露光装置及び画像形成装置
【課題】不要露光を低減しながら、基板と垂直な方向に回折光を取り出すことができる露光装置と、該露光装置を備える画像形成装置とを提供する。
【解決手段】複数の発光素子が第１の方向に並ぶように配列された基板と、基板上に配置された記録層であって、複数の発光素子の各々から射出された射出光が、対応するホログラム素子により基板の法線方向に回折及び集光されて、被露光面上に第１の方向に並ぶ集光点列が形成されるように、光軸が基板の法線方向に平行な信号光と法線方向に対し光軸が第１の方向と交差する第２の方向に傾いた参照光とを干渉させて、複数の発光素子の各々に対応する複数のホログラム素子が多重記録された記録層と、基板と記録層との間に配置され、複数の発光素子から射出される射出光の光路を第２の方向に折り曲げて、射出光を対応するホログラム素子に入射させる光路変換素子と、を備えた露光装置とする。
【解決手段】複数の発光素子が第１の方向に並ぶように配列された基板と、基板上に配置された記録層であって、複数の発光素子の各々から射出された射出光が、対応するホログラム素子により基板の法線方向に回折及び集光されて、被露光面上に第１の方向に並ぶ集光点列が形成されるように、光軸が基板の法線方向に平行な信号光と法線方向に対し光軸が第１の方向と交差する第２の方向に傾いた参照光とを干渉させて、複数の発光素子の各々に対応する複数のホログラム素子が多重記録された記録層と、基板と記録層との間に配置され、複数の発光素子から射出される射出光の光路を第２の方向に折り曲げて、射出光を対応するホログラム素子に入射させる光路変換素子と、を備えた露光装置とする。
【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。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、画像を多数の微小な画素に分割し、一つもしくは複数の光源から各画素の濃度に対応した強度の光束を射出し、当該光束による輝点を、閾値以上の光量密度の光が照射されることにより、感光して表面電位変化や化学的変化等の潜像が形成される、又は感光して濃度変化を持つ画像が形成される画像記録媒体の上に走査して、各画素領域を順次感光させることにより画像を書込む光書込み装置において、前記光源と前記画像記録媒体との間であって光源側から順に、光束を集束させる光集束素子部と、光束が集束する位置に設けられた微小な光学的開口部と、該光学的開口部より射出した光束をおおむね平行な光束とするコリメータ部と、光束を複数の方向へ分解して放射すると共に複数の光束をおおむね同一の平面上に集束させるホログラム素子と、を配列された一つのユニットを、主走査方向に画素数と同数のアレイ状に配置したことを特徴とする光書込み装置が記載されている。
【０００３】
特許文献２には、光源基板上に配列された複数の発光素子と、透過する光を回折させることにより当該光の光線束を収束させて像を結ぶ複数の回折正レンズを有する第１レンズアレイと、複数のレンズを有し、前記複数の発光素子の各々との間に前記第１レンズアレイを挟む第２レンズアレイとを備え、前記複数の回折正レンズの各々は、前記光源基板に垂直な方向において前記複数の発光素子の各々に重なっていることを特徴とする露光装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３３００５８号公報
【特許文献２】特開２００７−２３７５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、基板上に配列された複数の発光素子とこれに対応する複数のホログラム素子とを備えた露光装置において、不要露光を低減しながら、基板と垂直な方向に回折光を取り出すことができる露光装置と、該露光装置を備える画像形成装置と、を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために各請求項に記載の発明は、下記構成を備えたことを特徴としている。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、複数の発光素子が第１の方向に並ぶように配列された基板と、前記基板上に配置された記録層であって、前記複数の発光素子の各々から射出された射出光が、対応するホログラム素子により前記基板の法線方向に回折及び集光されて、被露光面上に前記第１の方向に並ぶ集光点列が形成されるように、光軸が前記基板の法線方向に平行な信号光と前記法線方向に対し光軸が前記第１の方向と交差する第２の方向に傾いた参照光とを干渉させて、前記複数の発光素子の各々に対応する複数のホログラム素子が多重記録された記録層と、前記基板と前記記録層との間に配置され、前記射出光の光路を前記第２の方向に折り曲げて、前記射出光を対応するホログラム素子に入射させる光路変換素子と、を備えた露光装置である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記光路変換素子は、前記基板の主面に対し前記第２の方向に傾けられた第１の斜面を備え且つ前記第１の方向に延びる棒状のプリズムであり、前記複数の発光素子の各々は、対応するホログラム素子を記録した参照光の光軸と前記第１の斜面とが交差する点の下方に配置される、請求項１に記載の露光装置である。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記第１の斜面の傾斜角度をθａ、前記参照光の前記記録層への入射角をθ１、前記記録層内での伝搬角をθ２、前記記録層の材料の屈折率をｎとした場合に、傾斜角度θａ、入射角θ１、伝搬角θ２、及び屈折率ｎは、下記式（１）及び下記式（２）の関係を満たす、請求項２に記載の露光装置である。
ｎsin(θａ−θ２)＝sinθａ 式（１）
θ２＝arcsin((1/ｎ)sinθ１) 式（２）
【００１０】
請求項４に記載の発明は、前記参照光の前記記録層への入射角θ１が、４５°以上で且つ６０°以下である、請求項２又は請求項３に記載の露光装置である。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記複数の発光素子は複数列に分けて配列されており、各列に配列された複数の発光素子の各々は、対応するホログラム素子を記録した参照光の光軸と前記第１の斜面とが交差する点の下方に配置される、請求項２から請求項４までの何れか１項に記載の露光装置である。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、前記記録層は容器内に収納されて前記基板上に配置されており、前記容器の一部が前記光路変換素子を構成する、請求項１から請求項５までの何れか１項に記載の露光装置である。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の露光装置と、前記露光装置と作動距離だけ離間して配置されると共に、前記露光装置に対して前記第１の方向と交差する第２の方向に相対移動され、前記露光装置により画像データに応じて走査露光されて、画像が書き込まれる感光体と、を含む画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の各請求項に記載の発明によれば、以下の効果がある。
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、基板上に配列された複数の発光素子とこれに対応する複数のホログラム素子とを備えた露光装置において、不要露光を低減しながら、基板と垂直な方向に回折光を取り出すことができる、という効果がある。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、複数の発光素子を高密度に配列しても、複数の発光素子が配列される第１の方向では、各発光素子について高い位置決め精度は不要になる、という効果がある。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、複数の発光素子を発光させたときに、対応するホログラム素子に入射する光が増加するように、プリズムを設計することができる、という効果がある。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、複数の発光素子を発光させたときに、対応するホログラム素子に入射する光を更に増加させて、不要露光を一層低減することができる、という効果がある。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、複数の発光素子は複数列に分けて配列しても、複数の発光素子を発光させたときに、対応するホログラム素子に入射する光を増加させることができる、という効果がある。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、光路変換素子を、記録層を収納する容器と一体に形成することができる、という効果がある。
【００２１】
請求項７に記載の発明によれば、露光装置は不要露光を低減しながら基板と垂直な方向に回折光を取り出すことができるので、感光体の被露光面に対向するように露光装置を配置することができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の構成の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るＬＥＤプリントヘッドの構成の一例を示す概略斜視図である。
【図３】光路変換素子の一例を示す概略斜視図である。
【図４】ホログラム素子の概略形状を示す斜視図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）はＬＥＤプリントヘッドの副走査方向に沿った断面図である。
【図６】ＬＥＤプリントヘッドの主走査方向に沿った部分断面図である。
【図７】光路変換素子の設計の一例を示す副走査方向に沿った断面図である。
【図８】ホログラムが記録される様子を示す図である。
【図９】位相共役記録によりホログラムが記録される様子を示す図である。
【図１０】回折光が基板と直交する方向に取り出される様子を示す図である。
【図１１】回折光が基板と交差する方向に取り出される様子を示す図である。
【図１２】（Ａ）はホログラム記録層が容器内に収納された一体型ＬＰＨの具体的な構成を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す容器の一部を取り出して示す斜視図である。
【図１３】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１２（Ａ）に示す一体型ＬＰＨの製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００２４】
＜画像形成装置＞
図１は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の構成の一例を示す概略図である。この装置は、電子写真方式で画像を形成する画像形成装置であり、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源に用いたＬＥＤ方式の露光装置（ＬＥＤプリントヘッド、略称「ＬＰＨ」）を搭載している。ＬＥＤプリントヘッドは、機械的な駆動が不要という利点を有する。また、この画像形成装置は、所謂タンデム型のデジタルカラープリンタであり、各色の画像データに対応して画像形成を行う画像形成部としての画像形成プロセス部１０、画像形成装置の動作を制御する制御部３０、及び画像読取装置３と例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）２等の外部装置とに接続され、これらの装置から受信された画像データに対して予め定めた画像処理を施す画像処理部４０を備えている。
【００２５】
画像形成プロセス部１０は、一定の間隔で並列に配置される４つの画像形成ユニット１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋを備えている。画像形成ユニット１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋの各々は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）のトナー像を形成する。なお、画像形成ユニット１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋを、適宜「画像形成ユニット１１」と総称する。
【００２６】
各画像形成ユニット１１は、静電潜像を形成してトナー像を保持する像保持体としての感光体ドラム１２、感光体ドラム１２の表面を予め定めた電位で一様に帯電する帯電器１３、帯電器１３によって帯電された感光体ドラム１２を露光する露光装置としてのＬＥＤプリントヘッド(ＬＰＨ)１４、ＬＰＨ１４によって得られた静電潜像を現像する現像器１７、転写後の感光体ドラム１２表面を清掃するクリーナ１６を備えている。
【００２７】
従来のＬＰＨは、ＬＥＤアレイとロッドレンズアレイとで構成されていた。ロッドレンズアレイには、セルフォック（登録商標）など、屈折率分布型のロッドレンズが用いられていた。各ＬＥＤから射出された光は、ロッドレンズにより集光されて、感光体ドラム上に正立等倍像が結像される。本実施の形態に係る画像形成装置は、「ロッドレンズ」に代えて「ホログラム素子」を用いたＬＰＨを備えている。
【００２８】
ＬＰＨ１４は、感光体ドラム１２の軸線方向の長さと略同じ長さの長尺状のプリントヘッドである。ＬＰＨ１４には、長さ方向に沿って複数のＬＥＤがアレイ状（列状）に配列されている。ＬＰＨ１４は、その長さ方向が感光体ドラム１２の軸線方向を向くように、感光体ドラム１２の周囲に配置されている。本実施の形態のＬＰＨ１４は、感光体ドラム１２の表面から作動距離だけ離間して配置されている。本実施の形態のＬＰＨ１４は、従来のＬＰＨに比べて作動距離が長い。このため、感光体ドラム１２の周方向における占有幅が小さく、感光体ドラム１２の周囲の混雑が緩和されている。
