(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸から外周に向かって屈折率ｎが、所定の屈折率分布定数ｇに応じて連続的に低下するロッドレンズであって、  屈折率ｎは、前記中心軸１から外周に向かって次式に従って連続的に低下し、  ｎ（Ｌ）＝ｎ0｛１−（ｇ2／2）Ｌ2｝（但し、ｎ0 はロッドレンズの中心軸における屈折率、Ｌはロッドレンズの中心軸からの距離（０≦Ｌ≦０．９ｒ）、ｒはロッドレンズの半径、ｎ（Ｌ）はロッドレンズの中心軸から径方向に距離Ｌだけ離れた位置における屈折率を、それぞれ表す。）  一の半径Ｘ0（θ＝０）に沿った屈折率分布定数をｇ0とし、Ｘ0から周方向にθ（−π≦θ≦π）だけ回転した位置の半径Ｘθに沿った屈折率分布定数をｇθとすると、屈折率分布定数ｇがＸ0からＸθに向けてθの変化とともに連続的に変化し、 断面の形状が楕円形状であり、前記屈折率分布定数ｇが、短軸方向で最大となり、長軸方向で最小となる、  ことを特徴とするロッドレンズ。
【請求項２】
前記屈折率分布定数ｇの最大値と最小値の差Δｇが０．００３ｍｍ-1≦Δｇ≦０．０５ｍｍ-1の範囲となる、
請求項１に記載のロッドレンズ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のロッドレンズを用いて作られたロッドレンズアレイ。
【請求項４】
請求項１または２に記載のロッドレンズの製造方法であって、
レンズ内での径方向の屈折率分布定数が円周方向に連続的に変化するように、紡糸の際の紡糸ノズルの形状が選択されている、
ことを特徴とするロッドレンズの製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載のロッドレンズアレイの製造方法であって、
レンズ内での径方向の屈折率分布定数が円周方向に連続的に変化するように、ロッドレンズアレイ作製後にアレイ全体をプレスする、
ことを特徴とするロッドレンズアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロッドレンズ、ロッドレンズの製造方法、ロッドレンズアレイ、およびロッドレンズアレイ製造方法に関し、詳細には、ファクシミリ、スキャナ、複写機等に搭載されるイメージセンサに用いられるロッドレンズ等に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロッドレンズを組み込んだイメージセンサは、複数のミラーとレンズと組み合わされた縮小タイプに比べて部品点数が少なく、光学系が単純であるため、小型化が可能であり、ファクシミリ、ハンドスキャナー、複写機等の画像読取装置（イメージセンサユニット）として用いられている。
【０００３】
しかし、ロッドレンズを組み込んだイメージセンサは、光学系が単純であり、光路が短いので、焦点深度が浅くなる。このため、原稿などの被写体にシワや折り目がある場合や、本などを開いて読み取る場合などのように被写体が立体的形状を有する場合には、原稿の位置によりロッドレンズまで距離が異なってしまい、解像度が低下してしまうという問題があった。
【０００４】
このため、原稿を読み取る用途では、ロッドレンズと被写体との距離が多少変化したとしても鮮明な画像の読み取りができるようにすることが求められていた。そして、このような要請に応じるべく、開口角が小さく焦点深度の深いロッドレンズを用いた構成（特許文献１）、作動距離が異なる２種類のレンズを組み合わせ、それぞれの作動距離にある被写体を鮮明に読み取れるようにした方法（特許文献２）等が採用されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３５５１９号公報
【特許文献２】特開平１０−２２９４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レンズの焦点深度について説明する。図１に示すように、ピンホールスリット等からの点像をレンズで結像させたとき、通常は、焦点位置において完全な点像を得ることができず、ある程度の大きさの円形像が得られる。この円形像を錯乱円と呼び、光軸に垂直な平面上での光強度プロファイル（図２）において、光強度が中心の光強度Ｉ0の１３．５％（1/e2）となる領域と定義される。この錯乱円の径は、スクリーンを焦点位置から前後に移動させると、直径Ｗは大きくなり像が不鮮明になる。
