JP2015022163A - レンズアレイユニット、画像読取装置、および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズアレイユニットにおけるクロストークおよび光量ムラを抑制する。
【解決手段】レンズアレイユニット１３は第１のレンズアレイ１７と遮光壁１８とを有する。第１のレンズアレイ１７は複数の第１のレンズ２１を有する。複数の第１のレンズ２１を第１の列および第２の列に主走査方向に沿って交互に並ぶように配置する。遮光壁１８を第１のレンズ２１の第１面側に配置する。遮光壁１８は壁部を有する。壁部を第１の列および第２の列それぞれにおいて互いに隣合う第１のレンズ２１の間に第１のレンズ２１に接触するように配置する。
【選択図】図３

Description

本発明は、線状に画像を形成するレンズアレイユニット、画像読取装置、および画像形成装置に関するものである。

スキャナやファクシミリなどの画像読取装置、またはＬＥＤプリンタなどの画像形成装置には、主走査方向に沿って複数の縮小光学系または正立等倍光学系を配置した光学系ユニットが用いられていた。従来、製造コストの低減化のために、透過性材料の任意の面に主走査方向に沿って複数の曲面を形成することにより各曲面がレンズとして機能するレンズアレイプレートを用いることが提案されている（特許文献１、２参照）。

特開２００６−０１４０８１号公報 特開２０１３−０４５０９６号公報

しかし、曲面を主走査方向に沿って配置したレンズアレイプレートを用いると、大光量の点光源から発する光線が大きな入射角度でレンズアレイプレート（図１１符合１３’参照）に入射し得る。大きな入射角度で入射する光は、曲面と曲面の間の微小な平坦面に入射し得（図１１符合ｒｙ１参照）、また入射した曲面と異なる領域に到達し得（符号ｒｙ２参照）、結像すべき位置と異なる位置（符号ｗｌ参照）に結像するクロストークが発生し得る。クロストークは、画像の再現性を低下させる。

また、凸面を主走査方向に沿って配置したレンズアレイプレートを用いると、結像される光学像に主走査方向に沿って光量ムラが生じ得る。光学像に生じる光量ムラを画像読取装置においては画像処理により光量ムラを低減化可能であるが、光量ムラ、すなわち濃淡の差が大きくなる程、ダイナミックレンジが低下する。また、光学像に光量ムラが生じると、画像形成装置においては画像の再現性が低下する。

したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、クロストークおよび光学像の光量ムラを抑制したレンズアレイユニット、画像読取装置、および画像形成装置を提供することにある。

上述した諸課題を解決すべく、第1の観点によるレンズアレイユニットは、
主走査方向に沿った第１の列および第２の列に、前記主走査方向に沿って交互に並ぶように配置された複数の第１のレンズを有する第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズの第１面側に配置され、前記第１の列および前記第２の列それぞれにおいて互いに隣合う前記第１のレンズの間に前記第１のレンズに接触するように配置される壁部を有する遮光壁とを備える
ことを特徴とするものである。

また、第２の観点による正立等倍レンズアレイユニットにおいては、
前記第１の列および前記第２の列上の前記第１のレンズが、前記第１の列および前記第２の列の間の前記主走査方向に沿った線に重なるように配置される
ことが好ましい。

また、第３の観点による正立等倍レンズアレイユニットにおいては、
前記第１の列および前記第２の列上の前記第１のレンズの外縁が互いに密着するように配置される
ことが好ましい。

また、第４の観点による正立等倍レンズアレイユニットにおいては、
前記第１のレンズと光軸が重なるように配置される第２のレンズを有する第２のレンズアレイを、さらに備え、
前記第１のレンズおよび前記第２のレンズが正立等倍像を形成する
ことが好ましい。

また、第５の観点による正立等倍レンズアレイユニットにおいては、
前記第１のレンズアレイおよび前記第２のレンズアレイの間に設けられ、前記第１のレンズの第２面の近傍に開口を有する遮光部を、さらに備える
ことが好ましい。

また、第６の観点による正立等倍レンズアレイユニットにおいては、
前記第１のレンズの第１面から所定の距離だけ離れた物体面に対する前記第１のレンズの結像位置が、前記第１のレンズおよび前記第２のレンズの間である
ことが好ましい。

