JP2006181849A - レンズアレイ、露光装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】解像度を高くして画像を形成する際に画像品位が低下することがないようにする。
【解決手段】複数のロッドレンズを光軸が互いに平行になるように配列することによって形成されるようになっている。前記ロッドレンズに、径方向に所定の屈折率分布が形成される。また、前記屈折率分布が形成された後のロッドレンズの外周縁の近傍が除去されている。ロッドレンズの外周縁の近傍において、光源からの光の透過が抑制されるので、解像度を高くした場合でも、ハーフトーン画像において、粒状感、細線の滲みが発生することがないだけでなく、階調特性が非線形化するのを防止することができ、画像品位が低下することがなくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズアレイ、露光装置及び画像形成装置に関するものである。

従来、電子写真式のプリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置においては、感光体ドラムに光を照射して静電潜像を形成するために露光装置としてのＬＥＤヘッドが配設される。該ＬＥＤヘッドにおいては、複数のＬＥＤ素子等の発光素子を並べることによって形成された発光装置によって光が放射され、放射された光は、レンズアレイによって集束させられ、感光体ドラムに照射され、露光像として結像される。前記レンズアレイは、複数のロッドレンズを光軸が互いに平行になるように配列することによって形成される。なお、ＬＥＤヘッドのほかに、イメージセンサ装置、照明装置等においても、同様なレンズアレイが使用される。

ところで、前記レンズアレイを構成する各ロッドレンズにおいては、中心から外周縁にかけて所定の屈折率分布が形成されるようになっていて、前記ＬＥＤヘッド等において解像度を高くしようとすると、ロッドレンズの屈折率分布を最適化する必要がある。

そこで、ロッドレンズの屈折率分布を最適化し、かつ、ロッドレンズの外周側の部分に発光装置からの所定の光を吸収する材料を分散させることによって、解像度を高くするようにした画像形成装置が提供されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１１４３０６号公報

しかしながら、前記従来の画像形成装置においては、解像度を高くした場合、露光像の明部と暗部との間のコントラストが低くなり、例えば、１インチ当たりの画素数が１２００個になる１２００〔ｄｐｉ〕の解像度で画像を形成すると、ハーフトーン画像において、粒状感、細線の滲（にじ）み等が発生し、画像品位が低下してしまう。

本発明は、前記従来の画像形成装置の問題点を解決して、解像度を高くして画像を形成する際に画像品位が低下することがないレンズアレイ、露光装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

そのために、本発明のレンズアレイにおいては、複数のロッドレンズを光軸が互いに平行になるように配列することによって形成されるようになっている。

そして、前記ロッドレンズに、径方向に所定の屈折率分布が形成される。また、前記屈折率分布が形成された後のロッドレンズの外周縁の近傍が除去される。

本発明によれば、レンズアレイにおいては、複数のロッドレンズを光軸が互いに平行になるように配列することによって形成されるようになっている。

そして、前記ロッドレンズに、径方向に所定の屈折率分布が形成される。また、前記屈折率分布が形成された後のロッドレンズの外周縁の近傍が除去される。

この場合、ロッドレンズの外周縁の近傍において、光源からの光の透過が抑制されるので、解像度を高くした場合でも、ハーフトーン画像において、粒状感、細線の滲みが発生することがないだけでなく、階調特性が非線形化するのを防止することができ、画像品位が低下することがなくなる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、画像形成装置としての電子写真式のプリンタについて説明する。

図２は本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概略図である。

図において、１１は導電性支持体上に光導電層を被覆することによって形成された像担持体としての感光体ドラム、１２は金属製のシャフト、すなわち、金属シャフト及び半導電性ゴム層から成る帯電装置としての帯電ローラ、３０は前記感光体ドラム１１に静電潜像を形成する露光装置としてのＬＥＤヘッド、１３は前記静電潜像を現像して現像剤像としてのトナー像を形成する現像器であり、該現像器１３の筐体内には所定量の現像剤としてのトナー１７が充填される。前記現像器１３は、金属シャフト及び半導電性ゴム層から成る現像剤担持体としての現像ローラ１４、金属シャフト及び半導電性ゴム層から成る現像剤供給部材としてのトナー供給ローラ１５、並びに現像ブレード１６を備える。

また、２１は前記感光体ドラム１１上のトナー像を媒体としての用紙に転写する転写装置としての転写ローラ、２０は前記トナー像が用紙に転写された後に、感光体ドラム１１上に残留したトナー１７を回収するクリーニング装置としてのクリーニングブレード、２２は前記用紙にトナー像を定着させる定着装置としての定着器であり、該定着器２２は加熱ローラ２２ａ及び加圧ローラ２２ｂから成る。

さらに、２３は前記用紙を収容する媒体収容部としての用紙カセット、２４は前記感光体ドラム１１と転写ローラ２１との間に形成される転写部に用紙を送る給紙ローラ、２５は前記定着器２２を通過した用紙を送る送紙ローラである。

次に、前記プリンタの動作について説明する。

電子写真式のプリンタにおいては、帯電プロセス、露光プロセス、現像プロセス、転写プロセス、定着プロセス、クリーニングプロセス等の各プロセスによって画像を形成するようになっている。

まず、帯電プロセスにおいては、前記帯電ローラ１２に図示されない電源が接続される。また、前記帯電ローラ１２は、前記感光体ドラム１１の表面に接触又は圧接させて配設される。そして、前記帯電ローラ１２と感光体ドラム１１とが互いに矢印方向に回転することによって、感光体ドラム１１の表面が一様に、かつ、均一に帯電させられる。本実施の形態においては、前記帯電ローラ１２に約−１１５０〔Ｖ〕の電圧を印加し、感光体ドラム１１の表面電位を約−６００〔Ｖ〕に帯電させる。

