KR20090019706A - 라인 헤드 및 그것을 이용한 화상 형성 장치 - Google Patents

라인 헤드 및 그것을 이용한 화상 형성 장치 Download PDF

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다께시 소오와
유우지로 노무라
류우따 고이즈미
겐 이꾸마
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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 어레이 형상으로 배치된 복수의 정 렌즈의 각 렌즈에 대응하여 열 형상의 복수의 발광 소자가 배치되어 이루어지는 광 기록 라인 헤드의 발광 도트 상의 위치 어긋남, 섀이딩(shading)에 의한 농도 불균일이 발생하지 않는다.
정 굴절력의 2개의 렌즈(L1, L2)를 갖는 정 렌즈계(5)와, 정 렌즈계(5)를 제1 방향으로 복수 배치한 렌즈 어레이와, 그 렌즈 어레이의 물체측에 하나의 정 렌즈계(5)에 대해 복수의 발광 소자가 배치된 발광체 어레이와, 정 렌즈계(5)의 물체측 초점의 위치의 개구 조리개를 형성하는 조리개판(11)을 갖고, 정 렌즈계(5)의 물체측의 렌즈(L1)의 물체측의 면이 물체측 초점에 근접하여 위치하고 있는 라인 헤드.
Figure P1020080080732
렌즈, 정 렌즈계, 조리개판, 발광 소자, 라인 헤드

Description

라인 헤드 및 그것을 이용한 화상 형성 장치{LINE HEAD AND IMAGE FORMING APPARATUS USING THE SAME}
본 발명은 라인 헤드 및 그것을 이용한 화상 형성 장치에 관한 것으로, 특히 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 발광 소자열을 피조사면 상에 투영하여 결상 스폿열을 형성하는 라인 헤드와 그것을 이용한 화상 형성 장치에 관한 것이다.
종래, 복수의 LED 어레이 칩을 LED 어레이 방향으로 배치하고, 각 LED 어레이 칩의 LED 어레이를 대응하여 배치한 정 렌즈로 감광체 상에 확대 투영하고, 감광체 상에서 인접하는 LED 어레이 칩의 단부의 발광 도트의 상끼리가 동일 LED 어레이 칩의 발광 도트의 상(像) 사이 피치와 동일 피치로 인접하여 결상하도록 하는 광 기록 라인 헤드, 및 그 광로를 반대로 하여 광 판독 라인 헤드로 하는 것이 특허 문헌 1에서 제안되어 있다.
또한, 특허 문헌 1과 같은 배치에서, 정(正) 렌즈를 2매의 렌즈로 구성하고, 투영광을 평행광에 가까이하도록 하여 초점 심도를 깊은 것으로 하는 것이 특허 문헌 2에서 제안되어 있다.
또한, LED 어레이 칩을 간극을 두고 2열로 배치하고, 그 반복 위상을 반주기 어긋나게 하여, 각 LED 어레이 칩에 각각 정 렌즈를 대응시켜 정 렌즈 어레이를 2열 배치하고, 감광체 상에서의 발광 도트 어레이의 상이 일렬이 되도록 한 광 기록 라인 헤드가 특허 문헌 3에서 제안되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 평2-4546호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 출원 공개 평6-344596호 공보
[특허 문헌 3] 일본 특허 출원 공개 평6-278314호 공보
이들 종래 기술에 있어서, 이상(理想) 상면(像面) 상에서 발광 도트 어레이의 상끼리가 동일한 피치로 정합하고 있어도, 감광체의 흔들림 등에 기인하여 상면이 렌즈의 광축 방향에 전후하면, 감광체 상에서의 발광 도트의 위치 어긋남이 발생하고, 발광 도트 어레이가 부 주사 방향으로 상대적으로 이동하여 그리는 주사선 사이의 피치에 불균일이 발생해 버린다(주 주사 방향의 피치 불균일).
또한, 각 정 렌즈의 화각이 커지면, cos4승 법칙에 따라서 주변의 광량 저하가 커진다[섀이딩(shading)]. 이 섀이딩에 의한 인쇄 화상의 농도 불균일을 방지하기 위해서는 상면에서의 각 화소(발광 도트 상)의 광량을 일정하게 할 필요가 있으나, 그것에는 광원(발광 도트)의 광량을 발광 도트마다 바꾸어 섀이딩을 보정해야만 한다. 그러나, 광원 화소(발광 도트)의 발광 강도는 수명 특성에 영향을 미치기 때문에, 광학계의 섀이딩이 커지면 발광 도트마다 광량을 조정하여 초기적으로 균일한 상면 광량이 얻어졌다고 해도, 시간 경과에 따라 발광 도트 피치의 광량 불균일이 발생하고, 화상 농도 불균일을 발생시켜 버린다.
본 발명은 종래 기술의 이와 같은 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적은 어레이 형상으로 배치된 복수의 정 렌즈의 각 렌즈에 대응하여 열 형상의 복수의 발광 소자가 배치되어 이루어지는 광 기록 라인 헤드에 있어서, 기록면이 광축 방향으로 변동해도 발광 도트 상의 위치 어긋남을 기초로 하는 불균일이 발생하지 않도록 하는 것이다. 본 발명의 또 하나의 목적은 각 렌즈에 의한 결상 스폿간 에 섀이딩에 의한 농도 불균일을 방지하는 것이다.
또한, 본 발명은 이와 같은 광 기록 라인 헤드를 이용한 화상 형성 장치와, 그 광로를 반대로 한 광 판독 라인 헤드를 제공하는 것도 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하는 본 발명의 라인 헤드는 정 굴절력의 2개의 렌즈를 갖는 정 렌즈계와,
상기 정 렌즈계를 제1 방향으로 복수 배치한 렌즈 어레이와,
상기 렌즈 어레이의 물체측에 하나의 상기 정 렌즈계에 대해 복수의 발광 소자가 배치된 발광체 어레이와,
상기 정 렌즈계의 물체측 초점의 위치의 개구 조리개를 형성하는 조리개판을 갖고, 상기 정 렌즈계의 물체측의 렌즈의 물체측의 면이 상기 물체측 초점에 근접하여 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
이와 같이 구성함으로써, 기록면이 광축 방향으로 변동해도 발광 도트 상의 위치 어긋남을 기초로 하는 불균일이 발생하지 않게 되고, 또한 복수의 발광 소자로부터 정 렌즈계에 입사하는 화각을 작게 하여 섀이딩의 영향을 작게 할 수 있어, 형성되는 화상의 열화를 방지할 수 있다.
또한, 상기 정 렌즈계의 물체측의 렌즈의 물체측의 면이 상기 물체측 초점에 대해 상기 정 렌즈계의 합성 초점 거리의 ±10 ％의 범위 내에 위치하고 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성함으로써, 기록면이 광축 방향으로 변동해도 발광 도트 상의 위치 어긋남을 기초로 하는 불균일이 실질적으로 발생하지 않게 되고, 또한 복수의 발광 소자로부터 정 렌즈계에 입사하는 화각을 작게 하여 섀이딩의 영향을 작게 할 수 있어, 형성되는 화상의 열화를 방지할 수 있다.
또한, 상기 렌즈는 렌즈군으로 이루어지도록 할 수 있다.
이와 같이 구성함으로써, 개개의 렌즈 어레이의 제작이 용이하게 될 뿐만 아니라 수차 보정도 행하기 쉬워진다.
또한, 상기 2개의 렌즈 중, 물체측의 렌즈의 상측의 면이 평면으로 이루어지도록 할 수 있다.
이와 같이 구성함으로써, 상측의 렌즈의 전방측 주면으로부터 물체측의 렌즈의 후방측 주면의 간격을 더 넓게 취하므로, 화각을 더 작게 할 수 있어 섀이딩의 영향을 더 작게 할 수 있다. 또한, 양면이 곡률이 부여된 렌즈에 비해, 물체측의 렌즈는 곡면의 형성이 1면만으로 이루어지므로 제조가 용이해지는 이점도 있다.
또한, 적어도 상기 정 렌즈계의 물체측의 렌즈의 물체측의 면이 볼록면으로 이루어지고, 그 볼록면의 면 정상을 포함하는 부분이 상기 조리개판의 개구 내에 파고들어 배치되어 있도록 할 수 있다.
이와 같이 구성함으로써, 상측의 렌즈의 전방측 주면으로부터 물체측의 렌즈의 후방측 주면의 간격을 더 넓게 취하므로, 화각을 더 작게 할 수 있어 섀이딩의 영향을 더 작게 할 수 있다.
그 경우에, 차광성의 부재를 상기 렌즈 어레이의 물체측의 면 상에 일체로 형성하여 상기 조리개판이 구성되어 있도록 할 수 있다.
이와 같이 구성하면, 렌즈 표면에 조리개판을 일체로 형성함으로써, 조리개판의 위치 결정ㆍ조립이 용이해지고, 또한 열팽창 등에 의한 조리개의 중심과 렌즈 광축의 어긋남을 억제할 수 있다.
또한, 적어도 상기 정 렌즈계의 상측의 렌즈의 상측의 면이 평면으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성함으로써, 상면에 가장 가까운 렌즈의 사출면을 평면으로 할 수 있고, 그 사출면에 부착된 먼지나 토너 등의 이물질을 간단히 청소할 수 있게 되어 클리닝성이 향상한다.
또한, 상기 개구 조리개의 형상이 적어도 상기 제1 방향의 개구 직경을 제한하는 형상인 것이 바람직하다.
이와 같이 구성함으로써, 적어도 축외의 결상 스폿의 위치 어긋남이 문제가 되는 주 주사 방향으로 대응할 수 있다.
또한, 상기 복수의 발광 소자는 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 복수 배열된 상기 발광 소자열을 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성함으로써, 결상 스폿의 밀도가 높은 화상 형성에 대응할 수 있다.
또한, 상기 복수의 발광 소자는 제1 방향으로 간격을 둔 발광체군을 이루도록 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성함으로써, 결상 스폿의 밀도가 높은 화상 형성에 대응할 수 있다. 또한, 각 복수의 발광 소자 내의 단부 발광 도트의 상이 이미지 서클의 영 향에 의해 광량 저하를 일으키는 것을 피할 수 있다.
또한, 상기 발광 소자가 유기 EL 소자로 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성함으로써, 면내 균일한 화상 형성에 대응할 수 있다.
또한, 상기 발광 소자가 LED로 이루어질 수 있다.
이와 같이 구성함으로써, LED 어레이를 이용하는 라인 헤드에도 대응할 수 있다.
또한, 상 담지체의 주위에 대전 수단과, 이상과 같은 라인 헤드와, 현상 수단과, 전사 수단과의 각 화상 형성용 유닛을 배치한 화상 형성 스테이션을 적어도 2개 이상 설치하고, 전사 매체가 각 스테이션을 통과함으로써, 탠덤 방식으로 화상 형성을 행하는 화상 형성 장치를 구성할 수 있다.
이와 같이 구성함으로써, 소형이며 해상력이 높고 화상의 열화가 적은 프린터 등의 화상 형성 장치를 구성할 수 있다.
