JP2010072557A - レンズアレイユニット、光学ヘッドおよび情報装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】それぞれの光軸に直交する方向に複数のレンズが並ぶレンズアレイを有するレンズ板を備え、少なくとも2枚の前記レンズ板を前記各レンズの光軸が一致するように配置して正立等倍像を結像するレンズアレイユニットにおいて、レンズ板を取り付ける取付け部を有する支持部材を設け、前記支持部材の長手方向に、分割された複数のレンズ板を並べて配置した。
【選択図】 図1
Description
本発明は、このような問題を解決することを課題とし、十分な解像度の結像を得ることができるレンズアレイユニットを提供することを目的とする。
図2において、プリンタ100は、色材としての顔料を含む樹脂からなるトナーにより、画像データをもとに印字媒体上に画像を形成する。
プリンタ100には、印字媒体としての用紙101を貯留する給紙カセット60が装着され、用紙101を給紙カセット60から取り出す給紙ローラ61を備え、用紙101を給紙して搬送する。
さらに、感光体ドラム41上に形成されたトナー像を用紙101上に転写する転写ローラ80が、転写部で用紙101を搬送する転写ベルト81を挟むように感光体ドラム41に対向して配置され、その下流には用紙101上に形成されたトナー像を熱および圧力で定着させる定着器9が配置されている。この定着器9を通過した用紙101は排出部7へ排出される。
このように構成されたプリンタ100は、制御プログラムをメモリ等の記憶部に記憶し、その制御プログラムに基づいて全体を制御する制御手段および演算手段としての制御部を備えている。
LEDヘッド3には、レンズアレイユニット1が配設され、そのレンズアレイユニット1はホルダ34によりLEDヘッド3に固定されている。LED素子30およびドライバIC31は配線基板33上に配置され、LED素子30とドライバIC31はワイヤ32により結線され、LED素子30はドライバIC31により制御されて発光する。
本実施例においては、LEDヘッド3は600dpi(dots per inch)の解像度であり、LED素子30が1インチ当たり(1インチは約25.4mm(ミリメートル))600個配置されている。すなわち、LED素子30が0.0423mm間隔で配列されている。
レンズ板11の端部は、最端部のマイクロレンズ12の中心からの距離Lが(間隔P/2)―10μmとなる位置に切断面Bを形成するように切断する。
図4(b)において、支持部材としての遮光部材13は、中心の間隔をPとして開口14(遮光部)が形成され、その配列間隔はレンズ板11に配列されるマイクロレンズ12の光軸の間隔に一致する。開口14の開口幅(遮光部材13の長手方向の開口幅)は2RYであり、間隔Pより小さくなるように形成されている。また、遮光部材13は、発光部の光線を遮光する黒色樹脂素材により形成される。
遮光部材13に固定されるレンズ板11は、遮光部としての開口14の光の入口側と出口側にそれぞれ1枚ずつ配置され、対向する各レンズ板11のマイクロレンズ12の光軸Aが一致し、さらにその光軸Aが開口14の中心に一致するように固定される。このとき、遮光部材13の開口14の厚さによって対向する2枚のレンズ板11の間隔が、感光体ドラム41上に結像できる間隔に支持される。
なお、本実施例では、レンズ板11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)(登録商標)E48R)を使用し、射出成型により複数のマイクロレンズ12を一体に成型した。また、遮光部材13は、ポリカーボネートを使用し、樹脂成型により作成した。
まず、プリンタ100の動作を図2に基づいて説明する。
プリンタ100の感光体ドラム41表面は、図示しない電源装置により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3の付近に到達するとLEDヘッド3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。この静電潜像は現像器5により現像され、感光体ドラム41の表面にトナー像が形成される。
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および転写ベルト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ている転写ローラ80および転写ベルト81によって、感光体ドラム41表面上のトナー像は用紙101上に転写される。
次に、LEDヘッド3の動作を図3に基づいて説明する。
次に、レンズアレイユニット1の動作を図5に基づいて説明する。
第1のマイクロレンズ12によって形成される中間像はLED素子30の倒立縮小画像であり、結像面上のLED素子30の像はその中間像の第2のマイクロレンズ12による倒立拡大画像であって、結局、LED素子30の正立等倍像が結像面上に形成される。
このようにしてレンズアレイユニット1はLED素子30の正立等倍像を形成する。
なお、LED素子30からの光線は、レンズアレイユニット1に配設された2つ以上の異なる光軸を有するマイクロレンズ12に入射して結像面では重なって像を形成する。
射出成型により形成されるレンズ板11は、長さが250mmを超えると、長手方向で金型の温度均一性が得られないこと、およびゲート位置に近い部分と遠い部分で圧力が不均一となり、マイクロレンズ12の形状が不均一となる。このため、このようなレンズ板11を固定してレンズアレイユニット1を構成したとき、十分な解像度の結像を得られなかった。
ここで、レンズ板11の長さを200mm以下にする理由は、レンズ板11の長さを100mmとした場合、ゲート位置に近い部分は遠い部分より10μm程度、200mmとした場合、ゲート位置に近い部分は遠い部分より20μm程度厚くなることが分かっており、レンズ板11の厚さ精度の許容値である30μm以内にする必要があるためである。
