JP7087980B2 - Image forming device - Google Patents
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Description
本発明は、感光体と光プリントヘッドとを備えた画像形成装置に関し、より詳しくは、2次元に配列した発光点群を有する発光素子を備えた画像形成装置であって、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に関する。 The present invention relates to an image forming apparatus including a photoconductor and an optical print head, and more specifically, an image forming apparatus including a light emitting element having a group of light emitting points arranged in two dimensions, and also with respect to a sub-scanning direction. The present invention relates to an image forming apparatus having an improved image forming state.
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を用いた画像形成装置が下記特許文献1に開示されている。当該特許文献1に開示されているラインヘッドは、第1の方向に複数の発光素子がアレイ状に配されてなる発光素子列を1列以上含む発光体ブロックが少なくとも第1の方向に間隔をおいて複数配された発光体アレイの射出側に、各発光体ブロックに対応して1個の正レンズ系が配されてなるレンズアレイが配置され、前記レンズアレイの結像側に書き込み面が配されており、前記レンズアレイを構成する正レンズ系が2群の正レンズ群を共焦点で配してなる望遠光学系からなり、前記望遠光学系の共焦点面に開口絞が配されていることを特徴としている。
このラインヘッドの技術は、光軸が互いに平行な複数の光学系を用いて、それぞれの光学系に対応した発光点群からの光をそれぞれ結像して描画する技術である。
This line head technique is a technique of forming and drawing light from a group of light emitting points corresponding to each optical system by using a plurality of optical systems whose optical axes are parallel to each other.
しかし、この技術によると、発光点群を同一のガラス基板上に形成すると、相対的な位置の精度を出しやすい一方で、ドライブ回路などを同一ガラス基板上に作りこむと、ガラス基板上で回路が占める面積が増大し、ユニットが大型化する懸念がある。また、形成される画像の画質も、必ずしも十分なものではなく、改良の余地があるものと考えられる。
したがって、ユニットを小型化すると伴に、形成される画像の一層の改善化を可能とする技術開発が望まれている。
However, according to this technology, if the light emitting point cloud is formed on the same glass substrate, it is easy to obtain the accuracy of the relative position, but if the drive circuit etc. is built on the same glass substrate, the circuit is on the glass substrate. There is a concern that the area occupied by the glass will increase and the unit will become larger. Further, the image quality of the formed image is not always sufficient, and it is considered that there is room for improvement.
Therefore, it is desired to develop a technique that enables further improvement of the formed image as the unit is miniaturized.
本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、2次元に配列した発光点群を有する発光素子を備えた画像形成装置であって、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である。 The present invention has been made in view of the above problems and situations, and the problem to be solved thereof is an image forming apparatus provided with a light emitting element having a group of light emitting points arranged in two dimensions, and the sub-scanning direction is also construed. It is to provide the image forming apparatus which improved the image state.
本発明者は、上記課題を解決すべく、画像形成装置に備えられる光プリントヘッドの光学系における発光点、レンズ、及び感光体面等の相対的位置関係等について検討する過程において、レンズ基板に設けられるレンズの傾き等が副走査方向での結像状態に大きな影響を及ぼすことを見出し本発明に至った。
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
In order to solve the above problems, the present invention is provided on the lens substrate in the process of examining the relative positional relationship between the light emitting point, the lens, the photoconductor surface, etc. in the optical system of the optical print head provided in the image forming apparatus. We have found that the tilt of the lens and the like have a great influence on the imaging state in the sub-scanning direction, and have arrived at the present invention.
That is, the above-mentioned problem according to the present invention is solved by the following means.
1.少なくとも、感光体と光プリントヘッドとを備えた画像形成装置であって、
前記光プリントヘッドが、2次元に配列し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、発光点ごとに前記感光体の受光面上の異なる位置に結像させる光学系とを有し、
前記光学系の結像倍率は-1であり、
前記発光点群と前記光学系の組が複数存在し、副走査方向について位置が異なるものを含み、
前記感光体の回転軸の方向から見たとき、それぞれの前記光学系の共役長は前記副走査方向の位置によって角度が異なり、前記副走査方向の位置に応じて単調に増加又は減少し、
それぞれの前記光学系について、レンズが絞りより上流側と下流側に各1枚あり、
2枚の前記レンズはそれぞれ、曲率を持つ二つの面が共通の回転対称軸を有し、
前記2枚のレンズについて、前記絞りに近い側の面は同一形状であり、かつ、前記絞りから遠い側の面は同一形状であり、また、心厚が等しく、
前記2枚のレンズの、前記絞りに近い側の二つの主点を結ぶ直線上に、前記絞りの中心が配置されており、前記絞りに近い側の前記二つの主点を結ぶ直線と、前記レンズの前記回転対称軸はゼロでない角度をもち、前記2枚のレンズの前記回転対称軸は互いに平行である
ことを特徴とする画像形成装置。
1. 1. At least, an image forming apparatus including a photoconductor and an optical print head.
The optical print head has a light emitting element having a light emitting point cloud arranged two-dimensionally, and
It has an optical system that forms an image of light from the light emitting point group at different positions on the light receiving surface of the photoconductor for each light emitting point.
The image magnification of the optical system is -1, and the image magnification is -1.
A plurality of sets of the light emitting point group and the optical system exist, and include those having different positions in the sub-scanning direction.
When viewed from the direction of the rotation axis of the photoconductor, the conjugate length of each of the optical systems varies depending on the position in the sub-scanning direction, and monotonically increases or decreases depending on the position in the sub-scanning direction.
For each of the above optical systems, there is one lens on the upstream side and one lens on the downstream side of the aperture.
Each of the two lenses has a common axis of rotational symmetry on two planes with curvature.
For the two lenses, the surface on the side closer to the aperture has the same shape, the surface on the side farther from the aperture has the same shape, and the core thickness is the same.
