画像形成装置
【課題】曲率を有する潜像担持体に対して、発光素子が発光する光を結像してスポットを形成する画像形成装置において、スポット毎の大きさのばらつきを抑制する。
【解決手段】第１の方向に曲率を有する潜像担持体と、第１の方向に直交もしくは略直交する第２の方向に法線を向けて配される基板、基板に配される第１の発光素子、第１の発光素子の第１の方向で基板に配される第２の発光素子、および第１の発光素子が発光する光を第１の結像位置に結像して潜像担持体に照射するとともに、第２の発光素子が発光する光を第１の結像位置に対して第２の方向に異なる第２の結像位置に結像して潜像担持体に照射する結像光学系を有する露光ヘッドと、を備える。
【解決手段】第１の方向に曲率を有する潜像担持体と、第１の方向に直交もしくは略直交する第２の方向に法線を向けて配される基板、基板に配される第１の発光素子、第１の発光素子の第１の方向で基板に配される第２の発光素子、および第１の発光素子が発光する光を第１の結像位置に結像して潜像担持体に照射するとともに、第２の発光素子が発光する光を第１の結像位置に対して第２の方向に異なる第２の結像位置に結像して潜像担持体に照射する結像光学系を有する露光ヘッドと、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光素子が射出した光を結像光学系により結像して、感光体ドラム等の潜像担持体に光を照射する画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、その中心軸が主走査方向に平行もしくは略平行となるように配された円筒形状の感光体ドラムを、露光ヘッドにより露光する画像形成装置が記載されている。この露光ヘッドは、複数の結像光学系を主走査方向に配置するとともに、これら結像光学系それぞれに対して、複数の発光素子からなる発光素子グループを対向させた概略構成を備える。そして、発光素子グループの各発光素子が発光すると、当該発光素子グループに対向する結像光学系がこれら発光素子からの光を結像して、複数の光のスポットからなるスポットグループを感光体ドラムの周面に形成する。
【０００３】
このとき、特許文献１の発光素子グループは、複数の発光素子を、主走査方向に一列ではなくて千鳥状に並べたものであり、発光素子グループでは、副走査方向の異なる位置に２個あるいはそれ以上の発光素子が配されている。したがって、各発光素子を同時に発光させてスポットグループを形成した場合、スポットグループでは、副走査方向の異なる位置に２個あるいはそれ以上のスポットが形成されることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０７６３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の露光ヘッドが備える結像光学系は、基板表面に配された各発光素子からの光を、基板表面に平行な仮想平面上の近傍に結像するものであった。しかしながら、円筒形状の潜像担持体（感光体ドラム）の周面は、副走査方向に曲率を有している。そのため、各発光素子からの光を結像してスポットが形成される領域近辺において、潜像担持体の周面は、各発光素子が配された基板表面に対して副走査方向断面において傾いている。したがって、副走査方向断面において発光素子からの光の結像位置が潜像担持体の周面形状に沿わず、その結果、副走査方向の異なる位置で潜像担持体に形成される各スポットの間で大きさがばらついてしまって、露光不良が引き起こされる場合があった。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、曲率を有する潜像担持体に対して、発光素子が発光する光を結像してスポットを形成する画像形成装置において、スポット毎の大きさのばらつきを抑制して、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】
この発明にかかる画像形成装置は、上記目的を達成するために、第１の方向に曲率を有する潜像担持体と、第１の方向に直交もしくは略直交する第２の方向に法線を向けて配される基板、基板に配される第１の発光素子、第１の発光素子の第１の方向で基板に配される第２の発光素子、および第１の発光素子が発光する光を第１の結像位置に結像して潜像担持体に照射するとともに、第２の発光素子が発光する光を第１の結像位置に対して第２の方向に異なる第２の結像位置に結像して潜像担持体に照射する結像光学系を有する露光ヘッドと、備えることを特徴とする。
【０００８】
このように構成された発明（画像形成装置）では、第１の方向に曲率を有する潜像担持体を露光ヘッドにより露光する。しかも、この露光ヘッドは、基板において第１の方向に配された第１および第２の発光素子が発光する光を結像して、潜像担持体にスポットを照射するものである。このような構成では、第１および第２の発光素子が配された基板に平行な仮想平面近傍に、これらの発光素子が発光する光を結像していたために、各発光素子が発光する光の結像位置が潜像担持体の形状に沿わず、その結果、スポット毎に大きさがばらついてしまう場合があった。これに対してこの発明では、第１の発光素子が発光する光を第１の結像位置に結像して潜像担持体に照射するとともに、第２の発光素子が発光する光を第１の結像位置に対して第２の方向に異なる第２の結像位置に結像して潜像担持体に照射する。したがって、スポット毎の大きさのばらつきを抑制して、良好な露光が実現可能となっている。
【０００９】
ちなみに、第１の結像位置と第２の結像位置を第２の方向に異ならせるにあたっては、例えば、第１の方向に非対称な面形状を持つレンズを有するように結像光学系を構成しても良い。
【００１０】
また、第１の発光素子および第２の発光素子と結像光学系の間に開口絞りを備える構成においては、開口絞りの中心は、第１の発光素子と第２の発光素子との幾何重心を通る第２の方向の仮想直線に対して偏心するように構成しても良い。
【００１１】
また、結像光学系の像側がテレセントリックであるように構成しても良い。このような構成は、スポット毎の大きさのばらつきを抑制するにあたり有利となる。
【００１２】
なお、結像光学系としては、縮小像を結像するもの、倒立像を結像するもの等を採用可能である。
【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】ラインヘッドの一例を示す図。
【図４】ラインヘッドの一例を示す図。
【図５】ラインヘッドの一例を示す図。
【図６】ラインヘッドの一例を示す図。
【図７】ラインヘッドの露光動作の説明図。
【図８】主走査方向断面における結像光学系の光線図。
【図９】副走査方向断面における結像光学系の光線図。
【図１０】図８および図９に示す結像光学系の光線図の光学系諸元を示す図。
【図１１】結像光学系のレンズデータを示す図。
【図１２】ｘｙ多項式面の面形状を与える式を示す図。
【図１３】結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcのＳ4面のコーニック定数を示す図。
【図１４】結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcのＳ7面のコーニック定数を示す図。
【図１５】副走査方向における像面湾曲をグラフとして示す図。
【図１６】ラインヘッドの変形例を示す図。
【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（第２の方向）に直交もしくは略直交する副走査方向ＳＤ（第１の方向）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】
