JP6195359B2 - 光学装置及び光学装置の調整方法 - Google Patents
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Description
上述のLEDプリントヘッドのレンズ位置調整方法では、第1の断面内での結像倍率と第2の断面内での結像倍率が共に+1倍である場合には、アスの調整が可能であるが、双方の結像倍率が異なる場合には、アスを調整することができない。
そこで本発明は、第1の断面内では第1の倍率で正立結像し、第2の断面内では、第1の倍率とは異なる第2の倍率で結像するように配置される少なくとも二つのMLAを備える光学装置において、光学効率を確保しつつ、非点隔差を調整し、良好な結像性能を達成することができる光学装置を提供せんとするものである。
図1は、本発明の実施例1に係る光学装置100の要部概略図であり、図1(a)はXY断面図、図1(b)はXZ断面図、図1(c)はYZ断面図である。
ここで、結像部102及び104の各レンズ面102a、102b、104a及び104bは、アナモフィックな非球面形状となっている。
なお、光学装置100が画像形成装置に適用される場合には、受光面105には、感光ドラム等の感光体が配置されている。光学装置100が画像読取装置に適用される場合には、光源101の代わりにY方向(第1の方向)に延在する原稿(原稿台)が配置され、受光面105には感光体の代わりにCMOSセンサ等の受光センサ(ラインセンサ)が配置される。
また、間隔変更手段108(第2の間隔変更手段)は、ビスやピンなどの回転によりハウジング106と受光面105との間の光軸方向の間隔(第2の間隔)を調整することができる部材である。
一方で、図1(b)に示すように、XZ断面内(第2の断面内)においては、結像部102及び104は、発光点を中間結像せずに受光面105の近傍において等倍(第2の倍率)で倒立結像する系(倒立等倍結像系)を形成する。
図2(b)は、理想的な状態における、XY断面内において、結像部102及び104それぞれのうちの隣り合う2つのレンズ102d、102e、104d、104eの光軸同士の中間位置を通り、かつ光軸に平行な直線上に位置する(以後、「中間物体高にある」と表現する)発光点101bが受光面105上に結像される様子を示した図である。
図2(c)は、理想的な状態における、XZ断面内において、軸上物体高又は中間物体高にある発光点101が受光面105上に結像される様子を示した図である。
図2(d)は、結像部102が+X方向に変位した場合における、XY断面内において、軸上物体高にある発光点101aが受光面105上に結像される様子を示した図である。
図2(e)は、結像部102が+X方向に変位した場合における、XY断面内において、中間物体高にある発光点101bが受光面105上に結像される様子を示した図である。
図2(f)は、結像部102が+X方向に変位した場合における、XZ断面内において、軸上物体高又は中間物体高にある発光点101が受光面105上に結像される様子を示した図である。
同様に、図2(b)では、中間物体高にある発光点101bより出射した光線は、結像部102の隣り合う2つのレンズ102d及び102eに入射し、中間結像面Aで一旦結像する。その後、結像部104の隣り合う2つのレンズ104d及び104eに入射し、受光面105近傍で光束が最も小さくなる。
また、図2(c)では、軸上物体高又は中間物体高にある発光点101より出射した光線は、結像部102のレンズに入射し、略平行光となり出射する。その後、結像部104のレンズに入射し、受光面105近傍で光束が最も小さくなる。
なお、図2(c)に示されるように、XZ断面内においては、軸上物体高にある発光点101aと中間物体高にある発光点101bは同じ振る舞いをすることに注意されたい。
同様に、図2(e)において、中間物体高にある発光点101bより出射した光線は、結像部102の隣り合う2つのレンズ102d及び102eに入射し、中間結像面Aより+X方向にずれた位置で一旦結像する。その後、結像部104の隣り合う2つのレンズ104d及び104eに入射し、受光面105より+ΔL2だけずれた位置で光束が最も小さくなる。ここで、+ΔL2が+ΔL1よりも小さいのは、複数のレンズ部を通過したためである。
また、図2(f)において、軸上物体高又は中間物体高にある発光点101より出射した光線は、結像部102のレンズに入射し、収束光となり出射する。その後、結像部104に入射し、受光面105より−ΔL3だけずれた位置で光束が最も小さくなる。
なお、図2(f)に示されるように、結像部102が+X方向に変位した場合においても、XZ断面内においては、軸上物体高にある発光点101aと中間物体高にある発光点101bは同じ振る舞いをすることに注意されたい。
図3(b)は、光源101が−X方向に変位した場合における、XY断面内において、中間物体高にある発光点101bが受光面105上に結像される様子を示した図である。
図3(c)は、光源101が−X方向に変位した場合における、XZ断面内において、軸上物体高又は中間物体高にある発光点101が受光面105上に結像される様子を示した図である。
