JP2008105298A - ラインヘッド及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】アレイ状に配置された複数の正レンズの各レンズに対応して列状の複数の発光素子が配置されてなる光書き込みラインヘッドの書き込み面が光軸方向に変動しても発光ドットの位置ずれに基づくむらが生じない。
【解決手段】主走査方向に複数の発光素子が列状に配置されてなる発光素子列を1列以上含む発光体ブロック4が少なくとも主走査方向に間隔をおいて複数配置された発光体アレイ1の射出側に、各発光体ブロック4に対応して各々1個の正レンズ5が整列するように配置されたレンズアレイ6が発光体アレイ1に平行に配置され、レンズアレイ6の結像側に書き込み面41が平行に配置されており、レンズアレイ6の各正レンズ5の入射側のレンズ面13がその射出側のレンズ面14の前側焦点位置に位置し、かつ、その入射側のレンズ面13位置に開口絞り30が配置されているラインヘッド。
【選択図】図20
【解決手段】主走査方向に複数の発光素子が列状に配置されてなる発光素子列を1列以上含む発光体ブロック4が少なくとも主走査方向に間隔をおいて複数配置された発光体アレイ1の射出側に、各発光体ブロック4に対応して各々1個の正レンズ5が整列するように配置されたレンズアレイ6が発光体アレイ1に平行に配置され、レンズアレイ6の結像側に書き込み面41が平行に配置されており、レンズアレイ6の各正レンズ5の入射側のレンズ面13がその射出側のレンズ面14の前側焦点位置に位置し、かつ、その入射側のレンズ面13位置に開口絞り30が配置されているラインヘッド。
【選択図】図20
Description
本発明は、ラインヘッド及びそれを用いた画像形成装置に関し、特に、マイクロレンズアレイを用いて発光素子列を被照射面上に投影して結像スポット列を形成するラインヘッドとそれを用いた画像形成装置に関するものである。
従来、複数のLEDアレイチップをLEDアレイ方向に配置し、各LEDアレイチップのLEDアレイを対応して配置した正レンズで感光体上に拡大投影し、感光体上で隣接するLEDアレイチップの端部の発光ドットの像同士が同一LEDアレイチップの発光ドットの像間ピッチと同一ピッチで隣接して結像するようにする光書き込みラインヘッド、及び、その光路を逆にして光読み取りラインヘッドとするものが特許文献1で提案されている。
また、LEDアレイチップを隙間をおいて2列に配置し、その繰り返し位相を半周期ずらし、各LEDアレイチップに各々正レンズを対応させて正レンズアレイを2列配置し、感光体上での発光ドットアレイの像が一列になるようにした光書き込みラインヘッドが特許文献2で提案されている。
特開平2−4546号公報
特開平6−278314号公報
これらの従来技術において、理想像面上で発光ドットアレイの像同士が等ピッチで整合していても、感光体の振れ等に起因して像面がレンズの光軸方向に前後すると、感光体上での発光ドットの位置ずれが生じ、発光ドットアレイが副走査方向に相対移動して描く走査線間のピッチにむらが発生してしまう(主走査方向のピッチむら)。
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、アレイ状に配置された複数の正レンズの各レンズに対応して列状の複数の発光素子が配置されてなる光書き込みラインヘッドにおいて、書き込み面が光軸方向に変動しても発光ドットの位置ずれに基づくむらが生じないようにすることである。
また、本発明はこのような光書き込みラインヘッドを用いた画像形成装置と、その光路を逆にした光読み取りラインヘッドを提供することも目的とする。
上記目的を達成する本発明のラインヘッドは、主走査方向に複数の発光素子が列状に配置されてなる発光素子列を1列以上含む発光体ブロックが少なくとも主走査方向に間隔をおいて複数配置された発光体アレイの射出側に、各発光体ブロックに対応して各々1個の正レンズが整列するように配置されたレンズアレイが前記発光体アレイに平行に配置され、前記レンズアレイの結像側に書き込み面が平行に配置されており、前記レンズアレイの各正レンズの入射側のレンズ面がその射出側のレンズ面の前側焦点位置に位置し、かつ、その入射側のレンズ面位置に開口絞りが配置されていることを特徴とするものである。
このように構成することで、書き込み面が光軸方向に変動しても発光ドットの位置ずれに基づくむらが生じないようになり、また、発光素子からの光の利用効率が高くなり、形成される画像の劣化を防止することができると共に、より効率的に画像形成が可能になる。
この場合に、前記発光体アレイは透明基板の裏面に前記発光素子列が形成され、前記レンズアレイは前記透明基板の表面前方に配置されているようにすることができる。
このように構成することで、ボトムエミッションタイプの有機EL素子に対応することができる。
また、前記発光体アレイと前記レンズアレイの間に配置され、前記正レンズに整列するように透孔が穿たれたを遮光部材の前記透孔の前記レンズアレイ側の先端開口部が前記開口絞りを兼ねているようにすることができる。
このように構成することで、開口絞りを別体で構成するよりラインヘッドの組立・構成が簡単になる。
