レンズアレイ、レンズユニット、ＬＥＤヘッド、露光装置、画像形成装置および読取装置
【課題】素材の収縮および膨張による各部材の相対的な位置ずれや形状の差を抑制し、解像度の低下を防止する。
【解決手段】複数のレンズ素子が光軸に対して略直交する方向に延在する列を形成するように配列されたレンズアレイにおいて、前記レンズ素子が配列された方向の略中央に、遮光部材に係合する位置決め部を配置した。また、複数のレンズ素子が光軸に対して略直交する方向に延在する列を形成するように配列されたレンズアレイと、前記光軸が通過する複数の絞りが前記光軸に対して略直交する方向に延在するように配列された遮光部材とを有するレンズユニットにおいて、略同一形状の複数の前記レンズアレイを、それぞれの前記レンズ素子の光軸が一致するように対向させて配置し、一の前記レンズアレイを、他の前記レンズアレイに対し、前記レンズ素子の配列方向に平行な直線を回転軸として回転した位置に配置した。
【解決手段】複数のレンズ素子が光軸に対して略直交する方向に延在する列を形成するように配列されたレンズアレイにおいて、前記レンズ素子が配列された方向の略中央に、遮光部材に係合する位置決め部を配置した。また、複数のレンズ素子が光軸に対して略直交する方向に延在する列を形成するように配列されたレンズアレイと、前記光軸が通過する複数の絞りが前記光軸に対して略直交する方向に延在するように配列された遮光部材とを有するレンズユニットにおいて、略同一形状の複数の前記レンズアレイを、それぞれの前記レンズ素子の光軸が一致するように対向させて配置し、一の前記レンズアレイを、他の前記レンズアレイに対し、前記レンズ素子の配列方向に平行な直線を回転軸として回転した位置に配置した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズアレイ、レンズユニット、ＬＥＤヘッド、露光装置、画像形成装置および読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレンズアレイは、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を直線状に配列したＬＥＤヘッドを用いた電子写真方式の画像形成装置や複数の受光素子を直線状に配列した受光部に読取り原稿の像を結像させるスキャナやファクシミリ等の読取装置に物体の正立等倍像をライン状に形成することができる光学系として用いられている。
このレンズアレイは、物体の正立等倍像を形成するように複数のレンズからなるレンズ群を構成し、このレンズ群を略直線状に配列して物体の正立等倍像をライン状に形成する光学系として構成することができ、この複数のレンズを射出成型で一体に形成することにより部品点数を少なく構成するようにしているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−９２００６号公報（段落「００３２」〜段落「００３９」、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の技術において、光学系を構成する各部材は、レンズの配列方向に長い、長尺な形状となるため、素材の収縮および膨張によって各部材の相対的な位置ずれや形状変化が発生し、その光学系の解像度を低下させてしまうという問題がある。
本発明は、このような問題を解決することを課題とし、素材の収縮および膨張による各部材の相対的な位置ずれや形状の差を抑制し、解像度の低下を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そのため、本発明によるレンズアレイは、複数のレンズ素子が光軸に対して略直交する方向に延在する列を形成するように配列されたレンズアレイにおいて、前記レンズ素子が配列された方向の略中央に、遮光部材に係合する位置決め部を配置したことを特徴とする。
また、本発明によるレンズユニットは、複数のレンズ素子が光軸に対して略直交する方向に延在する列を形成するように配列されたレンズアレイと、前記光軸が通過する複数の絞りが前記光軸に対して略直交する方向に延在するように配列された遮光部材とを有するレンズユニットにおいて、略同一形状の複数の前記レンズアレイを、それぞれの前記レンズ素子の光軸が一致するように対向させて配置し、一の前記レンズアレイを、他の前記レンズアレイに対し、前記レンズ素子の配列方向に平行な直線を回転軸として回転した位置に配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
このようにした本発明は、素材の収縮および膨張による各部材の相対的な位置ずれや形状の差を抑制し、解像度の低下を防止することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施例におけるレンズユニットの分解斜視図
【図２】第１の実施例におけるプリンタの構成を示す概略図
【図３】第１の実施例におけるＬＥＤヘッドの概略側面図
【図４】第１の実施例におけるＬＥＤヘッドの概略断面図
【図５】第１の実施例におけるレンズユニットの平面図
【図６】第１の実施例におけるレンズユニットのＢＢ断面図
【図７】第１の実施例におけるレンズユニットのＣＣ断面図
【図８】第１の実施例におけるレンズアレイの平面図
【図９】第１の実施例における遮光部材の平面図
【図１０】第１の実施例における遮光部材の開口部の平面図
【図１１】第１の実施例におけるレンズアレイの動作を示す説明図
【図１２】第１の実施例におけるレンズユニットの動作を示す説明図
【図１３】第１の実施例における画像形成装置の画像評価の説明図
【図１４】第２の実施例における読取装置の構成を示す概略図
【図１５】第２の実施例における読取装置の読取ヘッドの構成を示す概略図
【図１６】第２の実施例における読取装置の読取ヘッドの動作を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明によるレンズアレイ、レンズユニット、ＬＥＤヘッド、露光装置、画像形成装置および読取装置の実施例を説明する。
【実施例１】
【０００９】
本実施例の情報処理装置としてのプリンタを図２の第１の実施例におけるプリンタの構成を示す概略図に基づいて説明する。
図２において、プリンタ１００は、色材としての顔料を含む樹脂からなるトナーにより、画像データをもとに印字媒体上に画像を形成する。
プリンタ１００には、印字媒体としての用紙１０１を貯留する給紙カセット６０が装着され、用紙１０１を給紙カセット６０から取り出す給紙ローラ６１を備え、用紙１０１を給紙して搬送する搬送ローラ６２、６３が配置される。
【００１０】
本発明におけるプリンタ１００は、カラー電子写真方式であり、プリンタ１００内には画像形成部としてイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの各色の画像を形成する静電潜像担持体としての感光体ドラム４１、その感光体ドラム４１に形成された静電潜像をトナーにより現像し、トナー像を形成する現像器５、その現像器５にトナーを供給するトナーカートリッジ５１が用紙１０１の搬送路に沿って並べて配置されている。
【００１１】
また、感光体ドラム４１の表面に電荷を供給して帯電させる帯電ローラ４２、光学ヘッドとしてのＬＥＤヘッド３が、感光体ドラム４１の表面に対向するように配置され、ＬＥＤヘッド３は帯電ローラ４２で帯電された感光体ドラム４１の表面に画像データをもとに選択的に光を照射して静電画像を形成する。
さらに、感光体ドラム４１上に形成され、トナーにより静電潜像を可視化した像であるトナー像を用紙１０１上に転写する転写ローラ８０が、転写部で用紙１０１を搬送する転写ベルト８１を挟むように感光体ドラム４１に対向して配置され、また用紙１０１が転写部を通過した後の感光体ドラム４１の表面に残留したトナーを除去するクリーニングブレード４３が感光体ドラム４１の表面に接触して配置されている。
【００１２】
転写部の下流には用紙１０１上に形成されたトナー像を熱および圧力で定着させる定着器９が配置され、その定着器９を通過した用紙１０１を搬送する搬送ローラ６４、その搬送ローラ６４により搬送され、画像が形成された用紙１０１を貯留する排出部７へ排出する排出ローラ６５が配置される。
また、帯電ローラ４２および転写ローラ８０には図示しない電源により所定の電圧が印加される。そして、転写ベルト８１、感光体ドラム４１および各ローラはそれぞれ図示しないモータと図示しない駆動を伝達するギアにより回転駆動される。さらに、現像器５、ＬＥＤヘッド３、定着器９、および図示しない各モータには、それぞれ電源および制御装置が接続されている。
【００１３】
プリンタ１００は、外部装置から印刷データを受信する外部インターフェースを有し、その外部インターフェースで受信した印刷データをもとに印字媒体上に画像を形成する。
このように構成されたプリンタ１００は、制御プログラムをメモリ等の記憶部に記憶し、その制御プログラムに基づいて全体を制御する制御手段および演算手段としての制御部を備えている。
【００１４】
次に、露光装置としてのＬＥＤヘッド３の構成を図３の第１の実施例におけるＬＥＤヘッドの概略側面図に基づいて説明する。
ＬＥＤヘッド３には、レンズユニット１が配置され、そのレンズユニット１はホルダ３４によりＬＥＤヘッド３に固定されている。また、発光部としての複数のＬＥＤ素子３０は配線基板３３上に略直線に配置されている。
【００１５】
レンズユニット１は、長尺であり、略直線に配置されたＬＥＤ素子３０と平行に配置され、またレンズユニット１と静電潜像が形成される感光体ドラム４１とは平行に配置される。さらに、レンズユニット１のマイクロレンズの光軸は図における上下方向になるように配置される。
図４は、第１の実施例におけるＬＥＤヘッドの概略断面図であり、図３におけるＡＡ断面図である。
【００１６】
図４において、レンズユニット１のマイクロレンズ１２の光軸は図における上下方向となるように配置され、またＬＥＤ素子３０およびドライバＩＣ３１は配線基板３３上に配置されている。ＬＥＤ素子３０とドライバＩＣ３１はワイヤ３２により結線され、発光部としてのＬＥＤ素子３０はドライバＩＣ３１により制御されて発光する。また、ＬＥＤ素子３０は１列の直線に配列され、間隔ＰＤｍｍ（ミリメートル）で配置されている。
【００１７】
このレンズユニット１により、感光体ドラム４１にＬＥＤ素子３０の像が結像し、感光体ドラム４１の回転に合わせてＬＥＤ素子３０を発光させることにより感光体ドラム４１上に静電潜像が形成される。
本実施例においては、ＬＥＤヘッド３は６００ｄｐｉ（ｄｏｔｓ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）の解像度であり、ＬＥＤ素子３０が１インチ当たり（１インチは約２５．４ｍｍ）６００個配置されている。すなわち、ＬＥＤ素子３０が間隔ＰＤを０．０４２３ｍｍとして配列されている。
【００１８】
次に、レンズユニット１の構成を図１の第１の実施例におけるレンズユニットの分解斜視図に基づいて説明する。
図１において、レンズユニット１は、レンズ素子の集合体としてのレンズアレイ１０と遮光部材２０とからなる。
そのレンズアレイ１０には、複数のレンズ素子としてのマイクロレンズ１２が配列間隔ＰＹとして略直線状に平行する２列に配列されている。また、レンズユニット１には、２枚の略同一形状のレンズアレイ１０が対向して配置されている。すなわち、レンズユニット１は、光軸が一致するように配置された２枚のマイクロレンズ１２からなるレンズ群を、光軸に対して略直交する方向に２列に配置した構成となっている。なお、レンズアレイ１０は、発光部の光線を透過する素材により形成されている。
【００１９】
レンズユニット１において、２枚のレンズアレイ１０のうち、一方のレンズアレイ１０は、他方のレンズアレイ１０に対してマイクロレンズ１２の配列方向と平行な直線２５を回転軸として１８０度回転されて配置される。
