特許 5797014 レンズユニット、ＬＥＤヘッド、画像形成装置および読取装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5797014

(24)【登録日】2015年8月28日

(45)【発行日】2015年10月21日

(54)【発明の名称】レンズユニット、ＬＥＤヘッド、画像形成装置および読取装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 3/00 20060101AFI20151001BHJP

   G02B 5/00 20060101ALI20151001BHJP

   H04N 1/036 20060101ALI20151001BHJP

【ＦＩ】

   G02B3/00 A

   G02B5/00 B

   H04N1/036 A

【請求項の数】9

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2011-117903(P2011-117903)

(22)【出願日】2011年5月26日

(65)【公開番号】特開2012-247541(P2012-247541A)

(43)【公開日】2012年12月13日

【審査請求日】2013年11月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】591044164

【氏名又は名称】株式会社沖データ

(74)【代理人】

【識別番号】100069615

【弁理士】

【氏名又は名称】金倉 喬二

(72)【発明者】

【氏名】山村 明宏

【審査官】 吉川 陽吾

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２４０３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０５３４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１７８１６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３１７７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１４４８９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０７１９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０５８３２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２８７６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２７６０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０７８８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２６２７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００６７０５５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−０８６６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００１／００３３４２２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−２２１９７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０８３６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／０２６４９０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２４４７１３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ３／００−３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のレンズ列を構成する少なくとも２つのレンズの光軸と第２のレンズ列を構成する少なくとも２つのレンズの光軸とをレンズアレイの長手方向において位相をずらすことにより、複数のレンズを千鳥状に配列したレンズアレイを有するレンズユニットにおいて、
前記レンズアレイは、
第１のレンズ列を構成する少なくとも２つのレンズは第１の境界で交わり、
第１のレンズ列を構成する少なくとも２つのレンズと、前記第２のレンズ列を構成する少なくとも２つのレンズのうち隣り合う２つのレンズは第２の境界で交わり、
前記第１のレンズ列において隣り合う２つのレンズの光軸間の距離は、第１のレンズ列を構成する少なくとも２つのレンズと、前記第２のレンズ列を構成する少なくとも２つのレンズのうち隣り合う２つのレンズの光軸間の距離よりも大きく設定され、
前記レンズアレイの前記第１のレンズ列を構成する各レンズは、
レンズの光軸近傍に、第１の曲率を有する第１の領域と、
前記第１の領域よりも前記光軸から離れ、第２の曲率を有する第２の領域とを有し、
前記第２の曲率は、前記第１の曲率より大きく形成され、
前記第２の領域は、前記第１の境界近傍に形成され、
前記レンズユニットは、
前記レンズアレイを複数有し、
前記複数のレンズアレイの間に配設された遮光部材を有し、
前記遮光部材は、前記レンズアレイを構成するレンズに入射する光線を通過させる開口部と、
前記第１の境界と対向する位置に配置され、前記第２の領域を通過する光線を遮光する遮光部とを有することを特徴とするレンズユニット。

【請求項2】

請求項１に記載のレンズユニットにおいて、
前記第１のレンズ列を構成する各レンズは、
前記第１の領域と前記第２の領域とを結び、第３の曲率を有する第３の領域をさらに有し、
前記第３の曲率は、前記第１の曲率より小さいことを特徴とするレンズユニット。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載のレンズユニットにおいて、
前記第２の領域は、クロストーク防止部であることを特徴とするレンズユニット。

【請求項4】

請求項３に記載のレンズユニットにおいて、
前記第１のレンズ列を構成する前記各レンズは、光軸が互いに平行し、前記光軸と直交する方向に略隙間なく配列され、外周部に前記クロストーク防止部が配置されていることを特徴とするレンズユニット。

【請求項5】

請求項３または請求項４に記載のレンズユニットにおいて、
前記レンズアレイは、
入射光を入射するための第１のレンズ面と、出射光を出射するための第２のレンズ面とを有し、
前記クロストーク防止部は、前記第１のレンズ面と前記第２のレンズ面のどちらにも形成されていることを特徴とするレンズユニット。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれかに記載のレンズユニットにおいて、
前記レンズアレイは、第１のレンズアレイおよび第２のレンズアレイであり、
前記第１のレンズアレイは、物体の縮小倒立像を形成し、
前記第２のレンズアレイは、前記縮小倒立像の拡大倒立像を形成し、前記物体の正立等倍像を形成することを特徴とするレンズユニット。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれかに記載のレンズユニットを有することを特徴とするＬＥＤヘッド。

【請求項8】

請求項１から請求項６のいずれかに記載のレンズユニットまたは請求項７に記載のＬＥＤヘッドを有することを特徴とする画像形成装置。

【請求項9】

請求項１から請求項６のいずれかに記載のレンズユニットを有することを特徴とする読取装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レンズユニット、ＬＥＤヘッド、画像形成装置および読取装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のレンズアレイは、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を直線状に配列したＬＥＤヘッドを用いた電子写真方式の画像形成装置や複数の受光素子を直線状に配列した受光部に読取り原稿の像を結像させるスキャナやファクシミリ等の読取装置に物体の正立等倍像をライン状に形成することができる光学系として用いられている。
このレンズアレイは、物体の正立等倍像を形成するように複数のマイクロレンズを略直線状に配列して高い解像度の結像を形成する光学系として構成するようにしているものがある（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１８１６８５号公報（段落「００１８」〜段落「００２１」、図４、図６）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上述した従来の技術においては、結像のコントラストが低下する場合があり、読取装置においては原稿どおりの画像データを得ることができない場合があるという問題がある。
本発明は、このような問題を解決することを課題とし、結像のコントラストの低下を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