본 발명은 정 굴절력의 2개의 렌즈를 갖는 정 렌즈계와,
상기 정 렌즈계를 제1 방향으로 복수 배치한 렌즈 어레이와,
상기 렌즈 어레이의 상측에 하나의 상기 정 렌즈계에 대해 복수의 수광 소자가 배치된 수광체 어레이와,
상기 정 렌즈계의 상측 초점의 위치의 개구 조리개를 형성하는 조리개판을 갖고, 상기 정 렌즈계의 상측의 렌즈의 상측의 면이 상기 상측 초점에 근접하여 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 라인 헤드도 포함하는 것이다.
이와 같이 구성함으로써, 광 판독 라인 헤드에 있어서도, 판독면의 위치가 광축 방향으로 어긋나도 판독 스폿의 위치 어긋남이 발생하지 않게 되고, 또한 복수의 수광 소자로부터 정 렌즈계에 역광로에서 입사하는 화각을 작게 하여 섀이딩의 영향을 작게 할 수 있어, 판독 화상의 열화를 방지할 수 있다.
또한, 렌즈 어레이를 구성하는 각 정 렌즈계는 정 굴절력의 2개 렌즈군으로 이루어지고, 그 2개의 렌즈군으로 이루어지는 합성 렌즈계로 해도 좋다(상기 렌즈 각각은 정 굴절력의 렌즈군으로 이루어짐).
본 발명에 따르면, 어레이 형상으로 배치된 복수의 정 렌즈의 각 렌즈에 대응하여 열 형상의 복수의 발광 소자가 배치되어 이루어지는 광 기록 라인 헤드의 발광 도트 상의 위치 어긋남, 섀이딩에 의한 농도 불균일이 발생하지 않는다.
본 발명의 라인 헤드의 광학계를 상세하게 설명하기 전에, 그 발광 소자의 배치와 발광 타이밍에 대해 간단히 설명해 둔다.
도4는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 발광체 어레이(1)와 광학 배율이 마이너스의 마이크로 렌즈(5)와의 대응 관계를 나타내는 설명도이다. 본 실시 형태의 라인 헤드에 있어서는, 1개의 마이크로 렌즈(5)에 2열의 발광 소자가 대응하고 있다. 단, 마이크로 렌즈(5)가 광학 배율이 마이너스(도립 결상)의 결상 소자이므로, 발광 소자의 위치가 주 주사 방향 및 부 주사 방향에서 반전하고 있다. 즉, 도1의 구성에서는, 상 담지체의 이동 방향의 상류측(1열째)에 짝수 번호의 발광 소자(8, 6, 4, 2)를 배열하고, 상 담지체의 이동 방향의 하류측(2열째)에는 홀수 번 호의 발광 소자(7, 5, 3, 1)를 배열하고 있다. 또한, 주 주사 방향의 선두측에 번호가 큰 발광 소자를 배열하고 있다.
도1 내지 도3은 본 실시 형태의 라인 헤드의 1개의 마이크로 렌즈에 대응하는 부분의 사시도이다. 도2에 도시하고 있는 바와 같이, 상 담지체(41)의 하류측에 배열된 홀수 번호의 발광 소자(2)에 대응한 상 담지체(41)의 결상 스폿(8a)은 주 주사 방향에서 반전한 위치에 형성된다. R은 상 담지체(41)의 이동 방향이다. 또한, 도3에 도시된 바와 같이, 상 담지체(41)의 상류측(1열째)에 배열된 짝수 번호의 발광 소자(2)에 대응한 상 담지체(41)의 결상 스폿(8b)은, 부 주사 방향에서 반전한 하류측의 위치에 형성된다. 그러나, 주 주사 방향에서는, 선두측으로부터의 결상 스폿의 위치는 발광 소자(1 내지 8)의 번호로 순서대로 대응하고 있다. 따라서, 본 예에서는 상 담지체의 부 주사 방향에 있어서의 결상 스폿 형성의 타이밍을 조정함으로써, 주 주사 방향으로 동렬로 결상 스폿을 형성하는 것이 가능한 것을 알 수 있다.
도5는 화상 데이터가 저장되어 있는 라인 버퍼의 메모리 테이블(10)의 예를 나타내는 설명도이다. 도5의 메모리 테이블(10)은, 도4의 발광 소자의 번호에 대해 주 주사 방향에서 반전하여 저장되어 있다. 도5에 있어서, 라인 버퍼의 메모리 테이블(10)에 저장된 화상 데이터 중, 먼저 상 담지체(41)의 상류측(1열째)의 발광 소자에 대응하는 제1 화상 데이터(1, 3, 5, 7)를 판독하고, 발광 소자를 발광시킨다. 다음에, T 시간 후에, 메모리 어드레스에 저장되어 있는 상 담지체(41)의 하류측(2열째)의 발광 소자에 대응하는 제2 화상 데이터(2, 4, 6, 8)를 판독하고, 발 광시킨다. 이와 같이 하여, 도6에 부호 8의 위치로 나타내어진 바와 같이, 상 담지체 상의 1열째의 결상 스폿이 2열째의 결상 스폿과 주 주사 방향에서 동렬로 형성된다.
도1은 도5의 타이밍에서 화상 데이터를 판독하여 결상 스폿을 형성하는 예를, 개념적으로 도시하는 사시도이다. 도5를 참조로 하여 설명한 바와 같이, 먼저 상 담지체(41)의 상류측(1열째)의 발광 소자를 발광시켜, 상 담지체(41)에 결상 스폿을 형성한다. 다음에, 소정의 타이밍(T) 경과 후에 상 담지체(41)의 하류측(2열째)의 홀수 번호의 발광 소자를 발광시켜, 상 담지체에 결상 스폿을 형성한다. 이때에, 홀수 번호의 발광 소자에 의한 결상 스폿은, 도2에서 설명한 부호 8a의 위치가 아닌, 도6에 도시되어 있는 바와 같이 주 주사 방향으로 동렬로 8의 위치에 형성되게 된다.
도7은 라인 헤드로서 사용되는 발광체 어레이의 예를 나타내는 개략의 설명도이다. 도7에 있어서, 발광체 어레이(1)에는, 발광 소자(2)를 주 주사 방향으로 복수 배열한 발광 소자열(3)을 부 주사 방향으로 복수열 설치하여 발광체 블록(4)(도4 참조)을 형성하고 있다. 도7의 예에서는, 발광체 블록(4)은, 주 주사 방향으로 4개의 발광 소자(2)를 배열한 발광 소자열(3)을 부 주사 방향으로 2열 형성하고 있다(도4 참조). 이 발광체 블록(4)은 발광체 어레이(1)에 다수 배치되어 있고, 각 발광체 블록(4)은 마이크로 렌즈(5)에 대응하여 배치되어 있다.
마이크로 렌즈(5)는 발광체 어레이(1)의 주 주사 방향 및 부 주사 방향으로 복수 설치되어 마이크로 렌즈 어레이(MLA)(6)를 형성하고 있다. 이 MLA(6)는 부 주사 방향에서는 주 주사 방향의 선두 위치를 어긋나게 하여 배열되어 있다. 이와 같은 MLA(6)의 배열은 발광체 어레이(1)에 발광 소자를 지그재그 형상으로 설치하는 경우에 대응하고 있다. 도7의 예에서는, MLA(6)가 부 주사 방향으로 3열 배치되어 있으나, MLA(6)의 부 주사 방향의 3열의 각각의 위치에 대응하는 각 단위 블록(4)을, 설명의 편의상 그룹 A, 그룹 B, 그룹 C로 구분한다.
상기와 같이 광학 배율이 마이너스의 마이크로 렌즈(5) 내에 복수개의 발광 소자(2)가 배치되고, 또한 당해 렌즈가 부 주사 방향으로 복수열 배치되어 있는 경우에는, 상 담지체(41)의 주 주사 방향으로 일렬로 나열한 결상 스폿을 형성하기 위해서는, 이하와 같은 화상 데이터 제어가 필요해진다. (1) 부 주사 방향의 반전, (2) 주 주사 방향의 반전, (3) 렌즈 내의 복수열 발광 소자의 발광 타이밍 조정, (4) 그룹간의 발광 소자의 발광 타이밍 조정.
도8은 도7의 구성에서, 각 발광 소자(2)의 출력광에 의해 마이크로 렌즈(5)를 통해 상 담지체의 노광면을 조사한 경우의 결상 위치를 나타내는 설명도이다. 도8에 있어서, 도7에서 설명한 바와 같이, 발광체 어레이(1)에는 그룹 A, 그룹 B, 그룹 C로 구분된 단위 블록(4)이 배치되어 있다. 그룹 A, 그룹 B, 그룹 C의 각 단위 블록(4)의 발광 소자열을 상 담지체(41)의 상류측(1열째)과 하류측(2열째)으로 나누고, 1열째에 짝수 번호의 발광 소자를 할당하고, 2열째에 홀수 번호의 발광 소자를 할당한다.
그룹 A에 대해서는, 도1 내지 도3에서 설명한 바와 같이 각 발광 소자(2)를 동작시킴으로써, 상 담지체(41)에는 주 주사 방향 및 부 주사 방향에서 반전한 위 치에 결상 스폿이 형성된다. 이와 같이 하여, 상 담지체(41) 상에는 주 주사 방향과 동일한 열에 1 내지 8의 순서로 결상 스폿이 형성된다. 이하, 상 담지체(41)를 부 주사 방향으로 소정 시간 이동시켜 그룹 B의 처리를 마찬가지로 실행한다. 또한, 상 담지체(41)를 부 주사 방향으로 소정 시간 이동시켜 그룹 C의 처리를 실행시킴으로써, 주 주사 방향과의 동일한 열에 1 내지 24…의 순서로, 입력된 화상 데이터를 기초로 하는 결상 스폿이 형성된다.
도9는 도8에 있어서, 부 주사 방향의 결상 스폿 형성의 상태를 나타내는 설명도이다. S는 상 담지체(41)의 이동 속도, d1은 그룹 A의 1열째와 2열째의 발광 소자의 간격, d2는 그룹 A의 2열째의 발광 소자와 그룹 B의 2열째의 발광 소자의 간격, d3은 그룹 B의 2열째의 발광 소자와 그룹 C의 2열째의 발광 소자의 간격, T1은 그룹 A의 2열째의 발광 소자의 발광 후에 1열째의 발광 소자가 발광할 때까지의 시간, T2는 그룹 A의 2열째의 발광 소자에 의한 결상 위치가 그룹 B의 2열째의 발광 소자의 결상 위치로 이동하는 시간, T3은 그룹 A의 2열째의 발광 소자에 의한 결상 위치가 그룹 C의 2열째의 발광 소자의 결상 위치로 이동하는 시간이다.
T1은 이하와 같이 하여 구할 수 있다. T2, T3에 대해서도, d1을 d2, d3으로 치환함으로써 마찬가지로 구할 수 있다.