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がヘッド制御信号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にヘッド制御信号を送信すると、このヘッド制御信号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、常温で不揮発性の液体現像剤、すなわち、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帯電コロナ発生器２４２が現像ローラー２４１に対向して配置されている。このトナー帯電コロナ発生器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、トナー帯電コロナ発生器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、このトナー帯電コロナ発生器２４２と近接する位置で電界が印加され、トナーの帯電が施される。なお、このトナー帯電には、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トナー帯電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、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、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、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、上記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、図５および図６は、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、発光素子Ｅが形成されたヘッド基板２９３の裏面の法線方向Ｄoaから見た平面図であり、図４は、ラインヘッド２９が備える発光素子グループＥＧの構成を示す平面図であり、図５は、ラインヘッド２９の部分斜視図であり、図６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とが法線方向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。
【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、ヘッド基板２９３の裏面の法線方向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、法線方向Ｄoaの矢印側を「表」あるいは「上」と表現し、法線方向Ｄoaの矢印と反対側を「裏」「下」あるいは「底」と表現する。なお、法線方向Ｄoaの矢印は、発光素子Ｅが形成されたヘッド基板裏面２９３−t（物体面）から感光体ドラム２１表面（像面）へと向かってとられるとともに、各方向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】
図３、図４に示すように、ラインヘッド２９では、複数の発光素子Ｅから１つの発光素子グループＥＧが構成されている。より具体的には、この発光素子グループＥＧは、次のような構成を具備する。つまり、複数（１４個）の発光素子Ｅが長手方向ＬＧＤにピッチＰrmで直線的に並んで１行の発光素子行ＥＲが構成されるとともに、複数行（５行）の発光素子行ＥＲが幅方向ＬＴＤにピッチＰrs（４５．３６[μm]）で並んで発光素子ブロックＥＢが構成される。したがって、この発光素子ブロックＥＢでは、５個の発光素子Ｅが幅方向ＬＴＤにピッチＰrsで一列に並んでいる（換言すれば、５個の発光素子Ｅが長手方向ＬＧＤの同じ位置に配置されている）。そして、これら５個の発光素子Ｅそれぞれは、感光体ドラム２１表面において副走査方向ＳＤの同じ位置にスポットＳＰを形成して、いわゆる多重露光を実行可能である。
【００３７】
さらに、発光素子グループＥＧでは、４個の発光素子ブロックＥＢが幅方向ＬＴＤに間隔Ｐrsを空けて並ぶ。こうして、２０行（５行×４）の発光素子行ＥＲが幅方向ＬＴＤにピッチＰrsで並ぶこととなる。また、この際、４個の発光素子ブロックＥＢは、長手方向ＬＧＤにシフト量Ｐeだけ互いにずれて配置されている。このシフト量ＰeはピッチＰrmの４分の１に設定されており（Ｐe＝Ｐrm／４）、その結果、４個の発光素子ブロックＥＢは、主走査方向ＭＤに互いにずれた位置にスポットＳＰを形成する。このように、発光素子グループＥＧは、多重露光を行なう５行の発光素子行ＥＲからなる発光素子ブロックＥＢを、幅方向ＬＴＤに４個並べた構成を備えており、幅方向ＬＴＤに幅ＷＳs（＝８６２[μm]）を有し、長手方向ＬＧＤに幅ＷＳm（＝８３２[μm]）を有する。そして、ラインヘッド２９が備えるヘッド基板２９３（の裏面２９３−t）では、このような発光素子グループＥＧが長手方向ＬＧＤに３行千鳥で複数並んでいる（図３）。
【００３８】
ちなみに、ヘッド基板２９３にこうして並べられた各発光素子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。
【００３９】
また、ヘッド基板２９３に対しては、２枚のレンズアレイＬＡ1、ＬＡ2が対向している。そして、レンズアレイＬＡ1のレンズＬＳ1およびレンズアレイＬＡ2のレンズＬＳ2で構成される結像光学系ＯＳが、各発光素子グループＥＧに設けられることとなる。つまり、レンズアレイＬＡ1に対しては、３行千鳥に配列された複数の発光素子グループＥＧに一対一で対応して、複数のレンズＬＳ1が３行千鳥で配列されている。同様に、レンズアレイＬＡ2に対しては、３行千鳥に配列された複数の発光素子グループＥＧに一対一で対応して、複数のレンズＬＳ2が３行千鳥で配列されている。このようなレンズアレイＬＡ1（ＬＡ2）におけるレンズＬＳ1（ＬＳ2）の配列態様は、換言すれば次のようにも説明できる。つまり、主走査方向ＭＤへ距離３×Ｄg毎にレンズＬＳ1（ＬＳ2）を配置して、主走査方向ＭＤに直線的に並ぶ複数のレンズＬＳ1（ＬＳ2）から１行のレンズ行ＧＲa等が構成される。さらに、３行のレンズ行ＧＲa、ＧＲb、ＧＲcは、副走査方向ＳＤに距離Ｄt（＝２[mm]）を空けて配置されるとともに、主走査方向ＭＤに距離Ｄg（＝５８２[μm]）だけ互いにシフトされている。
【００４０】
なお、図３、図６等では、レンズ行ＧＲaのレンズＬＳ1（ＬＳ2）に対向する発光素子グループＥＧに符号ＥＧaが付され、レンズ行ＧＲbのレンズＬＳ1（ＬＳ2）に対向する発光素子グループＥＧに符号ＥＧbが付され、レンズ行ＧＲcのレンズＬＳ1（ＬＳ2）に対向する発光素子グループＥＧに符号ＥＧcが付されている。また、図５、図６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。
【００４１】
ちなみに、レンズアレイＬＡ1（ＬＡ2）は、光透過製のガラス平板に樹脂製のレンズＬＳ1（ＬＳ2）を形成することで構成することができる。また、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。
【００４２】
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ＳＰＣ1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ＳＰＣ1、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ＳＰＣ2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ＳＰＣ2、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ＳＰＣ2のみならず、当該スペーサーＳＰＣ2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。
【００４３】
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６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。なお、各結像光学系ＯＳは、互いに等しい結像倍率ｍを有する。また、この結像倍率ｍは絶対値が１未満の負の値であり（−１＜ｍ＜０）、各結像光学系ＯＳは縮小・倒立像を結像する。
【００４４】
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。
【００４５】
