JP2006248186A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な組立方法でレンズ径／半径ピッチの濃度ムラが発生しにくい画像形成装置を提供する。
【解決手段】 この光学系においてはレンズ径ピッチの値はデフォーカス位置とともになだらかな変動を示しているが、半径ピッチの値はデフォーカス位置−２０μｍ程度を最小値として急激な変動を示しているのがわかる。つまりデフォーカス位置−２０μｍを外れて近付く／遠ざかると半径ピッチムラは急激に（人間の視覚においても）目立つようになる。レンズ径／半径ピッチの和もまた同様の変化を示しているので、すなわちレンズ径／半径ピッチむらが最小となる点、つまりレンズ径／半径ピッチむらの小ささから見たBest-FOCUS位置はＭＴＦが最大となるデフォーカス位置（図中一点鎖線）に比較して−２０μｍ程度ずれた位置であり、この位置にＬＰＨ１６を設ければレンズ径／半径ピッチむらの最も小さい画像形成装置とすることができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は露光装置および画像形成装置に関し、特にＬＥＤアレイより発せられた光ビームをセルフォックレンズアレイにて露光面上に結像させ、画像を形成する画像形成装置に関する。

従来より、複写機やプリンタ等の画像形成装置では、感光体を画像に応じて露光することにより静電潜像を形成し、該静電潜像をトナー現像することにより感光体上に形成されたトナー像を記録用紙に転写することで画像を形成している。

感光体に静電潜像を形成するための光源としては、従来からＬＤ（レーザダイオード）が用いられてきたが、近年ではＬＥＤ（発光ダイオード）素子などの発光素子を各画素に対応して一列に配置した発光素子アレイと、各発光素子から出力された光を感光体表面に結像させるように結像レンズを配置したセルフォックレンズアレイなどの結像素子レンズアレイとを備えた光プリントヘッドが用いられている。

このような光プリントヘッドを用いた画像形成装置では、光プリントヘッドの各ＬＥＤ素子を画像データに基づいて駆動して画像データに基づく光を出力させ、結像レンズによって出力された光を感光体表面に結像させることにより、感光体を画像データに基づいて露光すると共に、感光体と光プリントヘッドを副走査方向に相対移動させることにより、露光位置を移動させて感光体上に画像を形成する。

上記のようにセルフォックレンズアレイを用いた画像形成装置において、レンズの直径あるいは半径とピッチを同じくする濃度ムラが屡々発生する。すなわち、レンズアレイに用いる円筒状のレンズの直径あるいは半径ピッチの筋状ムラが走査方向に現れる。

このレンズ径／半径ムラは、ロッドレンズアレイの中心とＬＥＤの発光点とが副走査方向にずれているとより顕著に発生するため、両者を精度よく組み立てるための組立調整方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし上記の例では原理的にレンズ径／半径ムラを根本から防いでいる訳ではなく、手順が煩雑になる上、実際に精度よく組立調整を行う事は難しく、また組立コストも上昇するなどの欠点がある。
特開平１０―１６２９１号公報

本発明は上記事実を考慮し、簡易な組立方法でレンズ径／半径ピッチの濃度ムラが発生しにくい画像形成装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の画像形成装置は、複数の発光素子を同一平面上に配列することで形成される光源部と、前記光源部から出射された光ビームを露光面上に結像するための複数の円筒状結像レンズが配列されたレンズアレイと、を備えた露光ヘッドを備えた画像形成装置であって、前記露光ヘッドと前記露光面との距離を、前記円筒状レンズの直径ピッチで変動する前記光ビームのスポット径変動が最も小さくなる位置に設定したことを特徴とする。

上記構成の発明では、露光ヘッドと露光面との距離を、円筒状レンズの直径ピッチで変動する光ビームのスポット径変動が最も小さくなる位置に設定したことにより、直径ピッチの濃度ムラを低く抑えることができる。

請求項２に記載の画像形成装置は、複数の発光素子を同一平面上に配列することで形成される光源部と、前記光源部から出射された光ビームを露光面上に結像するための複数の円筒状結像レンズが配列されたレンズアレイと、を備えた露光ヘッドを備えた画像形成装置であって、前記露光ヘッドと前記露光面との距離を、前記円筒状レンズの半径ピッチで変動する前記光ビームのスポット径変動が最も小さくなる位置に設定したことを特徴とする。

上記構成の発明では、露光ヘッドと露光面との距離を、円筒状レンズの半径ピッチで変動する光ビームのスポット径変動が最も小さくなる位置に設定したことにより、半径ピッチの濃度ムラを低く抑えることができる。

