CN1326129C - 光学记录头、用其形成图象的装置和检查该装置的方法 - Google Patents

Abstract

一种光学记录头，即使以较高记录密度打印，也能得到清晰的图象，并在大多数情况下不会产生条带状不规则。所述光学记录头，将带有图象信息的光施加于感光材料。所述光学记录头包括具有多个点光源的阵列光源(23)，每个点光源有选择地发出与图象信息相对应的光；还包括面对阵列光源的透镜阵列(24)，所述透镜阵列(24)具有分别与多个点光源相对应的多个透镜元件(25)。每个透镜元件(25)的孔径张角θ设定在14°到18°的范围内。

Description

光学记录头、用其形成图象的装置和检查该装置的方法

技术领域

本发明涉及光学记录头，和用其形成图象的装置，具体涉及一种利用梯度指数棒状透镜阵列将来自一排光源的信息写入感光材料的光学记录头，所述光源与图象信息对应地选择发光，使用其形成图象的装置以及检查该图象形成装置的方法。

背景技术

通常，作为光学记录头，用于将一排光源，如LED阵列或者液晶显示器(LCD)快门阵列之类送出的光信息写入感光鼓或者影印纸上的感光材料，所述光源与图象信息对应地选择发光，主要含有以下两种梯度指数棒状透镜阵列。

(I)每个棒状透镜(以下称为透镜元件)都具有20°到23°范围的孔径张角θ的棒状透镜阵列。这种(I)型棒状透镜阵列具有以下优点。(a)有很高的耦合效率和较轻的光源排发光量负荷与感光材料敏感度。如果光源排是LCD快门阵列，则光源排的发光量等于LCD快门阵列发出并已通过的背光光量。(b)共轭长度TC较短，以致可以缩小相关装置的尺寸。(c)其具有相对短的共轭长度TC，因此不容易受透镜元件阵列倾角的影响。

(II)每个棒状透镜都具有10.5°到12°范围的孔径张角θ的棒状透镜阵列。这种(II)型棒状透镜阵列具有以下优点。(d)有较高的基本分辨率，以致能获得清晰的影印质量。(e)有相对大的焦深，因此可以易于解决零件误差、感光鼓偏心等问题。

但是这种(I)型棒状透镜阵列有一个问题，即在以大约1200dpi(点/英寸)的较高记录密度下影印时，难于获得无条带的清晰图象。原因如下：(i)通常，随着孔径张角的变小，分辨率变高，在(I)型情况下，由于孔径张角θ是20°到23°的较大数值，因此可能达不到如此高的分辨率等级，以致于不能获得1200dpi的分辨率。(ii)尽管随着孔径张角的变大，透镜元件具有较大的视场曲率，孔径张角θ是20°到23°的较大数值，因此在透镜直径/半径周期中有较大的分辨率波动。

(iii)孔径张角θ具有20°到23°的较大数值，以致焦深较小。因此，由不可避免的零件误差、感光鼓偏心等造成的大约±20μm离焦明显恶化了分辨率，这里的术语“离焦”指的是透镜元件关于光源和感光鼓的互联中心线的离焦。

(II)型棒状透镜阵列有以下的问题。(i)光源排的发光量和感光材料敏感度的负担重，以致全尺寸的冷却机制必定与印刷速度有关。这是由于孔径张角θ具有10.5°到12.0°的较大数值，因此这种类型棒状透镜阵列的耦合效率是(I)型棒状透镜阵列耦合效率的1/4。(ii)由于这种类型棒状透镜阵列的共轭长度TC接近(I)型棒状透镜阵列的共轭长度的两倍，所以装置变大。(iii)由于共轭长度较大，所以透镜元件阵列的倾角受到较大影响，以致于局部易于出现条带状不规则。

因此，在以大约1200dpi的较高记录密度进行打印时，(I)型和(II)型棒状透镜阵列不能够满足无条带清晰图象的要求，这两种棒状透镜阵列都既有优点又有缺点。

在使用常规透镜阵列的电光型图象形成装置中，由于透镜阵列各透镜光学特性的波动，在输出图象中出现条带状不规则。这种条带状不规则不是由较低的分辨率绝对值造成的，而是由分辨率在不同环境下的较大差异造成的。当这种条带以1mm到5mm的周期出现时，其不规则性尤其明显，这是因为裸眼较容易识别的条带的宽度/周期是大约0.5mm到10mm。

在评估由图象形成装置形成的图象的质量时，通常是将光源阵列、镜头阵列、感光材料装配成装置，然后进行实际操作，执行光反应和显影处理，以便检查最终形成的图象的不规则性。在当前的情况下，在装置装配之后仅仅能够知道是否存在由透镜阵列造成的条带状不规则。

因此，作为评估结果，如果在图象中发现一些条带状不规则，并且所得图象的质量较差，就需要分解装置，以便确定原因。这就是说，需要针对这是归结于透镜阵列还是归结于光源阵列来分析条带状不规则出现的因素。此外，如果判断出透镜阵列有缺陷，就要用无缺陷的透镜阵列再一次装配装置。这使得检查过程耗时费力，因此，装置的生产效率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种光学记录头，即使在以较高的记录密度打印时，也能够获得清晰的图象，而在大多数情况下不致产生条带状不规则，另外，还提供一种用其形成图象的装置。

本发明的另一个目的是提供一种能够检查图象形成装置的方法，其在装置装配之前就可以估计透镜阵列造成条带状不规则，从而提高了生产率。

为达到上述目的，本发明提供一种将带有图象信息的光施加于感光材料的光学记录头，所述光学记录头包括：具有多个点光源的阵列光源，每个点光源有选择地发出与图象信息相对应的光；以及面对所述阵列光源的透镜阵列，所述透镜阵列具有分别与所述多个点光源相对应的多个透镜元件，其中每个透镜元件的孔径张角θ设置在14°到18°的范围内，以及所述透镜元件的叠加程度m设置为1.34≤m≤2.00。

