JP2014089370A - Imaging element array, optical write apparatus, and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は結像素子アレイ、光書込装置および画像形成装置に関し、特に部品点数を削減できる結像素子アレイ、光書込装置および画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to an imaging element array, an optical writing apparatus, and an image forming apparatus, and more particularly to an imaging element array, an optical writing apparatus, and an image forming apparatus that can reduce the number of components.
デジタル複写機、プリンタ、デジタルファクシミリ等のデジタル画像出力機器においてデジタル光書込みを行う方式には、大きく分けて2つの方式がある。その一つは、半導体レーザ等の光源から出射された光線束を偏光器によって走査し、結像レンズによって結像し光スポットを形成する光走査方式である。もう一つは、LEDアレイやELアレイ等の発光素子アレイから出射された光線束を結像素子アレイによって結像し光スポットを形成する固体光書込方式である。 There are roughly two methods for performing digital optical writing in digital image output devices such as digital copying machines, printers, and digital facsimiles. One of them is an optical scanning method in which a light beam emitted from a light source such as a semiconductor laser is scanned by a polarizer, and an image is formed by an imaging lens to form a light spot. The other is a solid-state optical writing system in which a light beam is emitted from a light emitting element array such as an LED array or an EL array to form an optical spot by forming an image with an imaging element array.
光走査方式は偏光器によって光線束を走査するため、光路長が大きくなってしまうのに対し、偏光器を省略できる固体光書込方式は光路長を小さくできる。そのため、固体光書込方式は光走査方式と比較して光書込装置を小型化できる利点がある。また、固体光書込方式は偏光器のような可動部品を用いないので、光走査方式と比較して騒音を抑えることができる利点がある。 In the optical scanning method, since the light beam is scanned by the polarizer, the optical path length is increased. On the other hand, in the solid-state optical writing method in which the polarizer can be omitted, the optical path length can be reduced. Therefore, the solid-state optical writing method has an advantage that the optical writing device can be downsized as compared with the optical scanning method. Further, since the solid-state optical writing method does not use a movable part such as a polarizer, there is an advantage that noise can be suppressed as compared with the optical scanning method.
固体光書込方式に使用される従来の結像素子アレイとして、例えば特許文献1に開示されるものが知られている。特許文献1には、遮光板を挟んで2枚のレンズアレイ(凸レンズ)を対向させたレンズユニット(結像素子アレイ)が開示されている。特許文献1に開示されるレンズユニットは、発光素子アレイからの光線束を2枚のレンズアレイ(凸レンズ)に透過させることにより、正立像を得ることができる。 As a conventional imaging element array used in the solid-state optical writing system, for example, one disclosed in Patent Document 1 is known. Patent Document 1 discloses a lens unit (imaging element array) in which two lens arrays (convex lenses) are opposed to each other with a light shielding plate interposed therebetween. The lens unit disclosed in Patent Document 1 can obtain an erect image by transmitting the light bundle from the light emitting element array to two lens arrays (convex lenses).
しかしながら上記従来の技術では、レンズユニット(結像素子アレイ)を組み立てるのに2枚のレンズアレイを必要とすると共に、2枚のレンズアレイを所定間隔に支持するための支持体等を要するので、部品点数が増加するという問題点があった。 However, in the conventional technique, two lens arrays are required to assemble a lens unit (imaging element array), and a support for supporting the two lens arrays at a predetermined interval is required. There was a problem that the number of parts increased.
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、部品点数を削減できる結像素子アレイ、光書込装置および画像形成装置を提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides an imaging element array, an optical writing device, and an image forming apparatus that can reduce the number of components.
この目的を達成するために請求項1記載の結像素子アレイによれば、物体面から入射された光線を像面に集光する結像素子が複数配列されるものにおいて、結像素子は、入射レンズ面に物体面から光線が入射され、その入射レンズ面から入射された光線が、n面(但しnは自然数)の反射面から構成される反射面前群により反射される。反射面前群により反射された光線は、n面の反射面から構成される反射面後群に入射し、出射レンズ面に反射される。出射レンズ面は、反射面後群から入射される光線を出射し、像面に結像する。 In order to achieve this object, according to the imaging element array according to claim 1, in which a plurality of imaging elements for converging light rays incident from the object plane on the image plane are arranged, the imaging element is: A light beam is incident on the incident lens surface from the object surface, and the light beam incident from the incident lens surface is reflected by the front surface of the reflecting surface composed of n-surface (n is a natural number) reflecting surfaces. The light beam reflected by the front reflecting surface group is incident on the rear reflecting surface group composed of the n reflecting surfaces and is reflected by the exit lens surface. The exit lens surface emits light incident from the rear surface group of the reflecting surfaces and forms an image on the image plane.
入射レンズ面および反射面前群により、反射面前群と反射面後群との間の位置に、物体の結像素子の配列方向の倒立像が中間像として形成される。また、反射面後群および出射レンズ面により、中間像を被写体として中間像の配列方向の倒立像が像面に形成される。その結果、入射レンズ面、反射面前群、反射面後群および出射レンズ面のレンズ系全体で、物体の配列方向の正立像が像面に形成される。 By the incident lens surface and the front surface of the reflecting surface, an inverted image in the arrangement direction of the imaging elements of the object is formed as an intermediate image at a position between the front surface of the reflecting surface and the rear surface group of the reflecting surface. Further, an inverted image in the arrangement direction of the intermediate image is formed on the image plane with the intermediate image as the subject by the rear surface group of the reflecting surface and the exit lens surface. As a result, an erect image in the arrangement direction of the object is formed on the image plane in the entire lens system of the incident lens surface, the reflecting surface front group, the reflecting surface rear group, and the exit lens surface.
