(57)【要約】【課題】  画像形成装置や画像読取装置において、光源やセンサに対する塵埃の付着や素子の欠陥等による影響を低減しつつ、結像性能及び光利用効率の両立が可能な結像光学系を提供すること。【解決手段】  画像形成装置に用いられる結像光学系１００であって、第１の方向に配列される複数の結像部１０５を有し、複数の結像部１０５の夫々は、第１の方向と光軸方向と含む第１の断面内では物体１０１を正立等倍結像し、第１の方向に垂直な第２の断面内では物体１０１を倒立縮小結像する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置に用いられる結像光学系であって、
第１の方向に配列される複数の結像部を有し、
前記複数の結像部の夫々は、前記第１の方向と光軸方向と含む第１の断面内では物体を正立等倍結像し、前記第１の方向に垂直な第２の断面内では前記物体を倒立縮小結像することを特徴とする結像光学系。
【請求項２】
前記第２の断面内における前記複数の結像部の夫々の倍率をβｓとするとき、
βｓ≧−０．９５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
【請求項３】
前記複数の結像部の夫々は、前記第１の断面内において前記物体の中間像を形成する第１のレンズ部と前記中間像を再結像する第２のレンズ部とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の結像光学系。
【請求項４】
前記第２の断面内において、前記第２のレンズ部のパワーは、前記第１のレンズ部のパワーよりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の結像光学系。
【請求項５】
第１の断面内において、前記複数の結像部の夫々に係る、物体面から中間結像面までの距離をＬｏ、前記中間結像面から像面までの距離をＬｉ、とするとき、
０．８≦Ｌｏ／Ｌｉ≦１．２
なる条件を満足することを特徴とする請求項３又は４に記載の結像光学系。
【請求項６】
前記第１の方向と、前記第１の方向と前記光軸方向とに垂直な第２の方向と、に配列される複数の結像部を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の結像光学系。
【請求項７】
前記複数の結像部の夫々は、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項に記載の結像光学系。
【請求項８】
前記複数の結像部の夫々は、４枚以下のレンズを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の結像光学系。
【請求項９】
光源と、該光源を結像する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の結像光学系と、を有することを特徴とする光学装置。
【請求項１０】
前記光源は、前記第１の方向に配列される複数の発光素子を含み、該複数の発光素子の夫々について、前記第１の方向における長さに対する前記第１の方向と前記光軸方向とに垂直な第２の方向における長さの比をαとするとき、
α≧１．０５
なる条件を満足することを特徴とする請求項９に記載の光学装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の光学装置と、該光学装置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記録媒体に転写する転写器と、転写された前記トナー像を前記記録媒体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１２】
前記感光体は、前記第２の断面内で回転することを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
画像読取装置に用いられる結像光学系であって、
第１の方向に配列される複数の結像部を有し、
前記複数の結像部の夫々は、前記第１の方向と光軸方向と含む第１の断面内では物体を正立等倍結像し、前記第１の方向に垂直な第２の断面内では前記物体を倒立拡大結像することを特徴とする結像光学系。
【請求項１４】
前記第２の断面内における前記複数の結像部の夫々の倍率をβｓとするとき、
βｓ≦−１．０５
なる条件を満足することを特徴とする請求項１３に記載の結像光学系。
【請求項１５】
前記複数の結像部の夫々は、前記第１の断面内において前記物体の中間像を形成する第１のレンズ部と前記中間像を再結像する第２のレンズ部とを含むことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の結像光学系。
【請求項１６】
前記第２の断面内において、前記第１のレンズ部のパワーは、前記第２のレンズ部のパワーよりも大きいことを特徴とする請求項１５に記載の結像光学系。
【請求項１７】
第１の断面内において、前記複数の結像部の夫々に係る、物体面から中間結像面までの距離をＬｏ、前記中間結像面から像面までの距離をＬｉ、とするとき、
０．８≦Ｌｏ／Ｌｉ≦１．２
なる条件を満足することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の結像光学系。
【請求項１８】
