(57)【要約】【課題】  小型でかつ、結像光量と焦点深度が両立できるレンズアレイ光学系を提供する。【解決手段】  光軸方向に垂直な第１の方向に配列された複数のレンズ光学系を有するレンズアレイ光学系であって、前記複数のレンズ光学系のそれぞれは、前記第１の方向に垂直な第１の断面における形状が光軸に対して非対称である第１のレンズ面を含むことを特徴とする。また、第１のレンズ面は、光軸を含む前記第１の断面において非対称であることを特徴とする。【選択図】  図１
2016130757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸方向に垂直な第１の方向に配列された複数のレンズ光学系を有するレンズアレイ光学系であって、
前記複数のレンズ光学系のそれぞれは、前記第１の方向に垂直な第１の断面における形状が光軸に対して非対称である第１のレンズ面を含むことを特徴とするレンズアレイ光学系。
【請求項２】
前記第１のレンズ面は、光軸を含む前記第１の断面において非対称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光学系。
【請求項３】
前記第１のレンズ面と光軸との交点を原点とし、該原点を通り光軸方向の平行な軸をＸ軸、前記原点を通り前記第１の方向に平行な軸をＹ軸、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸とに直交する軸をＺ軸、非球面係数をＣｉ，ｊ（ｉ，ｊ＝０，１，２・・・）、とし、前記第１のレンズ面を
【数１】
2016130757.tif 000010
なる式で定義するとき、前記ｊが奇数となる項を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズアレイ光学系。
【請求項４】
前記第１のレンズ面は、光軸位置において光軸に対して垂直であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレンズアレイ光学系。
【請求項５】
前記複数のレンズ光学系のそれぞれについて、前記第１の方向における有効径は、光軸方向と前記第１の方向とに垂直な第２の方向における有効径よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレンズアレイ光学系。
【請求項６】
前記複数のレンズ光学系のそれぞれは、光軸方向と前記第１の方向とに平行な断面において物体を正立等倍結像し、前記第１の断面において物体を倒立結像することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレンズアレイ光学系。
【請求項７】
前記複数のレンズ光学系のそれぞれは、矩形の開口面を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレンズアレイ光学系。
【請求項８】
前記複数のレンズ光学系のそれぞれは、光軸方向に配列された第１レンズと第２レンズとを有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のレンズアレイ光学系。
【請求項９】
前記第１の方向に配列された複数のレンズ光学系を含むレンズ光学系列が、光軸方向と前記第１の方向とに垂直な第２の方向に複数配列されて構成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のレンズアレイ光学系。
【請求項１０】
前記複数のレンズ光学系列の夫々における複数のレンズ光学系の夫々の光軸は、隣接するレンズ光学系列同士において第１の方向に離間していることを特徴とする請求項９に記載のレンズアレイ光学系。
【請求項１１】
前記複数のレンズ光学系列の夫々における複数のレンズ光学系の夫々の光軸は、隣接するレンズ光学系列同士で、前記第１の方向において前記レンズ光学系の配列ピッチの半分だけ離間していることを特徴とする請求項１０に記載のレンズアレイ光学系。
【請求項１２】
前記複数のレンズ光学系列の夫々における複数のレンズ光学系の夫々の光軸は、隣接するレンズ光学系列同士において同一平面上に位置することを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載のレンズアレイ光学系。
【請求項１３】
前記複数のレンズ光学系列のうち隣接するレンズ光学系列同士において、複数のレンズ光学系の夫々の光軸の前記第１の方向における離間量を０としたときのレンズ面が同一の式で表現できる形状となることを特徴とする請求項９乃至１２いずれか１項に記載のレンズアレイ光学系。
【請求項１４】
前記同一の式で表現できる形状は、前記第１の断面において光軸に対して非対称であることを特徴とする請求項１３に記載のレンズアレイ光学系。
【請求項１５】
前記複数のレンズ光学系列の夫々のレンズ面を前記第１の方向に垂直な平面に投影したとき、その投影像は光軸に対して非対称になることを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか１項に記載のレンズアレイ光学系。
【請求項１６】
前記複数のレンズ光学系列のうち隣接するレンズ光学系列同士において、前記第１の断面における結像位置は光軸方向において互いに異なることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のレンズアレイ光学系。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のレンズアレイ光学系と、該レンズアレイ光学系により感光体の感光面上に形成される静電潜像をトナー像として現像する現像器と、現像された前記トナー像を被転写材に転写する転写器と、転写された前記トナー像を前記被転写材に定着させる定着器と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のレンズアレイ光学系と、該レンズアレイ光学系により集光される原稿からの光束を受光する受光部と、を備えることを特徴とする画像読取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズアレイ光学系及びそれを有する画像読取り装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、ＬＥＤや有機ＥＬ等のアレイ状光源と、小径レンズアレイで構成されたレンズアレイ光学系を利用した露光装置や読取装置が開発されている。レンズアレイ光学系は、光源部品と小型レンズアレイ及びそれらを保持する筺体により構成される為、大きさは小さく部品数も少なくなるので、装置の小型化や低コスト化に有利である。しかし、レンズアレイ光学系には、像面（画像読み取り装置ではセンサー面を指し、画像形成装置では感光面を指す）上の結像光量が低くなってしまうという課題と、結像光束の焦点深度が狭くなってしまうという課題があった。
上記の問題点を夫々解決する構成が、例えば特許文献１と特許文献２に提案されている。
【０００３】
特許文献１においては、レンズ光学系（レンズアレイ光学系を構成する単位光学系を指す）の配列方向（以下、主配列方向と記載する）に垂直な方向（以下、副配列方向と記載する）について、倒立結像する光学系（以下、倒立結像系と記載する）の構成が開示されている。レンズアレイ光学系によく見られる構成である、副配列方向に正立等倍結像する光学系（正立等倍結像系）と比較して、倒立結像系は副配列方向について必要なレンズのパワーが小さいため、Ｆナンバーを小さく（明るく）しても結像性能を維持でき、結像光量を大きくできる。
【０００４】
