JPH0462501A

JPH0462501A - 屈折率分布型レンズアレイ

Info

Publication number: JPH0462501A
Application number: JP17405090A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Kyogoku; 京極　哲男
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1992-02-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、静電複写機やＬＥＤプリンタなどにおいて記
録光を感光体上に結像するために用いられたり、あるい
は、ファクシミリ装置などにおいて画像読取のために用
いられたりする屈折率分布型レンズアレイに関する。

〔従来の技術〕

上述した屈折率分布型レンズアレイは、例えば、静電複
写機の結像光学系、あるいはファクシミリ装置などに用
いられる画像読取のための結像光学系において、単一の
レンズによって原稿画像を感光体やＣＣＤ上に結像させ
る方式に比べて、多数の微小なレンズに分担させること
により、１つのレンズのカバーする画角を小さくして物
像間距離の短縮化が可能な方式であり、複写機やファク
シミリ装置のコンパクト化か可能なことから小型機に多
用されている。

ところで、この屈折率分布型レンズアレイは、多数併設
されたひとつひとつのレンズにおいて、円形断面の中心
で最も屈折率が高く、中心から離れるにつれて次第に屈
折率か低くなる屈折率分布によって結像作用を有するも
のであるか、その屈折率分布を形成するために、通常の
レンズには含まれることのないセシウム、カリウム、ナ
トリウム等の反応性の強いアルカリ金属を多く含有して
いる。そのため、使用雰囲気中の水分や炭酸ガスやオゾ
ン等と反応して画像劣化の原因となる白濁を生じ易い。

特に、電子写真プロセスによって記録を行なう静電複写
機やＬＥＤプリンタ等では、感光体の表面を一様に帯電
させるべ（コロナ放電を行なう関係上、オゾンの濃度が
高くなりがちである。

そこで、本出願人は、先に、上述した屈折率分布型レン
ズアレイの端面に単層の金属酸化物の保護薄膜を形成し
たものを提案した（特開昭５５−４５０７０号公報参照
）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、近年、複写機やプリンタ等の記録機において
、各種のプロセスを司る装置等の小型化によって記録機
全体の一層のコンパクト化が達成されつつある。それに
伴なって、静電複写機やＬＥＤプリンタ等の静電記録機
に組み込まれた屈折率分布型レンズアレイの使用環境に
おいては、感光体表面への帯電用の装置との近接によっ
てオゾン濃度が高くなり、また、定着プロセスのための
加熱源との近接によって環境温度が高くなる傾向にある
。

そのような状況において、前述した屈折率分布型レンズ
アレイの表面の保護機能については、増々高いスペック
が要求されている。しかるに、前述した従来の保護膜構
成によれば、保護膜が単層であるために、保護機能を高
めようとすると、膜厚を大きくせざるを得ない。そうす
ると、膜厚増加に伴なって、保護膜全体としての透過率
が低下したり、或は、保護膜内部の応力が増大してクラ
ックやレンズ表面からの剥離が生じたりする虞かある。

本発明の目的は、上記実情に鑑み、透過率をできるだけ
高く維持するとともに内部応力の発生も少なくしなから
、より高い保護機能の保護膜を備えた屈折率分布型レン
ズアレイを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による屈折率分布型レンズアレイの特徴構成は、
圧縮応力を持つ薄膜と引張応力を持つ薄膜とを交互に積
層した干渉多層膜を、入射面と射出面とにそれぞれ付設
してあることにある。

〔作　用〕

つまり、表面保護のために屈折率分布型レンズアレイに
付設された保護膜が、干渉多層膜からなるものであり、
積層された多数の膜それぞれにおいて光の透過の制御を
干渉現象を利用して行なうから、保護膜全体の厚さを比
較的大きくしても全体としての透過率か大きく低下する
ことを防止できる。また、その干渉多層膜が、圧縮応力
を持つ薄膜と引張応力を持つ薄膜とを交互に積層したも
のであるから、隣接する２つの薄膜どうしの間で内部応
力が相殺されることとなり、干渉多層膜全体としての厚
さを比較的大にした場合でも、内部応力が蓄積されるこ
とを防止できる。従って、透過率の大幅な低下や大きな
内部応力の発生を回避しながら、保護膜全体の膜厚を大
きくして物理的に表面に対する保護機能を高めることが
できる。さらに、その干渉多層膜からなる保護膜を、屈
折率分布型レンズアレイの入射面と射出面とのそれぞれ
に付設してあるから、感光体に近くてオゾン濃度かより
高い射出面のみならず、感光体からは離れていてさほど
保護の必要性はないと思われていた入射面についても保
護機能を備えさせることかでき、帯電装置への近接に伴
なって入射面側におけるオゾン濃度が高くなったとして
も、屈折率分布型レンズアレイの全体を確実に保護でき
る。

