JP5580274B2 - 結像素子アレイ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、レンズアレイまたはミラーアレイで構成する結像素子アレイ、及び結像素子アレイを用いた画像形成装置に関する。

従来、スキャナ、プリンタ、複写機、複合機（ＭＦＰ）等の画像形成装置では、ＬＥＤ等の発光素子と、複数のレンズを配列したレンズアレイを用いて原稿の画像をイメージセンサに結像して原稿画像を読み取るようにしている。またＬＥＤ等の発光素子とレンズアレイを用いて、ＬＥＤからの光線をレンズアレイを介して感光体ドラム上に結像し、感光体ドラム上に像を形成（露光）するようにしている。レンズアレイとしては、複数枚のレンズとアパーチャを組み合わせたものがある。またレンズアレイは、１つの光線が通るレンズ相互間での光軸がずれると、結像特性や、光量むらが大きく劣化する。

レンズ素子を一体化して、組み立て時のずれによる性能劣化とコストアップを回避した例として、特許文献１に開示された結像素子アレイがある。特許文献１の結像素子アレイは、透明部と不透明部から結像素子アレイを構成し、透明部に入射面と出射面の２つのレンズ面を有し、かつ入射面からの光束を出射面に導くプリズム面（反射面）を有している。

しかしながら、反射面は、幅広い光が通るところに配置されているため、幅広い領域全域で反射精度を出す必要があり、精度を出すために成形時間を長くする必要がある。反射面の設計値からの形状ずれは、透過面の形状ずれに比べ波面の乱れへの影響が４倍近くとなってしまい、光束が大きいところに反射面を配置することは望ましくない。また成形材料も透過部材と、遮光部材の２種類必要で、成形前に不透明部材を透明部材にセットする手間が必要であり、結像素子アレイの成型がしにくいという不具合もある。

特開２００２−６２４０７号公報

発明が解決しようとする課題は、１つの成形品で形成した結像素子アレイを複数個配列してなる結像素子アレイと、結像素子アレイを用いた画像形成装置を提供することにある。

実施形態に係る結像素子アレイは、光軸方向から入射した光を集光する入射面と、前記入射面の光軸に対して所定の傾斜角度で対向し前記入射面からの光束が小さくなるところに配置した反射面と、前記反射面で反射した光を出射する出射面とを含み、前記反射面によって反射した光を前記反射面よりも僅かに前記出射面側で集光したのち前記出射面から出射して像点に結像する一体成形された結像素子を複数個有し、前記複数個の結像素子を前記光軸と直交する第１の方向に配列し、前記反射面の周囲に、前記反射面で反射した光以外の光が前記出射面に進行するのを阻止する面を備えてなる。

一実施形態に係る画像形成装置の構成図。 一実施形態における画像形成部の一部を拡大して示す構成図。 一実施形態における画像読取装置（イメージセンサ）の構成図。 一実施形態に係る結像素子アレイ（レンズアレイ）の基本構成を示す正面図と側面図。 一実施形態に係るレンズアレイの斜視図。 一実施形態に係るレンズアレイの具体的な構成を示す正面図と側面図。 一実施形態におけるレンズアレイの光量むらの低減例を示す説明図。 一実施形態におけるレンズアレイの変形例を示す正面図。 一実施形態に係るレンズアレイの他の変形例を示す正面図と平面図。 一実施形態に係るレンズアレイの空気換算距離を示す説明図。 図９のレンズアレイをイメージセンサに用いた例を示す説明図。 一実施形態に係るレンズアレイのさらに他の変形例示す正面図と平面図。 図１２のレンズアレイの出射レンズ面での光線の様子を示す説明図。 一実施形態に係るレンズアレイの入射レンズ面の形状を示す説明図。 図１４の入射レンズ面の形状による非対称成分を示す説明図。 一実施形態に係るレンズアレイの反射面の形状を示す説明図。 図１６の反射面の形状による非対称成分を示す説明図。 一実施形態に係るレンズアレイの出射レンズ面の形状を示す説明図。 図１８の出射レンズ面の形状による非対称成分を示す説明図。 一実施形態に係るレンズアレイの入射レンズ面と出射レンズ面の他の形状を示す説明図。 一実施形態に係るレンズアレイの反射面の他の形状を示す説明図。 図２１の反射面の形状による非対称成分を示す説明図。 第２の実施形態に係る結像素子アレイ（ミラーアレイ）の基本構成を示す正面図。

以下、発明を実施するための実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付す。

（第１の実施形態）
図１は、一実施形態に係る画像形成装置の構成図である。図１において、画像形成装置１０は、例えば複合機であるＭＦＰ（Multi-Function Peripherals）や、プリンタ、複写機等である。以下の説明ではＭＦＰを例に説明する。

ＭＦＰ１０の本体１１の上部には透明ガラスの原稿台１２があり、原稿台１２上には自動原稿搬送部（ＡＤＦ）１３を開閉自在に設けている。また本体１１の上部には操作パネル１４を設けている。操作パネル１４は、各種のキーとタッチパネル式の表示部を有している。