入射レンズ面、反射面前群、反射面後群および出射レンズ面は、1の透明体の所定の各面に形成されている。従って、従来のように2枚のレンズアレイを対向配置する必要がない。よって、部品点数を削減できる効果がある。 The incident lens surface, the reflecting surface front group, the reflecting surface rear group, and the exit lens surface are formed on each predetermined surface of one transparent body. Therefore, it is not necessary to dispose the two lens arrays opposite to each other as in the prior art. Therefore, there is an effect that the number of parts can be reduced.
請求項2記載の結像素子アレイによれば、反射面前群および反射面後群は、結像素子の配列直交方向の屈折力が配列方向の屈折力より小さく設定され、中間像は配列直交方向に延びる焦線として構成される。入射レンズ面、反射面前群、反射面後群および出射レンズ面から構成されるレンズ系により、物体の配列直交方向の倒立像が像面に形成される。その結果、請求項1の効果に加え、像面に形成される像の配列直交方向における位置精度を向上できる効果がある。 According to the imaging element array according to claim 2, the refractive power in the array orthogonal direction of the imaging elements is set to be smaller than the refractive power in the array direction of the reflecting surface front group and the reflecting surface rear group, and the intermediate image is in the array orthogonal direction. Configured as a focal line extending to An inverted image in the direction orthogonal to the arrangement of the objects is formed on the image plane by the lens system including the incident lens surface, the front surface of the reflecting surface, the rear surface group of the reflecting surface, and the exit lens surface. As a result, in addition to the effect of the first aspect, there is an effect that the positional accuracy in the array orthogonal direction of the image formed on the image plane can be improved.
請求項3記載の光書込装置によれば、光スポットを書込面に形成するものにおいて、複数の発光素子が所定の間隔で配列された発光素子アレイからの光線が、請求項1又は2に記載の結像素子アレイに入射され、書込面に集光される。これにより、請求項1又は2に記載の結像素子アレイが奏する効果と同様の効果がある。 According to the optical writing device of the third aspect, the light beam from the light emitting element array in which a plurality of light emitting elements are arranged at a predetermined interval is used for forming the light spot on the writing surface. And is focused on the writing surface. Thereby, there exists an effect similar to the effect which the imaging element array of Claim 1 or 2 show | plays.
請求項4記載の画像形成装置によれば、像担持体に光スポットを照射して露光を行い、画像を形成するものにおいて、複数の発光素子が所定の間隔で配列された発光素子アレイからの光線が、請求項1又は2に記載の結像素子アレイに入射され、像担持体に集光される。これにより、請求項1又は2に記載の結像素子アレイが奏する効果と同様の効果がある。 According to the image forming apparatus of claim 4, in the image forming body that performs exposure by irradiating a light spot to form an image, the light emitting element array includes a plurality of light emitting elements arranged at predetermined intervals. The light beam is incident on the imaging element array according to claim 1 and collected on the image carrier. Thereby, there exists an effect similar to the effect which the imaging element array of Claim 1 or 2 show | plays.
以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。まず、図1から図3を参照して第1実施の形態について説明する。まず、図1を参照して結像素子アレイ1について説明する。図1は本発明の第1実施の形態における結像素子アレイ1の斜視図である。なお、図1の矢印X、矢印Y及び矢印Zは互いに直交する軸を示し、矢印Xは結像素子アレイ1における結像素子10の配列方向を示す。また、矢印Y及び矢印Zを含むXY平面は矢印X(X軸)と直交する平面であって、結像素子アレイ1における結像素子10の配列直交方向を示している。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. First, a first embodiment will be described with reference to FIGS. First, the imaging element array 1 will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a perspective view of an imaging element array 1 according to the first embodiment of the present invention. Note that arrows X, Y, and Z in FIG. 1 indicate axes orthogonal to each other, and arrow X indicates the arrangement direction of the