また、第７の観点による正立等倍レンズアレイユニットにおいては、
前記第１のレンズおよび前記第２のレンズを有する光学系は、物体側にテレセントリックである
ことが好ましい。

また、第８の観点による画像読取装置は、
前記第１の列および前記第２の列の間において前記第１のレンズの光軸に平行な線に沿って前記第１のレンズアレイより像側に配置され、前記主走査方向に沿った像を読取る読取部とを備える
ことを特徴とするものである。

また、第９の観点による画像形成装置は、
前記第１の列および前記第２の列の間において前記第１のレンズの光軸に平行な線に沿って前記第１のレンズアレイより物体側に配置され、前記主走査方向に沿って並ぶ複数の光源を有する光源アレイとを備える
ことを特徴とするものである。

上記のように構成された本発明に係る正立等倍レンズアレイユニット、画像読取装置、および画像形成装置によれば、クロストークおよび光学像の光量ムラを抑制可能である。

本発明の一実施形態に係る正立等倍レンズアレイユニットを有する画像読取ユニットの外観を示す斜視図である。 図１における主走査方向に垂直な平面による画像読取ユニットの断面図である。 正立等倍レンズアレイユニットの外観を示す斜視図である。 第１のレンズアレイにおける第１のレンズの配置を示す第１のレンズアレイの正面図である。 遮光壁の正面図である。 第１のレンズアレイに遮光壁を密着させたときの第１のレンズと遮光壁との重なりを示す図である。 図３における主走査方向に垂直な平面による単位光学系の部分断面図である。 レンズアレイユニットにより結像する画像の主走査方向に沿った濃淡の発生を示す図である。 従来のレンズアレイユニットにおいて理想位置から物体面が変位した場合における像面上の結像位置の変化を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るレンズアレイユニットを有する画像形成装置の概略構成を示す構成図である。 従来のレンズアレイユニットにおけるクロストークの発生原理を説明するための図である。

以下、本発明を適用したレンズアレイユニットの実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るレンズアレイユニットを有する画像読取ユニット１０の斜視図である。画像読取ユニット１０はイメージスキャナなどの画像読取装置に用いられる。画像読取ユニット１０は、画像読取面ｉｃｓに配置される被写体の画像を主走査方向に沿った直線状に読取可能である。画像読取ユニット１０を、主走査方向に垂直な副走査方向に変位させながら、直線状の画像を連続的に読取ることにより、被写体の２次元状の画像が読出される。

次に、図２を用いて画像読取ユニット１０の構成を説明する。図２は、図１において主走査方向に垂直な平面であって一点鎖線で示した部位の断面を概略的に示す図である。ただし、図１と異なり、カバーガラス１１が設けられている。なお、図２の裏面から表面に向かう方向を主走査方向、左から右に向かう方向を副走査方向、および上から下に向かう方向を光軸方向とする。

画像読取ユニット１０は、カバーガラス１１、照明系１２、レンズアレイユニット１３、読取部１４、および位置規定部材１５を含んで構成される。カバーガラス１１、照明系１２、レンズアレイユニット１３、および読取部１４は、位置規定部材１５によって、互いの位置および姿勢が以下に説明する状態に維持されるように固定される。

位置規定部材１５には、孔部１６が形成される。孔部１６は第１の室部ｒｍ１と第２の室部ｒｍ２とを有している。第１の室部ｒｍ１は第２の室部ｒｍ２より副走査方向の幅が長くなるように、形成される。

孔部１６の第１の室部ｒｍ１側の端に、カバーガラス１１が冠着される。第１の室部ｒｍ１には、照明系１２が配置される。なお、照明系１２は、光軸方向から見て第２の室部ｒｍ２に重ならない位置に配置される。照明系１２から発する照明光がカバーガラス１１の方向に出射するように照明系１２は設けられる。すなわち、照明系１２を構成する光源（図示せず）や照明光学系（図示せず）の姿勢や位置が定められる。

第２の室部ｒｍ２には、レンズアレイユニット１３が挿着される。また、孔部１６の第２の室部ｒｍ２側の端に、読取部１４が固着される。読取部１４は、副走査方向において、後述する第１の列および第２の列の中間位置に配置される。

