JP5848889B2 - 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
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Description
互いに光軸が平行となるように前記光軸と直交する第1の方向に配列された複数の第1のレンズを含む第1のレンズアレイと、
前記複数の第1のレンズに対応して前記第1の方向に配列された複数の第2のレンズを含み、前記各第2のレンズは対応する前記第1のレンズと光軸が一致するように配置される、第2のレンズアレイと、
を有し、
前記複数の第1のレンズおよび複数の第2のレンズのうち互いに光軸が一致する第1のレンズおよび第2のレンズは、前記光軸を含み前記第1の方向と直交する第1の平面において、物体からの光線が前記第1のレンズにより平行化され、当該平行化された光線が前記第2のレンズにより結像面に結像するように構成され、
前記第1のレンズおよび第2のレンズのそれぞれの物体側の面および結像側の面について、前記第1の平面による断面形状と、前記光軸を含み前記第1の方向に平行な第2の平面による断面形状とが曲線であり、
前記第1の方向と前記光軸に平行な第2の方向とに直交する第3の方向を座標軸とする座標をX座標、前記第1の方向を座標軸とする座標をY座標、前記第2の方向を座標軸とする座標をZ座標、CRを曲率半径、Kをコーニック定数、CPn,m(nおよびmは正の整数)を多項式の係数としたとき、前記第1のレンズおよび第2のレンズの形状は、下記式(1)で表されることを特徴とする。
本発明に係るレンズユニットは、
互いに光軸が平行となるように前記光軸と直交する第1の方向に配列された複数の第1のレンズを含む第1のレンズアレイと、
前記複数の第1のレンズに対応して前記第1の方向に配列された複数の第2のレンズを含み、前記各第2のレンズは対応する前記第1のレンズと光軸が一致するように配置される、第2のレンズアレイと、
を有し、
前記複数の第1のレンズおよび複数の第2のレンズのうち互いに光軸が一致する第1のレンズおよび第2のレンズは、前記光軸を含み前記第1の方向と直交する第1の平面において、物体からの光線が前記第1のレンズにより平行化され、当該平行化された光線が前記第2のレンズにより結像面に結像するように構成され、
前記第1のレンズおよび第2のレンズのそれぞれの物体側の面および結像側の面について、前記第1の平面による断面形状と、前記光軸を含み前記第1の方向に平行な第2の平面による断面形状とが曲線であり、
前記第1のレンズは、前記第1の方向と前記光軸に平行な第2の方向とに直交する第3の方向における物体側の面の幅が、前記第3の方向における結像側の面の幅より小さくなるように構成されることを特徴とする。
実施の形態1.
[画像形成装置の構成]
本実施の形態における画像形成装置の構成について説明する。
図1は、本実施の形態における画像形成装置としてのプリンタ100の構成を示す概略図である。プリンタ100は、本実施の形態に係るレンズユニットを含む露光装置を用いて画像を形成する装置である。具体的には、プリンタ100は、電子写真方式の印刷装置であり、画像データに基づき露光装置により静電潜像を形成し、当該静電潜像を現像剤で現像することにより、印字媒体上に画像を形成する。現像剤としては、例えば、色材としての顔料を含む樹脂製のトナーが用いられる。
次に、本実施の形態における露光装置の構成について説明する。
図2は、本実施の形態における露光装置としてのLEDヘッド3の構成を示す概略図である。LEDヘッド3は、略直線状に配列された複数のLED素子(発光部)30を含む発光部アレイとしてのLEDアレイ300と、LEDアレイ300が配置される配線基板33と、LEDアレイ300に対向して配置されるレンズユニット1と、レンズユニット1を保持するホルダ34とを有する。
次に、本実施の形態におけるレンズユニットの構成について説明する。
図4は、本実施の形態におけるレンズユニット1の構成を示す分解斜視図である。レンズユニット1は、物体側のレンズアレイ(第1のレンズアレイ)としての第1のレンズ板11−1と、結像側のレンズアレイ(第2のレンズアレイ)としての第2のレンズ板11−2とを有する。