【００２９】
また、画像形成プロセス部１０は、各画像形成ユニット１１の感光体ドラム１２にて形成された各色のトナー像が多重転写される中間転写ベルト２１、各画像形成ユニット１１の各色トナー像を中間転写ベルト２１に順次転写（一次転写）させる一次転写ロール２２、中間転写ベルト２１上に転写された重畳トナー像を記録媒体である用紙Ｐに一括転写（二次転写）させる二次転写ロール２３、及び二次転写された画像を用紙Ｐ上に定着させる定着器２５を備えている。
【００３０】
次に上記画像形成装置の動作について説明する。
まず、画像形成プロセス部１０は、制御部３０から供給された同期信号等の制御信号に基づいて画像形成動作を行う。その際に、画像読取装置３やＰＣ２から入力された画像データは、画像処理部４０によって画像処理が施され、インターフェースを介して各画像形成ユニット１１に供給される。
【００３１】
例えば、イエローの画像形成ユニット１１Ｙでは、帯電器１３により予め定めた電位で一様に帯電された感光体ドラム１２の表面が、画像処理部４０から得られた画像データに基づいて発光するＬＰＨ１４により露光されて、感光体ドラム１２上に静電潜像が形成される。即ち、ＬＰＨ１４の各ＬＥＤが画像データに基づいて発光することで、感光体ドラム１２の表面が主走査されると共に、感光体ドラム１２が回転することで副走査されて、感光体ドラム１２上に静電潜像が形成される。形成された静電潜像は現像器１７により現像され、感光体ドラム１２上にはイエローのトナー像が形成される。同様に、画像形成ユニット１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋにおいて、マゼンタ、シアン、黒の各色トナー像が形成される。
【００３２】
各画像形成ユニット１１で形成された各色トナー像は、図１の矢印Ａ方向に回転動作する中間転写ベルト２１上に、一次転写ロール２２により順次静電吸引されて転写される（一次転写）。中間転写ベルト２１上には、重畳されたトナー像が形成される。重畳トナー像は、中間転写ベルト２１の移動に伴って二次転写ロール２３が配設された領域（二次転写部）に搬送される。重畳トナー像が二次転写部に搬送されると、トナー像が二次転写部に搬送されるタイミングに合わせて用紙Ｐが二次転写部に供給される。
【００３３】
そして、二次転写部にて二次転写ロール２３により形成される転写電界により、重畳トナー像は搬送されてきた用紙Ｐ上に一括して静電転写される（二次転写）。重畳トナー像が静電転写された用紙Ｐは、中間転写ベルト２１から剥離され、搬送ベルト２４により定着器２５まで搬送される。定着器２５に搬送された用紙Ｐ上の未定着トナー像は、定着器２５によって熱および圧力による定着処理を受けることで用紙Ｐ上に定着される。そして定着画像が形成された用紙Ｐは、画像形成装置の排出部に設けられた排紙トレー（不図示）に排出される。
【００３４】
＜ＬＥＤプリントヘッド(ＬＰＨ)＞
図２は本実施の形態に係る露光装置としてのＬＥＤプリントヘッドの構成の一例を示す概略斜視図である。図２に示すように、ＬＥＤプリントヘッド(ＬＰＨ１４)は、複数のＬＥＤ５０を備えたＬＥＤアレイ５２と、複数のＬＥＤ５０の各々に対応して設けられた複数のホログラム素子５４を備えたホログラム素子アレイ５６と、を備えている。
【００３５】
ＬＥＤアレイ５２には、複数のＬＥＤ５０がｍ列に分けて配列されている。ｍ列のｎ番目のＬＥＤ５０を「ＬＥＤ５０ｍｎ」と表記する。図２に示す例では、複数のＬＥＤ５０が２列に分けて配列されている。１列目の６個のＬＥＤ５０１１〜５０１６と、２列目の６個のＬＥＤ５０２１〜５０２６と、が図示されている。なお、各々を区別する必要がない場合には、これらのＬＥＤを「ＬＥＤ５０」と総称する。
【００３６】
ホログラム素子アレイ５６には、複数のＬＥＤ５０の各々に対応して、複数のホログラム素子５４が配列されている。ＬＥＤ５０ｍｎに対応するホログラム素子５４を「ホログラム素子５４ｍｎ」と表記する。図２に示す例では、１列目の６個のＬＥＤ５０１１〜５０１６に対応する６個のホログラム素子５４１１〜５４１６と、２列目の６個のＬＥＤ５０２１〜５０２６に対応する６個のホログラム素子５４２１〜５４２６と、が図示されている。なお、各々を区別する必要がない場合には、これらのホログラム素子を「ホログラム素子５４」と総称する。
【００３７】
複数のＬＥＤ５０の各々は、複数のＬＥＤチップ５３に分けられて、ＬＥＤチップ５３上に配列されている。図２に示す例では、複数のＬＥＤチップ５３が、千鳥状に配列されている。ｍ列のｎ番目のＬＥＤチップ５３を「ＬＥＤチップ５３ｍｎ」と表記する。１列目のＬＥＤチップ５３１１と２列目のＬＥＤチップ５３２１とが図示されている。なお、各々を区別する必要がない場合には、これらのＬＥＤチップを「ＬＥＤチップ５３」と総称する。
【００３８】
複数のＬＥＤ５０が配列されたＬＥＤチップ５３は、ＬＥＤ５０の各々を駆動する駆動回路（図示せず）と共に、長尺状のＬＥＤ基板５８上に実装されている。ＬＥＤチップ５３は、複数のＬＥＤ５０が主走査方向に並ぶように位置合せをして、ＬＥＤ基板５８上に配置されている。これにより、ＬＥＤ５０の各々は、感光体ドラム１２の軸線方向と平行な方向に沿って配列される。
【００３９】
ＬＥＤ５０の配列方向が「主走査方向」である。また、ＬＥＤ５０の各々は、互いに隣接する２つのＬＥＤ５０（発光点）の主走査方向の間隔（発光点ピッチ）が一定間隔となるように配列されている。また、感光体ドラム１２の回転により副走査が行われるが、「主走査方向」と直交する方向を「副走査方向」として図示している。また、以下では、ＬＥＤ５０の配置される位置を、適宜「発光点」と称する。
【００４０】
複数のＬＥＤ５０の各々は、対応するホログラム素子５４が記録された記録層６０側に光を射出するように、発光面を記録層６０側に向けて、ＬＥＤチップ５３上に配置されている。ＬＥＤ５０の「発光光軸」は、ＬＥＤ５０からＬＥＤ基板５８と直交する方向（法線方向）に射出される光の光軸である。ＬＥＤ基板５８は、ＬＥＤ５０や駆動回路が実装される側の表面が「主面」である。この主面の法線方向が、ＬＥＤ基板５８の法線方向である。従って、ＬＥＤ５０の「発光光軸」は、ＬＥＤ基板５８の法線方向を向いている。図示した通り、発光光軸は、上記の主走査方向及び副走査方向の各々とも直交する。
【００４１】
なお、図２においては、数個のＬＥＤチップ５３が配列されたＬＰＨ１４の一部を、概略的に図示しているに過ぎない。後述するように、実際の画像形成装置では、主走査方向の解像度に応じて、数百個のＬＥＤチップ５３を配列することで、数千個のＬＥＤ５０が配列されている。
【００４２】
また、図２に示す例では、複数のＬＥＤチップ５３は千鳥状に配列されているが、１次元状に配置してもよく、複数列に分けて２次元状に配置してもよい。千鳥状に配置する場合には、複数のＬＥＤチップ５３は、主走査方向に並ぶように一列に配置されると共に、副走査方向に一定間隔ずらして二列に配置される。ＬＥＤチップ５３の単位に分けられていても、複数のＬＥＤ５０の各々は、互いに隣接する２つのＬＥＤ５０の主走査方向の間隔が、略一定の間隔となるように配列されている。
【００４３】
ＬＥＤチップ５３としては、複数の自己走査型ＬＥＤ（ＳＬＥＤ：Self-scanning LED）が配列されたＳＬＥＤチップを用いてもよい。ＳＬＥＤチップは、スイッチのオン・オフを二本の信号線によって行い、各ＳＬＥＤを選択的に発光させて、データ線を共通化する。このＳＬＥＤチップを用いることで、基板上での配線数が少なくて済む。
【００４４】
ＬＥＤ基板５８上には、ホログラム記録層６０が配置されている。ホログラム素子アレイ５６は、ホログラム記録層６０内に形成されている。ホログラム記録層６０は、ＬＥＤチップ５３から予め定めた高さだけ離間された位置に、図示しない保持部材によって保持されている。ＬＥＤ５０とホログラム記録層６０との間には、ＬＥＤ５０の各々から射出された光の光路を、副走査方向に折り曲げる光路変換素子６６が配置されている。
【００４５】
ホログラム記録層６０には、複数のＬＥＤ５０の各々に対応して、主走査方向に沿って複数のホログラム素子５４が形成されている。ホログラム素子５４の各々は、互いに隣接する２つのホログラム素子５４の主走査方向の間隔（中心点の間隔）が、上記のＬＥＤ５０の主走査方向の間隔と、略同じ間隔となるように配列されている。即ち、互いに隣接する２つのホログラム素子５４が互いに重なり合うように、径の大きいホログラム素子５４が多重記録されている。また、複数のホログラム素子５４の各々は、互いに異なる形状を有していてもよい。
【００４６】
ホログラム記録層６０は、ホログラムを永続的に記録保持することが可能な高分子材料から構成されている。このような高分子材料としては、いわゆるフォトポリマーを用いてもよい。フォトポリマーは、光重合性モノマーのポリマー化による屈折率変化を利用してホログラムを記録する。
【００４７】
光路変換素子６６は、ＬＥＤ５０と離間させて、ＬＥＤ５０の上方に配置されている。ＬＥＤ５０と光路変換素子６６との間には、空気や透明樹脂等、ＬＥＤ５０から射出される光に透明な材料で構成された離間層が存在している。光路変換素子６６は、ガラスや樹脂等、離間層の材料とは屈折率の異なる材料で構成されている。また、光路変換素子６６は、後述する通り、ＬＥＤ基板５８の主面に対して副走査方向に傾けられた斜面を備えている。光路変換素子６６は、離間層との屈折率差により、この斜面に入射した光を副走査方向に屈折させる。
【００４８】
後述する通り、ホログラム素子５４の各々は、光軸がＬＥＤ基板５８の法線方向に平行な信号光と、法線方向に対し光軸が副走査方向に傾いた参照光と、を干渉させて記録される。従って、ホログラム素子５４に参照光の光路を通る光を照射すると、信号光が再生されて、ＬＥＤ基板５８と垂直な方向に回折光が射出される。
【００４９】
光路変換素子６６は、対応するホログラム素子５４に入射する光が増加するように、ＬＥＤ５０の各々から射出された光の光路を、副走査方向に折り曲げる。換言すれば、光路変換素子６６は、ホログラム素子５４に入射する発光光の光軸が、参照光の光軸に近付くように、ＬＥＤ５０からの射出光を屈折させる。この光路変換素子６６の屈折機能により、対応するホログラム素子５４に入射する光が増加する。
【００５０】
離間層を空気層とする場合には、空気の屈折率は１であり、ホログラム記録材料の屈折率は約１．５であるから、光路変換素子６６を屈折率が１．４〜１．６の範囲の層としてもよい。光路変換素子６６を構成する材料としては、屈折率が１．５前後のアクリレート樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレンなど、成形性に優れた非晶質ポリオレフィン等を用いてもよい。
【００５１】
図３は光路変換素子の一例を示す概略斜視図である。図３に示すように、光路変換素子６６は、主走査方向に延びる棒状の偏角プリズムとしてもよい。主走査方向に並ぶ複数のＬＥＤ５０に対して、主走査方向に延びる棒状の偏角プリズムが設けられるので、複数のＬＥＤ５０を高密度に配列しても、高い位置決め精度は不要になる。以下では、光路変換素子６６と同じ符号を付して、プリズム６６と称する。プリズム６６は、第１の斜面６６Ａを備えている。第１の斜面６６Ａは、ＬＥＤ基板５８の主面に対し、副走査方向に予め定めた傾斜角度で傾けられている。
【００５２】
図３に示す例では、プリズム６６は３つの側面を有する三角プリズムである。以下では、プリズム６６が三角プリズムである場合について説明するが、プリズム６６は第１の斜面６６Ａを備えていればよく、三角プリズムには限定されない。例えば、４つの側面を有する四角プリズムでもよい。
【００５３】
プリズム６６は、第１の斜面６６Ａ以外に、第２の斜面６６Ｂと、第１の斜面６６Ａの一端と第２の斜面６６Ｂの一端とを連結する連結面６６Ｃと、を備えている。第２の斜面６６Ｂは、ＬＥＤ基板５８の主面に対して第１の斜面６６Ａとは異なる方向に傾けられている。例えば、副走査方向の順方向及び逆方向を想定する。第１の斜面６６Ａの法線は、ＬＥＤ基板５８の法線方向に対し副走査方向の順方向に傾く。一方、第２の斜面６６Ｂの法線は、ＬＥＤ基板５８の法線方向に対し副走査方向の逆方向に傾く。また、連結面６６Ｃは、ＬＥＤ基板５８の主面に対し平行な平面である。第１の斜面６６Ａに入射した光は、副走査方向に屈折されて連結面６６Ｃから射出される。
【００５４】
プリズム６６は、連結面６６Ｃが記録層６０の光入射側の表面に対向するように、ＬＥＤ５０とホログラム記録層６０との間に配置されている。また、プリズム６６は、ＬＥＤ５０の上方に配置されている。対応するホログラム素子５４を記録した参照光の光軸と、第１の斜面６６Ａとは、ある点で交差する。ＬＥＤ５０は、この点の下方に配置されている。なお、ＬＥＤ５０と第１の斜面６６Ａとの位置関係については、後で詳しく説明する（図７参照）。
【００５５】
なお、図示は省略するが、ＬＰＨ１４は、ホログラム素子５４で生成された回折光が感光体ドラム１２の方向に射出されるように、ハウジングやホルダー等の保持部材により保持されて、図１に示す画像形成ユニット１１内の予め定めた位置に取り付けられている。なお、ＬＰＨ１４は、調整ネジ（図示せず）等の調整手段により、回折光の光軸方向に移動するように構成されていてもよい。ホログラム素子５４による結像位置(焦点面)が、感光体ドラム１２表面上に位置するように、上記の調整手段により調整する。また、ホログラム記録層６０上に、カバーガラスや透明樹脂等で保護層が形成されていてもよい。保護層によりゴミの付着を防止する。
【００５６】
