露光ヘッド、画像形成装置
【課題】フォーカス位置に依らず、スポットの大きさを安定させつつスポットの異方性を緩和して、良好な露光を実現可能とする技術を提供する。
【解決手段】光を発光する発光素子と、径方向によって径が異なるとともに第１の方向に長辺を有する第１のスポット、および径方向によって径が異なるとともに第１の方向と異なる第２の方向に第１のスポットの長辺と等しいか略等しい長さの長辺を有する第２のスポットを発光素子が発光する光から生成し、被露光面に重ねる光学倍率が１と異なる光学系と、を備える。
【解決手段】光を発光する発光素子と、径方向によって径が異なるとともに第１の方向に長辺を有する第１のスポット、および径方向によって径が異なるとともに第１の方向と異なる第２の方向に第１のスポットの長辺と等しいか略等しい長さの長辺を有する第２のスポットを発光素子が発光する光から生成し、被露光面に重ねる光学倍率が１と異なる光学系と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光素子が透過した光を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、光学系の結像位置が被露光面からずれると、スポットの大きさがぼやける等して変動し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、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安定化させることができる。
【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安定化できる点では好適であるが、スポットの形状に異方性が現れてしまうといった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、各結像位置では比較的等方的なスポットが形成される一方、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スポットの形状に異方性が現れてしまう。その結果、例えば被露光面の位置が変動してデフォーカスしたような場合に、スポットの大きさは安定していても、スポットに異方性が現れて、良好な露光が実現できない場合があった。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、フォーカス位置に依らず、スポットの大きさを安定させつつスポットの異方性を緩和して、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、光を発光する発光素子と、径方向によって径が異なるとともに第１の方向に長辺を有する第１のスポット、および径方向によって径が異なるとともに第１の方向と異なる第２の方向に第１のスポットの長辺と等しいか略等しい長さの長辺を有する第２のスポットを発光素子が発光する光から生成し、被露光面に重ねる光学倍率が１と異なる光学系と、を備えることを特徴とする。
【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、潜像担持体と、発光素子と、径方向によって径が異なるとともに第１の方向に長辺を有する第１のスポット、および径方向によって径が異なるとともに第１の方向と異なる第２の方向に第１のスポットの長辺と等しいか略等しい長さの長辺を有する第２のスポットを発光素子が発光する光から生成し、潜像担持体に重ねる光学倍率が１と異なる光学系を有する露光ヘッドと、を備える。
【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、発光素子が発光する光から２つのスポット（第１のスポット、第２のスポット）を生成する。しかも、第１のスポットは、径方向によって径が異なるとともに第１の方向に長辺を有する一方、第２のスポットは、径方向によって径が異なるとともに第１の方向と異なる第２の方向に長辺を有する。つまり、これら第１・第２のスポットは、異方性を有するとともに、長辺方向が互いに異なる（傾いている）。さらに、第２のスポットの長辺は、第１のスポットの長辺と等しいか略等しい長さとなっている。そして、このような第１・第２のスポットを被露光面（潜像担持体）に重ねることで、１つのスポットが合成される。したがって、フォーカス位置に依らず、（合成）スポットの大きさを安定させつつスポットの異方性を緩和することができ、良好な露光が実現可能となる。
【００１０】
また、光学系は、第１の領域および第１の領域と異なる位置に配接された第２の領域を有するレンズと、開口絞りを備え、開口絞りを通過した光を第１の領域で結像して第１のスポットを生成し、開口絞りを通過した光を第２の領域で結像して第２のスポットを生成するように構成しても良い。このような構成では、傾きが異なり長さの等しいもしくは略等しい第１のスポットおよび第２のスポットを重ねて１つのスポットを合成して、大きさが安定しつつ異方性の緩和された（合成）スポットで良好な露光が実現できる。
【００１１】
この際、第１の領域は第１の球面収差を有し、第２の領域は第１の球面収差と異なる第２の球面収差を有するように構成しても良い。これにより、傾きが異なり長さの等しいもしくは略等しい第１のスポットおよび第２のスポットを重ねて１つのスポットを合成して、大きさが安定しつつ異方性の緩和された（合成）スポットで良好な露光が実現できる。
【００１２】
より具体的には、第１の球面収差と第２の球面収差が等しいもしくは略等しい大きさを有する場合には、開口絞りを円形もしくは略円形とすることで、傾きが異なり長さの等しいもしくは略等しい第１のスポットおよび第２のスポットを重ねて、大きさが安定しつつ異方性の緩和されたスポットで良好な露光が実行でき、第１の球面収差が第２の球面収差よりも大きい場合には、開口絞りを第２の方向を長軸とする楕円形とすることで、傾きが異なり長さの等しいもしくは略等しい第１のスポットおよび第２のスポットを重ねて、大きさが安定しつつ異方性の緩和されたスポットで良好な露光が実行できる。
【００１３】
また、光学系は、発光素子が発光した光を絞る円形もしくは略円形の開口絞りと、開口絞りを通過した光が入射するレンズと、レンズが配設された基板とを有し、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、ｚ軸周りに反時計回りにとったｘ軸に対する回転角度θの周期関数で与えられ、光学系は、開口絞りを通過した光をレンズで結像して、第１のスポットおよび第２のスポットを生成するように構成しても良い。これにより、傾きが異なり長さの等しいもしくは略等しい第１のスポットおよび第２のスポットを重ねて、大きさが安定しつつ異方性の緩和されたスポットを合成して、良好な露光が実現できる。
【００１４】
より具体的には、レンズの曲率半径Ｒが、次の関係、Ｒ＝Ｊ＋Ｌ×cos(Ｍ×θ)、Ｊ：定数、Ｌ：定数、Ｍ：正の整数を有するように構成しても良く、あるいは、レンズの曲率半径Ｒが、次の関係、Ｒ＝Ｊ＋Ｌ×｜cos(Ｍ×θ)｜、Ｊ：定数、Ｌ：定数、Ｍ：正の整数を有するように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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】第１実施形態におけるレンズＬＳ1の構成を示す平面図。
【図８】第１実施形態において被露光面に照射される光ビームの断面形状を示す図。
【図９】第１実施形態において被露光面に形成されるスポットダイアグラムを示す図。
【図１０】第２実施形態でレンズＬＳ1の構成を示す平面図。
【図１１】第２実施形態で被露光面に照射される光ビームの断面形状を示す図。
【図１２】第２実施形態で被露光面に形成されるスポットダイアグラムを示す平面図。
【図１３】第３実施形態の結像光学系のレンズＬＳ1が有する構成を示す模式図。
【図１４】主走査方向断面における結像光学系の光線図。
【図１５】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１６】結像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１７】結像光学系のレンズデータ。
【図１８】結像光学系の面Ｓ4の形状を与える各係数を表として示す図。
【図１９】結像光学系の面Ｓ7の形状を与える各係数を表として示す図。
【図２０】第３実施形態と比較形態とのスポットダイアグラムを示す図。
【図２１】結像光学系の光線図。
【図２２】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２３】結像光学系を透過する光の波長と開口絞りの径を表と示す図。
【図２４】結像光学系のレンズデータ。
【図２５】結像光学系の面Ｓ4の形状を与える各係数を表として示す図。
【図２６】結像光学系の面Ｓ6の形状を与える各係数を表として示す図。
【図２７】第４実施形態のスポットダイアグラムを示す図。
【図２８】比較形態での結像光学系の面Ｓ6の形状を与える各係数を示す図。
【図２９】比較形態のスポットダイアグラムを示す図。
【図３０】結像光学系の面Ｓ4の形状を与える各係数を示す図。
【図３１】第５実施形態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】
【００１６】
第１実施形態
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
また、この遮光部材２９７の上面には絞り平板２９５が設けられている。この絞り平板２９５は、遮光部材２９７とレンズアレイＬＡ1の間に位置しており、導光孔２９７１とこれに対向する結像光学系ＯＳの間に開口絞りＤa（図６）を有している。したがって、導光孔２９７１、開口絞りＤaおよび結像光学系ＯＳが光軸方向Ｄoaに直線的に並ぶこととなり、発光素子グループＥＧから射出された光は、導光孔２９７１を通過後に開口絞りＤaで絞られて結像光学系ＯＳに入射する。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（被露光面）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）。なお、結像光学系ＯＳは１とは異なる（つまり、正立等倍ではない）光学倍率を有する。
