(57)【要約】      （修正有）【課題】発光点群が同一平面上にない場合に、結像状態を保ちつつ、両側テレセントリック性及び均一倍率の画像形成装置を提供する。【解決手段】結像光学系の結像倍率が−１で、結像光学系の共役長が副方向の位置で異なり、かつ副方向の位置に応じて単調に増加又は減少し、第１及び第２レンズは、曲面を持つ２つのレンズ面を有し、２つのレンズ面が２つの共通対称面を有し、少なくとも１面が２つの共通対称面が交差する対称線に関して非軸対称であり、絞りに近い側のレンズ面及び絞りから遠い側の外側レンズ面が主光線の光進行方向に関して互いに反転した同一形状であり心厚が等しく、絞りに近い主点同士を結ぶ主点間線上に、絞りの中心が配置されており、対称線が主点間線に対してゼロでない角度を持ち、レンズの対称線が互いに平行であり、発光点群の中心は、第１レンズの発光点群に近い外側主点を通り主点間線に平行に延ばした直線上を避けて配置される。【選択図】図２
2020179529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主方向と略直交する副方向に搬送される表面を有する感光体と、
２次元に配列された複数の発光点群を有する発光基板と、
前記複数の発光点群からの光を前記感光体上の異なる位置に結像させる複数の結像光学系と、
を備え、
前記結像光学系の結像倍率は−１であり、
前記感光体の回転軸の方向から見たとき、前記複数の結像光学系の共役長は、前記副方向の位置によってそれぞれ異なり、かつ前記副方向の位置に応じて単調に増加又は減少し、
前記複数の結像光学系のうち各結像光学系は、前記発光点群側から順に、第１レンズと、絞りと、第２レンズとを有し、
前記第１及び第２レンズは、曲面を持つ２つのレンズ面をそれぞれ有し、
前記２つのレンズ面は、２つの共通対称面を有し、かつ前記２つのレンズ面のうち少なくとも１面が前記２つの共通対称面が交差する対称線に関して非軸対称であり、
前記第１及び第２レンズは、前記絞りに近い絞り側レンズ面が主光線の光進行方向に関して互いに反転した同一形状であり、前記絞りから遠い外側レンズ面が前記光進行方向に関して互いに反転した同一形状であり、かつ心厚が等しく、
前記第１及び第２レンズにおいて、前記絞りに近い絞り側主点同士を結ぶ主点間線上に、前記絞りの中心が配置されており、前記対称線が前記主点間線に対してゼロでない角度を持ち、前記第１及び第２レンズの前記対称線が互いに平行であり、
前記発光点群の中心は、前記第１レンズの前記発光点群に近い外側主点を通り前記主点間線に平行に延ばした直線上を避けて配置されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記発光点群の中心は、前記第１レンズの前記外側主点を通り前記主点間線に平行に延ばした直線と、前記第１レンズの前記対称線との間に位置することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記感光体の前記回転軸の方向から見て、前記第１及び第２レンズの前記レンズ面は、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請求項１及び２のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記複数の結像光学系について、前記第１レンズは、単一の第１レンズ基板の両側に樹脂製のレンズ部を有し、前記第２レンズは、単一の第２レンズ基板の両側に樹脂製のレンズ部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記第１及び第２レンズ基板は、前記第１及び第２レンズの前記主点間線に対して傾斜して配置されることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記第１及び第２レンズの前記主点間線に対して、前記第１レンズ基板の法線の傾斜方向と、前記第１及び第２レンズの前記対称線の傾斜方向とが同じであり、前記第２レンズ基板の法線の傾斜方向と、前記第１及び第２レンズの前記対称線の傾斜方向とが同じであることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記第１レンズ基板と前記第２レンズ基板とは前記主点間線に対して傾斜角度が異なることを特徴とする請求項４及び５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記主点間線に対する前記対称線の傾斜角度は、前記主点間線に対して前記第１レンズ基板の法線の傾斜角度と前記第２レンズ基板の法線の傾斜角度との間であることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光書込部を有する画像形成装置に関し、特に発光点群を受光面上に結像させる結像光学系を備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の発光点からなる発光点群を主方向及び副方向に複数配置した発光基板と、各発光点群に対して１対１で結像レンズを対向配置したレンズアレイとを備える光書込部を有する画像形成装置が知られている。このような画像形成装置の光書込部では、発光点から射出された光を、結像レンズを介在させることによって、感光体上において所望の位置に所望のビームスポットとする。
【０００３】
画像形成装置として、例えば下記特許文献１に記載されるように、光軸が互いに平行な複数の結像レンズを用いて、複数の結像レンズに対応した複数の発光点群からの光をそれぞれ結像して描画する技術がある。このとき、複数の発光点群を同一のガラス基板上に配置すると、相対的な位置の精度を出しやすい一方で、ドライブ回路等を同一ガラス基板上に配置すると、ガラス基板上でドライブ回路等が占める面積が増大し、ユニットが大型化するおそれがある。
