JP2020056910A - レンズミラーアレイを用いた光学装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズミラーアレイによって結像することのできる入射光の有効幅を広げることができる光学装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る光学装置は、発光面と、発光面からの光を透過させて収束させる入射面、入射面を介して入射した光を出射する出射面、および入射面を介して入射した光を出射面に向けて反射する複数の反射面を備える光学エレメントを複数配列したレンズミラーアレイと、出射面を介して出射した光が結像する像面と、を有する。発光面と平行な架空の第１平面と像面と平行な架空の第２平面が、複数の反射面のうち発光面上の物点と像面上の像点を共役に近付けるパワーを有する反射面側で交差するように、発光面と像面を非平行に配置した。【選択図】 図７

Description

本発明の実施形態は、例えば、複写機や複合機、プリンタ、スキャナなどの原稿読取装置や露光装置などに用いるレンズミラーアレイを含む光学装置に関する。

近年、複数の半導体発光素子（ＬＥＤ；light emitting diode）を光源に使用した露光光学系を有する固体走査方式のＬＥＤ複写機が普及されつつある。ＬＥＤ複写機の露光装置は、感光体ドラムの軸方向に複数のＬＥＤを並べた素子列を感光体ドラムの回転方向に離間して複数列並べた光源を有する。また、この露光装置は、光源の複数のＬＥＤから出射された画像信号に基づく光を屈折および反射して感光体ドラムの表面に集光するレンズミラーアレイを有する。

レンズミラーアレイは、感光体ドラムの軸方向に並んだ複数の光学エレメントを有する。各光学エレメントは、光源の複数のＬＥＤからの光を感光体ドラムの表面へ集光する。レンズミラーアレイは、例えば透明な樹脂により一体に形成され、複数の光学エレメントを軸方向につなげた構造を有する。

レンズミラーアレイの１つの光学エレメントは、光源からの光が入射する入射側レンズ面、および入射側レンズ面を介して入射した光を感光体ドラムの表面に向けて出射する出射側レンズ面を有する。また、光学エレメントは、入射側レンズ面を介して入射した光を出射側レンズ面に向けて反射する複数の反射面を有する。

複数の反射面のうち少なくとも１つは、入射側レンズ面および出射側レンズ面と協働して、感光体ドラムの表面に光源側の物点と共役となる像点を形成するためのリレーレンズとして機能する。つまり、各光学エレメントは、光源からの光を感光体ドラム表面に結像する光学特性を有する。

特開２０１４−１４２４５０号公報

しかし、上述したＬＥＤ複写機の光源は、感光体ドラムの軸方向および回転方向に並んだ複数のＬＥＤを有するため、レンズミラーアレイの１つの光学エレメントが、複数のＬＥＤから出射された光を導光する。このため、例えば、１つの光学エレメントに対向する複数のＬＥＤのうち感光体ドラムの回転方向の中心にあるＬＥＤからの光を感光体ドラムの表面に結像させるようにレンズミラーアレイを位置決め配置した場合、厳密には、感光体ドラムの回転方向の中心以外のＬＥＤから出射された光を同じレンズミラーアレイによって感光体ドラムの表面に結像させることは難しい。

よって、上述したレンズミラーアレイを用いて、複数のＬＥＤを配置した光源からの光を感光体ドラムの表面に良好に結像させるためには、例えば、複数のＬＥＤをできるだけ高密度に配置する必要がある。つまり、上述したレンズミラーアレイを用いた場合、光源におけるＬＥＤのレイアウトの自由度が低くなる。

見方を変えると、上述したレンズミラーアレイは、入射側レンズ面を介して光学エレメントに入射する光のうち像面に結像できる光の光軸と直交する方向の有効幅が狭く、十分に満足のいく光学特性を有していない。

よって、レンズミラーアレイによって結像することのできる感光体ドラムの回転方向の入射光の有効幅を広げることができる光学装置の開発が望まれている。

実施形態に係る光学装置は、発光面と、発光面からの光を透過させて収束させる入射面、入射面を介して入射した光を出射する出射面、および入射面を介して入射した光を出射面に向けて反射する複数の反射面を備える光学エレメントを複数配列したレンズミラーアレイと、出射面を介して出射した光が結像する像面と、を有する。発光面と平行な架空の第１平面と像面と平行な架空の第２平面が、複数の反射面のうち発光面上の物点と像面上の像点を共役に近付けるパワーを有する反射面側で交差するように、発光面と像面を非平行に配置した。

図１は、実施形態に係る複写機を示す概略図である。 図２は、図１の複写機に組み込まれた原稿読取装置を示す概略図である。 図３は、図２の原稿読取装置に組み込まれたレンズミラーアレイを示す外観斜視図である。 図４は、図１の複写機に組み込まれた画像形成部の露光装置およびその周辺構造を示す概略図である。 図５は、実施形態に係るプリンタの要部を示す概略図である。 図６は、図３のレンズミラーアレイの一部を部分的に拡大して示す外観斜視図である。 図７は、図４のレンズミラーアレイを拡大して示す断面図である。 図８は、図５のプリンタに組み込まれたレンズミラーアレイの下流側反射面による光の反射特性について説明するための光線図である。

以下、実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、画像形成装置の一実施形態である複写機１００を示す概略図である。この複写機１００は、例えば、ＬＥＤなどの半導体発光素子を光源に使用した露光光学系を有する固体走査方式のＬＥＤ複写機である。以下の説明では、複写機１００の左右方向をＸ方向とし、複写機１００の上下方向をＹ方向とし、複写機１００の前後方向をＺ方向とする。そして、各図において、Ｘ方向を矢印Ｘで示し、Ｙ方向を矢印Ｙで示し、Ｚ方向を矢印Ｚで示す。

複写機１００は、筐体２を有する。筐体２の上面には、原稿Ｄ（図２参照）をセットする透明な原稿台ガラス３が設けられている。原稿台ガラス３の上には、自動原稿送り装置（ＡＤＦ）４が設けられている。ＡＤＦ４は、原稿台ガラス３上で開閉可能に設けられている。ＡＤＦ４は、原稿台ガラス３上に載置した原稿Ｄを押える原稿押えとして機能するとともに、後述する原稿読取位置（読取ガラス５）を通して原稿Ｄを給送する機能を担う。原稿Ｄは、画像や文字が形成された原稿面Ｄ１（図２）を原稿台ガラス３に対向させる向きでセットされる。