なお、カバーガラス１１の平面の法線、レンズアレイユニット１３に設けられる各光学系の光軸、および読取部１４の受光面の法線は光軸方向と平行となるように、姿勢が調整される。

上述のような構成において、照明系１２から発する照明光がカバーガラス１１を介して被写体（図示せず）に照射される。被写体による照明光に対する反射光がカバーガラス１１を透過する。被写体の反射光がレンズアレイユニット１３によって読取部１４の受光面に結像する。結像した光学像が読取部１４によって撮像され、電気信号である画像信号が生成される。

読取部１４はＣＣＤラインセンサやＣＭＯＳラインセンサなどであって、読取部１４の長手方向が主走査方向に平行となるように配置され、主走査方向に沿った１次元の画像信号を生成する。生成された１次元の画像信号は信号処理回路（図示せず）に送信され、所定の画像処理が施される。画像読取ユニット１０を変位させながら生成した複数のフレームの１次元の画像信号を生成することによって２次元状の画像信号が生成される。

次に、レンズアレイユニット１３の詳細な構成を、図３を用いて説明する。レンズアレイユニット１３は、第１のレンズアレイ１７、遮光壁１８、第２のレンズアレイ１９、および連結部２０（遮光部）によって構成される。

第１のレンズアレイ１７には、透明な板状部材の対向する両側面に複数の凸面を形成することにより、複数の第１のレンズ２１が設けられる。複数の第１のレンズ２１は光軸が互いに平行になるように姿勢が定められる。

図４に示すように、第１のレンズ２１は、光軸に垂直である主走査方向に沿った第１の列ｒｗ１および第２の列ｒｗ２に、主走査方向に沿って交互に並ぶように配置される。すなわち、第１の列ｒｗ１における各々の第１のレンズ２１は、主走査方向に沿った、第２の列ｒｗ２において互いに隣合う第１のレンズ２１の間の位置に配置される。また、第２の列ｒｗ２における各々の第１のレンズ２１は、主走査方向に沿った、第１の列ｒｗ１において互いに隣合う第１のレンズ２１の間の位置に配置される。また、第１の列ｒｗ１および第２の列ｒｗ２上の第１のレンズ２１は、外縁が互いに近接、望ましくは密着するように配置されており、第１の列ｒｗ１および第２の列ｒｗ２の間の主走査方向に沿った線（符号ｉｌ参照）に重なる。

遮光壁１８は、第１のレンズ２１の第１面側、すなわち第１のレンズアレイ１７の物体側において、第１のレンズアレイ１７に密着する（図３参照）。図５に示すように、遮光壁１８は、第１の壁部２２および第２の壁部２３を含んで構成される。第１の壁部２２は、矩形の枠形状を有し、長辺が主走査方向と平行である。第２の壁部２３は、第１の壁部２２の枠形状における長辺の内側に突出する。第１の壁部２２は、遮光壁１８を第１のレンズアレイ１７に密着させた状態で、光軸方向に見て、第１の列ｒｗ１および第２の列ｒｗ２上の第１のレンズ２１の外縁と接触する（図６符合ｃ１参照）。第２の壁部２３は、遮光壁１８を第１のレンズアレイ１７に密着させた状態で、光軸方向に見て、第１の列ｒｗ１および第２の列ｒｗ２上それぞれにおいて互いに隣合う第１のレンズ２１間において第１のレンズ２１に接触する（符号ｃ２参照）。遮光壁１８は、斜方から入射することにより第１の列ｒｗ１および第２の列ｒｗ２上で互いに近接する第１のレンズ２１間でクロストークを発生させ得る光を遮光可能な厚み（図５における紙面垂直方向）を有する。

第２のレンズアレイ１９には、透明な板状部材の対向する両側面に複数の球面（または非球面）を形成することにより、複数の第２のレンズ２４（図２参照）が設けられる。複数の第２のレンズ２４は光軸が互いに平行になるように姿勢が定められる。また、第２のレンズ２４は、第１の実施形態と同様に、第１の列ｒｗ１および第２の列ｒｗ２に、主走査方向に沿って交互に並ぶように配置される。