T1 = |(d1 × β)/S|
여기서, 각 파라미터는 이하와 같다.
d1 : 발광 소자의 부 주사 방향의 거리
S : 결상면(상 담지체)의 이동 속도
β : 렌즈의 배율
도9에 있어서는, 그룹 A의 2열째의 발광 소자가 발광한 시간의 T2 시간 후에 그룹 B의 2열째의 발광 소자를 발광시킨다. 또한, T2로부터 T3 시간 후에 그룹 C의 2열째의 발광 소자를 발광시킨다. 각 그룹의 1열째의 발광 소자는 2열째의 발광 소자가 발광한 후 T1 시간 후에 발광한다. 이와 같은 처리를 함으로써, 도8에 도시되어 있는 바와 같이, 발광체 어레이(1)에 이차원적으로 배치된 발광체에 의한 결상 스폿을, 상 담지체 상에서 일렬로 형성하는 것이 가능해진다. 도10은 마이크로 렌즈(5)를 복수 배열한 경우에, 상 담지체의 주 주사 방향으로 결상 스폿이 반전하여 형성되는 예를 나타내는 설명도이다.
이상과 같은 라인 헤드를 이용하여 화상 형성 장치를 구성할 수 있다. 그 일 실시예에 있어서는, 4개의 감광체에 4개의 라인 헤드에서 노광하고, 4색의 화상을 동시에 형성하고, 1개의 무단 형상 중간 전사 벨트(중간 전사 매체)에 전사하는, 탠덤식 컬러 프린터(화상 형성 장치)에 이상과 같은 라인 헤드를 이용할 수 있다. 도11은 발광 소자로서 유기 EL 소자를 이용한 탠덤식 화상 형성 장치의 일례를 나타내는 종단 측면도이다. 이 화상 형성 장치는, 마찬가지의 구성의 4개의 라인 헤드(101K, 101C, 101M, 101Y)를, 대응하는 마찬가지의 구성인 4개의 감광체 드럼(상 담지체)(41K, 41C, 41M, 41Y)의 노광 위치에 각각 배치한 것으로, 탠덤 방식의 화상 형성 장치로서 구성되어 있다.
도11에 도시한 바와 같이, 이 화상 형성 장치는 구동 롤러(51)와 종동 롤러(52)와 텐션 롤러(53)가 설치되어 있고, 텐션 롤러(53)에 의해 텐션을 가하여 걸 쳐져, 도시 화살표 방향(반시계 방향)으로 순환 구동되는 중간 전사 벨트(중간 전사 매체)(50)를 구비하고 있다. 이 중간 전사 벨트(50)에 대해 소정 간격으로 배치된 4개의 상 담지체로서의 외주면에 감광층을 갖는 감광체(41K, 41C, 41M, 41Y)가 배치된다.
상기 부호 뒤에 부가된 K, C, M, Y는 각각 흑색, 시안, 마젠타, 옐로우를 의미하고, 각각 흑색, 시안, 마젠타, 옐로우용의 감광체인 것을 나타낸다. 다른 부재에 대해서도 마찬가지이다. 감광체(41K, 41C, 41M, 41Y)는 중간 전사 벨트(50)의 구동과 동기하여 도시 화살표 방향(시계 방향)으로 회전 구동된다. 각 감광체[41(K, C, M, Y)]의 주위에는, 각각 감광체[41(K, C, M, Y)]의 외주면을 일정하게 대전시키는 대전 수단(코로나 대전기)[42(K, C, M, Y)]과, 이 대전 수단[42(K, C, M, Y)]에 의해 일정하게 대전된 외주면을, 감광체[41(K, C, M, Y)]의 회전에 동기하여 차례로 라인 주사하는 본 발명의 상기와 같은 라인 헤드[101(K, C, M, Y)]가 설치되어 있다.
또한, 이 라인 헤드[101(K, C, M, Y)]에서 형성된 정전 잠상에 현상제인 토너를 부여하여 가시 상(토너 상)으로 하는 현상 장치[44(K, C, M, Y)]와, 이 현상 장치[44(K, C, M, Y)]에서 현상된 토너 상을 일차 전사 대상인 중간 전사 벨트(50)에 차례로 전사하는 전사 수단으로서의 일차 전사 롤러[45(K, C, M, Y)]와, 전사된 후에 감광체[41(K, C, M, Y)]의 표면에 잔류하고 있는 토너를 제거하는 클리닝 수단으로서의 클리닝 장치[46(K, C, M, Y)]를 갖고 있다.
여기서, 각 라인 헤드[101(K, C, M, Y)]는 라인 헤드[101(K, C, M, Y)]의 어 레이 방향이 감광체 드럼[41(K, C, M, Y)]의 모선을 따르도록 설치된다. 그리고, 각 라인 헤드[101(K, C, M, Y)]의 발광 에너지 피크 파장과, 감광체[41(K, C, M, Y)]의 감도 피크 파장은 대략 일치하도록 설정되어 있다.
현상 장치[44(K, C, M, Y)]는, 예를 들어 현상제로서 비자성 일성분 토너를 이용하는 것으로, 그 일성분 현상제를 예를 들어 공급 롤러에서 현상 롤러로 반송하고, 현상 롤러 표면에 부착된 현상제의 막 두께를 규제 블레이드로 규제하고, 그 현상 롤러를 감광체[41(K, C, M, Y)]에 접촉 혹은 압박시킴으로써, 감광체[41(K, C, M, Y)]의 전위 레벨에 따라서 현상제를 부착시킴으로써 토너 상로서 현상하는 것이다.
이와 같은 4색의 단색 토너 상 형성 스테이션에 의해 형성된 흑색, 시안, 마젠타, 옐로우의 각 토너 상은, 일차 전사 롤러[45(K, C, M, Y)]에 인가되는 일차 전사 바이어스에 의해 중간 전사 벨트(50) 상에 차례로 일차 전사되고, 중간 전사 벨트(50) 상에서 차례로 중첩되어 풀 컬러로 된 토너 상은, 이차 전사 롤러(66)에 있어서 용지 등의 기록 매체(P)에 이차 전사되고, 정착부인 정착 롤러쌍(61)을 통과시킴으로써 기록 매체(P) 상에 정착되고, 배지 롤러쌍(62)에 의해 장치 상부에 형성된 배지 트레이(68) 상으로 배출된다.
또한, 도11 중 부호 63은 다수매의 기록 매체(P)가 적층 보유 지지되어 있는 급지 카세트, 64는 급지 카세트(63)로부터 기록 매체(P)를 1매씩 급송하는 픽업 롤러, 65는 이차 전사 롤러(66)의 이차 전사부로의 기록 매체(P)의 공급 타이밍을 규정하는 게이트 롤러쌍, 66은 중간 전사 벨트(50)와의 사이에서 이차 전사부를 형성 하는 이차 전사 수단으로서의 이차 전사 롤러, 67은 이차 전사 후에 중간 전사 벨트(50)의 표면에 잔류하고 있는 토너를 제거하는 클리닝 수단으로서의 클리닝 블레이드이다.
본 발명은 이상과 같은 라인 헤드(광 기록 라인 헤드)의 광학계에 관한 것이다. 먼저, 그 원리부터 설명한다.
도12는 본 발명의 기본 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도12는 라인 헤드에 있어서 라인 형상으로 배치된 발광 소자열의 단부 발광 소자(2x)와 그 발광 소자열을 투영하는 마이크로 렌즈(5)와 그 발광 소자열이 투영되는 감광체(상 담지체)(41)의 관계를 나타내는 도면으로, 도12의 (a)는 본 발명의 경우, 도12의 (b)는 종래예의 경우이다. 도12의 (b)의 종래예에서는, 일반적으로 마이크로 렌즈(5)의 개구는 그 외형으로 규정되기 때문에, 단부 발광 소자(2x)의 감광체(41) 상에서의 상인 결상 스폿(8x)은, 단부 발광 소자(2x)와 마이크로 렌즈(5)의 중심을 지나는 직선 상에 결상되기 때문에, 감광체의 진동 등에 기인하여 상면인 감광체(41)의 면이 렌즈 광축(O-O') 방향에 전후하여 도면의 41'의 위치로 이동하면, 감광체(41) 상에서의 결상 스폿(8x)의 위치는 그 직선 상의 위치(8x')로 되고, 결상 스폿의 위치 어긋남이 발생하고, 그 결상 스폿(8x)이 상대적으로 부 주사 방향으로 이동하여 그리는 주사선 사이의 피치에 불균일이 발생해 버린다(주 주사 방향의 결상 스폿의 피치 불균일).
그래서, 본 발명에 있어서는, 도12의 (a)에 도시한 바와 같이, 마이크로 렌즈(5)의 전방측 초점(F)의 위치에 개구 조리개(11)를 광축(O-O')과 동일 축에 배치 한다. 이와 같은 개구 조리개(11)를 마이크로 렌즈(5)의 전방측 초점(F) 위치에 배치하면, 단부 발광 소자(2x)로부터의 주 광선(12)은 개구 조리개(11)의 중심과 통하고, 마이크로 렌즈(5)에서 굴절되어 광축(O-O')과 평행하게 진행하게 되고, 감광체(41)가 광축(O-O') 방향의(41')의 위치로 이동해도, 감광체(41) 상에서의 결상 스폿(8x)의 위치는 마이크로 렌즈(5)에서 굴절 후의 주 광선(12)의 위치(8x')로 되고, 감광체(41)의 위치가 전후로 흔들려도 결상 스폿(8x)의 위치 어긋남은 발생하지 않는다. 그로 인해, 종래와 같은 주 주사 방향의 결상 스폿(8x)의 피치 불일정은 일어나지 않고, 결상 스폿(8x)이 부 주사 방향으로 이동하여 그리는 주사선 사이의 피치에 불균일이 발생하지 않는다.
즉, 본 발명은 주 주사 방향으로 복수의 발광 소자가 열 형상으로 배치되고, 그 복수의 발광 소자에 대응하여 1개의 정(正) 렌즈계가 배치되고, 그 발광 소자의 열의 상(결상 스폿의 어레이)을 투영면(감광체) 상에 투영함으로써 화상을 형성하는 라인 헤드에 있어서, 그 투영 광학계를 소위 상측(像側)에 텔레센트릭 구성으로 함으로써, 투영면(감광체)의 위치가 광축 방향으로 어긋나도 결상 스폿의 위치 어긋남이 발생하지 않도록 하여, 형성되는 화상의 열화를 방지하는 것이다.
그리고, 개구 조리개(11)의 기능으로서는, 적어도 축외의 결상 스폿의 위치 어긋남이 문제가 되는 방향(주 주사 방향)의 개구 직경을 제한하는 형상이면 되므로, 종래예(특허 문헌 1, 3)와 같이 1개의 정 렌즈계에 대해 1열의 발광 소자의 어레이를 배치하는 경우에는, 주 주사 방향의 개구 직경을 제한하는 것뿐인 형상이라도 좋다. 또한, 본 발명의 상기 실시 형태와 같이 부 주사 방향으로 매우 근접하 여 2열의 어레이를 배치하는 경우(도4)에서도, 주 주사 방향의 개구 직경을 제한하는 형상이라도 좋으나, 물론 부 주사 방향의 개구 직경도 제한하는 형상으로 해도 좋다. 그것을 위해서는, 원형, 타원형, 직사각형의 어느 개구 형상이라도 좋다.
그런데, 도12의 설명에서는, 마이크로 렌즈(5)는 1개의 정 렌즈로 이루어지는 것을 전제로고 하고 있었으나, 2매의 정 렌즈를 동일 축에 배치되어 이루어지는 정 굴절력의 렌즈계로 구성하는 것이 수차 보정의 자유도 등의 관점에서 더 바람직하다.
