JP2014178346A - 結像光学系、プリンタヘッド、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴースト光の発生を抑止しつつ、光利用効率を高めた結像光学系を提供する。
【解決手段】結像機能を有する光学面が複数配置された入射面１１と、複数配置されたプリズム１２と、複数配置された出射面１３と、を有し、入射面は、第１の軸方向に沿って第１のピッチで複数配置され、プリズムは、第１の軸方向に沿って、第２のピッチで複数配置され、出射面は、第１の軸方向に沿って、第３のピッチで複数配置されていて、第１の軸方向をＹ方向、第１の軸方向に垂直な面での入射面における任意の光学面の面頂点の法線の方向をＸ方向、前記Ｙ方向及び前記Ｘ方向に直交する方向をＺ方向とするとき、ＸＺ断面において、Ｚ方向の前記プリズムの幅は入射面における光学面の幅よりも小さい、結合光学系による。
【選択図】図３

Description

本発明は、結像光学系、プリンタヘッド及び画像形成装置に関するものである。

画像形成装置（レーザプリンタや複写機）に用いられる露光装置には、光源としてのＬＥＤアレイや有機ＥＬアレイなどと、レンズアレイと、を用いて構成されるプリンタヘッドを備えるものが知られている。このようなプリンタヘッドのレンズアレイには、屈折率分布型レンズアレイが広く用いられているが、光利用効率が十分ではなく、高速機への適用は難しい。特に、光源に有機ＥＬを用いた場合には、有機ＥＬの光量がＬＥＤに比べて低いために、光利用効率をより高めた光学系を必要とする。

プリンタヘッドにおいて光利用効率を高めるために、レンズとルーフプリズムもしくはルーフミラーをセットにして構成した結像光学系を用いることがある。このような結像光学系は、複数の光学系を主走査方向に配列し、レンズアレイのピッチと、ルーフプリズムアレイもしくはルーフミラーアレイのピッチは等しい。したがって、これらの結像光学系は、主走査方向において、ルーフプリズムとルーフミラーにより２回反射する再帰反射光学系であって、正立結像が可能であり、副走査方向については倒立結像になる。

上述した結像光学系によって、一部の光が像面上における本来は結像すべきでない位置に結像されると、ゴースト光の原因になる。このゴースト光を抑制するために、レンズアレイ側にスリット部を設けるものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１の結像光学系は、スリット部による光吸収処置等によりゴースト光を低減させることができるが、スリット部で吸収される光が多くなり、光利用効率が低くなる。

また、光源からの光の広がりを抑制するには、アパーチャを設ければよい。しかし、結像光学系の個々の入射面に対応するアパーチャアレイを精度よく作製することは、非常に困難であって、現実的なゴースト光抑止策にはならない。

また、ゴースト光の抑制のためには、結像光学系の出射側にアパーチャを配置することも考えられる。結像光学系の出射側に配置されるアパーチャは、単一のアパーチャを用いることができるが、結像光学系の長手方向において、非常に長いアパーチャが必要になる。そのようなアパーチャは、加工が困難であり、さらに強度も弱くなるので振動に弱い。したがって、結像光学系の機械的強度が低下することになる。

また、上述したアパーチャを配置するいずれの方法においても、部品点数が増える。さらに、アパーチャと結像光学系の光学面との正確な位置合わせも必要になる。したがって、いずれの方法も、結像光学系のコストアップになる。

本発明は、ゴースト光の発生を抑止しつつ、光利用効率を高めた結像光学系を提供することを目的とする。

本発明は、結像光学系に関するものであって、結像機能を有する光学面が複数配置された入射面と、複数配置されたプリズムと、複数配置された出射面と、を有し、前記入射面は、第１の軸方向に沿って第１のピッチで複数配置され、前記プリズムは、前記第１の軸方向に沿って、第２のピッチで複数配置され、前記出射面は、前記第１の軸方向に沿って、第３のピッチで複数配置されていて、前記第１の軸方向をＹ方向、前記第１の軸方向に垂直な面での前記入射面における任意の光学面の面頂点の法線の方向をＸ方向、前記Ｙ方向及び前記Ｘ方向に直交する方向をＺ方向とするとき、ＸＺ断面において、前記Ｚ方向の前記プリズムの幅は、前記入射面における光学面の幅よりも小さい、ことを最も主な特徴とする。

