JP4862905B2 - 集光素子、集光素子アレイ、露光装置及び画像形成装置 - Google Patents

集光素子、集光素子アレイ、露光装置及び画像形成装置 Download PDF

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Description

本発明は、集光素子、集光素子アレイ、露光装置及び画像形成装置に関する。
従来、電子写真方式で画像を形成する複写機、プリンタ等では、感光体ドラムに潜像を書き込む露光装置として、レーザ光源から射出された光をポリゴンミラーで走査するレーザＲＯＳ（Raster Output Scanner）方式の露光装置が用いられていた。最近では、レーザＲＯＳ方式の露光装置に代わり、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源に用いたＬＥＤ方式の露光装置が主流になりつつある。ＬＥＤ方式の露光装置は、ＬＥＤプリントヘッド称され、ＬＰＨと略称されている。
ＬＥＤプリントヘッドは、長尺状の基板上に多数のＬＥＤが配列されたＬＥＤアレイと、各ＬＥＤに対応して多数の屈折率分布型のロッドレンズが配列されたレンズアレイと、を備えている。ＬＥＤアレイには、例えば１インチ当り１２００画素（即ち、１２００ｄｐｉ）と、主走査方向の画素数に対応して多数のＬＥＤが配列されている。屈折率分布型のロッドレンズとしては、セルフォック（登録商標）に代表される円柱状のロッドレンズが用いられている。
ＬＥＤプリントヘッドでは、各ＬＥＤから射出された光は、対応するロッドレンズにより集光されて、感光体ドラム上に正立等倍像が結像される。従って、レーザＲＯＳ方式の走査光学系は不要であり、レーザＲＯＳ方式に比べて大幅な小型化が可能である。また、ポリゴンミラーを駆動する駆動モータも不要であり、機械的なノイズが発生しないという利点もある。
その一方、ＬＥＤプリントヘッドでは、ＬＥＤから結像点までの光路長（作動距離）が短くなり、感光体ドラムの周囲における露光装置の占有割合が大きくなるという欠点もある。即ち、作動距離が長い方が、感光体ドラムの周囲が混み合わず、全体として画像形成装置の小型化を図ることができる。
もちろん、ＬＥＤアレイと感光体ドラムとの間にレンズアレイを配置することで、ＬＥＤアレイを感光体ドラムに近接配置する場合に比べると、円柱状のロッドレンズの長さ以上に作動距離は長くなっている。しかしながら、ロッドレンズの作動距離は数ｍｍであり、レーザＲＯＳ方式のように数ｃｍの作動距離を稼ぐことはできない。
ＬＥＤプリントヘッドに、集光素子アレイを用いた技術がいくつか提案されている（特許文献１、２参照）。しかしながら、これらの技術では、複数のホログラム素子の各々は、複数のレンズをＬＥＤの各々に対応させて配列する場合と同様に、互いに重ならないように、ＬＥＤのピッチ間隔以下の直径で作製されている。例えば、ピッチ間隔を４０μｍとすると、ホログラム素子の直径は最大でも４０μｍとなる。直径が数十μｍのホログラム素子では、数ｍｍオーダの作動距離しか得ることができない。
また、ＬＥＤプリントヘッドでは、インコヒーレント光を射出するＬＥＤを用いる以上、コヒーレンス性が低下してスポットぼけ（いわゆる色収差）が生じ、微小スポットを形成することは容易ではない。コヒーレンス性を高めるために、ロッドレンズ以外にコリメート光学系を導入する等の工夫が必要である。集光素子アレイを用いる場合にも、コヒーレンス性を高めるために、一対のホログラム素子、集光レンズとホログラム素子というように、複数の光学素子を１組にして用いる等、複雑な光学系が必要である（特許文献１、２参照）。複数の光学素子を１組にして用いる場合、精度の良い位置合わせが必要になり、ＬＥＤプリントヘッドの取り付けが面倒である。
なお、電子写真方式の露光装置としては、ＬＥＤアレイを用いるＬＥＤプリントヘッドが一般的であるため、この露光方式は「ＬＥＤ方式」と通称されている。しかしながら、発光素子をＬＥＤに限定する必要はないため、以下では「ＬＥＤ方式」を「発光素子アレイ方式」と、適宜、言い換える。
特開２００７−２３７５７６号公報 特開昭６０−１１６４７９号公報
本発明の目的は、従来の屈折率分布型のロッドレンズに比べて作動距離が長く、インコヒーレント光源から射出された発散光を集光して微小スポットを形成することができる、集光素子及び集光素子アレイを提供することにある。本発明の他の目的は、従来のＬＥＤプリントヘッドに比べて作動距離が長く、光源と集光素子との位置合せが不要で製造が容易な、発光素子アレイ方式の露光装置を提供することにある。また、本発明の更に他の目的は、本発明の露光装置を用いることで、従来のＬＥＤプリントヘッドを搭載した画像形成装置に比べ、小型で且つ高解像度の画像形成装置を提供することにある。
上記目的を達成するために各請求項に記載の発明は、下記構成を備えたことを特徴としている。
請求項１の発明は、ホログラム記録層を通過して該ホログラム記録層の裏面に位置する光入射点から予め定めた直径まで拡がる拡散光の光路を通る第１の球面波と、ホログラム記録層を第１の球面波と同じ側から通過して該ホログラム記録層の表面から予め定めた距離だけ離間された結像点に収束する収束光の光路を通る第２の球面波と、前記第１の球面波及び前記第２の球面波と前記ホログラム記録層内で交差する平面波とを記録光として用い、
前記第１の球面波と前記平面波との干渉により前記ホログラム記録層に記録されると共に、前記第１の球面波に相当する参照光の照射により前記平面波に相当する回折光を生成する第１体積ホログラムと、前記第２の球面波と前記平面波との干渉により前記ホログラム記録層に記録されると共に、前記第１体積ホログラムで生成された前記平面波に相当する回折光が入射するように配置され、入射した回折光が参照光として照射されることにより前記第２の球面波に相当する回折光を生成して、当該回折光を前記結像点に集光する第２体積ホログラムと、を備えた集光素子である。
請求項２の発明は、前記第１体積ホログラム及び前記第２体積ホログラムが、透過型ホログラムである請求項１に記載の集光素子である。
請求項３の発明は、前記第１体積ホログラム及び前記第２体積ホログラムが、反射型ホログラムである請求項１に記載の集光素子である。
請求項４の発明は、前記第１体積ホログラム及び前記第２体積ホログラムが、位相共役再生ホログラムである請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の集光素子である。
請求項５の発明は、ホログラム記録層を通過して該ホログラム記録層の裏面に位置する光入射点から予め定めた直径まで拡がる拡散光の光路を通る第１の球面波と、ホログラム記録層を第１の球面波と同じ側から通過して該ホログラム記録層の表面から予め定めた距離だけ離間された結像点に収束する収束光の光路を通る第２の球面波と、前記第１の球面波及び前記第２の球面波と前記ホログラム記録層内で交差する平面波とを記録光として用い、前記第１の球面波と前記平面波との干渉により前記ホログラム記録層に多重記録されると共に、各々が前記第１の球面波に相当する参照光の照射により前記平面波に相当する回折光を生成する複数の第１体積ホログラムと、前記第２の球面波と前記平面波との干渉により前記ホログラム記録層に多重記録されると共に、各々が前記第１体積ホログラムで生成された前記平面波に相当する回折光が入射するように配置され、各々が入射した回折光が参照光として照射されることにより前記第２の球面波に相当する回折光を生成して、当該回折光を前記結像点に集光する記録された複数の第２体積ホログラムと、を備えた集光素子アレイである。
