露光装置及び画像形成装置
【課題】露光装置を小型化することができるようにする。
【解決手段】直線状に配列された複数の発光点を備えた発光点アレイと、該発光点アレイの像を拡大して露光像を形成する投影部材とを有する。該投影部材を構成する複数のレンズにおける少なくとも一つの面は、発光点の配列方向と、発光点の配列方向に対して直交する方向とで異なる面形状を有する。前記投影部材が取り込む光線において、発光点の配列方向に対して直交する方向の開口角は、発光点の配列方向の開口角より小さくされる。露光像の光量を少なくすることなく、発光点の配列方向、及び配列方向に対して直交する方向のいずれにおいても、露光装置の寸法を小さくすることができる。
【解決手段】直線状に配列された複数の発光点を備えた発光点アレイと、該発光点アレイの像を拡大して露光像を形成する投影部材とを有する。該投影部材を構成する複数のレンズにおける少なくとも一つの面は、発光点の配列方向と、発光点の配列方向に対して直交する方向とで異なる面形状を有する。前記投影部材が取り込む光線において、発光点の配列方向に対して直交する方向の開口角は、発光点の配列方向の開口角より小さくされる。露光像の光量を少なくすることなく、発光点の配列方向、及び配列方向に対して直交する方向のいずれにおいても、露光装置の寸法を小さくすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリンタ、複写機、ファクシミリ、複合機等の画像形成装置、例えば、プリンタにおいては、感光体ドラムの表面が、帯電ローラによって帯電させられ、露光装置としてのＬＥＤヘッドによって露光されて静電潜像が形成され、該静電潜像に現像ローラ上で薄層化されたトナーが静電的に付着させられてトナー像が形成されるようになっている。そして、該トナー像が、転写ローラによって用紙に転写され、定着器において定着させられて画像が形成される。
【０００３】
前記ＬＥＤヘッドは、複数のＬＥＤ素子を直線状に配列することによって形成されたＬＥＤアレイを備え、各ＬＥＤ素子を選択的に発光させることによって前記静電潜像を形成することができるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開昭６２−２６４０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来のプリンタにおいて、ＬＥＤ素子が配列されるピッチを短くすることによってＬＥＤアレイを小型化することはできるが、各ＬＥＤ素子の光線を感光体ドラムの表面上に結像させるために、感光体ドラムの長さとほぼ等しい長さのレンズを使用する必要があり、露光装置を小型化することができない。
【０００５】
本発明は、前記従来のプリンタの問題点を解決して、小型化することができる露光装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そのために、本発明の画像形成装置においては、直線状に配列された複数の発光点を備えた発光点アレイと、該発光点アレイの像を拡大して露光像を形成する投影部材とを有する。
【０００７】
そして、該投影部材を構成する複数のレンズのうちの少なくとも一つの面は、発光点の配列方向と、発光点の配列方向に対して直交する方向とで異なる面形状を備える。
【０００８】
また、前記投影部材が取り込む光線において、発光点の配列方向に対して直交する方向の開口角は、発光点の配列方向の開口角より小さくされる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、画像形成装置においては、直線状に配列された複数の発光点を備えた発光点アレイと、該発光点アレイの像を拡大して露光像を形成する投影部材とを有する。
【００１０】
そして、該投影部材を構成する複数のレンズにおける少なくとも一つの面は、発光点の配列方向と、発光点の配列方向に対して直交する方向とで異なる面形状を有する。
【００１１】
また、前記投影部材が取り込む光線において、発光点の配列方向に対して直交する方向の開口角は、発光点の配列方向の開口角より小さくされる。
【００１２】
この場合、投影部材を構成する複数のレンズにおける少なくとも一つの面は、発光点の配列方向と、発光点の配列方向に対して直交する方向とで異なる面形状を有し、前記投影部材において、発光点の配列方向に対して直交する方向の開口角は、発光点の配列方向の開口角より小さくされるので、露光像の光量を少なくすることなく、発光点の配列方向、及び配列方向に対して直交する方向のいずれにおいても、露光装置の寸法を小さくすることができ、露光装置を小型化することができる。その結果、画像形成装置を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、画像形成装置としての、電子写真方式のカラーのプリンタについて説明する。
【００１４】
図２は本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概念図である。
【００１５】
図に示されるように、プリンタ６０は、画像データに基づいてブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの各色ごとの現像剤像としてのトナー像を形成する画像形成ユニット６１Ｂｋ、６１Ｙ、６１Ｍ、６１Ｃ、該各画像形成ユニット６１Ｂｋ、６１Ｙ、６１Ｍ、６１Ｃと対向させて配設され、各画像形成ユニット６１Ｂｋ、６１Ｙ、６１Ｍ、６１Ｃとの間に各色の転写領域を形成し、各色のトナー像を媒体としての用紙Ｐに転写するベルト式の転写ユニット１２、媒体収容部としての給紙カセット６４、該給紙カセット６４から用紙Ｐを繰り出し、前記各転写領域に給紙するための媒体供給ローラとしての給紙ローラ７１、前記給紙カセット６４から給紙された用紙Ｐを、画像形成ユニット６１Ｂｋ、６１Ｙ、６１Ｍ、６１Ｃにおける画像の形成のタイミングに合わせて前記各転写領域に供給するレジストローラ７２、用紙Ｐを搬送する搬送ローラ７３、７７、用紙Ｐを排出部７９に排出する排出ローラ７８、並びに前記各転写領域において転写された後のカラーのトナー像を用紙Ｐに定着させる定着装置としての定着器８０を有する。
【００１６】
前記転写ユニット１２は、図示されない転写用の駆動部としてのモータと接続され、該モータの回転を受けて回転させられる第１のローラとしての駆動ローラ１３、該駆動ローラ１３の回転に従動して回転させられる第２のローラとしてのアイドルローラ１４、前記駆動ローラ１３とアイドルローラ１４との間に張設され、走行させられるベルトとしての、かつ、転写ベルトとしての無端ベルト１６、該無端ベルト１６の内側において、前記各画像形成ユニット６１Ｂｋ、６１Ｙ、６１Ｍ、６１Ｃに配設された像担持体としての感光体ドラム６５と対向させて回転自在に配設された転写部材としての転写ローラ７５、及びアイドルローラ１４の近傍において、無端ベルト１６の外周面に当接させて配設された第１のクリーニング部材としてのクリーニングブレード１８を備える。
【００１７】
また、前記各画像形成ユニット６１Ｂｋ、６１Ｙ、６１Ｍ、６１Ｃは、いずれも同じ構造を有し、回転自在に配設された前記感光体ドラム６５、帯電装置としての帯電ローラ６７、現像器６６、該現像器６６に、色材としての顔料を含有する樹脂から成る現像剤としてのトナーを供給する現像剤カートリッジとしてのトナーカートリッジ７６、第２のクリーニング部材としてのクリーニングブレード６８等から成る。そして、前記帯電ローラ６７と現像器６６との間に露光装置としてのＬＥＤヘッド６９が前記各感光体ドラム６５と対向させて配設され、感光体ドラム６５の表面を照射するようになっている。
【００１８】
そして、前記定着器８０は、第１のローラとしての加熱ローラ８３及び第２のローラとしての加圧ローラ８４を備える。
【００１９】
なお、前記無端ベルト１６、感光体ドラム６５等は、それぞれ図示されない駆動部としての図示されないモータから回転伝達系としての図示されないギヤ等を介して伝達された回転を受け、走行させられ、回転させられる。また、前記帯電ローラ６７、現像器６６、ＬＥＤヘッド６９、定着器８０等には、それぞれ図示されない電源が接続される。
【００２０】
次に、前記構成のプリンタ６０の動作について説明する。
【００２１】
まず、プリンタ６０の図示されない電源が投入され、操作者が所定の操作部において画像の形成、すなわち、印刷を開始する操作を行うと、感光体ドラム６５は、回転させられ、回転させられるのに伴って帯電ローラ６７によって帯電させられる。続いて、前記感光体ドラム６５は、ＬＥＤヘッド６９によって表面が照射されて露光され、表面に画像データに基づいた静電潜像を形成する。そして、現像器６６によって感光体ドラム６５に前記トナーが付着させられ、静電潜像が現像されてトナー像が形成される。
【００２２】