【００４７】
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）。
【００４８】
ところで、結像光学系ＯＳ（ＯＳa、ＯＳb、ＯＳc）は、２枚のレンズＬＳ1、ＬＳ2で構成されているが、これらのうちレンズＬＳ1は、面形状の異なる複数の領域からなる。これについて、図７〜図９を用いて説明する。ここで、図７は、第１実施形態におけるレンズＬＳ1の構成を示す平面図であり、同図では、レンズＬＳ1の他にこれに開口する開口絞りＤaの平面図が併記されている。図８は、第１実施形態において被露光面に照射される光ビームの断面形状を示す図であり、デフォーカス量が横軸にとられている。図９は、第１実施形態において被露光面に形成されるスポットダイアグラムを示す平面図であり、デフォーカス量が横軸にとられている。
【００４９】
なお、これらの図では、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。また、以下で適宜示す座標軸ｘ、ｙ、ｚの内容も同様である。
【００５０】
図７の上段「開口絞り平面図」の欄に示すように、第１実施形態では、開口絞りＤaは円形もしくは略円形であり、その中心（幾何重心）は結像光学系ＯＳの光軸と一致している。一方、図７の下段「レンズ平面図」の欄に示すように、レンズＬＳ1は４つの領域ＤＭ1〜ＤＭ4で構成されている。領域ＤＭ1〜ＤＭ4のそれぞれは中心角が９０°の扇形であり、各円弧を繋いで１つの円を形成するようにレンズＬＳ1の周方向に並んでいる。領域ＤＭ1、ＤＭ3は何れもｙ軸に対して左右対称であるとともに、互いにｘ軸に対して上下対称である。一方、領域ＤＭ2、ＤＭ4は何れもｘ軸に対して上下対称であるとともに、互いにｙ軸に対して左右対称である。
【００５１】
領域ＤＭ1、ＤＭ3の面形状Ｓｆ1と領域ＤＭ2、ＤＭ4の面形状Ｓｆ2は互いに異なっている。面形状Ｓｆ1はｘ軸方向に大きな球面収差Ｓlaを有するとともに、ｙ軸方向に小さな球面収差Ｓsaを有する（Ｓla＞Ｓsa）。一方、面形状Ｓｆ2はｙ軸方向に大きな球面収差Ｓlaを有するとともにｘ軸方向に小さな球面収差Ｓsaを有する（Ｓla＞Ｓsa）。つまり、各面形状が有する大きな球面収差を主たる球面収差と称すると、面形状Ｓｆ1の主たる球面収差と面形状Ｓｆ2の主たる球面収差は、それらの収差量が等しいもしくは略等しい（＝Ｓla）とともに、それらの方向が互いに直交もしくは略直交している。また、面形状Ｓｆ1が有する小さな球面収差と面形状Ｓｆ2が有する小さな球面収差についても同様の関係が成立している。
【００５２】
ところで、このような構成では、被露光面に照射される光ビームの断面のサイズは、レンズＬＳ1の各領域が有する球面収差と、レンズＬＳ1に入射する光を制限する開口絞りＤaの径で決まる。詳述すると、領域ＤＭ1、ＤＭ3はｘ軸方向に大きくｙ軸方向に小さい球面収差を有するため、領域ＤＭ1、ＤＭ3を通過した光ビームは、主走査方向断面（ｘ軸方向断面）において広く、副走査方向断面（ｙ軸方向断面）において狭い断面を有する。一方、領域ＤＭ2、ＤＭ4はｙ軸方向に大きくｘ軸方向に小さい球面収差を有するため、領域ＤＭ2、ＤＭ4を通過した光ビームは、副走査方向断面（ｙ軸方向断面）において広く、主走査方向断面（ｘ軸方向断面）において狭い断面を有する。
【００５３】
さらに、領域ＤＭ1、ＤＭ3のｘ軸方向への主たる球面収差と領域ＤＭ2、ＤＭ4のｙ軸方向への主たる球面収差はいずれもＳlaで等しく、しかも、開口絞りＤaの径はｘ軸とｙ軸で等しい。したがって、図８に示すように、領域ＤＭ1を通過した光ビームの主走査方向断面（ｘ軸方向断面）と領域ＤＭ2を通過した光ビームの副走査方向断面（ｙ軸方向断面）は等しくなる。また、領域ＤＭ1を通過した光ビームの副走査方向断面（ｙ軸方向断面）と領域ＤＭ2を通過した光ビームの主走査方向断面（ｘ軸方向断面）についても同様の関係が成立する。
【００５４】
そして、光ビームが上述した図８のような特性を有することから、領域ＤＭ1、ＤＭ3を通過した光ビームは、ｘ軸方向に伸びる異方性を持つスポットＦＬ1を被露光面に形成する（図９）。また、領域ＤＭ2、ＤＭ4を通過した光ビームは、ｙ軸方向に伸びる異方性を持つスポットＦＬ2を被露光面に形成する（図９）。こうして、長辺方向の傾きが互いに異なるスポットＦＬ1、ＦＬ2が被露光面に形成される。さらに、スポットＦＬ1の長辺方向（ｘ軸方向）の長さと、スポットＦＬ2の長辺方向（ｙ軸方向）の長さは等しいもしくは略等しい（図９）。このようにして、等しい長さを有するとともに互いに直交する異方性スポットＦＬ1、ＦＬ2が被露光面で重ね合わされて、１つのスポットＳＴが合成される。図９に示すように、こうして形成される合成スポットＳＴの大きさは、デフォーカス量によって多少変動しているものの、一定の範囲内で概ね安定している。また、スポットＳＴのｘ軸方向およびｙ軸方向への径は等しく、スポットＳＴの異方性が緩和されている。
【００５５】
以上のように、本実施形態では、発光素子Ｅが発光する光から２つのスポットＦＬ1、ＦＬ2（第１のスポット、第２のスポット）を生成する。しかも、スポットＦＬ1は、径方向によって径が異なるとともにｘ軸方向（第１の方向）に長辺を有する一方、スポットＦＬ2は、径方向によって径が異なるとともにｘ軸方向（第１の方向）と異なるｙ軸方向（第２の方向）に長辺を有する。
【００５６】
なお、本明細書において、「径方向」とは、スポットの幾何重心を通る仮想直線の方向であり、「径」とは、ある径方向におけるスポットの一端から他端までの距離として定められる。さらに、「径方向によって径が異なる」とは、幾何重心を中心として径方向を回転させた際に、径の大きさが変化するような状態を指し示す。また、長辺方向とは、幾何重心を中心として径方向を回転させた際に、径が最大もしくは略最大となる径方向として求めることができる。
【００５７】
つまり、これらスポットＦＬ1、ＦＬ2は、異方性を有するとともに、長辺方向が互いに異なる（傾いている）。さらに、スポットＦＬ2の長辺は、スポットＦＬ1の長辺と等しいか略等しい長さとなっている。そして、このようなスポットＦＬ1、ＦＬ2を感光体ドラム２１表面（被露光面）に重ねることで、１つのスポットＳＴが合成される。したがって、フォーカス位置に依らず、（合成）スポットＳＴの大きさを安定させつつスポットＳＴの異方性を緩和することができ、良好な露光が実現可能となる。
【００５８】
第２実施形態
図１０は、第２実施形態におけるレンズＬＳ1の構成を示す平面図であり、同図では、レンズＬＳ1の他にこれに開口する開口絞りＤaの平面図が併記されている。図１１は、第２実施形態において被露光面に照射される光ビームの断面形状を示す図であり、デフォーカス量が横軸にとられている。図１２は、第２実施形態において被露光面に形成されるスポットダイアグラムを示す平面図であり、デフォーカス量が横軸にとられている。第１実施形態と第２実施形態の違いは開口絞りＤaおよびレンズＬＳ1の構成であるので、以下ではこの違いについて主に説明することとし、共通部分については適宜省略する。
【００５９】
図１０の上段「開口絞り平面図」の欄に示すように、第２実施形態では、開口絞りＤaは、ｙ軸を長軸とするとともにｘ軸を短軸とする楕円形であり、その幾何重心は結像光学系ＯＳの光軸と一致している。一方、図１０の下段「レンズ平面図」の欄に示すように、レンズＬＳ1は、中心角が９０°の扇形を有する４つの領域ＤＭ1〜ＤＭ4で構成される点では第１実施形態と共通するが、各領域ＤＭ1〜ＤＭ4の形状が第１実施形態と異なっている。この点について詳述すると次のとおりである。
【００６０】
領域ＤＭ1、ＤＭ3は面形状Ｓｆ3を有するともに、領域ＤＭ2、ＤＭ3は面形状Ｓｆ4を有しており、これら面形状Ｓｆ3、Ｓｆ4は互いに異なっている。面形状Ｓｆ3はｘ軸方向に大きな球面収差Ｓlbを有するとともに、ｙ軸方向に小さな球面収差Ｓsbを有する（Ｓlb＞Ｓsb）。一方、面形状Ｓｆ4はｙ軸方向に大きな球面収差Ｓlcを有するとともにｘ軸方向に小さな球面収差Ｓscを有する（Ｓlc＞Ｓsc）。また、面形状Ｓf3の主たる球面収差Ｓlbは面形状Ｓｆ4の主たる球面収差Ｓlcよりも大きく（Ｓlb＞Ｓlc）、これらは互いに直交している。同様に、面形状Ｓｆ3の小さな球面収差Ｓsbは面形状Ｓf4の小さな球面収差Ｓscよりも大きく（Ｓsb＞Ｓsc）、これらは互いに直交している。
【００６１】
第１実施形態でも説明したとおり、このような構成では、被露光面に照射される光ビームの断面のサイズは、レンズＬＳ1の各領域が有する球面収差と、レンズＬＳ1に入射する光を制限する開口絞りＤaの径で決まる。詳述すると、領域ＤＭ1、ＤＭ3はｘ軸方向に大きくｙ軸方向に小さい球面収差を有するため、領域ＤＭ1、ＤＭ3を通過した光ビームは、主走査方向断面（ｘ軸方向断面）において広く、副走査方向断面（ｙ軸方向断面）において狭い断面を有する。一方、領域ＤＭ2、ＤＭ4はｙ軸方向に大きくｘ軸方向に小さい球面収差を有するため、領域ＤＭ2、ＤＭ4を通過した光ビームは、副走査方向断面（ｙ軸方向断面）において広く、主走査方向断面（ｘ軸方向断面）において狭い断面を有する。
【００６２】
このとき、開口絞りＤaの径はｘ軸方向よりもｙ軸方向に大きく、開口絞りＤaを通過した直後の光ビームの幅はｘ軸方向に狭くｙ軸方向に広い。これに対して、領域ＤＭ1、ＤＭ3のｘ軸方向への主たる球面収差Ｓlbは、領域ＤＭ2、ＤＭ4のｙ軸方向への主たる球面収差Ｓlcよりも大きいため、レンズＬＳ1は、入射してきた光ビームをｘ軸方向よりもｙ軸方向に引き伸ばすように作用する。したがって、開口絞りＤaとレンズＬＳ1の各作用が協働すると、結果的には、図１１に示すように、領域ＤＭ1を通過した光ビームの主走査方向断面（ｘ軸方向断面）と領域ＤＭ2を通過した光ビームの副走査方向断面（ｙ軸方向断面）は等しくなる。また、領域ＤＭ1を通過した光ビームの副走査方向断面（ｙ軸方向断面）と領域ＤＭ2を通過した光ビームの主走査方向断面（ｘ軸方向断面）についても同様の関係が成立する。
