JP2003072145A - 光書込みヘッドおよびそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １２００ｄｐｉ程度の高い記録密度で印字す
る場合にも鮮明な画像が得られ、光量伝達率が高く光源
列発光量や感光体感度に対する負荷を軽減でき、小型化
を図れ、かつ局所的なスジ状むらの発生しにくい光書込
みヘッド及びそれを用いた画像形成装置を提供する。 【解決手段】 ＬＥＤアレイからの光情報を、２列の屈
折率分布型ロッドレンズアレイにより感光ドラムの感光
体に書き込むＬＥＤプリントヘッドにおいて、ロッドレ
ンズアレイを構成する各レンズ素子の開口角θを、ほぼ
１４°〜１８°の範囲内の値に設定した。１２００ｄｐ
ｉの記録密度で印字するのに必要となる５０％以上の解
像力が得られ、同記録密度で印字する場合にもスジのな
い鮮明な画像が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像情報に応じて
選択的に発光する光源列を有する光源手段からの光情報
を、２列の屈折率分布型ロッドレンズアレイにより感光
体に書き込む光書込みヘッド及びそれを用いた画像形成
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＬＥＤアレイや液晶シャッターア
レイ等、画像情報に応じて発光する光源列からの光情報
を、感光ドラムや印画紙上の感光体に書き込む光書込み
ヘッドには、主に以下の２通りの「２列の屈折率分布型
ロッドレンズアレイ」が用いられている。

【０００３】（Ｉ）同ロッドレンズアレイを構成する各
ロッドレンズ（以下、レンズ素子という。）の開口角θ
が２０°〜２３°の範囲内にあるもの。このようなロッ
ドレンズアレイでは、次のような利点がある。（ａ）結
合効率が高く、ＬＥＤアレイや液晶シャッターアレイ等
の光源列発光量や感光体感度に対する負荷が軽くて済
む。なお、ここにいう「光源列発光量」とは、光源列と
してＬＥＤアレイを用いた場合における同アレイの発光
量と、液晶シャッターアレイと外部光源とからなる光源
列を用いた場合に、外部光源の光が液晶シャッターアレ
イを透過する光量とを包含する概念である。（ｂ）共役
長ＴＣが相対的に短いため、装置を小型化できる。
（ｃ）共役長ＴＣが相対的に短いため、レンズ素子の配
列傾きの影響が発生しにくい。

【０００４】（II）各レンズ素子の開口角θが１０．５
°〜１２°の範囲内にあるもの。このようなロッドレン
ズアレイでは、次のような利点がある。（ｄ）基本解像
力が高く、鮮明な印画が得られる。（ｅ）焦点深度が相
対的に深く、取付け誤差、感光ドラムの偏心等を吸収し
易い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記（Ｉ）
のロッドレンズアレイでは、１２００ｄｐｉ程度の高い
記録密度で印字する場合に、スジのない鮮明な画像を得
るのが難しいという問題があった。これは、次のような
理由による。（ｉ）開口角が小さい程大きな解像力が得
られるが、開口角θが２０°〜２３°と大きいため、到
達可能な解像力レベルに限りがあり、１２００ｄｐｉの
解像力は得られないからである。（ii）開口角が大きい
程レンズ素子の像面湾曲が残るが、開口角θが２０°〜
２３°と大きいため、レンズ直径／半径周期の解像力変
動が大きく出てしまうからである。（iii）開口角θが
２０°〜２３°と大きいために焦点深度が浅いので、取
付け誤差、感光ドラムの偏心等により避けられない±２
０μｍ程度のズレで、解像力が大きく低下してしまうか
らである。なお、ここにいう「ズレ」とは、光源と感光
ドラムの中心に対するレンズ素子のズレをいう。

【０００６】また、上記(II）のロッドレンズアレイで
は、次のような問題があった。（ｉ）上記光源列発光量
や感光体感度に対する負荷が大きく、印字速度によって
は本格的な冷却機構が必要になる。これは、開口角θが
１０．５°〜１２°と小さいために、結合効率が上記
（Ｉ）のロッドレンズアレイに比べて１／４程度しかな
いからである。（ii）共役長ＴＣが上記（Ｉ）のロッド
レンズアレイの２倍近くあり、装置が大型化してしま
う。(iii）共役長ＴＣが長いため各レンズ素子の配列傾
きの影響が大きく、局所的なスジ状むらが発生しやす
い。

【０００７】このように、１２００ｄｐｉ程度の高い記
録密度で印字する場合に、スジのない鮮明な画像を得る
という要求に対しては、上記（Ｉ），（II）のロッドレ
ンズアレイのいずれも、一長一短があってその要求を満
たすことができない。

【０００８】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、その目的は、１２００ｄｐｉ程度
の高い記録密度で印字する場合にも鮮明な画像が得ら
れ、光量伝達率が高く光源列発光量や感光体感度に対す
る負荷を軽減でき、小型化を図れ、かつ局所的なスジ状
むらの発生しにくい光書込みヘッド及びそれを用いた画
像形成装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明は、画像情報に応じて選択的に
発光する光源列を有する光源手段からの光情報を、２列
の屈折率分布型ロッドレンズアレイにより感光体に書き
込む光書込みヘッドにおいて、前記ロッドレンズアレイ
を構成する各レンズ素子の開口角θを、ほぼ１４°〜１
８°の範囲内の値に設定したことを要旨とする。

