結像光学装置及び画像形成装置
【課題】被写界深度を深くすることができる結像光学装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】実施形態に係る結像光学装置は、光軸と直交する方向に入射面と出射面が配置されたレンズ素子と、レンズ素子の出射面から出射した光の光軸上に配置され、レンズ素子からの出射光を複数の異なる光路長を有する光路に分光し、光路長の異なる複数の光路を形成する光分岐素子と、を具備する。
【解決手段】実施形態に係る結像光学装置は、光軸と直交する方向に入射面と出射面が配置されたレンズ素子と、レンズ素子の出射面から出射した光の光軸上に配置され、レンズ素子からの出射光を複数の異なる光路長を有する光路に分光し、光路長の異なる複数の光路を形成する光分岐素子と、を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、原稿の読取装置等に使用される結像光学装置及び結像光学装置を用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スキャナ、プリンタ、複写機、複合機（ＭＦＰ）等の画像形成装置では、レンズアレイを組み込んだ密着型のイメージセンサを用いて原稿の画像を読み取るようにしたものがある。ところで、密着型のイメージセンサを用いた場合、原稿の浮きによって解像度が低下する。例えば本を開いて原稿台に載せた場合に、原稿の浮きを生じてしまう。
【０００３】
レンズアレイの被写界深度を深くすれば、原稿の浮きに或る程度対処することができる。特許文献１には、被写界深度を深くするため、複屈折プレート(birefringent element)をレンズとセンサ間に配置する例が開示されている。特許文献１の例では、縮小光学系のレンズ（アレイではない）と、センサの間に複屈折プレートを挿入して被写界深度を深くすることを実現している。
【０００４】
しかしながら、十分小さな倍率の縮小光学系では、複屈折プレートを挿入することで対処できるが、倍率が大きいレンズの場合には、複屈折プレートの厚みを厚くする必要があり、レンズとセンサ面との距離が大きくないと実装できないため、装置全体が大きくなってしまい、コストが上がるという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国公開特許、ＵＳ２００９／０１１６０９６Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明が解決しようとする課題は、被写界深度を深くすることができる結像光学装置及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る結像光学装置は、光軸と直交する方向に入射面と出射面が配置されたレンズ素子と、前記レンズ素子の前記出射面から出射した光の光軸上に配置され、前記レンズ素子からの出射光を複数の異なる光路長を有する光路に分光し、前記光路長の異なる複数の光路を形成する光分岐素子と、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係る画像形成装置の構成図。
【図２】一実施形態におけるイメージセンサの構成を示す正面図。
【図３】一実施形態におけるレンズアレイとアパーチャの構成を概略的に示す斜視図。
【図４】一実施形態に係る結像光学装置の詳細を示す構成図。
【図５】一実施形態における結像光学装置のＭＴＦを示す光学特性図。
【図６】図４における光路１と光路２のＭＴＦを示す光学特性図。
【図７】第２の実施形態に係る結像光学装置の詳細を示す構成図。
【図８】第２の実施形態における結像光学装置のＭＴＦを示す光学特性図。
【図９】第２の実施形態における結像光学装置の変形例を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明を実施するための実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付す。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、一実施形態に係る画像形成装置の構成図である。図１において、画像形成装置１０は、例えば複合機であるＭＦＰ（Multi-Function Peripherals）や、スキャナ、プリンタ、複写機等である。以下の説明ではＭＦＰを例に説明する。
【００１１】
ＭＦＰ１０の本体１１の上部には透明ガラスの原稿台１２があり、原稿台１２上には自動原稿搬送部（ＡＤＦ）１３を開閉自在に設けている。また本体１１の上部には操作パネル１４を設けている。操作パネル１４は、各種のキーとタッチパネル式の表示部を有している。
【００１２】
本体１１内のＡＤＦ１３の下部には、画像読取部であるスキャナ部１５を設けている。スキャナ部１５は、ＡＤＦ１３によって送られる原稿または原稿台上に置かれた原稿を読み取って画像データを生成するもので、密着型イメージセンサ１６（以下、単にイメージセンサと呼ぶ）を備えている。イメージセンサ１６は、主走査方向（図１では奥行方向）に配置されている。
【００１３】
イメージセンサ１６は、原稿台１２に載置された原稿の画像を読み取る場合は原稿台１２に沿って移動し、原稿画像を１ライン分ずつ読み取る。１ラインの読み取りが終了すると、主走査方向と直交する副走査方向に移動し次の１ライン分を読み取る。これを原稿サイズ全体にわたって実行し１ページ分の原稿の読み取りを行う。またＡＤＦ１３によって送られる原稿の画像を読み取る場合、イメージセンサ１６は、固定位置（図示の位置）にある。
【００１４】
さらに本体１１内の中央部にはプリンタ部１７を有し、本体１１の下部には、各種サイズの用紙を収容する複数のカセット１８を備えている。プリンタ部１７は、感光体ドラムと露光部等を有する。露光部は発光素子であるＬＥＤを含む走査ヘッド１９を有し、走査ヘッド１９からの光線によって感光体ドラムを走査して画像を生成する。
【００１５】
プリンタ部１７は、スキャナ部１５で読み取った画像データや、ＰＣ（Personal Computer）などで作成された画像データを処理して記録媒体である用紙に画像を形成する。プリンタ部１７は、例えばタンデム方式によるカラーレーザプリンタであり、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋを含む。画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは、中間転写ベルト２１の下側に、上流から下流側に沿って並列に配置している。また、走査ヘッド１９も画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋに対応して複数の走査ヘッド１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋを主走査方向（図１の奥行方向）に設けている。
【００１６】
画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは同じ構成であるため、画像形成部２０Ｋを代表に説明する。画像形成部２０Ｋは、像担持体である感光体ドラム２２Ｋを有する。感光体ドラム２２Ｋの周囲には、回転方向ｔに沿って帯電チャージャ２３Ｋ、現像器２４Ｋ、１次転写ローラ２５Ｋ、クリーナ２６Ｋ、ブレード２７Ｋ等を配置している。感光体ドラム２２Ｋの露光位置には、走査ヘッド１９Ｋから光を照射し、感光体ドラム２２Ｋ上に静電潜像を担持する。
【００１７】