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、法線方向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。なお、図６では記載を省略しているが、遮光部材２９７の導光孔２９７１内部には開口絞り２９７２（図７）が設けられており、結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcの像側はテレセントリックとなっている。そして、導光孔２９７１を通過して結像光学系ＯＳで結像された光が感光体ドラム２１表面に照射されて、感光体ドラム２１表面が露光される。
【００４６】
特に、この実施形態のラインヘッド２９では、複数の発光素子Ｅからなる発光素子グループＥＧが結像光学系ＯＳに対向して設けられている。したがって、感光体ドラム２１表面の露光動作では、発光素子グループＥＧの各発光素子Ｅからの光が結像光学系ＯＳによって結像されて、複数のスポットＳＰからなるスポットグループＳＧが形成される。続いて、ラインヘッド２９による露光動作を説明する。
【００４７】
図７は、ラインヘッドの露光動作の説明図である。図７では、各発光素子グループＥＧa、ＥＧb、ＥＧcの幅方向ＬＴＤ両端の発光素子Ｅが示されるとともに、これら両端の発光素子Ｅからの光を結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcにより結像することで感光体ドラム２１表面に形成されるスポットＳＰ（つまり、スポットグループＳＧの副走査方向ＳＤ両端のスポットＳＰ）が示されている。なお、結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcそれぞれは、上述のとおり発光素子側に凸の２枚のレンズＬＳ1、ＬＳ2で構成されるものであるが、図７では両凸レンズで等価的に示されている。
【００４８】
図７に示すように、副走査方向ＳＤにおいて発光素子グループＥＧbの幾何重心は感光体ドラム２１の曲率中心と一致している（言い換えれば、この幾何重心から法線方向Ｄoaに延びる仮想直線は感光体ドラム２１の曲率中心を通る）。一方、副走査方向ＳＤにおいて発光素子グループＥＧa、ＥＧcの幾何重心は感光体ドラム２１の曲率中心から距離Δegだけ離れた位置にある。そのため、これら端部に位置する発光素子グループＥＧa、ＥＧcについては、スポットグループＳＧ内でスポットＳＰの大きさがばらつくという問題が発生するおそれがあった。これについて、発光素子グループＥＧcで代表して説明する。
【００４９】
ヘッド基板２９３は、発光素子Ｅが形成された面の法線方向を副走査方向ＳＤに直交もしくは略直交する方向に向けた状態で、感光体ドラム２１に対して配置されている。一方、感光体ドラム２１は、副走査方向に曲率を有している。そのため、感光体ドラム２１の曲率中心から副走査方向ＳＤに離れるほど、ヘッド基板２９３の裏面２９３−tに対して感光体ドラム２１表面（周面）は傾きが大きくなる。このような状況では、発光素子グループＥＧcの各発光素子Ｅが射出する光の結像位置が法線方向Ｄoaにおいて同じ位置にあると、各スポットＳＰの大きさにばらつきが生じる。
【００５０】
この点について詳述するにあたり、発光素子グループＥＧcの右端にある発光素子Ｅ1によって感光体ドラム２１表面に形成されるスポットＳＰをスポットＳＰ1とし、発光素子グループＥＧcの左端にある発光素子Ｅ2によって感光体ドラム２１表面に形成されるスポットＳＰをスポットＳＰ2とし、ヘッド基板２９３の裏面２９３−tに平行（法線方向Ｄoaに垂直）な仮想平面を仮想平面ＶＰとする。このとき、発光素子グループＥＧcの各発光素子Ｅ1、Ｅ2の光の結像位置が法線方向Ｄoaに同じであるならば、これらの結像位置は仮想平面ＶＰ上にくることとなる。したがって、例えば図７に示すように、発光素子Ｅ1の光の結像位置を感光体ドラム２１表面に一致させたとすると、スポットＳＰ1、ＳＰ2が形成される領域において仮想平面ＶＰと感光体ドラム２１表面は角度θだけ傾いてしまい、その結果、発光素子Ｅ2の光の結像位置からスポットＳＰ2が形成される感光体ドラム２１表面位置の間にギャップΔ21が発生してしまう。ここで挙げた例では、感光体ドラム２１の半径を２０[mm]とすると、角度θ＝５°、ギャップΔ21＝６０[μm]となる。その結果、スポットＳＰ1はフォーカスされた光により形成されて比較的小さな径を有するのに対して、スポットＳＰ2はデフォーカスされた光により形成されて比較的大きな径を有することとなり、スポットＳＰ1、ＳＰ2で大きさが異なってしまう。
【００５１】
このような問題に対応するために、この実施形態の結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcは図８〜図１３に示すような構成を備えている。ここで、図８は、主走査方向断面における結像光学系の光線図である。また、図９は、副走査方向断面における結像光学系の光線図である。図８および図９では特に、発光素子グループＥＧcの両端および幾何重心から射出される光を結像する結像光学系ＯＳcの光線図が示されている。図１０は、図８および図９に示す結像光学系の光線図の光学系諸元を表として示す図である。図１１は、結像光学系のレンズデータを示す図であり、図１２は、ｘｙ多項式面の面形状を与える式を示す図であり、図１３は、結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcそれぞれのＳ4面（ｘｙ多項式面）の面形状を与えるコーニック定数を表として示す図であり、図１４は、結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcそれぞれのＳ7面（ｘｙ多項式面）のコーニック定数を表として示す図である。
【００５２】
図８、図９において、Ｓ1面、Ｓ2面はそれぞれヘッド基板２９３の裏面２９３−t、表面２９３−hであり、Ｓ3面は開口絞りであり、Ｓ4面はレンズＬＳ1のレンズ面であり、Ｓ5、Ｓ6はレンズＬＳ1が形成されたガラス板の裏面、表面であり、Ｓ7面はレンズＬＳ2のレンズ面であり、Ｓ8、Ｓ9はレンズＬＳ2が形成されたガラス板の裏面、表面であり、Ｓ10面は感光体ドラム２１の表面である。
【００５３】
図１０に示すように、発光素子グループＥＧから射出される光の波長を６９０[nm]とし、各結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcのレンズＬＳ1、ＬＳ2の径を、０．５８[mm]として、図８および図９の光線図は求められている。これら結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcは、−０．７倍の結像倍率（つまり、反転・縮小像を結ぶ倍率）を有し、前側焦点位置に配置された開口絞りによって像側がテレセントリックに構成されている。また、発光素子グループＥＧcの幾何重心を通り法線方向Ｄoaに延びる仮想直線ＶＬに対して、開口絞りの中心は、副走査方向ＳＤにおいて感光体ドラム２１の曲率中心側に０．１３６９[mm]だけ偏心している。
【００５４】
図９に示すように、結像光学系ＯＳcを構成するレンズＬＳ1、ＬＳ2のレンズ面Ｓ4、Ｓ7は、副走査方向ＳＤに非対称（図９において上下非対称）な面形状を有する。したがって、発光素子グループＥＧcの両端および幾何重心から射出された光の結像位置ＩＰは、ヘッド基板２９３の裏面Ｓ1の法線方向Ｄoaにおいて互いに異なる位置にある。より詳しくは、これらの結像位置ＩＰのうち、副走査方向ＳＤにおいて感光体ドラム２１の曲率中心から遠い結像位置ＩＰ程、法線方向Ｄoaの矢印方向側（物体面から像面へと向かう側）に位置している。こうして、各結像位置ＩＰは、ヘッド基板裏面２９３−tに対して傾いている感光体ドラム２１表面に沿って並び、感光体ドラム２１表面に位置する（図１５）。ここで、図１５は、副走査方向における像面湾曲をグラフとして示す図である。同図において、結像光学系ＯＳcがスポットＳＰを形成する領域における感光体ドラム２１表面の傾きが破線で示されている。このように、結像光学系ＯＳcの結像位置は、感光体ドラム２１表面の傾きに対して１０[μm]程度の十分許容できるレベルに収まっている。その結果、発光素子グループＥＧcの両端および幾何重心から射出された光が感光体ドラム２１表面に形成する各スポットＳＰの大きさは均一となる。
