(57)【要約】【課題】スポットの大きさの変動を抑制して、良好な露光を実現可能とする技術を提供する。【解決手段】発光素子と、発光素子が発光する光が透過するレンズおよびレンズが配設された基板を有する結像光学系と、を備え、基板の法線方向から基板に投影したレンズの幾何重心を通って基板の法線方向に平行な仮想軸をｚ軸とし、ｚ軸に直交してレンズの幾何重心を通る仮想軸をｘ軸としたとき、レンズの曲率半径Ｒは、次の関係、Ｒ＝Ｊ＋Ｌ×cos(Ｍ×θ)、Ｊ：定数、Ｌ：定数、Ｍ：正の整数、θ：ｚ軸の回りに反時計回りにとったｘ軸に対する回転角度、を有する【選択図】図７
2011213039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
前記発光素子が発光する光が透過するレンズおよび前記レンズが配設された基板を有する結像光学系と、
を備え、
前記基板の法線方向から前記基板に投影した前記レンズの幾何重心を通って前記基板の法線方向に平行な仮想軸をｚ軸とし、前記ｚ軸に直交して前記レンズの幾何重心を通る仮想軸をｘ軸としたとき、
前記レンズの曲率半径Ｒは、次の関係
Ｒ＝Ｊ＋Ｌ×cos(Ｍ×θ)
Ｊ：定数
Ｌ：定数
Ｍ：正の整数
θ：ｚ軸の回りに反時計回りにとったｘ軸に対する回転角度
を有することを特徴とする露光ヘッド。
【請求項２】
前記Ｍは、６以上の整数である請求項１に記載の露光ヘッド。
【請求項３】
前記発光素子が配設されて前記基板に平行な第２の基板と、
前記発光素子に対して前記ｘ軸に異なる位置で前記第２の基板に配設される第２の発光素子と、
を備える
請求項１に記載の露光ヘッド。
【請求項４】
前記発光素子が配設されて前記基板に平行な第２の基板と、
前記発光素子に対して前記ｘ軸に異なる位置で前記第２の基板に配設される第２の発光素子と、
を備え、
前記Ｍは、２×ｍ個（ｍは正の整数）となる請求項１に記載の露光ヘッド。
【請求項５】
基板に配設されたレンズを有する結像光学系、および前記レンズを透過する光を発光する発光素子を有する露光ヘッドと、
前記レンズを透過した光により潜像が形成される潜像担持体と、
を備え、
前記基板の法線方向から前記基板に投影した前記レンズの幾何重心を通って前記基板の法線方向に平行な仮想軸をｚ軸とし、前記ｚ軸に直交して前記レンズの幾何重心を通る仮想軸をｘ軸としたとき、
前記レンズの曲率半径Ｒは、次の関係
Ｒ＝Ｊ＋Ｌ×cos(Ｍ×θ)
Ｊ：定数
Ｌ：定数
Ｍ：正の整数
θ：ｚ軸の回りに反時計回りにとったｘ軸に対する回転角度
を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光素子が透過した光を結像光学系により被露光面に照射する露光ヘッドおよび当該露光ヘッドを用いる画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光素子が射出した光を結像光学系により結像することで、被露光面に光のスポットを照射するものが知られている。また、こうして、スポットにより被露光面を露光する構成では、スポットの大きさをある程度の範囲内に収めることが適当となる。しかしながら、結像光学系の結像位置が被露光面からずれると、スポットがぼやけて大きくなってしまう場合があった。
【０００３】
そこで、特許文献１の露光ヘッドでは、複数の結像位置を点在させている。つまり、この露光ヘッドでは、互いに異なる焦点距離を有する複数の領域が形成されたレンズを用いて、結像光学系が構成されている。そのため、レンズでの光の通過領域に応じて、複数の結像位置が結像光学系の光軸方向に点在することとなる。したがって、例えば、露光ヘッドと被露光面との距離が変動して、一の結像位置が被露光面からずれたとしても、他の結像位置が略被露光面上に来ることで、スポットの大きさを一定の範囲内に収めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２０２５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記露光ヘッドは、スポットの大きさを一定の範囲内に収めることができる点では好適であるが、スポットの大きさが変動するといった別の問題が生じる場合があった。詳述すると、上記露光ヘッドでは、点在する複数の結像位置それぞれに光（光線）を集中させる構成であるため、各結像位置ではシャープなスポットが形成される一方で、一の結像位置と他の結像位置との間等のデフォーカス位置ではブロードなスポットが形成される。つまり、結像位置かそれ以外の位置かによって、スポットの大きさが変動してしまうのである。その結果、例えば被露光面の位置が変動したような場合に、これに伴なってスポットの大きさも変動してしまうことがあった。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、スポットの大きさの変動を抑制して、良好な露光を実現可能とする技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明にかかる露光ヘッドは、上記目的を達成するために、発光素子と、発光素子が発光する光が透過するレンズおよびレンズが配設された基板を有する結像光学系と、を備え、基板の法線方向から基板に投影したレンズの幾何重心を通って基板の法線方向に平行な仮想軸をｚ軸とし、ｚ軸に直交してレンズの幾何重心を通る仮想軸をｘ軸としたとき、レンズの曲率半径Ｒは、次の関係
Ｒ＝Ｊ＋Ｌ×cos(Ｍ×θ)
Ｊ：定数
Ｌ：定数
Ｍ：正の整数
θ：ｚ軸の回りに反時計回りにとったｘ軸に対する回転角度
を有することを特徴としている。
【０００８】