請求項６の発明は、前記複数の第１体積ホログラム及び前記複数の第２体積ホログラムは、前記第１の球面波、前記第２の球面波及び前記平面波の照射位置をホログラム記録層に対し相対的に変化させることでシフト多重記録されると共に、前記平面波の照射角度を変化させることで角度多重記録される請求項５に記載の集光素子アレイである。
請求項７の発明は、長尺状の基板及び該基板上に形成された複数の発光素子を備え、隣り合う２つの発光素子の前記基板の長さ方向に沿った間隔が予め定めた第１の間隔となるように、前記複数の発光素子が前記基板の長さ方向に沿って少なくとも１列配列された発光素子アレイと、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の集光素子を備えた集光素子アレイであって、前記基板上に配置されたホログラム記録層及び該ホログラム記録層に形成された複数の集光素子を備え、前記複数の集光素子は前記複数の発光素子の各々に対応して、隣り合う２つのホログラム素子の前記基板の長さ方向に沿った間隔が前記第１の間隔となるように形成されると共に、前記複数の発光素子の各々から射出された各光が対応する集光素子により予め定めた結像面の方向に回折され且つ集光されるように、前記複数の集光素子の前記複数の第１体積ホログラム及び前記複数の第２体積ホログラムの各々が前記第１の間隔より大きな直径で形成された集光素子アレイと、を備えた露光装置である。
請求項８の発明は、前記複数の第１体積ホログラム及び前記複数の第２体積ホログラムの各々は、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の直径を有する請求項７に記載の露光装置である。
請求項９の発明は、請求項７又は請求項８に記載の露光装置と、前記露光装置による像様露光により画像が記録される感光性の画像記録媒体と、前記画像記録媒体を前記露光装置に対して相対移動させる移動手段と、画像データに基づいて、前記画像記録媒体が前記第１の方向と交差する第２の方向に副走査されるように前記移動手段を制御すると共に、前記複数の発光素子の各々を点灯制御する制御手段と、を備えた画像形成装置である。
本発明の各請求項に記載の発明によれば、以下の効果がある。
請求項１に記載の発明によれば、従来の屈折率分布型のロッドレンズに比べて作動距離が長く、インコヒーレント光源から射出された発散光を集光して微小スポットを形成することができる、集光素子が提供される、という効果がある。
請求項２に記載の発明によれば、不要な回折光が発生せず、輪郭の鮮明な微小スポットを形成することができる、という効果がある。
請求項３に記載の発明によれば、回折効率を一定化して、所望の強度で且つ輪郭の鮮明な微小スポットを形成することができる、という効果がある。
請求項４に記載の発明によれば、収差を低減して、高いコントラストで微小スポットを形成することができる、という効果がある。
請求項５に記載の発明によれば、従来の屈折率分布型のロッドレンズに比べて作動距離が長く、インコヒーレント光源から射出された発散光を集光して微小スポットを形成することができる、集光素子アレイが提供される、という効果がある。
請求項６に記載の発明によれば、発光ダイオード（ＬＥＤ）及び電界発光素子（ＥＬ）からインコヒーレント光を入射する場合にも、コヒーレント光を入射する場合と同様に、輪郭が鮮明な微小スポットを形成することができる、という効果がある。
請求項７に記載の発明によれば、従来のＬＥＤプリントヘッドに比べて作動距離が長く、光源と集光素子との位置合せが不要で製造が容易な、発光素子アレイ方式の露光装置が提供される、という効果がある。
請求項８に記載の発明によれば、数ｃｍオーダと作動距離が長い、発光素子アレイ方式の露光装置が提供される、という効果がある。
請求項９に記載の発明によれば、従来のＬＥＤプリントヘッドを搭載した画像形成装置に比べ、小型で且つ高解像度の画像形成装置が提供される、という効果がある。
本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の構成の一例を示す概略図である。 本発明の第１の実施の形態に係る露光装置としてのＬＥＤプリントヘッドの構成の一例を示す概略斜視図である。 （Ａ）はＬＥＤプリントヘッドの副走査方向の断面図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）はＬＥＤプリントヘッドの主走査方向の断面図ある。 （Ａ）は第１の実施の形態に係るホログラム記録層に集光素子を形成する方法の一例を示す図であり、（Ｂ）はホログラム記録層に形成された体積ホログラムを示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、集光素子から回折光が生成される様子を示す図である。 遮光膜が設けられた第１の実施の形態の変形例を示す断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は体積ホログラムの多重記録方法と、多重記録された体積ホログラムの動作を説明する図である。 （Ａ）は第２の実施の形態に係るホログラム記録層に集光素子を形成する方法の一例を示す図であり、（Ｂ）はホログラム記録層に形成された体積ホログラムを示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、集光素子から回折光が生成される様子を示す図である。 （Ａ）は第３の実施の形態に係るホログラム記録層に集光素子を形成する方法の一例を示す図であり、（Ｂ）はホログラム記録層に形成された体積ホログラムを示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、集光素子から回折光が生成される様子を示す図である。 （Ａ）は第４の実施の形態に係るホログラム記録層に集光素子を形成する方法の一例を示す図であり、（Ｂ）はホログラム記録層に形成された体積ホログラムを示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、集光素子から回折光が生成される様子を示す図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
＜画像形成装置＞
図１は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の構成の一例を示す概略図である。