【００５５】
また、発光素子グループＥＧaとこれに対向する結像光学系ＯＳaの構成は、発光素子グループＥＧcとこれに対向する結像光学系ＯＳcの構成と、仮想直線ＶＬを中心として対称な構造を具備している。したがって、結像光学系ＯＳcによる各結像位置ＩＰは、ヘッド基板裏面２９３−tに対して傾いている感光体ドラム２１表面に沿って並び、感光体ドラム２１表面に位置する。その結果、発光素子グループＥＧaの両端および幾何重心から射出された光が感光体ドラム２１表面に形成する各スポットＳＰの大きさは均一となる。
【００５６】
なお、発光素子グループＥＧbがスポットＳＰを形成する領域では、感光体ドラム２１表面はヘッド基板裏面２９３−tに対して殆んど傾いていない。そこで、結像光学系ＯＳbによる各結像位置ＩＰは、ヘッド基板２９３の裏面Ｓ1の法線方向Ｄoaにおいて互いに等しい位置にあり、これによって感光体ドラム２１表面に沿って並んでいる。
【００５７】
以上のように、この実施形態では、副走査方向ＳＤに曲率を有する感光体ドラム２１をラインヘッド２９により露光する。しかも、このラインヘッド２９は、ヘッド基板２９３において副走査方向に配された複数の発光素子Ｅ（例えば、図７の発光素子Ｅ1、Ｅ2）が発光する光を結像して、感光体ドラム２１表面にスポットＳＰ（例えば、図７のスポットＳＰ1、ＳＰ2）を照射するものである。従来では、各発光素子Ｅが配されたヘッド基板２９３に平行な仮想平面ＶＰ近傍に、これらの発光素子Ｅが発光する光を結像していたために、各発光素子Ｅが発光する光の結像位置ＩＰが感光体ドラム２１表面の形状に沿わず、その結果、スポットＳＰ毎に大きさがばらついてしまう場合があった。これに対してこの実施形態では、各発光素子Ｅが発光する光を、法線方向Ｄoaにおいて互いに異なる位置に結像して、感光体ドラム２１表面に照射する。したがって、スポットＳＰ毎の大きさのばらつきを抑制して、良好な露光が実現可能となっている。
【００５８】
さらに上記実施形態では、結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcの像側がテレセントリックである。このような構成は、スポットＳＰ毎の大きさのばらつきを抑制するにあたり有利となる。
【００５９】
また、結像光学系ＯＳとして縮小光学系を用いた場合、スポットグループＳＧの副走査方向ＳＤへの幅（言い換えれば、図７のスポットＳＰ1、ＳＰ2の距離）が狭くなり、その結果、スポットＳＰ毎の大きさのばらつきを抑制しやすくなっているという利点がある。
【００６０】
以上のように、この実施形態では、副走査方向ＳＤが本発明の「第１の方向」に相当し、法線方向Ｄoaが本発明の「第２の方向」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、ラインヘッド２９が本発明の「露光ヘッド」に相当している。
【００６１】
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、レンズ行の行数は３行であったが、レンズ行の行数はこれに限られない。そこで、図１６に示すような、レンズ行の行数が２行である構成に対しても、本発明を適用可能である。
【００６２】
ここで、図１６は、ラインヘッドの変形例を示す図であり、特に、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法線方向Ｄoaから見た平面図を示している。図１６に示す変形例では、複数のレンズＬＳ1、ＬＳ2が長手方向ＬＧＤに２行千鳥で並んでおり、換言すれば、２行のレンズ行が設けられている。また、このようなレンズ配置に対応して、複数の発光素子グループＥＧが長手方向ＬＧＤに２行千鳥で並んでいる。また、ヘッド基板２９３の裏面２９３−tでは、異なるレンズ行に対応する発光素子グループＥＧの間に電気回路Ｃ1、Ｃ2が配置されている。電気回路Ｃ1は、図１６上側の発光素子グループＥＧ毎に設けられて、当該発光素子グループＥＧを駆動して発光させるものである。また、電気回路Ｃ2は、図１６下側の発光素子グループＥＧ毎に設けられて、当該発光素子グループＥＧを駆動して発光させるものである。
【００６３】
そして、この変形例では、図１６に示す２行のレンズ行は、副走査方向ＳＤにおいて感光体ドラム２１の回転軸を中心として上下に振り分けられて配置されている。したがって、レンズＬＳ1、ＬＳ2からなる結像光学系がスポットを形成する領域において、感光体ドラム２１表面は、発光素子Ｅが形成されたヘッド基板裏面２９３−tに対して傾いている。そこで、この変形例においても、レンズＬＳ1、ＬＳ2からなる結像光学系を、上記実施形態の結像光学系ＯＳa、ＯＳbと同様に構成すれば良い。これによって、結像光学系が発光素子グループＥＧの各発光素子からの光を結像する各結像位置ＩＰは、ヘッド基板裏面２９３−tに対して傾いている感光体ドラム２１表面に沿って並び、感光体ドラム２１表面に位置する。その結果、発光素子グループＥＧcの各発光素子Ｅから射出された光が感光体ドラム２１表面に形成する各スポットＳＰの大きさは均一となる。
【００６４】
なお、この変形例に示したような構成では、電気回路Ｃ1、Ｃ2を配するスペースを結像光学系ＯＳの間に確保する必要がある。そのため、結像光学系ＯＳ間の距離が幅方向ＬＴＤに大きくなって、スポットＳＰの大きさのばらつきが顕著になるおそれがあった。これに対して、この変形例は、本発明を適用することで、かかる問題の発生を抑制しており、好適である。
【００６５】
また、結像光学系の構成も上述のものに限られず、例えば結像光学系を構成するレンズの枚数等を適宜変更可能である。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【符号の説明】
【００６８】
１…画像形成装置、 ２１…感光体ドラム、 ２９…ラインヘッド、 ２９３…ヘッド基板、 Ｃ1…電気回路、 Ｃ2…電気回路、 Ｅ、Ｅ1、Ｅ2…発光素子、 ＩＰ…結像位置、 ＬＳ1、ＬＳ2…レンズ、 ＭＤ…主走査方向、 ＳＤ…副走査方向、 Ｄoa…法線方向、 ＯＳ、ＯＳa、ＯＳb、ＯＳc…結像光学系、 ＳＧ…スポットグループ、 ＳＰ、ＳＰ1、ＳＰ2…スポット、 ＶＬ…仮想直線、 ＶＰ…仮想平面
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光素子が射出した光を結像光学系により結像して、感光体ドラム等の潜像担持体に光を照射する画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、その中心軸が主走査方向に平行もしくは略平行となるように配された円筒形状の感光体ドラムを、露光ヘッドにより露光する画像形成装置が記載されている。この露光ヘッドは、複数の結像光学系を主走査方向に配置するとともに、これら結像光学系それぞれに対して、複数の発光素子からなる発光素子グループを対向させた概略構成を備える。そして、発光素子グループの各発光素子が発光すると、当該発光素子グループに対向する結像光学系がこれら発光素子からの光を結像して、複数の光のスポットからなるスポットグループを感光体ドラムの周面に形成する。
【０００３】
このとき、特許文献１の発光素子グループは、複数の発光素子を、主走査方向に一列ではなくて千鳥状に並べたものであり、発光素子グループでは、副走査方向の異なる位置に２個あるいはそれ以上の発光素子が配されている。したがって、各発光素子を同時に発光させてスポットグループを形成した場合、スポットグループでは、副走査方向の異なる位置に２個あるいはそれ以上のスポットが形成されることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０７６３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の露光ヘッドが備える結像光学系は、基板表面に配された各発光素子からの光を、基板表面に平行な仮想平面上の近傍に結像するものであった。しかしながら、円筒形状の潜像担持体（感光体ドラム）の周面は、副走査方向に曲率を有している。そのため、各発光素子からの光を結像してスポットが形成される領域近辺において、潜像担持体の周面は、各発光素子が配された基板表面に対して副走査方向断面において傾いている。したがって、副走査方向断面において発光素子からの光の結像位置が潜像担持体の周面形状に沿わず、その結果、副走査方向の異なる位置で潜像担持体に形成される各スポットの間で大きさがばらついてしまって、露光不良が引き起こされる場合があった。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、曲率を有する潜像担持体に対して、発光素子が発光する光を結像してスポットを形成する画像形成装置において、スポット毎の大きさのばらつきを抑制して、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】