レンズアレイ１０は、マイクロレンズ１２が配列された方向に長い、長尺な形状であり、マイクロレンズ１２の配列方向の各位置で素材の組成や密度等の特性（素材特性の分布）が僅かに異なっている。したがって、製造工程におけるレンズアレイ１０の加熱や冷却および使用環境における温度や湿度の変化により、レンズアレイ１０が収縮または膨張するとき、マイクロレンズ１２の配列方向の各位置で収縮率または膨張率が異なってくる。
【００２０】
本発明とは異なる従来の構成のレンズユニット１、すなわち一方のレンズアレイ１０が他方のレンズアレイ１０に対してマイクロレンズ１２の配列方向と光軸の両方に直交する直線を回転軸として１８０度回転されて配置されたレンズユニット１においては、温度や湿度の変化によって該レンズアレイ１０が収縮または膨張したとき、対向して配置された２枚のレンズアレイ１０のそれぞれのマイクロレンズ１２の光軸が一致しなくなる不具合が発生する。
【００２１】
ところが、本発明による構成のレンズユニット１において、２枚のレンズアレイ１０のうち、一方のレンズアレイ１０は、他方のレンズアレイ１０に対してマイクロレンズ１２の配列方向と平行な直線を回転軸として１８０度回転されて配置されるため、一方のレンズアレイ１０の素材特性の分布と他方のレンズアレイ１０の素材特性の分布が略一致し、温度や湿度の変化によって該レンズアレイ１０が収縮または膨張したときでも、各マイクロレンズ１２の光軸は一致する。
【００２２】
さらに、レンズユニット１において、一方のレンズアレイ１０を他方のレンズアレイ１０に対してマイクロレンズ１２の配列方向に間隔ＰＹ／２ずらして配置することにより、一方のレンズアレイ１０のマイクロレンズ１２の光軸と他方のレンズアレイ１０のマイクロレンズ１２の光軸が一致する。
遮光部材２０には、絞りとしての開口部２２がレンズアレイ１０のマイクロレンズ１２の配置に対応するように貫通孔として形成されている。その開口部２２の配列間隔はレンズアレイ１０のマイクロレンズ１２の配列と同じであり、マイクロレンズ１２の光軸と開口部２２の位置が一致するように配置されている。また、開口部２２は、その光軸に対して略直交する方向に配列されている。
【００２３】
ここで、レンズアレイ１０にマイクロレンズ１２を偶数列に配置した場合、レンズアレイ１０を他方のレンズアレイ１０に対してマイクロレンズ１２の配列方向にｎ×間隔ＰＹ／２（ｎは０以外の整数）ずらして配置することにより、一方のレンズアレイ１０の各マイクロレンズ１２の光軸と他方のレンズアレイ１０のマイクロレンズの光軸を一致させることができる。
【００２４】
また、レンズアレイ１０にマイクロレンズ１２を奇数列に配置してレンズユニット１を構成することもできる。この場合、一方のレンズアレイ１０を他方のレンズアレイ１０に対してマイクロレンズ１２の配列方向にずらさずに配置して一方のレンズアレイ１０の各マイクロレンズ１２の光軸と他方のレンズアレイ１０のマイクロレンズの光軸を一致させることができる。
【００２５】
さらに、レンズユニット１の２枚のレンズアレイ１０を同一形状とすることなく、共通した形状を有する異なる形状の部材を用いて構成することもできる。このとき、２枚のレンズアレイ１０の各々のマイクロレンズ１２の配列間隔を同間隔とし、２枚のレンズアレイ１０の各々のマイクロレンズ１２の光軸は一致するように配置されるものとする。
また、２枚以上のレンズアレイ１０でレンズユニット１を構成することもできる。
【００２６】
さらに、レンズアレイ１０には、レンズアレイ１０と遮光部材２０のマイクレンズ１２の配列方向の相対的位置を定めるための位置決め部１３が形成され、またレンズアレイ１０と遮光部材２０のマイクレンズ１２の配列方向と直交する方向の位置を定めるための凸部１４が形成されている。また、レンズアレイ１０には、マイクロレンズ１２の配列方向と平行する両側部にリブ１１が形成されている。
【００２７】
一方、遮光部材２０には、開口部２２の配列方向と平行する両側部にリブ２１が形成され、そのリブ２１に、レンズアレイ１０の位置決め部１３と係合する凹部２３およびレンズアレイ１０の凸部１４に当接する突き当て部２４が形成されている。
遮光部材２０の凹部２３にレンズアレイ１０の位置決め部１３を挿入することにより、レンズアレイ１０と遮光部材２０のマイクロレンズ１２の配列方向の相対的位置を定め、遮光部材２０の突き当て部２４にレンズアレイ１０の凸部１４を突き当てることにより、レンズアレイ１０と遮光部材２０のマイクロレンズ１２の配列方向および光軸方向と直交する方向の位置を定める。
【００２８】
図５は、第１の実施例におけるレンズユニットの平面図である。図５（ａ）は、図４におけるレンズユニット１を上から下方向（マイクロレンズ１２の光軸方向）に見た平面図であり、図５（ｂ）は、図４におけるレンズユニット１を下から上方向（マイクロレンズ１２の光軸方向）に見た平面図である。図５（ｂ）に示されるレンズユニット１は図５（ａ）で示されるレンズユニット１をマイクロレンズ１２の配列方向と平行な直線を回転軸として１８０度回転したものとなっている。なお、図における上下方向はマイクロレンズ１２が配列されている方向である。
【００２９】
図５において、位置決め部１３はレンズアレイ１０のマイクロレンズ１２の配列方向における略中央に配置され、凹部２３は遮光部材２０の開口部２２の配列方向における略中央に配置されている。
レンズユニット１はマイクロレンズ１２の配列方向に長い、長尺な形状であるため、本発明と異なる構成のレンズユニット、すなわち位置決め部１３および凹部２３を該レンズユニットの一方の端部に配置したレンズユニットの場合、該レンズユニットの他方の端部は、位置決め部１３および凹部２３から離れているため、素材の膨張または収縮によって、光学特性が変化するほどマイクロレンズ１２の光軸と絞りとしての開口部２２の位置にずれが生じることが考えられる。
【００３０】
しかし、本発明のレンズユニット１においては、位置決め部１３および凹部２３をレンズユニット１の略中央に配置するようにしたことにより、素材の膨張または収縮によるマイクロレンズ１２の光軸と絞りとしての開口部２２の位置のずれを小さく抑えることができる。
凸部１４はレンズアレイ１０のマイクロレンズ１２の配列方向に沿った複数の位置に配置され、また突き当て部２４は凸部１４にと当接するように遮光部材２０の開口部２２の配列方向に沿った複数の位置に配置されている。
【００３１】
また、マイクロレンズ１２を千鳥状になるようにジグザグに偶数個の列に配置した場合、２枚のレンズアレイ１０のマイクロレンズ１２の配列方向のズレ量ＳＨを、レンズアレイ１０を他方のレンズアレイ１０に対してマイクロレンズ１２の配列方向にｎ×間隔ＰＹ／２（ｎは０以外の整数）とすることにより、一方のレンズアレイ１０の各マイクロレンズ１２の光軸と他方のレンズアレイ１０のマイクロレンズ１２の光軸を一致させることができる。
【００３２】
なお、マイクロレンズ１２が千鳥状に偶数個の列に配置された２枚の略同一形状のレンズアレイ１０を対向して配置した場合、レンズアレイ１０のマイクロレンズ１２のうち、端部の少なくともひとつのマイクロレンズ１２は、光軸が一致する他方のレンズアレイ１０のマイクロレンズ１２が存在しなくなり、使用することができなくなる。
図６は第１の実施例におけるレンズユニットの断面図であり、図５のＢＢの位置におけるマイクロレンズ１２の配列方向と直交する平面による断面図である。
【００３３】
図６において、レンズユニット１は、２枚のレンズアレイ１０のマイクロレンズ１２の光軸ＡＸ１が一致し、さらに遮光部材２０の開口部２２の位置が光軸ＡＸ１に一致している。
レンズアレイ１０の位置決め部１３が遮光部材２０の凹部２３に挿入されてマイクロレンズ１２の配列方向におけるレンズアレイ１０と遮光部材２０との相対的な位置が定められる。
【００３４】
図７は第１の実施例におけるレンズユニットの断面図であり、図５のＣＣの位置におけるマイクロレンズ１２の配列方向と直交する平面による断面図である。
図７において、レンズユニット１は、２枚のレンズアレイ１０のマイクロレンズ１２の光軸ＡＸ１が一致し、さらに遮光部材２０の開口部２２の位置が光軸ＡＸ１に一致している。
【００３５】
レンズアレイ１０の凸部１４が遮光部材２０の突き当て部２４に突き当てられ、マイクロレンズ１２の配列方向および光軸ＡＸ１の両方向に直交する方向におけるレンズアレイ１０と遮光部材２０との相対的な位置が定められる。
図８は、第１の実施例におけるレンズアレイの平面図である。
図８において、レンズアレイ１０には、複数のマイクロレンズ１２が平行する２列の略直線に交互に、すなわち千鳥状になるようにジグザグに配置され、各列で並ぶそれぞれのマイクロレンズ１２の間隔はＰＹ、二つの平行する列、すなわちマイクロレンズ１２の配列方向と直交する方向の間隔はＰＸである。
【００３６】
２列のマイクロレンズ１２の列と図示しない複数のＬＥＤ素子３０が配置された直線は互いに平行であり、また２列のマイクロレンズ１２の列と図示しない複数のＬＥＤ素子３０が配置された直線との距離は等しくなるように構成されている。
それぞれのマイクロレンズ１２の半径はＲＬであり、隣接するマイクロレンズ１２の中心間を距離ＰＮとして隣接するマイクロレンズ１２にオーバーラップするように配置され、隣接するマイクロレンズ１２と接する部分は光軸と平行な平面によって切断された形状となって連結さている。また、レンズアレイ１０には、マイクロレンズ１２の配列方向と平行にリブ１１が形成されている。
【００３７】
なお、レンズアレイ１０は、ＬＥＤ素子３０の光線を透過する素材により形成されている。
本実施例では、レンズアレイ１０はシクロオレフィン系樹脂である光学樹脂（日本ゼオン社製、商品名；ＺＥＯＮＥＸ（ゼオネックス）（登録商標）Ｅ４８Ｒ）を使用し、射出成型により複数のマイクロレンズ１２を一体に成型した。
【００３８】
マイクロレンズ１２の各曲面（マイクロレンズ１２と空気層の境界面）は数式１で表される多項式非球面で構成される。Ｚ（ｒ）は、マイクロレンズ１２の光軸に平行な方向を軸とし、半径方向の座標をｒとした回転座標系を示し、マイクロレンズ１２の各曲面の頂点を原点とし、マイクロレンズ１２側の方向を正の数で表し、空気層側の方向を負の数で表す。このとき、半径ｒはＸ座標、Ｙ座標の値を用いて、数式２で表される。ｋはコーニック定数、Ｃは曲率半径、Ａは非球面係数、ｌとｍは正の整数である。
【００３９】
【数１】
【００４０】
【数２】
図９は、第１の実施例における遮光部材の平面図である。
図９において、遮光部材２０には、複数の開口部２２が略直線に配列され、また開口部２２の配列方向と平行にリブ２１が形成されている。
【００４１】
遮光部材２０は、間隔ＰＹで開口部２２が形成され、その開口部２２の配列方向と直交する方向に間隔ＰＸで２列に配列されている。この配列間隔はマイクロレンズ１２の光軸の間隔に一致する。
また、開口部２２は、隣接するマイクロレンズ１２に対応してその中心間を距離ＰＮとして形成され、さらにマイクロレンズ１２の配列方向と直交する方向に間隔ＴＢが保持されるように形成されている。
【００４２】
なお、遮光部材２０は、ＬＥＤ素子３０の光線を遮光する素材により形成されている。
図１０は、第１の実施例における遮光部材の開口部の平面図である。
図１０において、開口部２２は半径ＲＡの円、および半径ＲＡの円の中心から（間隔ＰＸ―間隔ＴＢ）／２の位置におけるマイクロレンズ１２の配列方向と平行する直線からなる形状である。この開口部２２の半径ＲＡの円の中心は、マイクロレンズ２２の光軸ＡＸ１と一致するように配置されている。
【００４３】
本実施例の遮光部材２０は、ポリカーボネートを用いて射出成型により作成した。
次にレンズユニット１の詳細を図１１の第１の実施例におけるレンズアレイの動作を示す説明図に基づいて説明する。図１１はレンズアレイ１０を含むレンズユニット１および物体面ＯＰならびに結像面ＩＰの断面図であり、隣接する２つのマイクロレンズ１２の光軸ＡＸ１を含む平面による断面図、すなわち図８および図９における直線ＤＤの位置における断面図である。
【００４４】
