JP5775389B2 - レンズアレイ、レンズユニット、ｌｅｄヘッド、露光装置、画像形成装置および読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズアレイ、レンズユニット、ＬＥＤヘッド、露光装置、画像形成装置および読取装置に関する。

従来のレンズアレイは、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を直線状に配列したＬＥＤヘッドを用いた電子写真方式の画像形成装置や複数の受光素子を直線状に配列した受光部に読取り原稿の像を結像させるスキャナやファクシミリ等の読取装置に物体の正立等倍像をライン状に形成することができる光学系として用いられている。

このレンズアレイには、物体の正立等倍像を形成するように複数のマイクロレンズを略直線状に２列に配列し、列間で隣接する二つのマイクロレンズの配列間隔をマイクロレンズの配列方向で隣接する二つのマイクロレンズの配列間隔より小さくなるようにして高い解像度の結像を形成する光学系として構成するようにしているものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−９２００６号公報（段落「００３１」〜段落「００３７」、図１）

しかしながら、上述した従来の技術においては、画像形成装置の解像度を向上させるため、マイクロレンズの配列間隔に合わせてＬＥＤヘッドのＬＥＤ素子を縮小し、実装密度を高める必要があり、ＬＥＤ素子を縮小するとＬＥＤ素子の発光光量が低下するため、光学系の光量を増加させる必要があるという問題があり、また読取装置では原稿を照明する照明装置の消費電力を低く抑えるために光学系の光量を増加させる必要があるという問題
がある。
本発明は、このような問題を解決することを課題とし、光学系の光量を増加させることを目的とする。

そのため、本発明は、複数のレンズが２列に配列され、発光部からの光線を入射して結像を形成し、１２００ＤＰＩの解像度を有する前記発光部と対になって使用されるレンズアレイにおいて、長手方向に隣り合う複数のレンズと、短手方向に隣り合う複数のレンズとを有し、前記短手方向に隣り合うレンズは、長手方向に延在する第１の境界領域で連続し、前記それぞれのレンズは、前記第１の境界領域内に光軸を有し、前記第１の境界領域の短手方向における幅は、０．０２１ｍｍ以下であることを特徴とする。

このようにした本発明は、光学系の光量を増加させることができるという効果が得られる。

第１の実施例におけるレンズユニットの分解斜視図 第１の実施例におけるプリンタの構成を示す概略図 第１の実施例におけるＬＥＤヘッドの概略側面図 第１の実施例におけるＬＥＤヘッドの断面図 第１の実施例における第１のレンズ板の平面図 第１の実施例における遮光板の平面図 第１の実施例におけるレンズユニットの断面図 第１の実施例におけるレンズユニットの断面図 第２の実施例における読取装置の構成を示す概略図 第２の実施例における読取装置の読取ヘッドの構成を示す概略図 第２の実施例における読取装置の読取ヘッドの構成を示す概略図

以下、図面を参照して本発明によるレンズアレイ、レンズユニット、ＬＥＤヘッド、露光装置、画像形成装置および読取装置の実施例を説明する。

本実施例の画像形成装置としてのプリンタを図２の第１の実施例におけるプリンタの構成を示す概略図に基づいて説明する。
図２において、プリンタ１００は、色材としての顔料を含む樹脂からなるトナーにより、画像データをもとに印字媒体上に画像を形成する。

プリンタ１００には、印字媒体としての用紙１０１を貯留する給紙カセット６０が装着され、用紙１０１を給紙カセット６０から取り出す給紙ローラ６１を備え、用紙１０１を給紙して搬送する搬送ローラ６２、６３が配置される。
本実施例におけるプリンタ１００は、カラー電子写真方式であり、プリンタ１００内には画像形成部としてイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの各色の画像を形成する静電潜像担持体としての感光体ドラム４１、その感光体ドラム４１に形成された静電潜像をトナーにより現像し、トナー像を形成する現像器５、その現像器５にトナーを供給するトナーカートリッジ５１が用紙１０１の搬送路に沿って並べて配置されている。

また、感光体ドラム４１の表面に電荷を供給して帯電させる帯電ローラ４２、光学ヘッドとしてのＬＥＤヘッド３が、感光体ドラム４１の表面に対向するように配置され、ＬＥＤヘッド３は帯電ローラ４２で帯電された感光体ドラム４１の表面に画像データをもとに選択的に光を照射して静電画像を形成する。
さらに、感光体ドラム４１上に形成され、トナーにより静電潜像を可視化した像であるトナー像を用紙１０１上に転写する転写ローラ８０が、転写部で用紙１０１を搬送する転写ベルト８１を挟むように感光体ドラム４１に対向して配置され、また用紙１０１が転写部を通過した後の感光体ドラム４１の表面に残留したトナーを除去するクリーニングブレード４３が感光体ドラム４１の表面に接触して配置されている。

転写部の下流には用紙１０１上に形成されたトナー像を熱および圧力で定着させる定着器９が配置され、その定着器９を通過した用紙１０１を搬送する搬送ローラ６４、その搬送ローラ６４により搬送され、画像が形成された用紙１０１を貯留する排出部７へ排出する排出ローラ６５が配置される。

また、帯電ローラ４２および転写ローラ８０には図示しない電源により所定の電圧が印加される。そして、転写ベルト８１、感光体ドラム４１および各ローラはそれぞれ図示しないモータと図示しない駆動を伝達するギアにより回転駆動される。さらに、現像器５、ＬＥＤヘッド３、定着器９、および図示しない各モータには、それぞれ電源および制御装置が接続されている。

