JP2001277593A - 画像形成装置 - Google Patents

画像形成装置

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JP2001277593A
JP2001277593A JP2000099298A JP2000099298A JP2001277593A JP 2001277593 A JP2001277593 A JP 2001277593A JP 2000099298 A JP2000099298 A JP 2000099298A JP 2000099298 A JP2000099298 A JP 2000099298A JP 2001277593 A JP2001277593 A JP 2001277593A
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image forming
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Yuichiro Toyohara
裕一郎 豊原
Kenichiro Kitajima
健一郎 北島
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 LEDアレイとロッドレンズアレイからなる
LEDヘッドを露光光源として用いた電子写真方式の画
像形成装置において、画像ムラや濃度変動を少なくし安
定したプリンタ特性を実現した上での高画質化が図ら
れ、また、LEDの素子密度を高めることによって高解
像力化が図られた画像形成装置を提供する。 【解決手段】 ロッドレンズアレイの開口角を20度以
上とし、そのロッド径を0.8mm以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は画像形成装置に関
し、特に電子写真方式を用いた画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電子写真方式によるデジタル複写
機やプリンタ等の画像形成装置において、一般的には露
光光源として半導体レーザを用いていた。これは、半導
体レーザから出射したレーザ光を回転多面鏡等よりなる
光偏向器により偏向せしめ、fθレンズを介して感光ド
ラム面上に結像させることで感光ドラムを光走査し感光
ドラムの表面に静電潜像を形成するものである。
【0003】一方、近年では、露光光源として発光ダイ
オードアレイ(以下、「LEDアレイ」という。)を用
いている画像形成装置が登場してきた。これは、LED
アレイから出射した光束をロッドレンズアレイを介して
感光ドラム面上に結像し感光ドラムの表面に静電潜像を
形成するものである。
【0004】図2に露光光源としてLEDアレイを用い
た画像形成装置の感光ドラム周辺の該略図を示す。
【0005】図2を参照すると、感光ドラムの回転方向
に対して直行する方向にLEDアレイを配置し、LED
アレイを構成する各LED素子を選択的に発行させ、L
EDアレイの発光部の前方に配設した結像光学系を介し
て感光ドラム面上にLEDアレイからの光を結像すると
同時に、感光ドラムを回転させることにより2次元的に
静電潜像を形成している。
【0006】このような、LEDアレイを用いた画像形
成装置においては、結像光学系として一般的にはロッド
レンズアレイが用いられ、結像光学系を一部として有す
る露光光学系としては、LEDアレイと2枚の板の間に
ロッドレンズが1列または2列で規則正しく直線状に整
列されたロッドレンズアレイとを一体化したLEDヘッ
ドが用いられている。
【0007】図3はロッドレンズの説明図である。図3
(a)においてロッドレンズ端面から物体、あるいは像
面までの距離である作動距離をL0 、ロッドレンズ自身
の長さをZ0 とすると、ロッドレンズの共役長Tc は Tc =Z0 +2×L0 である。
【0008】図3(b)において、θで示す角度が開口
角である。この開口角が大きいとそれだけ取り込む光量
が増えるため、明るいレンズとなる。反面、焦点深度が
浅くなるため焦点ずれに対しての画像劣化が大きくなる
という特徴がある。一般的には、開口角12度付近のも
のが一般的である。