本発明によれば、ゴースト光の発生を抑止しつつ、光利用効率を高めることができる。

本発明に係る結像光学系の実施形態を示す斜視図である。 上記結像光学系の短手方向の光路断面図である。 上記結像光学系の長手方向の光路断面図である。 上記結像光学系の光学面を光源側から見た図である。 上記結像光学系が備えるプリズムアレイを示す図であって、（ａ）プリズムアレイの配列面に対する垂直方向からみた図、（ｂ）プリズムアレイの長手方向縦断面図、である。 従来の結像光学系の例を示す光路断面図である。 本発明に係る結像光学系の別の実施形態を示す短手方向の光路断面図である。 本発明に係る結像光学系のさらに別の実施形態を示す短手方向の光路断面図である。 本発明に係る結像光学系のさらに別の実施形態を示す短手方向の光路断面図である。 本発明に係る結像光学系のさらに別の実施形態を示す短手方向の光路断面図である。 本発明に係るプリンタヘッドの別の実施形態を示す短手方向の光路断面図である。 本発明に係る画像形成装置の実施形態を示す構成図である。

以下、本発明に係る結像光学系、プリンタヘッド、及び画像形成装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

●結像光学系の実施形態１
図１は、本発明に係る結像光学系の実施形態であるルーフプリズムレンズアレイ（ＲＰＬＡ）１の外観を示す斜視図である。ＲＰＬＡ１は、結像機能を有する入射面１１が複数配置された入射面アレイ１１０と、入射面１１を介した光の光路上にプリズム１２が複数配置されたプリズムアレイ１２０と、結像機能を有する出射面１３がプリズム１２を介した光の光路上に複数配置された出射面アレイ１３０と、を有してなる。

図１に示すように、ＲＰＬＡ１は、入射面１１とプリズム１２と出射面１３のそれぞれが、互いに対向する位置に一次元方向に配列されている光学系である。この各光学系の一次元配列方向（長手方向）をＹ方向とする。また、Ｙ方向を示す軸を、第１の軸であるＹ軸とする。

また、図１に示すように、入射面アレイ１１０における、任意の光学面（入射面１１）の面頂点からプリズム１２に向かう法線方向をＸ方向とし、Ｘ方向を示す軸をＸ軸とする。また、Ｙ方向とＸ方向に直交する方向をＺ方向とし、Ｚ方向を示す軸をＺ軸とする。

ＲＰＬＡ１に入射面１１から入射した光線ａは、まずＸ方向に進行する。その後、プリズム１２において反射されてＺ方向に進行する。その後、光線ａは、出射面１３から出射される。すなわち、入射面１１側に配置される点光源（不図示）から出射されて、入射面アレイ１１０の各入射面１１に入射する光線ａは、各プリズム１２によって反射されて、出射面アレイ１３０の各出射面１３から出射される。したがって、プリズムアレイ１２０は、光線ａを出射面アレイ１３０へ向けるために、入射面アレイ１１０の後段に配置されていて、入射面１１の配列直交方向に４５°の傾きをもって配置されている。なお、プリズムアレイ１２０の頂角は、後述するとおり、９０°である。

出射面アレイ１３０は、入射面１１の配列直交方向に９０°の傾きをもって配置されている。したがって、入射面アレイ１１０側の任意の点から発せられた光線ａは、入射面１１のそれぞれに入射し、対向するプリズム１２によって反射されて、各出射面１３から出射される。

ＲＰＬＡ１は、入射面アレイ１１０と、プリズムアレイ１２０と、出射面アレイ１３０とを、１つに集積化した光学素子であって、例えば、樹脂成形によるものである。

次に、ＲＰＬＡ１についてより詳細に説明する。図２は、ＲＰＬＡ１の短手方向の形状を示す光路断面である。なお、図２は、任意の光学面の面頂点を通るＸＺ平面に平行なＸＺ断面図であって、図３におけるａ−ａ線断面図でもある。図２に示すように、ＲＰＬＡ１の入射面１１側から入射した光線ａは、プリズム１２において光路をＺ方向に向けて９０°折り曲げるように反射され、出射面１３から出射される。出射面１３から出射された光線ａ（光束）は、像面（不図示）の略１点にて集光し結像される。

図３は、ＲＰＬＡ１の長手方向の光路断面図である。図３は、プリズム１２を中心にして、左側にＸＹ平面に平行な断面形状を示し、右側にＹＺ平面に平行な断面形状を示している。なお、図３は、入射面１１とプリズム１２と出射面１３のそれぞれの中心を通り、Ｙ方向に平行な方向の断面であって、図２に示すｂ−ｂ線断面図でもある。言い換えると、図３は、出射面１３からプリズム１２までの断面をＸ方向に９０°折り曲げて、入射面１１からプリズム１２までの断面と平行になるように表現している。また、図３において、対になる入射面１１と出射面１３同士のＹ方向端部の仮想面を符号２１によって示している。

