光ラインヘッド
【課題】 光学素子により、被照射面における結像位置を調整する光ラインヘッドを提供すること。
【解決手段】 基板６２の副走査方向に２列以上に配列されたライン状のアレイ光源７２、７３からの出射光を正立等倍の光学系を用いて被照射面に結像させる光ラインヘッド。前記２列以上に配列されたアレイ光源の各列に対して、副走査方向の断面において、水平面６２ａに対して光射出面の角度が光入射面とは異なる傾斜面２ａ、２ｂを形成したプリズム状の光学素子を配置し、被照射面上では前記各列のアレイ光源から放射された光が結像して形成されるスポットの副走査方向の間隔が、前記アレイ光源の間隔よりも小さくなるように設定される。
【解決手段】 基板６２の副走査方向に２列以上に配列されたライン状のアレイ光源７２、７３からの出射光を正立等倍の光学系を用いて被照射面に結像させる光ラインヘッド。前記２列以上に配列されたアレイ光源の各列に対して、副走査方向の断面において、水平面６２ａに対して光射出面の角度が光入射面とは異なる傾斜面２ａ、２ｂを形成したプリズム状の光学素子を配置し、被照射面上では前記各列のアレイ光源から放射された光が結像して形成されるスポットの副走査方向の間隔が、前記アレイ光源の間隔よりも小さくなるように設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子により光源の副走査間隔よりも狭い間隔で被照射面に結像させる、光ラインヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光書込みを行う画像形成装置においては、露光装置として走査光学系を設ける方式と、発光素子アレイを用いる光ラインヘッド方式が知られている。例えば特許文献１には、露光装置に光ラインヘッドを用いる方式が記載されている。この例では、光源には千鳥状に配置したＬＥＤを使用し、光源と感光体との間に屈折率分布型ロッドレンズアレイ（商品名セルフォックレンズアレイ、以下、ＳＬＡと略記する）を設けている。
【０００３】
ライン状光源の各発光部の光パワーを確保するためにはある程度の光源の面積（直径Ｄ）が必要となる。そのため１列に光源を配置することができずに、千鳥状の配置となる。特に有機ＥＬ素子のように単位面積当たりの光パワーが小さい発光素子において、高速化に対応するために大きな光パワーを得るためには千鳥状の配置は必須となる。
【０００４】
ライン状光源の像を被照射面に結像させるために、屈折率分布型ロッドレンズアレイ（商品名：セルフォックレンズアレイ［ＳＬＡ］、日本板硝子（株）製）が用いられている。このレンズアレイは等倍、正立の光学系であるので、発光素子の配置がそのまま被走査面上に投影される。このような光源を千鳥状に配置するラインヘッドを用いて、感光体上に光書込みを行う画像形成装置が構成される。
【０００５】
図１２において、光ラインヘッド２０には、リード線２１、２２に接続される光源の発光素子２３ａ、２３ｂが千鳥状に配置されている。Ｄは光源の直径、Ｐは各発光素子ライン間の距離である。この例では、副走査方向に２Ｐの間隔で発光素子ラインが配列されている。ライン状に配列された光源の各発光素子の露光に要する光パワーを確保するためには、ある程度の光源の面積（すなわち各発光素子の直径Ｄ）が必要となる。
【０００６】
光源の面積を拡張した上で、すなわち、発光素子の直径を大きくした上で主走査方向に１列に光源をライン状に配置すると、隣の発光素子と干渉してしまう。このため、主走査方向に複数の発光素子を配列した発光素子ラインを副走査方向に複数列設け、各発光素子ラインの発光素子を千鳥状に配置することで、隣接する発光素子の干渉を避けることができる。
【０００７】
図１２のように２ラインの発光素子ラインが２Ｐだけ隔たって配置されていると、像担持体の被照射面上でも２Ｐだけ結像点がプロセス進行方向に隔たって配置される。仮に結像点を主走査方向に一列に並べて、横方向の線を露光する場合、一列に結像点を整列させるためには、２ラインの各々の発光素子ラインの位置に応じて、発光タイミングを変える必要がある。
【０００８】
図１２において、Ｐは画像形成装置における画素ピッチで、ページプリンターでは１インチ当り６００画素、すなわちＰ＝４２．３３μｍになる。上記の例では、奇数画素と偶数画素で２ライン分のずれがあるので、奇数ドットがあるラインのデータを出力している場合には、偶数ドットは２ライン先のデータを出力する必要がある。
【０００９】
この点について、図１５の説明図により説明する。図１５において、４０は像担持体のような被照射面、６２はガラス基板、７２は奇数ラインの発光素子ライン（Ｌ１）、７３は偶数ラインの発光素子ライン（Ｌ２）、６５はＳＬＡとする。なお、各発光素子ライン７２、７３は、アレイ光源として形成されている。この場合には、奇数ラインの発光素子ライン（Ｌ１）による像は、被照射面の光軸上の位置４１に結像し、また、偶数ラインの発光素子ライン（Ｌ２）による像は、被照射面の光軸上の位置４２に結像する。このため、Ｌ２の像をＬ１の像に重ねるためには、２ライン先のデータを出力するようなデータ処理が必要になる。また、被照射面上で各列のアレイ光源から放射された光が結像して形成されるスポットの副走査方向の間隔が、前記アレイ光源の間隔よりも小さくなるように設定する際にも、複雑なデータ処理が必要になる。
【００１０】
このような処理を行うためには、(１)印字すべき画像を画像メモリに書込む際に奇数ドットと偶数ドットのずらしを行うか、(２)画像メモリから呼び出す際にアドレスを切り換えるか、(３)あるいは画像メモリへのアクセスは通常通りに行って、書込みヘッドに至る間にバッファメモリを挿入して、データの転送順序を変更する方法、のいずれかの方法が考えられる。
【００１１】
ところで、発光部の大きさによっては、発光素子ラインを図１２に示したように副走査方向に２列に配列することに代えて、発光素子ラインを３列配置せざるを得ない場合もある。図１３は、副走査方向に発光素子ラインを３列配列する例の説明図である。図１３において、光ラインヘッド２０ａには、リード線２１、２２に接続される光源の発光素子２３、２４、リード線２６に接続される光源の発光素子２５が千鳥状に配置されている。Ｄは光源の直径、Ｐは各光源間の距離である。この例では、副走査方向に２Ｐの間隔で発光素子ラインが３列配列されている。
【００１２】
また、ＬＥＤアレイのように複数の発光素子がチップ状に複数形成されていて、当該チップを複数配列する場合がある。このような構成においても、チップの端部まで発光素子を配列するのが難しい場合には、チップ毎に千鳥状に配列することがある。図１４は、かかる構成の光ラインヘッドの例を示す説明図である。図１４において、光ラインヘッド３０は、主走査方向にチップ３１、３３、３５・・・が千鳥状に配列されている。各チップ３１、３３、３５には、それぞれ発光素子ライン３２、３４、３６が設けられている。
【００１３】
図１４に示したような複数の発光素子が集積されたチップを千鳥状に配置する場合にも、回路構成が複雑になるという課題があった。そこで、特許文献２には、このような課題を解決するために複数のレンズアレイを用いる例が記載されている。また、特許文献３には、光学素子としてハーフミラーを用いて、９０°に角度を持った２列の光源からの光を１列に重ねる例が記載されている。
【００１４】
【特許文献１】特開平２−１４７２５９号公報
【特許文献２】特開平１０−２１１７３１号公報
【特許文献３】特開昭５６−２８８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
前記（１）〜（３）のいずれの方法であっても、回路構成が複雑になりコストアップになるという問題があった。さらに、(１)、(２)では画像処理が複雑になり、またヘッドの発光部の配置が変わる度に画像処理の内容を変えなくてはならないという課題があり、(３)では画像処理部分には汎用性があるが余分な回路とメモリが必要なるという問題があった。なお、先に示した図１２のように発光部の径Ｄがそのピッチに比べてさらに大きい場合には、３列に配置せざるを得なくなる。この場合には６ライン分のメモリが必要となるので、よりコスト的に不利になるという問題があった。
【００１６】
特許文献２、３に記載の方法でも、光学素子の数が増えて構造が複雑化し、ラインヘッドが大型化するという問題があった。また、場合によっては、２列の光源からの光の結像スポットが被照射面において正確に１列になるように光学系の調整が必要となり、その操作が煩雑になるという問題があった。
【００１７】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路構成を複雑にすることなく、また光学系の煩雑な調整を要することなく被照射面における結像位置を調整できる、光ラインヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明の光ラインヘッドは、基板の副走査方向に２列以上に配列されたライン状のアレイ光源からの出射光を正立等倍の光学系を用いて被照射面に結像させる光ラインヘッドにおいて、前記２列以上に配列されたアレイ光源の各列に対して、副走査方向の断面において、水平面に対して光射出面の角度が光入射面とは異なるプリズム状の光学素子を配置し、被照射面上で前記各列のアレイ光源から放射された光が結像して形成されるスポットの副走査方向の間隔が、前記アレイ光源の間隔よりも小さくなるように設定されることを特徴とする。このように、本発明の実施形態においては、被照射面（結像面）上において各光源の光が結像してできるスポットの副走査方向の間隔が縮小される。このため、各光源の点灯タイミングをずらす量を小さくでき、一時的にデータを貯えるバッファメモリの容量を小さくできる。また、被照射面のスポット結像位置の副走査方向の間隔を、アレイ光源の副走査方向の間隔よりも狭くするという調整が、固定されているプリズム状の光学素子により行えるので、制御部の構成を簡略化できる。