本发明的又一方面涉及一种将带有图象信息的光施加于感光材料的光学记录头。这种光学记录头包括具有多个点光源的阵列光源，每个点光源有选择地发出与图象信息相对应的光；还包括面对阵列光源的透镜阵列。所述透镜阵列具有分别与多个点光源相对应的多个透镜元件。多个透镜元件中的每一个都接收来自相应点光源的光，将光聚焦到感光材料上，以便形成点象。按预定的宽度分割图象形成范围，以确定多个图象形成部分，在所述图象形成区域内，所述透镜阵列与点象相互联系。这种透镜阵列具有下面五个特点：[1]当各点光源都被点亮时，每个图象形成部分中点象平均对比度和最小对比度之间的差别大约为18％或更小；[2]当各点光源都被点亮时，每个图象形成部分中点象最大对比度和最小对比度之间的差别大约为30％或更小；[3]当各点光源都被点亮时，每个图象形成部分中点象平均对比度与相邻的图象形成部分中点象平均对比度的差别大约为10％或更小；[4]当各点光源都被点亮时，整个图象形成范围中点象对比度的标准偏差为大约5％或更小；[5]当点光源都点亮时，整个图象形成范围中点象对比度的标准偏差为整个图象形成范围中点象平均对比度的12％或更小。

本发明的又一方面涉及一种图象形成装置，其包括具有在其上形成感光材料的表面的鼓；还包括将带有图象信息的光施加于感光材料的光学记录头。这种光学记录头包括具有多个点光源的阵列光源，每个点光源有选择地发出与图象信息相对应的光；还包括面对阵列光源的透镜阵列。所述透镜阵列具有分别与多个点光源相对应的多个透镜元件。每个透镜的孔径张角θ设置在14°到18°的范围中。

本发明的再一方面涉及一种图象形成装置，其包括具有在其上形成感光材料的表面的鼓；还包括将带有图象信息的光施加于感光材料的光学记录头。这种光学记录头包括具有多个点光源的阵列光源，每个点光源有选择地发出与图象信息相对应的光；还包括面对阵列光源的透镜阵列。所述透镜阵列具有分别与多个点光源相对应的多个透镜元件。多个透镜元件中的每一个都接收来自对应的点光源的光，将光聚焦到感光材料上，以便形成点象。按预定的宽度分割图象形成范围，以确定多个图象形成部分，在所述图象形成区域内，所述透镜阵列与点象相互联系。这种透镜阵列具有下面五个特点：[1]当各点光源都被点亮时，每个图象形成部分中点象平均对比度和最小对比度之间的差别大约为18％或更小；[2]当各点光源都被点亮时，每个图象形成部分中点象最大对比度和最小对比度之间的差别大约为30％或更小；[3]当各点光源都被点亮时，每个图象形成部分中点象平均对比度与相邻的图象形成部分中点象平均对比度的差别大约为10％或更小；[4]当各点光源都被点亮时，整个图象形成范围中点象对比度的标准偏差为大约5％或更小；[5]当各点光源都被点亮时，整个图象形成范围中点象对比度的标准偏差为整个图象形成范围中点象平均对比度的12％或更小。

本发明的再一方面涉及一种检查图象形成装置的方法。所述图象形成装置包括将带有图象信息的光施加于感光材料的光学记录头。光学记录头包括具有多个点光源的阵列光源，每个点光源有选择地发出与图象信息相对应的光；还包括面对阵列光源的透镜阵列。所述透镜阵列具有分别与多个点光源相对应的多个透镜元件。所述方法包括如下步骤：设置阵列光源和用来在关于透镜阵列的共轭位置接收来自多个点光源的光的光接收单元；通过整个透镜阵列有效宽度上的均匀发光图样点亮阵列光源；沿着透镜阵列的各透镜排列的方向将阵列光源和透镜阵列移向光接收单元，从而使光接收单元检测每个与透镜阵列相联系的点象的光量；获得透镜阵列与图象相联系的图象形成范围中所有点象的对比度；以预定的宽度分割图象形成范围，以形成图象形成部分；根据光接收单元的检测结果计算每个部分中点象的平均对比度；确定各部分中点象的平均对比度与最小对比度之间的差别是否超过预定值。

本发明的再一方面涉及一种检查图象形成装置的方法。所述方法包括如下步骤：设置阵列光源和用来在关于透镜阵列的共轭位置接收来自多个点光源的光的光接收单元；通过整个透镜阵列有效宽度上的均匀发光图样点亮阵列光源；沿着透镜阵列的各透镜排列的方向将阵列光源和透镜阵列移向光接收单元，从而使光接收单元检测每个与透镜阵列相联系的点象的光量；获得透镜阵列与图象相联系的图象形成范围中所有点象的对比度；以预定的宽度分割图象形成范围，以形成图象形成部分；根据光接收单元的检测结果计算每个部分中点象的平均对比度；确定各部分中点象的最大对比度与最小对比度之间的差别是否超过预定值。

本发明的再一方面涉及一种检查图象形成装置的方法。所述方法包括如下步骤：设置阵列光源和用来在关于透镜阵列的共轭位置接收来自多个点光源的光的光接收单元；通过整个透镜阵列有效宽度上的均匀发光图样点亮阵列光源；沿着透镜阵列的各透镜排列的方向将阵列光源和透镜阵列移向光接收单元，从而使光接收单元检测每个与透镜阵列相联系的点象的光量；获得透镜阵列与图象相联系的图象形成范围中所有点象的对比度；以预定的宽度分割图象形成范围，以形成图象形成部分；根据光接收单元的检测结果计算每个部分中点象的平均对比度；确定各部分中点象的最大对比度与相邻部分对比度之间的差别是否超过预定值。

下面参考附图以示例的形式对发明原理的说明将会使本发明的其它方面和优点变得更加清晰。

附图说明

以下参考附图对本优选实施例的说明可以更好地理解本发明及其目的和优点。

图1是表示有关本发明第一实施例光学打印机的示意性结构图；

图2是表示图1中光学打印机LED之打印头的示意性结构图；

图3是表示图2中LED打印头的棒状透镜阵列的透视图；

图4是表示两排棒状透镜阵列的孔径张角造成分辨率(MTFave)变化的曲线；

图5A和图5B是表示两排棒状透镜MTF曲线实测示例的曲线；

图6是表示具有不同孔径张角之多种类型的两排棒状透镜的焦深计算结果曲线；

图7是表示两排棒状透镜阵列的光量与孔径张角变化之间的比较曲线；

图8是表示两排棒状透镜阵列叠加程度造成的周期光量中不规则性的曲线；

图9是解释测量点象对比度(MTF)方法的示意图；

图10是表示由图9测量方法检测的每个点象光量的曲线；

图11是表示与第二实施例有关之棒状透镜阵列对比度(MTF)的分布曲线；

图12是表示用于解释与第二实施例有关之棒状透镜阵列的部分MTF波动的曲线；

图13是表示用于解释与第三实施例有关之棒状透镜阵列的部分MTFmax-min的曲线；

图14是表示用于解释与第四实施例有关之棒状透镜阵列的部分MTF差值的曲线。

具体实施方式

各附图中，相同的单元用相同的数字表示。

图1是与本发明第一实施例有关之光学打印机的示意性结构图。在第一实施例中，所述图象形成装置被用于光学打印机。图2表示作为所述光学打印机11所用光学记录头的LED打印头13的示意性结构图；图3表示所述LED打印头及其图象形成动作。

