JP2010210716A - レンズユニット、レンズ集合部材、ｌｅｄヘッド、露光装置、画像形成装置、読取装置およびレンズ集合部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズユニットの解像度を向上させる。
【解決手段】複数のレンズ素子が光軸に対して略直交する方向に延在する列を形成するように配列され、それぞれのレンズ素子の光軸が一致するように配設された複数のレンズ集合部材と、前記レンズ素子の各々の光軸が通過する複数の絞りが前記光軸に対して略直交する方向に延在するように配列された遮光部材とを有するレンズユニットにおいて、前記レンズ素子の焦点距離に応じて前記レンズ集合部材が配置されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レンズユニット、レンズ集合部材、ＬＥＤヘッド、露光装置、画像形成装置、読取装置およびレンズ集合部材の製造方法に関する。

従来のレンズユニットは、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を直線状に配列したＬＥＤヘッドを用いた電子写真方式の画像形成装置や複数の受光素子を直線状に配列した受光部に読取り原稿の像を結像させるスキャナやファクシミリ等の読取装置に物体の正立等倍像をライン状に形成することができる光学系として用いられている。

このレンズユニットは、物体の正立等倍像を形成するように複数のレンズからなるレンズ群を構成し、このレンズ群を略直線状に配列して物体の正立等倍像をライン状に形成する光学系として構成することができ、この複数のレンズをプラスチック射出成型で一体に形成することにより部品点数を少なく構成するようにしているものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−８７１８５号公報（段落「００３３」〜段落「００４１」、図１）

しかしながら、上述した従来の技術においては、レンズの曲面の形状がレンズユニットを作成する条件等により、所望の形状から僅かに誤差を有することで、レンズの光学特性が変化し、レンズユニットの解像度が低下する場合がある。このとき、画像形成装置の画像が劣化し、読取装置で取得される画像データが原稿の通りにならないという問題がある。

本発明は、このような問題を解決することを課題とし、レンズユニットの解像度を向上させることを目的とする。

そのため、本発明は、複数のレンズ素子が光軸に対して略直交する方向に延在する列を形成するように配列され、それぞれのレンズ素子の光軸が一致するように配設された複数のレンズ集合部材と、前記レンズ素子の各々の光軸が通過する複数の絞りが前記光軸に対して略直交する方向に延在するように配列された遮光部材とを有するレンズユニットにおいて、前記レンズ素子の焦点距離に応じて前記レンズ集合部材が配置されていることを特徴とする。

このようにした本発明は、レンズユニットの解像度を向上させることができるという効果が得られる。

第１の実施例におけるレンズユニットの動作を示す説明図 第１の実施例におけるプリンタの構成を示す概略図 第１の実施例におけるＬＥＤヘッドの概略側面図 第１の実施例におけるレンズユニットの平面図 第１の実施例における遮光部材の平面図 第１の実施例におけるレンズユニットの断面図 第１の実施例における遮光部材の開口部の平面図 第１の実施例におけるレンズユニットの動作を示す説明図 第１の実施例における焦点距離測定方法の説明図 第１の実施例における画像形成装置の画像評価の説明図 第２の実施例におけるレンズユニットの動作を示す説明図 第３の実施例におけるレンズユニットの分解斜視図 第３の実施例におけるレンズユニットの断面図 第４の実施例におけるレンズユニットを作成する型の説明図 第４の実施例における型の凹部の断面形状を示すグラフ 第４の実施例における型の凹部の断面形状を示すグラフ 第４の実施例におけるレンズユニットの平面図 第５の実施例における読取装置の構成を示す概略図 第５の実施例における読取装置の読取ヘッドの構成を示す概略図 第５の実施例における読取装置の読取ヘッドの動作を示す概略図

以下、図面を参照して本発明によるレンズユニット、レンズ集合部材、ＬＥＤヘッド、露光装置、画像形成装置、読取装置およびレンズ集合部材の製造方法の実施例を説明する。

本実施例の画像形成装置としてのプリンタを図２の第１の実施例におけるプリンタの構成を示す概略図に基づいて説明する。

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搬送ローラ６２、６３が配置される。

本発明におけるプリンタ１００は、カラー電子写真方式であり、プリンタ１００内には画像形成部としてイエロー、マゼンダ、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、その感光体ドラム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器５、その現像器５にトナーを供給するトナーカートリッジ５１が用紙１０１の搬送路に沿って並べて配置されている。

また、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、光学ヘッドとしてのＬＥＤヘッド３が、感光体ドラム４１の表面に対向するように配置され、ＬＥＤヘッド３は帯電ローラ４２で帯電された感光体ドラム４１の表面に画像データをもとに選択的に光を照射して静電画像を形成する。

さらに、感光体ドラム４１上に形成され、トナーにより静電潜像を可視化した像であるトナー像を用紙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、また用紙１０１が転写部を通過した後の感光体ドラム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が感光体ドラム４１の表面に接触して配置されている。

転写部の下流には用紙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、その定着器９を通過した用紙１０１を搬送する搬送ローラ６４、その搬送ローラ６４により搬送され、画像が形成された用紙１０１を貯留する排出部７へ排出する排出ローラ６５が配置される。

また、帯電ローラ４２および転写ローラ８０には図示しない電源により所定の電圧が印加される。そして、転写ベルト８１、感光体ドラム４１および各ローラはそれぞれ図示しないモータと図示しない駆動を伝達するギアにより回転駆動される。さらに、現像器５、ＬＥＤヘッド３、定着器９、および図示しない各モータには、それぞれ電源および制御装置が接続されている。

プリンタ１００は、外部装置から印刷データを受信する外部インターフェースを有し、その外部インターフェースで受信した印刷データをもとに印字媒体上に画像を形成する。

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。

次に、露光装置としてのＬＥＤヘッド３の構成を図３の第１の実施例におけるＬＥＤヘッドの概略断面図に基づいて説明する。

ＬＥＤヘッド３には、レンズユニット１が配置され、そのレンズユニット１はホルダ３４によりＬＥＤヘッド３に固定されている。また、発光部としての複数のＬＥＤ素子３０は配線基板３３上に略直線に配置されている。

レンズユニット１のマイクロレンズ１２の光軸は図における上下方向となるように配置され、またＬＥＤ素子３０およびドライバＩＣ３１は配線基板３３上に配置されている。ＬＥＤ素子３０とドライバＩＣ３１はワイヤ３２により結線され、発光部としてのＬＥＤ素子３０はドライバＩＣ３１により制御されて発光する。また、ＬＥＤ素子３０は１列の直線に配列され、間隔ＰＤｍｍ（ミリメートル）で配置されている。

このレンズユニット１により、感光体ドラム４１にＬＥＤ素子３０の像が結像し、感光体ドラム４１の回転に合わせてＬＥＤ素子３０を発光させることにより感光体ドラム４１上に静電潜像が形成される。

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）６００個配置されている。すなわち、ＬＥＤ素子３０が間隔ＰＤを０．０４２３ｍｍとして配列されている。

次に、レンズユニット１を図４の第１の実施例におけるレンズアレイの平面図、図５の第１の実施例における遮光部材の平面図、図６の第１の実施例におけるレンズユニットの断面図、および図７の第１の実施例における遮光部材の開口部の平面図に基づいて説明する。なお、図６は図４における直線ＡＡによる断面図である。

図４および図６において、レンズユニット１は、レンズ素子としてのマイクロレンズ１２を配列したレンズ集合体としてのレンズアレイ１１および遮光部材１３とからなり、光軸が一致するように配置された２枚のマイクロレンズ１２からなるレンズ群を光軸に対して直交する方向に２列に配置した構成となっている。

レンズアレイ１１には複数のマイクロレンズ１２が平行する２列の略直線に交互に配置され、各列で並ぶそれぞれのマイクロレンズ１２の間隔はＰＹ、二つの平行する列、すなわちマイクロレンズ１２の配列方向と直交する方向の間隔はＰＸである。

