JP2010162849A - Line head and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ラインヘッドおよび画像形成装置に関する。 The present invention relates to a line head and an image forming apparatus.
電子写真方式を用いる複写機、プリンター等の画像形成装置には、回転する感光体の外表面を露光処理して静電潜像を形成する露光手段が備えられている。かかる露光手段としては、複数の発光素子を感光体の回転軸線方向に配列した構造を有するラインヘッドが知られている(例えば、特許文献1参照)。
かかるラインヘッドとして、例えば、特許文献1には、複数のLED(発光素子)を備えるLEDアレイチップを一方向に複数配列した光情報書き込み装置が開示されている。
2. Description of the Related Art Image forming apparatuses such as copying machines and printers using an electrophotographic system are provided with exposure means for forming an electrostatic latent image by exposing the outer surface of a rotating photoreceptor. As such an exposure means, a line head having a structure in which a plurality of light emitting elements are arranged in the direction of the rotation axis of a photoreceptor is known (for example, see Patent Document 1).
As such a line head, for example,
かかる光情報書き込み装置では、各LEDアレイチップの複数のLEDが感光体の回転軸線方向に配列され、各LEDアレイチップ毎に対応して凸レンズ要素(結像光学系)が設けられており、この凸レンズ要素がLEDアレイチップの各LEDからの光を結像する。
このような特許文献1に開示されたラインヘッドでは、凸レンズ要素の像面湾曲に起因して、凸レンズ要素の結像性能が光軸から離れるにつれて低下するため、感光体表面において、凸レンズ要素の光軸に対し近位に設けられたLEDからの光のスポット径と、凸レンズ要素の光軸に対し遠位に設けられたLEDからの光のスポット径とが異なってしまう。その結果、感光体表面に形成される潜像は、凸レンズ要素の光軸に対し近位に設けられたLEDからの光によって形成される画素と、凸レンズ要素の光軸に対し遠位に設けられたLEDからの光によって形成される画素とで濃度差が生じ、濃度ムラが生じてしまう。
また、画像形成装置本体に対するラインヘッドの組み付け誤差、感光体の偏心等によって、凸レンズ要素の像面と被照射面(感光体表面)との位置関係がずれたり変動したりするため、この点でも、濃度ムラが生じてしまう。
In such an optical information writing device, a plurality of LEDs of each LED array chip are arranged in the rotation axis direction of the photosensitive member, and a convex lens element (imaging optical system) is provided for each LED array chip. A convex lens element images light from each LED of the LED array chip.
In such a line head disclosed in
In addition, the positional relationship between the image surface of the convex lens element and the irradiated surface (photosensitive member surface) may be shifted or fluctuated due to an assembly error of the line head with respect to the image forming apparatus main body, the eccentricity of the photosensitive member, etc. Density unevenness occurs.
本発明の目的は、高精度な露光処理を実現することができるラインヘッドを提供すること、また、高品位な画像を得ることができる画像形成装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a line head capable of realizing a highly accurate exposure process and to provide an image forming apparatus capable of obtaining a high-quality image.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のラインヘッドは、第1方向に配された発光素子と、
前記発光素子から放射された光を結像する結像光学系と、を備え、
前記結像光学系は、回転対称なレンズを含み、
前記レンズの対称軸を通る前記第1方向断面で、前記結像光学系は像面に対して符号が反転する縦収差を有することを特徴とする。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The line head of the present invention includes a light emitting element disposed in the first direction,
An imaging optical system that forms an image of light emitted from the light emitting element;
The imaging optical system includes a rotationally symmetric lens,
In the first direction cross section passing through the symmetry axis of the lens, the imaging optical system has a longitudinal aberration whose sign is inverted with respect to the image plane.
本発明のラインヘッドでは、前記結像光学系は、前記対称軸を含み前記第1方向と直交する第2方向断面に対して面対称であることが好ましい。
本発明のラインヘッドでは、前記結像光学系は、前記結像光学系の前記第1方向断面での縦収差の最大値と最小値の差が、前記発光素子から射出され前記結像光学系を通過して収束された光の最小スポット径よりも大きいことが好ましい。
In the line head according to the aspect of the invention, it is preferable that the imaging optical system is plane-symmetric with respect to a second direction cross section including the symmetry axis and orthogonal to the first direction.
In the line head according to the aspect of the invention, the imaging optical system may be configured such that a difference between a maximum value and a minimum value of longitudinal aberration in the first direction cross section of the imaging optical system is emitted from the light emitting element. It is preferable that it is larger than the minimum spot diameter of the light converged after passing through.
本発明のラインヘッドでは、前記回転対称なレンズは、異なる焦点を有する多焦点レンズであることが好ましい。
本発明のラインヘッドでは、前記レンズは、該レンズの対称軸との交点を含むように設けられた第1の領域と、該第1の領域の周囲に設けられた第2の領域とを含むレンズ面を有し、前記レンズ面の形状は、前記第1の領域と前記第2の領域とが互いに異なる定義式で規定されることが好ましい。
本発明のラインヘッドでは、前記結像光学系は、前記対称軸方向に配設された複数のレンズを有し、
前記複数のレンズのうちの最も前記発光素子に対して近位に位置するレンズが、前記第1の領域および前記第2の領域を有することが好ましい。
In the line head according to the aspect of the invention, it is preferable that the rotationally symmetric lens is a multifocal lens having different focal points.
In the line head according to the aspect of the invention, the lens includes a first region provided so as to include an intersection with the symmetry axis of the lens, and a second region provided around the first region. It is preferable that the lens surface has a lens surface, and the shape of the lens surface is defined by different definition formulas for the first region and the second region.
In the line head of the present invention, the imaging optical system has a plurality of lenses arranged in the direction of the symmetry axis,
It is preferable that the lens located closest to the light emitting element among the plurality of lenses has the first region and the second region.
本発明の画像形成装置は、潜像が形成される潜像担持体と、
前記潜像担持体に露光して前記潜像を形成するラインヘッドと、を有し、
前記ラインヘッドは、
第1方向に配された発光素子と、
前記発光素子から放射された光を結像する結像光学系と、を備え、
前記結像光学系は、回転対称なレンズを含み、
前記レンズの対称軸を通る前記第1方向断面で、前記結像光学系は前記潜像担持体に対して符号が反転する縦収差を有することを特徴とする。
The image forming apparatus of the present invention includes a latent image carrier on which a latent image is formed,
A line head that exposes the latent image carrier to form the latent image, and
The line head is
A light emitting device arranged in a first direction;
An imaging optical system that forms an image of light emitted from the light emitting element;
The imaging optical system includes a rotationally symmetric lens,
In the first direction cross section passing through the symmetry axis of the lens, the imaging optical system has a longitudinal aberration whose sign is inverted with respect to the latent image carrier.
以上のような構成を有する本発明のラインヘッドによれば、発光素子から出射された光を結像光学系により結像したとき、像面付近の光軸方向での比較的広い範囲に亘ってスポット径をほぼ一定にすることができる。そのため、像面と被照射面との光軸方向での位置関係が変動したりずれたりしても、被照射面でのスポット径の変動を抑え、その結果、形成される潜像の濃度ムラを抑えることができる。このようにして、本発明のラインヘッドは、高精度な露光処理を実現することができる。
また、本発明の画像形成装置によれば、前述したような高精度な露光処理を実現することで、濃度ムラを抑えた高品位な画像を得ることができる。
According to the line head of the present invention having the above configuration, when the light emitted from the light emitting element is imaged by the imaging optical system, it covers a relatively wide range in the optical axis direction near the image plane. The spot diameter can be made almost constant. For this reason, even if the positional relationship in the optical axis direction between the image surface and the irradiated surface fluctuates or shifts, the fluctuation of the spot diameter on the irradiated surface is suppressed, and as a result, the density unevenness of the formed latent image is reduced. Can be suppressed. In this way, the line head of the present invention can realize high-precision exposure processing.
Further, according to the image forming apparatus of the present invention, it is possible to obtain a high-quality image in which density unevenness is suppressed by realizing the high-precision exposure processing as described above.