上記構成を有する画像形成装置としてのプリンタ100の動作について、図1を参照して説明する。画像形成部10Y,10M,10C,10Kの各々において、感光体ドラム1の表面は、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の表面は、LEDヘッド3の付近に到達し、LEDヘッド3によって露光され、感光体ドラム41の表面に静電潜像が形成される。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。
次に、露光装置の動作について、図3を参照して説明する。プリンタ100の制御部は、画像データに基づき、露光装置としてのLEDヘッド3に制御信号を出力する。LEDヘッド3のドライバIC31は、制御部からの制御信号に基づき、各LED素子30に駆動信号を出力する。各LED素子30は、ドライバIC31からの駆動信号に応じた光量で発光する。LED素子30から出射された光はレンズユニット1に入射し、感光体ドラム41上に結像する。
レンズユニット1の作用について、図7を参照して説明する。物体30AとしてのLED素子30から発せられる光線のうち、サジタル面内の光線(以下、「サジタル光線」という)は、第1のマイクロレンズ12−1に入射し、第1のマイクロレンズ12−1によって平行化されて平行光線となる。つまり、第1のマイクロレンズ12−1は、サジタル面内でコリメートレンズとして作用し、第1のマイクロレンズ12−1と第2のマイクロレンズ12−2との間において、物体30Aのサジタル光線は平行光線となっている。そして、当該平行光線は、第2のマイクロレンズ12−2によって結像面IP上に集光し、これにより物体30Aの像である結像30Cが形成される。結像30Cは、物体30Aの倒立像であり、物体面OP上の+X方向の矢印(物体)に対応する結像面IP上の結像は、−X方向の矢印となる。すなわち、レンズユニット1は、X方向において、倒立像を形成する。
次に、レンズユニット1のマイクロレンズ(第1のマイクロレンズ12−1および第2のマイクロレンズ12−2)の焦点距離の測定について説明する。マイクロレンズの焦点距離は、例えば、ノーダル・スライド法により測定される。
以上説明した本実施の形態によれば、以下の効果が得られ得る。
本実施の形態では、レンズユニットは、互いに光軸が平行となるように光軸と直交するY方向に配列された複数の第1のレンズを含む第1のレンズアレイと、それぞれ対応する第1のレンズと光軸が一致するようにY方向に配列された複数の第2のレンズを含む第2のレンズアレイとを有する。このレンズユニットにおいて、互いに光軸が一致する第1のレンズおよび第2のレンズは、光軸を含みY方向と直交するサジタル面において、物体からの光線が第1のレンズにより平行化され、当該平行化された光線が第2のレンズにより結像面に結像するように構成される。この構成によれば、光利用効率が高いレンズユニットを得ることが可能となる。具体的には、光源からの光線を多く取り込み、明るい結像を形成することができるレンズユニットを構成することが可能となる。このようなレンズユニットによれば、光源の光量が小さくても、十分な明るさの結像を形成することが可能になる。
以下、実施の形態2におけるレンズユニットについて説明する。本実施の形態におけるレンズユニットは、実施の形態1のレンズユニット1に対し、マイクロレンズの形状が異なっており、その他の部分については略同様である。以下の説明では、実施の形態1と同様の部分については説明を省略または簡略化し、実施の形態1と同一または対応する要素については同一の符号を付す。
本実施の形態では、第1のレンズは、X方向における物体側の面の幅が、X方向における結像側の面の幅より小さくなるように構成される。また、第2のレンズは、X方向における結像側の面の幅が、X方向における物体側の面の幅より小さくなるように構成される。このように、レンズの一方の面(外側面)を小さく構成することにより、レンズの加工領域を少なくすることが可能となる。これにより、例えば、加工時間の短縮や加工精度の向上が可能となる。特に、第1のレンズの物体側の面の幅または第2のレンズの結像側の面の幅を、有効な光線が入射する範囲内に収めることにより、有効な光線が入射しない領域の加工を無くすことができ、加工領域を最小限にすることができる。
以下、実施の形態3におけるレンズユニットについて説明する。本実施の形態のレンズユニットは、実施の形態1のレンズユニット1に対し、マイクロレンズの配置が異なっており、その他の部分については略同様である。以下の説明では、実施の形態1と同様の部分については説明を省略または簡略化し、実施の形態1と同一または対応する要素については同一の符号を付す。
