JP5837892B2 - 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、レンズ及びミラー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、複写機、複合機（ＭＦＰ）等の画像形成装置では、照明装置と、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、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。

しかしながら、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。また複数枚のレンズとアパーチャを組み合わせる際に、組み立て時のずれによる性能の劣化を招いていた。

特許文献１には、結像素子を一体化して、組み立て時のずれによる性能劣化を回避した結像素子アレイが開示されている。しかしながら、光束幅の大きい箇所に反射面が２面あるため、面精度が結像に影響を与えるため、成形時間そのものを長くする必要があるという問題点がある。

特開２００２−６２４０７号公報

発明が解決しようとする課題は、レンズとミラーの相対位置のずれを抑え、１つの成形品で形成可能な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、入射面、出射面と、前記入射面と前記出射面の間に設けられ、光の入射方向から見て外方に突出した２つの壁面と前記２つの壁面の突出した端部間の頂部に形成された単一の反射面を有する凸部とを含み一体成形された結像素子を、前記入射面同士及び出射面同士が隣接するように第１の方向に複数個並べて配列した結像素子アレイであって、前記第１の方向で前記頂部における２つの壁面間の距離が、前記外方へ突出する前記壁面の底部から前記頂部までの距離よりも小さいことを特徴とする。

一実施形態に係る画像形成装置の構成図。 一実施形態に係る画像形成部を拡大して示す構成図。 一実施形態に係る画像読取装置を拡大して示す構成図。 一実施形態に係る結像素子アレイの斜視図。 一実施形態に係る結像素子の構成を示す斜視図。 一実施形態に係る結像素子アレイの光線の経路を示す斜視図。 一実施形態に係る結像素子アレイの物体面から像面に至る光線の経路を示す斜視図。 一実施形態におけるレンズ面６１での光線の進行状態を示す説明図。 一実施形態におけるミラー面６３での光線の進行状態を示す説明図。 一実施形態におけるミラー面６４での光線の進行状態を示す説明図。 ミラー面６４の変形例での光線の進行状態を示す説明図。 一実施形態におけるレンズ面６２での光線の進行状態を示す説明図。 一実施形態におけるミラー面６３を拡大して示す斜視図。 一実施形態におけるミラー面６３の断面図。 ミラー面６３の凸部の有無による迷光の発生状況を示す説明図。 一実施形態に係る結像素子アレイの光線の経路を主走査方向及び副走査方向からから見た図。 一実施形態におけるミラー面６３の迷光特性を示す図。 第１の実施形態に係る結像素子アレイの変形例を示す構成図。 変形例における結像素子アレイでのミラー面６３の迷光特性を示す図。 第２の実施形態に係る結像素子アレイを示す構成図。

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、一実施形態に係る結像素子アレイを用いた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、感光体ドラムを露光する光走査装置を有する。光走査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（２８Ｙ〜２８Ｋ）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を参照して光走査装置の走査ヘッド１９Ｋ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、感光体ドラム２２Ｋを露光する。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、結像素子アレイ５０を有し、結像素子アレイ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。結像素子アレイ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、スキャナ部１５で読み取った画像データや、ＰＣなどで作成された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、結像素子アレイ５０に入射し、結像素子アレイ５０を通過して感光体ドラム２２Ｋ上に結像し、像を感光体ドラム２２Ｋ上に形成する。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、スキャナ部１５（読取装置）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、結像素子アレイ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。また筐体４５の上部にはスリット５１を有する遮光体５２を取り付けている。

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、スリット５１を介して結像素子アレイ５０に入射する。結像素子アレイ５０は、正立等倍レンズとして機能する。結像素子アレイ５０に入射した光は、結像素子アレイ５０の出射面から出射され、センサ４９上に結像する。すなわち照明装置４７，４８が照射した光のうちの原稿での反射光が結像素子アレイ５０の中を透過する。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。

以下、結像素子アレイ５０の構成について詳しく説明する。図４は、第１の実施形態に係る結像素子アレイ５０を示す斜視図である。光の入射方向を矢印Ａで示し、光の出射方向を矢印Ｂで示す。

