JP2020069725A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】副走査方向に関しても結像状態を向上させた画像形成装置を提供すること。【解決手段】隣り合う結像系２ａ〜２ｃの光軸ＡＸが、回転軸ＲＸの方向から見たとき、副走査方向又はＺ方向の位置によって角度が異なるように互いに非平行となっている。さらに、傾いた結像系２ｂ，２ｃにおいて、光軸ＡＸが受光面７１ａと交わる点Ｐ１で受光面７１ａの法線ＮＬ１となす角度φが、中心法線ＣＮが受光面７１ａと交わる点Ｐ２で受光面７１ａの法線ＮＬ２となす角度σに対して、絶対値として小さく同じ方向である。【選択図】図２

Description

本発明は、光書込部を有する画像形成装置に関し、発光素子と、発光素子の発光点を受光面上に結像させる光学系とを備える画像形成装置に関する。

例えば下記特許文献１に記載されるように、光軸が互いに平行な複数の結像レンズを用いて、複数の結像レンズに対応した複数の発光点群からの光をそれぞれ結像して描画する技術がある。このとき、光学系が副走査方向について異なる位置に配列していて、かつ、感光体が円筒形状である場合、複数の光学系の中に、光軸が感光体に対して垂直に交わらないものが存在することになる。光学系が軸対称な場合など、副走査方向に対称性を持つ場合、像面が副走査方向について対称になり、感光体の傾きと一致しなくなることで、結像状態が均一にならないという問題がある。この問題を解決するため、下記特許文献２に記載されるように、結像レンズを副走査方向について非対称にして像面を傾ける方法もあるが、非対称性に伴う副作用で結像状態が悪化する懸念がある。

特開２００９−５１１９４号公報 特開２０１０−２５３８９５号公報

本発明は、副走査方向に関しても結像状態を向上させた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、２次元に配列された発光点群を有する発光素子と、発光点群からの光を、発光点ごとに受光面上の異なる位置に結像させる結像系を有する光学系とを備え、発光点群と結像系との組が複数存在し、受光面は円筒形状を有し、結像系の結像倍率は負であり、発光素子に設けた主走査方向に関して隣り合う複数の発光点群は、主走査方向と対応する副走査方向とに関して異なる位置に配列されており、隣り合う結像系の光軸は、受光面の回転軸の方向から見たとき、副走査方向の位置によって角度が異なるように互いに非平行であり、発光点群の中心を通る中心法線が受光面と交わる角度が垂直でないとき、光軸は、中心法線に対してゼロで無い角度を持ち、光軸と中心法線とを含む平面が、受光面の回転軸に対応する回転対称軸に対して垂直であり、光軸が受光面と交わる点で受光面の法線となす角度が、中心法線が受光面と交わる点で受光面の法線となす角度に対して、絶対値として小さく、同じ方向であることを特徴とする。

上記画像形成装置によれば、隣り合う結像系の光軸が、回転軸の方向から見たとき、副走査方向の位置によって角度が異なるように互いに非平行となっており、隣り合う結像系の副走査方向に関する対称性を高めて各結像系の結像状態を良好なものとすることができる。さらに、光軸が受光面と交わる点で受光面の法線となす角度が、中心法線が受光面と交わる点で受光面の法線となす角度に対して、絶対値として小さく同じ方向であるので、光軸が受光面の法線となす角度が過度に大きくなって像面の受光面に対する傾斜が大きくなって結像状態が劣化することを防止できる。

本発明の具体的な１つの側面では、上記画像形成装置において、以下の条件式（１）が成立する。
０．９θ≦ｙ／（ｈ＋（１−β）ｒ）≦１．１θ … （１）
ただし、
θ：発光点群がなす平面の法線と結像系の光軸とがなす角度
ｙ：受光面の回転対称軸に垂直な平面内で、回転対称軸から発光点群がなす平面におろした法線の足から、光軸が発光点群がなす平面と交わる位置までの距離
ｈ：回転対称軸から発光点群がなす平面におろした法線において、受光面と交わる位置から発光点群がなす平面と交わる位置までの距離
β：結像系の結像倍率
ｒ：受光面の円筒形状の半径
この場合、光軸が発光点群の平面の法線となす角度θと、光軸が受光面の法線となす角度とを近づけることができ、結像系の像面の傾きを受光面の傾きに近づけることができ、結像状態を向上させることができる。

本発明の別の側面では、光軸が受光面と交わる点で受光面の法線となす角度は、光軸が発光点群がなす平面の法線となす角度θに対して、結像倍率βの絶対値をかけたものとなっている。

本発明のさらに別の側面では、発光点群と結像系との組は、隣り合う３つの発光点群と対応する３つの結像系とを含む。この場合、光の利用効率を高めることができる。

本発明のさらに別の側面では、発光素子は、有機ＥＬデバイスである。有機ＥＬデバイスにより発光点群を広域に亘って高密度で配置することができる。

本発明のさらに別の側面では、結像系は、それぞれ回転対称である。この場合、結像系の製造や組み付けが容易になる。

本発明のさらに別の側面では、結像系は、直交する２つの平面に対してそれぞれ面対称である。この場合、結像系の製造や組み付けが比較的容易になる。

本発明のさらに別の側面では、結像系は、２つの対称面を持つ自由曲面であり、２つの対称面による断面形状において、２つの対称面の交わる直線近傍での曲率が互いに等しい。この場合、直交する２つの像高方向に関して対称性を高めることができ受光面上での結像状態を良好なものとすることができる。

本発明のさらに別の側面では、発光点群は、略平行四辺形の領域に配置されている。この場合、発光点群を構成する発光点の配列を主走査方向及び副走査方向にシフトさせつつ高密度で配置することが容易になる。