前記第１の方向と、前記第１の方向と前記光軸方向とに垂直な第２の方向と、に配列される複数の結像部を有することを特徴とする請求項１３乃至１７のいずれか１項に記載の結像光学系。
【請求項１９】
前記複数の結像部の夫々は、矩形の開口面を有することを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれか１項に記載の結像光学系。
【請求項２０】
前記複数の結像部の夫々は、４枚以下のレンズを含むことを特徴とする請求項１３乃至１９のいずれか１項に記載の結像光学系。
【請求項２１】
原稿の像を形成する請求項１３乃至２０のいずれか１項に記載の結像光学系と、該結像光学系からの光を受光する受光部と、を有することを特徴とする光学装置。
【請求項２２】
前記受光部は、前記第１の方向に配列される複数の受光素子を含み、該複数の受光素子の夫々について、前記第１の方向における長さに対する前記第１の方向と前記光軸方向とに垂直な第２の方向における長さの比をαとするとき、
α≧１．０５
なる条件を満足することを特徴とする請求項２１に記載の光学装置。
【請求項２３】
請求項２１又は２２に記載の光学装置と、前記原稿を載置するための原稿台と、を備えることを特徴とする画像読取装置。
【請求項２４】
前記第１の方向と前記光軸方向とに垂直な第２の方向において、前記原稿台と前記結像光学系及び前記受光部との相対位置を変更する駆動部を備えることを特徴とする請求項２３に記載の画像読取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタや複写機等の画像形成装置及び画像読取装置等に用いられる結像光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像形成装置や画像読取装置として、複数のレンズが等間隔に配列されたマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）を有する結像光学系を備えたものが開発されている。例えば、ＭＬＡがアレイ状光源やラインセンサ等と共に、筺体により保持されて成る光学装置を備える画像形成装置や画像読取装置が知られている。この構成によれば、ポリゴンミラーにより感光体を光走査する構成や、複数のミラーを介して画像を読み取る構成等と比較して、部品数を少なくすることができるため、装置の小型化や低コスト化を実現することが可能になる。
【０００３】
特許文献１には、複数のレンズが一方向（第１の方向）に配列されてなるレンズアレイが開示されている。複数のレンズの夫々は、第１の方向と光軸方向とを含む断面（第１の断面）内では物体を正立等倍結像し、第１の方向に垂直な断面（第２の断面）内では物体を倒立等倍結像している。この構成では、第２の断面内において正立等倍結像する光学系と比較して、第２の断面内でのレンズのパワーを小さくすることができるため、結像性能と光利用効率との両立に有利となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２４７５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されているレンズアレイは、第２の断面内において物体を等倍結像しているため、これを画像形成装置や画像読取装置に適用した場合、要求される解像度に応じた大きさの光源やセンサが必要となる。そのため、光源やセンサの大きさを十分に大きくすることができず、塵埃が付着した場合や素子が欠陥した場合等に、形成画像及び読取画像の良好な画質を実現できなくなってしまう可能性がある。
【０００６】
本発明の目的は、画像形成装置や画像読取装置において、光源やセンサに対する塵埃の付着や素子の欠陥等による影響を低減しつつ、結像性能及び光利用効率の両立が可能な結像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の、本発明の一側面としての結像光学系は、画像形成装置に用いられる結像光学系であって、第１の方向に配列される複数の結像部を有し、前記複数の結像部の夫々は、前記第１の方向と光軸方向と含む第１の断面内では物体を正立等倍結像し、前記第１の方向に垂直な第２の断面内では前記物体を倒立縮小結像することを特徴とする。
【０００８】
また、他の側面としての結像光学系は、画像読取装置に用いられる結像光学系であって、第１の方向に配列される複数の結像部を有し、前記複数の結像部の夫々は、前記第１の方向と光軸方向と含む第１の断面内では物体を正立等倍結像し、前記第１の方向に垂直な第２の断面内では前記物体を倒立拡大結像することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、画像形成装置や画像読取装置において、光源やセンサに対する塵埃の付着や素子の欠陥等による影響を低減しつつ、結像性能及び光利用効率の両立が可能な結像光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る結像光学系の要部概略図。
【図２】本発明の実施例１に係る光学装置の要部概略図。
【図３】比較例に係る光学装置の要部概略図。
【図４】本発明の実施例１及び比較例に係る光路の模式図。
【図５】第２の断面内での倍率と光源サイズ及び広がり半角との関係を示す図。
【図６】本発明の実施例１及び比較例に係る各レンズ面の有効径を示す図。
【図７】各レンズ部の配置と収差との関係を説明するための図。
【図８】本発明の実施例２に係る光学装置の要部概略図。