図1に示すように結像素子アレイ1は、合成樹脂製の結像素子10が複数個連設され、一体的に形成されている。結像素子10は、断面矩形状に形成された透明体11により形成される。透明体11は、一端側を構成する入射端部12と、その入射端部12の反対向きの他端側を構成する出射端部14とを備えている。入射端部12及び出射端部14の各端面には、入射レンズ面13及び出射レンズ面15(図2参照)がそれぞれ形成されている。透明体11は、空気の屈折率より大きい屈折率を有する透光性を有する合成樹脂により形成されている。
As shown in FIG. 1, the imaging element array 1 is formed integrally with a plurality of
入射レンズ面13及び出射レンズ面15は、結像素子アレイ1においては、光学的に等価なレンズ面として結像素子10の配列方向Xに沿ってそれぞれ配列される。また、1単位の結像素子10においては、入射レンズ面13及び出射レンズ面15は結像素子10の配列直交方向(矢印Z方向)に沿って光軸が位置する。
In the imaging element array 1, the
次に図2及び図3を参照して、結像素子アレイ1による結像について説明する。なお、結像素子アレイ1を構成する複数の結像素子10は光学的に等価なものとして構成されているので、以下、1単位の結像素子10による結像について説明する。図2は結像素子10の配列直交方向における結像素子アレイ1の光路図であり、図3は反射面群20(第1反射面21及び第2反射面22)と反射光(光線l)との関係を示す模式図である。
Next, imaging with the imaging element array 1 will be described with reference to FIGS. Since the plurality of
図2に示すように、各単位の結像素子10において、物体面16上にある任意の光源から出射した光線lは、入射レンズ面13から透明体11に入射し、反射面群20(第1反射面21、第2反射面22)で反射されて出射レンズ面15から出射し、像面17上に結像する。
As shown in FIG. 2, in each unit of the
入射レンズ面13及び出射レンズ面15は光線lが入射し出射する部位であり、入射レンズ面13及び出射レンズ面15は、各々の光軸(矢印Z方向)が互いに平行となるように設定されている。これにより、物体面16及び像面17を、結像素子アレイ1を挟んで対向する位置に配置できる。
The
入射レンズ面13及び出射レンズ面15は、いずれも正の屈折力を有しており、その屈折力は同じ値に設定されている。また、入射レンズ面13及び出射レンズ面15は、いずれも結像素子10の配列方向Xの屈折力と配列直交方向(図2紙面方向)の屈折力とが異なるレンズ面とされている。但し、これに限定されるものではなく、球面レンズ等を採用して入射レンズ面13及び出射レンズ面15を形成することは可能である。
The
反射面群20は、正の偶数の反射面から構成される群であり、入射レンズ面13から入射された光線lを出射レンズ面15に向けて反射するためのものである。反射面群20は、n面(但しnは自然数)の反射面から構成される反射面前群と、反射面前群から入射される光線を反射するn面の反射面から構成される反射面後群とから構成される。本実施の形態では、反射面群20は、第1反射面21(反射面前群)及び第2反射面22(反射面後群)という2つの反射面(反射面前群、反射面後群は各1面)により構成されている。
The reflecting
第1反射面21(反射面前群)及び第2反射面22(反射面後群)は、同じ屈折力に設定されている。また、入射レンズ面13及び反射面前群(第1反射面21)は、正の屈折力を有するレンズ系として構成されている。各反射面は、結像素子10の配列方向Xの屈折力と配列直交方向(図2紙面方向)の屈折力とが異なる曲面(アナモルフィック非球面)とされている。具体的には、結像素子10の配列方向Xの屈折力が配列直交方向の屈折力より大きい値に設定されている。入射レンズ面13及び反射面前群(第1反射面21)により、第1反射面21(反射面前群)と第2反射面22(反射面後群)との間の位置に、結像素子10の配列方向Xの中間像(倒立像)を形成するためである。
The first reflecting surface 21 (the reflecting surface front group) and the second reflecting surface 22 (the reflecting surface rear group) are set to the same refractive power. Further, the
また、第1反射面21は、入射レンズ面13から第1反射面21に入射する光線の入射角との関係で、結像素子10の配列直交方向において、入射光が第2反射面22に向けて全反射するような角度に設定されている。また、第2反射面22は、第1反射面21から入射する光線の入射角との関係で、結像素子10の配列直交方向において、入射光が出射レンズ面15に向けて全反射するような角度に設定されている。これにより、第1反射面21や第2反射面22からの反射光の光量が減少することを防止できる。
Further, the first reflecting
なお、第1反射面21や第2反射面22の背面に対応する透明体11の表面に反射コーティング(金属コーティング)を施し、第1反射面21や第2反射面22の反射率を向上させることは可能である。
In addition, a reflective coating (metal coating) is applied to the surface of the
図3に示すように、第1反射面21は、結像素子10の配列方向Xに正の屈折力を有し、配列方向Xの中間像iを形成する一方、反射面群20の系全体として、配列直交方向の中間像を形成せずに配列方向の正立等倍像を形成するものとして構成されている。その結果、配列方向Xの入射レンズ面13及び第1反射面21(反射面前群)の屈折力により、第1反射面21と第2反射面22(反射面後群)との間に配列直交方向(図3矢印Z方向)に延びる中間像i(焦線)が形成される。中間像i(焦線)は結像素子10の配列方向Xの倒立結像となり、その像を被写体として第2反射面22に光線lが入射する。
As shown in FIG. 3, the first reflecting
図2に戻って説明する。図2に示すように、第1反射面21から第2反射面22に入射された光線lは出射レンズ面15に向かって反射され、出射レンズ面15により像面17に結像される。入射レンズ面12、第1反射面21、第2反射面22及び出射レンズ面15は透明体11の各面に形成されており、透明体11は、入射レンズ面13及び出射レンズ面15により正の屈折力を有するレンズ系(凸レンズ)として構成されているので、像面17には、結像素子10の配列直交方向における物体の倒立像が形成される。
