CN102759762A - 透镜板、透镜单元、曝光设备、图像形成设备和读取设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透镜板、透镜单元、曝光设备、图像形成设备和读取设备。一种透镜板包括至少一个透镜行，该至少一个透镜行包括沿着第一方向对准的多个透镜，每个透镜包括透镜表面（136a、236a、336a），其包括沿着基本上垂直于第一方向的第二方向延伸的周界部分（134a、234a、334a），使得两个相邻透镜在周界部分处与彼此毗邻。

Description

透镜板、透镜单元、曝光设备、图像形成设备和读取设备

技术领域

本发明涉及透镜板、透镜单元、曝光设备、图像形成设备和图像读取设备。

背景技术

现有电子照相图像形成设备结合了用于在光电导鼓上形成静电潜像的曝光装置。一个这样的曝光装置是LED头，其使用光学系统用从LED阵列发射的光照射光电导鼓的充电表面。扫描仪和传真机采用在其中布置了多个光接收元件阵列的图像捕获部上形成图像的光学系统。

该光学系统包括基本上成直线地对准的多个微透镜，所述透镜形成具有高分辨率的1放大倍率的正立像。在日本专利公开号2008-92006中公开了一个这样的光学系统。此出版物公开了透镜阵列，在该透镜阵列中，以两个相邻行的形式对多个透镜进行对准以使得这两个相邻行的每一个中的相邻透镜的光学轴之间的距离为L1。此外，这两个相邻行之一中的微透镜在这两个相邻行的另一个中的两个相邻微透镜之间，并且这两个相邻透镜的光学轴之间的距离为L2。距离L1长于距离L2。

为了改善静电潜像的分辨率，必须减小LED头中的LED的尺寸以增加光点的密度。减少LED的尺寸促使各个LED的光输出减少。因此，需要改善各个LED的光发射效率。另外，必须改善光源的光生成效率以便减小功率消耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种在其中对透镜进行密集地布置以增加其分辨率的透镜板。

本发明的另一目的是提供一种能够形成明亮图像的透镜板。

本发明的又一目的是提供一种透镜板，在其中透镜具有小的透镜表面且因此能够以较低的成本且在较短时间内制造该透镜板。

本发明的再一目的是提供一种能够形成具有高质量和高分辨率的图像的图像形成设备。

本发明的另外目的是提供一种能够减小功率消耗的图像读取设备。

透镜板包括至少一个透镜行，该至少一个透镜行包括沿第一方向对准的多个透镜。每个透镜包括透镜表面（136a、236a、336a），所述透镜表面（136a、236a、336a）包括周界部分（134a、234a、334a）。周界部分沿着基本上垂直于第一方向的第二方向延伸，使得两个相邻透镜在周界部分处与彼此毗邻。

透镜单元结合了两个透镜板。该透镜单元包括挡光构件（140、240、340），所述挡光构件（140、240、340）包括从其延伸通过的开口。两个透镜板和挡光构件被组装在一起，使得每个透镜的光学轴通过开口中的对应的一个开口。

根据在下文中给出的详细描述，本发明的进一步范围将变得显而易见。然而，应理解的是该详细描述和特定示例虽然指示本发明的优选实施例，但仅仅是以举例说明的方式给出的，这是因为根据此详细描述，在本发明的精神和范围内的各种变更和修改对于本领域的技术人员来说将变得显而易见。

附图说明

根据下面给出的详细描述和仅仅以举例说明的方式给出且因此不限制本发明的附图，本发明将被更全面地理解，并且其中：

图1图示了根据第一实施例的图像形成设备；

图2图示了图1中所示的光电导鼓和LED头的轮廓；

图3是沿着图2中的线III-III截取的横截面图；

图4是图示透镜单元的分解透视图；

图5是图示图4中所示的透镜板的顶视图；

图6是图4种所示的挡光构件的顶视图；

图7是图6中所示的开口的放大图；

图8是沿着图5中的线VIII-VIII和图6中的线VIII-VIII截取的部分横截面图；

图9是沿着图5中的线IX-IX和图6中的线IX-IX截取的透镜单元的部分横截面图；

图10是部分放大图，图示了打印在打印介质的整个可打印区域上的点；

图11图示了第二实施例的光电导鼓和LED头的轮廓；

图12是沿着图11中的线XII-XII截取的横截面图；

图13是图11中所示的透镜单元221的分解透视图；

图14是图13中所示的第二实施例的透镜板的顶视图，图示了透镜表面；

图15是图13中所示的透镜板的顶视图，图示了另一透镜表面；

图16是图13中所示的挡光构件的顶视图；

图17是沿着图16中的线XVII-XVII或图14中的线XVII-XVII截取的透镜单元的部分横截面图；

图18是沿着图14中的线XVIII-XVIII或图16中的线XVIII-XVIII截取的部分横截面图；

图19是第三实施例的透镜板的顶视图；

图20是沿着图19中的线XX-XX截取的透镜单元321的部分横截面图；

图21图示了根据第四实施例的读取设备的相关部分的轮廓；

图22图示了作为根据第一至第三实施例的透镜单元之一的透镜单元的轮廓；以及

图23是横截面图，图示了图22中所示的第四实施例的透镜单元。

具体实施方式

将参考附图来描述优选实施例。附图应被用于理解本发明且并不意图限制本发明的范围。

第一实施例

{配置}

图1图示了根据本发明的第一实施例的图像形成设备。

图像形成设备例如是电子照相彩色打印机。电子照相彩色打印机依照图像数据在打印介质（例如，纸张）上形成全色图像。该图像是使用由包含颜料作为着色剂的树脂材料形成的显影剂材料（例如，调色剂）T形成的。

供纸盒1设置在图像形成设备的下部处，并在其中保持一堆纸张P。供纸辊2被弹簧（未示出）抵靠着该堆纸张P的顶部片材推进。传送辊3和4相对于纸张P行进的方向设置在供纸辊2的下游，并将由供纸辊2进给的纸张P传送至转印带5。

用于形成黄色、品红色、青色和黑色图像的多个图像形成部沿着纸张P的传送路径且在其之上对准。这些图像形成部在结构方面是相同的且仅在调色剂的色彩方面不同。图1图示了四个图像形成部，其中只对最上游的一个给出了附图标记。