【図９】本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部概略図。
【図１０】本発明の実施形態に係る画像形読取装置の要部概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、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。なお、各図面は、便宜的に実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。また、各図面において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る結像光学系（レンズアレイ光学系）要部概略図であり、図１（ａ）はＸＹ断面図、図１（ｂ）はＺＸ断面図、図１（ｃ）はＹＺ断面図、を夫々示している。結像光学系１００は、第１の方向（Ｙ方向）に配列される複数の結像部１０５を有しており、複数の結像部１０５の夫々は、光軸方向（Ｘ方向）に配列される複数のレンズ部１０２、１０４を備えている。
【００１３】
また、複数の結像部１０５の夫々は、第１の方向と光軸方向と含む第１の断面内（ＸＹ断面内）では、物体面１０１に配置される物体の正立像を等倍で形成する（物体を正立等倍結像する）系（正立等倍結像系）である。なお、ここでの「等倍」とは、厳密な等倍に限らず、画像形成や画像読取が可能な範囲で多少等倍からずれた倍率も含んでいる。一方で、第１の方向に垂直な第２の断面内（ＺＸ断面内）では、物体の倒立像を等倍とは異なる倍率で形成する系（倒立非等倍結像系）である。
【００１４】
具体的には、結像光学系１００を画像形成装置に用いられる光学装置に適用した場合、複数の結像部１０５の夫々は、第２の断面内では物体を倒立縮小結像する系（倒立縮小結像系）となる。すなわち、画像形成装置が備える光学装置においては、結像光学系１００のＺＸ断面内における倍率をβｓとするとき、−１＜βｓ＜０なる条件が満たされる。また、結像光学系１００を画像読取装置に用いられる光学装置に適用した場合、複数の結像部１０５の夫々は、第２の断面内では物体を倒立拡大結像する系（倒立拡大結像系）となる。すなわち、画像読取装置が備える光学装置においては、βｓ＜−１なる条件が満たされる。
【００１５】
このように、本実施形態に係る結像光学系１００は、第２の断面内において倒立結像系であるため、正立結像系と比較して第２の断面内での各結像部１０５のパワーを小さくすることができるため、結像性能と光利用効率との両立を実現している。また、結像光学系１００は、画像形成装置又は画像読取装置に適用される際に、夫々倒立縮小結像系又は倒立拡大結像系となるため、要求される解像度を維持しつつ光源や受光部（センサ）のサイズを十分に大きくすることができる。これにより、光源や受光部に対する塵埃の付着や、発光素子や受光素子の欠陥等による、形成画像や読取画像の画質の低下を抑制することができる（光源や受光部の耐塵埃性能を十分に確保することができる）。
【００１６】
［実施例１］
以下、本発明の実施例１に係る結像光学系について詳細に説明する。本実施例では、画像形成装置が備える光学装置（露光ユニット）内に、結像光学系を配置した場合を想定して説明する。図２は、本実施例に係る光学装置１０の要部概略図であり、図２（ａ）はＸＹ断面図、図２（ｂ）はＺＸ断面図、図２（ｃ）はＹＺ断面図、を夫々示している。なお、図２では、結像光学系１００が有する複数の結像部１０５のうちの一部のみを図示しており、且つ無数に存在する光線のうち特徴的な光線のみを図示している。
【００１７】
光学装置１０は、光源１０１、結像光学系１００、ハウジング１１０、第１の変更部１０７、及び第２の変更部１０８を備えている。光源１０１は、Ｙ方向に等間隔に配列された複数の発光素子（発光点）を有しており、発光素子としては、ＬＥＤや有機ＥＬ素子（有機発光素子）やレーザー等を用いることができる。画像形成装置においては、結像光学系１００の物体面に光源１０１が配置され、結像光学系１００の像面に受光面（感光面）１０６が配置される。
【００１８】
結像光学系１００が有する複数の結像部１０５の夫々は、ＹＺ平面に対して対称に配置された第１のレンズ部１０２及び第２のレンズ部１０４を備えている。本実施例においては、第１のレンズ部１０２及び第２のレンズ部１０４の夫々が１つの光学素子（レンズ）で構成されている。図２（ｂ）に示すように、ＺＸ断面内において、第１のレンズ部１０２の形状と第２のレンズ部１０４の形状とは互いに異なっており、この構成により結像部１０５は倒立縮小結像系を成している。ここで、第１のレンズ部１０２のレンズ面（光学面）１０２ａ、１０２ｂ及び第２のレンズ部１０４のレンズ面１０４ａ、１０４ｂ、の夫々は、アナモフィックな非球面である。
【００１９】
本実施例に係る結像光学系１００は、第１のレンズ部１０２と第２のレンズ部１０４との間に配置され、各結像部１０５に対応する複数の矩形の開口が設けられた遮光部１０３を備えている。遮光部１０３における各開口の中心は、各結像部１０５の光軸上に位置しており、隣接する開口間の遮光壁は、Ｙ方向において隣接する結像部１０５同士の境界部に位置している。この遮光部１０３によれば、各結像部１０５に係る第１のレンズ部１０２を通過する光線のうち、結像に関与する結像光線のみを通過させ、結像に寄与しない迷光光線（他の結像部１０５に係る第２のレンズ部１０４に入射する光線）を遮光することができる。