プリンタ１００は、外部装置から印刷データを受信する外部インターフェースを有し、その外部インターフェースで受信した印刷データをもとに印字媒体上に画像を形成する。
このように構成されたプリンタ１００は、制御プログラムをメモリ等の記憶部に記憶し、その制御プログラムに基づいて全体を制御する制御手段および演算手段としての制御部を備えている。

図３は第１の実施例におけるＬＥＤヘッドの概略側面図である。
図３において、露光装置としてのＬＥＤヘッド３にはレンズユニット１が配置される。レンズユニット１はホルダ３４によりＬＥＤヘッド３に固定されている。ＬＥＤ素子３０は発光部であり、複数のＬＥＤ素子３０が略直線に配列され、ＬＥＤアレイ３００を構成している。ＬＥＤ素子３０の配列方向はＹ軸方向（図３における水平方向）である。レンズユニット１は長尺であり、レンズユニット１の長手方向がＬＥＤアレイ３００と平行になるようにＹ軸方向（図３における水平方向）に配置されている。

４１は静電潜像が形成される感光体ドラムであり、ＡＸＲは感光体ドラム４１の回転軸である。この感光体ドラム４１の回転軸ＡＸＲが、ＬＥＤアレイ３００およびレンズユニット１の長手方向と平行になるようにＹ軸方向（図３における水平方向）に配置されている。
レンズユニット１には、複数のマイクロレンズが配置されており、レンズユニット１のマイクロレンズの光軸はＺ方向（図３における鉛直方向）となるように配置されている。

図４は第１の実施例におけるＬＥＤヘッドの断面図である。なお、図４は図３における直線ＡＡでの断面図である。
図４において、レンズユニット１の長手方向およびレンズユニット１のマイクロレンズの光軸方向の両方に直交する方向をレンズユニット１の幅方向とすると、レンズユニット１の幅方向はＸ軸方向（図４における水平方向）となるように配置される。レンズユニット１の幅方向におけるレンズユニット１の中心をＣＬとすると、中心ＣＬを外挿した直線上にＬＥＤ素子３０および感光体ドラム４１の回転軸ＡＸＲが配置される。

また、レンズユニット１のマイクロレンズの光軸はＺ方向（図４における鉛直方向）となるように配置される。ＬＥＤ素子３０およびドライバＩＣ３１は配線基板３３上に配置される。ＬＥＤ素子３０およびドライバＩＣ３１はワイヤ３２により結線されている。
本実施例においては、ＬＥＤヘッド３は１２００ｄｐｉ（ｄｏｔ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）の解像度であり、ＬＥＤアレイ３００のＬＥＤ素子３０は１インチ当たり（１インチは約２５．４ｍｍ）１２００個配置されている。すなわち、ＬＥＤ素子３０の配列ピッチＰＤは０．０２１１７ｍｍである。

図１は第１の実施例におけるレンズユニットの分解斜視図である。
図１において、レンズユニット１は、２枚のレンズアレイと遮光部材とからなる。１１ａは、物体面側のレンズアレイとしての第１のレンズ板であり、１１ｂは、結像側のレンズアレイとしての第２のレンズ板である。また、２１は遮光部材としての遮光板である。

第１のレンズ板１１ａと第２のレンズ板１１ｂとが、遮光板２１を挟んで対向して配置される。第１のレンズ板１１ａには、第１のマイクロレンズ１２ａが第１のレンズ列１３ａおよび第２のレンズ列１４ａとして２列に配列され、また第２のレンズ板１１ｂには、第２のマイクロレンズ１２ｂが第１のレンズ列１３ｂおよび第２のレンズ列１４ｂとして２列に配列されている。第１のマイクロレンズ１２ａおよび第２のマイクロレンズ１２ｂの光軸ＡＸＬはＺ方向（図５における鉛直方向）となるように配置される。

遮光板２１には、絞りとしての開口部２２が形成され、その開口部２２はレンズユニット１の長手方向に沿って配列されている。
第１のマイクロレンズ１２ａおよび第２のマイクロレンズ１２ｂの配列間隔は同じであり、それぞれの光軸ＡＸＬが一致するように配置される。
このようにレンズユニット１は、光軸が一致するように配置された２枚のマイクロレンズ（第１のレンズ板１１ａと第２のレンズ板１１ｂ）と絞り（遮光板２１）とからなるレンズ群を光軸に対して直交する方向に略直線に配置した構成となっている。

図５は第１の実施例における第１のレンズ板の平面図であり、図中Ｙ軸方向が（図中鉛直方向）がレンズ板の長手方向となっている。
図５において、第１のレンズ板１１ａには、複数の第１のマイクロレンズ１２ａが２列に、千鳥状に配置されている。第１のレンズ板１１ａに配列された、一方の第１のマイクロレンズ１２ａの列を第１のレンズ列１３ａ、他方の第１のマイクロレンズ１２ａの列を第２のレンズ列１４ａとすると、第１のレンズ列１３ａ内および第２のレンズ列１４ａ内の第１のマイクロレンズ１２ａの配列方向は、第１のレンズ板１１ａの長手方向である。

第１のレンズ列１３ａ内の第１のマイクロレンズ１２ａと、第２のレンズ列１４ａ内の第１のマイクロレンズ１２ａとの間には第１の境界領域１５が形成され、また第１のレンズ列１３ａおよび第２のレンズ列１４ａのそれぞれの列内で隣接する第１のマイクロレンズ１２ａ間には第２の境界領域１６が形成されている。

第１のレンズ列１３ａ内の第１のマイクロレンズ１２ａと、第２のレンズ列１４ａ内の第１のマイクロレンズ１２ａとは、第１の境界領域１５で連続し、また第１のレンズ列１３ａおよび第２のレンズ列１４ａのそれぞれの列内で隣接する第１のマイクロレンズ１２ａは第２の境界領域１６で連続している。

