JP2008105299A - 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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竜太 小泉
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雄二郎 野村
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Abstract

【課題】レンズアレイ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レンズアレイに感光体が衝突するのを防止したりレンズアレイが汚れるのを防止する。
【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個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が両凸正レンズからなり、R1 >R2 /βを満足する。ここで、R1 は正レンズ5の入射側のレンズ面13の曲率半径、R2 は射出側のレンズ面14の曲率半径、βは横倍率である。
【選択図】図19

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、レンズアレイの各正レンズの像側のレンズ面から感光体までの距離である作動距離(ワーキング・デスタンス)をできる限り長くして、感光体の回転に伴って振れ等があってもレンズアレイに感光体が衝突するのを防止する手段はとっていなかった。
本発明は従来技術のこのような状況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、作動距離を長くしてレンズアレイに感光体が衝突するのを防止したりレンズアレイが汚れるのを防止することである。
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が両凸正レンズからなり、次の条件を満足することを特徴とするものである。
1 >R2 /β ・・・(11)
ただし、R1 は前記正レンズの入射側のレンズ面の曲率半径、
2 は前記正レンズの射出側のレンズ面の曲率半径、
βは横倍率、
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振れてもレンズアレイに書き込み面が衝突したり汚れるのを防止することができる。
本発明のもう1つのラインヘッドは、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が射出側に凸の正メニスカスレンズからな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振れてもレンズアレイに書き込み面が衝突したり汚れるのを防止することができる。
これらの場合、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が両凸正レンズからなり、次の条件を満足することを特徴とするラインヘッドを含むものである。
1 >R2 /β ・・・(11)
ただし、R1 は前記正レンズの射出側のレンズ面の曲率半径、
2 は前記正レンズの入射側のレンズ面の曲率半径、
βは逆光線追跡での横倍率、
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、読み取り面が光軸方向に振れてもレンズアレイに読み取り面が衝突したり汚れるのを防止することができる。
本発明は、また、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が入射側に凸の正メニスカスレンズからなることを特徴とするラインヘッドを含むものである。
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、読み取り面が光軸方向に振れてもレンズアレイに読み取り面が衝突したり汚れるのを防止することができる。
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。
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。
本発明の基本原理はマイクロレンズアレイ6を構成するマイクロレンズ5の作動距離(ワーキング・デスタンス)を薄肉レンズでマイクロレンズ5を構成する場合より長くして、感光体の回転に伴って振れ等があってもマイクロレンズアレイ6に感光体が衝突するのを防止したり、レンズアレイが汚れるのを防止することである。
図12(a)に示すように、マイクロレンズ5として厚さ0の薄肉レンズ50 を用いた場合、レンズ50 からレンズ光軸O−O’上の発光素子2までの距離をs(図の場合、負)、レンズ50 から結像スポット11までの作動距離をs’(図の場合、正)、横倍率をβ(図の場合、負)とすると、近軸理論から、
s’=β・s ・・・(1)
となる。したがって、sとβの値を決めると、s’の値は一意に決まってしまう。
ところが、マイクロレンズ5を図12(b)に示すような厚さが0より大きい厚肉レンズで構成する場合は、そのレンズ厚を考慮する必要があるため、(1)式の関係は成り立たない。
そこで、厚肉レンズの場合、マイクロレンズ5の第1面(物体側のレンズ面)13の曲率半径をR1 、第2面(像側のレンズ面)14の曲率半径をR2 とし、レンズ5から発光素子2までの距離を薄肉レンズ50 の場合と同じにsとしたときの作動距離s”が、横倍率βを変えずに、薄肉レンズ50 の作動距離s’に比べて大きくできるための条件を以下に求める。すなわち、
s”>s’ ・・・(2)
の条件を求める。
図13に、主平面(物体側主平面H、像側主平面H’)の位置を考慮した厚肉レンズ5の各種パラメータを示す。ここで、レンズ5の第1面(物体側のレンズ面)13から物体側主平面Hまでの距離をdH (図の場合、正)、物体側主平面Hから発光素子2までの距離をL(図の場合、負)、レンズ5の第2面(像側のレンズ面)14から像側主平面H’までの距離をd’H'(図の場合、負)、レンズ5の像側主平面H’から発光素子2の像である結像スポット11までの距離をL’(図の場合、正)とすると、
s=L+dH ・・・(3)
s”=L’+d’H' ・・・(4)
となる。ここで、(2)式に(1)式、(4)式を代入すると、
L’+d’H'>β・s ・・・(5)
となり、さらに(3)式をこの(5)式に代入すると、
L’+d’H'>β(L+dH ) ・・・(6)
となる。
