JP5136778B2 - ラインヘッド及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

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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、特許文献１のような配置で、正レンズを２枚のレンズで構成し、投影光を平行光に近づくようにして焦点深度を深いものにすることが特許文献２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３で提案されている。
特開平２−４５４６号公報 特開平６−３４４５９６号公報 特開平６−２７８３１４号公報
これらの従来技術において、理想像面上で発光ドットアレイの像同士が等ピッチで整合していても、感光体の振れ等に起因して像面がレンズの光軸方向に前後すると、感光体上での発光ドットの位置ずれが生じ、発光ドットアレイが副走査方向に相対移動して描く走査線間のピッチにむらが発生してしまう（主走査方向のピッチむら）。
さらに、各正レンズの画角が大きくなると、ｃｏｓ４乗則に従って周辺の光量低下が大きくなる（シェーディング）。このシェーディングによる印字画像の濃度むらを防ぐためには像面での各画素（発光ドット像）の光量を一定にする必要があるが、それには光源（発光ドット）の光量を発光ドット毎に変えてシェーディングを補正しなければならない。しかしながら、光源画素（発光ドット）の発光強度は寿命特性に影響を及ぼすため、光学系のシェーディングが大きくなると発光ドット毎に光量を調整して初期的に均一な像面光量が得られたとしても、経時的に発光ドットピッチの光量むらが発生し、画像濃度むらを生じさせてしまう。
本発明は従来技術のこのような問題点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、書き込み面が光軸方向に変動しても発光ドット像の位置ずれに基づくむらが生じないようにすることである。本発明のもう１つの目的は
、各レンズによる結像スポット間にシェーディングによる濃度むら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、正屈折力の２つのレンズを有する正レンズ系と、
前記正レンズ系を第１の方向に複数配したレンズアレイと、
前記レンズアレイの物体側に１の前記正レンズ系に対して複数の発光素子が配された発光体アレイと、
前記正レンズ系の物体側焦点の位置の開口絞りを形成する絞り板と、
を有し、前記正レンズ系の物体側のレンズの物体側の面が前記物体側焦点に近接して位置してい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変動しても発光ドット像の位置ずれに基づくむらが生じないようになり、また、複数の発光素子から正レンズ系に入射する画角を小さくしてシェーディングの影響を小さくでき、形成される画像の劣化を防止することができる。
また、前記正レンズ系の物体側のレンズの物体側の面が前記物体側焦点に対して前記正レンズ系の合成焦点距離の±１０％の範囲内に位置していることが望ましい。
このように構成することで、書き込み面が光軸方向に変動しても発光ドット像の位置ずれに基づくむらが実質的に生じないようになり、また、複数の発光素子から正レンズ系に入射する画角を小さくしてシェーディングの影響を小さくでき、形成される画像の劣化を防止することができる。
また、前記レンズはレンズ群からなるようにすることができる。
このように構成することで、個々のレンズアレイの作製が容易になるばかりでなく、収差補正も行いやすくなる。
また、前記２つのレンズの中、物体側のレンズの像側の面が平面からなるようにすることができる。
このように構成することで、像側のレンズの前側主面から物体側のレンズの後側主面の間隔をより広くとれるので、より画角を小さくできシェーディングの影響をより小さくできる。また、両面が曲率の付いたレンズと比べ、物体側のレンズは曲面の形成が１面だけとなるので、製造が容易となる利点もある。
また、少なくとも前記正レンズ系の物体側のレンズの物体側の面が凸面からなり、その凸面の面頂を含む部分が前記絞り板の開口内に食い込んで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、像側のレンズの前側主面から物体側のレンズの後側主面の間隔をより広くとれるので、より画角を小さくできシェーディングの影響をより小さくできる。
その場合に、遮光性の部材を前記レンズアレイの物体側の面上に一体に形成して前記絞り板が構成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と、レンズ表面に絞り板を一体に形成することで、絞り板の位置決め・組立が容易となり、また、熱膨張等による絞りの中心とレンズ光軸のずれを抑制できる。
また、少なくとも前記正レンズ系の像側のレンズの像側の面が平面からなることが望ましい。
このように構成することで、像面に最も近いレンズの射出面を平面とすることができ、その射出面に付着したホコリやトナー等の異物を簡単に清掃できようになり、クリーニング性が向上する。
また、前記開口絞りの形状が、少なくとも前記第１の方向の開口径を制限する形状であることが望ましい。
このように構成することで、少なくとも軸外の結像スポットの位置ずれが問題になる主走査方向に対応することができる。
また、前記複数の発光素子は前記第１の方向に直交する第２の方向に複数配列された前記発光素子列を形成することが望ましい。
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、前記複数の発光素子は第１の方向に間隔をおいた発光体群をなすように配されることが望ましい。
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、各複数の発光素子内の端部発光ドットの像がケラレの影響により光量低下を起こすことが避けられる。
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、正屈折力の２つのレンズを有する正レンズ系と、
