JP2006062227A - 結像光学素子および光プリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】 色収差が極めて少ない結像光学素子を提供し、これにより像のにじみ等の品質低下の少ない光プリンタを提供する。
【解決手段】 本発明の結像光学素子１０は、第１凹面鏡１１と第２凹面鏡１２とが互いの反射面１１ａ，１２ａが対向するとともに傾斜した状態で配置され、第１凹面鏡１１による結像位置における光源像の中間像を第２凹面鏡１２により所定の位置に結像させる１組の反射素子１３を複数組配列したものである。
【選択図】 図５

Description

本発明は、例えば光プリンタ、ファクシミリ、スキャナ、コピー機等に用いて好適な結像光学素子、及びこの結像光学素子を用いた光プリンタに関するものである。

従来、光プリンタ、ファクシミリ、スキャナ、コピー機等の結像光学系には、セルフォックレンズアレイ（登録商標：日本板硝子株式会社、屈折率分布レンズ）が多く用いられてきた。セルフォックレンズアレイとは、断面内で半径方向に変化する屈折率分布を持つ円柱状レンズを複数配列したものであり、屈折率分布により光を曲げて結像作用を持たせたものである（例えば、特許文献１参照）。
特開平３−１０７１０２号公報

しかしながら、セルフォックレンズアレイは屈折率分布による屈折現象を利用しているため、光の波長による色収差が発生することが問題となっていた。その結果、例えば光プリンタであれば、結像光学系を経て感光体ドラム上に光源像を結像させる際、像のにじみが発生する等の問題が生じていた。近年、光プリンタの光源として有機ＥＬ（Electro-Luminescence）発光素子が注目されているが、有機ＥＬ素子を用いた光源は比較的広い発光波長分布を持っているため、特に色収差の問題が顕著になっていた。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、色収差が極めて少ない結像光学系としての結像光学素子を提供し、これにより像のにじみ等の品質低下が少なく、印字性能に優れた光プリンタを実現することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の結像光学素子は、配列された複数の光源像を所定の位置に結像させるための結像光学素子であって、第１凹面鏡と第２凹面鏡とが互いの反射面が対向するとともに傾斜した状態で配置されてなり、前記第１凹面鏡による結像位置における前記光源像の中間像を前記第２凹面鏡により前記所定の位置に結像させる１組の反射素子を複数組配列したことを特徴とする。前記中間像は、焦点像であってもよいし、焦線像であってもよい。

従来の結像光学系はセルフォックレンズアレイの屈折率分布による屈折現象を利用しているため、光の波長により屈折の度合が異なり、結像位置がずれる、という原理的に色収差を発生させる要因を持っていた。これに対し、本発明の結像光学素子は、第１凹面鏡と第２凹面鏡とを対向配置した反射素子を複数組配列したものであり、第１凹面鏡と第２凹面鏡とによる反射現象を結像に利用しているため、色収差を極めて少なくすることができる。したがって、例えばこの結像光学素子を光プリンタ等に用いた際に良好な結像性能が得られる。

また、任意の１組の反射素子における反射光が他の組の反射素子に入射されるのを防止する遮光手段を設けることが望ましい。
この構成によれば、任意の１組の反射素子における反射光が遮光手段により遮光され、他の組の反射素子への入射が防止されるため、迷光により像が乱れるのを防止することができる。

前記中間像の前記光源像に対する倍率が１以下、すなわち縮小系であることが望ましい。
この構成によれば、第１凹面鏡による光源像を、対応する第２凹面鏡の範囲内で確実に結像させることができる。

前記第１凹面鏡および前記第２凹面鏡への光の入射角および反射角が４５°以下であることが望ましい。
この構成によれば、第１，第２凹面鏡に対してより法線方向に近い角度で光が入射、射出されるので、色収差をより低減することができる。

前記第１凹面鏡および前記第２凹面鏡がともに非球面凹面鏡であることが望ましい。
この構成によれば、球面収差が発生しないので、その分、結像性能をより高めることができる。

