結像光学素子、結像光学素子の製造方法、光学機器
【課題】結像光学素子の外形のばらつきを補完し、高い精度で画像形成を行うことが可能な結像光学素子を提供する。
【解決手段】本発明の結像光学素子は、複数のロッドレンズを互いの光軸が平行となるように配列してなるレンズアレイ２２と、透光性のスペーサー部材２５と、を有し、スペーサー部材２５のレンズアレイ２２と対向する面に溝２５Ｈが形成され、溝２５Ｈに設けられた接着剤４０によってレンズアレイ２２が溝２５Ｈ内に嵌め込まれていると共に、レンズアレイ２２とスペーサー部材２５とを透過した光が発光部Ｅ及び受光部７０の双方に結像するように、溝２５Ｈ内におけるレンズアレイ２２の光軸方向の位置が調節されている。
【解決手段】本発明の結像光学素子は、複数のロッドレンズを互いの光軸が平行となるように配列してなるレンズアレイ２２と、透光性のスペーサー部材２５と、を有し、スペーサー部材２５のレンズアレイ２２と対向する面に溝２５Ｈが形成され、溝２５Ｈに設けられた接着剤４０によってレンズアレイ２２が溝２５Ｈ内に嵌め込まれていると共に、レンズアレイ２２とスペーサー部材２５とを透過した光が発光部Ｅ及び受光部７０の双方に結像するように、溝２５Ｈ内におけるレンズアレイ２２の光軸方向の位置が調節されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンター、スキャナー、複写機、ファクシミリ等の光学機器の画像伝送部に用いられる結像光学素子とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリンター、スキャナー、複写機、ファクシミリ等の光学機器では、発光部からの光を受光部に効率的に伝送するために、発光部と受光部との間に結像光学素子を設けることが行われている（例えば、特許文献１〜４参照）。結像光学素子としては、ファイバー状に形成した複数のロッドレンズを、その両端面が露出するようにして樹脂で一体化したものが用いられており、日本板硝子株式会社から入手可能なセルフォックレンズアレイ（ＳＬＡ、「セルフォック」は日本板硝子株式会社の登録商標）等が代表例として知られている。
【０００３】
結像光学素子は、レンズアレイを単独で用いる場合もあるが、レンズアレイを「スペーサー部材」と呼ばれる透光性の板状部材に固定して用いる場合もある。この場合、発光部と受光部との間に空気層のみが介在する場合に比べて、光の利用効率を高めることができる。スペーサー部材を用いた構成は、ＬＥＤに比べて発光輝度の小さい有機ＥＬ素子を発光部に用いる場合に、特に有効である。
【０００４】
結像光学素子は、ロッドレンズの長さやスペーサー部材の厚みに応じた共役長ＴＣ（Total Conjugate Length）を有している。発光部からの光をピントの合った状態で受光部に結像させるには、発光部から受光部までの距離を結像光学素子の共役長と一致させれば良い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２５９０００３号
【特許文献２】特許第２８５４５００号
【特許文献３】特開２００７−２７６３３３号公報
【特許文献４】特開２００６−２１２８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のレンズアレイは、複数のロッドレンズを互いの光軸が平行となるように配列し、ロッドレンズ同士の隙間にシリコーン樹脂等の樹脂を充填して形成される。樹脂で一体化された複数のロッドレンズは、適当な長さに切断された後、その両端面を研磨される。しかし、ロッドレンズは樹脂に比べて硬度が大きいため、両端面を研磨したときに、ロッドレンズの周囲の樹脂が撓み、樹脂の内側までロッドレンズが深く研磨されることがある。そのため、ロッドレンズの長さにばらつきが生じやすく、必ずしも設計どおりに画像を結像させることができなかった。
【０００７】
そこで、現状では、ロッドレンズの長さ（設計値）とレンズアレイの厚みを何水準か用意し、それらの組み合わせによって所望の共役長を実現している。しかし、この方法では、作業性が悪くなり、また、事前に多数の在庫を準備する必要があるため、コスト高になるという問題がある。また、レンズアレイをスペーサー部材に接着する場合、研磨された面は必ずしもロッドレンズの光軸に対して垂直にならないため、レンズアレイが接着面に対して傾いて配置され、受光部上で結像位置にずれが生じ易いという問題があり、高い精度を要求される光学機器では使用することが難しかった。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、結像光学素子の外形のばらつきを補完し、高い精度で画像形成を行うことが可能な結像光学素子、結像光学素子の製造方法、及び、光学機器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】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明の結像光学素子は、複数のロッドレンズを互いの光軸が平行となるように配列してなるレンズアレイと、透光性のスペーサー部材と、を有し、発光部から出射した光を前記レンズアレイと前記スペーサー部材とを透過させて受光部に結像させる結像光学素子であって、前記スペーサー部材の前記レンズアレイと対向する面に溝が形成され、前記溝に設けられた接着剤によって前記レンズアレイが前記溝内に嵌め込まれていると共に、前記レンズアレイと前記スペーサー部材とを透過した光が前記発光部及び前記受光部の双方に結像するように、前記溝内における前記レンズアレイの光軸方向の位置が調節されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、レンズアレイがスペーサー部材の溝に嵌め込まれるため、レンズアレイをスペーサー部材の所定の位置に精度よく且つ強固に設置することができる。また、レンズアレイがスペーサー部材の接着面に対して傾いて配置されることがないので、受光部上での結像位置のずれが生じにくくなり、高い精度で画像形成を行うことができる。また、レンズアレイの光軸方向の位置を溝内で調節しているので、レンズアレイの外形にばらつきが生じても、確実に画像を結像させることができる。
