JPWO2016080258A1 - レンズアレイおよび光源ユニット - Google Patents

Abstract

レンズアレイ（６０）は、平板状の基体部（６２）と、基体部（６２）の一方の面に形成された複数のレンズ（６６）と、基体部（６２）の他方の面の、複数のレンズ（６６）に対応する位置にそれぞれ形成された複数の柱状の導光部（１００）と、少なくとも導光部（１００）の側面に形成された遮光部（１０２）と、を備える。

Description

本発明はレンズアレイおよび光源ユニットに関し、特に電子写真式プリンタのプリントヘッドなどに好適に使用されるレンズアレイおよび光源ユニットに関する。

従来から、画像形成装置である電子写真式プリンタには、感光体に対し光を選択的に照射して潜像を形成するプリントヘッドと呼ばれる光源ユニットが内蔵されている（特許文献１〜３参照）。
特許文献１のプリントヘッドでは、発光素子群（４１０）が設けられたヘッド基板（４５０、ガラス基板）と、導光孔（４４１０）が形成された遮光部材（４４０）と、マイクロレンズアレイ（４３０）とが、この順に積層された状態でケース（４２０）に固定されている。詳しくは、ヘッド基板はケースと裏蓋（４７０）との間に配置され、裏蓋が固定器具（４６０）でケースに押圧され固定されている。遮光部材およびマイクロレンズアレイはケースの開口部に挟持され固定されている。かかる構成では、発光素子の光が導光孔を通過してマイクロレンズアレイにより感光体に結像されるようになっている。
特許文献２のプリントヘッドでも、特許文献１のプリントヘッドと同様の構成が採用されている。特許文献２には、その他に、ヘッド基板（４５０）と遮光部材（４４０）との間、および遮光部材とマイクロレンズアレイ（４３０１）との間がそれぞれ、接着剤（４３６）で貼り付けられた形態が開示されている。
特許文献３のプリントヘッドでは、ＬＥＤ素子（３０）が配線基板（３３）を介してホルダ（３４）に固定されるとともに、マイクロレンズ（１２）を含むレンズ板（１１）が遮光部材（１３）に固定されこれらレンズアレイユニット（１）もホルダに固定されている。

特開２００９−３７１９９号公報（段落００４７〜００５２、図３、図４参照） 特開２００９−３７２００号公報（段落００４６〜００５１、図３、図４、段落００９６〜００９７、図９参照） 特開２０１０−７２５５７号公報（段落００１３〜００２２、図３〜図５参照）

特許文献１、２の構成では、ヘッド基板、遮光部材およびマイクロレンズアレイに加えてケースを含む、多くの部品で構成されているため、部品の在庫管理や組立、加工精度などについて、時間やコスト面での負担も大きい。
特許文献３の構成でも、ホルダを含むため、特許文献１、２の構成と同様に、部品点数が多くそれに伴う時間やコスト面での負担も大きい。

加えて、特許文献１、２の構成では、マイクロレンズアレイを複数に分割することで、マイクロレンズアレイの熱膨張による歪みを吸収するようにしている。しかしながら、ヘッド基板、遮光部材およびマイクロレンズアレイのそれぞれの部材とケースの部材とは材質が異なっているため線膨張係数に差が生じている。そのため、ケースの材質によっては、環境温度の変動によりこれら部材において位置ずれが発生し、発光素子とマイクロレンズアレイとの間で光軸がずれ、発光素子の光を鮮明に結像することができなくなる。
特許文献２の図９に開示された形態でも、環境温度の変動により接着された部品間で膨張または収縮による引っ張り合いが発生し、ヘッド基板、遮光部材およびマイクロレンズアレイのそれぞれの部材間で反りやねじれに起因する歪が生じ、上記と同様に、発光素子とマイクロレンズアレイとの間で光軸のずれが発生する。
特許文献３の構成でも、特許文献１、２の構成と同様に、配線基板、遮光部材およびレンズ板がホルダに固定されているため、ホルダの材質によって光軸のずれが生じうる。

したがって、本発明の主な目的は、部品点数の低減を図ることができるレンズアレイを提供すること、および光軸のずれの発生を抑制し、部品点数の低減をも図ることができる光源ユニットを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様によれば、
平板状の基体部と、
前記基体部の一方の面に形成された複数のレンズと、
前記基体部の他方の面の、前記複数のレンズに対応する位置にそれぞれ形成された複数の柱状の導光部と、
少なくとも前記導光部の側面に形成された遮光部と、
を備えることを特徴とするレンズアレイが提供される。