この発明にかかる画像形成装置は、上記目的を達成するために、基板に配設されたレンズを有する結像光学系、およびレンズを透過する光を発光する発光素子を有する露光ヘッドと、レンズを透過した光により潜像が形成される潜像担持体と、を備え、基板の法線方向から基板に投影したレンズの幾何重心を通って基板の法線方向に平行な仮想軸をｚ軸とし、ｚ軸に直交してレンズの幾何重心を通る仮想軸をｘ軸としたとき、レンズの曲率半径Ｒは、次の関係
Ｒ＝Ｊ＋Ｌ×cos(Ｍ×θ)
Ｊ：定数
Ｌ：定数
Ｍ：正の整数
θ：ｚ軸の回りに反時計回りにとったｘ軸に対する回転角度
を有することを特徴としている。
【０００９】
このように構成された発明（露光ヘッド、画像形成装置）では、レンズの曲率半径Ｒは、式Ｒ＝Ｊ＋Ｌ×cos(Ｍ×θ)で与えられており、ｚ軸の回りに反時計回りにとったｘ軸に対する回転角度θに対して変化する。このように、曲率半径Ｒが角度θに対して変化するため、光の結像位置もｚ軸方向に分布することとなる。こうして、スポットの大きさの変動を抑制して、良好な露光を実現することが可能となっている。
【００１０】
また、Ｍは、６以上の整数であるように露光ヘッドを構成しても良い。これにより、被露光面の仮想軸方向への変動に対して、被露光面上でのスポットダイアグラムを安定させることができ、大きさの安定したスポットで良好な露光を行なうことが可能となる。
【００１１】
また、発光素子が配設されて基板に平行な第２の基板と、発光素子に対してｘ軸に異なる位置で第２の基板に配設される第２の発光素子と、を備えるように、露光ヘッドを構成しても良い。このような露光ヘッドは、発光素子の配設方向に平行なｘ軸上にレンズの曲率半径Ｒの極値を有することとなるため、レンズの検査や評価に適している。
【００１２】
また、発光素子が配設されて基板に平行な第２の基板と、発光素子に対してｘ軸に異なる位置で第２の基板に配設される第２の発光素子と、を備え、Ｍは、２×ｍ個（ｍは正の整数）となるように露光ヘッドを構成しても良い。このような露光ヘッドは、発光素子の配設方向に直交する軸上にレンズの曲率半径Ｒの極値を有することとなるため、レンズの検査や評価に適している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を適用可能な画像形成装置の一例を示す図。
【図２】図１の装置の電気的構成を示すブロック図。
【図３】本発明を適用可能なラインヘッドの一例を示す図。
【図４】本発明を適用可能なラインヘッドの一例を示す図。
【図５】本発明を適用可能なラインヘッドの一例を示す図。
【図６】レンズが構成する結像光学系と感光体ドラムとの配置関係を示す模式図。
【図７】レンズＬＳ1が有する構成を示す模式図。
【図８】レンズデータのレンズ面形状を定義する式を一覧で示した図。
【図９】中央光学系を透過する光の波長とレンズの有効径を表として示す図。
【図１０】中央光学系のレンズデータ。
【図１１】中央光学系のｆ(θ)面の形状を与える各係数を表として示す図。
【図１２】中央光学系のｘｙ多項式面の形状を与える各係数を表として示す図。
【図１３】端部光学系を透過する光の波長とレンズの有効径を表として示す図。
【図１４】端部光学系のレンズデータ。
【図１５】端部光学系のｆ(θ)面の形状を与える各係数を表として示す図。
【図１６】端部光学系のｘｙ多項式面の形状を与える各係数を表として示す図。
【図１７】結像光学系の主走査方向断面での光線図の一例を示した図。
【図１８】実施例と比較例とのスポットダイアグラムを示す図。
【図１９】値Ｍを変化させた際のスポットダイアグラムを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は本発明を適用可能な画像形成装置の一例を示す図である。また、図２は図１の装置の電気的構成を示すブロック図である。この画像形成装置１は、互いに異なる色の画像を形成する４個の画像形成ステーション２Ｙ（イエロー用）、２Ｍ（マゼンタ用）、２Ｃ（シアン用）および２Ｋ（ブラック用）を備えている。そして、画像形成装置１は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の４色のトナーを重ね合わせてカラー画像を形成するカラーモードと、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成するモノクロモードとを選択的に実行可能となっている。
【００１５】
この画像形成装置では、ホストコンピューターなどの外部装置から画像形成指令がＣＰＵやメモリーなどを有するメインコントローラーＭＣに与えられると、このメインコントローラーＭＣはエンジンコントローラーＥＣに制御信号を与えるとともに画像形成指令に対応するビデオデータＶＤをヘッドコントローラーＨＣに与える。このとき、メインコントローラーＭＣは、ヘッドコントローラーＨＣから水平リクエスト信号ＨＲＥＱを受け取る毎に、主走査方向ＭＤに１ライン分のビデオデータＶＤをヘッドコントローラーＨＣに与える。また、ヘッドコントローラーＨＣは、メインコントローラーＭＣからのビデオデータＶＤとエンジンコントローラーＥＣからの垂直同期信号Ｖsyncおよびパラメーター値とに基づき、各色の画像形成ステーション２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋそれぞれのラインヘッド２９を制御する。これによって、エンジン部ＥＮＧが所定の画像形成動作を実行し、複写紙、転写紙、用紙およびＯＨＰ用透明シートなどのシート状の記録媒体ＲＭに画像形成指令に対応する画像を形成する。
【００１６】