【００１１】
本発明においては、前記溝の少なくとも一方の端部が前記スペーサー部材の端面まで形成されていることが望ましい。
この構成によれば、溝内でレンズアレイの光軸方向を調節する際に溝から溢れた接着剤をスペーサー部材の端面からスムーズに排出することができる。そのため、レンズアレイの位置調節を容易にすることができ、さらに、溢れた接着剤がレンズアレイ自身にかかることがないので、信頼性の高い結像光学素子を提供することができる。
【００１２】
本発明においては、前記溝の深さは、前記レンズアレイの光軸方向の高さの半分以上であることが望ましい。
この構成によれば、レンズアレイを溝内に強固に保持することができ、レンズアレイの倒れも確実に防止することができる。
【００１３】
本発明の結像光学素子の製造方法は、複数のロッドレンズを互いの光軸が平行となるように配列してなるレンズアレイと、透光性のスペーサー部材と、を有し、発光部から出射した光を前記レンズアレイと前記スペーサー部材とを透過させて受光部に結像させる結像光学素子の製造方法であって、前記スペーサー部材の前記レンズアレイと対向する面に溝を形成し、前記溝に接着剤を塗布して前記レンズアレイを前記溝に嵌め込む工程と、前記レンズアレイの共役長に対応した距離で離間された位置調整用の光源と位置調整用の受光器とを有する組立機を用い、前記光源と前記受光器との間に前記レンズアレイと前記スペーサー部材とを配置し、前記光源から出射した光が前記レンズアレイと前記スペーサー部材とを透過し前記受光器で結像するように、前記溝内における前記レンズアレイの光軸方向の位置を調節する工程と、前記接着剤を硬化して前記レンズアレイを前記溝内に固定する工程と、を有することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、レンズアレイがスペーサー部材の溝に嵌め込まれるため、レンズアレイをスペーサー部材の所定の位置に精度よく且つ強固に設置することができる。また、レンズアレイがスペーサー部材の接着面に対して傾いて配置されることがないので、受光部上での結像位置のずれが生じにくくなり、高い精度で画像形成を行うことができる。また、レンズアレイの光軸方向の位置を溝内で調節しているので、レンズアレイの外形にばらつきが生じても、確実に画像を結像させることができる。
【００１５】
本発明においては、前記溝の少なくとも一方の端部を前記スペーサー部材の端面まで形成し、前記溝から溢れた前記接着剤を前記スペーサー部材の端面から排出しつつ、前記溝内における前記レンズアレイの光軸方向の位置を調節することが望ましい。
この構成によれば、溝内でレンズアレイの光軸方向を調節する際に溝から溢れた接着剤をスペーサー部材の端面からスムーズに排出することができる。そのため、レンズアレイの位置調節を容易にすることができ、さらに、溢れた接着剤によってレンズアレイの光出射面が覆われてしまうといった問題を防止することができる。
【００１６】
本発明においては、前記光源から出射する光の波長は、前記発光部から出射する光の波長と同じであることが望ましい。
この構成によれば、実機においても組立機と同様に、確実に画像を結像させることができる。
【００１７】
本発明の光学機器は、前述した本発明の結像光学素子を備えていることを特徴とする。
この構成によれば、結像光学素子の外形のばらつきを補完し、高い精度で画像形成を行うことが可能な光学機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】光学機器の一例であるラインプリンターの斜視図である。
【図２】図１におけるII−II線からみた断面図である。
【図３】感光体ドラムおよびプリンターヘッドの正面図である。
【図４】集束性レンズアレイの斜視図である。
【図５】結像光学素子の製造方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参酌して、本発明の実施の形態を説明する。以下の説明では、鉛直方向をＺ方向とするＸＹＺ座標系を用いて各部材の配置や構成を説明する。なお、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。
【００２０】
図１は、本発明の光学機器の一例であるラインプリンター１の概略斜視図である。ラインプリンター１は、感光体ドラム７０とプリンターヘッド８０とを備えている。感光体ドラム７０は、ラインプリンター１の筐体（フレーム）における特定の部位（以下「設置面」という）に対して所定の間隔をあけた位置に配置されている。プリンターヘッド８０は、設置面に配置されて感光体ドラム７０と設置面との間隙に位置する。
【００２１】
プリンターヘッド８０は、発光パネル１０と、発光パネル１０から出射された光を感光体ドラム７０上に結像させる結像光学素子２０とを備えている。結像光学素子２０は、集束性レンズアレイ２２と透光性のスペーサー部材２５とを備えている。集束性レンズアレイ２２は発光パネル１０と感光体ドラム７０との間隙に配置され、発光パネル１０側の面を光入射面、感光体ドラム７０側の面を光出射面とされている。スペーサー部材２５は発光パネル１０と集束性レンズアレイ２２との間隙に配置され、両者と透光性の接着剤によって接着されている。
【００２２】
プリンターヘッド８０は、支持体３０上に固定されている。支持体３０の発光パネル１０が設置された面の周縁部には、Ｚ方向に突出する２本の突起部３７が設置される。各突起部３７は、各発光素子Ｅ（図２参照）の配列に沿った直線Ｌ（Ｘ方向に平行な直線）上であって、Ｘ方向に沿って発光パネル１０を挟む位置に配置されている。各突起部３７の先端には軸受６１が固定されており、感光体ドラム７０の両端面から突出する軸部６３は、各軸受６１に支持されている。これにより、感光体ドラム７０は、集束性レンズアレイ２２の光出射面に対向した姿勢を維持したまま回転軸Ｒを中心として回転可能となっている。
【００２３】
