JP6324912B2 - レンズミラーアレイ、光学ユニット及び画像形成装置 - 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レンズミラーアレイ、光学ユニット及び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における光軸がずれると、隣のエレメントのレンズに光線が入射して迷光が生じて、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、レンズやミラーを一体成形することで、レンズやミラー間の光軸のずれを小さくした上で、ミラー面の溝部深さＬの方がミラー幅Ｗ０よりも大きい構成を有することにより迷光を少なくする光学装置（結像素子アレイ）が開示されている。しかしながら、ミラー面の溝部深さＬの方がミラー幅Ｗ０よりも大きいため、成形時に樹脂の流れ等が悪くなり、成形時間が長くなる、または、ピッチに対する凸部の幅が狭く、光学効率が低くなってしまうという問題があった。

特開２０１４−１４２４４９号公報

本発明は、レンズやミラーを一体成形することで、レンズやミラー間の光軸のずれを小さくした上で、光学効率が高く、更に迷光を少なくすることが可能な、レンズミラーアレイ、光学ユニット及び画像形成装置を提供する。

一実施形態は、外方に突出した凸部の頂部に形成され光を入射し収束させる第１レンズ面と、前記第１レンズ面から出射される光を頂部において反射する第１ミラー面を含み、光進行方向に対する両側に側壁を有しこの側壁を介して光が進行することを阻止する遮光面を有する突起体と、前記突起体の前記第１ミラー面により反射された光を反射する第２ミラー面と、前記第２ミラー面から出射された光を像面に結像させる第２レンズ面と、を有する光学エレメントを複数個、主走査方向に配列して成り、前記第２ミラー面は、主走査方向の両端が主走査方向の中央に比べ前記第１ミラー面側に突出した形状であり、前記第１ミラー面で反射された光が、前記第１ミラー面の光学エレメントの隣の光学エレメントの第２ミラー面に入って反射された光と、前記第１ミラー面で反射された光が、光が反射された第１ミラー面の光学エレメントと同じ光学エレメントの第２ミラー面に入って反射された光とが、主走査方向と垂直な方向で空間的に離れた位置に、遮光部材が配置され、前記第２ミラー面は、接隣する光学エレメントの第２ミラー面と隣接して配置され、この第２ミラー面の隣接する稜線近傍における反射面の法線を入射光側に傾けて成ることを特徴とするレンズミラーアレイを提供する。

一実施形態に係る光学装置を用いた画像形成装置の構成図である。 一実施形態に係る画像形成部を拡大して示す図である。 一実施形態に係る画像読取装置を拡大して示す図である。 一実施形態に係る光学装置の斜視図である。 一実施形態に係る光学エレメントの斜視図である。 一実施形態に係る光学エレメントの他方向から見た斜視図である。 一実施形態に係る光学エレメントに対す光線の入力光及び出射光の様子を示す図である。 一実施形態に係る光学エレメントの各位置を示す図である。 一実施形態に係る光学エレメントの図８に示した各位置における正規光と迷光の断面分布と遮光膜の位置を示す図である。 一実施形態に係る光学エレメントを一体成形で製造するときの状態をしめす図である。 一実施形態に係る配列体をユニットとして実装する際の構造を示す図である。 一実施形態に係る光学装置を用いた他の例のユニット構造を示す図である。 一実施形態に係る光学エレメントの入射光と出射の正規光と迷光の様子を示す図である。 一実施形態に係る光学エレメントの入射光と出射の正規光の様子を示す図である。 一実施形態に係る光学エレメント配列体における第２ミラー面の配列状態をしめす図である。 一実施形態に係る光学エレメント配列体における隣接する第２ミラー面の稜線近傍の状態を近似した場合の近似プリズムの入射光と反射光の様子を示す斜視図である。 一実施形態に係る第２ミラー面の稜線近傍の状態を近似した場合の近似プリズムの入射光と反射光の様子を示す上面図である。 一実施形態に係る第２ミラー面の稜線近傍の状態を近似した場合の近似プリズムの入射光と反射光の様子を示す主走査方向の側面図である。 一実施形態に係る第２ミラー面の稜線近傍の状態を近似した場合の近似プリズムの入射光と反射光の様子を示す三角柱の底面側から見た正面図である。 一実施形態に係る光学エレメント配列体における隣接する第２ミラー面の稜線近傍の状態を近似した場合の複数の近似プリズムの入射光と反射光の様子を示す斜視図である。 一実施形態に係る第２ミラー面の稜線近傍の状態を近似した場合の複数の近似プリズムの入射光と反射光の様子を示す上面図である。 一実施形態に係る第２ミラー面の稜線近傍の状態を近似した場合の複数の近似プリズムの入射光と反射光の様子を示す主走査方向の側面図である。 一実施形態に係る第２ミラー面の稜線近傍の状態を近似した場合の複数の近似プリズムの入射光と反射光の様子を示す三角錐台の底面側から見た正面図である。