【０００７】
実際には、錯乱円がある大きさになるまでは、像はボケずにピントがあっているように見える像のボケが許容できる範囲が、焦点位置の前後に存在する。この焦点を中心とした前後の許容範囲を焦点深度ＤＯＦと呼び（図３）、像のボケが許容できなくなる大きさの錯乱円のことを許容錯乱円という。
【０００８】
この焦点深度ＤＯＦは開口数ＮＡに反比例し、開口数ＮＡが小さくなるほど、焦点深度ＤＯＦは深くなる。
開口数ＮＡは、レンズの張る最大角であり、ロッドレンズにおいては、屈折率分布係数ｇと半径ｒ、中心の屈折率ｎ0を用いて、下式にしたがって算出される。
ＮＡ＝ｇ・ｒ・ｎ0
【０００９】
従って、ロッドレンズでは、中心の屈折率ｎ0が一定であるとすると、開口数ＮＡはｇ・ｒの値で決定されることがわかる。すなわち、ｇ・ｒが大きくなれば開口数も大きくなるため、焦点深度は浅くなり、逆に、ｇ・ｒが小さくなれば開口数が小さくなるため、焦点深度が深くなる。
【００１０】
このため、特許文献１の構成のように焦点深度を深くするためには、開口数の小さな、つまりｇ・ｒの小さなレンズを用いる必要がある（図４）。
【００１１】
ｇ・ｒを小さくするためには、屈折率分布定数ｇとレンズ半径ｒのいずれかを小さくすることが必要である。屈折率分布定数ｇと作動距離Ｌ0の関係を示す下式から明らかなように、レンズ長Ｚ0を一定としｇを小さくすると、作動距離Ｌ0が長くなる。
0005614714.tif 000002
【００１２】
作動距離Ｌ0とレンズ長Ｚ0と共役長ＴＣの関係を示した図５から明らかなように、作動距離Ｌ0が長くなると、レンズの共役長ＴＣが長くなり、その結果、このレンズを用いた光学系の全長も長くなる。
【００１３】
このため、特許文献１のロッドレンズは、複写機等の画像読取装置用の十分な焦点深度を得ようとすると光学系が大きくなり、コンパクト化が難しくなる。
【００１４】
一方、ｇ・ｒを小さくするために、レンズ径ｒを小さくすると、レンズアレイを作製する際に加工や取り扱いが難しくなり、イメージセンサの作製の際に光源や受光センサーとの中心ズレが起きやすくなり生産管理が困難になるという問題がある。
【００１５】
さらに、ロッドレンズの明るさは開口数ＮＡの二乗に比例するため、焦点深度を深くするために開口数ＮＡを小さくすると、明るさが急激に低下してしまう。このため、画像の読み取りのために十分な光量を確保するには読み取り速度を遅くしなければならず、本来の目的である画像の読み取り性能が低下してしまうという問題もある。
【００１６】
さらにまた、読み取り速度を落とさず十分な光量を確保するために、光源の出力を上げると、消費エネルギー増大といった問題や、発熱による読み取り性能の低下や、各種部材の寿命の短化といった問題が発生してしまう。
【００１７】
他方、特許文献２の方法では、図６に示すように、作動距離の異なる複数種のレンズａ、ｂが用いられるので、図７に示されるように、共役長が長くなることを避けつつ、それぞれのレンズａ、ｂの作動距離ＬOa、ＬObにある被写体については、高い解像度で結像させることができる。しかしながら、作動距離の異なる複数種のレンズを用意する必要があり、組み立て工程が煩雑になるという問題がある。
【００１８】
また、それぞれのレンズの作動距離ＬOa、ＬObでは解像度が高くなるが、作動距離が離散的であるため、各レンズａ、ｂの作動距離ＬOa、ＬObの中間では解像度が低くなり、被写体の形状によっては部分的に鮮明な画像が得られなくなるという問題がある。
【００１９】
さらに、作動距離の異なるレンズを一列に並べると、隣り合うレンズの作動距離が異なるため、光量、解像度等の斑が大きくなり、良好な光学性能が得られない。
また、複数列にレンズを並べた構成は、光学系の小型の要請に反する、という問題もある。
【００２０】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、十分な焦点深度を確保するとともに、共役長が短く小型化が可能であり、かつ光量が大きく、組み立ての簡便なロッドレンズ、およびロッドレンズアレイ等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明によれば、
