JP2000221443A - 結像素子アレイおよびこれを用いた光プリントヘッド並びに画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結像素子の伝達効率を低下させず、面形状の
精度が悪い部分のみを遮光した結像素子アレイおよびこ
れを用いた光プリントヘッド並びに画像形成装置を得
る。 【解決手段】 複数個の結像素子が配列された結像素子
アレイ１において、隣接する結像素子と結像素子との境
界部分１１、および結像素子の縁部１２に遮光部材１５
を一体に設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体走査書込方式
のデジタル書込光学系に用いられる結像素子アレイに関
するもので、デジタル複写機、プリンタ、デジタルファ
クシミリなどに適用可能なものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、デジタル複写機、プリンタ、デジ
タルファクシミリなどのデジタル出力機器の小型化に伴
い、デジタル書込装置の小型化が要求されている。デジ
タル書込方式は、現在では大きく２種類に分類すること
ができる。その一つは、半導体レーザ等の光源から出射
された光束を偏向器によって光走査し、走査結像レンズ
によって光スポットを形成する光走査方式であり、もう
一つは、ＬＥＤアレイ等の発光素子アレイから出射され
た光束を、結像素子アレイによって光スポットを形成す
る固体走査方式である。

【０００３】上記光走査方式は、光偏向器によって光を
走査するため光路長が大きくなってしまうのに対し、上
記固体走査方式は、光路長を非常に短くすることが可能
であるため、装置全体を小型化することができるという
利点があると共に、偏向器等の機械的な駆動部品を必要
としないという利点もある。

【０００４】従来における固体走査方式のデジタル書込
装置として、例えば、特開平１０−１５３７５１号公報
記載のものがある。図１５（Ａ）に示すように、このデ
ジタル書込装置に用いられている結像素子アレイ９０
は、発光素子アレイ側である入射側に位置する入射面９
０ａと、感光体の被走査面側である出射側に位置する出
射面９０ｂと、略直角をなす二つ一対の全反射面９０ｃ
とが一体的に形成された結像素子が複数個配列されたも
のである。結像素子アレイ９０をアレイ方向端面側から
見ると、全反射面９０ｃは入射光軸に対して４５度傾い
ている。

【０００５】発光素子面の１点から出た光は結像素子ア
レイ９０の入射面９０ａに入射し、一対の全反射面９０
ｃで順に反射され、出射面９０ｂから出射して感光体の
被走査面に至る。入射光軸と出射光軸は互いに略直角を
なす。上記入射面９０ａと出射面９０ｂとの結像作用に
よって、発光素子面の１点の像がこれに対応する感光体
の被走査面の１点に結ばれる。

【０００６】上記結像素子アレイ９０には、図１５
（Ｂ）に示すように、光量の最適化と、隣接している結
像素子９０ａ間のクロストーク光を防止するために、複
数の開口部９１ａが形成されたアパーチャ部材９１が配
設されている。このアパーチャ部材９１は、横断面がＬ
字型の板状のものであり、図１５（Ｃ）に示すように、
上記各結像素子の入射面９０ａと出射面９０ｂにそれぞ
れ対応するように開口部９１ａが両面に結像素子の配列
方向に一定間隔に沿って複数形成されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のような横断面が
Ｌ字型の板状のアパーチャ部材９１は、発光素子アレイ
から出射される光束の多くを遮光してしまうため、結像
素子の伝達効率を低下させてしまう。特に、その厚さが
結像素子アレイ９０の配列ピッチの数分の一程度にまで
厚くなったり、配列ピッチに対してアパーチャ部材９１
の開口部９１ａの径が小さくなると伝達効率の低下が顕
著になる。

【０００８】また、上述のようなアパーチャ部材９１を
低コストに製造するためには、樹脂による成形が望まれ
るが、樹脂による成形の場合、低コストで製造できる大
きさおよび厚さには限られた範囲があり、結像素子の伝
達効率を低下させない程度に薄くしたり、開口部９１ａ
の径を大きくすることは困難である。