그 경우에, 마이크로 렌즈(5)를 구성하는 2매의 정 렌즈를 박육 렌즈로 생각하여, 그 상측에 텔레센트릭 렌즈계의 단부 발광 소자(2x)로부터 나오는 광선의 화각에 대해 고찰한다.
먼저, 각 파라미터의 부호에 대해 도13과 같이 정의해 둔다. 즉, 광축(O-O')으로부터 측정한 각도(θ)는 우측 주위를 정, 광축(O-O')으로부터 측정한 상 높이(h)는 상(上)측을 정(正), 박육 렌즈로부터 측정한 광축(O-O') 방향의 거리를 우(右)측을 정(正)으로 하고, 부호 뒤의 소문자 "o"는 물체측의 파라미터를, 부호 뒤의 소문자 "i"는 상면(像面)측의 파라미터를 의미하는 것으로 한다.
제1 정 렌즈(L1)와 제2 정 렌즈(L2)로 이루어지는 렌즈계(마이크로 렌즈)(5)가 상측(像側) 텔레센트릭이기 때문에, 입사동(入射瞳)이 렌즈계(5)의 전방측 초점 위치에 위치하도록 조리개(11)가 배치된다. 따라서, 렌즈계 합성 초점 거리를 ftotal, 렌즈계 물체측 주면에 대한 광원[발광체 어레이(1)] 위치를 So, 발광체 블 록(4) 중의 단부 발광 소자(2x) 사이의 발광 소자 그룹 폭(전체 폭)을 Wo로 하여, 단부 발광 소자(2x)의 화각(ω)은 도14를 참조로 하면, 다음의 식(1)로 나타내어진다.
ω = (Wo/2)/(-So - ftotal) …(1)
여기서, 감광체면(상면)(41)에서의 단부 발광 소자(2x)의 상인 결상 스폿(8x) 사이의 결상 스폿 그룹 폭(전체 폭)을 Wi, 횡배율을 β, 렌즈계 상측 주면에 대한 상면 위치를 Si로 하여, Wo 및 So는 하기 식(2)와 같이 나타내어진다.
Wo = -Wi/β = -WiㆍSo/Si …(2)
근축 결상식으로부터,
1/Si = 1/So + 1/ftotal …(3)
로 쓸 수 있고, So에 대해 풀면,
So = Siㆍftotal/(ftotal - Si) …(4)
으로 된다.
식(1)에 식(2), 식(4)를 대입하여 정리하면,
ω = Wi/(2ftotal) …(5)
로 쓸 수 있다.
여기서, 합성 초점 거리(ftotal)는, 제1 정 렌즈(L1)의 초점 거리를 f1, 제2 정 렌즈(L2)의 초점 거리를 f2, 제1 정 렌즈(L1)와 제2 정 렌즈(L2) 사이의 거리를 d1로 하면, 하기 식(6)과 같이 나타내어진다.
ftotal = f1ㆍf2/(f1 + f2 - d1) …(6)
식(5)에 식(6)을 대입하면,
ω = Wi(f1 + f2 - d1)/(2f1ㆍf2) …(7)
로 된다.
식(7)의 d1에 착안하면, (f1 + f2) ≥ d1에 있어서, d1이 가능한 한 큰 쪽이 ω는 작아진다. 구조적인 제약 등에 의해 조리개(11)의 배치가 제1 정 렌즈(L1)보다도 물체측에 제한되는 경우, 상측 텔레센트릭으로 하기 위해서는, 렌즈 간격(d1)은 다음의 식(8)과 같이 제한된다.
0 ≤ d1 ≤ f2 …(8)
식(8)의 범위에서 식(7)로 나타내어지는 화각(ω)을 가능한 한 작게 하기 위해, d1을 가능한 한 크게 취한다는 것은, d1을 가능한 한 f2에 가까운 값으로 설정하는 것이 된다. 이때, 조리개(11)와 제1 정 렌즈(L1)의 간격은 제로에 가까워진다. d1 = f2를 식(6)에 대입하여 정리하면, ftotal = f2로 된다(도15).
이상으로부터, 조리개(11)가 제1 정 렌즈(L1)보다 발광체 어레이(1)측에 배치되는 2매 정 렌즈 광학계(5)의 박육 렌즈로서의 검토에 있어서, 상측 텔레센트릭 에서, cos4승 법칙에 따라서 주변의 광량 저하가 커지는 섀이딩 현상을 가능한 한 적게 하기 위해, 이 광학계의 화각을 작게 하기 위해서는, 2매의 정 렌즈(L1, L2)로 이루어지는 렌즈계(5)의 전방측 초점면에 조리개(11)를 배치하고, 제1 정 렌즈(L1)를 조리개(11)에 근접시켜 배치하는 것이 바람직하고, 이때, 조리개(11)와 제1 정 렌즈(L1)는, 도15에 도시한 바와 같이 제2 정 렌즈(L2)의 전방측 초점면에 가까워진다.
이상은, 박육 렌즈로서의 검토이나, 이것을 실제로 구성하는 후육 렌즈계로 구성하는 경우에 대해 검토를 진행한다.
조리개(11)가 제1 정 렌즈(L1)보다도 전방(물체측)에 배치되는 렌즈계(5)에 있어서, 2매의 정 렌즈(L1, L2)를 후육 렌즈로 한 경우라도, 렌즈계(5)가 상측에 텔레센트릭하기 위해서는, 조리개(11)가 2매의 정 렌즈(L1, L2)의 합성 광학계의 전방측 초점 위치에 배치되어 있으면 좋다. 또한, 상기한 박육 렌즈로서의 검토 결과로부터, 제1 정 렌즈(L1)로 조리개(11)를 근접하여 배치함으로써, 화각을 작게 할 수 있어 섀이딩의 영향을 작게 할 수 있다. 후술하는 구체적 수치예의 제1 실시예는, 조리개(11)의 면과 제1 정 렌즈(L1)의 물체측의 면의 간격을 제로로 한 것이다.
또한, 후육 렌즈에 있어서는 입사면(물체측면), 사출면(상면 측면)의 파워 배분에 의해 주면 위치가 변화되나, 제1 정 렌즈(L1)를 입사면 볼록의 볼록 평면 정 렌즈로 함으로써 제1 정 렌즈(L1) 후방측 주면이 양면 볼록 정 렌즈에 비해 입사면측에 오기 때문에, 제1 정 렌즈(L1) 후방측 주면과 제2 정 렌즈(L2) 전방측 주 면의 간격을 더 넓게 취할 수 있다. 또한, 그 경우에, 제1 정 렌즈(L1)의 렌즈 형성면(곡면)이 1면으로 되어 제조가 용이해진다는 이점도 있다. 후술하는 구체적 수치예의 제2 실시예는, 제1 실시예에 대해, 제1 정 렌즈(L1)를 초점 거리는 그대로 하면서 볼록 평면 정 렌즈로 한 것이며, 최대 화각이 제1 실시예의 경우보다 작게 되어 있다.
또한, 제1 정 렌즈(L1)의 입사면이 볼록면인 경우에, 조리개(11)의 개구에 제1 정 렌즈(L1)의 입사면이 파고들어가도록 제1 정 렌즈(L1)를 배치하는, 즉 제1 정 렌즈(L1)의 입사면의 정상점이 조리개(11)의 면보다도 물체측에 오도록 배치함으로써, 제1 정 렌즈(L1)의 후방측 주면과 제2 정 렌즈(L2)의 전방측 주면의 간격을 더 넓게 취할 수 있다(제3 실시예). 또한, 이 경우 조리개(11)의 배치 위치는 정 렌즈(L1, L2)의 합성 광학계의 전방측 초점 위치이나, 그 전방측 초점이 제1 정 렌즈(L1) 중에 잠입되어 있고, 상측으로부터 평행광을 입사시킨 경우에 제1 정 렌즈(L1) 내에 집광하고, 그 후 그 집광점으로부터 발산하는 발산광으로 되어, 제1 정 렌즈(L1)의 입사면에서 발산각이 약해져 물체측으로 나간다. 그 집광점(발산광)의 물체측으로부터 본 상은 허상이나, 그 허상이 존재하는 면이 렌즈계 전체의 전방측 초점면이다. 따라서, 그 전방측 초점면에 조리개(11)를 배치함으로써 상측에 텔레센트릭인 구성으로 된다.
또한, 조리개(11)는 제1 정 렌즈(L1)의 입사면 위치가 아니고, 또한 조리개(11)의 개구 내에 제1 정 렌즈(L1)의 입사면이 파고들어가도록 배치하는 것이 아니고, 제1 정 렌즈(L1)의 입사면의 최대한 근방에 배치하도록 해도, 2매의 정 렌 즈(L1, L2)로 이루어지는 렌즈계(5)의 전방측 초점면에 조리개(11)를 배치하는 한, 이 광학계의 화각을 작게 할 수 있고, cos4승 법칙을 기초로 하는 섀이딩 현상을 적게 할 수 있다(제4 실시예).
이상과 같이, 마이크로 렌즈(5)로서 2매의 정 렌즈를 동일 축에 배치되어 이루어지는 정 굴절력의 렌즈계로 구성하고, 그 합성 광학계의 전방측 초점을 제1 정 렌즈(L1)의 입사면 근방에 위치시켜, 그 전방측 초점 위치에 개구 조리개(11)를 배치함으로써, 상측에 텔레센트릭인 구성으로 되고, 투영면(감광체)(41)의 위치가 광축 방향으로 어긋나도 결상 스폿의 위치 어긋남이 발생하지 않고, 또한 렌즈의 cos4승 법칙에 따라서 주변의 광량 저하가 커지는 섀이딩 현상은 최대한 작아져, 발광체 어레이(1)에 라인 형상으로 배치된 발광 소자열의 결상 스폿(8)의 농도 불균일은 일어나기 어렵다.
따라서, 이상의 본 발명에 의한 라인 헤드의 광학계를 광 기록 라인 헤드에 이용하면, 종래와 같은 주 주사 방향의 결상 스폿(8)의 피치 불균일은 일어나지 않고, 결상 스폿(8)이 부 주사 방향으로 이동하여 그리는 주사선 사이의 피치에 불일정이 발생하지 않는다.
또한, 종래와 같은 마이크로 렌즈(5)의 섀이딩에 의한 결상 스폿(8) 사이의 농도 불균일이 일어나기 어렵고, 결상 스폿(8)이 부 주사 방향으로 이동하여 그리는 주사선 사이의 농도 불균일이 발생하기 어렵다.
또한, 이상에 있어서, 정 렌즈(L1, L2)의 합성 광학계의 전방측 초점 위치를 제1 정 렌즈(L1)의 입사면에 근접하여 (근방에) 위치시키고 있으나, 본 발명에 있 어서는, 합성 광학계의 합성 초점 거리(ftotal)의 ±10 ％ 이내에 제1 정 렌즈(L1)의 입사면이 위치하고 있는 경우를, 근접하거나 혹은 근방에 위치하고 있는 것으로 하고 있다.
