high.
また、本発明のプラスチックロッドレンズにおいては、中心部分の屈折率を100、最外部分の屈折率を0とした際に、0R〜0.15Rの範囲の実測屈折率が100、0.25R〜0.90Rの範囲の実測屈折率が90〜50、0.95R〜Rの範囲の実測屈折率が25〜0の比率であることが好ましい。このような比率の屈折率分布であれば、より耐熱性の高いプラスチックロッドレンズとすることができる。
さらには、0.25R〜0.9Rの範囲の実測屈折率が85〜50、0.95R〜Rの範囲の実測屈折率が23〜0の比率であることがより好ましい。
In the plastic rod lens of the present invention, when the refractive index of the central portion is 100 and the refractive index of the outermost portion is 0, the measured refractive indexes in the range of 0R to 0.15R are 100, 0.25R to It is preferable that the measured refractive index in the range of 0.90R is 90 to 50, and the measured refractive index in the range of 0.95R to R is 25 to 0. If the refractive index distribution has such a ratio, a plastic rod lens with higher heat resistance can be obtained.
Furthermore, the measured refractive index in the range of 0.25R to 0.9R is more preferably 85 to 50, and the measured refractive index in the range of 0.95R to R is more preferably 23 to 0.
本発明のプラスチックロッドレンズにおける中心屈折率n0は、1.4≦n0≦1.6、また中心屈折率n0と最外部分の屈折率n1の差は、n0−n1≧0.01であることが好ましい。
本発明のプラスチックロッドレンズにおいて半径Rは0.08mm以上0.4mm以下であることが好ましい。半径Rが0.4mm以下であると、共役長を短くすることができ、光学系をコンパクト化できる。また、共役長を短くすることにより、470nmと630nmにおける共役長の差が一段と小さくなるため、カラー特性がより向上する。
一方、ロッドレンズアレイまたはイメージセンサを作製する際に加工や取り扱いを容易にするためには半径Rが0.08mm以上であることが好ましい。
The central refractive index n 0 in the plastic rod lens of the present invention is 1.4 ≦ n 0 ≦ 1.6, and the difference between the central refractive index n 0 and the refractive index n 1 of the outermost part is n 0 −n 1 ≧ It is preferable that it is 0.01.
In the plastic rod lens of the present invention, the radius R is preferably 0.08 mm or more and 0.4 mm or less. When the radius R is 0.4 mm or less, the conjugate length can be shortened and the optical system can be made compact. Further, by shortening the conjugate length, the difference in conjugate length between 470 nm and 630 nm is further reduced, so that the color characteristics are further improved.
On the other hand, it is preferable that the radius R is 0.08 mm or more in order to facilitate processing and handling when manufacturing the rod lens array or the image sensor.
また、本発明のプラスチックロッドレンズにおいて屈折率分布定数gは、525nmの波長において、0.4mm−1≦g≦2.0mm−1であることが好ましい。屈折率分布定数gが2.0mm−1以下にすることでプラスチックロッドレンズの1周期長を長くでき、ロッドレンズアレイを作製する際に加工や取り扱いが容易になる。
屈折率分布定数gが0.4mm−1以上であれば、プラスチックロッドレンズの1周期長が短くなるため、共役長Tcが小さくなり光学系のコンパクト化が達成できる。
したがって、屈折率分布定数gを上記の値の範囲とすれば、光学系のコンパクト化とプラスチックロッドレンズの取り扱い性を両立できる。
In the plastic rod lens of the present invention, the refractive index distribution constant g is preferably 0.4 mm −1 ≦ g ≦ 2.0 mm −1 at a wavelength of 525 nm. When the refractive index distribution constant g is 2.0 mm −1 or less, one period length of the plastic rod lens can be increased, and processing and handling are facilitated when a rod lens array is manufactured.
If the refractive index distribution constant g is 0.4 mm −1 or more, the one-cycle length of the plastic rod lens is shortened, so that the conjugate length Tc is reduced and the optical system can be made compact.
Therefore, if the refractive index distribution constant g is in the above range, it is possible to achieve both compactness of the optical system and handleability of the plastic rod lens.
また、本発明のプラスチックロッドレンズは、屈折率分布定数gと半径Rの積(g・R)が、0.1≦g・R≦0.3を満たしていることが好ましい。屈折率分布定数gと半径Rの積が前記範囲であれば、焦点深度が深く、共役長が短く、出射光量の大きいプラスチックロッドレンズを得ることができる。 In the plastic rod lens of the present invention, the product (g · R) of the refractive index distribution constant g and the radius R preferably satisfies 0.1 ≦ g · R ≦ 0.3. When the product of the refractive index distribution constant g and the radius R is within the above range, a plastic rod lens having a large depth of focus, a short conjugate length, and a large amount of emitted light can be obtained.
本発明のプラスチックロッドレンズは、中心軸に垂直な断面においてプラスチックロッドレンズ外周面から中心軸側の80μm以内、かつ、中心軸から0.6R以上の範囲に光吸収剤を含有する光吸収剤含有層が形成されていることが好ましい。
光吸収剤が上記のようにプラスチックロッドレンズに含まれていれば、出射光量を大幅に低減することなく、プラスチックロッドレンズ外周部に形成された屈折率分布の不整部分に起因するフレア光やロッドレンズアレイとしたときのクロストークを防止することができる。その結果、レンズ性能を高めることができる。
なお、光吸収剤を0.6Rよりも中心軸側の領域に含有させたり、プラスチックロッドレンズ外周面から中心軸側の80μmを超える領域に光吸収剤を含有させたりすると、出射光量が低下する傾向にある。
The plastic rod lens of the present invention contains a light absorber containing a light absorber in a range perpendicular to the central axis within 80 μm from the outer peripheral surface of the plastic rod lens to the central axis and 0.6 R or more from the central axis. It is preferable that a layer is formed.
If the light absorber is contained in the plastic rod lens as described above, the flare light or rod caused by the irregular portion of the refractive index distribution formed on the outer periphery of the plastic rod lens without significantly reducing the amount of emitted light Crosstalk when a lens array is formed can be prevented. As a result, the lens performance can be improved.
Note that if the light absorber is included in a region closer to the central axis than 0.6R, or the light absorber is included in a region exceeding 80 μm on the central axis side from the outer peripheral surface of the plastic rod lens, the amount of emitted light is reduced. There is a tendency.
光吸収剤は、可視光及び近赤外光の領域のうち少なくとも一部の波長域の光を吸収するものである。
光吸収剤としては、可視光及び近赤外光の領域のうち少なくとも一部の波長域の光を吸収し得る種々の染料や顔料、色素が使用できる。これらの光吸収剤は、特定波長域のみを吸収する光吸収剤であって、吸収する波長がそれぞれ異なる光吸収剤を2種以上組み合わせて用いてもよい。例えば、プラスチックロッドレンズをカラースキャナに用いる場合には、RGB各波長の光を吸収する染料を組み合わせて用いることができる。
また、光吸収剤としては、上記のように可視光(400nm〜700nm程度)及び近赤外(700nm〜1000nm程度)のうち特定波長域のみを吸収するものを用いてもよいし、全波長域を吸収するものを用いてもよい。可視光領域の全ての光を吸収する層を形成する場合には、複数種の光吸収剤を混合して黒色としたものや、カーボンブラックやグラファイトカーボン等の黒色の光吸収剤を用いることができる。
The light absorber absorbs light in at least a part of the wavelength region of the visible light and near infrared light regions.
As the light absorber, various dyes, pigments, and pigments that can absorb light in at least a part of the wavelength range of visible light and near infrared light can be used. These light absorbers are light absorbers that absorb only a specific wavelength range, and two or more kinds of light absorbers that absorb different wavelengths may be used in combination. For example, when a plastic rod lens is used in a color scanner, dyes that absorb light of each wavelength of RGB can be used in combination.
Moreover, as a light absorber, what absorbs only a specific wavelength range among visible light (about 400 nm-about 700 nm) and near infrared (about 700 nm-about 1000 nm) as mentioned above may be used. Those that absorb water may be used. When forming a layer that absorbs all light in the visible light region, it is necessary to use a black light absorber such as carbon black or graphite carbon mixed with a plurality of types of light absorbers. it can.
また、光吸収剤は、光吸収剤含有層内にて均一に存在していることが好ましい。その際、光吸収剤含有層を構成する高分子中に光吸収剤分子が均一に分散あるいは結合されていることが好ましい。 The light absorber is preferably present uniformly in the light absorber-containing layer. In that case, it is preferable that the light absorber molecules are uniformly dispersed or bonded in the polymer constituting the light absorber-containing layer.
また、光吸収剤の光吸収剤含有層における含有量は、0.001〜10質量%が好ましく、0.001〜1質量%がより好ましい。 Moreover, 0.001-10 mass% is preferable and, as for content in the light absorber content layer of a light absorber, 0.001-1 mass% is more preferable.
本発明のプラスチックロッドレンズを製造するための方法としては、例えば、付加反応法、共重合法、ゲル重合法、単量体揮発法、相互拡散法等のいずれの方法であってもよいが、精度及び生産性の点で相互拡散法が好ましい。
以下、相互拡散法について説明する。
The method for producing the plastic rod lens of the present invention may be any method such as an addition reaction method, a copolymerization method, a gel polymerization method, a monomer volatilization method, an interdiffusion method, The interdiffusion method is preferable in terms of accuracy and productivity.
Hereinafter, the mutual diffusion method will be described.