The center of the aperture is arranged on a straight line connecting the two principal points on the side close to the aperture of the two lenses, and the straight line connecting the two principal points on the side close to the aperture and the said. An image forming apparatus characterized in that the rotational symmetry axes of the lenses have a non-zero angle, and the rotational symmetry axes of the two lenses are parallel to each other.
2.前記2枚のレンズの4面のレンズ面が、前記絞りの中心に対して点対称であることを特徴とする第1項に記載の画像形成装置。
2. 2. The image forming apparatus according to
3.前記複数の光学系について、前記絞りの前記上流側のレンズはすべて一つのガラス基板上に樹脂を積み重ねて形成されていて、一方、絞りの前記下流側のレンズはすべて一つのガラス基板上に樹脂を積み重ねて形成されていることを特徴とする第1項又は第2項に記載の画像形成装置。 3. 3. For the plurality of optical systems, all the lenses on the upstream side of the diaphragm are formed by stacking resins on one glass substrate, while all the lenses on the downstream side of the diaphragm are made of resin on one glass substrate. The image forming apparatus according to the first item or the second item, wherein the images are formed by stacking the lenses.
4.前記ガラス基板は、いずれも、前記2枚のレンズの絞りに近い側の前記二つの主点を結ぶ直線に対して垂直でないことを特徴とする第3項に記載の画像形成装置。
4. The image forming apparatus according to
5.前記絞りに近い側の前記二つの主点を結ぶ直線に対して前記ガラス基板の法線が傾いている方向と、前記絞りに近い側の前記二つの主点を結ぶ直線に対して前記レンズの前記回転対称軸が傾いている方向とが同じであることを特徴とする第4項に記載の画像形成装置。
5. The lens of the lens with respect to the direction in which the normal line of the glass substrate is tilted with respect to the straight line connecting the two principal points on the side close to the aperture and the straight line connecting the two principal points on the side close to the aperture. The image forming apparatus according to
6.前記上流側の前記ガラス基板と前記下流側の前記ガラス基板とが、平行でないことを特徴とする第4項又は第5項に記載の画像形成装置。
6. The image forming apparatus according to
7.前記絞りに近い側の前記二つの主点を結ぶ直線に対して前記レンズの前記回転対称軸が傾いている角度が、前記絞りに近い側の前記二つの主点を結ぶ直線に対して前記上流側の前記ガラス基板の法線が傾いている角度と下流側の前記ガラス基板の法線が傾いている角度の間にあることを特徴とする第6項に記載の画像形成装置。
7. The angle at which the axis of rotational symmetry of the lens is tilted with respect to the straight line connecting the two main points on the side close to the aperture is upstream of the straight line connecting the two main points on the side close to the aperture.
本発明の上記手段により、2次元に配列した発光点群を有する発光素子を備えた画像形成装置であって、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ができる。
(本発明及びその効果についての基本的考え方)
以下において、本発明の特徴を明確にすべく、本発明に至った、基本的考え方等について説明する。
前記特許文献1において開示されている技術には、前述のような問題点がある。
そこで、前記問題点の解決策の一つとして、副走査方向の位置が同じである発光点群を一つのガラス基板上に形成し、副走査方向の位置が異なる発光点群を別のガラス基板上に形成し、さらに、ガラス基板の感光体からの距離をそれぞれ変えて、あるガラス基板上の発光点群の背後に別のガラス基板のドライブ回路を配置するように構成することで、ユニットを小型化する技術が考えられる。
According to the above means of the present invention, it is possible to provide an image forming apparatus provided with a light emitting element having a light emitting point group arranged two-dimensionally and having an improved image forming state also in a sub-scanning direction. ..
(Basic concept about the present invention and its effects)
Hereinafter, in order to clarify the characteristics of the present invention, the basic ideas and the like leading to the present invention will be described.
The technique disclosed in
Therefore, as one of the solutions to the above problems, a group of light emitting points having the same position in the sub-scanning direction is formed on one glass substrate, and a group of light emitting points having different positions in the sub-scanning direction is formed on another glass substrate. The unit is formed on the top, and the distance from the photoconductor of the glass substrate is changed so that the drive circuit of another glass substrate is arranged behind the light emitting point cloud on one glass substrate. Technology for miniaturization is conceivable.
しかし、そのような構成を採用した場合、副走査方向の位置に応じて、光学系の共役長が異なる状態になる。異なる位置にあるレンズを共通のガラス板上に樹脂を積層する形で形成する技術を使い、さらに、ガラス板が感光体に正対する形で光学系を構成した場合、レンズ最終面から感光体までの距離がほぼ等しいのに対して、発光点群からレンズ先頭面までの距離は共役長の差に応じて変化することになり、倍率を揃えることが困難になる。 However, when such a configuration is adopted, the conjugated length of the optical system is different depending on the position in the sub-scanning direction. When the optical system is configured so that the lenses at different positions are formed by laminating resin on a common glass plate, and the glass plate faces the photoconductor, from the final surface of the lens to the photoconductor. However, the distance from the light emitting point group to the front surface of the lens changes according to the difference in the conjugate length, which makes it difficult to make the magnifications uniform.
