(57)【要約】      （修正有）【課題】良好な集光特性と高い光学効率を実現するレンズアレイ装置を提供する。【解決手段】レンズアレイ装置は、入射面及び出射面が両凸の複数の第１のマイクロレンズ１１１が光軸と直交する方向に配列される第１のレンズアレイ１０１と、前記第１のレンズアレイの出射側に前記第１のレンズアレイと平行に配置される第２のレンズアレイ１０２と、前記複数の第１のマイクロレンズの夫々の位置に対応して複数の開口が形成される薄板状部材であって、前記第１のレンズアレイの入射面側に配置されるとともに、前記光軸方向において、前記第１のマイクロレンズの前側焦点位置の近傍に配置される第１のアパーチャ２０１と、を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射面及び出射面が両凸の複数の第１のマイクロレンズが光軸と直交する方向に配列される第１のレンズアレイと、
入射面及び出射面が両凸の複数の第２のマイクロレンズが前記光軸と直交する方向に配列される第２のレンズアレイであって、前記複数の第２のマイクロレンズは前記複数の第１のマイクロレンズの配列位置に対応して配列され、前記第１のレンズアレイの出射側に前記第１のレンズアレイと平行に配置される第２のレンズアレイと、
前記複数の第１のマイクロレンズの夫々の位置に対応して複数の開口が形成される薄板状部材であって、前記第１のレンズアレイの入射面側に、前記光軸と直交して配置されるとともに、前記光軸方向において、前記第１のマイクロレンズの前側焦点位置の近傍に配置される第１のアパーチャと、
を備えることを特徴とするレンズアレイ装置。
【請求項２】
前記複数の第２のマイクロレンズの夫々の位置に対応して複数の開口が形成される薄板状部材であって、前記第２のレンズアレイの出射面側に、前記光軸と直交して配置されるとともに、前記光軸方向において、前記第２のマイクロレンズの後側焦点位置の近傍に配置される第２のアパーチャ、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレンズアレイ装置。
【請求項３】
前記第１のマイクロレンズの入射面形状と出射面形状とは異なり、前記第２のマイクロレンズもその入射面形状と出射面形状とは異なる一方、前記第１のマイクロレンズの入射面形状と前記第２のマイクロレンズの出射面形状とは同一の球面または同一の非球面をなす第１の形状であり、前記第１のマイクロレンズの出射面形状と前記第２のマイクロレンズの入射面形状とは同一の球面または同一の非球面をなす第２の形状である、
ことを特徴とする請求項１に記載のレンズアレイ装置。
【請求項４】
前記第１の形状及び前記第２の形状の少なくとも一方は、レンズ中央部の曲率の絶対値に比べてレンズの外側の曲率の絶対値の方が小さくなるように形成される非球面形状である、
ことを特徴とする請求項３に記載のレンズアレイ装置。
【請求項５】
前記第１のレンズアレイと前記第２のレンズアレイは、同じ金型の同じキャビティを使用して形成された２枚のレンズアレイを配置したものである、
ことを特徴とする請求項１に記載のレンズアレイ装置。
【請求項６】
前記第１のレンズアレイと前記第２のレンズアレイは、同じ金型の同じキャビティを使用して形成された２枚の長方形の樹脂性のレンズアレイのうち、一方のレンズアレイの短手方向を反転させて配置したものである、
ことを特徴とする請求項４または５に記載のレンズアレイ装置。
【請求項７】
前記第１のアパーチャは、前記光軸方向において、前記第１のマイクロレンズの入射面の頂点よりも、物体面側に位置する、
ことを特徴とする請求項１に記載のレンズアレイ装置。
【請求項８】
前記複数の第１のマイクロレンズの夫々に位置に対応して複数の開口が形成される薄板状部材であって、前記第１のレンズアレイの出射面側に近接して、前記第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとの間に配置されるとともに、前記第１のレンズアレイによって物体の倒立像が形成される位置以外の位置に配置される第１の内側アパーチャと、
前記複数の第２のマイクロレンズの夫々に位置に対応して複数の開口が形成される薄板状部材であって、前記第２のレンズアレイの入射面側に近接して、前記第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとの間に配置されるとともに、前記第１のレンズアレイによって物体の倒立像が形成される位置以外の位置に配置される第２の内側アパーチャと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のレンズアレイ装置。
【請求項９】
請求項１記載のレンズアレイ装置と、
前記レンズアレイ装置を通過した光を受光する光学センサと、
を備えること特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項１記載のレンズアレイ装置と、
前記レンズアレイ装置を通過した光が照射される感光体と、
を備えること特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
前記第１のマイクロレンズの入射面形状と出射面形状とは異なり、前記第２のマイクロレンズもその入射面形状と出射面形状とは異なる一方、前記第１のマイクロレンズの入射面形状と前記第２のマイクロレンズの出射面形状とは同一の球面または同一の非球面をなす第１の形状であり、前記第１のマイクロレンズの出射面形状と前記第２のマイクロレンズの入射面形状とは同一の球面または同一の非球面をなす第２の形状である、