本体１１内のＡＤＦ１３の下部には、読取装置であるスキャナ部１５を設けている。スキャナ部１５は、ＡＤＦ１３によって送られる原稿または原稿台上に置かれた原稿を読み取って画像データを生成するもので、密着型イメージセンサ１６（以下、単にイメージセンサと呼ぶ）を備えている。イメージセンサ１６は、主走査方向（図１では奥行方向）に配置されている。

イメージセンサ１６は、原稿台１２に載置された原稿の画像を読み取る場合は原稿台１２に沿って移動し、移動しながら原稿画像を１ライン分ずつ読み取る。これを原稿サイズ全体にわたって実行し１ページ分の原稿の読み取りを行う。またＡＤＦ１３によって送られる原稿の画像を読み取る場合、イメージセンサ１６は、固定位置（図示の位置）にある。

さらに本体１１内の中央部にはプリンタ部１７を有し、本体１１の下部には、各種サイズの用紙を収容する複数のカセット１８を備えている。プリンタ部１７は、感光体ドラムと露光装置等を有する。露光装置は発光素子であるＬＥＤを含む走査ヘッド１９を有し、走査ヘッド１９からの光線によって感光体を走査して画像を生成する。

プリンタ部１７は、スキャナ部１５で読み取った画像データや、ＰＣ（Personal Computer）などで作成された画像データを処理して記録媒体である用紙に画像を形成する。プリンタ部１７は、例えばタンデム方式によるカラーレーザプリンタであり、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋを含む。画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは、中間転写ベルト２１の下側に、上流から下流側に沿って並列に配置している。また、走査ヘッド１９も画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋに対応して複数の走査ヘッド１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ、１９Ｋを有している。

図２は、画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋのうち、画像形成部２０Ｋを拡大して示す構成図である。なお、以下の説明において各画像形成部２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは同じ構成であるため、画像形成部２０Ｋを代表に説明する。

図２に示すように、画像形成部２０Ｋは、像担持体である感光体ドラム２２Ｋを有する。感光体ドラム２２Ｋの周囲には、回転方向ｔに沿って帯電チャージャ２３Ｋ、現像器２４Ｋ、１次転写ローラ２５Ｋ、クリーナ２６Ｋ、ブレード２７Ｋ等を配置している。感光体ドラム２２Ｋの露光位置には、走査ヘッド１９Ｋから光を照射し、感光体ドラム２２Ｋ上に静電潜像を担持する。

画像形成部２０Ｋの帯電チャージャ２３Ｋは、感光体ドラム２２Ｋの表面を一様に全面帯電する。現像器２４Ｋは、現像バイアスが印加される現像ローラ２４ａによりブラックのトナー及びキャリアを含む二成分現像剤を感光体ドラム２２Ｋに供給し、感光体ドラム２２Ｋ上にトナー像を形成する。クリーナ２６Ｋは、ブレード２７Ｋを用いて感光体ドラム２２Ｋ表面の残留トナーを除去する。

また図１に示すように、画像形成部２０Ｙ〜２０Ｋの上部には、現像器２４Ｙ〜２４Ｋにトナーを供給するトナーカートリッジ２８を設けている。トナーカートリッジ２８は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナーカートリッジを含む。

中間転写ベルト２１は、駆動ローラ３１及び従動ローラ３２に張架され循環的に移動する。また中間転写ベルト２１は感光体ドラム２２Ｙ〜２２Ｋに対向して接触している。図２に示すように、中間転写ベルト２１の感光体ドラム２２Ｋに対向する位置には、１次転写ローラ２５Ｋにより１次転写電圧が印加され、感光体ドラム２２Ｋ上のトナー像を中間転写ベルト２１に１次転写する。

中間転写ベルト２１を張架する駆動ローラ３１には、２次転写ローラ３３を対向して配置している。駆動ローラ３１と２次転写ローラ３３間を用紙Ｓが通過する際に、２次転写ローラ３３により２次転写電圧が用紙Ｓに印加される。そして中間転写ベルト２１上のトナー像を用紙Ｓに２次転写する。中間転写ベルト２１の従動ローラ３２付近には、ベルトクリーナ３４を設けている。

また図１で示すように、給紙カセット１８から２次転写ローラ３３に至る間には、給紙カセット１８内から取り出した用紙Ｓを搬送する搬送ローラ３５を設けている。さらに２次転写ローラ３３の下流には定着器３６を設けている。また定着器３６の下流には搬送ローラ３７を設けている。搬送ローラ３７は用紙Ｓを排紙部３８に排出する。

さらに、定着器３６の下流には、反転搬送路３９を設けている。反転搬送路３９は、用紙Ｓを反転させて２次転写ローラ３３の方向に導くもので、両面印刷を行う際に使用する。

次に図２を参照して走査ヘッド１９Ｋ走査ヘッド１９の構成を説明する。走査ヘッド１９Ｋは、感光体ドラム２２Ｋと対向し露光装置として機能する。感光体ドラム２２Ｋは、予め設定した回転速度で回転し、表面に電荷を蓄えることができ、走査ヘッド１９Ｋからの光を感光体ドラム２２Ｋに照射して露光し、感光体ドラム２２Ｋの表面に静電潜像を形成する。