図４は、入射面１１の光学面を、Ｘ方向側（光源側）から見た図である。隣り合う入射面１１同士の境界線を、符号２２によって示している。

図５（ａ）は、プリズムアレイ１２０の配列面に対する垂直方向（図２における方向Ｐ）からみた図であって、プリズム１２の山と谷の稜線を示している。図５（ｂ）は、プリズムアレイ１２０の長手方向縦断面図であって、ＸＹ平面と４５°の角度を形成する平面に平行な断面図である。図５（ｂ）に示すように、プリズムアレイ１２０を構成する各プリズム１２の頂角は９０°である。

図１及び図３に示すように、ＲＰＬＡ１における入射面１１は、第１の軸方向に沿って第１のピッチで複数配列され、同じく出射面１３は、第１の軸方向に沿って第３のピッチで複数配列されている。この第１のピッチと第３のピッチは、同じ配列ピッチである。また、プリズム１２は、第１の軸方向に沿って第２のピッチで複数配列されている。第２のピッチは、第１のピッチ及び第３のピッチよりも短い。第１及び第３のピッチである入射面１１と出射面１３の配列ピッチは、例えば０．８ｍｍである。また、第２のピッチであるプリズム１２の配列ピッチは、例えば、０．０１ｍｍである。

ＲＰＬＡ１は、入射面１１から入射された光線ａが、プリズムアレイ１２０を構成するプリズム１２において全反射を２回する。そのため、Ｙ方向においては、ある入射面１１から入射した光線ａは、プリズム１２への入射角度と同じ出射角度をもって、対となる出射面１３へと出射される。このプリズム１２への入射角度と、プリズム１２からの出射角度のそれぞれを「角度θ」とする。

図３から明らかなように、ＲＰＬＡ１は、いわゆる再帰反射光学系である。このように構成することでＲＰＬＡ１は、配列方向について正立結像をさせることができる。したがって、物体面上のある１点から出た光線ａは、複数の入射面１１を通過して、略１点に結像される。このようにＲＰＬＡ１は、Ｙ方向について再帰反射光学系であるから、明るい結像が可能となる。

また、図２から明らかなように、ＲＰＬＡ１は、ＸＺ平面においては、入射面１１から入射した光線ａがプリズム１２で全反射し、光路を９０度折り曲げながら、出射面１３から出射される。すなわち、ＲＰＬＡ１は、ＸＺ平面においては、入射面１１と出射面１３の２面で結像させる。このように、ＲＰＬＡ１は、配列直交方向については倒立結像となる。

ここで、ＲＰＬＡ１の効果について説明する。図６は、従来の結像光学系の例であるＲＰＬＡ１ａを示す光路断面図である。図６（ａ）は、図２と同様の短手方向の光路断面図である。図６（ｂ）は、図３と同様の長手方向の光路断面図である。

図６（ｂ）に示すように、プリズム１２ａのピッチを、入射面１１ａのピッチ及び出射面１３ａのピッチと等しくすると、入射面１１ａと出射面１３ａの配列方向端部を結ぶ仮想面２１ａを通過する光線ａは、像面上の所望の位置に結像しなくなる。このように像面に結像しない光線ｂは、ゴースト光になる。

すなわち、プリズム１２ａのピッチと、入射面１１ａ及び出射面１３ａのピッチを等しくすると、プリズムレンズアレイ１２０ａ上におけるＹ方向で光線ａの位置がずれることになる。そうすると、本来はペア（対）にならない入射面１１ａと出射面１３ａを通過する光線ｂが生じる。このような「ずれた光線ｂ」がゴースト光の原因になる。

したがって、ＲＰＬＡ１のようにプリズム１２の配列ピッチを入射面１１の配列ピッチよりも小さくすれば、入射面１１と出射面１３の配列方向端部を結ぶ仮想面２１を通過する光線ａのプリズムアレイ１２０上でのＹ方向の位置ずれは小さい（図３を参照）。

ＲＰＬＡ１は、第１の軸方向であるＹ方向に関して同じ位置にある入射面１１における１の光学面（入射光学面）と、出射面１３における１の光学面（出射光学面）は対になっている。点光源から出射されて、対になっている入射光学面に入射した光線ａのうち、入射光学面と出射光学面のＹ方向の端部を結ぶ仮想面２１を通過した光線ａは、プリズム１２で反射された後に、再度、仮想面２１を通過して、出射光学面に向かう。

