JP2009216730A - 露光装置、画像形成装置及び読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷画像の高解像度化に十分対応でき、且つ、複雑なレンズの位置合わせを不要として簡単に作製可能な露光装置を提供する。
【解決手段】 複数の発光点が直線状に配列された発光点アレイ３０を所定の間隔で複数直線状に配列させた発光点アレイ基板３００と、各発光点アレイ３０に対応して配置され、発光点アレイ３０の拡大像を形成する複数のレンズ３２を備えるレンズアレイ基板３１とを有する。発光点アレイ基板３００とレンズアレイ基板３１とは、各発光点アレイ３０と各レンズ３２の光軸を合わせた状態で一体的に形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、画像形成装置における露光装置および読取装置に関するものである。

従来より、電子写真方式のプリンタに使用されるＬＥＤ書込装置（露光装置）として、複数のＬＥＤを１列に配置したＬＥＤアレイの光を拡大投影するＬＥＤヘッドが知られている。係るＬＥＤヘッドにあっては、ＬＥＤアレイのＬＥＤが配列されている領域はプリンタの印字領域より小さいため、ＬＥＤアレイの像を拡大して感光体ドラム上に結像することにより、印字領域と同じ大きさの結像像が形成されるようになっている。また、ＬＥＤアレイのＬＥＤは、プリンタの印刷画像より高密度で配列される（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１のＬＥＤ書込装置は、当特許文献１の図２に示されるように、ＬＥＤアレイが搭載される搭載基板と、ＬＥＤアレイの光を拡大投影する１枚の丸形凸レンズと、これら搭載基板とＬＥＤアレイを固定するフレームとで構成されおり、丸形凸レンズの周縁部をフレームのレンズ保持部にストッパとレンズ固定リングの間に挟持させるようにして固定されている。
特開平０７−３１４７７１号公報

しかしながら、上記特許文献１の書込装置は、一列状態の全ＬＥＤの光を１枚の丸形凸レンズで一括拡大投影する構造であるため、十分な解像度特性を得ることが難しく、よって、印刷画像の高解像度化に十分対応できないという問題を有していた。また、十分な解像度特性を得るには光学系が複雑化し、コスト高となると共に、装置も大型化するという問題があった。
加えて、丸形レンズがストッパとレンズ固定リングによりフレームに固定される構造であるため、装置組立時のＬＥＤアレイと丸形凸レンズとの位置調整（光軸合わせ）も複雑であり、生産性に劣るという問題があった。

本発明は、上記問題に鑑み成されたもので、印刷画像の高解像度化に十分対応でき、且つ、複雑なレンズの位置合わせを不要として簡単に作製可能な露光装置と、この露光装置を備える画像形成装置、および、読取装置を提供することを目的としている。

本発明は、複数の発光点が直線状に配列された発光点アレイを所定の間隔で複数直線状に配列させた発光点アレイ基板と、上記各発光点アレイに対応して配置され、上記発光点アレイの拡大像を形成する複数のレンズを備えるレンズアレイ基板とを有し、上記発光点アレイ基板と上記レンズアレイ基板とは、上記各発光点アレイと上記各レンズの光軸を合わせた状態で略平行に配置され、上記発光点アレイ両端部の発光点間距離をＳＹとし、上記レンズの倍率の絶対値をｍａｇとした時、ＳＹ≦１２．０／ｍａｇであることを特徴とする露光装置である。
また、上記露光装置は、画像形成装置に組み込んでもよい。

更に、他の発明は、複数の受光素子が直線状に配列された受光素子アレイを所定の間隔で複数直線状に配列させた撮像部と、上記各受光素子アレイに対応して配置され、原稿画像の縮小像を上記受光素子アレイ上に形成する複数のレンズを備えるレンズアレイ基板とを有し、上記撮像部と上記レンズアレイ基板とは、上記各受光素子アレイと上記各レンズの光軸を合わせた状態で略平行に配置され、上記受光素子アレイ両端部の受光素子間距離をＲＹとし、上記レンズの縮小率の絶対値をｒｅｄとした時、ＲＹ≦１２．０×ｒｅｄであることを特徴とする読取装置である。

本発明は、レンズアレイ基板に配列された複数のレンズの各々が発光点アレイ基板に配列された各発光点アレイの拡大像を形成するように構成したので、部品点数を削減した単純な構成で十分な解像度特性を得ることができる。
また、各発光点アレイと各レンズの光軸を合わせた状態で一体的に形成したので、複雑なレンズの位置合わせが不要となり、露光装置の生産性を向上できると共に、装置小形化に寄与できる。

また、上記露光装置を用いることにより、印刷画像の高解像度化に十分対応できる高精度な画像形成装置を実現できる。

また、他の発明によれば、レンズアレイ基板に配列された複数のレンズの各々が、撮像部に配列された複数の受光素子アレイ上に原稿画像の縮小像を形成するように構成したので、部品点数を削減した単純な構成で十分な解像度特性を得ることができる。
また、各受光素子アレイと各レンズの光軸を合わせた状態で一体的に配置されているので、複雑なレンズの位置合わせが不要となり、読取装置の生産性を向上できると共に、装置小形化に寄与できる。

以下、図１〜図１２に基づいて本発明の実施例１に係る画像形成装置を説明する。

図１は実施例１に係る画像形成装置の概略構成図、図２はＬＥＤヘッドの分解斜視図、図３はＬＥＤヘッドの断面図、図４はＬＥＤアレイの構成を示す図、図５はマイクロレンズの倍率を説明する図、図６はＬＥＤ素子の出射光による感光体上の結像位置を示す図、図７はＬＥＤ制御部の構成を示すブロック図、図８は結像に寄与しないＬＥＤ素子の出射光が遮光されることを示す図、図９はＬＥＤ素子の出射光による像が感光体ドラムに形成される動作を示す図、図１０は評価画像を示す図、図１１は実施例のＬＥＤヘッドと比較例のＬＥＤヘッドを示す図、図１２はｍａｇ−ＳＹ曲線を示す図である。