画像形成部２０Ｋの帯電チャージャ２３Ｋは、感光体ドラム２２Ｋの表面を一様に全面帯電する。現像器２４Ｋは、現像バイアスが印加される現像ローラによりブラックのトナー及びキャリアを含む二成分現像剤を感光体ドラム２２Ｋに供給し、感光体ドラム２２Ｋ上にトナー像を形成する。クリーナ２６Ｋは、ブレード２７Ｋを用いて感光体ドラム２２Ｋ表面の残留トナーを除去する。
【００１８】
また、画像形成部２０Ｙ〜２０Ｋの上部には、現像器２４Ｙ〜２４Ｋにトナーを供給するトナーカートリッジ２８を設けている。トナーカートリッジ２８は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナーカートリッジを含む。
【００１９】
中間転写ベルト２１は、駆動ローラ３１及び従動ローラ３２に張架され循環的に移動する。また中間転写ベルト２１は感光体ドラム２２Ｙ〜２２Ｋに対向して接触している。中間転写ベルト２１の感光体ドラム２２Ｋに対向する位置には、１次転写ローラ２５Ｋにより１次転写電圧が印加され、感光体ドラム２２Ｋ上のトナー像を中間転写ベルト２１に１次転写する。
【００２０】
中間転写ベルト２１を張架する駆動ローラ３１には、２次転写ローラ３３を対向して配置している。駆動ローラ３１と２次転写ローラ３３間を用紙Ｓが通過する際に、２次転写ローラ３３により２次転写電圧が用紙Ｓに印加される。そして中間転写ベルト２１上のトナー像を用紙Ｓに２次転写する。中間転写ベルト２１の従動ローラ３２付近には、ベルトクリーナ３４を設けている。
【００２１】
また走査ヘッド１９Ｋは、感光体ドラム２２Ｋと対向し露光部として機能する。感光体ドラム２２Ｋは、予め設定した回転速度で回転し、表面に電荷を蓄えることができ、走査ヘッド１９Ｋからの光を感光体ドラム２２Ｋに照射して露光し、感光体ドラム２２Ｋの表面に静電潜像を形成する。
【００２２】
走査ヘッド１９Ｋは、レンズアレイ１９１と、発光素子であるＬＥＤ素子１９２を有し、ＬＥＤ素子１９２から出射した光線は、レンズアレイ１９１に入射し、レンズアレイ１９２を通過して感光体ドラム２２Ｋ上に結像し、像を感光体ドラム２２Ｋ上に形成する。また走査ヘッド１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃは、同様にして対応する画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃの感光体ドラムに像を形成する。
【００２３】
なお、感光体ドラム２２の露光部としては、半導体レーザ素子から出射されたレーザビームを、ポリゴンミラーを用いて感光体ドラム２２Ｋ〜２２Ｃの主走査方向に走査するレーザ露光装置を用いてもよい。
【００２４】
また図１で示すように、給紙カセット１８から２次転写ローラ３３に至る間には、給紙カセット１８内から取り出した用紙Ｓを搬送する搬送ローラ３５を設けている。さらに２次転写ローラ３３の下流には定着器３６を設けている。また定着器３６の下流には搬送ローラ３７を設けている。搬送ローラ３７は用紙Ｓを排紙部３８に排出する。さらに、定着器３６の下流には、反転搬送路３９を設けている。反転搬送路３９は、用紙Ｓを反転させて２次転写ローラ３３の方向に導くもので、両面印刷を行う際に使用する。
【００２５】
次にイメージセンサ１６の構成を説明する。図２は、スキャナ部１５のイメージセンサ１６の構成を示す正面図である。イメージセンサ１６は、原稿台１２上に載置された原稿Ｄの画像、またはＡＤＦ１３によって給紙された原稿の画像を、操作パネル１４の操作に従って読み取る。イメージセンサ１６は、主走査方向に配置された１次元のセンサであり、筐体４１を有する。
【００２６】
筐体４１の底部には基板４２を配置し、筐体４１の原稿台１２側の上面には、原稿の方向に光を照射する２つのＬＥＤライン照明部４３，４４を主走査方向（図の奥行方向）に延びるように設けている。ＬＥＤライン照明部４３，４４は、ＬＥＤアレイと導光体を備える。なお、光源はＬＥＤに限定されず、蛍光管、キセノン管、冷陰極管又は有機ＥＬ等であってもよい。
【００２７】
筐体４１上部のＬＥＤライン照明部４３と４４の間には、結像光学装置５０が支持されている。ＬＥＤライン照明部４３，４４は原稿台１２上の原稿の画像読み取り位置を照射し、画像読み取り位置で反射した光は、結像光学装置５０に入射する。結像光学装置５０は、詳しくは図３にて説明するが、レンズ素子であるレンズアレイ５１，５２と、光分岐素子であるプリズム５３，５４と、基板４２に実装したＣＣＤやＣＭＯＳなどで構成されるセンサ６１，６２を含む。プリズム５３，５４から出射した光は、センサ６１，６２に結像し、結像した光は、センサ６１，６２によって電気信号に変換され、電気信号は、基板４２のメモリ部（図示せず）に転送される。また基板４２にはセンサ６１，６２からの出力信号を比較し、最も大きい出力信号を選択出力する比較器を有する。
【００２８】
図３に示すように、レンズアレイ５１は、例えば複数のレンズ５１１…を配列したシートで構成し、レンズアレイ５２も同様に複数のレンズ５２１…を配列したシートで構成している。またレンズアレイ５１と５２の間にはアパーチャ５５，５６を配置している。アパーチャ５５は、レンズアレイ５１の出射面の近傍に配置され、複数のレンズ５１１に対応する位置に丸孔を形成している。また、アパーチャ５６は、レンズアレイ５２の入射面の近傍に配置され、複数のレンズ５２１に対応する位置に丸孔を形成している。図２は、図３の矢印Ａ方向から見た図である。なお、レンズアレイ５１，５２としては、屈折率分布型のロッドレンズを複数配列したものを使用することもできる。
【００２９】
次に、図４を参照して結像光学装置５０の詳細な構成について説明する。結像光学装置５０は、図４（ａ）で示すように、レンズアレイ５１，５２を含む正立等倍光学系と、ロンボイドプリズム（平行四辺形プリズム）５３と三角プリズム５４、及びセンサ６１，６２が一体になったユニットであり、主走査方向（図の奥行方向）に長く伸びている。奥行方向は、原稿分の幅を持つため、レンズアレイ５１，５２のレンズの並びも奥行き方向に長く配列されており、主走査方向と直交する副走査方向は短くなっている。
【００３０】
レンズアレイ５１，５２は、原稿台１２からの光の光軸と直交するように配置され、原稿台１２からの光は、レンズアレイ５１に入射し、アパーチャ５５，５６を通過してレンズアレイ５２に入射する。アパーチャ５５，５６は、レンズアレイ５１から出射してレンズアレイ５２に入射する光線が隣接する他のレンズに入射するのを防ぐ役割を有する。レンズアレイ５２から出射した光の光軸上には、光分岐素子であるロンボイドプリズム５３と三角プリズム５４を配置している。
【００３１】
図４（ｂ）は、ロンボイドプリズム５３と三角プリズム５４の構成を説明する斜視図であり、説明を分かりやすくするため分離した状態を示している。ロンボイドプリズム５３は、偏光分離膜を有する偏光分離面又はハーフミラーの面５３１を有し、面５３１に対向する部分に反射面５３２を有している。ロンボイドプリズム５３に入射した光Ｌ０は、面５３１で一部の光が透過し、三角プリズム５４を透過して出射する（出射光をＬ１とする）。また、面５３１で残りの光が反射し、かつ反射面５３２で反射して出射する（出射光をＬ２とする）。上記したように、ロンボイドプリズム５３は、偏光分離面５３１で反射した光を反射する反射経路を有する。
【００３２】
出射光Ｌ１，Ｌ２はそれぞれセンサ６１，６２に結像する。光Ｌ１が通る光路を光路１とし、光Ｌ２が通る光路を光路２とすると、レンズアレイ５２からセンサ６１に至る光路１の光路長と、レンズアレイ５２からセンサ６２に至る光路２の光路長は異なり、センサ６２に至る光路長の方が、距離Ｈ１×ｎだけ長くなる。この距離の間は、屈折率はｎのため、空気換算量でいうとＨ１となる。即ち、ロンボイドプリズム５３と三角プリズム５４は、レンズアレイ５２からの出射光を複数の異なる光路長を有する光路に分光し、それぞれの光路を通った光を像面（センサ６１，６２）に結像する光分岐素子を構成する。
