JP4168587B2

JP4168587B2 - 光書込みヘッドおよびロッドレンズ・アレイと発光点アレイとの配置方法

Info

Publication number: JP4168587B2
Application number: JP2000349462A
Authority: JP
Inventors: 秀也小木
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2020-11-16
Also published as: JP2002144627A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光プリンタの光書込みヘッド、特に、発光点アレイ素子を千鳥配列して構成した発光点アレイ、あるいは発光点を千鳥状に２列に配列して構成された発光点アレイを用いた光書込みヘッドに関する。本発明は、さらに、光書込みヘッドを構成するロッドレンズ・アレイと発光点アレイとの配置方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光プリンタの書込みヘッド（光書込みヘッド）は、感光ドラムに画像情報を露光させるための光源であり、発光点のアレイを有している。この発光点アレイには、自身が点滅する発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイ（例えば、特開昭６０−４８３８４号公報）や、定常光源とシャッタを組み合わせた光シャッタアレイ（例えば、特開平４−３０５６６８号公報）などが使用されている。光書込みヘッドを備える光プリンタの原理図を図１に示す。円筒形の感光ドラム２の表面に、アモルファスＳｉ等の光導電性を持つ材料（感光体）の被膜が形成されている。このドラムは印刷速度に対応した速度で回転している。回転しているドラムの感光体表面を、帯電器４で一様に帯電させる。そして、光書込みヘッド６で、印字するドットイメージの光を感光体上に照射し、光の当たったところの帯電を中和する。続いて、現像器８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１０でカセット１２中から送られてきた用紙１４上に、トナーを転写する。用紙は、定着器１６にて熱等を加えられ定着され、スタッカ１８に送られる。一方、転写の終了したドラムは、消去ランプ２０で帯電が全面にわたって中和され、清掃器２２で残ったトナーが除去される。
【０００３】
光書込みヘッド６の構造を図２に示す。光書込みヘッドは発光点アレイ２４とロッドレンズ・アレイ２６で構成され、レンズの焦点が感光ドラム２上に結ぶようになっている。
【０００４】
一方、発光点アレイには、複数個の発光点アレイ素子を一方向に配列して構成されるものがあるが、図３（Ａ）に示すように、複数個の発光点アレイ素子２８を素子端を突き合わせて直線状に配列すると素子端で発光点２９の配列ピッチを一定にできない。これを避けるために、図３（Ｂ）に示すように、素子端の一部を重ねて、いわゆる千鳥状に配列して、素子の繋ぎ目部分で発光点の配列ピッチを一定にしている。なお、繋ぎ目部分とは、一方の発光点アレイ素子の素子端での一番端の発光点と、他方の発光点アレイ素子の素子端での一番端の発光点とが、１配列ピッチにおいて並んでいる部分を言うものとする。図３（Ｂ）に、繋ぎ目部分を点線で囲んで示す。
【０００５】
また、発光点アレイには、発光点を千鳥配列して２列に構成した発光点アレイがある。この発光点アレイは、各列の解像度の倍の解像度を得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような発光点アレイを用いた光書込みヘッドで印刷する場合、ロッドレンズ・アレイの構造、およびロッドレンズ・アレイと発光点アレイとの配置によって、素子間の繋ぎ目、あるいは２列の長手方向に隣接する発光点間で、印刷スジが発生することがある。
【０００７】
以下に、その理由を説明する。
【０００８】