每个图像形成部包括静电潜像承载体（例如光电导鼓）6、用调色剂T使在光电导鼓6上形成的静电潜像显影的显影单元7以及向显影单元7供应对应色彩的调色剂T的调色剂盒8。

充电辊9设置为与光电导鼓6接触。曝光单元（例如，LED头）120设置在光电导鼓6之上并依照图像数据用光照射光电导鼓6的充电表面。

转印部设置在多个光电导鼓6下面。转印部包括传送纸张P的转印带5和多个转印辊10，转印辊10设置为保持以夹层关系在光电导鼓6与转印辊10之间的转印带5。该转印部将调色剂图像转印到承载在转印带5上的纸张P上。

清洁刮刀11设置为与光电导鼓6接触，并去除在将调色剂图像转印到纸张P上之后仍留在光电导鼓6的表面上的调色剂T。

定影单元12设置在转印部的下游，其通过热量和压力将调色剂图像定影在纸张P上。传送辊13和排出辊14定位于定影单元12的下游。传送辊13传送已经经过定影单元12的纸张P。排出辊14将该纸张P排出到堆叠器15上，该堆叠器15保持具有在其上形成的图像的纸张的片材。

电源（未示出）向充电辊9和转印辊10施加电压。电动机（未示出）经由传动机构在旋转中驱动转印带5、光电导鼓6、辊1、2、3、4、9、12、13和14。显影单元7、LED头120、定影单元12以及电动机（未示出）连接到电源和控制部（未示出）。控制部执行用于控制图像形成部的总体操作的功能。控制部经由接口（I/O）从主机设备接收打印数据。

图2图示了图1中所示的光电导鼓6和LED头120的轮廓。LED头120包括设置为面向光电导鼓6、光发射部22和保持器23的透镜单元121。透镜单元121被保持器23保持在一起。光发射部22包括在其中多个LED 22e基本上成直线地对准的LED阵列22a和驱动LED 22e的驱动器集成电路（驱动器IC）22b。

透镜单元121沿着基本上平行于LED阵列22a的纵向方向（Y方向）延伸。透镜单元121包括多个微透镜131a，其光学轴沿着垂直于该纵向方向的方向（z方向）延伸。

光电导鼓6可靠其旋转轴AXR旋转，并沿着基本上平行于透镜单元121的纵向方向的Y方向延伸。

图3是沿着图2中的线III-III截取的横截面图。透镜单元121的宽度沿着垂直于纵向方向（Y方向）和微透镜的光学轴（Z方向）的方向（X方向）延伸。LED 22e基本上沿着平行于透镜单元121的纵向中心线CL（图5）的方向对准，并且位于将透镜单元121的宽度分成两半的平面CP（图3）中。LED 22e和驱动器IC 22b设置在布线板22c上并经由导线22d连接。

在第一实施例中，LED头120具有1200 dpi、即每英寸1200个LED 22e的分辨率。换言之，LED 22e以0.02117mm的间隔布置。

图4是图示透镜单元121的分解透视图。透镜单元121包括透镜板（例如，透镜阵列）130a、透镜板（例如，透镜阵列）130b和挡光构件140。挡光构件140夹在透镜板130a与透镜板130b之间，透镜板130a直接面向LED 22e而透镜板130b直接面向光电导鼓6。

透镜板130a包括基座BSa和以与基座BSa成单块构造的形式形成的多个微透镜131a。透镜板130b包括基座BSb和以与基座BSb成单块构造的形式形成的多个微透镜131b。

微透镜131a和131b以规则的间隔对准，使得微透镜131a的光学轴AXL与微透镜131b的那些成一直线并沿着由箭头Z所示的方向延伸。挡光构件140具有以与微透镜131a和131b相同的规则间隔在其中形成的开口141，使得光学轴AXL通过开口141。开口141充当光阑。

图5是图示图4中所示的透镜板130a的顶视图。透镜板130a具有沿着笔直平行方向延伸的透镜行132a和透镜行132b。透镜行132a和132b包括与中心至中心距离PY对准的微透镜131a，使得每行的微透镜131a的光学轴AXL位于间隔开距离PX的两个平行平面P1和P2中的一个中。这两个平行平面与透镜板130a的纵向方向基本上平行。

每个微透镜131a具有沿着基本上垂直于微透镜131a的光学轴所处的平面P1的方向延伸的两个笔直周界部分134a，使得透镜行中的相邻微透镜131a中的一个在笔直周界部分134a处与相邻微透镜131a中的另一个毗邻。微透镜131a的光学轴AXL与微透镜131a的笔直周界部分134a和微透镜131a的圆周周界部分的透镜半径RL中的每一个之间的距离LB1如下相关：

RL > LB1

LB1 = PY/2      。

因此，透镜表面包括处于与光学轴AXL相距距离（RL）处的圆周周界部分139a，该距离RL比这两个相邻透镜的光学轴AXL之间的距离的一半（LB1）长。PY是两个相邻透镜行之一中的两个相邻透镜的光学轴之间的距离。

透镜行132a和132b中的微透镜131a还具有在其末端处相遇而与彼此形成一角度的两个笔直周界部分135a。透镜行132a和132b相错开中心至中心距离PY的一半，使得透镜行132a和透镜行132b中的一个中的微透镜131a在另一个中的两个相邻微透镜131a之间，并且在两个笔直周界部分135a处与两个相邻微透镜131a毗邻。换言之，每个透镜板包括布置成互搭嵌入配置的两行微透镜131a，其中，这两行的一个中的每个微透镜131a延伸到这两行的另一个中的相邻的两个微透镜131a中，它们的周界部分与彼此紧密接触。

这两个透镜行132a和132b的一个中的微透镜131a与这两个透镜行132a和132b的另一个中的微透镜131a毗邻，使得这两个微透镜131a的光学轴间隔开距离PN。

两个笔直周界部分135a中的每一个通过距离PN，将距离PN分成两半，即LB2和LB2，使得RL > LB2，其中，LB2是微透镜131a的光学轴AXL与两个笔直周界部分135a之一之间的距离，并且RL是微透镜131a的透镜半径或微透镜131a的圆周周界与其光学轴AXL（即微透镜131a的半径）之间的距离。还可以说距离LB2是两个相邻透镜行的一个中的第一透镜的光学轴与这两个相邻透镜行的另一个中的第二透镜的光学轴之间的距离的一半。