【００３３】
センサ６１，６２に結像した光は、センサ６１，６２によって電気信号に変換され、２つのセンサ６１，６２からの出力信号を比較器によって比較して、出力信号の大きい方を選択出力する。即ち、予め設定した或る範囲内での信号の振れ幅が大きい方の信号か、最大値が大きい方、もしくは最小値が小さい方の信号を選択出力する。
【００３４】
例えば、１ｍｍ当たり６サイクルの濃淡パターンを正立等倍結像したときの光の変調度を求め、変調度が所定の値以上の信号のうち、変調度の大きい方の信号を選択する。変調度（ｍ）は、変調を受けた光強度の最大値をＩmax、最小値をＩminとすると、変調度（ｍ）＝（Ｉmax−Ｉmin）／（Ｉmax＋Ｉmin）で表すことができる。
【００３５】
センサ６１とセンサ６２の出力信号のうち、大きい方の出力信号を選択することにより、原稿面の原稿が原稿台１２から浮いた場合でも、図５に示すように、幅広い範囲でＭＴＦを所定の値以上に保つことができる。ＭＴＦは、Modulation Transfer Functionの略であり、振幅伝達関数である。
【００３６】
即ち、原稿Ｄが図４（ａ）に示す距離Ｈ１だけ、原稿台１２から浮いた場合、正立等倍結像させるには、センサ６１の位置も距離Ｈ１だけずらした位置に移動する必要があるが、センサ６１の位置は固定であるため、センサ６１に結像した像はボケを生じる。一方、センサ６２への光路長は、ロンボイドプリズム５３の反射経路を通過する分だけ光路長が長くなる。センサ６１への光路長とセンサ６２への光路長の差をＨ１×ｎ(ｎは、プリズムの屈折率)とすると、センサ６２ではボケを生じることなく結像することができる。ここで、ｎをかけるのは、空気換算光路長を同じにするためである。
【００３７】
図５は、原稿の設計値からの浮き量に対するＭＴＦの変化を示す光学特性図である。図５の横軸は原稿の設計物体面からの浮き量を示し、縦軸は６サイクル／ｍｍの濃淡パターンを結像したときのＭＴＦを示す。凡例の値（０〜１．８）は、図４のセンサ６１に至る光路（光路１）とセンサ６２に至る光路（光路２）の光路長差を示す。なお、光路１と光路２の光路長差は、空気換算光路長（ガラス内の光路長を等価な空気中での光路長で表わしたもの）の差であり、光路長差／プリズムの屈折率の値である。空気換算光路長を適切に選ぶことで、ＭＴＦが所定の値以上になる範囲を広げることができる。
【００３８】
図６は、光路１のＭＴＦと、光路２のＭＴＦを示した図である。２つのセンサ６１，６２の出力の内、ＭＴＦの大きい方の出力を採用するのであるから、空気換算光路長差は、図６の光路１と光路２の各ＭＴＦの交点の縦軸の値が、仕様の最低値となるようにするのが望ましい（図６の場合、最低値は０．３７とする）。
【００３９】
例えば、図５において、ＭＴＦが５５％（０．５５）以上の広い範囲になるようにしたければ、光路１と光路２のＭＴＦをプロットした場合の交点のＭＴＦが０．５５となる光路長差１．２とすればよい。したがって、ロンボイドプリズム５３の長さを１．２ｍｍ×ロンボイドプリズムの屈折率に設定すればよい。この条件を満たすことで、例えば被写界深度を１．２ｍｍから、２．４５ｍｍに深くすることができる。空気換算光路長差１．２×ロンボイドプリズムの屈折率がプリズム５３の反射点を結ぶ距離Ｈ１×ｎとなる。
【００４０】
またＭＴＦが４０％（０．４）以上の広い範囲になるようにしたければ、光路１と光路２の各ＭＴＦをプロットした場合の交点のＭＴＦが０．４となる空気換算光路長差１．８とすればよく、ロンボイドプリズム５３の長さを１．８ｍｍ×ロンボイドプリズムの屈折率に設定すればよい。この条件を満たすことで、例えば被写界深度を１．７ｍｍから、３．６ｍｍと深くすることができる。光路長差１．８×ロンボイドプリズムの屈折率がプリズム５３の反射点を結ぶ距離Ｈ１×ｎとなる。
【００４１】
従来のようにセンサを１セット使った場合には、原稿が浮いたときのＭＴＦが落ちてしまう。しかしながら、第１の実施形態のように、センサを２セット（６１と６２）使うことで、原稿が浮いた場合でもＭＴＦを所定の値以上にすることができる。
【００４２】
なお、カラー画像を読み取る場合、センサ６１，６２は、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）用、もしくはＹ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）のセンサを配列することになる。
【００４３】
また、２セットのセンサ６１，６２を用いた例を説明したが、センサが複数あることが重要であり、センサを３セット、４セットとすることにより、より高いＭＴＦを保った状態で被写界深度を深くすることができる。例えば、ロンボイドプリズム５３からの光路２上に、もう１組のロンボイドプリズム５３と三角プリズム５４を追加し、光路２の光をさらに分光して第３のセンサに結像するようにしてもよい。
【００４４】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る結像光学装置５０の構成図である。図７において、結像光学装置５０は、レンズアレイ５１，５２を含む正立等倍光学系と、ロンボイドプリズム５７，５８と三角プリズム５９からなるプリズム、及びセンサ６１が一体になったユニットであり、主走査方向（図の奥行方向）に長く伸びている。
【００４５】
図７（ａ）に示すように、原稿台１２からの光は、レンズアレイ５１に入射し、アパーチャ５５，５６を通過してレンズアレイ５２に入射する。レンズアレイ５２から出射した光は、光分岐素子であるロンボイドプリズム５７，５８と三角プリズム５９からなるプリズムに入射する。
【００４６】
図７（ｂ）は、ロンボイドプリズム５７，５８と三角プリズム５９の構成を説明する斜視図であり、説明を分かりやすくするため分離した状態で示している。ロンボイドプリズム５７は、偏光分離膜を有する偏光分離面又はハーフミラーの面５７１を有し、面５７１に対向する部分に反射面５７２を有している。またロンボイドプリズム５８は、反射面５８１と５８２を有している。
【００４７】
ロンボイドプリズム５７に入射した光Ｌ０は、面５７１で一部の光Ｌ１が透過し、さらに三角プリズム５９を透過してロンボイドプリズム５８に入射し、面５８２を透過して出射する。また、面５７１で残りの光Ｌ２が反射し、かつ反射面５７２で反射して、ロンボイドプリズム５８に入射する。さらにロンボイドプリズム５８に入射した光は、反射面５８１と反射面５８２で反射して出射する。そして、ロンボイドプリズム５７，５８と三角プリズム５９から出射した光Ｌ１，Ｌ２はセンサ６１に結像する。
【００４８】
図７のプリズム（５７，５８，５９）では、ロンボイドプリズム５７の面５７１で反射した光を、反射面５７２，５８１，５８２で計３回反射する反射経路を有することになる。光Ｌ１が通る光路を光路１、光Ｌ２が通る光路を光路２とすると、レンズアレイ５２から出射してセンサ６１に至る光路１の光路長と、レンズアレイ５２から出射してセンサ６１に至る光路２の光路長は異なり、センサ６１には、光路Ｌ１と光路Ｌ２を経由した光がセンサ６１で合成される。光路長に差を持った光線が１つに合成されて、１セットのセンサに入力するため、ＭＴＦは低くなるが、ピークＭＴＦの半分くらいのＭＴＦの範囲は広くすることができる。
【００４９】