第１のマイクロレンズ１２ａの光軸ＡＸＬは第１の境界領域１５内に配置され、好ましくは、レンズユニット１の幅方向（図中Ｘ軸方向）の略中心線ＣＬ上に配置される。なお、本実施例では、第１のマイクロレンズ１２ａの光軸ＡＸＬはレンズユニット１の幅方向（図中Ｘ軸方向）の中心線ＣＬ上に配置されるものとして説明する。

第１のレンズ列１３ａ内の第１のマイクロレンズ１２ａの配列間隔（光軸ＡＸＬの間隔）は、（２×ＰＹ）となっており、また第２のレンズ列１４ａ内の第１のマイクロレンズ１２ａの配列間隔は、（２×ＰＹ）となっている。
また、隣接する第１のレンズ列１３ａ内の第１のマイクロレンズ１２ａと第２のレンズ列１４ａ内の第１のマイクロレンズ１２ａとの配列間隔はＰＹとなっている。

第１のマイクロレンズ１２ａは、隣接する第１のマイクロレンズ１２ａと境界で接し、隙間なく連続して配置されている。つまり、第１のマイクロレンズ１２ａの配列方向の半径ＲＬＹはレンズ配列間隔ＰＹと等しくなっている。
また、第１のマイクロレンズ１２ａの半径は、マイクロレンズの配列方向がＲＬＹ、レンズユニット１の幅方向（図中Ｘ軸方向：図中水平方向）はＲＬＸである。このとき、半径ＲＬＸ＞半径ＲＬＹとなっている。

第１のレンズ列１３ａ内の第１のマイクロレンズ１２ａと、第２のレンズ列１４ａ内の第２のレンズ列１４ａ内の第１のマイクロレンズ１２ａとは、第１のレンズ列１３ａ内の第１のマイクロレンズ１２ａを、第２のレンズ列１４ａ内の第１のマイクロレンズ１２ａの光軸ＡＸＬを回転軸として１８０度回転させた構成となっている。

なお、図１に示す第２のレンズ板１１ｂの構成は、上述した第１のレンズ板１１ａと同様の構成であり、第１のマイクロレンズ１２ａを第２のマイクロレンズ１２ｂに置き換えたものと同等である。

また、第１のレンズ板１１ａおよび第２のレンズ板１１ｂは、発光部の光線を透過する素材により構成されている。本実施例の第１のレンズ板１１ａおよび第２のレンズ板１１ｂは、シクロオレフィン系樹脂である光学樹脂（日本ゼオン社製、商品名；ＺＥＯＮＥＸ（ゼオネックス）（登録商標）Ｅ４８Ｒ）を使用し、射出成型法により複数のマイクロレンズを一体に成形した。
第１のマイクロレンズ１２ａおよび第２のマイクロレンズ１２ｂの各曲面は数式１で表される回転対称高次非球面で構成することにより、高い解像度を得ることができる。

関数Ｚ（ｒ）は、第１のマイクロレンズ１２ａおよび第２のマイクロレンズ１２ｂの各曲面の頂点を原点とし、レンズユニット１の物体面から結像面へ向かう方向を正の数で表す。また、ｒは、マイクロレンズの光軸に平行な方向を軸とし、半径方向の座標を示し、各図面に示したＸ軸、Ｙ軸方向の各座標に対し、数式２の関係がある。

数式１において、Ｃｎｍは曲率半径、Ａｎｍは非球面係数４次の係数、Ｂｎｍは非球面係数６次の係数を示し、ｎおよびｍは１または２であり、ｎ＝１が第１のマイクロレンズ１２ａ、ｎ＝２が第２のマイクロレンズ１２ｂであることを示し、ｍ＝１が物体面側のレンズ面、ｍ＝２が結像面側のレンズ面であることを示す。

図６は第１の実施例における遮光板の平面図である。図中のＹ軸方向（鉛直方向）が遮光板２１の長手方向であり、図中のＸ軸方向（水平方向）が遮光板２１の長手方向と直交する方向となっている。
図６において、ＣＬは、遮光板２１のレンズユニット幅方向（図中Ｘ軸方向）における中心線を示している。遮光板２１には、マイクロレンズに入射する光線を通過させる複数の開口部２２が形成されている。

開口部２２のマイクロレンズ配列方向の間隔は、図５に示す第１のレンズ１２ａの配列間隔に一致し、開口部２２のマイクロレンズ配列方向の位置（図中Ｙ軸方向の座標）は、図５に示す第１のマイクロレンズ１２ａのマイクロレンズ配列方向の位置（図中Ｙ軸方向の座標）に一致する。

開口部２２は、半径ＲＡＸの円を、レンズユニットの幅方向（図中Ｘ軸方向）に平行で半径ＲＡＸの円の中心（ＡＸＬ）から距離ＲＡＹにある直線で切断し、マイクロレンズの配列方向（図中Ｙ軸方向）と平行で半径ＲＡＸの円の中心（ＡＸＬ）から距離（ＴＢ／２）にある直線で切断した形状となっている。このとき、半径ＲＡＸ＞距離ＲＡＹとなっている。

開口部２２のマイクロレンズの配列方向の位置（図中Ｙ軸方向の座標）は、光軸ＡＸＬと一致するように配置される。その光軸ＡＸＬは、遮光板２１の中心線ＣＬ上に配置される。つまり、光軸ＡＸＬは開口部２２と一致しないため、物体から発せられ、光軸ＡＸＬに一致する光線は、遮光板２１により遮光される。