ことを特徴とする請求項９または１０に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、レンズアレイ装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スキャナ等の画像読取装置の原稿読取部や、ＬＥＤを用いて感光ドラムに静電潜像を形成する画像形成装置の露光部に、正立等倍結像光学系としてレンズアレイ装置を使用するものがある。
【０００３】
また、レンズアレイ装置として、複数の微小凸レンズを面アレイ状に規則的に配列してレンズアレイプレートを形成し、このレンズアレイプレートを複数枚（例えば２枚）積層して構成するタイプのものが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６４９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レンズに求められる性能として、良好な集光特性と高い光学効率が要望される。上記のレンズアレイ装置においても同様であり、従来からこれらの性能を向上させるための努力がなされているものの、さらなる改善が要望されている。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、良好な集光特性と高い光学効率を実現しうるレンズアレイ装置、及び画像形成装置、を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態のレンズアレイ装置は、入射面及び出射面が両凸の複数の第１のマイクロレンズが光軸と直交する方向に配列される第１のレンズアレイと、入射面及び出射面が両凸の複数の第２のマイクロレンズが前記光軸と直交する方向に配列される第２のレンズアレイであって、前記複数の第２のマイクロレンズは前記複数の第１のマイクロレンズの配列位置に対応して配列され、前記第１のレンズアレイの出射側に前記第１のレンズアレイと平行に配置される第２のレンズアレイと、前記複数の第１のマイクロレンズの夫々の位置に対応して複数の開口が形成される薄板状部材であって、前記第１のレンズアレイの入射面側に、前記光軸と直交して配置されるとともに、前記光軸方向において、前記第１のマイクロレンズの前側焦点位置の近傍に配置される第１のアパーチャと、を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態の画像形成装置の外観例を示す斜視図。
【図２】実施形態の画像形成装置の内部構成例を示す断面図と、光学読取装置内のレンズアレイ装置の配置例を示す断面図。
【図３】レンズアレイ装置の構成例を示す分解斜視図。
【図４】レンズアレイ内のマイクロレンズ及びアパーチャの開口の配置例を示す図。
【図５】第１の実施例における主走査方向の断面構造例を示す図。
【図６】レンズアレイ装置の製造方法の基本概念を示す図。
【図７】第１の実施例におけるマイクロレンズの非球面形状の一例を示す図。
【図８】第１の実施例におけるマイクロレンズとアパーチャの光軸方向の位置関係を示す図。
【図９】第１の実施例における物体面から像面に到る光線の主走査方向の経路を例示する図。
【図１０】第１の実施例におけるレンズアレイ装置のＭＴＦ特性の一例を示す図。
【図１１】第１の実施例における副走査方向の断面構造例を示す図。
【図１２】第１の実施例における物体面から像面に到る光線の副走査方向の経路と、遮光板の配置例を示す図。
【図１３】本実施形態のマイクロレンズの六方稠密配置と、比較例としての他の六方稠密配置を示す図。
【図１４】第２の実施例におけるマイクロレンズとアパーチャの光軸方向の位置関係を示す図。
【図１５】第２の実施例における主走査方向の断面構造例を示す図。
【図１６】第２の実施例におけるマイクロレンズの非球面形状の一例を示す図。
【図１７】第２の実施例における物体面から像面に到る光線の主走査方向の経路を例示する図。
【図１８】第２の実施例におけるレンズアレイ装置のＭＴＦ特性の一例を示す図。
【図１９】第２の実施例における副走査方向の断面構造例を示す図。
【図２０】第２の実施例における物体面から像面に到る光線の副走査方向の経路と、遮光板の配置例を示す図。
【図２１】レンズアレイ装置を露光装置として組み込んだ画像形成装置の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１０】
（１）画像形成装置
図１は、本実施形態に係るレンズアレイ装置１００を具備する画像形成装置１の典型例としての複写機（或いはＭＦＰ:Multi-Function Peripheral）の外観例を示す図である。
【００１１】
画像形成装置１は、画像読取装置２、画像形成部３、給紙部４、操作部５等を有している。
【００１２】
画像読取装置２では、原稿台に載置された原稿やＡＤＦ６（Auto  Document  Feederに入力された原稿を光学的に読み取って画像データを生成している。
【００１３】
画像形成部３では、給紙部４から供給される用紙に電子写真方式を用いて画像データを印刷している。印刷された用紙は、排紙トレイ７に排紙されて積載される。
【００１４】
操作部５には、ユーザインターフェースとしての表示部や各種操作ボタンが設けられている。
【００１５】
図２（ｂ）は、画像形成装置１の内部構成例を示す模式的な断面図である。画像形成装置１は、例えばタンデム型の電子写真方式によってカラー印刷が可能な構成になっている。