【００１０】この構成によれば、（ｉ）各レンズ素子の
開口角θの上限値をほぼ１８°に設定しているため、１
２００ｄｐｉ（２４ｌｐ／ｍｍ）の記録密度で印字する
のに必要となる５０％以上の解像力（ＭＴＦａｖｅ）が
得られる。これにより、１２００ｄｐｉ程度の高い記録
密度で印字する場合にも鮮明な画像が得られる。ここ
で、ｄｐｉはｄｏｔ／ｉｎｃｈであり、また、ｌｐ／ｍ
ｍはＬｉｎｅ−ｐａｉｒ／ｍｍである。（ii）開口角θ
の上限値をほぼ１８°に設定しているため、レンズ素子
の像面湾曲が小さく抑えられて解像力の周期変動（ＭＴ
Ｆ周期変動）がほぼ１０％以下になり、画像に周期的な
スジが現れるのを抑制することができる。これにより、
周期的なスジのない鮮明な画像が得られる。（iii）開
口角θの上限値をほぼ１８°に設定しているため、比較
的深い焦点深度が得られ、取付け誤差、感光体の偏心等
により避けられない±２０μｍ程度のズレによる解像力
の低下が５％程度となる。これによっても、鮮明な画像
が得られる。（iv）開口角θの下限値をほぼ１４°に設
定しているため、光源列の光量アップ等でカバー可能な
最低限の光量レベル、すなわちレンズ素子の開口角が２
２°であるロッドレンズアレイの光量伝達率の１／２を
確保できる。これにより、光源列発光量や感光体感度に
対する負荷が軽減される。この結果、本格的な冷却機構
を不要にできる。（ｖ）共役長ＴＣが短くなり装置の小
型化を図れる。（vi）共役長ＴＣが短いため各レンズ素
子の配列傾きの影響が小さく、局所的なスジ状むらが発
生しにくい。なお、ここにいう「２列の屈折率分布型ロ
ッドレンズアレイ」とは、多数の屈折率分布型ロッドレ
ンズを長手方向に２列に配列したロッドレンズアレイを
いう。また、「光量伝達率」とは、光源手段での発光光
量がレンズアレイを介して感光体にどれだけ伝達される
か、その割合を意味している。

【００１１】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
光書込みヘッドにおいて、前記ロッドレンズアレイにお
ける各レンズ素子の重なり度ｍを、ほぼ１．１０〜２．
００の範囲内の値に設定したことを要旨とする。

【００１２】この構成によれば、重なり度ｍの下限値を
ほぼ１．１０に設定しているため、レンズアレイの周期
光量ムラがほぼ１０％以下になる。これにより、その周
期光量ムラを補正する光量補正回路の負担が軽減され
る。また、重なり度ｍが大きすぎると解像力と、レンズ
アレイを介して感光体に伝達される光量との点で不利に
なる。重なり度ｍの上限値をほぼ２．００に設定してい
るため、適正な解像力と感光体に伝達される適正な光量
とが確保される。

【００１３】請求項３に係る発明は、画像情報に応じて
選択的に発光する光源列を有する光源手段からの光情報
を、２列の屈折率分布型ロッドレンズアレイにより感光
体に書き込む光書込みヘッドにおいて、前記ロッドレン
ズアレイにおける各レンズ素子の開口角θをほぼ１４°
〜１８°の範囲内の値に設定し、前記各レンズ素子の重
なり度ｍをほぼ１．１０〜２．００の範囲内の値に設定
し、そして、前記各レンズ素子の光軸上屈折率をｎ、同
素子の屈折率分布定数を√Ａ、同素子の１周期長をＰ、
前記レンズアレイのレンズ素子配列周期をＤ、同アレイ
の充填率をα（α＝ｄ／Ｄ）としたとき、前記各レンズ
素子の有効径ｄを下記の式 ４θ／√（４ｍ²／α²−１）≦ｄ≦２０θ／｛ｎ・ｃｏ
ｓ^-1（−α／２／ｍ）＋√（４ｍ²／α²−１）｝ によって規定される範囲内の値に設定したことを要旨と
する。

【００１４】この構成によれば、各レンズ素子の開口角
θをほぼ１４°〜１８°の範囲内の値に設定しているた
め、上記請求項１に係る発明と同様に、１２００ｄｐｉ
程度の高い記録密度で印字する場合にも、周期的なスジ
のない鮮明な画像が得られるとともに、光量伝達率が高
くなり、光源列発光量や感光体感度に対する負荷が軽減
される。また、各レンズ素子の重なり度ｍをほぼ１．１
０〜２．００の範囲内の値に設定しているため、上記請
求項２に係る発明と同様に、レンズアレイの周期光量ム
ラを補正する光量補正回路の負担が軽減されるととも
に、適正な解像力と感光体に伝達される適正な光量とが
確保される。また、レンズアレイの共役長ＴＣを２０ｍ
ｍ以下にしているので、装置の小型化を図れるととも
に、レンズ素子の配列傾きの影響が発生しにくい。さら
に、レンズアレイの作動距離Ｌを２ｍｍ以上にしている
ので、感光体周りのスペース、例えば感光ドラム周りの
スペースを確保できるとともに、トナー等が各レンズ素
子に付着する等の不具合が発生するのを抑制できる。

