JP2015081923A - Imaging optical element, print head, image reading device, and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、結像光学素子と、その結像光学素子を有するプリントヘッドと、その結像光学素子を有する画像形成装置と、その結像光学素子を有する画像読取装置とに関するものである。 The present invention relates to an imaging optical element, a print head having the imaging optical element, an image forming apparatus having the imaging optical element, and an image reading apparatus having the imaging optical element.
プリントヘッド用の光学系の1つとして、レンズアレイと、ルーフプリズムアレイあるいはルーフミラーアレイとを用いて構成される光学系が知られている(例えば、特許文献1〜5参照)。 As one of the print head optical systems, an optical system configured using a lens array and a roof prism array or a roof mirror array is known (see, for example, Patent Documents 1 to 5).
一般に、プリントヘッドの深度は100μm程度と狭いため、光学系に要求される精度が高くなる。その結果、プリントヘッドには、特にレンズの光軸方向における調整機構が必要となることが多い。 Generally, since the depth of the print head is as narrow as about 100 μm, the accuracy required for the optical system is increased. As a result, the print head often requires an adjustment mechanism particularly in the optical axis direction of the lens.
また、プリントヘッドの深度が狭いことから、光学系の経時安定性への要求精度が高くなる。そのため、プリントヘッド用の光学系を構成する、レンズアレイと、ルーフプリズムアレイあるいはルーフミラーアレイとは、一体で構成することが望ましい。 In addition, since the depth of the print head is narrow, the accuracy required for the temporal stability of the optical system is increased. For this reason, it is desirable that the lens array and the roof prism array or the roof mirror array constituting the print head optical system are integrally formed.
例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献4、特許文献5には、2つのレンズアレイとプリズムアレイとを有する結像素子が一体で構成されることが開示されている。 For example, Patent Literature 1, Patent Literature 2, Patent Literature 4, and Patent Literature 5 disclose that an imaging element having two lens arrays and a prism array is integrally formed.
しかしながら、特許文献1、特許文献2、特許文献4、特許文献5に開示されている技術では、入射光と出射光とが平行ではない。このため、これらの技術では、例えば入射光に対して結像素子の光軸方向の調整を行うと、出射光の位置がずれてしまうため、レンズの位置調整が難しい。 However, in the techniques disclosed in Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 4, and Patent Document 5, the incident light and the emitted light are not parallel. For this reason, in these techniques, for example, if adjustment of the optical axis direction of the imaging element is performed with respect to incident light, the position of the emitted light is shifted, and thus it is difficult to adjust the position of the lens.
つまり、結像光学素子の光軸方向の調整を容易化するためには、入射光と出射光とが平行(または略平行)であることが望ましい。 That is, in order to facilitate the adjustment of the optical axis direction of the imaging optical element, it is desirable that the incident light and the emitted light are parallel (or substantially parallel).
また、例えば、特許文献3、特許文献5には、ルーフミラーアレイとレンズアレイと反射ミラーを用いた構成が開示されている。 For example, Patent Documents 3 and 5 disclose configurations using a roof mirror array, a lens array, and a reflection mirror.
しかしながら、特許文献3、特許文献5に開示されている構成では、レンズの光軸方向調整を行うと出射光の位置がずれてしまうため、レンズの位置調整が難しい。また、特許文献3、特許文献5に開示されている構成では、光学系を一体成型することが難しい。 However, in the configurations disclosed in Patent Document 3 and Patent Document 5, when the optical axis direction adjustment of the lens is performed, the position of the emitted light is shifted, so that it is difficult to adjust the position of the lens. Further, with the configurations disclosed in Patent Document 3 and Patent Document 5, it is difficult to integrally mold the optical system.
また、特許文献6には、レンズアレイとプリズムアレイと反射面とを単一の光学素子で実現した構成が開示されている。 Patent Document 6 discloses a configuration in which a lens array, a prism array, and a reflecting surface are realized by a single optical element.
ここで、特許文献6に開示されている構成では、入射光の方向と出射光の方向が略一致しているため、光学的な位置調整は容易である。 Here, in the configuration disclosed in Patent Document 6, the optical position adjustment is easy because the direction of the incident light and the direction of the outgoing light substantially coincide.
しかしながら、特許文献6に開示されている構成では、入射側レンズアレイ面及び出射側レンズアレイ面とプリズムアレイ面との角度が90度であることと、反射面の構成とを考えると、単純な形状の金型では成型することができない。 However, in the configuration disclosed in Patent Document 6, the angle between the incident side lens array surface and the output side lens array surface and the prism array surface is 90 degrees, and the configuration of the reflecting surface is simple. It cannot be molded with a shaped mold.
つまり、特許文献6に開示されている構成では、光学素子の精度が出ず、金型構成の複雑化に起因するコストアップを招くおそれがある。 That is, in the configuration disclosed in Patent Document 6, the accuracy of the optical element is not obtained, and there is a risk of increasing the cost due to the complicated mold configuration.
また、プリントヘッド用の光学系として、屈折率分布型レンズアレイが知られているが、光利用効率が十分とはいえないため、高速機への適用が難しい。特に、プリントヘッドの光源として有機EL(Electro-Luminescence)を用いる場合には、有機ELの光量がLED(Light
Emitting Diode)に比べて低いため、さらに高い光利用効率を有する光学系が必要となる。
Further, although a gradient index lens array is known as an optical system for a print head, it cannot be applied to a high-speed machine because the light utilization efficiency is not sufficient. In particular, when organic EL (Electro-Luminescence) is used as the light source of the print head, the amount of light of the organic EL is LED (Light
Therefore, an optical system having higher light utilization efficiency is required.
本発明は、一体成型が可能であり、かつ、容易に光学特性の調整をすることができる結像光学素子を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an imaging optical element that can be integrally molded and that can easily adjust optical characteristics.