したがって、遮光板２１は、図５に示す第１の領域１５および第２の領域１６を遮光するように形成されている。
遮光板２１は、発光部の光線を遮光する素材により形成され、本実施例ではポリカーボネートを用いて射出成型法により作成した。

次に、レンズユニットの詳細について図７を用いて説明する。
図７は第１の実施例におけるレンズユニットの断面図、すなわちレンズユニット１および物体面ＯＰと結像面ＩＰの、マイクロレンズの配列方向と直交し、光軸ＡＸＬを含む平面による断面図であり、図５および図６における直線ＡＡによるレンズユニット１の断面図である。なお、図７におけるＸ軸方向（水平方向）はレンズユニット１のマイクロレンズの配列方向（長手方向）に直交する方向（幅方向）であり、Ｚ軸方向（鉛直方向）は光軸ＡＸＬの方向である。

図７において、物体面ＯＰ上で、レンズユニット１の幅方向の中心線ＣＬを外挿した位置に物体３０ａとしてのＬＥＤアレイ３００（図３参照）が配置される。物体面ＯＰから距離ＬＯ離れた位置に第１のマイクロレンズ１２ａが配置される。さらに、第２のマイクロレンズ１２ｂが第１のマイクロレンズ１２ａと光軸ＡＸＬが一致するように対向し、距離ＬＳを隔てて配置される。レンズユニット１の結像面ＩＰは第２のマイクロレンズ１２ｂから光軸ＡＸＬ方向に距離ＬＩ隔てた位置である。そして、第１のマイクロレンズ１２ａは、厚さがＬＴ１であり、第２のマイクロレンズ１２ｂは厚さがＬＴ２である。

第１のマイクロレンズ１２ａは、光軸ＡＸＬ方向に距離ＬＯ１の位置にある物体３０ａの結像としての中間像３０ｂを光軸ＡＸＬ方向に距離ＬＩ１離れた中間像面ＩＭＰ上に形成する。第２のマイクロレンズ１２ｂは、距離ＬＯ２の位置にある中間像３０ｂの結像３０ｃを光軸ＡＸＬ方向にＬＩ２隔てた結像面ＩＰ上に結像する。このとき、結像３０ｃは物体３０ａの正立等倍像になっている。

レンズユニット１の物体面ＯＰから第１のマイクロレンズ１２ａまでの距離ＬＯは距離ＬＯ１と等しく設定され、第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂとの間隔ＬＳは（距離ＬＩ１＋距離ＬＯ２）に設定され、第２のマイクロレンズ１２ｂからレンズユニット１の結像面ＩＰまでの距離ＬＩは距離ＬＩ２と等しく設定される。

第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂを同じ構成のレンズとすることができる。このとき、第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂは、ともに厚さがＬＴ１であり、第１のマイクロレンズ１２ａの物体面側の曲面と同じ形状の面が第２のマイクロレンズ１２ｂの結像面側の曲面となるように形成し、対向して配置され、距離ＬＯ１と距離ＬＩ２とは等しく設定され、距離ＬＯは距離ＬＩと等しく設定される。さらに、距離ＬＯ２は距離ＬＩ１と等しく設定され、第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクレンズ１２ｂとの間隔ＬＳは、（２×距離ＬＩ１）に設定される。

上述した構成の作用について説明する。
まず、プリンタ１００の動作を図２に基づいて説明する。
プリンタ１００の感光体ドラム４１表面は、図示しない電源装置により電圧が印加された帯電ローラ４２により帯電される。続いて、感光体ドラム４１が回転することによって帯電された感光体ドラム４１表面がＬＥＤヘッド３の付近に到達するとＬＥＤヘッド３によって露光され、感光体ドラム４１表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は現像器５により現像され、感光体ドラム４１の表面にトナー像が形成される。

一方、給紙カセット６０にセットされた用紙１０１が給紙ローラ６１によって給紙カセット６０から取り出され、搬送ローラ６２、６３により、転写ローラ８０および転写ベルト８１の付近に搬送される。
感光体ドラム４１が回転することにより、現像によって得られた感光体ドラム４１表面上のトナー像が転写ローラ８０および転写ベルト８１の付近に到達すると図示しない電源装置により電圧が印加されている転写ローラ８０および転写ベルト８１によって、感光体ドラム４１表面上のトナー像は用紙１０１上に転写される。

続いて、表面にトナー像が形成された用紙１０１は、転写ベルト８１の回転により定着器９へ搬送され、用紙１０１上のトナー像はその定着器９により加圧されながら加熱されることにより溶解し、用紙１０１上に固定される。トナー像が固定された用紙１０１は、搬送ローラ６４および排出ローラ６５により排出部７に排出されてプリンタ１００の動作が終了する。

次に、露光装置としてのＬＥＤヘッド３の動作を図４に基づいて説明する。
画像データをもとにプリンタ１００の制御部によりＬＥＤヘッド３の制御信号が発信されるとドライバＩＣ３１はその制御信号に基づき任意の光量でＬＥＤ素子３０を発光させる。そのＬＥＤ素子３０からの光線はレンズユニット１に入射し、感光体ドラム４１上に結像が形成される。

次に、レンズユニット１の動作の概要を図７に基づいて説明する。
第１のマイクロレンズ１２ａにより、物体３０ａの倒立縮小像が中間像面ＩＭＰ上に中間像３０ｂとして形成される。そして、第２のマイクロレンズ１２ｂによって中間像３０ｂの拡大倒立像が結像面ＩＰ上に結像３０ｃとして形成される。結像３０ｃは物体３０ａの正立等倍像となっており、物体面ＯＰ上の矢印の方向（＋Ｘ方向）は、結像面ＩＰ上の矢印の方向（＋Ｘ方向）となっている。また、第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂとの間では物体面ＯＰ上の各点からの主光線が平行である、いわゆるテレセントリックになっている。さらに、物体３０ａからの光線のうち、結像に寄与しない光線は遮光板２１により遮断される。