そして、前記無端ベルト１６が走行させられるのに伴って、用紙Ｐにブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの各色のトナー像が順に転写され、カラーのトナー像が形成される。続いて、前記用紙Ｐは、定着器８０に送られ、該定着器８０において、用紙Ｐ上のカラーのトナー像が、加熱され、加圧されて定着させられる。トナーが定着させられた用紙Ｐは、搬送ローラ７７及び排出ローラ７８を介して排出部７９に排出され、画像形成の動作が終了する。
【００２３】
なお、トナー像の転写後に感光体ドラム６５上に残留しているトナーは、クリーニングブレード６８によって掻き取られて除去される。また、トナー像の定着後の無端ベルト１６上に付着しているトナー等は、クリーニングブレード１８によって掻き取られる。
【００２４】
前記トナーとしては、スチレン−アクリル共重合体を主構成組成とし、パラフィンワックスを９〔重量部〕乳化重合法によって内包するものが使用され、平均粒径は７〔μｍ〕であり、真球度は０．９５である。この種のトナーを使用することによって、定着器８０において離型剤を使用する必要性をなくし、転写効率を向上させ、ドット再現性を良好にすることができる。その結果、解像度が高い現像を行うことができ、画像をシャープ化し、画像品位を高くすることができる。
【００２５】
また、クリーニングブレード１８としては、ゴム材料、本実施の形態においては、ゴム硬度がＪＩＳ Ａで８３〔°〕であり、厚さが１．５〔ｍｍ〕のウレタンゴムが使用され、線圧が４．３〔ｇ／ｍｍ〕になるように無端ベルト１６に対して押し付けられる。ウレタンゴム等のような弾性材を使用することによって、無端ベルト１６に残留したトナーのほかに、異物等を除去することができ、また、構造を簡素化することができ、プリンタを小型化することができ、かつ、プリンタのコストを低くすることができる。さらに、ゴム材料として前記ウレタンゴムが使用されるので、クリーニングブレード１８の硬度、耐摩耗耗性、耐油性、耐オゾン性等を高くすることができ、機械的な強度を大きくすることができる。
【００２６】
次に、各ＬＥＤヘッド６９の動作について説明する。
【００２７】
図３は本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの制御装置を示すブロック図である。なお、各ＬＥＤヘッド６９の構成は同じであるので、画像形成ユニット６１Ｂｋの感光体ドラム６５と対向させて配設されたＬＥＤヘッド６９についてだけ説明する。
【００２８】
図において、４１は上位装置としての外部端末に、直接、又はネットワークを介して接続されたインタフェース等の入出力装置、４２は各ＬＥＤヘッド６９を駆動する画像処理部、４３は記憶装置である。前記入出力装置４１、画像処理部４２等によって制御部が構成される。
【００２９】
この場合、入出力装置４１を介して入力された画像データは、記憶装置４３に一旦記録された後、画像処理部４２において、ＬＥＤヘッド６９の制御データとしてのページデータに変換される。そして、ブラックの単色の画像データは、ブラックのページデータに、カラー画像の画像データは、シアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のページデータに変換される。
【００３０】
前記画像処理部４２によって変換された各色のページデータは、各色のＬＥＤヘッド６９に送られる。そして、ＬＥＤヘッド６９においては、例えば、ブラックのページデータは、１ライン分の画像データごとのシリアル信号として、シフトレジスタ３５に記録される。そして、１ライン分の画像データは、ラッチ信号によってラッチ回路３６に送られ、画像データを構成する個々の出力信号は、トランジスタによって構成される駆動回路３７を介してＬＥＤヘッド６９の発光点アレイとしてのＬＥＤアレイ３０の発光点としての、かつ、発光素子としての複数のＬＥＤ素子を駆動し、発光させる。
【００３１】
同様に、イエロー、マゼンタ及びシアンの各色のページデータは、各色のＬＥＤヘッド６９に送られ、ＬＥＤアレイ３０のＬＥＤ素子を駆動し、発光させる。
【００３２】
次に、前記ＬＥＤヘッド６９の光学系について説明する。
【００３３】
図４は本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤヘッドと感光体ドラムとの関係を示す図、図５は本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤヘッドの分解斜視図である。
【００３４】
図において、３０はＬＥＤアレイであり、該ＬＥＤアレイ３０は、前記各ＬＥＤ素子を直線状に配列することによって形成される。本実施の形態において、ＬＥＤ素子が配列されるピッチは、０．０１０６〔ｍｍ〕にされ、ＬＥＤアレイ３０においてＬＥＤ素子が配列される領域の長さは、５５〔ｍｍ〕にされる。
【００３５】
また、３１はＬＥＤアレイ３０によって形成される像（以下「ＬＥＤアレイの像」という。）を拡大し投影する投影部材としてのレンズ、３２はＬＥＤアレイの像の形成に寄与しない光線、すなわち、迷光を遮光する絞り、３３は反射部材としてのミラー、６５は表面に静電潜像が形成される感光体ドラムである。本実施の形態において、レンズ３１の拡大倍率は４倍にされる。
【００３６】
この場合、前記ＬＥＤアレイ３０からの光線は、ミラー３３によって反射され、光路が曲折させられて感光体ドラム６５の表面に照射される。
【００３７】
前記ＬＥＤヘッド６９においては、前記各ＬＥＤ素子を選択的に発光させることによって、前記ＬＥＤアレイ３０の像が形成され、ＬＥＤアレイ３０の像は、レンズ３１によって４倍に拡大されることによって、解像度が６００〔ｄｐｉ〕であり、長さが２２０〔ｍｍ〕の直線状の露光像になる。
【００３８】
次に、前記レンズ３１について説明する。
【００３９】
該レンズ３１は、３枚で構成され（図４においては便宜上２枚で構成されるように示されている。）、ＬＥＤアレイ３０側から感光体ドラム６５側にかけて第１〜第３のレンズとしたとき、第１のレンズは凹レンズとされ、第２、第３のレンズは凸レンズとされる。そして、第１、第２のレンズ間の上縁及び下縁に絞り３２が、第２、第３のレンズ間の左縁及び右縁に絞り３２が配設される。
【００４０】
本実施の形態において、レンズ３１には、シクロオレフィン系樹脂である光学樹脂（日本ゼオン社製、商品名：ＺＥＯＮＥＸ（ゼオネックス）Ｅ４８Ｒ）を使用し、射出成形によって成形した。
【００４１】
また、本実施の形態においては、発光点アレイとしてＬＥＤアレイ３０が使用されるようになっているが、発光点アレイとして、有機ＥＬ、レーザ素子等を複数配列することによって形成された有機ＥＬアレイ、レーザ素子アレイ等を使用することができる。
【００４２】
前記ＬＥＤアレイ３０、レンズ３１及び感光体ドラム６５によって形成される光学系の仕様を表１に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
この場合、ＬＥＤアレイ３０における第１のレンズと対向する面の番号、すなわち、面番号をＳ１とし、第１のレンズにおけるＬＥＤアレイ３０と対向する面の面番号をＳ２とし、第１のレンズにおける第２のレンズと対向する面の面番号をＳ３とし、第２のレンズにおける第１のレンズと対向する面の面番号をＳ４とし、第２のレンズにおける第３のレンズと対向する面の面番号をＳ５とし、絞り３２の面の面番号をＳ６とし、第３のレンズにおける第２のレンズと対向する面の面番号をＳ７とし、第３のレンズにおける感光体ドラム６５と対向する面の面番号をＳ８とし、感光体ドラム６５における第３のレンズと対向する面の面番号をＳ９（図５には示されていない。）とする。
【００４５】
また、ＬＥＤアレイ３０上のＬＥＤ素子の配列方向をＹ軸で、レンズ３１の光軸方向をＺ軸で、ＬＥＤアレイ３０上のＬＥＤ素子の配列方向と直交する方向をＸ軸で示したとき、ＣＸ、ＣＹはそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向の曲率半径、ＡＲ及びＢＲは非球面係数、ＡＰ及びＢＰは非回転対称部の係数を表す。
【００４６】
また、表２において、各面のＸ軸方向の半径（寸法）ＲＸ〔ｍｍ〕、Ｙ軸方向の半径（寸法）ＲＹ、及び面間隔ＴＨ〔ｍｍ〕を示す。なお、面間隔ＴＨは、その面と、隣接する面との間の距離を表す。
【００４７】
【表２】
【００４８】
そして、面番号Ｓ４、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ８の面の面形状は、非球面にされ、面形状は次の式で表すことができる。
【００４９】
【数１】
【００５０】
なお、ｘ、ｙ及びｚは、それぞれＸ軸方向の座標、Ｙ軸方向の座標及びＺ軸方向の座標を表す。この場合、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで同じ形状を有し、曲率半径ＣＸ、ＣＹは互いに等しく、非回転対称部の係数ＡＰ及びＢＰはいずれも０である（ＡＰ＝ＢＰ＝０）。
【００５１】
また、前記面番号Ｓ２及びＳ３の面の面形状は、アナモルフィック非球面であり、次の式で表すことができる。
【００５２】
【数２】
【００５３】