【０００４】
ユニットを小型化するために、発光点群を同一のガラス基板上に配置せず、各発光点群の光軸方向の位置が異なるように配置することが考えられるが、この場合、各発光点群からレンズアレイまでの距離が異なることとなり、結像状態を保ちつつ、光学系の両側テレセントリック性及び均一倍率を達成することが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−５１１９４号公報
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、発光点群が同一平面上にない場合において、結像状態を保ちつつ、両側テレセントリック性及び均一倍率を達成できる光書込部を備える画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、主方向と略直交する副方向に搬送される表面を有する感光体と、２次元に配列された複数の発光点群を有する発光基板と、複数の発光点群からの光を感光体上の異なる位置に結像させる複数の結像光学系と、を備え、結像光学系の結像倍率は−１であり、感光体の回転軸の方向から見たとき、複数の結像光学系の共役長は、副方向の位置によってそれぞれ異なり、かつ副方向の位置に応じて単調に増加又は減少し、複数の結像光学系のうち各結像光学系は、発光点群側から順に、第１レンズと、絞りと、第２レンズとを有し、第１及び第２レンズは、曲面を持つ２つのレンズ面をそれぞれ有し、２つのレンズ面は、２つの共通対称面を有し、かつ２つのレンズ面のうち少なくとも１面が２つの共通対称面が交差する対称線に関して非軸対称であり、第１及び第２レンズは、絞りに近い側の絞り側レンズ面が主光線の光進行方向に関して互いに反転した同一形状であり、絞りから遠い側の外側レンズ面が光進行方向に関して互いに反転した同一形状であり、かつ心厚が等しく、第１及び第２レンズにおいて、絞りに近い絞り側主点同士を結ぶ主点間線上に、絞りの中心が配置されており、対称線が主点間線に対してゼロでない角度を持ち、第１及び第２レンズの対称線が互いに平行であり、発光点群の中心は、第１レンズの発光点群に近い外側主点を通り主点間線に平行に延ばした直線上を避けて配置される。
【０００８】
上記画像形成装置によれば、第１及び第２レンズのレンズ面を軸対称でなく自由曲面とすることで、像面の不一致を軽減し、発光点群の位置を第１レンズの発光点群に近い側の外側主点を通り主点間線に平行に延ばした直線上を避けるように適切に設定することで、レンズ面を自由曲面としたことによる結像状態の不良を解消し画像領域全体で良好な結像状態を得ることができる。
【０００９】
本発明の具体的な１つの側面では、上記画像形成装置において、発光点群の中心は、第１レンズの外側主点を通り主点間線に平行に延ばした直線と、第１レンズの対称線との間に位置する。この場合、発光点群の位置を第１レンズの傾斜方向に応じて適切に設定することで、良好な結像状態を得ることができる。
【００１０】
本発明の別の側面では、感光体の回転軸の方向から見て、第１及び第２レンズのレンズ面は、絞りの中心に対して点対称である。第１及び第２レンズ間に絞りのみがある場合、絞りの中心に対して点対称となるように第１及び第２レンズを配置することで非対称な収差成分を除去することができる。
【００１１】
本発明のさらに別の側面では、複数の結像光学系について、第１レンズは、単一の第１レンズ基板の両側に樹脂製のレンズ部を有し、第２レンズは、単一の第２レンズ基板の両側に樹脂製のレンズ部を有する。単一のレンズ基板上に複数のレンズ部を形成してそのレンズ基板の位置を調整及び保持するようにすれば、個々のレンズ部の位置を配置及び保持する場合よりも構成が簡単となり、第１及び第２レンズの相対的な位置が固定されるため精度も出しやすい。
【００１２】
本発明のさらに別の側面では、第１及び第２レンズ基板は、第１及び第２レンズの主点間線に対して傾斜して配置される。この場合、各結像光学系の共役長に応じて、副方向の異なる所定の位置に各結像光学系の第１及び第２レンズを容易に配置することができる。
【００１３】
本発明のさらに別の側面では、第１及び第２レンズの主点間線に対して、第１レンズ基板の法線の傾斜方向と、第１及び第２レンズの対称線の傾斜方向とが同じであり、第２レンズ基板の法線の傾斜方向と、第１及び第２レンズの対称線の傾斜方向とが同じである。この場合、第１及び第２レンズを構成するレンズ部の傾斜方向は第１及び第２レンズ基板の傾斜方向と同じとなる。
【００１４】
本発明のさらに別の側面では、第１レンズ基板と第２レンズ基板とは主点間線に対して傾斜角度が異なる。第１及び第２レンズ基板の傾斜角度は、第１及び第２レンズ基板が発光点群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ため、第１レンズ基板と第２レンズ基板とは平行に配置されない。
【００１５】
本発明のさらに別の側面では、主点間線に対する対称線の傾斜角度は、主点間線に対して第１レンズ基板の法線の傾斜角度と第２レンズ基板の法線の傾斜角度との間である。第１及び第２レンズを構成するレンズ部の傾斜角度を第１レンズ基板の傾斜角度と第２レンズ基板の傾斜角度との間にすることで、第１及び第２レンズを構成するレンズ部の厚みの差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態の画像形成装置の概略構成を示す部分断面図である。
【図２】像形成ユニットを構成する光プリントヘッドの構造を説明する断面図である。