【０００９】また、発光素子アレイの発光量を大きくす
ることにより、結像素子の伝達効率の低下に伴う光量の
低下を補うことができるが、発光素子アレイとしてＬＥ
Ｄアレイを用いた場合、ＬＥＤ素子は注入できる電流量
に上限があり、この上限を超えて電流を流すとＬＥＤ素
子の破壊につながるため、発光量を大きくするには限度
がある。また、ＬＥＤ素子に注入できる電流量の上限以
下であっても電流が大きくなれば発熱量も増大するた
め、より大きな放熱板等の熱対策が必要になるなど、コ
ストの増大を招いてしまう。従って、発光素子アレイと
してＬＥＤアレイを用いた場合には、結像素子の伝達効
率を低下させないことが必要となる。

【００１０】また、結像素子アレイは切削や成形によっ
て形成できるが、いずれの方法でも隣接する結像素子と
結像素子との境界部分や、補強および組付けのためにリ
ブ部を設けた場合にはリブ部と結像素子との境界部分な
どは結像素子の中央部に比べて面形状の精度が悪くな
る。従って、上記境界部分を光束が通過すると、光スポ
ットの形状が乱れ、画像品質の低下につながってしま
う。

【００１１】本発明は以上のような従来技術の問題点を
解消するためになされたものであり、結像素子の伝達効
率を低下させず、面形状の精度が悪い部分のみを遮光し
た結像素子アレイおよびこれを用いた光プリントヘッド
並びに画像形成装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
複数個の結像素子が配列された結像素子アレイにおい
て、隣接する結像素子と結像素子との境界部分、および
結像素子の縁部に遮光部材を一体に設けたことを特徴と
する結像素子アレイに関する。

【００１３】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、上記遮光部材は、少なくとも波長４００ｎ
ｍ〜８００ｎｍの範囲で不透明であることを特徴とす
る。

【００１４】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、透明な材質からなる結像素子アレイと不透
明な材質からなる遮光部材とが一体成形されていること
を特徴とする。

【００１５】請求項４記載の発明は、請求項１記載の発
明において、透明な材質からなる結像素子アレイと不透
明な材質からなる遮光部材とが溶着あるいは接着により
一体に形成されていることを特徴とする。

【００１６】請求項５記載の発明は、請求項１記載の発
明において、上記不透明な材質を結像素子アレイに塗布
あるいは印刷することにより、遮光部材が一体に形成さ
れていることを特徴とする。

【００１７】請求項６記載の発明は、請求項１記載の発
明において、上記不透明な材質を結像素子アレイに蒸着
させることにより、遮光部材が一体に形成されているこ
とを特徴とする。

【００１８】請求項７記載の発明は、請求項１、２、
３、４、５、または６記載の発明において、結像素子ア
レイはレンズアレイを有してなり、各レンズの頂部から
光源側もしくは像面側への遮光部材の突出量が０．２ｍ
ｍ以下であることを特徴とする。

【００１９】請求項８記載の発明は、請求項１、２、
３、４、５、６、または７記載の結像素子アレイと、発
光素子アレイとを有してなり、上記結像素子アレイは、
上記発光素子アレイを構成する各発光素子からの光束を
被走査面上に光スポットとして形成することを特徴とす
る光プリントヘッドに関する。

【００２０】請求項９記載の発明は、請求項８記載の発
明において、各発光素子からの光束は、結像素子アレイ
を構成する各結像素子のうち、少なくとも２つ以上の結
像素子を介して被走査面上に集光することを特徴とす
る。

【００２１】請求項１０記載の発明は、電子写真プロセ
スによって画像を形成する画像形成装置において、請求
項８または９記載の光プリントヘッドを露光ユニットと
して用いたことを特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
にかかる結像素子アレイおよびこれを用いた光プリント
ヘッド並びに画像形成装置の実施の形態について説明す
る。図１に示すように、結像素子アレイ１は、発光素子
アレイ（図示せず）の各発光素子からの光束を感光体上
に光スポットとして結像するためのものであり、発光素
子アレイ側である入射側に位置する入射面１ａと、感光
体の被走査面側である出射側に位置する出射面１ｂと、
略直角をなす二つ一対の全反射面１ｃとが一体的に形成
されてなる結像素子がα方向に複数個配列されたもので
あり、結像素子の配列方向（α方向）に正立等倍系をな
しているものである。