微透镜131a的上述布置提供了微透镜131a的均匀属性。

透镜板130b的配置与透镜板130a的配置基本上相同。

透镜板130a和130b由可透光的材料形成。在第一实施例中，透镜板130a和130b例如由塑料注模的，该塑料为可从日本Zeon获得的环烯树脂ZEONEX E48R。挡光构件140例如由不可透光的聚碳酸酯注模的。

微透镜131a和微透镜131b具有非球面表面，其具有由如下等式（1）给出的旋转对称性：

…等式（1）

其中，Z（r）是作为正值的曲率，微透镜131a或131b的顶点或顶部位于原点处，该曲率沿着从透镜单元121的物平面OP（图9）朝着像平面IP（图9）的方向延伸，r是具有位于旋转轴处的光学轴AXL的旋转坐标系，使得r= (X²+Y²)^1/2，X和Y例如为图5中所示的方向，Cnm是曲率半径，Anm是非球面表面第四系数，Bnm是非球面表面第六系数，n=1指示微透镜131a，n=2指示微透镜31b，m=1指示直接面向物平面OP的透镜表面136a，并且m=2指示直接面向像平面IP的透镜表面136b。例如，A11表示微透镜131a的直接面向物体51的透镜表面的非球面表面第四系数，同样地，A22表示微透镜131b的直接面向像平面IP的微透镜表面的非球面表面第四系数。

图6是图4中所示的挡光构件140的顶视图。挡光构件140具有在其中形成的两个平行的多个开口141行，开口141沿着挡光构件40延伸的纵向方向对准。开口141是以规则的中心至中心间隔PY（中心至中心距离或光学轴之间的距离）形成的，使得每个开口141与对应的微透镜131a和131b对准。透镜行132a中的微透镜131a的光学轴AXL位于其中的平面P1通过这两个平行的开口141行之一中的开口141。透镜行132b中的微透镜131a的光学轴AXL所处于的平面P2通过这两个平行的开口141行的另一个中的开口141。这两个平面P1和P2间隔开距离PX。通过两个平行的开口141行之一中的开口141的光学轴位于通过这两个平行的开口141行的另一个中的两个相邻开口141的光学轴之间。距离PN是通过两个平行的开口行之一中的开口的光学轴与通过这两个平行的开口141行的另一个中的两个相邻开口之一的光学轴之间的距离。与在更接近于挡光构件140的横向末端的平面的一侧相比，每个开口141在更接近于纵向中心线CL的平面P1或P2的一侧具有更小的开口面积。开口141均具有位于平面P3和P4（其平行于平面P1和P2）之一中的笔直周界部分。这两个平面P3和P4间隔开距离TB。

图7是图6中所示的开口141的放大图。开口141具有圆周周界部分141d、沿着基本上垂直于纵向方向（Y方向）或平面P1和P2的方向延伸的两个平行笔直周界部分141a和141b、以及沿着基本上平行于纵向方向的方向延伸或位于平面P1或平面P2中的单个笔直周界部分141c。笔直周界部分141a和141b中的每一个与光学轴AXL间隔开距离AB且该单个笔直周界部分141c与光学轴AXL间隔开(PX-TB)/2。圆周周界部分141d是具有RA的半径的圆周的一部分，并且其与光学轴相距比距离PN的一半更长的距离。圆周周界部分141d的半径RA等于或小于微透镜131a的圆周周界部分的透镜半径RL。如果该透镜板被具有某些位置错误地接合到挡光构件140，则光可能除微透镜的表面之外进入该透镜板的区域，这引起差的对比度。为此，半径RA有利地可以小于透镜半径RL。

半径RA大于距离AB。将详细地描述透镜单元121。图8是沿着图5中的线VIII-VIII和图6中的线VIII-VIII截取的透镜单元121的部分横截面图，图示了在微透镜131a的光学轴AXL所处的平面中切割的透镜单元121。

物平面OP位于与微透镜131a相距距离L1。像平面IP位于与微透镜131b相距距离L2。LED 22e位于物平面OP中。微透镜131a和微透镜131b间隔开距离L3，并且微透镜131a和131b的光学轴AXL与彼此成一直线。

微透镜131a具有厚度T2且形成物体51的中间图像52，中间图像52是在位于与微透镜131a相距距离L4的中间像平面IMP中形成的。微透镜131b具有厚度T1且在像平面IP中形成中间图像52的正立像53。

    假定物体放置在单个微透镜131a的透镜表面136a前面。把距离L01和LI1关联成使得当物体被放置在与微透镜131a的第一透镜表面136a间隔开距离L01的物平面中时，微透镜131a在与第一透镜表面136a相对的第二透镜表面136a间隔开距离LI1的像平面中形成图像。在图8中，L1、L4、L01和LI1被关联成使得L1=L01并且L4=LI1。同样地，假定物体放置在单个透镜微透镜131b的第一透镜表面136a前面。把距离LI2和L02关联成使得当物体被放置在与第一透镜表面间隔开距离L02的物平面中时，微透镜131a在与微透镜131b的第二透镜表面136a间隔开距离LI2的像平面中形成图像。在图8中，L2、L5、LI2和L02被关联成使得L5=L02并且L2=LI2。

微透镜131a和微透镜131b可以具有相同配置。换言之，微透镜131a和131b这二者可以具有厚度T1（=T2）。可以将微透镜131a和131b设置为使得微透镜131a和131b中的一个相对于基本上位于微透镜131a与微透镜131b之间的中途的像平面IMP而言是另一个的镜像图像。可以将中间像平面IMP定位为使得中间像平面IMP与微透镜131a之间的距离L4等于中间像平面IMP与微透镜131b之间的距离L5。同样地，像平面IP与微透镜131b之间的距离L2可以等于物平面OP与微透镜131a之间的距离L1。

图9是沿着图5中的线IX-IX和图6中的线IX-IX截取的部分横截面图。

第n个LED 22e基本上位于将透镜单元121的宽度分成两半且透镜单元121的纵向中心线CL所处于的平面CP中。LED 22e基本上以基本上并行于纵向中心线CL的直线被对准。因此，第n个LED 22e与透镜行132a之间的距离等于第n个LED 22e与透镜行132b之间的距离。