さらに、前記非球面凹面鏡が、前記反射素子の配列方向においては線対称、前記反射素子の配列方向と直交する方向においては非対称の形状であることが望ましい。
この構成によれば、非球面凹面鏡の中心に対して反射素子の配列方向の光線は左右対称であるので左右同一の形状で良く、非球面凹面鏡の中心に対して反射素子の配列方向と直交する方向の光線は反射面に当たる場所が上下に非対称の位置となるので反射面も非対称の形状とした方が収差が少なくなり、結像性能をより高めることができる。

本発明の結像光学素子を実現するためのより具体的な構成として、前記第１凹面鏡が複数配列された第１凹面鏡アレイ部材と、前記第２凹面鏡が複数配列された第２凹面鏡アレイ部材と、前記第１凹面鏡アレイ部材と前記第２凹面鏡アレイ部材とを連結するとともに前記光源像からの光を前記第１凹面鏡に入射させる第１連結部材と、前記第１凹面鏡アレイ部材と前記第２凹面鏡アレイ部材とを連結するとともに前記第２凹面鏡からの光を射出させる第２連結部材とを備えたものを用いることができる。
この構成によれば、少なくとも上記４つの部材で結像光学素子を構成できるとともに、第１凹面鏡アレイ部材、第２凹面鏡アレイ部材を例えばプラスチック成形体の一部に反射性金属膜を成膜してなる構成を適用することができ、容易に製造が可能である。

あるいは、全反射面をなす一面が前記第１凹面鏡とされるとともに、全反射面をなす他の一面が前記第２凹面鏡とされた導光体が複数配列された導光体アレイ部材を備えたものを用いることができる。
この構成によれば、導光体アレイ部材自体を例えばプラスチック成形体等で形成することができ、容易に製造が可能である。

本発明の光プリンタは、複数の光源像を生成する発光素子アレイと、前記発光素子アレイからの光源像を感光させる感光体と、前記複数の光源像を前記感光体上の所定の位置に結像させる上記本発明の結像光学素子と、を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、結像性能に優れた上記本発明の結像光学素子を用いたことによって印字性能の高い光プリンタを実現することができる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図６を参照して説明する。
図１は本実施形態の光プリンタのヘッド部分の概略構成を示す斜視図、図２は同、光プリンタに用いられる結像光学素子の１つの反射素子のみを示す斜視図、図３は同、側面図、図４は同、平面図、図５は複数の反射素子を示す斜視図、図６は結像光学素子全体の具体的な構成を示す斜視図、である。なお、以下の各図においては、各部材を図面上で認識可能な大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせてある。

図１に示すように、光プリンタのプリンタヘッド１２０は有機ＥＬ発光素子を複数個備えており、各有機ＥＬ発光素子からの光が基体１００の射出面１００ａからそれぞれ射出される。プリンタヘッド１２０の上方には感光体ドラム２００が設置されており、ヘッドの射出面１００ａが感光体ドラム２００に対向するように配置されている。ここで、射出面１００ａとは、基体１００において有機ＥＬ発光素子が設置されている側の面を言う。そして、プリンタヘッド１２０と感光体ドラム２００との間に、プリンタヘッド１２０の各有機ＥＬ発光素子から射出された光源像を感光体ドラム２００上で結像させるための結像光学素子（図１においては図示略）が設置されている。

図２〜図５に示すように、結像光学素子１０は、第１凹面鏡１１と第２凹面鏡１２とからなる反射素子１３が複数組、配列されたものである。図５に示すように、反射素子１３の配列方向は有機ＥＬ発光素子１４の配列方向に一致しており、以下の説明では便宜上この方向をＸ方向、有機ＥＬ発光素子１４から射出される光の光軸方向をＺ方向、Ｘ方向およびＺ方向に直交する方向をＹ方向とする。すなわち、複数組の反射素子１３がＸ方向に直線状に配列されている。１組の反射素子１３を構成する第１凹面鏡１１と第２凹面鏡１２は、互いの反射面１１ａ，１２ａが対向するとともに傾斜した状態で配置されている。各凹面鏡１１，１２は反射面１１ａ，１２ａが非球面をなす非球面凹面鏡であり、さらに、この非球面凹面鏡はＸ方向において線対称、Ｙ方向において非対称の形状をなしている。また、図３、図４に示すように、第１凹面鏡１１と第２凹面鏡１２とはこれら凹面鏡の中点（焦点位置Ｐ）に対して回転対称の形状に配置されている。