【００２０】
ハウジング１１０は、光源１０１、結像光学系１００、第１の変更部１０７、及び第２の変更部１０８等の各部材を収容している。第１の変更部１０７及び第２の変更部１０８は、ビスやピン等から成る部材であり、第１のレンズ部１０２の基準部１０９及びハウジング１１０の夫々に当接している。第１の変更部１０７によれば、Ｘ方向において光源１０１と第１のレンズ部１０２との間隔（第１の間隔）を変更することにより、ＸＹ断面内での焦点位置とＺＸ断面内での焦点位置との差である非点隔差（アス）を調整することができる。また、第２の変更部１０８によれば、Ｘ方向においてハウジング１１０と受光面１０６との間隔（第２の間隔）を変更することにより、第１の変更部１０７によるアスの調整に伴って生じるピントずれを調整することができる。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、ＸＹ断面内において、光源１０１から出射した光線は、第１のレンズ部１０２により中間結像面Ａに集光される。ここで、中間結像面Ａとは、第１のレンズ部１０２が光源１０１の中間像を形成する（物体面を中間結像する）仮想的な面である。そして、中間結像面Ａに一旦集光された光線は、第２のレンズ部１０４により受光面１０６に集光される。これにより、光源１０１の中間像の像が受光面１０６の近傍に形成される（中間像が受光面１０６の近傍に再結像される）ことになる。すなわち、結像光学系１００は、ＸＹ断面内においては、光源１０１の正立等倍像を受光面１０６の近傍に形成する正立等倍結像系となっている。
【００２２】
一方で、図２（ｂ）に示すように、ＺＸ断面内においては、光源１０１から出射した光線は中間結像面Ａに集光されずに受光面１０６の近傍に集光される。このとき、光源１０１は、第１のレンズ部１０２及び第２のレンズ部１０４により受光面１０６の近傍に縮小結像される。すなわち、結像光学系１００は、ＺＸ断面内においては、光源１０１の倒立縮小像を受光面１０６の近傍に形成する倒立縮小結像系となっている。
【００２３】
本実施例に係る光学装置１０の諸特性を以下の表１に示す。
【００２４】
【表１】
2017021300.tif 000003
【００２５】
表１に示すように、本実施例に係る結像光学系１００のＺＸ断面内における倍率はβｓ＝−０．７６９であり、光源１０１が含む各発光素子のサイズは４２．３０μｍ×５４．９９μｍである。すなわち、画像形成装置の解像度が６００ｄｐｉである場合、印字するドットのサイズ（４２．３０μｍ×４２．３０μｍ）に対して、各発光素子の第２の方向のサイズが１．３（＝１／０．７６９）倍のサイズ（４２．３μｍ×１．３＝５４．９９μｍ）となる。
【００２６】
なお、結像光学系１００の各レンズ面と光軸（Ｘ軸）との交点を原点とし、第１の方向において光軸と直交する軸をＹ軸、第２の方向において光軸と直交する軸をＺ軸とするとき、その非球面形状は以下に示す非球面式（１）で表される。ただし、Ｒは曲率半径、ｋは円錐定数、Ａｉｊ（ｉ＝０，１，２，３・・・、ｊ＝０，１，２，３・・・）は非球面係数である。
【００２７】
【数１】
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【００２８】
（比較例）
以下、本実施例に係る結像光学系１００の効果について、比較例を用いて説明する。比較例に係る結像光学系３００は、ＺＸ断面内において物体を倒立等倍結像する系（倒立等倍結像系）であるという点で、本実施例に係る結像光学系１００とは異なっている。
【００２９】
図３は、比較例に係る光学装置３０の要部概略図である。図３に示すように、比較例に係る光学装置３０の構成は、結像光学系３００以外については本実施例に係る光学装置１０の構成と同様である。具体的に、図３（ｂ）に示すように、ＺＸ断面内において、第１のレンズ部３０２と第２のレンズ部３０４とは、互いに同一の形状を有しており、ＹＺ平面に対して対称となるように配置されている。この構成により、結像部３０５は、ＺＸ断面内において倒立等倍結像系を成している。
【００３０】
比較例に係る光学装置３０の諸特性を以下の表２に示す。
【００３１】
【表２】
2017021300.tif 000005
【００３２】
表２に示すように、比較例に係る結像光学系３００のＺＸ断面内における倍率はβｓ＝−１であるため、画像形成装置の解像度が６００ｄｐｉである場合、印字するドットと同等のサイズ（４２．３０μｍ×４２．３０μｍ）の発光素子が必要となる。
【００３３】
発光素子に塵埃が付着した場合や発光素子の欠陥が生じた場合、像面での光量の減少量は、光源における発光素子の総面積に対する、塵埃または欠陥素子の面積の比に比例する。本実施例では、結像光学系１００を倒立縮小結像系としたことにより、比較例よりも発光素子のサイズを大型化することができ、同じサイズの塵埃又は素子欠陥が生じた場合に、比較例よりも該面積比を小さくすることが可能になる。すなわち、耐塵埃性能を十分に確保し、光量の減少量を低減することができるという効果を得ている。
【００３４】
さらに、本実施例に係る結像光学系１００によれば、総光利用効率（物体面の面積×結像部の光利用効率）を維持しつつ、第１のレンズ部のレンズ面の第２の断面内における有効径（結像に寄与する有効光束が通過する有効面の径）を小径化することができる。このことについて、図４を用いて詳細に説明する。図４は、ＺＸ断面内における結像光学系及びそれを通過する光源１０１からのマージナル光線の光路を模式的に示した図であり、図４（ａ）は比較例に係る結像光学系３００を示し、図４（ｂ）は本実施例に係る結像光学系１００を示している。なお、図４においては、第１及び第２のレンズ部（の主平面）を矢印で表している。