このように、第１〜第３のレンズのうちの第１のレンズの面形状は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで異なり、曲率半径ＣＸ、ＣＹは互いに異なり、非回転対称部の係数ＡＰ及びＢＰも互いに異なる。また、第２、第３のレンズの面形状は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで等しく、曲率半径ＣＸ、ＣＹは互いに等しく、非回転対称部の係数ＡＰ及びＢＰはいずれも０である（ＡＰ＝ＢＰ＝０）。
【００５４】
さらに、表３に、比較例の光学系の仕様を示す。この場合、拡大倍率は４倍にされる。第１〜第３のレンズの面形状は、非球面形状であり、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで同じ形状を有する。
【００５５】
【表３】
【００５６】
この場合、表２における各面のＸ軸方向の半径ＲＸ〔ｍｍ〕と表３における半径ＲＸ〔ｍｍ〕はほぼ等しく、表２における各面のＹ軸方向の半径ＲＹは、表３における半径ＲＸ〔ｍｍ〕より大きい。
【００５７】
本実施の形態において、第１のレンズの面番号Ｓ２及びＳ３の面の面形状は、アナモルフィック非球面にされるが、第１のレンズに代えて、第２、第３のレンズの一方の面形状をアナモルフィック非球面にしたり、第１〜第３のレンズの面形状をアナモルフィック非球面にしたりすることができる。また、アナモルフィック非球面に代えて、一方向の面形状に対して他方向の面形状が異なるトロイダル面、シリンダ面等にすることができ、また、公知の自由曲面にすることもできる。なお、トロイダル面は、光軸に垂直な一方向が非球面形状であり、他方向は球面形状であるので、比較的収差が大きく、光学特性は低下するが、容易に、かつ、精度よく作成することができるので、生産性が高い。
【００５８】
次に、光学系の特性について説明する。
【００５９】
図１は本発明の第１の実施の形態における光学系を示す第１の図、図６は本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤヘッドの光学系を示す第２の図である。この場合、ＬＥＤアレイ３０上の各ＬＥＤ素子は、図１における上下方向に配列され、図６における奥行き方向（紙面の表側−裏側方向）に配列される。
【００６０】
図１においては、ＬＥＤアレイ３０上の図示されないＬＥＤ素子からの光線のうち、レンズ３１の光軸上のＬＥＤ素子、及びＬＥＤアレイ３０の端部のＬＥＤ素子によって放射された光線だけを示し、ミラー３３によって曲折させられた光線の光路は省略した。また、図６においては、ＬＥＤアレイ３０上の図示されないＬＥＤ素子からの光線のうち、レンズ３１の光軸上のＬＥＤ素子によって放射された光線だけを示し、ミラー３３によって曲折させらせれた光線の光路は省略した。
【００６１】
ところで、レンズ３１が取り込む光線の開口角は、レンズ３１が取り込む光線の最大円錐における頂角の半分と定義される。
【００６２】
この場合、図１において、発光点をａ、レンズ３１が取り込む光線のうちの最も外側の光線のレンズ３１との交点をｃ、ｃ’とし、発光点ａ及び交点ｃ、ｃ’が成す角を２等分する線とレンズ３１との交点をｂとしたとき、ＬＥＤ素子からの光線のうち、レンズ３１が取り込む光線の最大円錐の頂角は交点ｃ、発光点ａ及び交点ｃ’が成す角度によって表される。したがって、開口角をＡＹとすると、該開口角ＡＹは、交点ｃ、発光点ａ及び交点ｂが成す角度によって表され、
ＡＹ＝１２〔°〕
になる。
【００６３】
また、図６において、開口角ＡＸは、
ＡＸ＝６〔°〕
になる。すなわち、ＬＥＤアレイ３０上の各ＬＥＤ素子の配列方向に対して直交する方向の開口角ＡＸは、各ＬＥＤ素子の配列方向の開口角ＡＹより小さい。一方、比較例の開口角は、
ＡＸ＝ＡＹ
＝６〔°〕
である。
【００６４】
ところで、ＬＥＤ素子が発光させられると、光線は、レンズ３１を通過して、ミラー３３によって反射され、曲折させられて感光体ドラム６５に投影され、露光像を形成して感光体ドラム６５の表面上で結像させられる。この場合、露光像の形成に寄与しない光線は、絞り３２によって遮断される。なお、感光体ドラム６５の表面によって結像部が構成される。
【００６５】
本実施の形態及び比較例において露光像の光量を比較した結果を表４に示す。本実施の形態及び比較例のＬＥＤヘッド６９のそれぞれにおいて、ＬＥＤ素子を発光させ、感光体ドラム６５の位置に焦点位置を合わせたディジタル顕微鏡を使用して露光像を取り込み、ディジタル顕微鏡の輝度分布から各露光像の光量を解析した。この場合、レンズ３１の光軸との交点にあるＬＥＤアレイ３０上の発光点（ｙ座標：０〔ｍｍ〕）及びＬＥＤアレイ３０の端部の発光点（ｙ座標：２７．５〔ｍｍ〕）の二つの発光点、及び二つの発光点間の四つの発光点（ｙ座標：５．５／１１／１６．５／２２〔ｍｍ〕）について、測定及び解析を行った。なお、露光像の光量の単位は任意であり、比は比較例における露光像の光量に対する実施例における露光像の光量の比を表す。
【００６６】
【表４】
【００６７】
表４において、本実施の形態における露光像の光量は、比較例における露光像の光量に対して、３．２〜３．７倍である。これは、一般的に、レンズ３１の開口角を大きくするほど、発光点から多くの光線が取り込まれることになり、露光像が多くの光線によって形成されるからである。
【００６８】
前述されたように、本実施の形態において、開口角ＡＸ、ＡＹは、
ＡＸ＝６〔°〕
ＡＹ＝１２〔°〕
であり、比較例において、開口角ＡＸ、ＡＹは、
ＡＸ＝ＡＹ
＝６〔°〕
であり、本実施の形態においては、Ｙ軸方向（ＬＥＤ素子の配列方向）において開口角ＡＹが大きい。したがって、実施例における露光像の光量が多くなる。
【００６９】
さらに、本実施の形態においては、前記ＬＥＤヘッド６９が搭載されたプリンタ６０で印刷を行った場合、鮮明な画像を形成することができた。
【００７０】
このように、前記ＬＥＤヘッド６９において、ＬＥＤ素子の配列方向の面形状と、ＬＥＤ素子の配列方向に対して直交する方向の面形状とが異なる第１のレンズを使用し、ＬＥＤ素子の配列方向の開口角ＡＹを小さくすることなく、ＬＥＤ素子の配列方向に対して直交する方向の開口角ＡＸだけを小さくすることによって、レンズ３１における、ＬＥＤ素子の配列方向と直交する方向の寸法を大きくすることなく光量を増やすことができ、ＬＥＤヘッド６９を小型化することができる。その結果、プリンタ６０を小型化することができる。
【００７１】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。
【００７２】
図７は本発明の第２の実施の形態におけるプリンタの概念図、図８は本発明の第２の実施の形態におけるＬＥＤヘッドと感光体ドラムとの関係を示す図、図９は本発明の第２の実施の形態におけるＬＥＤアレイの構造を示す図である。
【００７３】
図において、９１は露光装置としてのＬＥＤヘッドであり、該ＬＥＤヘッド９１においては、画像データに基づいて複数の露光像が形成され、複数の感光体ドラム６５上に結像され、静電潜像が形成される。
【００７４】
９２はＬＥＤヘッド９１に複数、本実施の形態においては、２個配設された発光点アレイとしてのＬＥＤアレイ、９３は発光点マトリクスとしてのＬＥＤマトリクス、９５は各ＬＥＤアレイ９２に直線状に配設された発光点としての、かつ、発光素子としてのＬＥＤ素子であり、前記各ＬＥＤアレイ９２は、ＬＥＤ素子９５の配列方向に対して直交する方向に配列される。
【００７５】
本実施の形態において、ＬＥＤ素子９５が配列されるピッチは、０．０１０６〔ｍｍ〕にされ、ＬＥＤアレイ３０においてＬＥＤ素子９５が配列される領域の長さは、５５〔ｍｍ〕にされる。
【００７６】
前記ＬＥＤヘッド９１においては、複数のＬＥＤ素子９５を選択的に発光させることによって、前記ＬＥＤアレイ９２の像が形成され、該ＬＥＤアレイ９２の像は、投影部材としてのレンズ３１によって４倍に拡大されることによって、解像度が６００〔ｄｐｉ〕であり、長さが２２０〔ｍｍ〕の直線状の露光像になる。
【００７７】
このように、ＬＥＤヘッド９１に対してＬＥＤアレイ９２を２個配設し、レンズ３１を使用して各ＬＥＤアレイ９２の像を二つ形成することができる。
【００７８】
また、９４は各ＬＥＤアレイ９２の光線を分離させる光線分離部材としてのミラーであり、該ミラー９４によって分離されたＬＥＤアレイ９２の光線は、反射部材としてのミラー９６によって反射させられ、光路が曲折させらせれた光線は、像担持体としての感光体ドラム６５の表面の互いに異なる箇所に照射される。
【００７９】
次に、前記ＬＥＤヘッド９１の動作について説明する。
【００８０】
図１０は本発明の第２の実施の形態におけるプリンタの制御装置を示すブロック図である。なお、各ＬＥＤヘッド９１の構成は同じであるので、画像形成ユニット６１Ｂｋ、６１Ｙ（図７）と対向させて配設されたＬＥＤヘッド９１についてだけ説明する。
【００８１】