また、前記発光体ブロックが副走査方向に複数配列された前記発光素子列を含むことが望ましい。
このように構成することで、結像スポットの密度の高い画像形成に対応することができる。
また、前記発光体ブロックが副走査方向に複数配列されていることが望ましい。
このように構成することで、結像スポットの密度の高い画像形成に対応することができる。
また、前記発光素子が有機EL素子からなることが望ましい。
このように構成することで、面内均一な画像形成に対応することができる。
また、前記発光素子がLEDからなることができる。
このように構成することで、LEDアレイを用いるラインヘッドにも対応できる。
また、像担持体の周囲に帯電手段と、以上のようなラインヘッドと、現像手段と、転写手段との各画像形成用ユニットを配した画像形成ステーションを少なくとも2つ以上設け、転写媒体が各ステーションを通過することにより、タンデム方式で画像形成を行う画像形成装置を構成することができる。
このように構成することで、小型で解像力が高く画像の劣化の少ないプリンター等の画像形成装置を構成することができる。
本発明は、主走査方向に複数の受光素子が列状に配置されてなる受光素子列を1列以上含む受光体ブロックが少なくとも主走査方向に間隔をおいて複数配置された受光体アレイの入射側に、各受光体ブロックに対応して各々1個の正レンズが整列するように配置されたレンズアレイが前記受光体アレイに平行に配置され、前記レンズアレイの物体側に読み取り面が平行に配置されており、前記レンズアレイの各正レンズの射出側のレンズ面がその入射側のレンズ面の後側焦点位置に位置し、かつ、その射出側のレンズ面位置に開口絞りが配置されていることを特徴とするラインヘッドも含むものである。
このように構成することで、光読み取りラインヘッドにおいても、読み取り面の位置が光軸方向にずれても読み取りスポットの位置ずれが発生しないようにし、また、読み取り面からの光の利用効率が高くなり、読み取り画像の劣化を防止することができると共に、より効率的に読み取りが可能になる。
本発明のラインヘッドの光学系を詳細に説明する前に、その発光素子の配置と発光タイミングについて簡単に説明しておく。
図4は、本発明の1実施形態に係る発光体アレイ1と光学倍率がマイナスのマイクロレンズ5との対応関係を示す説明図である。この実施形態のラインヘッドにおいては、1つのマイクロレンズ5に2列の発光素子が対応している。ただし、マイクロレンズ5が光学倍率がマイナス(倒立結像)の結像素子であるので、発光素子の位置が主走査方向及び副走査方向で反転している。すなわち、図1の構成では、像担持体の移動方向の上流側(1列目)に偶数番号の発光素子(8、6、4、2)を配列し、同下流側(2列目)には奇数番号の発光素子(7、5、3、1)を配列している。また、主走査方向の先頭側に番号が大きな発光素子を配列している。
図1〜図3は、この実施形態のラインヘッドの1つのマイクロレンズに対応する部分の斜視図である。図2に示してあるように、像担持体41の下流側に配列された奇数番号の発光素子2に対応した像担持体41の結像スポット8aは、主走査方向で反転した位置に形成される。Rは、像担持体41の移動方向である。また、図3に示されるように、像担持体41の上流側(1列目)に配列された偶数番号の発光素子2に対応した像担持体41の結像スポット8bは、副走査方向で反転した下流側の位置に形成される。しかしながら、主走査方向では、先頭側からの結像スポットの位置は、発光素子1〜8の番号で順番に対応している。したがって、この例では像担持体の副走査方向における結像スポット形成のタイミングを調整することにより、主走査方向に同列に結像スポットを形成することが可能であることが分かる。
図5は、画像データが格納されているラインバッファのメモリテーブル10の例を示す説明図である。図5のメモリテーブル10は、図4の発光素子の番号に対して、主走査方向で反転して格納されている。図5において、ラインバッファのメモリテーブル10に格納された画像データの中、先に像担持体41の上流側(1列目)の発光素子に対応する第1の画像データ(1、3、5、7)を読み出し、発光素子を発光させる。次に、T時間後に、メモリアドレスに格納されている像担持体41の下流側(2列目)の発光素子に対応する第2の画像データ(2、4、6、8)を読み出し、発光させる。このようにして、図6に8の位置で示されるように、像担持体上の1列目の結像スポットが2列目の結像スポットと主走査方向で同列に形成される。
図1は、図5のタイミングで画像データを読み出して結像スポットを形成する例を、概念的に示す斜視図である。図5を参照にして説明したように、先に像担持体41の上流側(1列目)の発光素子を発光させ、像担持体41に結像スポットを形成する。次に、所定のタイミングT経過後に像担持体41の下流側(2列目)の奇数番号の発光素子を発光させ、像担持体に結像スポットを形成する。この際に、奇数番号の発光素子による結像スポットは、図2で説明した8aの位置ではなく、図6に示されているように、主走査方向に同列に8の位置に形成されることになる。