また、本実施例では、レンズ板11を遮光部材13に固定して配置するのでレンズ板11の長手方向の反りを補正することができる。
また、レンズ板11を形成する光学材料は高価であって材料の種類も限定されるが、遮光部材13は比較的安価な材料で成型され、剛性を出せる材料、例えばガラス繊維入りのポリカーボ樹脂を選択することができる。
図7において、サンプル93の剛性を測定するため、固定治具92にサンプル93の端部を挟み固定し、そのサンプル93の他方の端部に荷重変位計91の端子を当接させる。この荷重変位計91は端子の押し込み量σと端子に加える荷重Fを測定できるようになっており、端子の押し込み量σはサンプル93の変位量σであるから、サンプル93の剛性KをF/σとして簡易的に求めた。そして、サンプル93の測定長さLを200mmとし、変位σは5mmとなる荷重Fg(グラム)を測定した。
本実施例のレンズアレイユニット1は、複数の200mm以下のレンズ板11を並べて配設してあるので使用温度が変化しとき、レンズ板11の熱膨張係数と遮光部材13の熱膨張係数の差によってマイクロレンズ12の位置と遮光部材13の開口14の位置がずれてもそのずれる量を許容範囲内に収めることができるようになる。
なお、本実施例では、発光部としてLED素子30を複数配置したLEDアレイを用いたものとして説明したが、それに限られることなく例えば有機EL(ElectroLumnescence)を発光部とした光学ヘッドであってもよい。
第2の実施例では、レンズ板21はマイクロレンズ22の光軸に直交する方向にレンズ群を2列の直線状(2本の平行する直線状)に配置して構成される。なお、上述した第1の実施例と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
それぞれのマイクロレンズ22の半径はRLであり、隣接するマイクロレンズ22の中心間を距離PNとして隣接するマイクロレンズ22にオーバーラップするように配置され、隣接するマイクロレンズ22と接する接合部はレンズ形状が切り欠き形状となって連結さている。つまり、距離PNは2RLより小さくなっている。
図6(b)において、遮光部材23には開口24がレンズ板21のマイクロレンズ22の配置に対応するように形成され、その開口24の配列間隔(中心の間隔)は各列で並ぶ間隔PY、2列の間隔はPXである。この開口24の中心の位置はマイクロレンズ22の光軸に対応し、開口24の弧の半径RAはマイクロレンズ22の半径RLより小さくなるように形成されている。
遮光部材23に固定されるレンズ板21は、開口24の光の入口側と出口側にそれぞれ1枚ずつ配置され、対向する各レンズ板21のマイクロレンズ22の光軸が一致するように固定される。このとき、遮光部材23の開口24の厚さによって対向する2枚のレンズ板21の間隔が、感光体ドラム41上に結像できる間隔に支持される。
また、物体面側のレンズ板21と結像面側のレンズ板21はマイクロレンズ22の光軸を一致させて反対向きに配置することは第1の実施例と同様である。
第2の実施例の構成では、マイクロレンズ22が2列に配列されるため、1列に配列した場合よりLED素子30の結像面上の像は光量が均一で明るくなる。
以上説明したように、第2の実施例では、第1の実施例の効果に加え、レンズ板にマイクロレンズを2列に並べて配置するようにしたことにより、結像面上の像は光量が均一で明るくなるという効果が得られる。
3 LEDヘッド
5 現像器
7 排出部
9 定着器
11、21 レンズ板
12、22 マイクロレンズ
13、23 遮光部材
14、24 開口
15 突起
16 穴
30 LED素子
31 ドライバIC
32 ワイヤ
33 配線基板
34 ホルダ
41 感光体ドラム
42 帯電ローラ
51 トナーカートリッジ
60 給紙カセット
61 給紙ローラ
80 転写ローラ
81 転写ベルト
Claims (11)
- それぞれの光軸に直交する方向に複数のレンズが並ぶレンズアレイを有するレンズ板を備え、少なくとも2枚の前記レンズ板を前記各レンズの光軸が一致するように配置して正立等倍像を結像するレンズアレイユニットにおいて、
レンズ板を取り付ける取付け部を有する支持部材を備え、
前記支持部材の長手方向に、分割された複数のレンズ板を並べて配置したことを特徴とするレンズアレイユニット。 - 請求項1のレンズアレイユニットにおいて、
前記支持部材は、各レンズからの一部の光を遮光する遮光部を有することを特徴とするレンズアレイユニット。 - 請求項1または請求項2のレンズアレイユニットにおいて、
前記レンズ板間に間隙を設けて配置したことを特徴とするレンズアレイユニット。 - 請求項1、請求項2または請求項3のレンズアレイユニットにおいて、
前記レンズ板の各レンズは、配列間隔より大きい外径を有し、隣接するレンズとの接合部を切り欠き形状としたことを特徴とするレンズアレイユニット。 - 請求項4のレンズアレイユニットにおいて、
前記レンズ板の各レンズを、光軸に対して直交する方向に2列に並べて配置したことを特徴とするレンズアレイユニット。 - 請求項5のレンズアレイユニットにおいて、
前記レンズ板の各レンズを、平行する2列に交互に並べて配置したことを特徴とするレンズアレイユニット。 - 請求項4、請求項5または請求項6のレンズアレイユニットにおいて、
前記レンズ板は、金型成型後に前記接合部で切断されることを特徴とするレンズアレイユニット。 - 請求項1または請求項2のレンズアレイユニットにおいて、
前記支持部材は、光軸方向における剛性が前記レンズ板の光軸方向における剛性の3倍以上であることを特徴とするレンズアレイユニット。 - 請求項1または請求項2のレンズアレイユニットにおいて、
前記レンズ板は、金型の樹脂注入口に近い長手方向の端部を切断して形成されることを特徴とするレンズアレイユニット。 - 請求項1から請求項9のいずれか1項のレンズアレイユニットを用いた光学ヘッド。
- 請求項10の光学ヘッドを用いた情報装置。
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