また、ホログラム記録層６０は、ガラスや樹脂等で構成された容器内に収納されていてもよい。例えば、ホログラム記録層６０を、容器内に封入されたホログラム記録材料で構成してもよい。容器内に収納されたホログラム記録層６０は、取り扱いが容易である。また、容器は保護層としても機能する。ホログラム記録層６０が容器内に収納されている場合には、光路変換素子（プリズム）６６を容器の一部として形成してもよい。具体的な実施の形態については、後で詳しく説明する。
【００５７】
＜ＬＥＤプリントヘッドの動作＞
ＬＥＤ５０を発光させると、ＬＥＤ５０から射出された光は、第１の斜面６６Ａからプリズム６６に入射する。インコヒーレント光源であるＬＥＤ５０から射出される光は、発散して拡がることが知られている。この現象は「ランバーシアン配光」と称される。同じくインコヒーレント光源である電界発光素子（ＥＬ）においても、同様の現象が観測される。
【００５８】
本実施の形態では、ＬＥＤ５０から射出された光は、プリズム６６により光路が折り曲げられて、ホログラム記録層６０に照射される。プリズム６６は、対応するホログラム素子５４に入射する光が増加するように、ＬＥＤ５０から射出された光の光路を、副走査方向に折り曲げる。従って、ＬＥＤ５０の発光により、ホログラム素子５４に参照光が照射されたのと略同じ状況となる。これにより、光の利用効率が向上する。
【００５９】
図２に示すように、ＬＥＤアレイ５２とホログラム素子アレイ５６とを備えたＬＰＨ１４では、ＬＥＤ５０の各々から射出された各光は、第１の斜面６６Ａからプリズム６６に入射する。プリズム６６に入射した光は、プリズム６６により光路が折り曲げられて、対応するホログラム素子５４に入射される。ホログラム素子５４の各々は、入射された光を回折して回折光を生成する。ホログラム素子５４の各々で生成された各回折光は、ＬＥＤ基板５８の法線方向に射出される。各回折光の光軸は、ＬＥＤ基板５８の法線方向と平行であり、ＬＥＤ５０の発光光軸とも平行である。
【００６０】
ＬＥＤ基板５８の法線方向に射出された各回折光は、感光体ドラム１２の方向に収束して、作動距離だけ離間した焦点面に配置された感光体ドラム１２の表面で結像される。即ち、複数のホログラム素子５４の各々は、対応するＬＥＤ５０から射出された光を回折して集光し、感光体ドラム１２表面に結像させる光学部材として機能する。
【００６１】
図２に示すように、感光体ドラム１２の表面１２Ａには、各回折光による微小なスポット６２１〜６２１２が、主走査方向に一列に配列されるように形成される。換言すれば、ＬＰＨ１４により、感光体ドラム１２が主走査される。なお、各々を区別する必要がない場合には、スポット６２１〜６２１２を「スポット６２」と総称する。
【００６２】
例えば、Ａ３幅まで印字可能な画像形成装置において、１インチ当たり１２００スポットの解像度を得るためには、ＬＥＤ基板５８上には、１４８４８個のＬＥＤ５０が２１μｍの間隔で配列される。これに応じて、感光体ドラム１２の表面１２Ａには、２１μｍの間隔で主走査方向に並ぶように１４８４８個のスポット６２が形成される。
【００６３】
一般に、インコヒーレント光（非干渉性の光）を射出するＬＥＤを用いるＬＰＨでは、コヒーレンス性が低下してスポットぼけ（いわゆる色収差）が生じ、微小スポットを形成することは容易ではない。これに対して、本実施の形態のＬＰＨ１４は、ホログラム素子５４の入射角選択性及び波長選択性が高く、高い回折効率が得られる。
【００６４】
また、ＬＥＤ５０の各々から射出され、ホログラム素子５４で回折されずに透過した不要光が、感光体１２に到達すると、バックグラウンドノイズが増加してコントラストが低下する。これに対して、本実施の形態のＬＰＨ１４では、光路変換素子６６が存在しなければ感光体１２に到達する不要光の光路も、光路変換素子６６により副走査方向に折り曲げられて、対応するホログラム素子５４に入射する光が増加する。
【００６５】
このため、本実施の形態のＬＰＨ１４では、バックグラウンドノイズ（背景雑音）が低減され、信号光が精度よく再生されて、輪郭の鮮明な微小スポット６２（集光点）が形成される。
【００６６】
＜ホログラム素子の形状＞
図４はホログラム素子の概略形状を示す斜視図である。図５（Ａ）及び（Ｂ）はＬＥＤプリントヘッドの副走査方向に沿った断面図である。図６はＬＥＤプリントヘッドの主走査方向に沿った部分断面図である。
【００６７】
図４〜図６に示すように、ホログラム素子５４の各々は、一般に厚いホログラム素子と称される体積ホログラムである。また、ホログラム素子５４の各々は、ホログラム記録層６０の表面側を底面とし、ＬＥＤ５０側に向かって収束する円錐台状に形成されている。この例では円錐台状のホログラム素子について説明するが、ホログラム素子の形状はこれには限定されない。例えば、円錐、楕円錐、楕円錐台等の形状としてもよい。円錐台状のホログラム素子５４の直径は、底面で最も大きくなる。この円形の底面の直径を「ホログラム径ｒＨ」とする。なお、「ホログラム径ｈＨ」は、ホログラム素子５４の厚さである。
【００６８】
ホログラム素子５４の各々は、ＬＥＤ５０の主走査方向の間隔よりも大きな「ホログラム径ｒＨ」を有している。例えば、ＬＥＤ５０の主走査方向の間隔は３０μｍであり、ホログラム径ｒＨは２ｍｍ、ホログラム厚さｈＨは２５０μｍである。従って、図２及び図６に示すように、互いに隣接する２つのホログラム素子５４は、互いに大幅に重なり合うように形成されている。複数のホログラム素子５４は、例えば、球面波シフト多重により多重記録されている。なお、複数のホログラム素子５４の各々は、同一波長で記録してもよく、複数の波長を組み合わせて（波長多重）記録してもよい。
【００６９】
＜光路変換素子の形状及び配置＞
次に、光路変換素子（プリズム）の形状及び配置について説明する。図７は光路変換素子の設計の一例を示す副走査方向に沿った断面図である。ホログラム記録層６０は、その光入射側の表面及び光出射側の表面の各々が、ＬＥＤ基板５８の主面と略平行になるように配置されている。光入射側の表面とは、読み出し光が入射するホログラム記録層６０の裏側（図面では下側）の表面である。光出射側の表面とは、回折光が射出されるホログラム記録層６０の表側（図面では上側）の表面である。ホログラム素子５４の各々は、ホログラム記録層６０の上側から垂直に入射する信号光と、ホログラム記録層６０の上側から入射角θ１で入射する参照光と、を干渉させて記録される。
【００７０】
上述した通り、ホログラム記録層６０は、容器内に封入されたホログラム記録材料で構成されていてもよい。この場合、ホログラム記録層６０の上下両側には、保護層が配置される。ここでは、保護層を省略して説明する。通常、保護層を構成する材料の屈折率は、ホログラム記録材料の屈折率と略等しい。このため、ホログラム記録層６０と保護層との間では光は屈折しない。従って、保護層がある場合でも、保護層が無い場合と同様に、光路変換素子の形状及び配置を設計してもよい。
【００７１】
図７に示すように、参照光の光軸Ｌｒ１は、ＬＥＤ基板５８の法線方向Ｌｖに対して、副走査方向に入射角θ１だけ傾けられている。また、既に説明した通り、ホログラム記録層６０に入射する信号光の光軸は、ＬＥＤ基板５８の法線方向Ｌｖと平行である。ホログラム記録層６０に入射した参照光は、ホログラム記録層６０を伝搬してプリズム６６に入射し、プリズム６６によりＬＥＤ５０（発光点）が配置される位置に集光される。
【００７２】
ホログラム記録層６０内での伝搬角をθ２とすると、参照光の光軸Ｌｒ１は、ホログラム記録層６０及びプリズム６６により、法線方向Ｌｖと角度θ２をなす方向に折り曲げられる。従って、法線方向Ｌｖと角度θ２をなす参照光の光軸Ｌｒ２は、プリズム６６の第１の斜面６６Ａと交差する。ＬＥＤ５０（発光点）は、この交差点の下方に配置される。ＬＥＤ５０は、交差点の略真下に配置してもよい。ＬＥＤ５０の発光光軸Ｌｅは、第１の斜面６６Ａと同じ点で交差する。
【００７３】
プリズム６６の第１の斜面６６Ａは、ホログラム記録層６０の下側の表面、ひいては、ＬＥＤ基板５８の主面に対し、傾斜角度θａで傾けられている。ＬＥＤ５０の発光光軸Ｌｅは、第１の斜面６６Ａの法線Ｌａと角度θａで交差する。ホログラム記録層６０内での伝搬角をθ２とし、ホログラム記録層６０の材料の屈折率をｎとした場合に、傾斜角度θａ、入射角θ１、伝搬角θ２、及び屈折率ｎが、下記式（１）及び下記式（２）の関係を満たすように、傾斜角度θａと入射角θ１とが設定されている。
【００７４】
ｎsin(θａ−θ２)＝sinθａ 式（１）
θ２＝arcsin((1/ｎ)sinθ１) 式（２）
【００７５】
上記の関係を満たす場合には、プリズム６６を配置しない場合と比較して、ホログラム素子５４に入射する光が増加する。例えば、屈折率ｎを１．５で近似すると、（θａ、θ１）の組み合わせとしては、（４５°、６５°）、（５０°、６９°）、（５５°、７３°）等となる。ＬＥＤ５０から射出された光の内、ホログラム素子５４に入射しない光は「迷光」となる。これらの組み合わせでは、ＬＥＤ５０から射出された光の内、７割程度の光が、ホログラム素子５４に入射する。
【００７６】
参照光の入射角θ１は、４５°以上で且つ６０°以下としてもよい。参照光の入射角θ１が４５°以上で且つ６０°以下の場合には、参照光の入射角θ１が４５°未満の場合や６０°を超える場合と比較して、ホログラム素子５４に入射する光が増加する。その結果、ホログラム素子で回折されずに透過する不要光が低減される。
【００７７】
プリズム６６の径ｄｐは、ホログラム記録層６０の下側の表面（保護層を備える場合には保護層の表面）から、第１の斜面６６Ａの先端部までの高さで表される。第１の斜面６６Ａの先端部とは、第１の斜面６６Ａと第２の斜面６６Ｂとが形成する稜である。プリズム６６の径ｄｐが大きいと、ＬＥＤ５０の位置公差を大きくとれる。また、プリズム６６の径ｄｐが小さいほど、プリズム６６の成形が容易である。プリズム６６の径ｄｐは、０．５ｍｍ〜１ｍｍの範囲としてもよい。
【００７８】
ＬＥＤ基板５８の法線方向において、プリズム６６はＬＥＤ５０から距離ｄｓだけ離間されている。距離ｄｓは、ＬＥＤ５０から第１の斜面６６Ａの先端部までの距離である。プリズム６６は、ＬＥＤ５０から離間されて、ＬＥＤ５０を覆うように設けられるオンチップレンズよりも優れた集光機能を発揮する。距離ｄｓは、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲としてもよい。
【００７９】
ＬＥＤチップ５３の副走査方向の幅ｗｔは、０．１５ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲とされる。図７に示す例では、ＬＥＤ５０はＬＥＤチップ５３の右側端部に配置されている。この場合には、距離ｄｓがゼロでも、第１の斜面６６Ａの先端部がＬＥＤチップ５３に支えることは無い。一方、ＬＥＤ５０がＬＥＤチップ５３の左側端部に配置されている場合には、距離ｄｓがゼロだと、第１の斜面６６Ａの先端部がＬＥＤチップ５３に支えてしまう。このため、プリズム６６は、ＬＥＤ５０から予め定めた距離ｄｓだけ離間されている。
【００８０】
ホログラム素子５４の各々は、光軸がＬＥＤ基板５８の法線方向に平行な信号光と、法線方向に対し光軸が副走査方向に傾いた参照光と、を干渉させて記録される。参照光の光軸Ｌｒは、プリズム６６の第１の斜面６６Ａと交差する。複数のＬＥＤ５０が複数列に分けて配列されている場合には、例えば、参照光の光軸ＬｒをＬＥＤ基板５８の法線方向に対し異なる角度で傾ける等して、列毎に交差点の副走査方向の位置を異ならせる。例えば、図２に示すように、ＬＥＤチップ５３が千鳥状に配置され、複数のＬＥＤ５０が２列に分けて配列されている場合について説明する。
【００８１】
図５（Ａ）に示すように、２列目のｎ番目に配置されたＬＥＤチップ５３２ｎに、２列目のｎ番目のＬＥＤ５０２ｎが配列されている。ＬＥＤ５０２ｎに対応して、ホログラム素子５４２ｎが記録されている。この例では、１本の参照光の光軸Ｌｒが一点鎖線で図示されている。この光軸Ｌｒは、図７に示す参照光の光軸Ｌｒ２に相当する。参照光の光軸Ｌｒは、副走査方向の予め定めた位置Ａで、プリズム６６の第１の斜面６６Ａと交差する。ＬＥＤ５０２ｎはこの点Ａの真下に配置されている。
【００８２】
また、図５（Ｂ）に示すように、１列目のｎ番目に配置されたＬＥＤチップ５３１ｎに、１列目のｎ番目のＬＥＤ５０１ｎが配列されている。ＬＥＤ５０１ｎに対応して、ホログラム素子５４１ｎが記録されている。参照光の光軸Ｌｒは、副走査方向の位置Ａとは異なる位置Ｂで、プリズム６６の第１の斜面６６Ａと交差する。ＬＥＤ５０２ｎは、この点Ｂの真下に配置される。
【００８３】
位置Ａの真下に配置された２列目のＬＥＤ５０２ｎと、位置Ｂの真下に配置された１列目のＬＥＤ５０１ｎとでは、プリズム６６の第１の斜面６６Ａに入射する光量が異なる。対応するホログラム素子５４を記録する際に、この光量に応じてホログラム素子５４の回折効率等を変更することで、結像面での光量は補正される。
【００８４】
なお、上記では、列毎に交差点の副走査方向の位置を異ならせる例について説明したが、これに限定される訳ではない。ＬＥＤ５０が複数列で配列されたＬＥＤアレイの副走査方向の中心線の略真上に、交差点が位置するようにしてもよい。この場合には、異なる列のＬＥＤ５０について、参照光の光軸Ｌｒは、ＬＥＤ基板５８の法線方向に対し同じ角度で傾けられる。
【００８５】
＜ホログラムの記録方法＞
次に、ホログラムの記録方法について説明する。図８及び図９は、ホログラム記録層にホログラム素子５４が形成される様子、即ち、ホログラム記録層にホログラムが記録される様子を示す図である。感光体ドラム１２の図示は省略し、結像面である表面１２Ａだけを図示する。また、ホログラム記録層６０Ａは、ホログラム素子５４が形成される前の記録層であり、符号Ａを付して、ホログラム素子５４が形成されたホログラム記録層６０と区別する。
【００８６】