各画像形成ステーション２Ｙ、２Ｍ、２Ｃおよび２Ｋは、トナー色を除けばいずれも同じ構造および機能を有している。そこで、図１では、図を見やすくするために、画像形成ステーション２Ｃを構成する各部品にのみ符号を付し、他の画像形成ステーション２Ｙ、２Ｍおよび２Ｋに付すべき符号については記載を省略する。また、以下の説明では、図１に付した符号を参照して画像形成ステーション２Ｃの構造および動作を説明するが、他の画像形成ステーション２Ｙ、２Ｍおよび２Ｋの構造および動作も、トナー色が異なることを除けば同じである。
【００１７】
画像形成ステーション２Ｃには、シアン色のトナー像がその表面に形成される感光体ドラム２１が設けられている。感光体ドラム２１は、その回転軸が主走査方向ＭＤ（図１の紙面に対して垂直な方向）に平行もしくは略平行となるように配置されており、図１中矢印Ｄ２１の方向に所定速度で回転駆動される。これにより、感光体ドラム２１の表面が、主走査方向ＭＤに直交もしくは略直交する副走査方向ＳＤに移動することとなる。
【００１８】
感光体ドラム２１の周囲には、感光体ドラム２１表面を所定の電位に帯電させるコロナ帯電器である帯電器２２と、感光体ドラム２１表面を画像信号に応じて露光することで静電潜像を形成するラインヘッド２９と、該静電潜像をトナー像として顕像化する現像器２４と、第１スクイーズ部２５と、第２スクイーズ部２６と、転写後の感光体ドラム２１の表面をクリーニングするクリーニングユニットとが、それぞれこれらの順に感光体ドラム２１の回転方向Ｄ２１（図１では、時計回り）に沿って配設されている。
【００１９】
この実施形態では、帯電器２２は２つのコロナ帯電器２２１、２２２で構成されており、感光体ドラム２１の回転方向Ｄ２１においてコロナ帯電器２２１がコロナ帯電器２２２に対して上流側に配置されており、２つのコロナ帯電器２２１、２２２により２段階で帯電されるように構成されている。各コロナ帯電器２２１、２２２は同一構成であり、感光体ドラム２１の表面に接触しないものであり、スコロトロン帯電器である。
【００２０】
そして、コロナ帯電器２２１、２２２により帯電された感光体ドラム２１表面に対して、ラインヘッド２９がビデオデータＶＤに基づいて静電潜像を形成する。つまり、ヘッドコントローラーＨＣがラインヘッド２９にビデオデータＶＤを送信すると、このビデオデータＶＤに基づいて各発光素子Ｅが発光する。これにより、感光体ドラム２１表面が露光されて、画像信号に対応した静電潜像が形成される。なお、ラインヘッド２９の構成および動作の詳細は後述する。
【００２１】
こうして形成された静電潜像に対して現像器２４からトナーが付与されて、静電潜像がトナーにより現像される。この画像形成装置１の現像器２４は、現像ローラー２４１を有している。この現像ローラー２４１は円筒状の部材であり、鉄等金属製の内芯の外周部に、ポリウレタンゴム、シリコンゴム、ＮＢＲ、ＰＦＡチューブなどの弾性層を設けたものである。この現像ローラー２４１は現像用モーターに接続され、図１紙面において反時計回りに回転駆動されて感光体ドラム２１に対してウィズ回転する。また、この現像ローラー２４１は図示を省略する現像バイアス発生部（定電圧電源）と電気的に接続されており、適当なタイミングで現像バイアスが印加されるように構成されている。
【００２２】
また、この現像ローラー２４１に対して液体現像剤を供給するためにアニロックスローラーが設けられており、アニロックスローラーを介して現像剤貯留部から現像ローラー２４１へ液体現像剤が供給される。このようにアニロックスローラーは現像ローラー２４１に対して液体現像剤を供給する機能を有する。このアニロックスローラーは、液体現像剤を担持し易いように表面に微細且つ一様に彫刻された螺旋溝などによる凹部パターンが形成されたローラーである。現像ローラー２４１と同様に、金属の芯金にウレタン、ＮＢＲなどのゴム層を巻き付けたものや、ＰＦＡチューブを被せたものなどが用いられる。また、アニロックスローラーは現像用モーターに接続されて回転する。
【００２３】
現像剤貯留部に貯留される液体現像剤は、従来一般的に使用されている、Isopar（商標：エクソン）を液体キャリアとした低濃度（１〜２ｗｔ％）かつ低粘度の常温で揮発性を有する揮発性液体現像剤ではなく、高濃度かつ高粘度の、常温で不揮発性樹脂中へ顔料などの着色剤を分散させた平均粒径１μｍの固形子を、有機溶媒、シリコンオイル、鉱物油又は食用油等の液体溶媒中へ分散剤とともに添加し、トナー固形分濃度を約２０%とした高粘度（３０〜１００００ｍＰａ・s程度）の液体現像剤が用いられる。
【００２４】
上記のようにして、液体現像剤が供給された現像ローラー２４１はアニロックスローラーと同時に回転すると共に、感光体ドラム２１の表面とは同方向に移動するように回転して現像ローラー２４１の表面に担持された液体現像剤を現像位置に搬送する。なお、トナー像を形成するため、現像ローラー２４１の回転方向は、その表面が感光体ドラム２１の表面と同方向に移動するようにウィズ回転する必要があるが、アニロックスローラーに対しては、逆方向、或いは、同方向、どちらに移動する構成であってもよい。
【００２５】
また、現像器２４では、この現像ローラー２４１の回転方向において現像位置の上流側直前にトナー圧縮コロナ発生器２４２が現像ローラー２４１に対向して配置されている。このトナー圧縮コロナ発生器２４２は現像ローラー２４１の表面の帯電バイアスを増加させる電界印加手段であり、定電流電源で構成されたトナーチャージ発生部（図示省略）と電気的に接続されている。そして、トナー圧縮コロナ発生器２４２に対してトナーチャージバイアスが与えられると、現像ローラー２４１によって搬送される液体現像剤のトナーに対して、このトナー圧縮コロナ発生器２４２と近接する位置で電界が印加され、帯電、圧縮が施される。なお、このトナー帯電、圧縮には、電解印加によるコロナ放電に代えて、接触して帯電させるコンパクションローラーを用いてもよい。