中心軸から外周に向かって屈折率ｎが、所定の屈折率分布定数ｇに応じて連続的に低下するロッドレンズであって、
屈折率ｎは、前記中心軸から外周に向かって次式に従って連続的に低下し、
ｎ（Ｌ）＝ｎ0｛１−（ｇ2／2）Ｌ2｝
（但し、ｎ0 はロッドレンズの中心軸における屈折率、Ｌはロッドレンズの中心軸からの距離（０≦Ｌ≦０．９ｒ）、ｒはロッドレンズの半径、ｎ（Ｌ）はロッドレンズの中心軸から径方向に距離Ｌだけ離れた位置における屈折率を、それぞれ表す。）
一の半径Ｘ0（θ＝０）に沿った屈折率分布定数をｇ0とし、Ｘ0から周方向にθ（−π≦θ≦π）だけ回転した位置の半径Ｘθに沿った屈折率分布定数をｇθとすると、屈折率分布定数ｇがＸ0からＸθに向けてθの変化とともに連続的に変化し、
断面の形状が楕円形状であり、
前記屈折率分布定数ｇが、短軸方向で最大となり、長軸方向で最小となる、
ことを特徴とするロッドレンズが提供される。
【００２２】
このような構成のロッドレンズによれば、像を光軸上に細長く結像させることにより、単一の焦点距離しか持たないレンズに比べ、焦点深度を深くすることができる。
【００２４】
本発明の他の好ましい態様によれば、
前記屈折率分布定数ｇの最大値と最小値の差Δｇが０．００３ｍｍ-1≦Δｇ≦０．０５ｍｍ-1の範囲となる。
【００２５】
本発明の他の態様によれば、上記ロッドレンズを用いて作られたロッドレンズアレイが提供される。
【００２６】
本発明の他の態様によれば、
上記ロッドレンズの製造方法であって、
レンズ内での径方向の屈折率分布定数が円周方向に連続的に変化するように、紡糸の際の紡糸ノズルの形状が選択されている、
ことを特徴とするロッドレンズの製造方法が提供される。
【００２８】
本発明の他の態様によれば、
上記ロッドレンズアレイの製造方法であって、
レンズ内での径方向の屈折率分布定数が円周方向に連続的に変化するように、ロッドレンズアレイ作製後にアレイ全体をプレスする、
ことを特徴とするロッドレンズアレイの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】焦点深度の定義を説明するための概略図である。
【図２】焦点深度の定義を説明するための概略図である。
【図３】焦点深度の定義を説明するための概略図である。
【図４】開口数と焦点深度の関係を模式的に表す図面である。
【図５】ロッドレンズの作動距離を説明する模式図である。
【図６】従来技術の焦点位置の異なるレンズを複数用いたロッドレンズアレイにおけるロッドの配置を示す模式図である。
【図７】図６のロッドレンズアレイにおける焦点位置を説明する模式図である。
【図８】本発明の実施形態のロッドレンズ１の断面を模式的に示す図面である。
【図９】図８のロッドレンズ１における周方向θによる屈折率分布定数の変化を示すグラフである。
【図１０】図８のロッドレンズ１における半径方向の屈折率分布を示すグラフである。
【図１１】図８のロッドレンズによる集光の様子を示した斜視図である
【図１２】図８のロッドレンズによる焦点深度を説明する模式図である。
【図１３】ロッドレンズの各種光学距離の関係を示す概略図である。
【図１４】本発明の他の実施形態のロッドレンズ１０の断面を模式的に示す図面である。
【図１５】図１４のロッドレンズ１０における周方向θによる屈折率分布定数の変化を示すグラフである。
【図１６】図１４のロッドレンズ１０における半径方向の屈折率分布を示すグラフである。
【図１７】本発明のプラスチックロッドレンズの製造工程を概略的に示す図面である。
【図１８】本発明の実施形態のロッドレンズの製造方法で使用する紡糸ノズルのノズル孔形状を示す概略図である。
【図１９】本発明の実施形態のロッドレンズアレイの構造を示す概略的な斜視図である。
【図２０】本発明の他の実施形態のロッドレンズの製造方法を説明する概略的な模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
次に、本発明の好ましい実施形態のロッドレンズ１の構成について説明する。図８は、ロッドレンズ１の横断面を示す図面であり、図９は、図８のロッドレンズ１における周方向θによる屈折率分布定数の変化を示すグラフであり、図１０は、ロッドレンズ１における半径方向の屈折率分布を示すグラフである。
【００３２】