まず、硬化後の屈折率n及びアッベ数νが、n1>n2>・・・・>nN、かつν1>ν2>・・・・>νN(N≧3)となるN個の未硬化状物を、複合紡糸ノズル等を用いて、中心軸から外側に向かうにつれて屈折率及びアッベ数が順次低くなるような配置で同心円状に積層した未硬化状の積層体(以下、「糸状体」という。)に賦形する。
次いで、この糸状体の各層間の屈折率分布が好ましくは連続的になるように、隣接する層同士で物質を相互拡散させる相互拡散処理を施し、その後または同時に、糸状体を硬化処理して、プラスチックロッドレンズ原糸を得る(紡糸工程)。
ここで、相互拡散処理は、糸状体に窒素雰囲気下、10〜60℃、より好ましくは20〜50℃で数秒〜数分間の熱履歴を与える処理である。
次いで、上記紡糸工程により得られたプラスチックロッドレンズ原糸を、必要に応じて、加熱延伸処理した後、緩和処理を施し、適宜、所定のサイズに切断することにより、本発明のプラスチックロッドレンズを得る。
First, the refractive index n and the Abbe number ν after curing are such that n 1 > n 2 >...> N N and ν 1 > ν 2 >...> Ν N (N ≧ 3). An uncured laminate (hereinafter, referred to as a concentric laminate) in which the refractive index and the Abbe number are sequentially decreased from the central axis toward the outside using a composite spinning nozzle or the like using a composite spinning nozzle or the like. It is shaped into a “filament”.
Next, an interdiffusion treatment for interdiffusing substances between adjacent layers is performed so that the refractive index distribution between each layer of the filamentous body is preferably continuous, and thereafter or simultaneously, the filamentous body is cured. A plastic rod lens raw yarn is obtained (spinning process).
Here, the interdiffusion treatment is a treatment for giving a thermal history for several seconds to several minutes at 10 to 60 ° C., more preferably 20 to 50 ° C. in a nitrogen atmosphere.
Next, the plastic rod lens raw yarn obtained by the spinning step is subjected to a heat stretching treatment as necessary, and then subjected to a relaxation treatment, and appropriately cut into a predetermined size, whereby the plastic rod lens of the present invention is obtained. obtain.
本発明のプラスチックロッドレンズの製造時に使用する未硬化状物は、中心に積層する前記未硬化状物の硬化後の屈折率ncと、最外層に積層する前記未硬化状物の硬化後の屈折率npの差がnc−np≧0.02以上になるように選択することが好ましい。このように未硬化物を選択すれば、相互拡散後に前記プラスチックロッドレンズの中心屈折率n0と最外部分の屈折率n1の差を、容易にn0−n1≧0.01とすることができる。 Uncured material that is used in the production of plastic rod lenses of the present invention, the refractive index n c after curing of the uncured material to be laminated to the center, the after curing of the uncured material to be laminated to the outermost layer It is preferable to select such that the difference in the refractive index n p is n c −n p ≧ 0.02. Thus selecting the uncured material, the difference in refractive index n 1 of the central refractive index n 0 and outermost portions of the plastic rod lens after interdiffusion, easily and n 0 -n 1 ≧ 0.01 be able to.
得られるプラスチックロッドレンズの屈折率分布を理想的な分布に近づけ、かつ耐熱性を高くするためには、用いる未硬化状物の個数Nを4以上、より好ましくは4〜6の範囲にすることが好ましい。
N=5の場合には、各層の屈折率を、第1層を100、第5層を0とした場合に、第1層から第5層の順に、100/90〜80/80〜40/40〜1/0で、各層の厚さの比を、第1層から第5層の順に、5〜30/15〜50/15〜40/2〜10/0.5〜10にすることが好ましい。なお、本発明の好適な実施形態においては、便宜上第1層から第5層の屈折率を記載しているが、各層で相互拡散が行われるために、製造されたロッドレンズが厳密に積層状態となっているわけではない。即ち、プラスチックロッドレンズは、中心部分の実測屈折率を100とした時に、中心部分の半径方向外側に位置し、実測屈折率が90〜80の第1部分と、第1部分と連続して半径方向外側に位置し、実測屈折率が80〜40の第2部分と、第2部分の半径方向外側に位置し、実測屈折率が40〜1の第3部分と、第3部分に連続して半径方向外側に位置し、実測屈折率が0である外周部と、を有する、と換言することができる。
In order to make the refractive index distribution of the obtained plastic rod lens close to an ideal distribution and to increase the heat resistance, the number N of uncured materials to be used is set to 4 or more, more preferably in the range of 4 to 6. Is preferred.
In the case of N = 5, the refractive index of each layer is 100/90 to 80/80 to 40 / in the order of the first layer to the fifth layer when the first layer is 100 and the fifth layer is 0. 40 to 1/0, and the ratio of the thickness of each layer may be 5 to 30/15 to 50/15 to 40/2 to 10 / 0.5 to 10 in order from the first layer to the fifth layer. preferable. In the preferred embodiment of the present invention, the refractive indexes of the first layer to the fifth layer are described for convenience. However, since the mutual diffusion is performed in each layer, the manufactured rod lens is strictly laminated. It does n’t mean that. That is, when the measured refractive index of the central portion is 100, the plastic rod lens is located radially outside the central portion, and the first portion having the measured refractive index of 90 to 80 and the radius continuous to the first portion. A second part having an actually measured refractive index of 80 to 40, a third part having an actually measured refractive index of 40 to 1 and a third part that is located radially outside the second part. In other words, it has an outer peripheral portion that is located outside in the radial direction and whose measured refractive index is zero.
未硬化状物の50℃における粘度は、102〜107Pa・sであることが好ましい。粘度が102Pa・s未満であると、賦形に際に糸切れが生じやすくなり糸状体の形成が困難になることがある。また、107Pa・sを超えると、賦形時の操作性が不良になり各層の同心円性が損なわれたり、太さ斑の大きな糸状体になったりすることがある。 The viscosity of the uncured product at 50 ° C. is preferably 10 2 to 10 7 Pa · s. If the viscosity is less than 10 2 Pa · s, thread breakage may easily occur during shaping, and it may be difficult to form a filament. On the other hand, if it exceeds 10 7 Pa · s, the operability at the time of shaping may be poor, and the concentricity of each layer may be impaired, or the filament may have a large thickness.
未硬化状物としては、ラジカル重合性ビニル単量体、またはラジカル重合性ビニル単量体と該単量体に可溶な重合体(可溶性重合体)とからなる組成物などを用いることができる。中でも、未硬化状物から糸状体を形成する際の未硬化状物の粘度を容易に調整でき、また、糸状体の中心軸から外側に向かうにつれて連続的な屈折率分布を容易に形成できることから、ラジカル重合性ビニル単量体と可溶性重合体とからなる組成物であることが好ましい。
可溶性重合体としては、ポリメチルメタクリレート(屈折率:1.49)、ポリメチルメタクリレート系共重合体(屈折率:1.47〜1.50)が好ましい。これらの中でも、ポリメチルメタクリレートは透明性に優れ、それ自体の屈折率も高いのでより好ましい。
As the uncured product, a radical polymerizable vinyl monomer or a composition comprising a radical polymerizable vinyl monomer and a polymer soluble in the monomer (soluble polymer) can be used. . Among them, the viscosity of the uncured product when forming the filament from the uncured product can be easily adjusted, and a continuous refractive index distribution can be easily formed from the central axis of the filament to the outside. A composition comprising a radical polymerizable vinyl monomer and a soluble polymer is preferred.
As the soluble polymer, polymethyl methacrylate (refractive index: 1.49) and polymethyl methacrylate copolymer (refractive index: 1.47 to 1.50) are preferable. Among these, polymethyl methacrylate is more preferable because it is excellent in transparency and has a high refractive index.
また、各層には同一の屈折率を有する可溶性重合体を含有させることが好ましい。各層に同一の屈折率を有する可溶性重合体を含有させれば、中心軸から外側に向かうにつれて連続的な屈折率分布を有するプラスチックロッドレンズを容易に得ることができる。 Each layer preferably contains a soluble polymer having the same refractive index. If each layer contains a soluble polymer having the same refractive index, a plastic rod lens having a continuous refractive index distribution from the central axis toward the outside can be easily obtained.
未硬化状物から形成された糸状体を硬化するためには、重合開始剤を未硬化物中に0.01〜2質量%添加しておくことが好ましい。重合開始剤としては熱硬化開始剤と光硬化開始剤があるが、いずれも使用可能である。
熱硬化開始剤としては、通常、パーオキサイド系又はアゾ系の開始剤が用いられる。
光硬化開始剤としては、ベンゾフェノン、ベンゾインアルキルエーテル、4’−イソプロピル−2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンジルメチルケタール、2,2−ジエトキシアセトフェノン、クロロチオキサントン、チオキサントン系化合物、ベンゾフェノン系化合物、4−ジメチルアミノ安息香酸エチル、4−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、N−メチルジエタノールアミン、トリエチルアミンなどが挙げられる。
In order to cure the filament formed from the uncured material, it is preferable to add a polymerization initiator in an amount of 0.01 to 2% by mass in the uncured material. As the polymerization initiator, there are a thermosetting initiator and a photocuring initiator, both of which can be used.
As the thermosetting initiator, a peroxide-based or azo-based initiator is usually used.
