レンズアレイ並びにそれを有するＬＥＤヘッド、露光装置、画像形成装置及び読取装置
【課題】複数のレンズが列を形成するように配列されたレンズ集合部材におけるレンズのピッチ、列のピッチ、レンズの焦点距離等の数値を所定の関係を満足するように設定することができるようにする。
【解決手段】レンズ集合部材は、レンズの各々の光軸が互いに一致するように配設され、遮光部材は、レンズの各々の光軸が各絞りを通過するように配設され、各レンズ集合部材におけるレンズは、光軸に対して垂直な方向に延在する列を形成するように配列され、列内におけるレンズのピッチをＰＹとし、列のピッチをＰＸとし、レンズの焦点距離をＦとし、レンズの物体面とレンズとの距離をＬＯとし、光軸と絞りの内壁との距離の最大値をＲＡとしたときに、
である。
【解決手段】レンズ集合部材は、レンズの各々の光軸が互いに一致するように配設され、遮光部材は、レンズの各々の光軸が各絞りを通過するように配設され、各レンズ集合部材におけるレンズは、光軸に対して垂直な方向に延在する列を形成するように配列され、列内におけるレンズのピッチをＰＹとし、列のピッチをＰＸとし、レンズの焦点距離をＦとし、レンズの物体面とレンズとの距離をＬＯとし、光軸と絞りの内壁との距離の最大値をＲＡとしたときに、
である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズアレイ並びにそれを有するＬＥＤヘッド、露光装置、画像形成装置及び読取装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を配列させたＬＥＤヘッドを用いた電子写真方式のプリンタ、ファクシミリ機、複写機等の画像形成装置や、複数の受光素子を配列させた受光部に読取原稿の像を結像させるスキャナ、ファクシミリ機等の読取装置に複数のロッドレンズを配列させたロッドレンズアレイが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。該ロッドレンズアレイは、物体の正立等倍像をライン状に形成する光学系である。
【特許文献１】特開２００３−３４１１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来のロッドレンズアレイは、高解像度化に不向きであった。
【０００４】
本発明は、前記従来の問題点を解決して、複数のレンズが列を形成するように配列されたレンズ集合部材におけるレンズのピッチ、列のピッチ、レンズの焦点距離等の数値を所定の関係を満足するように設定することによって、解像度の高いレンズアレイ並びにそれを有するＬＥＤヘッド、露光装置、画像形成装置及び読取装置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】
【０００５】
そのために、本発明のレンズアレイにおいては、複数のレンズが配列されたレンズ集合部材と、複数の絞りが配列された遮光部材とを有するレンズアレイであって、前記レンズ集合部材は、複数であって、それぞれが備える複数のレンズの各々の光軸が互いに一致するように配設され、前記遮光部材は、前記複数のレンズの各々の光軸が各絞りを通過するように配設され、各レンズ集合部材におけるレンズは、前記光軸に対して垂直な方向に延在する複数本の列を形成するように配列され、前記列内におけるレンズのピッチをＰＹとし、前記列のピッチをＰＸとし、前記レンズの焦点距離をＦとし、前記レンズの物体面とレンズとの距離をＬＯとし、前記光軸と前記絞りの内壁との距離の最大値をＲＡとしたときに、
である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、レンズアレイは、複数のレンズが列を形成するように配列されたレンズ集合部材を有し、該レンズ集合部材におけるレンズのピッチ、列のピッチ、レンズの焦点距離等の数値を所定の関係が満足するように設定されている。これにより、解像度を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００８】
図１は本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概略図である。
【０００９】
図において、１０は画像形成装置としてのプリンタであり、例えば、電子写真方式のカラープリンタであるが、モノクロプリンタであってもよい。また、前記プリンタ１０は、スキャナ、ファクシミリ機、複写機等の機能を併せ持つ複合機であってもよい。本実施の形態において、前記プリンタ１０は、電子写真方式によって画像を形成するものであり、色材としての顔料を含む樹脂から成るトナーによって、画像データをもとに印字媒体としての用紙１１上に画像を形成するカラープリンタであるものとして説明する。
【００１０】
そして、前記プリンタ１０の内部には、用紙１１を貯留する給紙カセット６０が装着され、さらに、用紙１１を給紙カセット６０から取り出す給紙ローラ６１と、給紙カセット６０から取り出された用紙１１を搬送する搬送ローラ６２及び６３とが配設される。
【００１１】
前記プリンタ１０は、いわゆるタンデム方式のカラー電子写真式プリンタであって、各色のトナー像を形成する画像形成部、及び、該画像形成部が形成したトナー像を用紙１１に転写する転写部を有する。
【００１２】
そして、前記画像形成部は、用紙１１の搬送経路に沿ってタンデムに配設され、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各色の画像を、それぞれ形成する４つのプロセスユニットを有する。さらに、各プロセスユニットは、静電潜像担持体としての感光体ドラム４１、該感光体ドラム４１に形成された静電潜像をトナーによって現像し、トナー像を形成する現像器５０、該現像器５０にトナーを供給するトナーカートリッジ５１、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、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、及び、帯電された感光体ドラム４１の表面に画像データに基づいて選択的に光を照射して、静電潜像を形成する露光装置としてのＬＥＤヘッド３０を備える。なお、前記トナー像はトナーによって静電潜像を可視化した像である。そして、クリーニングブレード４３は、トナー像を用紙１１に転写した後のトナーを掻（か）き取るために、感光体ドラム４１に接触して配設される。
【００１３】
また、前記転写部は、用紙１１を搬送する転写ベルト８１、及び、前記感光体ドラム４１上に形成されたトナー像を用紙１１上に転写する転写ローラ８０を備える。該転写ローラ８０は、転写ベルト８１を挟んで、各プロセスユニットの感光体ドラム４１に対向するように配設される。なお、クリーニングブレード８２は、転写ベルト８１に付着したトナーを掻き取るために、転写ベルト８１に接触して配設される。
【００１４】
そして、用紙１１の搬送方向に関して前記画像形成部の下流側には、用紙１１上に転写されたトナー像を熱及び圧力で定着する定着器９０が配設される。さらに、該定着器９０を通過した用紙１１を搬送する搬送ローラ６４、及び、用紙１１を貯留する排出部７０に用紙１１を排出する排出ローラ６５が配設される。
【００１５】
また、前記帯電ローラ４２及び転写ローラ８０には、図示されない電源によって所定の電圧が印加される。そして、前記転写ベルト８１、感光体ドラム４１及び各ローラは、それぞれ、図示されないモータと駆動を伝える図示されないギヤとによって回転駆動される。さらに、現像器５０、ＬＥＤヘッド３０、定着器９０及び図示されない各モータには、それぞれ、図示されない電源及び制御装置が接続される。
【００１６】
そして、前記プリンタ１０は、図示されないネットワーク等に接続され、外部装置と通信を行って上位装置から印刷データを受信する図示されない外部インターフェイスと、該外部インターフェイスから印刷データを受信し、プリンタ１０全体の制御を行う制御装置とを有する。
【００１７】
次に、前記ＬＥＤヘッド３０の構成について説明する。
【００１８】
図２は本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤヘッドの概略断面図である。
【００１９】
図に示されるように、ＬＥＤヘッド３０にはレンズアレイ２０が配設される。該レンズアレイ２０は、ホルダ３４によってＬＥＤヘッド３０に固定されている。また、３１は発光部としてのＬＥＤ素子である。さらに、３２は、ドライバＩＣであって、前記ＬＥＤ素子３１の発光を制御する。そして、前記ＬＥＤ素子３１及びドライバＩＣ３２は、配線基板３４上に配設され、ワイヤ３３によって結線される。そして、前記ＬＥＤ素子３１から出射された光がレンズアレイ２０を通過することによって、感光体ドラム４１の表面に結像が形成される。
【００２０】
本実施の形態においては、ＬＥＤヘッド３０は、６００〔ｄｐｉ〕の解像度を有し、ＬＥＤ素子３１が１インチ（１インチは約２５．４〔ｍｍ〕）当たり６００個配設されている。すなわち、ＬＥＤ素子３１は、０．０４２３〔ｍｍ〕間隔で配列され、ＬＥＤアレイを構成する。
【００２１】
次に、前記レンズアレイ２０の構成について説明する。
【００２２】
図３は本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイを示す図である。なお、図において、（ａ）はレンズアレイの平面図、（ｂ）は遮光部材の平面図、（ｃ）はレンズアレイの断面図であり（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｄ）は遮光部材の詳細を示す要部拡大図である。
【００２３】
図に示されるように、レンズアレイ２０は、レンズ集合部材としてのレンズ板２１と遮光部材２３とを有する。前記レンズ板２１は、複数のレンズとしてのマイクロレンズ２２を含むレンズ群であり、ＬＥＤ素子３１が発光した光線を透過する光透過性の材料から成る。そして、２枚のレンズ板２１は、図３（ｃ）に示されるように、遮光部材２３を間に挟んで、互いに平行に、かつ、各々が備えるマイクロレンズ２２の対応するもの同士の光軸が一致するように配設されている。なお、各マイクロレンズ２２の光軸は、レンズ板２１の平面に対して垂直方向に延在する。また、レンズ板２１の厚さは、図３（ｃ）に示されるように、マイクロレンズ２２の最厚部において、ＬＴである。
【００２４】
そして、各レンズ板２１には、マイクロレンズ２２が２本の列を形成するように配列され、各列におけるマイクロレンズ２２は、ピッチがＰＹとなるように、すなわち、隣接するマイクロレンズ２２同士の中心の間隔がＰＹとなるように配列され、かつ、各列のピッチがＰＸとなるように、すなわち、各列の中心軸同士の間隔がＰＸとなるように配列されている。なお、図３（ａ）において、マイクロレンズ２２の列は、それぞれ、上下方向に延在する。
【００２５】
また、隣接する列同士の間では、マイクロレンズ２２のピッチが互いに半ピッチずつずれるように配列され、図３（ａ）に示されるように、レンズ板２１の平面において、２本の列に含まれるマイクロレンズ２２は、全体として、千鳥状、又は、ジグザグ状となるように配置されている。そして、各マイクロレンズ２２は、隣の列における両側のマイクロレンズ２２とオーバーラップするように密に配列されている。
【００２６】
なお、各マイクロレンズ２２の平面形状は、隣の列における両側のマイクロレンズ２２とオーバーラップする部分を除いて円形であり、その円の半径はＲＬである。つまり、各マイクロレンズ２２において、光軸から外周部までの距離の最大値がＲＬである。また、各マイクロレンズ２２の中心と隣の列における両側のマイクロレンズ２２の中心との間隔はＰＮである。つまり、隣接する列におけるマイクロレンズ２２同士であって、互いに隣接するマイクロレンズ２２同士の光軸間の距離がＰＮである。そして、各マイクロレンズ２２が隣の列における両側のマイクロレンズ２２とオーバーラップしているので、２ＲＬ＞ＰＮの関係が成立する。
【００２７】
また、前記遮光部材２３は、図３（ｂ）において上下方向に延在する細長い帯状の板部材であって、一方の側縁に開放された複数の絞りとしての開口部が形成された２枚の櫛（くし）形部材２３ａと、該２枚の櫛形部材２３ａの間に配設される図３（ｂ）において上下方向に延在する細長い仕切り板２３ｂとを有する。この場合、２枚の櫛形部材２３ａは、複数の開口部が開放している側縁が互いに向かい合うように配設され、前記仕切り板２３ｂは、幅がＴＢであって、その両側縁が前記櫛形部材２３ａの互いに向かい合う側縁に当接するように配設される。これにより、遮光部材２３は、全体として、平面形状がレンズ板２１とほぼ同一の長方形であり、図３（ｃ）に示されるように、厚さがＬＳである１枚の板部材となる。なお、櫛形部材２３ａ及び仕切り板２３ｂは、ＬＥＤ素子３１が発光した光線を遮光する材料から成る。
【００２８】
そして、前記開口部の各々は、図３（ｂ）及び（ｄ）に示されるように、円形の一部が櫛形部材２３ａの側縁に該当する直線によって切断されたような平面形状を備え、その縁の半径はＲＡである。また、各櫛形部材２３ａの開口部は、図３（ｂ）において上下方向に延在する１本の列を形成するように配列され、したがって、遮光部材２３における開口部は合計２本の列を形成するように配列されている。そして、各列における開口部は、ピッチがＰＹとなるように、すなわち、隣接する開口部同士の円の中心の間隔がＰＹとなるように配列され、かつ、各列のピッチがＰＸとなるように、すなわち、各列の中心軸同士の間隔がＰＸとなるように配列されている。なお、各開口部は、厚さ方向に遮光部材２３を貫通し、該遮光部材２３の平面に対して垂直方向に光線を通過させることができる。
【００２９】
また、開口部の隣接する列同士の間では、マイクロレンズ２２と同様に、開口部のピッチが互いに半ピッチずつずれるように配列され、図３（ｂ）に示されるように、遮光部材２３の平面において、２本の列に含まれる開口部は、全体として、千鳥状、又は、ジグザグ状となるように配置されている。そして、各開口部は、図３（ｃ）に示されるように、レンズ板２１と遮光部材２３とを重ねて配設したときに、各マイクロレンズ２２と対応する。つまり、各マイクロレンズ２２の光軸、すなわち、各マイクロレンズ２２の平面形状における円の中心を通り厚さ方向に延在する軸が、各開口部の平面形状における円の中心を通り厚さ方向に延在する軸と一致する。したがって、各開口部の円の中心と隣の列における両側の開口部の円の中心との間隔はＰＮである。
【００３０】
なお、前記開口部の平面形状は、厳密には、図３（ｄ）に示されるように、半円形の部分と、半円形の一部が櫛形部材２３ａの側縁に該当する直線によって切断された部分とから成り、該部分の幅は（ＰＸ−ＴＢ）／２である。すなわち、円の中心から櫛形部材２３ａの側縁に該当する直線までの距離は（ＰＸ−ＴＢ）／２である。
【００３１】
次に、前記レンズアレイ２０について詳細に説明する。
【００３２】