本実施形態の場合、有機ＥＬ発光素子１４から射出された光は、図３に示すように、４５°の入射角で第１凹面鏡１１に入射した後、第１凹面鏡１１により反射して９０°屈曲し、第２凹面鏡１２に到達する。さらに、光は、４５°の入射角で第２凹面鏡１２に入射した後、第２凹面鏡１２により反射して９０°屈曲し、感光体ドラム２００に到達する。ただし、上記の角度は有機ＥＬ発光素子１４から射出された光の中心光線で見たものである。

この過程において、第１凹面鏡１１は、反射により光源像に対する倍率が０．５の倒立中間像を焦点位置Ｐにおいて生成する。この倒立中間像はＸ方向、Ｙ方向の双方の集光により得られたものであり、焦点像である。そして、第２凹面鏡１２は、反射により倒立中間像を２倍に拡大し、感光体ドラム２００上に光源像に対する倍率が１の正立像、すなわち正立等倍像を生成する。このように各組の反射素子１３が正立等倍像を生成するため、図５に示すように、隣接する反射素子１３からの光も同一の箇所に重なった像を生成する。

以上、結像光学素子の要部について説明したが、より具体的な構成は以下の通りである。図６に示すように、本実施形態の結像光学素子１０は、第１凹面鏡アレイ部材２１と第２凹面鏡アレイ部材２２と第１連結部材３１と第２連結部材３２とを備えている。第１凹面鏡アレイ部材２１は第１凹面鏡１１が複数配列されたもの、第２凹面鏡アレイ部材２２は第２凹面鏡１２が複数配列されたもの、である。第１連結部材３１は第１凹面鏡アレイ部材２１と第２凹面鏡アレイ部材２２とを連結するとともに有機ＥＬ発光素子１４からの光を第１凹面鏡１１に入射させるもの、第２連結部材３２は第１凹面鏡アレイ部材２１と第２凹面鏡アレイ部材２２とを連結するとともに第２凹面鏡１２からの光を感光体ドラム２００に向けて射出させるもの、である。

第１凹面鏡アレイ部材２１および第２凹面鏡アレイ部材２２は同一の形状であり、例えばＸ方向に延在する断面略Ｌ字状のプラスチック成形体の非球面状の凹面にアルミニウム等の反射性金属膜を成膜することにより凹面鏡としたものである。これら凹面鏡アレイ部材２１，２２が反射面が対向するようにＸ軸を中心として回転対称に配置され、互いの位置を保持するために第１連結部材３１、第２連結部材３２で連結されている。第１連結部材３１および第２連結部材３２は光透過性に優れた透明プラスチック等の成形体で構成し、これら連結部材３１，３２の内部を光が透過する構成としても良いし、これら連結部材３１，３２に光透過性を持たせない代わりに光透過用の孔を設けても良い。さらに、図２〜図５では説明を省略したが、図６に示すように、隣接する反射素子１３の間は薄板状の遮光部材２５（遮光手段、図６においては１枚のみ示す）によって仕切られており、任意の１組の反射素子１３における反射光が隣接する反射素子１３に入射されるのを防止するようになっている。

本実施形態の結像光学素子１０は、第１凹面鏡１１と第２凹面鏡１２とを対向配置した反射素子１３を複数組配列したものであり、第１凹面鏡１１と第２凹面鏡１２とによる反射現象を利用しているため、色収差を極めて少なくすることができる。したがって、この結像光学素子１０を光プリンタに用いることによって良好な結像性能が得られ、像のにじみ等がなく、印字性能に優れた光プリンタを実現することができる。また、隣接する反射素子１３間に遮光部材２５が設けられているので、迷光により像が乱れるのを防止することができる。さらに、第１凹面鏡１１、第２凹面鏡１２がともに非球面凹面鏡であるから、球面収差が発生せず、結像性能をより高めることができる。