図２は、図１におけるII−II線からみた断面図であり、図３は、感光体ドラム７０およびプリンターヘッド８０の正面図である。発光パネル１０は、Ｘ方向を長手方向とする帯状の素子基板１２に多数の発光素子（発光部）Ｅを配列形成したものである。発光素子Ｅは、例えば有機ＥＬ素子であり、透光性を有する素子基板１２の集束性レンズアレイ２２とは反対側の面にＸ方向に沿って多数配列されている。素子基板１２の一つの長辺には、発光素子Ｅを駆動するＩＣチップ１５が実装されている。ＩＣチップ１５は、支持体３０に形成された凹部３０Ｈに嵌め込まれており、支持体３０と干渉しないようになっている。
【００２４】
スペーサー部材２５は、ガラスやプラスチック等の透光性の板状部材によって形成されている。スペーサー部材２５は、Ｚ方向からみて複数の発光素子Ｅと重なり合うように寸法および形状が選定されている。スペーサー部材２５は、素子基板１２のうち発光素子Ｅが形成された側とは反対側の面と集束性レンズアレイ２２の光入射面との間に介在して両者に接触する。したがって、各発光素子Ｅと集束性レンズアレイ２２の光入射面との距離はスペーサー部材２５の厚さに応じて定まる。すなわちスペーサー部材２５は両者の間隔を規定するギャップ材として機能する。
【００２５】
スペーサー部材２５の集束性レンズアレイ２２が配置される面には、Ｚ方向から見て複数の発光素子Ｅと重なる位置に、Ｘ方向に延在する溝２５Ｈが形成されている。溝２５ＨのＹ方向の幅は、集束性レンズアレイ２２のＹ方向の幅と略一致しており、集束性レンズアレイ２２は溝２５Ｈに嵌め込まれた状態で接着剤４０によって固定されている。溝２５Ｈ内における集束性レンズアレイ２２のＺ方向（光軸方向）の位置は、集束性レンズアレイ２２とスペーサー部材２５とを透過した光が発光素子Ｅ及び感光体ドラム７０の受光部の双方に結像するような位置に調節されている。なお、この調節方法は、図５を用いて後述する。
【００２６】
溝２５ＨのＸ方向両端部は、スペーサー部材２５の端面まで達している。集束性レンズアレイ２２とスペーサー部材２５との間に介在する接着剤４０は、集束性レンズアレイ２２のＺ方向の位置を調節する過程で溝２５Ｈに沿って移動し、スペーサー部材２５の端面において排出可能となっている。溝２５Ｈが形成された部分のスペーサー部材２５のＺ方向の厚みは、集束性レンズアレイ２２の作動距離とスペーサー部材２５の屈折率とに応じて選定される。溝２５ＨのＺ方向の深さは、例えば、集束性レンズアレイ２２の半分以上とされるが、集束性レンズアレイ２２を溝２５Ｈ内に高精度且つ強固に設置することができるものであれば、これに限定されない。
【００２７】
図４は、集束性レンズアレイ２２の概略斜視図である。集束性レンズアレイ２２は、Ｚ方向（素子基板１２の法線方向）を光軸方向とする多数の屈折率分布型のロッドレンズ２３をＸ方向にアレイ状に配列したものである。ロッドレンズ２３としては、例えば、日本板硝子株式会社製のセルフォック（登録商標）レンズが好適に用いられる。このロッドレンズ２３は、直径０．２８ｍｍ程度のファイバー状に形成され、Ｘ方向に沿って千鳥状に配置されている。各ロッドレンズ２３の隙間には黒色のシリコーン樹脂２４が充填され、さらに、その周囲にはフレーム２６が配置され、各部材が一体化されている。
【００２８】
図２及び図３において、各発光素子Ｅ（発光部）から出射した光は素子基板１２とスペーサー部材２５とを透過して集束性レンズアレイ２２に入射する。集束性レンズアレイ２２に入射した光はロッドレンズによって集光されたうえで感光体ドラム７０の表面（受光部）に到達する。これによって感光体ドラム７０の表面には、発光パネル１０上の像に対応した正立像が結像され、感光体ドラム７０の表面に静電潜像を形成する。
【００２９】
この際、発光パネル１０と集束性レンズアレイ２２との間隙にはスペーサー部材２５が介在するので、発光パネル１０と集束性レンズアレイ２２との間隙に空気のみが介在する構成と比較して、集束性レンズアレイ２２に向かう各発光素子Ｅからの光束が狭まる。したがって、発光パネル１０から出射した光のうち集束性レンズアレイ２２に入射する光量の割合（光の利用効率）を増加させることができる。
【００３０】
図５は、スペーサー部材２５と集束性レンズアレイ２２とを組み立てて結像光学素子２０を製造する方法の説明図である。両者を組み立てる組立機９０には、赤外光を出射する光源（発光部）９１と、光源９１から出射した光を検出する受光器（受光部）９２とが設けられている。図示は省略したが、スペーサー部材２５と光源９１との間には、ガラス等で形成された透光性の離間部材が配置され、スペーサー部材２５と光源９１とを離間している。
【００３１】
離間部材のＺ方向の厚みや屈折率は、素子基板１２のＺ方向の厚みや屈折率と等しくなっている。光源９１と受光器９２との間隔も、発光パネル１０の発光素子Ｅ（発光部）と感光体ドラム７０（受光部）との間隔と等しくなっている。
【００３２】
光源９１としては、点光源が用いられる。光源９１の大きさは、発光素子Ｅの大きさと異なっていても良いが、あまり大きすぎると、ロッドレンズ２３の呑み込みが悪くなるので、望ましくない。例えば、発光素子ＥのＸＹ平面内の面積を２７μｍとした場合、光源９１のＸＹ平面内の面積は、２７μｍ〜５ｍｍ程度が望ましい。光源９１の発光波長は特に限定されないが、発光素子Ｅの発光波長と同じであることが望ましい。例えば、発光素子Ｅの発光波長として赤色〜赤外の波長領域を用いる場合、光源９１の発光波長は赤色〜赤外の波長領域が望ましい。
【００３３】
受光器９２としては、例えば、ＣＣＤカメラが用いられるが、これに限定されない。光源９１から出射した光を高感度に検出できるものであれば、フォトダイオード等の他の受光器を用いることも可能である。
【００３４】
スペーサー部材２５と集束性レンズアレイ２２とを組み立てる場合には、まず、光源９１の上部に配置した前記離間部材の上にスペーサー部材２５を設置し、溝２５Ｈに接着剤４０を塗布した後、集束性レンズアレイ２２を溝２５Ｈに嵌め込む。そして、集束性レンズアレイ２２を把持し、光源９１から出射した光が受光器９２で結像するように、溝２５Ｈ内における集束性レンズアレイ２２のＺ方向の位置を調節する。