如图1所示，光学打印机11包括：柱状感光鼓12，LED打印头13，充电装置14，显影装置15，转印装置16，定影装置17，擦除灯18，清除装置19，供纸盒20，交叠接纸台21。

在感光鼓12的表面(感光表面)形成诸如非晶硅之类具有光电导性的感光材料。感光鼓按打印速度旋转。当感光鼓12旋转时，充电装置14对感光鼓12的感光表面充电，LED打印头13提供要打印在感光鼓12的感光表面上的点象的光，从而中和施加了光的充电部分。然后，与感光表面的充电条件相对应，显影装置15将调色剂施加于感光表面。

接着，转印装置16将调色剂转印到从供纸盒20传送出的连续打印纸22上。连续打印纸22在定影装置17处被加热，以便固定调色剂，然后将其发送到交叠接纸台21上。当转印完成时，在整个表面使充电感光鼓12受到中和，然后清除装置19将残留的调色剂清除。

如图2所示，LED打印头13包括LED阵列23和棒状透镜阵列24，其中LED打印头包括多个有选择地发出与图象信息相对应的光的LED，而棒状透镜阵列24是直立的等放大倍数成像透镜。

LED阵列23包括设置在基片上的LED阵列芯片和IC驱动芯片。LED阵列的各阵列单元相应于打印信息(图象信息)打开/关闭，所述的打印信息比如是串行信号。每个阵列单元发出的光(图3中物体表面发出的光)经过每个透镜25被聚焦，以致在感光鼓12的感光表面(图3的图象表面)上形成包括多个点象的图象。在每个棒状透镜25规定的范围中形成每个点象。在1200dpi记录密度(24lp/mm)下LED阵列23的各LED间距(各发光点之间的距离)是21μm，以致在1200dpi记录密度时点象间距也是21μm。

在第一实施例中，如图2和图3所示，棒状透镜阵列24包括设置在两个框架26之间的两排梯度指数棒状透镜25。每个梯度指数棒状透镜25都具有一定的径向折射率。

以下参考图4到图8对与第一实施例有关的棒状透镜阵列的条件(特性)进行说明。

条件1：图4指示的是当在包含排成两排之多个透镜元件的透镜阵列(两排棒状透镜阵列)中LED阵列23发出光的中间波长等于740nm时，关于透镜元件的孔径张角θ(°)可以得到的透镜元件分辨率MTF的均值。MTF(调制传递函数)用来指示透镜的分辨率。当方格状图样通过透镜阵列被聚焦时，MTF根据沿着透镜阵列纵向方向象的强度分布由等式MTF＝(i(W)max-i(W)min)/(i(W)max+i(W)min×100(％)，其中象的光量的最大和最小值为i(W)max和i(W)min，空间频率是W(lp/mm)。MTF越大，分辨率越高。由于i(W)max和i(W)min取决于透镜阵列的位置，所以MTFave作为第一实施例的分辨率参数来使用。MTFave是整个透镜阵列分辨率MTF的均值。

在图4中，(A)计算值1表示在以600dpi(12lp/mm)的记录密度打印的情况下，相对于理想折射率分布计算的MTFave值。点h，i，j分别表示φ为1.1，0.6，和0.6时计算的值。(B)计算值2表示在以1200dpi(24lp/mm)的记录密度打印时，相对于理想折射率分布计算的MTFave值。(C)曲线(点a到g)表示在以600dpi的记录密度打印的情况下实测的所有MTFave值。

如果要用于具有1200dpi(24lp/mm)的LED打印头，透镜元件至少需要50％的MTFave值。为此，如图中虚线给出的计算值2指示的那样，透镜元件必须具有18°或更小的孔径张角。换句话说，在以1200dpi(24lp/mm)的记录密度打印的情况下，如果透镜元件带有的孔径张角θ大于大约18°，则可获得的MTFave等级小于50％，以致于不能得到1200dpi的分辨率。

条件2：在图4所示的所有(A)，(B)，(C)和(D)的情况下，随着孔径张角θ的减小，可获得的MTFave等级的增加的原因是：随着孔径张角θ的减小，透镜可获得的视场曲率减小。当使各透镜排列起来时，透镜的视场曲率不仅降低了MTFave等级，而且增加了MTF在透镜半径/直径周期中的波动(MTF周期波动)。图5A示出了具有0.6mm透镜直径φ和22°的孔径张角的多个透镜被排成两列时，棒状透镜阵列24的MTFave曲线实测示例。图5B表示具有0.6mm透镜直径φ和17°的孔径张角的多个透镜被排成两列时，棒状透镜阵列24的MTFave曲线实测示例。在图5A和图5B中，水平轴表示沿各透镜排列的方向棒状透镜阵列24的位置。

图5A示出了大约12％到13％的MTF波动(MTFmax-MTFmin)，而图5B示出了大约7％到8％的周期MTF波动。作为测试打印的结果可以发现，如果周期MTF波动超过10％，则图象中出现周期条带。为消除周期条带的出现，需要将透镜孔径张角θ设定成小于大约18°或者更小。这就是说，如图5A和图5B所示，可以发现随着孔径张角θ增加超过17°，周期MTF波动增加。此外，为将周期MTF波动降至10％或者更小，需要将孔径张角θ设置在小于大约18°或者更小。

条件3：图6示出了对于包含具有不同孔径张角之透镜元件的多种类型棒状透镜阵列的焦深计算结果。在图6中，实心圆，实心方形，实心三角形表示在孔径张角分别为12°，17°，和20°的情况下焦深的计算结果。实线31，32和33分别是利用指示这些孔径张角计算结果的多项式的大致曲线。