【００６３】
なお、図１１の最上段「領域ＤＭ1を通過した光ビームの主走査方向断面」の欄では、実線で表される光ビーム断面と破線で表される光ビーム断面が併記されているが、実線が第２実施形態での光ビーム断面であり、破線は開口絞りＤaの形状が円形であった場合の光ビーム断面を参考までに示したものである。この破線が示すように、円形の開口絞りＤaを用いた場合は、領域ＤＭ1を通過した光ビームの主走査方向断面（ｘ軸方向断面）は、領域ＤＭ2を通過した光ビームの副走査方向断面（ｙ軸方向断面）よりも広くなることが判る。
【００６４】
そして、光ビームがこのような特性を有することから、図１２の上段「楕円系の開口絞りＤaを使用」に示すように、領域ＤＭ1、ＤＭ3を通過した光ビームは、ｘ軸方向に伸びる異方性スポットＦＬ1を被露光面に形成し、また、領域ＤＭ2、ＤＭ4を通過した光ビームは、異方性スポットＦＬ1と等しい長さを有するとともにｙ軸方向に伸びる異方性スポットＦＬ2を被露光面に形成する。このようにして、等しい長さを有するとともに互いに直交する異方性スポットＦＬ1、ＦＬ2が被露光面で重ね合わされて、スポットＳＴが形成される。図１２の上段に示すように、このようにして形成されるスポットＳＴの大きさは、デフォーカス量によって多少変動しているものの、一定の範囲内で概ね安定している。また、スポットＳＴのｘ軸方向およびｙ軸方向への径は等しく、スポットＳＴの異方性が緩和されている。
【００６５】
なお、図１２の下段には「円系の開口絞りＤaを使用」した場合が示されているが、これは開口絞りＤaの形状が円形であった場合のスポットダイアグラムを参考までに示したものである。これによると、円形の開口絞りＤaを用いた場合は、ｙ軸方向に伸びる異方性スポットＦＬ1がｘ軸方向に伸びる異方性スポットＦＬ2より長くなって、これらの長さが等しくならないことが判る。
【００６６】
以上のように、本実施形態では、発光素子Ｅが発光する光から２つのスポットＦＬ1、ＦＬ2（第１のスポット、第２のスポット）を生成する。しかも、スポットＦＬ1は、径方向によって径が異なるとともにｘ軸方向（第１の方向）に長辺を有する一方、スポットＦＬ2は、径方向によって径が異なるとともにｘ軸方向（第１の方向）と異なるｙ軸方向（第２の方向）に長辺を有する。
【００６７】
つまり、これらスポットＦＬ1、ＦＬ2は、異方性を有するとともに、長辺方向が互いに異なる（傾いている）。さらに、スポットＦＬ2の長辺は、スポットＦＬ1の長辺と等しいか略等しい長さとなっている。そして、このようなスポットＦＬ1、ＦＬ2を感光体ドラム２１表面（被露光面）に重ねることで、１つのスポットＳＴが合成される。したがって、フォーカス位置に依らず、（合成）スポットＳＴの大きさを安定させつつスポットＳＴの異方性を緩和することができ、良好な露光が実現可能となる。
【００６８】
第３実施形態
図１３は、第３実施形態の結像光学系のレンズ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。
【００６９】
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を変数とする周期関数
を有している。なお、第３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。
【００７０】
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。
【００７１】
また、このように、レンズＬＳ1の曲率半径Ｒを角度θに対して変化させることで、複数の非点収差をレンズに持たせ、延いては、各非点収差により形成される異方性スポット（焦線）を互いに傾斜させるといった光学特性、換言すれば、各非点収差が形成するスポットダイアグラム（異方性スポット）の長径が互いに傾斜するといった光学特性を実現することができる。この光学特性について、結像光学系ＯＳのより詳細なデータを用いて説明する。
【００７２】
図１４は、主走査方向断面における結像光学系の光線図である。図１５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曲率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。
【００７３】
図１６は、結像光学系ＯＳ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１７は、結像光学系ＯＳのレンズデータである。図１８は、結像光学系ＯＳ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１９は、結像光学系ＯＳ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。この実施形態では、発光素子（物体面Ｓ1）とレンズＬＳ1（ｆ(θ)面Ｓ4）との間に円形もしくは略円形の開口絞り（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。
【００７４】
このように本実施形態では、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も連続的に変化し、その結果、レンズＬＳ1に複数の非点収差を持たせることができる。そして、複数の非点収差それぞれが異方性スポットを被露光面に形成することで、同じ長さを有するとともに互いに傾きの異なる複数の異方性スポットを重なり合わせて、図２０に示すようなスポットＳＴを形成することができる。
【００７５】
図２０は、第３実施形態と比較形態とのスポットダイアグラムを示す図であり、各形態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、図１３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「実施形態」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「比較形態」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。「比較形態」では、スポットＳＴは、デフォーカス量が負の範囲において縦長な異方性を示すとともに、デフォーカス量が正の範囲において横長な異方性を示している。これに対して、「実施形態」では、長径の傾きが互いに異なる複数のスポットダイアグラム（異方性スポット）を合成してスポットＳＴが形成されることから、デフォーカス状態での異方性が緩和されていることが判る。
【００７６】
以上のように、本実施形態では、発光素子Ｅが発光する光から複数のスポットを生成する。しかも、各スポットは、径方向によって径が異なるとともに、互いに異なる方向に長辺を有する。つまり、各スポットは、異方性を有するとともに、長辺方向が互いに異なる（傾いている）。さらに、各スポットの長辺は互いに等しいか略等しい長さとなっている。そして、このような複数のスポットを感光体ドラム２１表面（被露光面）に重ねることで、１つのスポットＳＴが合成される。したがって、フォーカス位置に依らず、（合成）スポットＳＴの大きさを安定させつつスポットＳＴの異方性を緩和することができ、良好な露光が実現可能となる。
【００７７】
第４実施形態
続いて、第４実施形態について説明する。先の第３実施形態と第４実施形態は、いずれもレンズＬＳ1の曲率半径が角度θの周期関数ｆ（θ）で与えられる点は共通するが、周期関数ｆ（θ）の内容において異なる。以下では、この違いについて主に説明するとともに、共通部分については適宜説明を省略する。
【００７８】
図２１は、主走査方向断面（同図上段）および副走査方向断面（同図下段）における結像光学系の光線図である。なお、図２１の主走査方向断面では、光軸上に位置する発光素子Ｅ0と、光軸からずれた位置に位置する発光素子Ｅ1が併記されている。図２２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６および式７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８は、レンズＬＳ2のレンズ面（非球面）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９で与えられるレンズの曲率Ｃv＝１／Ｒを一定値とすると、式８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１０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８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。
【００７９】
図２３は、結像光学系ＯＳを透過する光の波長と、開口絞りの径を表と示す図である。図２４は、結像光学系ＯＳのレンズデータである。図２５は、結像光学系ＯＳ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２６は、結像光学系ＯＳのｘｙ多項式面である面Ｓ6の形状を与える各係数を表として示す図である。この実施形態では、発光素子（物体面Ｓ1）とレンズＬＳ1（ｆ(θ)面Ｓ4）との間に円形もしくは略円形の開口絞り（絞り面Ｓ3）が設けられており、この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。
【００８０】