続いて、露光プロセスにおいては、前記感光体ドラム１１に対向させて配設されたＬＥＤヘッド３０が、画像信号に対応した光を感光体ドラム１１に照射することによって、感光体ドラム１１に静電潜像を形成する。本実施の形態においては、表面電位が−６００〔Ｖ〕に帯電させられた感光体ドラム１１において、前記ＬＥＤヘッド３０によって十分に露光された部分の表面電位（帯電残留電位）は約−５０〔Ｖ〕になる。

次に、現像プロセスにおいては、前記感光体ドラム１１に現像ローラ１４を接触させて現像器１３が配設され、該現像器１３においては、現像ローラ１４とトナー供給ローラ１５とが、互いに当接させて配設され、図示されない駆動部によって矢印方向に回転させられる。また、現像ローラ１４及びトナー供給ローラ１５には図示されない電源が接続され、該電源によって電圧が印加される。さらに、前記現像器１３には現像ローラ１４に接触させて現像ブレード１６が配設され、該現像ブレード１６に、図示されない電源が接続され、該電源によって電圧が印加される。前記現像器１３内のトナー１７は、トナー供給ローラ１５の回転とトナー供給ローラ１５に印加された電圧との作用によって、現像ローラ１４に供給され、現像ローラ１４及びトナー供給ローラ１５との摩擦によって帯電させられる。そして、前記現像ローラ１４に供給されたトナー１７は、現像ローラ１４が回転することによって現像ブレード１６と現像ローラ１４との当接部に送られ、現像ブレード１６によって均一化され、薄層化される。さらに、現像ローラ１４上で薄層化されたトナー１７は、現像ローラ１４が回転することによって現像ローラ１４と感光体ドラム１１との接触部に送られる。

そして、接触部において、トナー１７は、負の極性に帯電しているので、反転現像が行われ、感光体ドラム１１上の静電潜像と現像ローラ１４上の電位との電位差によって、静電潜像の電位が高い部分、すなわち、画像部に付着し、静電潜像を可視像化してトナー像を形成する。

なお、本実施の形態においては、現像ローラ１４に約−２５０〔Ｖ〕の電圧が、トナー供給ローラ１５及び現像ブレード１６にそれぞれ約−３５０〔Ｖ〕の電圧が印加される。また、現像器１３による反転現像には、二成分磁気ブラシ現像器、一成分磁気ブラシ現像器、一成分非磁性現像器等のいずれも使用することができる。

一方、用紙カセット２３に収容された用紙は、給紙ローラ２４によって用紙カセット２３から取り出され、前記転写部に送られる。

次に、転写プロセスにおいては、転写ローラ２１が、前記感光体ドラム１１と対向させて配設され、感光体ドラム１１上のトナー像を用紙に転写する。そのために、前記転写ローラ２１は図示されない電源と接続され、該電源によって転写ローラ２１に約１５００〔Ｖ〕の電圧が印加される。前記転写ローラ２１に印加される電圧は、トナー１７を帯電させる極性と逆の極性にされる。そして、表面にトナー像が形成された感光体ドラム１１が回転し、トナー像が転写部まで送られ、該転写部において、転写ローラ２１に印加された電圧の作用によって前記トナー像は用紙に引き付けられ、用紙に転写される。

また、定着プロセスにおいては、加熱ローラ２２ａの熱が用紙上のトナー像のトナー１７を溶融させ、加圧ローラ２２ｂによって加えられる圧力によって、用紙にトナー１７が定着させられる。そして、定着が行われた後の用紙は、加熱ローラ２２ａ、加圧ローラ２２ｂ及び送紙ローラ２５の回転によってプリンタの外に排出される。

さらに、クリーニングプロセスにおいては、感光体ドラム１１に当接させてクリーニングブレード２０が配設され、転写後に前記感光体ドラム１１にわずかに残留したトナー１７がクリーニングブレード２０によって掻（か）き取られ、除去される。

次に、前記ＬＥＤヘッド３０について説明する。

図３は本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤヘッドの断面図である。

図に示されるように、ＬＥＤヘッド３０は、前記感光体ドラム１１と対向させられ、所定の距離を置いて配設され、複数のロッドレンズを備えたレンズアレイ３１、光源としてのＬＥＤアレイチップ３２、ドライバＩＣ３３、配線基板３４、ワイヤ３５、及び保持部材３６を有する。

前記配線基板３４は、絶縁基材上に導体パターンを形成することによって形成される。また、前記ＬＥＤアレイチップ３２は、複数の発光部を構成する発光素子としてのＬＥＤ素子を備え、前記ドライバＩＣ３３と各ＬＥＤ素子とがワイヤ３５を介して電気的に接続されるとともに、ドライバＩＣ３３と配線基板３４の導体パターンとが電気的に接続される。なお、本実施の形態において、ＬＥＤヘッド３０は、Ａ４判の用紙に対して、１２００〔ｄｐｉ〕の解像度で印刷を行うことができるようにしたプリンタに適用される。