特許文献２においては、焦点距離の異なるレンズを用いたレンズ光学系の構成が開示されている。この構成にすることによって、焦点深度を拡大している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−２７４９１５号公報
【特許文献２】特開２０１１−０９５６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された従来技術は、結像光量を確保するようＦナンバーを小さく（明るく）したため、Ｆナンバーを小さく（明るく）しない構成と比較して、焦点深度が狭くなっている。また、特許文献２に開示された従来技術は、Ｆナンバーを大きく（暗く）して、焦点深度を拡大しているため、結像光量は小さくなっている。つまり、特許文献１及び２に開示された従来技術では、結像光量の確保と焦点深度の拡大が両立できない。そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、結像光量の確保と焦点深度の拡大が両立できるレンズアレイ光学系を提供することである。 
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のレンズアレイ光学系は、光軸に垂直な第１の方向に配列された複数のレンズ光学系を有するレンズアレイ光学系であって、前記レンズ光学系それぞれは、前記第１の方向に垂直な断面における形状が光軸に対して非対称である第１のレンズ面を含む、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、画像読み取り装置及び、画像形成装置に使用されるレンズアレイ光学系において、結像光量の確保と焦点深度の拡大を両立できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１のレンズアレイ光学系の（Ａ）主配列方向断面図、（Ｂ）副配列方向断面図、（Ｃ）正面図、（Ｄ）斜視図
【図２】実施形態１のレンズアレイ光学系の結像光線要部拡大図
【図３】実施形態１のレンズアレイ光学系のＬＳＦ分布
【図４】実施形態１のレンズアレイ光学系の（Ａ）主配列方向のコントラスト特性、（Ｂ）副配列方向のコントラスト特性
【図５】実施形態２のレンズアレイ光学系の（Ａ）主配列方向断面図、（Ｂ）副配列方向断面図、（Ｃ）正面図、（Ｄ）斜視図
【図６】実施形態２のレンズアレイ光学系のＬＳＦ分布
【図７】実施形態２のレンズアレイ光学系の（Ａ）主配列方向のコントラスト特性、（Ｂ）副配列方向のコントラスト特性
【図８】実施形態３のレンズアレイ光学系の（Ａ）主配列方向断面図、（Ｂ）副配列方向断面図、（Ｃ）正面図、（Ｄ）斜視図
【図９】実施形態３のレンズアレイ光学系のＬＳＦ分布
【図１０】実施形態３のレンズアレイ光学系の（Ａ）主配列方向のコントラスト特性、（Ｂ）副配列方向のコントラスト特性
【図１１】画像形成装置
【図１２】カラー画像形成装置
【図１３】比較例１のレンズアレイ光学系の結像光線要部拡大図
【図１４】比較例１のレンズアレイ光学系のＬＳＦ分布
【図１５】比較例１のレンズアレイ光学系の（Ａ）主配列方向のコントラスト特性、（Ｂ）副配列方向のコントラスト特性
【図１６】比較例２のレンズアレイ光学系のＬＳＦ分布
【図１７】比較例２のレンズアレイ光学系の（Ａ）主配列方向のコントラスト特性、（Ｂ）副配列方向のコントラスト特性
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１１】
実施形態１は、本発明のレンズアレイ光学系を画像形成装置に応用した実施例である。レンズアレイ光学系は、画像形成装置の露光ユニットの内部に構成される。露光ユニットの構成を図１に示す。
図１（Ａ）は、露光ユニットの主配列方向と光軸方向とを含む面での断面図、（Ｂ）は主配列方向に垂直な面での断面図、（Ｃ）は光源から見た正面図、（Ｄ）は露光ユニットの斜視図である。尚、図では、便宜上、レンズアレイ光学系の一部しか記載していないが、説明に支障はない。
【００１２】
なお、本発明のレンズアレイ光学系は、以後、詳細に説明するように、上光線と下光線とで異なる光学的挙動をさせるために非対称な光学面を採用するため、一般的な光学系における光軸の定義である「複数の光学面における、曲率中心を結ぶ直線」によっては、本発明の光軸を定義できない。従って、本発明の実施例の説明において、少なくとも上光線あるいは下光線に対し、光学的に最も対称性が高い軸を「光軸」として記載する。例えば、レンズアレイ光学系の光学面を形成する際の基準となる光学面で定義される光軸、非球面の場合には、非球面係数を定義している基準となる球面に対して定められる光軸を、以下の記載において光軸として記載する。また、本明細書中で、「光軸位置」と記載するときには「光軸近傍の位置」を含む意味として解釈されるものとする。
【００１３】
図１において、１０２は本発明のレンズアレイ光学系である。光軸に垂直な主配列方向（第１の方向）について等倍正立結像し、光軸と主配列方向とに垂直な副配列方向（第２の方向）について倒立結像するレンズ光学系が、主配列方向に複数が配列され、副配列方向には一列が配列された構成を有する。ここで、主配列方向の配列ピッチｐ＝0.76mmである。１０１は光源部であり、実施形態１においては、光源部１０１は発光部が主配列方向に等間隔に配列されたＬＥＤアレイで構成されている。
【００１４】
ＬＥＤアレイの発光点の間隔は数十μｍであり、少なくとも数百μｍはあるレンズ光学系の間隔に比べて十分細かいため、ここで議論している発光点位置に関しては、ほぼ連続的に存在すると考えて説明を続ける。１０３は、像面であり、感光部である。
レンズ光学系が主配列方向に等倍結像するため、光源から出射した光束は、配列方向に並んだ複数のレンズ光学系を経由しても像面上の一点に集光される。例えば、図１（Ａ）では、発光点位置P1の光束はP1’に収束し、発光点位置P2の光束はP2’に収束する。この特性のため、光源部の発光に対応した露光が可能となっている。
【００１５】
レンズアレイ光学系を構成するレンズ光学系について説明する。
図１（Ａ）に、実施形態１のレンズアレイ光学系を構成するレンズ光学系を示す。本発明のレンズ光学系は、同一の光軸上に配置された、第１のレンズ（１０４）（以下G1と記載する）、遮光部材（１０５）、第２のレンズ（１０６）（以下G2と記載する）の三部材で構成されている。ここで、個々のレンズ面は光軸方向から見ると矩形形状となっている。レンズアレイ光学系を構成する個々のレンズの各部材は、主副配列方向に結合している。主配列方向については、光源（１０１）から出射した光束は、G1を通過後、G1から光軸方向に離間して配置されたG2に入射する前の遮光部材内部にて一旦結像し（以下、中間結像面（１０７）と記載する）、G2を通過して像面（１０３）に等倍結像する。遮光部材は、G1を通過した後、そのG1の光軸とは異なる光軸を有するレンズ光学系のG2に入射する光束を遮光する役割を担っている。ここで、物体面（ここでは光源（１０１）を指す）から中間結像面までを第一光学系とし、中間結像面から像面（ここでは、感光部（１０３）を指す）までを第二光学系とする。第一光学系の主配列方向についての結像倍率（中間結像倍率）βは、実施形態１のレンズ光学系においては、β＝-0.45で設定している。
【００１６】
尚、図１（Ｂ）に示すように、本発明のレンズ光学系は、副配列方向に倒立結像することにより、主配列方向での中間結像面で、一旦結像することなく構成しているため、副配列方向についてｈの高い光線も収差を抑えることができ、良好な結像性能と明るさを両立することが可能となっている。
ここで、レンズ光学系の光学設計値を表１に示す。
【００１７】
表１：実施例１のレンズ光学系の光学設計値
【表１】
2016130757.tif 000003
【００１８】
各レンズ面と光軸との交点を原点とし、光軸方向をＸ軸とする。光軸（Ｘ軸）と直交する主配列方向をＹ軸、主配列方向と光軸（Ｘ軸）とに直交する軸をＺ軸とする。