以下、本発明のラインヘッドおよび画像形成装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態にかかる画像形成装置の全体構成を示す概略図、図2は、図1に示す画像形成装置に備えられたラインヘッドの部分断面斜視図、図3は、図2中のA−A線断面図、図4は、図2に示すラインヘッドを平面視したときのレンズと発光素子との位置関係を示す図、図5は、図2に示すラインヘッドに備えられた結像光学系を示す断面図(第1の方向に沿った断面)、図6は、図5に示す結像光学系に備えられた発光素子側のレンズを示す図、図7は、図6に示すレンズの作用を説明するための図、図8は、図5に示す結像光学系の作用を説明するための図である。なお、以下では、説明の都合上、図1〜図3および図5中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
Hereinafter, a line head and an image forming apparatus according to the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a partial sectional perspective view of a line head provided in the image forming apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2, FIG. 4 is a diagram showing the positional relationship between the lens and the light emitting element when the line head shown in FIG. 2 is viewed in plan, and FIG. 5 is provided in the line head shown in FIG. FIG. 6 is a diagram showing a lens on the light emitting element side provided in the imaging optical system shown in FIG. 5, and FIG. 7 is a sectional view showing the imaging optical system obtained. FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the lens shown in FIG. 6, and FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the imaging optical system shown in FIG. Hereinafter, for convenience of explanation, the upper side in FIGS. 1 to 3 and FIG. 5 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
(画像形成装置)
図1に示す画像形成装置1は、帯電工程・露光工程・現像工程・転写工程・定着工程を含む一連の画像形成プロセスによって画像を記録媒体Pに記録する電子写真方式のプリンターである。本実施形態では、画像形成装置1は、いわゆるタンデム方式を採用するカラープリンターである。
このような画像形成装置1は、図1に示すように、帯電工程・露光工程・現像工程のための画像形成ユニット10と、転写工程のための転写ユニット20と、定着工程のための定着ユニット30と、紙などの記録媒体Pを搬送するための搬送機構40と、この搬送機構40に記録媒体Pを供給する給紙ユニット50とを有している。
(Image forming device)
An
As shown in FIG. 1, the
画像形成ユニット10は、イエローのトナー像を形成する画像形成ステーション10Yと、マゼンタのトナー像を形成する画像形成ステーション10Mと、シアンのトナー像を形成する画像形成ステーション10Cと、ブラックのトナー像を形成する画像形成ステーション10Kとの4つの画像形成ステーションを備えている。
各画像形成ステーション10Y、10C、10M、10Kは、それぞれ、静電的な潜像を担持する潜像担持体である感光ドラム(感光体)11を有している。そして、感光ドラム11の周囲(外周側)には、その回転方向に沿って、帯電ユニット12、ラインヘッド(露光ユニット)13、現像装置14、クリーニングユニット15が配設されている。なお、各画像形成ステーション10Y、10C、10M、10Kは、用いるトナーの色が異なる以外は、ほぼ同じ構成である。
The
Each of the
感光ドラム11は、全体形状が円筒状をなし、その軸線まわりに図1中矢印方向に回転可能となっている。そして、感光ドラム11の外周面(円筒面)付近には、感光層(図示せず)が設けられている。このような感光ドラム11の外周面は、ラインヘッド13からの光L(出射光)を受光する受光面111を有している(図2参照)。
帯電ユニット12は、コロナ帯電などにより感光ドラム11の受光面111を一様に帯電させるものである。
The
The charging
ラインヘッド13は、図示しないパーソナルコンピューターなどのホストコンピューターから画像情報を受け、これに応じて、感光ドラム11の受光面111に向けて光Lを照射するものである。一様に帯電された感光ドラム11の受光面111に光Lが照射されると、その光Lの照射パターンに対応した潜像(静電潜像)が受光面111上に形成される。なお、ラインヘッド13の構成については、後に詳述する。
The
現像装置14は、トナーを貯留する貯留部(図示せず)を有しており、当該貯留部から、静電的な潜像を担持する感光ドラム11の受光面111にトナーを供給し、付与する。これにより、感光ドラム11上の潜像がトナー像として可視化(現像)される。
クリーニングユニット15は、感光ドラム11の受光面111に当接するゴム製のクリーニングブレード151を有し、後述する一次転写後の感光ドラム11上に残存するトナーをクリーニングブレード151により掻き落として除去するようになっている。
The developing
The
転写ユニット20は、前述したような各画像形成ステーション10Y、10M、10C、10Kの感光ドラム11上に形成された各色のトナー像を一括して記録媒体Pに転写するようになっている。
各画像形成ステーション10Y、10C、10M、10Kでは、それぞれ、感光ドラム11が1回転する間に、帯電ユニット12による感光ドラム11の受光面111の帯電と、ラインヘッド13による受光面111の露光と、現像装置14による受光面111へのトナーの供給と、後述する一次転写ローラ22との圧着による中間転写ベルト21への一次転写と、クリーニングユニット15による受光面111のクリーニングとが順次行なわれる。
The
In each of the
転写ユニット20は、エンドレスベルト状の中間転写ベルト21を有し、この中間転写ベルト21は、複数(図1に示す構成では4つ)の一次転写ローラ22と駆動ローラ23と従動ローラ24とで張架されており、駆動ローラ23の回転により、図1に示す矢印方向に、感光ドラム11の周速度とほぼ同じ周速度で回転駆動される。
各一次転写ローラ22は、それぞれ、対応する感光ドラム11に中間転写ベルト21を介して対向配設されており、感光ドラム11上の単色のトナー像を中間転写ベルト21に転写(一次転写)するようになっている。この一次転写ローラ22は、一次転写時に、トナーの帯電極性とは逆の極性の一次転写電圧(一次転写バイアス)が印加される。
The
Each
中間転写ベルト21上には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのうちの少なくとも1色のトナー像が担持される。例えば、フルカラー画像の形成時には、中間転写ベルト21上に、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のトナー像が順次重ねて転写されて、フルカラーのトナー像が中間転写像として形成される。
また、転写ユニット20は、中間転写ベルト21を介して駆動ローラ23に対向配設される二次転写ローラ25と、中間転写ベルト21を介して従動ローラ24に対向配設されるクリーニングユニット26とを有している。
On the
Further, the
二次転写ローラ25は、中間転写ベルト21上に形成された単色あるいはフルカラーなどのトナー像(中間転写像)を、給紙ユニット50から供給される紙、フィルム、布等の記録媒体Pに転写(二次転写)するようになっている。二次転写ローラ25は、二次転写時に、中間転写ベルト21に押圧されるとともに二次転写電圧(二次転写バイアス)が印加される。このような二次転写時には、駆動ローラ23は、二次転写ローラ25のバックアップローラとしても機能する。
The
クリーニングユニット26は、中間転写ベルト21の表面に当接するゴム製のクリーニングブレード261を有し、二次転写後の中間転写ベルト21上に残存するトナーをクリーニングブレード261により掻き落として除去するようになっている。
定着ユニット30は、定着ローラ301と、定着ローラ301に圧接される加圧ローラ302とを有しており、定着ローラ301と加圧ローラ302との間を記録媒体Pが通過するよう構成されている。また、定着ローラ301は、その内側に当該定着ローラの外周面を加熱するヒータが内蔵されており、通過する記録媒体Pを加熱および加圧することができる。このような構成の定着ユニット30より、トナー像の二次転写を受けた記録媒体Pを加熱および加圧して、トナー像を記録媒体Pに融着させて永久像として定着する。
The
The fixing
搬送機構40は、前述した二次転写ローラ25と中間転写ベルト21との間の二次転写部へ給紙タイミングを計りつつ記録媒体Pを搬送するレジストローラ対41と、定着ユニット30での定着処理済みの記録媒体Pを挟持搬送する搬送ローラ対42、43、44とを有している。
このような搬送機構40は、記録媒体Pの一方の面のみに画像形成を行う場合には、定着ユニット30によって一方の面に定着処理された記録媒体Pを搬送ローラ対42により挟持搬送して、画像形成装置1の外部へ排出する。また、記録媒体Pの両面に画像形成する場合には、定着ユニット30によって一方の面に定着処理された記録媒体Pを一旦搬送ローラ対42により挟持した後に、搬送ローラ対42を反転駆動するとともに、搬送ローラ対43、44を駆動して、当該記録媒体Pを表裏反転してレジストローラ対41へ帰還させ、前述と同様の動作により、記録媒体Pの他方の面に画像を形成する。
給紙ユニット50は、未使用の記録媒体Pを収容する給紙カセット51と、給紙カセット51から記録媒体Pを1枚ずつレジストローラ対41へ向け給送するピックアップローラ52とを備えている。
The
When such a
The
(ラインヘッド)
ここで、ラインヘッド13について詳述する。なお、以下では、説明の都合上、長尺なレンズアレイ6の長手方向(第1の方向)を「主走査方向」と言い、幅方向(第2の方向)を「副走査方向」と言う。
