(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標面を照射する装置であって、
線形アレイに配列された複数の光源と、前記複数の光源からの光ビームを反射し、前記反射された光ビームを単一面に向けて方向づけるように構成された第１及び第２の反射部材と、
上部表面、下部表面、及び前記下部表面から前記複数の光源に向かって延出しかつ前記複数の光源に向かって凸表面を先端に備えた部分を有するシリンダレンズであって、前記第１及び第２の反射部材によって支持され、前記反射された光ビームを前記下部表面において受け取りかつ前記複数の光源からの光ビームを前記凸表面において直接受け取り、前記受け取られた光ビームを前記目標面上の予め選択された領域に方向づけるように構成されたシリンダレンズと、
前記複数の光源からの光ビームを正反射させる前記第１及び第２の反射部材間に延在する複数のクロスリブと、
を含む、目標面照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＥＤアレイ用の集光器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真印刷では、初めに受光体が均一に帯電される。露光ステップでは、受光体上に焦点合わせされたオリジナル画像からの光、又はデジタル画像データが走査レーザを変調する動作によって生じる光によって、受光面の特定の領域が選択的に放電され、潜像が形成される。現像ステップでは、トナー粒子が潜像に付着される。トナー粒子は、静電電荷が残っている受光体の領域にのみ付着する。次に、受光体上のこの現像画像はプリントシートに転写され、所望のプリント又はコピーが定着される。現像画像が転写された後、受光体はクリーニングされ、ベルトに付着しうるトナー粒子及び用紙の繊維が全て除去される。
【０００３】
先に略述した印刷プロセスでは、露光ステップの他に、受光体を放電させることが望ましい時が多々ある。例えば、転写ステップの前に受光体を放電させ、トナー上の保持電荷を減少させて転写効率を高めることがしばしばある。同様に、クリーニングステップの際は、受光体をクリーニングして受光体上の全ての残留電荷を次のサイクルの前に除去することが望ましい。
【０００４】
受光体から電荷を減少させるか又はこれを除去する１つの一般的な方法は、受光体に光を照射することである。ゼログラフィー（電子写真）装置では、「消去ランプ」又は「消去バー」として一般に既知であるものが、小さくてはっきりした光のバンドを形成し、受光体の部分を放電させるのに用いられる。プリンタの他の部分の動作を妨げうる迷光を生ぜずに、受光体を選択的に放電させることのできる消去ランプが理想的である。即ち、例えばコロトロン、光学センサ及びイメージャなど、ゼログラフィックプリンタの多くの構成要素の性能は迷光の存在によって低下するため、効率的で、この光のほぼ全てを細幅のバンドで受光体に方向づけ、前述の構成要素を照射しうる望まれない迷光を生じない消去ランプが理想的である。
【０００５】
消去ランプでの使用に好適な光源は、発光ダイオード、即ちＬＥＤである。集光器は、ＬＥＤのラインからの光を受けてビームを方向づけるためにしばしば使用され、これによってビームは単一の線形光源から発するように見える。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題及び課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様に従って、光源と目標面との間に配置されるように構成された集光器が提供される。集光器は、上部表面、下部表面、及び下部表面から延出する舌部を有するシリンダレンズを含む。シリンダレンズは、光源からの光ビームを反射し、反射された光ビームをシリンダレンズの下部表面に方向づける一対の反射部材によって支持されている。光源からの光ビームを正反射させる反射部材間に多数のクロスリブが延在する。
【０００７】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、複数のクロスリブの各々が装置の長手軸を横切って延在する。
【０００８】
本発明の第３の態様は、第１の態様において、複数のクロスリブの各々が、隣接する光源間に配置されている。