以上説明したＲＰＬＡ１によれば、入射面１１から入射してプリズム１２によって反射された光線ａは、入射面１１とペア（対）になる出射面１３から出射されて結像されるので、ゴースト光の発生を防ぐことができる。また、光線ａを所望の位置に結像させることができるため、明るい結像を得ることができる。

●結像光学系の実施形態２
次に、本発明に係る結像光学系の別の実施形態について説明する。すでに説明した実施形態と同様の構成には、同じ符号を付与して詳細な説明を省略し、異なる点について重点的に説明する。結像光学系に起因してゴースト光が生じる原因は、既に説明をしたものの他にもある。例えば、入射面１１と、プリズム１２と、出射面１３との相対位置の誤差や、光源（不図示）とＲＰＬＡ１との相対位置の誤差によっても、ゴースト光が生ずる。これらの誤差があると、入射面１１→プリズム１２→出射面１３の順に光線ａが通過せずに像面（不図示）に到達する場合がある。このように、正規のルートを通過しない光線ａが像面に到達すると、ゴースト光になる。

相対位置誤差に起因するゴースト光を防止するには、すでに説明したＲＰＬＡ１の入射面１１と光源との間にアパーチャを配置し、入射面１１のＺ方向の端部付近の光線ａを遮光すればよい。

しかし、入射面１１の前段にアパーチャを配置すると、部品点数が増加することになる。さらに、アパーチャと入射面１１との正確な位置合わせを要するので、製造コストの上昇につながる。さらに、配置するアパーチャの形状は、Ｙ方向に細長いスリット形状にする必要がある。このような形状のアパーチャを加工するのは困難であり、強度も弱くなるから、機械振動への耐性が低下する。

そこで、本実施形態に係るＲＰＬＡ１では、ＲＰＬＡ１のプリズム１２がアパーチャ機能を備える。すなわち、アパーチャ機能付きのプリズム１２と、入射面１１と出射面１３とを一体にすることで、入射面１１とプリズム１２のアパーチャの相対位置の精度を高くすることができる。また、一体化することで、強度を高めることができ、機械振動への耐性を向上させる。

図７を用いて、プリズム１２にアパーチャ機能を付加したＲＰＬＡ１について説明する。図７は、図２と同様のＲＰＬＡ１の光路断面図である。図７に示すように、入射面１１の任意の光学面の面頂点を通るＸＺ断面において、入射面１１のＺ軸方向における幅を「Ｗｉ」とし、同じくＸＭ断面において、プリズム１２のＺ軸方向における幅を「Ｗｐｉ」とする。

仮に、Ｗｉ≦Ｗｐｉであれば、入射面１１とプリズム１２と出射面１３の相対位置や、光源（不図示）とＲＰＬＡ１との相対位置の誤差により、光源からの光線ａのうち、入射面１１→プリズム１２→出射面１３の順に通過しないものが生じる。例えば、入射面１１とプリズム１２を通過したあとに、出射面１３以外を通過する光線ｂが像面に到達するようになる。このような光線ｂが、ゴースト光になる。

そこで、本実施形態に係るＲＰＬＡ１では、Ｗｉ＞Ｗｐｉになるように構成する。すなわち、出射面１３における任意の光学面の面頂点を通るＸＺ断面において、Ｚ方向のプリズム１２の幅（Ｗｐｉ）を、出射面１３における光学面の幅（Ｗｉ）よりも小さくする。この条件を満足するＲＰＬＡ１によれば、入射面１１を通過した光の一部のみをプリズム１２に入射させことができる。

言い換えれば、光源から出射されて入射面１１を通過した光線ａの一部は、プリズム１２に入射されなくなる。このプリズム１２に入射しない光線ｂは、出射面１３側（像面側）には向かわないので、ゴースト光にはならない。このように、入射面１１とプリズム１２のＺ方向の長さ寸法を調整することで、プリズム１２にアパーチャ機能を付与することができる。これによって、入射面１１とプリズム１２と出射面１３の間に相対位置の誤差があったとしても、入射面１１、プリズム１２、出射面１３へと順番に通過しない光線ｂが、像面に到達することはなくなり、ゴースト光の発生を抑止できる。