前記正レンズ系を第１の方向に複数配したレンズアレイと、
前記レンズアレイの像側に１の前記正レンズ系に対して複数の受光素子が配された受光体アレイと、
前記正レンズ系の像側焦点の位置の開口絞りを形成する絞り板と、
を有し、前記正レンズ系の像側のレンズの像側の面が前記像側焦点に近接して位置していることを特徴とするラインヘッドも含むものである。
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、読み取り面の位置が光軸方向にずれても読み取りスポットの位置ずれが発生しないようになり、また、複数の受光素子から正レンズ系に逆光路で入射する画角を小さくしてシェーディングの影響を小さくでき、読み取り画像の劣化を防止することができる。
なお、レンズアレイを構成する各正レンズ系は、正屈折力の２つレンズ群からなり、その２つのレンズ群からなる合成レンズ系としてもよい（前記レンズ各々は正屈折力のレンズ群からなる。）。
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。まず、その原理から説明する。
図１２は、本発明の基本原理を説明するための図である。図１２はラインヘッドにおいてライン状に配置された発光素子列の端部発光素子２ｘとその発光素子列を投影するマイクロレンズ５とその発光素子列が投影される感光体（像担持体）４１との関係を示す図であり、（ａ）は本発明の場合、（ｂ）は従来例の場合である。図１２（ｂ）の従来例では、一般にマイクロレンズ５の開口はその外形で規定されるため、端部発光素子２ｘの感光体４１上での像である結像スポット８ｘは、端部発光素子２ｘとマイクロレンズ５の中心を通る直線上に結像されるため、感光体の振れ等に起因して像面である感光体４１の面がレンズ光軸Ｏ−Ｏ’方向に前後して図の４１’の位置に移動すると、感光体４１上での結像スポット８ｘの位置はその直線上の位置８ｘ’となり、結像スポットの位置ずれが生じ、その結像スポット８ｘが相対的に副走査方向に移動して描く走査線間のピッチにむらが発生してしまう（主走査方向の結像スポットのピッチむら）。
そこで、本発明においては、図１２（ａ）に示すように、マイクロレンズ５の前側焦点Ｆの位置に開口絞り１１を光軸Ｏ−Ｏ’と同軸に配置する。このような開口絞り１１をマイクロレンズ５の前側焦点Ｆ位置に配置すると、端部発光素子２ｘからの主光線１２は開口絞り１１の中心と通り、マイクロレンズ５で屈折されて光軸Ｏ−Ｏ’と平行に進むこと
になり、感光体４１が光軸Ｏ−Ｏ’方向の４１’の位置に移動しても、感光体４１上での結像スポット８ｘの位置はマイクロレンズ５で屈折後の主光線１２の位置８ｘ’となり、感光体４１の位置が前後に振れても結像スポット８ｘの位置ずれは生じない。そのため、従来のような主走査方向の結像スポット８ｘのピッチむらは起きず、結像スポット８ｘが副走査方向に移動して描く走査線間のピッチにむらが発生しない。
すなわち、本発明は、主走査方向に複数の発光素子が列状に配置され、その複数の発光素子に対応して１個の正レンズ系が配置され、その発光素子の列の像（結像スポットのアレイ）を投影面（感光体）上に投影することで画像を形成するラインヘッドにおいて、その投影光学系をいわゆる像側にテレセントリックな構成とすることで、投影面（感光体）の位置が光軸方向にずれても結像スポットの位置ずれが発生しないようにして、形成される画像の劣化を防止するものである。
そして、開口絞り１１の機能としては、少なくとも軸外の結像スポットの位置ずれが問題になる方向（主走査方向）の開口径を制限する形状であればよいので、従来例（特許文献１、３）のように１個の正レンズ系に対して１列の発光素子のアレイを配置する場合は、主走査方向の開口径を制限するだけの形状でよい。また、本発明の上記実施形態のように副走査方向に極近接して２列のアレイを配置する場合（図４）でも、主走査方向の開口径を制限する形状でよいが、もちろん副走査方向の開口径も制限するような形状としてもよい。そのためには、円形、楕円形、矩形何れの開口形状でもよい。
ところで、図１２の説明では、マイクロレンズ５は１個の正レンズからなることを前提としていたが、２枚の正レンズを同軸に配置されてなる正屈折力のレンズ系から構成する方が収差補正の自由度等の観点からより望ましい。
その場合に、マイクロレンズ５を構成する２枚の正レンズを薄肉レンズと考えて、その像側にテレセントリックなレンズ系の端部発光素子２ｘから出る光線の画角について考察する。
まず、各パラメータの符号について図１３のように定義しておく。すなわち、光軸Ｏ−Ｏ’から測った角度θは右周りを正、光軸Ｏ−Ｏ’から測った像高ｈは上を正、薄肉レンズから測った光軸Ｏ−Ｏ’方向の距離を右を正とし、符号の後の小文字“ｏ”は物体側のパラメータを、符号の後の小文字“ｉ”は像面側のパラメータを意味するものとする。
第１正レンズＬ１と第２正レンズＬ２からなるレンズ系（マイクロレンズ）５が像側テレセントリックであることから、入射瞳がレンズ系５の前側焦点位置に位置するように絞り１１が配置される。したがって、レンズ系合成焦点距離をｆtotal 、レンズ系物体側主面に対する光源（発光体アレイ１）位置をＳo 、発光体ブロック４中の端部発光素子２ｘ間の発光素子グループ幅（全幅）をＷo として、端部発光素子２ｘの画角ωは図１４を参照にすると、次の式（１）で表される。
ω＝（Ｗo ／２）／（−Ｓo −ｆtotal ） ・・・（１）
ここで、感光体面（像面）４１での端部発光素子２ｘの像である結像スポット８ｘ間の結像スポットグループ幅（全幅）をＷi 、横倍率をβ、レンズ系像側主面に対する像面位置をＳi として、Ｗo 及びＳo は下式（２）のように表される。
Ｗo ＝−Ｗi ／β＝−Ｗi ・Ｓo ／Ｓi ・・・（２）
近軸結像式より、
１／Ｓi ＝１／Ｓo ＋１／ｆtotal ・・・（３）
と書け、Ｓo について解くと、
Ｓo ＝Ｓi ・ｆtotal ／（ｆtotal −Ｓi ） ・・・（４）
となる。式（１）に式（２）、（４）式を代入して整理すると、
ω＝Ｗi ／（２ｆtotal ） ・・・（５）
と書ける。
ここで、合成焦点距離ｆtotal は、第１正レンズＬ１の焦点距離をｆ1 、第２正レンズＬ２の焦点距離をｆ2 、第１正レンズＬ１と第２正レンズＬ２の間の距離をｄ1 とすると、下記式（６）のように表される。