図４は本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイをマイクロレンズの配列方向に水平で光軸を含む平面で切断した第１の断面図であり、図面の左右方向はマイクロレンズの配列と平行な方向を示す図である。
【００３３】
レンズアレイ２０の物体面（ＬＥＤ素子３１の発光面）からの距離がＬＯの位置に第１のマイクロレンズ２２−１が配置される。また、第２のマイクロレンズ２２−２が、その光軸が第１のマイクロレンズ２２−１の光軸と一致するように対向し、かつ、ＬＳの距離を隔てて、配置される。レンズアレイ２０の結像面（感光体ドラム４１の表面）は、第２のマイクロレンズ２２−２から光軸方向にＬＩの距離を隔てた位置にある。
【００３４】
前記第１のマイクロレンズ２２−１は、厚みがＬＴ１であり、前側焦点距離がＦＯであり、光軸方向に距離ＬＯ１の位置にある物体の像を、光軸方向に距離ＬＩ１離れた面に形成する。また、前記第２のマイクロレンズ２２−２は、後側焦点距離がＦＩであり、距離ＬＯ２の位置にある物体の像を、光軸方向にＬＩ２隔てた位置に形成する。
【００３５】
そして、レンズアレイ２０の物体面から第１のマイクロレンズ２２−１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２２−１と第２のマイクロレンズ２２−２との間隔ＬＳは、ＬＳ＝ＬＩ１＋ＬＯ２に設定され、第２のマイクロレンズ２２−２からレンズアレイ２０の結像面までの距離ＬＩは、ＬＩ２と等しく設定される。
【００３６】
なお、第１のマイクロレンズ２２−１と第２のマイクロレンズ２２−２とを同じ構成のレンズとすることができる。この場合、前記第１のマイクロレンズ２２−１と第２のマイクロレンズ２２−２とは、ともに厚みがＬＴ１であり、前側焦点距離がＦＯであり、光軸方向に距離ＬＯ１の位置にある物体の像を、光軸方向に距離ＬＩ１離れた面に形成するとき、レンズアレイ２０の物体面から第１のマイクロレンズ２２−１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２２−１と第２のマイクロレンズ２２−２との間隔ＬＳは、ＬＳ＝２×ＬＩ１に設定され、第１のマイクロレンズ２２−１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２２−２の結像面側の曲面となるように対向して配置される。第２のマイクロレンズ２２−２からレンズアレイ２０の結像面までの距離ＬＩは、ＬＯ１と等しく設定され、ＬＩ＝ＬＯである。
【００３７】
本実施の形態におけるレンズアレイ２０のレンズ板２１を形成する材料は、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）Ｅ４８Ｒ）である。該光学樹脂を使用し、射出成形によって複数のマイクロレンズ２２を一体的に成形した。また、遮光部材２３の材料はポリカーボネイトである。該ポリカーボネイトを使用し、樹脂成形によって成形した。
【００３８】
また、マイクロレンズ２２の各曲面を次の式（１）で表される回転対称高次非球面で構成することによって、高い解像度を得ることができる。関数ｚ（ｒ）は、マイクロレンズ２２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２２の各曲面の頂点を原点とし、レンズアレイ２０の物体面から結像面へ向かう方向を正の数で表す。なお、Ｃは曲率半径、Ａは非球面係数４次の係数、Ｂは非球面係数６次の係数を示す。
【００３９】
【数１】
次に、前記構成のプリンタ１０の動作について説明する。
【００４０】
図１に示されるように、感光体ドラム４１表面は、図示されない電源によって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３０の付近に到達すると、該ＬＥＤヘッド３０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。該静電潜像は現像器５０によって現像され、感光体ドラム４１の表面にトナー像が形成される。
【００４１】
一方、給紙カセット６０にセットされた用紙１１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及び６３によって、転写ローラ８０及び転写ベルト８１の付近に搬送される。
【００４２】
そして、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及び転写ベルト８１の付近に到達すると、図示されない電源によって電圧が印加されている転写ローラ８０及び転写ベルト８１により、感光体ドラム４１表面上のトナー像は用紙１１上に転写される。
【００４３】
続いて、表面にトナー像が形成された用紙１１は、転写ベルト８１の回転によって、定着器９０に搬送される。用紙１１上のトナー像は、定着器９０によって加圧されながら加熱されることにより溶融し、用紙１１上に固定される。
【００４４】
さらに、該用紙１１は、搬送ローラ６４及び排出ローラ６５によって、排出部７０に排出され、プリンタ１０の動作が終了する。
【００４５】
次に、本実施の形態のＬＥＤヘッド３０の動作について説明する。
【００４６】
受信した印刷データに基づきプリンタ１０の制御装置がＬＥＤヘッド３０の制御信号を発信すると、図２に示されるようなドライバＩＣ３２の制御信号によって任意の光量でＬＥＤ素子３１が発光する。該ＬＥＤ素子３１が発光した光線はレンズアレイ２０に入射し、感光体ドラム４１上に結像が形成される。
【００４７】
次に、前記構成のレンズアレイ２０の動作について説明する。
【００４８】
ＬＥＤ素子３１からの光線は、図４に示されるように、第１のマイクロレンズ２２−１に入射し、該第１のマイクロレンズ２２−１によって光軸方向に距離ＬＩ１隔てた位置に中間像が形成される。さらに、第２のマイクロレンズ２２−２によって前記中間像が形成されることにより、結像面上にＬＥＤ素子３１の像が形成される。前記中間像はＬＥＤ素子３１の倒立縮小像であり、結像面上のＬＥＤ素子３１の像は中間像の第２のマイクロレンズ２２−２による倒立拡大像である。また、第１のマイクロレンズ２２−１と第２のマイクロレンズ２２−２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。
【００４９】
このようにして、レンズアレイ２０はＬＥＤ素子３１の正立等倍像を形成する。なお、ＬＥＤ素子３１からの光線のうち、結像に寄与しない光線は、遮光部材２３によって遮断される。
【００５０】
また、第１のマイクロレンズ２２−１と第２のマイクロレンズ２２−２を同じ構成のレンズとした場合も、レンズアレイ２０はＬＥＤ素子３１の正立等倍像を形成する。ＬＥＤ素子３１からの光線は第１のマイクロレンズ２２−１に入射し、該第１のマイクロレンズ２２−１によって光軸方向にＬＳ／２隔てた位置に中間像が形成される。さらに、第２のマイクロレンズ２２−２によって中間像が形成されることにより、結像面上にＬＥＤ素子３１の像が形成される。また、第１のマイクロレンズ２２−１と第２のマイクロレンズ２２−２との間ではテレセントリックになっている。
【００５１】
次に、前記マイクロレンズ２２の光学特性について説明する。
【００５２】
図５は本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイをマイクロレンズの配列方向に水平で光軸を含む平面で切断した第２の断面図であり、図面の左右方向はマイクロレンズの配列と平行な方向を示す図である。
【００５３】
第１のマイクロレンズ２２−１の前側焦点距離はＦＯであり、第１のマイクロレンズ２２−１の第１主平面から物体面までの距離はＳＯである。また、第２のマイクロレンズ２２−２の後側焦点距離はＦＩであり、第２のマイクロレンズ２２−２の第２主平面から結像面までの距離はＳＩである。
【００５４】
ここで、ＳＯとＬＯとの差は、第１のマイクロレンズ２２−１の物体面側の曲面の曲率半径に反比例し、ＳＩとＬＩとの差は、第２のマイクロレンズ２２−２の結像面側の曲面の曲率半径と反比例する。本実施の形態のレンズアレイ２０においては、マイクロレンズ２２の各曲面の曲率半径はともに大きく、ＳＯとＬＯとの差及びＳＩとＬＩとの差はともに無視することができるので、ＳＯ≒ＬＯかつＳＩ≒ＬＩである。
【００５５】
さらに、第１のマイクロレンズ２２−１と第２のマイクロレンズ２２−２との間では物体面上の各点からの光線の主光線が光軸と平行であり、特に、遮光部材２３の開口部の内壁の直近を通る光線（図５に示される光線）の周辺光線は遮光部材２３によって遮断されることと、図５に示される光線と物体面と第１のマイクロレンズ２２−１の第１主平面とが作る図形の相似関係とから、第１のマイクロレンズ２２−１の視野半径ＲＶは次の式（２）で示される。
【００５６】
【数２】
次に、マイクロレンズ２２を２列の直線に配列した場合の、マイクロレンズ２２の配列と視野半径ＲＶとの関係について説明する。
【００５７】
図６は本発明の第１の実施の形態におけるマイクロレンズが２本の列を形成するように配列されたレンズアレイの物体面上のＬＥＤアレイのＬＥＤ素子とマイクロレンズの光軸との位置関係を物体面上に示した図である。なお、図において、（ａ）はすべてのＬＥＤ素子が少なくとも１つのマイクロレンズの視野に含まれる条件を示す図、（ｂ）はすべてのＬＥＤ素子が２つのマイクロレンズの視野に含まれる条件を示す図、（ｃ）はすべてのＬＥＤ素子が８つのマイクロレンズの視野に含まれる条件を示す図である。
【００５８】
図６（ａ）には、すべてのＬＥＤ素子３１が少なくとも１つのマイクロレンズ２２の視野に含まれ、すべてのＬＥＤ素子３１の結像が感光体ドラム４１に形成される視野半径ＲＶが最も小さい条件が示されている。つまり、レンズアレイ２０が動作するマイクロレンズ２２の視野半径ＲＶが最も小さい条件である。このとき、視野半径ＲＶは、マイクロレンズ２２の配列方向の間隔、すなわち、各列におけるマイクロレンズ２２のピッチＰＹと、マイクロレンズ２２の配列方向と垂直方向の間隔、すなわち、列のピッチＰＸとを用いて、次の式（３）で表される。
【００５９】
【数３】
前記式（２）及び（３）から、マイクロレンズ２２の焦点距離をＦ、レンズアレイ２０と該レンズアレイ２０の物体面との距離をＬＯ、マイクロレンズ２２の光軸と遮光部材２３の開口部の内壁との距離の最大値をＲＡとしたとき、レンズアレイ２０の動作条件として次の式（４）が得られる。
【００６０】
【数４】
ただし、１つのマイクロレンズ２２によって各ＬＥＤ素子３１の結像が形成されるとき、マイクロレンズ２２の光軸に近いＬＥＤ素子３１とマイクロレンズ２２の光軸から遠いＬＥＤ素子３１とで、それぞれの結像の形状が異なってしまう。そこで、少なくとも２つのマイクロレンズ２２によって各ＬＥＤ素子３１の結像が形成されるように設定することにより、すべてのＬＥＤ素子３１の結像をほぼ同じ形状に形成することができる。
【００６１】
図６（ｂ）には、すべてのＬＥＤ素子３１が２つのマイクロレンズ２２の視野に含まれる条件が示されている。このとき、視野半径ＲＶは、マイクロレンズ２２の配列方向の間隔ＰＹとマイクロレンズ２２の配列方向と垂直方向の間隔ＰＸとを用いて、次の式（５）で表される。
【００６２】
【数５】
一方、マイクロレンズ２２による結像は、物体が光軸から離れるほど歪みが大きくなる。マイクロレンズ２２の視野半径ＲＶを大きくすると、マイクロレンズ２２の視野端部の物体が光軸から離れることによる結像の歪みの影響が大きくなる。本実施の形態における検証によって、ＬＥＤ素子３１が８つ以上のマイクロレンズ２２の視野に含まれ、結像が形成されるとき、物体が光軸から離れることによる結像の歪みの影響によって、解像度が著しく低下することが判明した。
【００６３】
図６（ｃ）には、すべてのＬＥＤ素子３１が８つのマイクロレンズ２２の視野に含まれる条件が示されている。このとき、視野半径ＲＶは、マイクロレンズ２２の配列方向の間隔ＰＹとマイクロレンズ２２の配列方向と垂直方向の間隔ＰＸとを用いて、次の式（６）で表される。
【００６４】
【数６】
前記式（２）、（５）及び（６）から、マイクロレンズ２２の焦点距離をＦ、レンズアレイ２０と該レンズアレイ２０の物体面との距離をＬＯ、マイクロレンズ２２の光軸と遮光部材２３の開口部の内壁との距離の最大値をＲＡとしたとき、レンズアレイ２０の解像度が向上する条件として、次の式（７）が得られる。
【００６５】
【数７】
次に、マイクロレンズ２２を直線状の３本の列を形成するように配列した場合におけるマイクロレンズ２２の配列と視野半径ＲＶとの関係について説明する。
【００６６】
図７は本発明の第１の実施の形態におけるマイクロレンズが３本の列を形成するように配列されたレンズアレイの物体面上のＬＥＤアレイのＬＥＤ素子とマイクロレンズの光軸との位置関係を物体面上に示した図である。なお、図において、（ａ）はすべてのＬＥＤ素子が２つのマイクロレンズの視野に含まれる条件を示す図、（ｂ）はすべてのＬＥＤ素子が８つ以上のマイクロレンズの視野に含まれる条件を示す図である。
【００６７】
図７（ａ）には、すべてのＬＥＤ素子３１が少なくとも２つのマイクロレンズ２２の視野に含まれる条件が示されている。少なくとも２つのマイクロレンズ２２によって各ＬＥＤ素子３１の結像が形成されるように設定することにより、すべてのＬＥＤ素子３１の結像をほぼ同じ形状に形成することができる。このとき、視野半径ＲＶはマイクロレンズ２２の配列方向の間隔ＰＹとマイクロレンズ２２の配列方向と垂直方向の間隔ＰＸとを用いて、次の式（８）で表される。
【００６８】
【数８】
また、ＬＥＤ素子３１が８つ以上のマイクロレンズ２２の視野に含まれ、結像が形成されるとき、物体が光軸から離れることによる結像の歪みの影響によって、解像度が著しく低下する。
【００６９】
図７（ｂ）には、ＬＥＤ素子３１が８つ以上のマイクロレンズ２２の視野に含まれる条件が示されている。このとき、視野半径ＲＶは、マイクロレンズ２２の配列方向の間隔ＰＹとマイクロレンズ２２の配列方向と垂直方向の間隔ＰＸとを用いて、次の式（９）で表される。
【００７０】
【数９】
前記式（２）、（８）及び（９）から、マイクロレンズ２２の焦点距離をＦ、レンズアレイ２０と該レンズアレイ２０の物体面との距離をＬＯ、マイクロレンズ２２の光軸と遮光部材２３の開口部の内壁との距離の最大値をＲＡとしたとき、レンズアレイ２０の解像度が向上する条件として、次の式（１０）が得られる。
【００７１】
【数１０】
次に、前記レンズアレイ２０を用いたプリンタ１０によって形成される画像の評価について説明する。
【００７２】
図８は本発明の第１の実施の形態における評価に使用した画像を示す図である。
【００７３】
なお、本発明の発明者は、前記プリンタ１０と同様の構成を有する実際のカラーＬＥＤプリンタを使用して、本実施の形態において説明したレンズアレイ２０を用いた場合の画像を評価した。該画像は、図８に示されるような画像であり、印字領域の全面に、全画素のうち１つおきにドットを形成したものである。このような画像を形成して、画像品質の良否を評価したところ、筋や濃淡斑（はん）のない良好な画像を得ることができた。