그런데, 라인 헤드의 광학계가 이상과 같은 상측에 텔레센트릭인 마이크로 렌즈(5)가 주 주사 방향에 1열밖에 배치되어 있지 않은 구성의 경우에는, 특정한 마이크로 렌즈(5)에 의한 라인 형상으로 배치된 발광 소자열의 단부 발광 소자(2x)의 상인 결상 스폿(8x)과, 인접하는 마이크로 렌즈(5)에 의한 인접하는 결상 스폿(8x)과의 간격이 1개의 마이크로 렌즈(5)에 의해 결상된 결상 스폿열의 피치와 동일하도록 하기 위해서는, 단부 발광 소자(2x)의 상의 결상 스폿(8x)은 결상 스폿열 중의 다른 결상 스폿의 광량에 비해 이미지 서클의 영향에 의해 저하할 수밖에 없다. 그것을 피하기 위해서는, 도1 내지 도10에서 도시한 바와 같이, 주 주사 방향으로 발광체 블록(4)을 간격을 두고 배치하고, 또한 부 주사 방향으로 발광체 블록(4)을 복수 배열한 구성으로 하고, 또한 그 발광체 블록(4)의 배열에 대응하여 마이크로 렌즈 어레이(6)도 주 주사 방향 및 부 주사 방향으로 마이크로 렌즈(5)가 배치된 이차원적인 것으로 함으로써, 이와 같은 단부 발광 소자(2x)의 상의 결상 스폿(8x)의 광량이 저하되는 문제를 해결할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 주 주사 방향으로 복수의 발광 소자가 열 형상으로 배치되고, 그 복수의 발광 소자에 대응하여 1개의 정 렌즈계가 배치되고, 그 발광 소자의 열의 상(像)(결상 스폿의 어레이)을 투영면(감광체) 위에 투영함으로써 화 상을 형성하는 라인 헤드에 있어서, 그 투영 광학계를 2매의 정 렌즈로 이루어져 상측에 텔레센트릭이며, 물체측의 정 렌즈의 입사면을 가능한 한 개구 조리개에 근접하여 배치함으로써, 투영면(감광체)의 위치가 광축 방향으로 어긋나도 결상 스폿의 위치 어긋남이 발생하지 않고, 또한 결상 스폿간의 농도 불균일을 작게 하여, 형성되는 화상의 열화를 방지하는 것이다.
그리고, 개구 조리개(11)의 기능으로서는, 적어도 축외의 결상 스폿의 위치 어긋남이 문제가 되는 방향(주 주사 방향)의 개구 직경을 제한하는 형상이면 되므로, 종래예(특허 문헌 1, 3)와 같이 1개의 정 렌즈계에 대해 1열의 발광 소자의 어레이를 배치하는 경우에는, 주 주사 방향의 개구 직경을 제한하는 것뿐인 형상이라도 좋다. 또한, 본 발명의 상기 실시 형태와 같이 부 주사 방향으로 최대한 근접하여 2열의 어레이를 배치하는 경우(도4)라도, 주 주사 방향의 개구 직경을 제한하는 형상이라도 좋으나, 물론 부 주사 방향의 개구 직경도 제한하는 형상으로 해도 좋다. 그것을 위해서는, 원형, 타원형, 직사각형의 어느 개구 형상이라도 좋다.
그런데, 도15의 설명에서는, 마이크로 렌즈(5)를 구성하는 각각의 정 렌즈(L1, L2)는 1매의 렌즈로 이루어지는 것으로 하고 있었으나, 각각 2매 이상의 렌즈가 동일 축에 배치되어 이루어지는 정 굴절력의 렌즈계로 이루어져 있어도 좋다.
또한, 이상의 설명에서는, 마이크로 렌즈(5)는 주 주사 방향과 부 주사 방향의 초점 거리, 초점 위치가 일치하는 축 대칭인 렌즈계를 전제로 하고 있었으나, 마이크로 렌즈(5)를 구성하는 렌즈계가 애너모픽 렌즈계로 이루어지고, 주 주사 방향과 부 주사 방향의 초점 거리와 배율이 다른 것을 이용해도 좋다. 그 경우는, 주 주사 방향(주 주사 단면)에 있어서, 상측 텔레센트릭이 되도록 개구 조리개(11)를 배치하고, 또한 그 개구 조리개(11)의 위치(합성 광학계의 주 주사 방향의 전방측 초점 위치)에 근접하여 합성 광학계의 가장 물체측의 면이 위치하도록 구성하면 좋다.
이상은, 광 기록 라인 헤드의 광학계였으나, 광로를 반대로 하여, 주 주사 방향으로 복수의 수광 소자가 열 형상으로 배치되고, 그 복수의 수광 소자에 대응하여 1개의 정 렌즈가 배치되고, 그 수광 소자의 열의 상(판독 스폿의 어레이)을 판독면에 역투영함으로써 화상을 판독하는 광 판독 라인 헤드의 경우도, 그 투영 광학계를 2매의 정 렌즈로 이루어져 물체측에 텔레센트릭이며, 상면측의 정 렌즈의 입사면을 가능한 한 개구 조리개에 근접하여 배치함으로써, 판독면의 위치가 광축 방향으로 어긋나도 판독 스폿의 위치 어긋남이 발생하지 않고, 또한 판독간의 농도 불균일을 작게 하여, 형성되는 판독 화상의 열화를 방지하도록 할 수도 있다. 이 경우에는, 도12의 (a), 도15에 있어서, 부호 41은 판독면, 부호 2x는 단부 수광 소자로 되고, 그 원리는 광 기록 라인 헤드의 광학계와 마찬가지이다.
다음에, 이와 같은 본 발명의 원리를 적용한 일 실시예의 광 기록 라인 헤드를 설명한다.
도16은 본 실시예의 광 기록 라인 헤드의 구성을 도시하는 일부를 파단한 사시도이고, 도17은 그 부 주사 방향을 따라 취한 단면도이다. 또한, 도18은 이 경우의 발광체 어레이와 마이크로 렌즈 어레이의 배치를 도시하는 평면도이다. 또한, 도19는 1개의 마이크로 렌즈와 그것에 대응하는 발광체 블록과의 대응 관계를 나타내는 도면이다.
본 실시예에서는, 도4, 도7의 경우와 마찬가지로, 주 주사 방향으로 4개의 본 예에서는 유기 EL 소자로 이루어지는 발광 소자(2)를 배열한 발광 소자열(3)을, 부 주사 방향으로 2열 형성하여 1개의 발광체 블록(4)으로 하고, 그 발광체 블록(4)을 주 주사 방향 및 부 주사 방향으로 복수 설치하여 발광체 어레이(1)가 형성되어 있고, 발광체 블록(4)은 부 주사 방향에서는 주 주사 방향의 선두 위치를 어긋나게 하여 지그재그 형상으로 배열되어 있다. 도16의 예에서는, 발광체 블록(4)이 부 주사 방향으로 3열 배치되어 있다. 이와 같은 발광체 어레이(1)는 유리 기판(20)의 이면 상에 형성되어 있고, 동일한 유리 기판(20)의 이면 상에 형성된 구동 회로에 의해 구동된다. 또한, 유리 기판(20)의 이면의 유기 EL 소자[발광 소자(2)]는 밀봉 부재(27)로 밀봉되어 있다.
유리 기판(20)은 긴 케이스(21)에 형성된 수용 구멍(22) 중에 끼워 넣어지고, 이면 덮개(23)를 씌워 고정 금속 부재(24)에 의해 고정된다. 긴 케이스(21)의 양단에 설치한 위치 결정 핀(25)을 대향하는 화상 형성 장치 본체의 위치 결정 구멍에 끼워 넣게 하는 동시에, 긴 케이스(21)의 양단부에 형성한 나사 삽입 구멍(26)을 통해 고정 나사를 화상 형성 장치 본체의 나사 구멍에 끼워 넣어 고정함으로써, 광 기록 라인 헤드(101)가 소정 위치에 고정되어 있다.
그리고, 케이스(21)의 유리 기판(20)의 표면측에는, 제1 스페이서(71)를 통해, 발광체 어레이(1)의 각 발광체 블록(4)의 중심과 정렬하도록 개구(31)(도20, 도21)가 형성된 조리개판(30)이 배치되고, 그 위에 제2 스페이서(72)를 통해, 발광 체 어레이(1)의 각 발광체 블록(4)의 중심과 정 렌즈(L1)가 정렬하도록 그 정 렌즈(L1)를 구성 요소로 하는 제1 마이크로 렌즈 어레이(61)가 배치되고, 또한 그 위에 제3 스페이서(73)를 통해, 발광체 어레이(1)의 각 발광체 블록(4)의 중심과 정 렌즈(L2)가 정렬하도록 그 정 렌즈(L2)를 구성 요소로 하는 제2 마이크로 렌즈 어레이(62)가 고정되어 있다.
이와 같이, 각 발광체 블록(4)의 발광 소자열을 투영하는 마이크로 렌즈(5)의 렌즈 어레이는 제1 마이크로 렌즈 어레이(61)와 제2 마이크로 렌즈 어레이(62)의 조합으로 이루어진다.
그리고, 본 발명을 기초로 하여, 제1 마이크로 렌즈 어레이(61)를 구성하는 정 렌즈(L1)와 제2 마이크로 렌즈 어레이(62)를 구성하는 정 렌즈(L2)의 합성 렌즈계의 물체측(전방측) 초점 위치에 일치하여 조리개판(30)이 배치되고, 또한 마이크로 렌즈(5)[정 렌즈(L1) + 정 렌즈(L2)]의 물체측 초점이 정 렌즈(L1)의 물체측의 면에 일치 내지 근접하도록 제1 스페이서(71)와 제2 스페이서(72)와 제3 스페이서(73)의 두께가 설정되어 있다. 조리개판(30)의 상세는 도20, 도21에 도시되어 있다. 도20은 발광체 어레이(1)의 발광체 블록(4)에 대응하여 배치된 조리개판(30)의 평면도이고, 도21은 1개의 발광체 블록(4)에 대한 조리개판(30)의 개구(31)를 도시하는 도면이다. 조리개판(30)에는, 정 렌즈(L1)와 정 렌즈(L2)로 이루어지는 마이크로 렌즈(5) 각각의 중심(광축)과 발광체 블록(4)의 중심에 정렬하여 개구(31)가 형성되어 있고, 본 실시예에서는, 각 개구(31)의 형상이 주 주사 방향의 개구 직경을 부 주사 방향 이상으로 제한하는 형상의 대략 타원 형상으로 구 성되어 있으나, 상기한 바와 같이 원형, 타원형, 직사각형 등의 개구 형상이라도 좋다.
이상의 실시예는 발광 소자(2)로서 유리 기판(20)의 이면에 설치한 유기 EL 소자를 이용하고, 그 유리 기판(20)의 표면측에 발광하는 광을 이용하는 소위 버텀 이미션(bottom emission) 배치의 광 기록 라인 헤드(101)였으나, 기판의 표면측에 발광 소자(2)를 배치하는 EL 소자나 LED를 이용하도록 해도 좋다.