【００１６】
図２（ａ）は、画像形成装置１の画像読取装置２に内蔵される光学読取装置２０を拡大し、その内部構成例を示す模式的な断面図である。光学読取装置２０は、所謂密着光学系（ＣＩＳ方式：Contact Image Sensor方式）として構成されており、原稿を照射する光源２１ａ、２１ｂとＣＣＤ等から構成される光学センサ２２とが原稿に近接する位置に設けられている。原稿と光学センサ２２との間には、物体面としての原稿からの入射光を光学センサ２２上に結像するためのレンズアレイ装置１００が配設される。レンズアレイ装置１００は物体（この場合、原稿）の像を正立等倍像として光学センサ２２の上に結像する。すなわち、レンズアレイ装置１００を通過した光は光学センサ２２上に受光される。なお、レンズアレイ装置１００のより具体的な構成や構造については後述する。
【００１７】
一方、画像形成装置１の画像形成部３には、図２（ｂ）に示したように、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色に対応する４つの感光体ドラム１０ａ〜１０ｄが転写ベルト３０の搬送方向に沿って並列に配設されている。各感光体ドラム１０の周囲には、帯電装置１１ａ〜１１ｄ、現像装置１２ａ〜１２ｄ、転写ローラ１３ａ〜１３ｄ、クリーナ１４ａ〜１４ｄ等が回転の上流から下流に向けて順にそれぞれ配設されている。ここで、上記各構成品の参照番号に付したａ、ｂ、ｃ、及びｄの各英文字は、印刷色のＹ、Ｍ、Ｃ、及びＫに夫々対応している。
【００１８】
帯電装置１１ａ〜１１ｄによって、各感光体ドラム１０ａ〜１０ｄの表面は所定の電位に一様に帯電される。その後、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色の画像データのレベルに応じてパルス幅変調されたレーザ光が各色用の感光体ドラム１０ａ〜１０ｄの表面に照射される。ここで用いられる画像データは、光学読取装置２０で読み取ったＲ、Ｇ、Ｂ等の画像データに対して、各種の画像処理や色変換処理を施したものである。各レーザ光が照射されるとその部分の電位が低下し、感光体ドラム１０ａ〜１０ｄの表面に静電潜像が形成される。
【００１９】
現像装置１２ａ〜１２ｄは、各色に応じたトナーによってそれぞれの感光体ドラム１０ａ〜１０ｄに静電潜像を現像している。この現像により、各感光体ドラム１０ａ〜１０ｄにはＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー画像が形成される。
【００２０】
一方、転写ベルト３０は、駆動ローラ３１と２次転写対向ローラ３２とにループ状に掛け渡されており、駆動ローラ３１によって図示矢印の方向に連続回転する。
【００２１】
転写ベルト３０が感光体ドラム１０ａ〜１０ｄと転写ローラ１３ａ〜１３ｄとで構成される各ニップを通過する間に、転写ベルト３０の外周面にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー画像が順次転写されていく。
【００２２】
まず、Ｙ用の感光体ドラム１０ａとＹ用の転写ローラ１３ａが対向する位置（Ｙの転写位置）にてＹトナー画像が感光体ドラム１０ａから転写ベルト３０に転写される。
【００２３】
次に、Ｍ用の感光体ドラム１０ｂとＭ用の転写ローラ１３ｂが対向する位置（Ｍの転写位置）にて、Ｍトナー画像が感光体ドラム１０ｂから転写ベルト３０に転写される。このとき、転写ベルト３０の外周面に既に転写されているＹトナー画像と位置が重なるようにＭトナー画像は転写される。
【００２４】
以下、同様にして、Ｃトナー画像とＫトナー画像が転写ベルト３０の外周面に順次重ねられて転写され、フルカラーのトナー画像が転写ベルト３０の上に形成される。このフルカラーのトナー画像は転写ベルト３０の移動により、２次転写ローラ３３と２次転写対向ローラ３２とで形成されるニップ（２次転写位置）へ到る。
【００２５】
一方、給紙部４の給紙カセット４Ａ、４Ｂ、４Ｃのうちの１つのカセットからピックアップされた用紙は上記の２次転写位置まで搬送される。そして、この２次転写位置にて、転写ベルト３０上のフルカラーのトナー画像が用紙に転写される。フルカラーのトナー画像は定着装置４０にて加熱、加圧され用紙に定着される。その後、排紙ローラ３４によって排紙トレイ７に排出される。
【００２６】
転写ベルト３０への転写が終わった各感光体ドラム１０ａ〜１０ｄでは、クリーナ１４ａ〜１４ｄによって表面に残留しているトナーが除去され、次の用紙の印刷に備える。以上の処理を繰り返すことにより、連続したフルカラー印刷を行うことができる。
【００２７】
一方、モノクロ印刷を行う場合には、Ｋ用の感光体ドラム１０ｄと転写ローラ１３ｄのみによってＫトナー画像が転写ベルト３０に転写され、Ｙ、Ｍ、Ｃ用の感光体ドラム１０ａ〜１０ｃ、及び転写ローラ１３ａ〜１３ｃは使用されない。
【００２８】
（２）レンズアレイ装置（第１の実施例）
図３（ａ）は、図２（ａ）と同じ光学読取装置２０の断面図であり、図３（ｂ）は本実施形態に係るレンズアレイ装置１００の構成を模式的に示す分解斜視図である。
【００２９】
レンズアレイ装置１００は、図３（ｂ）に示すように、光線進行方向に沿って、第１アパーチャ２０１、第１レンズアレイ１０１、第１内側アパーチャ３０１、第２内側アパーチャ３０２、第２レンズアレイ１０２、及び第２アパーチャ２０１が順次積層配置される構成となっている。
【００３０】