以下、一実施形態について、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して示す。

図１は、一実施形態に係るレンズ、ミラー一体型の結像素子アレイ（光学装置）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には原稿台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露光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されている。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を代表にして説明する。

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、光学装置５０を有し、光学装置５０は防塵用カバーガラス４４に突き当てられながら、保持部材４１に支持されている。保持部材４１には、後述の遮光板１３４の役割を果たす部分が一体に形成されている。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。光学装置５０の詳細な構成については後述する。

ドライバ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、光学装置５０に入射し、光学装置５０を通って感光体ドラム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、後述する光学装置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。筐体４５には、後述の遮光板１３４の役割を果たす遮光部分が一体に形成されている。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を介して光学装置５０に入射する。光学装置５０は、正立等倍レンズとして機能する。光学装置５０に入射した光は、光学装置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光学装置５０を通る。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、光学装置５０の構成について詳しく説明する。光学装置５０は、一体成形された同様構造の光学エレメントから成る。図４は、一実施形態に係る光学装置５０を示す斜視図である。光学装置５０は、主走査方向に並列的に配列された複数の光学エレメント５５と、取扱い時に手で触れてよいハンドリング用に設けられたフランジ部５６を一体で成形して製作されている。ここでは、主走査方向に配列された光学エレメントを全体として光学エレメント配列体あるいはレンズミラーアレイという。

図５（ａ）は、１個の光学エレメント５５の斜視図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す光学エレメント５５をａ−ｂで切断したときの突起体の構造を示す図である。図６は、図５（ａ）に示した光学エレメント５５を矢印Ｇ方向から見た斜視図である。光学エレメント５５は、光透過性の物質（ガラスや樹脂など）で一体形成されており、入射した光を全反射、またはフレネル反射を利用して光を反射するミラー面により反射させて所定の方向に導く。図６において、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。光を反射する面をミラー面とも呼ぶ。

この光学エレメント５５には、光が入射する、表面が外方に突出した凸形状の第１レンズ面６１と、この第１レンズ面６１から入射した光を反射する第１ミラー面６２と、第１ミラー面６２で反射した光を再度反射させる第２ミラー面６３と、第２ミラー面６３で反射した光を出射する外方に突出した凸形状の第２レンズ面６４を有する。第１ミラー面６２は平面であるが、第１レンズ面６１及び第２レンズ面６４は、一方向に湾曲しているだけでなくこの軸と直角の方向にも湾曲している。例えば、図６の第１レンズ面６１の光入射方向をｚ軸とし、軸に垂直な水平方向をｘ軸、ｚ軸及びｘ軸に垂直な方向をｙ軸とすると、ｙ軸方向だけでなく、ｘ軸方向にも湾曲している。第２レンズ面も同様の形状をしている。

このように第１レンズ面６１が凸レンズ機能を有するのは、入射した光をできるだけ集めるためと、中間反転像を形成するためである。また、第２レンズ面が凸レンズ機能を有するのは、第１レンズ面６１によって形成された中間反転像の反転像を形成して、正立像を形成するためである。

光学エレメント５５の第１レンズ面６１に入力した光線が異なる光学エレメントに入射して像面に達する光線は結像性能を劣化させる光線となるので、迷光と呼ぶ。光学エレメント５５の材質は樹脂又はガラスであり、成形されて形成される。

第１ブロック６６は、光入射面である第１レンズ面６１が前面で、第１レンズ面の出射面兼、アパーチャ面に相当する、図６で右上がりの斜線のハッチングで示されている複数の面から構成されている面７４（後述の遮光面７２ａ，７２ｂは含まない）は、主光線に近くなるほど、第１レンズ面側に近くなる形状となっており、第１レンズ面６１から出射した主光線付近で第１レンズ面側に最も近くなって突出している。このため、面７４は、第１レンズ面６１から出射した主光線付近に、直角に近い鈍角の切欠き部７１を有し、この切欠き部７１の底面中央で光入射方向に高さＬ（図５（ｂ）に記載）の突起体７２を有する構造となっている。突起体７２は、図５（ｂ）に示すように両面が、遮光面７２ａ，７２ｂを有し、その頂部が上記第１ミラー面６２となっている。

遮光面７２ａ，７２ｂは、第１レンズ面６１に入射した光が隣接する光学エレメント等に迷光として入射することをできるだけ防止するために設けられており、成形時の離型性を上げるために、図５（ｂ）に示すように下に向かって傾き（テーパ）を有している。

また、第１ブロックの第１ミラー面６２先の光進行方向の、第２ブロックの斜めの平面には、例えば光吸収面７３が形成される。この光吸収面７３は、第１ミラー面６２を透過した光が、第２ブロックに衝突散乱し迷光となったり、第２レンズ面６４で反射された光がレンズアレイ内部で反射して迷光となり、像面に達することをできるだけ防止するために設けられる。