図８に第２の実施形態で得られるＭＴＦの光学特性を示す。図８の横軸は、原稿の設計物体面からの浮き量を示し、縦軸は６サイクル／ｍｍの濃淡パターンを結像したときのＭＴＦを示す。凡例の値（０〜２．２）は、図７のセンサ６１に至る光路１と光路２の空気換算光路長差を示す。なお、光路１と光路２の光路長差は、空気換算光路長（ガラス内の光路長を等価な空気中での光路長で表わしたもの）の差であり、光路長差／プリズムの屈折率の値である。空気換算光路長を適切に選ぶことで、ＭＴＦが所定の値以上である範囲を広げることができる。
【００５０】
例えば、空気換算光路長差を１．８にしたときは、光路が１つだけである場合のＭＴＦのピーク値の半分以上で被写界深度を深くすることができる。即ち、原稿が浮いたときにＭＴＦのピークは低くなるが、原稿を読み取ることができる。
【００５１】
空気換算光路長差が１．８のときの、光路１と光路２の光線による単体でのＭＴＦの様子を図６に示している。図６を見てわかるように、光路１のＭＴＦがほぼ０になる位置に光路２のＭＴＦが最大になるような、空気換算光路長差を与えるときが最適となる。
【００５２】
なお、図７の例においても、カラー画像を読み取る場合は、センサ６１，６２は、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）用、もしくはＹ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）のセンサを配列することになる。
【００５３】
また、ロンボイドプリズム５７，５８と三角プリズム５９の後段にもう１組のロンボイドプリズム５７，５８と三角プリズム５９を追加し、光路長の異なる光線をセンサ６１に結像するようにしてもよい。
【００５４】
図９は、第２の実施形態における結像光学装置５０の変形例を示す構成図である。図９は、レンズアレイ５１，５２を含む正立等倍光学系と、ロンボイドプリズム５３と三角プリズム５４、及びセンサ６１が一体になったユニットであり、主走査方向（図の奥行方向）に長く伸びている。プリズム５３，５４の構成は図４の例に類似するが、ロンボイドプリズム５３からの出射光が屈折してセンサ６１に結像するようにした点で異なる。
【００５５】
図９に示すように、原稿台１２からの光は、レンズアレイ５１に入射し、アパーチャ５５，５６を通過してレンズアレイ５２に入射する。レンズアレイ５２から出射した光は、ロンボイドプリズム５３と三角プリズム５４に入射する。
【００５６】
ロンボイドプリズム５３に入射した光Ｌ０は、面５３１で一部の光が透過し、三角プリズム５４を透過して出射する（出射光をＬ１とする）。また、面５３１で残りの光が反射し、かつ反射面５３２で反射して出射する（出射光をＬ２とする）。
【００５７】
出射光Ｌ１，Ｌ２はそれぞれセンサ６１に結像する。光Ｌ１が通る光路を光路１とし、光Ｌ２が通る光路を光路２とすると、レンズアレイ５２から出射してセンサ６１に至る光路１の光路長と、レンズアレイ５２から出射してセンサ６１に至る光路２の光路長は異なり、光路２を通る光路長の方が長くなる。図９での光路長差は、第２の実施例と同じであるが、光路長差の与え方が異なる。また光学特性は第２の実施例とほぼ同じである。
【００５８】
以上説明した実施形態によれば、ＭＴＦや集光特性を向上させた上で、光量を最大限に得ることができる。また原稿が浮いた場合でもセンサではボケを低減して結像することができる。
【００５９】
なお、以上述べた実施形態の例では、複数のレンズ面を持つレンズアレイ５１，５２を使った例について説明しているが、屈折率分布型のレンズを複数並べたものを用いてもよい。また必ずしもレンズアレイを用いる必要はなく、単一のレンズ、又は光路上に複数のレンズを組み合わせたレンズ素子で構成してもよい。さらにセンサはラインセンサに限らずエリアセンサであってもよい。
【００６０】
また本実施形態として、読取装置であるスキャナ部１５を画像形成装置の一部として包含する例を説明したが、これに限定されず、スキャナ部１５自身が画像形成装置を構成するものであってもよい。
【００６１】
また光分岐素子はスキャナ部１５に配置することに限定されず、プリンタ部１７の走査ヘッド１９の内部にある場合でもよい。即ち、発光素子からの出射光を光分岐素子によって複数の異なる光路長を有する光路に分光し、光分岐素子を通った光に基づいて像担持体を露光し、静電潜像を担持するようにしてもよい。
【００６２】
尚、本発明のいくつかの実施形態を述べたが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６３】
１０…画像形成装置
１２…原稿台
１５…画像読取部（スキャナ部）
１６…イメージセンサ
１７…プリンタ部
１９…走査ヘッド
４３，４４…照明部
５１，５２…レンズアレイ
５３，５４，５７，５８，５９…プリズム
５５，５６…アパーチャ
６１，６２…センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、原稿の読取装置等に使用される結像光学装置及び結像光学装置を用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スキャナ、プリンタ、複写機、複合機（ＭＦＰ）等の画像形成装置では、レンズアレイを組み込んだ密着型のイメージセンサを用いて原稿の画像を読み取るようにしたものがある。ところで、密着型のイメージセンサを用いた場合、原稿の浮きによって解像度が低下する。例えば本を開いて原稿台に載せた場合に、原稿の浮きを生じてしまう。
【０００３】
レンズアレイの被写界深度を深くすれば、原稿の浮きに或る程度対処することができる。特許文献１には、被写界深度を深くするため、複屈折プレート(birefringent element)をレンズとセンサ間に配置する例が開示されている。特許文献１の例では、縮小光学系のレンズ（アレイではない）と、センサの間に複屈折プレートを挿入して被写界深度を深くすることを実現している。
【０００４】
しかしながら、十分小さな倍率の縮小光学系では、複屈折プレートを挿入することで対処できるが、倍率が大きいレンズの場合には、複屈折プレートの厚みを厚くする必要があり、レンズとセンサ面との距離が大きくないと実装できないため、装置全体が大きくなってしまい、コストが上がるという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国公開特許、ＵＳ２００９／０１１６０９６Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明が解決しようとする課題は、被写界深度を深くすることができる結像光学装置及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る結像光学装置は、光軸と直交する方向に入射面と出射面が配置されたレンズ素子と、前記レンズ素子の前記出射面から出射した光の光軸上に配置され、前記レンズ素子からの出射光を複数の異なる光路長を有する光路に分光し、前記光路長の異なる複数の光路を形成する光分岐素子と、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係る画像形成装置の構成図。
【図２】一実施形態におけるイメージセンサの構成を示す正面図。
【図３】一実施形態におけるレンズアレイとアパーチャの構成を概略的に示す斜視図。
【図４】一実施形態に係る結像光学装置の詳細を示す構成図。
【図５】一実施形態における結像光学装置のＭＴＦを示す光学特性図。
【図６】図４における光路１と光路２のＭＴＦを示す光学特性図。
【図７】第２の実施形態に係る結像光学装置の詳細を示す構成図。
【図８】第２の実施形態における結像光学装置のＭＴＦを示す光学特性図。