【０００９】
本発明の１つの目的は、光源と目標面との間に介在するように構成された集光器を提供することである。この集光器は、第１及び第２の反射部材の互いの相対的位置を固定する複数のクロスリブを含み、集光器の断面形状（プロファイル）は、集光器の光学的集光特性に影響を及ぼすことなく集光器の長さに沿って維持される。
【００１０】
本発明の別の目的は、光源と目標面との間に配置されるように構成された集光器を提供することである。この集光器は、２つの反射部材を機械的に安定させ、製造時の集光器の被覆及び/又は基板への組付けを容易にする複数のクロスリブを含む。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、本発明に従った集光器１０の端面図が示されている。図１に示される集光器１０の断面形状は、集光器の有効長にわたって一定であるように意図されることが明白であろう。集光器１０は、第１及び第２の反射部材１４及び１６によって支持されており、これらが組み合わされて円筒状反射器が形成される。
【００１２】
本明細書中で用いられるように、「シリンダレンズ」という用語は、ある方向に延び、その全長にわたりほぼ一定のレンズ断面形状を有するあらゆる光学素子を意味する。同様に、「円筒状反射器」又は「シリンダミラー」という用語は、ある方向に延び、その全長にわたりほぼ一定の反射面の断面形状を有するあらゆる光学素子を意味する。図１からわかるように、シリンダレンズも円筒状反射器も、シリンダ又はシリンダの一部分の形状である必要はない。
【００１３】
シリンダレンズ１２は、ガラス、又は、スチレン、アクリルもしくはポリカーボネートなどのあらゆる適切な透明プラスチック材料からなることが好ましく、部分的に凸面である上部表面１８と、延出する舌部２２を有する平らな下部表面２０を含む。舌部２２は、遠位端部において凸面２４を有し、双曲シリンダレンズとして優先的に作用する。面２４に突き当たる光は回折され、これによりほぼ平行光になるようにコリメートされ、舌部２２を介して上部表面１８に向けて方向づけられる。
【００１４】
光学的性能の見地から、上部表面１８は少なくともシリンダレンズの円筒状反射器を覆う部分にわたって凸状であり、これによって、出る光を回折し、細幅のラインで目標面上に集める平双曲シリンダレンズが形成される。しかしながら、図２に示されるように、効率的で精密な射出成形の見地から、上部表面１８をその全域にわたって平面にし、下部表面２０を凸面にすることができる。図１に示されるシリンダレンズ１２の特定の形状は、屈折率が約１．５である光透過性材料用に、そして約６６０〜７７０ｎｍの波長の光の透過用に特定して設計されている。異なる屈折率の材料、及び異なることが予期される光源に対して、表面の特定の形状をわずかに変更する必要があることは、当業者には明らかであるはずである。
【００１５】
反射部材１４及び１６は、容易に成形される材料から製造され、ニッケル、アルミニウム、金、又はクロムなどの反射材料で被覆された反射面１４ａ及び１６ａをそれぞれ含むことが好ましい。好適な実施の形態では、反射面１４ａ及び１６ａは形状が放物線状であり、組み合わされると放物線状断面を有するシリンダミラーが形成されるように配置されている。反射面１４ａ及び１６ａをこのように配置することにより、放物線状ミラーの焦点に位置する光源から放出されて反射面１４ａ及び１６ａに突き当たる光線が反射され、これらの光線は互いに平行になり、レンズ１２の下部表面２０に向けて方向づけられる。
【００１６】
集光器１０の反射面１４ａ及び１６ａ並びにシリンダレンズ１２と光線との相互作用は、図３を参照して説明される。図３では、集光器１０の断面図が示されており、基板３２に取り付けられたＬＥＤダイなどの光源３０から放出される選択された光線の、集光器１０を介して伝わる際の挙動を示している。光源３０が、反射面１４ａ及び１６ａによって形成される放物線状シリンダミラーの焦点に位置するように、集光器１０は基板３２に取り付けられている。
【００１７】