それぞれのマイクロレンズ１２の半径はＲＬであり、隣接するマイクロレンズ１２の中心間を距離ＰＮとして隣接するマイクロレンズ１２にオーバーラップするように配置され、すなわち距離ＰＮ＜（２×半径ＲＬ）となっており、隣接するマイクロレンズ１２と接する部分はレンズ形状が切り欠き形状となって連結さている。なお、レンズアレイ１１は、発光部の光線を透過する素材により形成されている。

図５において、遮光部材１３は発光部としてのＬＥＤ素子３０の光線を遮光する黒色樹脂等の素材により形成され、その遮光部材１３には絞りとしての開口部１３ａがレンズアレイ１１のマイクロレンズ１２の配置に対応するように貫通孔として形成されている。開口部１３ａの配列間隔（中心の間隔）は、マイクロレンズ１２の配列間隔に一致し、各列で並ぶ間隔ＰＹで形成され、さらにマイクロレンズ１２の配列方向と直交する方向に間隔ＰＸで２列に形成される。また、隣接するマイクロレンズ１２に対応して開口部１３ａの中心間を距離ＰＮとして形成される。

この開口部１３ａの円柱形部分の軸がそれぞれのマイクロレンズ１２の光軸と一致するように配置され、開口部１３ａの弧の半径ＲＡはマイクロレンズ１２の半径ＲＬより小さくなるように形成されている。

また、開口部１３ａは、マイクロレンズ１２の配列方向と直交する方向に間隔ＴＢが保持されるように形成されている。

図７において、開口部１３ａは半径ＲＡの円、その半径ＲＡの円の中心から（間隔ＰＸ―間隔ＴＢ）／２の位置における開口部１３ａの配列方向と平行する直線からなる形状である。この開口部１３ａの半径ＲＡの円の中心は、マイクロレンズ１２の光軸と一致するように配置されている。

次にレンズユニット１の詳細を図８の第１の実施例におけるレンズユニットの動作を示す説明図に基づいて説明する。図８はレンズアレイ１１を含むレンズユニット１および物体面ＯＰならびに結像面ＩＰの断面図であり、マイクロレンズ１２の配列方向に水平で光軸を含む平面による断面図である。なお、図における左右方向がマイクロレンズ１２の配列方向と平行な方向である。

図８において、レンズユニット１の物体面ＯＰから距離ＬＯの位置に第１のマイクロレンズ１２１が配置され、また第２のマイクロレンズ１２２が第１のマイクロレンズ１２１と光軸が一致するように対向し、距離ＬＳを隔てて配置される。レンズユニット１の結像面ＩＰは第２のマイクロレンズ１２２から光軸方向に距離ＬＩを隔てた位置である。

第１のマイクロレンズ１２１は、厚みがＬＴ１、焦点距離がＦ１であり、光軸方向に距離ＬＯ１の位置にある物体３０ａの像を中間像３０ｂとして、光軸方向に距離ＬＩ１離れた中間像面ＩＭＰに形成する。

第２のマイクロレンズ１２２は、厚みがＬＴ２、焦点距離がＦ２であり、距離ＬＯ２の位置にある中間像面ＩＭＰ上の中間像３０ｂの結像３０ｃを、光軸方向に距離ＬＩ２隔てた位置に形成する。

レンズユニット１の物体面ＯＰから第１のマイクロレンズ１２１までの距離ＬＯは距離ＬＯ１と等しく設定され、第１のマイクロレンズ１２１と第２のマイクロレンズ１２２の間隔ＬＳは、（距離ＬＩ１＋距離ＬＯ２）に設定され、第２のマイクロレンズ１２２からレンズユニット１の結像面ＩＰまでの距離ＬＩは距離ＬＩ２と等しく設定される。

また、第１のマイクロレンズ１２１と第２のマイクロレンズ１２２を同じ構成のレンズとすることができる。このとき、第１のマイクロレンズ１２１と第２のマイクロレンズ１２２は、ともに厚さがＬＴ１であり、レンズユニット１の物体面から第１のマイクロレンズ１２１までの距離ＬＯは距離ＬＯ１と等しく設定される。

さらに、第１のマイクロレンズ１２１の物体面側の曲面と同じ形状の面が第２のマイクロレンズ１２２の結像面側の曲面となるように対向して配置され、第２のマイクロレンズ１２２から中間像面ＩＭＰまでの距離ＬＯ２はＬＩ１と等しく設定される。

第１のマイクロレンズ１２１と第２のマイクロレンズ１２２の間隔ＬＳは、（２×距離ＬＩ１）に設定され、第２のマイクロレンズ１２２からレンズユニット１の結像面までの距離ＬＩは距離ＬＯ１と等しく設定され、距離ＬＩ＝距離ＬＯである。

このようにレンズユニット１は、遮光部材１３を挟んで２個のレンズアレイ１１は表裏が逆となるように対向して結像面に結像できる間隔で保持されている。遮光部材１３を挟んで２個のマイクロレンズ１２が光軸を一致させて共役の位置に配置され、正立等倍像を結像する光学系が形成される。このように光軸が一致する２個のマイクロレンズ１２からなる光学系は、感光体ドラム４１の表面にＬＥＤ素子３０の正立等倍像を結像することができる。

本実施例では、レンズアレイ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用いて射出成型により作成した。

上記成型手段で成型したレンズアレイ１１においては、マイクロレンズ１２毎の形状の誤差は小さいため、各マイクロレンズ１２の焦点距離等の光学特性は略均一となる。

なお、マイクロレンズ１２の各曲面は数式１で表される回転対称高次非球面で構成することにより、高い解像度を得ることができる。関数Ｚ（ｒ）はマイクロレンズ１２の光軸に平行な方向を軸とし、半径方向の座標をｒとした回転座標系を示し、マイクロレンズ１２の各曲面の頂点を原点とし、レンズユニット１の物体面から結像面へ向かう方向を正の数で表す。このとき、半径ｒは、ｘ座標、ｙ座標の値を用いて、（ｘ^２＋ｙ^２）の平方根で表される。ｋはコーニック定数、Ｃは曲率半径、Ａは非球面係数、ｍとｎは正の整数である。

上述した構成の作用について説明する。

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。

一方、給紙カセット６０にセットされた用紙１０１が給紙ローラ６１によって給紙カセット６０から取り出され、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。

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。

続いて、表面にトナー像が形成された用紙１０１は、転写ベルト８１の回転により定着器９へ搬送され、用紙１０１上のトナー像はその定着器９により加圧されながら加熱されることにより溶解し、用紙１０１上に固定される。トナー像が固定された用紙１０１は、搬送ローラ６４および排出ローラ６５により排出部７に排出されてプリンタ１００の動作が終了する。

次に、露光装置としてのＬＥＤヘッド３の動作を図４に基づいて説明する。

画像データをもとにプリンタ１００の制御部によりＬＥＤヘッド３の制御信号が発信されるとドライバＩＣ３１はその制御信号に基づき任意の光量でＬＥＤ素子３０を発光させる。そのＬＥＤ素子３０からの光線はレンズユニット１に入射し、感光体ドラム４１上に結像が形成される。

次に、レンズユニット１の動作を図８に基づいて説明する。

物体３０ａとしてのＬＥＤ素子３０の光線は第１のマイクロレンズ１２１に入射し、その第１のマイクロレンズ１２１によって光軸方向に距離ＬＩ１隔てた位置にある中間像面ＩＭＰ上に中間像３０ｂが形成される。さらに、第２のマイクロレンズ１２２によってその中間像３０ｂの像である結像３０ｃが結像面ＩＰ上に形成されることにより、物体３０ａの結像３０ｃが結像面ＩＰ上に形成される。

第１のマイクロレンズ１２１によって形成される中間像３０ｂは物体３０ａの倒立縮小像であり、結像３０ｃはその中間像３０ｂの第２のマイクロレンズ１２２による倒立拡大像である。