本発明の第２の態様によれば、
複数の発光素子を含む発光基板と、
前記複数の発光素子に対応する複数のレンズを有するレンズアレイと、を備え、
前記レンズアレイは、
平板状の基体部と、
前記基体部の一方の面に形成された複数のレンズと、
前記基体部の他方の面の、前記複数のレンズに対応する位置にそれぞれ形成された複数の柱状の導光部と、
少なくとも前記導光部の側面に形成された遮光部と、を有しており、
前記レンズアレイが前記発光基板に直接固定されていることを特徴とする光源ユニットが提供される。

本発明の第１の態様によれば、基体部に導光部が形成され、少なくとも当該導光部の側面に遮光部が形成されているため、遮光部材や、ケースやホルダなどの固定部材（保持部材）に依存せずに、レンズアレイが直接的に発光基板に固定されうる。そのため、部品点数の低減を図ることができる。
本発明の第２の態様によれば、少なくともレンズアレイの導光部の側面に遮光部が形成され、レンズアレイが直接的に発光基板に固定され、レンズアレイおよび遮光部が発光基板に対して位置決めされている。このため、レンズアレイおよび発光基板のそれぞれの部材が、別体の遮光部材や、ケースやホルダなどの固定部材に依存せずに位置決めされる。そのため、光軸のずれの発生を抑制し、部品点数の低減をも図ることができる。

画像形成装置の概略的な構成を示す図である。 作像ユニットの概略的な構成を示す図である。 光源ユニットの概略的な構成を示す斜視図である。 図２の分解斜視図である。 （Ａ）図２のＡ−Ａ線に沿う断面図、（Ｂ）当該断面近傍の底面図である。 レンズアレイのユニットの数を変更した例を示す図である。 レンズユニットのユニットの数と、ユニット中のレンズの数とを、変更した例を示す図である。 レンズユニットのユニットの数と、ユニット中のレンズの数とを、変更した例を示す図である。 レンズアレイをレンズ単位で交換しうることを示す図である。 レンズアレイに、他のレンズアレイをユニット単位で積み重ねた例を示す図である。 レンズアレイに、他のレンズアレイをレンズ単位で積み重ねた例を示す図である。 第２の実施形態にかかる光源ユニットの概略的な構成を示す斜視図である。 図７の分解斜視図である。 （Ａ）図７のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｂ）当該断面近傍の底面図である。 レンズアレイのユニットの数を変更した例を示す図である。 レンズユニットのユニットの数と、ユニット中のレンズの数とを、変更した例を示す図である。 レンズユニットのユニットの数と、ユニット中のレンズの数とを、変更した例を示す図である。 レンズアレイをレンズ単位で交換しうることを示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。

［第１の実施形態］
図１Ａに示すとおり、画像形成装置１は画像を用紙に形成するいわゆる電子写真式プリンタであり、現像用のトナーを用紙に転写するための作像ユニット１０（図１Ｂ参照）を内蔵している。
図１Ｂに示すとおり、作像ユニット１０は感光体１２を中心とした複数の部材から構成されている。感光体１２の周囲には主に、回転方向の上流側から下流側にかけて、帯電ローラー１４、プリントヘッド１６、現像装置１８、転写装置２０、クリーニング装置２２および除電装置２４が設置されている。

帯電ローラー１４には電源装置（図示略）からトナーの帯電極性に応じた極性のバイアスが印加され、帯電ローラー１４は感光体１２を帯電させるようになっている。
プリントヘッド１６は発光素子とレンズとを有する光源ユニット３０（図２参照）から構成され、発光素子からレンズを介して感光体１２に光を照射し、帯電された感光体１２上に静電潜像を形成するようになっている。
現像装置１８は感光体１２にトナーを供給し、感光体１２に形成された静電潜像をトナーによって現像するようになっている。
転写装置２０は用紙２６を介して感光体１２に当接しながら回転し、感光体１２上のトナーを用紙２６に転写するようになっている。
クリーニング装置２２はいわゆるブレードなどから構成され、感光体１２上に残留したトナーを感光体１２から掻き落とし除去するようになっている。
除電装置２４は感光体１２に均一に光を当て、感光体１２上に残った電荷を除去するようになっている。

画像形成装置１によれば、これら部材が感光体１２に対し上記のとおり個々に作用し、用紙２６に対し画像が形成される。
なお、図１Ｂにおいては、作像ユニット１０を１系統のみ図示しているが、異なる色のトナーを収容する複数の作像ユニットを設けて、カラー画像を形成するようにしてもよい。また、図１Ｂにおいては、感光体１２から直接用紙２６にトナー像を転写しているが、感光体１２から中間転写体を介して用紙２６にトナー像を転写するようにしてもよい。