請求項３に記載の画像形成装置は、複数の発光素子を同一平面上に配列することで形成される光源部と、前記光源部から出射された光ビームを露光面上に結像するための複数の円筒状結像レンズが配列されたレンズアレイと、を備えた露光ヘッドを備えた画像形成装置であって、前記露光ヘッドと前記露光面との距離を、前記円筒状レンズの直径ピッチで変動する前記光ビームのスポット径変動と、前記円筒状レンズの半径ピッチで変動する前記光ビームのスポット径変動との和が最も小さくなる位置に設定したことを特徴とする。

上記構成の発明では、露光ヘッドと露光面との距離を、円筒状レンズの直径ピッチで変動する前記光ビームのスポット径変動と半径ピッチで変動する光ビームのスポット径変動の和が最も小さくなる位置に設定したことにより、直径ピッチ＋半径ピッチの濃度ムラを低く抑えることができる。

請求項４に記載の画像形成装置は、複数の発光素子を同一平面上に配列することで形成される光源部と、前記光源部から出射された光ビームを露光面上に結像するための複数の円筒状結像レンズが配列されたレンズアレイと、を備えた露光ヘッドを備えた画像形成装置であって、前記露光ヘッドと前記露光面との距離を、前記円筒状レンズの直径ピッチで現れるＭＴＦの高速フーリエ変換値のピークが最も小さくなる位置に設定したことを特徴とする。

上記構成の発明では、露光ヘッドと露光面との距離を、円筒状レンズの直径ピッチで現れるＭＴＦの高速フーリエ変換値のピークが最も小さくなる位置に設定したことにより、直径ピッチの濃度ムラを低く抑えることができる。

請求項５に記載の画像形成装置は、複数の発光素子を同一平面上に配列することで形成される光源部と、前記光源部から出射された光ビームを露光面上に結像するための複数の円筒状結像レンズが配列されたレンズアレイと、を備えた露光ヘッドを備えた画像形成装置であって、前記露光ヘッドと前記露光面との距離を、前記円筒状レンズの半径ピッチで現れるＭＴＦの高速フーリエ変換値のピークが最も小さくなる位置に設定したことを特徴とする。

上記構成の発明では、露光ヘッドと露光面との距離を、円筒状レンズの半径ピッチで現れるＭＴＦの高速フーリエ変換値のピークが最も小さくなる位置に設定したことにより、半径ピッチの濃度ムラを低く抑えることができる。

請求項６に記載の画像形成装置は、複数の発光素子を同一平面上に配列することで形成される光源部と、前記光源部から出射された光ビームを露光面上に結像するための複数の円筒状結像レンズが配列されたレンズアレイと、を備えた露光ヘッドを備えた画像形成装置であって、前記露光ヘッドと前記露光面との距離を、前記円筒状レンズの直径ピッチで現れるＭＴＦの高速フーリエ変換値のピークと半径ピッチで現れるＭＴＦの高速フーリエ変換値のピークとの和が最も小さくなる位置に設定したことを特徴とする。

上記構成の発明では、露光ヘッドと露光面との距離を、円筒状レンズの直径ピッチで現れるＭＴＦの高速フーリエ変換値のピークと半径ピッチで現れるＭＴＦの高速フーリエ変換値のピークの和が最も小さくなる位置に設定したことにより、直径ピッチ＋半径ピッチの濃度ムラを低く抑えることができる。

本発明は上記構成としたので、簡易な組立方法でレンズ径／半径ピッチの濃度ムラが発生しにくい画像形成装置とすることができた。

＜画像形成装置＞
図１には本発明の第１実施形態に係る画像形成装置が示されている。

図１に示すように、画像形成装置装置１０は矢印方向に定速回転する感光体ドラム１２を備えている。この感光体ドラム１２の周囲には、感光体ドラム１２の回転方向に沿って、帯電器１４、ＬＰＨ（ＬＥＤプリントヘッド）１６、現像器１８、転写ローラ２０、クリーナ３２、イレーズランプ（図示せず）が順に配設されている。

すなわち、感光体ドラム１２は、帯電器１４によって表面が一様に帯電された後、ＬＰＨ１６によって光ビームが照射されて、感光体ドラム１２上に潜像が形成される。なお、ＬＰＨ１６は制御装置（図示せず）と接続されており、この制御装置に制御され画像データに基づいて光ビームを出力する。