本実施例による画像形成装置１００は、カラー電子写真方式のプリンタ１００であって、色材としての顔料を含む樹脂から成るトナーにより、外部より入力された画像データに基づいて印字媒体上に画像を形成するものである。

上記プリンタ１００は、図１に示すように、印字媒体１０１が収容される給紙カセット６０、印字媒体１０１を給紙カセット６０から取り出す給紙ローラ６１、取り出した印字媒体１０１を搬送する搬送ローラ６２、６３、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像を形成する静電潜像担持体としての感光体ドラム４１、これら感光体ドラム４１に形成された静電潜像をトナーにより現像し、トナー像を形成する現像装置５、現像装置５にトナーを供給するトナーカートリッジ５１、所定の電源電圧により感光体ドラム４１の表面に電荷を供給して帯電させる帯電ローラ４２、帯電された感光体ドラム４１の表面に画像データを基に選択的に光を出射して静電潜像を形成させるＬＥＤヘッド３（露光装置）、感光体ドラム４１に接触して配置され、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等を備えている。
尚、上記各色の感光体ドラム４１と、現像装置５と、トナーカートリッジ５１と、帯電ローラ４２と、ＬＥＤヘッド３と、クリーニングブレード４３にて画像形成部が構成される。

また、プリンタ１００は、上記の他、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の転写ローラ８０、転写ベルト８１、クリーニングブレード４３、定着装置９、搬送ローラ６４、排出ローラ６５、排出部７等を備えている。

転写ローラ８０は転写部で転写ベルト８１を挟むように感光体ドラム４１に対向して配置され、所定の電源電圧を用いて、感光体ドラム４１上に形成されたトナー像を印字媒体１０１上に転写する。転写ベルト８１は、トナー像が転写された印字媒体１０１を搬送する。クリーニングブレード４３は転写ベルト８１の表面を清掃する。

定着装置９は、印字媒体１０１上に形成されたトナー像を熱と圧力で定着し、トナー像が定着した印字媒体１０１を搬送ローラ６４に供給する。搬送ローラ６４は定着装置９を通過した印字媒体１０１を排出ローラ６５に供給する。排出ローラ６５は搬送されてきた印字媒体１０１を排出部７に排出する。排出部７は印字された印字媒体１０１を収容する。

また、転写ベルト８１、感光体ドラム４１、および、給紙ローラ６１、搬送ローラ６２、６３、帯電ローラ４２、排出ローラ６５等の各ローラは、図示しないモータと図示しないギヤにより回転駆動されるようになっている。現像装置５、ＬＥＤヘッド３、定着装置９および図示しない各モータには、それぞれ図示しない電源と、これらを駆動制御する制御装置が接続されている。

上記ＬＥＤヘッド３は、図２、図４に示すように、複数のＬＥＤ素子３０１が直線状に配列されたＬＥＤアレイ３０を所定の間隔で複数直線状に配列させて成るＬＥＤアレイ基板３００と、各ＬＥＤアレイ３０から出射された像形成に寄与しない光を遮光する開口部で成る絞り３４が形成された絞り板３３と、各ＬＥＤアレイ３０から出射された光により形成された像を拡大する複数のマイクロレンズ３２が設けられたレンズアレイ基板３１とで構成されている。
これら、ＬＥＤアレイ基板３００と絞り板３３とレンズアレイ基板３１は、それぞれＬＥＤアレイ３０、絞り３４、マイクロレンズ３２とが互いに対向した状態で積層され、一体形成されている。

上記ＬＥＤアレイ３０は、図３に示すように、ＬＥＤ素子３０１の配列方向と同じ方向に所定の間隔Ｐをもって１列に配置されている。マイクロレンズ３２と絞り３４は、ＬＥＤアレイ３０の配列方向と平行に、且つ、ＬＥＤアレイ３０と同じ間隔をもって直線状に配列されている。ＬＥＤアレイ３０のＬＥＤ素子配列方向の中心と絞り３４とマイクロレンズ３２は、それぞれの光軸が一致するように配置されている。
ここで、ＬＥＤアレイ３０とマイクロレンズ３２との間の間隔はＬＩであり、マイクロレンズ３２の入射面と出射面との間の間隔はＴＨである。マイクロレンズ３２と感光体ドラム４１との間隔はＬＯであり、ＬＥＤアレイ３０と感光体ドラム４１との間隔はＬＴである。マイクロレンズ３２の半径はＲＬであり、倍率の絶対値はｍａｇである。絞り３４の開口半径はＲＡである。

ＬＥＤアレイ３０は、図４に示すように、発光点としての複数のＬＥＤ素子３０１が一定の間隔Ｐをもって直線状に配置され構成されている。ＬＥＤ素子３０１は、１辺の長さがＥＹの正方形を成す。また、ＬＥＤアレイ３０のＬＥＤ素子３０１が配列されている領域のＬＥＤ素子３０１配列方向の長さはＳＹである。すなわち、ＬＥＤアレイ３０の両端部に配置されているＬＥＤ素子３０１間の長さがＳＹである。
尚、ＬＥＤアレイ３０の解像度ＳＲは、１インチ（２５．４ｍｍ）当たりに配列されるＬＥＤ素子３０１の個数で示され、単位はｄｐｉ（ｄｏｔ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）である。

上記レンズアレイ基板３１の各マイクロレンズ３２は１枚のレンズで構成されている。

本実施例のマイクロレンズ３２の各面は非球面形状であり、下記の数式１で表される。

数式１において、ｒ（ｍｍ）はレンズ面の光軸を中心とした半径方向の座標、ＣＹ（ｍｍ）は曲率半径、ＡＲおよびＢＲは非球面係数である。

複数のマイクロレンズ３２が一体に形成されたレンズアレイ基板３１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、製品名；ＺＥＯＮＥＸ（ゼオネックス）Ｅ４８Ｒ）を使用し、射出成形により形成されている。