図２および図３に示すとおり、光源ユニット３０は主に発光基板４０およびレンズアレイ６０を備えており、発光基板４０に対しレンズアレイ６０が積層された構成を有している。

詳しくは図３に示すとおり、発光基板４０は透明基板４２と複数の発光素子４４とから構成されている。透明基板４２は透明で光透過性のガラス基板である。発光素子４４は透明基板４２の下部に形成されている。発光素子４４はＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子や有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子などで構成され、好ましくは有機ＥＬ素子で構成されている。
レンズアレイ６０は、平板状の基体部６２と、その短手方向の両端にそれぞれ長手方向に延びる２つの脚部６４と、複数のレンズ６６と、複数の導光部１００とを備える樹脂製の光学部材である。基体部６２、脚部６４、レンズ６６および導光部１００は一体に構成されている。基体部６２はレンズアレイ６０のベースとなる部位であって、基体部６２の一方の面（上面）にはレンズ６６が形成されている。基体部６２の他方の面（下面）には脚部６４と導光部１００とが形成され、脚部６４が基体部６２を支持している。

図２および図４に示すとおり、レンズアレイ６０が発光基板４０に直接固定されている。

詳しくは図４（Ａ）に示すとおり、レンズアレイ６０の脚部６４が、接着剤８０により、発光基板４０の透明基板４２に固定されている。脚部６４は溶着により透明基板４２に固定されてもよい。これらの場合、レンズアレイ６０が発光基板４０に直接固定されている。
本願発明において「直接固定」とは、レンズアレイ６０のレンズ６６のほぼ光軸方向に、レンズアレイ６０を発光基板４０に位置決め固定するように、接着や溶着などの方法を用いて、レンズアレイ６０と発光基板４０とを固定することを意味する。レンズアレイ６０と発光基板４０との間に接着剤が介在している構成、またはレンズアレイ６０と発光基板４０との間に接着剤以外の別体のシート状の部材が介在している構成も、直接固定に含まれる。
レンズアレイ６０の導光部１００は柱状を呈しており、下端部が発光基板４０の透明基板４２に当接している。ここで、「柱状」とは、垂直方向に延びる形状を意味しており、垂直方向のいずれの部位でも同じ形状・サイズの円柱状や角柱状のみならず、テーパ状など垂直方向の部位によってサイズや形状が異なる形状をも含む。本実施形態では、導光部１００はレンズアレイ６０から離れるにしたがって先細りとなるテーパ状を呈している。
図４（Ｂ）に示すとおり、レンズアレイ６０のレンズ６６および導光部１００を底面からみると、同心円状を呈している。
図４（Ａ）、（Ｂ）に示すとおり、少なくとも導光部１００の側面には遮光部１０２が形成されている。遮光部１０２は外光侵入防止処理がなされた部位である。「外光侵入防止処理」には、たとえば、黒色の遮光フィルムを貼付したり黒色の遮光膜を成膜したり、導光部１００の側面自体にシボ処理を施したりすることが挙げられる。遮光部１０２は、導光部１００の側面に加えて、基体部６２の下面６３や脚部６４の内側面６５に形成されてもよい。

図３に示すとおり、レンズアレイ６０は４つのユニット６８から構成され、ユニット単位で発光基板４０に固定されている。４つのユニット６８にはそれぞれ所定数のレンズ６６が形成され、１つのユニット６８につき３行×３列で計９つのレンズ６６が形成されている。
導光部１００も、１つのユニット６８につき３行×３列で計９つ形成されており、レンズ６６に１対１で対応している。

図４（Ａ）に示すとおり、レンズ６６の光軸とレンズ６６に対応する発光素子４４の中心とが向き合うように位置決めされた状態で、レンズアレイ６０が発光基板４０に固定されている。光源ユニット３０によれば、発光基板４０の発光素子４４ならびにレンズアレイ６０のレンズ６６および導光部１００は１つずつ個々に対応しており、発光素子４４が発光すると、その光Ｌ１は透明基板４２と導光部１００とを通過してレンズ６６に入射し、レンズ６６により感光体１２に結像される。
かかる場合、発光素子４４から放射状に広がった光Ｌ２は不要光として遮光部１０２により遮光され（あるいは吸収され）、光Ｌ２がその発光素子４４には対応しない隣のレンズ６６に入射するのが防止される。