【００２６】
また、このように構成された現像器２４は感光体ドラム２１上の潜像を現像する現像位置と感光体ドラム２１から離れた退避位置との間で往復可能となっている。したがって、現像器２４が退避位置に移動して位置決めされると、その間、シアン用の画像形成ステーション２Ｃでは、感光体ドラム２１への新たな液体現像剤の供給は停止される。
【００２７】
感光体ドラム２１の回転方向Ｄ２１において現像位置の下流側に、第１スクイーズ部２５が配置されるとともに、さらに第１スクイーズ部２５の下流側に第２スクイーズ部２６が配置されている。これらのスクイーズ部２５、２６にはスクイーズローラー２５１、２６１がそれぞれ設けられている。そして、スクイーズローラー２５１が第１スクイーズ位置で感光体ドラム２１の表面と当接しながらメインモーターからの回転駆動力を受けて回転してトナー像の余剰現像剤を除去する。また、感光体ドラム２１の回転方向Ｄ２１において第１スクイーズ位置の下流側の第２スクイーズ位置でスクイーズローラー２６１が感光体ドラム２１の表面と当接しながらメインモーターからの回転駆動力を受けて回転してトナー像の余剰液体キャリアやカブリトナーを除去する。また、本実施形態ではスクイーズ効率を高めるために、スクイーズローラー２５１、２６１に対して図示省略するスクイーズバイアス発生部（定電圧電源）が電気的に接続されており、適当なタイミングでスクイーズバイアスが印加されるように構成されている。なお、本実施形態では２つのスクイーズ部２５、２６を設けているが、スクイーズ部の個数や配置などはこれに限定されるものではなく、例えば１個のスクイーズ部を配置してもよい。
【００２８】
これらのスクイーズ位置を通過してきたトナー像は転写部３の中間転写体３１に１次転写される。この中間転写体３１は、その表面、より詳しくはその外周面にトナー像を一時的に担持可能な像担持体としての無端状ベルトであり、複数のローラー３２、３３、３４、３５および３６に掛け渡されている。これらのうちローラー３２はメインモーターに連結されて、中間転写体３１を図１の矢印方向Ｄ３１に周回駆動するベルト駆動ローラーとして機能している。なお、本実施形態では、記録紙ＲＭとの密着性を高めて記録紙ＲＭへのトナー像の転写性を高めるために、中間転写体３１の表面に弾性層を設け、当該弾性層の表面にトナー像が担持されるように構成されている。
【００２９】
ここで、中間転写体３１を掛け渡されたローラー３２ないし３６のうち、メインモーターにより駆動されるのは上記したベルト駆動ローラー３２のみであり、他のローラー３３ないし３６は駆動源を有しない従動ローラーである。また、ベルト駆動ローラー３２は、ベルト移動方向Ｄ３１において一次転写位置ＴＲ1の下流側、かつ後述する二次転写位置ＴＲ2の上流側で中間転写体３１を巻き掛けている。
【００３０】
転写部３は一次転写バックアップローラー３７を有しており、一次転写バックアップローラー３７は中間転写体３１を挟んで感光体ドラム２１と対向して配設されている。感光体ドラム２１と中間転写体３１とが当接する一次転写位置ＴＲ1では、感光体ドラム２１の外周面が中間転写体３１と当接して一次転写ニップ部ＮＰ１ｃを形成している。そして、感光体ドラム２１上のトナー像が中間転写体３１の外周面（一次転写位置ＴＲ1において下面）に転写される。こうして画像形成ステーション２Ｃにより形成されたシアン色のトナー像が中間転写体３１に転写される。同様に、他の画像形成ステーション２Ｙ、２Ｍおよび２Ｋでもトナー像の転写が実行されることで、各色のトナー像が中間転写体３１上に順次重ね合わされ、フルカラーのトナー像が形成される。一方、モノクロトナー像が形成される際には、ブラック色に対応した画像形成ステーション２Ｋのみにおいて、中間転写体３１へのトナー像転写が行われる。
【００３１】
こうして中間転写体３１に転写されたトナー像は、ベルト駆動ローラー３２への巻き掛け位置を経由して二次転写位置ＴＲ2に搬送される。この二次転写位置ＴＲ2では、中間転写体３１を巻き掛けられたローラー３４に対して二次転写部４の二次転写ローラー４２が中間転写体３１を挟んで対向配置されており、中間転写体３１表面と転写ローラー４２表面とが互いに当接して二次転写ニップ部ＮＰ２を形成している。すなわち、ローラー３４は二次転写バックアップローラーとして機能している。バックアップローラー３４の回転軸は、例えばバネのような弾性部材である押圧部３４５によって弾性的に、かつ中間転写体３１に対して近接・離間移動自在に支持されている。
【００３２】
二次転写位置ＴＲ2においては、中間転写体３１上に形成された単色あるいは複数色のトナー像が、一対のゲートローラー５１から搬送経路ＰＴに沿って搬送される記録媒体ＲＭに転写される。また、トナー像が二次転写された記録媒体ＲＭは、二次転写ローラー４２から搬送経路ＰＴ上に設けられた定着ユニット７へ送出される。定着ユニット７では、記録媒体ＲＭに転写されたトナー像に熱や圧力などが加えられて記録媒体ＲＭへのトナー像の定着が行われる。こうして、記録媒体ＲＭに所望の画像を形成することができる。
【００３３】