このように本実施形態では、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。ここで、記号｜｜は絶対値を示す。したがって、余弦関数cos(Ｍ×θ)の絶対値の角度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ため、余弦関数の値が０となるラインを境界としてレンズＬＳ1は２×Ｍ個の領域に分割され、しかも、各領域のそれぞれが非点収差を持つこととなる。その結果、レンズＬＳ1に複数の非点収差を持たせることができる。そして、複数の非点収差それぞれが異方性スポットを被露光面に形成することで、同じ長さを有するとともに互いに傾きの異なる複数の異方性スポットを重なり合わせて、図２７に示すようなスポットＳＴを形成することができる。以下は、領域を６個に分割した場合に相当する。
【００８１】
図２７は、第４実施形態のスポットダイアグラムを示す図である。なお、以下の説明では、図２８、図２９に示す比較形態と併せて、実施形態のスポットダイアグラムについて説明する。ここで、図２８は、比較形態における結像光学系ＯＳのｘｙ多項式面である面Ｓ6の形状を与える各係数を表として示す図であり、実施形態のＳ6面のデータを図２８のものに置き換えることで、比較形態のレンズデータが得られる。また、図２９は、比較形態のスポットダイアグラムを示す図である。図２７および図２９では、発光素子Ｅ0、Ｅ1のそれぞれが形成するスポットダイアグラムが、デフォーカス量を−４０(μm)から＋４０(μm)まで変化させた場合について示されている。ちなみに、図１３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。
【００８２】
「比較形態」では、スポットＳＴの大きさがデフォーカス量の変化に応じて大きく変化してしまっている。これに対して、「実施形態」では、長さが等しく傾きの異なる複数の異方性スポットを重ね合わせてスポットＳＴが形成されることから、フォーカス位置に依らず、スポットＳＴの大きさを安定させつつスポットＳＴの異方性を緩和することができ、良好な露光が実現可能となっている。
【００８３】
以上のように、本実施形態では、発光素子Ｅが発光する光から複数のスポットを生成する。しかも、各スポットは、径方向によって径が異なるとともに、互いに異なる方向に長辺を有する。つまり、各スポットは、異方性を有するとともに、長辺方向が互いに異なる（傾いている）。さらに、各スポットの長辺は互いに等しいか略等しい長さとなっている。そして、このような複数のスポットを感光体ドラム２１表面（被露光面）に重ねることで、１つのスポットＳＴが合成される。したがって、フォーカス位置に依らず、（合成）スポットＳＴの大きさを安定させつつスポットＳＴの異方性を緩和することができ、良好な露光が実現可能となる。
【００８４】
第５実施形態
図３０は、結像光学系ＯＳ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３１は、第５実施形態のスポットダイアグラムを示す図である。第５実施形態と先の第４実施形態の違いはレンズＬＳ1の領域の個数のみであり、具体的には、第５実施形態ではレンズＬＳ1は１０個の領域に分割されている。図３１に示すように、分割数を増加させることで、スポットはより円形に近づき、スポットの異方性が緩和されていることが判る。
【００８５】
以上のように、本実施形態では、発光素子Ｅが発光する光から複数のスポットを生成する。しかも、各スポットは、径方向によって径が異なるとともに、互いに異なる方向に長辺を有する。つまり、各スポットは、異方性を有するとともに、長辺方向が互いに異なる（傾いている）。さらに、各スポットＦＬ2の長辺は互いに等しいか略等しい長さとなっている。そして、このような複数のスポットを感光体ドラム２１表面（被露光面）に重ねることで、１つのスポットＳＴが合成される。したがって、フォーカス位置に依らず、（合成）スポットＳＴの大きさを安定させつつスポットＳＴの異方性を緩和することができ、良好な露光が実現可能となる。
【００８６】
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」に相当している。また、開口絞りＤaおよび結像光学系ＯＳが協働して本発明の「光学系」として機能している。また、被露光面で重なり合う複数の異方性スポットが本発明の「第１のスポット」「第２のスポット」に相当している。また、第１・第２実施形態では、主走査方向ＭＤあるいはｘ軸方向が本発明の「第１の方向」に相当し、副走査方向ＳＤあるいはｙ軸方向が本発明の「第２の方向」に相当し、領域ＤＭ1、ＤＭ3が本発明の「第１の領域」に相当し、領域ＤＭ2、ＤＭ4が本発明の「第２の領域」に相当している。また、第１実施形態では、領域ＤＭ1、ＤＭ3の球面収差Ｓlaが本発明の「第１の球面収差」に相当し、領域ＤＭ2、ＤＭ4の球面収差Ｓlaが本発明の「第２の球面収差」に相当している。また、第２実施形態では、球面収差Ｓlbが本発明の「第１の球面収差」に相当し、球面収差Ｓlcが本発明の「第２の球面収差」に相当している。
【００８７】
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、上記第１実施形態では、楕円系のスポットＦＬ1、ＦＬ2が形成されていたが、これらのスポットの形状は楕円形に限られず、例えば、長方形であっても良い。この場合、長方形の対角方向が「長辺方向」に相当することとなり、長方形の対角線が「長辺」に相当する。
【００８８】
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。
【００８９】
また、第１・２実施形態では、４個の領域ＤＭ1〜ＤＭ4によりレンズＬＳ1を構成していたが、レンズＬＳ1を構成する領域の個数は４個に限られない。
【００９０】
また、第１・第２実施形態では、傾きの異なる２個の異方性スポットＦＬ1、ＦＬ2を重ね合わせてスポットＳＴを形成していたが、傾きの異なる３個以上の異方性スポットを重ね合わせてスポットＳＴを形成するように構成しても良い。
【００９１】
また、第１・第２実施形態では、レンズＬＳ1に複数の球面収差を持たせることで、傾きの異なる複数の異方性スポットを重ね合わせていたが、レンズＬＳ1以外の例えばレンズＬＳ2に複数の球面収差を持たせることで、傾きの異なる複数の異方性スポットを重ね合わせるように構成しても良い。
【００９２】
また、開口絞りＤaの位置も種々の変更が可能であり、上記の実施形態で説明した位置に限られない。
【００９３】
また、上記第３〜５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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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】
【００９９】
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、 Ｄa…開口絞り、 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、 ＤＭ1、ＤＭ2、ＤＭ3、ＤＭ4…レンズ面の領域、 ＦＬ1、ＦＬ2…異方性スポット
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光素子が透過した光を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、光学系の結像位置が被露光面からずれると、スポットの大きさがぼやける等して変動し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、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安定化させることができる。
【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安定化できる点では好適であるが、スポットの形状に異方性が現れてしまうといった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、各結像位置では比較的等方的なスポットが形成される一方、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スポットの形状に異方性が現れてしまう。その結果、例えば被露光面の位置が変動してデフォーカスしたような場合に、スポットの大きさは安定していても、スポットに異方性が現れて、良好な露光が実現できない場合があった。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、フォーカス位置に依らず、スポットの大きさを安定させつつスポットの異方性を緩和して、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、光を発光する発光素子と、径方向によって径が異なるとともに第１の方向に長辺を有する第１のスポット、および径方向によって径が異なるとともに第１の方向と異なる第２の方向に第１のスポットの長辺と等しいか略等しい長さの長辺を有する第２のスポットを発光素子が発光する光から生成し、被露光面に重ねる光学倍率が１と異なる光学系と、を備えることを特徴とする。
【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、潜像担持体と、発光素子と、径方向によって径が異なるとともに第１の方向に長辺を有する第１のスポット、および径方向によって径が異なるとともに第１の方向と異なる第２の方向に第１のスポットの長辺と等しいか略等しい長さの長辺を有する第２のスポットを発光素子が発光する光から生成し、潜像担持体に重ねる光学倍率が１と異なる光学系を有する露光ヘッドと、を備える。