【００３５】
光源１０１の発光素子のＺＸ断面内におけるサイズをＤｏ、像１０６のＺＸ断面におけるサイズをＤｉ、結像光学系のＺＸ断面内における倍率をβｓ、とするとき、以下の式（２）が成り立つ。
Ｄｏ＝Ｄｉ／βｓ    ・・・（２）
【００３６】
また、光源側（物体側）のマージナル光線の広がり半角（開き角の半値）をθｏ、像側のマージナル光線の広がり半角をθｉ、とするとき、Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ−Ｌａｇｒａｎｇｅの不変量より、以下の式（３）が成り立つ。
Ｄｏ×ｔａｎθｏ＝Ｄｉ×ｔａｎθｉ    ・・・（３）
【００３７】
よって、式（２）及び（３）より、以下の式（４）が得られる。
ｔａｎθｏ＝Ｄｉ×ｔａｎθｉ／Ｄｏ＝｜βｓ｜×ｔａｎθｉ    ・・・（４）
【００３８】
そして、光源１０１が等方発光すると仮定した場合、像１０６の光量Ｖ（総光利用効率に比例）は、近似的に以下の式（５）で表される。
Ｖ∝Ｄｏ×ｔａｎθｏ＝Ｄｉ×ｔａｎθｉ    ・・・（５）
【００３９】
なお、比較例においては、βｓ＝−１、Ｄｏ＝Ｄｉ＝４２．３０μｍ、θｏ＝θｉ＝２１．２°、である。
【００４０】
ここで、比較例に係る構成において、像１０６のサイズＤｉ及び光量Ｖを変化させずに倍率βｓを変化させたときの、光源１０１の発光素子のサイズＤｏ、物体側広がり半角θｏ、及び像側広がり半角θｉの夫々を、図５に示す。図５より、結像光学系がＺＸ断面内において倒立結像系である場合、倍率βｓが大きくなる程、すなわち縮小率が大きくなる程、物体側広がり半角θｏが小さくなることがわかる。このとき、像側広がり半角θｉも小さくなるが、倍率βｓを変化させる前（βｓ＝−１のとき）に対する変化量は微小である。また、発光素子のサイズＤｏは、倍率βｓの絶対値が小さくなる程大きくなる。
【００４１】
したがって、結像光学系をＺＸ断面内において倒立縮小結像系（−１＜βｓ＜０）とし、発光素子のサイズＤｏを比較例よりも大きくすることで、像１０６のサイズＤｉ及び光量Ｖを変化させずに、物体側広がり半角θｏを小さくすることが可能になる。このとき、上述したように、像側広がり半角θｉもほぼ変化しない。
【００４２】
本実施例においては、結像光学系１００のＺＸ断面内における倍率をβｓ＝−０．７６９（＝−１／１．３）とすることで、比較例に対して像１０６のサイズＤｉ及び光量Ｖを変化させずに、発光素子のサイズＤｏを１．３倍としている。このとき、図５より、θｏ＝１６．３°、θｉ＝２０．８°、となり、比較例よりも広がり半角が小さくなることがわかる。
【００４３】
よって、図４（ｂ）に示すように、ＺＸ断面内において第１のレンズ部１０２を通過する光束幅（マージナル光線同士の間隔）Ｌ１が、図４（ａ）に示す比較例に係る光束幅Ｌ１よりも小さくなるため、第１のレンズ部１０２の有効径を小さくすることができる。レンズ部の有効径を小さくすることにより、結像光学系の全系の小型化や、レンズ部の成形型の加工時間の短縮、有効面の形状誤差量の低減、などを実現することが可能になる。なお、必ずしもレンズ部における鏡面（鏡面仕上げされた面）としての光学面の全体を小さくしなくてもよく、少なくとも光学面における有効面の部分を小さくすれば本発明の効果が得られる。
【００４４】
図６は、実施例１及び比較例に係る各レンズ面のＺＸ断面内における有効径を示す図である。ここでは、光軸上の物体高（軸上物体高）において、各レンズ面のうち有効光束のマージナル光線の通過位置で囲まれる範囲を近似的に有効面とし、その径を有効径としている。図６より、本実施例に係る第１のレンズ部１０２のレンズ面１０２ａ（入射面）及びレンズ面１０２ｂ（出射面）の有効径が、比較例に対して大幅に小さくなっていることが分かる。一方、第２のレンズ部１０４のレンズ面１０４ｂ（入射面）及びレンズ面１０４ａ（出射面）の有効径については、本実施例と比較例とでほぼ同程度になっている。
【００４５】
以下の表３は、比較例に係る各レンズ面の有効径を１００％としたときの、本実施例に係る各レンズ面の有効径の比を示したものである。表３より、本実施例に係るレンズ面１０２ａ及びレンズ面１０２ｂの有効径が、比較例に対して約２０〜３０％小さくなっていることがわかる。
【００４６】
【表３】
2017021300.tif 000006
【００４７】
なお、本実施例においては、結像光学系１００の第２の断面内における倍率をβｓ＝−０．７６９としたが、これに限られることはない。ただし、画像形成装置において、耐塵埃性能を十分に確保するためには、光源１０１の発光素子のサイズをできるだけ大きくすることが求められる。そのため、少なくとも、光源１０１の第２の方向におけるサイズを印字するドットサイズよりも５％程度大きくすることが望ましい。すなわち、光源１０１が有する複数の発光素子の夫々について、第１の方向における長さに対する第２の方向における長さの比をαとするとき、以下の条件式（６）を満足するように構成することが好ましい。
α≧１．０５    ・・・（６）
【００４８】
