JPH0789129A - マイクロレンズを用いた光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 集光レンズ１，８から放射状に入射する複数
の光束２によって、結像面上に、直線状に連続した集光
点を形成する感光用光学系において、光学系の寸法誤差
により、結像面上の集光点が走査方向に位置ずれし、解
像度が低下するのを矯正し、結果的に寸法公差を緩和す
ること、並びにマイクロレンズアレイを用いて、コンパ
クト化された光学系を提供すること 【構成】 マイクロレンズアレイ１０を、マイクロレン
ズ９の並び方向を光束の並び方向と一致させて、感光ド
ラムの近傍に平行配置し、入射光束２に対して光軸方向
への屈折並び収束を行なう（図１〜図７）。発光素子１
１又は原稿面と、感光体３又は受光素子１３を、マイク
ロレンズアレイ１０を介して対向させ、各素子とマイク
ロレンズ１０を１対１に対応させるとともに、各々の光
軸を一致させる（図８〜図１０）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、マイクロレンズアレ
イを用いた光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザープリンタ、ＬＥＤプリンタ、液
晶プリンタ等に組み込まれる感光用光学系は、結像面
に、直線状に連続した集光点を形成する。例えば、図１
１及び図１２に示すように、集光レンズ１，８によっ
て、多数の光束２を感光ドラム３に放射状に入射し、こ
の集光点の連なりによって１走査線分の感光を行う。こ
の感光を、感光ドラム３の１ピッチの回転毎に行い、１
シート分の感光が終わると、感光ドラム上に形成された
潜像にトナーを吸着させ、さらに、このトナーを用紙に
転移させ、熱によって溶解定着し印字を行なう。

【０００３】図１１は、レーザープリンタの感光用光学
系を示すもので、レーザーダイオード等のレーザー光源
４から出射したレーザー光２は、コリメータレンズ５で
数mmφ程度の平行光に絞られ、ポリゴンミラー等の光偏
向器６に入射する。光偏光器６は、回転によってレーザ
ー光を、放射状に偏向し、この偏向したレーザー光は、
集光レンズ１によってリニアリティ補正されながら感光
ドラム３に集光・結像する。

【０００４】図１２は、ＬＥＤプリンタ又は液晶プリン
タの感光用光学系を示すものである。ＬＥＤプリンタの
場合、光源としてＬＥＤアレイ７を用い、各ＬＥＤアレ
イ毎に、集光レンズ８を設ける。ＬＥＤアレイ７は、複
数のＬＥＤ素子（発光ダイオード）を、基板上に、微小
ピッチで直線状に配列・形成したもので、走査方向（感
光ドラム３の軸方向）にＬＥＤ素子の並び方向を一致さ
せ、所定の間隔をあけて直線状に配置される。集光レン
ズ８は、各ＬＥＤアレイ７の倒立変倍実像を、感光ドラ
ム上に連結状態で結像する。各結像は倒立するので、印
字データを、各ＬＥＤアレイ７の部分毎に区分し、反転
してＬＥＤアレイ７を発光させる。これによって、結像
面上の倒立変倍実像を正常な向きとしている。

【０００５】液晶プリンタは、直線状に液晶セルを形成
した液晶板を光源の前に配置してアレイ状光源を形成
し、これを上記ＬＥＤアレイ７に代えて配置するもの
で、他の部分はＬＥＤプリンタと同様である。

【０００６】図１１に示す、レーザープリンタの光学系
が、ビーム状に絞ったレーザー光を光偏光器６で反射に
より放射しているのに対し、図１２に示すＬＥＤプリン
タ又は液晶プリンタの光学系は、アレイ状光源７の倒立
変倍実像を、集光レンズ８によって、感光ドラム３上に
結像している点で異なる。しかし、いずれのプリンタに
おいても光束２の感光ドラム３への入射形状は、集光レ
ンズ１，８で収束されながら放射状に一本づつ独立して
入射する点で共通する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記感光用光学系が組
付けられるプリンタにおいて、感光ドラム３上に形成さ
れる集光点のピッチは、例えば４００ＤＰＩのプリンタ
では、６３.５μｍと微小である。したがって、感光ド
ラム３上に結像される集光点の位置精度及び解像度を必
要な値に保つため、各部品及び組付け寸法の許容公差
は、非常に小さい値が要求される。

【０００８】上記許容公差の関係で、特に問題となるの
は、感光ドラム３の結像面と、光学系の作る集光点の位
置が、光軸方向にずれることである。この位置ずれは、
集光レンズ１，８の周囲温度変化に対する伸縮、あるい
は光学系を感光ドラム３を備えたプリンタ筐体に組付け
る際の取付け寸法のバラツキ等によって生じるが、量産
する場合は取付け寸法のバラツキによる影響が最も大き
い。

