JP2008105299A - ラインヘッド及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

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。

Ｒ₁ ＞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、
Ｒ₂ 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。

Ｒ₁ ＞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、
Ｒ₂ 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ｄ_H （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＋ｄ_H ・・・（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＋ｄ_H ） ・・・（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・ｄ_H
ｄ’_H'＞β・ｄ_H
ｄ_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、
ｄ_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）、
ｄ_H ／ｄ’_H'＝Ｒ₁ ／Ｒ₂
ｄ_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、
Ｒ₁ ／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、
Ｒ₁ ＞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、
Ｒ₁ ＜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）、ｎ_d1、ｎ_d2…は各透明媒体のｄ線の屈折率、ν_d1、ν_d2…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
ｒ₁ = ∞（物体面） ｄ₁ = 0.5 ｎ_d1 =1.5168 ν_d1 =64.2
ｒ₂ = ∞ ｄ₂ = 1.67
ｒ₃ = ∞（絞り） ｄ₃ = 0
ｒ₄ = 1.46 ｄ₄ = 3 ｎ_d2 =1.5168 ν_d2 =64.2
ｒ₅ = -1.02 ｄ₅ = 2.4
ｒ₆ = ∞（像面）
使用波長λ=760nm
レンズ径Ｄ=1mm
光学倍率β=-1
Ｒ₁ ＝１．４６
Ｒ₂ ／β＝１．０２ 。

実施例２
ｒ₁ = ∞（物体面） ｄ₁ = 2
ｒ₂ = ∞（絞り） ｄ₂ = 0
ｒ₃ = 1.46 ｄ₃ = 3 ｎ_d1 =1.5168 ν_d1 =64.2
ｒ₄ = -1.02 ｄ₄ = 2.4
ｒ₅ = ∞（像面）
使用波長λ=760nm
レンズ径Ｄ=1mm
光学倍率β=-1
Ｒ₁ ＝１．４６
Ｒ₂ ／β＝１．０２ 。

実施例３
ｒ₁ = ∞（物体面） ｄ₁ = 0.5 ｎ_d1 =1.5168 ν_d1 =64.2
ｒ₂ = ∞ ｄ₂ = 1.67
ｒ₃ = ∞（絞り） ｄ₃ = 0
ｒ₄ = -3.00 ｄ₄ = 3 ｎ_d2 =1.5168 ν_d2 =64.2
ｒ₅ = -1.02 ｄ₅ = 4.2
ｒ₆ = ∞（像面）
使用波長λ=760nm
レンズ径Ｄ=1mm
光学倍率β=-1
Ｒ₁ ＝−３
Ｒ₂ ／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。
   Ｒ₁ ＞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、
   Ｒ₂ 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。
   Ｒ₁ ＞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、
   Ｒ₂ 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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