Returning to FIG. As shown in FIG. 2, the light beam l incident on the second reflecting
一方、第1反射面21と第2反射面22との間に形成される中間像i(図3参照)は、結像素子10の配列方向Xの倒立結像となる。その中間像iを被写体として、第2反射面22及び出射レンズ面15により、中間像iの配列方向Xの倒立像が像面17に形成される。よって、透明体11のレンズ系全体では、結像素子10の配列方向Xにおける物体の正立像(正立等倍像)を像面17に得ることができる。従って、結像素子アレイ1を構成する1単位の結像素子10は、物体面16と像面17との関係において、配列方向Xには略正立等倍系をなし、配列直交方向には略倒立等倍系をなすといえる。よって、物体の正立像を像面17にライン状に形成する光学系として結像素子アレイ1を構成できる。
On the other hand, the intermediate image i (see FIG. 3) formed between the first reflecting
なお、結像素子10は、反射面群20により配列直交方向(図3矢印Z方向)に延びる中間像i(焦線)を形成するので、像面17に形成される像(光スポット)の配列直交方向(図2Y方向)における位置精度を向上できる。
The
即ち、光学系全体として中間像(焦点)を形成するようにレンズ面や反射面の屈折力が設定されている場合には、入射レンズ面13から入射される光線の入射角(配列方向Xにおける)によって、中間像(焦点)が配列方向(図3矢印X方向)の複数箇所に形成される。中間像が、結像素子10の配列方向および配列直交方向の倒立結像である場合には、その中間像(焦点)が配列直交方向(図3矢印Y方向)に位置ずれすることがある。配列直交方向(図3矢印Y方向)に位置ずれした中間像(焦点)を被写体とする場合には、像面17に結ばれる像(光スポット)の位置が配列直交方向(図2矢印Y方向)にずれて、光スポットの位置精度が低下することがある。
That is, when the refractive power of the lens surface and the reflecting surface is set so as to form an intermediate image (focal point) as the entire optical system, the incident angle (in the arrangement direction X in the array direction X) of the light incident from the
これに対し結像素子10は、光学系全体として、配列直交方向の中間像を形成せずに、配列直交方向に延びる中間像i(配列方向の倒立結像を結ぶ焦線)を透明体11の内部に形成する。入射レンズ面13から入射される光線の入射角(配列方向Xにおける)が異なる場合も、中間像i(焦線)に像が結ばれる。その中間像iを被写体とすることで、像面17に光スポット(配列直交方向の倒立結像および配列方向の正立結像)が形成される。複数の焦点(配列方向および配列直交方向の倒立結像)を被写体とする場合と比較して、焦線(中間像i)を被写体として結像することで、配列直交方向における光スポットの位置精度を向上させることができる。よって、結像素子アレイ1によれば、結像素子10の配列直交方向に像のずれやにじみが生じることを抑制できる。
On the other hand, the
また、結像素子アレイ1によれば、結像素子10の配列方向Xにおける正立像を像面に形成できる入射レンズ面13、第1反射面21、第2反射面22及び出射レンズ面15は、一つの透明体11の各面に形成されているので、従来のように2枚のレンズアレイを対向配置する必要がない。よって、結像素子アレイ1の部品点数を削減できる。
Further, according to the imaging element array 1, the
なお、入射レンズ面13及び出射レンズ面15からなる正の屈折力を有する光学系(結像素子10)において、透明体11の屈折率や入射レンズ面13の曲率を大きくすることにより、透明体11への反射面群20の形成を省略して、入射レンズ面13と出射レンズ面15との間に中間像iを形成するように設定することは可能である。しかし、透明体11の材質や入射レンズ面13の曲率に大きな制約が課されるので、結像素子10の設計の自由度が低下するという問題がある。
In the optical system (imaging element 10) having a positive refractive power made up of the
これに対し本実施の形態における結像素子アレイ1によれば、結像素子10は、入射レンズ面13及び出射レンズ面15からなる正の屈折力を有する光学系において、入射レンズ面13と出射レンズ面15との間に反射面群20(反射面前群および反射面後群)を形成することにより、第1反射面21(反射面前群)と第2反射面22(反射面後群)との間に中間像iが形成されるように設定されている。従って、配列方向Xにおいては、中間像i(倒立結像)が形成されるように、入射レンズ面13及び第1反射面21の2面の屈折力を設定することができる。また、中間像iを被写体として像面17に結像できるように、第2反射面22及び出射レンズ面15の2面の屈折力を設定することができる。よって、結像素子10の設計の自由度を大きくすることができる。
On the other hand, according to the imaging element array 1 in the present embodiment, the
次に図4を参照して、結像素子アレイ1を用いて構成される光書込装置30について説明する。図4は光書込装置30の模式図であり、結像素子10の配列直交方向における光書込装置30の断面を図示している。光書込装置30は、発光素子アレイ33の各発光素子35から出射された光線束を、結像素子アレイ1を介して書込面36(結像面)上に集光し、発光素子アレイ33の配列と対応する位置にそれぞれの光スポット(結像光)を照射するための装置である。
Next, with reference to FIG. 4, an
支持体31は、結像素子アレイ1及び発光素子アレイ33を支持するための部材であり、結像素子アレイ1の長手方向(結像素子10の配列方向)に沿って配設され、内側に形成された装着部32内に結像素子アレイ1が装着される。結像素子アレイ1は、光軸が平行となるように入射レンズ面13及び出射レンズ面15が形成され、且つ、入射レンズ面13及び出射レンズ面15が互いに反対側を向いているので、支持体31への組み付けを容易にできる。また、支持体31の対向面(図4左右方向の2面)の一方に発光素子アレイ33を装着し、他方の面から光線を出射させることができるので、光書込装置30を画像形成装置等に配置するときの自由度を向上できる。
The
発光素子アレイ33は、発光素子35としてのLED(発光ダイオード)を複数配列したLEDアレイチップが基板34に装着されたものである。一般には、一つのLEDアレイチップに数十〜数百個のLEDが配列され、ドライバIC(図示せず)及び数十のLEDアレイチップが基板34に実装されている。多数の発光素子35は、結像素子アレイ1の長手方向(結像素子10の配列方向)に沿って配設される。発光素子35の1ドットが画像の1ドットに対応しており、基板34上のドライバICの制御により出力画像に応じて各ドットを順次点灯させることができる。