感光体ドラム１２上に形成された潜像には、現像器１８によってトナーが供給されトナー現像され、感光体ドラム１２上にトナー像が形成される。感光体ドラム１２上のトナー像は、用紙トレイ２４から１枚ずつ取出され用紙搬送ベルト２６によって搬送されてきた用紙２８上にに転写ローラ２０によって転写される。

転写後に感光体ドラム１２に残留しているトナーはクリーナ３２によって除去され、イレーズランプ（図示せず）によって除電された後、再び帯電器１４によって帯電されて、上記のプロセスを繰り返すことで画像形成を行う。

トナー像が転写された用紙２８は、加圧ローラ３０Ａと加熱ローラ３０Ｂからなる定着器３０に搬送されて定着処理が施される。これによりトナー像は用紙２８上に定着され、所望の画像が形成される。画像が形成された用紙２８は装置外へ排出される。
＜露光装置＞
図２には本発明の第１実施形態に係る露光装置が示されている。

図２に示すように、ＬＰＨ１６はＬＥＤアレイ４０と、ＬＥＤアレイ４０を支持するとともに、ＬＥＤアレイ４０の駆動を制御する各種信号を供給するための回路が形成されたプリント基板４２と、ＬＥＤアレイ４０から出射した光を感光体ドラム１２上に結像させるためのロッドレンズアレイ４４と、を備えている。

ＬＥＤアレイ４０は、複数のＬＥＤが一列に配置された複数のＬＥＤチップにより構成されており、ＬＥＤアレイ４０全体ではＬＥＤは、解像度に応じた画素（ドット）数分、例えば、Ａ3サイズ（420ｍｍ×297ｍｍ）の用紙まで対応し、主走査方向について６００ｄｐｉで印刷する場合であれば、約７０２０個設けられている。
＜ロッドレンズアレイ＞
図３には本発明の第１実施形態に係るロッドレンズアレイが示されている。

図３（ａ）に示すように、ロッドレンズアレイ４４は、結像レンズとして、屈折率分布型のプラスチックロッドレンズであるロッドレンズ４６が解像度に応じた各画素（ドット）に対応して配列されて構成されており、ＬＥＤアレイ４０上の各ＬＥＤから出射された光ビームを感光体ドラム１２上に結像させる。

屈折率分布型とは、この場合を例に取れば中心から周辺に向かって同心円状に屈折率を変化させた円筒形状のプラスチックロッドをレンズとして用いたもので、形状ではなく屈折率の分布で入射光を結像させるものである。

このときロッドレンズ４６は図３（ｂ）のように光軸方向を揃え、所定の間隔で規則正しく配列されている。

さらに、前述の通り図３（ｃ）のようにロッドレンズ４６の直径ｄまたは半径ｄ／２ピッチで、感光体ドラム１２上に結像したビームスポット径が変動している。これにより周期的にスポット径が変動するので、出力画像においてはロッドレンズ４６の直径ｄまたは半径ｄ／２ピッチの周期的なムラが現れることになる。このような周期的なむらに対して人間の視覚は極めて感度が高いため、濃度変動量に比較して敏感に検出されてしまう。

従来、ＬＰＨ１６のBest-FOCUS位置は、ＭＴＦ（変調伝達関数、レスポンス関数）が最も高くなる位置として規定されている。ところがロッドレンズアレイ４４は構造的な特性として、上記のようにレンズ径（及び半径）ピッチでＭＴＦのむらを持っている。加えてＭＴＦのレンズ径ピッチむらはＤｅｆｏｃｕｓ量によって変動し、大きくなるに従って、出力画像上にもレンズ径（及び半径）ピッチの筋むらとなって現れる。

そこで本発明においては、ＬＰＨ１６の取付位置すなわちＬＥＤアレイ４０＆ロッドレンズアレイ４４と感光体ドラム１２の表面（露光面）との距離を、ＭＴＦが最も高くなる位置ではなく、レンズ径（及び半径）ピッチむらが最も少なくなる箇所に設定し、レンズ径（及び半径）ピッチむらを少なくすることを目的とする。

図４には本発明の第１実施形態に係るＬＰＨの光学特性が示されている。

図４（ａ）に示すように、通常Best-FOCUS位置として規定されている、ＭＴＦが最大となるデフォーカス位置ではレンズ径（半径）ピッチむらは最小とはならない。

縦軸左側に示したＭＴＦ（％）が最大となるデフォーカス位置（通常はBest-FOCUS位置として規定されている：図中一点鎖線）を０とし、ＦＦＴ（ＭＴＦ）すなわちＭＴＦの高速フーリエ変換値を縦軸右側にとりレンズ径／半径ピッチにおけるＦＦＴ（ＭＴＦ）値を点線および一点鎖線で示す。