図3に示すように、ラインヘッド13は、感光ドラム11の下方に、その受光面111に対向して配置されている。このラインヘッド13は、感光ドラム11側から、レンズアレイ(第1のレンズアレイ)6’、スペーサ84、レンズアレイ(第2のレンズアレイ)6、遮光部材(第1の遮光部材)82、絞り部材(開口絞り)83、遮光部材(第2の遮光部材)81および発光素子アレイ7がこの順で配置され、これらの部材がケーシング9内に収納されている。
(Line head)
Here, the
As shown in FIG. 3, the
このラインヘッド13では、発光素子アレイ7から出射した光Lが、絞り部材83で絞られた後に、レンズアレイ6’およびレンズアレイ6をこの順で通過し、感光ドラム11の受光面111に照射される。
図2に示すように、レンズアレイ6およびレンズアレイ6’は、それぞれ、外形が長尺状をなす板状体で構成されている。
In the
As shown in FIG. 2, each of the
図3に示すように、レンズアレイ6の光Lが入射する下面(入射面)には、複数のレンズ面(凸曲面)62が形成されている。一方、レンズアレイ6の光Lが出射する上面(出射面)は、平坦面となっている。
すなわち、レンズアレイ6では、光Lの入射側の面を凸曲面とし、光Lの出射側の面を平面とする平凸レンズであるレンズ64が複数配置されている。ここで、レンズアレイ6の各レンズ64以外の部分は、各レンズ64を支持する支持部65を構成する。
As shown in FIG. 3, a plurality of lens surfaces (convex curved surfaces) 62 are formed on the lower surface (incident surface) on which the light L of the
That is, in the
同様に、レンズアレイ6’の光Lが入射する下面(入射面)には、前述した複数のレンズ面62に対応して、複数のレンズ面(凸曲面)62’が形成されている。一方、レンズアレイ6’の光Lが出射する上面(出射面)は、平坦面となっている。
すなわち、レンズアレイ6’では、光Lの入射側の面を凸曲面とし、光Lの出射側の面を平面とする平凸レンズであるレンズ64’が複数配置されている。ここで、レンズアレイ6’の各レンズ64’以外の部分は、各レンズ64’を支持する支持部65’を構成する。
Similarly, a plurality of lens surfaces (convex curved surfaces) 62 ′ are formed on the lower surface (incident surface) on which the light L of the
That is, in the
そして、対応する1対のレンズ64およびレンズ64’は、対応する発光素子群71の各発光素子74から放射された光を結像する結像光学系60を構成する(図5および図6参照)。なお、この結像光学系60(特にレンズ64、64’のレンズ面形状)については、後に詳述する。
以下、レンズ64の配置について説明する。なお、レンズ64’の配置(平面視での配置)については、レンズ64の配置と同様であるので、その説明を省略する。
The corresponding pair of
Hereinafter, the arrangement of the
図4に示すように、レンズ64は、主走査方向(第1の方向)に複数列配置されるとともに、主走査方向およびレンズ64の光軸方向のそれぞれに直交する副走査方向(第2の方向)に複数行配置されている。
より具体的には、複数のレンズ64は、3行n列(nは2以上の整数)の行列状に配置されている。なお、以下、1つの列(レンズ列)に属する3つのレンズ64のうち、中央に位置するレンズ64を「レンズ64b」と言い、それに対して図3中左側(図4中上側)に位置するレンズ64を「レンズ64a」と言い、図3中右側(図4中下側)に位置するレンズ64を「レンズ64c」と言う。また、レンズ64と対をなすレンズ64’について、レンズ64aに対応するレンズ64’を「レンズ64a’」と言い、レンズ64bに対応するレンズ64’を「レンズ64b’」と言い、レンズ64cに対応するレンズ64’を「レンズ64c’」と言う。
As shown in FIG. 4, the
More specifically, the plurality of
本実施形態では、1つの列に属する複数のレンズ64(64a〜64c)のうち、副走査方向の中心側に最も近い位置のレンズ64bが、感光ドラム11の受光面111に対し、最も近い位置になるようにラインヘッド13が画像形成装置1に設置される。これにより、複数のレンズ64の光学的特性の設定が容易となる。
また、図2および図4に示すように、各レンズ列では、それぞれ、レンズ64a〜64cが順に主走査方向(図4中右方向)に等距離ずつずれて配置されている。すなわち、各レンズ列では、それぞれ、レンズ64a〜64cの各レンズ中心同士を結ぶ線が主走査方向および副走査方向に対して所定角度傾斜している。
In the present embodiment, among the plurality of lenses 64 (64a to 64c) belonging to one row, the
As shown in FIGS. 2 and 4, in each lens row, the
図3に示す断面でみたときに、1つのレンズ列に属する3つのレンズ64、すなわちレンズ64a〜64cでは、レンズ64aとレンズ64cとは、それらの光軸601同士がレンズ64bの光軸601を介して対称的に配置さている。また、レンズ64a〜64cは、互いの光軸601が平行となるように配置されている。
このようなレンズアレイ6、6’の構成材料としては、前述したような光学特性を発揮することができるものであれば、特に限定されないが、例えば、樹脂材料および/またはガラス材料が好適に用いられる。
In the cross section shown in FIG. 3, in the three
The constituent material of the
この樹脂材料としては、各種樹脂材料を用いることができ、例えば、ポリアミド、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド芳香族ポリエステル等の液晶ポリマー、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレン等のポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリカーボネート、アクリル(メタクリル)、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアセタール等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 As this resin material, various resin materials can be used. For example, a liquid crystal polymer such as polyamide, thermoplastic polyimide, polyamideimide aromatic polyester, polyolefin such as polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyethylene, modified polyolefin, polycarbonate, acrylic (Methacrylic), Polymethylmethacrylate, Polyethylene terephthalate, Polybutylene terephthalate and other polyesters, Polyether, Polyetheretherketone, Polyetherimide, Polyacetal and other thermoplastic resins, Epoxy resins, Phenol resins, Urea resins, Melamine resins Thermosetting resins such as saturated polyester resins and polyimide resins, photocurable resins, etc. are mentioned, and one or more of these are combined. It is possible to have.
このような樹脂材料の中でも、熱硬化性樹脂や、光硬化性樹脂のような樹脂材料は、屈折率が比較的高いという利点を持つ他、熱膨張係数が比較的低く、熱による膨張(変形)、変性、劣化が発生しにくい材料であるため、好ましい。
また、ガラス材料としては、ソーダガラス、結晶性ガラス、石英ガラス、鉛ガラス、カリウムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラス等の各種ガラス材料等が挙げられるが、後述する発光素子アレイ7の支持板72がガラス材料で構成されたものである場合、このガラス材料と略等しい線膨張率のガラス材料を用いることによって、温度変動による発光素子と各レンズの相対位置ずれを防止することができる。
Among such resin materials, resin materials such as thermosetting resins and photo-curing resins have the advantage of a relatively high refractive index, and also have a relatively low thermal expansion coefficient, and expansion (deformation) due to heat. ), A material that is unlikely to be modified or deteriorated.
Examples of the glass material include various glass materials such as soda glass, crystalline glass, quartz glass, lead glass, potassium glass, borosilicate glass, and non-alkali glass. When 72 is made of a glass material, a relative displacement between the light emitting element and each lens due to temperature fluctuations can be prevented by using a glass material having a linear expansion coefficient substantially equal to the glass material.