前記ＬＥＤアレイチップ３２は配線基板３４上に複数個、本実施の形態においては、２６個形成され、各ＬＥＤアレイチップ３２において、前記発光部は、ＧａＡｓＰ等の基板材料に約０．０２１〔ｍｍ〕間隔で複数個、本実施の形態においては、３８４個形成される。また、前記配線基板３４において、導体パターンは、ガラスエポキシ基板に銅箔（はく）等の導体材料を使用して形成され、前記ワイヤ３５として金線が使用される。

前記保持部材３６は配線基板３４を介してＬＥＤアレイチップ３２を所定の位置に保持するとともに、レンズアレイ３１をＬＥＤチップアレイ３２の各ＬＥＤ素子の発光面に対して所定の位置に保持する。

本実施の形態において、感光体ドラム１１の表面（結像面）とレンズアレイ３１の端面（前端面）との距離Ｌｉ、及びＬＥＤアレイチップ３２の各発光部の表面（物体面）とレンズアレイ３１の端面（後端面）との距離Ｌｏを
Ｌｉ＝Ｌｏ
＝２．３４０〔ｍｍ〕
としたものを実施例のレンズアレイ３１とし、
Ｌｉ＝Ｌｏ
＝２．３２０〔ｍｍ〕
としたものを、比較例のレンズアレイとした。

次に、前記ＬＥＤヘッド３０の動作について説明する。

まず、前記ドライバＩＣ３３を駆動し、前記ＬＥＤアレイチップ３２の各ＬＥＤ素子の発光量のばらつきを補正しながら、各ＬＥＤ素子を選択的に発光させる。そして、前記ロッドレンズに、径方向に、中心から周縁にかけて屈折率を異ならせることによって所定の屈折率分布が形成され、前記発光部から放射された光は、レンズアレイ３１によって集束され、感光体ドラム１１に照射され、露光像として結像される。

次に、前記レンズアレイ３１について説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態におけるロッドレンズの斜視図、図４は本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイシートの斜視図、図５は本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイの斜視図である。

ところで、レンズアレイ３１は、次のような製造方法によって製造される。まず、ガラスを溶融させ、紡糸成形してガラスファイバーを形成し、該ガラスファイバーにイオン交換処理を施して屈折率分布を形成することによって、ロッドレンズ４１が形成される。続いて、該ロッドレンズ４１にエッチング処理を施してロッドレンズ４１の側面を溶解して除去し、所定の外径にし、さらに、粗面化処理を施す。

そして、複数のロッドレンズ４１を光軸が互いに平行になるように配列して固定し、レンズアレイシート４３を形成し、該レンズアレイシート４３を所定の長さに切断し、両端部分を研磨する。このようにして前記レンズアレイ３１が製造される。

次に、実施例のレンズアレイ３１の製造方法について説明する。

実施例のレンズアレイ３１の製造方法においては、まず、ガラスを溶融させ、ノズル付きの白金ルツボを使用して紡糸成形してガラスファイバーを形成する。本実施の形態におけるガラスファイバーは、表１に示されるような組成を有し、半径は０．２８〔ｍｍ〕に、長さは１３０〔ｍｍ〕になる。

次に、前記ガラスファイバーを、５３０〔℃〕に保った硝酸ナトリウムの溶融塩中に約５０時間保持することによって、ガラスファイバーにイオン交換処理を施し、ガラスファイバーの中心から外周縁にかけて所定の屈折率分布を形成し、ロッドレンズ４１を形成する。なお、冷却に伴って、熱収縮によるひび割れが発生するのを防止するために、ガラスファイバーを、電気炉中で約５３０〔℃〕から室温まで約１日かけて冷却した。

続いて、前記ロッドレンズ４１の側面をフッ酸溶液を使用して溶解して所定の外径にするために、エッチング処理を２０秒間施す。該エッチング処理を施すことによって、ロッドレンズ４１の外周縁の近傍を除去することができるので、前記ロッドレンズ４１の屈折率分布を変化させることなく、ロッドレンズ４１の有効半径ｒ₀ を所定の値、実施例においては、０．２５０〔ｍｍ〕にすることができる。

また、前記イオン交換処理のばらつきによって、前記ロッドレンズ４１の外周縁の付近の屈折率分布にゆらぎが発生すると、所望の屈折率分布を形成することができず、ロッドレンズ４１の光学性能が低下してしまう。

そこで、前記ロッドレンズ４１の側面に粗面化処理を施し、図１に示されるような粗面化部分４１ａを形成し、該粗面化部分４１ａによってロッドレンズ４１を透過する光の中で、露光像の形成に寄与することなく露光像のコントラストを低下させてしまう光、すなわち、フレア光を散乱させ、除去するようにしている。なお、前記粗面化部分４１ａによって、ＬＥＤアレイチップ３２からの光の透過を抑制する光透過抑制部が構成される。

次に、前記ロッドレンズ４１をフッ酸とフッ化アンモニウムとの混合溶液中に数分間浸漬させ、続いて、図４及び５に示されるように、前記ロッドレンズ４１を複数配列してレンズアレイシート４３を形成する。該レンズアレイシート４３は、２枚の側板４４間にロッドレンズ４１を１段又は複数段並べ、該ロッドレンズ４１の間隙（げき）に充填剤４５を充填し、固めることによって形成される。実施例においては、７７０本のロッドレンズ４１を、図４に示されるように、２段配列し、前記レンズアレイシート４３の幅、すなわち、前記ロッドレンズ４１の中心軸に対して直角の方向の寸法を２２０〔ｍｍ〕とした。また、前記側板４４にはガラス繊維強化エポキシ樹脂を使用し、充填剤４５には熱硬化性の黒色シリコーン樹脂を使用し、それぞれに加熱硬化処理を施して固めるようにした。