【０００９】このように光軸方向の位置ずれが生じた場
合に、集光点が走査方向（光軸と直交する方向）にず
れ、解像度が低下する様子を、具体的に説明する。

【００１０】図１３は、図１１のレーザープリンタの光
学系における、感光ドラム３の結像面部分を拡大して示
すもので、レーザー光源４、集光レンズ１、感光ドラム
３が設計通りの寸法・配置を保っている場合は、実線で
示すように、各光束２は各々独立した状態で感光ドラム
上の正規位置に集光される。ところが、２点鎖線で示す
ように、感光ドラム３が集光レンズから離れると、各集
光点が、収束度最大の位置からずれ、解像度が低下する
とともに、入射角の相違する各光束の形成する集光点の
配列ピッチが不揃いになってリニアリティが損なわれ
る。この集光点の走査方向のずれ、及び解像度の低下
は、法線方向に対する入射角が大きい周辺光束によるも
の程大きい。

【００１１】上記集光点の走査方向のずれと解像度の低
下は、図１２に示すＬＥＤ（液晶）プリンタの光学系の
光学系においても同様に発生する。但し、図１２に示す
ＬＥＤ（液晶）プリンタの光学系では、光源として、直
線状に配列したＬＥＤアレイ７（液晶式発光器）を用
い、各ＬＥＤアレイ（液晶発光器）毎に設けた集光レン
ズ８で各ＬＥＤアレイ（液晶発光器）の等率変倍実像
を、隣接するもの同士が連なるように、感光ドラム上に
結像させているので、上記集光点の走査方向の位置ずれ
は、図１４に示すように、等率変倍実像の端部同士の重
なり(a)、又は端部同士の開き(b)としても現れる。

【００１２】以上に、ビーム状に絞られた入射光束の集
光点の位置ずれ及び解像度低下について述べたが、上記
従来の光学系は、いずれも集光レンズ１,８の焦点距離
が長く、これに対応した光路長を確保する必要から光学
系のコンパクト化が困難となるという問題もある。

【００１３】そこで、この発明は、感光ドラム３と集光
点の光軸方向の位置ずれに対する，集光点の走査方向の
位置ずれと解像度の低下を小さくできる光学系を提供し
て、部品精度及び組付け寸法に対する公差条件を緩和す
る構造を提供するとともに、コンパクト化が可能な光学
系を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、マイクロレン
ズアレイの光収束作用を利用している。請求項１〜５の
発明は、第１の目的であるビーム状に絞られた入射光束
の集光点の位置ずれ及び解像度低下の問題を解決してい
る。これら請求項１〜５の発明は、具体的には、レーザ
ープリンタ、ＬＥＤプリンタ、液晶プリンタ等の感光用
光学系として用いられる。請求項６〜８の発明は、第２
の目的である光学系のコンパクト化を可能にするもの
で、感光用光学系、フォトカプラ、原稿読み取り装置等
に利用される。

【００１５】請求項１は、第１の目的の達成手段の基本
構成である。これは、図１に示すように、集光レンズ
１，８を通して光源４，７から結像面に、放射状に入射
する複数の光束２によって、結像面上に直線状に連なる
集光点を形成する光学系において、複数のマイクロレン
ズ９を直線状に連続形成したマイクロレンズアレイ１０
を、マイクロレンズ９の並び方向を光束の並び方向と一
致させて、結像面の近傍に平行配置し、集光レンズを通
して入射する各光束を、光束毎に各マイクロレンズ９の
光軸方向に屈折させる機能を持つもので、各マイクロレ
ンズ９は、パワーが−〜０〜＋までのいずれのタイプで
も良い。

【００１６】請求項２の構成は、請求項１の構成に、解
像度を向上できる条件を付加したものである。すなわ
ち、図４に示すように、マイクロレンズアレイ１０の各
レンズ９を＋パワーの凸レンズとし、マイクロレンズア
レイ１０のレンズピッチを、マイクロレンズアレイ１０
に入射する光束２のピッチと一致させ、各光束２と各マ
イクロレンズ９が１対１に対応するようにマイクロレン
ズアレイ１０を走査方向に位置決めし、これによって、
各入射光束を光軸方向に屈折すると同時に、結像面に収
束する。

【００１７】請求項３の構成は、擬似的に解像度を向上
するため、請求項１に記載の構成において、図６に示す
ようにマイクロレンズアレイ１０のレンズピッチをマイ
クロレンズアレイ１０の入射面における入射光束のピッ
チより小さくしたものである。