走査ヘッド１９Ｋは、レンズアレイ５０を有し、レンズアレイ５０は保持部材４１に支持されている。また保持部材４１の底部には支持体４２を有し、支持体４２には、発光素子であるＬＥＤ素子４３を配置している。ＬＥＤ素子４３は主走査方向に直線状に等間隔で設けている。また、支持体４２にはＬＥＤ素子４３の発光を制御するドライバＩＣを含む基板（図示せず）を配置している。なお、レンズアレイ５０の詳細な構成については後述する。

ドライブＩＣは制御部を構成し、画像データに基づいて走査ヘッド１９Ｋの制御信号を発生し、制御信号に従って所定の光量でＬＥＤ素子を発光させる。そして、ＬＥＤ素子４３から出射した光線は、レンズアレイ５０に入射し、レンズアレイ５０を通過して感光体ドラム２２Ｋ上に結像し、像が感光体ドラム２２Ｋ上に形成される。また走査ヘッド１９Ｋの上部（出射側）にはカバーガラス４４を取り付けている。

図３は、読取装置１５のイメージセンサ１６の構成を示す説明図である。イメージセンサ１６は、原稿台１２上に載置された原稿の画像、またはＡＤＦ１３によって給紙された原稿の画像を、操作パネル１４の操作に従って読み取る。イメージセンサ１６は、主走査方向に配置された１次元のセンサであり、筐体４５を有する。筐体４５は基板４６上に配置され、筐体４５の原稿台１２側の上面には、原稿の方向に光を照射する２つのＬＥＤライン照明装置４７，４８を主走査方向（図の奥行方向）に延びるように設けている。ＬＥＤライン照明装置４７，４８は、ＬＥＤアレイと導光体を備える。なお、光源はＬＥＤに限定されず、蛍光管、キセノン管、冷陰極管又は有機ＥＬ等であってもよい。

筐体４５上部のＬＥＤライン照明装置４７と４８の間には、レンズアレイ５０が支持され、筐体４５の底部にある基板４６には、ＣＣＤやＣＭＯＳなどで構成されるセンサ４９が実装されている。ＬＥＤライン照明装置４７，４８は原稿台１２上の原稿の画像読み取り位置を照射し、画像読み取り位置で反射した光は、レンズアレイ５０に入射する。レンズアレイ５０は、正立等倍レンズとして機能する。レンズアレイ５０に入射した光は、レンズアレイ５０の出射面から出射され、センサ４９上に結像する。結像した光は、センサ４９によって電気信号に変換され、電気信号は、基板４６のメモリ部（図示せず）に転送される。

次に、レンズアレイ５０の構成について説明する。図４、図５は、第１の実施形態に係るレンズアレイ５０（結像素子アレイ）の基本構成を示す図であり、図４（ａ）はレンズアレイ５０の正面図、図４（ｂ）はレンズアレイ５０の側面図、図５はレンズアレイ５０の斜視図である。

レンズアレイ５０は、入射面である入射レンズ面５１と、出射面である出射レンズ面５２と、入射レンズ面５１から入射した光を反射して出射レンズ面５２に反射する反射面５３を有する１枚のレンズ部材で構成したレンズ素子５４を複数個備えている。レンズアレイ５０は、図５に示すように複数個のレンズ素子５４を入射面同士及び出射面同士が互いに隣接するように、主走査方向に配列したものである。また、レンズ素子５４は、樹脂またはガラスにて一体に形成されている。

図４（ａ）に示すように、入射光線Ｌ１は、先ず入射レンズ面５１に入射し、レンズ素子５４は、入射レンズ面５１に入射した光のそれぞれの集光点に、それぞれ対応する反射面５３を持つ。反射面５３は、全反射条件を満足する角度になるように入射光に対し傾きを持っている。したがって、反射膜を蒸着することなしに光線を出射レンズ面５２に反射することができる。図４（ｂ）に示すように、各レンズ素子５４は一列に配置され、反射面５３は、各レンズ素子５４の背面に等間隔で位置する。

なお、反射面５３としては、全反射条件を満たさない角度にして、反射材を蒸着してもよい。コストは多少上がってしまうが、組み立てによって生ずる位置ずれ無しというメリットは生かし、同じ機能を持たせることができる。

レンズアレイ５０を図１の走査ヘッド１９に用いた場合、物点Ｐ１がＬＥＤ素子４３に対応し、像面（Ｐ２）が感光体ドラム２２に対応する。またレンズアレイ５０を図１のイメージセンサ１６に用いた場合、物点Ｐ１が原稿台１２に置かれた原稿面に対応し、像面（Ｐ２）がセンサ４９に対応する。