この画像形成装置は、所謂タンデム型のデジタルカラープリンタであり、各色の画像データに対応して画像形成を行う画像形成部としての画像形成プロセス部１０、画像形成装置の動作を制御する制御部３０、及び画像読取装置３と例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）２等の外部装置とに接続され、これらの装置から受信された画像データに対して所定の画像処理を施す画像処理部４０を備えている。
画像形成プロセス部１０は、一定の間隔で並列に配置される４つの画像形成ユニット１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋを備えている。画像形成ユニット１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋの各々は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）のトナー像を形成する。なお、画像形成ユニット１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋを、適宜「画像形成ユニット１１」と総称する。
各画像形成ユニット１１は、静電潜像を形成してトナー像を担持する像担持体としての感光体ドラム１２、感光体ドラム１２の表面を所定電位で一様に帯電する帯電器１３、帯電器１３によって帯電された感光体ドラム１２を露光する露光装置としてのＬＥＤプリントヘッド(ＬＰＨ)１４、ＬＰＨ１４によって得られた静電潜像を現像する現像器１５、転写後の感光体ドラム１２表面を清掃するクリーナ１６を備えている。
ＬＰＨ１４は、感光体ドラム１２の軸線方向の長さと略同じ長さの長尺状のプリントヘッドである。ＬＰＨ１４には、長さ方向に沿って複数のＬＥＤがアレイ状に配列されている。ＬＰＨ１４は、その長さ方向が感光体ドラム１２の軸線方向を向くように、感光体ドラム１２の周囲に配置されている。また、本実施の形態では、ＬＰＨ１４の作動距離は長く、感光体ドラム１２の表面から数ｃｍ離間して配置されている。このため、感光体ドラム１２の周方向における占有幅が小さく、感光体ドラム１２の周囲の混雑が緩和されている。
また、画像形成プロセス部１０は、各画像形成ユニット１１の感光体ドラム１２にて形成された各色のトナー像が多重転写される中間転写ベルト２１、各画像形成ユニット１１の各色トナー像を中間転写ベルト２１に順次転写（一次転写）させる一次転写ロール２２、中間転写ベルト２１上に転写された重畳トナー像を記録媒体である用紙Ｐに一括転写（二次転写）させる二次転写ロール２３、及び二次転写された画像を用紙Ｐ上に定着させる定着器２５を備えている。
次に上記画像形成装置の動作について説明する。
まず、画像形成プロセス部１０は、制御部３０から供給された同期信号等の制御信号に基づいて画像形成動作を行う。その際に、画像読取装置３やＰＣ２から入力された画像データは、画像処理部４０によって画像処理が施され、インターフェースを介して各画像形成ユニット１１に供給される。
例えば、イエローの画像形成ユニット１１Ｙでは、帯電器１３により所定電位で一様に帯電された感光体ドラム１２の表面が、画像処理部４０から得られた画像データに基づいて発光するＬＰＨ１４により露光されて、感光体ドラム１２上に静電潜像が形成される。即ち、ＬＰＨ１４の各ＬＥＤが画像データに基づいて発光することで、感光体ドラム１２の表面が主走査されると共に、感光体ドラム１２が回転することで副走査されて、感光体ドラム１２上に静電潜像が形成される。形成された静電潜像は現像器１５により現像され、感光体ドラム１２上にはイエローのトナー像が形成される。同様に、画像形成ユニット１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋにおいて、マゼンタ、シアン、黒の各色トナー像が形成される。
各画像形成ユニット１１で形成された各色トナー像は、図１の矢印Ａ方向に回動する中間転写ベルト２１上に、一次転写ロール２２により順次静電吸引されて転写される（一次転写）。中間転写ベルト２１上には、重畳されたトナー像が形成される。重畳トナー像は、中間転写ベルト２１の移動に伴って二次転写ロール２３が配設された領域（二次転写部）に搬送される。重畳トナー像が二次転写部に搬送されると、トナー像が二次転写部に搬送されるタイミングに合わせて用紙Ｐが二次転写部に供給される。
そして、二次転写部にて二次転写ロール２３により形成される転写電界により、重畳トナー像は搬送されてきた用紙Ｐ上に一括して静電転写される（二次転写）。重畳トナー像が静電転写された用紙Ｐは、中間転写ベルト２１から剥離され、搬送ベルト２４により定着器２５まで搬送される。定着器２５に搬送された用紙Ｐ上の未定着トナー像は、定着器２５によって熱および圧力による定着処理を受けることで用紙Ｐ上に定着される。そして定着画像が形成された用紙Ｐは、画像形成装置の排出部に設けられた排紙トレー（不図示）に排出される。
＜ＬＥＤプリントヘッド(ＬＰＨ)＞
（ＬＰＨの構成）
図２は本発明の実施の形態に係る露光装置としてのＬＥＤプリントヘッドの構成の一例を示す概略斜視図である。図３（Ａ）はＬＥＤプリントヘッドの副走査方向の断面図であり、図３（Ｂ）及び（Ｃ）はＬＥＤプリントヘッドの主走査方向の断面図ある。図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＡ−Ａ線での断面図であり、図３（Ｃ）は図３（Ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。
図２に示すように、ＬＥＤプリントヘッド(ＬＰＨ１４)は、複数のＬＥＤ５０を備えたＬＥＤアレイ５２と、複数のＬＥＤ５０の各々に対応して設けられた複数の集光素子５４を備えた集光素子アレイ５６と、を備えている。集光素子５４は、円錐状の体積ホログラムと円錐台状の体積ホログラムとからなる、一対の体積ホログラムで構成されている。集光素子５４の構成については後述する。図２に示す例では、ＬＥＤアレイ５２は６個のＬＥＤ５０１〜５０６を備え、集光素子アレイ５６は６個の集光素子５４１〜５４６を備えている。なお、各々を区別する必要がない場合には、ＬＥＤ５０１〜５０６を「ＬＥＤ５０」と総称し、集光素子５４１〜５４６を「集光素子５４」と総称する。
複数のＬＥＤ５０の各々は、ＬＥＤ５０の各々を駆動する駆動回路（図示せず）と共に、長尺状のＬＥＤ基板５８上に実装されている。上述した通り、ＬＥＤ５０の各々は、感光体ドラム１２の軸線方向と平行な、ＬＥＤ基板５８の長さ方向に沿って配列されている。ＬＥＤ５０の配列方向が「主走査方向」である。また、ＬＥＤ５０の各々は、互いに隣接する２つのＬＥＤ５０（発光点）の主走査方向の間隔（発光点ピッチ）が一定間隔となるように配列されている。なお、感光体ドラム１２の回転により副走査が行われるが、「主走査方向」と直交する方向を「副走査方向」として図示している。
集光素子アレイ５６は、ＬＥＤ基板５８上に積層されたホログラム記録層６０内に形成されている。ホログラム記録層６０は、ホログラムを永続的に記録保持することが可能な高分子材料から構成されている。このような高分子材料としては、いわゆるフォトポリマーを用いることができる。フォトポリマーは、光重合性モノマーのポリマー化による屈折率変化を利用してホログラムを記録する。集光素子５４の各々は、ＬＥＤ５０の各々に対応して、ＬＥＤ５０と同様に主走査方向に沿って配列されている。また、集光素子５４の各々は、互いに隣接する２つの集光素子５４の主走査方向の間隔が、上記の発光点ピッチと同じ間隔となるように配列されている。