ｆtotal ＝ｆ1 ・ｆ2 ／（ｆ1 ＋ｆ2 −ｄ1 ） ・・・（６）
式（５）に式（６）を代入すると、
ω＝Ｗi （ｆ1 ＋ｆ2 −ｄ1 ）／（２ｆ1 ・ｆ2 ） ・・・（７）
となる。
式（７）のｄ1 に着目すると、（ｆ1 ＋ｆ2 ）≧ｄ1 において、ｄ1 ができるだけ大きい方がωは小さくなる。構造的な制約等により絞り１１の配置が第１正レンズＬ１よりも物体側に制限される場合、像側テレセントリックとするためには、レンズ間隔ｄ1 は次の式（８）のように制限される。
０≦ｄ1 ≦ｆ2 （８）
式（８）の範囲で式（７）で表される画角ωをできるだけ小さくするために、ｄ1 をできるだけ大きく取るということは、ｄ1 をできるだけｆ2 に近い値に設定することになる。このとき、絞り１１と第１正レンズＬ１の間隔はゼロに近づく。ｄ1 ＝ｆ2 を式（６）に代入して整理すると、ｆtotal ＝ｆ2 となる（図１５）。
以上より、絞り１１が第１正レンズＬ１より発光体アレイ１側に配置される２枚正レンズ光学系５の薄肉レンズとしての検討において、像側テレセントリックで、ｃｏｓ４乗則に従って周辺の光量低下が大きくなるシェーディング現象を可能な限り少なくするために、この光学系の画角を小さくするには、２枚の正レンズＬ１、Ｌ２からなるレンズ系５の前側焦点面に絞り１１を配置し、第１正レンズＬ１を絞り１１に近接させて配置することが望ましく、このとき、絞り１１と第１正レンズＬ１は、図１５に示すように、第２正レンズＬ２の前側焦点面に近づく。
以上は、薄肉レンズとしての検討であるが、これを実際に構成する厚肉レンズ系で構成する場合について検討を進める。
絞り１１が第１正レンズＬ１よりも手前（物体側）に配置されるレンズ系５において、２枚の正レンズＬ１、Ｌ２を厚肉レンズとした場合であっても、レンズ系５が像側にテレセントリックであるためには、絞り１１が２枚の正レンズＬ１、Ｌ２の合成光学系の前側焦点位置に配置されていればよい。さらに、上記の薄肉レンズとしての検討結果より、第１正レンズＬ１と絞り１１を近接して配置することで、画角を小さくすることができシェーディングの影響を小さくできる。後記の具体的数値例の実施例１は、絞り１１の面と第１正レンズＬ１の物体側の面の間隔をゼロとしたものである。
さらに、厚肉レンズにおいては入射面（物体側面）、射出面（像面側面）のパワー配分により主面位置が変化するが、第１正レンズＬ１を入射面凸の凸平正レンズとすることで第１正レンズＬ１後側主面が両凸正レンズと比べて入射面側にくるので、第１正レンズＬ１後側主面と第２正レンズＬ２前側主面の間隔をより広くとることができる。また、その場合に、第１正レンズＬ１のレンズ形成面（曲面）が１面となり、製造が容易になるという利点もある。後記の具体的数値例の実施例２は、実施例１に対して、第１正レンズＬ１
を焦点距離はそのままにしながら凸平正レンズとしたものであり、最大画角が実施例１の場合より小さくなっている。
さらに、第１正レンズＬ１の入射面が凸面である場合に、絞り１１の開口に第１正レンズＬ１の入射面が食い込むように第１正レンズＬ１を配置する、すなわち、第１正レンズＬ１の入射面の頂点が絞り１１の面よりも物体側にくるように配置することで、第１正レンズＬ１の後側主面と第２正レンズＬ２の前側主面の間隔をより広くとることができる（実施例３）。なお、この場合、絞り１１の配置位置は、正レンズＬ１、Ｌ２の合成光学系の前側焦点位置であるが、その前側焦点が第１正レンズＬ１の中に潜り込んでおり、像側から平行光を入射させた場合に第１正レンズＬ１内に集光し、その後その集光点から発散する発散光となり、第１正レンズＬ１の入射面で発散角が弱められて物体側へ出て行く。その集光点（発散光）の物体側から見た像は虚像であるが、その虚像が存在する面がレンズ系全体の前側焦点面である。したがって、その前側焦点面に絞り１１を配置することで像側にテレセントリックな構成となる。
なお、絞り１１は、第１正レンズＬ１の入射面位置でなく、また、絞り１１の開口内に第１正レンズＬ１の入射面が食い込むように配置するのではなく、第１正レンズＬ１の入射面の極近傍に配置するようにしても、２枚の正レンズＬ１、Ｌ２からなるレンズ系５の前側焦点面に絞り１１を配置する限り、この光学系の画角を小さくすることができ、ｃｏｓ４乗則に基づくシェーディング現象を少なくすることができる（実施例４）。
以上のように、マイクロレンズ５として２枚の正レンズを同軸に配置されてなる正屈折力のレンズ系から構成し、その合成光学系の前側焦点を第１正レンズＬ１の入射面近傍に位置させ、その前側焦点位置に開口絞り１１を配置することで、像側にテレセントリックな構成となり、投影面（感光体）４１の位置が光軸方向にずれても結像スポットの位置ずれが発生せず、また、レンズのｃｏｓ４乗則に従って周辺の光量低下が大きくなるシェーディング現象は極力小さくなり、発光体アレイ１にライン状に配置された発光素子列の結像スポット８の濃度むらは起き難い。
したがって、以上の本発明によるラインヘッドの光学系を光書き込みラインヘッドに用いると、従来のような主走査方向の結像スポット８のピッチむらは起きず、結像スポット８が副走査方向に移動して描く走査線間のピッチにむらが発生しない。
また、従来のようなマイクロレンズ５のシェーディングによる結像スポット８間の濃度むらが起き難く、結像スポット８が副走査方向に移動して描く走査線間の濃度むらが発生し難い。
なお、以上において、正レンズＬ１、Ｌ２の合成光学系の前側焦点位置を第１正レンズＬ１の入射面に近接して（近傍に）位置させとしているが、本発明においては、合成光学系の合成焦点距離ｆtotal の±１０％以内に第１正レンズＬ１の入射面が位置している場合を、近接してあるいは近傍に位置しているとしている。
ところで、ラインヘッドの光学系が以上のような像側にテレセントリックなマイクロレンズ５が主走査方向に１列しか配置されていない構成の場合には、特定のマイクロレンズ５によるライン状に配置された発光素子列の端部発光素子２ｘの像である結像スポット８ｘと、隣接するマイクロレンズ５による隣接する結像スポット８ｘとの間隔が１つのマイクロレンズ５によって結像された結像スポット列のピッチと同じようにするには、端部発光素子２ｘの像の結像スポット８ｘは結像スポット列中の他の結像スポットの光量に比してケラレの影響により低下せざるを得ない。それを避けるには、図１〜図１０で示したように、主走査方向に発光体ブロック４を間隔をおいて配置し、かつ、副走査方向に発光体