図１１において、レンズユニット１の物体面ＯＰから距離ＬＯの位置に第１のマイクロレンズ１２ａ、第２のマイクロレンズ１２ｂが第１のマイクロレンズ１２ａと光軸が一致するように対向し、距離ＬＳを隔てて配置される。レンズユニット１の結像面ＩＰは第２のマイクロレンズ１２ｂから光軸方向に距離ＬＩを隔てた位置である。
第１のマイクロレンズ１２ａは、厚みがＬＴ１であり、光軸ＡＸ１方向に距離ＬＯ１の位置にある物体３０ａの像を中間像３０ｂとして、光軸方向に距離ＬＩ１離れた中間像面ＩＭＰに形成する。
【００４５】
第２のマイクロレンズ１２ｂは、厚みがＬＴ２であり、距離ＬＯ２の位置にある中間像面ＩＭＰ上の中間像３０ｂの結像３０ｃを、光軸ＡＸ１方向に距離ＬＩ２隔てた位置に形成する。
レンズユニット１の物体面ＯＰから第１のマイクロレンズ１２ａまでの距離ＬＯは距離ＬＯ１と等しく設定され、第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂの間隔ＬＳは、（距離ＬＩ１＋距離ＬＯ２）に設定され、第２のマイクロレンズ１２ｂからレンズユニット１の結像面ＩＰまでの距離ＬＩは距離ＬＩ２と等しく設定される。
【００４６】
また、第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂを同じ構成のレンズとすることができる。このとき、第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂは、ともに厚さがＬＴ１であり、レンズユニット１の物体面から第１のマイクロレンズ１２ａまでの距離ＬＯは距離ＬＯ１と等しく設定される。
さらに、第１のマイクロレンズ１２ａの物体面側の曲面と同じ形状の面が第２のマイクロレンズ１２ｂの結像面側の曲面となるように対向して配置され、第２のマイクロレンズ１２ｂから中間像面ＩＭＰまでの距離ＬＯ２はＬＩ１と等しく設定される。
【００４７】
第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂの間隔ＬＳは、（２×距離ＬＩ１）に設定され、第２のマイクロレンズ１２ｂからレンズユニット１の結像面までの距離ＬＩは距離ＬＯ１と等しく設定され、距離ＬＩ＝距離ＬＯである。
このようにレンズユニット１は、遮光部材２０を挟んで２個のレンズアレイ１０は表裏が逆となるように対向して結像面に結像できる間隔で保持されている。遮光部材２０を挟んで２個のマイクロレンズ１２が光軸を一致させて共役の位置に配置され、正立等倍率の光学系が形成される。このように光軸が一致する２個のマイクロレンズ１２からなる光学系は、ＬＥＤ素子３０の像を感光体ドラム４１の表面に正立等倍率で結像することができる。
【００４８】
また、遮光部材２０は、レンズアレイ１０の間にあって光軸が一致する２個のマイクロレンズからなる光学系に他の光学系から入る迷光（一部の光）を遮断するとともに他の光学系に迷光を出さないように遮断している。
上述した構成の作用について説明する。
まず、プリンタ１００の動作を図２に基づいて説明する。
【００４９】
プリンタ１００の感光体ドラム４１表面は、図示しない電源装置により電圧が印加された帯電ローラ４２により帯電される。続いて、感光体ドラム４１が回転することによって帯電された感光体ドラム４１表面がＬＥＤヘッド３の付近に到達するとＬＥＤヘッド３によって露光され、感光体ドラム４１表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は現像器５により現像され、感光体ドラム４１の表面にトナー像が形成される。
【００５０】
一方、給紙カセット６０にセットされた用紙１０１が給紙ローラ６１によって給紙カセット６０から取り出され、搬送ローラ６２、６３により、転写ローラ８０および転写ベルト８１の付近に搬送される。
感光体ドラム４１が回転することにより、現像によって得られた感光体ドラム４１表面上のトナー像が転写ローラ８０および転写ベルト８１の付近に到達すると図示しない電源装置により電圧が印加されている転写ローラ８０および転写ベルト８１によって、感光体ドラム４１表面上のトナー像は用紙１０１上に転写される。
【００５１】
続いて、表面にトナー像が形成された用紙１０１は、転写ベルト８１の回転により定着器９へ搬送され、用紙１０１上のトナー像はその定着器９により加圧されながら加熱されることにより溶解し、用紙１０１上に固定される。トナー像が固定された用紙１０１は、搬送ローラ６４および排出ローラ６５により排出部７に排出されてプリンタ１００の動作が終了する。
【００５２】
次に、露光装置としてのＬＥＤヘッド３の動作を図４に基づいて説明する。
画像データをもとにプリンタ１００の制御部によりＬＥＤヘッド３の制御信号が発信されるとドライバＩＣ３１はその制御信号に基づき任意の光量でＬＥＤ素子３０を発光させる。そのＬＥＤ素子３０からの光線はレンズユニット１に入射し、感光体ドラム４１上に結像が形成される。
【００５３】
次に、レンズユニット１の動作を図１１に基づいて説明する。
物体３０ａとしてのＬＥＤ素子３０の光線は第１のマイクロレンズ１２ａに入射し、その第１のマイクロレンズ１２ａによって光軸方向に距離ＬＩ１隔てた位置にある中間像面ＭＩＰ上に中間像３０ｂが形成される。さらに、第２のマイクロレンズ１２ｂによってその中間像３０ｂの像である結像３０ｃが結像面ＩＰ上に形成されることにより、物体３０ａの結像３０ｃが結像面ＩＰ上に形成される。このとき、結像３０ｃは物体３０ａの正立等倍像になっている。
【００５４】
第１のマイクロレンズ１２ａによって形成される中間像３０ｂは物体３０ａの倒立縮小像であり、結像３０ｃはその中間像３０ｂの第２のマイクロレンズ１２ｂによる倒立拡大像である。
また、第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂとの間では物体面上の各点からの光線の主光線が平行である、いわゆるテレセントリックになっている。
【００５５】
このようにしてレンズユニット１はＬＥＤ素子３０の正立等倍像を形成する。
また、ＬＥＤ素子３０からの光線は第１のマイクロレンズ１２ａから射出された後、結像に寄与しない光線は遮光部材２０により遮光される。
一方、第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂを同じ構成のレンズとした場合もレンズユニット１は物体３０ａの正立等倍像を形成する。
【００５６】
物体３０ａとしてのＬＥＤ素子３０の光線は第１のマイクロレンズ１２ａに入射し、その第１のマイクロレンズ１２ａによって光軸方向に距離（ＬＳ／２）隔てた位置にある中間像面ＭＩＰ上に中間像３０ｂが形成される。さらに、第２のマイクロレンズ１２ｂによってその中間像３０ｂの像である結像３０ｃが結像面ＩＰ上に形成される。このとき、結像３０ｃは物体３０ａの正立等倍像になっている。
【００５７】
また、第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂとの間ではテレセントリックになっている。
このようにして第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂを同じ構成のレンズとした場合もレンズユニット１はＬＥＤ素子３０の正立等倍像を形成する。
本発明のレンズユニット１において、２枚のレンズアレイ１０のうち、一方のレンズアレイ１０は、他方のレンズアレイ１０に対してマイクロレンズ１２の配列方向と平行な直線を回転軸として１８０度回転されて配置されるため、一方のレンズアレイ１０の素材特性の分布と他方のレンズアレイ１０の素材特性の分布が略一致し、温度や湿度の変化によってレンズアレイ１０が収縮または膨張しても、各マイクロレンズ１２の光軸は一致する。
【００５８】
また、本発明のレンズユニット１においては、位置決め部１３および凹部２３をレンズユニット１の略中央に配置するようにしたことにより、素材の膨張または収縮によるマイクロレンズ１２の光軸と絞りとしての開口部２２の位置とのずれを小さく抑えることができる。
さらに、レンズユニット１の動作を図１１および図１２の第１の実施例におけるレンズユニットの動作を示す説明図に基づいて説明する。
【００５９】
図１２（ａ）は第１の実施例におけるレンズユニット１であり、図１２（ａ）においてレンズユニット１の２枚のレンズアレイ１０の第１のマイクロレンズ１２ａおよび第２のマイクロレンズ１２ｂは同一の構成のものである。またレンズアレイ１０上の第１のマイクロレンズ１２ａおよび第２のマイクロレンズ１２ｂの倍率はｍ１、ｍ２となっている。
ここで、倍率ｍ１、ｍ２は、マイクロレンズ１２が形成する中間像の大きさの、物体の大きさに対する比であり、詳述すると図１１において第１のマイクロレンズ１２ａから距離ＬＩ１離れた中間像面ＩＭＰ上に形成される中間像３０ｂの大きさの、第１のマイクロレンズ１２ａから距離ＬＯ１離れた物体面ＯＰ上の物体３０ａの大きさに対する比である。
【００６０】
また、ｍ１は、図１２で第１のマイクロレンズ１２ａ（第２のマイクロレンズ１２ｂ）の配列方向における、一方の端部付近の複数の第１のマイクロレンズ１２ａ（第２のマイクロレンズ１２ｂ）の倍率であり、ｍ２は、第１のマイクロレンズ１２ａ（第２のマイクロレンズ１２ｂ）の配列方向における、他方の端部付近の複数の第１のマイクロレンズ１２ａ（第２のマイクロレンズ１２ｂ）の倍率である。なお、レンズアレイ１０は長尺な形状であり、長手方向の各位置でマイクロレンズ１２の形状や屈折率などの光学特性が異なるため、倍率ｍ１と倍率ｍ２とは僅かに異なり、ｍ１≠ｍ２となっている。
【００６１】
図１２（ａ）において、Ｓａを物体３０ａの大きさ、Ｓｃ１を第１のマイクロレンズ１２ａ（第２のマイクロレンズ１２ｂ）の配列方向における、一方の端部付近の複数の第１のマイクロレンズ１２ａ（第２のマイクロレンズ１２ｂ）により形成される結像３０ｃの大きさ、Ｓｃ２を第１のマイクロレンズ１２ａ（第２のマイクロレンズ１２ｂ）の配列方向における、他方の端部付近の複数の第１のマイクロレンズ１２ａ（第２のマイクロレンズ１２ｂ）により形成される結像３０ｃの大きさとすると、本実施例の構成のレンズユニット１においては、結像３０ｃの大きさＳｃ１、Ｓｃ２は、それぞれＳｃ１＝Ｓａ×ｍ１／ｍ１＝Ｓａ、Ｓｃ２＝Ｓａ×ｍ２／ｍ２＝Ｓａとなる。
【００６２】
一方、図１２（ｂ）は、一方のレンズアレイ１０が他方のレンズアレイ１０に対してレンズ素子の配列方向と直交する直線を回転軸として１８０度回転されて配置されているレンズユニット１を示している。この場合、結像３０ｃの大きさＳｃ１、Ｓｃ２は、それぞれＳｃ１＝Ｓａ×ｍ１／ｍ２≠Ｓａ、Ｓｃ２＝Ｓａ×ｍ２／ｍ１≠Ｓａとなり、正立等倍像を形成することができない。
【００６３】
このため、一方のレンズアレイ１０が他方のレンズアレイ１０に対してレンズ素子の配列方向と直交する直線を回転軸として１８０度回転されて配置されているレンズユニット１の場合、倍率ｍ１＝ｍ２となるように長手方向の各位置でのマイクロレンズ１２の形状や屈折率などの光学特性の精度を厳密に管理しなければならない。
本実施例では、長手方向の各位置でのマイクロレンズ１２の形状や屈折率などの光学特性の精度を緩和することができる。
【００６４】
本実施例のレンズアレイ１０を用いたＬＥＤヘッド３について、結像の解像度を示すＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：振幅伝達関数）の測定をしたところ８０％以上の値を測定した。
ここで、ＭＴＦとは、露光装置の解像度を示し、露光装置中で点灯しているＬＥＤ素子３０の結像のコントラストを示す。１００％が結像のコントラストが最も大きく、露光装置としての解像度が高いことを示し、小さいほど光量のコントラストは小さく、露光装置の解像度は低い。
【００６５】
ＭＴＦ（％）は、結像の光量の最大値をＥＭＡＸ、隣り合う２つの結像の間の光量の最小値をＥＭＩＮとしたとき、
ＭＴＦ＝（ＥＭＡＸ−ＥＭＩＮ）／（ＥＭＡＸ＋ＥＭＩＮ）×１００（％）
のように定義される。