図7は、ラインヘッドとして使用される発光体アレイの例を示す概略の説明図である。図7において、発光体アレイ1には、発光素子2を主走査方向に複数配列した発光素子列3を副走査方向に複数列設けて発光体ブロック4(図4参照)を形成している。図7の例では、発光体ブロック4は、主走査方向に4個の発光素子2を配列した発光素子列3を、副走査方向に2列形成している(図4参照)。この発光体ブロック4は、発光体アレイ1に多数配置されており、各発光体ブロック4はマイクロレンズ5に対応して配置されている。
マイクロレンズ5は、発光体アレイ1の主走査方向及び副走査方向に複数設けられてマイクロレンズアレイ(MLA)6を形成している。このMLA6は、副走査方向では主走査方向の先頭位置をずらして配列されている。このようなMLA6の配列は、発光体アレイ1に発光素子を千鳥状に設ける場合に対応している。図7の例では、MLA6が副走査方向に3列配置されているが、MLA6の副走査方向の3列のそれぞれの位置に対応する各単位ブロック4を、説明の便宜上、グループA、グループB、グループCに区分する。
上記のように、光学倍率がマイナスのマイクロレンズ5内に複数個の発光素子2が配置され、かつ、当該レンズが副走査方向に複数列配置されている場合には、像担持体41の主走査方向に一列に並んだ結像スポットを形成するためには、以下のような画像データ制御が必要となる。(1)副走査方向の反転、(2)主走査方向の反転、(3)レンズ内の複数列発光素子の発光タイミング調整、(4)グループ間の発光素子の発光タイミング調整。
図8は、図7の構成で、各発光素子2の出力光によりマイクロレンズ5を通して像担持体の露光面を照射した場合の結像位置を示す説明図である。図8において、図7で説明したように、発光体アレイ1には、グループA、グループB、グループCに区分された単位ブロック4が配置されている。グループA、グループB、グループCの各単位ブロック4の発光素子列を、像担持体41の上流側(1列目)と下流側(2列目)に分け、1列目に偶数番号の発光素子を割り当て、2列目に奇数番号の発光素子を割り当てる。
グループAについては、図1〜図3で説明したように各発光素子2を動作させることにより、像担持体41には主走査方向及び副走査方向で反転した位置に結像スポットが形成される。このようにして、像担持体41上には主走査方向の同じ列に1〜8の順序で結像スポットが形成される。以下、像担持体41を副走査方向に所定時間移動させてグループBの処理を同様に実行する。さらに、像担持体41を副走査方向に所定時間移動させてグループCの処理を実行させることにより、主走査方向の同じ列に1〜24・・・の順序で、入力された画像データに基づく結像スポットが形成される。
図9は、図8において、副走査方向の結像スポット形成の状態を示す説明図である。Sは、像担持体41の移動速度、d1は、グループAの1列目と2列目の発光素子の間隔、d2はグループAの2列目の発光素子とグループBの2列目の発光素子の間隔、d3はグループBの2列目の発光素子とグループCの2列目の発光素子の間隔、T1はグループAの2列目の発光素子の発光後に1列目の発光素子が発光するまでの時間、T2はグループAの2列目の発光素子による結像位置がグループBの2列目の発光素子の結像位置に移動する時間、T3はグループAの2列目の発光素子による結像位置がグループCの2列目の発光素子の結像位置に移動する時間である。
T1は以下のようにして求めることができる。T2、T3についても、d1をd2、d3に置き換えることにより同様に求めることができる。
T1=|(d1×β)/S|
ここで、各パラメータは、以下の通りである。
d1:発光素子の副走査方向の距離
S:結像面(像担持体)の移動速度
β:レンズの倍率
図9においては、グループAの2列目の発光素子が発光した時間のT2時間後にグループBの2列目の発光素子を発光させる。さらに、T2からT3時間後にグループCの2列目の発光素子を発光させる。各グループの1列目の発光素子は、2列目の発光素子が発光してからT1時間後に発光する。このような処理をすることにより、図8に示されているように、発光体アレイ1に2次元的に配置された発光体による結像スポットを、像担持体上で一列に形成することが可能となる。図10は、マイクロレンズ5を複数配列した場合に、像担持体の主走査方向に結像スポットが反転して形成される例を示す説明図である。
ここで、各パラメータは、以下の通りである。
d1:発光素子の副走査方向の距離
S:結像面(像担持体)の移動速度
β:レンズの倍率
図9においては、グループAの2列目の発光素子が発光した時間のT2時間後にグループBの2列目の発光素子を発光させる。さらに、T2からT3時間後にグループCの2列目の発光素子を発光させる。各グループの1列目の発光素子は、2列目の発光素子が発光してからT1時間後に発光する。このような処理をすることにより、図8に示されているように、発光体アレイ1に2次元的に配置された発光体による結像スポットを、像担持体上で一列に形成することが可能となる。図10は、マイクロレンズ5を複数配列した場合に、像担持体の主走査方向に結像スポットが反転して形成される例を示す説明図である。