ブロック４を複数配列した構成とし、かつ、その発光体ブロック４の配列に対応してマイクロレンズアレイ６も主走査方向及び副走査方向にマイクロレンズ５が配置された２次元的なものとすることで、このような端部発光素子２ｘの像の結像スポット８ｘの光量が低下する問題が解決できる。
以上のように、本発明は、主走査方向に複数の発光素子が列状に配置され、その複数の発光素子に対応して１個の正レンズ系が配置され、その発光素子の列の像（結像スポットのアレイ）を投影面（感光体）上に投影することで画像を形成するラインヘッドにおいて、その投影光学系を２枚の正レンズからなり像側にテレセントリックであって、物体側の正レンズの入射面を可能な限り開口絞りに近接して配置することで、投影面（感光体）の位置が光軸方向にずれても結像スポットの位置ずれが発生せず、また、結像スポット間の濃度むらを小さくして、形成される画像の劣化を防止するものである。
そして、開口絞り１１の機能としては、少なくとも軸外の結像スポットの位置ずれが問題になる方向（主走査方向）の開口径を制限する形状であればよいので、従来例（特許文献１、３）のように１個の正レンズ系に対して１列の発光素子のアレイを配置する場合は、主走査方向の開口径を制限するだけの形状でよい。また、本発明の上記実施形態のように副走査方向に極近接して２列のアレイを配置する場合（図４）でも、主走査方向の開口径を制限する形状でよいが、もちろん副走査方向の開口径も制限するような形状としてもよい。そのためには、円形、楕円形、矩形何れの開口形状でもよい。
ところで、図１５の説明では、マイクロレンズ５を構成するそれぞれの正レンズＬ１、Ｌ２は１枚のレンズからなるものとしていたが、それぞれ２枚以上のレンズが同軸に配置されてなる正屈折力のレンズ系からなっていてもよい。
また、以上の説明では、マイクロレンズ５は主走査方向と副走査方向の焦点距離、焦点位置が一致する軸対称なレンズ系を前提にしていたが、マイクロレンズ５を構成するレンズ系がアナモフィックレンズ系からなり、主走査方向と副走査方向の焦点距離と倍率が異なるものを用いてもよい。その場合は、主走査方向（主走査断面）において、像側テレセントリックになるように開口絞り１１を配置し、かつ、その開口絞り１１の位置（合成光学系の主走査方向の前側焦点位置）に近接して合成光学系の最も物体側の面が位置するように構成すればよい。
さて、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、その投影光学系を２枚の正レンズからなり物体側にテレセントリックであって、像面側の正レンズの入射面を可能な限り開口絞りに近接して配置することで、読み取り面の位置が光軸方向にずれても読み取りスポットの位置ずれが発生せず、また、読み取り間の濃度むらを小さくして、形成され読み取り画像の劣化を防止するようにすることもできる。この場合は、図１２（ａ）、図１５において、符号４１は読み取り面、符号２ｘは端部受光素子となり、その原理は光書き込みラインヘッドの光学系と同様である。
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１６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１７はその副走査方向に沿ってとった断面図である。また、図１８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。さらに、図１９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。
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１６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、第１スペーサ７１を介して、発光体アレイ１の各発光体ブロック４の中心と整列するように開口３１（図２０、図２１）が設けられた絞り板３０が配置され、その上に第２スペーサ７２を介して、発光体アレイ１の各発光体ブロック４の中心と正レンズＬ１が整列するようにその正レンズＬ１を構成要素とする第１マイクロレンズアレイ６１が配置され、さらにその上に第３スペーサ７３を介して、発光体アレイ１の各発光体ブロック４の中心と正レンズＬ２が整列するようにその正レンズＬ２を構成要素とする第２マイクロレンズアレイ６２が固定されている。
このように、各発光体ブロック４の発光素子列を投影するマイクロレンズ５のレンズアレイは第１マイクロレンズアレイ６１と第２マイクロレンズアレイ６２の組み合わせからなる。
そして、本発明に基づき、第１マイクロレンズアレイ６１を構成する正レンズＬ１と第２マイクロレンズアレイ６２を構成する正レンズＬ２の合成レンズ系の物体側（前側）焦点位置に一致して絞り板３０が配置され、かつ、マイクロレンズ５（正レンズＬ１＋正レンズＬ２）の物体側焦点が正レンズＬ１の物体側の面に一致乃至近接するように、第１スペーサ７１と第２スペーサ７２と第３スペーサ７３の厚さが設定されている。絞り板３０の詳細は、図２０、図２１に示されている。図２０は発光体アレイ１の発光体ブロック４に対応して配置された絞り板３０の平面図であり、図２１は１個の発光体ブロック４に対する絞り板３０の開口３１を示す図である。絞り板３０には、正レンズＬ１と正レンズＬ２からなるマイクロレンズ５各々の中心（光軸）と発光体ブロック４の中心に整列して開口３１が設けてあり、この実施例では、各開口３１の形状が主走査方向の開口径を副走査方向以上に制限する形状の略楕円形状に構成されているが、上記したように、円形、楕円形、矩形等の開口形状であってもよい。
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、基板の表面側に発光素子２を配置するＥＬ素子やＬＥＤを用いるようにしてもよい。