図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、集光素子５４の各々は、ホログラム記録層６０の表面側を底面とし、ＬＥＤ５０側に向かって収束する円錐状の体積ホログラム５４Ｓと、ホログラム記録層６０の裏面側を下底とし、表面側を上底とする円錐台状の体積ホログラム５４Ａと、で構成されている。なお、厳密に円錐や円錐台を形成する必要は無く、楕円錐や楕円錐台であってもよい。ホログラム記録層６０の表面側から、即ち、体積ホログラム５４Ａの上底側から、回折光が射出される。本実施の形態では、体積ホログラム５４Ｓ及び体積ホログラム５４Ａの各々は、透過型ホログラムとして記録されている。
体積ホログラム５４Ｓでは、上底の直径を「ホログラム径ｒｈ」とし、円錐の高さを「ホログラム厚さｈＨ」とする。体積ホログラム５４Ａでは、上底の直径を「ホログラム径ｒｈ」とし、円錐台の高さを「ホログラム厚さｈＨ」とする。体積ホログラム５４Ｓ及び体積ホログラム５４Ａの各々は、発光点ピッチよりも大きなホログラム径ｒｈを有している。体積ホログラム５４Ａのホログラム径ｒｈが集光素子のＮＡを決める。ホログラム径ｒｈが大きくなるほど、作動距離が長くなる。所望の作動距離に応じて、体積ホログラム５４Ａのホログラム径ｒｈが任意に設定される。
例えば、発光点ピッチは３０μｍであり、体積ホログラム５４Ｓのホログラム径ｒＨは１．５ｍｍ、体積ホログラム５４Ａのホログラム径ｒＨは１．５ｍｍ、ホログラム厚さｈＨは１ｍｍである。このとき、波長を７８０ｎｍとすると、ホログラム５４Ａの上底から２ｃｍ離れた位置に、最小で直径が２５μｍとなるスポットを形成できる。上底からスポット形成位置までの距離を短くすれば、スポットサイズはさらに小さくできる。スポットサイズの大きさ、あるいは、上底からスポット形成位置までの距離は体積ホログラム５４Ａを記録する集束光のＮＡによって設定する。このように、図２、図３（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、互いに隣接する２つの集光素子５４は、互いに大幅に重なり合うように形成されている。
複数のＬＥＤ５０の各々は、対応する集光素子５４側に光を射出するように、発光面をホログラム記録層６０の表面側に向けて、ＬＥＤ基板５８上に配置されている。ＬＥＤ５０の「発光光軸」は、例えば、対応する体積ホログラム５４Ｓの中心（円錐の対称軸）を通り、ＬＥＤ基板５８と直交する方向を向いている。図示した通り、発光光軸は、上記の主走査方向及び副走査方向の各々とも直交する。
ＬＥＤアレイ５２としては、複数の自己走査型ＬＥＤ（ＳＬＥＤ：Self-scanning LED）が配列されたＳＬＥＤチップ（図示せず）が、複数個直列に配列されて構成されたＳＬＥＤアレイを用いることが好ましい。ＳＬＥＤアレイは、スイッチのオン・オフを二本の信号線によって行い、各ＳＬＥＤを選択的に発光させることができるので、データ線を共通化することができる。このＳＬＥＤアレイを用いることで、ＬＥＤ基板５８上での配線数が少なくて済む。
また、図示は省略するが、ＬＰＨ１４は、集光素子５４で生成された回折光が感光体ドラム１２の方向に射出されるように、ハウジングやホルダー等の保持部材により保持されて、画像形成ユニット１１内の所定位置に取り付けられている。なお、ＬＰＨ１４は、調整ネジ（図示せず）等の調整手段により、回折光の光軸方向に移動可能に構成されていることが好ましい。集光素子５４による結像位置(焦点面)が、感光体ドラム１２表面上に位置するように、調整手段により調整される。また、ホログラム記録層６０上に、カバーガラス等で保護層が形成されていることが好ましい。保護層によりゴミの付着が防止される。
（ＬＰＨの動作）
次に、ＬＰＨ１４の動作について簡単に説明する。
まず、集光素子５４の記録・再生の原理について簡単に説明する。図４（Ａ）はホログラム記録層に集光素子（一対の体積ホログラム）を形成する方法の一例を示す図である。ここでは、集光素子として一対の透過型ホログラムを形成する例について説明する。感光体ドラム１２の図示は省略し、結像面である表面１２Ａだけを図示する。また、ホログラム記録層６０Ａは、集光素子５４が形成される前の記録層であり、符号Ａを付して、集光素子５４が形成されたホログラム記録層６０と区別する。ホログラム記録層６０Ａは、後で取り外しが可能な、ガラス基板等の仮基板上に形成されていてもよい。
図４（Ａ）に示すように、集光素子５４は３つの光波を干渉させて形成される。表面１２Ａに結像される回折光の光路を通る球面波が、「第１の光波」としてホログラム記録層６０Ａに照射される。また、ホログラム記録層６０Ａを通過する際に、発光点から所望のホログラム径ｒｈまで拡がる拡散光の光路を通る球面波が、「第２の光波」としてホログラム記録層６０Ａに照射される。同時に、ホログラム記録層６０Ａ内で、第１の光波及び第２の光波と交差する平面波が、「第３の光波」としてホログラム記録層６０Ａに照射される。第３の光波を平面波とすると、球面波である第１の光波及び第２の光波との重なり程度が大きくなる。
第１の光波、第２の光波及び第３の光波の各々は、コヒーレント光である。コヒーレント光の照射には、半導体レーザ等のレーザ光源が用いられる。第１の光波、第２の光波及び第３の光波は、ホログラム記録層６０Ａに対し、同じ側（ＬＥＤ基板５８が配置される側）から照射される。３つの光波の干渉により得られる干渉縞（強度分布）が、ホログラム記録層６０Ａの厚さ方向にわたって記録される。なお、定着処理が必要なフォトポリマー等の場合には、ホログラム記録後に、紫外線照射等により定着処理を行う。
図４（Ｂ）に示すように、第２の光波と第３の光波との干渉により、円錐状の体積ホログラム５４Ｓが形成される。第１の光波と第３の光波との干渉により、円錐台状の体積ホログラム５４Ａが形成される。これにより、一対の透過型ホログラムが形成されたホログラム記録層６０が得られる。このホログラム記録層６０を、ＬＥＤアレイ５２が実装されたＬＥＤ基板５８上に取り付けることで、ＬＥＤアレイ５２と集光素子アレイ５６とが一体化されたＬＰＨ１４が作製される（図３参照）。
図５（Ａ）及び（Ｂ）は、集光素子から回折光が生成される様子を示す図である。図５（Ａ）に示すように、ＬＥＤ５０を発光させると、ＬＥＤ５０から射出された拡散光は、発光点からホログラム径ｒHまで拡がる拡散光の光路を通る。ＬＥＤ５０からの出射光はインコヒーレント光であるから、記録で用いたレーザ光（コヒーレント光）とは波面が異なる。このようなインコヒーレント光が体積ホログラム５４Ｓに入射することで、ブラッグ（Bragg）条件を満たす成分が回折される。換言すれば、入射光であるインコヒーレント光のうち、記録光と略同じ成分のみが体積ホログラム５４Ｓによって選択（フィルタリング）されて、回折光を生成する。この回折光は、第３の光波と略同じ平面波である。回折された平面波は体積ホログラム５４Ａに照射される。