図８に示すように、表面１２Ａ上の集光点に結像される回折光の光路を通るコヒーレント光が、信号光としてホログラム記録層６０Ａに照射される。また、ホログラム記録層６０Ａを通過する際に、所望のホログラム径ｒＨまで拡がる拡散光の光路を通るコヒーレント光が、参照光としてホログラム記録層６０Ａに照射される。より詳細には、参照光は、発光点から射出されてプリズム６６に入射し、プリズム６６によりその光路が折り曲げられて、ホログラム記録層６０Ａに照射される。発光点から射出されたコヒーレント光は、プリズム６６により光路変更されて、所望のホログラム径ｒＨまで拡がる拡散光の光路を通る。コヒーレント光の照射には、半導体レーザ等のレーザ光源が用いられる。
【００８７】
信号光と参照光との干渉により得られる干渉縞（強度分布）が、ホログラム記録層６０Ａの厚さ方向にわたって記録される。これにより、透過型のホログラム素子５４が形成されたホログラム記録層６０が得られる。ホログラム素子５４は、面方向及び厚さ方向に干渉縞の強度分布が記録された体積ホログラムである。このホログラム記録層６０を、ＬＥＤアレイ５２が実装されたＬＥＤ基板５８上に取り付けることで、ＬＰＨ１４が作製される。
【００８８】
図９に示すように、ホログラム記録層６０ＡをＬＥＤアレイ５２が実装されたＬＥＤ基板５８上に取り付けた後に、位相共役記録によりホログラムを記録してもよい。ホログラム記録層６０Ａを取り付けた後でホログラムを記録するので、ＬＥＤ５０と対応するホログラム素子５４との距離が確保されると共に、ＬＥＤ５０と対応するホログラム素子５４との高い位置決め精度は不要になる。位相共役記録では、上記と同じ光路を通る信号光と参照光とが、ＬＥＤ基板５８等が配置されていない側、即ち、ホログラム記録層６０Ａの表面側から照射される。この場合も同様に、ホログラム記録層６０には、透過型のホログラム素子５４が形成される。
【００８９】
＜回折光が射出される方向＞
次に、回折光が射出される方向について説明する。図１０は回折光が基板と直交する方向に取り出される様子を示す図である。図１１は回折光が基板と交差する方向に取り出される様子を示す図である。
【００９０】
図１１に示すように、各回折光がＬＥＤ基板５８の法線方向と交差する方向に射出される場合には、感光体ドラム１２は回折光の射出方向に配置される。即ち、ＬＰＨ１４は、感光体ドラム１２の結像面に対し斜めに傾けて配置される。この場合には、ＬＰＨ１４の表面から感光体ドラム１２の表面までの最短距離は、ＬＰＨ１４の作動距離よりも短くなる。例えば、回折光の光軸がＬＥＤ基板５８の法線方向と４５°で交差する場合には、作動距離を約４ｍｍとすると、最短距離は約２ｍｍと短くなる。
【００９１】
これに対し、図１０に示すように、本実施の形態に係るＬＰＨ１４の場合には、感光体ドラム１２は、ＬＥＤ基板５８の法線方向、即ち、ＬＥＤ基板５８に対し垂直な方向に配置される。換言すれば、ＬＰＨ１４は、感光体ドラム１２の結像面に対向するように配置される。この場合は、ＬＰＨ１４の表面から感光体ドラム１２の表面までの最短距離は、ＬＰＨ１４の作動距離と等しい。従って、トナー汚れの影響を受け難く、整備性にも優れている。
【００９２】
＜一体型ＬＰＨの具体的な構成例＞
図１２（Ａ）はホログラム記録層が容器内に収納された一体型ＬＰＨの具体的な構成を示す断面図である。図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）に示す容器の一部を取り出して示す斜視図である。
【００９３】
図１２（Ａ）に示すように、一体型ＬＰＨ１４は、複数のＬＥＤ５０を備えたＬＥＤチップ５３が複数配列されたＬＥＤ基板５８と、複数のＬＥＤ５０の各々に対応して複数のホログラム素子５４が記録されたホログラム記録層６０と、を備えている。ホログラム記録層６０は、ガラスや樹脂等で構成された容器７０内に収納されて保護されている。ホログラム記録層６０は、ホログラム記録材料を容器７０内に封入する等して、容器７０内に収納されている。複数のホログラム素子５４は、容器内に収納されたホログラム記録層６０Ａ（記録前）に対し、位相共役記録により記録される。
【００９４】
容器７０は、主走査方向に延びる長尺状で且つ平板状の第１の平板部７２と、ホログラム記録層６０を挟んで第１の平板部７２と対向する長尺状で且つ平板状の第２の平板部７４と、側面を形成して第１の平板部７２と第２の平板部７４とを連結する連結部７６と、第１の平板部７２を一定の高さに支持する支持部７８と、を備えている。第１の平板部７２は、容器７０の一部を構成する。また、図１２（Ｂ）に示すように、第１の平板部７２は、主走査方向に延びると共に外側に突き出したプリズム部７３を備えている。
【００９５】
プリズム部７３は、第１の斜面７３Ａと第２の斜面７３Ｂとを備えている。第１の斜面７３Ａは、ＬＥＤ基板５８の主面に対し副走査方向に予め定めた傾斜角度で傾けられている。第２の斜面７３Ｂは、ＬＥＤ基板５８の主面に対して第１の斜面６６Ａとは異なる方向に傾けられている。プリズム部７３は、対応するホログラム素子５４を記録した参照光の光軸と第１の斜面７３Ａとが交差する点の下方にＬＥＤ５０が配置されるように、ＬＥＤ５０の上方に配置されている。
【００９６】
容器７０は、空気より屈折率の高いガラスや樹脂等の材料で構成されている。容器７０を構成する材料としては、図２の光路変換素子６６の材料として例示された材料を用いてもよい。容器７０は、例えば、型を用いた射出成形等により作製してもよい。また、容器７０を複数の部材に分けて、各部材を射出成形等により作製してもよい。プリズム部７３は、第１の平板部７２と一体に形成される。
【００９７】
支持部７８は、主走査方向に延びる長尺状の部材で構成されている。支持部７８は、第１の平板部７２の幅方向の両端に設けられている。支持部７８は、第１の平板部７２から見ると、第１の平板部７２からその法線方向に延びる脚部である。容器７０は、脚部である支持部７８の一端をＬＥＤ基板５８上に着けて、ＬＥＤ基板５８上に載せ置かれる。
【００９８】
容器７０がＬＥＤ基板５８上に載せ置かれることにより、プリズム部７３を備えた第１の平板部７２が、ＬＥＤ基板５８上の一定の高さに支持される。これにより、ＬＥＤ５０とプリズム部７３とが離間されて、ＬＥＤ５０とプリズム部７３との間には、空気層が介在することになる。同時に、ホログラム記録層６０が、ＬＥＤ基板５８上の一定の高さに配置される。また、ＬＥＤ基板５８上の複数のＬＥＤ５０は、第１の平板部７２と支持部７８とで形成されるハウジング内に収納される。
【００９９】
本実施の形態では、ＬＥＤ５０から射出された光は、プリズム部７３の第１の斜面７３Ａに入射し、プリズム部７３により光路が折り曲げられて、ホログラム記録層６０に照射される。プリズム部７３は、ＬＥＤ５０から射出された光の光路を、副走査方向に折り曲げる。これにより、対応するホログラム素子５４を記録した参照光の光路を通る光が増加して、光の利用効率が向上する。
【０１００】
また、ＬＥＤ５０とプリズム部７３とが離間されており、プリズム部７３は、ＬＥＤ５０を覆うように設けられるオンチップレンズよりも優れた集光機能を発揮する。更に、主走査方向に並ぶ複数のＬＥＤ５０に対して、主走査方向に延びるプリズム部７３が設けられるので、複数のＬＥＤ５０を高密度に配列しても、高い位置決め精度は不要にとなる。
【０１０１】
図１３（Ａ）〜（Ｅ）は、図１２（Ａ）に示す一体型ＬＰＨの製造工程を示す断面図である。まず、図１３（Ａ）に示すように、容器７０を構成する各部品を作製する。この例では、容器７０は、第１の部材と第２の部材とに分けて作製される。第１の部材は、第２の平板部７４及び連結部７６の一部７６Ａで構成される。第２の部材は、第１の平板部７２、連結部７６の一部７６Ｂ及び支持部７８で構成される。各部材は、射出成形等により所望の形状に形成される。
【０１０２】
次に、図１３（Ｂ）に示すように、連結部７６の一部７６Ａと連結部７６の一部７６Ｂとを接合することで、第１の部材と第２の部材とを一体化して、第１の平板部７２、第２の平板部７４、連結部７６及び支持部７８を備えた容器７０を完成させる。続いて、図１３（Ｃ）に示すように、容器７０内にホログラム記録材料を充填して、容器７０内にホログラム記録層６０Ａ（記録前）を形成する。
【０１０３】
次に、図１３（Ｄ）に示すように、容器７０内に収納されたホログラム記録層６０Ａ（記録前）に対し、位相共役記録により複数のホログラム素子５４記録する。最後に、図１３（Ｅ）に示すように、ホログラム記録層６０が収納された容器７０を、ＬＥＤ基板５８上に載せ置く。
【０１０４】
一体型ＬＰＨ１４では、プリズム部７３は容器７０と一体に形成されている。また、ホログラム記録層６０は、プリズム部７３を含む容器７０と一体に形成されている。容器７０は、プリズム部７３を備えた第１の平板部７２及び支持部７８を備えているので、ホログラム記録層６０が収納された容器７０を、ＬＥＤ基板５８上に載せ置くだけで、ホログラム記録層６０及びプリズム部７３が所望の位置に配置されると共に、複数のＬＥＤ５０がハウジング内に収納される。
【０１０５】
＜その他の変形例＞
なお、上記では、複数のＬＥＤを備えたＬＥＤプリントヘッドを備える例について説明したが、ＬＥＤに代えて電界発光素子（ＥＬ）、レーザダイオード（ＬＤ）等、他の発光素子を用いてもよい。発光素子の特性に応じてホログラム素子を設計すると共に、インコヒーレント光による不要露光を低減することで、インコヒーレント光を射出するＬＥＤやＥＬを発光素子として用いた場合でも、コヒーレント光を射出するＬＤを発光素子として用いた場合と同様に、輪郭が鮮明な微小スポットが形成される。
【０１０６】
また、上記では、球面波シフト多重により複数のホログラム素子を多重記録する例について説明したが、所望の回折光が得られる多重方式であれば、他の多重方式で複数のホログラム素子を多重記録してもよい。また、複数種類の多重方式を併用しても良い。他の多重方式としては、参照光の入射角度を変えながら記録する角度多重記録、参照光の波長を変えながら記録する波長多重記録、参照光の位相を変えながら記録する位相多重記録等が挙げられる。
【０１０７】
また、上記では、画像形成装置がタンデム型のデジタルカラープリンタであり、その各画像形成ユニットの感光体ドラムを露光する露光装置としてのＬＥＤプリントヘッドについて説明したが、露光装置により感光性の画像記録媒体を像様露光することで画像が形成される画像形成装置であればよく、上記の応用例には限定されない。例えば、画像形成装置は、電子写真方式のデジタルカラープリンタには限定されない。銀塩方式の画像形成装置や光書込み型電子ペーパー等の書き込み装置等にも本発明の露光装置を搭載してもよい。また、感光性の画像記録媒体は、感光体ドラムには限定されない。シート状の感光体や写真感光材料、フォトレジスト、フォトポリマー等の露光にも、上記応用例に係る露光装置を適用してもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
２ ＰＣ
３ 画像読取装置
１０ 画像形成プロセス部
１１ 画像形成ユニット
１２ 感光体ドラム
１２Ａ 表面
１３ 帯電器
１４ ＬＥＤプリントヘッド
１５ 現像器
１６ クリーナ
２１ 中間転写ベルト
２２ 一次転写ロール
２３ 二次転写ロール
２４ 搬送ベルト
２５ 定着器
３０ 制御部
４０ 画像処理部
５０ ＬＥＤ
５２ ＬＥＤアレイ
５３ ＬＥＤチップ
５４ ホログラム素子
５６ ホログラム素子アレイ
５８ ＬＥＤ基板
６０ ホログラム記録層
６０Ａ ホログラム記録層
６２ スポット
６４ 離間層
６６ 光路変換素子（プリズム）
６６Ａ 第１の斜面
６６Ｂ 第２の斜面
７０ 容器
７２ 第１の平板部
７３ プリズム部
７３Ａ 第１の斜面
７３Ｂ 第２の斜面
７４ 第２の平板部
７６ 連結部
７８ 支持部
【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。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、画像を多数の微小な画素に分割し、一つもしくは複数の光源から各画素の濃度に対応した強度の光束を射出し、当該光束による輝点を、閾値以上の光量密度の光が照射されることにより、感光して表面電位変化や化学的変化等の潜像が形成される、又は感光して濃度変化を持つ画像が形成される画像記録媒体の上に走査して、各画素領域を順次感光させることにより画像を書込む光書込み装置において、前記光源と前記画像記録媒体との間であって光源側から順に、光束を集束させる光集束素子部と、光束が集束する位置に設けられた微小な光学的開口部と、該光学的開口部より射出した光束をおおむね平行な光束とするコリメータ部と、光束を複数の方向へ分解して放射すると共に複数の光束をおおむね同一の平面上に集束させるホログラム素子と、を配列された一つのユニットを、主走査方向に画素数と同数のアレイ状に配置したことを特徴とする光書込み装置が記載されている。
【０００３】
特許文献２には、光源基板上に配列された複数の発光素子と、透過する光を回折させることにより当該光の光線束を収束させて像を結ぶ複数の回折正レンズを有する第１レンズアレイと、複数のレンズを有し、前記複数の発光素子の各々との間に前記第１レンズアレイを挟む第２レンズアレイとを備え、前記複数の回折正レンズの各々は、前記光源基板に垂直な方向において前記複数の発光素子の各々に重なっていることを特徴とする露光装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３３００５８号公報