【００７４】
ところで、本実施の形態においては、レンズ板２１に複数のマイクロレンズ２２が一体に形成されている例について説明したが、各マイクロレンズ２２を個別に形成して所定の間隔で配列してもよい。
【００７５】
また、本実施の形態においては、マイクロレンズ２２が２本又は３本の直線状の列を形成するように配列されたレンズアレイ２０について説明したが、マイクロレンズ２２の配列はこれに限定されるものではなく、４本以上の列を形成するように配列してもよい。
【００７６】
さらに、本実施の形態においては、マイクロレンズ２２の面が回転対称高次非球面である例について説明したが、マイクロレンズ２２の面の形状はこれに限定されるものではなく、球面であってもよいし、アナモフィック非球面、放物面、楕（だ）円面、双曲面、コーニック面等の曲面であってもよい。
【００７７】
また、本実施の形態においては、レンズ板２１が金型成形によって成形されたものである例について説明したが、レンズ板２１の成形方法はこれに限定されるものではなく、樹脂を型に用いた型成形方法であってもよく、切削加工によって成形してもよい。さらに、レンズ板２１の材料が樹脂である例について説明したが、レンズ板２１の材料はガラスであってもよい。
【００７８】
また、本実施の形態においては、発光部材として複数のＬＥＤ素子３１を配列したＬＥＤアレイを用いた例について説明したが、発光部材はＬＥＤアレイに限定されるものではなく、例えば、有機ＥＬ（有機エレクトロルミネッセンス）であってもよいし、半導体レーザであってもよいし、蛍光灯、ハロゲンランプ等の発光部材に液晶素子で構成されたシャッタを併用したものを使用することもできる。
【００７９】
このように、本実施の形態においては、複数のマイクロレンズ２２を配列したレンズアレイ２０を使用しているので、複数のロッドレンズを配列したレンズアレイに対して、解像度を向上させることができる。
【００８０】
また、マイクロレンズ２２の配列の態様を規定することによって、さらに解像度を高くすることができる。
【００８１】
さらに、前記レンズアレイ２０を用いることによって、コントラストが高く露光量の十分なＬＥＤヘッド３０を得ることができ、プリンタ１０においては、印字データの通りに用紙１１上に像が形成され、用紙１１上の画像の筋、濃度斑等が形成されることがなく、画像品質を改善することができる。
【００８２】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによって、その説明を省略する。また、前記第１の実施の形態と同じ動作及び効果についても、その説明を省略する。
【００８３】
図９は本発明の第２の実施の形態におけるレンズアレイを示す図である。なお、図において、（ａ）はレンズアレイの平面図、（ｂ）は遮光部材の平面図、（ｃ）はレンズアレイの断面図であり（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【００８４】
本実施の形態におけるレンズアレイ２０においては、図に示されるように、各レンズ板２１に、複数のマイクロレンズ２２が図において上下方向に延在する１本の列を形成するように配列されている。そして、前記列におけるマイクロレンズ２２は、ピッチがＰとなるように、すなわち、隣接するマイクロレンズ２２同士の中心の間隔がＰとなるように配列されている。また、各マイクロレンズ２２は、同じ列における両側のマイクロレンズ２２とオーバーラップするように密に配列されている。
【００８５】
なお、各マイクロレンズ２２の平面形状は、両側のマイクロレンズ２２とオーバーラップする部分を除いて円形であり、その円の半径はＲＬである。そして、各マイクロレンズ２２が両側のマイクロレンズ２２とオーバーラップしているので、２ＲＬ＞Ｐの関係が成立する。なお、レンズ板２１の厚さは、図９（ｃ）に示されるように、マイクロレンズ２２の最厚部において、ＬＴである。
【００８６】
また、前記遮光部材２３は、図９（ｂ）において上下方向に延在する細長い帯状であって、厚さがＬＳである板部材であり、複数の開口部が図において上下方向に延在する１本の列を形成するように配列されている。そして、前記列における開口部は、ピッチがＰとなるように、すなわち、隣接する開口部同士の中心の間隔がＰとなるように配列されている。また、各開口部は、同じ列における両側の開口部とオーバーラップしないように配列されている。
【００８７】
なお、各開口部の平面形状は、略長方形であるが、長方形の短辺に該当する部分が円弧状に形成された小判型である。そして、向かい合う長辺間の距離の１／２、すなわち、開口部の中心から長辺までの距離はＲＹである。
【００８８】
そして、各開口部は、図９（ｃ）に示されるように、レンズ板２１と遮光部材２３とを重ねて配設したときに、各マイクロレンズ２２と対応する。つまり、各マイクロレンズ２２の光軸、すなわち、各マイクロレンズ２２の平面形状における円の中心を通り厚さ方向に延在する軸が、各開口部の平面形状における中心を通り厚さ方向に延在する軸と一致する。
【００８９】
本実施の形態におけるレンズアレイ２０の構成は、図３〜５に示されるような前記第１の実施の形態における遮光部材２３の開口部の大きさＲＡを、ＲＹに置き換えたものに相当する。
【００９０】
本実施の形態において、物体面側のマイクロレンズ２２と結像面側のマイクロレンズ２２とを同じ構成のレンズとすることができる。このとき、物体面側のマイクロレンズ２２の物体面側の曲面と結像面側のマイクロレンズ２２の結像面側の曲面とが同じ構成の曲面になるように、対向して配置される。
【００９１】
なお、その他の点の構成については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００９２】
次に、マイクロレンズ２２を１列の直線に配列した場合の、マイクロレンズ２２の配列と視野半径ＲＶとの関係について説明する。
【００９３】
図１０は本発明の第２の実施の形態におけるマイクロレンズが１本の列を形成するように配列されたレンズアレイの物体面上のＬＥＤアレイのＬＥＤ素子とマイクロレンズの光軸との位置関係を物体面上に示した図である。なお、図において、（ａ）はすべてのＬＥＤ素子が少なくとも１つのマイクロレンズの視野に含まれる条件を示す図、（ｂ）はすべてのＬＥＤ素子が２つのマイクロレンズの視野に含まれる条件を示す図、（ｃ）はすべてのＬＥＤ素子が８つのマイクロレンズの視野に含まれる条件を示す図である。
【００９４】
図１０（ａ）には、すべてのＬＥＤ素子３１が少なくとも１つのマイクロレンズ２２の視野に含まれ、すべてのＬＥＤ素子３１の結像が感光体ドラム４１に形成される視野半径ＲＶが最も小さい条件が示されている。つまり、レンズアレイ２０が動作するマイクロレンズ２２の視野半径ＲＶが最も小さい条件である。このとき、視野半径ＲＶは、マイクロレンズ２２の配列間隔Ｐを用いて、次の式（１１）で表される。
【００９５】
【数１１】
視野半径ＲＶ、マイクロレンズ２２の焦点距離Ｆ、レンズアレイ２０と該レンズアレイ２０の物体面との距離ＬＯ、及び、マイクロレンズ２２の配列方向におけるマイクロレンズ２２の光軸と遮光部材２３の開口部の内壁との距離ＲＹの関係は、前記第１の実施の形態における式（２）のＲＡをＲＹに置き換えたものと等しく、前記式（１１）から、レンズアレイ２０の動作条件として次の式（１２）が得られる。
【００９６】
【数１２】
ただし、１つのマイクロレンズ２２によって各ＬＥＤ素子３１の結像が形成されるとき、マイクロレンズ２２の光軸に近いＬＥＤ素子３１とマイクロレンズ２２の光軸から遠いＬＥＤ素子３１とで、それぞれの結像の形状が異なってしまう。そこで、少なくとも２つのマイクロレンズ２２によって各ＬＥＤ素子３１の結像が形成されるように設定することにより、すべてのＬＥＤ素子３１の結像をほぼ同じ形状に形成することができる。
【００９７】
図１０（ｂ）には、すべてのＬＥＤ素子３１が２つのマイクロレンズ２２の視野に含まれる条件が示されている。このとき、視野半径ＲＶは、マイクロレンズ２２の配列間隔Ｐを用いて、次の式（１３）で表される。
ＲＶ＝Ｐ ・・・式（１３）
一方、マイクロレンズ２２による結像は、物体が光軸から離れるほど歪みが大きくなる。マイクロレンズ２２の視野半径ＲＶを大きくすると、マイクロレンズ２２の視野端部の物体が光軸から離れることによる結像の歪みの影響が大きくなる。本実施の形態における検証によって、ＬＥＤ素子３１が８つ以上のマイクロレンズ２２の視野に含まれ、結像が形成されるとき、物体が光軸から離れることによる結像の歪みの影響によって、解像度が著しく低下することが判明した。
【００９８】
図１０（ｃ）には、すべてのＬＥＤ素子３１が８つのマイクロレンズ２２の視野に含まれる条件が示されている。このとき、視野半径ＲＶは、マイクロレンズ２２の配列間隔Ｐを用いて、次の式（１４）で表される。
【００９９】
【数１３】
前記式（２）、（１３）及び（１４）から、マイクロレンズ２２の焦点距離をＦ、レンズアレイ２０と該レンズアレイ２０の物体面との距離をＬＯ、マイクロレンズ２２の配列方向におけるマイクロレンズ２２の光軸と遮光部材２３の開口部の内壁との距離をＲＹとしたとき、レンズアレイ２０の解像度が向上する条件として、次の式（１５）が得られる。
【０１００】
【数１４】
なお、本発明の発明者は、前記第１の実施の形態で説明したようなプリンタ１０と同様の構成を有する実際のカラーＬＥＤプリンタを使用して、本実施の形態において説明したレンズアレイ２０を用いた場合の画像を評価した。該画像は、前記第１の実施の形態における図８に示されるような画像であり、印字領域の全面に、全画素のうち１つおきにドットを形成したものである。このような画像を形成して、画像品質の良否を評価したところ、筋や濃淡斑のない良好な画像を得ることができた。
【０１０１】
ところで、本実施の形態においては、マイクロレンズ２２が１本の直線状の列を形成するように配列されたレンズアレイ２０について説明したが、マイクロレンズ２２の配列はこれに限定されるものではなく、複数本の列を形成するように配列してもよい。
【０１０２】
このように、本実施の形態においては、レンズアレイ２０の構成を、前記第１の実施の形態におけるレンズアレイ２０より簡素化することができる。
【０１０３】
また、前記第１の実施の形態より簡素な構成のレンズアレイ２０によって、解像度を向上させることができる。
【０１０４】
さらに、前記レンズアレイ２０を用いることによって、コントラストが高く露光量の十分なＬＥＤヘッド３０を得ることができ、プリンタ１０においては、印字データの通りに用紙１１上に像が形成され、用紙１１上の画像の筋、濃度斑等が形成されることがなく、画像品質を改善することができる。
【０１０５】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１及び第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによって、その説明を省略する。また、前記第１及び第２の実施の形態と同じ動作及び効果についても、その説明を省略する。
【０１０６】
図１１は本発明の第３の実施の形態における読取装置の構造を示す図である。
【０１０７】
図において、１００は原稿を読み取り、原稿画像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。そして、該スキャナ１００は、内部に配設された可動式の読取ヘッド１１０を備える。該読取ヘッド１１０は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等のセンサ、レンズアレイ２０等の光学素子等を備え、原稿表面で反射した光線を取り込み電子データに変換する。なお、前記読取ヘッド１１０は、レール１０３に沿ってスライド可能に配設される。
【０１０８】
そして、電子データが生成される原稿は、原稿台１０２上に載置される。該原稿台１０２は可視光線を透過する材料から成る。
【０１０９】
また、１０１は、照明装置としてのランプであり、該ランプ１０１から照射された光が原稿表面で反射し、読取ヘッド１１０内に取り込まれるように配置される。
【０１１０】
さらに、１０５は駆動ベルトであり、複数の滑車１０４によって張架され、駆動ベルト１０５の一部は読取ヘッド１１０の一部に接続される。
【０１１１】
そして、１０６は駆動源としてのモータであり、駆動ベルト１０５を駆動し、読取ヘッド１１０をスライドさせる。
【０１１２】
次に、読取ヘッド１１０の構成について説明する。
【０１１３】
図１２は本発明の第３の実施の形態における読取ヘッドの構造を示す図である。なお、図において、（ａ）は読取ヘッドの断面図、（ｂ）は読取ヘッドの光学系概略図である。
【０１１４】
図１２（ａ）において、１１２は、原稿で反射された光線の光路を折り曲げるミラーである。そして、レンズアレイ２０は、原稿画像の結像をラインセンサ１１１の受光面に形成する。なお、前記ラインセンサ１１１は、直線状に配列された複数の受光素子を備え、原稿画像の結像を電気信号に変換する。
【０１１５】
ここで、前記ラインセンサ１１１は、６００〔ｄｐｉ〕の解像度を備え、前記受光素子が１インチ（１インチは約２５．４〔ｍｍ〕）当たり６００個配列されている。すなわち、受光素子は、０．０４２３〔ｍｍ〕間隔で配列されている。
【０１１６】
また、本実施の形態の読取ヘッド１１０におけるレンズアレイ２０と物体面（原稿）及び結像面（ラインセンサ１１１の受光面）との位置関係は、図１２（ｂ）に示されるようになっている。
【０１１７】
なお、本実施の形態におけるレンズアレイ２０の構成は、前記第１及び第２の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１１８】
次に、前記構成のスキャナ１００の動作について説明する。
【０１１９】
まず、図１１に示されるように、ランプ１０１が点灯し原稿表面を照射することによって、該原稿表面で反射した光線が読取ヘッド１１０内に取り込まれる。そして、モータ１０６によって駆動ベルト１０５が駆動されると、読取ヘッド１１０とランプ１０１とが図１１における横方向に移動し、読取ヘッド１１０は、原稿の全面から反射した光線を取り込むことができる。
【０１２０】
次に、前記構成の読取ヘッド１１０の動作について説明する。
【０１２１】
まず、図１２に示されるように、原稿表面で反射された光線は、原稿台１０２を透過し、ミラー１１２を用いて光路が折り曲げられ、レンズアレイ２０に入射する。該レンズアレイ２０によって、前記原稿画像の結像は、ラインセンサ１１１上に形成される。そして、該ラインセンサ１１１は、形成された原稿画像の結像を電気信号に変換する。
【０１２２】