【００２３】上記二つ一対の全反射面１ｃは、互いに９
０度の角度をなすルーフプリズムを構成していて、結像
に作用せず、入射光軸に対し４５度傾斜されて形成され
ている。また、結像素子の入射面１ａと出射面１ｂの境
界部分、および結像素子の入射面１ａと出射面１ｂの各
縁部であって、結像素子の配列方向であるα方向に平行
な縁部には、補強および組み付け時の位置精度を高める
ための棒状のリブ部１ｄがα方向に沿って一体に形成さ
れている。この実施の形態において、上記結像素子アレ
イ１は、ルーフプリズムレンズアレイと入射側のレンズ
アレイと出射側のレンズアレイとを一体成形してなるル
ーフプリズムレンズアレイ（ＲＰＬＡ）が用いられてい
る。なお、図２には、図１において結像素子の配列方向
であるα方向と平行なβ方向から見たときの結像素子ア
レイ１を示し、図３には、上記α方向の断面を示してい
る。

【００２４】上記結像素子アレイ１は、上述のように正
立等倍系であるため、入射面１ａと出射面１ｂの形状が
等しく、光学的に等価であり、上記発光素子アレイの発
光素子面の物点から入射面１ａまでの距離と、出射面１
ｂから感光体の被走査面の像点までの距離が等しくなっ
ている。また、図示のものは、入射面１ａと出射面１ｂ
が共に円弧形状に形成されているものであるが、非円弧
形状にすることもできる。

【００２５】図示しない上記発光素子アレイの発光素子
面の１点から出射した光束は、結像素子アレイ１の入射
面１ａに入射し、二つの全反射面１ｃで順に反射され、
出射面１ｂから出射して感光体の被走査面に至る。入射
光軸と出射光軸は互いに略９０度をなす。入射面１ａと
出射面１ｂとの結像作用によって、発光素子面の１点の
像がこれに対応する感光体の被走査面の１点に結ばれ
る。このようにして上記発光素子アレイに配列されてい
る多数の発光素子面の像が感光体の被走査面上において
ライン状に結ばれる。このライン方向が主走査方向であ
り、感光体を回転させて副走査を行いながら発光素子ア
レイに配列されている多数の発光素子のオン・オフを制
御することにより、被走査面に画像を形成することがで
きる。

【００２６】図４に示す符号１１は、隣接している結像
素子と結像素子との境界部分を示し、図５に示す符号１
２は、図１に示す結像素子の配列方向であるα方向に平
行な結像素子の縁部をそれぞれ示している。図４及び図
５に示すように、上記境界部分１１および縁部１２は、
結像素子の中央部、より具体的には入射面１ａおよび出
射面１ｂの中央部に比べて面形状の精度が悪く、上記境
界部分１１および縁部１２を光束が通過すると、光スポ
ットの形状が乱れて画像品質の低下につながってしまう
ため、上記境界部分１１および縁部１２には、光束を遮
る遮光部材１５が一体に設けられている。以下、この遮
光部材について具体的に説明する。

【００２７】上記遮光部材１５は、少なくとも波長４０
０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で不透明、すなわち上記範囲
で光束を遮る材質で形成されている。図１３に示すよう
に、一般に電子写真用の感光体の感度は、光の波長が４
００ｎｍを超えた付近から徐々に大きくなり、７００ｎ
ｍ〜８００ｎｍ付近で最大となり、９００ｎｍにあたり
まで急激に低下する。一方、上記発光素子アレイとして
ＬＥＤアレイを用いた場合、その光束の中心波長は７５
０ｎｍ近傍にあるが、光束の中心波長を長波長側へシフ
トさせると光スポットの結像性能を低下させることにな
るので、波長を長波長側にシフトすることはない。従っ
て、上記遮光部材１５は、少なくとも波長４００ｎｍ〜
８００ｎｍの範囲で不透明であれば、上記境界部分１１
および縁部１２を通過する光束を遮ることができる。