本発明のさらに別の側面では、上記領域の対辺が回転対称軸に対して平行である。

本発明のさらに別の側面では、発光点群は、略長方形の領域に配置されており、領域の長辺が回転対称軸に対して非平行であり、２つの対称面のうち一方が長辺と略平行である。この場合、発光点群を構成する発光点の配列を主走査方向及び副走査方向にシフトさせつつ高密度で配置することができるだけでなく、受光面上での結像状態を対称性を高めた良好なものとすることができる。

第１実施形態の画像形成装置の概略構成を示す部分断面図である。 （Ａ）は、像形成ユニットを構成する光プリントヘッドの構造を説明する正面側の概念図であり、（Ｂ）は、光プリントヘッドの側面図であり、図２（Ａ）のＡＡ断面に対応する。 （Ａ）は、図２（Ａ）に示す光プリントヘッドの発光素子に設けた発光点群を説明する図であり、（Ｂ）は、発光点群やレンズの配置を説明する図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、光プリントヘッドの光学系を説明する概念図である。 （Ａ）は、実施例１の下側の結像系について像面湾曲を示し、（Ｂ）は、比較例の下側の結像系について像面湾曲を示す。 実施例２の下側の結像系について像面湾曲を示す。 （Ａ）は、第２施形態の画像形成装置に組み込まれた光プリントヘッドの側面図であり、（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す光プリントヘッドの発光素子に設けた発光点群を説明する図である。 実施例３の下側の結像系について像面湾曲を示す。

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る画像形成装置の第１実施形態について説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る画像形成装置１００は、例えばデジタル複写機等として用いられ、原稿Ｄに形成された色画像を読み取る画像読取部１０と、原稿Ｄに対応する画像を用紙Ｐに形成する画像形成部２０と、画像形成部２０に用紙Ｐを給紙する給紙部４０と、用紙Ｐを搬送する搬送部５０と、装置全体の動作を統括的に制御する制御部９０とを含む。

画像形成部２０は、シアン、マゼンタ、イエロー、及びブラックの色毎に設けられた像形成ユニット７０Ｙ，７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋと、各色を合成したトナー像が形成される中間転写部８１と、トナー像を定着させる定着部８２とを備えている。

画像形成部２０のうち、画像形成ユニット７０Ｙは、Ｙ（イエロー）色の画像を形成する部分であり、感光ドラム７１、帯電部７２、光プリントヘッド（光書込装置）７３、現像部７４等を備えている。感光ドラム７１は、Ｙ色のトナー像を形成し、帯電部７２は、感光ドラム７１の周囲に配置されてコロナ放電により感光ドラム７１の表面を帯電させ、光プリントヘッド７３は、感光ドラム７１に対してＹ色成分の画像に対応する光を照射し、現像部７４は、感光ドラム７１の表面にＹ色成分のトナーを付着させることにより静電潜像からトナー像を形成する。感光ドラム７１は、円筒形状を有し、回転軸ＲＸのまわりに回転する。感光ドラム７１の円筒表面は、光プリントヘッド７３による像を結像させる受光面７１ａとなっている。

他の像形成ユニット７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋは、形成する画像の色が異なる以外はＹ色用の画像形成ユニット７０Ｙと同様の構造及び機能を有するため、これらの構造等については説明を省略する。なお、像形成ユニット７０は、４色の像形成ユニット７０Ｙ，７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋのうち任意のユニットを意味し、それぞれの色に適合させた要素として、感光ドラム７１、帯電部７２、光プリントヘッド７３、及び現像部７４を備える。

図２（Ａ）は、図１に示す像形成ユニット７０のうち光プリントヘッド（光書込装置）７３の構造を説明する概念的な正面図であり、図２（Ｂ）は、光プリントヘッド７３の側面図である。図２（Ａ）は、感光ドラム７１に向かって見た図であり、感光ドラム７１の回転軸ＲＸの方向から見た図である。光プリントヘッド７３は、２次元に配列された発光点群ＤＧを形成した発光領域３ａ，３ｂ，３ｃを有する発光素子７３ａと、発光点群ＤＧからの光を発光点ＥＤごとに受光面７１ａ上の異なる位置に結像させる結像系２ａ，２ｂ，２ｃを有する光学系７３ｂとを備える。ここで、感光ドラム７１の回転軸ＲＸに平行なＹ軸は、主走査方向に対応し、感光ドラム７１の回転軸ＲＸに対して直交し、中央の発光領域３ｂの光軸ＡＸに垂直に延びるＺ軸は、副走査方向に対応する。発光点群ＤＧを構成する発光点ＥＤの発光タイミングは、制御部９０の制御下で感光ドラム７１の回転角度と同期したものとされる。

光源としての発光素子７３ａは、ガラス板の上に発光点が２次元配列したボトムエミッション型の有機ＥＬである。縦の副走査方向に関して３箇所に発光領域３ａ，３ｂ，３ｃがあり、それぞれに対応する結像系２ａ，２ｂ，２ｃがある。結像系２ａ，２ｂ，２ｃは、不図示のホルダーによって相互に位置決めされた状態で、発光素子７３ａに対して位置決めされて固定されている。

発光素子７３ａにおいて、隣り合う３つの発光領域３ａ，３ｂ，３ｃを一組とする発光組ＳＣ_ｎ（ｎ＝１，２，３，…）がＹ方向に繰り返し等間隔で配置されている。発光組ＳＣ_ｎを構成する発光領域３ａ，３ｂ，３ｃは、主走査方向又はＹ方向に関して異なる位置に配列され、かつ、副走査方向又はＺ方向に関して異なる位置に配列されている。同様に、光学系７３ｂにおいて、隣り合う３つの結像系２ａ，２ｂ，２ｃを一組とする結像組ＬＣ_ｎ（ｎ＝１，２，３，…）がＹ方向に繰り返し等間隔で配置されている。結像組ＬＣ_ｎを構成する結像系２ａ，２ｂ，２ｃは、主走査方向又はＹ方向に関して異なる位置に配列され、かつ、副走査方向又はＺ方向に関して異なる位置に配列されている。