各アパーチャ２０１、２０２、３０１、３０２、及び各レンズアレイ１０１、１０２は、いずれも主走査方向に長く副走査方向に短い長方形となっている。ここで、主走査方向とは、図１における操作部５が配置される側をフロント側とし、その反対側をリア側とするとき、フロント／リア方向（図２（ｂ）においては紙面の奥行き方向）のことであり、副走査方向とは、主走査方向に直交する原稿読取方向（図２（ｂ）における左右方向）のことである。
【００３１】
第１レンズアレイ１０１は、入射面及び出射面が両凸の微小なマイクロレンズ（第１のマクロレンズ１１１）を、各マイクロレンズの光軸と直交する方向に（即ち、アレイ平面上に）多数配列して構成される。同様に、第２レンズアレイ１０２も、入射面及び出射面が両凸の微小なマイクロレンズ（第２のマクロレンズ１１２）を、各マイクロレンズの光軸と直交する方向に（即ち、アレイ平面上に）多数配列して構成される。第１レンズアレイ１０１と第２レンズアレイ１０２は互いに平行に配置され、第２のマイクロレンズ１１２の夫々の位置は、第１のマイクロレンズ１１１の配列位置に対応する。
【００３２】
第１アパーチャ２０１は、前記複数の第１マイクロレンズ１１１の夫々の位置に対応して複数の微小な開口２１１が形成される薄板状部材であり、第１レンズアレイ１０１の入射面側に、マイクロレンズ１１１の光軸と直交して配置される。各開口２１１は光を通過させるが、薄板状部材の各開口２１１以外の領域は入射光を遮光する。
【００３３】
同様に、第２アパーチャ２０２は、前記複数の第２マイクロレンズ１１２の夫々の位置に対応して複数の開口２１２が形成される薄板状部材であり、第２レンズアレイ１０２の出射面側に、マイクロレンズ１１２の光軸と直交して配置される。各開口２１２は光を通過させるが、薄板状部材の各開口２１２以外の領域は第２レンズアレイ１０２から出射される光を遮光する。
【００３４】
さらに、第１レンズアレイ１０１と第２レンズアレイ１０２との間には、第１及び第２内側アパーチャ３０１、３０２が夫々配設される。第１内側アパーチャ３０１は、前記複数の第１マイクロレンズ１１１の夫々に位置に対応して複数の開口３１１が形成される薄板状部材であって、前記第１レンズアレイ１０１の出射面側に近接して配置される。また、第２内側アパーチャ３０２は、前記複数の第２マイクロレンズ１１２の夫々に位置に対応して複数の開口３１２が形成される薄板状部材であり、第２レンズアレイ１０２の入射面側に近接して配置される。
【００３５】
各アパーチャ２０１、２０２、３０１、３０２の夫々の開口２１１、２１２、３１１、３１２は互いに同一直径を有し、夫々が光線進行方向に対して偏芯なく配置される。開口２１１と開口２１２が同一直径、開口３１１と開口３１２が同一直径を有する場合もあり、また、それぞれの径が異なっていてもよい。また、第１、第２レンズアレイ１０１、１０２における夫々のマイクロレンズ１１１、１１２は各アパーチャの開口直径とほぼ同じかそれよりも大きいレンズ有効直径を有し、各マイクロレンズ１１１、１１２の中心位置と、各アパーチャの開口２１１、２１２、３１１、３１２の中心位置とが同一位置となるように配置される。
【００３６】
したがって、各アパーチャ２０１、２０２、３０１、３０２における夫々の開口２１１、２１２、３１１、３１２の光軸方向から見た配列パターンと、第１、第２レンズアレイ１０１、１０２における夫々のマイクロレンズ１１１、１１２の光軸方向から見た配列パターンとは同じとなる。そこで、以下、光軸方向から見た配列パターンを説明する場合には、単にマイクロレンズ１１１等の配列として説明する。
【００３７】
図４（ａ）、（ｂ）は、本実施形態のマイクロレンズ１１１等の配列の一例を示す図である。図４（ｂ）は配列の全体（但し、主走査方向の一部は省略している）を示す図であり、図４（ａ）は配列の一部を拡大した図である。
【００３８】
マイクロレンズ１１１等は、副走査方向に９個のマイクロレンズ１１１等が直線状に並ぶ配列と８個が直線状に並ぶ配列とが主走査方向に交互に繰り返される。副走査方向の各マイクロレンズ１１１等の各中心の間隔（ピッチ）ＤＸは、本例では、図４（ａ）に示すように０．４ｍｍである。したがって、第１、第２のレンズアレイ１０１、１０２や、各アパーチャ２０１、２０１、３０１、３０２の副走査方向の幅は、概ね０．４ｍｍ×８＝３．２ｍｍ、となる。副走査方向の配列数は上記の９個と８個に限定されるものではなく、例えば、８個と７個でもよい。
【００３９】
一方、主走査方向に一列に並んだ各マイクロレンズ１１１等の各中心の間隔（ピッチ）ＤＹは、本例では、０．６９４ｍｍである。また、マイクロレンズ１１１等は主走査方向に４４７列（各中心が主走査方向に一致している列の数）並んでおり、第１、第２のレンズアレイ１０１、１０２や、各アパーチャ２０１、２０１、３０１、３０２の主走査方向の長さは、概ね０．６９４ｍｍ×４４７＝３１０ｍｍ、となる。
【００４０】
マイクロレンズ１１１等は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように六方稠密配置となっており、主走査方向のピッチＤＹの方が、副走査方向のピッチＤＸよりも大きくなっている。
【００４１】
第１、第２のマイクロレンズ１１１、１１２のレンズ有効直径は０．４ｍｍであり、副走査方向のピッチＤＸと同じである。これに対して、各アパーチャの開口２１１、２１２、３１１、３１２の直径は０．３５ｍｍ（半径０．１７５ｍｍ）であり、副走査方向のピッチＤＸ（０．４ｍｍ）より若干小さく設定している。