また、前述したような樹脂材料およびガラス材料を複合してレンズアレイ6を構成する場合、例えば、後述するように、ガラス材料で構成されたガラス基板を支持部65とし、その一方の面に、樹脂材料で構成された樹脂層を形成し、その樹脂層のガラス基板とは反対側の面にレンズ面62を成形してレンズ64を形成すればよい(図5および図6参照)。また、レンズアレイ6は、例えば、ガラス材料で構成された平板状の部材(基板)の一方の面に、樹脂材料で構成された凸曲面状に突出した複数の凸部を付与することによっても形成することができる。
Further, when the
図2、図3に示すように、レンズアレイ6とレンズアレイ6’との間には、スペーサ84が設置されている。そして、レンズアレイ6とレンズアレイ6’とは、スペーサ84を介して接合されている。
スペーサ84は、レンズアレイ6とレンズアレイ6’との間の距離であるギャップ長を規制する機能を有している。
As shown in FIGS. 2 and 3, a
The
このスペーサ84は、レンズアレイ6の外周部とレンズアレイ6’の外周部とにそれぞれ対応するように枠状をなし、これらの外周部のそれぞれに接合されている。なお、スペーサ84は、前述した機能を発揮することができるものであれば、前述した枠状のものに限定されず、例えば、レンズアレイ6、6’の外周部のうちの互いに対向する1つの辺に対応する部分のみに対応するように1対の部材で構成されていてもよいし、後述する遮光部材81、83のように板状部材に光路に対応した貫通孔を形成した構成であってもよい。
このようなスペーサ84の構成材料としては、前述したような機能を発揮することができるものであれば、特に限定されず、樹脂材料、金属材料、ガラス材料、セラミックス材料などを用いることができる。
The
The constituent material of the
図3に示すように、レンズアレイ6の光Lの入射側には、遮光部材82、絞り部材83および遮光部材81を介して、発光素子アレイ7が設置されている。発光素子アレイ7は、複数の発光素子群(発光素子グループ)71と、支持板(ヘッド基板)72とを有している。
支持板72は、各発光素子群71をそれぞれ支持するものであり、外形が長尺状をなす板状体で構成されている。この支持板72は、レンズアレイ6と平行に配置されている。
As shown in FIG. 3, the light emitting
The
また、支持板72は、その主走査方向の長さがレンズアレイ6の主走査方向の長さよりも長いものである。支持板72の副走査方向の長さも、レンズアレイ6の副走査方向の長さよりも長く設定されている。
支持板72の構成材料としては、特に限定されないが、本実施形態のように、支持板72の裏面側に発光素子群71を設ける場合(すなわち発光素子74としてボトムエミッション型の発光素子を用いる場合)、各種ガラス材料や各種プラスチック等の透明性を有する材料が好適に用いられる。なお、発光素子74としてトップエミッション型の発光素子を用いる場合、支持板72の構成材料としては、透明性を有する材料に限定されず、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼のような各種金属材料、各種ガラス材料や各種プラスチック等を単独または組み合わせて用いることができる。支持板72を各種金属材料や各種ガラス材料で構成した場合には、各発光素子74の発光により生じる熱を支持板72を介して効率良く放熱することができる。また、支持板72を各種プラスチックで構成した場合には、支持板72の軽量化に寄与する。
The
The constituent material of the
また、支持板72の裏面側には、支持板72側に開放する箱状の収納部73が設置されている。この収納部73には、複数の発光素子群71やこれらの発光素子群71(各発光素子74)に電気的に接続された導線類(図示せず)、または、各発光素子74を駆動させるための回路(図示せず)が収納されている。
複数の発光素子群71は、前述した複数のレンズ64に対応して、互いに離間して、3行n列(nは2以上の整数)の行列状に配置されている(例えば、図4参照)。また、各発光素子群71は、それぞれ、複数(本実施形態では8つ)の発光素子74で構成されている。
A box-shaped
The plurality of light emitting
各発光素子群71を構成する8つの発光素子74は、図3に示す支持板72の下面721に沿って配置されている。この8つの発光素子74から発せられた光Lは、それぞれ、対応するレンズ64を経て、感光ドラム11の受光面111上で集光(結像)する。
また、図4に示すように、8つの発光素子74は、互いに離間して、主走査方向に4列配置され、副走査方向に2行配置されている。このように、8つの発光素子74は、2行4列の行列状をなしている。1つの列(発光素子列)に属する互いに隣接した2つの発光素子74同士は、主走査方向にずれて配置されている。
The eight
Further, as shown in FIG. 4, the eight
そして、このように2行4列の行列状をなす8つの発光素子74では、主走査方向に隣接する発光素子74同士の間を、次の行の1つの発光素子74で補完している。
8つの発光素子74を例えばできる限り密に1つの行に配置するのには限界が生じるが、8つの発光素子74を前述したようにずらして配置することにより、これらの発光素子74の配置密度をより高いものとすることができる。これにより、画像を記録媒体Pに記録した際、その記録媒体Pに対する記録密度をより高めることができる。よって、解像度が高く、多階調で、かつ鮮明な画像が担持された記録媒体Pが得られる。
In the eight
For example, there is a limit to arranging the eight
なお、1つの発光素子群71に属する8つの発光素子74は、本実施形態では2行4列の行列状に配置されているが、これに限定されず、例えば、4行2列の行列状に配置されていてもよい。
前述したように、複数の発光素子群71は、互いに離間して、3行n列の行列状に配置されている。図4に示すように、1つの列(発光素子群列)に属する3つの発光素子群71は、主走査方向(図4中右方向)に等間隔にずれて配置されている。
The eight
As described above, the plurality of light emitting
そして、このように3行n列の行列状をなす発光素子群71では、隣接する発光素子群71同士の間隔を、次の行の発光素子群71およびその次の行の発光素子群71で順次補完している。
複数の発光素子群71を例えばできる限り密に1つの行に配置するのには限界が生じるが、複数の発光素子群71を前述したようにずらして配置することにより、これらの発光素子群71の配置密度をより高いものとすることができる。これにより、1つの発光素子群71内の8つの発光素子74がずれて配置されていることと相まって、画像を記録媒体Pに記録した際、その記録媒体Pに対する記録密度を高めることができる。よって、解像度がより高く、多階調で色再現性が良く、より鮮明な画像が担持された記録媒体Pが得られる。
In the light emitting
For example, there is a limit in arranging the plurality of light emitting
また、各発光素子74は、ボトムエミッション構造の有機EL素子(有機エレクトロルミネッセンス素子)である。なお、発光素子74は、ボトムエミッション構造の素子に限定されず、トップエミッション構造の素子であってもよい。この場合、前述したように、支持板72には、光透過性は要求されない。
各発光素子74が有機EL素子であると、発光素子74同士の間隔(ピッチ)を比較的小さく設定することができる。これにより、画像を記録媒体Pに記録した際、その記録媒体Pに対する記録密度が比較的高くなる。また、各種成膜法を用いて高精度な寸法および位置で各発光素子74を形成することができる。よって、より鮮明な画像が担持された記録媒体Pが得られる。
Each
When each light emitting
本実施形態では、各発光素子74がいずれも赤色光を発光するように構成されている。ここで、赤色光を発光する発光層の構成材料としては、例えば、(4−ジシアノメチレン)−2−メチル−6−(パラジメチルアミノスチリル)−4H−ピラン(DCM)およびナイルレッド等が挙げられる。なお、各発光素子74は、赤色光を発光するよう構成されているのに限定されず、他の色の単色光や白色光を発光するよう構成されていてもよい。このように、有機EL素子では、発光層の構成材料に応じて当該発光層が発する光Lを任意の色の単色光に適宜設定することができる。
なお、一般に電子写真プロセスに用いられる感光ドラムの分光感度特性は、半導体レーザーの発光波長である赤色から近赤外の領域でピークを持つように設定されているので、上記のように赤色の発光材料を利用することが好ましい。
In the present embodiment, each
In general, the spectral sensitivity characteristics of a photosensitive drum used in an electrophotographic process is set to have a peak in the region from red to the near infrared, which is the emission wavelength of a semiconductor laser. It is preferable to use materials.