本発明は、第1結像面アレイと、プリズムアレイと、反射面と、第2結像面アレイと、を有してなる結像光学素子であって、第1結像面アレイは、複数の結像面が配列されて構成され、プリズムアレイは、第1結像面アレイを構成する複数の結像面の配列方向と同一方向に複数のプリズムが配列されて構成され、第2結像面アレイは、第1結像面アレイを構成する複数の結像面の配列方向と同一方向に複数の結像面が配列されて構成され、第1結像面アレイを構成する複数の結像面の面頂点における法線を第1法線とし、プリズムアレイを構成する複数のプリズムの稜線を含む平面における法線を第2法線とし、反射面の法線を第3法線とし、第2結像面アレイを構成する複数の結像面の面頂点における法線を第4法線とし、第1法線と第2法線と第3法線と第4法線とについて、結像光学素子から外部に向かう方向を正とするとき、第1法線の正の方向と第3法線の正の方向とのなす角度は鋭角であり、第2法線の正の方向と第4法線の正の方向とのなす角度は鋭角である、ことを特徴とする。 The present invention is an imaging optical element that includes a first imaging plane array, a prism array, a reflecting surface, and a second imaging plane array, and the first imaging plane array includes a plurality of first imaging plane arrays. The imaging planes are arranged, and the prism array is configured by arranging a plurality of prisms in the same direction as the arrangement direction of the plurality of imaging planes constituting the first imaging plane array. The surface array is formed by arranging a plurality of imaging planes in the same direction as the arrangement direction of the plurality of imaging planes constituting the first imaging plane array, and a plurality of imaging forming the first imaging plane array. The normal line at the surface vertex of the surface is the first normal line, the normal line in the plane including the ridge lines of the plurality of prisms constituting the prism array is the second normal line, the normal line of the reflecting surface is the third normal line, The normal line at the surface vertices of the plurality of image planes constituting the two image plane array is defined as the fourth normal line, and the first normal line and the second normal line The angle formed by the positive direction of the first normal line and the positive direction of the third normal line when the direction from the imaging optical element to the outside is positive with respect to the line, the third normal line, and the fourth normal line Is an acute angle, and the angle formed between the positive direction of the second normal and the positive direction of the fourth normal is an acute angle.
本発明によれば、一体成型が可能であり、かつ、容易に光学特性の調整をすることができる。 According to the present invention, integral molding is possible and the optical characteristics can be easily adjusted.
以下、本発明に係る結像光学素子と、その結像光学素子を有するプリントヘッドと、その結像光学素子を有する画像形成装置と、その結像光学素子を有する画像読取装置との実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of an imaging optical element according to the present invention, a print head having the imaging optical element, an image forming apparatus having the imaging optical element, and an image reading apparatus having the imaging optical element are described below. Will be described with reference to the drawings.
●結像光学素子●
まず、本発明に係る結像光学素子の実施の形態について説明する。
● Imaging optics ●
First, an embodiment of an imaging optical element according to the present invention will be described.
図1は、本発明に係る結像光学素子の実施の形態を示す斜視図である。同図に示すように、結像光学素子10は、透光性の樹脂を一体成型してなり、第1結像面アレイ11と、プリズムアレイ12と、反射面13と、第2結像面アレイ14と、第1リブ15とを有する。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of an imaging optical element according to the present invention. As shown in the figure, the imaging
なお、以下の説明において、結像光学素子10において第1結像面アレイ11の外側(−X軸方向)に不図示の光源を設置するものとして説明するが、結像光学素子10において第2結像面アレイ14の外側(+X軸方向)に光源を設置することもできる。
In the following description, it is assumed that a light source (not shown) is installed outside the first imaging plane array 11 (−X axis direction) in the imaging
第1結像面アレイ11は、1次元方向(結像光学素子10の長手方向)に結像面11aがアレイ状に複数配列されて構成される。
The first
図2は、結像光学素子10のプリズムアレイ12のプリズム12aを示す概略構成図である。同図に示すように、プリズムアレイ12は、第1結像面アレイ11の結像面11aに対応して結像面11aの配列方向と同一方向(1次元方向)にプリズム12aがアレイ状に配列される。プリズム12aは、プリズム面12a1とプリズム面12a2との頂角を、例えば90度で構成されている。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing the
ここで、以下の説明において、第1結像面アレイ11の結像面11aと複数のプリズム12aと第2結像面アレイ14の結像面14aの配列方向(1次元方向)をY軸方向、第1法線の方向をX軸方向、X軸方向とY軸方向とに直交する方向をZ軸方向とする。
Here, in the following description, the arrangement direction (one-dimensional direction) of the
図1に戻る。反射面13は、全反射面もしくは結像光学素子10の表面にアルミ蒸着層などの反射率の高い部材が設けられているミラー反射面により構成されている。
Returning to FIG. The
第2結像面アレイ14は、1次元方向に複数の結像面14aがアレイ状に配列されて構成される。