【００１９】
光源から像面に向かって順に、個々のレンズのレンズ面をR1面及びR2面を定義すると、G1の光源側の面であるG1R1面、G1の像面側の面であるG1R2面、G2の光源側の面であるG2R1面、G2の像面側の面であるG2R2面、はアナモフィック非球面で構成される。その非球面形状は次式（２）で表わされる冪多項式で定義している。
【００２０】
【数１】
2016130757.tif 000004
ここで、Ｃｉ，ｊ（ｉ，ｊ＝０，１，２・・・）は非球面係数である。
【００２１】
本発明の実施形態１においては、G1R2面及びG2R1面に、光軸を含む副配列方向断面において、光軸について非対称な形状を有する非球面を用いている。詳しくは表１で表される非球面のG1R2面及びG2R1面にＺ方向に３次の非球面項（C0,3を含む項）を有する面形状を有する。このように副配列方向断面において光軸に対して非対称な形状を有することで、副配列方向の深度を拡大することができ、組み立てや、環境変動などによりピントズレが発生した際にも良好な結像性能を実現することが可能となっている。本実施例では、G1R2面及びG2R1面が3次の非球面項を含む非球面で構成されたが、本発明はこれに限定されることはない。奇数次の非球面項を含むように構成することで、第１の方向に垂直な断面内で光軸に対して非対称な形状を有する非球面を構成することができる。
【００２２】
以下、光軸と副配列方向を含む断面である副配列方向断面において、光軸に対して非対称な形状を有する非球面の効果について、詳細を説明する。
【００２３】
（課題説明）
まず、本発明の構成を使用していない、比較例１のレンズアレイ光学系を用いて課題を説明する。
【００２４】
比較例１の本発明の実施形態１に対する違いは、比較例１は副配列方向（Ｚ方向）に非対称なレンズ面（Ｚ方向３次非球面）を有さず、副配列方向において光軸に対して対称な形状を有するという構成である点である。つまり、表１において、G1R2面及びG2R1面の、Ｚ方向の３次の非球面係数C0,3＝0とした光学設計値となる。
【００２５】
比較例のレンズアレイ光学系は、先行文献１に記載のレンズアレイ光学系と同様に、副配列方向について倒立結像系となっている。副配列方向に対し必要なレンズのパワーが小さいことを利用し、副配列方向のＦナンバーを主配列方向のＦナンバーに対し小さく（明るく）する構成とすることで、結像光量を確保している。
【００２６】
しかし、このように副配列方向のＦナンバーを小さく（明るく）し、結像光量を確保するレンズアレイ光学系の構成においては、副配列方向の焦点深度が狭くなってしまうという課題がある。以下、具体的に説明する。
【００２７】
比較例１の副配列方向のＬＳＦ（Line Spread Function）分布を図１４に示す。また、比較例１の像面位置に対する光軸方向の位置における光量の分布を示すコントラストグラフを図１５（Ａ）、（Ｂ）に示す。
【００２８】
図１５（Ａ）に比較例１の主配列方向のコントラスト特性、図１５（Ｂ）に比較例１の副配列方向のコントラスト特性を示す。
【００２９】
ここで、結像性能は、主配列方向42.3μｍ×副配列方向42.3μｍのサイズの発光点を発光させたときの結像光束のＬＳＦ分布と、それを、84.6μｍ周期（600dpiラインペア相当）で繰り返し足し合わせた分布の、コントラストを用いて評価している。また、出力画像の高精細要望により、コントラスト値５０％以上となるデフォーカス範囲を焦点範囲とし、その距離を焦点深度として評価している。レンズアレイ光学系の結像性能は、主配列方向と副配列方向の両方向において担保されなければならないため、主配列方向と副配列方向の焦点深度の共通範囲である共通焦点深度が実際に考慮される焦点深度である。共通焦点深度が広いほど、配置誤差等による結像性能の劣化が少なく、好ましい。
【００３０】
図１５において矢印で示す範囲が共通深度である。焦点深度の値は表２に示す。
表２：実施例１と比較例１の焦点深度の比較
【表２】
2016130757.tif 000005
【００３１】
また、コントラスト特性を評価する際に、レンズアレイ光学系では、発光点位置によって結像性能が異なるため、ここでは、Ａ、Ｂ、Ｃの位置で結像性能を評価している。Ａはレンズ光学系の光軸上の発光点位置である。Ｃはレンズ光学系同士の中間に位置する発光点位置である。そしてＢは、発光点位置Ａと発光点位置Ｃの中間の位置の発光点位置である。
【００３２】
図１５及び表２に示したように、発光点位置Ａ、Ｂ、Ｃで差があるものの、概して、主配列方向についての焦点深度に対し、副配列方向の焦点深度が狭くなっており、結果として共通深度は副配列方向の深度で決まっていることがわかる。つまり、結像光量を確保するために副配列方向のＦナンバーを小さく（明るく）したため、副配列方向の焦点深度が狭くなっていることがわかる。そこで、副配列方向の焦点深度を拡大し、共通焦点深度を拡大することが本発明の課題である。
【００３３】
（原理説明）
以下、本課題を解決するための原理を説明する。
比較例１の副配列方向の光路図要部拡大図を図１３に示す。図１３に示すように、点光源から出射した光線は、像面１０３において、比較例１のレンズアレイ光学系は、副配列方向に良好に集光されている。この像面上の光束経の大きさをW0とする。これに対して、像面位置から光軸方向に±0.1mmの位置での最大光束径は、WLで表される。比較例１の構成においては、点光源から出射したすべての光線が像面上で一点に集光しているため、像面上の光束径W0は小さいので、W0に対する像面位置から光軸方向に±0.1mmの位置での光束経WLの変化率（WL／W0）が大きい。
【００３４】
これに対し、本発明の実施形態１の副配列方向の光路図の要部拡大図を図２に示す。
光軸を基準として副配列方向に非対称な非球面の効果により、上光線は図２に記載の光学系の像面１０３に対し＋側に集光位置をずらすことができ、下光線は図２の光学系の像面に対し−側に集光位置をずらすことができる。すなわち、レンズアレイ光学系は、一点から出射した光線の、主配列方向を含み光軸に平行な平面で分割したレンズ光学系の一方を通過する光線が結像する位置と、他方を通過する光線が結像する位置とは、主配列方向に垂直な断面内において、所定の像面に対して光軸方向に前後するように構成されている。その結果、像面上の光束径W0自体は大きくなり像面上の集光性能は悪くなるが、像面に対し光軸方向の前後の位置においては、その分、W0に対し光束径の広がりが抑えられ、デフォーカスした際の変化比（WL／W0）を小さくすることができている。言い換えると、比較例では、像面で理想的な一点での集光状態となっているため、それに対する、光軸方向前後での光束径の変化比は大きくなる。一方、本発明においては、像面位置を含む光軸方向所定の範囲内（図２に例示した±0.1mmの範囲内）において、光束が一点に集光されることはなく、光束幅はW0からWLの範囲の幅で分布している。従って、像面位置を含む光軸方向所定の範囲内でのWL／W0を小さくすることができる。
【００３５】
この現象をデフォーカスした際のＬＳＦ分布の変化として説明する。
本発明の実施の形態１の発光位置Ａの副配列方向のＬＳＦ分布を図３、比較例１の発光位置Ａの副配列方向のＬＳＦ分布を図１４に示す。ここで、発光点位置Ａの分布について取り上げたが、前述の通り、副配列方向については、発光点位置Ｂ、発光点位置Ｃでも同等である。図３、１４でそれぞれ、像面１０３上、及び像面位置から光軸方向に±0.1mmの位置のＬＳＦ分布を示している。尚、縦軸値は比較例１でのピーク光量で正規化している。
【００３６】
図３に示すとおり、本発明の実施の形態１の副配列方向のＬＳＦ分布は、非対称となっている。また、光軸方向に±0.1mm変位した位置でも0.7以上のＬＳＦピークを示している。