レンズアレイ６０のユニット６８の数は変更可能であり、ユニット６８中のレンズ６６の数も変更可能である。
たとえば、図５Ａに示すとおり、ユニット６８中のレンズ６６の数を変更せずに、ユニット６８の列を増やしてユニットの数を増やしてもよい。
図５Ｂに示すとおり、ユニット６８中のレンズ６６の数を減らして（レンズ６６を行ごとに分割して）、ユニット６８の数を増やしてもよい。
図５Ｃに示すとおり、レンズアレイ６０は個々のレンズ６６ごとに分割された多数の単ユニット７０から構成され、レンズ単位で発光基板４０に固定されてもよい。
かかる態様によれば、図５Ｄに示すとおり、レンズアレイ６０をレンズ単位で不良品から良品に交換することができる。

レンズアレイ６０には、他のレンズアレイ６０がユニット単位でまたはレンズ単位で積み重ねられてもよい。積み重ね数も変更可能である。
図６Ａは、ユニット単位でレンズアレイを積層した例を示している。
図６Ａの例では、図４（Ａ）に示した構成に、上面が平坦で下面に凸状のレンズ６７が形成されたユニット６９を積層した構造を有している。
図６Ａの例では、下側のユニット６８の上面に、接着剤８４を用いて他のユニット６９を接着して固定すればよい。上側のユニット６９を溶着によって下側のユニット６８に固定してもよい。
レンズ単位で積み重ねる場合も、図６Ｂに示すとおり、下側の単ユニット７０の上面に接着剤８６を用いて他の単ユニット７１を固定すればよい。上側の単ユニット７１を溶着によって下側の単ユニット７０に固定してもよい。

以上の本実施形態によれば、レンズアレイ６０の導光部１００の側面に遮光部１０２が形成され、レンズアレイ６０の脚部６４が直接的に発光基板４０に固定されている。
かかる形態によれば、発光基板４０およびレンズアレイ６０が、遮光部材やケースやホルダなどの固定部材（保持部材）に依存せずに位置決めされる。そのため、これら部材と当該遮光部材や当該固定部材との間で線膨張係数の差を考慮する必要がなく、発光基板４０の発光素子４４とレンズアレイ６０のレンズ６６との間で、光軸のずれが発生するのを抑制することができ、少なくとも当該遮光部材や当該固定部材の分だけ部品点数も低減することができる。

特に遮光部材や固定部材が不要となり、発光基板４０の発光素子４４とレンズアレイ６０と間に他の部品が介在しないため、光軸のずれを発生させる要因を無くすことができ、光軸のずれの発生を抑制することができる。
遮光部材や固定部材の製造にかかる時間やコストを短縮または低減することもでき、光源ユニット３０の製造にあたり、在庫管理や組立、部品の加工精度などについて、時間やコスト面での負担を低減することができる。

レンズアレイ６０が複数のユニット６８から構成されているため、レンズアレイ６０を製造（樹脂成形）するための金型を、レンズアレイ６０の実サイズからユニット６８に対応するサイズに小型化することができる。
かかる場合、省スペースで成形可能である。
成形中も、大型の金型に比較して成形温度を安定させやすく、メンテナンス性を向上させることができるし、成形後は、短時間で樹脂を冷却可能であり、ハイサイクル成形を実現することができる。

レンズアレイ６０が複数のユニット６８から構成されているため、１度の検査で対象とするレンズ６６の数を、レンズアレイ６０中のレンズ６６の数からユニット６８中のレンズ６６の数に削減させることができる。
かかる場合、レンズ６６の光学面を補正するときも、当該光学面数が少ないため、加工や測定にかかる時間やコストを節約することができる。

レンズアレイ６０におけるユニット６８の数やユニット６８中のレンズ６６の数が変更可能で、ユニット６８を単ユニット７０にも変更可能となっている。
そのため、環境温度の変動に起因するレンズアレイ６０の膨張や収縮を、ユニット単位でまたはレンズ単位で最小限に抑えることができる。光源ユニット３０の長手方向または短手方向に対する設計自由度も高くなり、少量多品種のレンズアレイ６０を提供することができ、発光基板４０のサイズや発光素子４４の数の変動にも容易に対応することができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態は主に下記の点で第１の実施形態と異なっている。
図７および図８に示すとおり、光源ユニット３２は主に発光基板４０およびレンズアレイ６０を備えており、発光基板４０に対しレンズアレイ６０が積層された構成を有している。
図９（Ａ）に示すとおり、レンズアレイ６０の導光部１００が、接着剤８８により、発光基板４０の透明基板４２に固定されている。導光部１００は溶着により透明基板４２に固定されてもよい。
光源ユニット３２では、第１の実施形態のレンズアレイ６０における脚部６４（図４（Ａ）参照）に相当する部位がなく、導光部１００の下面が透明基板４２の上面に接着剤を用いて直接固定されている。第１の実施形態に比べて、レンズアレイ６０の形状がシンプルなので、レンズアレイ６０の成形が容易になる。また、入射面となる導光部１００の底面（下面）と発光基板４０とを接着剤によって光学的に接続することができ、光の利用効率を高めることができる。
光源ユニット３２によれば、発光素子４４が発光すると、その光Ｌ１は透明基板４２と接着剤８８と導光部１００とを通過してレンズ６６に入射し、レンズ６６により感光体１２に結像される。