【００１８】請求項４の構成は、請求項２の構成におけ
るマイクロレンズ９の収束作用を色収差の解消に利用す
るため、図７に示すように、光源としてＲＧＢ３色の発
光素子の組を直線状に並べたものを使用し、このＲＧＢ
３色の発光素子の組が作る１ドット分の光束を、１つの
マイクロレンズ９に対応させたものである。

【００１９】請求項５の構成は、請求項１〜４に記載の
光学系を、アレイ状光源を複数個並べて使用されるＬＥ
Ｄプリンタ、又は液晶プリンタに実施した場合の構成
で、各等率変倍実像の端部同士の重なり及び離隔をなく
すために使用される。すなわち、光源として多数の発光
素子を直線状に形成したアレイ状光源７の複数個を、所
定間隔をあけて直線状に配列したものを用い、集光レン
ズ８を各アレイ状光源毎に設け、各集光レンズによっ
て、結像面上に、各アレイ状光源の倒立変倍実像を、連
結した状態で直線状に連なるように構成する。

【００２０】請求項６の構成は、プリンタ用の感光用光
学系をコンパクト化して提供するもので、図８に示すよ
うに、複数のＬＥＤ等の発光素子１１を所定ピッチで直
線状に配列した光源１２を、感光体である結像面に対向
させて平行配置し、この光源と結像面の間に、複数のマ
イクロレンズ９を上記光源の発光素子１１と同一ピッチ
で直線状に連結形成したマイクロレンズアレイ１０を、
各マイクロレンズ９の光軸を対応する発光素子１１の光
軸と一致させて平行配置し、マイクロレンズ９で収束し
た各発光素子１１の光によって、結像面上に直線状に連
なる集光点を形成する。

【００２１】請求項７の構成は、図９に示すように、複
数の投受光素子対を持つフォトカプラを提供するもの
で、複数の発光素子１１を配列した光源１２と、複数の
マイクロレンズ９を上記発光素子１１と同一配列で連結
形成したマイクロレンズアレイ１２と、複数の受光素子
１３を上記発光素子と同一配列で並べた受光器１４を、
対応位置にある発光素子１１、マイクロレンズ９及び受
光素子１３の光軸を一致させて平行配置し、発光素子１
１の光をマイクロレンズ９で収束して受光素子１３に入
射することにより、光軸が一致する受光素子１１、マイ
クロレンズ９及び受光素子１３毎に独立した投受光系を
形成している。

【００２２】請求項８の構成は、図１０に示すように、
コンパクト化された原稿読み取り装置を提供するもの
で、複数の受光素子１３を所定ピッチで直線状に配列し
た受光器１４を、読み取り対象とする物体面に対向させ
て平行配置し、この受光器１３と物体面の間に、複数の
マイクロレンズ９を上記受光器１４の受光素子１３と同
一ピッチで直線状に連結形成したマイクロレンズアレイ
１０を、各マイクロレンズ９の光軸を対応する受光素子
１３の光軸と一致させて平行配置し、各受光素子毎に、
その光軸を延長した位置の物体面から出る光をマイクロ
レンズ９によって集光・入射させている。

【００２３】

【作用】請求項１に記載した発明は、マイクロレンズア
レイ１０の各マイクロレンズ９が、入射した光束２を、
夫々の光軸方向に屈折させる。各マイクロレンズ９は均
等なピッチで並んでいるので、傾斜して入射して来る光
束に対し、感光ドラム３が光軸方向に位置ずれしている
ことによる集光点の走査方向への位置ずれを矯正する。

【００２４】請求項２の発明は、凸レンズを使用したマ
イクロレンズ９の１つ１つが、入射光束の一本づつに対
応し、これを独立状態で収束する。したがって、集光点
を小さくして、解像力を向上できる。この収束作用は、
１本の光束を光軸方向に寄せるものであり、集光点の走
査方向の位置ズレを矯正する作用を、請求項１のものよ
り高くできる。

【００２５】請求項３の発明において、１ドットの情報
を持つ１本の光束を複数のマイクロレンズ９に入射させ
ると、各マイクロレンズ９が、夫々複数の集光点を形成
して、擬似的に解像度を向上することになる。例えば４
００ＤＰＩで設計された光学系において、マイクロレン
ズ９のピッチを１／２とすると、入射光束に対して２倍
の集光点が形成され、擬似的に８００ＤＰＩとなる。