そのため、本発明は、第１のレンズ列を構成する少なくとも２つのレンズの光軸と第２のレンズ列を構成する少なくとも２つのレンズの光軸とをレンズアレイの長手方向において位相をずらすことにより、複数のレンズを千鳥状に配列したレンズアレイを有するレンズユニットにおいて、前記レンズアレイは、第１のレンズ列を構成する少なくとも２つのレンズは第１の境界で交わり、第１のレンズ列を構成する少なくとも２つのレンズと、前記第２のレンズ列を構成する少なくとも２つのレンズのうち隣り合う２つのレンズは第２の境界で交わり、前記第１のレンズ列において隣り合う２つのレンズの光軸間の距離は、第１のレンズ列を構成する少なくとも２つのレンズと、前記第２のレンズ列を構成する少なくとも２つのレンズのうち隣り合う２つのレンズの光軸間の距離よりも大きく設定され、前記レンズアレイの前記第１のレンズ列を構成する各レンズは、レンズの光軸近傍に、第１の曲率を有する第１の領域と、前記第１の領域よりも前記光軸から離れ、第２の曲率を有する第２の領域とを有し、前記第２の曲率は、前記第１の曲率より大きく形成され、前記第２の領域は、前記第１の境界近傍に形成され、前記レンズユニットは、前記レンズアレイを複数有し、前記複数のレンズアレイの間に配設された遮光部材を有し、前記遮光部材は、前記レンズアレイを構成するレンズに入射する光線を通過させる開口部と、前記第１の境界と対向する位置に配置され、前記第２の領域を通過する光線を遮光する遮光部とを有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0006】

このようにした本発明は、結像のコントラストの低下を抑制することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施例における第２のレンズおよびクロストーク防止部の断面図

【図2】第１の実施例におけるプリンタの構成を示す概略図

【図3】第１の実施例におけるＬＥＤヘッドの概略側面図

【図4】第１の実施例におけるＬＥＤヘッドの断面図

【図5】第１の実施例におけるレンズユニットの分解斜視図

【図6】第１の実施例における第１のレンズ板の平面図

【図7】第１の実施例における第１のレンズ板の平面図

【図8】第１の実施例における遮光板の平面図

【図9】第１の実施例におけるレンズユニットの断面図

【図10】第１の実施例における印刷パターンの説明図

【図11】第１の実施例における第２のレンズの作用を示す説明図

【図12】第１の実施例における第２のレンズの作用を示す説明図

【図13】第１の実施例の変形例におけるレンズ板の平面図

【図14】第１の実施例の変形例におけるレンズユニットの断面図

【図15】第２の実施例における読取装置の構成を示す概略図

【図16】第２の実施例における読取装置の読取ヘッドの構成を示す概略図

【図17】第２の実施例における読取装置の読取ヘッドの構成を示す概略図

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本発明によるレンズユニット、ＬＥＤヘッド、画像形成装置および読取装置の実施例を説明する。

【実施例1】

【0009】

本実施例の画像形成装置としてのプリンタを図２の第１の実施例におけるプリンタの構成を示す概略図に基づいて説明する。
図２において、プリンタ１００は、色材としての顔料を含む樹脂からなるトナーにより、画像データをもとに印字媒体上に画像を形成する。

【0010】

プリンタ１００には、印字媒体としての用紙１０１を貯留する給紙カセット６０が装着され、用紙１０１を給紙カセット６０から取り出す給紙ローラ６１を備え、用紙１０１を給紙して搬送する搬送ローラ６２、６３が配置される。
本実施例におけるプリンタ１００は、カラー電子写真方式であり、プリンタ１００内には画像形成部としてイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの各色の画像を形成する静電潜像担持体としての感光体ドラム４１、その感光体ドラム４１に形成された静電潜像をトナーにより現像し、トナー像を形成する現像器５、その現像器５にトナーを供給するトナーカートリッジ５１が用紙１０１の搬送路に沿って並べて配置されている。

【0011】

また、感光体ドラム４１の表面に電荷を供給して帯電させる帯電ローラ４２、光学ヘッドとしてのＬＥＤヘッド３が、感光体ドラム４１の表面に対向するように配置され、ＬＥＤヘッド３は帯電ローラ４２で帯電された感光体ドラム４１の表面に画像データをもとに選択的に光を照射して静電画像を形成する。

【0012】

さらに、感光体ドラム４１上に形成され、トナーにより静電潜像を可視化した像であるトナー像を用紙１０１上に転写する転写ローラ８０が、転写部で用紙１０１を搬送する転写ベルト８１を挟むように感光体ドラム４１に対向して配置され、また用紙１０１が転写部を通過した後の感光体ドラム４１の表面に残留したトナーを除去するクリーニングブレード４３が感光体ドラム４１の表面に接触して配置されている。

【0013】

転写部の下流には用紙１０１上に形成されたトナー像を熱および圧力で定着させる定着器９が配置され、その定着器９を通過した用紙１０１を搬送する搬送ローラ６４、その搬送ローラ６４により搬送され、画像が形成された用紙１０１を貯留する排出部７へ排出する排出ローラ６５が配置される。

【0014】

また、帯電ローラ４２および転写ローラ８０には図示しない電源により所定の電圧が印加される。そして、転写ベルト８１、感光体ドラム４１および各ローラはそれぞれ図示しないモータと図示しない駆動を伝達するギアにより回転駆動される。さらに、現像器５、ＬＥＤヘッド３、定着器９、および図示しない各モータには、それぞれ電源および制御装置が接続されている。

【0015】

プリンタ１００は、外部装置から印刷データを受信する外部インターフェースを有し、その外部インターフェースで受信した印刷データをもとに印字媒体上に画像を形成する。
このように構成されたプリンタ１００は、制御プログラムをメモリ等の記憶部に記憶し、その制御プログラムに基づいて全体を制御する制御手段および演算手段としての制御部を備えている。