なお、本発明の発明者が、本実施の形態で説明したようなスキャナ１００と同様の構成を有する実際のスキャナを使用して、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を得ることができた。この場合、前記原稿画像は、前記第１の実施の形態における図８に示されるような画像であり、印字領域の全面に、全画素のうち１つおきにドットを形成したものである。
【０１２３】
また、本実施の形態においては、原稿画像を電子データに変換する読取装置がスキャナ１００である例について説明したが、前記読取装置は、光学的信号を電気的信号に変換するセンサ又はスイッチ、及び、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。
【０１２４】
このように、本実施の形態においては、コントラストが高く、焦点深度が高く、十分な明るさの原稿画像の結像を形成することができる。また、原稿と同一の画像データを得ることができる。
【０１２５】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第１〜第３の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによって、その説明を省略する。また、前記第１〜第３の実施の形態と同じ動作及び効果についても、その説明を省略する。
【０１２６】
図１３は本発明の第４の実施の形態におけるマイクロレンズの詳細な構造を示す図である。なお、図において、（ａ）はマイクロレンズの平面図、（ｂ）はマイクロレンズの第１の断面図、（ｃ）はマイクロレンズの第２の断面図である。
【０１２７】
図１３（ａ）には、前記第１の実施の形態において説明したレンズアレイ２０における図３（ａ）に示されるように配列されたマイクロレンズ２２のうちで、互いにオーバーラップする２つのマイクロレンズ２２が示されている。ここでは、一方のマイクロレンズを２２ｉとし、他方のマイクロレンズを２２ｊとする。
【０１２８】
そして、ｉ及びｊは、それぞれ、マイクロレンズ２２ｉ及び２２ｊの曲面の頂点である。また、ｋは線分ｉｊを２等分する点であり、直線ｐｂは線分ｉｊと同一平面にある線分ｉｊの垂直２等分線である。ここで、マイクロレンズ２２ｉ及び２２ｊの光軸に平行で直線ｐｂを含む平面を平面ｆとする。また、マイクロレンズ２２ｉ及び２２ｊの光軸と線分ｉｊを含む平面を平面ｇとする。
【０１２９】
また、図１３（ｂ）には、前記平面ｆで切断したマイクロレンズ２２ｉ及び２２ｊの断面が示されている。ここで、マイクロレンズ２２ｉの曲面及びマイクロレンズ２２ｊの曲面の境界線上の任意の点をｎとし、点ｎより直線ｐｂに下ろした垂線と直線ｐｂの交点をｍとする。また、平面ｈは、マイクロレンズ２２ｉ及び２２ｊの光軸に垂直な平面である。
【０１３０】
さらに、図１３（ｃ）には、前記平面ｇで切断したマイクロレンズ２２ｉ及び２２ｊの断面が示されている。
【０１３１】
図１３（ａ）に示されるように、三角形ｉｋｍと三角形ｊｋｍとにおいて、線分ｋｍは共通であり、直線ｐｂは線分ｉｊの垂直２等分線であり、点ｋは線分ｉｊを２等分する点であるから、線分ｉｋと線分ｊｋとの長さは等しく、線分ｋｍと線分ｉｋとは互いに垂直であり、線分ｋｍとｊｋとは互いに垂直である。よって、三角形ｉｋｍ及び三角形ｊｋｍの３辺の長さは等しく、線分ｉｍと線分ｊｍとの長さは等しい。
【０１３２】
そして、線分ｉｍの長さをＲｉとし、線分ｊｍの長さをＲｊとすると、マイクロレンズ２２ｉにおけるマイクロレンズ２２ｊとの境界線上の点ｎと点ｍとの間の距離Ｄｉは、次の式（１６）で表すことができる。
【０１３３】
【数１５】
マイクロレンズ２２ｊにおけるマイクロレンズ２２ｉとの境界線上の点ｎと点ｍとの間の距離Ｄｊは、次の式（１７）で表すことができる。
【０１３４】
【数１６】
Ｒｉ＝Ｒｊより、Ｄｉ＝Ｄｊである。すなわち、２つのマイクロレンズ２２ｉ及び２２ｊの曲面の光軸方向の高さは境界線上で一致し、隣接してオーバーラップする２つのマイクロレンズ２２ｉ及び２２ｊの曲面の光軸方向の高さが、前記マイクロレンズ２２ｉ及び２２ｊの境界線上で一致する。隣接してオーバーラップするマイクロレンズ２２ｉ及び２２ｊの曲面は光軸方向の段差のない形状となっている。
【０１３５】
このように、マイクロレンズ２２を、光軸に垂直な平面（平面ｈ）と、光軸に平行で隣接する２つのマイクロレンズ２２の曲面の頂点を結ぶ直線の垂直２等分線（直線ｐｂ）を含む平面（平面ｆ）で切断される曲面とで構成することによって、隣接するマイクロレンズ２２同士の曲面の光軸方向の高さは、隣接するマイクロレンズ２２同士の境界線上で一致し、光軸方向の段差のない形状とすることができる。
【０１３６】
したがって、樹脂成形によって成形されるレンズアレイ２０を本実施の形態のように構成することにより、マイクロレンズ２２の光軸と平行方向の段差のない形状とすることができ、成形型内部の樹脂の流動性が向上し、成形プロセスにおいて、樹脂の内部応力の発生を抑制することができ、結果として、成形プロセスでの形状の転写性が向上し、マイクロレンズ２２の形状精度が向上する。
【０１３７】
そのため、本実施の形態におけるレンズアレイ２０は、隣接するマイクロレンズ２２同士の境界部分にマイクロレンズ２２の光軸と平行方向の段差がなく、隣接するマイクロレンズ２２同士の境界部分に入射した光線が乱反射することによる露光像の解像度低下を抑制することができる。
【０１３８】
なお、その他の点の構成及び動作については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１３９】
このように、本実施の形態においては、隣接するマイクロレンズ２２同士の境界部分にマイクロレンズ２２の光軸と平行方向に段差が生ずることのない構成にすることができ、隣接するマイクロレンズ２２同士の境界部分に入射した光線が乱反射することによる露光像の解像度低下を抑制することができる。
【０１４０】
また、樹脂成形によって成形されるレンズアレイ２０を本実施の形態のように構成することにより、マイクロレンズ２２の光軸と平行方向の段差のない構成とすることができ、成形型内部の樹脂の流動性が向上し、成形プロセスにおける樹脂の内部応力の発生を抑制することができ、結果として、形成プロセスでの形状の転写性が向上し、マイクロレンズ２２の形状精度が向上し、レンズアレイ２０の解像度を向上させることができる。
【０１４１】
さらに、本実施の形態におけるレンズアレイ２０を用いることによって、コントラストが高く露光量の十分なＬＥＤヘッド３０を構成することができる。さらに、本実施の形態のプリンタ１０においては、画像データの通りに用紙１１上へ像が形成され、用紙１１上の画像の筋、濃度斑等が形成されることがなく画像品質を改善することができる。
【０１４２】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤヘッドの概略断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイをマイクロレンズの配列方向に水平で光軸を含む平面で切断した第１の断面図であり、図面の左右方向はマイクロレンズの配列と平行な方向を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイをマイクロレンズの配列方向に水平で光軸を含む平面で切断した第２の断面図であり、図面の左右方向はマイクロレンズの配列と平行な方向を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態におけるマイクロレンズが２本の列を形成するように配列されたレンズアレイの物体面上のＬＥＤアレイのＬＥＤ素子とマイクロレンズの光軸との位置関係を物体面上に示した図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態におけるマイクロレンズが３本の列を形成するように配列されたレンズアレイの物体面上のＬＥＤアレイのＬＥＤ素子とマイクロレンズの光軸との位置関係を物体面上に示した図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における評価に使用した画像を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態におけるレンズアレイを示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態におけるマイクロレンズが１本の列を形成するように配列されたレンズアレイの物体面上のＬＥＤアレイのＬＥＤ素子とマイクロレンズの光軸との位置関係を物体面上に示した図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態における読取装置の構造を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態における読取ヘッドの構造を示す図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態におけるマイクロレンズの詳細な構造を示す図である。
【符号の説明】
【０１４４】
１０ プリンタ
２０ レンズアレイ
２１ レンズ板
２２、２２ｉ、２２ｊ マイクロレンズ
２２−１ 第１のマイクロレンズ
２２−２ 第２のマイクロレンズ
２３ 遮光部材
３０ ＬＥＤヘッド
１００ スキャナ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズアレイ並びにそれを有するＬＥＤヘッド、露光装置、画像形成装置及び読取装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を配列させたＬＥＤヘッドを用いた電子写真方式のプリンタ、ファクシミリ機、複写機等の画像形成装置や、複数の受光素子を配列させた受光部に読取原稿の像を結像させるスキャナ、ファクシミリ機等の読取装置に複数のロッドレンズを配列させたロッドレンズアレイが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。該ロッドレンズアレイは、物体の正立等倍像をライン状に形成する光学系である。
【特許文献１】特開２００３−３４１１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来のロッドレンズアレイは、高解像度化に不向きであった。
【０００４】
本発明は、前記従来の問題点を解決して、複数のレンズが列を形成するように配列されたレンズ集合部材におけるレンズのピッチ、列のピッチ、レンズの焦点距離等の数値を所定の関係を満足するように設定することによって、解像度の高いレンズアレイ並びにそれを有するＬＥＤヘッド、露光装置、画像形成装置及び読取装置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】
【０００５】
そのために、本発明のレンズアレイにおいては、複数のレンズが配列されたレンズ集合部材と、複数の絞りが配列された遮光部材とを有するレンズアレイであって、前記レンズ集合部材は、複数であって、それぞれが備える複数のレンズの各々の光軸が互いに一致するように配設され、前記遮光部材は、前記複数のレンズの各々の光軸が各絞りを通過するように配設され、各レンズ集合部材におけるレンズは、前記光軸に対して垂直な方向に延在する複数本の列を形成するように配列され、前記列内におけるレンズのピッチをＰＹとし、前記列のピッチをＰＸとし、前記レンズの焦点距離をＦとし、前記レンズの物体面とレンズとの距離をＬＯとし、前記光軸と前記絞りの内壁との距離の最大値をＲＡとしたときに、
である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、レンズアレイは、複数のレンズが列を形成するように配列されたレンズ集合部材を有し、該レンズ集合部材におけるレンズのピッチ、列のピッチ、レンズの焦点距離等の数値を所定の関係が満足するように設定されている。これにより、解像度を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００８】
図１は本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概略図である。
【０００９】
図において、１０は画像形成装置としてのプリンタであり、例えば、電子写真方式のカラープリンタであるが、モノクロプリンタであってもよい。また、前記プリンタ１０は、スキャナ、ファクシミリ機、複写機等の機能を併せ持つ複合機であってもよい。本実施の形態において、前記プリンタ１０は、電子写真方式によって画像を形成するものであり、色材としての顔料を含む樹脂から成るトナーによって、画像データをもとに印字媒体としての用紙１１上に画像を形成するカラープリンタであるものとして説明する。
【００１０】
そして、前記プリンタ１０の内部には、用紙１１を貯留する給紙カセット６０が装着され、さらに、用紙１１を給紙カセット６０から取り出す給紙ローラ６１と、給紙カセット６０から取り出された用紙１１を搬送する搬送ローラ６２及び６３とが配設される。
【００１１】
前記プリンタ１０は、いわゆるタンデム方式のカラー電子写真式プリンタであって、各色のトナー像を形成する画像形成部、及び、該画像形成部が形成したトナー像を用紙１１に転写する転写部を有する。
【００１２】
そして、前記画像形成部は、用紙１１の搬送経路に沿ってタンデムに配設され、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各色の画像を、それぞれ形成する４つのプロセスユニットを有する。さらに、各プロセスユニットは、静電潜像担持体としての感光体ドラム４１、該感光体ドラム４１に形成された静電潜像をトナーによって現像し、トナー像を形成する現像器５０、該現像器５０にトナーを供給するトナーカートリッジ５１、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、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、及び、帯電された感光体ドラム４１の表面に画像データに基づいて選択的に光を照射して、静電潜像を形成する露光装置としてのＬＥＤヘッド３０を備える。なお、前記トナー像はトナーによって静電潜像を可視化した像である。そして、クリーニングブレード４３は、トナー像を用紙１１に転写した後のトナーを掻（か）き取るために、感光体ドラム４１に接触して配設される。
【００１３】
また、前記転写部は、用紙１１を搬送する転写ベルト８１、及び、前記感光体ドラム４１上に形成されたトナー像を用紙１１上に転写する転写ローラ８０を備える。該転写ローラ８０は、転写ベルト８１を挟んで、各プロセスユニットの感光体ドラム４１に対向するように配設される。なお、クリーニングブレード８２は、転写ベルト８１に付着したトナーを掻き取るために、転写ベルト８１に接触して配設される。
【００１４】