【００３７】
これに対し、図１４に示す比較例１においては、光軸方向に±0.1mm変位した位置のＬＳＦ分布はそれぞれ対称であり、像面１０３（def0）において、エッジ部がシャープなＬＳＦ分布を示している。しかし、光軸方向に±0.1mm変位した位置のＬＳＦピークは0.55程度になっており、本発明の実施形態１のＬＳＦピークに対して低下していることがわかる。
【００３８】
上述の通り、ＬＳＦ分布の特性からも、像面上の結像性能は悪化するものの、光軸方向に変位した位置での変化量が小さいという本発明の効果を説明できる。具体的には、レンズ形状を副配列方向において光軸に対して非対称にすることにより、上光線と下光線の集光する位置を像面に対して光軸方向に前後させて異ならせるようにする。これによって、像面上の集光性能は悪化するものの、デフォーカスしても像面上での集光特性に比較して集光性能が大きく悪化しにくいという効果を得られる。つまり、焦点深度を拡大する効果が得られることがわかる。このとき、副配列方向のＦナンバーに、比較例１と実施例１とで差はなく、明るさは同等であるため、結像光量と焦点深度の両立が達成できる。これが、本発明の原理である。
【００３９】
（効果説明）
図４に本発明の実施形態１の像面位置に対する光軸方向の位置における光量の分布を示すコントラストグラフを示す。図４（Ａ）は、実施形態１のレンズアレイ光学系の主配列方向のコントラスト特性、図４（Ｂ）は、実施形態１のレンズアレイ光学系の副配列方向のコントラスト特性を示すグラフである。
【００４０】
図４（Ａ）と比較例１のレンズアレイ光学系の主配列方向のコントラスト特性（図１５（Ａ））を比較すると、主配列方向のコントラスト特性は、ほとんど差がないことがわかる。これは、本発明の実施形態１のように副配列方向に非対称な形状を有することが、主配列方向の結像性能に対しては、大きな影響を与えないことを示している。
なお、図４のコントラスト特性を示すグラフ中の縦軸と平行な線は、コントラスト５０％以上の深度の幅を示すものであり、細い鎖線は主配列方向のコントラスト特性における深度幅を示すものであり、太い鎖線は副配列方向のコントラスト特性における深度幅を示すものである。また、矢印は、主配列方向及び副配列方向の深度幅の共通する範囲を示す。以下のコントラスト特性を示す図においても同様に記載する。
【００４１】
次に図４（Ｂ）と図１５（Ｂ）を比較すると、本発明の実施形態１の副配列方向のコントラストが像面１０３（横軸Defocusが0mm）の位置で若干低下してはいるが、コントラスト５０％以上の深度が大幅に増加していることがわかる。これにより、表２に示すように、比較例１の共通深度138μｍに対し、本発明の実施形態１は171μｍとなり、大きく増加している。
【００４２】
以上より、本発明の副配列方向における非対称形状を有する構成とすることで明るさを維持したまま、副配列方向の焦点深度を拡大することができ、つまりは深度及び明るさを両立することができる。
【００４３】
次に、本発明の実施形態１のレンズアレイ光学系についての要部構成について詳細を述べる。
本発明のレンズアレイ光学系は、レンズ光学系が複数配列されて構成され、各レンズ光学系の光軸が互いに平行となるように主配列方向に配列して構成し、主配列方向に垂直な断面における形状が光軸に対して非対称なレンズ面をG1R2面及びG2R1面に使用している。
【００４４】
また、実施形態１は、更なる特徴として、G1R2面及びG2R1面に光軸を含む副配列方向断面の形状が光軸について非対称な形状を有し、3次の非球面を使用することで、光軸位置（光軸上及び光軸近傍を含む位置）で光学面が傾きをもたない（光軸に垂直である）ことを特徴としている。この光軸位置で傾きを持たない非球面を使用することで、光源からの主光線を曲げることなく、像面に導くことができる。この効果によって、光軸近傍で光学面が傾きを有する場合に発生する主配列方向及び副配列方向間での合焦位置のズレ、及び、副配列方向についての像面の倒れなどを抑制している。
【００４５】
また、本発明の実施形態１は、更なる特徴として、主配列方向の有効径を、副配列方向の有効径よりも小さく設定している。この設定により、レンズ光学系として、設計上、結像性能を良化しやすい副配列方向を優先的に明るくすることで、必要光量の確保と結像性能の両立を達成している。
【００４６】
また、本発明の実施形態１は、主配列方向に正立結像、副配列方向に倒立結像する構成をとっている。特に副配列方向に、倒立結像の構成にすることで、中間結像することがなく、副配列方向に明るいＦナンバーであっても、収差を良好に抑えることが可能となっている。
【００４７】
また、本発明の実施形態１は、レンズ光学系それぞれによって画定される開口絞り（開口面）を有し、その絞りは矩形に設定している。これにより、レンズアレイ光学系の主配列方向の光量ムラや、主配列方向の隣のレンズに入射することによって発生するゴースト光を抑えることができている。
【００４８】
また、本発明の実施形態１のレンズ光学系それぞれは、G1、及びG２の２部品で構成されており、両面アナモルフィック非球面を使用することで、部品点数を抑えることができている。これにより、組み立て性の向上や、コストダウンが図れている。
【００４９】
また、本発明の実施形態１は、画像形成装置内の露光ユニットとして使用することで、小型な装置でありながら高精細な画質を提供することができる。
【実施例２】
【００５０】
実施形態２は、本発明のレンズアレイ光学系を画像形成装置に応用した実施例である。実施形態２のレンズアレイ光学系は、画像形成装置の露光ユニットの内部に構成される。
実施形態２の露光ユニットの構成を図５に示す。図５（Ａ）は、露光ユニットの主配列方向と光軸方向とを含む面での断面図、（Ｂ）は主配列方向に垂直な面での断面図、（Ｃ）は光源から見た正面図、（Ｄ）は露光ユニットの斜視図である。尚、図では、便宜上、レンズアレイ光学系の一部しか記載していないが、説明に支障はない。
【００５１】
以下、実施形態１と異なる点について特に説明する。
実施例１に対する違いは二点ある。その一点目は、図５に示すとおり、G1及びG2それぞれは、副配列方向に垂直で光軸を含む平面（以下、境界平面とも記載する）を境界として、主配列方向に互いにずらした多段形状で構成されている点である。
【００５２】
なお、多段形状といっても、境界平面の両側のレンズが一体で構成されたG1やG2であっても、あるいは、２つの部品を境界平面で接合したG1やG2であっても、本発明の効果は得られる。本実施形態２では、一体で製作されたものとして説明する。
【００５３】
より詳細には、副配列方向において、光軸に対して非対称な関数で定義された非球面を有するレンズ光学系が主配列方向に複数配列されてなるレンズアレイ光学系を、副配列方向に垂直で光軸を含む平面で上段と下段とに分離し、レンズ光学系の主配列方向の配列ピッチの半分だけ主配列方向に互いにずらした構成となっている。すなわち、分割されて構成された、隣接している上段のレンズ光学系列と下段のレンズ光学系列の夫々の光軸の主配列方向における離間量を０としたとき、上段のレンズ光学系列のレンズ面と下段のレンズ光学系列のレンズ面は同一の式（非球面関数）で表現できる形状となっている。前記同一の式で表現できるレンズ面の形状は、主配列方向に垂直な断面において光軸に対して非対称である。
この設計値の非球面形状及び構成を、表３に示す。
【００５４】
表３：実施例２のレンズ光学系の光学設計値
【表３】
2016130757.tif 000006
【００５５】