【００１５】請求項４に係る発明は、請求項１〜３のい
ずれか一項に記載の光書込みヘッドにおいて、前記光源
手段は、前記光源列として発光素子アレイを有すること
を要旨とする。この構成によれば、光源手段に光源列と
して発光素子アレイを用いた光書込みヘッドにおいて、
上記請求項１〜３に係る発明と同様の作用効果が得られ
る。

【００１６】請求項５に係る発明は、請求項１〜３のい
ずれか一項に記載の光書込みヘッドにおいて、前記光源
手段は、光源と、前記光源列としての光シャッタアレイ
とを有することを要旨とする。この構成によれば、光源
手段に光源列としての光シャッタアレイを用いた光書込
みヘッドにおいて、上記請求項１〜３に係る発明と同様
の作用効果が得られる。

【００１７】請求項６に係る発明は、請求項１〜５のい
ずれか一項に記載の光書込みヘッドを用いていることを
要旨とする画像形成装置である。この構成によれば、請
求項１に記載の光書込みヘッドを用いる場合、１２００
ｄｐｉ程度の高い記録密度で印字する場合にも、周期的
なスジのない鮮明な画像が得られるとともに、光量伝達
率が高くなり、光源列発光量や感光体感度に対する負荷
が軽減される。また、請求項２に記載の光書込みヘッド
を用いる場合、レンズアレイの周期光量ムラを補正する
光量補正回路の負担が軽減されるとともに、適正な解像
力と感光体に伝達される適正な光量とが確保される。ま
た、請求項３に記載の光書込みヘッドを用いる場合、１
２００ｄｐｉ程度の高い記録密度で印字する場合にも、
鮮明な画像が得られるとともに、光量伝達率が高くな
り、光源列発光量や感光体感度に対する負荷が軽減され
る。これにより、レンズアレイの周期光量ムラを補正す
る光量補正回路の負担が軽減されるとともに、適正な解
像力と感光体に伝達される適正な光量とが確保される。
また、装置の小型化を図れるとともに、レンズ素子の配
列傾きの影響が発生しにくい。さらに、感光体周りのス
ペース、例えば感光ドラム周りのスペースを確保できる
とともに、トナー等が各レンズ素子に付着する等の不具
合が発生するのを抑制できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した光書込
みヘッドとしてのＬＥＤプリントヘッド及びそれを用い
た画像形成装置としての光プリンタの一実施形態を図面
に基づいて説明する。図６は一実施形態に係る光プリン
タを、図７は光プリンタに用いたＬＥＤプリントヘッド
をそれぞれ示している。

【００１９】図６に示す光プリンタ１１は、円筒形の感
光ドラム１２、ＬＥＤプリントヘッド１３、帯電器１
４、現像器１５、転写器１６、定着器１７、消去ランプ
１８、清掃器１９、カセット２０、スタッカ２１等を備
えている。感光ドラム１２の表面には、例えば、アモル
ファスＳｉ等の光導電性を持つ材料（感光体）が作られ
ている。この感光ドラム１２はプリントの速度で回転し
ている。回転している感光ドラム１２の感光体表面を、
帯電器１４で一様に帯電させる。そして、ＬＥＤプリン
トヘッド１３で、印字するドットイメージの光（光情
報）即ち点像を感光ドラム１２の感光体上に照射し、光
の当たったところの帯電を中和する。続いて、現像器１
５で感光体上の帯電状態にしたがって、トナーを感光体
上につける。そして、転写器１６でカセット２０の中か
ら送られてきた用紙２２上に、トナーを転写する。用紙
２２は、定着器１７にて熱等を加えられ定着され、スタ
ッカ２１に送られる。一方、転写の終了した感光ドラム
１２は、消去ランプ１８で帯電が全面にわたって中和さ
れ、清掃器１９で残ったトナーが除去される。

【００２０】このような光プリンタ１１に用いられるＬ
ＥＤプリントヘッド１３は、図７に示すように、画像情
報に応じて選択的に発光する光源列としてのＬＥＤアレ
イ２３と、上記２列の屈折率分布型ロッドレンズアレイ
としてのロッドレンズアレイ２４とを備えている。

【００２１】ＬＥＤアレイ２３は、基板上にＬＥＤアレ
イチップ及びＩＣドライバチップを実装して構成されて
いる。ＬＥＤアレイ２３では、シリアル信号等の印字情
報（画像情報）に応じてアレイ素子毎のオン、オフがな
される。そして、オンになった各アレイ素子の出射光か
らなる点像（光情報）が、ロッドレンズアレイ２４によ
り感光ドラム１２の感光体（図８の像面）上に形成され
る。ＬＥＤアレイ２３の各アレイ素子の配列ピッチは、
１２００ｄｐｉ（２４ｌｐ／ｍｍ）の記録密度の場合２
１μｍである。