本発明の集光器を用いた消去ランプの実際の実施の形態として、ＬＥＤ３０の線形アレイが基板３２などの平坦な表面に取り付けられている。線形アレイのＬＥＤ３０の各々が殆ど点光源として光を放出し、光線はそこから実質的に全ての方向に放出される。ＬＥＤ３０から放出された光線は集光器１０によって捕獲され、例えば静電写真プリンタ内の受光体でありうる目標面３４に方向づけられる。光を集めるほかに、集光器１０はアレイを囲んでおり、従って、取り扱いや、トナー粒子などの光学的汚染物質の進入からアレイを保護することが理解されるであろう。
【００１８】
動作としては、ＬＥＤ３０は、光を全ての方向に放出する点光源として作動する。基板上で約０°（基板に平行）と５０°の間から放出されたＬＥＤの光束は、反射面１４ａ及び１６ａのうちの一方に突き当たってコリメートされ（ほぼ平行になるように反射され）、シリンダレンズ１２に向けて上方に方向づけられる。表面２０に対して本質的に垂直である反射された光束は、回折されずにレンズ１２に入射する。光束は、レンズの表面１８から出る際に回折され、細幅の線形照射パターンで表面３４に集められる。
【００１９】
基板３２上の約５０°と９０°の間で放出されたＬＥＤ光束は、舌部２２の遠位端部において双曲レンズに突き当たる。この捕獲された光束は凸面２４においてレンズ１２に入射し、回折される。その効果として、光束は、ほぼ平行になるようにコリメートされる、又は再び方向づけられる。光束は舌部２２を介して移動してシリンダレンズ１２の表面１８から出るが、ここでこのコリメートされた光束は回折され、細幅のラインになって表面３４に集束される。光束がシリンダレンズ１２を通過した後のこの細幅のラインは、光束が双曲反射面１４ａ及び１６ａにより反射されることで形成される細幅のラインの照射パターンと一致する。
【００２０】
前述のように、基板３２に対して９０°と約５０°の間で放出された光束が双曲レンズの表面２４によって捕獲される一方で、基板３２に対して５０°と０°の間でＬＥＤ３０から放出されたビームが反射面１４ａ及び１６ａのうちの一方によって反射されてシリンダレンズ１２の下部表面２０に入射するように、シリンダレンズ１２、並びに反射面１４ａ及び１６ａは互いに対して、及び各ＬＥＤ３０に対して寸法決めされ、配置されている。このようにして、ＬＥＤ３０から放出された全ての光束のうち比較的高い割合が、最終的には表面３４において単一の細幅のラインに集められる。双曲レンズ２４と反射面１４ａ及び１６ａとの間の特定のＬＥＤの０°〜９０°の強度プロファイルに沿った光の分割は、全ての場合に対して５０°の角度である必要はなく、特定タイプのＬＥＤの特定のデザイン又は強度プロファイルによっては、４５°又は５５°などの他の角度で存在することができることが理解される。
【００２１】
シリンダレンズ１２の形状は、特定の要件を満たすように変更可能であることが理解されるべきである。例えば、シリンダレンズ１２の表面１８と表面３４との間の距離ｄは、表面１８の形状を既知の態様で変えることによって所望の距離に合わせることができる。同様に、表面１８の形状を既知の態様で変えることにより、表面３４上の照射パターンの位置を一方の側に移動させることができる。
【００２２】
ここで図４を参照すると、細幅ラインの照射パターンの集束点を所望の方向に「移動させる」シリンダレンズ１２を有する集光器１０が示されている。図４の集光器は、図３の集光器の作動と同じように作動する。即ち、基板３２上の９０°と約５０°の間から放出された光束は、双曲レンズの表面２４によって捕獲され、基板３２に対して５０°と０°の間から放出された光束は、反射面１４ａ及び１６ａのうちの一方によって反射され、シリンダレンズ１２の下部表面２０に入射する。この光束はシリンダレンズ１２の表面１８から出るが、ここで光束は回折され、ＬＥＤ３０の左側に「移動された」細幅のラインの照射パターンで表面３４に集められる。図４に示されるデザインは、光学センサ及びイメージャなど迷光の存在によって劣化する構成要素から離れる方向であり、かつ迷光の影響が有益であるクリーニング前ジコロトロンなどの構成要素に向かう方向に光を方向づけるように消去ランプを配置することができる、といった有利な点を有する。
【００２３】