実施形態２のレンズアレイ光学系は、それぞれのレンズ光学系の副配列方向と光軸とを含む断面内の形状が、光軸に対して非対称な形状を基準面とするとレンズ面をG1R2面及びG2R1面に使用する。そして、その基準面形状を有するレンズ光学系を、境界平面を境として主配列方向に、該レンズ光学系の主配列方向の配列ピッチの半分だけ互いにずらした構成としている。ただし、境界平面を境として厳密に主配列方向の配列ピッチの半分だけ互いにずらされている必要はなく、配列ピッチの半分から多少ずれていてもよい。
【００５６】
このとき、本実施形態においては、各レンズ光学系列が副配列方向に隣接して配列されている場合に、「レンズ光学系列が副配列方向に複数配列されている」と表現している。すなわちこの表現は、レンズ光学系列が互いに主配列方向にずれて配置されている段ずらし配列の構成を含んでいる。また、本実施形態における「副配列方向に隣接するレンズ光学系列同士」とは、副配列方向において最も近接するレンズ光学系列同士のことを指している。すなわち、例えばレンズ光学系列同士が中間物を介して配列されており、レンズ光学系列同士が厳密に密着していない場合においても、それらが「隣接するレンズ光学系列同士」であるとしている。
【００５７】
また、レンズ光学系列に含まれる複数のレンズ光学系の光軸が主配列方向に成す列（光軸列）が、副走査方向に隣接するレンズ光学系列同士において同一平面上に位置するように構成している。なお、ここでの「同一平面上」とは、各レンズ光学系列の光軸列が副配列方向において等しい位置（同一平面上）にある場合だけでなく、副配列方向において多少ずれている場合も含む。
【００５８】
実施形態１との違いの二点目は、G1R2、G2R1面に使用している非球面が、３次と５次の係数を含む非球面（C0,3、C0,5を含む項を指す）を使用している点である。
【００５９】
以下、上記、実施例１との違いによる効果について説明する。説明のために、比較例２を使って説明する。比較例２の、実施例２に対する違いは、G1R2面及びG2R1面の形状が副配列方向において光軸に対して非対称な非球面ではなく、対称な非球面である点である。境界平面を境とした上下段で主配列方向の配列ピッチの半分だけ互いにずれている構成であることについては違わない。つまり、表２において、G1R2面及びG2R1面の、Ｚ方向の３次非球面係数C0,3＝0、及び５次の比球面係数C0,5=0とした光学設計値となる。ただし、境界平面を境として厳密に主配列方向の配列ピッチの半分だけ互いにずらされている必要はなく、配列ピッチの半分から多少ずれていてもよい。
【００６０】
図１７に、比較例２における主配列方向及び、副配列方向のコントラスト特性を示している。
【００６１】
上下段をずらした多段の効果により、実施形態１及び比較例１のような、発光点位置による結像性能の差がほとんどなくなっていることがわかる。詳しくは、比較例２の図１７（Ａ）と、実施例１の図４（Ａ）、比較例１の１５（Ａ）を比較すると、発光点位置Ａ、Ｂ、Ｃでコントラスト特性がほとんど重なっており、違いが小さいことがわかる。この効果が、境界平面を境として上下段が配列ピッチの半分だけ主配列方向にずれた多段構成をとったことによる効果である。
【００６２】
ただし、比較例２においても、発光点位置Ａ、Ｂ、Ｃでの差が小さくなっているものの、図１７で示すように、主配列方向についての焦点深度に対し、副配列方向の焦点深度が狭くなっており、結果として共通深度は副配列方向の深度で決まってしまっている。
【００６３】
次に比較例２に対する本発明の実施形態２の効果を説明する。
図６に、本発明の実施形態２の発光点位置Ａの副配列方向のＬＳＦ分布、図１６に比較例２の発光点位置Ａの副配列方向のＬＳＦ分布を示す。ここで、発光点位置Ａの分布について取り上げたが、前述の通り、副配列方向については、発光点位置Ｂ、発光点位置Ｃでも同等である。本発明の実施形態２では、実施例１よりもレンズ形状の非対称性が強い。その効果として、像面203におけるＬＳＦピークは0.87程度まで下がるものの、像面位置から光軸方向に±0.1mmの位置でも0.7以上であり、デフォーカス時の変動は更に抑制されていることがわかる。
【００６４】
これに対して、図１６の比較例２においては、それぞれ対称なＬＳＦ分布を示し、像面１０３（def0）においてシャープなＬＳＦ分布を示している点は比較例１と同様である。また、像面位置から光軸方向に±0.1mmの位置でのＬＳＦピークは0.55程度になっており、本発明の実施形態２のＬＳＦピークに対して低下していることがわかる。
これらのことから、実施例１と同様、ＬＳＦ分布のデフォーカス特性から本発明の効果を説明できる。
【００６５】
このように、上段と下段のレンズ形状を非対称にすることより上光線と下光線の集光する位置を像面に対して前後に異ならせることで、像面上の集光性能は悪化するものの、焦点深度を拡大する効果が得られることがわかる。
【００６６】
図７に本発明の実施形態２のコントラストデフォーカスグラフを示す。図７（Ａ）は、実施形態２のレンズアレイ光学系の主配列方向コントラスト特性、図７（Ｂ）は、実施形態２のレンズアレイ光学系の副配列方向コントラスト特性を示すグラフである。
【００６７】
レンズアレイ光学系の主配列方向コントラスト特性について、本実施例の図７（Ａ）と、比較例２の図１７（Ａ）とを比較すると、主配列方向のコントラスト特性は、ほとんど変化がないことがわかる。これは、本発明の実施形態２が副配列方向に非対称な形状を有することが、主配列方向の結像性能に対しては、大きな影響を与えないことを示している。また前述したとおり、光源位置Ａ、Ｂ、Ｃの差が抑制できているのは、境界平面を境とした段ずらし多段構成の効果である。
【００６８】
次に副配列方向コントラスト特性について、本実施例の図７（Ｂ）と、比較例２の１７（Ｂ）とを比較する。これによると、実施形態２の副配列方向のコントラストが像面203（Defocus 0mm）の位置で低下しているが、コントラスト５０％以上の深度が大幅に増加している。これにより、表４に示すように、比較例２の共通深度141μｍに対し、本発明の実施形態２は199μｍとなり、大きく増加している。
【００６９】
表４：実施例２と比較例２の焦点深度の比較
【表４】
2016130757.tif 000007
【００７０】
以上より、副配列方向について非対称なレンズ形状を有するレンズアレイ光学系を、副配列方向に対して垂直で光軸を含む平面を境界として、主配列方向に互いにずらした多段形状で構成する。これにより、明るさを維持したまま共通深度が深く、且つ光源位置差によるコントラスト特性の差を少なくできている。
【００７１】
次に、本発明の実施形態２についての要部構成について詳細を述べる。
本発明の実施形態２は、レンズ光学系が複数配列されてなるレンズアレイ光学系であって、各レンズの光軸を、光軸と垂直な主配列方向に互いに平行に配列して構成する。言い換えると、光軸と主配列方向を含む平面内で、互いに光軸が平行となるように配置される。それぞれのレンズ光学系の主配列方向及び光軸方向に垂直な副配列方向と、光軸とを含む断面における形状が光軸に対して非対称な形状となるレンズ面をG1R2面及びG2R1面に使用している。
【００７２】
ここで、これまで説明したように、本実施例２のように、レンズアレイ光学系が副配列方向に複数段から構成されている場合であっても、本発明の効果を得ることができる。この場合は、各段の光軸同士が揃うように、光軸同士の主配列方向についてのずれを無くしたレンズ形状を考慮し、該レンズ形状について、副配列方向において光軸に対して非対称であるか否かを議論すればよい。
【００７３】
本実施例２を用いてより詳細に説明する。まず、上段のレンズアレイ光学系列を構成するレンズ光学系の光軸と、下段のレンズアレイ光学系列を構成するレンズ光学系の光軸とを揃えた場合の合成レンズ光学系を考える。次に、該合成レンズ光学系が、副配列方向において、光軸に対して非対称であるか否かを考えると、G1R2面及びG2R1面について、非対称形状を有しており、レンズ光学系として非対称となっている。つまり、本発明の効果を得た構成となる。
