JP5674709B2 - 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き、かつコストアップを招いていた。

また透明体の素子を一体化して、組み立て時のずれによる性能劣化を回避したものに、特許文献１の例がある。この例は、レンズ面とルーフミラープリズムを含む結像素子を複数個配列したアレイであって、結像素子間に深い切れ込みによる遮光部を形成している。しかしながら、遮光部の深さが深く、成形時に樹脂の流れ等が悪くなって成形時間が長くなるという問題がある。

特開２００５−７０５１９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、主走査方向に光を収束させる入射面と、前記入射面からの光を複数回反射する複数の反射面と、前記複数の反射面を経由した光を出射する出射面とを有し、前記複数の反射面の少なくとも一つが、外方に突出した凸部の頂部に単一面として形成され、前記単一面の両側の側壁面が、前記側壁面にぶつかった光を反射して最終的に像面の外の領域に導くか、あるいは、前記側壁面に達した光を吸収する面となっており、前記出射面から出射した光を像点に結像する一体成形された結像素子を複数個備えたものである。

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を光の入射面から見た斜視図。 一実施形態に係る結像素子アレイを光の出射面から見た斜視図。 一実施形態に係る結像素子アレイの構成を概略的に示す斜視図。 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。 一実施形態におけるミラー面６５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６６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６６を拡大して示す斜視図。 一実施形態におけるミラー面６６の断面図。 ミラー面６６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示す斜視図。 一実施形態に係る結像素子アレイの光路を主走査方向から見た図。 一実施形態に係る結像素子アレイの光路を副走査方向から見た図。 一実施形態に係る結像素子アレイの非対称項を除去した場合の集光状態を主走査方向から見た図。 第２の実施形態に係る結像素子アレイの構成図。 第２の実施形態に係る結像素子アレイの光路を主走査方向から見た図。 第２の実施形態に係る結像素子アレイの光路を副走査方向から見た図。 第２の実施形態係る結像素子アレイの変形例を示す構成図。 第３の実施形態に係る結像素子アレイの構成図。 第３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。 第３の実施形態に係る結像素子アレイの他の変形例を示す構成図。 第３の実施形態に係る結像素子アレイの更に他の変形例を示す構成図。 第４の実施形態に係る結像素子アレイの構成図。 第４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。 第４の実施形態に係る結像素子アレイの他の変形例を示す構成図。 第５の実施形態に係る結像素子アレイの構成図。

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、図５は、第１の実施形態に係る結像素子アレイ５０の基本構成を示す図であり、図４は光の入射面から見た結像素子アレイ５０の斜視図、図５は光の出射面から見た結像素子アレイ５０の斜視図である。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４，５の例では４回）反射して出射レンズ面６２に反射する反射面６３，６４，６５，６６と、を有する結像素子７０を複数個備えている。以下、反射面をミラー面と呼ぶ。

結像素子アレイ５０は、図４、図５に示すように複数個の結像素子７０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７０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，図５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。

また、図４，図５に示すように、ミラー面６３は、主走査方向と垂直な方向に非対称な自由曲面のミラーであり、アレイ５０の外観ではテーパ状の凹部となっている。ミラー面６４も、主走査方向と垂直な方向に非対称な自由曲面ミラーであり、テーパ状の凹部となっている。

さらに、ミラー面６５は、主走査方向と垂直な方向に非対称な自由曲面ミラーであり、テーパ状の凹部となっている。ミラー面６６は、光の入射方向から見て外方に突出した凸部６７の頂部に反射面が形成されている。ミラー面６３，６４，６５をテーパ状としたのは、成形時に型からアレイ５０が抜けやすくするためである。また凸部６７の形状も高さ方向にテーパを付けている。

図６は、結像素子アレイ５０の構成を概略的に示す斜視図である。図６（ａ）は、入射レンズ面６１、ミラー面６３，６４，６５，６６及び出射レンズ面６２を含む結像素子７０を複数個組み合せた結像素子アレイ５０を示す。尚、図６（ａ）では、レンズ面６１、ミラー面６３，６４，６５，６６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７０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。

図６（ｂ）は、レンズ面６１、ミラー面６３，６４，６５，６６及びレンズ面６２で構成する１セットの結像素子７０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７０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６（ｂ）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（図６（ｂ）では光路の中心光線のみを示す）は、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に入射した光線は、全反射条件を満たす入射角で入射するため、全ての光線はミラー面６３で反射されて、そのうちの結像に寄与する光線は、ミラー面６４に全反射条件を満たす入射角で入射する。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、反転像を形成した後、ミラー面６５に全反射条件を満たす入射角で入射する。さらにミラー面６５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６６に全反射条件を満たす入射角で入射する。