The second
第1リブ15は、第1結像面アレイ11の長手方向側面(Y軸方向側部)に設けられている。ここで、第1リブ15は、第1結像面アレイ11の外方に延伸している。つまり、第1リブ15の−X軸方向の端部は、結像光学素子10の内部に向かう方向を+X軸方向するとき、第1結像面アレイ11の結像面の面頂点よりも−X軸方向に位置する。
The
また、第1リブ15は、Z軸方向からみたとき、プリズムアレイ12の少なくとも一部と重複する部分を有し、プリズムアレイ12の外方に延伸している。つまり、第1リブ15の+X軸方向の端部は、プリズムアレイ12の+X軸方向の端部よりも+X軸方向に位置する。
The
そして、第1リブ15を設けることにより、結像光学素子10では、一体成型の容易性を維持しつつ、結像光学素子10の強度を上げることができる。
By providing the
また、第1リブ15を設けることにより、結像光学素子10では、結像光学素子10の取り扱いの容易性(ハンドリング性)を向上することができる。
Further, by providing the
さらに、第1リブ15は、不図示のハウジングなど他の部品に結像光学素子10を固定するために用いることができる。
Further, the
図3は、結像光学素子10のXZ断面図である。同図に示すように、結像光学素子10において、第1結像面アレイ11と第2結像面アレイ14とは平行に設けられている。また、結像光学素子10において、プリズムアレイ12と反射面13とは、第1結像面アレイ11に対して45度傾けて設けられている。
FIG. 3 is an XZ sectional view of the imaging
図4は、結像光学素子10の図3の一点鎖線Bにおける断面図である。同図は、結像光学素子10について、図3の一点鎖線Bを通りY軸方向に平行な断面の図であり、プリズムアレイ12と反射面13との間は90度折り曲げて示している。
4 is a cross-sectional view of the imaging
なお、図4において、結像光学素子10の構成の理解を容易にするため、プリズムアレイ12の入射部と出射部を2つに分けて示している。
In FIG. 4, in order to facilitate understanding of the configuration of the imaging
ここで、図4を参照して、結像光学素子10における、光の進行方向(+X軸方向)における第1結像面アレイ11とプリズムアレイ12と反射面13と第2結像面アレイ14との間の距離について説明する。
Here, with reference to FIG. 4, in the imaging
第1結像面アレイ11とプリズムアレイ12との間の距離Laは、プリズムアレイ12と反射面13との間の距離Lbと反射面13と第2結像面アレイ14との間の距離Lcとの和に等しい。
The distance La between the first
このように構成することで、結像光学素子10では、結像性能を向上させることができる。
With this configuration, the imaging
図4に示すように、第1結像面アレイ11と第2結像面アレイ14の配列ピッチは、同一の0.8mmとしている。双方の配列ピッチを同一にすることで、第1結像面アレイ11と第2結像面アレイ14は、Y軸方向において光の位相ずれがないようにしている。
As shown in FIG. 4, the arrangement pitch of the first
ここで、プリズムアレイ12のプリズム12aの配列ピッチは、第1結像面アレイ11と第2結像面アレイ14の配列ピッチよりも小さい0.1mmとしている。
Here, the arrangement pitch of the
結像光学素子10に入射した光が結像する様子について、図3,4を参照して説明する。
The manner in which the light incident on the imaging
図3,4において、第1結像面アレイ11から所定の距離離れた位置F1に、光源があると仮定する。
3 and 4, it is assumed that the light source is located at a position F1 that is a predetermined distance away from the first
図3に示すように、位置F1にある光源から出た光は、第1結像面アレイ11の結像面に入射し、平行光または略平行光になる。その後、光は、結像光学素子10内部を伝播してプリズムアレイ12に入射する。
As shown in FIG. 3, the light emitted from the light source at the position F1 enters the imaging plane of the first
また、図4に示すように、プリズムアレイ12に入射した光は、頂角90度のプリズム12aのプリズム面12a1,12a2により2回全反射して、プリズムアレイ12から出射する。
As shown in FIG. 4, the light incident on the
ここで、プリズムアレイ12への入射角とプリズムアレイ12からの出射角とは、Y軸方向においてともに角度θである。つまり、プリズムアレイ12は、いわゆる再帰反射光学系である。
Here, the incident angle to the
プリズムアレイ12から出射した光は、反射面13で全反射もしくはミラー反射された後、第2結像面アレイ14の結像面14aから出射する。
The light emitted from the
ここで、第2結像面アレイ14の結像面14aから出射した光は、位置F2に結像した光と、その近傍の位置に到達した光も含めて、実質的に位置F2の1点に結像しているものとする。
Here, the light emitted from the
以上説明したように、結像光学素子10は、プリズムアレイ12の再帰反射機能により、配列方向については正立結像をさせることができる。
As described above, the imaging
つまり、結像光学素子10によれば、物体面上の所定の位置F1から出射した光を、第1結像面アレイ11とプリズムアレイ12と反射面13と第2結像面アレイ14とを通過させて、所定の位置F2に結像させることができる。
That is, according to the imaging
●参考例
次に、以上説明した結像光学素子10の第1結像面アレイ11及び第2結像面アレイ14とプリズムアレイ12の配列ピッチについて、配列ピッチが等しい参考例を用いて説明する。
Reference Example Next, the arrangement pitch of the first
図5は、参考例の結像光学素子における図3に対応する断面図である。同図に示すように、参考例の結像光学素子10Aにおいて、プリズムアレイ12Aの配列ピッチは、第1結像面アレイ11及び第2結像面アレイ14の配列ピッチと等しい。その他の構成は、先に説明した結像光学素子10と同様である。
FIG. 5 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3 in the imaging optical element of the reference example. As shown in the figure, in the imaging
ここで、図3と同様に入射面と出射面の配列方向端部を結ぶ仮想面aにおいて、その仮想面aを通過する光を考える。この場合に、光は、第1結像面アレイ11の結像面11aを通過して、プリズムアレイ12Aに入射する。
Here, in the same manner as in FIG. 3, let us consider light passing through the virtual surface a at the virtual surface a connecting the end portions in the arrangement direction of the incident surface and the output surface. In this case, the light passes through the
プリズムアレイ12Aに入射した光は、プリズムアレイ12Aの再帰反射機能より、仮想面aの方向に向かうようにプリズムアレイ12Aから出射する。
The light incident on the
ここで、プリズムアレイ12Aは、Y軸方向の光のシフト量が大きい。このため、プリズムアレイ12から出射した光は、再度仮想面aを通過することなく、光が入射した結像面11aとY軸方向の位置が異なる(ペアになっていない)結像面14aから出射してしまう。
Here, the
つまり、参考例の結像光学素子10Aでは、所望の位置F2に結像しない、いわゆるゴースト光Gが生じてしまう。
That is, in the imaging
以上のようなゴースト光Gを低減するためには、前述の結像光学素子10のように、第1結像面アレイ11及び第2結像面アレイ14の配列ピッチよりも、プリズムアレイ12の配列ピッチを小さくすることが有効である。