【００４２】
したがって、各開口（２１１、２１２、３１１、３１２）の中心を結ぶ副走査方向の線上（図４（ａ）のＸ−Ｘ’線上）では、隣接する開口の間に０．０５ｍｍの遮光領域が存在する。
【００４３】
一方、各開口（２１１、２１２、３１１、３１２）の中心を結ぶ主走査方向の線上（図４（ａ）のＹ−Ｙ’線上）では、隣接する開口の間に０．３４４ｍｍ（０．６９４ｍｍ−０．３５ｍｍ）の遮光領域が存在することになる。
【００４４】
次に、レンズアレイ装置１００（第１の実施例）の厚み方向（即ち、光軸方向）の配置と構造について説明する。
【００４５】
図５（ａ）は、主走査方向の光軸方向の断面を示す図であり、図４（ａ）のＹ−Ｙ’断面図である。また、図５（ｂ）は図５（ａ）の一部を拡大した図である。図５（ｂ）において、実線で示すマイクロレンズ１１１、１１２が図４（ａ）のＹ−Ｙ’線上に中心のあるマイクロレンズであり、破線で示すマイクロレンズは、Ｙ−Ｙ’線から半ピッチ（ＤＸ／２）だけ副走査方向に離れた位置に中心があるマイクロレンズである。
【００４６】
本実施形態に係るレンズアレイ装置１００では、入射側に配置される第１レンズアレイ１０１の第１マイクロレンズ１１１の入射面形状Ｓ１と出射面形状Ｓ２とは異なり、出射側に配置される第２レンズアレイ１０２の第２マイクロレンズ１１２もその入射面形状Ｓ２と出射面形状Ｓ１とは異なるという第１の特徴を有する。その一方で、第１マイクロレンズ１１１の入射面形状Ｓ１と前記第２マイクロレンズ１１２の出射面形状Ｓ１とは同一の球面または同一の非球面をなす第１の形状Ｓ１であり、第１マイクロレンズ１１１の出射面形状Ｓ２と第２マイクロレンズ１１２の入射面形状Ｓ２とは同一の球面または同一の非球面をなす第２の形状Ｓ２である、という第２の特徴も有している。
【００４７】
上記の第１の特徴及び第２の特徴は、レンズアレイ装置１００の集光特性（収差を小さくする特性）とレンズアレイ装置１００の製造方向に密接に関係しており、以下これについて説明する。
【００４８】
一般に複数枚の（本実施形態のように例えば２枚の）のレンズアレイを重ねて正立等倍のレンズアレイ装置を構成する場合、対応する位置にあるマイクロレンズ同士に偏芯があると、急激にその集光性能が劣化する。樹脂を金型で成型してレンズアレイを製造する場合、異なる金型や異なるキャビティで組となる各レンズアレイを別々に成型すると、金型やキャビティ自体の個体差や金型内の温度の不均一性に起因して、生成された各レンズアレイ間において、マイクロレンズの形状やマイクロレンズの中心位置にズレが発生し、総てのマイクロレンズの位置を、組となるレンズアレイ間で完全に一致させることは困難となる。特に、レンズアレイの長手方向では、冷却時の収縮や、使用時の環境によるマイクロレンズの位置変化の絶対量が大きくなり、対応する位置にあるマイクロレンズ同士の偏芯が大きくなる。
【００４９】
そこで、本実施形態に係るレンズアレイ装置１００では、２枚のレンズアレイ（第１、第２のレンズアレイ）を、図６に示すように、同一の金型でかつ同一のキャビティを使用して樹脂成型して生成している。この製造方法により、形成時の収縮や、内部残留応力を同一にして対応する位置にあるマイクロレンズ同士の偏芯を小さくすることができる。
【００５０】
一方、レンズの入射面と出射面の形状を互いに異なる形状にすることで、球面収差とコマ収差を同時に小さくすることができることが知られている。例えば、両凸レンズの各形状を球面とする場合、入射面の曲率と出射面の曲率とを異なる値に設定することにより、両面が同一の曲率のレンズよりもより小さな球面収差とコマ収差のレンズが得られる。
【００５１】
他方、２枚のレンズを組み合わせる場合、入射側のレンズと出射側のレンズの形状を、２枚のレンズで挟まれる空間の中心面（光軸に直交する面）に対して対称形とすることにより、歪曲収差を低減できることも知られている。入射側のレンズで発生する歪曲収差と、出射側のレンズで発生する歪曲収差が相殺されるからであり、入射側のレンズと出射側のレンズの形状が２枚のレンズの中心に対して完全に対称形の場合、理論的には歪曲収差をゼロにすることができる。
【００５２】
そこで、本実施形態に係るレンズアレイ装置１００では、マイクロレンズの入射面と出射面の形状が互いに異なる形状（Ｓ１とＳ２）の２枚のレンズアレイを、同一の金型でかつ同一のキャビティを使用して樹脂成型して生成することによって、球面収差とコマ収差が小さく、かつ対応するマイクロレンズ同士の偏芯が小さな２枚のレンズアレイを生成している。そして、２枚のレンズアレイを重ね合わせるとき、図６の右下に示すように、２枚のレンズアレイの一方を、レンズアレイの短手方向（副走査方向）に反転させた後に重ね合わせるようにしている。一方のレンズアレイを反転させることにより、同じ形状（図６の例ではＳ２）の面がレンズアレイの中心に対して互いに向かい合い、第１レンズアレイ１０１と第２レンズアレイ１０２は、両者の中心面に対して対称な関係となる。この結果、前述したように歪曲収差を低減することができる。
【００５３】
なお、一方のレンズアレイを反転させる場合、レンズアレイの長手方向に反転させることも考えられる。しかしながら、同一の金型、同一のキャビティで２枚のレンズアレイを成型したとしても、キャビティ内の温度分布の不均一性等や、使用時の環境に起因して、長手方向でのマイクロレンズの位置ずれの大きさは、短手方向の位置ずれよりもどうしても大きくなる。したがって、一方のレンズアレイを反転させるときには、キャビティで成型したときの２枚のレンズアレイの方向を長手方向では一致させ、短手方向を反転させたほうが、対応するマイクロレンズの偏芯を最小限に抑えることができる。