ところで、以上の説明において、発光体アレイ１は、図７、図１８に示すように、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１列あるいは複数列設けて発光体ブロック４を形成し、各発光体ブロック４にマイクロレンズ５が対応して配置さ
れているものとしてきた。しかしながら、発光素子２を主走査方向に微細な間隔で連続する長い列状に配置し、その中の発光体ブロック４に対応する発光素子群のみを発光させるように制御し、その発光素子群間の発光素子は発光させないように制御することで、図７、図１８の場合と同様の発光体ブロック４を構成することができる。図２２にその場合の図１８に対応する図を示す。すなわち、発光体アレイ１として、発光素子２が主走査方向に微細な等間隔で連続する長い列状の発光素子列３’として配列され、その中のマイクロレンズ５を通して結像スポット８の形成に関与させる発光素子２’（○で表示）の群のみが発光制御され、その発光素子２’の群の間に存在する発光素子２”（●で表示）の群は発光させないようにして、発光体ブロック４の各々を構成することができる。図２２の場合は、マイクロレンズ５が主走査方向に３列配置され、マイクロレンズ５の各列に対応するように２列の発光素子列３’が副走査方向に２列形成され、その２列の発光素子列３’中の発光素子２が千鳥状の配置になるようにされており、各々の発光素子列３’中の４個の発光素子２’のみが発光され、その４個の発光素子２’の間の８個の発光素子２”は発光しないように制御されている。
また、以上の説明において、主走査方向に伸びる１本の直線を描くために全発光体ブロック４中の全ての発光素子２、２’をタイミングを調整して点灯した場合、像担持体４１上に並ぶ結像スポット８は発光体ブロック４間で過不足なく隣接して並ぶように構成されるものとした。しかし、発光体ブロック４を構成する発光素子２、２’間に像担持体４１上で結像スポット８が重なるように、発光体ブロック４を構成する発光素子２、２’の数と位置を冗長性をもつように設定してもよい。こうすることで、例えば発光体ブロック４の端部近傍の発光素子２、２’の像である結像スポット８に濃度むらが発生しても相互に重畳させることでそれを補正するようにすることができる。
図２３は、その１例として、発光体アレイ１が図２２の構成の場合に、各発光体ブロック４を構成する発光素子２’を４×２個に１個（発光素子２ａ）増やして、隣接するマイクロレンズ５によって像担持体４１上に並ぶ結像スポット８の列が端部で相互に１個の結像スポット８だけ重なって露光されるようにした例を図示した図である。ただし、図２３は、発光体アレイ１側で発光素子２ａが隣接する発光体ブロック４の反対側の端部で重なるように図示してあるが（点線間の発光素子）、この図が正しいのは、マイクロレンズ５の結像倍率が−１倍のときである。
ところで、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６１、６２は、従来公知の如何なる構成のものでも使用可能であるが、図２４に、第１マイクロレンズアレイ６１と第２マイクロレンズアレイ６２を各マイクロレンズＬ１、Ｌ２が同軸に整列するように組み合わせてマイクロレンズ５のアレイを構成する場合（図１６、図１７）の主走査方向に沿ってとった断面図を示す。この例では、それぞれのマイクロレンズアレイ６１、６２のガラス基板３４の片面（物体側）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Ｌ１、Ｌ２を構成したものである。この場合、第２マイクロレンズアレイ６２の像側の面を平面とすることで、例えば画像形成装置のラインヘッドのマイクロレンズアレイとして用いるとき、現像剤のトナーが飛散してマイクロレンズアレイのその平面に付着しても簡単に清掃できクリーニング性が向上することになる。
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１〜４として示す。
図２５（ａ）、（ｂ）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、発光素子２の射出側にガラス基板が配置されておらず、マイクロレンズ５が両凸正レンズＬ１と両凸正レンズＬ２からなる合成レンズ系とし、絞り板３０を両凸正レンズＬ１と両凸正レンズＬ２からなる合成レンズ系の物体
側（前側）焦点に配置されて像側にテレセントリックとなっており、かつ、その物体側の両凸正レンズＬ１の物体側のレンズ面（凸面）の面頂がその物体側焦点に一致しているマイクロレンズ５の例である。
この実施例の数値データを下記に示すが、発光体ブロック４側から感光体（像面）４１側へ順に、ｒ1 、ｒ2 …は各光学面の曲率半径（ｍｍ）、ｄ1 、ｄ2 …は各光学面間の間隔（ｍｍ）、ｎd1、ｎd2…は各透明媒体のｄ線の屈折率、νd1、νd2…は各透明媒体のアッベ数である。なお、ｒ1 、ｒ2 …は光学面も表すものとし、光学面ｒ1 は発光体ブロック（物体面）４、光学面ｒ2 は絞り板３０の開口３１、ｒ3 、ｒ4 は両凸正レンズＬ１の物体側の面、像側の面、光学面ｒ5 、ｒ6 は両凸正レンズＬの物体側の面、像側の面、光学面ｒ7 は感光体（像面）４１である。また、両凸正レンズＬ１の物体側の面は非球面であるが、非球面形状は、光軸からの距離をｒとするとき、
ｃｒ2 ／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）ｃ2 ｒ2 ｝］＋Ａｒ4
で表される。ただし、ｃは光軸上曲率（１／ｒ）、Ｋはコーニック係数、Ａは４次の非球面係数である。下記の数値データ中、Ｋ3 、Ａ3 は両凸正レンズＬ１の物体側の面のそれぞれコーニック係数、４次の非球面係数である。
図２６（ａ）、（ｂ）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おらず、マイクロレンズ５が凸平正レンズＬ１と両凸正レンズＬ２からなる合成レンズ系とし、絞り板３０を凸平正レンズＬ１と両凸正レンズＬ２からなる合成レンズ系の物体側（前側）焦点に配置されて像側にテレセントリックとなっており、かつ、その凸平正レンズＬ１の物体側のレンズ面（凸面）の面頂がその物体側焦点に一致しているマイクロレンズ５の例である。