由大约±20μm的离焦造成的MTF实际可容许下降是5％，由于零件误差和感光鼓偏心等，这是不可避免的。图6示出了透镜元间的孔径张角必须为18°或者更小，以便将大约±20μm的离焦造成的MTF下降局限于大约5％或者更小。当孔径张角为17°时，由于零件误差等引起不可避免的大约±20μm的离焦所造成的MTF分辨率值下降大致为4％。这说明当孔径张角大致为18°时，可以得到的焦深使因大约±20μm之离焦所造成的MTF分辨率值下降为5％。

条件4：图7示出了棒状透镜阵列光量与不同孔径张角之间的比较曲线。在图7中，设每个透镜元件都具有12°孔径张角的棒状透镜阵列24的光量为“1.0”，相对于此，对于孔径张角的变化指示两排棒状透镜阵列的光量。可以被掩盖成能够使LED阵列23的光量增大的值是具有22°孔径张角的两排棒状透镜阵列光量的一半(1/2)(大约3.0的相对光量)。图7表明为此目的透镜元件的孔径张角必须为大约14°。

条件5：图8示出两排棒状透镜阵列叠加程度造成的周期光量的不规则性。棒状透镜24的共轭长度可以令人满意地降低到大约20mm或者更小。如果棒状透镜24的工作长度L太小，不可能容易围绕感光鼓12保留一定的间隔，因此导致调色剂附着在透镜元件的透镜表面上。为防止这个问题，工作长度至少大约为2mm。

如果两排棒状透镜阵列的周期光量不规则性大大超过10％，就造成用来校正周期光量不规则的光量校正电路的负担过重，以致需要将叠加程度m设定成大到一定程度的值。如果叠加程度m太大，就造成分辨率和光量方面的缺点。叠加程度m的大致数值为1.10到2.00。图8示出优选的大致叠加程度m为1.10或者更高，以使周期光量不规则性不超过10％。

接下去有如下述那样得到满足条件1至5的各透镜元件的有效直径d(见图3)。

这里假设：作为透镜元件(棒状透镜25)的光学参数，沿光轴的折射率为n，指数分布常数为A^1/2，一个周期(光的蛇形周期(light sankingperiod))为 孔径张角为θ，有效半径为r，有效直径为d。还假设：作为棒状透镜阵列24的光学参数，透镜长度为z，工作长度为L，共轭长度为TC，透镜元件阵列周期为D，占空率为α(＝d/D)。

于是，由下式1给出孔径张角θ：

θ＝n*A^1/2*r    式1

下式2给出工作长度L：

下式3给出叠加程度：

合并等2式和3式，得到(n·A^1/2·L)²+1＝(2m/α)²。将1式的n代入此式，可以获得下式4：

L＝r/θ*√(4m²/α²-1)    式4

根据等式3，可以得到下式5：

$=2\·n\·r/\mathrm{\θ}*{\cos }^{-1}(-\mathrm{\α}/2/m)$ 式5

将4式和5式代入TC＝Z+2L，得到下式6：

TC＝d/θ*{n·cos^-1(-α/2/m)+√(4m²/α²-1)}    式6

将4式和6式6代入2≤L和TC≤20，则由下式7给出相关透镜元件有效直径d的范围。应予说明的是，这里θ＝7π/90到π/10rad(14到18°)，并且1.10≤m≤2.00。

4θ/√(4m²/α²-1)≤d≤20θ/{n·cos^-1(-α/2/m)+√(4m²/α²-1)}

                                                   式7

条件6：考虑到透镜元件排列精度的设定必须允许大约0.5mrad的角度偏移。最好允许因透镜元件排列不精确所造成的图象位置的离焦至多为LED阵列23的各阵列元件的阵列间距的1/2。对应于1200dpi记录密度，有如下的对应共轭长度TC：

TC≤(25.4/1200)/2/tan(0.5/1000)＝21.2

因此按照条件5获得的TC范围为共轭长度TC大约为20mm或者更小。

在第一实施例中，LED打印头13的棒状透镜25的孔径张角θ设定为14°到18°，棒状透镜的叠加程度设定为1.10≤m≤2.00，而每个棒状透镜25的有效直径的范围设定为由7式所得的数值。

因此，第一实施例的LED打印头13有以下优点。

(1)由于每个棒状透镜25的孔径张角θ上限被设定为大约18°，所以在以1200dpi的记录密度打印时，获得需要的50％或者更高的分辨率(MTFave)(见图4)。因此，即使以1200dpi的高记录密度打印时，也能获得清晰无条带图象。

(2)由于孔径张角θ的上限设定为大约18°，所以分辨率的周期波动(周期MTF波动)减少到大约10％或者更少，因此能够消除图象中出现的周期条带(见图5A和5B)。

(3)由于孔径张角θ的上限设定为大约18°，所以可以得到比较小的焦深，使由不可避免的大约±20μm的离焦所造成的MTF下降到大约5％或者更小(见图6)。因此获得清晰无条带图象。

(4)由于孔径张角θ的下限设定为大约14°，包括具有22°孔径张角的透镜元件(见图7)的棒状透镜阵列就能够保持一半的光量变换率。因此，可以降低LED阵列23发光量的负荷和感光材料的敏感度。因此，无需全尺寸的冷却机构。

(5)由于共轭长度TC较小，其对棒状透镜25阵列倾角的影响较小，以致几乎没有出现局部条带状不规则。此外，可以减小LED打印头13的尺寸。

(6)由于棒状透镜阵列24叠加程度的下限m设定为大约1.10，所以棒状透镜阵列24周期光量的不规则减少到10％或者更少(见图8)。因此，减少了施加于用来校正周期不规则光量的光量校正电路的负载。

(7)由于叠加程度m的上限设定为2.00，所以可以保持适当的分辨率和传送到光敏材料上的适当光量。

(8)在本LED打印头13中，使用这种棒状透镜阵列24，以致在假设工作长度L为2≤L和共轭长度TC≤20的条件下由7式得到每个透镜元件有效直径d的范围。因此，能够在感光鼓12的周围保持一定的间隔，也可以消除调色剂附着在透镜元件上的麻烦。

下面根据本发明的另一个实施例描述棒状透镜阵列24。棒状透镜阵列24用于如图1所示的光学打印机的LED打印头中，它包括多个梯度指数棒状透镜(以下简称为棒状透镜)25。