【００２２】ロッドレンズアレイ２４は、図８に示すよ
うに、半径方向に屈折率分布を有する複数本のロッドレ
ンズ２５を、２枚のフレーム２６，２６の間に２列に配
置したものである。

【００２３】次に、本実施形態に係るロッドレンズアレ
イ２４の条件（特徴）について、図１〜図５を参照して
説明する。 （１）図１は、レンズ素子を２列配置にしたロッドレン
ズアレイ（２列ロッドレンズアレイ）２４において、Ｌ
ＥＤアレイ２３の発光中心波長を７４０ｎｍとして、レ
ンズ素子の開口角θを変えた場合に到達し得る解像力
（ＭＴＦａｖｅ）を示している。同図において、横軸は
開口角（°）を、縦軸は解像力ＭＴＦａｖｅ（％）をそ
れぞれ示している。また、同図において、（Ａ）（計算
値-1）は、６００ｄｐｉ（１２ｌｐ／ｍｍ）の記録密度
で印字する場合における理想屈折率分布に対するＭＴＦ
ａｖｅの計算値を示している。ｈ点はφ１．１、ｉ点は
φ０．６、ｊ点はφ０．６での計算値である。（Ｂ）
（計算値-2）は、１２００ｄｐｉ（２４ｌｐ／ｍｍ）の
記録密度で印字する場合における理想屈折率分布に対す
るＭＴＦａｖｅの計算値を示している。そして、（Ｃ）
プロット（ａ〜ｇ点）は全て６００ｄｐｉの記録密度で
印字する場合におけるＭＴＦａｖｅの実測例を示してい
る。

【００２４】１２００ｄｐｉ（２４ｌｐ／ｍｍ）のＬＥ
Ｄプリントヘッドで使用されるためには５０％以上のＭ
ＴＦａｖｅが必要である。そのためには、レンズ素子の
開口角θをほぼ１８°以下にする必要があることが図１
の破線で示す（Ｂ）（計算値-2）から分かる。換言する
と、１２００ｄｐｉ（２４ｌｐ／ｍｍ）の記録密度で印
字する場合、レンズ素子の開口角θをほぼ１８°より大
きくすると、到達可能なＭＴＦａｖｅが５０％より小さ
くなり、１２００ｄｐｉの解像力が得られなくなること
が上記（Ｂ）から分かる。

【００２５】（２）図１に示す上記（Ａ），（Ｂ），
（Ｃ）のいずれの場合にも、開口角θが小さい程到達可
能なＭＴＦａｖｅレベルが高くなっているのは、開口角
θが小さい程レンズ素子で達成可能な像面湾曲が小さい
ことの反映である。レンズ素子の像面湾曲は、レンズ素
子をアレイ化した場合にＭＴＦａｖｅレベルを落とすだ
けでなく、レンズ半径／直径周期でのＭＴＦ変動（ＭＴ
Ｆ周期変動）をもたらす。図２（Ａ）は、レンズ素子径
φが０．６ｍｍで開口角θが２２°のレンズ素子を２列
に配置したロッドレンズアレイ２４のＭＴＦプロファイ
ル実測例を示している。また、図２（Ｂ）は、レンズ素
子径φが０．６ｍｍで開口角θが１７°のレンズ素子を
２列に配置したロッドレンズアレイ２４のＭＴＦプロフ
ァイル実測例を示している。両図において、横軸はロッ
ドレンズアレイ２４のレンズ素子並び方向の位置を示し
ている。

【００２６】図２（Ａ）では１２〜１３％程度のＭＴＦ
周期変動（ＭＴＦｍａｘ−ＭＴＦｍｉｎ）が認められ、
図２（Ｂ）では７〜８％程度のＭＴＦ周期変動が認めら
れる。印画テスト結果では、ＭＴＦ周期変動が１０％を
超えると、画像に周期的なスジが現れる傾向が見られ
る。このようなスジの発生を抑えるためには、レンズ素
子の開口角θをほぼ１８°以下にする必要がある。すな
わち、図２（Ａ），（Ｂ）から、開口角θを１７°より
大きくするにつれてＭＴＦ周期変動が大きくなることが
分かる。図２（Ａ），（Ｂ）から、ＭＴＦ周期変動をほ
ぼ１０％以下にするためには、開口角θをほぼ１８°以
下にする必要がある。

【００２７】（３）図３は、開口角の異なるレンズ素子
で構成した数種のロッドレンズアレイの焦点深度計算結
果を示している。同図において、黒丸，黒四角，黒三角
は、開口角を１２°，１７°，２０°とした場合の焦点
深度の計算結果をそれぞれ示している。また、実線３
１，３２，３３は、各開口角に対する計算結果について
の、多項式による近似曲線である。

【００２８】取付け誤差、感光ドラム１２の偏心等で不
可避と思われる±２０μｍ程度のデフォーカスで実際上
許されるＭＴＦの低下は５％程度である。±２０μｍ程
度のデフォーカスでＭＴＦの低下をほぼ５％以下にする
には、レンズ素子の開口角θをほぼ１８°以下にする必
要があることが、図３より分かる。すなわち、開口角θ
が１７°の場合には、取付け誤差等により避けられない
±２０μｍ程度のズレ（デフォーカス）による解像力Ｍ
ＴＦの低下が４％程度である。このことから、開口角θ
をほぼ１８°以下にすれば、±２０μｍ程度のズレによ
る解像力ＭＴＦの低下が５％程度となるような焦点深度
が得られることが分かる。