【特許文献２】特開２００７−２３７５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、基板上に配列された複数の発光素子とこれに対応する複数のホログラム素子とを備えた露光装置において、不要露光を低減しながら、基板と垂直な方向に回折光を取り出すことができる露光装置と、該露光装置を備える画像形成装置と、を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために各請求項に記載の発明は、下記構成を備えたことを特徴としている。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、複数の発光素子が第１の方向に並ぶように配列された基板と、前記基板上に配置された記録層であって、前記複数の発光素子の各々から射出された射出光が、対応するホログラム素子により前記基板の法線方向に回折及び集光されて、被露光面上に前記第１の方向に並ぶ集光点列が形成されるように、光軸が前記基板の法線方向に平行な信号光と前記法線方向に対し光軸が前記第１の方向と交差する第２の方向に傾いた参照光とを干渉させて、前記複数の発光素子の各々に対応する複数のホログラム素子が多重記録された記録層と、前記基板と前記記録層との間に配置され、前記射出光の光路を前記第２の方向に折り曲げて、前記射出光を対応するホログラム素子に入射させる光路変換素子と、を備えた露光装置である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記光路変換素子は、前記基板の主面に対し前記第２の方向に傾けられた第１の斜面を備え且つ前記第１の方向に延びる棒状のプリズムであり、前記複数の発光素子の各々は、対応するホログラム素子を記録した参照光の光軸と前記第１の斜面とが交差する点の下方に配置される、請求項１に記載の露光装置である。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記第１の斜面の傾斜角度をθａ、前記参照光の前記記録層への入射角をθ１、前記記録層内での伝搬角をθ２、前記記録層の材料の屈折率をｎとした場合に、傾斜角度θａ、入射角θ１、伝搬角θ２、及び屈折率ｎは、下記式（１）及び下記式（２）の関係を満たす、請求項２に記載の露光装置である。
ｎsin(θａ−θ２)＝sinθａ 式（１）
θ２＝arcsin((1/ｎ)sinθ１) 式（２）
【００１０】
請求項４に記載の発明は、前記参照光の前記記録層への入射角θ１が、４５°以上で且つ６０°以下である、請求項２又は請求項３に記載の露光装置である。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記複数の発光素子は複数列に分けて配列されており、各列に配列された複数の発光素子の各々は、対応するホログラム素子を記録した参照光の光軸と前記第１の斜面とが交差する点の下方に配置される、請求項２から請求項４までの何れか１項に記載の露光装置である。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、前記記録層は容器内に収納されて前記基板上に配置されており、前記容器の一部が前記光路変換素子を構成する、請求項１から請求項５までの何れか１項に記載の露光装置である。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の露光装置と、前記露光装置と作動距離だけ離間して配置されると共に、前記露光装置に対して前記第１の方向と交差する第２の方向に相対移動され、前記露光装置により画像データに応じて走査露光されて、画像が書き込まれる感光体と、を含む画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の各請求項に記載の発明によれば、以下の効果がある。
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、基板上に配列された複数の発光素子とこれに対応する複数のホログラム素子とを備えた露光装置において、不要露光を低減しながら、基板と垂直な方向に回折光を取り出すことができる、という効果がある。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、複数の発光素子を高密度に配列しても、複数の発光素子が配列される第１の方向では、各発光素子について高い位置決め精度は不要になる、という効果がある。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、複数の発光素子を発光させたときに、対応するホログラム素子に入射する光が増加するように、プリズムを設計することができる、という効果がある。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、複数の発光素子を発光させたときに、対応するホログラム素子に入射する光を更に増加させて、不要露光を一層低減することができる、という効果がある。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、複数の発光素子は複数列に分けて配列しても、複数の発光素子を発光させたときに、対応するホログラム素子に入射する光を増加させることができる、という効果がある。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、光路変換素子を、記録層を収納する容器と一体に形成することができる、という効果がある。
【００２１】
請求項７に記載の発明によれば、露光装置は不要露光を低減しながら基板と垂直な方向に回折光を取り出すことができるので、感光体の被露光面に対向するように露光装置を配置することができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の構成の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るＬＥＤプリントヘッドの構成の一例を示す概略斜視図である。
【図３】光路変換素子の一例を示す概略斜視図である。
【図４】ホログラム素子の概略形状を示す斜視図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）はＬＥＤプリントヘッドの副走査方向に沿った断面図である。
【図６】ＬＥＤプリントヘッドの主走査方向に沿った部分断面図である。
【図７】光路変換素子の設計の一例を示す副走査方向に沿った断面図である。
【図８】ホログラムが記録される様子を示す図である。
【図９】位相共役記録によりホログラムが記録される様子を示す図である。
【図１０】回折光が基板と直交する方向に取り出される様子を示す図である。
【図１１】回折光が基板と交差する方向に取り出される様子を示す図である。
【図１２】（Ａ）はホログラム記録層が容器内に収納された一体型ＬＰＨの具体的な構成を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す容器の一部を取り出して示す斜視図である。
【図１３】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１２（Ａ）に示す一体型ＬＰＨの製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００２４】
＜画像形成装置＞
図１は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の構成の一例を示す概略図である。この装置は、電子写真方式で画像を形成する画像形成装置であり、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源に用いたＬＥＤ方式の露光装置（ＬＥＤプリントヘッド、略称「ＬＰＨ」）を搭載している。ＬＥＤプリントヘッドは、機械的な駆動が不要という利点を有する。また、この画像形成装置は、所謂タンデム型のデジタルカラープリンタであり、各色の画像データに対応して画像形成を行う画像形成部としての画像形成プロセス部１０、画像形成装置の動作を制御する制御部３０、及び画像読取装置３と例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）２等の外部装置とに接続され、これらの装置から受信された画像データに対して予め定めた画像処理を施す画像処理部４０を備えている。
【００２５】
画像形成プロセス部１０は、一定の間隔で並列に配置される４つの画像形成ユニット１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋを備えている。画像形成ユニット１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋの各々は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）のトナー像を形成する。なお、画像形成ユニット１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋを、適宜「画像形成ユニット１１」と総称する。
【００２６】
各画像形成ユニット１１は、静電潜像を形成してトナー像を保持する像保持体としての感光体ドラム１２、感光体ドラム１２の表面を予め定めた電位で一様に帯電する帯電器１３、帯電器１３によって帯電された感光体ドラム１２を露光する露光装置としてのＬＥＤプリントヘッド(ＬＰＨ)１４、ＬＰＨ１４によって得られた静電潜像を現像する現像器１７、転写後の感光体ドラム１２表面を清掃するクリーナ１６を備えている。
【００２７】
従来のＬＰＨは、ＬＥＤアレイとロッドレンズアレイとで構成されていた。ロッドレンズアレイには、セルフォック（登録商標）など、屈折率分布型のロッドレンズが用いられていた。各ＬＥＤから射出された光は、ロッドレンズにより集光されて、感光体ドラム上に正立等倍像が結像される。本実施の形態に係る画像形成装置は、「ロッドレンズ」に代えて「ホログラム素子」を用いたＬＰＨを備えている。
【００２８】
ＬＰＨ１４は、感光体ドラム１２の軸線方向の長さと略同じ長さの長尺状のプリントヘッドである。ＬＰＨ１４には、長さ方向に沿って複数のＬＥＤがアレイ状（列状）に配列されている。ＬＰＨ１４は、その長さ方向が感光体ドラム１２の軸線方向を向くように、感光体ドラム１２の周囲に配置されている。本実施の形態のＬＰＨ１４は、感光体ドラム１２の表面から作動距離だけ離間して配置されている。本実施の形態のＬＰＨ１４は、従来のＬＰＨに比べて作動距離が長い。このため、感光体ドラム１２の周方向における占有幅が小さく、感光体ドラム１２の周囲の混雑が緩和されている。
【００２９】
また、画像形成プロセス部１０は、各画像形成ユニット１１の感光体ドラム１２にて形成された各色のトナー像が多重転写される中間転写ベルト２１、各画像形成ユニット１１の各色トナー像を中間転写ベルト２１に順次転写（一次転写）させる一次転写ロール２２、中間転写ベルト２１上に転写された重畳トナー像を記録媒体である用紙Ｐに一括転写（二次転写）させる二次転写ロール２３、及び二次転写された画像を用紙Ｐ上に定着させる定着器２５を備えている。
【００３０】
次に上記画像形成装置の動作について説明する。
まず、画像形成プロセス部１０は、制御部３０から供給された同期信号等の制御信号に基づいて画像形成動作を行う。その際に、画像読取装置３やＰＣ２から入力された画像データは、画像処理部４０によって画像処理が施され、インターフェースを介して各画像形成ユニット１１に供給される。
【００３１】
例えば、イエローの画像形成ユニット１１Ｙでは、帯電器１３により予め定めた電位で一様に帯電された感光体ドラム１２の表面が、画像処理部４０から得られた画像データに基づいて発光するＬＰＨ１４により露光されて、感光体ドラム１２上に静電潜像が形成される。即ち、ＬＰＨ１４の各ＬＥＤが画像データに基づいて発光することで、感光体ドラム１２の表面が主走査されると共に、感光体ドラム１２が回転することで副走査されて、感光体ドラム１２上に静電潜像が形成される。形成された静電潜像は現像器１７により現像され、感光体ドラム１２上にはイエローのトナー像が形成される。同様に、画像形成ユニット１１Ｍ,１１Ｃ,１１Ｋにおいて、マゼンタ、シアン、黒の各色トナー像が形成される。
【００３２】
各画像形成ユニット１１で形成された各色トナー像は、図１の矢印Ａ方向に回転動作する中間転写ベルト２１上に、一次転写ロール２２により順次静電吸引されて転写される（一次転写）。中間転写ベルト２１上には、重畳されたトナー像が形成される。重畳トナー像は、中間転写ベルト２１の移動に伴って二次転写ロール２３が配設された領域（二次転写部）に搬送される。重畳トナー像が二次転写部に搬送されると、トナー像が二次転写部に搬送されるタイミングに合わせて用紙Ｐが二次転写部に供給される。
【００３３】
そして、二次転写部にて二次転写ロール２３により形成される転写電界により、重畳トナー像は搬送されてきた用紙Ｐ上に一括して静電転写される（二次転写）。重畳トナー像が静電転写された用紙Ｐは、中間転写ベルト２１から剥離され、搬送ベルト２４により定着器２５まで搬送される。定着器２５に搬送された用紙Ｐ上の未定着トナー像は、定着器２５によって熱および圧力による定着処理を受けることで用紙Ｐ上に定着される。そして定着画像が形成された用紙Ｐは、画像形成装置の排出部に設けられた排紙トレー（不図示）に排出される。
【００３４】
＜ＬＥＤプリントヘッド(ＬＰＨ)＞
図２は本実施の形態に係る露光装置としてのＬＥＤプリントヘッドの構成の一例を示す概略斜視図である。図２に示すように、ＬＥＤプリントヘッド(ＬＰＨ１４)は、複数のＬＥＤ５０を備えたＬＥＤアレイ５２と、複数のＬＥＤ５０の各々に対応して設けられた複数のホログラム素子５４を備えたホログラム素子アレイ５６と、を備えている。
【００３５】
ＬＥＤアレイ５２には、複数のＬＥＤ５０がｍ列に分けて配列されている。ｍ列のｎ番目のＬＥＤ５０を「ＬＥＤ５０ｍｎ」と表記する。図２に示す例では、複数のＬＥＤ５０が２列に分けて配列されている。１列目の６個のＬＥＤ５０１１〜５０１６と、２列目の６個のＬＥＤ５０２１〜５０２６と、が図示されている。なお、各々を区別する必要がない場合には、これらのＬＥＤを「ＬＥＤ５０」と総称する。