第２ブロック６７は、第２ミラー面６３と、第２レンズ面６４と、この第２レンズ面６４のフランジ部６８と、基部６７ｄを有する。第２ミラー面６３の反射面は、内方に湾曲した長方形状をしており、長さ方向だけでなくその垂直方向にも内側に湾曲した形状を有する。これは周辺部を高くすることによって第１ミラーで反射された光が隣接する光学エレメントの第２ミラーへ入射することをできるだけ防止するためであると共に、隣接する光学エレメントの第２ミラーで反射された迷光となる光と、第１ミラーと同じ光学エレメントの第２ミラーで反射された正規光となる光の反射後の出射角を異ならせ、第２ミラーよりも光路の下流側で迷光と正規光が空間的に分離する領域を作り、その領域で迷光だけを遮光する遮光部を設置して、効率を下げることなく迷光だけを遮光するためである。第２レンズ面で収束された光は、像面６９において収束する。

光学エレメント５５に入射した光は副走査方向（ｙ軸方向）に非対称な第１レンズ面に入り、主走査方向及び副走査方向の両方に収束する光となって突起体７２の頂部の第１ミラー面６２に入射する。図５（ａ）に示すように、突起体７２の両側の側壁には遮光面７２ａ，７２ｂが形成され、これに衝突した光は進行を阻止される。

遮光面７２ａ，７２ｂで進行を阻止されなかった光が主走査方向と垂直な方向に非対称な第２ミラー面６３に入射する。第１ミラー面６２と第２ミラー面６３の間で光線は反転像を形成する。光線は、第２ミラー面６３により反射されて、主走査方向と垂直な方向に非対称な第２レンズ面６４に導かれる。光線は第２レンズ面６４により再度結像され等倍正立像を、像面６９に形成する。

第１レンズの設けられている部分に突起体７２が接している面７４にも遮光膜６１ｎ，６１ｓが設けられている。更に、突起体が設けられている底面にも遮光膜６１ｓが設けられている。遮光膜６１ｎ、６１ｓは例えばＵＶインクにより形成される。

面７４は、主走査方向から見たとき主光線近傍で第１レンズ面６１と所定の距離を保ちながら第１レンズ面６１側に突出している。この所定の距離は、側壁の第１レンズ面６１側に突出している部分が、主走査方向の物点位置が、第１レンズ面を通った主光線を含む面上にある場合の光線が、遮光面７２ａ，７２ｂによって遮光されない、又はそれよりも光路の下流側に来る距離である。

本実施形態の場合、第１レンズ面６１から出た主光線と第１レンズ面６１の光軸はほぼ一致している。

図７（ａ）は、入射光の透過、反射及び出射光の経路を光学エレメント５５の側面から見た図である。図７（ｂ）は、入射光の透過、反射及び出射光の経路を光学エレメント５５の、図７（ａ）に示す直線Ａ−Ａの断面で見た図である。遮光面６１ｎ，６１ｓ，７２ａ，７２ｂの第１レンズ面６１側に突出している部分が、主走査方向の物点位置が、第１レンズ面を通った主光線を含む面上にある場合の光線が、遮光面６１ｎ，６１ｓ，７２ａ，７２ｂによって遮光されない位置、又はそれよりも光路の下流側に来るようにして正規光の光量が減らないようにしている。光線は第１レンズ面において収束されるので、第１レンズ面から先に行くほど幅が小さくなる。したがって、遮光凸部７２の幅に合わせて側壁の第１レンズ面６１側に突出する部分の光進行方向の位置の範囲が決まる。

図７（ａ）（ｂ）により、第１レンズ面６１から入射した光が突起体７２の上面の第１ミラー面６２で反射し、第２ミラー面６３で反射した後、第２レンズ面６４で集光されることが理解できる。但し、実際のレンズミラーアレイでは、必要な正規光だけでなく不必要な迷光も生ずる。

次に上述の正規光と迷光の様子及び正規光となり得る光はできるだけ遮光しないで迷光のみを遮光することを図８及び図９を用いて説明する。

図８、図９では、遮光面７４’は、光軸に垂直な平面に置くという従来の遮光部の置き方をした際の状況を示しており、本実施形態の遮光面７４が主光線に近くなるほど、第１レンズ面側に近くなる形状となっている場合と異なる。図８において太い点線で示す遮光面７４’は、第１レンズ面６１の縁部と、遮光面７４’の縁部の厚さ（コバ厚）が太い実線で示す本実施例の遮光部７４のときの縁部の厚さと同じで第１レンズ面の光軸に垂直な面である。この場合、光学エレメント５５に入る光のうち、本実施形態の遮光面７４を主光線に近くなるほど、第１レンズ面側に近くなるような形状にすることによって遮光されていた光も、第１ミラー面６２及び隣のエレメントの第２ミラー面６３で反射され迷光として他のエレメントの第２レンズ面から出射される。