このＭＴＦの測定においては、ＬＥＤヘッド３のレンズユニット１の結像面ＩＭＰ上、第２のマイクロレンズ１２ｂの結像面側レンズの頂点から距離ＬＩ（ｍｍ）離れた位置の結像を顕微鏡デジタルカメラにより撮影し、撮影画像よりＬＥＤ素子３０の結像の光量分布を解析し、このＭＴＦを算出した。
【００６６】
また、ＭＴＦの測定においては、ＬＥＤ素子３０の配列間隔ＰＤ＝０．０４２３ｍｍであるＬＥＤヘッド３を用いた。
さらに、ＭＴＦの値と画像形成装置の画像品質について説明する。
本来、画像形成装置が形成する画像でトナーが乗らない部分は、静電潜像においては電位が十分に高くなければならない。また、ＬＥＤヘッドで形成される結像は暗くなければならない。ところが、ＭＴＦの値が小さいとＬＥＤヘッドで形成される結像において、暗くなければならない部分にも光線が入射してしまう。
【００６７】
光線が入射してしまうと静電潜像においては電位が十分に高くなければならないところの電位が下がってしまい、本来、画像形成装置の画像でトナーが乗らない部分にトナーが付着してしまう。
画像形成装置の画像でトナーが乗らない部分は、本来、用紙の色である白色によって画像が構成されるが、トナーが付着してしまった部分は、トナーの色が混ざって見えるため、画像形成装置の画像品質が低下する。
【００６８】
様々な評価を重ねた結果、ＭＴＦが８０％以上のとき、画像形成装置の画像は筋や濃淡斑のない良好な画像となった。
次に、カラーＬＥＤプリンタを用いて本実施例のレンズユニットを実装した画像形成装置の画像を評価したところ、筋や濃淡斑のない良好な画像が得られた。画像形成装置の画像の評価は、印刷領域全面に図１３に示した全画素のうち１つおきにドットを形成する画像を形成し、画像品質の良否を評価した。図１３において、３０１はトナーが乗っているドット、３０２はトナーが乗っていないドットを示している。
【００６９】
なお、本実施例では、マイクロレンズ１２は回転対称高次非球面で構成したが、これに限られることなく、球面を形成するようにしてもよい。また、アナモフィック非球面、放物面、楕円面、双曲面、コーニック面等の曲面を形成してもよい。
また、レンズアレイ１０は一般射出成型により作成したが、圧縮射出成型等の成型法でもよい。さらに、レンズアレイ１０の素材は樹脂を用いているがガラスを用いてもよい。
【００７０】
また、遮光部材２０はポリカーボネートを用いて射出成型により作成したが、これに限られることなく、切削加工により作成してもよく、また金属をエッチングするなどして作成してもよい。
また、発光部としてＬＥＤ素子３０を複数配置したＬＥＤアレイを用いたが、例えば有機ＥＬを発光部にしてもよく、半導体レーザーを用いてもよく、さらには蛍光灯やハロゲンランプ等の発光部に液晶素子で構成されたシャッタを併用した露光装置でもよい。
【００７１】
以上説明したように、第１の実施例では、レンズユニットの２枚のレンズアレイのうち、一方のレンズアレイを他方のレンズアレイに対してマイクロレンズの配列方向と平行な直線を回転軸として１８０度回転させて配置することにより、一方のレンズアレイの素材特性の分布と他方のレンズアレイの素材特性の分布が略一致し、レンズアレイの収縮または膨張による形状の差を抑制することができ、解像度の低下を防止することができるという効果が得られる。
【００７２】
また、レンズアレイの位置決め部および遮光部材の凹部をレンズユニットの略中央に配置するようにしたことにより、素材の膨張または収縮によるマイクロレンズの光軸と絞りとしての開口部の位置とのずれを小さく抑えることができ、解像度の低下を防止することができるという効果が得られる。
その結果、露光装置の結像の良好なコントラストが得られ、画像形成装置で鮮明な画像を得ることができるという効果が得られる。
【実施例２】
【００７３】
第１の実施例では、本発明によるレンズユニットを画像形成装置としてのプリンタに適用したものとして説明したが、第２の実施例では読取装置に適用した例を説明する。
第２の実施例の構成を図１４の第２の実施例における読取装置の構成を示す概略図に基づいて説明する。なお、上述した第１の実施例と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７４】
図１４において、５００は、原稿を読取って画像データとしての電子データを生成する読取装置としてのスキャナである。
スキャナ５００は、読取ヘッド４００、ランプ５０１、原稿台５０２、レール５０３、駆動ベルト５０５、モータ５０６等で構成されている。
読取ヘッド４００は、照明装置としてのランプ５０１により照射され、原稿の表面で反射した光線を取り込み電子データに変換するものである。ランプ５０１は、照射した光が原稿の表面で反射し、読取ヘッド４００内に取り込まれるように配置されている。
【００７５】
原稿台５０２は、電子データが生成される原稿５０７を載置するものであり、可視光線を透過する素材で形成されている。
レール５０３は、原稿台５０２の下方に配置され、読取ヘッド４００を移動可能にするものであり、読取ヘッド４００は、その一部が複数の滑車５０４により張架された駆動ベルト５０５に接続され、モータ５０６で駆動された駆動ベルト５０５によりレール５０３上を移動可能に構成されている。
【００７６】
次に、読取ヘッド４００の構成を図１５の第２の実施例における読取装置の読取りヘッドの構成を示す概略図に基づいて説明する。
図１５において、読取ヘッド４００は、レンズユニット１、ラインセンサ４０１およびミラー４０２で構成されている。
ミラー４０２は、原稿５０３で反射された光線の光路を折り曲げてその光線をレンズユニット１に入射させるものである。
【００７７】
ラインセンサ４０１は、複数の受光素子が間隔ＰＲで直線に配置されており、レンズユニット１により形成された原稿画像の結像を電気信号に変換するものである。
また、図１６は本実施例の読取ヘッド４００の構成および物体面ＯＰ（原稿５０７）と結像面ＩＰとの位置関係を示している。なお、本実施例のレンズユニット１の構成は第１の実施例と同様である。
【００７８】
なお、本実施例では、ラインセンサ４０１は６００ｄｐｉの解像度であり、受光素子が１インチ当たり６００個配置されている。すなわち、受光素子の間隔ＰＲは０．０４２３ｍｍである。
上述した構成の作用について説明する。
まず、読取装置の動作を図１４に基づいて説明する。
【００７９】
ランプ５０１が点灯し、原稿５０７の表面を照射することにより、原稿５０７の表面で反射した光線が読取ヘッド４００内に取り込まれる。モータ５０６により、駆動ベルト５０５が駆動して読取ヘッド４００とランプ５０１が図１４における左右方向に移動し、読取ヘッド４００は原稿５０７の全面から反射した光線を取り込む。
次に、読取ヘッド４００の動作を図１５に基づいて説明する。
【００８０】
原稿５０７で反射された光線は、原稿台５０２を透過し、ミラー４０２で光路が折り曲げられ、レンズユニット１に入射する。レンズユニット１により結像された原稿画像の結像はラインセンサ４０１上に形成され、ラインセンサ４０１は形成された原稿画像の結像を電気信号に変換して電子データを生成する。
本実施例による読取装置を用いて原稿から画像データを形成したところ、原稿と同一の良好な画像データが得られた。なお、本実施例の読取装置を用いて読取った原稿は、図１３で示すようにドットの間隔ＰＤ＝０．０４２３ｍｍ、解像度６００ｄｐｉとしたものである。つまり、間隔ＰＤ＝０．０４２３ｍｍ、解像度６００ｄｐｉの全ドットのうち、１つおきにドットを形成した画像を媒体上の印字領域全面に形成した原稿を用いた。
【００８１】
なお、本実施例においては、原稿画像を電子データに変換する読取装置としてスキャナを例に説明したが、光学的信号を電気信号に変換するセンサやスイッチ、およびそれらを用いた入出力装置、生体認証装置、通信装置、寸法測定器等であってもよい。
以上説明したように、第２の実施例では、読取装置においても第１の実施例と同様の効果が得られ、原稿と同一の画像データを読取ることができるという効果が得られる。
【符号の説明】
【００８２】
１ レンズユニット
３ ＬＥＤヘッド
５ 現像器
７ 排出部
９ 定着器
１０ レンズアレイ
１１ リブ
１２ マイクロレンズ
１３ 位置決め部
１４ 凸部
２０ 遮光部材
２１ リブ
２２ 開口部
２３ 凹部
２４ 突き当て部
３０ ＬＥＤ素子
３１ ドライバＩＣ
３２ ワイヤ
３３ 配線基板
３４ ホルダ
４１ 感光体ドラム
４２ 帯電ローラ
４３ クリーニングブレード
５１ トナーカートリッジ
６０ 給紙カセット
６１ 給紙ローラ
６２、６３、６４ 搬送ローラ
６５ 排出ローラ
８０ 転写ローラ
８１ 転写ベルト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズアレイ、レンズユニット、ＬＥＤヘッド、露光装置、画像形成装置および読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレンズアレイは、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を直線状に配列したＬＥＤヘッドを用いた電子写真方式の画像形成装置や複数の受光素子を直線状に配列した受光部に読取り原稿の像を結像させるスキャナやファクシミリ等の読取装置に物体の正立等倍像をライン状に形成することができる光学系として用いられている。
このレンズアレイは、物体の正立等倍像を形成するように複数のレンズからなるレンズ群を構成し、このレンズ群を略直線状に配列して物体の正立等倍像をライン状に形成する光学系として構成することができ、この複数のレンズを射出成型で一体に形成することにより部品点数を少なく構成するようにしているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−９２００６号公報（段落「００３２」〜段落「００３９」、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の技術において、光学系を構成する各部材は、レンズの配列方向に長い、長尺な形状となるため、素材の収縮および膨張によって各部材の相対的な位置ずれや形状変化が発生し、その光学系の解像度を低下させてしまうという問題がある。
本発明は、このような問題を解決することを課題とし、素材の収縮および膨張による各部材の相対的な位置ずれや形状の差を抑制し、解像度の低下を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そのため、本発明によるレンズアレイは、複数のレンズ素子が光軸に対して略直交する方向に延在する列を形成するように配列されたレンズアレイにおいて、前記レンズ素子が配列された方向の略中央に、遮光部材に係合する位置決め部を配置したことを特徴とする。
また、本発明によるレンズユニットは、複数のレンズ素子が光軸に対して略直交する方向に延在する列を形成するように配列されたレンズアレイと、前記光軸が通過する複数の絞りが前記光軸に対して略直交する方向に延在するように配列された遮光部材とを有するレンズユニットにおいて、略同一形状の複数の前記レンズアレイを、それぞれの前記レンズ素子の光軸が一致するように対向させて配置し、一の前記レンズアレイを、他の前記レンズアレイに対し、前記レンズ素子の配列方向に平行な直線を回転軸として回転した位置に配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
このようにした本発明は、素材の収縮および膨張による各部材の相対的な位置ずれや形状の差を抑制し、解像度の低下を防止することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施例におけるレンズユニットの分解斜視図
【図２】第１の実施例におけるプリンタの構成を示す概略図
【図３】第１の実施例におけるＬＥＤヘッドの概略側面図
【図４】第１の実施例におけるＬＥＤヘッドの概略断面図
【図５】第１の実施例におけるレンズユニットの平面図
【図６】第１の実施例におけるレンズユニットのＢＢ断面図