现在将给出透镜单元121的尺度和比较例的那些的描述。表1列出了透镜单元121和比较例的尺度。应当注意，比较例具有等于距离LB1的透镜半径RL，即，比较例的微透镜不具有笔直周界134a，但是相邻微透镜是毗邻的。这意味着透镜单元121的微透镜131a具有比该比较例的微透镜大的透镜半径RL，这容许更大量的光通过透镜表面136a并且因此更亮的图像。除透镜半径RL和光阑直径RA之外，比较例的透镜单元具有与透镜单元121的相同的配置。该比较例的微透镜具有与第一实施例的那些相同的形状，并且设置为使得两个透镜板的一个中的微透镜相对于像平面IMP而言是这两个透镜板的另一个的镜像图像。

表1

。

{第一实施例的图像形成设备的操作}

将参考图1来描述根据第一实施例的图像形成设备的操作。

供纸辊2被弹簧（未示出）抵靠着保持在供纸盒1中的该堆纸张P的顶部片材推进。供纸辊2将纸张P一张一张地馈送到传送路径中。纸张P然后被传送到转印带5附近。

分别用于形成黄色、品红色、青色和黑色图像的多个图像形成部沿着纸张P的传送路径在转印带5之上对准。

充电辊9从电源（未示出）接收高压，并对光电导鼓6的表面充电。光电导鼓6旋转，使得充电表面在LED头120下面通过。LED头120依照图像数据对该充电表面进行照明以形成静电潜像。随着光电导鼓6进一步旋转，显影单元7用显影剂材料使静电潜像显影成显影剂图像或调色剂图像。

随着光电导鼓6进一步旋转，调色剂图像到达在光电导鼓6与转印带5之间限定的转印点，在那里，调色剂图像被转印到纸张P上。

随着转印带5运转，纸张P被传送到定影单元12，在那里，纸张P上的调色剂图像被热量和压力熔化成永久图像。纸张P被传送辊13和排出辊14进一步传送至堆叠器15。这完成了图像形成设备的操作。

{LED头的操作}

将参考图2和3来描述LED头120的操作。

控制器（未示出）向LED头120发送控制信号，促使LED头120发射光。图3中所示的驱动器IC 22c接收控制信号，并随后依照该控制信号选择性地驱动LED 22e以发射光。从LED 22e发射的光通过透镜单元121以在光电导鼓6上形成静电潜像。

{透镜单元的操作}

将参考图9来描述透镜单元121的操作。

从第n个LED 22e或物体51发射的光进入微透镜131a，其又在中间像平面IMP中形成中间图像52。中间图像52是倒立缩小图像。该倒立缩小图像进入微透镜131b，其又在像平面IP中形成1放大倍率的倒立像或正立像。从物平面OP中的所有点发射且经过光学轴AXL附近的光的主射线在微透镜131a与微透镜131b之间的区域中是平行的，即，远心系统。当从物体发射光时，光发散成以锥形形状的光束。该光束通过透镜并朝着像平面IP会聚成锥形形状。主射线是该光束的中心。

如果LED阵列22a的所有LED 22e被激励以发射光，则完全横跨开口141中的中间像平面IMP形成中间图像52。对像平面IP中的图像的形成没有贡献的光被挡光板140阻挡。

透镜板130a和130b在配置上可以是不同的，在该情况下，透镜单元121还可以形成1放大倍率的正立像。从物体51或第n个LED 22a发射的光进入微透镜131a，使得微透镜131a在与微透镜131a相距距离L4处形成中间图像52。来自中间图像52的光进入微透镜131b，其进而在像平面IP中形成1放大倍率的正立像53。对于具有不同形状的透镜板130a和130b，从物平面OP中的所有点发射且经过光学轴AXL附近的光的光分量在微透镜131a和微透镜131b之间的区域也是平行的，即远心系统。

现在将参考图8来描述透镜单元121。从位于透镜单元121的纵向中心线CL上的第n个LED 22e发射的光进入与光学轴AXL相比更接近于透镜单元121的横向末端的微透镜131a的透镜表面136a的区域，微透镜131a在与纵向中心线CL相对的光学轴AXL的一侧上的中间像平面IMP中形成第n个LED 22e的图像。

微透镜131b在像平面IP中形成中间图像52的正立像53，该正立像53具有1放大倍率且位于透镜单元121的中心线CL上。

应注意的是透镜单元121被配置为使得从物体51或第n个LED 22e发射的光通过与光学轴AXL相比更接近于透镜单元121的外横向边缘的微透镜131a与微透镜131b之间的空间。因此，对中间图像的形成有贡献的光的量随着增加微透镜131a的透镜半径RL而增加。还应注意的是透镜行中的相邻微透镜131a在笔直周界部分134a处与彼此毗邻。为了增加距离LB1，必须增加距离PY。增加距离PY减少了沿纵向方向对准的微透镜131a的数目，这引起光功率的减少—因此图像的分辨率的减少。

大于距离LB1的微透镜131a和131b的透镜半径RL在本发明中比在常规透镜阵列中允许更大量的光进入微透镜131a和131b，从而提供具有更高强度的图像。

透镜单元121被配置为使得从物体51发射的光通过与光学轴AXL相比更接近于透镜单元121的外横向边缘的微透镜131a与微透镜131b之间的空间。这意味着通过透镜的光的量随着增加图7中所示的开口141的半径RA而增加。另一方面，开口141被紧密地布置，如果要增加开口141的距离AB，则必须增加间隔PY。应注意的是开口141与等于PY的中心至中心距离对准。因此，增加PY减少了沿微透镜131a的对准方向的每单位距离的微透镜131a的数目，这又引起通过微透镜131a的光的量且因此图像的分辨率。

因此，如图7中所示选择比距离AB大的开口141的半径RA允许比常规透镜阵列更大量的光进入微透镜131a，形成明亮图像。

{根据第一实施例的LED头的优点}

测量指示由透镜形成的图像的分辨率的透镜的调制传递函数（Modulation transfer function, MTF）。测量是针对利用本发明的透镜单元121的LED头和利用比较例的透镜阵列的LED头这二者来进行的。对于透镜单元或阵列这二者，测量MTF为95%。MTF指示LED头的第n个LED 22e的形成图像的对比度。100%的MTF指示形成图像的对比度处于其最大值且因此LED头具有高分辨率。形成图像的对比度随着减少MTF—因此形成图像的分辨率而减少。

