JPS60254019A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、光学装置、特に電子写真複写機等の画像情
報処理装置に使用される光学装置に関す　。

る。

例えば電子写真複写機の露光光学系には１種々の結像方
式が採用されている。同期移動型は、レンズが静止し、
原稿および感光体が同期移動する。

ミラー走査型は、原稿およびレンズが静止し、第１ミラ
ーおよび感光体が同速度で移動し、第２ミラーがその半
分の速度で移動する。レンズ箱走査型は、原稿および感
光体が静止し、レンズ箱が移動する。これらは、それぞ
れ一長一短がある。

ところで、近年、複写機に要求されている事柄の中に、
複写機の小型化の問題がある。このような小型化の要請
は、当然に複写機の露光光学系にも向けられ、これに答
えるものとして１．従来のレンズに代る集束性光伝送体
アレイまたはマイクロレンズアレイの使用が検討されて
いる。集束性光伝送体は、屈折率が中心から半径方向に
かけて放物線状に変化する直径１１程度の棒状透明体で
、その長さを適当に定めることによって、一本で正立等
倍実像を結像させることができる。露光光学系として使
用する場合には、同じ長さ、屈折率、直径の素子を列状
に並べてアレイとして使用される。一方、マイクロレン
ズアレイは、同じ曲率、屈折率、直径の多数のマイクロ
レンズを列状に並べたもので、球面レンズの一種なので
、正立等倍実像を得るためには、同一光軸上に重畳した
少なくとも三つのマイクロレンズ（アレイ）を必要とす
る。集束性光伝送体は、屈折率を変化させるために各素
子をイオン交換法等により処理し、アレイの製作も各素
子を組立てて行なうため、製造が容易でなくコストも高
い欠点がある。また、マイクロレンズアレイも多数のマ
イクロレンズを使用し、それらの光軸を合わせ、かつ隣
接するマイクロレンズ間を遮光して使用するので、製造
が容易でなく、コストも高くなる欠点がある。

これらの結像素子は、焦点距離が極めて短いことを特色
とし、これによって装置の小型化を可能にしている。し
たがって、長い焦点距離を必要とするミラー走査型の光
学系へのこれらの適用は適していない。長い焦点距離を
得ようとすれば、小型化のメリットが失われてしまうか
らである。小型化のメリットを失わず、かつ長焦点化が
可能な結像素子にインプリズムレンズがある。これは、
球面レンズの後方に三角プリズムを配置したもので、レ
ンズの焦点距離を長くしても、レンズとプリズムとの間
隔を極めて短くすることができるので、これをアレイと
して構成しても、全体として小型を維持することができ
る。しかしながら、従来知られているインプリズムレン
ズアレイは、それぞれ単独のレンズおよびプリズムを組
立てて使用しているため、その製造、組立、調整が面倒
であり、時間もかかるので、コストも高くなる欠点があ
る。

この発明によれば板状のプリズムレンズアレイを使用し
たミラー走査型の光学結像装置が提供される。

この発明による結像装置に使用される板状のプリズムレ
ンズアレイは、製造、組立および調整が簡単で経済的で
あり、小型軽量なので、これを主要部とする結像装置に
も同様な効果をもたせることができる。

したがって、この発明の目的は、板状のプリズムレンズ
アレイを使用したミラー走査型の光学結像装置を提供す
ることにある。

第１Ａ図および第１Ｂ図には、プリズムレンズによる結
像方式が示されている。プリズムレンズ１０は、球面レ
ンズ１１の後方に三角プリズム１２を配置したもので、
第１Ａ図は、上方からみた結像光路を、第１Ｂ図は、側
方からみた結像光路をそれぞれ示している。図から明ら
かなように、物体１３の像は、水平方向には正立等倍、
垂直方向には倒立等倍の像１４として結像される。例え
ばＦの文字ならば五に結像される。プリズムレンズは、
装置を大型にすることなく長焦点化が可能である。その
理由は、物体１３からレンズ１１までの距離いを長くし
ても。

レンズ１１からプリズム１２までの距離Ｌ２を極めて小
さい値に維持することができるからである。したがって
、このようなプリズムレンズ１長焦点化として使用すれ
ば、ミラー走査型の光学系にも適用することができる。