発光素子７３ａは、表面側に発光領域３ａ，３ｂ，３ｃを設けたデバイス本体７３ｐと、発光領域３ａ，３ｂ，３ｃを覆うガラス基板７３ｑとを有する。発光領域３ａ，３ｂ，３ｃは、デバイス本体７３ｐの共通の発光面３ｆ上に設けられている。

光学系７３ｂにおいて、各結像系２ａ，２ｂ，２ｃは、第１レンズ５ｄと、絞り５ｅと、第２レンズ５ｆと、平板５ｇとをそれぞれ有する。第１レンズ５ｄは、凸レンズであり、図示の例では、ガラスその他で形成された共通のレンズ基板５ｈの両側に樹脂製のレンズ部５ｉ，５ｊを形成したものとなっている。第１レンズ５ｄは、発光領域３ａからの光線ＬＢをコリメートする。絞り５ｅは、遮光体に開口５ｓを形成したものである。第２レンズ５ｆは、凸レンズであり、図示の例では、ガラスその他で形成された共通のレンズ基板５ｋの両側に樹脂製のレンズ部５ｍ，５ｎを形成したものとなっている。第２レンズ５ｆは、第１レンズ５ｄからの光線ＬＢを集光し、感光ドラム７１の受光面７１ａ上に発光点ＥＤと同じパターンの投影像ＰＤを形成する。平板５ｇは、保護カバー５ｐに相当し、図示しない外装とともに３つの結像系２ａ，２ｂ，２ｃを覆っており、光プリントヘッド７３内を塵、埃等から保護している。

図２（Ｂ）から明らかなように、図の３つの結像系２ａ，２ｂ，２ｃのうち、中央の結像系２ａは、その光軸ＡＸが、発光面３ｆに対しても感光ドラム７１の受光面７１ａに対しても垂直である。一方で、上下の結像系２ｂ，２ｃの光軸ＡＸは、中央の結像系２ａの光軸ＡＸに対して平行でなく、発光面３ｆに対して垂直でない角度を持つとともに、受光面７１ａに対しても垂直でない角度を持つ。より具体的に説明すると、光学系７３ｂのうち中央の結像系２ａの光軸ＡＸは、主走査方向及び副走査方向に直交するＸ軸方向に平行に延びている。ここで、中央の発光領域３ａの発光点群ＤＧの中心を通って発光面３ｆに垂直に延びる中心法線ＣＮを考えた場合、中心法線ＣＮは光軸ＡＸと一致して延び、中心法線ＣＮと受光面７１ａと交わる角度は垂直になっている。また、光学系７３ｂのうち下側の結像系２ｂの光軸ＡＸは、主走査方向及び副走査方向に直交するＸ軸方向に対して反時計方向に回転するように傾いており、感光ドラム７１側又は＋Ｘ側で上側又は＋Ｚ側に移動するように傾いている。ここで、下側の発光領域３ｂの発光点群ＤＧの中心を通って発光面３ｆに垂直に延びる中心法線ＣＮを考えた場合、中心法線ＣＮが受光面７１ａと交わる角度は垂直でない。一方、光学系７３ｂのうち上側の結像系２ｃの光軸ＡＸは、主走査方向及び副走査方向に直交するＸ軸方向に対して時計方向に回転するように傾いており、感光ドラム７１側又は＋Ｘ側で下側又は−Ｚ側に移動するように傾いている。ここで、上側の発光領域３ｃの発光点群ＤＧの中心を通って発光面３ｆに垂直に延びる中心法線ＣＮを考えた場合、中心法線ＣＮが受光面７１ａと交わる角度は垂直でない。以上のように、隣り合う３つの結像系２ａ，２ｂ，２ｃの光軸ＡＸは、回転軸ＲＸの方向から見たとき、副走査方向Ｚの位置によって角度が異なるように互いに非平行になっている。結果的に、中心法線ＣＮが受光面７１ａと交わる角度が垂直でないとき、つまり、結像系２ｂ，２ｃにおいて、光軸ＡＸは、中心法線ＣＮに対してゼロで無い角度を持つが、光軸ＡＸと中心法線ＣＮとを含むＸＺ平面は、受光面７１ａの回転対称軸である回転軸ＲＸに対して垂直に延びている。

図３（Ａ）は、単一の発光領域３ａに配置された発光点群ＤＧ又は発光点ＥＤの配列を説明する拡大図である。図面の縦方向が副走査方向であり、図面の横方向が主走査方向である。この場合、発光点群ＤＧは、平行四辺形の発光領域３ａ内に平行四辺形の対辺に揃えて配列されている。発光点群ＤＧを構成する発光点ＥＤは、主走査方向に相当するＹ方向と、副走査方向に相当するＺ方向とに等間隔で配置されている。発光領域３ａの平行四辺形の長手方向に対応する上下の対辺６ａは、主走査方向に相当するＹ方向に平行に延び、結果的に不図示の受光面７１ａの回転対称軸である回転軸ＲＸに対しても平行に延びている。