図3に示すように、レンズアレイ6と発光素子アレイ7との間には、遮光部材82、絞り部材83および遮光部材81が設置されている。
遮光部材81、82は、それぞれ、隣接する発光素子群71同士間の光Lのクロストークを防止するものである。
このような遮光部材81には、当該遮光部材81を図3中上下方向(厚さ方向)に貫通する複数の貫通孔(開口部)811が形成されている。これらの貫通孔811は、それぞれ、各レンズ64に対応した位置に配置されている。
As shown in FIG. 3, a
The
In such a
同様に、遮光部材82には、当該遮光部材82を図3中上下方向(厚さ方向)に貫通する複数の貫通孔821が形成されている。これらの貫通孔821は、それぞれ、前述した各レンズ64に対応した位置に配置されている。
貫通孔811、821は、それぞれ、発光素子群71からそれに対応するレンズ64までの光路を形成する。また、各貫通孔811、821は、それぞれ、平面視で円形をなしており、その内側に、当該貫通孔811、821に対応する発光素子群71の8つの発光素子74を包含している。
なお、各貫通孔811、821は、図3に示す構成では円筒状をなしているが、これに限定されず、例えば、上方に向かって拡がった円錐台状をなしていてもよい。
Similarly, the
The through
In addition, although each through-
このような遮光部材81、82の間には、絞り部材83が設置されている。
絞り部材83は、発光素子群71からレンズ64に入射する光Lを所定量に制限する開口絞りである。
絞り部材83は、板状または層状をなし、当該絞り部材83を図3中上下方向(厚さ方向)に貫通する複数の貫通孔(開口部)831が形成されている。これらの貫通孔831は、それぞれ、各レンズ64に対応した位置(すなわち前述した貫通孔811、821)に配置されている。
A
The
The
また、絞り部材83の貫通孔831は、平面視で円形をなし、その直径は、前述した遮光部材81の貫通孔811の直径よりも小さくなっている。
このような絞り部材83は、レンズ64との距離を比較的短く設定するのが好ましい。これにより、光軸601からの距離が異なる発光素子74間であっても(画角が異なっていても)、レンズ64の略同じ領域に光を入射させることができる。
Further, the through
Such a
このような遮光部材81、82および絞り部材83は、レンズアレイ6と支持板72との間の距離、位置関係および姿勢を高精度に規定する機能をも有する。
各レンズ64のレンズ面62とそれに対応する発光素子群71との距離は、後述する結像光学系60の結像位置の図3中の上下方向の位置を定める上で重要な条件(要素)である。したがって、前述したように、遮光部材81、82および絞り部材83がレンズアレイ6と発光素子アレイ7との間の距離であるギャップ長を規制するスペーサとしても機能していると、高精度で、信頼性の高い画像形成装置1が得られる。
Such
The distance between the
また、遮光部材81、82および絞り部材83は、それぞれ、少なくとも内周面が黒色、茶褐色、紺色等の暗色となっているのが好ましい。
このような遮光部材81、82および絞り部材83の構成材料としては、それぞれ、光を透過しない材料であれば特に限定されず、例えば、各種着色剤や、クロム、酸化クロム等の金属系材料、カーボンブラックや着色剤を混練した樹脂等が挙げられる。
Moreover, it is preferable that the
The constituent materials of the
図2、図3に示すように、前述したレンズアレイ6と発光素子アレイ7とスペーサ84と遮光部材81、82と絞り部材83とは、一括してケーシング9に収納さている。このケーシング9は、枠部材(ケーシング本体)91と、蓋部材(裏蓋)92と、蓋部材92を枠部材91に固定する複数のクランプ部材93とを有している(図3参照)。
図2、図5および図6に示すように、枠部材91は、全体形状が長尺なものである。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
As shown in FIGS. 2, 5, and 6, the
また、枠部材91は、枠状をなしていて、図3に示すように、枠部材91には、その上側および下側に開口する内腔部911が形成されている。この内腔部911の幅は、図3中下方から上方に向かって、段階的に減少している。
内腔部911には、レンズアレイ6’とスペーサ84とレンズアレイ6と遮光部材82と絞り部材83と遮光部材81と発光素子アレイ7とがそれぞれはめ込まれており、これらが例えば接着剤で固定されている。これにより、レンズアレイ6’とスペーサ84とレンズアレイ6と遮光部材82と絞り部材83と遮光部材81と発光素子アレイ7とが枠部材91に一括して保持され、レンズアレイ6’とスペーサ84とレンズアレイ6と遮光部材82と絞り部材83と遮光部材81と発光素子アレイ7との主走査方向および副走査方向の位置決めがなされる。
Further, the
In the
ここで、発光素子アレイ7の支持板72の上面722は、内腔部911の壁面に形成された段差部915と、第2の遮光部材81の下面とにそれぞれ当て付いて(当接して)いる。そして、内腔部911には、下方から蓋部材92がはめ込まれている。
蓋部材92は、その上部に収納部73が挿入される凹部922を有する長尺部材で構成されている。この蓋部材92の上端面は、枠部材91の境界部915との間で、発光素子アレイ7の支持板72の縁部を挟持している。
Here, the
The
さらに、各クランプ部材93によって、蓋部材92が上方に押し付けられている。これにより、蓋部材92が枠部材91に固定される。また、押し付けられた蓋部材92によって、発光素子アレイ7と遮光部材81、82と絞り部材83とレンズアレイ6との主走査方向、副走査方向および図3中上下方向のそれぞれの位置関係が固定される。
クランプ部材93は、主走査方向に沿って等間隔に複数配置されているのが好ましい。これにより、枠部材91と蓋部材92とを主走査方向に沿って均一に挟持することができる。
Further, the
A plurality of
クランプ部材93は、図3に示す断面において、略コ字状をなしていて、金属板を折り曲げ加工することで形成されたものである。このクランプ部材93の両端部は、それぞれ、内側に曲げられた爪部931を形成している。各爪部931は、それぞれ、枠部材91の肩部916に係合している。
また、クランプ部材93の中間部には、上向きにアーチ状に湾曲した湾曲部932が形成されている。この湾曲部932の頂部は、前述したように各爪部931が肩部916に係合した状態で、蓋部材92の下面に圧接している。これにより、湾曲部932が弾性変形した状態で、蓋部材92を上方に付勢する。
The
A
なお、枠部材91と蓋部材92とを挟持している各クランプ部材93をそれぞれ取り外した場合には、枠部材91から蓋部材92を取り外すことができる。これにより、発光素子アレイ7の交換、修理等のメンテナンスを施すことができる。
また、枠部材91および蓋部材92の構成材料としては、特に限定されず、例えば、支持板72と同様の構成材料を用いることができる。クランプ部材93の構成材料としては、特に限定されず、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼が挙げられる。また、クランプ部材93は、硬質樹脂材料で構成されていてもよい。
さらに、図示しないが、枠部材91の長手方向での両端部には、それぞれ、上方に突出するスペーサが設けられている。このスペーサは、受光面111とレンズアレイ6との距離を規制するものである。
In addition, when each
Moreover, it does not specifically limit as a constituent material of the
Furthermore, although not shown, spacers that protrude upward are provided at both ends of the
(結像光学系)
ここで、図5ないし図8に基づいて、ラインヘッド13の結像光学系60について詳述する。
前述したように、ラインヘッド13では、第1の方向(第1方向)に配された発光素子74を含む発光素子群71に対応する1対のレンズ64、64’が光軸方向に並設されている(レンズ64の対称軸方向に配設されている)。そして、図5に示すように、この1対のレンズ64、64’は、これに対応する発光素子群71に属する発光素子74からの光Lを結像する結像光学系60を構成する。
(Imaging optics)
Here, the imaging
As described above, in the
なお、図5は、各結像光学系60の光軸方向(第3の方向)および主走査方向(第1の方向)に平行な断面(以下、「主方向断面」または「第1方向断面」と言う)で見た図を示している。また、以下では、必要に応じて、1対のレンズ64a、64a’で構成される結像光学系60を「結像光学系60a」と言い、1対のレンズ64b、64b’で構成される結像光学系60を「結像光学系60b」と言い、1対のレンズ64c、64c’で構成される結像光学系60を「結像光学系60c」と言う。
5 shows a cross section (hereinafter referred to as “main direction cross section” or “first direction cross section”) parallel to the optical axis direction (third direction) and the main scanning direction (first direction) of each imaging
この結像光学系60は、絞り部材83の貫通孔831(開口絞り)を通過した後の光Lを感光体11の受光面111付近に結像する。なお、本実施形態では、結像光学系60は、像側テレセントリックとなっている。
ここで、結像光学系60は、後述するような回転対称なレンズ64を含み、かつ、レンズ64の対称軸を通る第1方向断面で、後述する像面Iに対して符号が反転する縦収差を有する。
The imaging
Here, the imaging
このような結像光学系60は、その光軸601を含みかつ主走査方向(第1の方向)に沿った断面(主方向断面)でみたときに対称軸を有している。本実施形態では、結像光学系60の対称軸と光軸601とが一致している。すなわち、結像光学系60は、前記対称軸(光軸601)を含み第1方向と直交する断面(以下、「副方向断面」または「第2方向断面」と言う)に対して面対称である。これにより、後述するような結像光学系60の結像特性を簡単かつ確実に実現することができる。
Such an imaging
なお、結像光学系60は、前述したように主方向断面において対称軸を有していればよく、この対称軸と光軸601とが異なっていてもよい。また、結像光学系60は、光軸601に対して回転対称であってもそうでなくてもよいが、以下の説明では、説明の便宜上、結像光学系60が光軸601に対して回転対称であるものとして説明する。