結像素子アレイ５０は、入射面であるレンズ面６１と、出射面であるレンズ面６２と、レンズ面６１から入射した光を複数回（図４の例では２回）反射して出射レンズ面６２に反射する反射面６３，６４と、を有する結像素子６０を複数個備えている。以下、反射面をミラー面と呼ぶ。

複数個の結像素子６０（結像素子群）で構成する結像素子アレイ５０は、図４に示すように、それぞれの結像素子６０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、複数個の結像素子６０は、樹脂またはガラスにて一体に形成されている。尚、以下の説明では、結像素子アレイ５０を単にアレイ５０と呼ぶこともある。

図４において、レンズ面６１は、主走査方向に対して垂直な方向に非対称なレンズ面（入射面）であり、レンズ面６２は、主走査方向と垂直な方向に非対称なレンズ面（出射面）である。以下、レンズ面６１を入射レンズ面、レンズ面６２を出射レンズ面と呼ぶこともある。

図５は、１セットの結像素子６０の構成を概略的に示す斜視図である。結像素子６０は、入射レンズ面６１、ミラー面６３，６４及び出射レンズ面６２を含む。尚、図５では、レンズ面６１、ミラー面６３，６４及びレンズ面６２を分離して示しているが、これは各結像素子６０の構成を分かりやすく示すためであり、実際にはガラス又は樹脂で一体に成形されている。入射光Ｘ（図５では光路の中心光線のみを示す）は、レンズ面６１に入る。

また、図５に示すように、ミラー面６３は、光の入射方向から見て外方に突出した凸部６５の頂部に反射面が形成されている。また凸部６５は、高さ方向にテーパを付けている。

図６は、１セットの結像素子６０を複数並べた状態を示す斜視図である。合わせて光線の経路を示し、１セット内で集光される光線が結像に寄与する。１セットの結像素子６０の入射レンズ面６１に入射した光線が、他のセットの結像素子に入射して結像面に達する光線を迷光と呼ぶ。迷光は、結像性能を劣化させる光線となる。尚、図５、図６において、主走査方向は「主」、副走査方向は「副」の矢印で示している。尚、以降の図においても、「主」で示す矢印は主走査方向を表し、「副」で示す矢印は副走査方向を表す。

結像素子アレイ５０に入射した光Ｘは、主走査方向と垂直な方向に非対称なレンズ面６１に入り、主走査方向及び副走査方向両方に収束して、そのうちの結像に寄与する光線は、ミラー面６３に入射する。ミラー面６３は、外方に突出した凸部６５の頂部に形成されており、反転像を形成する面近傍に配置される。またミラー面６３は、ミラー面６３に入射した全ての光線を反射して、そのうちの結像に寄与する光線がミラー面６４に全反射条件を満たす入射角で入射するような角度で配置される。ミラー面６４は、主走査方向と垂直な方向に非対称である。

ミラー面６４に入射した全ての光線は、ミラー面６４で反射されて、主走査方向と垂直な方向に非対称な出射レンズ面６２（光線出射面）に導かれ、レンズ面６２によって再度結像され、等倍正立像を像面に形成する。像面は、センサ４９や、感光体ドラム２２に相当する。

図５、図６からもわかるように、アレイ５０は、入射光線を順次反射してレンズ面６２へ導くミラー面６３と、入射光線を次のミラー面以外へ導くか、最終的に像面に入射しない部分へ導くか、或いはアレイ５０の遮光部へ導く部分が主走査方向に交互に並んでいる。

即ち、ミラー面６３，６４で反射した光以外の光がレンズ面６２に進行するのを阻止する面（進行阻止面）をミラー面６３の両サイドに設けている。図５、図６では、ミラー面６３の両側の凸部６５が進行阻止面となる。

図７は、物体面７１と像面７２の間に設けた結像素子アレイ５０の光線Ｘの経路を示す図である。物体面７１とアレイ５０の間には、迷光を防ぐためのスリット７３を配置している。物体面７１（ＬＥＤ４３又は原稿台１２の原稿載置面）からの光は、スリット７３を通って絞られ、アレイ５０のレンズ面６１に入射し、ミラー面６３，６４でそれぞれ反射し、レンズ面６２から出射し、像面７２（感光体ドラム２２又はセンサ４９）に結像する。