〔実施例〕

以下、図面に基づいて、本発明の詳細な説明する。

第１図に示すように、ガラス製の原稿台（１）上に、原
稿押え板（３）によってカバーされた状態で載置された
原稿（２）に対して、ハロゲンランプからなる光源（４
）からの可視光を照射し、その光が原稿（２）から反射
された原稿光を、屈折率分布型レンズアレイ（８）によ
って感光体（９）上に結像させるように構成してある。

前記感光体（９）は、帯電装置（図示せず）によってそ
の表面を一様に帯電させられた後、上述の原稿光の照射
を受けることにより、原稿画像に対応する静電潜像がそ
の表面に形成される。その後、現像装置（図示せず）に
よる帯電トナーの選択的な付着で顧像化されたトナー像
を記録紙に転写し、さらに、定着装置（図示せず）によ
りそのトナー像を加熱溶融させて記録紙上に定着させる
ように構成してある。もって、原稿画像を電子写真プロ
セスによって記録紙上に複写する静電複写機を構成して
ある。

前記屈折率分布型レンズアレイ（８）は、第２図に示す
ように、直径１ｍｍ程度の細長い円柱状のガラス体（１
２）の複数を、１列または複数列に並へて第１図の紙面
に直交する方向に並設し、それら複数のガラス体（１２
）どうしの間に光吸収物質を含んだ樹脂接着剤（１３）
を充填し、さらに、それらを、並設方向両端に位置する
スペーサ（１４）で挾んだ状態で、樹脂製の側板（１５
）によって保持して一体形成したものである。

そして、この屈折率分布型レンズアレイ（８）の入射面
と射出面には、それぞれ、第３図にも示すように、保護
機能を有する干渉多層膜（６）を付設してある。前記屈
折率分布型レンズアレイ（８）を構成する各ガラス体（
２）は、それぞれ円形断面の中心部が最も屈折率が高く
中心から遠ざかるにつれて屈折率か次第に低下する屈折
率分布を有し、複数のガラス体（２）の集合によって、
所定長さの原稿画像を、スリット状に感光体（９）上に
結像させるように構成してある。

そして、上述の屈折率分布を持たせるために、セシウム
等の反応性の高いアルカリ金属を多く含有していること
から、この種の静電複写機において、感光体表面を帯電
させるべくコロナ放電を利用した帯電装置に近接配置す
ると、コロナ放電により発生するオゾンとアルカリ金属
とが反応し、その反応生成物がガラス体（２）表面に付
着して白濁化が生じ易くなり、画像品質の劣化を招来す
る虞かある。そこで、前記一対の干渉多層膜を付設する
ことで、オゾン雰囲気中での上述した含有アルカリ金属
との反応を少なくしてその表面の保護を行なうように構
成してある。

そして、その保護が、干渉多層膜（６）によるものであ
り、各干渉薄膜における光の透過制御は干渉の利用で行
なわれるから、全体の層厚を犬としても透過率の大幅な
低下かなく、透過特性を良好に維持しながら、保護機能
の増加を図ることができる。

前記干渉多層膜（６）は、第４図に示すように、６層構
成で、圧縮応力（１，１ｘ　１０’ｄｙｎ／ｃｍ２）を
持つ薄膜であるシリカ層（ＳｉＯ□）と、引張応力（ｏ
、９Ｘ　１０’ｄｙｎ／ｃｍ”）を持つ薄膜であるチタ
ニア層（Ｔ１０２）とを、交互に積層したものである。

つまり、保護機能については、シリカ層（ＳｉＯ□）が
最も優れているか、充分に大なる保護機能か達成できる
程度の保護膜厚である［１μｍ］を、シリカ層（ＳｉＯ
□）のみで形成する場合には、内部の残留応力のために
クラックやレンズ表面からの剥離が生じる虞がある。そ
こで、上述のように、そのシリカ層（ＳｉＯ□）の内部
応力が圧縮側であることから、その応力を相殺すること
ができるように、引張側の内部応力を持つチタニア層（
ＴｉＯ□）と交互に積層させであるのである。これによ
り、全体の層厚を大としても過大な内部応力の蓄積がな
く、力学的な特性を良好に維持しながら、保護機能の増
加を図ることができる。

