JP4591135B2 - 露光装置および画像形成装置 - Google Patents

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、画像を形成する露光装置および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。

上記のような画像形成装置では副走査方向に走るスジ状のムラが屡々発生する為、出力画像をスキャンし、発光素子アレイの発光量にフィードバックすることでムラを補正する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし上記の例では手順が煩雑になる上、トナー現像や転写、あるいは定着など様々なプロセスの結果として生じるムラ全体を発光量で補正しようとする構成であり、個々の原因を分離していないため、例えば光プリントヘッドを交換すれば再度ムラが発生し、またムラ補正を行う必要があるなどの欠点がある。

さらにトナー現像や転写、あるいは定着などに起因するムラは径時変動を起こしやすいことがわかっており、光プリントヘッド単体におけるムラ補正の必要がある。
特開２００１―１４６０３８号公報

本発明は上記事実を考慮し、ヘッドあるいはレンズアレイに起因する筋の位置を予め特定し、濃度ムラ補正時にヘッドあるいはレンズアレイに起因する筋のみを簡単な手順で補正することができる露光装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の露光装置は、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と、前記レンズアレイまたは露光ヘッドの光学特性のばらつきのデータに基づき予め取得した、濃度ムラが発生しやすい箇所の位置情報を保持する保持手段と、を備え、画像形成装置全体の濃度ムラを補正する際に、前記濃度ムラが発生しやすい箇所に発生する濃度ムラのみを前記複数の発光素子から発せられる光ビームの光量調整により補正し、他の箇所に発生する濃度ムラは光量調整による補正をしないことを特徴とする。

上記構成の発明では、ヘッドあるいはレンズアレイに起因する筋の位置を予め特定し、濃度ムラ補正時にヘッドあるいはレンズアレイに起因する筋のみを簡単な手順で補正し、他の箇所に発生する濃度ムラは光量調整による補正をしないことで、ヘッドあるいはレンズアレイに起因する濃度ムラと、他の原因で発生する濃度ムラとを原因で切り分けることができる。

本発明は上記構成としたので、ヘッドあるいはレンズアレイに起因する筋の位置を予め特定し、濃度ムラ補正時にヘッドあるいはレンズアレイに起因する筋のみを簡単な手順で補正することができる露光装置および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。

しかし、ロッドレンズアレイ４４を構成するロッドレンズ４６のうち一本あるいは複数が何らかの理由で図４（ａ）（ｂ）に示すように所定の位置や角度を外れ、本来の光学性能を発揮しない場合が考えられる。

すなわち、図４（ａ）（ｂ）に示すようにロッドレンズ４６が４６Ｂのように傾いて（倒れて）いた場合、ロッドレンズ４６Ｂを通過する光ビームは本来の位置に結像せず、図中Ｗの位置は光ビームが結像したドット密度が本来よりも密になるため白スジが発生し、図中Ｂの位置では逆にドット密度が本来よりも疎になるため黒スジが発生する。これによりレンズ倒れが発生したロッドレンズ４６Ｂの直下近傍ではスジムラが発生してしまう。

あるいは、ロッドレンズ４６が物理的に位置・角度変動を起こしていない場合でも、ロッドレンズ４６内部の屈折率分布がバラつき、所望の値から外れた場合は光学的に規格性能を満たしていないことになり、上記の場合と同様に筋ムラが発生する。

従来、上記のような理由で発生したムラであっても、スキャナ等の濃度検出手段を使用して出力画像から読み取った画像濃度分布よりＬＰＨ１６の光量補正値にフィードバックすることで濃度ムラの補正を行っている。

この場合、露光以降のプロセス、すなわち現像、転写、定着などがに起因する濃度ムラをも同時に補正することになり、例えばＬＰＨ１６交換時には（逆にそれまで使用していたＬＰＨ１６による濃度ムラと相殺していた濃度ムラなどの）濃度ムラが発生することになる。

本発明においては、事前にＬＰＨ１６（又はロッドレンズアレイ４４）の特性を計測しておくことによって、筋が発生しやすい個所を特定しておき、対応する個所に発生した筋のみを、補正の対象とする。これにより様々な原因で発生する筋（濃度ムラ）を要素毎の原因に分離し、個々に対応することで部品交換などの影響を抑え、あるいは予め特定された筋の発生箇所について自動で濃度補正するなど、手順の簡略化も図る事ができる。

図５にはロッドレンズアレイのデフォーカス位置とビーム径の関係が示されている。

ここでいうデフォーカス（De-focus）とは光学系において集光状態の最も良い位置を探すために、光軸方向にいくつか設定した評価面での性能を比較評価することを言う。

ロッドレンズアレイ４４は、ロッドレンズ４６の倒れや屈折率分布のばらつき等が原因で、図５に示すようにビームウエスト位置に局所的なばらつきを生じる。すなわち、Ｄｏｔ＃１〜９００では破線のような特性を示すロッドレンズアレイ４４において、Ｄｏｔ＃１０００が実線のような特性を示すことがある。