【００１９】
また、本発明の光ラインヘッドは、前記光学素子は、副走査方向の断面において同一平面の光入射面と、水平面を基準として角度が異なる複数の光射出面とを有してプリズム状に一体に形成されていることを特徴とする。この実施形態は、図１に記載されているプリズム２が対応する。プリズム２は、水平面６２ａ（ガラス基板６２の表面）を基準にすると、同一平面の光入射面２ｃと、角度が異なる複数の光射出面２ａ、２ｂとを有して一体に形成されている。この構成によれば、矩形状の基材から、光射出面２ａ、２ｂをカッテング加工するだけなので、プリズムの形状が単純であり製造が容易になる。
【００２０】
また、本発明の光ラインヘッドは、前記副走査方向の断面において、平面の光入射面と平面の光射出面を有し、楔型の形状で複数に分離して配置したプリズム状の光学素子が、前記副走査方向に複数列配列された各アレイ光源に対応して設けられていることを特徴とする。この実施形態は、図２に記載されているプリズムが対応する。プリズム３、４は、楔状に形成されている。この構成によれば、プリズムを２つに分離することにより、複数の発光素子ラインの出射光を明確に分離することができ、クロストークを防止することができる。
【００２１】
また、本発明の光ラインヘッドは、前記アレイ光源は、ガラス基板上で主走査方向にライン状に形成されており、前記アレイ光源からの出射光ビームがガラス基板を透過して射出されることを特徴とする。この実施形態は、図６、図７に記載されているプリズム５、６が対応する。この構成によれば、ガラス基板のアレイ光源を設ける面とプリズムを設ける面が異なる。図６ではプリズムとガラス基板とが一体であり、また、図７ではプリズムとガラス基板に可及的に接近した位置に設置できる。このため、プリズムを設置した際に、プリズムとガラス基板との間隔が大きくなることに起因する光損失の発生を抑制できる。
【００２２】
また、本発明の光ラインヘッドは、前記プリズム状の光学素子は、前記ガラス基板上に形成されたアレイ光源とは対向する面に、前記ガラス基板と一体に形成されていることを特徴とする。この実施形態は、図６に記載されているプリズム５が対応する。この構成によれば、ガラス基板そのものを加工してプリズムを形成しているので、別部材でプリズムを構成する必要がなく、部品数が減少し、コストを低減することができる。
【００２３】
また、本発明の光ラインヘッドは、前記プリズム状の光学素子は、前記ガラス基板に溝を設けて接着されていることを特徴とする。この実施形態は、図７に記載されているプリズム６が対応する。この構成によれば、プリズムをガラス基板に直接固定しているので、別途プリズムを固定する部材が不要となり、光ラインヘッドの構成を簡略化することができる。また、接着剤の屈折率を選択して発光部とプリズムの入射面の間に充填することにより、プリズムの入射面の反射を防止できる。
【００２４】
また、本発明の光ラインヘッドは、前記アレイ光源を副走査方向に３列以上配列することを特徴とする。この実施形態は、図８に示した発光素子ラインＬ１〜Ｌ３を設けた構成が対応する。この構成によれば、被照射面に対する光パワーを増大することができる。
【００２５】
また、本発明の光ラインヘッドは、前記アレイ光源を千鳥状に配列することを特徴とする。この実施形態は、図４に示した発光素子ライン７２、７３が対応する。この構成によれば、主走査方向の長さを短縮した光ラインヘッドにおいて、被照射面のスポット結像位置の副走査方向の間隔を、アレイ光源の副走査方向の間隔よりも狭くするという調整が、固定されているプリズム状の光学素子により行うことができる。
【００２６】
また、本発明の光ラインヘッドは、前記アレイ光源を格子状に配列することを特徴とする。この実施形態は、図９に示した発光素子ライン７５、７６により、被照射面のスポット結像位置の副走査方向の間隔を、アレイ光源の副走査方向の間隔よりも狭くする構成が対応する。この構成によれば、アレイ光源を格子状に配列した場合に、被照射面（結像面）上において各光源の光が結像してできるスポットの副走査方向の間隔が縮小されるので、各光源の点灯タイミングをずらす量を小さくでき、一時的にデータを貯えるバッファメモリの容量を小さくできる。
【００２７】
また、本発明の光ラインヘッドは、アレイ光源が配列されたチップを、主走査方向に複数個配置してなることを特徴とする。この実施形態は、図１４に示したようにチップ３１、３３、３５を、主走査方向に複数個配置した構成が対応する。この構成によれば、チップ状の光源を用いた場合に、被照射面のスポット結像位置の副走査方向の間隔を、アレイ光源の副走査方向の間隔よりも狭くするという調整が、固定されているプリズム状の光学素子により行うことができる。
【００２８】
また、本発明の光ラインヘッドは、前記チップを千鳥状に配列することを特徴とする。この実施形態は、図１４に示したようにチップ３１、３３、３５を、千鳥状に配列した構成が対応する。この構成によれば、光源がチップで構成され主走査方向の長さを短縮した、光ラインヘッドにおいて、被照射面（結像面）上において各光源の光が結像してできるスポットの副走査方向の間隔が縮小されるので、各光源の点灯タイミングをずらす量を小さくでき、一時的にデータを貯えるバッファメモリの容量を小さくできる。
【００２９】
また、本発明の光ラインヘッドは、前記光源の発光素子が有機ＥＬ素子であることを特徴とする。この実施形態は、図１〜図１４の構成において、発光素子ラインの光源として有機ＥＬ素子を用いるものに対応する。この構成によれば、ガラス基板上にＴＦＴプロセスで形成したドライバと有機ＥＬ発光素子を組み合わせることが可能となり、ガラス基板上にドライバと発光部を一体に形成できる。
【００３０】
また、本発明の光ラインヘッドは、前記アレイ光源の発光素子がＬＥＤであることを特徴とする。この実施形態は、図１〜図１４の構成において、発光素子ラインの光源としてＬＥＤを用いるものに対応する。この構成によれば、ＬＥＤを用いた光ラインヘッドにおいて、被照射面（結像面）上において各光源の光が結像してできるスポットの副走査方向の間隔が縮小される。このため、各光源の点灯タイミングをずらす量を小さくでき、一時的にデータを貯えるバッファメモリの容量を小さくできる。また、被照射面のスポット結像位置の副走査方向の間隔を、アレイ光源の副走査方向の間隔よりも狭くするという調整が、固定されているプリズム状の光学素子により行えるので、制御部の構成を簡略化できる。
【００３１】
また、本発明の光ラインヘッドは、ホルダーに溝を形成して前記光学系素子を装着すると共に、前記ガラス基板を前記ホルダーの前記光学系素子の入射面と対向する面に設けることを特徴とする。この実施形態は、図１１の構成が対応する。この構成によれば、ホルダーに光学系素子と発光素子ラインが形成されたガラス基板とを装着しているので、コンパクトな構成とすることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明においては、被照射面（結像面）上において各光源の光が結像してできるスポットの間隔が縮小されるので、各光源の点灯タイミングをずらす量を小さくでき、一時的にデータを貯えるバッファメモリが小さくて済むという利点がある。また、被照射面のスポット結像位置の副走査方向の間隔を、アレイ光源の副走査方向の間隔よりも狭くするという調整が、固定されている光学素子により行えるので、制御部の構成を簡略化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図を参照して本発明を説明する。図１０は、本発明の実施形態にかかる光ラインヘッド５０を拡大して示す概略の斜視図である。この光ラインヘッド５０は、フルカラーの画像形成装置に用いる場合には、各色毎に４本設置される。図１０において、有機ＥＬ素子アレイ６１は、長尺のハウジング６０中に保持されている。長尺のハウジング６０の両端に設けた位置決めピン６９を、図示を省略したケースの対向する位置決め穴に嵌入させると共に、長尺のハウジング６０の両端に設けたねじ挿入孔６８を通して固定ねじをケースのねじ穴にねじ込んで固定することにより、各光ラインヘッド５０が所定位置に固定される。
【００３４】
光ラインヘッド５０は、ガラス基板６２上に、例えば有機ＥＬ素子アレイ６１の発光部６３を副走査方向に複数列載置し、同じガラス基板６２上に形成されたＴＦＴ７１により駆動する。ＳＬＡ（屈折率分布型ロッドレンズアレイ）６５は、結像光学系を構成し発光部６３の前面にロッドレンズを俵積みして配置される。６０はハウジング、６６はカバー、６７は固定板バネである。なお、本発明においては、発光素子ラインの配列について、副走査方向には「列」、主走査方向には「ライン（行）」と表記する。