In order to reduce the ghost light G as described above, the
図4に戻る。結像光学素子10において、入射面と出射面の配列方向端部を結ぶ仮想面aにおいて、その仮想面aを通過する光を考える。この場合に、光は、プリズムアレイ12のプリズム12aの配列ピッチを小さくしたため、プリズムアレイ12におけるY軸方向の光線位置のずれを小さく抑えることができる。
Returning to FIG. In the imaging
つまり、プリズムアレイ12を出射した光は、再度仮想面aを通過して、光が入射した結像面11aとY軸方向の位置が対応する(ペアになっている)結像面14aを通過させることができる。
That is, the light emitted from the
以上説明したように、結像光学素子10によれば、参考例の結像光学素子10Aとはことなりゴースト光を生じることなく、所望の位置F2に結像させることができる。
As described above, according to the imaging
したがって、結像光学素子10によれば、Y軸方向について再帰反射光学系を構成することで、光の損失を少なくさせることで明るい結像をすることができる。
Therefore, according to the imaging
次に、結像光学素子10を構成する面の法線方向について、説明する。
Next, the normal direction of the surfaces constituting the imaging
図6は、結像光学素子10を構成する面の法線方向を示すXZ断面図である。同図に示すように、結像光学素子10において、第1結像面アレイ11の結像面11aの面頂点の法線を第1法線N1とする。ここで、結像面11aの面頂点を通り、第1法線N1と平行に入射する光は、プリズムアレイ12、反射面13、第2結像面アレイ14、の順で通過する。
FIG. 6 is an XZ sectional view showing the normal direction of the surface constituting the imaging
また、プリズムアレイ12を構成する複数のプリズムの稜線を含む平面における法線を第2法線N2とする。
Further, a normal line in a plane including the ridge lines of the plurality of prisms constituting the
また、反射面13の法線(反射面13から鉛直に伸びる線)を第3法線N3とし、第2結像面アレイ14の結像面14aの面頂点の法線を第4法線N4とする。
The normal line of the reflecting surface 13 (line extending vertically from the reflecting surface 13) is defined as a third normal line N3, and the normal line of the surface vertex of the
なお、第1法線N1〜第4法線N4について、各面から外部に向かう方向を正方向とする。 In addition, about the 1st normal line N1-the 4th normal line N4, let the direction which goes outside from each surface be a positive direction.
ここで、結像光学素子10において、第1法線N1の正の方向と第3法線N3の正の方向とのなす角度αは鋭角である。また、結像光学素子10において、第2法線N2の正の方向と第4法線N4の正の方向とのなす角度βは鋭角である。
Here, in the imaging
図7は、結像光学素子10と金型とを示す概略構成図である。同図において、金型101と金型102とを用いて、結像光学素子10を成型する例を示す。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing the imaging
一般に、高精度かつ低コストで樹脂製品を成型するには、2つの金型を互いに異なる2方向(望ましくは対向する2方向)に開くような金型構成を採用すればよい。 In general, in order to mold a resin product with high accuracy and low cost, a mold configuration in which two molds are opened in two different directions (preferably two opposite directions) may be employed.
つまり、このような金型構成で結像光学素子10の樹脂成型を実現するためには、第1法線N1と第3法線N3のなす角度αは、0度より大きく80度より小さい角度にすればよい。
That is, in order to realize resin molding of the imaging
また、第2法線N2と第4法線N4のなす角度βは、0度より大きく80度より小さい角度にすればよい。 Further, the angle β formed by the second normal line N2 and the fourth normal line N4 may be an angle larger than 0 degree and smaller than 80 degrees.
ここで、金型を用いて結像光学素子10を樹脂成型する場合には、第1法線N1と第4法線N4とのなす角度は、実質的に180度(第1法線N1と第4法線N4とが実質的に平行)となるようにするのが望ましい。
Here, when the imaging
ここで、実質的に180度とは、180度と前述の金型構成を採用して結像光学素子10を成型可能な角度の相違とを含むことを意味する。
Here, substantially 180 degrees means including 180 degrees and a difference in angle at which the imaging
例えば、なす角度αまたはなす角度βが90度近傍である場合には、図7のように2方向に開く金型構成では成型が不可能になるため、例えば3方向に開く金型構成が必要になる。この場合には、金型の精度が低下する、あるいは金型構成が複雑になってコストアップを招くなどの問題がある。 For example, when the formed angle α or the formed angle β is in the vicinity of 90 degrees, it is impossible to mold with a mold configuration that opens in two directions as shown in FIG. 7, so a mold configuration that opens in three directions is necessary, for example. become. In this case, there is a problem that the accuracy of the mold is lowered or the mold configuration is complicated and the cost is increased.
また、なす角度αまたはなす角度βが80度以上で90度未満である場合には、図7のように2方向に開く金型構成で成型可能であるものの、金型の開く方向と反射面13との角度差が大きくなりすぎるため、反射面13の精度を出すのが困難になる。
Further, when the formed angle α or the formed angle β is 80 degrees or more and less than 90 degrees, it is possible to mold with a mold configuration that opens in two directions as shown in FIG. Since the angle difference from 13 becomes too large, it is difficult to obtain the accuracy of the reflecting
この場合に、反射面13の精度を向上させるためには、前述の通りなす角度α及びなす角度βを80度より小さくすればよい。反射面13の精度をより精度向上させるためには、なす角度α及びなす角度βを50度よりも小さくするのが望ましい。
In this case, in order to improve the accuracy of the reflecting
次に、第1法線N1と第4法線N4とのなす角度は実質的に180度とするのが望ましい理由について、説明する。 Next, the reason why the angle formed by the first normal line N1 and the fourth normal line N4 is preferably substantially 180 degrees will be described.