【0009】このロッドレンズアレイの画像伝送特性は
送られる画像の質、つまり解像力で評価される。これを
表わすのがMTF(Modulation Transfer Function)であ
る。これは、例えば図4のような矩形波パタン像の原画
がロッドレンズアレイを通過後に形成された画像がどの
程度原画に忠実に再現できているかを見る指標である。
図4よりMTFは次のように定義される。
【0010】MTF(w)=(i(w)max−i
(w)min)/(i(w)max+i(w)min)
×100% ここで、i(w)max,i(w)minは各々空間周
波数w(lp/mm)における矩形波応答の極大値、極小値
である。なお、空間周波数wの単位中の「lp」はライ
ンペアの略称であり、白線と黒線とを合わせた周期のこ
とをいう。
【0011】このMTFが100%に近いほど原画に忠
実に画像が再現されていることになる。空間周波数w(l
p/mm)は解像度に相当し、例えば解像度300dpi(do
t per inch)(7620dot/mm)のLEDアレイは空間
周波数で約6(lp/mm)のMTFと関係し、同600dp
i(15240dot/mm)のLEDアレイは空間周波数で
は約12(lp/mm)のMTFと相関がある。
【0012】図5に一般的なロッドレンズアレイの空間
周波数とMTFとの関係を示す。
【0013】同図においてa,b,c,dは各々異なる
レンズを示し、またそれぞれのレンズは異なる材質から
なっているものである。
【0014】このような、LEDアレイとロッドレンズ
アレイを用いてLEDヘッドを構成し、露光光源とする
ことで、感光ドラムの近傍に露光光源を配設することが
可能となり、露光光源として半導体レーザを用いた系に
比べ画像形成装置の大きさを小型化することが可能とな
っている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ロッド
レンズアレイを用いると空間周波数が高くなるほどMT
Fが低下する。つまりLEDアレイの画素密度(解像
度)が高くなるほどLEDヘッドとしてその性能を発揮
しにくくなってくるという課題が生じてくる。
【0016】そして、MTFが低い場合には高い場合と
比較して、図6に示すようにLEDからのスポットプロ
ファイル(露光形状)が広がってくることになり、スポ
ットの端部での露光強度勾配が寝てくる。
【0017】一方、一般的な感光ドラムの特性は図7に
示すように、光量が少ない場合に敏感に反応するような
挙動を示す。また、電子写真特性上、現像特性は一般的
に図8のようになりコントラスト電位が中間的な場合に
挙動が敏感になるという特徴がある。つまり濃度の変動
が起こりやすいのである。
【0018】すると、スポット端部においては、露光強
度勾配が寝ていることにより、スポット端部で中間的な
電位をもつ部分が、露光強度勾配が急峻な場合と比較し
て相対的に多くなり、最終的に現像されて濃度としての
変化が大きくなりやすい。結果的に、出力濃度特性が不
安定になり、画像濃度ムラなどが発生しやすい状況とな
る。フルカラー画像形成装置においては、これが最終的
に色ムラとなって現れ、大きな画質劣化要因となってい
る。
【0019】そこで、本発明は、LEDアレイとロッド
レンズアレイからなるLEDヘッドを露光光源として用
いた電子写真方式の画像形成装置において、画像ムラや
濃度変動を少なくし安定したプリンタ特性を実現した上
での高画質化が図られ、また、LEDの素子密度を高め
ることによって高解像力化が図られた画像形成装置を提
供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明による画像形成装
置は、像担持体と、前記像担持体を一様に帯電させる帯
電器と、一様に帯電された前記像担持体上を画像信号に
基づき画像露光して前記像担持体上に静電潜像を形成す
る画像露光手段と、前記静電潜像を現像材により顕画と
する現像手段と、前記像担持体上の顕画を転写材上に転
写する転写手段と、転写材上の画像を転写材に固着させ
て画像形成を行う定着手段と、を備え、前記画像露光手
段が、複数の発光ダイオードを直線状に配した発光ダイ
オードアレイと、該発光ダイオードアレイから出射され