【００３５】
ハウジング６０は、ガラス基板６２の周囲を覆い、像担持体２０に面した側は開放する。発光部６３を駆動し、ＳＬＡのファイバー面７０から、図示を省略した被照射面の像担持体に向けて光線を射出する。ハウジング６０のガラス基板６２の端面と対向する面には、不要光を吸収するための光吸収性の部材（塗料）が設けられている。
【００３６】
図１１は、ＳＬＡ６５およびガラス基板６２の取り付けの例を示す概略の分解斜視図である。鍔部５２を有するホルダー５１に溝部５４を形成する。この溝５４内にＳＬＡ６５を収納して、接着材などの適宜の手段で固定する。発光部６３が形成されているガラス基板６２は、ホルダー５１の底面５３に取り付けられる。ホルダー５１の溝５４は開口部が形成されており、発光部６３の出力光はＳＬＡ６５のファイバー面に入射し、像担持体に結像する。図１１の例では、ホルダー５１に光学系素子（ＳＬＡ６５）と発光素子ラインが形成されたガラス基板６２とを装着しているので、光ラインヘッドをコンパクトな構成とすることができる。なお、図１０及び図１１においては、簡単のため、本発明の特徴であるプリズム状の光学素子は記載していない。
【００３７】
図１は、本発明の光ラインヘッド１の例を示す説明図である。図１５で説明した従来の構成と同じところには同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。図１の例では、発光素子の表面に近接させて谷型のプリズム２を配置する。このような谷型のプリズム２を配置することにより、発光素子ラインＬ１とＬ２の像は、被照射面４０上の４３の位置に重なって形成される。
【００３８】
図１の構成では、発光素子ラインＬ１とＬ２の像を被照射面４０上の４３の位置に重ねて形成させるために、プリズム２の中心位置と、２ラインの発光素子ラインＬ１とＬ２の中心線の位置を一致させる必要がある。プリズムの角度θは、プリズム２の厚さ、２ラインの発光素子ラインＬ１とＬ２の間隔から決定される。
【００３９】
図１に示したプリズム２は、水平面６２ａ（ガラス基板６２の表面）を基準にすると、同一平面の光入射面２ｃと、光入射面２ｃとは角度が異なる複数の光射出面２ａ、２ｂとを有して一体に形成されている。図１の例では、光射出面２ａ、２ｂを谷状に形成しているが、この構成によれば、矩形状の基材から、光射出面２ａ、２ｂをカッテング加工するだけで所定形状のプリズムが得られ、プリズムの形状が単純であり製造が容易になる。なお、発光素子ライン７２、７３は、透明なガラス基板６２に形成することに代えて、半透明の基板など、他の形態の基板に形成することもできる。
【００４０】
図１の例では、δが０、すなわち、プリズム２を射出するビームの光軸の交点Ｐと、発光部の高さが一致することが望ましい。この高さが一致しないと、像担持体の被走査面でのピント位置と２つの像（Ｌ１、Ｌ２）が重なる位置がずれることになってしまう。しかしながら、プリズム２を用いることにより、２ラインの像が同じラインに形成されない場合でも、Ｌ１、Ｌ２の結像の副走査方向の間隔は、光源の間隔より狭くすることが可能となる。
【００４１】
また、プリズム２の角度θを小さくすると（平行に対して大きな角度にする）、臨界角に達した射出光は、プリズム２で全反射してしまい外部に取り出すことができなくなる。このように、発光部から放射される光の指向特性（放射角特性）が広い場合には、出射光のロスが大きいことになる。
【００４２】
プリズム２の厚みが厚いと、一方の発光素子ラインの発光素子からの光は、他方の発光素子ラインの発光部からの光も拾ってしまうことになり、２ラインの発光素子の像が明確に分離できない（クロストーク）ことになる。このような場合には、以下に述べるように、プリズムを２つに分離してクロストークを防止すればよい。
【００４３】
図２は、前記のようなクロストークを防止するための構成の例を示す説明図である。図２において、プリズムをプリズム３とプリズム４の２つに分離する。このプリズム３、４は、それぞれ副走査方向の断面において、平面の光入射面と平面の光射出面を有し、楔型の形状で複数に分離して形成されている。このようにプリズムを２つに分離することにより、発光素子ラインＬ１とＬ２の出射光を明確に分離することができ、クロストークが防止される。なお、図１に示したような谷型のプリズムの加工が困難な場合にも、図２で示したような楔形のプリズムを２個組み合わせてもよい。
【００４４】
図２のように、２つのプリズム３、４に分離した場合、２つのプリズム３、４の接する面（Ｆ面）に光が反射すると、本来の光とは異なる経路を通るため、被照射面では本体のスポット位置とは別の位置に結像してしまう。すなわち、被照射面にはゴースト像が発生してしまうことになる。したがって、この境界面Ｆは、不要な反射を抑えるために梨地面などを形成する。また、梨地面を黒く塗ることで、さらに散乱光の影響を低減することができる。
【００４５】
図３は、プリズムの角度や寸法を設定する例を説明する説明図である。
図３において、プリズム４の屈折率をｎとすると、スネルの屈折の法則により、ｎ・sinθ１＝sinθ２である（ただし、雰囲気の空気の屈折率は１としている）。よって、見かけ上の発光点の移動量ｄは、ｄ＝Ｈ・tan（θ2−θ1）で表わされる。
【００４６】
例えば、プリズム４に代表的な光学材料ＢＫ７（SCHOTT社の型番）を使用すると、ｎ＝１．５１６８（ｄ線波長にて）なので、θ1を３０°とすると、θ2は４９．３２°となる。プリズムの厚さＨを１２０μｍとすると、発光部の見かけ上の位置の移動量ｄは、約４２μｍとなる。よって、２ラインの発光素子ラインの発光部が２Ｐ、すなわち４２．３３μｍの２倍だけ隔たっている場合には、ちょうど２つ発光部が見かけ上重なることになるので、結像するスポットも重なることになる。
【００４７】
図４は、本発明の実施形態を示す説明図である。図４において、７２、７３は２ラインの発光素子ラインである。この場合に、図１〜図３で説明したようなプリズム２、または３、４を使用することにより、被照射面には４４、４５のように像が結像される。この結像４４、４５の副走査方向の間隔は、光源の副走査方向の間隔よりも狭められている。
【００４８】
図４に示したように、本発明の実施形態においては、プリズムによって、２ラインの光源の像は、副走査方向に間隔を狭められている。すなわち、発光素子ライン７２の像は、矢視Ｘａのように副走査方向に移動した被照射面に４４の位置に結像される。また、発光素子ライン７３の像は、矢視Ｘｂのように副走査方向に移動した被照射面に４５の位置に結像される。
【００４９】
このように、図４の実施形態においては、２ラインの光源の像は、副走査方向に間隔を狭められて形成されるので、２ラインの光源を点灯させるタイミングをずらす量も小さくすることでできる。このため、データを一時的に保持するためのバッファメモリの容量も少なくて済み、制御部のコストを低減できる。
【００５０】
図５は、本発明の他の実施形態を示す説明図である。発光素子ライン７２、７３により被照射面に形成される結像の副走査方向の間隔は、本来は２ライン分となる。図５の例では、プリズムの使用により被照射面に形成される結像４６は１ラインに重なるように設定している。すなわち、発光素子ライン７２の像は、矢視Ｙａのように副走査方向に移動した被照射面の４６の位置に結像される。
【００５１】
また、発光素子ライン７３の像は、矢視Ｙｂのように副走査方向に移動した、同じ被照射面４６の位置に結像される。このように、図５の例では、２ラインの光源の像が１ラインに重なるように設定されており、ベストモードの構成となっている。
【００５２】
本発明の実施形態において、被照射面における結像の副走査方向の間隔を、光源の副走査方向の間隔よりも狭め、または１ラインに重ねるために使用されるプリズムの固定は、機械的な固定でもよいし、光学用途の接着剤を用いてもよい。接着剤の屈折率を注意深く選んで発光部とプリズムの入射面の間に充填することにより、プリズムの入射面の反射を防止できる。
【００５３】
図６は、本発明の他の実施形態を示す説明図である。図６の例では、ガラス基板６２上に形成された発光素子ライン７２、７３から背面側、すなわちガラス基板６２を通して被照射面に放射するような素子において、ガラス基板６２に一体にプリズム５を形成する。このプリズム５は、発光素子ライン７２、７３の背面側のガラス基板６２に傾斜面を形成するものである。図６の構成によれば、ガラス基板６２そのものを加工してプリズム５を形成しているので、別部材でプリズムを構成する必要がなく、部品数が減少し、コストを低減することができる。
【００５４】
図７は、本発明の他の実施形態を示す説明図である。図７の例では、図６と同様に発光素子ライン７２、７３が形成されている側の背面側のガラス基板６２に矩形の溝６２ａを形成する。プリズム６をこの溝６２ａに挿入して接着し、ガラス基板６２に固定する。図７の構成によれば、プリズム６をガラス基板６２に直接固定しているので、別途プリズムを固定する部材が不要となり、光ラインヘッドの構成を簡略化することができる。
【００５５】