ここで、結像光学素子10の加工誤差や設置誤差によるピント位置ずれを調整するために、結像光学素子10の光軸方向の位置を調整することを考える。
Here, it is considered to adjust the position of the imaging
図8は、別の参考例の結像光学素子における光学的な位置調整を示す模式図である。同図に示すように、別の参考例の結像光学素子10Bは、第1法線と第4法線とのなす角度が90度である。また、同図において、Oが物体面を示し、Iが像面を示す。
FIG. 8 is a schematic diagram showing optical position adjustment in an imaging optical element of another reference example. As shown in the drawing, in the imaging
図8(a)は、結像光学素子10Bの光学的な位置調整前の状態を示し、加工誤差や設置誤差の影響により、像面Iに対するF2Bの位置(以下「ピント位置」という。)がずれている。また、図8(b)は、結像光学素子10Bの光学的な位置調整後の状態を示し、像面I上にピントが合うように、結像光学素子10BのX軸方向の位置を移動させている。
FIG. 8A shows a state before the optical position adjustment of the imaging
図8に示すように、結像光学素子10Bでは、第1結像面アレイ11Bの位置を調整してピント位置は調整することができるものの、第2結像面アレイ14Bの位置とともに像面I上の結像位置がX軸方向にずれてしまう。つまり、結像光学素子10Bでは、ピント位置の調整時に像面Iでの位置がずれてしまい、位置調整などの光学特性の調整が非常に難しい。
As shown in FIG. 8, in the imaging
図9は、結像光学素子10における光学的な位置調整を示す模式図である。同図に示すように、結像光学素子10は、前述の通り第1法線と第4法線とのなす角度が実質的に180度である。また、同図において、Oが物体面を示し、Iが像面を示す。
FIG. 9 is a schematic diagram showing optical position adjustment in the imaging
図9(a)は、結像光学素子10の光学的な位置調整前の状態を示し、加工誤差や設置誤差の影響により、像面Iに対してピント位置がずれている。また、図9(b)は、結像光学素子10の光学的な位置調整後の状態を示し、像面I上にピントが合うように、結像光学素子10のX軸方向の位置を移動させている。
FIG. 9A shows a state before the optical position adjustment of the imaging
図9に示すように、結像光学素子10では、第1法線と第4法線とのなす角度が実質的に180度であるため、第1結像面アレイ11と第2結像面アレイ14との光学的な位置ずれの方向が一致している。
As shown in FIG. 9, in the imaging
そのため、結像光学素子10では、光軸方向の像面I上において、ピント位置のみを調整することができるため、他の方向(Y軸方向やZ軸方向)に光線位置がずれにくいため、位置調整などの光学特性の調整を非常に容易に行うことができる。
Therefore, in the imaging
また、第2法線N2と第3法線N3とのなす角度は、実質的に180度(第2法線N2と第3法線N3とが実質的に平行)となるようにするのが望ましい。このように構成することで、結像光学素子10によれば、良好な結像性能を確保することができる。
The angle formed between the second normal line N2 and the third normal line N3 is substantially 180 degrees (the second normal line N2 and the third normal line N3 are substantially parallel). desirable. With this configuration, the imaging
●結像光学素子(2)●
次に、本発明に係る結像光学素子の別の実施の形態について、先に説明した実施の形態との相違点を中心に説明する。
● Imaging optical element (2) ●
Next, another embodiment of the imaging optical element according to the present invention will be described focusing on differences from the previously described embodiments.
図10は、本発明に係る結像光学素子の別の実施の形態を示すXZ断面図である。同図に示すように、本実施の形態に係る結像光学素子10Cは、第1結像面アレイ11と反射面13との間の側面に第2リブ16を有する点が、先に説明した結像光学素子10と相違する。
FIG. 10 is an XZ sectional view showing another embodiment of the imaging optical element according to the present invention. As shown in the figure, the imaging
ここで、第2リブ16は、第1結像面アレイ11の結像面11aの面頂点よりも−X軸方向に突出した構成にすることができる。
Here, the
このように構成することにより、結像光学素子10Cによれば、第1リブ15のみが設けられている場合よりも良好に第1結像面アレイ11を保護することができる。
With this configuration, the imaging
●結像光学素子(3)●
次に、本発明に係る結像光学素子のさらに別の実施の形態について、先に説明した実施の形態との相違点を中心に説明する。
● Imaging optical element (3) ●
Next, still another embodiment of the imaging optical element according to the present invention will be described focusing on differences from the previously described embodiments.
図11は、本発明に係る結像光学素子のさらに別の実施の形態を示すXZ断面図である。同図に示すように、本実施の形態に係る結像光学素子10Dは、プリズムアレイ12と第2結像面アレイ14との間に第3リブ17を有する点が、先に説明した結像光学素子10,10Cと相違する。
FIG. 11 is an XZ cross-sectional view showing still another embodiment of the imaging optical element according to the present invention. As shown in the figure, the imaging
ここで、第3リブ17は、第2結像面アレイ14の結像面14aの面頂点よりも+X軸方向に突出した構成にすることができる。
Here, the
このように構成することにより、結像光学素子10Dによれば、第1結像面アレイ11やプリズムアレイ12に加えて、第2結像面アレイ14をも保護することができる。
With this configuration, the imaging
●結像光学素子(4)●
次に、本発明に係る結像光学素子のさらに別の実施の形態について、先に説明した実施の形態との相違点を中心に説明する。
● Imaging optical element (4) ●
Next, still another embodiment of the imaging optical element according to the present invention will be described focusing on differences from the previously described embodiments.