【００２６】請求項４の発明は、請求項２の発明のマイ
クロレンズ９の収束作用を利用して、色収差を改善す
る。すなわち、印字の１ドット毎にＲＧＢ３色の発光素
子の光を入射するカラープリンタでは、各色の波長の相
違によって、集光レンズにおいて各色の集光点の位置が
ずれる。これを、マイクロレンズ９によって、１点に収
束させ色ずれを防止する。

【００２７】請求項５の発明は、請求項１〜４に記載し
た発明を、アレイ状光源７を使用するＬＥＤプリンタ又
は液晶プリンタに実施したもので、請求項１〜４の各作
用を、基本作用として当然に持つ。請求項５の発明の特
徴は、マイクロレンズアレイ１０による集光点の走査方
向への位置ずれ矯正作用が、アレイ状光源７と集光レン
ズ８のペアによる各倒立変倍実像の重なり防止する作用
としても発揮されることである。

【００２８】請求項６〜８の発明は、請求項１〜５の発
明が集光レンズ１，８とマイクロレンズアレイ１０を併
用しているのに対し、マイクロレンズアレイ１０のみで
光学系を構成し、光路長を極めて短くすることにより、
コンパクト化を可能にしている。

【００２９】請求項６の発明は、図８に示すように、マ
イクロレンズ９によって発光素子１１の光を結像面に直
接収束する。発光素子１１とマイクロレンズ９は１対１
に対応しており、１つの発光素子１１は、結像面に１つ
の集光点を形成する。発光素子１１とマイクロレンズ９
のペアは、結像面と平行に直線状の配列をとるので、集
光点は直線状に連なり、これによってプリンタ用の感光
用光学系における１走査線分の感光を行う。複数のマイ
クロレンズ９を一体形成したマイクロレンズアレイを用
いるので、高い組立精度が容易に得られる。

【００３０】請求項７の発明は、図９に示すように発光
素子１１とマイクロレンズ９の関係において、請求項６
と同様の構造であり、結像面を感光体とする代りに、マ
イクロレンズと光軸を一致させた複数の受光素子１３か
らなる受光器１４を配置した点で請求項６の発明と異な
る。この発明は、一部品で複数の投受光素子対を持つフ
ォトカプラを提供するもので、マイクロレンズ９の光収
束作用によって、対向配置した複数の投光素子１１と複
数の受光素子１３を、隣接するもの同士が干渉しないよ
うに光結合している。

【００３１】請求項８の発明は、図１０に示すように直
線状に配列した受光素子１３に、原稿面の対向点の像
を、マイクロレンズアレイ１０によって直接結像させる
構造で、原稿読み取り装置をコンパクト化構造で提供す
る。

【００３２】

【実施例】図１〜図７は、結像面に放射状に入射する複
数の光束によって、結像面上に直線状に連なる集光点を
形成する光学系において、集光点の走査方向の位置ずれ
と解像度の低下を小さくできる構造例を示すもので、以
下各例について順に説明する。

【００３３】図１は、基本構成を示す図で、集光レンズ
１，８から入射した光束が、マイクロレンズアレイ１０
を通して、感光ドラム３に結像する状態を示す。

【００３４】マイクロレンズアレイ１０は、樹脂成形等
によって、マイクロレンズ９を１直線状に連続形成した
もので、例えば感光ドラム３に対面配置されるカバーガ
ラスに一体的に作り込まれる。マイクロレンズ９の種類
は特定されない。例えば、図１に示す平凸レンズの他、
図２に示すようなメニスカスレンズ(a)、両凸レンズ
(b)、が使用でき、レンズパワーについても−〜０〜＋
までの全てが含まれる。このマイクロレンズ９の平面形
状は、一般的には、図２(c)に示すような円形となる
が、レンズ径Ｒを変化させないで接近させ、重なりあう
部分を高い方に揃えると、図２(d)に示すような小判形
となる。このマイクロレンズ９の配列ピッチＰは、基本
的には、マイクロレンズアレイ１０に入射する光束のピ
ッチと１対１に対応させる。例えば、プリンタの解像度
を４００ＤＰＩにするとき、マイクロレンズ９のピッチ
は６３.５μｍとなる。

【００３５】レーザープリンタ用の集光レンズ１及びＬ
ＥＤ（液晶）プリンタ用の集光レンズ８は、組み合わせ
レンズで構成することも可能であるが、これらを非球面
レンズを用いた単レンズとし、樹脂成形によって製作す
ると、収差等の光学性能を確保しながら、コストの低減
を図ることができる。

【００３６】図１に示す基本構成は、マイクロレンズア
レイ１０を組み込むことによって、集光点の走査方向ず
れの矯正ができるという基本的効果（請求項１に対応）
を持つが、マイクロレンズアレイ１０の選定並びにその
配置と、光源の種類との組み合わせを変えることによっ
て、他の効果（請求項２〜５に対応）も得られる。

