JP5797014B2 - レンズユニット、ledヘッド、画像形成装置および読取装置 - Google Patents
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Description
このレンズアレイは、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配列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)。
本発明は、このような問題を解決することを課題とし、結像のコントラストの低下を抑制することを目的とする。
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。
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。
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。
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。
図5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12aおよび第2のレンズ13aならびに第1のレンズ12bおよび第2のレンズ13b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。
図6において、第1のレンズ板11aには、複数の第1のレンズ12aが、その光軸が互いに平行し、また光軸と直交する方向に、2列に配置されている。すなわち、レンズ板11aには、レンズ列L1に沿って配列されたレンズ12aとレンズ列L2に沿って配列されたレンズ12aとが形成されている。レンズ列L1に配列されたレンズ12aとレンズ列L2に配列されたレンズ12aとはレンズ板11aの長手方向において位相をずらしてレンズ12aが千鳥状に配列されている。
第1のレンズ12aの配列間隔は、第1のレンズ板11aの長手方向(図中Y軸方向)にPY、幅方向(図中X軸方向)にPXとなっている。このとき、間隔PY>間隔PXとなっている。また、2列のレンズ列間で隣接するレンズ間の間隔はPNとなっている。
なお、第1のレンズ板11aは発光部の光線を透過する素材により構成されている。
図7において、第2のレンズ13aは、図6で説明した第1のレンズ12aと同じ配列間隔で配置され、第1のレンズ12aと第2のレンズ13aの光軸AXLは一致する。
図6および図7に示す第1のレンズ12aおよび第2のレンズ13a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。
次に、本実施例の第2のレンズの形状について図1を用いて説明する。図1は第1の実施例における第2のレンズおよびクロストーク防止部の断面図である。なお、図1中のZ軸方向(鉛直方向)が光軸AXLと平行な方向であり、図1中のX軸方向(水平方向)がレンズユニットの長手方向と直交する方向(幅方向)となっている。
第2の曲率X2>第1の曲率X1>第3の曲率X3
の関係を有している。
図8において、遮光板21には、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。この開口部22は、遮光板21の長手方向に略直線に配列され、開口部22の配列間隔は、図6に示す第1のレンズ12aの配列間隔に一致する。遮光板21の長手方向に直交する方向(X軸方向)における開口部22の間隔はTBとなっている。
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。
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。
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。
RAY1は、物体30aから発せられ、光学系を通過する主光線であり、RAY2は周辺光線である。第1のレンズ12aと第2のレンズ13aとにより、物体30aの縮小倒立像30bが中間像面IMP上に形成される。周辺光線RAY2および主光線RAY1は中間像30bの位置で集光する。
一方、RAY3は、物体30aからの光線のうち、第1のレンズ12aと光軸AXLが同じでない第2のレンズ13aに入射するクロストーク光線である。
図12(a)に示す本実施例の構成では、中間部の曲率は光軸AXL近傍の曲率より小さくなっているため、物体面OP上の物体30aの中間像30bは、中間像面IMP上に直線状に形成される。
レンズユニットの性能評価においては、図3に示すLED素子30の配列間隔がPD=0.042mmであるLEDヘッドを用いた。これは、1インチ(凡そ25.4mm)の600個のLED素子30が配列されており、いわゆる解像度は600dpi(dot per inch)である。
また、クロストーク防止部14aは第1のレンズ板11aの長手方向と直交する方向における両端部にのみ形成するようにしても良い。この構成を図13の第1の実施例の変形例におけるレンズ板の平面図に基づいて説明する。
以上説明したように、第1の実施例では、第2のレンズのクロストーク防止部の領域の曲率を光軸付近の領域および中間部の領域の曲率より大きくなるように光学系を構成することにより、クロストークした光線が遮光部材で遮光されるので、LEDヘッドにおいてはコントラストの高い露光像を形成することができ、画像形成装置においては印刷画像の品質低下を抑制することができるという効果が得られる。
第2の実施例の構成を図15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。
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。
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。
図16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。
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。
まず、読取装置の動作を図15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15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。
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。
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。
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、12b 第1のレンズ
13a、13b 第2のレンズ
14a、14b クロストーク防止部
21 遮光部材
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 (9)
- 第1のレンズ列を構成する少なくとも2つのレンズの光軸と第2のレンズ列を構成する少なくとも2つのレンズの光軸とをレンズアレイの長手方向において位相をずらすことにより、複数のレンズを千鳥状に配列したレンズアレイを有するレンズユニットにおいて、
前記レンズアレイは、
第1のレンズ列を構成する少なくとも2つのレンズは第1の境界で交わり、
第1のレンズ列を構成する少なくとも2つのレンズと、前記第2のレンズ列を構成する少なくとも2つのレンズのうち隣り合う2つのレンズは第2の境界で交わり、
前記第1のレンズ列において隣り合う2つのレンズの光軸間の距離は、第1のレンズ列を構成する少なくとも2つのレンズと、前記第2のレンズ列を構成する少なくとも2つのレンズのうち隣り合う2つのレンズの光軸間の距離よりも大きく設定され、
前記レンズアレイの前記第1のレンズ列を構成する各レンズは、
レンズの光軸近傍に、第1の曲率を有する第1の領域と、
前記第1の領域よりも前記光軸から離れ、第2の曲率を有する第2の領域とを有し、
前記第2の曲率は、前記第1の曲率より大きく形成され、
前記第2の領域は、前記第1の境界近傍に形成され、
前記レンズユニットは、
前記レンズアレイを複数有し、
前記複数のレンズアレイの間に配設された遮光部材を有し、
前記遮光部材は、前記レンズアレイを構成するレンズに入射する光線を通過させる開口部と、
前記第1の境界と対向する位置に配置され、前記第2の領域を通過する光線を遮光する遮光部とを有することを特徴とするレンズユニット。 - 請求項1に記載のレンズユニットにおいて、
前記第1のレンズ列を構成する各レンズは、
前記第1の領域と前記第2の領域とを結び、第3の曲率を有する第3の領域をさらに有し、
前記第3の曲率は、前記第1の曲率より小さいことを特徴とするレンズユニット。 - 請求項1または請求項2に記載のレンズユニットにおいて、
前記第2の領域は、クロストーク防止部であることを特徴とするレンズユニット。 - 請求項3に記載のレンズユニットにおいて、
前記第1のレンズ列を構成する前記各レンズは、光軸が互いに平行し、前記光軸と直交する方向に略隙間なく配列され、外周部に前記クロストーク防止部が配置されていることを特徴とするレンズユニット。 - 請求項3または請求項4に記載のレンズユニットにおいて、
前記レンズアレイは、
入射光を入射するための第1のレンズ面と、出射光を出射するための第2のレンズ面とを有し、
前記クロストーク防止部は、前記第1のレンズ面と前記第2のレンズ面のどちらにも形成されていることを特徴とするレンズユニット。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載のレンズユニットにおいて、
前記レンズアレイは、第1のレンズアレイおよび第2のレンズアレイであり、
前記第1のレンズアレイは、物体の縮小倒立像を形成し、
前記第2のレンズアレイは、前記縮小倒立像の拡大倒立像を形成し、前記物体の正立等倍像を形成することを特徴とするレンズユニット。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載のレンズユニットを有することを特徴とするLEDヘッド。
- 請求項1から請求項6のいずれかに記載のレンズユニットまたは請求項7に記載のLEDヘッドを有することを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1から請求項6のいずれかに記載のレンズユニットを有することを特徴とする読取装置。
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