The light emitting
発光素子35は物体面16(図2参照)と一致する位置に配置される。発光素子35から放出された光は、結像素子アレイ1によって書込面36、例えば感光体などからなる像担持体面に収束させられ、光スポットを形成する。
The
次に図5を参照して、光書込装置30を用いて構成される画像形成装置40について説明する。ここでは、画像を形成する技術の一例として、電子写真技術による画像形成装置40について説明する。図5は画像形成装置40の模式図である。
Next, an
図5に示すように画像形成装置40は、感光体ドラムからなる像担持体41と、その像担持体41の周囲に配置された帯電部42、光書込装置30、現像部43、転写部44、クリーニング部46及び除電部47とを主に備えて構成されている。また、転写部44の側方には、記録紙等の媒体mに転写されたトナー像を定着する定着部45が配置されている。
As shown in FIG. 5, the
画像形成装置40は、回転駆動される像担持体41(回転方向は図5時計回り)に対して、帯電部42により一様に電位を与える(帯電)。次に、光書込装置30から出射される光スポットを像担持体41上に照射することにより、像担持体41上に静電潜像を形成する(露光)。その静電潜像に現像部43によってトナーを付着させ、像担持体41上にトナー像を形成する(現像)。次いで、転写部44により媒体m上にトナー像を写し(転写)、定着部45により圧力や熱を加え媒体mに融着させる(定着)。媒体m上にトナー像を転写した像担持体41は、クリーニング部46により表面に残留したトナーが除去され、除電部47により電荷が除去される。これにより、電子写真技術による一連の画像形成プロセスが終了する。
The
なお、本実施の形態では像担持体41が一つである画像形成装置40の例を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、像担持体41及び周囲の帯電部42等の各種作像部(定着部45を除く)を媒体mの搬送方向に複数並設した所謂タンデム型と称するカラー画像形成装置に適用することは可能である。このカラー画像形成装置では、並設された像担持体41等を、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)及びブラック(Bk)等の各色の作像部とし、各作像部でC,M,Y,Bk等の各色の画像を形成して、媒体mに順次重ね合わせて転写する。最後に、各色の重ね画像を定着部45で媒体mに定着することによりカラー画像を得ることができる。
In the present embodiment, an example of the
次に図6を参照して第2実施の形態について説明する。第1実施の形態では、反射面群20により結像素子10の配列直交方向に延びる焦線(中間像i、配列方向の倒立結像)が形成される場合について説明した。これに対し第2実施の形態では、反射面群54により焦点(中間像i、配列方向および配列直交方向の倒立結像)が形成される場合について説明する。なお、第1実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In the first embodiment, the case where a focal line (intermediate image i, inverted imaging in the arrangement direction) extending in the direction orthogonal to the arrangement of the
図6(a)は第2実施の形態における結像素子アレイの1単位を構成する結像素子50の配列直交方向Xにおける断面図であり、図6(b)は反射面群54を構成する第1反射面54a及び第2反射面54bと反射光(光線l)との関係を示す模式図である。図6(a)に示す結像素子50は、光学的に等価なものとして配列方向X(図6(a)紙面垂直方向)に沿って複数連設されている。なお、図6(a)では、図を簡略にするため、結像素子50の断面の切り口に施すハッチングの図示を省略している。
FIG. 6A is a cross-sectional view of the
図6(a)に示すように結像素子50は、光透過性を有する透明な合成樹脂製の透明体51の入射端部52に形成された入射レンズ面53、反射面群54(第1反射面54a、第2反射面54b)及び出射端部55に形成された出射レンズ面56から構成されている。物体面(図示せず)上にある任意の光源から出射した光線は、入射レンズ面53から透明体51に入射し、第1反射面54a(反射面前群)で反射され、その反射光が第2反射面54b(反射面後群)で反射されて出射レンズ面56から出射し、像面(図示せず)上に結像する。透明体51は、入射レンズ面53及び出射レンズ面56により正の屈折力を有するレンズ系として構成されている。
As shown in FIG. 6A, the
入射レンズ面53及び出射レンズ面56は非球面(回転対称面または非回転対称面)とされ、第1反射面54a及び第2反射面54bは、結像素子50の配列方向Xの屈折力と配列直交方向の屈折力とが異なる凹面(トロイダル面、自由曲面等のアナモルフィック非球面)とされている。第1反射面54a及び第2反射面54bは、配列方向X及び配列直交方向の正の屈折力を有している。
The
図6(b)に示すように、第1反射面54aの配列方向X及び配列直交方向の屈折力により、第1反射面54aと第2反射面54bとの間に中間像i(焦点)が形成される。よって、第1反射面54aからの反射光(光線l)は物体の倒立結像となり、その像を被写体として第2反射面54bに入射する。
As shown in FIG. 6B, the intermediate image i (focal point) is formed between the first reflecting
また、透明体11は、入射レンズ面53及び出射レンズ面56により正の屈折力を有するレンズ系(凸レンズ)として構成されているので、像面(図示せず)には物体の倒立像が形成される。従って、結像素子アレイを構成する1単位の結像素子50は、物体面と像面(いずれも図示せず)との関係において、配列方向X及び配列直交方向に略正立等倍系をなすようにできる。よって、物体の正立像を像面に結像できる光学系として結像素子アレイを構成できる。
Further, since the
次に図7を参照して、第3実施の形態および第4実施の形態について説明する。第1実施の形態および第2実施の形態では、反射面群20,54がそれぞれ2つの反射面(反射面前群、反射面後群は各1面)により構成される場合について説明した。これに対し、第3実施の形態では4つの反射面により反射面群64(反射面前群、反射面後群は各2面)が構成される場合について説明し、第4実施の形態では6つの反射面により反射面群74(反射面前群、反射面後群は各3面)が構成される場合について説明する。なお、第1実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。
Next, a third embodiment and a fourth embodiment will be described with reference to FIG. In the first embodiment and the second embodiment, the case where each of the reflecting