【００３５】
スペーサー部材２５のＺ方向の厚みＬは、集束性レンズアレイ２２（ロッドレンズ２３の長さの設計値はＺ０）において想定される作動距離よりも大きく、共役長ＴＣ（Total Conjugate Length）よりも小さい厚みに設定される。スペーサー部材２５の表面には、集束性レンズアレイ２２の高さＺ０よりも浅い溝２５Ｈを形成し、そこに接着剤４０として、例えば紫外線硬化型接着剤４０を塗布し、集束性レンズアレイ２２を嵌め込む。
【００３６】
そして、光源９１から赤外光を照射し、集束性レンズアレイ２２に向けて照射し、スペーサー部材２５と集束性レンズアレイ２２とを透過した赤外光を受光器９２上に結像させる。このとき、接着剤４０は、紫外線硬化型の接着剤を用いるため、光源９１から出射される赤外光によって硬化しない。そのため、集束性レンズアレイ２２の位置を調節している間は、粘性の低い状態が維持され、スムーズに位置調節を行うことができる。
【００３７】
集束性レンズアレイ２２の位置をＺ方向に移動させると、それに追随して接着剤４０が溝２５Ｈ内を流動する。余分な接着剤４０は、溝２５Ｈを伝わってスペーサー部材２５の端面に達し、外部に排出される。集束性レンズアレイ２２は、例えば、受光器９２で検出される光が最も強くなる位置に配置すれば良い。
【００３８】
調節が終了したら、光源９１の位置に紫外線を照射する別の光源を設置し、接着剤４０に紫外線を照射してこれを硬化する。これにより、集束性レンズアレイ２２はＺ方向の位置を適切に調節された状態でスペーサー部材２５上に固定される。
【００３９】
以上により結像光学素子２０が完成したら、結像光学素子２０を図１の発光パネル１０上に接着し、プリンターヘッド８０を作製する。そして、このプリンターヘッド８０を支持体３０上に固定し、ラインプリンター１が完成する。
【００４０】
以上のように、本実施形態のラインプリンター１では、集束性レンズアレイ２２がスペーサー部材２５の溝２５Ｈに嵌め込まれるため、集束性レンズアレイ２２をスペーサー部材２５の所定の位置に高精度且つ強固に設置することができる。また、集束性レンズアレイ２２がスペーサー部材２５の接着面に対して傾いて配置されることがないので、感光体ドラム７０上での結像位置のずれが生じにくくなり、高い精度で画像形成を行うことができる。また、集束性レンズアレイ２２のＺ方向の位置を溝２５Ｈ内で調節しているので、集束性レンズアレイ２２の外形にばらつきが生じても、確実に画像を結像させることができる。
【００４１】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４２】
また、本発明の結像光学素子の用途は像担持体である感光体ドラムの露光に限定されない。例えば、原稿などの読取対象に光を照射するライン型の光ヘッド（照明装置）として画像読取装置に本発明の結像光学素子を採用することができる。この種の画像読取装置としては、スキャナー、複写機やファクシミリの読取部分、バーコードリーダー、あるいはＱＲコード（登録商標）のような二次元画像コードを読む二次元画像コードリーダーがある。
【符号の説明】
【００４３】
１…ラインプリンター（光学機器）、２０…結像光学素子、２２…集束性レンズアレイ、２３…ロッドレンズ、２５…スペーサー部材、２５Ｈ…溝、４０…接着剤、７０…感光体ドラム（受光部）、９１…光源、９２…受光器、Ｅ…発光素子（発光部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンター、スキャナー、複写機、ファクシミリ等の光学機器の画像伝送部に用いられる結像光学素子とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリンター、スキャナー、複写機、ファクシミリ等の光学機器では、発光部からの光を受光部に効率的に伝送するために、発光部と受光部との間に結像光学素子を設けることが行われている（例えば、特許文献１〜４参照）。結像光学素子としては、ファイバー状に形成した複数のロッドレンズを、その両端面が露出するようにして樹脂で一体化したものが用いられており、日本板硝子株式会社から入手可能なセルフォックレンズアレイ（ＳＬＡ、「セルフォック」は日本板硝子株式会社の登録商標）等が代表例として知られている。
【０００３】
結像光学素子は、レンズアレイを単独で用いる場合もあるが、レンズアレイを「スペーサー部材」と呼ばれる透光性の板状部材に固定して用いる場合もある。この場合、発光部と受光部との間に空気層のみが介在する場合に比べて、光の利用効率を高めることができる。スペーサー部材を用いた構成は、ＬＥＤに比べて発光輝度の小さい有機ＥＬ素子を発光部に用いる場合に、特に有効である。
【０００４】
結像光学素子は、ロッドレンズの長さやスペーサー部材の厚みに応じた共役長ＴＣ（Total Conjugate Length）を有している。発光部からの光をピントの合った状態で受光部に結像させるには、発光部から受光部までの距離を結像光学素子の共役長と一致させれば良い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２５９０００３号
【特許文献２】特許第２８５４５００号
【特許文献３】特開２００７−２７６３３３号公報
【特許文献４】特開２００６−２１２８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のレンズアレイは、複数のロッドレンズを互いの光軸が平行となるように配列し、ロッドレンズ同士の隙間にシリコーン樹脂等の樹脂を充填して形成される。樹脂で一体化された複数のロッドレンズは、適当な長さに切断された後、その両端面を研磨される。しかし、ロッドレンズは樹脂に比べて硬度が大きいため、両端面を研磨したときに、ロッドレンズの周囲の樹脂が撓み、樹脂の内側までロッドレンズが深く研磨されることがある。そのため、ロッドレンズの長さにばらつきが生じやすく、必ずしも設計どおりに画像を結像させることができなかった。
【０００７】