図12は、本発明に係る結像光学素子のさらに別の実施の形態を示すXZ断面図である。同図に示すように、本実施の形態に係る結像光学素子10Eは、第2結像面アレイ14の+Z軸方向外側の側面に第4リブ18を有する点が、先に説明した結像光学素子10,10C,10Dと相違する。
FIG. 12 is an XZ cross-sectional view showing still another embodiment of the imaging optical element according to the present invention. As shown in the figure, the imaging
ここで、第4リブ18は、第2結像面アレイ14の結像面14aの面頂点よりも+X軸方向に突出した構成にすることができる。
Here, the
このように構成することにより、結像光学素子10Eによれば、第3リブ17のみが設けられている場合よりも良好に第2結像面アレイ14を保護することができる。
With this configuration, the imaging
●結像光学素子(5)●
次に、本発明に係る結像光学素子のさらに別の実施の形態について、先に説明した実施の形態との相違点を中心に説明する。
● Imaging optical element (5) ●
Next, still another embodiment of the imaging optical element according to the present invention will be described focusing on differences from the previously described embodiments.
図13は、本発明に係る結像光学素子のさらに別の実施の形態を示すXZ断面図である。同図に示すように、本実施の形態に係る結像光学素子10Fは、プリズムアレイ12FのZ軸方向の幅Wpiが、第1結像面アレイ11Fの結像面のZ軸方向の幅Wiよりも狭い。
FIG. 13 is an XZ cross-sectional view showing still another embodiment of the imaging optical element according to the present invention. As shown in the figure, the imaging
一般に、結像面アレイにおいて、任意の結像面の端部は、作製の都合上、形状誤差が発生しやすいため、結像性能に悪影響を及ぼすおそれがある。このようなおそれを回避するためには、入射面である第1結像面アレイの前(光源側)に不図示のアパーチャを設け、入射面のZ軸方向の端部付近の光線を遮光することが考えられる。 In general, in an imaging plane array, an end portion of an arbitrary imaging plane is liable to generate a shape error for the convenience of manufacturing, and thus may adversely affect imaging performance. In order to avoid such a risk, an aperture (not shown) is provided in front of the first imaging plane array (light source side) that is the incident surface to block light near the end of the incident surface in the Z-axis direction. It is possible.
しかしながら、アパーチャを設けると、部品を1つ追加することになるためコストアップを招く上に、入射面とアパーチャとの正確な位置合わせが必要になる。 However, if an aperture is provided, one part is added, resulting in an increase in cost and an accurate alignment between the incident surface and the aperture.
また、アパーチャを設けた場合には、アパーチャがY軸方向に細長いスリット形状になるため、加工が難しいだけでなく、強度も弱くなる。つまり、振動が生じた場合の位置ずれなどの観点からも、アパーチャを設けることは、好ましいとはいえない。 Further, when the aperture is provided, the aperture has a slit shape elongated in the Y-axis direction, so that not only processing is difficult but also strength is reduced. That is, it is not preferable to provide an aperture from the viewpoint of misalignment when vibration occurs.
そこで、結像光学素子10Fでは、プリズムアレイ12FのZ軸方向の幅Wpiを第1結像面アレイ11の結像面の幅Wiよりも狭くすることで、プリズムアレイ12Fをアパーチャとして機能させることができる。
Therefore, in the imaging
ここで、結像光学素子10Fでは、Wi>Wpiとすることで、入射面を通過した光の一部のみをプリズムアレイ12Fに入射させることができる。つまり、結像光学素子10Fでは、Wi>Wpiとすることで、入射面のZ軸方向端部を通る光が像面に到達することを回避することができるため、結像性能が劣化することを回避することができる。
Here, in the imaging
また、結像光学素子10Fによれば、アパーチャの機能を実現する第1結像面アレイ11Fとプリズムアレイ12Fとを一体で成型することにより、各部が一体成型されることで強度が弱くなることもないため、振動による位置ずれが生じない。
Further, according to the imaging
したがって、結像光学素子10Fによれば、アパーチャの機能を実現する第1結像面アレイ11Fとプリズムアレイ12Fとの位置精度を高精度で実現することができる。
Therefore, according to the imaging
●結像光学素子(6)●
次に、本発明に係る結像光学素子のさらに別の実施の形態について、先に説明した実施の形態との相違点を中心に説明する。
● Imaging optical element (6) ●
Next, still another embodiment of the imaging optical element according to the present invention will be described focusing on differences from the previously described embodiments.
図14は、本発明に係る結像光学素子のさらに別の実施の形態を示すXZ断面図である。同図に示すように、本実施の形態に係る結像光学素子10Gは、反射面13のZ軸方向の幅Wrが、第1結像面アレイ11Gの結像面のZ軸方向の幅Wiよりも狭い。
FIG. 14 is an XZ cross-sectional view showing still another embodiment of the imaging optical element according to the present invention. As shown in the figure, in the imaging
つまり、結像光学素子10Gでは、反射面13のZ軸方向の幅Wrを第1結像面アレイ11の結像面の幅Wiよりも狭くすることで、反射面13をアパーチャとして機能させることができる。
That is, in the imaging
ここで、結像光学素子10Gでは、Wi>Wrとすることで、入射面を通過した光の一部のみを反射面13Gに入射させることができる。つまり、結像光学素子10Gでは、Wi>Wrとすることで、入射面のZ軸方向端部を通る光が像面に到達することを回避することができるため、結像性能が劣化することを回避することができる。
Here, in the imaging
また、結像光学素子10Gによれば、アパーチャの機能を実現する第1結像面アレイ11Gと反射面13Gとを一体で成型することにより、強度が弱くなることもないため、振動による位置ずれが生じない。
Further, according to the imaging
したがって、結像光学素子10Gによれば、アパーチャの機能を実現する第1結像面アレイ11Gと反射面13Gとの位置精度を高精度で実現することができる。
Therefore, according to the imaging
●プリントヘッド(1)●
次に、本発明に係るプリントヘッドの実施の形態について、説明する。
● Print head (1) ●
Next, an embodiment of a print head according to the present invention will be described.