【図９】第２の実施形態における結像光学装置の変形例を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明を実施するための実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付す。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、一実施形態に係る画像形成装置の構成図である。図１において、画像形成装置１０は、例えば複合機であるＭＦＰ（Multi-Function Peripherals）や、スキャナ、プリンタ、複写機等である。以下の説明ではＭＦＰを例に説明する。
【００１１】
ＭＦＰ１０の本体１１の上部には透明ガラスの原稿台１２があり、原稿台１２上には自動原稿搬送部（ＡＤＦ）１３を開閉自在に設けている。また本体１１の上部には操作パネル１４を設けている。操作パネル１４は、各種のキーとタッチパネル式の表示部を有している。
【００１２】
本体１１内のＡＤＦ１３の下部には、画像読取部であるスキャナ部１５を設けている。スキャナ部１５は、ＡＤＦ１３によって送られる原稿または原稿台上に置かれた原稿を読み取って画像データを生成するもので、密着型イメージセンサ１６（以下、単にイメージセンサと呼ぶ）を備えている。イメージセンサ１６は、主走査方向（図１では奥行方向）に配置されている。
【００１３】
イメージセンサ１６は、原稿台１２に載置された原稿の画像を読み取る場合は原稿台１２に沿って移動し、原稿画像を１ライン分ずつ読み取る。１ラインの読み取りが終了すると、主走査方向と直交する副走査方向に移動し次の１ライン分を読み取る。これを原稿サイズ全体にわたって実行し１ページ分の原稿の読み取りを行う。またＡＤＦ１３によって送られる原稿の画像を読み取る場合、イメージセンサ１６は、固定位置（図示の位置）にある。
【００１４】
さらに本体１１内の中央部にはプリンタ部１７を有し、本体１１の下部には、各種サイズの用紙を収容する複数のカセット１８を備えている。プリンタ部１７は、感光体ドラムと露光部等を有する。露光部は発光素子であるＬＥＤを含む走査ヘッド１９を有し、走査ヘッド１９からの光線によって感光体ドラムを走査して画像を生成する。
【００１５】
プリンタ部１７は、スキャナ部１５で読み取った画像データや、ＰＣ（Personal Computer）などで作成された画像データを処理して記録媒体である用紙に画像を形成する。プリンタ部１７は、例えばタンデム方式によるカラーレーザプリンタであり、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋを含む。画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは、中間転写ベルト２１の下側に、上流から下流側に沿って並列に配置している。また、走査ヘッド１９も画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋに対応して複数の走査ヘッド１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋを主走査方向（図１の奥行方向）に設けている。
【００１６】
画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは同じ構成であるため、画像形成部２０Ｋを代表に説明する。画像形成部２０Ｋは、像担持体である感光体ドラム２２Ｋを有する。感光体ドラム２２Ｋの周囲には、回転方向ｔに沿って帯電チャージャ２３Ｋ、現像器２４Ｋ、１次転写ローラ２５Ｋ、クリーナ２６Ｋ、ブレード２７Ｋ等を配置している。感光体ドラム２２Ｋの露光位置には、走査ヘッド１９Ｋから光を照射し、感光体ドラム２２Ｋ上に静電潜像を担持する。
【００１７】
画像形成部２０Ｋの帯電チャージャ２３Ｋは、感光体ドラム２２Ｋの表面を一様に全面帯電する。現像器２４Ｋは、現像バイアスが印加される現像ローラによりブラックのトナー及びキャリアを含む二成分現像剤を感光体ドラム２２Ｋに供給し、感光体ドラム２２Ｋ上にトナー像を形成する。クリーナ２６Ｋは、ブレード２７Ｋを用いて感光体ドラム２２Ｋ表面の残留トナーを除去する。
【００１８】
また、画像形成部２０Ｙ〜２０Ｋの上部には、現像器２４Ｙ〜２４Ｋにトナーを供給するトナーカートリッジ２８を設けている。トナーカートリッジ２８は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナーカートリッジを含む。
【００１９】
中間転写ベルト２１は、駆動ローラ３１及び従動ローラ３２に張架され循環的に移動する。また中間転写ベルト２１は感光体ドラム２２Ｙ〜２２Ｋに対向して接触している。中間転写ベルト２１の感光体ドラム２２Ｋに対向する位置には、１次転写ローラ２５Ｋにより１次転写電圧が印加され、感光体ドラム２２Ｋ上のトナー像を中間転写ベルト２１に１次転写する。
【００２０】
中間転写ベルト２１を張架する駆動ローラ３１には、２次転写ローラ３３を対向して配置している。駆動ローラ３１と２次転写ローラ３３間を用紙Ｓが通過する際に、２次転写ローラ３３により２次転写電圧が用紙Ｓに印加される。そして中間転写ベルト２１上のトナー像を用紙Ｓに２次転写する。中間転写ベルト２１の従動ローラ３２付近には、ベルトクリーナ３４を設けている。
【００２１】
また走査ヘッド１９Ｋは、感光体ドラム２２Ｋと対向し露光部として機能する。感光体ドラム２２Ｋは、予め設定した回転速度で回転し、表面に電荷を蓄えることができ、走査ヘッド１９Ｋからの光を感光体ドラム２２Ｋに照射して露光し、感光体ドラム２２Ｋの表面に静電潜像を形成する。
【００２２】
走査ヘッド１９Ｋは、レンズアレイ１９１と、発光素子であるＬＥＤ素子１９２を有し、ＬＥＤ素子１９２から出射した光線は、レンズアレイ１９１に入射し、レンズアレイ１９２を通過して感光体ドラム２２Ｋ上に結像し、像を感光体ドラム２２Ｋ上に形成する。また走査ヘッド１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃは、同様にして対応する画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃの感光体ドラムに像を形成する。
【００２３】
なお、感光体ドラム２２の露光部としては、半導体レーザ素子から出射されたレーザビームを、ポリゴンミラーを用いて感光体ドラム２２Ｋ〜２２Ｃの主走査方向に走査するレーザ露光装置を用いてもよい。
【００２４】
また図１で示すように、給紙カセット１８から２次転写ローラ３３に至る間には、給紙カセット１８内から取り出した用紙Ｓを搬送する搬送ローラ３５を設けている。さらに２次転写ローラ３３の下流には定着器３６を設けている。また定着器３６の下流には搬送ローラ３７を設けている。搬送ローラ３７は用紙Ｓを排紙部３８に排出する。さらに、定着器３６の下流には、反転搬送路３９を設けている。反転搬送路３９は、用紙Ｓを反転させて２次転写ローラ３３の方向に導くもので、両面印刷を行う際に使用する。
【００２５】
次にイメージセンサ１６の構成を説明する。図２は、スキャナ部１５のイメージセンサ１６の構成を示す正面図である。イメージセンサ１６は、原稿台１２上に載置された原稿Ｄの画像、またはＡＤＦ１３によって給紙された原稿の画像を、操作パネル１４の操作に従って読み取る。イメージセンサ１６は、主走査方向に配置された１次元のセンサであり、筐体４１を有する。
【００２６】