【００５４】
上述した説明では、マイクロレンズの入射面と出射面の形状を異なる形状とすることで球面収差とコマ収差を低減できるとしたが、入射面と出射面の形状を非球面形状とすること（第３の特徴）により、球面収差とコマ収差をさらに低減することができる。
【００５５】
図７（ａ）、（ｂ）は本実施形態のマイクロレンズの非球面形状の一例を示す図である。図７（ａ）に示すように、第１マイクロレンズ１１１の入射面形状Ｓ１と第２マイクロレンズ１１２の出射面形状Ｓ１は、レンズ中心における曲率の絶対値が一番大きく、レンズの外側に行くにつれて曲率の絶対値が徐々に小さくなる非球面形状にしている。また、図７（ｂ）に示すように、第１マイクロレンズ１１１の出射面形状Ｓ２と第２マイクロレンズ１１２の入射面形状Ｓ２は、レンズ中央付近では、レンズの光軸から離れるにつれて曲率の絶対値が小さくなっているものの、ある程度光軸から離れると曲率の絶対値が大きくなる非球面形状となっている。
【００５６】
曲率が均一な球面レンズの場合には、平行光線の入光位置がレンズの光軸から離れるにつれて集光位置がレンズ側に近づくことにより、ある程度の球面収差が発生するが、レンズ面の曲率の絶対値を光軸から離れるにつれて小さくする（パワーが負の場合には絶対値を大きくする）非球面形状とすることにより、平行光線の入光位置によらず集光位置を一点に集中させることができ、集光特性を高めることができる。
【００５７】
図８は、本実施形態に係るレンズアレイ装置１００の第４の特徴を説明する図である。第４の特徴は、第１アパーチャ２０１の光軸方向の位置を、第１レンズアレイ１０１の第１マイクロレンズ１１１の前側焦点位置の近傍に配置すると共に、第２のアパーチャ２０２の光軸方向の位置を、第２レンズアレイ１０２の第２マイクロレンズ１１２の後側焦点位置の近傍に配置するというものである。
【００５８】
前述したように、第１レンズアレイ１０１と第レンズアレイ１０２の形状は図８に示す中心面ＣＰに対して対称である。また、本実施形態では、第１マイクロレンズ１１１の入射面の頂点から第１アパーチャ２０１までの光軸上の距離と、第２マイクロレンズ１１２の出射面の頂点から第２アパーチャ２０１までの光軸上の距離とは等しく、さらには、物体面から第１アパーチャ２０１までの距離と、第２アパーチャ２０１から像面までの距離とも等しく設定している。つまり、本実施形態のレンズアレイ装置１００では、物体面から像面までを含めて、中心面ＣＰに対して対称となっている。
【００５９】
したがって、図８に示す第２のアパーチャ２０２と第２レンズアレイ１０２との位置関係は、第１アパーチャ２０１と第１レンズアレイ１０１との位置関係にもそのまま対応するものである。
【００６０】
図８は、第２マイクロレンズ１１２の入射面Ｓ２に平行光を入射し、出射面Ｓ１から出た光がどこに集光するかを計算した結果を示している。そして、第２マイクロレンズ１１２の入射面Ｓ２に平行光を入射したときの集光位置、即ち、第２マイクロレンズ１１２の後側焦点位置の近傍に、第２アパーチャ２０２の開口２１２を配置している。このような配置により、物体面からの光を高い光学効率で像面に伝達することができる。
【００６１】
物体面上の点光源が像面方向の半球面に向けて出力する光量の総和をＰ０、像面上での受光量をＰＩ、光学効率ηを、η＝ＰＩ／Ｐ０、と定義すると、レンズ表面での反射を考慮しない場合の光学効率ηの計算値は、７．３７％となり、かなり高い値が得られた。
【００６２】
図９は、物体面の物点ａ、ｂから出た光線の主走査方向の経路を像面まで計算した結果を示す図である。物体面の物点ａ、ｂが同じ間隔で同じ向きに像面上に像点ａ’、ｂ’として結像しており、正立等倍像が得られる様子を示している。
【００６３】
一方、物体の倒立像は、図９からわかるように、第１、第２のレンズアレイ１０１、１０２の間の中心面の位置に結像する。
【００６４】
本実施形態に係るレンズアレイ装置１００の第５の特徴は、第１、第２の内側アパーチャ３０１、３０２を、倒立像が形成される位置以外の位置に配置するというものである。つまり、第１内側アパーチャ３０１を倒立像が形成される位置よりも第１レンズアレイ１０１の出射面側に近接して配置し、第２内側アパーチャ３０２を倒立像が形成される位置よりも第２レンズアレイ１０２の入射面側に近接して配置する。倒立像が形成される位置に第１、第２の内側アパーチャ３０１、３０２が有ると、各アパーチャの開口が僅かに偏芯してしまったり、開口径が設計どおりにできていなかったりしてしまうと、本来遮光されるべきでない光線の多くが遮光されてしまったり、逆に、遮光されるべき光線の多くが遮光されなかったりしてしまうという事態が発生しうる。本実施形態では、第１、第２の内側アパーチャ３０１、３０２を、倒立像が形成される位置以外の位置に配置することにより、このような事態を回避している。
【００６５】
レンズ系の集光特性、或いは分解能を表す指標のひとつとして、ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）がある。所定の空間周波数(cycle/mm)をもつ物体光源をレンズ系に入力したときの、入力側の変調度（Modulation）に対するレンズ出力側の変調度の比を１００分率で表したものがＭＴＦである。
【００６６】