また、第１のマイクロレンズ１２１と第２のマイクロレンズ１２２との間では物体面上の各点からの光線の主光線が平行である、いわゆるテレセントリックになっている。

ここで、物体３０ａの大きさをＳＡ、中間像３０ｂの大きさをＳＢ、結像３０ｃの大きさをＳＣとすると、第１のマイクロレンズ１２１の倍率Ｍ１および第２のマイクロレンズ１２２の倍率Ｍ２は、それぞれＭ１＝ＳＢ／ＳＡ、Ｍ２＝ＳＣ／ＳＢと表される。

レンズユニット１は、正立等倍像を形成するのでレンズユニット１の倍率ＭＡ＝ＳＣ／ＳＡ（ＭＡ＝Ｍ１×Ｍ２）は“１”でなければならず、倍率Ｍ１×Ｍ２＝１でなければならない。すなわち、マイクロレンズ１２２の倍率Ｍ２は、第１のマイクロレンズ１２１の倍率Ｍ１の逆数と等しくなければならない。

なお、物体３０ａからの光線のうち、結像に寄与しない光線は遮光部材１３により遮断される。

一方、第１のマイクロレンズ１２１と第２のマイクロレンズ１２２を同じ構成のレンズとした場合もレンズユニット１は物体３０ａの正立等倍像を形成する。

物体３０ａとしてのＬＥＤ素子３０の光線は第１のマイクロレンズ１２１に入射し、その第１のマイクロレンズ１２１によって光軸方向に距離（ＬＳ／２）隔てた位置にある中間像面ＩＭＰ上に中間像３０ｂが形成される。さらに、第２のマイクロレンズ１２２によってその中間像３０ｂの像である結像３０ｃが結像面ＩＰ上に形成される。このとき、結像３０ｃは物体３０ａの正立等倍像になっている。

また、第１のマイクロレンズ１２１と第２のマイクロレンズ１２２との間ではテレセントリックになっている。

次に、マイクロレンズ１２の光学特性について、図１の第１の実施例におけるレンズアレイの断面図に基づいて説明する。図１はレンズアレイ１１を第１のマイクロレンズ１２１の配列方向に水平で光軸を含む平面で切断した断面図である。図１における左右方向がマイクロレンズ１２の配列方向と平行な方向である。

図１において、物体３０ａと第１のマイクロレンズ１２１および第２のマイクロレンズ１２２の光軸ＡＸＩとの距離をＯＲ、中間像３０ｂと光軸ＡＸＩとの距離をＩＭＲ、結像３０ｃと光軸ＡＸＩとの距離をＩＲとし、それぞれの間の光線はＲＡＹ１で示されている。

さらに、第１のマイクロレンズ１２１の焦点距離はＦ１、第１のマイクロレンズ１２１の前側（図１における上側）の焦点面がＦＰ１１、第１のマイクロレンズ１２１の第１主平面Ｈ１１から物体面ＯＰまでの距離はＳＯ１である。また、第２のマイクロレンズ１２２の焦点距離はＦ２、第２のマイクロレンズ１２２の後側（図１における下側）の焦点面がＦＰ２２、第２のマイクロレンズ１２２の第２主平面Ｈ２２から結像面ＩＰまでの距離はＳＩ２である。

ここで、距離ＳＯ１と距離ＬＯの差は、第１のマイクロレンズ１２１の物体面側の曲面の曲率半径に反比例し、距離ＳＩ２と距離ＬＩの差は、第２のマイクロレンズ１２２の結像面側の曲面の曲率半径に反比例する。本実施例のレンズユニット１においては、マイクロレンズ１２の各曲面の曲率半径はともに大きく、距離ＳＯ１と距離ＬＯの差および距離ＳＩ２と距離ＬＩの差はともに無視できて、距離ＳＯ≒距離ＬＯかつ距離ＳＩ≒距離ＬＩである。

さらに、第１のマイクロレンズ１２１と第２のマイクロレンズ１２２との間はテレセントリックとなっており、物体面上の各点からの光線の主光線が光軸と平行であることから、中間像３０ｂが形成される位置ＩＭＲの値と、物体３０ａの位置ＯＲとの関係は、図１に示した光軸ＡＸＩと光線ＲＡＹ１と物体面ＯＰと第１のマイクロレンズ１２１の第１主平面Ｈ１１の作る図形の相似関係から、数式２で示される。

一方、中間像３０ｂが形成される位置ＩＭＲの値と、結像３０ｃの位置ＩＲとの関係は、図１に示した光軸ＡＸＩと光線ＲＡＹ１と結像面ＩＰと第２のマイクロレンズ１２２の第２主平面Ｈ２２の作る図形の相似関係から、数式３で示される。

次に、露光装置としてのＬＥＤヘッド３が十分な解像度を持つ条件について説明する。

本来、レンズユニット１は正立等倍像を形成する光学系であるから、結像３０ｃと光軸ＡＸＩとの距離ＩＲは、物体３０ａと光軸ＡＸＩとの距離ＯＲと等しくなければならない。しかし、本実施例の露光装置はＬＥＤ素子３０が間隔ＰＤで配列されており、距離ＩＲと距離ＯＲの差が、ＬＥＤ素子３０の間隔ＰＤの半分未満であるとき、隣接する別のマイクロレンズ１２による同じＬＥＤ素子３０の結像３０ｃが重なり合い、十分な解像度が得られる。すなわち、ＬＥＤヘッド３が十分な解像度を持つ条件は、数式４で表される。

数式２および数式３を数式４に代入すると数式５が得られる。

ここで、開口部１３ａの開口半径がＲＡであることから、常に距離ＩＭＲ＜開口半径ＲＡであるから、数式５より数式６が成り立つ。

さらに、距離ＳＯ１≒距離ＬＯおよび距離ＳＩ２≒距離ＬＩであることから、数式７が成り立つ。

つまり、発光部と発光部側のレンズ集合体の焦点距離Ｆ１であるレンズとの距離ＬＯ、結像面と結像面側のレンズ集合体の焦点距離Ｆ２であるレンズとの距離ＬＩ、発光部の配列間隔ＰＤとすると、数式７を満たす範囲であれば、露光装置は十分な解像度を持つ。作成された各レンズ集合部材のレンズの焦点距離に合わせ、各レンズ集合部材を配置する位置を調整し、数式７を満たすようにすることにより、十分な解像度を得ることができる。

なお、焦点距離Ｆ１および焦点距離Ｆ２が所望の値から変化する原因としては、レンズの曲面形状の設計値からの誤差やレンズの厚さＬＴ１およびＬＴ２の設計値からの誤差等が考えられる。

次に、マイクロレンズ１２の焦点距離の測定方法について、図９の第１の実施例における焦点距離測定方法の説明図に基づいて説明する。なお、図９はノーダル・スライド法を用いた焦点距離測定器の概略平面図である。

図９において、焦点測定器３００は、回転台３０１、顕微鏡３０２および光源３０３から構成される。

回転台３０１は、微小な角度で回転可能であり、その回転中心３０１ａの位置は、顕微鏡３０２の光軸上に配置される。また、回転台３０１は、披検レンズを顕微鏡３０２の光軸方向へ移動することができるようになっている。

光源３０３は、回転台３０１を挟んで顕微鏡３０２の光軸上に対向して配置され、回転台３０１に対して平行光線を照射する。

マイクロレンズ１２の焦点距離の測定においては、まず、顕微鏡３０２の物体面を回転台３０１の回転中心位置３０１ａに合わせておく。次に、測定するマイクロレンズ１２を、光軸が顕微鏡３０２の光軸に一致するように回転台３０１上に配置する。

顕微鏡３０２の物体面が光源３０３から遠ざかるように移動させると光源３０３の光線がマイクロレンズ１２によって集光され、顕微鏡３０２の物体面にスポットを形成する。顕微鏡３０２の物体面上のマイクロレンズ１２によって形成されるスポットが最小であり、かつ回転台３０１を微小に回転させてもスポット径が変化しない位置を探しながら、顕微鏡３０２の物体面とマイクロレンズ１２とを各々の光軸方向へ移動させる。