そして、用紙１１の搬送方向に関して前記画像形成部の下流側には、用紙１１上に転写されたトナー像を熱及び圧力で定着する定着器９０が配設される。さらに、該定着器９０を通過した用紙１１を搬送する搬送ローラ６４、及び、用紙１１を貯留する排出部７０に用紙１１を排出する排出ローラ６５が配設される。
【００１５】
また、前記帯電ローラ４２及び転写ローラ８０には、図示されない電源によって所定の電圧が印加される。そして、前記転写ベルト８１、感光体ドラム４１及び各ローラは、それぞれ、図示されないモータと駆動を伝える図示されないギヤとによって回転駆動される。さらに、現像器５０、ＬＥＤヘッド３０、定着器９０及び図示されない各モータには、それぞれ、図示されない電源及び制御装置が接続される。
【００１６】
そして、前記プリンタ１０は、図示されないネットワーク等に接続され、外部装置と通信を行って上位装置から印刷データを受信する図示されない外部インターフェイスと、該外部インターフェイスから印刷データを受信し、プリンタ１０全体の制御を行う制御装置とを有する。
【００１７】
次に、前記ＬＥＤヘッド３０の構成について説明する。
【００１８】
図２は本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤヘッドの概略断面図である。
【００１９】
図に示されるように、ＬＥＤヘッド３０にはレンズアレイ２０が配設される。該レンズアレイ２０は、ホルダ３４によってＬＥＤヘッド３０に固定されている。また、３１は発光部としてのＬＥＤ素子である。さらに、３２は、ドライバＩＣであって、前記ＬＥＤ素子３１の発光を制御する。そして、前記ＬＥＤ素子３１及びドライバＩＣ３２は、配線基板３４上に配設され、ワイヤ３３によって結線される。そして、前記ＬＥＤ素子３１から出射された光がレンズアレイ２０を通過することによって、感光体ドラム４１の表面に結像が形成される。
【００２０】
本実施の形態においては、ＬＥＤヘッド３０は、６００〔ｄｐｉ〕の解像度を有し、ＬＥＤ素子３１が１インチ（１インチは約２５．４〔ｍｍ〕）当たり６００個配設されている。すなわち、ＬＥＤ素子３１は、０．０４２３〔ｍｍ〕間隔で配列され、ＬＥＤアレイを構成する。
【００２１】
次に、前記レンズアレイ２０の構成について説明する。
【００２２】
図３は本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイを示す図である。なお、図において、（ａ）はレンズアレイの平面図、（ｂ）は遮光部材の平面図、（ｃ）はレンズアレイの断面図であり（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｄ）は遮光部材の詳細を示す要部拡大図である。
【００２３】
図に示されるように、レンズアレイ２０は、レンズ集合部材としてのレンズ板２１と遮光部材２３とを有する。前記レンズ板２１は、複数のレンズとしてのマイクロレンズ２２を含むレンズ群であり、ＬＥＤ素子３１が発光した光線を透過する光透過性の材料から成る。そして、２枚のレンズ板２１は、図３（ｃ）に示されるように、遮光部材２３を間に挟んで、互いに平行に、かつ、各々が備えるマイクロレンズ２２の対応するもの同士の光軸が一致するように配設されている。なお、各マイクロレンズ２２の光軸は、レンズ板２１の平面に対して垂直方向に延在する。また、レンズ板２１の厚さは、図３（ｃ）に示されるように、マイクロレンズ２２の最厚部において、ＬＴである。
【００２４】
そして、各レンズ板２１には、マイクロレンズ２２が２本の列を形成するように配列され、各列におけるマイクロレンズ２２は、ピッチがＰＹとなるように、すなわち、隣接するマイクロレンズ２２同士の中心の間隔がＰＹとなるように配列され、かつ、各列のピッチがＰＸとなるように、すなわち、各列の中心軸同士の間隔がＰＸとなるように配列されている。なお、図３（ａ）において、マイクロレンズ２２の列は、それぞれ、上下方向に延在する。
【００２５】
また、隣接する列同士の間では、マイクロレンズ２２のピッチが互いに半ピッチずつずれるように配列され、図３（ａ）に示されるように、レンズ板２１の平面において、２本の列に含まれるマイクロレンズ２２は、全体として、千鳥状、又は、ジグザグ状となるように配置されている。そして、各マイクロレンズ２２は、隣の列における両側のマイクロレンズ２２とオーバーラップするように密に配列されている。
【００２６】
なお、各マイクロレンズ２２の平面形状は、隣の列における両側のマイクロレンズ２２とオーバーラップする部分を除いて円形であり、その円の半径はＲＬである。つまり、各マイクロレンズ２２において、光軸から外周部までの距離の最大値がＲＬである。また、各マイクロレンズ２２の中心と隣の列における両側のマイクロレンズ２２の中心との間隔はＰＮである。つまり、隣接する列におけるマイクロレンズ２２同士であって、互いに隣接するマイクロレンズ２２同士の光軸間の距離がＰＮである。そして、各マイクロレンズ２２が隣の列における両側のマイクロレンズ２２とオーバーラップしているので、２ＲＬ＞ＰＮの関係が成立する。
【００２７】
また、前記遮光部材２３は、図３（ｂ）において上下方向に延在する細長い帯状の板部材であって、一方の側縁に開放された複数の絞りとしての開口部が形成された２枚の櫛（くし）形部材２３ａと、該２枚の櫛形部材２３ａの間に配設される図３（ｂ）において上下方向に延在する細長い仕切り板２３ｂとを有する。この場合、２枚の櫛形部材２３ａは、複数の開口部が開放している側縁が互いに向かい合うように配設され、前記仕切り板２３ｂは、幅がＴＢであって、その両側縁が前記櫛形部材２３ａの互いに向かい合う側縁に当接するように配設される。これにより、遮光部材２３は、全体として、平面形状がレンズ板２１とほぼ同一の長方形であり、図３（ｃ）に示されるように、厚さがＬＳである１枚の板部材となる。なお、櫛形部材２３ａ及び仕切り板２３ｂは、ＬＥＤ素子３１が発光した光線を遮光する材料から成る。
【００２８】
そして、前記開口部の各々は、図３（ｂ）及び（ｄ）に示されるように、円形の一部が櫛形部材２３ａの側縁に該当する直線によって切断されたような平面形状を備え、その縁の半径はＲＡである。また、各櫛形部材２３ａの開口部は、図３（ｂ）において上下方向に延在する１本の列を形成するように配列され、したがって、遮光部材２３における開口部は合計２本の列を形成するように配列されている。そして、各列における開口部は、ピッチがＰＹとなるように、すなわち、隣接する開口部同士の円の中心の間隔がＰＹとなるように配列され、かつ、各列のピッチがＰＸとなるように、すなわち、各列の中心軸同士の間隔がＰＸとなるように配列されている。なお、各開口部は、厚さ方向に遮光部材２３を貫通し、該遮光部材２３の平面に対して垂直方向に光線を通過させることができる。
【００２９】
また、開口部の隣接する列同士の間では、マイクロレンズ２２と同様に、開口部のピッチが互いに半ピッチずつずれるように配列され、図３（ｂ）に示されるように、遮光部材２３の平面において、２本の列に含まれる開口部は、全体として、千鳥状、又は、ジグザグ状となるように配置されている。そして、各開口部は、図３（ｃ）に示されるように、レンズ板２１と遮光部材２３とを重ねて配設したときに、各マイクロレンズ２２と対応する。つまり、各マイクロレンズ２２の光軸、すなわち、各マイクロレンズ２２の平面形状における円の中心を通り厚さ方向に延在する軸が、各開口部の平面形状における円の中心を通り厚さ方向に延在する軸と一致する。したがって、各開口部の円の中心と隣の列における両側の開口部の円の中心との間隔はＰＮである。
【００３０】
なお、前記開口部の平面形状は、厳密には、図３（ｄ）に示されるように、半円形の部分と、半円形の一部が櫛形部材２３ａの側縁に該当する直線によって切断された部分とから成り、該部分の幅は（ＰＸ−ＴＢ）／２である。すなわち、円の中心から櫛形部材２３ａの側縁に該当する直線までの距離は（ＰＸ−ＴＢ）／２である。
【００３１】
次に、前記レンズアレイ２０について詳細に説明する。
【００３２】
図４は本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイをマイクロレンズの配列方向に水平で光軸を含む平面で切断した第１の断面図であり、図面の左右方向はマイクロレンズの配列と平行な方向を示す図である。
【００３３】
レンズアレイ２０の物体面（ＬＥＤ素子３１の発光面）からの距離がＬＯの位置に第１のマイクロレンズ２２−１が配置される。また、第２のマイクロレンズ２２−２が、その光軸が第１のマイクロレンズ２２−１の光軸と一致するように対向し、かつ、ＬＳの距離を隔てて、配置される。レンズアレイ２０の結像面（感光体ドラム４１の表面）は、第２のマイクロレンズ２２−２から光軸方向にＬＩの距離を隔てた位置にある。
【００３４】
前記第１のマイクロレンズ２２−１は、厚みがＬＴ１であり、前側焦点距離がＦＯであり、光軸方向に距離ＬＯ１の位置にある物体の像を、光軸方向に距離ＬＩ１離れた面に形成する。また、前記第２のマイクロレンズ２２−２は、後側焦点距離がＦＩであり、距離ＬＯ２の位置にある物体の像を、光軸方向にＬＩ２隔てた位置に形成する。
【００３５】
そして、レンズアレイ２０の物体面から第１のマイクロレンズ２２−１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２２−１と第２のマイクロレンズ２２−２との間隔ＬＳは、ＬＳ＝ＬＩ１＋ＬＯ２に設定され、第２のマイクロレンズ２２−２からレンズアレイ２０の結像面までの距離ＬＩは、ＬＩ２と等しく設定される。
【００３６】
なお、第１のマイクロレンズ２２−１と第２のマイクロレンズ２２−２とを同じ構成のレンズとすることができる。この場合、前記第１のマイクロレンズ２２−１と第２のマイクロレンズ２２−２とは、ともに厚みがＬＴ１であり、前側焦点距離がＦＯであり、光軸方向に距離ＬＯ１の位置にある物体の像を、光軸方向に距離ＬＩ１離れた面に形成するとき、レンズアレイ２０の物体面から第１のマイクロレンズ２２−１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２２−１と第２のマイクロレンズ２２−２との間隔ＬＳは、ＬＳ＝２×ＬＩ１に設定され、第１のマイクロレンズ２２−１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２２−２の結像面側の曲面となるように対向して配置される。第２のマイクロレンズ２２−２からレンズアレイ２０の結像面までの距離ＬＩは、ＬＯ１と等しく設定され、ＬＩ＝ＬＯである。
【００３７】
本実施の形態におけるレンズアレイ２０のレンズ板２１を形成する材料は、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）Ｅ４８Ｒ）である。該光学樹脂を使用し、射出成形によって複数のマイクロレンズ２２を一体的に成形した。また、遮光部材２３の材料はポリカーボネイトである。該ポリカーボネイトを使用し、樹脂成形によって成形した。
【００３８】
また、マイクロレンズ２２の各曲面を次の式（１）で表される回転対称高次非球面で構成することによって、高い解像度を得ることができる。関数ｚ（ｒ）は、マイクロレンズ２２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２２の各曲面の頂点を原点とし、レンズアレイ２０の物体面から結像面へ向かう方向を正の数で表す。なお、Ｃは曲率半径、Ａは非球面係数４次の係数、Ｂは非球面係数６次の係数を示す。
【００３９】
【数１】
次に、前記構成のプリンタ１０の動作について説明する。
【００４０】
図１に示されるように、感光体ドラム４１表面は、図示されない電源によって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３０の付近に到達すると、該ＬＥＤヘッド３０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。該静電潜像は現像器５０によって現像され、感光体ドラム４１の表面にトナー像が形成される。
【００４１】
一方、給紙カセット６０にセットされた用紙１１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及び６３によって、転写ローラ８０及び転写ベルト８１の付近に搬送される。
【００４２】
そして、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及び転写ベルト８１の付近に到達すると、図示されない電源によって電圧が印加されている転写ローラ８０及び転写ベルト８１により、感光体ドラム４１表面上のトナー像は用紙１１上に転写される。
【００４３】
続いて、表面にトナー像が形成された用紙１１は、転写ベルト８１の回転によって、定着器９０に搬送される。用紙１１上のトナー像は、定着器９０によって加圧されながら加熱されることにより溶融し、用紙１１上に固定される。
【００４４】
さらに、該用紙１１は、搬送ローラ６４及び排出ローラ６５によって、排出部７０に排出され、プリンタ１０の動作が終了する。
【００４５】
次に、本実施の形態のＬＥＤヘッド３０の動作について説明する。
【００４６】
受信した印刷データに基づきプリンタ１０の制御装置がＬＥＤヘッド３０の制御信号を発信すると、図２に示されるようなドライバＩＣ３２の制御信号によって任意の光量でＬＥＤ素子３１が発光する。該ＬＥＤ素子３１が発光した光線はレンズアレイ２０に入射し、感光体ドラム４１上に結像が形成される。
【００４７】
次に、前記構成のレンズアレイ２０の動作について説明する。
【００４８】
ＬＥＤ素子３１からの光線は、図４に示されるように、第１のマイクロレンズ２２−１に入射し、該第１のマイクロレンズ２２−１によって光軸方向に距離ＬＩ１隔てた位置に中間像が形成される。さらに、第２のマイクロレンズ２２−２によって前記中間像が形成されることにより、結像面上にＬＥＤ素子３１の像が形成される。前記中間像はＬＥＤ素子３１の倒立縮小像であり、結像面上のＬＥＤ素子３１の像は中間像の第２のマイクロレンズ２２−２による倒立拡大像である。また、第１のマイクロレンズ２２−１と第２のマイクロレンズ２２−２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。
【００４９】
このようにして、レンズアレイ２０はＬＥＤ素子３１の正立等倍像を形成する。なお、ＬＥＤ素子３１からの光線のうち、結像に寄与しない光線は、遮光部材２３によって遮断される。
【００５０】
また、第１のマイクロレンズ２２−１と第２のマイクロレンズ２２−２を同じ構成のレンズとした場合も、レンズアレイ２０はＬＥＤ素子３１の正立等倍像を形成する。ＬＥＤ素子３１からの光線は第１のマイクロレンズ２２−１に入射し、該第１のマイクロレンズ２２−１によって光軸方向にＬＳ／２隔てた位置に中間像が形成される。さらに、第２のマイクロレンズ２２−２によって中間像が形成されることにより、結像面上にＬＥＤ素子３１の像が形成される。また、第１のマイクロレンズ２２−１と第２のマイクロレンズ２２−２との間ではテレセントリックになっている。