正規光については、遮光面７４における場合と遮光面７４’の場合で各位置での強度分布は同じであり、その光路の様子は図７（ａ）に示されている。

図９では、遮光面７４の代わりに、従来方式の遮光部の置き方である遮光面７４’が適用されたときの、各断面での正規光と迷光の強度分布と、各断面での本実施形態の遮光面７４で遮光する領域を示す。本実施形態の遮光部の形態にすれば、遮光面７４’が適用されたときの正規光は遮光せず、遮光面７４’が適用された際には発生する迷光のみを遮光できることを示している。図９（ａ）は、太い点線で示すように遮光面７４’が、遮光面７４が置かれたとした際の縁部から垂直な面として始まるとした際の第１ブロック６６の第１レンズ面６１から入射した光の各ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４の位置における断面の正規光の強度分布を示す。また、図９（ｂ）は上記各位置における迷光の断面の強度分布を示す。これらの強度分布はシミュレーション結果による。

位置ｓ１は、遮光用側壁面間の第１レンズ面６１側で、遮光がまだ行われていない光路上の位置を示し、位置ｓ２はこの実施形態では遮光用側面間の第１レンズ面６１側のこの実施形態の構成での遮光面７４による遮光が行われ始める光路上の位置を示す。またｓ３は、遮光面７４とミラー面６２の平面が交わる直線を含み、主光線と垂直な面を示す。位置ｓ４は、遮光面７４’よりもわずかに光路の上流側の位置を示す。

図９（ａ）（ｂ）において、一点鎖線で表す横軸は主光線の位置である。また、点領域９１は、照度があることを示す領域であり、その中の斜線領域９２は照度がその場所でのピーク照度の半分以上の領域を示す。

図９（ａ）（ｂ）において各断面図の両側に描かれている太枠ｓ２１，ｓ２２，ｓ３１，ｓ３２，ｓ４１，ｓ４２は、この実施形態構成時の遮光面６１ｎ，６１ｓ，７２ａ，７２ｂの断面であり、この線と隣のエレメントの境界を示す縦線との間の領域はこの実施形態の構成時の光のブロック領域を示す。このブロック領域が位置ｓ２，ｓ３，ｓ４で変化しているのは、主光線に対して突起体７２が傾斜して設けられており、また遮光面７４が主光線に対して垂直な面から傾いているからである。

図９（ａ）に状態を示す正規光は、断面で見ると、ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４の何れの位置でも縦長になっており、遮光面６１ｎ，６１ｓ，７２ａ，７２ｂが、ｓ１，ｓ２，ｓ３，ｓ４のすべての位置で正規光をほとんど通過させる配置となっていることを示している。

一方、図９（ｂ）に状態を示す迷光は、断面で見ると横長になっており、遮光膜によって生ずるブロックｓ２１，ｓ２２ｓ，ｓ３１ｓ３２，ｓ４１，ｓ４２により面７４と突起体の側面でブロックされている。

ブロック領域ｓ４１，ｓ４２は、正規光の光量を落とさずに、迷光のみを遮光していることを示している。更に、ブロック領域ｓ２１、ｓ２２で遮光されている光は位置ｓ４で、図９（ｂ）において主走査方向中央部に来ている光となっている。このため、ブロック領域ｓ２１，ｓ２２，ｓ３１，ｓ３２，ｓ４１，４２及びその下流側での遮光により迷光となり得る光をほとんど遮光することができる。一方、位置ｓ２において、側壁がブロック領域ｓ２１，ｓ２２より上の部分を全部遮光しても、正規光はほとんど遮光されないことがわかる。

但し、このように構成すると、第１レンズ面６１の上側と遮光面７４の上側の距離Ｌが小さくなりすぎて、第１レンズ面６１の図中、上側の機械的強度が足りずに第１レンズ面６１の形状が崩れること、成形時に樹脂の流れが悪くなって成形時間が長くなってしまうこと、レンズ中央部と周辺部で厚さが違いすぎて熱収縮速度の違いによりひずみが生じやすくなってしまうのこと、の３つのリスクが発生し易い。そこで、レンズ面６１から面７４までの厚さをレンズ６１のｙ方向の中央部からレンズ端までにわたり、できるだけ同じにすることが望ましい。

更に、１レンズ面と遮光面７４の間の距離が最小となる位置での距離Ｌを、強度の問題や樹脂の流れに問題を起こさない程度に確保することが望ましい。そのうえでこの距離をレンズ中心での距離と同じにすること及び迷光の発生を効率的に抑えることを両立させるためには、遮光面７４の形を、第１レンズ面６１を光軸方向に平行移動する形にすることが望ましい。