この場合、入出力装置４１を介して入力された画像データは、記憶装置４３に一旦記録された後、画像処理部４２において、ＬＥＤヘッド９１の制御データとしてのページデータに変換される。そして、ブラックの単色の画像データは、ブラックのページデータに、カラー画像の画像データは、シアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のページデータに変換され、各色のＬＥＤヘッド９１に送られる。
【００８２】
例えば、ブラック及びイエローのページデータは、それぞれ１ライン分の画像データごとのシリアル信号として、ブラック及びイエローに対応する各シフトレジスタ３５に記録される。そして、各１ライン分の画像データは、ラッチ信号によってブラック及びイエローに対応する各ラッチ回路３６に送られ、各画像データを構成する個々の出力信号は、トランジスタによって構成され、ブラック及びイエローに対応する各駆動回路３７を介してＬＥＤマトリクス９３を構成するブラック及びイエローに対応する各ＬＥＤアレイ９２の各ＬＥＤ素子９５を駆動し、発光させる。
【００８３】
同様に、マゼンタ及びシアンの各色のページデータは、対応するＬＥＤヘッド９１に送られ、マゼンタ及びシアンに対応するＬＥＤアレイ９２のＬＥＤ素子９５を駆動し、発光させる。
【００８４】
該ＬＥＤ素子９５が発光させられると、ＬＥＤアレイ９２の像はレンズ３１によって拡大され、ミラー９４によって分離させられ、ミラー９６によって反射され、曲折させられて各対応する感光体ドラム６５に投影され、露光像を形成して感光体ドラム６５上で結像させられる。この場合、露光像の形成に寄与しない光線は、絞り３２によって遮断される。
【００８５】
このように、本実施の形態においては、前記ＬＥＤヘッド９１において、１組のレンズ３１を使用して、複数の露光像を形成することができる。したがって、部品点数を少なくすることができ、プリンタ６０を小型化することができる。
【００８６】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１、第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。
【００８７】
図１１は本発明の第３の実施の形態における光学系を示す第１の図、図１２は本発明の第３の実施の形態における光学系を示す第２の図、図１３はＬＥＤヘッドの光学系の特性を示す図である。
【００８８】
この場合、ＬＥＤヘッド９１に複数、本実施の形態においては、２個配設された発光点アレイとしてのＬＥＤアレイ９２に直線状に配設された発光点としての、かつ、発光素子としての各ＬＥＤ素子９５は、図１１における上下方向に配列され、図１２における奥行き方向（紙面の表側−裏側方向）に配列される。
【００８９】
図１１においては、ＬＥＤアレイ９２上のＬＥＤ素子９５（図９）からの光線のうち、一つのＬＥＤアレイ９２について、投影部材としてのレンズ３１の光軸上のＬＥＤ素子９５、及びＬＥＤアレイ９２の端部のＬＥＤ素子９５によって放射された光線だけを示し、ミラー３３（図４）によって曲折させられた光線の光路は省略した。また、図１２においては、各ＬＥＤアレイ９２について、ＬＥＤアレイ９２上のＬＥＤ素子９５からの光線のうち、レンズ３１の光軸上のＬＥＤ素子９５によって放射された光線だけを示し、ミラー３３によって折り返された光線の光路は省略した。
【００９０】
この場合、図１１における各ＬＥＤ素子９５の配列方向の開口角をＡＹ２とし、図１２における各ＬＥＤアレイ９２の配列方向の開口角をＡＸ２としたとき、開口角ＡＸ２、ＡＹ２は、
ＡＸ２＜ＡＹ２
であり、各ＬＥＤアレイ９２上の各ＬＥＤ素子９５の配列方向に対して直交する方向の開口角ＡＸ２は、各ＬＥＤ素子９５の配列方向の開口角ＡＹ２より小さい。
【００９１】
図１３において、比較例のＬＥＤヘッド９８は、本実施の形態のＬＥＤヘッド９１と比べて、ＬＥＤアレイ９２の配列方向の開口角が大きい。また、比較例のＬＥＤヘッド９１は、ＬＥＤアレイ９２の配列方向の開口角を大きくするために、レンズ３１及び絞り３２の寸法が大きくされる。なお、レンズ３１の面形状、並びにＬＥＤアレイ９２、レンズ３１、絞り３２及び感光体ドラム６５の各面間隔は等しくされる。
【００９２】
レンズ３１によって取り込まれる光線の範囲を表す光束ｄ 1、ｄ２を比較（レンズ３１と感光体ドラム６５との間の所定の位置で比較）すると、比較例のＬＥＤヘッド９８の光束の外径ｄ２は、本実施の形態のＬＥＤヘッド９１の光束の外径ｄ１より大きい。この場合、比較例のＬＥＤヘッド９８は、２個のＬＥＤアレイ９２からの光線がそれぞれ重なり合う領域が右側（感光体ドラム６５側）方向に広くなっていて、各ＬＥＤアレイ９２の光線を分離するミラー３３（図４）を配設することが可能な領域ＡＲ１が狭くなる。
【００９３】
また、一般的に、レンズ３１の開口角を大きくするほど、発光点から多くの光線が取り込まれることになり、露光像が多くの光線によって形成され、露光像の光量は多くなる。したがって、本実施の形態においては、ＬＥＤ素子９５の配列方向の開口角ＡＹ２（図１１）を小さくすることなく、ＬＥＤアレイ９２の配列方向の開口角ＡＸ２（図１２）だけを小さくすることによって、光量を少なくすることなく、ミラー９４をレンズ３１の近傍に配設することができるので、ＬＥＤヘッド９１を小型化することができる。
【００９４】
本実施の形態においては、ＬＥＤヘッド９１によって光量が少なくなるのを抑制しながら、複数のＬＥＤアレイ９２からの光線を分離するレンズ３１の配置の自由度を向上させることができので、ＬＥＤヘッド９１を小型化することができるとともに、プリンタ６０を小型化することができる。
【００９５】
なお、前記各実施の形態においては、画像形成装置としてプリンタ６０について説明したが、本発明を、複写機、ファクシミリ、複合機等等に適用することができる。
【００９６】
なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の第１の実施の形態における光学系を示す第１の図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概念図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの制御装置を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤヘッドと感光体ドラムとの関係を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤヘッドの分解斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤヘッドの光学系を示す第２の図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態におけるプリンタの概念図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態におけるＬＥＤヘッドと感光体ドラムとの関係を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態におけるＬＥＤアレイの構造を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態におけるプリンタの制御装置を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態における光学系を示す第１の図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態における光学系を示す第２の図である。
【図１３】ＬＥＤヘッドの光学系の特性を示す図である。
【符号の説明】
【００９８】
３０、９２ ＬＥＤアレイ
３１ レンズ
６０ プリンタ
９５ ＬＥＤ素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリンタ、複写機、ファクシミリ、複合機等の画像形成装置、例えば、プリンタにおいては、感光体ドラムの表面が、帯電ローラによって帯電させられ、露光装置としてのＬＥＤヘッドによって露光されて静電潜像が形成され、該静電潜像に現像ローラ上で薄層化されたトナーが静電的に付着させられてトナー像が形成されるようになっている。そして、該トナー像が、転写ローラによって用紙に転写され、定着器において定着させられて画像が形成される。
【０００３】
前記ＬＥＤヘッドは、複数のＬＥＤ素子を直線状に配列することによって形成されたＬＥＤアレイを備え、各ＬＥＤ素子を選択的に発光させることによって前記静電潜像を形成することができるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開昭６２−２６４０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来のプリンタにおいて、ＬＥＤ素子が配列されるピッチを短くすることによってＬＥＤアレイを小型化することはできるが、各ＬＥＤ素子の光線を感光体ドラムの表面上に結像させるために、感光体ドラムの長さとほぼ等しい長さのレンズを使用する必要があり、露光装置を小型化することができない。