本実施の形態では、第1のレンズアレイは、それぞれ第1のレンズがY方向に配列された第1および第2のレンズ列を有し、第2のレンズアレイは、それぞれ第2のレンズがY方向に配列された第1および第2のレンズ列を有する。この構成によれば、レンズアレイが1列のレンズ列のみを有する場合と比較して、Y方向におけるレンズの配列間隔を短くすることが可能となり、均一な光学特性を得ることが可能となる。具体的には、レンズの配置に依存する光量や解像度の周期的な低下を抑制し、レンズユニット全体で均一な光学特性を得ることが可能となる。また、これにより、露光装置全体で均一な光学特性を得ることが可能となる。
なお、図16に示される実施の形態3のレンズユニットでは、1個のマイクロレンズに着目すると、光軸AXLに対して+X方向または−X方向のどちらか一方にしか形成されておらず、図4に示される実施の形態1のレンズユニットと比較して、マイクロレンズ1個当たりの結像の光量は小さくなる。しかし、図16に示されるレンズユニットでは、図4に示されるレンズユニットと比較して、実質2倍の個数のマイクロレンズが形成されているので、レンズユニット1つ当たりの光量は略同じである。
以下、実施の形態4におけるレンズユニットについて説明する。本実施の形態のレンズユニットは、実施の形態3のレンズユニットに対し、マイクロレンズの形状が異なっており、その他の部分については略同様である。以下の説明では、実施の形態3と同様の部分については説明を省略または簡略化し、実施の形態3と同一または対応する要素については同一の符号を付す。
以下、実施の形態5における読取装置について説明する。
図23は、本実施の形態における読取装置としてのスキャナ500の構成を示す概略図である。このスキャナ500は、実施の形態1〜4のいずれかのレンズユニットを用い、原稿600の画像を読み取り、当該画像を表す電子データ(画像データ)を生成するものである。
スキャナ500は、原稿600を載置する原稿台502と、原稿600を照明する照明装置としてのランプ501と、原稿600の表面で反射した光を取り込み、電子データに変換する読取ヘッド400と、この読取ヘッド400を原稿600の面と平行に移動可能に支持するレール503と、読取ヘッド400をレール503に沿って移動させる駆動機構510とを備えている。原稿台502は、可視光を透過する素材で構成されている。ランプ501は、当該ランプ501から発せられた光が、原稿台502を透過して原稿600の表面で反射し、再び原稿台502を透過して読取ヘッド400内に取り込まれるように配置される。
図24は、読取ヘッド400の構成を示す概略図である。読取ヘッド400は、原稿600で反射した光の光路を折り曲げるミラー402と、原稿600の結像を形成するレンズユニット1と、レンズユニット1による結像位置に配設された受光素子アレイとしてのラインセンサ401とを備えている。ラインセンサ401は、略直線状に配置された複数の受光素子を備え、原稿600の結像を電気信号に変換する。なお、ラインセンサ401における複数の受光素子の配列方向は、原稿台502と平行で、且つ、読取ヘッド400の移動方向と直交する方向である。
次に、スキャナ(読取装置)500の動作について、図23〜図25を参照して説明する。
Claims (34)
- 互いに光軸が平行となるように前記光軸と直交する第1の方向に配列された複数の第1のレンズを含む第1のレンズアレイと、
前記複数の第1のレンズに対応して前記第1の方向に配列された複数の第2のレンズを含み、前記各第2のレンズは対応する前記第1のレンズと光軸が一致するように配置される、第2のレンズアレイと、
を有し、
前記複数の第1のレンズおよび複数の第2のレンズのうち互いに光軸が一致する第1のレンズおよび第2のレンズは、前記光軸を含み前記第1の方向と直交する第1の平面において、物体からの光線が前記第1のレンズにより平行化され、当該平行化された光線が前記第2のレンズにより結像面に結像するように構成され、
前記第1のレンズおよび第2のレンズのそれぞれの物体側の面および結像側の面について、前記第1の平面による断面形状と、前記光軸を含み前記第1の方向に平行な第2の平面による断面形状とが曲線であり、
前記第1の方向と前記光軸に平行な第2の方向とに直交する第3の方向を座標軸とする座標をX座標、前記第1の方向を座標軸とする座標をY座標、前記第2の方向を座標軸とする座標をZ座標、CRを曲率半径、Kをコーニック定数、CPn,m(nおよびmは正の整数)を多項式の係数としたとき、前記第1のレンズおよび第2のレンズの形状は、下記式(16)で表されることを特徴とするレンズユニット。