高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform：ＦＦＴ）は、離散フーリエ変換の対称性に着目し、その演算量を減らし高速に変換を行う手法であり、周期Ｎの離散フーリエ変換（DFT)では、複素数の乗算をＮ^２回行う必要があるが、高速フーリエ変換では、その乗算回数をＮ・log2Ｎ／２回に減らすことが可能である。

信号の中にどの周波数成分がどれだけ含まれているかを抽出する処理がフーリエ変換だが、入力波形をいくつかのグループに分けて計算し、計算順序を工夫することにより計算量を大幅に減少させたアルゴリズムがＦＦＴである。グループの数をＮとした時の演算の回数は、通常の変換ではＮの２乗に比例するが、ＦＦＴではＮlogＮに比例する。

このため大量のサンプリングデータをコンピューター等で離散フーリエ変換（ＤＦＴ）する際に計算回数を減らすことができる。普通に離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を計算すると、Ｎ＾２回の複素数乗算と複素数加算を繰り返すことになる。例えばＮ＝１０２４とすると計算回数は約１０４万回となり膨大な計算回数が必要となる。しかしＦＦＴのアルゴリズムを使うと、Ｎ＝１０２４で計算回数は約１万回となり、大幅に計算回数を減らすことができる。

縦軸右側のＦＦＴ（ＭＴＦ）すなわちＭＴＦの高速フーリエ変換値をレンズ径ピッチ・半径ピッチおよび両者の和で見た場合、この光学系においてはレンズ径ピッチの値はデフォーカス位置とともになだらかな変動を示しているが、半径ピッチの値はデフォーカス位置−２０μｍ程度を最小値として急激な変動を示しているのがわかる。

つまりデフォーカス位置−２０μｍを外れて近付く／遠ざかると半径ピッチムラは急激に（人間の視覚においても）目立つようになる。レンズ径／半径ピッチの和もまた同様の変化を示しているので、すなわちレンズ径／半径ピッチむらが最小となる点、つまりレンズ径／半径ピッチむらの小ささから見たBest-FOCUS位置はＭＴＦが最大となるデフォーカス位置（図中一点鎖線）に比較して−２０μｍ程度ずれた位置であることがわかる。

これにより、この光学系ではＭＴＦが最大となるデフォーカス位置（図中一点鎖線）に比較して−２０μｍ程度ずれた位置にＬＰＨ１６を設けることによって、レンズ径／半径ピッチむらを最小とすることができる。

上記の例はロッドレンズアレイ４４がＬＥＤアレイ４０の配列に対して副走査方向に位置ズレのない状態で計測した例であって、副走査方向に両者の位置がずれていた場合はレンズ径／半径ピッチむらがさらに顕著に、かつ違った挙動の変化を見せる。

すなわち図４（ｂ）に示すように、ロッドレンズアレイ４４がＬＥＤアレイ４０に対して副走査方向に８０μｍずれていた場合、縦軸左側のＭＴＦ（％）：図中一点鎖線が最大となるデフォーカス位置を０とすると、縦軸右側のＦＦＴ（ＭＴＦ）すなわちＭＴＦの高速フーリエ変換値をレンズ径ピッチ・半径ピッチおよび両者の和で見た場合、この光学系においてはレンズ径ピッチの値はデフォーカス位置−４０μｍ程度以下において、半径ピッチの値はデフォーカス位置−２０μｍ程度を最小値として急激な変動を示しているのがわかる。

つまりデフォーカス位置−４０μｍを外れて遠ざかるとレンズ径ピッチムラは急激に目立つようになる。またデフォーカス位置−２０μｍを外れて近付く／遠ざかると半径ピッチムラは急激に目立つようになる。レンズ径／半径ピッチの和もまた同様の変化を示しているので、すなわちレンズ径／半径ピッチむらが最小となる点、つまりレンズ径／半径ピッチむらの小ささから見たBest-FOCUS位置はＭＴＦが最大となるデフォーカス位置（図中一点鎖線）に比較して−２０μｍ程度ずれた位置であることがわかる。

すなわちレンズ径／半径ピッチむらが最小となる点、つまりレンズ径／半径ピッチむらの小ささから見たBest-FOCUS位置はＭＴＦが最大となるデフォーカス位置（図中一点鎖線）に比較して−２０μｍ程度ずれた位置であることがわかる。