为了使用利用了多个小尺寸棒状透镜25的光学打印机来获得无条带状不规则的良好图象质量，透镜的性能最好在图象形成范围内处处都保持不变。棒状透镜阵列24包括多个棒状透镜25，以便减小其光学性能的周期波动。由于这种波动均匀地发生在整个图象形成范围内，所以它并不总会引起与它的周期和幅度有关的图象质量恶化。但是，如果每个棒状透镜25性能的这种不规则性导致出现部分波动，由于透镜阵列光学性能的部分波动，尤其是具有600dpi或者更高记录密度的高分辨率打印机就会遇到条带状不规则(图象颜色密度的不规则)。因此，具有600dpi或者更高记录密度的高分辨率打印机必须使用这种棒状透镜阵列24，以便不会遇到光学性能的部分波动。

因此，按照满足以下条件1A到条件9A之一的方式制造与下面的实施例有关的棒状透镜阵列24。针对用于特定1200dpi的LED阵列23的棒状透镜阵列24设定以下每个条件中给出的数值(评估项数值)。

条件1A：所述部分MTF(对比度)波动必须是18％或者更小，它是每个部分(测量10mm的长度)中点象平均对比度与最小对比度之间的差值，所述每个部分由图象形成范围细分而得，以致具有绝对宽度(例如，大约10mm)。

条件2A：部分MTFmax-min必须为30％或者更小，它是每个部分(测量为5mm)中点象最大对比度与最小对比度之间的差值，所述每个部分由图象形成范围细分而得，以致具有绝对宽度(例如，大约5mm)。

条件3A：部分MTF平均值差值必须为大约10％或者更少，它是每个部分(测量为1mm)中点象平均对比度与相邻部分(测量为1mm)平均对比度之间的差值，所述每个部分由图象形成范围细分而得，以致具有绝对宽度(例如，大约1mm)。

条件4A：整个图象形成范围中点象标准偏差必须为5％或者更少，例如，如果五个点象分别具有50％，45％，48％，52％，和55％的对比度，则点象对比度的标准偏差为3.8％。

条件5A：相对于整个图象形成范围内的平均点象对比度，整个图象形成范围内的点象(对比度)标准偏差必须为12％或者更小。例如，如果平均值为50％，而相对应得标准偏差为5％，则它们之间的比值表示为5/50＝0.1，即10％。

条件6A：棒状透镜阵列24中棒状透镜25的透镜元件直径的波动必须大约为透镜元件平均直径的±0.5％或者更小。术语“透镜元件直径”指每个棒状透镜25的有效直径。

条件7A：棒状透镜25的光蛇形周期(间距)波动大约是平均周期的±0.25％或者更小。

条件8A：假设实际用于LED打印头13的LED阵列的阵列单元的间距为P，并且LED阵列23和感光鼓12之间的间隔为共轭长度TC，则透镜元件阵列的平行度必须为大约P/TC或者更小。术语“透镜元件平行度”指相邻棒状透镜25光轴之间角度的最大值。

条件9A：透镜阵列24关于用以固定每个透镜阵列24之框架26外表面的透镜阵列粘贴基准面的光轴角的波动必须在±0.02/TC[mm](单位：弧度)中。

例如通过图9所示的方法来测量条件1A到9A中使用的“点象对比度”。通过所述的测量方法，首先，如图9所示，点光源阵列(如LED阵列)23A关于棒状透镜阵列24设定在与狭缝30共轭的位置。在狭缝30之后设置光接收单元31。光接收单元31包括狭缝30和光接收单元31。在点光源阵列23A中，其发光点的大小比如是15μm×15μm，而它们之间的间隔为42μm(等于在特定1200dpi LED阵列中隔一个点亮的单元阵列之间的间隔，其中各阵列单元的设置间距为大约21μm)。通过点亮点光源阵列23A的每个发光点，可以获得的发光图样与设置点光源并在透镜阵列的整个有效宽度中以大约42μm的间隔点亮点光源所得的发光图样一样。

在点光源阵列23A点亮的条件下，点光源阵列23A和棒状透镜阵列24沿设置透镜阵列24的透镜的方向(图9中的箭头方向)移动。因此，紧接着，光接收单元31在狭缝30检测到由透镜阵列24汇聚的所有点象的发光量。

因此，在图象形成范围内，测得的发光量与棒状透镜阵列24感光鼓12感光表面汇聚的每个点象的发光量对应。“图象发光范围”占据在感光鼓12的感光表面形成图象的区域的一条线。图象形成范围由棒状透镜24的有效宽度来确定。

假设第n′个点象的发光量最大和最小值分别是Imax和Imin，所述发光量通过检测图象形成范围内的每个点象而得到，则第n′个点象的对比度(MTF n)如下定义：

MTF_n＝(Imax-Imin)/(Imax_n+Imin_n)×100(％)  式8

对于图象形成范围内所有各点获得“每个点象的对比度”。然后，获得棒状透镜24所有点象对比度的分布。点象对比度的分布是表示电光式光学打印机11分辨率的一个要素。

按照满足条件1A的方式制造第二实施例的棒状透镜阵列24A。图11和12给出第二种具体实施方式的比较例棒状透镜阵列的曲线。图11示出图象形成范围中点象的对比度(MTF)分布，图12示出了与条件1A有关的部分MTF波动。

如同从图11示出的点象对比度(MTF)分布中看出的一样，在这个比较例棒状透镜阵列中，对比度本身的值与图象形成范围周围的并无明显的差异。但是，如图12所示，在除了靠近95mm的部分之外的10mm部分中，所述比较例棒状透镜阵列的部分MTF波动远小于18％，但在靠近95mm的一个10mm部分中，它是18.6％。当使用采用本比较例棒状透镜阵列的特定1200dpi光学打印机来实际打印信息时，在靠近95mm的位置处出现条带状不规则，在出现条带状不规则的打印位置处，可以看出点的大小(附着在表面的调色剂量)与周围的不同。作为特定1200dpi光学打印机测试打印的结果，可以发现，由于在本比较例情况下，在这种任何一个10mm部分中的部分MTF波动都超过18.6％的棒状透镜阵列中，在该位置的相关部分出现较宽条带状不规则。

另一方面，当根据本实施例采用棒状透镜阵列24A的特定1200dpi光学打印机11实际打印信息时，打印表面没有出现较宽的条带状不规则。这是因为条件1A得到满足，以致图象形成范围内所有10mm部分的部分MTF波动都不超过18％，因此在任何较窄部分(10mm部分)中消除了形成带有明显颜色密度点象(点)的因素。