図８〜図１２は、各レンズ面及び各ミラー面での光線の進行状態を示す説明図である。図８〜図１２において、矢印Ａは光線Ｘの進行方向を示している。

図８（ａ）は、レンズ面６１への光線Ｘの入射方向を示している。（ｂ）は、レンズ面６１を副走査方向から見た図であり、（ｃ）は、レンズ面６１を光線Ｘの入射方向から見た図であり、（ｄ）はレンズ面６１を主走査方向から見た図である。レンズ面６１は、主走査方向と垂直な方向に非対称なレンズ面（入射面）を構成し、（ｃ）の一点鎖線Ｃは隣の結像素子との境界を示し、境界がレンズの縁となっている。したがって、遮光される入射光を極力減らして、光学効率を上げている。

図８（ｂ）、（ｄ）に示すように、光線Ｘは、主走査方向、副走査方向の両方に対して収束光となり、所定の物体高の物点から出た光線を１セットの結像素子６０の中に収めて、結像に寄与する光量を増やす役割を持っている。またレンズ面６１の形状を、主走査方向と垂直な方向に非対称にすることで、ミラー面に斜めに光線が入射することにより発生する様々な収差を打ち消している。

図９（ａ）は、ミラー面６３への光線Ｘの入射方向を示している。（ｂ）は、ミラー面６３を副走査方向から見た図であり、（ｃ）は、光の入射方向からミラー面６３を見た図であり、（ｄ）は、ミラー面６３を主走査方向から見た図である。

ミラー面６３は、次のミラー面６４に光線を導く。またミラー面６３は、外方に突出する凸部６５の頂部に形成されている。凸部６５の壁面によって、主走査方向に対して所定の角度以上の光線を遮光する。また（ｃ）の一点鎖線Ｃは隣の結像素子６０との境界面を示し、ミラー面６３と境界面Ｃまでの間は前述した進行阻止面となっており、この領域に入射した光線を最終的に遮光部に導くか、センサ面や感光体ドラム等の像面以外の場所に導く。

図１０（ａ）は、ミラー面６４への光線Ｘの入射方向を示している。（ｂ）は、ミラー面６４を副走査方向から見た図であり、（ｃ）は、光の入射方向からミラー面６４を見た図であり、（ｄ）はミラー面６４を主走査方向から見た図である。

主走査方向と垂直な方向に非対称なミラー面６４は、次の同じセット内の出射レンズ面６２に光線を導く面である。図１０（ｃ）の一点鎖線Ｃは、隣の結像素子６０のミラー面６４との境界面（ミラー縁）を示し、隣接するミラー面６４同士は接している。これにより、遮光される入射光を極力減らして、光学効率を上げている。

また図１０（ｄ）で示すように、中間の反転像面は、ミラー面６４の近傍に形成される。これにより、角度を持った曲率を持つ面での様々な収差の発生を抑えつつ、光線の主走査方向へ進む方向を、出射側レンズ６２を通るように作用することができる。

図１０（ｄ）をみてわかるように、ミラーが光線に作用する光路進行方向の位置は、ミラー面６４に入射する直前では、光線の左側と右側で異なり、左側では、反転像を形成する中間の像面により近い光路上流側で作用し、右側では、反転像を形成する中間の像面からより遠い光路の下流側でミラー面が作用する。

集光位置の光線の左右（ミラー面６４で反射された後では上下）でのずれを少なくするために、図１０（ｄ）の左の部分でのパワーの絶対値は相対的に大きく、右の部分では、上の部分に比べてパワーの絶対値を相対的に小さくしている。このため、このミラー面６４を主走査方向と垂直な方向には非対称な形状としている。

図１１は、ミラー面６４の変形例を示す。図１１のミラー面６４は、主走査方向と垂直な方向に非対称であり、物体面や、物体高の広い範囲で迷光がでないようにする必要がある際に、遮光性能を上げるために、図１０のミラー面６４の代わりに配置するものである。

図１１（ｃ）に示すように、ミラー面６４と隣の結像素子６０との境界面Ｃまでの間は前述した進行阻止面となっている。この進行阻止面は、図１１（ｄ）の一点鎖線で示すように、ミラー面６４とは異なる位置や異なる角度を持つ面であり、この領域に入射した光線を最終的に遮光部に導くか、センサ面や感光体ドラム等の像面以外の場所に導く形状となっている。