図９（ｂ）に示すように、顕微鏡３０２の物体面上のマイクロレンズ１２によって形成されるスポットが最小であり、かつ回転台３０１を微小に回転させてもスポット径が変化しないとき、回転台３０１の回転中心３０１ａは、マイクロレンズ１２の主点と一致する。すなわち、顕微鏡３０２の物体面の位置はマイクロレンズ１２の焦点位置である。

したがって、マイクロレンズ１２の焦点距離ＦＯは、回転台３０１の回転中心３０１ａと顕微鏡３０２の物体面との距離から求められる。

本実施例のレンズユニット１を用いたＬＥＤヘッド３について、結像の解像度を示すＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：振幅伝達関数）を測定したところ、そのＭＴＦは８０％以上の値を示した。

ここで、ＭＴＦとは、露光装置の解像度を示し、露光装置中で点灯しているＬＥＤ素子３０の結像のコントラストを示す。１００％が結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、小さいほど光量のコントラストは小さく、露光装置の解像度は低い。

ＭＴＦ（％）は、結像の光量の最大値をＥＭＡＸ、隣り合う２つの結像の間の光量の最小値をＥＭＩＮとしたとき、
ＭＴＦ＝（ＥＭＡＸ−ＥＭＩＮ）／（ＥＭＡＸ＋ＥＭＩＮ）×１００（％）
のように定義される。

このＭＴＦの測定においては、ＬＥＤヘッド３のレンズユニット１の結像面ＩＰ上、第２のマイクロレンズ１２２の結像面側レンズの頂点から距離ＬＩ（ｍｍ）離れた位置の結像を顕微鏡デジタルカメラにより撮影し、撮影画像よりＬＥＤ素子３０の結像の光量分布を解析し、このＭＴＦを算出した。

また、ＭＴＦの測定においては、ＬＥＤ素子３０の配列間隔ＰＤ＝０．０４２３ｍｍであるＬＥＤヘッド３を用いた。このときＬＥＤヘッドの解像度は６００ｄｐｉであり、１インチ当たり６００個のＬＥＤ素子３０が配列されている。このＬＥＤヘッドに実施例のレンズユニット１を実装しＬＥＤ素子３０を１つおきに発光して測定した。

次に、カラーＬＥＤプリンタを用いて本実施例のレンズユニットを実装した画像形成装置の画像を評価したところ、筋や濃淡斑のない良好な画像が得られた。画像形成装置の画像の評価は、印刷領域全面に図１０に示した全画素のうち１つおきにドットを形成する画像を形成し、画像品質の良否を評価した。

なお、本実施例では、マイクロレンズ１２は回転対称高次非球面で構成したが、これに限られることなく、球面を形成するようにしてもよい。また、アナモフィック非球面、放物面、楕円面、双曲面、コーニック面等の曲面を形成してもよい。

また、レンズアレイ１１は金型成型により成型されているが、樹脂を型に用いた型成型法でもよく、切削加工により形成してもよい。さらに、レンズアレイ１１の素材は樹脂を用いているがガラスを用いてもよい。

さらに、焦点距離の測定は、ノーダル・スライド法を用いた焦点距離測定器を用いることに限定されることない。また、Ｆナンバ等の焦点距離に換算可能な数値を測定するようにしてもよい。

また、遮光部材１３はポリカーボネートを用いて射出成型により作成したが、これに限られることなく、切削加工により作成してもよく、また金属をエッチングするなどして作成してもよい。

また、発光部としてＬＥＤ素子３０を複数配置したＬＥＤアレイを用いたが、例えば有機ＥＬを発光部にしてもよく、半導体レーザーを用いてもよく、さらには蛍光灯やハロゲンランプ等の発光部に液晶素子で構成されたシャッタを併用した露光装置でもよい。

以上説明したように、第１の実施例では、マイクロレンズの曲面の形状が、レンズアレイを作成する条件等により所望の形状から僅かに誤差を有していても、作成された各レンズ集合部材のレンズの焦点距離に合わせて各レンズ集合部材を配置する位置を調整することにより、レンズアレイの解像度の低下を抑制して十分な解像度を得ることができ、また画像形成装置の画像の劣化を防止することができるという効果が得られる。

第２の実施例の構成は、第１の実施例の構成と同様なので同一の符号を付してその説明を省略する。

第２の実施例のレンズユニット１の動作を図１１の第２の実施例におけるレンズアレイの断面図に基づいて説明する。

図１１はレンズアレイ１１を第１のマイクロレンズ１２１の配列方向に水平で光軸を含む平面で切断した断面図である。図１１における左右方向がマイクロレンズ１２の配列方向と平行な方向である。

図１１において、物体３０ａと第１のマイクロレンズ１２１および第２のマイクロレンズ１２２の光軸ＡＸＩとの距離をＯＲ、中間像３０ｂと光軸ＡＸＩとの距離をＩＭＲ、結像３０ｃと光軸ＡＸＩとの距離をＩＲとし、それぞれの間の光線はＲＡＹ１で示されている。また、結像３０ｃの位置から光軸ＡＸＩに平行に第２のマイクロレンズ１２２に入射する光線を仮定し、図１１に示したのが光線ＲＡＹ２である。

さらに、第２のマイクロレンズ１２２の焦点距離はＦ２、第２のマイクロレンズ１２２の前側（図１１における上側）の焦点面がＦＰ１２、第２のマイクロレンズ１２２の第１主平面Ｈ１２から中間像面ＩＭＰまでの距離はＳＯ２である。

ここで、距離ＳＯ１と距離ＬＯの差は、第１のマイクロレンズ１２１の物体面側の曲面の曲率半径に反比例し、距離ＳＯ２と距離ＬＯ２の差は、第２のマイクロレンズ１２２の物体面側の曲面の曲率半径に反比例する。本実施例のレンズユニット１においては、マイクロレンズ１２の各曲面の曲率半径はともに大きく、距離ＳＯ１と距離ＬＯの差および距離ＳＯ２と距離ＬＯ２の差はともに無視できて、距離ＳＯ≒距離ＬＯかつ距離ＳＯ２≒距離ＬＯ２である。

さらに、第１の実施例と同様に、数式８が成り立つ。

一方、中間像３０ｂが形成される位置ＩＭＲの値と、結像３０ｃの位置ＩＲとの関係は、図１１に示した光軸ＡＸＩと光線ＲＡＹ２と中間像面ＩＭＰと第２のマイクロレンズ１２２の第１主平面Ｈ１２の作る図形の相似関係から、数式９で示される。

また、露光装置としてのＬＥＤヘッド３が十分な解像度を持つ条件は第１の実施例と同様に数式１０で表さる。

数式８および数式９を数式１０に代入すると数式１１が得られる。

ここで、開口部１３ａの開口半径がＲＡであることから、常に距離ＩＭＲ＜開口半径ＲＡであるから、数式１１より数式１２が成り立つ。

つまり、発光部と発光部側のレンズ集合体の焦点距離Ｆ１であるレンズとの距離ＳＯ１、中間像面と結像面側のレンズ集合体の焦点距離Ｆ２であるレンズとの距離ＳＯ２、発光部の配列間隔ＰＤとすると、数式１２を満たす範囲であれば、露光装置は十分な解像度を持つ。作成された各レンズ集合部材のレンズの焦点距離に合わせ、各レンズ集合部材を配置する位置を調整し、数式１２を満たすようにすることにより、十分な解像度を得ることができる。

また、第１のマイクロレンズ１２１と第２のマイクロレンズ１２２とが同じ構成のレンズであるとする。すなわち、第１のマイクロレンズ１２１と第２のマイクロレンズ１２２は、ともに焦点距離がＦであり、光軸方向に距離ＬＯ１の位置にある物体３０ａの像を、光軸方向に距離ＬＩ１離れた中間像面ＩＭＰに形成する。レンズユニット１の物体面から第１のマイクロレンズ１２１までの距離ＬＯは距離ＬＯ１と等しく設定される。また、第１のマイクロレンズ１２１の物体面側の曲面と同じ形状の面が、第２のマイクロレンズ１２２の結像面側の曲面となるように対向して配置され、第２のマイクロレンズ１２２の距離ＬＯ２は距離ＬＩ１と等しく設定される。第１のマイクロレンズ１２１と第２のマイクロレンズ１２２との間隔ＬＳは、（ＬＳ＝２×距離ＬＩ１）に設定され、第２のマイクロレンズ１２２からレンズユニット１の結像面までの距離ＬＩは、距離ＬＯ１と等しく設定され、距離ＬＩ＝距離ＬＯである。