図５（Ｂ）に示すように、平面波が体積ホログラム５４Ａに照射されると、体積ホログラム５４Ａから第１の光波と略同じ球面波が再生され、回折光として射出される。射出された回折光は収束して、数ｃｍの作動距離で感光体ドラム１２の表面１２Ａに結像される。表面１２Ａにはスポット６２が形成される。特に、体積ホログラムは入射角選択性及び波長選択性が高く、信号光を精度よく再生して、表面１２Ａに輪郭の鮮明な微小スポットが形成される。
厳密に言えば、記録時の球面波（第２の光波）とＬＥＤ５０の拡散光とは、その波面が異なっている。従って、ＬＥＤ５０からの拡散光が照射されて体積ホログラム５４Ｓから回折された平面波には、Bragg条件を満たす（記録時と同じ方向に伝播する）平面波の外に、Bragg選択性が許容する範囲で回折される平面波が含まれる。後者の回折光は、記録時の平面波（第３の光波）とは伝播方向が異なるが、その強度は微弱である。
更に、その微弱な平面波は、体積ホログラム５４Ａによって、Bragg選択性が許容する範囲で、回折角のずれた球面波を僅かに生成する（Bragg mismatch）。この回折角のずれた球面波は、記録時の球面波（第１の光波）とは異なる位置に集光するため、スポットを拡大する働きをする。しかしながら、これらの回折角のずれた球面波（回折光）は無視し得る程度の強度である。なぜなら、この回折光を生じる入射光の強度が微弱であることと、回折角のずれた球面波の回折効率も微小であるからである。従って、集光スポットの拡大は実質上問題にならず、微小な集光スポットが形成される。
換言すれば、体積ホログラム５４Ｓでは、第３の光波と伝播方向の異なる平面波は殆ど発生せず、体積ホログラム５４Ａでは、第１の光波とは回折角がずれた球面波は殆ど発生しない。この通り、体積ホログラム５４Ｓ及び体積ホログラム５４Ａは、入射角選択性及び波長選択性が高く、それらのフィルタリング機能により、コヒーレンスが向上する。従って、これら２つの体積ホログラム５４Ｓ及び体積ホログラム５４Ａにより、インコヒーレント光から微小スポットが形成される。
同様に、図２に示すように、ＬＥＤアレイ５２と集光素子アレイ５６とを備えたＬＰＨ１４では、６個のＬＥＤ５０１〜５０６の各々から射出された各光は、対応する集光素子５４１〜５４６のいずれかに入射する。集光素子５４１〜５４６は、入射された光を回折して回折光を生成する。集光素子５４１〜５４６の各々で生成された各回折光は、感光体ドラム１２の方向に射出され、感光体ドラム１２の方向に集光される。回折光の光軸方向は、感光体ドラム１２の方向を向く。
射出された各回折光は、感光体ドラム１２の方向に収束して、数ｃｍ先の焦点面に配置された感光体ドラム１２の表面で結像される。即ち、複数の集光素子５４の各々は、対応するＬＥＤ５０から射出された光を回折して集光し、感光体ドラム１２表面に結像させる光学部材として機能する。感光体ドラム１２の表面には、各回折光による微小なスポット６２１〜６２６が、主走査方向に配列されるように形成される。換言すれば、ＬＰＨ１４により、感光体ドラム１２が主走査される。なお、各々を区別する必要がない場合には、スポット６２１〜６２６を「スポット６２」と総称する。
なお、図５（Ｂ）から分かるように、第１の光波の光軸及び第２の光波の光軸の各々を発光光軸と平行にすることで、発光光軸と回折光の光軸とは平行になる。即ち、発光光（拡散光）が射出される方向と同じ方向に、回折光が射出される。従って、図６に示すように、ホログラム記録層６０の拡散光透過側には、透過光による感光体ドラム１２の不要露光を防止するため、光吸収膜等の遮光膜６８を配置することが好ましい。遮光膜６８は、透過した拡散光の光路上に配置される。図６に示す例では、ホログラム記録層６０の表面に、円錐状の体積ホログラム５４Ｓの底面を覆うように、遮光膜６８が配置されている。
（ＬＰＨの各素子の大きさ）
図２においては、概略的に６個のＬＥＤ５０１〜５０６が１列に配列されている例を図示したが、画像形成装置の主走査方向の解像度に応じて数千個のＬＥＤ５０が配列されている。例えば、ＳＬＥＤアレイを例に説明すると、１２８個のＬＥＤが１２００ｓｐｉ（spots per inch）間隔で配列されたＳＬＥＤチップが、５８個直列に配列されてＳＬＥＤアレイが構成されている。換算すると、１２００ｄｐｉの解像度の画像形成装置では、７４２４個のＳＬＥＤが２１μｍの間隔で配列されている。
集光レンズより集光してスポットを形成する場合には、スポット微小化の限界は光の回折現象に由来して決まる。集光レンズで形成されるスポットは、エアリーディスクと称される。エアリーディスクの直径（スポットサイズ）φは、波長λと集光レンズの開口数ＮＡとを用いて、φ＝１．２２λ／ＮＡで表される。
「発光素子アレイ方式」では、感光体ドラム１２上に形成される微小スポットの間隔（画素ピッチ）は、発光点ピッチと略同じ長さである。従って、スポットサイズを発光点ピッチ（画素ピッチ）より小さくしなければ、隣接するスポットが重なってしまう。例えば、１２００ｄｐｉの解像度では、約２０μｍのスポットサイズφが必要となる。例えば、波長を７８０ｎｍとすると、約２０μｍのスポットサイズφを実現するには、開口数ＮＡは０．０４８より大きくなる。
ここで、（ＬＥＤ５０からではなく）集光素子５４の出射端面（円錐台状の体積ホログラム５４Ａの上底）からスポット６２までの光路長を「作動距離」と近似する。近似された作動距離は、略ｒＨ／（２ＮＡ）で表される。従って、ＮＡが０．０４８より大きいと仮定して、作動距離を１ｃｍ以上にしようとすると、体積ホログラム５４Ａの上底の直径（ホログラム径ｒＨ）は、１ｍｍ以上としなければならない。後述する通り、ホログラム径ｒＨ＝２ｍｍ、ホログラム厚さｈＨ＝１ｍｍにおいて、２ｃｍの作動距離で、約２０μｍのスポットサイズφを実現することができる。
（体積ホログラムの多重記録）
図４及び図５を参照して説明した通り、一対の体積ホログラム５４Ｓ及び体積ホログラム５４Ａからなる集光素子５４の各々は、ＬＥＤ５０の発光光のように拡散するインコヒーレント光から微小スポットを形成する集光素子として機能する。ここで、複数の集光素子５４が多重記録されてアレイ化された集光素子アレイ５６の構造について説明する。
図７（Ａ）に示すように、第１の光波（球面波）、第２の光波（球面波）及び第３の光波（平面波）の各々を同時に照射するための書き込み光学系を用意する。第１の光波及び第２の光波が、所定位置に照射されるように、書き込み光学系が設定される。一方、第３の光波は、角度を変化させながら照射されるように、書き込み光学系が設定される。ホログラム記録層６０Ａを、書き込み光学系に対して移動させる。第２の光波が複数のＬＥＤ５０の各々が配置される位置から順次拡散するように、ホログラム記録層６０Ａを発光点ピッチで移動させる。
これにより、図７（Ｂ）に示すように、ホログラム記録層６０Ａには、球面波シフト多重及び角度多重により複数の集光素子５４が多重記録される。即ち、ホログラム記録層６０Ａの移動による球面波シフト多重記録で、円錐状の体積ホログラム５４Ｓ１、５４Ｓ２、５４Ｓ３、・・・が順次多重記録されると共に、第３の光波の角度変化による角度多重で、角度の異なる平面波１、平面波２、平面波３に応じて、円錐台状の体積ホログラム５４Ａ１、５４Ａ２、５４Ａ３、・・・が順次多重記録される。