그런데, 이상의 설명에 있어서, 발광체 어레이(1)는 도7, 도18에 도시한 바와 같이, 발광 소자(2)를 주 주사 방향으로 복수 배열한 발광 소자열(3)을 부 주사 방향으로 1열 혹은 복수열 설치하여 발광체 블록(4)을 형성하고, 각 발광체 블록(4)에 마이크로 렌즈(5)가 대응하여 배치되어 있는 것으로 해 왔다. 그러나, 발광 소자(2)를 주 주사 방향으로 미세한 간격으로 연속하는 긴 열 형상으로 배치하고, 그 중 발광체 블록(4)에 대응하는 발광 소자군만을 발광시키도록 제어하고, 그 발광 소자군 사이의 발광 소자는 발광시키지 않도록 제어함으로써, 도7, 도18의 경우와 같은 발광체 블록(4)을 구성할 수 있다. 도22에 그 경우의 도18에 대응하는 도면을 도시한다. 즉, 발광체 어레이(1)로서, 발광 소자(2)가 주 주사 방향으로 미세한 동일한 간격으로 연속하는 긴 열 형상의 발광 소자열(3')로서 배열되고, 그 중 마이크로 렌즈(5)를 통해 결상 스폿(8)의 형성에 관여시키는 발광 소자(2')(○로 표시)의 군만이 발광 제어되고, 그 발광 소자(2')의 군 사이에 존재하는 발광 소자(2")(●로 표시)의 군은 발광시키지 않도록 하여, 발광체 블록(4)의 각각을 구성할 수 있다. 도22의 경우에는, 마이크로 렌즈(5)가 주 주사 방향으로 3열 배치 되고, 마이크로 렌즈(5)의 각 열에 대응하도록 2열의 발광 소자열(3')이 부 주사 방향으로 2열 형성되고, 그 2열의 발광 소자열(3') 중 발광 소자(2)가 지그재그 형상의 배치가 되도록 되어 있고, 각각의 발광 소자열(3') 중 4개의 발광 소자(2')만이 발광되고, 그 4개의 발광 소자(2') 사이의 8개의 발광 소자(2")는 발광하지 않도록 제어되어 있다.
또한, 이상의 설명에 있어서, 주 주사 방향으로 신장하는 1개의 직선을 그리기 위해 전체 발광체 블록(4) 중 모든 발광 소자(2, 2')를 타이밍을 조정하여 점등한 경우, 상 담지체(41) 상에 나열되는 결상 스폿(8)은 발광체 블록(4) 사이에서 과부족 없이 인접하여 나열하도록 구성되는 것으로 했다. 그러나, 발광체 블록(4)을 구성하는 발광 소자(2, 2') 사이에 상 담지체(41) 상에서 결상 스폿(8)이 겹치도록, 발광체 블록(4)을 구성하는 발광 소자(2, 2')의 개수와 위치를 용장성을 갖도록 설정해도 좋다. 이와 같이 함으로써, 예를 들어 발광체 블록(4)의 단부 근방의 발광 소자(2, 2')의 상인 결상 스폿(8)에 농도 불균일이 발생해도 서로 중첩시킴으로써 그것을 보정하도록 할 수 있다.
도23은, 그 일례로서, 발광체 어레이(1)가 도22의 구성의 경우에, 각 발광체 블록(4)을 구성하는 발광 소자(2')를 4 × 2개에 1개[발광 소자(2a)] 늘려, 인접하는 마이크로 렌즈(5)에 의해 상 담지체(41) 상에 나열하는 결상 스폿(8)의 열이 단부에서 서로 1개의 결상 스폿(8)만큼 겹쳐 노광되도록 한 예를 도시한 도면이다. 단, 도23은 발광체 어레이(1)측에서 발광 소자(2a)가 인접하는 발광체 블록(4)의 반대측의 단부에서 겹치도록 도시하고 있으나(점선 사이의 발광 소자), 이 도면이 올바른 것은 마이크로 렌즈(5)의 결상 배율이 -1배일 때이다.
그런데, 본 발명의 광 기록 라인 헤드(101)에 이용하는 마이크로 렌즈 어레이(61, 62)는 종래 공지의 어떠한 구성의 것이라도 사용 가능하나, 도24에, 제1 마이크로 렌즈 어레이(61)와 제2 마이크로 렌즈 어레이(62)를 각 마이크로 렌즈(L1, L2)가 동일 축에 정렬하도록 조합하여 마이크로 렌즈(5)의 어레이를 구성하는 경우(도16, 도17)의 주 주사 방향을 따라 취한 단면도를 도시한다. 이 예에서는 각각의 마이크로 렌즈 어레이(61, 62)의 유리 기판(34)의 한쪽 면(물체측)에 정렬하여 투명 수지로 이루어지는 렌즈면부(35)를 일체로 성형하여 각 마이크로 렌즈(L1, L2)를 구성한 것이다. 이 경우 제2 마이크로 렌즈 어레이(62)의 상측의 면을 평면으로 함으로써, 예를 들어 화상 형성 장치의 라인 헤드의 마이크로 렌즈 어레이로서 이용할 때, 현상제의 토너가 비산하여 마이크로 렌즈 어레이의 그 평면에 부착되어도 간단히 청소할 수 있어 클리닝성이 향상되게 된다.
다음에, 상기 실시예에 이용하는 광학계의 구체적 수치예를 제1 내지 제4 실시예로서 도시한다.
도25의 (a), 도25의 (b)는 제1 실시예의 1개의 마이크로 렌즈(5)에 대응하는 광학계의 각각 주 주사 방향, 부 주사 방향의 단면도이며, 발광 소자(2)의 사출측에 유리 기판이 배치되어 있지 않고, 마이크로 렌즈(5)가 양면 볼록 정 렌즈(L1)와 양면 볼록 정 렌즈(L2)로 이루어지는 합성 렌즈계로 하고, 조리개판(30)을 양면 볼록 정 렌즈(L1)와 양면 볼록 정 렌즈(L2)로 이루어지는 합성 렌즈계의 물체측(전방측) 초점에 배치되어 상측에 텔레센트릭으로 되어 있고, 또한 그 물체측의 양면 볼 록 정 렌즈(L1)의 물체측의 렌즈면(볼록면)의 면 정상이 그 물체측 초점에 일치하고 있는 마이크로 렌즈(5)의 예이다.
본 실시예의 수치 데이터를 하기에 나타내나, 발광체 블록(4)측으로부터 감광체(상면)(41)측으로 차례로, r1, r2 …는 각 광학면의 곡률 반경(㎜), d1, d2 …는 각 광학면 사이의 간격(㎜), nd1, nd2 …는 각 투명 매체의 d선의 굴절률, υd1, υd2 …는 각 투명 매체의 아베수이다. 또한, r1, r2 …는 광학면도 나타내는 것으로 하고, 광학면 r1은 발광체 블록(물체면)(4), 광학면 r2는 조리개판(30)의 개구(31), r3, r4는 양면 볼록 정 렌즈(L1)의 물체측의 면, 상측의 면, 광학면 r5, r6은 양면 볼록 정 렌즈(L)의 물체측의 면, 상측의 면, 광학면 r7은 감광체(상면)(41)이다. 또한, 양면 볼록 정 렌즈(L1)의 물체측의 면은 비구면이나, 비구면 형상은 광축으로부터의 거리를 r로 할 때,
cr2/[1 + √{1 - (1 + K)c2r2}] + Ar4
로 나타내어진다. 단, c는 광축상(光軸上) 곡률(1/r), K는 코닉 계수, A는 4차의 비구면 계수이다. 하기의 수치 데이터 중, K3, A3는 양면 볼록 정 렌즈(L1)의 물체측의 면의 각각 코닉 계수, 4차의 비구면 계수이다.
도26의 (a), 도26의 (b)는 제2 실시예의 1개의 마이크로 렌즈(5)에 대응하는 광학계의 각각 주 주사 방향, 부 주사 방향의 단면도이며, 발광 소자(2)의 사출측 에 유리 기판이 배치되어 있지 않고, 마이크로 렌즈(5)가 볼록 평면 정 렌즈(L1)가 양면 볼록 정 렌즈(L2)로 이루어지는 합성 렌즈계로 하고, 조리개판(30)을 볼록 평면 정 렌즈(L1)가 양면 볼록 정 렌즈(L2)로 이루어지는 합성 렌즈계의 물체측(전방측) 초점에 배치되어 상측에 텔레센트릭으로 되어 있고, 또한 그 볼록 평면 정 렌즈(L1)의 물체측의 렌즈면(볼록면)의 면 정상이 그 물체측 초점에 일치하고 있는 마이크로 렌즈(5)의 예이다.
본 실시예는 제1 실시예에 대해, 제1 정 렌즈(L1)를 초점 거리는 그대로 하면서 볼록 평면 정 렌즈로 한 것이며, 최대 화각이 제1 실시예보다 작게 되어 있다. 또한, 상면의 결상 상태가 좋아지도록 발광체 블록(4)으로부터 조리개판(30)까지의 거리를 조정하고 있다.
이와 같이, 제1 정 렌즈(L1)를 볼록 평면 정 렌즈로 함으로써, 제1 마이크로 렌즈 어레이(61)로서 형성하는 렌즈 형성면이 한쪽 면만으로 되어, 그 제조가 용이해진다는 이점이 있다.
본 실시예의 수치 데이터를 하기에 나타내나, 발광체 블록(4)측으로부터 감광체(상면)(41)측으로 차례로, r1, r2 …는 각 광학면의 곡률 반경(㎜), d1, d2 …는 각 광학면 사이의 간격(㎜), nd1, nd2 …는 각 투명 매체의 d선의 굴절률, υd1, υd2 …는 각 투명 매체의 아베수이다. 또한, r1, r2 …는 광학면도 나타내는 것으로 하고, 광학면 r1은 발광체 블록(물체면)(4), 광학면 r2는 조리개판(30)의 개구(31), r3, r4는 볼록 평면 정 렌즈(L1)의 물체측의 면, 상측의 면, 광학면 r5, r6은 양면 볼록 정 렌즈(L)의 물체측의 면, 상측의 면, 광학면 r7은 감광체(상면)(41)이다. 또한, 볼록 평면 정 렌즈(L1)의 물체측의 면은 비구면이나, 비구면 형상은 광축으로부터의 거리를 r로 할 때,
cr2/[1 + √{1 - (1 + K)c2r2}] + Ar4
로 나타내어진다. 단, c는 광축상 곡률(1/r), K는 코닉 계수, A는 4차의 비구면 계수이다. 하기의 수치 데이터 중, K3, A3는 볼록 평면 정 렌즈(L1)의 물체측의 면의 각각 코닉 계수, 4차의 비구면 계수이다.
도27의 (a), 도27의 (b)는 제3 실시예의 1개의 마이크로 렌즈(5)에 대응하는 광학계의 각각 주 주사 방향, 부 주사 방향의 단면도이며, 발광 소자(2)의 사출측에 유리 기판이 배치되어 있지 않고, 마이크로 렌즈(5)가 볼록 평면 정 렌즈(L1)가 양면 볼록 정 렌즈(L2)로 이루어지는 합성 렌즈계로 하고, 조리개판(30)을 볼록 평면 정 렌즈(L1)가 양면 볼록 정 렌즈(L2)로 이루어지는 합성 렌즈계의 물체측(전방측) 초점에 배치되어 상측에 텔레센트릭으로 되어 있고, 또한 그 볼록 평면 정 렌즈(L1)의 물체측의 볼록면이 조리개판(30)의 개구(31) 내에 파고들어가도록 되어 있는 마이크로 렌즈(5)의 예이다.