図１２（ａ）は、出射レンズ面６２への光線Ｘの入射方向を示している。（ｂ）は、出射レンズ面６２を副走査方向から見た図であり、（ｃ）は、出射レンズ面６２を光線Ｘの入射方向から見た図であり、（ｄ）は出射レンズ面６２を主走査方向から見た図である。

図１２（ｃ）の一点鎖線Ｃは隣の結像素子６０の出射レンズ面６２との境界面を示し、出射レンズ面６２は、隣の結像素子との境界がレンズの縁となっている。（ｂ）、（ｄ）に示すように、光線は、主走査方向、副走査方向の両方に対し、収束光となり、センサ４９や感光体ドラム２２等の像面で結像するようになっている。レンズ面６２の形状を、主走査方向と垂直な方向に非対称にすることで、前段のミラー面に斜めに光線が入射することにより発生する様々な収差を打ち消している。

次にミラー面６３における凸部６５の壁の作用について説明する。図１３はミラー面６３を拡大して示す斜視図であり、図１４はミラー面６３の断面図である。

ミラー面６３は、凸部６５の頂部に形成しており、光線Ｘがミラー面６３に入射し、ミラー面６３で反射して出射する。一方、凸部６５の壁面は、主走査方向角度θの絶対値の大きな光線を遮光する作用を有する。図１３において、主走査方向の入射角が所定の角度の光線Ｘ（実線）は、ミラー面６３によって全反射し、次の光学面（レンズ面６４）に向かう。一方、主走査方向の入射角θの絶対値の大きな光線Ｘ１（一点鎖線）は、凸部６５に向かい凸部６５の壁面にぶつかって反射し、最終的には像面（センサ４９、或いは感光体ドラム２２）の外の領域へ導かれる。

図１４に示すように、主走査方向の入射角θの絶対値の最大値は、ミラー面６３へつながる入口の主走査方向の幅をＷ、入口からミラー面６３までの距離をＬとしたとき、θは、下記式により決まる。

tan|θ|≦Ｗ／２／Ｌ
したがって、上記式をもとに凸部６５の壁面の形状を決定することにより、迷光が像面に結像するのを防ぐことができる。また凸部６５の壁面及び隣り合う壁面間に、遮光膜を形成するとよい。遮光膜としては、例えば遮光用のインク６５’を塗布する。遮光用のインク６５’を塗布することにより、凸部６５の壁面に達した光を吸収することができる。

尚、図１４において、ミラー面６３の並び方向の幅（ミラー幅）をＷ０で示し、レンズアレイ５０のピッチをＰで示している。

図１５は、凸部６５の有無による迷光の発生状況を示す説明図である。図１５（ａ）は、凸部６５が無い場合、即ちＬ＝０の場合にミラー面６３から出射される光線の様子を示す。図１５（ａ）において、ミラー面６３に入射した光は、ミラー面６３によって反射され、結像光（結像に使われる光）となる。この結像光では、ある程度の範囲（矢印Ｄで示す範囲）の迷光はカットできるが、幅広い領域全域では迷光をカットできない。

図１５（ｂ）は、矢印Ｄで示す範囲外の（ａ）の迷光部分Ｅを拡大して示す図であり、矢印Ｄで示す範囲外で発生している迷光Ｘ２では、各ミラー面に入射する光、或いは各ミラー面から出射する光の主走査方向の角度の絶対値θが、結像光として使われる光線よりも大きいことがわかる。すなわち、光路中の少なくとも１か所で、結像光として使われる光の主走査方向角度の絶対値よりも大きな主走査方向角度絶対値を持つ光線を遮光すれば、迷光を全領域で無くすことができる。

図１５（ｃ）は、凸部６５を設けた場合にミラー面６３から出射される光線の様子を示す図である。図１５（ｃ）から分かるように、凸部６５を設けることにより、迷光が無くなっていることを確認できる。