筐体４１の底部には基板４２を配置し、筐体４１の原稿台１２側の上面には、原稿の方向に光を照射する２つのＬＥＤライン照明部４３，４４を主走査方向（図の奥行方向）に延びるように設けている。ＬＥＤライン照明部４３，４４は、ＬＥＤアレイと導光体を備える。なお、光源はＬＥＤに限定されず、蛍光管、キセノン管、冷陰極管又は有機ＥＬ等であってもよい。
【００２７】
筐体４１上部のＬＥＤライン照明部４３と４４の間には、結像光学装置５０が支持されている。ＬＥＤライン照明部４３，４４は原稿台１２上の原稿の画像読み取り位置を照射し、画像読み取り位置で反射した光は、結像光学装置５０に入射する。結像光学装置５０は、詳しくは図３にて説明するが、レンズ素子であるレンズアレイ５１，５２と、光分岐素子であるプリズム５３，５４と、基板４２に実装したＣＣＤやＣＭＯＳなどで構成されるセンサ６１，６２を含む。プリズム５３，５４から出射した光は、センサ６１，６２に結像し、結像した光は、センサ６１，６２によって電気信号に変換され、電気信号は、基板４２のメモリ部（図示せず）に転送される。また基板４２にはセンサ６１，６２からの出力信号を比較し、最も大きい出力信号を選択出力する比較器を有する。
【００２８】
図３に示すように、レンズアレイ５１は、例えば複数のレンズ５１１…を配列したシートで構成し、レンズアレイ５２も同様に複数のレンズ５２１…を配列したシートで構成している。またレンズアレイ５１と５２の間にはアパーチャ５５，５６を配置している。アパーチャ５５は、レンズアレイ５１の出射面の近傍に配置され、複数のレンズ５１１に対応する位置に丸孔を形成している。また、アパーチャ５６は、レンズアレイ５２の入射面の近傍に配置され、複数のレンズ５２１に対応する位置に丸孔を形成している。図２は、図３の矢印Ａ方向から見た図である。なお、レンズアレイ５１，５２としては、屈折率分布型のロッドレンズを複数配列したものを使用することもできる。
【００２９】
次に、図４を参照して結像光学装置５０の詳細な構成について説明する。結像光学装置５０は、図４（ａ）で示すように、レンズアレイ５１，５２を含む正立等倍光学系と、ロンボイドプリズム（平行四辺形プリズム）５３と三角プリズム５４、及びセンサ６１，６２が一体になったユニットであり、主走査方向（図の奥行方向）に長く伸びている。奥行方向は、原稿分の幅を持つため、レンズアレイ５１，５２のレンズの並びも奥行き方向に長く配列されており、主走査方向と直交する副走査方向は短くなっている。
【００３０】
レンズアレイ５１，５２は、原稿台１２からの光の光軸と直交するように配置され、原稿台１２からの光は、レンズアレイ５１に入射し、アパーチャ５５，５６を通過してレンズアレイ５２に入射する。アパーチャ５５，５６は、レンズアレイ５１から出射してレンズアレイ５２に入射する光線が隣接する他のレンズに入射するのを防ぐ役割を有する。レンズアレイ５２から出射した光の光軸上には、光分岐素子であるロンボイドプリズム５３と三角プリズム５４を配置している。
【００３１】
図４（ｂ）は、ロンボイドプリズム５３と三角プリズム５４の構成を説明する斜視図であり、説明を分かりやすくするため分離した状態を示している。ロンボイドプリズム５３は、偏光分離膜を有する偏光分離面又はハーフミラーの面５３１を有し、面５３１に対向する部分に反射面５３２を有している。ロンボイドプリズム５３に入射した光Ｌ０は、面５３１で一部の光が透過し、三角プリズム５４を透過して出射する（出射光をＬ１とする）。また、面５３１で残りの光が反射し、かつ反射面５３２で反射して出射する（出射光をＬ２とする）。上記したように、ロンボイドプリズム５３は、偏光分離面５３１で反射した光を反射する反射経路を有する。
【００３２】
出射光Ｌ１，Ｌ２はそれぞれセンサ６１，６２に結像する。光Ｌ１が通る光路を光路１とし、光Ｌ２が通る光路を光路２とすると、レンズアレイ５２からセンサ６１に至る光路１の光路長と、レンズアレイ５２からセンサ６２に至る光路２の光路長は異なり、センサ６２に至る光路長の方が、距離Ｈ１×ｎだけ長くなる。この距離の間は、屈折率はｎのため、空気換算量でいうとＨ１となる。即ち、ロンボイドプリズム５３と三角プリズム５４は、レンズアレイ５２からの出射光を複数の異なる光路長を有する光路に分光し、それぞれの光路を通った光を像面（センサ６１，６２）に結像する光分岐素子を構成する。
【００３３】
センサ６１，６２に結像した光は、センサ６１，６２によって電気信号に変換され、２つのセンサ６１，６２からの出力信号を比較器によって比較して、出力信号の大きい方を選択出力する。即ち、予め設定した或る範囲内での信号の振れ幅が大きい方の信号か、最大値が大きい方、もしくは最小値が小さい方の信号を選択出力する。
【００３４】
例えば、１ｍｍ当たり６サイクルの濃淡パターンを正立等倍結像したときの光の変調度を求め、変調度が所定の値以上の信号のうち、変調度の大きい方の信号を選択する。変調度（ｍ）は、変調を受けた光強度の最大値をＩmax、最小値をＩminとすると、変調度（ｍ）＝（Ｉmax−Ｉmin）／（Ｉmax＋Ｉmin）で表すことができる。
【００３５】
センサ６１とセンサ６２の出力信号のうち、大きい方の出力信号を選択することにより、原稿面の原稿が原稿台１２から浮いた場合でも、図５に示すように、幅広い範囲でＭＴＦを所定の値以上に保つことができる。ＭＴＦは、Modulation Transfer Functionの略であり、振幅伝達関数である。
【００３６】
即ち、原稿Ｄが図４（ａ）に示す距離Ｈ１だけ、原稿台１２から浮いた場合、正立等倍結像させるには、センサ６１の位置も距離Ｈ１だけずらした位置に移動する必要があるが、センサ６１の位置は固定であるため、センサ６１に結像した像はボケを生じる。一方、センサ６２への光路長は、ロンボイドプリズム５３の反射経路を通過する分だけ光路長が長くなる。センサ６１への光路長とセンサ６２への光路長の差をＨ１×ｎ(ｎは、プリズムの屈折率)とすると、センサ６２ではボケを生じることなく結像することができる。ここで、ｎをかけるのは、空気換算光路長を同じにするためである。
【００３７】
図５は、原稿の設計値からの浮き量に対するＭＴＦの変化を示す光学特性図である。図５の横軸は原稿の設計物体面からの浮き量を示し、縦軸は６サイクル／ｍｍの濃淡パターンを結像したときのＭＴＦを示す。凡例の値（０〜１．８）は、図４のセンサ６１に至る光路（光路１）とセンサ６２に至る光路（光路２）の光路長差を示す。なお、光路１と光路２の光路長差は、空気換算光路長（ガラス内の光路長を等価な空気中での光路長で表わしたもの）の差であり、光路長差／プリズムの屈折率の値である。空気換算光路長を適切に選ぶことで、ＭＴＦが所定の値以上になる範囲を広げることができる。
【００３８】
図６は、光路１のＭＴＦと、光路２のＭＴＦを示した図である。２つのセンサ６１，６２の出力の内、ＭＴＦの大きい方の出力を採用するのであるから、空気換算光路長差は、図６の光路１と光路２の各ＭＴＦの交点の縦軸の値が、仕様の最低値となるようにするのが望ましい（図６の場合、最低値は０．３７とする）。
【００３９】
例えば、図５において、ＭＴＦが５５％（０．５５）以上の広い範囲になるようにしたければ、光路１と光路２のＭＴＦをプロットした場合の交点のＭＴＦが０．５５となる光路長差１．２とすればよい。したがって、ロンボイドプリズム５３の長さを１．２ｍｍ×ロンボイドプリズムの屈折率に設定すればよい。この条件を満たすことで、例えば被写界深度を１．２ｍｍから、２．４５ｍｍに深くすることができる。空気換算光路長差１．２×ロンボイドプリズムの屈折率がプリズム５３の反射点を結ぶ距離Ｈ１×ｎとなる。
【００４０】