図7(a)は第3実施の形態における結像素子アレイの1単位を構成する結像素子60の光路図であり、図7(b)は第4実施の形態における結像素子アレイの1単位を構成する結像素子70の光路図である。図7(a)及び図7(b)に示す結像素子60,70は、いずれも光学的に等価なものとして配列方向X(図7(a)、図7(b)紙面垂直方向)に沿って複数連設されることにより結像素子アレイが構成される。
FIG. 7A is an optical path diagram of the
図7(a)に示すように、結像素子60は、光透過性を有する透明な合成樹脂製の透明体61の入射端部62に形成された入射レンズ面63、反射面群64(第1反射面64a〜第4反射面64d)及び出射端部65に形成された出射レンズ面66から構成されている。物体面(図示せず)上にある任意の光源から出射した光線lは、入射レンズ面63から透明体61に入射し、反射面群64(第1反射面64a〜第4反射面64d)で反射され、その反射光が出射レンズ面66から出射し、像面(図示せず)上に結像する。透明体61は、入射レンズ面63及び出射レンズ面66により正の屈折力を有するレンズ系として構成されている。また、反射面前群(第1反射面64a及び第2反射面64b)と反射面後群(第3反射面64c及び第4反射面64d)とは同じ屈折力に設定されている。
As shown in FIG. 7A, the
結像素子60によれば、入射レンズ面63と、入射レンズ面63寄りの2面の反射面(第1反射面64a及び第2反射面64b)とによる配列方向(矢印X方向)の正の屈折力により、反射面群64の中間である第2反射面64bと第3反射面64cとの間に、配列直交方向(矢印Y方向)に延びる中間像i(焦線)が形成される。中間像i(焦線)は配列方向(矢印X方向)における物体の倒立結像となり、その像を被写体として出射レンズ面66から出射され、像面(図示せず)上に、配列方向(矢印X方向)に正立し配列直交方向(矢印Y方向)に倒立した物体の等倍像が形成される。
According to the
第3実施の形態によれば、4つの反射面(第1反射面64a〜第4反射面64d)により反射面群64が構成され、入射レンズ面63及び反射面前群(第1反射面64a及び第2反射面64b)の配列方向(矢印X方向)の正の屈折力により中間像iを形成することができる。その中間像を被写体として、反射面後群(第3反射面64c及び第4反射面64d)及び出射レンズ面66の配列方向(矢印X方向)の正の屈折力により、物体の正立像が結像される。中間像iを形成するのに必要な屈折力を入射レンズ面63及び反射面前群(第1反射面64a及び第2反射面64b)の3面で負担できる。また、物体の正立像を像面に形成するのに必要な屈折力を、反射面後群(第3反射面64c及び第4反射面64d)及び出射レンズ面66の3面で負担できるので、第1実施の形態と比較して、レンズ面および反射面の設計の自由度を向上できる。
According to the third embodiment, the reflecting
次に、図7(b)に示すように、結像素子70は、光透過性を有する透明な合成樹脂製の透明体71の入射端部72に形成された入射レンズ面73、反射面群74(第1反射面74a〜第6反射面74f)及び出射端部75に形成された出射レンズ面76から構成されている。物体面(図示せず)上にある任意の光源から出射した光線は、入射レンズ面73から透明体71に入射し、反射面群74(第1反射面74a〜第6反射面74f)で反射され、その反射光が出射レンズ面76から出射し、像面(図示せず)上に結像する。
Next, as shown in FIG. 7B, the
結像素子70によれば、入射レンズ面73と、入射レンズ面73寄りの3面の反射面(第1反射面74a〜第3反射面74c)の配列方向(矢印X方向)の正の屈折力により、反射面群74の中間である第3反射面74cと第4反射面74dとの間に、配列直交方向(矢印Z方向)に延びる中間像i(焦線)が形成される。中間像i(焦線)は配列方向(矢印X方向)における物体の倒立結像となり、その像を被写体として出射レンズ面76から出射され、像面(図示せず)上に、配列方向(矢印X方向)に正立し配列直交方向(矢印Y方向)に倒立した物体の等倍像が形成される。
According to the
第4実施の形態によれば、6つの反射面(第1反射面74a〜第6反射面74f)により反射面群74が構成され、入射レンズ面73及び反射面前群(第1反射面74a〜第3反射面74c)の4面の配列方向(矢印X方向)の正の屈折力により中間像iが形成される。また、反射面後群(第4反射面74d〜第6反射面74f)及び出射レンズ面76の4面の配列方向(矢印X方向)の正の屈折力により像面に結像される。中間像iを形成するのに必要な屈折力を入射レンズ面73及び第1反射面74a〜第3反射面74cの4面で負担でき、像面の結像に必要な屈折力を第4反射面74d〜第6反射面74f及び出射レンズ面76の4面で負担できるので、第3実施の形態と比較して、レンズ面および反射面の設計の自由度をさらに向上できる。
According to the fourth embodiment, the reflecting
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、上記各実施の形態で説明した透明体11,51,61,71の形状、結像素子アレイ1に配列される結像素子10,50,60,70の数等は一例であり、任意に設定することができる。
As described above, the present invention has been described based on the embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various improvements and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. It can be easily guessed. For example, the shapes of the
上記各実施の形態では、透明体11,51,61,71が合成樹脂製の場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、透明体11,51,61,71をガラスによって製造することは当然可能である。
In each of the above embodiments, the case where the
上記各実施の形態では、2つの反射面から構成される反射面群20,54(各1面の反射面前群および反射面後群)をもつ結像素子10,50、4つの反射面から構成される反射面群64(各2面の反射面前群および反射面後群)をもつ結像素子60、6つの反射面から構成される反射面群74(各3面の反射面前群および反射面後群)をもつ結像素子70が複数配列された結像素子アレイについて説明した。しかしながら、反射面群を構成する反射面の数を2,4,6に限定するものではない。反射面群を構成する反射面の数は、正の偶数であれば適宜設定できる。入射レンズ面13,53,63,73と、n面(但しnは自然数)の反射面(配列方向(矢印X方向)に正の屈折力をもつ)によって、反射面群の光路内(反射面前群と反射面後群との間の位置)に結像素子の配列方向(矢印X方向)の倒立結像(中間像i)を形成し、その中間像iを被写体として、反射面後群および出射レンズ面15,56,66,76により像面に結像できるからである。