上述した通り、複数のＬＥＤ５０の各々から射出された各光は、対応する集光素子５４で回折され、回折光が感光体ドラム１２の方向に射出される。射出された各回折光は、クロストークなく感光体ドラム１２の方向に収束して、感光体ドラム１２の表面で結像される。感光体ドラム１２の表面には、互いに独立した複数の微小スポット６２の各々が、主走査方向に一例に形成される。
詳しくは、ＬＥＤ５０１の発光光が体積ホログラム５４Ｓ１を照射し、体積ホログラム５４Ｓ１から平面波１が回折される。このとき、シフト選択性により、体積ホログラム５４Ｓ１以外の体積ホログラム５４Ｓからの回折光は生成されない。体積ホログラム５４Ｓ１から回折された平面波１が体積ホログラム５４Ａ１を照射し、体積ホログラム５４Ａ１から球面波１が回折される。このとき、角度選択性により、体積ホログラム５４Ａ１以外の体積ホログラム５４Ａからの回折光は生成されない。回折された球面波１が伝播し、微小スポットを形成する。
同様の原理で、体積ホログラム５４Ｓ２及び体積ホログラム５４Ａ２、体積ホログラム５４Ｓ３及び体積ホログラム５４Ａ３、・・・から、球面波２、球面波３が生成されて、微小スポットを形成する。このように体積ホログラムのシフト選択性と角度選択性を利用することで、クロストークを抑制して、微小スポット列が形成される。
なお、複数の集光素子５４の各々が、更に波長を変えて多重記録（波長多重記録）されることが好ましい。上記の原理では、ＬＥＤ５０の発光光の波長帯域のうち、記録波長を中心に数ｎｍ程度の帯域の光しか集束光として取り出すことができない。波長多重記録により、取り出せる波長帯域を大きくできれば、各記録波長の近傍の波長が集束光の形成に寄与し、ＬＥＤ５０の光利用効率が高まる。
また、集光スポット６２の品質を向上させるには、球面波（第１の光波）の焦点と体積ホログラム５４Ａとの光路長が、体積ホログラム５４Ｓと体積ホログラム５４Ａとの光路長以下となるように、ホログラム記録層６０の屈折率や光路などを調整することが望ましい。
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係るＬＥＤプリントヘッドは、集光素子アレイ５６における複数の集光素子５４の各々が一対の反射型ホログラムで構成された以外は、第１の実施の形態に係る画像形成装置及びＬＥＤプリントヘッドの構成と同じ構成であるため、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。図８（Ａ）はホログラム記録層に集光素子（一対の体積ホログラム）を形成する方法の一例を示す図である。
図８（Ａ）に示すように、集光素子５４は３つの光波を干渉させて形成される。第１の実施の形態と同様に、ホログラム記録層６０Ａには、コヒーレント光である第１の光波（球面波）、第２の光波（球面波）、及び第３の光波（平面波）が照射される。第１の光波及び第２の光波は、ホログラム記録層６０Ａに対し、同じ側（ＬＥＤ基板５８が配置される裏面側）から照射される。一方、第３の光波は、ホログラム記録層６０Ａに対し、反対側（ホログラム記録層６０Ａの表面側）から照射される。３つの光波の干渉により得られる干渉縞（強度分布）が、ホログラム記録層６０Ａの厚さ方向にわたって記録される。
図８（Ｂ）に示すように、第２の光波と第３の光波との干渉により、円錐状の体積ホログラム５４Ｓが形成される。第１の光波と第３の光波との干渉により、円錐台状の体積ホログラム５４Ａが形成される。これにより、一対の反射型ホログラムが形成されたホログラム記録層６０が得られる。このホログラム記録層６０を、ＬＥＤアレイ５２が実装されたＬＥＤ基板５８上に取り付けることで、ＬＥＤアレイ５２と集光素子アレイ５６とが一体化されたＬＰＨ１４が作製される（図３参照）。
図９（Ａ）及び（Ｂ）は、集光素子から回折光が生成される様子を示す図である。図９（Ａ）に示すように、ＬＥＤ５０から出射光は体積ホログラム５４Ｓに入射する。第１の実施の形態で説明したように、ＬＥＤ５０からの出射光はインコヒーレント光であるから、記録で用いたレーザ光（コヒーレント光）とは波面が異なる。このようなインコヒーレント光が体積ホログラム５４Ｓに入射することで、Bragg条件を満たす成分が回折される。換言すれば、入射光であるインコヒーレント光のうち、記録光と略同じ成分のみが体積ホログラム５４Ｓによって選択（フィルタリング）されて、回折光を生成する。この回折光は、第３の光波と略同じ平面波である。回折された平面波は体積ホログラム５４Ａに照射される。
図９（Ｂ）に示すように、平面波が体積ホログラム５４Ａに照射されると、体積ホログラム５４Ａから第１の光波と略同じ球面波が再生され、回折光として射出される。射出された回折光は収束して、数ｃｍの作動距離で感光体ドラム１２の表面１２Ａに結像される。表面１２Ａにはスポット６２が形成される。
第１の実施の形態と同様に、体積ホログラム５４Ｓ及び体積ホログラム５４Ａは、入射角選択性及び波長選択性が高く、それらのフィルタリング機能により、コヒーレンスが向上する。従って、これら２つの体積ホログラム５４Ｓ及び体積ホログラム５４Ａにより、インコヒーレント光から微小スポットが形成される。
ここで反射型の体積ホログラムと透過型の体積ホログラムの特性の相違について説明する。以下、単に「透過型ホログラム」及び「反射型ホログラム」という。透過型ホログラムは、反射型ホログラムに比べて、シフト選択性及び角度選択性に優れている。従って、一対の透過型ホログラムで形成された集光素子の方が、隣接ホログラムからの不要な回折光（クロストーク）が少なくなる。よって、高密度なＬＥＤアレイ用には、透過型ホログラムからなる集光素子を用いる方が望ましい。
一方、反射型ホログラムは、透過型ホログラムよりも、記録条件の設定が容易であるという長所を有する。記録時に回折効率が１００％となるエネルギーより多くのエネルギーを照射した場合、透過型ホログラムでは回折効率が低下していくのに対し、反射型ホログラムでは回折効率の変動はなく一定値に収束する。よって、反射型ホログラムの方が、記録条件の設定、即ち、回折効率の設定は容易である。つまり、各回折スポットの強度の均一化には、反射型ホログラムからなる集光素子の方が適している。
また、反射型ホログラムは、透過型ホログラムに比べて干渉縞のピッチが狭く、波長フィルタリング機能が高くなるので、波長分散によるスポット径の増大が抑制される。反射型ホログラムは透過型ホログラムに比べて波長選択性が優れており、透過型ホログラムは反射型ホログラムに比べて角度選択性（波長は一定）に優れる。
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係るＬＥＤプリントヘッドは、複数の集光素子５４の各々がＬＥＤ基板５８上でオンチップ形成された以外は、第１の実施の形態に係る画像形成装置及びＬＥＤプリントヘッドの構成と同じ構成であるため、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。集光素子５４は、一対の透過型ホログラムで構成されている。図１０（Ａ）はホログラム記録層に集光素子（一対の体積ホログラム）を形成する方法の一例を示す図である。