図６、図７においては、ガラス基板６２上の主走査方向にライン状に形成された発光素子ラインＬ１、Ｌ２（アレイ光源）を有しており、前記アレイ光源からの出射光ビームがガラス基板６２を透過して射出される。この構成は、ガラス基板６２のアレイ光源を設ける面と、プリズムを設ける面が異なる。図６ではプリズム５とガラス基板６２とが一体であり、また、図７ではプリズム６をガラス基板６２に可及的に接近した位置に設置できる。このため、光ラインヘッドにプリズムを設置した際に、プリズムとガラス基板との間隔が大きくなることに起因する光損失の発生を抑制できる。
【００５６】
図８は、本発明の他の実施形態を示す説明図である。図８の例では、光源として、発光素子ライン７２、７３、７４と副走査方向に３列配列したものである。この場合には、プリズム７は、各発光素子ライン７２、７３、７４に対応した３つの部分７ａ〜７ｃで形成する。このように、本発明は、光源を副走査方向に３列以上配列した場合にも適用できる。
【００５７】
本発明においては、副走査方向において同じ列にある発光素子からの光を重ね合わせてもよい。図９は、このような本発明の実施形態を示す説明図である。図９の構成では、発光素子ライン７５、７６からなる光源は、千鳥配列ではなく格子状配列としている。発光素子ライン７５の像は、矢視Ｚａの方向に移動した４７の位置に結像する。
【００５８】
また、発光素子ライン７６の像も、矢視Ｚｂの方向に移動した同じ４７の位置に結像する。このような、図９に示したような光源の配置においては、主走査方向の解像度は変らないが、２つの発光部からの光パワーを１個所のライン４７に重ねることができるので、光源の光パワーが不十分な場合に有効である。
【００５９】
この場合にも、被照射面に結像したスポットが１ラインに重なっていれば、光源が２ラインになっているにもかかわらず、副走査方向に各２個の光源を全く同じタイミングで点灯／消灯を制御すればよい。よって、１つのドライバに２つの発光部を接続することができ、制御部の構成が簡略化される。図９のように格子状に光源を配列した例において、被照射面の結像を１ラインに重ねることに代えて、図４で説明したように光源の副走査方向の間隔よりも狭く２ラインに結像を形成することもできる。
【００６０】
この場合には、格子状に光源を配列した例において、被照射面（結像面）上に各光源の光が結像してできるスポットの副走査方向の間隔が縮小される。このため、各光源の点灯タイミングをずらす量を小さくでき、一時的にデータを貯えるバッファメモリの容量を小さくできる。また、被照射面のスポット結像位置の副走査方向の間隔を、アレイ光源の副走査方向の間隔よりも狭くするという調整が、固定されているプリズム状の光学素子により行えるので、制御部の構成を簡略化できる。
【００６１】
なお、図１４で説明したように、複数の発光素子を１列に配置したチップ３１、３３、３５が千鳥状に配置されている場合でも、図９の例と同様な効果が得られる。この場合には、千鳥状に配置されているチップ３１、３３、３５の発光素子からの出射光により、被照射面に結像したスポットを１ラインに重ねることにより、制御部の構成が簡略になる。
【００６２】
本発明の実施形態は、また、屈折率分布型ロッドレンズアレイ（ＳＬＡ）以外の正立等倍レンズアレイ、例えばルーフミラーレンズアレイを用いることもできる。さらに、レンズアレイではなく、単一のレンズ系からなる投影光学系を用いる場合にも適用できる。
【００６３】
本発明の実施形態において、光源の半導体発光素子としてＬＥＤを用いているが、光源としては他に、蛍光管（ＦＬ）やＥＬ発光素子（有機または無機）などを組み合わせてもよい。このように、本発明は、ＬＥＤや有機ＥＬ素子など光源の種別によらず、広く光ラインヘッドに応用可能である。例えば、ガラス基板上にＴＦＴプロセスで形成したドライバと有機ＥＬ発光素子を組み合わせると、ガラス基板上にドライバと発光部を一体に形成できる。
【００６４】
以上、本発明の光ラインヘッドをいくつかの実施例に基づいて説明したが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の光ラインヘッドの説明図である。
【図２】本発明の他の実施形態にかかる説明図である。
【図３】プリズムの説明図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる説明図である。
【図５】本発明の他の実施形態にかかる説明図である。
【図６】本発明の他の実施形態にかかる説明図である。
【図７】本発明の他の実施形態にかかる説明図である。
【図８】本発明の他の実施形態にかかる説明図である。
【図９】本発明の他の実施形態にかかる説明図である。
【図１０】本発明の光ラインヘッドの例を示す斜視図である。
【図１１】本発明の光ラインヘッドの分解斜視図である。
【図１２】千鳥配置の例を示す説明図である。
【図１３】３ラインの千鳥配置の例を示す説明図である。
【図１４】チップを千鳥配置した例を示す説明図である。
【図１５】被照射面への結像の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６６】
１・・・光ラインヘッド、２・・・プリズム、３、４・・・２つに分離した楔状のプリズム、５・・・ガラス基板上に形成されたプリズム、６・・・ガラス基板の溝に挿入されたプリズム、７・・・３ラインの発光素子ラインに対応するプリズム、９、１０・・・カソードドライバ、１３・・・アノード制御線、４０・・・被照射面（像担持体）、４４〜４６・・・結像スポット位置、６１・・・有機ＥＬ素子アレイ、６２・・・ガラス基板、６３・・・発光部、６４・・・カバーガラス、６５…屈折率分布型ロッドレンズアレイ（ＳＬＡ）、７０・・・ファイバー、７２〜７６・・・発光素子ライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子により光源の副走査間隔よりも狭い間隔で被照射面に結像させる、光ラインヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光書込みを行う画像形成装置においては、露光装置として走査光学系を設ける方式と、発光素子アレイを用いる光ラインヘッド方式が知られている。例えば特許文献１には、露光装置に光ラインヘッドを用いる方式が記載されている。この例では、光源には千鳥状に配置したＬＥＤを使用し、光源と感光体との間に屈折率分布型ロッドレンズアレイ（商品名セルフォックレンズアレイ、以下、ＳＬＡと略記する）を設けている。
【０００３】
ライン状光源の各発光部の光パワーを確保するためにはある程度の光源の面積（直径Ｄ）が必要となる。そのため１列に光源を配置することができずに、千鳥状の配置となる。特に有機ＥＬ素子のように単位面積当たりの光パワーが小さい発光素子において、高速化に対応するために大きな光パワーを得るためには千鳥状の配置は必須となる。
【０００４】
ライン状光源の像を被照射面に結像させるために、屈折率分布型ロッドレンズアレイ（商品名：セルフォックレンズアレイ［ＳＬＡ］、日本板硝子（株）製）が用いられている。このレンズアレイは等倍、正立の光学系であるので、発光素子の配置がそのまま被走査面上に投影される。このような光源を千鳥状に配置するラインヘッドを用いて、感光体上に光書込みを行う画像形成装置が構成される。
【０００５】
図１２において、光ラインヘッド２０には、リード線２１、２２に接続される光源の発光素子２３ａ、２３ｂが千鳥状に配置されている。Ｄは光源の直径、Ｐは各発光素子ライン間の距離である。この例では、副走査方向に２Ｐの間隔で発光素子ラインが配列されている。ライン状に配列された光源の各発光素子の露光に要する光パワーを確保するためには、ある程度の光源の面積（すなわち各発光素子の直径Ｄ）が必要となる。
【０００６】
光源の面積を拡張した上で、すなわち、発光素子の直径を大きくした上で主走査方向に１列に光源をライン状に配置すると、隣の発光素子と干渉してしまう。このため、主走査方向に複数の発光素子を配列した発光素子ラインを副走査方向に複数列設け、各発光素子ラインの発光素子を千鳥状に配置することで、隣接する発光素子の干渉を避けることができる。
【０００７】
図１２のように２ラインの発光素子ラインが２Ｐだけ隔たって配置されていると、像担持体の被照射面上でも２Ｐだけ結像点がプロセス進行方向に隔たって配置される。仮に結像点を主走査方向に一列に並べて、横方向の線を露光する場合、一列に結像点を整列させるためには、２ラインの各々の発光素子ラインの位置に応じて、発光タイミングを変える必要がある。
【０００８】
図１２において、Ｐは画像形成装置における画素ピッチで、ページプリンターでは１インチ当り６００画素、すなわちＰ＝４２．３３μｍになる。上記の例では、奇数画素と偶数画素で２ライン分のずれがあるので、奇数ドットがあるラインのデータを出力している場合には、偶数ドットは２ライン先のデータを出力する必要がある。
【０００９】