原稿台ガラス３の下方には、原稿読取装置１０が設けられている。図２は、原稿読取装置１０を示す概略図である。原稿読取装置１０は、図示しない駆動機構によって原稿台ガラス３に沿って図示左右方向（Ｘ方向）へ移動可能に設けられている。また、原稿読取装置１０は、原稿台ガラス３と面一に並設した透明な読取ガラス５の下（図１に示す位置）に固定可能に設けられている。

図２に示すように、原稿読取装置１０は、略矩形ブロック状の支持体１１を有する。支持体１１は、後述する感光体ドラムの回転軸と平行な紙面と直交する方向（Ｚ方向）に延設されている。支持体１１は、基板１２上に配置されている。基板１２は、紙面と直交するＺ方向に延設されており、原稿台ガラス３と非平行な姿勢で配置されている。基板１２および支持体１１は、原稿台ガラス３に沿ってＸ方向に移動可能に設けられている。

支持体１１の原稿台ガラス３側（読取ガラス５側）の上面には、２つの照明装置１３、１４が設けられている。照明装置１３、１４は、Ｚ方向に延設され、図２で左右方向（Ｘ方向）に互いに離間して設けられている。照明装置１３、１４は、支持体１１とともにＸ方向に移動して原稿台ガラス３に載置された原稿Ｄの原稿面Ｄ１を照明するとともに、読取ガラス５に沿って給送される原稿Ｄの原稿面Ｄ１を照明する。照明装置１３、１４は、その照明光が原稿Ｄの読取領域に向かう傾斜した姿勢で支持体１１に取り付けられている。

照明装置１３、１４は、例えば、図示しない複数個のＬＥＤ素子を紙面と直交するＺ方向に並べた光源を有し、Ｚ方向に延設した図示しない導光体を備えている。照明装置１３、１４として、これ以外に、Ｚ方向に延設した、蛍光管、キセノン管、冷陰極線管、有機ＥＬなどを用いることができる。

支持体１１は、その上面近くで且つ上述した２つの照明装置１３、１４の間に、レンズミラーアレイ２０を支持している。図３は、レンズミラーアレイ２０の外観斜視図である。レンズミラーアレイ２０は、Ｚ方向に延設され、原稿の正立像を基板１２に実装したイメージセンサ１５（光電変換部）の受光面１５ａ上で結像させるよう機能する。レンズミラーアレイ２０については後に詳述する。

イメージセンサ１５は、光を電気信号（画像信号）に変換する複数個の撮像素子をライン状に配列したラインセンサである。イメージセンサ１５は、１本または複数本のラインセンサである。イメージセンサ１５の複数の撮像素子はＺ方向に並んで配列されている。イメージセンサ１５は、例えばCharge Coupled Device（ＣＣＤ）、Complimentary Metal Oxide Semiconductor（ＣＭＯＳ）、または他の撮像素子により構成される。

また、支持体１１の上面には、遮光部材１６が取り付けられている。遮光部材１６は、Ｚ方向に延設され、原稿面Ｄ１からの反射光を通過させてレンズミラーアレイ２０へ導くスリット１７を有する。遮光部材１６は、長尺な矩形の板を長手方向に沿って折り曲げた構造を有し、その表面に遮光材が塗布されている。遮光部材１６のスリット１７は、原稿面Ｄ１の所定の範囲からの反射光以外の光がレンズミラーアレイ２０に入射することを防ぐよう機能する。

また、支持体１１は、レンズミラーアレイ２０のイメージセンサ１５側に、Ｚ方向に延びたスリット１８を有する。支持体１１は、レンズミラーアレイ２０を収容配置した部屋１１ａとイメージセンサ１５を収容配置した部屋１１ｂを有し、部屋１１ａ、１１ｂの間にスリット１８が設けられている。スリット１８は、レンズミラーアレイ２０から出射された光のうち原稿Ｄからの反射光を通す幅を有し、ノイズ成分となる不要光（ノイズ光）を遮光する。

例えば、読取ガラス５の下に原稿読取装置１０が固定された状態（図１および図２に示す状態）でＡＤＦ４によって原稿Ｄが給送されると、照明装置１３、１４によって読取ガラス５を介して原稿面Ｄ１が照明される。原稿面Ｄ１からの反射光は、遮光部材１６のスリット１７を介してレンズミラーアレイ２０へ入射する。レンズミラーアレイ２０は、原稿面Ｄ１からの反射光を後述するように反射および集光して、スリット１８を介してイメージセンサ１５へ向けて出射する。イメージセンサ１５は、原稿面Ｄ１からの反射光を受光して光電変換して画像信号を出力する。

このとき、ＡＤＦ４の動作により読取ガラス５上を通過する原稿Ｄのレンズミラーアレイ２０によりイメージセンサ１５上に結像される正立像がＺ方向に沿った１ラインずつ読み取られる。そして、原稿Ｄが読取ガラス５をＸ方向に通過することで、原稿面Ｄ１の全体（複数ライン分）の画像を取得することができる。或いは、原稿台ガラス３に原稿Ｄをセットして原稿読取装置１０を原稿台ガラス３に沿ってＸ方向に移動させる場合も、同様に、レンズミラーアレイ２０によりイメージセンサ１５上に結像される原稿面Ｄ１の正立像をＺ方向に沿った１ラインずつ読み取って原稿面Ｄ１の全体の画像を取得することができる。

図１に示すように、複写機１００は、筐体２内の略中央に画像形成部３０を有する。画像形成部３０は、中間転写ベルト４０の走行方向（Ｘ方向）に沿って、イエロー画像形成部３０Ｙ、マゼンタ画像形成部３０Ｍ、シアン画像形成部３０Ｃ、およびブラック画像形成部３０Ｋを有する。各色の画像形成部３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋは略同じ構造を有するため、ここではブラック画像形成部３０Ｋについて代表して説明し、他の色の画像形成部３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃについての詳細な説明を省略する。