【００７４】
合成レンズ光学系を実際の形状において作成するのは難しいため、上記の考え方を、実際の形状において確認するには、例えば、レンズアレイ光学系を主配列方向に垂直な断面に投影したとき（主配列方向から見たとき）、その投影像が光軸に対して非対称となるかを見ればよい。
【００７５】
また、本発明の実施形態２は、更に、G1R2面及び、G2R1面に光軸を含む副配列方向と光軸に平行な断面の形状が光軸について非対称な形状を有し、３次及び５次の非球面を使用することで、光軸近傍で光軸に対して垂直であることを特徴としている。これにより、光源からの主光線を曲げることなく、像面に導くことができる。その結果、光軸近傍で光学面が傾きを有する場合に発生する主配列方向及び副配列方向間での合焦位置のズレ及び副配列方向についての像面の倒れなどを抑制している。
【００７６】
また、本発明の実施形態２は、主配列方向の有効径を、副配列方向の有効径よりも小さく設定している。この設定により、レンズ光学系として、設計上、結像性能を良化しやすい副配列方向を優先的に明るくすることで、必要光量の確保と結像性能の両立を達成している。
【００７７】
また、本発明の実施形態２は、主配列方向に正立結像、副配列方向に倒立結像する構成をとっている。特に副配列方向に、倒立結像の構成にすることで、中間結像することがなく、副配列方向に明るいＦナンバーであっても、収差を良好に抑えることが可能となっている。
【００７８】
また、本発明の実施形態２は、レンズ光学系それぞれによって画定される開口絞り（開口面）を有し、その絞りは矩形に設定している。これにより、レンズアレイ光学系の主配列方向の光量ムラや、主配列方向の隣のレンズに入射することによって発生するゴースト光を抑えることができている。
また、遮光壁の開口もレンズアレイと同様に、副配列方向に対して垂直な平面で、主配列方向にずらした形状で構成している。
【００７９】
また、本発明の実施形態２のレンズ光学系それぞれは、G1、及びG２の２部品で構成されており、両面アナモルフィック非球面を使用することで、部品点数を抑えることができている。これにより、組み立て性の向上や、コストダウンが図れている。
【００８０】
また、本発明の実施形態２のレンズ光学系それぞれは、副配列断面において光軸位置に対して非対称な非球面形状のレンズ面をG1R2及びG2R1面に有するレンズを、境界平面を境界として、主配列方向に複数段に互いにずらした形状で構成している。これにより、光源位置によるコントラスト差を抑制している。
【００８１】
また、本発明の実施形態２のレンズ光学系それぞれは、画像形成装置内の露光ユニットとして使用することで、小型な装置でありながら高精細な画質を提供することができる。
【実施例３】
【００８２】
実施形態３は、本発明のレンズアレイ光学系を画像形成装置に応用した実施例である。実施形態３のレンズアレイ光学系は、画像形成装置の露光ユニットの内部に構成される。
実施形態３の露光ユニットの構成を図８に示す。図８（Ａ）は、露光ユニットの主配列方向と光軸方向とを含む面での断面図、（Ｂ）は主配列方向に垂直な面での断面図、（Ｃ）は光源から見た正面図、（Ｄ）は露光ユニットの斜視図である。尚、図では、便宜上、レンズアレイ光学系の一部しか記載していないが、説明に支障はない。
【００８３】
以下、実施形態１、２と異なる点について特に説明する。
実施例３は実施例１、２に対し２点において異なる。その１点目は図８に示すとおり、G1及びG2それぞれは、副配列方向に垂直で光軸を含む平面（以下、境界平面とも記載する）を境界として、光軸方向に互いにずらしたレンズ形状（多段形状）を有する点である。
【００８４】
なお、多段形状といっても、境界平面の両側のレンズが一体で構成されたG1やG2であっても、あるいは、２つの部品を境界平面で接合したG1やG2であっても、本発明の効果は得られる。本実施形態３では、一体で製作されたものとして説明する。
【００８５】
本実施例３の実施例１、２に対する２点目の相違点は、G1とG2のレンズ形状が、副配列断面（副配列方向と光軸とに平行な断面）において光軸に対して非対称ではなく、対称な関数で定義された非球面を基準とする形状とし、それを境界平面を境界として互いに光軸方向にずらして構成している。これにより、実施例１及び実施例２と同様の非対称な効果を得ていることである。
【００８６】
具体的には、副配列方向において、像面２０３上に結像する光軸に対称な非球面を（基準面として）有するレンズ光学系が主配列方向に複数配列されて成るレンズアレイ光学系を、副配列方向に垂直で光軸を含む平面（境界平面）で分離し、上段のG1とG2とのレンズ間隔を若干狭くし、下段のG1とG2とのレンズ間隔を若干広げた構成としている。
【００８７】
この設計値の非球面形状及び構成を表５に示す。上段のG1レンズとG2レンズとはそれぞれ0.020mmずつ互いに近づく方向、下段のG1レンズとG2レンズとは0.020mmずつ互いに遠ざかる方向にずらしている。
【００８８】
表５：実施例３のレンズ光学系の光学設計値
【表５】
2016130757.tif 000008
【００８９】
このように、実施形態３のレンズアレイ光学系は、対称関数で定義されたレンズ面形状を有するレンズG1とG2を、基準位置から光軸方向に互いにシフトすることで、非対称非球面レンズの場合と同様の効果を対称非球面レンズで実現している。このため、型加工上は、評価容易な対称関数で型を作成した後に、それを分割してずらして作成する等、製造面、評価面でメリットのある構成である。
【００９０】
比較例１と比較しながら本実施例の効果を説明する。
実施例３の比較例１に対する違いは、副配列方向に対して垂直で光軸を含む平面（境界平面）で、G1とG2の光軸方向のレンズ間隔が異なる多段形状で構成されている点である。G1とG2のどちらも光軸方向にシフトする前の、元の非球面が定義された形状は主配列断面（主配列方向と光軸に平行な断面）及び副配列断面（副配列方向と光軸に平行な断面）において光軸について対称である。
【００９１】
図９に、本発明の実施形態３の副配列方向のＬＳＦ分布を示す。本発明の実施形態３では、対称関数で定義された非球面を、境界平面を境として光軸方向にシフトすることで、非対称効果を得ている。図１４で示された比較例１（光軸方向にずらす前の構成）に対して、像面位置から光軸方向に±0.1mmの位置でも0.6程度のＬＳＦピークを示しており、デフォーカス時の変動が抑制されていることがわかる。（比較例１は、像面位置から光軸方向に±0.1mmの位置のＬＳＦピークは0.55程度である。）
【００９２】
図１０に本発明の実施形態３のコントラストグラフを示す。
図１０（Ａ）は主配列方向、（Ｂ）は副配列方向のコントラスト特性を示している。
【００９３】
それぞれ比較例１の図１５と比較すると、主配列方向のコントラスト特性は、本実施例３のコントラストの方が悪化していることがわかる。本発明の実施形態３では、製造、評価を重視しており、この悪化量が許容できる範囲で、光軸方向にずらすことで、共通深度を拡大している。また、前述のように、比較例１では、主配列方向の深度の方が、副配列方向の深度より広いため、共通深度の観点で考えると、余裕がある。つまり、主配列方向のコントラストは多少悪化しても共通深度は変化しないため、本実施例３の悪化は問題とならない。
【００９４】
一方、副配列方向のコントラストを比較すると、実施例１、２と比べると効果は少ないながらも、コントラスト５０％以上の深度が増加している。これにより、表６に示すように、比較例１の共通深度138μｍに対し、本発明の実施形態３は150μｍとなり、増加している。
【００９５】
表６：実施例３と比較例３の焦点深度の比較
【表６】
2016130757.tif 000009
【００９６】