そして、前記レンズアレイシート４３を、前記ロッドレンズ４１の中心軸に対して直角の方向に、かつ、切断線４６で所定の長さに切断して、その両切断面を光学研磨し、図５に示されるようなレンズアレイ３１が製造される。実施例においては、前記レンズアレイ３１の長さＺ₀ は、研磨後に４．４〔ｍｍ〕とした。

次に、比較例のレンズアレイの製造方法について説明する。

比較例におけるレンズアレイの製造方法においては、まず、ガラスを溶融させ、紡糸成形し、所定の径のガラスファイバーを形成する。次に、該ガラスファイバーにイオン交換処理を施し、所定の屈折率分布を形成し、ロッドレンズを形成する。続いて、該ロッドレンズの側面に粗面化処理を施す。

そして、粗面化処理されたロッドレンズを複数配列してレンズアレイシートを形成し、該レンズアレイシートを所定の長さに切断し、両切断面を光学研磨し、レンズアレイが製造される。

このように、比較例のレンズアレイの製造方法においては、ロッドレンズにエッチング処理を施さない。したがって、比較例のロッドレンズにおいては、有効半径ｒ₀ が０．２７２〔ｍｍ〕になる。

次に、実施例のレンズアレイ３１及び比較例のレンズアレイの特性について説明する。

この場合、有効有効半径ｒ₀ 〔ｍｍ〕、屈折率ｎ₀ 、屈折率分布定数ｇ〔ｍｍ^-1〕、長さｚ₀ 〔ｍｍ〕、焦点距離Ｌｆ〔ｍｍ〕、ＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）〔％〕及び光量比について解析計算を行った結果、並びにＭＴＦの最大値の測定を行った結果を表２に表す。

表２においては、解析計算及び測定を行うに当たり、Ａ４判の用紙に対して、１２００〔ｄｐｉ〕の解像度で印刷を行うことができるようにしたプリンタに、図３に示されるようなＬＥＤヘッド３０を搭載し、ＬＥＤヘッド３０のＬＥＤ素子を一つ置きに点灯した状態をＣＣＤカメラによって撮影し、撮影された画像の輝度分布を数値化した。なお、前記ＬＥＤヘッド３０において、発光部が約０．０２１〔ｍｍ〕間隔で形成される。すなわち、計算を行うに当たり、発光部は一つ置きに点灯させられるので、計算上の発光点は約０．０４２〔ｍｍ〕間隔に形成される。

そして、レンズアレイ３１による露光像のＭＴＦ及び焦点距離Ｌｆについて解析計算を行うに当たり、光学設計評価ソフト「Ｃｏｄｅ Ｖ」（オプティカル リサーチ アソシエーツ社）を使用した。なお、ロッドレンズ４１の屈折率分布を半径ｒの関数で表してｎ（ｒ）とし、ロッドレンズ４１の中心の屈折率をｎ₀ とし、屈折率分布定数をｇとすると、屈折率分布ｎ（ｒ）は、式（１）のように近似される。

ｎ（ｒ）＝ｎ₀ ｛１−（ｇ・ｒ）² ／２｝ ……（１）
また、ＭＴＦは、露光像のコントラストを示す値であり、前記露光像の光量の最大値をＩｍａｘとし、最小値をＩｍｉｎとしたときに式（２）によって表される。この場合、１００〔％〕が最大で最もコントラストが大きいことを示し、値が小さいほど露光像のコントラストが小さいことを示す。

ＭＴＦ＝｛（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）×１００｝〔％〕
……（２）
また、焦点距離Ｌｆは、ＭＴＦが最も大きいときの距離Ｌｉ、Ｌｏを表す。本実施の形態においては、前記ＭＴＦが最も大きいときの距離Ｌｉ、Ｌｏをそれぞれ距離Ｌｉ′、Ｌｏ′とすると、
Ｌｉ′＝Ｌｏ′
であり、したがって、焦点距離Ｌｆは、
Ｌｆ＝Ｌｉ′
＝Ｌｏ′
になる。

表２に示されるように、実施例のレンズアレイ３１及び比較例のレンズアレイを使用したときのすべての発光点のＭＴＦのうちの最大値を比較すると、実施例のレンズアレイ３１の場合、８０〔％〕であり、比較例のレンズアレイの場合は、６６〔％〕であった。

そして、実施例のレンズアレイ３１を使用したときの画像、及び比較例のレンズアレイを使用したときの画像を比較すると、比較例の場合、低濃度の均一画像を印刷したときにざらついて感じられる粒状感が見られたが、実施例の場合は見られなかった。また、２ポイントの文字（１ポイントは約０．３５１４〔ｍｍ〕）を印刷したところ、比較例の場合、細線、点等に滲みが発生したが、実施例の場合、滲みは発生しなかった。

これらの実施例の効果の要因は二つ考えられる。一つの要因は、ロッドレンズ４１の屈折率分布定数ｇの値に対して、ロッドレンズ４１の有効半径ｒ₀ が最適化されるので、ＭＴＦを大きくすることができる点であり、他の一つの要因は、ロッドレンズ４１のイオン交換処理のばらつきがロッドレンズ４１の外周縁の近傍に生じやすく、外周縁の近傍において屈折率分布にゆらぎが生じやすいが、ロッドレンズ４１の側面が除去されるので、露光像に湾曲、ぼけ等が発生するのを防止することができる点である。