もちろん、レンズアレイ６０のユニット６８の数は変更可能であり、ユニット６８中のレンズ６６の数も変更可能である。
たとえば、図１０Ａに示すとおり、ユニット６８中のレンズ６６の数を変更せずに、ユニット６８の数を増やしてもよい。
図１０Ｂに示すとおり、ユニット６８中のレンズ６６の数を減らして（レンズ６６を行ごとに分割して）、ユニット６８の数を増やしてもよい。
図１０Ｃに示すとおり、レンズアレイ６０は個々のレンズ６６ごとに分割された多数の単ユニット７０から構成され、レンズ単位で発光基板４０に固定されてもよい。
かかる態様によれば、図１０Ｄに示すとおり、レンズアレイ６０をレンズ単位で不良品から良品に交換することができる。
以上の本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を奏する。

本発明は、電子写真式プリンタのプリントヘッドなどに使用されるレンズアレイおよび光源ユニットに関し、光軸のずれの発生を抑制し、部品点数の低減を図るのに特に好適に利用することができる。

１ 画像形成装置
１０ 作像ユニット
１２ 感光体
１４ 帯電ローラー
１６ プリントヘッド
１８ 現像装置
２０ 転写装置
２２ クリーニング装置
２４ 除電装置
２６ 用紙
３０ 光源ユニット
４０ 発光基板
４２ 透明基板
４４ 発光素子
６０ レンズアレイ
６２ 基体部
６４ 脚部
６６ レンズ
６８ ユニット
７０ 単ユニット
８０、８４、８６、８８ 接着剤
１００ 導光部
１０２ 遮光部

Claims (10)

1. 平板状の基体部と、
   前記基体部の一方の面に形成された複数のレンズと、
   前記基体部の他方の面の、前記複数のレンズに対応する位置にそれぞれ形成された複数の柱状の導光部と、
   少なくとも前記導光部の側面に形成された遮光部と、
   を備えることを特徴とするレンズアレイ。
2. 請求項１に記載のレンズアレイにおいて、
   所定数のレンズを含む複数のユニットから構成されていることを特徴とするレンズアレイ。
3. 請求項１に記載のレンズアレイにおいて、
   個々のレンズごとに分割されて構成されていることを特徴とするレンズアレイ。
4. 複数の発光素子を含む発光基板と、
   前記複数の発光素子に対応する複数のレンズを有するレンズアレイと、を備え、
   前記レンズアレイは、
   平板状の基体部と、
   前記基体部の一方の面に形成された複数のレンズと、
   前記基体部の他方の面の、前記複数のレンズに対応する位置にそれぞれ形成された複数の柱状の導光部と、
   少なくとも前記導光部の側面に形成された遮光部と、を有しており、
   前記レンズアレイが前記発光基板に直接固定されていることを特徴とする光源ユニット。
5. 請求項４に記載の光源ユニットにおいて、
   前記レンズアレイが前記基体部を支持する脚部を有し、
   前記レンズアレイの脚部が前記発光基板に固定されていることを特徴とする光源ユニット。
6. 請求項４に記載の光源ユニットにおいて、
   前記レンズアレイの導光部が前記発光基板に固定されていることを特徴とする光源ユニット。
7. 請求項５または６に記載の光源ユニットにおいて、
   前記レンズアレイの脚部または導光部が接着剤または溶着で前記発光基板に固定されていることを特徴とする光源ユニット。
8. 請求項４〜７のいずれか一項に記載の光源ユニットにおいて、
   前記レンズアレイが所定数のレンズを含む複数のユニットから構成され、
   前記レンズアレイがユニット単位で前記発光基板に固定されていることを特徴とする光源ユニット。
9. 請求項４〜７のいずれか一項に記載の光源ユニットにおいて、
   前記レンズアレイが個々のレンズごとに分割されて構成され、
   前記レンズアレイがレンズ単位で前記発光基板に固定されていることを特徴とする光源ユニット。
10. 請求項８または９に記載の光源ユニットにおいて、
    前記レンズアレイには、他のレンズアレイがユニット単位でまたはレンズ単位で積み重ねられていることを特徴とする光源ユニット。

Images