同様に、図3(b)において、中間物体高にある発光点101bより出射した光線は、結像部102の隣り合う2つのレンズ102d及び102eに入射し、中間結像面Aより−X方向にずれた位置で一旦結像する。その後、結像部104の隣り合う2つのレンズ104d及び104eに入射し、受光面105より+ΔL5だけずれた位置で光束が最も小さくなる。ここで、中間結像面Aより−X方向にずれた位置で一旦結像したにもかかわらず、受光面105より+X方向にずれた位置で光束が最も小さくなるのは、複数のレンズ部を通過したためである。
また、図3(c)において、軸上物体高又は中間物体高にある発光点101より出射した光線は、結像部102のレンズに入射し、発散光となり出射する。その後、結像部104に入射し、受光面105より−ΔL6だけずれた位置で光束が最も小さくなる。
なお、図3(c)に示されるように、光源101が−X方向に変位した場合においても、XZ断面内においては、軸上物体高にある発光点101aと中間物体高にある発光点101bは同じ振る舞いをすることに注意されたい。
すなわち、間隔変更手段107によって、光源101の結像光学系によるXY断面内での結像位置と、光源101の結像光学系によるXZ断面内での結像位置が等しくなるように、光源101と結像部102との間の光軸方向の間隔を変更することで、アスを調整することができる。
検知手段110は、光源101から出射された光線が結像される像を検知する手段であり、受光面105の位置に配置されている。
演算装置111は、検知手段110に接続されており、検知手段110で検知された信号に基づいて、アスを調整するための間隔変更手段107の移動量を算出する手段である。
駆動手段112は、演算手段111及び間隔変更手段107に接続されており、演算手段111の演算結果、すなわち演算手段111が算出した移動量に基づいて、間隔変更手段107を光軸方向に移動させる手段である。
具体的には、駆動手段112は、演算手段111によってコントラストが演算された場合には、該コントラストが最大になるように、間隔変更手段107を光軸方向に移動させる。
また、駆動手段112は、演算手段111によってスポット径が演算された場合には、該スポット径が最小になるように、間隔変更手段107を光軸方向に移動させる。
さらに、駆動手段112は、演算手段111によってピーク光量が演算された場合には、該ピーク光量が最大になるように、間隔変更手段107を光軸方向に移動させる。
図5(b)は、製造誤差として、各光学部材が以下の表2のように変位した場合における、軸上物体高にある発光点に対するコントラストのデフォーカス特性を示している。
図5(d)は、理想的な設計状態の場合における、中間物体高にある発光点に対するコントラストのデフォーカス特性を示している。
図5(e)は、製造誤差として、各光学部材が表2のように変位した場合における、中間物体高にある発光点に対するコントラストのデフォーカス特性を示している。
図5(f)は、製造誤差による各光学部材の表2に示される変位に対して、光源101を最適位置に調整した場合における、中間物体高にある発光点に対するコントラストのデフォーカス特性を示している。
一方、製造誤差によって、各光学部材が表2のように変位して設置された場合では、0.070mmのアスが発生し、図5(e)に示されるように、コントラストが60%の時の共通深度幅は0.092mmとなってしまう。
そして、アスを調整するために、間隔変更手段107によって光源101を光軸方向に0.040mmだけ移動させることで、図5(c)に示されるように、コントラストが60%の時の共通深度幅を0.156mmまで回復させることが出来る。
また、光源101の移動によるアスの調整に伴って、間隔変更手段108を用いて、ハウジング106と受光面105の間隔を調整することによってピントを調整することができる。具体的には、表2に示される各光学部材の変位に対して、ハウジング106と受光面105の間隔を0.013mmだけ調整している。
また、本実施例の光学装置100では、結像部を光軸方向に2枚配列した構成を有していたが、結像部の枚数はこれに限らず、より枚数を増やした場合でも、同様の効果が得られる。
さらに、本実施例の光学装置100では、光源101の最適位置をコントラストから決定していたが、これに限らず、スポット径から決定してもよく、より好ましくは、ピーク光量から算出すれば第一の方向と第二の方向に関して同時に決定できる。もちろん、コントラスト、スポット径及びピーク光量のうちの一つに限らず、複数の量を用いて、最適位置を決定してもよい。
図6は、本発明の実施例2に係る光学装置600の要部概略図であり、図6(a)はXY断面図、図6(b)はXZ断面図、図6(c)はYZ断面図である。
光源101、遮光部103、受光面105、ハウジング106、間隔変更手段107及び108については、実施例1のものと同様なので、同じ参照符号を付して、説明を省略する。
図7(b)は、製造誤差として、各光学部材が以下の表4のように変位した場合における、軸上物体高にある発光点に対するコントラストのデフォーカス特性を示している。