なお、入射面１１と出射面１３の配列ピッチ（レンズピッチ）とプリズム１２のピッチが等しいときは、前述のように、プリズムアレイ１２０上におけるＹ方向の光線位置ずれに起因するゴースト光の影響が大きい。したがって、それ以外に起因するゴースト光は目立ちにくい。

しかし、上述したＲＰＬＡ１によれば、明るい結像を実現するとともに、プリズムアレイ１２０のＹ方向における光線位置ずれに起因するゴースト光は大きく低減される。そのために、例えば、入射面１１→プリズム１２→出射面１３の順に通過せずに像面に到達する光線ｂに起因するゴースト光の影響が目立つようになる。

以上説明したＲＰＬＡ１によれば、プリズム１２にアパーチャ機能を備えるので、目立つゴースト光の発生を防ぐことができ、良好で明るい結像を得ることができる。

なお、光源として用いられるＬＥＤや有機ＥＬなどからの光は、広がりが大きく、結像光学系の入射面に入射しない光の割合が大きくなりがちである。このような光源（ＬＥＤや有機ＥＬなど）を用いることで、ゴースト光が生じる可能性が高くなる。光源からの広がりを抑制するために、入射面側にアパーチャを設ければよいが、結像光学系の個々の入射面に対応するアパーチャアレイを精度よく作製することは、非常に困難である。したがって、光源にＬＥＤや有機ＥＬなどを用いるときに、結合光学系に、アパーチャ機能を備えるＲＰＬＡ１を用いると、ゴースト光の発生を効果的に抑制できる。すなわち、光源に、光の広がりが大きいものを用いるときの結合光学系として、ＲＰＬＡ１は非常に適している。

●結像光学系の実施形態３
ＲＰＬＡ１のプリズム１２にアパーチャ機能を付与するにあたり、入射面１１側のみではなく、出射面１３側にも付与してもよい。

すなわち、図７に示すように、ＲＰＬＡ１の出射面１３の任意の光学面の面頂点を通るＸＺ断面において、出射面１３のＸ軸方向における幅である出射面１３の光学面の幅を「Ｗｏ」、プリズム１２のＸ軸方向における幅を「Ｗｐｏ」とする。このＸ方向におけるプリズム１２の幅（Ｗｐｏ）が、出射面１３における光学面の幅（Ｗｏ）よりも小さくなるように、すなわち、Ｗｏ＞Ｗｐｏを満たすように構成することで、出射面１３側にもプリズム１２にアパーチャ機能を付与することができる。

これによって、入射面１１、プリズム１２、出射面１３の相対位置誤差があったとしても、ゴースト光の発生をより効果的に抑制することができる。

●結像光学系の実施形態４
次に、本発明に係る結合光学系におけるさらに別の実施形態について説明する。既に説明した実施形態に係るＲＰＬＡ１のようにプリズム１２の寸法を規定した上で、さらに、入射面１１を通過してプリズム１２を通過しない光は、プリズム１２から出射面１３につながる面の一部（例えば、図７における面Ｓ）の角度を所定の角度に設定する。これによって、ゴースト光の原因になる光を、面ＳからＲＰＬＡ１の外に出射させることができる。

この場合、例えば、面ＳをＹＺ平面と平行になるように設定すればよい。このように、プリズム１２に入射されない光が、プリズム１２から出射面１３につながる面の一部からＲＰＬＡ１外に出射されるようにすることで、不要な光を像面とは異なる方向に向かわせることができ、ゴースト光を抑止することができる。

●結像光学系の実施形態５
次に、本発明に係る結合光学系におけるさらに別の実施形態について説明する。既に説明した実施形態に係るＲＰＬＡ１において、光がプリズム１２から出射面１３につながる面の一部からＲＰＬＡ１の外に出るように構成するには、他の条件でも規定できる。

図８において、入射面１１の任意の面頂点（光学面の面頂点）を通るＸＺ断面において、入射面１１からプリズム１２に向かう方向を正方向、プリズム１２から出射面１３に向かう方向を正方向と規定する。また、入射面１１から出射面１３に向かう角度を正の角度として規定する。

本実施形態に係るＲＰＬＡ１は、図８に示すように、プリズム１２の側面のうち、出射面１３につながる側面Ｓ１と、正のＸ方向の軸が形成する角度θ１を所定の範囲内に設定する。

仮に、角度θ１を０ｄｅｇ≦θ１＜９０ｄｅｇに設定すると、入射面１１に入射した光のうち、プリズム１２には入射しない光は、側面Ｓ１で反射して、像面方向（出射面１３の方向、すなわち＋Ｚ方向）に向かう。このような光はゴースト光の原因になる。