図６は、レンズアレイ５０の具体的な構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はレンズアレイ５０を矢印Ａ方向から見た側面図である。図６（ａ），（ｂ）に示すように、レンズアレイ５０は、筐体等の支持部材に支持される支持面５５，５６，５７を有している。図６（ｂ）に示すように、支持面５５は反射面５３の間にそれぞれ配置され、光を出射レンズ面５３以外の場所に導く角度に設定している。或いは支持面５５は、光を出射レンズ面５３以外の位置に透過または反射させるものであってもよい。

図６（ａ）では、反射面５３は直線で示しているが、実際には凹面鏡のように副走査方向に非対称な自由曲面となっている（詳細は後述）。また図６（ａ）から分かるように、光線は、反射面５３よりも、僅かに出射レンズ面５２側で集光している（集光点をＰで示す）。

また、図６（ａ）の入射光の右側の光線（Ｌ１１）は、入射レンズ面５１に近いところで反射面５３によって反射され、入射光の左側の方の光線（Ｌ１２）は、入射レンズ面５１から離れたところで反射面５３によって反射されて、それぞれ出射レンズ面５２に向かう。入射レンズ面５１に近いところで反射される光は、副走査方向に集光するパワーが相対的に弱く、入射レンズ面５１から遠いところで反射される光は、副走査方向に集光するパワーが相対的に強くなる。レンズアレイ５０をこのような形状とすることで、結像特性を改善することができる。

逆に、入射レンズ面５１による集光点Ｐが、反射面５３よりも入射レンズ面５１側である場合は、入射レンズ面５１に近いところ（図６（ａ）の反射面５３の右側）で反射される光は、副走査方向に集光するパワーが相対的に強く、入射レンズ面５１から遠いところ（図６（ａ）の反射面５３の左側）で反射される光は、副走査方向に集光するパワーが相対的に弱くなる。したがって、このような形状とすることで、結像特性を改善できる。

即ち、光線を曲げる力は、パワーと光線高さの積によって表され、光線高さの絶対値が大きい方のパワーの絶対値を小さく、光線高さの絶対値が小さい方のパワーの絶対値を大きくすることで、屈折力を同等にすることができ、上記の結像特性を改善することができる。

また入射レンズ面５１と出射レンズ面５２は、球面でも或る程度の結像性能を得ることができるが、より良い結像性能（高いＭＦＴや、解像力、小さいフレア）とするには、回転対称非球面とすることが望ましく、さらに結像性能を上げるには、副走査方向に非対称な曲面とすることが望ましい。なお、ＭＦＴは、Modulation Transfer Functionの略であり、振幅伝達関数である。

副走査方向に非対称な曲面とするのは、反射面５３での反射位置が、入射光の光線高さによって光軸方向の反射位置が変わる影響を、反射面５３だけで補正することが難しいからであり、この影響をより軽減するために入射レンズ面５１と出射レンズ面５２を、副走査方向に非対称な自由曲面とすることが望ましい。

図７は、レンズアレイ５０の光量むらを低減する一例を示す説明図である。図７（ａ）は、レンズ外周の光量むらを低減するように、レンズ素子５４の幅が主走査方向の位置によって異なるように非線形とし、全体として波形の形状にしている。したがって、不要な光線が入射レンズ面５１へ入射するのを低減できる。レンズ素子５４間は、隙間が無いように配置し、レンズ境界部から一部の迷光が発生してしまうことを許容している。

図７（ｂ）は、光量むらを低減するようなスリットを有する遮光板５８を、レンズ素子５４の物体面側に配置した例である。遮光板５８は、レンズアレス５０の長手方向に波形のスリットを有している。またレンズ素子５４間の境界部分で迷光が発生してしまうのを防ぐため、レンズ境界部にインク５９を塗布して、レンズ素子５４の境界部のみを遮光するようにしてもよい。

図７（ｃ）は、遮光板５８に代えて、各レンズ素子５４間を遮光するアパーチャを有する遮光板６０を物体面側に配置した例である。遮光板５８または遮光板６０によって、不要な光線が入射レンズ面５１へ入射するのを低減できる。

図８は、第１の実施形態に係るレンズアレイ５０の変形例を示す正面図である。図８では反射面６１を追加し、反射面５３で反射した光を反射面６１で反射して出射レンズ５２に導くようにし、入射光の主光線と出射光の主光線が、副走査方向に対し、ほぼ平行になるようにしたものである。反射面６１は、一面の平面でも良いし、副走査方向に非対称な自由曲面でも良い。また、レンズアレイ５０は筐体等の支持部材に支持される支持面６２を有している。

図１、図２の走査ヘッド１９や、図１、図３のイメージセンサ１６では、図８のレンズアレイ５０を使用した例を示している。即ち、図８のレンズアレイ５０を図２の走査ヘッド１９に用いた場合、物点Ｐ１がＬＥＤ素子４３に対応し、像面（Ｐ２）が感光体ドラム２２に対応する。また図８のレンズアレイ５０を図３のイメージセンサ１６に用いた場合、物点Ｐ１が原稿台１２に置かれた原稿面に対応し、像面（Ｐ２）がセンサ４９に対応する。