図15は、本発明に係るプリントヘッドの実施の形態を示すXZ断面図である。同図に示すように、プリントヘッド30には、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31と、光源からの光が入射する結像光学素子10と、ハウジング32とを有する。
FIG. 15 is an XZ sectional view showing an embodiment of a print head according to the present invention. As shown in the figure, the
光源アレイ31は、第1結像面アレイ11の配列方向(Y軸方向)に光源を配列している。光源アレイ31は、基板31aに保持されている。
The
ここで、光源としては、LEDや有機EL等を用いることができる。また、光源アレイ31は、第1結像面アレイ11の配列直交方向(Z軸方向)に複数列並べることもできる。
Here, an LED, an organic EL, or the like can be used as the light source. The
ハウジング32は、光源アレイ31を保持する基板31aと、結像光学素子10とを保持する。
The
なお、基板31aと結像光学素子10とは、同一のハウジング32に保持させているが、別々の部材で保持させてもよい。
The
ここで、結像光学素子10は、先に説明した本発明に係る結像光学素子である。結像光学素子10は、第1リブ15を介してハウジング32に取り付けられている。
Here, the imaging
ハウジング32への結像光学素子10の取り付け方法は、ばねや接着等、様々な方法を採用することが考えられるが、本実施の形態においては、UV(Ultra-Violet)硬化樹脂による接着を行っている。
Various methods such as springs and adhesion may be adopted as the method of attaching the imaging
なお、UV硬化樹脂による接着前に、結像光学素子10のX軸方向における位置は、像面I上が第2結像面アレイ14のピント位置となるように調整されている。
Before the bonding with the UV curable resin, the position of the imaging
また、プリントヘッド30には、結像光学素子10のほかに、先に説明した結像光学素子10C,10D,10E,10F,10Gを用いることができる。
In addition to the imaging
以上説明したように、プリントヘッド30によれば、結像光学素子10を一体成型することができ、かつ、結像光学素子10の光学的な調整を容易にすることができる。
As described above, according to the
そして、プリントヘッド30によれば、光利用効率の高い結像光学素子10を用いることで、光源アレイ31で発する光量を小さく抑えることができるため、発熱及び消費電力を低減することができる。
And according to the
●画像読取装置●
次に、本発明に係る画像読取装置の実施の形態について、説明する。
● Image reading device ●
Next, an embodiment of an image reading apparatus according to the present invention will be described.
図16は、本発明に係る画像読取装置の実施の形態を示すXZ断面図である。同図に示すように、本実施の形態において、画像読取部40は、受光器アレイ33が基板33aに保持されてハウジング32に取り付けられている。
FIG. 16 is an XZ sectional view showing an embodiment of an image reading apparatus according to the present invention. As shown in the figure, in the present embodiment, the image reading section 40 is attached to the
ここで、画像読取部40は、本発明に係る画像読取装置に用いられるものである。 Here, the image reading unit 40 is used in the image reading apparatus according to the present invention.
以上説明したように、画像読取部40によれば、結像光学素子10を一体成型することができ、かつ、結像光学素子10の光学的な調整を容易にすることができる。
As described above, according to the image reading unit 40, the imaging
その結果として、画像読取部40に用いられる結像光学素子10は、高い光利用効率を実現することができるため、受光器アレイ33上での受光量を増大することができる。つまり、画像読取部40によれば、画像読取時のS/N(Signal/Noise)比を向上することができるため、読取画質を向上することができる。
As a result, since the imaging
●画像形成装置●
次に、本発明に係る画像形成装置の実施の形態について、説明する。
● Image forming device ●
Next, an embodiment of the image forming apparatus according to the present invention will be described.
図17は、本発明に係る画像形成装置の実施の形態を示す構成図である。同図において、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。
FIG. 17 is a configuration diagram showing an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention. FIG. 1 shows the configuration of an
図17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トヘッド30(30Y、30M、30C、30K)とを有してなる。
In FIG. 17, an
また、画像形成装置50は、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、を有してなる。
The
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。 Y, M, C, and K represent image colors, and indicate yellow, magenta, cyan, and black, respectively.
感光体51が、既に説明した本発明に係るプリントヘッド30によって結像される像面である。
The photoreceptor 51 is an image plane formed by the
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。
In the
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トヘッド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。
The
画像形成装置50では、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。
In the
これによって、画像形成装置50では、転写ベルト上で各色トナー像が重ね合わされる。続いて、画像形成装置50では、重ね合わされた各色トナー像を一括して不図示の記録媒体(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。
As a result, in the
プリントヘッド30は、前述の通り、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。
As described above, the
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。
Therefore, the
10 結像光学素子
11 第1結像面アレイ
12 プリズムアレイ
12a1 プリズム面
12a2 プリズム面
13 反射面
14 第2結像面アレイ
15 第1リブ
16 第2リブ
17 第3リブ
18 第4リブ
30 プリントヘッド
31 光源アレイ
32 ハウジング
33 受光器アレイ
40 画像読取部
50 画像形成装置
51 感光体
52 帯電器
54 現像器
55 クリーニング手段
56 転写用帯電手段
57 転写ベルト
58 定着手段
101 金型
102 金型
10 imaging
Claims (13)
プリズムアレイと、
反射面と、
第2結像面アレイと、
を有してなる結像光学素子であって、
前記第1結像面アレイは、複数の結像面が配列されて構成され、
前記プリズムアレイは、前記第1結像面アレイを構成する複数の結像面の配列方向と同一方向に複数のプリズムが配列されて構成され、
前記第2結像面アレイは、前記第1結像面アレイを構成する複数の結像面の配列方向と同一方向に複数の結像面が配列されて構成され、
前記第1結像面アレイを構成する複数の結像面の面頂点における法線を第1法線とし、
前記プリズムアレイを構成する複数のプリズムの稜線を含む平面における法線を第2法線とし、
前記反射面の法線を第3法線とし、
前記第2結像面アレイを構成する複数の結像面の面頂点における法線を第4法線とし、
前記第1法線と前記第2法線と前記第3法線と前記第4法線とについて、前記結像光学素子から外部に向かう方向を正方向とするとき、
前記第1法線の正の方向と前記第3法線の正の方向とのなす角度は鋭角であり、
前記第2法線の正の方向と前記第4法線の正の方向とのなす角度は鋭角である、
ことを特徴とする結像光学素子。 A first imaging plane array;
A prism array;
A reflective surface;
A second imaging plane array;
An imaging optical element comprising:
The first imaging plane array is configured by arranging a plurality of imaging planes,
The prism array is configured by arranging a plurality of prisms in the same direction as an arrangement direction of a plurality of imaging planes constituting the first imaging plane array.