【０００５】
本発明は、前記従来のプリンタの問題点を解決して、小型化することができる露光装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そのために、本発明の画像形成装置においては、直線状に配列された複数の発光点を備えた発光点アレイと、該発光点アレイの像を拡大して露光像を形成する投影部材とを有する。
【０００７】
そして、該投影部材を構成する複数のレンズのうちの少なくとも一つの面は、発光点の配列方向と、発光点の配列方向に対して直交する方向とで異なる面形状を備える。
【０００８】
また、前記投影部材が取り込む光線において、発光点の配列方向に対して直交する方向の開口角は、発光点の配列方向の開口角より小さくされる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、画像形成装置においては、直線状に配列された複数の発光点を備えた発光点アレイと、該発光点アレイの像を拡大して露光像を形成する投影部材とを有する。
【００１０】
そして、該投影部材を構成する複数のレンズにおける少なくとも一つの面は、発光点の配列方向と、発光点の配列方向に対して直交する方向とで異なる面形状を有する。
【００１１】
また、前記投影部材が取り込む光線において、発光点の配列方向に対して直交する方向の開口角は、発光点の配列方向の開口角より小さくされる。
【００１２】
この場合、投影部材を構成する複数のレンズにおける少なくとも一つの面は、発光点の配列方向と、発光点の配列方向に対して直交する方向とで異なる面形状を有し、前記投影部材において、発光点の配列方向に対して直交する方向の開口角は、発光点の配列方向の開口角より小さくされるので、露光像の光量を少なくすることなく、発光点の配列方向、及び配列方向に対して直交する方向のいずれにおいても、露光装置の寸法を小さくすることができ、露光装置を小型化することができる。その結果、画像形成装置を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、画像形成装置としての、電子写真方式のカラーのプリンタについて説明する。
【００１４】
図２は本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概念図である。
【００１５】
図に示されるように、プリンタ６０は、画像データに基づいてブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの各色ごとの現像剤像としてのトナー像を形成する画像形成ユニット６１Ｂｋ、６１Ｙ、６１Ｍ、６１Ｃ、該各画像形成ユニット６１Ｂｋ、６１Ｙ、６１Ｍ、６１Ｃと対向させて配設され、各画像形成ユニット６１Ｂｋ、６１Ｙ、６１Ｍ、６１Ｃとの間に各色の転写領域を形成し、各色のトナー像を媒体としての用紙Ｐに転写するベルト式の転写ユニット１２、媒体収容部としての給紙カセット６４、該給紙カセット６４から用紙Ｐを繰り出し、前記各転写領域に給紙するための媒体供給ローラとしての給紙ローラ７１、前記給紙カセット６４から給紙された用紙Ｐを、画像形成ユニット６１Ｂｋ、６１Ｙ、６１Ｍ、６１Ｃにおける画像の形成のタイミングに合わせて前記各転写領域に供給するレジストローラ７２、用紙Ｐを搬送する搬送ローラ７３、７７、用紙Ｐを排出部７９に排出する排出ローラ７８、並びに前記各転写領域において転写された後のカラーのトナー像を用紙Ｐに定着させる定着装置としての定着器８０を有する。
【００１６】
前記転写ユニット１２は、図示されない転写用の駆動部としてのモータと接続され、該モータの回転を受けて回転させられる第１のローラとしての駆動ローラ１３、該駆動ローラ１３の回転に従動して回転させられる第２のローラとしてのアイドルローラ１４、前記駆動ローラ１３とアイドルローラ１４との間に張設され、走行させられるベルトとしての、かつ、転写ベルトとしての無端ベルト１６、該無端ベルト１６の内側において、前記各画像形成ユニット６１Ｂｋ、６１Ｙ、６１Ｍ、６１Ｃに配設された像担持体としての感光体ドラム６５と対向させて回転自在に配設された転写部材としての転写ローラ７５、及びアイドルローラ１４の近傍において、無端ベルト１６の外周面に当接させて配設された第１のクリーニング部材としてのクリーニングブレード１８を備える。
【００１７】
また、前記各画像形成ユニット６１Ｂｋ、６１Ｙ、６１Ｍ、６１Ｃは、いずれも同じ構造を有し、回転自在に配設された前記感光体ドラム６５、帯電装置としての帯電ローラ６７、現像器６６、該現像器６６に、色材としての顔料を含有する樹脂から成る現像剤としてのトナーを供給する現像剤カートリッジとしてのトナーカートリッジ７６、第２のクリーニング部材としてのクリーニングブレード６８等から成る。そして、前記帯電ローラ６７と現像器６６との間に露光装置としてのＬＥＤヘッド６９が前記各感光体ドラム６５と対向させて配設され、感光体ドラム６５の表面を照射するようになっている。
【００１８】
そして、前記定着器８０は、第１のローラとしての加熱ローラ８３及び第２のローラとしての加圧ローラ８４を備える。
【００１９】
なお、前記無端ベルト１６、感光体ドラム６５等は、それぞれ図示されない駆動部としての図示されないモータから回転伝達系としての図示されないギヤ等を介して伝達された回転を受け、走行させられ、回転させられる。また、前記帯電ローラ６７、現像器６６、ＬＥＤヘッド６９、定着器８０等には、それぞれ図示されない電源が接続される。
【００２０】
次に、前記構成のプリンタ６０の動作について説明する。
【００２１】
まず、プリンタ６０の図示されない電源が投入され、操作者が所定の操作部において画像の形成、すなわち、印刷を開始する操作を行うと、感光体ドラム６５は、回転させられ、回転させられるのに伴って帯電ローラ６７によって帯電させられる。続いて、前記感光体ドラム６５は、ＬＥＤヘッド６９によって表面が照射されて露光され、表面に画像データに基づいた静電潜像を形成する。そして、現像器６６によって感光体ドラム６５に前記トナーが付着させられ、静電潜像が現像されてトナー像が形成される。
【００２２】
そして、前記無端ベルト１６が走行させられるのに伴って、用紙Ｐにブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの各色のトナー像が順に転写され、カラーのトナー像が形成される。続いて、前記用紙Ｐは、定着器８０に送られ、該定着器８０において、用紙Ｐ上のカラーのトナー像が、加熱され、加圧されて定着させられる。トナーが定着させられた用紙Ｐは、搬送ローラ７７及び排出ローラ７８を介して排出部７９に排出され、画像形成の動作が終了する。
【００２３】
なお、トナー像の転写後に感光体ドラム６５上に残留しているトナーは、クリーニングブレード６８によって掻き取られて除去される。また、トナー像の定着後の無端ベルト１６上に付着しているトナー等は、クリーニングブレード１８によって掻き取られる。
【００２４】
前記トナーとしては、スチレン−アクリル共重合体を主構成組成とし、パラフィンワックスを９〔重量部〕乳化重合法によって内包するものが使用され、平均粒径は７〔μｍ〕であり、真球度は０．９５である。この種のトナーを使用することによって、定着器８０において離型剤を使用する必要性をなくし、転写効率を向上させ、ドット再現性を良好にすることができる。その結果、解像度が高い現像を行うことができ、画像をシャープ化し、画像品位を高くすることができる。
【００２５】
また、クリーニングブレード１８としては、ゴム材料、本実施の形態においては、ゴム硬度がＪＩＳ Ａで８３〔°〕であり、厚さが１．５〔ｍｍ〕のウレタンゴムが使用され、線圧が４．３〔ｇ／ｍｍ〕になるように無端ベルト１６に対して押し付けられる。ウレタンゴム等のような弾性材を使用することによって、無端ベルト１６に残留したトナーのほかに、異物等を除去することができ、また、構造を簡素化することができ、プリンタを小型化することができ、かつ、プリンタのコストを低くすることができる。さらに、ゴム材料として前記ウレタンゴムが使用されるので、クリーニングブレード１８の硬度、耐摩耗耗性、耐油性、耐オゾン性等を高くすることができ、機械的な強度を大きくすることができる。
【００２６】
次に、各ＬＥＤヘッド６９の動作について説明する。
【００２７】
図３は本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの制御装置を示すブロック図である。なお、各ＬＥＤヘッド６９の構成は同じであるので、画像形成ユニット６１Ｂｋの感光体ドラム６５と対向させて配設されたＬＥＤヘッド６９についてだけ説明する。
【００２８】
図において、４１は上位装置としての外部端末に、直接、又はネットワークを介して接続されたインタフェース等の入出力装置、４２は各ＬＥＤヘッド６９を駆動する画像処理部、４３は記憶装置である。前記入出力装置４１、画像処理部４２等によって制御部が構成される。