図４は、ブラック画像形成部３０Ｋとその周辺構造を拡大して示す概略図である。ブラック画像形成部３０Ｋは、例えば、感光体ドラム３１Ｋ、帯電チャージャ３２Ｋ、露光装置５０Ｋ、現像器３３Ｋ（現像装置）、一次転写ローラ３４Ｋ、クリーナ３５Ｋ、およびブレード３６Ｋを有する。露光装置５０Ｋは、感光体ドラム３１Ｋの鉛直下方に対向する位置に対してわずかに傾いた姿勢で取り付けられている。

感光体ドラム３１Ｋは、Ｚ方向に延設した回転軸を有し、その外周面を中間転写ベルト４０の表面に接触せしめて回転可能に配置されている。感光体ドラム３１Ｋに対向した中間転写ベルト４０の内側には、一次転写ローラ３４Ｋが設けられている。感光体ドラム３１Ｋは、図示しない駆動機構により、中間転写ベルト４０と同じ周速で図示矢印方向（時計回り方向）に回転される。

帯電チャージャ３２Ｋは、感光体ドラム３１Ｋの表面３１ａを一様に帯電させる。露光装置５０Ｋは、色分解されたブラックの画像信号に基づく露光光を感光体ドラム３１Ｋの表面３１ａに照射し、感光体ドラム３１Ｋの表面３１ａにブラック用の画像信号に基づく静電潜像を形成する。現像器３３Ｋは、感光体ドラム３１Ｋの表面３１ａに形成した静電潜像にブラックトナーを供給し、感光体ドラム３１Ｋの表面３１ａにブラックトナー像を形成する。

一次転写ローラ３４Ｋは、感光体ドラム３１Ｋの表面３１ａに形成したブラックトナー像を他の色のトナー像に重ねて中間転写ベルト４０上に転写する。クリーナ３５Ｋおよびブレード３６Ｋは、感光体ドラム３１Ｋの表面３１ａに残留したトナーを除去する。中間転写ベルト４０の表面に重ねて転写された各色トナー像は、中間転写ベルト４０の走行により、一対の二次転写ローラ３７ａ、３７ｂ（以下の説明では総称して二次転写ローラ対３７とする場合もある）の間へ送り込まれる。

図４に示すように、露光装置５０Ｋは、矩形ブロック状の支持体５１を有する。支持体５１は、感光体ドラム３１Ｋの回転軸と平行な紙面と直交するＺ方向に延びて感光体ドラム３１Ｋの図示下方に離間対向して設けられている。

支持体５１は、上述した原稿読取装置１０のレンズミラーアレイ２０と同じ構造のレンズミラーアレイ２０を支持している。露光装置５０Ｋのレンズミラーアレイ２０は、原稿読取装置１０のレンズミラーアレイ２０とは天地を逆にした向きで支持体５１に取り付けられている。レンズミラーアレイ２０は、Ｚ方向に延設され、光源５３から入射した光を後述するように反射および集光して、感光体ドラム３１Ｋの表面３１ａに向けて出射する。

光源５３は、例えば、基板５２の表面に図示しない複数個の半導体発光素子をＺ方向に並べてライン状に実装したものである。半導体発光素子の列は、感光体ドラム３１Ｋの回転方向に沿って複数列並べて設けられていてもよい。つまり、光源５３は、１本または複数本のライン状に設けられる。レンズミラーアレイ２０については後に詳述する。

光源５３は、原稿読取装置１０で取得した画像データや図示しないパーソナルコンピュータなどの外部機器を介して取得した画像データを色分解したブラック用の画像データ（画像信号）に基づく光を出射する。光源５３の複数の半導体発光素子は、例えば、画像データに基づいて点灯または消灯するＬＥＤ（light emitting diode）またはＯＬＥＤ（organic light emitting diode）である。

支持体５１は、レンズミラーアレイ２０の感光体ドラム３１Ｋ側で、透明な保護ガラス５４を支持している。保護ガラス５４は、レンズミラーアレイ２０にトナーや埃などが付着することを防ぐ。保護ガラス５４は、レンズミラーアレイ２０の一端を突き当てて位置決めする。保護ガラス５４は、Ｚ方向に延設されている。

支持体５１は、レンズミラーアレイ２０の光源５３側で、遮光体５５を支持している。遮光体５５は、Ｚ方向に延設されており、Ｚ方向に延びたスリット５６を有する。遮光体５５の表面には、例えば、遮光材が塗布されている。遮光体５５は、光源５３から出射された光の一部を遮光する。

また、支持体５１は、保護ガラス５４の光の出射側にＺ方向に延びたスリット５７を有する。スリット５７は、露光に必要な光成分を通過させる幅を有し、露光に不必要なノイズ光を遮光する。

光源５３から出射した光は、遮光体５５のスリット５６を通過してレンズミラーアレイ２０に入射する。レンズミラーアレイ２０は、光源５３からの光を反射および集光して出射する。レンズミラーアレイ２０から出射された光は、保護ガラス５４およびスリット５７を介して、回転する感光体ドラム３１Ｋの表面３１ａに集光される。

このとき、感光体ドラム３１Ｋの回転により感光体ドラム３１Ｋの表面３１ａに静電潜像がＺ方向に沿った１ラインずつ書き込まれる。そして、感光体ドラム３１Ｋが一定量回転すると、原稿Ｄの全体画像に対応した色分解したブラック用の静電潜像が感光体ドラム３１Ｋの表面３１ａに形成される。

図１に示すように、複写機１００は、中間転写ベルト４０の表面に重ねて転写した各色のトナー像を用紙Ｐに転写する二次転写ローラ対３７を有する。図４に示すように、一方の二次転写ローラ３７ａは中間転写ベルト４０の内側に配置され、中間転写ベルト４０が掛け回されている。もう一方の二次転写ローラ３７ｂは、中間転写ベルト４０を間に挟んで一方の二次転写ローラ３７ａに対向して設けられている。中間転写ベルト４０の表面に重ねて転写した各色のトナー像は、中間転写ベルト４０の走行により、二次転写ローラ対３７のニップへ送り込まれる。