ロッドレンズ１は、アクリル系樹脂等の透明プラスチック材料で構成された、従来のプラスチック製ロッドレンズと同様の寸法形状のレンズであり、直径が１．０ないし０．１ｍｍ程度の円筒形状を有している。
【００３３】
本実施形態のロッドレンズ１は、中心屈折率ｎ0 が、１．４≦ｎ0 ≦１．６であることが好ましい。また、材質は、プラスチックの他、ガラス等の他の透明材料であってもよい。
【００３４】
ロッドレンズ１は、横断面において、中心軸から外周に向かって屈折率が連続的に低下する構成を有している。この屈折率の低下は、次式に従う。
ｎ（Ｌ）＝ｎ0｛１−（ｇ2／2）Ｌ2｝      
ここで、ｎ0 はロッドレンズの中心軸における屈折率、Ｌはロッドレンズの中心軸からの距離（０≦Ｌ≦０．９ｒ）、ｒはロッドレンズの半径、ｇはロッドレンズの半径に沿った屈折率分布定数、ｎ（Ｌ）はロッドレンズの中心軸から径方向に距離Ｌだけ離れた位置における屈折率を、それぞれ表している。
【００３５】
そして、ロッドレンズ１は、ある周方向位置における半径Ｘ0（θ＝０）に沿った屈折率分布定数をｇ0とし、この半径Ｘ0から周方向にθ（−π≦θ≦π）だけ回転した位置の半径Ｘθに沿った屈折率分布定数をｇθとすると、屈折率分布定数ｇは、Ｘ0からＸθに向けてθの変化とともに連続的に変化している。したがって、ロッドレンズ１は、半径方向の屈折率分布が、周方向に連続的に変化している構成を備えている。
【００３６】
例えば、ある周方向位置における半径Ｘ0と周方向角度θ１をなす周方向位置おける半径Ｘθ1における屈折率分布定数をｇ（θ１）とし、半径Ｘ0と周方向角度θ２をなす周方向位置おける半径Ｘθ2における屈折率分布定数をｇ（θ２）とし、図９に示すように、ｇ（θ１）＞ｇ（θ２）とすると、θ１の方向においては(すなわち半径Ｘθ1に沿っては)、θ２の方向よりも(すなわち半径Ｘθ2に沿ってよりも)、中心から外周方向に向かって急激に屈折率が低下する(図１０)。
【００３７】
ロッドレンズにおいては、屈折率分布定数ｇと作動距離Ｌ0の関係は下記の関係式（１）で与えられ、屈折率分布定数ｇが大きくなるほど作動距離Ｌ0は短くなることがわかる。
0005614714.tif 000003
【００３８】
本実施形態のロッドレンズ１は、レンズ断面における方向（θ）によって、屈折率分布定数ｇ（θ）が異なるように設計されているため、同一レンズ内でもレンズ断面の方向θによって、Ｌ0（θ）の異なるレンズが得られる。
【００３９】
すなわち、ｇ（θ１）はｇ（θ２）より大きいため、方向θ１での作動距離Ｌ0（θ１）は方向θ２での作動距離Ｌ0（θ２）よりも長くなる。また、ｇ（θ）はθとともに連続的に変化するため、Ｌ0（θ）もθとともに連続的に変化する。これはロッドレンズに入射する光の位置や方向によって、像が結像される位置が連続的に変化することを意味する。
【００４０】
すなわち、焦点距離が、レンズ断面における方向（θ）によって異なる。詳細には、本実施形態のロッドレンズ１は、一の半径Ｘ0（θ＝０）に沿った部分の焦点距離をＦ0とし、Ｘ0から周方向にθ（−π≦θ≦π）だけ回転した位置の半径Ｘθに沿った部分の焦点距離をＦθとすると、焦点距離が半径Ｘ0から半径Ｘθに向けてＦ0からＦθに向けてθの変化とともに連続的に変化しているロッドレンズとなる。
【００４１】
実際にロッドレンズに入射する光の集光の様子を図１１に示す。被写体から反射された光はロッドレンズ端面全体に照射されるが、そのうち光軸を含む面内に入射する光線（子午光線）のみを考える。子午光線はレンズ内に入射後も同じ面内を伝播する。
【００４２】
たとえば、レンズ端面上で方向Ｘ0（θ＝０）近傍に入射した光は、レンズ内で方向Ｘ0を含む面内を屈折し蛇行しながら通過する。この際、入射光は屈折率の分布がｇ（０）で規定される面内を伝播し、（１）式に従って、作動距離Ｌ0（０）の位置に像が結ばれる。
【００４３】
また、レンズ端面上で方向Ｘθ（θ＝π／２）近傍に入射した光は、レンズ内で方向Ｘθを含む面内を屈折し蛇行しながら通過する。この際、入射光は屈折率の分布がｇ（π／２）で規定される面内を伝播し、（１）式に従って、作動距離Ｌ0（π／２）の位置にその像が結ばれる。
【００４４】
同様に、Ｘ0とＸθの中間となるような方向Ｘ−Ｘθでは、そのθに対応するｇ（θ）によってＬ0（θ）の位置に像が結ばれる。
【００４５】