ミラー面６６は、外方に突出した凸部６７の頂部に形成されており、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、出射レンズ面６２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４，図５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６３，６４，６５，６６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６３，６４，６５，６６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６３，６４，６５，６６の両サイドに設けている。図４，図５では、ミラー面６４，６５の両側の凸部６８や、ミラー面６３の両側の凸部６９、及びミラー面６６を山とする凸部６７の壁に相当する部分が進行阻止面となる。

図７〜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７〜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７（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、隣の結像素子との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７（ｂ）、（ｃ）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７０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８（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、主走査方向と垂直な方向に非対称なミラー面であり、次のミラー面６４に光線を導く。（ｃ）の一点鎖線Ｃは隣の結像素子７０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８（ｄ）において、光路の中心光線をＸ（一点鎖線）としたとき、ミラー面６３が光線に作用する位置は、中心光線Ｘの上側と下側で異なる。上側では中間の像面（図１７の２点鎖線Ｓで示す）よりも離れた光路上流側でミラー面が作用し、下側では中間の像面Ｓに近い光路の下流側でミラー面が作用する。

集光位置の光線の上下でのずれを少なくするために、図８（ｄ）の上側の部分でのパワーの絶対値は相対的に小さく、下側の部分では上側の部分に比べてパワーの絶対値を相対的に大きくしている。このため、ミラー面６３は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９（ａ）は、ミラー面６４への光線Ｘの入射方向を示している。（ｂ）は光の入射方向からミラー面６４を見た図であり、（ｃ）は、ミラー面６４を副走査方向から見た図であり、（ｄ）はミラー面６４を主走査方向から見た図である。

ミラー面６４は、次のミラー面６５に光線を導く。（ｂ）の一点鎖線Ｃは隣の結像素子７０との境界面を示し、ミラー面６４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。また図９（ｄ）において、光路の中心光線をＸ（一点鎖線）としたとき、ミラー面６４が光線に作用する位置は、中心光線Ｘの上側と下側で異なる。上側では中間の像面Ｓよりも離れた光路上流側で作用し、下側では中間の像面Ｓから近い光路の下流側でミラー面が作用する。

集光位置の光線の上下でのずれを少なくするために、（ｄ）の上の部分でのパワーの絶対値は相対的に小さく、下の部分では上の部分に比べてパワーの絶対値を相対的大きくしている。このため、ミラー面６４は、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１０（ａ）は、ミラー面６５への光線Ｘの入射方向を示している。（ｂ）は光の入射方向からミラー面６５を見た図であり、（ｃ）は、ミラー面６５を副走査方向から見た図であり、（ｄ）はミラー面６５を主走査方向から見た図である。

ミラー面６５は、次のミラー面６６に光線を導く。（ｂ）の一点鎖線Ｃは隣の結像素子７０との境界面を示し、ミラー面６５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。

また図１０（ｄ）において、光路の中心光線をＸ（一点鎖線）としたとき、ミラー面６５が光線に作用する位置は、中心光線Ｘの上側と下側で異なる。上側では中間の像面Ｓよりも離れた光路下流側で作用し、下側では中間の像面Ｓから近い光路の上流側でミラー面が作用する。

集光位置の光線の上下でのずれを少なくするために、（ｄ）の上側の部分でのパワーの絶対値は相対的に小さく、下側の部分では、上側の部分に比べてパワーの絶対値を相対的大きくしている。ミラー面６４とは逆に、反転像からの距離が光路上流側で短く、光路下流側で長くなる。パワーの絶対値は、反転像からの距離が短いほど大きい必要があるため、ミラー面６４とは、相対パワーの絶対値の関係が反対になる。このため、ミラー面６５は、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（ａ）は、ミラー面６６への光線Ｘの入射方向を示しており、ミラー面６６の下側から光が入射する。（ｂ）は、ミラー面６６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６６を見た図であり、（ｄ）は、ミラー面６６を主走査方向から見た図である。

ミラー面６６は、次の出射レンズ面６２に光線を導く。またミラー面６６は、外方に突出する凸部６７の頂部に形成されている。凸部６７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７０との境界面を示し、ミラー面６６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を主走査方向から見た図である。

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），（ｃ）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６６における凸部６７の壁の作用について説明する。図１３はミラー面６６を拡大して示す斜視図であり、図１４はミラー面６６の断面図である。