この点について、図１５の説明図により説明する。図１５において、４０は像担持体のような被照射面、６２はガラス基板、７２は奇数ラインの発光素子ライン（Ｌ１）、７３は偶数ラインの発光素子ライン（Ｌ２）、６５はＳＬＡとする。なお、各発光素子ライン７２、７３は、アレイ光源として形成されている。この場合には、奇数ラインの発光素子ライン（Ｌ１）による像は、被照射面の光軸上の位置４１に結像し、また、偶数ラインの発光素子ライン（Ｌ２）による像は、被照射面の光軸上の位置４２に結像する。このため、Ｌ２の像をＬ１の像に重ねるためには、２ライン先のデータを出力するようなデータ処理が必要になる。また、被照射面上で各列のアレイ光源から放射された光が結像して形成されるスポットの副走査方向の間隔が、前記アレイ光源の間隔よりも小さくなるように設定する際にも、複雑なデータ処理が必要になる。
【００１０】
このような処理を行うためには、(１)印字すべき画像を画像メモリに書込む際に奇数ドットと偶数ドットのずらしを行うか、(２)画像メモリから呼び出す際にアドレスを切り換えるか、(３)あるいは画像メモリへのアクセスは通常通りに行って、書込みヘッドに至る間にバッファメモリを挿入して、データの転送順序を変更する方法、のいずれかの方法が考えられる。
【００１１】
ところで、発光部の大きさによっては、発光素子ラインを図１２に示したように副走査方向に２列に配列することに代えて、発光素子ラインを３列配置せざるを得ない場合もある。図１３は、副走査方向に発光素子ラインを３列配列する例の説明図である。図１３において、光ラインヘッド２０ａには、リード線２１、２２に接続される光源の発光素子２３、２４、リード線２６に接続される光源の発光素子２５が千鳥状に配置されている。Ｄは光源の直径、Ｐは各光源間の距離である。この例では、副走査方向に２Ｐの間隔で発光素子ラインが３列配列されている。
【００１２】
また、ＬＥＤアレイのように複数の発光素子がチップ状に複数形成されていて、当該チップを複数配列する場合がある。このような構成においても、チップの端部まで発光素子を配列するのが難しい場合には、チップ毎に千鳥状に配列することがある。図１４は、かかる構成の光ラインヘッドの例を示す説明図である。図１４において、光ラインヘッド３０は、主走査方向にチップ３１、３３、３５・・・が千鳥状に配列されている。各チップ３１、３３、３５には、それぞれ発光素子ライン３２、３４、３６が設けられている。
【００１３】
図１４に示したような複数の発光素子が集積されたチップを千鳥状に配置する場合にも、回路構成が複雑になるという課題があった。そこで、特許文献２には、このような課題を解決するために複数のレンズアレイを用いる例が記載されている。また、特許文献３には、光学素子としてハーフミラーを用いて、９０°に角度を持った２列の光源からの光を１列に重ねる例が記載されている。
【００１４】
【特許文献１】特開平２−１４７２５９号公報
【特許文献２】特開平１０−２１１７３１号公報
【特許文献３】特開昭５６−２８８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
前記（１）〜（３）のいずれの方法であっても、回路構成が複雑になりコストアップになるという問題があった。さらに、(１)、(２)では画像処理が複雑になり、またヘッドの発光部の配置が変わる度に画像処理の内容を変えなくてはならないという課題があり、(３)では画像処理部分には汎用性があるが余分な回路とメモリが必要なるという問題があった。なお、先に示した図１２のように発光部の径Ｄがそのピッチに比べてさらに大きい場合には、３列に配置せざるを得なくなる。この場合には６ライン分のメモリが必要となるので、よりコスト的に不利になるという問題があった。
【００１６】
特許文献２、３に記載の方法でも、光学素子の数が増えて構造が複雑化し、ラインヘッドが大型化するという問題があった。また、場合によっては、２列の光源からの光の結像スポットが被照射面において正確に１列になるように光学系の調整が必要となり、その操作が煩雑になるという問題があった。
【００１７】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路構成を複雑にすることなく、また光学系の煩雑な調整を要することなく被照射面における結像位置を調整できる、光ラインヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明の光ラインヘッドは、基板の副走査方向に２列以上に配列されたライン状のアレイ光源からの出射光を正立等倍の光学系を用いて被照射面に結像させる光ラインヘッドにおいて、前記２列以上に配列されたアレイ光源の各列に対して、副走査方向の断面において、水平面に対して光射出面の角度が光入射面とは異なるプリズム状の光学素子を配置し、被照射面上で前記各列のアレイ光源から放射された光が結像して形成されるスポットの副走査方向の間隔が、前記アレイ光源の間隔よりも小さくなるように設定されることを特徴とする。このように、本発明の実施形態においては、被照射面（結像面）上において各光源の光が結像してできるスポットの副走査方向の間隔が縮小される。このため、各光源の点灯タイミングをずらす量を小さくでき、一時的にデータを貯えるバッファメモリの容量を小さくできる。また、被照射面のスポット結像位置の副走査方向の間隔を、アレイ光源の副走査方向の間隔よりも狭くするという調整が、固定されているプリズム状の光学素子により行えるので、制御部の構成を簡略化できる。
【００１９】
また、本発明の光ラインヘッドは、前記光学素子は、副走査方向の断面において同一平面の光入射面と、水平面を基準として角度が異なる複数の光射出面とを有してプリズム状に一体に形成されていることを特徴とする。この実施形態は、図１に記載されているプリズム２が対応する。プリズム２は、水平面６２ａ（ガラス基板６２の表面）を基準にすると、同一平面の光入射面２ｃと、角度が異なる複数の光射出面２ａ、２ｂとを有して一体に形成されている。この構成によれば、矩形状の基材から、光射出面２ａ、２ｂをカッテング加工するだけなので、プリズムの形状が単純であり製造が容易になる。
【００２０】
また、本発明の光ラインヘッドは、前記副走査方向の断面において、平面の光入射面と平面の光射出面を有し、楔型の形状で複数に分離して配置したプリズム状の光学素子が、前記副走査方向に複数列配列された各アレイ光源に対応して設けられていることを特徴とする。この実施形態は、図２に記載されているプリズムが対応する。プリズム３、４は、楔状に形成されている。この構成によれば、プリズムを２つに分離することにより、複数の発光素子ラインの出射光を明確に分離することができ、クロストークを防止することができる。
【００２１】
また、本発明の光ラインヘッドは、前記アレイ光源は、ガラス基板上で主走査方向にライン状に形成されており、前記アレイ光源からの出射光ビームがガラス基板を透過して射出されることを特徴とする。この実施形態は、図６、図７に記載されているプリズム５、６が対応する。この構成によれば、ガラス基板のアレイ光源を設ける面とプリズムを設ける面が異なる。図６ではプリズムとガラス基板とが一体であり、また、図７ではプリズムとガラス基板に可及的に接近した位置に設置できる。このため、プリズムを設置した際に、プリズムとガラス基板との間隔が大きくなることに起因する光損失の発生を抑制できる。
【００２２】
また、本発明の光ラインヘッドは、前記プリズム状の光学素子は、前記ガラス基板上に形成されたアレイ光源とは対向する面に、前記ガラス基板と一体に形成されていることを特徴とする。この実施形態は、図６に記載されているプリズム５が対応する。この構成によれば、ガラス基板そのものを加工してプリズムを形成しているので、別部材でプリズムを構成する必要がなく、部品数が減少し、コストを低減することができる。
【００２３】
また、本発明の光ラインヘッドは、前記プリズム状の光学素子は、前記ガラス基板に溝を設けて接着されていることを特徴とする。この実施形態は、図７に記載されているプリズム６が対応する。この構成によれば、プリズムをガラス基板に直接固定しているので、別途プリズムを固定する部材が不要となり、光ラインヘッドの構成を簡略化することができる。また、接着剤の屈折率を選択して発光部とプリズムの入射面の間に充填することにより、プリズムの入射面の反射を防止できる。
【００２４】
また、本発明の光ラインヘッドは、前記アレイ光源を副走査方向に３列以上配列することを特徴とする。この実施形態は、図８に示した発光素子ラインＬ１〜Ｌ３を設けた構成が対応する。この構成によれば、被照射面に対する光パワーを増大することができる。
【００２５】
また、本発明の光ラインヘッドは、前記アレイ光源を千鳥状に配列することを特徴とする。この実施形態は、図４に示した発光素子ライン７２、７３が対応する。この構成によれば、主走査方向の長さを短縮した光ラインヘッドにおいて、被照射面のスポット結像位置の副走査方向の間隔を、アレイ光源の副走査方向の間隔よりも狭くするという調整が、固定されているプリズム状の光学素子により行うことができる。
【００２６】
また、本発明の光ラインヘッドは、前記アレイ光源を格子状に配列することを特徴とする。この実施形態は、図９に示した発光素子ライン７５、７６により、被照射面のスポット結像位置の副走査方向の間隔を、アレイ光源の副走査方向の間隔よりも狭くする構成が対応する。この構成によれば、アレイ光源を格子状に配列した場合に、被照射面（結像面）上において各光源の光が結像してできるスポットの副走査方向の間隔が縮小されるので、各光源の点灯タイミングをずらす量を小さくでき、一時的にデータを貯えるバッファメモリの容量を小さくできる。