またＭＴＦが４０％（０．４）以上の広い範囲になるようにしたければ、光路１と光路２の各ＭＴＦをプロットした場合の交点のＭＴＦが０．４となる空気換算光路長差１．８とすればよく、ロンボイドプリズム５３の長さを１．８ｍｍ×ロンボイドプリズムの屈折率に設定すればよい。この条件を満たすことで、例えば被写界深度を１．７ｍｍから、３．６ｍｍと深くすることができる。光路長差１．８×ロンボイドプリズムの屈折率がプリズム５３の反射点を結ぶ距離Ｈ１×ｎとなる。
【００４１】
従来のようにセンサを１セット使った場合には、原稿が浮いたときのＭＴＦが落ちてしまう。しかしながら、第１の実施形態のように、センサを２セット（６１と６２）使うことで、原稿が浮いた場合でもＭＴＦを所定の値以上にすることができる。
【００４２】
なお、カラー画像を読み取る場合、センサ６１，６２は、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）用、もしくはＹ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）のセンサを配列することになる。
【００４３】
また、２セットのセンサ６１，６２を用いた例を説明したが、センサが複数あることが重要であり、センサを３セット、４セットとすることにより、より高いＭＴＦを保った状態で被写界深度を深くすることができる。例えば、ロンボイドプリズム５３からの光路２上に、もう１組のロンボイドプリズム５３と三角プリズム５４を追加し、光路２の光をさらに分光して第３のセンサに結像するようにしてもよい。
【００４４】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る結像光学装置５０の構成図である。図７において、結像光学装置５０は、レンズアレイ５１，５２を含む正立等倍光学系と、ロンボイドプリズム５７，５８と三角プリズム５９からなるプリズム、及びセンサ６１が一体になったユニットであり、主走査方向（図の奥行方向）に長く伸びている。
【００４５】
図７（ａ）に示すように、原稿台１２からの光は、レンズアレイ５１に入射し、アパーチャ５５，５６を通過してレンズアレイ５２に入射する。レンズアレイ５２から出射した光は、光分岐素子であるロンボイドプリズム５７，５８と三角プリズム５９からなるプリズムに入射する。
【００４６】
図７（ｂ）は、ロンボイドプリズム５７，５８と三角プリズム５９の構成を説明する斜視図であり、説明を分かりやすくするため分離した状態で示している。ロンボイドプリズム５７は、偏光分離膜を有する偏光分離面又はハーフミラーの面５７１を有し、面５７１に対向する部分に反射面５７２を有している。またロンボイドプリズム５８は、反射面５８１と５８２を有している。
【００４７】
ロンボイドプリズム５７に入射した光Ｌ０は、面５７１で一部の光Ｌ１が透過し、さらに三角プリズム５９を透過してロンボイドプリズム５８に入射し、面５８２を透過して出射する。また、面５７１で残りの光Ｌ２が反射し、かつ反射面５７２で反射して、ロンボイドプリズム５８に入射する。さらにロンボイドプリズム５８に入射した光は、反射面５８１と反射面５８２で反射して出射する。そして、ロンボイドプリズム５７，５８と三角プリズム５９から出射した光Ｌ１，Ｌ２はセンサ６１に結像する。
【００４８】
図７のプリズム（５７，５８，５９）では、ロンボイドプリズム５７の面５７１で反射した光を、反射面５７２，５８１，５８２で計３回反射する反射経路を有することになる。光Ｌ１が通る光路を光路１、光Ｌ２が通る光路を光路２とすると、レンズアレイ５２から出射してセンサ６１に至る光路１の光路長と、レンズアレイ５２から出射してセンサ６１に至る光路２の光路長は異なり、センサ６１には、光路Ｌ１と光路Ｌ２を経由した光がセンサ６１で合成される。光路長に差を持った光線が１つに合成されて、１セットのセンサに入力するため、ＭＴＦは低くなるが、ピークＭＴＦの半分くらいのＭＴＦの範囲は広くすることができる。
【００４９】
図８に第２の実施形態で得られるＭＴＦの光学特性を示す。図８の横軸は、原稿の設計物体面からの浮き量を示し、縦軸は６サイクル／ｍｍの濃淡パターンを結像したときのＭＴＦを示す。凡例の値（０〜２．２）は、図７のセンサ６１に至る光路１と光路２の空気換算光路長差を示す。なお、光路１と光路２の光路長差は、空気換算光路長（ガラス内の光路長を等価な空気中での光路長で表わしたもの）の差であり、光路長差／プリズムの屈折率の値である。空気換算光路長を適切に選ぶことで、ＭＴＦが所定の値以上である範囲を広げることができる。
【００５０】
例えば、空気換算光路長差を１．８にしたときは、光路が１つだけである場合のＭＴＦのピーク値の半分以上で被写界深度を深くすることができる。即ち、原稿が浮いたときにＭＴＦのピークは低くなるが、原稿を読み取ることができる。
【００５１】
空気換算光路長差が１．８のときの、光路１と光路２の光線による単体でのＭＴＦの様子を図６に示している。図６を見てわかるように、光路１のＭＴＦがほぼ０になる位置に光路２のＭＴＦが最大になるような、空気換算光路長差を与えるときが最適となる。
【００５２】
なお、図７の例においても、カラー画像を読み取る場合は、センサ６１，６２は、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）用、もしくはＹ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）のセンサを配列することになる。
【００５３】
また、ロンボイドプリズム５７，５８と三角プリズム５９の後段にもう１組のロンボイドプリズム５７，５８と三角プリズム５９を追加し、光路長の異なる光線をセンサ６１に結像するようにしてもよい。
【００５４】
図９は、第２の実施形態における結像光学装置５０の変形例を示す構成図である。図９は、レンズアレイ５１，５２を含む正立等倍光学系と、ロンボイドプリズム５３と三角プリズム５４、及びセンサ６１が一体になったユニットであり、主走査方向（図の奥行方向）に長く伸びている。プリズム５３，５４の構成は図４の例に類似するが、ロンボイドプリズム５３からの出射光が屈折してセンサ６１に結像するようにした点で異なる。
【００５５】
図９に示すように、原稿台１２からの光は、レンズアレイ５１に入射し、アパーチャ５５，５６を通過してレンズアレイ５２に入射する。レンズアレイ５２から出射した光は、ロンボイドプリズム５３と三角プリズム５４に入射する。
【００５６】
ロンボイドプリズム５３に入射した光Ｌ０は、面５３１で一部の光が透過し、三角プリズム５４を透過して出射する（出射光をＬ１とする）。また、面５３１で残りの光が反射し、かつ反射面５３２で反射して出射する（出射光をＬ２とする）。
【００５７】
出射光Ｌ１，Ｌ２はそれぞれセンサ６１に結像する。光Ｌ１が通る光路を光路１とし、光Ｌ２が通る光路を光路２とすると、レンズアレイ５２から出射してセンサ６１に至る光路１の光路長と、レンズアレイ５２から出射してセンサ６１に至る光路２の光路長は異なり、光路２を通る光路長の方が長くなる。図９での光路長差は、第２の実施例と同じであるが、光路長差の与え方が異なる。また光学特性は第２の実施例とほぼ同じである。
【００５８】
以上説明した実施形態によれば、ＭＴＦや集光特性を向上させた上で、光量を最大限に得ることができる。また原稿が浮いた場合でもセンサではボケを低減して結像することができる。
【００５９】
なお、以上述べた実施形態の例では、複数のレンズ面を持つレンズアレイ５１，５２を使った例について説明しているが、屈折率分布型のレンズを複数並べたものを用いてもよい。また必ずしもレンズアレイを用いる必要はなく、単一のレンズ、又は光路上に複数のレンズを組み合わせたレンズ素子で構成してもよい。さらにセンサはラインセンサに限らずエリアセンサであってもよい。
【００６０】