この発明にかかる画像形成装置は、上記目的を達成するために、第１の方向に曲率を有する潜像担持体と、第１の方向に直交もしくは略直交する第２の方向に法線を向けて配される基板、基板に配される第１の発光素子、第１の発光素子の第１の方向で基板に配される第２の発光素子、および第１の発光素子が発光する光を第１の結像位置に結像して潜像担持体に照射するとともに、第２の発光素子が発光する光を第１の結像位置に対して第２の方向に異なる第２の結像位置に結像して潜像担持体に照射する結像光学系を有する露光ヘッドと、備えることを特徴とする。
【０００８】
このように構成された発明（画像形成装置）では、第１の方向に曲率を有する潜像担持体を露光ヘッドにより露光する。しかも、この露光ヘッドは、基板において第１の方向に配された第１および第２の発光素子が発光する光を結像して、潜像担持体にスポットを照射するものである。このような構成では、第１および第２の発光素子が配された基板に平行な仮想平面近傍に、これらの発光素子が発光する光を結像していたために、各発光素子が発光する光の結像位置が潜像担持体の形状に沿わず、その結果、スポット毎に大きさがばらついてしまう場合があった。これに対してこの発明では、第１の発光素子が発光する光を第１の結像位置に結像して潜像担持体に照射するとともに、第２の発光素子が発光する光を第１の結像位置に対して第２の方向に異なる第２の結像位置に結像して潜像担持体に照射する。したがって、スポット毎の大きさのばらつきを抑制して、良好な露光が実現可能となっている。
【０００９】
ちなみに、第１の結像位置と第２の結像位置を第２の方向に異ならせるにあたっては、例えば、第１の方向に非対称な面形状を持つレンズを有するように結像光学系を構成しても良い。
【００１０】
また、第１の発光素子および第２の発光素子と結像光学系の間に開口絞りを備える構成においては、開口絞りの中心は、第１の発光素子と第２の発光素子との幾何重心を通る第２の方向の仮想直線に対して偏心するように構成しても良い。
【００１１】
また、結像光学系の像側がテレセントリックであるように構成しても良い。このような構成は、スポット毎の大きさのばらつきを抑制するにあたり有利となる。
【００１２】
なお、結像光学系としては、縮小像を結像するもの、倒立像を結像するもの等を採用可能である。
【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】ラインヘッドの一例を示す図。
【図４】ラインヘッドの一例を示す図。
【図５】ラインヘッドの一例を示す図。
【図６】ラインヘッドの一例を示す図。
【図７】ラインヘッドの露光動作の説明図。
【図８】主走査方向断面における結像光学系の光線図。
【図９】副走査方向断面における結像光学系の光線図。
【図１０】図８および図９に示す結像光学系の光線図の光学系諸元を示す図。
【図１１】結像光学系のレンズデータを示す図。
【図１２】ｘｙ多項式面の面形状を与える式を示す図。
【図１３】結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcのＳ4面のコーニック定数を示す図。
【図１４】結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcのＳ7面のコーニック定数を示す図。
【図１５】副走査方向における像面湾曲をグラフとして示す図。
【図１６】ラインヘッドの変形例を示す図。
【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（第２の方向）に直交もしくは略直交する副走査方向ＳＤ（第１の方向）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】
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がヘッド制御信号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にヘッド制御信号を送信すると、このヘッド制御信号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、常温で不揮発性の液体現像剤、すなわち、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帯電コロナ発生器２４２が現像ローラー２４１に対向して配置されている。このトナー帯電コロナ発生器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、トナー帯電コロナ発生器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、このトナー帯電コロナ発生器２４２と近接する位置で電界が印加され、トナーの帯電が施される。なお、このトナー帯電には、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トナー帯電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、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、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、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、上記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、図５および図６は、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、発光素子Ｅが形成されたヘッド基板２９３の裏面の法線方向Ｄoaから見た平面図であり、図４は、ラインヘッド２９が備える発光素子グループＥＧの構成を示す平面図であり、図５は、ラインヘッド２９の部分斜視図であり、図６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とが法線方向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。
【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、ヘッド基板２９３の裏面の法線方向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、法線方向Ｄoaの矢印側を「表」あるいは「上」と表現し、法線方向Ｄoaの矢印と反対側を「裏」「下」あるいは「底」と表現する。なお、法線方向Ｄoaの矢印は、発光素子Ｅが形成されたヘッド基板裏面２９３−t（物体面）から感光体ドラム２１表面（像面）へと向かってとられるとともに、各方向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】