以上より、本発明の副配列方向について対称なレンズ形状を、副配列方向に対して垂直で光軸を含む平面で、光軸方向に互いにずらした多段形状で構成することにより、共通深度を増加することができている。次に、本発明の実施の形態３についての要部構成について詳細を述べる。
【００９７】
実施形態３は、レンズ光学系が複数配列されたレンズアレイ光学系であって、各レンズの光軸を、光軸と主配列方向を含む平面内に光軸が互いに平行となるように配列して構成している。それぞれのレンズ光学系の副配列方向と光軸とに平行な断面における形状が光軸に対して非対称な形状となるレンズ面をすべての面（G1R1面、G1R2面、G2R1面、G2R2面）に使用している。詳しくは、光軸に対し対称な非球面を、境界平面を境として光軸方向にずらすことで、光軸に対して非対称な非球面形状で実現していた上光線と下光線の結像位置を像面に対して光軸方向に前後させるという実施例１と同様の作用を実現している。
【００９８】
ここで、これまで説明したように、本実施例３のように、レンズアレイ光学系が副配列方向に複数段から構成されている場合であっても、本発明の効果を得ることができる。この場合は、実施例２と同様の議論より、各段の光軸同士が揃うようにレンズ形状を考慮し、該レンズ形状について、副配列方向において光軸に対して非対称であるか否かを議論すればよい。
【００９９】
本実施例３を用いてより詳細に説明する。まず、実施例２の議論と同様に、上段のレンズアレイ光学系列を構成するレンズ光学系の光軸と、下段のレンズアレイ光学系列を構成するレンズ光学系の光軸とを揃えた場合の合成レンズ光学系を考える。本実施例３では、副配列方向の境界平面を境とした上下段のレンズ光学系のレンズ形状が副配列方向において光軸に対して対称な関数で定義されているが、上下段のレンズの面頂点位置が光軸方向に互いにずらして構成されている。結果として、該合成レンズ光学系は、境界平面を境としてレンズ面が光軸方向にずれた構成となり、副配列方向において、光軸に対して非対称を有する構成となる。つまり、レンズ面を光軸に対して非対称な非球面形状で構成し、上光線と下光線の結像位置を像面に対して光軸方向に前後させるという実施例１と同様の作用を、光軸に対して対称な非球面形状で実現し、本発明の効果を得た構成としている。
【０１００】
実施例２と同様に、合成レンズ光学系を実際の形状において作成するのは難しいため、上記の考え方を、実際の形状において確認するには、例えば、レンズアレイ光学系を主配列方向に垂直な断面に投影したとき（主配列方向から見たとき）、その投影像が光軸に対して非対称となるかを見ればよい。（段毎に連続する必要はない）
【０１０１】
実施例２では、該合成レンズ光学系を考えたとき、レンズ面が連続する形状を有していたが、実施例３のように、該合成レンズ光学系のレンズ面が、境界平面で不連続な形状となっていても、本発明の効果を得られる。より広く言えば、実施例３のように、副配列方向に構成されている複数のレンズ光学系列は、それぞれ関連しない面形状を有するレンズ光学系から構成されても良く、あくまで合成レンズ光学系が境界平面を境として光学的に非対称となれば、本発明の効果を得られる。例えば、上段レンズ光学系列を構成するレンズ光学系が３枚のレンズで構成され、下段レンズ光学系列を構成するレンズ光学系が２枚のレンズで構成されている場合、合成光学系は必ず非対称となり、本発明の効果を得ることができる。（段の切断位置は光軸上に無くてもよい）
【０１０２】
また、実施例２及び実施例３で、上下段のレンズ光学系の境界平面が光軸を含む平面上に存在したが、それに限定されることは無く、例えば、副配列方向について、光軸から離間した位置にて境界を有していても良い。更には、上段レンズ光学系列と下段レンズ光学系列が隣接して構成されず、上段レンズ光学系列の境界と下段レンズ光学系列の境界とが、同一平面上に存在しなくても良い。
【０１０３】
また、本発明の実施形態３は、すべての面に光軸を含む副配列方向と光軸に平行な断面の対称形状を光軸方向にずらすことで、光軸について非対称な形状を有し、また、光軸近傍で光学面が傾きをもたない（光軸に対して垂直である）ことを特徴としている。これにより、光源からの主光線を曲げることなく、像面に導くことができる。その結果、光軸近傍で光学面が傾きを有する場合に発生する主配列方向及び副配列方向間での合焦位置のズレ及び副配列方向についての像面の倒れなどを抑制している。
【０１０４】
また、本発明の実施形態３は、主配列方向の有効径を、副配列方向の有効径よりも小さく設定している。この設定により、レンズ光学系として、設計上、結像性能を良化しやすい副配列方向を優先的に明るくすることで、必要光量の確保と結像性能の両立を達成している。
【０１０５】
また、本発明の実施形態３は、主配列方向に正立結像、副配列方向に倒立結像する構成をとっている。特に副配列方向に、倒立結像の構成にすることで、中間結像することがなく、副配列方向に明るいＦナンバーであっても、収差を良好に抑えることが可能となっている。
【０１０６】
また、本発明の実施形態３は、レンズ光学系それぞれによって画定される開口絞り（開口面）を有し、その絞りは矩形に設定している。これにより、レンズアレイ光学系の主配列方向の光量ムラや、主配列方向の隣のレンズに入射することによって発生するゴースト光を抑えることができている。
【０１０７】
また、遮光壁の開口もレンズアレイと同様に、副配列方向に対して垂直な平面で、主配列方向にずらした形状で構成している。
【０１０８】
また、本発明の実施形態３のレンズ光学系それぞれは、G1、及びG２の２部品で構成されており、両面アナモルフィック非球面を使用することで、部品点数を抑えることができている。これにより、組み立て性の向上や、コストダウンが図れている。
【０１０９】
また、本発明の実施形態３のレンズ光学系それぞれは、画像形成装置内の露光ユニットとして使用することで、小型な装置でありながら高精細な画質を提供することができる。  ここで、誤解のないよう、要部構成について詳細を述べる。
【０１１０】
（副配列方向倒立結像）
本実施形態１〜３は、副配列方向に倒立結像する構成を示したが、本発明の効果は、副配列方向に倒立結像する構成に限定される必要はなく、正立結像した構成であっても、本発明の効果を得ることができる。
【０１１１】
（レンズ光学系同一）
実施形態１〜３は、Ｇ１、Ｇ２が、中間結像面に対して対称な構成を有する。これはコストや、組み立て容易性を上げる効果をもたらす。本発明の主たる効果は、レンズ光学系列を構成するレンズ光学系が同一である必要はなく、例えば第１レンズ及び第２レンズが互いに異なるレンズ光学系から構成されていても、本発明の効果を得ることができる。
【０１１２】
（光軸位置）
本実施形態では、光軸列が、上下段列（境界平面）上（但し、上下段列の端部である）に存在する構成である。しかし、光軸列がレンズ光学系列上に存在しない場合、すなわち、副配列方向に垂直で、光軸を含まない断面を境界として副配列方向上下のレンズが光軸方向にずれている構成においても、本発明の効果を得ることができる。
【０１１３】
（中間結像倍率）
本実施形態のレンズ光学系の中間結像倍率βは−0.45であったが、レンズ光学系として正立等倍光学系が達成できる範囲であれば、βは如何なる値も取り得る。
【０１１４】
（切断面）
実施形態２及び３では、副配列方向に垂直な断面（境界平面）を境として段ずらしの構成を採用しており、ともに、同一のレンズ光学系を、副配列方向に垂直で光軸を含む平面でずらす構成を採用している。しかし、副配列方向に垂直で光軸を含まない複数の平面を境界として、光軸方向にずらす構成をとっても、本発明の効果は得られる。
【０１１５】
（主配列方向対称形状）
本実施形態では、レンズ光学系が、光軸を中心として主配列方向に対称な系となっているが、光軸を中心に非対称な系であっても本発明の効果を得ることは可能である。