また本実施形態として、読取装置であるスキャナ部１５を画像形成装置の一部として包含する例を説明したが、これに限定されず、スキャナ部１５自身が画像形成装置を構成するものであってもよい。
【００６１】
また光分岐素子はスキャナ部１５に配置することに限定されず、プリンタ部１７の走査ヘッド１９の内部にある場合でもよい。即ち、発光素子からの出射光を光分岐素子によって複数の異なる光路長を有する光路に分光し、光分岐素子を通った光に基づいて像担持体を露光し、静電潜像を担持するようにしてもよい。
【００６２】
尚、本発明のいくつかの実施形態を述べたが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６３】
１０…画像形成装置
１２…原稿台
１５…画像読取部（スキャナ部）
１６…イメージセンサ
１７…プリンタ部
１９…走査ヘッド
４３，４４…照明部
５１，５２…レンズアレイ
５３，５４，５７，５８，５９…プリズム
５５，５６…アパーチャ
６１，６２…センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸と直交する方向に入射面と出射面が配置されたレンズ素子と、
前記レンズ素子の前記出射面から出射した光の光軸上に配置され、前記レンズ素子からの出射光を複数の異なる光路長を有する光路に分光し、前記光路長の異なる複数の光路を形成する光分岐素子と、
を具備する結像光学装置。
【請求項２】
前記光分岐素子は、前記レンズ素子からの出射光の一部を透過し前記出射光の残りを反射する偏光分離面と、前記偏光分離面で反射した光を少なくとも１回反射する反射経路とを有するプリズムを備え、前記偏光分離面を透過した光及び前記反射経路を介して出射した光を像面に結像する請求項１記載の結像光学装置。
【請求項３】
前記光分岐素子は、前記レンズ素子からの出射光の一部を透過し前記出射光の残りを反射するハーフミラー面と、前記ハーフミラー面で反射した光を少なくとも１回反射する反射経路とを有するプリズムを備え、前記ハーフミラー面を透過した光及び前記反射経路を介して出射した光を像面に結像する請求項１記載の結像光学装置。
【請求項４】
前記光路長の異なる複数の光路を通った光をそれぞれ結像する複数のセンサを設け、前記複数のセンサの出力信号の内、最も大きい出力信号を選択出力する比較器を備える請求項１記載の結像光学装置。
【請求項５】
前記光路長の異なる複数の光路を通った光を合成して結像するセンサを設けた請求項１記載の結像光学装置。
【請求項６】
前記レンズ素子は、複数のレンズを配列したレンズアレイを複数個並べてなる請求項１記載の結像光学装置。
【請求項７】
前記レンズ素子は、複数の屈折率分布型レンズを配列したレンズアレイを複数個並べてなる請求項１記載の結像光学装置。
【請求項８】
原稿台上にある原稿の主走査方向に配置し、前記原稿に光を照射する照明部と、
前記原稿面からの光の光軸と直交する方向に入射面と出射面が配置されたレンズ素子と、前記レンズ素子の前記出射面から出射した光の光軸上に配置され、前記レンズ素子からの出射光を複数の異なる光路長を有する光路に分光し、前記光路長の異なる複数の光路を形成する光分岐素子と、
前記光分岐素子を通った光を結像するセンサと、
を備える画像形成装置。
【請求項９】
前記センサによって結像されて生成された画像データに基づいて像担持体の主走査方向に光を照射し、前記像担持体を露光する露光部と、
前記像担持体に現像剤を供給し、前記像担持体にトナー像を形成する現像器と、
を備える請求項８記載の画像形成装置。
【請求項１０】
光を出射する発光素子と、
前記発光素子から出射した光の光軸上に配置され、前記出射光を複数の異なる光路長を有する光路に分光し、前記光路長の異なる複数の光路を形成する光分岐素子と、
前記光分岐素子を通った光に基づいて静電潜像を担持する像担持体と、
を備える画像形成装置。
【請求項１１】
前記光分岐素子はプリズムである請求項８乃至１０いずれか一に記載の画像形成装置。
【請求項１】
光軸と直交する方向に入射面と出射面が配置されたレンズ素子と、
前記レンズ素子の前記出射面から出射した光の光軸上に配置され、前記レンズ素子からの出射光を複数の異なる光路長を有する光路に分光し、前記光路長の異なる複数の光路を形成する光分岐素子と、
を具備する結像光学装置。
【請求項２】
前記光分岐素子は、前記レンズ素子からの出射光の一部を透過し前記出射光の残りを反射する偏光分離面と、前記偏光分離面で反射した光を少なくとも１回反射する反射経路とを有するプリズムを備え、前記偏光分離面を透過した光及び前記反射経路を介して出射した光を像面に結像する請求項１記載の結像光学装置。
【請求項３】
前記光分岐素子は、前記レンズ素子からの出射光の一部を透過し前記出射光の残りを反射するハーフミラー面と、前記ハーフミラー面で反射した光を少なくとも１回反射する反射経路とを有するプリズムを備え、前記ハーフミラー面を透過した光及び前記反射経路を介して出射した光を像面に結像する請求項１記載の結像光学装置。
【請求項４】
前記光路長の異なる複数の光路を通った光をそれぞれ結像する複数のセンサを設け、前記複数のセンサの出力信号の内、最も大きい出力信号を選択出力する比較器を備える請求項１記載の結像光学装置。
【請求項５】
前記光路長の異なる複数の光路を通った光を合成して結像するセンサを設けた請求項１記載の結像光学装置。
【請求項６】
前記レンズ素子は、複数のレンズを配列したレンズアレイを複数個並べてなる請求項１記載の結像光学装置。
【請求項７】
前記レンズ素子は、複数の屈折率分布型レンズを配列したレンズアレイを複数個並べてなる請求項１記載の結像光学装置。
【請求項８】
原稿台上にある原稿の主走査方向に配置し、前記原稿に光を照射する照明部と、
前記原稿面からの光の光軸と直交する方向に入射面と出射面が配置されたレンズ素子と、前記レンズ素子の前記出射面から出射した光の光軸上に配置され、前記レンズ素子からの出射光を複数の異なる光路長を有する光路に分光し、前記光路長の異なる複数の光路を形成する光分岐素子と、
前記光分岐素子を通った光を結像するセンサと、
を備える画像形成装置。
【請求項９】
前記センサによって結像されて生成された画像データに基づいて像担持体の主走査方向に光を照射し、前記像担持体を露光する露光部と、
前記像担持体に現像剤を供給し、前記像担持体にトナー像を形成する現像器と、
を備える請求項８記載の画像形成装置。
【請求項１０】
光を出射する発光素子と、
前記発光素子から出射した光の光軸上に配置され、前記出射光を複数の異なる光路長を有する光路に分光し、前記光路長の異なる複数の光路を形成する光分岐素子と、
前記光分岐素子を通った光に基づいて静電潜像を担持する像担持体と、
を備える画像形成装置。
【請求項１１】
前記光分岐素子はプリズムである請求項８乃至１０いずれか一に記載の画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−９０１９８（Ｐ２０１３−９０１９８Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２９８７０（Ｐ２０１１−２２９８７０）
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００００３５６２）東芝テック株式会社 (5,631)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００００３５６２）東芝テック株式会社 (5,631)
【Ｆターム（参考）】
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