【００２９】（４）図４は、２列ロッドレンズアレイに
ついて、開口角を変えた場合の光量比較を示している。
同図では、開口角がほぼ１２°のレンズ素子を２列配置
にしたロッドレンズアレイ２４の光量を「１．０」とし
て、開口角を変えた各２列ロッドレンズアレイの相対光
量を示している。ＬＥＤアレイ２３の光量アップ等でカ
バー可能なレベルは、開口角２２°の２列ロッドレンズ
アレイの光量（相対光量がほぼ３．０）の約１／２まで
である。そのためには、レンズ素子の開口角をほぼ１４
°以上にする必要があることが、図４より分かる。

【００３０】（５）図５は、２列ロッドレンズアレイに
おける重なり度による周期光量ムラの変化を示してい
る。コンパクトさの観点で、すなわち小型化する上で望
ましいロッドレンズアレイ２４の共役長ＴＣは、２０ｍ
ｍ程度以下である。逆に、ロッドレンズアレイ２４の作
動距離Ｌが短すぎると、感光ドラム１２周りのスペース
の確保が難しくなり、レンズ素子のレンズ面にトナーが
付着する等の問題が大きくなるので、最低でも２ｍｍ程
度の作動距離は必要である。また、２列ロッドレンズア
レイの周期光量ムラが１０％を大きく超えると、その周
期光量ムラを補正する光量補正回路の負担が大きくなる
ため、重なりｍはある程度大きく取る必要がある。逆
に、重なり度ｍが大きすぎると、解像力・光量の点で不
利になる。適正な重なり度ｍは、ほぼ１．１０〜２．０
０の範囲内の値である。適正な重なり度ｍをほぼ１．１
０以上にすると、周期光量ムラが１０％を大きく超える
ことがなく、好ましいことが、図５より分かる。

【００３１】次に、以上の条件（１）〜（５）を満たす
ためのレンズ素子の有効径（有効直径）ｄを求める（図
８参照）。ここで、レンズ素子（ロッドレンズ２５）の
光学パラメータとして、光軸上屈折率をｎ、屈折率分布
定数を√Ａ、１周期長をＰ、開口角をθ、有効半径を
ｒ、有効径（有効直径）をｄとする。また、ロッドレン
ズアレイ２４の光学パラメータとして、レンズ長をＺ、
作動距離をＬ、共役長をＴＣ、レンズ素子配列周期を
Ｄ、充填率をα（α＝ｄ／Ｄ）とする。

【００３２】開口角θは、次の（式１）で表される。 θ＝ｎ＊√Ａ＊ｒ ・・・（式１） 作動距離Ｌは、次の（式２）で表される。

【００３３】 Ｌ＝−１／ｎ／√Ａ＊ｔａｎ（Ｚπ／Ｐ） ・・・（式２） 重なり度ｍは、次の（式３）で表される。 ｍ＝−α／２／ｃｏｓ（Ｚπ／Ｐ） ・・・（式３） （式２），（式３）より、（ｎ・√Ａ・Ｌ）²＋１＝
（２ｍ／α）²となる。この式に、（式１）のｎを代入
すると、次の（式４）が得られる。

【００３４】 Ｌ＝ｒ／θ＊√（４ｍ²／α²−１） ・・・（式４） また、（式３）より、次の（式５）が得られる。 Ｚ＝Ｐ／π＊ｃｏｓ^-1（−α／２／ｍ） ＝２・ｎ・ｒ／θ＊ｃｏｓ^-1（−α／２／ｍ） ・・・（式５） ＴＣ＝Ｚ＋２Ｌに、（式４）及び（式５）をそれぞれ代
入すると、次の（式６）が得られる。

【００３５】 ＴＣ＝ｄ／θ＊｛ｎ・ｃｏｓ^-1（−α／２／ｍ）＋√（４ｍ²／α²−１）｝ ・・・（式６） そして、２≦Ｌ，ＴＣ≦２０に（式４），（式６）をそ
れぞれ代入すると、対象となるレンズ素子の有効径ｄの
範囲は、下記の（式７）により与えられる。ただし、θ
＝７π／９０〜π／１０ｒａｄ（１４〜１８°），１．
１０≦ｍ≦２．００である。

【００３６】 ４θ／√（４ｍ²／α²−１）≦ｄ≦２０θ／｛ｎ・ｃｏｓ^-1（−α／２／ｍ） ＋√（４ｍ²／α²−１）｝ ・・・（式７） （６）レンズ素子の配列精度として、０．５ｍｒａｄ程
度の角度ズレは、覚悟しなければならないと思われる。
このレンズ素子配列乱れによる像位置のズレで望まれる
範囲は、ＬＥＤアレイ２３の各アレイ素子の配列ピッチ
の１／２以下である。これに対応する共役長ＴＣは、１
２００ｄｐｉの場合、 ＴＣ≦（２５．４／１２００）／２／ｔａｎ（０．５／
１０００）＝２１．２ と求められる。このＴＣ範囲は、上記（５）の条件、す
なわち共役長ＴＣは２０ｍｍ程度以下という条件を含ん
でいる。