一方、複写機１００の筐体２内の下端近くには、複数枚の所定サイズの用紙Ｐを重ねて収容した給紙カセット６１が設けられている。給紙カセット６１は、例えば、筐体２の前面から引き出しおよび収納可能に設けられている。給紙カセット６１の図示右端上方には、給紙カセット６１内に収容した用紙Ｐのうち重ね方向の最上端の用紙Ｐを取り出すピックアップローラ６２が配置されている。ピックアップローラ６２は、その周面を用紙Ｐに接触させて回転することで用紙Ｐを１枚ずつ取り出す。

筐体２内の上方には、排紙トレイ６３が設けられている。排紙トレイ６３は、原稿台ガラス３より下方に配置されており、画像形成した用紙Ｐを複写機１００の胴内に排紙する。ピックアップローラ６２と排紙トレイ６３の間には、給紙カセット６１から取り出した用紙Ｐを排紙トレイ６３に向けて縦方向に搬送するための搬送路６４が延設されている。搬送路６４は、転写ローラ対３７のニップを通って延びており、複数の搬送ローラ対６４ａおよび図示しない搬送ガイドを備えている。搬送路６４の終端には、排紙トレイ６３へ用紙Ｐを排紙するための排紙ローラ対６３ａが設けられている。排紙ローラ対６３ａは、正逆両方向に回転することができる。

転写ローラ対３７の下流側（図示上側）の搬送路６４上には、定着ローラ対６５が配設されている。定着ローラ対６５は、搬送路６４を介して搬送される用紙Ｐを加熱するとともに加圧し、用紙Ｐの表面に転写されたトナー像を用紙Ｐの表面に定着させる。

図１に示すように、複写機１００は、一方の面に画像形成した用紙Ｐを表裏反転させて転写ローラ対３７のニップへ送り込むための反転搬送路６６を有する。反転搬送路６６は、用紙Ｐを挟持して回転することで搬送する複数の搬送ローラ対６６ａおよび図示しない搬送ガイドを有する。排紙ローラ対６３ａの上流側には、用紙Ｐの搬送先を搬送路６４と反転搬送路６６の間で切り換えるゲート６７が設けられている。

ピックアップローラ６２が回転されて給紙カセット６１から用紙Ｐが取り出されると、複数の搬送ローラ対６４ａにより当該用紙Ｐが搬送路６４を介して排紙トレイ６３に向けて搬送される。このとき、用紙Ｐの搬送タイミングに合わせて中間転写ベルト４０の表面に転写形成された各色のトナー像が転写ローラ対３７のニップへ送り込まれ、転写ローラ対３７から付与される転写電圧によって用紙Ｐの表面に各色のトナー像が転写される。

トナー像が転写された用紙Ｐは、定着ローラ対６５を通過することで加熱および加圧され、トナー像が溶融されて用紙Ｐの表面に押し付けられ、トナー像が用紙Ｐに定着される。このようにして画像形成された用紙Ｐは、排紙ローラ対６３ａを介して排紙トレイ６３へ排出される。

このとき、当該用紙Ｐの裏面にも画像形成する両面モードが選択されている場合、排紙トレイ６３に向けて排出されている用紙Ｐの排出方向の後端が排紙ローラ対６３ａのニップを抜ける直前のタイミングでゲート６７が反転搬送路６６に切り換えられて排紙ローラ対６３ａが逆転され、用紙Ｐがスイッチバック搬送される。これにより、用紙Ｐの後端が反転搬送路６６に指向され、表裏反転されて転写ローラ対３７のニップへ送り込まれる。

そして、当該用紙Ｐの裏面に形成する画像データに基づくトナー像が中間転写ベルト４０の表面に形成され、このように各色のトナー像を保持した中間転写ベルト４０の走行により、各色のトナー像が転写ローラ対３７のニップへ送り込まれる。そして、反転された用紙Ｐの裏面にトナー像が転写されて定着され、排紙ローラ対６３ａを介して排紙トレイ６３へ排出される。

複写機１００は、上述した各機構を動作制御する制御部７０を有する。制御部７０は、ＣＰＵ等のプロセッサ、及びメモリを備える。制御部７０は、プロセッサがメモリに記憶されているプログラムを実行することにより、各種の処理機能を実現する。制御部７０は、原稿読取装置１０を制御することにより、原稿Ｄから画像を取得する。また、制御部７０は、画像形成部３０を制御することにより、用紙Ｐの表面に画像を形成する。例えば、制御部７０は、原稿読取装置１０で読み取った画像データを画像形成部３０に入力する。制御部７０は、複数の搬送ローラ対６４ａ、６６ａを動作制御して、搬送路６４および反転搬送路６６を通して用紙Ｐを搬送する。

図５は、画像形成装置の他の実施形態であるプリンタ２００の要部を示す概略図である。このプリンタ２００は、例えば、インスタントカメラに組み込まれたプリンタ、またはデジタルカメラなどで撮影した画像を現像するインスタント写真用のプリンタなどである。

プリンタ２００は、例えば銀塩写真フィルムのような感光媒体２０１（感光材料）を図示矢印方向（図５で右方向；Ｘ方向）に搬送する図示しない搬送機構を有する。感光媒体２０１は、搬送機構によって所定の平らな搬送面２００ａ（ＸＺ平面）に沿って略水平な姿勢で搬送される。感光媒体２０１は、搬送方向の先端側に、現像剤を収容した収容部２０５を備えている。感光媒体２０１の搬送路上には、感光媒体２０１を挟持押圧して収容部２０５を破封する一対の押圧ローラ２０２、２０３が設けられている。一対の押圧ローラ２０２、２０３は、感光媒体２０１の搬送方向と直交するＺ方向の幅を超える長さを有する。

感光媒体２０１は、一対の押圧ローラ２０２、２０３の間を通って搬送される。押圧ローラ２０２、２０３の少なくとも一方は、互いに近付く方向に付勢されている。このため、一対の押圧ローラ２０２、２０３の間を通って搬送される感光媒体２０１は、一対の押圧ローラ２０２、２０３によって押し潰されつつ搬送される。これにより、感光媒体２０１の収容部２０５が一対の押圧ローラ２０２、２０３によって押し潰されて破封され、感光媒体２０１をさらに搬送することで、現像剤が感光媒体２０１の全面に行きわたる。