ミラー面６６は、凸部６７の頂部に形成しており、光Ｘがミラー面６６に入射し、ミラー面６６で反射して出射する。一方、凸部６７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６６によって全反射し、次の光学面（レンズ面６２）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６７に向かい凸部６７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６６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６６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６７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６７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６７’を塗布する。遮光用のインク６７’を塗布することにより、凸部６７の壁面に達した光を吸収することができる。

図１５は、凸部６７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６７が無い場合にミラー面６６から出射される光線の様子を示す。図１５（ａ）において、中間の像面Ｓからの光は、ミラー面６６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６７を設けた場合にミラー面６６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６７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６３，６４，６５，６６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１７は、アレイ５０の光路を主走査方向から見た図であり、図１８は、アレイ５０の光路を副走査方向から見た図である。

図１７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（例えばＲ，Ｇ，Ｂ）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１８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７０を通った光が像面７２で一点に集光される。

以上述べたように、ミラー面６６以外のレンズ面６１，６２、ミラー面６３，６４，６５は、主走査方向と垂直な方向に非対称な形となっており、像面湾曲や、コマ収差を補正するようにしている。

図１９は、第１の実施例において、レンズ面６１，６２、ミラー６３，６４，６５，６６を含むアレイ５０の非対称項を除去した場合（主走査方向と垂直な方向に対称な形にした場合）の集光状態を、主走査方向から見た図である。非対称項を除去した場合、光束（例えばＲ，Ｇ，Ｂ）は副走査方向の位置により、デフォーカス量が変わっていることが判る。つまり、それぞれの集光位置Ｆr，Ｆg，Ｆbが異なる。したがって、狭い範囲でしか集光しないが、それほど集光精度を必要としない場合は、図１９の実施形態であっても使用可能である。

尚、第１の実施形態において、凸部６７を有するミラー面６６は、平面としているが、ミラー面６６をパワーを持つ面（曲率を持つ面）としてもよい。

またミラー面６６を出射レンズ面６２の直前に配置し、ミラー面６３，６４，６５，６６のうち、遮光性能の一番高いミラー面６６を、最も下流に置くことにより、上流側で発生した迷光のうち、絶対値θ以上の角度を持つ光を全て遮光することができる。さらに図１４に示すように、凸部６７の壁面に遮光膜（遮光用インク６７’）を付けると、迷光を遮光する効果は大きい。

（第２の実施形態）
図２０は、第２の実施形態に係る結像素子アレイ５０の構成図である。第２の実施形態では、図２０（ａ）に示すように、凸部６７を有するミラー面６６を入射レンズ面６１の次の位置に配置し、出射レンズ面６２の前にミラー面６３を配置した結像素子７０を組み合せたものである。他の構成は第１の実施形態と同じである。

即ち、図２０（ｂ）に示すように結像素子７０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の両方に収束して、そのうちの結像に寄与する光線は、ミラー面６６に入射する。ミラー面６６は、外方に突出した凸部６７の頂部に形成されており、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、ミラー面６４に入射する。

ミラー面６４に入射した光線は反射されて、そのうちの結像に寄与する光線は、反転像を形成した後、ミラー面６５に入射する。さらにミラー面６５に入射した光線は反射されて、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。ミラー面６３に入射した光線のうち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。

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、物体面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、凸部６７を有するミラー面６６を入射レンズ面６１の直後に配置することにより、入射レンズ面６１のすぐあとで不要な光線を遮光することができる。また、使わない光線を上流側で遮光するため、下流側の各ミラー間の遮光部分（進行阻止面）の形状も単純化でき、アレイ５０の成型時の金型の形状を単純化することが。

ただし、ミラー面６６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６４，６５，６３の縁部ではシャープな形状とすることが必要となる。

図２１は、図２０のアレイ５０の光路を主走査方向から見た図であり、図２２は、アレイ５０の光路を副走査方向から見た図である。図２１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（例えばＲ，Ｇ，Ｂ）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に正立像を形成している。また、図２２から分かるように、主走査方向に関しては、複数セットの結像素子７０を通った光が像面７２で一点に集光されている。

図２３は、第２の実施形態の変形例の結像素子アレイの構成図である。図２３の例では、（ａ），（ｂ）に示すように、凸部６７１を有するミラー面６６１を入射側のレンズ面６１の次の位置に配置し、出射側のレンズ面６２の前に凸部６７２を有するミラー面６６２を配置したものである。

入射レンズ面６１のすぐあとで、ミラー面６６１によって不要な光線を遮光することができる。また、出射レンズ面６２の前においても迷光を遮光できるため、像面に迷光が入射するのを防ぐことができる。

（第３の実施形態）
次に第３の実施形態に係る結像素子アレイについて説明する。第３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（２回）反射して出射レンズ面６２に導くものである。