図１６（ａ）は、アレイ５０の光路を主走査方向から見た図であり、図１６（ｂ）は、アレイ５０の光路を副走査方向から見た図である。図１６（ａ）から分かるように、主走査方向に関しては、物体面７１からの光束は、スリット７３を通ってレンズ面６１に入射し、アレイ５０の中間（Ｓ）付近で一度、反転像を形成し、その反転像を再度反転することにより像面７２に正立像を形成する。また、図１６（ｂ）から分かるように、副走査方向に関しては、複数セットの結像素子６０を通った光が像面７２で一点に集光される。

以上述べた第１の実施形態では、凸部６５を有するミラー面６３を入射レンズ面６１の直後に設けることにより、入射レンズ６１のみを通った光線の主走査方向における光線の角度は、物体点からの主走査方向の距離が大きくなれば、単調に増加するため、全ての迷光に対応させる部品形状を単純にすることができ、金型の形状を単純化できることである。

また、使わない光線を光路の上流側で遮光するため、下流側のミラー部間の遮光用部分の形状も単純化できる。ただし、ミラー面６３よりも下流側で迷光を発生させてしまうと角度の大きな迷光を全て遮光することが難しくなるため、ミラー面６４の縁部では、ギザキザの面がなくシャープな形状とすることが必要となる。

図１７は、第１の実施形態におけるミラー面６３の迷光特性を示す図である。図１７の横軸は、図１４に示したミラー面６３の入口の主走査方向の幅ＷをレンズアレイのピッチＰで割った値（ピッチ比：Ｗ／Ｐ）である。また縦軸は、ミラー面６３の入口からミラー面６３までの距離Ｌをミラー幅Ｗ０で割った値（アスペクト比：Ｌ／Ｗ０）を示す。遮光用の壁部６５’は、５度の抜き勾配を持つものとして計算をしている。

光線がミラー面６３の入口の主走査方向の幅（入口幅：Ｗ）を基準とした場合には、Ｌ/Ｗ＝Ｌ／（Ｗ０+Ｌ×tan(５)*２）、
≒Ｌ/Ｗ０−tan(５)*２＝Ｌ/Ｗ０−０．１７５
となる。

図１７では、アスペクト比（Ｌ／Ｗ０）とピッチ比（Ｗ／Ｐ）を段階的に変えた複数のアレイのサンプルについて迷光の有無を確認した図である。アスペクト比（Ｌ／Ｗ０）が１以上では迷光が発生せず、１以下では迷光が発生することが確認された。図１７では、迷光の出ない範囲だけを示し、アスペクト比（Ｌ／Ｗ０）を１．０から０．２ずつ変え、ピッチ比（Ｗ／Ｐ）を０．１ずつ変えたときに迷光が発生しなかったアレイの数をプロットしている。

図１７において、×は、迷光が出ないアレイを示し、例えば、アスペクト比が１．０でピッチ幅が０．１のときに迷光が出なかったアレイの数は２つだけであるが、アスペクト比が大きく、ピッチ比が０．２５〜０．３５のとき迷光が出なかったアレイの数は増加している。

また図１７において、□は光学効率０．０７％以上、△は光学効率０．０８％以上、○は光学効率０．０９％以上をそれぞれ満たし、かつ迷光が出なかったサンプルの数をプロットしたものである。光学効率は、ある一点から均一な強度分布の光が扇状に放射されたときに、その何パーセントが像面に達したかを示すものであり、パーセントが高いほど光学効率が良い。例えば光学効率０．０９％を満たすことを条件としたときは、図１７の点線で示す範囲にあるものであれば良好な迷光特性が得られた。

図１７で示すように、アスペクト比（Ｌ／Ｗ０）が１よりも小さい場合（もしくは、溝部深さＬを入口幅Ｗで割った値が０．８２５よりも小さい場合）には、迷光がでてしまう結果となった。即ち、溝部深さＬの方が、ミラー幅Ｗ０よりも大きいことが、迷光をなくすために必要であることが分かる。

金型の加工面から言うと、アスペクト比（Ｌ/Ｗ０）が小さい方が加工しやすい。またピッチ比（Ｗ／Ｐ）が０．２５から０．３５の間の値であるときが、迷光が無く、しかも光学効率が良い条件であることが分かる。