【００５１】
次に、前記マイクロレンズ２２の光学特性について説明する。
【００５２】
図５は本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイをマイクロレンズの配列方向に水平で光軸を含む平面で切断した第２の断面図であり、図面の左右方向はマイクロレンズの配列と平行な方向を示す図である。
【００５３】
第１のマイクロレンズ２２−１の前側焦点距離はＦＯであり、第１のマイクロレンズ２２−１の第１主平面から物体面までの距離はＳＯである。また、第２のマイクロレンズ２２−２の後側焦点距離はＦＩであり、第２のマイクロレンズ２２−２の第２主平面から結像面までの距離はＳＩである。
【００５４】
ここで、ＳＯとＬＯとの差は、第１のマイクロレンズ２２−１の物体面側の曲面の曲率半径に反比例し、ＳＩとＬＩとの差は、第２のマイクロレンズ２２−２の結像面側の曲面の曲率半径と反比例する。本実施の形態のレンズアレイ２０においては、マイクロレンズ２２の各曲面の曲率半径はともに大きく、ＳＯとＬＯとの差及びＳＩとＬＩとの差はともに無視することができるので、ＳＯ≒ＬＯかつＳＩ≒ＬＩである。
【００５５】
さらに、第１のマイクロレンズ２２−１と第２のマイクロレンズ２２−２との間では物体面上の各点からの光線の主光線が光軸と平行であり、特に、遮光部材２３の開口部の内壁の直近を通る光線（図５に示される光線）の周辺光線は遮光部材２３によって遮断されることと、図５に示される光線と物体面と第１のマイクロレンズ２２−１の第１主平面とが作る図形の相似関係とから、第１のマイクロレンズ２２−１の視野半径ＲＶは次の式（２）で示される。
【００５６】
【数２】
次に、マイクロレンズ２２を２列の直線に配列した場合の、マイクロレンズ２２の配列と視野半径ＲＶとの関係について説明する。
【００５７】
図６は本発明の第１の実施の形態におけるマイクロレンズが２本の列を形成するように配列されたレンズアレイの物体面上のＬＥＤアレイのＬＥＤ素子とマイクロレンズの光軸との位置関係を物体面上に示した図である。なお、図において、（ａ）はすべてのＬＥＤ素子が少なくとも１つのマイクロレンズの視野に含まれる条件を示す図、（ｂ）はすべてのＬＥＤ素子が２つのマイクロレンズの視野に含まれる条件を示す図、（ｃ）はすべてのＬＥＤ素子が８つのマイクロレンズの視野に含まれる条件を示す図である。
【００５８】
図６（ａ）には、すべてのＬＥＤ素子３１が少なくとも１つのマイクロレンズ２２の視野に含まれ、すべてのＬＥＤ素子３１の結像が感光体ドラム４１に形成される視野半径ＲＶが最も小さい条件が示されている。つまり、レンズアレイ２０が動作するマイクロレンズ２２の視野半径ＲＶが最も小さい条件である。このとき、視野半径ＲＶは、マイクロレンズ２２の配列方向の間隔、すなわち、各列におけるマイクロレンズ２２のピッチＰＹと、マイクロレンズ２２の配列方向と垂直方向の間隔、すなわち、列のピッチＰＸとを用いて、次の式（３）で表される。
【００５９】
【数３】
前記式（２）及び（３）から、マイクロレンズ２２の焦点距離をＦ、レンズアレイ２０と該レンズアレイ２０の物体面との距離をＬＯ、マイクロレンズ２２の光軸と遮光部材２３の開口部の内壁との距離の最大値をＲＡとしたとき、レンズアレイ２０の動作条件として次の式（４）が得られる。
【００６０】
【数４】
ただし、１つのマイクロレンズ２２によって各ＬＥＤ素子３１の結像が形成されるとき、マイクロレンズ２２の光軸に近いＬＥＤ素子３１とマイクロレンズ２２の光軸から遠いＬＥＤ素子３１とで、それぞれの結像の形状が異なってしまう。そこで、少なくとも２つのマイクロレンズ２２によって各ＬＥＤ素子３１の結像が形成されるように設定することにより、すべてのＬＥＤ素子３１の結像をほぼ同じ形状に形成することができる。
【００６１】
図６（ｂ）には、すべてのＬＥＤ素子３１が２つのマイクロレンズ２２の視野に含まれる条件が示されている。このとき、視野半径ＲＶは、マイクロレンズ２２の配列方向の間隔ＰＹとマイクロレンズ２２の配列方向と垂直方向の間隔ＰＸとを用いて、次の式（５）で表される。
【００６２】
【数５】
一方、マイクロレンズ２２による結像は、物体が光軸から離れるほど歪みが大きくなる。マイクロレンズ２２の視野半径ＲＶを大きくすると、マイクロレンズ２２の視野端部の物体が光軸から離れることによる結像の歪みの影響が大きくなる。本実施の形態における検証によって、ＬＥＤ素子３１が８つ以上のマイクロレンズ２２の視野に含まれ、結像が形成されるとき、物体が光軸から離れることによる結像の歪みの影響によって、解像度が著しく低下することが判明した。
【００６３】
図６（ｃ）には、すべてのＬＥＤ素子３１が８つのマイクロレンズ２２の視野に含まれる条件が示されている。このとき、視野半径ＲＶは、マイクロレンズ２２の配列方向の間隔ＰＹとマイクロレンズ２２の配列方向と垂直方向の間隔ＰＸとを用いて、次の式（６）で表される。
【００６４】
【数６】
前記式（２）、（５）及び（６）から、マイクロレンズ２２の焦点距離をＦ、レンズアレイ２０と該レンズアレイ２０の物体面との距離をＬＯ、マイクロレンズ２２の光軸と遮光部材２３の開口部の内壁との距離の最大値をＲＡとしたとき、レンズアレイ２０の解像度が向上する条件として、次の式（７）が得られる。
【００６５】
【数７】
次に、マイクロレンズ２２を直線状の３本の列を形成するように配列した場合におけるマイクロレンズ２２の配列と視野半径ＲＶとの関係について説明する。
【００６６】
図７は本発明の第１の実施の形態におけるマイクロレンズが３本の列を形成するように配列されたレンズアレイの物体面上のＬＥＤアレイのＬＥＤ素子とマイクロレンズの光軸との位置関係を物体面上に示した図である。なお、図において、（ａ）はすべてのＬＥＤ素子が２つのマイクロレンズの視野に含まれる条件を示す図、（ｂ）はすべてのＬＥＤ素子が８つ以上のマイクロレンズの視野に含まれる条件を示す図である。
【００６７】
図７（ａ）には、すべてのＬＥＤ素子３１が少なくとも２つのマイクロレンズ２２の視野に含まれる条件が示されている。少なくとも２つのマイクロレンズ２２によって各ＬＥＤ素子３１の結像が形成されるように設定することにより、すべてのＬＥＤ素子３１の結像をほぼ同じ形状に形成することができる。このとき、視野半径ＲＶはマイクロレンズ２２の配列方向の間隔ＰＹとマイクロレンズ２２の配列方向と垂直方向の間隔ＰＸとを用いて、次の式（８）で表される。
【００６８】
【数８】
また、ＬＥＤ素子３１が８つ以上のマイクロレンズ２２の視野に含まれ、結像が形成されるとき、物体が光軸から離れることによる結像の歪みの影響によって、解像度が著しく低下する。
【００６９】
図７（ｂ）には、ＬＥＤ素子３１が８つ以上のマイクロレンズ２２の視野に含まれる条件が示されている。このとき、視野半径ＲＶは、マイクロレンズ２２の配列方向の間隔ＰＹとマイクロレンズ２２の配列方向と垂直方向の間隔ＰＸとを用いて、次の式（９）で表される。
【００７０】
【数９】
前記式（２）、（８）及び（９）から、マイクロレンズ２２の焦点距離をＦ、レンズアレイ２０と該レンズアレイ２０の物体面との距離をＬＯ、マイクロレンズ２２の光軸と遮光部材２３の開口部の内壁との距離の最大値をＲＡとしたとき、レンズアレイ２０の解像度が向上する条件として、次の式（１０）が得られる。
【００７１】
【数１０】
次に、前記レンズアレイ２０を用いたプリンタ１０によって形成される画像の評価について説明する。
【００７２】
図８は本発明の第１の実施の形態における評価に使用した画像を示す図である。
【００７３】
なお、本発明の発明者は、前記プリンタ１０と同様の構成を有する実際のカラーＬＥＤプリンタを使用して、本実施の形態において説明したレンズアレイ２０を用いた場合の画像を評価した。該画像は、図８に示されるような画像であり、印字領域の全面に、全画素のうち１つおきにドットを形成したものである。このような画像を形成して、画像品質の良否を評価したところ、筋や濃淡斑（はん）のない良好な画像を得ることができた。
【００７４】
ところで、本実施の形態においては、レンズ板２１に複数のマイクロレンズ２２が一体に形成されている例について説明したが、各マイクロレンズ２２を個別に形成して所定の間隔で配列してもよい。
【００７５】
また、本実施の形態においては、マイクロレンズ２２が２本又は３本の直線状の列を形成するように配列されたレンズアレイ２０について説明したが、マイクロレンズ２２の配列はこれに限定されるものではなく、４本以上の列を形成するように配列してもよい。
【００７６】
さらに、本実施の形態においては、マイクロレンズ２２の面が回転対称高次非球面である例について説明したが、マイクロレンズ２２の面の形状はこれに限定されるものではなく、球面であってもよいし、アナモフィック非球面、放物面、楕（だ）円面、双曲面、コーニック面等の曲面であってもよい。
【００７７】
また、本実施の形態においては、レンズ板２１が金型成形によって成形されたものである例について説明したが、レンズ板２１の成形方法はこれに限定されるものではなく、樹脂を型に用いた型成形方法であってもよく、切削加工によって成形してもよい。さらに、レンズ板２１の材料が樹脂である例について説明したが、レンズ板２１の材料はガラスであってもよい。
【００７８】
また、本実施の形態においては、発光部材として複数のＬＥＤ素子３１を配列したＬＥＤアレイを用いた例について説明したが、発光部材はＬＥＤアレイに限定されるものではなく、例えば、有機ＥＬ（有機エレクトロルミネッセンス）であってもよいし、半導体レーザであってもよいし、蛍光灯、ハロゲンランプ等の発光部材に液晶素子で構成されたシャッタを併用したものを使用することもできる。
【００７９】
このように、本実施の形態においては、複数のマイクロレンズ２２を配列したレンズアレイ２０を使用しているので、複数のロッドレンズを配列したレンズアレイに対して、解像度を向上させることができる。
【００８０】
また、マイクロレンズ２２の配列の態様を規定することによって、さらに解像度を高くすることができる。
【００８１】
さらに、前記レンズアレイ２０を用いることによって、コントラストが高く露光量の十分なＬＥＤヘッド３０を得ることができ、プリンタ１０においては、印字データの通りに用紙１１上に像が形成され、用紙１１上の画像の筋、濃度斑等が形成されることがなく、画像品質を改善することができる。
【００８２】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによって、その説明を省略する。また、前記第１の実施の形態と同じ動作及び効果についても、その説明を省略する。
【００８３】
図９は本発明の第２の実施の形態におけるレンズアレイを示す図である。なお、図において、（ａ）はレンズアレイの平面図、（ｂ）は遮光部材の平面図、（ｃ）はレンズアレイの断面図であり（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【００８４】
本実施の形態におけるレンズアレイ２０においては、図に示されるように、各レンズ板２１に、複数のマイクロレンズ２２が図において上下方向に延在する１本の列を形成するように配列されている。そして、前記列におけるマイクロレンズ２２は、ピッチがＰとなるように、すなわち、隣接するマイクロレンズ２２同士の中心の間隔がＰとなるように配列されている。また、各マイクロレンズ２２は、同じ列における両側のマイクロレンズ２２とオーバーラップするように密に配列されている。
【００８５】
なお、各マイクロレンズ２２の平面形状は、両側のマイクロレンズ２２とオーバーラップする部分を除いて円形であり、その円の半径はＲＬである。そして、各マイクロレンズ２２が両側のマイクロレンズ２２とオーバーラップしているので、２ＲＬ＞Ｐの関係が成立する。なお、レンズ板２１の厚さは、図９（ｃ）に示されるように、マイクロレンズ２２の最厚部において、ＬＴである。
【００８６】
また、前記遮光部材２３は、図９（ｂ）において上下方向に延在する細長い帯状であって、厚さがＬＳである板部材であり、複数の開口部が図において上下方向に延在する１本の列を形成するように配列されている。そして、前記列における開口部は、ピッチがＰとなるように、すなわち、隣接する開口部同士の中心の間隔がＰとなるように配列されている。また、各開口部は、同じ列における両側の開口部とオーバーラップしないように配列されている。
【００８７】
なお、各開口部の平面形状は、略長方形であるが、長方形の短辺に該当する部分が円弧状に形成された小判型である。そして、向かい合う長辺間の距離の１／２、すなわち、開口部の中心から長辺までの距離はＲＹである。
【００８８】
そして、各開口部は、図９（ｃ）に示されるように、レンズ板２１と遮光部材２３とを重ねて配設したときに、各マイクロレンズ２２と対応する。つまり、各マイクロレンズ２２の光軸、すなわち、各マイクロレンズ２２の平面形状における円の中心を通り厚さ方向に延在する軸が、各開口部の平面形状における中心を通り厚さ方向に延在する軸と一致する。
【００８９】
本実施の形態におけるレンズアレイ２０の構成は、図３〜５に示されるような前記第１の実施の形態における遮光部材２３の開口部の大きさＲＡを、ＲＹに置き換えたものに相当する。
【００９０】
本実施の形態において、物体面側のマイクロレンズ２２と結像面側のマイクロレンズ２２とを同じ構成のレンズとすることができる。このとき、物体面側のマイクロレンズ２２の物体面側の曲面と結像面側のマイクロレンズ２２の結像面側の曲面とが同じ構成の曲面になるように、対向して配置される。
【００９１】
なお、その他の点の構成については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００９２】
次に、マイクロレンズ２２を１列の直線に配列した場合の、マイクロレンズ２２の配列と視野半径ＲＶとの関係について説明する。
【００９３】
図１０は本発明の第２の実施の形態におけるマイクロレンズが１本の列を形成するように配列されたレンズアレイの物体面上のＬＥＤアレイのＬＥＤ素子とマイクロレンズの光軸との位置関係を物体面上に示した図である。なお、図において、（ａ）はすべてのＬＥＤ素子が少なくとも１つのマイクロレンズの視野に含まれる条件を示す図、（ｂ）はすべてのＬＥＤ素子が２つのマイクロレンズの視野に含まれる条件を示す図、（ｃ）はすべてのＬＥＤ素子が８つのマイクロレンズの視野に含まれる条件を示す図である。
【００９４】
図１０（ａ）には、すべてのＬＥＤ素子３１が少なくとも１つのマイクロレンズ２２の視野に含まれ、すべてのＬＥＤ素子３１の結像が感光体ドラム４１に形成される視野半径ＲＶが最も小さい条件が示されている。つまり、レンズアレイ２０が動作するマイクロレンズ２２の視野半径ＲＶが最も小さい条件である。このとき、視野半径ＲＶは、マイクロレンズ２２の配列間隔Ｐを用いて、次の式（１１）で表される。