図３（Ｂ）は、発光点群ＤＧと、光源寄りの第１レンズ５ｄの外形形状とを図示したものである。この図では、９個の発光点群ＤＧおよび第１レンズ５ｄが図示されているが、左右の主走査方向の繰返しが省略されており、光学系７３ｂ中に全部で２３１個の第１レンズ５ｄ又は結像系２ａ，２ｂ，２ｃがある。発光点群ＤＧは、それぞれの結像系２ａ，２ｂ，２ｃの光軸ＡＸが発光面３ｆ（図２（Ｂ）参照）と交わる位置を中心に配置されている。先に図２（Ｂ）で示したように、上下の結像系２ａ，２ｃ光学系は光軸ＡＸが発光面３ｆに対して垂直でないために、発光点群ＤＧも結像系２ａ，２ｂ，２ｃも中心が光軸ＡＸ上にあるにも関わらず、図では、結像系２ａ，２ｂ，２ｃの方が内側にずれたように見える。なお、補助線Ｌ１〜Ｌ３は、発光領域３ａ，３ｂ，３ｃを構成する発光点群ＤＧが横の主走査方向に関して切れ目なく繋がっていることを示す。

図４（Ａ）は、図２（Ｂ）等に示す光学系７３ｂのうち結像系２ｂの光軸ＡＸの傾き等を説明する模式図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す各部の角度関係や寸法を説明する図である。この場合、光軸ＡＸが感光ドラム７１の受光面７１ａに対して垂直に交わる結像系２ａについては説明を省略し、結像系２ｂを上下反転させた結像系２ｃについても説明を省略している。なお、基準線ＳＬは、結像系２ａの光軸ＡＸと一致し、Ｘ方向に延びて受光面７１ａの回転対称軸である回転軸ＲＸを通る。

結像系２ｂについては、下記関係式（Ｒ１）
θ＝ｙ／（ｈ＋（１−β）ｒ） … （Ｒ１）
が成立するように光軸ＡＸを傾けることで、受光面７１ａの傾きと結像系２ｂによる像面の傾きとを正確に一致させることができる。ここで、値θは、発光点群ＤＧがなす平面（発光面３ｆに相当）の法線と結像系２ｂの光軸ＡＸとがなす角度である。値ｙは、受光面７１ａの回転対称軸（回転軸ＲＸ）に垂直なＸＺ面内で、回転対称軸（回転軸ＲＸ）から発光点群ＤＧがなす平面（発光面３ｆに相当）におろした法線の足から、光軸ＡＸが発光点群ＤＧがなす平面（発光面３ｆに相当）と交わる位置までの距離である。値ｈは、回転対称軸（回転軸ＲＸ）から発光点群ＤＧがなす平面（発光面３ｆに相当）におろした法線又は基準線ＳＬにおいて、受光面７１ａと交わる位置から発光点群ＤＧがなす平面（発光面３ｆに相当）と交わる位置までの距離である。値βは、結像系２ｂの結像倍率であり、値ｒは、受光面７１ａの円筒形状の半径である。なお、結像系２ｂの光軸ＡＸが受光面７１ａと交わる角度φに関しては、光軸ＡＸの傾きθに対して、結像倍率βの絶対値をかけたものと等しくなるときが最適条件である。

現実的には、結像系２ｂの光軸ＡＸの傾きを関係式（Ｒ１）に一致させる必要はなく、光軸ＡＸを発光点群ＤＧがなす平面（発光面３ｆに相当）に対して垂直の状態から、受光面７１ａへの入射角度が小さくなる方向に、かつ、受光面７１ａに垂直入射するよりも小さい範囲で傾ければ、ある程度の効果が得られる。つまり、結像系２ｂの光軸ＡＸが受光面７１ａと交わる点Ｐ１で受光面７１ａの法線ＮＬ１となす角度φが、中心法線ＣＮが受光面７１ａと交わる点Ｐ２で受光面７１ａの法線ＮＬ２となす角度σに対して、絶対値として小さく、同じ方向であるように調整する。これにより、受光面７１ａの傾きと結像系２ｂによる像面の傾きとの差を小さくすることができる。

また、式（１）で与えられる最適な角度θに対して、±１０％の範囲となるように傾ければ、実用上十分な効果が得られる。つまり、下記条件式（１）又は（２）
０．９θ≦ｙ／（ｈ＋（１−β）ｒ）≦１．１θ … （１）
０．９≦ｙ／（ｈ＋（１−β）ｒ）／θ≦１．１ … （２）
を満たすように、結像系２ｂの光軸ＡＸの実際の傾き角θを設定すればよい。

以上では説明を省略したが、結像系２ｃについても、結像系２ｂと同様の条件を満たすことが望ましい。つまり、結像系２ｃの光軸ＡＸが受光面７１ａと交わる点で受光面７１ａの法線となす角度φが、中心法線ＣＮが受光面７１ａと交わる点で受光面７１ａの法線となす角度σに対して、絶対値として小さく、同じ方向であるように調整する。

各結像系２ｂ，２ｃは、副走査方向について対称性を持つ光学系である。結像系２ｂ，２ｃは、例えば回転対称な光学系であり、具体的には非球面で構成することができる。結像系２ｂ，２ｃは、例えば直交する２つの平面に対してそれぞれ面対称な光学系であり、具体的には自由曲面で構成することができる。この場合において、サジタルの像面とメリディオナルの像面とを一致させる。

以上で説明した第１実施形態の画像形成装置１００によれば、隣り合う結像系２ａ〜２ｃの光軸ＡＸが、回転軸ＲＸの方向から見たとき、副走査方向又はＺ方向の位置によって角度が異なるように互いに非平行となっており、隣り合う結像系２ａ〜２ｃの副走査方向に関する対称性を高めて各結像系の結像状態を良好なものとすることができる。さらに、傾いた結像系２ｂ，２ｃにおいて、光軸ＡＸが受光面７１ａと交わる点Ｐ１で受光面７１ａの法線ＮＬ１となす角度φが、中心法線ＣＮが受光面７１ａと交わる点Ｐ２で受光面７１ａの法線ＮＬ２となす角度σに対して、絶対値として小さく同じ方向であるので、光軸ＡＸが受光面７１ａの法線ＮＬ１となす角度が過度に大きくなって像面の受光面７１ａに対する傾斜が大きくなって結像状態が劣化することを防止できる。