図7(d)は、理想的な設計状態の場合における、中間物体高にある発光点に対するコントラストのデフォーカス特性を示している。
図7(e)は、製造誤差として、各光学部材が表4のように変位した場合における、中間物体高にある発光点に対するコントラストのデフォーカス特性を示している。
図7(f)は、製造誤差による各光学部材の表4に示される変位に対して、光源101を最適位置に調整した場合における、中間物体高にある発光点に対するコントラストのデフォーカス特性を示している。
一方、製造誤差によって、各光学部材が表4のように変位して設置された場合では、0.085mmのアスが発生し、図7(e)に示されるように、コントラストが60%の時の共通深度幅は0.090mmとなってしまう。
そして、アスを調整するために、間隔変更手段107によって光源101を光軸方向に0.025mmだけ移動させることで、図7(f)に示されるように、コントラストが60%の時の共通深度幅を0.132mmまで回復させることが出来る。
また、光源101の移動によるアスの調整に伴って、間隔変更手段108を用いて、ハウジング106と受光面105の間隔を調整することによってピントを調整することができる。具体的には、表4に示される各光学部材の変位に対して、ハウジング106と受光面105の間隔を−0.033mmだけ調整している。
図8は、本発明の実施例3に係る光学装置1200の要部概略図であり、図8(a)はXY断面図、図8(b)はXZ断面図、図8(c)はYZ断面図である。
光源101、受光面105、ハウジング106、間隔変更手段107及び108については、実施例1のものと同様なので、同じ参照符号を付して、説明を省略する。
図9(b)は、製造誤差として、各光学部材が以下の表6のように変位した場合における、軸上物体高にある発光点に対するコントラストのデフォーカス特性を示している。
図9(d)は、理想的な設計状態の場合における、中間物体高にある発光点に対するコントラストのデフォーカス特性を示している。
図9(e)は、製造誤差として、各光学部材が表6のように変位した場合における、中間物体高にある発光点に対するコントラストのデフォーカス特性を示している。
図9(f)は、製造誤差による各光学部材の表6に示される変位に対して、光源101を最適位置に調整した場合における、中間物体高にある発光点に対するコントラストのデフォーカス特性を示している。
一方、製造誤差によって、各光学部材が表6のように変位して設置された場合では、0.071mmのアスが発生し、図9(e)に示されるように、コントラストが60%の時の共通深度幅は0.094mmとなってしまう。
そして、アスを調整するために、間隔変更手段107によって光源101を光軸方向に−0.125mmだけ移動させることで、図9(f)に示されるように、コントラストが60%の時の共通深度幅を0.145mmまで回復させることが出来る。
また、光源101の移動によるアスの調整に伴って、間隔変更手段108を用いて、ハウジング106と受光面105の間隔を調整することによってピントを調整することができる。具体的には、表6に示される各光学部材の変位に対して、ハウジング106と受光面105の間隔を−0.016mmだけ調整している。
図10は、本発明の実施例1乃至3のいずれかに係る光学装置が搭載された画像形成装置5の要部断面図を示している。
静電潜像担持体(感光体)である感光ドラム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、第二の方向に移動する。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(帯電手段)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、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。
現像器6によって現像された感光ドラム2の表面上のトナー像は、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(転写手段)7によって記録媒体である用紙11上に転写される。用紙11は感光ドラム2の前方(図10において右側)の用紙カセット8内に収納されており、給紙ローラ9によって搬送路16へ給送される。もちろん、不図示の手差しトレイから給紙を行うことも可能である。
感光ドラム2から未定着トナー像を転写された用紙11は、感光ドラム2後方(図10において左側)の定着器(定着手段)17へ搬送される。定着器17は、内部に定着ヒータ(不図示)を有する定着ローラ12と、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とで構成されている。定着器17は、搬送されてきた用紙11を定着ローラ12と加圧ローラ14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することができる。更に定着器17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が画像形成装置5の外部に排出される。