In each of the above-described embodiments, the
上記各実施の形態では、結像素子アレイ1に光線束を照射する発光素子アレイ33がLEDアレイにより構成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の発光素子アレイを採用することは当然可能である。他の発光素子アレイとしては、例えばEL発光素子アレイ、単一のハロゲンランプ等の光源の前方に液晶シャッタ等のシャッタアレイを配置した光シャッタアレイを挙げることができる。光シャッタアレイは、画素毎に開閉制御できるシャッタアレイを光源の前方に配置したものである。画素毎にシャッタアレイを開閉することにより、擬似的に複数の発光素子(発光点)を配列したアレイと等価にできる。
In each of the above-described embodiments, the case where the light emitting
上記各実施の形態では説明を省略したが、物体面16と結像素子10,50,60,70(入射レンズ面13,53,63,73)との間や像面17と結像素子10,50,60,70(出射レンズ面15,56,66,76)との間に、中間像iの形成に寄与しない光線の一部を遮光するアパーチャを配置することは可能である。アパーチャを配置することにより、結像素子10,50,60,70へ入射した光線が隣り合う結像素子10,50,60,70へ透過することを抑制できる。これにより、隣り合う結像素子10,50,60,70間の光線の透過が原因で物体の結像のコントラストが低下することを抑制できる。結像のコントラストの低下を抑制することで、光学系の解像度を向上できる。
Although not described in the above embodiments, the
上記各実施の形態では説明を省略したが、結像素子アレイ1の隣接する結像素子10,50,60,70間に溝状の配列直交方向に延びるスリットを形成し、結像素子10,50,60,70間を分離する(結像素子10,50,60,70間の一部が繋がった状態とする)ことは可能である。結像素子10,50,60,70間にスリットを形成することにより、入射レンズ面13,53,63,73から入射した光線が、隣接する結像素子10,50,60,70の出射レンズ面15,56,66,76に向かう光路を遮ることができる。これにより、結像素子10,50,60,70に入射した光線が隣接する結像素子10,50,60,70内に入射することを防止できるので、隣接する結像素子10,50,60,70から出射した光が、本来は結像すべきでない位置に集光してしまうゴースト光を抑制できる。
Although not described in each of the above-described embodiments, a slit extending in the direction orthogonal to the groove-like arrangement is formed between
また、隣接する結像素子10,50,60,70間に形成された溝状の配列直交方向に延びるスリット内に、遮光部材を挿入または塗布することは可能である。遮光部材は、結像素子10,50,60,70(透明体11,51,61,71)と同程度の屈折率を有する部材で形成されている。遮光部材をスリット内に挿入または塗布することにより、スリットの境界面で光線束が反射することを抑制できる。さらに、光源の波長に対して吸収特性をもつ物質で遮光部材を形成することで、スリットの境界面に透過した光線束を減衰させることができる。その結果、スリットの境界面で反射する光線束が原因のゴースト光の発生を抑制できる。
Further, it is possible to insert or apply a light shielding member into a slit formed between
1 結像素子アレイ
10,50,60,70 結像素子
11,51,61,71 透明体
13,53,63,73 入射レンズ面
15,56,66,76 出射レンズ面
16 物体面
17 像面
21,54a 第1反射面(反射面、反射面前群)
22,54b 第2反射面(反射面、反射面後群)
30 光書込装置
33 発光素子アレイ
35 発光素子
36 書込面
40 画像形成装置
41 像担持体
64a,74a 第1反射面(反射面、反射面前群の一部)
64b,74b 第2反射面(反射面、反射面前群の一部)
64c 第3反射面(反射面、反射面後群の一部)
64d 第4反射面(反射面、反射面後群の一部)
74c 第3反射面(反射面、反射面前群の一部)
74d 第4反射面(反射面、反射面後群の一部)
74e 第5反射面(反射面、反射面後群の一部)
74f 第6反射面(反射面、反射面後群の一部)
i 中間像
l 光線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
22, 54b Second reflecting surface (reflecting surface, rear group of reflecting surfaces)
DESCRIPTION OF
64b, 74b Second reflecting surface (reflecting surface, part of front group of reflecting surfaces)
64c Third reflecting surface (reflecting surface, part of rear group of reflecting surfaces)
64d Fourth reflecting surface (reflecting surface, part of rear group of reflecting surfaces)
74c Third reflecting surface (reflecting surface, part of front group of reflecting surfaces)
74d Fourth reflecting surface (reflecting surface, part of rear group of reflecting surfaces)
74e Fifth reflecting surface (reflecting surface, part of rear group of reflecting surfaces)
74f Sixth reflecting surface (reflecting surface, part of rear group of reflecting surfaces)
i Intermediate image l Ray
Claims (4)
前記結像素子は、
前記物体面から光線が入射される入射レンズ面と、
その入射レンズ面から入射される光線を反射するn面(但しnは自然数)の反射面から構成される反射面前群と、
その反射面前群から入射される光線を反射するn面の反射面から構成される反射面後群と、
その反射面後群から入射される光線を出射し前記像面に結像する出射レンズ面とから構成され、
その出射レンズ面、前記入射レンズ面、前記反射面前群および前記反射面後群は、1の透明体の所定の各面に形成され、
前記入射レンズ面および前記反射面前群は、前記反射面前群と前記反射面後群との間の位置に、物体の前記結像素子の配列方向の倒立像を中間像として形成し、