また、レンズに対して光源や感光体の距離が変化した際に像の大きさが変化してしまうことを避けるために、光学系をテレセントリックにする技術がある。光学系をテレセントリックにするためには、絞り前後の部分的な光学系の焦点距離に応じて、レンズと絞りの位置関係を設定することが必要だが、条件の差が小さい感光体側はすべての光学系を同時にテレセントリックにすることが可能なのに対し、距離の差が大きい光源側は、同時にテレセントリックにすることが難しい。倍率をそろえることや光源側をテレセントリックとするためには、レンズを共通のレンズ基板上に形成することをやめて、複数のレンズに分割する方法もあるが、相対的に位置がずれてしまうと画像の不具合となるので、ただでさえ光源基板が複数に分割されていて個別に調整・保持しなければならない状況では、レンズの保持機構の構成が極端に複雑になり、調整は大変難しいものとなる。 Further, there is a technique for making the optical system telecentric in order to prevent the size of the image from changing when the distance between the light source and the photoconductor changes with respect to the lens. In order to make the optical system telecentric, it is necessary to set the positional relationship between the lens and the aperture according to the focal length of the partial optical system before and after the aperture, but all optics are on the photoconductor side where the difference in conditions is small. While it is possible to make the system telecentric at the same time, it is difficult to make the system telecentric at the same time on the light source side where the difference in distance is large. In order to make the magnification uniform and the light source side to be telecentric, there is a method to stop forming the lens on the common lens substrate and divide it into multiple lenses, but if the position shifts relatively, the image In a situation where the light source substrate is divided into multiple parts and must be adjusted and held individually, the configuration of the lens holding mechanism becomes extremely complicated and adjustment becomes very difficult. ..
そこで、レンズ面については共通の対称軸を持ったまま、レンズ基板を斜めにして、光源基板を積層にしつつも、光学系の倍率をそろえ、また、光源側も感光体側もテレセントリックな光学系を実現する技術が考えられる。
ところが、レンズ面を傾けずにガラス基板を傾けた場合、ガラス基板を基準として見ればレンズ面が傾いて形成された状態であり、副走査方向について厚さの差がある状態になる。特に、絞りよりも光源側のレンズにおいて、感光体に対してガラス基板の傾きが大きくなるために、ガラス基板上の樹脂の厚さの差が大きくなってしまうという問題が生じてしまう。
Therefore, while maintaining a common axis of symmetry for the lens surface, the lens substrate is slanted and the light source substrates are laminated, while the magnification of the optical system is the same, and a telecentric optical system is used on both the light source side and the photoconductor side. The technology to be realized is conceivable.
However, when the glass substrate is tilted without tilting the lens surface, the lens surface is tilted when viewed with the glass substrate as a reference, and there is a difference in thickness in the sub-scanning direction. In particular, in the lens on the light source side of the diaphragm, the inclination of the glass substrate with respect to the photoconductor becomes large, so that there arises a problem that the difference in the thickness of the resin on the glass substrate becomes large.
したがって、上記のような考察及び実験を経て、本発明に至った。すなわち、前記「課題を解決するための手段」の欄に記載したような手段により、絞りの上流側にあるレンズと下流側にあるレンズについて、それぞれ、表裏面の回転対称軸は一致した状態のまま、同じ角度だけ回転し得て、上流側のレンズと下流側のレンズは、同一形状のものを180度回転した状態とすれば、レンズを傾けたことによって発生する非対称な収差成分が上流側と下流側で互いに打ち消しあい、対称な成分のみが残存する状態となり、例えば一方のみを傾けた場合や異なる角度で傾けた場合と比較して良好な結像状態を得ることが可能になる。 Therefore, the present invention has been reached through the above considerations and experiments. That is, the rotational symmetry axes of the front and back surfaces of the lens on the upstream side and the lens on the downstream side of the aperture are in the same state by the means described in the column of "Means for Solving the Problem". The upstream lens and the downstream lens can be rotated by the same angle as they are, and if the same shape is rotated 180 degrees, the asymmetrical aberration component generated by tilting the lens will be on the upstream side. And on the downstream side, they cancel each other out, and only symmetrical components remain. For example, it is possible to obtain a better image formation state as compared with the case where only one is tilted or the case where it is tilted at a different angle.
本発明の画像形成装置は、前記光プリントヘッドが、2次元に配列し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、発光点ごとに前記感光体の受光面上の異なる位置に結像させる光学系とを有し、前記光学系の結像倍率は-1であり、前記発光点群と前記光学系の組が複数存在し、副走査方向について位置が異なるものを含み、前記感光体の回転軸の方向から見たとき、それぞれの前記光学系の共役長は前記副走査方向の位置によって角度が異なり、前記副走査方向の位置に応じて単調に増加又は減少し、それぞれの前記光学系について、レンズが絞りより上流側と下流側に各1枚あり、2枚の前記レンズはそれぞれ、曲率を持つ二つの面が共通の回転対称軸を有し、前記2枚のレンズについて、前記絞りに近い側の面は同一形状であり、かつ、前記絞りから遠い側の面は同一形状であり、また、心厚が等しく、前記2枚のレンズの、前記絞りに近い側の二つの主点を結ぶ直線上に、前記絞りの中心が配置されており、前記絞りに近い側の前記二つの主点を結ぶ直線と、前記レンズの前記回転対称軸はゼロでない角度をもち、前記2枚のレンズの前記回転対称軸は互いに平行であることを特徴とする。
この特徴は下記各実施形態に共通する技術的特徴である。
In the image forming apparatus of the present invention, the optical print head has a light emitting element having a light emitting point group arranged in two dimensions, and light from the light emitting point group is different for each light emitting point on the light receiving surface of the photoconductor. It has an optical system that forms an image at a position, the imaging magnification of the optical system is -1, and there are a plurality of pairs of the light emitting point group and the optical system, including those having different positions in the sub-scanning direction. When viewed from the direction of the rotation axis of the photoconductor, the conjugate length of each of the optical systems varies depending on the position in the sub-scanning direction, and monotonically increases or decreases depending on the position in the sub-scanning direction. For each of the optical systems, there is one lens each on the upstream side and the downstream side of the aperture, and each of the two lenses has two planes having a curvature having a common axis of rotational symmetry, and the two lenses have the same axis of rotational symmetry. Regarding the lenses, the surface on the side close to the aperture has the same shape, the surface on the side far from the aperture has the same shape, and the core thickness is the same, and the side of the two lenses near the aperture. The center of the aperture is arranged on a straight line connecting the two main points of the lens, and the straight line connecting the two main points on the side close to the aperture and the axis of rotational symmetry of the lens have a non-zero angle. The two lenses are characterized in that the axes of rotational symmetry are parallel to each other.