ｇ（θ）およびＬ0（θ）はθとともに連続的に変化するため、レンズ全体に入射する光（−π≦θ＜π）を考えた場合、光軸上において、それぞれ入射光の入射面の方向θに対応する位置に連続的に細長い像が結像されることとなる。この像は、最大の作動距離Ｌ0maxから最小の作動距離Ｌ0mＩｎの範囲（ΔＬ0＝Ｌ0max−Ｌ0mＩｎ）に及んで結像される。
【００４６】
このようなレンズの焦点深度を考えた場合、図１２に示すように、入射光の入射面の方向θによって、結像位置Ｌ0（θ）が異なるため、それぞれの入射面の方向θによって、異なった焦点深度ＤＯＦ（θ）を定義することができる。
【００４７】
しかし、実際には、レンズ全体によってできる光軸上の連続的な像について焦点深度を考える必要があり、ΔＬ0の範囲に及んで結像された像が許容錯乱円の直径εにおさまる範囲が焦点深度ＤＯＦとされる。この焦点深度は、単一の焦点距離しか持たないレンズの焦点深度に対して、結像される像の長さΔＬ0だけ深くなる。
【００４８】
このように像を光軸上に細長く結像させることにより、単一の焦点距離しか持たないレンズに比べ、焦点深度を深くすることができる。ただし、像を一点ではなく細長い範囲に結像させるため、それぞれの位置での集光の効率は下がり、光量や解像度は低くなってしまう。このため、像を結像させる範囲を必要以上に広くすることは好ましくない。
【００４９】
像が結ばれる範囲ΔＬ0は、（１）式よりレンズ長ｚとレンズ内での屈折率分布定数の最大値と最小値の差Δｇによって決まるが、ロッドレンズの用途によって、求められる焦点深度や光学性能、レンズ長が異なり、それぞれの用途によってΔＬ0やΔｇに最適な範囲が存在する。
【００５０】
たとえば、複写機用途としてロッドレンズを用いる場合、原稿の浮きに対応するためには、焦点深度は解像度６Ｌｐ／ｍｍにおいて１．５ｍｍ以上であることが好ましく、２．０ｍｍ以上あることがさらに好ましい。また、共役長ＴＣが２０ｍｍ以下、作動距離Ｌ0が３ｍｍ以上であることが要求される。
【００５１】
市販されているあるロッドレンズの焦点深度は６Ｌｐ／ｍｍにおいて１ｍｍ程度である。一般的なロッドレンズアレイの焦点深度を１ｍｍとすると、本実施形態を適用して原稿の浮きに対応するためにはレンズ内での作動距離の差ΔＬ0が０．５ｍｍ以上、さらに好ましくは１．０ｍｍ以上である必要がある。
【００５２】
本実施形態のロッドレンズにおいて、これらの条件を満たすためレンズ内での屈折率分布定数の最大値と最小値の差Δｇは０．００３ｍｍ-1≦Δｇ≦０．０５ｍｍ-1の範囲にある。この範囲のΔｇを形成することにより、焦点深度が十分深く、光量、解像度の大きなレンズを得ることができる。Δｇを０．００３ｍｍ-1より大きくすることにより、光軸上に０．５ｍｍ以上の範囲にわたって焦点が形成されるため、１．５ｍｍ以上の焦点深度を得られる。さらにΔｇを大きくすると、より深い焦点深度を得ることができる。
【００５３】
一方、Δｇが０．００３ｍｍ-1よりも小さい場合、十分な焦点深度を得ることができない。また、Δｇが０．０５ｍｍ-1よりも大きくなると、それぞれの位置での集光の効率は下がるため解像度が低くなってしまう。実用的な解像度を得られるようにするためには、作動距離の差ΔＬ0が２ｍｍ以内となることが好ましく、Δｇを０．０５より小さくする必要がある。
【００５４】
Δｇはレンズ長Ｚ0によって最適な範囲が存在する。たとえば図１３は、中心の屈折率が１．４９７であり、レンズ長Ｚ0がそれぞれ４、８、１０ｍｍであるようなロッドレンズにおいて、（１）式を用いて求めた屈折率分布定数ｇと作動距離Ｌ0の関係である。Ｚ0が４ｍｍの場合、ＴＣが２０ｍｍ以内となるためには作動距離Ｌ0は３ｍｍ≦Ｌ0≦７ｍｍであり、この範囲において０．５ｍｍ≦ΔＬ0≦２ｍｍを満たすΔｇは０．００４ｍｍ-1≦Δｇ≦０．０５ｍｍ-1である。同様にＺ0が８ｍｍの場合は、ＴＣが２０ｍｍ以内となるためには作動距離Ｌ0は３ｍｍ≦Ｌ0≦６ｍｍであり、この範囲において０．５ｍｍ≦ΔＬ0≦２ｍｍを満たすΔｇは０．００５ｍｍ-1≦Δｇ≦０．０４ｍｍ-1である。またＺ0が１０ｍｍの場合は、ＴＣが２０ｍｍ以内となるためには作動距離Ｌ0は３ｍｍ≦Ｌ0≦５ｍｍであり、この範囲において０．５ｍｍ≦ΔＬ0≦２ｍｍを満たすΔｇは０．００５ｍｍ-1≦Δｇ≦０．０３ｍｍ-1である。