図９は、第１の実施形態に係るレンズアレイ５０の他の変形例を示し、反射面５３の折り返し角度を５５度とし、副走査方向に非対称な形状にした図である。図９（ａ）は正面図であり、図９（ｂ）は主走査方向に見た平面図である。図９のレンズアレイ５０は、図６に比べて反射面５３の副走査方向の非対称性が大きくなっている。また、主走査方向及び副走査方向の、像面で１点に結像する光線の、出射レンズ面５２上の幅Ｗ１，Ｗ２が同じ程度になるようにしている（主走査方向での幅Ｗ１は、複数の出射レンズ面５２を通る光線のそれぞれ一番外側の光線間の幅である）。

出射レンズ面５２上での主走査方向、副走査方向の幅Ｗ１，Ｗ２を同じにすることにより、デフォーカス時のボケ具合、もしくは原稿面がずれた際の主走査方向と、副走査方向の結像特性の劣化をほぼ同じとすることができる。デフォーカス時のボケ具合が、主走査方向と副走査方向で異なると結像時にズレが見えるが、両方向で同様にボケルため、イメージセンサ１６にレンズアレイ５０を用いた際の入力画像や、走査ヘッド１９にレンズアレイ５０を用いた際の出力画像の違和感を小さくすることができる。

図１０は、レンズアレイ５０の空気換算距離を説明する図であり、主走査方向に見た平面図である。便宜上、入射光線の中心線と出射光線の中心線が一直線上になるように示している。

図１０（ａ）では、物点Ｐ１から入射レンズ面５１までの空気換算距離Ｌ１が、出射レンズ面５２から像面Ｐ２間の空気換算距離Ｌ４と等しい場合を示している。

図１０（ｂ）は、物点から入射レンズ面５１までの空気換算距離Ｌ１が、出射レンズ面５２から像面間の空気換算距離Ｌ４よりも大きくなる関係（Ｌ１＞Ｌ４）とした例を示す。Ｌ１＞Ｌ４とすることにより、主走査方向に関して出射レンズ面５２のレンズ間の境目に光線が行かないようにし、迷光が出ないようにすることができる。なお、Ｌ２は入射レンズ面５１から第１の集光点（倒立像の結像位置）までの空気換算距離であり、Ｌ３は第１の集光点（倒立像の結像位置）から出射レンズ面５２までの空気換算距離である。即ち、
Ｌ１／（Ｌ２／ｎ）＝Ｌ４／（Ｌ３／ｎ）、ｎはレンズ材料の屈折率…（１）
とすることにより、等倍光学系としている。

Ｌ１＞Ｌ４とすることにより、Ｌ２＞Ｌ３の関係、即ち、（Ｌ３／Ｌ２）＜１となるようにしている。

入射レンズ面５１の光軸から、隣接するレンズとの境界までの高さがＨ１のとき、レンズ間の距離は２×Ｈ１で表される。入射レンズ面５１のレンズ境界付近を通った光が、光軸からの角度θで進むとき、出射レンズ面５２での光線の高さＨ２は、
Ｈ２＝Ｈ１×（Ｌ３／Ｌ２）…（２）
となる。

（Ｌ３／Ｌ２）＜１であるから、Ｈ２＜Ｈ１となり、入射レンズ面５１を通過した入射光は、出射レンズ面５２の境界に到達することがなく、このため出射レンズ面５２で迷光が発生することがない。つまり、出射レンズ面５２の外側部分に余裕ができるため、隣接するレンズ素子との境界面に光が当たり、迷光を発生したり光線が他の方向に飛んだりするのを低減できる。

なお、２枚組のレンズの場合は、レンズの光軸に垂直方向の相対位置ずれが起こらないように、同じ金型、同じキャビティのレンズを組み合わせるため、Ｌ２＝Ｌ３とする必要があり、（２）式のような関係にすることができない。本実施形態では、レンズ素子５４を１枚レンズで構成しているため、（１），（２）式のような関係にしても、２枚のレンズを組み合わせることがないため、レンズの光軸に垂直方向の相対位置ずれが発生しやすくなるという不具合を低減することができる。

図１１は、図９のレンズアレイ５０をイメージセンサ１６に用いた例を示す説明図であり、原稿面Ｄ１とセンサ４９の間にレンズアレイ５０を配置したものである。

図１１に示すように、出射レンズ面５２では、物点の副走査方向位置が光軸から異なる場所にあると、出射レンズ面５２を通る主光線の位置も、出射レンズ面５２の光軸からずれる。物点の副走査方向位置が光軸から異なる場所にあっても、光線のケラレがなく像を結ぶようにするためには、出射レンズ面５２の副走査方向有効領域を拡げる必要がある。