【００２９】
この場合、入出力装置４１を介して入力された画像データは、記憶装置４３に一旦記録された後、画像処理部４２において、ＬＥＤヘッド６９の制御データとしてのページデータに変換される。そして、ブラックの単色の画像データは、ブラックのページデータに、カラー画像の画像データは、シアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のページデータに変換される。
【００３０】
前記画像処理部４２によって変換された各色のページデータは、各色のＬＥＤヘッド６９に送られる。そして、ＬＥＤヘッド６９においては、例えば、ブラックのページデータは、１ライン分の画像データごとのシリアル信号として、シフトレジスタ３５に記録される。そして、１ライン分の画像データは、ラッチ信号によってラッチ回路３６に送られ、画像データを構成する個々の出力信号は、トランジスタによって構成される駆動回路３７を介してＬＥＤヘッド６９の発光点アレイとしてのＬＥＤアレイ３０の発光点としての、かつ、発光素子としての複数のＬＥＤ素子を駆動し、発光させる。
【００３１】
同様に、イエロー、マゼンタ及びシアンの各色のページデータは、各色のＬＥＤヘッド６９に送られ、ＬＥＤアレイ３０のＬＥＤ素子を駆動し、発光させる。
【００３２】
次に、前記ＬＥＤヘッド６９の光学系について説明する。
【００３３】
図４は本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤヘッドと感光体ドラムとの関係を示す図、図５は本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤヘッドの分解斜視図である。
【００３４】
図において、３０はＬＥＤアレイであり、該ＬＥＤアレイ３０は、前記各ＬＥＤ素子を直線状に配列することによって形成される。本実施の形態において、ＬＥＤ素子が配列されるピッチは、０．０１０６〔ｍｍ〕にされ、ＬＥＤアレイ３０においてＬＥＤ素子が配列される領域の長さは、５５〔ｍｍ〕にされる。
【００３５】
また、３１はＬＥＤアレイ３０によって形成される像（以下「ＬＥＤアレイの像」という。）を拡大し投影する投影部材としてのレンズ、３２はＬＥＤアレイの像の形成に寄与しない光線、すなわち、迷光を遮光する絞り、３３は反射部材としてのミラー、６５は表面に静電潜像が形成される感光体ドラムである。本実施の形態において、レンズ３１の拡大倍率は４倍にされる。
【００３６】
この場合、前記ＬＥＤアレイ３０からの光線は、ミラー３３によって反射され、光路が曲折させられて感光体ドラム６５の表面に照射される。
【００３７】
前記ＬＥＤヘッド６９においては、前記各ＬＥＤ素子を選択的に発光させることによって、前記ＬＥＤアレイ３０の像が形成され、ＬＥＤアレイ３０の像は、レンズ３１によって４倍に拡大されることによって、解像度が６００〔ｄｐｉ〕であり、長さが２２０〔ｍｍ〕の直線状の露光像になる。
【００３８】
次に、前記レンズ３１について説明する。
【００３９】
該レンズ３１は、３枚で構成され（図４においては便宜上２枚で構成されるように示されている。）、ＬＥＤアレイ３０側から感光体ドラム６５側にかけて第１〜第３のレンズとしたとき、第１のレンズは凹レンズとされ、第２、第３のレンズは凸レンズとされる。そして、第１、第２のレンズ間の上縁及び下縁に絞り３２が、第２、第３のレンズ間の左縁及び右縁に絞り３２が配設される。
【００４０】
本実施の形態において、レンズ３１には、シクロオレフィン系樹脂である光学樹脂（日本ゼオン社製、商品名：ＺＥＯＮＥＸ（ゼオネックス）Ｅ４８Ｒ）を使用し、射出成形によって成形した。
【００４１】
また、本実施の形態においては、発光点アレイとしてＬＥＤアレイ３０が使用されるようになっているが、発光点アレイとして、有機ＥＬ、レーザ素子等を複数配列することによって形成された有機ＥＬアレイ、レーザ素子アレイ等を使用することができる。
【００４２】
前記ＬＥＤアレイ３０、レンズ３１及び感光体ドラム６５によって形成される光学系の仕様を表１に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
この場合、ＬＥＤアレイ３０における第１のレンズと対向する面の番号、すなわち、面番号をＳ１とし、第１のレンズにおけるＬＥＤアレイ３０と対向する面の面番号をＳ２とし、第１のレンズにおける第２のレンズと対向する面の面番号をＳ３とし、第２のレンズにおける第１のレンズと対向する面の面番号をＳ４とし、第２のレンズにおける第３のレンズと対向する面の面番号をＳ５とし、絞り３２の面の面番号をＳ６とし、第３のレンズにおける第２のレンズと対向する面の面番号をＳ７とし、第３のレンズにおける感光体ドラム６５と対向する面の面番号をＳ８とし、感光体ドラム６５における第３のレンズと対向する面の面番号をＳ９（図５には示されていない。）とする。
【００４５】
また、ＬＥＤアレイ３０上のＬＥＤ素子の配列方向をＹ軸で、レンズ３１の光軸方向をＺ軸で、ＬＥＤアレイ３０上のＬＥＤ素子の配列方向と直交する方向をＸ軸で示したとき、ＣＸ、ＣＹはそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向の曲率半径、ＡＲ及びＢＲは非球面係数、ＡＰ及びＢＰは非回転対称部の係数を表す。
【００４６】
また、表２において、各面のＸ軸方向の半径（寸法）ＲＸ〔ｍｍ〕、Ｙ軸方向の半径（寸法）ＲＹ、及び面間隔ＴＨ〔ｍｍ〕を示す。なお、面間隔ＴＨは、その面と、隣接する面との間の距離を表す。
【００４７】
【表２】
【００４８】
そして、面番号Ｓ４、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ８の面の面形状は、非球面にされ、面形状は次の式で表すことができる。
【００４９】
【数１】
【００５０】
なお、ｘ、ｙ及びｚは、それぞれＸ軸方向の座標、Ｙ軸方向の座標及びＺ軸方向の座標を表す。この場合、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで同じ形状を有し、曲率半径ＣＸ、ＣＹは互いに等しく、非回転対称部の係数ＡＰ及びＢＰはいずれも０である（ＡＰ＝ＢＰ＝０）。
【００５１】
また、前記面番号Ｓ２及びＳ３の面の面形状は、アナモルフィック非球面であり、次の式で表すことができる。
【００５２】
【数２】
【００５３】
このように、第１〜第３のレンズのうちの第１のレンズの面形状は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで異なり、曲率半径ＣＸ、ＣＹは互いに異なり、非回転対称部の係数ＡＰ及びＢＰも互いに異なる。また、第２、第３のレンズの面形状は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで等しく、曲率半径ＣＸ、ＣＹは互いに等しく、非回転対称部の係数ＡＰ及びＢＰはいずれも０である（ＡＰ＝ＢＰ＝０）。
【００５４】
さらに、表３に、比較例の光学系の仕様を示す。この場合、拡大倍率は４倍にされる。第１〜第３のレンズの面形状は、非球面形状であり、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで同じ形状を有する。
【００５５】
【表３】
【００５６】
この場合、表２における各面のＸ軸方向の半径ＲＸ〔ｍｍ〕と表３における半径ＲＸ〔ｍｍ〕はほぼ等しく、表２における各面のＹ軸方向の半径ＲＹは、表３における半径ＲＸ〔ｍｍ〕より大きい。
【００５７】
本実施の形態において、第１のレンズの面番号Ｓ２及びＳ３の面の面形状は、アナモルフィック非球面にされるが、第１のレンズに代えて、第２、第３のレンズの一方の面形状をアナモルフィック非球面にしたり、第１〜第３のレンズの面形状をアナモルフィック非球面にしたりすることができる。また、アナモルフィック非球面に代えて、一方向の面形状に対して他方向の面形状が異なるトロイダル面、シリンダ面等にすることができ、また、公知の自由曲面にすることもできる。なお、トロイダル面は、光軸に垂直な一方向が非球面形状であり、他方向は球面形状であるので、比較的収差が大きく、光学特性は低下するが、容易に、かつ、精度よく作成することができるので、生産性が高い。
【００５８】
次に、光学系の特性について説明する。
【００５９】
図１は本発明の第１の実施の形態における光学系を示す第１の図、図６は本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤヘッドの光学系を示す第２の図である。この場合、ＬＥＤアレイ３０上の各ＬＥＤ素子は、図１における上下方向に配列され、図６における奥行き方向（紙面の表側−裏側方向）に配列される。
【００６０】