一方、第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂを同じ構成のレンズとした場合にも、物体３０ａの倒立縮小像が中間像面ＩＭＰ上に中間像３０ｂとして形成され、第２のマイクロレンズ１２ｂによって中間像３０ｂの拡大倒立像が結像面ＩＰ上に結像３０ｃとして形成され、結像３０ｃは物体３０ａの正立等倍像となっており、物体面ＯＰ上の矢印の方向（＋Ｘ方向）は、結像面ＩＰ上の矢印の方向（＋Ｘ方向）となっている。また、第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂとの間では物体面ＯＰ上の各点からの主光線が平行である、いわゆるテレセントリックになっている。さらに、物体３０ａからの光線のうち、結像に寄与しない光線は遮光板２１により遮断される。

遮光板２１の開口部２２（絞り）は、第１のレンズ板１１ａの第１のマイクロレンズ１２ａから出射された光線を透過し、第２のレンズ板１１ｂの第２のマイクロレンズ１２ｂに入射するように配置され、第１のレンズ板１１ａの第１のマイクロレンズ１２ａは物体３０ａの倒立縮小像を形成し、第２のレンズ板１１ｂの第２のマイクロレンズ１２ｂはその倒立縮小像の倒立拡大像を形成して物体３０ａの正立等倍像を形成する。

次に、レンズユニット１の動作の詳細を図７および図８に基づいて説明する。
図７において、中間像３０ｂを通り、光軸ＡＸＬと平行な直線をＡＸＬ´とし、直線ＡＸＬ´と物体面ＯＰの交点を３０ａ´、直線ＡＸＬ´と結像面ＩＰの交点を３０ｃ´とする。

図８は、図７におけるレンズユニット１および物体面ＯＰと結像面ＩＰの、直線ＡＸＬ´を含みマイクロレンズの配列方向と平行な平面による断面図である。
図８において、第１のマイクロレンズ１２ａおよび第２のマイクロレンズ１２ｂの配列方向は図中Ｙ軸方向（図中水平方向）であり、光軸ＡＸＬは図中Ｚ軸方向（図中鉛直方向）となるように配置されている。

物体３０ａの倒立縮小像が中間像面ＩＭＰ上に中間像３０ｂとして形成される。図８においては、物体３０ａの光線は点３０ａ´から発せられたように見える。そして、第２のマイクロレンズ１２ｂによって中間像３０ｂの拡大倒立像が結像面ＩＰ上に結像３０ｃとして形成される。図８においては、結像３０ｃは点３０ｃ´に形成されたように見える。

結像３０ｃは物体３０ａの正立等倍像となっており、物体面ＯＰ上の矢印の方向（＋Ｙ軸方向）は結像面ＩＰ上の矢印の方向（＋Ｙ軸方向）となっており、また第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂとの間では、物体面ＯＰ上の各点からの主光線が平行である、いわゆるテレセントリックになっている。さらに、物体３０ａからの光線のうち、結像に寄与しない光線は遮光板２１により遮断される。

また、第１のマイクロレンズ１２ａと第２のマイクロレンズ１２ｂを同じ構成のレンズとした場合も同様に、物体３０ａの結像３０ｃが形成され、結像３０ｃは物体３０ａの正立等倍像になっている。
レンズ光軸の位置のずれと、結像の形成される位置に変位は一致するため、レンズ光軸の直線ＣＬからの位置のずれを、レンズユニットによって結像を形成しようとする物体の画素の配列間隔の半分程度に抑えることが望ましい。

すなわち、物体の解像度が１２００ｄｐｉ（１インチに１２００個の画素が配列）である場合、画素の配列間隔はＰＤ≒０．０２１ｍｍであるので、レンズ光軸の直線からの位置のずれは、Ｄ３＝（１／２）×ＰＤ＝０．０１０５ｍｍ以下にすることが望ましい。
つまり、レンズ板１１ａを形成する短手方向に隣り合うレンズ同士は、図５に示すレンズ板１１ａの長手方向に伸びる略直線状の第１の境界領域１５内で連続しているため、第１の境界領域１５のレンズ板１１ａの短手方向における幅Ｄ１は、画素の配列間隔ＰＤ＝０．０２１ｍｍ以下とすることが好ましい。

また、レンズ板１１ａを形成する長手方向に隣り合うレンズ同士は、図５に示すレンズ板１１ａの短手方向に伸びる略直線状の第２の境界領域１６内で連続している。第２の境界領域１６の幅Ｄ２は、図６に示す遮光板２１の長手方向における遮光板２１の開口部２２の配列幅（図６中のＹ軸方向に隣り合う開口部２２の内壁の間隔）をＰＹ２としたとき、幅Ｄ２は（（１／２）×ＰＹ２）以下の範囲内であれば良い。

同様に、第１の境界領域１５のレンズ板１１ａの短手方向における幅Ｄ１は、図６に示す遮光板２１の短手方向における遮光板２１の開口部２２の配列幅（図６中のＸ軸方向に隣り合う開口部２２の内壁の間隔）をＴＢとしたとき、幅Ｄ１は（（１／２）×ＴＢ）以下の範囲内であれば良い。