なお、図１０では、主走査方向に関して説明をしたが、光軸上の物点から出た光に関しては、副走査方向も同じ関係にある。このため、光軸上の物点から出た光に関しては、先に説明したように、
Ｈ２＝Ｈ１×（Ｌ３／Ｌ２）であり、
Ｌ１／（Ｌ２／ｎ）＝Ｌ４／（Ｌ３／ｎ）であるから、
Ｌ１／Ｌ２＝Ｌ４／Ｌ３、これを変形して、
Ｌ３／Ｌ２＝Ｌ４／Ｌ１…（３）
が得られる。式（３）を、式（２）に代入して、
Ｈ２＝Ｈ１×Ｌ４／Ｌ１であるから、これを変形して、
Ｈ２／Ｌ４＝Ｈ１／Ｌ１…（４）
が得られる。

副走査方向に関しては、Ｈ１，Ｈ２は、物点が光軸上にある際の、副走査方向で光線が通る幅と解釈することができる。出射レンズ面５２の副走査方向有効領域は、物点が副走査方向光軸にない場合もカバーする必要があるため、
Ｈ２／Ｌ４＞Ｈ１／Ｌ１…（５）
が望ましい。

言い換えると、副走査方向に関しては、出射レンズ面５２の副走査方向有効領域幅／出射レンズ面５２から像面間の空気換算距離Ｌ４は、入射レンズ面５１の副走査方向有効領域幅／物点から入射レンズ面５１の空気換算距離Ｌ１よりも、大きく設定することが望ましい。

なお、図１１のレンズアレイ５０を例えば原稿の読取装置（イメージセンサ）に適用した場合、原稿の読み取り位置が所定の幅ｗ１の範囲内でずれた場合、センサ側では読み取り可能な範囲ｗ２が幅ｗ１と同程度になるようにしている。

図１２は、第１の実施形態に係るレンズアレイ５０のさらに他の変形例を示す図であり、（ａ）正面図、（ｂ）は平面図である。図１２では、反射面６３を追加し、反射面５３と反射面６３をそれぞれ副走査方向に非対称な自由曲面とした例である。図１２の例も図８と同様に、入射光の主光線と出射光の主光線が、副走査方向に対し、ほぼ平行になる。またレンズアレイ５０は筐体等の支持部材に支持される支持面６４を有している。

また図１２では、主走査方向、副走査方向において、光軸（一点鎖線）以外から出た光線が同じ方向に、同じ量だけずれた位置に（即ち、正立等倍に）結像する様子を示している。

図１３は、図１２のレンズアレイ５０の出射レンズ面５２での光線の様子を示す図である。図１３（ａ）は、像面側から見た図であり、（ｂ），（ｃ）は主走査方向と、副走査方向のそれぞれの中央部での光強度分布を示す。図１３（ａ）の白線で描かれた四角Ｆは入射レンズ面５１を示す。（ａ）の光線の最外郭幅は、主走査方向と副走査方向でほぼ等しく、かつ（ｂ）と（ｃ）おいて、主走査方向及び副走査方向での光強度が急に落ち込んでいる部分の間隔（−０．５〜０．５ｍｍ）は約１ｍｍであり、ほぼ同じであることが分かる。図１３により、物点から出た光が主走査方向、副走査方向とも同程度に拡がり、像面位置がずれた際でも、像のぼけ方が主走査方向と副走査方向で同程度となることが分かる。

図１４〜図２２は、レンズ素子５４の入射レンズ面５１、出射レンズ面５２及び反射面５３が、副走査方向に対し非対称な形状である幾つかの例を示す説明図である。

図１４は、入射レンズ面５１の形状を示す。図１５は、図１４の入射レンズ面５１の形状による非対称成分を示す。

図１６は、反射面５３の形状を示す。図１７は、図１６の反射面５３による非対称成分を示す。

図１８は、出射レンズ面５２の形状を示す。図１９は、図１８の出射レンズ面５２による非対称成分を示す。

図２０は、入射レンズ面５１と出射レンズ面５２が回転対称面である例を示す。図２１は、反射面５３が副走査方向に対し非対称な場合の形状を示す。図２２は、図２１の反射面５３による非対称成分を示す。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態における結像素子アレイの構成について説明する。図２３は、第２の実施形態に係る結像素子アレイ７０（ミラーアレイ７０）を示す正面図である。なお、結像素子アレイは、第１の実施形態におけるレンズアレイ５０と第２の実施形態におけるミラーアレイ７０を総称したものである。

第２の実施形態では、入射レンズ面５１及び出射レンズ面５２の代わりに、入射面である入射ミラー面７１と出射面である出射ミラー面７２を有し、かつ反射面５３と同様の反射面７３を有し、１枚のミラー部材で構成したミラー素子７４を複数個備えている。なお、ミラー素子７４の外周は、筐体等の支持部材に支持される支持面７５を有している。

図２３において、入射ミラー面７１と出射ミラー面７２は副走査方向に非対称な形状である。ミラーアレイ７０は、複数個のミラー素子７４を、入射ミラー面同士及び出射ミラー面同士が互いに隣接するように、主走査方向に配列したものである。またミラー素子７４は、樹脂またはガラスにて一体に形成されている。