この実施例は、実施例１に対して、第１正レンズＬ１を焦点距離はそのままにしながら凸平正レンズとしたものであり、最大画角が実施例１より小さくなっている。なお、像面の結像状態が良くなるように発光体ブロック４から絞り板３０までの距離を調整してある。
このように、第１正レンズＬ１を凸平正レンズとすることにより、第１マイクロレンズアレイ６１として形成するレンズ形成面が片面のみとなり、その製造が容易になるとの利点がある。
この実施例の数値データを下記に示すが、発光体ブロック４側から感光体（像面）４１側へ順に、ｒ1 、ｒ2 …は各光学面の曲率半径（ｍｍ）、ｄ1 、ｄ2 …は各光学面間の間隔（ｍｍ）、ｎd1、ｎd2…は各透明媒体のｄ線の屈折率、νd1、νd2…は各透明媒体のアッベ数である。なお、ｒ1 、ｒ2 …は光学面も表すものとし、光学面ｒ1 は発光体ブロック（物体面）４、光学面ｒ2 は絞り板３０の開口３１、ｒ3 、ｒ4 は凸平正レンズＬ１の物体側の面、像側の面、光学面ｒ5 、ｒ6 は両凸正レンズＬの物体側の面、像側の面、光学面ｒ7 は感光体（像面）４１である。また、凸平正レンズＬ１の物体側の面は非球面であるが、非球面形状は、光軸からの距離をｒとするとき、
ｃｒ2 ／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）ｃ2 ｒ2 ｝］＋Ａｒ4
で表される。ただし、ｃは光軸上曲率（１／ｒ）、Ｋはコーニック係数、Ａは４次の非球面係数である。下記の数値データ中、Ｋ3 、Ａ3 は凸平正レンズＬ１の物体側の面のそれぞれコーニック係数、４次の非球面係数である。
図２７（ａ）、（ｂ）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、発光素子２の射出側にガラス基板が配置されておらず、マイクロレンズ５が凸平正レンズＬ１と両凸正レンズＬ２からなる合成レンズ
系とし、絞り板３０を凸平正レンズＬ１と両凸正レンズＬ２からなる合成レンズ系の物体側（前側）焦点に配置されて像側にテレセントリックとなっており、かつ、その凸平正レンズＬ１の物体側の凸面が絞り板３０の開口３１内に食い込むようになっているマイクロレンズ５の例である。
すなわち、凸平正レンズＬ１の入射面（凸面）の頂点が絞り板３０の面よりも物体側にくるように配置することで、凸平正レンズＬ１の後側主面と両凸正レンズＬ２の前側主面の間隔をより広くとることができる。なお、この場合、絞り板３０の配置位置は、凸平正レンズＬ１と両凸正レンズＬ２からなる合成レンズ系の前側焦点位置であるが、その前側焦点が凸平正レンズＬ１の中に潜り込んでおり、像側から平行光を入射させた場合に凸平正レンズＬ１内に集光し、その後その集光点から発散する発散光となり、凸平正レンズＬ１の入射面（凸面）で発散角が弱められて物体側へ出て行く。その集光点（発散光）の物体側から見た像は虚像であるが、その虚像が存在する面がレンズ系全体の前側焦点面である。したがって、その前側焦点面に絞り板３０を配置することで像側にテレセントリックな構成となる。
この実施例の数値データを下記に示すが、発光体ブロック４側から感光体（像面）４１側へ順に、ｒ1 、ｒ2 …は各光学面の曲率半径（ｍｍ）、ｄ1 、ｄ2 …は各光学面間の間隔（ｍｍ）、ｎd1、ｎd2…は各透明媒体のｄ線の屈折率、νd1、νd2…は各透明媒体のアッベ数である。なお、ｒ1 、ｒ2 …は光学面も表すものとし、光学面ｒ1 は発光体ブロック（物体面）４、光学面ｒ2 は絞り板３０の開口３１、ｒ3 、ｒ4 は凸平正レンズＬ１の物体側の面、像側の面、光学面ｒ5 、ｒ6 は両凸正レンズＬの物体側の面、像側の面、光学面ｒ7 は感光体（像面）４１である。また、凸平正レンズＬ１の物体側の面は非球面であるが、非球面形状は、光軸からの距離をｒとするとき、
ｃｒ2 ／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）ｃ2 ｒ2 ｝］＋Ａｒ4
で表される。ただし、ｃは光軸上曲率（１／ｒ）、Ｋはコーニック係数、Ａは４次の非球面係数である。下記の数値データ中、Ｋ3 、Ａ3 は凸平正レンズＬ１の物体側の面のそれぞれコーニック係数、４次の非球面係数である。
なお、実施例３は、レンズＬ１内部に開口絞りを形成することが困難な場合であっても、第１正レンズＬ１の入射面の凸面の周囲の面上に絞り３０を一体に形成することできる。すなわち、図２８に示すように、第１マイクロレンズアレイ６１と第２マイクロレンズアレイ６２の組み合わせからなるマイクロレンズ５のレンズアレイ（図１６、図１７、図２４）において、その第１マイクロレンズアレイ６１の物体側の第１正レンズＬ１の入射面の凸面間の裾部（谷部）に沿って例えば遮光性膜を選択的に塗布することにより、第１マイクロレンズアレイ６１に一体的に絞り３０を形成することができる。また、この実施例は、第１正レンズＬ１の後側主面と第２正レンズＬ２の前側主面間の距離をできるだけ離すことができ、画角をより小さくすることができるとの点でより理想的と言える。
図２９（ａ）、（ｂ）は実施例４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おらず、マイクロレンズ５が凸平正レンズＬ１と凸平正レンズＬ２からなる合成レンズ系とし、絞り板３０を凸平正レンズＬ１と凸平正レンズＬ２からなる合成レンズ系の物体側（前側）焦点に配置されて像側にテレセントリックとなっており、かつ、その凸平正レンズＬ１の物体側の凸面が絞り板３０から僅かに物体側に離れて位置するようになっているマイクロレンズ５の例である。
この実施例（実施例３も同様）のように、本発明において、第１正レンズＬ１と第２正レンズＬ２からなる合成レンズ系の物体側焦点は、第１正レンズＬ１の物体側の面の面頂がその物体側焦点に一致するだけでなく、その近傍に位置していても、レンズのｃｏｓ４
乗則に従って周辺の光量低下が大きくなるシェーディング現象は極力小さくなり、発光体アレイ１にライン状に配置された発光素子列の結像スポット８の濃度むらは起き難くなる。
また、この実施例のように、第２正レンズＬ２の像側の面を平面とすることで、マイクロレンズ５のレンズアレイを構成する第２マイクロレンズアレイ６２の像側の面全体を平面とすることができ、例えば画像形成装置のラインヘッドのマイクロレンズアレイとして用いるとき、現像剤のトナーが飛散してマイクロレンズアレイのその平面に付着しても簡単に清掃できクリーニング性が向上することになる。