表１に示したように、本実施例においては、α＝５４．９９／４２．３０＝１．３００であり、条件式（６）を満たしている。したがって、結像光学系１００（結像部１０５）の第２の断面内における倍率βｓが、以下の条件式（７）を満足するように構成することがより望ましい。
０＞βｓ≧−０．９５    ・・・（７）
【００４９】
また、本実施例においては、表１に示したように、光源１０１（物体面）から中間結像面Ａまでの距離はＬｏ＝２．６２ｍｍ＋１．２７ｍｍ＋１．０８ｍｍ＝４．９７ｍｍである。また、中間結像面Ａから受光面１０６（像面）までの距離はＬｉ＝１．０８ｍｍ＋１．２７ｍｍ＋２．６２ｍｍ＝４．９７ｍｍであるため、Ｌｏ＝Ｌｉなる関係を満たしている。
【００５０】
Ｌｏ＝Ｌｉなる関係を満たすことで得られる効果について、図７を用いて説明する。なお、図７では、結像光学系が有するレンズ部（の主平面）の夫々を矢印で表記しており、各レンズ部を通過する特徴的な光線のみを示している。また、ＸＹ断面内では、結像部の光軸上の物体高（軸上物体高）に位置する発光点１０１ａと、隣接する２つの結像部の光軸同士の中間位置における物体高（中間物体高）に位置する発光点１０１ｂと、の夫々から出射する光線を示している。
【００５１】
図７（ａ）は、本実施例に係る結像光学系１００と同様に、ＸＹ断面内での倍率がβｍ＝１、ＺＸ断面内における倍率が−１＜βｓ＜０であり、且つＬｏ＝Ｌｉとなる光学系を模式的に示した図である。ＺＸ断面内での光路を見てわかる通り、中間結像面Ａと像面１０６との間に配置される第２のレンズ部の方が、物体面１０１と中間結像面Ａとの間に配置される第１のレンズ部よりも、ＺＸ断面内でのパワーが大きくなっている。よって、ＺＸ断面内おいては、第２のレンズ部に係る収差が大きくなりやすい。一方で、ＸＹ断面においては、第１のレンズ部と第２のレンズ部とで略均等にパワーが振り分けられているため、各レンズ部に係る収差が大きくなりにくい。
【００５２】
図７（ｂ）は、ＸＹ断面内での倍率がβｍ＝１、ＺＸ断面内における倍率が−１＜βｓ＜０であるが、Ｌｏ＞Ｌｉとなる光学系を模式的に示した図である。ＺＸ断面内での光路を見てわかる通り、第１のレンズ部と第２のレンズ部とで略均等にパワーが振り分けられているため、各レンズ部に係る収差が大きくなりにくい。一方で、ＸＹ断面内においては、図７（ａ）と比較して、中間結像面Ａが像面１０６に近くなっているため、第２のレンズ部のパワーが大きくなっている。さらに、図７（ａ）と比較して、第２のレンズ部から出射した光線の像面１０６に対する入射角（開口角）が大きくなっていることがわかる。よって、ＸＹ断面内おいては、第２のレンズ部に係る収差が大きくなりやすい。
【００５３】
このように、ＸＹ断面内では物体面を正立等倍結像し、ＺＸ断面では物体面を倒立縮小結像する光学系においては、各断面内での倍率の絶対値が互いに異なるため、一方の断面内において、各レンズ部に均等にパワーを振り分けることが難しくなる。すなわち、一方の断面内においては、他方の断面内よりも光束の収差が大きくなりやすくなる。このとき、ＸＹ断面内の方が、各レンズ部が必要とするパワーが大きく、Ｌｏ＞Ｌｉとなる構成では光束の収差を低減しにくいため、Ｌｏ＝Ｌｉとなる構成の方がより好ましい。ただし、以下の条件式（８）を満足する構成であれば、各断面内における光束の収差の増大を抑制することができる。
０．８≦Ｌｏ／Ｌｉ≦１．２    ・・・（８）
【００５４】
上述の説明は、光学系を構成するレンズの枚数が４枚以下と少なく、ＸＹ断面内及ＺＸ断面内でのレンズ部（主平面）の位置を大きく変えることができない構成を前提としている。特に、本実施例のように、結像部が２つのレンズのみから成る結像光学系においては、各断面内での主平面の位置を大きく変えることは困難であるため、条件式（８）を満たすことによる効果が大きくなる。
【００５５】
なお、本実施例においては、結像光学系１００を画像形成装置に適用した場合について説明したが、これに限られることなく、例えば、結像光学系１００を画像読取装置に適用してもよい。結像光学系１００を画像読取装置に適用する場合は、物体面には第１の方向に延在する原稿（原稿台）が配置され、像面にはＣＭＯＳセンサ等の受光素子が配列された受光部が配置されることになる。
【００５６】
このとき、結像光学系１００をＺＸ断面内において倒立拡大結像系とすることにより、受光素子のサイズを大きくすることができるため、倒立等倍結像系とした場合と比較して、受光素子の耐塵埃性能を向上させることができる。さらに、読取領域のサイズや読取効率（総光利用効率）を変化させることなく、各レンズ部の有効径を小さくすることが可能になる。
【００５７】
画像形成装置と同様に、画像読取装置においても、複数の受光素子の夫々について、第１の方向における長さに対する第２の方向における長さの比αが、条件式（６）を満たすように構成することが好ましい。よって、結像光学系１００（結像部１０５）の第２の断面内における倍率βｓが、以下の条件式（９）を満足するように構成することがより望ましい。
βｓ≦−１．０５    ・・・（９）
【００５８】
なお、耐塵埃性能を十分に確保するためには、各結像部１０５において、第１のレンズ部と第２のレンズ部とのＺＸ断面内でのパワー比を１．０５以上にすることが望ましい。このとき、画像読取装置においては、第１のレンズ部の方が第２のレンズ部よりもＺＸ断面内でのパワーが大きくなる。また、結像部１０５の結像性能を考慮した場合、画像形成装置においては倍率βｓを−０．７以下に設定し、画像読取装置においては倍率βｓを−１／０．７＝−１．４３以上に設定することが好ましい。