なお、プリントコントローラ10は、データの変換だけではなく、モーター13等の画像形成装置5内の各ユニットの制御も行っている。
図11は、本発明の実施例1乃至3のいずれかに係る光学装置が搭載されたカラー画像形成装置33の要部断面図を示している。
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、カラー画像形成装置33内のプリンタコントローラ36によって、C、M、Y、K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、露光装置17、18、19、20それぞれから、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の帯電された感光面が露光され、静電潜像が形成される。
感光ドラム21、22、23、24の前方(図11において右側)にある用紙カセット38内に収納されている被転写材である用紙39が、搬送路34に沿って給送される。そして、搬送路34上に給送される用紙39に、感光ドラム21、22、23、24に現像された各色のトナー像が順次重ね合わされるように転写される。
トナー像が転写された用紙39は、感光ドラム21、22、23、24後方(図11において左側)の定着器37へ搬送され、加圧しながら加熱することにより用紙39上の未定着トナー像が定着される。そして定着された用紙39が画像形成装置33の外部に排出される。
102 結像部
104 結像部
105 受光面
107 間隔変更手段
Claims (26)
- 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部を含むレンズ列を前記光軸方向に複数備える結像光学系と、
前記第1の方向に配列された複数の発光点を含む光源と、
前記複数のレンズ列のうち最も前記光源に近いレンズ列と前記光源との光軸方向における第1の間隔を変更する第1の変更手段と、
を有し、
前記複数の発光点の夫々は、前記レンズ列における隣り合う複数のレンズ部に光を入射させる共通の発光点であり、
前記結像光学系は、光軸方向と前記第1の方向とを含む第1の断面内では、前記光源を正立等倍で結像し、かつ、前記第1の方向に垂直な第2の断面内では、前記第1の断面内での倍率とは異なる倍率で前記光源を結像しており、
前記第1の変更手段は、前記結像光学系の非点隔差を補正するように前記第1の間隔を変更することを特徴とする光学装置。 - 前記結像光学系は、前記第2の断面内では前記光源を倒立結像することを特徴とする請求項1に記載の光学装置。
- 前記結像光学系は、前記第2の断面内では前記光源を倒立等倍で結像することを特徴とする請求項1に記載の光学装置。
- 前記結像光学系は、前記第2の断面内では前記光源を拡大結像することを特徴とする請求項1又は2に記載の光学装置。
- 前記結像光学系は、前記複数のレンズ部の夫々に対応する複数の開口が設けられた遮光部を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光学装置。
- 前記結像光学系からの光を受光する検知手段をさらに備え、
前記第1の変更手段は、前記検知手段に入射した光のコントラスト、スポット径およびピーク光量のうちの少なくとも一つに基づいて、前記第1の間隔を変更することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光学装置。 - 前記第1の変更手段は、前記結像光学系による前記第1及び第2の断面内における前記光源の結像位置が光軸方向において互いに等しくなるように、前記第1の間隔を変更することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光学装置。
- 前記第1の変更手段は、前記第1及び第2の断面内における前記結像光学系からの光のコントラストが最大となる位置が光軸方向において互いに等しくなるように、前記第1の間隔を変更することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光学装置。
- 前記第1の変更手段は、前記第1及び第2の断面内における前記結像光学系からの光のスポット径が最小となる位置が光軸方向において互いに等しくなるように、前記第1の間隔を変更することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光学装置。
- 前記第1の変更手段は、前記第1及び第2の断面内における前記結像光学系からの光のピーク光量が最大となる位置が光軸方向において互いに等しくなるように、前記第1の間隔を変更することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光学装置。
- 請求項1乃至10のいずれか1項に記載の光学装置と、
前記光学装置により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手段と、