以上のようなラインヘッドを用いて画像形成装置を構成することができる。その1実施形態においては、4つの感光体に4つのラインヘッドで露光し、4色の画像を同時に形成し、1つの無端状中間転写ベルト(中間転写媒体)に転写する、タンデム式カラープリンター(画像形成装置)に以上のようなラインヘッドを用いることができる。図11は、発光素子として有機EL素子を用いたタンデム式画像形成装置の1例を示す縦断側面図である。この画像形成装置は、同様な構成の4個のラインヘッド101K、101C、101M、101Yを、対応する同様な構成である4個の感光体ドラム(像担持体)41K、41C、41M、41Yの露光位置にそれぞれ配置したものであり、タンデム方式の画像形成装置として構成されている。
図11に示すように、この画像形成装置は、駆動ローラ51と従動ローラ52とテンションローラ53が設けられており、テンションローラ53によりテンションを加えて張架されて、図示矢印方向(反時計方向)へ循環駆動される中間転写ベルト(中間転写媒体)50を備えている。この中間転写ベルト50に対して所定間隔で配置された4個の像担持体としての外周面に感光層を有する感光体41K、41C、41M、41Yが配置される。
上記符号の後に付加されたK、C、M、Yはそれぞれ黒、シアン、マゼンタ、イエローを意味し、それぞれ黒、シアン、マゼンタ、イエロー用の感光体であることを示す。他の部材についても同様である。感光体41K、41C、41M、41Yは、中間転写ベルト50の駆動と同期して図示矢印方向(時計方向)へ回転駆動される。各感光体41(K、C、M、Y)の周囲には、それぞれ感光体41(K、C、M、Y)の外周面を一様に帯電させる帯電手段(コロナ帯電器)42(K、C、M、Y)と、この帯電手段42(K、C、M、Y)により一様に帯電させられた外周面を、感光体41(K、C、M、Y)の回転に同期して順次ライン走査する本発明の上記のようなラインヘッド101(K、C、M、Y)が設けられている。
また、このラインヘッド101(K、C、M、Y)で形成された静電潜像に現像剤であるトナーを付与して可視像(トナー像)とする現像装置44(K、C、M、Y)と、この現像装置44(K、C、M、Y)で現像されたトナー像を一次転写対象である中間転写ベルト50に順次転写する転写手段としての一次転写ローラ45(K、C、M、Y)と、転写された後に感光体41(K、C、M、Y)の表面に残留しているトナーを除去するクリーニング手段としてのクリーニング装置46(K、C、M、Y)とを有している。
ここで、各ラインヘッド101(K、C、M、Y)は、ラインヘッド101(K、C、M、Y)のアレイ方向が感光体ドラム41(K、C、M、Y)の母線に沿うように設置される。そして、各ラインヘッド101(K、C、M、Y)の発光エネルギーピーク波長と、感光体41(K、C、M、Y)の感度ピーク波長とは略一致するように設定されている。
現像装置44(K、C、M、Y)は、例えば、現像剤として非磁性一成分トナーを用いるもので、その一成分現像剤を例えば供給ローラで現像ローラへ搬送し、現像ローラ表面に付着した現像剤の膜厚を規制ブレードで規制し、その現像ローラを感光体41(K、C、M、Y)に接触あるいは押厚させることにより、感光体41(K、C、M、Y)の電位レベルに応じて現像剤を付着させることによりトナー像として現像するものである。
このような4色の単色トナー像形成ステーションにより形成された黒、シアン、マゼンタ、イエローの各トナー像は、一次転写ローラ45(K、C、M、Y)に印加される一次転写バイアスにより中間転写ベルト50上に順次一次転写され、中間転写ベルト50上で順次重ね合わされてフルカラーとなったトナー像は、二次転写ローラ66において用紙等の記録媒体Pに二次転写され、定着部である定着ローラ対61を通ることで記録媒体P上に定着され、排紙ローラ対62によって、装置上部に形成された排紙トレイ68上へ排出される。
なお、図11中、63は多数枚の記録媒体Pが積層保持されている給紙カセット、64は給紙カセット63から記録媒体Pを一枚ずつ給送するピックアップローラ、65は二次転写ローラ66の二次転写部への記録媒体Pの供給タイミングを規定するゲートローラ対、66は中間転写ベルト50との間で二次転写部を形成する二次転写手段としての二次転写ローラ、67は二次転写後に中間転写ベルト50の表面に残留しているトナーを除去するクリーニング手段としてのクリーニングブレードである。
さて、本発明は、以上のようなラインヘッド(光書き込みラインヘッド)の光学系に関するものである。まず、その原理から説明する。
図12は、本発明の前提となる原理を説明するための図である。図12はラインヘッドにおいてライン状に配置された発光素子列の端部発光素子2xとその発光素子列を投影するマイクロレンズ5とその発光素子列が投影される感光体(像担持体)41との関係を示す図であり、(a)は本発明の前提の場合、(b)は従来例の場合である。図12(b)の従来例では、一般にマイクロレンズ5の開口はその外形で規定されるため、端部発光素子2xの感光体41上での像である結像スポット8xは、端部発光素子2xとマイクロレンズ5の中心を通る直線上に結像されるため、感光体の振れ等に起因して像面である感光体41の面がレンズ光軸O−O’方向に前後して図の41’の位置に移動すると、感光体41上での結像スポット8xの位置はその直線上の位置8x’となり、結像スポットの位置ずれが生じ、その結像スポット8xが相対的に副走査方向に移動して描く走査線間のピッチにむらが発生してしまう(主走査方向の結像スポットのピッチむら)。