Examples of photocuring initiators include benzophenone, benzoin alkyl ether, 4′-isopropyl-2-hydroxy-2-methylpropiophenone, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, benzyl methyl ketal, 2,2-diethoxyacetophenone, chlorothioxanthone. Thioxanthone compounds, benzophenone compounds, ethyl 4-dimethylaminobenzoate, isoamyl 4-dimethylaminobenzoate, N-methyldiethanolamine, and triethylamine.
未硬化状物を硬化させる際には、熱硬化開始剤及び/又は光硬化開始剤を含有する糸状物を熱処理ないし光硬化処理を行う。未硬化状物が熱硬化開始剤と光硬化開始剤の両方を含有している場合は、熱処理と光硬化処理の両方を行うことができる。
熱硬化処理は、熱硬化開始剤を含有させた未硬化状物を、一定の温度に制御された加熱炉等の硬化処理部で所定時間熱処理することにより行うことができる。
光硬化処理は、光硬化開始剤を含有させた未硬化状物に周囲から紫外線を照射することにより行うことができる。光硬化処理に用いる光源としては、150〜600nmの波長の光を発生する炭素アーク灯、高圧水銀灯、中圧水銀灯、低圧水銀灯、超高圧水銀灯、ケミカルランプ、キセノンランプ、レーザー光等が挙げられる。
When the uncured product is cured, the filament containing the thermosetting initiator and / or the photocuring initiator is subjected to heat treatment or photocuring treatment. When the uncured product contains both a thermosetting initiator and a photocuring initiator, both heat treatment and photocuring treatment can be performed.
The thermosetting treatment can be performed by heat-treating an uncured product containing a thermosetting initiator for a predetermined time in a curing processing section such as a heating furnace controlled at a constant temperature.
The photocuring treatment can be performed by irradiating an uncured product containing a photocuring initiator with ultraviolet rays from the surroundings. Examples of the light source used for the photocuring treatment include a carbon arc lamp that generates light having a wavelength of 150 to 600 nm, a high-pressure mercury lamp, a medium-pressure mercury lamp, a low-pressure mercury lamp, an ultrahigh-pressure mercury lamp, a chemical lamp, a xenon lamp, and a laser beam.
糸状体を安定的に製造するには、硬化処理までの重合を防ぐために重合禁止剤を添加することが好ましい。重合禁止剤としては、例えば、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル等のキノン化合物、フェノチアジン等のアミン系化合物、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル等のN−オキシル系化合物等が挙げられる。 In order to stably produce the filamentous material, it is preferable to add a polymerization inhibitor in order to prevent polymerization until the curing treatment. Examples of the polymerization inhibitor include quinone compounds such as hydroquinone and hydroquinone monomethyl ether, amine compounds such as phenothiazine, and N-oxyl compounds such as 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl. Compounds and the like.
上記紡糸工程は、例えば、図1に示すようなプラスチックロッドレンズ原糸の製造装置を用いて行うことができる。
このプラスチックロッドレンズ原糸の製造装置10は、同心円状複合紡糸ノズル11と、同心円状複合紡糸ノズル11から吐出された糸状体Aを収容する収容体12と、収容体12の同心円状複合紡糸ノズル11側に接続された不活性ガス導入管13と、収容体12の出口12a側に接続された不活性ガス排出管14と、収容体12の長手方向の中央の外側に設けられた第1光照射機15と、収容体12の不活性ガス排出管14側の外側に設けられた第2光照射機16と、収容体12の下流側に配置された引取りローラ17とを具備する。
収容体12において、同心円状複合紡糸ノズル11から第1光照射機15の光が当る直前までの部分を相互拡散処理部12b、第1光照射機15の光が当る部分を第1硬化処理部12c、第2光照射機16の光が当る部分を第2硬化処理部12dという。
The spinning step can be performed using, for example, a plastic rod lens raw yarn manufacturing apparatus as shown in FIG.
The plastic rod lens
In the
上記製造装置10を用いたプラスチックロッドレンズ原糸の製造では、不活性ガス導入管13から収容体12内に不活性ガス(例えば窒素ガス)を導入すると共に不活性ガス排出管14から収容体12内の不活性ガスを排出させる。
そのように不活性ガスを流動させた状態で、同心円状複合紡糸ノズル11から未硬化の糸状体Aを吐出し、その糸状体Aを、収容体12内を通過させる。このとき、糸状体Aを構成する各層間で相互拡散処理部12bにて相互拡散を起こさせ、第1硬化処理部12cにて第1光照射機15により糸状体Aに光を照射し、第2硬化処理部12dにて第2光照射機16により糸状体Aに光を照射して硬化する。
そして、引取りローラ17により引き取ることにより、収容体12からプラスチックロッド原糸Bを得る。
In the production of the plastic rod lens raw yarn using the
With the inert gas flowing in this manner, the uncured filament A is discharged from the concentric
Then, the plastic rod raw yarn B is obtained from the
紡糸工程によって得られたプラスチックロッドレンズ原糸は、必要に応じて、そのまま連続的に加熱延伸処理に送ってもよいし、いったんボビン等に巻き取ってから加熱延伸処理に送ってもよいし、所望の長さに切断してもよい。
加熱延伸処理はバッチ方式で行ってもよいし、連続的に行ってもよい。加熱延伸処理と緩和処理は連続的に行ってもよいし、非連続的に行ってもよい。
The plastic rod lens raw yarn obtained by the spinning process may be continuously sent to the heat stretching process as it is, if necessary, or once wound on a bobbin or the like and sent to the heat stretching process, You may cut | disconnect to desired length.
The heat stretching treatment may be performed in a batch manner or continuously. The heat stretching treatment and the relaxation treatment may be performed continuously or discontinuously.
加熱延伸処理及び緩和処理は、例えば、図2に示すような延伸・緩和処理装置を用いて行うことができる。
この延伸・緩和処理装置20は、第1ニップローラ21、第2ニップローラ22、第3ニップローラ23、第1ニップローラ21と第2ニップローラ22との間に配置された第1加熱炉24、及び、第2ニップローラ22と第3ニップローラ23との間に配置された第2加熱炉25を具備する。
The heat stretching treatment and the relaxation treatment can be performed using, for example, a stretching / relaxation treatment apparatus as shown in FIG.
The stretching /
加熱延伸処理は、例えば、上記延伸・緩和処理装置20を用いて行うことができる。すなわち、硬化して得られたプラスチックロッドレンズ原糸Bを第1ニップローラ21で第1加熱炉24に供給し、第1加熱炉24を通過したプラスチックロッドレンズ原糸Bを第2ニップローラ22で第1ニップローラ21よりも速い速度で引き取って延伸する方法等が挙げられる。
加熱延伸処理における第1加熱炉24内の雰囲気の温度はプラスチックロッドレンズの材質等に応じて適宜設定されるが、プラスチックロッドレンズのガラス転移温度(Tg)+20℃以上にすることが好ましい。また、延伸倍率は、所望のプラスチックロッドレンズ径により適宜決定され、第1ニップローラ21と第2ニップローラ22の周速度比により調節することができる。
The heat stretching process can be performed using, for example, the stretching /
The temperature of the atmosphere in the
緩和処理は、例えば、上記延伸・緩和処理装置20を用いて行うことができる。すなわち、延伸されたプラスチックロッドレンズ原糸Cを第2ニップローラ22で第2加熱炉25に供給し、第2加熱炉25を通過したプラスチックロッドレンズ原糸Cを第3ニップローラ23で第2ニップローラ22よりも遅い速度で引き取って緩和する方法等が挙げられる。
緩和処理の第2加熱炉25内の雰囲気の温度はプラスチックロッドレンズの材質等に応じて適宜設定されるが、プラスチックロッドレンズのTg以上にすることが好ましい。また、緩和率(緩和処理後の長さ/緩和処理前の長さ)は、所望のプラスチックロッドレンズ径により適宜決定されるが、99/100〜1/2程度になるようにすることが好ましい。このような緩和率で緩和処理を施せば、プラスチックロッドレンズの収縮を抑制することができる。なお、緩和率が小さすぎるとレンズ径の斑が大きくなるため好ましくない。緩和率は、第2ニップローラ22と第3ニップローラ23との周速度比で調節することができる。
The relaxation treatment can be performed using, for example, the stretching /
The temperature of the atmosphere in the
最終的に得られるプラスチックロッドレンズにおいては、プラスチックロッドレンズを構成する重合体の質量平均分子量は10000〜100000であることが好ましい。 In the finally obtained plastic rod lens, the polymer constituting the plastic rod lens preferably has a mass average molecular weight of 10,000 to 100,000.
(ロッドレンズアレイ)
次に、本発明のロッドレンズアレイについて説明する。
本発明のロッドレンズアレイは、上記プラスチックロッドレンズの2本以上が平行に並列されているものである。
ロッドレンズアレイの一例として、図3に示すように、2本以上のプラスチックロッドレンズ31,31・・・が、2枚の基板32,32間に平行に1列に並べられ、固定されたものが挙げられる。
プラスチックロッドレンズ31を基板32に固定する際には公知の接着剤33が用いられる。接着剤33には、カーボンブラック等の遮光剤が含まれてもよい。
隣接するプラスチックロッドレンズ31,31は互いに密着していてもよいし、一定の間隔を空けて配置していてもよい。一体の間隔を空ける場合には、プラスチックロッドレンズ31,31同士の間隔を一定にすることが好ましい。
(Rod lens array)
Next, the rod lens array of the present invention will be described.
The rod lens array of the present invention has two or more of the plastic rod lenses arranged in parallel.