【0016】

図３は第１の実施例におけるＬＥＤヘッドの概略側面図である。
図３において、露光装置としてのＬＥＤヘッド３にはレンズユニット１が配置される。レンズユニット１はホルダ３４によりＬＥＤヘッド３に固定されている。ＬＥＤ素子３０は発光部であり、複数のＬＥＤ素子３０が略直線に配列され、ＬＥＤアレイ３００を構成している。ＬＥＤ素子３０の配列方向はＹ軸方向（図３における水平方向）である。レンズユニット１は長尺であり、レンズユニット１の長手方向がＬＥＤアレイ３００と平行になるようにＹ軸方向（図３における水平方向）に配置されている。

【0017】

４１は静電潜像が形成される感光体ドラムであり、ＡＸＲは感光体ドラム４１の回転軸である。この感光体ドラム４１の回転軸ＡＸＲが、ＬＥＤアレイ３００およびレンズユニット１の長手方向と平行になるようにＹ軸方向（図３における水平方向）に配置されている。
レンズユニット１には、複数のマイクロレンズが配置されており、レンズユニット１のマイクロレンズの光軸はＺ方向（図３における鉛直方向）となるように配置されている。

【0018】

図４は第１の実施例におけるＬＥＤヘッドの断面図である。なお、図４は図３における直線ＡＡでの断面図である。
図４において、レンズユニット１の長手方向およびレンズユニット１のマイクロレンズの光軸方向の両方に直交する方向をレンズユニット１の幅方向とすると、レンズユニット１の幅方向はＸ軸方向（図４における水平方向）となるように配置される。レンズユニット１の幅方向におけるレンズユニット１の中心をＣＬとすると、中心ＣＬを外挿した直線上にＬＥＤ素子３０および感光体ドラム４１の回転軸ＡＸＲが配置される。

【0019】

また、レンズユニット１のマイクロレンズの光軸はＺ方向（図４における鉛直方向）となるように配置される。ＬＥＤ素子３０およびドライバＩＣ３１は配線基板３３上に配置される。ＬＥＤ素子３０およびドライバＩＣ３１はワイヤ３２により結線されている。

【0020】

図５は第１の実施例におけるレンズユニットの分解斜視図である。
図５において、レンズユニット１は、２枚のレンズアレイと遮光部材とからなる。１１ａは、物体面側のレンズアレイとしての第１のレンズ板であり、１１ｂは、結像側のレンズアレイとしての第２のレンズ板である。また、２１は遮光部材としての遮光板である。

【0021】

第１のレンズ板１１ａと第２のレンズ板１１ｂとが、遮光板２１を挟んで対向して配置される。第１のレンズ板１１ａの一方の面には、第１のレンズ１２ａが２列に配列され、また他方の面には、第２のレンズ１３ａが２列に配列され、また第２のレンズ板１１ｂの一方の面には、第１のレンズ１２ｂが２列に配列され、また他方の面には、第２のレンズ１３ｂが２列に配列されている。

【0022】

レンズユニット１は長尺のユニットであり、第１のレンズ板１１ａの長手方向（Ｙ軸方向）に沿って第１のレンズ１２ａおよび第２のレンズ１３ａが配列され、第２のレンズ板１１ｂの長手方向（Ｙ軸方向）に沿って第１のレンズ１２ｂおよび第２のレンズ１３ｂが配列される。この第１のレンズ１２ａおよび第２のレンズ１３ａならびに第１のレンズ１２ｂおよび第２のレンズ１３ｂの光軸ＡＸＬはＺ方向（図５における鉛直方向）となるように配置される。

【0023】

遮光板２１には、絞りとしての開口部２２が形成され、その開口部２２はレンズユニット１の長手方向に沿って配列されている。
第１のレンズ１２ａおよび第２のレンズ１３ａならびに第１のレンズ１２ｂおよび第２のレンズ１３ｂの配列間隔は同じであり、それぞれの光軸ＡＸＬが一致するように配置される。

【0024】

このようにレンズユニット１は、光軸が一致するように配置された２枚のマイクロレンズ（第１のレンズ板１１ａと第２のレンズ板１１ｂ）と絞り（遮光板２１）とからなるレンズ群を光軸に対して直交する方向に略直線に配置した構成となっている。

【0025】

図６は第１の実施例における第１のレンズ板の平面図であり、図中Ｙ軸方向（図中鉛直方向）がレンズ板の長手方向となっている。
図６において、第１のレンズ板１１ａには、複数の第１のレンズ１２ａが、その光軸が互いに平行し、また光軸と直交する方向に、２列に配置されている。すなわち、レンズ板１１ａには、レンズ列Ｌ１に沿って配列されたレンズ１２ａとレンズ列Ｌ２に沿って配列されたレンズ１２ａとが形成されている。レンズ列Ｌ１に配列されたレンズ１２ａとレンズ列Ｌ２に配列されたレンズ１２ａとはレンズ板１１ａの長手方向において位相をずらしてレンズ１２ａが千鳥状に配列されている。

【0026】

また、図示されない第１のレンズ板１１ａの裏側には、複数の第２のレンズ１３ａが２列に配置されている。光軸ＡＸＬは、第１のレンズ１２ａと第２のレンズ１３ａとで一致する。
第１のレンズ１２ａの配列間隔は、第１のレンズ板１１ａの長手方向（図中Ｙ軸方向）にＰＹ、幅方向（図中Ｘ軸方向）にＰＸとなっている。このとき、間隔ＰＹ＞間隔ＰＸとなっている。また、２列のレンズ列間で隣接するレンズ間の間隔はＰＮとなっている。