結像光学系60は、結像光学系60の対称軸近傍の結像点FP0に対して結像光学系60側にずれて位置する結像点FP1とその反対側にずれて位置する結像点FP1とを有するように構成されている。
The imaging
The imaging
すなわち、結像光学系60は、発光素子から放射された光が入射したとき、その光が結像光学系60を通過する部分によって異なる位置(結像点FP0、FP1、FP2)に結像する。言い換えると、結像光学系60は、光軸方向で異なる位置に形成される複数の結像点FP0、FP1、FP2を有している(縦収差を有している)。
ここで、結像点FP0は、支持板72の下面721と光軸601とが交わる点(物点)から出射した光が結像光学系60の光軸601近傍に入射したときに、その光(出射光)の光線が光軸601と交わる位置(近軸結像点)である。また、結像点FP1は、支持板72の下面721と光軸601とが交わる点(物点)から出射した光が絞り部材83を介して結像光学系60に入射したときに、その光(出射光)の光線が光軸601と交わる位置のうち最も結像光学系60に対し近位となる位置である。また、結像点FP2は、支持板72の下面721と光軸601とが交わる点(物点)から出射した光が絞り部材83を介して結像光学系60に入射したときに、その光(出射光)の光線が光軸601と交わる位置のうち最も結像光学系60に対し遠位となる位置である。
That is, when the light emitted from the light emitting element is incident, the imaging
Here, the imaging point FP0 is obtained when light emitted from a point (object point) where the
すなわち、結像光学系60は、結像点FP0を基準としたときに、結像光学系60側とその反対側とにそれぞれ縦収差を有する。すなわち、結像光学系60は、像面Iに対して符号が反転する縦収差を有する。その縦収差の最大値と最小値との差は、結像点FP1とFP2との間の距離G1に相当する。
このような結像光学系60において、上記複数の結像点FP0、FP1、FP2のうちの結像光学系60に対し最も遠位に位置する結像点FP1と最も近位に位置する結像点FP2との間では、発光素子74からの光Lのスポット径を小さくかつほぼ一定にすることができる。特に、結像光学系60が光軸601近傍の結像点FP0を結像点FP1と結像点FP2との間に位置するようにすることで、結像光学系60に必要な他の光学特性を満足しながら、結像点FP1と結像点FP2との間に距離G1(縦収差の最大値と最小値との差)を大きくすることができる。その結果、発光素子74から出射された光を結像光学系60により結像したとき、像面付近の光軸方向での比較的広い範囲に亘ってスポット径をほぼ一定にすることができる。
That is, the imaging
In such an imaging
そのため、像面と被照射面である受光面111との光軸方向(第3の方向)での位置関係が変動したりずれたりしても、受光面111でのスポット径の変動を抑え、その結果、形成される潜像の濃度ムラを抑えることができる。
また、結像光学系60は、結像光学系60に対して最も遠位に位置する結像点FP2と最も近位に位置する結像点FP1との光軸方向での距離G1(すなわち結像光学系60の前記第1方向断面での縦収差の最大値と最小値の差)が、発光素子74から出射された光の最小スポット径(最小スポットサイズ)よりも大きいのが好ましい。これにより、前述したような受光面111でのスポット径の変動を効果的に抑えることができる。
Therefore, even if the positional relationship in the optical axis direction (third direction) between the image surface and the
In addition, the imaging
このような特性を有する結像光学系60は、異なる焦点を有する多焦点レンズを有することで実現することができる。
本実施形態では、レンズ64と複数の焦点を有する複数焦点レンズとし、レンズ64’を単一の焦点を有する単焦点レンズとすることにより、結像光学系60が前述したような複数の結像点FP0、FP1、FP2を有するように構成されている。
The imaging
In the present embodiment, the
レンズ64は、図6(a)に示すように、例えばガラス材料で構成された支持部65上に形成されている。そして、図6(b)に示すように、レンズ64は、支持部65と反対側に、レンズ面62を有している。
レンズ64のレンズ面62は、図7に示すように、レンズ64がその光軸方向での位置が互いに異なる複数の焦点fp0、fp1、fp2をもつように形成されている。
As shown in FIG. 6A, the
As shown in FIG. 7, the
ここで、焦点fp0は、光軸601に平行な光(無限遠方からの光)がレンズ64の光軸601近傍に入射したときに、その光(出射光)の光線が光軸601と交わる位置(近軸焦点)である。また、焦点fp1は、光軸601に平行な光が絞り部材83を介してレンズ64に入射したときに、その光(出射光)の光線が光軸601と交わる位置のうち最もレンズ64に対し近位となる位置である。また、焦点fp2は、光軸601に平行な光が絞り部材83を介してレンズ64に入射したときに、その光(出射光)の光線が光軸601と交わる位置のうち最もレンズ64に対し遠位となる位置である。
Here, the focal point fp0 is a position where a light beam (emitted light) intersects the
すなわち、レンズ64は、焦点fp0を基準としたときに、レンズ64側とその反対側とにそれぞれ縦収差を有する。その縦収差の最大値と最小値との差は、焦点fp1とfp2との間の距離gに相当する。
より具体的に説明すると、図6に示すように、レンズ64のレンズ面62は、その中央部に(レンズ64の対称軸との交点を含むように)設けられた円形の第1の領域62aと、この第1の領域62aの周囲に設けられた円環状の第2の領域62bとを有する。なお、図6では、絞り部材83(開口絞り)を通過した光の通過領域を破線で示している。
That is, the
More specifically, as shown in FIG. 6, the
このような第1の領域62aの面形状と第2の領域62bの面形状とは、互いに異なる定義式で規定されている。この定義式としては、例えば下記の数1で表わされる定義式(回転対称非球面)を用いることができる(より具体的には、後述する実施例参照)。これにより、比較的簡単かつ確実に、前述したような特性を有するレンズ64を実現することができる。
The surface shape of the
z:光軸方向(第3の方向)での座標
r:光軸からの距離
c:光軸上曲率
K:コーニック定数
A〜C、Δ:非球面係数
である。
z: coordinates in the optical axis direction (third direction) r: distance from the optical axis c: curvature on the optical axis K: conic constants A to C, Δ: aspheric coefficient.
また、上記の定義式の各係数A〜C、Δは、結像光学系60の焦点距離、レンズ64’のレンズ面62’の形状等に応じて、結像光学系60が前述したような複数の結像点を有するように適宜設定される。
また、上記の定義式の係数A〜C、Δのうちの少なくとも1つを異ならせることにより、第1の領域62aと第2の領域62bとで異なる定義式を与えることができる。
Further, the coefficients A to C and Δ in the above definition formula are as described above for the imaging
Also, different definition formulas can be given to the
なお、上記の定義式における光軸とは、回転対称のレンズの対称軸である。
また、このような第1の領域62aおよび第2の領域62bは、光の通過領域aにおいて、互いの面積がほぼ等しいのが好ましい。これにより、像面と受光面111との光軸方向での位置が変動しても、受光面111に形成されるスポットの光量ムラ(濃度ムラ)を抑制することができる。
In addition, the optical axis in said definitional expression is a symmetry axis of a rotationally symmetric lens.
Further, it is preferable that the
また、前述したように、結像光学系60は、その光軸方向に並設された複数(2つ)のレンズ64、64’を有しているが、最も発光素子74側のレンズ64が前述したような第1の領域62aおよび第2の領域62bを含むレンズ面62を有することで、光軸601からの距離が異なる発光素子74間であっても(画角が異なっていても)、結像光学系60が前述したような特性を安定して発揮することができる。
また、第1の領域62aおよび第2の領域62bを含むレンズ面62がレンズ64の発光素子74側に設けられているので、この点でも、画角による特性変動を抑えることができる。
Further, as described above, the imaging
In addition, since the
一方、レンズ64’は、レンズ64と同様に、例えばガラス材料で構成された支持部65’上に形成されている。そして、レンズ64’は、支持部65’と反対側に、レンズ面62’を有している。
レンズ64’のレンズ面62’は、球面であっても非球面であってもよく、その面形状は、1つの定義式で規定することができる。その定義式としては、例えば下記数2で表わされる定義式(xy多項式面)を用いることができる(より具体的には、後述する実施例参照)
On the other hand, like the
The
x:主走査方向(第1の方向)での座標
y:副走査方向(第2の方向)での座標
z:光軸に平行な面に対するサグ量
c:光軸上曲率
K:コーニック定数
A〜I:非球面係数
である。
x: coordinate in the main scanning direction (first direction) y: coordinate in the sub-scanning direction (second direction) z: sag amount with respect to the plane parallel to the optical axis c: curvature on the optical axis K: conic constant A ~ I: aspheric coefficient.