〔実施例〕
以下、本発明に係る画像形成装置に組み込まれる光学系７３ｂの具体的な実施例について説明する。

〔実施例１〕
〔１−ａ：中央の結像系〕
以下、中央の結像系２ａのデータについて説明する。表１は、中央の結像系２ａを構成する光学面の面頂点の座標をまとめたものである。距離の単位はｍｍである。
［表１］

結像系２ａの非球面形状について表２にまとめた。記載した非球面は、いずれも軸対称非球面で、球面項は無く、形状式は、Ｘ、Ｙ、Ｚに対応するローカル座標をｘ、ｙ、ｚとして

である。なお、表に無い非球面係数ａ_ｉはすべて０である。これらの点は以下でも同様である。
［表２］

〔１−ｂ：下側の結像系〕
以下、下側の結像系２ｂのデータについて説明する。表３は、下側の結像系２ｂを構成する光学面の面頂点の座標をまとめたものである。
［表３］

結像系２ｂの非球面の形状について表４にまとめた。
［表４］

実施例１の光学系は、図２（Ｂ）に示すものと同様である。下側の結像系２ｂにおいて、面頂点は、Ｘ軸に関してもＺ軸に対しても互いに異なる値になっているが、４つのレンズ面と絞りについては、光軸ＡＸに沿って一直線上に並んでいる。一方で、レンズ基板５ｈ，５ｋや保護カバー５ｐといった平板については、中央の結像系２ａと共通の座標となっている。下側の結像系２ｂの発光点群ＤＧは、面としては中央の結像系２ａと共通の面であるが、表では発光点群ＤＧの中央の座標を示している。また、感光体に相当する受光面７１ａは、半径２５ｍｍの円筒形で、面としてはやはり中央の結像系２ａと共通であるが、表では、受光面７１ａについては結像系２ｂの光軸ＡＸと交わる位置について位置と傾きとを示した。なお、波長６５０ｎｍに対して、レンズ基板は屈折率１．５１４５であり、レンズ面とガラス基板との間は樹脂で、屈折率１．５２８５である。また、結像倍率βは、中央の光学系も下側の光学系も−１である。

実施例１の場合、１つの発光点ＥＤの直径は６０μｍであり、最も接近した場所での発光点ＥＤの間隔ｇは１０μｍであり、中心間最小距離ｄは７０μｍである。横方向については１２００ｄｐｉの１ドットに相当する２１．２μｍピッチで並んでおり、発光点ＥＤの直径の方が大きいので、互いに重ならないように、副走査方向に相当するＺ方向にずらして４行に配置している。主走査方向に相当するＹ方向に延びる１行あたり１８個の発光点ＥＤがあり、全体としては７２個の発光点が平行四辺形に並んでいる。発光点ＥＤの中心で見れば、主走査方向の幅は１５０３μｍ、副走査方向の幅は２００μｍである。発光点は直径６０μｍなので、端まで含めた幅は主走査方向が１５６３μｍ、副走査方向が２６０μｍである。

図５（Ａ）は、実施例１の下側の結像系２ｂについて像面湾曲を示したものであり、図５（Ｂ）は、比較例の下側の結像系について像面湾曲を示したものである。横軸の像高は、副走査方向について見ている。なお、図示を省略するが、比較例の下側の結像系は、中央の結像系と同様のものであるが、比較例の下側の結像系の光軸は、中央の結像系の光軸と平行になっている。つまり、比較例の下側の結像系の光軸は、光源面に相当する発光面３ｆに対しては傾いておらず、感光面に相当する受光面７１ａに対しては傾いている。受光面７１ａに対する比較例の下側の結像系の光軸の傾きは約１１．３度となっている。図５（Ａ）に示すように、実施例１の下側の結像系２ｂでは、サジタルとメリディオナルとの乖離があるが、ともに像面の傾きは無い。図５（Ｂ）に示すように、比較例の場合、サジタル及びメリディオナルで像面の傾きがある。つまり、像面は光軸に対して対称であるので、傾いた受光面７１ａに対して見れば像面は傾いた状態となっている。

〔実施例２〕
〔２−ａ：中央の結像系〕
以下、中央の結像系２ａのデータについて説明する。表５は、中央の結像系２ａを構成する光学面の面頂点の座標をまとめたものである。
［表５］

結像系２ａの非球面の形状について表６にまとめた。
［表６］

〔２−ｂ：下側の結像系〕
以下、下側の結像系２ｂのデータについて説明する。表７は、下側の結像系２ｂを構成する光学面の面頂点の座標をまとめたものである。
［表７］

結像系２ｂの非球面の形状について表８にまとめた。
［表８］

実施例２の光学系は、実施例１の光学系と同様である。ただし、実施例２の結像系が第１の実施例の結像系と異なる点は、結像倍率βが−０．８であることである。感光体の半径や屈折率は第１の実施例と同様である。実施例１では結像倍率βが−１であったために、光軸ＡＸが光源面に相当する発光面３ｆとなす角度と、光軸ＡＸが感光面に相当する受光面７１ａとなす角度とは、絶対値が等しかったが、実施例２では、光軸ＡＸが発光面３ｆとなす角度に対して０．８をかけたものが、光軸ＡＸが受光面７１ａとなす角度となっている。