ここで、上記マイクロレンズ３２の倍率について図５に基づいて説明する。
図５において、マイクロレンズ３２の光軸方向でマイクロレンズ３２の入射面よりＬＯ離れた面を面ＳＯ、マイクロレンズ３２の光軸方向でマイクロレンズ３２の出射面よりＬＩ離れた面を面ＳＩとする。また、面ＳＯとマイクロレンズ３２の光軸との交点を原点Ｏ、光源の位置をＯＹとし、マイクロレンズ３２が倒立像を形成する時、光源により面ＳＩ上に形成される結像像の位置をＩＹとすると、マイクロレンズ３２の倍率は−ＩＹ／ＯＹとなる。よって、マイクロレンズ３２の倍率の絶対値ｍａｇはＩＹ／ＯＹとなる。

本実施例では、マイクロレンズ３２の倍率の絶対値をｍａｇ、ＬＥＤ素子３０１の配列間隔をＥＰ、ＬＥＤアレイ３０の配列方向の長さをＳＹ、ＬＥＤアレイ３０の配列間隔をＰとすると、Ｐ＝ｍａｇ×（ＳＹ＋ＥＰ）の関係を満たすようにＬＥＤヘッドが構成されている。

次に、ＬＥＤアレイ３０の各ＬＥＤ素子３０１の出射光により形成される結像像の位置関係を図６に基づいて説明する。
図６は、ＬＥＤアレイ３０上にＬＥＤ素子３０１が１８８個配列されている例を示している。この時、ＬＥＤアレイ３０の解像度ＳＲは１２００ｄｐｉであり、ＬＥＤ素子３０１の配列方向の長さＳＹは４．０ｍｍである。

図６において、ＬＥＤ素子３０１の出射により感光体ドラム４１上に形成される各ドット像を１８８個ずつ、Ａ、Ｂ、Ｃに分け、図面上から下方向へ向かい、Ａ−１、Ａ−２、・・・Ａ−１８７、Ａ−１８８、Ｂ−１、Ｂ−２、・・・Ｂ−１８７、Ｂ−１８８、Ｃ−１、Ｃ−２、・・・Ｃ−１８７、Ｃ−１８８とする。この時、各マイクロレンズ３２は倒立拡大像を形成するので、各ドット像に対応するＬＥＤ素子３０１は図面上から下方向へ向かい、Ａ−１８８、Ａ１８７、・・・、Ｂ−１８８、Ｂ−１８７、・・・Ｂ−２、Ｂ−１、Ｃ−１８８、Ｃ−１８７、・・・、Ｃ−２、Ｃ−１のように配置される。

このように、本実施例のＬＥＤヘッド３では、所定の間隔を設けて配置された各ＬＥＤアレイ３０のＬＥＤ素子３０１によるドット像を拡大して形成することで、感光体ドラム４１上には１列の結像像が連続的に形成されることになる。

また、プリンタ１００には、外部装置より画像データを受信し、当受信データに基づきＬＥＤヘッド３の動作制御を行うＬＥＤ制御部２００を備えている。

上記ＬＥＤ制御部２００は、図７に示すように、外部端末やネットワーク等の外部装置から画像データを受信する入出力装置２０１、受信した画像データを一時記憶する記憶装置２０３、記憶装置２０３から画像データを読み出し、印字媒体１０１に印字するシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各色のページデータに変換する画像処理装置２０２を備えている。また、ＬＥＤアレイ基板３００には、上記画像処理装置２０２から送られる１ライン分のページデータを各色に対応したＬＥＤヘッド３に出力するためのシフトレジスタ２１１、ラッチ回路２１２、駆動回路２１３が搭載されている。

次に、本実施例によるプリンタ１００の動作を図１に基づいて説明する。

感光体ドラム４１の表面は、図示しない電源装置により印加された帯電ローラ４２により帯電される。感光体ドラム４１が回転し、帯電された感光体ドラム４１の表面がＬＥＤヘッド３の付近に到達すると、ＬＥＤヘッド３により露光され、感光体ドラム４１の表面に静電潜像が形成される。
感光体ドラム４１上の静電潜像は、現像装置５により現像され、トナー像が形成される。

一方、給紙カセット６０にセットされた印字媒体１０１は、給紙ローラ６１により給紙カセット６０から取り出され、さらに搬送ローラ６２、６３により転写ローラ８０および転写ベルト８１の付近に搬送される。
そして、印字媒体１０１が転写ローラ８０と転写ベルト８１の付近に到達すると、図示しない電源装置により電圧が印加された転写ローラ８０と転写ベルト８１によって、感光体ドラム４１上のトナー像が印字媒体１０１上に転写される。次に、トナー像が転写された印字媒体１０１は、転写ベルト８１によって定着装置９に搬送される。

印字媒体１０１上のトナー像は定着装置９により加圧、加熱されて溶融し、印字媒体１０１上に固定（定着）される。さらに、定着を終えた印字媒体１０１は、搬送ローラ６４および排出ローラ６５により排出部７に排出される。

次いで、上記構成のＬＥＤヘッド３の動作を図７、図８に基づいて説明する。ＬＥＤ制御部２００において、入出力装置２０１を介して外部装置（外部端末、ネットワーク）より入力された画像データは、記憶装置２０３に一時記憶された後、画像処理装置２０２においてＬＥＤヘッド３の制御データとしてページデータに変換される。ブラック単色の画像データについては、ブラックのベージデータに変換されると共に、カラー画像データについては、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各色のベージデータに変換される。画像処理装置２０２により変換された各色のベージデータは、各色のＬＥＤヘッド３に送られる。