パワーを持つミラー面７１と、ミラー面７２の外周は、非直線である。非直線にすることにより、光量を均一化することができる。また、図７（ｂ），（ｃ）と同様に、パワーを持つミラー面７１の物点側に、図７のような波形のスリット又はアパーチャを有する遮光板を配置してもよい。

また、図１０で説明したと同様に、副走査方向に関しては、ミラー面７２の副走査方向有効領域幅／ミラー面７２から像面間の空気換算距離Ｌ４が、ミラー面７１の副走査方向有効領域幅／物点からミラー面７１の空気換算距離Ｌ１よりも大きくなるようにしている。

また出射ミラー面７２では、ビームの位置もずれるので、ビームの位置ずれ分だけ、出射ミラー面７２の副走査方向有効領域を拡げる。また図９と同様に、主走査方向と副走査方向の出射面での光線幅（Ｗ１，Ｗ２）をほぼ等しくし、デフォーカス時のボケ具合が、主走査方向と副走査方向でほぼ同じとなるようにしている。

図２３のミラーアレイ７０を図１の走査ヘッド１９に用いた場合、物点Ｐ１がＬＥＤ素子４３に対応し、像面（Ｐ２）が感光体ドラム２２に対応する。またミラーアレイ７０を図１のイメージセンサ１６に用いた場合、物点Ｐ１が原稿台１２に置いた原稿面に対応し、像面（Ｐ２）がセンサ４９に対応する。

以上説明した実施形態によれば、１つの成形品で結像素子アレイ（レンズアレイ、ミラーアレイ）を形成するため、レンズ、ミラーの相対位置ずれを抑えることができる。さらに、光が集光する箇所の近傍に反射面があるため、反射精度を確保することが比較的容易になる。またレンズ材料も、１種類のため成形前の前処理が不要であり、成形時間を短縮することができ、レンズを製作する時間を短縮することができる。

また本実施形態として、読取装置であるスキャナ部１５を画像形成装置の一部に包含する例を説明したが、これに限定されず、スキャナ部１５自身が画像形成装置を構成するものであってもよい。

尚、本発明のいくつかの実施形態を述べたが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…画像形成装置（ＭＦＰ）
１１…画像形成装置本体
１２…原稿台
１３…ＡＤＦ
１４…操作パネル
１５…読取装置
１６…密着型イメージセンサ
１７…プリンタ部
１９（１９Ｙ，１９Ｍ，１９Ｃ，１９Ｋ）…走査ヘッド
２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋ…画像形成部
２１…中間転写ベルト
２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋ…感光体ドラム（像担持体）
２４Ｙ，２４Ｍ，２４Ｃ，２４Ｋ…現像器
３３…２次転写ローラ
４１…保持部材
４３…発光素子
４５…筐体
４７，４８…照明装置
４９…センサ
５０…レンズアレイ（結像素子アレイ）
５１…入射レンズ面
５２…出射レンズ面
５３，６１，６３…反射面
５４…レンズ素子（結像素子）
５５，５６，５７，６４…支持面
７０…ミラーアレイ（結像素子アレイ）
７１…入射ミラー面
７２…出射ミラー面
７３…反射面
７４…ミラー素子（結像素子）
７５…支持面

Claims (16)