第１のレンズアレイ１７と第２のレンズアレイ１９とは、連結部２０によって連結される。各第１のレンズ２１の光軸と何れかの第２のレンズ２４の光軸とが重なるように、第１のレンズアレイ１７と第２のレンズアレイ１９との位置が合わされる。

連結部２０には、複数の透光孔２５（開口）が形成される。透光孔２５は各第１のレンズ２１から第２のレンズ２４に向けて貫通している。なお、連結部２０の第１のレンズ２１側の面は絞りとして機能し、透光孔２５以外の面に入射する光を遮光する。

透光孔２５の形状について、さらに詳細に説明する。図７に示すように、同一の中心線ｃｌを有して連続する２つの円錐台の側面に沿った形状に、透光孔２５の内面は形成される。また、第１のレンズ２１側の透光孔２５の口径が第２のレンズ２４側の口径より小さくなるように、透光孔２５は形成される。中心線ｃｌが第１のレンズ２１および第２のレンズ２４の光軸と重なるように、透光孔２５の形成位置が定められる。

さらに、透光孔２５の内面には、光の反射を抑える処理や光を吸収する処理が施される。例えば、光の反射を抑制する処理として、サンドブラストなどにより表面を荒らすシボと呼ばれる処理や、表面をスクリュー状に加工することによって反射光線の進行を抑制する処理である。また、光を吸収する処理として、吸光塗料による内面の塗布などが挙げられる。

遮光壁１８、第１のレンズ２１、透光孔２５、および第２のレンズ２４によって単位光学系２６が構成される（図２参照）。

各単位光学系２６が、正立等倍光学系となるように且つ物体側に実質的にテレセントリックとなるように、第１のレンズ２１および第２のレンズ２４が設計され、単位光学系２６が構成される。

本実施形態においては、第１のレンズ２１の第１面および第２のレンズ２４の両面が凸面になるように形成することにより、正立等倍性が単位光学系２６に設けられる。なお、第１のレンズ２１の第２面は凸面、凹面、および平面のいずれであってもよい。

以上のような構成の本実施形態のレンズアレイユニットによれば、第１のレンズ２１が主走査方向に沿って第１の列ｒｗ１および第２の列ｒｗ２に交互に並ぶように配置される。

このような配置により、レンズアレイユニット１３では、光軸に垂直な平面上で主走査方向と平行な方向から入射する光線によるクロストークの発生が大きく抑制される。また、第１の列ｒｗ１および第２の列ｒｗ２上で隣合う第１のレンズ２１間の方向、すなわち光軸に垂直な平面上で主走査方向に傾斜した方向（図６符合Ｄ参照）から入射する光線はクロストークを発生させ得るが、当該光線は遮光壁１８により遮光される。したがって、レンズアレイユニット１３によれば、クロストークの発生を抑制可能である。

また、このような配置により、レンズアレイユニット１３では、読取部１４を副走査方向において、第１の列ｒｗ１および第２の列ｒｗ２の中間位置に配置すれば、レンズアレイユニット１３により結像する画像において主走査方向に沿った濃淡の差を低減化可能である。従来知られているように、レンズなどの光学系による像は、像面と光軸との交点が最も明るく光軸から離れるほど暗くなる。したがって、図８（ａ）に示すように、主走査方向に沿って連続するように単位光学系２６”を配置したレンズアレイユニット１３”においては、結像面における光学像に光量ムラ、すなわち照度の濃淡に差が生じる（図８（ｂ）実線参照）。一方で本実施形態のレンズアレイユニット１３では、上述のような第１のレンズ２１の配置により、読取部１４に結像する光学像の光量ムラが低減化される（図８（ｂ）破線参照）。光量ムラの低減化により、画像読取装置としてのダイナミックレンジを向上可能である。

また、本実施形態のレンズアレイユニットによれば、通常のレンズを用いて形成可能であって、アレイ全体として被写界深度を拡大可能である。アレイ全体として被写界深度が拡大される効果について以下に詳細に説明する。