そこで、本実施形態に係るＲＰＬＡ１は、側面Ｓ１と＋Ｘ軸がなす角度θ１を「−９０ｄｅｇ≦θ1≦０ｄｅｇ」（条件式１）を満足する範囲に設定する。これによって、入射面１１に入射してプリズム１２に入射しない光は、側面Ｓ１を透過するか、出射面１３とは異なる方向に反射される。つまり、ゴースト光の原因となる光を、ＲＰＬＡ１の外に射出することができ、ゴースト光の発生を抑止できる。

●結像光学系の実施形態６
次に、本発明に係る結合光学系におけるさらに別の実施形態について説明する。既に説明したＲＰＬＡ１とは異なる条件によっても、光がプリズム１２から出射面１３につながる面の一部からＲＰＬＡ１の外に出るように構成することができる。

図９において、入射面１１の面頂点（任意の光学面の面頂点）を通るＸＺ断面において、入射面１１からプリズム１２に向かう方向を正方向、プリズム１２から出射面１３に向かう方向を正方向と規定する。また、入射面１１から出射面１３に向かう角度を正の角度として規定する。

本実施形態に係るＲＰＬＡ１は、図９に示すように、プリズム１２につながる側面のうち、出射面１３につながる側面Ｓ２と、正のＸ方向の軸が形成する角度θ２を所定の範囲内に設定する。

仮に、角度θ２を０ｄｅｇ≦θ２に設定すると、入射面１１に入射した光のうち、プリズム１２には入射しない光は、側面Ｓ２で反射して、像面方向（出射面１３の方向、すなわち＋Ｚ方向）に向かう。このような光はゴースト光の原因になる。

そこで、本実施形態に係るＲＰＬＡ１は、側面Ｓ２と＋Ｘ軸がなす角度θ２を「−９０ｄｅｇ≦θ２≦０ｄｅｇ」（条件式２）を満足する範囲に設定する。これによって、入射面１１に入射してプリズム１２に入射しない光は、側面Ｓ２には入射しないので、ゴースト光の発生を抑止できる。

●結像光学系の実施形態７
次に、本発明に係る結合光学系におけるさらに別の実施形態について説明する。既に説明したＲＰＬＡ１とは異なる条件によっても、光がプリズム１２から出射面１３につながる面の一部からＲＰＬＡ１の外に出るように構成することができる。

図１０において、入射面１１の面頂点（任意の光学面の面頂点）を通るＸＺ断面において、入射面１１からプリズム１２に向かう方向を正方向、プリズム１２から出射面１３に向かう方向を正方向と規定する。また、入射面１１から出射面１３に向かう角度を正の角度として規定する。

本実施形態に係るＲＰＬＡ１は、図１０に示すように、プリズム１２の側面のうち、プリズム１２から出射面１３につながる側面の一部である側面Ｓ３において、側面Ｓ３の法線と正のＸ方向の軸にへいこうな直線との交点が形成する角度θ３を所定の範囲内に設定する。

仮に、角度θ３を−９０≦θ３＜４０ｄｅｇに設定すると、入射面１１に入射した光のうち、プリズム１２には入射しない光は、側面Ｓ３で全反射し、像面方向に向かう。全反射は理論的には１００％の反射であるので、大きな光が像面方向に向かう。このような光は、大きなゴースト光となる恐れがある。

そこで、本実施形態に係るＲＰＬＡ１は、側面Ｓ３と＋Ｘ軸がなす角度θ３を「−４０ｄｅｇ≦θ３＜９０ｄｅｇ」（条件式３）を満足する範囲に設定する。これによって、入射面１１に入射してプリズム１２に入射しない光が、側面Ｓ３を透過するか、出射面１３とは異なる方向に反射される。つまり、ゴースト光の原因となる光を、ＲＰＬＡ１の外に射出することができ、ゴースト光の発生を抑止できる。

また、角度θ３を「−４０ｄｅｇ≦θ３＜０ｄｅｇ」の範囲に設定すると、僅かではあるが、側面Ｓ３で反射して像面方向に向かう反射光が存在し、ゴースト光になる恐れがある。そこで、角度θ３は、「０ｄｅｇ≦θ３＜９０ｄｅｇ」（条件式４）に設定するのがよい。これによって、側面Ｓ３での反射光を像面方向とは異なる方向に向かわせることができ、ゴースト光の発生を抑止できる。