図２４（ａ）は、第３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２回反射して出射レンズ面６２に反射するミラー面８１，８２を有する結像素子７０を複数個備えている。図２４（ｂ）は１つの結像素子７０を示す。

図２４では、ミラー面が２面であり、出射レンズ面６２の前に、外方に突出した凸部８３を有する平面状のミラー面８２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８１に入射する。ミラー面８１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８２に入射する。

さらにミラー面８２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。ミラー面８２は、外方に突出した凸部８３の頂部に形成されており、光線はミラー面８１に全反射条件を満たす入射角で入射する。

図２５は、第３の実施形態の変形例の結像素子アレイの構成図である。図２５（ａ）の結像素子アレイ５０は、図２４と同様に、入射面であるレンズ面６１と、出射面であるレンズ面６２の間に、ミラー面８１とミラー面８４を有する結像素子７０を複数個備えている。図２５（ｂ）は１つの結像素子７０を示す。

ミラー面８４は、出射レンズ面６２の前に配置され、外方に突出した凸部８５の頂部に形成されている。ミラー面８４は、主走査方向と垂直な方向に非対称な形状を有する自由曲面ミラーである。

図２６は、第３の実施形態の他の変形例に係る結像素子アレイの構成図である。図２６（ａ）の結像素子アレイ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の間に、ミラー面８６とミラー面８８を有する結像素子７０を複数個備えている。図２６（ｂ）は１つの結像素子７０を示す。

ミラー面８６は、入射側のレンズ面２１の次の位置にあり、外方に突出した凸部８７の頂部に形成されている。ミラー面８６は、平面ミラーである。またミラー面８８は、主走査方向と垂直な方向に非対称な形状を有する自由曲面ミラーである。

図２７は、第３の実施形態の更に他の変形例に係る結像素子アレイの構成図である。図２７（ａ）の結像素子アレイ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の間に、ミラー面８６とミラー面８９を有する結像素子７０を複数個備えている。図２７（ｂ）は１つの結像素子７０を示す。

ミラー面８６は、入射側のレンズ面２１の次の位置にあり、外方に突出した凸部８７の頂部に形成されている。ミラー面８６は、主走査方向と垂直な方向に非対称な形状を有するミラーである。またミラー面８９は、出射レンズ面６２の前に配置され、外方に突出した凸部９０の頂部に形成されている。ミラー面８９は、主走査方向と垂直な方向に非対称な形状を有する自由曲面ミラーである。

（第４の実施形態）
次に第４の実施形態に係る結像素子アレイについて説明する。第４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２８（ａ）は、第４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９１，９３，９４を有する結像素子７０を複数個備えている。図２８（ｂ）は１つの結像素子７０を示す。

ミラー面９１は、入射側のレンズ面６１の次の位置にあり、外方に突出した凸部９２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９１に入射する。ミラー面９１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９３に入射する。ミラー面９３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９４に入射する。ミラー面９４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２９は、第４の実施形態の変形例の結像素子アレイの構成図である。図２９（ａ）の結像素子アレイ５０は、出射レンズ面６２の前にミラー面９１を配置し、入射側のレンズ面６１の次の位置にミラー面９４を配置した結像素子７０を複数個備えている。図２９（ｂ）は１つの結像素子７０を示す。

図３０は、第４の実施形態の他の変形例の結像素子アレイの構成図である。図３０（ａ）の結像素子アレイ５０は、出射レンズ面６２の前にミラー面９５を配置し、入射側のレンズ面６１の次の位置にミラー面９１を配置した結像素子７０を複数個備えている。図３０（ｂ）は１つの結像素子７０を示す。

ミラー面９１は、外方に突出した凸部９２の頂部に形成されている平面ミラーである。またミラー面９５は、外方に突出した凸部９６の頂部に形成されている平面ミラーである。

（第５の実施形態）
次に第５の実施形態に係る結像素子アレイについて説明する。図３１に示す第５の実施形態の結像素子アレイ５０は、入射面１０１と出射面１０２が平面であり、入射面１０１から入射した光を複数回（６回）反射して出射面１０２に導くものである。

図３１（ａ）の結像素子アレイ５０は、入射面１０１と、出射面１０２と、入射面１０１から入射した光を６回反射して出射面１０２に反射するミラー面１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０９を有する結像素子７０を複数個備えている。図３１（ｂ）は１つの結像素子７０を示す。