前記現像手段によって現像された前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記転写手段によって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手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 前記結像光学系と前記感光面との第2の間隔を変更する第2の変更手段をさらに備えることを特徴とする請求項11に記載の画像形成装置。
- 前記第2の変更手段は、前記結像光学系による前記光源の結像位置が前記感光面上になるように、前記第2の間隔を変更することを特徴とする請求項12に記載の画像形成装置。
- 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部を含むレンズ列を前記光軸方向に複数備える結像光学系と、
前記第1の方向に延在し原稿が置かれる原稿台と前記結像光学系との光軸方向における第1の間隔を変更する第1の変更手段と、
を有し、
前記原稿の各物点は、前記レンズ列における隣り合う複数のレンズ部に入射する光を出射する共通の物点であり、
前記結像光学系は、光軸方向と前記第1の方向とを含む第1の断面内では、前記原稿を正立等倍で結像し、かつ、前記第1の方向に垂直な第2の断面内では、前記第1の断面内での倍率とは異なる倍率で前記原稿を結像しており、
前記第1の変更手段は、前記結像光学系の非点隔差を補正するように前記第1の間隔を変更することを特徴とする光学装置。 - 前記第1の変更手段は、前記結像光学系による前記第1及び第2の断面内における前記原稿の結像位置が光軸方向において互いに等しくなるように、前記第1の間隔を変更することを特徴とする請求項14に記載の光学装置。
- 前記第1の変更手段は、前記第1及び第2の断面内における前記結像光学系からの光のコントラストが最大となる位置が光軸方向において互いに等しくなるように、前記第1の間隔を変更することを特徴とする請求項14又は15に記載の光学装置。
- 前記第1の変更手段は、前記第1及び第2の断面内における前記結像光学系からの光のスポット径が最小となる位置が光軸方向において互いに等しくなるように、前記第1の間隔を変更することを特徴とする請求項14又は15に記載の光学装置。
- 前記第1の変更手段は、前記第1及び第2の断面内における前記結像光学系からの光のピーク光量が最大となる位置が光軸方向において互いに等しくなるように、前記第1の間隔を変更することを特徴とする請求項14又は15に記載の光学装置。
- 請求項14乃至18のいずれか1項に記載の光学装置と、該光学装置からの光を受光する受光手段と、を備えることを特徴とする画像読取装置。
- 前記結像光学系と前記受光手段との第2の間隔を変更する第2の変更手段をさらに備えることを特徴とする請求項19に記載の画像読取装置。
- 前記第2の変更手段は、前記結像光学系による前記原稿の結像位置が前記受光手段の受光面上になるように、前記第2の間隔を変更することを特徴とする請求項20に記載の画像読取装置。
- 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部を含むレンズ列を前記光軸方向に複数備える結像光学系と、前記第1の方向に配列された複数の発光点を含む光源と、を有する光学装置の製造方法であって、
前記複数の発光点の夫々は、前記レンズ列における隣り合う複数のレンズ部に光を入射させる共通の発光点であり、
前記結像光学系は、前記光軸方向と前記第1の方向とを含む第1の断面内では、前記光源を正立等倍で結像し、かつ、前記第1の方向に垂直な第2の断面内では、前記第1の断面内での倍率とは異なる倍率で前記光源を結像しており、
前記複数のレンズ列のうち最も前記光源に近いレンズ列と前記光源との間の前記光軸方向における第1の間隔を、前記結像光学系の非点隔差を補正するように変更する工程を有することを特徴とする光学装置の製造方法。 - 前記結像光学系による前記第1及び第2の断面内における前記光源の結像位置が光軸方向において互いに等しくなるように、前記第1の間隔を変更する工程を有することを特徴とする請求項22に記載の光学装置の製造方法。
- 前記第1及び第2の断面内における前記結像光学系からの光のコントラストが最大となる位置が光軸方向において互いに等しくなるように、前記第1の間隔を変更する工程を有することを特徴とする請求項22又は23に記載の光学装置の製造方法。
- 前記第1及び第2の断面内における前記結像光学系からの光のスポット径が最小となる位置が光軸方向において互いに等しくなるように、前記第1の間隔を変更する工程を有することを特徴とする請求項22又は23に記載の光学装置の製造方法。
- 前記第1及び第2の断面内における前記結像光学系からの光のピーク光量が最大となる位置が光軸方向において互いに等しくなるように、前記第1の間隔を変更する工程を有することを特徴とする請求項22又は23に記載の光学装置の製造方法。
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