画像処理装置２０２からのページデータ（例えば、ブラック）は、１ライン毎にシリアルな画像データとして順次シフトレジスタ２１１に転送され格納されると共に、１ライン分の画像データは、順次ラッチ回路２１２に保持される。そして、駆動回路２１３は、ラッチ回路２１２の保持データに基づいてＬＥＤ素子を選択的に駆動（発光）させる。同様に、イエロー、マゼンタ、シアンの各色のページデータは各色のＬＥＤヘッド３に送られ、ＬＥＤアレイ３０のＬＥＤ素子３０１を駆動させる。

駆動回路２１３の制御に従って発光した光は、マイクロレンズ３２により、感光体ドラム４１の表面に倒立拡大されて投影されることにより、ＬＥＤ素子３０１の配列方向と平行な直線状に間隔ＩＰでドットが結像される。尚、ＬＥＤ素子３０１から発光された光の内、結像に寄与しない一部の光（迷光）は、図８に示すように、絞り板３３の絞り３４により遮光されるようになっている。

ドットの配列間隔ＩＰは、ＬＥＤ素子３０１の配列間隔ＥＰとマイクロレンズ３２の倍率の絶対値ｍａｇを用いて、ＩＰ＝ｍａｇ×ＥＰで示される。
また、ＬＥＤヘッド３の解像度ＩＲは、感光体ドラム４１上に結像したドットの１インチ当たりの個数で示される。ＬＥＤヘッド３の解像度ＩＲは、ＬＥＤアレイ３０の解像度ＳＲ（ｄｐｉ）とマイクロレンズ３２の倍率の絶対値ｍａｇを用いて、ＩＲ＝ＳＲ／ｍａｇで示される。

ここで、ＬＥＤヘッド３の各ＬＥＤアレイ３０から出射した光線が、感光体ドラム４１上にドットを結像する動作を図９に基づき説明する。

尚、各ＬＥＤアレイ３０には、ＬＥＤ素子３０１が１８８個配列され、各マイクロレンズ３２の倍率の絶対値ｍａｇを２倍、マイクロレンズ３２の配列ピッチＰを８ｍｍとした例を説明する。
この場合、ＬＥＤアレイ３０の解像度ＳＲは１２００ｄｐｉであり、ＬＥＤ素子３０１配列方向の長さＳＹは４．０ｍｍである。また、感光体ドラム４１上に形成されるドットの解像度ＩＲは６００ｄｐｉで、ドットの配列ピッチＩＰは０．０４２４ｍｍである。

図９に示すように、図面上側のマイクロレンズ３２の光軸上にある符号ＥＡ９４で示されるＬＥＤ素子３０１が発光すると、その結像像であるドットＩＡ９４は図面上側のマイクロレンズ３２の光軸上に形成される。符号ＥＡ１８８で示されるＬＥＤ素子３０１が発光すると、その結像像であるドットＩＡ１８８は、符号ＥＢ１で示されるＬＥＤ素子３０１の結像像であるドットＩＢ１の０．０４２４ｍｍ上側に形成される。図面中央のマイクロレンズ３２の光軸上にある符号ＥＢ９４で示されるＬＥＤ素子３０１が発光すると、その結像像であるドットＩＢ９４は図面中央のマイクロレンズ３２の光軸上に形成される。符号ＥＢ１８８で示されるＬＥＤ素子３０１が発光すると、その結像像であるドットＩＢ１８８は、符号ＥＣ１で示されるＬＥＤ素子３０１の結像像であるドットＩＣ１の０．０４２４ｍｍ上側に形成される。図面下側のマイクロレンズ３２の光軸上にある符号ＥＣ９４で示されるＬＥＤ素子３０１が発光すると、その結像像であるドットＩＣ９４は図面下側のマイクロレンズ３２の光軸上に形成される。

次に、本発明の実施例１の効果を確認するため、図１１の実施例１〜６、および比較例１〜６に示す構成のＬＥＤヘッド３（露光装置）を搭載したプリンタ１００を用いてそれぞれの印字画像を評価した。

尚、図１１において、開口数Ｎ．Ａ．（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）は、レンズに入射する光の最大円錐の頂角の半分の角度をθ°とした時、ｓｉｎ（θ）で表すことができる。開口数の最大値は１で、開口数が大きい程レンズが光線を取り込む領域が大きくなるため、明るい像を形成することができる。

また、ＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）とは、露光装置の解像度を示し、露光装置中に発光しているＬＥＤ素子による結像像の光量のコントラストを示す。１００％が結像像のコントラストが最も大きく、露光装置としての解像度が高いことを示し、ＭＴＦが小さいほど光量のコントラストは小さく、露光装置としての解像度は低くなる。
結像像の光量の最大値をＩｍａｘ、隣り合う２つの結像像の間の光量の最小値をＩｍｉｎとしたとき、ＭＴＦ（％）は、下記の数式２で表せる。

＜ＭＴＦ＞＝（Ｉ_ｍａｘ−Ｉ_ｍｉｎ）／（Ｉ_ｍａｘ＋Ｉ_ｍｉｎ）×１００％…式２

画像の評価は、図１０に示すように、０．０８４６ｍｍ間隔でトナーの１ドットを形成する評価画像データ、すなわち、６００ｄｐｉで形成することができる全ドットの内、１つ置きにドットを形成する評価画像データを用いて印字処理を行い、実施例１〜６および比較例１〜６の印字画像について、それぞれ画像濃度の均一性を評価することで行った。
その結果、実施例１〜６のＬＥＤヘッド３を用いた場合は、濃度が均一な良好な画像が得られた。他方、比較例１〜６のＬＥＤヘッド３を用いた場合は、評価画像の一部にＬＥＤ素子３０１の配列方向と交差する方向に高濃度の筋とトナー像が形成されていない白い筋が見られた。