【図７】第１の実施例におけるレンズユニットのＣＣ断面図
【図８】第１の実施例におけるレンズアレイの平面図
【図９】第１の実施例における遮光部材の平面図
【図１０】第１の実施例における遮光部材の開口部の平面図
【図１１】第１の実施例におけるレンズアレイの動作を示す説明図
【図１２】第１の実施例におけるレンズユニットの動作を示す説明図
【図１３】第１の実施例における画像形成装置の画像評価の説明図
【図１４】第２の実施例における読取装置の構成を示す概略図
【図１５】第２の実施例における読取装置の読取ヘッドの構成を示す概略図
【図１６】第２の実施例における読取装置の読取ヘッドの動作を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明によるレンズアレイ、レンズユニット、ＬＥＤヘッド、露光装置、画像形成装置および読取装置の実施例を説明する。
【実施例１】
【０００９】
本実施例の情報処理装置としてのプリンタを図２の第１の実施例におけるプリンタの構成を示す概略図に基づいて説明する。
図２において、プリンタ１００は、色材としての顔料を含む樹脂からなるトナーにより、画像データをもとに印字媒体上に画像を形成する。
プリンタ１００には、印字媒体としての用紙１０１を貯留する給紙カセット６０が装着され、用紙１０１を給紙カセット６０から取り出す給紙ローラ６１を備え、用紙１０１を給紙して搬送する搬送ローラ６２、６３が配置される。
【００１０】
本発明におけるプリンタ１００は、カラー電子写真方式であり、プリンタ１００内には画像形成部としてイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの各色の画像を形成する静電潜像担持体としての感光体ドラム４１、その感光体ドラム４１に形成された静電潜像をトナーにより現像し、トナー像を形成する現像器５、その現像器５にトナーを供給するトナーカートリッジ５１が用紙１０１の搬送路に沿って並べて配置されている。
【００１１】
また、感光体ドラム４１の表面に電荷を供給して帯電させる帯電ローラ４２、光学ヘッドとしてのＬＥＤヘッド３が、感光体ドラム４１の表面に対向するように配置され、ＬＥＤヘッド３は帯電ローラ４２で帯電された感光体ドラム４１の表面に画像データをもとに選択的に光を照射して静電画像を形成する。
さらに、感光体ドラム４１上に形成され、トナーにより静電潜像を可視化した像であるトナー像を用紙１０１上に転写する転写ローラ８０が、転写部で用紙１０１を搬送する転写ベルト８１を挟むように感光体ドラム４１に対向して配置され、また用紙１０１が転写部を通過した後の感光体ドラム４１の表面に残留したトナーを除去するクリーニングブレード４３が感光体ドラム４１の表面に接触して配置されている。
【００１２】
転写部の下流には用紙１０１上に形成されたトナー像を熱および圧力で定着させる定着器９が配置され、その定着器９を通過した用紙１０１を搬送する搬送ローラ６４、その搬送ローラ６４により搬送され、画像が形成された用紙１０１を貯留する排出部７へ排出する排出ローラ６５が配置される。
また、帯電ローラ４２および転写ローラ８０には図示しない電源により所定の電圧が印加される。そして、転写ベルト８１、感光体ドラム４１および各ローラはそれぞれ図示しないモータと図示しない駆動を伝達するギアにより回転駆動される。さらに、現像器５、ＬＥＤヘッド３、定着器９、および図示しない各モータには、それぞれ電源および制御装置が接続されている。
【００１３】
プリンタ１００は、外部装置から印刷データを受信する外部インターフェースを有し、その外部インターフェースで受信した印刷データをもとに印字媒体上に画像を形成する。
このように構成されたプリンタ１００は、制御プログラムをメモリ等の記憶部に記憶し、その制御プログラムに基づいて全体を制御する制御手段および演算手段としての制御部を備えている。
【００１４】
次に、露光装置としてのＬＥＤヘッド３の構成を図３の第１の実施例におけるＬＥＤヘッドの概略側面図に基づいて説明する。
ＬＥＤヘッド３には、レンズユニット１が配置され、そのレンズユニット１はホルダ３４によりＬＥＤヘッド３に固定されている。また、発光部としての複数のＬＥＤ素子３０は配線基板３３上に略直線に配置されている。
【００１５】
レンズユニット１は、長尺であり、略直線に配置されたＬＥＤ素子３０と平行に配置され、またレンズユニット１と静電潜像が形成される感光体ドラム４１とは平行に配置される。さらに、レンズユニット１のマイクロレンズの光軸は図における上下方向になるように配置される。
図４は、第１の実施例におけるＬＥＤヘッドの概略断面図であり、図３におけるＡＡ断面図である。
【００１６】
図４において、レンズユニット１のマイクロレンズ１２の光軸は図における上下方向となるように配置され、またＬＥＤ素子３０およびドライバＩＣ３１は配線基板３３上に配置されている。ＬＥＤ素子３０とドライバＩＣ３１はワイヤ３２により結線され、発光部としてのＬＥＤ素子３０はドライバＩＣ３１により制御されて発光する。また、ＬＥＤ素子３０は１列の直線に配列され、間隔ＰＤｍｍ（ミリメートル）で配置されている。
【００１７】
このレンズユニット１により、感光体ドラム４１にＬＥＤ素子３０の像が結像し、感光体ドラム４１の回転に合わせてＬＥＤ素子３０を発光させることにより感光体ドラム４１上に静電潜像が形成される。
本実施例においては、ＬＥＤヘッド３は６００ｄｐｉ（ｄｏｔｓ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）の解像度であり、ＬＥＤ素子３０が１インチ当たり（１インチは約２５．４ｍｍ）６００個配置されている。すなわち、ＬＥＤ素子３０が間隔ＰＤを０．０４２３ｍｍとして配列されている。
【００１８】
次に、レンズユニット１の構成を図１の第１の実施例におけるレンズユニットの分解斜視図に基づいて説明する。
図１において、レンズユニット１は、レンズ素子の集合体としてのレンズアレイ１０と遮光部材２０とからなる。
そのレンズアレイ１０には、複数のレンズ素子としてのマイクロレンズ１２が配列間隔ＰＹとして略直線状に平行する２列に配列されている。また、レンズユニット１には、２枚の略同一形状のレンズアレイ１０が対向して配置されている。すなわち、レンズユニット１は、光軸が一致するように配置された２枚のマイクロレンズ１２からなるレンズ群を、光軸に対して略直交する方向に２列に配置した構成となっている。なお、レンズアレイ１０は、発光部の光線を透過する素材により形成されている。
【００１９】
レンズユニット１において、２枚のレンズアレイ１０のうち、一方のレンズアレイ１０は、他方のレンズアレイ１０に対してマイクロレンズ１２の配列方向と平行な直線２５を回転軸として１８０度回転されて配置される。
レンズアレイ１０は、マイクロレンズ１２が配列された方向に長い、長尺な形状であり、マイクロレンズ１２の配列方向の各位置で素材の組成や密度等の特性（素材特性の分布）が僅かに異なっている。したがって、製造工程におけるレンズアレイ１０の加熱や冷却および使用環境における温度や湿度の変化により、レンズアレイ１０が収縮または膨張するとき、マイクロレンズ１２の配列方向の各位置で収縮率または膨張率が異なってくる。
【００２０】
本発明とは異なる従来の構成のレンズユニット１、すなわち一方のレンズアレイ１０が他方のレンズアレイ１０に対してマイクロレンズ１２の配列方向と光軸の両方に直交する直線を回転軸として１８０度回転されて配置されたレンズユニット１においては、温度や湿度の変化によって該レンズアレイ１０が収縮または膨張したとき、対向して配置された２枚のレンズアレイ１０のそれぞれのマイクロレンズ１２の光軸が一致しなくなる不具合が発生する。
【００２１】
ところが、本発明による構成のレンズユニット１において、２枚のレンズアレイ１０のうち、一方のレンズアレイ１０は、他方のレンズアレイ１０に対してマイクロレンズ１２の配列方向と平行な直線を回転軸として１８０度回転されて配置されるため、一方のレンズアレイ１０の素材特性の分布と他方のレンズアレイ１０の素材特性の分布が略一致し、温度や湿度の変化によって該レンズアレイ１０が収縮または膨張したときでも、各マイクロレンズ１２の光軸は一致する。
【００２２】
さらに、レンズユニット１において、一方のレンズアレイ１０を他方のレンズアレイ１０に対してマイクロレンズ１２の配列方向に間隔ＰＹ／２ずらして配置することにより、一方のレンズアレイ１０のマイクロレンズ１２の光軸と他方のレンズアレイ１０のマイクロレンズ１２の光軸が一致する。
遮光部材２０には、絞りとしての開口部２２がレンズアレイ１０のマイクロレンズ１２の配置に対応するように貫通孔として形成されている。その開口部２２の配列間隔はレンズアレイ１０のマイクロレンズ１２の配列と同じであり、マイクロレンズ１２の光軸と開口部２２の位置が一致するように配置されている。また、開口部２２は、その光軸に対して略直交する方向に配列されている。
【００２３】
ここで、レンズアレイ１０にマイクロレンズ１２を偶数列に配置した場合、レンズアレイ１０を他方のレンズアレイ１０に対してマイクロレンズ１２の配列方向にｎ×間隔ＰＹ／２（ｎは０以外の整数）ずらして配置することにより、一方のレンズアレイ１０の各マイクロレンズ１２の光軸と他方のレンズアレイ１０のマイクロレンズの光軸を一致させることができる。
【００２４】
また、レンズアレイ１０にマイクロレンズ１２を奇数列に配置してレンズユニット１を構成することもできる。この場合、一方のレンズアレイ１０を他方のレンズアレイ１０に対してマイクロレンズ１２の配列方向にずらさずに配置して一方のレンズアレイ１０の各マイクロレンズ１２の光軸と他方のレンズアレイ１０のマイクロレンズの光軸を一致させることができる。
【００２５】
さらに、レンズユニット１の２枚のレンズアレイ１０を同一形状とすることなく、共通した形状を有する異なる形状の部材を用いて構成することもできる。このとき、２枚のレンズアレイ１０の各々のマイクロレンズ１２の配列間隔を同間隔とし、２枚のレンズアレイ１０の各々のマイクロレンズ１２の光軸は一致するように配置されるものとする。
また、２枚以上のレンズアレイ１０でレンズユニット１を構成することもできる。
【００２６】
さらに、レンズアレイ１０には、レンズアレイ１０と遮光部材２０のマイクレンズ１２の配列方向の相対的位置を定めるための位置決め部１３が形成され、またレンズアレイ１０と遮光部材２０のマイクレンズ１２の配列方向と直交する方向の位置を定めるための凸部１４が形成されている。また、レンズアレイ１０には、マイクロレンズ１２の配列方向と平行する両側部にリブ１１が形成されている。
【００２７】
一方、遮光部材２０には、開口部２２の配列方向と平行する両側部にリブ２１が形成され、そのリブ２１に、レンズアレイ１０の位置決め部１３と係合する凹部２３およびレンズアレイ１０の凸部１４に当接する突き当て部２４が形成されている。
遮光部材２０の凹部２３にレンズアレイ１０の位置決め部１３を挿入することにより、レンズアレイ１０と遮光部材２０のマイクロレンズ１２の配列方向の相対的位置を定め、遮光部材２０の突き当て部２４にレンズアレイ１０の凸部１４を突き当てることにより、レンズアレイ１０と遮光部材２０のマイクロレンズ１２の配列方向および光軸方向と直交する方向の位置を定める。
【００２８】
図５は、第１の実施例におけるレンズユニットの平面図である。図５（ａ）は、図４におけるレンズユニット１を上から下方向（マイクロレンズ１２の光軸方向）に見た平面図であり、図５（ｂ）は、図４におけるレンズユニット１を下から上方向（マイクロレンズ１２の光軸方向）に見た平面図である。図５（ｂ）に示されるレンズユニット１は図５（ａ）で示されるレンズユニット１をマイクロレンズ１２の配列方向と平行な直線を回転軸として１８０度回転したものとなっている。なお、図における上下方向はマイクロレンズ１２が配列されている方向である。
【００２９】
図５において、位置決め部１３はレンズアレイ１０のマイクロレンズ１２の配列方向における略中央に配置され、凹部２３は遮光部材２０の開口部２２の配列方向における略中央に配置されている。