【００２８】上述のように、上記遮光部材１５を、結像
素子アレイ１の上記境界部分１１および縁部１２に一体
に設ける方法は各種考えられる。例えば、結像素子アレ
イ１と遮光部材１５とを一体成形することにより設ける
ことができる。一体成形する方法としては、結像素子ア
レイ１を形成するための透明な材質と、遮光部材を形成
するための不透明な材質とから同時に一体成形する方法
や、先に結像素子アレイ１を成形し、その直後に遮光部
材１５を結像素子アレイ１上に直接成形する方法や、逆
に、先に遮光部材１５を成形し、その直後に結像素子ア
レイ１を遮光部材１５上に直接成形する方法などがあ
る。

【００２９】また、透明な材質からなる結像素子アレイ
１と不透明な材質からなる遮光部材１５とを溶着あるい
は接着により一体に形成することもできる。すなわち、
透明な材質で結像素子アレイ１を成形し、不透明な材質
で遮光部材１５を成形して、結像素子アレイ１と遮光部
材１５とを直接接合させ、そして、結像素子アレイ１と
遮光部材１５との接触部分を、例えば高周波により溶着
（超音波接着）、あるいは単に接着剤により接着させる
ことにより一体に形成することができる。

【００３０】また、上記不透明な材質を結像素子アレイ
１に塗布あるいは印刷することにより、遮光部材１５を
結像素子アレイ１に一体に形成することができる。図６
および図７には、遮光部材を形成するための不透明な材
質１６を上記境界部分１１および縁部１２に塗布あるい
は印刷した一例を示している。上記不透明な材質１６に
は、例えば、液状のインクを用いることができる。ま
た、図８に示すように、遮光部材を形成するための不透
明な材質１６を、リブ部１ｄの側面を囲むように延長し
て塗布あるいは印刷することにより、リブ部１ｄの側面
で反射された散乱光や迷光を遮ることができる。

【００３１】また、上記不透明な材質を結像素子アレイ
１に蒸着させることにより、遮光部材１５を結像素子ア
レイ１に一体に形成することができる。上述のように、
不透明な材質を塗布あるいは印刷する場合には、不透明
な材質として液状のインクが用いられる。この液状のイ
ンクは、その粘性や表面張力の影響のために微細な部分
に精密に塗布あるいは印刷することは困難であるが、不
透明な材質を蒸着させる場合には、粘性や表面張力の影
響がないため、微細な部分に精密に遮光部材１５を成形
することができる。そのため、上記不透明な材質を結像
素子アレイ１に蒸着させることにより遮光部材１５を結
像素子アレイ１に一体形成する方が望ましい。

【００３２】図９及び図１０に示すように、隣接してい
る結像素子と結像素子との境界部分１１、および図１に
示す結像素子の配列方向であるα方向に平行な結像素子
の縁部１２に一体に設けられた上記遮光部材１５は、結
像素子アレイ１の結像素子のレンズの頂部から光源側も
しくは像面側への突出量が０．２ｍｍ以下に設定されて
いる。図１４には、ｃｏｓθで分布している発光素子の
光量を単位光量としたときの光束の伝達効率と遮光部材
１５の上記突出量との関係を示している。図１４に示す
ように、遮光部材１５の突出量が大きくなるにつれて光
束の伝達効率が低下している。従って、画像品質に影響
のない伝達効率を保つには、遮光部材１５の上記突出量
を０．２ｍｍ以下に設定した方がよい。

【００３３】発明が解決しようとする課題の欄で述べた
ように、従来においては、図１５に示すように、光量の
最適化と、隣接している結像素子９０ａ間のクロストー
ク光を防止するために、横断面がＬ字型の板状のアパー
チャ部材９１を配設していたため、発光素子アレイから
出射される光束の多くを遮光してしまい、結像素子の伝
達効率を低下させてしまうという問題があったが、上記
実施の形態では、入射面１ａおよび出射面１ｂの中央部
に比べて面形状の精度が悪い境界部分１１および縁部１
２のみに光束を遮る遮光部材１５を設けているため、結
像素子の伝達効率の低下を防止することができると共
に、面形状の精度が悪い境界部分１１および縁部１２を
通過する光束を遮断しているため、光スポットの形状の
乱れを防止し、もって、画像品質の低下を防止すること
ができる。