そして、装置全体を小型化するためには、小型のプリズ
ムレンズを複数個列状に配置してアレイとして使用すれ
ばよいことになる。

この発明による光学装置に使用されるプリズムレンズア
レイの特徴は、レンズアレイおよびプリズムアレイを、
プラスチック材料等を使用して、板状に一体的に形成し
たことである。これによって多量生産が可能になり、製
造、組立、調整も簡単になって、コストも大幅に低下さ
せることができる。第２Ａ図は、レンズアレイ２１およ
びプリズムアレイ２２を一体同時成形したプリズムレン
ズアレイが示されており、第２Ｂ図には、レンズアレイ
２１およびプリズムアレイ２２をそれぞれ別々に一体成
形したものを、その光軸を合わせて組立てた種々のプリ
ズムレンズアレイが示されている。これらが、上記の「
一体的」の意味の内容である。レンズアレイ２１におけ
る各レンズの正面からみた形状は、円形でもよいが、プ
リズムに合致させて短形にすることが望ましい。また、
アレイは、その長さ全体にわたって必ずしも一体である
必要はなく、複数のアレイを一例に並へて全体のアレイ
としてもよい。したがって、このことも「一体的」の内
容になる。

プリズムレンズアレイは、その性質上、その実用化に当
っては、第１Ｂ図に示す垂直方向の画角を出来るだけ大
きく取らなければならないので、そのために、アレイの
各プリズムレンズの画角を大きくすると、周辺結像部の
重なりが、アレイの列方向に増大しすぎる結果となる。

このため、第３図に示すように、アレイの列方向におけ
るプリズムレンズの配列密度を最小限にして、周辺結像
部の重なりを極力防止するようにすると、光量むらが発
生するばかりでなく、各光軸付近では良好な解像性能が
得られるが、各周辺部において、それぞれのレンズ自体
の周辺部における解像性能の低下およびディストーショ
ンの多い領域での像の重複、さらにつなぎ部分の位置ず
れによる性能低下（θ４：２０°付近になる）が不可避
的に発生し、アレイの列方向における画質低下という実
用上の問題が発生する。

この発明に使用されるプリズムレンズアレイは、各レン
ズおよびプリズムを可能な限り高密度に配列し、各レン
ズの有効画角を、アレイの列方向には必要最小限の大き
さとし、アレイの列方向に垂垂直な方向には可能な限り
広くすることができる。

具体的には、各レンズまたはプリズムの前面に、アレイ
の列方向に短く、その垂直方向に長い長方形状の開口を
有する遮蔽板を配置するか、または各プリズムおよびま
たはレンズ自体の開口部を、そのような長方形状に成形
することにより達成される。第４図は、レンズ２１とプ
リズム２２との間に、レンズ２１の直径よりも小さい水
平方向の辺とレンズ２１の直径と等しい垂直方向の辺か
らなる長方形の開口部を有する遮蔽板２３を配置した場
合について示しており、投影面２４のＸ方向に平行な方
向に。

これらがアレイとして多数配列される。このような遮蔽
板２３を配置することにより、アレイの列方向Ｘに低画
角で、その垂直方向ｙに広画角なプリズムレンズが得ら
れる。

光量むらをなくすために、各レンズを可能な限り高密度
に配列するということは、第５図の部分正面図に示すよ
うに、プリズムレンズアレイにおけるレンズの直径りと
レンズ間ピッチＰとを等しくするということである。

レンズの形状が円形であると、隣接するレンズ間および
列間で無駄な空間が生じる。そこで、レンズおよびプリ
ズム自体を第６図に示すような長方形状とし、これを隣
接させアレイとすることにより無駄な空間が少なくなる
とともに、上記した画角の改善をも達成することができ
る。そして、その幅Ｗを、第７図に示すように、さらに
小さくすれば、レンズ間ピッチＰもさらに小さくなるの
で、光量分布もさらにフラットになる。このような長方
形状は、第８図に示すように、完全な長方形とすること
もできる。また、同じ長さの範囲内により多くのレンズ
を押し込めることができるので、十分な光量を得ること
ができる。さらに、周辺画像部の重なりによる悪影響が
、光軸付近の良質画像によって補正されるので、全体と
して均質で良好な画像を得ることができる・ この発明による光学装置に使用されるプリズム　。

レンズアレイは、さらに、各レンズ自体の性能向上のた
めに、すなわち各収差の補正のために、各レンズの前面
に曲率の異なる一以上の追加のレンズを重ねて合成レン
ズ系とすることができる。この追加のレンズも、板状の
レンズアレイとして形成される。このように、曲面を増
やすことによって収差を補正する方法は、多くのレンズ
系において行なわれている方法であるが、屈折率の限ら
れたプラスチック材料によってレンズを構成する場合に
は、特に有効である。

第９図には、このような構成されたプリズムレンズアレ
イの例がいくつか示されており、゛左側の図が部分正面
図、中央の図が部分平面１図、右側の図がプリズムを使
用しない場合の等測的平面図であり、符号２１はレンズ
アレイ、２２はプリズムアレイ、２３は遮蔽板、２４は
追加のレンズアレイをそれぞれ示す。