以上が画像形成装置の概略構成である。続いて、本実施形態にかかる画像形成装置に適用可能なラインヘッド２９の詳細について説明する。図３、図４および図５は、本発明を適用可能なラインヘッドの一例を示す図である。特に、図３は、ラインヘッド２９が備える発光素子およびレンズの位置関係を、レンズが構成する結像光学系の光軸方向Ｄoaから見た平面図であり、図４は、ラインヘッド２９の部分斜視図であり、図５は、ラインヘッド２９のＡ−Ａ線（図３の階段状の二点鎖線）における部分階段断面図であって、該断面をラインヘッド２９の長手方向ＬＧＤから見た場合に相当する。図３では、レンズＬＳ1、ＬＳ2が一点鎖線で記載されているが、これは、発光素子ＥとレンズＬＳ1、ＬＳ2とが光軸方向Ｄoaにおいて異なる位置にあることを考慮したものである。また、図６は、レンズが構成する結像光学系と感光体ドラムとの配置関係を示す模式図である。
【００３４】
このラインヘッド２９は、長手方向ＬＧＤに長尺で幅方向ＬＴＤに短尺な全体構成を備える。そこで、図３〜図６および以下の図面では必要に応じて、ラインヘッド２９の長手方向ＬＧＤおよび幅方向ＬＴＤを示す。また、レンズが構成する結像光学系の光軸方向Ｄoaについても、図３〜図６および以下の図面で適宜示すとともに、必要に応じて、光軸方向Ｄoaの矢印側を「表」あるいは「上」と表現し、光軸方向Ｄoaの矢印と反対側を「裏」「下」あるいは「底」と表現する。なお、これらの方向ＬＧＤ、ＬＴＤ、Ｄoaは互いに直交もしくは略直交している。
【００３５】
また、上述のとおり、同ラインヘッド２９を画像形成装置に適用するにあたっては、ラインヘッド２９は、主走査方向ＭＤに直交もしくは略直交する副走査方向ＳＤに移動する感光体ドラム２１表面に対して露光を行なうものであり、しかも、感光体ドラム２１表面の主走査方向ＭＤはラインヘッド２９の長手方向ＬＧＤに平行もしくは略平行であり、感光体ドラム２１表面の副走査方向ＳＤはラインヘッド２９の幅方向ＬＴＤに平行もしくは略平行である。そこで、必要に応じて、長手方向ＬＧＤ・幅方向ＬＴＤと一緒に、主走査方向ＭＤ・副走査方向ＳＤも図示することとする。
【００３６】
ラインヘッド２９では、複数（図１の例では１５個）の発光素子Ｅを長手方向ＬＧＤに２行千鳥で並べて、１個の発光素子グループＥＧが構成されている。さらに、複数の発光素子グループＥＧが３行千鳥で長手方向ＬＧＤに並べられている。かかる配列態様は、換言すれば次のようにも説明できる。つまり、長手方向ＬＧＤへ距離３×Ｄg毎に発光素子グループＥＧを配置して、長手方向ＬＧＤに直線的に並ぶ複数の発光素子グループＥＧから１行の発光素子グループ行ＧＲa等が構成される。さらに、３行の発光素子グループ行ＧＲa、ＧＲb、ＧＲcは、幅方向ＬＴＤに距離Ｄtを空けて配置されるとともに、長手方向ＬＧＤに距離Ｄgだけ互いにシフトされている。
【００３７】
また、各発光素子Ｅは、互いに同一の発光スペクトルを有するボトムエミッション型の有機ＥＬ（Electro-Luminescence）素子である。つまり、各発光素子Ｅを構成する有機ＥＬ素子は、長手方向ＬＧＤに長く幅方向ＬＴＤに短いガラス平板であるヘッド基板２９３の裏面２９３−tに形成されて、ガラス製の封止部材２９４により封止されている。なお、この封止部材２９４は、ヘッド基板２９３の裏面２９３−tに接着剤により固定されている。
【００３８】
上述のように配置された複数の発光素子グループＥＧそれぞれに対しては１つの結像光学系ＯＳが対向している。具体的には、この結像光学系ＯＳは、発光素子グループＥＧ側に凸の２枚のレンズＬＳ1、ＬＳ2から構成されている。なお、図４、図５では、発光素子グループＥＧとレンズＬＳ1、ＬＳ2との間には遮光部材２９７が図示されているが、これについては結像光学系の説明の後に説明する。
【００３９】
このラインヘッド２９では、３行千鳥で並ぶ複数の発光素子グループＥＧのそれぞれに対向してレンズＬＳ1、ＬＳ2を配置するために、複数のレンズＬＳ1を３行千鳥で並べたレンズアレイＬＡ1と、複数のレンズＬＳ2を３行千鳥で並べたレンズアレイＬＡ2とが設けられている。つまり、レンズアレイＬＡ1（ＬＡ2）では、長手方向ＬＧＤへ距離３×Ｄg毎にレンズＬＳ1（ＬＳ2）を配置して、長手方向ＬＧＤに直線的に並ぶ複数のレンズＬＳ1（ＬＳ2）から１行のレンズ行が構成される。さらに、３行のレンズ行は、幅方向ＬＴＤに距離Ｄtを空けて配置されるとともに、長手方向ＬＧＤに距離Ｄgだけ互いにシフトされている。
【００４０】
ちなみに、レンズアレイＬＡ1（ＬＡ2）は、光透過製のガラス平板ＳＢに樹脂製のレンズＬＳ1（ＬＳ2）を形成することで構成することができる。また、この実施形態では、長手方向ＬＧＤに長尺なレンズアレイを一体的な構成で作成することは困難であることに鑑みて、比較的短尺なガラス平板に樹脂製のレンズＬＳ1（ＬＳ2）を３行千鳥で形成して１つの短尺なレンズアレイＬＡ1（ＬＡ2）を作製し、この短尺レンズアレイＬＡ1（ＬＡ2）を長手方向ＬＧＤに複数並べることで、長手方向ＬＧＤに長尺なレンズアレイを構成している。
【００４１】
より具体的には、ヘッド基板表面２９３−hの幅方向ＬＴＤの両端部それぞれには、複数のスペーサーＳＰ1が長手方向ＬＧＤに直線的に間隔を空けて並べられている。そして、幅方向ＬＴＤへスペーサーＳＰ1、ＳＰ1に架設された状態で、複数のレンズアレイＬＡ1が長手方向ＬＧＤに並べられて、１つの長尺レンズアレイが構成されている。また、レンズアレイＬＡ1からなる長尺レンズアレイ表面の幅方向ＬＴＤの両端部それぞれには、複数のスペーサーＳＰ2が長手方向ＬＧＤに直線的に間隔を空けて並べられている。そして、幅方向ＬＴＤへスペーサーＳＰ2、ＳＰ2に架設された状態で、複数のレンズアレイＬＡ2が長手方向ＬＧＤに並べられて、１つの長尺レンズアレイが構成されている。さらに、レンズアレイＬＡ2からなる長尺レンズアレイ表面には平板状の支持ガラスＳＳが接着されており、複数のレンズアレイＬＡ2は各スペーサーＳＰ2のみならず、当該スペーサーＳＰ2の反対側から支持ガラスＳＳによっても支持されている。また、この支持ガラスＳＳは、各レンズアレイＬＡ2が外部に露出しないように、当該レンズアレイＬＡ2を覆う機能も併せ持つ。