【0027】

第１のレンズ１２ａは緻密に配置されており、隣接する第１のレンズ１２ａと境界で接し、隙間なく連続して配置されている。つまり、第１のレンズ板１１ａの長手方向における第１のレンズ１２ａの半径ＲＹは（ＰＹ／２）となっている。また、第１のレンズ板１１ａの第１のレンズ１２ａの半径ＲＬは（ＰＹ／２）より大きくなっている。さらに、第１のレンズ板１１ａの第１のレンズ１２ａの半径ＲＬは（ＰＮ／２）より大きくなっている。
なお、第１のレンズ板１１ａは発光部の光線を透過する素材により構成されている。

【0028】

図７は第１の実施例における第１のレンズ板の平面図であり、図５における第１のレンズ板１１ａの裏面を示し、図中Ｙ軸方向（図中鉛直方向）が第１のレンズ板１１ａの長手方向となっている。
図７において、第２のレンズ１３ａは、図６で説明した第１のレンズ１２ａと同じ配列間隔で配置され、第１のレンズ１２ａと第２のレンズ１３ａの光軸ＡＸＬは一致する。

【0029】

１４ａは、第２のレンズ１３ａの外周部に配置されたクロストーク防止部であり、隣り合うレンズの間を通過する所謂クロストーク光が図５に示す遮光板２１で遮光されるように形成されている。このクロストーク防止部１４ａは、２つの第２のレンズ１３ａの境界近傍に配置される。

【0030】

ここで、クロストーク防止部１４ａは、図６に示すレンズ列Ｌ１、Ｌ２において同一のレンズ列で隣接するレンズ１２ａの境界に配置するようにしている。同一のレンズ列において隣接するレンズ１２ａの配列ピッチ２ＲＹは別々のレンズ列において隣接するレンズ１２ａの配列ピッチＰＮよりも大きいためである。ピッチが大きい側の境界にクロストーク防止部１４ａを設けることで光量を低下させることなくクロストークを防止することができる。本実施例のようにすることで、レンズ板１１ａにレンズ１２ａのレンズ列Ｌ１、レンズ列Ｌ２を上記条件で形成して高密度でレンズ１２ａを実装しつつ、クロストークを防止することができる。

【0031】

第２のレンズ１３ａの光軸ＡＸＬの近傍と、クロストーク防止部１４ａとの間の領域を中間部としたとき、その中間部の曲率は光軸ＡＸＬ近傍の曲率より小さくなっており、またクロストーク部１４ａの曲率は中間部の曲率より大きくなっている。

【0032】

第２のレンズ１３ａの半径ＲＩは、クロストーク防止部１４ａを含めた半径ＲＬより小さくなっている。また、第２のレンズ１３ａの半径ＲＩは、（ＰＹ／２）より小さく、（ＰＮ／２）より大きくなっている。なお、ＰＹは、図６に示す第１のレンズ１２ａの長手方向の配列間隔、ＰＸは、図６に示す第１のレンズ１２ａの幅方向の配列間隔である。
図６および図７に示す第１のレンズ１２ａおよび第２のレンズ１３ａの各曲面は、数式１で表される回転対称高次非球面で構成する。

【0033】

【数1】

【0034】

関数Ｚ（ｒ）は、各レンズ面の面頂点を原点とし、原点に対してレンズ板１１ａ、１１ｂの素材で構成されている側を負の数で表す。ｒは、第１のレンズ１２ａの光軸に平行な方向を軸とし、半径方向の回転座標系を示し、各図に示した方向Ｘ、Ｙの各座標に対し、数式２の関係がある。

【0035】

【数2】

【0036】

また、（−ＣＲ）は、光軸ＡＸＬ近傍の曲率半径、Ａは非球面係数４次の係数、Ｂは非球面係数６次の係数、Ｃは非球面係数８次の係数を示す。
次に、本実施例の第２のレンズの形状について図１を用いて説明する。図１は第１の実施例における第２のレンズおよびクロストーク防止部の断面図である。なお、図１中のＺ軸方向（鉛直方向）が光軸ＡＸＬと平行な方向であり、図１中のＸ軸方向（水平方向）がレンズユニットの長手方向と直交する方向（幅方向）となっている。

【0037】

図１において、第２のレンズ１３ａは凸レンズであり、第２のレンズ１３ａの曲面は数式１で表される回転対称高次非球面で構成され、第２のレンズ１３ａは光軸ＡＸＬの近傍で曲率半径が数式１の曲率半径（−ＣＲ）となっている。そして、クロストーク防止部１４ａは曲率半径ＣＲＥの曲面で構成されている。

【0038】

図１に示すように、第２のレンズ１３ａの曲線は、第１のレンズ板１１ａの素材と空気の境界線であり、曲線の下側が第１のレンズ板１１ａの素材で構成され、上側が空気となっている。光軸ＡＸＬ付近では、第２のレンズ１３ａの曲線は半径（−ＣＲ）の円と略一致し、クロストーク防止部１４ａでは、曲線は半径ＣＲＥの円と略一致する。

【0039】

第２のレンズ１３ａの光軸ＡＸＬの近傍の領域１５１と、クロストーク防止部１４ａの領域１５２との間の領域を中間部１５３としたとき、中間部１５３の曲率は、光軸ＡＸＬの近傍の領域１５１の曲率より小さくなっており、クロストーク防止部１４ａの領域１５２の曲率は、中間部１５３の曲率より大きくなっている。ここで、光軸ＡＸＬの近傍の領域１５１の曲率とは、光軸ＡＸＬで内接する図中破線で示す円の曲率である。

【0040】

すなわち、中間部１５３の曲率半径は、光軸ＡＸＬの近傍の領域１５１の曲率半径（−ＣＲ）より大きくなっており、クロストーク防止部１４ａの領域１５２の曲率半径ＣＲＥは、中間部１５３の曲率半径より小さくなっている。