なお、イオン交換処理中の温度、湿度等の環境のばらつきのほかに、処理液である硝酸ナトリウムの溶融塩の濃度及び温度のばらつき、ガラスファイバーの外径、材料の組成等のばらつき等によって発生する。また、前記イオン交換処理のばらつきは、ガラスファイバーの側面に不純物が付着することによっても発生する。

このように、前記ロッドレンズ４１の側面に粗面化処理が施され、ＭＴＦの最大値が８０〔％〕以上にされるので、前記プリンタを使用し、１２００〔ｄｐｉ〕程度の解像度で画像を形成する場合、ハーフトーン画像において、粒状感、細線の滲みが発生することがないだけでなく、階調特性が非線形化するのを防止することができ、画像品位が低下することがなくなる。

次に、前記ロッドレンズ４１の有効半径ｒ₀ 、屈折率分布定数ｇ及びＭＴＦの関係について説明する。

図６は本発明の第１の実施の形態における有効半径と屈折率分布定数とＭＴＦとの関係を示す図、図７は本発明の第１の実施の形態における屈折率分布定数と有効半径との関係を示す図である。なお、図６において、横軸に有効半径ｒ₀ を、縦軸にＭＴＦを、図７において、横軸に屈折率分布定数ｇを、縦軸に有効半径ｒ₀ を採ってある。

この場合、前記光学設計評価ソフトを使用してロッドレンズ４１（図１）の有効半径ｒ₀ 、屈折率分布定数ｇ及びＭＴＦを計算した。計算に使用したロッドレンズ４１の中心の屈折率ｎ₀ は１．６０とした。ここで、前述されたような方法で形成されるロッドレンズ４１において、いずれも中心の屈折率ｎ₀ はほぼ１．６０であるが、屈折率ｎ₀ の値を１．５０及び１．７０とし、同様の計算を行ったところ結果に違いは見られなかった。

さらに、各屈折率分布定数ｇに対してＭＴＦが８０〔％〕になる有効半径ｒ₀ を図６に示されるグラフから読み取った。すなわち、図６において、ＭＴＦが８０〔％〕になる直線と各屈折率分布定数ｇごとの曲線とが公差する点の有効半径ｒ₀ を読み取ると、図７に示されるような、ＭＴＦの値が８０〔％〕になる屈折率分布定数ｇに対する有効半径ｒ₀ を得ることができる。なお、有効半径ｒ₀ と屈折率分布定数ｇとの関係は、式（３）によって表される。

ｒ₀ ＝０．２２３６ｇ^-0.6591 ……（３）
図６から分かるように、有効半径ｒ₀ が小さくほどＭＴＦが大きくなることから、屈折率分布定数ｇ及びロッドレンズ４１の有効半径ｒ₀ が式（４）を満たすとき、ＭＴＦは８０〔％〕以上になる。したがって、ロッドレンズ４１を使用して画像を形成したときに、画像品位を向上させることができる。

ｒ₀ ＜０．２２３６ｇ^-0.6591 ……（４）
次に、前記有効半径ｒ₀ を前記式（３）を使用して決定し、前記光学設計評価ソフトを使用してＭＴＦが８０〔％〕になるときの前記ロッドレンズ４１の屈折率分布定数ｇ、長さＺ₀ 、焦点距離Ｌｆ及び共役長ＴＣ〔ｍｍ〕を計算した。

図８は本発明の第１の実施の形態における屈折率分布定数と長さ、焦点距離及び共役長との関係を示す図である。なお、図において、横軸に屈折率分布定数ｇを、縦軸に長さＺ₀ 、焦点距離Ｌｆ及び共役長ＴＣを採ってある。

この場合、共役長ＴＣは、発光部の表面と感光体ドラム１１（図３）の表面との距離を表し、式（５）によって表される。

ＴＣ＝Ｚ₀ ＋２・Ｌｆ ……（５）
そして、計算結果から屈折率分布定数ｇの値が小さいほど共役長ＴＣが大きくなることが分かる。

この場合、該共役長ＴＣが大きいとＬＥＤヘッド３０の寸法がその分大きくなるだけでなく、発光部の表面と感光体ドラム１１の表面とが離れるので、レンズアレイ３１を製造したときのロッドレンズ４１の傾き、レンズアレイ３１をＬＥＤヘッド３０に組み込むときのロッドレンズ４１の傾き又はロッドレンズ４１の位置のばらつき等による影響が大きくなり、露光像に、濃度のばらつき、湾曲、ぼけ等が発生し、画像品位が低下してしまう。

例えば、ロッドレンズの中心の屈曲率ｎ₀ が１．６０であり、屈折率分布定数ｇが０．４２〔ｍｍ^-1〕であり、有効半径ｒ₀ が０．２８であるレンズアレイを形成してＬＥＤヘッドを形成したところ、長さＺ₀ が８．７０〔ｍｍ〕に、焦点距離Ｌｆが４．８０〔ｍｍ〕に、共役長ＴＣが１８．３〔ｍｍ〕になった。そして、１２００〔ｄｐｉ〕の解像度で形成された発光部を一つ置きに点灯させ、ＭＴＦを計算したところ、８６〔％〕になった。ところが、前記ＬＥＤヘッドが搭載された１２００〔ｄｐｉ〕の解像度のプリンタを使用して印刷を行い、ハーフトーン画像を形成したところ、用紙の搬送方向において濃度が高いところと低いところとが筋状に発生した。これは、前記共役長ＴＣが長く、１８．３〔ｍｍ〕であるので、レンズアレイを構成するロッドレンズのうちのいずれかに倒れが発生し、倒れが発生したロッドレンズからの光を結像させたときに、結像位置にずれが発生し、光が重なり合う結果、露光像において局部的に光量が大きいところと小さいところとができたからであると考えられる。