レンズユニット１はマイクロレンズ１２の配列方向に長い、長尺な形状であるため、本発明と異なる構成のレンズユニット、すなわち位置決め部１３および凹部２３を該レンズユニットの一方の端部に配置したレンズユニットの場合、該レンズユニットの他方の端部は、位置決め部１３および凹部２３から離れているため、素材の膨張または収縮によって、光学特性が変化するほどマイクロレンズ１２の光軸と絞りとしての開口部２２の位置にずれが生じることが考えられる。
【００３０】
しかし、本発明のレンズユニット１においては、位置決め部１３および凹部２３をレンズユニット１の略中央に配置するようにしたことにより、素材の膨張または収縮によるマイクロレンズ１２の光軸と絞りとしての開口部２２の位置のずれを小さく抑えることができる。
凸部１４はレンズアレイ１０のマイクロレンズ１２の配列方向に沿った複数の位置に配置され、また突き当て部２４は凸部１４にと当接するように遮光部材２０の開口部２２の配列方向に沿った複数の位置に配置されている。
【００３１】
また、マイクロレンズ１２を千鳥状になるようにジグザグに偶数個の列に配置した場合、２枚のレンズアレイ１０のマイクロレンズ１２の配列方向のズレ量ＳＨを、レンズアレイ１０を他方のレンズアレイ１０に対してマイクロレンズ１２の配列方向にｎ×間隔ＰＹ／２（ｎは０以外の整数）とすることにより、一方のレンズアレイ１０の各マイクロレンズ１２の光軸と他方のレンズアレイ１０のマイクロレンズ１２の光軸を一致させることができる。
【００３２】
なお、マイクロレンズ１２が千鳥状に偶数個の列に配置された２枚の略同一形状のレンズアレイ１０を対向して配置した場合、レンズアレイ１０のマイクロレンズ１２のうち、端部の少なくともひとつのマイクロレンズ１２は、光軸が一致する他方のレンズアレイ１０のマイクロレンズ１２が存在しなくなり、使用することができなくなる。
図６は第１の実施例におけるレンズユニットの断面図であり、図５のＢＢの位置におけるマイクロレンズ１２の配列方向と直交する平面による断面図である。
【００３３】
図６において、レンズユニット１は、２枚のレンズアレイ１０のマイクロレンズ１２の光軸ＡＸ１が一致し、さらに遮光部材２０の開口部２２の位置が光軸ＡＸ１に一致している。
レンズアレイ１０の位置決め部１３が遮光部材２０の凹部２３に挿入されてマイクロレンズ１２の配列方向におけるレンズアレイ１０と遮光部材２０との相対的な位置が定められる。
【００３４】
図７は第１の実施例におけるレンズユニットの断面図であり、図５のＣＣの位置におけるマイクロレンズ１２の配列方向と直交する平面による断面図である。
図７において、レンズユニット１は、２枚のレンズアレイ１０のマイクロレンズ１２の光軸ＡＸ１が一致し、さらに遮光部材２０の開口部２２の位置が光軸ＡＸ１に一致している。
【００３５】
レンズアレイ１０の凸部１４が遮光部材２０の突き当て部２４に突き当てられ、マイクロレンズ１２の配列方向および光軸ＡＸ１の両方向に直交する方向におけるレンズアレイ１０と遮光部材２０との相対的な位置が定められる。
図８は、第１の実施例におけるレンズアレイの平面図である。
図８において、レンズアレイ１０には、複数のマイクロレンズ１２が平行する２列の略直線に交互に、すなわち千鳥状になるようにジグザグに配置され、各列で並ぶそれぞれのマイクロレンズ１２の間隔はＰＹ、二つの平行する列、すなわちマイクロレンズ１２の配列方向と直交する方向の間隔はＰＸである。
【００３６】
２列のマイクロレンズ１２の列と図示しない複数のＬＥＤ素子３０が配置された直線は互いに平行であり、また２列のマイクロレンズ１２の列と図示しない複数のＬＥＤ素子３０が配置された直線との距離は等しくなるように構成されている。
それぞれのマイクロレンズ１２の半径はＲＬであり、隣接するマイクロレンズ１２の中心間を距離ＰＮとして隣接するマイクロレンズ１２にオーバーラップするように配置され、隣接するマイクロレンズ１２と接する部分は光軸と平行な平面によって切断された形状となって連結さている。また、レンズアレイ１０には、マイクロレンズ１２の配列方向と平行にリブ１１が形成されている。
【００３７】
なお、レンズアレイ１０は、ＬＥＤ素子３０の光線を透過する素材により形成されている。
本実施例では、レンズアレイ１０はシクロオレフィン系樹脂である光学樹脂（日本ゼオン社製、商品名；ＺＥＯＮＥＸ（ゼオネックス）（登録商標）Ｅ４８Ｒ）を使用し、射出成型により複数のマイクロレンズ１２を一体に成型した。
【００３８】
マイクロレンズ１２の各曲面（マイクロレンズ１２と空気層の境界面）は数式１で表される多項式非球面で構成される。Ｚ（ｒ）は、マイクロレンズ１２の光軸に平行な方向を軸とし、半径方向の座標をｒとした回転座標系を示し、マイクロレンズ１２の各曲面の頂点を原点とし、マイクロレンズ１２側の方向を正の数で表し、空気層側の方向を負の数で表す。このとき、半径ｒはＸ座標、Ｙ座標の値を用いて、数式２で表される。ｋはコーニック定数、Ｃは曲率半径、Ａは非球面係数、ｌとｍは正の整数である。
【００３９】
【数１】
【００４０】
【数２】
図９は、第１の実施例における遮光部材の平面図である。
図９において、遮光部材２０には、複数の開口部２２が略直線に配列され、また開口部２２の配列方向と平行にリブ２１が形成されている。
【００４１】
遮光部材２０は、間隔ＰＹで開口部２２が形成され、その開口部２２の配列方向と直交する方向に間隔ＰＸで２列に配列されている。この配列間隔はマイクロレンズ１２の光軸の間隔に一致する。
また、開口部２２は、隣接するマイクロレンズ１２に対応してその中心間を距離ＰＮとして形成され、さらにマイクロレンズ１２の配列方向と直交する方向に間隔ＴＢが保持されるように形成されている。
【００４２】
なお、遮光部材２０は、ＬＥＤ素子３０の光線を遮光する素材により形成されている。
図１０は、第１の実施例における遮光部材の開口部の平面図である。
図１０において、開口部２２は半径ＲＡの円、および半径ＲＡの円の中心から（間隔ＰＸ―間隔ＴＢ）／２の位置におけるマイクロレンズ１２の配列方向と平行する直線からなる形状である。この開口部２２の半径ＲＡの円の中心は、マイクロレンズ２２の光軸ＡＸ１と一致するように配置されている。
【００４３】
本実施例の遮光部材２０は、ポリカーボネートを用いて射出成型により作成した。
次にレンズユニット１の詳細を図１１の第１の実施例におけるレンズアレイの動作を示す説明図に基づいて説明する。図１１はレンズアレイ１０を含むレンズユニット１および物体面ＯＰならびに結像面ＩＰの断面図であり、隣接する２つのマイクロレンズ１２の光軸ＡＸ１を含む平面による断面図、すなわち図８および図９における直線ＤＤの位置における断面図である。
【００４４】
図１１において、レンズユニット１の物体面ＯＰから距離ＬＯの位置に第１のマイクロレンズ１２ａ、第２のマイクロレンズ１２ｂが第１のマイクロレンズ１２ａと光軸が一致するように対向し、距離ＬＳを隔てて配置される。レンズユニット１の結像面ＩＰは第２のマイクロレンズ１２ｂから光軸方向に距離ＬＩを隔てた位置である。
第１のマイクロレンズ１２ａは、厚みがＬＴ１であり、光軸ＡＸ１方向に距離ＬＯ１の位置にある物体３０ａの像を中間像３０ｂとして、光軸方向に距離ＬＩ１離れた中間像面ＩＭＰに形成する。
【００４５】
第２のマイクロレンズ１２ｂは、厚みがＬＴ２であり、距離ＬＯ２の位置にある中間像面ＩＭＰ上の中間像３０ｂの結像３０ｃを、光軸ＡＸ１方向に距離ＬＩ２隔てた位置に形成する。
レンズユニット１の物体面ＯＰから第１のマイクロレンズ１２ａまでの距離ＬＯは距離ＬＯ１と等しく設定され、第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂの間隔ＬＳは、（距離ＬＩ１＋距離ＬＯ２）に設定され、第２のマイクロレンズ１２ｂからレンズユニット１の結像面ＩＰまでの距離ＬＩは距離ＬＩ２と等しく設定される。
【００４６】
また、第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂを同じ構成のレンズとすることができる。このとき、第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂは、ともに厚さがＬＴ１であり、レンズユニット１の物体面から第１のマイクロレンズ１２ａまでの距離ＬＯは距離ＬＯ１と等しく設定される。
さらに、第１のマイクロレンズ１２ａの物体面側の曲面と同じ形状の面が第２のマイクロレンズ１２ｂの結像面側の曲面となるように対向して配置され、第２のマイクロレンズ１２ｂから中間像面ＩＭＰまでの距離ＬＯ２はＬＩ１と等しく設定される。
【００４７】
第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂの間隔ＬＳは、（２×距離ＬＩ１）に設定され、第２のマイクロレンズ１２ｂからレンズユニット１の結像面までの距離ＬＩは距離ＬＯ１と等しく設定され、距離ＬＩ＝距離ＬＯである。
このようにレンズユニット１は、遮光部材２０を挟んで２個のレンズアレイ１０は表裏が逆となるように対向して結像面に結像できる間隔で保持されている。遮光部材２０を挟んで２個のマイクロレンズ１２が光軸を一致させて共役の位置に配置され、正立等倍率の光学系が形成される。このように光軸が一致する２個のマイクロレンズ１２からなる光学系は、ＬＥＤ素子３０の像を感光体ドラム４１の表面に正立等倍率で結像することができる。
【００４８】
また、遮光部材２０は、レンズアレイ１０の間にあって光軸が一致する２個のマイクロレンズからなる光学系に他の光学系から入る迷光（一部の光）を遮断するとともに他の光学系に迷光を出さないように遮断している。
上述した構成の作用について説明する。
まず、プリンタ１００の動作を図２に基づいて説明する。
【００４９】
プリンタ１００の感光体ドラム４１表面は、図示しない電源装置により電圧が印加された帯電ローラ４２により帯電される。続いて、感光体ドラム４１が回転することによって帯電された感光体ドラム４１表面がＬＥＤヘッド３の付近に到達するとＬＥＤヘッド３によって露光され、感光体ドラム４１表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は現像器５により現像され、感光体ドラム４１の表面にトナー像が形成される。
【００５０】
一方、給紙カセット６０にセットされた用紙１０１が給紙ローラ６１によって給紙カセット６０から取り出され、搬送ローラ６２、６３により、転写ローラ８０および転写ベルト８１の付近に搬送される。
感光体ドラム４１が回転することにより、現像によって得られた感光体ドラム４１表面上のトナー像が転写ローラ８０および転写ベルト８１の付近に到達すると図示しない電源装置により電圧が印加されている転写ローラ８０および転写ベルト８１によって、感光体ドラム４１表面上のトナー像は用紙１０１上に転写される。
【００５１】
続いて、表面にトナー像が形成された用紙１０１は、転写ベルト８１の回転により定着器９へ搬送され、用紙１０１上のトナー像はその定着器９により加圧されながら加熱されることにより溶解し、用紙１０１上に固定される。トナー像が固定された用紙１０１は、搬送ローラ６４および排出ローラ６５により排出部７に排出されてプリンタ１００の動作が終了する。
【００５２】
次に、露光装置としてのＬＥＤヘッド３の動作を図４に基づいて説明する。
画像データをもとにプリンタ１００の制御部によりＬＥＤヘッド３の制御信号が発信されるとドライバＩＣ３１はその制御信号に基づき任意の光量でＬＥＤ素子３０を発光させる。そのＬＥＤ素子３０からの光線はレンズユニット１に入射し、感光体ドラム４１上に結像が形成される。
【００５３】
次に、レンズユニット１の動作を図１１に基づいて説明する。