●プリンタヘッドの実施形態
次に、本発明に係るプリンタヘッドの実施形態について説明する。図１１は、本発明に係るプリンタヘッド３０の実施形態を示す断面図である。図１１において、プリンタヘッド３０は、既に説明をした結像光学系であるＲＰＬＡ１と、ＲＰＬＡ１の入射面アレイ１１０の配列方向（Ｙ方向）に、少なくとも１列のライン状に配列した複数の光源からなる光源アレイ３１と、光源アレイ３１を所定の位置で保持する基板３２と、を有してなる。

プリンタヘッド３０によれば、光源アレイ３１から出射された光線ａは、入射面アレイ１１０から入射してプリズムアレイ１２０で反射され、出射面アレイ１３０を介して、像面Ｄに結像する。

プリンタヘッド３０が備える結合光学系は、既に説明したＲＰＬＡ１であるから、ゴースト光が像面Ｄに到達することなく、明るい結像を得ることが出来る。

●画像形成装置の実施形態
次に、本発明に係る画像形成装置の実施形態について説明する。図１２は、本発明に係る画像形成装置の一例としての多色の画像を形成する画像形成装置５０の構成を示す構成図である。図１２において、画像形成装置５０は、像担持体である感光体５１（５１Ｙ、５１Ｍ、５１Ｃ、５１Ｋ）と、帯電器５２（５２Ｙ、５２Ｍ、５２Ｃ、５２Ｋ）と、光書込ユニットであるプリンタヘッド３０（３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋ）と、現像器５４（５４Ｙ、５４Ｍ、５４Ｃ、５４Ｋ）と、クリーニング手段５５（５５Ｙ、５５Ｍ、５５Ｃ、５５Ｋ）と、転写用帯電手段５６（５６Ｙ、５６Ｍ、５６Ｃ、５６Ｋ）と、転写ベルト５７と、定着手段５８と、を有して成る。なお、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは画像の色を表し、それぞれイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックを示す。

感光体５１が、既に説明した本発明に係るプリンタヘッド３０によって結像される像面である。

画像形成装置５０において、感光体５１Ｙ、５１Ｍ、５１Ｃ、５１Ｋは矢印の方向に回転する。この回転方向に順に、帯電器５２Ｙ、５２Ｍ、５２Ｃ、５２Ｋ、現像器５４Ｙ、５４Ｍ、５４Ｃ、５４Ｋ、転写用帯電手段５６Ｙ、５６Ｍ、５６Ｃ、５６Ｋ、クリーニング手段５５Ｙ、５５Ｍ、５５Ｃ、５５Ｋが配備されている。

帯電器５２Ｙ、５２Ｍ、５２Ｃ、５２Ｋは、感光体表面を均一に帯電するための帯電装置を構成する帯電部材である。帯電部材により感光体５１Ｙ、５１Ｍ、５１Ｃ、５１Ｋを帯電させた後、露光装置として用いた本発明に係るプリンタヘッド３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋにより露光することで静電潜像（静電像）を形成させる。

その静電潜像に基づき、現像部材により感光体面上にトナー像が形成される。すなわち、各トナーによる静電潜像を顕像化させる。さらに、転写用帯電手段５６Ｙ、５６Ｍ、５６Ｃ、５６Ｋにより、転写ベルト５７上に各色トナー像が転写される。これによって、転写ベルト上で各色トナー像が重ね合わされる。続いて、重ね合わされた各色トナー像を一括して記録媒体（例えば、記録紙）に転写し、最終的に定着手段５８により記録紙に画像が定着する。

プリンタヘッド３０は、すでに説明したとおり、光利用効率が高く、かつ、ゴースト光の発生が抑止されている。したがって、画像形成装置５０は、消費電力を低減しつつも、異常画像がない安定した画像を出力することができる。

１１ 入射面
１２ プリズム
１３ 出射面
１１０ 入射面アレイ
１２０ プリズムアレイ
１３０ 出射面アレイ

特許第４５７４０６３号明細書

Claims (13)