そこで、本発明の前提においては、図12(a)に示すように、マイクロレンズ5の前側焦点Fの位置に開口絞り11を光軸O−O’と同軸に配置する。このような開口絞り11をマイクロレンズ5の前側焦点F位置に配置すると、端部発光素子2xからの主光線12は開口絞り11の中心と通り、マイクロレンズ5で屈折されて光軸O−O’と平行に進むことになり、感光体41が光軸O−O’方向の41’の位置に移動しても、感光体41上での結像スポット8xの位置はマイクロレンズ5で屈折後の主光線12の位置8x’となり、感光体41の位置が前後に振れても結像スポット8xの位置ずれは生じない。そのため、従来のような主走査方向の結像スポット8xのピッチむらは起きず、結像スポット8xが副走査方向に移動して描く走査線間のピッチにむらが発生しない。
すなわち、本発明の前提の構成においては、主走査方向に複数の発光素子が列状に配置され、その複数の発光素子に対応して1個の正レンズが配置され、その発光素子の列の像(結像スポットのアレイ)を投影面(感光体)上に投影することで画像を形成するラインヘッドにおいて、その投影光学系をいわゆる像側にテレセントリックな構成とすることで、投影面(感光体)の位置が光軸方向にずれても結像スポットの位置ずれが発生しないようにして、形成される画像の劣化を防止するものである。
そして、開口絞り11の機能としては、少なくとも軸外の結像スポットの位置ずれが問題になる方向(主走査方向)の開口径を制限する形状であればよいので、従来例(特許文献1、2)のように1個の正レンズに対して1列の発光素子のアレイを配置する場合は、主走査方向の開口径を制限するだけの形状でよい。また、本発明の上記実施形態のように副走査方向に極近接して2列のアレイを配置する場合(図4)でも、主走査方向の開口径を制限する形状でよいが、もちろん副走査方向の開口径も制限するような形状としてもよい。そのためには、円形、楕円形、矩形何れの開口形状でもよい。
さて、このようにラインヘッドの投影光学系を像側にテレセントリックな構成とする場合に、前側焦点Fがマイクロレンズ5の物体側(発光素子列側)のレンズ面位置にくるようにマイクロレンズ5を構成することができる。この点を図13を参照にして説明する。
幾何光学によると、光軸上のでの厚さをd、第1面(物体側面)13の曲率半径をR1 、第2面(像側面)14の曲率半径をR2 、空中にあるマイクロレンズ5の屈折率をn、マイクロレンズ5の焦点距離をfとする。図のようなマイクロレンズ5の場合、R1 >0、R2 <0、f>0とする。
f=−nR1 R2 /D ・・・(1)
D=−(n−1)[d+n(R2 −R1 ] ・・・(2)
dH =−(1−n)R1 d/D ・・・(3)
の関係にある。ここで、dH は第1面13の面頂から前側主点までの距離である。
D=−(n−1)[d+n(R2 −R1 ] ・・・(2)
dH =−(1−n)R1 d/D ・・・(3)
の関係にある。ここで、dH は第1面13の面頂から前側主点までの距離である。
第1面13の面頂から前側焦点Fまでの距離fF (フォロントフォーカス)は、
fF =−f+dH =nR1 R2 /D−(1−n)R1 d/D
=−nR1 R2 /D[−1+(1−n)d/nR2 ]
=−f[1−(1−n)d/nR2 ] ・・・(4)
となる。
fF =−f+dH =nR1 R2 /D−(1−n)R1 d/D
=−nR1 R2 /D[−1+(1−n)d/nR2 ]
=−f[1−(1−n)d/nR2 ] ・・・(4)
となる。
前側焦点Fがマイクロレンズ5の第1面13の面頂に位置するためには、
fF =−f[1−(1−n)d/nR2 ]=0 ・・・(5)
を満たさなければならない。したがって、
d=nR2 /(1−n) ・・・(6)
を満足するようにマイクロレンズ5を構成し、その物体側レンズ面13の位置に開口絞り11を配置することで、マイクロレンズ5を像側にテレセントリックな構成とすることができ、投影面(感光体)41の位置が光軸光軸O−O’方向にずれても結像スポットの位置ずれが発生しないようになり、形成される画像の劣化を防止することができる。
fF =−f[1−(1−n)d/nR2 ]=0 ・・・(5)
を満たさなければならない。したがって、
d=nR2 /(1−n) ・・・(6)
を満足するようにマイクロレンズ5を構成し、その物体側レンズ面13の位置に開口絞り11を配置することで、マイクロレンズ5を像側にテレセントリックな構成とすることができ、投影面(感光体)41の位置が光軸光軸O−O’方向にずれても結像スポットの位置ずれが発生しないようになり、形成される画像の劣化を防止することができる。
なお、(6)式の右辺はマイクロレンズ5の第2面(像側面)14の前側焦点距離でもあるので、(6)式は、第1面(物体側面)13が第2面(像側面)14の前側焦点位置に配置されることと同じであり、マイクロレンズ5の物体側面13を像側面14の前側焦点位置に配置し、その物体側面13の位置に開口絞り11を配置することで、マイクロレンズ5は像側にテレセントリックな構成となる。