また、主平面を基準とすると、薄肉レンズ50 の(1)式と同様の関係が成り立つため、
L’=β・L ・・・(7)
となる。この(7)式を(6)式に代入し、式をまとめると、
β・L+d’H'>β・L+β・dH
d’H'>β・dH
H >d’H'/β ・・・(8)
となり(β<0のため)、作動距離の増減は主面の位置により決まる。
ここで、第1面13の曲率半径はR1 、第2面14の曲率半径はR2 であり、近軸理論より、
H =(n−1)R1 d/D
d’H'=(n−1)R2 d/D
D=−(n−1)[d+n(R2 −R1
であるので(ここで、dはレンズ5の光軸上の厚さ、nはレンズ5の屈折率)、
H /d’H'=R1 /R2
H =R1 /R2 ×d’H' ・・・(9)
という関係が導かれる。この(9)式を(8)式に代入すると、
1 /R2 ×d’H'>d’H'/β ・・・(10)
となる。
ここで、図14(a)に示すように、レンズ5が両凸レンズの場合は、R2 は負の値、d’H'も負の値となるため、(10)式を変形して、
1 >R2 /β ・・・(11)
となる。また、レンズ5が図14(b)に示すように像側に凸のメニスカスレンズの場合、及び、図14(c)に示すように物体側に凸のメニスカスレンズの場合は何れも、R2 とd’H'の符号が逆になるため、(10)式を変形する過程で不等号が逆転し、
1 <R2 /β ・・・(12)
となる。図14(c)に示すように物体側に凸のメニスカスレンズの場合は、R1 >0、R2 >0、β<0であるので、(12)式を満たすことはできない。すなわち、マイクロレンズ5をメニスカスレンズで構成する場合は、像側に凸のメニスカスレンズで構成しないと、作動距離を伸ばすことはできない。
以上の検討から明らかなように、マイクロレンズアレイ6のマイクロレンズ5を両凸正レンズで構成する場合は上記(11)式を満足するように構成し、像側に凸の正メニスカスレンズで構成する場合は上記(12)式を常に満足するため、その作動距離をより長く構成することができ、上記したように、感光体の回転に伴って振れ等があってもマイクロレンズアレイ6に感光体が衝突したり汚れるのを防止することができるようになる。これが本発明の原理である。
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、その読み取り面側の作動距離を長くしてマイクロレンズアレイ6に読み取り面が衝突したり汚れるのを防止することができるようになる。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、横倍率は逆光線追跡での値となる。
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15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16はその副走査方向に沿ってとった断面図である。また、図17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。図18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。さらに、図19は、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17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、図18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。
そして、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として両凸正レンズを使用し、その物体側のレンズ面13の曲率半径R1 と像側のレンズ面14の曲率半径R2 が、横倍率をβ(負の値である)とした場合、(11)式を満たすように構成してある。
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20に示したように構成することができる。ここで、図20は図16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、そのレンズ面の曲率半径の制限を除いて、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21と図22に示す。図21はマイクロレンズアレイ6の斜視図であり、図22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(図14(b)参照)。
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3として示す。
図23、図24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として用いる場合である。この実施例では、マイクロレンズ5として両凸正レンズを用いている。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、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25、図26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いない。この実施例では、マイクロレンズ5として両凸正レンズを用いている。
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、光学面r3 、r4 はマイクロレンズ5の物体側の面13、像側の面14、光学面r5 は感光体(像面)41である。
図27、図28は実施例3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として用いる場合である。この実施例では、マイクロレンズ5として像側に凸の正メニスカスレンズを用いている。
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 はガラス基板20の表面、光学面r3 は開口絞り、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。
実施例1
1 = ∞(物体面) d1 = 0.5 nd1 =1.5168 νd1 =64.2
2 = ∞ d2 = 1.67
3 = ∞(絞り) d3 = 0
4 = 1.46 d4 = 3 nd2 =1.5168 νd2 =64.2
5 = -1.02 d5 = 2.4
6 = ∞(像面)
使用波長λ=760nm
レンズ径D=1mm