た光束を前記像担持体上に画像露光する結像光学系とを
備えた画像形成装置において、前記結像光学系として、
開口角が20度以上であり、ロッド径が0.8mm以下
であるロッドレンズアレイを用いたことを特徴とする。
【0021】また、本発明による画像形成装置は、上記
の画像形成装置において、前記現像手段が少なくとも4
個あり、これらの現像手段の現像材が互いに異なった分
光特性を示すことを特徴とする。
【0022】更に、本発明による画像形成装置は、上記
の画像形成装置において、前記像担持体が複数個あるこ
とを特徴とする。
【0023】更に、本発明による画像形成装置は、上記
の画像形成装置において、露光解像度が600dpi(d
ot per inch)(15240dot/mm)以上であることを特
徴とする。
【0024】更に、本発明による画像形成装置は、上記
の画像形成装置において、前記現像手段の現像剤はトナ
ーと磁性キャリアからなる2成分現像剤であることを特
徴とする。
【0025】更に、本発明による画像形成装置は、上記
の画像形成装置において、前記現像手段の現像剤はトナ
ーだけからなる1成分現像剤であることを特徴とする。
【0026】
【発明の実施の形態】[実施形態1]図1は、実施形態
1による画像形成装置の本体概略図である。図2は、本
発明によるLEDアレイを用いた画像形成装置の要部の
斜視図である。
【0027】図2において、31は露光光源としてのL
EDアレイであり、像担持体としての感光ドラム1−
1、1−2、1−3又は1−4の軸方向に対して平行に
複数のLEDを直線状に配列して構成している。32は
結像素子としての正立等倍のロッドレンズアレイであ
り、複数のロッドレンズを感光ドラム1−1、1−2、
1−3又は1−4の軸方向に対して直線状に配列して構
成しており、LEDアレイから出射した光束を感光ドラ
ム1−1、1−2、1−3又は1−4の面上に等倍で結
像させている。本実施形態では、LEDアレイ31とロ
ッドレンズアレイ32を一体化して構成してLEDヘッ
ド3−1、3−2、3−3又は3−4として用いてい
る。
【0028】次に、各色の画像形成のプロセスを簡単に
説明する。
【0029】まず、一次帯電器2−1、2−2、2−3
又は2−4により感光ドラム1−1、1−2、1−3又
は1−4の表面を均一帯電し、そこにLEDヘッド3−
1、3−2、3−3又は3−4にて、入力画像信号に応
じて感光体ドラム1−1、1−2、1−3又は1−4を
露光し感光体ドラム1−1、1−2、1−3又は1−4
に静電潜像を形成する。その静電潜像を、現像手段であ
る現像器4−1、4−2、4−3又は4−4により顕画
化し、転写手段5−1、5−2、5−3又は5−4によ
り転写紙上に転写する。最後に定着手段9により転写紙
上に転写されたトナー像を固着させる。
【0030】一画素あたりの、再現階調数は2値であ
る。
【0031】本実施形態においては、上記画像形成プロ
セスを、4色ほぼ同時に行う事により高速化を実現して
いる。
【0032】感光体ドラム1−1、一時帯電器2−1、
LEDヘッド3−1、現像器4−1、転写手段5−1よ
り成る第1ステーションはYellow、感光体ドラム
1−2、一時帯電器2−2、LEDヘッド3−2、現像
器4−2、転写手段5−2より成る第2ステーションは
Magenta、感光体ドラム1−3、一時帯電器2−
3、LEDヘッド3−3、現像器4−3、転写手段5−
3より成る第3ステーションはCyan、感光体ドラム
1−4、一時帯電器2−4、LEDヘッド3−4、現像
器4−4、転写手段5−4より成る第4ステーションは
Blackの画像を形成している。
【0033】ここで、本実施形態におけるLEDヘッド
について詳しく述べる。
【0034】まず、LEDアレイ31は、素子密度が6
00dpiであり、素子の配列周期が42.3μmとな
っている。なお、素子密度が600dpi以上であって
もよい。また、LEDの発光部の電極サイズは、約20
μmである。このLEDを露光光源として、露光光源か
らの光を感光ドラム面上に結像している。
【0035】つぎに、結像光学系であるロッドレンズア
レイ32について述べる。ロッドレンズアレイは、正立
等倍結像レンズである。本実施形態においては、ロッド