As an example of a rod lens array, as shown in FIG. 3, two or more
When the
Adjacent
ロッドレンズアレイは、ロッドレンズアレイの波長λnmの光に対する共役長をTc(λ)とした際に、Tc(630)−Tc(470)≦0.3mm、及び、Tc(525)≦12mmを満たし、温度60℃、相対湿度90%の環境下で1000時間湿熱処理した後のMTFが、空間周波数12ラインペア/mmにおいて、波長470nm(B)、525nm(G)、630nm(R)の波長の各々で40%以上であることが好ましい。このようなロッドレンズアレイであれば、鮮明に画像を取り込むことができる。 The rod lens array satisfies Tc (630) −Tc (470) ≦ 0.3 mm and Tc (525) ≦ 12 mm when the conjugate length of the rod lens array with respect to light of wavelength λnm is Tc (λ). MTF after heat treatment for 1000 hours in an environment of temperature 60 ° C. and relative humidity 90% has a wavelength of 470 nm (B), 525 nm (G), and 630 nm (R) at a spatial frequency of 12 line pairs / mm. Each is preferably 40% or more. With such a rod lens array, it is possible to capture an image clearly.
ここで、共役長Tc及びMTFは、以下のように測定される。
すなわち、空間周波数12ラインペア/mm(すなわち600dpi)を有する格子パターンを用い、光軸に垂直な両端面を研磨したロッドレンズアレイに光源からの光を、格子パターンを通して入射させる。次いで、結像面に設置したCCDラインセンサにより格子画像を読み取り、その測定光量の最大値(imax)と最小値(imin)を測定する。そして、下記式(2)によりMTF(モデレーション・トランスファー・ファンクション)を求める。
MTF(%)={(imax−imin)/(imax+imin)}×100 (2)
その際、格子パターンとロッドレンズアレイの入射端との距離と、ロッドレンズアレイの出射端とCCDラインセンサとの距離を等しくする。そして、格子パターンとCCDラインセンサをロッドレンズアレイに対し対称的に動かしてMTFを測定し、MTFが最良になるときの、格子パターンとCCDラインセンサとの距離を共役長Tcとする。
Here, the conjugate length Tc and MTF are measured as follows.
That is, using a grating pattern having a spatial frequency of 12 line pairs / mm (that is, 600 dpi), light from a light source is incident through a grating pattern on a rod lens array whose both end surfaces perpendicular to the optical axis are polished. Next, the lattice image is read by a CCD line sensor installed on the imaging plane, and the maximum value (i max ) and minimum value (i min ) of the measured light quantity are measured. Then, MTF (Moderation Transfer Function) is obtained by the following equation (2).
MTF (%) = {(i max −i min ) / (i max + i min )} × 100 (2)
At this time, the distance between the grating pattern and the incident end of the rod lens array and the distance between the exit end of the rod lens array and the CCD line sensor are made equal. Then, the MTF is measured by moving the grating pattern and the CCD line sensor symmetrically with respect to the rod lens array, and the distance between the grating pattern and the CCD line sensor when the MTF is the best is the conjugate length Tc.
本発明のロッドレンズアレイは公知の方法で製造される。例えば、まず、一定の長さに切断したプラスチックロッドレンズ31,31・・・を2枚の基板32,32間に、隣接するプラスチックロッドレンズ31,31同士が密着するように平行に配置して固定する。この状態でカーボンブラック等の遮光剤の入った接着剤33をプラスチックロッドレンズ31,31の間、及び、プラスチックロッドレンズ31と基板32の間の隙間に注入して、硬化させる。
その後、必要に応じて、所望の長さに切断し、ダイヤモンド刃による切削等によってプラスチックロッドレンズ31の端面の鏡面化処理を施して、ロッドレンズアレイ30aを得る。
The rod lens array of the present invention is manufactured by a known method. For example, first,
Then, if necessary, it is cut into a desired length, and the end surface of the
ロッドレンズアレイは図3に示すものに限定されず、例えば、プラスチックロッドレンズを2段以上に積み重ねて配置してもよい。その場合、プラスチックロッドレンズ同士の隙間が最小になるように最密に配置されていることが好ましい。 The rod lens array is not limited to that shown in FIG. 3, and for example, plastic rod lenses may be stacked in two or more stages. In that case, it is preferable that the plastic rod lenses are arranged closest to each other so that the gap between the plastic rod lenses is minimized.
本発明のロッドレンズアレイは、上記プラスチックロッドレンズを用いたものであるから、耐熱性が高く、長期間高温に曝されても光学性能の低下が小さい。
また、本発明のロッドレンズアレイは、色収差が小さいため、異なる波長の光に対する共役長の差が小さく、カラー特性に優れ、高解像度のカラーイメージセンサを形成することができる。
Since the rod lens array of the present invention uses the above plastic rod lens, it has high heat resistance, and even when exposed to high temperatures for a long period of time, the optical performance is hardly lowered.
In addition, since the rod lens array of the present invention has small chromatic aberration, the difference in conjugate length with respect to light of different wavelengths is small, and it is excellent in color characteristics and can form a high-resolution color image sensor.
(ロッドレンズプレート)
次に、本発明のロッドレンズプレートについて説明する。
本発明のロッドレンズプレートは、図4に示すように、上記プラスチックロッドレンズ31,31・・・の多数本が2次元に平行に並列され、固定されたものである。
プラスチックロッドレンズ31,31同士の固定では公知の接着剤33が用いられる。接着剤33は、カーボンブラック等の遮光剤が含まれてもよい。
隣接するプラスチックロッドレンズ31,31同士は互いに密着させて最密に配置してもよいし、一定の間隔を空けて配置してもよい。一定の間隔を空けて配置する場合には、隣接するプラスチックロッドレンズ31,31同士の間隔を一定にすることが好ましい。
(Rod lens plate)
Next, the rod lens plate of the present invention will be described.
As shown in FIG. 4, the rod lens plate of the present invention has a large number of the
A known adhesive 33 is used for fixing the
Adjacent
本発明のロッドレンズプレートは公知の方法で製造される。例えば、まず、一定の長さに切断した多数本のプラスチックロッドレンズ31,31・・・を、プラスチックロッドレンズ31,31同士が密着するように最密に配置する。
次いで、この状態でカーボンブラック等の遮光剤の入った接着剤33をプラスチックロッドレンズ31,31の間の隙間に注入して、硬化させる。
その後、必要に応じて、所望の長さに切断し、ダイヤモンド刃による切削や光学研磨等によってプラスチックロッドレンズ31の端面の鏡面化処理を施して、ロッドレンズプレート30bを得る。
また、必要に応じて、ロッドレンズプレート端面での反射による光量の損失を小さくするために反射防止コーティングを施してもよい。
The rod lens plate of the present invention is manufactured by a known method. For example, first, a large number of
Next, in this state, an adhesive 33 containing a light-shielding agent such as carbon black is injected into the gap between the
After that, if necessary, it is cut into a desired length, and the end surface of the
Further, if necessary, an antireflection coating may be applied to reduce the loss of light quantity due to reflection on the end surface of the rod lens plate.
本発明のロッドレンズプレートは、プラスチックロッドレンズが2次元に並列されているため広い面積の情報を読み取るイメージセンサ等に用いることができる。
また、本発明のロッドレンズプレートは、上記プラスチックロッドレンズを用いたものであるから、耐熱性が高く、長期間高温に曝されても光学性能の低下が小さい。
さらに、本発明のロッドレンズプレートは色収差が小さいため、カラー特性に優れ、高解像度のカラーイメージセンサに用いることができる。
The rod lens plate of the present invention can be used for an image sensor or the like that reads information over a wide area because plastic rod lenses are two-dimensionally arranged in parallel.
In addition, since the rod lens plate of the present invention uses the above plastic rod lens, it has high heat resistance, and even when exposed to high temperatures for a long period of time, its optical performance is hardly lowered.
Furthermore, since the rod lens plate of the present invention has small chromatic aberration, it has excellent color characteristics and can be used for a high-resolution color image sensor.
(イメージセンサ)
次に、本発明のイメージセンサについて説明する。
本発明のイメージセンサは、上記ロッドレンズアレイまたはロッドレンズプレートを具備して構成されたものである。
本発明のイメージセンサの一例としては、光を受光し電気信号に変換する光電変換素子と、読み取り原稿を照明するための光源と、読み取り原稿からの反射光を前記光電変換素子に結像するロッドレンズアレイまたはロッドレンズプレートとを基本構成として具備し、必要に応じて、読み取り原稿を安定に固定するためのカバーガラスを具備するものが挙げられる。
(Image sensor)
Next, the image sensor of the present invention will be described.
The image sensor of the present invention comprises the rod lens array or the rod lens plate.
As an example of the image sensor of the present invention, a photoelectric conversion element that receives light and converts it into an electrical signal, a light source for illuminating a read original, and a rod that forms an image of reflected light from the read original on the photoelectric conversion element A lens array or a rod lens plate is provided as a basic configuration, and a cover glass for stably fixing a read original is included as necessary.
本発明のイメージセンサで用いる光源は、原稿面を照明するためのものであり、白熱電球、冷陰極管、LEDなどが用いられ、中でも、特定波長の光を利用しやすい点からLEDが好ましく用いられる。これらの光源は、特定波長をカットする目的でフィルタ素子と組み合わせて用いてもよい。 The light source used in the image sensor of the present invention is for illuminating the original surface, and incandescent light bulbs, cold cathode fluorescent lamps, LEDs, etc. are used. It is done. These light sources may be used in combination with a filter element for the purpose of cutting a specific wavelength.