如下定义MTF：

其中，EMAX是两个相邻物体的形成图像的光的量的分布的最大值，并且EMIN是两个相邻形成图像的光的量的分布的最小值。

如下进行MTF的测量：在像平面IP中离微透镜131b的顶点距离L2的位置处形成图像，并使用显微数字照相机进行拍摄。然后分析光的量的分布，并且然后计算MTF。在测量中使用的LED头具有以PD=0.02117mm的间隔对准的LED 22e。在编号为奇数的LED 22e或者编号为偶数的LED 22e被激励的情况下进行测量。

针对结合了本发明的透镜单元121的LED头120和比较例的LED头测量形成图像的亮度。根据本发明的LED头120的亮度是比较例的LED头的亮度1.13倍。使用显微数字照相机拍摄在像平面IP中的离微透镜131b的顶点距离L2的位置处形成的图像。然后分析光的量的分布，并且最后确定形成图像的光的量的最大值EMAX。

    在第一实施例中，RL、LB1和RA被选择为使得RL>LB1并且RA≦RL，因此增加了通过透镜以形成明亮图像的光的量。大的LB1引起像差，其进而减小图像的对比度，即，模糊图像。

{根据第一实施例的图像形成设备的优点}

图10是部分放大图，图示了打印在打印介质的整个可打印区域上的点。黑点指示打印的点，而白点指示未打印的点。

使用结合了根据第一实施例的透镜单元121的彩色LED打印机和结合了根据比较例的透镜阵列的彩色LED打印机来打印图像。在没有白色条纹和不均匀密度的情况下对于两个彩色打印机而言获得了良好的图像。

以PD=0.02117mm的间隔且以12000dpi的分辨率对点进行打印。点被打印成使得两个相邻行的一个中的点位于这两个相邻行的另一个中的两个连续点之间。对图像的评估揭示了图像质量是良好的。

{第一实施例的优点}

微透镜131a和131b的透镜半径RL大于微透镜131a和131b的距离LB1，这增加了进入微透镜131a和131b的光的量—因此更高的分辨率。

根据第一实施例的LED头120结合了透镜单元121。因此，即使从LED 22e发射的光的量随着时间的推移而减少，离开微透镜131a和131b的光的量仍足以形成明亮图像。

根据第一实施例的图像形成设备结合了透镜单元121，以高分辨率和质量提供打印图像。

第二实施例

{配置}

根据第二实施例的图像形成设备具有与第一实施例的那个基本上相同的配置。下面将描述根据第二实施例的LED头220和透镜单元221的配置。透镜板230a具有与透镜板230b基本上相同的配置，且因此为了简单起见将主要描述透镜板230a。

图11图示了光电导鼓6和LED头220的轮廓。已经对与第一实施例的那些类似的元件给出了相同的附图标记。图12是沿着图11中的线XII-XII截取的横截面图。

根据第二实施例的光电导鼓6具有与根据第一实施例的光电导鼓6基本上相同的配置。LED头220与LED头120的不同之处在于使用了透镜单元221。LED头220的配置的其它部分与LED头120的那些基本上相同。

图13是图11中所示的透镜单元221的分解透视图。已经对与图4中所示的那些类似的元件给出了共同的附图标记。

正如在透镜单元121中那样，透镜单元221包括透镜板230a、透镜板230b和挡光构件240，其在挡光构件240以夹层关系保持在透镜板230a与透镜板230b之间的情况下沿着其纵向方向延伸。透镜板230a直接面向物平面OP而透镜板230b直接面向像平面IP。

透镜板230a和230b沿着其纵向方向延伸。每个透镜板分别包括两个平行的微透镜231a行和微透镜231b行，其沿着透镜板延伸的方向延伸。透镜板230a和230b定位为使得每个微透镜231a的光学轴与对应的微透镜231b的光学轴成一直线。

挡光构件240包括充当起到光阑作用的开口241。

图14是图13中所示的透镜板230a的顶视图，图示了透镜表面236a。已经对与第一实施例（图5）的那些类似的元件给出了相同的附图标记。微透镜231a的透镜表面236a面向物体51而微透镜231a的透镜表面237a（图15）面向挡光构件240。

透镜行232a中的微透镜的光学轴所处的平面P1与透镜行233a中的微透镜的光学轴所处于的平面P2间隔开距离PX。微透镜231a沿着纵向方向对准，使得相邻两个微透镜231a之间的中心至中心距离为PY。两个透镜行232a和232b之一中的微透镜231a的透镜表面236a与这两个透镜行232a和232b的另一个中的微透镜231a的透镜表面236a毗邻，使得这两个微透镜231a的光学轴间隔开距离PN。距离LB2是距离PN的一半。透镜表面236a的半径RL大于距离LB1或者距离LB2。

每个微透镜231a具有沿着与微透镜231a的光学轴所处的平面基本上垂直的平行方向延伸的两个笔直周界部分234a，使得该透镜行中的相邻微透镜231a中的一个的透镜表面236a在笔直周界部分234a处与相邻微透镜231a中的另一个的透镜表面毗邻。

每个微透镜231a还具有在它们末端处相遇并形成一角度的两个笔直周界部分235a。两个笔直周界部分235a中的每一个通过距离PN，将距离PN分成两半，即LB2和LB2，使得RL > LB2，其中，LB2是微透镜231a的光学轴AXL与这两个笔直周界部分235a中的一个之间的距离。还可以说LB2基本上是这两个相邻透镜行的一个中的第一透镜的光学轴与这两个相邻透镜行的另一个中的第二透镜的光学轴之间的距离的一半。虽然距离LB2被选择为光学轴之间的距离的基本上一半，即，PN/2，但距离LB2可以在PN/2±5%的范围内。

微透镜231a的第二透镜表面237a的半径RL大于距离LB2或者距离LB1。透镜行232a和232b中的微透镜231a交错开相邻微透镜231a之间的中心至中心距离PY的一半，使得透镜行232a和透镜行232b的一个中的微透镜231a在另一个中的两个相邻微透镜231a之间，并且在这两个笔直周界部分235a处与这两个相邻微透镜231a毗邻。

透镜板230a包括被布置成互搭嵌入配置的两行透镜表面236a，其中，这两行的一个中的每个透镜表面延伸到这两行的另一个中的相邻两个微透镜231a中，其中，它们的表面与彼此紧密接触。