因此，利用第二实施例的棒状透镜阵列24A，当以1200dpi的较高记录密度打印信息时，在整个打印表面都可以得到无条带状不规则的良好图象质量。

按照满足条件2A的方式制造与第三实施例有关的棒状透镜阵列24A。图13是显示与条件2A有关的部分MTFmax-min的曲线，它是对于比较例棒状透镜阵列所建的，作为与第三实施例的对比。如图13所示，在靠近95mm位置的一个较窄部分(5mm部分)中，比较例棒状透镜阵列的部分MTFmax-min为31.1％超过30％。当采用比较例棒状透镜阵列的特定1200dpi光学打印机实际打印信息时，在靠近95mm的位置出现较宽的条带状不规则。作为特定1200dpi光学打印机的测试打印结果，可以发现，在一个这种棒状透镜阵列中，任何一个5mm部分中的部分MTFmax-min都超过了30％，在带有超过了30％的数值的部分的相关位置出现条带状不规则，所述光学打印机使用很少的透镜阵列，以便区分棒状透镜彼此的性能。

另一方面，当采用第三实施例棒状透镜24的特定1200dpi光学打印机实际打印信息时，没有出现较宽条带状不规则。这是因为条件2B得到满足，因此消除了在较窄部分(5mm部分)中形成带有明显颜色密度的点象(点)的因素。

因此，利用第三实施例的棒状透镜阵列24B，当以1200dpi的较高记录密度打印信息时，在整个打印表面都可以获得无较宽条带状不规则的良好图象质量。

按照满足条件3A的方式制造第四实施例的棒状透镜阵列。图14是对于所述比较例棒状透镜阵列得到的曲线，作为与第四实施例的对比，表示与条件3A有关的MTF平均差值。

如图14所示，在靠近275mm位置的一个较窄部分(1mm部分)内，比较例棒状透镜阵列的部分MTF平均差值为10.3％，而在其它部分中小于10％。当采用比较例棒状透镜阵列的特定1200dpi光学打印机实际打印信息时，在靠近275mm的位置出现较窄条带状不规则。因为相邻的网点在颜色密度方面具有较大的差异而出现的较窄条带状不规则，因此，不会以所想要的灰度表现形成较窄条带状不规则。

另一方面，当使用第四实施例的棒状透镜阵列24C时，作为打印测试结果，在打印表面任何位置都不出现较窄条带状不规则。这是因为条件3A得到满足，以致消除了增加相邻网点之间颜色密度差异的因素，因此使条带更难于出现。这能够避免条带随灰度变得清晰的现象。换句话说，它能以所想要的方式形成灰度表示的网点，因此防止了条带状不规则的出现，尤其是较窄条带状不规则。

因此，利用第三实施例的棒状透镜阵列24C，当以1200dpi的较高记录密度打印信息时，在整个打印表面都可以获得无较窄条带状不规则的良好图象质量。尤其能够避免条带随灰度变得清晰的现象。

按照满足条件4A的方式来制造与第五实施例有关的棒状透镜阵列24D。在满足条件4A的第五实施例棒状透镜阵列24D中，整个图象形成范围中点象对比度的平均值为44.2％(见图11)，而标准偏差为4.67％。

使用很少的透镜阵列来执行打印测试。因此，当整个图象形成范围中点象对比度的标准偏差超过5％时，在整个打印表面明显出现较窄条带状不规则。当在使用第五实施例棒状透镜阵列24D的条件下，标准偏差为5％或者更小时，打印表面的任何位置都未出现较窄条带状不规则。

因此，利用第五实施例的棒状透镜阵列24D，当以1200dpi的较高记录密度打印信息时，在整个打印表面都可以获得无较窄条带状不规则的良好图象质量。尤其能够避免条带随灰度变得清晰的现象。

按照满足条件5A的方式制造与第六实施例有关的棒状透镜阵列24E。在第六实施例的棒状透镜阵列24E中，整个图象形成范围内的点象对比度平均值为44.2％(见图11)，而其标准偏差为4.67％。在这种情况下，4.67/44.2≈0.1(大约10％)。所述的棒状透镜阵24E列满足条件5A。

使用很少的棒状透镜阵列执行打印测试。因此，当所述平均值较小时，可以发现整个打印表面上较窄条带状不规则变得清晰，以致尽管标准偏差本身很小，但也超过了均值的12％。另一方面，当使用第六实施例的棒状透镜阵列24时，条件5A得到满足，打印表面未出现条带状不规则。

因此，利用第六实施例的棒状透镜阵列24E，当以1200dpi的较高记录密度打印信息时，在整个打印表面都可以获得无较窄条带状不规则的良好图象质量。尤其能够避免条带随灰度变得清晰的现象。

以下描述与第七实施例有关的棒状透镜阵列24F。同在与第二实施例有关的棒状阵列24A情况一样，第七实施例使用数个小尺寸梯度指数棒状透镜排列成的棒状透镜阵列，按照满足条件6A的方式来制造棒状阵列24。

在棒状透镜阵列24中，制造过程中使棒状透镜固定，以致透镜元件的直径波动超过透镜元件平均直径的±0.5％，图14中所示的与这个棒状透镜所在部分(1mm部分)相应位置的部分MTF平均差值超过10％。作为使用所述棒状透镜阵列的测试打印结果，在打印表面的有关位置可以发现较窄条带状不规则。

另一方面，当使用满足条件6A的实施例的棒状透镜阵列24F时，如果梯度指数棒状透镜阵列24的棒状透镜的透镜元件直径有波动，则可以防止在打印表面的有关位置出现较窄条带状不规则。

以下将描述与第八实施例有关的棒状透镜阵列24G。同第七实施例中一样，第八实施例将梯度指数棒状透镜阵列用作阵列24G，按照满足条件7A的方式来制造。

在棒状透镜阵列24中，制造过程中使棒状透镜25固定，以致其光量蛇形周期超过平均周期的±02.5％，图14中与这个棒状透镜所在部分(1mm部分)相应位置的部分MTF平均差值超过10％。作为使用所述棒状透镜阵列的测试打印结果，在打印表面的有关位置可以发现较窄条带状不规则。

另一方面，当使用满足条件7A的第八实施例的棒状透镜阵列24G时，如果梯度指数棒状透镜阵列25的光蛇形周期有波动，因为部分MTF平均差值为10％或者更少，所以防止了在打印表面的有关位置出现较窄条带状不规则。