【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、発光素子が発光する光から２つのスポット（第１のスポット、第２のスポット）を生成する。しかも、第１のスポットは、径方向によって径が異なるとともに第１の方向に長辺を有する一方、第２のスポットは、径方向によって径が異なるとともに第１の方向と異なる第２の方向に長辺を有する。つまり、これら第１・第２のスポットは、異方性を有するとともに、長辺方向が互いに異なる（傾いている）。さらに、第２のスポットの長辺は、第１のスポットの長辺と等しいか略等しい長さとなっている。そして、このような第１・第２のスポットを被露光面（潜像担持体）に重ねることで、１つのスポットが合成される。したがって、フォーカス位置に依らず、（合成）スポットの大きさを安定させつつスポットの異方性を緩和することができ、良好な露光が実現可能となる。
【００１０】
また、光学系は、第１の領域および第１の領域と異なる位置に配接された第２の領域を有するレンズと、開口絞りを備え、開口絞りを通過した光を第１の領域で結像して第１のスポットを生成し、開口絞りを通過した光を第２の領域で結像して第２のスポットを生成するように構成しても良い。このような構成では、傾きが異なり長さの等しいもしくは略等しい第１のスポットおよび第２のスポットを重ねて１つのスポットを合成して、大きさが安定しつつ異方性の緩和された（合成）スポットで良好な露光が実現できる。
【００１１】
この際、第１の領域は第１の球面収差を有し、第２の領域は第１の球面収差と異なる第２の球面収差を有するように構成しても良い。これにより、傾きが異なり長さの等しいもしくは略等しい第１のスポットおよび第２のスポットを重ねて１つのスポットを合成して、大きさが安定しつつ異方性の緩和された（合成）スポットで良好な露光が実現できる。
【００１２】
より具体的には、第１の球面収差と第２の球面収差が等しいもしくは略等しい大きさを有する場合には、開口絞りを円形もしくは略円形とすることで、傾きが異なり長さの等しいもしくは略等しい第１のスポットおよび第２のスポットを重ねて、大きさが安定しつつ異方性の緩和されたスポットで良好な露光が実行でき、第１の球面収差が第２の球面収差よりも大きい場合には、開口絞りを第２の方向を長軸とする楕円形とすることで、傾きが異なり長さの等しいもしくは略等しい第１のスポットおよび第２のスポットを重ねて、大きさが安定しつつ異方性の緩和されたスポットで良好な露光が実行できる。
【００１３】
また、光学系は、発光素子が発光した光を絞る円形もしくは略円形の開口絞りと、開口絞りを通過した光が入射するレンズと、レンズが配設された基板とを有し、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、ｚ軸周りに反時計回りにとったｘ軸に対する回転角度θの周期関数で与えられ、光学系は、開口絞りを通過した光をレンズで結像して、第１のスポットおよび第２のスポットを生成するように構成しても良い。これにより、傾きが異なり長さの等しいもしくは略等しい第１のスポットおよび第２のスポットを重ねて、大きさが安定しつつ異方性の緩和されたスポットを合成して、良好な露光が実現できる。
【００１４】
より具体的には、レンズの曲率半径Ｒが、次の関係、Ｒ＝Ｊ＋Ｌ×cos(Ｍ×θ)、Ｊ：定数、Ｌ：定数、Ｍ：正の整数を有するように構成しても良く、あるいは、レンズの曲率半径Ｒが、次の関係、Ｒ＝Ｊ＋Ｌ×｜cos(Ｍ×θ)｜、Ｊ：定数、Ｌ：定数、Ｍ：正の整数を有するように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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】第１実施形態におけるレンズＬＳ1の構成を示す平面図。
【図８】第１実施形態において被露光面に照射される光ビームの断面形状を示す図。
【図９】第１実施形態において被露光面に形成されるスポットダイアグラムを示す図。
【図１０】第２実施形態でレンズＬＳ1の構成を示す平面図。
【図１１】第２実施形態で被露光面に照射される光ビームの断面形状を示す図。
【図１２】第２実施形態で被露光面に形成されるスポットダイアグラムを示す平面図。
【図１３】第３実施形態の結像光学系のレンズＬＳ1が有する構成を示す模式図。
【図１４】主走査方向断面における結像光学系の光線図。
【図１５】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１６】結像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１７】結像光学系のレンズデータ。
【図１８】結像光学系の面Ｓ4の形状を与える各係数を表として示す図。
【図１９】結像光学系の面Ｓ7の形状を与える各係数を表として示す図。
【図２０】第３実施形態と比較形態とのスポットダイアグラムを示す図。
【図２１】結像光学系の光線図。
【図２２】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２３】結像光学系を透過する光の波長と開口絞りの径を表と示す図。
【図２４】結像光学系のレンズデータ。
【図２５】結像光学系の面Ｓ4の形状を与える各係数を表として示す図。
【図２６】結像光学系の面Ｓ6の形状を与える各係数を表として示す図。
【図２７】第４実施形態のスポットダイアグラムを示す図。
【図２８】比較形態での結像光学系の面Ｓ6の形状を与える各係数を示す図。
【図２９】比較形態のスポットダイアグラムを示す図。
【図３０】結像光学系の面Ｓ4の形状を与える各係数を示す図。
【図３１】第５実施形態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】
【００１６】
第１実施形態
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
また、この遮光部材２９７の上面には絞り平板２９５が設けられている。この絞り平板２９５は、遮光部材２９７とレンズアレイＬＡ1の間に位置しており、導光孔２９７１とこれに対向する結像光学系ＯＳの間に開口絞りＤa（図６）を有している。したがって、導光孔２９７１、開口絞りＤaおよび結像光学系ＯＳが光軸方向Ｄoaに直線的に並ぶこととなり、発光素子グループＥＧから射出された光は、導光孔２９７１を通過後に開口絞りＤaで絞られて結像光学系ＯＳに入射する。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（被露光面）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）。なお、結像光学系ＯＳは１とは異なる（つまり、正立等倍ではない）光学倍率を有する。
【００４７】
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）。
【００４８】
ところで、結像光学系ＯＳ（ＯＳa、ＯＳb、ＯＳc）は、２枚のレンズＬＳ1、ＬＳ2で構成されているが、これらのうちレンズＬＳ1は、面形状の異なる複数の領域からなる。これについて、図７〜図９を用いて説明する。ここで、図７は、第１実施形態におけるレンズＬＳ1の構成を示す平面図であり、同図では、レンズＬＳ1の他にこれに開口する開口絞りＤaの平面図が併記されている。図８は、第１実施形態において被露光面に照射される光ビームの断面形状を示す図であり、デフォーカス量が横軸にとられている。図９は、第１実施形態において被露光面に形成されるスポットダイアグラムを示す平面図であり、デフォーカス量が横軸にとられている。
【００４９】
なお、これらの図では、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。また、以下で適宜示す座標軸ｘ、ｙ、ｚの内容も同様である。
【００５０】
図７の上段「開口絞り平面図」の欄に示すように、第１実施形態では、開口絞りＤaは円形もしくは略円形であり、その中心（幾何重心）は結像光学系ＯＳの光軸と一致している。一方、図７の下段「レンズ平面図」の欄に示すように、レンズＬＳ1は４つの領域ＤＭ1〜ＤＭ4で構成されている。領域ＤＭ1〜ＤＭ4のそれぞれは中心角が９０°の扇形であり、各円弧を繋いで１つの円を形成するようにレンズＬＳ1の周方向に並んでいる。領域ＤＭ1、ＤＭ3は何れもｙ軸に対して左右対称であるとともに、互いにｘ軸に対して上下対称である。一方、領域ＤＭ2、ＤＭ4は何れもｘ軸に対して上下対称であるとともに、互いにｙ軸に対して左右対称である。
【００５１】
領域ＤＭ1、ＤＭ3の面形状Ｓｆ1と領域ＤＭ2、ＤＭ4の面形状Ｓｆ2は互いに異なっている。面形状Ｓｆ1はｘ軸方向に大きな球面収差Ｓlaを有するとともに、ｙ軸方向に小さな球面収差Ｓsaを有する（Ｓla＞Ｓsa）。一方、面形状Ｓｆ2はｙ軸方向に大きな球面収差Ｓlaを有するとともにｘ軸方向に小さな球面収差Ｓsaを有する（Ｓla＞Ｓsa）。つまり、各面形状が有する大きな球面収差を主たる球面収差と称すると、面形状Ｓｆ1の主たる球面収差と面形状Ｓｆ2の主たる球面収差は、それらの収差量が等しいもしくは略等しい（＝Ｓla）とともに、それらの方向が互いに直交もしくは略直交している。また、面形状Ｓｆ1が有する小さな球面収差と面形状Ｓｆ2が有する小さな球面収差についても同様の関係が成立している。
【００５２】
ところで、このような構成では、被露光面に照射される光ビームの断面のサイズは、レンズＬＳ1の各領域が有する球面収差と、レンズＬＳ1に入射する光を制限する開口絞りＤaの径で決まる。詳述すると、領域ＤＭ1、ＤＭ3はｘ軸方向に大きくｙ軸方向に小さい球面収差を有するため、領域ＤＭ1、ＤＭ3を通過した光ビームは、主走査方向断面（ｘ軸方向断面）において広く、副走査方向断面（ｙ軸方向断面）において狭い断面を有する。一方、領域ＤＭ2、ＤＭ4はｙ軸方向に大きくｘ軸方向に小さい球面収差を有するため、領域ＤＭ2、ＤＭ4を通過した光ビームは、副走査方向断面（ｙ軸方向断面）において広く、主走査方向断面（ｘ軸方向断面）において狭い断面を有する。
【００５３】