そして、開口絞り11をマイクロレンズ5の物体側レンズ面13位置に配置することで、開口絞り11が物体側レンズ面13から離れている場合に比較して、物体側の開口角が大きくできるため、発光素子からの光の利用効率が高くなり、より明るい結像スポットを形成することができ、より効率的に画像形成が可能になる。
なお、開口絞り11の配置位置は、光軸O−O’上での物体側レンズ面13の位置であるが、物体側レンズ面13の周囲位置で開口絞り11が接する場合、厳密には光軸O−O’上で物体側レンズ面13の位置とはならない。しかし、開口絞り11の物体側レンズ面13の面頂位置からそのレンズ面のサグ量程度のずれはテレセントリック性を得る意味では問題にはならない。
ところで、以上は、光書き込みラインヘッドの光学系であったが、光路を逆にして、主走査方向に複数の受光素子が列状に配置され、その複数の受光素子に対応して1個の上記のような正レンズが配置され、その受光素子の列の像(読み取りスポットのアレイ)を読み取り面に逆投影することで画像を読み取る光読み取りラインヘッドの場合も、その投影光学系をいわゆる物体側にテレセントリックな構成とすることで、読み取り面の位置が光軸方向にずれても読み取りスポットの位置ずれが発生しないようにして、読み取り画像の劣化を防止するようにすることもできる。この場合は、図13において、符号41は読み取り面、符号2xは端部受光素子となり、その原理は光書き込みラインヘッドの光学系と同様である。なお、この場合は、マイクロレンズ5の面13、14はそれぞれ射出側、入射側のレンズ面になり、マイクロレンズ5の射出側のレンズ面13を入射側のレンズ面の後側焦点位置に配置し、その射出側のレンズ面13の位置に開口絞り11を配置することになる。
次に、このような本発明の原理を適用した1実施例の光書き込みラインヘッドを説明する。
図14はこの実施例の光書き込みラインヘッドの構成を示す一部を破断した斜視図であり、図15はその副走査方向に沿ってとった断面図である。また、図16はこの場合の発光体アレイとマイクロレンズアレイの配置を示す平面図である。さらに、図17は1個のマイクロレンズとそれに対応する発光体ブロックとの対応関係を示す図である。
本実施例では、図4、図7の場合と同様に、主走査方向に4個のこの例では有機EL素子からなる発光素子2を配列した発光素子列3を、副走査方向に2列形成して1個の発光体ブロック4とし、その発光体ブロック4を主走査方向及び副走査方向に複数設けて発光体アレイ1が形成されており、発光体ブロック4は副走査方向では主走査方向の先頭位置をずらして千鳥状に配列されている。図16の例では、発光体ブロック4が副走査方向に3列配置されている。このような発光体アレイ1は、ガラス基板20の裏面上に形成されており、同じガラス基板20の裏面上に形成された駆動回路により駆動される。なお、ガラス基板20の裏面の有機EL素子(発光素子2)は封止部材27で封止されている。
ガラス基板20は長尺のケース21に設けられた受け穴22中に嵌め込まれ、裏蓋23を被せて固定金具24により固定される。長尺のケース21の両端に設けた位置決めピン25を対向する画像形成装置本体の位置決め穴に嵌入させると共に、長尺のケース21の両端に設けたねじ挿入孔26を通して固定ねじを画像形成装置本体のねじ穴にねじ込んで固定することにより、光書き込みラインヘッド101が所定位置に固定されている。
そして、ケース21のガラス基板20の表面側には、発光体アレイ1の各発光体ブロック4とマイクロレンズアレイ6の各マイクロレンズ5とに整列するように透孔29が穿たれたを所定の厚さの遮光部材28を介して、マイクロレンズアレイ6が固定されている。その際、透孔29の先端開口部30がマイクロレンズアレイ6のマイクロレンズ5の面頂位置に位置するようになっている。また、図17から明らかなように、マイクロレンズアレイ6の各マイクロレンズ5の光軸が発光体ブロック4の中心に整列するようにマイクロレンズアレイ6が固定されている。
図18は、発光体アレイ1の発光体ブロック4とマイクロレンズ5とに対応して配置される透孔29の先端開口部30の位置関係を示す平面図であり、図19は1個の発光体ブロック4と1個のマイクロレンズ5とに対する透孔29の先端開口部30を示す図である。また、各発光体ブロック4を構成する発光素子2から、透孔29の先端開口部30、マイクロレンズアレイ6のマイクロレンズ5を通る光路を示す光路図を図20に示してある。
本発明に基づき、マイクロレンズアレイ6の各マイクロレンズ5として、その物体側のレンズ面13が像側のレンズ面14の前側焦点位置に位置するように構成してある。そして、遮光部材28の各透孔29の先端開口部30が開口絞り11の作用をするように、先端開口部30が各マイクロレンズ5の物体側のレンズ面13の面頂位置に位置するよう配置されている(図20)。そして、先端開口部30は、各マイクロレンズ5の中心(光軸)と各発光体ブロック4の中心とに整列するように配置されており、また、この実施例では、先端開口部30の形状は円形となっているが、少なくとも主走査方向の開口径を制限する楕円形、矩形等の開口形状としてもよい。