図１０は、６cycle/mmでのＭＴＦ（縦軸）を、横軸をデフォーカス位置としてプロットしたグラフである。図１０のグラフには、複数の曲線が重ねて表示されているが、各曲線は、物体面上の光軸中心に物点が置かれた場合と、光軸中心から離れた複数のField Pointに物点が置かれた場合におけるＭＴＦを示している。また、図１０の左上に示すＴとＳは、夫々Tangential方向（水平方向）とSagittal方向（垂直方向）とに夫々対応する。図１０からわかるように、各Field Pointにおいて、焦点位置±０．１ｍｍの範囲でＭＴＦは概ね５５％以上であり、良好なＭＴＦ特性となっている。
【００６７】
ここまでは、主走査方向の断面構成や光線経路について説明してきたが、次に副走査方向の断面構成と光線経路について説明する。
【００６８】
図１１（ａ）は、副走査方向の断面を示す図であり、図４（ａ）のＸ−Ｘ’断面図である。また、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の一部を拡大した図である。図１１（ｂ）において、実線で示すマイクロレンズ１１１、１１２が図４（ａ）のＸ−Ｘ’線上に中心のあるマイクロレンズであり、破線で示すマイクロレンズは、Ｘ−Ｘ’線から半ピッチ（ＤＹ／２）だけ副走査方向に離れた位置に中心があるマイクロレンズである。
【００６９】
前述したように、本実施形態のレンズアレイ装置１００におけるマイクロレンズ１１１等は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように六方稠密配置としている。六方稠密配置は、同じ径の円を最も高密度に配置する方法である。さらに、本実施形態に特徴的な配置方法は、主走査方向のピッチＤＹの方が、副走査方向のピッチＤＸよりも大きくしている点にある。以下、この特徴について説明する。
【００７０】
図１２は、物体面の物点ａ、ｂから出た光線の副走査方向の経路を像面まで計算した結果を示す図であり、主走査方向の光線経路を示す図９に対応する図である。ここで注目すべきは、図１２に示す副走査方向の光線経路には迷光が発生しているのに対して、図９の主走査方向の光線経路には迷光が発生していない点である。迷光とは、物体面の物点から出た光線が、像面上の対応する像点以外に到達する光である。
【００７１】
もし主走査方向に迷光が発生すると主走査方向に長い光学センサに迷光が入り込む。この迷光を遮断しようとして光学センサの前面に遮光板を挿入すると、物点からの正規の光までもが遮断されてしまうため、正規の光と迷光とを空間的に分離することができない。
【００７２】
他方、副走査方向に迷光が発生したとしても、副主走査方向の光学センサの幅は小さいため、図１２に示すように、光学センサ（像面）とレンズアレイ装置１００との間に遮光板５００ａ、５００ｂを配置しても、物点から正規の光を遮ることがない。遮光板５００ａ、５００ｂは、例えば、主走査方向（図１２の紙面の奥行き方向）に長く副走査方向に短い長方形の２枚の板状部材であり、物点から正規の光線の通過を妨げず、かつ迷光を十分に遮断する位置に配置される。中央部に長方形の孔が開いたスリット状の開口を持った部品であってもよい。
【００７３】
本実施形態では、マイクロレンズ１１１等を六方稠密配置としつつも、主走査方向のピッチＤＹを副走査方向のピッチＤＸよりも大きくし、各アパーチャの開口の間にある遮光領域の長さを長くし、主走査方向の迷光の発生を抑制する構造としている。他方、副走査方向のピッチＤＸは小さくなるため副走査方向の迷光は発生しやすくなるが、この迷光に対しては、レンズアレイ装置１００と像点との間に遮光板を設ける構成とすることにより、迷光が光学センサに与える悪影響を排除している。
【００７４】
図１３は、六方稠密をとる他の配置を、本実施形態におけるマイクロレンズ等の配置（図１３（ｃ））に対する比較例として示す図である。
【００７５】
図１３（ａ）に示す比較例１は従来から比較的多く用いられてきた配置である。比較例１の配置は、主走査方向のピッチＤＹが副走査方向のピッチＤＸよりも小さくなる配置であり、主走査方向に迷光が発生しやすい。
【００７６】
一方、図１３（ｂ）に示す比較例２は、迷光を低減する配置として検討されているものであり、レンズの主配列方向が主走査方向に対して傾斜している。この配置の場合、副走査方向の最短部と最長部との差が０．７７６Ｐ（Ｐはピッチ）あり、本実施形態における副走査方向の最短部と最長部との差の０．５Ｐに比べると大きな値となり、副走査方向の端部領域の利用効率が低い。
【００７７】
これらの比較例に対して、本実施形態の配置は、迷光の影響を排除することができ、かつ、副走査方向の端部領域の利用効率が高いレンズアレイ装置１００を実現できる。
【００７８】
（３）レンズアレイ装置（第２の実施例）
図１４は、第１の実施例に係るレンズアレイ装置１００と、第２の実施例に係るレンズアレイ装置１００の相違点を示す図である。第１の実施例を示す図８と対比すると判るように、第２の実施例では、第２アパーチャ２０２を、第２マイクロレンズ１１２の出射面Ｓ１の頂点位置に略一致させている領域が、光軸近傍のみである。また、図１４では図示を省略しているが、第１アパーチャ２０１を、第１マイクロレンズ１１１の入射面Ｓ１の頂点位置に略一致させている領域が、光軸近傍のみである。この配置は、平行光線の集光位置がアパーチャの厚さよりわずかに外側になるが、光学効率自体はそれ程低下しないことが確認されている。第１の実施例と同等の計算を行った結果、光学効率ηの計算値は、６．７７％となり、第１の実施例の７．３７％と比べてもそれ程遜色のない値が得られている。