【0041】

このようにレンズアレイとしての第１のレンズ板１１ａを構成する各第２のレンズ１３ａは、領域１５１と、領域１５２と、中間部１５３とを有し、領域１５１はレンズの光軸付近であって、第１の領域としての面頂部であり、領域１５２は第１の領域よりも光軸から離れ、第２のレンズ１３ａの有効範囲よりも外側のクロストーク防止部１４ａであって、第２の領域としての外周部であり、中間部１５３は第１の領域と第２の領域とをつなぐ第３の領域である。

【0042】

そして、第１の領域（領域１５１）の曲率を第１の曲率Ｘ１、第２の領域（領域１５２）の曲率を第２の曲率Ｘ２、第３の領域（中間部１５３）の曲率を第３の曲率Ｘ３とすると、
第２の曲率Ｘ２＞第１の曲率Ｘ１＞第３の曲率Ｘ３
の関係を有している。

【0043】

図５に示す第２のレンズ板１１ｂの構成は、上述した第１のレンズ板１１ａの構成と同様であり、図示しない第１のレンズ１２ｂ、第２のレンズ１３ｂ、およびクロストーク防止部１４ｂで構成され、その第２のレンズ板１１ｂの第１のレンズ１２ｂ、第２のレンズ１３ｂ、およびクロストーク防止部１４ｂは、第１のレンズ板１１ａの第１のレンズ１２ａ、第２のレンズ１３ａ、およびクロストーク防止部１４ａと同様である。

【0044】

図８は第１の実施例における遮光板の平面図である。図中のＹ軸方向（鉛直方向）が遮光板２１の長手方向であり、図中のＸ軸方向（水平方向）が遮光板２１の長手方向と直交する方向となっている。
図８において、遮光板２１には、レンズに入射する光線を通過させる複数の開口部２２が形成されている。この開口部２２は、遮光板２１の長手方向に略直線に配列され、開口部２２の配列間隔は、図６に示す第１のレンズ１２ａの配列間隔に一致する。遮光板２１の長手方向に直交する方向（Ｘ軸方向）における開口部２２の間隔はＴＢとなっている。

【0045】

開口部２２は、半径ＲＡの円と、半径ＲＡの円の中心から遮光板２１の長手方向と直交する方向（Ｘ軸方向）へ距離（ＰＸ−ＴＢ）／２の距離に存在する直線と、半径ＲＡの円の中心から遮光板２１の長手方向（Ｙ軸方向）へ距離ＡＢに存在する直線とに囲まれた形状となっている。このとき、半径ＲＡ＞距離ＡＢとなっている。なお、ＰＸは、遮光板２１の長手方向と直交する方向（Ｘ軸方向）における半径ＲＡの円の中心間の距離である。

【0046】

光軸ＡＸＬの位置は、開口部２２の一部を形成する半径ＲＡの円の中心と一致する。また、遮光板２１は、発光部の光線を遮光する素材により形成され、開口部２２の内壁は光線を遮光する遮光部となる。

【0047】

図９は第１の実施例におけるレンズユニットの断面図であり、図６および図８における直線ＢＢによるレンズユニット１の断面図である。なお、図９におけるＹ軸方向（水平方向）はレンズユニット１の長手方向であり、Ｚ軸方向（鉛直方向）は光軸ＡＸＬの方向である。

【0048】

図９において、物体面ＯＰから距離ＬＯの位置に第１のレンズ板１１ａの第１のレンズ１２ａが配置されている。第１のレンズ１２ａと第２のレンズ１３ａとの間隔、すなわちレンズの厚さはＬＴ１である。また、第１のレンズ板１１ａの第２のレンズ１３ａと第２のレンズ板１１ｂの第２のレンズ１３ｂとは、光軸ＡＸＬが一致するように対向し、距離ＬＳを隔てて配置されている。

【0049】

第２のレンズ１３ａと第２のレンズ１３ｂとの間には遮光板２１が配置されている。第１のレンズ１２ｂと第２のレンズ１３ｂとの間隔、すなわちレンズの厚さはＬＴ２である。レンズユニット１の結像面は、第１のレンズ１２ｂから光軸ＡＸＬ方向に距離ＬＩ、隔てた位置である。

【0050】

第１のレンズ１２ａと第２のレンズ１３ａは、光軸ＡＸＬ方向に距離ＬＯ１の位置に存在する物体３０ａの結像として中間像３０ｂを、光軸ＡＸＬ方向に距離ＬＩ１離れた中間像面ＩＭＰ上に形成する。このとき、中間像３０ｂは、物体３０ａの倒立縮小像になっている。

【0051】

第１のレンズ１２ｂと第２のレンズ１３ｂは、光軸ＡＸＬ方向に距離ＬＯ２の位置に存在する中間像３０ｂの結像３０ｃを、光軸ＡＸＬ方向に距離ＬＩ２隔てた結像面ＩＰ上に結像する。このとき、結像３０ｃは、物体３０ａの正立等倍像になっている。

【0052】

レンズユニット１の物体面ＯＰから第１のレンズ１２ａまでの距離ＬＯは距離ＬＯ１と等しく設定され、第２のレンズ１３ａと第２のレンズ１３ｂとの間隔ＬＳは、ＬＳ＝距離ＬＩ１＋距離ＬＯ２に設定され、第１のレンズ１２ｂからレンズユニット１の結像面ＩＰまでの距離ＬＩは、距離ＬＩ２と等しく設定される。

【0053】

上述した構成の作用について説明する。
まず、プリンタ１００の動作を図２に基づいて説明する。
プリンタ１００の感光体ドラム４１表面は、図示しない電源装置により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表面がＬＥＤヘッド３の付近に到達するとＬＥＤヘッド３によって露光され、感光体ドラム４１表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は現像器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。