そこで、現状では、ロッドレンズの長さ（設計値）とレンズアレイの厚みを何水準か用意し、それらの組み合わせによって所望の共役長を実現している。しかし、この方法では、作業性が悪くなり、また、事前に多数の在庫を準備する必要があるため、コスト高になるという問題がある。また、レンズアレイをスペーサー部材に接着する場合、研磨された面は必ずしもロッドレンズの光軸に対して垂直にならないため、レンズアレイが接着面に対して傾いて配置され、受光部上で結像位置にずれが生じ易いという問題があり、高い精度を要求される光学機器では使用することが難しかった。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、結像光学素子の外形のばらつきを補完し、高い精度で画像形成を行うことが可能な結像光学素子、結像光学素子の製造方法、及び、光学機器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】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明の結像光学素子は、複数のロッドレンズを互いの光軸が平行となるように配列してなるレンズアレイと、透光性のスペーサー部材と、を有し、発光部から出射した光を前記レンズアレイと前記スペーサー部材とを透過させて受光部に結像させる結像光学素子であって、前記スペーサー部材の前記レンズアレイと対向する面に溝が形成され、前記溝に設けられた接着剤によって前記レンズアレイが前記溝内に嵌め込まれていると共に、前記レンズアレイと前記スペーサー部材とを透過した光が前記発光部及び前記受光部の双方に結像するように、前記溝内における前記レンズアレイの光軸方向の位置が調節されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、レンズアレイがスペーサー部材の溝に嵌め込まれるため、レンズアレイをスペーサー部材の所定の位置に精度よく且つ強固に設置することができる。また、レンズアレイがスペーサー部材の接着面に対して傾いて配置されることがないので、受光部上での結像位置のずれが生じにくくなり、高い精度で画像形成を行うことができる。また、レンズアレイの光軸方向の位置を溝内で調節しているので、レンズアレイの外形にばらつきが生じても、確実に画像を結像させることができる。
【００１１】
本発明においては、前記溝の少なくとも一方の端部が前記スペーサー部材の端面まで形成されていることが望ましい。
この構成によれば、溝内でレンズアレイの光軸方向を調節する際に溝から溢れた接着剤をスペーサー部材の端面からスムーズに排出することができる。そのため、レンズアレイの位置調節を容易にすることができ、さらに、溢れた接着剤がレンズアレイ自身にかかることがないので、信頼性の高い結像光学素子を提供することができる。
【００１２】
本発明においては、前記溝の深さは、前記レンズアレイの光軸方向の高さの半分以上であることが望ましい。
この構成によれば、レンズアレイを溝内に強固に保持することができ、レンズアレイの倒れも確実に防止することができる。
【００１３】
本発明の結像光学素子の製造方法は、複数のロッドレンズを互いの光軸が平行となるように配列してなるレンズアレイと、透光性のスペーサー部材と、を有し、発光部から出射した光を前記レンズアレイと前記スペーサー部材とを透過させて受光部に結像させる結像光学素子の製造方法であって、前記スペーサー部材の前記レンズアレイと対向する面に溝を形成し、前記溝に接着剤を塗布して前記レンズアレイを前記溝に嵌め込む工程と、前記レンズアレイの共役長に対応した距離で離間された位置調整用の光源と位置調整用の受光器とを有する組立機を用い、前記光源と前記受光器との間に前記レンズアレイと前記スペーサー部材とを配置し、前記光源から出射した光が前記レンズアレイと前記スペーサー部材とを透過し前記受光器で結像するように、前記溝内における前記レンズアレイの光軸方向の位置を調節する工程と、前記接着剤を硬化して前記レンズアレイを前記溝内に固定する工程と、を有することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、レンズアレイがスペーサー部材の溝に嵌め込まれるため、レンズアレイをスペーサー部材の所定の位置に精度よく且つ強固に設置することができる。また、レンズアレイがスペーサー部材の接着面に対して傾いて配置されることがないので、受光部上での結像位置のずれが生じにくくなり、高い精度で画像形成を行うことができる。また、レンズアレイの光軸方向の位置を溝内で調節しているので、レンズアレイの外形にばらつきが生じても、確実に画像を結像させることができる。
【００１５】
本発明においては、前記溝の少なくとも一方の端部を前記スペーサー部材の端面まで形成し、前記溝から溢れた前記接着剤を前記スペーサー部材の端面から排出しつつ、前記溝内における前記レンズアレイの光軸方向の位置を調節することが望ましい。
この構成によれば、溝内でレンズアレイの光軸方向を調節する際に溝から溢れた接着剤をスペーサー部材の端面からスムーズに排出することができる。そのため、レンズアレイの位置調節を容易にすることができ、さらに、溢れた接着剤によってレンズアレイの光出射面が覆われてしまうといった問題を防止することができる。
【００１６】
本発明においては、前記光源から出射する光の波長は、前記発光部から出射する光の波長と同じであることが望ましい。
この構成によれば、実機においても組立機と同様に、確実に画像を結像させることができる。
【００１７】
本発明の光学機器は、前述した本発明の結像光学素子を備えていることを特徴とする。
この構成によれば、結像光学素子の外形のばらつきを補完し、高い精度で画像形成を行うことが可能な光学機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】光学機器の一例であるラインプリンターの斜視図である。
【図２】図１におけるII−II線からみた断面図である。
【図３】感光体ドラムおよびプリンターヘッドの正面図である。
【図４】集束性レンズアレイの斜視図である。