【００５５】
次に、本発明の他の実施形態のロッドレンズ１０について説明する。図１４は、ロッドレンズ１０の横断面を示す図８と同様の図面であり、図１５は、図１４のロッドレンズ１０における周方向の角度θの変化にともなう屈折率分布定数の変化を示すグラフであり、図１６は、ロッドレンズ１０における半径方向の屈折率分布を示す図１０と同様のグラフである。
【００５６】
図１４に示すように、第２の実施形態のロッドレンズ１０は、断面の形状が楕円である。このロッドレンズ１０では、その楕円形状を制御することにより、Δｇが０．００３ｍｍ-1≦Δｇ≦０．０５ｍｍ-1の範囲となるような屈折率分布が達成されている。
【００５７】
本実施形態では、ｇ・ｒの値が同一であれば、屈折率分布定数ｇは半径ｒに反比例するので、レンズ径を細くすることによりｇを大きくすることができることの着目してなされたものである。
【００５８】
本実施形態のロッドレンズ１０は、屈折率分布定数ｇが、楕円の短軸方向で最大となり長軸方向で最小となるように形成されている(図１６)。
【００５９】
すなわち、レンズ断面において、周方向に半径を変化させることで、すなわち、レンズの断面形状を楕円形状にすることによって、屈折率分布定数の差Δｇを形成し、同一レンズ内で焦点深度を変化させている。
【００６０】
この場合、楕円率を大きくするほど屈折率分布定数の差Δｇも大きくなる。楕円率は断面の短径をa、長径をｂとしたときの長径と短径の比a/bで表され、Δｇが０．００３ｍｍ-1≦Δｇ≦０．０５ｍｍ-1の範囲となるようにするために、０．９０≦a/b≦０．９９７となるような楕円形状に設定されている。
【００６１】
a/bもΔｇ同様、レンズ長Ｚ0によって最適な範囲が存在する。Ｚ0が４ｍｍの場合は０．９４≦a/b≦０．９９７であり、Ｚ0が８ｍｍの場合は０．９１≦a/b≦０．９９４、Ｚ0が１０ｍｍの場合は０．９２≦a/b≦０．９９３の範囲となることが好ましい。
【００６２】
これらの範囲は、複写機用途で用いる場合のもので、その他の用途で用いる場合、レンズに求められる焦点深度や光学性能、レンズ長が異なるため、それぞれの用途に応じてΔＬ0やΔｇの最適な範囲を設定する必要があり、本発明は上記範囲に限られるものではない。
【００６３】
本発明のロッドレンズは、断面の形状が真円や楕円状である必要はなく、断面が多角形形状のロッドレンズでもよい。
【００６４】
このように構成されたロッドレンズを用いると、従来のロッドレンズと比較して、焦点深度が深いとともに、共役長が短く小型化が可能であり、かつ光量が大きく、組み立ての簡便なロッドレンズが提供される。
【００６５】
次に、上記実施形態のロッドレンズ１の製造方法について説明する。
ロッドレンズ１の製造方法は、基本的には、公知のプラスチックロッドレンズ製造方法と同一である。先ず、モノマー相互拡散法によりプラスチックロッドレンズを製造する方法について図１７に沿って説明する。
【００６６】
硬化後の屈折率ｎがｎ1 ＞ｎ2 ＞・・・・＞ｎＮ （Ｎ≧３）となるＮ種類の未硬化の樹脂材料を、Ｎ基の混練装置２０で別個に混練し、紡糸装置２２へと送る。
【００６７】
本実施形態で用いられる未硬化の樹脂材料は、粘度が１０3〜１０8ポイズで硬化性のものであることが好ましい。粘度が小さすぎると賦形に際し糸切れが生じるようになり糸状物の形成が困難である。また粘度が大きすぎると賦形時に操作性が不良と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となりやすいので好ましくない。
この未硬化の樹脂材料を構成する物質としてはラジカル重合性ビニル単量体または該単量体と該単量体に可溶な重合体とからなる組成物等を用いることができる。
【００６８】