This feature is a technical feature common to each of the following embodiments.
本発明の画像形成装置では、絞りの上流側にあるレンズと下流側にあるレンズについて、それぞれ、表裏面の回転対称軸は一致した状態のまま、同じ角度だけ回転し得る。したがって、上流側のレンズと下流側のレンズは、同一形状のものを180度回転した状態とすれば、レンズを傾けたことによって発生する非対称な収差成分が上流側と下流側で互いに打ち消しあい、対称な成分のみが残存する状態となり、例えば一方のみを傾けた場合や異なる角度で傾けた場合と比較して良好な結像状態を得ることが可能になる。 In the image forming apparatus of the present invention, the lens on the upstream side and the lens on the downstream side of the aperture can rotate by the same angle while keeping the axes of rotational symmetry on the front and back surfaces in the same state. Therefore, if the upstream lens and the downstream lens have the same shape and are rotated 180 degrees, the asymmetric aberration components generated by tilting the lens cancel each other out on the upstream side and the downstream side. Only symmetric components remain, and it is possible to obtain a better image formation state as compared with the case where only one is tilted or tilted at a different angle, for example.
本発明の実施形態としては、前記2枚のレンズの4面のレンズ面が、絞りの中心に対して点対称であることが好ましい。
当該2枚のレンズの間に絞りのみがある場合、非対称成分を除去するためには、その絞りの中心について点対称になるように上流側と下流側のレンズを配置するのが良いからである。
In an embodiment of the present invention, it is preferable that the four lens surfaces of the two lenses are point-symmetrical with respect to the center of the diaphragm.
This is because when there is only an aperture between the two lenses, it is better to arrange the upstream and downstream lenses so that they are point-symmetrical with respect to the center of the aperture in order to remove the asymmetric component. ..
また、前記複数の光学系について、前記絞りの前記上流側のレンズはすべて一つのレンズ基板上に樹脂を積み重ねて形成されていて、一方、絞りの前記下流側のレンズはすべて一つのガラス基板上に樹脂を積み重ねて形成されていることが好ましい。
一つのガラス基板上に複数のレンズを形成してそのガラス基板の位置を調整・保持するようにすれば、分けた場合と比べて構成が簡単になり、相対的な位置が固定されているので精度も出しやすいからである。絞りの上流側にあるすべてのレンズを一つのガラス基板上に形成し、絞りの下流側にあるすべてのレンズを一つのガラス基板上に形成することが望ましい。なお、ガラス基板は、その上に発光点群やドライブ回路が形成されたものと、樹脂を積層してレンズが形成されたものがあるので、これ以降、それらを区別するために、発光点群が形成されたガラス基板を「発光基板」、レンズが形成されたガラス基板を「レンズ基板」と表記する。
Further, for the plurality of optical systems, the lenses on the upstream side of the diaphragm are all formed by stacking resins on one lens substrate, while the lenses on the downstream side of the diaphragm are all on one glass substrate. It is preferably formed by stacking resins on the surface.
If multiple lenses are formed on one glass substrate and the positions of the glass substrates are adjusted and held, the configuration is simpler than when they are separated, and the relative positions are fixed. This is because it is easy to obtain accuracy. It is desirable to form all the lenses on the upstream side of the aperture on one glass substrate and all the lenses on the downstream side of the aperture on one glass substrate. Some glass substrates have a light emitting point cloud or drive circuit formed on them, and some have a lens formed by laminating resin. From now on, a light emitting point cloud group is used to distinguish them. The glass substrate on which the lens is formed is referred to as a "light emitting substrate", and the glass substrate on which a lens is formed is referred to as a "lens substrate".
さらに、前記レンズ基板は、いずれも、前記2枚のレンズの絞りに近い側の前記二つの主点を結ぶ直線に対して垂直でないことが好ましい。
本発明においては、発光基板を分割し、発光点群の背後にドライブ回路を配置することによってユニットの小型化を実現し得るが、このとき、発光点群に対してドライブ回路を同じ側に配置したほうが、逆向きのものと混在させた場合と比べて副走査方向についてより小型になる。その際、共役長は、副走査方向の位置に応じて単調に増加もしくは減少することになる。そのとき、上記のように副走査方向について異なる位置にあるレンズを共通のレンズ基板上に形成するとすれば、互いに共役長が異なる光学系について倍率をそろえるためには、感光体からレンズまでの距離が、共役長の比とおおよそ同じになるようにレンズ基板を傾けることが望ましい。そのとき、いずれのガラス基板も傾いた状態となる。
Further, it is preferable that none of the lens substrates is perpendicular to the straight line connecting the two principal points on the side close to the aperture of the two lenses.
In the present invention, the unit can be miniaturized by dividing the light emitting board and arranging the drive circuit behind the light emitting point cloud. At this time, the drive circuit is arranged on the same side with respect to the light emitting point cloud. It is smaller in the sub-scanning direction than when it is mixed with the one in the opposite direction. At that time, the conjugate length monotonically increases or decreases depending on the position in the sub-scanning direction. At that time, if lenses at different positions in the sub-scanning direction are formed on a common lens substrate as described above, the distance from the photoconductor to the lens is required to make the magnifications uniform for optical systems having different conjugate lengths. However, it is desirable to tilt the lens substrate so that it is approximately the same as the ratio of the conjugate lengths. At that time, all the glass substrates are in an inclined state.
本発明の実施形態としては、前記絞りに近い側の前記二つの主点を結ぶ直線に対して前記レンズ基板の法線が傾いている方向と、前記絞りに近い側の前記二つの主点を結ぶ直線に対して前記レンズの前記回転対称軸が傾いている方向とが同じであることが好ましい。 In an embodiment of the present invention, a direction in which the normal line of the lens substrate is tilted with respect to a straight line connecting the two principal points on the side close to the aperture and the two principal points on the side close to the aperture are defined. It is preferable that the direction in which the axis of rotational symmetry of the lens is tilted with respect to the straight line to be connected is the same.