【図３】（Ａ）は、発光素子の構造を説明する概念的な斜視図であり、（Ｂ）は、発光素子に設けた発光点群を説明する図であり、（Ｃ）は、発光点群やレンズの配置を説明する図である。
【図４】（Ａ）は、図２の光プリントヘッドを構成する光学系を説明する概念図であり、（Ｂ）は、比較例の光プリントヘッドを構成する光学系を説明する概念図である。
【図５】比較例の光プリントヘッドの構造を説明する断面図である。
【図６】（Ａ）は、実施例の中央の結像光学系についての像面湾曲を示す図であり、（Ｂ）は、比較例の中央の結像光学系についての像面湾曲を示す図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例の中央の結像光学系についてのＰＳＦを示す図であり、（Ｄ）〜（Ｆ）は、比較例の中央の結像光学系についてのＰＳＦを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
〔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について説明する。図１に示すように、実施形態の画像形成装置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。
【００１８】
画像形成部２０は、イエロー、マゼンタ、シアン、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。
【００１９】
画像形成部２０のうち、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、感光体ドラム７１、帯電部７２、光プリントヘッド（光書込装置）７３、現像部７４等を備えている。感光体ドラム７１は、Ｙ色のトナー像を形成し、帯電部７２は、感光体ドラム７１の周囲に配置されてコロナ放電により感光体ドラム７１の表面を感光体として帯電させ、光プリントヘッド７３は、感光体ドラム７１に対してＹ色成分の画像に対応する光を照射し、現像部７４は、感光体ドラム７１の表面にＹ色成分のトナーを付着させることにより静電潜像からトナー像を形成する。感光体ドラム７１は、円筒形状を有し、回転軸ＲＸのまわりに回転する。感光体ドラム７１の円筒表面は、光プリントヘッド７３による像を結像させる受光面７１ａとなっている。
【００２０】
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、感光体ドラム７１、帯電部７２、光プリントヘッド７３、及び現像部７４を備える。
【００２１】
図２は、光プリントヘッド７３の側面図である。なお、図２には、円筒状の感光体ドラム７１の一部も示している。光プリントヘッド７３は、２次元に配列された発光点群ＤＧを形成した発光領域３ａ，３ｂ，３ｃを有する発光素子７３ａと、発光領域３ａ，３ｂ，３ｃの発光点群ＤＧからの光を感光体ドラム（感光体）７１の受光面７１ａ上にそれぞれ結像させる結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃを有する光学系７３ｂとを備える。結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃと感光体ドラム７１との間には、ガラス製の平板（ガラス平板又は保護カバー）５ｇが設けられている。この平板５ｇと不図示の外装とによって、結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃが覆われており、結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃを構成するレンズにごみが付着することを防止している。
【００２２】
結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃは、上下の±Ｚ軸の方向に関して等間隔で配列されている。結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃは、両側テレセントリックであり、結像倍率（例えば、−１倍）が等しくなっているが、全く同じ形状を有するのではなく、図面の左右の±Ｘ軸の方向に関して若干サイズが異なるものとなっている。ここで、感光体ドラム７１の回転軸ＲＸに平行なＹ軸は、主走査方向又は主方向に対応し、感光体ドラム７１の回転軸ＲＸに対して直交し、光軸ＡＸ（ここでいう光軸ＡＸは、後述する発光点ＥＤから第１レンズ５ｄまでの主光線を基準とする）に垂直に延びるＺ軸は、副走査方向又は副方向に対応する。つまり、光プリントヘッド７３において、縦の副走査方向に関して３箇所に発光領域３ａ，３ｂ，３ｃが設けられ、それぞれに対応させて結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃが設けられている。結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃは、不図示のホルダーによって相互に位置決めされた状態で、発光素子７３ａに対して位置決めされて固定されている。
【００２３】
図３（Ａ）に示すように、発光素子７３ａは、３層構造を有し、３つの発光基板７６ａ，７６ｂ，７６ｃを光軸ＡＸに平行なＸ軸方向に積層したものである。発光素子７３ａを３つの発光基板７６ａ，７６ｂ，７６ｃに分割し、発光点群ＤＧの背後にドライブ回路を配置することにより、ユニットの小型化を実現することができる。各発光基板７６ａ，７６ｂ，７６ｃには、Ｙ方向に延びる基準線ＳＸａ，ＳＸｂ，ＳＸｃに沿って発光領域３ａ，３ｂ，３ｃが所定間隔で形成されている。つまり、発光領域３ａ，３ｂ，３ｃは２次元的に配列されている。上層側（つまり図２の上側）の発光領域３ｂは、中間の発光領域３ａに対して、−Ｘ側であって感光体ドラム７１から離れる方向にシフトして配置され、下層側（つまり図２の下側）の発光領域３ｃは、中間の発光領域３ａに対して、＋Ｘ側であって感光体ドラム７１に近づく方向にシフトして配置される。