図４に、ロッドレンズ３０を上列と下列の２列に俵積みしたロッドレンズ・アレイ２６を示す。図４において、上列と下列のロッドレンズが接する点をレンズの配列方向に結んだ線をＸ軸とし、下列の隣接する２個のロッドレンズが接する点をＸ軸と垂直方向に引いた線をＹ軸とする。
【０００９】
なお、図４では示さないが、ロッドレンズ・アレイは、２枚のフレーム板の間にロッドレンズが規則正しく精密に配列され、ロッドレンズ間隙は、フレアー光を除去するために、黒色樹脂で充たされている。
【００１０】
ロッドレンズの直径をＤ、長さをＺ、共役長（物体像面間距離）をＴＣ、作動距離（レンズ端面から物体あるいは像面までの距離）をＬ_O 、レンズ光軸上の屈折率をＮ_O 、２次の屈折率分布定数をｇとした場合、各ロッドレンズは、波長７４０ｎｍにおいて、Ｄ＝０．５６３ｍｍ，ＴＣ＝９．１ｍｍ，ｚ＝４．４５ｍｍ，Ｌ_O ＝２．３３ｍｍ，Ｎ_O ＝１．６２７，ｇ＝０．８４３ｍｍ^-1であるとする。
【００１１】
このようなロッドレンズ・アレイについて、図４に示すＸ軸方向の位置ＡとＢとの範囲で、Ｘ軸方向の光量変化を、Ｙ軸方向位置ｙ＝０，０．０５，０．１０ｍｍの３通りについて計算した結果を、図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す。なお、ＡはＸ＝０の位置を、ＢはＸ軸方向にロッドレンズの半径の位置を示している。図５から、Ｙ軸方向にずれるにつれて、Ａ，Ｂの位置での光量差が大きくなり、ｙ＝０．１０ｍｍでは、約１０％の差になっていることが分かる。
【００１２】
このロッドレンズ・アレイに対して発光点アレイ素子を千鳥に配列して（ロッドレンズ・アレイのセンターから各列０．１ｍｍの位置）繋ぎ目がＡまたはＢ位置に来た場合、そこで上記１０％分不連続な変化をすることになってしまう。
【００１３】
同様の観点での計算を、波長７８０ｎｍにおいて、Ｄ＝０．８８ｍｍ，ＴＣ＝１５．３ｍｍ，Ｚ＝６．９３ｍｍ，Ｌ_O ＝４．２０ｍｍ，Ｎ_O ＝１．６２５，ｇ＝０．５３１ｍｍ^-1，ｈ₄ ＝０．８，ｈ₆ ＝−３．１１２，ｈ₈ ＝９．２０５のロッドレンズ・アレイのＭＴＦ（空間周波数２４Ｌ_p ／ｍｍ）について行った結果を、図６に示す。
【００１４】
図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、ＴＣのずれ（ΔＴＣ）が、それぞれ、ΔＴＣ＝０，−０．１，＋０．１ｍｍでＹ軸方向位置ｙ＝０、０．０５、０．１０ｍｍでの値を示している。
【００１５】
なお、ｈ₄ ，ｈ₆ ，ｈ₈ は、高次の屈折率分布定数である。また、ＭＴＦ（ＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＴｒａｎｓｆｅｒＦｕｎｃｔｉｏｎ）は、ロッドレンズ・アレイの画像伝送特性を表す画像の質を評価する指標であり、次式にて算出される。
【００１６】
【数１】

【００１７】
ここで、ｉ（ｗ）ｍａｘ，ｉ（ｗ）ｍｉｎは空間周波数ｗ（Ｌ_P ／ｍｍ）における応答の極大値，極小値である。ＭＴＦが、１００％に近い程、解像力が大きい、すなわち原画に忠実な像が形成されているわけである。
【００１８】
図６から、ロッドレンズ・アレイがベストＴＣ位置（ＭＴＦが最大となるＴＣ）で使用される場合にはほとんど問題にならないが、実使用上避けられないと思われる０．１ｍｍ程度のＴＣずれでも「Ｙ方向位置によるＭＴＦ変化」に対する影響は大きく、ｙ＝０．１０ｍｍの場合にはＡ，Ｂ位置でＭＴＦ差が２０％近くにも及んでいる。上記と同様に、千鳥配列した発光点アレイ素子の繋ぎ目がＡまたはＢの位置に来た場合、不連続な変化をしてしまう。
【００１９】
Ｘ軸方向のＡ，Ｂ位置は、一般的には、ロッドレンズ・アレイの上列および下列のそれぞれにおいて、ロッドレンズが接する位置である。
【００２０】