【００５９】
以上、本実施例に係る結像光学系によれば、画像形成装置や画像読取装置において、光源や受光部の耐塵埃性能を十分に確保しつつ、結像性能及び光利用効率を両立することが可能になる。さらに、本実施例に係る結像光学系によれば、各レンズ部の第２の断面内における有効径の小型化を実現することができる。
【００６０】
［実施例２］
以下、本発明の実施例２に係る結像光学系について詳細に説明する。図８は、本実施例に係る光学装置８０の要部概略図であり、図８に示すように、本実施例に係る光学装置８０の構成は、結像光学系８００以外については実施例１に係る光学装置１０の構成と同様である。具体的には、本実施例に係る結像光学系８００は、実施例１に係る結像光学系１００を上下に二分割して、その一方を各レンズ部の配列周期の半分（半ピッチ）だけＹ方向にずらした構成（段ずらし構造）を採っている。
【００６１】
すなわち、本実施例に係る結像光学系８００は、第１の方向だけでなく、それに垂直な第２の方向にも複数の結像部８０５が配列された構成である。実施例１と同様に、上下段の第１のレンズ部８０２のレンズ面８０２ａ、８０２ｂ、８０２ｃ、８０２ｄ、及び上下段の第２のレンズ部８０４のレンズ面８０４ａ、８０４ｂ、８０４ｃ、８０４ｄ、の夫々は、アナモフィックな非球面である。また、各レンズ面の非球面形状は、上述した非球面式（１）で表される。
【００６２】
本実施例に係る光学装置８０の諸特性を以下の表４に示す。
【００６３】
【表４】
2017021300.tif 000007
【００６４】
本実施例に係る結像光学系８００の第２の断面内における倍率は、実施例１と同様にβｓ＝−０．７６９であるため、上記条件式（７）を満たしており、これにより実施例１と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施例では、上述したような段ずらし構造を採用することで、実施例１と比較して、１つの発光点から出射した光線が通過するレンズ部の数を増やすことができる。これにより、夫々の光線に対する光学性能が平均化され、第１の方向における結像性能（ＭＴＦや光利用効率）のムラを大幅に低減することができるという効果を得ている。
【００６５】
ただし、本実施例のように段ずらし構造を採用した場合、実施例１に係る構成と比較して複雑になるため、成形型の加工時や成形型からの離型時などの製造工程において、各レンズ面の形状誤差が発生しやすくなる。しかし、本実施例に係る各レンズ部の有効径は実施例１と同じであるため、実施例１と同様に、像１０６のサイズ及び光量を確保しつつ、各レンズ部の有効径を比較例よりも小さくすることができる。すなわち、結像光学系８００を第２の断面内において倒立縮小結像系としたことにより、段ずらし構造を採用した場合にも、各レンズ面の形状誤差の発生を抑制することが可能になる。
【００６６】
なお、ここでは、各レンズ部を成形により製造することを前提に説明したが、これに限らず、例えば各レンズ部を切削加工により製造する場合においても、本発明によって各レンズ面の形状誤差の低減効果を得ることができる。
【００６７】
［画像形成装置］
図９は、本発明の実施形態に係る画像形成装置３３の要部概略図（ＺＸ断面図）である。画像形成装置３３は、上述した各実施例のいずれかに係る結像光学系を有する光学装置（露光ユニット）を４個備え、夫々が並行して感光ドラム（感光体）の受光面（感光面）を露光するタンデムタイプのカラー画像形成装置である。
【００６８】
画像形成装置３３は、プリンタコントローラ３６と、露光ユニット１７、１８、１９、２０と、像担持体としての感光ドラム２１、２２、２３、２４と、現像器２５、２６、２７、２８と、搬送ベルト３４と、定着器３７とを備えている。ここで、露光ユニット１７〜２０の夫々は、結像光学系の第２の方向が感光ドラム２１〜２４の回転方向であるＺ方向に一致するように配置されている。
【００６９】
図９に示すように、パーソナルコンピュータ等の外部機器３５からは、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の各色信号が出力される。各色信号は、プリンタコントローラ３６によってＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各画像信号（ドットデータ）に変換され、対応する露光ユニット１７〜２０に入力される。なお、プリンタコントローラ３６は、前述した信号の変換だけでなく、後述するモータなどの画像形成装置３３における各部の制御を行う。
【００７０】
露光ユニット１７〜２０の夫々は、各画像信号に応じて変調された露光光２９、３０、３１、３２の夫々によって、不図示の帯電ローラにより帯電させられた感光ドラム２１〜２４の各感光面を露光し、静電潜像を形成する。なお、感光ドラム２１〜２４の夫々は、不図示のモータによってＺＸ断面内で回転させられており、この回転に伴って各感光ドラムの感光面がＺ方向に移動している。その後、各感光面上に形成された各色の静電潜像は、現像器２５〜２８の夫々によって各色のトナー像として現像される。そして、各色のトナー像は、不図示の転写器によって、搬送ベルト３４により搬送されてきた被転写材（記録媒体）に多重転写された後、定着器３７によって被転写材に定着させられる。以上の工程により、１枚のフルカラー画像が形成される。
【００７１】
［画像読取装置］