【００２４】
図３（Ｂ）は、単一の発光領域３ａに形成された発光点群ＤＧ又は発光点ＥＤの配列を説明する背後からの部分拡大図である。発光点群ＤＧを構成する発光点ＥＤは、主走査方向に相当するＹ方向に等間隔で配列され、副走査方向に相当するＺ方向に対して傾いた方向にも等間隔で配列されている。１つの発光点ＥＤの直径は例えば３０μｍとされ、主方向については２４００ｄｐｉの１ドットに相当する１０．６μｍピッチで配置されている。図示を省略しているが、１行あたり３２個の発光点ＥＤがあり、全体としては４行で計１２８個の発光点ＥＤが平行四辺形のマトリクス状に並んでいる。
【００２５】
図３（Ｃ）に示すように、発光素子７３ａにおいて、隣り合う３つの発光領域３ａ，３ｂ，３ｃを一組とする発光組ＳＣｎ（ｎ＝１，２，３，…）がＹ方向に繰り返し等間隔で配置されている。なお、図２は、図３（Ｃ）のＡ−Ａ断面に相当するものとなっている。発光組ＳＣｎを構成する発光領域３ａ，３ｂ，３ｃは、主走査方向又はＹ方向に関して異なる位置に配列され、かつ、副走査方向又はＺ方向に関して異なる位置に配列されている。同様に、光学系７３ｂにおいて、隣り合う３つの結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃを一組とする結像組ＬＣｎ（ｎ＝１，２，３，…）がＹ方向に繰り返し等間隔で配置されている。結像組ＬＣｎを構成する結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃは、主走査方向又はＹ方向に関して異なる位置に配列され、かつ、副走査方向又はＺ方向に関して異なる位置に配列されている。具体例では、結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃは、Ｙ方向に延びる１行あたり１００個程度設けられており、全体としては計２８７個の結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃ又は発光領域３ａ，３ｂ，３ｃが平行四辺形のマトリクス状に並んでいる。
【００２６】
発光素子７３ａを構成する各発光基板７６ａ，７６ｂ，７６ｃは、ガラス板７３ｑの上に発光点ＥＤを２次元配列させたボトムエミッション型の有機ＥＬ素子である。発光素子７３ａを構成する各発光点群ＤＧは、受光面７１ａ上に投影像群ＰＧとして投影され、投影像群ＰＧは、多数の発光点ＥＤに対応する多数の投影像ＰＤを含む。
【００２７】
図２に戻って、光学系７３ｂにおいて、各結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃは、第１レンズ５ｄと、絞り５ｅと、第２レンズ５ｆとをそれぞれ有する。第１レンズ５ｄは、発光領域３ａ，３ｂ，３ｃからの光線ＬＢをコリメートする。第２レンズ５ｆは、第１レンズ５ｄからの光線ＬＢを集光し、感光体ドラム７１の受光面７１ａ上に発光領域３ａ，３ｂ，３ｃの像を投影する。結果的に、受光面７１ａ上の受光領域４ａ，４ｂ，４ｃには、発光領域３ａ，３ｂ，３ｃに形成された２次元的な配列の発光点群ＤＧと同じパターンの投影像群ＰＧが形成される。後に詳述するが、光学系７３ｂを構成する複数の第１レンズ５ｄは、２次元的に配列され、それらの中心は、同一平面（第２平面ＰＬｂ）上に配置されている。光学系７３ｂを構成する複数の第２レンズ５ｆは、２次元的に配列され、それらの中心は、同一平面（第３平面ＰＬｃ）上に配置されている。また、光学系７３ｂを構成する複数の絞り５ｅは、２次元的に配列され、それらの中心は、同一平面（第４平面ＰＬｄ）上に配置されている。
【００２８】
結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃを両側テレセントリックで結像倍率を−１倍とするため、発光点群ＤＧ、第１レンズ５ｄ、絞り５ｅ、第２レンズ５ｆ、及び感光体ドラム７１上の結像点は概ね等間隔となっている。また、ある発光点群ＤＧの背後に他の発光点群ＤＧのドライブ回路等を配置しているため、３つの結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃに対する３つの発光点群ＤＧは、概ね直線（又は同一平面）上に配列しており、その直線は主光線の光進行方向又は光軸ＡＸに対して傾いている。発光点群ＤＧから感光体ドラム７１上の結像点までの距離は、上側の結像光学系２ｂほど長くなっている。感光体ドラム７１が平面でなく円筒形状であるため、副走査方向の位置に対する各結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃの発光点群ＤＧから感光体ドラム７１上の結像点までの距離（又は結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃの共役長）の変化は線形ではないが、単調に増加又は減少している。
【００２９】