以下将描述与第九实施例有关的棒状透镜阵列24H。同第八实施例的情况一样，本实施例使用梯度指数棒状透镜阵列24H，按照满足条件8A的方式来制造它。

作为对这种出现宽的条带、部分MTF波动超过18％并且部分MTFmax-min超过30％的棒状透镜阵列的研究结果，发现在相应位置上，每一个这种棒状透镜的光轴对于相邻的棒状透镜具有大约0.002(弧度)的角度。设计棒状透镜阵列，使得光源(材料表面)和图象表面之间的间隔，即共轭长度TC大约为10mm，以致所述光轴的角度在图象表面大约有20μm的偏移。这差不多等于特定1200dpi LED阵列发光点的间距。当LED阵列被转换为特定600dpi的阵列时，发现所述光轴的角度可容许的偏移为大约0.0045(弧度)，这几乎是特定1200dpi LED阵列的两倍。据此可以发现，在假设实际装配的LED阵列的阵列单元的间距为P的情况下，透镜元件阵列平行度最大要大约等于P/TC(弧度)。

利用第九实施例的棒状透镜阵列24H，能够防止因棒状透镜25之间所述光轴的角度偏移造成的较宽条带状不规则的出现。因此，即使当用较多的梯度指数棒状透镜构成棒状透镜阵列24时，也能够获得无较宽条带状不规则的良好图象质量。

此外，使用其中利用了分别根据第二到第九实施例的棒状透镜阵列24A到24H之一的光学打印机11，当以1200dpi的较高记录密度打印时，能够形成无较宽条带状不规则的良好质量的图象并将其输出。

下面说明与第十实施例有关的光学打印机11。所述光学打印机能够输出彩色图象。

为了使用光学打印机获得彩色图象，通常要将至少三种颜色，例如，黄色，洋红，青色和黑色相互叠加，以便在感光鼓12的感光表面形成彩色图象。为此目的，需要在光学打印机11中布置多个(至少三个)如图2所示的LED打印头13，在所述的打印头13中安装有LED阵列23和棒状透镜阵列24。在这种情况下，出现因颜色偏移引起的条带状颜色不规则，除非适当地叠加图象的颜色。如果由棒状透镜阵列24所形成的点象的位置发生偏移，则将会出现条带状颜色不规则。在特定1200dpi光学打印机中，以约21μm的间距形成各个图象点，以致如果点象的形成位置偏移21μm的间距或者更多，则不能再现所要的颜色，因此出现条带状不规则。在特定600dpi打印机中，需要将图象信息位置偏移减少到42μm或者更少。

如果通过合并多个含有能获得单色的良好图象质量的棒状透镜阵列的LED打印头13来执行处理彩色打印，则有时因颜色的偏移可能出现条带状颜色不规则。作为因颜色偏移所致条带状不规则讨论的结果，可以发现，尽管点象尺寸(点尺寸)有较小的波动，点象的每种颜色都有大约20μm的偏移。作为对棒状透镜阵列24有关部分的研究发现，尽管棒状透镜25的透镜表面关于棒状透镜阵列24的透镜阵列粘贴基准表面必须成90°，它也大约有±0.02/TC[mm](单位：弧度)的偏移。

在计算导致棒状透镜25光轴偏移的偏移角过程中，发明人考虑了来自LED阵列23的入射光在棒状透镜25的透镜表面的折射，并发现角度偏移大致与点象的位置偏移(图象信息位置)相对应。据此发现需要将棒状透镜25和阵列粘贴基准表面之间角度的波动减少到大约±0.02/TC[mm](单位：弧度)或者更小。

同上面提及的实施例的棒状透镜阵列一样，第十实施例的光学打印机11包括能够获得无条带状不规则的良好图象质量的多个(至少三个)棒状透镜阵列24。每个棒状透镜阵列24关于用于设置棒状透镜阵列框架26外表面的透镜阵列粘贴基准面的光轴角波动大约为±0.02/TC[mm](单位：弧度)或者更小。

在与第十实施例有关的光学打印机11中，将多个棒状透镜阵列24中每个棒状透镜阵列24装配在透镜阵列粘贴基准表面上，以便调整满足条件9A。因此，事先调整打印点位置波动的棒状透镜阵列，以致将每个棒状透镜阵列的框架26和棒状透镜阵列粘贴基准表面之间的角度减小到大约±0.02/TC[mm](单位：弧度)或者更小。当使用多个透镜阵列执行处理彩色打印时，这就可以防止因颜色偏移导致出现的条带状不规则。

[检查光学打印机11的方法]

下面参考附图9到10描述检查光学打印机11的第一到第三方法。

第一检查方法包括以下五个步骤：

(步骤1)：将点光源23A关于棒状透镜阵列24设置在与一个狭缝30共轭的位置，在狭缝30后面设置光接收单元31(见图9)。

(步骤2)：通过点亮点光源阵列23A的所有点光源(它的发光点尺寸为15μm×15μm，且各发光点之间的距离大约为42μm)，光通过棒状透镜阵列24整个有效宽度的均匀发光图样发出。

(步骤3)：沿着安装棒状透镜整列各棒状透镜的方向将点光源阵列23A和棒状透镜阵列24移向狭缝30(图9中箭头的方向)，以便光接收单元31检测来自棒状透镜阵列连接的每个点象的光量。

(步骤4)：获得图象形成范围中所有点象的对比度。由8式得出“点象的对比度”。

(步骤5)：在具有由分割图象形成范围所得之预定宽度的每个部分(10mm部分)中，确定部分MTF波动是否约为18％或者更小，其中部分MTF波动是各点象对比度平均值和最小值Imin之间的差值。

这种光学打印机11的第一检查方法有以下优点。

在步骤5中，可以获得有关所述每个部分中的部分MTF波动是否约为18％或者更小的判断结果，因此在装置装配之前，确定是否能够获得没有因棒状透镜阵列24所引起的无条带状不规则的良好图象质量。可以在装置装配之前检查棒状透镜阵列引起的条带状不规则。不用执行实际的打印测试就可以估计棒状透镜阵列24本身的性能。因此能够简化装置装配完成之后检查装置的步骤，也可得知装置装配之后棒状透镜阵列24的缺陷。因此能够在装置装配之前检查因棒状透镜阵列24引起的条带状不规则，因此提高了生产率。