また、上記の定義式の各係数A〜Iは、結像光学系60の焦点距離、レンズ64のレンズ面の形状等に応じて、結像光学系60が前述したような複数の結像点を有するように適宜設定される。
以上説明したように構成された結像光学系60にあっては、図5に示すように主走査方向で一方向に配列された4つの発光素子74(74a、74b、74c、74d)からそれぞれ出射された光L(L1、L2、L3、L4)が絞り部材83を通過した後に、レンズ64、レンズ64’を順次通過する。これにより、各光L1、L2、L3、L4は、図8に示すように、感光体11の受光面111付近で結像(集光)される。
Further, the coefficients A to I of the above-described definition formulas represent a plurality of imaging points as described above by the imaging
In the imaging
このとき、前述したような複数の結像点を有する結像光学系60の作用により、光L1は、その進行方向(第3の方向)での位置が互いに異なる複数の結像位置IFP10、IFP11、IFP12で結像される。
ここで、結像位置IFP10は、発光素子74aから出射された光L1が絞り部材83を介してレンズ64に入射したときに、光軸601近傍を通る光線が結像(集光)する位置(近軸結像点)である。また、結像位置IFP11は、発光素子74aから出射された光L1が絞り部材83を介してレンズ64に入射したときに、レンズ64の第1の領域62aを通る光線が結像(集光)する位置のうち最も結像光学系60に対し近位となる位置である。また、結像位置IFP12は、発光素子74aから出射された光L1が絞り部材83を介してレンズ64に入射したときに、レンズ64の第2の領域62bを通る光線が結像(集光)する位置のうち最も結像光学系60に対し遠位となる位置である。
At this time, due to the action of the imaging
Here, the imaging position IFP10 is a position where light rays passing near the
同様に、光L2は、その進行方向(第3の方向)での位置が互いに異なる複数の結像位置IFP20、IFP21、IFP22で結像される。また、光L3は、その進行方向(第3の方向)での位置が互いに異なる複数の結像位置IFP30、IFP31、IFP32で結像される。また、光L4は、その進行方向(第3の方向)での位置が互いに異なる複数の結像位置IFP40、IFP41、IFP42で結像される。 Similarly, the light L2 is imaged at a plurality of imaging positions IFP20, IFP21, and IFP22 whose positions in the traveling direction (third direction) are different from each other. The light L3 is imaged at a plurality of imaging positions IFP30, IFP31, and IFP32 whose positions in the traveling direction (third direction) are different from each other. The light L4 is imaged at a plurality of imaging positions IFP40, IFP41, and IFP42 whose positions in the traveling direction (third direction) are different from each other.
このような結像光学系60により結像された各光L1、L2、L3、L4は、それぞれ、像面付近の光軸方向での比較的広い範囲(距離G1)に亘ってスポット径がほぼ一定になっている。
そして、結像光学系60は、結像位置IFP10、結像位置IFP20、結像位置IFP30および結像位置IFP40がそれぞれ受光面111付近に位置するように設置されている。
Each of the lights L1, L2, L3, and L4 imaged by the imaging
The imaging
これにより、像面Iと被照射面である受光面111との光軸方向(第3の方向)での位置関係が変動したりずれたりしても、結像位置IFP11と結像位置IFP12との間、結像位置IFP21と結像位置IFP22との間、結像位置IFP31と結像位置IFP32との間および結像位置IFP41と結像位置IFP42との間に、受光面111が位置する。
As a result, even if the positional relationship in the optical axis direction (third direction) between the image plane I and the
このようにして、ラインヘッド13は、受光面111でのスポット径の変動を抑え、その結果、形成される潜像の濃度ムラを抑えることができる。
図8では、結像光学系60が像面湾曲を有する場合を図示しており、光L1の結像位置IFP10、光L2の結像位置IFP20、光L3の結像位置IFP30および光L4の結像位置IFP40が、湾曲した像面I上に位置している。これにより、結像位置IFP10、IFP40と、結像位置IFP20、IFP30とが、互いに光軸方向にずれている。
In this way, the
FIG. 8 illustrates a case where the imaging
より具体的に説明すると、図5に示すように、主走査方向で一方向に配列された4つの発光素子74(74a、74b、74c、74d)は、結像光学系60の光軸601に対し近位に位置する2つの発光素子74b、74cと遠位に位置する2つの発光素子74a、74dとが存在する。したがって、発光素子74a、74dと発光素子74b、74cとでは画角が異なり、結像位置IFP10、IFP40と、結像位置IFP20、IFP30とが、結像光学系60の像面湾曲により、光軸方向(第3の方向)にずれてしまう場合がある。
More specifically, as shown in FIG. 5, four light emitting elements 74 (74a, 74b, 74c, 74d) arranged in one direction in the main scanning direction are arranged on the
このような場合であっても、前述した結像点FP1と結像点FP2との間に距離G1(縦収差の最大値と最小値との差)は、このずれ量の最大値G2よりも大きい。これにより、結像光学系60の像面Iと受光面111とが光軸方向に多少ずれても、受光面111において、光軸601に対し近位に位置する発光素子74からの光のスポット径と、光軸601に対し遠位に位置する発光素子74からの光のスポット径との差を抑えることができる。
また、画像形成装置1本体に対するラインヘッド13の組み付け誤差、感光ドラム11の偏心等によって、結像光学系60の像面Iと受光面111との位置関係がずれたり変動したりしても、受光面111において、発光素子74からの光のスポット径の変動を抑えることができる。
Even in such a case, the distance G1 (difference between the maximum value and the minimum value of longitudinal aberration) between the image formation point FP1 and the image formation point FP2 described above is larger than the maximum value G2 of the shift amount. large. As a result, even if the image plane I and the
Further, even if the positional relationship between the image surface I and the
以上、本発明のラインヘッドおよび画像形成装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、ラインヘッドおよび画像形成装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
また、レンズアレイは、複数のレンズが2行n列の行列状に配置さているのに限定されず、例えば、3行n列、4行n列等の行列状に配置されていてもよい。
The line head and the image forming apparatus of the present invention have been described above with respect to the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, and each part constituting the line head and the image forming apparatus has the same function. It can be replaced with any configuration that can be exhibited. Moreover, arbitrary components may be added.
The lens array is not limited to a plurality of lenses arranged in a matrix of 2 rows and n columns, and may be arranged in a matrix of 3 rows and n columns, 4 rows and n columns, for example.
また、1つの結像光学系は、複数のレンズで構成されていてもよく、また、1つまたは3つ以上のレンズ面で構成されていてもよい。
また、前述した実施形態では、説明の便宜上、発光素子が1行n列に配列したものを説明したが、これに限定されるものではなく、発光素子が2行n列、3行n列等の行列状に配列されていてもよい。
One imaging optical system may be composed of a plurality of lenses, and may be composed of one or three or more lens surfaces.
In the above-described embodiment, for convenience of explanation, the light emitting elements are arranged in 1 row and n columns. However, the present invention is not limited to this, and the light emitting elements are 2 rows n columns, 3 rows n columns, and the like. May be arranged in a matrix.
以下、本発明の具体的な実施例を説明する。
(実施例)
図9に示すような結像光学系を備えるラインヘッドを作成した。図9は、本発明の実施例にかかるラインヘッドに備えられた結像光学系を示す断面(主方向断面)図である。
本実施例のラインヘッドは、3つの発光素子74を主走査方向に配列した以外は、図3および図5に示すラインヘッドと同様の構成である。
Hereinafter, specific examples of the present invention will be described.
(Example)
A line head having an imaging optical system as shown in FIG. 9 was prepared. FIG. 9 is a cross-sectional view (main-direction cross-sectional view) showing the imaging optical system provided in the line head according to the example of the present invention.
The line head of this embodiment has the same configuration as the line head shown in FIGS. 3 and 5 except that three light emitting
ここで、主方向断面において、主走査方向に配列された3つの発光素子74を光軸に対し対称となるように配置した。
また、支持部65、65’の構成材料としてガラス材料を用い、レンズ64、64’の構成材料として樹脂材料を用いた。
また、ラインヘッドの結像光学系の面構成を表1に示す。
Here, in the cross section in the main direction, the three
Further, a glass material was used as a constituent material of the
Table 1 shows the surface configuration of the imaging optical system of the line head.
図9に示すように、表1において、面S1は、発光素子74と支持板72との境界面(光源面)、面S2は、支持板72の発光素子74とは反対側の面(ガラス基材出射面)、面S3は、絞り部材83の発光素子74側の面(開口絞り)、面S4は、レンズ64のレンズ面62(樹脂部入射面)、面S5は、レンズ64と支持部65との境界面(樹脂−ガラス境界面)、面S6は、支持部65のレンズ64とは反対側の面(ガラス基材出射面)、面S7は、レンズ64’のレンズ面62’(樹脂部入射面)、面S8は、レンズ64’と支持部65’との境界部(樹脂−レンズ境界面)、面S9は、支持部65’のレンズ64’とは反対側の面(ガラス基材出射面)、面S10は、受光面111(像面)である。
As shown in FIG. 9, in Table 1, the surface S1 is a boundary surface (light source surface) between the light emitting
また、面間隔d1は、面S1と面S2との間隔、面間隔d2は、面S2と面S3との間隔、面間隔d3は、面S3と面S4との間隔、面間隔d4は、面S4と面S5との間隔、面間隔d5は、面S5と面S6との間隔、面間隔d6は、面S6と面S7との間隔、面間隔d7は、面S7と面S8との間隔、面間隔d8は、面S8と面S9との間隔、面間隔d9は、面S9と面S10との間隔である。 The surface interval d1 is the interval between the surfaces S1 and S2, the surface interval d2 is the interval between the surfaces S2 and S3, the surface interval d3 is the interval between the surfaces S3 and S4, and the surface interval d4 is the surface. The distance between the surface S5 and the surface S5, the surface distance d5 is the distance between the surface S5 and the surface S6, the surface distance d6 is the distance between the surface S6 and the surface S7, the surface distance d7 is the distance between the surface S7 and the surface S8, The surface interval d8 is the interval between the surfaces S8 and S9, and the surface interval d9 is the interval between the surfaces S9 and S10.