の直径は0.6mmとなっている。そのロッドを2列
に、図9に示すように配列している。
【0036】このロッドレンズの開口角は20度以上で
あり、好ましくは20度である。これは、600dpi
でLEDを駆動する際に1画素あたりの発光量が従来の
低解像度のLEDと比較して小さくなっており、なるべ
く明るいレンズを使用することが望まれるためである。
この開口角を使用する場合、例えば12度タイプと比較
し焦点深度は浅くなるが、これは、本体の組み立て精度
を上げることで吸収している。
【0037】ロッド径が0.8mm以下、好ましくは、
0.6mmのタイプのロッドレンズを採用することによ
り、従来の一般的に使用されているロッド径と比べ、6
00dpiの解像度に対応する空間周波数12(lp/m
m)におけるMTFが向上する。表1にロッド径0.6
mmのロッドレンズとロッド径0.9mmのロッドレン
ズとの空間周波数12(lp/mm)におけるMTFの比較
を示す。
【0038】
【表1】 図10にロッド径の0.6mmのものと0.9mmのも
のでの感光ドラム上の光強度分布の概念図を示す。この
図から明らかなように、ロッド径の0.6mmのほう
が、シャープな光強度分布を持っている。つまり、0.
6mmのほうがより解像度の高い画像を再現するのに適
しているといえる。
【0039】また、最終的にはこの両者の光強度分布の
違いが、図11に示す感光ドラムの露光強度に対する電
位減衰量を示す特性(以下「E−V特性」という。)
と、図12に示す現像手段(現像器4−1、4−2、4
−3又は4−4)における、現像バイアスの直流電位と
潜像電位の差分(以下「現像コントラスト電位」とい
う。)に対する再現濃度との関係を示す特性(以下「V
−D特性」という。)を介した結果、プリンタ出力特性
として図13に示すような形になって現れてくる。プリ
ンタ出力特性は、横軸に0から255までの画像出力信
号値、縦軸に出力画像濃度をとっている。
【0040】この原因について簡単に説明する。図10
に示す光強度分布により感光ドラムに露光すると、その
E−V特性より、露光スポットの電位分布は図14のよ
うになり中間的な電位が多くなる。そのような静電潜像
を図12に示すV−D特性を示す現像手段で現像した場
合に現像領域が広がるので、最終的にプリンタ出力特性
は図13に示すようになるのである。
【0041】また、感光ドラム特性や現像特性、LED
の光出力特性などは、常にある程度の振れを含んでい
る。ここでは、現像バイアスの振れ量について考える。
現像特性が振れた場合の現像領域の変化についての模式
図を図15に示す。図15は、現像バイアスが変化し現
像コントラストが通常時から20V増加した場合を想定
している。
【0042】図15より、ロッド径が0.9mmのロッ
ドレンズを使用した場合のほうが、ロッド径が0.6m
mのロッドレンズを使用した場合に比べ現像コントラス
ト変動による現像領域変動が大きく、濃度変動量が多い
ことを示す。つまり、さまざまな振れ要因に対してもロ
ッド径が0.6mmのロッドレンズを使用した場合のほ
うが強いことを示し、最終の出力画像としてより安定
な、高画質が得られることになるのである。
【0043】本実施形態における現像手段には、トナー
だけから成る1成分現像剤が装填されておりV−D特性
が図12のようになっている。1成分現像は図12に示
すようにガンマ特性のやや立ち気味な特性を示す傾向が
あるが、簡易な構成のため画像形成装置の小型化、低コ
スト化に貢献している。
【0044】なお、Yellowを印刷する第1ステー
ションの現像手段である現像器4−1に充填される現像
材の色彩は、Yellowであり、Magendaを印
刷する第1ステーションの現像手段である現像器4−1
に充填される現像材の色彩は、Magendaであり、
Cyanを印刷する第1ステーションの現像手段である
現像器4−1に充填される現像材の色彩は、Cyanで
あり、Blackを印刷する第1ステーションの現像手
段である現像器4−1に充填される現像材の色彩は、B
lackである。すなわち、ステーション毎の現像材の
分光特性は互いに異なる。
【0045】以上のように開口角が20度以上でロッド
径が0.8mm以下のロッドレンズ、例えば開口角が2