図７では、直径Ｄが０．７５ｍｍのロッドレンズ３０を２列俵積みに配列したロッドレンズ・アレイ３２と、発光素子（例えばＬＥＤ）を１２００ｄｐｉ，２５６ドット（有効長５．４ｍｍ）配列した発光素子アレイ・チップ３４を千鳥状に配列した発光素子アレイとの配置関係を示す。発光素子アレイ・チップの繋ぎ目部分が、矢印Ｃで示すロッドレンズ・アレイの上列のロッドレンズの接する位置に来ている。このように発光素子アレイ・チップの繋ぎ目部分がロッドレンズ・アレイのＣ位置にくると、繋ぎ目部分で、光量およびＭＴＦが不連続に変化するので、印刷の際、スジを生じる。
【００２１】
なお、図７において、４０，４２はフレーム板を、４３は黒色樹脂を示している。
【００２２】
図８では、直径Ｄが０．６ｍｍのロッドレンズ３０を２列俵積みに配列したロッドレンズ・アレイ３２と、発光点４４を２列に千鳥配列した発光点アレイ４６との配置関係を示す。ロッドレンズ・アレイの上列または下列の隣り合うロッドレンズが接する位置Ｄ，Ｅ，Ｆに、隣り合う発光点間が来ると、図６と同様、印刷スジが生じる。
【００２３】
本発明の目的は、上述のような原因で印刷スジが発生しない光書込みヘッドを提供することにある。
【００２４】
本発明の他の目的は、上記のような光書込みヘッドを実現するための、ロッドレンズ・アレイと発光点アレイとの配置方法を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ロッドレンズ・アレイの構成が重要である。今、ロッドレンズ・アレイの長手方向に垂直な方向をロッドレンズ・アレイの厚さ方向と言うものとすると、ロッドレンズ・アレイを、厚さ方向に幾何学的線対称となるように構成するか、あるいは複数のロッドレンズが積み上げられ配列された２組の第１および第２のレンズアレイを重ねて密着した構造を有するように、ロッドレンズ・アレイを構成することが必要である。
【００２６】
そして、前者のロッドレンズ・アレイに対しては、発光点アレイ素子あるいは発光点を、ロッドレンズ・アレイの線対称の部分を通る２本のラインに対向して千鳥配置すればよい。このように配置することにより、ロッドレンズ・アレイの幾何学的線対称性から、発光点アレイ素子あるいは発光点が千鳥配置されていても、ロッドレンズ・アレイから見ると、発光点が一列に並んでいるのと等価になる。したがって、発光点アレイ素子の繋ぎ目部分、あるいは隣り合う発光点の間が、どこにあろうとも、光量およびＭＴＦの不連続な変化は生じない。
【００２７】
また、後者のロッドレンズ・アレイでは、発光点アレイ素子あるいは発光点を、第１のレンズアレイの長手方向の第１の中心線と、第２のレンズアレイの長手方向の第２の中心線に、または、第１の中心線と第２の中心線との間隔を保ったまま、前記ロッドレンズ・アレイの厚さ方向に平行移動させることにより形成される２本のラインに対向して千鳥配置すればよい。配置された２つの部分を比べ、他方からの光の寄与がほとんどない重なり度の場合には、互いに同等の位置であると見なせるので、発光点アレイ素子あるいは発光点が千鳥配置されていても、ロッドレンズ・アレイから見ると、発光点が一列に並んでいるのと等価になる。なお、重なり度とは、ロッドレンズの配列周期Ｄ₀ に対する、ロッドレンズが作る像の視野半径Ｘ₀ （Ｘ₀ ／Ｄ₀ ）で定義される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
【００２９】
【実施例１】
図９は、ロッドレンズ３０が奇数列（図示の例では３列）俵積みされて構成されるロッドレンズ・アレイ５０に対向させて、発光素子アレイ・チップ３５を配置した例を示す。ロッドレンズ・アレイ５０は、中央列の長手方向中心線（センターライン）に相当する対称軸５２に対して幾何学的線対称になっている。そして、対称軸５２に対し線対称の部分を通る２本のライン５４，５６に対向させて、発光素子アレイ・チップ３５を千鳥配列する。
【００３０】
このようなロッドレンズ・アレイの構造、およびロッドレンズに対向する発光素子アレイ・チップの配置によれば、発光素子アレイ・チップの繋ぎ目において、不連続で大きな光量／ＭＴＦの変化を避けることができる。
【００３１】
【実施例２】