前記反射面後群および前記出射レンズ面は、前記中間像を被写体として前記中間像の前記配列方向の倒立像を前記像面に形成することを特徴とする結像素子アレイ。 In an imaging element array in which a plurality of imaging elements that collect light rays incident from the object plane are arranged on the image plane,
The imaging element is
An incident lens surface on which light rays are incident from the object surface;
A reflecting surface front group composed of n-surface (where n is a natural number) reflecting surfaces that reflect light incident from the incident lens surface;
A reflecting surface rear group composed of n reflecting surfaces that reflect light incident from the reflecting surface front group;
An exit lens surface that emits a light beam incident from the rear surface of the reflecting surface and forms an image on the image surface, and
The exit lens surface, the incident lens surface, the reflecting surface front group and the reflecting surface rear group are formed on each predetermined surface of one transparent body,
The incident lens surface and the reflecting surface front group form an inverted image of an object in the arrangement direction of the imaging elements as an intermediate image at a position between the reflecting surface front group and the reflecting surface rear group,
The imaging element array, wherein the reflecting surface rear group and the exit lens surface form an inverted image of the intermediate image in the arrangement direction on the image plane with the intermediate image as a subject.
前記中間像は、前記配列直交方向に延びる焦線として構成され、
前記入射レンズ面、前記反射面前群、前記反射面後群および前記出射レンズ面から構成されるレンズ系は、前記物体の前記配列直交方向の倒立像を前記像面に形成することを特徴とする請求項1記載の結像素子アレイ。 The reflecting surface front group and the reflecting surface rear group are set such that the refractive power in the array orthogonal direction of the imaging elements is smaller than the refractive power in the array direction,
The intermediate image is configured as a focal line extending in the array orthogonal direction,
The lens system including the incident lens surface, the reflecting surface front group, the reflecting surface rear group, and the exit lens surface forms an inverted image of the object in the array orthogonal direction on the image surface. The imaging element array according to claim 1.
複数の発光素子が所定の間隔で配列された発光素子アレイと、
その発光素子アレイからの光線を前記書込面に集光する請求項1又は2に記載の結像素子アレイとを備えていることを特徴とする光書込装置。 In an optical writing apparatus for forming an optical spot on a writing surface,
A light emitting element array in which a plurality of light emitting elements are arranged at predetermined intervals;
An optical writing apparatus comprising: the imaging element array according to claim 1, wherein light from the light emitting element array is condensed on the writing surface.
複数の発光素子が所定の間隔で配列された発光素子アレイと、
その発光素子アレイからの光線を前記像担持体に集光する請求項1又は2に記載の結像素子アレイとを備えていることを特徴とする画像形成装置。 In an image forming apparatus for irradiating an image carrier with a light spot to perform exposure and forming an image,
A light emitting element array in which a plurality of light emitting elements are arranged at predetermined intervals;
An image forming apparatus comprising: the imaging element array according to claim 1, which condenses light rays from the light emitting element array onto the image carrier.
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