즉, 볼록 평면 정 렌즈(L1)의 입사면(볼록면)의 정상점이 조리개판(30)의 면보다도 물체측에 오도록 배치함으로써, 볼록 평면 정 렌즈(L1)의 후방측 주면과 양면 볼록 정 렌즈(L2)의 전방측 주면의 간격을 더 넓게 취할 수 있다. 또한, 이 경 우, 조리개판(30)의 배치 위치는, 볼록 평면 정 렌즈(L1)가 양면 볼록 정 렌즈(L2)로 이루어지는 합성 렌즈계의 전방측 초점 위치이나, 그 전방측 초점이 볼록 평면 정 렌즈(L1) 중에 잠입되어 있고, 상측으로부터 평행광을 입사시킨 경우에 볼록 평면 정 렌즈(L1) 내에 집광하고, 그 후 그 집광점으로부터 발산하는 발산광으로 되어, 볼록 평면 정 렌즈(L1)의 입사면(볼록면)에서 발산각이 약하게 물체측으로 나간다. 그 집광점(발산광)의 물체측으로부터 본 상은 허상이나, 그 허상이 존재하는 면이 렌즈계 전체의 전방측 초점면이다. 따라서, 그 전방측 초점면에 조리개판(30)을 배치함으로써 상측에 텔레센트릭 구성으로 된다.
본 실시예의 수치 데이터를 하기에 나타내나, 발광체 블록(4)측으로부터 감광체(상면)(41)측으로 차례로, r1, r2 …는 각 광학면의 곡률 반경(㎜), d1, d2 …는 각 광학면 사이의 간격(㎜), nd1, nd2 …는 각 투명 매체의 d선의 굴절률, υd1, υd2 …는 각 투명 매체의 아베수이다. 또한, r1, r2 …는 광학면도 나타내는 것으로 하고, 광학면 r1은 발광체 블록(물체면)(4), 광학면 r2는 조리개판(30)의 개구(31), r3, r4는 볼록 평면 정 렌즈(L1)의 물체측의 면, 상측의 면, 광학면 r5, r6은 양면 볼록 정 렌즈(L)의 물체측의 면, 상측의 면, 광학면 r7은 감광체(상면)(41)이다. 또한, 볼록 평면 정 렌즈(L1)의 물체측의 면은 비구면이나, 비구면 형상은 광축으로부터의 거리를 r로 할 때,
cr2/[1 + √{1 - (1 + K)c2r2}] + Ar4
로 나타내어진다. 단, c는 광축상 곡률(1/r), K는 코닉 계수, A는 4차의 비구면 계수이다. 하기의 수치 데이터 중, K3, A3은 볼록 평면 정 렌즈(L1)의 물체측의 면의 각각 코닉 계수, 4차의 비구면 계수이다.
또한, 제3 실시예는 렌즈(L1) 내부에 개구 조리개를 형성하는 것이 곤란한 경우라도, 제1 정 렌즈(L1)의 입사면의 볼록면의 주위의 면 상에 조리개(30)를 일체로 형성할 수 있다. 즉, 도28에 도시한 바와 같이, 제1 마이크로 렌즈 어레이(61)와 제2 마이크로 렌즈 어레이(62)의 조합으로 이루어지는 마이크로 렌즈(5)의 렌즈 어레이(도16, 도17, 도24)에 있어서, 그 제1 마이크로 렌즈 어레이(61)의 물체측의 제1 정 렌즈(L1)의 입사면의 볼록면 사이의 아래 끝부(곡부)를 따라 예를 들어 차광성 막을 선택적으로 도포함으로써, 제1 마이크로 렌즈 어레이(61)에 일체적으로 조리개(30)를 형성할 수 있다. 또한, 본 실시예는 제1 정 렌즈(L1)의 후방측 주면과 제2 정 렌즈(L2)의 전방측 주면 사이의 거리를 가능한 한 이격할 수 있고, 화각을 더 작게 할 수 있다는 점에서 더 이상적이라고 할 수 있다.
도29의 (a), 도29의 (b)는 제4 실시예의 1개의 마이크로 렌즈(5)에 대응하는 광학계의 각각 주 주사 방향, 부 주사 방향의 단면도이며, 발광 소자(2)의 사출측에 유리 기판이 배치되어 있지 않고, 마이크로 렌즈(5)가 볼록 평면 정 렌즈(L1)와 볼록 평면 정 렌즈(L2)로 이루어지는 합성 렌즈계로 하고, 조리개판(30)을 볼록 평면 정 렌즈(L1)가 볼록 평면 정 렌즈(L2)로 이루어지는 합성 렌즈계의 물체측(전방측) 초점에 배치되어 상측에 텔레센트릭으로 되어 있고, 또한 그 볼록 평면 정 렌 즈(L1)의 물체측의 볼록면이 조리개판(30)으로부터 약간 물체측으로 이격되어 위치하도록 되어 있는 마이크로 렌즈(5)의 예이다.
본 실시예(제3 실시예도 마찬가지임)와 같이, 본 발명에 있어서, 제1 정 렌즈(L1)와 제2 정 렌즈(L2)로 이루어지는 합성 렌즈계의 물체측 초점은, 제1 정 렌즈(L1)의 물체측의 면의 면 정상이 그 물체측 초점에 일치할 뿐만 아니라, 그 근방에 위치하고 있어도, 렌즈의 cos4승 법칙에 따라서 주변의 광량 저하가 커지는 섀이딩 현상은 최대한 작아져, 발광체 어레이(1)에 라인 형상으로 배치된 발광 소자열의 결상 스폿(8)의 농도 불균일은 일어나기 어려워진다.
또한, 본 실시예와 같이, 제2 정 렌즈(L2)의 상측의 면을 평면으로 함으로써, 마이크로 렌즈(5)의 렌즈 어레이를 구성하는 제2 마이크로 렌즈 어레이(62)의 상측의 면 전체를 평면으로 할 수 있고, 예를 들어 화상 형성 장치의 라인 헤드의 마이크로 렌즈 어레이로서 이용할 때, 현상제의 토너가 비산하여 마이크로 렌즈 어레이의 그 평면에 부착되어도 간단히 청소할 수 있어 클리닝성이 향상되게 된다.
본 실시예의 수치 데이터를 하기에 나타내나, 발광체 블록(4)측으로부터 감광체(상면)(41)측으로 차례로, r1, r2 …는 각 광학면의 곡률 반경(㎜), d1, d2 …는 각 광학면 사이의 간격(㎜), nd1, nd2 …는 각 투명 매체의 d선의 굴절률, υd1, υd2 …는 각 투명 매체의 아베수이다. 또한, r1, r2 …는 광학면도 나타내는 것으로 하고, 광학면 r1은 발광체 블록(물체면)(4), 광학면 r2는 조리개판(30)의 개구(31), r3, r4는 볼록 평면 정 렌즈(L1)의 물체측의 면, 상측의 면, 광학면 r5, r6은 양면 볼록 정 렌즈(L)의 물체측의 면, 상측의 면, 광학면 r7은 감광체(상면)(41)이다. 또한, 볼록 평면 정 렌즈(L1), 볼록 평면 정 렌즈(L2)의 물체측의 면은 어느 비구면이나, 비구면 형상은 광축으로부터의 거리를 r로 할 때,
cr2[1 + √{1 - (1 + K)c2r2}] + Ar4
로 나타내어진다. 단, c는 광축상 곡률(1/r), K는 코닉 계수, A는 4차의 비구면 계수이다. 하기의 수치 데이터 중, K3, A3은 볼록 평면 정 렌즈(L1)의 물체측의 면의 각각 코닉 계수, 4차의 비구면 계수, K5, A5는 볼록 평면 정 렌즈(L2)의 물체측의 면의 각각 코닉 계수, 4차의 비구면 계수이다.
(제1 실시예)
r1 = ∞(물체면) d1 = 6.6460 r2 = ∞(조리개) d2 = 0.0000 r3 = 3.4613(비구면) d3 = 1.0000 nd1 = 1.5168 υd1 = 64.2
K3 = 0.0
A3 = -0.0195
r4 = -3.4613 d4 = 2.4564 r5 = 3.3896 d5 = 1.0000 nd2 = 1.5168 υd2 = 64.2 r6 = -3.3896 d6 = 1.5000 r7 = ∞(상면)
사용 파장 632.5 ㎚
제1 렌즈 초점 거리 3.5333 ㎜
제2 렌즈 초점 거리 3.4639 ㎜
결상 스폿 그룹 폭(전체 폭) 0.4 ㎜
제1 렌즈 후방측 주면 내지 제2 렌즈 전방측 주면 거리 3.1512 ㎜
최대 화각 3.608°
(제2 실시예)
r1 = ∞(물체면) d1 = 6.9201 r2 = ∞(조리개) d2 = 0.0000 r3 = 1.8200(비구면) d3 = 1.0000 nd1 = 1.5168 υd1 = 64.2
K3 = 0.0
A3 = -0.03493
r4 = ∞ d4 = 2.4564 r5 = 3.3896 d5 = 1.0000 nd2 = 1.5168 υd2 = 64.2 r6 = -3.3896 d6 = 1.5000 r7 = ∞(상면)
사용 파장 632.5 ㎚
제1 렌즈 초점 거리 3.5333 ㎜
제2 렌즈 초점 거리 3.4639 ㎜
결상 스폿 그룹 폭(전체 폭) 0.4 ㎜
제1 렌즈 후방측 주면 내지 제2 렌즈 전방측 주면 거리 3.4639 ㎜
최대 화각 3.308°
(제3 실시예)
r1 = ∞(물체면) d1 = 7.0578 r2 = ∞(조리개) d2 = -0.1300 r3 = 1.8200(비구면) d3 = 1.0000 nd1 = 1.5168 υd1 = 64.2
K3 = 0.0
A3 = -0.0420
r4 = ∞ d4 = 2.5499 r5 = 3.3896 d5 = 1.0000 nd2 = 1.5168 υd2 = 64.2 r6 = -3.3896 d6 = 1.5000 r7 = ∞(상면)
사용 파장 632.5 ㎚
제1 렌즈 초점 거리 3.5333 ㎜
제2 렌즈 초점 거리 3.4639 ㎜
결상 스폿 그룹 폭(전체 폭) 0.4 ㎜
제1 렌즈 후방측 주면 내지 제2 렌즈 전방측 주면 거리 3.5740 ㎜
최대 화각 3.201°
(제4 실시예)
r1 = ∞(물체면) d1 = 5.1280 r2 = ∞(조리개) d2 = 0.1871 r3 = 1.3472(비구면) d3 = 1.0000 nd1 = 1.5168 υd1 = 64.2
K3 = 0.0000
A3 = -0.04946
r4 = ∞ d4 = 1.9000 r5 = 1.4225(비구면) d5 = 0.8500 nd2 = 1.5168 υd2 = 64.2
K3 = 0.0000
A3 = -0.1123
r6 = ∞ d6 = 0.7500 r7 = ∞(상면)
사용 파장 632.5 ㎚
제1 렌즈 초점 거리 2.6154㎜
제2 렌즈 초점 거리 2.7616 ㎜
결상 스폿 그룹 폭(전체 폭) 0.4 ㎜
제1 렌즈 후방측 주면 내지 제2 렌즈 전방측 주면 거리 2.5600 ㎜
최대 화각 4.46°
그런데, 이상과 같은 본 발명을 기초로 하는 광 기록 라인 헤드의 광학계에 있어서, 마이크로 렌즈 어레이의 특정한 마이크로 렌즈(5)에 입사하는 발광체 블록(4)으로부터의 광이 인접하는 마이크로 렌즈(5)의 광로 중에 들어가 플레어를 발생시키는 것을 방지하기 위해, 발광체 어레이(1)와 조리개판(30) 사이에 1매 또는 복수매의 플레어 조리개판을 배치하는 것이 바람직하다. 그 경우의 일례의 주 주사 방향을 따라 취한 단면도를 도30에 도시한다. 이 경우, 6매의 플레어 조리개 판(32)을 조리개판(30)과 평행하게 간격을 두고 배치하고 있고, 각 플레어 조리개판(32)은 조리개판(30)의 개구(31)에 대응하는 개구(33)가 형성되어 있다. 본 발명에서 의도하는 개구 조리개는, 조리개판(30)의 개구(31)를 말하는 것이며, 이와 같은 플레어 조리개판(32)의 개구(33)를 말하는 것은 아니다.