光学エレメント５５を、樹脂などを用いて一体成形処理により行う場合について図１０を用いて説明する。一体成形により第１ミラー面を精度よく製作するには、入れ子を抜くときに、第１ミラー面、およびその周辺に、余分な力がかからないことが望ましい。第１ミラー面に、せん断力が加わらないよう、第１ミラー面と垂直な方向に入れ子を抜くと、第１ミラー面に近い範囲では、図１０の斜線で示す部分１０１にアンダーカットが生じてしまう。それゆえ、第１ミラー面６２に垂直な面から図中上にいくほど第１ミラー面に近づく方向に、３〜１０°程度の抜きテーパ１０２を付けた面にすると、上記アンダーカットも発生せず、に抜きテーパがあるため、型を開くときに面７４や、第１レンズ面にも大きな力がかからないため、成形時の形状精度を出しやすくできる。

また、遮光用側壁面間の第１ミラーに対向する面（遮光面６１ｓが形成される面）は第１ミラー面とほぼ平行な傾きを有するようにする。

以上から、側壁の第１レンズ面６１の境界面の形状が主走査方向から見たときに、主光線近傍で９０°プラス抜き勾配３〜１０°程度の角度を有するように突出した形状にすることが望ましい。

ここでは、突出した部分は平面同士が交わる各部になっているが、滑らかな曲面や自由曲面の形状にすることによって更に迷光量を抑えることができる。

（第２ミラー面の構造）
ここで、第２ミラー面６３の構造、状態に応じた正規光、迷光について述べる。光学エレメント５５は、主走査方向に一体成形されて光学エレメント配列体１１２を構成している。

この光学エレメント配列体１１２の第２ミラー面６３に着目する。光学エレメント５５の第２ミラー面６３は矩形状で内側に湾曲して主走査方向に配列されているから、模式的に描くと図１５に示すようになる。光学エレメントの第２ミラー面６３ａに対して隣接する光学エレメントの第２ミラー面６３ｂが隣接している。

第２ミラー面６３ａ，６３ｂは、主走査方向両端を入射光から見て主光線が入射してくる方向に突出した形状となっている。したがって、隣接する第２ミラー面６３ａ，６３ｂの隣接する稜線８１の近傍を１つの三角柱型で側面が反射面であるプリズムに近似することが可能である。図１６はこの近似プリズム８２に光線が入射したときの様子を示す斜視図である。図１７は、近似プリズム８２に光線が入射したときの上面図である。図１８は、近似プリズム８２に光線が入射したときの主走査方向（ｘ方向）に見た側面図である。図１９は、近似プリズム８２に光線が入射したときの三角柱の底面の方向から見た正面図である。近似プリズム８２の反射面は主走査方向に正方向、負方向の傾きを有する。

第２ミラー面６３ａに入射した正規光８３ａは反射面の法線８４ａに対して、同じなす角を持つ反射光８５ａとして反射される。一方、第２ミラー面６３ｂに入射した正規光８３ｂは反射面の法線８４ｂに対して、同じなす角を持つ反射光８５ｂとして反射される。

正規光は、同じエレメントの第１レンズと、ピッチよりも主走査方向の幅の狭い第１ミラーを通ってくる光なので、第２ミラー端部に入射してくる正規光は、正規光となるエレメント側のプリズム面６３ａ側から入射してくる。このため、法線８４ａとのなす角は、法線８４ｂとのなす角よりも小さくなる。

図１８を見てわかるように、第２ミラー面６３が、第１ミラー面で反射された光線が入射してくる方向に凸になる形状の場合、入射光が左上から入射するときには入射光８３ｂに対応する迷光は入射光８３ａに対応する正規光８５ａよりも右下方向に進むことになる。

これは、副走査方向にも、正規光と迷光が異なる方向に進むことを示しているため、第２ミラー面６３よりも下流側で、光線を副走査方向で分離されたところで遮光するようにすれば、正規光を減らすことなく、迷光を遮光できることを示している。

図１３及び図１４に上記を適用した例を示す。図１３の第２ブロックの斜めの平面は、ここでは光吸収面７３ではなく、通常のフレネル面７３’と設定している。

図１３は、第２ミラー面が主走査方向の両端が主走査方向の中央に比べ前記第１ミラー面側に突出した形状である状態で、光学エレメント配列体１１２に光が入射したときの入射光と出射光の様子を示す斜視図である。迷光１３３ａと迷光１３３ｃは、第２ミラーに光を導く第１ミラー面で光が反射されたエレメントの隣のエレメントの第２ミラーに光が入射して発生した迷光であり、上記で説明した原理により、迷光は正規光に対し、副走査方向のマイナス側の光路を通る。第２ミラー面で反射された迷光１３３ａは他のエレメントの第２レンズ６４を通って、迷光１３３ｃは、フランジ部６８を通って、カバーガラス１１４を出た位置での光路が、副走査方向に関しても、正規光１３２が通る範囲よりも、迷光１３３ａと迷光１３３ｃが通る範囲が重なることなく下にずれている。