この現象はロッドレンズ４６を束ねた構造であるロッドレンズアレイ４４の中で、特定の１本あるいは複数のロッドレンズ４６が、前述した図４の倒れなどを起こすことなどによって生じるため、その特定の１本あるいは複数のロッドレンズ４６を通過する光のみに局所的に生じ、通常ほとんどの個所においてはほぼ揃った特性となる。あるいは前述のように、ロッドレンズ４６が物理的に位置・角度変動を起こしていない場合でも、ロッドレンズ４６内部の屈折率分布がバラつき、所望の値から外れた場合は光学的に規格性能を満たしていないことになり、上記の場合と同様に筋ムラが発生する。

また、図５のようなフォーカス位置の変動がある場所では、形成された画像上で濃度むらを発生しやすく、特に取り付け時のデフォーカス位置のずれによって濃度差が顕著になっていく。

従って、ＬＰＨ１６の製造時に上記のような特性を予め測定しておくことで、濃度むらが発生しやすいロッドレンズ４６の個所を特定しておくことができる。特に前述のようにスキャナで出力画像の濃度分布を計測し、光量補正値にフィードバックして濃度むらを消す方法においては、露光以降の現像、転写、定着などの各プロセスが原因となって生じる濃度ムラを補正によって消してしまうと、その原因系であるユニットを交換した際、逆に多くの筋を発生してしまうことになるため、ＬＰＨ１６に起因するもの以外の筋を除外して濃度補正を行う必要がある場合があり、本発明の方法は非常に有効である。

また、上記特性は、ＬＰＨ１６の製造後でなくとも、ロッドレンズアレイ４４単体で測定した値を用いてもよい。つまりＬＰＨ１６として組立前の、ロッドレンズアレイ４４の状態で上記特性を計測し、筋の発生箇所が所定の値よりも多い場合は不良品として除外し、アセンブリしないことで、ＬＰＨ１６として組上がった時点での歩留まりを向上させることができる。

さらに、上記ビーム径のデフォーカス特性は図６、図７に示すようにデフォーカス時のＭＴＦ変化として見ることもできる。すなわち、図６に示すようにドット位置を横軸に、ＭＴＦを縦軸にとり、デフォーカス位置を５段階に変化させてドット位置におけるＭＴＦの変化を見ることで、ビーム径変動の大きい箇所、すなわちＭＴＦが急激に変動するディップの箇所を特定する事ができる。

図６では破線で囲んだ箇所が特に大きなディップすなわちビーム径変動の大きい箇所で、最大のディップはドット位置＃２０８０近辺であることが解る。

そこで＃１５００〜１８００におけるデフォーカス位置を５段階に変化させた際のＭＴＦの変化と、＃２０８０近辺で最も変動の大きかった＃２０８２におけるＭＴＦの変化を示したのが図７である。図７からも解るように、ドット位置＃２０８２においては＃１５００〜＃１８００と比較してデフォーカスがマイナスになる範囲ではデフォーカス量に対するＭＴＦの変動が極めて大きく、これはビームスポット径の変動を意味するため、出力画像において＃２０８２近辺で濃度変動（筋）が発生することは容易に判断できる。

上記のようにビーム径でなくＭＴＦ変動として筋の発生箇所を特定する方法は、実際の運用上においてＭＴＦ計測の方がビーム径計測よりも容易である利点がある。

また、上記特性値を固有のデータとしてＬＰＨ１６内部に設けたＲＯＭやフラッシュメモリなどの記憶手段（図示せず）に記録・保持しておき、市場にて画像形成装置全体の濃度ムラ補正時に当該データを読み出して、補正実施個所を特定するために使用することもできる。

この方法では予め取得した補正実施箇所および補正量などのデータをＬＰＨ１６の内部に保持しておくことで、画像形成装置全体の濃度ムラ補正時には当該データを読み出し自動的に補正させることもできる。これにより補正作業自体も簡略化され、オペレータの負担や操作ミスの可能性を減らす事ができる。

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レンズ倒れを示す図である。 露光装置のレンズアレイにおけるデフォーカス位置とビームスポット径の関係を示す図である。 露光装置のレンズアレイにおけるデフォーカス位置とＭＴＦの関係を示す図である。 露光装置のレンズアレイにおけるデフォーカス位置とＭＴＦ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 (1)

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と、
   前記レンズアレイまたは露光ヘッドの光学特性のばらつきのデータに基づき予め取得した、濃度ムラが発生しやすい箇所の位置情報を保持する保持手段と、
   を備え、
   画像形成装置全体の濃度ムラを補正する際に、前記濃度ムラが発生しやすい箇所に発生する濃度ムラのみを前記複数の発光素子から発せられる光ビームの光量調整により補正し、他の箇所に発生する濃度ムラは光量調整による補正をしないことを特徴とする露光装置。

Images