- 前記第1のレンズまたは第2のレンズについて、前記第3の方向における幅が、前記第1の方向における幅より大きいことを特徴とする請求項1に記載のレンズユニット。
- 前記第1のレンズおよび第2のレンズについて、前記第2の平面による断面形状と、前記第1の平面による断面形状とが互いに異なることを特徴とする請求項1または2に記載のレンズユニット。
- 前記第1のレンズおよび第2のレンズについて、前記第1の平面による断面形状の曲率半径は、前記第2の平面による断面形状の曲率半径より大きいことを特徴とする請求項3に記載のレンズユニット。
- 前記第1の平面内の平行光線による前記第1のレンズの焦点距離は、前記第1のレンズから物体面までの距離と略一致することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のレンズユニット。
- 前記第1の平面内の平行光線による前記第2のレンズの焦点距離は、前記第2のレンズから結像面までの距離と略一致することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のレンズユニット。
- 前記第1の平面内の平行光線による前記第1のレンズの焦点距離は、前記第2の平面内の平行光線による前記第1のレンズの焦点距離より大きいことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のレンズユニット。
- 前記第1の平面内の平行光線による前記第2のレンズの焦点距離は、前記第2の平面内の平行光線による前記第2のレンズの焦点距離より大きいことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のレンズユニット。
- 前記第1のレンズユニット側から前記第2のレンズユニット側へ入射する光線を制限する遮光部材であって、それぞれ対応する前記第1のレンズからの光線を前記第2のレンズ側に通過させる複数の開口部を有する遮光部材をさらに有することを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載のレンズユニット。
- 互いに隣接する前記第1のレンズまたは互いに隣接する前記第2のレンズは、隙間なく配置されることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載のレンズユニット。
- 互いに光軸が平行となるように前記光軸と直交する第1の方向に配列された複数の第1のレンズを含む第1のレンズアレイと、
前記複数の第1のレンズに対応して前記第1の方向に配列された複数の第2のレンズを含み、前記各第2のレンズは対応する前記第1のレンズと光軸が一致するように配置される、第2のレンズアレイと、
を有し、
前記複数の第1のレンズおよび複数の第2のレンズのうち互いに光軸が一致する第1のレンズおよび第2のレンズは、前記光軸を含み前記第1の方向と直交する第1の平面において、物体からの光線が前記第1のレンズにより平行化され、当該平行化された光線が前記第2のレンズにより結像面に結像するように構成され、
前記第1のレンズおよび第2のレンズのそれぞれの物体側の面および結像側の面について、前記第1の平面による断面形状と、前記光軸を含み前記第1の方向に平行な第2の平面による断面形状とが曲線であり、
前記第1のレンズは、前記第1の方向と前記光軸に平行な第2の方向とに直交する第3の方向における物体側の面の幅が、前記第3の方向における結像側の面の幅より小さくなるように構成されることを特徴とするレンズユニット。 - 前記第2のレンズは、前記第3の方向における結像側の面の幅が、前記第3の方向における物体側の面の幅より小さくなるように構成されることを特徴とする請求項13に記載のレンズユニット。
- 前記第1の平面において、物体側に向かい前記第1のレンズの結像側の面に平行光線を入射させた場合、前記結像側の面の端部に入射した光線は、前記第1のレンズの物体側の面の端部を通過することを特徴とする請求項13から16のいずれか1項に記載のレンズユニット。
- 前記第1の平面において、結像側に向かい前記第2のレンズの物体側の面に平行光線を入射させた場合、前記物体側の面の端部に入射した光線は、前記第2のレンズの結像側の面の端部を通過することを特徴とする請求項13から17のいずれか1項に記載のレンズユニット。