本発明のイメージセンサにおいては、発光波長の異なる複数種のLEDを用いてカラーイメージセンサとすることもできる。カラーイメージセンサとして用いる場合には、LEDの発光波長のピークは、色再現性を良くする目的から、それぞれ450〜480nm(青)、510〜560nm(緑)、600〜660nm(赤)とすることが好ましい。
発光波長のピークが赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の3色である場合には、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の3色の光源を具備する照明装置を用いることができる。照明装置においては、アクリル樹脂等の光透過性に優れた部材からなる導光体を具備し、この導光体の片側の端部に光源が配置されている。光源から発した光は導光体に入射し、入射した光は、導光体と空気との界面で全反射を繰り返し、導光体中を伝搬するようになっている。
In the image sensor of the present invention, a color image sensor can be formed using a plurality of types of LEDs having different emission wavelengths. When used as a color image sensor, the peak of the emission wavelength of the LED is 450 to 480 nm (blue), 510 to 560 nm (green), and 600 to 660 nm (red), respectively, for the purpose of improving color reproducibility. Is preferred.
When the emission wavelength peaks are three colors of red (R), green (G), and blue (B), light sources of three colors of red (R), green (G), and blue (B) are provided. A lighting device can be used. The illuminating device includes a light guide made of a member having excellent light transmittance such as acrylic resin, and a light source is disposed at one end of the light guide. The light emitted from the light source enters the light guide, and the incident light repeats total reflection at the interface between the light guide and air, and propagates through the light guide.
本発明のイメージセンサの動作について、カラーイメージセンサを例に挙げて説明する。カバーガラスへ押しつけられて支持された原稿に、照明装置により斜め方向からR、G、Bの3色の光を切り替えて順次照明する。原稿から反射したR、G、Bの3色の色情報を持った光は、ロッドレンズアレイまたはロッドレンズプレートにより光電変換素子上へ結像される。光電変換素子は、R、G、Bの3色の色情報を持った光を電気信号に変換する。電気信号に変換された画像情報は、コンピュータ等を備えたシステム部へ伝送され、システム部において、R、G、Bの3色の電気信号を処理してカラー画像が再現される。 The operation of the image sensor of the present invention will be described using a color image sensor as an example. The original that is pressed against and supported by the cover glass is sequentially illuminated by switching light of three colors R, G, and B from an oblique direction by an illumination device. Light having color information of three colors R, G, and B reflected from the original is imaged on the photoelectric conversion element by the rod lens array or the rod lens plate. The photoelectric conversion element converts light having color information of three colors R, G, and B into an electric signal. The image information converted into the electrical signal is transmitted to a system unit including a computer or the like, and the system unit processes electrical signals of three colors R, G, and B to reproduce a color image.
本発明のイメージセンサは、上記ロッドレンズアレイまたはロッドレンズプレートを具備しているため、長期間使用しても光学性能の低下が小さく、また、カラー特性に優れているため、鮮明なカラー画像の読み取りが可能であり、高解像度のカラースキャナ等に用いることができる。 Since the image sensor of the present invention includes the rod lens array or the rod lens plate, the deterioration in optical performance is small even when used for a long period of time, and the color characteristics are excellent. It can be read and used for a high-resolution color scanner or the like.
(プリンタ)
次に、本発明のプリンタについて説明する。
本発明のプリンタは、上記ロッドレンズアレイまたはロッドレンズプレートを具備して構成されたものである。具体例としては、上記ロッドレンズアレイまたはロッドレンズプレートと、ロッドレンズアレイまたはロッドレンズプレートの一端側に配置され、光源であるLEDをアレイ状に配列したLEDチップと、ロッドレンズアレイまたはロッドレンズプレートの一端側に配置された感光体または感光フィルム(写真印画紙)とを具備し、カラーの3原色の光源を用いて画像情報を感光体または感光フィルム上に書き込む方式のものが挙げられる。
また、プリンタの光源としては、LEDチップに限られるものではなく、液晶シャッター、ELアレイ等の光源を使用することもできる。
本発明のプリンタの動作について、LEDプリンタを例に挙げて説明する。
帯電した感光ドラムに、LEDチップからなる光源の光をロッドレンズアレイまたはロッドレンズプレートにより結像し、静電潜像を形成する。ここにトナーを付着させ、用紙を感光ドラムに押し当てトナーを転写する。このトナーを熱と圧力により用紙上に固定してLEDプリンタの出力とする。このとき、モノクロであれば黒色のトナーのみで1度この処理を行い、カラーであればRGBのトナーで3度この処理を行う。
(Printer)
Next, the printer of the present invention will be described.
The printer of the present invention comprises the rod lens array or the rod lens plate. As a specific example, the rod lens array or the rod lens plate, an LED chip arranged on one end side of the rod lens array or the rod lens plate, and arranged as an array of LEDs as a light source, and the rod lens array or the rod lens plate And a photosensitive film or photographic film (photographic printing paper) disposed on one end of the image forming apparatus, and writing image information on the photosensitive body or photosensitive film using a light source of three primary colors.
Further, the light source of the printer is not limited to the LED chip, and a light source such as a liquid crystal shutter and an EL array can also be used.
The operation of the printer of the present invention will be described using an LED printer as an example.
Light from a light source composed of an LED chip is imaged on a charged photosensitive drum by a rod lens array or a rod lens plate to form an electrostatic latent image. Toner is attached here, and the sheet is pressed against the photosensitive drum to transfer the toner. This toner is fixed on the paper by heat and pressure and used as the output of the LED printer. At this time, if the image is monochrome, this process is performed once with only black toner, and if it is color, this process is performed 3 times with RGB toner.
本発明のプリンタは、上記ロッドレンズアレイまたはロッドレンズプレートを具備しているため、長期間使用しても光学性能の低下が小さく、また、色収差が小さく、3原色で書き込む際の各色でのぼけ具合が小さいために、高解像度のカラープリンタ、写真印刷装置として用いることができる。 Since the printer according to the present invention includes the rod lens array or the rod lens plate, the optical performance is not deteriorated even when used for a long time, and the chromatic aberration is small. Since the condition is small, it can be used as a high-resolution color printer or photo printing apparatus.
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
また、以下の例では、プラスチックロッドレンズまたはロッドレンズアレイについて、以下のように物性を測定した。
<屈折率分布>
カールツァイス社製インターファコ干渉顕微鏡を用いて測定した。
<共役長(Tc)及び解像度(MTF)>
空間周波数12ラインペア/mm(すなわち600dpi)を有する格子パターンを用いて測定した。具体的には、光軸に垂直な両端面を研磨したロッドレンズアレイに光源からの光を、格子パターンを通して入射させ、結像面に設置したCCDラインセンサにより格子画像を読み取り、その測定光量の最大値(imax)と最小値(imin)を測定し、下記式(2)によりMTF(モデレーション・トランスファー・ファンクション)を求めた。
MTF(%)={(imax−imin)/(imax+imin)}×100 (2)
その際、格子パターンとロッドレンズアレイの入射端との距離と、ロッドレンズアレイの出射端とCCDラインセンサとの距離を等しくした。そして、格子パターンとCCDラインセンサをロッドレンズアレイに対し対称的に動かしてMTFを測定し、MTFが最良になるときの、格子パターンとCCDラインセンサとの距離を共役長とした。
Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples.
In the following examples, physical properties of a plastic rod lens or a rod lens array were measured as follows.
<Refractive index distribution>
The measurement was performed using an Interfaco interference microscope manufactured by Carl Zeiss.
<Conjugate length (Tc) and resolution (MTF)>
Measurements were made using a grating pattern having a spatial frequency of 12 line pairs / mm (ie 600 dpi). Specifically, light from a light source is incident on a rod lens array whose both end surfaces perpendicular to the optical axis are polished through a lattice pattern, a lattice image is read by a CCD line sensor installed on the imaging surface, and the measurement light quantity is measured. The maximum value (i max ) and the minimum value (i min ) were measured, and MTF (moderation transfer function) was determined by the following equation (2).
MTF (%) = {(i max −i min ) / (i max + i min )} × 100 (2)
At that time, the distance between the grating pattern and the entrance end of the rod lens array and the distance between the exit end of the rod lens array and the CCD line sensor were made equal. Then, the MTF was measured by moving the grating pattern and the CCD line sensor symmetrically with respect to the rod lens array, and the distance between the grating pattern and the CCD line sensor when the MTF was the best was defined as the conjugate length.
(実施例1)
以下の表1に示す成分を配合して、第1層〜第5層を形成する原液を調製した。
表1におけるPMMAはポリメチルメタクリレート、MMAはメチルメタクリレート、TDMAはトリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル−8−メタクリレート、BzMAはベンジルメタクリレート、8FMは2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロペンチルメタクリレートのことである。
Example 1
Components shown in Table 1 below were blended to prepare stock solutions for forming the first to fifth layers.
In Table 1, PMMA is polymethyl methacrylate, MMA is methyl methacrylate, TDMA is tricyclo [5.2.1.0 2,6 ] decanyl-8-methacrylate, BzMA is benzyl methacrylate, and 8FM is 2,2,3,3. It is 4,4,5,5-octafluoropentyl methacrylate.