［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図７を用いて説明する。
本実施形態の結像光学素子において、第１，第２凹面鏡の形状や位置関係、結像状態等は第１実施形態と同じであり、結像光学素子を実現するための具体的な構成が第１実施形態と異なるのみである。したがって、共通な部分の説明は省略し、具体的構成のみを説明する。

第１実施形態の結像光学素子が２つの凹面鏡アレイ部材を対向配置し、各凹面鏡間の空間内で光を伝播させるものであったのに対し、本実施形態の結像光学素子４０は１つの透明部材の内部で光を伝播させるものである。すなわち、透明プラスチック成形体等からなる６面体で１つの反射素子１３が構成されている。６面のうち、対向する２面はそれぞれ第１凹面鏡１１、第２凹面鏡１２となる非球面であり、他の４面は対向面同士が平行な平面である。第１凹面鏡１１、第２凹面鏡１２となる面にはアルミニウム等の反射性金属膜が成膜されていても良いし、何も成膜されておらず、全反射を利用した反射面であっても良い。このような反射素子１３がＸ方向に複数個配置され、任意の手段により固定されている。また、各反射素子１３の側面４３ａは黒色に塗装されるか、あるいは各反射素子１３が隣接する反射素子１３との間に遮光シートを挟んだ状態で固定されている。これにより、任意の１組の反射素子１３における反射光が、隣接する反射素子１３に入射されるのを防止する遮光手段が構成されている。

本実施形態においても、色収差が極めて少なく、良好な結像性能を持つ結像光学素子が得られる、といった第１実施形態と同様の効果を得ることができる。本実施形態の場合、反射素子１３の入射面と射出面で光が屈折して多少の色収差を発生することも考えられるが、結像作用のほとんどは反射によるものであるから、従来のセルフォックレンズアレイに比べれば色収差は少なくなる。

［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態を図８、図９を用いて説明する。
本実施形態の結像光学素子においては、第１，第２凹面鏡の形状や位置関係、結像状態等が第１実施形態と異なっており、結像光学素子を実現するための具体的な構成は第１実施形態、第２実施形態のいずれも用いることができる。したがって、結像光学素子の第１実施形態と異なる部分のみを説明する。
図８は本実施形態の結像光学素子の１つの反射素子のみを示す側面図、図９は同、平面図、である。

第１実施形態では、光が４５°の入射角で凹面鏡に入射した後、凹面鏡で９０°屈曲する例を示した。これに対して、本実施形態の結像光学素子５０の場合、有機ＥＬ発光素子１４から射出された光は４５°未満の入射角で第１凹面鏡５１に入射した後、第１凹面鏡５１により反射角４５°未満で反射し、すなわち９０°より大きい角度で屈曲し、第２凹面鏡５２に到達する。さらに、光は４５°未満の入射角で第２凹面鏡５２に入射した後、第２凹面鏡５２により反射して９０°より大きい角度で屈曲し、感光体ドラム２００に到達する。ただし、上記の角度は有機ＥＬ発光素子１４から射出された光の中心光線で見たものである。

この過程において、第１凹面鏡５１は、Ｙ方向において中間像を作らず、反射光が平行光となる一方、Ｘ方向において焦線位置Ｑにおいて倒立中間像を作る。すなわち、図９に示すように、この倒立中間像はＸ方向のみの集光により得られたものであり、焦線像である。そして、第２凹面鏡５２は中間像から感光体ドラム２００上に像を生成する。このようにすると、感光体ドラム２００上においてＸ方向については正立等倍像を生成するため、第１実施形態と同様、隣接する反射素子からの光も同一の箇所に重なった像を生成することができる。一方、Ｙ方向については倒立等倍像となるが、Ｙ方向は有機ＥＬ発光素子１４の配列方向ではないため、有機ＥＬ発光素子１４が１列に直線状に並んでいる限り問題とはならない。