図１０（Ａ）に示すように、複数のＬＥＤ５０がＬＥＤ基板５８上に実装されたＬＥＤアレイ５２を用意する。ＬＥＤ基板５８上にフォトポリマー等によりホログラム記録層６０Ａを形成する。図１０（Ａ）に示すように、集光素子５４は３つの光波（コヒーレント光）を干渉させて形成される。
表面１２Ａに結像される回折光の光路を逆向きに通る球面波が、「第１の光波」としてホログラム記録層６０Ａに照射される。また、ホログラム記録層６０Ａを通過する際に、所望のホログラム径ｒｈから発光点まで収束する収束光の光路を通る球面波が、「第２の光波」としてホログラム記録層６０Ａに照射される。同時に、ホログラム記録層６０Ａ内で、第１の光波及び第２の光波と交差する平面波が、「第３の光波」としてホログラム記録層６０Ａに照射される。
第１の実施の形態と同様に、ホログラム記録層６０Ａには、第１の光波（球面波）、第２の光波（球面波）、及び第３の光波（平面波）が同じ側から照射される。しかしながら、第１の実施の形態とは異なり、第１の光波、第２の光波、及び第３の光波は、ホログラム記録層６０Ａの表面側から照射される。３つの光波の干渉により得られる干渉縞（強度分布）が、ホログラム記録層６０Ａの厚さ方向にわたって記録される。
図１０（Ｂ）に示すように、第２の光波と第３の光波との干渉により、円錐状の体積ホログラム５４Ｓが形成される。第１の光波と第３の光波との干渉により、円錐台状の体積ホログラム５４Ａが形成される。これにより、一対の透過型ホログラムが形成されたホログラム記録層６０が得られる。
ＬＥＤアレイ５２が実装されたＬＥＤ基板５８上に形成されたホログラム記録層６０Ａに、複数の集光素子５４からなる集光素子アレイ５６を形成することで、ＬＥＤアレイ５２と集光素子アレイ５６とが一体化されたＬＰＨ１４が作製される（図３参照）。ＬＥＤ基板５８上に予め形成されたホログラム記録層６０Ａに、複数の集光素子５４をオンチップで作製することで、集光素子５４毎の出射角度ずれはホログラム形成時（記録時）に吸収される。
図１１（Ａ）及び（Ｂ）は、集光素子から回折光が生成される様子を示す図である。図１１（Ａ）に示すように、ＬＥＤ５０の発光により、体積ホログラム５４Ｓに第２の光波（図１０参照）と逆向きの光波が照射されたのと略同じ状況となる（第１及び第２の実施の形態で説明したように、波面の差異はある。）。ＬＥＤ５０からの拡散光の照射により、体積ホログラム５４Ｓから第３の光波の位相共役波（平面波）が回折され、回折された平面波は体積ホログラム５４Ａに照射される。
図１１（Ｂ）に示すように、平面波が体積ホログラム５４Ａに照射されると、体積ホログラム５４Ａから第１の光波の位相共役波（球面波）が再生され、回折光として射出される。射出された回折光は収束して、数ｃｍの作動距離で感光体ドラム１２の表面１２Ａに結像される。表面１２Ａにはスポット６２が形成される。
第１の実施の形態と同様に、体積ホログラム５４Ｓ及び体積ホログラム５４Ａは、入射角選択性及び波長選択性が高く、それらのフィルタリング機能により、コヒーレンスが向上する。従って、これら２つの体積ホログラム５４Ｓ及び体積ホログラム５４Ａにより、インコヒーレント光から微小スポットが形成される。また、本実施の形態では、集光素子５４が位相共役再生により回折光を生成するので、波面歪み等が相殺され収差の低減に寄与する。
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係るＬＥＤプリントヘッドは、集光素子５４を一対の反射型ホログラムで構成した以外は、第３の実施の形態に係る画像形成装置及びＬＥＤプリントヘッドの構成と同じ構成であるため、同じ構成部分には同じ符号を付して説明を省略する。図１２（Ａ）はホログラム記録層に集光素子（一対の体積ホログラム）を形成する方法の一例を示す図である。
図１２（Ａ）に示すように、複数のＬＥＤ５０がＬＥＤ基板５８上に実装されたＬＥＤアレイ５２を用意する。ＬＥＤ基板５８上にフォトポリマー等によりホログラム記録層６０Ａを形成する。図１２（Ａ）に示すように、集光素子５４は３つの光波（コヒーレント光）を干渉させて形成される。第３の実施の形態と同様に、ホログラム記録層６０Ａには、コヒーレント光である第１の光波（球面波）、第２の光波（球面波）、及び第３の光波（平面波）が照射される。
第１の光波及び第２の光波は、ホログラム記録層６０Ａに対し、同じ側（ホログラム記録層６０Ａの表面側）から照射される。一方、第３の光波は、ホログラム記録層６０Ａに対し、反対側（ＬＥＤ基板５８が配置される側）から照射される。３つの光波の干渉により得られる干渉縞（強度分布）が、ホログラム記録層６０Ａの厚さ方向にわたって記録される。
図１２（Ｂ）に示すように、第２の光波と第３の光波との干渉により、円錐状の体積ホログラム５４Ｓが形成される。第１の光波と第３の光波との干渉により、円錐台状の体積ホログラム５４Ａが形成される。これにより、一対の反射型ホログラムが形成されたホログラム記録層６０が得られる。
ＬＥＤアレイ５２が実装されたＬＥＤ基板５８上に形成されたホログラム記録層６０Ａに、複数の集光素子５４からなる集光素子アレイ５６を形成することで、ＬＥＤアレイ５２と集光素子アレイ５６とが一体化されたＬＰＨ１４が作製される（図２参照）。ＬＥＤ基板５８上に予め形成されたホログラム記録層６０Ａに、複数の集光素子５４をオンチップで作製することで、集光素子５４毎の出射角度ずれはホログラム形成時（記録時）に吸収される。
図１３（Ａ）及び（Ｂ）は、集光素子から回折光が生成される様子を示す図である。図１３（Ａ）に示すように、ＬＥＤ５０の発光により、体積ホログラム５４Ｓに第２の光波の（図１２参照）と逆向きの光波が照射されたのと略同じ状況となる（第１及び第２の実施の形態で説明したように、波面の差異はある。）。ＬＥＤ５０からの拡散光の照射により、体積ホログラム５４Ｓから第３の光波の位相共役波（平面波）が回折され、回折された平面波は体積ホログラム５４Ａに照射される。
図１３（Ｂ）に示すように、平面波が体積ホログラム５４Ａに照射されると、体積ホログラム５４Ａから第１の光波の位相共役波（球面波）が再生され、回折光として射出される。射出された回折光は収束して、数ｃｍの作動距離で感光体ドラム１２の表面１２Ａに結像される。表面１２Ａにはスポット６２が形成される。
第１の実施の形態と同様に、体積ホログラム５４Ｓ及び体積ホログラム５４Ａは、入射角選択性及び波長選択性が高く、それらのフィルタリング機能により、コヒーレンスが向上する。従って、これら２つの体積ホログラム５４Ｓ及び体積ホログラム５４Ａにより、インコヒーレント光から微小スポットが形成される。また、第２の実施の形態と同様に、反射型ホログラムの利点を有する。また、第３の実施の形態と同様に、集光素子５４が位相共役再生により回折光を生成するので、波面歪み等が相殺され収差の低減に寄与する。