이상, 본 발명의 라인 헤드 및 그것을 이용한 화상 형성 장치를 그 원리와 실시예를 기초로 하여 설명해 왔으나, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않고 다양한 변형이 가능하다.
도1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 라인 헤드의 1개의 마이크로 렌즈에 대응하는 부분의 사시도.
도2는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 라인 헤드의 1개의 마이크로 렌즈에 대응하는 부분의 사시도.
도3은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 라인 헤드의 1개의 마이크로 렌즈에 대응하는 부분의 사시도.
도4는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 발광체 어레이와 광학 배율이 마이너스의 마이크로 렌즈와의 대응 관계를 나타내는 설명도.
도5는 화상 데이터가 저장되어 있는 라인 버퍼의 메모리 테이블의 예를 나타내는 설명도.
도6은 주 주사 방향으로 홀수 번호와 짝수 번호의 발광 소자에 의한 결상 스폿이 동렬로 형성되는 모습을 나타내는 설명도.
도7은 라인 헤드로서 사용되는 발광체 어레이의 예를 나타내는 개략의 설명도.
도8은 도7의 구성에서 각 발광 소자의 출력광에 의해 마이크로 렌즈를 통해 상 담지체의 노광면을 조사한 경우의 결상 위치를 나타내는 설명도.
도9는 도8에 있어서 부 주사 방향의 결상 스폿 형성의 상태를 나타내는 설명도.
도10은 마이크로 렌즈를 복수 배열한 경우에 상 담지체의 주 주사 방향으로 결상 스폿이 반전하여 형성되는 예를 나타내는 설명도.
도11은 본 발명에 의한 전자 사진 프로세스를 이용한 화상 형성 장치의 일 실시예의 전체 구성을 도시하는 모식적 단면도.
도12는 본 발명의 기본 원리를 설명하기 위한 도면.
도13은 각 파라미터의 부호의 정의를 나타내는 도면.
도14는 제1 정 렌즈와 제2 정 렌즈로 이루어지는 렌즈계가 상측 텔레센트릭일 때의 단부 발광 소자의 화각을 도시하는 도면.
도15는 본 발명에 의한 광학계를 박육 렌즈계로 구성하는 경우의 구성을 도시하는 도면.
도16은 본 발명의 일 실시예의 광 기록 라인 헤드의 구성을 도시하는 일부를 파단한 사시도.
도17은 도16의 부 주사 방향을 따라 취한 단면도.
도18은 도16의 경우의 발광체 어레이와 마이크로 렌즈 어레이의 배치를 도시하는 평면도.
도19는 1개의 마이크로 렌즈와 그것에 대응하는 발광체 블록과의 대응 관계를 나타내는 도면.
도20은 발광체 어레이의 발광체 블록에 대응하여 배치된 조리개판의 평면도.
도21은 1개의 발광체 블록에 대한 조리개판의 개구를 도시하는 도면.
도22는 발광 소자를 주 주사 방향으로 긴 열 형상으로 배치하고, 그 중의 일부를 발광 제어함으로써 발광체 블록을 구성하는 경우의 도18에 대응하는 도면.
도23은 발광체 블록을 구성하는 발광 소자의 개수를 늘려 상 담지체 상에서 인접하는 발광체 블록의 결상 스폿의 열이 단부에서 겹쳐 노광되도록 한 예를 나타낸 도면.
도24는 2매의 마이크로 렌즈 어레이로 마이크로 렌즈 어레이를 구성하는 경우의 주 주사 방향을 따라 취한 단면도.
도25는 제1 실시예의 1개의 마이크로 렌즈에 대응하는 광학계의 주 주사 방향, 부 주사 방향의 단면도.
도26은 제2 실시예의 1개의 마이크로 렌즈에 대응하는 광학계의 주 주사 방향, 부 주사 방향의 단면도.
도27은 제3 실시예의 1개의 마이크로 렌즈에 대응하는 광학계의 주 주사 방향, 부 주사 방향의 단면도.
도28은 제3 실시예에 있어서 마이크로 렌즈의 렌즈 어레이를 구성하는 제1 마이크로 렌즈 어레이의 물체측의 면 상에 일체적으로 조리개를 형성하는 예의 주 주사 방향을 따라 취한 단면도.
도29는 제4 실시예의 1개의 마이크로 렌즈에 대응하는 광학계의 주 주사 방향, 부 주사 방향의 단면도.
도30은 본 발명의 광 기록 라인 헤드의 광학계에 있어서 조리개판과는 별도로 플레어 조리개판을 배치하는 예의 주 주사 방향을 따라 취한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
O-O' : 렌즈 광축
F : 마이크로 렌즈의 전방측 초점
1 : 발광체 어레이
2 : 발광 소자
2x : 단부 발광 소자 또는 단부 수광 소자
2' : 결상 스폿의 형성에 관여시키는 발광 소자
2" : 발광시키지 않는 발광 소자
2a : 상 담지체 상에서 결상 스폿이 겹치는 발광 소자
3 : 발광 소자열
3' : 주 주사 방향으로 연속하는 긴 열 형상의 발광 소자열
4 : 발광체 블록
5 : 마이크로 렌즈
6 : 마이크로 렌즈 어레이
8, 8a, 8b : 결상 스폿
8x : 단부 발광 소자의 결상 스폿
8x' : 감광체가 어긋났을 때의 단부 발광 소자의 결상 스폿의 위치
8x" : 발광 소자 배치면이 어긋났을 때의 단부 발광 소자의 결상 스폿의 위치
10 : 메모리 테이블
11 : 개구 조리개
12 : 주 광선
20 : 유리 기판
21 : 긴 케이스
22 : 수용 구멍
23 : 이면 덮개
24 : 고정 금속 부재
25 : 위치 결정 핀
26 : 삽입 구멍
27 : 밀봉 부재
30 : 조리개판(조리개)
31 : 조리개판의 개구
32 : 플레어 조리개판
33 : 플레어 조리개판의 개구
34 : 유리 기판
35 : 렌즈면부
41 : 감광체(상 담지체) 또는 판독면
41' : 감광체(상 담지체)의 어긋남 위치
41(K, C, M, Y) : 감광체 드럼(상 담지체)
42(K, C, M, Y) : 대전 수단(코로나 대전기)
44(K, C, M, Y) : 현상 장치
45(K, C, M, Y) : 일차 전사 롤러
50 : 중간 전사 벨트
51 : 구동 롤러
52 : 종동 롤러
53 : 텐션 롤러
55 : 발광 소자 배치면
55' : 발광 소자 배치면의 어긋남 위치
61 : 제1 마이크로 렌즈 어레이
62 : 제2 마이크로 렌즈 어레이
66 : 이차 전사 롤러
71 : 제1 스페이서
72 : 제2 스페이서
73 : 제3 스페이서
101, 101K, 101C, 101M, 101Y : 라인 헤드(광 기록 라인 헤드)
L1 : 제1 (정) 렌즈
L2 : 제2 (정) 렌즈

Claims (14)

  1. 정 굴절력의 2개의 렌즈를 갖는 정 렌즈계와,
    상기 정 렌즈계를 제1 방향으로 복수 배치한 렌즈 어레이와,
    상기 렌즈 어레이의 물체측에 하나의 상기 정 렌즈계에 대해 복수의 발광 소자가 배치된 발광체 어레이와,
    상기 정 렌즈계의 물체측 초점의 위치의 개구 조리개를 형성하는 조리개판을 갖고, 상기 정 렌즈계의 물체측의 렌즈의 물체측의 면이 상기 물체측 초점에 근접하여 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 라인 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정 렌즈계의 물체측의 렌즈의 물체측의 면이 상기 물체측 초점에 대해 상기 정 렌즈계의 합성 초점 거리의 ±10 ％의 범위 내에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 라인 헤드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 렌즈는 렌즈군으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 라인 헤드.
  4. 제3항에 있어서, 상기 2개의 렌즈 중, 물체측의 렌즈의 상측의 면이 평면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 라인 헤드.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 정 렌즈계의 물체측의 렌즈의 물체측의 면이 볼록면으로 이루어지고, 그 볼록면의 면 정상을 포함하는 부분이 상기 조리개판의 개구 내에 파고들어 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 라인 헤드.
  6. 제5항에 있어서, 차광성의 부재를 상기 렌즈 어레이의 물체측의 면 상에 일체로 형성하여 상기 조리개판이 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 라인 헤드.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 정 렌즈계의 상측의 렌즈의 상측의 면이 평면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 라인 헤드.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개구 조리개의 형상이 적어도 상기 제1 방향의 개구 직경을 제한하는 형상인 것을 특징으로 하는 라인 헤드.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 발광 소자는 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 복수 배열된 상기 발광 소자열을 형성하는 것을 특징으로 하는 라인 헤드.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 발광 소자는 제1 방향으로 간격을 둔 발광체군을 이루도록 배치되는 라인 헤드.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 소자가 유기 EL 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 라인 헤드.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 소자가 LED로 이루어지는 것을 특징으로 하는 라인 헤드.
  13. 상 담지체의 주위에 대전 수단과, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 라인 헤드와, 현상 수단과, 전사 수단과의 각 화상 형성용 유닛을 배치한 화상 형성 스테이션을 적어도 2개 이상 설치하고, 전사 매체가 각 스테이션을 통과함으로써, 탠덤 방식으로 화상 형성을 행하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
  14. 정 굴절력의 2개의 렌즈를 갖는 정 렌즈계와,
    상기 정 렌즈계를 제1 방향으로 복수 배치한 렌즈 어레이와,
    상기 렌즈 어레이의 상측에 하나의 상기 정 렌즈계에 대해 복수의 수광 소자가 배치된 수광체 어레이와,
    상기 정 렌즈계의 상측 초점의 위치의 개구 조리개를 형성하는 조리개판을 갖고, 상기 정 렌즈계의 상측의 렌즈의 상측의 면이 상기 상측 초점에 근접하여 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 라인 헤드.
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