ここで、図５に示す第１の境界領域１５はレンズ板１１ａの長手方向に延在し、第２の境界領域１６はレンズ板１１ａの短手方向に延在し、その第１の境界領域１５が延在する方向と第２の境界領域１６が延在する方向とは略垂直となっている。このように、第１の境界領域１５をレンズ板１１ａの長手方向に延在させ、第２の境界領域１６をレンズ板１１ａの短手方向に延在させることにより、各レンズの有効範囲を最大に取ることが可能となり、これによって光量を増加させることができる。

一般に、レンズから物体へ向かう方向とレンズの光軸とが成す角をθとすると、そのレンズによって形成される物体の結像の明るさは、ＣＯＳ^４θに比例する（コサイン４乗則）。

したがって、物体がレンズの光軸上に存在するとき、そのレンズによって形成される結像の明るさが最も明るくなる。レンズを１列の直線に配列し、直線状の物体（図３に示すＬＥＤアレイ３００）に対向して配置することにより、物体が複数のレンズの光軸上に存在する構成となるが、１列のレンズを配置したレンズアレイでは、レンズの光軸付近の結像は明るく、隣接する２つのレンズの境界付近の結像は暗くなり、レンズの配列間隔に応じた光量の周期的な変化が大きくなる。

１列のレンズを配置したレンズアレイでもレンズの配列間隔を小さくするほど、レンズの配列間隔に応じた光量の変化を小さくすることができるが、レンズの配列間隔を小さくすることにより、レンズアレイや遮光部材の形成が困難となり、また両者を組み合わせるとき、高い精度が必要になる。

そこで、本実施例の構成のように、２列のレンズを配列したレンズアレイの光軸を１列に配置することにより、各光軸の間隔は小さくなるため、明るい結像が形成でき、かつ光量の周期的な変化を抑制することができるようになる。

また、同一列内で隣接する２つのレンズの間の境界を直線状に連続させて形成することにより、同一列内で隣接する２つのレンズ面の高さが一致し、光軸方向の段差が生じないため、レンズ面を精度良く形成することができる。さらに、同一列内で隣接する２つのレンズの間の境界で、光線が乱反射して結像のコントラストを低下させる迷光の発生を抑制することができる。

また、遮光部材の絞り（開口部）の配列方向と直交する方向における略中心に、光線が入射しない領域が形成され、光軸が異なるレンズから入射するクロストーク光を遮光するため、レンズアレイのレンズ配列方向と直交する方向における略中心に、隣接するレンズの境界を配置しても光学特性は変化せず、結像の明るさやコントラストは低下しない。
さらに、同一列内でも隣接する２つのレンズの間に、光線が入射しない領域が形成され、光軸が異なるレンズから入射するクロストーク光を遮光するため、結像の明るさやコントラストは低下しない。

なお、本実施例では、レンズの光量を増加させるために、レンズ板（図１に示す第１のレンズ板１１ａおよび第２のレンズ板１１ｂ）を形成するレンズの光軸を第１の境界領域内に配置するものとしたが、レンズ板を複数枚用いてレンズユニットを構成する場合においては、第１の境界領域および第２の境界領域を遮蔽板によって遮蔽する構成とすることにより、光量を増加させつつ、複数のレンズ板間に発生するクロストーク光を防止することが可能になる。

また、図７および図８に示す第１のマイクロレンズ１２ａおよび第２のマイクロレンズ１２ｂを非球面で構成するようにしたが、球面で構成するようにしても良い。
さらに、第１のマイクロレンズ１２ａおよび第２のマイクロレンズ１２ｂをアナモフィック非球面やＸＹ多項式や放物面、楕円面、双曲面、コーニック面等の曲面に形成しても良い。

さらに、第１のレンズ板および第２のレンズ板は金型成型により形成するようにしたが、樹脂を型に用いた型成型法でもよく、切削加工により形成するようにしても良い。
またさらに、第１のレンズ板および第２のレンズ板の素材は樹脂を用いているが、ガラスを用いても良い。

また、遮光板はポリカーボネートを用いて射出成型法により作成したが、これに限られることなく、切削加工により作成しても良く、金属をエッチングするなどして作成しても良い。
またさらに、発光部として図３に示すＬＥＤ素子３０を複数配置したＬＥＤアレイ３００を用いたが、例えば有機ＥＬを発光部にしても良く、またレーザーを用いた露光装置でも良い。

以上説明したように、第１の実施例では、２列のレンズを配列したレンズアレイの光軸を第１の境界領域内に配置することにより、光源からの光量を多く取り込み、明るい結像を形成することができるという効果が得られる。したがって、露光装置の光源の光量が低下しても、十分な明るさの結像を形成することができるという効果が得られる。

第１の実施例では、本発明によるレンズユニットを画像形成装置としてのプリンタに適用したものとして説明したが、第２の実施例では読取装置に適用した例を説明する。
第２の実施例の構成を図９の第２の実施例における読取装置の構成を示す概略図に基づいて説明する。なお、上述した第１の実施例と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。

図９において、５００は、原稿を読取って画像データとしての電子データを生成する読取装置としてのスキャナである。
スキャナ５００は、読取ヘッド４００、ランプ５０１、原稿台５０２、レール５０３、駆動ベルト５０５、モータ５０６等で構成されている。

読取ヘッド４００は、照明装置としてのランプ５０１により照射され、原稿の表面で反射した光線を取り込み電子データに変換するものである。ランプ５０１は、照射した光が原稿の表面で反射し、読取ヘッド４００内に取り込まれるように配置されている。
原稿台５０２は、電子データが生成される原稿５０７を載置するものであり、可視光線を透過する素材で形成されている。

レール５０３は、原稿台５０２の下方に配置され、読取ヘッド４００を移動可能にするものであり、読取ヘッド４００は、その一部が複数の滑車５０４により張架された駆動ベルト５０５に接続され、モータ５０６で駆動された駆動ベルト５０５によりレール５０３上を移動可能に構成されている。