0度でロッド径が0.6mmのロッドレンズアレイを用
いたLEDヘッドを露光光源として、600dpiの画
像形成装置を構成した場合において、より解像度の高
い、安定した画像を得ることが可能となる。
【0046】[実施形態2]実施形態2の画像形成装置
の構成は実施形態1の構成と同様である。また、LED
ヘッドの構成は実施形態1のLEDヘッドの構成と同様
である。
【0047】実施形態2においては、現像手段に装填さ
れている現像剤が2成分である。つまり、実施形態2の
現像材は磁性キャリアとトナーから構成され、その現像
剤における磁性キャリアとトナーの重量比は8:1とな
っている。
【0048】なお、実施形態2においても、実施形態1
と同様に、Yellowを印刷する第1ステーションの
現像手段である現像器4−1に充填される現像材の色彩
は、Yellowであり、Magendaを印刷する第
1ステーションの現像手段である現像器4−1に充填さ
れる現像材の色彩は、Magendaであり、Cyan
を印刷する第1ステーションの現像手段である現像器4
−1に充填される現像材の色彩は、Cyanであり、B
lackを印刷する第1ステーションの現像手段である
現像器4−1に充填される現像材の色彩は、Black
である。すなわち、ステーション毎の現像材の分光特性
は互いに異なる。
【0049】このような現像材を充填した現像手段にお
けるV−D特性を図16に示す。
【0050】2成分現像材を充填した現像手段による現
像は、その構成上、図16からも明らかなようにV−D
特性がやや寝る傾向にあり、微少な電位変化を濃度の変
化に素直に表すことになりやすい。
【0051】また、その特徴として急峻な濃度変動は発
生しにくいため、滑らかな再現性があげられる。つま
り、あるレベル以上の電位ムラなどについては、1成分
のほうが悪く出るが、そのレベル以下であれば、2成分
のほうが濃度として再現しやすいということになる。
【0052】そこで、本実施形態においては、開口角が
20度以上でロッド径が0.8mm以下のロッドレン
ズ、例えば開口角が20度でロッド径が0.6mmのロ
ッドレンズアレイを用いて2成分現像材を充填した現像
手段と組み合わせることで、より滑らかで濃度ムラや色
ムラの少ない画像を提供することが可能となっている。
また、開口角が20度以上でロッド径が0.8mm以下
のロッドレンズ、例えば開口角が20度でロッド径が
0.6mmのロッドレンズアレイを用いることで、解像
度が上がり出力画像としても、高解像なものが得られる
ことは言うまでもない。
【0053】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
露光光学系の結像素子として、開口角が20度以上でロ
ッド径が0.8mm以下のロッドレンズ、例えば開口角
が20度でロッド径が0.6mmのロッドレンズアレイ
を用いることにより、高解像と同時に濃度ムラや濃度変
動などの少ない高安定な画像を出力する画像形成装置を
提供することが可能となる。また、このロッドレンズア
レイをフルカラー画像形成装置に用いることで、色再現
性も安定な方向にすることが可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態による画像形成装置の本体概
略図である。
【図2】本発明の実施形態によるLEDアレイを用いた
画像形成装置の要部(感光体ドラム及びLEDヘッド
(LEDアレイ及び結像光学系であるロッドレンズ))
の斜視図である。
【図3】(a)は、ロッドレンズの側面及びロッドレン
ズの入出力光を示す側面図であり、(b)は、ロッドレ
ンズの開口角を説明するための斜視図である。
【図4】MTFを説明するための概念図である。
【図5】MTFと空間周波数との関係を示した図であ
る。
【図6】低MTFの場合と高MTFの場合のLEDの露
光強度分布を示す図である。
【図7】一般的な感光ドラムのE−V特性を示す図であ
る。
【図8】一般的な現像手段のV−D特性を示す図であ
る。
【図9】本発明の実施形態によるロッドレンズアレイの
構成を示す斜視図である。
【図10】本発明の実施形態によるロッド径が0.6m
mであるロッドレンズと従来例によるロッド系が0.9