【００２７】
また、本発明の光ラインヘッドは、アレイ光源が配列されたチップを、主走査方向に複数個配置してなることを特徴とする。この実施形態は、図１４に示したようにチップ３１、３３、３５を、主走査方向に複数個配置した構成が対応する。この構成によれば、チップ状の光源を用いた場合に、被照射面のスポット結像位置の副走査方向の間隔を、アレイ光源の副走査方向の間隔よりも狭くするという調整が、固定されているプリズム状の光学素子により行うことができる。
【００２８】
また、本発明の光ラインヘッドは、前記チップを千鳥状に配列することを特徴とする。この実施形態は、図１４に示したようにチップ３１、３３、３５を、千鳥状に配列した構成が対応する。この構成によれば、光源がチップで構成され主走査方向の長さを短縮した、光ラインヘッドにおいて、被照射面（結像面）上において各光源の光が結像してできるスポットの副走査方向の間隔が縮小されるので、各光源の点灯タイミングをずらす量を小さくでき、一時的にデータを貯えるバッファメモリの容量を小さくできる。
【００２９】
また、本発明の光ラインヘッドは、前記光源の発光素子が有機ＥＬ素子であることを特徴とする。この実施形態は、図１〜図１４の構成において、発光素子ラインの光源として有機ＥＬ素子を用いるものに対応する。この構成によれば、ガラス基板上にＴＦＴプロセスで形成したドライバと有機ＥＬ発光素子を組み合わせることが可能となり、ガラス基板上にドライバと発光部を一体に形成できる。
【００３０】
また、本発明の光ラインヘッドは、前記アレイ光源の発光素子がＬＥＤであることを特徴とする。この実施形態は、図１〜図１４の構成において、発光素子ラインの光源としてＬＥＤを用いるものに対応する。この構成によれば、ＬＥＤを用いた光ラインヘッドにおいて、被照射面（結像面）上において各光源の光が結像してできるスポットの副走査方向の間隔が縮小される。このため、各光源の点灯タイミングをずらす量を小さくでき、一時的にデータを貯えるバッファメモリの容量を小さくできる。また、被照射面のスポット結像位置の副走査方向の間隔を、アレイ光源の副走査方向の間隔よりも狭くするという調整が、固定されているプリズム状の光学素子により行えるので、制御部の構成を簡略化できる。
【００３１】
また、本発明の光ラインヘッドは、ホルダーに溝を形成して前記光学系素子を装着すると共に、前記ガラス基板を前記ホルダーの前記光学系素子の入射面と対向する面に設けることを特徴とする。この実施形態は、図１１の構成が対応する。この構成によれば、ホルダーに光学系素子と発光素子ラインが形成されたガラス基板とを装着しているので、コンパクトな構成とすることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明においては、被照射面（結像面）上において各光源の光が結像してできるスポットの間隔が縮小されるので、各光源の点灯タイミングをずらす量を小さくでき、一時的にデータを貯えるバッファメモリが小さくて済むという利点がある。また、被照射面のスポット結像位置の副走査方向の間隔を、アレイ光源の副走査方向の間隔よりも狭くするという調整が、固定されている光学素子により行えるので、制御部の構成を簡略化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図を参照して本発明を説明する。図１０は、本発明の実施形態にかかる光ラインヘッド５０を拡大して示す概略の斜視図である。この光ラインヘッド５０は、フルカラーの画像形成装置に用いる場合には、各色毎に４本設置される。図１０において、有機ＥＬ素子アレイ６１は、長尺のハウジング６０中に保持されている。長尺のハウジング６０の両端に設けた位置決めピン６９を、図示を省略したケースの対向する位置決め穴に嵌入させると共に、長尺のハウジング６０の両端に設けたねじ挿入孔６８を通して固定ねじをケースのねじ穴にねじ込んで固定することにより、各光ラインヘッド５０が所定位置に固定される。
【００３４】
光ラインヘッド５０は、ガラス基板６２上に、例えば有機ＥＬ素子アレイ６１の発光部６３を副走査方向に複数列載置し、同じガラス基板６２上に形成されたＴＦＴ７１により駆動する。ＳＬＡ（屈折率分布型ロッドレンズアレイ）６５は、結像光学系を構成し発光部６３の前面にロッドレンズを俵積みして配置される。６０はハウジング、６６はカバー、６７は固定板バネである。なお、本発明においては、発光素子ラインの配列について、副走査方向には「列」、主走査方向には「ライン（行）」と表記する。
【００３５】
ハウジング６０は、ガラス基板６２の周囲を覆い、像担持体２０に面した側は開放する。発光部６３を駆動し、ＳＬＡのファイバー面７０から、図示を省略した被照射面の像担持体に向けて光線を射出する。ハウジング６０のガラス基板６２の端面と対向する面には、不要光を吸収するための光吸収性の部材（塗料）が設けられている。
【００３６】
図１１は、ＳＬＡ６５およびガラス基板６２の取り付けの例を示す概略の分解斜視図である。鍔部５２を有するホルダー５１に溝部５４を形成する。この溝５４内にＳＬＡ６５を収納して、接着材などの適宜の手段で固定する。発光部６３が形成されているガラス基板６２は、ホルダー５１の底面５３に取り付けられる。ホルダー５１の溝５４は開口部が形成されており、発光部６３の出力光はＳＬＡ６５のファイバー面に入射し、像担持体に結像する。図１１の例では、ホルダー５１に光学系素子（ＳＬＡ６５）と発光素子ラインが形成されたガラス基板６２とを装着しているので、光ラインヘッドをコンパクトな構成とすることができる。なお、図１０及び図１１においては、簡単のため、本発明の特徴であるプリズム状の光学素子は記載していない。
【００３７】
図１は、本発明の光ラインヘッド１の例を示す説明図である。図１５で説明した従来の構成と同じところには同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。図１の例では、発光素子の表面に近接させて谷型のプリズム２を配置する。このような谷型のプリズム２を配置することにより、発光素子ラインＬ１とＬ２の像は、被照射面４０上の４３の位置に重なって形成される。
【００３８】
図１の構成では、発光素子ラインＬ１とＬ２の像を被照射面４０上の４３の位置に重ねて形成させるために、プリズム２の中心位置と、２ラインの発光素子ラインＬ１とＬ２の中心線の位置を一致させる必要がある。プリズムの角度θは、プリズム２の厚さ、２ラインの発光素子ラインＬ１とＬ２の間隔から決定される。
【００３９】
図１に示したプリズム２は、水平面６２ａ（ガラス基板６２の表面）を基準にすると、同一平面の光入射面２ｃと、光入射面２ｃとは角度が異なる複数の光射出面２ａ、２ｂとを有して一体に形成されている。図１の例では、光射出面２ａ、２ｂを谷状に形成しているが、この構成によれば、矩形状の基材から、光射出面２ａ、２ｂをカッテング加工するだけで所定形状のプリズムが得られ、プリズムの形状が単純であり製造が容易になる。なお、発光素子ライン７２、７３は、透明なガラス基板６２に形成することに代えて、半透明の基板など、他の形態の基板に形成することもできる。
【００４０】
図１の例では、δが０、すなわち、プリズム２を射出するビームの光軸の交点Ｐと、発光部の高さが一致することが望ましい。この高さが一致しないと、像担持体の被走査面でのピント位置と２つの像（Ｌ１、Ｌ２）が重なる位置がずれることになってしまう。しかしながら、プリズム２を用いることにより、２ラインの像が同じラインに形成されない場合でも、Ｌ１、Ｌ２の結像の副走査方向の間隔は、光源の間隔より狭くすることが可能となる。
【００４１】
また、プリズム２の角度θを小さくすると（平行に対して大きな角度にする）、臨界角に達した射出光は、プリズム２で全反射してしまい外部に取り出すことができなくなる。このように、発光部から放射される光の指向特性（放射角特性）が広い場合には、出射光のロスが大きいことになる。
【００４２】
プリズム２の厚みが厚いと、一方の発光素子ラインの発光素子からの光は、他方の発光素子ラインの発光部からの光も拾ってしまうことになり、２ラインの発光素子の像が明確に分離できない（クロストーク）ことになる。このような場合には、以下に述べるように、プリズムを２つに分離してクロストークを防止すればよい。
【００４３】
図２は、前記のようなクロストークを防止するための構成の例を示す説明図である。図２において、プリズムをプリズム３とプリズム４の２つに分離する。このプリズム３、４は、それぞれ副走査方向の断面において、平面の光入射面と平面の光射出面を有し、楔型の形状で複数に分離して形成されている。このようにプリズムを２つに分離することにより、発光素子ラインＬ１とＬ２の出射光を明確に分離することができ、クロストークが防止される。なお、図１に示したような谷型のプリズムの加工が困難な場合にも、図２で示したような楔形のプリズムを２個組み合わせてもよい。
【００４４】
図２のように、２つのプリズム３、４に分離した場合、２つのプリズム３、４の接する面（Ｆ面）に光が反射すると、本来の光とは異なる経路を通るため、被照射面では本体のスポット位置とは別の位置に結像してしまう。すなわち、被照射面にはゴースト像が発生してしまうことになる。したがって、この境界面Ｆは、不要な反射を抑えるために梨地面などを形成する。また、梨地面を黒く塗ることで、さらに散乱光の影響を低減することができる。