【図５】結像光学素子の製造方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参酌して、本発明の実施の形態を説明する。以下の説明では、鉛直方向をＺ方向とするＸＹＺ座標系を用いて各部材の配置や構成を説明する。なお、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。
【００２０】
図１は、本発明の光学機器の一例であるラインプリンター１の概略斜視図である。ラインプリンター１は、感光体ドラム７０とプリンターヘッド８０とを備えている。感光体ドラム７０は、ラインプリンター１の筐体（フレーム）における特定の部位（以下「設置面」という）に対して所定の間隔をあけた位置に配置されている。プリンターヘッド８０は、設置面に配置されて感光体ドラム７０と設置面との間隙に位置する。
【００２１】
プリンターヘッド８０は、発光パネル１０と、発光パネル１０から出射された光を感光体ドラム７０上に結像させる結像光学素子２０とを備えている。結像光学素子２０は、集束性レンズアレイ２２と透光性のスペーサー部材２５とを備えている。集束性レンズアレイ２２は発光パネル１０と感光体ドラム７０との間隙に配置され、発光パネル１０側の面を光入射面、感光体ドラム７０側の面を光出射面とされている。スペーサー部材２５は発光パネル１０と集束性レンズアレイ２２との間隙に配置され、両者と透光性の接着剤によって接着されている。
【００２２】
プリンターヘッド８０は、支持体３０上に固定されている。支持体３０の発光パネル１０が設置された面の周縁部には、Ｚ方向に突出する２本の突起部３７が設置される。各突起部３７は、各発光素子Ｅ（図２参照）の配列に沿った直線Ｌ（Ｘ方向に平行な直線）上であって、Ｘ方向に沿って発光パネル１０を挟む位置に配置されている。各突起部３７の先端には軸受６１が固定されており、感光体ドラム７０の両端面から突出する軸部６３は、各軸受６１に支持されている。これにより、感光体ドラム７０は、集束性レンズアレイ２２の光出射面に対向した姿勢を維持したまま回転軸Ｒを中心として回転可能となっている。
【００２３】
図２は、図１におけるII−II線からみた断面図であり、図３は、感光体ドラム７０およびプリンターヘッド８０の正面図である。発光パネル１０は、Ｘ方向を長手方向とする帯状の素子基板１２に多数の発光素子（発光部）Ｅを配列形成したものである。発光素子Ｅは、例えば有機ＥＬ素子であり、透光性を有する素子基板１２の集束性レンズアレイ２２とは反対側の面にＸ方向に沿って多数配列されている。素子基板１２の一つの長辺には、発光素子Ｅを駆動するＩＣチップ１５が実装されている。ＩＣチップ１５は、支持体３０に形成された凹部３０Ｈに嵌め込まれており、支持体３０と干渉しないようになっている。
【００２４】
スペーサー部材２５は、ガラスやプラスチック等の透光性の板状部材によって形成されている。スペーサー部材２５は、Ｚ方向からみて複数の発光素子Ｅと重なり合うように寸法および形状が選定されている。スペーサー部材２５は、素子基板１２のうち発光素子Ｅが形成された側とは反対側の面と集束性レンズアレイ２２の光入射面との間に介在して両者に接触する。したがって、各発光素子Ｅと集束性レンズアレイ２２の光入射面との距離はスペーサー部材２５の厚さに応じて定まる。すなわちスペーサー部材２５は両者の間隔を規定するギャップ材として機能する。
【００２５】
スペーサー部材２５の集束性レンズアレイ２２が配置される面には、Ｚ方向から見て複数の発光素子Ｅと重なる位置に、Ｘ方向に延在する溝２５Ｈが形成されている。溝２５ＨのＹ方向の幅は、集束性レンズアレイ２２のＹ方向の幅と略一致しており、集束性レンズアレイ２２は溝２５Ｈに嵌め込まれた状態で接着剤４０によって固定されている。溝２５Ｈ内における集束性レンズアレイ２２のＺ方向（光軸方向）の位置は、集束性レンズアレイ２２とスペーサー部材２５とを透過した光が発光素子Ｅ及び感光体ドラム７０の受光部の双方に結像するような位置に調節されている。なお、この調節方法は、図５を用いて後述する。
【００２６】
溝２５ＨのＸ方向両端部は、スペーサー部材２５の端面まで達している。集束性レンズアレイ２２とスペーサー部材２５との間に介在する接着剤４０は、集束性レンズアレイ２２のＺ方向の位置を調節する過程で溝２５Ｈに沿って移動し、スペーサー部材２５の端面において排出可能となっている。溝２５Ｈが形成された部分のスペーサー部材２５のＺ方向の厚みは、集束性レンズアレイ２２の作動距離とスペーサー部材２５の屈折率とに応じて選定される。溝２５ＨのＺ方向の深さは、例えば、集束性レンズアレイ２２の半分以上とされるが、集束性レンズアレイ２２を溝２５Ｈ内に高精度且つ強固に設置することができるものであれば、これに限定されない。
【００２７】
図４は、集束性レンズアレイ２２の概略斜視図である。集束性レンズアレイ２２は、Ｚ方向（素子基板１２の法線方向）を光軸方向とする多数の屈折率分布型のロッドレンズ２３をＸ方向にアレイ状に配列したものである。ロッドレンズ２３としては、例えば、日本板硝子株式会社製のセルフォック（登録商標）レンズが好適に用いられる。このロッドレンズ２３は、直径０．２８ｍｍ程度のファイバー状に形成され、Ｘ方向に沿って千鳥状に配置されている。各ロッドレンズ２３の隙間には黒色のシリコーン樹脂２４が充填され、さらに、その周囲にはフレーム２６が配置され、各部材が一体化されている。
【００２８】
図２及び図３において、各発光素子Ｅ（発光部）から出射した光は素子基板１２とスペーサー部材２５とを透過して集束性レンズアレイ２２に入射する。集束性レンズアレイ２２に入射した光はロッドレンズによって集光されたうえで感光体ドラム７０の表面（受光部）に到達する。これによって感光体ドラム７０の表面には、発光パネル１０上の像に対応した正立像が結像され、感光体ドラム７０の表面に静電潜像を形成する。
【００２９】
この際、発光パネル１０と集束性レンズアレイ２２との間隙にはスペーサー部材２５が介在するので、発光パネル１０と集束性レンズアレイ２２との間隙に空気のみが介在する構成と比較して、集束性レンズアレイ２２に向かう各発光素子Ｅからの光束が狭まる。したがって、発光パネル１０から出射した光のうち集束性レンズアレイ２２に入射する光量の割合（光の利用効率）を増加させることができる。