【００４２】
つまり、上述のように構成された２枚レンズアレイＬＡ1、ＬＡ2をヘッド基板２９３に対向させることで、発光素子グループＥＧの３行千鳥配置に対応して、２枚のレンズＬＳ1、ＬＳ2で構成される結像光学系ＯＳが３行千鳥で長手方向ＬＧＤに並ぶこととなる。そして、発光素子グループＥＧの各発光素子Ｅが射出した光は、結像光学系ＯＳおよび支持ガラスＳＳを透過して、感光体ドラム２１表面に照射される。なお、図５では、発光素子グループ行ＧＲaに属する発光素子グループＥＧからの光を結像する結像光学系ＯＳに対して符号ＯＳaが併記されている。また、同様にして、発光素子グループ行ＧＲb、ＧＲcに属する発光素子グループＥＧからの光を結像する結像光学系ＯＳに対して符号ＯＳb、ＯＳcが併記されている。すなわち、幅方向ＬＴＤに互いに異なる位置に配置された結像光学系ＯＳに対して、異なる符合ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcが付されている。
【００４３】
このように、ラインヘッド２９では、複数の発光素子グループＥＧそれぞれに対して専用の結像光学系ＯＳが配置されている。このようなラインヘッド２９では、発光素子グループＥＧからの光は、当該発光素子グループＥＧに設けられた結像光学系ＯＳにのみ入射し、それ以外の結像光学系ＯＳに入射しないことが望ましい。そこで、ヘッド基板２９３の表面２９３−hとレンズアレイＬＡ1との間には、遮光部材２９７が設けられている。この遮光部材２９７は、発光素子グループＥＧから当該発光素子グループＥＧに対向する結像光学系ＯＳに向かう光を制限する機能を果たす。具体的には、遮光部材２９７には、発光素子グループＥＧからこれに対向する結像光学系ＯＳへと向かう導光孔２９７１が、光軸方向Ｄoaに貫通形成されている。導光孔２９７１は円柱形状の孔であり、その中心軸は結像光学系ＯＳの光軸ＯＡと概ね一致している。したがって、発光素子グループＥＧから射出された光のうち、遮光部材２９７の底面で遮られることなく導光孔２９７１を通過した光が、結像光学系ＯＳに入射することとなる。そして、結像光学系ＯＳで結像された光が感光体ドラム２１表面にスポットＳＴとして照射されて、感光体ドラム２１表面が露光される（図６）。
【００４４】
なお、上述のとおり、この実施形態では、結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcが幅方向ＬＴＤの異なる位置に配設されている。この際、各結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcは、幅方向ＬＴＤへのピッチＤtが等しくなるとともに、中央の結像光学系ＯＳbの光軸ＯＡが感光体ドラム２１の曲率中心Ｃ21を通るように配置される。したがって、幅方向ＬＴＤ中央の結像光学系ＯＳbがスポットＳＴを形成する位置と、幅方向ＬＴＤ端部の結像光学系ＯＳa、ＯＳbがスポットを形成する位置とは、光軸方向Ｄoaに距離ｄだけずれる（図６）。
【００４５】
ところで、結像光学系ＯＳの結像位置を分布させるために、当該結像光学系ＯＳを構成する２枚のレンズＬＳ1、ＬＳ2のうちのレンズＬＳ1は、次のような構成を有する。図７は、レンズＬＳ1が有する構成を示す模式図であり、同図上段の「平面図」の欄は、発光素子Ｅ側から光軸方向ＤoaにレンズＬＳ1を平面視した場合を示し、同図下段の「側面図」の欄は、光軸方向Ｄoaに垂直な方向から結像光学系ＯＳを見た場合を示している。また、同図では、レンズアレイＬＡ1を構成するガラス平板ＳＢの法線方向から当該ガラス平板ＳＢ（の裏面）に投影したレンズＬＳ1の幾何重心を通って当該ガラス平板ＳＢの法線方向に平行な仮想軸（ここでは光軸ＯＡに一致）をｚ軸として表し、ｚ軸に直交してレンズＬＳ1の上記幾何重心を通る仮想軸（ここでは主走査方向ＭＤに一致）をｘ軸として表し、ｚ軸およびｘ軸に直交してレンズＬＳ1の上記幾何重心を通る仮想軸（ここでは副走査方向ＳＤに一致）をｙ軸として表している。
【００４６】
そして、ｚ軸の回りに反時計回りにとったｘ軸に対する回転角度をθ（−π≦θ≦π）としたとき、レンズＬＳ1（のレンズ面）の曲率半径Ｒは、次の関係
Ｒ＝Ｊ＋ｆ(θ)
Ｊ：定数
ｆ(θ)：θを変数とする関数
を有している。なお、本実施形態では、ｆ(θ)は余弦関数であり、次の関係
ｆ(θ)＝Ｌ×cos(Ｍ×θ)
Ｌ：定数
Ｍ：正の整数
を有する。また、本明細書において角度θの単位はラジアン[rad]とする。
【００４７】
レンズＬＳ1がこのような構成を有するため、結像光学系ＯＳの結像位置は、位置Ｐ0を略中心とする位置Ｐ1から位置Ｐ2までの範囲に連続的に分布することとなる。ここで、レンズＬＳ1と位置Ｐ0との間隔Ｄ(Ｊ)は、上述の定数Ｊによって決まる。したがって、定数Ｊを調整することで、結像位置の分布範囲の略中心を設定することができる。また、結像位置の分布範囲Ｄ(ｆ(θ))は、関数ｆ(θ)によって決まる。したがって、関数ｆ(θ)を調整することで、結像位置の分布範囲Ｄ(ｆ(θ))を設定することができる。
【００４８】
以上のように本実施形態では、レンズＬＳ1の曲率半径Ｒは、式Ｒ＝Ｊ＋ｆ(θ)で与えられており、ｚ軸回りの角度θに対して変化する。このように、曲率半径Ｒが角度θに対して変化するため、光の結像位置もｚ軸方向に分布（つまり、位置Ｐ1〜Ｐ2の範囲に分布）することとなる。こうして、スポットＳＴの大きさの変動を抑制して、良好な露光を実現することが可能となっている。