次に、読取ヘッド４００の構成を図１０の第２の実施例における読取装置の読取りヘッドの構成を示す概略図に基づいて説明する。
図１０において、読取ヘッド４００は、レンズユニット１、ラインセンサ４０１およびミラー４０２で構成されている。

ミラー４０２は、原稿５０７で反射された光線の光路を折り曲げてその光線をレンズユニット１に入射させるものである。
ラインセンサ４０１は、複数の受光素子が略直線に配置されており、レンズユニット１により形成された原稿画像の結像を電気信号に変換するものである。

また、図１１は本実施例の読取ヘッド４００の構成および物体面ＯＰ（原稿５０７）と結像面ＩＰとの位置関係を示している。本実施例では、レンズユニット１の物体面ＯＰが原稿５０７となるように、結像面ＩＰがラインセンサ４０１となるように配置される。なお、本実施例のレンズユニット１の構成は第１の実施例と同様である。

上述した構成の作用について説明する。
まず、読取装置の動作を図９に基づいて説明する。
ランプ５０１が点灯し、原稿５０７の表面を照射することにより、原稿５０７の表面で反射した光線が読取ヘッド４００内に取り込まれる。モータ５０６により、駆動ベルト５０５が駆動して読取ヘッド４００とランプ５０１が図９における左右方向に移動し、読取ヘッド４００は原稿５０７の全面から反射した光線を取り込む。

次に、読取ヘッド４００の動作を図１０に基づいて説明する。
原稿５０７で反射された光線は、原稿台５０２を透過し、ミラー４０２で光路が折り曲げられ、レンズユニット１に入射する。レンズユニット１により結像された原稿５０７の結像はラインセンサ４０１上に形成され、ラインセンサ４０１は形成された原稿５０７の結像を電気信号に変換して電子データを生成する。

本実施例による読取装置を用いて原稿から画像データを形成したところ、原稿と同一の良好な画像データが得られた。
なお、本実施例においては、原稿画像を電子データに変換する読取装置としてスキャナを例に説明したが、光学的信号を電気信号に変換するセンサやスイッチ、およびそれらを用いた入出力装置、生体認証装置、通信装置、寸法測定器等であってもよい。

以上説明したように、第２の実施例では、読取装置において照明装置の光量を抑制しても十分な明るさの結像を形成することができるという効果が得られる。

１ レンズユニット
３ ＬＥＤヘッド
５ 現像器
７ 排出部
９ 定着器
１１ａ 第１のレンズ板
１１ｂ 第２のレンズ板
１２ａ 第１のマイクロレンズ
１２ｂ 第２のマイクロレンズ
１３ａ、１３ｂ 第１のレンズ列
１４ａ、１４ｂ 第２のレンズ列
１５ 第１の境界領域
１６ 第２の境界領域
２１ 遮光板
２２ 開口部
３０ ＬＥＤ素子
３１ ドライバＩＣ
３２ ワイヤ
３３ 配線基板
３４ ホルダ
４１ 感光体ドラム
４２ 帯電ローラ
４３ クリーニングブレード
５１ トナーカートリッジ
６０ 給紙カセット
６１ 給紙ローラ
６２、６３、６４ 搬送ローラ
６５ 排出ローラ
８０ 転写ローラ
８１ 転写ベルト

Claims (20)