【００３０】
図５は、スペーサー部材２５と集束性レンズアレイ２２とを組み立てて結像光学素子２０を製造する方法の説明図である。両者を組み立てる組立機９０には、赤外光を出射する光源（発光部）９１と、光源９１から出射した光を検出する受光器（受光部）９２とが設けられている。図示は省略したが、スペーサー部材２５と光源９１との間には、ガラス等で形成された透光性の離間部材が配置され、スペーサー部材２５と光源９１とを離間している。
【００３１】
離間部材のＺ方向の厚みや屈折率は、素子基板１２のＺ方向の厚みや屈折率と等しくなっている。光源９１と受光器９２との間隔も、発光パネル１０の発光素子Ｅ（発光部）と感光体ドラム７０（受光部）との間隔と等しくなっている。
【００３２】
光源９１としては、点光源が用いられる。光源９１の大きさは、発光素子Ｅの大きさと異なっていても良いが、あまり大きすぎると、ロッドレンズ２３の呑み込みが悪くなるので、望ましくない。例えば、発光素子ＥのＸＹ平面内の面積を２７μｍとした場合、光源９１のＸＹ平面内の面積は、２７μｍ〜５ｍｍ程度が望ましい。光源９１の発光波長は特に限定されないが、発光素子Ｅの発光波長と同じであることが望ましい。例えば、発光素子Ｅの発光波長として赤色〜赤外の波長領域を用いる場合、光源９１の発光波長は赤色〜赤外の波長領域が望ましい。
【００３３】
受光器９２としては、例えば、ＣＣＤカメラが用いられるが、これに限定されない。光源９１から出射した光を高感度に検出できるものであれば、フォトダイオード等の他の受光器を用いることも可能である。
【００３４】
スペーサー部材２５と集束性レンズアレイ２２とを組み立てる場合には、まず、光源９１の上部に配置した前記離間部材の上にスペーサー部材２５を設置し、溝２５Ｈに接着剤４０を塗布した後、集束性レンズアレイ２２を溝２５Ｈに嵌め込む。そして、集束性レンズアレイ２２を把持し、光源９１から出射した光が受光器９２で結像するように、溝２５Ｈ内における集束性レンズアレイ２２のＺ方向の位置を調節する。
【００３５】
スペーサー部材２５のＺ方向の厚みＬは、集束性レンズアレイ２２（ロッドレンズ２３の長さの設計値はＺ０）において想定される作動距離よりも大きく、共役長ＴＣ（Total Conjugate Length）よりも小さい厚みに設定される。スペーサー部材２５の表面には、集束性レンズアレイ２２の高さＺ０よりも浅い溝２５Ｈを形成し、そこに接着剤４０として、例えば紫外線硬化型接着剤４０を塗布し、集束性レンズアレイ２２を嵌め込む。
【００３６】
そして、光源９１から赤外光を照射し、集束性レンズアレイ２２に向けて照射し、スペーサー部材２５と集束性レンズアレイ２２とを透過した赤外光を受光器９２上に結像させる。このとき、接着剤４０は、紫外線硬化型の接着剤を用いるため、光源９１から出射される赤外光によって硬化しない。そのため、集束性レンズアレイ２２の位置を調節している間は、粘性の低い状態が維持され、スムーズに位置調節を行うことができる。
【００３７】
集束性レンズアレイ２２の位置をＺ方向に移動させると、それに追随して接着剤４０が溝２５Ｈ内を流動する。余分な接着剤４０は、溝２５Ｈを伝わってスペーサー部材２５の端面に達し、外部に排出される。集束性レンズアレイ２２は、例えば、受光器９２で検出される光が最も強くなる位置に配置すれば良い。
【００３８】
調節が終了したら、光源９１の位置に紫外線を照射する別の光源を設置し、接着剤４０に紫外線を照射してこれを硬化する。これにより、集束性レンズアレイ２２はＺ方向の位置を適切に調節された状態でスペーサー部材２５上に固定される。
【００３９】
以上により結像光学素子２０が完成したら、結像光学素子２０を図１の発光パネル１０上に接着し、プリンターヘッド８０を作製する。そして、このプリンターヘッド８０を支持体３０上に固定し、ラインプリンター１が完成する。
【００４０】
以上のように、本実施形態のラインプリンター１では、集束性レンズアレイ２２がスペーサー部材２５の溝２５Ｈに嵌め込まれるため、集束性レンズアレイ２２をスペーサー部材２５の所定の位置に高精度且つ強固に設置することができる。また、集束性レンズアレイ２２がスペーサー部材２５の接着面に対して傾いて配置されることがないので、感光体ドラム７０上での結像位置のずれが生じにくくなり、高い精度で画像形成を行うことができる。また、集束性レンズアレイ２２のＺ方向の位置を溝２５Ｈ内で調節しているので、集束性レンズアレイ２２の外形にばらつきが生じても、確実に画像を結像させることができる。
【００４１】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４２】
また、本発明の結像光学素子の用途は像担持体である感光体ドラムの露光に限定されない。例えば、原稿などの読取対象に光を照射するライン型の光ヘッド（照明装置）として画像読取装置に本発明の結像光学素子を採用することができる。この種の画像読取装置としては、スキャナー、複写機やファクシミリの読取部分、バーコードリーダー、あるいはＱＲコード（登録商標）のような二次元画像コードを読む二次元画像コードリーダーがある。
【符号の説明】
【００４３】
１…ラインプリンター（光学機器）、２０…結像光学素子、２２…集束性レンズアレイ、２３…ロッドレンズ、２５…スペーサー部材、２５Ｈ…溝、４０…接着剤、７０…感光体ドラム（受光部）、９１…光源、９２…受光器、Ｅ…発光素子（発光部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のロッドレンズを互いの光軸が平行となるように配列してなるレンズアレイと、透光性のスペーサー部材と、を有し、発光部から出射した光を前記レンズアレイと前記スペーサー部材とを透過させて受光部に結像させる結像光学素子であって、