【００４９】
特に、このラインヘッド２９を画像形成装置に適用することで、安定した大きさのスポットＳＴで感光体ドラム２１を露光することができるため、スポットＳＴの照射領域に付着するトナー量も安定化され、その結果、良好な画像を形成することが可能となる。
【００５０】
また、上記実施形態では、関数ｆ(θ)は、次の関係
ｆ(θ)＝Ｌ×cos(Ｍ×θ)
Ｌ：定数
Ｍ：正の整数
を有するようにラインヘッド２９が構成されている。このような構成では、余弦関数cos(Ｍ×θ)の角度θに対する変化に応じて、曲率半径Ｒも連続的に変化する。その結果、光の結像位置を連続的に分布させることができ、スポットＳＴの大きさをより安定させて、良好な露光を実現することが可能となる。
【００５１】
さらに、関数ｆ(θ)として余弦関数を用いることで、段差の無い滑らかな面形状でレンズＬＳ1のレンズ面を仕上げることができる。その結果、レンズ面に段差がある場合と比較して、レンズ面の加工が簡便になるといった効果が期待できる他、段差での乱反射によるゴースト光の発生を防止できるという効果も奏される。
【００５２】
ちなみに、余弦関数cos(Ｍ×θ)は、θ＝０で極値を持つとともに、当該θ＝０での極値を含んで、−π≦θ≦πの範囲で２×Ｍ個（つまり、偶数個）の極値を持つ。このようなラインヘッド２９は、発光素子グループＥＧでの複数の発光素子Ｅの配列方向である主走査方向ＭＤに平行なｘ軸上にレンズＬＳ1の曲率半径Ｒの極値を有することとなるため、レンズＬＳ1の検査や評価に適している。
【００５３】
その他
以上のように、上記実施形態では、ラインヘッド２９が本発明の「露光ヘッド」に相当し、感光体ドラム２１が本発明の「潜像担持体」に相当し、現像器２４が本発明の「現像部」に相当し、レンズＬＳ1が本発明の「レンズ」に相当し、結像光学系ＯＳが本発明の結像光学系に相当している。
【００５４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したものに対して種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、関数ｆ(θ)として余弦関数を用いていたが、関数ｆ(θ)はこれに限られず、角度θを変数とする種々の関数を用いることができる。したがって、例を挙げれば、正弦関数等の三角関数や、その他の角度θを変数とする周期関数を用いることができる。また、角度θに対する周期性を有さない関数を用いることもできる。
【００５５】
また、上記実施形態では、結像光学系ＯＳは、２枚のレンズＬＳ1、ＬＳ2で構成されていた。しかしながら、結像光学系ＯＳを構成するレンズの枚数は２枚に限られず、１枚あるいは３枚以上であっても良い。
【００５６】
また、上記実施形態では、レンズＬＳ1の曲率半径が角度θに応じて変化するように構成していた。しかしながら、結像光学系ＯＳを構成するその他のレンズの曲率変形が角度θに応じて変化するように構成しても良い。
【００５７】
また、上記実施形態では、余弦関数cos(Ｍ×θ)の周期を決める値Ｍは正の整数であれば良いため、具体的な値について特に言及しなかったが、これについても種々の値に設定することができる。そこで、例えば、Ｍ＝２×ｍ（ｍは正の整数）を満たすように、値Ｍを設定しても良い。しかも、この場合には、余弦関数cos(Ｍ×θ)は、θ＝０で極値を持つとともに、当該θ＝０での極値を含んで、−π≦θ≦πの範囲で４×ｍ個の極値を持つ。このようなラインヘッド２９は、副走査方向ＳＤに平行なｙ軸上にレンズＬＳ1の曲率半径Ｒの極値を有することとなるため、レンズＬＳ1の検査や評価に適している。
【００５８】
また、感光体ドラム２１と結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcとの配置関係は図６に示したものに限られず、結像光学系ＯＳaまたは結像光学系ＯＳcの光軸が曲率中心Ｃ21を通るように構成したり、あるいは結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcのいずれの光軸ＯＡも曲率中心Ｃ21から外れるように構成したりすることができる。
【００５９】
また、副走査方向ＳＤに異なる位置に配置される結像光学系ＯＳの個数（換言すれば、レンズ行の行数）は３個に限られず、２個あるいは４個以上であっても良い。
【００６０】
また、上記実施形態では、結像光学系ＯＳの光学倍率については特に言及しなかった。しかしながら、結像光学系ＯＳとしては、倒立像を結像するもの、正立像を結像するもの、縮小像を結像するもの、拡大像を結像するもの、あるいはこれらを組み合わせた光学特性を有するものを用いることができる。
【００６１】
また、発光素子グループＥＧを構成する発光素子Ｅの個数や、配置態様も種々の変更が可能である。
【００６２】
また、上述の有機ＥＬ素子以外に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode)等の光源を、発光素子Ｅとして用いることもできる。
【実施例】
【００６３】
次に本発明の実施例を示すが、本発明はもとより下記の実施例によって制限を受けるものではなく、前後記の趣旨に適合しうる範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００６４】
実施例１