【００９５】
【数１１】
視野半径ＲＶ、マイクロレンズ２２の焦点距離Ｆ、レンズアレイ２０と該レンズアレイ２０の物体面との距離ＬＯ、及び、マイクロレンズ２２の配列方向におけるマイクロレンズ２２の光軸と遮光部材２３の開口部の内壁との距離ＲＹの関係は、前記第１の実施の形態における式（２）のＲＡをＲＹに置き換えたものと等しく、前記式（１１）から、レンズアレイ２０の動作条件として次の式（１２）が得られる。
【００９６】
【数１２】
ただし、１つのマイクロレンズ２２によって各ＬＥＤ素子３１の結像が形成されるとき、マイクロレンズ２２の光軸に近いＬＥＤ素子３１とマイクロレンズ２２の光軸から遠いＬＥＤ素子３１とで、それぞれの結像の形状が異なってしまう。そこで、少なくとも２つのマイクロレンズ２２によって各ＬＥＤ素子３１の結像が形成されるように設定することにより、すべてのＬＥＤ素子３１の結像をほぼ同じ形状に形成することができる。
【００９７】
図１０（ｂ）には、すべてのＬＥＤ素子３１が２つのマイクロレンズ２２の視野に含まれる条件が示されている。このとき、視野半径ＲＶは、マイクロレンズ２２の配列間隔Ｐを用いて、次の式（１３）で表される。
ＲＶ＝Ｐ ・・・式（１３）
一方、マイクロレンズ２２による結像は、物体が光軸から離れるほど歪みが大きくなる。マイクロレンズ２２の視野半径ＲＶを大きくすると、マイクロレンズ２２の視野端部の物体が光軸から離れることによる結像の歪みの影響が大きくなる。本実施の形態における検証によって、ＬＥＤ素子３１が８つ以上のマイクロレンズ２２の視野に含まれ、結像が形成されるとき、物体が光軸から離れることによる結像の歪みの影響によって、解像度が著しく低下することが判明した。
【００９８】
図１０（ｃ）には、すべてのＬＥＤ素子３１が８つのマイクロレンズ２２の視野に含まれる条件が示されている。このとき、視野半径ＲＶは、マイクロレンズ２２の配列間隔Ｐを用いて、次の式（１４）で表される。
【００９９】
【数１３】
前記式（２）、（１３）及び（１４）から、マイクロレンズ２２の焦点距離をＦ、レンズアレイ２０と該レンズアレイ２０の物体面との距離をＬＯ、マイクロレンズ２２の配列方向におけるマイクロレンズ２２の光軸と遮光部材２３の開口部の内壁との距離をＲＹとしたとき、レンズアレイ２０の解像度が向上する条件として、次の式（１５）が得られる。
【０１００】
【数１４】
なお、本発明の発明者は、前記第１の実施の形態で説明したようなプリンタ１０と同様の構成を有する実際のカラーＬＥＤプリンタを使用して、本実施の形態において説明したレンズアレイ２０を用いた場合の画像を評価した。該画像は、前記第１の実施の形態における図８に示されるような画像であり、印字領域の全面に、全画素のうち１つおきにドットを形成したものである。このような画像を形成して、画像品質の良否を評価したところ、筋や濃淡斑のない良好な画像を得ることができた。
【０１０１】
ところで、本実施の形態においては、マイクロレンズ２２が１本の直線状の列を形成するように配列されたレンズアレイ２０について説明したが、マイクロレンズ２２の配列はこれに限定されるものではなく、複数本の列を形成するように配列してもよい。
【０１０２】
このように、本実施の形態においては、レンズアレイ２０の構成を、前記第１の実施の形態におけるレンズアレイ２０より簡素化することができる。
【０１０３】
また、前記第１の実施の形態より簡素な構成のレンズアレイ２０によって、解像度を向上させることができる。
【０１０４】
さらに、前記レンズアレイ２０を用いることによって、コントラストが高く露光量の十分なＬＥＤヘッド３０を得ることができ、プリンタ１０においては、印字データの通りに用紙１１上に像が形成され、用紙１１上の画像の筋、濃度斑等が形成されることがなく、画像品質を改善することができる。
【０１０５】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１及び第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによって、その説明を省略する。また、前記第１及び第２の実施の形態と同じ動作及び効果についても、その説明を省略する。
【０１０６】
図１１は本発明の第３の実施の形態における読取装置の構造を示す図である。
【０１０７】
図において、１００は原稿を読み取り、原稿画像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。そして、該スキャナ１００は、内部に配設された可動式の読取ヘッド１１０を備える。該読取ヘッド１１０は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等のセンサ、レンズアレイ２０等の光学素子等を備え、原稿表面で反射した光線を取り込み電子データに変換する。なお、前記読取ヘッド１１０は、レール１０３に沿ってスライド可能に配設される。
【０１０８】
そして、電子データが生成される原稿は、原稿台１０２上に載置される。該原稿台１０２は可視光線を透過する材料から成る。
【０１０９】
また、１０１は、照明装置としてのランプであり、該ランプ１０１から照射された光が原稿表面で反射し、読取ヘッド１１０内に取り込まれるように配置される。
【０１１０】
さらに、１０５は駆動ベルトであり、複数の滑車１０４によって張架され、駆動ベルト１０５の一部は読取ヘッド１１０の一部に接続される。
【０１１１】
そして、１０６は駆動源としてのモータであり、駆動ベルト１０５を駆動し、読取ヘッド１１０をスライドさせる。
【０１１２】
次に、読取ヘッド１１０の構成について説明する。
【０１１３】
図１２は本発明の第３の実施の形態における読取ヘッドの構造を示す図である。なお、図において、（ａ）は読取ヘッドの断面図、（ｂ）は読取ヘッドの光学系概略図である。
【０１１４】
図１２（ａ）において、１１２は、原稿で反射された光線の光路を折り曲げるミラーである。そして、レンズアレイ２０は、原稿画像の結像をラインセンサ１１１の受光面に形成する。なお、前記ラインセンサ１１１は、直線状に配列された複数の受光素子を備え、原稿画像の結像を電気信号に変換する。
【０１１５】
ここで、前記ラインセンサ１１１は、６００〔ｄｐｉ〕の解像度を備え、前記受光素子が１インチ（１インチは約２５．４〔ｍｍ〕）当たり６００個配列されている。すなわち、受光素子は、０．０４２３〔ｍｍ〕間隔で配列されている。
【０１１６】
また、本実施の形態の読取ヘッド１１０におけるレンズアレイ２０と物体面（原稿）及び結像面（ラインセンサ１１１の受光面）との位置関係は、図１２（ｂ）に示されるようになっている。
【０１１７】
なお、本実施の形態におけるレンズアレイ２０の構成は、前記第１及び第２の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１１８】
次に、前記構成のスキャナ１００の動作について説明する。
【０１１９】
まず、図１１に示されるように、ランプ１０１が点灯し原稿表面を照射することによって、該原稿表面で反射した光線が読取ヘッド１１０内に取り込まれる。そして、モータ１０６によって駆動ベルト１０５が駆動されると、読取ヘッド１１０とランプ１０１とが図１１における横方向に移動し、読取ヘッド１１０は、原稿の全面から反射した光線を取り込むことができる。
【０１２０】
次に、前記構成の読取ヘッド１１０の動作について説明する。
【０１２１】
まず、図１２に示されるように、原稿表面で反射された光線は、原稿台１０２を透過し、ミラー１１２を用いて光路が折り曲げられ、レンズアレイ２０に入射する。該レンズアレイ２０によって、前記原稿画像の結像は、ラインセンサ１１１上に形成される。そして、該ラインセンサ１１１は、形成された原稿画像の結像を電気信号に変換する。
【０１２２】
なお、本発明の発明者が、本実施の形態で説明したようなスキャナ１００と同様の構成を有する実際のスキャナを使用して、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を得ることができた。この場合、前記原稿画像は、前記第１の実施の形態における図８に示されるような画像であり、印字領域の全面に、全画素のうち１つおきにドットを形成したものである。
【０１２３】
また、本実施の形態においては、原稿画像を電子データに変換する読取装置がスキャナ１００である例について説明したが、前記読取装置は、光学的信号を電気的信号に変換するセンサ又はスイッチ、及び、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。
【０１２４】
このように、本実施の形態においては、コントラストが高く、焦点深度が高く、十分な明るさの原稿画像の結像を形成することができる。また、原稿と同一の画像データを得ることができる。
【０１２５】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第１〜第３の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによって、その説明を省略する。また、前記第１〜第３の実施の形態と同じ動作及び効果についても、その説明を省略する。
【０１２６】
図１３は本発明の第４の実施の形態におけるマイクロレンズの詳細な構造を示す図である。なお、図において、（ａ）はマイクロレンズの平面図、（ｂ）はマイクロレンズの第１の断面図、（ｃ）はマイクロレンズの第２の断面図である。
【０１２７】
図１３（ａ）には、前記第１の実施の形態において説明したレンズアレイ２０における図３（ａ）に示されるように配列されたマイクロレンズ２２のうちで、互いにオーバーラップする２つのマイクロレンズ２２が示されている。ここでは、一方のマイクロレンズを２２ｉとし、他方のマイクロレンズを２２ｊとする。
【０１２８】
そして、ｉ及びｊは、それぞれ、マイクロレンズ２２ｉ及び２２ｊの曲面の頂点である。また、ｋは線分ｉｊを２等分する点であり、直線ｐｂは線分ｉｊと同一平面にある線分ｉｊの垂直２等分線である。ここで、マイクロレンズ２２ｉ及び２２ｊの光軸に平行で直線ｐｂを含む平面を平面ｆとする。また、マイクロレンズ２２ｉ及び２２ｊの光軸と線分ｉｊを含む平面を平面ｇとする。
【０１２９】
また、図１３（ｂ）には、前記平面ｆで切断したマイクロレンズ２２ｉ及び２２ｊの断面が示されている。ここで、マイクロレンズ２２ｉの曲面及びマイクロレンズ２２ｊの曲面の境界線上の任意の点をｎとし、点ｎより直線ｐｂに下ろした垂線と直線ｐｂの交点をｍとする。また、平面ｈは、マイクロレンズ２２ｉ及び２２ｊの光軸に垂直な平面である。
【０１３０】
さらに、図１３（ｃ）には、前記平面ｇで切断したマイクロレンズ２２ｉ及び２２ｊの断面が示されている。
【０１３１】
図１３（ａ）に示されるように、三角形ｉｋｍと三角形ｊｋｍとにおいて、線分ｋｍは共通であり、直線ｐｂは線分ｉｊの垂直２等分線であり、点ｋは線分ｉｊを２等分する点であるから、線分ｉｋと線分ｊｋとの長さは等しく、線分ｋｍと線分ｉｋとは互いに垂直であり、線分ｋｍとｊｋとは互いに垂直である。よって、三角形ｉｋｍ及び三角形ｊｋｍの３辺の長さは等しく、線分ｉｍと線分ｊｍとの長さは等しい。
【０１３２】
そして、線分ｉｍの長さをＲｉとし、線分ｊｍの長さをＲｊとすると、マイクロレンズ２２ｉにおけるマイクロレンズ２２ｊとの境界線上の点ｎと点ｍとの間の距離Ｄｉは、次の式（１６）で表すことができる。
【０１３３】
【数１５】
マイクロレンズ２２ｊにおけるマイクロレンズ２２ｉとの境界線上の点ｎと点ｍとの間の距離Ｄｊは、次の式（１７）で表すことができる。
【０１３４】
【数１６】
Ｒｉ＝Ｒｊより、Ｄｉ＝Ｄｊである。すなわち、２つのマイクロレンズ２２ｉ及び２２ｊの曲面の光軸方向の高さは境界線上で一致し、隣接してオーバーラップする２つのマイクロレンズ２２ｉ及び２２ｊの曲面の光軸方向の高さが、前記マイクロレンズ２２ｉ及び２２ｊの境界線上で一致する。隣接してオーバーラップするマイクロレンズ２２ｉ及び２２ｊの曲面は光軸方向の段差のない形状となっている。
【０１３５】
このように、マイクロレンズ２２を、光軸に垂直な平面（平面ｈ）と、光軸に平行で隣接する２つのマイクロレンズ２２の曲面の頂点を結ぶ直線の垂直２等分線（直線ｐｂ）を含む平面（平面ｆ）で切断される曲面とで構成することによって、隣接するマイクロレンズ２２同士の曲面の光軸方向の高さは、隣接するマイクロレンズ２２同士の境界線上で一致し、光軸方向の段差のない形状とすることができる。
【０１３６】
したがって、樹脂成形によって成形されるレンズアレイ２０を本実施の形態のように構成することにより、マイクロレンズ２２の光軸と平行方向の段差のない形状とすることができ、成形型内部の樹脂の流動性が向上し、成形プロセスにおいて、樹脂の内部応力の発生を抑制することができ、結果として、成形プロセスでの形状の転写性が向上し、マイクロレンズ２２の形状精度が向上する。
【０１３７】
そのため、本実施の形態におけるレンズアレイ２０は、隣接するマイクロレンズ２２同士の境界部分にマイクロレンズ２２の光軸と平行方向の段差がなく、隣接するマイクロレンズ２２同士の境界部分に入射した光線が乱反射することによる露光像の解像度低下を抑制することができる。
【０１３８】
なお、その他の点の構成及び動作については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【０１３９】
このように、本実施の形態においては、隣接するマイクロレンズ２２同士の境界部分にマイクロレンズ２２の光軸と平行方向に段差が生ずることのない構成にすることができ、隣接するマイクロレンズ２２同士の境界部分に入射した光線が乱反射することによる露光像の解像度低下を抑制することができる。
【０１４０】
また、樹脂成形によって成形されるレンズアレイ２０を本実施の形態のように構成することにより、マイクロレンズ２２の光軸と平行方向の段差のない構成とすることができ、成形型内部の樹脂の流動性が向上し、成形プロセスにおける樹脂の内部応力の発生を抑制することができ、結果として、形成プロセスでの形状の転写性が向上し、マイクロレンズ２２の形状精度が向上し、レンズアレイ２０の解像度を向上させることができる。
【０１４１】
さらに、本実施の形態におけるレンズアレイ２０を用いることによって、コントラストが高く露光量の十分なＬＥＤヘッド３０を構成することができる。さらに、本実施の形態のプリンタ１０においては、画像データの通りに用紙１１上へ像が形成され、用紙１１上の画像の筋、濃度斑等が形成されることがなく画像品質を改善することができる。