迷光１３３ｂは、第２レンズ面６４でフレネル反射された光が、本来、光吸収面７３であったフレネル面７３’で反射されて第２レンズからでてきたものである。

図１４は、図１３の構成に、カバーガラス１１４を出た位置に、副走査方向に関して正規光１３２が通る範囲よりも下で、迷光１３３ａと迷光１３３ｃが通る範囲よりも上まで遮光できる範囲に遮光部材１３４を設けている。こうすると、入射光１３１に対して、迷光１１３ａと迷光１３３ｃは遮光部材１３４により遮られ、正規光１３２は遮光部材１３４で光量を減らされることなく、出射されることがわかる。

また、フレネル反射面７３’としていた面を、元の光吸収面７３としている。このことにより、迷光１３３ｂもなくすことができている。

次に、主走査方向に複数のミラー面の光軸方向から見た（上面図での）ミラー面に隣のエレメントとの境界部でのミラー面の垂線が主走査方向に対し傾きを持っている第２ミラー面が配列されているときの入射光と反射光の関係を具体的な数値例を示しながら説明する。この実施形態では、第２ミラー面の両端部を模擬した近似プリズムの反射面の法線と入射光のなす角度が小さくなる方向に傾きを有するように設定する。このようにすると、正規光と迷光の分離角を更に大きくすることができる利点がある。

図２０は、上述の近似プリズムが３個連続して並置されている場合の模式的な斜視図である。図２１は、これら３個の連続する近似プリズムの上面図である。図２２は、３個の連続する近似プリズムの主走査方向に見た側面図である。図２３は、３個の連続する近似プリズムの三角柱の底面の方向から見た正面図である。

３個の連続する近似プリズム各々を９２１、９２２、９２３とする。これらは、図２３に示すように、すべて頂角が９０度である。プリズム９２１は図１６と同じ三角柱であり、図２１に示すように反射面の垂線９４１ａ，９４１ｂの上面図から見た主走査方向に対する角度は０度、９２２での反射面の垂線は９４２ａ，９４２ｂは、主走査方向に対して７．１°、９４３ａ，９４３ｂは主走査方向に対し１４度と、入射光とのなす角が小さくなる方向に傾けている。すなわち、９２１、９２２、９２３の順で、隣接する前記光学エレメントの稜線近傍における反射面の法線の入射光側に傾く角度を大きくなるように設定している。各近似プリズムに入射する光を９３１ａ，９３１ｂ，９３２ａ，９３２ｂ，９３３ａ，９３３ｂとする。

方向は、図２１、図２２に示すように、図２１に示すミラー面光軸から見た際のミラー境界からの角度が１４度、図２２に示すように主走査方向から見てミラー２光軸から４５度である。これらは、すべて、第１平面ミラー部から遮光壁で遮光されずに反射されてきた光を想定しており、同じ方向である。

図２１では、同じエレメント内の第一平面ミラーは、図の奥方向の手前側にあり、その第一平面ミラーから反射された光のうち、プリズムの稜線の図中上側で反射された光は同じエレメント内の光学面で反射されているので、正規光になる。また、プリズムの稜線の下側で反射された光は、隣のエレメントの第２ミラー面に入射したことになるので、迷光になる。

入射光とそれぞれのミラー面の法線とのなす角はそれぞれ、９３１ａと９４１
ａ間５２度、９３１ｂと９４１ｂ間６８．３度、９３２ａと９３２ａ間４７．７度、９３２ｂと９４２ｂ間６４．６度、９３３ａと９４３ａ間４３．４度、９３３ｂと９４３ｂ間６１度となっている。

このときの、反射光を９５１ａ，９５１ｂ，９５２ａ，９５２ｂ，９５３ａ，９５３ｂとして、図２０、図２１、図２２、図２３に示している。

図２２からわかるように、正規光と迷光の角度は、９５１ａと９５１ｂ間２８度、９５２ａと９５２ｂ間３２度、９５３ａと９５３ｂ間３７．７度となっている。すなわち、隣接する前記光学エレメントの稜線近傍における反射面の法線の入射光側に傾く角度が大きくなるほど、正規光と迷光のなす角が大きくなっている。