また、前記上流側の前記レンズ基板と前記下流側の前記レンズ基板とが、平行でないことが好ましい。
傾きの角度は、レンズ基板が発光点から感光体までのどの位置にあるかによって異なることになるので、2枚のレンズ基板の間で角度の差があることになる。
Further, it is preferable that the lens substrate on the upstream side and the lens substrate on the downstream side are not parallel to each other.
Since the angle of inclination differs depending on the position of the lens substrate from the light emitting point to the photoconductor, there is a difference in angle between the two lens substrates.
さらに前記絞りに近い側の前記二つの主点を結ぶ直線に対して前記レンズの前記回転対称軸が傾いている角度が、前記絞りに近い側の前記二つの主点を結ぶ直線に対して前記上流側の前記レンズ基板の法線が傾いている角度と下流側の前記レンズ基板の法線が傾いている角度の間にあることが好ましい。 Further, the angle at which the axis of rotational symmetry of the lens is tilted with respect to the straight line connecting the two main points on the side close to the aperture is the same as the straight line connecting the two main points on the side close to the aperture. It is preferable that the normal line of the lens substrate on the upstream side is between the angle at which the normal line of the lens substrate is tilted and the normal line of the lens substrate on the downstream side is tilted.
先に述べたようにレンズ面を傾ける角度は上流側と下流側で同じにする必要があるので、レンズ基板の角度に合わせてレンズ面を傾けることは、上流側と下流側のどちらか一方しかできないことになる。従って、樹脂層の厚さの差を完全になくすことはできないが、なるべく厚さの差を抑えるためには、二つのレンズ基板の間の角度でレンズ面を回転することが望ましい。 As mentioned earlier, the angle at which the lens surface is tilted must be the same on the upstream side and the downstream side, so tilting the lens surface according to the angle of the lens substrate is limited to either the upstream side or the downstream side. You will not be able to. Therefore, although the difference in the thickness of the resin layer cannot be completely eliminated, it is desirable to rotate the lens surface at an angle between the two lens substrates in order to suppress the difference in thickness as much as possible.
以下、本発明とその構成要素、及び本発明を実施するための形態について詳細な説明をする。
(本発明の画像形成装置の概要)
本発明の画像形成装置は、少なくとも、感光体と光プリントヘッドとを備えた画像形成装置であって、
前記光プリントヘッドが、2次元に配列し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、発光点ごとに前記感光体の受光面上の異なる位置に結像させる光学系とを有し、
前記光学系の結像倍率は-1であり、
前記発光点群と前記光学系の組が複数存在し、副走査方向について位置が異なるものを含み、
前記感光体の回転軸の方向から見たとき、それぞれの前記光学系の共役長は前記副走査方向の位置によって角度が異なり、前記副走査方向の位置に応じて単調に増加又は減少し、
それぞれの前記光学系について、レンズが絞りより上流側と下流側に各1枚あり、
2枚の前記レンズはそれぞれ、曲率を持つ二つの面が共通の回転対称軸を有し、
前記2枚のレンズについて、前記絞りに近い側の面は同一形状であり、かつ、前記絞りから遠い側の面は同一形状であり、また、心厚が等しく、
前記2枚のレンズの、前記絞りに近い側の二つの主点を結ぶ直線上に、前記絞りの中心が配置されており、前記絞りに近い側の前記二つの主点を結ぶ直線と、前記レンズの前記回転対称軸はゼロでない角度をもち、前記2枚のレンズの前記回転対称軸は互いに平行であることを特徴とする。
Hereinafter, the present invention, its constituent elements, and a mode for carrying out the present invention will be described in detail.
(Overview of the image forming apparatus of the present invention)
The image forming apparatus of the present invention is at least an image forming apparatus including a photoconductor and an optical print head.
The optical print head has a light emitting element having a light emitting point cloud arranged two-dimensionally, and
It has an optical system that forms an image of light from the light emitting point group at different positions on the light receiving surface of the photoconductor for each light emitting point.
The image magnification of the optical system is -1, and the image magnification is -1.
A plurality of sets of the light emitting point group and the optical system exist, and include those having different positions in the sub-scanning direction.
When viewed from the direction of the rotation axis of the photoconductor, the conjugate length of each of the optical systems varies depending on the position in the sub-scanning direction, and monotonically increases or decreases depending on the position in the sub-scanning direction.
For each of the above optical systems, there is one lens on the upstream side and one lens on the downstream side of the aperture.
Each of the two lenses has a common axis of rotational symmetry on two planes with curvature.
For the two lenses, the surface on the side closer to the aperture has the same shape, the surface on the side farther from the aperture has the same shape, and the core thickness is the same.
The center of the aperture is arranged on a straight line connecting the two principal points on the side close to the aperture of the two lenses, and the straight line connecting the two principal points on the side close to the aperture and the said. The axis of rotational symmetry of the lens has a non-zero angle, and the axes of rotational symmetry of the two lenses are parallel to each other.
〔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実施形態の一例について説明する。なお、本発明の技術的範囲は、下記実施形態例に限定されるものではない。
[Embodiment]
Hereinafter, an example of an embodiment of the image forming apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. The technical scope of the present invention is not limited to the following examples of embodiments.