図２に示すように、第１レンズ５ｄは、凸レンズであり、より詳細には、第１レンズ５ｄのレンズ形状は、光軸近傍で両凸である。図示の例では、第１レンズ５ｄは、ガラスその他で形成された共通の第１レンズ基板５ｈの両側に樹脂製のレンズ部５ｉ，５ｊを形成又は積層したものとなっている。単一の第１レンズ基板５ｈ上に複数のレンズ部５ｉ，５ｊを形成して第１レンズ基板５ｈの位置を調整及び保持するようにすれば、個々のレンズ部５ｉ，５ｊの位置を配置及び保持する場合よりも構成が簡単となり、第１レンズ５ｄの相対的な位置が固定されるため精度も出しやすい。副走査方向に関して３つの異なる位置に配置された第１レンズ５ｄは、第１レンズアレイＡ１を構成する。絞り５ｅは、遮光体である絞り基板５ｐに複数の開口５ｓを形成したものである。副走査方向に関して３つの異なる位置に配置された絞り５ｅは、絞りアレイＡ３を構成する。第２レンズ５ｆは、凸レンズであり、より詳細には、第２レンズ５ｆのレンズ形状は、光軸近傍で両凸である。図示の例では、第２レンズ５ｆは、ガラスその他で形成された共通の第２レンズ基板５ｋの両側に樹脂製のレンズ部５ｍ，５ｎを形成したものとなっている。副走査方向に関して３つの異なる位置に配置された第２レンズ５ｆは、第２レンズアレイＡ２を構成する。
【００３０】
図４（Ａ）は、発光点群ＤＧ、第１レンズ５ｄ、及び第２レンズ５ｆ周辺を説明する概念図である。図４（Ａ）において、説明の都合上、図２に示す第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆの回転角度を大きくして図示している。図４（Ａ）において、第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆは、レンズ面Ｓ１〜Ｓ４のみの断面を示している。また、図中央の２本の短い直線は絞り５ｅを示している。また、各レンズ５ｄ，５ｆのレンズ面Ｓ１〜Ｓ４間に２つずつある記号「＋」は各レンズ５ｄ，５ｆの主点Ｔ１〜Ｔ４を示している。
【００３１】
第１レンズ５ｄは、２つの共通対称面ＳＥ１，ＳＥ３を有しており、非回転対称で上下対称及び左右対称となっている。また、第２レンズ５ｆは、２つの共通対称面ＳＥ２，ＳＥ３を有しており、非回転対称で上下対称及び左右対称となっている。共通対称面のうち主光線の光進行方向に対する上下対称の共通対称面ＳＥ１，ＳＥ２（紙面に垂直な面）は、第１レンズ５ｄの主点Ｔ１，Ｔ２を通る面、及び第２レンズ５ｆの主点Ｔ３，Ｔ４を通る面である。第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆにおいて、上下対称な共通対称面ＳＥ１，ＳＥ２は、光進行方向に平行ではなく、右上方向に傾いている。光進行方向に対する左右対称の共通対称面ＳＥ３（紙面上の面）は、絞り５ｅの中心Ｃ１を通り、上下対称の共通対称面ＳＥ１，ＳＥ２に垂直な面である。また、各第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆに関して、光源（又は発光点ＥＤ）側のレンズ面Ｓ１，Ｓ３と感光体ドラム７１側のレンズ面Ｓ２，Ｓ４とにおいて、２つの共通対称面ＳＥ１（ＳＥ２），ＳＥ３は一致しているものの、第１レンズ５ｄと第２レンズ５ｆとを比較すると、上下対称の共通対称面ＳＥ１，ＳＥ２は一致しておらず上下にずれている。本実施形態において、結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃのうちこれを構成する第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆは、曲面を有する４つのレンズ面Ｓ１〜Ｓ４を有している。各レンズ５ｄ，５ｆを構成する２つのレンズ面のうち少なくとも１面は２つの共通対称面ＳＥ１（ＳＥ２），ＳＥ３が交差する対称線Ｅ１，Ｅ２に関して非軸対称となっている。具体的には、例えばレンズ面Ｓ１〜Ｓ４はいずれも自由曲面となっている。
【００３２】
第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆは、絞り５ｅに近い絞り側レンズ面Ｓ２，Ｓ３が主光線の光進行方向に関して互いに反転した同一形状であり心厚が等しくなっている。また、第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆは、絞り５ｅから遠い外側レンズ面Ｓ１，Ｓ４が主光線の光進行方向に関して互いに反転した同一形状であり心厚が等しくなっている。また、感光体ドラム７１の回転軸ＲＸの方向から見て、第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆのレンズ面Ｓ１〜Ｓ４は、絞り５ｅの中心Ｃ１に対して点対称となっている。第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆ間に絞り５ｅのみがある場合、絞り５ｅの中心Ｃ１に対して点対称となるように第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆを配置することにより、非対称な収差成分を除去することができる。
【００３３】
各レンズ５ｄ，５ｆにある主点Ｔ１〜Ｔ４のうち絞り５ｅ側にある絞り側主点Ｔ２，Ｔ３同士を結ぶ直線（主点間線ＬＬ１）は絞り５ｅの中心Ｃ１を通っている。つまり、第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆにおいて、絞り５ｅに近い絞り側主点Ｔ２，Ｔ３同士を結ぶ主点間線ＬＬ１上に、絞り５ｅの中心Ｃ１が配置されている。また、対称線Ｅ１，Ｅ２は主点間線ＬＬ１に対してゼロでない角度を持っており、第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆの対称線Ｅ１，Ｅ２は互いに平行となっている。
【００３４】