実施例２の発光点群ＤＧは、図示を省略するが、実施例１のものと数や並びは同じであるが、結像倍率が異なるので、サイズや間隔が異なっている。実施例２の場合、例えば発光点ＥＤの直径は、実施例１に比較して１．２５倍の７５μｍとなっている。主走査方向には、感光体に相当する受光面７１ａ上で１２００ｄｐｉとなるように、発光点ＥＤが２６．５μｍピッチで並んでいる。発光点ＥＤと発光点ＥＤの間隔が最も接近したところで１０μｍなのは変わらず、結果的に、縦横比で見るとわずかながら横長になっている。発光点ＥＤの中心で見れば、主走査方向の幅は１８７９μｍ、副走査方向の幅は２４２μｍで、発光点ＥＤが直径７５μｍなので、端まで含めた幅は主走査方向に関して１９５４μｍ、副走査方向に関して３１７μｍである。

なお、実施例２では、光源面に相当する発光面３ｆに対する光軸ＡＸの傾きと、感光面に相当する受光面７１ａに対する光軸ＡＸの傾きとが、０．８倍の関係になっていて同じではないため、傾きの無い中央の結像系２ａに対して、光軸が傾いた上下の結像系２ｂ，２ｃでは、受光面７１ａ上での結像位置又はサイズについて、副走査方向の幅が小さくなる。ただし、この実施例の場合では０．１％の違いであり、副走査方向の幅の差としては０．２μｍ程度なので、他の誤差に対して小さく、発光点ＥＤの配置については中央と上下で差をつけていない。

図６は、実施例２の下側の結像系２ｂについて像面湾曲を示したものである。倍率や距離関係に応じて光軸ＡＸを適切に傾けたことによって像面の傾きが補正されていることがわかる。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態の画像形成装置について説明する。第２実施形態の装置は、第１実施形態の装置を光プリントヘッド７３の光学系７３ｂに関して修正したものであり、共通部分については説明を省略する。

図７（Ａ）は、第２実施形態の画像形成装置に組み込まれる光プリントヘッド７３を説明する図であり、光学系７３ｂを斜めから見た斜視図となっている。副走査方向は、図面の上下方向つまりＺ方向であるが、主走査方向は、図面の左右方向と紙面垂直方向との間で傾いている。実際には主走査方向には多数の光学系が並んでいるが、第１実施形態の場合と同様に３列ある副走査方向の列につき一つの結像系２ａ〜２ｃのみを示した。また、レンズ基板５ｈの図示省略し、レンズ面の外形と、２つの対称面ＳＰと交わる曲線とを示した。２つの対称面ＳＰと交わる曲線は傾いており、ローカル座標のｙ軸とｚ軸が主走査方向（Ｙ方向）や副走査方向（Ｚ方向）に対して傾きを持っていることがわかる。絞り５ｅは開口形状のみ示した。絞り５ｅは、実際には円形であるが、斜めから見ているため楕円として表示されている。発光点群ＤＧについては、その中心を主走査方向に延びる直線と副走査方向に延びる直線との交点で示した。発光点群ＤＧからの光線ＬＢは、中央では対称面ＳＰの交線の上にあるが、主走査にずれた位置では副走査にもずれている。感光ドラム７１の円筒表面である受光面７１ａについては、中央の結像系２ａの光軸ＡＸと交わる位置において副走査方向の円弧の一部分を図示している。また、それぞれの結像系２ａ〜２ｃの光軸ＡＸと交わる位置を中心として、主走査方向と副走査方向とを光軸ＡＸ上で交差する十字で示した。副走査方向は、受光面７１ａの円筒面の接線の方向を示しているので、上下の結像系２ｂ，２ｃでは相対的に傾いて表示されている。また、光源側と同様に、光軸ＡＸに対して主走査方向にずれた位置を通る光線ＬＢは、副走査方向にもずれた位置を通っている。

図示の光学系７３ｂでは、自由曲面を用いて、直交する二つの対称面を持つ光学系を使うことにより、サジタルとメリディオナルの像面を一致させるように構成している。結像系２ａ〜２ｃに自由曲面を用いる場合、２つの対称面ＳＰ内での断面の曲率を一致させると、異なる曲率を与える場合と比べて作成が容易である。また、断面の曲率が一致している場合、自由曲面を用いても、軸近傍の結像倍率は方向に寄らず一定である。したがって、結像系２ａ〜２ｃを光軸ＡＸまわりに回転して、対称面が主走査方向や副走査方向に対して傾いたとしても、本発明の原理を同様に適用することが可能である。発光点群ＤＧ又は発光点ＥＤの配置を工夫して、主走査方向に対して発光点群ＤＧが傾きを持つことを許容する代わりに発光点ＥＤが分布する幅を狭くした場合、自由曲面の対称面ＳＰをその発光点ＥＤの並ぶ向きと合わせるように、結像系２ａ〜２ｃを光軸ＡＸまわりに回転すれば、発光点ＥＤが自由曲面の対称面ＳＰから外れる量を小さく抑えることができる。対称面ＳＰを持つ自由曲面を使った場合、その対称面ＳＰの上では良好な結像性能が得られるが、対称面ＳＰから外れた位置では副作用が生じて結像性能が悪化する場合がある。その場合、対称面ＳＰから外れる量を小さく抑えることで、より良好な結像性能を得ることができる。一方で、主走査方向に対して発光点群ＤＧが傾きを持つことは、感光体である受光面７１ａに対してみれば、副走査方向の幅が広がった状態となるため、光軸ＡＸが互いに平行な従来タイプの結像系を使うと、受光面７１ａに対して斜入射することの影響が大きくなってしまうので、本発明の技術を用いて光軸ＡＸを傾けて、感光体に対する像面の傾きを抑えることが効果的である。