【００３７】集光点の走査方向ずれの矯正効果を、図３
について説明する。図３は、図９に示すアレイ状光源と
してＬＥＤアレイ（液晶式発光器）を用いたＬＥＤ（液
晶）プリンタにおける、隣接する倒立変倍実像の端部の
結像の様子を拡大して示すもので、この光学系は、プリ
ンタ筐体に組み込む際の位置ずれによって、感光ドラム
３が光学系から離れる方向に位置ずれしている。

【００３８】倒立変倍実像の隣接する端部の集光点を形
成する２本の光束Ａ，Ｂは、隣接する２つの集光レンズ
で夫々収束されながら、光軸に対し傾きをもって入射す
る。マイクロレンズアレイ１０がないとすると、２点鎖
線で示すように、その集光点は重なり合う。しかし、マ
イクロレンズアレイ１０があると入射光束Ａ，Ｂは、そ
の光軸方向に屈折して傾きが小さくなるので、実線で示
すように２つの集光点の走査方向への位置ずれは矯正さ
れて離れ、独立した点として結像する。

【００３９】この位置ずれの矯正効果を、さらに説明す
る。入射光束Ａが２つの集光点の重なり量を増加させる
ように、さらにずれ入射光束Ｃとして入射した場合を考
える。この場合、マイクロレンズアレイ１０に入射する
前のずれ量はαであっても、結像面のずれ量はβと小さ
くなる。

【００４０】マイクロレンズアレイ１０を組み入れたこ
とによる集光点の位置ずれ矯正効果は、ＬＥＤ（液晶）
プリンタの他に、レーザープリンタにおいても、同様に
発揮される。この矯正効果は、傾いて入射して来る光束
を、マイクロレンズ９が光軸方向に屈折させ、各光束が
マイクロレンズ９から感光ドラム３に進行する際のずれ
を抑制することによって行われる。したがって、複数の
光束が連なってマイクロレンズアレイ１０に入射すると
きには、各光束の連らなりに、出来る限りリニアリティ
が保たれていることが好ましい。この発明の主たる解決
課題となったのは、光学系をプリンタ筐体に組み込む際
の組立寸法のバラツキであるので、光学系にマイクロレ
ンズアレイ１０を一体的に組み込むことにより、マイク
ロレンズアレイ１０に入射する光束のリニアリティを保
ち、組付け寸法のバラ付きが、マイクロレンズ９と感光
ドラム間の距離Ｌのバラツキとして表われるようにする
のが実際的な製作方法となる。この距離Ｌの変化に対し
て、マイクロレンズアレイ１０の位置ずれ防止効果が高
いからである。なお、この集光点の位置ずれ矯正作用に
限って言えば、光軸方向への屈折作用がある限り、マイ
クロレンズ９のレンズパワーは＋〜０〜−のいずれでも
よい。

【００４１】次に、請求項２の内容である位置ずれ矯正
と同時に、解像度を向上するための構成を説明する。上
述した図３の光学系は、１本の光束を２つのマイクロレ
ンズで、半分づつ受けているので、１本の光束に対する
集光点は各レンズによって収束される光束の合成となっ
て２つのピークを持ち、マイクロレンズ９にレンズパワ
ーが＋の凸レンズを使用しているにもかかわらず、光束
の収束作用は明瞭には表われない。

【００４２】そこで、図４又は図５に示すように、マイ
クロレンズ９にレンズパワーが＋の凸レンズを使用する
と同時に、１本の入射光束が１個のマイクロレンズ９に
のみ入射するように、マイクロレンズアレイ１０に入射
する光束のピッチと、マイクロレンズ９の形成ピッチを
一致させ、かつマイクロレンズアレイ１０の走査方向の
位置決めを行って光学系の組立てを行なう。

【００４３】図４は通常の場合、図５は拡散光束を入射
させた場合である。このようにすれば、マイクロレンズ
９の収束作用は明瞭に表われ、解像度を向上できる。こ
の解像度向上は、集光点を小さくし、いわゆるボケをな
くすことを意味する。さらに、このように光束の収束を
行なうと、入射光束の光軸方向への屈折力が強くなるの
で、図３で説明した集光点の位置ずれ抑制作用は、さら
に高くなる。

【００４４】この収束作用は、例えば両凸レンズを示す
図２(b)に示すように、マイクロレンズ９のレンズパワ
ーが＋に増加するほど大きくなる。但し、プリンタによ
って、必要とされる集光点の大きさが自ずと定まるの
で、レンズパワーは適当な収束度が得られるように決定
される。