さらに、領域ＤＭ1、ＤＭ3のｘ軸方向への主たる球面収差と領域ＤＭ2、ＤＭ4のｙ軸方向への主たる球面収差はいずれもＳlaで等しく、しかも、開口絞りＤaの径はｘ軸とｙ軸で等しい。したがって、図８に示すように、領域ＤＭ1を通過した光ビームの主走査方向断面（ｘ軸方向断面）と領域ＤＭ2を通過した光ビームの副走査方向断面（ｙ軸方向断面）は等しくなる。また、領域ＤＭ1を通過した光ビームの副走査方向断面（ｙ軸方向断面）と領域ＤＭ2を通過した光ビームの主走査方向断面（ｘ軸方向断面）についても同様の関係が成立する。
【００５４】
そして、光ビームが上述した図８のような特性を有することから、領域ＤＭ1、ＤＭ3を通過した光ビームは、ｘ軸方向に伸びる異方性を持つスポットＦＬ1を被露光面に形成する（図９）。また、領域ＤＭ2、ＤＭ4を通過した光ビームは、ｙ軸方向に伸びる異方性を持つスポットＦＬ2を被露光面に形成する（図９）。こうして、長辺方向の傾きが互いに異なるスポットＦＬ1、ＦＬ2が被露光面に形成される。さらに、スポットＦＬ1の長辺方向（ｘ軸方向）の長さと、スポットＦＬ2の長辺方向（ｙ軸方向）の長さは等しいもしくは略等しい（図９）。このようにして、等しい長さを有するとともに互いに直交する異方性スポットＦＬ1、ＦＬ2が被露光面で重ね合わされて、１つのスポットＳＴが合成される。図９に示すように、こうして形成される合成スポットＳＴの大きさは、デフォーカス量によって多少変動しているものの、一定の範囲内で概ね安定している。また、スポットＳＴのｘ軸方向およびｙ軸方向への径は等しく、スポットＳＴの異方性が緩和されている。
【００５５】
以上のように、本実施形態では、発光素子Ｅが発光する光から２つのスポットＦＬ1、ＦＬ2（第１のスポット、第２のスポット）を生成する。しかも、スポットＦＬ1は、径方向によって径が異なるとともにｘ軸方向（第１の方向）に長辺を有する一方、スポットＦＬ2は、径方向によって径が異なるとともにｘ軸方向（第１の方向）と異なるｙ軸方向（第２の方向）に長辺を有する。
【００５６】
なお、本明細書において、「径方向」とは、スポットの幾何重心を通る仮想直線の方向であり、「径」とは、ある径方向におけるスポットの一端から他端までの距離として定められる。さらに、「径方向によって径が異なる」とは、幾何重心を中心として径方向を回転させた際に、径の大きさが変化するような状態を指し示す。また、長辺方向とは、幾何重心を中心として径方向を回転させた際に、径が最大もしくは略最大となる径方向として求めることができる。
【００５７】
つまり、これらスポットＦＬ1、ＦＬ2は、異方性を有するとともに、長辺方向が互いに異なる（傾いている）。さらに、スポットＦＬ2の長辺は、スポットＦＬ1の長辺と等しいか略等しい長さとなっている。そして、このようなスポットＦＬ1、ＦＬ2を感光体ドラム２１表面（被露光面）に重ねることで、１つのスポットＳＴが合成される。したがって、フォーカス位置に依らず、（合成）スポットＳＴの大きさを安定させつつスポットＳＴの異方性を緩和することができ、良好な露光が実現可能となる。
【００５８】
第２実施形態
図１０は、第２実施形態におけるレンズＬＳ1の構成を示す平面図であり、同図では、レンズＬＳ1の他にこれに開口する開口絞りＤaの平面図が併記されている。図１１は、第２実施形態において被露光面に照射される光ビームの断面形状を示す図であり、デフォーカス量が横軸にとられている。図１２は、第２実施形態において被露光面に形成されるスポットダイアグラムを示す平面図であり、デフォーカス量が横軸にとられている。第１実施形態と第２実施形態の違いは開口絞りＤaおよびレンズＬＳ1の構成であるので、以下ではこの違いについて主に説明することとし、共通部分については適宜省略する。
【００５９】
図１０の上段「開口絞り平面図」の欄に示すように、第２実施形態では、開口絞りＤaは、ｙ軸を長軸とするとともにｘ軸を短軸とする楕円形であり、その幾何重心は結像光学系ＯＳの光軸と一致している。一方、図１０の下段「レンズ平面図」の欄に示すように、レンズＬＳ1は、中心角が９０°の扇形を有する４つの領域ＤＭ1〜ＤＭ4で構成される点では第１実施形態と共通するが、各領域ＤＭ1〜ＤＭ4の形状が第１実施形態と異なっている。この点について詳述すると次のとおりである。
【００６０】
領域ＤＭ1、ＤＭ3は面形状Ｓｆ3を有するともに、領域ＤＭ2、ＤＭ3は面形状Ｓｆ4を有しており、これら面形状Ｓｆ3、Ｓｆ4は互いに異なっている。面形状Ｓｆ3はｘ軸方向に大きな球面収差Ｓlbを有するとともに、ｙ軸方向に小さな球面収差Ｓsbを有する（Ｓlb＞Ｓsb）。一方、面形状Ｓｆ4はｙ軸方向に大きな球面収差Ｓlcを有するとともにｘ軸方向に小さな球面収差Ｓscを有する（Ｓlc＞Ｓsc）。また、面形状Ｓf3の主たる球面収差Ｓlbは面形状Ｓｆ4の主たる球面収差Ｓlcよりも大きく（Ｓlb＞Ｓlc）、これらは互いに直交している。同様に、面形状Ｓｆ3の小さな球面収差Ｓsbは面形状Ｓf4の小さな球面収差Ｓscよりも大きく（Ｓsb＞Ｓsc）、これらは互いに直交している。
【００６１】
第１実施形態でも説明したとおり、このような構成では、被露光面に照射される光ビームの断面のサイズは、レンズＬＳ1の各領域が有する球面収差と、レンズＬＳ1に入射する光を制限する開口絞りＤaの径で決まる。詳述すると、領域ＤＭ1、ＤＭ3はｘ軸方向に大きくｙ軸方向に小さい球面収差を有するため、領域ＤＭ1、ＤＭ3を通過した光ビームは、主走査方向断面（ｘ軸方向断面）において広く、副走査方向断面（ｙ軸方向断面）において狭い断面を有する。一方、領域ＤＭ2、ＤＭ4はｙ軸方向に大きくｘ軸方向に小さい球面収差を有するため、領域ＤＭ2、ＤＭ4を通過した光ビームは、副走査方向断面（ｙ軸方向断面）において広く、主走査方向断面（ｘ軸方向断面）において狭い断面を有する。
【００６２】
このとき、開口絞りＤaの径はｘ軸方向よりもｙ軸方向に大きく、開口絞りＤaを通過した直後の光ビームの幅はｘ軸方向に狭くｙ軸方向に広い。これに対して、領域ＤＭ1、ＤＭ3のｘ軸方向への主たる球面収差Ｓlbは、領域ＤＭ2、ＤＭ4のｙ軸方向への主たる球面収差Ｓlcよりも大きいため、レンズＬＳ1は、入射してきた光ビームをｘ軸方向よりもｙ軸方向に引き伸ばすように作用する。したがって、開口絞りＤaとレンズＬＳ1の各作用が協働すると、結果的には、図１１に示すように、領域ＤＭ1を通過した光ビームの主走査方向断面（ｘ軸方向断面）と領域ＤＭ2を通過した光ビームの副走査方向断面（ｙ軸方向断面）は等しくなる。また、領域ＤＭ1を通過した光ビームの副走査方向断面（ｙ軸方向断面）と領域ＤＭ2を通過した光ビームの主走査方向断面（ｘ軸方向断面）についても同様の関係が成立する。
【００６３】
なお、図１１の最上段「領域ＤＭ1を通過した光ビームの主走査方向断面」の欄では、実線で表される光ビーム断面と破線で表される光ビーム断面が併記されているが、実線が第２実施形態での光ビーム断面であり、破線は開口絞りＤaの形状が円形であった場合の光ビーム断面を参考までに示したものである。この破線が示すように、円形の開口絞りＤaを用いた場合は、領域ＤＭ1を通過した光ビームの主走査方向断面（ｘ軸方向断面）は、領域ＤＭ2を通過した光ビームの副走査方向断面（ｙ軸方向断面）よりも広くなることが判る。
【００６４】
そして、光ビームがこのような特性を有することから、図１２の上段「楕円系の開口絞りＤaを使用」に示すように、領域ＤＭ1、ＤＭ3を通過した光ビームは、ｘ軸方向に伸びる異方性スポットＦＬ1を被露光面に形成し、また、領域ＤＭ2、ＤＭ4を通過した光ビームは、異方性スポットＦＬ1と等しい長さを有するとともにｙ軸方向に伸びる異方性スポットＦＬ2を被露光面に形成する。このようにして、等しい長さを有するとともに互いに直交する異方性スポットＦＬ1、ＦＬ2が被露光面で重ね合わされて、スポットＳＴが形成される。図１２の上段に示すように、このようにして形成されるスポットＳＴの大きさは、デフォーカス量によって多少変動しているものの、一定の範囲内で概ね安定している。また、スポットＳＴのｘ軸方向およびｙ軸方向への径は等しく、スポットＳＴの異方性が緩和されている。
【００６５】
なお、図１２の下段には「円系の開口絞りＤaを使用」した場合が示されているが、これは開口絞りＤaの形状が円形であった場合のスポットダイアグラムを参考までに示したものである。これによると、円形の開口絞りＤaを用いた場合は、ｙ軸方向に伸びる異方性スポットＦＬ1がｘ軸方向に伸びる異方性スポットＦＬ2より長くなって、これらの長さが等しくならないことが判る。
【００６６】
以上のように、本実施形態では、発光素子Ｅが発光する光から２つのスポットＦＬ1、ＦＬ2（第１のスポット、第２のスポット）を生成する。しかも、スポットＦＬ1は、径方向によって径が異なるとともにｘ軸方向（第１の方向）に長辺を有する一方、スポットＦＬ2は、径方向によって径が異なるとともにｘ軸方向（第１の方向）と異なるｙ軸方向（第２の方向）に長辺を有する。
【００６７】
つまり、これらスポットＦＬ1、ＦＬ2は、異方性を有するとともに、長辺方向が互いに異なる（傾いている）。さらに、スポットＦＬ2の長辺は、スポットＦＬ1の長辺と等しいか略等しい長さとなっている。そして、このようなスポットＦＬ1、ＦＬ2を感光体ドラム２１表面（被露光面）に重ねることで、１つのスポットＳＴが合成される。したがって、フォーカス位置に依らず、（合成）スポットＳＴの大きさを安定させつつスポットＳＴの異方性を緩和することができ、良好な露光が実現可能となる。
【００６８】
第３実施形態
図１３は、第３実施形態の結像光学系のレンズ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。
【００６９】
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を変数とする周期関数
を有している。なお、第３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。
【００７０】
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。
【００７１】