(画像形成装置全体の構成)
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。
(Structure of the entire image forming apparatus)
As shown in FIG. 1, the
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。
The
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、感光体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。感光体71は、Y色のトナー像を形成し、帯電部72は、感光体71の周囲に配置されてコロナ放電により感光体71の表面を帯電させ、光プリントヘッド73は、感光体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、感光体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。感光体71は、円筒形状を有し、回転軸RXのまわりに回転する。感光体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。
Of the
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、感光体71、帯電部72、光プリントヘッド73、及び現像部74を備える。
Since the other
(光プリントヘッドの構成)
図2は、前記像形成ユニット70のうち光プリントヘッド(「光書込装置」ともいう。)73の構造及び当該光プリントヘッド73内における光路を説明する概念的な側面図(以下において、「光路図」ともいう。)であり、感光体71の回転軸の方向から見た図である。感光体71は円筒形であるが、図ではその一部分を示している。
(Composition of optical print head)
FIG. 2 is a conceptual side view (hereinafter, “in the following,” illustrating the structure of the optical print head (also referred to as “optical writing device”) 73 of the
光源はボトムエミッション型の有機エレクトロルミネッセンス素子(「有機EL素子」ともいう。)であり、ガラス板4の上に複数の発光点で構成される発光点群3が2次元配列されている。図の縦方向が副走査方向に相当するが、3箇所に発光点群があり、それぞれに対応する光学系がある。
The light source is a bottom emission type organic electroluminescence element (also referred to as “organic EL element”), and a light emitting
それぞれの光学系は2つの凸レンズ1及び2からなる。レンズ1及び2は、それぞれ、レンズ基板5a及び5bの上に樹脂を積層する方法で形成されている。光源側のレンズは一枚の共通のレンズ基板5a上に形成されており、感光体側のレンズはそれとは別の一枚の共通のレンズ基板5b上に形成されている。また、感光体側のレンズ2と感光体71の間には平板のガラス板であるウインドウ5cがある。このウインドウ5cと、図示しない外装によって、2枚のレンズ基板が覆われており、レンズにごみが付着しないように構成されている。
Each optical system consists of two
図3は、比較例の光路図である。図示された3つの光学系のうち一つについて見れば、曲率を持つ面が4つあるが、その4つの面はいずれも軸対称非球面であり、回転対称軸はすべて一致している。また、3つの光学系の回転対称軸は互いに平行である。発光点3を構成する発光点群(DG)の中心は回転対称軸の延長線上にあり、また、感光体71上の結像点もその中心が回転対称軸の延長線上にある。光学系は、両側テレセントリックで倍率が-1倍である。それを実現するために、発光点群DG、上流側レンズ1、絞り6、下流側レンズ2、感光体71上の結像点7が、概ね等間隔になっている。ある発光点群の背後に他の発光点群のドライブ回路等を配置しているために、図示された3つの光学系に対応する3つの発光点群は概ね直線上に配列しており、その直線は光軸に対して傾いている。
FIG. 3 is an optical path diagram of a comparative example. Looking at one of the three optical systems shown, there are four planes with curvature, all of which are axisymmetric aspherical surfaces and all axes of rotational symmetry coincide. Further, the axes of rotational symmetry of the three optical systems are parallel to each other. The center of the light emitting point group (DG) constituting the
発光点群から感光体上結像点7までの距離は、図の上側ほど長くなっている。感光体が平面でなく円筒形状であるために、副走査方向の位置に対する上記の距離の変化は線形ではないが、単調に増加している。2枚のレンズ基板5a及び5bと絞り6は平板で、発光点3と感光体上の結像点7を概ね4等分するように配置されているので、光軸となす角度が垂直からずれた角度について、それぞれタンジェント(正接)を計算したときの値が、発光点(群)を1としたときに、上流側レンズ基板が約3/4、絞りが約1/2、下流側レンズ基板が約1/4となっている。光軸とレンズ基板の角度差は、そのまま、レンズ面がレンズ基板に対して傾いている量を示している。レンズ基板上の樹脂部分の厚さが、図の上側と下側で異なっており、特に上流側のレンズで差が大きくなっている。
The distance from the light emitting point group to the
これに対して本発明の実施形態では、レンズ1及び2の回転対称軸が、絞り6の角度に近い角度に合わせる形で傾いている。これによって、上流側レンズでは厚さの差が大きく軽減している。下流側レンズでは、傾きの方向が反対になっているが厚さの差は改善していない。
もしも、それぞれのレンズ基板5a及び5bに対して傾きを合わせたとすれば、上流側レンズと下流側レンズで傾きが違う量になってしまい、非対称な収差が残存して、結像状態を悪化させてしまう。
そこで、本発明では、レンズ基板5a及び5bの角度が異なっていても、レンズ傾きの角度を上流側と下流側でそろえて、結像状態を悪化させずに、レンズ基板5a及び5bに対するレンズの傾きを軽減することを狙っている。そのためには、レンズの傾きは2つのレンズ基板5a及び5bの間の角度にすることが望ましい。
On the other hand, in the embodiment of the present invention, the axes of rotational symmetry of the
If the tilts are adjusted for the
Therefore, in the present invention, even if the angles of the
図4は、本発明の実施形態における、光源とレンズの位置関係を示す模式図である。説明のため、図2に比べてレンズの回転角度を大きくして図示している。レンズは曲率を持つ面のみ、断面を示した。また、図中央の二本の短い直線は絞りを示している。レンズ面の間に二つずつある「十」の印は、そのレンズの主点を示している。各レンズにある二つの主点のうち、絞り側の二つの主点を結ぶ直線は絞りの中央を通っている。 FIG. 4 is a schematic diagram showing the positional relationship between the light source and the lens in the embodiment of the present invention. For the sake of explanation, the rotation angle of the lens is made larger than that in FIG. The lens showed a cross section only on the surface with curvature. The two short straight lines in the center of the figure indicate the aperture. Two "ten" marks between the lens surfaces indicate the principal point of the lens. Of the two principal points on each lens, the straight line connecting the two principal points on the aperture side passes through the center of the aperture.