ここで図５を参照すると、集光器１０の一部分の（図３に直交する）側面図が示されている。図５は、一連のＬＥＤ点光源３０から放出される光束の、集光器を介する光束経路のクロスミキシング（交差混光）を示している。集光器１０のこのデザインが、集光器の長手軸に沿った光束のクロスミキシングを証明していることが、図５からわかる。この全体のクロスミキシングは、単一の線形光源から発するように見える１つの細幅のラインを形成する。更に、全体のクロスミキシングは、許容可能なＬＥＤダイの放射照度の変動範囲を広げる。
【００２４】
前述のように、図１に示される集光器１０の断面形状は、集光器の有効長にわたって一定であるように意図される。従って、図６〜図８を参照すると、集光器１０は複数のクロスリブ３６を含むことができ、これらは、第１及び第２の反射部材１４及び１６の下端部と一体形成されており、これらの間に延びている。クロスリブ３６は、第１及び第２の反射部材１４、１６の位置を互いに相対して固定し、集光器１０の集光特性に影響を及ぼすことなく集光器の長さに沿った集光器の断面形状を維持する。更に、クロスリブ３６は２つの反射部材１４及び１６を機械的に安定させて、製造の際の集光器１０の被覆及び/又は基板３２への組み付けを容易にする。
【００２５】
クロスリブ３６は、反射部材１４、１６と一緒に加工され、ＡＢＳなどの容易に成形される材料からなる単体構造内に入れられることが好ましい。クロスリブ３６の各々は、ニッケル、アルミニウム、金、クロムなどの反射材料で被覆された反射側壁又は側面３６ａ及び３６ｂを含む。好適な実施の形態では、反射面３６ａ及び３６ｂは形状が平らであり、集光器の長手軸に対して垂直に延びるように配置される。説明されている実施の形態では、クロスリブ３６は隣接する光源３０間に配置されている。あるいは、クロスリブ３６を長手軸に沿って互いから更に離れるように離間させてもよく、例えばＸ番目の光源毎に（Ｘ＝２、３、４、５など）離間させてもよい。
【００２６】
図９及び図１０を特に参照すると、平らな反射面３６ａ及び３６ｂを長手軸３８に対して垂直になるように配置することにより、クロスリブ３６に隣接して位置し、表面３６ａ及び３６ｂに突き当たる光源３０からの光線は、拡散反射ではなく正反射される。従って、長手軸３８上に位置する光源３０の虚像３９が、反射された光線によって形成される。反射部材１４、１６及びレンズ１２は、軸３８に沿った光源からの光束を集めて方向づけるようにデザインされているため、クロスリブ３６によって反射された光線は次に、ＬＥＤから直接発せられる光線と同じように受光体３４上に適切に集められる。
【００２７】
製造を容易にするため、又は他の理由で、基板３２に対して垂直な状態から小さな角度だけ離れるように回転される、平らな反射面３６ａ、３６ｂを有する前述のクロスリブ３６を製造することが望ましい場合がある。垂直からのずれが小さい限り、例えば約９°又はそれよりも小さい限りは、虚像３９は長手軸３８の十分近くに位置し、前述のように、レンズ１２及び反射面３６ａ、３６ｂの組み合わされた動作が十分に維持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の集光器の立面図である。
【図２】本発明の、代替のレンズデザインを有する集光器の立面図である。
【図３】集光器の断面立面図であり、光源から放出される選択された光線の、集光器と相互作用する挙動を示している。
【図４】集光器の第２の実施の形態の断面立面図であり、選択された光線が集光器を介して伝わる際の選択された光線の挙動を示している。
【図５】集光器の長さ方向の立面図であり、光線が集光器を介して伝わる際の、一連の点光源から放出される選択された光線の相互作用を示している。
【図６】本発明の更なる実施の形態に従った集光器の立面図である。
【図７】図６の集光器の長さ方向の平面図である。
【図８】図６の集光器の長さ方向の側面図である。
【図９】図６の集光器の光源の線形アレイの拡大部分平面図である。
【図１０】図９の光源の線形アレイの側面図である。
【符号の説明】
１０    集光器
１２    シリンダレンズ
１４、１６    反射部材
１８    上部表面
２０    下部表面
２２    舌部
３２    基板
３４    表面
３６    クロスリブ
３８    長手軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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