【００４５】次に、請求項３の内容である擬似的に解像
度を向上するための構成を説明する。これは、図６に示
すように、マイクロレンズ９のピッチを、マイクロレン
ズアレイ１０に入射する光束２のピッチよりも小さくす
るものである。図６は、２００ＤＰＩで設計されている
光学系において、マイクロレンズ９のピッチを、マイク
ロレンズアレイ１０への入射光束のピッチの１／２とし
た場合を示す。この場合、１本の入射光束に対して、２
つのマイクロレンズ９が個別に集光点を作るので、擬似
的に解像度は４００ＤＰＩとなる。

【００４６】各ピッチの比は整数に限定されないが、１
ドットの情報を持つ１本の光束で、一定の整数倍の集光
点を作るには、各ピッチの比を整数とすると同時に、入
射光束２に対するマイクロレンズアレイ１０の走査方向
の位置決めをする必要がある。

【００４７】次に、請求項４の内容である色収差の補正
効果を得るための構成を説明する。これは、図７に示す
ように、請求項２の発明の構成、すなわち、マイクロレ
ンズ９に凸レンズを使用すると同時に、マイクロレンズ
アレイ１０に入射する１ドット分の光束のピッチと、マ
イクロレンズ９の形成ピッチを一致させた構成におい
て、１ドットを形成するＲＧＢ３色の光束が、１つのの
マイクロレンズ９にのみ入射するように、マイクロレン
ズアレイ１０の走査方向の位置決めを行ったものであ
る。これは、液晶プリンタ又はＬＥＤプリンタにおいて
実施される構造であり、アレイ状光源（液晶式発光器、
ＬＥＤアレイ）には、感光ドラム上の１ドットの集光点
に対応する発光領域に、ＲＧＢ３色に対応する３つの発
光点を形成する。

【００４８】この構造によれば、３つの発光点から発射
された３色の光束は、集光レンズ８において色収差を起
こし、異なる方向からマイクロレンズ９に入射するが、
マイクロレンズ９の収束作用によって、相互に重なり、
１ドットとなって感光ドラムに結像する。これによっ
て、色ずれが防止される。

【００４９】次に、請求項５の特徴である倒立変倍実像
の重なり及び離隔を防止するための構成を説明する。こ
の作用は、図３で説明したように、複数のアレイ状光源
７を並べて使用するＬＥＤプリンタ又は液晶プリンタ
に、マイクロレンズアレイ１０を組み込んだとき、マイ
クロレンズアレイ１０を設けないとき重なりあっていた
２つの集光点が、マイクロレンズアレイ１０を組み込む
と離れて結像させる作用であり、マイクロレンズアレイ
１０の集光点の走査方向ずれを矯正する作用の延長とし
て得られる。したがって、請求項５の構成は、請求項１
〜４の構成を、ＬＥＤプリンタ又は液晶プリンタにおい
て実施したとき、請求項１〜４の各作用とともに得られ
るものである。

【００５０】この作用は重なりをなくす方向にのみ働
く。したがって、光学系の寸法公差を重なりが起きる方
向には大きくし、開きが生じる方向に小さくすることに
よって、結果的に図１３(a)(b)に示す重なり及び開きを
防止することになる。

【００５１】図８〜図１０は、マイクロレンズアレイ１
０を用いて、光学系のコンパクト化を可能にするもの
で、感光用光学系としての実施例を図８に、フォトカプ
ラとしての実施例を図９に、原稿読み取り装置としての
実施例を図１０に示して、以下説明する。

【００５２】図８は、複数の発光素子１１を直線状に配
列した光源１２を、マイクロレンズアレイ１２を挟ん
で、感光体である感光ドラム３に対向配置したプリンタ
用の感光用光学系を示す。光源１２は、発光素子１１を
所定ピッチで直線状に必要な長さ（例えばＢ４，Ａ４用
紙サイズ）で配列可能なものであればよく、ＬＥＤをこ
のピッチで並べたもの、あるいは液晶式発光器等が使用
できる。マイクロレンズアレイ１０は、＋のレンズパワ
ーを持つマイクロレンズ９（図２(a)(b)(c)(d)に例示し
た種類の全てを含む）を樹脂成形等によって、直線状に
連結形成したもので、例えば感光ドラム３に対面配置さ
れるカバーガラスに一体的に作り込まれる。組立時に各
マイクロレンズ９の光軸が発光素子１１の光軸と一致す
るように位置決め固定される。