光学倍率β=-1
1 =1.46
2 /β=1.02 。
実施例2
1 = ∞(物体面) d1 = 2
2 = ∞(絞り) d2 = 0
3 = 1.46 d3 = 3 nd1 =1.5168 νd1 =64.2
4 = -1.02 d4 = 2.4
5 = ∞(像面)
使用波長λ=760nm
レンズ径D=1mm
光学倍率β=-1
1 =1.46
2 /β=1.02 。
実施例3
1 = ∞(物体面) d1 = 0.5 nd1 =1.5168 νd1 =64.2
2 = ∞ d2 = 1.67
3 = ∞(絞り) d3 = 0
4 = -3.00 d4 = 3 nd2 =1.5168 νd2 =64.2
5 = -1.02 d5 = 4.2
6 = ∞(像面)
使用波長λ=760nm
レンズ径D=1mm
光学倍率β=-1
1 =−3
2 /β=1.02 。
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。
本発明の1実施形態に係るラインヘッドの1つのマイクロレンズに対応する部分の斜視図である。 本発明の1実施形態に係るラインヘッドの1つのマイクロレンズに対応する部分の斜視図である。 本発明の1実施形態に係るラインヘッドの1つのマイクロレンズに対応する部分の斜視図である。 本発明の1実施形態に係る発光体アレイと光学倍率がマイナスのマイクロレンズとの対応関係を示す説明図である。 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の例を示す説明図である。 主走査方向に奇数番号と偶数番号の発光素子による結像スポットが同列に形成される様子を示す説明図である。 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の構成で各発光素子の出力光によりマイクロレンズ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。 マイクロレンズ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。 本発明による電子写真プロセスを用いた画像形成装置の1実施例の全体構成を示す模式的断面図である。 マイクロレンズとし薄肉レンズと厚肉レンズで構成する場合の差異を説明するための図である。 厚肉レンズの主平面の位置を考慮した各種パラメータを示す図である。 両凸正レンズと正メニスカスレンズの像側主平面位置と像側のレンズ面の曲率半径の符号、像側のレンズ面から像側主平面までの距離の符号を示す図である。 本発明の1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る。 図15の副走査方向に沿ってとった断面図である。 図15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。 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。 マイクロレンズアレイのマイクロレンズを通る光路を示す光路図である。。 LED等を用いる場合の例の図16に対応する図である。 マイクロレンズアレイの1例の斜視図である。 図21のマイクロレンズアレイの主走査方向に沿ってとった断面図である。 実施例1の1個のマイクロレンズに対応する光学系の主走査方向の断面図である。 実施例1の1個のマイクロレンズに対応する光学系の副走査方向の断面図である。 実施例2の1個のマイクロレンズに対応する光学系の主走査方向の断面図である。 実施例2の1個のマイクロレンズに対応する光学系の副走査方向の断面図である。 実施例3の1個のマイクロレンズに対応する光学系の主走査方向の断面図である。 実施例3の1個のマイクロレンズに対応する光学系の副走査方向の断面図である。
符号の説明
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、3…発光素子列、4…発光体ブロック、5…マイクロレンズ、50 …薄肉レンズ、6…マイクロレンズアレイ、8、8a、8b…結像スポット、10…メモリテーブル、11…結像スポット、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、32…基板、34…ガラス基板、35…レンズ面部、41…感光体(像担持体)又は読み取り面、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 (10)

  1. 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が両凸正レンズからなり、次の条件を満足することを特徴とするラインヘッド。
    1 >R2 /β ・・・(11)
    ただし、R1 は前記正レンズの入射側のレンズ面の曲率半径、
    2 は前記正レンズの射出側のレンズ面の曲率半径、
    βは横倍率、
    である。
  2. 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が射出側に凸の正メニスカスレンズからなることを特徴とするラインヘッド。
  3. 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又は2記載のラインヘッド。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 前記発光素子がLEDからなることを特徴とする請求項1、2、4、5の何れか1項記載のラインヘッド。
  8. 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。
  9. 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が両凸正レンズからなり、次の条件を満足することを特徴とするラインヘッド。
    1 >R2 /β ・・・(11)
    ただし、R1 は前記正レンズの射出側のレンズ面の曲率半径、
    2 は前記正レンズの入射側のレンズ面の曲率半径、
    βは逆光線追跡での横倍率、
    である。
  10. 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が入射側に凸の正メニスカスレンズからなることを特徴とするラインヘッド。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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