物体３０ａとしてのＬＥＤ素子３０の光線は第１のマイクロレンズ１２ａに入射し、その第１のマイクロレンズ１２ａによって光軸方向に距離ＬＩ１隔てた位置にある中間像面ＭＩＰ上に中間像３０ｂが形成される。さらに、第２のマイクロレンズ１２ｂによってその中間像３０ｂの像である結像３０ｃが結像面ＩＰ上に形成されることにより、物体３０ａの結像３０ｃが結像面ＩＰ上に形成される。このとき、結像３０ｃは物体３０ａの正立等倍像になっている。
【００５４】
第１のマイクロレンズ１２ａによって形成される中間像３０ｂは物体３０ａの倒立縮小像であり、結像３０ｃはその中間像３０ｂの第２のマイクロレンズ１２ｂによる倒立拡大像である。
また、第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂとの間では物体面上の各点からの光線の主光線が平行である、いわゆるテレセントリックになっている。
【００５５】
このようにしてレンズユニット１はＬＥＤ素子３０の正立等倍像を形成する。
また、ＬＥＤ素子３０からの光線は第１のマイクロレンズ１２ａから射出された後、結像に寄与しない光線は遮光部材２０により遮光される。
一方、第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂを同じ構成のレンズとした場合もレンズユニット１は物体３０ａの正立等倍像を形成する。
【００５６】
物体３０ａとしてのＬＥＤ素子３０の光線は第１のマイクロレンズ１２ａに入射し、その第１のマイクロレンズ１２ａによって光軸方向に距離（ＬＳ／２）隔てた位置にある中間像面ＭＩＰ上に中間像３０ｂが形成される。さらに、第２のマイクロレンズ１２ｂによってその中間像３０ｂの像である結像３０ｃが結像面ＩＰ上に形成される。このとき、結像３０ｃは物体３０ａの正立等倍像になっている。
【００５７】
また、第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂとの間ではテレセントリックになっている。
このようにして第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂを同じ構成のレンズとした場合もレンズユニット１はＬＥＤ素子３０の正立等倍像を形成する。
本発明のレンズユニット１において、２枚のレンズアレイ１０のうち、一方のレンズアレイ１０は、他方のレンズアレイ１０に対してマイクロレンズ１２の配列方向と平行な直線を回転軸として１８０度回転されて配置されるため、一方のレンズアレイ１０の素材特性の分布と他方のレンズアレイ１０の素材特性の分布が略一致し、温度や湿度の変化によってレンズアレイ１０が収縮または膨張しても、各マイクロレンズ１２の光軸は一致する。
【００５８】
また、本発明のレンズユニット１においては、位置決め部１３および凹部２３をレンズユニット１の略中央に配置するようにしたことにより、素材の膨張または収縮によるマイクロレンズ１２の光軸と絞りとしての開口部２２の位置とのずれを小さく抑えることができる。
さらに、レンズユニット１の動作を図１１および図１２の第１の実施例におけるレンズユニットの動作を示す説明図に基づいて説明する。
【００５９】
図１２（ａ）は第１の実施例におけるレンズユニット１であり、図１２（ａ）においてレンズユニット１の２枚のレンズアレイ１０の第１のマイクロレンズ１２ａおよび第２のマイクロレンズ１２ｂは同一の構成のものである。またレンズアレイ１０上の第１のマイクロレンズ１２ａおよび第２のマイクロレンズ１２ｂの倍率はｍ１、ｍ２となっている。
ここで、倍率ｍ１、ｍ２は、マイクロレンズ１２が形成する中間像の大きさの、物体の大きさに対する比であり、詳述すると図１１において第１のマイクロレンズ１２ａから距離ＬＩ１離れた中間像面ＩＭＰ上に形成される中間像３０ｂの大きさの、第１のマイクロレンズ１２ａから距離ＬＯ１離れた物体面ＯＰ上の物体３０ａの大きさに対する比である。
【００６０】
また、ｍ１は、図１２で第１のマイクロレンズ１２ａ（第２のマイクロレンズ１２ｂ）の配列方向における、一方の端部付近の複数の第１のマイクロレンズ１２ａ（第２のマイクロレンズ１２ｂ）の倍率であり、ｍ２は、第１のマイクロレンズ１２ａ（第２のマイクロレンズ１２ｂ）の配列方向における、他方の端部付近の複数の第１のマイクロレンズ１２ａ（第２のマイクロレンズ１２ｂ）の倍率である。なお、レンズアレイ１０は長尺な形状であり、長手方向の各位置でマイクロレンズ１２の形状や屈折率などの光学特性が異なるため、倍率ｍ１と倍率ｍ２とは僅かに異なり、ｍ１≠ｍ２となっている。
【００６１】
図１２（ａ）において、Ｓａを物体３０ａの大きさ、Ｓｃ１を第１のマイクロレンズ１２ａ（第２のマイクロレンズ１２ｂ）の配列方向における、一方の端部付近の複数の第１のマイクロレンズ１２ａ（第２のマイクロレンズ１２ｂ）により形成される結像３０ｃの大きさ、Ｓｃ２を第１のマイクロレンズ１２ａ（第２のマイクロレンズ１２ｂ）の配列方向における、他方の端部付近の複数の第１のマイクロレンズ１２ａ（第２のマイクロレンズ１２ｂ）により形成される結像３０ｃの大きさとすると、本実施例の構成のレンズユニット１においては、結像３０ｃの大きさＳｃ１、Ｓｃ２は、それぞれＳｃ１＝Ｓａ×ｍ１／ｍ１＝Ｓａ、Ｓｃ２＝Ｓａ×ｍ２／ｍ２＝Ｓａとなる。
【００６２】
一方、図１２（ｂ）は、一方のレンズアレイ１０が他方のレンズアレイ１０に対してレンズ素子の配列方向と直交する直線を回転軸として１８０度回転されて配置されているレンズユニット１を示している。この場合、結像３０ｃの大きさＳｃ１、Ｓｃ２は、それぞれＳｃ１＝Ｓａ×ｍ１／ｍ２≠Ｓａ、Ｓｃ２＝Ｓａ×ｍ２／ｍ１≠Ｓａとなり、正立等倍像を形成することができない。
【００６３】
このため、一方のレンズアレイ１０が他方のレンズアレイ１０に対してレンズ素子の配列方向と直交する直線を回転軸として１８０度回転されて配置されているレンズユニット１の場合、倍率ｍ１＝ｍ２となるように長手方向の各位置でのマイクロレンズ１２の形状や屈折率などの光学特性の精度を厳密に管理しなければならない。
本実施例では、長手方向の各位置でのマイクロレンズ１２の形状や屈折率などの光学特性の精度を緩和することができる。
【００６４】
本実施例のレンズアレイ１０を用いたＬＥＤヘッド３について、結像の解像度を示すＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：振幅伝達関数）の測定をしたところ８０％以上の値を測定した。
ここで、ＭＴＦとは、露光装置の解像度を示し、露光装置中で点灯しているＬＥＤ素子３０の結像のコントラストを示す。１００％が結像のコントラストが最も大きく、露光装置としての解像度が高いことを示し、小さいほど光量のコントラストは小さく、露光装置の解像度は低い。
【００６５】
ＭＴＦ（％）は、結像の光量の最大値をＥＭＡＸ、隣り合う２つの結像の間の光量の最小値をＥＭＩＮとしたとき、
ＭＴＦ＝（ＥＭＡＸ−ＥＭＩＮ）／（ＥＭＡＸ＋ＥＭＩＮ）×１００（％）
のように定義される。
このＭＴＦの測定においては、ＬＥＤヘッド３のレンズユニット１の結像面ＩＭＰ上、第２のマイクロレンズ１２ｂの結像面側レンズの頂点から距離ＬＩ（ｍｍ）離れた位置の結像を顕微鏡デジタルカメラにより撮影し、撮影画像よりＬＥＤ素子３０の結像の光量分布を解析し、このＭＴＦを算出した。
【００６６】
また、ＭＴＦの測定においては、ＬＥＤ素子３０の配列間隔ＰＤ＝０．０４２３ｍｍであるＬＥＤヘッド３を用いた。
さらに、ＭＴＦの値と画像形成装置の画像品質について説明する。
本来、画像形成装置が形成する画像でトナーが乗らない部分は、静電潜像においては電位が十分に高くなければならない。また、ＬＥＤヘッドで形成される結像は暗くなければならない。ところが、ＭＴＦの値が小さいとＬＥＤヘッドで形成される結像において、暗くなければならない部分にも光線が入射してしまう。
【００６７】
光線が入射してしまうと静電潜像においては電位が十分に高くなければならないところの電位が下がってしまい、本来、画像形成装置の画像でトナーが乗らない部分にトナーが付着してしまう。
画像形成装置の画像でトナーが乗らない部分は、本来、用紙の色である白色によって画像が構成されるが、トナーが付着してしまった部分は、トナーの色が混ざって見えるため、画像形成装置の画像品質が低下する。
【００６８】
様々な評価を重ねた結果、ＭＴＦが８０％以上のとき、画像形成装置の画像は筋や濃淡斑のない良好な画像となった。
次に、カラーＬＥＤプリンタを用いて本実施例のレンズユニットを実装した画像形成装置の画像を評価したところ、筋や濃淡斑のない良好な画像が得られた。画像形成装置の画像の評価は、印刷領域全面に図１３に示した全画素のうち１つおきにドットを形成する画像を形成し、画像品質の良否を評価した。図１３において、３０１はトナーが乗っているドット、３０２はトナーが乗っていないドットを示している。
【００６９】
なお、本実施例では、マイクロレンズ１２は回転対称高次非球面で構成したが、これに限られることなく、球面を形成するようにしてもよい。また、アナモフィック非球面、放物面、楕円面、双曲面、コーニック面等の曲面を形成してもよい。
また、レンズアレイ１０は一般射出成型により作成したが、圧縮射出成型等の成型法でもよい。さらに、レンズアレイ１０の素材は樹脂を用いているがガラスを用いてもよい。
【００７０】
また、遮光部材２０はポリカーボネートを用いて射出成型により作成したが、これに限られることなく、切削加工により作成してもよく、また金属をエッチングするなどして作成してもよい。
また、発光部としてＬＥＤ素子３０を複数配置したＬＥＤアレイを用いたが、例えば有機ＥＬを発光部にしてもよく、半導体レーザーを用いてもよく、さらには蛍光灯やハロゲンランプ等の発光部に液晶素子で構成されたシャッタを併用した露光装置でもよい。
【００７１】
以上説明したように、第１の実施例では、レンズユニットの２枚のレンズアレイのうち、一方のレンズアレイを他方のレンズアレイに対してマイクロレンズの配列方向と平行な直線を回転軸として１８０度回転させて配置することにより、一方のレンズアレイの素材特性の分布と他方のレンズアレイの素材特性の分布が略一致し、レンズアレイの収縮または膨張による形状の差を抑制することができ、解像度の低下を防止することができるという効果が得られる。
【００７２】
また、レンズアレイの位置決め部および遮光部材の凹部をレンズユニットの略中央に配置するようにしたことにより、素材の膨張または収縮によるマイクロレンズの光軸と絞りとしての開口部の位置とのずれを小さく抑えることができ、解像度の低下を防止することができるという効果が得られる。
その結果、露光装置の結像の良好なコントラストが得られ、画像形成装置で鮮明な画像を得ることができるという効果が得られる。
【実施例２】
【００７３】
第１の実施例では、本発明によるレンズユニットを画像形成装置としてのプリンタに適用したものとして説明したが、第２の実施例では読取装置に適用した例を説明する。
第２の実施例の構成を図１４の第２の実施例における読取装置の構成を示す概略図に基づいて説明する。なお、上述した第１の実施例と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７４】
図１４において、５００は、原稿を読取って画像データとしての電子データを生成する読取装置としてのスキャナである。
スキャナ５００は、読取ヘッド４００、ランプ５０１、原稿台５０２、レール５０３、駆動ベルト５０５、モータ５０６等で構成されている。
読取ヘッド４００は、照明装置としてのランプ５０１により照射され、原稿の表面で反射した光線を取り込み電子データに変換するものである。ランプ５０１は、照射した光が原稿の表面で反射し、読取ヘッド４００内に取り込まれるように配置されている。
【００７５】
原稿台５０２は、電子データが生成される原稿５０７を載置するものであり、可視光線を透過する素材で形成されている。
レール５０３は、原稿台５０２の下方に配置され、読取ヘッド４００を移動可能にするものであり、読取ヘッド４００は、その一部が複数の滑車５０４により張架された駆動ベルト５０５に接続され、モータ５０６で駆動された駆動ベルト５０５によりレール５０３上を移動可能に構成されている。