このように、この実施例においては、遮光部材28に設けた透孔29の先端開口部30が開口絞り11を兼ねるように構成したので、開口絞り11を別体で構成するよりラインヘッドの組立・構成が簡単になる。
なお、開口絞り11を別に設けた絞り板で構成してもよい。図21はその場合の図20に対応する図であり、発光体アレイ1の各発光体ブロック4とマイクロレンズアレイ6の各マイクロレンズ5とに整列するように開口絞り11の作用をする開口37を設けた絞り板36をマイクロレンズ5の面頂位置に位置するように配置する。この場合は、遮光部材28を別に配置するか、省いてもよい。
さらに、開口絞り11としては、上記のように、遮光部材28に兼ねさせたり、別体の絞り板30を用いるようにしてもよいが、マイクロレンズアレイ6の物体側のレンズ面13上に蒸着や印刷等の手段で一体に設けるようにしてもよい。
以上の実施例は、発光素子2としてガラス基板20の裏面に設けた有機EL素子を用い、そのガラス基板20の表面側に発光する光を利用するいわゆるボトムエミッション配置の光書き込みラインヘッド101であったが、基板32の表面側に発光素子2を配置するEL素子やLEDを用いる場合には、図22に示したように構成することができる。ここで、図22は図15に対応する図である。
なお、本発明の光書き込みラインヘッド101に用いるマイクロレンズアレイ6は、従来公知の如何なる構成のものでも使用可能であるが、その1例を図23と図24に示す。図23はマイクロレンズアレイ6の斜視図であり、図24はその主走査方向に沿ってとった断面図である。この例では、ガラス基板34の両面に整列して透明樹脂からなるレンズ面部35を一体に成形して各マイクロレンズ5を構成したものである。レンズ面部35は凸面に限定されず、一方が凹面のレンズ面部35であってもよい。
次に、上記実施例に用いる光学系の具体的数値例を実施例1、実施例2として示す。
図25、図26は実施例1の1個のマイクロレンズ5に対応する光学系のそれぞれ主走査方向、副走査方向の断面図であり、ガラス基板20の裏面に配置された有機EL素子を発光素子2として用い、マイクロレンズ5の第1面13位置に開口絞り11が配置される場合である。この実施例の数値データを下記に示すが、発光体ブロック4側から感光体(像面)41側へ順に、r1 、r2 …は各光学面の曲率半径(mm)、d1 、d2 …は各光学面間の間隔(mm)、nd1、nd2…は各透明媒体のd線の屈折率、νd1、νd2…は各透明媒体のアッベ数である。なお、r1 、r2 …は光学面も表すものとする。以下、同じ。
実施例1の光学系では、光学面r1 は発光体ブロック(物体面)4、光学面r2 はガラス基板20の表面、光学面r3 は開口絞り11、光学面r4 、r5 はマイクロレンズ5の物体側の面13、像側の面14、光学面r6 は感光体(像面)41である。
図27、図28は実施例2の1個のマイクロレンズ5に対応する光学系のそれぞれ主走査方向、副走査方向の断面図であり、発光素子2の射出側にガラス基板が配置されておらず、マイクロレンズ5の第1面13位置に開口絞り11が配置される場合である。
この実施例の数値データを下記に示すが、光学面r1 は発光体ブロック(物体面)4、光学面r2 は開口絞り11、光学面r3 、r4 はマイクロレンズ5の物体側の面、像側の面、光学面r5 は感光体(像面)41である。
実施例1
r1 = ∞(物体面) d1 = 0.5 nd1 =1.5168 νd1 =64.2
r2 = ∞ d2 = 1.67
r3 = ∞(絞り) d3 = 0
r4 = 0.852 d4 = 3 nd2 =1.5168 νd2 =64.2
r5 = -1.015 d5 = 1.3
r6 = ∞(像面)
使用波長λ=760nm
レンズ径D=1.1mm
光学倍率β=-1
d=3
nR2 /(1−n)=3 。
r1 = ∞(物体面) d1 = 0.5 nd1 =1.5168 νd1 =64.2
r2 = ∞ d2 = 1.67
r3 = ∞(絞り) d3 = 0
r4 = 0.852 d4 = 3 nd2 =1.5168 νd2 =64.2
r5 = -1.015 d5 = 1.3
r6 = ∞(像面)
使用波長λ=760nm
レンズ径D=1.1mm
光学倍率β=-1
d=3
nR2 /(1−n)=3 。
実施例2
r1 = ∞(物体面) d1 = 2
r2 = ∞(絞り) d2 = 0
r3 = 0.852 d3 = 3 nd1 =1.5168 νd1 =64.2
r4 = -1.015 d4 = 1.3
r5 = ∞(像面)
r6 =
使用波長λ=760nm
レンズ径D=1.1m
光学倍率β=-1
d=3
nR2 /(1−n)=3 。
r1 = ∞(物体面) d1 = 2
r2 = ∞(絞り) d2 = 0
r3 = 0.852 d3 = 3 nd1 =1.5168 νd1 =64.2
r4 = -1.015 d4 = 1.3
r5 = ∞(像面)
r6 =
使用波長λ=760nm
レンズ径D=1.1m
光学倍率β=-1
d=3
nR2 /(1−n)=3 。
以上、本発明のラインヘッド及びそれを用いた画像形成装置をその原理と実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