図１においては、ＬＥＤアレイ３０上の図示されないＬＥＤ素子からの光線のうち、レンズ３１の光軸上のＬＥＤ素子、及びＬＥＤアレイ３０の端部のＬＥＤ素子によって放射された光線だけを示し、ミラー３３によって曲折させられた光線の光路は省略した。また、図６においては、ＬＥＤアレイ３０上の図示されないＬＥＤ素子からの光線のうち、レンズ３１の光軸上のＬＥＤ素子によって放射された光線だけを示し、ミラー３３によって曲折させらせれた光線の光路は省略した。
【００６１】
ところで、レンズ３１が取り込む光線の開口角は、レンズ３１が取り込む光線の最大円錐における頂角の半分と定義される。
【００６２】
この場合、図１において、発光点をａ、レンズ３１が取り込む光線のうちの最も外側の光線のレンズ３１との交点をｃ、ｃ’とし、発光点ａ及び交点ｃ、ｃ’が成す角を２等分する線とレンズ３１との交点をｂとしたとき、ＬＥＤ素子からの光線のうち、レンズ３１が取り込む光線の最大円錐の頂角は交点ｃ、発光点ａ及び交点ｃ’が成す角度によって表される。したがって、開口角をＡＹとすると、該開口角ＡＹは、交点ｃ、発光点ａ及び交点ｂが成す角度によって表され、
ＡＹ＝１２〔°〕
になる。
【００６３】
また、図６において、開口角ＡＸは、
ＡＸ＝６〔°〕
になる。すなわち、ＬＥＤアレイ３０上の各ＬＥＤ素子の配列方向に対して直交する方向の開口角ＡＸは、各ＬＥＤ素子の配列方向の開口角ＡＹより小さい。一方、比較例の開口角は、
ＡＸ＝ＡＹ
＝６〔°〕
である。
【００６４】
ところで、ＬＥＤ素子が発光させられると、光線は、レンズ３１を通過して、ミラー３３によって反射され、曲折させられて感光体ドラム６５に投影され、露光像を形成して感光体ドラム６５の表面上で結像させられる。この場合、露光像の形成に寄与しない光線は、絞り３２によって遮断される。なお、感光体ドラム６５の表面によって結像部が構成される。
【００６５】
本実施の形態及び比較例において露光像の光量を比較した結果を表４に示す。本実施の形態及び比較例のＬＥＤヘッド６９のそれぞれにおいて、ＬＥＤ素子を発光させ、感光体ドラム６５の位置に焦点位置を合わせたディジタル顕微鏡を使用して露光像を取り込み、ディジタル顕微鏡の輝度分布から各露光像の光量を解析した。この場合、レンズ３１の光軸との交点にあるＬＥＤアレイ３０上の発光点（ｙ座標：０〔ｍｍ〕）及びＬＥＤアレイ３０の端部の発光点（ｙ座標：２７．５〔ｍｍ〕）の二つの発光点、及び二つの発光点間の四つの発光点（ｙ座標：５．５／１１／１６．５／２２〔ｍｍ〕）について、測定及び解析を行った。なお、露光像の光量の単位は任意であり、比は比較例における露光像の光量に対する実施例における露光像の光量の比を表す。
【００６６】
【表４】
【００６７】
表４において、本実施の形態における露光像の光量は、比較例における露光像の光量に対して、３．２〜３．７倍である。これは、一般的に、レンズ３１の開口角を大きくするほど、発光点から多くの光線が取り込まれることになり、露光像が多くの光線によって形成されるからである。
【００６８】
前述されたように、本実施の形態において、開口角ＡＸ、ＡＹは、
ＡＸ＝６〔°〕
ＡＹ＝１２〔°〕
であり、比較例において、開口角ＡＸ、ＡＹは、
ＡＸ＝ＡＹ
＝６〔°〕
であり、本実施の形態においては、Ｙ軸方向（ＬＥＤ素子の配列方向）において開口角ＡＹが大きい。したがって、実施例における露光像の光量が多くなる。
【００６９】
さらに、本実施の形態においては、前記ＬＥＤヘッド６９が搭載されたプリンタ６０で印刷を行った場合、鮮明な画像を形成することができた。
【００７０】
このように、前記ＬＥＤヘッド６９において、ＬＥＤ素子の配列方向の面形状と、ＬＥＤ素子の配列方向に対して直交する方向の面形状とが異なる第１のレンズを使用し、ＬＥＤ素子の配列方向の開口角ＡＹを小さくすることなく、ＬＥＤ素子の配列方向に対して直交する方向の開口角ＡＸだけを小さくすることによって、レンズ３１における、ＬＥＤ素子の配列方向と直交する方向の寸法を大きくすることなく光量を増やすことができ、ＬＥＤヘッド６９を小型化することができる。その結果、プリンタ６０を小型化することができる。
【００７１】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。
【００７２】
図７は本発明の第２の実施の形態におけるプリンタの概念図、図８は本発明の第２の実施の形態におけるＬＥＤヘッドと感光体ドラムとの関係を示す図、図９は本発明の第２の実施の形態におけるＬＥＤアレイの構造を示す図である。
【００７３】
図において、９１は露光装置としてのＬＥＤヘッドであり、該ＬＥＤヘッド９１においては、画像データに基づいて複数の露光像が形成され、複数の感光体ドラム６５上に結像され、静電潜像が形成される。
【００７４】
９２はＬＥＤヘッド９１に複数、本実施の形態においては、２個配設された発光点アレイとしてのＬＥＤアレイ、９３は発光点マトリクスとしてのＬＥＤマトリクス、９５は各ＬＥＤアレイ９２に直線状に配設された発光点としての、かつ、発光素子としてのＬＥＤ素子であり、前記各ＬＥＤアレイ９２は、ＬＥＤ素子９５の配列方向に対して直交する方向に配列される。
【００７５】
本実施の形態において、ＬＥＤ素子９５が配列されるピッチは、０．０１０６〔ｍｍ〕にされ、ＬＥＤアレイ３０においてＬＥＤ素子９５が配列される領域の長さは、５５〔ｍｍ〕にされる。
【００７６】
前記ＬＥＤヘッド９１においては、複数のＬＥＤ素子９５を選択的に発光させることによって、前記ＬＥＤアレイ９２の像が形成され、該ＬＥＤアレイ９２の像は、投影部材としてのレンズ３１によって４倍に拡大されることによって、解像度が６００〔ｄｐｉ〕であり、長さが２２０〔ｍｍ〕の直線状の露光像になる。
【００７７】
このように、ＬＥＤヘッド９１に対してＬＥＤアレイ９２を２個配設し、レンズ３１を使用して各ＬＥＤアレイ９２の像を二つ形成することができる。
【００７８】
また、９４は各ＬＥＤアレイ９２の光線を分離させる光線分離部材としてのミラーであり、該ミラー９４によって分離されたＬＥＤアレイ９２の光線は、反射部材としてのミラー９６によって反射させられ、光路が曲折させらせれた光線は、像担持体としての感光体ドラム６５の表面の互いに異なる箇所に照射される。
【００７９】
次に、前記ＬＥＤヘッド９１の動作について説明する。
【００８０】
図１０は本発明の第２の実施の形態におけるプリンタの制御装置を示すブロック図である。なお、各ＬＥＤヘッド９１の構成は同じであるので、画像形成ユニット６１Ｂｋ、６１Ｙ（図７）と対向させて配設されたＬＥＤヘッド９１についてだけ説明する。
【００８１】
この場合、入出力装置４１を介して入力された画像データは、記憶装置４３に一旦記録された後、画像処理部４２において、ＬＥＤヘッド９１の制御データとしてのページデータに変換される。そして、ブラックの単色の画像データは、ブラックのページデータに、カラー画像の画像データは、シアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のページデータに変換され、各色のＬＥＤヘッド９１に送られる。
【００８２】
例えば、ブラック及びイエローのページデータは、それぞれ１ライン分の画像データごとのシリアル信号として、ブラック及びイエローに対応する各シフトレジスタ３５に記録される。そして、各１ライン分の画像データは、ラッチ信号によってブラック及びイエローに対応する各ラッチ回路３６に送られ、各画像データを構成する個々の出力信号は、トランジスタによって構成され、ブラック及びイエローに対応する各駆動回路３７を介してＬＥＤマトリクス９３を構成するブラック及びイエローに対応する各ＬＥＤアレイ９２の各ＬＥＤ素子９５を駆動し、発光させる。
【００８３】
同様に、マゼンタ及びシアンの各色のページデータは、対応するＬＥＤヘッド９１に送られ、マゼンタ及びシアンに対応するＬＥＤアレイ９２のＬＥＤ素子９５を駆動し、発光させる。
【００８４】
該ＬＥＤ素子９５が発光させられると、ＬＥＤアレイ９２の像はレンズ３１によって拡大され、ミラー９４によって分離させられ、ミラー９６によって反射され、曲折させられて各対応する感光体ドラム６５に投影され、露光像を形成して感光体ドラム６５上で結像させられる。この場合、露光像の形成に寄与しない光線は、絞り３２によって遮断される。
【００８５】
このように、本実施の形態においては、前記ＬＥＤヘッド９１において、１組のレンズ３１を使用して、複数の露光像を形成することができる。したがって、部品点数を少なくすることができ、プリンタ６０を小型化することができる。
【００８６】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１、第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。
【００８７】
図１１は本発明の第３の実施の形態における光学系を示す第１の図、図１２は本発明の第３の実施の形態における光学系を示す第２の図、図１３はＬＥＤヘッドの光学系の特性を示す図である。
【００８８】