また、参照波長屈折率は、参照波長の光に対する各面での屈折率である。
また、発光素子74から出射される光の波長(参照波長)と690nmとし、物体側開口数を0.153とし、物体側画素グループの主走査方向での全幅を1.176mmとし、物体側画素グループの副走査方向での全幅を0.127mmとした。
また、レンズ64のレンズ面62は、光軸を中心として半径0〜0.604mmの範囲を第1の領域とし、光軸を中心として半径0.604よりも外側の範囲を第2の領域とし、各領域の面形状は、前述した数1に示す定義式において、下記に示すような各係数を用いて規定した。
The reference wavelength refractive index is a refractive index at each surface with respect to light having a reference wavelength.
Further, the wavelength (reference wavelength) of light emitted from the
Further, the
<レンズ面62の第1の領域の定義式の係数>
c=1/1.498749
K=−0.99931244
A=−0.01825629
B=0.083801118
C=−0.1
Δ=0.0
<The coefficient of the definition formula of the 1st field of
c = 1 / 1.498749
K = -0.99993244
A = −0.0825629
B = 0.083801118
C = −0.1
Δ = 0.0
<レンズ面62の第2の領域の定義式の係数>
c=1/1.517423
K=−1.21004
A=−0.007269
B=0.0
C=0.0
Δ=0.001385889
また、レンズ64’ のレンズ面62’の面形状は、前述した数2に示す定義式において、下記に示すような各係数を用いて規定した。
<The coefficient of the definition formula of the 2nd field of
c = 1 / 1.517423
K = -1.21004
A = −0.007269
B = 0.0
C = 0.0
Δ = 0.0013885889
Further, the surface shape of the
<レンズ面62’の定義式の係数>
c=1/1.41337
K=−3.8946025
A=0.03959898
B=0.035508266
C=0.11256865
D=0.2034097
E=0.1094741
F=−0.07921190
G=−0.2126654
H=−0.2376198
I=−0・078115926
このようにして得られた結像光学系は、図10に示すような縦収差を有するものとなった。なお、図10では、横軸は、光軸近傍の縦収差を0(基準)としたときに、左側を光源側とし、右側を像側として示し、縦軸は、絞り部材83(開口絞り)を通過した光線の光軸からの離間距離を示している。
<The coefficient of the definition formula of lens surface 62 '>
c = 1 / 1.41337
K = -3.8946025
A = 0.03959898
B = 0.035508266
C = 0.11256865
D = 0.2034097
E = 0.1094741
F = −0.07921190
G = −0.2126654
H = −0.2376198
I = −0 · 0781115926
The imaging optical system thus obtained has longitudinal aberrations as shown in FIG. In FIG. 10, the horizontal axis shows the left side as the light source side and the right side as the image side when the longitudinal aberration near the optical axis is 0 (reference), and the vertical axis shows the diaphragm member 83 (aperture stop). The separation distance from the optical axis of the light beam that has passed through is shown.
(比較例)
レンズ64のレンズ面62の面形状をレンズ64’のレンズ面62’の面形状と同様にした以外は、前述した実施例と同様にしてラインヘッドを作成した。
(Comparative example)
A line head was produced in the same manner as in the previous embodiment except that the surface shape of the
(評価)
前述した実施例および比較例のそれぞれについて、得られた結像光学系の光軸方向での位置によるスポット径変化を図11に示す。なお、図11において、(a)が本発明の実施例に関するものであり、(b)が比較例に関するものである。
図11から明らかなように、本発明に係る実施例のラインヘッド(結像光学系)では、比較例のラインヘッドに比し、最小スポット径付近におけるスポット径の変化を抑えることができた。
また、このような実施例および比較例のそれぞれのラインヘッドを図1に示すような画像形成装置に組み込んで、画像を形成したところ、実施例にかかる画像形成装置は、比較例にかかる画像形成装置に比し、ムラのない高品位な画像を得ることができた。
(Evaluation)
FIG. 11 shows changes in spot diameter depending on the position of the obtained imaging optical system in the optical axis direction for each of the above-described examples and comparative examples. In FIG. 11, (a) relates to an example of the present invention, and (b) relates to a comparative example.
As can be seen from FIG. 11, in the line head (imaging optical system) of the example according to the present invention, the change of the spot diameter in the vicinity of the minimum spot diameter could be suppressed as compared with the line head of the comparative example.
Further, when each of the line heads of the example and the comparative example is incorporated in an image forming apparatus as shown in FIG. 1 to form an image, the image forming apparatus according to the example forms an image according to the comparative example. Compared with the apparatus, a high-quality image without unevenness could be obtained.
1…画像形成装置 6…第2のレンズアレイ 6’…第1のレンズアレイ 60、60a、60b、60c…結像光学系 601…光軸 61…下面(入射面) 62、62’…レンズ面 62a、62b…領域 64、64’、64a、64a’、64b、64b’、64c、64c’…レンズ 65、65’…レンズ支持部 7…発光素子アレイ 71…発光素子群(発光素子グループ) 72…支持板(ヘッド基板) 721…下面 722…上面 73…収納部 74、74a、74b、74c、74d…発光素子 82…第1の遮光部材 81…第2の遮光部材 83…絞り部材 811、821、831…貫通孔 84…スペーサ 9…ケーシング 91…枠部材(ケーシング本体) 911…内腔部 915…境界部(段差部) 916…肩部 92…蓋部材(裏蓋) 922…凹部 93…クランプ部材 931…爪部 932…湾曲部 10…画像形成ユニット 10C、10K、10M、10Y…画像形成ステーション 11…感光ドラム(感光体) 111…受光面 12…帯電ユニット 13…ラインヘッド(露光ユニット) 14…現像装置 15…クリーニングユニット 151…クリーニングブレード 20…転写ユニット 21…中間転写ベルト 22…一次転写ローラ 23…駆動ローラ 24…従動ローラ 25…二次転写ローラ 26…クリーニングユニット 261…クリーニングブレード 30…定着ユニット 301…定着ローラ 302…加圧ローラ 40…搬送機構 41…レジストローラ対 42、43、44…搬送ローラ対 50…給紙ユニット 51…給紙カセット 52…ピックアップローラ a…通過領域 P…記録媒体 S1〜S10…面 g、G1…距離 G2…最大値 I…像面 L1、L2、L3、L4…光 FP0、FP1、FP2…結像点 fp0、fp1、fp2…焦点 IFP10、IFP11、IFP12、IFP20、IFP21、IFP22、IFP30、IFP31、IFP32、IFP40、IFP41、IFP42…結像位置
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記発光素子から放射された光を結像する結像光学系と、を備え、
前記結像光学系は、回転対称なレンズを含み、
前記レンズの対称軸を通る前記第1方向断面で、前記結像光学系は像面に対して符号が反転する縦収差を有することを特徴とするラインヘッド。 A light emitting device arranged in a first direction;
An imaging optical system that forms an image of light emitted from the light emitting element;
The imaging optical system includes a rotationally symmetric lens,
The line head according to claim 1, wherein the imaging optical system has a longitudinal aberration in which a sign is inverted with respect to an image plane in the first direction cross section passing through the symmetry axis of the lens.
前記複数のレンズのうちの最も前記発光素子に対して近位に位置するレンズが、前記第1の領域および前記第2の領域を有する請求項5に記載のラインヘッド。 The imaging optical system has a plurality of lenses arranged in the direction of the symmetry axis,
The line head according to claim 5, wherein a lens located closest to the light emitting element among the plurality of lenses has the first region and the second region.
前記潜像担持体に露光して前記潜像を形成するラインヘッドと、を有し、
前記ラインヘッドは、
第1方向に配された発光素子と、
前記発光素子から放射された光を結像する結像光学系と、を備え、
前記結像光学系は、回転対称なレンズを含み、
前記レンズの対称軸を通る前記第1方向断面で、前記結像光学系は前記潜像担持体に対して符号が反転する縦収差を有することを特徴とする画像形成装置。 A latent image carrier on which a latent image is formed;
A line head that exposes the latent image carrier to form the latent image, and
The line head is
A light emitting device arranged in a first direction;
An imaging optical system that forms an image of light emitted from the light emitting element;
The imaging optical system includes a rotationally symmetric lens,
The image forming apparatus according to claim 1, wherein the imaging optical system has a longitudinal aberration in which a sign is inverted with respect to the latent image carrier in the first direction cross section passing through the symmetry axis of the lens.
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