一方、屈折率分布定数ｇが大きいと共役長ＴＣは小さくなるが、共役長ＴＣが５〔ｍｍ〕より小さくなると、レンズアレイ３１をＬＥＤヘッド３０に組み込むのが困難になり、組立性が低下してしまう。

例えば、ロッドレンズの中心の屈曲率ｎ₀ が１．６０であり、屈折率分布定数ｇが０．４２〔ｍｍ^-1〕であり、有効半径ｒ₀ が０．１６であるレンズアレイを形成してＬＥＤヘッドを形成したところ、長さＺ₀ が２．１８〔ｍｍ〕に、焦点距離Ｌｆが１．４０〔ｍｍ〕に、共役長ＴＣが４．９８〔ｍｍ〕になった。そして、レンズアレイをＬＥＤヘッドに組み込んだところ、レンズアレイに傾きが発生したり、レンズアレイの位置にばらつきが発生したりした。

このことから、前記共役長ＴＣの適切な値は５〜１２〔ｍｍ〕の範囲であり、共役長ＴＣをこの範囲に収めるためには、図８から、屈折率分布定数ｇを０．６５〜１．６５〔ｍｍ^-1〕の範囲とするのが好ましい。

前記実施例においては、屈折率分布定数ｇは０．８４１〔ｍｍ^-1〕であり、前記範囲に納まるので、露光像に、濃度のばらつき、湾曲、ぼけ等が発生するのを防止することができ、画像品位を向上させることができる。また、組付性を向上させることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図９は本発明の第２の実施の形態におけるロッドレンズの概略図、図１０は本発明の第２の実施の形態におけるレンズアレイシートの概略図である。

この場合、ロッドレンズ５１は、局部的に外径が小さくされる。すなわち、ロッドレンズ５１の軸方向における少なくとも１箇所（本実施の形態においては、複数箇所）に、軸方向における所定の長さにわたり、外周縁の近傍が切り欠かれ、外径が小さくされた部分、すなわち、切欠き部５２が形成される。該切欠き部５２において、ロッドレンズ５１の中心から切欠き部５２の外周面（切欠きの最深部）までの距離を有効半径ｒ₀ とし、切り欠かれていない部分、すなわち、非切欠き部５５において、前記ロッドレンズ５１の中心から外周面までの距離をロッド半径ｒ₁ とする。

本実施の形態におけるレンズアレイの製造方法においては、まず、ガラスを溶融させ、紡糸成形し、所定の径のガラスファイバーを形成する。次に、該ガラスファイバーにイオン交換処理を施し、所定の屈折率分布を形成し、ロッドレンズ５１を形成する。続いて、該ロッドレンズ５１の側面の所定の箇所を切削加工によって除去し、切欠き部５２を形成し、続いて、ロッドレンズ５１の側面に粗面化処理を施す。

そして、粗面化処理されたロッドレンズ５１を複数配列してレンズアレイシート５３を形成し、該レンズアレイシート５３を切断線５６で所定の長さに切断し、両切断面を光学研磨して、レンズアレイが製造される。なお、前記切削加工としては、砥粒加工、レーザ加工等が使用される。

前記切断線５６は、各ロッドレンズ５１に一つ以上の切欠き部５２が形成されるように設定される。また、前記切削加工において、有効半径ｒ₀ が前記式（４）を満たすように側面が除去される。

本実施の形態においては、前記ロッドレンズ５１に切欠き部５２が形成されるので、有効半径ｒ₀ より径方向外方の部分において、光源としてのＬＥＤアレイチップ３２（図３）からの光が遮断されて透過しないので、露光像に、濃度のばらつき、湾曲、ぼけ等が発生するのを防止することができる。また、前記ロッドレンズ５１に切欠き部５２が形成されるので、屈折率分布定数ｇに対して有効半径ｒ₀ を最適な値にすることができる。したがって、露光像のコントラストを強くすることができる。なお、本実施の形態においては、有効半径ｒ₀ より径方向外方の部分、及びロッドレンズ５１の側面に粗面化処理が施された部分によって、ＬＥＤアレイチップ３２からの光の透過を抑制する光透過抑制部が構成される。

このように、解像度の高い画像を形成する場合に、画像品位を向上させることができる。

ところで、前記第１の実施の形態においては、有効半径ｒ₀ を小さくするために、エッチング処理が行われるようになっているので、有効半径ｒ₀ を十分に小さくしようとすると、エッチング処理の処理時間が長くなる。したがって、エッチング処理中の環境の影響のほかに、処理液の温度、濃度等の影響を受けやすく、前記エッチング処理によって得られる有効半径ｒ₀ にばらつきが生じやすい。そして、ガラスファイバーの半径に対するエッチング処理後の有効半径ｒ₀ との差が約１００〔ｕｍ〕になると、エッチング処理における処理ロットごとの、同じ処理ロット内での各ロッドレンズ４１（図１）ごとの、同じロッドレンズ４１における軸方向における位置ごとのばらつきが大きくなってしまう。

ところが、本実施の形態においては、有効半径ｒ₀ を小さくするために、エッチング処理が行われないので、有効半径ｒ₀ のばらつきは発生しない。

次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１、第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図１１は本発明の第３の実施の形態におけるロッドレンズの平面図、図１２は図１１のＡ−Ａ断面図である。