【００３７】上記一実施形態に係るＬＥＤプリントヘッ
ド１３によれば、各レンズ素子の開口角θをθ＝１４〜
１８°，同素子の重なり度ｍを１．１０≦ｍ≦２．００
として、同素子の有効径ｄの範囲を上記の（式７）によ
り求めたロッドレンズアレイ２４を用いている。このた
め、以下の作用効果を奏する。

【００３８】（イ）各レンズ素子の開口角θの上限値を
ほぼ１８°に設定しているため、１２００ｄｐｉの記録
密度で印字するのに必要となる５０％以上の解像力（Ｍ
ＴＦａｖｅ）が得られる（図１参照）。これにより、１
２００ｄｐｉ程度の高い記録密度で印字する場合にもス
ジのない鮮明な画像が得られる。

【００３９】（ロ）開口角θの上限値をほぼ１８°に設
定しているため、解像力の周期変動（ＭＴＦ周期変動）
がほぼ１０％以下になり、画像に周期的なスジが現れる
のを抑制することができる（図２（Ａ），（Ｂ）参
照）。これにより、周期的なスジのない鮮明な画像が得
られる。

【００４０】（ハ）開口角θの上限値をほぼ１８°に設
定しているため、取付け誤差、感光体の偏心等により避
けられない±２０μｍ程度のズレによる解像力の低下が
５％程度となるような比較的深い焦点深度が得られる
（図３参照）。これによっても、スジのない鮮明な画像
が得られる。

【００４１】（ニ）開口角θの下限値をほぼ１４°に設
定しているため、ＬＥＤアレイ２３（光源列）の光量ア
ップ等でカバー可能な最低限の光量レベル、すなわちレ
ンズ素子の開口角が２２°であるロッドレンズアレイの
光量伝達率の１／２を確保できる（図４参照）。これに
より、ＬＥＤアレイ２３の発光量（光源列発光量）や感
光体感度に対する負荷が軽減される。この結果、本格的
な冷却機構を不要にできる。

【００４２】（ホ）共役長ＴＣが短くなり（ＴＣは２０
ｍｍ以下）、装置の小型化を図れる。これに対して、上
記（II）の従来のロッドレンズアレイでは、共役長ＴＣ
が上記（Ｉ）の従来のロッドレンズの２倍近くになるた
めに、装置が大型化してしまう。

【００４３】（ヘ）共役長ＴＣが短いため各レンズ素子
の配列傾きの影響が小さく、局所的なスジ状むらが発生
しにくい。これに対して、上記（II）の従来のロッドレ
ンズアレイでは、共役長ＴＣが上記（Ｉ）の従来のロッ
ドレンズの２倍近くになるために、画像に局所的なスジ
状むらが発生しやすい。これは、共役長ＴＣが長いため
に、レンズ素子の配列に角度ズレがあると、そのズレが
上記（Ｉ）の従来のロッドレンズに比べて解像力の低下
に大きく影響するからである。すなわち、レンズ素子の
配列傾きの影響が発生しやすく、各レンズ素子を高精度
に配列する必要がある。これに対して、上記ＬＥＤプリ
ントヘッド１３によれば、共役長ＴＣを２０ｍｍ以下に
しているので、装置の小型化を図れるとともに、レンズ
素子の配列傾きの影響が発生しやすい。

【００４４】（ト）重なり度ｍの下限値をほぼ１．１０
に設定しているため、ロッドレンズアレイ２４の周期光
量ムラがほぼ１０％以下になる（図５参照）。これによ
り、その周期光量ムラを補正する光量補正回路の負担が
軽減される。

【００４５】（チ）重なり度ｍの上限値をほぼ２．００
に設定しているため、適正な解像力と感光体に伝達され
る適正な光量とが確保される。さらに、上記一実施形態
に係るＬＥＤプリントヘッド１３によれば、作動距離Ｌ
を２≦Ｌ，共役長ＴＣをＴＣ≦２０として、各レンズ素
子の有効径ｄの範囲を上記の（式７）により求めたロッ
ドレンズアレイ２４を用いている。このため、以下の作
用効果を奏する。

【００４６】（リ）作動距離Ｌを２ｍｍ以上にしている
ので、感光体周りのスペース、すなわち感光ドラム１２
周りのスペースを確保できるとともに、トナー等が各レ
ンズ素子に付着する等の不具合が発生するのを抑制でき
る。

【００４７】（ヌ）また、上記ＬＥＤプリントヘッド１
３を用いた画像形成装置としての光プリンタ１１によれ
ば、上記（イ）〜（リ）の作用効果を奏する。 [ 変形例]なお、この発明は以下のように変更して具体
化することもできる。

【００４８】・上記一実施形態における２列の屈折率分
布型ロッドレンズアレイであるロッドレンズ２４は、ガ
ラス製のロッドレンズを多数配列したものだけでなく、
プラスチック製のロッドレンズを多数配列したものにも
適用できる。