また、ＭＴＦについては、ＬＥＤヘッド３のレンズアレイ基板３１の結像面側（感光体ドラム４１側）端面から図１１中の距離ＬＩ（ｍｍ）離れた位置の上記評価画像の結像像を顕微鏡デジタルカメラにより撮影し、その撮像画像よりＬＥＤ素子３０１の結像像の光量分布を解析することで算出した。
その結果、上述した画像評価で良好な画像が得られた実施例１〜６の場合、ＭＴＦは、何れも８５％以上であった。他方、評価画像の一部に筋が見られた比較例１〜６の場合は、ＭＴＦは何れも７５％以下であった。

ここで、良好な画像が得られた実施例１〜６に示すＬＥＤヘッド３について、マイクロレンズ３２の倍率の絶対値ｍａｇとＬＥＤアレイ３０の長さＳＹの関係をグラフに示すと図１２が得られた。図中の黒丸は、実施例１〜６に該当するもので、曲線ＳＹ＝１２．０／ｍａｇ上にある。また、ＳＹの値が小さいほど光学系の解像度特性が向上することを考慮すると、下記の数式３を満たすＬＥＤヘッド３を用いることで、良好な印刷画像が得られる高解像度のプリンタ１００を構成することができることが確認された。

ＳＹ≦１２．０／ｍａｇ ・・・式３

因みに、比較例１〜６の場合は、図１０より、ＳＹ＞１２．０／ｍａｇとなっている。

また、図示しないが、ＬＥＤアレイ３０の長さＳＹが異なるが、開口数Ｎ．Ａと倍率の絶対値ｍａｇが同じであるＬＥＤヘッドを複数個作製し、それぞれのＭＴＦを比較したところ、ＬＥＤアレイ３０の長さＳＹが小さい程、ＬＥＤ素子３０１の結像像のＭＴＦが高い結果が得られた。すなわち、開口数Ｎ．Ａ．と倍率の絶対値ｍａｇが同じである場合、ＬＥＤアレイ３０の長さＳＹが小さい程、光学系の解像度が高くなることが判明した。

以上、本発明の実施例１によれば、レンズアレイ基板３１に配列された複数のマイクロレンズ３２の各々がＬＥＤアレイ基板３００に配列された各ＬＥＤアレイ３０の拡大像を形成するように構成したので、部品点数を削減した単純な構成で十分な解像度特性を得ることができる。
また、各ＬＥＤアレイ３０と各マイクロレンズ３２の光軸を合わせた状態で一体的に形成したので、複雑なレンズの位置合わせが不要となり、露光装置の生産性を向上できると共に、装置の小形化に寄与できる。

また、ＬＥＤアレイ３０両端部の発光点間距離をＳＹとし、マイクロレンズ３２の倍率の絶対値をｍａｇとした時、ＳＹ≦１２．０／ｍａｇとしたので、結像像の解像度が向上し、高解像度の露光装置を提供することができる。
この場合、発光点間距離ＳＹを２．０〜６．０ｍｍに、または、マイクロレンズ３２の倍率の絶対値ｍａｇを２．０〜４．０にするとより好ましい。
これは、ＳＹが２．０ｍｍ未満であると、所定の露光範囲を確保するのに必要なＬＥＤアレイ３０とマイクロレンズ３２の数が多くなって部品点数が増加すると共に、ＳＹが４．０ｍｍを越えると、ＬＥＤアレイ３０から結像面までの距離が長くなって露光装置が大型化するためである。
また、ｍａｇが２未満であると、所定の拡大像を得るためにＬＥＤ素子３０１のサイズを大きくする必要があり、これにより、製造コストがアップすると共に、ｍａｇが４を越えると、結像の際、直線状に配列されたＬＥＤ素子３０１の位置的な乱れが強調され、印字品質が劣化するためである。

また、ＬＥＤアレイ基板３００とレンズアレイ基板３１との間に、各ＬＥＤアレイ３０の出射光を絞る絞り３４を設け、結像に寄与しない光を遮光するようにしたので、隣接するＬＥＤアレイ３０の光による影響を防止することができ、結像像の解像度をより一層向上することができる。

また、複数のマイクロレンズ３２を一体成形にて形成したので、個々のマイクロレンズ３２の位置精度や各レンズ面の中心位置の精度を高くすることができ、作製時の組立誤差を低減できると共に、部品点数を削減し、生産性を向上できる。

以上、本実施例１では、画像形成装置としてカラー電子写真方式のプリンタについて説明したが、本発明は電子写真方式のファクシミリ機、複写機、或いは、複数の機能を併せ持つ複合機にも勿論適用可能であり、カラー画像を形成するものでも、モノクロ画像を形成するものでも良い。

また、ＬＥＤアレイ３０は、１つのチップで構成したが、複数のチップを隣接して配置した構成としても良い。

また、レンズアレイ基板３１は、複数のマイクロレンズ３２が一体に成形されているものを使用したが、個々のマイクロレンズ３２を個別に成形して配置したものでも良い。また、マイクロレンズ３２は、１枚のレンズで構成したが、複数のレンズを光軸方向に組み合わせて構成しても良い。
また、マイクロレンズ３２の面は非球面形状に限るものではなく、一方の方向の面形状に対し他方の方向の面形状が異なる、光軸に対し非軸対照なアナモルフィック非球面やトロイダル面やシリンダ面を形成しても良く、公知の自由曲面を形成しても良い。これらにより、レンズの収差が低減され、解像度特性を向上できる。また、マイクロレンズ３２は球面や放物面としても良い。これにより、比較的収差が大きく光学特性は低下するが、比較的容易に、且つ精度良く作製することができ、生産性を向上できる。