ただし、チタニア層（ＴｉＯ□）と組み合わせた場合で
あっても、１層の幾何学的膜厚は［０，２５μｍ］より
も薄くした方が、クラック防止のためには好ましい。

第４図に示す干渉多層膜（６）の各層の物質、屈折率、
膜厚は、次の第１表に示すとおりであり、全体としての
分布透過特性は第５図に示すものとなっている。なお、
設計主波長（λ）は［１，４μｍ］である。

第１表この層構成からなる干渉多層膜（６）を用いて、温度が
［４０℃］、湿度が［８０％コ、オゾン濃度が［５ｐｐ
ｍ］の雰囲気中で、［１０００時間］の暴露テストを行
なったところ、干渉多層膜（６）を付設していない屈折
率分布型レンズアレイ（８）については、レンズ全面が
白濁化したのに対して、干渉多層膜（６）を付設した屈
折率分布型レンズアレイ（８）については、その表面に
変化は生じなかった。

次に、上述した一対の干渉多層膜（６）の製作について
概説する。

一対の干渉多層膜（６）を構成する各薄膜は、何れも真
空蒸着法によって製作するが、その場合、各薄膜は、使
用する物質に応じて、圧縮応力を持つか或は引張応力を
持つこととなる。

既に述べたように、先の実施例では、シリカ（Ｓｉ０２
）は圧縮応力を持ち、チタニア（Ｔ１０２）は引張応力
を持つ。そして、それら２つの薄膜を交互に組み合わせ
ることによって内部応力が相殺され、フィルタ部材全体
としてクラックの発生を防止することができる。

ところか、本実施例のように、屈折率分布型レンズアレ
イ（８）の端面に付設する場合、そのレンズアレイ（８
）の耐熱性が［１８０’Ｃ］以下で低いため加熱による
ハードコーティングを採用てきず、低温のコーティング
によるざるを得ないため、内部応力の部分的な増加が見
られ、多層膜構成においては、応力のアンバランスによ
るクラック発生の可能性か高くなる。そこで、以下に述
べるイオン照射法の併用によって、その問題を解決した
。

イオン照射法は、熱陰極電子衝撃法とも呼ばれ、フィラ
メントから放出される熱電子によって、導入ガスのイオ
ン化を行なうものである。

第９図にはイオン照射併用の真空蒸着装置（２ｏ）の概
略構成を示してある。

蒸発源（２１）においてシリカ（ＳｉＯｚ）又はチタニ
ア（ＴＩＣ１２）か蒸発される一方、イオン銃（２２）
において導入されたアルゴンガスかイオン化されるとと
もに先端部の加速電界によって加速され、アルゴンイオ
ンか屈折率分布型レンズアレイ（８）の表面に衝突する
。

このイオン照射を、まず蒸着工程前に行なって、レンズ
アレイ（８）表面の油成分を含んだ汚れを除去する。こ
のとき、イオン銃（２２）の加速電源において、加速電
圧を［５００ｅＶ］　、イオンビーム電流を［４０ｍＡ
／ｍ”］　、導入アルゴンガス量を［３ｃｃ／分］、照
射時間を［１０分コとした。

この脱脂工程によって、コーティングされた干渉多層膜
のレンズアレイ（８）表面に対する密着性を改善するこ
とかできた。

一方、蒸着工程中においても、イオン照射を併せて行な
う。このとき、真空度を［ｌＸ１０−’ｔｏｒｒコ、基
板温度を［１００°Ｃ］とし、蒸発源（２１）における
加熱用の電子ビームのパワーを、シリカ（Ｓｉｏ□）に
ついては［０，６ｋｗｌ　、チタニア（Ｔ１０２）につ
いては［１，２ｋｗ］とした。また、イオン銃（２２）
の加速電圧は［５００ｅＶ］　、イオンビーム電流は［
４０ｍＡ／ｍ’］とした。このイオン照射併用による真
空蒸着によって、より緻密な蒸着膜を得ることができた
。

〔別実施例〕

次に、本発明の別の実施例を列記する。

〈１〉第６図に示すものは、８層構成としたもので、先
の実施例と同じく、シリカ層（ＳｉＯ□）とチタニア層
（ＴｉＯ２）とを交互に積層したものである。各層の物
質、屈折率、膜厚は、次の第２表に示すとおりであり、
全体としての分光透過特性は第７図に示すものとなって
いる。