【0054】

一方、給紙カセット６０にセットされた用紙１０１が給紙ローラ６１によって給紙カセット６０から取り出され、搬送ローラ６２、６３により、転写ローラ８０および転写ベルト８１の付近に搬送される。
感光体ドラム４１が回転することにより、現像によって得られた感光体ドラム４１表面上のトナー像が転写ローラ８０および転写ベルト８１の付近に到達すると図示しない電源装置により電圧が印加されている転写ローラ８０および転写ベルト８１によって、感光体ドラム４１表面上のトナー像は用紙１０１上に転写される。

【0055】

続いて、表面にトナー像が形成された用紙１０１は、転写ベルト８１の回転により定着器９へ搬送され、用紙１０１上のトナー像はその定着器９により加圧されながら加熱されることにより溶解し、用紙１０１上に固定される。トナー像が固定された用紙１０１は、搬送ローラ６４および排出ローラ６５により排出部７に排出されてプリンタ１００の動作が終了する。

【0056】

次に、露光装置としてのＬＥＤヘッド３の動作を図４に基づいて説明する。
画像データをもとにプリンタ１００の制御部によりＬＥＤヘッド３の制御信号が発信されるとドライバＩＣ３１はその制御信号に基づき任意の光量でＬＥＤ素子３０を発光させる。そのＬＥＤ素子３０からの光線はレンズユニット１に入射し、感光体ドラム４１上に結像が形成される。

【0057】

次に、レンズユニット１の動作を図９に基づいて説明する。
ＲＡＹ１は、物体３０ａから発せられ、光学系を通過する主光線であり、ＲＡＹ２は周辺光線である。第１のレンズ１２ａと第２のレンズ１３ａとにより、物体３０ａの縮小倒立像３０ｂが中間像面ＩＭＰ上に形成される。周辺光線ＲＡＹ２および主光線ＲＡＹ１は中間像３０ｂの位置で集光する。

【0058】

そして、第１のレンズ１２ｂおよび第２のレンズ１３ｂによって、中間像３０ｂの拡大倒立像が結像３０ｃとして結像面ＩＰ上に形成される。周辺光線ＲＡＹ２および主光線ＲＡＹ１は、結像３０ｃの位置で再び集光する。このとき、結像３０ｃは物体３０ａの正立等倍像となっている。

【0059】

また、第２のレンズ１３ａと第２のレンズ１３ｂとの間では、物体面上の各点からの主光線ＲＡＹ１が平行である、所謂テレセントリックになっている。
一方、ＲＡＹ３は、物体３０ａからの光線のうち、第１のレンズ１２ａと光軸ＡＸＬが同じでない第２のレンズ１３ａに入射するクロストーク光線である。

【0060】

本実施例では、第２のレンズ１３ａにクロストーク防止部１４ａが形成されているので、クロストーク光線ＲＡＹ３は、隣接する第２のレンズ１３ａのクロストーク防止部１４ａで屈折し、遮光板２１に形成された開口部２２の内壁により遮断される。

【0061】

次に、本実施例の第２のレンズ１３ａの形状とその効果について、図１１の第１の実施例における第２のレンズの作用を示す説明図を用いて説明する。図１１（ａ）および（ｂ）は、第１のレンズ１２ａおよび第２のレンズ１３ａの断面図であり、図中Ｚ軸方向（鉛直方向）が光軸ＡＸＬと平行な方向、図中のＹ軸方向（水平方向）がレンズユニットの長手方向となっている。

【0062】

図１１（ａ）は、本実施例の構成であり、第２のレンズ１３ａの光軸ＡＸＬの近傍（図１に示す領域１５１）とクロストーク防止部１４ａ（図１に示す領域１５２）の間の領域（図１に示す領域１５３）を中間部としたとき、その中間部の曲率は光軸ＡＸＬの近傍の曲率より小さくなっている。一方、図１１（ｂ）は、本実施例とは異なり、上述した中間部の曲率が光軸ＡＸＬの近傍の曲率より小さくなっていないレンズである。

【0063】

図１１において、物体面ＯＰ上の物体３０ａから出た光線のうち、第２のレンズ１３ａの外周付近を透過する光線を周辺光線ＲＡＹ２、第２のレンズ１３ａの光軸近傍を透過する光線を近軸光線ＲＡＹ４とすると、図１１（ａ）に示す本実施例の構成では、中間部の曲率は光軸ＡＸＬ近傍の曲率より小さくなっているため、周辺光線ＲＡＹ２および近軸光線ＲＡＹ４は、ともに中間像面ＩＭＰ上の中間像３０ｂで結像する。

【0064】

ところが、図１１（ｂ）に示す、中間部の曲率が光軸ＡＸＬ近傍の曲率より小さくなっていないレンズの場合、球面収差によって周辺光線ＲＡＹ２は中間像面ＩＭＰよりレンズの距離ＳＡ近い位置である３０ｂ´に集光し、近軸光線ＲＡＹ４は中間像面ＩＭＰ上の中間像３０ｂ上で集光するため、中間像３０ｂのコントラストは低下する。

【0065】

さらに、本実施例の第２のレンズ１３ａの形状とその効果について、図１２の第１の実施例における第２のレンズの作用を示す説明図を用いて説明する。図１２（ａ）および（ｂ）は、第１のレンズ１２ａおよび第２のレンズ１３ａの断面図であり、図中Ｚ軸方向（鉛直方向）が光軸ＡＸＬと平行な方向、図中のＹ軸方向（水平方向）がレンズユニットの長手方向となっている。