次に、図１３〜図２１に基づいて本発明の実施例２に係る読取装置を説明する。
図１３は本発明の実施例２に係る読取装置の概略構成図、図１４は読取ヘッドの構成図、図１５は読取ヘッドの断面図、図１６は受光素子アレイの構成を示す図、図１７は原稿画像が入射される受光素子アレイの位置を示す図、図１８はマイクロレンズの縮小率を説明する図、図１９は読出取制御部の構成を示すブロック図、図２０は実施例の読取りヘッドと比較例の読取りヘッドを示す図、図２１はｒｅｄ−ＲＹ曲線を示す図である。

本実施例による読取装置としてのスキャナ５００は、図１３に示すように、原稿５０７が載置される原稿台５０２と、原稿を読み取る読取ヘッド４００と、読取ヘッド４００を支持するレール５０３と、読取ヘッド４００を移動させる駆動ベルト５０５と、駆動ベルト５０５を張架する滑車５０４と、滑車５０４を回転させて駆動ベルト５０５を駆動させるモータ５０６とを備えている。駆動ベルト５０５は読取ヘッド４００に連結されている。

上記読取りヘッド４００は、原稿５０７の表面で反射した光の像を取り込んで電気信号に変換するもので、原稿５０７に光を照射するランプ５０１と、図１４に示すように、原稿５０７から反射された光の光路を変更するミラー４０２と、ミラー４０２の反射光を入射し、原稿画像の結像像を形成するレンズアレイ基板４３１と、原稿画像の結像像を電気信号に変換する撮像部としてのラインセンサ４１０と、原稿画像の結像に寄与しない光を遮光する開口部で成る絞り４３４を複数形成した絞り板４３３とを備えている。

上記レンズアレイ基板４３１は、複数のマイクロレンズ４３２が直線状に配列された１枚のレンズで構成されており、レンズアレイ基板４３１と絞り板４３３とは、各マイクロレンズ４３２と絞り４３４とが互いに対向するように一体成形されている。尚、レンズアレイ基板４３１は、上述した実施例１のレンズアレイ基板３１と同じ材料で形成されている。

また、ラインセンサ４１０は、複数の受光素子４０３が直線状に配列された受光素子アレイ４０１（図１６参照）を一定の間隔で複数直線状に配列させて構成されている。

上記受光素子アレイ４０１は、図１５に示すように、受光素子４０３の配列方向と同じ方向に所定の間隔Ｐをもって１列に配置されている。マイクロレンズ４３２と絞り４３４とは受光素子４０３の配列方向と平行に、且つ受光素子アレイ４０１と同じ間隔をもって直線状に配列されている。受光素子アレイ４０１の受光素子配列方向の中心と絞り４３４とマイクロレンズ４３２はそれぞれの光軸を一致させるように一体的に配置されている。

ここで、原稿５０７とマイクロレンズ４３２との間の間隔はＬＩであり、マイクロレンズ４３２の入射面と出射面との間の間隔はＴＨである。マイクロレンズ４３２と受光素子アレイ４０１との間隔はＬＯであり、受光素子アレイ４０１と原稿５０７との間隔はＬＴである。マイクロレンズ４３２の半径はＲＬであり、その縮小率の絶対値はｒｅｄである。絞り４３４の開口半径はＲＡである。

上記受光素子アレイ４０１は、図１６に示すように、複数の受光素子４０３が一定の間隔ＲＰをもって直線状に配置されて構成されている。受光素子４０３は正方形を成す。また、受光素子アレイ４０１の受光素子４０３が配列されている領域の受光素子４０３の配列方向の長さはＲＹである。すなわち、受光素子４０３の両端部に配置されている受光素子４０３の間の長さがＲＹである。
尚、受光素子アレイ４０１の解像度ＳＲは、１インチ当たりに配列される受光素子４０３の個数で示され、単位はｄｐｉである。

ここで、上記マイクロレンズ４３２の縮小率について、図１８に基づいて説明する。
図１８において、マイクロレンズ４３２の光軸方向で、マイクロレンズ４３２の入射面よりＬＯ離れた面を面ＳＩ、マイクロレンズ４３２の光軸方向で、マイクロレンズ４３２の出射面よりＬＩ離れた面を面ＳＯとする。また、面ＳＯとマイクロレンズ４３２の光軸との交点を原点Ｏ、光源の位置をＯＹとし、マイクロレンズ４３２が倒立像を形成する時、光源により面ＳＩ上に形成される結像像の位置をＩＹとすると、マイクロレンズ４３２の縮小率は−ＩＹ／ＯＹとなり、マイクロレンズ４３２の縮小率の絶対値ｒｅｄは、ＩＹ／ＯＹとなる。
尚、本実施例２のレンズアレイ基板４３１、絞り板４３３、絞り４３４の構成や各面間隔等は、上述した実施例１のＬＥＤヘッド３の場合と同じである。

本実施例では、マイクロレンズ４３２の縮小率の絶対値ｒｅｄ、受光素子４０３の配列間隔をＲＰ、受光素子アレイ４０１の配列方向の長さをＲＹ、受光素子アレイ４０１の配列間隔をＰとすると、Ｐ＝（ＲＹ＋ＲＰ）／ｒｅｄの関係を満たすようにラインセンサ４１０が構成されている。

次に、原稿画像に対応する受光素子アレイ４０１に配置されている受光素子４０３の位置関係を、図１７に基づいて説明する。
図１７では、受光素子アレイ４０１上に受光素子４０３が１８８個配列されている例を示している。この時、受光素子４０３の解像度ＲＰは１２００ｄｐｉであり、受光素子４０３の配列方向の長さＲＹは４．０ｍｍである。