この結果から、上記のように副走査方向に８０μｍ位置がずれた光学系においてもBest-FOCUS位置を、ＭＴＦが最大となるデフォーカス位置から−２０μｍ程度ずれた位置とすることでレンズ径／半径ピッチむらを最小とすることができる。

また上記のレンズ径／半径ピッチむらが最小となる点は、ＭＴＦの高速フーリエ変換値をレンズ径ピッチ・半径ピッチおよび両者の和で求める以外に、感光体ドラム１２の表面すなわち露光面上に結像する光ビームのスポット径変動で求めてもよい。

本発明は上記の構成としたことにより、低コストかつ簡易な組立方法でレンズ径、半径ピッチの筋むらを生じにくい画像形成装置とすることができる。

本発明の第１形態に係る画像形成装置を示す図である。 本発明の第１形態に係る露光装置を示す図である。 本発明の第１形態に係る露光装置のレンズアレイを示す図である。 露光装置のレンズアレイにおけるピント位置、レンズ径／半径ピッチむらの関係を示す図である。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１２ 感光体ドラム
１４ 帯電器
１６ ＬＰＨ
１８ 現像器
２０ 転写ローラ
４０ ＬＥＤアレイ
４２ 基板
４４ ロッドレンズアレイ
４６ ロッドレンズ

Claims (6)

1. 複数の発光素子を同一平面上に配列することで形成される光源部と、
   前記光源部から出射された光ビームを露光面上に結像するための複数の円筒状結像レンズが配列されたレンズアレイと、を備えた露光ヘッドを備えた画像形成装置であって、
   前記露光ヘッドと前記露光面との距離を、
   前記円筒状レンズの直径ピッチで変動する前記光ビームのスポット径変動が最も小さくなる位置に設定したことを特徴とする画像形成装置。
   
2. 複数の発光素子を同一平面上に配列することで形成される光源部と、
   前記光源部から出射された光ビームを露光面上に結像するための複数の円筒状結像レンズが配列されたレンズアレイと、を備えた露光ヘッドを備えた画像形成装置であって、
   前記露光ヘッドと前記露光面との距離を、
   前記円筒状レンズの半径ピッチで変動する前記光ビームのスポット径変動が最も小さくなる位置に設定したことを特徴とする画像形成装置。
   
3. 複数の発光素子を同一平面上に配列することで形成される光源部と、
   前記光源部から出射された光ビームを露光面上に結像するための複数の円筒状結像レンズが配列されたレンズアレイと、を備えた露光ヘッドを備えた画像形成装置であって、
   前記露光ヘッドと前記露光面との距離を、
   前記円筒状レンズの直径ピッチで変動する前記光ビームのスポット径変動と、前記円筒状レンズの半径ピッチで変動する前記光ビームのスポット径変動との和が最も小さくなる位置に設定したことを特徴とする画像形成装置。
   
4. 複数の発光素子を同一平面上に配列することで形成される光源部と、
   前記光源部から出射された光ビームを露光面上に結像するための複数の円筒状結像レンズが配列されたレンズアレイと、を備えた露光ヘッドを備えた画像形成装置であって、
   前記露光ヘッドと前記露光面との距離を、
   前記円筒状レンズの直径ピッチで現れるＭＴＦの高速フーリエ変換値のピークが最も小さくなる位置に設定したことを特徴とする画像形成装置。
   
5. 複数の発光素子を同一平面上に配列することで形成される光源部と、
   前記光源部から出射された光ビームを露光面上に結像するための複数の円筒状結像レンズが配列されたレンズアレイと、を備えた露光ヘッドを備えた画像形成装置であって、
   前記露光ヘッドと前記露光面との距離を、
   前記円筒状レンズの半径ピッチで現れるＭＴＦの高速フーリエ変換値のピークが最も小さくなる位置に設定したことを特徴とする画像形成装置。
   
6. 複数の発光素子を同一平面上に配列することで形成される光源部と、
   前記光源部から出射された光ビームを露光面上に結像するための複数の円筒状結像レンズが配列されたレンズアレイと、を備えた露光ヘッドを備えた画像形成装置であって、
   前記露光ヘッドと前記露光面との距離を、
   前記円筒状レンズの直径ピッチで現れるＭＴＦの高速フーリエ変換値のピークと半径ピッチで現れるＭＴＦの高速フーリエ変換値のピークとの和が最も小さくなる位置に設定したことを特徴とする画像形成装置。

Images