ミラー面１０３は、主、副走査方向に光を収束させるパワーを持ち、前述した実施形態の入射側のレンズ面６１の役割を有する。またミラー面１０９は、主、副走査方向に光を収束させるパワーを持ち、主走査方向と垂直な方向に非対称なミラー面であり、出射側のレンズ面６２の役割を持っている。

入射面１０１と出射面１０２は、面の縁が隣のミラーセットとの境界と一致している。またミラー面１０３とミラー面１０９の間には、４つのミラー面１０４，１０５，１０６，１０７がある。

ミラー面１０４，１０５，１０６は、主走査方向と垂直な方向に非対称な形状を有する。ミラー面１０９の前に配置されたミラー面１０７は、外方に突出した凸部１０８の頂部に形成されており、主走査方向と垂直な方向に非対称な形状を有する自由曲面ミラーである。

尚、ミラー面１０３の次に配置したミラー面１０４、及びミラー面１０９の前に配置されたミラー面１０７の少なくとも一方を、外方に突出した凸部の頂部に形成し、主走査方向と垂直な方向に非対称な形状を有するミラーとし、自由曲面ミラー又は平面ミラーとすることもできる。

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の入射ミラー面６３と図２０の出射ミラー面６３、図６のミラー面６４と図２０のミラー面６４、図６のミラー面６５と図２０のミラー６５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、１つの成形品のみで結像素子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。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、実施形態の結像素子アレイは、遮光のための切れ込み量が小さく、アレイの高さと幅の比（アスペクト比）が小さいため、成形や金型作製がしやすく、成形サイクルタイムを短縮することができる。

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…感光体ドラム
４３…センサ
４９…光源（ＬＥＤ）
５０…結像素子アレイ
６１…入射レンズ面
６２…出射レンズ面
６３〜６５，６８，８１，８８，９３，９４…ミラー面
６６，６６１，６６２，８２，８４，８６，８９，９１，９４…ミラー面
６７，６７１，６７２，８３，８５，８７，９０，９２，９５…凸部
６７’…遮光膜
７０…結像素子
１０１…入射面
１０２…出射面
１０３〜１０６，１０８…ミラー面
１０７…ミラー面
１０８…凸部

Claims (10)

1. 主走査方向に光を収束させる入射面と、前記入射面からの光を複数回反射する複数の反射面と、前記複数の反射面を経由した光を出射する出射面とを有し、前記複数の反射面の少なくとも一つが、外方に突出した凸部の頂部に単一面として形成され、前記単一面の両側の側壁面が、前記側壁面にぶつかった光を反射して最終的に像面の外の領域に導くか、あるいは、前記側壁面に達した光を吸収する面となっており、前記出射面から出射した光を像点に結像する一体成形された結像素子を複数個備えた結像素子アレイ。
2. 前記結像素子は、前記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複数個配列した請求項１記載の結像素子アレイ。
3. 前記結像素子は、前記複数の反射面の内、前記入射面の次に位置する第１の反射面及び前記出射面の前に位置する第２の反射面の少なくとも一方が、前記外方に突出した凸部の頂部に単一面として形成された請求項１記載の結像素子アレイ。
4. 前記結像素子は、前記第１の反射面又は前記第２の反射面の両側の側壁面に遮光膜を形成した請求項３記載の結像素子アレイ。
5. 前記複数の反射面のうち、すくなくとも１つは、それぞれ主走査方向と垂直な方向に非対称な形状である請求項１記載の結像素子アレイ。
6. 前記複数の反射面は、結像に寄与する全光線に対し、全反射条件を満たす角度を持って配置された請求項１記載の結像素子アレイ。
7. 前記主走査方向に配列した複数の結像素子の前記入射面及び前記出射面は、それぞれ隣接する結像素子の入射面及び前記出射面と接している請求項１記載の結像素子アレイ。
8. 前記複数個の結像素子を配列し、前記反射面で反射した光以外の光が前記出射面に進行するのを阻止する面を前記複数の反射面のうち少なくとも１つの反射面の並びの間に形成した請求項１記載の結像素子アレイ。
9. 主走査方向に光を収束させるレンズ面もしくはミラー面と、前記主走査方向に光を収束させるレンズ面もしくはミラー面からの光を複数回反射する複数の反射面と、前記複数の反射面を経由した光を出射する出射面とを有し、前記複数の反射面の少なくとも一つが、外方に突出した凸部の頂部に単一面として形成され、前記単一面の両側の側壁面が、前記側壁面にぶつかった光を反射して最終的に像面の外の領域に導くか、あるいは、前記側壁面に達した光を吸収する面となっており、前記出射面から出射した光を像点に結像する一体成形された結像素子を複数個備えた結像素子アレイ。
10. 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９のいずれか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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