透镜板230a包括被布置成互搭嵌入配置的两行透镜表面237a，其中，这两行的一个中的每个透镜表面237a延伸到这两行的另一个中的相邻两个透镜表面237a中，其中，它们的透镜表面的周界部分与彼此毗邻。应注意的是这两行中的每一个中的透镜表面237a不是毗邻的。

透镜板230b包括被布置成互搭嵌入配置的两行微透镜231a，其中，这两行的一个中的微透镜延伸到这两行的另一个中的相邻两个微透镜231a中，其中，它们的透镜表面的周界部分与彼此毗邻。应注意的是这两行中的每一个中的透镜表面237a不是毗邻的。

图15是图13中所示的透镜板230a的底视图，图示了透镜表面237a。由于透镜板230具有与透镜板230b基本上相同的配置，所以可以将图15理解为是透镜板230b的底视图。

微透镜231a沿着透镜板230a的纵向方向对准，并且被装配到透镜单元221，其中透镜表面237a面向挡光构件240。

透镜表面237a的半径RI小于透镜表面236a的半径RL，并且大于LB2。

透镜板230b具有与透镜板230a相同的配置。即，微透镜231a对应于微透镜231b，微透镜231a的透镜表面236a对应于微透镜231b的透镜表面236b，并且微透镜231a的透镜表面237a对应于微透镜231b的透镜表面237b。

    透镜板230a包括被布置成互搭嵌入配置的两行微透镜231a，其中，这两行的一个中的每个微透镜231a延伸到这两行的另一个中的相邻的两个微透镜231a中，其中它们的笔直周界与彼此紧密接触。透镜板230b的透镜231b也以与透镜板230a的透镜231a相同的方式布置。

透镜板230a和230b由与第一实施例的透镜板130a和130b相同的材料形成。微透镜231a和231b具有由正如在第一实施例中的等式（1）给出的非球面表面236a、237a、236b和237b。

图16是图13中所示的挡光构件240的顶视图。已经对与图6中所示的那些类似的元件给出了共同的附图标记。

根据第二实施例的挡光构件240具有与根据第一实施例的挡光构件140的配置基本上相同的配置。

图17是沿着图16中的线XVII-XVII或图14中的线XVII-XVII截取的透镜单元221的部分横截面图，线XVII-XVII位于微透镜的光学轴所处的平面中。图17图示了透镜单元221、物平面OP和像平面IP。已经对与图8中所示的那些共同的元件给出了相同的附图标记。

将参考图17来详细地描述透镜单元221。

第n个LED 22e或物体51基本上位于将透镜单元221的宽度分成两半且透镜单元221的纵向中心线CL所处的平面CP中。物平面OP离微透镜231a距离L1。微透镜231b和231a间隔开距离L3且微透镜231b的光学轴AXL与对应微透镜231a的那些成一直线。透镜单元221的像平面IP离微透镜231b距离L2。微透镜231a具有厚度T2而微透镜231b具有厚度T1。

微透镜231在与微透镜231a相距距离L4或与微透镜231b相距距离L5处的中间像平面IMP中形成物体51的图像52，距离L4等于距离L5。微透镜231b形成中间图像52的正立像53，正立像53具有1放大倍率且位于在与微透镜231b相距距离L2处的像平面IP中。

假定物体放置在单个微透镜231a的透镜表面236a前面。把距离L01和LI1关联成使得当物体被放置在与微透镜231a的第一透镜表面236a间隔开距离L01的物平面中时，微透镜231a在与微透镜231a的第二透镜表面237a间隔开距离LI1的像平面中形成图像。在图17中，L1、L4、L01和LI1被关联成使得L1＝L01并且L4=LI1。同样地，假定物体放置在单个透镜微透镜231b的透镜表面237a前面。把距离LI2和L02关联成使得当物体被放置在与单个微透镜231b间隔开距离L02的物平面中时，微透镜231b在与微透镜231间隔开距离LI2的像平面中形成图像。在图17中，L2、L5、LI2和L02被关联成使得L2=LI2并且L5=L02。

物平面OP与微透镜231a之间的距离L1等于距离L2。微透镜231a和微透镜231b间隔开距离L3=L4+L5。

图18是沿着图14中的线XVIII-XVIII或图16中的线XVIII-XVIII截取的部分横截面图，线XVII-XVII位于微透镜的光学轴所处的平面P2中。图18图示了透镜单元221、物平面OP和像平面IP，并且是在平面P2中切割的透镜单元221的横截面图。微透镜231a和231b沿Y方向对准且光学轴AXL沿Z方向延伸。已经对与第一实施例的那些共同的元件给出了共同的附图标记。

{第二实施例的操作}

根据第二实施例的图像形成设备以与根据第一实施例的图像形成设备几乎相同的方式进行操作。

将参考图17来描述透镜单元221的操作。微透镜231a在中间像平面IMP中形成物体51的倒立缩小中间图像52。该倒立缩小图像进入微透镜231b，这又在像平面IP中形成1放大倍率的另外倒立像或正立像。

挡光构件240阻挡对在像平面IP中的图像的形成没有贡献的光分量。从物平面OP中的所有点发射的光的主射线在微透镜231a与微透镜231b之间的区域中是平行的，即所谓的远心系统。

同样地，如果微透镜231a和231b具有相同的配置，则如下形成图像：微透镜231a在中间像平面IMP中形成物体51的倒立缩小中间图像52。该倒立缩小图像进入微透镜231b，这又在像平面IP中形成1放大倍率的另外倒立像或正立像。从物平面OP中的所有点发射的光的主射线在微透镜231a与微透镜231b之间的区域中平行于光学轴AXL，即所谓的远心系统。

将参考图18来描述透镜单元221的操作。从物体51-1发射的光进入透镜表面236a。主射线CR1沿着或基本上在光学轴AXL中通过，而主射线附近的光分量MR1进入透镜表面236a的更接近于毗邻表面236a之间的边界234a的区域。

由于微透镜231a（图14）的距离LB1为PY/2，所以大量的光通过微透镜231a并因此有明亮图像53-1。

在中间像平面IMP中形成物体51-1的倒立缩小图像52-1。来自中间图像的光通过透镜表面237b，使得在像平面IP中形成正立像53-1。主射线CR1基本上沿着光学轴AXL通过透镜表面236b，而除主射线CR1之外的光分量MR1通过透镜表面236b的更接近于毗邻表面236b之间的边界234b的区域。主射线CR1和光分量MR1这二者在像平面IP上形成图像。