図７（Ｂ）は、第２実施形態の装置における発光点群ＤＧ又は発光点ＥＤの具体的配列を説明する拡大図である。この場合、発光点群ＤＧは、長方形の発光領域３ａ，３ｂ，３ｃ内に長辺に揃えて配列されている。発光点群ＤＧを構成する発光点ＥＤは、主走査方向に相当するＹ方向に等間隔で配置され、副走査方向に相当するＺ方向に同じ空間周期で配置されている。発光領域３ａの長方形の長辺１６ａは、主走査方向に相当するＹ方向や副走査方向に相当するＺ方向に対して所定の角度、横の主走査方向に対して角度δで延びており、その受光面７１ａの回転軸ＲＸに対する傾斜方向は、結像系２ａ〜２ｃの対称面ＳＰの一方に沿ったものとなっている。
〔実施例３〕
〔３−ａ：中央の結像系〕
以下、中央の結像系２ａのデータについて説明する。表９は、中央の結像系２ａを構成する光学面の面頂点の座標をまとめたものである。
［表９］

結像系２ａの自由曲面形状について表１０にまとめた。記載した自由曲面の形状式は、Ｘ、Ｙ、Ｚに対応するローカル座標をｘ、ｙ、ｚ（x軸角度０の点ではグローバル座標Ｘ、Ｙ、Ｚと方向が一致）として

なお、表に無い非球面係数ａ_ｉｊはすべて０である。これらの点は以下でも同様である。
［表１０］

〔３−ｂ：下側の結像系〕
以下、下側の結像系２ｂのデータについて説明する。表１１は、下側の結像系２ｂを構成する光学面の面頂点の座標をまとめたものである。
［表１１］

結像系２ｂの自由曲面形状について表１２にまとめた。
［表１２］

実施例３の光学系は、図７（Ａ）に示すものと同様である。実施例３の光学系は、結像倍率が−１で、実施例１と同じであるが、レンズ面が軸対称非球面ではなく自由曲面になっている点で実施例１と異なる。自由曲面は二元多項式によって定義されているが、表１０及び１２に示したとおり、どのレンズ面もｙ及びｚ方向に関して偶数次しか使用しておらず、ｙ方向にもｚ方向にも対称である。また、どのレンズ面でも、ｙ軸の２次及びｚ軸の０次（ｉ＝２，ｊ＝０）の係数と、ｙ軸の０次ｚ軸の２次（ｉ＝０，ｊ＝２）の係数とが等しく、ローカル座標原点近傍での曲率がどの方向でも等しいことがわかる。また、それぞれの結像系２ａ〜２ｃには、４つのレンズ面があるが、ローカル座標の原点は一直線上に並んでおり、各レンズ面のローカル座標ｘ軸は４つともその直線上にある。また、それぞれのローカル座標のｘｙ平面はグローバル座標内では同一平面であり、ｘｚ平面も同様に同一平面である。つまり、上述のｘｙ平面とｘｚ平面は、レンズ面全体の対称面ＳＰとなっている。２つの対称面ＳＰの交わる直線を、光軸と呼ぶ。レンズ基板５ｈ，５ｋはすべての結像系２ａ〜２ｃで共通なので、下側の結像系２ｂではレンズ基板５ｈ，５ｋに対して光軸ＡＸが傾いており、対称なのは結像系２ｂを構成する４つのレンズ面だけである。

実施例３の発光点群ＤＧは、図７（Ｂ）に示すものであり、実施例１と同様に、発光点ＥＤの直径が６０μｍであり、最も接近した場所での発光点ＥＤの間隔ｇは１０μｍであり、中心間最小距離ｄは７０μｍである。ただし、実施例３の発光点群ＤＧは、実施例１と異なり、全体として主走査方向又はＹ方向に対して傾いている。一番下の行の発光点ＥＤのどれか一つを選ぶと、主走査方向について右隣の発光点は、主走査方向に２１．２μｍ離れている位置にあり、直径が６０μｍなので真横に並べると重なってしまうため、副走査方向にもずらした位置に配置しており、その間隔ｇが最小で１０μｍとなるように、図面の上側に６６．７μｍずれた位置にあることは、実施例１と実施例３で共通する。相違点は、主走査方向の右側に４つ目の発光点が、実施例１では真横に配置されているのに対し、実施例３では上に３７．３μｍずれて配置されていることである。このずれ量は、一つ右隣の発光点と４つ右側の発光点の間隔が、最も狭いところで１０μｍとなるように選ばれている。結果として、全体としては、角度δが２３．７６度に傾いた略長方形となるように配列されている。このとき、長方形の短辺方向の幅は２１８μｍとなり、実施例１の副走査方向の幅２６０μｍよりも幅が狭くなっている。本実施例３では、この傾いた長方形の長辺方向が自由曲面の対称面ＳＰと一致するように、結像系２ａ〜２ｃを光軸ＡＸまわりに回転させている。対称面ＳＰを持つ自由曲面を使った結像系２ａ〜２ｃでは、その対称面ＳＰから外れた位置では結像性能が低下する傾向があるので、本実施例３のように構成することで、対称面ＳＰからの外れ量を小さくすることができる。一方で、副走査方向の幅を見ると、端まで含めて８５６μｍとなっており、もし本実施例３のように光軸ＡＸを傾けない従来タイプの結像系であるとすると、上下の結像系では受光面７１ａの傾きによる像面の傾きによってよりダメージが大きくなってしまうと考えられる。なお、実施例３の発光点群ＤＧの主走査方向に対する傾きは、中央の結像系２ａに対応するものと上下の結像系２ｂ，２ｃに対応するものとで差は無い。結像系２ａ〜２ｃの対称面ＳＰは発光点群ＤＧの傾きに合わせて傾けているが、上下の結像系２ｂ，２ｃは発光面３ｆに対して光軸ＡＸが傾いているので、結像系２ａ〜２ｃの光軸ＡＸまわりの回転角は、中央の結像系２ａと上下の結像系２ｂ，２ｃとではわずかに異なっている。中央の結像系２ａでは、回転角が発光点群ＤＧの傾きと同じ２３．７６度であるのに対し、上下の結像系２ｂ，２ｃでは、回転角が発光点群ＤＧの傾きよりもわずかに小さい２３．７０度となっている。