この実施例の数値データを下記に示すが、発光体ブロック４側から感光体（像面）４１側へ順に、ｒ1 、ｒ2 …は各光学面の曲率半径（ｍｍ）、ｄ1 、ｄ2 …は各光学面間の間隔（ｍｍ）、ｎd1、ｎd2…は各透明媒体のｄ線の屈折率、νd1、νd2…は各透明媒体のアッベ数である。なお、ｒ1 、ｒ2 …は光学面も表すものとし、光学面ｒ1 は発光体ブロック（物体面）４、光学面ｒ2 は絞り板３０の開口３１、ｒ3 、ｒ4 は凸平正レンズＬ１の物体側の面、像側の面、光学面ｒ5 、ｒ6 は両凸正レンズＬの物体側の面、像側の面、光学面ｒ7 は感光体（像面）４１である。また、凸平正レンズＬ１、凸平正レンズＬ２の物体側の面は何れも非球面であるが、非球面形状は、光軸からの距離をｒとするとき、
ｃｒ2 ／［１＋√｛１−（１＋Ｋ）ｃ2 ｒ2 ｝］＋Ａｒ4
で表される。ただし、ｃは光軸上曲率（１／ｒ）、Ｋはコーニック係数、Ａは４次の非球面係数である。下記の数値データ中、Ｋ3 、Ａ3 は凸平正レンズＬ１の物体側の面のそれぞれコーニック係数、４次の非球面係数、Ｋ5 、Ａ5 は凸平正レンズＬ２の物体側の面のそれぞれコーニック係数、４次の非球面係数である。
実施例１
ｒ1 = ∞（物体面） ｄ1 = 6.6460
ｒ2 = ∞（絞り） ｄ2 = 0.0000
ｒ3 = 3.4613（非球面） ｄ3 = 1.0000 ｎd1 =1.5168 νd1 =64.2
Ｋ3 = 0.0
Ａ3 =-0.0195
ｒ4 = -3.4613 ｄ4 = 2.4564
ｒ5 = 3.3896 ｄ5 = 1.0000 ｎd2 =1.5168 νd2 =64.2
ｒ6 = -3.3896 ｄ6 = 1.5000
ｒ7 = ∞（像面）
使用波長 632.5nm
第１レンズ焦点距離 3.5333mm
第２レンズ焦点距離 3.4639mm
結像スポットグループ幅（全幅） 0.4mm
第１レンズ後側主面〜第２レンズ前側主面距離 3.1512mm
最大画角 3.608 ° 。

実施例２
ｒ1 = ∞（物体面） ｄ1 = 6.9201
ｒ2 = ∞（絞り） ｄ2 = 0.0000
ｒ3 = 1.8200（非球面） ｄ3 = 1.0000 ｎd1 =1.5168 νd1 =64.2
Ｋ3 = 0.0
Ａ3 =-0.03493
ｒ4 = ∞ ｄ4 = 2.4564
ｒ5 = 3.3896 ｄ5 = 1.0000 ｎd2 =1.5168 νd2 =64.2
ｒ6 = -3.3896 ｄ6 = 1.5000
ｒ7 = ∞（像面）
使用波長 632.5nm
第１レンズ焦点距離 3.5333mm
第２レンズ焦点距離 3.4639mm
結像スポットグループ幅（全幅） 0.4mm
第１レンズ後側主面〜第２レンズ前側主面距離 3.4639mm
最大画角 3.308 ° 。

実施例３
ｒ1 = ∞（物体面） ｄ1 = 7.0578
ｒ2 = ∞（絞り） ｄ2 = -0.1300
ｒ3 = 1.8200（非球面） ｄ3 = 1.0000 ｎd1 =1.5168 νd1 =64.2
Ｋ3 = 0.0
Ａ3 =-0.0420
ｒ4 = ∞ ｄ4 = 2.5499
ｒ5 = 3.3896 ｄ5 = 1.0000 ｎd2 =1.5168 νd2 =64.2
ｒ6 = -3.3896 ｄ6 = 1.5000
ｒ7 = ∞（像面）
使用波長 632.5nm
第１レンズ焦点距離 3.5333mm
第２レンズ焦点距離 3.4639mm
結像スポットグループ幅（全幅） 0.4mm
第１レンズ後側主面〜第２レンズ前側主面距離 3.5740mm
最大画角 3.201 ° 。

実施例４
ｒ1 = ∞（物体面） ｄ1 = 5.1280
ｒ2 = ∞（絞り） ｄ2 = 0.1871
ｒ3 = 1.3472（非球面） ｄ3 = 1.0000 ｎd1 =1.5168 νd1 =64.2
Ｋ3 = 0.0000
Ａ3 =-0.04946
ｒ4 = ∞ ｄ4 = 1.9000
ｒ5 = 1.4225（非球面） ｄ5 = 0.8500 ｎd2 =1.5168 νd2 =64.2
Ｋ3 = 0.0000
Ａ3 =-0.1123
ｒ6 = ∞ ｄ6 = 0.7500
ｒ7 = ∞（像面）
使用波長 632.5nm
第１レンズ焦点距離 2.6154mm
第２レンズ焦点距離 2.7616mm
結像スポットグループ幅（全幅） 0.4mm
第１レンズ後側主面〜第２レンズ前側主面距離 2.5600mm
最大画角 4.46° 。
ところで、以上のような本発明に基づく光書き込みラインヘッドの光学系において、マイクロレンズアレイの特定のマイクロレンズ５に入射する発光体ブロック４からの光が隣接するマイクロレンズ５の光路中に入ってフレアを発生させるのを防止するために、発光
体アレイ１と絞り板３０の間に１枚又は複数枚のフレア絞り板を配置することが望ましい。その場合の１例の主走査方向に沿ってとった断面図を図３０に示す。この場合、６枚のフレア絞り板３２を絞り板３０と平行に間隔をおいて配置しており、各フレア絞り板３２は絞り板３０の開口３１に対応する開口３３が設けられている。本発明で意図する開口絞りは、絞り板３０の開口３１を言うのであり、このようなフレア絞り板３２の開口３３を言うものではない。
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。 本発明の基本原理を説明するための図である。 各パラメータの符号の定義を示す図である。 第１正レンズと第２正レンズからなるレンズ系が像側テレセントリックであるときの端部発光素子の画角を示す図である。 本発明による光学系を薄肉レンズ系で構成する場合の構成を示す図である。 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１６の副走査方向に沿ってとった断面図である。 図１６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。 発光体アレイの発光体ブロックに対応して配置された絞り板の平面図である。 １個の発光体ブロックに対する絞り板の開口を示す図である。 発光素子を主走査方向に長い列状に配置し、その中の一部を発光制御することで発光体ブロックを構成する場合の図１８に対応する図である。 