【００３６】
ホログラム素子アレイ５６には、複数のＬＥＤ５０の各々に対応して、複数のホログラム素子５４が配列されている。ＬＥＤ５０ｍｎに対応するホログラム素子５４を「ホログラム素子５４ｍｎ」と表記する。図２に示す例では、１列目の６個のＬＥＤ５０１１〜５０１６に対応する６個のホログラム素子５４１１〜５４１６と、２列目の６個のＬＥＤ５０２１〜５０２６に対応する６個のホログラム素子５４２１〜５４２６と、が図示されている。なお、各々を区別する必要がない場合には、これらのホログラム素子を「ホログラム素子５４」と総称する。
【００３７】
複数のＬＥＤ５０の各々は、複数のＬＥＤチップ５３に分けられて、ＬＥＤチップ５３上に配列されている。図２に示す例では、複数のＬＥＤチップ５３が、千鳥状に配列されている。ｍ列のｎ番目のＬＥＤチップ５３を「ＬＥＤチップ５３ｍｎ」と表記する。１列目のＬＥＤチップ５３１１と２列目のＬＥＤチップ５３２１とが図示されている。なお、各々を区別する必要がない場合には、これらのＬＥＤチップを「ＬＥＤチップ５３」と総称する。
【００３８】
複数のＬＥＤ５０が配列されたＬＥＤチップ５３は、ＬＥＤ５０の各々を駆動する駆動回路（図示せず）と共に、長尺状のＬＥＤ基板５８上に実装されている。ＬＥＤチップ５３は、複数のＬＥＤ５０が主走査方向に並ぶように位置合せをして、ＬＥＤ基板５８上に配置されている。これにより、ＬＥＤ５０の各々は、感光体ドラム１２の軸線方向と平行な方向に沿って配列される。
【００３９】
ＬＥＤ５０の配列方向が「主走査方向」である。また、ＬＥＤ５０の各々は、互いに隣接する２つのＬＥＤ５０（発光点）の主走査方向の間隔（発光点ピッチ）が一定間隔となるように配列されている。また、感光体ドラム１２の回転により副走査が行われるが、「主走査方向」と直交する方向を「副走査方向」として図示している。また、以下では、ＬＥＤ５０の配置される位置を、適宜「発光点」と称する。
【００４０】
複数のＬＥＤ５０の各々は、対応するホログラム素子５４が記録された記録層６０側に光を射出するように、発光面を記録層６０側に向けて、ＬＥＤチップ５３上に配置されている。ＬＥＤ５０の「発光光軸」は、ＬＥＤ５０からＬＥＤ基板５８と直交する方向（法線方向）に射出される光の光軸である。ＬＥＤ基板５８は、ＬＥＤ５０や駆動回路が実装される側の表面が「主面」である。この主面の法線方向が、ＬＥＤ基板５８の法線方向である。従って、ＬＥＤ５０の「発光光軸」は、ＬＥＤ基板５８の法線方向を向いている。図示した通り、発光光軸は、上記の主走査方向及び副走査方向の各々とも直交する。
【００４１】
なお、図２においては、数個のＬＥＤチップ５３が配列されたＬＰＨ１４の一部を、概略的に図示しているに過ぎない。後述するように、実際の画像形成装置では、主走査方向の解像度に応じて、数百個のＬＥＤチップ５３を配列することで、数千個のＬＥＤ５０が配列されている。
【００４２】
また、図２に示す例では、複数のＬＥＤチップ５３は千鳥状に配列されているが、１次元状に配置してもよく、複数列に分けて２次元状に配置してもよい。千鳥状に配置する場合には、複数のＬＥＤチップ５３は、主走査方向に並ぶように一列に配置されると共に、副走査方向に一定間隔ずらして二列に配置される。ＬＥＤチップ５３の単位に分けられていても、複数のＬＥＤ５０の各々は、互いに隣接する２つのＬＥＤ５０の主走査方向の間隔が、略一定の間隔となるように配列されている。
【００４３】
ＬＥＤチップ５３としては、複数の自己走査型ＬＥＤ（ＳＬＥＤ：Self-scanning LED）が配列されたＳＬＥＤチップを用いてもよい。ＳＬＥＤチップは、スイッチのオン・オフを二本の信号線によって行い、各ＳＬＥＤを選択的に発光させて、データ線を共通化する。このＳＬＥＤチップを用いることで、基板上での配線数が少なくて済む。
【００４４】
ＬＥＤ基板５８上には、ホログラム記録層６０が配置されている。ホログラム素子アレイ５６は、ホログラム記録層６０内に形成されている。ホログラム記録層６０は、ＬＥＤチップ５３から予め定めた高さだけ離間された位置に、図示しない保持部材によって保持されている。ＬＥＤ５０とホログラム記録層６０との間には、ＬＥＤ５０の各々から射出された光の光路を、副走査方向に折り曲げる光路変換素子６６が配置されている。
【００４５】
ホログラム記録層６０には、複数のＬＥＤ５０の各々に対応して、主走査方向に沿って複数のホログラム素子５４が形成されている。ホログラム素子５４の各々は、互いに隣接する２つのホログラム素子５４の主走査方向の間隔（中心点の間隔）が、上記のＬＥＤ５０の主走査方向の間隔と、略同じ間隔となるように配列されている。即ち、互いに隣接する２つのホログラム素子５４が互いに重なり合うように、径の大きいホログラム素子５４が多重記録されている。また、複数のホログラム素子５４の各々は、互いに異なる形状を有していてもよい。
【００４６】
ホログラム記録層６０は、ホログラムを永続的に記録保持することが可能な高分子材料から構成されている。このような高分子材料としては、いわゆるフォトポリマーを用いてもよい。フォトポリマーは、光重合性モノマーのポリマー化による屈折率変化を利用してホログラムを記録する。
【００４７】
光路変換素子６６は、ＬＥＤ５０と離間させて、ＬＥＤ５０の上方に配置されている。ＬＥＤ５０と光路変換素子６６との間には、空気や透明樹脂等、ＬＥＤ５０から射出される光に透明な材料で構成された離間層が存在している。光路変換素子６６は、ガラスや樹脂等、離間層の材料とは屈折率の異なる材料で構成されている。また、光路変換素子６６は、後述する通り、ＬＥＤ基板５８の主面に対して副走査方向に傾けられた斜面を備えている。光路変換素子６６は、離間層との屈折率差により、この斜面に入射した光を副走査方向に屈折させる。
【００４８】
後述する通り、ホログラム素子５４の各々は、光軸がＬＥＤ基板５８の法線方向に平行な信号光と、法線方向に対し光軸が副走査方向に傾いた参照光と、を干渉させて記録される。従って、ホログラム素子５４に参照光の光路を通る光を照射すると、信号光が再生されて、ＬＥＤ基板５８と垂直な方向に回折光が射出される。
【００４９】
光路変換素子６６は、対応するホログラム素子５４に入射する光が増加するように、ＬＥＤ５０の各々から射出された光の光路を、副走査方向に折り曲げる。換言すれば、光路変換素子６６は、ホログラム素子５４に入射する発光光の光軸が、参照光の光軸に近付くように、ＬＥＤ５０からの射出光を屈折させる。この光路変換素子６６の屈折機能により、対応するホログラム素子５４に入射する光が増加する。
【００５０】
離間層を空気層とする場合には、空気の屈折率は１であり、ホログラム記録材料の屈折率は約１．５であるから、光路変換素子６６を屈折率が１．４〜１．６の範囲の層としてもよい。光路変換素子６６を構成する材料としては、屈折率が１．５前後のアクリレート樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレンなど、成形性に優れた非晶質ポリオレフィン等を用いてもよい。
【００５１】
図３は光路変換素子の一例を示す概略斜視図である。図３に示すように、光路変換素子６６は、主走査方向に延びる棒状の偏角プリズムとしてもよい。主走査方向に並ぶ複数のＬＥＤ５０に対して、主走査方向に延びる棒状の偏角プリズムが設けられるので、複数のＬＥＤ５０を高密度に配列しても、高い位置決め精度は不要になる。以下では、光路変換素子６６と同じ符号を付して、プリズム６６と称する。プリズム６６は、第１の斜面６６Ａを備えている。第１の斜面６６Ａは、ＬＥＤ基板５８の主面に対し、副走査方向に予め定めた傾斜角度で傾けられている。
【００５２】
図３に示す例では、プリズム６６は３つの側面を有する三角プリズムである。以下では、プリズム６６が三角プリズムである場合について説明するが、プリズム６６は第１の斜面６６Ａを備えていればよく、三角プリズムには限定されない。例えば、４つの側面を有する四角プリズムでもよい。
【００５３】
プリズム６６は、第１の斜面６６Ａ以外に、第２の斜面６６Ｂと、第１の斜面６６Ａの一端と第２の斜面６６Ｂの一端とを連結する連結面６６Ｃと、を備えている。第２の斜面６６Ｂは、ＬＥＤ基板５８の主面に対して第１の斜面６６Ａとは異なる方向に傾けられている。例えば、副走査方向の順方向及び逆方向を想定する。第１の斜面６６Ａの法線は、ＬＥＤ基板５８の法線方向に対し副走査方向の順方向に傾く。一方、第２の斜面６６Ｂの法線は、ＬＥＤ基板５８の法線方向に対し副走査方向の逆方向に傾く。また、連結面６６Ｃは、ＬＥＤ基板５８の主面に対し平行な平面である。第１の斜面６６Ａに入射した光は、副走査方向に屈折されて連結面６６Ｃから射出される。
【００５４】
プリズム６６は、連結面６６Ｃが記録層６０の光入射側の表面に対向するように、ＬＥＤ５０とホログラム記録層６０との間に配置されている。また、プリズム６６は、ＬＥＤ５０の上方に配置されている。対応するホログラム素子５４を記録した参照光の光軸と、第１の斜面６６Ａとは、ある点で交差する。ＬＥＤ５０は、この点の下方に配置されている。なお、ＬＥＤ５０と第１の斜面６６Ａとの位置関係については、後で詳しく説明する（図７参照）。
【００５５】
なお、図示は省略するが、ＬＰＨ１４は、ホログラム素子５４で生成された回折光が感光体ドラム１２の方向に射出されるように、ハウジングやホルダー等の保持部材により保持されて、図１に示す画像形成ユニット１１内の予め定めた位置に取り付けられている。なお、ＬＰＨ１４は、調整ネジ（図示せず）等の調整手段により、回折光の光軸方向に移動するように構成されていてもよい。ホログラム素子５４による結像位置(焦点面)が、感光体ドラム１２表面上に位置するように、上記の調整手段により調整する。また、ホログラム記録層６０上に、カバーガラスや透明樹脂等で保護層が形成されていてもよい。保護層によりゴミの付着を防止する。
【００５６】
また、ホログラム記録層６０は、ガラスや樹脂等で構成された容器内に収納されていてもよい。例えば、ホログラム記録層６０を、容器内に封入されたホログラム記録材料で構成してもよい。容器内に収納されたホログラム記録層６０は、取り扱いが容易である。また、容器は保護層としても機能する。ホログラム記録層６０が容器内に収納されている場合には、光路変換素子（プリズム）６６を容器の一部として形成してもよい。具体的な実施の形態については、後で詳しく説明する。
【００５７】
＜ＬＥＤプリントヘッドの動作＞
ＬＥＤ５０を発光させると、ＬＥＤ５０から射出された光は、第１の斜面６６Ａからプリズム６６に入射する。インコヒーレント光源であるＬＥＤ５０から射出される光は、発散して拡がることが知られている。この現象は「ランバーシアン配光」と称される。同じくインコヒーレント光源である電界発光素子（ＥＬ）においても、同様の現象が観測される。
【００５８】
本実施の形態では、ＬＥＤ５０から射出された光は、プリズム６６により光路が折り曲げられて、ホログラム記録層６０に照射される。プリズム６６は、対応するホログラム素子５４に入射する光が増加するように、ＬＥＤ５０から射出された光の光路を、副走査方向に折り曲げる。従って、ＬＥＤ５０の発光により、ホログラム素子５４に参照光が照射されたのと略同じ状況となる。これにより、光の利用効率が向上する。
【００５９】
図２に示すように、ＬＥＤアレイ５２とホログラム素子アレイ５６とを備えたＬＰＨ１４では、ＬＥＤ５０の各々から射出された各光は、第１の斜面６６Ａからプリズム６６に入射する。プリズム６６に入射した光は、プリズム６６により光路が折り曲げられて、対応するホログラム素子５４に入射される。ホログラム素子５４の各々は、入射された光を回折して回折光を生成する。ホログラム素子５４の各々で生成された各回折光は、ＬＥＤ基板５８の法線方向に射出される。各回折光の光軸は、ＬＥＤ基板５８の法線方向と平行であり、ＬＥＤ５０の発光光軸とも平行である。
【００６０】
ＬＥＤ基板５８の法線方向に射出された各回折光は、感光体ドラム１２の方向に収束して、作動距離だけ離間した焦点面に配置された感光体ドラム１２の表面で結像される。即ち、複数のホログラム素子５４の各々は、対応するＬＥＤ５０から射出された光を回折して集光し、感光体ドラム１２表面に結像させる光学部材として機能する。
【００６１】
図２に示すように、感光体ドラム１２の表面１２Ａには、各回折光による微小なスポット６２１〜６２１２が、主走査方向に一列に配列されるように形成される。換言すれば、ＬＰＨ１４により、感光体ドラム１２が主走査される。なお、各々を区別する必要がない場合には、スポット６２１〜６２１２を「スポット６２」と総称する。
【００６２】
例えば、Ａ３幅まで印字可能な画像形成装置において、１インチ当たり１２００スポットの解像度を得るためには、ＬＥＤ基板５８上には、１４８４８個のＬＥＤ５０が２１μｍの間隔で配列される。これに応じて、感光体ドラム１２の表面１２Ａには、２１μｍの間隔で主走査方向に並ぶように１４８４８個のスポット６２が形成される。
【００６３】
一般に、インコヒーレント光（非干渉性の光）を射出するＬＥＤを用いるＬＰＨでは、コヒーレンス性が低下してスポットぼけ（いわゆる色収差）が生じ、微小スポットを形成することは容易ではない。これに対して、本実施の形態のＬＰＨ１４は、ホログラム素子５４の入射角選択性及び波長選択性が高く、高い回折効率が得られる。
【００６４】
また、ＬＥＤ５０の各々から射出され、ホログラム素子５４で回折されずに透過した不要光が、感光体１２に到達すると、バックグラウンドノイズが増加してコントラストが低下する。これに対して、本実施の形態のＬＰＨ１４では、光路変換素子６６が存在しなければ感光体１２に到達する不要光の光路も、光路変換素子６６により副走査方向に折り曲げられて、対応するホログラム素子５４に入射する光が増加する。
【００６５】
このため、本実施の形態のＬＰＨ１４では、バックグラウンドノイズ（背景雑音）が低減され、信号光が精度よく再生されて、輪郭の鮮明な微小スポット６２（集光点）が形成される。