【０１１６】
（第一、第二光学系対称形状）
本実施形態は、中間結像面に対して、第一光学系と第二光学系とが対称な構成となっているが、レンズ枚数が２枚であることや、第一光学系と第二光学系とが対称であることに限定されるものではなく、レンズ枚数が３枚以上の構成であってもよい。
【０１１７】
（配列ピッチ同一）
本実施形態では、境界平面の上下段列のレンズがともに配列ピッチpが等しくなるように構成したが、等しくない場合においても、本発明の効果を得られる。
【０１１８】
（主正立等倍結像系）
本実施形態のレンズ光学系は、主配列方向について正立等倍結像するが、正立等倍結像に限定されるものではない。例えば、レンズアレイを構成する各レンズが微小なサイズで、各レンズに対し１つの光源のみが対応するマイクロレンズアレイに本発明を適用する場合、主配列方向に対して正立等倍結像に限定する必要はなく、倒立結像させても本発明の効果を享受できる。
【０１１９】
（画像読取装置）
本実施形態のレンズアレイ光学系は、画像形成装置に応用されているが、応用先は画像形成装置に限定されるものではなく、例えば、画像読取装置等に応用されても良い。画像読取装置は、本発明のレンズアレイ光学系と、例えば、図１の光源部１０１に対応する位置に配置された原稿を照射する照明手段と、レンズアレイ光学系により集光された原稿からの光束を受光する複数の受光部であって、図１の像面１０３の位置に配置された受光部を備える。この構成により、本発明のレンズアレイ光学系の作用効果を享受できる画像読取装置を構成することができる。
【０１２０】
［画像形成装置］
図１１は、本発明の画像形成装置の実施形態を示す副走査方向の要部断面図である。図１１において、符号５は画像形成装置を示す。この画像形成装置５には、パーソナルコンピュータ等の外部機器１５からコードデータＤｃが入力される。このコードデータＤｃは、装置内のプリンタコントローラ１０によって、画像データ（ドットデータ）Ｄｉに変換される。この画像データＤｉは、実施形態１に示した構成を有する露光ユニット１に入力される。そして、この露光ユニット１からは、画像データＤｉに応じて変調された露光光４が出射され、この露光光４によって感光ドラム２の感光面が露光される。
【０１２１】
静電潜像担持体（感光体）たる感光ドラム２は、モーター１３によって時計廻りに回転させられる。そして、この回転に伴って、感光ドラム２の感光面が露光光４に対して、副配列方向に移動する。感光ドラム２の上方には、感光ドラム２の表面を一様に帯電せしめる帯電ローラ３が表面に当接するように設けられている。そして、帯電ローラ３によって帯電された感光ドラム２の表面に、前記露光ユニット１によって露光光４が照射されるようになっている。
【０１２２】
先に説明したように、露光光４は、画像データＤｉに基づいて変調されており、この露光光４を照射することによって感光ドラム２の表面（感光面上）に静電潜像を形成せしめる。この静電潜像は、上記露光光４の照射位置よりもさらに感光ドラム２の回転方向の下流側で感光ドラム２に当接するように配設された現像器６によってトナー像として現像される。
【０１２３】
現像器６によって現像されたトナー像は、感光ドラム２の下方で、感光ドラム２に対向するように配設された転写ローラ（転写器）７によって被転写材たる用紙１１上に転写される。用紙１１は感光ドラム２の前方（図１１において右側）の用紙カセット８内に収納されているが、手差しでも給紙が可能である。用紙カセット８端部には、給紙ローラ９が配設されており、用紙カセット８内の用紙１１を搬送路へ送り込む。
【０１２４】
以上のようにして、未定着トナー像を転写された用紙１１はさらに感光ドラム２後方（図１１において左側）の定着器へと搬送される。定着器は内部に定着ヒータ（図示せず）を有する定着ローラ１２とこの定着ローラ１２に圧接するように配設された加圧ローラ１４とで構成されており、転写部から搬送されてきた用紙１１を定着ローラ１２と加圧ローラ１４の圧接部にて加圧しながら加熱することにより用紙１１上の未定着トナー像を定着せしめる。更に定着ローラ１２の後方には排紙ローラ１５が配設されており、定着された用紙１１を画像形成装置の外に排出せしめる。
【０１２５】
図１１においては図示していないが、プリントコントローラ１０は、先に説明データの変換だけでなく、モーター１３を始め画像形成装置内の各部などの制御を行う。
【０１２６】
［カラー画像形成装置］
図１２は本発明の実施態様のカラー画像形成装置の要部概略図である。本実施形態は、露光装置を４個並べ各々並行して像担持体である感光ドラム面上に画像情報を記録するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。図１２において、３３はカラー画像形成装置、１７、１８、１９、２０は各々実施形態１から２に示したいずれかの構成を有する露光装置、２１、２２、２３、２４は各々像担持体としての感光ドラム、２５、２６、２７、２８は各々現像器、３４は搬送ベルトである。
【０１２７】
図１２において、カラー画像形成装置３３には、パーソナルコンピュータ等の外部機器３５からＲ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色信号が入力する。これらの色信号は、装置内のプリンタコントローラ９３によって、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各画像データ（ドットデータ）に変換される。これらの画像データは、それぞれ露光装置１７、１８、１９、２０に入力される。そして、これらの走査光学装置からは、各画像データに応じて変調された露光光２９、３０、３１、３２が出射され、これらの露光光によって感光ドラム２１、２２、２３、２４の感光面が露光される。
【０１２８】
本実施態様におけるカラー画像形成装置は露光装置（１７、１８、１９、２０）を４個並べ、各々がＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｂ（ブラック）の各色に対応し、各々平行して感光ドラム２１、２２、２３、２４面上に画像信号（画像情報）を記録し、カラー画像を高速に印字するものである。
【０１２９】
本実施態様におけるカラー画像形成装置は上述の如く４つの露光装置１７、１８、１９、２０により各々の画像データに基づいた露光光を用いて各色の潜像を各々対応する感光ドラム２１、２２、２３、２４面上に形成している。その後、記録材に多重転写して１枚のフルカラー画像を形成している。
【０１３０】
前記外部機器３５としては、例えばＣＣＤセンサーを備えたカラー画像読取装置が用いられても良い。この場合には、このカラー画像読取装置と、カラー画像形成装置３３とで、カラーデジタル複写機が構成される。また、実施形態１〜３の光学装置をこのカラー画像読取装置に用いてもよい。
【符号の説明】
【０１３１】
１０１：光源部
１０２：レンズアレイ光学系
１０３：感光部
１０４：第１レンズ（Ｇ１）
１０６：第２レンズ（Ｇ２）
【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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【図１１】
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【図１２】
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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１７】
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