なお、実施例1及び以下の実施例2、比較例1,2においては、PMMAとして粘度[η]=0.40[P](メチルエチルケトン中、25℃にて測定)のものを使用した。また、各原液には光硬化開始剤として1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンを、重合禁止剤としてハイドロキノン(HQ)を添加した。
また、クロストーク光やフレア光を抑制する目的で、加熱混練前の第4層及び第5層用の各原液中に、原液全体に対して、染料Blue ACR(日本化薬(株)製)、染料MS Yellow HD−180(三井化学(株)製)、染料MS Mazenta HM−1450H(三井化学(株)製)、染料KAYASORB CY−10(日本化薬(株)製)を以下のように添加した。
第4層:Blue ACR 280ppm
MS Yellow HD−180 60ppm
MS Mazenta HM−1450H 30ppm
KAYASORB CY−10 60ppm
第5層:Blue ACR 6000ppm
MS Yellow HD−180 60ppm
MS Mazenta HM−1450H 1400ppm
KAYASORB CY−10 110ppm
In Example 1, the following Example 2, and Comparative Examples 1 and 2, PMMA having a viscosity [η] = 0.40 [P] (measured in methyl ethyl ketone at 25 ° C.) was used. Further, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone was added as a photocuring initiator and hydroquinone (HQ) was added as a polymerization inhibitor to each stock solution.
In addition, for the purpose of suppressing crosstalk light and flare light, the dye Blue ACR (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) is used for the whole stock solution in each stock solution for the fourth layer and the fifth layer before heating and kneading. , Dye MS Yellow HD-180 (manufactured by Mitsui Chemicals), dye MS Magenta HM-1450H (manufactured by Mitsui Chemicals), dye KAYASORB CY-10 (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) as follows Added.
Fourth layer: Blue ACR 280 ppm
MS Yellow HD-180 60ppm
MS Magenta HM-1450H 30ppm
KAYASORB CY-10 60ppm
5th layer: Blue ACR 6000 ppm
MS Yellow HD-180 60ppm
MS Magenta HM-1450H 1400ppm
KAYASORB CY-10 110ppm
次いで、各層の原液を70℃で加熱混練した後、中心から外側に向かって硬化後の屈折率が順次低くなるように配置しながら同心円状5層複合紡糸ノズルから同時に押し出した。複合紡糸ノズルの温度は50℃とした。各層の吐出比は、プラスチックロッドレンズの半径方向の各層の厚さ(第1層においては半径)の比に換算して、第1層/第2層/第3層/第4層/第5層=24/31/39.2/2.8/3とした。ここで、第1層は最も内側で、第5層は最も外側である。 Next, the stock solution of each layer was heated and kneaded at 70 ° C., and then extruded from a concentric five-layer composite spinning nozzle at the same time while being arranged so that the refractive index after curing gradually decreased from the center toward the outside. The temperature of the composite spinning nozzle was 50 ° C. The ejection ratio of each layer is converted into the ratio of the thickness of each layer in the radial direction of the plastic rod lens (the radius in the first layer), and the first layer / second layer / third layer / fourth layer / fifth layer. Layer = 24/31 / 39.2 / 2.8 / 3. Here, the first layer is the innermost side and the fifth layer is the outermost side.
次いで、得られた原液から、図1に示すプラスチックロッドレンズ原糸の製造装置10を用いてプラスチックロッドレンズ原糸を製造した。
具体的には、不活性ガス導入管13から収容体12内に窒素ガスを導入すると共に不活性ガス排出管14から収容体12内の不活性ガスを排出させた。
また、同心円状複合紡糸ノズル11から押し出された糸状体Aを、引取りローラ17で引き取り(200cm/分)ながら、長さ30cmの相互拡散処理部12bを通し、各層間同士で相互拡散を生じさせた。
続いて、中心軸の周囲に長さ60cm、20Wのケミカルランプ18本が上下2段に連続して等間隔に配設された第1硬化処理部12c(第1光照射部)の中心に、糸状体Aを通過させて硬化させた。更に、中心軸の周囲に2.0KW高圧水銀灯3本が等間隔に配設された第2硬化処理部(第2光照射部)の中心に、糸状体Aを通過させて、完全硬化させた。相互拡散処理部12bにおける窒素流量は80L/分とした。
これにより得られたプラスチックロッドレンズ原糸の半径は0.291mmであった。
次いで、得られたプラスチックロッドレンズ原糸を、145℃の雰囲気下で4.62倍に延伸し、119℃の雰囲気下で緩和率が600/923になるように緩和処理を施した。これにより、図5に示すような、内側から第1層41と第2層42と第3層43と第4層44と第5層45とを有するプラスチックロッドレンズを得た。
得られたプラスチックロッドレンズには、外周面から中心部に向かって約10μmの厚さの、染料がほぼ均一に混在する層が形成されていた。
Next, a plastic rod lens raw yarn was manufactured from the obtained raw solution using a plastic rod lens raw
Specifically, nitrogen gas was introduced into the
Further, while the filament A extruded from the concentric
Subsequently, in the center of the first
The radius of the plastic rod lens yarn thus obtained was 0.291 mm.
Next, the obtained plastic rod lens yarn was stretched 4.62 times in an atmosphere of 145 ° C., and subjected to relaxation treatment so that the relaxation rate was 600/923 in an atmosphere of 119 ° C. Thus, a plastic rod lens having the
In the obtained plastic rod lens, a layer having a thickness of about 10 μm from the outer peripheral surface toward the center and a substantially uniform mixture of dyes was formed.
得られたプラスチックロッドレンズの半径Rは0.168mm、各層の実測の屈折率は表2に示す通りであった。また、525nmの波長における屈折率分布定数gは0.84mm−1であった。
このプラスチックロッドレンズの屈折率分布を近似した2次曲線と、各層の屈折率を図6に示す。およそ0.94R〜Rの範囲の近似屈折率は、0.94R〜Rの範囲の実測屈折率よりも高かった。
The radius R of the obtained plastic rod lens was 0.168 mm, and the measured refractive index of each layer was as shown in Table 2. The refractive index distribution constant g at a wavelength of 525 nm was 0.84 mm −1 .
A quadratic curve approximating the refractive index distribution of this plastic rod lens and the refractive index of each layer are shown in FIG. The approximate refractive index in the range of about 0.94R to R was higher than the actually measured refractive index in the range of 0.94R to R.
得られたプラスチックロッドレンズの多数本を、隣接するもの同士を密着させながら、2枚のフェノール樹脂製基板の間に一列に平行に並列させた(0.36mm間隔)。次いで、基板とプラスチックロッドレンズの間及びプラスチックロッドレンズ同士の間の隙間に接着剤(積水フーラー社製「エスダイン9607K」)を充填し、硬化させて、固定した。その後、プラスチックロッドレンズの中心軸に垂直な両端面をダイヤモンド刃で鏡面切削して、プラスチックロッドレンズ長が4.4mmのロッドレンズアレイを得た。このロッドレンズアレイの525nmにおける共役長Tcは10.0mmで、その際のMTFは67%であった。
このロッドレンズアレイの470nm、525nm、630nmの各波長におけるTcを測定した。その結果を表3に示す。また、Tc10.0mmにて各波長のMTFを測定した。その結果を表4に示す。
A number of the obtained plastic rod lenses were juxtaposed in parallel in a row between two phenolic resin substrates while adhering adjacent ones (0.36 mm intervals). Next, an adhesive (“Sdyne 9607K” manufactured by Sekisui Fuller) was filled in a gap between the substrate and the plastic rod lens and between the plastic rod lenses, and cured and fixed. Thereafter, both end surfaces perpendicular to the central axis of the plastic rod lens were mirror-cut with a diamond blade to obtain a rod lens array having a plastic rod lens length of 4.4 mm. The conjugate length Tc at 525 nm of this rod lens array was 10.0 mm, and the MTF at that time was 67%.
Tc at each wavelength of 470 nm, 525 nm, and 630 nm of this rod lens array was measured. The results are shown in Table 3. Moreover, MTF of each wavelength was measured at Tc 10.0 mm. The results are shown in Table 4.
また、得られたロッドレンズアレイを温度60℃、相対湿度90%の環境下で1000時間湿熱処理した後に、Tc10.0mmにて各波長のMTFを測定した。その結果を表5に示す。
湿熱処理後の各波長のMTFは40%以上であり、高い解像度を維持していた。また、前記湿熱処理後のロッドレンズアレイを組み込んだイメージスキャナで読み取った画像は鮮明であった。
Further, the obtained rod lens array was subjected to wet heat treatment for 1000 hours in an environment of a temperature of 60 ° C. and a relative humidity of 90%, and then MTF of each wavelength was measured at Tc 10.0 mm. The results are shown in Table 5.
The MTF of each wavelength after the wet heat treatment was 40% or more, and a high resolution was maintained. The image read by the image scanner incorporating the rod lens array after the wet heat treatment was clear.