感光媒体２０１を搬送する搬送路の図示下方には、露光装置２１０が離間対向して配置されている。露光装置２１０は、搬送路を介して搬送される感光媒体２０１の受光面２０１ａに、画像データを色分解した３色（ＲＧＢ）の露光光を照射して、感光媒体２０１にカラー潜像を形成する。露光装置２１０は、搬送路に沿って、一対の押圧ローラ２０２、２０３の上流側に配置されている。

露光装置２１０は、感光媒体２０１の搬送方向と直交する幅方向（紙面と直交するＺ方向）に延設された支持体２１１を有する。支持体２１１は、上述したレンズミラーアレイ２０と略同じ構造のレンズミラーアレイ２２０を支持している。レンズミラーアレイ２２０は、Ｚ方向に延設され、光源２１２Ｒ、２１２Ｇ、２１２Ｂから入射した光を後述するように反射および集光して、感光媒体２０１の受光面２０１ａに向けて出射する。

光源２１２Ｒ、２１２Ｇ、２１２Ｂは、例えば、白色有機ＥＬ素子２１３に対して各色それぞれ２列に千鳥配置したフィルターとアパーチャが配置されたＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）である。光源２１２Ｒ、２１２Ｇ、２１２Ｂは、それぞれＺ方向に配列され、Ｘ方向に離間して並んで設けられている。白色有機ＥＬ素子２１３は、透明ガラス２１６に取り付けられている。

また、ＯＬＥＤは、透明ガラス２１６と封止板２１５と、封止板２１５の外周に塗られ、透明ガラス２１６と封止板２１５の間の空間を密閉する枠状に設けた接着剤２１８により、外気から遮断され、吸湿しないようにされている。白色有機ＥＬ素子２１３は、フレキシブル基板２１９に接続されており、フレキシブル基板２１９上の回路から給電される。支持体２１１は、レンズミラーアレイ２２０と光源２１２Ｒ、２１２Ｇ、２１２Ｂの間で、透明ガラス２１６を支持している。

また、支持体２１１は、レンズミラーアレイ２２０の感光媒体２０１側で、透明な保護ガラス２１４を支持している。保護ガラス２１４は、レンズミラーアレイ２２０を保護するとともに、レンズミラーアレイ２２０に埃が付着することを防ぐ。保護ガラス２１４は、レンズミラーアレイ２２０の一端を突き当てて位置決めする。

支持体２１１は、保護ガラス２１４の光の出射側にＺ方向に延びたスリット２１７を有する。スリット２１７は、露光に必要な光成分を通過させる幅を有し、露光に不必要なノイズ光を遮光する。支持体２１１（すなわち透明ガラス２１６）は、感光媒体２０１の搬送面２００ａに対して傾斜して設けられている。

搬送機構によって感光媒体２０１が搬送されて、レンズミラーアレイ２２０を介して光源２１２Ｒ、２１２Ｇ、２１２Ｂからの光が感光媒体２０１の受光面２０１ａに照射されると、感光媒体２０１にカラー潜像が形成される。感光媒体２０１がさらに搬送されると、感光媒体２０１が一対の押圧ローラ２０２、２０３によって押し潰されて、感光媒体２０１の収容部２０５が破封され、現像剤が感光媒体２０１に供給される。これにより、感光媒体２０１のカラー潜像が現像されて感光媒体２０１にカラー画像が形成される。

以下、上述したレンズミラーアレイ２０について、図３、図６、および図７を参照して説明する。図３は、レンズミラーアレイ２０の外観斜視図である。図６は、レンズミラーアレイ２０の部分拡大斜視図である。図７は、レンズミラーアレイ２０の１つの光学エレメント２１のＺ方向の中心を通り且つレンズミラーアレイ２０の長手方向と直交するＸＹ面でレンズミラーアレイ２０を切断した断面図である。図７は、レンズミラーアレイ２０を通る光の光路を示す。なお、上述した他の実施形態のレンズミラーアレイ２２０は、ここで説明するレンズミラーアレイ２０と略同じ構造を有するため、ここではレンズミラーアレイ２０について代表して説明し、レンズミラーアレイ２２０の説明を省略する。

レンズミラーアレイ２０は、その長手方向がＺ方向に沿う姿勢で複写機１００の原稿読取装置１０および露光装置５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｋのそれぞれに組み込まれる。レンズミラーアレイ２０は、複数（図６では４つのみ図示）の略同じ形状の透明な光学エレメント２１をＺ方向に並べて一体にした構造を有する。また、レンズミラーアレイ２０は、複数の光学エレメント２１以外に、その長手方向の両端に、作業者が手指でレンズミラーアレイ２０を把持するための延長部分２０ａを有する。本実施形態では、レンズミラーアレイ２０は、透明な樹脂の一体成形により形成した。レンズミラーアレイ２０は、ガラスなどの他の透明な材料により形成してもよい。

レンズミラーアレイ２０の各光学エレメント２１は、図７に示すように、物点Ｏからの拡散光を像点Ｆに結像させるよう導光する。レンズミラーアレイ２０を図２に示す原稿読取装置１０に取り付けた場合、物点Ｏは原稿面Ｄ１上に存在し、像点Ｆはイメージセンサ１５の受光面１５ａ上に存在する。また、レンズミラーアレイ２０を図４に示す露光装置５０Ｙ（５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｋ）に取り付けた場合、物点Ｏは光源５３の発光面５３ａ上に存在し、像点Ｆは感光体ドラム３１Ｋ（３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ）の表面３１ａ上に存在する。以下の説明では、感光体ドラム３１Ｋ（３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ）の表面３１ａとは、像点Ｆを通って感光体ドラム３１Ｋの外周面（厳密に言うと電荷発生層）に接する平らな面であるものとする。

１つの光学エレメント２１には、上述した原稿面Ｄ１や発光面５３ａ（以下、総称して発光面ＯＰとする場合もある）にある複数の物点Ｏからの光が入射する。つまり、光学エレメント２１は、原稿面Ｄ１や発光面５３ａの所定の範囲内にある物点Ｏから入射した光を導光して出射する。例えば、１つの光学エレメント２１は、光学エレメント２１のＺ方向のピッチの２倍乃至３倍の幅の中に配置された物点Ｏからの光を導光して出射する。レンズミラーアレイ２０の各光学エレメント２１は、それぞれ、入射した光を２回反射して出射して、像点Ｆにて物点Ｏの正立像を形成する。