【００７９】
第２の実施例と第１の実施例の主な相違点は上記の通りであり、他の構造や特徴は第２の実施例と第１の実施例とで共通するものである。以下、第１の実施例での説明図と第２の実施例の説明図との対応関係を示すが、具体的な説明は重複するため省略する。
【００８０】
図１５は、第２の実施例における主走査方向の断面構成を示す図であり、図５と対応する。図１６は、第２の実施例におけるマイクロレンズの非球面形状Ｓ１、Ｓ２の曲率を示す図であり、図７と対応する。図１７は、第２の実施例における物体面上の物点から像面へ到る光線の主走査方向の経路を計算した結果の一例を示す図であり、図９と対応する。第２の実施例においても主走査方向には迷光が発生していないことを示している。図１８は、第２の実施例におけるＭＴＦの計算結果の一例を示す図であり、図１０と対応する。第２の実施例においても、各Field Pointにおいて、焦点位置±０．１ｍｍの範囲でＭＴＦは概ね５５％以上であり、良好なＭＴＦ特性となっている。
【００８１】
図１９は、第２の実施例における副走査方向の断面構成を示す図であり、図１１と対応する。図２０は、第２の実施例における物体面上の物点から像面へ到る光線の副走査方向の経路を計算した結果の一例を示す図であり、図１２と対応する。第２の実施例においても、副走査方向に迷光が発生するが、この迷光を遮光板によって遮断できることを示している。
【００８２】
（４）レンズアレイ装置の露光装置への応用
ここまでは、原稿を読み取る光学読取装置２０にレンズアレイ装置１００を組み込む実施形態を説明してきたが、本実施形態に係るレンズアレイ装置１００の応用は光学読取装置２０に限定されるものではない。例えば、図２１に示すように、画像形成装置１の露光装置２００に組み込むこともできる。この実施形態では、物体面に相当する位置に主走査方向に長いアレイ状のＬＥＤ光源を配置し、像面に相当する位置に感光ドラム１０を配置する。すなわち、レンズアレイ装置１００を通過した光は感光ドラム１０上に照射する。この構成においても、良好な集光特性と高い光学効率を有する本実施形態のレンズアレイ装置１００が有効に機能する。
【００８３】
以上説明してきたように、本実施形態のレンズアレイ装置１００によれば、良好な集光特性と高い光学効率を実現することができる。
【００８４】
なお、本実施の形態において、画像形成装置１は、画像読取装置２と画像形成部３などを備えたものと定義して説明をした。しかしながら、画像形成装置はこれらの実施の形態に限定されず、図１に示した画像読取装置２のみを画像形成装置と定義してもよい。
【００８５】
また、レンズアレイ装置は、入射面形状と出射面形状が異なる両凸の複数のマイクロレンズが配列される長方形の樹脂製レンズアレイを、同じ金型の同じキャビティを使用して２枚形成し、前記２枚のレンズアレイを、前記複数のマイクロレンズの配列位置が互いに対応するように、光軸方向に直交させて平行に配置し、この配置のとき、前記キャビティで形成したときの長手方向は互いに一致させて配置し、前記キャビティで形成したときの短手方向を、いずれか一方のレンズアレイに対して反転させて配置し、前記２枚のレンズアレイのうち、物体面側に配置されるレンズアレイ及びその複数のマイクロレンズを夫々第１のレンズアレイ及び複数の第１のマイクロレンズとし、像面側に配置されるレンズアレイ及びその複数のマイクロレンズを夫々第２のレンズアレイ及び複数の第２のマイクロレンズとするとき、前記複数の第１のマイクロレンズの夫々の位置に対応して複数の開口が形成される薄板状部材の第１のアパーチャを、前記第１のレンズアレイの入射面側に、前記光軸と直交して配置し、この配置のとき、前記第１のアパーチャを、前記光軸方向において、前記第１のマイクロレンズの前側焦点位置の近傍に配置し、前記複数の第２のマイクロレンズの夫々の位置に対応して複数の開口が形成される薄板状部材の第２のアパーチャを、前記第２のレンズアレイの出射面側に、前記光軸と直交して配置し、この配置のとき、前記第２のアパーチャを、前記光軸方向において、前記第２のマイクロレンズの後側焦点位置の近傍に配置する、方法で製造してもよい。
【００８６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００８７】
１  画像形成装置
２  画像読取装置
１００  レンズアレイ装置
１０１  第１レンズアレイ
１０２  第２レンズアレイ
１１１  第１マイクロレンズ
１１２  第２マイクロレンズ
２０１  第１アパーチャ
２０１  第２アパーチャ
３０１  第１内側アパーチャ
３０２  第２内側アパーチャ
【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１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２１】
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【図９】
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【図１２】
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【図１７】
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【図２０】
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