【００３４】また、上記結像素子アレイ１は、光プリン
トヘッドの結像素子アレイとして利用することもでき
る。すなわち、上記結像素子アレイ１と、発光素子アレ
イとを有し、この結像素子アレイ１が、発光素子アレイ
を構成する各発光素子からの光束を感光体ドラムなどの
被走査面上に光スポットとして形成する光プリントヘッ
ドとすることができる。

【００３５】また、前述のように、上記結像素子アレイ
１の各結像素子を配列方向に正立等倍系にすることによ
り、一つの発光素子からの光束は、この発光素子に対向
した結像素子を中心にして複数の結像素子を介して同一
の結像点に集光する。すなわち、上記結像素子アレイ１
の各発光素子からの光束は、結像素子アレイを構成する
各結像素子のうち、少なくとも２つ以上の結像素子を介
して被走査面上の結像点に集光する。従って、一つの発
光素子からの光束が、この発光素子に対向した結像素子
のみを介して被走査面上に集光する構成の結像素子アレ
イに比べて、より明るい光学系を得ることができ、各結
像素子および結像素子アレイの結像性能を向上させるこ
とができる。

【００３６】また、上記光プリントヘッドは、光プリン
トヘッドからの光スポットを感光体上に照射することに
より潜像を形成し（露光）、その潜像にトナーを付着さ
せてトナー像を形成し（現像）、そのトナー像を転写紙
に転写し（転写）、圧力や熱によって転写紙に定着させ
る（定着）という電子写真プロセスによって画像を形成
する画像形成装置における露光ユニットとして用いるこ
とができる。

【００３７】また、上記結像素子アレイ１は、リブ部１
ｄが形成されたものであるが、本発明は、図１１に示す
ように、リブ部が形成されていない結像素子アレイ１９
にも適用可能である。図１２には、図１１において結像
素子の配列方向であるα方向に直交するγ方向から見た
ときの結像素子アレイ１９を示している。

【００３８】図１２に示すように、この結像素子アレイ
１９の場合、上記遮光部材を設ける位置は、濃い網掛け
で示す部分、すなわち隣接している結像素子と結像素子
との境界部分２０、および、薄い網掛けで示す部分、す
なわち結像素子の配列方向であるα方向に平行な結像素
子の縁部２１である。

【００３９】

【発明の効果】請求項１、２、３、４、５、６、または
７記載の発明によれば、複数個の結像素子が配列された
結像素子アレイにおいて、隣接する結像素子と結像素子
との境界部分、および結像素子の縁部に遮光部材を一体
に設けたため、結像素子の伝達効率の低下を防止するこ
とができると共に、光スポットの形状の乱れを防止し、
もって、画像品質の低下を防止することができる。

【００４０】請求項８記載の発明によれば、請求項１、
２、３、４、５、６、または７記載の結像素子アレイ
と、発光素子アレイとを有してなり、上記結像素子アレ
イは、上記発光素子アレイを構成する各発光素子からの
光束を被走査面上に光スポットとして形成しているた
め、結像素子の伝達効率の低下を防止することができる
と共に、光スポットの形状の乱れを防止し、もって、画
像品質の低下を防止することができる。

【００４１】請求項９記載の発明によれば、請求項８記
載の発明において、各発光素子からの光束は、結像素子
アレイを構成する各結像素子のうち、少なくとも２つ以
上の結像素子を介して被走査面上に集光するため、より
明るい光学系を得ることができ、各結像素子および結像
素子アレイの結像性能を向上させることができる。

【００４２】請求項１０記載の発明によれば、電子写真
プロセスによって画像を形成する画像形成装置におい
て、請求項８または９記載の光プリントヘッドを露光ユ
ニットとして用いているため、結像素子の伝達効率の低
下を防止することができると共に、光スポットの形状の
乱れを防止し、もって、画像品質の低下を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる結像素子アレイおよびこれを用
いた光プリントヘッド並びに画像形成装置の実施の形態
に適用可能な結像素子アレイを示す部分斜視図である。