次に第１の実施形態の変形例に係る結像素子アレイを、図１８を参照して説明する。図１８の結像素子アレイ５０は、入射レンズ面６１から入射した光を複数回（２回）反射して出射レンズ面６２に導くものであり、ミラー面６３とミラー面６４の位置を入れ替えたものである。

図１８（ａ）は、結像素子アレイ５０の構成図である。結像素子アレイ５０は、入射面であるレンズ面６１と、出射面であるレンズ面６２と、入射レンズ面６１から入射した光を２回反射して出射レンズ面６２に反射するミラー面６４，６３を有する結像素子６０を複数個備えている。図１８（ｂ）は１つの結像素子６０を示す。

図１８では、出射レンズ面６２の前に、外方に突出した凸部６５を有する平面状のミラー面６３を配置している。結像素子アレイ５０に入射した光Ｘは、レンズ面６１（入射面）に入り、主走査方向及び副走査方向両方に収束して、そのうちの結像に寄与する光線は、ミラー面６４に入射する。ミラー面６４に入射した全ての光線は反射されて、そのうちの結像に寄与する光線は、ミラー面６３に入射する。さらにミラー面６３に入射した全ての光線は反射されて、そのうちの結像に寄与する光線は、レンズ面６２（出射面）に導かれ、レンズ面６２によって再度結像され、等倍正立像を像面に形成する。

図１９は、図１８におけるミラー面６３の迷光特性を示す図である。図１９において、横軸は、図１４に示したミラー面６３の入口幅ＷをレンズアレイのピッチＰで割った値（ピッチ比：Ｗ／Ｐ）である。また縦軸は、ミラー面６３の入口からミラー面６３までの距離Ｌをミラー幅Ｗ０で割った値（アスペクト：Ｌ／Ｗ０）を示す。

図１９において、×は、迷光が出ないアレイを示し、□は光学効率０．０８％以上、△は光学効率０．０９％以上をそれぞれ満たし、かつ迷光が出なかったサンプルの数をプロットしたものである。

図１９においても、アスペクト比（Ｌ／Ｗ０）が１よりも小さい場合（もしくは溝部深さＬを入口幅Ｗで割った値が０．８２５よりも小さい場合）には、迷光がでてしまう結果となった。即ち、溝部深さＬの方がミラー幅Ｗ０よりも大きいことが、迷光をなくすために必要であることが分かる。

金型の加工面から言うと、アスペクト比（Ｌ/Ｗ０）が小さい方が加工しやすく、ピッチ比（Ｗ／Ｐ）が０．２５から０．４３の間の値であるときが、迷光が無く、しかも光学効率が良い条件であることが分かる。例えば光学効率０．０９％を満たすことを条件としたときは、図１９の点線で示す範囲にあるものであれば良好な迷光特性が得られた。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態に係る結像素子アレイについて説明する。第２の実施形態の結像素子アレイ５０は、入射レンズ面６１から入射した光を複数回（３回）反射して出射レンズ面６２に導くものである。

図２０（ａ）は、第２の実施形態に係る結像素子アレイ５０の構成図であり、入射面であるレンズ面６１と、出射面であるレンズ面６２と、入射レンズ面６１から入射した光を３回反射して出射レンズ面６２に反射するミラー面６３，６４，６６を有する結像素子６０を複数個備えている。図２０（ｂ）は１つの結像素子６０を示す。

ミラー面６３は、入射側のレンズ面６１の次段の位置にあり、外方に突出した凸部６５の頂部に形成された平面ミラーである。結像素子アレイ５０に入射した光Ｘは、レンズ面６１（入射面）に入り、主走査方向及び副走査方向両方に収束して、そのうちの結像に寄与する光線は、ミラー面６３に入射する。

ミラー面６３に入射した全ての光線は反射されて、そのうちの結像に寄与する光線は、ミラー面６４に入射する。ミラー面６４は、隣の結像素子６０のミラー面６４と境界面（ミラー縁）が接している。

ミラー面６４に入射した全ての光線は反射されて、ミラー面６６に入射する。ミラー面６６に入射した全ての光線は反射されて、そのうちの結像に寄与する光線は、レンズ面６２（出射面）に導かれ、レンズ面６２によって再度結像され、等倍正立像を像面に形成する。第２の実施形態においても、ミラー面６３は、溝部深さＬの方が、ミラー幅Ｗ０よりも大きくなっている。