【０１４２】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤヘッドの概略断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイをマイクロレンズの配列方向に水平で光軸を含む平面で切断した第１の断面図であり、図面の左右方向はマイクロレンズの配列と平行な方向を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイをマイクロレンズの配列方向に水平で光軸を含む平面で切断した第２の断面図であり、図面の左右方向はマイクロレンズの配列と平行な方向を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態におけるマイクロレンズが２本の列を形成するように配列されたレンズアレイの物体面上のＬＥＤアレイのＬＥＤ素子とマイクロレンズの光軸との位置関係を物体面上に示した図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態におけるマイクロレンズが３本の列を形成するように配列されたレンズアレイの物体面上のＬＥＤアレイのＬＥＤ素子とマイクロレンズの光軸との位置関係を物体面上に示した図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における評価に使用した画像を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態におけるレンズアレイを示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態におけるマイクロレンズが１本の列を形成するように配列されたレンズアレイの物体面上のＬＥＤアレイのＬＥＤ素子とマイクロレンズの光軸との位置関係を物体面上に示した図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態における読取装置の構造を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態における読取ヘッドの構造を示す図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態におけるマイクロレンズの詳細な構造を示す図である。
【符号の説明】
【０１４４】
１０ プリンタ
２０ レンズアレイ
２１ レンズ板
２２、２２ｉ、２２ｊ マイクロレンズ
２２−１ 第１のマイクロレンズ
２２−２ 第２のマイクロレンズ
２３ 遮光部材
３０ ＬＥＤヘッド
１００ スキャナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）複数のレンズが配列されたレンズ集合部材と、複数の絞りが配列された遮光部材とを有するレンズアレイであって、
（ｂ）前記レンズ集合部材は、複数であって、それぞれが備える複数のレンズの各々の光軸が互いに一致するように配設され、
（ｃ）前記遮光部材は、前記複数のレンズの各々の光軸が各絞りを通過するように配設され、
（ｄ）各レンズ集合部材におけるレンズは、前記光軸に対して垂直な方向に延在する複数本の列を形成するように配列され、
（ｅ）前記列内におけるレンズのピッチをＰＹとし、前記列のピッチをＰＸとし、前記レンズの焦点距離をＦとし、前記レンズの物体面とレンズとの距離をＬＯとし、前記光軸と前記絞りの内壁との距離の最大値をＲＡとしたときに、
【数１】
であることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項２】
各レンズ集合部材におけるレンズは、２本の列を形成するように配列され、
【数２】
である請求項１に記載のレンズアレイ。
【請求項３】
各レンズ集合部材におけるレンズは、３本の列を形成するように配列され、
【数３】
である請求項１に記載のレンズアレイ。
【請求項４】
隣接する列内におけるレンズ同士であって、互いに隣接するレンズ同士の光軸間の距離をＰＮとし、各レンズにおける光軸から外周部までの距離の最大値をＲＬとしたときに、
ＰＮ＜２ＲＬ
である請求項１〜３のいずれか１項に記載のレンズアレイ。
【請求項５】
（ａ）複数のレンズが配列されたレンズ集合部材と、複数の絞りが配列された遮光部材とを有するレンズアレイであって、
（ｂ）前記レンズ集合部材は、複数であって、それぞれが備える複数のレンズの各々の光軸が互いに一致するように配設され、
（ｃ）前記遮光部材は、前記複数のレンズの各々の光軸が各絞りを通過するように配設され、
（ｄ）各レンズ集合部材におけるレンズは、前記光軸に対して垂直な方向に延在する少なくとも１本の列を形成するように配列され、
（ｅ）前記列内におけるレンズのピッチをＰとし、前記レンズの焦点距離をＦとし、前記レンズの物体面とレンズとの距離をＬＯとし、前記光軸と前記絞りの内壁との距離をＲＹとしたときに、
【数４】
であることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項６】
各レンズ集合部材におけるレンズは、１本の列を形成するように配列され、
【数５】
である請求項５に記載のレンズアレイ。
【請求項７】
各レンズにおける光軸から外周部までの距離の最大値をＲＬとしたとき、
Ｐ＜２ＲＬ
である請求項５又は６に記載のレンズアレイ。
【請求項８】
前記レンズの結像面と物体面との中間の面に関して対称であって、前記レンズは前記中間の面に前記物体面の像を形成する請求項１〜７のいずれか１項に記載のレンズアレイ。
【請求項９】
前記レンズ集合部材は２つであり、一方のレンズ集合部材の面と他方のレンズ集合部材の面との距離をＬＳとしたとき、各レンズ集合部材のレンズは、光軸方向にＬＳ／２離れた面に前記物体面の像を形成する請求項８に記載のレンズアレイ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のレンズアレイを有することを特徴とするＬＥＤヘッド。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のレンズアレイを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のレンズアレイを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１３】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のレンズアレイを有することを特徴とする読取装置。
【請求項１４】
（ａ）少なくとも２本の列を形成するように配列された複数のレンズを有し、
（ｂ）互いに隣接するレンズ同士の光軸間の距離をＰＮとし、各レンズにおける光軸から外周部までの距離の最大値をＲＬとしたときに、
ＰＮ＜２ＲＬ
であり、
（ｃ）互いに隣接するレンズ同士の曲面の光軸方向の高さが、互いに隣接するレンズ同士の境界線上で一致することを特徴とするレンズアレイ。
【請求項１５】
前記レンズは、前記光軸に垂直な平面と、前記光軸に平行であって互いに隣接するレンズ同士の曲面の頂点を結ぶ直線の垂直２等分線を含む平面とによって切断される曲面を備える請求項１４に記載のレンズアレイ。
【請求項１６】
前記レンズが配列された複数のレンズ集合部材と、複数の絞りが配列された遮光部材とを有し、
前記レンズ集合部材は、それぞれが備えるレンズの各々の光軸が互いに一致するように配設され、
前記遮光部材は、前記レンズの各々の光軸が各絞りを通過するように配設される請求項１４又は１５に記載のレンズアレイ。
【請求項１７】
前記レンズは倒立縮小像を形成し、前記レンズ集合部材は正立等倍像を形成する請求項１６に記載のレンズアレイ。
【請求項１８】
前記レンズの曲面が回転対称面である請求項１４〜１７のいずれか１項に記載のレンズアレイ。
【請求項１９】
前記複数のレンズが一体に形成されている請求項１４〜１８のいずれか１項に記載のレンズアレイ。
【請求項２０】
前記レンズが樹脂成形によって形成されている請求項１４〜１９のいずれか１項に記載のレンズアレイ。
【請求項２１】
請求項１４〜２０のいずれか１項に記載のレンズアレイを有することを特徴とする露光装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の露光装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２３】
請求項１４〜２０のいずれか１項に記載のレンズアレイを有することを特徴とする読取装置。
【請求項１】
（ａ）複数のレンズが配列されたレンズ集合部材と、複数の絞りが配列された遮光部材とを有するレンズアレイであって、
（ｂ）前記レンズ集合部材は、複数であって、それぞれが備える複数のレンズの各々の光軸が互いに一致するように配設され、
（ｃ）前記遮光部材は、前記複数のレンズの各々の光軸が各絞りを通過するように配設され、
（ｄ）各レンズ集合部材におけるレンズは、前記光軸に対して垂直な方向に延在する複数本の列を形成するように配列され、
（ｅ）前記列内におけるレンズのピッチをＰＹとし、前記列のピッチをＰＸとし、前記レンズの焦点距離をＦとし、前記レンズの物体面とレンズとの距離をＬＯとし、前記光軸と前記絞りの内壁との距離の最大値をＲＡとしたときに、
【数１】
であることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項２】
各レンズ集合部材におけるレンズは、２本の列を形成するように配列され、
【数２】
である請求項１に記載のレンズアレイ。
【請求項３】
各レンズ集合部材におけるレンズは、３本の列を形成するように配列され、
【数３】
である請求項１に記載のレンズアレイ。
【請求項４】
隣接する列内におけるレンズ同士であって、互いに隣接するレンズ同士の光軸間の距離をＰＮとし、各レンズにおける光軸から外周部までの距離の最大値をＲＬとしたときに、
ＰＮ＜２ＲＬ
である請求項１〜３のいずれか１項に記載のレンズアレイ。
【請求項５】
（ａ）複数のレンズが配列されたレンズ集合部材と、複数の絞りが配列された遮光部材とを有するレンズアレイであって、
（ｂ）前記レンズ集合部材は、複数であって、それぞれが備える複数のレンズの各々の光軸が互いに一致するように配設され、
（ｃ）前記遮光部材は、前記複数のレンズの各々の光軸が各絞りを通過するように配設され、
（ｄ）各レンズ集合部材におけるレンズは、前記光軸に対して垂直な方向に延在する少なくとも１本の列を形成するように配列され、
（ｅ）前記列内におけるレンズのピッチをＰとし、前記レンズの焦点距離をＦとし、前記レンズの物体面とレンズとの距離をＬＯとし、前記光軸と前記絞りの内壁との距離をＲＹとしたときに、
【数４】
であることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項６】
各レンズ集合部材におけるレンズは、１本の列を形成するように配列され、
【数５】
である請求項５に記載のレンズアレイ。
【請求項７】
各レンズにおける光軸から外周部までの距離の最大値をＲＬとしたとき、
Ｐ＜２ＲＬ
である請求項５又は６に記載のレンズアレイ。
【請求項８】
前記レンズの結像面と物体面との中間の面に関して対称であって、前記レンズは前記中間の面に前記物体面の像を形成する請求項１〜７のいずれか１項に記載のレンズアレイ。
【請求項９】
前記レンズ集合部材は２つであり、一方のレンズ集合部材の面と他方のレンズ集合部材の面との距離をＬＳとしたとき、各レンズ集合部材のレンズは、光軸方向にＬＳ／２離れた面に前記物体面の像を形成する請求項８に記載のレンズアレイ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のレンズアレイを有することを特徴とするＬＥＤヘッド。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のレンズアレイを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のレンズアレイを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１３】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のレンズアレイを有することを特徴とする読取装置。
【請求項１４】
（ａ）少なくとも２本の列を形成するように配列された複数のレンズを有し、
（ｂ）互いに隣接するレンズ同士の光軸間の距離をＰＮとし、各レンズにおける光軸から外周部までの距離の最大値をＲＬとしたときに、
ＰＮ＜２ＲＬ
であり、
（ｃ）互いに隣接するレンズ同士の曲面の光軸方向の高さが、互いに隣接するレンズ同士の境界線上で一致することを特徴とするレンズアレイ。
【請求項１５】
前記レンズは、前記光軸に垂直な平面と、前記光軸に平行であって互いに隣接するレンズ同士の曲面の頂点を結ぶ直線の垂直２等分線を含む平面とによって切断される曲面を備える請求項１４に記載のレンズアレイ。
【請求項１６】
前記レンズが配列された複数のレンズ集合部材と、複数の絞りが配列された遮光部材とを有し、
前記レンズ集合部材は、それぞれが備えるレンズの各々の光軸が互いに一致するように配設され、
前記遮光部材は、前記レンズの各々の光軸が各絞りを通過するように配設される請求項１４又は１５に記載のレンズアレイ。
【請求項１７】
前記レンズは倒立縮小像を形成し、前記レンズ集合部材は正立等倍像を形成する請求項１６に記載のレンズアレイ。
【請求項１８】
前記レンズの曲面が回転対称面である請求項１４〜１７のいずれか１項に記載のレンズアレイ。
【請求項１９】
前記複数のレンズが一体に形成されている請求項１４〜１８のいずれか１項に記載のレンズアレイ。
【請求項２０】
前記レンズが樹脂成形によって形成されている請求項１４〜１９のいずれか１項に記載のレンズアレイ。
【請求項２１】
請求項１４〜２０のいずれか１項に記載のレンズアレイを有することを特徴とする露光装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の露光装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２３】
請求項１４〜２０のいずれか１項に記載のレンズアレイを有することを特徴とする読取装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−２２３１８６（Ｐ２００９−２２３１８６Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６９７７７（Ｐ２００８−６９７７７）
【出願日】平成２０年３月１８日（２００８．３．１８）
【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２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１８日（２００８．３．１８）
【出願人】（５９１０４４１６４）株式会社沖データ (2,444)
【Ｆターム（参考）】
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