また、図の左側のレンズの、外側の主点から水平に伸ばした線の延長線上に、発光点群3の中心が位置している。発光点群3の中心から水平に飛んだ光線は、傾いたレンズによって図の上方向にずれるが、レンズ後は水平に飛び、絞り6の中心を通過した後、もう一枚のレンズで再び上方向にずれ、水平に射出される。右側のレンズの、外側の主点から水平に伸ばした直線の延長線上に、結像点7の中心が位置している。
Further, the center of the light emitting
以下、本発明の画像形成装置に組み込まれる前記光プリントヘッド73の光学系の具体的な実施例について説明する。
Hereinafter, specific examples of the optical system of the
表I(1)~表(III)は、本発明の実施形態の一例として図2に示した光プリントヘッド73の光学系を数値的に示したものである。中央、上側、下側の三つについてそれぞれ示している。
平板については、中央の光学系と共通の座標となっている。発光点群3については、表Iでは発光点群の中央の座標を示している。
また、感光体71は半径25mmの円筒形で、面としては三つの光学系とも共通であるが、表では、感光体表面については光軸と交わる位置の位置と傾きを示した。非球面係数を見ると、絞りをはさんで、絶対値が同じで符号が反対になっているので、同一形状で反対向きになっていることがわかる。
なお、屈折率は、波長650nmに対して、レンズ基板は1.5145であり、レンズ面とレンズ基板との間は樹脂であり、その屈折率は1.5285である。また、結像倍率は、いずれの光学系も-1である。
Tables I (1) to (III) numerically show the optical system of the
The flat plate has the same coordinates as the central optical system. For the light emitting
Further, the
The refractive index is 1.5145 for the lens substrate with respect to the wavelength of 650 nm, and a resin is used between the lens surface and the lens substrate, and the refractive index is 1.5285. The image magnification is -1 for all optical systems.
I 中央の光学系について
(相対的位置関係について)
表I(1)は、中央の光学系(結像系)の相対的位置関係をXYZ座標で表したものである。なお、距離の単位は、mmである。
I About the central optical system (relative positional relationship)
Table I (1) shows the relative positional relationship of the central optical system (imaging system) in XYZ coordinates. The unit of distance is mm.
(非球面形状について)
中央の光学系の各レンズの非球面形状について、表I(2)に非球面係数をまとめた。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、下記式(I)に従った。なお、表に無い非球面係数aiはすべて0である。これらの点は以下でも同様である。
(About aspherical shape)
Table I (2) summarizes the aspherical coefficients for the aspherical shape of each lens of the central optical system. The described aspherical surfaces are all axially symmetric aspherical surfaces, have no spherical surface term, and the shape formula follows the following formula (I) with the local coordinates corresponding to X, Y, and Z as x, y, and z. The aspherical coefficients ai not shown in the table are all 0. These points are the same in the following.
II 上側の光学系について
(相対的位置関係について)
表II(1)は、中央の光学系(結像系)の相対的位置関係をXYZ座標で表したものである。なお、距離の単位は、mmである。
Table II (1) shows the relative positional relationship of the central optical system (imaging system) in XYZ coordinates. The unit of distance is mm.
(非球面形状について)
上側の光学系の各レンズの非球面形状について、表II(2)に非球面係数をまとめた。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、前記式(I)に従った。なお、表に無い非球面係数aiはすべて0である。これらの点は以下でも同様である。
Table II (2) summarizes the aspherical coefficients for the aspherical shape of each lens of the upper optical system. The described aspherical surfaces are all axially symmetric aspherical surfaces, have no spherical surface term, and the shape formula follows the above formula (I) with the local coordinates corresponding to X, Y, and Z as x, y, and z. The aspherical coefficients ai not shown in the table are all 0. These points are the same in the following.
III 下側の光学系について
(相対的位置関係について)
表III(1)は、中央の光学系(結像系)の相対的位置関係をXYZ座標で表したものである。なお、距離の単位は、mmである。
III About the lower optical system (relative positional relationship)
Table III (1) shows the relative positional relationship of the central optical system (imaging system) in XYZ coordinates. The unit of distance is mm.
(非球面形状について)
下側の光学系の各レンズの非球面形状について、表III(2)に非球面係数をまとめた。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、前記式(I)に従った。なお、表に無い非球面係数aiはすべて0である。これらの点は以下でも同様である。
Table III (2) summarizes the aspherical coefficients for the aspherical shape of each lens of the lower optical system. The described aspherical surfaces are all axially symmetric aspherical surfaces, have no spherical surface term, and the shape formula follows the above formula (I) with the local coordinates corresponding to X, Y, and Z as x, y, and z. The aspherical coefficients ai not shown in the table are all 0. These points are the same in the following.
以上の表I~IIIに示した光学系の座標の数値等から分かるように、本発明の画像形成装置の光プリントヘッドは、2次元に配列し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3ごとに前記感光体の受光面7上の異なる位置に結像させる光学系とを有し、前記光学系の結像倍率は-1であり、前記発光点群と前記光学系の組が複数存在し、副走査方向について位置が異なるものを含み、前記感光体71の回転軸の方向から見たとき、それぞれの前記光学系の共役長は前記副走査方向の位置によって角度が異なり、前記副走査方向の位置に応じて単調に増加又は減少し、それぞれの前記光学系について、レンズが絞り6より上流側と下流側に各1枚(レンズ1及びレンズ2)あり、前記2枚のレンズはそれぞれ、曲率を持つ二つの面が共通の回転対称軸を有し、前記2枚のレンズについて、前記絞りに近い側の面は同一形状であり、かつ、前記絞りから遠い側の面は同一形状であり、また、心厚が等しく、前記2枚のレンズの、前記絞りに近い側の二つの主点を結ぶ直線上に、前記絞りの中心が配置されており、前記絞りに近い側の主点を結ぶ直線と、前記レンズの前記回転対称軸はゼロでない角度をもち、前記2枚のレンズの回転対称軸は互いに平行であることを特徴とする。
As can be seen from the numerical values of the coordinates of the optical system shown in Tables I to III above, the optical print head of the image forming apparatus of the present invention has a light emitting element having a group of light emitting points arranged in two dimensions and the light emitting points. It has an optical system that forms an image of light from the group at different positions on the
なお、実施例に示されているように、前記2枚のレンズの4面のレンズ面が、絞りの中心に対して点対称であることが好ましい。
また、前記複数の光学系について、前記絞りの上流側のレンズはすべて一つのレンズ基板上に樹脂を積み重ねて形成されていて、一方、絞りの下流側のレンズはすべて一つのレンズ基板上に樹脂を積み重ねて形成されていることが好ましい。
さらに、前記レンズ基板は、いずれも、前記2枚のレンズの絞りに近い側の二つの主点を結ぶ直線に対して垂直でないことが好ましい。
As shown in the examples, it is preferable that the four lens surfaces of the two lenses are point-symmetrical with respect to the center of the diaphragm.