[第二检查方法]

光学打印机11的第二检查方法仅仅改变第一检查方法的步骤1到步骤5中的步骤5。第二检查方法包括上述的步骤1到4和下面的步骤6。

{步骤6}：在具有由分割图象形成范围所得之预定宽度的每个部分(5mm部分)中，确定部分MTF max-min是否约为30％或者更小，其中部分MTF max-min是各点象对比度最大值Imax和最小值Imin之间的差值。

所述第二光学打印机检查方法有以下优点。

在步骤6中，可以获得有关每个部分中的部分MTF max-min是否约为30％或者更小的判断结果，因此在装置装配之前，确定是否能够获得没有因棒状透镜阵列24引起的无条带状不规则的良好图象质量。因此能够在装置装配之前检查因棒状透镜阵列24引起的条带状不规则，因此提高了生产率。

[第三检查方法]

光学打印机11的第三检查方法仅仅改变第一检查方法的步骤1到步骤5中的步骤5。第三检查方法包括上述的步骤1到4和下面的步骤7。

{步骤7}：在具有由分割图象形成范围所得之预定宽度的每个部分(1mm部分)中，确定部分MTF平均差值是否约为10％或者更小，其中部分MTF平均差值是各点象平均对比度之间的差值。

所述第三光学打印机检查方法有以下优点。

在步骤7中，可以获得有关每个1mm部分中的部分MTF平均差值是否约为10％或者更小的判断结果，因此在装置装配之前，确定是否能够获得没有因棒状透镜阵列24引起的无条带状不规则的良好图象质量。因此能够在装置装配之前检查因棒状透镜阵列24引起的条带状不规则，因此提高了生产率。

本领域的技术人员应该清楚，可以按多种其它方式具体实施本发明，而不脱离本发明的精髓和范围。具体地，应该可以理解本发明有以下实施方式。

在第一实施例中，棒状透镜阵列24可以包括数个设置在其中的塑料的棒状透镜。

在第二实施例中，棒状透镜阵列24A可以满足条件1A到4A或者1A到5A。

在第三实施例中，棒状透镜阵列24B可以满足条件2A到4A或者2A到5A。

在第四实施例中，棒状透镜阵列24C可以满足条件3A到4A或者3A到5A。

本发明适用于满足所有条件1A到5A的棒状透镜。

在第七实施例中，棒状透镜阵列24F可以满足6A和7A，条件6A和8A，条件6A，7A，和8A。

在第九实施例中，光学打印机11可以是用于形成各自不同颜色图象的四种感光鼓的类型，然后所述的各种颜色相互叠加。

在第二到第十实施例中，点光源阵列之间设置的空间并不局限于42μm。

在第二到第十实施例中，设置的棒状透镜阵列数目可以是一个或者三个，或者更多个。

在第二到第十实施例中，所述直立等放大倍数图象形成透镜阵列比如可以包括通常被设置成一排或者多排的直立等放大倍数图象形成透镜或者指数分布平板微透镜。

在从第二到第十实施例中，将条件1A到9A中给出的各项(评估项)设定成各不相同的值，用以使LED阵列中所用的棒状透镜阵列适用于在600dpi或者更高的记录密度下打印。

在每个实施例中，棒状透镜阵列24的光源阵列仅需能够打开/关闭各光源单元或者能够传导/阻碍来自每个图象单元的外部光源的光。例如，它可以是包括诸如放电管和LCD快门阵列之类的外部光源(背光源)的光学快门阵列，所述的放电管和LC快门阵列能够传导/阻碍来自与图象信息相对应的背光源的光。

在每个实施例中，光学打印机11可以是光学记录头中所用的LCD快门打印机，所述光学记录头包括LCD快门阵列和棒状透镜阵列24或者任何其它的等放大倍数图象形成透镜。

在第一光学打印机检查方法中，可以确定条件1A到4A或者条件1A到5A是否被满足。

在第二光学打印机检查方法中，可以确定条件2A到4A或者条件2A到5A是否被满足。

在第三光学打印机检查方法中，可以确定条件3A到4A或者条件3A到5A是否被满足。

本发明适合于除光学打印机之外的任何其它装置。例如，本发明可以应用于设置有LED打印头13的复印机中，具有打印机功能和传真机功能的复合机器中，

因此，本发明的示例和实施例都是示意性的而非限制性的，并且本发明并不局限于此处给出的细节，而可在所附各权利要求的范围中做各种改型。

Claims (7)

1.一种将带有图象信息的光施加于感光材料的光学记录头，所述光学记录头包括：具有多个点光源的阵列光源，每个点光源有选择地发出与图象信息相对应的光；以及面对所述阵列光源的透镜阵列，所述透镜阵列具有分别与所述多个点光源相对应的多个透镜元件，所述光学记录头的特征在于：

每个透镜元件的孔径张角θ设置在14°到18°的范围内，以及所述透镜元件的叠加程度m设置为1.34≤m≤2.00。

2.根据权利要求1所述的光学记录头，其特征在于：

将所述透镜阵列的共轭长度设置为20mm或者更小，以及

将所述透镜阵列的工作长度设置为2mm或者更大。

3.根据权利要求1所述的光学记录头，其特征在于：

所述每个透镜元件都是梯度指数棒状透镜；以及

所述透镜阵列包括两排梯度指数棒状透镜阵列。

4.根据权利要求1所述的光学记录头，其特征在于，所述每个点光源都是发光元件。

5.根据权利要求1所述的光学记录头，其特征在于，所述阵列光源包括光学快门阵列和快门阵列光源。

6.根据权利要求1所述的光学记录头，其特征在于，所述每个透镜元件的有效直径d设定在由关系式 $\mathrm{4\θ/}\sqrt{{4m}^2/{\mathrm{\α}}^2-1}\≤d\≤20\mathrm{\θ}$ $/\{n\·{\cos }^{-1}((-\mathrm{\α}/2)/m)+\sqrt{{4m}^2}/{\mathrm{\α}}^2-1\}$ 给出的范围中，其中每个透镜元件的光轴折射率为n，透镜阵列的透镜元件的排列周期为D，而透镜阵列的占空率为α，其中α是用D除d而获得的。

7.一种图象形成装置，包括：具有在其上形成感光材料的表面的鼓；以及根据权利要求1～6之一所述的光学记录头。

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