図２及び図４（Ａ）に示すように、第１及び第２レンズアレイＡ１，Ａ２の第１及び第２レンズ基板５ｈ，５ｋは、第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆの主点間線ＬＬ１に対して傾斜して配置されている。第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆの主点間線ＬＬ１に対して、第１レンズ基板５ｈの法線ＮＬ１の傾斜方向と、第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆの対称線Ｅ１，Ｅ２の傾斜方向とは同じであり、具体的には紙面において右上方向となっている。また、第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆの主点間線ＬＬ１に対して、第２レンズ基板５ｋの法線ＮＬ２の傾斜方向と、第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆの対称線Ｅ１，Ｅ２の傾斜方向とは同じであり、具体的には紙面において右上方向となっている。言い換えれば、第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆを構成するレンズ部５ｉ，５ｊ，５ｍ，５ｎの傾斜方向は、第１及び第２レンズ基板５ｈ，５ｋの傾斜方向と同じとなっている。また、第１レンズ基板５ｈと第２レンズ基板５ｋとは主点間線ＬＬ１に対して傾斜角度が異なっている。第１及び第２レンズ基板５ｈ，５ｋの傾斜角度は、第１及び第２レンズ基板５ｈ，５ｋが発光群点ＤＧから感光体ドラム７１までのどの位置にあるかによって異なることになるため、第１レンズ基板５ｈと第２レンズ基板５ｋとは平行に配置されないこととなる。
【００３５】
また、主点間線ＬＬ１に対する対称線Ｅ１，Ｅ２の傾斜角度は、主点間線ＬＬ１に対して第１レンズ基板５ｈの法線ＮＬ１の傾斜角度と第２レンズ基板５ｋの法線ＮＬ２の傾斜角度との間となっている。第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆを構成するレンズ部５ｉ，５ｊ，５ｍ，５ｎの傾斜角度を第１レンズ基板５ｈの傾斜角度と第２レンズ基板５ｋの傾斜角度との間にすることにより、第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆを構成するレンズ部５ｉ，５ｊ，５ｍ，５ｎの厚みの差を低減することができる。また、結像状態を悪化させずに第１及び第２レンズ基板５ｈ，５ｋに対するレンズ部５ｉ，５ｊ，５ｍ，５ｎの傾き度合を軽減することができる。本実施形態において、第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆのレンズ部５ｉ，５ｊ，５ｍ，５ｎは、絞り５ｅの傾斜角度に近い角度でそれぞれ傾斜している。第１レンズ５ｄを構成する第１レンズ基板５ｈの傾斜角度は、第２レンズ５ｆを構成する第２レンズ基板５ｋよりも絞り５ｅの傾斜角度に近いものとなっており、レンズ部５ｉ，５ｊ，５ｍ，５ｎは、第１レンズ基板５ｈの傾斜角度に合わせて傾斜している。つまり、第１及び第２レンズアレイＡ１，Ａ２の第１及び第２レンズ基板５ｈ，５ｋの傾斜角度が異なっていても、レンズ部５ｉ，５ｊ，５ｍ，５ｎの傾斜角度、延いては第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆの全体としての傾斜角度は揃っている。
【００３６】
なお、仮に、第１及び第２レンズアレイＡ１，Ａ２の第１及び第２レンズ基板５ｈ，５ｋに対してレンズ部５ｉ，５ｊ，５ｍ，５ｎの傾きをそれぞれ対応するレンズ基板に合わせたとすれば、第１レンズ５ｄと第２レンズ５ｆとで傾斜角度が異なる量となり非対称な収差が存在して結像状態を悪化させることになる。
【００３７】
図４（Ａ）に示すように、発光点群ＤＧの中心は、第１レンズ５ｄの発光点群ＤＧに近い外側主点Ｔ１から水平に延ばした線の延長線に対して下側にずれた位置に配置されている。つまり、発光点群ＤＧの中心は、第１レンズ５ｄの発光点群ＤＧに近い外側主点Ｔ１を通り主点間線ＬＬ１に平行に延ばした直線ＬＬ２上を避けて配置される。具体的には、発光点群ＤＧの中心は、第１レンズ５ｄの外側主点Ｔ１を通り主点間線ＬＬ１に平行に延ばした直線ＬＬ２と、第１レンズ５ｄの対称線Ｅ１との間に位置している。発光点群ＤＧの位置を第１レンズ５ｄの傾斜方向に応じて適切に設定することにより、良好な結像状態を得ることができる。
【００３８】
図４（Ａ）では、発光点群ＤＧの中心から絞り５ｅの中心Ｃ１に向かって進む光線ＬＢを示している。図４（Ａ）において、発光点群ＤＧから射出した光線ＬＢは第１レンズ５ｄのレンズ面Ｓ１に入射するまで略平行に進み、第２レンズ５ｆのレンズ面Ｓ４から射出する光線ＬＢは感光体ドラム７１に入射するまで略平行に進む。また、光線ＬＢは第１レンズ５ｄと第２レンズ５ｆとの間では水平ではなく、各レンズ５ｄ，５ｆの主光線の光進行方向に対する上下対称の共通対称面ＳＥ１，ＳＥ２の傾斜方向、つまり紙面において右上方向に傾斜して進む。
【００３９】
図５に示す比較例において、結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃのうちこれを構成する第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆは、曲面を有する４つのレンズ面Ｓ１〜Ｓ４を有している。これらの４つのレンズ面Ｓ１〜Ｓ４はいずれも軸対称非球面となっており、回転対称軸ＲＴはすべて一致している。また、３つの結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃの各回転対称軸ＲＴは互いに平行となっている。各結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃの発光点群ＤＧの中心は回転対称軸ＲＴの延長線上にある。また、各結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃの感光体ドラム７１上の結像点の中心は回転対称軸ＲＴの延長線上にある。