【００７６】
次に、読取ヘッド４００の構成を図１５の第２の実施例における読取装置の読取りヘッドの構成を示す概略図に基づいて説明する。
図１５において、読取ヘッド４００は、レンズユニット１、ラインセンサ４０１およびミラー４０２で構成されている。
ミラー４０２は、原稿５０３で反射された光線の光路を折り曲げてその光線をレンズユニット１に入射させるものである。
【００７７】
ラインセンサ４０１は、複数の受光素子が間隔ＰＲで直線に配置されており、レンズユニット１により形成された原稿画像の結像を電気信号に変換するものである。
また、図１６は本実施例の読取ヘッド４００の構成および物体面ＯＰ（原稿５０７）と結像面ＩＰとの位置関係を示している。なお、本実施例のレンズユニット１の構成は第１の実施例と同様である。
【００７８】
なお、本実施例では、ラインセンサ４０１は６００ｄｐｉの解像度であり、受光素子が１インチ当たり６００個配置されている。すなわち、受光素子の間隔ＰＲは０．０４２３ｍｍである。
上述した構成の作用について説明する。
まず、読取装置の動作を図１４に基づいて説明する。
【００７９】
ランプ５０１が点灯し、原稿５０７の表面を照射することにより、原稿５０７の表面で反射した光線が読取ヘッド４００内に取り込まれる。モータ５０６により、駆動ベルト５０５が駆動して読取ヘッド４００とランプ５０１が図１４における左右方向に移動し、読取ヘッド４００は原稿５０７の全面から反射した光線を取り込む。
次に、読取ヘッド４００の動作を図１５に基づいて説明する。
【００８０】
原稿５０７で反射された光線は、原稿台５０２を透過し、ミラー４０２で光路が折り曲げられ、レンズユニット１に入射する。レンズユニット１により結像された原稿画像の結像はラインセンサ４０１上に形成され、ラインセンサ４０１は形成された原稿画像の結像を電気信号に変換して電子データを生成する。
本実施例による読取装置を用いて原稿から画像データを形成したところ、原稿と同一の良好な画像データが得られた。なお、本実施例の読取装置を用いて読取った原稿は、図１３で示すようにドットの間隔ＰＤ＝０．０４２３ｍｍ、解像度６００ｄｐｉとしたものである。つまり、間隔ＰＤ＝０．０４２３ｍｍ、解像度６００ｄｐｉの全ドットのうち、１つおきにドットを形成した画像を媒体上の印字領域全面に形成した原稿を用いた。
【００８１】
なお、本実施例においては、原稿画像を電子データに変換する読取装置としてスキャナを例に説明したが、光学的信号を電気信号に変換するセンサやスイッチ、およびそれらを用いた入出力装置、生体認証装置、通信装置、寸法測定器等であってもよい。
以上説明したように、第２の実施例では、読取装置においても第１の実施例と同様の効果が得られ、原稿と同一の画像データを読取ることができるという効果が得られる。
【符号の説明】
【００８２】
１ レンズユニット
３ ＬＥＤヘッド
５ 現像器
７ 排出部
９ 定着器
１０ レンズアレイ
１１ リブ
１２ マイクロレンズ
１３ 位置決め部
１４ 凸部
２０ 遮光部材
２１ リブ
２２ 開口部
２３ 凹部
２４ 突き当て部
３０ ＬＥＤ素子
３１ ドライバＩＣ
３２ ワイヤ
３３ 配線基板
３４ ホルダ
４１ 感光体ドラム
４２ 帯電ローラ
４３ クリーニングブレード
５１ トナーカートリッジ
６０ 給紙カセット
６１ 給紙ローラ
６２、６３、６４ 搬送ローラ
６５ 排出ローラ
８０ 転写ローラ
８１ 転写ベルト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズ素子が光軸に対して略直交する方向に延在する列を形成するように配列されたレンズアレイにおいて、
前記レンズ素子が配列された方向の略中央に、遮光部材に係合する位置決め部を配置したことを特徴とするレンズアレイ。
【請求項２】
請求項１のレンズアレイにおいて、
前記レンズ素子は、一体に形成されていることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項３】
請求項１または請求項２のレンズアレイを用いたＬＥＤヘッド。
【請求項４】
請求項１または請求項２のレンズアレイを用いた露光装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２のレンズアレイを用いた画像形成装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２のレンズアレイを用いた読取装置。
【請求項７】
請求項１または請求項２のレンズアレイと、複数の絞りが配列された遮光部材からなるレンズユニットであって、
複数の前記レンズアレイを、それぞれの前記レンズ素子の光軸が一致するように配置し、
前記レンズアレイ間に、それぞれの前記絞りが、それぞれの前記レンズ素子の光軸が通過するように前記光軸に対して略直交する方向に延在する列を形成した前記遮光部材を配置したことを特徴とするレンズユニット。
【請求項８】
複数のレンズ素子が光軸に対して略直交する方向に延在する列を形成するように配列されたレンズアレイと、前記光軸が通過する複数の絞りが前記光軸に対して略直交する方向に延在するように配列された遮光部材とを有するレンズユニットにおいて、
略同一形状の複数の前記レンズアレイを、それぞれの前記レンズ素子の光軸が一致するように対向させて配置し、
一の前記レンズアレイを、他の前記レンズアレイに対し、前記レンズ素子の配列方向に平行な直線を回転軸として回転した位置に配置したことを特徴とするレンズユニット。
【請求項９】
請求項８のレンズユニットにおいて、
前記レンズアレイは、一体に形成されていることを特徴とするレンズユニット。
【請求項１０】
請求項８または請求項９のレンズユニットにおいて、
前記レンズアレイは、ふたつのレンズアレイであることを特徴とするレンズユニット。
【請求項１１】
請求項８、請求項９または請求項１０のレンズユニットにおいて、
前記レンズ素子は、前記レンズ素子の光軸に直交する方向に、複数個の列を形成するように千鳥状に配列され、
前記レンズ素子の各列内の配列間隔をＰＹ、ｎを０以外の整数としたとき、一の前記レンズユニットを、他の前記レンズユニットに対し、前記レンズ素子の配列方向と平行にｎ×ＰＹ／２ずらして配置したことを特徴とするレンズユニット。
【請求項１２】
複数のレンズ素子が千鳥状に配列されている複数のレンズアレイを有し、一方の前記レンズアレイを反転させ、それぞれの前記レンズ素子の光軸が略一致するように配置された少なくともふたつのレンズアレイを有するレンズユニットにおいて、
一の前記レンズユニットを、他の前記レンズユニットに対し、前記レンズ素子の配列方向と平行にずらして配置し、前記レンズ素子のうち、少なくともひとつのレンズ素子が不使用となるように配置したことを特徴とするレンズユニット。
【請求項１３】
請求項１２のレンズユニットにおいて、
前記ふたつのレンズアレイは、共通した形状を有することを特徴とするレンズユニット。
【請求項１４】
請求項７から請求項１３のいずれか１項のレンズユニットを用いたＬＥＤヘッド。
【請求項１５】
請求項７から請求項１３のいずれか１項のレンズユニットを用いた露光装置。
【請求項１６】
請求項７から請求項１３のいずれか１項のレンズユニットを用いた画像形成装置。
【請求項１７】
請求項７から請求項１３のいずれか１項のレンズユニットを用いた読取装置。
【請求項１】
複数のレンズ素子が光軸に対して略直交する方向に延在する列を形成するように配列されたレンズアレイにおいて、
前記レンズ素子が配列された方向の略中央に、遮光部材に係合する位置決め部を配置したことを特徴とするレンズアレイ。
【請求項２】
請求項１のレンズアレイにおいて、
前記レンズ素子は、一体に形成されていることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項３】
請求項１または請求項２のレンズアレイを用いたＬＥＤヘッド。
【請求項４】
請求項１または請求項２のレンズアレイを用いた露光装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２のレンズアレイを用いた画像形成装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２のレンズアレイを用いた読取装置。
【請求項７】
請求項１または請求項２のレンズアレイと、複数の絞りが配列された遮光部材からなるレンズユニットであって、
複数の前記レンズアレイを、それぞれの前記レンズ素子の光軸が一致するように配置し、
前記レンズアレイ間に、それぞれの前記絞りが、それぞれの前記レンズ素子の光軸が通過するように前記光軸に対して略直交する方向に延在する列を形成した前記遮光部材を配置したことを特徴とするレンズユニット。
【請求項８】
複数のレンズ素子が光軸に対して略直交する方向に延在する列を形成するように配列されたレンズアレイと、前記光軸が通過する複数の絞りが前記光軸に対して略直交する方向に延在するように配列された遮光部材とを有するレンズユニットにおいて、
略同一形状の複数の前記レンズアレイを、それぞれの前記レンズ素子の光軸が一致するように対向させて配置し、
一の前記レンズアレイを、他の前記レンズアレイに対し、前記レンズ素子の配列方向に平行な直線を回転軸として回転した位置に配置したことを特徴とするレンズユニット。
【請求項９】
請求項８のレンズユニットにおいて、
前記レンズアレイは、一体に形成されていることを特徴とするレンズユニット。
【請求項１０】
請求項８または請求項９のレンズユニットにおいて、
前記レンズアレイは、ふたつのレンズアレイであることを特徴とするレンズユニット。
【請求項１１】
請求項８、請求項９または請求項１０のレンズユニットにおいて、
前記レンズ素子は、前記レンズ素子の光軸に直交する方向に、複数個の列を形成するように千鳥状に配列され、
前記レンズ素子の各列内の配列間隔をＰＹ、ｎを０以外の整数としたとき、一の前記レンズユニットを、他の前記レンズユニットに対し、前記レンズ素子の配列方向と平行にｎ×ＰＹ／２ずらして配置したことを特徴とするレンズユニット。
【請求項１２】
複数のレンズ素子が千鳥状に配列されている複数のレンズアレイを有し、一方の前記レンズアレイを反転させ、それぞれの前記レンズ素子の光軸が略一致するように配置された少なくともふたつのレンズアレイを有するレンズユニットにおいて、
一の前記レンズユニットを、他の前記レンズユニットに対し、前記レンズ素子の配列方向と平行にずらして配置し、前記レンズ素子のうち、少なくともひとつのレンズ素子が不使用となるように配置したことを特徴とするレンズユニット。
【請求項１３】
請求項１２のレンズユニットにおいて、
前記ふたつのレンズアレイは、共通した形状を有することを特徴とするレンズユニット。
【請求項１４】
請求項７から請求項１３のいずれか１項のレンズユニットを用いたＬＥＤヘッド。
【請求項１５】
請求項７から請求項１３のいずれか１項のレンズユニットを用いた露光装置。
【請求項１６】
請求項７から請求項１３のいずれか１項のレンズユニットを用いた画像形成装置。
【請求項１７】
請求項７から請求項１３のいずれか１項のレンズユニットを用いた読取装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−１６４７１７（Ｐ２０１０−１６４７１７Ａ）
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６１６３（Ｐ２００９−６１６３）
【出願日】平成２１年１月１４日（２００９．１．１４）
【出願人】（５９１０４４１６４）株式会社沖データ (2,444)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月１４日（２００９．１．１４）
【出願人】（５９１０４４１６４）株式会社沖データ (2,444)
【Ｆターム（参考）】
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