発光体ブロックを構成する発光素子の数を増やして像担持体上で隣接する発光体ブロックの結像スポットの列が端部で重なって露光されるようにした例を図示した図である。 ２枚のマイクロレンズアレイでマイクロレンズアレイを構成する場合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、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、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、副走査方向の断面図である。 実施例３においてマイクロレンズのレンズアレイを構成する第１マイクロレンズアレイの物体側の面上に一体的に絞りを形成する例の主走査方向に沿ってとった断面図である。 実施例４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、副走査方向の断面図である。 本発明の光書き込みラインヘッドの光学系において絞り板とは別にフレア絞り板を配置する例の主走査方向に沿ってとった断面図である。
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、２ｘ…端部発光素子又は端部受光素子、２’…結像スポットの形成に関与させる発光素子、２”…発光させない発光素子、２ａ…像担持体上で結像スポットが重なる発光素子、３…発光素子列、３’…主走査方向に連続する長い列状の発光素子列、４…発光体ブロック、５…マイクロレンズ、６…マイクロレンズアレイ、８、８ａ、８ｂ…結像スポット、８ｘ…端部発光素子の結像スポット、８ｘ’…感光体がずれたときの端部発光素子の結像スポットの位置、８ｘ”…発光素子配置面がずれたときの端部発光素子の結像スポット
の位置、１０…メモリテーブル、１１…開口絞り、１２…主光線、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、３０…絞り板（絞り）、３１…絞り板の開口、３２…フレア絞り板、３３…フレア絞り板の開口、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’…感光体（像担持体）のずれ位置、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、５１…駆動ローラ、５２…従動ローラ、５３…テンションローラ、５５…発光素子配置面、５５’…発光素子配置面のずれ位置、６１…第１マイクロレンズアレイ、６２…第２マイクロレンズアレイ、６６…二次転写ローラ、７１…第１スペーサ、７２…第２スペーサ、７３…第３スペーサ、１０１、１０１Ｋ、１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｙ…ラインヘッド（光書き込みラインヘッド）、Ｌ１…第１（正）レンズ、Ｌ２…第２（正）レンズ

Claims (14)

  1. 正屈折力の２つのレンズを有する正レンズ系と、
    前記正レンズ系を第１の方向に複数配したレンズアレイと、
    前記レンズアレイの物体側に１の前記正レンズ系に対して複数の発光素子が配された発光体アレイと、
    前記正レンズ系の物体側焦点の位置の開口絞りを形成する絞り板と、
    を有し、前記正レンズ系の物体側のレンズの物体側の面が前記物体側焦点に近接して位置していることを特徴とするラインヘッド。
  2. 前記正レンズ系の物体側のレンズの物体側の面が前記物体側焦点に対して前記正レンズ系の合成焦点距離の±１０％の範囲内に位置していることを特徴とする請求項１記載のラインヘッド。
  3. 前記レンズはレンズ群からな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２つのレンズの中、物体側のレンズの像側の面が平面からなることを特徴とする請求項３記載のラインヘッド。
  5. 少なくとも前記正レンズ系の物体側のレンズの物体側の面が凸面からなり、その凸面の面頂を含む部分が前記絞り板の開口内に食い込んで配置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. 遮光性の部材を前記レンズアレイの物体側の面上に一体に形成して前記絞り板が構成されていることを特徴とする請求項５記載のラインヘッド。
  7. 少なくとも前記正レンズ系の像側のレンズの像側の面が平面からなることを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載のラインヘッド。
  8. 前記開口絞りの形状が、少なくとも前記第１の方向の開口径を制限する形状であることを特徴とする請求項１から７の何れか１項記載のラインヘッド。
  9. 前記複数の発光素子は前記第１の方向に直交する第２の方向に複数配列された前記発光素子列を形成することを特徴とする請求項１から８の何れか１項記載のラインヘッド。
  10. 前記複数の発光素子は第１の方向に間隔をおいた発光体群をなすように配される請求項１から９の何れか１項記載のラインヘッド。
  11. 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１０の何れか１項記載のラインヘッド。
  12. 前記発光素子がＬＥＤからなることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項記載のラインヘッド。
  13. 像担持体の周囲に帯電手段と、請求項１から１２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。
  14. 正屈折力の２つのレンズを有する正レンズ系と、
    前記正レンズ系を第１の方向に複数配したレンズアレイと、
    前記レンズアレイの像側に１の前記正レンズ系に対して複数の受光素子が配された受光体アレイと、
    前記正レンズ系の像側焦点の位置の開口絞りを形成する絞り板と、
    を有し、前記正レンズ系の像側のレンズの像側の面が前記像側焦点に近接して位置していることを特徴とするラインヘッド。
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