【００４０】
図５に示す比較例において、光軸ＡＸと第１及び第２レンズアレイＡ１，Ａ２の第１及び第２レンズ基板５ｈ，５ｋとの角度差は、レンズ部５ｉ，５ｊ，５ｍ，５ｎが第１及び第２レンズ基板５ｈ，５ｋに対して傾斜する角度を示している。比較例の結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃの場合、レンズ部５ｉ，５ｊ，５ｍ，５ｎの厚みが上側の結像光学系２ｂと下側の結像光学系２ｃとで異なっており、特に上側の結像光学系２ｂで厚みの差が大きくなっている。
【００４１】
図４（Ｂ）に示す別の比較例では、本実施形態の光プリントヘッド７３を構成する第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆのレンズ面Ｓ１〜Ｓ４を自由曲面ではなく軸対称非球面としている。比較例の各レンズ５ｄ，５ｆは回転対称であるが、第１レンズ５ｄの回転対称軸Ｋ１と第２レンズ５ｆの回転対称軸Ｋ２とは一致しておらず、各回転対称軸Ｋ１，Ｋ２は光軸ＡＸに対して傾斜しつつ互いに平行にシフトしている状態である。比較例では、発光点群ＤＧの中心は、第１レンズ５ｄの外側主点Ｔ１を通り主点間線ＬＬ１に平行に延ばした直線ＬＬ２上に配置されている。
【００４２】
図４（Ｂ）において、発光点群ＤＧの中心から第１レンズ５ｄのレンズ面Ｓ１まで水平に進む光線ＬＢは、第１レンズ５ｄと第２レンズ５ｆとの間でも水平に進み、第２レンズ５ｆのレンズ面Ｓ４から射出され感光体ドラム７１上の結像点に向かう光線ＬＢも水平に進む。
【００４３】
本実施形態では、各結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃにおいて、第１レンズアレイＡ１、第２レンズアレイＡ２、及び絞りアレイＡ３は全体として平板状であり、これらの部材Ａ１〜Ａ３は発光点群ＤＧから感光体ドラム７１上の結像点までの光路を略４等分するように配置されている。この場合、光軸ＡＸに垂直な面と発光点群ＤＧの中心を繋ぐ同一平面（第１平面ＰＬａ）とのなす角度θａのタンジェントは、例えば１となっている。また、光軸ＡＸに垂直な面と第１レンズアレイＡ１の第１レンズ５ｄの中心を繋ぐ同一平面（第２平面ＰＬｂ）とのなす角度θｂのタンジェントは、例えば約３／４となっている。光軸ＡＸに垂直な面と絞りアレイＡ３の絞り５ｅの中心を繋ぐ同一平面（第４平面ＰＬｄ）とのなす角度θｄのタンジェントは、例えば約１／２となっている。光軸ＡＸに垂直な面と第２レンズアレイＡ２の第２レンズ５ｆの中心を繋ぐ同一平面（第３平面ＰＬｃ）とのなす角度θｃのタンジェントは、例えば約１／４となっている。
【００４４】
以上説明した画像形成装置によれば、結像光学系２ａ〜２ｃを構成する第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆのレンズ面Ｓ１〜Ｓ４を軸対称でなく自由曲面とすることで、像面の不一致を軽減し、発光点群ＤＧの位置を第１レンズ５ｄの発光点群ＤＧに近い側の外側主点Ｔ１を通り主点間線ＬＬ１に平行に延ばした直線ＬＬ２上を避けるように適切に設定することで、レンズ面Ｓ１〜Ｓ４を自由曲面としたことによる結像状態の不良を解消し画像領域全体で良好な結像状態を得ることができる。
【００４５】
〔実施例〕
以下、画像形成装置１００に組み込まれる光学系７３ｂの具体的な実施例について説明する。実施例の光学系７３ｂは、図２に示すものと同じである。以降の表において、上側の結像光学系は、図２の結像光学系２ｂを意味し、中央の結像光学系は、図２の結像光学系２ａを意味し、下側の結像光学系は、図２の結像光学系２ｃを意味する。第１レンズアレイＡ１、絞りアレイＡ３、及び第２レンズアレイＡ２を構成する平板については、各結像光学系２ａ〜２ｃで共通となっている。発光点群ＤＧは、表では中央の座標を示している。また、感光体ドラム７１は、半径２５ｍｍの円筒形で、面としては３つの結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃで共通であるが、表では、感光体ドラム７１の表面については光軸ＡＸと交わる位置における位置と傾きとを示した。非球面係数を見ると、絞り５ｅを挟んで、絶対値が同じで符号が反対になっているため、第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆのレンズ面が同一形状で反対向きになっていることがわかる。
【００４６】
〔１−ａ：中央の結像光学系〕
以下、中央の結像光学系２ａのデータについて説明する。表１は、中央の結像光学系２ａを構成する第１レンズ５ｄ、絞り５ｅ、及び第２レンズ５ｆについて、レンズ面の面頂点の座標をまとめたものである。距離の単位はｍｍであり、角度の単位は度である。波長６５０ｎｍの光に対して、レンズ基板の屈折率は１．５１４５であり、レンズ面とレンズ基板との間に設けられている樹脂製のレンズ部の屈折率は、１．５２８５である。また、結像倍率βは、全ての光学系で−１である。
［表１］
2020179529.tif 000003
中央の結像光学系２ａの非球面形状について表２にまとめた。記載した非球面は、いずれも自由曲面であり、球面項はなく、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
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である。なお、表に無い非球面係数ａｉｊはすべて０である。これらの点は以下でも同様である。