図に示されるように、ロッドレンズ６１は、レンズ本体部６３、及び該レンズ本体部６３の表面に形成された遮光層６２を備え、該遮光層６２は、光吸収層から成り、ロッドレンズ６１の側面において、前記ロッドレンズ６１に入射した光源としてのＬＥＤアレイチップ３２（図３）の光の一部を吸収して遮断する。前記ロッドレンズ６１の中心からレンズ本体部６３の外周面までの距離を有効半径ｒ₀ とし、前記ロッドレンズ６１の中心軸から遮光層６２の外周面までの距離をロッド半径ｒ₁ とする。

本実施の形態におけるレンズアレイの製造方法においては、まず、ガラスを溶融させ、紡糸成形し、所定の径のガラスファイバーを形成する。次に、該ガラスファイバーにイオン交換処理を施し、所定の屈折率分布を形成し、ロッドレンズ６１を形成する。続いて、該ロッドレンズ６１の側面に表面処理を施すことによって前記遮光層６２が形成される。なお、本実施の形態においては、遮光層６２によって、ＬＥＤアレイチップ３２からの光の透過を抑制する光透過抑制部が構成される。

そして、ロッドレンズ６１を複数配列してレンズアレイシートを形成し、該レンズアレイシートを所定の長さに切断し、両切断面を光学研磨して、レンズアレイが製造される。

前記遮光層６２は、ガラス組成において、カラーセンター（ホール・トラップ電子対）を生成したり、無色イオンの価数を変化させたり、有色微粒子を生成したりして、ガラスを着色することによって形成される。

前記カラーセンターの生成の方法においては、ガラスに紫外線、Ｘ線、γ線等の電磁波を照射し、ガラス中に、不純物等にトラップされ、紫外域から可視域にかけて光を吸収する電子ホールの対を生成させるようにしている。例えば、一般に使用されるソーダライムシリケート等のような組成のガラスにおいては、ガラスに紫外線レーザを照射することによって可視域の光を吸収するカラーセンターが生成され、ガラスは茶系の色になる。

また、無色イオンの価数を変化させる方法においては、元々無色のイオン物質をガラスに添加し、分散させておき、該ガラスに紫外線、Ｘ線、γ線等の電磁波を照射することによって、無色のイオン物質の価数を変化させて有色のイオンを生成させるようにしている。例えば、最初に、微量のＭｎイオンをガラスに添加し、分散させておき、該ガラスに紫外線レーザを照射すると、ガラスは茶系の色になる。

さらに、有色微粒子の生成の方法においては、例えば、ごく微量の銀を含有させたソーダライムシリケートガラスに、紫外線レーザ、Ｘ線等の高エネルギーの電磁波を照射し、加熱熱処理を施すようにしている。前記ソーダライムシリケートガラスは黄色になる。

なお、前記有効半径ｒ₀ が前記式（４）を満たすように遮光層６２が形成される。

本実施の形態においては、前記ロッドレンズ６１に遮光層６２が形成されるので、有効半径ｒ₀ より径方向外方において、光源としてのＬＥＤアレイチップ３２（図３）からの光が遮断されて透過しないので、露光像に、濃度のばらつき、湾曲、ぼけ等が発生するのを防止することができる。また、ＬＥＤアレイチップ３２からの光がロッドレンズ６１の外周面から径方向外方に出ることがないので、露光像の形成に寄与せず、露光像のコントラストを弱くするフレア光を遮断することができる。さらに、前記ロッドレンズ６１に遮光層６２が形成されるので、屈折率分布定数ｇに対して有効半径ｒ₀ を最適な値にすることができる。したがって、露光像のコントラストを強くすることができる。

このように、解像度の高い画像を形成する場合に、画像品位を向上させることができる。

ところで、前記第１の実施の形態においては、ロッドレンズ４１（図１）の側面に粗面化部４１ａが形成されているので、レンズアレイ３１を形成するに当たり複数のロッドレンズ４１を配列する際に、隣り合うロッドレンズ４１同士が擦れ合うときの摩擦が大きく、一旦ロッドレンズ４１を傾いたまま配列させると、ロッドレンズ４１を整列しなおすことが困難になってしまう。

そして、ロッドレンズ４１の傾きが大きいと、各光の結像位置にずれが生じ、垂直に配列されたロッドレンズ４１による光に、傾斜した光が重なり合い、最終的に形成された露光像がぼけてしまい、露光像のコントラストが弱くなってしまう。

ところが、本実施の形態においては、ロッドレンズ６１の側面に粗面化部が形成されないので、ロッドレンズ６１の傾きが生じることがない。したがって、露光像のコントラストを強くすることができ、画像品位を向上させることができる。

次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第１〜第３の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図１３は本発明の第４の実施の形態におけるレンズアレイの斜視図、図１４は本発明の第４の実施の形態におけるレンズアレイの断面図である。

図に示されるように、レンズアレイ３１は中心から外周縁にかけて所定の屈折率分布が形成された複数のロッドレンズ４１を配列することによって形成され、各ロッドレンズ４１を挟み込むように側板４４が配設され、充填剤４５によって前記各側板４４とロッドレンズ４１との隙間が充填され、固定される。そして、前記レンズアレイ３１の少なくとも一端（本実施の形態においては、上端）に、遮光層７１が形成される。該遮光層７１は、前記ロッドレンズ４１の各中心の位置に合わせて形成された開口部７１ａを有する。本実施の形態においては、遮光層７１によって、光源としてのＬＥＤアレイチップ３２（図３）からの光の透過を抑制する光透過抑制部が構成される。