mmであるロッドレンズとの間の光強度分布の比較を示
す図である。
【図11】本発明の実施形態における感光ドラムのE−
V特性を示す図である。
【図12】本発明の実施形態1における現像手段のV−
D特性を示す図である。
【図13】本発明の実施形態によるロッド径が0.6m
mであるロッドレンズを使用した場合のプリント特性と
従来例によるロッド径が0.9mmであるロッドレンズ
を使用した場合のプリント特性とを比較する図である。
【図14】本発明の実施形態によるロッド径が0.6m
mであるロッドレンズを使用した場合の露光スポットに
おける電位分布プリント特性と従来例によるロッド径が
0.9mmであるロッドレンズを使用した場合の露光ス
ポットにおける電位分布とを比較する図である。
【図15】本発明の実施形態によるロッド径が0.6m
mであるロッドレンズを使用した場合の現像バイアスが
振れたときの現像領域の変化と従来例によるロッド径が
0.9mmであるロッドレンズを使用した場合の現像バ
イアスが振れたときの現像領域の変化とを比較する図で
ある。実施例1における現像バイアスが振れたときの現
像領域の変化を示す模式図
【図16】本発明の実施形態2における現像手段のV−
D特性を示す図である。
【符号の説明】
1−1、1−2、1−3、1−4 感光体ドラム 2−1、2−2、2−3、2−4 一次帯電器 3−1、3−2、3−3、3−4 LEDヘッド 4−1、4−2、4−3、4−4 現像器 5−1、5−2、5−3、5−4 転写手段
フロントページの続き Fターム(参考) 2C162 AE12 AE21 AE28 AE74 FA04 FA17 FA45 FA50 2H030 AA03 AB02 BB02 2H076 AB08 AB42 AB51

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 像担持体と、 前記像担持体を一様に帯電させる帯電器と、 一様に帯電された前記像担持体上を画像信号に基づき画
    像露光して前記像担持体上に静電潜像を形成する画像露
    光手段と、 前記静電潜像を現像材により顕画とする現像手段と、 前記像担持体上の顕画を転写材上に転写する転写手段
    と、 転写材上の画像を転写材に固着させて画像形成を行う定
    着手段と、 を備え、 前記画像露光手段が、複数の発光ダイオードを直線状に
    配した発光ダイオードアレイと、該発光ダイオードアレ
    イから出射された光束を前記像担持体上に画像露光する
    結像光学系とを備えた画像形成装置において、 前記結像光学系として、開口角が20度以上であり、ロ
    ッド径が0.8mm以下であるロッドレンズアレイを用
    いたことを特徴とする画像形成装置。
  2. 【請求項2】 前記現像手段が少なくとも4個あり、こ
    れらの現像手段の現像材が互いに異なった分光特性を示
    すことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 【請求項3】 前記像担持体が複数個あることを特徴と
    する請求項1又は2に記載の画像形成装置。
  4. 【請求項4】 露光解像度が600dpi(dot per inc
    h)(15240dot/mm)以上であることを特徴とする請
    求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  5. 【請求項5】 前記現像手段の現像剤はトナーと磁性キ
    ャリアからなる2成分現像剤であることを特徴とする請
    求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  6. 【請求項6】 前記現像手段の現像剤はトナーだけから
    なる1成分現像剤であることを特徴とする請求項1乃至
    4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014098085A1 (ja) * 2012-12-17 2014-06-26 三菱レイヨン株式会社 ロッドレンズアレイ及びその製造方法

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