【００４５】
図３は、プリズムの角度や寸法を設定する例を説明する説明図である。
図３において、プリズム４の屈折率をｎとすると、スネルの屈折の法則により、ｎ・sinθ１＝sinθ２である（ただし、雰囲気の空気の屈折率は１としている）。よって、見かけ上の発光点の移動量ｄは、ｄ＝Ｈ・tan（θ2−θ1）で表わされる。
【００４６】
例えば、プリズム４に代表的な光学材料ＢＫ７（SCHOTT社の型番）を使用すると、ｎ＝１．５１６８（ｄ線波長にて）なので、θ1を３０°とすると、θ2は４９．３２°となる。プリズムの厚さＨを１２０μｍとすると、発光部の見かけ上の位置の移動量ｄは、約４２μｍとなる。よって、２ラインの発光素子ラインの発光部が２Ｐ、すなわち４２．３３μｍの２倍だけ隔たっている場合には、ちょうど２つ発光部が見かけ上重なることになるので、結像するスポットも重なることになる。
【００４７】
図４は、本発明の実施形態を示す説明図である。図４において、７２、７３は２ラインの発光素子ラインである。この場合に、図１〜図３で説明したようなプリズム２、または３、４を使用することにより、被照射面には４４、４５のように像が結像される。この結像４４、４５の副走査方向の間隔は、光源の副走査方向の間隔よりも狭められている。
【００４８】
図４に示したように、本発明の実施形態においては、プリズムによって、２ラインの光源の像は、副走査方向に間隔を狭められている。すなわち、発光素子ライン７２の像は、矢視Ｘａのように副走査方向に移動した被照射面に４４の位置に結像される。また、発光素子ライン７３の像は、矢視Ｘｂのように副走査方向に移動した被照射面に４５の位置に結像される。
【００４９】
このように、図４の実施形態においては、２ラインの光源の像は、副走査方向に間隔を狭められて形成されるので、２ラインの光源を点灯させるタイミングをずらす量も小さくすることでできる。このため、データを一時的に保持するためのバッファメモリの容量も少なくて済み、制御部のコストを低減できる。
【００５０】
図５は、本発明の他の実施形態を示す説明図である。発光素子ライン７２、７３により被照射面に形成される結像の副走査方向の間隔は、本来は２ライン分となる。図５の例では、プリズムの使用により被照射面に形成される結像４６は１ラインに重なるように設定している。すなわち、発光素子ライン７２の像は、矢視Ｙａのように副走査方向に移動した被照射面の４６の位置に結像される。
【００５１】
また、発光素子ライン７３の像は、矢視Ｙｂのように副走査方向に移動した、同じ被照射面４６の位置に結像される。このように、図５の例では、２ラインの光源の像が１ラインに重なるように設定されており、ベストモードの構成となっている。
【００５２】
本発明の実施形態において、被照射面における結像の副走査方向の間隔を、光源の副走査方向の間隔よりも狭め、または１ラインに重ねるために使用されるプリズムの固定は、機械的な固定でもよいし、光学用途の接着剤を用いてもよい。接着剤の屈折率を注意深く選んで発光部とプリズムの入射面の間に充填することにより、プリズムの入射面の反射を防止できる。
【００５３】
図６は、本発明の他の実施形態を示す説明図である。図６の例では、ガラス基板６２上に形成された発光素子ライン７２、７３から背面側、すなわちガラス基板６２を通して被照射面に放射するような素子において、ガラス基板６２に一体にプリズム５を形成する。このプリズム５は、発光素子ライン７２、７３の背面側のガラス基板６２に傾斜面を形成するものである。図６の構成によれば、ガラス基板６２そのものを加工してプリズム５を形成しているので、別部材でプリズムを構成する必要がなく、部品数が減少し、コストを低減することができる。
【００５４】
図７は、本発明の他の実施形態を示す説明図である。図７の例では、図６と同様に発光素子ライン７２、７３が形成されている側の背面側のガラス基板６２に矩形の溝６２ａを形成する。プリズム６をこの溝６２ａに挿入して接着し、ガラス基板６２に固定する。図７の構成によれば、プリズム６をガラス基板６２に直接固定しているので、別途プリズムを固定する部材が不要となり、光ラインヘッドの構成を簡略化することができる。
【００５５】
図６、図７においては、ガラス基板６２上の主走査方向にライン状に形成された発光素子ラインＬ１、Ｌ２（アレイ光源）を有しており、前記アレイ光源からの出射光ビームがガラス基板６２を透過して射出される。この構成は、ガラス基板６２のアレイ光源を設ける面と、プリズムを設ける面が異なる。図６ではプリズム５とガラス基板６２とが一体であり、また、図７ではプリズム６をガラス基板６２に可及的に接近した位置に設置できる。このため、光ラインヘッドにプリズムを設置した際に、プリズムとガラス基板との間隔が大きくなることに起因する光損失の発生を抑制できる。
【００５６】
図８は、本発明の他の実施形態を示す説明図である。図８の例では、光源として、発光素子ライン７２、７３、７４と副走査方向に３列配列したものである。この場合には、プリズム７は、各発光素子ライン７２、７３、７４に対応した３つの部分７ａ〜７ｃで形成する。このように、本発明は、光源を副走査方向に３列以上配列した場合にも適用できる。
【００５７】
本発明においては、副走査方向において同じ列にある発光素子からの光を重ね合わせてもよい。図９は、このような本発明の実施形態を示す説明図である。図９の構成では、発光素子ライン７５、７６からなる光源は、千鳥配列ではなく格子状配列としている。発光素子ライン７５の像は、矢視Ｚａの方向に移動した４７の位置に結像する。
【００５８】
また、発光素子ライン７６の像も、矢視Ｚｂの方向に移動した同じ４７の位置に結像する。このような、図９に示したような光源の配置においては、主走査方向の解像度は変らないが、２つの発光部からの光パワーを１個所のライン４７に重ねることができるので、光源の光パワーが不十分な場合に有効である。
【００５９】
この場合にも、被照射面に結像したスポットが１ラインに重なっていれば、光源が２ラインになっているにもかかわらず、副走査方向に各２個の光源を全く同じタイミングで点灯／消灯を制御すればよい。よって、１つのドライバに２つの発光部を接続することができ、制御部の構成が簡略化される。図９のように格子状に光源を配列した例において、被照射面の結像を１ラインに重ねることに代えて、図４で説明したように光源の副走査方向の間隔よりも狭く２ラインに結像を形成することもできる。
【００６０】
この場合には、格子状に光源を配列した例において、被照射面（結像面）上に各光源の光が結像してできるスポットの副走査方向の間隔が縮小される。このため、各光源の点灯タイミングをずらす量を小さくでき、一時的にデータを貯えるバッファメモリの容量を小さくできる。また、被照射面のスポット結像位置の副走査方向の間隔を、アレイ光源の副走査方向の間隔よりも狭くするという調整が、固定されているプリズム状の光学素子により行えるので、制御部の構成を簡略化できる。
【００６１】
なお、図１４で説明したように、複数の発光素子を１列に配置したチップ３１、３３、３５が千鳥状に配置されている場合でも、図９の例と同様な効果が得られる。この場合には、千鳥状に配置されているチップ３１、３３、３５の発光素子からの出射光により、被照射面に結像したスポットを１ラインに重ねることにより、制御部の構成が簡略になる。
【００６２】
本発明の実施形態は、また、屈折率分布型ロッドレンズアレイ（ＳＬＡ）以外の正立等倍レンズアレイ、例えばルーフミラーレンズアレイを用いることもできる。さらに、レンズアレイではなく、単一のレンズ系からなる投影光学系を用いる場合にも適用できる。
【００６３】
本発明の実施形態において、光源の半導体発光素子としてＬＥＤを用いているが、光源としては他に、蛍光管（ＦＬ）やＥＬ発光素子（有機または無機）などを組み合わせてもよい。このように、本発明は、ＬＥＤや有機ＥＬ素子など光源の種別によらず、広く光ラインヘッドに応用可能である。例えば、ガラス基板上にＴＦＴプロセスで形成したドライバと有機ＥＬ発光素子を組み合わせると、ガラス基板上にドライバと発光部を一体に形成できる。
【００６４】
以上、本発明の光ラインヘッドをいくつかの実施例に基づいて説明したが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の光ラインヘッドの説明図である。
【図２】本発明の他の実施形態にかかる説明図である。
【図３】プリズムの説明図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる説明図である。
【図５】本発明の他の実施形態にかかる説明図である。
【図６】本発明の他の実施形態にかかる説明図である。
【図７】本発明の他の実施形態にかかる説明図である。
【図８】本発明の他の実施形態にかかる説明図である。
【図９】本発明の他の実施形態にかかる説明図である。
【図１０】本発明の光ラインヘッドの例を示す斜視図である。
【図１１】本発明の光ラインヘッドの分解斜視図である。
【図１２】千鳥配置の例を示す説明図である。
【図１３】３ラインの千鳥配置の例を示す説明図である。
【図１４】チップを千鳥配置した例を示す説明図である。