【００６６】
＜ホログラム素子の形状＞
図４はホログラム素子の概略形状を示す斜視図である。図５（Ａ）及び（Ｂ）はＬＥＤプリントヘッドの副走査方向に沿った断面図である。図６はＬＥＤプリントヘッドの主走査方向に沿った部分断面図である。
【００６７】
図４〜図６に示すように、ホログラム素子５４の各々は、一般に厚いホログラム素子と称される体積ホログラムである。また、ホログラム素子５４の各々は、ホログラム記録層６０の表面側を底面とし、ＬＥＤ５０側に向かって収束する円錐台状に形成されている。この例では円錐台状のホログラム素子について説明するが、ホログラム素子の形状はこれには限定されない。例えば、円錐、楕円錐、楕円錐台等の形状としてもよい。円錐台状のホログラム素子５４の直径は、底面で最も大きくなる。この円形の底面の直径を「ホログラム径ｒＨ」とする。なお、「ホログラム径ｈＨ」は、ホログラム素子５４の厚さである。
【００６８】
ホログラム素子５４の各々は、ＬＥＤ５０の主走査方向の間隔よりも大きな「ホログラム径ｒＨ」を有している。例えば、ＬＥＤ５０の主走査方向の間隔は３０μｍであり、ホログラム径ｒＨは２ｍｍ、ホログラム厚さｈＨは２５０μｍである。従って、図２及び図６に示すように、互いに隣接する２つのホログラム素子５４は、互いに大幅に重なり合うように形成されている。複数のホログラム素子５４は、例えば、球面波シフト多重により多重記録されている。なお、複数のホログラム素子５４の各々は、同一波長で記録してもよく、複数の波長を組み合わせて（波長多重）記録してもよい。
【００６９】
＜光路変換素子の形状及び配置＞
次に、光路変換素子（プリズム）の形状及び配置について説明する。図７は光路変換素子の設計の一例を示す副走査方向に沿った断面図である。ホログラム記録層６０は、その光入射側の表面及び光出射側の表面の各々が、ＬＥＤ基板５８の主面と略平行になるように配置されている。光入射側の表面とは、読み出し光が入射するホログラム記録層６０の裏側（図面では下側）の表面である。光出射側の表面とは、回折光が射出されるホログラム記録層６０の表側（図面では上側）の表面である。ホログラム素子５４の各々は、ホログラム記録層６０の上側から垂直に入射する信号光と、ホログラム記録層６０の上側から入射角θ１で入射する参照光と、を干渉させて記録される。
【００７０】
上述した通り、ホログラム記録層６０は、容器内に封入されたホログラム記録材料で構成されていてもよい。この場合、ホログラム記録層６０の上下両側には、保護層が配置される。ここでは、保護層を省略して説明する。通常、保護層を構成する材料の屈折率は、ホログラム記録材料の屈折率と略等しい。このため、ホログラム記録層６０と保護層との間では光は屈折しない。従って、保護層がある場合でも、保護層が無い場合と同様に、光路変換素子の形状及び配置を設計してもよい。
【００７１】
図７に示すように、参照光の光軸Ｌｒ１は、ＬＥＤ基板５８の法線方向Ｌｖに対して、副走査方向に入射角θ１だけ傾けられている。また、既に説明した通り、ホログラム記録層６０に入射する信号光の光軸は、ＬＥＤ基板５８の法線方向Ｌｖと平行である。ホログラム記録層６０に入射した参照光は、ホログラム記録層６０を伝搬してプリズム６６に入射し、プリズム６６によりＬＥＤ５０（発光点）が配置される位置に集光される。
【００７２】
ホログラム記録層６０内での伝搬角をθ２とすると、参照光の光軸Ｌｒ１は、ホログラム記録層６０及びプリズム６６により、法線方向Ｌｖと角度θ２をなす方向に折り曲げられる。従って、法線方向Ｌｖと角度θ２をなす参照光の光軸Ｌｒ２は、プリズム６６の第１の斜面６６Ａと交差する。ＬＥＤ５０（発光点）は、この交差点の下方に配置される。ＬＥＤ５０は、交差点の略真下に配置してもよい。ＬＥＤ５０の発光光軸Ｌｅは、第１の斜面６６Ａと同じ点で交差する。
【００７３】
プリズム６６の第１の斜面６６Ａは、ホログラム記録層６０の下側の表面、ひいては、ＬＥＤ基板５８の主面に対し、傾斜角度θａで傾けられている。ＬＥＤ５０の発光光軸Ｌｅは、第１の斜面６６Ａの法線Ｌａと角度θａで交差する。ホログラム記録層６０内での伝搬角をθ２とし、ホログラム記録層６０の材料の屈折率をｎとした場合に、傾斜角度θａ、入射角θ１、伝搬角θ２、及び屈折率ｎが、下記式（１）及び下記式（２）の関係を満たすように、傾斜角度θａと入射角θ１とが設定されている。
【００７４】
ｎsin(θａ−θ２)＝sinθａ 式（１）
θ２＝arcsin((1/ｎ)sinθ１) 式（２）
【００７５】
上記の関係を満たす場合には、プリズム６６を配置しない場合と比較して、ホログラム素子５４に入射する光が増加する。例えば、屈折率ｎを１．５で近似すると、（θａ、θ１）の組み合わせとしては、（４５°、６５°）、（５０°、６９°）、（５５°、７３°）等となる。ＬＥＤ５０から射出された光の内、ホログラム素子５４に入射しない光は「迷光」となる。これらの組み合わせでは、ＬＥＤ５０から射出された光の内、７割程度の光が、ホログラム素子５４に入射する。
【００７６】
参照光の入射角θ１は、４５°以上で且つ６０°以下としてもよい。参照光の入射角θ１が４５°以上で且つ６０°以下の場合には、参照光の入射角θ１が４５°未満の場合や６０°を超える場合と比較して、ホログラム素子５４に入射する光が増加する。その結果、ホログラム素子で回折されずに透過する不要光が低減される。
【００７７】
プリズム６６の径ｄｐは、ホログラム記録層６０の下側の表面（保護層を備える場合には保護層の表面）から、第１の斜面６６Ａの先端部までの高さで表される。第１の斜面６６Ａの先端部とは、第１の斜面６６Ａと第２の斜面６６Ｂとが形成する稜である。プリズム６６の径ｄｐが大きいと、ＬＥＤ５０の位置公差を大きくとれる。また、プリズム６６の径ｄｐが小さいほど、プリズム６６の成形が容易である。プリズム６６の径ｄｐは、０．５ｍｍ〜１ｍｍの範囲としてもよい。
【００７８】
ＬＥＤ基板５８の法線方向において、プリズム６６はＬＥＤ５０から距離ｄｓだけ離間されている。距離ｄｓは、ＬＥＤ５０から第１の斜面６６Ａの先端部までの距離である。プリズム６６は、ＬＥＤ５０から離間されて、ＬＥＤ５０を覆うように設けられるオンチップレンズよりも優れた集光機能を発揮する。距離ｄｓは、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲としてもよい。
【００７９】
ＬＥＤチップ５３の副走査方向の幅ｗｔは、０．１５ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲とされる。図７に示す例では、ＬＥＤ５０はＬＥＤチップ５３の右側端部に配置されている。この場合には、距離ｄｓがゼロでも、第１の斜面６６Ａの先端部がＬＥＤチップ５３に支えることは無い。一方、ＬＥＤ５０がＬＥＤチップ５３の左側端部に配置されている場合には、距離ｄｓがゼロだと、第１の斜面６６Ａの先端部がＬＥＤチップ５３に支えてしまう。このため、プリズム６６は、ＬＥＤ５０から予め定めた距離ｄｓだけ離間されている。
【００８０】
ホログラム素子５４の各々は、光軸がＬＥＤ基板５８の法線方向に平行な信号光と、法線方向に対し光軸が副走査方向に傾いた参照光と、を干渉させて記録される。参照光の光軸Ｌｒは、プリズム６６の第１の斜面６６Ａと交差する。複数のＬＥＤ５０が複数列に分けて配列されている場合には、例えば、参照光の光軸ＬｒをＬＥＤ基板５８の法線方向に対し異なる角度で傾ける等して、列毎に交差点の副走査方向の位置を異ならせる。例えば、図２に示すように、ＬＥＤチップ５３が千鳥状に配置され、複数のＬＥＤ５０が２列に分けて配列されている場合について説明する。
【００８１】
図５（Ａ）に示すように、２列目のｎ番目に配置されたＬＥＤチップ５３２ｎに、２列目のｎ番目のＬＥＤ５０２ｎが配列されている。ＬＥＤ５０２ｎに対応して、ホログラム素子５４２ｎが記録されている。この例では、１本の参照光の光軸Ｌｒが一点鎖線で図示されている。この光軸Ｌｒは、図７に示す参照光の光軸Ｌｒ２に相当する。参照光の光軸Ｌｒは、副走査方向の予め定めた位置Ａで、プリズム６６の第１の斜面６６Ａと交差する。ＬＥＤ５０２ｎはこの点Ａの真下に配置されている。
【００８２】
また、図５（Ｂ）に示すように、１列目のｎ番目に配置されたＬＥＤチップ５３１ｎに、１列目のｎ番目のＬＥＤ５０１ｎが配列されている。ＬＥＤ５０１ｎに対応して、ホログラム素子５４１ｎが記録されている。参照光の光軸Ｌｒは、副走査方向の位置Ａとは異なる位置Ｂで、プリズム６６の第１の斜面６６Ａと交差する。ＬＥＤ５０２ｎは、この点Ｂの真下に配置される。
【００８３】
位置Ａの真下に配置された２列目のＬＥＤ５０２ｎと、位置Ｂの真下に配置された１列目のＬＥＤ５０１ｎとでは、プリズム６６の第１の斜面６６Ａに入射する光量が異なる。対応するホログラム素子５４を記録する際に、この光量に応じてホログラム素子５４の回折効率等を変更することで、結像面での光量は補正される。
【００８４】
なお、上記では、列毎に交差点の副走査方向の位置を異ならせる例について説明したが、これに限定される訳ではない。ＬＥＤ５０が複数列で配列されたＬＥＤアレイの副走査方向の中心線の略真上に、交差点が位置するようにしてもよい。この場合には、異なる列のＬＥＤ５０について、参照光の光軸Ｌｒは、ＬＥＤ基板５８の法線方向に対し同じ角度で傾けられる。
【００８５】
＜ホログラムの記録方法＞
次に、ホログラムの記録方法について説明する。図８及び図９は、ホログラム記録層にホログラム素子５４が形成される様子、即ち、ホログラム記録層にホログラムが記録される様子を示す図である。感光体ドラム１２の図示は省略し、結像面である表面１２Ａだけを図示する。また、ホログラム記録層６０Ａは、ホログラム素子５４が形成される前の記録層であり、符号Ａを付して、ホログラム素子５４が形成されたホログラム記録層６０と区別する。
【００８６】
図８に示すように、表面１２Ａ上の集光点に結像される回折光の光路を通るコヒーレント光が、信号光としてホログラム記録層６０Ａに照射される。また、ホログラム記録層６０Ａを通過する際に、所望のホログラム径ｒＨまで拡がる拡散光の光路を通るコヒーレント光が、参照光としてホログラム記録層６０Ａに照射される。より詳細には、参照光は、発光点から射出されてプリズム６６に入射し、プリズム６６によりその光路が折り曲げられて、ホログラム記録層６０Ａに照射される。発光点から射出されたコヒーレント光は、プリズム６６により光路変更されて、所望のホログラム径ｒＨまで拡がる拡散光の光路を通る。コヒーレント光の照射には、半導体レーザ等のレーザ光源が用いられる。
【００８７】
信号光と参照光との干渉により得られる干渉縞（強度分布）が、ホログラム記録層６０Ａの厚さ方向にわたって記録される。これにより、透過型のホログラム素子５４が形成されたホログラム記録層６０が得られる。ホログラム素子５４は、面方向及び厚さ方向に干渉縞の強度分布が記録された体積ホログラムである。このホログラム記録層６０を、ＬＥＤアレイ５２が実装されたＬＥＤ基板５８上に取り付けることで、ＬＰＨ１４が作製される。
【００８８】
図９に示すように、ホログラム記録層６０ＡをＬＥＤアレイ５２が実装されたＬＥＤ基板５８上に取り付けた後に、位相共役記録によりホログラムを記録してもよい。ホログラム記録層６０Ａを取り付けた後でホログラムを記録するので、ＬＥＤ５０と対応するホログラム素子５４との距離が確保されると共に、ＬＥＤ５０と対応するホログラム素子５４との高い位置決め精度は不要になる。位相共役記録では、上記と同じ光路を通る信号光と参照光とが、ＬＥＤ基板５８等が配置されていない側、即ち、ホログラム記録層６０Ａの表面側から照射される。この場合も同様に、ホログラム記録層６０には、透過型のホログラム素子５４が形成される。
【００８９】
＜回折光が射出される方向＞
次に、回折光が射出される方向について説明する。図１０は回折光が基板と直交する方向に取り出される様子を示す図である。図１１は回折光が基板と交差する方向に取り出される様子を示す図である。
【００９０】
図１１に示すように、各回折光がＬＥＤ基板５８の法線方向と交差する方向に射出される場合には、感光体ドラム１２は回折光の射出方向に配置される。即ち、ＬＰＨ１４は、感光体ドラム１２の結像面に対し斜めに傾けて配置される。この場合には、ＬＰＨ１４の表面から感光体ドラム１２の表面までの最短距離は、ＬＰＨ１４の作動距離よりも短くなる。例えば、回折光の光軸がＬＥＤ基板５８の法線方向と４５°で交差する場合には、作動距離を約４ｍｍとすると、最短距離は約２ｍｍと短くなる。
【００９１】
これに対し、図１０に示すように、本実施の形態に係るＬＰＨ１４の場合には、感光体ドラム１２は、ＬＥＤ基板５８の法線方向、即ち、ＬＥＤ基板５８に対し垂直な方向に配置される。換言すれば、ＬＰＨ１４は、感光体ドラム１２の結像面に対向するように配置される。この場合は、ＬＰＨ１４の表面から感光体ドラム１２の表面までの最短距離は、ＬＰＨ１４の作動距離と等しい。従って、トナー汚れの影響を受け難く、整備性にも優れている。
【００９２】
＜一体型ＬＰＨの具体的な構成例＞
図１２（Ａ）はホログラム記録層が容器内に収納された一体型ＬＰＨの具体的な構成を示す断面図である。図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）に示す容器の一部を取り出して示す斜視図である。
【００９３】
図１２（Ａ）に示すように、一体型ＬＰＨ１４は、複数のＬＥＤ５０を備えたＬＥＤチップ５３が複数配列されたＬＥＤ基板５８と、複数のＬＥＤ５０の各々に対応して複数のホログラム素子５４が記録されたホログラム記録層６０と、を備えている。ホログラム記録層６０は、ガラスや樹脂等で構成された容器７０内に収納されて保護されている。ホログラム記録層６０は、ホログラム記録材料を容器７０内に封入する等して、容器７０内に収納されている。複数のホログラム素子５４は、容器内に収納されたホログラム記録層６０Ａ（記録前）に対し、位相共役記録により記録される。