【００４９】・上記一実施形態では、光源手段の光源列
をＬＥＤアレイ２３で構成したが、本発明はこの構成に
限定されない。本発明が適用可能な光源手段は、素子毎
に光を発生・消滅させたりできるもの、或いは外部光源
からの光を画素毎に透過・遮断できるものであればよ
い。例えば、光源手段を、放電管のような外部光源と、
同光源からの光を画像情報に応じて画素毎に透過／遮断
する液晶シャッターアレイ等の光シャッターアレイで構
成してもよい。

【００５０】・上記一実施形態では、光プリンタ１１
は、ＬＥＤアレイ２３とロッドレンズアレイ２４とを有
するＬＥＤプリントヘッド１３を用いているが、本発明
はこれに限定されない。例えば、光プリンタ１１を、上
記液晶シャッターアレイと、ロッドレンズアレイ２４或
いは他の等倍結像用レンズアレイとで構成した光書込み
ヘッドを用いた液晶シャッタープリンターとしてもよ
い。

【００５１】・上記一実施形態では、本発明を光プリン
タに適用した例を示したが、本発明は光プリンタ以外に
も適用可能である。例えば、ＬＥＤプリントヘッド１３
等の光書込みヘッドを用いた複写機、プリンタ機能、印
刷機能及びファックス機能を備えた複合機等にも本発明
は適用できる。

【００５２】以下、上記各実施形態から把握できる技術
思想について説明する。 （ｉ）画像情報に応じて選択的に発光する光源列を有す
る光源手段からの光情報を、２列の屈折率分布型ロッド
レンズアレイにより感光体に書き込む光書込みヘッドに
おいて、前記ロッドレンズアレイを構成する各レンズ素
子の開口角θを、同レンズアレイの解像力ＭＴＦａｖｅ
がほぼ５０％以上となるような値に設定したことを特徴
とする光書込みヘッド。

【００５３】この構成によれば、点像からなる光情報を
１２００ｄｐｉの記録密度で感光体に書き込む場合に
も、スジのない鮮明な画像、例えば高品質の印字結果が
得られる。なお、１２００ｄｐｉ用の光書込みヘッドで
ロッドレンズアレイの解像力ＭＴＦａｖｅをほぼ５０％
以上にするには、各レンズ素子の開口角θをほぼ１８°
以下にすればよい。

【００５４】（ii）画像情報に応じて選択的に発光する
光源列を有する光源手段からの光情報を、２列の屈折率
分布型ロッドレンズアレイにより感光体に書き込む光書
込みヘッドにおいて、前記ロッドレンズアレイを構成す
る各レンズ素子の開口角θを、同レンズアレイの解像力
の周期的変動がほぼ１０％以下となるような値に設定し
たことを特徴とする光書込みヘッド。

【００５５】この構成によれば、点像からなる光情報を
１２００ｄｐｉの記録密度で感光体に書き込む場合に
も、周期的なスジ等が印字結果に現れるのを抑制するこ
とができる。なお、１２００ｄｐｉ用の光書込みヘッド
でロッドレンズアレイの解像力の周期的変動（ＭＴＦ周
期変動）をほぼ１０％以下にするには、各レンズ素子の
開口角θをほぼ１８°以下にすればよい。

【００５６】（iii）画像情報に応じて選択的に発光す
る光源列を有する光源手段からの光情報を、２列の屈折
率分布型ロッドレンズアレイにより感光体に書き込む光
書込みヘッドにおいて、前記ロッドレンズアレイを構成
する各レンズ素子の開口角θを、取付け誤差、感光体の
偏心等により避けられない±２０μｍ程度のズレによる
解像力の低下が５％程度となるような焦点深度が得られ
るような値に設定したことを特徴とする光書込みヘッ
ド。

【００５７】この構成によれば、点像からなる光情報を
１２００ｄｐｉの記録密度で感光体に書き込む場合に
も、スジのない鮮明な画像が得られるとともに、取付け
誤差、感光ドラムの偏心等を吸収し易くなり、取付け作
業が容易になる。なお、１２００ｄｐｉ用の光書込みヘ
ッドで、±２０μｍ程度のズレによる解像力の低下が５
％程度となるような焦点深度を得るには、各レンズ素子
の開口角θをほぼ１８°以下にすればよい。

【００５８】（iv）画像情報に応じて選択的に発光する
光源列を有する光源手段からの光情報を、２列の屈折率
分布型ロッドレンズアレイにより感光体に書き込む光書
込みヘッドにおいて、前記ロッドレンズアレイを構成す
る各レンズ素子の開口角θを、前記光源列の光量増加に
より前記ロッドレンズアレイの透過光量の不足をカバー
可能な最低限の前記透過光量レベルが得られるような値
に設定したことを特徴とする光書込みヘッド。

【００５９】この構成によれば、ＬＥＤアレイ等の光源
列の光量アップ等でカバー可能な最低限の透過光量レベ
ルを確保できる（図４参照）。これにより、光量伝達率
が高くなり、光源列発光量や感光体感度に対する負荷が
軽減される。この結果、本格的な冷却機構を不要にでき
る。なお、前記最低限の透過光量レベルが得られるよう
にするには、レンズ素子の開口角をほぼ１４°以上にす
ればよい。