そして、前記レンズアレイ３１の半径をロッド半径ｒ₁ とし、前記開口部７１ａの半径を有効半径ｒ₀ とし、ロッドレンズ４１の屈折率分布定数をｇとすると、有効半径ｒ₀ は前記式（４）を満たすように構成される。

また、前記遮光層７１は、前記ロッドレンズ４１の中心の位置を計測しながら、該位置に合わせてインクジェット装置等のプリンタを使用することによって、レンズアレイ３１の少なくとも一端に形成される。そして、レンズアレイ３１の少なくとも一端にフォトレジスト材料を塗布し、ロッドレンズ４１の中心の位置を計測しながらその位置に合わせ、紫外線レーザ装置等の描画装置を使用してレンズアレイ３１におけるフォトレジスト材料の塗布面に、遮光層７１のパターンを描画し、フォトレジスト材料の未感光部を溶解する溶液で洗浄すると、遮光層７１が形成される。

前記ロッドレンズ４１は前記遮光層７１を有するので、開口部７１ａの内側だけでしか光源の光線は透過せず、前記有効半径ｒ₀ より外側には光源からの光線は遮光される。

このように、本実施の形態においては、屈折率分布定数ｇに対して、有効半径ｒ₀ を最適化することができるので、ＬＥＤヘッド３０の光学性能を向上させ、露光像のコントラストを強くすることができる。

また、レンズアレイ３１の一端に、遮光層７１が配設されるので、光源からの光が乱反射して露光像に重なるのを防止することができる。したがって、露光像のコントラストを強くすることができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の第１の実施の形態におけるロッドレンズの斜視図である。 本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概略図である。 本発明の第１の実施の形態におけＬＥＤヘッドの断面図である。 本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイシートの斜視図である。 本発明の第１の実施の形態におけるレンズアレイの斜視図である。 本発明の第１の実施の形態における有効半径と屈折率分布定数とＭＴＦとの関係を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における屈折率分布定数と有効半径との関係を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における屈折率分布定数と長さ、焦点距離及び共役長との関係を示す図である。 本発明の第２の実施の形態におけるロッドレンズの概略図である。 本発明の第２の実施の形態におけるレンズアレイシートの概略図である。 本発明の第３の実施の形態におけるロッドレンズの平面図である。 図１１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第４の実施の形態におけるレンズアレイの斜視図である。 本発明の第４の実施の形態におけるレンズアレイの断面図である。

符号の説明

３０ ＬＥＤヘッド
３１ レンズアレイ
３２ ＬＥＤアレイチップ
４１、５１、６１ ロッドレンズ
４１ａ 粗面化部
６２ 遮光層
７１ 遮光層

Claims (12)

1. 複数のロッドレンズを光軸が互いに平行になるように配列することによって形成されたレンズアレイにおいて、
   （ａ）前記ロッドレンズに、径方向に所定の屈折率分布が形成され、
   （ｂ）該屈折率分布が形成された後のロッドレンズの外周縁の近傍が除去されることを特徴とするレンズアレイ。
2. 前記ロッドレンズの外周縁の近傍はエッチング処理によって除去される請求項１に記載のレンズアレイ。
3. 前記ロッドレンズの外周縁の近傍は切削加工によって除去される請求項１に記載のレンズアレイ。
4. 光源からの光を透過する部分の有効半径をｒ₀ とし、前記ロッドレンズの中心の屈折率をｎ₀ とし、屈折率分布定数をｇとし、光源からの光を透過する部分の屈折率分布ｎ（ｒ）を半径ｒの関数で表して
   ｎ（ｒ）＝ｎ₀ ｛１−（ｇ・ｒ）² ／２｝
   で近似したときの、有効半径ｒ₀ と屈折率分布定数ｇとの関係が、
   ｒ₀ ＜０．２２３６ｇ^-0.6591
   にされる請求項１に記載のレンズアレイ。
5. 複数のロッドレンズを光軸が互いに平行になるように配列することによって形成されたレンズアレイにおいて、
   光源からの光を透過する部分の有効半径をｒ₀ とし、前記ロッドレンズの中心の屈折率をｎ₀ とし、屈折率分布定数をｇとし、光源からの光を透過する部分の屈折率分布ｎ（ｒ）を半径ｒの関数で表して
   ｎ（ｒ）＝ｎ₀ ｛１−（ｇ・ｒ）² ／２｝
   で近似したときの、有効半径ｒ₀ と屈折率分布定数ｇとの関係が、
   ｒ₀ ＜０．２２３６ｇ^-0.6591
   にされることを特徴とするレンズアレイ。
6. 前記ロッドレンズの外周縁の近傍はエッチング処理によって除去される請求項５に記載のレンズアレイ。
7. 前記ロッドレンズの外周縁の近傍は切削加工によって除去される請求項５に記載のレンズアレイ。
8. 前記ロッドレンズの外周縁の近傍に、光源からの光の透過を抑制する光透過抑制部が形成される請求項５に記載のレンズアレイ。
9. 前記光透過抑制部は表面処理によって形成される請求項８に記載のレンズアレイ。
10. 前記レンズアレイの少なくとも一端に、光源からの光の透過を抑制する光透過抑制部が形成される請求項５に記載のレンズアレイ。
11. 前記請求項１〜１０のいずれか１項に記載のレンズアレイの一端と対向させて配設された光源を有する露光装置。
12. 前記請求項１１に記載の露光装置が搭載される画像形成装置。

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