図３、図４に示すように、ラインヘッド２９では、複数の発光素子Ｅから１つの発光素子グループＥＧが構成されている。より具体的には、この発光素子グループＥＧは、次のような構成を具備する。つまり、複数（１４個）の発光素子Ｅが長手方向ＬＧＤにピッチＰrmで直線的に並んで１行の発光素子行ＥＲが構成されるとともに、複数行（５行）の発光素子行ＥＲが幅方向ＬＴＤにピッチＰrs（４５．３６[μm]）で並んで発光素子ブロックＥＢが構成される。したがって、この発光素子ブロックＥＢでは、５個の発光素子Ｅが幅方向ＬＴＤにピッチＰrsで一列に並んでいる（換言すれば、５個の発光素子Ｅが長手方向ＬＧＤの同じ位置に配置されている）。そして、これら５個の発光素子Ｅそれぞれは、感光体ドラム２１表面において副走査方向ＳＤの同じ位置にスポットＳＰを形成して、いわゆる多重露光を実行可能である。
【００３７】
さらに、発光素子グループＥＧでは、４個の発光素子ブロックＥＢが幅方向ＬＴＤに間隔Ｐrsを空けて並ぶ。こうして、２０行（５行×４）の発光素子行ＥＲが幅方向ＬＴＤにピッチＰrsで並ぶこととなる。また、この際、４個の発光素子ブロックＥＢは、長手方向ＬＧＤにシフト量Ｐeだけ互いにずれて配置されている。このシフト量ＰeはピッチＰrmの４分の１に設定されており（Ｐe＝Ｐrm／４）、その結果、４個の発光素子ブロックＥＢは、主走査方向ＭＤに互いにずれた位置にスポットＳＰを形成する。このように、発光素子グループＥＧは、多重露光を行なう５行の発光素子行ＥＲからなる発光素子ブロックＥＢを、幅方向ＬＴＤに４個並べた構成を備えており、幅方向ＬＴＤに幅ＷＳs（＝８６２[μm]）を有し、長手方向ＬＧＤに幅ＷＳm（＝８３２[μm]）を有する。そして、ラインヘッド２９が備えるヘッド基板２９３（の裏面２９３−t）では、このような発光素子グループＥＧが長手方向ＬＧＤに３行千鳥で複数並んでいる（図３）。
【００３８】
ちなみに、ヘッド基板２９３にこうして並べられた各発光素子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。
【００３９】
また、ヘッド基板２９３に対しては、２枚のレンズアレイＬＡ1、ＬＡ2が対向している。そして、レンズアレイＬＡ1のレンズＬＳ1およびレンズアレイＬＡ2のレンズＬＳ2で構成される結像光学系ＯＳが、各発光素子グループＥＧに設けられることとなる。つまり、レンズアレイＬＡ1に対しては、３行千鳥に配列された複数の発光素子グループＥＧに一対一で対応して、複数のレンズＬＳ1が３行千鳥で配列されている。同様に、レンズアレイＬＡ2に対しては、３行千鳥に配列された複数の発光素子グループＥＧに一対一で対応して、複数のレンズＬＳ2が３行千鳥で配列されている。このようなレンズアレイＬＡ1（ＬＡ2）におけるレンズＬＳ1（ＬＳ2）の配列態様は、換言すれば次のようにも説明できる。つまり、主走査方向ＭＤへ距離３×Ｄg毎にレンズＬＳ1（ＬＳ2）を配置して、主走査方向ＭＤに直線的に並ぶ複数のレンズＬＳ1（ＬＳ2）から１行のレンズ行ＧＲa等が構成される。さらに、３行のレンズ行ＧＲa、ＧＲb、ＧＲcは、副走査方向ＳＤに距離Ｄt（＝２[mm]）を空けて配置されるとともに、主走査方向ＭＤに距離Ｄg（＝５８２[μm]）だけ互いにシフトされている。
【００４０】
なお、図３、図６等では、レンズ行ＧＲaのレンズＬＳ1（ＬＳ2）に対向する発光素子グループＥＧに符号ＥＧaが付され、レンズ行ＧＲbのレンズＬＳ1（ＬＳ2）に対向する発光素子グループＥＧに符号ＥＧbが付され、レンズ行ＧＲcのレンズＬＳ1（ＬＳ2）に対向する発光素子グループＥＧに符号ＥＧcが付されている。また、図５、図６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。
【００４１】
ちなみに、レンズアレイＬＡ1（ＬＡ2）は、光透過製のガラス平板に樹脂製のレンズＬＳ1（ＬＳ2）を形成することで構成することができる。また、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。
【００４２】
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ＳＰＣ1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ＳＰＣ1、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ＳＰＣ2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ＳＰＣ2、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ＳＰＣ2のみならず、当該スペーサーＳＰＣ2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。
【００４３】
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６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。なお、各結像光学系ＯＳは、互いに等しい結像倍率ｍを有する。また、この結像倍率ｍは絶対値が１未満の負の値であり（−１＜ｍ＜０）、各結像光学系ＯＳは縮小・倒立像を結像する。
【００４４】
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。
【００４５】
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、法線方向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。なお、図６では記載を省略しているが、遮光部材２９７の導光孔２９７１内部には開口絞り２９７２（図７）が設けられており、結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcの像側はテレセントリックとなっている。そして、導光孔２９７１を通過して結像光学系ＯＳで結像された光が感光体ドラム２１表面に照射されて、感光体ドラム２１表面が露光される。
【００４６】
特に、この実施形態のラインヘッド２９では、複数の発光素子Ｅからなる発光素子グループＥＧが結像光学系ＯＳに対向して設けられている。したがって、感光体ドラム２１表面の露光動作では、発光素子グループＥＧの各発光素子Ｅからの光が結像光学系ＯＳによって結像されて、複数のスポットＳＰからなるスポットグループＳＧが形成される。続いて、ラインヘッド２９による露光動作を説明する。
【００４７】
図７は、ラインヘッドの露光動作の説明図である。図７では、各発光素子グループＥＧa、ＥＧb、ＥＧcの幅方向ＬＴＤ両端の発光素子Ｅが示されるとともに、これら両端の発光素子Ｅからの光を結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcにより結像することで感光体ドラム２１表面に形成されるスポットＳＰ（つまり、スポットグループＳＧの副走査方向ＳＤ両端のスポットＳＰ）が示されている。なお、結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcそれぞれは、上述のとおり発光素子側に凸の２枚のレンズＬＳ1、ＬＳ2で構成されるものであるが、図７では両凸レンズで等価的に示されている。
【００４８】
図７に示すように、副走査方向ＳＤにおいて発光素子グループＥＧbの幾何重心は感光体ドラム２１の曲率中心と一致している（言い換えれば、この幾何重心から法線方向Ｄoaに延びる仮想直線は感光体ドラム２１の曲率中心を通る）。一方、副走査方向ＳＤにおいて発光素子グループＥＧa、ＥＧcの幾何重心は感光体ドラム２１の曲率中心から距離Δegだけ離れた位置にある。そのため、これら端部に位置する発光素子グループＥＧa、ＥＧcについては、スポットグループＳＧ内でスポットＳＰの大きさがばらつくという問題が発生するおそれがあった。これについて、発光素子グループＥＧcで代表して説明する。
【００４９】
ヘッド基板２９３は、発光素子Ｅが形成された面の法線方向を副走査方向ＳＤに直交もしくは略直交する方向に向けた状態で、感光体ドラム２１に対して配置されている。一方、感光体ドラム２１は、副走査方向に曲率を有している。そのため、感光体ドラム２１の曲率中心から副走査方向ＳＤに離れるほど、ヘッド基板２９３の裏面２９３−tに対して感光体ドラム２１表面（周面）は傾きが大きくなる。このような状況では、発光素子グループＥＧcの各発光素子Ｅが射出する光の結像位置が法線方向Ｄoaにおいて同じ位置にあると、各スポットＳＰの大きさにばらつきが生じる。