尚、図２０の結像素子アレイ５０の変形例として、出射レンズ面６２の前段にミラー面６３を配置し、入射側のレンズ面６１の次の位置にミラー面６６を配置するようにしても良い。

また入射レンズ面６１から入射した光を３回以上（例えば４回）反射して出射レンズ面６２に導くように、入射レンズ面６１と出射レンズ面６２の間に複数のミラー面を配するようにしてもよい。この場合も、ミラー面の少なくとも１つは、外方に突出した凸部の頂部に形成された平面ミラーとし、溝部深さＬの方が、ミラー幅Ｗ０よりも大きくしたものであればよい。

また、全ての実施形態で、要求される仕様によっては、ミラー面のいくつかは、主走査方向と垂直な方向にも対称な形状や平面とすることができる。また、いくつかのミラー面の間は、進行阻止面を設けず、ミラー同志が接している形であってもよい。

実施の形態の中で、同一名称のものは同じ符号をつけて説明を行ったが、符号が同じものは形状も同じであることを必ずしも意味していない。例えば、図６の入射レンズ面と図２０の入射レンズ面は、双方とも符号６１を付したが、形状は異なっている。同様に、図６のミラー面６４と図１８のミラー面６４は、それぞれ同じ符号を付しているが形状は異なっている。

以上説明した実施形態の結像素子アレイによれば、ミラー面６３の溝部深さＬの方がミラー幅Ｗ０よりも大きい構成にすることにより、迷光の無い、正立等倍光学系を提供することができる。したがつて、画像形成装置に適用することで品位の高い画像を形成することができる。また１つの成形品のみで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、遮光のための凸部のアスペクト比（Ｌ／Ｗ０）が小さいため、成形や金型作製がしやすく、低コストと成形サイクルタイムの短縮を実現することができる。

また第１の実施形態では、レンズ面が２面、ミラー面が２面で済むため、結像特性に与える影響が大きいミラー面数が少なく、しかもパワーを持った面では光束の径が小さくなっており、光束の径が大きいところのミラーは、パワーを持っていない構成にしているため、ミラー面の位置、角度ずれに対する許容値も大きく製造し易い。

本実施の形態では、ＭＦＰを画像形成装置として説明をしたがこれには限定されない。画像形成装置をスキャナ単体の画像読取装置に適応した場合や、電子写真プリンタ単体の光走査装置に適応した場合も、本実施の形態の画像形成装置の範疇に包含される。

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
１５…画像読取装置（スキャナ部）
１７…プリンタ部
１９…走査ヘッド
２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋ…画像形成部
４３…光源（ＬＥＤ）
４９…センサ
５０…結像素子アレイ
６０…結像素子
６１…入射レンズ面
６２…出射レンズ面
６３…凸部を有するミラー面
６４，６６…ミラー面
６５…凸部
６５’…遮光膜

Claims (5)

1. 入射面、出射面と、前記入射面と前記出射面の間に設けられ、光の入射方向から見て外方に突出した２つの壁面と前記２つの壁面の突出した端部間の頂部に形成された単一の反射面を有する凸部とを含み一体成形された結像素子を、前記入射面同士及び出射面同士が隣接するように第１の方向に複数個並べて配列した結像素子アレイであって、
   前記第１の方向で前記頂部における２つの壁面間の距離が、前記外方へ突出する前記壁面の底部から前記頂部までの距離よりも小さい結像素子アレイ。
2. 前記入射面と前記出射面の間に、前記凸部に形成された反射面とは別に、前記第１の方向と垂直な方向である第２の方向に非対称な形状の反射面を有する請求項１記載の結像素子アレイ。
3. 前記凸部に形成された反射面とは別に、前記凸部に形成された反射面で反射された光を、前記結像素子内の前記出射面に導く反射面を有する請求項１または請求項２に記載の結像素子アレイ。
4. 前記凸部を、前記入射面の次段、又は前記出射面の前段に配置した請求項１乃至３のいずれか一に記載の結像素子アレイ。
5. 光を照射する照明装置と、
   前記照明装置からの光を透過させる前記請求項１〜請求項４のいずれか一に記載の結像素子アレイを用いた画像形成装置。

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