また、このように、レンズＬＳ1の曲率半径Ｒを角度θに対して変化させることで、複数の非点収差をレンズに持たせ、延いては、各非点収差により形成される異方性スポット（焦線）を互いに傾斜させるといった光学特性、換言すれば、各非点収差が形成するスポットダイアグラム（異方性スポット）の長径が互いに傾斜するといった光学特性を実現することができる。この光学特性について、結像光学系ＯＳのより詳細なデータを用いて説明する。
【００７２】
図１４は、主走査方向断面における結像光学系の光線図である。図１５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曲率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。
【００７３】
図１６は、結像光学系ＯＳ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１７は、結像光学系ＯＳのレンズデータである。図１８は、結像光学系ＯＳ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１９は、結像光学系ＯＳ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。この実施形態では、発光素子（物体面Ｓ1）とレンズＬＳ1（ｆ(θ)面Ｓ4）との間に円形もしくは略円形の開口絞り（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。
【００７４】
このように本実施形態では、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も連続的に変化し、その結果、レンズＬＳ1に複数の非点収差を持たせることができる。そして、複数の非点収差それぞれが異方性スポットを被露光面に形成することで、同じ長さを有するとともに互いに傾きの異なる複数の異方性スポットを重なり合わせて、図２０に示すようなスポットＳＴを形成することができる。
【００７５】
図２０は、第３実施形態と比較形態とのスポットダイアグラムを示す図であり、各形態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、図１３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「実施形態」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「比較形態」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。「比較形態」では、スポットＳＴは、デフォーカス量が負の範囲において縦長な異方性を示すとともに、デフォーカス量が正の範囲において横長な異方性を示している。これに対して、「実施形態」では、長径の傾きが互いに異なる複数のスポットダイアグラム（異方性スポット）を合成してスポットＳＴが形成されることから、デフォーカス状態での異方性が緩和されていることが判る。
【００７６】
以上のように、本実施形態では、発光素子Ｅが発光する光から複数のスポットを生成する。しかも、各スポットは、径方向によって径が異なるとともに、互いに異なる方向に長辺を有する。つまり、各スポットは、異方性を有するとともに、長辺方向が互いに異なる（傾いている）。さらに、各スポットの長辺は互いに等しいか略等しい長さとなっている。そして、このような複数のスポットを感光体ドラム２１表面（被露光面）に重ねることで、１つのスポットＳＴが合成される。したがって、フォーカス位置に依らず、（合成）スポットＳＴの大きさを安定させつつスポットＳＴの異方性を緩和することができ、良好な露光が実現可能となる。
【００７７】
第４実施形態
続いて、第４実施形態について説明する。先の第３実施形態と第４実施形態は、いずれもレンズＬＳ1の曲率半径が角度θの周期関数ｆ（θ）で与えられる点は共通するが、周期関数ｆ（θ）の内容において異なる。以下では、この違いについて主に説明するとともに、共通部分については適宜説明を省略する。
【００７８】
図２１は、主走査方向断面（同図上段）および副走査方向断面（同図下段）における結像光学系の光線図である。なお、図２１の主走査方向断面では、光軸上に位置する発光素子Ｅ0と、光軸からずれた位置に位置する発光素子Ｅ1が併記されている。図２２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６および式７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８は、レンズＬＳ2のレンズ面（非球面）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９で与えられるレンズの曲率Ｃv＝１／Ｒを一定値とすると、式８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１０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８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。
【００７９】
図２３は、結像光学系ＯＳを透過する光の波長と、開口絞りの径を表と示す図である。図２４は、結像光学系ＯＳのレンズデータである。図２５は、結像光学系ＯＳ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２６は、結像光学系ＯＳのｘｙ多項式面である面Ｓ6の形状を与える各係数を表として示す図である。この実施形態では、発光素子（物体面Ｓ1）とレンズＬＳ1（ｆ(θ)面Ｓ4）との間に円形もしくは略円形の開口絞り（絞り面Ｓ3）が設けられており、この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。
【００８０】
このように本実施形態では、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。ここで、記号｜｜は絶対値を示す。したがって、余弦関数cos(Ｍ×θ)の絶対値の角度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ため、余弦関数の値が０となるラインを境界としてレンズＬＳ1は２×Ｍ個の領域に分割され、しかも、各領域のそれぞれが非点収差を持つこととなる。その結果、レンズＬＳ1に複数の非点収差を持たせることができる。そして、複数の非点収差それぞれが異方性スポットを被露光面に形成することで、同じ長さを有するとともに互いに傾きの異なる複数の異方性スポットを重なり合わせて、図２７に示すようなスポットＳＴを形成することができる。以下は、領域を６個に分割した場合に相当する。
【００８１】
図２７は、第４実施形態のスポットダイアグラムを示す図である。なお、以下の説明では、図２８、図２９に示す比較形態と併せて、実施形態のスポットダイアグラムについて説明する。ここで、図２８は、比較形態における結像光学系ＯＳのｘｙ多項式面である面Ｓ6の形状を与える各係数を表として示す図であり、実施形態のＳ6面のデータを図２８のものに置き換えることで、比較形態のレンズデータが得られる。また、図２９は、比較形態のスポットダイアグラムを示す図である。図２７および図２９では、発光素子Ｅ0、Ｅ1のそれぞれが形成するスポットダイアグラムが、デフォーカス量を−４０(μm)から＋４０(μm)まで変化させた場合について示されている。ちなみに、図１３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。
【００８２】
「比較形態」では、スポットＳＴの大きさがデフォーカス量の変化に応じて大きく変化してしまっている。これに対して、「実施形態」では、長さが等しく傾きの異なる複数の異方性スポットを重ね合わせてスポットＳＴが形成されることから、フォーカス位置に依らず、スポットＳＴの大きさを安定させつつスポットＳＴの異方性を緩和することができ、良好な露光が実現可能となっている。
【００８３】
以上のように、本実施形態では、発光素子Ｅが発光する光から複数のスポットを生成する。しかも、各スポットは、径方向によって径が異なるとともに、互いに異なる方向に長辺を有する。つまり、各スポットは、異方性を有するとともに、長辺方向が互いに異なる（傾いている）。さらに、各スポットの長辺は互いに等しいか略等しい長さとなっている。そして、このような複数のスポットを感光体ドラム２１表面（被露光面）に重ねることで、１つのスポットＳＴが合成される。したがって、フォーカス位置に依らず、（合成）スポットＳＴの大きさを安定させつつスポットＳＴの異方性を緩和することができ、良好な露光が実現可能となる。
【００８４】
第５実施形態
図３０は、結像光学系ＯＳ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３１は、第５実施形態のスポットダイアグラムを示す図である。第５実施形態と先の第４実施形態の違いはレンズＬＳ1の領域の個数のみであり、具体的には、第５実施形態ではレンズＬＳ1は１０個の領域に分割されている。図３１に示すように、分割数を増加させることで、スポットはより円形に近づき、スポットの異方性が緩和されていることが判る。
【００８５】
以上のように、本実施形態では、発光素子Ｅが発光する光から複数のスポットを生成する。しかも、各スポットは、径方向によって径が異なるとともに、互いに異なる方向に長辺を有する。つまり、各スポットは、異方性を有するとともに、長辺方向が互いに異なる（傾いている）。さらに、各スポットＦＬ2の長辺は互いに等しいか略等しい長さとなっている。そして、このような複数のスポットを感光体ドラム２１表面（被露光面）に重ねることで、１つのスポットＳＴが合成される。したがって、フォーカス位置に依らず、（合成）スポットＳＴの大きさを安定させつつスポットＳＴの異方性を緩和することができ、良好な露光が実現可能となる。
【００８６】