由于微透镜231b的距离LB1为PY/2，所以大量的光能够通过微透镜231b—因此有明亮图像53-1。

主射线线CR2平行于透镜表面237a和237b之间的区域中的光学轴AXL，即远心光学系统，并且在开口241的内壁附近通过。离开从物体51-2发射的主射线的光分量MR2被挡光构件240阻挡。因此，挡光构件240阻挡从物体51-2发射的光分量MR2，因此防止光分量MR2沿着朝着与透镜表面237a和237b的距离AB相比更远的区域的方向行进。结果，透镜表面237a和237b的半径RI可以基本上等于开口241的距离AB，并且可以小于透镜表面236a和236b的半径RL。而且，光学轴AXL与透镜表面237a和237b（图14）的笔直周界部分235a之间的距离LB2可以小于表面237a和237b的距离LB1。应注意的是RI、AB、LB1和LB2之间的上述尺度关系仍提供了用于形成图像53-1的足够的光，正如在第一实施例中那样。

根据第二实施例的透镜单元221具有在笔直周界部分234a处毗邻的透镜表面236a和236b（图14仅示出透镜表面236a）和在笔直周界部分234a处毗邻的透镜表面236b。透镜表面237a（图15）的透镜半径RI小于透镜表面236a的透镜半径RL，或者透镜表面236b的距离LB1（图14）小于透镜表面236b的距离LB1。透镜表面237a（图15）或237b的距离LB2小于透镜表面236b的透镜半径RL，或者透镜表面236b的距离LB1（图14）。因此能够在没有困难的情况下形成透镜表面237a和237b。

{第二实施例的优点}

透镜表面237a和237b的半径RI小于透镜表面236a和236b的半径RL，并且透镜表面237a和237b的距离LB2短于透镜表面236a和236b的距离LB1。透镜板230a和230b及透镜单元221提供了与第一实施例基本上相同的优点。透镜板230a和230b改善了制造效率，并且与常规光学系统相比更适合于批量生产。

图像形成设备结合了LED头220，LED头220又结合了透镜单元221。图像形成设备不仅提供了与第一实施例基本上相同的优点，而且降低了制造成本。

第三实施例

{配置}

根据第三实施例的图像形成设备和LED头320具有与第一实施例的那个基本上相同的配置。下面将描述根据第三实施例的透镜单元321的配置。

图19是透镜板330a的顶视图，图示了透镜表面336a。已经对与第一实施例（图5）的那些类似的元件给出了共同的附图标记。透镜板330a具有与透镜板330b基本上相同的配置，且因此为了简单起见将主要描述透镜板330a。

透镜板330a沿着其纵向方向延伸，并包括透镜行332a和透镜行332b。透镜板331a和透镜行332a和332b是以单块构造形成的，并且沿着笔直的平行方向延伸。每个透镜行具有与中心至中心距离PY毗邻地对准的微透镜331a，使得微透镜331a的光学轴AXL位于两个平行平面P1和P2中的一个中且微透镜331b的光学轴位于另一个中。两个平行平面P1和P2间隔开距离X。

每个微透镜331a具有沿着与微透镜331a的光学轴AXL所处的平面基本上垂直的平行方向延伸的两个笔直周界部分334a，使得透镜行中的相邻微透镜331a中的一个的透镜表面336a在笔直周界部分334a处与相邻微透镜331a中的另一个的透镜表面毗邻。微透镜331a的光学轴AXL或顶点与平行笔直周界部分334a中的一个之间的距离是LB1，该LB1为PY/2。还可以说LB1是两个相邻透镜行的一个中的两个毗邻透镜331a的光学轴之间的距离PY的一半。

光学轴AXL或顶点与直接面向相邻透镜行的弯曲周界部分339c和339d之间的距离为LB2，使得LB2<PN/2。而且，微透镜331a的透镜半径RL大于距离LB1或距离LB2。

扁平区域338a在透镜行332a和333a之间形成，并且沿着纵向中心线CL或基本上沿着透镜板330a的纵向方向延伸。扁平区域338a与微透镜331a和331b毗邻。还在透镜板330b上形成了扁平区域338b（图20）。

图20是沿着图19中的线XX-XX截取的透镜单元321的部分横截面图。

{第三实施例的操作}

根据第三实施例的图像形成设备以与第一实施例的那个几乎相同的方式操作。LED头320以与根据第一实施例的LED头120基本上相同的方式操作。

将参考图20来详细地描述透镜单元321。从物体51发射的光进入微透镜331a，微透镜331a又在中间像平面IMP中形成中间图像52。此中间图像52是倒立缩小图像。光通过与光学轴AXL相比更接近于透镜单元321的外横向边缘或末端的微透镜331a与微透镜331b之间的空间。因此，没有光通过不是微透镜的一部分的扁平区域338a。因此，扁平区域338a不妨碍明亮图像的形成。

微透镜331b形成中间图像52的倒立像，即像平面IP中的1放大倍率的正立像，离开微透镜331b的光通过与光学轴AXL相比更接近于透镜单元321的外横向末端的基本上在微透镜331a与微透镜331b之间的空间。因此，没有光通过不是微透镜的一部分的扁平区域338b。因此，扁平区域338b不妨碍明亮图像的形成。

参考图19，形成扁平区域338a减小了透镜表面336a，允许容易地制造透镜单元321。

{第三实施例的优点}

透镜表面336a和336b具有比根据第二实施例的透镜表面236a或透镜表面236b及第一实施例的透镜表面131a和131b更小的表面面积。因此，透镜单元321提供了与第一实施例基本上相同的优点。透镜单元321提供了改善的制造效率，并且更适合于批量生产。

图像形成设备结合了LED头320，LED头320又结合了透镜单元321。图像形成设备不仅提供了与第一实施例基本上相同的优点，而且降低了制造成本。

第四实施例

{配置}

图21图示了根据第四实施例的读取设备的相关部分的轮廓。

读取设备例如采取扫描仪的形式。该读取设备包括读取头61、轨道52、扁平床63、灯64、传动带65、多个滑轮66以及电动机67。

读取头61接收从原始文档M的表面反射回来的光，并将接收到的光转变成电子数据。读取头61可在轨道62上来回移动。原始文档M被放置在由可透光的材料形成的扁平床63上。透镜单元424、扁平床63以及灯64被设置在读取头61中，使得从原始文档M反射回来的光进入透镜单元424。传动带65绕着多个滑轮66设置。传动带65的一部分固定于读取头61。电动机67驱动传动带65来移动读取头61以便来回移动。