図９（ａ）に示すように、従来のレンズアレイユニット１３’’’では、像面ｉｓまでの距離に対して理想の物体面ｏｓの位置に載置された物体が各単位光学系２６’’’により像面ｉｓ上に等倍の正立像として結像される。複数の単位光学系２６’’’によって形成される像は位置ずれを生じることなく一つの全体像として写し出される（図９（ａ）参照）。

しかし、図９（ｂ）に示すように、物体面ｏｓが理想位置から変位することにより個々の単位光学系２６’’’の像面ｉｓにおける等倍性が崩れ、物体面ｏｓにおける同じ一点の像面ｉｓにおける結像位置が互いに隣接する単位光学系２６’’’で異なる。それゆえ、レンズアレイユニット１３’’’全体により写し出される像にはブレが生じる。したがって、レンズアレイユニット全体としての被写界深度は浅くなる。

一般的に、物体側の主光線の入射角度が大きくなるほど、物体面ｏｓの変位に対するレンズの倍率の変化は大きくなる。レンズアレイユニット全体では、倍率の変化が大きくなるほど、隣接するレンズによる物体面ｏｓの同一の点の結像位置のズレが大きくなる。

それゆえ、理想的には、主光線の入射角度がゼロであれば、物体面ｏｓの変位に対して倍率は変化しない。それゆえ、物体面ｏｓが理想位置から変位しても物体面ｏｓ上の一点の別々のレンズによる結像位置がずれずに像面上の同じ位置に結像する。すなわち、レンズアレイを構成する個々の光学系が物体側テレセントリックであれば、レンズアレイ全体としての被写界深度を深く保つことが可能である。このように、レンズアレイユニット１３は、レンズアレイ全体としての被写体深度を深化させることが可能である。

また、本実施形態のレンズアレイユニットによれば、透光孔２５の第１のレンズ２１側の口径が第２のレンズ２４側の口径より小さいので、他の単位光学系２６の第１のレンズ２１からの迷光の、第２のレンズ２４への入射を防止することが可能である。

互いに近接する第１のレンズ２１では、隣接する第１のレンズ２１の側面などから迷光が入射することがあり得る。このような迷光の混入により、結像される画像のノイズの影響が大きくなる。しかし、本実施形態のように、透光孔２５を用いて迷光の第２のレンズ２４への入射を抑制することにより迷光が抑止され、画像のノイズの影響を低減化させることが可能である。

また、本実施形態では、透光孔２５の内面には光の反射を抑える処理や光を吸収する処理が施されるので、第１のレンズ２１側の開口を通過し、透光孔２５の内面に入射する迷光の第２のレンズ２４への伝播を防ぐことが可能である。

また、本実施形態のレンズアレイユニットによれば、第１の列ｒｗ１および第２の列ｒｗ２上の第１のレンズ２１が互いに近接するように配置される。このような構成により、画像の欠落を抑制可能である。また、密着するように配置することにより画像の欠落をさらに抑制可能である。

本実施形態では、前述のように、各単位光学系２６は物体側に実質的にテレセントリックであるため、単位光学系２６の径外に位置する点からの光の透過量は低い。それゆえ、隣接する単位光学系２６間に隙間があると、隙間の延長上の物体面ｏｓ上の点の像が極めて暗くなり、画像が欠落することもあり得る。しかし、上述のように、第１の列ｒｗ１および第２の列ｒｗ２上の第１のレンズ２１が密着するので、このような隙間が無く、欠落の無い画像を得ることが可能である。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々
の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正
は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。

例えば、本実施形態のレンズアレイユニットは、画像読取装置に用いられる画像読取ユニット１０に設けられる構成であるが、図１０に示す画像形成装置２７に用いられてもよい。画像形成装置２７は、例えばＬＥＤレーザプリンタ２８に用いられる。

ＬＥＤレーザプリンタ２８は、感光ドラム２９、帯電器３０、画像形成装置２７、現像器３１、転写器３２、および除電器３３を含んで構成される。感光ドラム２９は円筒状で軸を中心として回転する。帯電器３０は、感光ドラム２９の表面を帯電させる。画像形成装置２７は、帯電させた感光ドラム２９上に静電潜像を形成する。現像器３１は、静電潜像をトナーで現像する。転写器３２は、現像された画像を用紙３４に転写する。除電器３３は、感光ドラム２９に帯電した電荷を除電する。