【００５３】例えば、プリンタの解像度を２００ＤＰＩ
（０.１２５mmピッチ）とし、発光素子１１とマイクロ
レンズ９のピッチを、これに合わせると、光源１２と感
光体３の間の距離をＴ_Cを１〜５mmとすることができ、
極めてコンパクトな光学系となる。

【００５４】さらに、この光学系で発光素子をＲＧＢ３
原色の発光素子とすれば、図７で説明した色ずれ防止効
果を持ったカラープリンタが提供できる。

【００５５】図９は、複数の発光素子１１と複数の受光
素子１３を、マイクロレンズアレイ１０を挟んで対向さ
せた構造で、複数の投受光素子対を持つフォトカプラと
して利用される。

【００５６】この構造において、発光素子１１、受光素
子１３及びマイクロレンズ９は同一配列とし、対応位置
にあるもの同士で光軸を一致させ、夫々独立した投受光
系を形成する。この配列は、隣接する投受光系で光干渉
が起らない程度のピッチが確保されていればよく、直線
状配列に限られない。発光素子１１はＬＥＤ等の制御可
能な発光体であればよく、受光素子１３はフォトダイオ
ード等の任意の光電変換素子が使用できる。マイクロレ
ンズアレイ１０は、マイクロレンズ９を、上記配列とす
る他は、図８と同様に製作される。

【００５７】この光学系の特徴は、マイクロレンズ９の
光収束作用により、隣接する光学系同士で光干渉を起こ
させずに、多数の投受光素子対を並列配置できること
で、これによって、電気的に絶縁された複数回線の光コ
ネクタを省スペース構造で提供できる。

【００５８】図１０は、複数の受光素子１３を直線状に
配列した受光器１４を、マイクロレンズアレイ１０を挟
んで、原稿読み取り面に対向配置した原稿読み取り装置
用の光学系を示す。

【００５９】この光学系を、図８の構造と比較すると、
発光素子１１に代えて受光素子（フォトダイオード等の
光電変換素子）１３が配置され、感光体が原稿面（カバ
ーガラスを介して対向する紙面等）に変わっているが、
マイクロレンズアレイ及び各部分の寸法関係は図８で説
明したものと同様であり、例えば、原稿読み取りの解像
度を２００ＤＰＩ（０.１２５mmピッチ）とした場合、
図８の光学系と同様に、受光器１４と原稿面の間の距離
Ｔ_Cを１〜５mmとすることができ、極めてコンパクトな
原稿読み取り装置が提供できる。なお、この光学系で
も、受光器１４を色認識可能なものとすれば、カラーイ
メージスキャナとすることができる。

【００６０】

【発明の効果】この発明によれば、感光ドラムを持つプ
リンタに用いる光学系にマイクロレンズアレイ１０を組
み込むことにより、感光ドラム上の集光点の位置ずれ防
止、解像力の向上等の効果を得ることができ、寸法公差
を大きくとって量産化を図ることができる。

【００６１】さらに、マイクロレンズアレイ１０のみで
光学系を構成することにより、極めてコンパクト化され
た感光用光学系並びに原稿読み取り装置、及び高密度実
装のフォトカプラを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明のマイクロレンズアレイ１０を用い
た光学系の基本構成を示す図

【図２】 図１の光学系において用いられるマイクロレ
ンズアレイ１０の形状例を示す図で、(a)(b)は断面図、
(c)(d)は平面図である。

【図３】 図１の光学系を、ＬＥＤ（液晶）プリンタと
して構成した場合の光束の屈折状態を示す図で、集光点
の位置ずれ矯正作用、並びに倒立変倍実像の重なり防止
作用を説明している。

【図４】 マイクロレンズ９の解像度向上作用を説明す
る光束の収束状態を示す図である。

【図５】 拡散光束に対するマイクロレンズ９の収束作
用を示す図である。

【図６】 擬似的に解像度を向上するマイクロレンズア
レイの形状例を示す図である。

【図７】 マイクロレンズアレイ１０の色ずれ防止効果
を説明する図である。

【図８】 光学系をマイクロレンズアレイ１０のみによ
って構成して、コンパクト化した感光用光学系の構造を
示す図である。

【図９】 マイクロレンズアレイ１０によって、高密度
実装化を可能にしたフォトカプラの構造を示す図であ
る。

【図１０】 光学系をマイクロレンズアレイ１０のみに
よって構成して、コンパクト化した原稿読み取り装置を
示す図である。

【図１１】 レーザープリンタの光学系を示す図であ
る。

【図１２】 ＬＥＤ（液晶）プリンタの光学系を示す図
である。

【図１３】 レーザープリンタにおける寸法誤差によっ
て、集光点が位置ずれし、解像度が低下する状態を示す
図である。

【図１４】 図１２に示すＬＥＤ（液晶）プリンタにお
いて、光学系の寸法誤差によって、感光ドラム上の倒立
変倍実像が重なり(a)、又は離れる(b)様子を示す図であ
る。