本実施形態においても、色収差が極めて少なく、良好な結像性能を持つ結像光学素子が得られる、といった第１実施形態と同様の効果を得ることができる。特に本実施形態の場合、各凹面鏡５１，５２に対して第１実施形態よりも小さい角度で光を入射させ、９０°より大きい角度で屈曲させているので、色収差をより低減することができる。さらに、Ｙ方向において中間像を作らないようにしており、凹面鏡の曲率半径をＹ方向において大きくできるため、この要因からも色収差をより低減することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば第１、第２凹面鏡を構成する反射素子の材料、形状、配置等に関する具体的な記載は上記実施形態に限ることなく、適宜設計変更が可能である。

本発明の第１実施形態の光プリンタの概略構成を示す斜視図である。 同、光プリンタの結像光学素子の１つの反射素子を示す斜視図である。 同、側面図である。 同、平面図である。 複数の反射素子を示す斜視図である。 結像光学素子全体の具体的な構成を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態の結像光学素子の具体的構成を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態の結像光学素子の反射素子を示す側面図である。 同、平面図である。

符号の説明

１０，４０，５０…結像光学素子、１１，５１…第１凹面鏡、１２，５２…第２凹面鏡、１３…反射素子、１４…有機ＥＬ発光素子、２１…第１凹面鏡アレイ部材、２２…第２凹面鏡アレイ部材、２５…遮光部材（遮光手段）、３１…第１連結部材、３２…第２連結部材

Claims (12)

1. 配列された複数の光源像を所定の位置に結像させるための結像光学素子であって、
   第１凹面鏡と第２凹面鏡とが互いの反射面が対向するとともに傾斜した状態で配置されてなり、前記第１凹面鏡による結像位置における前記光源像の中間像を前記第２凹面鏡により前記所定の位置に結像させる１組の反射素子を複数組配列したことを特徴とする結像光学素子。
2. 任意の１組の反射素子における反射光が他の組の反射素子に入射されるのを防止する遮光手段が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の結像光学素子。
3. 前記中間像の前記光源像に対する倍率が１以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の結像光学素子。
4. 前記第１凹面鏡および前記第２凹面鏡への光の入射角および反射角が４５°以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の結像光学素子。
5. 前記第１凹面鏡および前記第２凹面鏡がともに非球面凹面鏡であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の結像光学素子。
6. 前記非球面凹面鏡が、前記反射素子の配列方向においては線対称、前記反射素子の配列方向と直交する方向においては非対称の形状であることを特徴とする請求項５に記載の結像光学素子。
7. 前記中間像が焦点像であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の結像光学素子。
8. 前記中間像が焦線像であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の結像光学素子。
9. 前記第１凹面鏡が複数配列された第１凹面鏡アレイ部材と、前記第２凹面鏡が複数配列された第２凹面鏡アレイ部材と、前記第１凹面鏡アレイ部材と前記第２凹面鏡アレイ部材とを連結するとともに前記光源像からの光を前記第１凹面鏡に入射させる第１連結部材と、前記第１凹面鏡アレイ部材と前記第２凹面鏡アレイ部材とを連結するとともに前記第２凹面鏡からの光を射出させる第２連結部材と、を備えたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の結像光学素子。
10. 前記第１凹面鏡アレイ部材および前記第２凹面鏡アレイ部材が、ともにプラスチック成形体の一部に反射性金属膜を成膜してなるものであることを特徴とする請求項９に記載の結像光学素子。
11. 反射面をなす一面が前記第１凹面鏡とされるとともに、反射面をなす他の一面が前記第２凹面鏡とされた導光体が複数配列された導光体アレイ部材を備えたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の結像光学素子。
12. 複数の光源像を生成する発光素子アレイと、前記発光素子アレイからの光源像を感光させる感光体と、前記複数の光源像を前記感光体上の所定の位置に結像させる請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の結像光学素子と、を備えたことを特徴とする光プリンタ。
    

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