ラジカル重合性ビニル単量体の具体例としてはメチルメタクリレート（ｎ＝１．４９）、スチレン（ｎ＝１．５９）、クロルスチレン（ｎ＝１．６１）、酢酸ビニル（ｎ＝１．４７）、2,2,3,3-テトラフルオロプロピル（メタ）アクリレート、2,2,3,3,4,4,5,5-オクタフルオロペンチル（メタ）アクリレート、2,2,3,4,4,4-ヘキサフルオロブチル（メタ）アクリレート、2,2,2-トリフルオロエチル（メタ）アクリレート等のフッ素化アルキル（メタ）アクリレート（ｎ＝１．３７〜１．４４）、屈折率１．４３〜１．６２の（メタ）アクリレート類たとえばエチル（メタ）アクリレート、フェニル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート、アルキレングリコール（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパンジ又はトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールジ、トリ又はテトラ（メタ）アクリレート、ジグリセリンテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート、フッ素化アルキレングリコールポリ（メタ）アクリレートなどが挙げられる。
【００６９】
これら未硬化の樹脂材料から糸状体を形成する際の未硬化の樹脂材料の粘度調整を容易にするため、及び糸状体の中心から外周へ向かい連続的な屈折率分布を持たせるため、前記の未硬化の樹脂材料はビニル単量体とそれに可溶な重合体とで構成されていることが好ましい。
【００７０】
重合体としては、前記のラジカル重合性ビニル単量体から生成する重合体と相溶性が良いことが必要であり、例えばポリメチルメタクリレート（ｎ＝１．４９）、ポリメチルメタクリレート系共重合体（ｎ＝１．４７〜１．５０）、ポリ４−メチルペンテン−１（ｎ＝１．４６）、エチレン／酢酸ビニル共重合体（ｎ＝１．４６〜１．５０）、ポリカーボネート（ｎ＝１．５０〜１．５７）、ポリフッ化ビニリデン（ｎ＝１．４２）、フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン共重合体（ｎ＝１．４２〜１．４６）、フッ化ビニリデン／テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロペン共重合体（ｎ＝１．４０〜１．４６）、ポリフッ化アルキル（メタ）アクリレート等が挙げられる。
【００７１】
粘度を調整するため、各層に同一の屈折率を有する重合体を用いた場合には中心から外周に向かって連続的な屈折率分布を有するプラスチック光伝送体が得られるので好ましい。特に、ポリメチルメタクリレートは透明性に優れ及びそれ自体の屈折率も高いので本発明の屈折率分布型光伝送体を作成するに際して用いる重合体としては好適なものである。
【００７２】
未硬化の樹脂材料より形成した糸状物を硬化するには未硬化物中に熱硬化触媒あるいは光硬化触媒を添加しておくことが好ましく、熱硬化触媒としては普通パーオキサイド系又はアゾ系の触媒が用いられる。光硬化触媒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'ーイソプロピルー2ーヒドロキシー2ーメチルプロピオフェノン、1ー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。
【００７３】
紡糸装置２２は、紡糸ヘッド２４と、相互拡散部２６と、硬化処理部２８とを備えている。未硬化の樹脂材料は、紡糸ヘッド２４内の複合紡糸ノズル３０から吐出され、複合紡糸されて糸状体３２とされる。
【００７４】
未硬化の樹脂材料は、吐出される際、中心から外周部に向かって順次屈折率が低くなるような配置で、同心円状に積層され、糸状体３２を形成する。複合紡糸ノズル２１から吐出された糸状体３２は、ニップローラ３４によって引き上げられ、紡糸装置２２の相互拡散部２６及び硬化処理部２８を順次に通過する。
【００７５】
複合紡糸ノズル３０から吐出された直後の糸状体３２の屈折率分布は、層間に屈折率の段差があるため、階段状となっている。この糸状体３２の各層間の屈折率分布が連続的になるように隣接層間の物質の相互拡散処理を行い、相互拡散処理と同時に、または相互拡散処理を行った後、糸状体３２を硬化処理し、ロッドレンズ原糸を得る。なお、相互拡散処理とは、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ことをいう。
【００７６】
必要に応じて、得られたロッドレンズ原糸を加熱延伸した後、緩和処理を行ってもよい。このようにして作製したロッドレンズ原糸は、適宜、所定のサイズに切断してロッドレンズとする。
【００７７】