前記スペーサー部材の前記レンズアレイと対向する面に溝が形成され、前記溝に設けられた接着剤によって前記レンズアレイが前記溝内に嵌め込まれていると共に、前記レンズアレイと前記スペーサー部材とを透過した光が前記発光部及び前記受光部の双方に結像するように、前記溝内における前記レンズアレイの光軸方向の位置が調節されていることを特徴とする結像光学素子。
【請求項２】
前記溝の少なくとも一方の端部が前記スペーサー部材の端面まで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の結像光学素子。
【請求項３】
前記溝の深さは、前記レンズアレイの光軸方向の高さの半分以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の結像光学素子。
【請求項４】
複数のロッドレンズを互いの光軸が平行となるように配列してなるレンズアレイと、透光性のスペーサー部材と、を有し、発光部から出射した光を前記レンズアレイと前記スペーサー部材とを透過させて受光部に結像させる結像光学素子の製造方法であって、
前記スペーサー部材の前記レンズアレイと対向する面に溝を形成し、前記溝に接着剤を塗布して前記レンズアレイを前記溝に嵌め込む工程と、
前記レンズアレイの共役長に対応した距離で離間された光源と受光器とを有する組立機を用い、前記光源と前記受光器との間に前記レンズアレイと前記スペーサー部材とを配置し、前記光源から出射した光が前記レンズアレイと前記スペーサー部材とを透過し前記受光器で結像するように、前記溝内における前記レンズアレイの光軸方向の位置を調節する工程と、
前記接着剤を硬化して前記レンズアレイを前記溝内に固定する工程と、を有することを特徴とする結像光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記溝の少なくとも一方の端部を前記スペーサー部材の端面まで形成し、前記溝から溢れた前記接着剤を前記スペーサー部材の端面から排出しつつ、前記溝内における前記レンズアレイの光軸方向の位置を調節することを特徴とする請求項４に記載の結像光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記光源から出射する光の波長は、前記発光部から出射する光の波長と同じであることを特徴とする請求項４又は５に記載の結像光学素子の製造方法。
【請求項７】
前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の結像光学素子を備えていることを特徴とする光学機器。
【請求項１】
複数のロッドレンズを互いの光軸が平行となるように配列してなるレンズアレイと、透光性のスペーサー部材と、を有し、発光部から出射した光を前記レンズアレイと前記スペーサー部材とを透過させて受光部に結像させる結像光学素子であって、
前記スペーサー部材の前記レンズアレイと対向する面に溝が形成され、前記溝に設けられた接着剤によって前記レンズアレイが前記溝内に嵌め込まれていると共に、前記レンズアレイと前記スペーサー部材とを透過した光が前記発光部及び前記受光部の双方に結像するように、前記溝内における前記レンズアレイの光軸方向の位置が調節されていることを特徴とする結像光学素子。
【請求項２】
前記溝の少なくとも一方の端部が前記スペーサー部材の端面まで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の結像光学素子。
【請求項３】
前記溝の深さは、前記レンズアレイの光軸方向の高さの半分以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の結像光学素子。
【請求項４】
複数のロッドレンズを互いの光軸が平行となるように配列してなるレンズアレイと、透光性のスペーサー部材と、を有し、発光部から出射した光を前記レンズアレイと前記スペーサー部材とを透過させて受光部に結像させる結像光学素子の製造方法であって、
前記スペーサー部材の前記レンズアレイと対向する面に溝を形成し、前記溝に接着剤を塗布して前記レンズアレイを前記溝に嵌め込む工程と、
前記レンズアレイの共役長に対応した距離で離間された光源と受光器とを有する組立機を用い、前記光源と前記受光器との間に前記レンズアレイと前記スペーサー部材とを配置し、前記光源から出射した光が前記レンズアレイと前記スペーサー部材とを透過し前記受光器で結像するように、前記溝内における前記レンズアレイの光軸方向の位置を調節する工程と、
前記接着剤を硬化して前記レンズアレイを前記溝内に固定する工程と、を有することを特徴とする結像光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記溝の少なくとも一方の端部を前記スペーサー部材の端面まで形成し、前記溝から溢れた前記接着剤を前記スペーサー部材の端面から排出しつつ、前記溝内における前記レンズアレイの光軸方向の位置を調節することを特徴とする請求項４に記載の結像光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記光源から出射する光の波長は、前記発光部から出射する光の波長と同じであることを特徴とする請求項４又は５に記載の結像光学素子の製造方法。
【請求項７】
前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の結像光学素子を備えていることを特徴とする光学機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２１０８５２（Ｐ２０１０−２１０８５２Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５６０２５（Ｐ２００９−５６０２５）
【出願日】平成２１年３月１０日（２００９．３．１０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１０日（２００９．３．１０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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