1. 光軸方向から入射した光を集光する入射面と、前記入射面の光軸に対して所定の傾斜角度で対向し前記入射面からの光束が小さくなるところに配置した反射面と、前記反射面で反射した光を出射する出射面とを含み、前記反射面によって反射した光を前記反射面よりも僅かに前記出射面側で集光したのち前記出射面から出射して像点に結像する一体成形された結像素子を複数個有し、
   前記複数個の結像素子を前記光軸と直交する第１の方向に配列し、前記反射面の周囲に、前記反射面で反射した光以外の光が前記出射面に進行するのを阻止する面を備えてなる結像素子アレイ。
2. 前記結像素子は、光軸方向から入射した光を集光する入射レンズ面と、前記入射レンズ面の光軸に対して所定の傾斜角度で対向し前記入射レンズ面からの光束が小さくなるところに配置した反射面と、前記反射面で反射した光を出射する出射レンズ面とを有し、前記反射面によって反射した光を前記反射面よりも僅かに前記出射レンズ面側で集光したのち前記出射レンズ面から出射した光を前記像点に結像するレンズ部材で構成し、前記結像素子を前記入射面同士及び出射面同士が互いに隣接するように前記第１の方向に複数個配列した請求項１記載の結像素子アレイ。
3. 前記結像素子は、入射した光を反射して集光する入射ミラー面と、前記入射ミラー面で反射した光の光軸に対して所定の傾斜角度で対向し前記入射ミラー面からの光束が小さくなるところに配置した反射面と、前記反射面で反射した光を反射して出射する出射ミラー面とを有し、前記出射ミラー面から出射した光を前記像点に結像するミラー部材で構成し、前記結像素子を前記第１の方向に複数個配列した請求項１記載の結像素子アレイ。
4. 前記結像素子の前記反射面は、前記入射光の光軸に対して全反射条件を満たす角度で傾斜している請求項１記載の結像素子アレイ。
5. 前記結像素子は、前記入射面から前記反射面までの空気換算距離が、前記反射面から前記出射面までの空気換算距離よりも大きい請求項１記載の結像素子アレイ。
6. 前記結像素子は、前記光軸及び前記第１の方向と直交する第２の方向に関して、光線が通る幅を有効領域幅としたとき、（出射レンズ面の第２の方向の有効領域幅／出射レンズ面から像面間の空気換算距離）を、（入射レンズ面の第２の方向の有効領域幅／物点から入射レンズ面の空気換算距離）よりも大きくした請求項２記載の結像素子アレイ。
7. 前記複数の結像素子を前記第１の方向に配列し、前記結像素子の前記反射面が前記光軸及び前記第１の方向と直交する第２の方向に非対称な形状を有する請求項１記載の結像素子アレイ。
8. 前記結像素子は、前記入射レンズ面及び出射レンズ面が回転対称非球面である請求項２記載の結像素子アレイ。
9. 前記結像素子は、前記入射ミラー面及び出射ミラー面が前記光軸及び前記第１の方向と直交する第２の方向に非対称な形状を有する請求項３記載の結像素子アレイ。
10. 前記複数の結像素子を前記第１の方向に配列し、前記結像素子のそれぞれの入射面に前記光軸方向から光を入射したとき、前記第１の方向と前記光軸及び前記第１の方向と直交する第２の方向の前記出射面での光線幅がほぼ同じになるようにした請求項１記載の結像素子アレイ。
11. 前記複数個の結像素子を前記第１の方向に配列したとき、前記結像素子の前記入射面の幅が前記第１の方向に波形になるようにした請求項１記載の結像素子アレイ。
12. 前記それぞれの結像素子の前記入射面に不要な光が入射するのを阻止するため、前記複数の結像素子の前記第１方向にスリット又はアパーチャを有する遮光板を設けた請求項１１記載の結像素子アレイ。
13. 前記結像素子は、前記反射面で反射した光を反射する第２の反射面を有し、前記第２の反射面に対向して前記出射面を設け、前記出射面から出射する光の光軸が前記入射光の光軸と平行になるようにした請求項１記載の結像素子アレイ。
14. 像担持体の主走査方向に光を照射して前記像担持体を露光する走査ヘッドと、
    前記像担持体に現像剤を供給し、前記像担持体にトナー像を形成する現像器と、
    前記現像器によって前記像担持体に形成したトナー像を記録媒体に転写する転写器と、を備え、前記走査ヘッドは、
    前記像担持体に対向して配置し前記像担持体の主走査方向に光を照射する光源と、
    光軸方向から入射した前記光源からの光を集光する入射面と、前記入射面の光軸に対して所定の傾斜角度で対向し前記入射面からの光束が小さくなるところに配置した反射面と、前記反射面で反射した光を出射する出射面とを含み、前記反射面によって反射した光を前記反射面よりも僅かに前記出射面側で集光したのち前記出射面から出射して像点である前記像担持体に結像する一体成形された結像素子を複数個有し、前記複数個の結像素子を前記主走査方向に配列し、前記反射面の周囲に、前記反射面で反射した光以外の光が前記出射面に進行するのを阻止する面を備えてなる結像素子アレイと、
    を含む画像形成装置。
15. 原稿の主走査方向に配列されたセンサと、
    前記原稿の主走査方向に設け、前記原稿面に光を照射する照明装置と、
    光軸方向から入射した前記原稿面からの光を集光する入射面と、前記入射面の光軸に対して所定の傾斜角度で対向し前記入射面からの光束が小さくなるところに配置した反射面と、前記反射面で反射した光を出射する出射面とを含み、前記反射面によって反射した光を前記反射面よりも僅かに前記出射面側で集光したのち前記出射面から出射して像点である前記センサに結像する一体成形された結像素子を複数個有し、前記複数個の結像素子を前記主走査方向に配列し、前記反射面の周囲に、前記反射面で反射した光以外の光が前記出射面に進行するのを阻止する面を備えてなる結像素子アレイと、
    を含む画像形成装置。
16. 前記結像素子アレイの前記結像素子は、光軸方向から入射した光を集光する入射レンズ面と、前記入射レンズ面の光軸に対して所定の角度で対向し前記入射レンズ面からの光束が小さくなるところに配置した反射面と、前記反射面で反射した光を出射する出射レンズ面とを有し、前記反射面によって反射した光を前記反射面よりも僅かに前記出射レンズ面側で集光したのち前記出射レンズ面から出射し前記像点に結像するレンズ部材で構成し、前記結像素子を前記主走査方向に複数個配列した請求項１４または１５記載の画像形成装置。

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