なお、上記の実施の形態では、複数のＬＥＤを備えたＬＥＤプリントヘッドについて説明したが、ＬＥＤに代えてＬＤやＥＬ等、他の発光素子を用いてもよい。発光素子の特性に応じて集光素子を設計することで、インコヒーレント光を射出するＬＥＤやＥＬを発光素子として用いた場合でも、コヒーレント光を射出するＬＤを発光素子として用いた場合と同様に、輪郭が鮮明な微小スポットが形成される。
また、上記の実施の形態では、球面波シフト多重及び角度多重により複数の体積ホログラムを多重記録する例について説明したが、所望の回折光が得られる多重方式であれば、他の多重方式で複数のホログラム素子を多重記録してもよい。また、複数種類の多重方式を併用しても良い。他の多重方式としては、参照光の入射角度を変えながら記録する角度多重記録、参照光の波長を変えながら記録する波長多重記録、参照光の位相を変えながら記録する位相多重記録等が挙げられる。多重記録が可能であれば、多重記録された複数のホログラムからは、別々の回折光がクロストークなく再生される。
また、上記の実施の形態では、画像形成装置がタンデム型のデジタルカラープリンタであり、その各画像形成ユニットの感光体ドラムを露光する露光装置としてのＬＥＤプリントヘッドについて説明したが、露光装置により感光性の画像記録媒体を像様露光することで画像が形成される画像形成装置であればよく、上記の実施の形態の例には限定されない。例えば、画像形成装置は、デジタルカラープリンタには限定されない。また、光ファイバーなどの光結合素子としても本発明の露光装置を搭載することができる。また、感光性の画像記録媒体は、感光体ドラムには限定されない。銀塩フィルムなどの露光にも本発明の露光装置を適用することができる。
２ ＰＣ
３ 画像読取装置
１０ 画像形成プロセス部
１１ 画像形成ユニット
１２ 感光体ドラム
１２Ａ 表面
１３ 帯電器
１４ ＬＥＤプリントヘッド（ＬＰＨ）
１５ 現像器
１６ クリーナ
２１ 中間転写ベルト
２２ 一次転写ロール
２３ 二次転写ロール
２４ 搬送ベルト
２５ 定着器
３０ 制御部
４０ 画像処理部
５０ ＬＥＤ
５２ ＬＥＤアレイ
５４ 集光素子
５４Ｓ，５４Ａ 体積ホログラム
５６ 集光素子アレイ
５８ 基板
６０ ホログラム記録層
６２ スポット

Claims (9)

  1. ホログラム記録層を通過して該ホログラム記録層の裏面に位置する光入射点から予め定めた直径まで拡がる拡散光の光路を通る第１の球面波と、ホログラム記録層を第１の球面波と同じ側から通過して該ホログラム記録層の表面から予め定めた距離だけ離間された結像点に収束する収束光の光路を通る第２の球面波と、前記第１の球面波及び前記第２の球面波と前記ホログラム記録層内で交差する平面波とを記録光として用い、
    前記第１の球面波と前記平面波との干渉により前記ホログラム記録層に記録されると共に、前記第１の球面波に相当する参照光の照射により前記平面波に相当する回折光を生成する第１体積ホログラムと、
    前記第２の球面波と前記平面波との干渉により前記ホログラム記録層に記録されると共に、前記第１体積ホログラムで生成された前記平面波に相当する回折光が入射するように配置され、入射した回折光が参照光として照射されることにより前記第２の球面波に相当する回折光を生成して、当該回折光を前記結像点に集光する第２体積ホログラムと、
    を備えた集光素子。
  2. 前記第１体積ホログラム及び前記第２体積ホログラムが、透過型ホログラムである請求項１に記載の集光素子。
  3. 前記第１体積ホログラム及び前記第２体積ホログラムが、反射型ホログラムである請求項１に記載の集光素子。
  4. 前記第１体積ホログラム及び前記第２体積ホログラムが、位相共役再生ホログラムである請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の集光素子。
  5. ホログラム記録層を通過して該ホログラム記録層の裏面に位置する光入射点から予め定めた直径まで拡がる拡散光の光路を通る第１の球面波と、ホログラム記録層を第１の球面波と同じ側から通過して該ホログラム記録層の表面から予め定めた距離だけ離間された結像点に収束する収束光の光路を通る第２の球面波と、前記第１の球面波及び前記第２の球面波と前記ホログラム記録層内で交差する平面波とを記録光として用い、
    前記第１の球面波と前記平面波との干渉により前記ホログラム記録層に多重記録されると共に、各々が前記第１の球面波に相当する参照光の照射により前記平面波に相当する回折光を生成する複数の第１体積ホログラムと、
    前記第２の球面波と前記平面波との干渉により前記ホログラム記録層に多重記録されると共に、各々が前記第１体積ホログラムで生成された前記平面波に相当する回折光が入射するように配置され、各々が入射した回折光が参照光として照射されることにより前記第２の球面波に相当する回折光を生成して、当該回折光を前記結像点に集光する記録された複数の第２体積ホログラムと、
    を備えた集光素子アレイ。
  6. 前記複数の第１体積ホログラム及び前記複数の第２体積ホログラムは、前記第１の球面波、前記第２の球面波及び前記平面波の照射位置をホログラム記録層に対し相対的に変化させることでシフト多重記録されると共に、前記平面波の照射角度を変化させることで角度多重記録される請求項５に記載の集光素子アレイ。
  7. 長尺状の基板及び該基板上に形成された複数の発光素子を備え、隣り合う２つの発光素子の前記基板の長さ方向に沿った間隔が予め定めた第１の間隔となるように、前記複数の発光素子が前記基板の長さ方向に沿って少なくとも１列配列された発光素子アレイと、
    請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の集光素子を備えた集光素子アレイであって、前記基板上に配置されたホログラム記録層及び該ホログラム記録層に形成された複数の集光素子を備え、前記複数の集光素子は前記複数の発光素子の各々に対応して、隣り合う２つのホログラム素子の前記基板の長さ方向に沿った間隔が前記第１の間隔となるように形成されると共に、前記複数の発光素子の各々から射出された各光が対応する集光素子により予め定めた結像面の方向に回折され且つ集光されるように、前記複数の集光素子の前記複数の第１体積ホログラム及び前記複数の第２体積ホログラムの各々が前記第１の間隔より大きな直径で形成された集光素子アレイと、
    を備えた露光装置。
  8. 前記複数の第１体積ホログラム及び前記複数の第２体積ホログラムの各々は、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲の直径を有する請求項７に記載の露光装置。
  9. 請求項７又は請求項８に記載の露光装置と、
    前記露光装置による像様露光により画像が記録される感光性の画像記録媒体と、
    前記画像記録媒体を前記露光装置に対して相対移動させる移動手段と、
    画像データに基づいて、前記画像記録媒体が前記第１の方向と交差する第２の方向に副走査されるように前記移動手段を制御すると共に、前記複数の発光素子の各々を点灯制御する制御手段と、
    を備えた画像形成装置。
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