第１０図および第１１図は、この発明のそれぞれ異なる
実施例を示し、上記したようなプリズムレンズアレイを
利用した結像装置を含むミラー走査型の電子写真複写機
の概略図である。符号３１は原稿、３２は原稿台、・３
３は露光ランプ、３４は第１走査ミラー、３５は第２走
査ミラー、３６はプリズムレンズアレイ、３７は感光体
ドラム、３８は帯電器、３９は現像装置、４０は転写用
帯電器、４１は転写紙をそれぞれ示す。

第１１図に示す装置には、プリズムレンズアレイ３６と
感光体ドラム３７と間の光路中に、さらに固定ミラー４
２．４３が配置されている。プリズムレンズアレイ３６
は、感光体ドラム３７の軸方向にアレイを形成している
。露光ランプ３３と第１走査ミラーとは速度Ｖで一体的
に示矢方向に移動し、原稿台３２上の原稿３１を走査す
る。第２走査ミラー３５は速度Ｖ／２で同方向に移動し
、感光体ドラム３７は周速度Ｖで逆方向に回転する。プ
リズムレンズの場合、その固有のｉ偉力式のため、転写
式の場合は偶数個のミラー、直接式の場合は奇数個のミ
ラーを必要とし、走査ミラーの移動方向と感光体の移動
方向とは逆になる。感光体ドラム３７の表面は、まず帯
電器３８によって一様に帯電され、そこにプリズムレン
ズアレイ３６を含む露光光学系によって走査された原稿
３１の光像が照射され、光像の明暗に応じて帯電電荷が
消散し、そこに電荷パターンによる静電潜像が形成され
る。この静電潜像は、現像装置３９から供給された現像
剤中のトナーと呼ばれる着色微粒子を吸着して可視像化
され、可視像は転写用帯電器４０によって転写紙４１に
転写される。

図示されたこの電子写真複写機には、この他に定着装置
、除電装置、クリーニング装置等が配置されており、公
知の方法により作動する。

このような光学系における光学ディメンションに関する
設計例を示すと次のようになる。

焦点距離　ｆ　＝１５０ｍｍ レンズ直径　Ｄ＝１５ｍｍ レンズ間ピッチ　Ｐ＝１５ｍｍ レンズＦ値　Ｆ：１０ 物体側距離＝像側距離＝　３００ｍｍ レンズ最大半画角　θ＝８°〜１０゜ 列方向有効半面角　θ、＝５°〜６゜ 合成Ｆ値　Ｆ：５相当 プリズム開口面形状１５Ｘ８ｍｍ プリズムレンズアレイのミラー走査型複写機への適用を
考えた場合、ｆ＝２００ｍｍ前後が必要になるが、プリ
ズムレンズアレイにおいては、走査方向側の露光幅が比
較的小さく全体的にコンパクト化されるので、ｆ　＝　
１５０＋ｎｍ程度でよい。また各レンズのＦ値はＦ：１
０であるが、像面での像の重複度を４程度にすることに
より、そのＦ値は合成Ｆ値として、現像使用されている
インミラーレンズと同程度になるものと推定される。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は、プリズムレンズによる上方からみた結像光
路図、第１Ｂ図は、プリズムレンズによる側方からみた
結像光路図、第２図は、この発明に使用されるプリズム
レンズアレイの種々の構成を示す部分平面図、第３図は
、プリズムレンズを三つ使用して露光幅を三分割した場
合の照度分布図、第４図は、この発明に使用されるプリ
ズムレンズによる結像を示す図、第５図から第８図まで
は、この発明に使用されるプリズムレンズアレイの種々
の構成を示す部分正面図、第９図は、この発明に使用さ
れるプリズムレンズアレイのレンズとプリズムの組合わ
せの別の例を示す図、第１０図および第１１図は、この
発明の実施例を示すミラー走査型の電子写真複写機の概
略図である。 ２１・・・・レンズ、２２・・・・プリズム、３１・・
・・原稿、３４・・・・第１走査ミラー、３５・・・・
第２走査ミラー、３６・・・・プリズムレンズアレイ、
３７・・・・感光体ドラム。 最σ　印

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 多数のレンズを一列に配置して一枚の細い帯状に一体成
   形したレンズアレイと、断面が二等辺直角三角形の多数
   のプリズムをその頂辺を互に平行させて一列に配置して
   一体成形したプリズムレンズアレイであって、その各プ
   リズムが前記各レンズにそれぞれ対応するように前記し
   〉ズアレイの後方に配置されたプリズムレンズアレイと
   からなるプリズムレンズアレイと、 上記プリズムレンズアレイと複写すべき静止した原稿と
   の間に配置されていて、上記原稿を走査する第１ミラー
   と、第１走査ミラーの速度の１／２の速度で第１走査ミ
   ラーと同じ向きに移動する第２走査ミラーと からなり、移動する感光体上に上記原稿の像を結像させ
   る光学装置。