【図２】上記結像素子アレイを示す側面図である。

【図３】上記結像素子アレイを示す横断面図である。

【図４】遮断部材が設けられた上記結像素子アレイを示
す横断面図である。

【図５】遮断部材が設けられた上記結像素子アレイを示
す側面図である。

【図６】別の実施の形態に適用可能な結像素子アレイを
示す側面図である。

【図７】上記結像素子アレイを示す横断面図である。

【図８】さらに別の実施の形態に適用可能な結像素子ア
レイを示す側面図である。

【図９】さらに別の実施の形態に適用可能な結像素子ア
レイを示す横断面図である。

【図１０】上記結像素子アレイを示す側面図である。

【図１１】さらに別の実施の形態に適用可能な結像素子
アレイを示す部分斜視図である。

【図１２】上記結像素子アレイを示す正面図である。

【図１３】感光体の感度と光束の波長との関係を示すグ
ラフである。

【図１４】光束の伝達効率と遮光部材の突出量との関係
を示すグラフである。

【図１５】従来のアパーチャ部材が適用された結像素子
アレイの一例を示す（Ａ）は結像素子アレイの部分斜視
図、（Ｂ）はアパーチャ部材の部分斜視図、（Ｃ）はア
パーチャ部材が取り付けられた結像素子アレイの横断面
図である。

【符号の説明】

１ 結像素子アレイ １ａ 入射面 １ｂ 出射面 １ｃ 二つの全反射面 １ｄ リブ部 １１ 隣接している結像素子と結像素子との境界部分 １２ 結像素子の配列方向に平行な結像素子の縁部 １５ 遮光部材 １６ 遮光部材を形成するための不透明な材質 １９ 結像素子アレイ ２０ 隣接している結像素子と結像素子との境界部分 ２１ 結像素子の配列方向に平行な結像素子の縁部

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個の結像素子が配列された結像素子
   アレイにおいて、 隣接する結像素子と結像素子との境界部分、および結像
   素子の縁部に遮光部材を一体に設けたことを特徴とする
   結像素子アレイ。
2. 【請求項２】 上記遮光部材は、少なくとも波長４００
   ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で不透明であることを特徴とす
   る請求項１記載の結像素子アレイ。
3. 【請求項３】 透明な材質からなる結像素子アレイと不
   透明な材質からなる遮光部材とが一体成形されているこ
   とを特徴とする請求項１記載の結像素子アレイ。
4. 【請求項４】 透明な材質からなる結像素子アレイと不
   透明な材質からなる遮光部材とが溶着あるいは接着によ
   り一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載
   の結像素子アレイ。
5. 【請求項５】 上記不透明な材質を結像素子アレイに塗
   布あるいは印刷することにより、遮光部材が一体に形成
   されていることを特徴とする請求項１記載の結像素子ア
   レイ。
6. 【請求項６】 上記不透明な材質を結像素子アレイに蒸
   着させることにより、遮光部材が一体に形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の結像素子アレイ。
7. 【請求項７】 結像素子アレイはレンズアレイを有して
   なり、各レンズの頂部から光源側もしくは像面側への遮
   光部材の突出量が０．２ｍｍ以下であることを特徴とす
   る請求項１、２、３、４、５、または６記載の結像素子
   アレイ。
8. 【請求項８】 請求項１、２、３、４、５、６、または
   ７記載の結像素子アレイと、 発光素子アレイとを有してなり、 上記結像素子アレイは、上記発光素子アレイを構成する
   各発光素子からの光束を被走査面上に光スポットとして
   形成することを特徴とする光プリントヘッド。
9. 【請求項９】 各発光素子からの光束は、結像素子アレ
   イを構成する各結像素子のうち、少なくとも２つ以上の
   結像素子を介して被走査面上に集光することを特徴とす
   る請求項８記載の光プリントヘッド。
10. 【請求項１０】 電子写真プロセスによって画像を形成
    する画像形成装置において、 請求項８または９記載の光プリントヘッドを露光ユニッ
    トとして用いたことを特徴とする画像形成装置。