【００９４】
容器７０は、主走査方向に延びる長尺状で且つ平板状の第１の平板部７２と、ホログラム記録層６０を挟んで第１の平板部７２と対向する長尺状で且つ平板状の第２の平板部７４と、側面を形成して第１の平板部７２と第２の平板部７４とを連結する連結部７６と、第１の平板部７２を一定の高さに支持する支持部７８と、を備えている。第１の平板部７２は、容器７０の一部を構成する。また、図１２（Ｂ）に示すように、第１の平板部７２は、主走査方向に延びると共に外側に突き出したプリズム部７３を備えている。
【００９５】
プリズム部７３は、第１の斜面７３Ａと第２の斜面７３Ｂとを備えている。第１の斜面７３Ａは、ＬＥＤ基板５８の主面に対し副走査方向に予め定めた傾斜角度で傾けられている。第２の斜面７３Ｂは、ＬＥＤ基板５８の主面に対して第１の斜面６６Ａとは異なる方向に傾けられている。プリズム部７３は、対応するホログラム素子５４を記録した参照光の光軸と第１の斜面７３Ａとが交差する点の下方にＬＥＤ５０が配置されるように、ＬＥＤ５０の上方に配置されている。
【００９６】
容器７０は、空気より屈折率の高いガラスや樹脂等の材料で構成されている。容器７０を構成する材料としては、図２の光路変換素子６６の材料として例示された材料を用いてもよい。容器７０は、例えば、型を用いた射出成形等により作製してもよい。また、容器７０を複数の部材に分けて、各部材を射出成形等により作製してもよい。プリズム部７３は、第１の平板部７２と一体に形成される。
【００９７】
支持部７８は、主走査方向に延びる長尺状の部材で構成されている。支持部７８は、第１の平板部７２の幅方向の両端に設けられている。支持部７８は、第１の平板部７２から見ると、第１の平板部７２からその法線方向に延びる脚部である。容器７０は、脚部である支持部７８の一端をＬＥＤ基板５８上に着けて、ＬＥＤ基板５８上に載せ置かれる。
【００９８】
容器７０がＬＥＤ基板５８上に載せ置かれることにより、プリズム部７３を備えた第１の平板部７２が、ＬＥＤ基板５８上の一定の高さに支持される。これにより、ＬＥＤ５０とプリズム部７３とが離間されて、ＬＥＤ５０とプリズム部７３との間には、空気層が介在することになる。同時に、ホログラム記録層６０が、ＬＥＤ基板５８上の一定の高さに配置される。また、ＬＥＤ基板５８上の複数のＬＥＤ５０は、第１の平板部７２と支持部７８とで形成されるハウジング内に収納される。
【００９９】
本実施の形態では、ＬＥＤ５０から射出された光は、プリズム部７３の第１の斜面７３Ａに入射し、プリズム部７３により光路が折り曲げられて、ホログラム記録層６０に照射される。プリズム部７３は、ＬＥＤ５０から射出された光の光路を、副走査方向に折り曲げる。これにより、対応するホログラム素子５４を記録した参照光の光路を通る光が増加して、光の利用効率が向上する。
【０１００】
また、ＬＥＤ５０とプリズム部７３とが離間されており、プリズム部７３は、ＬＥＤ５０を覆うように設けられるオンチップレンズよりも優れた集光機能を発揮する。更に、主走査方向に並ぶ複数のＬＥＤ５０に対して、主走査方向に延びるプリズム部７３が設けられるので、複数のＬＥＤ５０を高密度に配列しても、高い位置決め精度は不要にとなる。
【０１０１】
図１３（Ａ）〜（Ｅ）は、図１２（Ａ）に示す一体型ＬＰＨの製造工程を示す断面図である。まず、図１３（Ａ）に示すように、容器７０を構成する各部品を作製する。この例では、容器７０は、第１の部材と第２の部材とに分けて作製される。第１の部材は、第２の平板部７４及び連結部７６の一部７６Ａで構成される。第２の部材は、第１の平板部７２、連結部７６の一部７６Ｂ及び支持部７８で構成される。各部材は、射出成形等により所望の形状に形成される。
【０１０２】
次に、図１３（Ｂ）に示すように、連結部７６の一部７６Ａと連結部７６の一部７６Ｂとを接合することで、第１の部材と第２の部材とを一体化して、第１の平板部７２、第２の平板部７４、連結部７６及び支持部７８を備えた容器７０を完成させる。続いて、図１３（Ｃ）に示すように、容器７０内にホログラム記録材料を充填して、容器７０内にホログラム記録層６０Ａ（記録前）を形成する。
【０１０３】
次に、図１３（Ｄ）に示すように、容器７０内に収納されたホログラム記録層６０Ａ（記録前）に対し、位相共役記録により複数のホログラム素子５４記録する。最後に、図１３（Ｅ）に示すように、ホログラム記録層６０が収納された容器７０を、ＬＥＤ基板５８上に載せ置く。
【０１０４】
一体型ＬＰＨ１４では、プリズム部７３は容器７０と一体に形成されている。また、ホログラム記録層６０は、プリズム部７３を含む容器７０と一体に形成されている。容器７０は、プリズム部７３を備えた第１の平板部７２及び支持部７８を備えているので、ホログラム記録層６０が収納された容器７０を、ＬＥＤ基板５８上に載せ置くだけで、ホログラム記録層６０及びプリズム部７３が所望の位置に配置されると共に、複数のＬＥＤ５０がハウジング内に収納される。
【０１０５】
＜その他の変形例＞
なお、上記では、複数のＬＥＤを備えたＬＥＤプリントヘッドを備える例について説明したが、ＬＥＤに代えて電界発光素子（ＥＬ）、レーザダイオード（ＬＤ）等、他の発光素子を用いてもよい。発光素子の特性に応じてホログラム素子を設計すると共に、インコヒーレント光による不要露光を低減することで、インコヒーレント光を射出するＬＥＤやＥＬを発光素子として用いた場合でも、コヒーレント光を射出するＬＤを発光素子として用いた場合と同様に、輪郭が鮮明な微小スポットが形成される。
【０１０６】
また、上記では、球面波シフト多重により複数のホログラム素子を多重記録する例について説明したが、所望の回折光が得られる多重方式であれば、他の多重方式で複数のホログラム素子を多重記録してもよい。また、複数種類の多重方式を併用しても良い。他の多重方式としては、参照光の入射角度を変えながら記録する角度多重記録、参照光の波長を変えながら記録する波長多重記録、参照光の位相を変えながら記録する位相多重記録等が挙げられる。
【０１０７】
また、上記では、画像形成装置がタンデム型のデジタルカラープリンタであり、その各画像形成ユニットの感光体ドラムを露光する露光装置としてのＬＥＤプリントヘッドについて説明したが、露光装置により感光性の画像記録媒体を像様露光することで画像が形成される画像形成装置であればよく、上記の応用例には限定されない。例えば、画像形成装置は、電子写真方式のデジタルカラープリンタには限定されない。銀塩方式の画像形成装置や光書込み型電子ペーパー等の書き込み装置等にも本発明の露光装置を搭載してもよい。また、感光性の画像記録媒体は、感光体ドラムには限定されない。シート状の感光体や写真感光材料、フォトレジスト、フォトポリマー等の露光にも、上記応用例に係る露光装置を適用してもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
２ ＰＣ
３ 画像読取装置
１０ 画像形成プロセス部
１１ 画像形成ユニット
１２ 感光体ドラム
１２Ａ 表面
１３ 帯電器
１４ ＬＥＤプリントヘッド
１５ 現像器
１６ クリーナ
２１ 中間転写ベルト
２２ 一次転写ロール
２３ 二次転写ロール
２４ 搬送ベルト
２５ 定着器
３０ 制御部
４０ 画像処理部
５０ ＬＥＤ
５２ ＬＥＤアレイ
５３ ＬＥＤチップ
５４ ホログラム素子
５６ ホログラム素子アレイ
５８ ＬＥＤ基板
６０ ホログラム記録層
６０Ａ ホログラム記録層
６２ スポット
６４ 離間層
６６ 光路変換素子（プリズム）
６６Ａ 第１の斜面
６６Ｂ 第２の斜面
７０ 容器
７２ 第１の平板部
７３ プリズム部
７３Ａ 第１の斜面
７３Ｂ 第２の斜面
７４ 第２の平板部
７６ 連結部
７８ 支持部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子が第１の方向に並ぶように配列された基板と、
前記基板上に配置された記録層であって、前記複数の発光素子の各々から射出された射出光が、対応するホログラム素子により前記基板の法線方向に回折及び集光されて、被露光面上に前記第１の方向に並ぶ集光点列が形成されるように、光軸が前記基板の法線方向に平行な信号光と前記法線方向に対し光軸が前記第１の方向と交差する第２の方向に傾いた参照光とを干渉させて、前記複数の発光素子の各々に対応する複数のホログラム素子が多重記録された記録層と、
前記基板と前記記録層との間に配置され、前記射出光の光路を前記第２の方向に折り曲げて、前記射出光を対応するホログラム素子に入射させる光路変換素子と、
を備えた露光装置。
【請求項２】
前記光路変換素子は、前記基板の主面に対し前記第２の方向に傾けられた第１の斜面を備え且つ前記第１の方向に延びる棒状のプリズムであり、
前記複数の発光素子の各々は、対応するホログラム素子を記録した参照光の光軸と前記第１の斜面とが交差する点の下方に配置される、
請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記第１の斜面の傾斜角度をθａ、前記参照光の前記記録層への入射角をθ１、前記記録層内での伝搬角をθ２、前記記録層の材料の屈折率をｎとした場合に、傾斜角度θａ、入射角θ１、伝搬角θ２、及び屈折率ｎは、下記式（１）及び下記式（２）の関係を満たす、請求項２に記載の露光装置。
ｎsin(θａ−θ２)＝sinθａ 式（１）
θ２＝arcsin((1/ｎ)sinθ１) 式（２）
【請求項４】
前記参照光の前記記録層への入射角θ１は、４５°以上で且つ６０°以下である、請求項２又は請求項３に記載の露光装置。
【請求項５】
前記複数の発光素子は複数列に分けて配列されており、各列に配列された複数の発光素子の各々は、対応するホログラム素子を記録した参照光の光軸と前記第１の斜面とが交差する点の下方に配置される、請求項２から請求項４までの何れか１項に記載の露光装置。
【請求項６】
前記記録層は容器内に収納されて前記基板上に配置されており、前記容器の一部が前記光路変換素子を構成する、請求項１から請求項５までの何れか１項に記載の露光装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の露光装置と、
前記露光装置と作動距離だけ離間して配置されると共に、前記露光装置に対して前記第１の方向と交差する第２の方向に相対移動され、前記露光装置により画像データに応じて走査露光されて、画像が書き込まれる感光体と、
を含む画像形成装置。
【請求項１】
複数の発光素子が第１の方向に並ぶように配列された基板と、
前記基板上に配置された記録層であって、前記複数の発光素子の各々から射出された射出光が、対応するホログラム素子により前記基板の法線方向に回折及び集光されて、被露光面上に前記第１の方向に並ぶ集光点列が形成されるように、光軸が前記基板の法線方向に平行な信号光と前記法線方向に対し光軸が前記第１の方向と交差する第２の方向に傾いた参照光とを干渉させて、前記複数の発光素子の各々に対応する複数のホログラム素子が多重記録された記録層と、
前記基板と前記記録層との間に配置され、前記射出光の光路を前記第２の方向に折り曲げて、前記射出光を対応するホログラム素子に入射させる光路変換素子と、
を備えた露光装置。
【請求項２】
前記光路変換素子は、前記基板の主面に対し前記第２の方向に傾けられた第１の斜面を備え且つ前記第１の方向に延びる棒状のプリズムであり、
前記複数の発光素子の各々は、対応するホログラム素子を記録した参照光の光軸と前記第１の斜面とが交差する点の下方に配置される、
請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記第１の斜面の傾斜角度をθａ、前記参照光の前記記録層への入射角をθ１、前記記録層内での伝搬角をθ２、前記記録層の材料の屈折率をｎとした場合に、傾斜角度θａ、入射角θ１、伝搬角θ２、及び屈折率ｎは、下記式（１）及び下記式（２）の関係を満たす、請求項２に記載の露光装置。
ｎsin(θａ−θ２)＝sinθａ 式（１）
θ２＝arcsin((1/ｎ)sinθ１) 式（２）
【請求項４】
前記参照光の前記記録層への入射角θ１は、４５°以上で且つ６０°以下である、請求項２又は請求項３に記載の露光装置。
【請求項５】
前記複数の発光素子は複数列に分けて配列されており、各列に配列された複数の発光素子の各々は、対応するホログラム素子を記録した参照光の光軸と前記第１の斜面とが交差する点の下方に配置される、請求項２から請求項４までの何れか１項に記載の露光装置。
【請求項６】
前記記録層は容器内に収納されて前記基板上に配置されており、前記容器の一部が前記光路変換素子を構成する、請求項１から請求項５までの何れか１項に記載の露光装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の露光装置と、
前記露光装置と作動距離だけ離間して配置されると共に、前記露光装置に対して前記第１の方向と交差する第２の方向に相対移動され、前記露光装置により画像データに応じて走査露光されて、画像が書き込まれる感光体と、
を含む画像形成装置。
【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２０１２−１６６４４７（Ｐ２０１２−１６６４４７Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８９０２（Ｐ２０１１−２８９０２）
【出願日】平成２３年２月１４日（２０１１．２．１４）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１４日（２０１１．２．１４）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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