図１０は、本実施形態に係る画像読取装置４４の要部概略図（ＺＸ断面図）である。画像読取装置４４は、透過部材から成る原稿台４３と、上述した各実施例のいずれかに係る結像光学系を有する光学装置（読取ユニット）４１と、を備え、原稿台４３の上面に載置された原稿４０を、読取ユニット４１により読み取る装置である。原稿台４３はフレーム４２により支持されており、原稿台４３の上面は原稿４０の原稿面と一致している。
【００７２】
ここで、読取ユニット４１は、原稿台４３を介して原稿４０を照明する照明部と、上述した各実施例のいずれかに係る結像光学系と、結像光学系により集光された原稿４０からの反射光を受光する受光部と、各部材を保持する筐体（ハウジング）と、を有する。読取ユニット４１は、不図示の駆動部によりＸ方向に移動可能な構成であるため、原稿台４３（原稿４０）と結像光学系との相対位置をＸ方向（第２の方向）に変更することができる。この構成により、読取ユニット４１は、原稿４０の原稿面を副走査方向に順次読み取ることができ、原稿４０の原稿面の全域の画像データを取得することができる。
【００７３】
この時、原稿台４３の上面、すなわち原稿４０の原稿面は、結像光学系の物体面に配置されており、受光部の受光面（センサ面）は、結像光学系の像面に配置されている。また、結像光学系は、第２の方向が副走査方向に一致するように配置されている。受光部としては、例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等により構成されるラインセンサを用いることができる。なお、画像読取装置４４は、照明部により照明された原稿４０からの透過光を受光部によって受光する構成としてもよい。また、照明部としては、光源を含むものに限らず、外部からの光を原稿４０に導光するような構成を採用しても良い。
【００７４】
［変形例］
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。
【００７５】
例えば、上述した各実施例における結像部の各レンズ面は、式（１）で表されるアナモフィックな非球面であるが、これに限らず、他の表現式で表される非球面であってもよい。また、各実施例に係る結像部は、光軸方向に配列された互いに異なる形状の２つのレンズを有する構成であるが、互いに同じ形状の２つのレンズを採用してもよい。ただし、収差を良好に補正するためには、互いに異なるレンズを採用することが好ましい。また、レンズの数は２つに限らず、３つ以上のレンズを有する構成としてもよく、中間結像面にレンズが配置された構成を採用してもよい。その場合は、物体面から中間結像面までの光学系が第１のレンズ部、中間結像面から像面までの光学系が第２のレンズ部となる。なお、実施例２においては、第２の方向においては結像部を２つ配列した構成を採っているが、これに限らず、第２の方向において３つ以上の結像部を配列した構成としてもよい。
【００７６】
各実施例に係る結像光学系では、遮光部の開口が開口面となっているが、これに限らず、レンズ面が開口面となるように構成してもよい。また、各実施例に係る遮光部の開口の形状は矩形であるが、ここでの矩形とは略矩形のことを示しており、矩形を構成する辺を曲線にしたものや、各頂点をなくして略円形状又は略楕円形状にしたようなもの等を含んでいる。なお、開口形状は矩形に限られるものではないが、発光素子や印字ドットの形状に対応させて矩形にすることにより、開口形状を円形や楕円形状にした場合と比較して、光利用効率を向上させることができる。また、第２の断面内においては、開口の上下端部の形状を、有効光束の軌跡に沿って斜めになるようにしてもよい。
【００７７】
また、各実施例では、Ｙ方向及びＺ方向の両方で６００ｄｐｉのドットを印字することを想定しているため、ドットの形状が正方形であったが、これに限られるものではない。同様に、光源が有する発光素子（発光面）の形状に関しても、矩形に限られず、印字ドットの形状に合わせて、例えば、菱形や楕円形、平行四辺形等としてもよい。さらに、光源として、第１の方向だけでなく第２の方向にも複数の発光素子を配列した構成を採用してもよい。
【００７８】
なお、上述した画像形成装置及び画像読取装置における記録密度は限定されるものではない。しかし、記録密度が高くなればなるほど、高画質が求められることを考えると、上述した各実施例に係る光学装置は、６００ｄｐｉ以上の画像形成装置においてより高い効果を発揮する。また、上述した画像読取装置を外部機器として画像形成装置に接続することにより、カラーデジタル複写機を構成してもよい。当然ながら、各実施例に係る結像光学系をモノクロ画像形成装置に適用してもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１００  結像光学系
１０１  光源（物体面）
１０５  結像部
【図１】
2017021300.tif 000008
【図２】
2017021300.tif 000009
【図３】
2017021300.tif 000010
【図４】
2017021300.tif 000011
【図５】
2017021300.tif 000012
【図６】
2017021300.tif 000013
【図７】
2017021300.tif 000014
【図８】
2017021300.tif 000015
【図９】
2017021300.tif 000016
【図１０】
2017021300.tif 000017