上記から、第２ミラー面の稜線近傍の反射面に対する法線を入射光側に傾けることにより迷光を正規光から分離することが更に容易となることがわかる。

図１１では、上で述べた光学エレメント５５を並列的に配列して設けた光学装置（レンズミラーアレイ）を走査ヘッド１９で使用する際のユニット構成例の斜視図である。一列にＬＥＤを並べたアレイ１１１はＬＥＤ発光素子を主走査方向に配設され、図中下方から光を照射する。光学エレメント５５を配列してなるレンズミラーアレイ１１２は、ハウジング１１３に内蔵固定される。このハウジング１１３の図中下面には孔が開けられ、上記ＬＥＤアレイからの光が各光学エレメント５５に入射される。

ハウジング１１３の上面には防塵ガラス１１４が設けられる。防塵ガラス１１４は板ばね１１５によりハウジング１１３に押し付けられる。この板バネ１１５は、図１４の遮光部材１３４の機能も果たしている。

図１２は、本発明の一例の光学装置をＬＥＤプリントヘッドとして構成した場合の他の構成例の断面図である。

ＬＥＤプリントヘッド１２１から光は、感光体ドラム１２０の表面に照射される。上方に貫通孔１２２を有するハウジング１２３内で支持部材１２４上にＬＥＤ基板１２４ｓを設ける。ＬＥＤ基板１２４ｓの上の配線と接続されたＬＥＤアレイチップ１２５が設けられる。

貫通孔１２２には、図中上方に貫通孔１２６を有するレンズアレイホルダ１２７が組み込まれる。レンズアレイホルダ１２７には、下方からの光を通す上述のレンズミラーアレイ１１２が組み込まれ、貫通孔１２６とレンズミラーアレイの間には防塵ガラス１２８が嵌め込まれる。レンズアレイホルダ１２７の出射側には、遮光板１３４の役割を果たす部分が一体的に形成されている。光学エレメント５５の入射側には、入射側アパーチャ１２９が形成される。

光学エレメント５５を通った光は、回転する感光体ドラム１２０の表面に照射される。

複数のＬＥＤ素子が主走査方向に並べられ、ＬＥＤ基板１２４ｓの回路から得られる印刷信号に基づいて各々のＬＥＤ素子が発光、消光する。ＬＥＤ基板１２４ｓ上に印刷幅だけ、複数のＬＥＤ素子を並べたＬＥＤアレイチップ１２５が実装されている。

発光しているＬＥＤ素子から発射された光に対して、入射側アパーチャ１２９において、副走査方向に所定の角度以上で入射する光を遮光する。遮光されない光は光学エレメント５５により所定の特性を持たせた後、迷光となる光はレンズアレイホルダ１２７で遮光する。遮光されなかった光は感光体ドラム１２０上にＬＥＣ発光部の正立等倍像を結像させる。

例えば、６００ｄｐｉのＬＥＤプリントヘッドでは、ＬＥＤ素子が４２μｍピッチで主走査方向に配設される。これらのＬＥＤ素子が印刷信号に応じて発光、消光して感光体ドラム１２０上に潜像が形成される。

防塵ガラス１２８、光学エレメント５５の配列体１１２及び入射側アパーチャ１２９はレンズアレイホルダ１２７に嵌め込まれた後、図示しない治具により光学エレメント５５の配列体１１２に対し、図上右上方に所定の圧力を加えられながら、レンズアレイホルダ１２７に例えば接着剤により固定される。その後、レンズアレイホルダ１２７は、ハウジング１２３に対しての位置を調整された後に、接着される。

ＬＥＤアレイチップ１２５を実装されたＬＥＤ基板１２４ｓは、支持部材１２４上に固定される。そして、支持部材１２４は、像が所定の位置に来るように調整された後、ハウジング１２３に固定される。

以上述べたように、本実施形態によれば、レンズやミラーを一体成形することで、レンズやミラー間の光軸のずれを小さくした上で、光学効率が高く、迷光が少ない、レンズミラーアレイ、光学ユニット及び画像形成装置が得られる効果がある。

本発明のいくつかの実施形態を説明し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。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

１０・・・・画像形成装置
１１・・・・本体
１２・・・・原稿台
２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋ・・・・画像形成部
１９Ｋ・・・走査ヘッド
２２Ｋ・・・・感光体ドラム
４７，４８・・・・照明装置
４９・・・・センサ
５０・・・・光学装置
５５・・・・光学エレメント
５６・・・・光学エレメント支持体
６１・・・・第１レンズ面
６１ｎ，６１ｓ・・・・遮光膜
６２・・・・第１ミラー面
６３・・・・第２ミラー面
６４・・・・第２レンズ面
６６・・・・第１ブロック
６７・・・・第２ブロック
７１・・・・切欠き部
７２・・・・突起体
７２ａ，７２ｂ，７４，７４’・・・・遮光面
６８・・・・フランジ部
６９・・・・像面
７３・・・・光吸収面
８２，９２１，９２２，９２３・・・・近似プリズム
１１２・・・・レンズミラーアレイ
１１３・・・・ハウジング
１２０・・・・感光体ドラム
１２１・・・・ＬＥＤプリントヘッド
１２２・・・・貫通孔
１２３・・・・ハウジング
１２４・・・・支持部材
１２４ｓ・・・・ＬＥＤ基板
１２５・・・・ＬＥＤアレイチップ
１２７・・・・レンズアレイホルダ
１２８・・・・防塵ガラス
１２９・・・・入射側アパーチャ
１３４・・・・遮光部材