【符号の説明】

１，８ 集光レンズ ２ 光束 ３ 感光ドラム ４ レーザー光源 ６ 光偏光器 ７ アレイ状光源（ＬＥＤアレイ、液晶式発光器） ９ マイクロレンズ １０ マイクロレンズアレイ １１ 発光素子（ＬＥＤ） １２ 光源 １３ 受光素子 １４ 受光器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 3/00 Ａ 8106−2Ｋ 27/00

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集光レンズを通して光源から結像面に、
   放射状に入射する複数の光束によって、結像面上に直線
   状に連なる集光点を形成する光学系において、 複数のマイクロレンズを直線状に連続形成したマイクロ
   レンズアレイを、マイクロレンズの並び方向を光束の並
   び方向と一致させて、結像面の近傍に平行配置し、上記
   集光レンズを通して入射する各光束を、光束毎に各マイ
   クロレンズの光軸方向に屈折させることを特徴とするマ
   イクロレンズを用いた光学系。
2. 【請求項２】 マイクロレンズアレイの各レンズを凸レ
   ンズとし、マイクロレンズアレイのレンズピッチを、マ
   イクロレンズアレイに入射する光束のピッチと一致さ
   せ、各光束と各マイクロレンズが１対１に対応するよう
   にマイクロレンズアレイを走査方向に位置決めし、各入
   射光束を光軸方向に屈折すると同時に、結像面に収束す
   ることを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズを用
   いた光学系。
3. 【請求項３】 マイクロレンズアレイのレンズピッチを
   マイクロレンズアレイの入射面における入射光束のピッ
   チより小さくしたことを特徴とする請求項１に記載のマ
   イクロレンズを用いた光学系。
4. 【請求項４】 光源として、ＲＧＢ３色の発光素子の組
   を直線状に並べたものを使用し、このＲＧＢ３色の発光
   素子の組が作る１ドット分の光束を、１つのマイクロレ
   ンズに対応させたことを特徴とする請求項２に記載のマ
   イクロレンズを用いた光学系。
5. 【請求項５】 光源として、多数の発光素子を直線状に
   形成したアレイ状光源の複数個を、所定間隔をあけて直
   線状に配列したものを用い、集光レンズを各アレイ状光
   源毎に設け、各集光レンズによって、結像面上に、各ア
   レイ状光源の倒立変倍実像を、連結した状態で直線状に
   連なるように形成することを特徴とする請求項１〜４に
   記載のマイクロレンズを用いた光学系。
6. 【請求項６】 複数の発光素子を所定ピッチで直線状に
   配列した光源を、感光体である結像面に対向させて平行
   配置し、この光源と結像面の間に、複数のマイクロレン
   ズを上記光源の発光素子と同一ピッチで直線状に連結形
   成したマイクロレンズアレイを、各マイクロレンズの光
   軸を対応する発光素子の光軸と一致させて平行配置し、
   マイクロレンズで収束した各発光素子の光によって、結
   像面上に直線状に連なる集光点を形成したことを特徴と
   するマイクロレンズを用いた光学系。
7. 【請求項７】 複数の発光素子を配列した光源と、複数
   のマイクロレンズを上記発光素子と同一配列で連結形成
   したマイクロレンズアレイと、複数の受光素子を上記発
   光素子と同一配列で並べた受光器を、対応位置にある発
   光素子、マイクロレンズ及び受光素子の光軸を一致させ
   て平行配置し、発光素子の光をマイクロレンズで収束し
   て受光素子に入射することにより、光軸が一致する発光
   素子、マイクロレンズアレイ及び受光素子毎に独立した
   投受光系を形成したことを特徴とするマイクロレンズを
   用いた光学系。
8. 【請求項８】 複数の受光素子を所定ピッチで直線状に
   配列した受光器を、読み取り対象とする物体面に対向さ
   せて平行配置し、この受光器と物体面の間に、複数のマ
   イクロレンズを上記受光器の発光素子と同一ピッチで直
   線状に連結形成したマイクロレンズアレイを、各マイク
   ロレンズの光軸を対応する受光素子の光軸と一致させて
   平行配置し、各受光素子毎に、その光軸を延長した位置
   の物体面から出る光をマイクロレンズによって集光・入
   射させたことを特徴とするマイクロレンズを用いた光学
   系。