(実施例2)
表1に示す組成で各層の原液を調製した。次いで、実施例1と同様にして、プラスチックロッド原糸(半径0.291mm)を製造した。ただし、各層の吐出比は、プラスチックロッドレンズの半径方向の各層の厚さ(第1層においては半径)の比に換算して、第1層/第2層/第3層/第4層/第5層=21/34/37/6/2とした。
次いで、得られたプラスチックロッドレンズ原糸を、135℃の雰囲気下で3.38倍に延伸し、114℃の雰囲気下で緩和率が540/675になるように緩和処理を施した。これにより、図5に示すような、内側から第1層41と第2層42と第3層43と第4層44と第5層45とを有するプラスチックロッドレンズを得た。
得られたプラスチックロッドレンズには、外周面から中心部に向かって約14μmの厚さの、染料がほぼ均一に混在する層が形成されていた。
(Example 2)
Stock solutions of each layer were prepared with the compositions shown in Table 1. Next, in the same manner as in Example 1, a plastic rod raw yarn (radius 0.291 mm) was produced. However, the ejection ratio of each layer is converted into the ratio of the thickness (radius in the first layer) of each layer in the radial direction of the plastic rod lens, and the first layer / second layer / third layer / fourth layer / The fifth layer was 21/34/37/6/2.
Next, the obtained plastic rod lens yarn was stretched 3.38 times in an atmosphere of 135 ° C., and subjected to relaxation treatment so that the relaxation rate was 540/675 in an atmosphere of 114 ° C. Thus, a plastic rod lens having the
In the obtained plastic rod lens, a layer having a thickness of about 14 μm from the outer peripheral surface toward the center and a substantially uniform mixture of dyes was formed.
得られたプラスチックロッドレンズの半径Rは0.174mm、各層の実測の屈折率は表2に示す通りであった。また、525nmの波長における屈折率分布定数gは0.84mm−1であった。
このプラスチックロッドレンズの屈折率分布を近似した2次曲線と、各層の屈折率を図7に示す。およそ0.92R〜Rの範囲の近似屈折率は、0.92R〜Rの範囲の実測屈折率よりも高かった。
The radius R of the obtained plastic rod lens was 0.174 mm, and the measured refractive index of each layer was as shown in Table 2. The refractive index distribution constant g at a wavelength of 525 nm was 0.84 mm −1 .
FIG. 7 shows a quadratic curve approximating the refractive index distribution of this plastic rod lens and the refractive index of each layer. The approximate refractive index in the range of about 0.92R to R was higher than the actually measured refractive index in the range of 0.92R to R.
得られたプラスチックロッドレンズを用い、プラスチックロッドレンズの間隔を0.36mmから0.37mmに変更した以外は実施例1と同様にして、プラスチックロッドレンズ長4.4mmのロッドレンズアレイを得た。このロッドレンズアレイの525nmにおける共役長Tcは10.0mmで、その際のMTFは72%であった。
このロッドレンズアレイの470nm、525nm、630nmの各波長におけるTcを測定した。その結果を表3に示す。また、Tc10.0mmにて各波長のMTFを測定した。その結果を表4に示す。
また、このロッドレンズアレイを温度60℃、相対湿度90%の環境下で1000時間湿熱処理した後に、Tc10.0mmにて各波長のMTFを測定した。その結果を表5に示す。
湿熱処理後の各波長のMTFは40%以上であり、高い解像度を維持していた。また、前記湿熱処理後のロッドレンズアレイを組み込んだイメージスキャナで読み取った画像は鮮明であった。
Using the obtained plastic rod lens, a rod lens array having a plastic rod lens length of 4.4 mm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the interval between the plastic rod lenses was changed from 0.36 mm to 0.37 mm. The conjugate length Tc at 525 nm of this rod lens array was 10.0 mm, and the MTF at that time was 72%.
Tc at each wavelength of 470 nm, 525 nm, and 630 nm of this rod lens array was measured. The results are shown in Table 3. Moreover, MTF of each wavelength was measured at Tc 10.0 mm. The results are shown in Table 4.
Further, this rod lens array was subjected to a wet heat treatment for 1000 hours in an environment of a temperature of 60 ° C. and a relative humidity of 90%, and then MTF of each wavelength was measured at Tc 10.0 mm. The results are shown in Table 5.
The MTF of each wavelength after the wet heat treatment was 40% or more, and a high resolution was maintained. The image read by the image scanner incorporating the rod lens array after the wet heat treatment was clear.
(比較例1)
表1に示す組成で各層の原液を調製した。次いで、実施例1と同様にして、プラスチックロッド原糸(半径0.291mm)を製造した。ただし、各層の吐出比は、プラスチックロッドレンズの半径方向の各層の厚さ(第1層においては半径)の比に換算して、第1層/第2層/第3層/第4層/第5層=21/25/33/19/2とした。
次いで、得られたプラスチックロッドレンズ原糸を、134℃の雰囲気下で3.5倍に延伸し、115℃の雰囲気下で緩和率が500/700になるように緩和処理を施した。これにより、図5に示すような、内側から第1層41と第2層42と第3層43と第4層44と第5層45とを有するプラスチックロッドレンズを得た。
プラスチックロッドレンズには、外周面から中心部に向かって約39μmの厚さの、染料がほぼ均一に混在する層が形成されていた。
(Comparative Example 1)
Stock solutions of each layer were prepared with the compositions shown in Table 1. Next, in the same manner as in Example 1, a plastic rod raw yarn (radius 0.291 mm) was produced. However, the ejection ratio of each layer is converted into the ratio of the thickness (radius in the first layer) of each layer in the radial direction of the plastic rod lens, and the first layer / second layer / third layer / fourth layer / The fifth layer was 21/25/33/19/2.
Next, the obtained plastic rod lens yarn was stretched 3.5 times in an atmosphere of 134 ° C., and subjected to relaxation treatment so that the relaxation rate was 500/700 in an atmosphere of 115 ° C. Thus, a plastic rod lens having the
In the plastic rod lens, a layer having a thickness of about 39 μm from the outer peripheral surface toward the central portion and a substantially uniform mixture of dyes was formed.
得られたプラスチックロッドレンズの半径Rは0.185mm、各層の実測の屈折率は表2に示す通りであった。また、525nmの波長における屈折率分布定数gは0.84mm−1であった。
このプラスチックロッドレンズの屈折率分布を近似した2次曲線と、各層の屈折率を図8に示す。およそ0.89R〜0.98Rの範囲の近似屈折率は、0.89R〜0.98Rの範囲の実測屈折率よりも低かった。
The radius R of the obtained plastic rod lens was 0.185 mm, and the actually measured refractive index of each layer was as shown in Table 2. The refractive index distribution constant g at a wavelength of 525 nm was 0.84 mm −1 .
A quadratic curve approximating the refractive index distribution of this plastic rod lens and the refractive index of each layer are shown in FIG. The approximate refractive index in the range of about 0.89R to 0.98R was lower than the actually measured refractive index in the range of 0.89R to 0.98R.
得られたプラスチックロッドレンズを用い、プラスチックロッドレンズの間隔を0.36mmから0.39mmに変更した以外は実施例1と同様にして、プラスチックロッドレンズ長4.4mmのロッドレンズアレイを得た。このロッドレンズアレイの525nmにおける共役長Tcは10.0mmで、その際のMTFは62%であった。
このロッドレンズアレイの470nm、525nm、630nmの各波長におけるTcを測定した。その結果を表3に示す。また、Tc10.0mmにて各波長のMTFを測定した。その結果を表4に示す。
また、このロッドレンズアレイを温度60℃、相対湿度90%の環境下で1000時間湿熱処理した後に、Tc10.0mmにて各波長のMTFを測定した。その結果を表5に示す。
湿熱処理後の各波長のMTFは40%未満であり、解像度が低下していた。また、前記湿熱処理後のロッドレンズアレイを組み込んだイメージスキャナで読み取った画像は不鮮明であった。
Using the obtained plastic rod lens, a rod lens array having a plastic rod lens length of 4.4 mm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the interval between the plastic rod lenses was changed from 0.36 mm to 0.39 mm. The conjugate length Tc at 525 nm of this rod lens array was 10.0 mm, and the MTF at that time was 62%.
Tc at each wavelength of 470 nm, 525 nm, and 630 nm of this rod lens array was measured. The results are shown in Table 3. Moreover, MTF of each wavelength was measured at Tc 10.0 mm. The results are shown in Table 4.
Further, this rod lens array was subjected to a wet heat treatment for 1000 hours in an environment of a temperature of 60 ° C. and a relative humidity of 90%, and then MTF of each wavelength was measured at Tc 10.0 mm. The results are shown in Table 5.
The MTF of each wavelength after the wet heat treatment was less than 40%, and the resolution was lowered. Further, the image read by the image scanner incorporating the rod lens array after the wet heat treatment was unclear.
(比較例2)
表1に示す組成で各層の原液を調製した。次いで、実施例1と同様にして、プラスチックロッド原糸(半径0.291mm)を製造した。ただし、各層の吐出比は、プラスチックロッドレンズの半径方向の各層の厚さ(第1層においては半径)の比に換算して、第1層/第2層/第3層/第4層/第5層=23.5/31.5/39/3/3とした。
次いで、得られたプラスチックロッドレンズ原糸を、145℃の雰囲気下で4.62倍に延伸し、119℃の雰囲気下で緩和率が600/924になるように緩和処理を施した。これにより、図5に示すような、内側から第1層41と第2層42と第3層43と第4層44と第5層45とを有するプラスチックロッドレンズ40を得た。
プラスチックロッドレンズには、外周面から中心部に向かって約10μmの厚さの、染料がほぼ均一に混在する層が形成されていた。
(Comparative Example 2)
Stock solutions of each layer were prepared with the compositions shown in Table 1. Next, in the same manner as in Example 1, a plastic rod raw yarn (radius 0.291 mm) was produced. However, the ejection ratio of each layer is converted into the ratio of the thickness (radius in the first layer) of each layer in the radial direction of the plastic rod lens, and the first layer / second layer / third layer / fourth layer / The fifth layer was 23.5 / 31.5 / 39/3/3.