ここで、距離ＳＯ２と距離ＬＯ２の差は、第２のマイクロレンズ１２２の物体面側の曲面の曲率半径に反比例する。本実施例のレンズユニット１においては、マイクロレンズ１２の各曲面の曲率半径はともに大きく、距離ＳＯ２と距離ＬＯ２の差は無視できて、距離ＳＯ２≒距離ＬＯ２である。

さらに、第１の実施例と同様に、距離ＳＯ１≒距離ＬＯであることから、距離ＳＯ２≒距離ＬＯ２＝距離ＬＩ１＝距離ＬＳ／２、および距離ＳＯ１≒距離ＬＯより、数式１３が成り立つ。

つまり、発光部と発光部側のレンズ集合体の焦点距離Ｆであるレンズとの距離ＬＯ、結像面と結像面側のレンズ集合体の焦点距離Ｆであるレンズとの距離ＬＩ、発光部の配列間隔ＰＤとすると、数式１３を満たす範囲であれば、露光装置は十分な解像度を持つ。作成された各レンズ集合部材のレンズの焦点距離に合わせ、各レンズ集合部材を配置する位置を調整し、数式１３を満たすようにすることにより、十分な解像度を得ることができる。

なお、焦点距離Ｆが所望の値から変化する原因としては、レンズの曲面形状の設計値からの誤差やレンズの厚さの設計値からの誤差等が考えられる。

以上説明したように、第２の実施例では、マイクロレンズの曲面の形状が、レンズアレイを作成する条件等により所望の形状から僅かに誤差を有していても、作成された各レンズ集合部材のレンズの焦点距離に合わせて各レンズ集合部材を配置する位置を調整することにより、レンズアレイの解像度の低下を抑制して十分な解像度を得ることができ、また画像形成装置の画像の劣化を防止することができるという効果が得られる。

第３の実施例の構成は、第１の実施例の構成とレンズユニット１の構成が異なる。そのレンズユニット１の構成を図１２の第３の実施例におけるレンズユニットの分解斜視図および図１３の第３の実施例におけるレンズユニットの断面図に基づいて説明する。なお、第１の実施例の構成と同様な部分は同一の符号を付してその説明を省略する。

図１２において、レンズユニット１は、複数のマイクロレンズ１２をアレイに配置したレンズ集合部材としてのレンズアレイ１１と複数の絞りとしての開口部１３ａが形成された遮光部材１３とからなる。

その遮光部材１３には、レンズアレイ１１に接してレンズアレイ１１の位置を確定する調整部としての突部１３ｂが形成されている。

突部１３ｂは、開口部１３ａの配列方向である遮光部材１３の長手方向に沿って複数形成されている。

図１３は、レンズユニット１の断面図であり、マイクロレンズ１２の光軸に平行な平面で切断した突部１３ｂ付近の断面図である。

図１３において、突部１３ｂは、レンズアレイ１１近傍の遮光部材１３の両面に形成されている。この突部１３ｂに、マイクロレンズ１２の有効径の外である、レンズアレイ１１の一部が接することにより、突部１３ｂはレンズアレイ１１の位置を確定する調整部として機能する。

本実施例においては、突部１３ｂのレンズアレイ１１に接する面は、マイクロレンズ１２の光軸と平行する方向の寸法が研磨によって調整されている。

レンズアレイ１１のマイクロレンズ１２毎の光学特性は、成形時に一定となるため、レンズアレイ１１に突き当てられる突部１３ｂを研磨して調整し、対向するレンズアレイ１１の間隔を調整することにより、十分な解像度を得ることができる。

上述した構成の作用について説明する。

本実施例のレンズユニット１においては、マイクロレンズ１２の焦点距離が測定され、上述した数式１２を満たす複数のレンズアレイ１１の光軸方向の間隔ＬＳが算出され、突部１３ｂのレンズアレイ１１に接する面が研磨されることにより、マイクロレンズ１２の光軸と平行する方向の寸法が調整される。

なお、本実施例においては、突部１３ｂのレンズアレイ１１に接する面を研磨することにより寸法を調整するようにしたが、それに限られることなく、寸法が既知である調整部材を配置するようにしてもよい。また、偏心カムのような調整量を可変にできる調整部材を用いるようにしてもよい。

また、本実施例においては、突部１３ｂを遮光部材１３に配置するようにしたが、それに限られることなく、レンズ集合部材としてのレンズアレイ１１に配置するようにしてもよい。また、遮光部材またはレンズ集合部材以外に調整部材を配置するようにしてもよい。

また、本実施例においては、突部１３ｂのレンズアレイ１１に接する面を研磨することにより、マイクロレンズ１２の光軸の方向の寸法を調整するようにしたが、それに限られることなく、その他の方向の寸法を調整するようにしてもよい。

また、本実施例においては、マイクロレンズ１２の焦点距離Ｆの測定量に応じて突部１３ｂの寸法を調整するようにしたが、それに限られることなく、焦点距離に換算可能な別の物理量を測定するようにしてもよい。また、レンズユニット１の各部材を組み合わせて解像度などの物理量を測定するようにしてもよい。

また、本実施例においては、レンズ集合部材の製造工程で焦点距離を測定し、その測定量に応じて突部１３ｂの寸法を調整するようにしたが、それに限られることなく、環境温度とレンズ集合部材の焦点距離との関係を予め測定しておき、また焦点距離に応じた各レンズ集合部材の間隔を算出しておき、レンズユニット１を使用する環境に応じて適宜、各レンズ集合部材の間隔を調整するようにしてもよい。

また、本実施例においては、レンズアレイ１１のマイクロレンズ１２の光軸方向の間隔を調整するようにしたが、それに限られることなく、物体面と物体面側のレンズ集合部材との間隔を調整するようにしてもよく、また結像面と結像面側のレンズ集合部材との間隔を調整するようにしてもよい。

また、本実施例においては、レンズアレイ１１のマイクロレンズ１２の光軸方向の間隔を調整するようにしたが、それに限られることなく、マイクロレンズ１２の厚みを調整するようにしてもよい。例えば、レンズ集合部材の結像面側と物体面側の曲面を別の部材で構成し、レンズ集合部材の結像面側と物体面側の曲面の間隔を調整するようにしてもよい。また、レンズ集合部材の各レンズの焦点距離を調整するようにしてもよい。

以上説明したように、第３の実施例では、マイクロレンズの曲面の形状が、レンズアレイを作成する条件等により所望の形状から僅かに誤差を有していても、作成された各レンズ集合部材のレンズの焦点距離に合わせて各レンズ集合部材を配置する位置を調整することにより、レンズアレイの解像度の低下を抑制して十分な解像度を得ることができ、また画像形成装置の画像の劣化を防止することができるという効果が得られる。

第１の実施例および第２の実施例におけるレンズユニット１のレンズアレイ１１は、画像形成装置の印刷領域や読取装置の読取領域を広くするため、長尺な部材となり、射出成型で作成した場合、長尺方向とその長尺方向に直交する方向とでプラスチック等の素材の収縮率が僅かに異なり、レンズの面形状の精度が不十分になることがある。

本実施例では、レンズアレイ１１のレンズの面形状の精度を向上させるためのレンズアレイ１１の製造方法を図１４、図１５、および図１６に基づいて説明する。なお、第１の実施例および第２の実施例の構成と同様な部分は同一の符号を付してその説明を省略する。