【００６０】（ｖ）上記（ｉ）〜（iv）のいずれか一項
に記載の光書込みヘッドにおいて、前記各レンズ素子の
重なり度ｍを、ほぼ１．１０〜２．００の範囲内の値に
設定したことを特徴とする光書込みヘッド。

【００６１】（vi）上記（ｉ）〜（ｖ）のいずれか一項
に記載の光書込みヘッドにおいて、前記ロッドレンズア
レイの共役長をほぼ２０ｍｍ以下にするとともに、同ロ
ッドレンズアレイの作動距離をほぼ２ｍｍ以上にしたこ
とを特徴とする光書込みヘッド。

【００６２】（vii）上記（ｉ）〜（vi）のいずれか一
項に記載の光書込みヘッドを用いていることを特徴とす
る画像形成装置。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
１２００ｄｐｉ程度の高い記録密度で印字する場合にも
鮮明な画像が得られ、光量伝達率が高く光源列発光量や
感光体感度に対する負荷を軽減することができ、小型化
を図ることができ、かつ局所的なスジ状むらの発生が発
生しにくい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ２列ロッドレンズアレイの開口角による解像
力（ＭＴＦａｖｅ）変化を示すグラフ。

【図２】 ２列ロッドレンズアレイのＭＴＦプロファイ
ル実測例を示すグラフ。

【図３】 開口角の異なる数種の２列ロッドレンズアレ
イの焦点深度計算結果を示すグラフ。

【図４】 ２列ロッドレンズアレイで開口角を変えた場
合の光量比較を示すグラフ。

【図５】 ２列ロッドレンズアレイにおける重なり度に
よる周期光量ムラの変化を示すグラフ。

【図６】 一実施形態に係る光プリンタを示す概略構成
図。

【図７】 同光プリンタに用いたＬＥＤプリントヘッド
を示す概略構成図。

【図８】 同プリントヘッドに用いるロッドレンズアレ
イを示す斜視図。

【符号の説明】

１１…画像形成装置としての光プリンタ、１２…感光ド
ラム、１３…光書込みヘッドとしてのＬＥＤプリントヘ
ッド、２３…光源列としてのＬＥＤアレイ、２４…２列
の屈折率分布型ロッドレンズアレイとしてのロッドレン
ズアレイ、２５…ロッドレンズ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠山 實 大阪市中央区北浜四丁目７番28号 日本板 硝子 株式会社内 Ｆターム(参考） 2C162 AE02 AE21 AE28 AE47 FA04 FA05 FA17 FA45 FA50 2H087 KA08 KA18 KA19 LA01 RA22 RA26 5C051 AA02 CA08 DA03 DB02 DB22 DB26 DB29 DC02 DC04 DC05 DC07 EA00

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像情報に応じて選択的に発光する光源
   列を有する光源手段からの光情報を、２列の屈折率分布
   型ロッドレンズアレイにより感光体に書き込む光書込み
   ヘッドにおいて、 前記ロッドレンズアレイを構成する各レンズ素子の開口
   角θを、ほぼ１４°〜１８°の範囲内の値に設定したこ
   とを特徴とする光書込みヘッド。
2. 【請求項２】 前記ロッドレンズアレイにおける各レン
   ズ素子の重なり度ｍを、ほぼ１．１０〜２．００の範囲
   内の値に設定したことを特徴とする請求項１に記載の光
   書込みヘッド。
3. 【請求項３】 画像情報に応じて選択的に発光する光源
   列を有する光源手段からの光情報を、２列の屈折率分布
   型ロッドレンズアレイにより感光体に書き込む光書込み
   ヘッドにおいて、 前記ロッドレンズアレイにおける各レンズ素子の開口角
   θをほぼ１４°〜１８°の範囲内の値に設定し、 前記各レンズ素子の重なり度ｍをほぼ１．１０〜２．０
   ０の範囲内の値に設定し、そして、 前記各レンズ素子の光軸上屈折率をｎ、同素子の屈折率
   分布定数を√Ａ、同素子の１周期長をＰ、前記レンズア
   レイのレンズ素子配列周期をＤ、同アレイの充填率をα
   （α＝ｄ／Ｄ）としたとき、前記各レンズ素子の有効径
   ｄを下記の式 ４θ／√（４ｍ²／α²−１）≦ｄ≦２０θ／｛ｎ・ｃｏ
   ｓ^-1（−α／２／ｍ）＋√（４ｍ²／α²−１）｝ によって規定される範囲内の値に設定したことを特徴と
   する光書込みヘッド。
4. 【請求項４】 前記光源手段は、前記光源列として発光
   素子アレイを有することを特徴とする請求項１〜３のい
   ずれか一項に記載の光書込みヘッド。
5. 【請求項５】 前記光源手段は、光源と、前記光源列と
   しての光シャッタアレイとを有することを特徴とする請
   求項１〜３のいずれか一項に記載の光書込みヘッド。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか一項に記載の光
   書込みヘッドを用いていることを特徴とする画像形成装
   置。