【図１５】被照射面への結像の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６６】
１・・・光ラインヘッド、２・・・プリズム、３、４・・・２つに分離した楔状のプリズム、５・・・ガラス基板上に形成されたプリズム、６・・・ガラス基板の溝に挿入されたプリズム、７・・・３ラインの発光素子ラインに対応するプリズム、９、１０・・・カソードドライバ、１３・・・アノード制御線、４０・・・被照射面（像担持体）、４４〜４６・・・結像スポット位置、６１・・・有機ＥＬ素子アレイ、６２・・・ガラス基板、６３・・・発光部、６４・・・カバーガラス、６５…屈折率分布型ロッドレンズアレイ（ＳＬＡ）、７０・・・ファイバー、７２〜７６・・・発光素子ライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の副走査方向に２列以上に配列されたライン状のアレイ光源からの出射光を正立等倍の光学系を用いて被照射面に結像させる光ラインヘッドにおいて、前記２列以上に配列されたアレイ光源の各列に対して、副走査方向の断面において、水平面に対して光射出面の角度が光入射面とは異なるプリズム状の光学素子を配置し、被照射面上で前記各列のアレイ光源から放射された光が結像して形成されるスポットの副走査方向の間隔が、前記アレイ光源の間隔よりも小さくなるように設定されることを特徴とする、光ラインヘッド。
【請求項２】
前記光学素子は、副走査方向の断面において同一平面の光入射面と、水平面を基準として角度が異なる複数の光射出面とを有してプリズム状に一体に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の光ラインヘッド。
【請求項３】
前記副走査方向の断面において、平面の光入射面と平面の光射出面を有し、楔型の形状で複数に分離して配置したプリズム状の光学素子が、前記副走査方向に複数列配列された各アレイ光源に対応して設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の光ラインヘッド。
【請求項４】
前記アレイ光源は、ガラス基板上で主走査方向にライン状に形成されており、前記アレイ光源からの出射光ビームがガラス基板を透過して射出されることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光ラインヘッド。
【請求項５】
前記プリズム状の光学素子は、前記ガラス基板上に形成されたアレイ光源とは対向する面に、前記ガラス基板と一体に形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の光ラインヘッド。
【請求項６】
前記プリズム状の光学素子は、前記ガラス基板に溝を設けて接着されていることを特徴とする、請求項４に記載の光ラインヘッド。
【請求項７】
前記アレイ光源を副走査方向に３列以上配列することを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の光ラインヘッド。
【請求項８】
前記アレイ光源を千鳥状に配列することを特徴とする、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の光ラインヘッド。
【請求項９】
前記アレイ光源を格子状に配列することを特徴とする、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の光ラインヘッド。
【請求項１０】
アレイ光源が配列されたチップを、主走査方向に複数個配置してなることを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の光ラインヘッド。
【請求項１１】
前記チップを千鳥状に配列することを特徴とする、請求項１０に記載の光ラインヘッド。
【請求項１２】
前記アレイ光源の発光素子が有機ＥＬ素子であることを特徴とする、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の光ラインヘッド。
【請求項１３】
前記アレイ光源の発光素子がＬＥＤであることを特徴とする、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の光ラインヘッド。
【請求項１４】
ホルダーに溝を形成して前記光学系素子を装着すると共に、前記ガラス基板を前記ホルダーの前記光学系素子の入射面と対向する面に設けることを特徴とする、請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の光ラインヘッド。
【請求項１】
基板の副走査方向に２列以上に配列されたライン状のアレイ光源からの出射光を正立等倍の光学系を用いて被照射面に結像させる光ラインヘッドにおいて、前記２列以上に配列されたアレイ光源の各列に対して、副走査方向の断面において、水平面に対して光射出面の角度が光入射面とは異なるプリズム状の光学素子を配置し、被照射面上で前記各列のアレイ光源から放射された光が結像して形成されるスポットの副走査方向の間隔が、前記アレイ光源の間隔よりも小さくなるように設定されることを特徴とする、光ラインヘッド。
【請求項２】
前記光学素子は、副走査方向の断面において同一平面の光入射面と、水平面を基準として角度が異なる複数の光射出面とを有してプリズム状に一体に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の光ラインヘッド。
【請求項３】
前記副走査方向の断面において、平面の光入射面と平面の光射出面を有し、楔型の形状で複数に分離して配置したプリズム状の光学素子が、前記副走査方向に複数列配列された各アレイ光源に対応して設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の光ラインヘッド。
【請求項４】
前記アレイ光源は、ガラス基板上で主走査方向にライン状に形成されており、前記アレイ光源からの出射光ビームがガラス基板を透過して射出されることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光ラインヘッド。
【請求項５】
前記プリズム状の光学素子は、前記ガラス基板上に形成されたアレイ光源とは対向する面に、前記ガラス基板と一体に形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の光ラインヘッド。
【請求項６】
前記プリズム状の光学素子は、前記ガラス基板に溝を設けて接着されていることを特徴とする、請求項４に記載の光ラインヘッド。
【請求項７】
前記アレイ光源を副走査方向に３列以上配列することを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の光ラインヘッド。
【請求項８】
前記アレイ光源を千鳥状に配列することを特徴とする、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の光ラインヘッド。
【請求項９】
前記アレイ光源を格子状に配列することを特徴とする、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の光ラインヘッド。
【請求項１０】
アレイ光源が配列されたチップを、主走査方向に複数個配置してなることを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の光ラインヘッド。
【請求項１１】
前記チップを千鳥状に配列することを特徴とする、請求項１０に記載の光ラインヘッド。
【請求項１２】
前記アレイ光源の発光素子が有機ＥＬ素子であることを特徴とする、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の光ラインヘッド。
【請求項１３】
前記アレイ光源の発光素子がＬＥＤであることを特徴とする、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の光ラインヘッド。
【請求項１４】
ホルダーに溝を形成して前記光学系素子を装着すると共に、前記ガラス基板を前記ホルダーの前記光学系素子の入射面と対向する面に設けることを特徴とする、請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の光ラインヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００６−１４２５４１（Ｐ２００６−１４２５４１Ａ）
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３３２６９２（Ｐ２００４−３３２６９２）
【出願日】平成１６年１１月１７日（２００４．１１．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１７日（２００４．１１．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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