例えば、レンズミラーアレイ２０を図２に示す原稿読取装置１０に組み込んだ場合、複数の光学エレメント２１は、原稿面Ｄ１からの反射光をイメージセンサ１５の受光面１５ａに結像する。また、レンズミラーアレイ２０を図４に示す露光装置５０Ｋに組み込んだ場合、複数の光学エレメント２１は、発光面５３ａからの光を感光体ドラム３１Ｋの表面３１ａに結像する。この場合、イメージセンサ１５の受光面１５ａおよび感光体ドラム３１Ｋの表面３１ａは、像面ＦＰとして機能する。以下、レンズミラーアレイ２０を露光装置５０Ｋに組み込んだ場合を例にとって、各光学エレメント２１の構造および機能について説明する。

図６および図７に示すように、光学エレメント２１は、その表面に、入射側レンズ面２２（入射面）、上流側反射面２３（反射面）、下流側反射面２４（反射面）、および出射側レンズ面２５（出射面）を有する。入射側レンズ面２２、下流側反射面２４、および出射側レンズ面２５は、外側に凸となるように湾曲した面である。上流側反射面２３は、Ｚ方向と平行な平らな面である。入射側レンズ面２２と上流側反射面２３の間には概ねレンズミラーアレイ２０の長手方向（Ｚ方向）に沿って延びた稜部２２ａが設けられている。Ｚ方向に隣接する２つの光学エレメント２１の間の架空の境界面（図６の断面）は、上述した各面２２、２３、２４、２５と概ね直交する。

光学エレメント２１の各面２２、２３、２４、２５は、概ねレンズミラーアレイ２０の長手方向に沿った面である。つまり、複数の光学エレメント２１を長手方向に一体につなげたレンズミラーアレイ２０において、光学エレメント２１の各面２２、２３、２４、２５は、それぞれ、長手方向につながった連続した面となる。そして、レンズミラーアレイ２０は、複数の光学エレメント２１の入射側レンズ面２２が光源５３の発光面５３ａに対向する姿勢で取り付けられる。

図７に示すように、１つの光学エレメント２１に着目すると、入射側レンズ面２２には、物点Ｏに置かれた発光面５３ａからの拡散光が入射する。入射側レンズ面２２は、入射した拡散光を収束させるとともに中間倒立像を形成する。稜部２２ａを介して入射側レンズ面２２に連続した上流側反射面２３は、入射側レンズ面２２を介して入射した光を下流側反射面２４に向けて全反射またはフレネル反射により反射する。

発光面５３ａからの光を光学エレメント２１に効率良く取り込むためには、発光面５３ａの中心を通る垂線が入射側レンズ面２２の中心を通る向きで光学エレメント２１を配置することが望ましい。つまり、発光面５３ａから出射される光はランバーシアン配光を有するため、放射強度が最大となる光（発光面５３ａの中心から垂直方向に出射される光）を入射側レンズ面２２の中心に入射することが望ましい。

下流側反射面２４は、上流側反射面２３で反射した光を出射側レンズ面２５に向けて全反射またはフレネル反射によりさらに反射する。下流側反射面２４は、入射側レンズ面２２と出射側レンズ面２５を共役にするパワーを有し、入射側レンズ面２２と出射側レンズ面２５を共役にするためのリレーレンズとして機能する。

出射側レンズ面２５は、下流側反射面２４で反射した光を像点Ｆに配置された感光体ドラム３１Ｋの表面３１ａに向けて出射する。出射側レンズ面２５は、下流側反射面２４と組み合わされて、入射側レンズ面２２により形成された中間倒立像の倒立像である正立像を表面３１ａに形成する。出射側レンズ面２５から出射された光は、像点Ｆに配置された感光体ドラム３１Ｋの表面３１ａにて結像する。

光学エレメント２１の表面の一部には、遮光材２６（図６参照）が塗布されている。遮光材２６はディスペンサやインクジェットヘッド等により光学エレメント２１の表面に塗布される。遮光材２６は、例えば、レンズミラーアレイ２０と略同じ屈折率を有するポリマーを基材とする遮光性の高いインク（例えばカーボンブラックや顔料や染料などの遮光材料を含有させたＵＶインク）である。遮光材２６は、レンズミラーアレイ２０を伝わる光が反射されること及びレンズミラーアレイ２０の外へ出射されることを防ぐ。

レンズミラーアレイ２０の長手方向に隣接する複数の光学エレメント２１の各上流側反射面２３は、入射側レンズ面２２に近い稜部２２ａ側の端部同士が面一につながっている。言い換えると、複数の光学エレメント２１の上流側反射面２３の間には、反射面を分断する櫛歯状の溝２７が設けられている。溝２７は、複数の上流側反射面２３の入射側レンズ面２２から離間した端部を囲うように形成され、出射側レンズ面２５の一端を規定している。溝２７は、稜部２２ａを除く上流側反射面２３の周囲に設けられている。

そして、この櫛歯状の溝２７の全表面に遮光材２６を塗布してある。遮光材２６は、例えば、ディスペンサにより溝２７内に注入され、溝２７の毛細管現象や濡れ拡がり等によって溝２７の内面に塗布される。このように、毛細管現象や濡れ拡がり等を利用して遮光材２６を溝２７の内面に塗布すると、適量の遮光材２６を連続的に素早く塗布することができ、作業を簡単にできるとともに遮光材２６を各光学エレメント２１に均一に塗布することができる。言い換えると、本実施形態では、溝２７以外のレンズミラーアレイ２０の表面（特に、上流側反射面２３）には遮光材２６を塗布していない。

また、レンズミラーアレイ２０は、その全長にわたって、２つのフランジ部２８、２９を有する。各フランジ部２８、２９の長手方向の両端は、上述した延長部分２０ａに含まれる。図６に示すように、複数の光学エレメント２１の入射側レンズ面２２と下流側反射面２４の間に入射側のフランジ部２８（突出部分）が設けられている。入射側のフランジ部２８は、Ｚ方向に連続した複数の入射側レンズ面２２とＺ方向に連続した複数の下流側反射面２４との間から外方へ突設されている。また、複数の光学エレメント２１の下流側反射面２４と出射側レンズ面２５の間に出射側のフランジ部２９が設けられている。出射側のフランジ部２９は、Ｚ方向に連続した複数の下流側反射面２４とＺ方向に連続した複数の出射側レンズ面２５との間から外方へ突設されている。フランジ部２８、２９は、レンズミラーアレイ２０の位置決めや取り付けのために必要な構成である。