1. 複数のレンズが２列に配列され、発光部からの光線を入射して結像を形成し、１２００ＤＰＩの解像度を有する前記発光部と対になって使用されるレンズアレイにおいて、
   長手方向に隣り合う複数のレンズと、
   短手方向に隣り合う複数のレンズとを有し、
   前記短手方向に隣り合うレンズは、長手方向に延在する第１の境界領域で連続し、
   前記それぞれのレンズは、前記第１の境界領域内に光軸を有し、
   前記第１の境界領域の短手方向における幅は、０．０２１ｍｍ以下であることを特徴とするレンズアレイ。
2. 請求項１に記載のレンズアレイにおいて、
   前記それぞれのレンズの光軸は、該レンズアレイの短手方向の中心線上に配置されていることを特徴とするレンズアレイ。
3. 請求項１または請求項２に記載のレンズアレイにおいて、
   前記長手方向に隣り合うレンズは、短手方向に延在する第２の境界領域で連続することを特徴とするレンズアレイ。
4. 請求項３に記載のレンズアレイにおいて、
   前記第１の境界領域が延在する方向と前記第２の境界領域が延在する方向とは、略直交していることを特徴とするレンズアレイ。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレンズアレイにおいて、
   前記それぞれのレンズは、前記レンズアレイの短手方向における略中心に光軸を有することを特徴とするレンズアレイ。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のレンズアレイにおいて、
   前記複数のレンズは、千鳥状に配置されていることを特徴とするレンズアレイ。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のレンズアレイにおいて、
   前記それぞれのレンズは、前記短手方向の半径が前記長手方向の半径より大きく形成されていることを特徴とするレンズアレイ。
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において、
   前記複数のレンズは光軸に直交する長手方向に２列で配列され、一方のレンズ列のレンズは、他方のレンズ列のレンズを前記光軸方向の回転軸で１８０度回転させた形状であることを特徴とするレンズアレイ。
9. 複数のレンズが２列に配列され、発光部からの光線を入射して結像を形成し、１２００ＤＰＩの解像度を有する前記発光部と対になって使用され、長手方向に隣り合う複数のレンズと、短手方向に隣り合う複数のレンズとを有し、前記短手方向に隣り合うレンズは、長手方向に延在する第１の境界領域で連続し、前記それぞれのレンズは、前記第１の境界領域内に光軸を有し、前記第１の境界領域の短手方向における幅は、０．０２１ｍｍ以下であるレンズアレイと、
   前記第１の境界領域を遮光する遮光部材とを有することを特徴とするレンズユニット。
10. 請求項３に記載のレンズアレイと、
    前記第１の境界領域および前記第２の境界領域を遮光する遮光部材とを有することを特徴とするレンズユニット。
11. 第１のレンズアレイと、
    第２のレンズアレイと、
    前記第１のレンズアレイと前記第２のレンズアレイとの間に配置され、複数の絞りが長手方向に配列された遮光部材とを有し、
    前記絞りは、前記第１のレンズアレイのレンズから出射された光線を透過し、前記第２のレンズアレイのレンズに入射するように配置され、
    前記第１のレンズアレイのレンズは物体の倒立縮小像を形成し、前記第２のレンズアレイのレンズは前記倒立縮小像の倒立拡大像を形成して前記物体の正立等倍像を形成し、
    前記第１のレンズアレイまたは前記第２のレンズアレイの少なくとも一方が、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のレンズアレイであることを特徴とするレンズユニット。
12. 請求項１１に記載のレンズユニットにおいて、
    前記第１のレンズアレイのレンズの光軸と一致する物体からの光線が、前記遮光部材により遮光されることを特徴とするレンズユニット。
13. 請求項１１または請求項１２に記載のレンズユニットにおいて、
    前記第１の境界領域の短手方向における幅は、前記遮光部材の短手方向において隣り合う前記絞りの内壁の間隔の２分の１以下であることを特徴とするレンズユニット。
14. 請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載のレンズユニットにおいて、
    前記レンズアレイの長手方向に隣り合うレンズは、短手方向に延在する第２の境界領域で連続し、
    前記第２の境界領域の前記レンズアレイの長手方向における幅は、前記遮光部材の長手方向において隣り合う前記絞りの内壁の間隔の２分の１以下であることを特徴とするレンズユニット。
15. 複数のレンズが２列に配列され、１２００ＤＰＩの解像度を有する発光部からの光線を入射して結像を形成し、長手方向に隣り合う複数のレンズと、短手方向に隣り合う複数のレンズとを有し、前記短手方向に隣り合うレンズは、長手方向に延在する第１の境界領域で連続し、前記それぞれのレンズは、前記第１の境界領域内に光軸を有し、前記第１の境界領域の短手方向における幅は、０．０２１ｍｍ以下であるレンズアレイを備えたことを特徴とするＬＥＤヘッド。
16. 複数のレンズが２列に配列され、１２００ＤＰＩの解像度を有する発光部からの光線を入射して結像を形成し、長手方向に隣り合う複数のレンズと、短手方向に隣り合う複数のレンズとを有し、前記短手方向に隣り合うレンズは、長手方向に延在する第１の境界領域で連続し、前記それぞれのレンズは、前記第１の境界領域内に光軸を有し、前記第１の境界領域の短手方向における幅は、０．０２１ｍｍ以下であるレンズアレイと、
    前記第１の境界領域を遮光する遮光部材とを有するレンズユニットを備えたことを特徴とするＬＥＤヘッド。
17. 複数のレンズが２列に配列され、１２００ＤＰＩの解像度を有する発光部からの光線を入射して結像を形成し、長手方向に隣り合う複数のレンズと、短手方向に隣り合う複数のレンズとを有し、前記短手方向に隣り合うレンズは、長手方向に延在する第１の境界領域で連続し、前記それぞれのレンズは、前記第１の境界領域内に光軸を有し、前記第１の境界領域の短手方向における幅は、０．０２１ｍｍ以下であるレンズアレイと、
    前記第１の境界領域を遮光する遮光部材とを有するレンズユニットを備えたことを特徴とする露光装置。
18. 複数のレンズが２列に配列され、１２００ＤＰＩの解像度を有する発光部からの光線を入射して結像を形成し、長手方向に隣り合う複数のレンズと、短手方向に隣り合う複数のレンズとを有し、前記短手方向に隣り合うレンズは、長手方向に延在する第１の境界領域で連続し、前記それぞれのレンズは、前記第１の境界領域内に光軸を有し、前記第１の境界領域の短手方向における幅は、０．０２１ｍｍ以下であるレンズアレイと、
    前記第１の境界領域を遮光する遮光部材とを有するレンズユニットを備えたことを特徴とする画像形成装置。
19. 複数のレンズが２列に配列され、１２００ＤＰＩの解像度を有する発光部からの光線を入射して結像を形成し、長手方向に隣り合う複数のレンズと、短手方向に隣り合う複数のレンズとを有し、前記短手方向に隣り合うレンズは、長手方向に延在する第１の境界領域で連続し、前記それぞれのレンズは、前記第１の境界領域内に光軸を有し、前記第１の境界領域の短手方向における幅は、０．０２１ｍｍ以下であるレンズアレイを具備するＬＥＤヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置。
20. 複数のレンズが２列に配列され、１２００ＤＰＩの解像度を有する発光部からの光線を入射して結像を形成し、長手方向に隣り合う複数のレンズと、短手方向に隣り合う複数のレンズとを有し、前記短手方向に隣り合うレンズは、長手方向に延在する第１の境界領域で連続し、前記それぞれのレンズは、前記第１の境界領域内に光軸を有し、前記第１の境界領域の短手方向における幅は、０．０２１ｍｍ以下であるレンズアレイと、
    前記第１の境界領域を遮光する遮光部材とを有するレンズユニットとを備えたことを特徴とする読取装置。

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