ここでは、より具体的なレンズデータを示して本発明の実施例について説明する。図８は、レンズデータのレンズ面形状を定義する式を一覧で示した図である。式１および式２は、ｘ−ｙ直交座標とｒ−θ極座標とを対応付ける式である。式３は、レンズＬＳ2のレンズ面（ｘｙ多項式面）の形状あるいはレンズＬＳ1のレンズ面（ｆ(θ)面）の形状を与える式である。具体的には、式４で与えられるレンズの極率Ｃv＝１／Ｒを一定値とすると、式３はレンズＬＳ2のレンズ面（ｘｙ多項式面）の形状を与える。一方、曲率半径Ｒを式５で示す角度θの関数とし、これに対応してレンズの極率Ｃv＝１／Ｒも角度θの関数となるとき、式３はレンズＬＳ1のレンズ面（ｆ(θ)面）の形状を与える。なお、各式で用いられるその他の係数Ａ〜Ｉ等の内容については、同図に記載のとおりである。
【００６５】
図９は、中央光学系ＯＳbを透過する光の波長と、レンズＬＳ1、ＬＳ2の有効径を表として示す図である。図１０は、中央光学系ＯＳbのレンズデータである。図１１は、中央光学系ＯＳbのｆ(θ)面である面Ｓ4の形状を与える各係数を表として示す図である。図１２は、中央光学系ＯＳbのｘｙ多項式面である面Ｓ7の形状を与える各係数を表として示す図である。図１３は、端部光学系ＯＳa、ＯＳcを透過する光の波長と、レンズＬＳ1、ＬＳ2の有効径を表として示す図である。図１４は、端部光学系ＯＳa、ＯＳcのレンズデータである。図１５は、端部光学系ＯＳa、ＯＳcのｆ(θ)面である面Ｓ4の形状を与える各係数を表として示す図である。図１６は、端部光学系ＯＳa、ＯＳcのｘｙ多項式面である面Ｓ7の形状を与える各係数を表として示す図である。また、図１７は、結像光学系の主走査方向断面での光線図の一例を示した図である。
【００６６】
これらの図から判るように、この実施例では、発光素子（物体面Ｓ1）とレンズＬＳ1（ｆ(θ)面Ｓ4）との間に開口絞り（絞り面Ｓ3）が設けられており、開口絞りで絞られた光が、レンズＬＳ1を透過した後にレンズＬＳ2を透過して像面Ｓ10に照射される。
【００６７】
このように本実施例では、レンズＬＳ1の曲率半径Ｒは、次式
Ｒ＝Ｊ＋Ｌ×cos(Ｍ×θ)
で与えられている。したがって、余弦関数cos(Ｍ×θ)の角度θに対する変化に応じて、曲率半径Ｒも連続的に変化する。その結果、光の結像位置を連続的に分布させることができ、スポットＳＴの大きさをより安定させて、良好な露光を実現することが可能となる。本実施例のこの効果について、図１８のスポットダイアグラムを用いて説明する。
【００６８】
図１８は、本実施例と比較例とのスポットダイアグラムを示す図であり、各例についてデフォーカス量を−４０(μm)から＋４０(μm)まで変化させた際のスポットダイアグラムが示されている。同図は、同図では、図７で示した位置Ｐ0をデフォーカス量が０(μm)の位置としている。同図上段の「本実施例」に示すスポットダイアグラムは、上記レンズデータに基づいて求めたものである。一方、同図下段の「比較例」に示すスポットダイアグラムは、特許文献１に記載のレンズデータに基づいて求めたものである。「比較例」では、デフォーカス量が０(μm)の時には極めてスポットがシャープである一方、デフォーカス量の絶対値が増えるにしたがってスポットがブロードになっている。つまり、「比較例」では、デフォーカス量の変化によりスポットの大きさが変動しているのが判る。一方、「本実施例」では、デフォーカス量が−４０(μm)から＋４０(μm)の範囲の略全域において、スポットの大きさが安定しているのが判る。こうして、本実施例では、スポットＳＴの大きさをより安定させて、良好な露光を実現することが可能となっている。
【００６９】
実施例２
図１９は、余弦関数の周期を決める値Ｍを５から７まで変化させた際のスポットダイアグラムを示す図であり、各Ｍの値についてデフォーカス量を−４０(μm)から＋４０(μm)まで変化させた際のスポットダイアグラムが示されている。同図では、図７で示した位置Ｐ0をデフォーカス量が０(μm)の位置としている。実施例２では、同図を用いて値Ｍとスポットダイアグラムとの関係について説明する。
【００７０】
レンズＬＳ1は、子午（メリジオナル）方向のみならず球欠（サジタル）方向にも曲率を持つ。そのため、像面でのスポットダイアグラムでは、レンズＬＳ1の周方向に光量の粗密が周期的に現れる。具体的には、図１９に示すように、光量が粗な部分と光量が密な部分とがレンズ周方向に隣接した粗密部が、２個の極値（曲率半径の極値）の間に１個発生する。
【００７１】
そこで、Ｍの値を変化させることで曲率半径の極値の個数を変化させて、粗密部がスポットダイアグラムに与える影響を見たものが図１９である。同図に示すように、Ｍ＝５、すなわち−π≦θ≦πの範囲で極値の数が１０個の場合では、粗密の間隔が広い上に粗密部の数が奇数個であることから、スポットダイアグラムの形がいびつになっている。そこで、Ｍは６以上、すなわち−π≦θ≦πの範囲で極値の数は１２以上とすることが好適と言える。これにより、感光対ドラム２１表面（被露光面）のｚ軸方向への変動に対して、ビームプロファイルを安定させることができ、大きさの安定したスポットＳＴで良好な露光を行うことができる。
【符号の説明】
【００７２】
２１…感光体ドラム、  ２４…現像器、  ２９…ラインヘッド、  Ｅ…発光素子、  ＥＧ…発光素子グループ、  ＬＳ1、ＬＳ2…レンズ、  ＯＳ、ＯＳa、ＯＳb、ＯＳc…結像光学系、  ＭＣ…メインコントローラー、  ＨＣ…ヘッドコントローラー、  Ｒ…曲率半径、  θ…ｚ軸の回りの角度
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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