【００５０】
この点について詳述するにあたり、発光素子グループＥＧcの右端にある発光素子Ｅ1によって感光体ドラム２１表面に形成されるスポットＳＰをスポットＳＰ1とし、発光素子グループＥＧcの左端にある発光素子Ｅ2によって感光体ドラム２１表面に形成されるスポットＳＰをスポットＳＰ2とし、ヘッド基板２９３の裏面２９３−tに平行（法線方向Ｄoaに垂直）な仮想平面を仮想平面ＶＰとする。このとき、発光素子グループＥＧcの各発光素子Ｅ1、Ｅ2の光の結像位置が法線方向Ｄoaに同じであるならば、これらの結像位置は仮想平面ＶＰ上にくることとなる。したがって、例えば図７に示すように、発光素子Ｅ1の光の結像位置を感光体ドラム２１表面に一致させたとすると、スポットＳＰ1、ＳＰ2が形成される領域において仮想平面ＶＰと感光体ドラム２１表面は角度θだけ傾いてしまい、その結果、発光素子Ｅ2の光の結像位置からスポットＳＰ2が形成される感光体ドラム２１表面位置の間にギャップΔ21が発生してしまう。ここで挙げた例では、感光体ドラム２１の半径を２０[mm]とすると、角度θ＝５°、ギャップΔ21＝６０[μm]となる。その結果、スポットＳＰ1はフォーカスされた光により形成されて比較的小さな径を有するのに対して、スポットＳＰ2はデフォーカスされた光により形成されて比較的大きな径を有することとなり、スポットＳＰ1、ＳＰ2で大きさが異なってしまう。
【００５１】
このような問題に対応するために、この実施形態の結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcは図８〜図１３に示すような構成を備えている。ここで、図８は、主走査方向断面における結像光学系の光線図である。また、図９は、副走査方向断面における結像光学系の光線図である。図８および図９では特に、発光素子グループＥＧcの両端および幾何重心から射出される光を結像する結像光学系ＯＳcの光線図が示されている。図１０は、図８および図９に示す結像光学系の光線図の光学系諸元を表として示す図である。図１１は、結像光学系のレンズデータを示す図であり、図１２は、ｘｙ多項式面の面形状を与える式を示す図であり、図１３は、結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcそれぞれのＳ4面（ｘｙ多項式面）の面形状を与えるコーニック定数を表として示す図であり、図１４は、結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcそれぞれのＳ7面（ｘｙ多項式面）のコーニック定数を表として示す図である。
【００５２】
図８、図９において、Ｓ1面、Ｓ2面はそれぞれヘッド基板２９３の裏面２９３−t、表面２９３−hであり、Ｓ3面は開口絞りであり、Ｓ4面はレンズＬＳ1のレンズ面であり、Ｓ5、Ｓ6はレンズＬＳ1が形成されたガラス板の裏面、表面であり、Ｓ7面はレンズＬＳ2のレンズ面であり、Ｓ8、Ｓ9はレンズＬＳ2が形成されたガラス板の裏面、表面であり、Ｓ10面は感光体ドラム２１の表面である。
【００５３】
図１０に示すように、発光素子グループＥＧから射出される光の波長を６９０[nm]とし、各結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcのレンズＬＳ1、ＬＳ2の径を、０．５８[mm]として、図８および図９の光線図は求められている。これら結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcは、−０．７倍の結像倍率（つまり、反転・縮小像を結ぶ倍率）を有し、前側焦点位置に配置された開口絞りによって像側がテレセントリックに構成されている。また、発光素子グループＥＧcの幾何重心を通り法線方向Ｄoaに延びる仮想直線ＶＬに対して、開口絞りの中心は、副走査方向ＳＤにおいて感光体ドラム２１の曲率中心側に０．１３６９[mm]だけ偏心している。
【００５４】
図９に示すように、結像光学系ＯＳcを構成するレンズＬＳ1、ＬＳ2のレンズ面Ｓ4、Ｓ7は、副走査方向ＳＤに非対称（図９において上下非対称）な面形状を有する。したがって、発光素子グループＥＧcの両端および幾何重心から射出された光の結像位置ＩＰは、ヘッド基板２９３の裏面Ｓ1の法線方向Ｄoaにおいて互いに異なる位置にある。より詳しくは、これらの結像位置ＩＰのうち、副走査方向ＳＤにおいて感光体ドラム２１の曲率中心から遠い結像位置ＩＰ程、法線方向Ｄoaの矢印方向側（物体面から像面へと向かう側）に位置している。こうして、各結像位置ＩＰは、ヘッド基板裏面２９３−tに対して傾いている感光体ドラム２１表面に沿って並び、感光体ドラム２１表面に位置する（図１５）。ここで、図１５は、副走査方向における像面湾曲をグラフとして示す図である。同図において、結像光学系ＯＳcがスポットＳＰを形成する領域における感光体ドラム２１表面の傾きが破線で示されている。このように、結像光学系ＯＳcの結像位置は、感光体ドラム２１表面の傾きに対して１０[μm]程度の十分許容できるレベルに収まっている。その結果、発光素子グループＥＧcの両端および幾何重心から射出された光が感光体ドラム２１表面に形成する各スポットＳＰの大きさは均一となる。
【００５５】
また、発光素子グループＥＧaとこれに対向する結像光学系ＯＳaの構成は、発光素子グループＥＧcとこれに対向する結像光学系ＯＳcの構成と、仮想直線ＶＬを中心として対称な構造を具備している。したがって、結像光学系ＯＳcによる各結像位置ＩＰは、ヘッド基板裏面２９３−tに対して傾いている感光体ドラム２１表面に沿って並び、感光体ドラム２１表面に位置する。その結果、発光素子グループＥＧaの両端および幾何重心から射出された光が感光体ドラム２１表面に形成する各スポットＳＰの大きさは均一となる。
【００５６】
なお、発光素子グループＥＧbがスポットＳＰを形成する領域では、感光体ドラム２１表面はヘッド基板裏面２９３−tに対して殆んど傾いていない。そこで、結像光学系ＯＳbによる各結像位置ＩＰは、ヘッド基板２９３の裏面Ｓ1の法線方向Ｄoaにおいて互いに等しい位置にあり、これによって感光体ドラム２１表面に沿って並んでいる。
【００５７】
以上のように、この実施形態では、副走査方向ＳＤに曲率を有する感光体ドラム２１をラインヘッド２９により露光する。しかも、このラインヘッド２９は、ヘッド基板２９３において副走査方向に配された複数の発光素子Ｅ（例えば、図７の発光素子Ｅ1、Ｅ2）が発光する光を結像して、感光体ドラム２１表面にスポットＳＰ（例えば、図７のスポットＳＰ1、ＳＰ2）を照射するものである。従来では、各発光素子Ｅが配されたヘッド基板２９３に平行な仮想平面ＶＰ近傍に、これらの発光素子Ｅが発光する光を結像していたために、各発光素子Ｅが発光する光の結像位置ＩＰが感光体ドラム２１表面の形状に沿わず、その結果、スポットＳＰ毎に大きさがばらついてしまう場合があった。これに対してこの実施形態では、各発光素子Ｅが発光する光を、法線方向Ｄoaにおいて互いに異なる位置に結像して、感光体ドラム２１表面に照射する。したがって、スポットＳＰ毎の大きさのばらつきを抑制して、良好な露光が実現可能となっている。
【００５８】
さらに上記実施形態では、結像光学系ＯＳa、ＯＳb、ＯＳcの像側がテレセントリックである。このような構成は、スポットＳＰ毎の大きさのばらつきを抑制するにあたり有利となる。
【００５９】
また、結像光学系ＯＳとして縮小光学系を用いた場合、スポットグループＳＧの副走査方向ＳＤへの幅（言い換えれば、図７のスポットＳＰ1、ＳＰ2の距離）が狭くなり、その結果、スポットＳＰ毎の大きさのばらつきを抑制しやすくなっているという利点がある。
【００６０】
以上のように、この実施形態では、副走査方向ＳＤが本発明の「第１の方向」に相当し、法線方向Ｄoaが本発明の「第２の方向」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、ラインヘッド２９が本発明の「露光ヘッド」に相当している。
【００６１】