画像形成装置２７は、本実施形態のレンズアレイユニット１３およびＬＥＤ基板３５（光源アレイ）を含んで構成される。ＬＥＤ基板３５には直線上にＬＥＤが設けられる。各ＬＥＤの発光を制御することにより、ＬＥＤ基板３５は１次元状の画像を形成する。レンズアレイユニット１３は、ＬＥＤ基板３５が形成する画像を、上述の感光ドラム２９に露光する。

１０ 画像読取ユニット
１１ カバーガラス
１２ 照明系
１３、１３’、１３”、１３’’’ レンズアレイユニット
１４ 読取部
１５ 位置規定部材
１６ 孔部
１７ 第１のレンズアレイ
１８ 遮光壁
１９ 第２のレンズアレイ
２０ 連結部
２１ 第１のレンズ
２２ 第１の壁部
２３ 第２の壁部
２４ 第２のレンズ
２５ 透光孔
２６、２６”、２６’’’ 単位光学系
２７ 画像形成装置
２８ レーザプリンタ
２９ 感光ドラム
３０ 帯電器
３１ 現像器
３２ 転写器
３３ 除電器
３４ 用紙
３５ ＬＥＤ基板
ｃｌ 中心線
ｉｃｓ 画像読取面
ｉｓ 像面
ｏｓ 物体面
ｒｍ１、ｒｍ２ 第１の室部、第２の室部
ｒｗ１、ｒｗ２ 第１の列、第２の列

Claims (9)

1. 主走査方向に沿った第１の列および第２の列に、前記主走査方向に沿って交互に並ぶように配置された複数の第１のレンズを有する第１のレンズアレイと、
   前記第１のレンズの第１面側に配置され、前記第１の列および前記第２の列それぞれにおいて互いに隣合う前記第１のレンズの間に前記第１のレンズに接触するように配置される壁部を有する遮光壁とを備える
   ことを特徴とするレンズアレイユニット。
2. 請求項１に記載のレンズアレイユニットであって、
   前記第１の列および前記第２の列上の前記第１のレンズが、前記第１の列および前記第２の列の間の前記主走査方向に沿った線に重なるように配置される
   ことを特徴とするレンズアレイユニット。
3. 請求項１または請求項２に記載のレンズアレイユニットであって、
   前記第１の列および前記第２の列上の前記第１のレンズの外縁が互いに密着するように配置される
   ことを特徴とするレンズアレイユニット。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレンズアレイユニットであって、
   前記第１のレンズと光軸が重なるように配置される第２のレンズを有する第２のレンズアレイを、さらに備え、
   前記第１のレンズおよび前記第２のレンズが正立等倍像を形成する
   ことを特徴とするレンズアレイユニット。
5. 請求項４に記載のレンズアレイユニットであって、
   前記第１のレンズアレイおよび前記第２のレンズアレイの間に設けられ、前記第１のレンズの第２面の近傍に開口を有する遮光部を、さらに備える
   ことを特徴とするレンズアレイユニット。
6. 請求項４または請求項５に記載のレンズアレイユニットであって、
   前記第１のレンズの第１面から所定の距離だけ離れた物体面に対する前記第１のレンズの結像位置が、前記第１のレンズおよび前記第２のレンズの間である
   ことを特徴とするレンズアレイユニット。
7. 請求項４から請求項６のいずれか１項に記載のレンズアレイユニットであって、
   前記第１のレンズおよび前記第２のレンズを有する光学系は、物体側にテレセントリックである
   ことを特徴とするレンズアレイユニット。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のレンズアレイユニットと、
   前記第１の列および前記第２の列の間において前記第１のレンズの光軸に平行な線に沿って前記第１のレンズアレイより像側に配置され、前記主走査方向に沿った像を読取る読取部とを備える
   ことを特徴とする画像読取装置。
9. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のレンズアレイユニットと、
   前記第１の列および前記第２の列の間において前記第１のレンズの光軸に平行な線に沿って前記第１のレンズアレイより物体側に配置され、前記主走査方向に沿って並ぶ複数の光源を有する光源アレイとを備える
   ことを特徴とする画像形成装置。

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