なお、設計主波長（λ）は［１，４μｍ］である。

第２表第７図には、幾何学的膜厚を［ＣＩ］として、屈折率を
［ｎ］とした場合に［ｎ−ｄ］で表される光学的膜厚を
異ならせた２つの分光透過特性を描いである。このよう
に、光学的膜厚［ｎｄ］を異ならせた場合、［０，３］
以下の場合には、「１μｍ］前後の近赤外域の透過率の
低下か見られる。シリカ層（ＳｉＯ□）の場合、屈折率
が［１，４６］であるので、近赤外域の透過率も高くす
るには、幾何学的膜厚［ｄ］は［０，２μｍ］よりも大
きくすればよい。先の実施例で説明したクラック発生の
最大限の［０，２５μｍ］をもあわせると、幾何学的膜
厚［ｄコの条件は［０，２μｍ＜　ｄ　＜０．２５μｍ
ｌであり、それに対応した光学的薄厚［ｎｄ］の条件は
［０，２９２＜　ｎ　ｄ　＜　０．３６５］　となる。

なお、シリカ層（ＳｉＯ□）とチタニア層（ＴｉＯ□）
とを積層する場合、両者の光学的膜厚は同一とするのが
好ましい。

〈２〉引張応力を持つ薄膜としては、チタニア層（Ｔｉ
０２）のほか、酸化セシウム（ＣｅＯ□）、酸化タンタ
ル（ＴａｔＯａ）等を用いることかできる。また、先の
６層の実施例および８層の実施例において、空気側の第
０層をチタニア（Ｔｒｏｔ）から酸化タンタル（ｒａｔ
ｏａ）に替えても、全体の分光透過特性には差がない。

〈３〉第８図に示すものは、７層構成としたもので、同
じく、シリカ層（ＳｉＯ□）とチタニア層（Ｔｉ（ｈ）
とを交互に積層したものである。各層の物質、屈折率、
膜厚は次の第３表に示すとおりである。なお、設計主波
長（λ）は［１，４μｍ］である。そして、　［６００
〜８５０ｒ＋ｍコの範囲でほぼ［９０％コの透過率が得
られるものとなっている。

第　　３　　表〈４〉先の実施例では、静電複写機に組み込んだものを
例にとって説明したが、本発明の屈折率分布型レンズア
レイ（８）は、そのほか、ＬＥＤプリンタにおける結像
光学系として組み込んだり、環境条件の悪い場所に設置
される可能性のあるファクシミリ装置における画像読取
用の結像光学系として組み込むことが可能である。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、本発明による屈折率分布型レン
ズアレイは、レンズ表面の保護のために干渉多層膜を付
設したものであり、透過率をできるだけ高く維持できる
とともに内部応力の蓄積もできるだけ少なくしながら、
保護膜全体の厚さを大にして保護機能の増加を図れるよ
うにし、さらに、入射面側にも保護機能を持たせたもの
である。従って、特に、静電記録機において、感光体表
面に対する帯電装置等のオゾン発生源や定着装置等の熱
源に近接配置した場合のような厳しい使用環境条件下に
おいても、長期にわたってレンズ表面を保護して白濁化
を防止することかでき、オゾン濃度の低減や装置の雰囲
気の冷却のための特別な手段を施したり、各装置の配置
設計上の制約を受けたりすることなく、良質な記録の維
持か可能になる。その結果、特に小型機に組み込まれる
に有用な屈折率分布型レンズアレイを提供できるように
なった。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る屈折率分布型レンズアレイの実施例
を示し、第１図は静電複写機の一部分の概略構成図、第
２図は斜視図、第３図は断面図、第４図は各層の構成図
、第５図は分光透過特性を示すグラフ、第６図は別の実
施例を示す各層の構成図、第７図は第６図の実施例の分
光透過特性を示すグラフ、第８図はさらに別の実施例を
示す各層の構成図、第９図は真空蒸着装置の概略構成図
である。（６）・・・・・・干渉多層膜、（９）・・・・・・感
光体。

Claims

【特許請求の範囲】

圧縮応力を持つ薄膜と引張応力を持つ薄膜とを交互に積
層した干渉多層膜を、入射面と射出面とにそれぞれ付設
してある屈折率分布型レンズアレイ。