図１７において、原稿画像の各ドットを１８８個ずつ、Ａ、Ｂ、Ｃに分け、図面上から下方向へ向かい、Ａ−１、Ａ−２、・・・Ａ−１８７、Ａ−１８８、Ｂ−１、Ｂ−２、・・・Ｂ−１８７、Ｂ−１８８、Ｃ−１、Ｃ−２、・・・Ｃ−１８７、Ｃ−１８８とする。この時、レンズアレイ基板４３１の各マイクロレンズ４３２は倒立縮小像を形成するので、原稿画像の各ドットに対応する受光素子４０３は、図面上から下方向へ向かい、Ａ−１８８、Ａ−１８７、・・・、Ｂ−１８８、Ｂ−１８７、・・・Ｂ−２、Ｂ−１、Ｃ−１８８、Ｃ−１８７、・・・、Ｃ−２、Ｃ−１のように配置されることになる。

また、スキャナ５００は、外部装置（外部端末やネットワーク）からの読出し要求に応じて画像電子データの送信制御を行う読出制御部５２０を備えている。
当読出制御部５２０は、図１９に示すように、入出力装置５１４、制御装置５１３、記憶装置５１２、Ａ／Ｄ変換器５１０、画像処理装置５１１で構成されている。

次に、本実施例によるスキャナ５００の動作を、図１３、図１４、図１９に基づいて説明する。
図１９に示される入出力装置５１４により、外部装置からの画像電子データの読出し要求が受信されると、図１３において、スキャナ５００のランプ５０１が点灯し、その光により、原稿台５０２に載置された原稿５０７の表面が照射され、原稿５０７の表面で反射した光が読取ヘッド４００内に取り込まれる。モータ５０６の回転動作により、駆動ベルト５０５が駆動され、読取ヘッド４００とランプ５０１が一体的に水平方向に移動し、その間に読取ヘッド４００は、原稿全面からの反射光を取り込む。

すなわち、図１４において、原稿５０７からの反射光は、原稿台５０２を透過し、ミラー４０２により光路変更されてレンズアレイ基板４３１の各マイクロレンズ４３２に入射される。この際、レンズアレイ基板４３１に入射された光の内、原稿画像に寄与しない一部の光（迷光）は、絞り板４３３によって遮光される。各マイクロレンズ４３２により縮小率の絶対値ｒｅｄで倒立縮小された原稿画像の結像像は、ラインセンサ４１０の各受光素子アレイ４０１に形成され、受光素子アレイ４０１において、この結像像の輝度情報がアナログ信号に変換される。

受光素子アレイ４０１から出力されたアナログ信号は、図１９において、Ａ／Ｄ変換器５１０に入力され、このＡ／Ｄ変換器５１０において、デジタルデータに変換される。さらに、原稿画像のデジタルデータは、画像処理装置５１１において所定の補正処理がなされた後、制御装置５１３を介して記憶装置５１２に一時記憶される。そして、外部装置からの読出し要求に応じ、記憶装置５１２に記憶された原稿画像の電子データは、制御装置５１３と入出力装置５１４を介して外部装置に送信される。

次に、本発明の実施例２の効果を確認するため、図２０の実施例１〜６、および比較例１〜６に示す構成の読取ヘッド４００を搭載したスキャナ５００を用いて原稿画像を評価した。

画像評価は、図１０に示したように、０．０８４６ｍｍ間隔で１ドットを形成する評価画像、すなわち、６００ｄｐｉで形成することができる全ドットの内、１つ置きにドットを形成する評価画像を用い、実施例１〜６および比較例１〜６の読取ヘッド４００について、それぞれ評価画像の電子データ（画像データ）を作成し、この画像データを基にそれぞれの画像読み取り状態（画像データによる濃淡品質）を評価することで行った。

その結果、実施例１〜６の読取ヘッド４００を用いた場合は、読み取り不良は発生せず、均一濃度の良好な画像データが得られた。他方、比較例１〜６の読取ヘッド４００を用いた場合は、読み取り不良により、評価画像データの一部に受光素子４０３の配列方向と交差する方向の筋状の濃度差が認められた。

また、実施例１〜６および比較例１〜６の読取ヘッド４００のレンズアレイ基板４３１は、上述した実施例１に示すＬＥＤヘッド３のレンズアレイ基板３１と同一構造であるから、結像像の解像度を示すＭＴＦは、図１１に示した通りである。
すなわち、良好な画像データが得られた実施例１〜６の場合、ＭＴＦは何れも８５％以上である、読み取り不良が発生した比較例１〜６の場合は、ＭＴＦは何れも７５％以下である。

ここで、良好な画像データが得られた実施例１〜６に示す読取りヘッド４００について、マイクロレンズ４３２の縮小率の絶対値ｒｅｄと受光素子アレイ４０１の長さＲＹの関係をグラフに示すと、図２１が得られた。図中の黒四角は、実施例１〜６に該当するもので、直線ＲＹ＝１２．０×ｒｅｄ上にある。
また、開口数Ｎ．Ａ．と縮小率の絶対値ｒｅｄが同じである場合は、受光素子アレイ４０１の長さＲＹが小さい程、マイクロレンズ４３２の解像度特性が向上することを考慮すると、下記の数式４を満たす読取ヘッド４００を用いることで、読み取り不良の発生しない高解像度のスキャナ５００を構成できることが確認された。

Ｒ≦１２．０×ｒｅｄ ・・・式４

因みに、図２０によれば、比較例１〜６の場合、ＲＹ＞１２．０×ｒｅｄとなっている。また、同じ縮小率の時、実施例１〜６の場合の方が比較例１〜６の場合より、受光素子４０３を小さくすることができる。

以上、本発明の実施例１によれば、レンズアレイ基板４３１に配列された複数のマイクロレンズ４３２の各々が、ラインセンサ４１０に配列された複数の受光素子アレイ４０１上に原稿画像の縮小像を形成するように構成したので、部品点数を削減した単純な構成で十分な解像度特性を得ることができる。
また、各受光素子アレイ４０１と各マイクロレンズ４３２の光軸を合わせた状態で一体的に配置されているので、複雑なレンズの位置合わせが不要となり、読取装置の生産性を向上できると共に、装置小形化に寄与できる。