［表２］
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【００４７】
〔１−ｂ：上側の結像光学系〕
以下、上側の結像光学系２ｂのデータについて説明する。表３は、上側の結像光学系２ｂを構成する第１レンズ５ｄ、絞り５ｅ、及び第２レンズ５ｆについて、レンズ面の面頂点の座標をまとめたものである。
［表３］
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上側の結像光学系２ｂの自由曲面形状について表４にまとめた。
［表４］
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【００４８】
〔１−ｃ：下側の結像光学系〕
以下、下側の結像光学系２ｃのデータについて説明する。表５は、下側の結像光学系２ｃを構成する第１レンズ５ｄ、絞り５ｅ、及び第２レンズ５ｆについて、レンズ面の面頂点の座標をまとめたものである。
［表５］
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下側の結像光学系２ｃの自由曲面形状について表６にまとめた。
［表６］
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【００４９】
図６（Ａ）は、実施例の光プリントヘッド７３の像面湾曲を示したものである。一方、図６（Ｂ）は比較例の光プリントヘッドの像面湾曲を示したものである。ここで、比較例は、図４（Ｂ）に示す構成の光プリントヘッドについてのデータを示している。実施例では、レンズ面に自由曲面を用いたことにより、像面が一致し、像面湾曲も補正されている。比較例では、主走査方向と副走査方向とで像面の乖離があり、また像面歪曲も異なっている。
【００５０】
図７（Ａ）〜７（Ｃ）は、実施例の光プリントヘッド７３のＰＳＦ（Point spread function）を示したものである。光プリントヘッド７３の実際の発光点は面光源であるが、ここで示しているのは点光源で計算したビームプロファイルである。図７（Ａ）は発光点群ＤＧの主走査方向の左端に相当する位置に点光源を置いて計算したものであり、図７（Ｂ）は発光点群ＤＧの主走査方向の中央に相当する位置に点光源を置いて計算したものであり、図７（Ｃ）は発光点群ＤＧの主走査方向の右端に相当する位置に点光源を置いて計算したものである。
【００５１】
図７（Ｄ）〜７（Ｆ）は、比較例の光プリントヘッド７３のＰＳＦを示したものである。比較例の結像光学系２ａ，２ｂ，２ｃの面形状は自由曲面であり、発光点群ＤＧの配置のみ図４（Ｂ）に示す比較例の光プリントヘッドと同じにしている。図７（Ｄ）〜７（Ｆ）において、発光点群ＤＧの中央では良好な結像状態が得られているが、発光点群ＤＧの左端及び右端では結像状態が悪化している。
【００５２】
以上では、具体的な実施形態としての画像形成装置について説明したが、本発明に係る画像形成装置は、上記のものには限られない。例えば、上記実施形態において、光学系７３ｂを構成する結像光学系は、３つに限らず２つ又は４つ以上とすることができる。
【００５３】
上記実施形態において、発光点群ＤＧを構成する発光点ＥＤの数や配列に関する具体例は、単なる例示であり、用途や目的に応じて発光点ＥＤの数や配列を変更することができる。
【００５４】
上記実施形態において、絞り５ｅは、絞り基板５ｐに開口５ｓを形成したものとしたが、ガラスで形成された絞り基板の片側に形成された層状の遮光体からなる遮光部に多数の開口を形成したものでもよい。
【００５５】
上記実施形態において、発光基板７６ａ，７６ｂ，７６ｃを密着させた状態で配置しているが、間隔を空けて配置してもよい。また、発光基板７６ａ，７６ｂ，７６ｃの長さ及び厚さは適宜変更することができる。
【００５６】
上記実施形態において、第１及び第２レンズ５ｄ，５ｆの両側のレンズ面を自由曲面としたが、いずれか一方のレンズ面のみを自由曲面としてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
２ａ，２ｂ，２ｃ…結像光学系、  ４ａ-４ｃ…受光領域、  ３ａ，３ｂ，３ｃ…発光領域、  ４ａ，４ｂ，４ｃ…受光領域、  ５ｄ…第１レンズ、  ５ｆ…第２レンズ、  ５ｇ…平板、  ５ｈ…第１レンズ基板、  ５ｋ…第２レンズ基板、  ５ｉ，５ｊ，５ｍ，５ｎ…レンズ部、  ５ｐ…絞り基板、  ５ｓ…開口、  １０…画像読取部、  ２０…画像形成部、  ４０…給紙部、  ５０…搬送部、  ７０，７０Ｙ，７０Ｍ，７０Ｃ，７０Ｋ…像形成ユニット、  ７１…感光体ドラム、  ７１ａ…受光面、  ７２…帯電部、  ７３…光プリントヘッド、  ７３ａ…発光素子、  ７３ｂ…光学系、  ７４…現像部、  ７６ａ，７６ｂ，７６ｃ…発光基板、  ８１…中間転写部、  ８２…定着部、  ９０…制御部、  １００…画像形成装置、  Ａ１…第１レンズアレイ、  Ａ２…第２レンズアレイ、  Ａ３…絞りアレイ、  ＡＸ…光軸、  ＤＧ…発光点群、  ＳＥ１，ＳＥ２，ＳＥ３…共通対称面、  Ｅ１，Ｅ２…対称線、  ＥＤ…発光点、  Ｋ１，Ｋ２…回転対称軸、  ＬＢ…光線、  ＬＬ１…主点間線、  ＰＤ…投影像、  ＰＧ…投影像群、  ＲＴ…回転対称軸、  Ｓ１，Ｓ４…外側レンズ面、  Ｓ２，Ｓ３…絞り側レンズ面、  Ｔ１，Ｔ４…外側主点、  Ｔ２，Ｔ３…絞り側主点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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