この場合、ＬＥＤヘッド９１に複数、本実施の形態においては、２個配設された発光点アレイとしてのＬＥＤアレイ９２に直線状に配設された発光点としての、かつ、発光素子としての各ＬＥＤ素子９５は、図１１における上下方向に配列され、図１２における奥行き方向（紙面の表側−裏側方向）に配列される。
【００８９】
図１１においては、ＬＥＤアレイ９２上のＬＥＤ素子９５（図９）からの光線のうち、一つのＬＥＤアレイ９２について、投影部材としてのレンズ３１の光軸上のＬＥＤ素子９５、及びＬＥＤアレイ９２の端部のＬＥＤ素子９５によって放射された光線だけを示し、ミラー３３（図４）によって曲折させられた光線の光路は省略した。また、図１２においては、各ＬＥＤアレイ９２について、ＬＥＤアレイ９２上のＬＥＤ素子９５からの光線のうち、レンズ３１の光軸上のＬＥＤ素子９５によって放射された光線だけを示し、ミラー３３によって折り返された光線の光路は省略した。
【００９０】
この場合、図１１における各ＬＥＤ素子９５の配列方向の開口角をＡＹ２とし、図１２における各ＬＥＤアレイ９２の配列方向の開口角をＡＸ２としたとき、開口角ＡＸ２、ＡＹ２は、
ＡＸ２＜ＡＹ２
であり、各ＬＥＤアレイ９２上の各ＬＥＤ素子９５の配列方向に対して直交する方向の開口角ＡＸ２は、各ＬＥＤ素子９５の配列方向の開口角ＡＹ２より小さい。
【００９１】
図１３において、比較例のＬＥＤヘッド９８は、本実施の形態のＬＥＤヘッド９１と比べて、ＬＥＤアレイ９２の配列方向の開口角が大きい。また、比較例のＬＥＤヘッド９１は、ＬＥＤアレイ９２の配列方向の開口角を大きくするために、レンズ３１及び絞り３２の寸法が大きくされる。なお、レンズ３１の面形状、並びにＬＥＤアレイ９２、レンズ３１、絞り３２及び感光体ドラム６５の各面間隔は等しくされる。
【００９２】
レンズ３１によって取り込まれる光線の範囲を表す光束ｄ 1、ｄ２を比較（レンズ３１と感光体ドラム６５との間の所定の位置で比較）すると、比較例のＬＥＤヘッド９８の光束の外径ｄ２は、本実施の形態のＬＥＤヘッド９１の光束の外径ｄ１より大きい。この場合、比較例のＬＥＤヘッド９８は、２個のＬＥＤアレイ９２からの光線がそれぞれ重なり合う領域が右側（感光体ドラム６５側）方向に広くなっていて、各ＬＥＤアレイ９２の光線を分離するミラー３３（図４）を配設することが可能な領域ＡＲ１が狭くなる。
【００９３】
また、一般的に、レンズ３１の開口角を大きくするほど、発光点から多くの光線が取り込まれることになり、露光像が多くの光線によって形成され、露光像の光量は多くなる。したがって、本実施の形態においては、ＬＥＤ素子９５の配列方向の開口角ＡＹ２（図１１）を小さくすることなく、ＬＥＤアレイ９２の配列方向の開口角ＡＸ２（図１２）だけを小さくすることによって、光量を少なくすることなく、ミラー９４をレンズ３１の近傍に配設することができるので、ＬＥＤヘッド９１を小型化することができる。
【００９４】
本実施の形態においては、ＬＥＤヘッド９１によって光量が少なくなるのを抑制しながら、複数のＬＥＤアレイ９２からの光線を分離するレンズ３１の配置の自由度を向上させることができので、ＬＥＤヘッド９１を小型化することができるとともに、プリンタ６０を小型化することができる。
【００９５】
なお、前記各実施の形態においては、画像形成装置としてプリンタ６０について説明したが、本発明を、複写機、ファクシミリ、複合機等等に適用することができる。
【００９６】
なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の第１の実施の形態における光学系を示す第１の図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概念図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの制御装置を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤヘッドと感光体ドラムとの関係を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤヘッドの分解斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤヘッドの光学系を示す第２の図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態におけるプリンタの概念図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態におけるＬＥＤヘッドと感光体ドラムとの関係を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態におけるＬＥＤアレイの構造を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態におけるプリンタの制御装置を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態における光学系を示す第１の図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態における光学系を示す第２の図である。
【図１３】ＬＥＤヘッドの光学系の特性を示す図である。
【符号の説明】
【００９８】
３０、９２ ＬＥＤアレイ
３１ レンズ
６０ プリンタ
９５ ＬＥＤ素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）直線状に配列された複数の発光点を備えた発光点アレイと、
（ｂ）該発光点アレイの像を拡大して露光像を形成する投影部材とを有するとともに、
（ｃ）該投影部材を構成する複数のレンズにおける少なくとも一つの面は、発光点の配列方向と、発光点の配列方向に対して直交する方向とで異なる面形状を有し、
（ｄ）前記投影部材が取り込む光線において、発光点の配列方向に対して直交する方向の開口角は、発光点の配列方向の開口角より小さくされることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記複数のレンズにおける少なくとも一つの面の面形状はアナモルフィック非球面にされる請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記複数のレンズにおける少なくとも一つの面の面形状はトロイダル面にされる請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】
前記発光点アレイは、前記発光点の配列方向に対して直交する方向に複数配設され、発光点マトリクスを形成する請求項１に記載の露光装置。
【請求項５】
前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の露光装置が搭載された画像形成装置。
【請求項１】
（ａ）直線状に配列された複数の発光点を備えた発光点アレイと、
（ｂ）該発光点アレイの像を拡大して露光像を形成する投影部材とを有するとともに、
（ｃ）該投影部材を構成する複数のレンズにおける少なくとも一つの面は、発光点の配列方向と、発光点の配列方向に対して直交する方向とで異なる面形状を有し、
（ｄ）前記投影部材が取り込む光線において、発光点の配列方向に対して直交する方向の開口角は、発光点の配列方向の開口角より小さくされることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記複数のレンズにおける少なくとも一つの面の面形状はアナモルフィック非球面にされる請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記複数のレンズにおける少なくとも一つの面の面形状はトロイダル面にされる請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】
前記発光点アレイは、前記発光点の配列方向に対して直交する方向に複数配設され、発光点マトリクスを形成する請求項１に記載の露光装置。
【請求項５】
前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の露光装置が搭載された画像形成装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−７５４９２（Ｐ２００９−７５４９２Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４６５４７（Ｐ２００７−２４６５４７）
【出願日】平成１９年９月２５日（２００７．９．２５）
【出願人】（５９１０４４１６４）株式会社沖データ (2,444)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２５日（２００７．９．２５）
【出願人】（５９１０４４１６４）株式会社沖データ (2,444)
【Ｆターム（参考）】
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