Claims (4)

1. 外方に突出した凸部の頂部に形成され光を入射し収束させる第１レンズ面と、前記第１レンズ面から出射される光を頂部において反射する第１ミラー面を含み、光進行方向に対する両側に側壁を有しこの側壁を介して光が進行することを阻止する遮光面を有する突起体と、前記突起体の前記第１ミラー面により反射された光を反射する第２ミラー面と、前記第２ミラー面から出射された光を像面に結像させる第２レンズ面と、を有する光学エレメントを複数個、主走査方向に配列して成り、
   前記第２ミラー面は、主走査方向の両端が主走査方向の中央に比べ前記第１ミラー面側に突出した形状であり、前記第１ミラー面で反射された光が、前記第１ミラー面の光学エレメントの隣の光学エレメントの第２ミラー面に入って反射された光と、前記第１ミラー面で反射された光が、光が反射された第１ミラー面の光学エレメントと同じ光学エレメントの第２ミラー面に入って反射された光とが、主走査方向と垂直な方向で空間的に離れた位置に、遮光部材が配置され、
   前記第２ミラー面は、接隣する光学エレメントの第２ミラー面と隣接して配置され、この第２ミラー面の隣接する稜線近傍における反射面の法線を入射光側に傾けて成る
   ことを特徴とする
   レンズミラーアレイ。
2. 前記突起体は、配列された隣り合う前記光学エレメントの前記側壁面間の第１レンズ側の面が主走査方向から見たときに主光線近傍で、前記第１レンズ面と所定の距離を保持しながら前記第１レンズ面側に突出した形状となる請求項１記載のレンズミラーアレイ。
3. 光を発射する光源を配設した光源アレイと、
   外方に突出した凸部の頂部に形成され光を入射し収束させる第１レンズ面と、前記第１レンズ面から出射される光を頂部において反射する第１ミラー面を含み、光進行方向に対する両側に側壁を有しこの側壁を介して光が進行することを阻止する遮光面を有する突起体と、前記突起体の前記第１ミラー面により反射された光を反射する第２ミラー面と、前記第２ミラー面から出射された光を像面に結像させる第２レンズ面と、を有する光学エレメントを複数個、主走査方向に配列して成り、前記第２ミラー面は、主走査方向の両端が主走査方向の中央に比べ前記第１ミラー面側に突出した形状であり、前記第１ミラー面で反射された光が、前記第１ミラー面の光学エレメントの隣の光学エレメントの第２ミラー面に入って反射された光と、前記第１ミラー面で反射された光が、光が反射された第１ミラー面の光学エレメントと同じ光学エレメントの第２ミラー面に入って反射された光とが、主走査方向と垂直な方向で空間的に離れた位置に、遮光部材が配置され、前記第２ミラー面は、接隣する光学エレメントの第２ミラー面と隣接して配置され、この第２ミラー面の隣接する稜線近傍における反射面の法線を入射光側に傾けて成るレンズミラーアレイと、
   を有する光学ユニット。
4. 光を発射する光源を配設した光源アレイと、
   外方に突出した凸部の頂部に形成され光を入射し収束させる第１レンズ面と、前記第１レンズ面から出射される光を頂部において反射する第１ミラー面を含み、光進行方向に対する両側に側壁を有しこの側壁を介して光が進行することを阻止する遮光面を有する突起体と、前記突起体の前記第１ミラー面により反射された光を反射する第２ミラー面と、前記第２ミラー面から出射された光を像面に結像させる第２レンズ面と、を有する光学エレメントを複数個、主走査方向に配列して成り、
   主走査方向の両端が主走査方向の中央に比べ前記第１ミラー面側に突出した形状であり、前記第１ミラー面で反射された光が、前記第１ミラー面の光学エレメントの隣の光学エレメントの第２ミラー面に入って反射された光と、前記第１ミラー面で反射された光が、光が反射された第１ミラー面の光学エレメントと同じ光学エレメントの第２ミラー面に入って反射された光とが、主走査方向と垂直な方向で空間的に離れた位置に、遮光部材が配置され、前記第２ミラー面は、接隣する光学エレメントの第２ミラー面と隣接して配置され、この第２ミラー面の隣接する稜線近傍における反射面の法線を入射光側に傾けて成るレンズミラーアレイと、
   前記像面に感光面を有し潜像を形成する感光体と、
   前記感光体に形成された潜像を可視化する現像部と、
   を有する画像形成装置。

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