【0066】

図１２（ａ）は、本実施例の構成であり、第２のレンズ１３ａの光軸ＡＸＬの近傍（図１に示す領域１５１）とクロストーク防止部１４ａ（図１に示す領域１５２）の間の領域（図１に示す領域１５３）を中間部としたとき、その中間部の曲率は光軸ＡＸＬの近傍の曲率より小さくなっている。一方、図１２（ｂ）は、本実施例とは異なり、上述した中間部の曲率が光軸ＡＸＬの近傍の曲率より小さくなっていないレンズである。
図１２（ａ）に示す本実施例の構成では、中間部の曲率は光軸ＡＸＬ近傍の曲率より小さくなっているため、物体面ＯＰ上の物体３０ａの中間像３０ｂは、中間像面ＩＭＰ上に直線状に形成される。

【0067】

ところが、図１２（ｂ）に示す、中間部の曲率が光軸ＡＸＬ近傍の曲率より小さくなっていないレンズの場合、像面湾曲によって、物体面ＯＰ上の光軸ＡＸＬから離れた位置に存在する物体３０ａの像は中間像面ＩＭＰより距離ＦＣレンズに近い位置に形成され、物体面３０ａの結像は曲線状に形成され、中間像３０ｂのコントラストは低下する。

【0068】

次に、本実施例の効果を検証するため、本実施例および比較例のレンズユニットを作成した。本実施例および比較例のレンズユニットの各部位の図１、図６、図７、図８および図９に示す寸法および数式１に示す係数は表１および表２に示すとおりである。

【0069】

【表1】

【0070】

【表2】

【0071】

なお、比較例においては、図９に示すクロストーク防止部１４ａおよび１４ｂを形成せず、第２のレンズ１３ａおよび１３ｂの周囲を平坦な面で形成した。また、本実施例および比較例ともに、図５および図９に示すレンズ板１１ａおよび１１ｂに用いる材料は、シクロオレフィン系樹脂である光学樹脂（日本ゼオン社製、商品名；ＺＥＯＮＥＸ（ゼオネックス）（登録商標）Ｅ４８Ｒ）とし、射出成型法により作成した。さらに、図５および図９に示す遮光板２１はポリカーボネートを用いて射出成型法により作成した。

【0072】

次に、本実施例および比較例のレンズユニットの性能を評価した結果について説明する。
レンズユニットの性能評価においては、図３に示すＬＥＤ素子３０の配列間隔がＰＤ＝０．０４２ｍｍであるＬＥＤヘッドを用いた。これは、１インチ（凡そ２５．４ｍｍ）の６００個のＬＥＤ素子３０が配列されており、いわゆる解像度は６００ｄｐｉ（ｄｏｔ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）である。

【0073】

まず、本実施例および比較例のレンズユニットを実装したそれぞれのプリンタを用いて図１０に示した印刷ドット７０１と空白ドット７０２とが交互に現れるパターン７００を印刷したところ、本実施例のレンズユニットを実装したプリンタでは良好な画像が得られた。一方、比較例のレンズユニットを実装したプリンタでは濃度ムラが発生した。

【0074】

パターン７００について図１０を用いて説明する。パターン７００は、印刷ドット７０１と空白ドット７０２とにより構成される。印刷ドット７０１は、トナー像であり、空白ドット７０２はトナーが付着せず、印刷用紙の表面が露出する領域である。印刷ドット７０１の間隔ＰＰ＝０．０８４ｍｍであり、１つおきに印刷ドット７０１と空白ドット７０２とを形成した印刷画像を形成し、評価した。なお、隣接するドットの間隔ＰＤ＝０．０４２ｍｍである。

【0075】

比較例のレンズユニットでは、空白ドット７０２の位置にもトナーが付着し、本実施例のレンズユニットでの印刷結果より濃度が濃く、均一性が悪く、濃度ムラが見られた。

【0076】

さらに、紙面の搬送方向に２列の空白ドット７０２が配置され、２列の空白ドット７０２を除く残りの領域に印刷ドット７０１が一面に隙間なく配置されたパターンを印刷したところ、本実施例においては、空白ドット７０２の位置にトナーが付着することはなかったが、比較例においては、空白ドット７０２の位置にトナーが付着し、汚れてしまった。

【0077】

本実施例のレンズユニットでは、第２のレンズは図１に示すようにクロストーク防止部１４ａの領域１５２の曲率が光軸付近の領域１５１および中間部の領域１５３の曲率より大きくなるように形成されているため、クロストークする光線が遮光板で遮断されて結像に到達することがないので、コントラストの高い結像が形成される。したがって、本実施例のレンズユニットを用いた画像形成装置においては、印刷画像の空白部にトナーが付着することなく、良好な印刷画像を得ることができる。

【0078】

なお、図９に示す第１のレンズ１２ａおよび第２のレンズ１３ａは、アナモフィック非球面やＸＹ多項式や放物面、楕円面、双曲面、コーニック面等の曲面を形成しても良い。
また、クロストーク防止部１４ａは第１のレンズ板１１ａの長手方向と直交する方向における両端部にのみ形成するようにしても良い。この構成を図１３の第１の実施例の変形例におけるレンズ板の平面図に基づいて説明する。

【0079】

図１３は、第１のレンズ板１１ａの平面図であり、図中Ｙ軸方向（鉛直方向）は第１のレンズ板１１ａの長手方向、Ｘ軸方向（水平方向）は第１のレンズ板１１ａの長手方向と直交する方向を示している。クロストーク防止部１４ａは第２のレンズ１３ａ近傍のＸ軸方向における両端部に配置されている。

【0080】

図１４は、レンズユニット１の長手方向と直交する平面による断面図であり、図中Ｘ軸方向（水平方向）はレンズユニット１の長尺方向と直交する方向、図中Ｚ軸方向（鉛直方向）は光軸ＡＸＬの方向である。