図８は、実施例３の下側の結像系２ｂについて像面湾曲を示したものである。倍率や距離関係に応じて光軸ＡＸを適切に傾けたことによって像面の傾きが補正されていることがわかる。なお、横軸は副走査方向の像高であるが、上述の対称面ＳＰ上で物点の位置を変えて計算しており、発光面３ｆ上では主走査方向に対して２３．７６度傾いているため、副走査方向の像高が０．４ｍｍのとき、対応する物点は光軸ＡＸから約１ｍｍ離れている。

以上では、具体的な実施形態としての画像形成装置や光プリントヘッドについて説明したが、本発明に係る画像形成装置は、上記のものには限られない。例えば、光学系７３ｂを構成する結像系は、３つに限らず２つ又は４つ以上とすることができる。

結像系２ａ〜２ｃは、２枚のレンズ構成に限らず、３枚以上のレンズ構成とすることができる。

２ａ，２ｂ，２ｃ…結像系、 ３ａ，３ｂ，３ｃ…発光領域、 ３ｆ…発光面、 ５ｄ…レンズ、 ５ｆ…レンズ、 ５ｇ…平板、 ５ｈ，５ｋ…レンズ基板、 ５ｉ，５ｊ…レンズ部、 ５ｍ，５ｎ…レンズ部、 １０…画像読取部、 ２０…画像形成部、 ７０…像形成ユニット、 ７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋ…像形成ユニット、 ７１…感光ドラム、 ７１ａ…受光面、 ７３…光プリントヘッド、 ７３ａ…発光素子、 ７３ｂ…光学系、 ７３ｐ…デバイス本体、 ７４…現像部、 ９０…制御部、 １００…画像形成装置、 ＡＸ…光軸、 ＣＮ…中心法線、 ＤＧ…発光点群、 ＥＤ…発光点、 ＬＢ…光線、 ＰＤ…投影像、 ＲＸ…回転軸、 ＳＬ…基準線

Claims (11)

1. ２次元に配列された発光点群を有する発光素子と、
   前記発光点群からの光を、発光点ごとに受光面上の異なる位置に結像させる結像系を有する光学系とを備え、
   前記発光点群と前記結像系との組が複数存在し、
   前記受光面は円筒形状を有し、
   前記結像系の結像倍率は負であり、
   前記発光素子に設けた主走査方向に関して隣り合う複数の発光点群は、前記主走査方向と対応する副走査方向とに関して異なる位置に配列されており、
   隣り合う前記結像系の光軸は、前記受光面の回転軸の方向から見たとき、前記副走査方向の位置によって角度が異なるように互いに非平行であり、
   前記発光点群の中心を通る中心法線が前記受光面と交わる角度が垂直でないとき、前記光軸は、前記中心法線に対してゼロで無い角度を持ち、前記光軸と前記中心法線とを含む平面が、前記受光面の前記回転軸に対応する回転対称軸に対して垂直であり、
   前記光軸が前記受光面と交わる点で前記受光面の法線となす角度が、前記中心法線が前記受光面と交わる点で前記受光面の法線となす角度に対して、絶対値として小さく、同じ方向であることを特徴とする、画像形成装置。
2. 以下の条件式（１）が成立することを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
   ０．９θ≦ｙ／（ｈ＋（１−β）ｒ）≦１．１θ
   ただし、
   θ：前記発光点群がなす平面の法線と前記結像系の前記光軸とがなす角度
   ｙ：前記受光面の前記回転対称軸に垂直な平面内で、前記回転対称軸から前記発光点群がなす前記平面におろした法線の足から、前記光軸が前記発光点群がなす前記平面と交わる位置までの距離
   ｈ：前記回転対称軸から前記発光点群がなす前記平面におろした法線において、前記受光面と交わる位置から前記発光点群がなす前記平面と交わる位置までの距離
   β：前記結像系の結像倍率
   ｒ：前記受光面の円筒形状の半径
3. 前記光軸が前記受光面と交わる点で前記受光面の法線となす角度は、前記光軸が前記発光点群がなす前記平面の法線となす角度θに対して、結像倍率βの絶対値をかけたものとなっていることを特徴とする、請求項１及び２のいずれか一項に記載の画像形成装置。
4. 前記発光点群と前記結像系との組は、隣り合う３つの前記発光点群と対応する３つの前記結像系とを含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
5. 前記発光素子は、有機ＥＬデバイスであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
6. 前記結像系は、それぞれ回転対称であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
7. 前記結像系は、直交する２つの平面に対してそれぞれ面対称であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
8. 前記結像系は、２つの対称面を持つ自由曲面であり、前記２つの対称面による断面形状において、前記２つの対称面の交わる直線近傍での曲率が互いに等しいことを特徴とする、請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記発光点群は、略平行四辺形の領域に配置されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の画像形成装置。
10. 前記領域の対辺が前記回転対称軸に対して平行であることを特徴とする、請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記発光点群は、略長方形の領域に配置されており、前記領域の長辺が前記回転対称軸に対して非平行であり、前記２つの対称面のうち一方が前記長辺と略平行であることを特徴とする、請求項８に記載の画像形成装置。

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