図１４は第４の実施例におけるレンズユニットを作成する型の説明図である。

図１４において、２００は、レンズアレイ１１を射出成型により作成する型としての金型である。

２０１は、レンズアレイ１１のマイクロレンズ１２の入射面または出射面の形状を転写する曲面としての凹部である。

２０２は、樹脂が流入する空間を形成する枠体である。

金型２００に形成された複数の凹部２０１は、２列の直線に配列され、その配列間隔はレンズアレイ１１のマイクロレンズ１２の配列間隔に対応している。

ここで、凹部２０１の配列方向をｙ方向、ｙ方向およびマイクロレンズ１２の光軸方向に直交する方向をｘ方向、マイクロレンズ１２の光軸方向に対応する方向をｚ方向とし、ｚ方向は金型２００の樹脂が流入される側を正の値とする。

図１５および図１６は、第４の実施例における型の凹部の断面形状を示すグラフであり、金型２００の凹部２０１の断面形状を表している。

図１５において、グラフの原点は、凹部２０１の面頂点であり、図１４におけるｚ方向をグラフの縦軸とし、正の値をグラフ縦軸の上方向とする。また、図１４におけるｘ方向およびｙ方向をグラフの横軸に重ねて示している。

凹部２０１のｘ方向の断面形状をＭＣＸ、ｙ方向の断面形状をＭＣＹとしてグラフに示している。断面形状ＭＣＸの面頂点より距離ＲＬ（マイクロレンズ１２の半径）でのｚ方向の値（高さ）はＺＥＸ、断面形状ＭＣＹの面頂点より距離ＲＬでのｚ方向の値はＺＥＹであり、断面形状ＭＣＸと断面形状ＭＣＹは異なる形状である。

図１５に示すグラフは、凹部２０１が凹面形状のとき、すなわちレンズ面が凸面であるときを示している。このとき、断面形状ＭＣＹは、断面形状ＭＣＸと比較し、グラフの原点を除くすべての位置でｚ方向の値（高さ）が小さくなっている。また、値ＺＥＹは、値ＺＥＸより小さくなっている。

一方、図１６は、凹部２０１が凸面形状のとき、すなわちレンズ面が凹面であるときを示している。

図１６において、グラフの原点は、凹部２０１の面頂点であり、図１４におけるｚ方向をグラフの縦軸とし、正の値をグラフ縦軸の上方向とする。また、図１４におけるｘ方向およびｙ方向をグラフの横軸に重ねて示している。

凹部２０１のｘ方向の断面形状をＭＣＸ、ｙ方向の断面形状をＭＣＹとしてグラフに示している。断面形状ＭＣＸの面頂点より距離ＲＬ（マイクロレンズ１２の半径）でのｚ方向の値（高さ）はＺＥＸ、断面形状ＭＣＹの面頂点より距離ＲＬでのｚ方向の値（高さ）はＺＥＹであり、断面形状ＭＣＸと断面形状ＭＣＹは異なる形状である。

図１６に示すグラフは、上述したように凹部２０１が凸面形状のとき、すなわちレンズ面が凹面であるときを示しており、断面形状ＭＣＹは、断面形状ＭＣＸと比較し、グラフの原点を除くすべての位置でｚ方向の値（高さ）が小さくなっている。また、値ＺＥＹは、値ＺＥＸより小さくなっている。

凹部２０１の断面形状は、数式１４で表される多項式非球面で近似することができる。Ｚ（ｒ）は図１４におけるｚ方向を軸とし、半径方向をｒとした回転座標系を示す。Ｚ（ｒ）は、凹部２０１の面頂点を原点とし、金型２００の樹脂が流入される側を正の数で表す。このとき、半径ｒは、ｘ座標、ｙ座標の値を用いて、（ｘ^２＋ｙ^２）の平方根で表される。ｋはコーニック定数、Ｃは曲率半径、Ａは非球面係数、ｍとｎは正の整数である。

凹部２０１の断面形状ＭＣＸおよび断面形状ＭＣＹを近似したとき、断面形状ＭＣＸおよび断面形状ＭＣＹはそれぞれ多項式非球面の対称軸からの距離をｒ、多項式非球面のコーニック定数をｋＸおよびｋＹ、曲率半径をＣＸおよびＣＹ、非球面係数をＡＸ_２ｎおよびＡＹ_２ｎ、ｍとｎは正の整数として近似される。

本実施例の金型２００の凹部２０１の形状は、ｙ方向すなわち凹部２０１の配列方向の断面形状ＭＣＹの曲率半径ＣＹが、ｘ方向すなわち凹部２０１の配列方向と直交する方向の断面形状ＭＣＸの曲率半径ＣＸより大きい。

また、ｎが正の整数のいずれかの値で、ｙ方向すなわち凹部２０１の配列方向の断面形状ＭＣＹの非球面係数ＡＹ_２ｎが、ｘ方向すなわち凹部２０１の配列方向と直交する方向の断面形状ＭＣＸの非球面係数をＡＸ_２ｎより小さい。

ここで、本実施例によるレンズユニット１のレンズアレイ１１の部品寸法および金型２００の金型寸法を説明する。

レンズユニット１の各レンズ列で並ぶそれぞれのマイクロレンズ１２の間隔ＰＹ（図５参照）、マイクロレンズ１２のレンズ列の間隔ＰＸ（図５参照）、レンズアレイ１１のマイクロレンズ１２配列方向（長手方向）の長さＱＹ（図１７参照）、レンズアレイ１１のマイクロレンズ１２配列方向に直交する方向（幅方向）の長さＱＸ（図１７参照）、マイクロレンズ１２の半径ＲＬ（図４参照）は、表１の部品寸法および金型寸法に示すとおりである。

なお、収縮率を部品寸法／金型寸法×１００（％）とした場合、長手方向の収縮率は、３３３ｍｍ／３３４．６６５ｍｍ×１００＝９９．５０２５％、幅方向の収縮率は、５．８０２ｍｍ／５．８２９ｍｍ×１００＝９９．５３６８％である。

さらに、物体側のマイクロレンズ１２１（図８参照）の物体側の面に対応する、凹部２０１の断面形状ＭＣＸおよび断面形状ＭＣＹを多項式非球面に近似したとき、曲率半径ＣＸおよびＣＹ、コーニック定数ｋＸおよびｋＹ、非球面係数ＡＸ_２ｎおよびＡＹ_２ｎは表２に示すとおりである。

表２に示したとおり、マイクロレンズ１２１の物体側の面に対応する凹部２０１の断面形状においては、断面形状ＭＣＹの非球面係数ＡＹ_６が、断面形状ＭＣＸの非球面係数ＡＸ_６より小さくなっている。

また、物体側のマイクロレンズ１２１（図８参照）の結像側の面に対応する、凹部２０１の断面形状ＭＣＸおよび断面形状ＭＣＹを多項式非球面に近似したとき、曲率半径ＣＸおよびＣＹ、コーニック定数ｋＸおよびｋＹ、非球面係数ＡＸ_２ｎおよびＡＹ_２ｎは表３に示すとおりである。

表３に示したとおり、マイクロレンズ１２１の結像側の面に対応する凹部２０１の断面形状においては、断面形状ＭＣＹの非球面係数ＡＹ_６が、断面形状ＭＣＸの非球面係数ＡＸ_６より小さくなっている。

さらに、物体側のマイクロレンズ１２１（図８参照）の物体側および結像側の面それぞれに対応する、凹部２０１の断面形状ＭＣＸの面頂点より距離ＲＬ（マイクロレンズ１２１の半径、マイクロレンズ１２の半径に等しい）でのｚ方向の値（高さ）ＺＥＸ、断面形状ＭＣＹの面頂点より距離ＲＬでのｚ方向の値（高さ）ＺＥＹは表４に示すとおりである。

表４に示したとおり、マイクロレンズ１２１の物体側および結像側の面いずれにおいても、対応する凹部２０１の断面形状は、面頂点より距離ＲＬでのｚ方向の値（高さ）ＺＥＸが、ＺＥＹより低くなっている。

レンズアレイ１１がマイクロレンズ１２の配列方向に長尺な部材であり、樹脂の収縮率または膨張率がレンズアレイ１１の方向によって異なるため、本実施例の金型２００を用いることにより射出成型後のレンズアレイ１１のマイクロレンズ１２のレンズ面が光軸に対して回転対称な形状とすることができ、解像度を高くすることができる。