図８は、上述した光学エレメント２１の下流側反射面２４による光の反射特性を説明するための光線図である。ここでは、説明を分かり易くするため、図５のプリンタ２００の露光装置２１０に組み込んだレンズミラーアレイ２２０の１つの光学エレメント２１の下流側反射面２４による光の反射特性について説明する。なお、図８では、実際のレンズミラーアレイ２２０の光学エレメント２１を導光する光の光路を単純化して図示してある。また、ここでは、各色の光源２１２Ｒ、２１２Ｇ、２１２Ｂは、点光源であるものとみなして説明する。

物点Ｏと像点Ｆを共役にするパワーを有する下流側反射面２４に入射する光源２１２Ｒ、２１２Ｇ、２１２Ｂからの拡散光は、下流側反射面２４によって反射されてそれぞれの像点Ｆｒ、Ｆｇ、Ｆｂに向けて収束される。また、上述したように、光源２１２Ｒ、２１２Ｇ、２１２Ｂは、Ｘ方向に離間して並んで配列されている。さらに、光源２１２Ｒ、２１２Ｇ、２１２Ｂからの光は、下流側反射面２４に対してＸ方向に傾斜した方向から入射する。

この場合、例えば、Ｘ方向の中央に配置した光源２１２Ｇからの緑色光の像点Ｆｇを含む像面ＦＰが、光源２１２Ｒ、２１２Ｇ、２１２Ｂの発光面ＯＰと平行であると仮定すると、他の色の光の像点Ｆｒ、Ｆｂは光源２１２Ｇから出た主光線に垂直な面ＦＰで結像しない。具体的には、光源２１２Ｒから出射された赤色光は面ＦＰの手前で結像し、光源２１２Ｂから出射された青色光は面ＦＰを越えた位置で結像する。言い換えると、各色の光が結像する像点Ｆｒ、Ｆｇ、Ｆｂを含む面ＦＰ’は、発光面ＯＰから出た主光線に垂直な面に非平行な面となる。本実施形態の場合は、光線を上流側反射面２３で一度反射し、入射側と出射側の主光線がほぼ平行になるようにしているため、発光面と像面をそれぞれ主光線に垂直な面とする従来の考え方では、発光面ＯＰと、像面ＦＰは、平行になるが、発光面ＯＰと、像面ＦＰ’は非平行な面となる。より具体的には、発光面ＯＰと平行な架空の面（第１平面）と像面ＦＰ’と平行な架空の面（第２平面）が下流側反射面２４側で交差する方向に発光面ＯＰと像面ＦＰ’を相対的に傾斜させることにより、像面ＦＰ’において各色の光を概ね結像させることができる。

見方を変えると、上述したレンズミラーアレイ２２０を用いた場合、発光面ＯＰに対して像面ＦＰ’を上述した方向に傾斜させることにより、発光面ＯＰと像面ＦＰ’を平行に配置した場合と比較して、光学エレメント２１の入射側レンズ面２２を介して入射する光のうち像面ＦＰ’にて結像することができる光の光軸と交差する方向の有効幅を広げることができる。

このため、本実施形態によると、発光面ＯＰと像面ＦＰ’を上述した方向に相対的に傾斜させて非平行に配置することで、光源２１２Ｒ、２１２Ｇ、２１２ＢのＸ方向の間隔を広げることができ、光源２１２Ｒ、２１２Ｇ、２１２Ｂのレイアウトの自由度を高めることができる。また、本実施形態によると、入射光の有効幅を広げることができるため、レンズミラーアレイ２２０のＸ方向に沿った位置決め精度を低くすることができ、レンズミラーアレイ２２０のＸ方向に沿った位置決め調整をラフにすることができる。

また、本実施形態によると、像面ＦＰ’におけるＸ方向の比較的幅の広い範囲で良好なビーム径を得ることが出来る。このため、像面ＦＰ’に配置した構成要素のＸ方向の位置調整をラフにすることができ、像面ＦＰ’側の構成要素のレイアウトの自由度を高めることができる。

なお、光源２１２Ｒ、２１２Ｇ、２１２Ｂは、ランバーシアン配光であるため、発光面ＯＰの垂線方向に放射強度が最大となる光を出射する。このため、発光面ＯＰは、光源２１２Ｒ、２１２Ｇ、２１２Ｂの放射角分布を考えて、最大のパワーを像面ＦＰ’に結像させることができる角度に設定することが望ましい。また、この場合、像面ＦＰ’は、発光面ＯＰを上述した角度に配置した上で、入射光のＸ方向の有効幅ができるだけ広くなる角度に配置することが望ましい。

最適化設計の結果、最大のパワーを像面ＦＰ’に結像させる発光面ＯＰの角度は、像高０の時の物点Ｏと、その際の像点Ｆを結んだ角度から、発光面ＯＰの設計中心での接平面と、像面ＦＰ’での設計中心での接平面を延長した面が下流側反射面２４側で交差する方向に傾いており、物体高０からの垂線が、入射側レンズ面２２の中心を通る形となるときであることがわかった。

このため、例えば、本実施形態のレンズミラーアレイ２０を、図２に示すように、複写機１００の原稿読取装置１０に組み込んだ場合、原稿面Ｄ１の物点Ｏを通る垂線がレンズミラーアレイ２０の光学エレメント２１の入射側レンズ面２２の中心を通るようにレンズミラーアレイ２０を位置決め配置するとともに、原稿面Ｄ１と平行な架空の第１平面とイメージセンサ１５の受光面１５ａと平行な架空の第２平面が、光学エレメント２１の下流側反射面２４側で交差するように、原稿面Ｄ１と受光面１５ａを相対的に傾斜させることが望ましい。

この場合、レンズミラーアレイ２０を導光してイメージセンサ１５の受光面１５ａに結像することができる入射光のＸ方向の有効幅を広げることができ、レンズミラーアレイ２０のＸ方向の位置決め調整をラフにすることができる。また、この場合、イメージセンサ１５の受光面１５ａに結像するスポットの幅を広くすることができ、Ｘ方向における光学特性の劣化を緩和することができる。