Next, the obtained plastic rod lens raw yarn was stretched 4.62 times in an atmosphere of 145 ° C. and subjected to relaxation treatment so that the relaxation rate was 600/924 in an atmosphere of 119 ° C. As a result, a
In the plastic rod lens, a layer having a thickness of about 10 μm from the outer peripheral surface toward the central portion and a substantially uniform mixture of dyes was formed.
得られたプラスチックロッドレンズの半径Rは0.168mm、各層の実測の屈折率は表2に示す通りであった。また、525nmの波長における屈折率分布定数gは0.84mm−1であった。
このプラスチックロッドレンズの屈折率分布を近似した2次曲線と、各層の屈折率を図9に示す。およそ0.94R〜0.97Rの範囲の近似屈折率は、0.94R〜0.97Rの範囲の実測屈折率よりも低かった。
The radius R of the obtained plastic rod lens was 0.168 mm, and the measured refractive index of each layer was as shown in Table 2. The refractive index distribution constant g at a wavelength of 525 nm was 0.84 mm −1 .
A quadratic curve approximating the refractive index distribution of this plastic rod lens and the refractive index of each layer are shown in FIG. The approximate refractive index in the range of approximately 0.94R to 0.97R was lower than the measured refractive index in the range of 0.94R to 0.97R.
得られたプラスチックロッドレンズを用い、実施例1と同様にして、プラスチックロッドレンズ長4.4mmのロッドレンズアレイを得た。このロッドレンズアレイの525nmにおける共役長Tcは10.0mmで、その際のMTFは80%であった。
このロッドレンズアレイの470nm、525nm、630nmの各波長におけるTcを測定した。その結果を表3に示す。また、Tc10.0mmにて各波長のMTFを測定した。その結果を表4に示す。
また、このロッドレンズアレイを温度60℃、相対湿度90%の環境下で1000時間湿熱処理した後に、Tc10.0mmにて各波長のMTFを測定した。その結果を表5に示す。
湿熱処理後の各波長のMTFは40%未満であり、解像度が低下していた。また、前記湿熱処理後のロッドレンズアレイを組み込んだイメージスキャナで読み取った画像は不鮮明であった。
Using the obtained plastic rod lens, a rod lens array having a plastic rod lens length of 4.4 mm was obtained in the same manner as in Example 1. The conjugate length Tc at 525 nm of this rod lens array was 10.0 mm, and the MTF at that time was 80%.
Tc at each wavelength of 470 nm, 525 nm, and 630 nm of this rod lens array was measured. The results are shown in Table 3. Moreover, MTF of each wavelength was measured at Tc 10.0 mm. The results are shown in Table 4.
Further, this rod lens array was subjected to a wet heat treatment for 1000 hours in an environment of a temperature of 60 ° C. and a relative humidity of 90%, and then MTF of each wavelength was measured at Tc 10.0 mm. The results are shown in Table 5.
The MTF of each wavelength after the wet heat treatment was less than 40%, and the resolution was lowered. Further, the image read by the image scanner incorporating the rod lens array after the wet heat treatment was unclear.
実施例1〜2のロッドレンズアレイでは、色収差△Tc(Tc(470)とTc(630)の差)が0.1mmと小さく、各波長におけるMTFのばらつきは小さかった。また、実施例1〜2のロッドレンズアレイでは、湿熱試験後のMTFが高く、耐熱性が高かった。
これに対し、比較例1〜2のロッドレンズアレイも色収差△Tcは小さく、各波長のMTFのばらつきは小さかったが、湿熱試験後のMTFが低く、耐熱性が低かった。
In the rod lens arrays of Examples 1 and 2, the chromatic aberration ΔTc (difference between Tc (470) and Tc (630)) was as small as 0.1 mm, and the variation in MTF at each wavelength was small. In the rod lens arrays of Examples 1 and 2, the MTF after the wet heat test was high, and the heat resistance was high.
In contrast, the rod lens arrays of Comparative Examples 1 and 2 also had small chromatic aberration ΔTc and small variations in MTF at each wavelength, but the MTF after the wet heat test was low and the heat resistance was low.
本発明のプラスチックロッドレンズ、ロッドレンズアレイ、ロッドレンズプレートは、光学性能の低下が小さく、カラー特性に優れている。このようなロッドレンズアレイまたはロッドレンズプレートを用いることで、長期間使用しても光学性能の低下が小さい高解像度のカラーイメージセンサや高解像度のカラープリンタを得ることができる。 The plastic rod lens, the rod lens array, and the rod lens plate of the present invention have a small deterioration in optical performance and excellent color characteristics. By using such a rod lens array or rod lens plate, it is possible to obtain a high-resolution color image sensor or a high-resolution color printer with little deterioration in optical performance even when used for a long period of time.
10 プラスチックロッドレンズ原糸の製造装置
11 同心円状複合紡糸ノズル
12 収容体
13 不活性ガス導入管
14 不活性ガス排出管
15 第1光照射機
16 第2光照射機
17 引取りローラ
20 延伸・緩和処理装置
21 第1ニップローラ
22 第2ニップローラ
23 第3ニップローラ
24 第1加熱炉
25 第2加熱炉
30a ロッドレンズアレイ
30b ロッドレンズプレート
31 プラスチックロッドレンズ
32 基板
33 接着剤
40 プラスチックロッドレンズ
41 第1層
42 第2層
43 第3層
44 第4層
45 第5層
DESCRIPTION OF
Claims (5)
中心軸に垂直な断面において、屈折率分布を下記式(1)で表される2次曲線分布に近似させた際に、0.95R〜Rの範囲の近似屈折率n(L)が、0.95R〜Rの範囲の実測屈折率nNよりも高く、中心部分の実測屈折率を100、最外部分の実測屈折率を0とした際に、0R〜0.15Rの範囲の実測屈折率が100、0.25R〜0.90Rの範囲の実測屈折率が90〜50、0.95R〜Rの範囲の実測屈折率が25〜0の比率であり、
前記実測屈折率が100である中心部分と、前記中心部分の半径方向外側に位置し、前記実測屈折率が90〜80である第1部分と、前記第1周辺部分に連続して半径方向外側に位置し、前記実測屈折率が80〜40の第2部分と、前記第2周辺部分に連続して半径方向外側に位置し、前記実測屈折率が40〜1である第3部分と、前記第3部分に連続して半径方向外側に位置し、前記実測屈折率が0である外周部とを有し、前記中心部分と、前記第1部分と、前記第2部分と、前記第3部分と、前記外周部との半径方向の厚さの比が、5〜30:15〜50:15〜40:2〜10:0.5〜10であることを特徴とするプラスチックロッドレンズ。
n(L)=n0{1−(g2/2)L2} (1)
(式中、n0はプラスチックロッドレンズの中心軸における屈折率(中心屈折率)、Lはプラスチックロッドレンズの中心軸からの距離(0≦L≦R)、gはプラスチックロッドレンズの屈折率分布定数、n(L)はプラスチックロッドレンズの中心軸からの距離Lの位置における近似屈折率である。) A plastic rod lens having a cylindrical shape with a radius R and having a refractive index distribution in which the refractive index decreases toward the outside from the central axis,
In a cross section perpendicular to the central axis, when the refractive index distribution is approximated to a quadratic curve distribution represented by the following formula (1), the approximate refractive index n (L) in the range of 0.95R to R is 0. higher than the measured refractive index n n ranging .95R~R, the measured refractive index of the central portion 100, the measured refractive index of the outermost portion upon a 0, the measured refractive index in the range of 0R~0.15R Is a ratio in which the measured refractive index in the range of 100, 0.25R to 0.90R is 90 to 50, and the measured refractive index in the range of 0.95R to R is 25 to 0,
A central portion where the measured refractive index is 100, a first portion located radially outside the central portion, and a measured refractive index of 90 to 80, and a radially outer side continuously to the first peripheral portion A second portion having an actually measured refractive index of 80 to 40, a third portion having a measured refractive index of 40 to 1 and being located radially outward from the second peripheral portion. An outer peripheral portion that is located radially outward from the third portion and has an actually measured refractive index of 0, the central portion, the first portion, the second portion, and the third portion And the ratio of the thickness of the radial direction with the said outer peripheral part is 5-30: 15-50: 15-40: 2-10: 0.5-10, The plastic rod lens characterized by the above-mentioned.
n (L) = n 0 { 1- (g 2/2) L 2} (1)
(Where n 0 is the refractive index at the central axis of the plastic rod lens (central refractive index), L is the distance from the central axis of the plastic rod lens (0 ≦ L ≦ R), and g is the refractive index distribution of the plastic rod lens. (The constant n (L) is an approximate refractive index at a position of distance L from the central axis of the plastic rod lens.)
温度60℃、相対湿度90%の環境下で1000時間湿熱処理した後のモデレーション・トランスファー・ファンクション(MTF)が、空間周波数12ラインペア/mmにおいて、波長470nm、525nm、630nmの各々で40%以上であるロッドレンズアレイ。 A rod lens array in which two or more of the plastic rod lenses according to claim 1 are arranged in parallel,
The moderation transfer function (MTF) after heat treatment for 1000 hours in an environment of a temperature of 60 ° C. and a relative humidity of 90% is 40% at wavelengths of 470 nm, 525 nm, and 630 nm at a spatial frequency of 12 line pairs / mm. This is the rod lens array.
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