O−O’…レンズ光軸、F…マイクロレンズの前側焦点、1…発光体アレイ、2…発光素子、2x…端部発光素子又は端部受光素子、3…発光素子列、4…発光体ブロック、5…マイクロレンズ、6…マイクロレンズアレイ、8、8a、8b…結像スポット、8x…端部発光素子の結像スポット、8x’…感光体がずれたときの端部発光素子の結像スポットの位置、10…メモリテーブル、11…開口絞り、12…主光線、13…マイクロレンズの第1面(物体側面)、14…マイクロレンズの第2面(像側面)、20…ガラス基板、21…長尺のケース、22…受け穴、23…裏蓋、24…固定金具、25…位置決めピン、26…挿入孔、27…封止部材、28…遮光部材、29…透孔、30…透孔の先端開口部、32…基板、34…ガラス基板、35…レンズ面部、36…絞り板、37…開口、41…感光体(像担持体)又は読み取り面、41’…感光体(像担持体)のずれ位置、41(K、C、M、Y)…感光体ドラム(像担持体)、42(K、C、M、Y)…帯電手段(コロナ帯電器)、44(K、C、M、Y)…現像装置、45(K、C、M、Y)…一次転写ローラ、50…中間転写ベルト、66…二次転写ローラ、101、101K、101C、101M、101Y…ラインヘッド(光書き込みラインヘッド)
Claims (9)
- 主走査方向に複数の発光素子が列状に配置されてなる発光素子列を1列以上含む発光体ブロックが少なくとも主走査方向に間隔をおいて複数配置された発光体アレイの射出側に、各発光体ブロックに対応して各々1個の正レンズが整列するように配置されたレンズアレイが前記発光体アレイに平行に配置され、前記レンズアレイの結像側に書き込み面が平行に配置されており、前記レンズアレイの各正レンズの入射側のレンズ面がその射出側のレンズ面の前側焦点位置に位置し、かつ、その入射側のレンズ面位置に開口絞りが配置されていることを特徴とするラインヘッド。
- 前記発光体アレイは透明基板の裏面に前記発光素子列が形成され、前記レンズアレイは前記透明基板の表面前方に配置されていることを特徴とする請求項1記載のラインヘッド。
- 前記発光体アレイと前記レンズアレイの間に配置され、前記正レンズに整列するように透孔が穿たれたを遮光部材の前記透孔の前記レンズアレイ側の先端開口部が前記開口絞りを兼ねていることを特徴とする請求項1又は2記載のラインヘッド。
- 前記発光体ブロックが副走査方向に複数配列された前記発光素子列を含むことを特徴とする請求項1から3の何れか1項記載のラインヘッド。
- 前記発光体ブロックが副走査方向に複数配列されていることを特徴とする請求項1から4の何れか1項記載のラインヘッド。
- 前記発光素子が有機EL素子からなることを特徴とする請求項1から5の何れか1項記載のラインヘッド。
- 前記発光素子がLEDからなることを特徴とする請求項1、3から5の何れか1項記載のラインヘッド。
- 像担持体の周囲に帯電手段と、請求項1から7の何れか1項記載のラインヘッドと、現像手段と、転写手段との各画像形成用ユニットを配した画像形成ステーションを少なくとも2つ以上設け、転写媒体が各ステーションを通過することにより、タンデム方式で画像形成を行うことを特徴とする画像形成装置。
- 主走査方向に複数の受光素子が列状に配置されてなる受光素子列を1列以上含む受光体ブロックが少なくとも主走査方向に間隔をおいて複数配置された受光体アレイの入射側に、各受光体ブロックに対応して各々1個の正レンズが整列するように配置されたレンズアレイが前記受光体アレイに平行に配置され、前記レンズアレイの物体側に読み取り面が平行に配置されており、前記レンズアレイの各正レンズの射出側のレンズ面がその入射側のレンズ面の後側焦点位置に位置し、かつ、その射出側のレンズ面位置に開口絞りが配置されていることを特徴とするラインヘッド。
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JP2006291125A JP2008105298A (ja) | 2006-10-26 | 2006-10-26 | ラインヘッド及びそれを用いた画像形成装置 |
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WO2010110016A1 (ja) * | 2009-03-25 | 2010-09-30 | コニカミノルタオプト株式会社 | 画像形成装置及びレンズアレイ |
JP2012063659A (ja) * | 2010-09-17 | 2012-03-29 | Oki Data Corp | レンズアレイ、レンズユニット、ledヘッド、露光装置、画像形成装置、読取装置、レンズアレイの製造方法および成形型 |
CN104101942A (zh) * | 2010-12-31 | 2014-10-15 | 亚泰影像科技股份有限公司 | 导光元件及高均匀度高亮度光源模组 |
-
2006
- 2006-10-26 JP JP2006291125A patent/JP2008105298A/ja active Pending
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