The second imaging plane array is configured by arranging a plurality of imaging planes in the same direction as the arrangement direction of the plurality of imaging planes constituting the first imaging plane array,
A normal line at a surface vertex of a plurality of image planes constituting the first image plane array is defined as a first normal line,
A normal line in a plane including ridge lines of a plurality of prisms constituting the prism array is defined as a second normal line,
The normal of the reflecting surface is the third normal,
The normal line at the surface vertex of the plurality of image planes constituting the second image plane array is a fourth normal line,
About the first normal line, the second normal line, the third normal line, and the fourth normal line, when the direction from the imaging optical element to the outside is a positive direction,
The angle formed between the positive direction of the first normal line and the positive direction of the third normal line is an acute angle,
The angle formed by the positive direction of the second normal line and the positive direction of the fourth normal line is an acute angle.
An imaging optical element characterized by the above.
請求項1記載の結像光学素子。 The first normal line and the fourth normal line are parallel to each other.
The imaging optical element according to claim 1.
請求項1または2記載の結像光学素子。 Light rays that pass through the surface vertices of the plurality of imaging planes constituting the first imaging plane array and are incident in parallel to the first normal line are reflected by the prism array, the reflection plane, and the second imaging plane array. Pass in order,
The imaging optical element according to claim 1 or 2.
請求項3記載の結像光学素子。 The distance between the first imaging plane array and the prism array in the traveling direction of the light beam is the distance between the prism array and the reflecting surface in the traveling direction of the light beam and the distance in the traveling direction of the light beam. Equal to the sum of the distance between the reflective surface and the second imaging plane array;
The imaging optical element according to claim 3.
請求項1乃至4のいずれかに記載の結像光学素子。 Having a rib on a longitudinal side surface of the first imaging plane array;
The imaging optical element according to claim 1.
前記第1法線の方向の前記結像光学素子の内部に向かう方向を+X軸方向するとき、
前記リブのX軸方向の端部は、前記第1結像面アレイの結像面の面頂点よりも−X軸方向に位置する、
請求項5記載の結像光学素子。 The arrangement direction of the prisms is the Y-axis direction, the direction of the first normal is the X-axis direction, and the direction orthogonal to the X-axis direction and the Y-axis direction is the Z-axis direction,
When the direction toward the inside of the imaging optical element in the direction of the first normal is the + X axis direction,
An end portion of the rib in the X-axis direction is located in a −X-axis direction with respect to a surface vertex of the imaging plane of the first imaging plane array.
The imaging optical element according to claim 5.
請求項6記載の結像光学素子。 The rib has a portion overlapping with the prism array or the second imaging plane array when viewed from the Z-axis direction.
The imaging optical element according to claim 6.
請求項1乃至7のいずれかに記載の結像光学素子。 The width in the Z-axis direction of the prism array is narrower than the width in the Z-axis direction of the imaging plane of the first imaging plane array.
The imaging optical element according to claim 1.
請求項1乃至8のいずれかに記載の結像光学素子。 The width of the reflecting surface in the Z-axis direction is narrower than the width of the imaging surface of the first imaging surface array in the Z-axis direction.
The imaging optical element according to claim 1.
前記プリズムの配列ピッチは、前記結像面の配列ピッチよりも小さい、
請求項1乃至9記載の結像光学素子。 A plurality of imaging planes of the first imaging plane array are arranged corresponding to the prisms,
The arrangement pitch of the prisms is smaller than the arrangement pitch of the imaging planes,
The imaging optical element according to claim 1.
前記結像光学素子は、請求項1乃至10のいずれかに記載の結像光学素子であることを特徴とするプリントヘッド。 A print head comprising: a light source array having light sources arranged in at least one row of lines; and an imaging optical element on which light from the light sources is incident,
11. The print head according to claim 1, wherein the imaging optical element is an imaging optical element according to any one of claims 1 to 10.
像担持体と、
前記プリント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、
前記プリントヘッドは、請求項11記載のプリントヘッドであることを特徴とする画像形成装置。 A printhead;
An image carrier;
Developing means for developing an electrostatic image formed on the image carrier by the print head with each color toner;
Transfer means for transferring an image visualized on the image carrier to a recording medium;
An image forming apparatus comprising:
The image forming apparatus according to claim 11, wherein the print head is a print head according to claim 11.
少なくとも1列のライン状に配列した受光器を有する受光器アレイと、を有する画像読取装置であって、
前記結像光学素子は、請求項1乃至10のいずれかに記載の結像光学素子であることを特徴とする画像読取装置。 An imaging optical element;
A light receiver array having light receivers arranged in a line of at least one row, comprising:
11. The image reading apparatus according to claim 1, wherein the imaging optical element is an imaging optical element according to any one of claims 1 to 10.
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