【0081】

クロストーク防止部１４ａは第２のレンズ１３ａ近傍のＸ軸方向における両端部に配置することにより、クロストーク光はレンズユニット１の長手方向と直交する方向における中央に向かって曲げられ、遮光板２１により吸収される。すなわち、第１のレンズ１２ａの外周部に入射し、隣り合う２つのレンズの境界を透過するクロストーク光ＲＡＹ３は、クロストーク防止部１４ａに入射し、図面Ｘ軸方向（水平方向）における中央に向かって曲げられ、遮光板２１の開口２２の内壁で吸収される。

【0082】

なお、上述したクロストーク防止部１４ａと同様に、クロストーク防止部１４ｂを第２のレンズ板１１ｂの長手方向と直交する方向における両端部にのみ形成するようにしても良い。
以上説明したように、第１の実施例では、第２のレンズのクロストーク防止部の領域の曲率を光軸付近の領域および中間部の領域の曲率より大きくなるように光学系を構成することにより、クロストークした光線が遮光部材で遮光されるので、ＬＥＤヘッドにおいてはコントラストの高い露光像を形成することができ、画像形成装置においては印刷画像の品質低下を抑制することができるという効果が得られる。

【実施例2】

【0083】

第１の実施例では、本発明によるレンズユニットを画像形成装置としてのプリンタに適用したものとして説明したが、第２の実施例では読取装置に適用した例を説明する。
第２の実施例の構成を図１５の第２の実施例における読取装置の構成を示す概略図に基づいて説明する。なお、上述した第１の実施例と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。

【0084】

図１５において、５００は、原稿を読取って画像データとしての電子データを生成する読取装置としてのスキャナである。
スキャナ５００は、読取ヘッド４００、ランプ５０１、原稿台５０２、レール５０３、駆動ベルト５０５、モータ５０６等で構成されている。

【0085】

読取ヘッド４００は、照明装置としてのランプ５０１により照射され、原稿の表面で反射した光線を取り込み電子データに変換するものである。ランプ５０１は、照射した光が原稿の表面で反射し、読取ヘッド４００内に取り込まれるように配置されている。
原稿台５０２は、電子データが生成される原稿５０７を載置するものであり、可視光線を透過する素材で形成されている。

【0086】

レール５０３は、原稿台５０２の下方に配置され、読取ヘッド４００を移動可能にするものであり、読取ヘッド４００は、その一部が複数の滑車５０４により張架された駆動ベルト５０５に接続され、モータ５０６で駆動された駆動ベルト５０５によりレール５０３上を移動可能に構成されている。

【0087】

次に、読取ヘッド４００の構成を図１６の第２の実施例における読取装置の読取りヘッドの構成を示す概略図に基づいて説明する。
図１６において、読取ヘッド４００は、レンズユニット１、ラインセンサ４０１およびミラー４０２で構成されている。

【0088】

ミラー４０２は、原稿５０７で反射された光線の光路を折り曲げてその光線をレンズユニット１に入射させるものである。
ラインセンサ４０１は、複数の受光素子が略直線に配置されており、レンズユニット１により形成された原稿画像の結像を電気信号に変換するものである。

【0089】

また、図１７は本実施例の読取ヘッド４００の構成および物体面ＯＰ（原稿５０７）と結像面ＩＰとの位置関係を示している。本実施例では、レンズユニット１の物体面ＯＰが原稿５０７となるように、結像面ＩＰがラインセンサ４０１となるように配置される。なお、本実施例のレンズユニット１の構成は第１の実施例と同様である。

【0090】

上述した構成の作用について説明する。
まず、読取装置の動作を図１５に基づいて説明する。
ランプ５０１が点灯し、原稿５０７の表面を照射することにより、原稿５０７の表面で反射した光線が読取ヘッド４００内に取り込まれる。モータ５０６により、駆動ベルト５０５が駆動して読取ヘッド４００とランプ５０１が図１５における左右方向に移動し、読取ヘッド４００は原稿５０７の全面から反射した光線を取り込む。

【0091】

次に、読取ヘッド４００の動作を図１６に基づいて説明する。
原稿５０７で反射された光線は、原稿台５０２を透過し、ミラー４０２で光路が折り曲げられ、レンズユニット１に入射する。レンズユニット１により結像された原稿５０７の結像はラインセンサ４０１上に形成され、ラインセンサ４０１は形成された原稿５０７の結像を電気信号に変換して電子データを生成する。

【0092】

本実施例による読取装置を用いて原稿から画像データを形成したところ、原稿と同一の良好な画像データが得られた。
なお、本実施例においては、原稿画像を電子データに変換する読取装置としてスキャナを例に説明したが、光学的信号を電気信号に変換するセンサやスイッチ、およびそれらを用いた入出力装置、生体認証装置、通信装置、寸法測定器等であってもよい。

【0093】

以上説明したように、第２の実施例では、読取装置においても第１の実施例と同様にクロストークした光線が遮光されるため、原稿と同一の画像データを読取ることができるという効果が得られる。

【符号の説明】

【0094】

１ レンズユニット
３ ＬＥＤヘッド
５ 現像器
７ 排出部
９ 定着器
１１ａ 第１のレンズ板
１１ｂ 第２のレンズ板
１２ａ、１２ｂ 第１のレンズ
１３ａ、１３ｂ 第２のレンズ
１４ａ、１４ｂ クロストーク防止部
２１ 遮光部材
２２ 開口部
３０ ＬＥＤ素子
３１ ドライバＩＣ
３２ ワイヤ
３３ 配線基板
３４ ホルダ
４１ 感光体ドラム
４２ 帯電ローラ
４３ クリーニングブレード
５１ トナーカートリッジ
６０ 給紙カセット
６１ 給紙ローラ
６２、６３、６４ 搬送ローラ
６５ 排出ローラ
８０ 転写ローラ
８１ 転写ベルト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】