図１０は、図９と同様に、３列俵積みのロッドレンズ・アレイに対して、発光点を千鳥配列して２列に構成した発光点アレイ４６を配置した例を示す。この例では、対称軸５２に対し線対称の部分を通る２本のライン５４，５６に対向させて、発光点４６ａ，４６ｂを千鳥配列する。
【００３２】
このようなロッドレンズ・アレイの構造、およびロッドレンズに対向する発光点の配置によれば、隣接する２個の発光点４４ａ，４４ｂの間で、不連続で大きな光量／ＭＴＦの変化を避けることができる。
【００３３】
【実施例３】
図１１は、ロッドレンズ３０が、正方配列積みされて構成されるロッドレンズ
・アレイ６０（図示の例では２列）であり、これに対向させて、発光素子アレイ
・チップ３５を配置した例を示す。ここに、正方配列積みとは、図１１に示すように、上下左右に隣接する４個のロッドレンズ３０の各中心が正方形の各頂点に位置する積み方を言うものとする。このような積み方によれば、ロッドレンズ・アレイは、対称軸５２に対し幾何学的線対称となる。そして、対称軸５２に対し線対称の部分を通る２本のライン５４，５６に対向させて、発光素子アレイ・チップ３５を千鳥配列する。
【００３４】
このようなロッドレンズ・アレイの構造、およびロッドレンズに対向する発光素子アレイ・チップの配置によれば、発光素子アレイ・チップの繋ぎ目で、不連続で大きな光量／ＭＴＦの変化を避けることができる。
【００３５】
【実施例４】
図１２は、図１１と同様に、２列正方配列積みのロッドレンズ・アレイに対して、発光点を千鳥配列して２列に構成した発光点アレイ４６を配置した例を示す。この例では、対称軸５２に対し線対称の部分を通る２本のライン５４，５６に対向させて、発光点４６ａ，４６ｂを千鳥配列する。
【００３６】
このようなロッドレンズ・アレイの構造、およびロッドレンズに対向する発光点の配置によれば、隣接する２個の発光点４４ａ，４４ｂの間で、不連続で大きな光量／ＭＴＦの変化を避けることができる。
【００３７】
【実施例５】
以上の４つの実施例では、厚さ方向に幾何学的線対称であるロッドレンズ・アレイを用いた。しかし、厚さ方向に幾何学的線対称はないが、以下のようなロッドレンズ・アレイを用いても、同様の効果を得ることができる。
【００３８】
図１３は、ロッドレンズ３０が２列俵積みされて構成された独立した２つのレンズアレイ７０，７２を重ねて密着させた構造のロッドレンズ・アレイ６２を示す。各レンズアレイ７０，７２の長手方向中心線を６４，６６で、ロッドレンズ・アレイ６２の長手方向中心線を６８で示す。
【００３９】
このようなロッドレンズ・アレイ６２に対向させて、発光素子アレイ・チップ３５を、各レンズアレイ７０，７２の中心線６４，６６に対向して千鳥配列する。このように発光素子アレイ・チップを配置すれば、ロッドレンズ・アレイ６２に対し一直線にチップを配列したのと等価になる。したがって、チップの繋ぎ目において、一方のチップの端部と他方のチップの端部とは、不連続で大きな光量／ＭＴＦの変化を避けることができる。
【００４０】
なお、中心線６４と６６との間隔を保ったまま、ロッドレンズ・アレイ６２の厚さ方向に平行移動することにより形成された２本のラインに対向して、発光素子アレイ・チップを千鳥配列しても同様の効果が得られる。
【００４１】
【実施例６】
図１４は、図１３の実施例と同様に、４列俵積みのロッドレンズ・アレイ６２に対して、中心線６４，６６に対向して、発光点４４ａ，４４ｂを千鳥配列して構成した発光点アレイ４６を配置した例を示す。このようなロッドレンズ・アレイの構造、およびロッドレンズに対向する発光点の配置によれば、隣接する２個の発光点４４ａ，４４ｂ間で、不連続で大きな光量／ＭＴＦの変化を避けることができる。
【００４２】