また、受光素子アレイ４０１両端部の受光素子間距離をＲＹとし、マイクロレンズ４３２の縮小率の絶対値をｒｅｄとした時、ＲＹ≦１２．０×ｒｅｄとしたので、結像像の解像度を向上することができ、高解像度の読取装置５００を提供することができる。

また、ラインセンサ４１０とレンズアレイ基板４３１との間に、各レンズからの出射光を絞る絞り板４３３を設け、結像に寄与しない光線を遮光するようにしたので、隣接するレンズの出射光による影響を防止することができ、結像像の解像度をより一層向上することができる。

また、複数のマイクロレンズ４３２を一体成形にて形成したので、個々のレンズの位置精度や各レンズ面の中心位置の精度を高くすることができ、作製時の組立誤差を低減できると共に、部品点数の削減により、生産性を向上できる。

以上、本実施例２では、原稿画像を電子データに変換する読取装置として、スキャナについて説明したが、本発明は光学的信号を電気信号に変換するセンサやスイッチ、およびこれらを用いた入出力装置、生体認証装置、通信装置、寸法測定器等にも勿論適用可能である。
また、撮像部４１０としてラインセンサを用いたが、エリアセンサを用いることも勿論可能である。

本発明の実施例１に係る画像形成装置の概略構成図である。 ＬＥＤヘッドの分解斜視図である。 ＬＥＤヘッドの断面図である。 ＬＥＤアレイの構成を示す図である。 マイクロレンズの倍率を説明する図である。 ＬＥＤ素子の出射光による感光体上の結像位置を示す図である。 ＬＥＤ制御部の構成を示すブロック図である。 結像に寄与しないＬＥＤ素子の出射光が遮光されるのを示す図である。 ＬＥＤ素子の出射光による像が感光体ドラムに形成される動作を示す図である。 評価画像を示す図である。 実施例１のＬＥＤヘッドと比較例のＬＥＤヘッドを示す図である。 ｍａｇ−ＳＹ曲線を示す図である。 本発明の実施例２に係る読取装置の概略構成図である。 読取ヘッドの構成図である。 読取ヘッドの断面図である。 受光素子アレイの構成を示す図である。 原稿画像が入射される受光素子アレイの位置を示す図である。 マイクロレンズの縮小率を説明する図である。 読出取制御部の構成を示すブロック図である。 実施例２の読取りヘッドと比較例の読取りヘッドを示す図である。 ｒｅｄ−ＲＹ曲線を示す図である。

符号の説明

３ 露光装置（ＬＥＤヘッド）
３０ 発光点アレイ（ＬＥＤアレイ）
３１ レンズアレイ基板
３２ レンズ（マイクロレンズ）
３３ 絞り板
３４ 絞り
１００ 画像形成装置（プリンタ）
３００ 発光点アレイ基板（ＬＥＤアレイ基板）
３０１ 発光点（ＬＥＤ素子）
４０１ 受光素子アレイ
４０３ 受光素子
４１０ 撮像部（ラインセンサ）

Claims (11)

1. 複数の発光点が直線状に配列された発光点アレイを所定の間隔で複数直線状に配列させた発光点アレイ基板と、
   前記各発光点アレイに対応して配置され、前記発光点アレイの拡大像を形成する複数のレンズを備えるレンズアレイ基板とを有し、
   前記発光点アレイ基板と前記レンズアレイ基板とは、前記各発光点アレイと前記各レンズの光軸を合わせた状態で略平行に配置され、
   前記発光点アレイ両端部の発光点間距離をＳＹとし、前記レンズの倍率の絶対値をｍａｇとした時、
   ＳＹ≦１２．０／ｍａｇであることを特徴とする露光装置。
2. 前記ＳＹは２．０〜６．０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記ｍａｇは２．０〜４．０であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
4. 前記発光点アレイ基板と前記レンズアレイ基板との間に、前記各発光点アレイからの出射光を絞る絞りを設けた絞り板が設けられ、これら発光点アレイ基板と絞り板とレンズアレイ基板とが、それぞれ前記発光点アレイと前記絞りと前記レンズの光軸を合わせた状態で一体的に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載の露光装置。
5. 前記複数のレンズは一体成形にて形成されて成ることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れかに記載の露光装置。
6. 前記レンズは、光軸方向に１枚のレンズで構成されていることを特徴とする請求項１から請求項５までの何れかに記載の露光装置。
7. 請求項１から請求項６までの何れかに記載の露光装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
8. 複数の受光素子が直線状に配列された受光素子アレイを所定の間隔で複数直線状に配列させた撮像部と、
   前記各受光素子アレイに対応して配置され、原稿画像の縮小像を前記受光素子アレイ上に形成する複数のレンズを備えるレンズアレイ基板とを有し、
   前記撮像部と前記レンズアレイ基板とは、前記各受光素子アレイと前記各レンズの光軸を合わせた状態で略平行に配置され、
   前記受光素子アレイ両端部の受光素子間距離をＲＹとし、前記レンズの縮小率の絶対値をｒｅｄとした時、
   ＲＹ≦１２．０×ｒｅｄであることを特徴とする読取装置。
9. 前記撮像部と前記レンズアレイ基板との間に、前記各レンズからの出射光を絞る絞りを設けた絞り板が設けられ、これら撮像部と絞り板とレンズアレイ基板とが、それぞれ前記受光素子アレイと前記絞りと前記レンズの光軸を合わせた状態で、前記レンズアレイ基板と前記絞り板とが一体的に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の読取装置。
10. 前記複数のレンズは一体成形にて形成されて成ることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の読取装置。
11. 前記レンズは、光軸方向に１枚のレンズで構成されていることを特徴とする請求項８から請求項１０までの何れかに記載の読取装置。

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