Further, regarding the plurality of optical systems, all the lenses on the upstream side of the diaphragm are formed by stacking resins on one lens substrate, while all the lenses on the downstream side of the diaphragm are made of resin on one lens substrate. It is preferable that the lenses are formed by stacking the lenses.
Further, it is preferable that none of the lens substrates is perpendicular to the straight line connecting the two principal points on the side close to the aperture of the two lenses.
また、図4に示したように、前記絞りに近い側の二つの主点を結ぶ直線に対してレンズ基板の法線が傾いている方向と、前記絞りに近い側の二つの主点を結ぶ直線に対して前記レンズの前記回転対称軸が傾いている方向とが同じであることが好ましい。
さらに、前記上流側の前記レンズ基板と下流側の前記レンズ基板とが、平行でないことが好ましく、前記絞りに近い側の二つの主点を結ぶ直線に対して前記レンズの前記回転対称軸が傾いている角度が、前記絞りに近い側の二つの主点を結ぶ直線に対して上流側の前記レンズ基板の法線が傾いている角度と前記下流側の前記レンズ基板の法線が傾いている角度の間にあることが好ましい。
すなわち、本発明の画像形成装置は、上記の構成要件を満たすことにより、副走査方向に関しても結像状態を向上させることができる。
Further, as shown in FIG. 4, the direction in which the normal line of the lens substrate is tilted with respect to the straight line connecting the two principal points on the side close to the aperture and the two principal points on the side close to the aperture are connected. It is preferable that the direction in which the axis of rotational symmetry of the lens is tilted with respect to the straight line is the same.
Further, it is preferable that the lens substrate on the upstream side and the lens substrate on the downstream side are not parallel to each other, and the axis of rotational symmetry of the lens is tilted with respect to a straight line connecting two main points on the side close to the aperture. The angle is such that the normal line of the lens substrate on the upstream side is tilted with respect to the straight line connecting the two main points on the side close to the aperture, and the normal line of the lens substrate on the downstream side is tilted. It is preferably between the angles.
That is, the image forming apparatus of the present invention can improve the image formation state also in the sub-scanning direction by satisfying the above-mentioned constitutional requirements.
1 光学レンズ1
2 光学レンズ2
3 発光点群からなる発光点
4 ガラス板
5a,5b レンズ基板(ガラス基板)
5c ウインドウ
6 絞り
7 感光体71上の結像点
100 画像形成装置
10 画像読取部
20 画像形成部
40 給紙部
50 搬送部
70 画像形成ユニット
71 感光体
72帯電部
73 光プリントヘッド(光書込装置)
74 現像部
1
2
3 Light emitting points consisting of a light emitting
74 Development section
Claims (7)
前記光プリントヘッドが、2次元に配列し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、発光点ごとに前記感光体の受光面上の異なる位置に結像させる光学系とを有し、
前記光学系の結像倍率は-1であり、
前記発光点群と前記光学系の組が複数存在し、副走査方向について位置が異なるものを含み、
前記感光体の回転軸の方向から見たとき、それぞれの前記光学系の共役長は前記副走査方向の位置によって角度が異なり、前記副走査方向の位置に応じて単調に増加又は減少し、
それぞれの前記光学系について、レンズが絞りより上流側と下流側に各1枚あり、
2枚の前記レンズはそれぞれ、曲率を持つ二つの面が共通の回転対称軸を有し、
前記2枚のレンズについて、前記絞りに近い側の面は同一形状であり、かつ、前記絞りから遠い側の面は同一形状であり、また、心厚が等しく、
前記2枚のレンズの、前記絞りに近い側の二つの主点を結ぶ直線上に、前記絞りの中心が配置されており、前記絞りに近い側の前記二つの主点を結ぶ直線と、前記レンズの前記回転対称軸はゼロでない角度をもち、前記2枚のレンズの前記回転対称軸は互いに平行である
ことを特徴とする画像形成装置。 At least, an image forming apparatus including a photoconductor and an optical print head.
The optical print head has a light emitting element having a light emitting point cloud arranged two-dimensionally, and
It has an optical system that forms an image of light from the light emitting point group at different positions on the light receiving surface of the photoconductor for each light emitting point.
The image magnification of the optical system is -1, and the image magnification is -1.
A plurality of sets of the light emitting point group and the optical system exist, and include those having different positions in the sub-scanning direction.
When viewed from the direction of the rotation axis of the photoconductor, the conjugate length of each of the optical systems varies depending on the position in the sub-scanning direction, and monotonically increases or decreases depending on the position in the sub-scanning direction.
For each of the above optical systems, there is one lens on the upstream side and one lens on the downstream side of the aperture.
Each of the two lenses has a common axis of rotational symmetry on two planes with curvature.
For the two lenses, the surface on the side closer to the aperture has the same shape, the surface on the side farther from the aperture has the same shape, and the core thickness is the same.
The center of the aperture is arranged on a straight line connecting the two principal points on the side close to the aperture of the two lenses, and the straight line connecting the two principal points on the side close to the aperture and the said. An image forming apparatus characterized in that the rotational symmetry axes of the lenses have a non-zero angle, and the rotational symmetry axes of the two lenses are parallel to each other.
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