图22图示了作为第一至第三实施例的透镜单元121、221和321中的一个的透镜单元424的轮廓。反射镜61a使从原始文档M反射回来的光的光路径转弯，引导光进入透镜单元424。透镜单元424在成像部（例如，线传感器）61b上形成图像。线传感器61b包括以直线对准的多个光接收元件并将从原始文档M反射的光转变成电信号。

图23是横截面图，图示了图22中所示的透镜单元424。透镜单元424具有第一至第三实施例的透镜单元121、221或321中的一个的配置，并且省略其详细描述。

{读取设备的操作}

将参考图21来描述根据第四实施例的读取设备的操作。

灯64照亮，并且从该灯发射的光被原始文档M的表面反射。电动机67驱动传动带65运转，促使读取头61跨原始文档M的表面移动。

{读取头的操作}

下面将参考图22来描述根据第四实施例的读取头61的操作。

    由原始文档M反射回来的光透射通过扁平床63，被反射镜61a转弯，而进入透镜单元424。透镜单元424在线传感器61b上形成原始文档M的图像，该线传感器61b进而把该原始文档M的图像转换成电子信号。

{对读取单元的评估}

使用根据第四实施例的读取设备，读取具有图10中所示的图像的原始文档，所获得的电子数据在质量上基本上等于原始文档M。

{第四实施例的优点}

读取头61采用由透镜单元121、221或321中的一个构成的透镜单元。因此，如果从灯64发射的光在光功率方面略有减少，则读取头61仍能够形成具有足够亮度的原始文档M的图像。因此，读取头61提供了功率节省效果并延长了其可用寿命。

本发明不限于上述实施例，并且可以进行许多修改。这样的修改包括以下各项：

（a）虽然微透镜131a、131b、231a、231b、331a和331b的透镜表面已经被描述为具有笔直周界部分和部分地圆周周界部分，但透镜表面可以具有包括椭圆形和任意多边形在内的多种形状；

（b）微透镜131a、231a、331a、131b、231b和331b具有非球面表面，该非球面表面具有由等式（1）给出的旋转对称性。本发明不限于此且还可以具有球面表面。该表面还可以是其它类型的曲面，包括变形非球面表面、椭圆形表面、双曲面表面以及圆锥表面；

（c）透镜板130a、230a、330a、130b、230b和330b已经被描述为是使用金属模具形成的。可替换地，可以通过使用由树脂制成的模具通过机械加工或用模制造来形成透镜板。虽然透镜板已经被描述为是由树脂形成的，但透镜板还可以由玻璃形成；

（d）挡光构件已经被描述为由聚碳酸酯模制的。可替换地，可以通过机械加工或蚀刻来形成挡光构件；

（e）LED阵列22a包括多个LED 22e作为光发射元件。还可以使用有机EL元件或激光器来代替LED；以及

（f）已经就将原始文档M的图像转变成电子数据的扫描仪描述了图像形成设备。可以将第四实施例应用于除图像形成设备之外的设备，例如，基于生物测定信息的认证设备、尺度测量装置、输入/输出装置或通信设备，其全部采用开关和将光信号转变成电信号的传感器。

因此描述了本发明，将显而易见的是可以以许多方式对其进行改变。此类改变不应被视为脱离本发明的范围，并且如对本领域的技术人员来说将显而易见的所有这样的修改意图被包括在以下权利要求书的范围内。 

Claims (9)

1.一种透镜板，包括：

至少一个透镜行，其包括沿着第一方向对准的多个透镜，每个透镜包括透镜表面（136a、236a、336a），所述透镜表面（136a、236a、336a）包括沿着基本上垂直于第一方向的第二方向延伸的周界部分（134a、234a、334a），使得两个相邻透镜在所述周界部分处与彼此毗邻。

2.根据权利要求1所述的透镜板，其中，所述周界部分是第一周界部分，所述第一周界部分中的每一个基本上位于两个相邻透镜中的一个的光学轴与这两个相邻光学透镜中的另一个的光学轴之间的中途；

其中，所述透镜表面包括位于与光学轴相距长于两个相邻透镜中的一个的光学轴与这两个相邻光学透镜中的另一个的光学轴之间的距离（PY）的一半（LB1）的距离处。

3.根据权利要求2所述的透镜板，其中，所述至少一个透镜行是沿着平行方向延伸的多个透镜行中的第一透镜行且所述周界部分是第一周界部分，所述多个透镜行包括第二透镜行；

其中，所述第一透镜行和所述第二透镜行中的透镜中的每一个透镜包括第三周界部分（135a、235a），并且所述第一透镜行和所述第二透镜行被设置为使得所述第一透镜行中的透镜在所述第三周界部分（135a、235a）处与所述第二透镜行中的透镜毗邻。

4.根据权利要求2所述的透镜板，其中，所述第三周界部分（135a、235a）包括两个笔直部分；

其中，所述第一透镜行和所述第二透镜行被布置为使得这两个笔直部分中的每一个基本上位于两个相邻透镜中的一个的光学轴与这两个相邻透镜中的另一个的光学轴之间的中途。

5.根据权利要求4所述的透镜板，其中，所述两个相邻透镜行被布置为使得这两个相邻透镜行的一个中的透镜在这两个相邻透镜行的另一个中的两个相邻透镜之间。

6.一种结合了每个在权利要求1中定义的两个透镜板的透镜单元，其中，所述透镜单元包括：

挡光构件（140、240、340），其包括从其延伸通过的开口；

其中，所述两个透镜板和所述挡光构件组装在一起，使得每个透镜的光学轴通过所述开口中的对应一个开口。

7.一种图像形成设备，包括：

曝光设备，其结合了根据权利要求6的透镜单元；以及

图像形成部，其通过使由曝光设备形成的静电潜像显影来形成图像。

8.一种结合了根据权利要求6的透镜单元的曝光设备，其中，所述曝光设备包括向透镜单元发射光的光发射部。

9.一种结合了根据权利要求6的透镜单元的读取设备；

光源，其向在其上包括图像的原始文档发射光；以及

图像读取部（61），其接收从该原始文档上的图像反射回的光且随后以电信号的形式输出图像数据。

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