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、レンズ行の行数は３行であったが、レンズ行の行数はこれに限られない。そこで、図１６に示すような、レンズ行の行数が２行である構成に対しても、本発明を適用可能である。
【００６２】
ここで、図１６は、ラインヘッドの変形例を示す図であり、特に、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法線方向Ｄoaから見た平面図を示している。図１６に示す変形例では、複数のレンズＬＳ1、ＬＳ2が長手方向ＬＧＤに２行千鳥で並んでおり、換言すれば、２行のレンズ行が設けられている。また、このようなレンズ配置に対応して、複数の発光素子グループＥＧが長手方向ＬＧＤに２行千鳥で並んでいる。また、ヘッド基板２９３の裏面２９３−tでは、異なるレンズ行に対応する発光素子グループＥＧの間に電気回路Ｃ1、Ｃ2が配置されている。電気回路Ｃ1は、図１６上側の発光素子グループＥＧ毎に設けられて、当該発光素子グループＥＧを駆動して発光させるものである。また、電気回路Ｃ2は、図１６下側の発光素子グループＥＧ毎に設けられて、当該発光素子グループＥＧを駆動して発光させるものである。
【００６３】
そして、この変形例では、図１６に示す２行のレンズ行は、副走査方向ＳＤにおいて感光体ドラム２１の回転軸を中心として上下に振り分けられて配置されている。したがって、レンズＬＳ1、ＬＳ2からなる結像光学系がスポットを形成する領域において、感光体ドラム２１表面は、発光素子Ｅが形成されたヘッド基板裏面２９３−tに対して傾いている。そこで、この変形例においても、レンズＬＳ1、ＬＳ2からなる結像光学系を、上記実施形態の結像光学系ＯＳa、ＯＳbと同様に構成すれば良い。これによって、結像光学系が発光素子グループＥＧの各発光素子からの光を結像する各結像位置ＩＰは、ヘッド基板裏面２９３−tに対して傾いている感光体ドラム２１表面に沿って並び、感光体ドラム２１表面に位置する。その結果、発光素子グループＥＧcの各発光素子Ｅから射出された光が感光体ドラム２１表面に形成する各スポットＳＰの大きさは均一となる。
【００６４】
なお、この変形例に示したような構成では、電気回路Ｃ1、Ｃ2を配するスペースを結像光学系ＯＳの間に確保する必要がある。そのため、結像光学系ＯＳ間の距離が幅方向ＬＴＤに大きくなって、スポットＳＰの大きさのばらつきが顕著になるおそれがあった。これに対して、この変形例は、本発明を適用することで、かかる問題の発生を抑制しており、好適である。
【００６５】
また、結像光学系の構成も上述のものに限られず、例えば結像光学系を構成するレンズの枚数等を適宜変更可能である。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【符号の説明】
【００６８】
１…画像形成装置、 ２１…感光体ドラム、 ２９…ラインヘッド、 ２９３…ヘッド基板、 Ｃ1…電気回路、 Ｃ2…電気回路、 Ｅ、Ｅ1、Ｅ2…発光素子、 ＩＰ…結像位置、 ＬＳ1、ＬＳ2…レンズ、 ＭＤ…主走査方向、 ＳＤ…副走査方向、 Ｄoa…法線方向、 ＯＳ、ＯＳa、ＯＳb、ＯＳc…結像光学系、 ＳＧ…スポットグループ、 ＳＰ、ＳＰ1、ＳＰ2…スポット、 ＶＬ…仮想直線、 ＶＰ…仮想平面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に曲率を有する潜像担持体と、
前記第１の方向に直交もしくは略直交する第２の方向に法線を向けて配される基板、前記基板に配される第１の発光素子、前記第１の発光素子の前記第１の方向で前記基板に配される第２の発光素子、および前記第１の発光素子が発光する光を第１の結像位置に結像して前記潜像担持体に照射するとともに、前記第２の発光素子が発光する光を前記第１の結像位置に対して前記第２の方向に異なる第２の結像位置に結像して前記潜像担持体に照射する結像光学系を有する露光ヘッドと、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記結像光学系は、前記第１の方向に非対称な面形状を持つレンズを有する請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記第１の発光素子および前記第２の発光素子と前記結像光学系の間に開口絞りを備える請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記開口絞りの中心は、前記第１の発光素子と前記第２の発光素子との幾何重心を通る前記第２の方向の仮想直線に対して偏心する請求項１ないし３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記結像光学系の像側がテレセントリックである請求項３または４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記結像光学系は、縮小像を結像する請求項１ないし５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記結像光学系は、倒立像を結像する請求項１ないし６のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項１】
第１の方向に曲率を有する潜像担持体と、
前記第１の方向に直交もしくは略直交する第２の方向に法線を向けて配される基板、前記基板に配される第１の発光素子、前記第１の発光素子の前記第１の方向で前記基板に配される第２の発光素子、および前記第１の発光素子が発光する光を第１の結像位置に結像して前記潜像担持体に照射するとともに、前記第２の発光素子が発光する光を前記第１の結像位置に対して前記第２の方向に異なる第２の結像位置に結像して前記潜像担持体に照射する結像光学系を有する露光ヘッドと、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記結像光学系は、前記第１の方向に非対称な面形状を持つレンズを有する請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記第１の発光素子および前記第２の発光素子と前記結像光学系の間に開口絞りを備える請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記開口絞りの中心は、前記第１の発光素子と前記第２の発光素子との幾何重心を通る前記第２の方向の仮想直線に対して偏心する請求項１ないし３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記結像光学系の像側がテレセントリックである請求項３または４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記結像光学系は、縮小像を結像する請求項１ないし５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記結像光学系は、倒立像を結像する請求項１ないし６のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【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１６】
【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１６】
【公開番号】特開２０１２−１７６５０６（Ｐ２０１２−１７６５０６Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３９６２８（Ｐ２０１１−３９６２８）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【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２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【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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