さらに、レンズアレイ１１の製造工程において、レンズアレイ１１のマイクロレンズ１２の配列方向で収縮が大きいので、凹部２０１の形状を本実施例の通りにすることにより射出成型後のレンズアレイ１１のマイクロレンズ１２のレンズ面が光軸に対して回転対称な形状とすることができ、解像度を高くすることができる。

以上説明したように、第４の実施例では、射出成型後のレンズアレイのマイクロレンズ面が光軸に対して回転対称な形状とすることにより、長尺方向とその長尺方向に直交する方向とでプラスチック等の素材の収縮率が異なる場合であっても、レンズアレイの解像度を高くすることができ、また露光装置の結像のコントラストが得られ、画像形成装置で鮮明な画像を得ることができるという効果が得られる。

第１の実施例から第４の実施例では、本発明によるレンズユニットを画像形成装置としてのプリンタに適用したものとして説明したが、第５の実施例では読取装置としての読取ヘッドおよびその読取ヘッドを搭載したスキャナ等の読取装置に適用した例を説明する。

第５の実施例の構成を図１８の第５の実施例における読取装置の構成を示す概略図に基づいて説明する。なお、上述した第１の実施例から第４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。

図１８において、５００は、原稿を読取って画像データとしての電子データを生成する読取装置としてのスキャナである。

スキャナ５００は、読取ヘッド４００、ランプ５０１、原稿台５０２、レール５０３、駆動ベルト５０５、モータ５０６等で構成されている。

読取ヘッド４００は、照明装置としてのランプ５０１により照射され、原稿の表面で反射した光線を取り込み電子データに変換するものである。ランプ５０１は、照射した光が原稿の表面で反射し、読取ヘッド４００内に取り込まれるように配置されている。

原稿台５０２は、電子データが生成される原稿５０７を載置するものであり、可視光線を透過する素材で形成されている。

レール５０３は、原稿台５０２の下方に配置され、読取ヘッド４００を移動可能にするものであり、読取ヘッド４００は、その一部が複数の滑車５０４により張架された駆動ベルト５０５に接続され、モータ５０６で駆動された駆動ベルト５０５によりレール５０３上を移動可能に構成されている。

次に、読取ヘッド４００の構成を図１９の第５の実施例における読取装置の読取りヘッドの構成を示す概略図に基づいて説明する。

図１９において、読取ヘッド４００は、レンズユニット１、ラインセンサ４０１およびミラー４０２で構成されている。

ミラー４０２は、原稿５０３で反射された光線の光路を折り曲げてその光線をレンズユニット１に入射させるものである。

ラインセンサ４０１は、複数の受光部としての受光素子が間隔ＰＲで直線に配置されており、レンズユニット１により形成された原稿画像の結像を電気信号に変換するものである。

また、図２０は本実施例の読取ヘッド４００の構成および物体面ＯＰ（原稿５０７）と結像面ＩＰとの位置関係を示している。なお、本実施例のレンズユニット１の構成は第１の実施例から第４の実施例と同様である。

なお、本実施例では、ラインセンサ４０１は６００ｄｐｉの解像度であり、受光素子が１インチ当たり６００個配置されている。すなわち、受光素子の間隔ＰＲは０．０４２３ｍｍである。

上述した構成の作用について説明する。

まず、読取装置の動作を図１８に基づいて説明する。

ランプ５０１が点灯し、原稿５０７の表面を照射することにより、原稿５０７の表面で反射した光線が読取ヘッド４００内に取り込まれる。モータ５０６により、駆動ベルト５０５が駆動して読取ヘッド４００とランプ５０１が図１８における左右方向に移動し、読取ヘッド４００は原稿５０７の全面から反射した光線を取り込む。

次に、読取ヘッド４００の動作を図１９に基づいて説明する。

原稿５０７で反射された光線は、原稿台５０２を透過し、ミラー４０２で光路が折り曲げられ、レンズユニット１に入射する。レンズユニット１により結像された原稿画像の結像はラインセンサ４０１上に形成され、ラインセンサ４０１は形成された原稿画像の結像を電気信号に変換して電子データを生成する。

本実施例による読取装置を用いて原稿から画像データを形成したところ、原稿と同一の良好な画像データが得られた。なお、本実施例の読取装置を用いて読取った原稿は、図１０で示すようにドットの間隔ＰＤ＝０．０４２３ｍｍ、解像度６００ｄｐｉとしたものである。つまり、間隔ＰＤ＝０．０４２３ｍｍ、解像度６００ｄｐｉの全ドットのうち、１つおきにドットを形成した画像を媒体上の印字領域全面に形成した原稿を用いた。

なお、本実施例においては、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を例に説明したが、光学的信号を電気信号に変換するセンサやスイッチ、およびそれらを用いた入出力装置、生体認証装置、通信装置、寸法測定器等であってもよい。

以上説明したように、第５の実施例では、読取装置においても第１の実施例から第４の実施例と同様の効果が得られ、原稿と同一の画像データを読取ることができるという効果が得られる。

１ レンズユニット
３ ＬＥＤヘッド
５ 現像器
７ 排出部
９ 定着器
１１ レンズアレイ
１２ マイクロレンズ
１３ 遮光部材
１３ａ 開口部
１３ｂ 突部
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
４３ クリーニングブレード
５１ トナーカートリッジ
６０ 給紙カセット
６１ 給紙ローラ
６２、６３、６４ 搬送ローラ
６５ 排出ローラ
８０ 転写ローラ
８１ 転写ベルト
２００ 金型
２０１ 凹部
２０２ 枠体

Claims (24)

1. 複数のレンズ素子が光軸に対して略直交する方向に延在する列を形成するように配列され、それぞれのレンズ素子の光軸が一致するように配設された複数のレンズ集合部材と、前記レンズ素子の各々の光軸が通過する複数の絞りが前記光軸に対して略直交する方向に延在するように配列された遮光部材とを有するレンズユニットにおいて、
   前記レンズ素子の焦点距離に応じて前記レンズ集合部材が配置されていることを特徴とするレンズユニット。
2. 複数のレンズ素子が光軸に対して略直交する方向に延在する列を形成するように配列されたレンズ集合部材において、
   略直線に並べて配列され、前記レンズ素子の入射面または出射面の形状を転写する複数の曲面を有し、該曲面は前記配列方向に平行する方向と直交する方向とで異なる形状を有する型で作成されたことを特徴とするレンズ集合部材。
3. 請求項２のレンズ集合部材において、
   前記曲面の面頂点を含む前記曲面の配列方向に平行な平面による断面の高さが、前記曲面の面頂点を含む前記曲面の配列方向に直交する平面による断面の高さより、低い型で作成されたことを特徴とするレンズ集合部材。
4. 請求項２または請求項３のレンズ集合部材において、
   前記曲面の面頂点を含む前記曲面の配列方向に直交する平面による断面が曲率半径ＣＸの多項式非球面に近似され、前記曲面の面頂点を含む前記曲面の配列方向に平行な平面による断面が曲率半径ＣＹの多項式非球面に近似されるとき、曲率半径ＣＹが曲率半径ＣＸより大きい型で作成されたことを特徴とするレンズ集合部材。
5. 請求項２、請求項３または請求項４のレンズ集合部材において、
   多項式非球面の対称軸からの距離をｒ、前記曲面のコーニック定数をｋＸおよびｋＹ、曲率半径をＣＸおよびＣＹ、非球面係数をＡＸ_２ｎおよびＡＹ_２ｎ、ｍおよびｎを正の整数としたとき、前記曲面の面頂点を含む前記曲面の配列方向に直交する平面による断面が数式２１に近似され、前記曲面の面頂点を含む前記曲面の配列方向に平行する平面による断面が数式２２に近似されるとき、
   

   

   
   

   