1. 結像機能を有する光学面が複数配置された入射面と、
   複数配置されたプリズムと、
   複数配置された出射面と、
   を有し、
   前記入射面は、第１の軸方向に沿って第１のピッチで複数配置され、
   前記プリズムは、前記第１の軸方向に沿って、第２のピッチで複数配置され、
   前記出射面は、前記第１の軸方向に沿って、第３のピッチで複数配置されていて、
   前記第１の軸方向をＹ方向、前記第１の軸方向に垂直な面での前記入射面における任意の光学面の面頂点の法線の方向をＸ方向、前記Ｙ方向及び前記Ｘ方向に直交する方向をＺ方向とするとき、
   ＸＺ断面において、前記Ｚ方向の前記プリズムの幅は、前記入射面における光学面の幅よりも小さい、
   ことを特徴とする結像光学系。
2. 前記第２のピッチは、前記第１のピッチ及び前記第３のピッチよりも短い、
   請求項１記載の結像光学系。
3. 前記ＸＺ断面において、前記Ｘ方向の前記プリズムの幅は、前記出射面における光学面の幅よりも小さい、
   請求項１または２に記載の結像光学系。
4. 点光源から出射されて前記入射面を通過した光の一部は、前記プリズムに入射されない、
   請求項１乃至３のいずれかに記載の結像光学系。
5. 前記プリズムに入射されない光は、前記プリズムから出射面につながる面の一部から前記結像光学系の外に出射される、
   請求項４記載の結像光学系。
6. 前記ＸＺ断面において、
   前記入射面から前記プリズムに向かうＸ方向を正方向とし、
   前記プリズムから前記出射面に向かうＺ方向を正方向とし、
   正方向の前記Ｘ方向から前記Ｚ方向に向かう角度を正の角度としたとき、
   前記プリズムにつながる側面のうち、前記出射面につながる側面の前記正のＸ方向における角度θ１は、以下の条件式１を満足する、
   請求項５記載の結像光学系。
   （条件式１）
   ―９０ｄｅｇ≦θ１≦０ｄｅｇ
7. 前記ＸＺ断面において、
   前記入射面から前記プリズムに向かうＸ方向を正方向とし、
   前記プリズムから前記出射面に向かうＺ方向を正方向とし、
   正方向の前記Ｘ方向から前記Ｚ方向に向かう角度を正の角度としたとき、
   前記プリズムにつながる側面のうち、前記入射面につながる側面の前記正のＸ方向における角度θ２は、以下の条件式２を満足する、
   請求項５または６に記載の結像光学系。
   （条件式２）
   ―９０ｄｅｇ≦θ２≦０ｄｅｇ
8. 前記ＸＺ断面において、
   前記入射面から前記プリズムに向かうＸ方向を正方向とし、
   前記プリズムから前記出射面に向かうＺ方向を正方向とし、
   正方向の前記Ｘ方向から前記Ｚ方向に向かう角度を正の角度としたとき、
   前記入射面の一部を通り、前記プリズムを通らず、前記Ｘ軸に平行な直線と交点を持ち、前記プリズムから前記出射面につながる側面の一部の法線と前記正のＸ軸の方向における角度θ３は、以下の条件式３を満足する、
   請求項５乃至７のいずれかに記載の結像光学系。
   （条件式３）
   ―４０ｄｅｇ≦θ３≦９０ｄｅｇ
9. 前記角度θ３は、以下の条件式４を満足する、
   請求項８記載の結像光学系。
   （条件式４）
   ０ｄｅｇ≦θ３＜９０ｄｅｇ
10. 光源から出射された光束は、前記入射面における複数の光学面に入射し、前記出射面における複数の光学面から射出された後、略１点に集光する、
    請求項１乃至９のいずれかに記載の結像光学系。
11. 前記第１の軸方向に関して同じ位置にある前記入射面における１の光学面と前記出射面における１の光学面は対になっており、
    前記対になっている入射面における光学面と前記出射面における光学面の第１の軸方向の端部を結ぶ仮想面において、
    点光源から出射され、前記対になっている入射面における光学面に入射した光のうち、当該仮想面を通過した光は、
    前記プリズムで反射された後に、再度、当該仮想面を通過して前記対になっている出射面における光学面に向かう、
    請求項１乃至１０のいずれかに記載の結像光学系。
12. 少なくとも１列のライン状に配列した光源を有する光源アレイと、前記光源アレイを保持する基板と、前記光源からの光が入射する結像光学系と、を有するプリンタヘッドであって、
    前記結像光学系は、請求項１乃至１１のいずれかに記載の結像光学系であることを特徴とするプリンタヘッド。
13. プリンタヘッドと、
    像担持体と、
    前記プリンタヘッドにより前記像担持体上に形成された静電像を各色トナーで顕像化する現像手段と、
    前記像担持体上に顕像化された画像を記録媒体に転写する転写手段と、
    を有してなる画像形成装置であって、
    前記プリンタヘッドは、請求項１２記載のプリンタヘッドであることを特徴とする画像形成装置。

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