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」に相当している。また、開口絞りＤaおよび結像光学系ＯＳが協働して本発明の「光学系」として機能している。また、被露光面で重なり合う複数の異方性スポットが本発明の「第１のスポット」「第２のスポット」に相当している。また、第１・第２実施形態では、主走査方向ＭＤあるいはｘ軸方向が本発明の「第１の方向」に相当し、副走査方向ＳＤあるいはｙ軸方向が本発明の「第２の方向」に相当し、領域ＤＭ1、ＤＭ3が本発明の「第１の領域」に相当し、領域ＤＭ2、ＤＭ4が本発明の「第２の領域」に相当している。また、第１実施形態では、領域ＤＭ1、ＤＭ3の球面収差Ｓlaが本発明の「第１の球面収差」に相当し、領域ＤＭ2、ＤＭ4の球面収差Ｓlaが本発明の「第２の球面収差」に相当している。また、第２実施形態では、球面収差Ｓlbが本発明の「第１の球面収差」に相当し、球面収差Ｓlcが本発明の「第２の球面収差」に相当している。
【００８７】
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、上記第１実施形態では、楕円系のスポットＦＬ1、ＦＬ2が形成されていたが、これらのスポットの形状は楕円形に限られず、例えば、長方形であっても良い。この場合、長方形の対角方向が「長辺方向」に相当することとなり、長方形の対角線が「長辺」に相当する。
【００８８】
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。
【００８９】
また、第１・２実施形態では、４個の領域ＤＭ1〜ＤＭ4によりレンズＬＳ1を構成していたが、レンズＬＳ1を構成する領域の個数は４個に限られない。
【００９０】
また、第１・第２実施形態では、傾きの異なる２個の異方性スポットＦＬ1、ＦＬ2を重ね合わせてスポットＳＴを形成していたが、傾きの異なる３個以上の異方性スポットを重ね合わせてスポットＳＴを形成するように構成しても良い。
【００９１】
また、第１・第２実施形態では、レンズＬＳ1に複数の球面収差を持たせることで、傾きの異なる複数の異方性スポットを重ね合わせていたが、レンズＬＳ1以外の例えばレンズＬＳ2に複数の球面収差を持たせることで、傾きの異なる複数の異方性スポットを重ね合わせるように構成しても良い。
【００９２】
また、開口絞りＤaの位置も種々の変更が可能であり、上記の実施形態で説明した位置に限られない。
【００９３】
また、上記第３〜５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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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】
【００９９】
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、 Ｄa…開口絞り、 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、 ＤＭ1、ＤＭ2、ＤＭ3、ＤＭ4…レンズ面の領域、 ＦＬ1、ＦＬ2…異方性スポット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発光する発光素子と、
径方向によって径が異なるとともに第１の方向に長辺を有する第１のスポット、および径方向によって径が異なるとともに前記第１の方向と異なる第２の方向に前記第１のスポットの長辺と等しいか略等しい長さの長辺を有する第２のスポットを前記発光素子が発光する光から生成し、前記被露光面に重ねる光学倍率が１と異なる光学系と、
を備えることを特徴とする露光ヘッド。
【請求項２】
前記光学系は、第１の領域および前記第１の領域と異なる位置に配接された第２の領域を有するレンズと、開口絞りを備え、前記開口絞りを通過した光を前記第１の領域で結像して前記第１のスポットを生成し、前記開口絞りを通過した光を前記第２の領域で結像して前記第２のスポットを生成する請求項１に記載の露光ヘッド。
【請求項３】
前記第１の領域は第１の球面収差を有し、前記第２の領域は前記第１の球面収差と異なる第２の球面収差を有する請求項２に記載の露光ヘッド。
【請求項４】
前記第１の球面収差と前記第２の球面収差は等しいもしくは略等しい大きさを有し、前記開口絞りは円形もしくは略円形である請求項３に記載の露光ヘッド。
【請求項５】
前記光学系は、前記第１の球面収差は前記第２の球面収差よりも大きく、前記開口絞りは前記第２の方向を長軸とする楕円形である請求項３に記載の露光ヘッド。
【請求項６】
前記光学系は、前記発光素子が発光した光を絞る円形もしくは略円形の開口絞りと、前記開口絞りを通過した光が入射するレンズと、前記レンズが配設された基板とを有し、
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、ｚ軸周りに反時計回りにとったｘ軸に対する回転角度θの周期関数で与えられ、
前記光学系は、前記開口絞りを通過した光を前記レンズで結像して、前記第１のスポットおよび前記第２のスポットを生成する請求項１に記載の露光ヘッド。
【請求項７】
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
を有する請求項６に記載の露光ヘッド。
【請求項８】
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
を有する請求項６に記載の露光ヘッド。
【請求項９】
潜像担持体と、
発光素子と、径方向によって径が異なるとともに第１の方向に長辺を有する第１のスポット、および径方向によって径が異なるとともに前記第１の方向と異なる第２の方向に前記第１のスポットの長辺と等しいか略等しい長さの長辺を有する第２のスポットを前記発光素子が発光する光から生成し、前記潜像担持体に重ねる光学倍率が１と異なる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１】
光を発光する発光素子と、
径方向によって径が異なるとともに第１の方向に長辺を有する第１のスポット、および径方向によって径が異なるとともに前記第１の方向と異なる第２の方向に前記第１のスポットの長辺と等しいか略等しい長さの長辺を有する第２のスポットを前記発光素子が発光する光から生成し、前記被露光面に重ねる光学倍率が１と異なる光学系と、
を備えることを特徴とする露光ヘッド。
【請求項２】
前記光学系は、第１の領域および前記第１の領域と異なる位置に配接された第２の領域を有するレンズと、開口絞りを備え、前記開口絞りを通過した光を前記第１の領域で結像して前記第１のスポットを生成し、前記開口絞りを通過した光を前記第２の領域で結像して前記第２のスポットを生成する請求項１に記載の露光ヘッド。
【請求項３】
前記第１の領域は第１の球面収差を有し、前記第２の領域は前記第１の球面収差と異なる第２の球面収差を有する請求項２に記載の露光ヘッド。
【請求項４】
前記第１の球面収差と前記第２の球面収差は等しいもしくは略等しい大きさを有し、前記開口絞りは円形もしくは略円形である請求項３に記載の露光ヘッド。
【請求項５】
前記光学系は、前記第１の球面収差は前記第２の球面収差よりも大きく、前記開口絞りは前記第２の方向を長軸とする楕円形である請求項３に記載の露光ヘッド。
【請求項６】
前記光学系は、前記発光素子が発光した光を絞る円形もしくは略円形の開口絞りと、前記開口絞りを通過した光が入射するレンズと、前記レンズが配設された基板とを有し、
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、ｚ軸周りに反時計回りにとったｘ軸に対する回転角度θの周期関数で与えられ、
前記光学系は、前記開口絞りを通過した光を前記レンズで結像して、前記第１のスポットおよび前記第２のスポットを生成する請求項１に記載の露光ヘッド。
【請求項７】
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
を有する請求項６に記載の露光ヘッド。
【請求項８】
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
を有する請求項６に記載の露光ヘッド。
【請求項９】
潜像担持体と、
発光素子と、径方向によって径が異なるとともに第１の方向に長辺を有する第１のスポット、および径方向によって径が異なるとともに前記第１の方向と異なる第２の方向に前記第１のスポットの長辺と等しいか略等しい長さの長辺を有する第２のスポットを前記発光素子が発光する光から生成し、前記潜像担持体に重ねる光学倍率が１と異なる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。
【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１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【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１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【公開番号】特開２０１２−１１７３９（Ｐ２０１２−１１７３９Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５２８１４（Ｐ２０１０−１５２８１４）
【出願日】平成２２年７月５日（２０１０．７．５）
【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１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月５日（２０１０．７．５）
【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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