   
   ｎが正の整数のいずれかの値で、非球面係数ＡＹ_２ｎが、非球面係数ＡＸ_２ｎより小さい型で作成されたことを特徴とするレンズ集合部材。
6. 請求項２から請求項５のいずれか１項のレンズ集合部材において、
   前記レンズ素子の入射面または出射面の少なくとも一部が、前記光軸に対して略対称であることを特徴とするレンズ集合部材。
7. 請求項２から請求項６のいずれか１項のレンズ集合部材において、
   射出成型法により作成されたことを特徴とするレンズ集合部材。
8. 複数のレンズ素子が光軸に対して略直交する方向に延在する列を形成するように配列され、それぞれのレンズ素子の光軸が一致するように配設された複数のレンズ集合部材と、前記レンズ素子の各々の光軸が通過する複数の絞りが前記光軸に対して略直交する方向に延在するように配列された遮光部材とを有するレンズユニットにおいて、
   物体の正立等倍像を形成する、請求項２から請求項７のいずれか１項のレンズ集合部材を用いたことを特徴とするレンズユニット。
9. 請求項８のレンズユニットにおいて、
   前記レンズ素子の焦点距離に応じて前記レンズ集合部材が配置されていることを特徴とするレンズユニット。
10. 請求項１または請求項９のレンズユニットにおいて、
    前記レンズ集合部材の間隔、前記レンズ集合部材と結像面との間隔および前記レンズ集合部材と物体面との間隔の少なくとも一つを調整する調整部を設けたことを特徴とするレンズユニット。
11. 請求項１０のレンズユニットにおいて、
    前記調整部は、前記遮光部材に配置されていることを特徴とするレンズユニット。
12. 複数のレンズ素子を配列した第１のレンズ集合部材および第２のレンズ集合部材が、前記レンズ素子の光軸の方向に配置された請求項１および請求項９から請求項１１のいずれか１項のレンズユニットと、
    前記レンズユニットの物体面に、略直線に配列された複数の発光部とを有し、
    前記第１のレンズ集合部材に配列されたそれぞれのレンズ素子の焦点距離をＦ１、前記第２のレンズ集合部材に配列されたそれぞれのレンズ素子の焦点距離をＦ２、前記請求項１の遮光部材の絞り内の前記レンズ素子の光軸と前記絞りの開口部の内壁との距離をＲＡ、前記発光部の間隔をＰＤ、前記第１のレンズ集合部材と前記発光部との距離をＬＯ、前記第２のレンズ集合部材と前記レンズアレイの結像面との距離をＬＩとしたとき、数式１５を満たすことを特徴とする露光装置。
    

    
13. 複数のレンズ素子を配列したふたつのレンズ集合部材が、前記レンズ素子の光軸の方向に配置された請求項１および請求項９から請求項１１のいずれか１項のレンズユニットと、
    前記レンズユニットの物体面に、略直線に配列された複数の発光部とを有し、
    前記レンズ集合部材に配列されたそれぞれのレンズ素子の焦点距離をＦ、前記請求項１の遮光部材の絞り内の前記レンズ素子の光軸と前記絞りの開口部の内壁との距離をＲＡ、前記発光部の間隔をＰＤ、物体面側の前記レンズ集合部材と前記発光部との距離をＬＯ、結像面側の前記レンズ集合部材と前記レンズアレイの結像面との距離をＬＩとしたとき、数式１６を満たすことを特徴とする露光装置。
    

    
14. 複数のレンズ素子を配列したふたつのレンズ集合部材が、前記レンズ素子の光軸の方向に配置された請求項１および請求項９から請求項１１のいずれか１項のレンズユニットと、
    前記レンズユニットの物体面に、略直線に配列された複数の発光部とを有し、
    前記レンズ集合部材に配列されたそれぞれのレンズ素子の焦点距離をＦ、前記レンズ集合部材の間隔をＬＳ、前記請求項１の遮光部材の絞り内の前記レンズ素子の光軸と前記絞りの開口部の内壁との距離をＲＡ、前記発光部の間隔をＰＤ、物体面側の前記レンズ集合部材と前記発光部との距離をＬＯとしたとき、数式１７を満たすことを特徴とする露光装置。
    

    
15. 請求項１および請求項８から請求項１１のいずれか１項のレンズユニットを用いた露光装置。
16. 請求項１２から請求項１５のいずれか１項の露光装置において、
    前記発光部をＬＥＤ素子としたＬＥＤヘッド。
17. 請求項１２から請求項１６のいずれか１項の露光装置またはＬＥＤヘッド用いた画像形成装置。
18. 請求項１および請求項８から請求項１１のいずれか１項のレンズユニットを用いた読取装置。
19. 複数のレンズ素子を配列した第１のレンズ集合部材および第２のレンズ集合部材が、前記レンズ素子の光軸の方向に配置された請求項１または請求項８から請求項１１のいずれか１項のレンズユニットと、
    前記レンズユニットの物体面に、略直線に配列された複数の受光部とを有し、
    前記第１のレンズ集合部材に配列されたそれぞれのレンズ素子の焦点距離をＦ１、前記第２のレンズ集合部材に配列されたそれぞれのレンズ素子の焦点距離をＦ２、前記請求項１の遮光部材の絞り内の前記レンズ素子の光軸と前記絞りの開口部の内壁との距離をＲＡ、前記受光部の間隔をＰＲ、前記第１のレンズ集合部材と物体面との距離をＬＯ、前記第２のレンズ集合部材と前記受光部との距離をＬＩとしたとき、数式１８を満たすことを特徴とする読取装置。
    

    
20. 複数のレンズ素子を配列したふたつのレンズ集合部材が、前記レンズ素子の光軸の方向に配置された請求項１または請求項８から請求項１１のいずれか１項のレンズユニットと、
    前記レンズユニットの物体面に、略直線に配列された複数の受光部とを有し、
    前記レンズ集合部材に配列されたそれぞれのレンズ素子の焦点距離をＦ、前記請求項１の遮光部材の絞り内の前記レンズ素子の光軸と前記絞りの開口部の内壁との距離をＲＡ、前記受光部の間隔をＰＲ、前記第１のレンズ集合部材と物体面との距離をＬＯ、前記第２のレンズ集合部材と前記受光部との距離をＬＩとしたとき、数式１９を満たすことを特徴とする読取装置。
    

    
21. 複数のレンズ素子を配列したふたつのレンズ集合部材が、前記レンズ素子の光軸の方向に配置された請求項１または請求項８から請求項１１のいずれか１項のレンズユニットと、
    前記レンズユニットの物体面に、略直線に配列された複数の受光部とを有し、
    前記レンズ集合部材に配列されたそれぞれのレンズ素子の焦点距離をＦ、前記レンズ集合部材の間隔をＬＳ、前記請求項１の遮光部材の絞り内の前記レンズ素子の光軸と前記絞りの開口部の内壁との距離をＲＡ、前記受光部の間隔をＰＲ、前記第１のレンズ集合部材と物体面との距離をＬＯとしたとき、数式２０を満たすことを特徴とする読取装置。
    

    
22. 複数のレンズ素子が光軸に対して略直交する方向に延在する列を形成するように配列されたレンズ集合部材の製造方法において、
    略直線に並べて配列され、前記レンズ素子の入射面または出射面の形状を転写する複数の曲面を有し、該曲面は前記配列方向に平行する方向と直交する方向とで異なる形状を有する型を用いることを特徴とするレンズ集合部材の製造方法。
23. 請求項２２のレンズ集合部材の製造方法において、
    前記曲面の面頂点を含む前記曲面の配列方向に平行な平面による断面の高さが、前記曲面の面頂点を含む前記曲面の配列方向に直交する平面による断面の高さより、低い型を用いることを特徴とするレンズ集合部材の製造方法。
24. 請求項２２または請求項２３のレンズ集合部材の製造方法において、
    前記曲面の面頂点を含む前記曲面の配列方向に直交する平面による断面が曲率半径ＣＸの多項式非球面に近似され、前記曲面の面頂点を含む前記曲面の配列方向に平行な平面による断面が曲率半径ＣＹの多項式非球面に近似されるとき、曲率半径ＣＹが曲率半径ＣＸより大きい型を用いることを特徴とするレンズ集合部材の製造方法。

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