なお、中心線６４と６６との間隔を保ったまま。ロッドレンズ・アレイ６２の厚さ方向に平行移動することにより形成される２本のラインに対向して、発光点を千鳥配列しても同様の効果が得られる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、発光点アレイ素子を千鳥配列した光書込みヘッド、または２列の発光点が千鳥になるように配置して、各列の解像度の倍の解像度を得る構造の光書込みヘッドにおいて、発光点アレイ素子間の繋ぎ目／長手方向に隣り合う発光点間の位置での不連続な光量および解像力の変化がなくなるため、発光点アレイ素子間の繋ぎ目／長手方向に隣り合う発光点間での印画スジの発生し難い光書込みヘッドを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光プリンタヘッドを備える光プリンタの原理を示す図である。
【図２】光書込みヘッドの構造を示す図である。
【図３】発光点アレイ素子の配列を示す図である。
【図４】上下２列に俵積みしたロッドレンズ・アレイを示す図である。
【図５】図４に示すＸ軸方向の位置ＡとＢとの範囲で、Ｘ軸方向の光量変化を、Ｙ軸方向位置Ｙ＝０，０．０５，０．１０ｍｍの３通りについて計算した結果を示す図である。
【図６】ＴＣのずれΔＴＣが、それぞれ、０，−０．１，＋０．１ｍｍでＹ軸方向ｙ＝０，０．０５，０．１０ｍｍでのＭＴＦの計算例を示す図である。
【図７】ロッドレンズ・アレイと発光素子アレイとの不適切な配置の例を示す図である。
【図８】ロッドレンズ・アレイと発光素子アレイとの不適切な配置の他の例を示す図である。
【図９】第１の実施例を示す図である。
【図１０】第２の実施例を示す図である。
【図１１】第３の実施例を示す図である。
【図１２】第４の実施例を示す図である。
【図１３】第５の実施例を示す図である。
【図１４】第６の実施例を示す図である。
【符号の説明】
２感光ドラム
４帯電器
６光書込みヘッド
８現像器
１０転写器
１２カセット
１４用紙
１６定着器
１８スタッカ
２０消去ランプ
２２清掃器
２６，３２，５０，６０，６２ロッドレンズ・アレイ
３０ロッドレンズ
２８発光点アレイ素子
２９，４４発光点
３４発光素子アレイ・チップ
３５発光素子アレイ・チップ
４４ａ，４４ｂ発光点
４０，４２フレーム板
４３黒色樹脂
４６発光点アレイ
５２対称軸
５４，５６線対称の部分を通るライン
６４，６６中心線を平行移動させて形成される２本のライン
６８センターライン
７０，７２レンズアレイ

Claims

複数のロッドレンズが積み上げられ配列されて、厚さ方向に幾何学的線対称となるように構成されたロッドレンズ・アレイと、
前記ロッドレンズ・アレイに対向して配置され、発光点が直線状に並べられた複数の発光点アレイ素子が千鳥配列されて構成された発光点アレイとを備え、
前記ロッドレンズ・アレイは、前記ロッドレンズが正方配列積みされて構成され、
前記発光点アレイ素子は、前記ロッドレンズ・アレイの線対称の部分を通る２本のラインに対向して千鳥配置されていることを特徴とする光書込みヘッド。
複数のロッドレンズが積み上げられ配列されて、厚さ方向に幾何学的線対称となるように構成されたロッドレンズ・アレイと、
前記ロッドレンズ・アレイに対向して配置され、複数の発光点が２列に千鳥配列されて構成された発光点アレイとを備え、
前記ロッドレンズ・アレイは、前記ロッドレンズが正方配列積みされて構成され、
前記発光点は、前記ロッドレンズ・アレイの線対称の部分を通る２本のラインに対向して千鳥配置されていることを特徴とする光書込みヘッド。
複数のロッドレンズを正方配列で積み上げて、厚さ方向に幾何学的線対称となるようにロッドレンズ・アレイを構成し、
発光点が直線状に並べられた複数の発光点アレイ素子を、前記ロッドレンズ・アレイの線対称の部分を通る２本のラインに対向して千鳥配置することを特徴とするロッドレンズと発光点アレイとの配置方法。
複数のロッドレンズを正方配列で積み上げて、厚さ方向に幾何学的線対称となるようにロッドレンズ・アレイを構成し、
複数の発光点を、前記ロッドレンズ・アレイの線対称の部分を通る２本のラインに対向して千鳥配置することを特徴とするロッドレンズと発光点アレイとの配置方法。
請求項１又は２に記載の光書込みヘッドを備える光プリンタ。