また、例えば、本実施形態のレンズミラーアレイ２０を、図４に示すように、露光装置５０Ｋ（５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ）に組み込んだ場合、光源５３の発光面５３ａにある物点Ｏを通る垂線がレンズミラーアレイ２０の光学エレメント２１の入射側レンズ面２２の中心を通るようにレンズミラーアレイ２０を位置決め配置するとともに、発光面５３ａと平行な架空の第１平面と感光体ドラム３１Ｋの表面３１ａの光線が交わる位置での接平面と平行な架空の第２平面が、光学エレメント２１の下流側反射面２４側で交差するように、発光面５３ａと表面３１ａを相対的に傾斜させることが望ましい。

この場合、レンズミラーアレイ２０を導光して感光体ドラム３１Ｋの表面３１ａに結像することができる入射光のＸ方向の有効幅を広げることができ、レンズミラーアレイ２０のＸ方向の位置決め調整をラフにすることができる。また、この場合、感光体ドラム３１Ｋの表面３１ａに結像する幅を広くすることができ、Ｘ方向における光学特性の劣化を緩和することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した実施形態は、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。上述した新規な実施形態は、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。上述した実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

例えば、上述した実施形態では、物点Ｏを含む発光面ＯＰから出射される光の照射強度が最大となる垂線がレンズミラーアレイ２０の入射側レンズ面２２の中心を通るようにレンズミラーアレイ２０を位置決めした場合について説明したが、これに限らず、発光面ＯＰの垂線が入射側レンズ面２２の中心からわずかにずれた位置を通るようにレンズミラーアレイ２０を配置してもよい。すなわち、発光面ＯＰと像面ＦＰは上述した方向に相対的に傾斜していればよい。

また、上述した実施形態では、レンズミラーアレイ２０の入射側レンズ面２２から入射した光を出射側レンズ面２５を介して出射させる方向に光を導光させる場合について説明したが、これに限らず、出射側レンズ面２５から入射した光を入射側レンズ面２２を介して出射する方向に光を導光させることも可能である。この場合、同様に、物点Ｏを含む発光面ＯＰと像点Ｆを含む像面ＦＰが下流側反射面２４側で交差する方向に発光面ＯＰと像面ＦＰを相対的に傾斜させることが望ましい。

１０…原稿読取装置、１１…支持体、１２…基板、１５…イメージセンサ、２０…レンズミラーアレイ、２１…光学エレメント、２２…入射側レンズ面、２３…上流側反射面、２４…下流側反射面、２５…出射側レンズ面、３０…画像形成部、３１…感光体ドラム、４０…中間転写ベルト、５０…露光装置、５１…支持体、５３…光源、１００…複写機、２００…プリンタ、２０１…感光媒体、２１０…露光装置、２１１…支持体、２２０…レンズミラーアレイ、Ｆ…像点、Ｏ…物点、ＦＰ…像面、ＯＰ…発光面。

Claims (6)

1. 発光面と、
   前記発光面からの光を透過させて収束させる入射面、前記入射面を介して入射した光を出射する出射面、および前記入射面を介して入射した光を前記出射面に向けて反射する複数の反射面を備える光学エレメントを複数配列したレンズミラーアレイと、
   前記出射面を介して出射した光が結像する像面と、を有し、
   前記発光面と平行な架空の第１平面と前記像面の接平面と平行な架空の第２平面が、前記複数の反射面のうち前記発光面上の物点と前記像面上の像点を共役に近付けるパワーを有する反射面側で交差するように、前記発光面と前記像面を非平行に配置した、
   光学装置。
2. 前記複数の反射面は、前記入射面を透過した光を反射する上流側反射面、および前記上流側反射面で反射した光を前記出射面に向けて反射する下流側反射面であり、
   前記パワーを有する反射面が前記下流側反射面であり、
   前記第１平面と前記第２平面が、前記下流側反射面側で交差するように、前記発光面と前記像面を非平行に配置した、
   請求項１の光学装置。
3. 前記発光面を、前記発光面の中心を通る垂線が前記入射面の中心を通るように配置した、
   請求項２の光学装置。
4. 前記発光面となる原稿面を照明する照明装置と、
   前記原稿面からの反射光を導光する請求項１のレンズミラーアレイと、
   前記レンズミラーアレイを介して導光した前記原稿面からの反射光を受光して画像信号を出力する光電変換部と、
   前記光電変換部から出力した画像信号に基づく画像を形成する画像形成部と、を有し、
   前記反射光を受光する前記像面となる前記光電変換部の受光面を、前記原稿面と平行な架空の前記第１平面と前記受光面と平行な架空の前記第２平面が前記レンズミラーアレイの前記下流側反射面側で交差するように、前記原稿面に対して非平行に配置した、
   画像形成装置。
5. 画像信号に基づく光を出射する前記発光面を有する光源と、
   前記発光面からの光を導光する請求項１のレンズミラーアレイと、
   前記レンズミラーアレイを介して導光した前記画像信号に基づく光を受光して静電潜像を形成する前記像面となる表面を有する感光体ドラムと、
   前記感光体ドラムの前記表面に形成した前記静電潜像に現像剤を供給して現像する現像装置と、を有し、
   前記光源の前記発光面と平行な架空の前記第１平面と前記画像信号に基づく光を受光する位置で前記感光体の前記表面に接する架空の前記第２平面が、前記下流側反射面側で交差するように、前記発光面に対して前記感光体ドラムの前記表面を傾けて配置した、
   画像形成装置。
6. 画像信号に基づく光を出射する前記発光面を有する光源と、
   前記発光面からの光を導光する請求項１のレンズミラーアレイと、を有し、
   前記レンズミラーアレイを介して導光した前記画像信号に基づく光を感光材料の受光面に照射して像を形成する画像形成装置であって、
   前記光源の前記発光面と平行な架空の前記第１平面と前記画像信号に基づく光を受光する前記感光材料の前記受光面と平行な架空の前記第２平面が、前記下流側反射面側で交差するように、前記発光面と前記感光材料の前記受光面を非平行に配置した、
   画像形成装置。