本実施形態の製造方法においては、複合紡糸ノズルの最外周のノズル孔の断面形状を図１８(ａ)ないし(ｃ)に図示されているように、楕円、六角形または多角形形状の所定の形状とすることにより、紡糸の際に糸状体の断面形状を所定の形状に形成し、ロッドレンズ内での屈折率分布の差を形成することができる。
この際、同心円状に積層された未硬化物について、全体の断面形状を所定の形状に形成してもよく、一部の層のみを所定の形状に形成して糸状体を吐出してもよい。
【００７８】
径方向に積層状態にある各層の特定の一層を上記所定の形状とする場合には、その一層の部分を形成する樹脂材料を吐出するノズル孔の断面形状を、例えば図１８（ａ）に示されているような形状とする。
【００７９】
また、製造方法において、図１８に示すような楕円、六角形または多角形形状のノズル孔を用いることなく、同心円状のノズル孔を用い、断面形状が円形の糸状体３２を製造し、ニップローラ３４、３６で糸状体３２を引き取る際に、糸状体３２に加えられるニップ圧を、例えば圧力センサによって制御することにより糸状体３２の断面形状を所定の形状に形成し、本発明におけるレンズ内での屈折率分布の差を形成することができる。糸状体３２にニップ圧を加える際には必要に応じて、加熱処理が施されても良い。
【００８０】
上記実施形態のロッドレンズ１を用いたロッドレンズアレイ５０（図１９）は、公知の従来技術と同様の方法により製造することができる。たとえば、プレス上盤の表面に複数のロッドレンズを並列配置して仮留めし、一方の面に接着剤が所定の間隔をあけて塗布された基板を接着剤が塗布された面が上方に向くようにしてプレス上盤の下方に配置し、基板をプレス上盤に仮留めされたロッドレンズに押圧して基板をロッドレンズに接着させる工程を経ることにより製造される。
【００８１】
ロッドレンズアレイ５０においては、一対の基板５２間に、各ロッドレンズ１の中心軸が互いに略平行になるように配置され、固定されているものであり、隣接するロッドレンズ１同士は互いに密着している。しかしながら、隣接するロッドレンズ１が、一定の隙間を空けて配置されていてもよい。
【００８２】
他のロッドレンズアレイの製造方法として、公知のロッドレンズ(径方向の屈折率変化が、周方向で変化していないロッドレンズ)を用いて、公知のロッドレンズアレイ６０を製造した後(図２０(ａ))、加熱条件下（例えば６０〜９０℃）でアレイ６０全体に厚さ方向の圧力を加え、アレイ６０内の全ロッドレンズ６０の断面形状を変形させて(図２０(ｂ))、ロッドレンズ１と同様の屈折率分布を有するロッドレンズ６２’によって構成されたロッドレンズアレイ６０’とすることもできる。
【００８３】
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で種々の変更、変形が可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１：ロッドレンズ
２０：混練装置
２２：紡糸装置
２４：紡糸ヘッド
２６：相互拡散部
２８：硬化処理部
３０：複合紡糸ノズル
３２：糸状体
３４：ニップローラ
５０：ロッドレンズアレイ
【図１】
0005614714.tif 000004
【図２】
0005614714.tif 000005
【図３】
0005614714.tif 000006
【図４】
0005614714.tif 000007
【図５】
0005614714.tif 000008
【図６】
0005614714.tif 000009
【図７】
0005614714.tif 000010
【図８】
0005614714.tif 000011
【図９】
0005614714.tif 000012
【図１０】
0005614714.tif 000013
【図１１】
0005614714.tif 000014
【図１２】
0005614714.tif 000015
【図１３】
0005614714.tif 000016
【図１４】
0005614714.tif 000017
【図１５】
0005614714.tif 000018
【図１６】
0005614714.tif 000019
【図１７】
0005614714.tif 000020
【図１８】
0005614714.tif 000021
【図１９】
0005614714.tif 000022
【図２０】
0005614714.tif 000023