- 前記第1のレンズの結像側の面について、前記第3の方向における幅は、前記第1の方向における幅より大きいことを特徴とする請求項13から18のいずれか1項に記載のレンズユニット。
- 前記第2のレンズの物体側の面について、前記第3の方向における幅は、前記第1の方向における幅より大きいことを特徴とする請求項13から19のいずれか1項に記載のレンズユニット。
- 前記第1のレンズユニット側から前記第2のレンズユニット側へ入射する光線を制限する遮光部材であって、それぞれ対応する前記第1のレンズからの光線を前記第2のレンズ側に通過させる複数の開口部を有する遮光部材をさらに有することを特徴とする請求項13から20のいずれか1項に記載のレンズユニット。
- 前記第3の方向における前記第1のレンズの結像側の面の幅は、前記第3の方向における前記開口部の幅より大きいことを特徴とする請求項21に記載のレンズユニット。
- 前記第3の方向における前記第2のレンズの物体側の面の幅は、前記第3の方向における前記開口部の幅より大きいことを特徴とする請求項21または22に記載のレンズユニット。
- 前記第1のレンズの光軸が、前記第1のレンズアレイの前記第3の方向における略中心に位置することを特徴とする請求項13から23のいずれか1項に記載のレンズユニット。
- 前記第1のレンズアレイは、それぞれ前記第1のレンズが前記第1の方向に配列された第1および第2のレンズ列を有し、
前記第2のレンズアレイは、それぞれ前記第2のレンズが前記第1の方向に配列された第1および第2のレンズ列を有する、
ことを特徴とする請求項1から24のいずれか1項に記載のレンズユニット。 - 前記第1のレンズアレイおよび第2のレンズアレイにおいて、前記第1のレンズ列のレンズと前記第2のレンズ列のレンズとは、前記第1の方向について交互に配置されることを特徴とする請求項25に記載のレンズユニット。
- 前記第1のレンズアレイおよび第2のレンズアレイにおいて、前記第1のレンズ列のレンズの光軸と、前記第2のレンズ列のレンズの光軸とが、前記レンズユニットの前記第3の方向における略中心に位置することを特徴とする請求項25または26に記載のレンズユニット。
- 前記第1のレンズアレイおよび第2のレンズアレイにおいて、前記第2のレンズ列のレンズは、前記第1のレンズ列のレンズを前記第2の方向周りに180度回転させた形状を有することを特徴とする請求項25から27のいずれか1項に記載のレンズユニット。
- 前記第1のレンズユニット側から前記第2のレンズユニット側へ入射する光線を制限する遮光部材であって、それぞれ対応する前記第1のレンズからの光線を前記第2のレンズ側に通過させる複数の開口部を有する遮光部材を有し、
前記第1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請求項25から28のいずれか1項に記載のレンズユニット。 - 前記第1のレンズおよび第2のレンズのそれぞれの物体側の面および結像側の面について、前記第1の平面による断面形状の曲率半径は、前記第2の平面による断面形状の曲率半径より大きいことを特徴とする請求項1から29のいずれか1項に記載のレンズユニット。
- 複数のLED素子を含むLEDアレイと、
前記LEDアレイからの光線を結像面に結像させる、請求項1から30のいずれか1項に記載のレンズユニットと、
を備えることを特徴とするLEDヘッド。 - 複数の発光部を含む発光部アレイと、
前記発光部アレイからの光線を静電潜像担持体上に結像させる、請求項1から30のいずれか1項に記載のレンズユニットと、
を備えることを特徴とする露光装置。 - 静電潜像担持体と、
前記静電潜像担持体に光を照射して静電潜像を形成する露光装置と、
を備え、
前記露光装置は、
複数の発光部を含む発光部アレイと、
前記発光部アレイからの光線を前記静電潜像担持体上に結像させる、請求項1から30のいずれか1項に記載のレンズユニットと、
を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 原稿を照明する照明装置と、
前記原稿の表面で反射した光を電気信号に変換する読取ヘッドと、
を備え、
前記読取ヘッドは、
前記原稿の表面で反射した光を結像する、請求項1から30のいずれか1項に記載のレンズユニットと、
前記レンズユニットによる結像を電気信号に変換する複数の受光素子を含む受光素子アレイと、
を備えることを特徴とする読取装置。
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